JPH06178576A - 同期電動機の制御方法 - Google Patents

同期電動機の制御方法

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JPH06178576A
JPH06178576A JP4325204A JP32520492A JPH06178576A JP H06178576 A JPH06178576 A JP H06178576A JP 4325204 A JP4325204 A JP 4325204A JP 32520492 A JP32520492 A JP 32520492A JP H06178576 A JPH06178576 A JP H06178576A
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JP
Japan
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current
field
winding
phase
synchronous motor
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Application number
JP4325204A
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English (en)
Inventor
Masahiro Watanabe
昌裕 渡辺
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Shibaura Machine Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Machine Co Ltd
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁気異方性を利用した回転子による界磁発生
機構をもつ同期電動機における制御系のシステム構成を
簡素化することができる同期電動機の制御方法を提供す
ることにある。 【構成】 固定子３に界磁巻線及び電機子巻線を共用す
る共用巻線１１を１組設け、この共用巻線１１に供給す
る巻線電流の絶対値と位相とを、界磁を発生させるため
の電流ベクトルと電機子の電流ベクトルとの合成ベクト
ルで制御できるように位相電流制御装置６の制御下で電
流制御アンプ７を制御動作させることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気異方性を利用した
回転子による界磁発生機構を持つ同期電動機の回転速度
及びトルクを制御する同期電動機の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、磁気異方性を利用した回転子によ
る界磁発生機構を持つ同期電動機では、電機子磁束の制
御を行なう電機子巻線と界磁を発生させる界磁巻線とが
独立して存在しており、それぞれに位相、電流を制御す
るアンプを必要としていた。これを説明簡単のため、交
流電源が単相で電極数が２極の単相同期電動機を例に挙
げて図示すると図６のようになる。
【０００３】即ち、図６においては、界磁巻線１及び電
機子巻線２を施した固定子３に界磁電流及び電機子電流
のそれぞれを供給して磁気異方性を有する回転子４を駆
動するため、位置検出器５で回転子４の回転角度を検知
して、この検知信号を位相・電流制御装置６へ加える。
位相・電流制御装置６は、受けた検知信号より検出した
回転子４の回転角度に応じて、界磁を発生させる界磁電
流の位相を固定子の回転角に対して常に磁化されやすい
位相に維持し、かつ電機子電流の位相を界磁の磁束と常
に直交するように界磁電流及び電機子電流を設定すると
ともに、この設定した条件下で界磁電流制御用の電流制
御アンプ７1 と、電機子電流制御用の電流制御アンプ７
2 とを制御動作させて、同期電動機８の回転速度及びト
ルクを制御するようになされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来は電
機子巻線及び界磁巻線のそれぞれ毎に位相、電流を制御
するアンプが必要であるため、最も一般的な三相同期電
動機の構成とした場合には、位相、電流を制御するアン
プが６相分（２組）必要となり、制御系のシステム構成
が大がかりで経済的に不利なものとなるという問題点が
あった。
【０００５】本発明は、上記事情に着目してなされたも
のであり、その目的とするところは、磁気異方性を利用
した回転子による界磁発生機構を持つ同期電動機におけ
る制御系のシステム構成を簡素化することができる同期
電動機の制御方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、磁気異方性を有する回転子を駆動させる
同期電動機において、１組の巻線で前記界磁巻線及び前
記電機子巻線を共用させ、当該共用巻線に供給する巻線
電流の絶対値と位相とを、界磁を発生させるための電流
ベクトルと電機子の電流ベクトルとの合成電流ベクトル
によって制御することを特徴とする。
【０００７】
【作用】まず、通常の磁気異方性を利用した回転子によ
る界磁発生機構を持つ同期電動機のトルク発生原理につ
いて説明する。なお、説明の簡単のため交流電源が単相
で電極数が２極の単相同期電動機を例として挙げるが、
原理としては同期電動機の用途に応じて多極になっても
全く同様の議論を適用できるのは言うまでもない。
【０００８】図２に同期電動機の構造を示す。固定子３
に設けられた界磁巻線１に流れる界磁電流Ｉ1 によって
磁界Ｈ1 が発生する。
【０００９】このとき、回転子４の磁気異方性を考慮し
て界磁の位相を制御する。換言すれば回転子４が磁化さ
れやすい方向から磁界をかける。次に図３のように固定
子３に設けられた電機子巻線２に電機子電流Ｉ2 を流
す。これにより界磁Ｈ1 と電機子電流Ｉ2 によって式１
で示されるトルクＴが発生する。ただし、φ1 は磁界Ｈ
1 の磁束とする。
【００１０】 Ｔ＝φ1 ・Ｉ2 （１） こうした条件下では、界磁を発生させる界磁電流の位相
を回転子４の回転角に対し常に磁化されやすい位相に維
持し、かつ電機子電流の位相をφと常に直交するように
制御すれば回転子４に一定トルクを連続的に発生させる
ことができる。従来はこのような原理で同期電動機を駆
動するために、図６で示したように制御系を構築してい
た。
【００１１】ところで、図６の従来構成において、界磁
巻線及び電機子巻線は各々独立した磁界を発生させる
が、回転子に作用してトルクを発生させるのは、これら
の磁界のベクトル和であり、図４及び次の式２に示す関
係となる。
【００１２】 Ｈ＝Ｈ1 ＋Ｈ2 （２） ただしＨ：合成磁界 Ｈ2 ：電機子による磁界 そこで、本発明では、独立した２つの巻線が発生させる
合成磁界を１つの巻線で発生させるために、界磁を発生
させるための電流ベクトルと電機子の電流ベクトルとの
合成電流ベクトルによって、上記１つの巻線に供給する
巻線電流の絶対値と位相とを制御するものである。
【００１３】
【実施例】図１は、本発明の制御方法が適用された同期
電動機の制御系の構成例を示す回路図である。
【００１４】同期電動機１０は、磁気異方性を有する回
転子４と、交流電源の相数に対応した電極数からなる１
組の共用巻線１１が設けられている固定子３とを備え
る。そして、固定子３に設けられている共用巻線１１
は、界磁巻線及び電機子巻線に共用されるものである。
また、共用巻線１１に供給する巻線電流の絶対値と位相
を制御するために、位置検出器５、位相電流制御装置
６、電流制御アンプ７を含む制御系を形成している。こ
こで、制御系の各部は図６に従って説明したように動作
されるが、更に詳しく述べると、電流制御アンプ７は、
従来の同期型ＡＣサーボモータで使用するものと同様
に、パルス幅変調（ＰＷＭ）によって巻線に流す電流値
を制御する。従来の方法では、界磁巻線、電機子巻線の
各々１組必要であったが、本発明が適用されると同期電
動機１０の巻線として共用巻線１１を１組設けるだけと
なるので、この電流制御アンプ７も１台でよいことにな
る。
【００１５】位相・電流制御装置６は、位置検出器５か
らの検知信号を受けて回転子４の回転角度を検出して同
期電動機１０に対する速度・位置・トルク指令値などか
ら合成磁界の回転子４に対する位相角と絶対値を計算
し、各相の電流値を電流制御アンプ７に指令する。
【００１６】この位相・電流制御装置６の指令を受ける
電流制御アンプ７は、界磁を発生させるための電流ベク
トルと電機子の電流ベクトルとの合成電流ベクトルによ
って共用巻線１１に供給する巻線電流の絶対値と位相と
を制御することができる。
【００１７】次に、位相・電流制御装置６において、回
転子角度が与えられたときに所定のトルクを発生させる
合成電流ベクトルの絶対値と位相角を求める原理につい
て説明する。
【００１８】今、位置検出器５から検出した回転子４の
回転角度をθ0 とする。ここで界磁を発生させるための
電流ベクトルの位相は（θ0 ＋π／2 ）ラジアン、また
電機子の電流ベクトルの位相はθ0 ラジアンである。ま
た、共用巻線１１の部分での回転子４による磁束Φは、
次の式３の如く、 Φ＝Ｋφ・｜Ｉ1 ｜ （３） である。
【００１９】ただし、 Ｋφ：単位電流あたりに回転子が巻線部分（共用巻線１
１）で発生させる磁束の大きさで電動機の物理系にて定
まる定数 ｜Ｉ1 ｜：合成電流ベクトルの界磁発生分の絶対値であ
る。
【００２０】このような条件下で、合成電流ベクトルの
電機子分の絶対値を｜Ｉ2 ｜とすると、発生トルクＴ
は、次の式４のように、 Ｔ＝φ・｜Ｉ2 ｜ （４） で与えられる。よって、次の式５のように、 Ｔ＝Ｋφ・｜Ｉ1 ｜・｜Ｉ2 ｜ （５） となる。
【００２１】また、電流ベクトルＩ1 ，Ｉ2 のなす角度
をπ／2 としたので、これらを合成したベクトルの絶対
値｜Ｉ｜は、次の式６のように、 ｜Ｉ｜＝（｜Ｉ1 ｜2 ・｜Ｉ2 ｜2 ）1/2 （６） となる。
【００２２】このときのベクトルの位相θは、次の式７
のように、 θ＝θ0 ＋arctan（｜Ｉ2 ｜／｜Ｉ1 ｜） （７） で与えられる。
【００２３】そして、｜Ｉ1 ｜，｜Ｉ2 ｜は定格電流値
以下の値であれば、上記の式５を満たす任意の値をとる
ことが理論上可能である。
【００２４】こうしたことから、上記の式５の関係を満
足する条件下で、上記の式６及び式７の値を変化させて
共用巻線１１に供給する巻線電流の絶対値と位相を制御
することにより、換言すれば１組の巻線に供給する電流
を制御することにより、従来の２組の巻線に供給する電
流を制御する方法と同様に磁気異方性を利用した回転子
による界磁発生機構を持つ同期電動機の回転速度及びト
ルクを制御することができる。
【００２５】次に、本発明の制御方法が適用された好適
な一例について説明する。
【００２６】工作機械の主軸のモータには低回転時には
高トルクを出し、高回転時には低トルクで運転するよう
ないわゆるパワーコンスタント制御が望まれる。このよ
うなパワーコンスタント制御は本発明の制御方法による
と以下述べるように簡単に実現することができる。
【００２７】・低速回転でトルクを得るような使い方を
したい場合 上記の式５より、あるトルクを得るための界磁電流Ｉ1
と電機子電流Ｉ2 の組合わせは、図５に示すように、双
極線カーブ（負側省略）を描く各特性曲線上の点列とな
る。この各特性曲線における同一曲線上の組合わせなら
ばどの電流の組合わせでも一定トルクを得ることができ
る。例えば、低速回転時に高トルクを得るためには界磁
電流Ｉ1 、電機子電流Ｉ2 を各々増加させて双極線自体
を上方へ移動させればよい。このとき磁束のベクトル
（または電機子電流ベクトル）と合成電流ベクトルとが
π／4 となるように位相制御することにより、同じ大き
さのトルクを得るのにもっとも少ないエネルギーで同期
電動機を駆動することができる。
【００２８】・低トルク高速回転で使いたい場合 回転数が大きくなると界磁による逆起電力が発生し、発
生トルクが少なくなってしまう。（したがって回転数が
上がらない。
【００２９】このような場合に、界磁電流を小さくし
て、電機子電流を大きくすることにより、発生トルクを
一定値に保ったまま、回転数を上げることができる。
（界磁電流が小さくなれば、逆起電力は小さくなる。）
これら二つのモードは、制御ソフトウェアで簡単に切換
えることができるようにすることが可能である。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、１
組の巻線で界磁巻線及び電機子巻線を共用させ、この共
用巻線に供給する巻線電流の絶対値と位相とを合成電流
ベクトルによって制御するため、制御系のシステム構成
を簡素化して、磁気異方性を利用した界磁発生機構を持
つ同期電動機の利点、即ち高回転域における逆起電力に
よる特性劣化の改善、低速域でのトルク特性の改善、固
定子のみの冷却構造でよい等の優れた性質を維持するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の制御方法が適用された同期電動機の制
御系の構成例を示す回路図である。
【図２】界磁巻線による磁界の発生状態を示す図であ
る。
【図３】電機子電流によるトルクの発生状態を示す図で
ある。
【図４】界磁と電機子による磁界とのベクトル和で合成
磁界のベクトルを示すベクトル図である。
【図５】同期電動機におけるトルクと界磁・電機子電流
の関係を示す特性曲線図である。
【図６】従来の同期電動機の制御系の構成例を示す回路
図である。
【符号の説明】
３ 固定子 ４ 回転子 ５ 位置検出器 ６ 位相・電流制御装置 ７ 電流制御アンプ １０ 同期電動機 １１ 共用巻線

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 磁気異方性を有する回転子を駆動させる
    同期電動機において、 １組の巻線で前記界磁巻線及び前記電機子巻線を共用さ
    せ、当該共用巻線に供給する巻線電流の絶対値と位相と
    を、界磁で発生させるための電流ベクトルと電機子の電
    流ベクトルとの合成電流ベクトルによって制御すること
    を特徴とする同期電動機の制御方法。
JP4325204A 1992-12-04 1992-12-04 同期電動機の制御方法 Pending JPH06178576A (ja)

Priority Applications (3)

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JP4325204A JPH06178576A (ja) 1992-12-04 1992-12-04 同期電動機の制御方法
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