JPH0757117B2 - 永久磁石同期モ−タ駆動回路 - Google Patents
永久磁石同期モ−タ駆動回路Info
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- JPH0757117B2 JPH0757117B2 JP59252471A JP25247184A JPH0757117B2 JP H0757117 B2 JPH0757117 B2 JP H0757117B2 JP 59252471 A JP59252471 A JP 59252471A JP 25247184 A JP25247184 A JP 25247184A JP H0757117 B2 JPH0757117 B2 JP H0757117B2
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- Japan
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- synchronous motor
- motor
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- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 10
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 6
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 6
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
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- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
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Classifications
-
- 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
- H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
- H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
- H02P25/022—Synchronous motors
- H02P25/024—Synchronous motors controlled by supply frequency
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、無人潜水艇の推進モータなどに使用される
永久磁石同期式水中モータの回転制御に好適な永久磁石
同期モータ駆動回路に関する。
永久磁石同期式水中モータの回転制御に好適な永久磁石
同期モータ駆動回路に関する。
［従来の技術］ この種の無人潜水艇は、ダムの底部など人間の進入が困
難な水中に、テレビカメラを持ち込むためのもので、こ
れを推進するための水中モータは、一般に、電力送電用
ケーブルによって地上側装置と接続され、地上からの遠
隔操作によって運転される。従って、潜水艇走行中の水
中走行抵抗の大部分は、この電力送電用ケーブルによる
ものであり、該ケーブルの径が小さければ小さいほど有
利である。
難な水中に、テレビカメラを持ち込むためのもので、こ
れを推進するための水中モータは、一般に、電力送電用
ケーブルによって地上側装置と接続され、地上からの遠
隔操作によって運転される。従って、潜水艇走行中の水
中走行抵抗の大部分は、この電力送電用ケーブルによる
ものであり、該ケーブルの径が小さければ小さいほど有
利である。
このため、水中モータとしては、電力送電線数が２本
（最小）で済む永久磁石式直流機が最適であり、この永
久磁石式直流機は、他にも、回転方向が可逆で速度範囲
も大きい、出力トルクが入力電流に比例するなどの利点
を有している。
（最小）で済む永久磁石式直流機が最適であり、この永
久磁石式直流機は、他にも、回転方向が可逆で速度範囲
も大きい、出力トルクが入力電流に比例するなどの利点
を有している。
永久磁石式直流機を水中モータとして使用する場合、水
圧に耐え、かつ小形軽量とするためには、液浸型のモー
タにする必要があるが、この場合、整流子に次のような
問題が生じた。
圧に耐え、かつ小形軽量とするためには、液浸型のモー
タにする必要があるが、この場合、整流子に次のような
問題が生じた。
（１）整流子が汚損する。
（２）ブラシと整流子との間に液膜が発生し、接触不良
となる。
となる。
（３）上記の理由によって、アークが発生し液の分解ガ
スが生じる。
スが生じる。
このため、ブラシならびに整流子の寿命が短く、保守を
頻繁に行わなければならなかった。
頻繁に行わなければならなかった。
そこで、第６図に示すような直流ブラシレス水中モータ
によって、上述した問題点を解決しようとした。この図
において、１は、電機子巻線U,V,Wと回転子２とからな
る永久磁石同期モータであり、各電機子巻線U,V,wに
は、インバータ３から励磁電流IU,IV,IWが供給されて、
回転磁界が形成され、永久磁石によって作られた回転子
２が回転するようになっている。
によって、上述した問題点を解決しようとした。この図
において、１は、電機子巻線U,V,Wと回転子２とからな
る永久磁石同期モータであり、各電機子巻線U,V,wに
は、インバータ３から励磁電流IU,IV,IWが供給されて、
回転磁界が形成され、永久磁石によって作られた回転子
２が回転するようになっている。
ここで、インバータ３は、MOSFET・Ti（ｉ＝1,2・・・
６）とダイオードDaiとを逆並列接続したものに、ダイ
オードDiを直列接続して形成したスイッチング素子Qiを
ブリッジ接続したもので、インバータ３の入力端には、
４つのダイオードDS1〜DS4からなる全波整流器DSが並列
接続されている。また、整流器DSには地上側の直流定電
流源５から、電源ケーブル６を介して直流電流が供給さ
れ、この直流電流の極性が極性判定器７によって判定さ
れる。
６）とダイオードDaiとを逆並列接続したものに、ダイ
オードDiを直列接続して形成したスイッチング素子Qiを
ブリッジ接続したもので、インバータ３の入力端には、
４つのダイオードDS1〜DS4からなる全波整流器DSが並列
接続されている。また、整流器DSには地上側の直流定電
流源５から、電源ケーブル６を介して直流電流が供給さ
れ、この直流電流の極性が極性判定器７によって判定さ
れる。
一方、上記回転子２の磁極位置は、ホールセンサー８に
よって検出され、検出出力がオン／オフ判定器９に供給
される。このオン／オフ判定器９は、極性判定器７の出
力によって回転子２の回転方向を決定するとともに、こ
の回転に必要な励磁電流IU,IV,IWを流すべく、スイッチ
ング素子Qiを120゜ずつ順次通電する。第７図は、この
制御における各部の波形を示すもので、同図（ａ）が正
転、（ｂ）が逆転時の波形である。なお、第７図中、V
U,VV,VWは、第６図に示すように、電機子巻線U,V,Wの電
源供給端と中性点NPとの間の各電圧である。
よって検出され、検出出力がオン／オフ判定器９に供給
される。このオン／オフ判定器９は、極性判定器７の出
力によって回転子２の回転方向を決定するとともに、こ
の回転に必要な励磁電流IU,IV,IWを流すべく、スイッチ
ング素子Qiを120゜ずつ順次通電する。第７図は、この
制御における各部の波形を示すもので、同図（ａ）が正
転、（ｂ）が逆転時の波形である。なお、第７図中、V
U,VV,VWは、第６図に示すように、電機子巻線U,V,Wの電
源供給端と中性点NPとの間の各電圧である。
このような構成において、直流定電流源５の極性を正／
逆と切り替えると、極性判定器７によってこれが検出さ
れ、スイッチング素子Qiの通電順序が逆転され、モータ
１の回転方向が反転される。また、電流を増減すること
によって、モータ１の速度を変化させることができる。
逆と切り替えると、極性判定器７によってこれが検出さ
れ、スイッチング素子Qiの通電順序が逆転され、モータ
１の回転方向が反転される。また、電流を増減すること
によって、モータ１の速度を変化させることができる。
［発明が解決しようとする問題点］ 上述した従来のインバータ回路は、一方向性のスイッチ
ング素子Q1〜Q6によって電流をオン／オフしているた
め、整流器DSを設けなければならなかった。このため、
水中モータは正転または逆転を継続しているときには、
全く問題がないものの、正転から逆転または逆転から正
転に切り替えるときに短絡モードが現れ、素子Q1〜Q6や
DS1〜DS4が破壊されてしまうという欠点があった。例え
ば、モータ正転中の時刻ta（第７図）に、電源の極性が
反転して逆転指令が与えられたとすると、それまでスイ
ッチング素子Q1とQ5とがオンしていたものが、Q2とQ4に
切り替えられ、Q1とQ5とがオフされる。この場合、直流
定電流源５からの電流は、DS2→Q2→Ｖ→Ｕ→Q4→DS3と
流れ、直流定電流源５へ戻る。ところが、切り替えられ
た瞬間モータ１は正転を維持するので、モータ誘起電圧
の発生状態は正転の時のままであり、この誘起電圧によ
って電機子巻線Ｕ→スイッチング素子Q4→整流器DS→Q2
→Ｖという短絡電流が上記の電流に重畳して流れてしま
い（直流定電流源５は高インピーダンスのため、短絡電
流とは独立に流れる）、短絡電流の経路に当たる素子
（上の例では、Q2,Q4,DS1〜DS4）が破壊されてしまうお
それがあった。
ング素子Q1〜Q6によって電流をオン／オフしているた
め、整流器DSを設けなければならなかった。このため、
水中モータは正転または逆転を継続しているときには、
全く問題がないものの、正転から逆転または逆転から正
転に切り替えるときに短絡モードが現れ、素子Q1〜Q6や
DS1〜DS4が破壊されてしまうという欠点があった。例え
ば、モータ正転中の時刻ta（第７図）に、電源の極性が
反転して逆転指令が与えられたとすると、それまでスイ
ッチング素子Q1とQ5とがオンしていたものが、Q2とQ4に
切り替えられ、Q1とQ5とがオフされる。この場合、直流
定電流源５からの電流は、DS2→Q2→Ｖ→Ｕ→Q4→DS3と
流れ、直流定電流源５へ戻る。ところが、切り替えられ
た瞬間モータ１は正転を維持するので、モータ誘起電圧
の発生状態は正転の時のままであり、この誘起電圧によ
って電機子巻線Ｕ→スイッチング素子Q4→整流器DS→Q2
→Ｖという短絡電流が上記の電流に重畳して流れてしま
い（直流定電流源５は高インピーダンスのため、短絡電
流とは独立に流れる）、短絡電流の経路に当たる素子
（上の例では、Q2,Q4,DS1〜DS4）が破壊されてしまうお
それがあった。
［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するためにこの発明は、正負双方向に
切り替え可能な可変電流を永久磁石同期モータへ供給す
る直流電流源と、前記永久磁石同期モータの回転子の磁
極位置を検出する磁極検出器と、複数のスイッチング素
子から構成され、前記磁極位置に応じて各スイッチング
素子を通電することにより前記永久磁石同期モータを駆
動するインバータとを具備して成る永久磁石同期モータ
駆動回路において、 前記直流電流源を前記インバータの入力端に直接接続す
るとともに、 前記インバータを構成する各スイッチング素子を、 ソースとソースおよびゲートとゲートとが接続され、か
つ各ドレインが前記スイッチング素子の両端をなす１対
のMOSFETから構成して、双方向性のスイッチング素子と
したことを特徴とする。
切り替え可能な可変電流を永久磁石同期モータへ供給す
る直流電流源と、前記永久磁石同期モータの回転子の磁
極位置を検出する磁極検出器と、複数のスイッチング素
子から構成され、前記磁極位置に応じて各スイッチング
素子を通電することにより前記永久磁石同期モータを駆
動するインバータとを具備して成る永久磁石同期モータ
駆動回路において、 前記直流電流源を前記インバータの入力端に直接接続す
るとともに、 前記インバータを構成する各スイッチング素子を、 ソースとソースおよびゲートとゲートとが接続され、か
つ各ドレインが前記スイッチング素子の両端をなす１対
のMOSFETから構成して、双方向性のスイッチング素子と
したことを特徴とする。
［作用］ 上記構成によれば、モータの回転中に直流電流源の極性
を切り替えると、該電源による励磁電流とモータの相電
圧とが逆位相となってモータに制動がかかり、反転力行
運転に移行する。このとき、切り替え前のモータの回転
を維持するよう生ずる誘起電圧による電流は、直流電流
源から供給される逆方向の電流によって打ち消される。
を切り替えると、該電源による励磁電流とモータの相電
圧とが逆位相となってモータに制動がかかり、反転力行
運転に移行する。このとき、切り替え前のモータの回転
を維持するよう生ずる誘起電圧による電流は、直流電流
源から供給される逆方向の電流によって打ち消される。
また、モータの出力トルクは、回転方向や回転速度によ
らず、直流電流源から供給される電流のみに比例する。
らず、直流電流源から供給される電流のみに比例する。
［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。第
１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。この図において、第６図の各部に対応する部分には
同一の符号を付し、説明を省略する。
１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。この図において、第６図の各部に対応する部分には
同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施例が第６図に示す従来のモータ駆動回路と異なる
点は以下の点である。
点は以下の点である。
（１）本実施例のインバータ13においては、第６図のイ
ンバータ３のスイッチング素子Qiに代わって、双方向性
のスイッチング素子Q1i（ｉ＝1,2・・・６）が使用され
ている。このスイッチング素子Q1iは、ソースとソース
およびゲートとゲートとが接続され、かつ各ドレインが
スイッチング素子Q1iの両端となる１対のMOSFET・T1iと
T2iと、このMOSFET・T1iに逆並列接続されたダイオード
D1iと、MOSFET・T2iに逆並列接続されたダイオードD2i
とから構成される。
ンバータ３のスイッチング素子Qiに代わって、双方向性
のスイッチング素子Q1i（ｉ＝1,2・・・６）が使用され
ている。このスイッチング素子Q1iは、ソースとソース
およびゲートとゲートとが接続され、かつ各ドレインが
スイッチング素子Q1iの両端となる１対のMOSFET・T1iと
T2iと、このMOSFET・T1iに逆並列接続されたダイオード
D1iと、MOSFET・T2iに逆並列接続されたダイオードD2i
とから構成される。
（２）整流器DSが除かれ、直流定電流源５の出力が電力
ケーブル６を介してインバータ13の入力端に直接供給さ
れている。
ケーブル６を介してインバータ13の入力端に直接供給さ
れている。
（３）オン／オフ判定器14には、ホールセンサー８の出
力のみが供給され、第６図の極性判定器７は除去されて
いる。
力のみが供給され、第６図の極性判定器７は除去されて
いる。
このような構成において、インバータ13の入力端の正の
直流電流Idcを供給し、スイッチング素子Q11〜Q16を第
２図に示すように順次通電すれば、励磁電流IU〜IWによ
って回転磁界が生じ、モータ１は正転する。この場合、
モータ１の回転数およびトルクは電流Idcによって定ま
る。
直流電流Idcを供給し、スイッチング素子Q11〜Q16を第
２図に示すように順次通電すれば、励磁電流IU〜IWによ
って回転磁界が生じ、モータ１は正転する。この場合、
モータ１の回転数およびトルクは電流Idcによって定ま
る。
次に、電流Idcの極性を逆転すると、励磁電流IU〜IWと
相電圧VU〜VWとの関係は第３図に示すように逆相関係と
なり、各電機子巻線U,V,Wに生じた誘起電圧は直流定電
流源５側に回生されモータ１に制動がかかる。この場
合、前記誘導電圧は極性逆転前の電流を維持しようとす
るが、直流定電流源５からの定電流Idcによて打ち消さ
れ、従来のような短絡電流を形成しない。こうして、モ
ータ１に制動がかかり、その後モータ１は第４図に示す
逆転力行運転に移行する。この時、ホールセンサー８か
らの出力順序も逆転するため、スイッチング素子Q1iの
点弧順序も逆となり、励磁電流IU〜IWと相電圧VU〜VWと
が同位相を保ちつつ逆転力行運転を行う。
相電圧VU〜VWとの関係は第３図に示すように逆相関係と
なり、各電機子巻線U,V,Wに生じた誘起電圧は直流定電
流源５側に回生されモータ１に制動がかかる。この場
合、前記誘導電圧は極性逆転前の電流を維持しようとす
るが、直流定電流源５からの定電流Idcによて打ち消さ
れ、従来のような短絡電流を形成しない。こうして、モ
ータ１に制動がかかり、その後モータ１は第４図に示す
逆転力行運転に移行する。この時、ホールセンサー８か
らの出力順序も逆転するため、スイッチング素子Q1iの
点弧順序も逆となり、励磁電流IU〜IWと相電圧VU〜VWと
が同位相を保ちつつ逆転力行運転を行う。
そして、再び電流Idcの極性を逆転して最初の状態に戻
すと、第５図に示すように、励磁電流IU〜IWと相電圧VU
〜VWとが逆位相となってモータ１に制動がかかり、直ぐ
に第２図に示す正転力行運転に移行する。この場合も、
電機子巻線U,V,Wに生じた誘起電圧は、すでに述べたよ
うにして打ち消され、短絡電流は、形成されない。
すと、第５図に示すように、励磁電流IU〜IWと相電圧VU
〜VWとが逆位相となってモータ１に制動がかかり、直ぐ
に第２図に示す正転力行運転に移行する。この場合も、
電機子巻線U,V,Wに生じた誘起電圧は、すでに述べたよ
うにして打ち消され、短絡電流は、形成されない。
上述した各運転において、スイッチング素子Q11〜Q16
は、双方向性スイッチとして機能し、電流Idcの極性切
り替え時に生じる誘起電圧による電流と、直流定電流源
５からの電流Idcとを同時に通電させ、誘起電圧による
電流を消滅させる。
は、双方向性スイッチとして機能し、電流Idcの極性切
り替え時に生じる誘起電圧による電流と、直流定電流源
５からの電流Idcとを同時に通電させ、誘起電圧による
電流を消滅させる。
こうして、本実施例においては、インバータ13の入力側
に整流器をもたず、かつインバータ13のスイッチング素
子Q11〜Q16を双方向性としたから、インバータ13の入力
側では電流、電圧共に正、負の値をとることができる。
この結果、各スイッチング素子Q11〜Q16のオン／オフ
は、トルクの正負によらず、回転子２の回転角のみで決
まり、また、トルクの大きさは入力直流電流Idcに比例
する。すなわち、本実施例による永久磁石同期モータ駆
動回路を用いれば、ブラシと整流子とを有する従来の永
久磁石式直流機と同様に、双方向直流入力電流に比例し
たトクルを出力し、かつ完全４象限運転を行うことが可
能となる。
に整流器をもたず、かつインバータ13のスイッチング素
子Q11〜Q16を双方向性としたから、インバータ13の入力
側では電流、電圧共に正、負の値をとることができる。
この結果、各スイッチング素子Q11〜Q16のオン／オフ
は、トルクの正負によらず、回転子２の回転角のみで決
まり、また、トルクの大きさは入力直流電流Idcに比例
する。すなわち、本実施例による永久磁石同期モータ駆
動回路を用いれば、ブラシと整流子とを有する従来の永
久磁石式直流機と同様に、双方向直流入力電流に比例し
たトクルを出力し、かつ完全４象限運転を行うことが可
能となる。
［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、以下の効果を
奏することができる。
奏することができる。
（ａ）モータの回転中に直流電流源の極性を切り替える
と、該電源による励磁電流とモータの相電圧とが逆位相
となってモータに制動がかかり、反転力行運転に移行す
る。
と、該電源による励磁電流とモータの相電圧とが逆位相
となってモータに制動がかかり、反転力行運転に移行す
る。
（ｂ）上記電源極性の切り替え時に、該切り替え前のモ
ータの回転を維持するよう生ずる誘起電圧による電流
は、直流電流源から供給される逆方向の電流によって打
ち消される。これにより、各スイッチング素子に短絡電
流が流れるという不都合が解消され、各スイッチング素
子を保護することができる。
ータの回転を維持するよう生ずる誘起電圧による電流
は、直流電流源から供給される逆方向の電流によって打
ち消される。これにより、各スイッチング素子に短絡電
流が流れるという不都合が解消され、各スイッチング素
子を保護することができる。
（ｃ）モータの出力トルクは、回転方向や回転速度によ
らず、直流電流源から供給される電流のみに比例するの
で、該電流を制御することによりトルク制御を行うこと
ができる。これにより、完全４象限運転を行うことがで
きる。
らず、直流電流源から供給される電流のみに比例するの
で、該電流を制御することによりトルク制御を行うこと
ができる。これにより、完全４象限運転を行うことがで
きる。
第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図、第
２図〜第５図は、同実施例の動作を説明するための波形
図、第６図は従来の永久磁石同期モータ駆動回路の構成
を示すブロック図、第７図は同回路の動作を説明するた
めの波形図である。 １……モータ、２……回転子、3,13……インバータ、５
……直流定電流源、D1i,D2i（ｉ＝1,2・・６）……ダイ
オード、DS……整流器、Q1i……スイッチング素子、T1
i,T2i……MOSFET。
２図〜第５図は、同実施例の動作を説明するための波形
図、第６図は従来の永久磁石同期モータ駆動回路の構成
を示すブロック図、第７図は同回路の動作を説明するた
めの波形図である。 １……モータ、２……回転子、3,13……インバータ、５
……直流定電流源、D1i,D2i（ｉ＝1,2・・６）……ダイ
オード、DS……整流器、Q1i……スイッチング素子、T1
i,T2i……MOSFET。
Claims (1)
- 【請求項１】正負双方向に切り替え可能な可変電流を永
久磁石同期モータへ供給する直流電流源と、前記永久磁
石同期モータの回転子の磁極位置を検出する磁極検出器
と、複数のスイッチング素子から構成され、前記磁極位
置に応じて各スイッチング素子を通電することにより前
記永久磁石同期モータを駆動するインバータとを具備し
て成る永久磁石同期モータ駆動回路において、 前記直流電流源を前記イバータの入力端に直接接続する
とともに、 前記インバータを構成する各スイッチング素子を、 ソースとソースおよびゲートとゲートとが接続され、か
つ各ドレインが前記スイッチング素子の両端をなす１対
のMOSFETから構成して、双方向性のスイッチング素子と
したことを特徴とする永久磁石同期モータ駆動回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59252471A JPH0757117B2 (ja) | 1984-11-29 | 1984-11-29 | 永久磁石同期モ−タ駆動回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59252471A JPH0757117B2 (ja) | 1984-11-29 | 1984-11-29 | 永久磁石同期モ−タ駆動回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61132095A JPS61132095A (ja) | 1986-06-19 |
| JPH0757117B2 true JPH0757117B2 (ja) | 1995-06-14 |
Family
ID=17237840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59252471A Expired - Lifetime JPH0757117B2 (ja) | 1984-11-29 | 1984-11-29 | 永久磁石同期モ−タ駆動回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0757117B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0351032Y2 (ja) * | 1987-02-05 | 1991-10-31 | ||
| CH678377A5 (en) * | 1989-02-27 | 1991-08-30 | Johnson Electric Sa | Three=phase brushless motor operating directly from DC supply - uses MOSFET inverting transistors with hall-effect detectors controlling commutation and diodes ensuring correct phase transitions |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5535951B2 (ja) * | 1974-01-31 | 1980-09-17 | ||
| JPS5227328A (en) * | 1975-08-27 | 1977-03-01 | Hitachi Ltd | Data transfer system of communication control unit |
| JPS5671122A (en) * | 1979-11-14 | 1981-06-13 | Nec Corp | Alternating current inductive load control circuit |
| JPS5728573A (en) * | 1980-07-24 | 1982-02-16 | Toshiba Corp | Controlling method of multiplied inverter |
-
1984
- 1984-11-29 JP JP59252471A patent/JPH0757117B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61132095A (ja) | 1986-06-19 |
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