JPH09121581A - 同期電動機の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 同期電動機の制御装置を安価なものとするこ
とができる同期電動機の制御方法を提供する。 【解決手段】 同期電動機１に付設した整流センサ２お
よび速度発電機３から出力信号を取り出し、同期電動機
１の回転数が所定回転数以下、もしくは速度発電機３の
出力レベルが所定値以下の低速回転時に整流センサ２の
出力信号に基づいて同期電動機１を通電制御し、同期電
動機１の回転数が所定回転数を超える、もしくは速度発
電機３の出力レベルが所定値を超える高速回転時に速度
発電機３の出力信号に基づいて同期電動機１を通電制御
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電気自動車用メ
インモータ、産業用制御モータ等の同期電動機を駆動す
るための同期電動機の制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７に従来の同期電動機の制御装置のブ
ロック図を示す。この同期電動機の制御装置は、図７に
示すように、電気自動車用メインモータ、産業用制御モ
ータ等として使用される同期電動機５１に回転子の回転
位置を検出するためのエンコーダ５２を付設している。
このエンコーダ５２は、回転子と連動回転する例えば遮
光皮膜を設けたガラス製の円盤の周縁部に全周にわたっ
てＡ相信号およびＡ相信号に対して位相が９０度ずれた
Ｂ相信号を作成するための多数個の透光部を等間隔に形
成するとともに、上記円盤の周縁部に回転子の基準位置
に対応したＺ相信号（零相信号）を作成するための１個
の透光部を形成してあり、円盤の両透光部形成部位を両
側から挾むように発光ダイオード等の発光素子およびホ
トダイオード等の受光素子をそれぞれ対向状態で固定配
置した構造となっている。

【０００３】そして、エンコーダ５２から出力されるＡ
相信号ＥＮＡ，Ｂ相信号ＥＮＢおよびＺ相信号ＥＮＺは
後述の波形メモリ５４のアドレス発生手段となるアップ
ダウンカウンタ５３に送られる。なお、同期電動機５１
の回転子が一方向に回転しているときは、例えばＡ相信
号ＥＮＡがＢ相信号ＥＮＢに比べて９０度進相となり、
回転子が反対方向に回転しているときは、例えばＡ相信
号ＥＮＡがＢ相信号ＥＮＢに比べて９０度遅相となる。

【０００４】アップダウンカウンタ５３は、エンコーダ
５２から送られるＡ相信号ＥＮＡ，Ｂ相信号ＥＮＢおよ
びＺ相信号ＥＮＺを入力とし、Ｚ相信号ＥＮＺのパルス
入力に応答してカウント値をリセットするとともに、Ａ
相信号ＥＮＡがＢ相信号ＥＮＢより９０度進んでいると
きにＡ相信号ＥＮＡおよびＢ相信号ＥＮＢのパルスの立
ち上がりおよび立ち下がりでアップカウントし、Ａ相信
号ＥＮＡがＢ相信号ＥＮＢより９０度遅れているときに
Ａ相信号ＥＮＡおよびＢ相信号ＥＮＢの立ち上がりおよ
び立ち下がりでパルスでダウンカウントし、出力として
のカウント値は、上記したように波形メモリ５４に対し
てアドレスとして供給されるが、同期電動機５１の回転
子の基準位置からの回転角度に対応して増加もしくは減
少する。

【０００５】波形メモリ５４は、１サイクル分の３相の
正弦波のうちの２相分の波形データを書き込んだＲＯＭ
からなり、アップダウンカウンタ５３のカウント値をア
ドレス入力として同期電動機５１の回転子の基準位置か
らの回転角度に対応した２相分（例えば、Ｕ相およびＶ
相）の波形データを読み出す。なお、この波形メモリ５
４には３相分の波形データを書き込んでおいてもよい。

【０００６】デジタル・アナログ変換器５５，５６は、
波形メモリ５４から逐次読み出される２相分（例えば、
Ｕ相およびＶ相）の波形データをアナログ電圧値に変換
することにより正弦波形のＵ相およびＶ相の通電目標電
流信号ｉ_U ^* ，ｉ_v ^* を作成する。信号合成器５７は、
Ｕ相およびＶ相の通電目標電流信号ｉ_U ^* ，ｉ_v ^* を加
算合成して正弦波形のＷ相の通電目標電流信号ｉ_W ^* を
作成する。波形メモリ５４に３相分の波形データを書き
込んである場合においては、波形メモリ５４からＷ相の
波形データを読み出し、もう一つ追加したデジタル・ア
ナログ変換器に入力することでＷ相の通電目標電流信号
ｉ_W ^* を作成することができ、信号合成器５７は不要と
なる。

【０００７】ドライバ５８は、デジタル・アナログ変換
器５５，５６および信号合成器５７より供給されるＵ
相，Ｖ相およびＷ相の通電目標電流信号ｉ_U ^* ，
ｉ_v ^* ，ｉ_W ^* に基づいて同期電動機５１にＵ相，Ｖ相
およびＷ相の各相の駆動電流ｉ_U ，ｉ _v ，ｉ_W を供給す
る。通常は駆動電流ｉ_U ，ｉ_v ，ｉ_W としては通電目標
電流信号ｉ_U ^* ，ｉ_v ^* ，ｉ_W ^* とそれぞれ同相の電流
成分のみが同期電動機５１に供給されるが、通電目標電
流信号ｉ_U ^* ，ｉ_v ^* ，ｉ_W ^* に対して９０度ずれた電
流成分も合わせて供給し、同相成分と９０度位相差成分
との振幅比を調整することにより弱め界磁制御を行うこ
とができ、同期電動機５１の回転数−トルク特性を通常
駆動時とは変更することができる。

【０００８】なお、同期電動機５１の回転検出のために
エンコーダに代えて、レゾルバが使用される場合もあ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、同期電
動機５１を例えば弱め界磁制御を行う場合等のように、
正弦波で駆動制御しようとすると、波形メモリ５４から
波形データ読み出すために、同期電動機５１の回転子の
回転位置に対応した細かい位相情報が必要であり、その
ために、エンコーダ５２あるいはレゾルバが必要となっ
ている。しかしながら、エンコーダ５２やレゾルバは高
価であり、同期電動機の制御装置が高価になり、したが
って同期電動機５１を組み込んだ電気自動車や産業用機
器等のコストを高いものとしていた。

【００１０】したがって、この発明の目的は、同期電動
機の制御装置を安価なものと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である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の同期電動
機の制御方法は、同期電動機に付設した整流センサおよ
び速度発電機から出力信号を取り出し、同期電動機の回
転数が所定回転数以下の低速回転時に整流センサの出力
信号に基づいて同期電動機を通電制御し、同期電動機の
回転数が所定回転数を超える高速回転時に速度発電機の
出力信号に基づいて同期電動機を通電制御する。同期電
動機の回転数が所定回転数以下の低速回転時には、速度
発電機の出力信号のレベルが十分でないので、回転速度
にかかわらず必要なレベルが得られる整流センサの出力
信号に基づいて同期電動機を通電制御する。一方、同期
電動機の回転数が所定回転数を超える高速回転時には、
速度発電機の出力信号のレベルが十分に増加するので、
速度発電機の出力信号に基づいて同期電動機を通電制御
する。この際、速度発電機の出力信号からは細かな回転
位相情報が得られるので、同期電動機の駆動電流の高速
応答・高精度の位相制御が可能となる。

【００１２】請求項２記載の同期電動機の制御方法は、
同期電動機に付設した整流センサおよび速度発電機から
出力信号を取り出し、速度発電機の出力信号が所定レベ
ル以下の低レベルとなるときに整流センサの出力信号に
基づいて同期電動機を通電制御し、速度発電機の出力信
号が所定レベルを超える高レベルとなるときに速度発電
機の出力信号に基づいて同期電動機を通電制御する。同
期電動機の回転数が所定回転数以下の低速回転時には、
速度発電機の出力信号のレベルが十分でないので、回転
速度にかかわらず必要なレベルが得られる整流センサの
出力信号に基づいて同期電動機を通電制御する。一方、
同期電動機の回転数が所定回転数を超える高速回転時に
は、速度発電機の出力信号のレベルが十分に増加するの
で、速度発電機の出力信号に基づいて同期電動機を通電
制御する。この際、速度発電機の出力信号からは細かな
回転位相情報が得られるので、同期電動機の駆動電流の
高速応答・高精度の位相制御が可能となる。

【００１３】請求項３記載の同期電動機の制御方法は、
請求項１または請求項２記載の同期電動機の制御方法に
おいて、速度発電機の出力信号による同期電動機の通電
制御における零相信号を、整流センサの出力信号を基準
として作成する。速度発電機の出力信号は同期電動機の
回転に応答した周波数の信号を発生するだけであり、速
度発電機の出力信号による同期電動機の通電制御には、
回転子の基準位置に対応した零相信号が必要となるが、
この零相信号を整流センサの出力信号から得ることがで
き、専用の零相信号の検出手段は不要である。

【００１４】請求項４記載の同期電動機の制御方法は、
請求項３記載の同期電動機の制御方法において、零相信
号は基準相の３０度の位相に相当するタイミングで発生
させる。基準相の３０度の位相に相当するタイミングで
零相信号を発生させるものとすると、整流センサの出力
信号の基準相の波形に対して遅延処理を施すことなく立
ち上がりもしく立ち下がりを検出する処理をするだけで
零相信号を作成することができる。

【００１５】請求項５記載の同期電動機の制御方法は、
請求項１または請求項２記載の同期電動機の制御方法に
おいて、整流センサの出力信号に基づいて作成する制御
信号が矩形波信号であり、速度発電機の出力信号に基づ
いて作成する制御信号が正弦波信号である。したがっ
て、同期発電機は、低速回転時は矩形波駆動され、高速
回転時は正弦波駆動されることになる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の同期電動機の制
御方法における実施の形態を図１に基づいて説明する。
図１にこの発明の実施の形態における同期電動機の制御
方法を実施する同期電動機の制御装置のブロック図を示
す。この同期電動機の制御装置は、図１に示すように、
電気自動車用メインモータ、産業用制御モータ等として
使用される同期電動機１の回転子の回転位置を検出する
ための整流センサ（Commutation Sensor）２と速度発電
機（ＦＧ；Frequency Generator ）３とを付設してい
る。整流センサ２としては、例えば同期電動機１のメイ
ンマグネットの回転に伴う磁束の変化をホール素子で検
出する構造、あるいは後述する電磁的な手段で同期電動
機１の回転子の回転位置を検出する構造のものが採用さ
れる。また、速度発電機３としては、多極の発電機、例
えばステップモータを発電機として利用する構造、また
は通常のパターンコイル形式のＦＧが採用される。

【００１７】整流センサ２は、回転子の回転位置に応じ
た３相の出力信号ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３を出力する。
この整流センサ２の３相の出力信号ＣＳ１，ＣＳ２，Ｃ
Ｓ３は、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すような矩形
波信号に波形整形されて利用される。３相の出力信号Ｃ
Ｓ１，ＣＳ２，ＣＳ３は矩形波信号として出力されるも
のもあり、この場合は波形整形は省ける。同図におい
て、基準相（Ｕ相）に対応した出力信号ＣＳ１は、０度
から１８０度までは“１”レベルとなり、１８０度から
３６０度までは“０”レベルとなる。また、出力信号Ｃ
Ｓ２は、０度から１２０度までは“０”レベルとなり、
１２０度から３００度までは“１”レベルとなり、３０
０度から３６０度までは“０”レベルとなる。また、出
力信号ＣＳ３は、０度から６０度までは“１”レベル
で、６０度から２４０度までは“０”レベルで、２４０
度から３６０度までは“１”レベルとなる。つまり、３
相の出力信号ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３は互いに１２０度
の位相差をもっている。

【００１８】一方、速度発電機３は、同期電動機１と連
動回転することにより発電を行うもので、多極構造（極
数は５０〜３００程度）となっており、そのＡ相，Ｂ相
の２相の出力信号ＦＧＡ，ＦＧＢは、回転子の回転速度
に比例した周波数で、かつ回転速度が増加するにつれて
振幅が増大する正弦波状の信号であり、図２（ｄ），
（ｅ）に示すように、矩形波信号に波形整形されて利用
され、回転子が一方向に回転しているときはＡ相信号Ｆ
ＧＡがＢ相信号ＦＧＢに比べて９０度進相となり、回転
子が反対方向に回転しているときはＡ相信号ＦＧＡがＢ
相信号ＦＧＢに比べて９０度遅相となり、Ａ相信号ＦＧ
ＡとＢ相信号ＦＧＢの位相関係で同期電動機１の回転方
向を判別できるようになっている。なお、２相の出力信
号ＦＧＡ，ＦＧＢとしては、矩形波信号が出力されるも
のもあり、この場合は波形整形は省ける。

【００１９】電圧判定回路４は、速度発電機３から出力
される例えばＡ相の出力信号ＦＧＡの整形前のレベルを
所定のしきい値と比較する。このしきい値は、Ｓ／Ｎ比
が十分に得られて速度発電機３の出力信号ＦＧＡ，ＦＧ
Ｂを同期電動機１の制御に供することが可能となるレベ
ルに設定される。そして、速度発電機３の出力信号ＦＧ
Ａの出力レベルがしきい値以下のとき、つまり速度発電
機３の回転数が所定回転数以下のときに、ゲート５を導
通させ、ゲート６，７を遮断する。また、速度発電機３
の出力信号ＦＧＡの出力レベルがしきい値を超えたと
き、つまり速度発電機３の回転数が所定回転数を超えた
ときに、ゲート５を遮断し、ゲート６，７を導通させ
る。つまり、速度発電機３の出力信号ＦＧＡの出力レベ
ルがしきい値以下のとき、つまり速度発電機３の回転数
が所定回転数以下のときには、整流センサ２から出力さ
れる３相の出力信号ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３に基づいて
同期電動機１を制御し、速度発電機３の出力信号ＦＧＡ
の出力レベルがしきい値を超えたとき、つまり速度発電
機３の回転数が所定回転数を超えたときには、速度発電
機３から出力される２相の出力信号ＦＧＡ，ＦＧＢに基
づいて同期電動機１を制御することになる。以下、この
点について詳しく説明する。

【００２０】波形メモリ８は、例えばＲＯＭから構成さ
れており、同期電動機１を駆動制御するための１サイク
ル分の３相の矩形波のうちの２相（例えば、Ｕ相および
Ｖ相）の波形データと同じく１サイクル分の３相の正弦
波のうちの２相（例えば、Ｕ相およびＶ相）の波形デー
タとが異なるアドレスに格納されている。当然、３相分
の波形データを格納してあってもよい。

【００２１】矩形波アドレス発生回路９は、整流センサ
２から出力される３相の出力信号ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ
３を入力として、波形メモリ８に対して矩形波の波形デ
ータを読み出すためのアドレスを出力する。このアドレ
スは、整流センサ２の３相の出力信号ＣＳ１，ＣＳ２，
ＣＳ３の１サイクル期間における各相のレベルの
“１”，“０”の組み合わせに対応して異なる値をと
り、図３において、６０度ずつのからまでの区間毎
に異なるアドレスを発生することになる。

【００２２】矩形波アドレス発生回路９から出力される
アドレスは、速度発電機３の出力信号ＦＧＡの出力レベ
ルがしきい値以下のとき、つまり速度発電機３の回転数
が所定回転数以下のときには、ゲート５が導通するの
で、オアゲート１０を通して波形メモリ８に入力される
ことになる。この結果、波形メモリ８から同期電動機１
の回転に応じた位相で矩形波の波形データが出力される
ことになる。

【００２３】デジタル・アナログ変換器１１，１２は、
波形メモリ８から逐次読み出される２相分（例えば、Ｕ
相およびＶ相）の波形データをアナログ電圧値に変換す
ることにより矩形波形のＵ相およびＶ相の通電目標電流
信号ｉ_U ^* ，ｉ_v ^* を作成する。信号合成器１３は、Ｕ
相およびＶ相の通電目標電流信号ｉ_U ^* ，ｉ_v ^* を加算
合成して矩形波形のＷ相の通電目標電流信号ｉ_W ^* を作
成する。波形メモリ８に３相分の波形データを書き込ん
である場合においては、波形メモリ８からＷ相の波形デ
ータを読み出し、もう一つ追加したデジタル・アナログ
変換器に入力することでＷ相の通電目標電流信号ｉ_W ^*
を作成することができ、信号合成器１３は不要となる。
図３（ｄ），（ｅ），（ｆ）には図３（ａ），（ｂ），
（ｃ）の３相の矩形波信号ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３に基
づいて作成されるＵ相，Ｖ相およびＷ相の通電目標電流
信号ｉ_U ^* ，ｉ_v ^* ，ｉ_W ^* を示している。

【００２４】ドライバ１４は、デジタル・アナログ変換
器１１，１２および信号合成器１３より供給されるＵ
相，Ｖ相およびＷ相の通電目標電流信号ｉ_U ^* ，
ｉ_v ^* ，ｉ_W ^* に基づいて同期電動機１にＵ相，Ｖ相お
よびＷ相の各相の駆動電流ｉ_U ，ｉ_v，ｉ_W を供給す
る。このとき、同期電動機１は、図３（ｄ），（ｅ），
（ｆ）の波形でわかるように、１８０度のうちの両側の
３０度期間は通電を停止し中央の１２０度期間は一定電
流を通電する１２０度通電の矩形波駆動が行われる。

【００２５】一方、速度発電機３の出力信号ＦＧＡの出
力レベルがしきい値を超えたとき、つまり速度発電機３
の回転数が所定回転数を超えたときには、ゲート６，７
が導通するので、図２（ｄ），（ｅ）に示すような速度
発電機３から出力される２相の出力信号ＦＧＡ，ＦＧＢ
がアップダウンカウンタ１５に入力される。零相パルス
発生回路１６には、整流センサ２からは基準相であるＡ
相の出力信号ＣＳ１が常時入力されていて、図３（ｇ）
に示すように、Ａ相の出力信号ＣＳ１の立ち上がりのタ
イミングで１個のパルスを生じるＺ相信号ＣＳＺを出力
することになり、このＺ相信号ＣＳＺもアップダウンカ
ウンタ１５に入力される。

【００２６】この結果、アップダウンカウンタ１５は、
Ｚ相信号ＣＳＺのパルス入力に応答してカウント値をリ
セットするとともに、Ａ相信号ＦＧＡがＢ相信号ＦＧＢ
より９０度進んでいるときにＡ相信号ＦＧＡおよびＢ相
信号ＦＧＢのパルスの立ち上がりおよび立ち下がりでア
ップカウントし、Ａ相信号ＦＧＡがＢ相信号ＦＧＢより
９０度遅れているときにＡ相信号ＦＧＡおよびＢ相信号
ＦＧＢのパルスの立ち上がりおよび立ち下がりでダウン
カウントし、出力としてのカウント値は、オアゲート１
０を通し波形メモリ８に対してアドレスとして供給され
るが、同期電動機１の回転子の基準位置からの回転角度
に対応して増加もしくは減少することになる。この結
果、波形メモリ８からアップダウンカウンタ１５のカウ
ント値をアドレス入力として同期電動機１の回転子の基
準位置からの回転角度に対応した２相分（例えば、Ｕ相
およびＶ相）の波形データが読み出される。

【００２７】デジタル・アナログ変換器１１，１２は、
波形メモリ８から逐次読み出される２相分（例えば、Ｕ
相およびＶ相）の波形データをアナログ電圧値に変換す
ることにより正弦波形のＵ相およびＶ相の通電目標電流
信号ｉ_U ^* ，ｉ_v ^* を作成する。信号合成器１３は、Ｕ
相およびＶ相の通電目標電流信号ｉ_U ^* ，ｉ_v ^* を加算
合成して正弦波形のＷ相の通電目標電流信号ｉ_W ^* を作
成する。波形メモリ８に３相分の波形データを書き込ん
である場合においては、波形メモリ８からＷ相の波形デ
ータを読み出し、もう一つ追加したデジタル・アナログ
変換器に入力することでＷ相の通電目標電流信号ｉ_W ^*
を作成することができ、信号合成器１３は不要となる。
図２（ｆ），（ｇ），（ｈ）に、デジタル・アナログ変
換器１１，１２および信号合成器１３から出力される正
弦波状のＵ相，Ｖ相およびＷ相の通電目標電流信号ｉ_U
^* ，ｉ_v ^* ，ｉ_v ^* の波形を示す。なお、図２（ａ），
（ｂ），（ｃ）には、矩形波状のＵ相，Ｖ相およびＷ相
の通電目標電流信号ｉ_U ^*，ｉ_v ^* ，ｉ_v ^* の波形を合
わせて示し、同期電動機１の低速回転時と高速回転時と
における通電目標電流信号ｉ_U ^* ，ｉ_v ^* ，ｉ_v ^* の位
相関係が明確になるようにしている。

【００２８】ドライバ１４は、デジタル・アナログ変換
器１１，１２および信号合成器１３より供給されるＵ
相，Ｖ相およびＷ相の通電目標電流信号ｉ_U ^* ，
ｉ_v ^* ，ｉ_W ^* に基づいて同期電動機１にＵ相，Ｖ相お
よびＷ相の各相の駆動電流ｉ_U ，ｉ_v，ｉ_W を供給す
る。通常は駆動電流ｉ_U ，ｉ_v ，ｉ_W としては通電目標
電流信号ｉ_U ^* ，ｉ_v ^* ，ｉ_W ^* とそれぞれ同相の電流
成分のみが同期電動機１に供給される。なお、通電目標
電流信号ｉ_U ^* ，ｉ_v ^* ，ｉ_W ^* に対して９０度ずれた
電流成分も合わせて供給し、同相成分と９０度位相差成
分との振幅比を調整することにより正弦波の位相制御に
よる弱め界磁制御を行うことができ、同期電動機１の回
転数−トルク特性を通常時とは変更することができる。

【００２９】図４は図１の同期電動機の制御装置に使用
する速度発電機の構造の一例を示す概略図である。この
速度発電機は、同期電動機の回転軸と連動回転する外周
縁に多数の櫛歯状の凹凸を有する磁石回転子３１と、こ
の磁石回転子３１を包囲する状態に固定配置したリング
状のヨーク３２と、このヨーク３２に内向きに突設され
て磁石回転子３１に対向しかつ先端部に磁石回転子３１
と同じピッチの櫛歯状の凹凸を有する４個の磁極３３〜
３６と、４個の磁極に巻装した４個の巻線３７〜４０と
からなる。

【００３０】４個の磁極３３〜３６のうち、２個の磁極
３３，３５は磁石回転子３１の凹凸に対して同じ位相関
係に配置され、残りの２個の磁極３４，３６も磁石回転
子３１の凹凸に対して同じ位相関係に配置され、磁極３
３と磁極３４および磁極３５と磁極３６とは磁石回転子
３１の凹凸に対して９０度ずれた位相関係に配置されい
る。

【００３１】磁極３３，３５に巻装された巻線３７，３
９はＡ相信号を取り出すもので、直列接続され、それら
の両端には同期電動機の回転子の回転速度に比例した周
波数で、かつ回転速度の増加とともに振幅が増大する交
流電圧が現れることになる。また、磁極３４，３６に巻
装された巻線３８，４０はＢ相信号を取り出すもので、
直列接続されており、それらの両端には同期電動機の回
転子の回転速度に比例した周波数で、かつ回転速度の増
加とともに振幅が増大する交流電圧が現れることにな
り、この電圧は巻線３７，３９に現れる電圧とは位相が
９０度ずれている。

【００３２】上記した周波数発電機は、ある程度回転数
が上がった高速回転時の使用を前提にしているため、パ
ルスの多い、つまり分解能の高い構造のものでも、十分
高い信号レベルを得ることができ、Ｓ／Ｎ比は良好であ
り、同期電動機の制御の際に、パルスの検出抜け等が生
じることはなく、精度よく同期電動機の制御を行うこと
ができるものである。しかも、コスト的には、エンコー
ダに比べて十分に低く、また電磁式であって半導体素子
を使用しないため、耐熱性も良好である。

【００３３】図５は図１の同期電動機の制御装置に使用
する整流センサの構造の一例を示す概略図である。この
整流センサは、同期電動機の回転軸と連動回転する磁性
体の回転子２０と、この回転子２０を包囲する状態に固
定配置したリング状のヨーク２１と、ヨーク２１に内向
きに突設されて回転子２０に対向した３個の励磁用磁極
２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃと、ヨーク２１に内向きに突設
されて回転子２０に対向した３個の検出用磁極２３Ａ，
２３Ｂ，２３Ｃと、励磁用磁極２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ
に巻装した励磁用巻線２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃと、検出
用磁極２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃに巻装した検出用巻線２
５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃとからなる。

【００３４】３個の励磁用磁極２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ
は、同期電動機の電機子に対して所定の位相関係に配置
され、互いに１２０度の位相差をもって配置されてい
る。同様に、３個の検出用磁極２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ
は、同期電動機の電機子に対して所定の位相関係に配置
され、互いに１２０度の位相差をもって配置されてい
る。３個の励磁用磁極２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃと３個の
検出用磁極２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃは、６０度の位相差
を互いに６０度の位相差をもって配置されている。つま
り、６個の磁極を６０度ずつずらして配置し、そのうち
の１つおきの３個を励磁磁極２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃと
し、残りの３個を検出用磁極２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃと
している。

【００３５】そして、励磁用巻線２４Ａ，２４Ｂ，２４
Ｃを並列に接続し、これらの励磁用巻線２４Ａ，２４
Ｂ，２４Ｃに高周波電源２６から高周波電流を流して励
磁用磁極２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃを高周波励磁すると、
回転子２０と検出用磁極２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃとの位
置関係によって決まる高周波電圧Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３が検
出用巻線２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃから誘起し、回転子２
０が回転すると、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すよ
うに、誘起する高周波電圧Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の包絡線が
正弦波状に変化し、検出用巻線２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ
から誘起する高周波電圧Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の包絡線の位
相は、ちょうど１２０ずつ位相のずれたものとなる。こ
の図６（ａ），（ｂ），（ｃ）の波形を検波し、所定の
しきい値で波形整形することにより、図３（ａ），
（ｂ），（ｃ）に示したような整流センサ３の出力信号
ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３のような波形が得られる。

【００３６】速度発電機は回転が止まると出力電圧も無
くなるが、上記図５のような構造にすると、同期電動機
の回転速度とは無関係に、同期電動機の回転子の位置の
みによってに出力レベルが変化するものであり、回転子
が静止していても位置に応じた出力を取り出すことがで
き、整流センサとして使用することができるのである。

【００３７】このように、図５の構造の整流センサは、
分解能は低いが、静止状態でも出力を取り出すことがで
き、電磁式の構造であり、安価であり、耐熱性も十分に
あり、高温下でも使用が可能である。以上に述べたよう
に、この同期電動機の制御装置では、同期電動機１に付
設した整流センサ２から３相の出力信号ＣＳ１，ＣＳ
２，ＣＳ３を取り出すとともに、速度発電機３から２相
の出力信号ＦＧＡ，ＦＧＢを取り出し、同期電動機１の
回転数が所定回転数以下の低速回転時、つまり出力信号
ＦＧＡが所定レベル以下のときに３相の出力信号ＣＳ
１，ＣＳ２，ＣＳ３に基づいて同期電動機１を通電制御
し、同期電動機１の回転数が所定回転数を超える高速回
転時、つまり速度発電機３の出力信号ＦＧＡが所定レベ
ルを超えるときに２相の出力信号ＦＧＡ，ＦＧＢに基づ
いて同期電動機１を通電制御する。

【００３８】つまり、同期電動機１の回転数が所定回転
数以下の低速回転時には、速度発電機３の出力信号ＦＧ
Ａ，ＦＧＢのレベルが十分でないので、同期電動機１の
制御には使用せず、このときは回転速度にかかわらず必
要なレベルが得られる整流センサ２の出力信号ＣＳ１，
ＣＳ２，ＣＳ３に基づいて同期電動機１を通電制御す
る。この整流センサ２の出力信号ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ
３からは細かな回転位相情報は得られないので、低速回
転時は同期電動機１の駆動電流の高速応答・高精度の位
相制御は行わない。一方、同期電動機１の回転数が所定
回転数を超える高速回転時には、速度発電機３の出力信
号ＦＧＡ，ＦＧＢのレベルが十分に増加するので、速度
発電機３の出力信号ＦＧＡ，ＦＧＢを同期電動機１の制
御に使用可能となり、速度発電機３の出力信号ＦＧＡ，
ＦＧＢに基づいて同期電動機１を通電制御する。この
際、速度発電機３の出力信号ＦＧＡ，ＦＧＢからは細か
な回転位相情報が得られるので、同期電動機１の駆動電
流の高速応答・高精度の位相制御が可能となる。

【００３９】以上のように、整流センサ２の出力信号Ｃ
Ｓ１，ＣＳ２，ＣＳ３と速度発電機３の出力信号ＦＧ
Ａ，ＦＧＢとを用いて同期発電機１を制御しており、従
来例のエンコーダに比べて整流センサ２および速度発電
機３は安価に製造できるので、同期電動機の制御装置を
安価に製造することができる。また、整流センサと速度
発電機は、互いの欠点を補う形で使用するので、エンコ
ーダに劣らない分解能を得ることができる。また、整流
センサ２と速度発電機３はともに耐熱性のあるモータの
構造と類似したもので半導体素子を内蔵しないものを採
用することが可能で、同期電動機の制御装置として耐熱
性に優れたものを得ることができ、高い信頼性を得るこ
とができ、高温環境でも使用が可能となり、同期電動機
に内蔵することも可能となる。

【００４０】また、速度発電機３の出力信号ＦＧＡ，Ｆ
ＧＢによる同期電動機１の通電制御におけるＺ相信号
を、整流センサ２の出力信号ＣＳ１を基準として作成す
る。速度発電機３の出力信号ＦＧＡ，ＦＧＢは同期電動
機１の回転に応答した周波数の信号を発生するだけであ
り、速度発電機３の出力信号ＦＧＡ，ＦＧＢによる同期
電動機１の通電制御には、回転子の基準位置に対応した
Ｚ相信号が必要となるが、このＺ相信号を整流センサの
出力信号ＣＳ１から得ることができ、専用の零相信号の
検出手段は不要であり、低コストになる。

【００４１】また、Ｚ相信号は基準相の３０度の位相に
相当するタイミングで発生させているが、このように基
準相の３０度の位相に相当するタイミングでＺ相信号を
発生させるものとすると、整流センサ２の出力信号ＣＳ
１の波形に対して遅延処理を施すことなく立ち上がりも
しく立ち下がりを検出する処理をするだけでＺ相信号を
作成することができる。したがって、Ｚ相信号を作成す
る回路を安価に製造できる。

【００４２】なお、上記実施の形態では、速度発電機３
の２相の出力信号ＦＧＡ，ＦＧＢをそのままアップダウ
ンカウンタ１５に加えて、２相の出力信号ＦＧＡ，ＦＧ
Ｂの立ち上がりおよび立ち下がりでカウントアップおよ
びカウントダウンを行い、２相の出力信号ＦＧＡ，ＦＧ
Ｂの立ち上がりおよび立ち下がりで波形メモリ８から波
形データを読み出すもので、速度発電機３の極数によっ
て決まる周期でしか波形データを読み出すことができな
かったが、ソフトウェアにより構成されるタイマを用い
て、２相の出力信号ＦＧＡ，ＦＧＢの立ち上がりおよび
立ち下がりを補間するパルスを作成し、この補間により
作成したパルスもをアップダウンカウンタに加え、補間
パルスを含めた短い周期で波形メモリ８から波形データ
を読み出すことにより、きめ細かい制御を行うことが可
能である。なお、この場合、波形メモリ８に書き込む波
形データも、当然補間に対応させて、波形データを細か
く記憶させておく必要がある。

【００４３】また、上記実施の形態では、速度発電機３
の出力信号ＦＧＡを電圧判定回路４でレベル判定を行っ
てゲート５〜７を制御したが、電圧判定回路４に代え
て、例えば整流センサ２の出力信号の周波数を測定する
手段を設け、整流センサ２の出力信号の周波数が所定の
周波数より高いか低いかを判定し、その判定結果に基づ
いてゲート５〜７を制御してもよい。つまり、同期電動
機１の回転数を検出し、回転数の高低を判別し、その判
別結果に基づき、同期電動機の回転数が所定回転数以下
の低速回転時に整流センサの出力信号に基づいて同期電
動機を通電制御し、同期電動機の回転数が所定回転数を
超える高速回転時に速度発電機の出力信号に基づいて同
期電動機を通電制御するようにしてもよい。

【００４４】

【発明の効果】請求項１または請求項２記載の同期電動
機の制御方法によれば、整流センサの出力信号と速度発
電機の出力信号とを用いて同期発電機を制御するので、
同期電動機の制御装置を安価に製造することができる。
また、整流センサと速度発電機は互いの欠点を互いに補
う形で使用するので、エンコーダに劣らない分解能を得
ることができる。また、整流センサと速度発電機は耐熱
性のあるものを利用でき、同期電動機の制御装置として
耐熱性に優れたものを得ることができ、高い信頼性を得
ることができ、高温環境でも使用が可能となる。

【００４５】請求項３記載の同期電動機の制御方法によ
れば、請求項１の効果に加え、速度発電機の出力信号に
よる同期電動機の通電制御には、回転子の基準位置に対
応した零相信号が必要となるが、この零相信号を整流セ
ンサの出力信号から得ることができ、専用の零相信号の
検出手段は不要であり、低コストになる。請求項４記載
の同期電動機の制御方法によれば、請求項１の効果に加
え、零相信号を作成する回路を安価に製造できる。

【００４６】請求項５記載の同期電動機の制御方法によ
れば、請求項１と同様の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態における同期電動機の制
御方法を実施するための同期電動機の制御装置を構成を
示すブロック図である。

【図２】図１に示した同期電動機の制御装置の各部のタ
イミング図である。

【図３】図１に示した同期電動機の制御装置の各部のタ
イミング図である。

【図４】図１の同期電動機の制御装置に用いられる速度
発電機の構造を示す概略図である。

【図５】図１の同期電動機の制御装置に用いられる整流
センサの構造を示す概略図である。

【図６】図５の整流センサの出力信号波形の一例を示す
波形図である。

【図７】従来の同期電動機の制御方法を実施する同期電
動機の制御装置の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 同期電動機 ２ 整流センサ ３ 速度発電機 ４ 電圧判定回路 ５ ゲート ６ ゲート ７ ゲート ８ 波形メモリ ９ 矩形波アドレス発生回路 １０ オアゲート １１ デジタル・アナログ変換器 １２ デジタル・アナログ変換器 １３ 信号合成器 １４ ドライバ １５ アップダウンカウンタ １６ 零相パルス発生回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飯島 友邦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同期電動機に付設した整流センサおよび
   速度発電機から出力信号を取り出し、前記同期電動機の
   回転数が所定回転数以下の低速回転時に前記整流センサ
   の出力信号に基づいて前記同期電動機を通電制御し、前
   記同期電動機の回転数が前記所定回転数を超える高速回
   転時に前記速度発電機の出力信号に基づいて前記同期電
   動機を通電制御することを特徴とする同期電動機の制御
   方法。
2. 【請求項２】 同期電動機に付設した整流センサおよび
   速度発電機から出力信号を取り出し、前記速度発電機の
   出力信号が所定レベル以下の低レベルとなるときに前記
   整流センサの出力信号に基づいて前記同期電動機を通電
   制御し、前記速度発電機の出力信号が所定レベルを超え
   る高レベルとなるときに前記速度発電機の出力信号に基
   づいて前記同期電動機を通電制御することを特徴とする
   同期電動機の制御方法。
3. 【請求項３】 速度発電機の出力信号による同期電動機
   の通電制御における零相信号を、整流センサの出力信号
   を基準として作成することを特徴とする請求項１または
   請求項２記載の同期電動機の制御方法。
4. 【請求項４】 零相信号は基準相の３０度の位相に相当
   するタイミングで発生させることを特徴とする請求項３
   記載の同期電動機の制御方法。
5. 【請求項５】 整流センサの出力信号に基づいて作成す
   る制御信号が矩形波信号であり、速度発電機の出力信号
   に基づいて作成する制御信号が正弦波信号である請求項
   １または請求項２記載の同期電動機の制御方法。