JPS58190294A - 同期電動機を駆動するために電流または電圧参照として必要とされる振幅及び位相可変多相信号を処理するための方法及び回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、直流ブラシ電動機でなく、適宜に連動された
同期電動機をサーボ系をプリセットするために駆動する
のに、必要とされる振幅及び位相可変多相信号を処理す
るだめの方法及び回路に関している。

過去数年、特に機械工具、ロボット、特殊機械等の機械
を操作するためのサーボ系の分野においで位相の静電切
換と励振によって連動される永久磁石を持′った同期電
動機を利用ｊ、たサーボ系を提供する事が多く必要とさ
れている。例外なく、これは維持が困難で信頼性に欠け
る直流ブラン電動機を利用するよりＴ１しい事である。

捷だ直流ブラン電動機は、防爆にするのが大変であり切
換等の問題から高いトルクで高速で作動する事ができな
い。

多相交流による同期電動機の励振は、この交流が電動機
の磁気法則に従い最高の性能を得るために、振幅１周波
数及び位相について変化する事を必要としている。

サーボ系の目的は電流波を生じる事であり。

つまり、同期電動機の固定子内に回転子の極性トルクと
共に回転捷たは閉鎖トルクを生じる回転磁界を生じる事
である。これらの回転磁界の角度速度を変化させると１
回転子の速度も変化する。回転磁界の振幅を変化させる
と、トルクの強度に変化が生じる。電動機の停止を回避
するため、固定子の磁界の回転ベクトルと回転子極の磁
界の位相の間の位相は、最大角度９０°を超えない必要
がある。この結果、固定子内に生じられる電流は、この
様な制限を考慮しなければならない。このため、いつで
も固定子に対する回転子の位置を知る事が必要である。

先行技術による装置は、一定の位置に配置され、そこで
検知された信号をマイクロプロセサーに供給する回転子
位置センサーを利用している。

第１のシステムは位置センサーとして「ホール効果セル
」を利用している。このシステムは高速回転電動機には
極めて信頼性が高いが０．１〜６．０００ｒ＊ｐ＊ｍの
範囲の速度に優れた性能を発揮する品質の高いサーボモ
ーターには適切でない。

「ホール効果セル」は、丸い角度を限定された数の部分
に分け、固定子の角度位置を検知する。

この結果、参照ベクトルの角度を持った移動。

つ捷り、角度を持った回転は段階的回転である。

高速時において、この様な段階的回転は、固有の慣性に
よって感知されないが、低速時にはこれらの信号は９段
階的な電動機の作動を生じる。

第２のシステムは増加エンコーダーの設置を提供してい
る。この／ステムの場合９回転子磁石の角度位置は増加
定義によって決定できる。

この定義は正確さと分割のエンコーダー数によるもので
ある。１だ、このシステムの場合、非常に低速での進行
は丸い角度の決定によって影響され９作動が律動的にな
る傾向がある。更にこの／ステムは増加型であり、補助
の当初の同期ンステノ、が必要である。捷た。エンコー
ダーは外乱に多く影響される。

第３の／ステムは「分解機」による固定子の角度位置の
絶対的な検知であり、その価値は角度位置のデフタル価
値を得るため非常に費用のかかる復調によってデジタル
化され９次にマイクロプロセサーで処理される。

第４のシステムは適宜の形状のカムの利用を提供してお
り、その位置は適宜の磁気または容量センサーで感知さ
れる。

最初の３つの装置は非常に複雑で高価であり。

デジタルによる角度の検知のため感知システムの角度分
割が限定されるので、連続的な作動より段階的な作動を
提供する。

第４のシステムは正確性について限界がある。

このシステムは角度位置のおよその感知にしか使用でき
ず、電動機の建設的な特徴に厳密に関連している。

本発明の目的は「いかなる」同期電動機も駆動させ、電
動機が直流電動機の性質を持ち、非常に低速から高速（
例えば０．１〜６０００ｒ　、ｐ、＋ｎ）まで信頼性が
高く、また連続的で無段階の作動に確実性のある振幅及
び位相可変多相信号を生じる回路を提供する事である。

本発明の他の目的は９回転磁界のそれぞれの角度価値に
対応する総ての価値を検知・処理可能なアナログ処理を
提供する事である。

本発明の更に他の目的は、費用が減少され。

いかなる同期電動機にも簡単に施行・設置できる回路を
提供する事である。

本発明の捷だ他の目的は、この回路が極性参照のない電
動機をも含むいかなる電動機にも設置可能なので、電動
機に対する変換機手段の最初の（機械的な）タイミング
に合った回路の特徴的素子を利用する簡単な方法を提供
する事である。

本発明の更に他の目的は、優れたザーポ機構に通常必要
とされる総ての機能、っ壕り、磁気ベクトルの極性角度
位置決め９回転速度ダイナモなしての角度速度の正確な
検知（回転速度機能）及び角度位置ご絶対的に正確な制
御（空間波腹）のためにひとつの変換機の使用のみを許
す事である。

本発明によれば、これらの目的は同期電動機の回転子と
堅固に接続され２位相から９０’ずれアナログ信号が変
調・復調・そして回転磁界の信号と９０°位相がずれて
出力されるシンクロ分解機型の角度位置変換機と１位７
相移動装置と。

少なくともひとつの制御信号の機能によって変換機によ
って出力された信号の振幅と極性を調整する手段より成
り、調整手段によって処理された信号の結果は、電動機
の磁気法則に従って電動機を駆動するため固定子内に決
められた振幅と位相の電流を生じる様増幅器に供給され
る回路を提供する事によって達成される。

本発明の一実施態様は９位相移動装置は、インピーダン
スとデジタル信号によって作動されるそれぞれの位相の
ための少なくともひとつの切換素子または切換スイッチ
を含む回路より成る。

別の解決方法は、信号の振幅を調整する手段は倍率器手
段より成る。

もうひとつの解決方法は５倍率器は位相移動回路の下流
に接続されるものである。

別の解決方法は９倍率器は変換機キャリアの振幅、つま
り連続して出力される信号を調整する様変換機の上流に
接続されるものである。

以下、添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。

゛本発明による回路において変換機からのアナログ信号
９例えばシンクロは、必要とされる回転トルクを決定す
る固定子巻線内に電流を生じるため電気増幅器によって
必要とされる多相参照信号を生じる様、簡単なアナログ
処理によって直接利用される。

「シンクロ型角度位置変換機」とは、ここでは１回転子
が単一位相接続に巻かれ、固定子が三位相接続、っまり
１２ｏ°で巻がれた可変結合変成器として作用する小型
の電動機に似た変換機を意味する。分解機型角度位置変
換機は、固定子が９０°の二相接続で巻かれているとい
う点のみにおいてシンクロ型と相違している。

電動機軸ＩＯは、電動機と同一の極構成で同数の極を持
った角度位置変換機１１に接続している。

変換機１１は中波発振器Ｉ２によって例えば１０ＫＨｚ
に供給されている。変換機１１は下記に詳細に説明され
る様に、三相同期電動機１ｏの回転子極軸と９０°で機
械的に並んでいる。ここでは、三相出力とされ便宜上Ｒ
，Ｓ、Ｔとして示される変換機１１の出力は復調器１３
によって復調され、　１０ＫＨｚ構成部が取り除かれる
。出力ベクトルＲ１，Ｓｌ、ＴＩは回転ベクトルシステ
ムの結果であり、三相システムの場合１２０°位相がず
れており、（二相システムの場合は９０°）しかし常に
回転子の極軸に厳密に関連している。ベクトルＲ１，Ｓ
ｌ、ＴＩの角度回転速度は、電動機回転子の角度回転速
度と全く同一である。

上記の通り、電動機回転子を回転、停止、逆転させるた
めのトルクを提供するためにはベクトル参照信号が必要
であり、この様な信号は電動機の極性トルクに関連する
位相及び振幅変数である。このため、電動機が電動機と
して作動されるならば進み負極性固定子磁界（ここでは
必要とされる回転方向と同じ方向での）を生じるだめの
、壕だ電動機を参照回転子極軸に対して発電機として作
動するなら引き極固定子磁界（ここでは必要な回転と逆
方向での）を生じるための電流を生じる必要性がある。

変換機が下記に詳細に説明される様式及び手段で最初に
機械的に回転子の極軸に対し９０°の極軸を持って位置
しているとすると、一般に。

電動機の時泪方向の回転Ｒ（つまり駆動連結器（ＣＰ）
を供給［７て電動機と１７で作動すると）の場合、信号
Ｒ１、ＳＬ　、Ｔｌは電流参照として使用され。

つまり、極性逆転または位相回転な１７で使用される（
第３Ａ図の状態）。

更に一般的に１時計方向の回転の場合、閉鎖連結を得よ
うとするなら（発電機として作動するなら）第３Ｂ図に
示されているようにそれぞれの位相の極性を逆にする（
１８０°回転させる）だけで充分である。第３Ｃ図及び
第３Ｄ図は反時計方向の回転における同様の状態を示し
ている。これらの図においてＭは電動機回転子の極軸を
示１．ている。

極性転換は倍率器装置１５によって行なわれる。

速度エラー信号を示すｅｌはそのサインによってベクト
ル位相を、その絶対値によって電流値の率または振幅を
決定する。位相移動装置１４の機能は下記に説明される
。

ｅｌは速度、トルク、圧力等のいかなる量に関するエラ
ー信号でもよい。−例と［７て第１図ではｅｌは比較計
器１６によって回転速度信号ＳＴと参照信号ＲＩＦの間
で行なわれた比較の結果として示されている。

第４図は本発明の回路の別の実施態様を示している。こ
の図において倍率器１５は、変換機の上流処理ループの
初めに配置１．でもよい事を示［７ている。倍率器１５
は変換機１１に供給されたキャリアの振幅及び明らかに
すでに調整された振幅を持って位相移動装置に供給され
たＲ１．Ｓｌ、ＴＩの振幅を調整する。

この様に倍率器は、最終的な結果を変える事なく処理ル
ープのいかなる位置にも配置可能である事が明らかであ
る。

増幅器１９に供給された信号の振幅の調整はこの様に行
なわれ、非常に低速においても連続的な電動機速度を正
確に調節する。

倍オー器についていくつかの実施態様が提供可能である
。第５図に示された実施態様において。

三相にひとつの倍率素子１５と多重送信器５が使用され
ている１つ第６図に示された実施態様においては、使用
される位相に合わせた数の倍率素子１５ａ、　１５ｂ、
　１５ｃが使用されている。

ひとつの倍率素子のみを使用する事は、これが経ての位
相に物理的に共通しているので回路の組立及び長期間の
安定性において利点がある。

第７図には設けられた誰−の変換機、この場合、／７ク
ロ・デ／タル変換器２：３に接続された７ノクロ型の変
換機によって電動機駆動に必要な−１−記のベクトル機
能に加えて、固定子に対する回転子の回転角度の絶対測
定値である速度機能と間隔機能が得られる本発明による
回路が示されている。このシステムは工具機械の位置測
定に広く使われる。

第８図は第７図の回路に似た回路を示しており、二相分
解機変換機１１が使用されている。二相信号はスコツト
変圧器ＳＣによって三相信号に変えられている。これら
の最後の２つの適用例に関しては、変換機は精密型がよ
い。同様の変換は多相システムについても行なえる。

同様の操作は三相システムがあり、二相システムまたは
多相システムで作動したい時に可能である。

この回路はまた。デジタル制御信号ＣＬによって信号Ｒ
１、８１、Ｔｌを遅延に移動する。または９０゜移動す
るための位相移動装置１４も提供している。

この回路は第２Ａ図に示されている。

この装置は電動機回転子をシンクロ型２分解型のいずれ
の変換機と共に正確に機械的に移動する時に利点がある
。この様に、この回路は。

磁気極の角度位置が不明のいか力る同期電動機にも使用
可能である。

それぞれの極位相の回復は５次の通りに操作する事で容
易に行なえる。

１）位相移動装置がデジタル制御ＣＬによって作動され
１位相Ｒ１、Ｓｌ　、Ｔｌを９０°移動させる。つまり
（Ｒ１、Ｓｌ　、ＴＩ）−９０°＝　（Ｒ２、Ｓ２　、
Ｔ２）（第２Ａ図参照）。

２）変換機の極軸が拘束され、電動機回転子は自由に回
転する。

３）電動機が駆動される。電動機回転子は変換機の極軸
に対１７９０°位相がずれた参照ベクトルＲ３，８３、
Ｔ３から固定子に生じた極軸と、自らの極軸が一線を成
すまで回転する。

４）電動機回転子と変換機は堅固にブロックされる。

５）ブジタル制御信号ＣＬの状態は調整される。

位Ｉｆｆ　Ｒ：３　、Ｓ３　、Ｔ３＝Ｒ１，８１、ＴＩ
は、電動機の極軸に対して９０°進む様回転される。

この実際的な回路が有利に利用され、総ての意図された
目的を達成する事は明らかである。

特に同じ角度変換機が位相発電、速度及び位置検知に使
用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の回路の一実施例を示す線図である。 第２Ａ図はベクトルＲの位相の可能な位相移動を示す図
である。 第２Ｂ図は第２Ａ図のベクトルＲの位相移動回路の可能
な実施例を示す図である。 第３Ａ　、　３Ｂ　、　３Ｃ、３Ｄ図は磁気ベク）ルの
４つの可能な極状態を示す図である。 第４図は本発明の回路の他の実施例を示す図である。 第５図はひとつの倍率素子のみを持つ倍率装置回路の実
施例を示す図である。 第６図は位相の数、ここでは三相と同数の倍率素子を持
った倍率装置回路の実施例を示す図である。 第７図は位相制御、速度及び電動機位置のためにひとつ
の変換機のみを使用する事を特徴とする本発明の回路の
図である。 第８図は第１図と同様の機能を持つがスコツト変圧器を
使用１７ている回路を示す図である。 １０・・・同期電動機　　　１３・・・復調器１１・・
・変換機　　　　　１４・・・位相移動装置１２・・・
中波発振器　　　１５・・・倍率器装置１６・・・比較
計器　　　２３・　ノンクロデンタル変換器１９・・・
増幅器　　　　　５・・多重送信器！　　許出願　　ノ
（エスピー・イーエル・ニス番アール・エル０代理人弁
理士　中　　山　　　　　清 ｒ−ｆ？、先７市　ＩＩＥ書（自発） ｌ　私件の表、■ζ 昭和５８４１４￥訂顧第４７３５２号 ２　発明の名称 同ｌす１心動機を駆動するために電流または電圧参照と
して必要とされる振幅及び位相可変多相信号を処理する
ための方０、及び回路 ３　補ノ）−をする者 を件との関係　特許用ｖ人 住所　イタリー国　２０１５１　　ミラノウイア　フラ
テリ　ゴルリニ　４３ 名称　エスピー−イーエル・ニスｅアールｅエル拳代表
名　ア／す　スコンツィ 国籍　　イタリー国 ４　　代　　理　　人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ↓ （１１電動機回転とシンクロ分解機型の多相角度位置変
   換機間の最初の９０°における機械的位相移動は、　ａ
   ）位相移動装置は適宜なデジタル制御によって前記変換
   機から出力され適宜に処理された位相を移動する様に操
   作される。 ｂ）変換機の極軸は拘束され電動機回転子は自由に回転
   される。　ｃ）電動機は作動され前記回転子は固定子と
   一線を成すまで自由に回転されトルクがゼロになると停
   止する。　ｄ）回転子変換機の極軸は拘束される。　ｅ
   ）移動デジタル制御の状態が緩和される。との手段の順
   序で行なわれる同期電動機を駆動するために電流または
   電圧参照と１７て必要とされる振幅及び位相可変多相信
   号を発する回路において行なわれる方法。 （２）同期電動機と堅固に接続され、前記電動機と同一
   の極構成で同数の極を持つが極軸が機械的に９０°位相
   からβずれており、アナログ検知信号が変調・復調・出
   力される精度シンクロ分解機型の多相角度位置変換機と
   ２位相移動装置と、少なくともひとつの制御信号に基つ
   いて前記変換機から出力された信号の振幅と極性を調整
   する手段と、前記手段によって感知された信号の結果が
   供給され、前記電動機の磁気法則に従って電動機を駆動
   するため決められた振幅と位相の電流を固定子に生じる
   増幅器とから成るいがなる同期電動機をも駆動するため
   に電流または電圧参照として必要とされる振幅及び位相
   可変多相信号を生じる回路。 （３）　　精度分解機型の二相型の角度位置変換機は。 三相転換用のスコツト変圧器に追随されている特許請求
   の範囲第２項に記載の回路。 （４）二相電動機の場合１精度／ンクロ型の角度位置変
   換機はスコツト変圧器に接続されている特許請求の範囲
   第２項に記載の回路。 （５）前記位相移動装置は、インピーダンスとデジタル
   信号の制御のもとで、それぞれの位相に少なくともひと
   つの切換スイッチ要素を伴う回路を含んでいる特許請求
   の範囲第２項に記載の回路。 （６）前記信号振幅調整手段は、少なくともひとつの振
   幅調整または増加素子を伴う特許請求の範囲第２項に記
   載の回路。 （力　前記増加素子は、変換機の下流に配置された特許
   請求の範囲第６項の回路。 （８）前記増加素子は、前記変換機のキャリアの振幅を
   調節し、従って、その後出力される信号の振幅を調整す
   るため変換機の上流に配置されている特許請求の範囲第
   ６項の回路。