JPS63103679A - 永久磁石電動機用閉ループ式再始動装置 - 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】 発明の分野 この発明は永久磁石電動機を始動し且つ駆動することに
関係している。

永久磁石電動機は最適の効率及び速度安定性が要求され
る慣性ジャイロスコープ式検出用計器において利用され
る。

従来の装置では、始動モードと運転モードとの間の軸受
トルクの差が比較的小さく・玉軸受懸架によってジャイ
ロスコープ転輪が支持されていた。

高性能及び低雑音物件を必要とする現在の装置は回転す
る慣性体が流体力学的軸受に懸架されているジャイロス
コープな利用している。流体力学的軸受においては、回
転部材は軸受により利用される加圧気体を発生するよう
に構成さＦ′Ｌ″′Ｃいる。このような形式の軸受は比
較的高い乾燥摩擦の始動トルク及び事実上塔摩擦の運転
トルクによって特徴づけらハている。そねゆえ、確実な
始動／運転動作を与えるために必要とさねるトルク力は
非常に重大になっ℃くる。

通常の永久磁石駆動電動機計においては、永久磁石駆動
電動機は二相固定子、永久磁石回転子、及び始動し、回
転数を上げ、そして同期速度運転を維持するための適当
な電子式駆動段を備えている。始動は両固定子巻線に駆
動電流が供給される二相沈動モードを用いて実行される
。適当な回転速度、典型的には同期速度の５％ないし１
０％、において駆動モードは駆動電流が一万の固定子巻
線だけに供給される単相モードに切り換えらｒる。

他方の固定子巻線は検出用巻線として機能し℃、回転子
の位置及び速度ヲ示す電圧を与えろ。駆動位相巻線は、
＠出用巻線からの速度信号及び入力速度目標値基準の両
方の関数である信号によって駆動さする。速度信号は検
出用巻線からの位置信号によって転流される。同期速度
に達すると、定常状態加速トルクが零になって、駆動電
流の振幅は適当な帰還信号によって電動機が摩擦及び風
損トルクに打ち勝つために必要とされる最小限に低減さ
れる。従来技術の米国特許第４２７５３４３号及び第４
４９２９０２号は例示的な永久磁石電動機始動回路を示
している。

静止状態から電動機の回転を開始させてそれを所定の回
転速度、典型的には同期速度の小さい分数、まで駆動す
るために、逆起電力帰還制御が有効に動作し得る適当な
速度が達成さねるまで励磁周波数をゆっくり増大する始
動回路が準備さｌている。この速度が達成された時点か
ら後は駆動電子回路が単相モード駆動動作に切り換わる
。逆起電力は今度は、（ａ）基準速度目標値信号と比較
されるべき速度情報、及びｌｂｌ単相駆動転流のための
タイミング情報、を与えるために使用さねる。

通常の永久磁石電動機応用装置におい又は、始動が帰還
なしで開ループ方式で実行さｔ″ｌる。帰還が準備され
℃いない場合には、転輪始動特注が不確定であり、不利
な環境条件の下では始動状態は起こり得ない。この発明
は、検出及び決定回路と関連して機能して運転モードが
維持されるべきか又は再始動モードが開始されるべきか
を決定することのできる回転磁界を発生することによっ
てそのような諸問題を回避する。

永久磁石回転子及び巻線のある固定子を備えた永久磁石
電動機を始動するための方法及び装置であって、固定子
が始動サイクル中多相駆動のために励磁され、その後単
相電動モードが開始されて。

このモードの期間中非励磁の固定子巻線に発生さｒた逆
起電力が標本化さｊて、再始動サイクルが開始されるべ
きかどうかを決定するために解析さ′ｔ′する前記の方
法及び装置。始動サイクル中、回転磁界は増大する周波
数を持った信号で電動機固定子巻線を駆動する。所定の
速度において駆動装置が固定子巻線の一つから短時間切
り離さねて、この時間中検出用回路が逆起電力信号の大
きさを試験する。次に再始動決定回路が単相駆動運転を
維持するべきか又は始動サイクルを器間するべきかを決
定する。再始動決定回路は定常状態単相運転動作中も動
作状態にとどまって転輪速度が連続的に監視されること
を可能にする。動作中予期しない転輪の回転低下が生じ
た場合には、再始動サイクルが開始される。

今度は図面、特に第１図に言及すると、この発明による
閉ループ再始動回路を備えた永久磁石電動機１２が示さ
れている。永久磁石電動機１２は永久磁石回転子１４と
φＡ巻線１６及びφＢ巻線１８を備えた二相固定子とか
らなっている。φＡ巻線１６は永久磁石回転子を駆動す
るために利用される。φＢのための巻線は始動中二相動
作のために励磁されるが、その後は回転子１４の位置及
び速度を示す逆起電力を持った検出用巻線として利用さ
れる。永久磁石電動機１２の始動及び再始動を制御する
始動決定回路２０が準備さｊている。

回路２０の出力は永久磁石電動機１２Ｆ対して始動モー
ド又は運転モードを与えるモード選択スイッチ２２に給
電する。１ 始動中、永久磁石電動機１２は両巻線１６及び１８が駆
動さ４て二相方式で動作させらねる。初期始動後、永久
磁石電動機はモード選択スイッチ２２が運転に切り換わ
ると単相方式で動作させらねる。この時点で、巻線１８
Ｖ１″は逆起電力が誘起さね、こｆ′Ｌは逆起電力規整
回路２３によっ℃検出されろ。逆起電力規整回路２３の
出力は始動回路２０と周波数−直流変換器２４とに供給
される。

周波数−直流変換器からの帰還信号は速度目標値回路２
６において速度目標値信号と組み合わさねる。速度目標
値回路２６の出力はループ補償回路２８に供給さね、そ
してそこから転流スイッチ３０に供給さねる。転流スイ
ッチ３０には又永久磁石電動機１２が単相運転モードに
あるときに逆起電力規整回路２３からの入力がある。逆
起電力規整回路２３からのこの入力は転流スイッチ３０
に適当な周波数及び時間特性を付与するために使用さね
る。転流スイッチ３０の出力は巻線１６ｒ駆動電力人力
を供給するφＡ駆動器３２に加えられろ。

始動時には直流電圧が始動回路２０内の始動／再始動指
令回路４０に加えらｊ、そしてこの回路４０は傾斜発生
回路５０に一定の直流信号人力を供給する。傾斜発生回
路５０は減小する傾斜電圧を発生し、これは電圧制御発
振器６０及び始動／運転比較器６２に供給される。始動
／運転比較器６２は、単相又は二相駆動モードを選択す
るモード選択スイッチ２２を制御する。比較器６２の出
力は再始動決定回路７０にも供給される。電圧側（財）
発振器６０は減小する傾斜入力に応答して出力信号を発
生するが、こねは直流で始まって永久磁石電動機１２Ｉ
Ｋ対する同期周波数の約１０％の周波数まで増大する。

始動中始動／運転比較器６２は二相駆動モードを選択し
℃、再始動決定回路をオフ状態に保つ。

電圧制御発振器６０への傾斜した関数入力によって発生
された増大する鵬波数は位相分割器回路６４によって９
０°位相外れの二つの出力に分割さねる。

分割器回路６４の同相出力は転流スイッチ３ｏを動作さ
せ、そして転流スイッチは駆動増幅器３２を通して出力
を供給して巻線１６を駆動する。分割器回路６４の直角
位相出方は電力増幅段３４に供給さｉる。増幅器３４の
出力は二相動作中巻線１８ｔ？：′駆動する。

永久磁石電動機１２は電圧制御発振器６０に加えられた
傾斜電圧が事前設定レベルより下に低下するまで二相方
式で駆動さする。傾斜発生器５゜からの傾斜電圧出力が
この事前設定レベルより下に落ちると、単相駆動モード
動作が開始さね、そして巻線１８に誘起された逆起電力
信号が逆起電力規整回路２３によって処理される。逆起
電力規整回路の出力は再始動決定回路７（Ｈτよって標
本化される。再始動決定回路７０は運転又は再始動のい
ずれのモードが指令されるべきかを決定する。

−たん運転モードが入力されると、逆起電力規整回路は
検出用巻線１８に誘起された電圧を処理して、最大効率
を得るために必要とされる転流スイッチ３０に対する所
要のタイミングを発生する。

巻線１８に誘起され且つ逆起電力規整回路２３によって
処理さねたこの逆起電力電圧は再始動決定回路に対し′
″Ｃ転輪速度情報を与える。所定の標本化期間の後逆起
オカ帰還電圧が試験され、そしてこれのレベルが事前設
定値より低い場合には再始動決定回路が再始動を指令す
る。この順序は必要に応じて繰り返さ１ろ。再始動決定
回路７０は永久磁石電動機１２の定常状態単相動作中で
さえも動作状態にとどまって、転輪速度の連続的な覧視
を可能にする。予期しない転輪回転低下の場合には、再
始動モードが再び開始されろ。

第３図は始動／再始動サイクル中、第２（２）に示ざ４
、た種種の点において回路１０ｒ存在する電圧波形を示
している。始動中は直流電圧が傾斜発生器回路５０に加
えらｉる。直流電圧は抵抗Ｒ１を通し℃コンデンサ０１
を充電する。コンデンサＣ１の電圧■１は第３図に示さ
ｉ″Ｃいる。傾斜発生器回路５０の出力は減小する１頃
争Ｆ電圧■２である。

減小する傾斜電圧■２は始動／運転比較器６２Ｆ入力と
して加えらｊる。始動／運転比較器６２への他方の入力
は３ボルト直流基？Ｓ電圧である。電圧Ｖ２が３ボルト
基準値より下に低下すると、モード選択スイッチ２２が
運転モードに切換わろ。

始動モード中は傾斜発生器回路５０の出力Ｖ２が電圧制
御発振器６０に供給さね、る。電圧制飢発振器６０は、
最初に零周波数の直流′１戊圧である出力電圧■４を与
えるが、この電圧は増大する周波数の出力Ｖ変えられて
永久磁石電動機１２を、典型的には同期速度の５％ない
し１０％である適当な速度まで駆動する。電圧制御発振
器６０の出力Ｖ４は位相分割器回路６４に供給され、そ
し℃この回路は９０°位相外ｊの二つの出力Ｖ５Ａ及び
ＶｓＢを与えろ。出力Ｖ５Ａは転流スイッチ３０に供給
され℃、ループ補償回路２８ｆｆよって出力さねた速度
ループ目標値信号な切り換えるために便用される。転流
スイッチ３０の出力はφＡ駆動器３２に供給さ４、そし
てこの駆動器はφＡ巻線１６に忠勤電流を供給する。Ｖ
５Ｂ出力はφＢ駆動器３４に直接供給され、そしてこの
駆動器はφＢ巻線１８Ｖｃ駆動電流を供給する。電圧ｖ
２が３ボルト基準値より下に落ちると、始動／運転比較
器６２は状態を変えて、モード選択スイッチ２２に運転
モードへの変更を指令する。この時点においては巻線１
８はも）まや駆動さハ、ず、検出用巻線として作用する
。

巻線１８ｖ：誘起さねた逆起電力は逆起電力規整回路２
３に供給される。逆起電力規整回路２３の出力■６は再
始動決定回路′７０に供給される。第３図に示されたよ
うなｔｌとｔ２　との間の時間中、規整された逆起電力
■６が標本化さ４．る。■６は再始動決定回路において
コンデンサ°Ｃ３における直流電圧に変（、嶋されるが
、これは転輪速度に比例している。コンデンサＣ３Ｖ７
：おける電圧が抵抗Ｒ２及びＲ３によって決定さｊた事
前設定値より低い場合には、トランジスタＱｌがオンに
さｌじ工い。

コンデンサＣ２における電圧■７は七ねゆえ第３図π示
さねたように増大して、ついにはツェナダイオードＤＺ
１の降伏電圧が越えらｊろと、この時点においてトラン
ジスタＱ２がオンにさｊて、傾斜発生回路５０における
コンデンサＣ１が放電させらｊる。

トランジスタＱ２のターンオンレでより電圧■１が零に
低下して、始動サイクルが再び開始される。

電圧■２は時点ｔ２　において図示のようにリセットさ
れ、そして比較器６２に加えられた運転基準の３ボルト
信号より下に落ちるまで減小して、この時点でモード選
択スイッチ２２が再び運転モードに切り換えられる。逆
起電力規整回路２３の出力が十分に大きい場合には、Ｃ
３における直流電圧が事前設定値を越えて、トランジス
タはＱｌがオンにさＨ，Ｃ、コンデン？Ｃ２が充電され
たいよ５＋でして電圧ｖ７を零の近くに保持するので、
始動サイクルの再開がｂ■止さねる。動作中逆起電力規
整回路２３の出力が電圧■６の減小を許してトランジス
タＱ１がオフにさ４た場合には、コンデンサＣ２は充電
されてツェナダイオードＤＺ１に加えら４る電圧■７を
増大させる。ＤＺＩに加えらまた電圧■７が降伏レベル
を越えると、・トランジスタＱはオン（τさｊで始動サ
イクルを再び動作させる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による永久磁石電動機用制御駆動回路
の構成図である。 第２図は更に詳細に示された始動決定回路を備えた第１
図に類似した図である。 第３図は可能な始動サイクル中の第２図の回路の種種の
点における電圧波形を示した線図で、ｆ−ろ。 これらの図面において、１０・・・閉ループ式駆動装置
、　１２・・・永久磁石電動機、　１４・・・永久礎石
回転子、１６・・・φＡ巻線、　１８・・・φＢ巻線、
２０１１．始動決定回路、２２・・・モード選択スイッ
チ、　　２６・・・速度目標値回路、　　３０・・・転
流スイッチ、　５０・・・傾斜発生回路、　　６０・・
・電圧制御発振器、６２・・・始動／運転比較器、　６
４・・・位相分割器回路、　７０・・・再始動決定回路
、　を示している。 （外４名〕

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、永久磁石回転子、 第１巻線及び第２巻線を備えた二相固定子、始動サイク
   ル中二相駆動方式で第１巻線及び第２巻線を駆動するた
   めの電力を供給する電力装置、選択された時間の後に第
   １巻線だけを駆動するために単相駆動を開始するための
   装置、 単相駆動中第２巻線に誘起された逆起電力信号を標本化
   して、標本化された逆起電力が所定値より下に低下した
   場合に二相駆動再始動サイクルを開始するための試験装
   置、 を備えている永久磁石電動機駆動装置。 ２、入力制御信号に応答して、駆動電流が第１巻線に供
   給される時点を制御することのできる転流スイッチ、及
   び 単相駆動が開始されたときに第２巻線への駆動電流を遮
   断し且つ回転子速度の関数である第２巻線に誘起された
   逆起電力から得られた入力制御信号を前記の転流スイッ
   チに接続するように動作することのできるモード選択ス
   イッチ、 を備えている、特許請求の範囲第１項に記載の永久磁石
   電動機駆動装置。 ３、前記のモード選択スイッチの動作を制御するための
   出力を供給し且つ又始動サイクル中、増大する周波数信
   号を供給する始動制御回路、並びに 始動サイクル中第２巻線を駆動するために利用される第
   １出力、及び始動サイクル中転流スイッチへの入力のた
   めに利用される、第１出力に関して位相偏移した第２出
   力を備えた、前記の始動制御回路からの増大する周波数
   信号を受ける位相分割器回路、 を備えている、特許請求の範囲第２項に記載の永久磁石
   電動機駆動装置。 ４、永久磁石回転子及び複数の固定子巻線を備えた電動
   機のための始動装置であって、 始動サイクル中固定子巻線を多相駆動するための装置、 始動サイクル後永久磁石電動機を単相駆動するための単
   相駆動装置。 始動サイクル後固定子巻線の一つに誘起された逆起電力
   を標本化し、且つ標本化された逆起電力が選択された値
   より低い場合に固定子巻線の多相駆動を再開するための
   試験装置、 を備えている前記の始動装置。 ５、永久磁石回転子及び複数の固定子巻線を備えた電動
   機を動作させるための方法であって、（ａ）始動サイク
   ル中複数の固定子巻線に駆動信号を供給する段階、 （ｂ）ある時間の後単相駆動モードに切り換えて固定子
   巻線の一つを駆動する段階、 （ｃ）単相駆動モードの期間中非励磁の固定子巻線の一
   つに誘起された逆起電力を標本化する段階、及び （ｄ）標本化された逆起電力が選択された基準値より低
   い場合に段階（ａ）を再開する段階、を含んでいる前記
   の方法。 ６、始動サイクル中二相駆動方式で且つ又この始動サイ
   クルに続く運転サイクル中単相駆動方式で動作すること
   のできる永久磁石電動機（１２）のための閉ループ式駆
   動装置（１０）であって、運転サイクル中非励磁の固定
   子巻線（１３）に誘起された逆起電力を監視して、この
   誘起逆起電力が選択された基準値より下に低下した場合
   に二相駆動方式を再開させる再始動決定回路（２０）、
   によって特徴づけられている前記の閉ループ式駆動装置
   。 ７、入力制御信号に応答して、第１固定子巻線（１６）
   に駆動電流が供給される時点を制御することのできる転
   流スイッチ（３０）、及び 始動サイクル中第２固定子巻線（１３）を駆動するため
   に利用される信号を供給する始動状態と、運転サイクル
   中第２固定子巻線（１８）に誘起された逆起電力から得
   られた入力制御信号を前記の転流スイッチ（３０）に接
   続する運転状態との間で動作することのできるモード選
   択スイッチ（２２）、を備えている、特許請求の範囲第
   ６項に記載の閉ループ式駆動装置（１０）。 ８、始動サイクル中、増大する周波数信号を供給するた
   めの周波数制御装置（５０、６０）、周波数制御装置（
   ５０、６０）からの増大する周波数信号を受けるように
   接続されており且つ始動サイクル中第２巻線（１８）を
   駆動するために利用される第１出力と、始動サイクル中
   転流スイッチ（３０）への制御入力のために利用される
   、第１出力に関して位相偏移した第２出力とを供給する
   移相器回路（６４）、 を備えている、特許請求の範囲第７項に記載の閉ループ
   式駆動装置（１０）。 ９、速度目標値信号、 運転サイクル中に第２巻線（１８）に誘起された逆起電
   力から得られた帰還信号、 速度目標値信号と帰還信号とを比較して、運転サイクル
   中第１固定子巻線（１６）を駆動するために転流スイッ
   チ（３０）を通して利用される誤差信号を供給する比較
   器装置（２６）、 を備えている、特許請求の範囲第８項に記載の閉ループ
   式駆動装置（１０）。