JP3148269B2 - ブラシなし直流電動機の転流時のピーク電流抑圧方法 - Google Patents
ブラシなし直流電動機の転流時のピーク電流抑圧方法Info
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- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
- G01R31/343—Testing dynamo-electric machines in operation
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- H—ELECTRICITY
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- 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
- H02P6/14—Electronic commutators
- H02P6/15—Controlling commutation time
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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
- H02P6/28—Arrangements for controlling current
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ブラシなし直流電動機
の相巻線に直流電源−中間回路−変換器を介して矩形波
電流が供給され、電流現在値の検出をもっぱら直流電源
−中間回路での単電流測定で行う場合に、転流時に相巻
線に発生するピーク電流を抑圧する方法に関する。
の相巻線に直流電源−中間回路−変換器を介して矩形波
電流が供給され、電流現在値の検出をもっぱら直流電源
−中間回路での単電流測定で行う場合に、転流時に相巻
線に発生するピーク電流を抑圧する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子的に転流される直流電動機で、電流
制御に対して現在値として用いられる電動機電流の測定
方法としては、下記の２つがある。 ａ）直流電源−中間回路における単電流測定。この場
合、中間回路に流れる交流は電動機電流と等しい。 ｂ）実際に相巻線に流れる電流が電動機給電線で測定さ
れる多重電流測定 電流測定に適した装置が***公開特許公報第３７０８８
９２号に記載されている。直流電動機の電動機電流の測
定は、無接触で作動する電流センサと、その出力側に接
続された測定電流に比例する出力信号を発生する解析装
置とにより、絶縁回路で行われる。測定値の精度を高め
るために、電流センサもしくは解析装置のゼロ点ドリフ
トは制御回路を介して補償される。
制御に対して現在値として用いられる電動機電流の測定
方法としては、下記の２つがある。 ａ）直流電源−中間回路における単電流測定。この場
合、中間回路に流れる交流は電動機電流と等しい。 ｂ）実際に相巻線に流れる電流が電動機給電線で測定さ
れる多重電流測定 電流測定に適した装置が***公開特許公報第３７０８８
９２号に記載されている。直流電動機の電動機電流の測
定は、無接触で作動する電流センサと、その出力側に接
続された測定電流に比例する出力信号を発生する解析装
置とにより、絶縁回路で行われる。測定値の精度を高め
るために、電流センサもしくは解析装置のゼロ点ドリフ
トは制御回路を介して補償される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】単電流測定および多重
電流測定はいずれも短所がある。多重電流測定は単電流
測定におけるような唯一つの測定装置の代わりに、各相
巻線に１つの測定装置を設けなければならないためにコ
ストがかかる。（この場合も、出力部のトランジスタに
欠陥があれば短絡電流を直ぐ検出し、出力部を遮断でき
るように、追加測定装置によって直流電源−中間回路の
電流を測定しなければならない。）しかしながら、コス
トはかかるが多重電流測定においては、測定された電流
現在値が常に電動機電流と等しいことが保証される。
電流測定はいずれも短所がある。多重電流測定は単電流
測定におけるような唯一つの測定装置の代わりに、各相
巻線に１つの測定装置を設けなければならないためにコ
ストがかかる。（この場合も、出力部のトランジスタに
欠陥があれば短絡電流を直ぐ検出し、出力部を遮断でき
るように、追加測定装置によって直流電源−中間回路の
電流を測定しなければならない。）しかしながら、コス
トはかかるが多重電流測定においては、測定された電流
現在値が常に電動機電流と等しいことが保証される。
【０００４】これは、直流電源−中間回路の単電流測定
には該当しない。転流時に電動機にピーク電流が生じ
る。このピーク電流は、転流時の相巻線における電流の
立ち上がり時間と立ち下がり時間が異なるために生じる
ものである。転流される相巻線における電流の立ち上が
りは、電動機運転モードにおける高い回転数領域を除
き、必ず、転流を行う相巻線における電流の立ち下がり
よりはるかに早いために、転流時に直流電動機のすべて
の相巻線に電流が流れる。電動機におけるこの過剰電流
は直流中間回路における単電流測定によって検出されな
い。それゆえ、転流時に、誤った電流現在値にもとづい
て電流制御が行われることになる。
には該当しない。転流時に電動機にピーク電流が生じ
る。このピーク電流は、転流時の相巻線における電流の
立ち上がり時間と立ち下がり時間が異なるために生じる
ものである。転流される相巻線における電流の立ち上が
りは、電動機運転モードにおける高い回転数領域を除
き、必ず、転流を行う相巻線における電流の立ち下がり
よりはるかに早いために、転流時に直流電動機のすべて
の相巻線に電流が流れる。電動機におけるこの過剰電流
は直流中間回路における単電流測定によって検出されな
い。それゆえ、転流時に、誤った電流現在値にもとづい
て電流制御が行われることになる。
【０００５】ピーク電流の大きさは、電流の瞬間値、回
転数、電流制御器のその都度の状態（オン／オフ）およ
び電動機の運転モード（電動／発電）に依存しており、
電動機に最大で定格電流の２倍の電流が流れる。この場
合の短所は、パワーエレクトロニクス装置および電動機
を定格電流の２倍の電流に合わせて設計しなければなら
ず、これが駆動装置の過大設計、したがって、同様にコ
スト増につながる点である。
転数、電流制御器のその都度の状態（オン／オフ）およ
び電動機の運転モード（電動／発電）に依存しており、
電動機に最大で定格電流の２倍の電流が流れる。この場
合の短所は、パワーエレクトロニクス装置および電動機
を定格電流の２倍の電流に合わせて設計しなければなら
ず、これが駆動装置の過大設計、したがって、同様にコ
スト増につながる点である。
【０００６】本発明の課題は、前記の公知技術に鑑み
て、一方では電動機電流を直流中間回路における単電流
測定により安価に検出し、他方では転流時に電動機に発
生するピーク電流を抑圧する方法を提案することであ
る。
て、一方では電動機電流を直流中間回路における単電流
測定により安価に検出し、他方では転流時に電動機に発
生するピーク電流を抑圧する方法を提案することであ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の課題は、発電機
運転のとき、ならびに電動機運転で所定の回転数以下の
とき、すべてのパワートランジスタ（Ｔ１−Ｔ６）をあ
る時間tv の期間中は停止させて、相巻線における電流
の立ち上がりを電流の立ち下がりに対して時間ｔv だけ
遅らせることにより解決される。
運転のとき、ならびに電動機運転で所定の回転数以下の
とき、すべてのパワートランジスタ（Ｔ１−Ｔ６）をあ
る時間tv の期間中は停止させて、相巻線における電流
の立ち上がりを電流の立ち下がりに対して時間ｔv だけ
遅らせることにより解決される。
【０００８】本発明による解決方法は、下記２つの別形
式の方法により有利に構成される。ピーク電流は転流
の、より正確には転流時の相巻線における電流立ち上が
り時間と電流立ち下がり時間とが異なることによる直接
の帰結であるから、回転子位置センサーから出力される
転流信号の到来時点が、電流立ち上がりと電流立ち下が
りとの間に時間的シフトを設けるための基準時点として
利用される。
式の方法により有利に構成される。ピーク電流は転流
の、より正確には転流時の相巻線における電流立ち上が
り時間と電流立ち下がり時間とが異なることによる直接
の帰結であるから、回転子位置センサーから出力される
転流信号の到来時点が、電流立ち上がりと電流立ち下が
りとの間に時間的シフトを設けるための基準時点として
利用される。
【０００９】本発明による第１の方法としては、電流立
ち下がりが回転子位置センサーの転流信号の到来をもっ
て開始され、電流立ち上がりが時間ｔV だけ遅れて開始
されることを提案する。
ち下がりが回転子位置センサーの転流信号の到来をもっ
て開始され、電流立ち上がりが時間ｔV だけ遅れて開始
されることを提案する。
【００１０】第２の方法は反対の場合で、電流立ち下が
りが回転子位置センサーの転流信号の到来前に開始さ
れ、電流立ち上がりが時間ｔV だけ遅れて転流信号の到
来をもって開始される。
りが回転子位置センサーの転流信号の到来前に開始さ
れ、電流立ち上がりが時間ｔV だけ遅れて転流信号の到
来をもって開始される。
【００１１】本発明による方法は、時間ｔV の間、電流
制御器（１４）をオフとすることにより有利に構成され
る。したがって、この時間ｔV はまた、電流制御器のブ
ロッキング時間ｔS に相当する。電流制御器を転流時点
に遮断するか（第１の方法）、または、転流信号が到来
する前の時点−ｔV に遮断すること（第２の方法）によ
って、スイッチ動作可能なすべてのパワートランジスタ
がオフとされる。この方法により、電流の立ち下がりが
直ちに開始され、さらに逆電圧がより大きいために一層
加速されることが確実となる。
制御器（１４）をオフとすることにより有利に構成され
る。したがって、この時間ｔV はまた、電流制御器のブ
ロッキング時間ｔS に相当する。電流制御器を転流時点
に遮断するか（第１の方法）、または、転流信号が到来
する前の時点−ｔV に遮断すること（第２の方法）によ
って、スイッチ動作可能なすべてのパワートランジスタ
がオフとされる。この方法により、電流の立ち下がりが
直ちに開始され、さらに逆電圧がより大きいために一層
加速されることが確実となる。
【００１２】さらに、電流制御器のブロッキング時間ｔ
S が、電流制御に重疊された電子制御装置によって設定
される点が有利である。計算されたブロッキング時間ｔ
S の間、電子制御装置が電流制御器にブロッキング信号
を送る。ブロッキング時間ｔS が経過すると、電流制御
器は駆動制御段にある変換器制御ロジックの制御信号に
より、再びオンとされる。この構成による有利な点は、
ブロッキング時間を最適化できることである。
S が、電流制御に重疊された電子制御装置によって設定
される点が有利である。計算されたブロッキング時間ｔ
S の間、電子制御装置が電流制御器にブロッキング信号
を送る。ブロッキング時間ｔS が経過すると、電流制御
器は駆動制御段にある変換器制御ロジックの制御信号に
より、再びオンとされる。この構成による有利な点は、
ブロッキング時間を最適化できることである。
【００１３】本発明による方法の他の有利な構成は、ブ
ロッキング時間ｔS の最適化に関連している。このため
に、遮断時間ｔS を電流立ち上がり曲線および電流立ち
下がり曲線に基づき、電流立ち上がりと電流立ち下がり
とがほぼ同時に終了するように選択することを提案す
る。
ロッキング時間ｔS の最適化に関連している。このため
に、遮断時間ｔS を電流立ち上がり曲線および電流立ち
下がり曲線に基づき、電流立ち上がりと電流立ち下がり
とがほぼ同時に終了するように選択することを提案す
る。
【００１４】電流の立ち上がり曲線および立ち下がり曲
線は、回転数および運転モード（電動／発電）にしたが
って電子制御装置に記憶されている。電子制御装置は、
パラメータ（回転数、運転モード）が知られている場合
には、転流される相巻線における電流の立ち上がり（Ｉ
＝電動機電流）が終了する時間と、転流を行う相巻線に
おける電流の立ち下がりが終了（Ｉ＝０）する時間とを
計算する。計算された電流立ち上がり時間と電流立ち下
がり時間との差は、電流制御器のブロッキング時間ｔS
に相当する。したがって、ブロッキング時間ｔsは回転
数、運転モードおよび電動機電流に応じて可変である。
線は、回転数および運転モード（電動／発電）にしたが
って電子制御装置に記憶されている。電子制御装置は、
パラメータ（回転数、運転モード）が知られている場合
には、転流される相巻線における電流の立ち上がり（Ｉ
＝電動機電流）が終了する時間と、転流を行う相巻線に
おける電流の立ち下がりが終了（Ｉ＝０）する時間とを
計算する。計算された電流立ち上がり時間と電流立ち下
がり時間との差は、電流制御器のブロッキング時間ｔS
に相当する。したがって、ブロッキング時間ｔsは回転
数、運転モードおよび電動機電流に応じて可変である。
【００１５】この方法により、ピーク電流の発生が完全
に抑圧されるため、ブロッキング時間を最適化すること
が可能となる。他方では、転流遅延が最小限に押さえら
れ、このことは、電動機電流の低下が最小限になるた
め、トルクの安定に有利に影響する。
に抑圧されるため、ブロッキング時間を最適化すること
が可能となる。他方では、転流遅延が最小限に押さえら
れ、このことは、電動機電流の低下が最小限になるた
め、トルクの安定に有利に影響する。
【００１６】簡単に実現できる本発明の実施例において
は、ブロッキング時間ｔS は一定である。この場合もブ
ロッキング時間はプログラム制御を用いて電流制御器と
重疊された電子制御装置によって設定できる。しかし、
これはまた、ハードウェアによっても少ないコストで実
現できる。
は、ブロッキング時間ｔS は一定である。この場合もブ
ロッキング時間はプログラム制御を用いて電流制御器と
重疊された電子制御装置によって設定できる。しかし、
これはまた、ハードウェアによっても少ないコストで実
現できる。
【００１７】本発明の他の構成においては、電流制御器
が回転子位置センサーの転流信号の到来をもってブロッ
クされ、電動機電流が最小値Ｉmin に達すると、はじめ
て転流が開始されることが提案されている。二点動作制
御器の場合は、電流が電流制御器のヒステリシス帯の上
限値もしくは下限値に到達するたびに、中間回路におい
て電流方向が変化する。電流設定値（ヒステリシス平均
値）に対する許容偏差量は可変であり、電流制御器で調
節できる。転流を時間ｔV 後、つまり転流信号の到来後
に電動機電流がヒステリシス下限に到達した時点で開始
するのが有利である。この方法によっても、電流立ち下
がりが電流立ち上がり前に開始することが保証される。
が回転子位置センサーの転流信号の到来をもってブロッ
クされ、電動機電流が最小値Ｉmin に達すると、はじめ
て転流が開始されることが提案されている。二点動作制
御器の場合は、電流が電流制御器のヒステリシス帯の上
限値もしくは下限値に到達するたびに、中間回路におい
て電流方向が変化する。電流設定値（ヒステリシス平均
値）に対する許容偏差量は可変であり、電流制御器で調
節できる。転流を時間ｔV 後、つまり転流信号の到来後
に電動機電流がヒステリシス下限に到達した時点で開始
するのが有利である。この方法によっても、電流立ち下
がりが電流立ち上がり前に開始することが保証される。
【００１８】本発明による方法の他の構成では、設定さ
れた回転数以上の電動機モードにおいては、電流制御器
がブロッキングされず、電流立ち上がりと電流立ち下が
りが通常のように転流時点で始められることを提案す
る。この方策は、高い回転数範囲では電流立ち下がりは
電流立ち上がりより早く終了することを考慮している。
この場合、電流立ち下がりが電流の立ち上がりより早く
開始されれば、電動機電流の低下、したがってトルクリ
ップルの増大を来すであろう。
れた回転数以上の電動機モードにおいては、電流制御器
がブロッキングされず、電流立ち上がりと電流立ち下が
りが通常のように転流時点で始められることを提案す
る。この方策は、高い回転数範囲では電流立ち下がりは
電流立ち上がりより早く終了することを考慮している。
この場合、電流立ち下がりが電流の立ち上がりより早く
開始されれば、電動機電流の低下、したがってトルクリ
ップルの増大を来すであろう。
【００１９】
【実施例】以下に、本発明の実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。
細に説明する。
【００２０】図１ａおよび１ｂは、三相ブラシなし直流
電動機１の変換器２の機械側出力部を示す。Ｌ１、Ｌ
２、Ｌ３は三相巻線Ｕ、Ｖ、Ｗのインダクタンス、ま
た、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は抵抗である。相巻線Ｕ、Ｖ、Ｗ
は公知の方法で、スイッチ動作可能なパワートランジス
タＴ１〜Ｔ６を有する電子的に制御可能な変換器２と接
続されている。パワートランジスタＴ１〜Ｔ６には還流
ダイオードＶ１〜Ｖ６が逆並列に接続されている。図１
に図示しない電源側変換器および中間回路コンデンサ
は、単純化して直流電源３に含めて代替されているもの
とする。
電動機１の変換器２の機械側出力部を示す。Ｌ１、Ｌ
２、Ｌ３は三相巻線Ｕ、Ｖ、Ｗのインダクタンス、ま
た、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は抵抗である。相巻線Ｕ、Ｖ、Ｗ
は公知の方法で、スイッチ動作可能なパワートランジス
タＴ１〜Ｔ６を有する電子的に制御可能な変換器２と接
続されている。パワートランジスタＴ１〜Ｔ６には還流
ダイオードＶ１〜Ｖ６が逆並列に接続されている。図１
に図示しない電源側変換器および中間回路コンデンサ
は、単純化して直流電源３に含めて代替されているもの
とする。
【００２１】電動機電流Ｉi （ｉ＝１、２、３）の検出
は電流測定装置４によって行う。電流測定装置４は、変
換器２の図示されていない整流器モジュール８と、変換
器２の制御可能な機械側の出力段７との間の直流中間回
路５に配置されている。上述したように、直流中間回路
５における電流の値は電動機電流Ｉi に相当する。しか
し、この条件は転流時には該当しない。
は電流測定装置４によって行う。電流測定装置４は、変
換器２の図示されていない整流器モジュール８と、変換
器２の制御可能な機械側の出力段７との間の直流中間回
路５に配置されている。上述したように、直流中間回路
５における電流の値は電動機電流Ｉi に相当する。しか
し、この条件は転流時には該当しない。
【００２２】図１ａは転流前の電動機電流Ｉi を示す。
電流Ｉ1 ＝Ｉ2 はオンとされたトランジスタＴ１および
Ｔ４を介して流れる。測定された電流と電動機電流は一
致する。したがって、電流制御のために正確な電流現在
値が与えられる。
電流Ｉ1 ＝Ｉ2 はオンとされたトランジスタＴ１および
Ｔ４を介して流れる。測定された電流と電動機電流は一
致する。したがって、電流制御のために正確な電流現在
値が与えられる。
【００２３】相巻線ＶからＷへ転流する間、図１ｂに従
い、パワートランジスタＴ４はオフとされ、パワートラ
ンジスタＴ６が通電状態に置かれる。相巻線Ｖのインダ
クタンスＬ２は自然な電流変化を阻害し、電流Ｉ2 ＊は
還流ダイオードＶ３およびさらにオンとされているパワ
ートランジスタＴ１を介して相巻線Ｕに流れ、直流中間
回路５において電流測定装置４によっては検出されな
い。もちろん、インダクタンスＬ３も転流される相巻線
Ｗの自然な電流の立ち上がりを阻害するが、広い回転数
範囲において電流の立ち上がりは転流を行う相巻線Ｖに
おける電流の立ち下がりより速く行われる。したがっ
て、転流時には３つの相巻線Ｕ、Ｖ、Ｗのすべてに電流
が流れるが、まさに転流を行っている回路の電流Ｉ2 ＊
は測定されない。電流制御のために誤った電流現在値Ｉ
3 が用いられることになる。
い、パワートランジスタＴ４はオフとされ、パワートラ
ンジスタＴ６が通電状態に置かれる。相巻線Ｖのインダ
クタンスＬ２は自然な電流変化を阻害し、電流Ｉ2 ＊は
還流ダイオードＶ３およびさらにオンとされているパワ
ートランジスタＴ１を介して相巻線Ｕに流れ、直流中間
回路５において電流測定装置４によっては検出されな
い。もちろん、インダクタンスＬ３も転流される相巻線
Ｗの自然な電流の立ち上がりを阻害するが、広い回転数
範囲において電流の立ち上がりは転流を行う相巻線Ｖに
おける電流の立ち下がりより速く行われる。したがっ
て、転流時には３つの相巻線Ｕ、Ｖ、Ｗのすべてに電流
が流れるが、まさに転流を行っている回路の電流Ｉ2 ＊
は測定されない。電流制御のために誤った電流現在値Ｉ
3 が用いられることになる。
【００２４】図２は、ブラシなし直流電動機１の転流後
の相巻線における、回転数および運転モードに依存した
電流立ち上がりおよび立ち下がり曲線（電流の経時変
化）を示す。電流の立ち上がりおよび立ち下がりは、指
数関数的に経過する。時定数Ｔi ＝Ｌi ／Ｒi （Ｌi ：
インダクタンス、Ｒi ：相巻線抵抗）は２つの転流の間
の時間ｔよりはるかに大きいために、電流の立ち上がり
曲線および立ち下がり曲線は、第一近似において互いに
逆方向の傾きをもつ直線である。特性曲線の傾き（電流
勾配）は運転モード（電動／発電）および直流電動機１
の回転数に依存している。図２に、発電機運転を例に、
電流立ち上がり曲線と電流立ち下がり曲線とが示されて
いる。回転数ｎが増大すると（ｎ２＞ｎ１）、電流立ち
上がり曲線の傾きは大きくなり、電流立ち下がり曲線の
傾きは小さくなる。それゆえ、対象とする全回転数範囲
にわたり、電流の立ち上がりは電流の立ち下がりより早
く終了する。その結果、電動機内に直流中間回路におけ
る単電流測定によっては把握されないピーク電流が生じ
る。
の相巻線における、回転数および運転モードに依存した
電流立ち上がりおよび立ち下がり曲線（電流の経時変
化）を示す。電流の立ち上がりおよび立ち下がりは、指
数関数的に経過する。時定数Ｔi ＝Ｌi ／Ｒi （Ｌi ：
インダクタンス、Ｒi ：相巻線抵抗）は２つの転流の間
の時間ｔよりはるかに大きいために、電流の立ち上がり
曲線および立ち下がり曲線は、第一近似において互いに
逆方向の傾きをもつ直線である。特性曲線の傾き（電流
勾配）は運転モード（電動／発電）および直流電動機１
の回転数に依存している。図２に、発電機運転を例に、
電流立ち上がり曲線と電流立ち下がり曲線とが示されて
いる。回転数ｎが増大すると（ｎ２＞ｎ１）、電流立ち
上がり曲線の傾きは大きくなり、電流立ち下がり曲線の
傾きは小さくなる。それゆえ、対象とする全回転数範囲
にわたり、電流の立ち上がりは電流の立ち下がりより早
く終了する。その結果、電動機内に直流中間回路におけ
る単電流測定によっては把握されないピーク電流が生じ
る。
【００２５】さらに、図２には、回転数ｎ1 における電
流立ち上がり曲線および立ち下がり曲線に基づき、本発
明による方法の実施例による、制御されない運転に対す
る電流制御器１４の遮断時間ｔS を決定する方法が略示
されている。電流立ち上がりと電流立ち下がりが転流信
号の到来をもって同時に開始されると、転流される相巻
線における電流の立ち上がり（Ａ点における電動機電流
への到達）は、転流を行う相巻線における電流立ち下が
り（Ｂ点における電流値Ｉ＝Ｏへの到達）より早く終了
する。しかしながら、本発明による１つの方法にみられ
るように、電流立ち上がりを電流立ち下がりに対して電
流立ち上がり時間と電流立ち下がり時間の差（ｔ（Ｂ）
−ｔ（Ａ）＝ｔV ＝ｔS ）だけ遅らせると、電流立ち上
がりはＢ点で電流立ち下がりとほぼ同時に終了する。転
流時に単電流測定により生じるピーク電流は完全に除去
される。電動機電流の中断によりトルク平均値はやや小
さくなるが、より大きい電流目標値を設定することによ
って容易に補償できる。
流立ち上がり曲線および立ち下がり曲線に基づき、本発
明による方法の実施例による、制御されない運転に対す
る電流制御器１４の遮断時間ｔS を決定する方法が略示
されている。電流立ち上がりと電流立ち下がりが転流信
号の到来をもって同時に開始されると、転流される相巻
線における電流の立ち上がり（Ａ点における電動機電流
への到達）は、転流を行う相巻線における電流立ち下が
り（Ｂ点における電流値Ｉ＝Ｏへの到達）より早く終了
する。しかしながら、本発明による１つの方法にみられ
るように、電流立ち上がりを電流立ち下がりに対して電
流立ち上がり時間と電流立ち下がり時間の差（ｔ（Ｂ）
−ｔ（Ａ）＝ｔV ＝ｔS ）だけ遅らせると、電流立ち上
がりはＢ点で電流立ち下がりとほぼ同時に終了する。転
流時に単電流測定により生じるピーク電流は完全に除去
される。電動機電流の中断によりトルク平均値はやや小
さくなるが、より大きい電流目標値を設定することによ
って容易に補償できる。
【００２６】ピーク電流によって永久磁石回転子が減磁
される危険はもはやなくなる。スイッチ動作可能なパワ
ートランジスタにかかる負担も小さくなる。その他の長
所として、過電流防止装置を定格電流の２倍の電流では
なく、単に定格電流に合わせるだけでよくて、それによ
って直流電動機１は過電流に対してより効果的に保護さ
れる。
される危険はもはやなくなる。スイッチ動作可能なパワ
ートランジスタにかかる負担も小さくなる。その他の長
所として、過電流防止装置を定格電流の２倍の電流では
なく、単に定格電流に合わせるだけでよくて、それによ
って直流電動機１は過電流に対してより効果的に保護さ
れる。
【００２７】第３図に、本発明による方法を実施するた
めの直流駆動装置のブロック線図を示す。また、永久磁
石回転子および三相巻線を有するブラシなし直流電動機
１の等価回路が示されている。直流電動機１には公知の
方法で、転流時点を決定する転流信号を出力する回転子
位置センサー６が付けられている。直流電動機１の直流
中間回路−変換器２は、電源側整流器モジュール８と機
械側出力段７とからなる。出力段７は、図１ａおよび１
ｂに示す逆並列還流ダイオード（Ｖ１−Ｖ６）付きのパ
ワートランジスタ（Ｔ１−Ｔ６）を有する三相交流ブリ
ッジとして構成されている。直流電圧ＵZKが印加された
直流中間回路５において、電流測定装置４により直流中
間回路５の電流が、無接触で測定される（直流中間回路
５における単電流測定）。
めの直流駆動装置のブロック線図を示す。また、永久磁
石回転子および三相巻線を有するブラシなし直流電動機
１の等価回路が示されている。直流電動機１には公知の
方法で、転流時点を決定する転流信号を出力する回転子
位置センサー６が付けられている。直流電動機１の直流
中間回路−変換器２は、電源側整流器モジュール８と機
械側出力段７とからなる。出力段７は、図１ａおよび１
ｂに示す逆並列還流ダイオード（Ｖ１−Ｖ６）付きのパ
ワートランジスタ（Ｔ１−Ｔ６）を有する三相交流ブリ
ッジとして構成されている。直流電圧ＵZKが印加された
直流中間回路５において、電流測定装置４により直流中
間回路５の電流が、無接触で測定される（直流中間回路
５における単電流測定）。
【００２８】回転子位置センサーのディジタル信号は回
転数現在値として用いられ、回転数現在値処理部（Ｄ／
Ａ変換器）９によりアナログ電圧に変換される。回転数
現在値を検出するための外部回転速度計が不要なため、
これは非常に安価な解決法である。回転数目標値は目標
値設定部１０によって任意に設定される。回転数制御
は、回転数調節部１１（通常はＰＩ調節器）、電流制限
部１２および絶対値生成部１３により公知の方法によっ
て行われる。回転数調節により、回転数調節の基礎とな
る電流制御のための電動機電流の目標値が与えられる。
転数現在値として用いられ、回転数現在値処理部（Ｄ／
Ａ変換器）９によりアナログ電圧に変換される。回転数
現在値を検出するための外部回転速度計が不要なため、
これは非常に安価な解決法である。回転数目標値は目標
値設定部１０によって任意に設定される。回転数制御
は、回転数調節部１１（通常はＰＩ調節器）、電流制限
部１２および絶対値生成部１３により公知の方法によっ
て行われる。回転数調節により、回転数調節の基礎とな
る電流制御のための電動機電流の目標値が与えられる。
【００２９】上述したように、電動機電流の現在値は直
流中間回路５で電流測定装置４によって測定される。電
流制御器１４は二位置電流制御器である。電流現在値が
電流制御器ヒステリシス帯の上限に到達すると、制御論
理部１５と回転方向切替部１６の信号に応じて制御され
る出力段７のパワートランジスタはオフとされ、電流制
御器ヒステリシス帯の下限を下回ると再びオンに転じ
る。電流制御器１４のクロック周波数は固定されたもの
ではなくて、電流制御器１４に設定されたヒステリシ
ス、電動機インダクタンスＬi および巻線抵抗Ｒi に依
存している。
流中間回路５で電流測定装置４によって測定される。電
流制御器１４は二位置電流制御器である。電流現在値が
電流制御器ヒステリシス帯の上限に到達すると、制御論
理部１５と回転方向切替部１６の信号に応じて制御され
る出力段７のパワートランジスタはオフとされ、電流制
御器ヒステリシス帯の下限を下回ると再びオンに転じ
る。電流制御器１４のクロック周波数は固定されたもの
ではなくて、電流制御器１４に設定されたヒステリシ
ス、電動機インダクタンスＬi および巻線抵抗Ｒi に依
存している。
【００３０】電流制御には絶対値生成部１３のためたえ
ず正の出力電圧が供給されるので、極性識別部１９を介
して回転方向切替部１６に極***換信号が送られる。そ
こで、回転方向切替部１６はパワートランジスタＴ１−
Ｔ６を他の運転モードに適宜切り替える。回転方向切替
部１６と出力段７との結合は、駆動制御段１７を介して
行われる。
ず正の出力電圧が供給されるので、極性識別部１９を介
して回転方向切替部１６に極***換信号が送られる。そ
こで、回転方向切替部１６はパワートランジスタＴ１−
Ｔ６を他の運転モードに適宜切り替える。回転方向切替
部１６と出力段７との結合は、駆動制御段１７を介して
行われる。
【００３１】電子制御装置１８は入力信号として回転子
位置センサー６から転流信号、目標値設定部１０から回
転数目標値および極性識別部１９から運転モードに関す
る情報を受け取る。電子制御装置１８では、これらの情
報ならびにメモリー内の電流立ち上がり曲線および電流
立ち下がり曲線により、上述したようなやり方で電流制
御器１４のブロッキング時間ｔS が決定される。ブロッ
キング部２０はブロッキング時間ｔS の長さに対応する
ブロッキング信号によって作動する。ブロッキング部２
０の作動により電流制御器１４はブロッキングされ、す
べてのパワートランジスタＴ１−Ｔ６はオフとされる。
位置センサー６から転流信号、目標値設定部１０から回
転数目標値および極性識別部１９から運転モードに関す
る情報を受け取る。電子制御装置１８では、これらの情
報ならびにメモリー内の電流立ち上がり曲線および電流
立ち下がり曲線により、上述したようなやり方で電流制
御器１４のブロッキング時間ｔS が決定される。ブロッ
キング部２０はブロッキング時間ｔS の長さに対応する
ブロッキング信号によって作動する。ブロッキング部２
０の作動により電流制御器１４はブロッキングされ、す
べてのパワートランジスタＴ１−Ｔ６はオフとされる。
【００３２】図４ａにブロッキング部２０を制御するた
めの電子制御装置１８のプログラムのフローチャートを
示す。ステップ２１で回転子位置センサーから転流信号
が到来するとプログラムが開始する。ステップ２２で
は、ブロッキング部が作動し、同時に内部タイマがスタ
ートする。ステップ２３では、極性識別部１９の信号に
より直流電動機１の回転方向が検出される。ステップ２
４で、電動機運転か否か質問する。電動機運転の場合に
は、ステップ２５で回転数ｎが設定された回転数ｎmax
より大きいか否か質問する。この条件が満たされた場合
には、ステップ２５ａで新しいブロッキング時間ｔS ＝
０が設定される。ステップ２５で前記の条件が満たされ
ない場合には、ステップ２６で電動機運転に対するブロ
ッキング時間ｔS が計算される。ステップ２４で発電機
運転の場合には、ステップ２７で発電機運転に対するブ
ロッキング時間ｔS が計算される。次いでステップ２８
で、このブロッキング時間が記憶される。
めの電子制御装置１８のプログラムのフローチャートを
示す。ステップ２１で回転子位置センサーから転流信号
が到来するとプログラムが開始する。ステップ２２で
は、ブロッキング部が作動し、同時に内部タイマがスタ
ートする。ステップ２３では、極性識別部１９の信号に
より直流電動機１の回転方向が検出される。ステップ２
４で、電動機運転か否か質問する。電動機運転の場合に
は、ステップ２５で回転数ｎが設定された回転数ｎmax
より大きいか否か質問する。この条件が満たされた場合
には、ステップ２５ａで新しいブロッキング時間ｔS ＝
０が設定される。ステップ２５で前記の条件が満たされ
ない場合には、ステップ２６で電動機運転に対するブロ
ッキング時間ｔS が計算される。ステップ２４で発電機
運転の場合には、ステップ２７で発電機運転に対するブ
ロッキング時間ｔS が計算される。次いでステップ２８
で、このブロッキング時間が記憶される。
【００３３】プログラムされたブロッキング時間が経過
すると、タイマは割込みを作動させる。図４ｂにタイマ
の割込み処理を示す。ブロッキング時間が終了すると、
ステップ３０でブロッキングが解消される。ステップ３
１でタイマがリセットされ、ステップ３２でタイマに新
しく計算されたブロッキング時間が設定される。次い
で、ステップ３３で主プログラムが続行される。
すると、タイマは割込みを作動させる。図４ｂにタイマ
の割込み処理を示す。ブロッキング時間が終了すると、
ステップ３０でブロッキングが解消される。ステップ３
１でタイマがリセットされ、ステップ３２でタイマに新
しく計算されたブロッキング時間が設定される。次い
で、ステップ３３で主プログラムが続行される。
【図１】（ａ）は変換器の機械側出力部における転流前
の電流経路の説明図、（ｂ）は変換器の機械側出力部に
おける転流時の電流経路の説明図である。
の電流経路の説明図、（ｂ）は変換器の機械側出力部に
おける転流時の電流経路の説明図である。
【図２】回転数ｎ１のときのブロッキング時間ｔS の指
定のための略図を記入した、発電機運転モードにおける
回転数および運転モードに依存する電流立ち上がりおよ
び立ち下がり曲線の概念図である。
定のための略図を記入した、発電機運転モードにおける
回転数および運転モードに依存する電流立ち上がりおよ
び立ち下がり曲線の概念図である。
【図３】本発明の方法による直流機のブロック線図であ
る。
る。
【図４】（ａ）はブロッキングを制御する電子制御装置
のプログラムのフローチャート、（ｂ）はタイマーの割
込処理のブロック線図である。
のプログラムのフローチャート、（ｂ）はタイマーの割
込処理のブロック線図である。
１ 直流電動機 ２ 変換器 ３ 直流電源 ４ 電流測定装置 ５ 直流電源一中間回路 ６ 回転子位置センサー ７ 出力段 ８ 整流器モジュール ９ 回転数現在値処理部（Ｄ／Ａ変換器） 10 目標値設定部 11 回転数調節部 12 電流制限部 13 絶対値生成部 14 電流制御器 15 制御論理部 16 回転方向切替部 17 駆動制御段 18 電子制御装置 19 極性識別部 20 ブロッキング部
フロントページの続き (73)特許権者 390009232 Ｋｕｒｆｕｅｒｓｔｅｎ−Ａｎｌａｇｅ 52−60，Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ，Ｆｅ ｄｅｒａｌ Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｇｅｒｍａｎｙ (72)発明者 カイ アルブレヒト ドイツ連邦共和国 6900 ハイデルベル ク ツヴェルクゲヴァン 21 (72)発明者 ユルゲン ゼーベルガー ドイツ連邦共和国 6909 ヴァルドルフ ダンテシュトラーセ ３ (56)参考文献 特開 昭63−56190（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−64585（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−144592（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02P 6/18
Claims (8)
- 【請求項１】 ブラシなし直流電動機の相巻線に直流電
源−中間回路−開閉動作可能なパワートランジスタを備
えた変換器を介して矩形波電流を供給し、電流現在値の
検出をもっぱら直流電源−中間回路での単電流測定で行
う場合の相巻線間の転流時に相巻線に発生するピーク電
流を抑圧する方法において、発電機運転のとき、ならび
に電動機運転で所定の回転数以下のとき、すべてのパワ
ートランジスタ（Ｔ１−Ｔ６）をある時間ｔvの期間中
は停止させることにより、相巻線での電流の立ち上がり
を電流の立ち下がりに対して時間ｔv だけ遅らせること
を特徴とするピーク電流抑圧方法。 - 【請求項２】 電流の立ち下がりが回転子位置センサー
（６）の転流信号の到来をもって開始され、電流の立ち
上がりが時間ｔV だけ遅れて開始される請求項１記載の
方法。 - 【請求項３】 電流の立ち下がりが回転子位置センサー
（６）の転流信号の到来前に開始され、電流の立ち上が
りが時間ｔV だけ遅れて転流信号の到来をもって開始さ
れる請求項１記載の方法。 - 【請求項４】 ブロッキング時間ｔS に相当する時間ｔ
V の間、電流制御器（１４）が阻止される請求項１およ
び２または１および３記載の装置。 - 【請求項５】 ブロッキング時間ｔS が電子制御装置
（１８）によって設定される請求項４記載の方法。 - 【請求項６】 ブロッキング時間ｔS が電流の立ち上が
り曲線および立ち下がり曲線に基づき、電流の立ち上が
りと立ち下がりとがほぼ同時に終了するように選定され
ている請求項５記載の方法。 - 【請求項７】 ブロッキング時間ｔS が一定である請求
項４または５記載の方法。 - 【請求項８】 変換器（２）が転流信号の到来をもって
停止され、電動機電流が最小値Ｉmin に達すると転流が
開始される請求項１または２記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4009184A DE4009184A1 (de) | 1990-03-22 | 1990-03-22 | Verfahren zur unterdrueckung von stromspitzen waehrend einer kommutierung eines buerstenlosen gleichstrommotors |
| DE4009184.8 | 1990-03-22 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04222490A JPH04222490A (ja) | 1992-08-12 |
| JP3148269B2 true JP3148269B2 (ja) | 2001-03-19 |
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ID=6402796
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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|---|---|
| US (1) | US5361021A (ja) |
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| CA (1) | CA2038846C (ja) |
| DE (1) | DE4009184A1 (ja) |
| FR (1) | FR2660127A1 (ja) |
| GB (1) | GB2243505B (ja) |
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| US5220259A (en) * | 1991-10-03 | 1993-06-15 | Graco Inc. | Dc motor drive system and method |
| GB2276050B (en) * | 1993-02-24 | 1997-01-15 | Dowty Defence & Air Syst | Permanent magnet machines |
| JPH08331882A (ja) * | 1995-03-24 | 1996-12-13 | Seiko Epson Corp | モータ制御装置 |
| JP3309648B2 (ja) * | 1995-06-22 | 2002-07-29 | 三菱電機株式会社 | エレベータの制御装置 |
| US5602452A (en) * | 1995-09-19 | 1997-02-11 | Moog Inc. | Regeneration current-spike limiter for six-step motor drives |
| GB9625831D0 (en) * | 1996-12-12 | 1997-01-29 | Switched Reluctance Drives Ltd | Hysteresis current controller for a reluctance machine |
| DE19949804A1 (de) | 1998-11-09 | 2000-05-11 | Papst Motoren Gmbh & Co Kg | Elektronisch kommutierter Motor |
| ATE381806T1 (de) * | 1998-12-08 | 2008-01-15 | Ebm Papst St Georgen Gmbh & Co | Elektronisch kommutierter motor |
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| DE102006001915B4 (de) | 2005-02-11 | 2021-10-28 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Verfahren und Anordnung zur Ermittlung von Betriebsgrößen eines EC-Motors |
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| CN104198937B (zh) * | 2014-08-26 | 2017-05-17 | 北京精密机电控制设备研究所 | 旋转变压器随机安装无刷直流电机电气零位测试方法 |
| CN114137282B (zh) * | 2021-11-26 | 2022-12-16 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种采样电路及芯片、采样与拟合方法、存储介质、设备 |
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-
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- 1990-03-22 DE DE4009184A patent/DE4009184A1/de active Granted
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