JPH0334308B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、電動機の制御装置およびその制御方
法を提供するものである。

〔発明の背景〕

運転指令値に対し、忠実な運転制御を行なうた
め、電動機の運転速度情報ばかりでなく、電動機
の回転子の回転位置情報もフイードバツク制御の
対象とすることが行なわれている。このような目
的で開発された無整流子電動機（以下単にモート
ルと称す）の制御システム例を第１図に示す。す
なわち、これを簡単に説明すると、１，２，３は
モートル１３を駆動するためのインバータ装置を
構成するコンバーター部のダイオードブリツジ回
路、平滑用コンデンサー、およびインバータ部の
パワートランジスター回路である。モートル１３
はインバータ装置より電力の供給を受ける３相の
電機子巻線７と、有極特性を持つ回転子８から構
成される。１１，１４は回転子８にそれぞれ連結
した、運転速度情報を取り出すための速度発電
機、回転子８の回転位置情報を取り出すための位
置検出器である。位置検出器１４としては、しや
光板９と光電式センサー１０を租み合わせたも
の、あるいは磁気式センサーを利用するものなど
がすでに提案されている。１２は速度発電機１１
および位置検出器１４からのフイードバツク信号
を基に、主にインバータ部のパワートランジスタ
ー回路３のベース信号を制御する制御装置であ
り、回転子８の回転位置に応じて各電機子巻線７
に適切な割合、および、大きさの電流を供給する
ためのものである。なお、４，５，６は各所の電
流検出用の抵抗である。

さて、このようなシステムにおいては、モート
ルの始動初期の段階で、回転子の回転位置を決め
るために電動機の制御装置に内蔵された位置検出
手段の初期設定が特定されないため、電機子巻線
に流す電流の割合および大きさを特定できず制御
動作が不安定になつてしまう欠点があつた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、始動初期において電動機の電
流を早期に安定させ、確実な制御を進めて行くこ
とができる電動機の制御装置およびその制御方法
を提供するものである。

〔発明の概要〕

本願の第１の発明は、出力が電動機に接続さ
れ、該電動機を回転制御する駆動装置と、 前記電動機の回転子の磁極位置情報パルス及び
回転角度情報パルスを出力する回転検出装置と 前記回転角度情報パルスと速度目標設定値に基
づき、回転速度偏差に応じた値を演算して前記駆
動装置に該演算値を出力する速度指令手段と、 前記磁極位置情報パルス及び前記回転角度情報
パルスに基づき、電動機の回転子の磁極位置を検
出する位置検出手段と、 前記位置検出手段の出力信号を入力して、前記
駆動装置に電流位相指令信号を出力する位相指令
手段 を備えた電動機の制御装置において、 前記位置検出手段は、 前記回転角度情報パルスを計数する計数手段
と、 前記磁極位置情報パルスに基づき前記計数手段
の出力を60度ごとに所定の値にセツトするリセツ
ト手段と、 始動信号が入力されてから次に前記磁極位置情
報パルスの最初の変化点が入力されるまでの始動
期間は、前記磁極位置情報パルスにより割り出さ
れた回転角度範囲の中心の角度に応じた値を出力
する始動時アドレス指定手段と、 前記始動期間は前記始動時アドレス指定手段の
出力信号を前記位相指令手段へ送出し、前記始動
期間を過ぎた期間は前記計数手段の出力信号を前
記位相指令手段へ送出するアドレス選択手段 を備えたことを特徴とする電動機の制御装置であ
り、 また本願の第２の発明は、出力が電動機に接続
され、該電動機を回転制御する駆動装置と、 前記電動機の回転子の磁極位置情報パルス及び
回転角度情報パルスを出力する回転検出装置と 前記回転角度情報パルスと速度目標設定値に基
づき、回転速度偏差に応じた値を演算して前記駆
動装置に該演算値を出力する速度指令手段と、 前記磁極位置情報パルス及び前記回転角度情報
パルスに基づき、電動機の回転子の磁極位置を検
出する位置検出手段と、 前記位置検出手段の出力信号を入力して、前記
駆動装置に電流位相指令信号を出力する位相指令
手段 を備えた電動機制御装置を運転開始するための制
御方法において、 始動の際、前記磁極位置情報パルスにより割り
出された回転角度範囲の中心角度に対応した値
を、 前記位置検出手段に初期セツトする第１ステツ
プと、 電動機の回転が開始されてから多くとも60度回
転する範囲内の前記磁極位置情報パルスが変化す
るタイミングで、その時点の回転角度に対応した
値を前記位置検出手段にセツトする第２ステツプ
と、 前記第２ステツプ以後、前記位置検出手段は、
前記回転角度情報パルスを計数する第３ステツプ
を備えたことを特徴とする制御方法である。

〔発明の実施例〕

以下、まず回転検出装置について第２図、第３
図により説明する。２００は円盤状の回転体であ
り、一面にコード化した複数組（トラツク）の繰
返しパターンを同心円上に設けたものである。具
体的には板状のアルミニウム材による構造体の盤
面２０１に磁性塗膜の焼付け部分、未焼付け部分
を一定の周期で繰返したものであり、図中、黒帯
部分（あるいはハツチング部分）は磁性塗膜の焼
付け箇所、白帯部分は未焼付け箇所を示す。すな
わち、回転体２００の最外径部のトラツク２０３
は、回転体２００の回転速度の読取精度を保つの
に必要な分解能を持つ繰返し周期に細分した焼付
け部分・未焼付け部分が繰返し設けられる。実施
例では、この焼付け部分・未焼付け部分の繰返し
パターンが1024対設けられている。次に、内側の
各トラツク２０４，２０５，２０６には、回転体
２００の回転位置の読取を行なうのに必要な繰返
し周期（すなわち、これと連結するモートルの極
数の1/2に等しい繰返し回数を持つ）を焼付け部
分・未焼付部分が設けられる。実施例は３相２極
モータに組み合わせる回転検出装置であるため、
各トラツク２０４，２０５，２０６内では磁性塗
膜の焼付け部分・未焼付部分は、中心より見てそ
れぞれ180゜の範囲に設定し、また、各トラツク相
互間ではそれぞれ120゜の位相差を設けて構成して
いる。１００は回転体２００の盤面２０１に近設
して対面するよう配置した検出器であり、この検
出器１００には各トラツク２０３，２０４，２０
５，２０６にそれぞれ対応する、例えばパーマロ
イ材より成る磁気抵抗素子１０１〜１１１が設け
られている。すなわち、磁気抵抗素子１０１〜１
０５は各トラツク２０３〜２０６と対向し、磁性
塗膜の磁気的影響を受け易いように配置してい
る。また、磁気抵抗素子１０７〜１１１は各トラ
ツク２０３〜２０６の磁気的影響を受け難い場所
に配置し、それぞれの磁気抵抗素子１０１〜１０
５と直列に接続し、これらのベース抵抗を構成す
るものである。このような磁気抵抗素子１０１〜
１１１はフオト・エツチング法あるいはスパツタ
法で容易に検出器基板上に作成してゆくことがで
きる。このように構成した上で、例えば磁気抵抗
素子１０１，１０７の直列回路に一定電圧を加
え、磁気抵抗素子１０７の両端の電圧変化を検出
することに磁性塗膜の通過、すなわち回転体２０
０の回転状態を測定することができる。なお、ト
ラツク２０３に２組の磁気抵抗素子１０１，１０
７，１０２，１０８を設けたのは回転体２００の
回転方向検出のためである。したがつて、磁気抵
抗素子１０１，１０２の配置間隔は、トラツク２
０３の磁性塗膜の焼付け、未焼付け間隔入の1/2
に選んでいる。

このように構成した回転検出装置をモータの反
負荷側、すなわち、回転体２００をモータの回転
子に連結し、検出器１００を固定部に配置して、
各磁気抵抗素子１０７〜１１１の電圧変化を検出
することにより取り出した各種フイードバツク情
報をモートルの制御運転に利用してゆくことがで
きる。すなわち、モートルの120゜通電制御方式を
取る制御系では、すでに第１図で説明したと同様
な方式でモートル１３の制御操作を行なうことが
できる。つまり、トラツク２０３より検出される
速度フイードバツク情報によりモートル１３に加
える電圧値を制御し、トラツク２０４〜２０６よ
り検出する回転位置のフイードバツク情報の単純
な組み合わせによりモートル１３の電機子巻線７
の各相に供給する電流の位相を制御してゆくもの
である。

このように、実施例の回転検出装置は回転体の
速度情報と回転位置情報が同時に取り出せるもの
であり、従来装置のように、速度発電機と位置検
出器を組み合わせて設けるものに比べ、装置の小
形化を進めることができる。また、装置の組み立
て誤差の累積も少なくなることから、信頼性の高
いフイードバツク信号を得ることができる。特に
実施例においては、印刷技術を用いて回転体の各
トラツクのパターン、および、検出器の各磁気抵
抗素子を同時に配置してゆくことができることか
ら、回転検出装置自身の精度を高めてゆくことが
でき、しかも、組立時の調整操作を省いてゆくこ
とも可能となる。

以上説明した実施例では盤状の回転体を用いた
回転検出装置について説明したが、本発明では円
筒状の回転体を利用し、これの筒面に各トラツク
を同心上に、しかも平行に配設してゆくこともで
きる。また、実施例においては回転位置検出のた
めのトラツクを各相互に１本設け、このトラツク
内をモートルの極数に応じて分割してゆく例につ
いて説明したが、本発明は各相当り電気角で90゜
位相の異なるトラツクを磁極対数本分設けてゆく
こともできる。勿論、各磁極数に合わせたトラツ
クを設けておき、これを接続する側のモートルの
磁極数に合わせて最も適切なトラツクを選択して
ゆくこともできる。さらに、実施例では磁性塗膜
と磁気抵抗素子の組み合わせにより各種信号を検
出したが、これは、従来より提案されているホー
ル素子、あるいは通光式の回転体と光電素子の組
み合わせなどによつても実現してゆくことができ
る。この場合も、印刷技術を用いて、透明板にし
や光塗料を塗布してすでに説明した第２図のよう
なパターンを構成することができる。

次に第４図、第５図を参照して説明する。すで
に回転検出装置の各検出信号を基に、120゜通電制
御方式の制御装置を運転制御してゆくことについ
て説明したが、これを180゜通電制御方式の制御装
置に利用する場合には、さらに工夫が必要にな
る。

以下、３相電機子巻線３０８Ｕ，３０８Ｖ，３
０８Ｗを備える２極構成のモートル３０８を制御
してゆく例を示す。今、モートル３０８の各相巻
線３０８Ｕ，３０８Ｖ，３０８Ｗに誘起される電
圧Eu，Ev，Ewを Eu＝sin（ωt） Ev＝sin（ωt−２／３π） Ew＝sin（ωt−４／３π） とおくと、各相間の線間電圧Euv，Evw，Ewuは Euv＝√３sin（ωt＋π／６） Evw＝√３sin（ωt＋π／６−２／３π） Ewu＝√３sin（ωt＋π／６−４／３π） となる。

この関係を第４図に同一附号を用いて表記す
る。180゜通電制御方式の場合は、誘起電圧Eu，
Ev，Ewと同一位相の正弦波電流を供給すること
により平滑なトルクを得られることが分かつてい
る。したがつて、各相巻線の誘起電圧Eu，Ev，
Ewより30゜位相の進んだ線間電圧を供給するよう
指令信号を作り出し、この指令信号を基にモート
ル３０８の駆動手段を制御してゆけば良いことに
なる。このためには、二つの方法が考えられる。
その一つは誘起電圧と同相の回転位置信号が得ら
れるよう、回転子３２１の磁極配置に合わせて回
転検出装置３０９の回転体を連結し、検出した回
転位置信号を何らかの方法で処理し、結果として
誘起電圧より30゜位相の進んだ信号を得る方法。
もう一つは、線間電圧と同相の信号を得るため、
回転検出装置３０９の回転体の連結位置を回転子
３２１の磁極配置よりも電気角で30゜に相当する
角度だけあらかじめ進めて置く、あるいは、回転
検出装置３０９の検出器の取り付け位置を、モー
トル３０８の各巻線に対して同様に進めて配置す
る方法がある。実施例においては後に説明した方
法を採用している。すなわち、第４図において、
Ru，Rv，Rwは回転子３２１の磁極配置と同相
の回転位置信号が得られるように回転検出装置３
０９を連結した場合の回転位置信号、Ruv，
Rvw，Rwuは線間電圧と同相の回転位置信号が
得られるように回転検出装置３０９を工夫して連
結した場合の回転位置信号を示すものがある。

さて、制御装置部分について説明を始めると、
回転検出装置３０９のトラツク２０３より読み出
される２相の速度検出信号Ａ，Ｂは、４倍回路３
１２に入力され４倍の周波数に加工された後、
Ｆ／Ｖコンバータ３１３でアナログ値の速度フイ
ードバツク信号に変換され、突き合せ点３０２で
モートル３０８の目標運転速度を設定した目標設
定手段３０１の目標信号と突き合わされる。２相
の速度検出信号Ａ，Ｂは、同時に正逆転判定器３
１１に入力され、モートル３０８の回転方向が判
別される。この判別結果はアツプダウンカウンタ
３１４のアツプダウン選択端子Ｕ／Ｄに入力さ
れ、判別されたモートル３０８の回転方向に応じ
て、アツプ・ダウンカウンタ３１４の加算、ある
いは、減算操作が選択される。また、速度検出信
号Ａはアツプ・ダウンカウンタ３１４のクロツク
入力端子CPに入力される。さらに、回転検出装
置３０９の例えばトラツク２０４より検出される
回転位置信号Ruvはワンシヨツトマルチバイブレ
ータで波形成形された後、アツプ・ダウンカウン
タ３１４のリセツト端子RESに入力される。す
なわち、回転位置信号Ruvが入力され、アツプ・
ダウンカウンタ３１４がゼロクリアされる位置を
回転系の原点と想定すると、回転系の回転位置は
アツプ・ダウンカウンタ３１４に記憶される数値
に一定の関係で対応することになる。今、モート
ル３０８の１回転により速度検出信号Ａが1024パ
ルス発生すると仮定すれば、アツプ・ダウンカウ
ンタ３１４に入力される１パルスはモートル３０
８の360゜／1024の回転を示すことになる。したが
つて、このアツプ・ダウンカウンタ３１４の値を
読み出し、このカウント数に360゜／1024を掛け合
わせることによりモートル３０８の回転角度を知
ることができる。このアツプ・ダウンカウンタ３
１４のカウント数値はそのまま、次段の正弦波テ
ーブル３１５〜３１７のアドレス信号として利用
される。すなわち、正弦波テーブル３１５〜３１
７を構成するROMには、アドレス信号（換言す
るとモートル３０８の回転角度）に対応し、制御
上必要な各線間電圧波形に相似する各種正弦波の
値をあらかじめ記憶しておく。正弦波テーブル３
１５〜３１７により出力されたデジタル信号は
Ｄ／Ａ変換器３１８〜３２０でアナログの位相指
令信号に変換された後、掛算器３２５〜３２７に
出力され、速度制御アンプ３０３を通して入力さ
れる突き合せ点３０２の速度指令信号と共に掛け
合わされ、インバータ３３７の駆動指令信号とな
る。インバータ３３７はこれらの駆動指令信号を
受けて、インバータ部３３７のパワートランジス
タ群を導通制御し、モートル３０８に供給する３
相の各線間電圧を制御するものである。なお、イ
ンバータ３３７内の３０５，３０６はインバータ
３３７の適切な負荷状態での運転を続けるための
電流フイードバツクの突き合わせ点、および電流
制御アンプである。

このように制御装置を構成すると、回転検出装
置３０９の信号を基に、モートル３０８の運転状
態に応じてモートル３０８に供電する３相電力の
線間電圧および位相を適切な条件に保つことがで
きる。すなわち、モートル３０８に供給される３
相電力は適切な位相関係を持つ正弦波状となるた
め、モートル３０８は常に平滑なトルクが得られ
る。また、従来から必要とされていたレゾルバを
使用することなく、必要な制御運転を行なうこと
ができるため、モートル３０８に組み合わせる検
出装置を小形化してゆくことができる。

なお、実施例においては、180゜通電制御方式を
行なうための正弦波変調信号をアツプ・ダウンカ
ウンタ３１４と正弦波テーブル３１５〜３１７の
組み合わせにより発生し、アツプ・ダウンカウン
タ３１４のノズルなどによるエラー・カウントの
積算防止のため回転検出装置３０９の回転位置信
号Ruvの立ち上がりを捕らえてアツプ・ダウンカ
ウンタ３１４のリセツトを行なつたが、さらに厳
密な制御を行なうのであれば、回転検出装置３０
９より発せられる回転位置信号Ruv，Rvw，
Rwuの全てを利用し、アツプ・ダウンカウンタ
と正弦波テーブルの組み合わせを相数組分設けて
も良いものである。さらに、正弦波テーブルを１
組だけ設け、アツプ・ダウンカウンタのアドレス
データを各相の位相差に相当する値だけ、加減算
処理し正弦波テーブルに入力することにより、必
要な正弦波の値を知ることもできる。

さて、前記実施例においては、モートル３０８
の始動初期の段階で、アツプ・ダウンカウンタ３
１４のリセツト端子RESにリセツト信号が入力
されるまで、各正弦波テーブル３１５〜３１７に
出力されるアドレス信号の内容が特定されないた
め制御動作が不安定になつてしまうことがある。
この対策として本発明の一実施例を示す第６図、
第７図の方法を採ることが考えられる。すなわ
ち、モートルの始動初期には各回転位置信号
Ruv，Rvw，Rwuの信号状態から、モートル３
０８の取り得る回転角度範囲を判断し、一義的に
判断された回転角度範囲の中心の回転角度に対応
する各正弦波テーブルのアドレス信号が得られる
ように構成すれば良いものでる。これを詳しく説
明すると、第７図に示すように例えば回転位置信
号Ruv，Rwuが共に発生している場合にはモー
トル３０８の回転角度は330゜〜30゜の範囲にある
と判断し、一義的にこれの中心の0゜（360゜）をモ
ートル３０８の制御のための回転角度とする。第
６図において、４００は回転位置判別回路であ
り、始動初期時に閉じられる始動表示スイツチ４
０１の信号を受けて、各回転位置信号Ruv，
Rvw，Rwuの信号より、第７図で説明したよう
な各正弦波テーブル３１５〜３１７のアドレス信
号を一義的に定めて出力する。４０２はアドレス
信号選択回路であり、モートル３０８の始動時は
回転位置判別回路４００のアドレス信号を、始動
完了後はアツプ・ダウンカウンタ３１４のカウン
ト結果を選択して各正弦波テーブル３１５〜３１
７に伝えるものである。説明を省略したその他の
部分についてはすでに説明した実施例と同様であ
ると考えると、始動初期時（少なくともモートル
３０８の１回転以内）には一義的に各正弦波テー
ブル３１５〜３１７のアドレス信号が定まるため
制御の安定化を進めることができる。

さらに、早い機会に正確なアドレス信号を得た
い場合には、回転位置信号Ruv，Rvw，Rwuと
正逆転判定器３１１の信号を利用して、回転位置
信号Ruv，Rvw，Rwuの組み合わが変わる毎に
モートル３０８の回転位置を割り出し、この割り
出し位置に対応するアドレス信号を得ると同時
に、アツプ・ダウンカウンタ３１４をリセツト
し、この後、割り出したアドレス信号の値にアツ
プ・ダウンカウンタ３１４のカウント値を加算
し、この加算結果を各正弦波テーブル３１５〜３
１７のアドレス信号として利用するよう制御回路
を構成することもできる。このような構成を取る
と、モートル３０８が少なくとも60゜回転するま
でに正確な位置信号を得ることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、始動初期において回転トルク
が十分確保できる効果がある。また始動初期のよ
り早い機会に正確な位置信号を得ることができ、
正規の回転トルクが確保できるので、始動初期に
おいて安定に制御できる効果がある。したがつて
本発明によれば、取り出した運転速度情報、およ
び回転位置情報を基に電動機を常に目標状態に制
御してゆくことができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電動機の制御装置を説明するた
めのブロツク図、第２図は本発明の一つの実施例
の回転検出装置の要部を説明するための図、第３
図は第２図のさらに要部を拡大して示す図、第４
図は回転検出装置の各種検出信号と電動機の各所
電圧波形を横軸に電動機の回転子の回転角度を取
つて示す図、第５図は本発明の電動機の制御装置
の一つの実施例を説明するためのブロツク図、第
６図は他の実施例の要部を説明するためのブロツ
ク図、第７図は第６図の動作を説明するための線
図である。 １０１，１０２，１０３，１０４，１０５…検
出素子、２００…回転体、２０３，２０４，２０
５，２０６…コード化された繰返しパターン、３
０８…電動機、３０９…回転検出装置、３０１，
３０２，３０３，３１２，３１３…速度指令手
段、３１０，３１１，３１４…位置検出手段、３
１５，３１６，３１７，３１８，３１９，３２０
…位相指令手段、３２５，３２６，３２７，３３
７…駆動手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 出力が電動機に接続され、該電動機を回転制
   御する駆動装置と、 前記電動機の回転子の磁極位置情報パルス及び
   回転角度情報パルスを出力する回転検出装置と、 前記回転角度情報パルスと速度目標設定値に基
   づき、回転速度偏差に応じた値を演算して前記駆
   動装置に該演算値を出力する速度指令手段と、 前記磁極位置情報パルス及び前記回転角度情報
   パルスに基づき、電動機の回転子の磁極位置を検
   出する位置検出手段と、 前記位置検出手段の出力信号を入力して、前記
   駆動装置に電流位相指令信号を出力する位相指令
   手段 を備えた電動機の制御装置において、 前記位置検出手段は、 前記回転角度情報パルスを計数する計数手段
   と、前記磁極位置情報パルスに基づき前記計数手
   段の出力を60度ごとに所定の値にセツトするリセ
   ツト手段と、 始動信号が入力されてから次に前記磁極位置情
   報パルスの最初の変化点が入力されるまでの始動
   期間は、前記磁極位置情報パルスにより割り出さ
   れた回転角度範囲の中心の角度に応じた値を出力
   する始動時アドレス指定手段と、 前記始動期間は前記始動時アドレス指定手段の
   出力信号を前記位相指令手段へ送出し、前記始動
   期間を過ぎた期間は前記計数手段の出力信号を前
   記位相指令手段へ送出するアドレス選択手段 を備えたことを特徴とする電動機の制御装置。 ２ 出力が電動機に接続され、該電動機を回転制
   御する駆動装置と、 前記電動機の回転子の磁極位置情報パルス及び
   回転角度情報パルスを出力する回転検出装置と 前記回転角度情報パルスと速度目標設定値に基
   づき、回転速度偏差に応じた値を演算して前記駆
   動装置に該演算値を出力する速度指令手段と、 前記磁極位置情報パルス及び前記回転角度情報
   パルスに基づき、電動機の回転子の磁極位置を検
   出する位置検出手段と、 前記位置検出手段の出力信号を入力して、前記
   駆動装置に電流位相指令信号を出力する位相指令
   手段 を備えた電動機制御装置を運転開始するための制
   御方法において、 始動の際、前記磁極位置情報パルスにより割り
   出された回転角度範囲の中心角度に対応した値
   を、前記位置検出手段に初期セツトする第１ステ
   ツプと、 電動機の回転が開始されてから多くとも60回転
   する範囲内の前記磁極位置情報パルスが変化する
   タイミングで、その時点の回転角度に対応した値
   を前記位置検出手段にセツトする第２ステツプ
   と、 前記第２ステツプ以後、前記位置検出手段は、
   前記回転角度情報パルスを計数する第３ステツプ
   を備えたことを特徴とする制御方法。