JPH08196095A - Control method for motor - Google Patents

Abstract

PURPOSE: To realize highly efficient speed control by a method wherein a three- phase voltage signal is multiplied by a current amplitude command value, derived from a speed difference or a torque command value, to produce a current command value for a reluctance motor. CONSTITUTION: The rotor salient pole 21 of a synchro is positioned such that a voltage induced in the first phase of an output winding 22, when the a rotor salient pole 11 is centered on the axis of the first phase winding in the three- phase winding of a stator while varying the amplitude at N period for one revolution of the rotor, has 60 deg. phase lead ahead of the maximum amplitude value. A detection circuit 31 removes high frequency components induced in the output winding 22 and takes out a three-phase voltage ea -ee which varies at a period N during single revolution. A multiplier 34 multiplies the three-phase voltage ea -ee by an amplitude command value im * to produce a current phase command value. In other words, the volt age of the synchro is converted through an F/V converter 32 into a voltage proportional to the speed which is then compared with a speed command value voltage. The difference is fed to a PI controller 33 which then delivers an amplitude command value im* to the multiplier 34 thus producing current command values ia *-ic *.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は種々の産業分野におい
て、高効率の駆動方式として広く利用されているリラク
タンスモータ、永久磁石電動機及び同期電動機、ならび
にロボット、ＦＡ機器等に使用の予想される可変リラク
タンス形（ＶＲ形）及び永久磁石形（ＰＭ形）バーニア
モータの制御回路を単純化することによって実現され
る、経済的で信頼性が高い電動機の制御方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is expected to be used in reluctance motors, permanent magnet motors and synchronous motors, robots, FA devices, etc., which are widely used as highly efficient drive systems in various industrial fields. The present invention relates to an economical and highly reliable electric motor control method realized by simplifying a control circuit of a reluctance type (VR type) and a permanent magnet type (PM type) vernier motor.

【０００２】[0002]

【従来の技術】リラクタンスモータ、永久磁石電動機、
及び同期電動機は周波数と極数によって速度が決まるの
で、Ｖ／ｆ一定のオープンループ速度制御が可能である
が、即応性を要求されるサーボモータ等の用途において
は、ベクトル制御として、ロータリエンコーダまたはレ
ゾルバによって回転子位置を検出し、ｄ−ｑ変換理論を
用いて直軸及び横軸電流を制御する方式、または起磁力
相差角を一定に保つように電流を制御する方式（特願平
２−３９７２８号「電動機の制御方法」）等がある。ま
たバーニアモータについては、回転子スロット数が同期
電動機の極対数に相当するので、これを基準とした電気
角で考えると、回転子位置を検出して上記の起磁力相差
角を一定に保つように電流を制御する方式と全く同様な
制御が行われていることは、可変リラクタンス形（ＶＲ
形）バーニアモータについては、電気学会論文誌Ｄ，１
１１巻，９号，７８５頁「バーニアモータのトルクを活
用した低速トルク駆動について」に、また永久磁石形
（ＰＭ形）バーニアモータについては、電気学会論文誌
Ｄ，１１３巻，１０号，１１９２頁「ＰＭ形バーニアモ
ータの理論とトルク特性」に記載される。このようにバ
ーニアモータも駆動の原理からみると一種の同期電動機
と考えられるので、以後リラクタンスモータ、永久磁石
電動機、同期電動機及びバーニアモータを総称して同期
機と言う。2. Description of the Related Art Reluctance motors, permanent magnet motors,
Since the speed of the synchronous motor and the number of poles are determined by the frequency and the number of poles, open loop speed control with constant V / f is possible. However, in applications such as servo motors that require quick response, rotary encoder or vector encoder is used as vector control. A method of detecting the rotor position by a resolver and controlling the direct-axis and horizontal-axis currents using dq conversion theory, or a method of controlling the currents so as to keep the magnetomotive force phase difference angle constant (Japanese Patent Application No. 2- No. 39728 "electric motor control method"). Also, for vernier motors, the number of rotor slots corresponds to the number of pole pairs in a synchronous motor, so considering the electrical angle based on this, the rotor position is detected and the above magnetomotive force phase difference angle is kept constant. The fact that the same control as the method of controlling the current is performed in the variable reluctance type (VR
Shape) For vernier motors, Transactions of the Institute of Electrical Engineers of Japan, D, 1
Vol. 11, No. 9, p. 785 "About low-speed torque drive utilizing the torque of vernier motor" and for permanent magnet type (PM type) vernier motor, IEEJ Transactions D, Vol. 113, No. 10, p. 1192 It is described in "Theory and torque characteristics of PM type vernier motor". Since the vernier motor is also considered as a kind of synchronous motor from the driving principle, the reluctance motor, the permanent magnet motor, the synchronous motor, and the vernier motor are generically called a synchronous machine.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】これらの方式におい
て、ロータリエンコーダの場合にはインクレメンタル形
では使用前に回転子を一度動かしてＺパルスを発生させ
る必要があるという欠点があり、このような問題のない
アブソリュート形は非常に高価である。また光学式ロー
タリーエンコーダは使用環境の悪い場所での使用には適
していない。これに対して１Ｘレゾルバの場合には、悪
い環境でも使用でき、通常Ｒ／Ｄ変換器を用いて絶対位
置をデジタル信号に変換することができるが、Ｒ／Ｄ変
換器を含めた価格は高価なものとなる。同期機は誘導電
動機に比べて効率が良いという利点があるので、省エネ
のために広く用いられる可能性があり、またバーニアモ
ータは低速で高トルク特性を有するので、高精度の位置
決めに必要なダイレクトドライブ用として使用される可
能性の高い電動機であるが、回転子位置の検出に基づく
制御方法を簡単で安価なものとすることによって、経済
性と信頼性を向上することが望まれていた。In these methods, in the case of a rotary encoder, the incremental type has a drawback that it is necessary to move the rotor once before use to generate a Z pulse, which causes such a problem. Absolute type without is very expensive. Moreover, the optical rotary encoder is not suitable for use in a place where the environment is poor. On the other hand, in the case of the 1X resolver, it can be used even in a bad environment, and the absolute position can usually be converted into a digital signal using the R / D converter, but the price including the R / D converter is expensive. It will be Synchronous machines have the advantage of being more efficient than induction motors, so they may be widely used for energy saving.Because vernier motors have low speed and high torque characteristics, the direct motors required for high-accuracy positioning can be used. Although the electric motor is highly likely to be used for a drive, it has been desired to improve economy and reliability by making the control method based on the detection of the rotor position simple and inexpensive.

【０００４】このような現状に鑑み、本発明は回転子位
置検出を含む制御装置を簡単にすることによって、信頼
性の向上をはかるとともに、高効率で経済的な同期機の
速度制御を実現しようとするものである。In view of the above situation, the present invention intends to improve reliability and realize highly efficient and economical speed control of a synchronous machine by simplifying a control device including rotor position detection. It is what

【０００５】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は同期機の制御に
用いられる起磁力相差角一定制御方式において、回転子
位置検出及びそれに関連する制御回路を簡単化すること
によって課題を解決しようとするものである。リラクタ
ンスモータの回転子突極中央の位置を検出し、その位置
と電機子電流による起磁力分布のピーク値の位置とのな
す角度（これを起磁力相差角と言う）が一定の値を保つ
ように電機子電流を制御することによって、高性能の可
変速運転が可能である。この点は、例えば１９９３年６
月の電気学会回転機研究会資料ＲＭ−９３−１８に記載
される。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention aims to solve the problems by simplifying the rotor position detection and the control circuit related thereto in the constant magnetomotive force phase difference angle control system used for controlling the synchronous machine. It is a thing. Detect the position of the rotor salient pole center of the reluctance motor and keep the angle between this position and the position of the peak value of the magnetomotive force distribution due to the armature current (this is called the magnetomotive force phase difference angle) constant High-performance variable speed operation is possible by controlling the armature current. This point is, for example, June 1993.
It is described in Lunar Society of Electrical Engineers Rotating Machinery Study Material RM-93-18.

【０００６】この場合電流指令値は、振幅の指令値と位
相の指令値とを掛け合わせて作るが、前者は速度の偏差
を検出してＰＩ制御器によって作るか、またはトルク指
令値から作り、後者はロータリエンコーダまたはレゾル
バを用いて検出した回転子突極の位置をデジタル値で表
し、これと起磁力相差角を加えた値のｃｏｓをデジタル
値で求めた後、Ｄ／Ａ変換器でアナログ値に変換して電
流位相の指令値を作るのが従来の方法である。本発明は
電流位相の指令値を作る過程を著しく簡単にするため
に、単相励磁巻線と３相出力巻線を有する位置検出装置
を用いる。この位置検出装置としては通常のＮＸシンク
ロと同じ機能を有するもので、出力巻線には回転子位置
に応じて、その振幅が全円周の１／Ｎを１周期とする正
弦波形の３相電圧を誘導するものを用いる。従来のブラ
シレスＮＸシンクロを利用することもできるが、発明者
が特許出願中のＶＲ形ＮＸシンクロ（特願平５−６３２
６号「位置検出装置」）を用いれば、構造が簡単とな
り、安価で信頼性が高いので、一層効果的である。以後
本発明に用いる位置検出装置を簡単のためにＮＸシンク
ロと言う。In this case, the current command value is created by multiplying the amplitude command value and the phase command value, but the former is created by the PI controller by detecting the deviation of the speed, or from the torque command value. The latter represents the position of the rotor salient pole detected with a rotary encoder or resolver as a digital value, and the cos of the value obtained by adding this to the magnetomotive force phase difference angle is obtained as a digital value and then analogized with a D / A converter. The conventional method is to convert the value into a value and create a command value for the current phase. The present invention uses a position detecting device having a single-phase excitation winding and a three-phase output winding in order to significantly simplify the process of generating the current phase command value. This position detector has the same function as a normal NX synchro, and the output winding has a three-phase sinusoidal waveform whose amplitude corresponds to 1 / N of the entire circumference according to the rotor position. The one that induces a voltage is used. The conventional brushless NX synchro can be used, but the VR type NX synchro of which the inventor has applied for a patent (Japanese Patent Application No. 5-632).
No. 6 “Position detection device” is more effective because the structure is simple, inexpensive and highly reliable. Hereinafter, the position detection device used in the present invention is referred to as NX sync for simplicity.

【０００７】まず産業界で広く使用されているポンプや
ブロワ等のように、１回転方向のみの可変速駆動を必要
とする負荷の駆動の場合を考える。極対数Ｎのリラクタ
ンスモータと等しいＮの値のＮＸシンクロ（Ｎは正の整
数値）を直結して使用するが、いずれも固定子には３相
巻線、回転子には突極を有する。３相巻線については、
第１相から相順に従ってａ，ｂ，ｃ相と言うこととす
る。リラクタンスモータの回転子突極の中央が固定子３
相巻線のａ相の巻線軸の位置にある時に、ＮＸシンクロ
の固定子３相出力巻線のａ相に誘導される電圧の１回転
Ｎ周期の振幅変化の位相が、その振幅最大値から起磁力
相差角の指令値に関係する特定の角度だけ進んだ位相と
なるようにＮＸシンクロとリラクタンスモータを直結し
て、位置検出装置の出力巻線の誘導電圧を検波して得ら
れた、１回転Ｎ周期の正弦波形の３相電圧を直接電流位
相値とし、これに速度偏差またはトルク指令値から作成
する電流振幅指令値を掛け合わせたものをリラクタンス
モータの電流指令値とすることによって、簡単で安価な
１象限可変速駆動方式を実現することを特徴とする。First, let us consider a case of driving a load such as a pump or a blower widely used in the industrial world that requires variable speed driving in only one rotation direction. A reluctance motor having the number of pole pairs N and an NX synchro (N is a positive integer value) having the same value of N are directly connected and used, but each has a three-phase winding on the stator and salient poles on the rotor. For 3-phase winding,
The phases are referred to as a, b, and c according to the phase order from the first phase. The center of the salient poles of the rotor of the reluctance motor is the stator 3.
At the position of the a-phase winding axis of the phase winding, the phase of the amplitude change of one cycle N cycle of the voltage induced in the a-phase of the stator three-phase output winding of the NX sync is from the maximum amplitude value. 1 obtained by directly connecting the NX sync and the reluctance motor so that the phase is advanced by a specific angle related to the command value of the magnetomotive force phase difference angle, and detecting the induced voltage in the output winding of the position detection device. By using the sine wave three-phase voltage of rotation N cycle as the current phase value directly and multiplying it by the current deviation command value created from the speed deviation or torque command value, the current command value of the reluctance motor can be used for simple operation. It is characterized by realizing an inexpensive and one-quadrant variable speed drive system.

【０００８】サーボモータ等の負荷では、加速、減速特
性の良い正転、逆転を行う４象限運転が必要である。こ
の場合同期機においては起磁力相差角の符号を逆にする
ことによってトルクの方向も逆になるので、減速時には
回生制動を行うことによって、減速の即応性を向上する
ことができ、また逆転も可能となる。リラクタンスモー
タにおいて起磁力相差角として例えば６０度を選んだ場
合に、これはリラクタンスモータの突極の中央がａ相の
巻線軸の位置にあるとき、ＮＸシンクロの検波後のａ相
出力電圧が正の最大値から６０度進んだ位相になるよう
に、両者の回転子を直結することによって実現できる。
すなわち、正転、加速時にはＮＸシンクロのａ，ｂ，ｃ
相の電圧をリラクタンスモータのａ，ｂ，ｃ相の電流位
相指令値として用いれば起磁力相差角が６０度で正トル
クとなるのに対して、減速、逆転の場合にはＮＸシンク
ロのｂ，ｃ，ａ相の電圧をリラクタンスモータのａ，
ｂ，ｃ相の電流位相指令値として用いるように両者の接
続を切替えれば、起磁力相差角が−６０度となるので、
トルクの方向が逆になり、サーボモータとして必要な加
速、減速特性の良い４象限運転が可能である。１Ｘレゾ
ルバを用いた従来の方法では必要であった高価なＲ／Ｄ
変換器を用いることなく、電流位相の指令値の作成が著
しく簡単で安価な高性能の４象限可変速駆動方式を実現
することを特徴とする。For a load such as a servo motor, four-quadrant operation for performing forward rotation and reverse rotation with good acceleration and deceleration characteristics is required. In this case, in the synchronous machine, the direction of the torque is also reversed by reversing the sign of the magnetomotive force phase difference angle. Therefore, by performing regenerative braking at the time of deceleration, it is possible to improve the responsiveness of deceleration and reverse rotation. It will be possible. When, for example, 60 degrees is selected as the magnetomotive force phase difference angle in the reluctance motor, this means that when the center of the salient pole of the reluctance motor is located at the position of the a-phase winding axis, the a-phase output voltage after detection by NX synchro is positive. This can be realized by directly connecting the two rotors so that the phase advances by 60 degrees from the maximum value of.
That is, in normal rotation and acceleration, a, b, c of NX sync
If the voltage of the phase is used as the current phase command value of the a, b, and c phases of the reluctance motor, the magnetomotive force phase difference angle becomes a positive torque at 60 degrees, whereas in the case of deceleration and reverse rotation, the b, The voltages of the c and a phases are applied to the reluctance motor a,
If the connection between the two is switched so as to be used as the current phase command value for the b and c phases, the magnetomotive force phase difference angle will be −60 degrees.
The torque direction is reversed, and four-quadrant operation with good acceleration and deceleration characteristics required for a servomotor is possible. Expensive R / D required by the conventional method using the 1X resolver
A feature of the present invention is that a high-performance four-quadrant variable speed drive system is realized that is extremely simple and inexpensive to create a command value of a current phase without using a converter.

【０００９】リラクタンスモータの場合起磁力相差角を
６０度とすることによって、ほぼ良好な特性が得られる
が、速度制御範囲の広い場合には速度に対応して、起磁
力相差角を変化したほうが良い場合もある。ある限定さ
れた速度範囲に対して、最適な起磁力相差角で運転する
ために、移相器を用いて適切な電流位相指令値をつくる
ことを特徴とする。In the case of a reluctance motor, by setting the magnetomotive force phase difference angle to 60 degrees, almost good characteristics can be obtained. However, when the speed control range is wide, it is better to change the magnetomotive force phase difference angle according to the speed. Sometimes it's good. In order to operate with an optimum magnetomotive force phase difference angle for a certain limited speed range, a phase shifter is used to create an appropriate current phase command value.

【００１０】位置検出装置として２相出力巻線を有する
ＮＸレゾルバを用いて得られた２相電圧を２相−３相変
換器で３相電圧に変換することによって、ＮＸシンクロ
で得られると同じ３相電圧を得て、上記と同様の制御を
行うことを特徴とする。ＮＸシンクロの出力巻線の３相
電圧を利用して、３相分の電流の指令値を作成している
が、１象限可変速運転の場合に、ＮＸシンクロの出力巻
線としては３相巻線の２相分の巻線のみを設け、２相分
の電流位相の指令値を作成し、２相分の電流指令値から
他の１相の電流指令値をつくることを特徴とする。The same as that obtained by NX-synchronization by converting a 2-phase voltage obtained by using an NX resolver having a 2-phase output winding as a position detecting device into a 3-phase voltage by a 2-phase to 3-phase converter. It is characterized by obtaining a three-phase voltage and performing the same control as above. The three-phase voltage of the output winding of the NX synchro is used to create the command value of the current for three phases. However, in the case of one-quadrant variable speed operation, the output winding of the NX synchro is three-phase winding. It is characterized in that only windings for two phases of the wire are provided, command values for current phases for two phases are created, and current command values for other one phase are created from current command values for two phases.

【００１１】これまではリラクタンスモータについて述
べてきたが、永久磁石電動機（以後ＰＭモータと言う）
についても起磁力相差角一定制御方式によって、高性能
の可変速運転が可能である。この制御方式に関しては、
例えば特願平１−５６２２７号「内部磁石形交流電動機
の制御方法」や、１９９１年３月電気学会論文誌Ｄ１１
１巻，３号，２３１頁「起磁力相差角一定制御方式によ
る内部磁石形ＰＭモータの可変速運転」がある。Up to now, the reluctance motor has been described, but a permanent magnet electric motor (hereinafter referred to as PM motor).
With respect to the above, the constant magnetomotive force phase difference angle control system enables high-performance variable speed operation. Regarding this control method,
For example, Japanese Patent Application No. 1-56227, "Control Method for Internal Magnet Type AC Motor", or the Institute of Electrical Engineers of Japan, March 11, 1991, D11.
Vol. 1, No. 3, p. 231 "Variable speed operation of internal magnet type PM motor by constant magnetomotive force phase difference angle control system".

【００１２】その制御方式はリラクタンスモータの場合
と全く同じであるが、起磁力相差角の値はリラクタンス
モータと異なって内部磁石形ＰＭモータでは約１２０
度、表面磁石形ＰＭモータでは約９０度が適当な値であ
るので、電動機の直軸がａ相の巻線軸にあるとき、ＮＸ
シンクロの検波後のａ相出力電圧が正の最大値からそれ
ぞれ１２０度及び９０度進んだ位相となるように電動機
とシンクロを直結する。また正転、加速時と減速、逆転
時のシンクロの検波後の３相電圧と位相指令値の３相電
圧との接続の切替えも異なる。すなわち、正転、加速時
には両者のａ，ｂ，ｃ相は対応しているが、内部磁石形
ＰＭモータに対しては、減速、逆転時には、シンクロの
ｃ，ａ，ｂ相を位相指令値のａ，ｂ，ｃ相として使用す
るように接続を切替えて位相が−１２０度となるように
し、また表面磁石形ＰＭモータに対しては、減速、逆転
時には正転、加速時とはシンクロの各相の端子と中性点
との関係が逆になるように接続を切替えて位相が−９０
度になるようにする。このように、ＮＸシンクロまたは
ＮＸレゾルバを用いて、極対数ＮのＰＭモータの電流位
相の指令値の作成を著しく簡単化することによって、経
済的で信頼性の高いＰＭモータの可変速運転方式を実現
することを特徴とする。The control method is exactly the same as that of the reluctance motor, but the value of the magnetomotive force phase difference angle is different from that of the reluctance motor to about 120 in the internal magnet type PM motor.
Since the surface magnet type PM motor has an appropriate value of about 90 degrees, when the straight axis of the motor is on the a-phase winding axis, NX
The motor and synchro are directly connected so that the a-phase output voltage after detection of synchro becomes a phase advanced by 120 degrees and 90 degrees from the positive maximum value, respectively. Further, the switching of the connection between the three-phase voltage after detection of synchro at the time of forward rotation, acceleration, deceleration, and reverse rotation and the three-phase voltage of the phase command value is also different. That is, the phases a, b and c correspond to each other at the time of forward rotation and acceleration, but for the internal magnet type PM motor, at the time of deceleration and reverse rotation, the phases c, a and b of the synchronization are set to the phase command values. The connection is switched so as to be used as the a, b, and c phases so that the phase becomes −120 degrees, and for the surface magnet type PM motor, deceleration, forward rotation at reverse rotation, and synchronization at acceleration. The connection is switched so that the relationship between the phase terminal and the neutral point is reversed and the phase is -90.
Make sure that it happens. As described above, the NX synchro or NX resolver is used to remarkably simplify the creation of the command value of the current phase of the PM motor having the number N of pole pairs, thereby realizing an economical and reliable variable speed operation method of the PM motor. It is characterized by realizing.

【００１３】また、界磁巻線を有する同期電動機につい
ても、起磁力相差角一定制御方式によって高性能の可変
速運転が可能である。その制御方式は表面磁石形ＰＭモ
ータの場合と全く同じであるので、ＮＸシンクロまたは
ＮＸレゾルバを用いて、極対数Ｎの同期電動機の電流位
相の指令値の作成を著しく簡単化することによって、経
済的で信頼性の高い同期電動機の可変速運転方式を実現
することを特徴とする。Further, also for the synchronous motor having the field winding, high-performance variable speed operation is possible by the constant magnetomotive force phase difference angle control system. Since the control method is exactly the same as that of the surface magnet type PM motor, by using the NX synchro or NX resolver, it is possible to significantly simplify the generation of the command value of the current phase of the synchronous motor with the number N of pole pairs, thereby making it economical. The feature is that it realizes a variable speed operation system of a synchronous motor that is highly efficient.

【００１４】ロボットやＦＡ機器において、高精度の位
置制御を行う場合には、がたやバックラッシュのある減
速ギヤを用いないで、電動機で直接負荷を駆動するダイ
レクトドライブ方式が行われることがある。この場合に
は低速で大トルクを発生する特殊な電動機が用いられる
が、このための電動機として、ＶＲ形バーニタモータま
たはＰＭ形バーニアモータが開発されている。これらの
バーニアモータについては前記の論文に記載されている
ように、いずれもトルクは起磁力相差角に相当する角度
と電流振幅値によって決まり、起磁力相差角の最適値は
９０度であるので、前述の表面磁石形ＰＭモータと同様
な制御を行うことができる。ただし、バーニアモータで
は回転子スロット数Ｎが同期電動機の極対数に相当する
ので、回転子スロット数に等しいＮの値を持つＮＸシン
クロとを直結して、バーニアモータの電流位相の作成を
著しく簡単化することによって、経済的で信頼性の高い
バーニアモータの運転方式を実現することを特徴とす
る。In the case of performing highly accurate position control in a robot or FA equipment, a direct drive system may be used in which a load is directly driven by an electric motor without using a reduction gear with rattling or backlash. . In this case, a special electric motor that generates a large torque at a low speed is used, and a VR type vernier motor or a PM type vernier motor has been developed as an electric motor for this purpose. For these vernier motors, as described in the above-mentioned paper, the torque is determined by the angle corresponding to the magnetomotive force phase difference angle and the current amplitude value, and the optimum value of the magnetomotive force phase difference angle is 90 degrees. The same control as that of the above-mentioned surface magnet type PM motor can be performed. However, since the number of rotor slots N in the vernier motor corresponds to the number of pole pairs in the synchronous motor, it is extremely easy to create the current phase of the vernier motor by directly connecting it to the NX sync having the value of N equal to the number of rotor slots. It is characterized by realizing an economical and highly reliable vernier motor operation method.

【００１５】[0015]

【作用】本発明の原理に関する以下の説明では、ＶＲ形
ＮＸシンクロについて考え、空間角及び角速度はすべて
電気角で表すものとする。極対数Ｎのリラクタンスモー
タとＮＸシンクロにおいては、両者の電気角は一致し、
いずれも空間角のＮ倍である。In the following description of the principle of the present invention, the VR type NX synchro will be considered, and the space angle and the angular velocity are all represented by electrical angles. In the reluctance motor with the number of pole pairs N and the NX sync, the electrical angles of both are the same,
Both are N times the spatial angle.

【００１６】最初に本発明で使用されるリラクタンスモ
ータの制御に関する基本原理について概要を述べる。電
流制御で駆動されるリラクタンスモータのトルクは、First, the basic principle regarding the control of the reluctance motor used in the present invention will be outlined. The torque of the reluctance motor driven by current control is

【００１７】[0017]

【数１】 [Equation 1]

【００１８】として表される。ここで、ｉ_m は電機子電
流の振幅値、Ｌ_ad及びＬ_aqは直軸及び横軸電機子反作用
インダクタンス、φは起磁力相差角である。この式から
明らかなように、φが一定に保たれていれば、トルクは
電流振幅値ｉ_m によって制御できる。従ってφを一定に
保つことが、この制御方式においては極めて重要なポイ
ントであるが、本発明はこれを簡単な方法で実現しよう
とするものである。Is represented as Here, i _m is the amplitude value of the armature current, L _ad and L _aq are the direct-axis and horizontal-axis armature reaction inductances, and φ is the magnetomotive force phase difference angle. As is apparent from this equation, if kept φ is constant, the torque can be controlled by the current amplitude value i _m. Therefore, keeping φ constant is a very important point in this control method, but the present invention aims to realize this by a simple method.

【００１９】リラクタンスモータの回転子突極の中央が
固定子巻線の第１相の巻線軸の位置にあるとき、第１相
の電流が最大値であれば、起磁力分布のピーク値の位置
は突極中央と一致するので、φ＝０である。回転子の位
置が上記の場合に、第１相の電流が最大値より起磁力相
差角の指令値φ^* だけ進んでいるとすれば、起磁力分布
のピーク値の位置は突極中央よりφ^* だけ進んだ位置に
あり、起磁力相差角がφ^* の状態となる。従って、電機
子電流の位相を突極中央の位置に関係を持たせて適切に
制御すれば、任意の起磁力相差角を保つようにすること
ができる。すなわち、リラクタンスモータの電機子電流
がWhen the center of the rotor salient pole of the reluctance motor is located at the position of the first-phase winding axis of the stator winding, if the first-phase current is the maximum value, the position of the peak value of the magnetomotive force distribution Coincides with the center of the salient pole, so φ = 0. If the position of the rotor is above, and the current of the first phase leads the maximum value by the command value φ ^* of the magnetomotive force phase difference angle, the position of the peak value of the magnetomotive force distribution is φ from the salient pole center. ^The position is advanced by ^* , and the magnetomotive force phase difference angle is φ ^* . Therefore, by appropriately controlling the phase of the armature current by relating it to the position of the salient pole center, it is possible to maintain an arbitrary magnetomotive force phase difference angle. That is, the armature current of the reluctance motor is

【００２０】[0020]

【数２】 [Equation 2]

【００２１】として表され、この位相が常に保たれれば
起磁力相差角はφ^* 一定の運転が可能となり、トルクは
電流振幅ｉ_m ^* によって決まる。一般にリラクタンスモ
ータにおいては、起磁力相差角を電気角で６０度にした
ときに良好な特性の得られることが、前記の電気学会回
転機研究会資料ＲＭ−９３−１８に発表されている。い
まモータの回転子突極が固定子巻線のａ相の巻線軸の位
置にあるとき，ＮＸシンクロの検波後のａ相出力電圧
が、正の最大値から起磁力相差角の指令値φ^*だけ進ん
だ位相になるように、両者の回転子を直結すれば、シン
クロの出力巻線の誘導電圧は実用的にはIf the phase is always maintained, the magnetomotive force phase difference angle can be operated with a constant φ ^* , and the torque is determined by the current amplitude i _m ^* . In general, it has been announced in the above-mentioned material RM-93-18 of the Institute of Electrical Engineers of Japan, Study Group RM-93-18 that good characteristics can be obtained in a reluctance motor when the magnetomotive force phase difference angle is set to 60 electrical degrees. Now, when the rotor salient pole of the motor is at the position of the a-phase winding axis of the stator winding, the a-phase output voltage after detection of NX synchro is from the maximum positive value to the command value φ ^{* of the} magnetomotive force phase difference angle ^. If the two rotors are directly connected so that the phase is advanced by a certain amount, the induced voltage in the synchro output winding is practically

【００２２】[0022]

【数３】 (Equation 3)

【００２３】として表される。ここで、ω_e は励磁電流
の角周波数、ωは回転子の角速度、Ｅ _m は誘導電圧のピ
ーク値である。誘導電圧には回転子位置に関係なく振幅
一定の成分の電圧が含まれる場合もあるが、これは除去
できるので、（３）式では考慮していない。この電圧を
検波回路で角周波数ω_e の成分を除去するとともに、励
磁電流値を調整してＥ_m の値が１［Ｖ］となるようにす
れば、次式の電圧を得ることができる。Is represented as Where ω_eIs the exciting current
Angular frequency of, ω is the angular velocity of the rotor, E _mIs the induced voltage
Value. Induction voltage has amplitude regardless of rotor position
It may include a constant component voltage, which is removed.
Since it is possible, it is not taken into consideration in the equation (3). This voltage
Angular frequency ω in the detection circuit_eThe component of
Adjust the magnetic current value to E_mSo that the value of is 1 [V]
Then, the voltage of the following formula can be obtained.

【００２４】[0024]

【数４】 [Equation 4]

【００２５】（４）式は（２）式で示される電流指令値
の位相と一致しているので、このａ，ｂ，ｃ相の電圧を
リラクタンスモータのａ，ｂ，ｃ相の電流位相の指令値
とし、これに速度偏差に基づいてＰＩ制御器から得られ
るか、またはトルク指令値に基づいて算出された電流振
幅指令値ｉ_m ^* を乗ずることによって、（２）式の電流
指令値を得ることができる。一般に（４）式の振幅がＡ
の場合には、ｉ_m ^* ／Ａを乗ずればよいことは言うまで
もない。このようにロータリエンコーダやレゾルバで検
出した位置からデジタル値を用いて位相を計算してＤ／
Ａ変換をする従来の方法に比べて、電流指令値の作成が
著しく簡単になる。以上、ように、ＮＸシンクロの出力
巻線の相電圧を用いるものとして説明したが、端子電圧
を用いることもできる。Since the equation (4) coincides with the phase of the current command value shown by the equation (2), the voltages of the a, b and c phases are converted into the current phases of the a, b and c phases of the reluctance motor. and the command value, by multiplying the PI or obtained from the controller, or torque command current amplitude command value is calculated based on value i _m ^* based on the speed deviation to a current command value (2) Obtainable. Generally, the amplitude of equation (4) is A
In the case of, i _m ^* / A that the it Jozure course. In this way, the phase is calculated using the digital value from the position detected by the rotary encoder or resolver, and D /
As compared with the conventional method of performing the A conversion, the current command value is remarkably simplified. As described above, the phase voltage of the output winding of the NX synchro is used, but the terminal voltage can also be used.

【００２６】産業界においては、ポンプ、ブロワ等のよ
うに一定方向のみに回転する負荷も多いが、このような
負荷においても可変速によって効率のよい運転ができ、
省エネ効果のあることはよく知られている。このような
場合にはこれまで述べた方法で制御装置を非常に簡単に
することができる。このような１象限可変速運転はＶ／
ｆ一定の周波数制御でも行うことができるが、起磁力相
差角一定制御のほうが軽負荷時の効率がよいという特徴
がある。In the industrial world, there are many loads such as pumps and blowers that rotate only in a fixed direction. Even with such loads, efficient operation can be achieved by the variable speed.
It is well known that it has an energy saving effect. In such a case, the control device can be greatly simplified by the method described above. Such one-quadrant variable speed operation is V /
The frequency can be controlled at a constant f, but the constant magnetomotive force phase difference angle control is more efficient at a light load.

【００２７】従ってポンプ、ブロワ等のように、トルク
が速度の２条で変化する負荷においては、特に省エネ効
果をあげることができるので、本発明によって起磁力相
差角一定制御が簡単になる効果は大きい。しかし、サー
ボモータにおいては、急速な加速とともに急速な減速も
必要である。（１）式から明らかなように、リラクタン
スモータのトルクはφの値を負にすれば、トルクの方向
が逆になる。前述のように、リラクタンスモータの起磁
力相差角は６０度が最適値となる場合が多いので、正
転、加速時にφ^* ＝６０°としてので、（４）式のｂ相
電圧ｅ_b をａ相の電流位相の指令値として用いれば、φ
^* ＝−６０°となる。同様に（４）式のｃ及びａ相の電
圧ｅ_c 及びｅ_a をｂ及びｃ相の電流指令値として用いる
ことによって、３相電流の位相指令値が得られる。この
ように減速時には、シンクロの出力電圧と電流指令値の
相の対応を切替えることによって、起磁力相差角の符号
を加速時とは逆にすることができるので、速度指令値を
ゼロとすることによって急速な停止を実現することがで
きる。またこの位相の状態で速度指令値の符号を逆にす
ると、リラクタンスモータを逆転することができる。逆
転の場合にはＮＸシンクロの出力巻線の３相電圧の相順
も自動的に正転の場合と逆になるので、従来の方法のよ
うに相順の切替えを行う必要もない。このように、本発
明は簡単な制御方式で、正転、逆転のいずれにおいても
電動、回生制動を自由に行うことの出来る４象現可変速
駆動を実現できる。Therefore, in a load such as a pump or a blower in which the torque changes at two speeds, the energy-saving effect can be particularly enhanced. Therefore, the effect of simplifying the constant magnetomotive force phase difference angle control according to the present invention is large. However, in the servo motor, not only rapid acceleration but also rapid deceleration is required. As is clear from the equation (1), the torque of the reluctance motor has the opposite direction of the torque when the value of φ is made negative. As described above, since the reluctance magnetomotive force phase angle of the wardrobe motor is often 60 degrees is the optimum value, forward, than as a phi ^* = 60 ° at the time of acceleration, the b-phase voltage e _b of (4) a If used as the command value of the current phase of the phase, φ
^* = − 60 °. Similarly (4) by using a current command value of the voltage e _c and e _a b and c phases of c and a phase of the type, the phase command value of three-phase current. In this way, at the time of deceleration, the sign of the magnetomotive force phase difference angle can be reversed from that at acceleration by switching the correspondence between the synchro output voltage and the phase of the current command value, so set the speed command value to zero. A quick stop can be realized by. Further, by reversing the sign of the speed command value in this phase state, the reluctance motor can be reversed. In the case of the reverse rotation, the phase order of the three-phase voltage of the output winding of the NX synchro automatically becomes the reverse of the case of the normal rotation, so that it is not necessary to switch the phase order as in the conventional method. As described above, the present invention can realize the 4-quadrant variable speed drive capable of freely performing electric and regenerative braking in both forward rotation and reverse rotation with a simple control method.

【００２８】一般に、広範囲の速度制御を行う場合に
は、基底速度以上では定出力運転を行うが、起磁力相差
角一定制御において、リラクタンスモータの固定子巻線
の誘導電圧を一定値に抑えるためには、起磁力相差角を
速度に対応する適当な値に変えて制御することが必要で
ある。この場合には移相器を用いて、移相する角度を制
御することによって、目的を達することができる。ま
た、このように移相器で起磁力相差角を制御する方式と
すれば、指定された速度範囲において、最高の性能で運
転できる起磁力相差角を選定することもできる。Generally, when performing speed control over a wide range, constant output operation is performed above the base speed, but in the constant control of the magnetomotive force phase difference angle, in order to suppress the induced voltage of the stator winding of the reluctance motor to a constant value. It is necessary to control by changing the magnetomotive force phase difference angle to an appropriate value corresponding to the speed. In this case, the purpose can be achieved by controlling the angle of phase shift using a phase shifter. Further, if the method of controlling the magnetomotive force phase difference angle by the phase shifter is used in this way, it is also possible to select the magnetomotive force phase difference angle capable of operating with the best performance in the designated speed range.

【００２９】以上はＮＸシンクロの出力巻線の３相分す
べてを利用する方法について述べたが、（２）式の３相
電流の和はゼロであるので、２相分が決まれば他の１相
は容易に求めることができる。そこで、１象限可変速運
転の場合にはＮＸシンクロの出力巻線として３相巻線の
うちａ相とｃ相の２相分のみを設け、上記の方法でａ相
とｃ相の電流指令値ｉ_a ^* 及びｉ_c ^* を作成し、ｂ相の
電流指令値ｉ_b ^* はAlthough the method of using all three phases of the output winding of the NX synchro has been described above, the sum of the three-phase currents of the equation (2) is zero, so if the two-phase components are determined, the other 1 The phase can be easily determined. Therefore, in the case of the one-quadrant variable speed operation, only two phases of the a-phase and the c-phase of the three-phase winding are provided as the output windings of the NX synchro, and the a-phase and c-phase current command values are set by the above method. i _a ^* and i _c ^* are created, and the b phase current command value i _b ^* is

【００３０】[0030]

【数５】 (Equation 5)

【００３１】として求めることもできる。これまで３相
出力巻線を有するＮＸシンクロを用いる方法について述
べてきたが、２相出力巻線を有するＮＸレゾルバを用い
て、得られた２相電圧を２相−３相変換して３相電圧と
すれば、これはＮＸシンクロで得られるものと同様な３
相電圧であるので、これを用いて上記と同様な制御を行
うことができる。It can also be obtained as Up to now, the method using the NX sync having the three-phase output winding has been described, but the obtained two-phase voltage is converted into the two-phase and three-phase by using the NX resolver having the two-phase output winding. In terms of voltage, this is the same as that obtained with NX sync.
Since it is a phase voltage, the same control as above can be performed using this.

【００３２】これまでのリラクタンスモータについて説
明してきたが、この制御方式がすべての同期機に適用で
きることは、トルクの式から明らかである。すなわち、
電流制御で駆動される巻線界磁形同期電動機及び表面磁
石形ＰＭモータのトルクはAlthough the reluctance motor has been described so far, it is clear from the torque equation that this control method can be applied to all synchronous machines. That is,
The torque of the winding field type synchronous motor and the surface magnet type PM motor driven by current control is

【００３３】[0033]

【数６】 (Equation 6)

【００３４】として、内部磁石形ＰＭモータのトルクはThe torque of the internal magnet type PM motor is

【００３５】[0035]

【数７】 (Equation 7)

【００３６】として表される。ここで、Ｂ_m は界磁電流
または永久磁石によって作られるギャップ磁束密度分布
の最大値で、Ｋは設計によって決まる定数である。従っ
て、これらの電動機のトルクも起磁力相差角φと電機子
電流の振幅値ｉ_m によって決まるので、リラクタンスモ
ータについて既に述べたと同様な方法で制御できること
は明らかである。ただし、起磁力相差角の最適値は機種
によって異なるので、これについては後で述べる。Is represented as Here, B _m is the maximum value of the gap magnetic flux density distribution created by the field current or the permanent magnet, and K is a constant determined by design. Accordingly, since the depend amplitude value i _m of the electric motor also torque magnetomotive force phase difference angle φ and the armature current, will be obvious that the same may be controlled already similar to that described method for reluctance motors. However, the optimum value of the magnetomotive force phase difference angle differs depending on the model, and this will be described later.

【００３７】また、バーニアモータにおいては、回転子
スロット数Ｎが上記の同期電動機の極対数に相当すると
して電気角を考えると、前記の電気学会論文誌に記載さ
れたトルクの式から明らかなように、ＶＲ形バーニアモ
ータのトルクは（１）式と、またＰＭ形バーニアモータ
のトルクは（６）式と類似の形で表されるので、やはり
リラクタンスモータで述べたのと同様な方法で、シンク
ロを用いて電流位相の指令値の作成を著しく簡単化する
ことが出来る。In the vernier motor, considering the electrical angle on the assumption that the rotor slot number N corresponds to the number of pole pairs of the synchronous motor, it is clear from the equation of torque described in the journal of the Institute of Electrical Engineers of Japan. In addition, since the torque of the VR type vernier motor is represented by the equation (1) and the torque of the PM type vernier motor is represented by the equation (6), the same method as that described for the reluctance motor is used. The creation of the current phase command value can be remarkably simplified by using the synchro.

【００３８】ただし、これらの機種の起磁力相差角の最
適値は、同期電動機、表面磁石形電動機及びバーニアモ
ータでは電気角で９０度、内部磁石形電動機では１２０
度であるので、電動機とシンクロの回転子を直結すると
き、及び正転、加速から減速、逆転への切替えについて
は、次のように行う。まず、起磁力相差角を９０度とす
る機種について述べる。巻線界磁形同期電動機及び表面
磁石形電動機では、電動機の直軸がａ相の巻線軸の位置
にあるときに、またバーニアモータでは回転子の任意の
スロットの中央がａ相の巻線軸の位置にあるときに、Ｎ
Ｘシンクロの検波後のａ相出力電圧が、正の最大値から
９０度進んだ位相となるように直結し、正転、加速時に
はシンクロのａ，ｂ，ｃ相の電圧をそのまま電流位相の
指令値とすることによって（４）式のφ^* ＝９０°とし
て用いるが、減速、逆転時には正転、加速時とはシンク
ロの各層の端子と中性点との関係が逆になるように、接
続を切替えて（４）式のφ^* ＝−９０°となるようにす
る。However, the optimum value of the magnetomotive force phase difference angle of these models is 90 degrees in electrical angle in the synchronous motor, surface magnet type motor and vernier motor, and 120 in the internal magnet type motor.
Therefore, when the electric motor and the synchro rotor are directly connected, and when switching from forward rotation, acceleration to deceleration, and reverse rotation is performed as follows. First, a model in which the magnetomotive force phase difference angle is 90 degrees will be described. In the field winding type synchronous motor and the surface magnet type motor, when the direct axis of the motor is located at the position of the a-phase winding axis, and in the vernier motor, the center of any slot of the rotor is the a-phase winding axis. N when in position
Directly connect the a-phase output voltage after X-synchro detection so that the phase is advanced by 90 degrees from the maximum positive value, and during normal rotation and acceleration, the a-, b-, and c-phase voltages of the synchro are directly commanded as the current phase. Depending on the value, it is used as φ ^* = 90 ° in equation (4), but connected so that the relationship between the terminals of each layer of the synchro and the neutral point is opposite to that of forward rotation during deceleration and reverse rotation and forward rotation during acceleration. By changing so that φ ^* = − 90 ° in the equation (4).

【００３９】起磁力相差角を１２０度とする内部磁石形
電動機の場合には電動機の直軸がａ相の巻線軸の位置に
あるとき、ＮＸシンクロの検波後のａ相出力電圧が、正
の振幅最大値から１２０度進んだ位相となるように直結
し、正転、加速時にはシンクロのａ，ｂ，ｃ相の電圧を
そのまま電流位相の指令値とすることによって（４）式
のφ^* ＝１２０°として用いるが、減速、逆転時には
（４）式のｃ相電圧ｅ_cをａ相の電流指令値として用い
ればφ^* ＝−１２０°となる。同様に（４）式のａ相及
びｂ相の電圧ｅ_a 及びｅ_b をｂ相及びｃ相の電流指令値
とすることによって、起磁力相差角を−１２０度として
トルクを逆方向にして運転する。In the case of an internal magnet type motor having a magnetomotive force phase difference angle of 120 degrees, when the straight axis of the motor is located at the winding axis of the a phase, the a phase output voltage after detection of the NX synchro is positive. By directly connecting so that the phase is advanced by 120 degrees from the maximum amplitude value, and when the forward rotation and acceleration are performed, the voltage of the a, b, and c phases of the synchro is directly used as the command value of the current phase, so that φ ^* = used as 120 ° but, deceleration, and used if φ ^* = -120 ° the c-phase voltage e _c in equation (4) as a current command value of a phase at the time of reverse rotation. Similarly (4) of the voltage e _a and e _b of a phase and b-phase by a current command value of the b-phase and c-phase, operating in a torque in the opposite direction to mmf phase angle as -120 degrees To do.

【００４０】しかし、上記と同様な結果を次のようにし
ても行うことができる。電動機の直軸がａ相の巻線軸の
位置にあるとき、ＮＸシンクロの検波後のａ相出力電圧
が、正の最大値となるように電動機とシンクロを直結
し、正転、加速時にはシンクロのｃ，ａ，ｂ相の電圧を
電動機のａ，ｂ，ｃ相の電流指令値として用いることに
よって、（２）式の電流位相の指令値をφ^* ＝１２０°
とすることができる。この場合減速、逆転時にはシンク
ロのｂ，ｃ，ａ相の電圧を電動機のａ，ｂ，ｃ相の電流
指令値として用いることによって（２）式の電流位相の
指令値をφ^* ＝−１２０°とすることができる。However, the same result as above can be obtained as follows. When the direct axis of the motor is located at the position of the a-phase winding axis, the a-phase output voltage after detection of the NX synchro is directly connected to the motor so that the a-phase output voltage has a positive maximum value. By using the voltages of the c, a, and b phases as the current command values of the a, b, and c phases of the motor, the current phase command value of the equation (2) is φ ^* = 120 °.
Can be In this case, when decelerating or reversing, by using the voltages of the b, c, and a phases of the synchro as the current command values of the a, b, and c phases of the motor, the command value of the current phase of equation (2) is φ ^* =-120 °. Can be

【００４１】[0041]

【実施例】本発明の実施例について、図１ないし図４を
参照しつつ説明する。図１では極対数２のリラクタンス
モータ１０とＶＲ形の２Ｘシンクロ２０を直結して使用
した場合の例を示す。３相巻線１２が設けられたリラク
タンスモータの固定子に、３相出力巻線２２が設けられ
たシンクロの固定子が取り付けられ、リラクタンスモー
タの回転子突極１１の中央が固定子３相巻線１２の第１
相の巻線軸の位置にあるとき、シンクロの出力巻線２２
の第１相に誘導される、回転子の１回転でＮ周期の振幅
変化をする電圧がその振幅最大値から６０度進んだ位相
になるようにシンクロの回転子突極２１の位置を定め
て、両者の回転子を直結してある。また、シンクロの固
定子には励磁巻線２３が設けられ、この巻線には励磁用
電源２４の発振器から数百［Ｈｚ］ないし数［ｋＨｚ］
程度の周波数の励磁電流が供給される。Embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows an example in which a reluctance motor 10 having two pole pairs and a VR type 2X synchro 20 are directly connected and used. The stator of the reluctance motor provided with the three-phase winding 12 is attached with the synchro stator provided with the three-phase output winding 22, and the center of the rotor salient pole 11 of the reluctance motor is wound into the stator three-phase winding. First on line 12
When it is in the position of the phase winding axis, the synchro output winding 22
The position of the salient rotor salient pole 21 of the synchro is determined so that the voltage that changes the amplitude of N cycles in one rotation of the rotor, which is induced in the first phase of , Both rotors are directly connected. An excitation winding 23 is provided on the stator of the synchro, and this winding has several hundred [Hz] to several [kHz] from the oscillator of the excitation power supply 24.
An exciting current having a frequency of the order of magnitude is supplied.

【００４２】検波回路３１はシンクロの出力巻線に誘導
される（３）式の相電圧から高周波成分を除去して、１
回転でＮ周期の変化をする３相電圧を取り出す。励磁電
流の調整によって３相電圧の振幅値を１［Ｖ］にすると
（４）式の電圧が得られるので、そのａ，ｂ，ｃ相の電
圧をそのまま電動機のａ，ｂ，ｃ相の電流位相の指令値
として、乗算器３４において振幅指令値と掛け合わせ
る。この振幅指令値は通常のＰＩ制御で容易に得られ
る。すなわちシンクロの電圧をＦ／Ｖ変換器３２で速度
に比例する電圧とし、これと速度指令値の電圧とを比較
して、その偏差からＰＩ制御器３３によって得た振幅指
令値ｉ_m ^* を乗算器３４に入力する。乗算器３４の出力
は（２）式の電流指令値となるので、この指令値どうり
の電流をリラクタンスモータに流すようにインバータ４
０を制御することによって、リラクタンスモータを指令
した速度で運転することができる。産業界において広く
使用されているポンプ、ブロワ等においては、１方向の
回転で可変速運転を行う場合が多い。図１のはこのよう
な１象限可変速運転に対する本発明の実施例である。The detection circuit 31 removes the high frequency component from the phase voltage of the formula (3) induced in the output winding of the synchro, and
A three-phase voltage that changes in N cycles by rotation is extracted. When the amplitude value of the three-phase voltage is set to 1 [V] by adjusting the excitation current, the voltage of equation (4) is obtained, so the a, b, and c phase voltages are directly used as the a, b, and c phase currents of the motor. As the phase command value, the multiplier 34 multiplies the amplitude command value. This amplitude command value can be easily obtained by normal PI control. That the voltage proportional synchronous voltage to speed F / V converter 32 compares the voltage of which the speed command value, multiplying the amplitude command i _m ^* obtained by the PI controller 33 from the deviation Input to the container 34. Since the output of the multiplier 34 becomes the current command value of the equation (2), the inverter 4 is made to flow a current according to this command value to the reluctance motor.
By controlling 0, the reluctance motor can be operated at the commanded speed. Pumps, blowers, etc. that are widely used in the industrial world often perform variable speed operation by rotating in one direction. FIG. 1 shows an embodiment of the present invention for such one-quadrant variable speed operation.

【００４３】サーボモータのような用途においては、加
速のみならず減速においても即応性が要求されるととも
に、正転、逆転を自由に行える、いわゆる４象現可変速
運転が必要となるが、この場合の実施例を図２に示す。
すなわち急速な減速のためには、モータのトルクを加速
時とは逆方向とする必要があるが、そのためには起磁力
相差角φ^* の符号を加速時とは逆にすればよい。このた
めに図２においては位相切替器３５とヒステリシスコン
パレータ３６が追加されているがそれ以外は図１と全く
同じである。ただしＦ／Ｖ変換回路３２には、回転方向
の正，逆に対応して、速度に比例する電圧の符号を正あ
るいは負とする機能が加えられている。正転、加速時に
は図１と同様に検波回路３１から出力されるａ，ｂ，ｃ
相の電圧をそのまま電動機のａ，ｂ，ｃ相の電流位相の
指令値として乗算器３４に入力する。これに対し、減
速、逆転時には検波回路３１から出力される３相電圧と
乗算器３４に入力する３相電圧の相の対応を、両者の間
に挿入された位相切換器３５によって切替えて、ｂ，
ｃ，ａ相の電圧を電動機のａ，ｂ，ｃ相の電流位相の指
令値として乗算器３４に入力する。正転、加速時には
（４）式の電圧の式のφ^*＝６０°となるように両者の
回転子を直結してあるので、位相切替器３５で上記のよ
うな接続の切替えを行えば、（４）式のφ^* ＝−６０°
となり、トルクの方向が逆になる。この場合位相切替器
３５の動作は、速度指令値と検出速度の偏差が正であれ
ばφ^* ＝６０°、偏差が負であればφ^* ＝−６０°とな
るように、ヒステリシスコンパレータ３６によって制御
される。従って、速度指令値をゼロとすることによっ
て、回生制動によって急速な停止を実現することができ
る。また速度指令値の符号を逆にすると、リラクタンス
モータを逆転することができる。逆転の場合にはシンク
ロの出力巻線の３相電圧の相順も自動的に正転の場合と
逆になるので、従来の方法のように相順の切替えを行う
必要もない。In applications such as servo motors, not only acceleration but also deceleration is required, and so-called four-quadrant variable speed operation, which can freely perform forward rotation and reverse rotation, is required. An example of such a case is shown in FIG.
That is, for rapid deceleration, the torque of the motor needs to be in the opposite direction to that during acceleration. For that purpose, the sign of the magnetomotive force phase difference angle φ ^* may be reversed from that during acceleration. For this reason, a phase switch 35 and a hysteresis comparator 36 are added in FIG. 2, but other than that is exactly the same as in FIG. However, the F / V conversion circuit 32 is provided with a function of making the sign of the voltage proportional to the speed positive or negative in correspondence with the positive or negative of the rotation direction. At the time of forward rotation and acceleration, a, b, c output from the detection circuit 31 as in FIG.
The phase voltage is input as it is to the multiplier 34 as the command value of the current phase of the a, b, and c phases of the electric motor. On the other hand, at the time of deceleration and reverse rotation, the correspondence between the three-phase voltage output from the detection circuit 31 and the phase of the three-phase voltage input to the multiplier 34 is switched by the phase switch 35 inserted between the two, and b ，
The voltages of the c and a phases are input to the multiplier 34 as command values of the current phases of the a, b and c phases of the electric motor. At the time of forward rotation and acceleration, both rotors are directly connected so that φ ^* = 60 ° in the voltage equation (4), so if the phase switching device 35 switches the connection as described above, Φ ^{* of} formula (4) = -60 °
And the torque direction is reversed. In this case, the operation of the phase switch 35 is performed by the hysteresis comparator 36 so that if the deviation between the speed command value and the detected speed is positive, φ ^* = 60 °, and if the deviation is negative, φ ^* = − 60 °. Controlled. Therefore, by setting the speed command value to zero, a rapid stop can be realized by regenerative braking. Further, by reversing the sign of the speed command value, the reluctance motor can be reversed. In the case of the reverse rotation, the phase sequence of the three-phase voltage of the output winding of the synchro automatically becomes the reverse of the case of the forward rotation, so that it is not necessary to switch the phase sequence as in the conventional method.

【００４４】一般に、広範囲の速度制御を行う場合に
は、基底速度以上では定出力運転が行われるが、起磁力
相差角一定制御において定出力運転を行うと、リラクタ
ンスモータの固定子巻線１２の誘導電圧は速度とともに
上昇するので、この電圧を一定値に抑えるためには、速
度の増大とともに起磁力相差角の値を大きくすることが
必要である。この場合には、図３に示すように、基底速
度以上になった場合に、位相切替器３５と乗算器３４の
間に設けた移相器３７によって、速度に応じたある位相
角を、正転の場合にはプラスし、逆転の場合にはマイナ
スすることによって目的を達することができる。また、
このように移送器に与える起磁力相差角の指令値を変更
することができるので、基底速度以下においても、速度
範囲を限定すれば、その速度において最高の性能で運転
できるように、起磁力相差角を制御することも可能であ
る。Generally, when performing speed control over a wide range, constant output operation is performed above the base speed, but when constant output operation is performed during constant magnetomotive force phase difference angle control, the stator winding 12 of the reluctance motor is operated. Since the induced voltage rises with speed, it is necessary to increase the value of the magnetomotive force phase difference angle as the speed increases in order to keep this voltage at a constant value. In this case, as shown in FIG. 3, when the speed becomes higher than the base speed, a phase shifter 37 provided between the phase switch 35 and the multiplier 34 makes a certain phase angle according to the speed positive. The goal can be achieved by adding in the case of reversal and minus in the case of reversal. Also,
Since the command value of the magnetomotive force phase difference angle given to the transfer device can be changed in this way, the magnetomotive force phase difference angle can be adjusted so that the vehicle can be operated with the best performance at that speed if the speed range is limited even below the base speed. It is also possible to control the corners.

【００４５】以上の説明では、シンクロの３相電圧を用
いる場合について述べたが、１象限可変速運転方式の場
合には、３相巻線のなかの２相のみ、例えばａ相とｃ相
の電圧を用いて、この２相の電流指令値を上記の方法で
つくり、ｂ相電流の指令値は（５）式の関係を用いて作
ることができる。この方法の実施例として１象限可変速
運転方式でシンクロの２相電圧を用いた場合を図４に示
す。図において、シンクロの出力巻線２２としてはａ相
とｃ相のみが設けられていて、検波器３１及び乗算器３
４の動作は２相のみについて行う。この２相の電流指令
値から加算器３８でｂ相電流指令値を作成することによ
って、３相電流の制御を行うことができる。In the above description, the case of using the three-phase voltage of the synchro is described, but in the case of the one-quadrant variable speed operation system, only two phases of the three-phase winding, for example, a phase and c phase are used. By using the voltage, the two-phase current command value can be created by the above method, and the b-phase current command value can be created by using the relationship of the equation (5). As an example of this method, a case where a two-phase voltage of synchro is used in a one-quadrant variable speed operation system is shown in FIG. In the figure, only the a-phase and the c-phase are provided as the output winding 22 of the synchro, and the detector 31 and the multiplier 3 are provided.
The operation of 4 is performed only for two phases. The three-phase current can be controlled by creating a b-phase current command value with the adder 38 from the two-phase current command values.

【００４６】なお、図１〜図４は速度指令値を与えて制
御する場合のブロック図であるが、トルク指令値に基づ
いて算出した電流振幅指令値ｉ_m ^* を用いることによっ
て、直接トルクの制御を行うことができる。また、図１
〜図４において電動機及び回転位置検出装置はいずれも
インナーロータ形で示してあるが、両者ともにアウター
ロータ形構造の場合においても本制御方式が適用でき
る。[0046] Although FIGS. 1-4 is a block diagram of a case of controlling giving the speed command value, by using the current amplitude command value i _m ^* computed based on the torque command value, the direct torque Control can be performed. Also, FIG.
4A and 4B, the electric motor and the rotational position detecting device are both shown as an inner rotor type, but the present control method can be applied even when both are of an outer rotor type structure.

【００４７】これまでリラクタンスモータについて説明
してきたが、内部磁石形ＰＭモータについても起磁力相
差角一定制御によって、すぐれた性能で運転できること
は電気学会論文誌Ｄ１１１巻，３号，２３１頁「起磁力
相差角一定制御方式による内部磁石形ＰＭモータの可変
速運転」に発表されている。さらに、界磁巻線を有する
同期電動機及び表面磁石形ＰＭモータについても起磁力
相差角一定制御方式が可能であり、その制御方式はリラ
クタンスモータの場合と全く同じであって、起磁力相差
角の値が異なるのみであるので、回路のブロック図とし
ては図１ないし図４において、リラクタンスモータを内
部磁石形ＰＭモータ、巻線界磁形同期電動機及び表面磁
石形ＰＭモータに置き換えた場合を考えればよく、シン
クロまたはレゾルバを用いた上記の方法で、永久磁石電
動機においても電流位相の指令値の作成を著しく簡単化
できる。Up to now, the reluctance motor has been described, but the internal magnet type PM motor can be operated with excellent performance by controlling the magnetomotive force constant phase difference angle. Variable speed operation of internal magnet type PM motor by constant phase difference angle control method ". Further, a constant magnetomotive force phase difference angle control method is also possible for a synchronous motor having a field winding and a surface magnet type PM motor, and the control method is exactly the same as that for a reluctance motor. Since only the values are different, consider the case where the reluctance motor is replaced with an internal magnet type PM motor, a winding field type synchronous motor and a surface magnet type PM motor in FIG. 1 to FIG. 4 as a block diagram of the circuit. Of course, the above method using the synchro or resolver can remarkably simplify the generation of the command value of the current phase even in the permanent magnet motor.

【００４８】ただし、起磁力相差角としては、一般に内
部磁石形ＰＭモータでは、１２０度、巻線界磁形同期電
動機及び表面磁石形ＰＭモータにおいては９０度が最適
値であるので、電動機とシンクロの回転子の直結時に機
種に応じた上記角度を考慮して直結することが必要であ
り、また正転、加速時と減速、逆転時とで位相を＋φ ^*
から−φ^* に切替える位相切換器の動作も［作用］にお
いて詳細に説明したように、リラクタンスモータの場合
とは異なったものとなる。However, the magnetomotive force phase difference angle is generally
In the partial magnet PM motor, the winding field type synchronous
90 degrees is optimal for motives and surface magnet type PM motors
Since it is a value, it can be used when directly connecting the electric motor and the synchro rotor.
It is necessary to make a direct connection in consideration of the above angle depending on the species.
In addition, the phase is + φ for forward rotation, acceleration and deceleration, and reverse rotation. ^*
From −φ^*The operation of the phase changer that switches to
As described in detail in the case of reluctance motors
Will be different from.

【００４９】ロボットやＦＡ機器の高精度位置制御のた
めのダイレクトドライブシステムに使用される可能性を
有するバーニアモータの制御回路については、前記の論
文のほかに次の出願中の特許明細書に記載されている。
すなわち、ＶＲ形バーニアモータについては特願平１−
５６２２８号「低速リラクタンス形電動機及びその制御
方式」に、またＰＭ形バーニアモータについては特願平
２−３９７２９号「バーニア形磁石回転機」に記載され
る制御回路は、特願平２−３９７２８号「電動機の制御
方法」に記載される同期電動機の起磁力相差角一定制御
方式の制御回路と基本原理においては全く同じである。
ただし、バーニアモータにおいては回転子スロット数が
通常の同期電動機の極対数に相当するので、回転子スロ
ット数Ｎに等しいＮの値のシンクロを使用することが必
要である。従って、図１ないし図４において極対数Ｎの
リラクタンスモータを回転子スロット数Ｎのバーニアモ
ータに置き換えた場合を考えればよく、また起磁力相差
角の最適値は９０度であるので、位相切替器の動作は表
面磁石形ＰＭモータの場合と同じにすることによって、
シンクロまたはレゾルバを用いた上記の方法でバーニア
モータにおいても電流位相の指令値の作成を著しく簡単
化できる。The control circuit of the vernier motor, which may be used in a direct drive system for highly accurate position control of robots and FA equipment, is described in the following patent specifications in addition to the above-mentioned paper. Has been done.
That is, for the VR type vernier motor, Japanese Patent Application No. 1-
The control circuit described in Japanese Patent Application No. 56228 “Low-speed reluctance type electric motor and its control system” and for the PM type vernier motor is Japanese Patent Application No. 2-39729 “Vernier type magnet rotating machine” is Japanese Patent Application No. 2-39728. The basic principle is exactly the same as that of the control circuit of the constant magnetomotive force phase difference angle control method for the synchronous motor described in "Control Method of Motor".
However, in the vernier motor, since the number of rotor slots corresponds to the number of pole pairs of a normal synchronous motor, it is necessary to use synchro having a value of N equal to the number N of rotor slots. Therefore, it is sufficient to consider the case where the reluctance motor having the number N of pole pairs in FIG. 1 to FIG. 4 is replaced with the vernier motor having the number N of rotor slots, and the optimum value of the magnetomotive force phase difference angle is 90 degrees. By making the operation of the same as that of the surface magnet type PM motor,
With the above method using the synchro or resolver, the creation of the command value of the current phase can be remarkably simplified even in the vernier motor.

【００５０】[0050]

【発明の効果】各種回転機の速度制御は、産業界のあら
ゆる分野で広く使用されているが、同期機は誘導電動機
に比べて効率が良いという特長がある。また、バーニア
モータやロボットやＦＡ機器などで高精度の位置制御に
使用される可能性がある。本発明は、リラクタンスモー
タ、永久磁石電動機、同期電動機ならびにバーニアモー
タの高効率でしかも速応性の良い速度及び位置の制御
を、従来よりも著しく簡単な方式で可能にすることによ
って、産業設備の高度の自動化を経済的に実現すること
に貢献するものである。Although the speed control of various rotary machines is widely used in all fields of industry, the synchronous machine is characterized by being more efficient than the induction motor. Further, it may be used for highly accurate position control in vernier motors, robots, FA equipment and the like. The present invention makes it possible to control the speed and position of a reluctance motor, a permanent magnet electric motor, a synchronous electric motor, and a vernier motor with high efficiency and high responsiveness in a remarkably simple manner as compared with the conventional one. It contributes to the economical realization of automation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の１象現可変速運転方式でＮＸシンクロ
の３相電圧を用いた場合の１例を示したブロック図FIG. 1 is a block diagram showing an example of a case where a three-phase voltage of NX synchro is used in a one-quadrant variable speed operation system of the present invention.

【図２】本発明の４象現可変速運転方式でＮＸシンクロ
の３相電圧を用いた場合の１例を示したブロック図FIG. 2 is a block diagram showing an example of a case where a three-phase voltage of NX sync is used in a four-quadrant variable speed operation system of the present invention.

【図３】本発明の４象現可変速運転方式でＮＸシンクロ
の３相電圧を用い、かつ指定された速度範囲において性
能の向上をはかる場合の１例を示したブロック図FIG. 3 is a block diagram showing an example of a case where a three-phase voltage of NX sync is used in a four-quadrant variable speed operation system of the present invention and performance is improved in a specified speed range.

【図４】本発明の１象現可変速運転方式でＮＸシンクロ
の２相電圧を用いた場合の１例を示したブロック図FIG. 4 is a block diagram showing an example of the case where a two-phase voltage of NX sync is used in the one-quadrant variable speed operation method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０：極対数Ｎのリラクタンスモータ １１：リラクタンスモータの回転子突極 １２：リラクタンスモータの固定子巻線 ２０：ＶＲ形ＮＸシンクロ ２１：シンクロの回転子突極 ２２：シンクロの出力巻線 ２３：シンクロの励磁巻線 ２４：励磁用電源 ３１：検波回路 ３２：Ｆ／Ｖ変換器 ３３：ＰＩ制御器 ３４：乗算器 ３５：位相切替器 ３６：ヒステリシスコンパレータ ３７：移相器 ３８：加算器 ４０：インバータ 10: Reluctance motor with N pole pairs 11: Reluctance motor rotor salient pole 12: Reluctance motor stator winding 20: VR type NX sync 21: Synchro rotor salient pole 22: Synchro output winding 23: Synchro Excitation winding 24: Excitation power supply 31: Detection circuit 32: F / V converter 33: PI controller 34: Multiplier 35: Phase switch 36: Hysteresis comparator 37: Phase shifter 38: Adder 40: Inverter

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成７年７月２４日[Submission date] July 24, 1995

【手続補正１】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項１[Name of item to be corrected] Claim 1

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【手続補正２】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】０００５[Name of item to be corrected] 0005

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【０００５】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は同期機の制御に
用いられる起磁力相差角一定制御方式において、回転子
位置検出及びそれに関連する制御回路を簡単化すること
によって課題を解決しようとするものである。リラクタ
ンスモータの回転子の直軸すなわち突極中央の位置を検
出し、その位置と電機子電流による起磁力分布のピーク
値の位置とのなす角度（これを起磁力相差角と言う）が
一定の値を保つように電機子電流を制御することによっ
て、高性能の可変速運転が可能である。この点は、例え
ば１９９３年６月の電気学会回転機研究会資料ＲＭ−９
３−１８に記載される。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention aims to solve the problems by simplifying the rotor position detection and the control circuit related thereto in the constant magnetomotive force phase difference angle control system used for controlling the synchronous machine. It is a thing. The position of the direct axis of the reluctance motor rotor, that is, the center of the salient pole is detected, and the angle between this position and the position of the peak value of the magnetomotive force distribution due to the armature current (this is called the magnetomotive force phase difference angle) is constant. By controlling the armature current so as to maintain the value, high-performance variable speed operation is possible. This point is described in, for example, Material RM-9 of the Institute of Electrical Engineers of Japan, Rotating Machinery Research Group, June 1993
3-18.

【手続補正３】[Procedure 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】０００７[Correction target item name] 0007

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【０００７】まず産業界で広く使用されているポンプや
ブロワ等のように、１回転方向のみの可変速駆動を必要
とする負荷の駆動の場合を考える。極対数Ｎのリラクタ
ンスモータと等しいＮの値のＮＸシンクロ（Ｎは正の整
数値）を直結して使用するが、いずれも固定子には３相
巻線、回転子には突極を有する。３相巻線については、
第１相から相順に従ってａ，ｂ，ｃ相と言うこととす
る。リラクタンスモータの回転子の直軸すなわち突極の
中央が固定子３相巻線のａ相の巻線軸の位置にある時
に、ＮＸシンクロの固定子３相出力巻線のａ相に誘導さ
れる電圧の１回転Ｎ周期の振幅変化の位相が、その振幅
最大値から起磁力相差角の指令値に関係する特定の角度
だけ進んだ位相となるようにＮＸシンクロとリラクタン
スモータを直結して、位置検出装置の出力巻線の誘導電
圧を検波して得られた、１回転Ｎ周期の正弦波形の３相
電圧を直接電流位相値とし、これに速度偏差またはトル
ク指令値から作成する電流振幅指令値を掛け合わせたも
のをリラクタンスモータの電流指令値とすることによっ
て、簡単で安価な１象限可変速駆動方式を実現すること
を特徴とする。First, let us consider a case of driving a load such as a pump or a blower widely used in the industrial world that requires variable speed driving in only one rotation direction. A reluctance motor having the number of pole pairs N and an NX synchro (N is a positive integer value) having the same value of N are directly connected and used, but each has a three-phase winding on the stator and salient poles on the rotor. For 3-phase winding,
The phases are referred to as a, b, and c according to the phase order from the first phase. The voltage induced in the a-phase of the stator 3-phase output winding of the NX-synchro when the direct axis of the rotor of the reluctance motor, that is, the center of the salient pole is at the position of the a-phase winding axis of the stator 3-phase winding. Position detection is performed by directly connecting the NX synchro and reluctance motor so that the phase of the amplitude change in one rotation N cycle is advanced from the maximum amplitude by a specific angle related to the command value of the magnetomotive force phase difference angle. The three-phase voltage of the sinusoidal waveform of one rotation N cycle obtained by detecting the induced voltage of the output winding of the device is directly used as the current phase value, and the current amplitude command value created from the speed deviation or the torque command value is added to this. A characteristic is that a simple and inexpensive one-quadrant variable speed drive system is realized by setting the product of the multiplications as the current command value of the reluctance motor.

【手続補正４】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】０００８[Correction target item name] 0008

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【０００８】サーボモータ等の負荷では、加速、減速特
性の良い正転、逆転を行う４象限運転が必要である。こ
の場合同期機においては起磁力相差角の符号を逆にする
ことによってトルクの方向も逆になるので、減速時には
回生制動を行うことによって、減速の即応性を向上する
ことができ、また逆転も可能となる。リラクタンスモー
タにおいて起磁力相差角として例えば６０度を選んだ場
合に、これはリラクタンスモータの回転子の直軸すなわ
ち中央がａ相の巻線軸の位置にあるとき、ＮＸシンクロ
の検波後のａ相出力電圧が正の最大値から６０度進んだ
位相になるように、両者の回転子を直結することによっ
て実現できる。すなわち、正転、加速時にはＮＸシンク
ロのａ，ｂ，ｃ相の電圧をリラクタンスモータのａ，
ｂ，ｃ相の電流位相指令値として用いれば起磁力相差角
が６０度で正トルクとなるのに対して、減速、逆転の場
合にはＮＸシンクロのｂ，ｃ，ａ相の電圧をリラクタン
スモータのａ，ｂ，ｃ相の電流位相指令値として用いる
ように両者の接続を切替えれば、起磁力相差角が−６０
度となるので、トルクの方向が逆になり、サーボモータ
として必要な加速、減速特性の良い４象限運転が可能で
ある。１Ｘレゾルバを用いた従来の方法では必要であっ
た高価なＲ／Ｄ変換器を用いることなく、電流位相の指
令値の作成が著しく簡単で安価な高性能の４象限可変速
駆動方式を実現することを特徴とする。For a load such as a servo motor, four-quadrant operation for performing forward rotation and reverse rotation with good acceleration and deceleration characteristics is required. In this case, in the synchronous machine, the direction of the torque is also reversed by reversing the sign of the magnetomotive force phase difference angle. Therefore, by performing regenerative braking at the time of deceleration, it is possible to improve the responsiveness of deceleration and reverse rotation. It will be possible. If, for example, 60 degrees is selected as the magnetomotive force phase difference angle in the reluctance motor, this is the direct axis of the rotor of the reluctance motor.
When Chi center is at the position of the winding axis of a phase, accomplished by a phase output voltage after detection of NX synchro As a positive maximum value in 60-degree advanced phase, directly connected both rotor it can. That is, at the time of forward rotation and acceleration, the voltages of the a, b, and c phases of the NX sync are changed to those of the reluctance motor.
When used as the current phase command value of the b and c phases, the magnetomotive force phase difference angle is 60 degrees and a positive torque is obtained. On the other hand, in the case of deceleration and reverse rotation, the voltages of the b, c and a phases of the NX sync are reluctance motors. If the connection between the two is switched so as to be used as the current phase command value for the a, b, and c phases, the magnetomotive force phase difference angle is −60.
Therefore, the torque direction is reversed, and four-quadrant operation with good acceleration and deceleration characteristics required for the servomotor is possible. To realize a high-performance four-quadrant variable speed drive system in which the command value of the current phase is remarkably easy and inexpensive, without using an expensive R / D converter which was required in the conventional method using the 1X resolver. It is characterized by

【手続補正５】[Procedure Amendment 5]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】００１２[Correction target item name] 0012

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【００１２】その制御方式はリラクタンスモータの場合
と全く同じであるが、起磁力相差角の値はリラクタンス
モータと異なって内部磁石形ＰＭモータでは約１２０
度、表面磁石形ＰＭモータでは約９０度が適当な値であ
るので、電動機の直軸がａ相の巻線軸にあるとき、ＮＸ
シンクロの検波後のａ相出力電圧が正の最大値からそれ
ぞれ１２０度及び９０度進んだ位相となるように電動機
とシンクロを直結する。また正転、加速時と減速、逆転
時のシンクロの検波後の３相電圧と位相指令値の３相電
圧との接続の切替えも異なる。すなわち、正転、加速時
には両者のａ，ｂ，ｃ相は対応しているが、内部磁石形
ＰＭモータに対しては、減速、逆転時には、シンクロの
ｃ，ａ，ｂ相を位相指令値のａ，ｂ，ｃ相として使用す
るように接続を切替えて位相が−１２０度となるように
し、また表面磁石形ＰＭモータに対しては、減速、逆転
時には正転、加速時とはシンクロの各相の端子と中性点
との関係が逆になるように接続を切替えて位相が−９０
度になるようにし、電流振幅値としては正の値を用い
る。また起磁力相差角が９０度の場合には、位相切替器
を用いなくても、電流振幅値として負の値を用いること
によって、位相を反転させることが出来るので、１象現
可変速駆動について説明した最も簡単な方式で４象現可
変速駆動が可能となる。このように、ＮＸシンクロまた
はＮＸレゾルバを用いて、極対数ＮのＰＭモータの電流
位相の指令値の作成を著しく簡単化することによって、
経済的で信頼性の高いＰＭモータの可変速運転方式を実
現することを特徴とする。The control method is exactly the same as that of the reluctance motor, but the value of the magnetomotive force phase difference angle is different from that of the reluctance motor to about 120 in the internal magnet type PM motor.
Since the surface magnet type PM motor has an appropriate value of about 90 degrees, when the straight axis of the motor is on the a-phase winding axis, NX
The motor and synchro are directly connected so that the a-phase output voltage after detection of synchro becomes a phase advanced by 120 degrees and 90 degrees from the positive maximum value, respectively. Further, the switching of the connection between the three-phase voltage after detection of synchro at the time of forward rotation, acceleration, deceleration, and reverse rotation and the three-phase voltage of the phase command value is also different. That is, the phases a, b and c correspond to each other at the time of forward rotation and acceleration, but for the internal magnet type PM motor, at the time of deceleration and reverse rotation, the phases c, a and b of the synchronization are set to the phase command values. The connection is switched so as to be used as the a, b, and c phases so that the phase becomes −120 degrees, and for the surface magnet type PM motor, deceleration, forward rotation at reverse rotation, and synchronization at acceleration. The connection is switched so that the relationship between the phase terminal and the neutral point is reversed and the phase is -90.
And use a positive value for the current amplitude value.
It If the magnetomotive force phase difference angle is 90 degrees, the phase switch
Use a negative current amplitude value without using
The phase can be inverted by
The simplest method explained about variable speed drive enables 4 quadrants.
Variable speed drive is possible. In this way, by using the NX synchro or the NX resolver, it is possible to significantly simplify the creation of the command value of the current phase of the PM motor having the number N of pole pairs,
It is characterized by realizing an economical and highly reliable PM motor variable speed operation system.

【手続補正６】[Procedure correction 6]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】００２１[Correction target item name] 0021

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【００２１】として表され、この位相が常に保たれれば
起磁力相差角はφ^* 一定の運転が可能となり、トルクは
電流振幅ｉ_m ^* によって決まる。一般にリラクタンスモ
ータにおいては、起磁力相差角を電気角で６０度にした
ときに良好な特性の得られることが、前記の電気学会回
転機研究会資料ＲＭ−９３−１８に発表されている。い
まモータの回転子の直軸すなわち突極の中央が固定子巻
線のａ相の巻線軸の位置にあるとき，ＮＸシンクロの検
波後のａ相出力電圧が、正の最大値から起磁力相差角の
指令値φ^* だけ進んだ位相になるように、両者の回転子
を直結すれば、シンクロの出力巻線の誘導電圧は実用的
にはIf the phase is always maintained, the magnetomotive force phase difference angle can be operated with a constant φ ^* , and the torque is determined by the current amplitude i _m ^* . In general, it has been announced in the above-mentioned material RM-93-18 of the Institute of Electrical Engineers of Japan, Study Group RM-93-18 that good characteristics can be obtained in a reluctance motor when the magnetomotive force phase difference angle is set to 60 electrical degrees. Now, when the direct axis of the motor rotor , that is, the center of the salient pole is located at the position of the a-phase winding axis of the stator winding, the a-phase output voltage after detection of NX synchro is If the two rotors are directly connected so that the phase advances by the angle command value φ ^* , the induced voltage in the synchro output winding is practically used.

【手続補正７】[Procedure Amendment 7]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】００３８[Correction target item name] 0038

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【００３８】ただし、これらの機種の起磁力相差角の最
適値は、同期電動機、表面磁石形電動機及びバーニアモ
ータでは電気角で９０度、内部磁石形電動機では１２０
度であるので、電動機とシンクロの回転子を直結すると
き、及び正転、加速から減速、逆転への切替えについて
は、次のように行う。まず、起磁力相差角を９０度とす
る機種について述べる。巻線界磁形同期電動機及び表面
磁石形電動機では、電動機の直軸がａ相の巻線軸の位置
にあるときに、またバーニアモータでは回転子の任意の
スロットの中央がａ相の巻線軸の位置にあるときに、Ｎ
Ｘシンクロの検波後のａ相出力電圧が、正の最大値から
９０度進んだ位相となるように直結し、正転、加速時に
はシンクロのａ，ｂ，ｃ相の電圧をそのまま電流位相の
指令値とすることによって（４）式のφ^* ＝９０°とし
て用いるが、減速、逆転時には正転、加速時とはシンク
ロの各相の端子と中性点との関係が逆になるように、接
続を切替えて（４）式のφ^* ＝−９０°となるようにす
る。この場合には電流振幅値として正の値を用いるが、
電流振幅値として負の値を用いれば、 −ｉ_m ^*ｃｏｓ（ωｔ＋π／２）＝ｉ_m ^*ｃｏｓ（ωｔ−π
／２） であるので、上記の位相切替器を省略し１象現可変速駆
動について説明した最も簡単な方式で４象現可変速駆動
を行うことが出来る。 However, the optimum value of the magnetomotive force phase difference angle of these models is 90 degrees in electrical angle in the synchronous motor, surface magnet type motor and vernier motor, and 120 in the internal magnet type motor.
Therefore, when the electric motor and the synchro rotor are directly connected, and when switching from forward rotation, acceleration to deceleration, and reverse rotation is performed as follows. First, a model in which the magnetomotive force phase difference angle is 90 degrees will be described. In the field winding type synchronous motor and the surface magnet type motor, when the direct axis of the motor is located at the position of the a-phase winding axis, and in the vernier motor, the center of any slot of the rotor is the a-phase winding axis. N when in position
Directly connect the a-phase output voltage after X-synchro detection so that the phase is advanced by 90 degrees from the maximum positive value, and during normal rotation and acceleration, the a-, b-, and c-phase voltages of the synchro are directly commanded as the current phase. as it is used as the (4) equation φ ^* = 90 ° by a value, deceleration, forward, during acceleration and the relationship between the terminal and the neutral point of each phase of the synchronous reversed in the reverse rotation, The connection is switched so that φ ^* = − 90 ° in the equation (4). In this case, a positive value is used as the current amplitude value,
By using a negative value as the current amplitude ^{_{value, -i m * cos (ωt +}} π / 2) = i m * cos (ωt-π
/ 2) , the above-mentioned phase changer is omitted and one quadrant variable speed drive
4 quadruple variable speed drive with the simplest method explained
Can be done.

【手続補正８】[Procedure Amendment 8]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】００３９[Correction target item name] 0039

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【００３９】起磁力相差角を１２０度とする内部磁石形
電動機の場合には電動機の直軸がａ相の巻線軸の位置に
あるとき、ＮＸシンクロの検波後のａ相出力電圧が、正
の振幅最大値から１２０度進んだ位相となるように直結
し、正転、加速時にはシンクロのａ，ｂ，ｃ相の電圧を
そのまま電流位相の指令値とすることによって（４）式
のφ^* ＝１２０°として用いるが、減速、逆転時には
（４）式のｃ相電圧ｅ_cをａ相の電流位相の指令値と
し、電流振幅値として正の値を用いればφ^* ＝−１２０
°となる。同様に（４）式のａ相及びｂ相の電圧ｅ_a 及
びｅ_b をｂ相及びｃ相の電流位相の指令値とすることに
よって、起磁力相差角を−１２０度としてトルクを逆方
向にして運転する。In the case of an internal magnet type motor having a magnetomotive force phase difference angle of 120 degrees, when the straight axis of the motor is located at the winding axis of the a phase, the a phase output voltage after detection of the NX synchro is positive. By directly connecting so that the phase is advanced by 120 degrees from the maximum amplitude value, and when the forward rotation and acceleration are performed, the voltage of the a, b, and c phases of the synchro is directly used as the command value of the current phase, so that φ ^* = used as 120 ° but, deceleration, during reverse rotation (4) of the c-phase voltage e _c is the command value of the current phase of a phase, by using a positive value as the current amplitude value phi ^* = -120
It becomes °. By the same manner as in (4) the command value of expression of a phase and b-phase voltages e _a and e _b a b-phase and c-phase current phase, the magnetomotive force phase difference angle to a torque in the opposite direction as -120 degrees To drive.

【手続補正９】[Procedure Amendment 9]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】００４０[Correction target item name] 0040

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【００４０】しかし、上記と同様な結果を次のようにし
ても行うことができる。電動機の直軸がａ相の巻線軸の
位置にあるとき、ＮＸシンクロの検波後のａ相出力電圧
が、正の最大値となるように電動機とシンクロを直結
し、正転、加速時にはシンクロのｃ，ａ，ｂ相の電圧を
電動機のａ，ｂ，ｃ相の電流指令値として用いることに
よって、（２）式の電流位相の指令値をφ^* ＝１２０°
とすることができる。この場合減速、逆転時にはシンク
ロのｂ，ｃ，ａ相の電圧を電動機のａ，ｂ，ｃ相の電流
位相の指令値とし、電流振幅値として正の値を用いるこ
とによって（２）式の電流位相の指令値をφ^* ＝−１２
０°とすることができる。However, the same result as above can be obtained as follows. When the direct axis of the motor is located at the position of the a-phase winding axis, the a-phase output voltage after detection of the NX synchro is directly connected to the motor so that the a-phase output voltage has a positive maximum value. By using the voltages of the c, a, and b phases as the current command values of the a, b, and c phases of the motor, the current phase command value of the equation (2) is φ ^* = 120 °.
Can be In this case, when decelerating or reversing, the voltage of the b, c, a phases of the synchro is changed to the current of the a, b, c phases of the motor.
By using the phase command value and the positive value as the current amplitude value, the current phase command value of the equation (2) is φ ^* = − 12.
It can be 0 °.

【手続補正１０】[Procedure Amendment 10]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】００４１[Correction target item name] 0041

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【００４１】[0041]

【実施例】本発明の実施例について、図１ないし図４を
参照しつつ説明する。図１では極対数２のリラクタンス
モータ１０とＶＲ形の２Ｘシンクロ２０を直結して使用
した場合の例を示す。３相巻線１２が設けられたリラク
タンスモータの固定子に、３相出力巻線２２が設けられ
たシンクロの固定子が取り付けられ、リラクタンスモー
タの回転子突極１１の中央、すなわち直軸が固定子３相
巻線１２の第１相の巻線軸の位置にあるとき、シンクロ
の出力巻線２２の第１相に誘導される、回転子の１回転
でＮ周期の振幅変化をする電圧がその振幅最大値から６
０度進んだ位相になるようにシンクロの回転子突極２１
の位置を定めて、両者の回転子を直結してある。また、
シンクロの固定子には励磁巻線２３が設けられ、この巻
線には励磁用電源２４の発振器から数百［Ｈｚ］ないし
数［ｋＨｚ］程度の周波数の励磁電流が供給される。Embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows an example in which a reluctance motor 10 having two pole pairs and a VR type 2X synchro 20 are directly connected and used. The stator of the reluctance motor provided with the three-phase winding 12 is attached with the synchro stator provided with the three-phase output winding 22 , and the center of the salient rotor pole 11 of the reluctance motor , that is, the straight axis is fixed. When the winding axis of the first phase of the child three-phase winding 12 is located, the voltage induced in the first phase of the output winding 22 of the synchro, which causes an amplitude change of N cycles in one rotation of the rotor, is 6 from maximum amplitude
Synchro rotor salient pole 21 so that the phase is advanced by 0 degrees
The position of is fixed and both rotors are directly connected. Also,
An exciting winding 23 is provided on the stator of the synchro, and an exciting current having a frequency of about several hundred [Hz] to several [kHz] is supplied to the winding from an oscillator of an exciting power supply 24.

【手続補正１１】[Procedure Amendment 11]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】００４８[Correction target item name] 0048

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【００４８】ただし、起磁力相差角としては、一般に内
部磁石形ＰＭモータでは、１２０度、巻線界磁形同期電
動機及び表面磁石形ＰＭモータにおいては９０度が最適
値であるので、電動機とシンクロの回転子の直結時に機
種に応じた上記角度を考慮して直結することが必要であ
り、また正転、加速時と減速、逆転時とで位相を＋φ ^*
から−φ^* に切替える位相切換器の動作も［作用］にお
いて詳細に説明したように、リラクタンスモータの場合
とは異なったものとなる。特に起磁力相差角が９０度の
場合には、位相切替を行わなくても、電流振幅値を負の
値とすれば、位相反転と同一効果が得られるので、図１
に示す最も簡単な方式で、４象現可変速駆動が可能とな
る。 However, the magnetomotive force phase difference angle is generally
In the partial magnet PM motor, the winding field type synchronous
90 degrees is optimal for motives and surface magnet type PM motors
Since it is a value, it can be used when directly connecting the electric motor and the synchro rotor.
It is necessary to make a direct connection in consideration of the above angle depending on the species.
In addition, the phase is + φ for forward rotation, acceleration and deceleration, and reverse rotation. ^*
From −φ^*The operation of the phase changer that switches to
As described in detail in the case of reluctance motors
Will be different from.Especially when the magnetomotive force phase difference angle is 90 degrees
In this case, the current amplitude value can be set to a negative value without switching the phase.
If the value is set, the same effect as phase inversion can be obtained.
The simplest method shown in Figure 4 enables 4-variable current variable speed drive.
It

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】励磁巻線と３相出力巻線とを有し、出力巻
線には、励磁電流と同一の周波数で、回転子位置に応じ
て全円周の１／Ｎ（Ｎは正の整数値）を１周期としてそ
の振幅値が変化する、３相電圧を誘導する回転位置検出
装置と、それを直結した極対数がＮのリラクタンスモー
タ及びインバータを組合せた駆動装置において、リラク
タンスモータの回転子突極の中央が固定子３相巻線の第
１相の巻線軸の中央にある時に、位置検出装置の固定子
３相巻線の第１相に誘導される電圧の、１回転Ｎ周期の
振幅変化の位相が正の振幅最大値から起磁力相差角に関
係する特定の角度だけ進んだ状態になるように、位置検
出装置とリラクタンスモータを直結することによって、
位置検出装置の出力巻線の誘導電圧を検波して得られ
た、回転子位置に応じて全円周の１／Ｎを１周期とする
３相電圧信号を電流位相の指令値とし、これに速度偏差
またはトルク指令値から作成する電流振幅指令値を掛け
合わせたものをリラクタンスモータの電流指令値とし
て、この電流をリラクタンスモータに流すようにインバ
ータを制御することを特徴とするリラクタンスモータの
制御方法。1. An excitation winding and a three-phase output winding are provided, and the output winding has the same frequency as that of the excitation current and 1 / N of the entire circumference (N is a positive value) depending on the rotor position. An integer value of 1) as one cycle, a rotational position detecting device for inducing a three-phase voltage whose amplitude value changes, and a drive device in which a reluctance motor having an N pole pair and an inverter are directly connected to each other. When the center of the rotor salient pole is at the center of the winding axis of the first phase of the three-phase winding of the stator, the voltage induced in the first phase of the three-phase winding of the stator of the position detecting device is one rotation N By directly connecting the position detecting device and the reluctance motor so that the phase of the amplitude change of the cycle is advanced from the positive maximum amplitude value by a specific angle related to the magnetomotive force phase difference angle,
A three-phase voltage signal, which is obtained by detecting the induced voltage in the output winding of the position detection device and has 1 cycle of 1 / N of the entire circumference according to the rotor position, is used as the current phase command value. A method for controlling a reluctance motor, characterized by multiplying a current amplitude command value created from a speed deviation or a torque command value as a current command value for the reluctance motor, and controlling the inverter so that this current flows to the reluctance motor. . 【請求項２】請求項１において、位置検出装置の出力巻
線の誘導電圧を検波して得られた、回転子位置に応じて
全円周の１／Ｎを１周期とする３相電圧信号を直接電流
位相の指令値として使用して正方向回転とするととも
に、位相切替装置によって位相指令値の起磁力相差角の
符号を負の値に変えてトルクの方向を逆転し、回生制動
及び逆方向回転を可能とすることを特徴とするリラクタ
ンスモータの制御方法。2. The three-phase voltage signal according to claim 1, which is obtained by detecting the induced voltage in the output winding of the position detecting device and has 1 / N of the entire circumference as one cycle in accordance with the rotor position. Is directly used as the current phase command value to rotate in the positive direction, and the phase switching device changes the sign of the magnetomotive force phase difference angle of the phase command value to a negative value to reverse the direction of torque, regenerative braking and reverse. A method for controlling a reluctance motor, which enables directional rotation. 【請求項３】請求項１及び２において、位置検出装置の
出力巻線の誘導電圧を検波して得られた、回転子位置に
応じて全円周の１／Ｎを１周期とする３相電圧信号の位
相を移相器によって変化できるようにしたことを特徴と
するリラクタンスモータの制御方法。3. The three-phase system according to claim 1 or 2, wherein 1 / N of the entire circumference is one cycle according to the rotor position, which is obtained by detecting the induced voltage in the output winding of the position detecting device. A method for controlling a reluctance motor, characterized in that the phase of a voltage signal can be changed by a phase shifter. 【請求項４】請求項１，２及び３において、３相出力巻
線を有する位置検出装置の代わりに、回転子位置に応じ
て、全円周の１／Ｎを１周期とする正弦波形またはそれ
に近い波形でその振幅値が変化する２相出力巻線を有す
る位置検出装置を用い、その出力を２相から３相に変換
したものを用いることを特徴とするリラクタンスモータ
の制御方法。4. A sinusoidal waveform having 1 / N of the entire circumference as one cycle according to the rotor position, instead of the position detecting device having a three-phase output winding, A method for controlling a reluctance motor, comprising using a position detecting device having a two-phase output winding whose amplitude value changes with a waveform close to that, and using the one obtained by converting the output from two-phase to three-phase. 【請求項５】請求項１において、位置検出装置の３相出
力巻線のうち２相のみを利用して、２相の指令値を得る
とともに、この２相の指令値から残りの１相の電流指令
値を得ることを特徴とするリラクタンスモータの制御方
法。5. The command value of two phases is obtained by using only two phases of the three-phase output windings of the position detecting device according to claim 1, and the command value of the remaining one phase is obtained from the command values of these two phases. A method for controlling a reluctance motor, which comprises obtaining a current command value. 【請求項６】請求項１、２、３、４、及び５において、
リラクタンスモータの代わりに永久磁石電動機を使用す
ることを特徴とする永久磁石電動機の制御方法。6. The method according to claim 1, 2, 3, 4, and 5.
A method for controlling a permanent magnet electric motor, characterized by using a permanent magnet electric motor instead of a reluctance motor. 【請求項７】請求項１、２、３、４、５及び６におい
て、リラクタンスモータの代わりに界磁巻線を有する同
期電動機を使用することを特徴とする同期電動機の制御
方法。7. A method for controlling a synchronous motor according to any one of claims 1, 2, 3, 4, 5 and 6, wherein a synchronous motor having a field winding is used instead of the reluctance motor. 【請求項８】請求項１、２、３、４、５及び６におい
て、極対数がＮのリラクタンスモータの代わりに回転子
スロット数がＮのバーニアモータ（可変リラクタンス形
及び永久磁石形）を使用することを特徴とするバーニア
モータの制御方法。8. A vernier motor (variable reluctance type and permanent magnet type) having N rotor slots is used in place of the reluctance motor having N pole pairs in claim 1, 2, 3, 4, 5 and 6. A method for controlling a vernier motor, comprising: