JPH1169860A

JPH1169860A - 誘導電動機の速度制御装置

Info

Publication number: JPH1169860A
Application number: JP9223249A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Nakade; 一彦中出; Masakatsu Hasegawa; 正勝長谷川; Katsufumi Muta; 勝文牟田
Original assignee: Murata Machinery Ltd
Current assignee: Murata Machinery Ltd
Priority date: 1997-08-20
Filing date: 1997-08-20
Publication date: 1999-03-09

Abstract

(57)【要約】【課題】誘導電動機と同期して回転するロータの一回
転毎の周期を基準クロックで計数して回転速度を求める
場合、誘導電動機の低回転時のみならず、高回転時にお
いても高精度の測定ができる誘導電動機の速度制御装置
を提供する。【解決手段】誘導モータ３の回転速度が高いと基準ク
ロックＳｇ４の周波数を高くし、誘導モータ３の回転速
度が低いと前記基準クロックＳｇ４の周波数を低くする
基準クロック変更手段９を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘導電動機と同期
して回転するロータの一回転毎の周期を基準クロックで
計数して回転速度を求める誘導電動機の速度制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の誘導電動機の速度制御装置は、
図５に示すように、１又は２個のマーク２４ａ・２４ｂ
を有し誘導電動機２３と同期して回転するロータ２４の
マークを近接センサ２５で検出し、図６に示すように、
この近接センサ２５の出力信号Ｓｇ２１を分周して得ら
れるパルス信号Ｓｇ２２のパルス３０（ロータの一回転
毎の周期に相当する）の区間を、基準クロックのパルス
をカウントするカウンタ２８によりカウント（計数）
し、誘導電動機２３の回転周期を所定間隔のパルスの数
の大小関係として測定する。そして、パルス数の大小で
表される回転周期を回転速度に相当する周波数に変換し
て誘導電動機２３のインバータ装置２１へフィードバッ
クさせ、設定周波数と比較することにより、負荷変動に
よる回転変動を無くす速度制御装置である。

【０００３】この速度制御装置は、ロータ２４の一回転
に相当するパルス信号Ｓｇ２２を発生させる場合、ロー
タの同じ場所を検出するので、ロータの一回転毎の周期
を正確に測定することができる。またロータ２４は簡単
な形状で済む。

【０００４】そして、正確に測定されたロータの一回転
毎の周期であるパルス３０の区間を、短いパルスである
基準クロックでカウント（計数）するので、クロック２
９が発生する基準クロックの周波数を高くしてカウント
数を増やすことにより、回転速度を高精度に測定するこ
とができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高回転
時における高い周波数の基準クロックと同一基準の基準
クロックを用いて低回転時における回転周期を測定する
と、パルス信号Ｓｇ２２のパルス３０に対応する基準ク
ロックの計測数が非常に多くなるため、カウンタ２８
ａ，２８ｂがオーバーフローしてしまい、基準クロック
の区間の全部をカウント（計数）できなくなるという問
題点があった。逆に、低回転時における低い周波数の基
準クロックと同一基準の基準クロックを用いて高回転時
における回転周期を測定すると、カウント数が少なくな
って回転速度の精度が出なくなるという問題点があっ
た。

【０００６】本発明は、上記問題を鑑みてなされたもの
であって、その目的とするところは、誘導電動機と同期
して回転するロータの一回転毎の周期を基準クロックで
計数して回転速度を求める場合、誘導電動機の低回転時
のみならず、高回転時においても高精度の測定ができる
誘導電動機の速度制御装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
誘導電動機と同期して回転するロータの一回転毎の周期
を基準クロックで計数して回転速度を求める誘導電動機
の速度制御装置であって、前記回転速度が高いと前記基
準クロックの周波数を高くし、前記回転速度が低いと前
記基準クロックの周波数を低くする基準クロック変更手
段を設けたことを特徴とする。

【０００８】具体的には、インバータの出力周波数応じ
た回転数で回転駆動される誘導電動機と、前記誘導電動
機と同期して回転するマーク付きのロータと、前記ロー
タのマークを検出するセンサと、前記センサの出力を分
周して前記ロータの一回転毎の周期のパルスを得る分周
手段と、前記一回転毎の周期を基準クロックで計数する
カウンタと、前記カウンタからの出力に基づいて前記誘
導電動機の回転速度に相当する出力を演算するととに
も、前記出力周波数を出力する制御部と、前記制御部に
おける前記出力周波数が高いと前記基準クロックの周波
数を高くし、前記回転速度が低いと前記前記基準クロッ
クの周波数を低くする基準クロック変更手段とを備えて
なる。

【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１の発明に
おいて、前記誘導電動機は、インバータの出力周波数に
よって回転駆動され、前記基準クロック変更手段は、前
記出力周波数の低から高への区分に対応して前記基準ク
ロックの周波数を低から高へと段階的に変更する。

【００１０】請求項３記載の発明は、請求項２の発明に
おいて、前記基準クロック変更手段は、前記各区分にお
いて、前記計数のためのカウンターの桁数が大きく保た
れるように前記基準クロックの周波数を小から大へと段
階的に変更する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を図１から
図４を用いて説明する。図１に示すように、本実施形態
に係る誘導電動機の速度制御装置１２は、誘導電動機３
と、誘導電動機３と同期して回転するロータ４の一回転
の周期を測定する検出手段６と、前記周期を基準クロッ
クで計数する計数手段１０と、インバータ装置１に組み
込まれた制御部２と、前記計数手段１０に対する第２ク
ロック分周器（基準クロック変更手段）９とを有してい
る。

【００１２】上記の誘導電動機３は、例えは４ポールの
インダクションモータ（以下、「モータ」という。）で
あり、モータの回転軸に連結されたロータ４を有してい
る。このモータ３は、インバータ装置１に接続されてお
り、出力周波数Ｓｇ７に応じた回転数で回転するように
なっている。また、ロータ４は、モータ３の回転に同期
して回転するようになっており、その側面には、マーク
４ａ・４ｂが設けられている。尚、このマーク４ａ・４
ｂは、バランスよくするためにロータ４の両側面を切欠
いて形成されているが、これに限るものではない。

【００１３】上記の検出手段６は、上記のロータ４と、
マーク４ａ・４ｂを検出する近接センサ５と、第１モー
タ分周器７を有しており、近接センサ５がマーク４ａ・
４ｂを検出する度にパルス信号Ｓｇ１を第１モータ分周
器７に送信するようになっている。第１モータ分周器７
は、パルス信号Ｓｇ１を受信すると、パルス信号Ｓｇ１
を１／４分周してパルス信号Ｓｇ２を送信するようにな
っている。ここで、図３に示すように、パルス信号Ｓｇ
１は、ロータ４が１回転する周期Ｔを２個のパルス分の
発生間隔で示しており、パルス信号Ｓｇ２は、パルス信
号Ｓｇ１を１／４分周してロータ４の一回転の周期Ｔを
示している。即ち、パルス信号Ｓｇ２のＯＮ時間Ａ又は
ＯＦＦ時間Ｂは、ロータ４の一回転の周期ＴA ・ＴB に
対応している。ロータ４の一回転であるため、ロータ４
の同じ場所を検出することになって、ロータ４の加工精
度に影響されることなく、一回転の周期を正確に検出す
ることができる。

【００１４】上記の計測手段１０は、図１に示すよう
に、第１カウンタ１０ａと第２カウンタ１０ｂとを有し
ており、交互に回転周期ＴA ・ＴB を基準クロックに基
づいて計測するようになっている。即ち、第１カウンタ
１０ａは、パルス信号Ｓｇ２のＯＮ時間Ａ中の回転周期
ＴA （以下、「モータ回転周期ＴA 」という。）を計測
し、第２カウンタ１０ｂは、パルス信号Ｓｇ２のＯＦＦ
時間Ｂ中の回転周期ＴB（以下、「モータ回転周期ＴB
」という。）を計測するようになっている。尚、第１
カウンタ１０ａ・第２カウンタ１０ｂは共に、例えば１
６ビットのカウンタであり、１〜６５５３５までカウン
トすることができる。

【００１５】第１カウンタ１０ａは、第１モータ分周器
７と、第２クロック分周器９を介してＣＬＫ８とに接続
されており、第１モータ分周器７の送信するパルス信号
Ｓｇ２ON（パルス信号Ｓｇ２のＯＮ時間Ａを示すパルス
信号）をゲート入力Ｇから受信し、第２クロック分周器
９の送信する基準クロックＳｇ４をクロック入力ＣＫか
ら受信するようになっている。さらに、第１カウンタ１
０ａは、パルス信号Ｓｇ２ONと基準クロックＳｇ４とを
受信すると、図４（ａ）に示すように、パルス信号Ｓｇ
２ONのパルス１３に対応する基準クロックＳｇ４のパル
スをカウント（計数）してモータ回転周期ＴA を高精度
に測定し、そのモータ回転周期ＴA をモータ回転周波数
Ｓｇ６に変換して送信するようになっている。

【００１６】また、第２カウンタ１０ｂは、図１に示す
ように、第１カウンタ１０ａと同様に、第１モータ分周
器７と、第２クロック分周器９を介してＣＬＫ８とに接
続されており、第１モータ分周器７の送信するパルス信
号Ｓｇ２OFF （パルス信号Ｓｇ２のＯＦＦ時間Ｂを示す
パルス信号）をゲート入力Ｇから受信し、第２クロック
分周器９の送信する基準クロックＳｇ４をクロック入力
ＣＫから受信するようになっている。さらに、第２カウ
ンタ１０ｂは、パルス信号Ｓｇ２OFF と基準クロックＳ
ｇ４とを受信すると、図４（ａ）に示すように、パルス
信号Ｓｇ２OFFのパルス１４に対応する基準クロックＳ
ｇ４のパルスをカウント（計数）してモータ回転周期Ｔ
B を高精度に測定し、モータ回転周期ＴB を回転周波数
Ｓｇ６に変換して送信するようになっている。

【００１７】上記のＣＬＫ８は、図１に示すように、第
２クロック分周器９に接続されており、基準クロックＳ
ｇ３を第２クロック分周器９に送信するようになってい
る。尚、この基準クロックＳｇ３の周波数の源発振は、
例えば１ＭHzである。

【００１８】第２クロック分周器９は、上記のインバー
タ装置１に接続されており、該インバータ装置１から分
周比信号Ｓｇ８を受信すると、その分周比信号Ｓｇ８に
応じて基準クロックＳｇ３を段階的に所定の分周比で分
周するようになっている。この分周比は、表１に示すよ
うに、１／１、１／２、１／１０、１／５０であり、こ
の分周比に応じて基準クロックＳｇ３の周波数は、１Ｍ
Hz、５００ＫHz、１００ＫHz、２０ＫHzに分周される。
そして、第２クロック分周器９は、このように分周した
基準クロックＳｇ４を上記のパルス信号Ｓｇ２のＯＮ時
間Ａ及びＯＦＦ時間Ｂの期間中、第１カウンタ１０ａ・
第２カウンタ１０ｂに送信するようになっている。

【００１９】

【表１】

【００２０】上記のインバータ装置１は、計測手段１０
に接続された制御部２を有しており、この制御部２は、
モータ回転周波数Ｓｇ６を受信すると、モータ回転周波
数Ｓｇ６と設定周波数とを比較して、その偏差がゼロに
なるように、出力周波数Ｓｇ７を制御するようになって
いる。また、インバータ装置１は、モータ３に出力周波
数Ｓｇ７を、第２クロック分周器９に分周比信号Ｓｇ８
を送信するようになっている。

【００２１】以上のように構成される誘導電動機３の速
度制御装置１２は、検出手段６により検出したパルス信
号Ｓｇ１を第１モータ分周器７で分周し、パルス信号Ｓ
ｇ２を計測手段１０に送信するようになっている。ま
た、第２クロック分周器９によりインバータ装置１の分
周比信号Ｓｇ８に応じてＣＬＫ８の基準クロックＳｇ３
を分周して基準クロックＳｇ４を第１、第２カウンタ１
０ａ、１０ｂに送信するようになっている。次に、検出
手段６によるパルス信号Ｓｇ２のパルス１３の区間を基
準クロックＳｇ４でカウント（計数）してモータ回転周
期ＴA におけるカウント数を測定し、モータ回転周期Ｔ
A における基準クロックＳｇ３のカウント数をモータ回
転周波数に変換するようになっている。そして、インバ
ータ装置１によりモータ回転周波数と設定周波数とを比
較して出力周波数Ｓｇ７を制御することによって誘導電
動機３の速度を制御するようになっている。

【００２２】上記の構成において、本実施形態に係る誘
導電動機３の速度制御装置１２の動作をインバータ装置
１の出力周波数Ｓｇ７が２０Hzである場合を例に説明す
る。検出手段６は、図２に示すように、モータ３と同期
して回転するロータ４のマーク４ａ・４ｂを検出する
と、第１モータ分周器７にパルス信号Ｓｇ１を送信す
る。次に、第１モータ分周器７は、パルス信号Ｓｇ１を
受信すると、パルス信号Ｓｇ１を１／４分周し、パルス
信号Ｓｇ２を計測手段１０に送信する。

【００２３】また、ＣＬＫ８は、基準クロック（１ＭH
z）Ｓｇ３を第２クロック分周器９に送信する。第２ク
ロック分周器９は、基準クロック（１ＭHz）Ｓｇ３を受
信すると、図４（ｂ）に示すように、インバータ装置１
の分周比信号Ｓｇ８に応じて基準クロックＳｇ３を分周
し、基準クロック（５００ＫHz）Ｓｇ４を計測手段１０
に送信する。

【００２４】計測手段１０は、パルス信号Ｓｇ２と基準
クロック（５００ＫHz）Ｓｇ４とを受信すると、パルス
信号Ｓｇ２のパルス１３・１４に対応する基準クロック
Ｓｇ４をカウント（計数）してモータ回転周期ＴA ・Ｔ
B の区間を測定する。そして、図２に示すように、その
モータ回転周期ＴA ・ＴB をモータ回転周波数Ｓｇ６に
変換してインバータ装置１に送信する。

【００２５】次に、インバータ装置１の制御部２は、モ
ータ回転周波数Ｓｇ６を受信すると、モータ回転周波数
Ｓｇ６と設定周波数とを比較してその偏差がゼロになる
ように出力周波数Ｓｇ７を制御する。そして、インバー
タ装置１は、出力周波数Ｓｇ７をモータ３に、分周比信
号Ｓｇ８を第２クロック分周器９に送信する。

【００２６】このように、出力周波数Ｓｇ７を制御する
ことによって、誘導電動機３の速度制御装置１２は、誘
導電動機３の回転数を一定化することができる。また、
インバータ装置１の出力周波数（２０Hz）Ｓｇ７に対応
した分周比信号Ｓｇ８を第２クロック分周器９にフィー
ドバックさせて所定の分周比（１／２）で基準クロック
（１ＭHz）Ｓｇ３を分周させることにより、計測手段１
０がモータ３の高回転時のみならず、低回転時において
もパルス信号Ｓｇ２のパルスに対応する基準クロックＳ
ｇ４をカウント（計数）することができるため、カウン
ト能力に限界があるカウンタ（汎用性のあるカウンタ）
を用いてモータ回転周期を測定することができる。

【００２７】尚、図４（ａ）に示すように、誘導電動機
３の高回転時において高精度（０．０１％）に回転周期
を測定するためには、ＣＬＫ８の基準クロックＳｇ３が
高い周波数（１ＭHz）に設定されていることを要する。
また、低回転時は高回転時と異なり、第２クロック分周
器９で基準クロック（１ＭHz）Ｓｇ３を低い周波数の基
準クロックＳｇ４に分周することとしたのは、図４
（ｂ）に示すように、低回転時に高い周波数（１ＭHz）
の基準クロックＳｇ３のままで基準クロックＳｇ３をカ
ウント（計数）すると、計測手段１０が基準クロックＳ
ｇ３のパルスをカウント（計数）できなくなるためであ
る。即ち、低回転時はモータ回転周期ＴA が長くなるた
めパルス信号Ｓｇ２のＯＮ時間Ａが長くなり、高い周波
数の基準クロックＳｇ３を用いてモータ回転周期ＴA を
測定すると、パルス信号Ｓｇ２のパルス１５に対応する
基準クロックＳｇ３のパルスが非常に多くなるため、カ
ウント（計数）能力の非常に高いカウンタが必要となる
からである。

【００２８】具体的には、パルス信号Ｓｇ２のパルス１
３に対応する基準クロックＳｇ３のパルスがｎ個（６５
５３５＜ｎ＜１００００００）存在するが、計測手段１
０は、第１カウンタ１０ａの最大値Ｃ（２バイト・６５
５３５）までしかカウント（計数）できないため、基準
クロックＳｇ３の残りのパルス列Ｄをカウント（計数）
できないからである。

【００２９】従って、基準クロックＳｇ３を分周する際
の所定の分周比は、第１カウンタ１０ａ・第２カウンタ
１０ｂのカウント（計数）能力を越えないで、かつ、そ
のカウント能力を十分に活用できるように設定されてい
る。具体的には、表１に示すように、インバータ装置１
の出力周波数Ｓｇ７が２０Hzの場合には、分周比は１／
２に設定されており、基準クロックＳｇ３は５００ＫHz
（Ｓｇ４）に分周される。これにより、パルス信号Ｓｇ
２のパルス１５に対応する基準クロックＳｇ４のパルス
がｋ個（ｋ＜６５５３５）になるため、計測手段１０
は、パルス信号Ｓｇ２のパルス１５に対応する基準クロ
ックＳｇ４のパルスをカウント（計数）できる。

【００３０】このように、高回転時の基準クロック（１
ＭHz）Ｓｇ３を基準として、低回転時（回転周期ＴA が
長い場合）に基準クロックＳｇ４の周波数が小さくなる
ように分周することによって、第１カウンタ１０ａ及び
第２カウンタ１０ｂは、基準クロックＳｇ４のパルスを
カウント（計数）できるようになるため、計測手段１０
は、パルス信号Ｓｇ２のパルス１５・１６に対応するモ
ータ回転周期ＴA ・ＴB を測定できる。

【００３１】尚、分周比は、サンプリング能力を十分に
活用できる範囲に設定されているため、低回転時でも高
回転時と同様に少なくとも０．０１％の精度を確保でき
る。即ち、インバータ装置１の出力周波数Ｓｇ７の低か
ら高への各区分において、計数のためのカウンタ値Ｎ
（桁数）が所定値（１００００）より大きく保たれるよ
うになっている。具体的には、表１に示すように、イン
バータ装置１の出力周波数Ｓｇ７が（２０≦ｆ＜１０
０）の場合、モータ回転周波数Ｓｇ６が（１０≦ｆ＜５
０）の範囲で、基準クロックＳｇ４の周波数が５００Ｋ
Hzであるため、計測手段１０が、５００ＫHzの基準クロ
ックＳｇ４のパルスをカウント（計数）すると、第１カ
ウンタ１０ａの値Ｎは（１００００＜Ｎ≦５００００）
の範囲内になる。従って、モータ３の低回転時（６００
rpm 〜３０００rpm ）でも高回転時（３０００rpm 〜６
０００rpm ）と同様に少なくとも０．０１％の精度でモ
ータ回転周波数Ｓｇ６を測定できる。

【００３２】尚、本発明の誘導電動機３の速度制御装置
１２は、モータ回転周期を高精度に測定するものである
ため、ＣＬＫ８の発振する基準クロックＳｇ３は１ＭHz
に限るものではない。また、第１カウンタ１０ａ・第２
カウンタ１０ｂには、経済的観点から汎用性のある１６
ビット（２バイト）のカウンタを使用しているが、要求
される精度に応じて８ビット・３２ビットのカウンタを
使用してもよい。

【００３３】

【発明の効果】請求項１記載の発明によると、基準クロ
ックを変更することによって、誘導電動機の高回転時の
みならず、低回転時においても検出信号に対応する基準
クロックをカウント（計数）して誘導電動機の回転周期
を測定できるようになるため、カウント能力の小さいカ
ウンタ（汎用性のあるカウンタ）を用いて誘導電動機の
回転周期を高精度に測定することができるという効果を
奏する。

【００３４】請求項２記載の発明によると、高価なエン
コーダを必要とせず、容易に基準クロックを変更するこ
とができるという効果を奏する。

【００３５】請求項３記載の発明によると、基準クロッ
クを変更して回転周期を測定するものの、一定の精度を
確保することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係る誘導電動機の速度制御装置を
説明する図である。

【図２】図１のフィードバック制御ブロック図である。

【図３】Ｓｇ１の波形及びＳｇ２の波形を示す図であ
る。

【図４】Ｓｇ２・Ｓｇ３・Ｓｇ４の波形を示す図であ
る。

【図５】従来の誘導電動機の速度制御装置を説明する図
である。

【図６】Ｓｇ２１の波形及びＳｇ２２の波形を示す図で
ある。

【符号の説明】

１インバータ装置２制御部３誘導電動機４ロータ５近接センサ６検出手段７第１モータ分周器８ＣＬＫ９第２クロック分周器（基準クロック変更手段）１０計測手段１０ａ第１カウンタ１０ｂ第２カウンタ１２制御部１３パルス１４パルス１５パルス１６パルス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘導電動機と同期して回転するロータの
一回転毎の周期を基準クロックで計数して回転速度を求
める誘導電動機の速度制御装置であって、前記回転速度が高いと前記基準クロックの周波数を高く
し、前記回転速度が低いと前記基準クロックの周波数を
低くする基準クロック変更手段を設けたことを特徴とす
る誘導電動機の速度制御装置。
【請求項２】前記誘導電動機は、インバータの出力周
波数によって回転駆動され、前記基準クロック変更手段
は、前記出力周波数の低から高への区分に対応して前記
基準クロックの周波数を低から高へと段階的に変更する
請求項１記載の誘導電動機の速度制御装置。
【請求項３】前記基準クロック変更手段は、前記各区
分において、前記計数のためのカウンターの桁数が所定
値より大きく保たれるように前記基準クロックの周波数
を段階的に変更する請求項２記載の誘導電動機の速度制
御装置。