JPS59153491A - 同期電動機の制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （１）　　発明の技術分野 本発明は同期電動機の制御方式に関する。特に、Ｎｏ制
御工作機械等自動制御される機械のサーＩ機構駆動用同
期電動機の制御方式の改良に関する〇（２）技術の背景 サーボモータとして、直流電動機に代えて永久磁石回転
界磁型同期電動機が使用される傾向が認められる。その
理由は、（イ）ブラシレスモータであるから、電波障害
のおそれがなく、（ロ）整流子摩耗の問題がなく、（ハ
）ロータが堅牢であり、急加速・角、減速が容易に可能
〒あり、動的平衡も得やすい等の利益に加えて、に）レ
ゾル・々、インダクトシン等、回転体の角位置を正確に
検出しうる角位置センサを使用して、常時、同期電動機
のロータの角位置正確には界磁極の存在する角位置をモ
ニタし。

ておき、この検出された界磁極の角位置より一定の電気
角進相に相当する幾何学的位置に合成回転磁界が発生す
ることとなる多相又流電圧を発生し、この交流電圧をス
テータ巻線に供給することにより同期電動機の内部相差
角を常時上記の一定の電気角に保持する技術が開発され
、サーボモータとしての同期′−動機の匍ｊ仰が容易に
なったからである０ （３）　　従来技術と問題点 従来、同期電動機をサーぎモータとして使用する場合は
、第１図に示す如き制御方式が使用されていた。図にお
いて、１は同期電動機（ＳＭ）である。２はレゾルバ（
（９）であり、同期電動機（ＳＭ）１により駆動される
。レゾルバ（■２には発振器（ＯＳ）３から搬送波Ａ由
ωｔが供給される。レゾルバ（ロ）２はそのロータの角
位置θの正弦Ｋｓｉｎθ　と余弦ＫＯＯ３θをもって上
記の搬送波Ａ　ｓｉｎωｔを変調したロータ角位置係号
Ｋ　ｓｉｎθ・Ａｓ１ｎωｔ（図にＡをもって示す信号
）とｘａｉｓθ・Ａｓ１ｎωｔ（図にＢをもって示す信
号）を発し７て同期整流装置（Ｓｏ）４．５に供給ｒる
０同期整流ｉ置（Ｓｏ）４、・５はロータの角位置θの
正弦に４ｎθ（図にＣをもって示す信号）と余弦Ｋｃｏ
ｓθ（図にＤをもって示す信号）とを発生して、夫々、
乗算器（Ｍ）６．７に供給する。Ｅはトルク指令信号ｘ
”ｔ％あり、乗算器（Ｍ）６．７に供給され、ここで、
上記のロータ角位置の正弦Ｋｓｉｎθ　と余弦Ｋｃｏｓ
θ　と乗算され、トルク信号に、Ｘ７ｎθ　（図にＦを
もって示す信号）とＫＩ　Ｘｃｏｓθ　（図にＧをもっ
て示す信号）に変換される。８は二相・三相変換装置（
ｐｃ）であり、振幅はトルク指令信号（Ｘ）Ｅに比例し
、同期電動機（ＳＭ）］のロータのそのときの角悦１；
イと一定の′電気角ずれた角位置に合成磁界を発生する
こととなる三相交流電圧係号に２Ｘｓｉｎθ　（図にＨ
なもって示すイア１号）、ｘ２Ｘｓｉｎ（θ−了π）（
図に１をもって示す信号）、Ｋ２ＸｓｉＩ＋（θ−了π
）（図にＫをもって示す信号）を発生する。ここで、四
期嘔動ｉ（ｓＭ）ｌは、被制御状態においては通常回転
しているから、上記の三相父流電圧化号Ｈ，Ｉ、Ｊ一時
間の函数となり、三相巻線に供給され＼ば、その合成磁
界は回転磁界となる。９は交流発生装置であり、この例
においてはパワートランジスタ９１．９２．９３よｌ）
なり、上記の三相交流電圧信号Ｈ１工、Ｊをベースに供
給さカフて、それぞれのパワートランジスタ９１．９２
．９３は、それぞれ三相交流′上圧信号に２Ｘｓｉｎθ
、Ｋ２Ｘｓｉｎ（θ−了π）　％　Ｋ２　Ｘ５Ｉｎ（θ
−丁π）に対応する期間導通状態となり、同期＠：電動
機ＳＭ）ｌには、そのロータのそのときの回転速度に対
応する周波数をもって、トルク指令信号Ｘによって規定
される期間連続する断続的電流が与えられる。その結果
、同期電動機（ＳＭ）１は常時、一定の内部相差角を保
持しながら、所望のトルクを発生して回転することとな
る。

ところが、上記の従来技術における同期電動機の制御方
式においては、２個の同期整流装置Ｓａと２個の乗算器
Ｍとを必袂とする。そして、同期整流装置Ｓａの構造が
複雑であり、経済的負担も大きいことは周知ｆあり、乗
算器Ｍ特に、上記せる場合使用されているアナグロ乗算
器は温度の変動に対し精度の変動が大きく、高精度に保
持することが容易でないことも周知である。そのため、
上記に説明せる如き、従来技術における同期電動機の制
御方式は、構造的にも特性的にも、更にはコスト的にも
改良の余地を残すもの１あり、構造がより単純であり、
変動する温度条件においても精度が高く、製造原価も廉
い、同期電動機の制御方式の開発が望まれていた。

（４）発明の目的 本発明の目的は上記の要請にこたえることにあり、レゾ
ル・々、インダクトシン等、回転体の角位置を検出する
装置を使用して、同期電動機のロータの角位置を刻々検
出しておき、この装置によって検出されたロータ角位置
信号にトルク指令信号を乗算して、その振幅はトルク指
令信号に比例し、その周波数はロータの回転速度に一致
するトルク信号を発生させ、このトルク信号にもとづい
て、その振幅はトルク指令信号に比例し、その回転速度
はロータの回転速度に一致し、その位相はロータより一
定の電気角進相である回転磁界を発生す装置の導通角（
点弧角）制御をなして、これにより発生した電流を同期
電動機に供給してなす、同期電動機の制御方式において
、構造が簡易化され、変動する温度条件の下においても
高い精度を有し、その製造工程も簡略化されている、同
期電動機の制御方式を提供することにある。

（５）発明の構成 本発明の構成は、第２図に示すとおり、（イ）搬送波（
Ａｍωｔ−、Ａｃｏｓωｔ）を発生する発振器（Ｏ８）
３と、（ロ）この搬送波を供給されてロータの角位置（
のの正弦（Ｋｓｌｎθ）と余弦（Ｋｃｏｓθ）をもって
上記の搬送波（Ａｓｉｎωｔ）を変調したロータ角位置
信号（Ｋｓｆｎθ・Ａｓ１ｎωｔｓ　Ｋｃｃｓθ’Ａｓ
１ｎωｔ）Ａ、Ｂを発生する、レゾルノセ、インダクト
シン等のロータ角位置検出装置２を、（ハ）上記の搬送
波（Ａｓ１ｎωｔｓ　ＡｃＯｓωｔ）とトルク指令信号
（Ｘ）　Ｅとを供給されて、上記の搬送波（Ａｃｏｓω
ｔ）と上記のトルク指令信号（Ｘ）　Ｅとその反転信号
（−Ｘ）とを重ねて画いたグラフにおいて上記の搬送波
（Ａｃｏｓωｔ）が先に上記のトルク指令信号（Ｘ）と
交わり次に上記の反転信号（−Ｘ）と交わるまでの期間
は正論理ｔあるロータ角位置信号分割信号＋　（２）と
この期間以外の期間は正論理であるロータ角位置信号分
割信号ｍ　（ｚ）とを発生するロータ角位置信号分割信
号発生装置１２と、に）上記のロータ角位置信号（Ｋｓ
石θ・廁ωｔ）Ａを上記のロータ角位置信号分割信号１
　（ｚ）の存在している期間と上記のロータ角位置信号
分割信号ｎ　（ｚ）の存在している期間とに分割して後
者に負号を付した後再び加算してトルク信号（ＫＩ　Ｘ
５ｉｎθ）Ｆを発生するトルク信号発生す置１１３と、
（ホ）上記のロータ角位置信号（Ｋｅｎｓθ・ｓＩｎω
ｔ）Ｂを上記のロータ角位置信号分割信号ｒ　（ｚ）の
存在している期間と上記のロータ角位置信号分割信号ｎ
　（ｚ）の存在している期間とに分割して後者に負号を
付した後再び加算してトルク信号（ＫＩ　Ｘｃｏｓθ）
Ｇを発生するトルク信号発生装置■（１荀と、（へ）上
記のトルク信号（ＫＩＸｓｉｎθ、Ｋ１Ｘｃｏｓθ）Ｆ
、Ｇを二相・三相変換して振幅は上記のトルク指令信号
（Ｘ）　Ｅに比例し周波数は上記のロータの回転速度に
比例する三相交流信号Ｋ１工、Ｋ　（Ｋ２　Ｘ５ｉｎθ
、Ｋ　２　Ｘ　ｓＩｎ　（θ−丁π）、Ｋ　２　Ｘ　ｓ
ｉｎ　（θ−丁π））を発生する二相・三相変換装置８
と、（ト）この三相交流信号Ｋ１工、Ｋにもとづいて導
通角制御（点弧角制御）をなされる三相または六相交流
発生装置９とを有する、同期電動機の制御方式よりなる
。

（６）発明の実施例 以下、図面を参照しつ＼、本発明の要旨に係るロータ角
位置信号分割信号発生装置１２とトルク信号発生装置Ｉ
　１３とドルクイｇ号発生装置ｎ　１４の構成と動作と
を主として説明し、本発明の構成と特有の効果とを更に
明らかにする。

第３図参照 図はロータ角位置信号分割信号発生装置１２の一例の内
部を示す。図において、１２１は反転増幅器であり、ト
ルク指令信号（Ｘ）　Ｋを反転増幅してコンノぞレータ
１２３のマイナス端子に与える。１２２モコンパレータ
であり、そのプラス端子にはトルク指令信号（ｘ）　ｙ
、がマイナス端子には搬送波Ａｃｏｓωもが与え６れる
。コン−ぐレータ１２３のプラス端子にも搬送波Ａｃｏ
ｓωｔが与えられる。ｉ２４もコンバレータテあり、そ
のプラス端子には搬送波Ａｓ１ｎωｔが与えられ、マイ
ナス端子は接地される。

第４図参照 その結果、コン／ぐレータ１２２．１２３．１２４は、
第４図にタイムチャートを示すごとき論理信号を発生す
る。図において、（Ｉ）は搬送波（Ａｃｏｓωｔ）と、
トルク指令信号（Ｘ）とその反転信号（−Ｘ）とをそれ
−ｆ！ｈＬ、Ｍ、Ｎをもって表わす。（１１）はコンパ
レータ１２２の出力信号Ｐを表わし、（ｉｉｉ）はコン
ノミレータ１２３の出力信号Ｑを表わし、（ｉｖ）はコ
ンパレータ１２４の出力（、ｌｌｉ号Ｒを表わす。これ
らの出力信号Ｐ、Ｑ、Ｒは論理回路１２５に与えられる
。ここで、搬送波（Ａｃｏｓωｔ）がトルク指令信号＜
Ｘ＞を先に切る点をαとし、その後に反転信号（−Ｘ）
を切る点をβとする。

第５図参照 論理回路１２５においては、下式に示す演算がなされる
。

Ｚ＝Ｐ−Ｑ−Ｒ＋Ｐ−Ｑ−Ｒ Ｚ＝　（Ｐ＋Ｑ＋Ｒ）（Ｐ＋Ｑ＋Ｒ） すなわち、上記の出力信号Ｐ、　Ｑ、Ｒの論理積と上記
の出力信号の反転値Ｐ、Ｑ、Ｈの論理積との論理和であ
る２と、その反転値であるＺとを出力する。ここで、前
者をロータ角位置信号分割信号Ｉとし、後者をロータ角
位置信号分割信号■とする。それぞれをタイムチャート
をもって示すと第５図の如くなる。図において、（１）
は第４図の（１）と同様搬送波Ａ　（ｃｏｓωｔ）とト
ルク指令信号（Ｘ）とその反転信号（’＝ｘ）とをそれ
ぞれり、Ｍ、Ｎを表わす。

（１１）はロータ角位置信号分割信号１　（ｚ）を、（
１１１）はロータ角位置信号分割信号■（２）を示す。

αとβとの意義も上記と同様である。

第６図 第６図はトルク信号発生装置Ｉ’　１３の一例の内部を
示す。図において、１３１．１３２は例えばトランジス
タ等のアナログスイッチｔあり、それぞれ、ロータ角位
置信号分割信号１　（ｚ）とロータ角位置信号分割信号
Ｉｔ　（ｚ）印加時のみ導通状態となる。１３３はイン
バータであり、１３４は加算器である。そこｔ、信号Ａ
すなわちロータ角位置信号（Ｋ、石θ・山ωｔ）を印加
されて、信号ｚＳｚをもって分割され、その後者が反転
された上加算されて出力される。この出力信号Ｆは、 一／；”Ｋｓｉｎ１９’Ａｍωｔｄ（ωｔ）　）＝　Ａ
Ｋｓｌｎ’　（−・−−β） となる。ところ１、 備α＝−房β＝Ａ であるから、 Ｆ　”＝　ＫＩ　Ｘ５ｔｎθ となり、その振幅はトルク指令信号（Ｘ）に比例し、そ
の周波数は同期電動機（ＳＭ）１のロータの回転速度に
一致する信号Ｆが得られる。

第７図参照 第７図はトルク信号発生装ｆｉ　１１１４の一例の内部
を示す。図において、１４１．１４２は例えばトランジ
スタ等のアナログ・スイッチであり、それぞれ、ロータ
角位置信号分割信号１　（Ｚ）とロータ角位置信号分割
信号ｎ　（ｚ）印加時のみ導通状態となる。１３３はイ
ンバータであり、１３４は加算器である。そこで、信号
Ｂすなわちロータ角位置信号（Ｋ（２）θ・Ｓｍωｔ）
を印加されて、信号２，２をもって分割され、その後者
が反転された上加算される０その出力信号Ｇは上記と同
様の演算がなされ、 Ｇ　＝　ＫＩ　ＸｃＤｓθ となり、上記と同様、その振幅はトルク指令信号（Ｘ）
に比例し５、その周波数は同期電動機（ＳＭ）１のロー
タの回転速度に一致する信号Ｇが得られる。

これらの信号Ｆ、Ｇを、従来技術における場合と同様、
二相・三相変換して三相交流信号（Ｋ２　Ｘ５ｉｎ’、
Ｋ２　Ｘ　ｓｄｎ　（θ−−π）、Ｋ２Ｘｓｌｎ（θ−
Ｔπ）Ｈｌ　工、Ｋを発生し、これらの信号をもって三
相または六相のインバータ等の交流発生装置９を構成す
る例えば、ｅツートランジスタ９１．９２．９３を駆動
すれば、同期電動機（ＳＭ）１は常時一定の内部相差角
を保持しながら、所望のトルクを発生しながら回転する
ことができる０ 以上説明せるとおり、本発明においては、従来技術にお
ける２個の同期整流装置（ＳＯ）と２個の乗算器Ｍに代
えて、１個の簡単なアナログ／論理回路よりなるロータ
角位置信号分割信号発生装置１２と、２箇の極めて単純
なアナログ／論理回路であるトルク信号発生装置１３１
．１４を使用すること（１向上し、製造原価を低減する
ことができる。

（７）発明の詳細 な説明せるとおり、本発明によれば、レゾル、？、イン
ダクトシン等、回転体の角位置を検出する装置を使用１
．て、同期電動機のロータの角位置を刻々検出しておき
、この装置によって検出されたロータ角位置信号にトル
ク指令信号を乗算して、その振幅はトルク指令信号に比
例し、その周波数はロータの回転速度に一致するトルク
信号を発生させ、このドルクイ八号にもとづいて、その
振幅はトルク指令信号に比例し、その回転速度はロータ
の回転速度に一致し、その位相はロータより任意の一定
の電気角進相である回転磁界を発生させることとなる三
相又流電圧信号を発生し、この重圧信号により三相また
は六相インバータ等の交流発生装置の導通角（点弧角）
制御をなして、これにより発生した電流を同期′電動機
に供給してなす同期電動機の制御方式において、構造が
簡易化され、変動する温度条件の下においても高い精度
を有し、その製造工程も簡略化されている、同期電動機
の制御方式な提伊：することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術における同期電動機の制御方式のブロ
ックダイヤグラムである０第２図は本発明に係る同期電
動機の制御方式のゾロツクダイヤグラム〒ある。第３図
は本発明の要旨に係るロータ角位置信号分割信号発生装
置１２の一例のブロックダイヤグラムであり、＄４．５
図はそ゛のタイムチャートである。第６図、第７図はそ
れぞれトルク信号発生装置Ｉの一例と■の一例とのブロ
ックダイヤグラムである。 ｌ・・・同期電動機（ＳＭ）、２・・・レゾルバ（′Ｒ
）、３・・・発振器（ｏｓ）、４．５・・・同期整流袋
！（Ｓｏ）、６．７・・・乗算器（Ｍ）、８・・・二相
・三相変換装置ρ（ＰＣ）、９・・・交流発生装置（イ
ンノ々−タ）、９１．９２．９３・・・パワートランジ
スタ、Ａ、Ｂ・・・ロータ角位置゛信号（Ｋｓｌｎθ°
Ａｓ１ｎωｔ、’Ｋｃｏｓθ・Ａｓ石ωｔ）、Ｏ，Ｄ・
・・ロータの角位置（のの正弦と余弦（Ｋｓｉｎθ・ｘ
ｃｏｓθ）、Ｅ・・・トルク指令信号（Ｘ）、Ｆ、Ｇ−
）ルク信号（ＫＩＸｓｉｒｌθ、ＫＩＸｃｏｓθ）、Ｈ
，工、Ｋ・・・三相又流電圧信号（Ｋ２Ｘｓｉｎθ、Ｋ
２Ｘｓｉｎ（θ−了π）、Ｋ２Ｘｓｉｎ（θ−了π）、
１２・・・ロータ角位置信号分割信号発生装置の一例、
１３．１４・・・トルク信号発生装置■、■、の−例、
２．２・・・ロータ角位置信号分割信号１１■、１２１
・・・反転増幅器、１２２．１２３．１２４・・・コン
パレータ、１２５・・・論理回路、Ｌ・・・搬送波（Ａ
（ＸＩＳωｔ）、Ｍ・・・トルク指令信号（Ｘ）、Ｎ・
・・トルク指令信号の反転信号（−Ｘ）、Ｐ・・・コン
パレータ１２２の出力信号、Ｑ・・：ｌｆｆ　７　ｚＲ
レータ１２３の出力信号、Ｒ・・・コンパレータ１２４
の出力信号、α・・・搬送波（Ａｃｏｓωｔ）がトルク
指令信号（Ｘ）を先に切る点、β・・・搬送波（Ａｃｏ
ｓωｔ）がトルク指令信号の反転信号（−Ｘ）をあとで
切る点、１３１．１３２．１４１．　１４２・・・アナ
ログ・スイッチ、１３３．１４３・・インノ々−タ、１
３４．１４４・・・加算器。 特許　出　願人　　ファナック株式会社代理人　弁理士
　　外　川　誠　−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 搬送波（ＡｔｈωｔｓＡ邸ωｔ）を発生する発振器３と
   、該搬送波（Ａｓ１ｎωｔ）の供給を受けてロータの角
   位置（θ）の正弦（Ｋｓｉｎｏ）と余弦（Ｋｃｏｓθ）
   をもって前記搬送波を変調したロータ角位置信号（Ｋｓ
   ｉｎｏ・Ａｓ１ｎωｔ、Ｋμｓθ・Ａｓ１ｎωｔ）を発
   生するロータ角位置検出装置２と、前記搬送波（Ａｃｏ
   ｓωｔ）とトルク指令信号（Ｘ）とその反転信号（−Ｘ
   ）とを重ねて画いたグラフにおいて前記搬送波（Ａｃｏ
   ｓωｔ）が先に前記トルり指令信号（Ｘ）と交わり次に
   前記反転信号（−Ｘ）と交わるまでの期間は正論理であ
   るロータ角位置信号分割信号ｒ　（ｚ）と該期間以外の
   期間は正論理であるロータ角位置信号分割信号■■とを
   、前記搬送波（Ａｃｏｓωｔ）と前記トルク指令信号（
   Ｘ）とを受けて発生するロータ角位置信号分割信号発生
   装置１２と、前記ロータ角位置信号（Ｋｓｉｎｏ・Ａ　
   ｓｉｎωｔ）を前記ロータ角位Ｗ信号分割係号Ｉ（２）
   の存在する期間と前記ロータ角位置信号分割信号■（２
   ）の存在する期間とに分割し、て後者に負号を付した後
   再び加算してトルク信号（Ｋ□Ｘ５ｉｎθ）を発生する
   トルク信号発生装置１１３と、前記ロータ角位置信号（
   ＫｃｏｓθＡｓｔｎωｔ）を前記ロータ角位置信号分割
   信号１　（ｚ）の存在する期間と前記ロータ角位置信号
   分割信号ＩＩ　（Ｚ）の存在する期間とに分割して後者
   に負号を付した後再び加算してトルク化゛号（Ｋ工ＸＯ
   Ｍθ）を発生するトルク信号発生装置ｎ　１４と、前記
   トルク信号（ＫＩ　Ｘｓ石θ、ＫＩ　Ｘ房θ）を二相・
   三相変換して振幅は前記トルク指令信号（Ｘ）に比例し
   周波数は前記ロータの回転速度に比例する三相交流信号
   を発生する二相・三相変換装ｗ８と、該三相交流信号に
   もとづいて導通角制御をなされる三相または六相交流発
   生装置９とを有する、同期電動機の制御方式。