JPH09168271A - Synchronous motor and control method thereof - Google Patents
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- JPH09168271A JPH09168271A JP32667095A JP32667095A JPH09168271A JP H09168271 A JPH09168271 A JP H09168271A JP 32667095 A JP32667095 A JP 32667095A JP 32667095 A JP32667095 A JP 32667095A JP H09168271 A JPH09168271 A JP H09168271A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】騒音源となる減速機を用いずに1000rpm
以下の安定した低速回転が得られ、小型で安価なモータ
システムを提供することを目的とする。
【解決手段】内周部にM個の歯12が設けられたステー
タ11と、外周部にN個の突極16が設けられたロータ
15とを有し、合計M個のスロット13が、合計2m個
のスロット群131〜136に区分され、各スロット群
に対して第1相から第m相までの各相が周方向に沿って
一定順序で1相ずつ割り当てられ、各相に対して1個ず
つ合計m個の巻線14U,V,Wが設けられ、各巻線
が、1つの相が割り当てられた2個のスロット群に属す
る各スロットを通過し、当該2個のスロット群のそれぞ
れにおいて各スロットの通過方向が等しく且つ当該2個
のスロット群の間で通過方向が逆になるように巻かれて
おり、合計m個の巻線が互いに星型結線形式で結線され
たモータを作製する。
(57) 【Abstract】 PROBLEM TO BE SOLVED: 1000 rpm without using a speed reducer as a noise source.
An object of the present invention is to provide a small-sized and inexpensive motor system that can achieve the following stable low-speed rotation. A stator (11) having M teeth (12) provided on an inner peripheral portion thereof and a rotor (15) having N salient poles (16) provided on an outer peripheral portion, and a total of (M) slots (13) are provided. It is divided into 2m slot groups 131 to 136, and each phase from the first phase to the m-th phase is assigned to each slot group one by one in a fixed order along the circumferential direction. A total of m windings 14U, V, W are provided, and each winding passes through each slot belonging to the two slot groups to which one phase is assigned, and in each of the two slot groups. A motor in which each slot has the same passing direction and is wound between the two slot groups so that the passing directions are opposite to each other, and a total of m windings are connected to each other in a star connection method is manufactured. .
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、同期モータ及びそ
の制御方法に関する。産業用モータとして広く用いられ
ている単相又は3相の誘導モータの定格回転速度は、1
000〜3000rpmである。このため、低速の用途
では減速機が必要である。減速機を用いると動作音が大
きくなる。このような状況の故に、高トルクの安定した
低速回転が得られ、しかも小型で安価なモータが望まれ
ている。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a synchronous motor and its control method. The rated speed of a single-phase or three-phase induction motor widely used as an industrial motor is 1
000-3000 rpm. Therefore, a speed reducer is required for low speed applications. When using a speed reducer, the operating noise becomes loud. Due to such a situation, there is a demand for a small-sized and inexpensive motor that can obtain high torque and stable low-speed rotation.
【0002】[0002]
【従来の技術】可変リラクタンス形モータ(以下「VR
形モータ」という)は、小トルクのものは開ループ制御
の可能なステッピングモータの一種として知られてお
り、また主として工作機械などの比較的低速で大きなト
ルクを必要とする用途においては、閉ループ制御による
ダイレクトドライブモータ(DDモータ)として用いら
れている。2. Description of the Related Art A variable reluctance motor (hereinafter referred to as "VR")
Type motor) is known as a type of stepping motor with a small torque that allows open loop control, and it is mainly used for closed loop control in applications such as machine tools that require a large torque at a relatively low speed. Is used as a direct drive motor (DD motor).
【0003】図5は従来のVR形モータ80の概略の構
造を示す図である。図5に示すVR形モータ80は、6
個の歯82を有した鉄心(ヨークを含むコア)に3相の
巻線84が設けられたステータ81と、14個の突極8
7が設けられた高透磁率材料(軟質磁性材料)からなる
ロータ86とを有している。各歯82の先端部には、突
極87と対向する小歯83が2個ずつ設けられている。FIG. 5 is a diagram showing a schematic structure of a conventional VR type motor 80. The VR type motor 80 shown in FIG.
A stator 81 in which a three-phase winding 84 is provided on an iron core (core including a yoke) having individual teeth 82, and 14 salient poles 8
7 and a rotor 86 made of a high magnetic permeability material (soft magnetic material). Two small teeth 83 facing the salient pole 87 are provided at the tip of each tooth 82.
【0004】VR形モータ80では、各歯82に対し
て、その両側のスロット85を利用して各歯82を周回
するように、集中巻形式でU、V、Wの各相の巻線84
が巻かれている。そして、ロータ86を挟んで向かい合
う歯82を周回する2つのコイルが、直列に接続されて
1つの相の巻線84とされている。In the VR motor 80, the winding 84 of each phase of U, V and W is formed in a concentrated winding form so that each tooth 82 is circulated by utilizing the slots 85 on both sides thereof.
Is wound. Then, two coils that surround the facing teeth 82 with the rotor 86 sandwiched therebetween are connected in series to form a winding 84 of one phase.
【0005】このようなVR形モータ80をDDモータ
として用い、低速回転を実現する場合には、高分解能の
ポジションセンサをステータ81に組付けてロータ86
の回転角度位置を検出し、各巻線の励磁のタイミングを
調整する回転制御が行われていた。When such a VR type motor 80 is used as a DD motor and low speed rotation is realized, a high resolution position sensor is attached to a stator 81 and a rotor 86 is installed.
The rotation control was performed by detecting the rotation angle position of the coil and adjusting the excitation timing of each winding.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】従来のVR形モータ8
0では、各スロット85を両隣の極歯82に対応した2
つの巻線84が通過することから、スロット85の断面
積を大きくする必要がある。そのため、ロータ86の外
径に比較して極めて外径の大きいステータ81が必要と
なり、VR形モータ80の小型化を図ることができなか
った。A conventional VR type motor 8
In 0, each slot 85 corresponds to the two pole teeth 82 on both sides.
Since one winding 84 passes through, it is necessary to increase the cross-sectional area of the slot 85. Therefore, the stator 81 having an extremely large outer diameter as compared with the outer diameter of the rotor 86 is required, and the VR motor 80 cannot be downsized.
【0007】また、従来においては、ポジションセンサ
を用いて回転制御が行われていたので、制御系が高価に
なるという問題があった。本発明は、騒音源となる減速
機を用いずに1000rpm以下の安定した低速回転を
実現することができ、しかも小型で安価なモータシステ
ムを提供することを目的としている。Further, in the related art, since the rotation control is performed by using the position sensor, there is a problem that the control system becomes expensive. An object of the present invention is to provide a small and inexpensive motor system that can realize stable low-speed rotation of 1000 rpm or less without using a speed reducer as a noise source.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係る同
期モータは、内周部に第1の角度ピッチでM個の歯が設
けられたステータと、外周部に第2の角度ピッチでN個
の突極が設けられたロータとを有し、前記歯の間の合計
M個のスロットが、隣接する複数の当該スロットを一群
とする合計2m個のスロット群に区分され、前記各スロ
ット群に対して、第1相から第m相までの各相が周方向
に沿って一定順序で1相ずつ割り当てられ、前記ステー
タに前記各相に対して1個ずつ合計m個の巻線が設けら
れ、前記各巻線が、1つの前記相が割り当てられた2個
の前記スロット群に属する前記各スロットを通過し、当
該2個の前記スロット群のそれぞれにおいて前記各スロ
ットの通過方向が等しく且つ当該2個のスロット群の間
で通過方向が逆になるように巻かれており、合計m個の
前記巻線が互いに星型結線形式で結線されたモータであ
る。According to another aspect of the present invention, there is provided a synchronous motor having a stator having M teeth at a first angular pitch on an inner peripheral portion and a second angular pitch on an outer peripheral portion. A rotor provided with N salient poles, and a total of M slots between the teeth are divided into a total of 2 m slot groups including a plurality of adjacent slots as a group. Each phase from the first phase to the m-th phase is assigned to the group one by one in a fixed order along the circumferential direction, and a total of m windings are provided to the stator, one for each phase. The respective windings pass through the respective slots belonging to the two slot groups to which one phase is assigned, and the passing directions of the respective slots are equal in each of the two slot groups. The passing direction is opposite between the two slot groups. It is wound so that a motor sum of m of said winding is connected by star connection form one another.
【0009】請求項2の発明のモータにおいては、前記
各スロット群に属する前記スロットの個数が互いに等し
い。請求項3の発明のモータは、前記突極の個数Nと前
記歯の個数Mとが(1)式を満たす可変リラクタンス形
の同期モータである。According to another aspect of the motor of the present invention, the number of slots belonging to each slot group is equal to each other. The motor of the invention of claim 3 is a variable reluctance type synchronous motor in which the number N of the salient poles and the number M of the teeth satisfy the expression (1).
【0010】N=M±2 …(1) 請求項4の発明のモータは、前記突極の個数Nと前記歯
の個数Mとが(2)式を満たすハイブリッド形の同期モ
ータである。N = M ± 2 (1) The motor of the invention of claim 4 is a hybrid type synchronous motor in which the number N of the salient poles and the number M of the teeth satisfy the equation (2).
【0011】N=2M±2 …(2) 請求項5の発明の制御方法は、前記各巻線を、前記各相
毎にスイッチング素子を介して直流電源の正極に接続
し、且つ前記各相毎に他のスイッチング素子を介して前
記直流電源の負極に接続し、前記直流電源の正極側及び
負極側の前記各スイッチング素子のオンオフ状態を一定
順序で切り換えることによって、前記ロータを回転さ
せ、その際に前記各巻線を流れる電流の総和を検出し、
検出値が一定になるように各スイッチング素子を制御す
るものである。N = 2M ± 2 (2) According to the control method of the invention of claim 5, each of the windings is connected to the positive electrode of the DC power supply through a switching element for each of the phases, and each of the phases is connected. To the negative electrode of the DC power supply through another switching element, and by rotating the ON / OFF state of each of the switching elements on the positive electrode side and the negative electrode side of the DC power supply in a fixed order, the rotor is rotated. To detect the total current flowing through each of the windings,
Each switching element is controlled so that the detected value becomes constant.
【0012】各相の巻線は、ステータに分布巻形式で巻
かれ、ステータの歯を周回しない。1つのスロットには
1つの相の巻線のコイル辺のみが収納され、スロットの
断面積を小さくしても充分な量の巻線を収めることがで
きる。星型結線形式で結線された各相の巻線に対して、
これらの巻線全体で回転磁界が生じるように電力が供給
される。ロータの回転数は磁界の回転数に比例する。す
なわち、ロータは磁界の回転に同期して回転する。The windings of each phase are wound around the stator in a distributed winding form and do not go around the teeth of the stator. Only one coil side of the winding of one phase is accommodated in one slot, and a sufficient amount of winding can be accommodated even if the sectional area of the slot is reduced. For each phase winding connected in star connection
Power is supplied so that a rotating magnetic field is generated across these windings. The rotation speed of the rotor is proportional to the rotation speed of the magnetic field. That is, the rotor rotates in synchronization with the rotation of the magnetic field.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】図1は本発明のモータ1の巻線構
造を示す図、図2はモータ1におけるU相の巻線14U
の展開図である。1 is a diagram showing a winding structure of a motor 1 of the present invention, and FIG. 2 is a U-phase winding 14U in the motor 1.
FIG.
【0014】モータ1は、U,V,Wの3相の巻線14
U,14V,14Wが分布巻形式で巻かれたステータ1
1と、高透磁率材料からなるロータ15とを有したVR
型モータである。ステータ11の内周部には、一定の角
度ピッチp1で48個の歯12が設けられている。ロー
タ15に外周部には、一定の角度ピッチp2で50個の
突極16が設けられている。各突極16はロータ15の
回転時に各歯12と順に対向する。周方向において、歯
12の先端の幅は突極16の先端の幅と同一である。The motor 1 includes a U-, V-, and W-phase winding 14
Stator 1 in which U, 14V and 14W are wound in distributed winding form
1 and a rotor 15 made of a high magnetic permeability material
Type motor. Forty-eight teeth 12 are provided on the inner peripheral portion of the stator 11 at a constant angular pitch p1. Fifty salient poles 16 are provided on the outer peripheral portion of the rotor 15 at a constant angular pitch p2. Each salient pole 16 sequentially faces each tooth 12 when the rotor 15 rotates. In the circumferential direction, the width of the tip of the tooth 12 is the same as the width of the tip of the salient pole 16.
【0015】ステータ11は、隣接する歯12で挟まれ
た合計48個のスロット13を有している。図1(A)
において括弧内の数字は、各スロット13に便宜的に付
した番号を示している。図示の例では、各スロット13
に対して時計回りに1番から48番までの番号が付され
ている。各スロット13は8個ずつ合計6(=2×3)
個のスロット群131〜136に区分されており、これ
らのスロット群131〜136に対して、U,V,Wの
各相が周方向に沿って一定順序で1相ずつ割り当てられ
ている。モータ1では、時計回りにU,W,Vの順に割
り当てられている。すなわち、1〜8番のスロット13
が属するスロット群131と、25〜32番のスロット
13が属するスロット群134とがU相に対応し、9〜
16番のスロット13が属するスロット群132と、3
3〜40番のスロット13が属するスロット群135と
がW相に対応し、17〜24番のスロット13が属する
スロット群133と、41〜48番のスロット13が属
するスロット群136とがV相に対応する。The stator 11 has a total of 48 slots 13 sandwiched by adjacent teeth 12. FIG. 1 (A)
In the figure, the number in parentheses indicates the number conveniently attached to each slot 13. In the illustrated example, each slot 13
In contrast, numbers 1 to 48 are given clockwise. Each slot 13 is 8 in total, 6 (= 2 × 3)
The slots are divided into individual slot groups 131 to 136, and the U, V, and W phases are assigned to these slot groups 131 to 136 one by one in a fixed order along the circumferential direction. In the motor 1, clockwise, U, W, and V are assigned in this order. That is, slots 1 to 8
Slot group 131 to which the slot belongs and slot group 134 to which the slots 13 to 25-32 belong correspond to the U phase, and
The slot group 132 to which the 16th slot 13 belongs and 3
The slot group 135 to which the 3rd to 40th slots 13 belong corresponds to the W phase, and the slot group 133 to which the 17th to 24th slots 13 belong and the slot group 136 to which the 41st to 48th slots 13 belong to the V phase. Corresponding to.
【0016】各巻線14U,14V,14Wは、該当す
る相を割り当てた2個のスロット群に属する合計16個
のスロット13を通過し、当該2個のスロット群のそれ
ぞれにおいて各スロット13の通過方向が等しく且つ当
該2個のスロット群の間で通過方向が逆になるように巻
かれている。例えば、U相の巻線14Uでは、スロット
群131の各スロット13の通過方向は図1(A)の紙
面の裏から表へ向かう方向であり、逆にスロット群13
4の各スロット13の通過方向は紙面の表から裏へ向か
う方向である。Each winding 14U, 14V, 14W passes through a total of 16 slots 13 belonging to the two slot groups to which the corresponding phases are assigned, and the passing direction of each slot 13 in each of the two slot groups. Are equal to each other and the passage directions are reversed between the two slot groups. For example, in the U-phase winding 14U, the passage direction of each slot 13 of the slot group 131 is from the back side of the paper surface of FIG.
The passing direction of each slot 13 of No. 4 is from the front side to the back side of the drawing.
【0017】巻線14U,14V,14Wの巻き方とし
ては、鼓状巻きと環状巻きとがある。ステータ11の径
と軸方向の長さとに応じて、導体をより有効に利用でき
る方を選択すればよい。図2は鼓状巻きの例を示してい
る。なお、実際には、各スロット13を数十本以上の導
体が通過する。The windings 14U, 14V and 14W can be wound in a drum shape or an annular shape. Depending on the diameter of the stator 11 and the length in the axial direction, one that can use the conductor more effectively may be selected. FIG. 2 shows an example of drum-shaped winding. In practice, dozens or more conductors pass through each slot 13.
【0018】図1(B)のように、各巻線14U,14
V,14Wは、巻回方向の上で互いに同等の関係にある
一方の端部が共通に接続され、他方の端部が各相の端子
U,V,Wに個別に接続されている。つまり、巻線14
U,14V,14Wは星形結線形式で結線されている。
ここで、例えば巻線14Uに図1(B)に矢印で示す方
向の電流Iuを流すと、スロット群131では図1
(A)における紙面の裏側から表側へ電流が流れ、また
スロット群134では表側から裏側へ電流が流れる。As shown in FIG. 1B, each winding 14U, 14
The V and 14W have one end that is in the same relationship in the winding direction and are commonly connected, and the other end that is individually connected to the terminals U, V, and W of each phase. That is, the winding 14
U, 14V and 14W are connected in a star connection form.
Here, for example, when a current Iu in the direction shown by the arrow in FIG.
In (A), current flows from the back side to the front side of the paper, and in the slot group 134, current flows from the front side to the back side.
【0019】以上の構成のモータ1においては、各スロ
ット13を1つの相の巻線14U〜Wのみが通過してお
り、従来の集中巻きの場合と比較すると巻線の量が2分
の1に減少しているから、スロット13の断面積が小さ
くても充分な本数の巻線14U〜Wを通過させることが
でき、そのためスロット13が小さくても充分な起磁力
を得ることができ、ステータ11の小型化、つまりモー
タ1の小型化を図ることができる。また、複数の相の巻
線に同時に電流を流すことによって励磁が行われるの
で、巻線14U〜Wの利用率が高くなり、大きなトルク
を発生させることができる。歯12と対向する突極16
の総数に対する歯12と対向する突極16の数の割合が
大きいこともトルクの増大に寄与する。In the motor 1 having the above-described structure, only the windings 14U to W of one phase pass through each slot 13, and the winding amount is half that of the conventional concentrated winding. Since the slot 13 has a small cross-sectional area, it is possible to pass a sufficient number of the windings 14U to W even if the slot 13 has a small cross-sectional area. Therefore, even if the slot 13 is small, a sufficient magnetomotive force can be obtained. The size of the motor 11, that is, the size of the motor 1 can be reduced. Further, since the excitation is performed by simultaneously passing currents through the windings of a plurality of phases, the utilization factor of the windings 14U to 14W becomes high, and a large torque can be generated. Salient pole 16 facing tooth 12
A large ratio of the number of the salient poles 16 facing the teeth 12 to the total number of teeth also contributes to an increase in torque.
【0020】図3はモータ1の励磁シーケンスを示す図
である。モータ1の使用に際しては、3相の正弦波状の
電流で巻線14U〜Wを励磁して回転磁界を生じさせ
る。図3(A)〜(F)においてロータ15内の矢印が
磁界方向を示している。角度ピッチp1と角度ピッチp
2とが異なり、各歯12と各突極16とが少しずつずれ
ていることから、磁界の回転と同期して、ロータ15と
ステータ11との間の磁気抵抗(リラクタンス)が最小
であり且つ偏りのない安定位置にロータ15が回転移動
をする。磁界が1回転する毎にロータ15は突極16の
2個分、すなわち14.4(2×360/50)°だけ
回転する。モータ1では突極16が歯12より多いの
で、ロータ15の回転方向は磁界の回転方向と同一であ
る。突極16が歯12より少ない場合には、ロータ15
の回転方向は磁界の回転方向と逆になる。FIG. 3 is a diagram showing an excitation sequence of the motor 1. When the motor 1 is used, the windings 14U to W are excited by a three-phase sinusoidal current to generate a rotating magnetic field. In FIGS. 3A to 3F, the arrow in the rotor 15 indicates the magnetic field direction. Angular pitch p1 and angular pitch p
2, the teeth 12 and the salient poles 16 are slightly displaced from each other, so that the magnetic resistance (reluctance) between the rotor 15 and the stator 11 is minimum in synchronization with the rotation of the magnetic field. The rotor 15 rotationally moves to a stable position without deviation. Each rotation of the magnetic field causes the rotor 15 to rotate by two salient poles 16, that is, 14.4 (2 × 360/50) °. In the motor 1, since the salient poles 16 are larger than the teeth 12, the rotation direction of the rotor 15 is the same as the rotation direction of the magnetic field. If the salient poles 16 are less than the teeth 12, the rotor 15
The direction of rotation of is opposite to the direction of rotation of the magnetic field.
【0021】ロータ15の回転速度Vは、(3)式で表
される。 V=120f/P …(3) V:回転速度[rpm] f:周波数[Hz] P:ロータの極数(突極の個数) モータ1においては、一定速度で回転しているときに
は、ロータ15の回転角度位置に依らず自己インダクタ
ンスがほぼ一定であり、相互インダクタンスが周期的に
変化する。The rotation speed V of the rotor 15 is expressed by equation (3). V = 120 f / P (3) V: Rotational speed [rpm] f: Frequency [Hz] P: Number of rotor poles (number of salient poles) In the motor 1, when the motor 1 is rotating at a constant speed, the rotor 15 The self-inductance is almost constant regardless of the rotation angle position of, and the mutual inductance changes periodically.
【0022】以下、モータ1の制御方法について説明す
る。モータ1は、鉄芯構造の上では公知のステッピング
モータと類似し、巻線構造の上では交流モータに類似し
ている。これらのことから、モータ1の駆動電源として
は可変周波インバータが適している。ただし、通常のV
VVFインバータでは周波数範囲の全域で過不足なく励
磁することができず、正常な運転ができない。モータ1
を正常に駆動するには、ACサーボ制御を行うか又は励
磁電流を一定化する制御を行えばよい。前者は、高分解
能のポジションセンサを含む各種のセンサを必要とす
る。したがって、一定電流を供給するインバータによる
駆動が最適である。The control method of the motor 1 will be described below. The motor 1 is similar to a known stepping motor in terms of iron core structure, and is similar to an AC motor in terms of winding structure. From these things, a variable frequency inverter is suitable as a drive power source for the motor 1. However, normal V
The VVF inverter cannot excite the entire frequency range without excess or deficiency, and cannot operate normally. Motor 1
In order to drive normally, the AC servo control or the control to make the exciting current constant may be performed. The former requires various sensors including high resolution position sensors. Therefore, driving by an inverter that supplies a constant current is optimal.
【0023】図4はモータ1の制御系100のブロック
図である。制御系100は、モータ1に3相の電力を供
給するインバータ110と、インバータ110のスイッ
チング制御を担うコントローラ120とから構成されて
いる。FIG. 4 is a block diagram of the control system 100 of the motor 1. The control system 100 includes an inverter 110 that supplies three-phase electric power to the motor 1, and a controller 120 that controls switching of the inverter 110.
【0024】インバータ110は、3相商用交流を入力
とする整流回路DB及び平滑用のコンデンサC1を有し
た直流電源VE、3相駆動用のインバータ回路INV、
及び電流検出回路CSから構成されている。インバータ
回路INVは、6個のトランジスタ(スイッチング素
子)Q1〜6を有している。各トランジスタQ1〜6に
はフリーホイール用のダイオードが並列接続されてい
る。The inverter 110 is a DC power supply VE having a rectifier circuit DB that receives a three-phase commercial AC and a smoothing capacitor C1, and a three-phase drive inverter circuit INV,
And a current detection circuit CS. The inverter circuit INV has six transistors (switching elements) Q1 to Q6. Freewheeling diodes are connected in parallel to the respective transistors Q1 to Q6.
【0025】モータ1のU相の巻線14Uは、トランジ
スタQ1を介して直流電源VEの正極に接続され、トラ
ンジスタQ4を介して直流電源VEの負極に接続されて
いる。同様に、V相の巻線14Vは、トランジスタQ
2,Q5を介して直流電源VEに接続され、W相の巻線
14Wは、トランジスタQ3,Q6を介して直流電源V
Eに接続されている。The U-phase winding 14U of the motor 1 is connected to the positive electrode of the DC power supply VE via the transistor Q1 and to the negative electrode of the DC power supply VE via the transistor Q4. Similarly, the V-phase winding 14V is connected to the transistor Q
2 and Q5 are connected to the DC power supply VE, and the W-phase winding 14W is connected to the DC power supply V through the transistors Q3 and Q6.
E is connected.
【0026】例えば、トランジスタQ3,Q4,Q5が
オンであり、他がオフである場合には、図2(A)のよ
うに端子Wから端子U,Vに向かう電流Iw(=−Iu
−Iv)が流れる。For example, when the transistors Q3, Q4 and Q5 are on and the others are off, the current Iw (= -Iu) from the terminal W to the terminals U and V as shown in FIG.
-Iv) flows.
【0027】コントローラ120は、マイクロプロセッ
サからなる脱調防止演算部121を有し、モータ1の励
磁電流が一定になるようにインバータ回路INVに対し
てPWM制御を行うように構成されている。The controller 120 has a step-out prevention calculation unit 121 composed of a microprocessor and is configured to perform PWM control on the inverter circuit INV so that the exciting current of the motor 1 becomes constant.
【0028】電流検出回路CSの検出値iaは、サンプ
ルホールド回路123によって、PWMのキャリア信号
(三角波信号)に同期してサンプリングされる。サンプ
リングのタイミングをキャリア信号のゼロクロス点にす
れば、必ずトランジスタQ1〜3のいずれかとトランジ
スタQ4〜6のいずれかとがオンであるので、検出値i
aが零になることを避けることができる。The detection value ia of the current detection circuit CS is sampled by the sample hold circuit 123 in synchronization with the PWM carrier signal (triangular wave signal). If the sampling timing is set to the zero-cross point of the carrier signal, one of the transistors Q1 to Q3 and one of the transistors Q4 to 6 are always on, so the detected value i
It can be avoided that a becomes zero.
【0029】サンプリングされた検出値iaは電流アン
プ124に入力される。電流アンプ124は、脱調防止
演算部121からの信号ibに検出値iaを加えて増幅
し、指令値e0を出力する。乗算器125は、電流分流
回路126から与えられる各相の補正係数a,b,cを
それぞれ指令値e0と掛け合わせ、各相の正弦波信号e
1〜3を生成する。これらの正弦波信号e1〜3は、P
WM回路127においてキャリア信号と比較され、それ
によって相毎にスイッチング制御パルスが生成される。
そして、スイッチング制御パルスに基づいて、相毎に設
けられたドライバ128〜130によってトランジスタ
Q1〜6のオンオフ制御が行われる。The sampled detection value ia is input to the current amplifier 124. The current amplifier 124 adds the detection value ia to the signal ib from the out-of-step prevention calculation unit 121, amplifies it, and outputs a command value e0. The multiplier 125 multiplies the correction coefficients a, b, and c of each phase provided from the current shunt circuit 126 by the command value e0, and outputs the sine wave signal e of each phase.
1 to 3 are generated. These sine wave signals e1 to 3 are P
The WM circuit 127 compares the carrier signal with the carrier signal, thereby generating a switching control pulse for each phase.
Then, on / off control of the transistors Q1 to 6 is performed by the drivers 128 to 130 provided for each phase based on the switching control pulse.
【0030】電流検出回路CSは、具体的には0.1Ω
程度のシャント抵抗を直流電源VEの負極側に挿入する
だけで構成することができる。ホール検出器、変流器、
又はフォトカプラなどの絶縁型の回路を設ける必要はな
く、非絶縁でシャント抵抗の端子間電圧をサンプリング
する構成で十分な機能が得られる。The current detection circuit CS is specifically 0.1 Ω.
It can be configured by inserting a shunt resistor of a certain degree on the negative electrode side of the DC power supply VE. Hall detector, current transformer,
Alternatively, it is not necessary to provide an insulation type circuit such as a photocoupler, and a sufficient function can be obtained by a configuration in which the voltage across the terminals of the shunt resistor is sampled without insulation.
【0031】本実施形態のモータ1は、ステッピングモ
ータと同様に低速運転が可能である。定格トルクより大
きいトルクをかけると脱調することもステッピングモー
タと同様である。そのため、脱調防止演算部121が設
けられている。電流検出回路CSは、交流電流の代用値
のほかに直流電流の平均値も同時に検出することができ
る。このことは直流電圧は一定であるから実効入力電力
の検出が可能であることを意味する。直流電流の平均値
は平均値サンプリング回路122を介して脱調防止演算
部121に入力される。一方、回転速度Vは入力周波数
fから判るので、モータトルクTを計算で求めることが
できる。したがって、電流の平均値と入力周波数fとか
らモータトルクTを求め、過負荷になったときにいち早
く励磁電流を一時的に増やしたり、過負荷が長時間続い
てモータ1が過熱するようであれば通電を止めるという
ような処理が有用である。このような処理はマイクプロ
セッサで容易に実施できる。入力電力Wi、モータトル
クT、及び回転速度Vは次の各式で表される。The motor 1 of this embodiment can be operated at a low speed like a stepping motor. It is also the same as the stepping motor that stepping out occurs when a torque larger than the rated torque is applied. Therefore, the out-of-step prevention calculation unit 121 is provided. The current detection circuit CS can simultaneously detect the average value of the direct current in addition to the substitute value of the alternating current. This means that the effective input power can be detected because the DC voltage is constant. The average value of the DC current is input to the step-out prevention calculation unit 121 via the average value sampling circuit 122. On the other hand, since the rotation speed V is known from the input frequency f, the motor torque T can be calculated. Therefore, the motor torque T is obtained from the average value of the current and the input frequency f, and when the overload occurs, the exciting current may be temporarily increased, or the motor 1 may be overheated due to a long overload. For example, it is useful to stop the power supply. Such processing can be easily performed by the microphone processor. The input power Wi, the motor torque T, and the rotation speed V are expressed by the following equations.
【0032】Wi=Vdc×Idc T=60×Wi/(2π・V) V=120×f/P Wi:入力電力[W] Vdc:直流電圧[V] Idc:直流平均電流[A] T:モータトルク[N・M] P:極数 f:周波数[Hz] V:回転速度[rpm] 上述の実施形態によれば、巻線14U,14V,14W
の巻き方が分布巻であることから、ステータ11を小径
にしてモータ全体の小型化を図ることができる。巻線1
4U,14V,14Wが星形に結線されていることか
ら、3本のリード線を設けるだけで、駆動系との接続が
可能である。また、汎用のパワーエレクトロニクス部品
を用いてインバータ回路110を構成することができ、
駆動系の低コスト化を図ることができる。Wi = Vdc × Idc T = 60 × Wi / (2π · V) V = 120 × f / P Wi: Input power [W] Vdc: DC voltage [V] Idc: DC average current [A] T: Motor torque [NM] P: Number of poles f: Frequency [Hz] V: Rotation speed [rpm] According to the above-described embodiment, the windings 14U, 14V, 14W.
Since the winding method is distributed winding, it is possible to reduce the diameter of the stator 11 and downsize the entire motor. Winding 1
Since 4U, 14V, and 14W are connected in a star shape, connection with the drive system is possible only by providing three lead wires. Further, the inverter circuit 110 can be configured by using general-purpose power electronic parts,
It is possible to reduce the cost of the drive system.
【0033】上述の実施形態においては、VR型のモー
タ1を例示したが、本発明は永久磁石を用いたハイブリ
ッド型のモータにも適用可能である。ハイブリッド型の
場合には、歯12の個数及び突極16の個数を上述の
(2)式を満たすように選定すればよい。ステータ11
の歯12の個数、巻線14U,14V,14Wの巻き方
又はスロット間の巻線の処理の仕方、ロータ15の突極
16の個数、相の数、その他、モータ1の構造、形状、
材質、制御系100の構成などは、本発明の主旨に沿っ
て種々変更することができる。Although the VR type motor 1 is exemplified in the above embodiment, the present invention is also applicable to a hybrid type motor using a permanent magnet. In the case of the hybrid type, the number of teeth 12 and the number of salient poles 16 may be selected so as to satisfy the above formula (2). Stator 11
The number of teeth 12 of the rotor, how to wind the windings 14U, 14V, 14W or how to process the windings between the slots, the number of salient poles 16 of the rotor 15, the number of phases, other, the structure and shape of the motor 1,
The material, the configuration of the control system 100, and the like can be variously changed in accordance with the gist of the present invention.
【0034】[0034]
【発明の効果】請求項1乃至請求項4の発明によれば、
所定のトルクを確保しつつロータの小型化を図ることが
できる。According to the first to fourth aspects of the present invention,
The size of the rotor can be reduced while ensuring a predetermined torque.
【0035】請求項5の発明によれば、騒音源となる減
速機、及びロータの回転角度位置を検出するセンサを用
いずに、1000rpm以下の安定した低速回転を実現
することができる。According to the fifth aspect of the present invention, stable low speed rotation of 1000 rpm or less can be realized without using a speed reducer as a noise source and a sensor for detecting the rotational angle position of the rotor.
【図1】本発明のモータの巻線構造を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a winding structure of a motor of the present invention.
【図2】モータにおけるU相の巻線の展開図である。FIG. 2 is a development view of U-phase windings in a motor.
【図3】モータの励磁シーケンスを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an excitation sequence of a motor.
【図4】モータの制御系のブロック図である。FIG. 4 is a block diagram of a motor control system.
【図5】従来のVR形モータの概略の構造を示す図であ
る。FIG. 5 is a diagram showing a schematic structure of a conventional VR type motor.
1 モータ(同期モータ) 11 ステータ 12 歯 13 スロット 14U,14V,14W 巻線 15 ロータ 16 突極 131〜136 スロット群 p1 角度ピッチ(第1の角度ピッチ) p2 角度ピッチ(第2の角度ピッチ) Q1〜6 トランジスタ(スイッチング素子) VE 直流電源 1 Motor (Synchronous Motor) 11 Stator 12 Tooth 13 Slot 14U, 14V, 14W Winding 15 Rotor 16 Salient Pole 131-136 Slot Group p1 Angular Pitch (First Angular Pitch) p2 Angular Pitch (Second Angular Pitch) Q1 ~ 6 transistors (switching elements) VE DC power supply
Claims (5)
けられたステータと、外周部に第2の角度ピッチでN
(N≠M)個の突極が設けられたロータとを有し、 前記歯の間の合計M個のスロットが、隣接する複数の当
該スロットを一群とする合計2m個のスロット群に区分
され、 前記各スロット群に対して、第1相から第m相までの各
相が周方向に沿って一定順序で1相ずつ割り当てられ、 前記ステータに前記各相に対して1個ずつ合計m個の巻
線が設けられ、 前記各巻線は、1つの前記相が割り当てられた2個の前
記スロット群に属する前記各スロットを通過し、当該2
個の前記スロット群のそれぞれにおいて前記各スロット
の通過方向が等しく且つ当該2個のスロット群の間で通
過方向が逆になるように巻かれており、 合計m個の前記巻線は、互いに星型結線形式で結線され
てなることを特徴とする同期モータ。1. A stator having M teeth at a first angular pitch on an inner peripheral portion and N at a second angular pitch on an outer peripheral portion.
And a rotor provided with (N ≠ M) salient poles, and a total of M slots between the teeth are divided into a total of 2 m slot groups including a plurality of adjacent slots as a group. , For each slot group, each phase from the first phase to the m-th phase is assigned one by one in a fixed order along the circumferential direction, and the stator has one m for each phase in total. Windings are provided, and each of the windings passes through each of the slots belonging to the two slot groups to which one of the phases is assigned.
Each of the slot groups is wound such that the passing directions of the slots are the same and the passing directions are opposite between the two slot groups, and the total of m windings are star-shaped. A synchronous motor characterized by being connected in a die connection form.
個数が互いに等しい請求項1記載の同期モータ。2. The synchronous motor according to claim 1, wherein the number of the slots belonging to each slot group is equal to each other.
変リラクタンス形の同期モータ。 N=M±23. The synchronous motor according to claim 2, wherein the number N of the salient poles and the number M of the teeth satisfy the following equation. N = M ± 2
イブリッド形の同期モータ。 N=2M±24. The synchronous motor according to claim 2, wherein the number N of the salient poles and the number M of the teeth satisfy the following equation. N = 2M ± 2
同期モータの制御方法であって、 前記各巻線を、前記各相毎にスイッチング素子を介して
直流電源の正極に接続し、且つ前記各相毎に他のスイッ
チング素子を介して前記直流電源の負極に接続し、 前記直流電源の正極側及び負極側の前記各スイッチング
素子のオンオフ状態を一定順序で切り換えることによっ
て、前記ロータを回転させ、 その際に、前記各巻線を流れる電流の総和を検出し、検
出値が一定になるように各スイッチング素子を制御する
ことを特徴とする同期モータの制御方法。5. The method for controlling a synchronous motor according to claim 1, wherein each winding is connected to a positive electrode of a DC power source for each phase via a switching element, Further, the rotor is connected to the negative electrode of the DC power source through another switching element for each of the phases, and the ON / OFF state of each of the switching elements on the positive electrode side and the negative electrode side of the DC power source is switched in a fixed order, thereby making the rotor A method for controlling a synchronous motor, characterized in that the synchronous motor is rotated, and at that time, a total sum of currents flowing through the respective windings is detected and each switching element is controlled so that a detected value becomes constant.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32667095A JPH09168271A (en) | 1995-12-15 | 1995-12-15 | Synchronous motor and control method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32667095A JPH09168271A (en) | 1995-12-15 | 1995-12-15 | Synchronous motor and control method thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09168271A true JPH09168271A (en) | 1997-06-24 |
Family
ID=18190361
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32667095A Pending JPH09168271A (en) | 1995-12-15 | 1995-12-15 | Synchronous motor and control method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09168271A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011041353A (en) * | 2009-08-07 | 2011-02-24 | Nishishiba Electric Co Ltd | Ac motor |
| KR101134705B1 (en) * | 2010-02-10 | 2012-04-13 | 주식회사 만도 | Motor pulley, motor appratus and motor driven power steering system |
| JP2021010256A (en) * | 2019-07-02 | 2021-01-28 | 株式会社日立ハイテク | Stepping motor control device, stepping motor control method |
-
1995
- 1995-12-15 JP JP32667095A patent/JPH09168271A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011041353A (en) * | 2009-08-07 | 2011-02-24 | Nishishiba Electric Co Ltd | Ac motor |
| KR101134705B1 (en) * | 2010-02-10 | 2012-04-13 | 주식회사 만도 | Motor pulley, motor appratus and motor driven power steering system |
| JP2021010256A (en) * | 2019-07-02 | 2021-01-28 | 株式会社日立ハイテク | Stepping motor control device, stepping motor control method |
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