JP3390797B2 - 電動機の制御装置 - Google Patents
電動機の制御装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、３相高周波電動機な
どの３相交流電動機の制御装置に関する。
どの３相交流電動機の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】工作機械の磁気軸受スピンドルなどに内
蔵された３相高周波電動機の制御装置として、インバー
タを備えたものが知られている。
蔵された３相高周波電動機の制御装置として、インバー
タを備えたものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のような制御装置
を用いて３相高周波電動機を高速回転させる場合、電動
機の３相間の巻線ばらつき、インバータ出力の不平衡な
どによって、電動機に出力むら（回転むら）が発生する
ことがある。
を用いて３相高周波電動機を高速回転させる場合、電動
機の３相間の巻線ばらつき、インバータ出力の不平衡な
どによって、電動機に出力むら（回転むら）が発生する
ことがある。
【０００４】この出力むらの影響を受けて、電動機の回
転子に半径方向の振れ回りが生じることがある。このよ
うな電動機を工作機械のスピンドルに用いると、振れ回
りによって工作精度が低下してしまう。とくに、回転子
の軸受として磁気軸受を用いた場合には、振れ回りが大
きくなることがあり、これが工作精度を維持する上での
障害となっていた。
転子に半径方向の振れ回りが生じることがある。このよ
うな電動機を工作機械のスピンドルに用いると、振れ回
りによって工作精度が低下してしまう。とくに、回転子
の軸受として磁気軸受を用いた場合には、振れ回りが大
きくなることがあり、これが工作精度を維持する上での
障害となっていた。
【０００５】その対策として、インバータと電動機の間
に３相トランスを接続し、電動機の３相間の出力むらを
平衡させることが考えられている。
に３相トランスを接続し、電動機の３相間の出力むらを
平衡させることが考えられている。
【０００６】また、高周波電動機を停止させる場合、一
般には、最初、インバータ出力の周波数を所定の周波数
まで徐々に下げることにより、高周波電動機や負荷が保
有している慣性エネルギを誘導発電機動作となった高周
波電動機によって電気的エネルギに変換してインバータ
に戻し、インバータ内の抵抗によって熱変換させて高周
波電動機の回転数を所定の回転数にまで下げる回生制動
を行う。さらに、インバータは、回転数が所定値になっ
たことを検知すると、回生制動を止めて、直流電流を高
周波電動機に供給することにより、静止磁界を作り、回
転子がこの磁束を切ることにより回転子内に渦電流を発
生させて制動を行う直流制動を行って、高周波電動機を
短時間で完全停止させている。
般には、最初、インバータ出力の周波数を所定の周波数
まで徐々に下げることにより、高周波電動機や負荷が保
有している慣性エネルギを誘導発電機動作となった高周
波電動機によって電気的エネルギに変換してインバータ
に戻し、インバータ内の抵抗によって熱変換させて高周
波電動機の回転数を所定の回転数にまで下げる回生制動
を行う。さらに、インバータは、回転数が所定値になっ
たことを検知すると、回生制動を止めて、直流電流を高
周波電動機に供給することにより、静止磁界を作り、回
転子がこの磁束を切ることにより回転子内に渦電流を発
生させて制動を行う直流制動を行って、高周波電動機を
短時間で完全停止させている。
【０００７】ところが、上述のようにトランスを接続す
ると、減速時における回生制動性能が低下するととも
に、トランスは直流電圧を通さないので、とくに直流制
動領域において制動が効かなくなって、フリーラン状態
になり、制動に要する時間が長くなるという問題があ
る。
ると、減速時における回生制動性能が低下するととも
に、トランスは直流電圧を通さないので、とくに直流制
動領域において制動が効かなくなって、フリーラン状態
になり、制動に要する時間が長くなるという問題があ
る。
【０００８】この発明の目的は、上記の問題を解決し、
回転中の回転むらを低減し、かつ減速時に十分な制動性
能が得られる電動機の制御装置を提供することにある。
回転中の回転むらを低減し、かつ減速時に十分な制動性
能が得られる電動機の制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明による電動機の
制御装置は、３相交流電動機とこれに制御電流を供給す
るためのインバータとの間に、３相トランスおよび切換
手段が設けられており、前記切換手段が、前記電動機の
始動時および定常回転中は前記電動機と前記インバータ
を直結せずに前記３相トランスを介して接続し、前記電
動機の減速時は前記電動機と前記インバータを直結する
ようになされていることを特徴とするものである。
制御装置は、３相交流電動機とこれに制御電流を供給す
るためのインバータとの間に、３相トランスおよび切換
手段が設けられており、前記切換手段が、前記電動機の
始動時および定常回転中は前記電動機と前記インバータ
を直結せずに前記３相トランスを介して接続し、前記電
動機の減速時は前記電動機と前記インバータを直結する
ようになされていることを特徴とするものである。
【００１０】たとえば、前記インバータの出力端子と前
記電動機の入力端子との間に前記３相トランスが設けら
れ、前記３相トランスと並列に前記切換手段が設けられ
ており、前記切換手段が、前記電動機の始動時および定
常回転中は、前記３相トランスの入出力端子間を遮断す
ることにより、前記電動機と前記インバータを直結せず
に前記３相トランスを介して接続し、前記電動機の減速
時は、前記３相トランスの入出力端子間を短絡すること
により、前記電動機と前記インバータを直結するように
なされている。
記電動機の入力端子との間に前記３相トランスが設けら
れ、前記３相トランスと並列に前記切換手段が設けられ
ており、前記切換手段が、前記電動機の始動時および定
常回転中は、前記３相トランスの入出力端子間を遮断す
ることにより、前記電動機と前記インバータを直結せず
に前記３相トランスを介して接続し、前記電動機の減速
時は、前記３相トランスの入出力端子間を短絡すること
により、前記電動機と前記インバータを直結するように
なされている。
【００１１】また、たとえば、前記電動機の回転軸が、
磁気軸受によりラジアル方向およびアキシアル方向に非
接触支持されている。
磁気軸受によりラジアル方向およびアキシアル方向に非
接触支持されている。
【００１２】
【作用】電動機の始動時および回転中は、電動機とイン
バータが直結されずに３相トランスを介して接続される
ため、インバータからの制御電流が３相トランスを介し
て電動機に供給され、電動機の３相間の出力むらが平衡
させられるため、回転むらが低減する。したがって、回
転子の振れ回りが小さくなる。
バータが直結されずに３相トランスを介して接続される
ため、インバータからの制御電流が３相トランスを介し
て電動機に供給され、電動機の３相間の出力むらが平衡
させられるため、回転むらが低減する。したがって、回
転子の振れ回りが小さくなる。
【００１３】電動機の減速時には、電動機とインバータ
が直結されるため、電動機からの回生電流が直接インバ
ータに供給される回生制動および／またはインバータか
らの制御電流が直接電動機に供給される直流制動を行う
ことができ、従来と同等の制動性能が確保できる。
が直結されるため、電動機からの回生電流が直接インバ
ータに供給される回生制動および／またはインバータか
らの制御電流が直接電動機に供給される直流制動を行う
ことができ、従来と同等の制動性能が確保できる。
【００１４】インバータの出力端子と電動機の入力端子
との間に３相トランスが設けられ、３相トランスと並列
に切換手段が設けられており、切換手段が、電動機の始
動時および定常回転中は、３相トランスの入出力端子間
を遮断することにより、電動機とインバータを直結せず
に３相トランスを介して接続し、電動機の減速時は、３
相トランスの入出力端子間を短絡することにより、電動
機とインバータを直結するようになされている場合、電
動機の始動時および定常回転中には、３相トランスの入
出力端子間を遮断するだけの簡単な動作により、電動機
とインバータが直結されずに３相トランスを介して接続
されて、インバータからの制御電流が３相トランスを介
して電動機に供給され、電動機の減速時には、３相トラ
ンスの入出力端子間を短絡するだけの簡単な動作によ
り、電動機とインバータが直結されて、電動機からの回
生電流がインバータに直接供給されるとともに、インバ
ータからの制御電流が直接電動機に供給される。
との間に３相トランスが設けられ、３相トランスと並列
に切換手段が設けられており、切換手段が、電動機の始
動時および定常回転中は、３相トランスの入出力端子間
を遮断することにより、電動機とインバータを直結せず
に３相トランスを介して接続し、電動機の減速時は、３
相トランスの入出力端子間を短絡することにより、電動
機とインバータを直結するようになされている場合、電
動機の始動時および定常回転中には、３相トランスの入
出力端子間を遮断するだけの簡単な動作により、電動機
とインバータが直結されずに３相トランスを介して接続
されて、インバータからの制御電流が３相トランスを介
して電動機に供給され、電動機の減速時には、３相トラ
ンスの入出力端子間を短絡するだけの簡単な動作によ
り、電動機とインバータが直結されて、電動機からの回
生電流がインバータに直接供給されるとともに、インバ
ータからの制御電流が直接電動機に供給される。
【００１５】電動機の回転軸が、磁気軸受によりラジア
ル方向およびアキシアル方向に非接触支持されている場
合、とくに、出力むら低減およびこれによる振れ回り低
減の効果が大きい。
ル方向およびアキシアル方向に非接触支持されている場
合、とくに、出力むら低減およびこれによる振れ回り低
減の効果が大きい。
【００１６】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明を工作機械
の磁気軸受スピンドルに適用した実施例について説明す
る。
の磁気軸受スピンドルに適用した実施例について説明す
る。
【００１７】図１は、この発明による電動機の制御装置
を適用した工作機械の磁気軸受スピンドルの主要部の概
略構成を示している。図２は、高周波電動機の制御装置
の主要部の概略構成を示している。
を適用した工作機械の磁気軸受スピンドルの主要部の概
略構成を示している。図２は、高周波電動機の制御装置
の主要部の概略構成を示している。
【００１８】図１において、磁気軸受スピンドルのハウ
ジング(11)内には、主軸(12)をラジアル方向（図中Ｘ、
Ｙ方向）に磁気的に非接触支持するラジアル電磁石(13)
と、アキシアル方向（図中Ｚ方向）に磁気的に非接触支
持するアキシアル電磁石(14)と、主軸(12)のラジアル方
向の位置を検出するラジアル位置センサ(15)と、アキシ
アル方向の位置を検出するアキシアル位置センサ(16)
と、主軸(12)と組合わされて３相高周波電動機(1) を構
成するステータ(17)とが配設されている。ラジアル制御
装置(18)は、ラジアル位置センサ(15)の出力信号に基づ
いてラジアル電磁石(13)に供給する電流を制御する。ア
キシアル制御装置(19)は、アキシアル位置センサ(16)の
出力信号に基づいてアキシアル電磁石(14)に供給する電
流を制御する。高周波電動機制御装置(20)は、工作機械
全体の動作制御（主軸の回転、停止など）を行うＮＣ制
御装置(21)からの主軸制御信号に基づいて主軸(12)の回
転、停止を制御する。
ジング(11)内には、主軸(12)をラジアル方向（図中Ｘ、
Ｙ方向）に磁気的に非接触支持するラジアル電磁石(13)
と、アキシアル方向（図中Ｚ方向）に磁気的に非接触支
持するアキシアル電磁石(14)と、主軸(12)のラジアル方
向の位置を検出するラジアル位置センサ(15)と、アキシ
アル方向の位置を検出するアキシアル位置センサ(16)
と、主軸(12)と組合わされて３相高周波電動機(1) を構
成するステータ(17)とが配設されている。ラジアル制御
装置(18)は、ラジアル位置センサ(15)の出力信号に基づ
いてラジアル電磁石(13)に供給する電流を制御する。ア
キシアル制御装置(19)は、アキシアル位置センサ(16)の
出力信号に基づいてアキシアル電磁石(14)に供給する電
流を制御する。高周波電動機制御装置(20)は、工作機械
全体の動作制御（主軸の回転、停止など）を行うＮＣ制
御装置(21)からの主軸制御信号に基づいて主軸(12)の回
転、停止を制御する。
【００１９】ハウジング(11)内には、上記構成の他に、
主軸(12)停止時に磁気軸受にかわって主軸(12)を機械的
に支持するタッチダウン軸受(22)、主軸(12)の回転数を
検出して制御装置(20)へ出力する回転数センサ(23)など
が設けられている。また、主軸(12)の先端には、加工用
工具(24)が固定されて、被加工物(25)を加工できるよう
になっている。
主軸(12)停止時に磁気軸受にかわって主軸(12)を機械的
に支持するタッチダウン軸受(22)、主軸(12)の回転数を
検出して制御装置(20)へ出力する回転数センサ(23)など
が設けられている。また、主軸(12)の先端には、加工用
工具(24)が固定されて、被加工物(25)を加工できるよう
になっている。
【００２０】上記のような磁気軸受スピンドルの高周波
電動機制御装置(20)の構成の１例を、図２を参照して詳
しく説明する。
電動機制御装置(20)の構成の１例を、図２を参照して詳
しく説明する。
【００２１】図２において、３相高周波電動機(1) のス
テータ(17)とこれに制御電流を供給するためのインバー
タ(2) との間に、３相トランス(3) および切換手段を構
成する切換装置(4) が設けられている。トランス(3)
は、インバータ(2) の３相出力端子(5) と電動機(1) の
ステータ(17)の３相入力端子(6) との間に接続されてい
る。電動機(1) 、インバータ(2) およびトランス(3) そ
のものは、公知のものである。図示は省略したが、イン
バータ(2) は、回生制動時に電動機(1) の発電電力を熱
変換するための抵抗器、および回転数センサ(23)の出力
信号に基づいて主軸(12)すなわち電動機(1) の回転数が
所定値にまで低下したことを検知して電動機(1) のステ
ータ(17)へ直流電流を供給する直流制動器を備えてい
る。また、インバータ(2) は、コンバータを介して商用
電源に接続されている。
テータ(17)とこれに制御電流を供給するためのインバー
タ(2) との間に、３相トランス(3) および切換手段を構
成する切換装置(4) が設けられている。トランス(3)
は、インバータ(2) の３相出力端子(5) と電動機(1) の
ステータ(17)の３相入力端子(6) との間に接続されてい
る。電動機(1) 、インバータ(2) およびトランス(3) そ
のものは、公知のものである。図示は省略したが、イン
バータ(2) は、回生制動時に電動機(1) の発電電力を熱
変換するための抵抗器、および回転数センサ(23)の出力
信号に基づいて主軸(12)すなわち電動機(1) の回転数が
所定値にまで低下したことを検知して電動機(1) のステ
ータ(17)へ直流電流を供給する直流制動器を備えてい
る。また、インバータ(2) は、コンバータを介して商用
電源に接続されている。
【００２２】切換装置(4) は、トランス(3) に並列に接
続されており、トランス(3) の入力側と出力側の対応す
る相間にそれぞれ接続された３個のスイッチ(7) を備え
ている。スイッチ(7) は互いに連動して操作され、スイ
ッチ(7) がオン（閉状態）になることにより、トランス
(3) の入力端子(8) と出力端子(9) との間、すなわちイ
ンバータ(2) の出力端子(5) と電動機(1) のステータ(1
7)の入力端子(6) との間が短絡され、スイッチ(7) がオ
フ（開状態）になることにより、トランス(3)の入力端
子(8) と出力端子(9) との間が遮断される。スイッチ
(7) は、制御装置(20)の他の部分からの信号により電動
機(1) の回転状態に基づいて制御され、電動機(1) の始
動時および回転中はオフに、電動機(1) の減速時にはオ
ンに切換えられる。たとえば、スイッチ(7) は、主軸停
止信号によって制御され、停止信号がオンになってから
主軸が実際に停止するまでの間はオンに、それ以外のと
きはオフに切換えられる。
続されており、トランス(3) の入力側と出力側の対応す
る相間にそれぞれ接続された３個のスイッチ(7) を備え
ている。スイッチ(7) は互いに連動して操作され、スイ
ッチ(7) がオン（閉状態）になることにより、トランス
(3) の入力端子(8) と出力端子(9) との間、すなわちイ
ンバータ(2) の出力端子(5) と電動機(1) のステータ(1
7)の入力端子(6) との間が短絡され、スイッチ(7) がオ
フ（開状態）になることにより、トランス(3)の入力端
子(8) と出力端子(9) との間が遮断される。スイッチ
(7) は、制御装置(20)の他の部分からの信号により電動
機(1) の回転状態に基づいて制御され、電動機(1) の始
動時および回転中はオフに、電動機(1) の減速時にはオ
ンに切換えられる。たとえば、スイッチ(7) は、主軸停
止信号によって制御され、停止信号がオンになってから
主軸が実際に停止するまでの間はオンに、それ以外のと
きはオフに切換えられる。
【００２３】電動機(1) の始動時および回転中は、停止
信号はオフであり、スイッチ(7) はオフになっている。
このため、トランス(3) の入力端子(8) と出力端子(9)
との間が遮断されて、電動機(1) とインバータ(2) が直
結されずにトランス(3) を介して接続されており、イン
バータ(2) からの制御電流がトランス(3) を介して電動
機(1) に供給される。そして、トランス(3) により電動
機(1) の３相間の出力むらが平衡させられるため、回転
むらが低減する。
信号はオフであり、スイッチ(7) はオフになっている。
このため、トランス(3) の入力端子(8) と出力端子(9)
との間が遮断されて、電動機(1) とインバータ(2) が直
結されずにトランス(3) を介して接続されており、イン
バータ(2) からの制御電流がトランス(3) を介して電動
機(1) に供給される。そして、トランス(3) により電動
機(1) の３相間の出力むらが平衡させられるため、回転
むらが低減する。
【００２４】電動機(1) の減速時には、まず、停止信号
がオンになる。これにより、スイッチ(7) がオンにな
り、インバータ(2) の出力端子(5) と電動機(1) の入力
端子(6) との間が短絡されて、電動機(1) とインバータ
(2) が直結される。そして、まず、前述のように、イン
バータ(2) の出力周波数を徐々に下げる回生制動が行わ
れ、その後、インバータ(2) からの直流電流が直接電動
機(1) に供給される直流制動が行われる。このため、従
来と同等の制動性能が確保でき、とくに直流制動が効か
ずにフリーラン状態となって制動時間が長くなるような
ことがない。
がオンになる。これにより、スイッチ(7) がオンにな
り、インバータ(2) の出力端子(5) と電動機(1) の入力
端子(6) との間が短絡されて、電動機(1) とインバータ
(2) が直結される。そして、まず、前述のように、イン
バータ(2) の出力周波数を徐々に下げる回生制動が行わ
れ、その後、インバータ(2) からの直流電流が直接電動
機(1) に供給される直流制動が行われる。このため、従
来と同等の制動性能が確保でき、とくに直流制動が効か
ずにフリーラン状態となって制動時間が長くなるような
ことがない。
【００２５】切換手段の構成など、上記実施例のものに
限らず、適宜変更可能である。
限らず、適宜変更可能である。
【００２６】上記実施例では、制動時に回生制動と直流
制動を組合わせて行うインバータを使用したが、回生制
動のみを行うインバータを使用することも可能である。
また、上記実施例では、スイッチ(7) の切換えを制御装
置(20)内の信号により行うようにしたが、これはたとえ
ばＮＣ制御装置(21)などの外部からの信号により行うよ
うにしてもよいし、手動で操作するようにしてもよい。
制動を組合わせて行うインバータを使用したが、回生制
動のみを行うインバータを使用することも可能である。
また、上記実施例では、スイッチ(7) の切換えを制御装
置(20)内の信号により行うようにしたが、これはたとえ
ばＮＣ制御装置(21)などの外部からの信号により行うよ
うにしてもよいし、手動で操作するようにしてもよい。
【００２７】
【発明の効果】この発明の電動機の制御装置によれば、
上述のように、回転中の回転むらを低減し、かつ減速時
に十分な制動性能が得ることができ、制動時間が長くな
るようなことがない。
上述のように、回転中の回転むらを低減し、かつ減速時
に十分な制動性能が得ることができ、制動時間が長くな
るようなことがない。
【図１】この発明による電動機の制御装置を適用した工
作機械の磁気軸受スピンドルの主要部の概略構成図であ
る。
作機械の磁気軸受スピンドルの主要部の概略構成図であ
る。
【図２】図１の電動機の制御装置の１例を示す主要部の
概略構成図である。
概略構成図である。
(1) ３相高周波電動機
(2) インバータ
(3) ３相トランス
(4) 切換装置（切換手段）
(5) インバータの出力端子
(6) 高周波電動機のステータの入力端子
(7) スイッチ
(8) ３相トランスの入力端子
(9) ３相トランスの出力端子
(20) 高周波電動機制御装置
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭57−170034（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−262469（ＪＰ，Ａ)
実開 昭59−185998（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02P 3/18 101
H02P 7/63
Claims (3)
- 【請求項１】３相交流電動機とこれに制御電流を供給す
るためのインバータとの間に、３相トランスおよび切換
手段が設けられており、前記切換手段が、前記電動機の
始動時および定常回転中は前記電動機と前記インバータ
を直結せずに前記３相トランスを介して接続し、前記電
動機の減速時は前記電動機と前記インバータを直結する
ようになされていることを特徴とする電動機の制御装
置。 - 【請求項２】前記インバータの出力端子と前記電動機の
入力端子との間に前記３相トランスが設けられ、前記３
相トランスと並列に前記切換手段が設けられており、前
記切換手段が、前記電動機の始動時および定常回転中
は、前記３相トランスの入出力端子間を遮断することに
より、前記電動機と前記インバータを直結せずに前記３
相トランスを介して接続し、前記電動機の減速時は、前
記３相トランスの入出力端子間を短絡することにより、
前記電動機と前記インバータを直結するようになされて
いることを特徴とする請求項１の電動機の制御装置。 - 【請求項３】前記電動機の回転軸が、磁気軸受によりラ
ジアル方向およびアキシアル方向に非接触支持されてい
ることを特徴とする請求項１または２の電動機の制御装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17377394A JP3390797B2 (ja) | 1994-07-26 | 1994-07-26 | 電動機の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17377394A JP3390797B2 (ja) | 1994-07-26 | 1994-07-26 | 電動機の制御装置 |
Publications (2)
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| JPH0837788A JPH0837788A (ja) | 1996-02-06 |
| JP3390797B2 true JP3390797B2 (ja) | 2003-03-31 |
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Family Applications (1)
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1994
- 1994-07-26 JP JP17377394A patent/JP3390797B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH0837788A (ja) | 1996-02-06 |
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