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JP3562287B2 - Control method and control device for induction machine with built-in magnet - Google Patents
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JP3562287B2 - Control method and control device for induction machine with built-in magnet - Google Patents

Control method and control device for induction machine with built-in magnet Download PDF

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JP3562287B2 JP01513898A JP1513898A JP3562287B2 JP 3562287 B2 JP3562287 B2 JP 3562287B2 JP 01513898 A JP01513898 A JP 01513898A JP 1513898 A JP1513898 A JP 1513898A JP 3562287 B2 JP3562287 B2 JP 3562287B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転磁界を発生する固定子と、軸に固定され該固定子内で回転する回転子と、該回転子内に形成された中空空間に配置され、外周に固定子の回転磁界と対向するようにマグネットが取り付けられ、軸に回転自在に支持されたマグネット保持部材と、を備えるマグネット内蔵誘導機の制御方法及び制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
誘導電動機は、堅牢で安価であり速度制御の必要がないため、従来から種々の産業分野で広く利用されている。また、可変速度で用いられる場合に従来は直流モータが主流であったのが、パワーエレクトロニクス素子の進歩、及び、ベクトル制御等の制御技術の発展により誘導電動機の可変速度運転が可能となり、現在直流モータに取って代わりつつある。この誘導電動機の原理は、固定子に配置された1次コイルに電流を流して磁束を発生させ、この磁束により回転子側に誘導電流を発生させ、該磁束と誘導電流との相互作用によりトルクを発生させるものである。この既存の誘導電動機は、固定子により発生される磁束がバイパスし(回転子の内側まで入らず)、トルクの発生に寄与する回転子の径方向への磁束密度が小さという課題があった。
【0003】
この課題を解決する誘導電動機として、本出願人は、回転子内に、固定子の回転磁界と同期して回転するマグネットを備えるマグネット内蔵誘導機を、特開平8−103058、特開平8−266089、特開平8−289515号にて提案した。このマグネット内蔵誘導機の構成について、マグネット内蔵誘導機の縦断面を示す図6を参照して説明する。
【0004】
固定子22の内周には複数のスロット24が設けられ、それぞれのスロット24には巻線23が配置されている。軸32には、かごを組み込んだ回転子26が固定されている。かごは従来のかご型誘導電動機と同様に1対の短絡環28b(図6中には一方のみ示す)と複数の二次導体28aとから成る。この回転子26の内側には、鋼製の筒状ロータ34が配置され、該筒状ロータ34は1対のベアリング(図示せず)により軸32に対して回転可能に支持されている。この筒状ロータ34の外周には、マグネット内蔵誘導機20の極(界磁)の数に対応させて4つの永久磁石36が取り付けられている。
【0005】
マグネット内蔵誘導機20では、筒状ロータ34の表面に固定子22の回転磁界と対向するように磁石36が取り付けられているため、固定子22が励磁され回転磁界が発生するとこれに同期して該筒状部材34が回転する。該固定子22に発生される磁束は、対向する磁石36へ向かうため、回転子26に対して径方向に横切ることになる。即ち、回転子26に対して磁束が径方向に横切るため、回転子26に発生するトルクが大きくなる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
このマグネット内蔵誘導機は、発生トルクが高まる反面、既存の誘導電動機と比較して、急激な加、減速、或いは、反転時には、応答性が低下することが判明した。
この応答性の実験結果について、図7のグラフを参照して説明する。図7(A)は、既存の誘導電動機の測定結果を示している。また、図7(B)は、マグネット内蔵誘導機の測定結果を示している。ここでは、力率1で、駆動周波数を31.2KHz (パルス間隔約3(ms) :回転数900rpm )から50.3KHz (パルス間隔約2(ms) :回転数1500rpm )へ変化させたランプ入力に対する応答(加速時間0.1S)を測定した。
【0007】
ここで、既存の誘導電動機は、立ち上がり時間が21.4(ms) であったのに対して、マグネット内蔵誘導機は、24.4(ms) であった。遅延時間は、既存の誘導電動機は、30.8(ms) であったのに対して、マグネット内蔵誘導機は、31.2(ms) であった。また、整定時間は、既存の誘導電動機は、125.4(ms) であったのに対して、マグネット内蔵誘導機は、204.3(ms) であった。行き過ぎ時間は、誘導電動機は、50.2(ms) であったのに対して、マグネット内蔵誘導機は、67.0(ms) であった。更に、行き過ぎ量は、誘導電動機は、5.2%であったのに対して、マグネット内蔵誘導機は、29%であった。
【0008】
このように応答性が低下する原因は、急激な加、減速、或いは、反転時に、筒状ロータ34が、回転磁束の変化に追従できず、同期はずれを起こすことによるものと考えれる。
【0009】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、応答性の高いマグネット内蔵誘導機の制御方法及び制御装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
また、請求項では、回転磁界を発生する固定子と、軸に固定され該固定子内で回転する回転子と、該回転子内に形成された中空空間に配置され、外周に前記固定子の回転磁界と対向するようにマグネットが取り付けられ、前記軸に回転自在に支持されたマグネット保持部材と、を備えるマグネット内蔵誘導機の制御方法において、
前記回転子を回転させる速度指令値と実際の回転子の回転の速度値との差が所定値以かを判断し、
前記差が所定値以内の時には、磁化電流を一定に保つ制御を行い、
前記差が所定値を越える時には、磁化電流を高める制御を行うことを技術的特徴とする。
【0012】
また、請求項のマグネット内蔵誘導機の制御方法においては、請求項において、前記磁化電流を一定に保つ制御として、ベクトル制御を行うことを技術的特徴とする。
【0013】
また、請求項のマグネット内蔵誘導機の制御方法においては、請求項において、前記磁化電流を高める制御として、磁化電流を速度指令値と実際の速度値との差に応じて高めることを技術的特徴とする。
【0014】
また、請求項のマグネット内蔵誘導機の制御方法においては、請求項において、前記磁化電流を高める制御として、磁化電流を一定値高めることを技術的特徴とする。
【0015】
上記の目的を達成するため、請求項では、回転磁界を発生する固定子と、軸に固定され該固定子内で回転する回転子と、該回転子内に形成された中空空間に配置され、外周に前記固定子の回転磁界と対向するようにマグネットが取り付けられ、前記軸に回転自在に支持されたマグネット保持部材と、を備えるマグネット内蔵誘導機の制御装置において、
前記回転子を回転させる速度指令値と実際の回転子の回転の速度値との差が所定値以内かを判断し、
前記差が所定値以内の時には、磁化電流を一定に保つ制御を行い、
前記差が所定値を越える時には、磁化電流を高める制御を行う磁化電流制御手段を設けたことを技術的特徴とする。
【0017】
請求項のマグネット内蔵誘導機の制御方法によれば、速度指令値と実際の速度値の差が所定値以かを判断し、差が所定値を越える時には、磁化電流を高めるので、固定子の回転磁界に、マグネット保持部材を追従させることができる。このため、マグネット内蔵誘導機の応答性を高めることが可能となる。
【0018】
請求項のマグネット内蔵誘導機の制御方法によれば、ベクトル制御により、速度変化が小さいときには、磁化電流を一定に保つため、マグネット内蔵誘導機を容易に速度制御することができる。
【0019】
請求項のマグネット内蔵誘導機の制御方法によれば、速度変化が大きいときには、磁化電流を速度指令値と実際の速度値との差に応じて高めるため、速度指令値と実際の速度値との差が大きいときにも、固定子の回転磁界にマグネット保持部材を追従させることができる。
【0020】
請求項のマグネット内蔵誘導機の制御方法によれば、速度変化が大きいときには、磁化電流を一定値高める。このため、複雑な演算が不要であり、制御が容易である。
【0021】
請求項6のマグネット内蔵誘導機の制御装置によれば、速度指令値と実際の速度値の差が所定値以内かを判断し、差が所定値を越える時には、磁化電流を高めるので、固定子の回転磁界にマグネット保持部材を追従させることができる。このため、マグネット内蔵誘導機の応答性を高めることが可能となる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1実施形態に係るマグネット内蔵誘導機の制御方法及び制御装置について図を参照して説明する。
図1(A)は、本発明の第1実施形態に係る3相4極かご型マグネット内蔵誘導機40の縦断面を示し、図1(B)は回転子26の横断面を表している。図1(A)に示すように固定子22の内周には複数のスロット24が設けられ、それぞれのスロット24には巻線23が配置されている。この固定子22は従来のかご型誘導電動機と同じものが用いられている。
【0023】
図1(B)に示すように、回転子26は軸32に固定され、この軸32は1対のベアリング30A、30Bにより回転自在に支持されている。回転子26は、複数の二次導体28aが配設されたロータ28bと、フレームリング28C、28Dとからなる。この固定子26の内側には、鋼製の筒状ロータ34が配設され、該筒状ロータ34は1対のベアリング38A、38Bにより軸32に対して回転可能に支持されている。この筒状ロータ34の外周には、固定子22の極(界磁)の数に対応させて4つの永久磁石36が取り付けられている。この永久磁石36は、ネオジウム−鉄−ほう素磁石により構成されている。
【0024】
このマグネット内蔵誘導機40において、固定子22の巻線23に3相交流が通電されると、図中矢印Aの向きに回転磁界が発生する。この回転磁界の磁束が回転子26の各二次導体28aを横切ることにより、該二次導体28aに速度起電力が発生し、この速度起電力により該二次導体28a内に電流が流れ、この電流と磁束との相互作用によりトルクが発生して回転子26を磁界と同じ方向へ回転させる。この回転速度は、発生するトルクに関連してすべりを有し固定子22側の回転磁界の速度よりも低い。他方、筒状ロータ34は、固定子側に発生する磁力に各永久磁石36が吸引されるため、固定子22に発生する回転磁界にほぼ完全に同期して回転する(正確には、僅かな角度的な遅れを有している)。このマグネット内蔵誘導機20では、磁束が対向する永久磁石36へ向けられるため、回転子26の二次導体28aに対して径方向に横切ることになる。即ち、二次導体28aに対して磁束が径方向に横切るため、回転子26に発生するトルクが大きくなる。また、永久磁石36から磁束が供給されるため、磁化電流の量を低減でき、力率が高まる。
【0025】
このトルクの発生原理について、図2を参照して更に詳細に説明する。図2(A)に示すように、巻線23からの磁力線90は対向する永久磁石36側に向かうと共に、永久磁石36からの磁力線90は対向する巻線23側に向かうことになる。即ち、磁束は回転子26の径方向に向けれられる。従って、回転磁界の回転に伴い矢印C方向に磁束Bに対して速度vで相対的に移動している1つの二次導体28aに於ける速度起電力eは、フレミング右手の法則に従い有効な磁束成分と速度との積となる。ここで有効な磁束成分は、相対的な移動方向Cに対して垂直方向(即ち、回転子の径方向)の成分であるが、ここでは磁束が径方向に向けられているため全ての磁束Bが有効に働くことになる。従って、速度起電力eはvBLで表される(ここでLは、二次導体28aの長さを表している)。
【0026】
更に、該二次導体28aで発生する力Fについて、図2(B)を参照して説明する。該二次導体28aを流れる電流iは、二次導体28aの抵抗分をRとするとi=e/Rで表される。また、二次導体28aで電流と磁束の相互作用により発生する力Fは、フレミング左手の法則に従い、磁束Bと上記速度起電力eによる電流iとの積になりF=(i×B)Lで表される。この発生力Fは、径方向に向かう磁束Bに対して垂直方向(即ち回転子26の接線方向)に発生するため、回転子26を回転させる向きに発生することになる。従って、各二次導体28aで発生する力は、全て回転子26のトルクとして有効に用いられることとなる。
【0027】
引き続き、該マグネット内蔵誘導機40の制御機構について図3を参照して説明する。マグネット内蔵誘導機40には回転数を検出するエンコーダ60が取り付けられている。エンコーダ60にて検出された回転数は制御装置80に入力される。該制御装置80は、マグネット内蔵誘導機40に印加する電流量、電流の力率を検出し、印加電圧及び周波数を調整することで、マグネット内蔵誘導機の回転数を制御する。ここで、該制御装置80は、通常時には、ベクトル制御方式で、界磁を一定にし、二次電流を増減させることでトルクを制御している。そして、速度変化が大きいときに、界磁を強め、永久磁石36を載置する筒状ロータ34の回転磁界に対する追従性を高め、応答性を上げる。
【0028】
この制御装置80による磁化電流の制御(磁化電流制御手段)動作について、図4のフローチャートを参照して更に詳細に説明する。
先ず、制御装置80は、速度指令値とエンコーダ60から入力された速度の実測値との差がしきい値δ以上か、即ち、速度指令値と速度実測値との差が大きいかを判断する(S12)。ここで、差がしきい値δ未満の際(S12がNo)、即ち、速度変化がない場合及び速度変化が小さい場合には、磁束量を一定値φ0になるようにしてベクトル制御方式によりマグネット内蔵誘導機40を制御する(S14)。ここで、磁束量をφ0とする際には磁束を永久磁石36のみで供給するため磁化電流は流さない。なお、この代わりに、永久磁石36により磁束の一部を供給し、不足分を磁化電流により供給することも可能である。
【0029】
一方、速度指令値と速度実測値との差がしきい値δ以上の際(S12がYes)、即ち、速度変化が大きい場合には、磁束量を一定にする制御を中断し、磁束量(磁化電流)を速度指令値と実際の速度値との差に応じて高める(S16)。ここでは、磁束量として、定数k に速度指令値と実際の速度値との差を掛けた値を、常時の磁束量φ0に加えて制御目標値にする。これにより、界磁を強め、永久磁石36を載置する筒状ロータ34の回転磁界に対する追従性を高め、応答性を上げる。そして、二次電流を変化させることでトルクを指令値に対して高速で応答させる。なお、この第1実施形態の制御方法は、磁化電流を速度指令値と実際の速度値との差に応じて高めるため、速度指令値と実際の速度値との差が大きいときにも、固定子22の回転磁界に、筒状ロータ34を追従させることができる。
【0030】
引き続き、本発明の第2実施形態に係る制御装置による磁化電流の制御(磁化電流制御手段)動作について、図5のフローチャートを参照して説明する。なお、第2実施形態のマグネット内蔵誘導機の構成及び制御装置の構成は図1、図3を参照して上述した第1実施形態と同様であるため図示及び説明を省略する。
【0031】
先ず、制御装置80は、速度指令値とエンコーダ60から入力された速度の実測値との差がしきい値δ以上か、即ち、速度指令値と速度実測値との差が大きいかを判断する(S22)。ここで、差がしきい値δ未満の際(S22がNo)、即ち、速度変化がない場合及び速度変化が小さい場合には、磁束量を一定値φ0になるようにしてベクトル制御方式によりマグネット内蔵誘導機40を制御する(S24)。ここでは、磁束を永久磁石36のみで供給するため磁化電流は流さない。なお、この代わりに、永久磁石36により磁束の一部を供給し、不足分を磁化電流により供給することも可能である。
【0032】
一方、速度指令値と速度実測値との差がしきい値δ以上の際(S22がYes)、即ち、速度変化が大きい場合には、磁束量を一定にする制御を一時中断し、磁束量(磁化電流)をφ0から一定値φK に高める(S26)。これにより、界磁を強め、永久磁石36を載置する筒状ロータ34の回転磁界に対する追従性を高め、応答性を上げる。なお、上述した第1実施形態においては、磁束量を速度指令値と実際の速度値との差に応じて高めたが、この第2実施形態においては、磁束量をφ0よりも高いφK (一定値)に高める。その後、経過時間を表す変数nに1を加え(S28)、そして、変数nの値が、予め設定された定数mを越えるか、即ち、一定時間が経過したかを判断する(S30)。ここで、変数nの値が定数mを越えるまで、即ち、一定時間が経過するまでは(S30がNo)、ステップ26に戻り、高い磁束量φK を維持する。そして、一定時間が経過することにより(S30がYes)、ステップ22に戻り、再び、速度指令値と速度実測値との差がしきい値δ以上のであるかを判断する。なお、この第2実施形態の制御方法は、速度指令値と実際の速度値との差とは無関係に速度指令値を高めるため、磁束指令値を演算する必要がなく、制御が容易である利点がある。
【0033】
なお、上述した実施形態においては、かご型誘導電動機を例示したが、本発明の制御方法及び制御装置では、巻線型の誘導電動機を好適に制御することが可能である。同様に、マグネット内蔵誘導機として永久磁石36を内蔵する誘導電動機を例示したが、本発明の制御方法及び装置では、電磁石を内蔵する誘導電動機の応答性を高めることもできる。
【0034】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、速度を変化させる際に、磁化電流を高めるので、固定子の回転磁界に筒状ロータを追従させることができるため、マグネット内蔵誘導機の応答性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(A)は、本発明の第1実施形態に係るマグネット内蔵誘導機の縦断面であり、図1(B)は、該マグネット内蔵誘導機の回転子の横断面図である。
【図2】図2(A)及び図2(B)は、第1実施形態のマグネット内蔵誘導機の速度起電力と発生トルクとの説明図である。
【図3】第1実施形態のマグネット内蔵誘導機の制御機構を示すブロック図である。
【図4】第1実施形態に係るマグネット内蔵誘導機の制御装置による処理を示すフローチャートである。
【図5】第2実施形態に係るマグネット内蔵誘導機の制御装置による処理を示すフローチャートである。
【図6】マグネット内蔵誘導機の構成を示す断面図である。
【図7】図7(A)は、既存の誘導電動機の応答性の測定結果を示し、図7(B)は、マグネット内蔵誘導機の応答性の測定結果を示している。
【符号の説明】
20 マグネット内蔵誘導機
22 固定子
26 回転子
28a 二次導体
34 筒状ロータ(マグネット保持部材)
36 永久磁石(マグネット)
60 エンコーダ
80 制御装置
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides a stator that generates a rotating magnetic field, a rotor that is fixed to a shaft and rotates in the stator, and is disposed in a hollow space formed in the rotor and has a rotating magnetic field of the stator on the outer periphery. The present invention relates to a control method and a control device for an induction machine with a built-in magnet, comprising a magnet holding member rotatably supported on a shaft and having a magnet attached so as to face each other.
[0002]
[Prior art]
Induction motors have been widely used in various industrial fields because they are robust, inexpensive, and do not require speed control. In the past, DC motors were the mainstream when used at variable speeds, but advances in power electronics elements and control technologies such as vector control have enabled variable speed operation of induction motors. It is replacing the motor. The principle of this induction motor is that a current is applied to a primary coil disposed on a stator to generate a magnetic flux, and this magnetic flux generates an induction current on a rotor side, and a torque is generated by an interaction between the magnetic flux and the induction current. Is generated. This existing induction motor has a problem that the magnetic flux generated by the stator bypasses (does not enter the inside of the rotor) and the magnetic flux density in the radial direction of the rotor that contributes to the generation of torque is small.
[0003]
As an induction motor that solves this problem, the present applicant has disclosed an induction motor with a built-in magnet that includes a magnet that rotates in synchronization with a rotating magnetic field of a stator in a rotor. And Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-289515. The configuration of the induction machine with a built-in magnet will be described with reference to FIG.
[0004]
A plurality of slots 24 are provided on the inner periphery of the stator 22, and a winding 23 is arranged in each slot 24. A rotor 26 incorporating a car is fixed to the shaft 32. The car is composed of a pair of short-circuit rings 28b (only one is shown in FIG. 6) and a plurality of secondary conductors 28a, similarly to a conventional car-type induction motor. Inside the rotor 26, a steel cylindrical rotor 34 is arranged, and the cylindrical rotor 34 is rotatably supported with respect to the shaft 32 by a pair of bearings (not shown). Four permanent magnets 36 are attached to the outer periphery of the cylindrical rotor 34 in accordance with the number of poles (fields) of the magnet built-in induction machine 20.
[0005]
In the induction machine 20 with a built-in magnet, since the magnet 36 is attached to the surface of the cylindrical rotor 34 so as to face the rotating magnetic field of the stator 22, when the stator 22 is excited and the rotating magnetic field is generated, it is synchronized with this. The tubular member 34 rotates. The magnetic flux generated in the stator 22 is directed toward the magnet 36 facing the stator, and therefore crosses the rotor 26 in the radial direction. That is, since the magnetic flux traverses the rotor 26 in the radial direction, the torque generated in the rotor 26 increases.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
It has been found that the induction motor with a built-in magnet has a higher generated torque, but has a reduced responsiveness during rapid acceleration, deceleration, or reversal as compared with an existing induction motor.
The experimental results of the response will be described with reference to the graph of FIG. FIG. 7A shows a measurement result of an existing induction motor. FIG. 7B shows a measurement result of an induction machine with a built-in magnet. Here, a lamp input with a power factor of 1 and a drive frequency changed from 31.2 KHz (pulse interval of about 3 (ms): rotation speed of 900 rpm) to 50.3 KHz (pulse interval of about 2 (ms): rotation speed of 1500 rpm) (Acceleration time 0.1 S) was measured.
[0007]
Here, the existing induction motor had a rise time of 21.4 (ms), whereas the induction motor with a built-in magnet had a rise time of 24.4 (ms). The delay time of the existing induction motor was 30.8 (ms), while that of the induction motor with a built-in magnet was 31.2 (ms). The settling time of the existing induction motor was 125.4 (ms), while that of the magnet-equipped induction machine was 204.3 (ms). The overshoot time was 50.2 (ms) for the induction motor, while it was 67.0 (ms) for the induction motor with a built-in magnet. Further, the overshoot amount was 5.2% for the induction motor and 29% for the induction motor with a built-in magnet.
[0008]
It is considered that the reason for the decrease in the response is that the tubular rotor 34 cannot follow the change in the rotating magnetic flux at the time of rapid acceleration, deceleration, or reversal, and loses synchronization.
[0009]
The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a control method and a control device of a magnet-responsive induction machine having high responsiveness.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect , a stator that generates a rotating magnetic field, a rotor that is fixed to a shaft and rotates in the stator, and is disposed in a hollow space formed in the rotor, A magnet is attached so as to face the rotating magnetic field, and a magnet holding member rotatably supported on the shaft.
The difference between the speed values of the actual rotation of the rotor and the speed command value for rotating the rotor is determined whether a predetermined value in the following,
When the difference is within a predetermined value, control to keep the magnetizing current constant,
When the difference exceeds a predetermined value, control for increasing the magnetizing current is performed.
[0012]
In the method of controlling a built-in magnet induction machine according to claim 2, in claim 1, as a control to keep the magnetizing current constant, and technical means performs vector control.
[0013]
In the method of controlling a built-in magnet induction machine according to claim 3, in claim 2, technology to enhance the as a control to increase the magnetizing current, according to the difference between the actual speed value and a speed command value magnetizing current Characteristic.
[0014]
In the method of controlling a built-in magnet induction machine according to claim 4, in claim 2, as a control for increasing the magnetizing current, and technical features of increasing the magnetizing current constant value.
[0015]
In order to achieve the above object, in claim 5 , a stator that generates a rotating magnetic field, a rotor that is fixed to a shaft and rotates in the stator, and is disposed in a hollow space formed in the rotor. A magnet attached to the outer periphery of the stator so as to face the rotating magnetic field of the stator, and a magnet holding member rotatably supported on the shaft,
Determine whether the difference between the speed command value for rotating the rotor and the actual speed value of the rotation of the rotor is within a predetermined value,
When the difference is within a predetermined value , control to keep the magnetizing current constant,
When the difference exceeds a predetermined value , a technical feature is that a magnetizing current control means for controlling to increase the magnetizing current is provided.
[0017]
According to the control method of the built-in magnet induction machine according to claim 1, the difference between the actual speed value and a speed command value to determine whether the predetermined value in the following, when the difference exceeds a predetermined value, because it increases the magnetization current, fixed The magnet holding member can follow the rotating magnetic field of the child. For this reason, the responsiveness of the induction machine with a built-in magnet can be improved.
[0018]
According to the control method of the built-in magnet induction machine according to claim 2, the vector control, when the speed change is small, to keep the magnetizing current constant, it is possible to easily control the speed built-in magnet induction machine.
[0019]
According to the control method of the induction motor with a built-in magnet of claim 3 , when the speed change is large, the magnetizing current is increased according to the difference between the speed command value and the actual speed value. Is large, the magnet holding member can follow the rotating magnetic field of the stator.
[0020]
According to the control method of the built-in magnet induction machine according to claim 4, when the speed change is large, increasing the magnetizing current constant value. For this reason, complicated calculations are unnecessary and control is easy.
[0021]
According to the control device of the induction machine with a built-in magnet of the present invention, it is determined whether the difference between the speed command value and the actual speed value is within a predetermined value, and when the difference exceeds the predetermined value, the magnetizing current is increased. The magnet holding member can follow the rotating magnetic field. For this reason, the responsiveness of the induction machine with a built-in magnet can be improved.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a control method and a control device of an induction machine with a built-in magnet according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1A shows a longitudinal section of a three-phase four-pole cage-type magnet-equipped induction machine 40 according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1B shows a transverse section of the rotor 26. As shown in FIG. 1A, a plurality of slots 24 are provided on the inner periphery of the stator 22, and a winding 23 is arranged in each slot 24. The stator 22 is the same as the conventional cage induction motor.
[0023]
As shown in FIG. 1B, the rotor 26 is fixed to a shaft 32, and the shaft 32 is rotatably supported by a pair of bearings 30A and 30B. The rotor 26 includes a rotor 28b on which a plurality of secondary conductors 28a are arranged, and frame rings 28C and 28D. Inside the stator 26, a steel cylindrical rotor 34 is provided, and the cylindrical rotor 34 is rotatably supported on the shaft 32 by a pair of bearings 38A and 38B. Four permanent magnets 36 are attached to the outer periphery of the cylindrical rotor 34 in accordance with the number of poles (fields) of the stator 22. The permanent magnet 36 is formed of a neodymium-iron-boron magnet.
[0024]
In the induction machine 40 with a built-in magnet, when a three-phase alternating current is applied to the winding 23 of the stator 22, a rotating magnetic field is generated in the direction of arrow A in the drawing. When the magnetic flux of the rotating magnetic field crosses each of the secondary conductors 28a of the rotor 26, a speed electromotive force is generated in the secondary conductor 28a, and a current flows in the secondary conductor 28a due to the speed electromotive force. The interaction between the current and the magnetic flux generates a torque to rotate the rotor 26 in the same direction as the magnetic field. This rotation speed has a slip in relation to the generated torque and is lower than the speed of the rotating magnetic field on the stator 22 side. On the other hand, since each permanent magnet 36 is attracted by the magnetic force generated on the stator side, the cylindrical rotor 34 rotates almost completely in synchronization with the rotating magnetic field generated on the stator 22 (accurately, slightly Has an angular delay). In the induction machine 20 with a built-in magnet, the magnetic flux is directed to the opposing permanent magnet 36, so that the magnetic flux crosses the secondary conductor 28 a of the rotor 26 in the radial direction. That is, since the magnetic flux crosses the secondary conductor 28a in the radial direction, the torque generated in the rotor 26 increases. Further, since the magnetic flux is supplied from the permanent magnet 36, the amount of the magnetizing current can be reduced, and the power factor increases.
[0025]
The principle of generation of this torque will be described in more detail with reference to FIG. As shown in FIG. 2A, the lines of magnetic force 90 from the winding 23 go to the facing permanent magnet 36, and the lines of magnetic force 90 from the permanent magnet 36 go to the facing winding 23. That is, the magnetic flux is directed in the radial direction of the rotor 26. Therefore, the velocity electromotive force e in one secondary conductor 28a which is relatively moving at a velocity v with respect to the magnetic flux B in the direction of the arrow C with the rotation of the rotating magnetic field is the effective magnetic flux according to the Fleming right hand rule. It is the product of the component and the velocity. Here, the effective magnetic flux component is a component in a direction perpendicular to the relative movement direction C (that is, in a radial direction of the rotor). Here, since the magnetic flux is directed in the radial direction, all the magnetic fluxes B Will work effectively. Therefore, the speed electromotive force e is represented by vBL (where L represents the length of the secondary conductor 28a).
[0026]
Further, the force F generated in the secondary conductor 28a will be described with reference to FIG. The current i flowing through the secondary conductor 28a is represented by i = e / R, where R is the resistance of the secondary conductor 28a. The force F generated by the interaction between the current and the magnetic flux in the secondary conductor 28a is the product of the magnetic flux B and the current i due to the speed electromotive force e according to Fleming's left hand rule, and F = (i × B) L Is represented by Since the generated force F is generated in a direction perpendicular to the magnetic flux B directed in the radial direction (that is, a tangential direction of the rotor 26), the generated force F is generated in a direction for rotating the rotor 26. Therefore, all the forces generated in the secondary conductors 28a are effectively used as the torque of the rotor 26.
[0027]
Subsequently, a control mechanism of the magnet-equipped induction machine 40 will be described with reference to FIG. An encoder 60 for detecting the number of rotations is attached to the magnet-equipped induction machine 40. The rotation speed detected by the encoder 60 is input to the control device 80. The control device 80 detects the amount of current applied to the induction machine with a built-in magnet 40 and the power factor of the current, and controls the rotation speed of the induction machine with a built-in magnet by adjusting the applied voltage and the frequency. Here, the control device 80 normally controls the torque by making the field constant and increasing / decreasing the secondary current by the vector control method. When the speed change is large, the field is strengthened, the followability of the cylindrical rotor 34 on which the permanent magnet 36 is mounted to the rotating magnetic field is increased, and the response is improved.
[0028]
The operation of controlling the magnetizing current (magnetizing current control means) by the control device 80 will be described in more detail with reference to the flowchart of FIG.
First, the control device 80 determines whether the difference between the speed command value and the actually measured value of the speed input from the encoder 60 is equal to or larger than the threshold δ, that is, whether the difference between the speed command value and the actually measured speed value is large. (S12). Here, when the difference is smaller than the threshold value δ (No in S12), that is, when there is no speed change and when the speed change is small, the magnetic flux amount is set to a fixed value φ0 and the magnet is controlled by the vector control method. The built-in induction machine 40 is controlled (S14). Here, when the amount of magnetic flux is φ0, the magnetizing current does not flow because the magnetic flux is supplied only by the permanent magnet 36. Alternatively, a part of the magnetic flux may be supplied by the permanent magnet 36, and the shortage may be supplied by the magnetizing current.
[0029]
On the other hand, when the difference between the speed command value and the actually measured speed value is equal to or larger than the threshold value δ (Yes in S12), that is, when the speed change is large, the control for keeping the magnetic flux amount constant is interrupted, and the magnetic flux amount ( The magnetizing current is increased according to the difference between the speed command value and the actual speed value (S16). Here, a value obtained by multiplying the constant k by the difference between the speed command value and the actual speed value is added to the constant magnetic flux amount φ0 as a control target value as the magnetic flux amount. As a result, the field is strengthened, the followability of the cylindrical rotor 34 on which the permanent magnet 36 is mounted to the rotating magnetic field is increased, and the response is improved. Then, the torque is made to respond to the command value at a high speed by changing the secondary current. In the control method of the first embodiment, the magnetizing current is increased according to the difference between the speed command value and the actual speed value. Therefore, even when the difference between the speed command value and the actual speed value is large, the control method is fixed. The cylindrical rotor 34 can follow the rotating magnetic field of the child 22.
[0030]
Subsequently, the control operation of the magnetizing current (magnetizing current control means) by the control device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. The configuration of the induction machine with a built-in magnet and the configuration of the control device according to the second embodiment are the same as those of the first embodiment described above with reference to FIGS.
[0031]
First, the control device 80 determines whether the difference between the speed command value and the actually measured value of the speed input from the encoder 60 is equal to or larger than the threshold δ, that is, whether the difference between the speed command value and the actually measured speed value is large. (S22). Here, when the difference is less than the threshold value δ (No in S22), that is, when there is no speed change and when the speed change is small, the magnetic flux amount is set to a constant value φ0 and the magnet is controlled by the vector control method. The built-in induction machine 40 is controlled (S24). Here, since the magnetic flux is supplied only by the permanent magnet 36, no magnetizing current flows. Alternatively, a part of the magnetic flux may be supplied by the permanent magnet 36, and the shortage may be supplied by the magnetizing current.
[0032]
On the other hand, when the difference between the speed command value and the actually measured speed value is equal to or larger than the threshold value δ (Yes in S22), that is, when the speed change is large, the control for keeping the amount of magnetic flux constant is temporarily stopped. (Magnetizing current) is increased from φ0 to a constant value φK (S26). As a result, the field is strengthened, the followability of the cylindrical rotor 34 on which the permanent magnet 36 is mounted to the rotating magnetic field is increased, and the response is improved. In the first embodiment described above, the amount of magnetic flux is increased in accordance with the difference between the speed command value and the actual speed value. However, in the second embodiment, the amount of magnetic flux is set to φK (constant) higher than φ0. Value). Thereafter, 1 is added to the variable n representing the elapsed time (S28), and it is determined whether the value of the variable n exceeds a preset constant m, that is, whether a certain time has elapsed (S30). Here, until the value of the variable n exceeds the constant m, that is, until a predetermined time has elapsed (No in S30), the process returns to step 26, and the high magnetic flux amount φK is maintained. Then, when the predetermined time has elapsed (Yes in S30), the process returns to step 22, and it is determined again whether the difference between the speed command value and the actually measured speed value is equal to or larger than the threshold value δ. In the control method of the second embodiment, the speed command value is increased irrespective of the difference between the speed command value and the actual speed value. Therefore, there is no need to calculate the magnetic flux command value, and the control is easy. There is.
[0033]
Although the cage-type induction motor has been exemplified in the above-described embodiment, the control method and the control device of the present invention can suitably control the winding-type induction motor. Similarly, an induction motor incorporating a permanent magnet 36 is illustrated as an example of an induction motor with a built-in magnet, but the control method and apparatus of the present invention can also enhance the responsiveness of an induction motor with a built-in electromagnet.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when the speed is changed, the magnetizing current is increased, so that the cylindrical rotor can follow the rotating magnetic field of the stator. It becomes possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a longitudinal section of an induction machine with a built-in magnet according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view of a rotor of the induction machine with a built-in magnet. is there.
FIGS. 2A and 2B are explanatory diagrams of a speed electromotive force and a generated torque of the induction machine with a built-in magnet according to the first embodiment.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a control mechanism of the induction machine with a built-in magnet according to the first embodiment.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a process performed by a control device of the induction machine with a built-in magnet according to the first embodiment;
FIG. 5 is a flowchart illustrating a process performed by the control device for the induction machine with a built-in magnet according to the second embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an induction machine with a built-in magnet.
FIG. 7A shows a measurement result of responsiveness of an existing induction motor, and FIG. 7B shows a measurement result of responsiveness of an induction motor with a built-in magnet.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 20 induction machine with built-in magnet 22 stator 26 rotor 28a secondary conductor 34 cylindrical rotor (magnet holding member)
36 permanent magnets (magnets)
60 encoder 80 control device

Claims (5)

回転磁界を発生する固定子と、軸に固定され該固定子内で回転する回転子と、該回転子内に形成された中空空間に配置され、外周に前記固定子の回転磁界と対向するようにマグネットが取り付けられ、前記軸に回転自在に支持されたマグネット保持部材と、を備えるマグネット内蔵誘導機の制御方法において、
前記回転子を回転させる速度指令値と実際の回転子の回転の速度値との差が所定値以かを判断し、
前記差が所定値以内の時には、磁化電流を一定に保つ制御を行い、
前記差が所定値を越える時には、磁化電流を高める制御を行うことを特徴とするマグネット内蔵誘導機の制御方法。
A stator that generates a rotating magnetic field, a rotor that is fixed to a shaft and rotates in the stator, and is disposed in a hollow space formed in the rotor, and has an outer periphery that faces the rotating magnetic field of the stator. A magnet is attached to the magnet, and a magnet holding member rotatably supported on the shaft, the control method of the magnet built-in induction machine comprising:
The difference between the speed values of the actual rotation of the rotor and the speed command value for rotating the rotor is determined whether a predetermined value in the following,
When the difference is within a predetermined value, control to keep the magnetizing current constant,
When the difference exceeds a predetermined value, control for increasing the magnetizing current is performed.
前記磁化電流を一定に保つ制御として、ベクトル制御を行うことを特徴とする請求項のマグネット内蔵誘導機の制御方法。As a control to keep the magnetizing current constant control method according to claim 1 of the built-in magnet induction machine and performing vector control. 前記磁化電流を高める制御として、磁化電流を速度指令値と実際の速度値との差に応じて高めることを特徴とする請求項に記載のマグネット内蔵誘導機の制御方法。 3. The control method for an induction machine with a built-in magnet according to claim 2 , wherein, as the control for increasing the magnetizing current, the magnetizing current is increased according to a difference between a speed command value and an actual speed value. 前記磁化電流を高める制御として、磁化電流を一定値高めることを特徴とする請求項に記載のマグネット内蔵誘導機の制御方法。 3. The control method for an induction machine with a built-in magnet according to claim 2 , wherein the control for increasing the magnetizing current includes increasing the magnetizing current by a constant value. 回転磁界を発生する固定子と、軸に固定され該固定子内で回転する回転子と、該回転子内に形成された中空空間に配置され、外周に前記固定子の回転磁界と対向するようにマグネットが取り付けられ、前記軸に回転自在に支持されたマグネット保持部材と、を備えるマグネット内蔵誘導機の制御装置において、
前記回転子を回転させる速度指令値と実際の回転子の回転の速度値との差が所定値以内かを判断し、
前記差が所定値以内の時には、磁化電流を一定に保つ制御を行い、
前記差が所定値を越える時には、磁化電流を高める制御を行う磁化電流制御手段を設けたことを特徴とするマグネット内蔵誘導機。
A stator that generates a rotating magnetic field, a rotor that is fixed to a shaft and rotates in the stator, and is disposed in a hollow space formed in the rotor, and has an outer periphery that faces the rotating magnetic field of the stator. A magnet is attached to the magnet, and a magnet holding member rotatably supported on the shaft, the control device of the induction machine with a built-in magnet, comprising:
Determine whether the difference between the speed command value for rotating the rotor and the actual speed value of the rotor rotation is within a predetermined value,
When the difference is within a predetermined value , control to keep the magnetizing current constant,
When the difference exceeds a predetermined value, a magnetizing current control means for performing control for increasing the magnetizing current is provided.
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