(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟磁性材料からなる回転子表面の磁気抵抗が固定子側から見て回転方向に高低差を持つよう回転子内部に磁気絶縁手段を備えることで固定子の起磁力を磁気抵抗の低い部分である磁極を貫通させ回転子磁極を前記起磁力方向に回転移動するようなトルクが発生するリラクタンス型同期電動機と、前記回転子の回転子位置を検出する検出手段と、前記同期電動機に電流を流すために、前記回転子位置より電機子電流指令と回転子速度に応じた係数を乗じられた界磁電流指令をそれぞれ算出し加算することで電流指令値とする電流指令演算手段を具備する制御装置において、
トルク指令値または電機子電流値の極性判定部と、
一定の界磁電流を出力する界磁電流振幅演算部と、
トルク指令値または電機子電流値の関数である位相シフト量を演算する位相シフト演算部とを備え、
前記位相シフト量はトルク指令値または電機子電流値のしきい値にて増加率が変化し、トルク指令値または電機子電流値の極性に応じて、
すなわち、
トルク指令値または電機子電流値が正の場合、極性判定部の出力は負（遅れ位相）、トルク指令値または電機子電流値が負の場合、極性判定部の出力は正（進み位相）、になるよう位相シフト量が演算される、
ことを特徴とするリラクタンス型同期電動機の制御装置。
【請求項２】
軟磁性材料からなる回転子表面の磁気抵抗が固定子側から見て回転方向に高低差を持つよう回転子内部に磁気絶縁手段を備えることで固定子の起磁力を磁気抵抗の低い部分である磁極を貫通させ回転子磁極を前記起磁力方向に回転移動するようなトルクが発生するリラクタンス型同期電動機と、前記回転子の回転子位置を検出する検出手段と、前記同期電動機に電流を流すために、前記回転子位置より電機子電流指令と回転子速度に応じた係数を乗じられた界磁電流指令をそれぞれ算出し加算することで電流指令値とする電流指令演算手段を具備する制御装置において、
一定の界磁電流振幅を出力する界磁電流振幅演算部と、
トルク指令値または電機子電流値の関数である界磁電流補償値を演算する界磁電流補償部を備え、
前記界磁電流補償値はトルク指令値または電機子電流値のしきい値にて増加率が変化し、前記界磁電流振幅に前記界磁電流補償値を加算して界磁電流指令値とする、
ことを特徴とするリラクタンス型同期電動機の制御装置。
【請求項３】
電機子電流振幅は回転子速度の関数である電機子電流係数が乗じられ、
前記電機子電流係数は１以下であり基底回転数以上で回転数に応じて減少することを特徴とする請求項１または２に記載のリラクタンス型同期電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械等に利用される同期電動機の制御装置に関するものであり、特にリラクタンス型同期電動機の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工作機械等の位置決めや送り軸駆動に用いる電動機には、回転子に永久磁石を利用した永久磁石型同期電動機が利用されていた。そのため、制御装置で電流を印加する場合には、電機子電流（トルク電流）の振幅および位相のみを制御すればよかった。しかし磁石の磁力が制御できないため、界磁弱め（定出力）制御などの界磁を任意に制御する方法が利用できず、設計回転数（以下、基底回転数と呼ぶ）以上になると端子間誘起電圧が電源電圧を越えて飽和してしまい、制御が不安定になるという問題が生じていた。
そのため、永久磁石型電動機の代わりに界磁電流、電機子電流を独立に制御が行えるリラクタンス型電動機を利用し、界磁電流を基底回転数以上では回転子速度に応じて弱める（＝永久磁石でいうところの磁力を低減させることと同等）ことで、基底回転数以上でも制御ができるようにした。
図１５は上述した従来のリラクタンス型同期電動機の制御装置の一例を示すブロック図である。
加算器１は、図示しない上位制御装置から指令された速度指令値ＳＶＣと、電動機６に取付けられている検出器１０で読みとった電動機６の回転子位置ＳＰが微分器１１で変換された回転子速度ＳＰＤとから速度誤差ＤＩＦを求めＰＩ制御器２へ出力する。ＰＩ制御器２は、速度誤差ＤＩＦに速度ループゲインを乗算してトルク指令値ＳＴＣを求めトルク−電流指令変換部７へ出力する。トルク−電流指令変換部７は、レベル変換器７１によりトルク指令値ＳＴＣを電機子電流振幅指令値ＳＩＱにレベル変換し、乗算器７２で位相分配器７３の出力と乗じられ電機子電流指令値ＳＩＡＣを加算器３へ出力する。
一方、界磁電流演算部９では、界磁電流係数演算部９１が回転子速度ＳＰＤを参照して、図２の（ａ）の関数パターン２１（基底回転数Ｎｂａｓｅ以下では一定値であり、基底回転数Ｎｂａｓｅ以上では回転子速度ＳＰＤに依存した曲線の関数）に従った界磁電流係数ＳＫＤが出力され、界磁電流デフォルト値ＩＤＣと乗算器９３で乗じて界磁電流振幅ＳＩＤを乗算器９４へ出力する。乗算器９４では、位相分配器９５の出力と界磁電流振幅ＳＩＤを乗じて界磁電流指令値ＳＩＦＣを加算器３へ出力する。この界磁電流指令値ＳＩＦＣは、位相器９７と加算器９６により電機子電流指令値ＳＩＡＣに比べて位相がπ／２ずれている。加算器３は、電機子電流指令値ＳＩＡＣと界磁電流指令値ＳＩＦＣとをベクトル加算して、合成電流指令値ＳＩＣを位相分配器４へ出力する。その後、アンプ５により各相の電流指令値ＳＩＵＣとＳＩＶＣが増幅され電動機６に出力されて駆動される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のリラクタンス型同期電動機の制御装置においては、界磁電流制御が回転子速度ＳＰＤのみに依存し、なおかつ基底回転数Ｎｂａｓｅ以上でのみ界磁弱め制御をする。そのうえ、大きなトルクが必要な場合、界磁電流を多く流すよう設定しておくため、停止時や定速などのトルクが必要ない場合にも常に界磁電流が流れているため、電力消費が大きいばかりでなく電動機本体も発熱してしまうという問題点がある。また、界磁電流が低いとトルク定数が低くなり、同じ電機子電流を流しているにも関わらず発生するトルクが低下してしまい、モータ加速時間が延びることになり工作機械に適用した場合、加工サイクルが延びてしまうという問題点がある上、界磁電流に比べて電機子電流が大きな場合、電機子反作用が起こり電機子電流に対するトルクの線形性が失われトルク定数が低下するという現象が発生する。
上記トルク定数の低下は、ワークピースの切削時に加工斑となって現れ、加工精度が低下するといった問題も発生する。
本発明は上述した事情から成されたものであり、本発明の目的は低消費電力で制御性がよく、効率の良いリラクタンス型同期電動機の制御装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決する為に本発明の磁性材料からなる回転子表面の磁気抵抗が固定子側から見て回転方向に高低差を持つよう回転子内部に磁気絶縁手段を備えることで固定子の起磁力を磁気抵抗の低い部分である磁極を貫通して発生し回転子磁極を前記起磁力方向に回転移動させるようなトルクを発生するようなリラクタンス型同期電動機と、前記回転子の回転子位置を検出する検出手段と、前記同期電動機に電流を流すために、前記回転子位置より電機子電流指令と界磁電流指令をそれぞれ算出し加算することで電流指令指令とする電流指令演算手段を具備する制御装置においては、回転子速度を参照し演算される界磁電流振幅演算部と、トルク指令値を参照する関数発生部によって得られた係数を乗じることで、界磁電流指令値とする演算部を備えている。
また、電機子電流指令値を参照する補償値を演算し、電機子電流振幅を補償することで電機子電流指令値とする電機子電流補償演算部を備えることも可能である。
さらに、一定の界磁電流を出力する界磁電流振幅演算部と、トルク指令値または電機子電流を参照する極性判定部より出力される符号値とトルク指令値または電機子電流振幅値を参照する関数を乗ずることにより得られる位相シフト量を演算する位相シフト演算部を備えることも可能である。
さらに、一定の界磁電流を出力する界磁電流振幅演算部と、トルク指令値または電機子電流を参照し、前記界磁電流振幅に加算する界磁電流補償部を備えることも可能である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１から第３の実施形態を説明する。なお、特に断らない限り同記号、番号の要素・信号は同機能、性能を有するものである。
図１は本発明の第１の実施形態を示す図である。本発明の第１の実施形態は、従来の構成に対して、界磁電流補償係数演算部１５と電機子電流補償値演算部１６が新たに追加されている。以下、図面を参照して第１の実施形態を説明する。
界磁電流補償係数演算部１５は、トルク指令ＳＴＣを参照するような関数により界磁電流補償係数ＳＫＦを求め乗算器１７へ出力する。乗算器１７は界磁電流演算部９により求められた界磁電流指令値ＳＩＤＣと界磁電流補償係数ＳＫＦを乗じて、補償された界磁電流指令値ＳＩＦＣを求め、電機子電流補償値演算部１６と加算器３へそれぞれ出力する。
電機子電流補償値演算部１６は、入力された界磁電流指令値ＳＩＦＣに応じた電機子電流指令補償値ＳＫＡを求め加算器１４へ出力する。加算器１４では、電機子電流振幅指令値ＳＩＱと電機子電流指令補償値ＳＫＡとを加算し、補償された電機子電流指令値ＳＩＱＣを求め、位相分配器７３からの出力を乗じて電機子電流指令値ＳＩＡＣとし、加算器３へ出力する。
加算器３は、界磁電流指令値ＳＩＤＣと電機子電流指令値ＳＩＡＣとをベクトル加算して合成電流指令ＳＩＣを位相分配器４に出力する。その後、アンプ５により各相の電流指令値ＳＩＵＣ、ＳＩＶＣが増幅され電動機６に出力され駆動される。
【０００６】
図２は（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に界磁電流係数演算部９１、界磁電流補償係数演算部１５、電機子電流補償値演算部１６の内部での関数パターンの実施例である。図２（ａ）は、界磁電流係数演算部９１の処理であるが、従来の技術で説明したので省略する。図２（ｂ）は、界磁電流補償係数演算部１５の処理である。
関数パターン２３（実線）の場合、トルク指令ＳＴＣ＝０の時に界磁電流補償係数ＳＫＦは０．３をとり、またトルク指令ＳＴＣ＝トルクしきい値Ｔｄ以上では１．０を取るように設定されている。トルク指令ＳＴＣが０からトルクしきい値Ｔｄの間は、トルク指令ＳＴＣの１次関数で表される。関数パターン２２（破線）の場合、関数パターン２３とは違いトルク指令ＳＴＣ＝０の時に界磁電流係数ＳＫＦは０である。またトルクしきい値Ｔｄ以上でも１．０という一定の値をとらず、界磁電流係数ＳＫＦ＞１．０となりこの状態は界磁電流指令ＳＩＤＣを増加する（界磁強め）効果となる。
図２（ｃ）は電機子電流補償値演算部１６の処理である。
関数パターン２４は界磁電流指令値ＳＩＦＣが０の場合、補償値は必要ないので処理を行わない。界磁電流指令値ＳＩＦＣが小さい場合、電動機のトルク定数は一般に低下する。システムを制御的に安定させるにはトルク定数＝一定が望ましいため、界磁電流指令値ＳＩＦＣが低下した場合、より多くの電機子電流を流すことでトルク定数の変化を抑えることが可能である。よって界磁電流指令値ＳＩＦＣが低い場合には、電機子電流補償値ＳＫＡを電機子電流指令ＳＩＱに加算する。界磁電流指令値ＳＩＦＣ＞Ｉｆ０の場合、補償する必要がないので電機子電流補償値ＳＫＡは０となる。
【０００７】
図３は界磁電流補償係数演算部１５の効果を説明する為の図であり、図３（ａ）は、トルク指令値の変化を表し、図３（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はトルク指令値ＳＴＣに対する界磁電流指令値ＳＩＦＣ又はＳＩＤＣの変化を表している。説明の便宜上、回転子速度ＳＰＤによる界磁弱め制御（図２の（ａ）、関数パターン２１）がない領域（回転子速度ＳＰＤ＜Ｎｂａｓｅ）での説明を行う。
トルク指令値ＳＴＣがパターン３０のように変化したとすると、従来は、図３（ｂ）のパターン３１で示す様に界磁電流指令値ＳＩＦＣが常に一定値（＝Ｉｆ０）となる。これに対して本発明の第１の実施形態では、図２（ｂ）の関数パターン２３から求められる界磁電流補償係数ＳＫＦを適用した場合は、図３（ｃ）のパターン３２のように界磁電流指令値ＳＩＦＣが変化する。また、図２（ｂ）の関数パターン２２から求められる界磁電流補償係数ＳＫＦを適用した場合は、図３（ｃ）のパターン３３のように界磁電流指令値ＳＩＦＣが変化し、界磁電流ＳＩＦＣがＩｆ０より大きくなる（界磁強め）領域があることがわかる。
以上より、図３（ｂ）のパターン３１に比べ、図３（ｃ）、（ｄ）のパターン３２、３３は時間積分値が小さくなっていることが分かる。すなわち、トルクが必要でない時に流れる界磁電流の量が従来に比べ抑えられるので、その結果電力消費が小さくなり電動機の発熱が低下する。
【０００８】
図４は電機子電流補償値演算部１６の効果を説明する為の図である。
図４（ａ）は上位制御装置からの速度指令値ＳＶＣがＳＶＣ＝０から電動機の最高回転数Ｎｍａｘに立ち上がる時のパターン４１を示している。図４（ｂ）にはその場合の電動機の応答を回転子速度ＳＰＤを引用して表している。パターン４３（破線）は電機子電流補償値演算部１６が適用されていない従来における加速カーブである。回転子速度ＳＰＤがＮｂａｓｅを越えると、界磁電流指令値ＳＩＦＣが低下するため、トルク定数も低下し回転子速度ＳＰＤが増加するにつれて加速が鈍っていることがわかる。パターン４２（実線）は電機子電流補償値演算部１６を適用した場合の加速カーブである。トルク定数がほぼ一定になるように補償されるため、加速カーブは直線に近くなり、電機子電流補償値演算部１６を適用しない場合の加速カーブ；パターン４３に比べ、Δｔだけ加速時間が短縮できることがわかる。
【０００９】
図５（ａ）、（ｂ）はそれぞれ電動機の性能を評価する際の回転子速度ＳＰＤとトルク指令値ＳＴＣを表した図である。この評価方法を一般にデューティ運転試験といい、電動機の熱的な性能を評価する際に用いており、性能が高い電動機ほどサイクル時間ｔｐが短い。図５（ａ）は回転子速度ＳＰＤがＮ１からＮ２、Ｎ３、Ｎｍａｘへ加速し、Ｎ１へ減速するサイクルの繰り返し波形である。図５（ｂ）はその際のトルク指令値ＳＴＣの変化を表したものである。ｔｐは回転子速度ＳＰＤの変化が１サイクルの時間であり、ｔ１からｔ４は回転子速度ＳＰＤが変化する際のそれぞれの加減速時間を表している。定回転の場合、トルクがあまり必要ではないためトルクしきい値Ｔｄ以下で運転が可能なため、図３で説明したように界磁電流補償係数演算部１５により界磁電流指令値ＳＩＤＣが低下し、余分な電流を流さないので、電動機の熱的な余裕ができ、加減速時間（ｔ１〜ｔ４）以外の時間幅を短くできる。また、加減速時には図４で説明したように電機子電流補償値演算部１６により応答時間が短縮されるため、総合的にサイクル時間ｔｐが短くできることになる。
図６は図５のデューティ運転試験を同じデューティサイクル（条件）で行った際の電動機内部の温度上昇を比較した図である。
図６（ａ）の特性曲線６１は従来の場合、図６（ｂ）の特性曲線６２は図２（ｂ）の関数パターン２３で試験した場合、図６（ｃ）の特性曲線６３は図２（ｂ）の関数パターン２２で試験した場合の電動機内部の温度上昇であり、同じ運転条件では図２（ｂ）の関数パターン２２、２３で運転した場合の方が、従来より温度上昇が低く、熱的に余裕があることがわかる。
【００１０】
なお、本発明は前述の第１の実施形態に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲で下記のような変形を行なってもよい。
（１）図１では補償前の電機子電流振幅指令値ＳＩＱと電機子電流指令補償値ＳＫＡが加算器１４で加算されていたが、乗算器に置き換えて乗じても良い。この場合、電機子電流指令補償値ＳＫＡは電機子電流振幅指令値ＳＩＱと同一の単位系ではなく、係数として動作する。
（２）図２（ｂ）の関数パターンはトルクしきい値Ｔｄで折点が存在するが、Ｔｄ＝０からＴｍａｘまで１次式で表されてもよい。
（３）図２（ｂ）および（ｃ）の関数パターンは主に１次式（直線）で表現されているが、２次関数等の曲線でもよい。
（４）図２（ｂ）および（ｃ）の関数パターンは式でなくデータマップを使用してもよい。
【００１１】
図７は本発明の第２の実施形態である。
本発明の第２の実施形態は、従来の構成に対して、位相シフト部８が新たに追加されている。以下、図面を参照して第２の実施形態を説明する。
位相シフト部８は、極性判定部８１、位相シフト量演算部８２及び乗算器８３で構成されている。極性判定部８１は、トルク指令値ＳＴＣの極性に応じて係数ＳＰＮ（但し、ＳＰＮ＝±１）を、位相シフト量演算部８２は、電機子電流振幅ＳＩＱに応じた絶対値位相シフト量ＢＴをそれぞれ乗算器８３へ出力する。乗算器８３は、係数ＳＰＮと絶対値位相シフト量ＢＴと界磁電流係数演算部９１の出力である界磁電流係数ＳＫＤを乗じ、トルク指令ＳＴＣと電機子電流振幅ＳＩＱを参照するような関数による極性のある位相シフト量ＢＴＣが求められ、加算器１２、１３にそれぞれ出力する。加算器１２、１３では、それぞれ回転子位置ＳＰと位相シフト量ＢＴＣとが加算され、界磁電流演算部９とトルク−電流指令変換器７へ入力され、界磁電流指令値ＳＩＦＣと電機子電流指令値ＳＩＡＣが求められる。加算器３は、界磁電流指令値ＳＩＦＣと電機子電流指令値ＳＩＡＣとをベクトル加算して、合成電流指令値ＳＩＣを位相分配器４に出力する。その後、アンプ５により各相の電流指令値ＳＩＶＣ、ＳＩＵＣが増幅され電動機６に出力され駆動される。
【００１２】
図８は、本発明の第２実施形態の電流制御のベクトル図を示すものである。なお説明の便宜上、ベクトルの軌跡は界磁電流係数ＳＫＤが乗じられていないものとする。電流はｄ軸である界磁電流とｑ軸である電機子電流とに分離して考えることができ、従来は界磁電流をベクトルＯ−Ｓ（８０７）またはベクトルＯ−Ｔ（８０８）のどちらかにしか設定できなかった。それによりアンプの性能によって電流制限円８０１内の電流しか流せないので合成電流は界磁電流をベクトルＯ−Ｓ（８０７）にした場合ベクトルＯ−Ｑ（８０３）であり、なす角をαとする。また界磁電流をベクトルＯ−Ｔ（８０８）にした場合ベクトルＯ−Ｐ（８０４）である。その場合の電機子電流成分は、それぞれベクトル８０５、８０６となる。従来の制御では、制御するベクトルの軌跡は界磁電流をベクトルＯ−Ｓ（８０７）にした場合、Ｓ−Ｑである。また、界磁電流をベクトルＯ−Ｔ（８０８）にした場合、Ｔ−Ｐとなる。本発明の第２実施形態では、界磁電流をベクトルＯ−Ｓ（８０７）に固定しつつも、電機子電流がしきい値Ｉｑｎ以下ではベクトルの軌跡がＳ−Ｒを通り、電機子電流がしきい値Ｉｑｎを越えると位相シフトβを行いベクトル軌跡Ｒ−Ｐを通るようになる。
つまり界磁電流はベクトルＯ−Ｓという一定値をとりつつも、電機子電流がしきい値Ｉｑｎを越えると位相をβシフトし、合成電流の界磁電流成分、電機子電流成分を変化させるのが特徴となる。界磁弱め中は界磁弱め係数ＳＫＤが位相シフトβに掛かるため、位相シフトによる界磁電流成分も界磁弱めを行っているのと同等になる。
【００１３】
図９は、位相シフト量演算部８２の内部での関数パターンの実施例である。
関数パターン９０２は電機子電流振幅指令値ＳＩＱがしきい値Ｉｑｎ以下の場合、位相シフト量ＢＴ＝０をとり、しきい値Ｉｑｎ以上の場合、電機子電流振幅ＳＩＱに応じた関数になり、実施形態では絶対値位相シフト量ＢＴが電機子電流振幅ＳＩＱ＝Ｉｑｍａｘのときπ／６になるように設定してある。
【００１４】
図１０は、位相シフト部８の効果を説明した図であり、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は電機子電流振幅指令値ＳＩＱに対する出力トルクの変化を表している。図１０（ａ）のパターン１０１は、従来のベクトル軌跡Ｏ−Ｐで電流制御をした場合の出力トルクの変化を示す。この場合、電機子電流指令値の変化に対して、界磁電流も変化することになるが、トルク特性は電機子電流が小さい場合、不感帯があり直線的なトルク特性にならない。図１０（ｂ）のパターン１０２は、従来のベクトル軌跡Ｏ−Ｑで電流制御をした場合の出力トルクの変化を示す。この場合、図１０（ａ）のように電機子電流が小さい場合の不感帯がみられなくなるが、界磁電流が電機子電流に比べ小さいと電機子電流が大きくなるにつれ電機子反作用が起こり、トルク特性が線形でなくなってしまう。図１０（ｃ）のパターン１０３は、本発明の第２実施形態のベクトル軌跡Ｓ−Ｒ−Ｐで電流制御をした場合の出力トルクの変化を示す。この場合、電機子電流振幅指令値ＳＩＱがしきい値Ｉｑｎの付近で変曲点があるが図１０（ａ）、（ｂ）と比較して特性的は素直（線形）である。
【００１５】
図１１（ａ）、（ｂ）はそれぞれ電動機の性能を評価する際の速度指令値ＳＶＣに対する回転子速度ＳＰＤの応答性を示したものである。（一般にステップ状の指令値に対する応答と測定するためステップ応答といわれる。）図１１（ａ）は速度指令値を０からＮｍａｘまで任意の時刻に指令したものである。
図１１（ｂ）は、その際の回転子の応答を示したものである。特性１１２は図８に示す本発明の第２の実施形態における電流制御（ベクトル軌跡Ｓ−Ｒ−Ｐ）の特性を示す。また特性１１３、１１４は、従来の電流制御（ベクトル軌跡Ｏ−Ｐ、Ｓ−Ｑ）の特性を示す。従来の電流制御は、本発明の第２の実施形態の電流制御と比較して加速時間がｔ１、ｔ２だけ延びていることがわかる。
【００１６】
図１２は同じ連続運転試験を行った際の電動機内部の温度上昇を比較した図である。特性曲線１２１は従来の電流制御（ベクトル軌跡Ｏ−Ｐ）の特性を示す。特性曲線１２２は本発明の第２の実施形態の電流制御（ベクトル軌跡Ｓ−Ｒ−Ｐ）の特性を示す。本発明の第２の実施形態の電流制御が従来と比較して温度上昇が低く、熱的に余裕があることがわかる。
【００１７】
なお、本発明は前述の第２の実施形態に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲で下記のような変形を行なってもよい。
（１）図９の関数パターンは曲線で表したが、直線でもよく、また不連続でもよい。
（２）図９の関数パターンは式でなくデータマップを使用してもよい。
（３）図７の実施形態において位相シフトを界磁電流、電機子電流のそれぞれが独立して行っているが、合成電流に対して位相シフトを行ってもよい。
【００１８】
図１３は本発明の第３の実施形態である。
本発明の第３の実施形態は、従来の構成に対して電機子電流係数演算部７４、絶対値器１８及び界磁電流補償部９８が新規に追加されている。また、以下、図面を参照して第３の実施形態を説明する。
トルク−電流指令変換部７の電機子電流係数演算部７４は、回転子速度ＳＰＤを参照し電機子電流係数ＳＫＱとトルク指令値ＳＴＣを乗じて電機子電流振幅ＳＩＱへレベル変換する機能と制限器としても動作する機能を持つ。
絶対値器１８は極性をもつ電機子電流振幅ＳＩＱを絶対値化し電機子電流振幅ＳＩＱＰを界磁電流補償部９８へ出力する。界磁電流補償部９８では、絶対値化された電機子電流振幅ＳＩＱＰを参照して界磁電流補償値ＩＤＣＣを出力する。界磁電流演算部９は、回転子速度ＳＰＤを参照して界磁電流係数演算器９１により界磁電流係数ＳＫＤを求め、乗算器９３へ出力する。加算器９９では、界磁電流デフォルト値ＩＤＣと界磁電流補償部９８からの出力である界磁電流補償値ＩＤＣＣを加算し、乗算器９３で界磁電流係数ＳＫＤと乗じられ、界磁電流振幅ＳＩＤとなり乗算器９４に出力される。乗算器９４は位相分配器９５からの出力と界磁電流振幅ＳＩＤを乗じて界磁電流指令値ＳＩＦＣを加算器３へ出力する。加算器３は、界磁電流指令値ＳＩＦＣと電機子電流指令値ＳＩＡＣがベクトル加算され、合成電流指令値ＳＩＣとなり位相分配器４に出力される。その後、アンプ５により各相の電流指令値ＳＩＵＣ、ＳＩＶＣが増幅され電動機６に出力され駆動される。
【００１９】
次に本発明の第２の実施形態と第３の実施形態の相違を、図８を参照して説明する。第２の実施形態では、界磁電流をベクトルＯ−Ｓに固定しつつも、電機子電流がしきい値Ｉｑｎ以下ではベクトルの軌跡がＳ−Ｒを通り、電機子電流がしきい値Ｉｑｎを越えると位相シフトを行いベクトル軌跡Ｒ−Ｐを通るようにしベクトル軌跡Ｓ−Ｒ−Ｐで電流制御をしているが、第３の実施形態では、電機子電流がしきい値Ｉｑｎを越えると界磁電流補償値ＩＤＣＣを一定界磁振幅値ＩＤＣに加算することでベクトル軌跡Ｒ−Ｐを通るようにし、ベクトル軌跡Ｓ−Ｒ−Ｐで電流制御を行っている。従って、界磁弱め中は界磁電流係数ＳＫＤが一定界磁振幅値ＩＤＣに界磁電流補償値ＩＤＣＣを加算した値に掛かる為、界磁弱めが可能である。
【００２０】
図１４は（ａ）、（ｂ）の順に電機子電流係数演算部７４、界磁電流補償部９８内での関数パターンの実施例である。（ａ）は電機子電流係数演算部７４の処理例である。図２（ａ）の界磁電流係数演算部９１と同様に回転子速度ＳＰＤに応じて基底回転数Ｎｂａｓｅ以下で電機子電流係数ＳＫＱは一定の値をとり、基底回転数Ｎｂａｓｅから最高回転数Ｎｍａｘでは、回転子速度ＳＰＤの値に応じた関数３２の値を出力するが、異なる点は基底回転数Ｎｂａｓｅ以下での電機子電流指令値ＳＫＱの値が１．０以下である点である。これは図８のベクトル図でもわかるように、使用するアンプには電流制限値が設けられているため、界磁電流成分を差し引くと、電機子電流に使える値は必ず電流制限値の１００％以下になるからである。（ｂ）は界磁電流補償部９８内の処理例である。電機子電流がしきい値Ｉｑｎを越えると関数３３に従い界磁電流補償値ＩＤＣＣを出力する。
【００２１】
本発明の第３の実施形態の界磁電流補償部９８は、第２の実施形態の位相シフト部８と同様な効果を有しており、図１０（ｃ）のパターン１０３に示す通りの特性が得られる。また、電動機の性能を評価する際の速度指令ＳＶＣに対する回転子速度ＳＰＤの応答性（図１１）や同じ連続運転試験を行った際の電動機内部の温度上昇（図１２）についても、第２の実施形態と同様な効果を有している。
【００２２】
なお、本発明は前述の第３の実施形態に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲で下記のような変形を行なってもよい。
（１）図１４（ｃ）の関数パターンにおいて電機子電流がしきい値Ｉｑｎ以下では界磁電流補償値ＩＤＣＣ＝０をとっているが、≠０でも良い。
また、本発明の第１から第３の実施形態では、回転型電動機を用いて説明したが、リニアリラクタンス型電動機に本発明を適用することも可能である。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１、２の発明によれば、回転子速度を参照し演算される界磁電流振幅演算部と、トルク指令値を参照する関数発生部によって得られた係数を乗じることで、界磁電流指令値とする演算部を設けることにより、界磁電流を能動的に制御できるため、小トルク時の界磁電流を小さくできるため省電力化と小発熱化が実現できる。また、電機子電流指令値を参照する係数を演算し、電機子電流振幅に乗ずることで電機子電流指令値とする電機子電流補償演算部を設けることで、界磁電流が変化することによるトルク定数の変化を小さくできたため、加速時間の短縮ができ、工作機械等に適用した場合、加工サイクルの短縮につながる。
請求項３の発明によれば、一定の界磁電流を出力する界磁電流振幅演算部と、トルク指令値または電機子電流を参照する極性判定部より出力される符号値とトルク指令値または電機子電流振幅値を参照する関数を乗ずることにより得られる位相シフト量を演算する位相シフト量演算部を具備することで合成電流の界磁電流成分、電機子電流成分を能動的に制御できるため、小トルク時の界磁電流を小さくできるため省電力化と小発熱化が実現できる。また、同時にトルク定数の変化を小さくできたため、加速時間の短縮ができ、工作機械等に適用した場合、加工サイクルの短縮につながる。
請求項４の発明によれば、一定の界磁電流を出力する界磁電流振幅演算部と、トルク指令値または電機子電流を参照する界磁電流補償値演算部と電機子電流係数演算部を具備することで合成電流の界磁電流、電機子電流を能動的に制御できるため、小トルク時の界磁電流を小さくできるため省電力化と小発熱化が実現できた。また、同時にトルク定数の変化を小さくできたため、加速時間の短縮ができ、工作機械等に適用した場合、加工サイクルの短縮につながった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリラクタンス型同期電動機の制御装置の第１の実施形態を示す図である。
【図２】界磁電流係数演算部９１、界磁電流補償係数演算部１５、電機子電流補償値演算部１６のそれぞれの関数パターン例を示す図である。
【図３】界磁電流補償係数演算部１５の効果を示す図である。
【図４】電機子電流補償値演算部１６の効果を示す図である。
【図５】第１の実施形態における電動機評価用運転サイクルを示す図である。
【図６】第１の実施形態における電動機内部の温度上昇を示す図である。
【図７】本発明のリラクタンス型同期電動機の制御装置の第２の実施形態を示す図である。
【図８】第２、第３の実施形態の電流制御ベクトルの説明図である。
【図９】位相シフト量演算部８２の関数パターン例を示す図である。
【図１０】第２の実施形態の位相シフト部８及び第３の実施形態の界磁電流補償部９８の効果を示す図である。
【図１１】第２及び第３の実施形態における速度指令に対する回転子速度の応答特性を示す図である。
【図１２】第２及び第３の実施形態における電動機内部の温度上昇を示す図である。
【図１３】本発明のリラクタンス型同期電動機の制御装置の第３の実施形態を示す図である。
【図１４】電機子電流係数演算部７４、界磁電流補償部９８の関数パターン例を示す図である。
【図１５】従来のリラクタンス型同期電動機の制御装置を示す説明図である。
【符号の説明】
１、３、１２、１３、１４、９６、９９  加算器、２  ＰＩ制御器、４  位相分配器、５  アンプ、６  電動機、７  トルク−電流指令変換部、８  位相シフト部、９  界磁電流演算部、１０  検出器、１１  微分器、１５  界磁電流補償係数演算部、１６  電機子電流補償値演算部、１７、７２、８３、９３、９４  乗算器、１８  絶対値器、２３、２４  合成電流、２５、２６  電機子電流、２７、２８  界磁電流、７１  レベル変換器、７３  位相分配器、７４  電機子電流係数演算部、８１  極性判定器、８２  位相シフト量演算部、９１  界磁電流係数演算部、９５  位相分配器、９７  位相器（π／２）、９８  界磁電流補償部、ＢＴ  絶対値位相シフト量、ＢＴＣ  位相シフト量、ＤＩＦ  速度誤差、ＩＤＣ  界磁電流デフォルト値、ＩＤＣＣ  界磁電流補償値、Ｉｑｎ  電機子電流しきい値、Ｎｂａｓｅ  基底回転数、Ｎｍａｘ  最高回転数、ＳＶＣ  速度指令値、ＳＴＣ  トルク指令値、ＳＩＱ  電機子電流振幅指令値、ＳＩＱＣ、ＳＩＡＣ  電機子電流指令値  ＳＫＡ  電機子電流指令補償値、ＳＫＱ  電機子電流係数、ＳＩＤ  界磁電流振幅、ＳＩＦＣ、ＳＩＤＣ  界磁電流指令値、ＳＫＤ  界磁電流係数、ＳＫＦ  界磁電流補償係数、ＳＩＵＣ  Ｕ相電流指令値、ＳＩＶＣ  Ｖ相電流指令値、ＳＩＣ  合成電流指令値、ＳＰ  回転子位置、ＳＰＤ  回転子速度。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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