(57)【要約】【課題】電動機や電動機制御装置の故障を未然に防ぎながら、制御を継続することができる電動機制御装置を提供することを目的としている。【解決手段】電動機制御装置１は、回転速度Ｒに基づいて出力トルクを定めるトルク指令τｃを出力するトルク指令生成手段１１と、回転速度Ｒ及びトルク指令τｃに基づいて電機子２１及び界磁２２の巻線のうち通電する箇所の最低数を示す最低通電箇所数Ｎｍｉｎを出力する最低通電箇所数生成手段１２と、電動機２の状態量Ｍ、最低通電箇所数Ｎｍｉｎ、トルク指令τｃ、直流電圧値Ｖｄｃ、電流値Ｉ及び界磁位置θに基づいて通電信号Ｓを出力する通電信号生成手段１３と、通電信号Ｓに基づいて電機子巻線及び界磁巻線に通電する通電手段１４と、により構成される。通電する巻線を、温度や発熱量などによって選択することにより、故障を未然に防ぐことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電機子あるいは電機子と界磁の両方を有する電動機の電機子巻線及び界磁巻線に対応して設けられた通電素子と、
前記通電素子に与えられる通電信号に基づいて前記電機子巻線及び前記界磁巻線に通電する通電手段と、
前記通電手段に出力する前記通電信号を生成する通電信号生成手段と、を備え、
前記電機子、前記界磁及び前記通電素子の状態量のうち少なくとも一つの前記状態量に応じて、前記通電信号を生成して出力することを特徴とする電動機制御装置。
【請求項２】
前記通電信号生成手段は、前記状態量に応じて通電する前記電機子巻線及び前記界磁巻線を選択する通電箇所選択信号を生成する通電箇所選択手段を備え、
前記通電箇所選択信号に基づいて前記通電信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
【請求項３】
前記状態量は、温度、発熱量、抵抗値、インダクタンス値、リアクタンス値及びインピーダンス値のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項２に記載の電動機制御装置。
【請求項４】
前記通電箇所選択手段は、前記温度及び前記発熱量のうち少なくとも一つについて比較し、前記温度または前記発熱量のいずれか低い方の前記電機子巻線及び前記界磁巻線に対応する前記通電素子を一つ以上選択するように、前記通電箇所選択信号を生成することを特徴とする請求項３に記載の電動機制御装置。
【請求項５】
前記通電信号生成手段は、前記電機子巻線及び前記界磁巻線に印加する電圧を決める電圧指令を生成する電圧指令生成手段を備え、
前記電圧指令に基づいて前記通電信号を生成することを特徴とする請求項３に記載の電動機制御装置。
【請求項６】
前記通電箇所選択手段は、前記抵抗値、前記インダクタンス値、前記リアクタンス値及び前記インピーダンス値のうち少なくとも一つについて比較し、同一の前記電圧指令に対して電流が小さい方の前記電機子巻線及び前記界磁巻線に対応する前記通電素子を一つ以上選択するように、前記通電箇所選択信号を生成することを特徴とする請求項５に記載の電動機制御装置。
【請求項７】
前記通電箇所選択手段は、前記温度、前記発熱量、前記抵抗値、前記インダクタンス値、前記リアクタンス値及び前記インピーダンス値のうち少なくとも二つ以上に基づく評価関数を定め、前記評価関数に基づいて前記電機子巻線及び前記界磁巻線に対応する前記通電素子を一つ以上選択するように、前記通電箇所選択信号を生成することを特徴とする請求項３に記載の電動機制御装置。
【請求項８】
前記評価関数は、前記温度、前記発熱量、前記抵抗値、前記インダクタンス値、前記リアクタンス値及び前記インピーダンス値のうち少なくとも二つ以上の値または、その値とそれぞれの許容値との差の和により定められることを特徴とする請求項７に記載の電動機制御装置。
【請求項９】
前記評価関数は、前記温度、前記発熱量、前記抵抗値、前記インダクタンス値、前記リアクタンス値及び前記インピーダンス値のうち少なくとも二つ以上の値または、その値とそれぞれの許容値との差に各々係数をかけたものの和により定められることを特徴とする請求項７に記載の電動機制御装置。
【請求項１０】
前記通電箇所選択手段は、前記電機子、前記界磁、前記電機子巻線、前記界磁巻線及び前記通電素子のうち少なくとも一つについて、前記評価関数を比較し、その比較結果に基づいて前記通電箇所選択信号を生成することを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
【請求項１１】
前記通電箇所選択手段は、前記電機子、前記界磁、前記電機子巻線、前記界磁巻線及び前記通電素子のうち少なくとも一つの前記温度または前記発熱量について、それぞれ上限値を設け、前記上限値以下の前記電機子巻線及び前記界磁巻線を優先的に選択するように、前記通電箇所選択信号を生成することを特徴とする請求項３から請求項１０のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
【請求項１２】
前記通電箇所選択手段は、前記電機子、前記界磁、前記電機子巻線、前記界磁巻線及び前記通電素子のうち少なくとも一つの前記抵抗値、前記インダクタンス値、前記リアクタンス値及び前記インピーダンス値のうち少なくとも一つについて、それぞれ適正値範囲内に入っているかを比較し、前記適正値範囲内の前記電機子巻線及び前記界磁巻線を優先的に選択するように、前記通電箇所選択信号を生成することを特徴とする請求項３から請求項１１のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
【請求項１３】
前記電機子巻線及び前記界磁巻線に対して通電する箇所の最低数を示す最低通電箇所数を生成する最低通電箇所数生成手段を備え、
前記通電箇所選択手段は、前記最低通電箇所数以上となる範囲で、通電する前記電機子巻線及び前記界磁巻線を選択するように、前記通電箇所選択信号を生成することを特徴とする請求項２から請求項１２のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
【請求項１４】
前記最低通電箇所数生成手段は、前記電動機の回転速度、トルク、トルクリップル、騒音及び前記通電手段の最大出力のうち少なくとも一つに基づいて、前記最低通電箇所数を生成することを特徴とする請求項１３に記載の電動機制御装置。
【請求項１５】
前記電動機の出力する前記トルクを定めるトルク指令を生成するトルク指令生成手段を備え、
前記通電信号生成手段は、前記トルク指令に基づいて前記通電信号を生成することを特徴とする請求項１４に記載の電動機制御装置。
【請求項１６】
前記最低通電箇所数生成手段は、前記トルク指令に基づいて前記最低通電箇所数を生成することを特徴とする請求項１５に記載の電動機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電機子あるいは電機子と界磁の両方を有する電動機を制御する電動機制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に交流電動機は、電機子が複数の巻線により構成されていることが多いため、巻線の一部が故障により欠相しても回転自体は継続できることが多いが、所望のトルクが得られない、トルクリップルが増大するなどの弊害が生じる場合が多いという問題がある。
【０００３】
そこで、電動機の一部が故障した場合においても、継続して電動機を制御することを可能とするために、例えば、特許文献１のモータ制御装置では、３相インバータ回路１０と、中性点電圧検出回路１５と、マイクロコンピュータ１７とから構成されている。中性点電圧検出回路１５は、３相交流モータＭ１の中性点電圧を検出する回路から構成され、マイクロコンピュータ１７は、全相のうち１相が通電不能となったあと、中性点電圧検出回路１５の出力電圧に基づいて故障状態の変化を判定するとともに、故障状態が変化したときには、変化した故障状態に対応した制御状態で３相インバータ回路１０を制御する。これにより、全相のうち１相が通電不能となったあと、さらに故障状態が変化しても、変化した故障状態に対応した制御をすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２６８３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のモータ制御装置においては、故障状態に対応した制御は行っていても、故障を未然に防ぐような制御は行われていない。具体的には、電動機や電動機制御装置の故障の主な要因である温度、発熱を考慮した制御が行われていないため、電動機の制御中に温度上昇や発熱量増大が生じることなどにより、故障が発生してしまう可能性があるという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、電動機や電動機制御装置の故障を未然に防ぎながら、制御を継続することができる電動機制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る電動機制御装置は、電機子あるいは電機子と界磁の両方を有する電動機の電機子巻線及び界磁巻線に対応して設けられた通電素子と、前記通電素子に与えられる通電信号に基づいて前記電機子巻線及び前記界磁巻線に通電する通電手段と、前記通電手段に出力する前記通電信号を生成する通電信号生成手段と、を備え、前記電機子、前記界磁及び前記通電素子の状態量のうち少なくとも一つの前記状態量に応じて、前記通電信号を生成して出力することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の電動機制御装置によれば、通電する電機子巻線及び界磁巻線を、温度や発熱量などによって選択することにより、電動機の運転自体を継続させながら、温度や発熱量などが許容量を超えることによって発生する故障を未然に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る電動機制御装置と制御する電動機との構成を示す概略構成図である。
【図２】実施の形態１に係る電動機制御装置の通電信号生成手段の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態に係る電動機制御装置について、図１及び図２を参照して説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電動機制御装置と制御する電動機との構成を示す概略構成図であり、図２は、電動機制御装置の通電信号生成手段の概略構成を示す図である。
【００１２】
図１に示すように、電動機制御装置１で制御する電動機２は、巻線界磁型６相電動機であり、電機子（固定子）２１と、界磁（回転子）２２とを有するものである。６相の電動機には様々な形態があるが、ここでは、３相Δ結線の電機子巻線が二組、界磁巻線が二組であるものとする。電動機制御装置１は、回転速度Ｒに基づいて電動機２の出力トルクを定めるトルク指令τｃを生成して出力するトルク指令生成手段１１と、回転速度Ｒ及びトルク指令τｃに基づいて電動機２の電機子２１及び界磁２２の巻線のうち通電する箇所数Ｎの最低数を示す最低通電箇所数Ｎｍｉｎを生成する最低通電箇所数生成手段１２と、状態量Ｍ、最低通電箇所数Ｎｍｉｎ、トルク指令τｃ、直流電圧値Ｖｄｃ、電流値Ｉ及び回転子位置θに基づいて通電信号Ｓを生成する通電信号生成手段１３と、通電信号Ｓに基づいて電動機２の電機子２１の電機子巻線及び界磁２２の界磁巻線に通電する通電手段１４と、により構成されている。なお、通電手段１４としては、ここでは電機子２１及び界磁２２のそれぞれの巻線に対応する数の通電素子を有する電圧型ＰＷＭインバータであるものとする。
【００１３】
次に、最低通電箇所数生成手段１２の詳細な動作について説明する。最低通電箇所数生成手段１２は、回転速度Ｒ及びトルク指令τｃに基づいて最低通電箇所数Ｎｍｉｎを生成する。本実施の形態による電動機制御装置１では、通電信号生成手段１３によって、電動機２の電機子２１の電機子巻線及び界磁２２の界磁巻線の通電する箇所を選択する。一般的に、通電する箇所数Ｎが少ない程、出力できるトルクτは小さく、トルクリップルは大きくなる。騒音については、トルクτの大きさとトルクリップルの程度によってその大小は異なる。従って、通電する箇所を選択する際には、所望の運転状態を達成するために、予め最低必要な通電箇所数を定めておくことが必要となる。
【００１４】
回転速度Ｒ及びトルク指令τｃに基づいて最低通電箇所数Ｎｍｉｎを生成する方法としては、演算による方法、テーブルを用いる方法などが考えられるが、ここでは、回転速度Ｒ、トルク指令τ及び直流電圧値Ｖｄｃを引数として、最低通電箇所数Ｎｍｉｎを出力するテーブルを予め用意しておくものとする。ここで、直流電圧値Ｖｄｃが参照されている理由は、本実施の形態では、通電手段１４として電圧型のＰＷＭインバータを使用しているため、その最大出力は、電機子２１の電機子巻線の分については、Δ結線の１つのコイルにかかる電圧の基本波実効値で定義すると直流電圧値Ｖｄｃの１／√２倍、界磁２２の界磁巻線の分については、平均電圧で定義すると直流電圧値Ｖｄｃに等しくなるためであり、直流電圧値Ｖｄｃを参照することにより、通電手段１４の最大出力をも考慮した最低通電箇所数Ｎｍを生成することができる。
【００１５】
このとき、回転速度Ｒ、トルク指令τｃ毎に、トルクリップル許容量、騒音許容量を定めておくことで、トルク指令τｃのみならず、トルクリップル、騒音をも考慮した、最低通電箇所数Ｎｍｉｎを生成することができる。具体的には、回転速度Ｒ、トルク指令τｃ及び通電箇所数Ｎを変化させて、トルクリップル、騒音を予め測定しておき、この測定結果に基づいて最低通電箇所数Ｎｍｉｎを設定する。あるいは、トルクτをセンサで直接検出する手段、または、電流と電動機定数などから推定する手段を有している場合には、トルク指令τｃに代えて、トルクτを用いることもできる。
【００１６】
なお、本実施の形態では、電機子２１の電機子巻線は３相Δ結線二組であり、通電する電機子２１の電機子巻線の選択パターンは、３相Δ結線の二組中のどちらか一組、あるいは３相Δ結線の二組両方となるように設定しておく。従って、電機子２１の電機子巻線に対する最低通電箇所数Ｎｍｉｎがとる値は、“０”，“３”，“６”のいずれかである。また、界磁２２の界磁巻線は二組であるため、最低通電箇所数がとる値は、“０”，“１”，“２”のいずれかである。なお、最低通電箇所数Ｎｍｉｎが“０”となるときの例としては、トルク指令τｃが“０”である場合が挙げられる。
【００１７】
続いて、通電信号生成手段１３の構成について、図２を参照して説明する。図２に示すように、通電信号生成手段１３は、状態量Ｍ及び最低通電箇所数Ｎｍｉｎに基づいて通電箇所選択信号を生成して出力する通電箇所選択手段１３１と、直流電圧値Ｖｄｃ、通電箇所選択信号Ｎｓ及びトルク指令τｃに基づいて、電機子２１の電機子巻線及び界磁２２の界磁巻線に流す電流を定める電流指令Ｉｃを生成する電流指令生成手段１３２と、電流指令Ｉｃと電流Ｉから電圧指令Ｖｃを出力する電圧指令生成手段１３３と、電圧指令Ｖｃを直流電圧Ｖｄｃで除算してデューティ（Ｄｕｔｙ）指令を作成し、デューティ（Ｄｕｔｙ）指令と搬送波（三角波）を比較することによりＰＷＭ信号（通電信号）を生成して出力するＰＷＭ信号生成手段１３４と、により構成されている。なお、電圧指令Ｖｃのうち、電機子２１の電機子巻線の分については、交流の電圧指令である。この交流の電圧指令は、まずｄｑ軸上の電流指令値Ｉｃ（ｄ軸電流指令、ｑ軸電流指令）とｄｑ軸上の電流Ｉ（ｄ軸電流、ｑ軸電流）からｄｑ軸上の電圧指令（ｄ軸電圧指令、ｑ軸電圧指令）を生成し、このｄｑ軸上の電圧指令と回転子位置θとに基づいて生成して出力する。
【００１８】
なお、電流指令Ｉｃのうち、電機子２１の電機子巻線の分については、界磁２２の磁極位置の方向をｄ軸、これに直交する方向をｑ軸と定義した場合におけるｄｑ軸上の値であるとする。また、交流の電流からｄｑ軸上の電流値Ｉを得るには、一般的な３相−ｄｑ変換を用いる。このｄｑ軸上の電圧指令及び界磁２２の界磁巻線に与える電圧指令を生成する方法としては、例えば、電流指令Ｉｃと電流Ｉの偏差に基づくＰＩ制御で行う方法が挙げられる。続いて界磁位置（界磁２２の回転位置）とｄｑ電圧指令から交流の電圧指令を生成して出力する。また、界磁位置θとｄｑ軸上の電圧指令電機子２１の電機子巻線に与える交流の電圧指令Ｖｃを生成する際には、一般的なｄｑ‐３相変換を用いる。本実施の形態では、電動機２は、３相Δ結線の二組の電機子２１を有するため、６相であっても、３相の場合を基本に考えることができる。
【００１９】
また、出力できる電圧の大きさは直流電圧値Ｖｄｃで制限される。出力できる電圧の大きさの上限は、電機子２１の電機子巻線については、正弦波ＰＷＭ、矩形波ＰＷＭ、過変調ＰＷＭの場合でそれぞれ異なるが、ここでは、正弦波ＰＷＭで行うものとする。正弦波ＰＷＭの場合、Δ結線の１つのコイルにかかる電圧の最大基本波実効値は、直流電圧値Ｖｄｃの１／√２倍である。したがって、ｄｑ電圧指令はこの制限内で付与する必要があるので、直流電圧値Ｖｄｃを参照して決定される。具体的には、ｄ軸電圧指令とｑ軸電圧指令の二乗和の平方根が直流電圧値Ｖｄｃの１／√２倍以下に収まるようにｄｑ電圧指令が決められる。界磁２２の界磁巻線については、１つのコイルにかかる電圧の最大値は直流電圧値Ｖｄｃであるため、界磁２２の界磁巻線に与える電圧指令は直流電圧値Ｖｄｃ以下に収まるように決められる。
【００２０】
次に、通電箇所選択手段１３１の詳細な動作について説明する。まず、通電箇所選択手段１３１で使用する状態量Ｍとして、電動機２の電機子２１、界磁２２及び各々に対応する通電手段１４の通電素子の温度または発熱量を用いる場合について説明する。
【００２１】
温度を把握する方法としては、例えば、サーミスタ等で直接測温する方法が挙げられる。また、発熱量を把握する方法としては、例えば、抵抗値と電流量から推定する方法などが挙げられる。なお、電機子２１、界磁２２、各通電素子のいずれの場合も、温度や発熱量を把握する場所はどの部分であってもよい。例えば、電機子２１、界磁２２であれば、巻線部分でもコア部分などでもよく、各通電素子であればジャンクション部分でも部品表面の樹脂部分などであってもよい。例えば、電機子２１の電機子巻線、界磁２２の界磁巻線温度をサーミスタで測定し、各通電素子のジャンクション温度を、測温用ダイオードで測定する構成とすればよい。
【００２２】
まず、電機子２１の複数の電機子巻線の中から通電する電機子巻線を選択する場合について説明する。前述したように、電機子２１の電機子巻線については、３相Δ結線の二組中のいずれか一組ずつ選択する。３相Δ結線の二組とも選択する場合には、通常通りの運転となるため、ここでは説明を省略する。
【００２３】
３相Δ結線の一組を選択する方法としては、例えば、電機子２１または電機子２１の電機子巻線に対応する通電素子の温度や発熱量を、３相Δ結線の一組分について平均したものを二組で比較して、小さい方の一組を選択するものとする。
【００２４】
なお、電機子２１または電機子２１の電機子巻線のそれぞれに対応する通電素子の温度や発熱量に対して、上限値を設けておき、この上限値以下の電機子２１の電機子巻線を選択する。また、上限値は各部の許容温度を考慮して、例えば、１００°Ｃとして設定する。
【００２５】
次に、界磁２２の複数の界磁巻線の中から通電する界磁巻線を選択する場合について説明する。界磁２２の界磁巻線の選択方法については、例えば、界磁２２または界磁２２の界磁巻線に対応する通電素子の温度や発熱量、または、各々の許容値との差を二組で比較し、温度や発熱量が小さい方、あるいは許容量に対して余裕のある方を選択する方法が挙げられる。
【００２６】
なお、界磁２２または界磁２２の界磁巻線のそれぞれに対応する通電素子の温度や発熱量に対して、上限値を設けておき、この上限値以下の界磁２２の界磁巻線を選択する。
【００２７】
続いて、状態量Ｍとして、電動機２の電機子２１の電機子巻線、界磁２２の界磁巻線及び各々に対応する通電手段１４の通電素子の抵抗値、インダクタンス値、リアクタンス値及びインピーダンス値を用いる場合について説明する。
【００２８】
理想的には、各巻線や各通電素子の抵抗値、インダクタンス値、リアクタンス値及びインピーダンス値は等しくあるべきであるが、実際には、ばらつきを持つことが多い。本実施の形態のように、電流指令Ｉｃに基づいて各巻線に流す電流を定めて電動機２を制御する場合には、抵抗値が大きいほど銅損が大きくなり、発熱量も大きくなる。従って、いずれかの巻線を選択する場合には、抵抗値の小さい方を選択することが望ましい。
【００２９】
また、巻線に印加する電圧が一定の場合には、抵抗値、インダクタンス値、リアクタンス値及びインピーダンス値が小さいほど電流量が大きくなり、従って、その発熱量も大きくなる。そのため、このような場合には、抵抗値、インダクタンス値、リアクタンス値及びインピーダンス値の大きな方を選択すればよい。
【００３０】
本実施の形態では、電流を制御する構成としているため、抵抗値、インダクタンス値、リアクタンス値及びインピーダンス値にばらつきがあっても、電流指令通りに電流が流れるように印加する電圧が調整される。そのため、抵抗値、インダクタンス値、リアクタンス値及びインピーダンス値にばらつきがある場合には、通常は電圧が一定であることはないが、電動機２が高回転状態にあり、電動機２の界磁２２の界磁巻線に通電している場合には、電機子２１に発生する誘起電圧により、電機子２１の電機子巻線に電流を流すために必要な電圧が大きくなり、場合によっては通電手段１４の最大出力にまで達する場合がある。そのような場合には、電機子２１の電機子巻線に印加する電圧が一定となるため、上述したような配慮が必要となる。
【００３１】
また、抵抗値、インダクタンス値、リアクタンス値及びインピーダンス値については、正常な巻線、通電素子においては、ある程度範囲が限られており、これを逸脱するものについては、故障または劣化している可能性が高いと考えられる。従って、これらの値に対して適正値範囲を定めておき、この適正値範囲内の巻線を選択するようにする。適正値範囲の定め方は、各部の各値が温度変化などによって多少変動する可能性があるため、温度依存性などを考慮し、例えば、公称値±４０％以内を適正値範囲として設定しておけばよい。また、温度毎の公称値を予め把握している状態で、抵抗値、インダクタンス値、リアクタンス値及びインピーダンス値と同時に温度を測定すれば、各値の温度依存性の影響を軽減することができるので、適正値範囲をより狭めることができ、例えば、公称値±１０％以内を適正値範囲として設定してもよい。
【００３２】
なお、抵抗値、インダクタンス値、リアクタンス値及びインピーダンス値の把握方法としては、例えば、電動機２の運転前に測定しておく、あるいは、運転中の電圧及び電流の大きさや位相関係から推定するなどの方法が挙げられる。
【００３３】
続いて、温度、発熱量、抵抗値、インダクタンス値、リアクタンス値及びインピーダンス値のうち、複数の値を用いて評価関数を生成し、評価関数に基づいて通電箇所選択信号を生成する場合について説明する。各値と通電箇所選択との関係については上述した通りであるが、場合によっては、例えば、温度と発熱量など、複数の値に基づいて通電箇所を選択する方が望ましい場合がある。
【００３４】
例えば、電動機２の電機子２１の電機子巻線、界磁２２の界磁巻線及び各々に対応する通電手段１４の通電素子の間で温度にばらつきがある場合には、発熱量のみの比較では、温度が上がり過ぎる場合があり、温度のみの比較でも、発熱量が上がり過ぎる場合がある。そこで、温度と発熱量といった複数の値を考慮して通電箇所選択信号を生成すればよい。
【００３５】
また、温度と発熱量を用いた評価関数の生成方法としては、温度と発熱量の和、あるいはそれらに各々係数をかけたものの和を評価関数の値とする方法が挙げられる。各々の係数の定め方としては、例えば、温度と発熱量のレンジ、温度と発熱量のいずれをより重視するか、などを考慮して決定すればよい。
【００３６】
また、温度と発熱量だけに限らず、温度、発熱量、抵抗値、インダクタンス値、リアクタンス値及びインピーダンス値のうち、どの値の組み合わせであっても、組み合わせの数が変わっても上記のような考え方で評価関数を定めることができる。また、各々の値と各々の許容値の差の和、あるいはそれらに各々係数をかけたものの和を評価関数の値とすることもできる。
【００３７】
このように、実施の形態１に係る電動機制御装置では、通電する電機子の電機子巻線及び界磁の界磁巻線を、温度や発熱量などによって選択することにより、電動機の運転自体を継続させながら、温度や発熱量などが許容量を超えることによって発生する故障を未然に防ぐことができる。
【００３８】
なお、上記実施の形態の説明では、通電信号生成手段１３に通電箇所選択手段１３１がある場合について述べたが、通電箇所を選択するのではなく、温度、発熱量、抵抗値、インダクタンス値、リアクタンス値及びインピーダンス値の比較結果、あるいは、これらを用いた評価結果に応じて、電機子２１の二組の電機子巻線や界磁２２の二組の界磁巻線に流す電流に差をつけることもできる。例えば、二組の巻線の温度の比率に応じて、電流指令の比率を変える（温度が高いほど電流指令を低くする）などの方法がある。
【００３９】
また、上記実施の形態の説明では、状態量Ｍに応じて通電箇所を選択すること及び通電する電機子２１の二組の電機子巻線や界磁２２の二組の界磁巻線に流す電流に差をつけることについて説明したが、この処理をある条件下でのみ行うことも可能である。例えば、温度がそれほど高くない場合には、電機子２１の二組の電機子巻線や界磁２２の二組の界磁巻線の全てに通電してもよい。これにより、温度がそれほど高くない場合には、本来の通電パターンを実行することができるため、電動機２の本来の性能の発揮、例えば、６相すべての巻線に通電することによりトルクリップルを小さくすることができるという効果が得られる。
【００４０】
また、上記実施の形態の説明では、電動機制御装置１の制御対象である電動機２として、３相Δ結線二組の電機子を有する巻線界磁型６相電動機とする場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、Ｙ結線の電動機や、各電機子巻線が独立した電動機、例えば、スイッチトリラクタンスモータのような電動機などにも適用することが可能である。また、相数にも制限はなく、２つ以上の通電経路が確保されていれば適用することが可能である。
【００４１】
また、上記実施の形態の説明では、電動機２の電機子２１の電機子巻線に対する通電箇所の選択を、Δ結線一組単位で行う場合について説明したが、選択パターンはこれに限定されるものではなく、Δ結線の二組単位で選択することなども可能である。
【００４２】
また、上記実施の形態の説明では、電動機２の界磁位置θを参照するようにしていたが、界磁位置θを参照せずに、交流位相を内部で生成して通電する方式であっても構わない。
【００４３】
また、上記実施の形態の説明では、電流指令生成手段１３２によって電流指令Ｉｃを生成していたが、電流指令Ｉｃを生成せず、例えば、トルク指令τｃから電圧指令Ｖｃ、トルク指令τｃから通電信号Ｓを生成するような構成であってもよい。
【００４４】
また、上記実施の形態の説明では、電圧指令ＶｃをＰＩ制御に基づいて生成していたが、電圧指令Ｖｃの生成方法はこれに限定されるものではなく、Ｐ制御、Ｉ制御に基づいて生成してもよい。また、電流Ｉをフィードバックせずに、電流指令Ｉｃからルックアップテーブル等によって電圧指令Ｖｃを生成する場合であってもよい。
【００４５】
また、上記実施の形態の説明では、３相‐ｄｑ変換、ｄｑ‐３相変換を用いて制御する場合について説明したが、交流を直接制御するようにしてもよい。
【００４６】
また、上記実施の形態の説明では、通電手段１４を電圧型のＰＷＭインバータとしていたが、通電手段１４にＰＡＭインバータや電流型インバータなどを使用することも可能で
あり、通電信号も通電手段１４に応じて変更してもよい。
【００４７】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【００４８】
また、図において、同一符号は、同一または相当部分を示す。
【符号の説明】
【００４９】
１  電動機制御装置、２  電動機、１１  トルク指令生成手段、１２  最低通電箇所数生成手段、１３  通電信号生成手段、１４  通電手段、２１  電機子、  ２２  界磁、１３１  通電箇所選択手段、１３２  電流指令生成手段、１３３  電圧指令生成手段、１３４  ＰＷＭ信号生成手段。
【図１】
2015076942.tif 000003
【図２】
2015076942.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成26年11月26日(2014.11.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電機子と界磁を有する電動機の電機子巻線及び界磁巻線に対応して設けられた通電素子と、
前記電機子巻線を構成する複数相を１組とする複数組の内のいずれの組の巻線に通電するかを選択する、及び前記界磁巻線を構成する複数組の内のいずれの組の巻線に通電するかを選択する通電箇所選択信号を生成する通電箇所選択手段と、
前記通電箇所選択信号と、前記電機子、前記界磁及び前記通電素子の温度、発熱量、抵抗値、インダクタンス値、リアクタンス値及びインピーダンス値の状態量のうち少なくとも一つの状態量と、に基づいて、通電信号を生成する通電信号生成手段と、
前記通電信号に基づいて前記通電素子により前記電機子巻線及び前記界磁巻線に通電する通電手段と、を備え、
前記通電信号生成手段は、前記電機子巻線及び前記界磁巻線に印加する電圧を決める電圧指令を生成する電圧指令生成手段を有し、前記電圧指令に基づいて前記通電手段に出力する前記通電信号を生成するとともに、前記通電箇所選択手段は、前記状態量のうち少なくとも一つについて前記電機子巻線の組同士及び前記界磁巻線の組同士を比較し、同一の前記電圧指令に対して電流が小さい方の前記電機子巻線の組及び前記界磁巻線の組に対応する前記通電素子を選択するように、前記通電箇所選択信号を生成することを特徴とする電動機制御装置。
【請求項２】
電機子と界磁を有する電動機の電機子巻線及び界磁巻線に対応して設けられた通電素子と、
前記電機子巻線を構成する複数相を１組とする複数組の内のいずれの組の巻線に通電するかを選択する、及び前記界磁巻線を構成する複数組の内のいずれの組の巻線に通電するかを選択する通電箇所選択信号を生成する通電箇所選択手段と、
前記通電箇所選択信号と、前記電機子、前記界磁及び前記通電素子の温度、発熱量、抵抗値、インダクタンス値、リアクタンス値及びインピーダンス値の状態量のうち少なくとも一つの状態量と、に基づいて、通電信号を生成する通電信号生成手段と、
前記通電信号に基づいて前記通電素子により前記電機子巻線及び前記界磁巻線に通電する通電手段と、を備え、
前記通電箇所選択手段は、前記状態量に基づく評価関数を定め、前記評価関数に基づいて前記電機子巻線の組及び前記界磁巻線の組に対応する前記通電素子を選択するように、前記通電箇所選択信号を生成することを特徴とする電動機制御装置。
【請求項３】
前記評価関数は、前記状態量のうち少なくとも二つ以上の値または、その値とそれぞれの許容値との差の和により定められることを特徴とする請求項２に記載の電動機制御装置。
【請求項４】
前記評価関数は、前記状態量のうち少なくとも二つ以上の値または、その値とそれぞれの許容値との差に各々係数をかけたものの和により定められることを特徴とする請求項２に記載の電動機制御装置。
【請求項５】
前記通電箇所選択手段は、前記電機子、前記界磁、前記電機子巻線、前記界磁巻線及び前記通電素子のうち少なくとも一つについて、前記評価関数を比較し、その比較結果に基づいて前記通電箇所選択信号を生成することを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
【請求項６】
前記通電箇所選択手段は、前記電機子、前記界磁、前記電機子巻線、前記界磁巻線及び前記通電素子のそれぞれに対応する前記温度または前記発熱量に対して上限値を設け、前記上限値以下の前記電機子巻線の組及び前記界磁巻線の組を優先的に選択するように、前記通電箇所選択信号を生成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動機制御装置。
【請求項７】
前記通電箇所選択手段は、前記電機子、前記界磁、前記電機子巻線、前記界磁巻線及び前記通電素子のそれぞれに対応する前記抵抗値、前記インダクタンス値、前記リアクタンス値及び前記インピーダンス値に対して適正値範囲を設け、それぞれが適正値範囲内に入っているかを比較し、前記適正値範囲内の前記電機子巻線の組及び前記界磁巻線の組を優先的に選択するように、前記通電箇所選択信号を生成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動機制御装置。
【請求項８】
前記電機子巻線の組及び前記界磁巻線の組に対して通電する箇所の最低数を示す最低通電箇所数を生成する最低通電箇所数生成手段を備え、
前記通電箇所選択手段は、前記最低通電箇所数以上となる範囲で、通電する前記電機子巻線の組及び前記界磁巻線の組を選択するように、前記通電箇所選択信号を生成することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
【請求項９】
前記最低通電箇所数生成手段は、前記電動機の回転速度、トルク、トルクリップル、騒音及び前記通電手段の最大出力のうち少なくとも一つに基づいて、前記最低通電箇所数を生成することを特徴とする請求項８に記載の電動機制御装置。
【請求項１０】
前記電動機の出力する前記トルクを定めるトルク指令を生成するトルク指令生成手段を備え、
前記通電信号生成手段は、前記トルク指令に基づいて前記通電信号を生成することを特徴とする請求項９に記載の電動機制御装置。
【請求項１１】
前記最低通電箇所数生成手段は、前記トルク指令に基づいて前記最低通電箇所数を生成することを特徴とする請求項１０に記載の電動機制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
この発明は、電機子と界磁を有する電動機を制御する電動機制御装置に関するものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る第一の電動機制御装置は、電機子と界磁を有する電動機の電機子巻線及び界磁巻線に対応して設けられた通電素子と、前記電機子巻線を構成する複数相を１組とする複数組の内のいずれの組の巻線に通電するかを選択する、及び前記界磁巻線を構成する複数組の内のいずれの組の巻線に通電するかを選択する通電箇所選択信号を生成する通電箇所選択手段と、前記通電箇所選択信号と、前記電機子、前記界磁及び前記通電素子の温度、発熱量、抵抗値、インダクタンス値、リアクタンス値及びインピーダンス値の状態量のうち少なくとも一つの状態量と、に基づいて、通電信号を生成する通電信号生成手段と、前記通電信号に基づいて前記通電素子により前記電機子巻線及び前記界磁巻線に通電する通電手段と、を備え、前記通電信号生成手段は、前記電機子巻線及び前記界磁巻線に印加する電圧を決める電圧指令を生成する電圧指令生成手段を有し、前記電圧指令に基づいて前記通電手段に出力する前記通電信号を生成するとともに、前記通電箇所選択手段は、前記状態量のうち少なくとも一つについて前記電機子巻線の組同士及び前記界磁巻線の組同士を比較し、同一の前記電圧指令に対して電流が小さい方の前記電機子巻線の組及び前記界磁巻線の組に対応する前記通電素子を選択するように、前記通電箇所選択信号を生成することを特徴とするものである。
また、本発明に係る第二の電動機制御装置は、電機子と界磁を有する電動機の電機子巻線及び界磁巻線に対応して設けられた通電素子と、前記電機子巻線を構成する複数相を１組とする複数組の内のいずれの組の巻線に通電するかを選択する、及び前記界磁巻線を構成する複数組の内のいずれの組の巻線に通電するかを選択する通電箇所選択信号を生成する通電箇所選択手段と、前記通電箇所選択信号と、前記電機子、前記界磁及び前記通電素子の温度、発熱量、抵抗値、インダクタンス値、リアクタンス値及びインピーダンス値の状態量のうち少なくとも一つの状態量と、に基づいて、通電信号を生成する通電信号生成手段と、前記通電信号に基づいて前記通電素子により前記電機子巻線及び前記界磁巻線に通電する通電手段と、を備え、前記通電箇所選択手段は、前記状態量に基づく評価関数を定め、前記評価関数に基づいて前記電機子巻線の組及び前記界磁巻線の組に対応する前記通電素子を選択するように、前記通電箇所選択信号を生成することを特徴とするものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
なお、上記実施の形態の説明では、通電箇所を排他的に選択する場合について述べたが、二組に通電するとした上で、温度、発熱量、抵抗値、インダクタンス値、リアクタンス値及びインピーダンス値の比較結果、あるいは、これらを用いた評価結果に応じて、電機子２１の二組の電機子巻線や界磁２２の二組の界磁巻線に流す電流に差をつけることもできる。例えば、二組の巻線の温度の比率に応じて、電流指令の比率を変える（温度が高いほど電流指令を低くする）などの方法がある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
また、上記実施の形態の説明では、電動機制御装置１の制御対象である電動機２として、３相Δ結線二組の電機子を有する巻線界磁型６相電動機とする場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、Ｙ結線の電動機や、各電機子巻線が独立した電動機などにも適用することが可能である。また、相数にも制限はなく、２つ以上の通電経路が確保されていれば適用することが可能である。