(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導線材によって構成された超電導かご形巻線を有する回転子を備えた誘導型超電導モータの制御回路であって、
電流指令形成部と、
周波数指令形成部と、
前記電流指令形成部からの電流値指令および前記周波数指令形成部からの周波数値指令に基づいて、それぞれ１２０°の位相差でサインカーブを形成する３つのサインカーブ形成部と、
固定子コイルのＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに流れる電流値を検出する少なくとも２つの電流センサと、
前記３つのサインカーブ形成部の出力と、前記電流センサにより検出された対応する各相の電流値との差をとる３つの誤差アンプ部と、
前記３つの誤差アンプ部の出力を増幅する３つのパワー部と、
を備え、
前記固定子コイルの各相に流れる電流値を、検出された対応する各相の電流値に基づいてそれぞれフィードバック制御し、
前記固定子コイルへの印加電圧または前記誘導型超電導モータの誘起電圧と、前記電流センサにより検出された電流との位相差を求める位相差検出部をさらに備え、
すべりモードの場合よりも前記位相差が所定角度小さくなったら同期モードと判定し、この判定後に、前記位相差の目標値よりも前記位相差が大きい場合は、前記電流指令形成部からの電流値指令を大きくし、小さい場合は、前記電流指令形成部からの電流値指令を小さくするように構成されており、
前記誘導型超電導モータの始動時から、すべりモードの場合よりも前記位相差が所定角度小さくなるまでは、前記電流指令形成部からの電流値指令を最大電流値指令とし、前記判定後は、前記最大電流値指令よりも小さい電流値指令とするように前記電流指令形成部が構成されていることを特徴とする、誘導型超電導モータの制御回路。
【請求項２】
請求項１に記載の誘導型超電導モータの制御回路において、
前記電流センサは２つであって、
前記固定子コイルのＵ相、Ｖ相、Ｗ相のうちの２相に流れる電流値を、２つの前記電流センサでそれぞれ検出し、残りの１相の電流値を、２つの前記電流センサの検出値を加算反転して求めることを特徴とする、誘導型超電導モータの制御回路。
【請求項３】
請求項１に記載の誘導型超電導モータの制御回路において、
前記電流センサは３つであって、
前記固定子コイルのＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに流れる電流値を、３つの前記電流センサでそれぞれ検出することを特徴とする、誘導型超電導モータの制御回路。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の誘導型超電導モータの制御回路において、
前記３つのパワー部がＰＷＭ制御とされていることを特徴とする、誘導型超電導モータの制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導線材によって構成された超電導かご形巻線を有する回転子を備えた誘導型超電導モータの制御回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の技術分野に関する先行技術として、例えば特許文献１、２に記載の発明がある。特許文献１に記載の発明は、超電導回転機の運転方法に関する発明であり、超電導回転機の一次巻線への印加電圧とその周波数とを制御している。なお、この超電導回転機は、常電導線材からなる巻線を有する固定子を備え、超電導線材によって構成された超電導かご形巻線が回転子に使用されている。特許文献２に記載の発明は、超電導回転子の構造に関する発明である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−５５７３３号公報
【特許文献２】国際公開第２００９／１１６２１９号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
超電導線材によって構成された巻線（コイル）に流れる電流と電圧との関係が、特許文献１の図８に記載されている。特許文献１の図８に記載のように、臨界電流Ｉｃ以下では、巻線にほとんど電圧が発生せず、臨界電流Ｉｃを超える電流が巻線に流れると電圧が急に大きくなる。この特性は、銅線などの通常の導体では、オームの法則に従って、電流の増加に比例して電圧が発生するのと大きく異なる。一方で、近年の研究により、イットリウム系またはビスマス系に代表される酸化物系超電導体においては、臨界電流Ｉｃを超えて、例えば臨界電流Ｉｃの２倍まで電流を流しても、冷却が崩れない限り使用することができることがわかってきている。
上記のように、超電導線材の特性がオームの法則に従う線形ではないため、電流制御による超電導モータの制御が望まれるが、その好ましい制御構成は具体化されていない。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、超電導線材によって構成された超電導かご形巻線を有する回転子を備えた誘導型超電導モータの好適な制御回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、超電導線材によって構成された超電導かご形巻線を有する回転子を備えた誘導型超電導モータの制御回路である。この制御回路は、電流指令形成部と、周波数指令形成部と、前記電流指令形成部からの電流値指令および前記周波数指令形成部からの周波数値指令に基づいて、それぞれ１２０°の位相差でサインカーブを形成する３つのサインカーブ形成部と、固定子コイルのＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに流れる電流値を検出する少なくとも２つの電流センサと、前記３つのサインカーブ形成部の出力と、前記電流センサにより検出された対応する各相の電流値との差をとる３つの誤差アンプ部と、前記３つの誤差アンプ部の出力を増幅する３つのパワー部とを備える。前記固定子コイルの各相に流れる電流値を、検出された対応する各相の電流値に基づいてそれぞれフィードバック制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、超電導線材によって構成された超電導かご形巻線を有する回転子を備えた誘導型超電導モータの好適な制御回路を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る制御回路を示す回路図である。
【図２】図１に示す固定子コイルの結線を示す回路図である。
【図３】図１に示すパワー部の詳細を示す回路図である。
【図４】図３に示すパワー部の他の形態を示す回路図である。
【図５】超電導かご形巻線および固定子コイルを構成する超電導線材の電流電圧特性を示す図である。
【図６】従来技術に係る電流駆動型インバータの代表的な回路図である。
【図７】図１に示す誘導型超電導モータの構造を示す縦断面図である。
【図８】図１に示す誘導型超電導モータのトルク特性を示す図である。
【図９】図１に示す誘導型超電導モータの超電導かご形巻線における電磁現象を示す模式図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る制御回路を示す回路図である。
【図１１】図１２に示す変換器の詳細を示す回路図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る制御回路を示す回路図である。
【図１３】印加電圧に対してモータ電流が遅れている状態を示す図である。
【図１４】モータの始動から同期モードまでの、印加電圧と電流との位相差を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１０】
（第１実施形態）
図１から図９を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る誘導型超電導モータの制御回路１０１について説明する。
【００１１】
＜誘導型超電導モータ＞
まず、制御回路１０１の制御対象の一例である誘導型超電導モータ１について図７〜９を参照しつつ説明する。
【００１２】
図７に示したように、誘導型超電導モータ１は、円筒形状のケーシング５０と、ケーシング５０の内周面に固定された環状の固定子５１と、ケーシング５０の両開口部を閉じる円板状のブラケット５２ａ、５２ｂと、ブラケット５２ａ、５２ｂに軸受５３ａ、５３ｂを介して回転可能に支持された回転子５６と、を備える。
【００１３】
固定子５１は、珪素鋼板等の電磁鋼板を軸方向に積層してなる環状の固定子鉄心５４と、固定子鉄心５４のスロット内に設けられた固定子コイル５５とを有する。固定子コイル５５は、イットリウム系またはビスマス系に代表される酸化物系超電導線材を巻線してなるものである。なお、固定子コイル５５を構成する線材は、ＮｂＴｉまたはＮｂ3Ｓｎに代表される金属系超電導線材およびその他の超電導線材であってもよいし、銅線などの常電導線材であってもよい。
【００１４】
回転子５６は、固定子５１の内側に固定子５１との間に所定の間隙をあけて配置される。回転子５６は、珪素鋼板等の電磁鋼板を軸方向に積層してなる中空円柱状の回転子鉄心５７と、回転子鉄心５７のスロット内に収容された超電導かご形巻線５８および常電導かご形巻線５９と、回転子鉄心５７に同軸に取り付けられた回転軸６０とを有する。超電導かご形巻線５８の径は常電導かご形巻線５９の径よりも小さく、超電導かご形巻線５８は、常電導かご形巻線５９よりも回転中心側に配置される。
【００１５】
超電導かご形巻線５８は、イットリウム系またはビスマス系に代表される酸化物系超電導線材で構成される。なお、超電導かご形巻線５８を構成する線材は、ＮｂＴｉまたはＮｂ3Ｓｎに代表される金属系超電導線材およびその他の超電導線材であってもよい。常電導かご形巻線５９は、銅線などの常電導線材で構成される。なお、常電導かご形巻線５９は、本実施形態のように、超電導かご形巻線５８と併設して回転安定化を図ることが好ましいが、超電導かご形巻線５８のみを設けて常電導かご形巻線５９を省略してもよい。すなわち、常電導かご形巻線５９は無くてもよい。
【００１６】
回転軸６０は、軸受５３ａ、５３ｂを介してブラケット５２ａ、５２ｂに回転可能に支持される。
【００１７】
固定子５１および回転子５６が、冷凍機による伝導冷却、液体窒素や液体ヘリウムによる浸漬冷却などにより冷却されて、固定子コイル５５および超電導かご形巻線５８は超電導状態とされる。
【００１８】
図５は、超電導かご形巻線５８および固定子コイル５５を構成する超電導線材の電流電圧特性を示す図である。横軸は、超電導線材に流す電流であり、縦軸は発生する電圧である。例えば、１０μＶ／ｍを発生する電流値を臨界電流Ｉｃと呼ぶ。図５に示したように、超電導線材は、突然発生する電圧が大きくなるのではなく、電流が大きくなるにつれて発生電圧が大きくなってくる。そのため、実用的に電圧発生をゼロと呼べる１０μＶ／ｍを発生する電流値を臨界電流Ｉｃとしている。この非線形な曲線２００の特性をｎ値で表現することもある。電流値がＩｃに近づくにつれて電流値は累乗的に非線形で増加し、Ｉｃを超えると電圧変化はかなり大きくなり非線形成分の影響を強く受ける。コイルのインピーダンスはインダクタンスとの合成になるが電流に比例する。従って、印加電圧（交流）に対してある比例係数で電流が決まるので、電流は印加電圧と同じサインカーブとみなすことができる。これは、位相ずれ、負荷変動などを除いた概略のことであるが、いずれにしてもコイルの各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）にはサインカーブ状の電流が流れる。一方、超電導線材に臨界電流Ｉｃを超える電流を、従来の方法で流すと、各相に流れる電流は歪んでしまう。サインカーブの頂点付近では、電流増加により電圧が発生して電流が減少する。そして、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相には不均衡な電流が流れる。
【００１９】
ここで、図６は、従来技術に係る電流駆動型インバータの代表的な回路図である。各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）をＰＷＭ制御する３組のパワー素子の上流に大きなリアクトル２０１を配置して、各相に流し込まれる電流の総和が変化しにくいよう制御している。モータコイルのインダクタンスよりも非常に大きいインダクタンスをリアクトル２０１に持たせることで各相に流し込まれる電流を均衡化させるのである。この回路の欠点は、非常に大きいインダクタンスを持ったリアクトル２０１により大きな損失があること、および、３相の電流の総和は均衡するものの各相単位でみれば超電導コイルの非線形成分からくるサインカーブの歪みを除去することができないことである。
【００２０】
図８は、誘導型超電導モータ１のトルク特性を示す図である。超電導かご形巻線５８が超電導状態になったとき、固定子５１による回転磁界の磁束を超電導かご形巻線５８が捕捉することで同期トルクが生じる（図９Ｂに、この磁束捕捉状態を示す）。このとき、誘導型超電導モータ１は当該同期トルク主動で回転し、図８のＡ部（＝同期域（同期回転））に対応するトルク特性を発揮する。
【００２１】
同期回転している状態において、誘導型超電導モータ１に大きな負荷がかかると、超電導かご形巻線５８が図９Ａに示す磁束フロー状態に移行して、誘導トルク主動で誘導型超電導モータ１は回転する。このとき、誘導型超電導モータ１は、図８のＢ部（＝すべり域（誘導回転））に対応するトルク特性を発揮する。なお、誘導型超電導モータ１にかかる負荷が過大となると脱調してしまう。
【００２２】
＜制御回路＞
図１に示すように、本実施形態の誘導型超電導モータの制御回路１０１は、電流指令形成部２、周波数指令形成部３、３つのサインカーブ形成部４（４ａ、４ｂ、４ｃ）、３つの誤差アンプ部５（５ａ、５ｂ、５ｃ）、３つのパワー部６（６ａ、６ｂ、６ｃ）、３つの電流センサ７（７ａ、７ｂ、７ｃ）を備えている。
【００２３】
図１においては、誘導型超電導モータ１を簡素化して示している。固定子コイル５５に関しては、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を、それぞれ１個のコイル、すなわち、固定子コイル５５ａ、５５ｂ、５５ｃで示している。実際、固定子コイルは、例えば、４個のコイルを直列接続にしたり、回転磁界を作るために一部のコイルを反転接続したりするが、これらをまとめて１個のコイルで代表して表記している。また、回転子５６を構成する超電導かご形巻線５８等を図１には示していない。
【００２４】
電流指令形成部２からサインカーブ形成部４への電流値指令は、一定値だけでなく、可変にする場合もある。
【００２５】
周波数指令形成部３は、サインカーブ形成部４が作るサインカーブの周波数を決定する。商用周波数で設計されたモータであれば、その定格運転を６０Ｈｚや１２０Ｈｚとする。回転速度を抑えるときは、周波数指令形成部３からの周波数値指令を例えば３０Ｈｚにする。また、モータの始動時周波数を０にして、所定の周波数にスイープしてもよい。この場合、周波数指令形成部３からの周波数値指令は、モータ始動時は０であり、周波数指令形成部３は、始動時は０の周波数値指令から所定の周波数にスイープする機能を併せもっている。
【００２６】
サインカーブ形成部４ｂは、サインカーブ形成部４ａに対して１２０°位相が遅く、サインカーブ形成部４ｃは、サインカーブ形成部４ｂに対して１２０°位相が遅くなるようにサインカーブを形成する。サインカーブの振幅は、電流指令形成部２からの電流値指令から、サインカーブの周波数は、周波数指令形成部３からの周波数値指令から各サインカーブ形成部４ａ、４ｂ、４ｃは得る。
【００２７】
電流センサ７ａ、７ｂ、７ｃは、それぞれ、固定子コイル５５ａ（Ｕ相）、５５ｂ（Ｖ相）、５５ｃ（Ｗ相）に流れる電流値を検出するものである。電流センサ７としてシャント抵抗を用いてもよいが、非接触式の電流センサを用いる方が好ましい。
【００２８】
誤差アンプ部５ａ、５ｂ、５ｃは、それぞれ、サインカーブ形成部４ａ、４ｂ、４ｃの出力を入力とし、電流センサ７ａ、７ｂ、７ｃにより検出された電流値をフィードバック信号として、サインカーブ形成部４ａ、４ｂ、４ｃからの電流指令値となるようパワー部６ａ、６ｂ、６ｃを経て各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を電流制御するものである。
【００２９】
サインカーブ形成部４ａ、４ｂ、４ｃからの電流制御の指令値はサインカーブであるので、制御のループが仮に無限大のゲインを持っていれば、負荷である固定子コイル５５に非線形特性があってもそこを流れる電流はサインカーブに修正制御される。無限大のゲインというのはあり得ないが、十分大きなゲインを与えれば、固定子コイル５５を流れる電流は、十分実用的なサインカーブに修正制御される。
【００３０】
誤差アンプ部５での制御は、比例制御（Ｐ制御）のみではなく、ＰＩ制御として積分項を加えたり、ＰＩＤ制御としてさらに微分項を加えたりする。
【００３１】
ここで、サインカーブ形成部４に関し、デスクリートで回路を組む場合は、入力電圧とデジタルデータとから得られるアナログ値を実質的に積算して出力する積算型ＤＡＣ（デジタル・アナログ変換器）とＲＯＭとがあればサインカーブ形成部４を構成できる。アドレスに対応してサインカーブのデータをＲＯＭに覚えさせ、アドレスを変化させながらサインカーブのデジタル値を積算型ＤＡＣに入力する。ＲＯＭのアドレスを変化させる機能は周波数指令形成部３の役割とし、積算型ＤＡＣへ入力する入力電圧は電流指令形成部２の出力とする。なお、最近は安価なマイコンが多用されている。このようなデスクリート回路よりも、電流指令形成部２、周波数指令形成部３、サインカーブ形成部４、および誤差アンプ部５をマイコンボードの機能とし、当該マイコンに内蔵されているＤＡＣなどから３つのアナログ信号を出力してパワー部６を制御してもよい。
【００３２】
図３に示したように、パワー部６は、例えばアナログ回路で構成され、電圧増幅部１４と２つのバイポーラトランジスタ１５、１６とを備える。プラス時は一方のバイポーラトランジスタ１５がＯＮし、他方のバイポーラトランジスタ１６はカットＯＦＦしている。このようなアナログ回路でパワー部６を構成するメリットは、後述するＰＷＭ制御などと比べて極めて波形がきれいであることである。
【００３３】
図４は、ＰＷＭ制御（Ｐulse  Ｗidth  Ｍodulation）でパワー部６を構成した例である。なお、ＰＷＭ制御は公知の制御方法である。図４に示すパワー部６は、分離回路２０と、基準波発生器１８と、コンパレータ１９ａ、１９ｂと、上部駆動回路２１と、下部駆動回路２２と、パワーＭＯＳＦＥＴ２３、２４とを備える。
【００３４】
基準波発生器１８からはノコギリ波形とか三角波形が出力される。誤差アンプ部５からの指令値（電流指令値）は分離回路２０でプラス側とマイナス側とに分離され、マイナス側は反転されて、これら指令値と基準波発生器１８からの出力波形とがコンパレータ１９ａ、１９ｂでそれぞれ比較されて、指令値の方が基準電圧よりも大きいときはＯＮ、小さいときはＯＦＦになるＰＷＭ信号がコンパレータ１９ａ、１９ｂから出力される。下部駆動回路２２では、そのＯＮ、ＯＦＦが逆になったものを用いる。
【００３５】
パワー素子としては、パワーＭＯＳＦＥＴ２３、２４ではなく、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）を用いてもよい。パワー素子の前段には簡単なバッファーを設けることがある。
【００３６】
ＰＷＭ信号をマイコンの機能に内蔵するものもあり、電流指令形成部２、周波数指令形成部３、サインカーブ形成部４、誤差アンプ部５、およびパワー部６の一部機能までをマイコンの機能にもたせて、図４中のパワーＭＯＳＦＥＴ２３、２４にあたるパワーＭＯＳＦＥＴを直接制御したり、その間に簡単なバッファーを追加したりする構成であってもよい。
【００３７】
（第２実施形態）
図１０は、本発明の第２実施形態に係る誘導型超電導モータ１の制御回路１０２を示す回路図である。なお、図１に示す第１実施形態の制御回路１０１の各構成と同じ構成については同一の符号を付している（図１２に示す第３実施形態の制御回路１０３についても同様）。
【００３８】
本実施形態では、電流センサ７を２つとしている（電流センサ７ａ、７ｂ）。図２に固定子コイル５５の結線を示すように、各コイルはスター結線されているので、１相を流れる電流値は、他の２相を流れる電流値を加算した値となる。制御回路１０２は、変換器８を有し、Ｕ相、Ｖ相を流れる電流ＩU、ＩVを加算するとともにプラスマイナスを反転してＷ相を流れる電流ＩWを求め、誤差アンプ部５ｃにフィードバック信号として入力する。
【００３９】
図１１に示すように、変換器８は、オペアンプ１０を有する。抵抗１１、１２、１３は通常同値のものとされ、例えば１０ｋΩのものが用いられる。電流センサ７ａ、７ｂの出力をオペアンプ１０に入力すると加算されて反転出力される。
【００４０】
なお、図１１に示す変換器８は、電流指令側にも用いることができる。図示を省略するが、例えばサインカーブ形成部４ｃの代わりに変換器８を入れ、サインカーブ形成部４ａ、４ｂの出力をオペアンプ１０に入力すると、サインカーブ形成部４ｃの出力と同一の波形の出力が得られる。この出力を誤差アンプ部５ｃに入力すればよい。この場合、変換器８がＷ相のサインカーブ形成部となる。
【００４１】
（第３実施形態）
図１２は、本発明の第３実施形態に係る誘導型超電導モータ１の制御回路１０３を示す回路図である。
【００４２】
本実施形態では、固定子コイル５５ａへの印加電圧波形（サインカーブ状）の位相と、電流センサ７ａにより検出された電流波形（サインカーブ状）の位相との位相差を求める位相差検出回路３０（位相差検出部）をさらに設けている。
【００４３】
なお、前記位相差とは、固定子コイル５５ａへの印加電圧波形に対して電流センサ７ａにより検出された電流波形がいくら進んでいるか遅れているかの値のことである（「印加電圧波形」−「電流波形」）。すなわち、前記位相差は、印加電圧波形よりも電流波形が遅れている場合はプラスの値となり、進んでいる場合はマイナスの値となる。
【００４４】
ここで、超電導かご形巻線５８が図９Ｂに示す磁束捕捉状態になると、超電導かご形巻線５８のループに永久電流が流れ続けるので回転子５６は永久磁石として機能する。回転子５６が永久磁石化すれば、誘導型超電導モータ１は同期モータに相当する振る舞いをする。しかし、誘導型超電導モータ１には回転子５６の位置（角度）を検出する角度検出器が無いので転流（コミテート）制御することができない。
【００４５】
負荷が軽いときは、固定子５１の回転磁界に回転子５６の磁界が追いつき、モータ効率が低下する。また、負荷が重いときは、回転子５６が適正角度よりも遅れて回転するので、やはりモータ効率が低下する。負荷が重くなる場合は、モータの効率低下により負荷に対してさらに抵抗力がなくなるため結果として脱調してしまうことがある。
【００４６】
上記印加電圧波形の位相と上記電流波形の位相との位相差が小さくなると負荷が軽いということであり、当該位相差が大きくなると負荷が重いということであるので、位相差検出回路３０は、負荷が軽いまたは重いという現象を、印加電圧と電流との位相差を検出することで検出できる。
【００４７】
検出した位相差信号を電流指令形成部２に入力し、電流指令形成部２の出力を可変制御する。予め定めた位相差の適正値（例えば、２０°）を目標値とし、検出した位相差が目標値よりも大きければ、電流指令形成部２からの電流値指令を大きくして発生トルクをアップさせる。検出した位相差が目標値よりも小さければ、電流値指令を小さくして発生トルクをダウンさせる。
【００４８】
このように、印加電圧と電流との位相差に基づいて電流値指令を制御することで、永久電流により磁石化した回転子５６のつくる磁界は、固定子５１のつくる回転磁界に対して適正量遅れて回転するようになる。
【００４９】
このようにすれば、トルク不足で脱調することがないばかりか、コイルに大きな電流を流して回転子５６が必要以上に回転磁界に追いついてモータ効率を低下させることなく、必要最低限度の電流で誘導型超電導モータ１を駆動できる。図１３は、固定子コイル５５ａへの印加電圧４１に対して、固定子コイル５５ａを流れる電流４２が遅れている状態を示す図である。この図では、印加電圧４１に対して電流４２は約４０°遅れている。
【００５０】
印加電圧と電流との位相差は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、いずれも同じであるので、本実施形態のように例えばＵ相のみ位相差を検出すればよい。なお、印加電圧の代わりに誘導型超電導モータ１のつくる誘起電圧を用いてもよい。すなわち、誘導型超電導モータ１の誘起電圧波形の位相と、電流センサ７ａにより検出された電流波形の位相との位相差を検出して電流制御に用いてもよい。印加電圧と誘起電圧とは多少挙動が異なるが、電流波形との位相差に関しては同等に扱うことができるからである。
【００５１】
次に、図１４は、誘導型超電導モータ１の始動から、誘導型超電導モータ１が同期モードに至るまでの、固定子コイル５５への印加電圧（波形）と固定子コイル５５を流れる電流（波形）との位相差の挙動の一例を示す図である。図１４の横軸は時間である。縦軸は、前記位相差である。図１４の中のＢ部（すべりモード）は、図８の中のＢ部に相当する。図１４の中のＡ部（同期モード）は、図８の中のＡ部に相当する。
【００５２】
図１４に示す例では、モータの始動時、固定子コイル５５を流れる電流の位相が、固定子コイル５５への印加電圧の位相よりも２０°遅れているとしている。この遅れ２０°は一例であり、２０〜６０°程度遅れることが多い。
【００５３】
この場合、誘導型超電導モータ１は、しばらくの間、印加電圧と電流との位相差が２０°で回転し、定格回転に達すると同期モードになり負荷に応じて位相が変化する。誘導型超電導モータ１は、その始動時、すべりモードで回転する。また、誘導型超電導モータ１は、その始動時、最大電流で回転させられる。すなわち、電流指令形成部２からの電流値指令は、誘導型超電導モータ１の始動時は最大電流値指令とされる。なお、「最大電流（最大電流値）」とは、要求された負荷で誘導型超電導モータ１を定格回転まで回転させるのに必要な電流（電流値）のことをいう。本発明では、誘導型超電導モータ１がすべりモードから同期モードに達するのに必要な電流（電流値）と、「最大電流（最大電流値）」を定義することもできる。
【００５４】
図１４中のＰ点は、すべりモードではない例えば位相差１０°の点とする。このＰ点の位相差＝１０°を同期モードと判定する判断値とする。位相差がすべりモード時の２０°から１０°まで小さくなったら、位相差の目標値を例えば同じく１０°にして、固定子コイル５５に流し込む電流値を制御して位相差１０°に位相差が安定するようにする。具体的には、前記したように、位相差検出回路３０にて検出した位相差信号を電流指令形成部２に入力し、電流指令形成部２の出力を可変制御する。位相差１０°を目標値（閾値）とし、検出した位相差が１０°よりも大きければ、電流指令形成部２からの電流値指令を大きくして発生トルクをアップさせる。検出した位相差が１０°よりも小さければ、電流値指令を小さくして発生トルクをダウンさせる。なお、同期モード判定の判断値と、同期モード判定後の目標値とは異なっていてもよい。また、上記判定後は、いずれにしても（目標値に対する位相差の大小にかかわらず）、最大電流値指令よりも小さい電流値指令とされる。
【００５５】
なお、この誘導型超電導モータ１の場合は、すべりモードでの位相差が２０°であり、同期モードでの最も効率の良い位相差も２０°の場合の例である。従い、位相差の目標値を１０°とする制御は、モータの最大効率よりも少し効率が低い点での制御であるが、すべりモードに入らない余裕を持たせた制御となる。
【００５６】
この制御によると、すべりモードの場合よりも位相差が所定角度（上記の実施形態では、２０°−１０°＝１０°）小さくなったら、誘導型超電導モータ１が同期モードにあると判定し、その後は、位相差がその目標値（上記の実施形態では１０°）に近づくよう、電流指令形成部２からの電流値指令を変化させることで、負荷変動などで間違ってすべりモードに入ることを防止することができ、その結果、誘導型超電導モータ１の安定した同期モード運転を実現できる。
【００５７】
（発明の作用・効果）
（１）本発明は、超電導線材によって構成された超電導かご形巻線を有する回転子を備えた誘導型超電導モータの制御回路である。この制御回路は、電流指令形成部と、周波数指令形成部と、前記電流指令形成部からの電流値指令および前記周波数指令形成部からの周波数値指令に基づいて、それぞれ１２０°の位相差でサインカーブを形成する３つのサインカーブ形成部と、固定子コイルのＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに流れる電流値を検出する少なくとも２つの電流センサと、前記３つのサインカーブ形成部の出力と、前記電流センサにより検出された対応する各相の電流値との差をとる３つの誤差アンプ部と、前記３つの誤差アンプ部の出力を増幅する３つのパワー部とを備える。前記固定子コイルの各相に流れる電流値を、検出された対応する各相の電流値に基づいてそれぞれフィードバック制御することを特徴とする。
【００５８】
この構成によると、超電導線材の非線形特性からくる各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に流れる電流（サインカーブ波形）の歪を除去することができるので、換言すれば各相の不均衡電流を抑えることができるので、誘導型超電導モータを安定して回転させることができる。また、大きなリアクトル（図６参照）を用いることなく電流制御ができるので効率の良い回路構成となる。
【００５９】
（２）本発明において、前記電流センサは２つであって、前記固定子コイルのＵ相、Ｖ相、Ｗ相のうちの２相に流れる電流値を、２つの前記電流センサでそれぞれ検出し、残りの１相の電流値を、２つの前記電流センサの検出値を加算反転して求めることが好ましい。この構成によると、制御回路を安価に製造することができる。
【００６０】
（３）また本発明において、前記電流センサは３つであって、前記固定子コイルのＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに流れる電流値を、３つの前記電流センサでそれぞれ検出することが好ましい。この構成によると、電流値制御にロバスト性を持たせることができる。
【００６１】
（４）また本発明において、前記３つのパワー部がＰＷＭ制御とされていることが好ましい。
【００６２】
（５）また本発明において、前記固定子コイルへの印加電圧または前記誘導型超電導モータの誘起電圧と、前記電流センサにより検出された電流との位相差を求める位相差検出部をさらに備え、すべりモードの場合よりも前記位相差が所定角度小さくなったら同期モードと判定し、この判定後に、前記位相差の目標値よりも前記位相差が大きい場合は、前記電流指令形成部からの電流値指令を大きくし、小さい場合は、前記電流指令形成部からの電流値指令を小さくするように構成されていることが好ましい。
【００６３】
この構成によると、誘導型超電導モータに作用する負荷の変動などで間違ってすべりモードに入ることを防止することができ、その結果、誘導型超電導モータの安定した同期モード運転を実現できる。また、コイルに大きな電流を流して回転子が必要以上に回転磁界に追いついてモータ効率を低下させることがない。即ち、必要最低限度の電流で誘導型超電導モータを駆動できる。
【００６４】
なお、前記位相差とは、固定子コイルへの印加電圧を適用する場合は、固定子コイルへの印加電圧波形に対して電流センサにより検出された電流波形がいくら進んでいるか遅れているかの値のことである。また、誘導型超電導モータの誘起電圧を適用する場合は、誘導型超電導モータの誘起電圧波形に対して電流センサにより検出された電流波形がいくら進んでいるか遅れているかの値のことである。これらの値（位相差）は、電流波形が遅れている場合はプラスの値となり、進んでいる場合はマイナスの値となる。
【００６５】
（６）また本発明において、前記誘導型超電導モータの始動時から、すべりモードの場合よりも前記位相差が所定角度小さくなるまでは、前記電流指令形成部からの電流値指令を最大電流値指令とし、前記判定後は、前記最大電流値指令よりも小さい電流値指令とするように前記電流指令形成部が構成されていることが好ましい。
【００６６】
この構成によると、同期モードに入ってからの無駄な電流消費を抑制することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１：誘導型超電導モータ
２：電流指令形成部
３：周波数指令形成部
４：サインカーブ形成部
５：誤差アンプ部
６：パワー部
７：電流センサ
５１：固定子
５５：固定子コイル
５６：回転子
５８：超電導かご形巻線
１０１：制御回路（誘導型超電導モータの制御回路）
【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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