(57)【要約】【課題】ＤＣモータ制御及びＡＣモータ制御の両機能を兼用する際に、ＤＣモータとＡＣモータとの切り替えを、小規模及び低コストにて実現する。【解決手段】制御部１０の磁束電流指令ＡＣ／ＤＣ切替部１１は、磁束指令部１２１から磁束電流指令を入力し、切替信号を入力し、切替信号がＡＣを示す場合、入力した磁束電流指令を出力し、切替信号がＤＣを示す場合、予め設定されたデータ０の磁束電流指令を出力する。電気角ＡＣ／ＤＣ切替部１２は、電気角計算部１３０により計算された電気角を入力し、切替信号を入力し、切替信号がＡＣを示す場合、入力した電気角を出力し、切替信号がＤＣを示す場合、予め設定された固定の電気角３３０°を出力する。電圧指令２相−３相変換部１３１は、ＤＣモータ１０５を駆動する場合、絶対値が等しく逆相となるＵ相電圧指令及びＶ相電圧指令、並びにデータ０のＷ相電圧指令を生成する。【選択図】図２
2012175725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＣモータまたはＤＣモータを回転制御するためのＰＷＭ指令を出力する制御部と、前記制御部からＰＷＭ指令を入力し、前記ＰＷＭ指令によってスイッチング素子をオンオフし、前記ＡＣモータまたはＤＣモータへ電力を供給するインバータとを備えたモータ制御装置において、
前記制御部は、
磁束電流指令を生成する励磁指令部と、
前記励磁指令部から磁束電流指令を入力し、前記ＡＣモータを使用することを示すＡＣまたは前記ＤＣモータを使用することを示すＤＣを示す切替信号を入力し、前記切替信号がＡＣを示す場合、前記入力した磁束電流指令を出力し、前記切替信号がＤＣを示す場合、予め設定されたデータ０の磁束電流指令を出力する磁束電流指令ＡＣ／ＤＣ切替部と、
トルク電流指令を生成するトルク指令部と、
電気角を計算する電気角計算部と、
前記電気角計算部により計算された電気角を入力し、前記切替信号を入力し、前記切替信号がＡＣを示す場合、前記入力した電気角を出力し、前記切替信号がＤＣを示す場合、予め設定された固定の電気角を出力する電気角ＡＣ／ＤＣ切替部と、
前記インバータから前記ＡＣモータまたはＤＣモータへ供給される電力の電流が電流ＦＢとして検出され、前記電流ＦＢの座標軸を、前記電気角ＡＣ／ＤＣ切替部より出力された電気角の角度座標回転させ、磁束電流ＦＢ及びトルク電流ＦＢの座標軸へ変換する電流ＦＢ座標変換部と、
前記磁束電流指令ＡＣ／ＤＣ切替部により出力された磁束電流指令と、前記電流ＦＢ座標変換部により変換された磁束電流ＦＢとの間の磁束電流偏差が０になるように制御を行い、磁束電圧指令を生成する磁束電流アンプと、
前記トルク指令部により生成されたトルク電流指令と、前記電流ＦＢ座標変換部により変換されたトルク電流ＦＢとの間のトルク電流偏差が０になるように制御を行い、トルク電圧指令を生成するトルク電流アンプと、
前記磁束電流アンプにより生成された磁束電圧指令及び前記トルク電流アンプにより生成されたトルク電圧指令の座標軸を、前記電気角ＡＣ／ＤＣ切替部により出力された電気角の角度座標変換させ、電圧指令を生成し、前記電圧指令を前記ＰＷＭ指令として出力する電圧指令座標変換部と、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記ＡＣモータを使用する場合の前記電圧指令座標変換部により生成された電圧指令を、Ｕ相電圧指令、Ｖ相電圧指令及びＷ相電圧指令としたときに、前記Ｕ相電圧指令、Ｖ相電圧指令及びＷ相電圧指令のうちのいずれかが０のときの電気角を、前記電気角ＡＣ／ＤＣ切替部における予め設定された固定の電気角とする、ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のモータ制御装置において、
前記電気角ＡＣ／ＤＣ切替部における予め設定された固定の電気角を、３０°、９０°、１５０°、２１０°、２７０°及び３３０°のうちのいずれかを含む所定範囲の角度とする、ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項４】
請求項２に記載のモータ制御装置において、
前記電気角ＡＣ／ＤＣ切替部における予め設定された固定の電気角を、前記Ｗ相電圧指令が０のときの３３０°を含む所定範囲の角度とし、
前記電流ＦＢ座標変換部は、
前記インバータから供給される電力のＵ相電流ＦＢ及びＷ相電流ＦＢを入力し、前記Ｕ相電流ＦＢ及びＷ相電流ＦＢの座標軸を、前記電気角ＡＣ／ＤＣ切替部より出力された電気角の角度座標回転させ、磁束電流ＦＢ及びトルク電流ＦＢの座標軸へ変換し、
前記電圧指令座標変換部は、
前記ＡＣモータを使用する場合、Ｕ相電圧指令、Ｖ相電圧指令及びＷ相電圧指令を生成し、前記Ｕ相電圧指令、Ｖ相電圧指令及びＷ相電圧指令をＰＷＭ指令として出力し、前記ＤＣモータを使用する場合、絶対値が等しく逆相のＵ相電圧指令及びＶ相電圧指令を生成すると共に、データ０のＷ相電圧指令を生成し、前記Ｕ相電圧指令及びＶ相電圧指令を前記ＰＷＭ指令として出力する、ことを特徴とするモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置に関し、特に、１台のモータ制御装置にて、直流モータと交流モータとを切り替えて制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば産業用に用いられるモータ駆動装置として、直流モータ（ＤＣモータ）または交流モータ（ＡＣモータ）を制御するモータ制御装置が知られている。ＤＣモータ用のモータ制御装置は、所定速度でモータを回転させるための直流電力を生成し、生成した直流電力をＤＣモータへ供給し、ＡＣモータ用のモータ制御装置は、交流電力を生成してＡＣモータへ供給する。このため、ＤＣモータ用のモータ制御装置とＡＣモータ用のモータ制御装置とは構成が異なるのが通常であり、別々の専用装置として開発及び製造が行われる。
【０００３】
一般に、１台のモータ制御装置を用いてＤＣモータとＡＣモータとを切り替えて制御する場合、モータ制御装置には、ＤＣモータ制御を実現するハードウェアと、ＡＣモータ制御を実現するハードウェアとが設けられる。モータ制御装置は、ＤＣモータが接続された場合、ＤＣモータ制御用のハードウェアに切り替え、ＡＣモータが接続された場合、ＡＣモータ制御用のハードウェアに切り替えて使用する。また、モータ制御装置にメカスイッチを設け、このメカスイッチを切り替えることにより、ＤＣモータ制御とＡＣモータ制御とを切り替える手法も知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
また、特許文献１に記載されたメカスイッチを用いることなく、ハードウェア構成の主回路を共通にして専用のレギュレータを使用するファームウェアを使用し、ＤＣモータ制御とＡＣモータ制御とを切り替える手法も知られている。
【０００５】
しかしながら、ＤＣモータ制御とＡＣモータ制御との切り替えをメカスイッチまたはファームウェアを用いて実現する場合には、専用のメカスイッチまたはファームウェアが必要になるから、モータ制御装置全体としてサイズが大きくなり、コストが高くなってしまう。特に、ファームウェアを使用する手法では、ＤＣモータ用のファームウェアとＡＣモータ用のファームウェアとが異なるから、それぞれ別製品になってしまう。そこで、専用のメカスイッチ及びファームウェアを不要とし、サイズ及びコストの問題を解消する手法が知られている（例えば、特許文献２を参照）。
【０００６】
この特許文献２の手法は、制御部（特許文献２の明細書に記載されたマイクロコンピュータ４）がＤＣモータ制御とＡＣモータ制御との両機能を兼用するものであり、ＡＣモータが接続された場合、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の電圧指令を６個のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号として、インバータの６個のスイッチング素子に出力し、ＤＣモータが接続された場合、電圧指令を４個のＰＷＭ信号として、インバータの４個のスイッチング素子に出力する。しかしながら、特許文献２の手法では、制御部の具体的な構成及び具体的な処理が示されておらず、単に、出力信号の形態が示されているに過ぎない（特許文献２の図２〜図５）。
【０００７】
以下、ＤＣモータを制御するためのＰＷＭ指令を生成するＤＣモータ制御についての一般的な手法、及び、ＡＣモータを制御するためのＰＷＭ指令を生成するＡＣモータ制御についての一般的な手法について説明する。
【０００８】
〔ＤＣモータ制御〕
まず、ＤＣモータ制御の手法について説明する。図８は、ＤＣモータを制御するためのＰＷＭ指令を生成する従来のＤＣモータ制御部の構成を示すブロック図である。このＤＣモータ制御部１１０は、トルク指令部１１１、減算部１１２、トルク（Ｑ軸）電流アンプ１１３、誘起電圧補償部１１４及び反転部１１５を備えている。ＤＣモータ制御部１１０により生成されるＵ相トルク電圧指令及びＶ相トルク電圧指令は、ＰＷＭ指令として、図示しないインバータのスイッチング素子へ出力される。そして、インバータは、ＰＷＭ指令に応じた直流電力をＤＣモータへ供給し、ＰＷＭ指令によってＤＣモータが回転制御される。
【０００９】
トルク指令部１１１は、トルク指令、速度アンプ出力指令を入力すると共に、予め設定された速度制御／トルク制御切替信号及びトルク指令ランプ設定時間を入力する。そして、トルク指令部１１１は、速度制御／トルク制御切替信号が速度制御を示している場合、入力した速度アンプ出力指令を選択し、速度制御／トルク制御切替信号がトルク制御を示している場合、入力したトルク指令を選択する。トルク指令部１１１は、選択したトルク指令または速度アンプ出力指令をトルク電流指令として減算部１１２に出力する。また、トルク指令部１１１は、トルク指令をトルク電流指令として出力する場合、トルク指令ランプ設定時間に応じて、トルク指令の急激な変化をランプ状に変化させるようにトルク電流指令を生成して出力する。
【００１０】
減算部１１２は、トルク指令部１１１からトルク電流指令を入力し、Ｕ相の電流を検出する電流センサ（図示せず）からのＵ相電流ＦＢ（トルク電流ＦＢ（Feed Back））を入力し、トルク電流指令からトルク電流ＦＢを減算し、トルク電流偏差をトルク（Ｑ軸）電流アンプ１１３に出力する。
【００１１】
トルク（Ｑ軸）電流アンプ１１３は、減算部１１２からトルク電流偏差を入力すると共に、誘起電圧補償部１１４からトルク（Ｑ軸）用の補償値を入力し、予め設定された比例ゲイン（Ｐ）及び積分ゲイン（Ｉ）を入力し、さらに、トルク電流アンプ許可信号を入力する。そして、トルク（Ｑ軸）電流アンプ１１３は、トルク電流アンプ許可信号が許可を示している場合、トルク電流偏差が０になるようにＰＩ制御を行って指令値を生成し、生成した指令値にトルク（Ｑ軸）用の補償値を加算し、トルク電圧指令を出力する。トルク電圧指令は、反転部１１５に出力されると共に、Ｕ相トルク電圧指令がＰＷＭ指令として外部（図示しないインバータ）へ出力される。一方、トルク（Ｑ軸）電流アンプ１１３は、トルク電流アンプ許可信号が不許可を示している場合、ＰＩ制御を行わず、データ０のトルク電圧指令を出力する。
【００１２】
誘起電圧補償部１１４は、ＤＣモータにおける誘起電圧の補償値であるトルク（Ｑ軸）用の補償値を生成する。誘起電圧補償部１１４は、予め設定された非干渉補償係数、モータ無負荷電圧及び電圧指令係数を入力すると共に、ＵＶ相の電圧を検出する電圧センサ（図示せず）からのＵＶ相電圧ＦＢをモータ端子電圧Ｖuvとして入力する。そして、誘起電圧補償部１１４は、モータ端子電圧Ｖuv、非干渉補償係数、モータ無負荷電圧及び電圧指令係数に基づいて、トルク（Ｑ軸）用の補償値を計算し、トルク（Ｑ軸）用の補償値をトルク（Ｑ軸）電流アンプ１１３に出力する。尚、トルク（Ｑ軸）用の補償値の計算手法は既知であるから、ここでは説明を省略する。
【００１３】
反転部１１５は、トルク（Ｑ軸）電流アンプ１１３からトルク電圧指令を入力し、トルク電圧指令を反転する。反転したトルク電圧指令であるＶ相トルク電圧指令は、ＰＷＭ指令として外部（図示しないインバータ）へ出力される。これにより、Ｖ相トルク電圧指令によるＰＷＭ指令は、Ｕ相トルク電圧指令によるＰＷＭ指令に対して逆相の信号となる。
【００１４】
このように、ＤＣモータ制御部１１０により生成されるＵ相トルク電圧指令、及びこの指令に対して逆相の特性を有するＶ相トルク電圧指令は、ＰＷＭ指令として、図示しないインバータのスイッチング素子へ出力され、ＰＷＭ指令に応じた直流電力がＤＣモータへ供給される。
【００１５】
〔ＡＣモータ制御〕
次に、ＡＣモータ制御の手法について説明する。図９は、ＡＣモータを制御するためのＰＷＭ指令を生成する従来のＡＣモータ制御部の構成を示すブロック図である。このＡＣモータ制御部１２０は、磁束指令部１２１、減算部１２２、磁束（Ｄ軸）電流アンプ１２３、トルク指令部１２４、減算部１２５、トルク（Ｑ軸）電流アンプ１２６、電流ＦＢ３相−２相変換部１２７、非干渉補償部１２８、電機周波数計算部１２９、電気角計算部１３０及び電圧指令２相−３相変換部１３１を備えている。ＡＣモータ制御部１２０により生成されるＵ相電圧指令、Ｖ相電圧指令及びＷ相電圧指令は、ＰＷＭ指令として、図示しないインバータのスイッチング素子へ出力される。そして、インバータは、ＰＷＭ指令に応じた交流電力をＡＣモータへ供給し、ＰＷＭ指令によってＡＣモータが回転制御される。
【００１６】
磁束指令部１２１は、磁束指令を入力すると共に、予め設定された磁束指令ランプ設定時間及びベース回転数を入力し、さらに、ＡＣモータの回転情報を得るためのエンコーダ（図示せず）のカウンタ値によって計測された速度ＦＢを入力する。そして、磁束指令部１２１は、速度ＦＢがベース回転数以下の場合、磁束指令を磁束電流指令として減算部１２２に出力し、速度ＦＢがベース回転数よりも大きい場合、速度ＦＢがベース回転数以下のときの磁束指令の値から徐々に小さくなるように、予め設定された磁束電流指令を生成し減算部１２２に出力する。また、磁束指令部１２１は、出力する磁束電流指令を磁束指令で除算して磁束比率を計算し、（１／磁束比率）の値を電機周波数計算部１２９に出力する。また、磁束指令部１２１は、磁束指令が急激に変化した場合、磁束指令ランプ設定時間に応じて、磁束指令の急激な変化をランプ状に変化させるように磁束電流指令を生成して出力する。尚、磁束指令部１２１は、ＡＣモータが誘導電動機の場合、前述の処理を行い、ＡＣモータが同期電動機の場合、データ０の磁束電流指令を減算部１２２に出力する。
【００１７】
減算部１２２は、磁束指令部１２１から磁束電流指令を入力すると共に、電流ＦＢ３相−２相変換部１２７から磁束電流ＦＢを入力し、磁束電流指令から磁束電流ＦＢを減算し、磁束電流偏差を磁束（Ｄ軸）電流アンプ１２３に出力する。
【００１８】
磁束（Ｄ軸）電流アンプ１２３は、減算部１２２から磁束電流偏差を入力すると共に、非干渉補償部１２８から磁束（Ｄ軸）用の補償値を入力し、予め設定された比例ゲイン（Ｐ）及び積分ゲイン（Ｉ）を入力し、さらに、磁束電流アンプ許可信号を入力する。そして、磁束（Ｄ軸）電流アンプ１２３は、磁束電流アンプ許可信号が許可を示している場合、磁束電流偏差が０になるようにＰＩ制御を行って指令値を生成し、生成した指令値に磁束（Ｄ軸）用の補償値を加算し、磁束電圧指令を電圧指令２相−３相変換部１３１に出力する。一方、磁束（Ｄ軸）電流アンプ１２３は、磁束電流アンプ許可信号が不許可を示している場合、ＰＩ制御を行わず、データ０の磁束電圧指令を出力する。
【００１９】
トルク指令部１２４は、トルク指令、速度アンプ出力指令を入力すると共に、予め設定された速度制御／トルク制御切替信号及びトルク指令ランプ設定時間を入力する。そして、トルク指令部１２４は、速度制御／トルク制御切替信号が速度制御を示している場合、入力した速度アンプ出力指令を選択し、速度制御／トルク制御切替信号がトルク制御を示している場合、入力したトルク指令を選択する。トルク指令部１２４は、選択したトルク指令または速度アンプ出力指令をトルク電流指令として減算部１２５、非干渉補償部１２８及び電機周波数計算部１２９に出力する。また、トルク指令部１２４は、トルク指令をトルク電流指令として出力する場合、トルク指令ランプ設定時間に応じて、トルク指令の急激な変化をランプ状に変化させるようにトルク電流指令を生成して出力する。
【００２０】
減算部１２５は、トルク指令部１２４からトルク電流指令を入力すると共に、電流ＦＢ３相−２相変換部１２７からトルク電流ＦＢを入力し、トルク電流指令からトルク電流ＦＢを減算し、トルク電流偏差をトルク（Ｑ軸）電流アンプ１２６に出力する。
【００２１】
トルク（Ｑ軸）電流アンプ１２６は、減算部１２５からトルク電流偏差を入力すると共に、非干渉補償部１２８からトルク（Ｑ軸）用の補償値を入力し、予め設定された比例ゲイン（Ｐ）及び積分ゲイン（Ｉ）を入力し、さらに、トルク電流アンプ許可信号を入力する。そして、トルク（Ｑ軸）電流アンプ１２６は、トルク電流アンプ許可信号が許可を示している場合、トルク電流偏差が０になるようにＰＩ制御を行って指令値を生成し、生成した指令値にトルク（Ｑ軸）用の補償値を加算し、トルク電圧指令を電圧指令２相−３相変換部１３１に出力する。一方、トルク（Ｑ軸）電流アンプ１２６は、トルク電流アンプ許可信号が不許可を示している場合、ＰＩ制御を行わず、データ０のトルク電圧指令を出力する。
【００２２】
電流ＦＢ３相−２相変換部１２７は、Ｕ相の電流を検出する電流センサ（図示せず）からのＵ相電流ＦＢを入力すると共に、Ｗ相の電流を検出する電流センサ（図示せず）からのＷ相電流ＦＢを入力し、さらに、電気角計算部１３０から電気角θｅを入力し、３相軸からＤ軸及びＱ軸への座標変換を行い、磁束電流ＦＢを減算部１２２に出力し、トルク電流ＦＢを減算部１２５に出力する。すなわち、電流ＦＢ３相−２相変換部１２７は、Ｕ相電流ＦＢ及びＷ相電流ＦＢの電流軸を示す座標軸を、電気角θｅの角度座標回転させ、磁束電流ＦＢ及びトルク電流ＦＢの電流軸を示す座標軸へ変換する（回転座標を静止座標に変換する）。
【００２３】
非干渉補償部１２８は、ＡＣモータの磁束（Ｄ軸）とトルク（Ｑ軸）との間の干渉をなくすための補償値である磁束（Ｄ軸）用の補償値及びトルク（Ｑ軸）用の補償値を生成する。非干渉補償部１２８は、予め設定された非干渉補償係数、モータ無負荷電圧、電圧指令係数及び誘導電動機／同期電動機切替信号を入力すると共に、ＡＣモータの回転情報を得るためのエンコーダ（図示せず）のカウンタ値によって計測された速度ＦＢを入力し、トルク指令部１２４からトルク電流指令を入力する。そして、非干渉補償部１２８は、誘導電動機／同期電動機切替信号が誘導電動機を示している場合、非干渉補償係数、モータ無負荷電圧、電圧指令係数、速度ＦＢ及びトルク電流指令に基づいて、磁束（Ｄ軸）用の補償値及びトルク（Ｑ軸）用の補償値を計算する。そして、非干渉補償部１２８は、磁束（Ｄ軸）用の補償値を磁束（Ｄ軸）電流アンプ１２３に出力し、トルク（Ｑ軸）用の補償値をトルク（Ｑ軸）電流アンプ１２６に出力する。一方、非干渉補償部１２８は、誘導電動機／同期電動機切替信号が同期電動機を示している場合、非干渉補償係数、モータ無負荷電圧、電圧指令係数、速度ＦＢ及びトルク電流指令に基づいて、トルク（Ｑ軸）用の補償値を計算する。そして、非干渉補償部１２８は、磁束（Ｄ軸）用の補償値としてデータ０の補償値を磁束（Ｄ軸）電流アンプ１２３に出力し、トルク（Ｑ軸）用の補償値をトルク（Ｑ軸）電流アンプ１２６に出力する。尚、誘導電動機の場合における磁束（Ｄ軸）用の補償値及びトルク（Ｑ軸）用の補償値の計算手法、及び、同期電動機の場合におけるトルク（Ｑ軸）用の補償値の計算手法は既知であるから、ここでは説明を省略する。
【００２４】
電機周波数計算部１２９は、予め設定されたすべり周波数設定値及び温度補正係数を入力すると共に、温度センサ（図示せず）により検出されたＡＣモータの温度（モータ温度）、及びＡＣモータの回転情報を得るためのエンコーダ（図示せず）からの入力信号（エンコーダ入力信号）である、ＡＣモータの回転位置の計測値を示す位置ＦＢを入力し、さらに、磁束指令部１２１から（１／磁束比率）の値を入力し、トルク指令部１２４からトルク電流指令を入力する。そして、電機周波数計算部１２９は、入力した位置ＦＢの示すカウンタ値から差分を求め、その差分からＡＣモータの速度ＦＢを計算し、速度ＦＢ、すべり周波数設定値、モータ温度、温度補正係数、１／磁束比率及びトルク電流指令に基づいて、電機周波数を計算し、電機周波数を電気角計算部１３０に出力する。また、電機周波数計算部１２９は、ＡＣモータが誘導電動機ではなく同期電動機の場合、すべり周波数設定値、モータ温度、温度補正係数、１／磁束比率及びトルク電流指令を用いることなく、速度ＦＢに基づいて電機周波数を計算し、電機周波数を電気角計算部１３０に出力する。ここで、すべり周波数設定値は、ＡＣモータが誘導電動機の場合に、磁束とトルクとを直交させるためのデータである。尚、誘導電動機の場合における電機周波数の計算手法、及び、同期電動機の場合における電機周波数の計算手法は既知であるから、ここでは説明を省略する。
【００２５】
電気角計算部１３０は、電機周波数計算部１２９から電機周波数を入力し、予め設定された絶対位置オフセットを入力する。そして、電気角計算部１３０は、ＡＣモータが同期電動機の場合、電機周波数に基づいて電気角を計算し、計算した電気角から絶対位置オフセットを減算し、減算結果を現在の電気角θｅ＾として電圧指令２相−３相変換部１３１に出力する。また、電気角計算部１３０は、１演算周期前の電気角θｅを電流ＦＢ３相−２相変換部１２７に出力する。一方、電気角計算部１３０は、ＡＣモータが誘導電動機の場合、電機周波数に基づいて電気角を計算し、計算した電気角から絶対位置オフセットを減算することなく、計算結果の現在の電気角θｅ＾を電圧指令２相−３相変換部１３１に出力し、１演算周期前の電気角θｅを電流ＦＢ３相−２相変換部１２７に出力する。電気角計算部１３０により出力される電気角θｅ＾，θｅは、１周期で０から３６０°までの間で変化する角度を示し、以下の式により、ポール数と機械角から求めることができる値である。
機械角＝電気角／（ポール数／２）
尚、電気角の詳細については説明を省略する。
【００２６】
電圧指令２相−３相変換部１３１は、磁束（Ｄ軸）電流アンプ１２３から磁束電圧指令を入力し、トルク（Ｑ軸）電流アンプ１２６からトルク電圧指令を入力し、さらに、電気角計算部１３０から電気角θｅ＾を入力する。そして、電圧指令２相−３相変換部１３１は、Ｄ軸及びＱ軸から３相軸への座標変換を行い、Ｕ相電圧指令、Ｖ相電圧指令及びＷ相電圧指令を外部へ出力する。すなわち、電圧指令２相−３相変換部１３１は、磁束電圧指令及びトルク電圧指令の電圧軸を示す座標軸を、電気角θｅ＾の角度座標回転させ、Ｕ相電圧指令、Ｖ相電圧指令及びＷ相電圧指令の電圧軸を示す座標軸へ変換する（静止座標を回転座標に変換する）。Ｕ相電圧指令、Ｖ相電圧指令及びＷ相電圧指令は、ＰＷＭ指令としてそれぞれ外部（図示しないインバータ）へ出力される。
【００２７】
このように、ＡＣモータ制御部１２０により生成されるＵ相電圧指令、Ｖ相電圧指令及びＷ相電圧指令は、ＰＷＭ指令として、図示しないインバータのスイッチング素子へ出力され、ＰＷＭ指令に応じた交流電力がＡＣモータへ供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２８】
【特許文献１】特開平１０−２９１７５５号公報
【特許文献２】特開２００１−２５２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
前述のとおり、特許文献２の手法は、メカスイッチ及びファームウェアを不要とし、ＤＣモータ制御とＡＣモータ制御との両機能を兼用するものであるが、その具体的な構成及び具体的な処理が示されていない。このため、１個の制御部において、ＤＣモータ制御とＡＣモータ制御とをどのようにして実現するかの具体的な手段が不明である。ＤＣモータ制御の機能及びＡＣモータ制御の機能は、図８に示したＤＣモータ制御部１１０及び図９に示したＡＣモータ制御部１２０によりそれぞれ実現されるものであるが、別々の構成をしている。単に、ＤＣモータ制御部１１０及びＡＣモータ制御部１２０を並列に備えた場合には、個々の専用品を開発及び製造する必要があり、回路規模が大きくなりコストも高くなってしまう。
【００３０】
そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ＤＣモータ制御及びＡＣモータ制御の両機能を兼用する際に、ＤＣモータとＡＣモータとの切り替えを、小規模及び低コストにて実現可能なモータ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
上記目的を達成するために、本発明によるモータ制御装置は、ＡＣモータまたはＤＣモータを回転制御するためのＰＷＭ指令を出力する制御部と、前記制御部からＰＷＭ指令を入力し、前記ＰＷＭ指令によってスイッチング素子をオンオフし、前記ＡＣモータまたはＤＣモータへ電力を供給するインバータとを備えたモータ制御装置において、前記制御部が、磁束電流指令を生成する励磁指令部と、前記励磁指令部から磁束電流指令を入力し、前記ＡＣモータを使用することを示すＡＣまたは前記ＤＣモータを使用することを示すＤＣを示す切替信号を入力し、前記切替信号がＡＣを示す場合、前記入力した磁束電流指令を出力し、前記切替信号がＤＣを示す場合、予め設定されたデータ０の磁束電流指令を出力する磁束電流指令ＡＣ／ＤＣ切替部と、トルク電流指令を生成するトルク指令部と、電気角を計算する電気角計算部と、前記電気角計算部により計算された電気角を入力し、前記切替信号を入力し、前記切替信号がＡＣを示す場合、前記入力した電気角を出力し、前記切替信号がＤＣを示す場合、予め設定された固定の電気角を出力する電気角ＡＣ／ＤＣ切替部と、前記インバータから前記ＡＣモータまたはＤＣモータへ供給される電力の電流が電流ＦＢとして検出され、前記電流ＦＢの座標軸を、前記電気角ＡＣ／ＤＣ切替部より出力された電気角の角度座標回転させ、磁束電流ＦＢ及びトルク電流ＦＢの座標軸へ変換する電流ＦＢ座標変換部と、前記磁束電流指令ＡＣ／ＤＣ切替部により出力された磁束電流指令と、前記電流ＦＢ座標変換部により変換された磁束電流ＦＢとの間の磁束電流偏差が０になるように制御を行い、磁束電圧指令を生成する磁束電流アンプと、前記トルク指令部により生成されたトルク電流指令と、前記電流ＦＢ座標変換部により変換されたトルク電流ＦＢとの間のトルク電流偏差が０になるように制御を行い、トルク電圧指令を生成するトルク電流アンプと、前記磁束電流アンプにより生成された磁束電圧指令及び前記トルク電流アンプにより生成されたトルク電圧指令の座標軸を、前記電気角ＡＣ／ＤＣ切替部により出力された電気角の角度座標変換させ、電圧指令を生成し、前記電圧指令を前記ＰＷＭ指令として出力する電圧指令座標変換部と、を備えたことを特徴とする。
【００３２】
また、本発明によるモータ制御装置は、前記ＡＣモータを使用する場合の前記電圧指令座標変換部により生成された電圧指令を、Ｕ相電圧指令、Ｖ相電圧指令及びＷ相電圧指令としたときに、前記Ｕ相電圧指令、Ｖ相電圧指令及びＷ相電圧指令のうちのいずれかが０のときの電気角を、前記電気角ＡＣ／ＤＣ切替部における予め設定された固定の電気角とする、ことを特徴とする。
【００３３】
また、本発明によるモータ制御装置は、前記電気角ＡＣ／ＤＣ切替部における予め設定された固定の電気角を、３０°、９０°、１５０°、２１０°、２７０°及び３３０°のうちのいずれかを含む所定範囲の角度とする、ことを特徴とする。
【００３４】
また、本発明によるモータ制御装置は、前記電気角ＡＣ／ＤＣ切替部における予め設定された固定の電気角を、前記Ｗ相電圧指令が０のときの３３０°を含む所定範囲の角度とし、前記電流ＦＢ座標変換部が、前記インバータから供給される電力のＵ相電流ＦＢ及びＷ相電流ＦＢを入力し、前記Ｕ相電流ＦＢ及びＷ相電流ＦＢの座標軸を、前記電気角ＡＣ／ＤＣ切替部より出力された電気角の角度座標回転させ、磁束電流ＦＢ及びトルク電流ＦＢの座標軸へ変換し、前記電圧指令座標変換部が、前記ＡＣモータを使用する場合、Ｕ相電圧指令、Ｖ相電圧指令及びＷ相電圧指令を生成し、前記Ｕ相電圧指令、Ｖ相電圧指令及びＷ相電圧指令をＰＷＭ指令として出力し、前記ＤＣモータを使用する場合、絶対値が等しく逆相のＵ相電圧指令及びＶ相電圧指令を生成すると共に、データ０のＷ相電圧指令を生成し、前記Ｕ相電圧指令及びＶ相電圧指令を前記ＰＷＭ指令として出力する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
以上のように、本発明によれば、ＡＣモータ制御の機能を用いて、ＤＣモータ制御の機能を実現するようにした。これにより、ＤＣモータ制御及びＡＣモータ制御の両機能を兼用する際に、ＤＣモータとＡＣモータとの切り替えを小規模及び低コストにて実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態によるモータ制御装置を含む全体構成を示すシステム図である。
【図２】制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】磁束電流指令ＡＣ／ＤＣ切替部の構成を示すブロック図である。
【図４】電気角ＡＣ／ＤＣ切替部の構成を示すブロック図である。
【図５】（１）電圧指令と電気角の関係を示すグラフである。（２）は、電圧指令が０のときの電気角を示す図である。
【図６】ＡＣモータが使用され、制御部がＡＣモータ制御部として機能する場合の説明図である。
【図７】ＤＣモータが使用され、制御部がＤＣモータ制御部として機能する場合の説明図である。
【図８】従来のＤＣモータ制御部の構成を示すブロック図である。
【図９】従来のＡＣモータ制御部の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
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て説明する。本発明によるモータ制御装置は、ＡＣモータ制御の機能を用いてＤＣモータ制御を実現する点に特徴がある。具体的には、モータ制御装置は、ＡＣモータを使用する場合、ＡＣモータ制御を実現し、ＤＣモータを使用する場合、電気角を所定の角度に固定してＡＣモータ制御を行うことで、ＤＣモータ制御を実現する。ＤＣモータの場合、機械的に磁束とトルクとの間に直交関係があり、電気角を所定の角度に固定することにより、ＤＣモータ制御を実現することができるからである。所定の角度に固定される電気角は、ＡＣモータへ３相交流電力が供給される場合において、３相交流電力を供給するためのＰＷＭ指令の基となるＵ相電圧指令、Ｖ相電圧指令及びＷ相電圧指令のうちのいずれかの電圧指令が略０のときの角度である。この電気角のときには、略０となる電圧指令以外の２つの電圧指令の相は逆となり、指令値の絶対値は等しくなる。
【００３８】
〔モータ制御装置の構成〕
まず、本発明の実施形態によるモータ制御装置について説明する。図１は、モータ制御装置を含む全体構成を示すシステム図である。このモータ制御装置１は、制御部１０、コンバータ１０１、平滑用コンデンサ１０２、インバータ１０３及びコネクタ１０６を備えている。モータ制御装置１は、商用交流電源であるＡＣ電源１００から３相交流電力を入力し、インバータ１０３が制御部１０からＰＷＭ指令（ゲート信号）を入力して交流電力または直流電力を生成し、コネクタ１０６に接続されたＡＣモータ１０４またはＤＣモータ１０５を駆動する電力変換装置である。
【００３９】
コンバータ１０１は、ＡＣ電源１００から３相交流電力を入力し、３相交流電力を直流電力に変換する。平滑用コンデンサ１０２は、コンバータ１０１により変換された直流電力を平滑する。ここで、平滑用コンデンサ１０２の一端はコンバータ１０１の出力正極端子及びインバータ１０３の入力正極端子に接続され、他端はコンバータ１０１の出力負極端子及びインバータ１０３の入力負極端子に接続される。
【００４０】
インバータ１０３は、ＰＷＭインバータ回路を備え、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の半導体スイッチング素子ａ１〜ｃ２のゲートに入力される制御信号であるＰＷＭ指令により、コレクターエミッタ間の導通／遮断を制御する。すなわち、インバータ１０３は、平滑用コンデンサ１０２により平滑された直流電力を入力し、制御部１０からＰＷＭ指令を入力し、内在するスイッチング素子ａ１〜ｃ２のゲートをＰＷＭ指令によりオンオフ動作させ、交流電力または直流電力を、コネクタ１０６を介してＡＣモータ１０４またはＤＣモータ１０５へ供給する。
【００４１】
制御部１０は、図示しない電流センサから電流ＦＢ（Ｕ相電流ＦＢ及びＷ相電流ＦＢ）を入力し、図示しないエンコーダからＡＣモータ１０４またはＤＣモータ１０５の回転情報を得るためのエンコーダ入力信号である位置ＦＢ及び速度ＦＢを入力する。そして、制御部１０は、コネクタ１０６に接続されるＡＣモータ１０４またはＤＣモータ１０５の種別を示す切替信号に従って、切替信号がＡＣを示している場合（コネクタ１０６にＡＣモータ１０４が接続される場合）、Ｕ相電圧指令、Ｖ相電圧指令及びＷ相電圧指令を生成し、６個のＰＷＭ指令としてインバータ１０３に出力する。一方、制御部１０は、切替信号がＤＣを示している場合（コネクタ１０６にＤＣモータ１０５が接続される場合）、Ｕ相トルク電圧指令及びＶ相トルク電圧指令を生成し、４個のＰＷＭ指令としてインバータ１０３に出力する。
【００４２】
具体的には、モータ制御装置１のコネクタ１０６にＡＣモータ１０４が接続され、切替信号がＡＣを示している場合、制御部１０は、図９に示した従来のＡＣモータ制御部１２０と同等に機能し、Ｕ相電圧指令、Ｖ相電圧指令及びＷ相電圧指令を生成し、Ｕ相電圧指令をＰＷＭ指令としてインバータ１０３のスイッチング素子ａ１，ａ２に出力する。また、制御部１０は、Ｖ相電圧指令をＰＷＭ指令としてインバータ１０３のスイッチング素子ｂ１，ｂ２に出力し、Ｗ相電圧指令をＰＷＭ指令としてインバータ１０３のスイッチング素子ｃ１，ｃ２に出力する。
【００４３】
一方、モータ制御装置１のコネクタ１０６（Ｕ相及びＶ相の端子）にＤＣモータ１０５が接続され、切替信号がＤＣを示している場合、制御部１０は、図８に示した従来のＤＣモータ制御部１１０と同等に機能し、Ｕ相トルク電圧指令及びＶ相トルク電圧指令を生成し、Ｕ相トルク電圧指令をＰＷＭ指令としてインバータ１０３のスイッチング素子ａ１，ａ２に出力する。また、制御部１０は、Ｖ相トルク電圧指令をＰＷＭ指令としてインバータ１０３のスイッチング素子ｂ１，ｂ２に出力する。この場合、制御部１０は、インバータ１０３のスイッチング素子ｃ１，ｃ２にＰＷＭ指令を出力しない。
【００４４】
〔制御部〕
次に、図１に示したモータ制御装置１の制御部１０について説明する。図２は、制御部１０の構成を示すブロック図である。この制御部１０は、磁束指令部１２１、減算部１２２、磁束（Ｄ軸）電流アンプ１２３、トルク指令部１２４、減算部１２５、トルク（Ｑ軸）電流アンプ１２６、電流ＦＢ３相−２相変換部１２７、電機周波数計算部１２９、電気角計算部１３０、電圧指令２相−３相変換部１３１、磁束電流指令ＡＣ／ＤＣ切替部１１、電気角ＡＣ／ＤＣ切替部１２及び非干渉補償部１３を備えている。制御部１０は、図１に示したコネクタ１０６にＡＣモータ１０４が接続され、切替信号がＡＣを示している場合、図９に示した従来のＡＣモータ制御部１２０と同等の機能を有する。また、制御部１０は、コネクタ１０６（Ｕ相及びＶ相の端子）にＤＣモータ１０５が接続され、切替信号がＤＣを示している場合、図８に示した従来のＤＣモータ制御部１１０と同等の機能を有する。したがって、制御部１０は、ＡＣモータ制御部１２０及びＤＣモータ制御部１１０を兼用した機能を有している。
【００４５】
制御部１０と図９に示した従来のＡＣモータ制御部１２０とを比較すると、制御部１０及びＡＣモータ制御部１２０は、磁束指令部１２１、減算部１２２、磁束（Ｄ軸）電流アンプ１２３、トルク指令部１２４、減算部１２５、トルク（Ｑ軸）電流アンプ１２６、電流ＦＢ３相−２相変換部１２７、電機周波数計算部１２９、電気角計算部１３０及び電圧指令２相−３相変換部１３１を備えている点で同一である。これに対し、制御部１０は、ＡＣモータ制御部１２０の非干渉補償部１２８とは異なる非干渉補償部１３を備え、さらに、磁束電流指令ＡＣ／ＤＣ切替部１１及び電気角ＡＣ／ＤＣ切替部１２を備えている点でＡＣモータ制御部１２０と相違する。
【００４６】
図２において、磁束指令部１２１、減算部１２２、磁束（Ｄ軸）電流アンプ１２３、トルク指令部１２４、減算部１２５、トルク（Ｑ軸）電流アンプ１２６、電流ＦＢ３相−２相変換部１２７、電機周波数計算部１２９、電気角計算部１３０及び電圧指令２相−３相変換部１３１については図９と同様であるから、ここでは説明を省略する。
【００４７】
〔非干渉補償部〕
次に、図２に示した制御部１０の非干渉補償部１３について説明する。この非干渉補償部１３は、モータ制御装置１のコネクタ１０６にＡＣモータ１０４が接続され、切替信号がＡＣを示している場合、図９に示した非干渉補償部１２８と同等の機能を有する。また、非干渉補償部１３は、モータ制御装置１のコネクタ１０６（Ｕ相及びＶ相の端子）にＤＣモータ１０５が接続され、切替信号がＤＣを示している場合、図８に示した誘起電圧補償部１１４と同等の機能を有する。
【００４８】
非干渉補償部１３は、ＡＣモータ１０４の磁束（Ｄ軸）とトルク（Ｑ軸）との間の干渉をなくすための補償値を生成し、一方で、ＤＣモータ１０５における誘起電圧の補償値を生成する。具体的には、非干渉補償部１３は、予め設定された非干渉補償係数、モータ無負荷電圧、電圧指令係数及び誘導電動機／同期電動機切替信号を入力すると共に、ＡＣモータの回転情報を得るためのエンコーダ（図示せず）のカウンタ値によって計測された速度ＦＢを入力し、トルク指令部１２４からトルク電流指令を入力し、さらに、オペレータにより設定される切替信号を入力する。
【００４９】
非干渉補償部１３は、切替信号がＡＣを示しており、かつ、誘導電動機／同期電動機切替信号が誘導電動機を示している場合、非干渉補償係数、モータ無負荷電圧、電圧指令係数、速度ＦＢ及びトルク電流指令に基づいて、磁束（Ｄ軸）用の補償値及びトルク（Ｑ軸）用の補償値を計算する。そして、非干渉補償部１３は、磁束（Ｄ軸）用の補償値を磁束（Ｄ軸）電流アンプ１２３に出力し、トルク（Ｑ軸）用の補償値をトルク（Ｑ軸）電流アンプ１２６に出力する。一方、非干渉補償部１３は、切替信号がＤＣを示しており、誘導電動機／同期電動機切替信号が同期電動機を示している場合、非干渉補償係数、モータ無負荷電圧、電圧指令係数、速度ＦＢ及びトルク電流指令に基づいて、トルク（Ｑ軸）用の補償値を計算する。そして、非干渉補償部１３は、磁束（Ｄ軸）用の補償値としてデータ０の補償値を磁束（Ｄ軸）電流アンプ１２３に出力し、トルク（Ｑ軸）用の補償値をトルク（Ｑ軸）電流アンプ１２６に出力する。
【００５０】
また、非干渉補償部１３は、切替信号がＤＣを示している場合、速度ＦＢ及びモータ無負荷電圧に基づいてモータ端子電圧Ｖuvを生成し、モータ端子電圧Ｖuv、非干渉補償係数、モータ無負荷電圧及び電圧指令係数に基づいて、トルク（Ｑ軸）用の補償値を計算する。そして、非干渉補償部１３は、磁束（Ｄ軸）用の補償値としてデータ０の補償値を磁束（Ｄ軸）電流アンプ１２３に出力し、トルク（Ｑ軸）用の補償値をトルク（Ｑ軸）電流アンプ１２６に出力する。
【００５１】
これにより、切替信号がＡＣを示しており、誘導電動機／同期電動機切替信号が誘導電動機を示している場合（ＡＣモータ１０４が誘導電動機の場合）、非干渉補償部１３から、磁束（Ｄ軸）用の補償値及びトルク（Ｑ軸）用の補償値が出力され、誘導電動機／同期電動機切替信号が同期電動機を示している場合（ＡＣモータ１０４が同期電動機の場合）、トルク（Ｑ軸）用の補償値のみが出力される。また、切替信号がＤＣを示している場合（ＤＣモータ１０５を使用する場合）、非干渉補償部１３から、トルク（Ｑ軸）用の補償値のみが出力される。したがって、非干渉補償部１３は、図９に示した非干渉補償部１２８と同等の機能を有すると共に、図８に示した誘起電圧補償部１１４と同等の機能を有する。
【００５２】
〔磁束電流指令ＡＣ／ＤＣ切替部〕
次に、図２に示した制御部１０の磁束電流指令ＡＣ／ＤＣ切替部１１について説明する。図３は、磁束電流指令ＡＣ／ＤＣ切替部１１の構成を示すブロック図である。この磁束電流指令ＡＣ／ＤＣ切替部１１は、磁束指令部１２１から磁束電流指令を入力すると共に、予め設定されたデータ０を入力し、さらに、オペレータにより設定される切替信号を入力する。磁束電流指令ＡＣ／ＤＣ切替部１１は、切替信号がＡＣを示している場合（ＡＣモータ１０４を使用する場合）、磁束指令部１２１から入力した磁束電流指令を減算部１２２に出力する。一方、磁束電流指令ＡＣ／ＤＣ切替部１１は、切替信号がＤＣを示している場合（ＤＣモータ１０５を使用する場合）、予め設定されたデータ０の磁束電流指令を減算部１２２に出力する。尚、ＡＣモータ１０４が同期モータの場合、磁束電流指令ＡＣ／ＤＣ切替部１１は、磁束指令部１２１から入力したデータ０の磁束電流指令を減算部１２２に出力する。磁束電流指令ＡＣ／ＤＣ切替部１１は、非干渉補償部１３と同様の誘導電動機／同期電動機切替信号も入力するようにしてもよく、切替信号がＡＣを示しており、誘導電動機／同期電動機切替信号が誘導電動機を示している場合、磁束指令部１２１から入力した磁束電流指令を減算部１２２に出力し、切替信号がＡＣを示しており、誘導電動機／同期電動機切替信号が同期電動機を示している場合、または、切替信号がＤＣを示している場合、予め設定されたデータ０の磁束電流指令を減算部１２２に出力する。
【００５３】
これにより、切替信号がＡＣを示しており、ＡＣモータ１０４が誘導電動機の場合、磁束指令部１２１から入力した磁束電流指令が減算部１２２に出力される。また、切替信号がＡＣを示しており、ＡＣモータ１０４が同期電動機の場合、データ０の磁束電流指令が減算部１２２に出力される。したがって、制御部１０は、磁束（Ｄ軸）電流アンプ１２３を含む磁束（Ｄ軸）電流指令系統において、図９に示した従来のＡＣモータ制御部１２０と同様に機能する。一方、切替信号がＤＣを示している場合（ＤＣモータ１０５を使用する場合）、データ０の磁束電流指令が減算部１２２に出力され、電流ＦＢ３相−２相変換部１２７からもデータ０の磁束電流ＦＢが減算部１２２に出力されるから、減算部１２２の減算結果である磁束電流偏差が０になり、磁束（Ｄ軸）電流アンプ１２３により出力される磁束電圧指令が０になるように制御される。したがって、制御部１０は、磁束（Ｄ軸）電流アンプ１２３を含む磁束（Ｄ軸）電流指令系統が他の機能に影響を与えないから、図８に示した従来のＤＣモータ制御部１１０と同様に機能する。尚、電流ＦＢ３相−２相変換部１２７は、切替信号がＤＣを示している場合、電気角θｅ＝３３０°を入力し、データ０の磁束電流ＦＢを減算部１２２に出力する。詳細については後述する。
【００５４】
〔電気角ＡＣ／ＤＣ切替部〕
次に、図２に示した制御部１０の電気角ＡＣ／ＤＣ切替部１２について説明する。図４は、電気角ＡＣ／ＤＣ切替部１２の構成を示すブロック図である。この電気角ＡＣ／ＤＣ切替部１２は、電気角計算部１３０から電気角θｅ＾，θｅを入力すると共に、予め設定された電気角３３０°を入力し、さらに、オペレータにより設定される切替信号を入力する。電気角ＡＣ／ＤＣ切替部１２は、切替信号がＡＣを示している場合（ＡＣモータ１０４を使用する場合）、電気角計算部１３０から入力した電気角θｅ＾を電圧指令２相−３相変換部１３１に出力し、電気角計算部１３０から入力した電気角θｅを電流ＦＢ３相−２相変換部１２７に出力する。一方、電気角ＡＣ／ＤＣ切替部１２は、切替信号がＤＣを示している場合（ＤＣモータ１０５を使用する場合）、予め設定された電気角３３０°を電圧指令２相−３相変換部１３１及び電流ＦＢ３相−２相変換部１２７に出力する。
【００５５】
これにより、切替信号がＡＣを示している場合（ＡＣモータ１０４を使用する場合）、電気角計算部１３０により計算された電気角θｅ＾が電圧指令２相−３相変換部１３１に出力され、電気角計算部１３０により計算された電気角θｅが電流ＦＢ３相−２相変換部１２７に出力される。したがって、制御部１０は、電流ＦＢ３相−２相変換部１２７及び電圧指令２相−３相変換部１３１により座標変換を行う電気角系統において、図９に示した従来のＡＣモータ制御部１２０と同様に機能する。一方、切替信号がＤＣを示している場合（ＤＣモータ１０５を使用する場合）、予め設定された電気角θｅ＾，θｅ＝３３０°が電圧指令２相−３相変換部１３１及び電流ＦＢ３相−２相変換部１２７に出力される。この場合、後述する図５に示すように、電気角が３３０°のときは、Ｕ相電圧指令が０．８６、Ｖ相電圧指令が−０．８６及びＷ相電圧指令が０である。これは、図２における電圧指令２相−３相変換部１３１が、入力した磁束電圧指令（この場合は０）、トルク電圧指令及び電気角３３０°によって、Ｕ相電圧指令、この指令に対して逆相のＶ相電圧指令、及びデータ０のＷ相電圧指令を出力することを示している。ＤＣモータ１０５は、Ｕ相電圧指令に対応するＰＷＭ指令、及びＵ相電圧指令の逆相となるＷ相電圧指令に対応するＰＷＭ指令に従って駆動することになる。したがって、制御部１０は、図８に示した従来のＤＣモータ制御部１１０と同様に機能する。
【００５６】
〔電気角〕
次に、ＡＣモータ１０４を使用する場合のＵ相電圧指令、Ｖ相電圧指令及びＷ相電圧指令と電気角との間の関係について説明する。図５（１）は、ＡＣモータ１０４を使用する場合のＵ相、Ｖ相及びＷ相電圧指令と電気角の関係を示すグラフであり、図５（２）は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相電圧指令のうちのいずれかの電圧指令が０のときの電気角を示す図である。図５（１）（２）から、０〜３６０°を１周期とする電気角において、電気角が３０°のときに、Ｕ相電圧指令が０．８６、Ｖ相電圧指令が０、Ｗ相電圧指令が−０．８６であり、電気角が９０°のときに、Ｕ相電圧指令が０、Ｖ相電圧指令が０．８６、Ｗ相電圧指令が−０．８６であり、電気角が１５０°のときに、Ｕ相電圧指令が−０．８６、Ｖ相電圧指令が０．８６、Ｗ相電圧指令が０であり、電気角が２１０°のときに、Ｕ相電圧指令が−０．８６、Ｖ相電圧指令が０、Ｗ相電圧指令が０．８６であり、電気角が２７０°のときに、Ｕ相電圧指令が０、Ｖ相電圧指令が−０．８６、Ｗ相電圧指令が０．８６であり、電気角が３３０°のときに、Ｕ相電圧指令が０．８６、Ｖ相電圧指令が−０．８６、Ｗ相電圧指令が０であることがわかる。つまり、電気角が１５０°，３３０°のときに、Ｗ相電圧指令が０であり、Ｕ相電圧指令の絶対値及びＶ相電圧指令の絶対値が等しくなっている。また、電気角が３０°，２１０°のときに、Ｖ相電圧指令が０であり、Ｕ相電圧指令の絶対値及びＷ相電圧指令の絶対値が等しくなっている。また、電気角が９０°，２７０°のときに、Ｕ相電圧指令が０であり、Ｖ相電圧指令の絶対値及びＷ相電圧指令の絶対値が等しくなっている。尚、図５（１）（２）におけるＵ相、Ｖ相及びＷ相電圧指令は、以下の式により計算したものである。
Ｕ相電圧指令＝ｃｏｓ電気角
Ｖ相電圧指令＝ｃｏｓ（１２０°−電気角）
Ｗ相電圧指令＝ｃｏｓ（２４０°−電気角）
【００５７】
これは、図２に示した制御部１０が、図１に示したコネクタ１０６のＵ相及びＶ相にＤＣモータ１０５を接続した場合、電気角θｅ＾，θｅを１５０°または３３０°に固定に設定することによって、Ｗ相電圧指令を強制的に０にし、Ｕ相電圧指令及びＶ相電圧指令を互いに逆相にすることができることを示している。つまり、制御部１０は、Ｕ相電圧指令を、図８に示した従来のＤＣモータ制御部１１０におけるＵ相トルク電圧指令として出力することができ、Ｖ相電圧指令を、図８に示したＶ相トルク電圧指令として出力することができる。また、制御部１０は、図１に示したコネクタ１０６のＵ相及びＷ相にＤＣモータ１０５を接続した場合、電気角θｅ＾，θｅを３０°または２１０°に固定に設定することによって、Ｖ相電圧指令を強制的に０にし、Ｕ相電圧指令及びＷ相電圧指令を絶対値の等しい逆相にすることができることを示している。つまり、制御部１０は、Ｕ相電圧指令をＵ相トルク電圧指令として出力することができ、Ｗ相電圧指令をＷ相トルク電圧指令として出力することができる。また、制御部１０は、図１に示したコネクタ１０６のＶ相及びＷ相にＤＣモータ１０５を接続した場合、電気角θｅ＾，θｅを９０°または２７０°に固定に設定することによって、Ｕ相電圧指令を強制的に０にし、Ｖ相電圧指令及びＷ相電圧指令を絶対値の等しい逆相にすることができることを示している。つまり、制御部１０は、Ｖ相電圧指令をＶ相トルク電圧指令として出力することができ、Ｗ相電圧指令をＷ相トルク電圧指令として出力することができる。尚、電気角θｅ＾，θｅが１５０°，３０°，２７０°の場合、極性が逆になるから、それぞれＵ相及びＶ相を逆に、Ｕ相及びＷ相を逆に、Ｖ相及びＷ相を逆にしてＤＣモータ１０５と配線する必要がある。
【００５８】
〔制御部の動作：ＡＣモータを制御する場合〕
次に、図２に示した制御部１０において、ＡＣモータ１０４を使用する場合、すなわち切替信号がＡＣを示している場合の動作について説明する。図６は、ＡＣモータ１０４が使用され、制御部１０が図９に示したＡＣモータ制御部１２０として機能する場合の説明図である。図６に示すように、磁束電流指令ＡＣ／ＤＣ切替部１１は、切替信号がＡＣを示しているから、磁束指令部１２１から入力した磁束電流指令を減算部１２２に出力する。また、電気角ＡＣ／ＤＣ切替部１２は、切替信号がＡＣを示しているから、電気角計算部１３０から入力した電気角θｅ＾，θｅを電圧指令２相−３相変換部１３１及び電流ＦＢ３相−２相変換部１２７にそれぞれ出力する。また、非干渉補償部１３は、切替信号がＡＣを示しているから、誘導電動機／同期電動機切替信号に従って、磁束（Ｄ軸）用の補償値及びトルク（Ｑ軸）用の補償値、または磁束（Ｄ軸）用の補償値（データ０の補償値）及びトルク（Ｑ軸）用の補償値を、磁束（Ｄ軸）電流アンプ１２３及びトルク（Ｑ軸）電流アンプ１２６にそれぞれ出力する。
【００５９】
このように、図２に示した制御部１０は、ＡＣモータ１０４を使用する場合、すなわち切替信号がＡＣを示している場合、図９に示した従来のＡＣモータ制御部１２０と同様に機能する。
【００６０】
〔制御部の動作：ＤＣモータを制御する場合〕
次に、図２に示した制御部１０において、ＤＣモータ１０５を使用する場合、すなわち切替信号がＤＣを示している場合の動作について説明する。図７は、ＤＣモータ１０５が使用され、制御部１０が図８に示したＤＣモータ制御部１１０として機能する場合の説明図である。図７に示すように、磁束電流指令ＡＣ／ＤＣ切替部１１は、切替信号がＤＣを示しているから、データ０の磁束電流指令を減算部１２２に出力する。また、電気角ＡＣ／ＤＣ切替部１２は、切替信号がＤＣを示しているから、予め設定された電気角θｅ＾，θｅ＝３３０°を電圧指令２相−３相変換部１３１及び電流ＦＢ３相−２相変換部１２７にそれぞれ出力する。また、非干渉補償部１３は、切替信号がＤＣを示しているから、磁束（Ｄ軸）用の補償値（補償値０）及びトルク（Ｑ軸）用の補償値を、磁束（Ｄ軸）電流アンプ１２３及びトルク（Ｑ軸）電流アンプ１２６にそれぞれ出力する。
【００６１】
電流ＦＢ３相−２相変換部１２７は、Ｕ相電流ＦＢを入力すると共に、Ｗ相電流ＦＢ（この場合０）を入力し、さらに、電気角ＡＣ／ＤＣ切替部１２から電気角θｅ＝３３０°を入力し、３相軸からＤ軸及びＱ軸への座標変換を行い、データ０の磁束電流ＦＢを減算部１２２に出力し、トルク電流ＦＢを減算部１２５に出力する。電流ＦＢ３相−２相変換部１２７がデータ０のＷ相電流ＦＢを入力するのは、電気角が３３０°に固定に設定されており、Ｗ相電圧指令が０だからである。また、電流ＦＢ３相−２相変換部１２７がデータ０の磁束電流ＦＢを出力するのは、電気角θｅ＝３３０°及びＷ相電流ＦＢが０の座標変換を行うからである。ここで、Ｕ相電流ＦＢをＩｕ、Ｗ相電流ＦＢをＩｗ、磁束電流ＦＢをＩｄｓ、トルク電流ＦＢをＩｑｓとすると、以下の式により、電流ＦＢ３相−２相変換部１２７において電流ＦＢの変換が行われる。
Ｉｄｓ＝Ｉｕ×ｓｉｎ（θｅ＋３０°）＋Ｉｗ×ｓｉｎ（θｅ＋９０°）
Ｉｑｓ＝Ｉｕ×ｓｉｎ（θｅ＋１２０°）＋Ｉｗ×ｓｉｎ（θｅ）
つまり、前記式により、Ｗ相電流ＦＢであるＩｗ＝０、電気角θｅ＝３３０°のとき、磁束電流ＦＢであるＩｄｓ＝０だからである。
【００６２】
減算部１２２は、磁束電流指令ＡＣ／ＤＣ切替部１１からデータ０の磁束電流指令を入力すると共に、電流ＦＢ３相−２相変換部１２７からデータ０の磁束電流ＦＢを入力し、データ０の磁束電流偏差を計算する。磁束（Ｄ軸）電流アンプ１２３は、減算部１２２からデータ０の磁束電流偏差を入力し、データ０の磁束電圧指令を電圧指令２相−３相変換部１３１に出力する。電圧指令２相−３相変換部１３１は、磁束（Ｄ軸）電流アンプ１２３からデータ０の磁束電圧指令を入力し、トルク（Ｑ軸）電流アンプ１２６からトルク電圧指令を入力すると共に、電気角ＡＣ／ＤＣ切替部１２から電気角θｅ＾＝３３０°を入力し、Ｄ軸及びＱ軸から３相軸への座標変換を行う。そして、電圧指令２相−３相変換部１３１は、図５に示したように、絶対値が等しく逆相となるＵ相電圧指令及びＶ相電圧指定を出力すると共に、データ０のＷ相電圧指令を出力する。
【００６３】
このように、図２に示した制御部１０は、ＤＣモータ１０５を使用する場合、すなわち切替信号がＤＣを示している場合、図８に示した従来のＤＣモータ制御部１１０と同様に機能する。
【００６４】
以上のように、誘導電動機のＡＣモータ１０４を使用する場合、モータ制御装置１の制御部１０における電機周波数計算部１２９及び電気角計算部１３０が、すべり周波数を考慮した電気角θｅ＾，θｅを生成し、電圧指令２相−３相変換部１３１が、磁束電流とトルク電流とが直交関係を保つように、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相電圧指令を生成する。すなわち、制御部１０は、図示しないエンコーダからの信号に基づいて電気角θｅ＾，θｅを計算し、磁束（Ｄ軸）電流アンプ１２３による磁束電流制御、トルク（Ｑ軸）電流アンプ１２６によるトルク電流制御、電機周波数計算部１２９及び電気角計算部１３０によるすべり周波数制御、及び、電圧指令２相−３相変換部１３１及び電流ＦＢ３相−２相変換部１２７による座標変換によって、誘導電動機のＡＣモータ１０４を制御する。
【００６５】
また、同期電動機のＡＣモータ１０４を使用する場合、電機周波数計算部１２９及び電気角計算部１３０が、図示しないエンコーダからの信号によりロータのマグネット位置を検出し、その位置情報と絶対位置オフセットに基づいて電気角θｅ＾，θｅを生成し、電圧指令２相−３相変換部１３１が、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相電圧指令を生成する。すなわち、制御部１０は、図示しないエンコーダからの信号に基づいて電気角θｅ＾，θｅを計算し、トルク（Ｑ軸）電流アンプ１２６による磁極に同期させたトルク電流制御、及び、電圧指令２相−３相変換部１３１及び電流ＦＢ３相−２相変換部１２７による座標変換によって、同期電動機のＡＣモータ１０４を制御する。
【００６６】
また、ＤＣモータ１０５を使用する場合、機械的に磁束とトルクが直交関係にあるから、電気角を固定にして制御部１０を動作させる。つまり、制御部１０は、同期電動機のＤＣモータ１０５の場合と同様に、トルク（Ｑ軸）電流アンプ１２６によるトルク電流制御、及び、電圧指令２相−３相変換部１３１及び電流ＦＢ３相−２相変換部１２７による座標変換によって、ＤＣモータ１０５を制御する。
【００６７】
具体的には、本発明によるモータ制御装置１の制御部１０によれば、ＡＣモータ１０４を使用する場合、すなわち切替信号がＡＣを示している場合、磁束電流指令ＡＣ／ＤＣ切替部１１が、磁束指令部１２１からの磁束電流指令を減算部１２２に出力し、電気角ＡＣ／ＤＣ切替部１２が、電気角計算部１３０からの電気角θｅ＾，θｅを電圧指令２相−３相変換部１３１及び電流ＦＢ３相−２相変換部１２７にそれぞれ出力し、電圧指令２相−３相変換部１３１が、磁束（Ｄ軸）電流アンプ１２３により生成された磁束電圧指令と、トルク（Ｑ軸）電流アンプ１２６により生成されたトルク電圧指令とを用いて、電気角θｅ＾の座標変換を行い、Ｕ相電圧指令、Ｖ相電圧指令及びＷ相電圧指令を出力するようにした。これにより、Ｕ相電圧指令、Ｖ相電圧指令及びＷ相電圧指令に対応したＰＷＭ指令にて、ＡＣモータ１０４を制御することができる。この場合、電流ＦＢ３相−２相変換部１２７は、Ｕ相電流ＦＢとＷ相電流ＦＢとを用いて、電気角θｅの座標変換を行い、磁束電流ＦＢ及びトルク電流ＦＢを出力する。
【００６８】
一方、ＤＣモータ１０５を使用する場合、すなわち切替信号がＤＣを示している場合、制御部１０は、予め設定された固定の電気角θｅ＾，θｅにて、動作するようにした。具体的には、磁束電流指令ＡＣ／ＤＣ切替部１１が、データ０の磁束電流指令を減算部１２２に出力し、電気角ＡＣ／ＤＣ切替部１２が、予め設定された固定の電気角θｅ＾，θｅ＝３３０°を電圧指令２相−３相変換部１３１及び電流ＦＢ３相−２相変換部１２７にそれぞれ出力し、電圧指令２相−３相変換部１３１が、磁束（Ｄ軸）電流アンプ１２３からのデータ０の磁束電圧指令と、トルク（Ｑ軸）電流アンプ１２６により生成されたトルク電圧指令とを用いて、電気角θｅ＾＝３３０°の座標変換を行い、絶対値が等しく逆相となるＵ相電圧指令及びＶ相電圧指定を出力すると共に、データ０のＷ相電圧指令を出力するようにした。これにより、互いに逆相となるＵ相電圧指令及びＶ相電圧指令のＰＷＭ指令にて、ＤＣモータ１０５を制御することができる。この場合、電流ＦＢ３相−２相変換部１２７は、Ｕ相電流ＦＢとデータ０のＷ相電流ＦＢとを用いて、電気角θｅ＝３３０°の座標変換を行い、データ０の磁束電流ＦＢを減算部１２２に出力し、トルク電流ＦＢを減算部１２５に出力する。そして、減算部１２２によって、磁束（Ｄ軸）電流アンプ１２３に入力される磁束電流偏差は０となる。
【００６９】
したがって、モータ制御装置１の制御部１０は、ＤＣモータ制御及びＡＣモータ制御の両機能を兼用する際に、電気角を固定に設定することで、ＡＣモータ制御の機能を用いてＤＣモータ制御の機能を実現するようにした。これにより、ハードウェアまたはファームウェアを切り替えることなく、また、メカスイッチを用いることなく、ＡＣモータ制御及びＤＣモータ制御を切り替えることができる。したがって、ＤＣモータとＡＣモータとの間の切り替えを、小規模及び低コストにて実現することが可能となる。
【００７０】
以上、実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、モータ制御装置１の制御部１０では、ＤＣモータ１０５を使用する場合、図２及び図７に示したように、予め設定された固定の電気角θｅ＾，θｅ＝３３０°を用いるようにしたが、図５（２）に示したように、ＤＣモータ１０５とコネクタ１０６との間の配線に応じて、他の固定の電気角θｅ＾，θｅ＝３０°，９０°，１５０°，２１０°，２７０°を用いるようにしてもよい。また、予め設定された固定の電気角θｅ＾，θｅは、３３０°等を含む所定範囲の値であればよい。この所定範囲は、ＤＣモータ１０５を制御可能な指令を生成することができ、トルク誤差が生じない範囲、すなわち、ＤＣモータ１０５を所望どおりに回転制御可能な範囲である。
【符号の説明】
【００７１】
１  モータ制御装置
１０  制御部
１１  磁束電流指令ＡＣ／ＤＣ切替部
１２  電気角ＡＣ／ＤＣ切替部
１３，１２８  非干渉補償部
１００  ＡＣ電源
１０１  コンバータ
１０２  平滑用コンデンサ
１０３  インバータ
１０４  ＡＣモータ
１０５  ＤＣモータ
１０６  コネクタ
１１０  ＤＣモータ制御部
１１１，１２４  トルク指令部
１１２，１２２，１２５  減算部
１１３，１２６  トルク（Ｑ軸）電流アンプ
１１４  誘起電圧補償部
１１５  反転部
１２０  ＡＣモータ制御部
１２１  磁束指令部
１２３  磁束（Ｄ軸）電流アンプ
１２７  電流ＦＢ３相−２相変換部
１２９  電機周波数計算部
１３０  電気角計算部
１３１  電圧指令２相−３相変換部
【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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