(57)【要約】【課題】所望の最大速度と最大推力の両立を効率的に低コストで実現できるモータ制御装置を提供する。【解決手段】本発明に係るモータ制御装置は、直流電圧からモータ駆動パルスを生成するインバータ３１と、制振装置１００を駆動する第１リニアモータ２１と第２リニアモータ２２の電機子巻線をインバータ３１に直列に接続する直列接続、第１リニアモータ２１と第２リニアモータ２２の電機子巻線をインバータ３１に並列に接続する並列接続を選択的に切り換え可能な第１スイッチ回路３３及び第２スイッチ回路３４と、第１リニアモータ２１及び第２リニアモータ２２の速度と目標速度との速度偏差に基づいてインバータ３１を制御するとともに、第１リニアモータ２１及び第２リニアモータ２２の速度に基づいて第１スイッチ回路３３及び第２スイッチ回路３４を制御する制御部３２と、を備える。【選択図】図２
2013219891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧からモータ駆動パルスを生成するインバータと、
同一の負荷装置を駆動する２つのモータの電機子巻線を前記インバータに直列に接続する直列接続、前記２つのモータの電機子巻線を前記インバータに並列に接続する並列接続を選択的に切り換え可能な切換回路と、
前記２つのモータの速度と目標速度との速度偏差に基づいて前記インバータを制御するとともに、前記２つのモータの速度に基づいて前記切換回路を制御する制御部と、を備えるモータ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ制御装置において、前記制御部は、前記直流電圧、前記２つのモータの推力定数に基づいて、前記２つのモータの電機子巻線の接続を前記並列接続としたときの前記２つのモータの上限速度を速度閾値として設定する手段と、
前記２つのモータの速度が前記速度閾値未満のときは、前記２つのモータの電機子巻線の接続を前記並列接続とし、前記２つのモータの速度が前記速度閾値以上のときは、前記２つのモータの電機子巻線の接続を前記直列接続とする手段と、を含む、ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
直流電圧からモータ駆動パルスを生成するインバータと、
同一の負荷装置を駆動する４つのモータの電機子巻線を前記インバータに直列に接続する直列接続、前記４つのモータの電機子巻線を前記インバータに並列に接続する並列接続、２つの前記モータの電機子巻線を前記インバータに並列に接続し、その２つの前記モータの電機子巻線に他の２つの前記モータの電機子巻線をそれぞれ直列に接続する直並列接続を選択的に切り換え可能な切換回路と、
前記４つのモータの速度と目標速度との速度偏差に基づいて前記インバータを制御するとともに、前記４つのモータの速度に基づいて前記切換回路を制御する制御部と、を備えるモータ制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載のモータ制御装置において、前記制御部は、前記直流電圧、前記４つのモータの推力定数に基づいて、前記４つのモータの電機子巻線の接続を前記並列接続としたときの前記４つのモータの上限速度を第１速度閾値として設定し、前記４つのモータの電機子巻線の接続を前記直並列接続としたときの前記４つのモータの上限速度を第２速度閾値として設定する手段と、
前記４つのモータの速度が前記第１速度閾値未満のときは、前記４つのモータの電機子巻線の接続を前記並列接続とし、前記４つのモータの速度が前記第１速度閾値以上で第２速度閾値未満のときは、前記４つのモータの電機子巻線の接続を前記直並列接続とし、前記４つのモータの速度が前記第２速度閾値以上のときは、前記４つのモータの電機子巻線の接続を前記直列接続とする手段と、を含む、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する。
【背景技術】
【０００２】
回転運動をする永久磁石同期モータ(Permanent Magnet Synchronous Motor：ＰＭＳＭ)、直線運動をするリニア同期モータ(Linear Synchronous Motor：ＬＳＭ)等の交流モータが公知である。このような交流モータの制御装置は、直流電圧からモータ駆動パルスを生成するインバータを含み、このモータ駆動パルスのパルス幅を変調してモータの速度を制御するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御方式を採用するものが一般的である。
【０００３】
一般的にモータにおいては、モータの速度の上昇に伴って増加する逆起電力が生じる。そのため例えばインバータによる同期モータの制御においては、その逆起電力がインバータに印加される直流電圧（コンバータとインバータとの間の中間直流電圧）のある割合の電圧に達すると、それ以上モータの速度を上昇させることができなくなってしまう。このときの最大速度は、具体的にはインバータに印加される直流電圧をモータの推力定数（又はトルク定数）で除算することによって求めることができる。またモータの最大推力（又は最大トルク）は、モータの最大電流にモータの推力定数（又はトルク定数）を乗算することによって求めることができる。
【０００４】
リニアモータを駆動力源とする負荷装置の一例としてエレベータがある。そのようなエレベータの従来技術としては、エレベータに必要な最大速度や最大推力等の仕様に応じて、標準化された同一の電機子を必要な数だけ複数組み合わせて直並列に配線してリニアモータを構成する方法が公知である。当該従来技術によれば、電機子の大型化を行うことなく、そのエレベータが必要とする最大速度、最大推力に対応したリニアモータを構成することができる（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−５３２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら上記の従来技術のリニアモータは、複数の電機子の接続が画一的で固定的であるため、所望の最大速度と最大推力を両立させるには多数の電機子を設ける必要があり、効率的でなく、大幅なコスト増を招来する虞が生ずる。具体的には上記の従来技術のリニアモータは、例えば１つの電機子で構成したリニアモータで得られる最大速度の２倍の最大速度、及び１つの電機子で構成したリニアモータで得られる最大推力の２倍の最大推力を両立させるには、４つの電機子を直並列接続する必要がある。また上記の従来技術のリニアモータは、例えば１つの電機子で構成したリニアモータで得られる最大速度の４倍の最大速度、及び１つの電機子で構成したリニアモータで得られる最大推力の４倍の最大推力を両立させるには、１６個もの電機子を直並列接続する必要がある。
【０００７】
このような状況に鑑み本発明はなされたものであり、その目的は、所望の最大速度と最大推力の両立を効率的に低コストで実現できる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】
【０００８】
＜本発明の第１の態様＞
本発明の第１の態様は、直流電圧からモータ駆動パルスを生成するインバータと、同一の負荷装置を駆動する２つのモータの電機子巻線を前記インバータに直列に接続する直列接続、前記２つのモータの電機子巻線を前記インバータに並列に接続する並列接続を選択的に切り換え可能な切換回路と、前記２つのモータの速度と目標速度との速度偏差に基づいて前記インバータを制御するとともに、前記２つのモータの速度に基づいて前記切換回路を制御する制御部と、を備えるモータ制御装置である。
【０００９】
同一の負荷装置を駆動する２つのモータの電機子巻線をインバータに並列に接続する並列接続においては、モータ単体の最大電流の２倍の電流をインバータから供給することができる。したがって並列接続における最大推力は、モータ単体で得られる最大推力の２倍の推力になる。他方、並列接続において各モータの電機子巻線に印加される駆動パルスの電圧は、インバータが出力するモータ駆動パルスの電圧と同じ電圧になる。したがって並列接続における最大速度は、モータ単体で得られる最大速度と同じ速度になる。
【００１０】
それに対して同一の負荷装置を駆動する２つのモータの電機子巻線をインバータに直列に接続する直列接続においては、各モータの電機子巻線に印加される駆動パルスの電圧は、インバータが出力するモータ駆動パルスの電圧の１／２になる。したがって直列接続においては、同じ速度でも各モータの逆起電力は１／２になるので、その最大速度は、モータ単体で得られる最大速度の２倍の速度になる。他方、直列接続においてインバータから供給することができる最大電流は、モータ単体の最大電流と同じ電流になる。したがって直列接続における最大推力は、モータ単体で得られる最大推力と同じ推力になる。
【００１１】
そして一般的にモータの駆動力で負荷装置を駆動する際には、例えば低速領域では大きな推力を要するものの、速度が上昇するに従って必要な推力が小さくなり、高速領域ではあまり大きな推力を要しない場合が多い。したがってモータの速度に応じて、例えば低速領域では並列接続とし、高速領域では直列接続に切り換えることにより、モータ単体で得られる最大推力の２倍の最大推力とモータ単体で得られる最大速度の２倍の最大速度を２つのモータで両立させて負荷装置を駆動することができる。
【００１２】
これにより本発明の第１の態様によれば、所望の最大速度と最大推力の両立を効率的に低コストで実現できるモータ制御装置を提供することができるという作用効果が得られる。
【００１３】
＜本発明の第２の態様＞
本発明の第２の態様は、前述した本発明の第１の態様において、前記制御部は、前記直流電圧、前記２つのモータの推力定数に基づいて、前記２つのモータの電機子巻線の接続を前記並列接続としたときの前記２つのモータの上限速度を速度閾値として設定する手段と、前記２つのモータの速度が前記速度閾値未満のときは、前記２つのモータの電機子巻線の接続を前記並列接続とし、前記２つのモータの速度が前記速度閾値以上のときは、前記２つのモータの電機子巻線の接続を前記直列接続とする手段と、を含む、ことを特徴とするモータ制御装置である。
【００１４】
このように２つのモータの電機子巻線の接続を並列接続としたときの２つのモータの上限速度を速度閾値として設定し、その速度閾値で直列接続と並列接続とを切り換える。それによって本発明の第２の態様は、モータ単体で得られる最大推力の２倍の最大推力が得られる並列接続、モータ単体で得られる最大速度の２倍の最大速度が得られる直列接続をそれぞれ効果的に活用することができるので、より効率的な負荷装置の駆動が可能になる。
【００１５】
ここで速度閾値は、並列接続における最大速度に限定されない。例えば速度閾値は、並列接続における最大推力が得られる範囲の上限速度とすることができる。特に速度閾値は、例えば並列接続において推力が直列接続の最大推力まで低下するときの速度に設定するのが好ましい。
【００１６】
＜本発明の第３の態様＞
本発明の第３の態様は、直流電圧からモータ駆動パルスを生成するインバータと、同一の負荷装置を駆動する４つのモータの電機子巻線を前記インバータに直列に接続する直列接続、前記４つのモータの電機子巻線を前記インバータに並列に接続する並列接続、２つの前記モータの電機子巻線を前記インバータに並列に接続し、その２つの前記モータの電機子巻線に他の２つの前記モータの電機子巻線をそれぞれ直列に接続する直並列接続を選択的に切り換え可能な切換回路と、前記４つのモータの速度と目標速度との速度偏差に基づいて前記インバータを制御するとともに、前記４つのモータの速度に基づいて前記切換回路を制御する制御部と、を備えるモータ制御装置である。
【００１７】
同一の負荷装置を駆動する４つのモータの電機子巻線をインバータに並列に接続する並列接続においては、モータ単体の最大電流の４倍の電流をインバータから供給することができる。したがって並列接続における最大推力は、モータ単体で得られる最大推力の４倍の推力になる。他方、並列接続において各モータの電機子巻線に印加される駆動パルスの電圧は、インバータが出力するモータ駆動パルスの電圧と同じ電圧になる。したがって並列接続における最大速度は、モータ単体で得られる最大速度と同じ速度になる。
【００１８】
それに対して同一の負荷装置を駆動する４つのモータの電機子巻線をインバータに直列に接続する直列接続においては、各モータの電機子巻線に印加される駆動パルスの電圧は、インバータが出力するモータ駆動パルスの電圧の１／４になる。したがって直列接続においては、同じ速度でも各モータの逆起電力は１／４になるので、その最大速度は、モータ単体で得られる最大速度の４倍の速度になる。他方、直列接続においてインバータから供給することができる最大電流は、モータ単体の最大電流と同じ電流になる。したがって直列接続における最大推力は、モータ単体で得られる最大推力と同じ推力になる。
【００１９】
また２つのモータの電機子巻線をインバータに並列に接続し、その２つのモータの電機子巻線に他の２つのモータの電機子巻線をそれぞれ直列に接続する直並列接続においては、モータ単体の最大電流の２倍の電流をインバータから供給することができる。したがって直並列接続における最大推力は、モータ単体で得られる最大推力の２倍になる。他方、直並列接続において各モータの電機子巻線に印加される駆動パルスの電圧は、インバータが出力するモータ駆動パルスの電圧の１／２になる。そのため直並列接続においては、同じ速度でも各モータの逆起電力は１／２になる。したがって直並列接続における最大速度は、モータ単体で得られる最大速度の２倍になる。
【００２０】
そして一般的にモータの駆動力で負荷装置を駆動する際には、例えば低速領域では大きな推力を要するものの、速度が上昇するに従って必要な推力が小さくなり、高速領域ではあまり大きな推力を要しない場合が多い。したがってモータの速度に応じて、例えば低速領域では並列接続とし、高速領域では直列接続とし、低速領域と高速領域の間の速度領域では直並列接続に切り換えることにより、モータ単体で得られる最大推力の４倍の最大推力とモータ単体で得られる最大速度の４倍の最大速度を４つのモータで両立させて負荷装置を駆動することができる。
【００２１】
これにより本発明の第３の態様によれば、所望の最大速度と最大推力の両立を効率的に低コストで実現できるモータ制御装置を提供することができるという作用効果が得られる。
【００２２】
＜本発明の第４の態様＞
本発明の第４の態様は、前述した本発明の第３の態様において、前記制御部は、前記直流電圧、前記４つのモータの推力定数に基づいて、前記４つのモータの電機子巻線の接続を前記並列接続としたときの前記４つのモータの上限速度を第１速度閾値として設定し、前記４つのモータの電機子巻線の接続を前記直並列接続としたときの前記４つのモータの上限速度を第２速度閾値として設定する手段と、前記４つのモータの速度が前記第１速度閾値未満のときは、前記４つのモータの電機子巻線の接続を前記並列接続とし、前記４つのモータの速度が前記第１速度閾値以上で第２速度閾値未満のときは、前記４つのモータの電機子巻線の接続を前記直並列接続とし、前記４つのモータの速度が前記第２速度閾値以上のときは、前記４つのモータの電機子巻線の接続を前記直列接続とする手段と、を含む、ことを特徴とするモータ制御装置である。
【００２３】
このように４つのモータの電機子巻線の接続を並列接続としたときの４つのモータの上限速度を第１速度閾値として設定し、４つのモータの電機子巻線の接続を直並列接続としたときの４つのモータの上限速度を第２速度閾値として設定する。そしてその第１速度閾値で並列接続と直並列接続とを切り換え、第２速度閾値で直並列接続と直列接続とを切り換える。それによって本発明の第４の態様は、モータ単体で得られる最大推力の４倍の最大推力が得られる並列接続、モータ単体で得られる最大速度の４倍の最大速度が得られる直列接続、直列接続と並列接続の中間的な特性が得られる直並列接続をそれぞれ効果的に活用することができるので、より効率的な負荷装置の駆動が可能になる。
【００２４】
ここで第１速度閾値は、並列接続における最大速度に限定されない。例えば第１速度閾値は、並列接続における最大推力が得られる範囲の上限速度とすることができる。特に第１速度閾値は、例えば並列接続において推力が直並列接続の最大推力まで低下するときの速度に設定するのが好ましい。同様に第２速度閾値は、直並列接続における最大速度に限定されない。例えば第２速度閾値は、直並列接続における最大推力が得られる範囲の上限速度とすることができる。特に第２速度閾値は、例えば直並列接続において推力が直列接続の最大推力まで低下するときの速度に設定するのが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、所望の最大速度と最大推力の両立を効率的に低コストで実現できるモータ制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１実施例の制振装置の全体構成を図示した平面図。
【図２】第１実施例のモータ制御装置のブロック図。
【図３】第１実施例における制御部の切り換え制御手順を図示したフローチャート。
【図４】第１実施例の制振装置における推力とモータ速度との関係を図示したグラフ。
【図５】第２実施例の制振装置の全体構成を図示した平面図。
【図６】第２実施例のモータ制御装置のブロック図。
【図７】第２実施例における制御部の切り換え制御手順を図示したフローチャート。
【図８】第２実施例の制振装置における推力とモータ速度との関係を図示したグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
尚、本発明は、以下説明する実施例に特に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変形が可能であることは言うまでもない。
【００２８】
＜第１実施例＞
本発明に係るモータ制御装置の第１実施例について、図１〜図４を参照しながら説明する。
【００２９】
図１は、第１実施例の制振装置１００の全体構成を図示した平面図である。図２は、第１実施例のモータ制御装置のブロック図である。
「負荷装置」としての制振装置１００は、高層ビル等の建築構造物の屋上等に設置され、地震や強風等による建築構造物の揺れを能動的に抑制して低減させる装置であり、基礎フレーム１０、可動マス２０を備える。
【００３０】
基礎フレーム１０は、建築構造物に固定される部分であり、固定子１１、ガイド軸１２、１３、リニアスケール１４を含む。固定子１１は、後述する第１リニアモータ２１、第２リニアモータ２２に共通の永久磁石固定子である。より具体的には固定子１１は、可動マス２０の往復動方向Ｘに沿って永久磁石のＮ極１１１と永久磁石のＳ極１１２とが交互に多数並べて配置されたものである。ガイド軸１２、１３は、往復動方向Ｘへ往復動可能に可動マス２０を支持する。リニアスケール１４は、往復動方向Ｘに沿って設けられており、後述するリニアスケールセンサ２５とともに、後述する第１リニアモータ２１及び第２リニアモータ２２の速度（以下、単に「モータ速度」という。）を検出するためのリニアエンコーダを構成する。
【００３１】
可動マス２０は、ガイド軸１２、１３によって往復動方向Ｘへ往復動可能に支持されており、建築構造物の揺れを抑制する慣性力を建築構造物に作用させるに充分な重量の構造物である。可動マス２０は、第１リニアモータ２１、第２リニアモータ２２、リニアスケールセンサ２５を含む。
【００３２】
第１リニアモータ２１及び第２リニアモータ２２は、可動マス２０の駆動力源となるリニア同期モータである。より具体的には第１リニアモータ２１は、３つの電機子巻線Ｌ１１〜Ｌ１３を含み、この３つの電機子巻線Ｌ１１〜Ｌ１３と固定子１１とで構成される。同様に第２リニアモータ２２は、３つの電機子巻線Ｌ２１〜Ｌ２３を含み、この３つの電機子巻線Ｌ２１〜Ｌ２３と固定子１１とで構成される。第１リニアモータ２１の電機子巻線Ｌ１１〜Ｌ１３、第２リニアモータ２２の電機子巻線Ｌ２１〜Ｌ２３は、同一形状の鉄心にそれぞれ巻かれて構成されており、同じ太さ及び長さの導線を同じ巻数で巻いて構成された同一構造の電機子巻線である。リニアスケールセンサ２５は、リニアスケール１４に形成された格子目盛等を検出してパルス信号を出力するセンサである。
【００３３】
本発明に係るモータ制御装置は、インバータ３１、制御部３２、第１スイッチ回路３３、第２スイッチ回路３４、振動センサ４０を含む。
【００３４】
インバータ３１は、直流電圧から三相交流のモータ駆動パルスを生成する公知の回路である。インバータ３１のＵ相出力は、電機子巻線Ｌ１１の一端側に接続されている。インバータ３１のＶ相出力は、電機子巻線Ｌ１２の一端側に接続されている。インバータ３１のＷ相出力は、電機子巻線Ｌ１３の一端側に接続されている。
【００３５】
制御部３２は、公知のマイコン制御回路であり、モータ速度と目標速度との速度偏差に基づいて、インバータ３１が出力するモータ駆動パルスのデューティー比を制御する。また制御部３２は、モータ速度に基づいて、第１スイッチ回路３３及び第２スイッチ回路３４を制御する。振動センサ４０は、制振装置１００が設置された建築構造物の揺れを検出するセンサである。制御部３２は、振動センサ４０の出力信号に基づいて目標速度を演算する。
【００３６】
「切換回路」としての第１スイッチ回路３３は、例えば電磁リレーや半導体リレー（Solid State Relay：ＳＳＲ）等からなる３つのスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を含む。スイッチＳＷ１は、インバータ３１のＵ相出力と電機子巻線Ｌ２１の一端側との接続をオン／オフ可能に設けられている。スイッチＳＷ２は、インバータ３１のＶ相出力と電機子巻線Ｌ２２の一端側との接続をオン／オフ可能に設けられている。スイッチＳＷ３は、インバータ３１のＷ相出力と電機子巻線Ｌ２３の一端側との接続をオン／オフ可能に設けられている。
【００３７】
「切換回路」としての第２スイッチ回路３４は、例えば電磁リレーや半導体リレー等からなる５つのスイッチＳＷ１１〜ＳＷ１５を含む。スイッチＳＷ１１は、電機子巻線Ｌ１１の他端側と電機子巻線Ｌ２１の一端側との接続をオン／オフ可能に設けられている。スイッチＳＷ１２は、電機子巻線Ｌ１２の他端側と電機子巻線Ｌ２２の一端側との接続をオン／オフ可能に設けられている。スイッチＳＷ１３は、電機子巻線Ｌ１３の他端側と電機子巻線Ｌ２３の一端側との接続をオン／オフ可能に設けられている。スイッチＳＷ１４は、電機子巻線Ｌ１１の他端側と電機子巻線Ｌ１２の他端側との接続をオン／オフ可能に設けられている。スイッチＳＷ１５は、電機子巻線Ｌ１２の他端側と電機子巻線Ｌ１３の他端側との接続をオン／オフ可能に設けられている。  
尚、電機子巻線Ｌ２１の他端側と電機子巻線Ｌ２２の他端側と電機子巻線Ｌ２３の他端側とは、スイッチを介さずに接続されている。
【００３８】
制御部３２は、モータ速度に基づいて、「直列接続」と「並列接続」とを選択的に切り換える。「直列接続」では、第１リニアモータ２１と第２リニアモータ２２の電機子巻線がインバータ３１に直列に接続される。「並列接続」では、第１リニアモータ２１と第２リニアモータ２２の電機子巻線がインバータ３１に並列に接続される。
【００３９】
「直列接続」は、第１スイッチ回路３３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３をオフとし、第２スイッチ回路３４のスイッチＳＷ１１〜ＳＷ１３をオン、ＳＷ１４、ＳＷ１５をオフとすることによって構成される。より具体的には電機子巻線Ｌ１１と電機子巻線Ｌ２１は、インバータ３１のＵ相出力に直列に接続される。電機子巻線Ｌ１２と電機子巻線Ｌ２２は、インバータ３１のＶ相出力に直列に接続される。電機子巻線Ｌ１３と電機子巻線Ｌ２３は、インバータ３１のＷ相出力に直列に接続される。
【００４０】
「並列接続」は、第１スイッチ回路３３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３をオンとし、第２スイッチ回路３４のスイッチＳＷ１１〜ＳＷ１３をオフ、ＳＷ１４、ＳＷ１５をオンとすることによって構成される。より具体的には電機子巻線Ｌ１１と電機子巻線Ｌ２１は、インバータ３１のＵ相出力に並列に接続される。電機子巻線Ｌ１２と電機子巻線Ｌ２２は、インバータ３１のＶ相出力に並列に接続される。電機子巻線Ｌ１３と電機子巻線Ｌ２３は、インバータ３１のＷ相出力に並列に接続される。また電機子巻線Ｌ１１の他端側と電機子巻線Ｌ１２の他端側と電機子巻線Ｌ１３の他端側とが接続される。
【００４１】
図３は、第１実施例における「直列接続」と「並列接続」との切り換え制御手順を図示したフローチャートである。当該フローチャートの手順は、定周期で繰り返し実行される手順である。
【００４２】
制御部３２は、インバータ３１に印加される直流電圧、第１リニアモータ２１及び第２リニアモータ２２の推力定数に基づいて、「並列接続」におけるモータ速度の上限速度を速度閾値として設定する。この速度閾値は、予め設定した既定値として制御部３２の不揮発性メモリ（図示せず）等に記憶させておくことができる。また例えばインバータ３１の前段に昇圧チョッパ回路等を設け、インバータ３１に印加される直流電圧を可変制御する場合には、速度閾値は、その直流電圧に応じて可変設定するようにしてもよい。
【００４３】
制御部３２は、まずモータ速度が速度閾値未満か否かを判定する（ステップＳ１）。そしてモータ速度が速度閾値未満である場合には（ステップＳ１でＹｅｓ）、「並列接続」となるように第１スイッチ回路３３及び第２スイッチ回路３４を制御する（ステップＳ２）。他方、モータ速度が速度閾値以上である場合には（ステップＳ１でＮｏ）、「直列接続」となるように第１スイッチ回路３３及び第２スイッチ回路３４を制御する（ステップＳ３）。
【００４４】
図４は、第１実施例の制振装置１００において要求される推力とモータ速度との関係を図示したグラフである。
ここで第１リニアモータ２１及び第２リニアモータ２２の最大電流をＩ、推力定数をＫとする。またインバータ３１が出力するモータ駆動パルスの電圧（インバータ３１に印加される直流電圧と同じ電圧）をＥとする。
【００４５】
「並列接続」におけるモータ制御装置は、モータ単体の最大電流Ｉの２倍の電流をインバータ３１から供給することができる。したがって「並列接続」における最大推力は、モータ単体で得られる最大推力（Ｋ×Ｉ）の２倍の推力になる。他方、「並列接続」において、第１リニアモータ２１の電機子巻線Ｌ１１〜Ｌ１３、第２リニアモータ２２の電機子巻線Ｌ２１〜Ｌ２３に印加される駆動パルスの電圧は、インバータ３１が出力するモータ駆動パルスの電圧Ｅと同じ電圧になる。したがって「並列接続」における最大速度は、モータ単体で得られる最大速度（Ｅ／Ｋ）と同じ速度になる。
【００４６】
「直列接続」において、第１リニアモータ２１の電機子巻線Ｌ１１〜Ｌ１３、第２リニアモータ２２の電機子巻線Ｌ２１〜Ｌ２３に印加される駆動パルスの電圧は、インバータ３１が出力するモータ駆動パルスの電圧Ｅの１／２になる。したがって「直列接続」においては、同じ速度でも第１リニアモータ２１及び第２リニアモータ２２の逆起電力は１／２になるので、その最大速度は、モータ単体で得られる最大速度（Ｅ／Ｋ）の２倍の速度になる。他方、「直列接続」におけるモータ制御装置は、インバータ３１から供給することができる最大電流がモータ単体の最大電流Ｉと同じ電流になる。したがって「直列接続」における最大推力は、モータ単体で得られる最大推力（Ｋ×Ｉ）と同じ推力になる。
【００４７】
そして制振装置１００を駆動する際には、図４に図示したように、低速領域では大きな推力を要するものの、速度が上昇するに従って必要な推力が小さくなり、高速領域ではあまり大きな推力を要しない。したがって前述したように、モータ速度が速度閾値未満となる速度領域では「並列接続」とし（並列運転領域）、モータ速度が速度閾値以上となる速度領域では「直列接続」とする（直列運転領域）。それによってモータ単体で得られる最大推力（Ｋ×Ｉ）の２倍の最大推力とモータ単体で得られる最大速度（Ｅ／Ｋ）の２倍の最大速度を両立させて制振装置１００を駆動することができる。
【００４８】
このようにして本発明の第１実施例によれば、所望の最大速度と最大推力の両立を効率的に低コストで実現できるモータ制御装置を提供することができる。またモータ単体で得られる最大推力（Ｋ×Ｉ）の２倍の最大推力が得られる「並列接続」、モータ単体で得られる最大速度（Ｅ／Ｋ）の２倍の最大速度が得られる「直列接続」をそれぞれ効果的に活用することができるので、より効率的な制振装置１００の駆動が可能になる。
【００４９】
速度閾値は、例えば「並列接続」における最大推力（２×Ｋ×Ｉ）が得られる範囲の上限速度とすることができる。また速度閾値は、図４に図示したように、「並列接続」において推力が「直列接続」の最大推力（Ｋ×Ｉ）まで低下するときの速度に設定するのが好ましい。それによってモータ単体で得られる最大推力（Ｋ×Ｉ）の２倍の最大推力が得られる「並列接続」、モータ単体で得られる最大速度（Ｅ／Ｋ）の２倍の最大速度が得られる「直列接続」をそれぞれ最大限に活用することができる。
【００５０】
＜第２実施例＞
本発明に係るモータ制御装置の第２実施例について、図５〜図８を参照しながら説明する。
【００５１】
図５は、第２実施例の制振装置１００の全体構成を図示した平面図である。図６は、第２実施例のモータ制御装置のブロック図である。
第２実施例の制振装置１００の構成は、可動マス２０に第３リニアモータ２３及び第４リニアモータ２４がさらに設けられている点で、第１実施例の制振装置１００と構成が異なる。また第２実施例のモータ制御装置は、第１スイッチ回路３３の構成が第１実施例と異なるとともに、さらに第３スイッチ回路３５及び第４スイッチ回路３６を含む点で第１実施例と異なる。以下、第１実施例と異なる構成要素について詳細に説明し、それ以外の共通する構成要素については同一の符合を付して詳細な説明を省略する。
【００５２】
第３リニアモータ２３及び第４リニアモータ２４は、第１リニアモータ２１及び第２リニアモータ２２と同様に、可動マス２０の駆動力源となるリニア同期モータである。より具体的には第３リニアモータ２３は、３つの電機子巻線Ｌ３１〜Ｌ３３を含み、この３つの電機子巻線Ｌ３１〜Ｌ３３と固定子１１とで構成される。同様に第４リニアモータ２４は、３つの電機子巻線Ｌ４１〜Ｌ４３を含み、この３つの電機子巻線Ｌ４１〜Ｌ４３と固定子１１とで構成される。第１リニアモータ２１の電機子巻線Ｌ１１〜Ｌ１３、第２リニアモータ２２の電機子巻線Ｌ２１〜Ｌ２３、第３リニアモータ２３の電機子巻線Ｌ３１〜Ｌ３３、第４リニアモータ２４の電機子巻線Ｌ４１〜Ｌ４３は、同一形状の鉄心にそれぞれ巻かれて構成されており、同じ太さ及び長さの導線を同じ巻数で巻いて構成された同一構造の電機子巻線である。
【００５３】
第２実施例の第１スイッチ回路３３は、例えば電磁リレーや半導体リレー等からなる９つのスイッチＳＷ１〜ＳＷ９を含む。スイッチＳＷ１〜ＳＷ３については第１実施例と同様である。スイッチＳＷ４は、インバータ３１のＵ相出力と電機子巻線Ｌ３１の一端側との接続をオン／オフ可能に設けられている。スイッチＳＷ５は、インバータ３１のＶ相出力と電機子巻線Ｌ３２の一端側との接続をオン／オフ可能に設けられている。スイッチＳＷ６は、インバータ３１のＷ相出力と電機子巻線Ｌ３３の一端側との接続をオン／オフ可能に設けられている。スイッチＳＷ７は、インバータ３１のＵ相出力と電機子巻線Ｌ４１の一端側との接続をオン／オフ可能に設けられている。スイッチＳＷ８は、インバータ３１のＶ相出力と電機子巻線Ｌ４２の一端側との接続をオン／オフ可能に設けられている。スイッチＳＷ９は、インバータ３１のＷ相出力と電機子巻線Ｌ４３の一端側との接続をオン／オフ可能に設けられている。
【００５４】
「切換回路」としての第３スイッチ回路３５は、例えば電磁リレーや半導体リレー等からなる５つのスイッチＳＷ２１〜ＳＷ２５を含む。スイッチＳＷ２１は、電機子巻線Ｌ２１の他端側と電機子巻線Ｌ３１の一端側との接続をオン／オフ可能に設けられている。スイッチＳＷ２２は、電機子巻線Ｌ２２の他端側と電機子巻線Ｌ３２の一端側との接続をオン／オフ可能に設けられている。スイッチＳＷ２３は、電機子巻線Ｌ２３の他端側と電機子巻線Ｌ３３の一端側との接続をオン／オフ可能に設けられている。スイッチＳＷ２４は、電機子巻線Ｌ２１の他端側と電機子巻線Ｌ２２の他端側との接続をオン／オフ可能に設けられている。スイッチＳＷ２５は、電機子巻線Ｌ２２の他端側と電機子巻線Ｌ２３の他端側との接続をオン／オフ可能に設けられている。
【００５５】
「切換回路」としての第４スイッチ回路３６は、例えば電磁リレーや半導体リレー等からなる５つのスイッチＳＷ３１〜ＳＷ３５を含む。スイッチＳＷ３１は、電機子巻線Ｌ３１の他端側と電機子巻線Ｌ４１の一端側との接続をオン／オフ可能に設けられている。スイッチＳＷ３２は、電機子巻線Ｌ３２の他端側と電機子巻線Ｌ４２の一端側との接続をオン／オフ可能に設けられている。スイッチＳＷ３３は、電機子巻線Ｌ３３の他端側と電機子巻線Ｌ４３の一端側との接続をオン／オフ可能に設けられている。スイッチＳＷ３４は、電機子巻線Ｌ３１の他端側と電機子巻線Ｌ３２の他端側との接続をオン／オフ可能に設けられている。スイッチＳＷ３５は、電機子巻線Ｌ３２の他端側と電機子巻線Ｌ３３の他端側との接続をオン／オフ可能に設けられている。  
尚、電機子巻線Ｌ４１の他端側と電機子巻線Ｌ４２の他端側と電機子巻線Ｌ４３の他端側とは、スイッチを介さずに接続されている。
【００５６】
制御部３２は、モータ速度に基づいて、「直列接続」と「並列接続」と「直並列接続」とを選択的に切り換える。「直列接続」では、第１リニアモータ２１〜第４リニアモータ２４の電機子巻線がインバータ３１に直列に接続される。「並列接続」では、第１リニアモータ２１〜第４リニアモータ２４の電機子巻線がインバータ３１に並列に接続される。「直並列接続」では、第１リニアモータ２１と第３リニアモータ２３の電機子巻線がインバータ３１に並列に接続され、さらに第１リニアモータ２１の電機子巻線に第２リニアモータ２２の電機子巻線が直列に接続され、第３リニアモータ２３の電機子巻線に第４リニアモータ２４の電機子巻線が直列に接続される。
【００５７】
「直列接続」は、第１スイッチ回路３３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ９をオフとし、第２スイッチ回路３４のスイッチＳＷ１１〜ＳＷ１３をオン、ＳＷ１４、ＳＷ１５をオフとし、第３スイッチ回路３５のスイッチＳＷ２１〜ＳＷ２３をオン、ＳＷ２４、ＳＷ２５をオフとし、第４スイッチ回路３６のスイッチＳＷ３１〜ＳＷ３３をオン、ＳＷ３４、ＳＷ３５をオフとすることによって構成される。
【００５８】
より具体的には電機子巻線Ｌ１１と電機子巻線Ｌ２１と電機子巻線Ｌ３１と電機子巻線Ｌ４１は、インバータ３１のＵ相出力に直列に接続される。電機子巻線Ｌ１２と電機子巻線Ｌ２２と電機子巻線Ｌ３２と電機子巻線Ｌ４２は、インバータ３１のＶ相出力に直列に接続される。電機子巻線Ｌ１３と電機子巻線Ｌ２３と電機子巻線Ｌ３３と電機子巻線Ｌ４３は、インバータ３１のＷ相出力に直列に接続される。
【００５９】
「並列接続」は、第１スイッチ回路３３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ９をオンとし、第２スイッチ回路３４のスイッチＳＷ１１〜ＳＷ１３をオフ、ＳＷ１４、ＳＷ１５をオンとし、第３スイッチ回路３５のスイッチＳＷ２１〜ＳＷ２３をオフ、ＳＷ２４、ＳＷ２５をオンとし、第４スイッチ回路３６のスイッチＳＷ３１〜ＳＷ３３をオフ、ＳＷ３４、ＳＷ３５をオンとすることによって構成される。
【００６０】
より具体的には電機子巻線Ｌ１１と電機子巻線Ｌ２１と電機子巻線Ｌ３１と電機子巻線Ｌ４１は、インバータ３１のＵ相出力に並列に接続される。電機子巻線Ｌ１２と電機子巻線Ｌ２２と電機子巻線Ｌ３２と電機子巻線Ｌ４２は、インバータ３１のＶ相出力に並列に接続される。電機子巻線Ｌ１３と電機子巻線Ｌ２３と電機子巻線Ｌ３３と電機子巻線Ｌ４３は、インバータ３１のＷ相出力に並列に接続される。また電機子巻線Ｌ１１の他端側と電機子巻線Ｌ１２の他端側と電機子巻線Ｌ１３の他端側とが接続される。電機子巻線Ｌ２１の他端側と電機子巻線Ｌ２２の他端側と電機子巻線Ｌ２３の他端側とが接続される。電機子巻線Ｌ３１の他端側と電機子巻線Ｌ３２の他端側と電機子巻線Ｌ３３の他端側とが接続される。
【００６１】
「直並列接続」は、第１スイッチ回路３３のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３、ＳＷ７〜ＳＷ９をオフ、スイッチＳＷ４〜ＳＷ６をオンとし、第２スイッチ回路３４のスイッチＳＷ１１〜ＳＷ１３をオン、ＳＷ１４、ＳＷ１５をオフとし、第３スイッチ回路３５のスイッチＳＷ２１〜ＳＷ２３をオフ、ＳＷ２４、ＳＷ２５をオンとし、第４スイッチ回路３６のスイッチＳＷ３１〜ＳＷ３３をオン、ＳＷ３４、ＳＷ３５をオフとすることによって構成される。
【００６２】
より具体的には電機子巻線Ｌ１１と電機子巻線Ｌ３１は、インバータ３１のＵ相出力に並列に接続される。電機子巻線Ｌ２１は、電機子巻線Ｌ１１に直列に接続され、電機子巻線Ｌ４１は、電機子巻線Ｌ３１に直列に接続される。電機子巻線Ｌ１２と電機子巻線Ｌ３２は、インバータ３１のＶ相出力に並列に接続される。電機子巻線Ｌ２２は、電機子巻線Ｌ１２に直列に接続され、電機子巻線Ｌ４２は、電機子巻線Ｌ３２に直列に接続される。電機子巻線Ｌ１３と電機子巻線Ｌ３３は、インバータ３１のＷ相出力に並列に接続される。電機子巻線Ｌ２３は、電機子巻線Ｌ１３に直列に接続され、電機子巻線Ｌ４３は、電機子巻線Ｌ３３に直列に接続される。
【００６３】
図７は、第２実施例における「直列接続」と「並列接続」と「直並列接続」との切り換え制御手順を図示したフローチャートである。当該フローチャートの手順は、定周期で繰り返し実行される手順である。
【００６４】
制御部３２は、インバータ３１に印加される直流電圧、第１リニアモータ２１〜第４リニアモータ２４の推力定数に基づいて、「並列接続」におけるモータ速度の上限速度を第１速度閾値として設定し、「直並列接続」におけるモータ速度の上限速度を第２速度閾値として設定する。この第１速度閾値及び第２速度閾値は、予め設定した既定値として制御部３２の不揮発性メモリ（図示せず）等に記憶させておくことができる。また例えばインバータ３１の前段に昇圧チョッパ回路等を設け、インバータ３１に印加される直流電圧を可変制御する場合には、第１速度閾値及び第２速度閾値は、その直流電圧に応じて可変設定するようにしてもよい。
【００６５】
制御部３２は、まずモータ速度が第１速度閾値未満か否かを判定する（ステップＳ１１）。モータ速度が第１速度閾値未満である場合には（ステップＳ１１でＹｅｓ）、「並列接続」となるように第１スイッチ回路３３〜第４スイッチ回路３６を制御する（ステップＳ１２）。他方、モータ速度が第１速度閾値以上である場合には（ステップＳ１１でＮｏ）、つづいてモータ速度が第２速度閾値未満か否かを判定する（ステップＳ１３）。モータ速度が第２速度閾値未満である場合には（ステップＳ１３でＹｅｓ）、「直並列接続」となるように第１スイッチ回路３３〜第４スイッチ回路３６を制御する（ステップＳ１４）。そしてモータ速度が第２速度閾値以上である場合には（ステップＳ１３でＮｏ）、「直列接続」となるように第１スイッチ回路３３〜第４スイッチ回路３６を制御する（ステップＳ１５）。
【００６６】
図８は、第２実施例の制振装置１００において要求される推力とモータ速度との関係を図示したグラフである。
【００６７】
「並列接続」におけるモータ制御装置は、モータ単体の最大電流Ｉの４倍の電流をインバータ３１から供給することができる。したがって「並列接続」における最大推力は、モータ単体で得られる最大推力（Ｋ×Ｉ）の４倍の推力になる。他方、「並列接続」において、第１リニアモータ２１の電機子巻線Ｌ１１〜Ｌ１３、第２リニアモータ２２の電機子巻線Ｌ２１〜Ｌ２３、第３リニアモータ２３の電機子巻線Ｌ３１〜Ｌ３３、第４リニアモータ２４の電機子巻線Ｌ４１〜Ｌ４３に印加される駆動パルスの電圧は、インバータ３１が出力するモータ駆動パルスの電圧Ｅと同じ電圧になる。したがって「並列接続」における最大速度は、モータ単体で得られる最大速度（Ｅ／Ｋ）と同じ速度になる。
【００６８】
「直並列接続」におけるモータ制御装置は、モータ単体の最大電流Ｉの２倍の電流をインバータ３１から供給することができる。したがって「並列接続」における最大推力は、モータ単体で得られる最大推力（Ｋ×Ｉ）の２倍の推力になる。他方、「直並列接続」において、第１リニアモータ２１の電機子巻線Ｌ１１〜Ｌ１３、第２リニアモータ２２の電機子巻線Ｌ２１〜Ｌ２３、第３リニアモータ２３の電機子巻線Ｌ３１〜Ｌ３３、第４リニアモータ２４の電機子巻線Ｌ４１〜Ｌ４３に印加される駆動パルスの電圧は、インバータ３１が出力するモータ駆動パルスの電圧Ｅの１／２になる。したがって「直並列接続」においては、同じ速度でも第１リニアモータ２１〜第４リニアモータ２４の逆起電力は１／２になるので、その最大速度は、モータ単体で得られる最大速度（Ｅ／Ｋ）の２倍の速度になる。
【００６９】
「直列接続」において、第１リニアモータ２１の電機子巻線Ｌ１１〜Ｌ１３、第２リニアモータ２２の電機子巻線Ｌ２１〜Ｌ２３、第３リニアモータ２３の電機子巻線Ｌ３１〜Ｌ３３、第４リニアモータ２４の電機子巻線Ｌ４１〜Ｌ４３に印加される駆動パルスの電圧は、インバータ３１が出力するモータ駆動パルスの電圧Ｅの１／４になる。したがって「直列接続」においては、同じ速度でも第１リニアモータ２１〜第４リニアモータ２４の逆起電力は１／４になるので、その最大速度は、モータ単体で得られる最大速度（Ｅ／Ｋ）の４倍の速度になる。他方、「直列接続」におけるモータ制御装置は、インバータ３１から供給することができる最大電流がモータ単体の最大電流Ｉと同じ電流になる。したがって「直列接続」における最大推力は、モータ単体で得られる最大推力（Ｋ×Ｉ）と同じ推力になる。
【００７０】
そして制振装置１００を駆動する際には、図８に図示したように、低速領域では大きな推力を要するものの、速度が上昇するに従って必要な推力が小さくなり、高速領域ではあまり大きな推力を要しない。したがって前述したように、モータ速度が第１速度閾値未満となる速度領域では「並列接続」とし（並列運転領域）、モータ速度が第１速度閾値以上で第２速度未満となる速度領域では「直並列接続」とし（直並列運転領域）、モータ速度が第２速度閾値以上となる速度領域では「直列接続」とする（直列運転領域）。それによってモータ単体で得られる最大推力（Ｋ×Ｉ）の４倍の最大推力とモータ単体で得られる最大速度（Ｅ／Ｋ）の４倍の最大速度を両立させて制振装置１００を駆動することができる。
【００７１】
このようにして本発明の第２実施例によれば、所望の最大速度と最大推力の両立を効率的に低コストで実現できるモータ制御装置を提供することができる。またモータ単体で得られる最大推力（Ｋ×Ｉ）の４倍の最大推力が得られる「並列接続」、モータ単体で得られる最大速度（Ｅ／Ｋ）の４倍の最大速度が得られる「直列接続」をそれぞれ効果的に活用することができるので、より効率的な制振装置１００の駆動が可能になる。
【００７２】
第１速度閾値は、例えば「並列接続」における最大推力（４×Ｋ×Ｉ）が得られる範囲の上限速度とすることができる。第２速度閾値は、例えば「直並列接続」における最大推力（２×Ｋ×Ｉ）が得られる範囲の上限速度とすることができる。また第１速度閾値は、図８に図示したように、「並列接続」において推力が「直並列接続」の最大推力（２×Ｋ×Ｉ）まで低下するときの速度に設定するのが好ましい。第２速度閾値は、図８に図示したように、「直並列接続」において推力が「直列接続」の最大推力（Ｋ×Ｉ）まで低下するときの速度に設定するのが好ましい。それによってモータ単体で得られる最大推力（Ｋ×Ｉ）の４倍の最大推力が得られる「並列接続」、モータ単体で得られる最大速度（Ｅ／Ｋ）の４倍の最大速度が得られる「直列接続」、「直列接続」と「並列接続」の中間的な特性が得られる「直並列接続」をそれぞれ最大限に活用することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１０  基礎フレーム
１１  固定子
２０  可動マス
２１  第１リニアモータ
２２  第２リニアモータ
２３  第３リニアモータ
２４  第４リニアモータ
３１  インバータ
３２  制御部
３３  第１スイッチ回路
３４  第２スイッチ回路
３５  第３スイッチ回路
３６  第４スイッチ回路
１００  制振装置
【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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