(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟磁性体を有し回転方向に固定子巻線から見てインダクタンス変化を持つ回転子を備える電動機の制御装置であって、
回転子速度を検出する速度検出手段と、
上位制御装置から指令されるトルク指令値からｑ軸電流指令値を演算するｑ軸電流演算部と、
前記回転子速度に応じてｄ軸電流指令値が演算されるｄ軸電流演算部と、
電動機のｄ軸電流及びｑ軸電流を検出する電流検出手段と、
を備える電動機の制御装置において、
前記ｄ軸電流演算部は、
前記ｑ軸電流指令値を参照して磁束指令値を演算する磁束指令演算部と、
前記電流検出手段によるｄ軸電流検出値及びｑ軸電流検出値と前記回転子速度を参照して電動機の端子間電圧値を推定する電圧推定器と、
を備え、
該端子間電圧値から電圧バイアス値を演算し、前記磁束指令値を該電圧バイアス値で補正して前記ｄ軸電流指令値を演算することを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動機の制御装置において、
前記ｄ軸電流演算部は、前記回転子速度を参照して演算された磁束低減係数を前記電圧バイアス値で修正し、前記磁束指令値をこの修正された磁束低減係数で補正して前記ｄ軸電流指令値を演算することを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項３】
軟磁性体を有し回転方向に固定子巻線から見てインダクタンス変化を持つ回転子を備える電動機に対して、
上位制御装置から指令されるトルク指令値からｑ軸電流指令値を演算するｑ軸電流演算部と、
前記回転子速度に応じてｄ軸電流指令値が演算されるｄ軸電流演算部と、
を備える電動機の制御装置において、
前記ｄ軸電流演算部は、演算された補正前ｄ軸電流指令値の符号を判断し、この補正前ｄ軸電流指令値の正負の場合それぞれに対応した磁気抵抗バイアス値を決定し、前記補正前ｄ軸電流指令値をこの磁気抵抗バイアス値で補正して前記ｄ軸電流指令値を演算するものであり、
さらに、前記ｄ軸電流演算部は、前記補正前ｄ軸電流指令値の符号が正の場合に該補正前ｄ軸電流指令値を正の磁気抵抗バイアス値で補正し、前記補正前ｄ軸電流指令値の符号が負の場合に該補正前ｄ軸電流指令値を負の磁気抵抗バイアス値で補正することを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電動機の制御装置において、
前記ｄ軸電流演算部は、電動機のｄ軸電流−ｄ軸インダクタンス特性に基づいて前記磁気抵抗バイアス値を決定することを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項５】
請求項３に記載の電動機の制御装置において、
前記ｄ軸電流演算部は、前記回転子の磁化力−磁束密度特性に基づいて前記磁気抵抗バイアス値を決定することを特徴とする電動機の制御装置。
【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リラクタンストルクのみ、もしくはリラクタンストルクおよびマグネットトルクを利用した電動機の制御装置に関するものであり、特に界磁電流の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０に一般的な工作機械の送り軸制御や主軸制御用に適用される電動機の制御装置のブロック図を示す。なお、説明の便宜上トルク指令値を発生する上位制御装置や、界磁（以下ｄ軸と記述する）電流指令値と電機子（以下ｑ軸と記述する）電流指令値を回転子位置に従って位相分配する位相分配部およびベクトル演算部、そして電力変換部は省略する。
ｑ軸電流演算部１とｄ軸電流演算部２とを備え、それぞれｑ軸電流指令値ＳＩＱＣとｄ軸電流指令値ＳＩＤＣを演算する。
ｑ軸電流演算部１はトルク指令制限部１３とトルク／ｑ軸電流変換部１４とで構成され、上位制御装置よりトルク指令値ＳＴＣがトルク指令制限部１３に与えられ、回転子速度ＳＰＤに応じてトルク指令制限値が演算され、トルク指令値ＳＴＣとトルク指令制限値を比較し制限値以下にクランプ処理を行うことで、補正後トルク指令値ＳＴＣＣが出力される。
補正後トルク指令値ＳＴＣＣはトルク／ｑ軸電流変換部１４にて次元変換され、ｑ軸電流指令値ＳＩＱＣが出力される。
ｄ軸電流演算部２は、磁束指令発生部９１と磁束低減率演算部６と磁束／ｄ軸電流変換部１２にて構成され、磁束指令発生部９１は通常固定値である磁束指令値ＳＩＤを発生し、磁束低減率演算部６では回転子速度ＳＰＤを参照して磁束低減係数ＳＫＩＤを演算し、前記磁束指令値ＳＩＤと乗ずることで磁束指令値ＳＩＤＣ０とする。
磁束指令ＳＩＤＣ０は磁束／ｄ軸電流指令変換部１２で次元変換されｄ軸電流指令値ＳＩＤＣが出力される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般的にリラクタンス型電動機（ＲＭ）やリラクタンストルクとマグネットトルクを利用する永久磁石内装型電動機（ＩＰＭ）は動作原理上、一般の永久磁石型電動機の永久磁石の界磁に相当するｄ軸電流の制御が必要である。
特に数千回転以上の高速回転用途に用いる場合、回転子内の界磁をｄ軸電流の制御によって弱めなくては電源電圧に対して飽和現象を起こしてしまい、電流の指令に対して振幅、位相共に追従性の悪いものとなってしまい所望のトルクが得られず、安定した制御が行えないという課題が発生する。
【０００４】
また、上記電動機において後述する回転子構造により、印加する電流が小さい場合にトルクが発生しない、もしくは印加電流の変化が僅かであった場合にはトルクの不感領域が生じてしまい、制御上応答性が悪くなってしまい加減速時間が延びるばかりか、不感領域と定常領域の境界領域でトルクリップルが大きくなり回転ムラが発生するといった不具合が発生する。
リラクタンス力の発生原理は公知のように回転子内のｄ軸とｑ軸の磁気抵抗差（インダクタンス差）によるものである。
そのため磁気抵抗差を設けるために回転子内にスリット状の空隙を設けたり非磁性材料を挟み込んだりする工夫が必要であるが、そのような構造にすることで回転子自体が遠心力に対して弱くなるといったデメリットもある。よって回転子強度を上げるために回転子外部やスリット状の空隙部に機械的な橋絡部を設けることで強度を増す方法をとることになるが同時に磁気的な橋絡部もできてしまう。
また、橋絡部による磁気的な短絡を防ぐように回転子構造を工夫して回転子全体をモールドしたり円環状の非磁性材による外部補強を行ったとしても固定子と回転子の間には常に空隙が存在しており、磁気抵抗差を利用してトルクを得るタイプの電動機では回転子の外周部における磁気橋絡部および固定子−回転子間空隙の磁気エネルギー伝達時の損失は常に存在することになる。
その上、磁路を形成する軟磁性体のＨ−Ｂ（磁化力−磁束密度）特性は電流が小さい（＝Ｈが小さい）領域では電流の変化に対する磁束密度の変化率が大きく、安定な磁束を得ることができないという性質がある。
以上のような要因でトルクの不感帯が存在し、安定した制御が行えないという課題が発生する。
【０００５】
本発明は上述した事情から為されたものであり、電圧飽和や回転子構造および軟磁性材の磁気特性に起因する制御の不安定さを回避し、安定した制御が行える電動機の制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、軟磁性体を有し回転方向に固定子巻線から見てインダクタンス変化を持つ回転子を備える電動機の制御装置であって、回転子速度を検出する速度検出手段と、上位制御装置から指令されるトルク指令値からｑ軸電流指令値を演算するｑ軸電流演算部と、前記回転子速度に応じてｄ軸電流指令値が演算されるｄ軸電流演算部と、電動機のｄ軸電流及びｑ軸電流を検出する電流検出手段と、を備える電動機の制御装置において、前記ｄ軸電流演算部は、前記ｑ軸電流指令値を参照して磁束指令値を演算する磁束指令演算部と、前記電流検出手段によるｄ軸電流検出値及びｑ軸電流検出値と前記回転子速度を参照して電動機の端子間電圧値を推定する電圧推定器と、を備え、該端子間電圧値から電圧バイアス値を演算し、前記磁束指令値を該電圧バイアス値で補正して前記ｄ軸電流指令値を演算する。
【０００７】
本発明においては、さらに、前記ｄ軸電流演算部は、前記回転子速度を参照して演算された磁束低減係数を前記電圧バイアス値で修正し、前記磁束指令値をこの修正された磁束低減係数で補正して前記ｄ軸電流指令値を演算する。
【０００８】
また、本発明においては、軟磁性体を有し回転方向に固定子巻線から見てインダクタンス変化を持つ回転子を備える電動機に対して、上位制御装置から指令されるトルク指令値からｑ軸電流指令値を演算するｑ軸電流演算部と、前記回転子速度に応じてｄ軸電流指令値が演算されるｄ軸電流演算部と、を備える電動機の制御装置において、前記ｄ軸電流演算部は、演算された補正前ｄ軸電流指令値の符号を判断し、この補正前ｄ軸電流指令値の正負の場合それぞれに対応した磁気抵抗バイアス値を決定し、前記補正前ｄ軸電流指令値をこの磁気抵抗バイアス値で補正して前記ｄ軸電流指令値を演算するものであり、さらに、前記ｄ軸電流演算部は、前記補正前ｄ軸電流指令値の符号が正の場合に該補正前ｄ軸電流指令値を正の磁気抵抗バイアス値で補正し、前記補正前ｄ軸電流指令値の符号が負の場合に該補正前ｄ軸電流指令値を負の磁気抵抗バイアス値で補正する。
【０００９】
本発明においては、さらに、前記ｄ軸電流演算部は、電動機のｄ軸電流−ｄ軸インダクタンス特性に基づいて前記磁気抵抗バイアス値を決定する。
【００１０】
本発明においては、さらに、前記ｄ軸電流演算部は、前記回転子の磁化力−磁束密度特性に基づいて前記磁気抵抗バイアス値を決定することで前記目的を達成できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。特に断らない限り同一要素、同一機能には従来技術を示す図１０と同一符号を付す。
【００１２】
図１は本発明の実施の形態を示す電動機の制御装置のブロック図である。ｑ軸電流演算部１は従来技術と同等なので説明を省略する。ｄ軸電流演算部２にはｑ軸電流指令値ＳＩＱＣとｄ軸電流検出値ＳＩＤＤ、ｑ軸電流検出値ＳＩＱＤ、回転子速度ＳＰＤが入力される。
ｄ軸電流演算部２内には大きく分けて、従来技術と同等の機能を持つ磁束低減率演算部６と磁束／ｄ軸電流変換部１２があり、さらに本発明の磁束指令演算部４、界磁電流補正値演算部としての電圧バイアス演算部１５、界磁電流バイアス演算部としての磁気抵抗バイアス演算部１６があり、電圧バイアス演算部１５と磁気抵抗バイアス演算部１６はさらに詳細な制御ブロックに分けることが可能であるが、詳細な説明は後述する。
【００１３】
以下、ｄ軸電流演算部２内の動作を制御ブロック図のフローに従って説明する。
【００１４】
ｑ軸電流演算部１からｑ軸電流指令値ＳＩＱＣが磁束指令演算部４に入力され、磁束指令演算部４内ではｑ軸電流指令値ＳＩＱＣを参照する関数に従い磁束指令ＳＩＤを出力する。
特に図示しないが、この磁束指令ＳＩＤはｑ軸電流指令値ＳＩＱＣに対して１次式や２次式の関数を適用し、電動機の用途によっては一定値をとることもある。また、ｑ軸電流指令値ＳＩＱＣに対して任意のしきい値を設定し、しきい値を境にして関数を変えても良い。例としてｑ軸電流指令値ＳＩＱＣがしきい値以下なら２次式、しきい値以上なら１次式、またはしきい値以下が１次式、しきい値以上は一定値という具合に設定可能である。
【００１５】
次に、電圧バイアス演算部１５内には電圧推定器３と電圧バイアス演算器５が備えられ、ｑ軸電流検出値ＳＩＱＤ、ｄ軸電流検出値ＳＩＤＤ、そして回転子速度ＳＰＤが電圧推定器３に入力される。図示はしていないが電動機には回転子の位置を検出する位置検出器が設けられており、回転子速度ＳＰＤは例えば回転子位置の信号を微分して求められる。また、ｑ軸電流検出値ＳＩＱＤ及びｄ軸電流検出値ＳＩＤＤは、例えば図示していないが電動機に供給される３相交流電流値を検出し、回転子位置信号を用いてｄ−ｑ軸に座標変換を行うことで算出される。
【００１６】
電圧推定器３内では、ｑ軸電流検出値ＳＩＱＤ、ｄ軸電流検出値ＳＩＤＤ、回転子速度ＳＰＤと予め設定してあるｄ軸、およびｑ軸インダクタンスの値を参照して公知の電圧方程式に従ってｄ軸電圧、およびｑ軸電圧を算出し、その合成電圧として電動機の端子間電圧値ＳＶＤを出力する。
【００１７】
そして電動機の端子間電圧値ＳＶＤを参照して電圧バイアス演算器５により演算される界磁電流補正値としての電圧バイアス値ＳＩＤＣ１は、磁束低減率演算部６により演算された磁束低減係数ＳＫＩＤと加算器１１により加算され、その出力であるバイアス後低減係数ＳＫＩＤＣは、磁束指令値ＳＩＤと乗算器９により乗算され、補正前界磁電流指令値としての補正前磁束指令値ＳＩＤ１となる。
【００１８】
磁気抵抗バイアス演算部１６内では、補正前磁束指令値ＳＩＤ１の極性を符号判定器８により判別して符号値ＳＰＮが磁気抵抗バイアス演算器７に入力され、磁気抵抗バイアス演算器７では符号値ＳＰＮの極性に応じて決定された界磁電流バイアス値としての磁気抵抗バイアス値ＳＩＤＣ２を出力する。
この磁気抵抗バイアス値ＳＩＤＣ２は補正前磁束指令ＳＩＤ１と加算器１０により加算され補正後磁束指令ＳＩＤ２として磁束／ｄ軸電流変換部１２を介してｄ軸電流指令値ＳＩＤＣを出力する。
【００１９】
演算されたｄ軸電流指令値ＳＩＤＣとｑ軸電流指令値ＳＩＱＣは、例えば図示はしていないが、回転子位置に従って座標変換されることで３相交流の電流指令値に変換され、３相交流の電流指令値がインバータに供給されてＰＷＭ信号で電動機に供給される。
【００２０】
図２に本発明が適用される電動機の回転子のモデル例を示す。なお説明の便宜上２極電動機を説明するが、２ｎ極（ｎは整数）も同様の原理である。
【００２１】
回転子２８は珪素鋼板等の軟磁性材で構成され、その中に磁気抵抗の高低差を設けるために非磁性材もしくはスリット状の空隙２９を設ける構造をとる。
通常、回転子２８の外側に軟磁性材で構成される固定子があり、その固定子に巻回された巻線に電流を印加することで磁束を発生し、回転子内をその磁束を通過させることで回転力を得ている。
【００２２】
電流を印加する巻線から見て磁束が通り易い電流位相をｄ軸、磁束が通りにくい電流位相をｑ軸と設定し、ｄ軸上にある巻線ＣＤＰ、ＣＤＮとｑ軸上にある巻線ＣＱＰとＣＱＮに図で示すような方向（○内に●は手前方向の電流、○内に×は奥方向の電流）に電流を印加すると磁束ＣＭＦが発生し、回転子２８内をその磁束が通過するため、より磁束が通りやすい方向へと回転子２８が動くため回転力ＲＤを得ることになる。
よって、各ｄ軸、ｑ軸上の電流の大きさを制御することで回転トルクを制御することが可能になる。
【００２３】
なお、図２では回転子２８内には永久磁石がないリラクタンス型電動機（ＲＭ）についてモデル化したが、特に図示はしないが空隙２９内に永久磁石を挿入した永久磁石内装型（ＩＰＭ）電動機についても同様の制御が適用できる。ただし、その場合は永久磁石の磁束成分をｄ軸上で制御することが必要になる。
【００２４】
図３は本発明が適用される電動機の回転子の構造例を示す図である。
回転子２８を構成する軟磁性材と空隙２９の位置関係は（ａ）に示すように回転子２８の外周と空隙２９の間隔ＦＢ１が狭いと固定子から印加される磁束ＣＭＦは各磁路に干渉しないで通過することが可能であるが、間隔ＦＢ１が狭いため回転子２８自体の強度を確保できない上、製造上補強が必要になるという工数の増加につながるため、強度を確保し、製造上の工数も増加しない（ｂ）に示すような回転子構造になる。
【００２５】
この場合、回転子２８の外周部と空隙２９との間隔ＦＢ２は大きくなり磁気的に橋絡部分となってしまうため、固定子からの磁束ＣＭＦの回転子２８内での自由度は増し、橋絡部分ばかりか各磁路を通過しようとして磁束が干渉する結果となってしまう。
【００２６】
図４に図３に示した回転子２８構造の電気的特性例を示す。
（ａ）はｄ軸インダクタンスＬｄのｄ軸電流Ｉｄ（図１の制御ブロック上のＳＩＤＤと同等）による特性を示す。特性曲線ＬＤ１は図３（ａ）の回転子構造の場合のインダクタンス変化を示したものであり、特性曲線ＬＤ２は図３（ｂ）の回転子構造の場合のインダクタンス変化を示したものである。
同様に（ｂ）はｑ軸インダクタンスＬｑのｑ軸電流Ｉｑ（図１の制御ブロック上のＳＩＱＤと同等）による特性を示し、特性曲線ＬＱ１は図３（ａ）の回転子構造の場合のインダクタンス変化を示したものであり、特性曲線ＬＤ２は図３（ｂ）の回転子構造の場合のインダクタンス変化を示したものである。
【００２７】
図４（ａ）からわかるように回転子外周部に磁気的な橋絡部が存在する回転子（図３（ｂ））の場合、ｄ軸電流Ｉｄが小さい領域でインダクタンスＬｄの変化がピーク値に対して下回っていることが確認でき、また図４（ｂ）ではｑ軸電流が小さい場合に逆に大きくなることが確認できる。これは、回転子構造、特に回転子外周部の磁気的な橋絡部によってｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑの特性が左右されることを意味している。
【００２８】
通常、リラクタンストルクを利用する電動機のトルクは、ｄ軸インダクタンスをＬｄ、ｑ軸インダクタンスをＬｑ、ｄ軸電流をＩｄ、ｑ軸電流をＩｑとすると、（Ｌｄ―Ｌｑ）×Ｉｄ×Ｉｑに比例することが知られており、図４の（ａ）、（ｂ）の特性から、ｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑが小さい場合、ｄ軸とｑ軸のインダクタンス差が小さくなることが説明でき、よってトルクも小さくなることが言える。
【００２９】
また、図５に回転子２８を構成する軟磁性材のＨ−Ｂ（磁化力−磁束密度）特性図を示すが、磁化力Ｈが小さい場合、特性曲線ＢＨＣが急峻に変化する領域ＲＥＧ１が存在し、印加した電流に対して安定した磁束が得られる領域ＲＥＧ２と比較すると制御的にも不安定になりやすく、トルクも発生しにくいといった領域である。
参考までに、領域ＲＥＧ１内で制御する場合は印加する電流に対して磁束の変化率が大きくトルクリップルの原因となったり、回転ムラとなって不具合を起こす場合がある。
【００３０】
なお、図３（ａ）に示すような磁気的な橋絡部がない回転子構造の場合においても、回転子２８を構成する軟磁性材の磁気的な上記特性により、印加電流が低い場合にトルクを発生しない、もしくは印加電流に対するトルクが小さいなどの現象が確認される。
【００３１】
よって、本実施形態はｄ軸電流Ｉｄに対してバイアスをかけることで、上述のようなトルク低減領域や制御不安定領域を回避するのが目的であり、図４（ａ）内でのｄ軸電流バイアス値ＩＤＢＩＡＳや図５の領域ＲＥＧ１とＲＥＧ２との境の磁化力値から演算される電流値は、図１の制御ブロック図の磁気抵抗バイアス演算部１６で演算される磁気抵抗バイアス値ＳＩＤＣ２に相当しており、これにより安定したｄ軸電流制御が得られることになる。
ｄ軸電流バイアス値ＩＤＢＩＡＳは、例えば、Ｉｄを減少させていった場合に、ｄ軸電流Ｉｄ−ｄ軸インダクタンスＬｄ特性の傾きが閾値以上となるＩｄに基づいて設定される。また、領域ＲＥＧ１とＲＥＧ２との境の磁化力値は、例えば、Ｈを減少させていった場合に、Ｈ−Ｂ（磁化力−磁束密度）特性の傾きが閾値以上となるＨあるいはＨ−Ｂ（磁化力−磁束密度）特性の傾きの変化量が閾値以上となるＨの値に設定し、このＨの値と、固定子巻線と回転子の磁束通過部との距離に基づいて磁気抵抗バイアス値ＳＩＤＣ２が設定される。
【００３２】
図６はこうした本実施形態の効果の一例を示したものであり、本実施形態を適用した場合と適用していない場合の電流−トルク特性曲線はそれぞれＴＱ１とＴＱ２となり、ｑ軸電流Ｉｑが低い場合、特にδＩｑの大きさの不感帯を回避することが可能になった。また定常的にもバイアス分だけｄ軸電流を余分に流すためトルクが増加することになった。
【００３３】
図７（ａ）〜（ｃ）は図１に示す電圧バイアス演算部１５の機能を説明するものであり、各ブロック図内での関数例を示し動作説明をする。
図７（ａ）は磁束低減率演算部６内での関数例を示しており、回転子速度ＳＰＤを参照して磁束低減係数ＳＫＩＤを演算する。図７（ａ）ではしきい値ＳＰＤＢを境に一定値と回転子速度ＳＰＤに対して反比例になるような関数に設定してある。
【００３４】
次に図７（ｂ）では電圧バイアス演算部５内での関数例を示しており、電動機の端子間電圧値ＳＶＤを参照して電圧バイアス値ＳＩＤＣ１を出力する。図７（ｂ）ではしきい値ＳＶＤＢを境に傾きが変わる１次式で設定してある。
【００３５】
こうして図１の加算器１１により磁束低減係数ＳＫＩＤと電圧バイアス値ＳＩＤＣ１が加算されるが、加算器１１は本実施形態においては負加算を行い、実際には減算器として機能する。したがって磁束低減係数ＳＫＩＤから電圧バイアス値ＳＩＤＣ１が減算されることになる。
【００３６】
図７（ｃ）にはその演算結果の一例を示してあり、電動機端子間電圧が大きい場合に電圧バイアス値ＳＩＤＣ１は大きくなるので図示するようにバイアス後低減係数ＳＫＩＤＣは負の値になる場合もある。
この現象は動作的に誤りではなく、特に永久磁石内装（ＩＰＭ）型電動機のように予め回転子内に永久磁石等の界磁成分を持つ場合に、ｄ軸電流が弱め界磁として機能することを意味するものである。
【００３７】
図８（ａ）、（ｂ）は図１に示す磁気抵抗バイアス演算部１６の内部関数を示し動作説明をするものである。
なお説明の便宜上、磁束指令値ＳＩＤ＝１の場合に、図７（ｃ）のバイアス後低減係数ＳＫＩＤＣが乗算器９により乗算されることで補正前磁束指令ＳＩＤ１とし、加算器１０に入力されたものとする。
【００３８】
図８（ａ）は磁気抵抗バイアス演算器１６内での処理を説明したものである。磁気抵抗バイアス演算器１６へは補正前磁束指令ＳＩＤ１が符号判定器８により符号判定された符号値ＳＰＮが入力され、その符号極性により正の場合、磁気抵抗バイアス値ＳＩＤＣ２＝正のバイアス値ＢＩＡＳＰとして、負の場合は磁気抵抗バイアス値ＳＩＤＣ２＝負のバイアス値ＢＩＡＳＮとして加算器１０に出力される。
【００３９】
なお、必ずしも各バイアス値の絶対値が等しい必要はなく、すなわち｜正のバイアス値ＢＩＡＳＰ｜＝｜負のバイアス値ＢＩＡＳＮ｜である必要はなく、電動機の特性、回転子２８を構成する軟磁性材の特性に応じて数値を変更することができる。
【００４０】
図８（ｂ）は図７（ｃ）の曲線６３に対して、磁気抵抗バイアス値ＳＩＤＣ２が補正された結果である。曲線６３と比較して曲線７３は正負それぞれに正の磁気抵抗バイアス値ＢＩＡＳＰ、負の磁気抵抗バイアス値ＢＩＡＳＮが補正されている。
以上のようにｄ軸電流を磁気抵抗バイアス値で補正することで図４〜６を用いて説明した効果が得られる。
【００４１】
図９（ａ）、（ｂ）は図１の電圧バイアス演算部１５の効果について説明した図であり、なお、処理については図７で説明した通りである。
図９（ａ）は１相分の電流指令波形、電流応答波形を表示したものであり、本実施形態を適用しない場合、電流指令波形８１に対し電流応答波形８２は位相が遅れ、振幅も応答していない。
本実施形態を適用した場合、電流指令波形８３に対し電流応答波形８４は、振幅、位相ともに追従できている。なお、電流応答波形８２、８４に重畳しているリップルはＰＷＭ周波数と電流を印加する巻線インダクタンスに依存するものであり、ＰＷＭ周波数が高く、巻線インダクタンスが高い（巻回数が大きい）電動機では気にならなくなる。
【００４２】
図９（ｂ）は電圧をｄ−ｑ軸ベクトルで示したものであり、電源の電圧制限円８５内で制御できていない場合（ベクトルＶＯ）、図９（ａ）で示したように電流指令波形８１に対して電流応答波形８２が追従しない結果となってしまう。本実施形態ではｄ軸電流に負のバイアスをかける、すなわち電圧方程式ではｄ軸電流Ｉｄが関係する項に着目し、巻線抵抗をＲとしてｄ軸電圧成分内でのＲ×Ｉｄの項、回転子の角速度をω、ｄ軸インダクタンスをＬｄとしてｑ軸電圧成分内でのω×Ｌｄ×Ｉｄの項に対して低減を行う（ベクトルＶＯＤ）。特にｑ軸電圧の項に含まれるｄ軸インダクタンスＬｄが大きなリラクタンス型電動機においては、ｄ軸電流Ｉｄの低減は電動機端子間電圧を低減するのに大きな効果が得られる。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ｑ軸電流演算部により演算されるｑ軸電流指令値を参照して磁束指令値を演算し、さらに電流検出手段によるｄ軸電流検出値及びｑ軸電流検出値と回転子速度を参照して電動機の端子間電圧値を推定する電圧推定器によって得られる電圧値から電圧バイアス値を演算して、磁束指令値を電圧バイアス値で補正してｄ軸電流指令値を演算することで、電圧飽和による制御の不安定さを回避することが可能になる。また、ｄ軸電流演算部で補正前ｄ軸電流指令値の符号を判断し、補正前ｄ軸電流指令値の正負の場合の場合それぞれに対応した磁気抵抗バイアス値を演算し、補正前ｄ軸電流指令値を磁気抵抗バイアス値で補正してｄ軸電流指令値を演算することで、電動機回転子の磁気的な構造および材質の磁気特性に起因する電流−トルクの非線形領域を回避することが可能になる。したがって上記いずれかの構成をとることにより、安定した制御性を持つ電動機の制御装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態を示す電動機の制御装置のブロック図である。
【図２】  本発明の実施の形態を示す電動機の制御装置が適用される電動機のモデル図である。
【図３】  本発明の実施の形態を示す電動機の制御装置が適用される電動機のモデルの詳細図である。
【図４】  本発明の実施の形態を示す電動機の制御装置に適用される電動機のインダクタンス特性を示す図である（（ａ）ｄ軸、（ｂ）ｑ軸）。
【図５】  本発明の実施の形態を示す電動機の制御装置に適用される電動機を構成する軟磁性材のＨ−Ｂ（磁化力−磁束密度）特性を示す図である。
【図６】  本発明の実施の形態を示す電動機の制御装置の適用効果を説明する図である。
【図７】  本発明の実施の形態を示す電動機の制御装置の制御ブロック内の関数例を示す図である。
【図８】  本発明の実施の形態を示す電動機の制御装置の制御ブロック内の関数例を示す図である。
【図９】  本発明の実施の形態を示す電動機の制御装置の適用効果を説明する図である。
【図１０】  従来の電動機の制御装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  ｑ軸電流演算部、２  ｄ軸電流演算部、３  電圧推定器、４  磁束指令演算部、５  電圧バイアス演算器、６  磁束低減率演算部、７  磁気抵抗バイアス演算器、８  符号判定器、９  乗算器、１０、１１  加算器、１２  磁束／ｄ軸電流変換部、１３  トルク指令制限部、１４  トルク／ｑ軸電流変換部、１５  電圧バイアス演算部、１６  磁気抵抗バイアス演算部、２８  回転子（軟磁性材）、２９  空隙（非磁性材）、６１、６２、６３  関数、８１、８３  電流指令波形、８２、８４  電流検出波形、９１  磁束指令発生部、ＳＴＣ  トルク指令値、ＳＴＣＣ  補正後トルク指令値、ＳＩＱＣ  ｑ軸電流指令値、ＳＩＤＣ  ｄ軸電流指令値、ＳＩＱＤ  ｑ軸電流検出値、ＳＩＤＤ  ｄ軸電流検出値、ＳＰＤ回転子速度、ＳＩＤ  磁束指令、ＳＩＤ１  補正前磁束指令、ＳＩＤ２  補正後磁束指令、ＳＫＩＤＣ  バイアス後低減係数、ＳＩＤＣ１  電圧バイアス値、ＳＩＤＣ２  磁気抵抗バイアス値、ＳＫＩＤ  磁束低減係数、ＳＰＮ  符号値、ＳＶＤ  端子間電圧値、ＣＤＰ、ＣＤＮ  ｄ軸巻線、ＣＱＰ、ＣＱＮ  ｑ軸巻線、ＣＭＦ  巻線磁界、ＲＤ  回転力、ＦＢ１、ＦＢ２  回転子外周−スリット間距離（橋絡部）、ＬＤ１、ＬＤ２  ｄ軸インダクタンス特性、ＬＱ１、ＬＱ２  ｑ軸インダクタンス特性、ＢＨＣ、Ｈ−Ｂ（磁化力−磁束密度）特性、ＲＥＧ１、ＲＥＧ２  制御領域、ＴＱ１、ＴＱ２  発生トルク、ＢＩＡＳＰ、ＢＩＡＳＮバイアス値、ＶＯ  補正前電圧ベクトル、ＶＯＤ  補正後電圧ベクトル。
【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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