リラクタンス型同期電動機の制御装置
【課題】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できる安定した制御性を持つ制御装置を提供する。
【解決手段】
制御装置は、上位制御装置から指令されるトルク指令値に比例するｑ軸電流振幅値を演算するｑ軸電流演算部と、前記トルク指令値に比例するｄ軸電流振幅値を演算するｄ軸電流演算部と、回転子速度に応じて変化するｑ軸電流係数、ｄ軸電流係数をそれぞれ演算する速度係数演算部と、ｑ軸電流振幅値とｑ軸電流係数、ｄ軸電流振幅値とｄ軸電流係数をそれぞれ乗じることでｑ軸電流指令値およびｄ軸電流指令値とを算出し、ｄ軸電流指令値に基づいた三角形補償関数又は台形補償関数によりｑ軸電流補償値を演算するｑ軸電流補償値演算部と、算出されたｑ軸電流補償値をｑ軸電流指令値に加算した補償後ｑ軸電流指令値を出力する出力部と、を備える。
【解決手段】
制御装置は、上位制御装置から指令されるトルク指令値に比例するｑ軸電流振幅値を演算するｑ軸電流演算部と、前記トルク指令値に比例するｄ軸電流振幅値を演算するｄ軸電流演算部と、回転子速度に応じて変化するｑ軸電流係数、ｄ軸電流係数をそれぞれ演算する速度係数演算部と、ｑ軸電流振幅値とｑ軸電流係数、ｄ軸電流振幅値とｄ軸電流係数をそれぞれ乗じることでｑ軸電流指令値およびｄ軸電流指令値とを算出し、ｄ軸電流指令値に基づいた三角形補償関数又は台形補償関数によりｑ軸電流補償値を演算するｑ軸電流補償値演算部と、算出されたｑ軸電流補償値をｑ軸電流指令値に加算した補償後ｑ軸電流指令値を出力する出力部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は工作機械等に利用される主にリラクタンストルクを使用し、マグネットトルクを補助的に利用した電動機の制御装置に関し、特にトルク指令値に対して発生する電動機の実トルクの非線形特性を補償するため、ｄ軸電流指令値と回転子速度に基づいて演算される補償値によりｑ軸電流指令値の補償を行うリラクタンス型同期電動機の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から特許文献１のようなトルク指令値に比例してｄ軸電流等の界磁電流の大きさを変化させるリラクタンス型同期電動機（以下、電動機と略す）の制御装置及び制御方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３５６０７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的にリラクタンストルクのみを使用する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）は原理上、永久磁石型電動機の永久磁石界磁に相当するｄ軸電流の制御が必要であり、一般的にベクトル制御にて制御が行われている。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り、そのような構造にすることで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磁気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。
【０００５】
また、磁気的な橋絡部ができないように回転子構造を工夫として回転子全体をモールド処理したり、円環状の非磁性材による外部補強を行う場合があるが、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Ｂ−Ｈ（磁束密度−磁化力）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ため、特に小さい電流に対するトルク定数が小さくなる現象が発生する。
【０００６】
図４（ａ）は直流電流を印加した場合の回転子角度θREの変化に対する印加電流別の発生するトルクを示しており、回転角θ−トルクτ特性と呼んでいる。上述した従来技術の制御方法で制御した場合、制御角αは常にθ１となり、各電流に対してライン４２上のトルクが得られる。また、その時の合成電流ＳＩＯに対して得られるトルクは図４（ｂ）のライン４４のようになり、電流ＳＩＯに対して得られるトルクが非線形となる。特に合成電流ＳＩＯはＳＩＯ１以下では前述したようにトルク定数が低くなり、合成電流ＳＩＯに対して得られるトルクの線形性が悪くなっている。制御的に見るとトルク定数の小さい領域では上位ループのゲインを上げると制御対象である電動機が発振するため、定常的にゲインを上げることができず安定した制御が得られないという不具合がある。
【０００７】
本発明は上述した事情から成されたものであり、リラクタンストルクと永久磁石トルクを利用した電動機におけるトルク指令値ＳＴＣに対し線形性の良いトルクが得られる制御が行え、また上位ループのゲインを上げることができ安定した制御が行える制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上のような目的を達成するために、本発明に係るリラクタンス型同期電動機の制御装置は、回転子内部にスリット状の空隙または非磁性材料を備えることで回転方向に磁気抵抗の高低差を持ち、前記スリット状の空隙または非磁性材料の一部に永久磁石を備えることで回転子表面に磁気的な極性を有するリラクタンス型同期電動機の制御装置において、上位制御装置から指令されるトルク指令値に比例するｑ軸電流振幅値を演算するｑ軸電流演算部と、前記トルク指令値に比例するｄ軸電流振幅値を演算するｄ軸電流演算部と、回転子速度に応じて変化するｑ軸電流係数、ｄ軸電流係数をそれぞれ演算する速度係数演算部と、ｑ軸電流振幅値とｑ軸電流係数、ｄ軸電流振幅値とｄ軸電流係数をそれぞれ乗じることでｑ軸電流指令値およびｄ軸電流指令値とを算出し、ｄ軸電流指令値に基づいた三角形補償関数又は台形補償関数によりｑ軸電流補償値を演算するｑ軸電流補償値演算部と、算出されたｑ軸電流補償値をｑ軸電流指令値に加算した補償後ｑ軸電流指令値を出力する出力部と、を備え、台形補償関数は、ｄ軸電流指令値の大きさ（絶対値）に対して、０＜｜ｄ軸電流指令値｜≦第１しきい値の場合、ｑ軸電流補償値は増加、第１しきい値＜｜ｄ軸電流指令値｜≦第２しきい値の場合、ｑ軸電流補償値は一定、第２しきい値＜｜ｄ軸電流指令値｜≦第３しきい値の場合、ｑ軸電流補償値は減少する関数であり、前記しきい値は、０＜第１しきい値＜第２しきい値＜第３しきい値、として設定されることを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明に係るリラクタンス型同期電動機の制御装置において、ｑ軸電流補償値は、基底回転数以上において、回転子速度を参照して増減係数演算部により演算される増減係数と前記ｑ軸電流補償値を乗じて求められることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るリラクタンス型同期電動機の制御装置において、ｑ軸補償電流値は、回転子速度に応じて演算される係数を乗じることでｄ軸電流指令値の大きさ（絶対値）のしきい値を変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るリラクタンス型同期電動機の制御装置は、上位制御装置から指令されるトルク指令値に比例するｑ軸電流振幅値を演算するｑ軸電流演算部と、前記トルク指令値に比例するｄ軸電流振幅値を演算するｄ軸電流演算部と、回転子速度に応じて変化するｑ軸電流係数、ｄ軸電流係数をそれぞれ演算する速度係数演算部と、ｑ軸電流振幅値とｑ軸電流係数、ｄ軸電流振幅値とｄ軸電流係数をそれぞれ乗じることでｑ軸電流指令値およびｄ軸電流指令値とを算出し、ｄ軸電流指令値に基づいた三角形補償関数又は台形補償関数によりｑ軸電流補償値を演算するｑ軸電流補償値演算部と、算出されたｑ軸電流補償値をｑ軸電流指令値に加算した補償後ｑ軸電流指令値を出力する出力部と、を備えている。これにより、本発明では、ｑ軸電流指令を補償し、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−トルクの非線形特性を改善できるため、トルク指令値に比例したトルクを得ることが可能となり、かつ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】
【００１２】
【図１】本発明の電動機の制御装置の実施形態例を示す説明図である。
【図２】本発明の電動機の制御装置が適用される電動機のモデル図例である。
【図３】本発明の電動機の制御装置のｄ−ｑ軸電流ベクトル図例である。
【図４】本発明の電動機の制御装置に適用される電動機の回転角（電気角）に対する（ａ）各電流別のトルク特性例及び（ｂ）電流に対するトルクを示す説明図である。
【図５】本発明の電動機の制御装置に適用される（ａ）ｑ軸補償電流の関数例と、（ｂ）ｄ軸電流指令値およびｑ軸補償電流、制御角と、を示した説明図である。
【図６】本発明の電動機の制御装置の実施形態の別例を示す説明図である。
【図７】本発明の電動機の制御装置に適用される（ａ）ｄ軸電流係数の関数例と、（ｂ）ｑ軸電流係数の関数例と、（ｃ）ｑ軸補償電流係数の関数例と、を示した説明図である。
【図８】本発明の電動機の制御装置に適用されるｄ軸電流指令値およびｑ軸補償電流、制御角を示した説明図である（最高回転数でのｑ軸補償電流値の一例）。
【図９】本発明の電動機の制御装置に適用されるｄ軸電流指令値およびｑ軸補償電流、制御角を示した説明図である（最高回転数でのｑ軸補償電流値の別例）。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態（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記号、番号の要素、信号等は同機能、同性能を有するものである。
【００１４】
図１は本発明の実施形態の一例である。図示しない上位制御装置よりトルク指令値ＳＴＣがｑ軸電流演算部１に入力され、ｑ軸電流振幅値ＳＩＱＣが演算される。回転子速度ＳＰＤに応じてｑ軸電流係数演算部４にてｑ軸電流係数ＳＫＩＱが演算され、乗算器５によりｑ軸電流振幅値ＳＩＱＣとｑ軸電流係数ＳＫＩＱが乗じられｑ軸電流指令値ＳＩＱＣＣとなる。なお、ｑ軸電流指令値ＳＩＱＣＣはトルク指令値の符号に一致している。次に、トルク指令値ＳＴＣはｄ軸電流演算部２に入力され、ｄ軸電流振幅値ＳＩＤＣが演算される。回転子速度ＳＰＤに応じてｄ軸電流係数演算部３にてｄ軸電流係数ＳＫＩＤが演算され、乗算器６によりｄ軸電流振幅値ＳＩＤＣとｄ軸電流係数ＳＫＩＤが乗じられｄ軸電流指令値ＳＩＤＣＣとなる。ｄ軸電流指令値ＳＩＤＣＣを絶対値演算部１３にて絶対値化し、ｄ軸電流指令値（絶対値）｜ＳＩＤＣＣ｜をｑ軸補償電流演算部１４に入力する。ｑ軸補償電流演算部１４は、ｄ軸電流指令値（絶対値）｜ＳＩＤＣＣ｜に基づき、ｑ軸電流補償値ＳＤＬＴＩＱを乗算器１２に出力する。符号判定器１０はｑ軸電流指令値ＳＩＱＣＣを参照し、ｑ軸電流指令値ＳＩＱＣＣの極性により符号ＳＰＮ（正の時１、負の時−１）を乗算器１２に出力する。乗算器１２にて、ｑ軸電流補償値ＳＤＬＴＩＱと符号ＳＰＮが乗じられｑ軸電流補償値ＳＤＩＱＣＮ（極性有り）となり加算器１１にて、ｑ軸電流指令値ＳＩＱＣＣと加算され、補償後ｑ軸電流指令値ＳＩＱＣＥとなる。
【００１５】
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。図２に示すように上記リラクタンストルクを得る電動機の回転子に少量の永久磁石を使用することで永久磁石トルク；ローレンツ力を得ることが可能である。なお説明の便宜上２極の電動機を説明するが、２ｎ極（ｎは整数）も同様の原理である。回転子２１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２３を設ける構造をとる。
【００１６】
また、本発明が適用される電動機の特徴として、前記非磁性材もしくはスリット状の空隙２３内の一部に永久磁石２２を具備することで回転子２１表面に磁極性（Ｎ極またはＳ極）を示すようになる。説明上、永久磁石の主磁束の極性（Ｎ極）を示す方向をｄ軸と定義し、またｄ軸に直交する軸をｑ軸と定義する。特に図示しないが、図２における電動機においてｄ軸、ｑ軸のインダクタンスをそれぞれＬｄ、Ｌｑとする時、Ｌｄ＜Ｌｑとなりｄ軸インダクタンスＬｄはほぼ一定値となり、ｑ軸インダクタンスＬｑはｄ軸電流値に対し大きく変化する特性を持つ。
【００１７】
図３は本発明が適用される電動機の制御装置のｄ−ｑ軸電流ベクトル図の例である。Ｉ０ｍａｘは使用するドライブアンプによって決定される電流制限円であり、Ｖ０ｍａｘは電源電圧によって決定される電圧制限楕円を示している。電動機に印加される電流の指令値：ｄ軸電流指令、ｑ軸電流指令または合成電流指令ＳＩＯは、この範囲内でベクトル制御される。回転子速度ＳＰＤが基底回転数ＳＰＤＢ以下の場合、ｑ軸電流指令値ＳＩＱＣＣとｄ軸電流指令値ＳＩＤＣＣの間には図３に示すようなベクトル図が成り立ち、ｑ軸電流指令値ＳＩＱＣＣとｄ軸電流指令値ＳＩＤＣＣの合成値が合成電流ＳＩＯとなる。この時、トルク指令値ＳＴＣ∝ｑ軸電流指令値ＳＩＱＣＣおよびｄ軸電流指令値ＳＩＤＣＣの関係が成り立つため、合成電流ＳＩＯとｄ軸電流指令値ＳＩＤＣＣが成す角を制御角αとすると、トルク指令値ＳＴＣの大きさによらず制御角αは一定値となる。
【００１８】
図４（ａ）は本発明で扱う電動機の直流電流（例としてＵ相からＶ，Ｗ相）を印加した場合の回転子角度θREの変化に対する印加電流別の発生するトルクを示している。
制御角θＲＥ（α）＝θ１一定として制御した場合、ライン４２上のトルクが得られる。その時のｑ軸電流とｄ軸電流の合成電流ＳＩＯに対して得られるトルクは図４（ｂ）のライン４４のようになり、合成電流ＳＩＯに対して得られるトルクが非線形となることがわかる。特に合成電流ＳＩＯはＳＩＯ１以下では前述したようにトルク定数が低くなり、合成電流ＳＩＯに対して得られるトルクの線形性が悪くなっている。それに対し本発明の制御装置を適用した場合、制御角θＲＥ（α）は電流値ＳＩＯに応じて図４（ａ）で示したθ１からθ２の範囲で変化するため電流に対するトルクの線形性（ライン４３）が向上する。なお、図４（ｂ）のライン４４において、ＳＩＯがＳＩＯ２以上ではトルク定数が低下しているが、これはｑ軸のインダクタンスが飽和するために起きる現象であり、本発明ではｑ軸インダクタンスの飽和の影響を考慮し、ｑ軸電流補償値を任意のｄ軸電流値以上で０にできる特徴を持つ。
【００１９】
図５に本発明の実施形態の一例を示す。図５はｄ軸電流指令値に対するｑ軸電流補償値を示している。図５（ａ）はｄ軸電流指令（絶対値）｜ＳＩＤＣＣ｜に対するｑ軸電流補償値ＳＤＬＴＩＱの関数例である。図５（ａ）のライン５１において、区間：０≦｜ＳＩＤＣＣ｜≦ＳＩＤＣ１の場合、ｑ軸電流補償値ＳＤＬＴＩＱは０から補償最大値ＳＤＬＴＩＱＭまで増加し、区間：ＳＩＤＣ１≦｜ＳＩＤＣＣ｜≦ＳＩＤＣ２では、補償最大値ＳＤＬＴＩＱＭは一定、区間：ＳＩＤＣ２≦｜ＳＩＤＣＣ｜≦ＳＩＤＣ３では補償最大値ＳＤＬＴＩＱＭから０まで低下し、区間：ＳＩＤＣ３≦｜ＳＩＤＣＣ｜≦ＳＩＤＣＭＡＸの間では０となる。
【００２０】
設定手法の別例としてＳＩＤＣ１＝ＳＩＤＣ２とすることでｑ軸電流補償値ＳＤＬＴＩＱ＝ＳＤＬＴＩＱＭ（一定値）となる区間を省略することができ、またＳＩＤＣ３＝ＳＩＤＣＭＡＸとすることでｑ軸電流補償値ＳＤＬＴＩＱ＝０（一定）となる区間を省略することができる。
【００２１】
図５（ｂ）は、ｄ軸電流指令値（絶対値）｜ＳＩＤＣＣ｜に対するｑ軸電流指令値｜ＳＩＱＣＣ｜と補償後ｑ軸電流指令値｜ＳＩＱＣＥ｜、ｑ軸電流を補償した場合の制御角α（ＣｏｎｔｒｏｌＡｎｇｌｅ）の一例を示したものであり、説明では回転子速度｜ＳＰＤ｜が基底回転数以下の場合である。ｄ軸電流指令値（絶対値）｜ＳＩＤＣＣ｜に対し、補償前のｑ軸電流指令｜ＳＩＱＣＣ｜は直線的に変化し、特に図示はしないが制御角α＝θ１（一定）となる。また、補償後ｑ軸電流指令値｜ＳＩＱＣＥ｜は実線ＳＩＱＣＥのように変化し、その時の制御角αは曲線５２のようになり区間：０≦｜ＳＩＤＣＣ｜≦ＳＩＤＣ１では制御角α＝θ２（一定）、区間：ＳＩＤＣ１≦｜ＳＩＤＣＣ｜≦ＳＩＤＣ３ではｄ軸電流指令値（絶対値）｜ＳＩＤＣＣ｜に対し反比例的に変化し、区間：ＳＩＤＣ３≦｜ＳＩＤＣＣ｜≦ＳＩＤＣＭＡＸでは制御角α＝θ１（一定）となる。
【００２２】
本発明の大きな特長は特に微小電流であるｄ軸電流指令値（絶対値）の区間：０≦｜ＳＩＤＣＣ｜≦ＳＩＤＣ１において制御角αが一定になる点であり、この区間では前述のように回転子構造や磁性材料の特性によりリラクタンストルクが永久磁石トルクに比較して小さくなるため、制御角αを大きくし、永久磁石トルクを利用した方がトルク定数を大きくすることができる。微小電流区間：０≦｜ＳＩＤＣＣ｜≦ＳＩＤＣ１にて制御角αを一定にし、表面磁石型電動機の制御角に近い制御を行うことで微小電流時の電動機の応答性が上がる。ここで、｜ＳＩＤＣＣ｜に対する制御角αは図４（ａ）で説明した印加電流に対して発生するピークトルクの軌跡：ライン４１で示される角度θＲＥと必ずしも一致するものではなく、ｄ軸電流指令（絶対値）｜ＳＩＤＣＣ｜（∝トルク指令値ＳＴＣ）に対して線形性の良い電動機トルクが得られるようｑ軸電流補償値ＳＤＬＴＩＱが設定される。
【００２３】
図６は本発明の実施形態の別例であり、図１に対しｑ軸補償電流係数演算部１５と乗算器１６が追加されている。ｑ軸補償電流係数演算部１５は、回転子速度ＳＰＤを参照しｑ軸補償電流係数ＳＫＩＱＣを演算し乗算器１６に出力する。また、乗算器１６はｑ軸電流補償値ＳＤＬＴＩＱとｑ軸補償電流係数ＳＫＩＱＣを乗じてｑ軸電流補償値ＳＤＩＱＣを出力する。
【００２４】
図７には、本発明の実施形態の電動機の制御装置に適用される（ａ）ｄ軸電流係数の関数例と、（ｂ）ｑ軸電流係数の関数例と、（ｃ）ｑ軸補償電流係数の関数例と、が示されている。図７の（ａ），（ｂ）に示すようにｑ軸電流係数ＳＫＩＱとｄ軸電流係数ＳＫＩＤは回転子速度ＳＰＤが基底回転数ＳＰＤＢ以下では通常「１」となり、回転子速度ＳＰＤが基底回転数ＳＰＤＢ以上で「１」以下もしくは「１」以上の値となる。ただし、電動機の特性次第で基底回転数ＳＰＤＢ以上でも「１」となる場合もある。より具体的には、図７（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ回転子速度の絶対値｜ＳＰＤ｜に対するｄ軸電流係数ＳＫＩＤであるライン７１，７２、ｑ軸電流係数ＳＫＩＱであるライン７３，７４、本発明の特徴の一つであるｑ軸補償電流係数ＳＫＩＱＣの変化であるライン７５，７６，７７を示したものである。それぞれ、基底回転数ＳＰＤＢ以下で係数は通常「１」となる。また、基底回転数ＳＰＤＢ以上では回転数ＳＰＤに応じて変化し、図７（ａ），（ｂ），（ｃ）において、それぞれライン７１、ライン７３，ライン７５は「１」以下になる場合、ライン７２、ライン７４、ライン７６は「１」以上になる場合を表している。図７（ｃ）のライン７７は基底回転数ＳＰＤＢ以上でも「１」となる場合を表している。以上、ｄ軸電流係数ＳＫＩＤ、ｑ軸電流係数ＳＫＩＱ、ｑ軸補償電流係数ＳＫＩＱＣは電動機の特性により決定されるものであり、主に基底回転数ＳＰＤＢ以上の所望する出力調整や、電源電圧の条件により調整される。なお、図では基底回転数ＳＰＤＢ以上の関数が曲線で表現してあるが、特に限定するものではなく直線で表しても良い。図６で示したｑ軸補償電流係数演算部１５で演算されるｑ軸補償電流係数ＳＫＩＱＣは図７（ａ）〜（ｃ）に大きく関係しており、基底回転数ＳＰＤＢ以上では回転数ＳＰＤに応じて変化する。以下にｑ軸補償電流係数ＳＫＩＱＣによる演算例を示す。
【００２５】
図８に回転子速度｜ＳＰＤ｜が基底回転数ＳＰＤＢ以上の場合も示し機能説明をする。例として回転子速度｜ＳＰＤ｜が最高回転数ＳＰＤＴの場合を示しており、ｑ軸補償電流係数ＳＫＩＱＣが「１」以上であり、ｑ軸補償電流係数ＳＫＩＱＣがｑ軸電流補償値ＳＤＬＴＩＱの振幅値に乗じられる場合である。ｑ軸補償電流係数ＳＫＩＱＣは回転子速度｜ＳＰＤ｜が基底回転数ＳＰＤＢから最高回転数ＳＰＤＴの間で変化するのが特徴である。
【００２６】
図９に回転子速度｜ＳＰＤ｜が基底回転数以上の場合の機能説明の別例を示す。ｑ軸補償電流係数ＳＫＩＱＣが１以上であり、ｑ軸補償電流係数ＳＫＩＱＣが各ｄ軸電流指令値のしきい値ＳＩＤＣ１、ＳＩＤＣ２、ＳＩＤＣ３に乗じられる場合であり、図８で説明した実施例と図９で説明した実施例とで電動機の特性により使い分けを行う。また、図８、図９で示した２つの実施例の組み合わせを行っても良く、その場合ｑ軸補償電流係数演算部１５にて、それぞれのｑ軸補償電流係数ＳＫＩＱＣ（ＳＫＩＱＣ１，ＳＫＩＱＣ２）を演算する。
【００２７】
以上、上述したように、本実施形態を用いることにより、リラクタンス型同期電動機の制御装置はｑ軸電流指令を台形関数又は三角形関数により補償し、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−トルクの非線形特性を改善できるため、トルク指令値に比例したトルクを得ることが可能となり、かつ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。なお、本実施形態では、台形関数又は三角形関数を用いて実施したが、さらに多角形関数を用いても好適に処理できることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００２８】
１ ｑ軸電流演算部、２ ｄ軸電流演算部、３ ｄ軸電流係数演算部、４ ｑ軸電流係数演算部、５，６，１２，１６ 乗算器、１０ 符号判定器、１１ 加算器、１３ 絶対値演算部、１４ ｑ軸補償電流演算部、１５ ｑ軸補償電流係数演算部、２１ 回転子、２２ 永久磁石、２３ 空隙、４１，４２，４３，４４，５１，７１，７２，７３，７４，７５，７６，７７ ライン、５２ 曲線。
【技術分野】
【０００１】
本発明は工作機械等に利用される主にリラクタンストルクを使用し、マグネットトルクを補助的に利用した電動機の制御装置に関し、特にトルク指令値に対して発生する電動機の実トルクの非線形特性を補償するため、ｄ軸電流指令値と回転子速度に基づいて演算される補償値によりｑ軸電流指令値の補償を行うリラクタンス型同期電動機の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から特許文献１のようなトルク指令値に比例してｄ軸電流等の界磁電流の大きさを変化させるリラクタンス型同期電動機（以下、電動機と略す）の制御装置及び制御方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３５６０７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的にリラクタンストルクのみを使用する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）は原理上、永久磁石型電動機の永久磁石界磁に相当するｄ軸電流の制御が必要であり、一般的にベクトル制御にて制御が行われている。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り、そのような構造にすることで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磁気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。
【０００５】
また、磁気的な橋絡部ができないように回転子構造を工夫として回転子全体をモールド処理したり、円環状の非磁性材による外部補強を行う場合があるが、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Ｂ−Ｈ（磁束密度−磁化力）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ため、特に小さい電流に対するトルク定数が小さくなる現象が発生する。
【０００６】
図４（ａ）は直流電流を印加した場合の回転子角度θREの変化に対する印加電流別の発生するトルクを示しており、回転角θ−トルクτ特性と呼んでいる。上述した従来技術の制御方法で制御した場合、制御角αは常にθ１となり、各電流に対してライン４２上のトルクが得られる。また、その時の合成電流ＳＩＯに対して得られるトルクは図４（ｂ）のライン４４のようになり、電流ＳＩＯに対して得られるトルクが非線形となる。特に合成電流ＳＩＯはＳＩＯ１以下では前述したようにトルク定数が低くなり、合成電流ＳＩＯに対して得られるトルクの線形性が悪くなっている。制御的に見るとトルク定数の小さい領域では上位ループのゲインを上げると制御対象である電動機が発振するため、定常的にゲインを上げることができず安定した制御が得られないという不具合がある。
【０００７】
本発明は上述した事情から成されたものであり、リラクタンストルクと永久磁石トルクを利用した電動機におけるトルク指令値ＳＴＣに対し線形性の良いトルクが得られる制御が行え、また上位ループのゲインを上げることができ安定した制御が行える制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上のような目的を達成するために、本発明に係るリラクタンス型同期電動機の制御装置は、回転子内部にスリット状の空隙または非磁性材料を備えることで回転方向に磁気抵抗の高低差を持ち、前記スリット状の空隙または非磁性材料の一部に永久磁石を備えることで回転子表面に磁気的な極性を有するリラクタンス型同期電動機の制御装置において、上位制御装置から指令されるトルク指令値に比例するｑ軸電流振幅値を演算するｑ軸電流演算部と、前記トルク指令値に比例するｄ軸電流振幅値を演算するｄ軸電流演算部と、回転子速度に応じて変化するｑ軸電流係数、ｄ軸電流係数をそれぞれ演算する速度係数演算部と、ｑ軸電流振幅値とｑ軸電流係数、ｄ軸電流振幅値とｄ軸電流係数をそれぞれ乗じることでｑ軸電流指令値およびｄ軸電流指令値とを算出し、ｄ軸電流指令値に基づいた三角形補償関数又は台形補償関数によりｑ軸電流補償値を演算するｑ軸電流補償値演算部と、算出されたｑ軸電流補償値をｑ軸電流指令値に加算した補償後ｑ軸電流指令値を出力する出力部と、を備え、台形補償関数は、ｄ軸電流指令値の大きさ（絶対値）に対して、０＜｜ｄ軸電流指令値｜≦第１しきい値の場合、ｑ軸電流補償値は増加、第１しきい値＜｜ｄ軸電流指令値｜≦第２しきい値の場合、ｑ軸電流補償値は一定、第２しきい値＜｜ｄ軸電流指令値｜≦第３しきい値の場合、ｑ軸電流補償値は減少する関数であり、前記しきい値は、０＜第１しきい値＜第２しきい値＜第３しきい値、として設定されることを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明に係るリラクタンス型同期電動機の制御装置において、ｑ軸電流補償値は、基底回転数以上において、回転子速度を参照して増減係数演算部により演算される増減係数と前記ｑ軸電流補償値を乗じて求められることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るリラクタンス型同期電動機の制御装置において、ｑ軸補償電流値は、回転子速度に応じて演算される係数を乗じることでｄ軸電流指令値の大きさ（絶対値）のしきい値を変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るリラクタンス型同期電動機の制御装置は、上位制御装置から指令されるトルク指令値に比例するｑ軸電流振幅値を演算するｑ軸電流演算部と、前記トルク指令値に比例するｄ軸電流振幅値を演算するｄ軸電流演算部と、回転子速度に応じて変化するｑ軸電流係数、ｄ軸電流係数をそれぞれ演算する速度係数演算部と、ｑ軸電流振幅値とｑ軸電流係数、ｄ軸電流振幅値とｄ軸電流係数をそれぞれ乗じることでｑ軸電流指令値およびｄ軸電流指令値とを算出し、ｄ軸電流指令値に基づいた三角形補償関数又は台形補償関数によりｑ軸電流補償値を演算するｑ軸電流補償値演算部と、算出されたｑ軸電流補償値をｑ軸電流指令値に加算した補償後ｑ軸電流指令値を出力する出力部と、を備えている。これにより、本発明では、ｑ軸電流指令を補償し、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−トルクの非線形特性を改善できるため、トルク指令値に比例したトルクを得ることが可能となり、かつ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】
【００１２】
【図１】本発明の電動機の制御装置の実施形態例を示す説明図である。
【図２】本発明の電動機の制御装置が適用される電動機のモデル図例である。
【図３】本発明の電動機の制御装置のｄ−ｑ軸電流ベクトル図例である。
【図４】本発明の電動機の制御装置に適用される電動機の回転角（電気角）に対する（ａ）各電流別のトルク特性例及び（ｂ）電流に対するトルクを示す説明図である。
【図５】本発明の電動機の制御装置に適用される（ａ）ｑ軸補償電流の関数例と、（ｂ）ｄ軸電流指令値およびｑ軸補償電流、制御角と、を示した説明図である。
【図６】本発明の電動機の制御装置の実施形態の別例を示す説明図である。
【図７】本発明の電動機の制御装置に適用される（ａ）ｄ軸電流係数の関数例と、（ｂ）ｑ軸電流係数の関数例と、（ｃ）ｑ軸補償電流係数の関数例と、を示した説明図である。
【図８】本発明の電動機の制御装置に適用されるｄ軸電流指令値およびｑ軸補償電流、制御角を示した説明図である（最高回転数でのｑ軸補償電流値の一例）。
【図９】本発明の電動機の制御装置に適用されるｄ軸電流指令値およびｑ軸補償電流、制御角を示した説明図である（最高回転数でのｑ軸補償電流値の別例）。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態（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記号、番号の要素、信号等は同機能、同性能を有するものである。
【００１４】
図１は本発明の実施形態の一例である。図示しない上位制御装置よりトルク指令値ＳＴＣがｑ軸電流演算部１に入力され、ｑ軸電流振幅値ＳＩＱＣが演算される。回転子速度ＳＰＤに応じてｑ軸電流係数演算部４にてｑ軸電流係数ＳＫＩＱが演算され、乗算器５によりｑ軸電流振幅値ＳＩＱＣとｑ軸電流係数ＳＫＩＱが乗じられｑ軸電流指令値ＳＩＱＣＣとなる。なお、ｑ軸電流指令値ＳＩＱＣＣはトルク指令値の符号に一致している。次に、トルク指令値ＳＴＣはｄ軸電流演算部２に入力され、ｄ軸電流振幅値ＳＩＤＣが演算される。回転子速度ＳＰＤに応じてｄ軸電流係数演算部３にてｄ軸電流係数ＳＫＩＤが演算され、乗算器６によりｄ軸電流振幅値ＳＩＤＣとｄ軸電流係数ＳＫＩＤが乗じられｄ軸電流指令値ＳＩＤＣＣとなる。ｄ軸電流指令値ＳＩＤＣＣを絶対値演算部１３にて絶対値化し、ｄ軸電流指令値（絶対値）｜ＳＩＤＣＣ｜をｑ軸補償電流演算部１４に入力する。ｑ軸補償電流演算部１４は、ｄ軸電流指令値（絶対値）｜ＳＩＤＣＣ｜に基づき、ｑ軸電流補償値ＳＤＬＴＩＱを乗算器１２に出力する。符号判定器１０はｑ軸電流指令値ＳＩＱＣＣを参照し、ｑ軸電流指令値ＳＩＱＣＣの極性により符号ＳＰＮ（正の時１、負の時−１）を乗算器１２に出力する。乗算器１２にて、ｑ軸電流補償値ＳＤＬＴＩＱと符号ＳＰＮが乗じられｑ軸電流補償値ＳＤＩＱＣＮ（極性有り）となり加算器１１にて、ｑ軸電流指令値ＳＩＱＣＣと加算され、補償後ｑ軸電流指令値ＳＩＱＣＥとなる。
【００１５】
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。図２に示すように上記リラクタンストルクを得る電動機の回転子に少量の永久磁石を使用することで永久磁石トルク；ローレンツ力を得ることが可能である。なお説明の便宜上２極の電動機を説明するが、２ｎ極（ｎは整数）も同様の原理である。回転子２１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２３を設ける構造をとる。
【００１６】
また、本発明が適用される電動機の特徴として、前記非磁性材もしくはスリット状の空隙２３内の一部に永久磁石２２を具備することで回転子２１表面に磁極性（Ｎ極またはＳ極）を示すようになる。説明上、永久磁石の主磁束の極性（Ｎ極）を示す方向をｄ軸と定義し、またｄ軸に直交する軸をｑ軸と定義する。特に図示しないが、図２における電動機においてｄ軸、ｑ軸のインダクタンスをそれぞれＬｄ、Ｌｑとする時、Ｌｄ＜Ｌｑとなりｄ軸インダクタンスＬｄはほぼ一定値となり、ｑ軸インダクタンスＬｑはｄ軸電流値に対し大きく変化する特性を持つ。
【００１７】
図３は本発明が適用される電動機の制御装置のｄ−ｑ軸電流ベクトル図の例である。Ｉ０ｍａｘは使用するドライブアンプによって決定される電流制限円であり、Ｖ０ｍａｘは電源電圧によって決定される電圧制限楕円を示している。電動機に印加される電流の指令値：ｄ軸電流指令、ｑ軸電流指令または合成電流指令ＳＩＯは、この範囲内でベクトル制御される。回転子速度ＳＰＤが基底回転数ＳＰＤＢ以下の場合、ｑ軸電流指令値ＳＩＱＣＣとｄ軸電流指令値ＳＩＤＣＣの間には図３に示すようなベクトル図が成り立ち、ｑ軸電流指令値ＳＩＱＣＣとｄ軸電流指令値ＳＩＤＣＣの合成値が合成電流ＳＩＯとなる。この時、トルク指令値ＳＴＣ∝ｑ軸電流指令値ＳＩＱＣＣおよびｄ軸電流指令値ＳＩＤＣＣの関係が成り立つため、合成電流ＳＩＯとｄ軸電流指令値ＳＩＤＣＣが成す角を制御角αとすると、トルク指令値ＳＴＣの大きさによらず制御角αは一定値となる。
【００１８】
図４（ａ）は本発明で扱う電動機の直流電流（例としてＵ相からＶ，Ｗ相）を印加した場合の回転子角度θREの変化に対する印加電流別の発生するトルクを示している。
制御角θＲＥ（α）＝θ１一定として制御した場合、ライン４２上のトルクが得られる。その時のｑ軸電流とｄ軸電流の合成電流ＳＩＯに対して得られるトルクは図４（ｂ）のライン４４のようになり、合成電流ＳＩＯに対して得られるトルクが非線形となることがわかる。特に合成電流ＳＩＯはＳＩＯ１以下では前述したようにトルク定数が低くなり、合成電流ＳＩＯに対して得られるトルクの線形性が悪くなっている。それに対し本発明の制御装置を適用した場合、制御角θＲＥ（α）は電流値ＳＩＯに応じて図４（ａ）で示したθ１からθ２の範囲で変化するため電流に対するトルクの線形性（ライン４３）が向上する。なお、図４（ｂ）のライン４４において、ＳＩＯがＳＩＯ２以上ではトルク定数が低下しているが、これはｑ軸のインダクタンスが飽和するために起きる現象であり、本発明ではｑ軸インダクタンスの飽和の影響を考慮し、ｑ軸電流補償値を任意のｄ軸電流値以上で０にできる特徴を持つ。
【００１９】
図５に本発明の実施形態の一例を示す。図５はｄ軸電流指令値に対するｑ軸電流補償値を示している。図５（ａ）はｄ軸電流指令（絶対値）｜ＳＩＤＣＣ｜に対するｑ軸電流補償値ＳＤＬＴＩＱの関数例である。図５（ａ）のライン５１において、区間：０≦｜ＳＩＤＣＣ｜≦ＳＩＤＣ１の場合、ｑ軸電流補償値ＳＤＬＴＩＱは０から補償最大値ＳＤＬＴＩＱＭまで増加し、区間：ＳＩＤＣ１≦｜ＳＩＤＣＣ｜≦ＳＩＤＣ２では、補償最大値ＳＤＬＴＩＱＭは一定、区間：ＳＩＤＣ２≦｜ＳＩＤＣＣ｜≦ＳＩＤＣ３では補償最大値ＳＤＬＴＩＱＭから０まで低下し、区間：ＳＩＤＣ３≦｜ＳＩＤＣＣ｜≦ＳＩＤＣＭＡＸの間では０となる。
【００２０】
設定手法の別例としてＳＩＤＣ１＝ＳＩＤＣ２とすることでｑ軸電流補償値ＳＤＬＴＩＱ＝ＳＤＬＴＩＱＭ（一定値）となる区間を省略することができ、またＳＩＤＣ３＝ＳＩＤＣＭＡＸとすることでｑ軸電流補償値ＳＤＬＴＩＱ＝０（一定）となる区間を省略することができる。
【００２１】
図５（ｂ）は、ｄ軸電流指令値（絶対値）｜ＳＩＤＣＣ｜に対するｑ軸電流指令値｜ＳＩＱＣＣ｜と補償後ｑ軸電流指令値｜ＳＩＱＣＥ｜、ｑ軸電流を補償した場合の制御角α（ＣｏｎｔｒｏｌＡｎｇｌｅ）の一例を示したものであり、説明では回転子速度｜ＳＰＤ｜が基底回転数以下の場合である。ｄ軸電流指令値（絶対値）｜ＳＩＤＣＣ｜に対し、補償前のｑ軸電流指令｜ＳＩＱＣＣ｜は直線的に変化し、特に図示はしないが制御角α＝θ１（一定）となる。また、補償後ｑ軸電流指令値｜ＳＩＱＣＥ｜は実線ＳＩＱＣＥのように変化し、その時の制御角αは曲線５２のようになり区間：０≦｜ＳＩＤＣＣ｜≦ＳＩＤＣ１では制御角α＝θ２（一定）、区間：ＳＩＤＣ１≦｜ＳＩＤＣＣ｜≦ＳＩＤＣ３ではｄ軸電流指令値（絶対値）｜ＳＩＤＣＣ｜に対し反比例的に変化し、区間：ＳＩＤＣ３≦｜ＳＩＤＣＣ｜≦ＳＩＤＣＭＡＸでは制御角α＝θ１（一定）となる。
【００２２】
本発明の大きな特長は特に微小電流であるｄ軸電流指令値（絶対値）の区間：０≦｜ＳＩＤＣＣ｜≦ＳＩＤＣ１において制御角αが一定になる点であり、この区間では前述のように回転子構造や磁性材料の特性によりリラクタンストルクが永久磁石トルクに比較して小さくなるため、制御角αを大きくし、永久磁石トルクを利用した方がトルク定数を大きくすることができる。微小電流区間：０≦｜ＳＩＤＣＣ｜≦ＳＩＤＣ１にて制御角αを一定にし、表面磁石型電動機の制御角に近い制御を行うことで微小電流時の電動機の応答性が上がる。ここで、｜ＳＩＤＣＣ｜に対する制御角αは図４（ａ）で説明した印加電流に対して発生するピークトルクの軌跡：ライン４１で示される角度θＲＥと必ずしも一致するものではなく、ｄ軸電流指令（絶対値）｜ＳＩＤＣＣ｜（∝トルク指令値ＳＴＣ）に対して線形性の良い電動機トルクが得られるようｑ軸電流補償値ＳＤＬＴＩＱが設定される。
【００２３】
図６は本発明の実施形態の別例であり、図１に対しｑ軸補償電流係数演算部１５と乗算器１６が追加されている。ｑ軸補償電流係数演算部１５は、回転子速度ＳＰＤを参照しｑ軸補償電流係数ＳＫＩＱＣを演算し乗算器１６に出力する。また、乗算器１６はｑ軸電流補償値ＳＤＬＴＩＱとｑ軸補償電流係数ＳＫＩＱＣを乗じてｑ軸電流補償値ＳＤＩＱＣを出力する。
【００２４】
図７には、本発明の実施形態の電動機の制御装置に適用される（ａ）ｄ軸電流係数の関数例と、（ｂ）ｑ軸電流係数の関数例と、（ｃ）ｑ軸補償電流係数の関数例と、が示されている。図７の（ａ），（ｂ）に示すようにｑ軸電流係数ＳＫＩＱとｄ軸電流係数ＳＫＩＤは回転子速度ＳＰＤが基底回転数ＳＰＤＢ以下では通常「１」となり、回転子速度ＳＰＤが基底回転数ＳＰＤＢ以上で「１」以下もしくは「１」以上の値となる。ただし、電動機の特性次第で基底回転数ＳＰＤＢ以上でも「１」となる場合もある。より具体的には、図７（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ回転子速度の絶対値｜ＳＰＤ｜に対するｄ軸電流係数ＳＫＩＤであるライン７１，７２、ｑ軸電流係数ＳＫＩＱであるライン７３，７４、本発明の特徴の一つであるｑ軸補償電流係数ＳＫＩＱＣの変化であるライン７５，７６，７７を示したものである。それぞれ、基底回転数ＳＰＤＢ以下で係数は通常「１」となる。また、基底回転数ＳＰＤＢ以上では回転数ＳＰＤに応じて変化し、図７（ａ），（ｂ），（ｃ）において、それぞれライン７１、ライン７３，ライン７５は「１」以下になる場合、ライン７２、ライン７４、ライン７６は「１」以上になる場合を表している。図７（ｃ）のライン７７は基底回転数ＳＰＤＢ以上でも「１」となる場合を表している。以上、ｄ軸電流係数ＳＫＩＤ、ｑ軸電流係数ＳＫＩＱ、ｑ軸補償電流係数ＳＫＩＱＣは電動機の特性により決定されるものであり、主に基底回転数ＳＰＤＢ以上の所望する出力調整や、電源電圧の条件により調整される。なお、図では基底回転数ＳＰＤＢ以上の関数が曲線で表現してあるが、特に限定するものではなく直線で表しても良い。図６で示したｑ軸補償電流係数演算部１５で演算されるｑ軸補償電流係数ＳＫＩＱＣは図７（ａ）〜（ｃ）に大きく関係しており、基底回転数ＳＰＤＢ以上では回転数ＳＰＤに応じて変化する。以下にｑ軸補償電流係数ＳＫＩＱＣによる演算例を示す。
【００２５】
図８に回転子速度｜ＳＰＤ｜が基底回転数ＳＰＤＢ以上の場合も示し機能説明をする。例として回転子速度｜ＳＰＤ｜が最高回転数ＳＰＤＴの場合を示しており、ｑ軸補償電流係数ＳＫＩＱＣが「１」以上であり、ｑ軸補償電流係数ＳＫＩＱＣがｑ軸電流補償値ＳＤＬＴＩＱの振幅値に乗じられる場合である。ｑ軸補償電流係数ＳＫＩＱＣは回転子速度｜ＳＰＤ｜が基底回転数ＳＰＤＢから最高回転数ＳＰＤＴの間で変化するのが特徴である。
【００２６】
図９に回転子速度｜ＳＰＤ｜が基底回転数以上の場合の機能説明の別例を示す。ｑ軸補償電流係数ＳＫＩＱＣが１以上であり、ｑ軸補償電流係数ＳＫＩＱＣが各ｄ軸電流指令値のしきい値ＳＩＤＣ１、ＳＩＤＣ２、ＳＩＤＣ３に乗じられる場合であり、図８で説明した実施例と図９で説明した実施例とで電動機の特性により使い分けを行う。また、図８、図９で示した２つの実施例の組み合わせを行っても良く、その場合ｑ軸補償電流係数演算部１５にて、それぞれのｑ軸補償電流係数ＳＫＩＱＣ（ＳＫＩＱＣ１，ＳＫＩＱＣ２）を演算する。
【００２７】
以上、上述したように、本実施形態を用いることにより、リラクタンス型同期電動機の制御装置はｑ軸電流指令を台形関数又は三角形関数により補償し、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−トルクの非線形特性を改善できるため、トルク指令値に比例したトルクを得ることが可能となり、かつ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。なお、本実施形態では、台形関数又は三角形関数を用いて実施したが、さらに多角形関数を用いても好適に処理できることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００２８】
１ ｑ軸電流演算部、２ ｄ軸電流演算部、３ ｄ軸電流係数演算部、４ ｑ軸電流係数演算部、５，６，１２，１６ 乗算器、１０ 符号判定器、１１ 加算器、１３ 絶対値演算部、１４ ｑ軸補償電流演算部、１５ ｑ軸補償電流係数演算部、２１ 回転子、２２ 永久磁石、２３ 空隙、４１，４２，４３，４４，５１，７１，７２，７３，７４，７５，７６，７７ ライン、５２ 曲線。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子内部にスリット状の空隙または非磁性材料を備えることで回転方向に磁気抵抗の高低差を持ち、前記スリット状の空隙または非磁性材料の一部に永久磁石を備えることで回転子表面に磁気的な極性を有するリラクタンス型同期電動機の制御装置において、
上位制御装置から指令されるトルク指令値に比例するｑ軸電流振幅値を演算するｑ軸電流演算部と、
前記トルク指令値に比例するｄ軸電流振幅値を演算するｄ軸電流演算部と、
回転子速度に応じて変化するｑ軸電流係数、ｄ軸電流係数をそれぞれ演算する速度係数演算部と、
ｑ軸電流振幅値とｑ軸電流係数、ｄ軸電流振幅値とｄ軸電流係数をそれぞれ乗じることでｑ軸電流指令値およびｄ軸電流指令値とを算出し、ｄ軸電流指令値に基づいた三角形補償関数又は台形補償関数によりｑ軸電流補償値を演算するｑ軸電流補償値演算部と、
算出されたｑ軸電流補償値をｑ軸電流指令値に加算した補償後ｑ軸電流指令値を出力する出力部と、
を備え、
台形補償関数は、ｄ軸電流指令値の大きさ（絶対値）に対して、
０＜｜ｄ軸電流指令値｜≦第１しきい値の場合、ｑ軸電流補償値は増加、
第１しきい値＜｜ｄ軸電流指令値｜≦第２しきい値の場合、ｑ軸電流補償値は一定、
第２しきい値＜｜ｄ軸電流指令値｜≦第３しきい値の場合、ｑ軸電流補償値は減少する関数であり、前記しきい値は、０＜第１しきい値＜第２しきい値＜第３しきい値、として設定されることを特徴とするリラクタンス型同期電動機の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のリラクタンス型同期電動機の制御装置において、
ｑ軸電流補償値は、
基底回転数以上において、回転子速度を参照して増減係数演算部により演算される増減係数と前記ｑ軸電流補償値を乗じて求められることを特徴とするリラクタンス型同期電動機の制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載のリラクタンス型同期電動機の制御装置において、
ｑ軸補償電流値は、
回転子速度に応じて演算される係数を乗じることでｄ軸電流指令値の大きさ（絶対値）のしきい値を変化させることを特徴とするリラクタンス型同期電動機の制御装置。
【請求項１】
回転子内部にスリット状の空隙または非磁性材料を備えることで回転方向に磁気抵抗の高低差を持ち、前記スリット状の空隙または非磁性材料の一部に永久磁石を備えることで回転子表面に磁気的な極性を有するリラクタンス型同期電動機の制御装置において、
上位制御装置から指令されるトルク指令値に比例するｑ軸電流振幅値を演算するｑ軸電流演算部と、
前記トルク指令値に比例するｄ軸電流振幅値を演算するｄ軸電流演算部と、
回転子速度に応じて変化するｑ軸電流係数、ｄ軸電流係数をそれぞれ演算する速度係数演算部と、
ｑ軸電流振幅値とｑ軸電流係数、ｄ軸電流振幅値とｄ軸電流係数をそれぞれ乗じることでｑ軸電流指令値およびｄ軸電流指令値とを算出し、ｄ軸電流指令値に基づいた三角形補償関数又は台形補償関数によりｑ軸電流補償値を演算するｑ軸電流補償値演算部と、
算出されたｑ軸電流補償値をｑ軸電流指令値に加算した補償後ｑ軸電流指令値を出力する出力部と、
を備え、
台形補償関数は、ｄ軸電流指令値の大きさ（絶対値）に対して、
０＜｜ｄ軸電流指令値｜≦第１しきい値の場合、ｑ軸電流補償値は増加、
第１しきい値＜｜ｄ軸電流指令値｜≦第２しきい値の場合、ｑ軸電流補償値は一定、
第２しきい値＜｜ｄ軸電流指令値｜≦第３しきい値の場合、ｑ軸電流補償値は減少する関数であり、前記しきい値は、０＜第１しきい値＜第２しきい値＜第３しきい値、として設定されることを特徴とするリラクタンス型同期電動機の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のリラクタンス型同期電動機の制御装置において、
ｑ軸電流補償値は、
基底回転数以上において、回転子速度を参照して増減係数演算部により演算される増減係数と前記ｑ軸電流補償値を乗じて求められることを特徴とするリラクタンス型同期電動機の制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載のリラクタンス型同期電動機の制御装置において、
ｑ軸補償電流値は、
回転子速度に応じて演算される係数を乗じることでｄ軸電流指令値の大きさ（絶対値）のしきい値を変化させることを特徴とするリラクタンス型同期電動機の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−７０６２１（Ｐ２０１３−７０６２１Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１３−８４５７（Ｐ２０１３−８４５７）
【出願日】平成２５年１月２１日（２０１３．１．２１）
【分割の表示】特願２００７−１９５４９８（Ｐ２００７−１９５４９８）の分割
【原出願日】平成１９年７月２７日（２００７．７．２７）
【出願人】（０００１４９０６６）オークマ株式会社 (476)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２５年１月２１日（２０１３．１．２１）
【分割の表示】特願２００７−１９５４９８（Ｐ２００７−１９５４９８）の分割
【原出願日】平成１９年７月２７日（２００７．７．２７）
【出願人】（０００１４９０６６）オークマ株式会社 (476)
【Ｆターム（参考）】
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