JP2003088196A - 電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 電流検出手段の検出値及び回転子速度を
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界磁電流補正値を演算して、
磁束指令値を界磁電流補正値で補正して界磁電流指令値
を演算する。また、補正前界磁電流指令値の符号を判断
し、補正前界磁電流指令値の正負の場合それぞれに対応
した界磁電流バイアス値を決定し、補正前界磁電流指令
値を界磁電流バイアス値で補正して界磁電流指令値を演
算する。

Description

【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ＳＴＣ
Ｃ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ＳＫＩ
Ｄ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、電動機へ供
給される電流を検出する電流検出手段と、上位制御装置
から指令されるトルク指令値から電機子電流指令値を演
算する電機子電流演算部と、前記回転子速度に応じて界
磁電流指令値が演算される界磁電流演算部と、を備える
電動機の制御装置において、前記界磁電流演算部は、前
記電機子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、前記電流検出手段の検出値及び前記回
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
圧推定器を備え、該端子間電圧値から界磁電流補正値を
演算し、前記磁束指令値を該界磁電流補正値で補正して
前記界磁電流指令値を演算する界磁電流補正値演算部
と、を備える。

【０００７】本発明においては、さらに、前記界磁電流
補正値演算部は、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界磁電流補正値で修正し、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界
磁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電機子電流指令値を演算する
電機子電流演算部と、前記回転子速度に応じて界磁電流
指令値が演算される界磁電流演算部と、を備える電動機
の制御装置において、前記界磁電流演算部は、補正前界
磁電流指令値の符号を判断し、この補正前界磁電流値の
正負の場合それぞれに対応した界磁電流バイアス値を決
定し、前記補正前界磁電流指令値をこの界磁電流電流バ
イアス値で補正して前記界磁電流指令値を演算する界磁
電流バイアス演算部を備える。

【０００９】本発明においては、さらに、前記界磁電流
バイアス演算部は、電動機の界磁電流−界磁方向インダ
クタンス特性に基づいて前記界磁電流バイアス値を決定
する。

【００１０】本発明においては、さらに、前記界磁電流
バイアス演算部は、前記回転子の磁化力−磁束密度特性
に基づいて前記界磁電流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１
５、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ＳＩ
ＱＣ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ＳＩ
ＱＤ、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１
０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２
８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ＳＶ
Ｄ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（ＩＰ
Ｍ）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ＳＩＤ
１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×Ｌ
ｄ×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、界磁電流
指令演算部に電機子電流指令演算部により演算される電
機子電流指令値を参照して磁束指令値を演算し、さらに
電流検出手段の検出値及び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
電圧値から界磁電流補正値を演算して、磁束指令値を界
磁電流補正値で補正して界磁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、界磁電流指令演算部で補正前界磁電流
指令値の符号を判断し、補正前界磁電流値の正負の場合
の場合それぞれに対応した界磁電流バイアス値を演算
し、補正前界磁電流指令値を界磁電流バイアス値で補正
して界磁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、１
２ 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、ＬＱ２ｑ軸インダクタンス特性、ＢＨ
Ｃ、Ｈ−Ｂ（磁化力−磁束密度）特性、ＲＥＧ１、ＲＥ
Ｇ２ 制御領域、ＴＱ１、ＴＱ２ 発生トルク、ＢＩＡ
ＳＰ、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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H550 AA18 BB08 BB10 DD08 DD09 FF08 GG05 HB08 HB16 JJ04 JJ11 JJ25 KK06 LL01 LL22 LL24 LL35 5H560 AA07 BB17 BB18 DA01 DA07 DB20 DC12 DC13 EB01 GG04 RR05 RR10 TT20 XA02 XA12 XA13 5H576 AA17 BB09 DD02 DD07 DD09 EE01 FF08 GG04 HB01 JJ04 JJ23 JJ25 JJ28 JJ30 KK06 LL12 LL22 LL25 LL41

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【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、 電動機へ供給される電流を検出する電流検出手段と、 上位制御装置から指令されるトルク指令値から電機子電
   流指令値を演算する電機子電流演算部と、 前記回転子速度に応じて界磁電流指令値が演算される界
   磁電流演算部と、 を備える電動機の制御装置において、 前記界磁電流演算部は、 前記電機子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、 前記電流検出手段の検出値及び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を備え、
   該端子間電圧値から界磁電流補正値を演算し、前記磁束
   指令値を該界磁電流補正値で補正して前記界磁電流指令
   値を演算する界磁電流補正値演算部と、 を備えることを特徴とする電動機の制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の電動機の制御装置にお
   いて、 前記界磁電流補正値演算部は、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界磁電流補正値で修正
   し、前記磁束指令値をこの修正された磁束低減係数で補
   正して前記界磁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。
3. 【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電機子電
   流指令値を演算する電機子電流演算部と、 前記回転子速度に応じて界磁電流指令値が演算される界
   磁電流演算部と、 を備える電動機の制御装置において、 前記界磁電流演算部は、補正前界磁電流指令値の符号を
   判断し、この補正前界磁電流値の正負の場合それぞれに
   対応した界磁電流バイアス値を決定し、前記補正前界磁
   電流指令値をこの界磁電流バイアス値で補正して前記界
   磁電流指令値を演算する界磁電流バイアス演算部を備え
   ることを特徴とする電動機の制御装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の電動機の制御装置にお
   いて、 前記界磁電流バイアス演算部は、電動機の界磁電流−界
   磁方向インダクタンス特性に基づいて前記界磁電流バイ
   アス値を決定することを特徴とする電動機の制御装置。
5. 【請求項５】 請求項３に記載の電動機の制御装置にお
   いて、 前記界磁電流バイアス演算部は、前記回転子の磁化力−
   磁束密度特性に基づいて前記界磁電流バイアス値を決定
   することを特徴とする電動機の制御装置。