JP3524303B2 - 半径方向回転体位置制御装置 - Google Patents
半径方向回転体位置制御装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は磁気軸受機能を有す
る電磁回転機械（電動機及び発電機を含む）を制御する
半径方向回転体位置制御装置に係わり、特に定常状態及
び負荷時、過渡時においても安定に主軸を制御可能な半
径方向回転体位置制御装置に関する。
る電磁回転機械（電動機及び発電機を含む）を制御する
半径方向回転体位置制御装置に係わり、特に定常状態及
び負荷時、過渡時においても安定に主軸を制御可能な半
径方向回転体位置制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、工作機械、ターボ分子ポンプ、フ
ライホイールなどに用いられる電動機の高速、高出力化
の要求が高まっている。ここに関連する文献を記載する
と、 (1)松村文夫「磁気軸受とその間連技術 Ｉ．制御形磁
気軸受とその応用」電学論Ｄ, vol.114, pp.1200-120
7, 1994 (2)太田、安藤「200, 000r.p.mの高周波内面研削スピン
ドル」マシニストvol.29,no.2, 1985, pp.32-36 (3)Matumura, F., Fujita, M. and Ozaki, Y., "Char
acteristic of Frictionon Magnetic Bearings", Proc.
of International Conference on Electric Machine
(ICEM) 1988 vol.3, pp.331-335 (4)Harbermann, H. and Liard, G.L., "An Active Magn
etic Bearing System",Tribology International Apr.
1980 pp.85-89 (5)松村文夫「制御形磁気軸受とその応用」電気学会論
文誌、解説、vol.114D,no.12,1994,pp.1200-1207 (6)G.Schweitzer,H, "Active Magnetic Bearings", Hoc
hschulverlag AG 1994 ISBN 3 7281 2132 0 (7)Harbermann, H. and Liard, G.L., "Practical Magn
etic Bearings"IEEE, Spectrum, Sept. 1979, pp.26
-30 (8)Maslen, E.H., etal, "Magnetic Bearing Design fo
r a High Speed Rotor",Proc. of the 1st Internation
al Symposium on Magnetic Bearings, June 1988 pp.
137-146 がある。
ライホイールなどに用いられる電動機の高速、高出力化
の要求が高まっている。ここに関連する文献を記載する
と、 (1)松村文夫「磁気軸受とその間連技術 Ｉ．制御形磁
気軸受とその応用」電学論Ｄ, vol.114, pp.1200-120
7, 1994 (2)太田、安藤「200, 000r.p.mの高周波内面研削スピン
ドル」マシニストvol.29,no.2, 1985, pp.32-36 (3)Matumura, F., Fujita, M. and Ozaki, Y., "Char
acteristic of Frictionon Magnetic Bearings", Proc.
of International Conference on Electric Machine
(ICEM) 1988 vol.3, pp.331-335 (4)Harbermann, H. and Liard, G.L., "An Active Magn
etic Bearing System",Tribology International Apr.
1980 pp.85-89 (5)松村文夫「制御形磁気軸受とその応用」電気学会論
文誌、解説、vol.114D,no.12,1994,pp.1200-1207 (6)G.Schweitzer,H, "Active Magnetic Bearings", Hoc
hschulverlag AG 1994 ISBN 3 7281 2132 0 (7)Harbermann, H. and Liard, G.L., "Practical Magn
etic Bearings"IEEE, Spectrum, Sept. 1979, pp.26
-30 (8)Maslen, E.H., etal, "Magnetic Bearing Design fo
r a High Speed Rotor",Proc. of the 1st Internation
al Symposium on Magnetic Bearings, June 1988 pp.
137-146 がある。
【０００３】これらの高速機では軸受での速度限界や保
守などの問題を解決するために磁気軸受が適用されつつ
ある。磁気軸受のサイズは充分な力を発生させるために
大きくなる傾向にあり、実際、電動機の軸長に等しい場
合もある。したがって、主軸の軸長が長くなり、高速回
転時に生じる主軸の弾性的な振動が問題となってしま
い、高速回転を実現することは容易ではない。さらに、
高出力化しようとすると電動機の軸長を長くする必要が
ある。すると、電磁機械が発生する吸引力が増加するた
め磁気軸受のサイズも大形とする必要がある。この結
果、危険速度が低下してしまい、高速化がきわめて困難
となる。半径方向位置制御巻線付き電磁回転機械は電動
機の磁気回路と、半径方向の力を発生する磁気回路とを
一体化することにより軸長を短くして、高速高出力を実
現するものである。さらに、回転子の位置制御に必要な
半径方向の力を電動機の励磁磁束を利用して発生するも
のである。
守などの問題を解決するために磁気軸受が適用されつつ
ある。磁気軸受のサイズは充分な力を発生させるために
大きくなる傾向にあり、実際、電動機の軸長に等しい場
合もある。したがって、主軸の軸長が長くなり、高速回
転時に生じる主軸の弾性的な振動が問題となってしま
い、高速回転を実現することは容易ではない。さらに、
高出力化しようとすると電動機の軸長を長くする必要が
ある。すると、電磁機械が発生する吸引力が増加するた
め磁気軸受のサイズも大形とする必要がある。この結
果、危険速度が低下してしまい、高速化がきわめて困難
となる。半径方向位置制御巻線付き電磁回転機械は電動
機の磁気回路と、半径方向の力を発生する磁気回路とを
一体化することにより軸長を短くして、高速高出力を実
現するものである。さらに、回転子の位置制御に必要な
半径方向の力を電動機の励磁磁束を利用して発生するも
のである。
【０００４】図７は出願人らが既に提案した半径方向位
置制御巻線付き電磁回転機械の構成図を示している（特
開平２−１９３５４７）。半径方向位置制御巻線付き電
磁回転機械の１つのユニットが２つあり、１つのユニッ
トには半径方向位置制御巻線付き電磁回転機械の半径方
向位置制御巻線電流制御用の３相インバータが接続され
ている。２つの半径方向位置制御巻線付き電磁回転機械
のユニットは電動機としてトルクを発生させるために４
極巻線と、回転子の半径方向の力を発生させるための２
極の巻線が巻かれている。このように１台の機械でトル
クと半径方向の力が発生できるため、一般の磁気軸受付
きの超高速電動機に比べて軸長が短くでき、また、軸長
が同一であれば高出力化が期待できる 既に、いくつか
の半径方向位置制御巻線付き電磁回転機械が提案されて
いる。次に関連する文献を記載すると、 (9)Bosch, R., "Development of a Bearingless Electr
ic Motor", Proc. of ICEM'88 vol.3, pp.331-335 (10)Salazar, A.O., Dunford, W., Stephan, R. and
Watanabe, E., "A Magnetic Bearing System using Ca
pacitive Sensors for Position Measurement",IEEE Tr
ans. on Magnetics vol.26, no.5, 1990 pp.2541-25
43 (11)樋口「磁気浮上技術のFAへの応用」平成元年電気学
会全国大会シンポジウムS.9-6 (12)福山寛正（日本精工）「磁気軸受モータ」公開特許
公報（Ａ）昭６４−５５０３１ (13)堺和人（東芝）「自己浮上モータシステム」公開特
許公報（Ａ）平４−２３６１８８ (14)井上正夫（三菱電機）「磁気軸受装置」公開特許公
報（Ａ）平４−１０７３１８ がある。
置制御巻線付き電磁回転機械の構成図を示している（特
開平２−１９３５４７）。半径方向位置制御巻線付き電
磁回転機械の１つのユニットが２つあり、１つのユニッ
トには半径方向位置制御巻線付き電磁回転機械の半径方
向位置制御巻線電流制御用の３相インバータが接続され
ている。２つの半径方向位置制御巻線付き電磁回転機械
のユニットは電動機としてトルクを発生させるために４
極巻線と、回転子の半径方向の力を発生させるための２
極の巻線が巻かれている。このように１台の機械でトル
クと半径方向の力が発生できるため、一般の磁気軸受付
きの超高速電動機に比べて軸長が短くでき、また、軸長
が同一であれば高出力化が期待できる 既に、いくつか
の半径方向位置制御巻線付き電磁回転機械が提案されて
いる。次に関連する文献を記載すると、 (9)Bosch, R., "Development of a Bearingless Electr
ic Motor", Proc. of ICEM'88 vol.3, pp.331-335 (10)Salazar, A.O., Dunford, W., Stephan, R. and
Watanabe, E., "A Magnetic Bearing System using Ca
pacitive Sensors for Position Measurement",IEEE Tr
ans. on Magnetics vol.26, no.5, 1990 pp.2541-25
43 (11)樋口「磁気浮上技術のFAへの応用」平成元年電気学
会全国大会シンポジウムS.9-6 (12)福山寛正（日本精工）「磁気軸受モータ」公開特許
公報（Ａ）昭６４−５５０３１ (13)堺和人（東芝）「自己浮上モータシステム」公開特
許公報（Ａ）平４−２３６１８８ (14)井上正夫（三菱電機）「磁気軸受装置」公開特許公
報（Ａ）平４−１０７３１８ がある。
【０００５】文献(9) では励磁磁束を変化することによ
り軸方向に作用する力を発生して、ディスク形電動機の
軸方向位置を調整しようとしている。ディスク形の回転
機には応用可能と思われるが、広く用いられているラジ
アル形の回転機には応用が難しい。一方、文献(10)で
は、一般の誘導電動機の巻線電流を不平衡にすることに
より、半径方向の力を発生して回転子の半径方向の位置
を制御しようとするものである。しかし、回転子が中心
に位置しているときには原理的に半径方向力が発生でき
ないという問題点がある。文献(11),(12)は従来の磁気
軸受の磁路とステッピングモータの磁路を単に共有する
ものであり、低速のアクチュエータに適している。しか
し、構造上、極数がきわめて大きい必要があるため高速
回転、高出力の応用には適していない。さらに、高出力
な発電機、誘導機、永久磁石形電動機などに多く用いら
れる正弦波状の起磁力分布、磁束分布を持つ回転機に応
用することは難しい。極数を減少するとともに、従来の
誘導機や永久磁石形回転機に近い構造を提案したものと
して、文献(13),(14)がある。文献(13)では、４相のス
イッチドリラクタンス機の固定子鉄心のような、８個の
歯を構成した固定子に４極の集中巻線を施し、これを各
磁極で分割し、各磁極の磁束を独立に制御するものであ
る。回転磁界を発生するとともに、各磁極の磁束の強弱
により半径方向力を発生することもできる。文献(14)も
同様の鉄心構造となっているが、巻線を分布巻きとし
て、より正弦波分布に近い起磁力分布とした点に特徴が
ある。しかし、文献(13),(14)では、４分割した巻線を
個々に駆動するため、直交２軸の半径方向力とトルクを
発生する１つのユニットで、２相巻線であれば８台の単
相インバータと１６本の配線が必要となってしまう。さ
らに、半径方向力制御とトルク制御が同一の巻線電流に
よって行われるため、きわめて高速かつ高精度大容量の
電流駆動器が必要となってしまう。
り軸方向に作用する力を発生して、ディスク形電動機の
軸方向位置を調整しようとしている。ディスク形の回転
機には応用可能と思われるが、広く用いられているラジ
アル形の回転機には応用が難しい。一方、文献(10)で
は、一般の誘導電動機の巻線電流を不平衡にすることに
より、半径方向の力を発生して回転子の半径方向の位置
を制御しようとするものである。しかし、回転子が中心
に位置しているときには原理的に半径方向力が発生でき
ないという問題点がある。文献(11),(12)は従来の磁気
軸受の磁路とステッピングモータの磁路を単に共有する
ものであり、低速のアクチュエータに適している。しか
し、構造上、極数がきわめて大きい必要があるため高速
回転、高出力の応用には適していない。さらに、高出力
な発電機、誘導機、永久磁石形電動機などに多く用いら
れる正弦波状の起磁力分布、磁束分布を持つ回転機に応
用することは難しい。極数を減少するとともに、従来の
誘導機や永久磁石形回転機に近い構造を提案したものと
して、文献(13),(14)がある。文献(13)では、４相のス
イッチドリラクタンス機の固定子鉄心のような、８個の
歯を構成した固定子に４極の集中巻線を施し、これを各
磁極で分割し、各磁極の磁束を独立に制御するものであ
る。回転磁界を発生するとともに、各磁極の磁束の強弱
により半径方向力を発生することもできる。文献(14)も
同様の鉄心構造となっているが、巻線を分布巻きとし
て、より正弦波分布に近い起磁力分布とした点に特徴が
ある。しかし、文献(13),(14)では、４分割した巻線を
個々に駆動するため、直交２軸の半径方向力とトルクを
発生する１つのユニットで、２相巻線であれば８台の単
相インバータと１６本の配線が必要となってしまう。さ
らに、半径方向力制御とトルク制御が同一の巻線電流に
よって行われるため、きわめて高速かつ高精度大容量の
電流駆動器が必要となってしまう。
【０００６】出願人らは既に、電気学会、あるいは米国
電気学会(IEEE)などで、４極の回転機に２極の巻線を施
した電磁機械が半径方向の力を発生できることを報告し
ている。次に文献を記載すると、 (15)Akira Chiba, Kouji Chida and Tadashi Fukao, "
Principle and Characteristics of a Reluctance Moto
r with Windings of Magnetic Bearing", Internationa
l Power Electronic Conference Record (IPEC) Tokyo,
pp.919-926, 1990 April 5 (16)Akira Chiba, M.A.Rahman and Tadashi Fukao"Rad
ial Force in a Bearingless Reluctance Motor", IEEE
Transaction on Magnetics, vol.27, No.2, pp.786-7
90 1991 March (17)Akira Chiba, Desmond T.Power and M.A.Rahman,
"Characteristics of aBearingless Induction Moto
r", IEEE Transaction on Magnetics Vol.27, No.6,
September pp.5199-5201, 1991 (18)Sigehiro Nomura, Akira Chiba, F.Nakamura, K.
Ikeda, T.Fukao andM.A.Rahman, "A Radial Position
Control of Induction type Bearingless Motor Consi
dering Phase Delay by the Rotor Squirrel Cage" IEE
E, Power Conversion Conference (PCC-Yokohama) Apr
il 21, 1993 pp.438-443 IEEE 93TH0406-9 (19)千葉明、池田紘一、中村福三、泥堂多積、深尾正、
M.A.ラーマン「円筒形回転子を持つベアリングレスモー
タの無負荷時の半径方向の力発生原理」電気学会論文誌
D, vol.113, no.4, pp.539-547, 1993 (20)Akira Chiba, Tazumi Deido, Tadashi Fukao and
M.A.Rahman, "An Analysis of Bearingless ac Motor
s", IEEE Transaction on Energy Conversion,vol.9,
no.1, March, 1994, pp.61-68 (21)野村篤宏、千葉明、中村福三、深尾正「かご形誘導
機タイプベアリングレスモータの半径方向力制御の位相
補償」電気学会産業電力電気応用研究会資料IEA-93-37,
pp.85-94, 1993, 12/14大崎会館 (22)大島政英、宮澤悟、泥堂多積、千葉明、中村福三、
深尾正「永久磁石型ベアリングレスモータの基礎特性」
電気学会リニアドライブ研究会LD-94-17, pp.57-66, 2
/25,浅草橋研修センター この中では、４極の回転磁界形シンクロナスリラクタン
ス機に２極の巻線を固定子に追加することにより、積極
的に回転磁界を不平衡として半径方向力をトルクととも
に発生する新しい半径方向位置制御巻線付き電磁回転機
械を提案している。さらに、永久磁石形回転子を用いた
半径方向位置制御巻線付き電磁回転機械の解析手法、モ
デル化の方法、最適な回転子構造などを報告している。
電気学会(IEEE)などで、４極の回転機に２極の巻線を施
した電磁機械が半径方向の力を発生できることを報告し
ている。次に文献を記載すると、 (15)Akira Chiba, Kouji Chida and Tadashi Fukao, "
Principle and Characteristics of a Reluctance Moto
r with Windings of Magnetic Bearing", Internationa
l Power Electronic Conference Record (IPEC) Tokyo,
pp.919-926, 1990 April 5 (16)Akira Chiba, M.A.Rahman and Tadashi Fukao"Rad
ial Force in a Bearingless Reluctance Motor", IEEE
Transaction on Magnetics, vol.27, No.2, pp.786-7
90 1991 March (17)Akira Chiba, Desmond T.Power and M.A.Rahman,
"Characteristics of aBearingless Induction Moto
r", IEEE Transaction on Magnetics Vol.27, No.6,
September pp.5199-5201, 1991 (18)Sigehiro Nomura, Akira Chiba, F.Nakamura, K.
Ikeda, T.Fukao andM.A.Rahman, "A Radial Position
Control of Induction type Bearingless Motor Consi
dering Phase Delay by the Rotor Squirrel Cage" IEE
E, Power Conversion Conference (PCC-Yokohama) Apr
il 21, 1993 pp.438-443 IEEE 93TH0406-9 (19)千葉明、池田紘一、中村福三、泥堂多積、深尾正、
M.A.ラーマン「円筒形回転子を持つベアリングレスモー
タの無負荷時の半径方向の力発生原理」電気学会論文誌
D, vol.113, no.4, pp.539-547, 1993 (20)Akira Chiba, Tazumi Deido, Tadashi Fukao and
M.A.Rahman, "An Analysis of Bearingless ac Motor
s", IEEE Transaction on Energy Conversion,vol.9,
no.1, March, 1994, pp.61-68 (21)野村篤宏、千葉明、中村福三、深尾正「かご形誘導
機タイプベアリングレスモータの半径方向力制御の位相
補償」電気学会産業電力電気応用研究会資料IEA-93-37,
pp.85-94, 1993, 12/14大崎会館 (22)大島政英、宮澤悟、泥堂多積、千葉明、中村福三、
深尾正「永久磁石型ベアリングレスモータの基礎特性」
電気学会リニアドライブ研究会LD-94-17, pp.57-66, 2
/25,浅草橋研修センター この中では、４極の回転磁界形シンクロナスリラクタン
ス機に２極の巻線を固定子に追加することにより、積極
的に回転磁界を不平衡として半径方向力をトルクととも
に発生する新しい半径方向位置制御巻線付き電磁回転機
械を提案している。さらに、永久磁石形回転子を用いた
半径方向位置制御巻線付き電磁回転機械の解析手法、モ
デル化の方法、最適な回転子構造などを報告している。
【０００７】出願人らが提案している方式の特長は、
(1)直交２軸の半径方向力と、トルクを発生するため
に、３相巻線であれば６本の配線と２台の３相インバー
タだけで済む。 (2)半径方向力を発生する巻線とトルクを発生する巻線
が分離しているため、半径方向力制御用インバータある
いはパワーアンプは小電力容量で済む。 (3)４極と２極の巻線を用いているため、回転子が中心
に位置していれば相互結合が０となり、電動機の誘起電
圧が半径方向力制御巻線に生じない。 (4)誘導機、永久磁石形同期機、シンクロナスリラクタ
ンスモータなどの正弦波起磁力分布、正弦波磁束分布を
仮定した高出力回転機に広く応用できる。などである。
に、３相巻線であれば６本の配線と２台の３相インバー
タだけで済む。 (2)半径方向力を発生する巻線とトルクを発生する巻線
が分離しているため、半径方向力制御用インバータある
いはパワーアンプは小電力容量で済む。 (3)４極と２極の巻線を用いているため、回転子が中心
に位置していれば相互結合が０となり、電動機の誘起電
圧が半径方向力制御巻線に生じない。 (4)誘導機、永久磁石形同期機、シンクロナスリラクタ
ンスモータなどの正弦波起磁力分布、正弦波磁束分布を
仮定した高出力回転機に広く応用できる。などである。
【０００８】第８図は回転子の半径方向に作用する力の
発生原理を示している。４極巻線Ｎ4 、２極巻線Ｎ2 、
が固定子に施され、４極磁束Ψ4 、２極磁束Ψ2 、が発
生している。固定子にはトルクを発生するための４極巻
線Ｎ4 が施されている。いま、回転子が固定子の中心に
位置している場合、この４極巻線Ｎ4 に正方向の電流が
流れると４極の対称磁束Ψ4 が発生する。４極のＮ4 巻
線とこれに直交する図示していない４極巻線に二相交流
電流を流すことにより４極の回転磁界が発生する。ある
いは既に報告しているように３相巻線であってもよい。
回転子にかご形巻線が施してあれば通常のかご形誘導機
として回転子にトルクが発生する。また、４極の永久磁
石回転子であれば通常の永久磁石形電動機としてトルク
を発生する。
発生原理を示している。４極巻線Ｎ4 、２極巻線Ｎ2 、
が固定子に施され、４極磁束Ψ4 、２極磁束Ψ2 、が発
生している。固定子にはトルクを発生するための４極巻
線Ｎ4 が施されている。いま、回転子が固定子の中心に
位置している場合、この４極巻線Ｎ4 に正方向の電流が
流れると４極の対称磁束Ψ4 が発生する。４極のＮ4 巻
線とこれに直交する図示していない４極巻線に二相交流
電流を流すことにより４極の回転磁界が発生する。ある
いは既に報告しているように３相巻線であってもよい。
回転子にかご形巻線が施してあれば通常のかご形誘導機
として回転子にトルクが発生する。また、４極の永久磁
石回転子であれば通常の永久磁石形電動機としてトルク
を発生する。
【０００９】固定子には通常の電動機巻線としての役割
を果たす４極巻線に加えて、回転子の半径方向に作用す
る力を発生するための２極の巻線Ｎ2 も施されている。
いま、Ｎ2 巻線の正方向に電流を流すと２極の磁束Ψ2
が発生する。回転子の紙面下部のギャップでは、４極の
巻線の電流による磁束の方向が２極の巻線の磁束の方向
と逆である。したがって、このギャップでは磁束密度が
低下する。一方、回転子の紙面上部のギャップでは、４
極の磁束の方向と２極の磁束の方向が一致しているため
磁束密度は増加する。このように磁束分布が不平衡にな
ると回転子に紙面上方向へ作用する半径方向の力Fが生
じる。この半径方向の力の大きさは２極巻線を流れる電
流の大きさを制御することにより調整できる。また、半
径方向の力の方向を逆にするためには、２極巻線の電流
の方向を反転すればよい。一方、紙面横方向の力を発生
するためには、Ｎ2 巻線と直交する２極巻線を施し、そ
の電流を調整すればよい。このように直交した２極巻線
の電流の大きさ、方向を調整することにより所望の大き
さ、方向の半径方向の力を発生できる。
を果たす４極巻線に加えて、回転子の半径方向に作用す
る力を発生するための２極の巻線Ｎ2 も施されている。
いま、Ｎ2 巻線の正方向に電流を流すと２極の磁束Ψ2
が発生する。回転子の紙面下部のギャップでは、４極の
巻線の電流による磁束の方向が２極の巻線の磁束の方向
と逆である。したがって、このギャップでは磁束密度が
低下する。一方、回転子の紙面上部のギャップでは、４
極の磁束の方向と２極の磁束の方向が一致しているため
磁束密度は増加する。このように磁束分布が不平衡にな
ると回転子に紙面上方向へ作用する半径方向の力Fが生
じる。この半径方向の力の大きさは２極巻線を流れる電
流の大きさを制御することにより調整できる。また、半
径方向の力の方向を逆にするためには、２極巻線の電流
の方向を反転すればよい。一方、紙面横方向の力を発生
するためには、Ｎ2 巻線と直交する２極巻線を施し、そ
の電流を調整すればよい。このように直交した２極巻線
の電流の大きさ、方向を調整することにより所望の大き
さ、方向の半径方向の力を発生できる。
【００１０】第８図では４極巻線を電動機駆動、２極巻
線を半径方向位置制御に用いているが、４極巻線を半径
方向力発生に、２極巻線を電動機駆動に用いることも可
能である。このような固定子に４極、２極の巻線を施す
形式の半径方向位置制御巻線付き電磁回転機械を提案し
たのは1970年代に文献 (23)"Radial Active Magnetic Bearing Having a Rotat
ing Drive", Patent Specification 1 500 809, 1975 にあるものが出願人らの知る限りでは最初である。しか
し、当時は半導体電力変換回路が高価であり、また、高
速な電流制御が困難であった。さらに、複雑な演算を行
うデジタルコントローラが未発達であり、電動機のベク
トル制御などはきわめて難しく、瞬時磁束、瞬時トルク
分電流の制御は不可能であった。
線を半径方向位置制御に用いているが、４極巻線を半径
方向力発生に、２極巻線を電動機駆動に用いることも可
能である。このような固定子に４極、２極の巻線を施す
形式の半径方向位置制御巻線付き電磁回転機械を提案し
たのは1970年代に文献 (23)"Radial Active Magnetic Bearing Having a Rotat
ing Drive", Patent Specification 1 500 809, 1975 にあるものが出願人らの知る限りでは最初である。しか
し、当時は半導体電力変換回路が高価であり、また、高
速な電流制御が困難であった。さらに、複雑な演算を行
うデジタルコントローラが未発達であり、電動機のベク
トル制御などはきわめて難しく、瞬時磁束、瞬時トルク
分電流の制御は不可能であった。
【００１１】その後、出願人らは文献
(24)千葉明、深尾正「電動機の回転磁界を利用した半径
方向回転体位置制御装置つき電磁回転機械」公開特許公
報（Ａ）平2-193547 に示すように、その後発展したデジタル制御器、半導体
電力変換装置、電動機のベクトル制御理論を組み合わせ
ることにより、詳細なモデル化とそのモデルに基づく制
御則を適用することにより、この種の電動機を技術的に
可能とした。その後、カナダ国ニューファンドランドメ
モリアル大学、スイス工科大学（ＥＴＨ）、茨城大学な
どでも研究、開発が行われている。次に関連する文献を
記載すると、 (24)J.Bichsel,"The Bearingless Electrical Machin
e", NASA-CP-3152-PT-2, pp.561-573, 1992 (25)出島、岡田、大石「磁気浮上回転モータの研究」電
気学会第４回シンポジウム電磁力関連のダイナミックス
講演論文集pp.251-260がある。
方向回転体位置制御装置つき電磁回転機械」公開特許公
報（Ａ）平2-193547 に示すように、その後発展したデジタル制御器、半導体
電力変換装置、電動機のベクトル制御理論を組み合わせ
ることにより、詳細なモデル化とそのモデルに基づく制
御則を適用することにより、この種の電動機を技術的に
可能とした。その後、カナダ国ニューファンドランドメ
モリアル大学、スイス工科大学（ＥＴＨ）、茨城大学な
どでも研究、開発が行われている。次に関連する文献を
記載すると、 (24)J.Bichsel,"The Bearingless Electrical Machin
e", NASA-CP-3152-PT-2, pp.561-573, 1992 (25)出島、岡田、大石「磁気浮上回転モータの研究」電
気学会第４回シンポジウム電磁力関連のダイナミックス
講演論文集pp.251-260がある。
【００１２】［発明が解決しようとする課題］しかしな
がら、誘導機形ベアリングレスモータに定常負荷を加え
たとき、すべりｓが増加するに従い、４極電動機電流Ｉ
4sが２次側の回転子に流れ込み半径方向力を発生させる
ための励磁分電流Ｉm が減少してしまい、同時に励磁分
電流の位相も遅れてしまう。このため半径方向力の指令
値Ｆα* とＦβ* に相互干渉が発生し、磁気支持運転が
不安定化してしまい、最悪の場合タッチダウンしてしま
う。図９に４極電動機巻線端子から見た等価回路を示
す。図９において、各電動機定数はR1は１次巻線抵抗、
Ｒ2 ／ｓは２次抵抗、lは漏れインダクタンス、Lmは励
磁インダクタンス、Rmは鉄損抵抗である。すべりが小さ
いとき２次抵抗値Ｒ2／ｓの値が大きいため１次側の４
極電動機電流I4s はインダクタンスＬm に流れ込む。よ
ってI4s とIm は大きさが等しく位相も一致している。
しかし、すべりが増加するにしたがって２次側の抵抗Ｒ
2 ／ｓの値が小さくなりI4s がI4rに流れ込みI4rが増加
する。一方、Im は減少し、位相が遅れる。Im／I4sのボ
ード線図を描くと位相遅れが生じ、励磁電流成分が減少
することが明らかである。
がら、誘導機形ベアリングレスモータに定常負荷を加え
たとき、すべりｓが増加するに従い、４極電動機電流Ｉ
4sが２次側の回転子に流れ込み半径方向力を発生させる
ための励磁分電流Ｉm が減少してしまい、同時に励磁分
電流の位相も遅れてしまう。このため半径方向力の指令
値Ｆα* とＦβ* に相互干渉が発生し、磁気支持運転が
不安定化してしまい、最悪の場合タッチダウンしてしま
う。図９に４極電動機巻線端子から見た等価回路を示
す。図９において、各電動機定数はR1は１次巻線抵抗、
Ｒ2 ／ｓは２次抵抗、lは漏れインダクタンス、Lmは励
磁インダクタンス、Rmは鉄損抵抗である。すべりが小さ
いとき２次抵抗値Ｒ2／ｓの値が大きいため１次側の４
極電動機電流I4s はインダクタンスＬm に流れ込む。よ
ってI4s とIm は大きさが等しく位相も一致している。
しかし、すべりが増加するにしたがって２次側の抵抗Ｒ
2 ／ｓの値が小さくなりI4s がI4rに流れ込みI4rが増加
する。一方、Im は減少し、位相が遅れる。Im／I4sのボ
ード線図を描くと位相遅れが生じ、励磁電流成分が減少
することが明らかである。
【００１３】半径方向力は励磁電流Im によって発生す
るため、Im の大きさが減少し位相が遅れることにより
以下のような現象が生じる。図１０に示すように重力Ｆ
に対抗する半径方向力を発生するために力の指令値Ｆ*
は、無負荷時は方向が反対で大きさが等しい。したがっ
てＦα* ＝０であり、Ｆβ* ＝−Ｆである。一方、Imが
減少するとともに位相遅れが生じると、力の指令値Ｆ*
は、｜Ｆ｜より大きく位相がθだけαの方向にずれた指
令値となる。このように自動的に指令値が発生するのは
半径方向位置の負帰還が安定に動作している範囲の場合
のみである。この現象から、ある一定方向の半径方向力
Ｆを発生するために、負荷状態によってα、β軸の指令
値に相互干渉が生じることが分かる。半径方向力の相互
干渉は４極電動機励磁電流の位相が２極半径方向位置制
御系で推定している励磁電流の位相、振幅と一致しなく
なることから生じる。このため相互干渉の理論値は以下
のように求められる。図８をもとに説明をする。
るため、Im の大きさが減少し位相が遅れることにより
以下のような現象が生じる。図１０に示すように重力Ｆ
に対抗する半径方向力を発生するために力の指令値Ｆ*
は、無負荷時は方向が反対で大きさが等しい。したがっ
てＦα* ＝０であり、Ｆβ* ＝−Ｆである。一方、Imが
減少するとともに位相遅れが生じると、力の指令値Ｆ*
は、｜Ｆ｜より大きく位相がθだけαの方向にずれた指
令値となる。このように自動的に指令値が発生するのは
半径方向位置の負帰還が安定に動作している範囲の場合
のみである。この現象から、ある一定方向の半径方向力
Ｆを発生するために、負荷状態によってα、β軸の指令
値に相互干渉が生じることが分かる。半径方向力の相互
干渉は４極電動機励磁電流の位相が２極半径方向位置制
御系で推定している励磁電流の位相、振幅と一致しなく
なることから生じる。このため相互干渉の理論値は以下
のように求められる。図８をもとに説明をする。
【００１４】すなわち、インダクタンスの関係式は、電
動機巻線をa，bとし、半径方向力を発生する巻線をα、
βとする。これらの巻線の電流をiに添え字を添付して
表す。また、磁束鎖交数も同様としてλで表すと、
動機巻線をa，bとし、半径方向力を発生する巻線をα、
βとする。これらの巻線の電流をiに添え字を添付して
表す。また、磁束鎖交数も同様としてλで表すと、
【数１】
と表すことができる。ただし、L4，L2，Ｍは定数であ
る。
る。
【００１５】いま、数１の電流の行列をｉt=(ia,ib,i
α,iβ)とし、インダクタンス行列をＬとすれば、磁気
回路が線形である場合は磁気蓄積エネルギーWm は
α,iβ)とし、インダクタンス行列をＬとすれば、磁気
回路が線形である場合は磁気蓄積エネルギーWm は
【数２】
である。そこで、半径方向に発生するカのα方向成分を
Fα、β方向をFβとすれば
Fα、β方向をFβとすれば
【数３】
にて導出することができる。この際、２相軸上の４極の
巻線電流ia、ibが
巻線電流ia、ibが
【数４】
と正弦波であることを仮定すると数３に数１、数２、数
４を代入して、Fα，Fβを導出すると極めて簡単な式と
なる。
４を代入して、Fα，Fβを導出すると極めて簡単な式と
なる。
【００１６】
【数５】
必要な半径方向の力Fα，Fβが与えられると、これらを
発生するために必要なiα，iβ は、数５の2×2行列が
ユニタリ行列であるから、直ちに数６を求められる。
発生するために必要なiα，iβ は、数５の2×2行列が
ユニタリ行列であるから、直ちに数６を求められる。
【００１７】
【数６】
である。この関係式をあらかじめ制御系で実現すること
により数７が得られる。
により数７が得られる。
【数７】
一方、電磁機械内部で発生する半径方向力Ｆα、Ｆβは
I4s ＝Im の際にｕ，ｖ，ｗ相の電動機巻線の電流がそ
れぞれ
I4s ＝Im の際にｕ，ｖ，ｗ相の電動機巻線の電流がそ
れぞれ
【数８】
である際に
【数９】
である。そこで、Im の電流がI4sに比例して２θだけ遅
れ、Im ／I4s 倍となったとする。すると、
れ、Im ／I4s 倍となったとする。すると、
【数１０】
ｉα* ＝ｉα ｉβ* ＝ｉβであるから
【数１１】
計算すると２ωｔの項は消えてしまい簡略化でき、
【数１２】
すなわち誘導機の励磁電流の減少、位相遅れにより、実
際に発生する半径方向力はその指令値に対して減少す
る。さらにｓｉｎ２θで示される干渉が発生してしまう
おそれがあった。本発明はこのような従来の課題に鑑み
てなされたもので、磁気軸受機能を有する電磁回転機械
を定常状態及び負荷時、過渡時においても安定に制御可
能な半径方向回転体位置制御装置を提供することを目的
とする。
際に発生する半径方向力はその指令値に対して減少す
る。さらにｓｉｎ２θで示される干渉が発生してしまう
おそれがあった。本発明はこのような従来の課題に鑑み
てなされたもので、磁気軸受機能を有する電磁回転機械
を定常状態及び負荷時、過渡時においても安定に制御可
能な半径方向回転体位置制御装置を提供することを目的
とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のうち請求項１記載の発明は、少なくとも固
定子に巻回した複数極の電動機巻線と、該電動機巻線と
独立し前記電動機巻線と異なる極数に巻回した回転子位
置制御用巻線を有する半径方向回転体位置制御巻線付き
電磁回転機械と、前記電動機巻線を制御する電磁回転機
械制御手段と、回転子の主軸の半径方向位置を検出し所
定値に一致するよう前記回転子位置制御用巻線を制御す
る回転子位置制御手段を備える半径方向回転体位置制御
装置であって、前記電磁回転機械制御手段より抽出した
一次角周波数と磁束電流振幅に基づき前記回転子位置制
御手段による前記回転子位置制御用巻線の制御を非干渉
化することを特徴とする。
に、本発明のうち請求項１記載の発明は、少なくとも固
定子に巻回した複数極の電動機巻線と、該電動機巻線と
独立し前記電動機巻線と異なる極数に巻回した回転子位
置制御用巻線を有する半径方向回転体位置制御巻線付き
電磁回転機械と、前記電動機巻線を制御する電磁回転機
械制御手段と、回転子の主軸の半径方向位置を検出し所
定値に一致するよう前記回転子位置制御用巻線を制御す
る回転子位置制御手段を備える半径方向回転体位置制御
装置であって、前記電磁回転機械制御手段より抽出した
一次角周波数と磁束電流振幅に基づき前記回転子位置制
御手段による前記回転子位置制御用巻線の制御を非干渉
化することを特徴とする。
【００１９】ここで、異なる極数とは電動機巻線の複数
極と異なればよく、増加した場合（例えばＰ＋２極）も
減少した場合（例えばＰ−２極）も含む。また、磁気軸
受機能を備える半径方向回転体位置制御巻線付き電磁回
転機械であり、電動機及び発電機をも対象とする。回転
子位置制御用巻線は電動機巻線と分離独立させ、電動機
巻線による回転磁界を利用しながら僅かの電流を回転子
位置制御用巻線に流すことで回転子の半径方向位置を制
御する。フィードフォワード形の制御系内で一次角周波
数が明らかな場合に、この一次角周波数を回転子位置制
御用巻線の非干渉化の制御に利用することで、回転磁界
と同期させることが可能となる。このため、定常状態又
は負荷時、過渡時において安定に主軸を制御可能とする
ことが出来る。
極と異なればよく、増加した場合（例えばＰ＋２極）も
減少した場合（例えばＰ−２極）も含む。また、磁気軸
受機能を備える半径方向回転体位置制御巻線付き電磁回
転機械であり、電動機及び発電機をも対象とする。回転
子位置制御用巻線は電動機巻線と分離独立させ、電動機
巻線による回転磁界を利用しながら僅かの電流を回転子
位置制御用巻線に流すことで回転子の半径方向位置を制
御する。フィードフォワード形の制御系内で一次角周波
数が明らかな場合に、この一次角周波数を回転子位置制
御用巻線の非干渉化の制御に利用することで、回転磁界
と同期させることが可能となる。このため、定常状態又
は負荷時、過渡時において安定に主軸を制御可能とする
ことが出来る。
【００２０】なお、ここで電磁回転機械制御手段はフィ
ードフォワード形の複数の制御系で実現可能であるが、
請求項２記載の発明のように前記電磁回転機械制御手段
は電圧／周波数比をほぼ一定とする制御であり、主軸の
すべり、励磁電流指令値及び一次角周波数の指令値の内
の少なくとも一つのデータに基づき前記電動機巻線の一
次電流及び位相角を演算する演算回路と、該演算回路の
結果に基づき三相電流指令値を発生する三相電流指令値
発生回路と、該三相電流指令値に電流が追従するように
電圧、周波数を調整する調整手段を少なくとも備え、前
記一次角周波数の指令値に基づき前記回転子位置制御用
巻線の制御を非干渉化することも出来る。主軸のすべ
り、励磁電流指令値及び一次角周波数の指令値に基づき
演算回路で電動機巻線の一次電流及び位相角を演算す
る。このときの一次角周波数の指令値を回転子位置制御
用巻線の非干渉化の制御に利用することで、回転磁界と
同期させることが可能となる。このことにより、安定に
主軸を制御可能とすることが出来る。
ードフォワード形の複数の制御系で実現可能であるが、
請求項２記載の発明のように前記電磁回転機械制御手段
は電圧／周波数比をほぼ一定とする制御であり、主軸の
すべり、励磁電流指令値及び一次角周波数の指令値の内
の少なくとも一つのデータに基づき前記電動機巻線の一
次電流及び位相角を演算する演算回路と、該演算回路の
結果に基づき三相電流指令値を発生する三相電流指令値
発生回路と、該三相電流指令値に電流が追従するように
電圧、周波数を調整する調整手段を少なくとも備え、前
記一次角周波数の指令値に基づき前記回転子位置制御用
巻線の制御を非干渉化することも出来る。主軸のすべ
り、励磁電流指令値及び一次角周波数の指令値に基づき
演算回路で電動機巻線の一次電流及び位相角を演算す
る。このときの一次角周波数の指令値を回転子位置制御
用巻線の非干渉化の制御に利用することで、回転磁界と
同期させることが可能となる。このことにより、安定に
主軸を制御可能とすることが出来る。
【００２１】また、かかる制御は定常状態において安定
な制御が可能であるが、請求項３記載の発明のように前
記電磁回転機械制御手段はベクトル制御であり、主軸の
回転速度あるいはその推定値に基づき励磁磁束、一次鎖
交磁束、二次鎖交磁束の少なくとも一つを一定とするよ
う一次電流、一次角周波数、位相角を演算する演算回
路、電流瞬時値を演算する演算回路、電圧振幅、位相角
を演算する演算回路の少なくとも一つと、該演算回路の
結果に基づき三相電流指令値を発生する三相電流指令値
発生回路若しくは三相電圧指令値発生回路を少なくとも
備え、前記演算回路の一次角周波数と磁束振幅若しくは
励磁電流振幅に基づき前記回転子位置制御用巻線の制御
を非干渉化することも出来る。ベクトル制御では、励磁
電流が一定値に保たれるため、半径方向力制御系で干渉
は生じない。ベクトル制御は磁束フィードフォワード
形、磁束フィードバック形があるが、いずれの場合も一
次角周波数は制御系内で明らかであり、この一次角周波
数を回転子位置制御用巻線の非干渉化の制御に利用する
ことで、回転磁界と同期させることが可能となる。この
ため、定常状態の他負荷時、過渡時においても安定に主
軸を制御可能とすることが出来る。
な制御が可能であるが、請求項３記載の発明のように前
記電磁回転機械制御手段はベクトル制御であり、主軸の
回転速度あるいはその推定値に基づき励磁磁束、一次鎖
交磁束、二次鎖交磁束の少なくとも一つを一定とするよ
う一次電流、一次角周波数、位相角を演算する演算回
路、電流瞬時値を演算する演算回路、電圧振幅、位相角
を演算する演算回路の少なくとも一つと、該演算回路の
結果に基づき三相電流指令値を発生する三相電流指令値
発生回路若しくは三相電圧指令値発生回路を少なくとも
備え、前記演算回路の一次角周波数と磁束振幅若しくは
励磁電流振幅に基づき前記回転子位置制御用巻線の制御
を非干渉化することも出来る。ベクトル制御では、励磁
電流が一定値に保たれるため、半径方向力制御系で干渉
は生じない。ベクトル制御は磁束フィードフォワード
形、磁束フィードバック形があるが、いずれの場合も一
次角周波数は制御系内で明らかであり、この一次角周波
数を回転子位置制御用巻線の非干渉化の制御に利用する
ことで、回転磁界と同期させることが可能となる。この
ため、定常状態の他負荷時、過渡時においても安定に主
軸を制御可能とすることが出来る。
【００２２】なお、ベクトル制御等のフィードフォワー
ド形制御系の適用が困難な場合には、請求項４記載の発
明のように、少なくとも固定子に巻回した複数極の電動
機巻線と、該電動機巻線と独立し前記電動機巻線と異な
る極数に巻回した回転子位置制御用巻線を有する半径方
向回転体位置制御巻線付き電磁回転機械と、前記電動機
巻線を制御する電磁回転機械制御手段と、回転子の主軸
の半径方向位置を検出し所定値に一致するよう前記回転
子位置制御用巻線を固定子座標軸上で半径方向位置制御
する回転子位置制御手段を備える半径方向回転体位置制
御装置であって、前記電動機巻線の電流、電圧、及び主
軸のすべりの内の少なくとも一つのデータから演算した
磁束若しくは励磁電流の位相角及び振幅に基づき回転座
標系上の関係式を固定座標系で導出した演算式により電
流指令値を作成することで前記回転子位置制御用巻線の
制御を非干渉化することも出来る。電磁回転機械制御手
段はフィードバック形であり、磁束の位相角及び励磁電
流の大きさを演算等により算出する。そして、この磁束
の位相角及び励磁電流の大きさを回転子位置制御用巻線
の非干渉化の制御に利用することで、回転磁界と同期さ
せトルクゲインも安定させることが可能となる。このた
め、定常状態の他負荷時、過渡時においても安定に主軸
を制御可能とすることが出来る。
ド形制御系の適用が困難な場合には、請求項４記載の発
明のように、少なくとも固定子に巻回した複数極の電動
機巻線と、該電動機巻線と独立し前記電動機巻線と異な
る極数に巻回した回転子位置制御用巻線を有する半径方
向回転体位置制御巻線付き電磁回転機械と、前記電動機
巻線を制御する電磁回転機械制御手段と、回転子の主軸
の半径方向位置を検出し所定値に一致するよう前記回転
子位置制御用巻線を固定子座標軸上で半径方向位置制御
する回転子位置制御手段を備える半径方向回転体位置制
御装置であって、前記電動機巻線の電流、電圧、及び主
軸のすべりの内の少なくとも一つのデータから演算した
磁束若しくは励磁電流の位相角及び振幅に基づき回転座
標系上の関係式を固定座標系で導出した演算式により電
流指令値を作成することで前記回転子位置制御用巻線の
制御を非干渉化することも出来る。電磁回転機械制御手
段はフィードバック形であり、磁束の位相角及び励磁電
流の大きさを演算等により算出する。そして、この磁束
の位相角及び励磁電流の大きさを回転子位置制御用巻線
の非干渉化の制御に利用することで、回転磁界と同期さ
せトルクゲインも安定させることが可能となる。このた
め、定常状態の他負荷時、過渡時においても安定に主軸
を制御可能とすることが出来る。
【００２３】なお、ここで電磁回転機械制御手段はフィ
ードバック形の複数の制御系で実現可能であるが、請求
項５記載の発明のように前記電磁回転機械制御手段はフ
ィードバック制御であり、少なくとも電磁回転機械を駆
動するインバータ若しくは商用電源を備え、主軸のすべ
りに基づき演算した磁束若しくは励磁電流の位相角及び
大きさに基づき前記回転子位置制御用巻線の制御を非干
渉化することも出来る。 主軸のすべりに基づき磁束の
位相角及び励磁電流の大きさを算出し、この磁束若しく
は励磁電流の位相角及び大きさを回転子位置制御用巻線
の非干渉化の制御に利用することで、回転磁界と同期さ
せトルクゲインも安定させることが可能となる。このた
め、定常状態において安定に主軸を制御可能とすること
が出来る。
ードバック形の複数の制御系で実現可能であるが、請求
項５記載の発明のように前記電磁回転機械制御手段はフ
ィードバック制御であり、少なくとも電磁回転機械を駆
動するインバータ若しくは商用電源を備え、主軸のすべ
りに基づき演算した磁束若しくは励磁電流の位相角及び
大きさに基づき前記回転子位置制御用巻線の制御を非干
渉化することも出来る。 主軸のすべりに基づき磁束の
位相角及び励磁電流の大きさを算出し、この磁束若しく
は励磁電流の位相角及び大きさを回転子位置制御用巻線
の非干渉化の制御に利用することで、回転磁界と同期さ
せトルクゲインも安定させることが可能となる。このた
め、定常状態において安定に主軸を制御可能とすること
が出来る。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態を示す
（請求項２に相当する）。図１はフィードフォワード形
の原型を示す。図１において、誘導機１は磁気軸受機能
を有するものであり、半径方向回転体位置制御巻線付き
電磁回転機械に相当する。すべり検出器３はエンコー
ダ、レゾルバ、電圧・電流などによる推定により誘導機
１のすべりを検出するようになっている。位相変換器５
はすべりをすべりの大きさに応じた電流の位相進み角に
変換するようになっている。また、電流変換器７はすべ
りをすべりの大きさに応じた励磁電流の指令値と電動機
電流の比に変換するようになっている。位相加算器９は
位相変換器５の出力と一次角周波数の指令値とを加算す
る様になっている。三相電流指令値発生回路１１は、位
相加算器９と電流変換器７の出力信号より三相電流指令
値を演算し誘導機１への電流指令値を発生するようにな
っている。一方、回転子のα軸方向、β軸方向の変位は
図示しないセンサで検出され、調節計１５に入力され力
の指令値Ｆα* 、Ｆβ* に変換されるようになってい
る。非干渉化回路１７は負荷状態に依存したゲインの低
下やα軸、β軸間の干渉を防止するために構成されてい
る。そして、一次角周波数を基に非干渉化回路１７で変
換した要素は二相三相変換及び電流制御器１９に入力さ
れ、２極巻線の電流が制御される様になっている。非干
渉化回路１７からは半径方向回転体位置制御巻線の電流
指令値が出力される様になっている。
基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態を示す
（請求項２に相当する）。図１はフィードフォワード形
の原型を示す。図１において、誘導機１は磁気軸受機能
を有するものであり、半径方向回転体位置制御巻線付き
電磁回転機械に相当する。すべり検出器３はエンコー
ダ、レゾルバ、電圧・電流などによる推定により誘導機
１のすべりを検出するようになっている。位相変換器５
はすべりをすべりの大きさに応じた電流の位相進み角に
変換するようになっている。また、電流変換器７はすべ
りをすべりの大きさに応じた励磁電流の指令値と電動機
電流の比に変換するようになっている。位相加算器９は
位相変換器５の出力と一次角周波数の指令値とを加算す
る様になっている。三相電流指令値発生回路１１は、位
相加算器９と電流変換器７の出力信号より三相電流指令
値を演算し誘導機１への電流指令値を発生するようにな
っている。一方、回転子のα軸方向、β軸方向の変位は
図示しないセンサで検出され、調節計１５に入力され力
の指令値Ｆα* 、Ｆβ* に変換されるようになってい
る。非干渉化回路１７は負荷状態に依存したゲインの低
下やα軸、β軸間の干渉を防止するために構成されてい
る。そして、一次角周波数を基に非干渉化回路１７で変
換した要素は二相三相変換及び電流制御器１９に入力さ
れ、２極巻線の電流が制御される様になっている。非干
渉化回路１７からは半径方向回転体位置制御巻線の電流
指令値が出力される様になっている。
【００２５】次にその作用を説明する。図１において、
主軸の回転速度と１次周波数よりすべりｓをすべり検出
器３で導出する。このすべりに応じて電流変換器７で１
次電流指令値Ｉ4sを増加する。また、同時に位相変換器
５ですべりに応じて１次電流の位相をθだけ進める。こ
のように負荷増加に伴い１次電流の振幅を増加し、位相
角を進めることにより、Ｉm の振幅を一定値とし、位相
遅れをキャンセルすることが可能である。この結果、あ
る一定の１次角周波数にて定常状態でＩm を一定値とす
ることが出来る。次に、本発明の第２実施形態を図２に
示す（請求項３に相当する）。図２はフィードフォワー
ド形のベクトル制御を用いた例を示す。なお、磁束フィ
ードバック形のベクトル制御、一次鎖交磁束あるいはギ
ャップ磁束を一定とするベクトル制御、速度センサレス
ベクトル制御でもよい。速度センサレスベクトル制御に
ついては文献(26)で詳しく述べられている。文献(26)
は、 K.Rajashekara"Sensorless Control of AC motor
Drives", IEEE Press 1996 である。
主軸の回転速度と１次周波数よりすべりｓをすべり検出
器３で導出する。このすべりに応じて電流変換器７で１
次電流指令値Ｉ4sを増加する。また、同時に位相変換器
５ですべりに応じて１次電流の位相をθだけ進める。こ
のように負荷増加に伴い１次電流の振幅を増加し、位相
角を進めることにより、Ｉm の振幅を一定値とし、位相
遅れをキャンセルすることが可能である。この結果、あ
る一定の１次角周波数にて定常状態でＩm を一定値とす
ることが出来る。次に、本発明の第２実施形態を図２に
示す（請求項３に相当する）。図２はフィードフォワー
ド形のベクトル制御を用いた例を示す。なお、磁束フィ
ードバック形のベクトル制御、一次鎖交磁束あるいはギ
ャップ磁束を一定とするベクトル制御、速度センサレス
ベクトル制御でもよい。速度センサレスベクトル制御に
ついては文献(26)で詳しく述べられている。文献(26)
は、 K.Rajashekara"Sensorless Control of AC motor
Drives", IEEE Press 1996 である。
【００２６】図２において、ロータリーエンコーダ２１
及び速度検出器２３は誘導機１より主軸の回転速度の検
出を行うようになっている。調節計２５は主軸の電気角
速度指令値2ω* と速度検出器２３の出力よりPI制御を
行い、トルク電流指令値をit*を出力するようになって
いる。演算器２７は2次鎖交磁束の励磁電流のベクトル
振幅i0 *とit*から２乗和平方根関数により４極電動機電
流の振幅|Ims｜、tan-1関数により位相角θm1 *及びすべ
り電気角周波数2ωs *を作成するようになっている。演
算回路２９は、主軸の電気角速度2ωとすべり電気角周
波数2ωs *から磁束回転位置を算出するようになってい
る。更に、三相電流指令値発生回路３１は、演算回路２
９の演算結果により電動機電流指令値ium1 * ,ivm1 * ,i
wm1 *を発生するようになっている。
及び速度検出器２３は誘導機１より主軸の回転速度の検
出を行うようになっている。調節計２５は主軸の電気角
速度指令値2ω* と速度検出器２３の出力よりPI制御を
行い、トルク電流指令値をit*を出力するようになって
いる。演算器２７は2次鎖交磁束の励磁電流のベクトル
振幅i0 *とit*から２乗和平方根関数により４極電動機電
流の振幅|Ims｜、tan-1関数により位相角θm1 *及びすべ
り電気角周波数2ωs *を作成するようになっている。演
算回路２９は、主軸の電気角速度2ωとすべり電気角周
波数2ωs *から磁束回転位置を算出するようになってい
る。更に、三相電流指令値発生回路３１は、演算回路２
９の演算結果により電動機電流指令値ium1 * ,ivm1 * ,i
wm1 *を発生するようになっている。
【００２７】半径方向位置制御システムは基本的には第
１の実施形態と同様である。演算回路２９で演算された
一次角周波数2ω0tを基に行列要素変換器３３で変換し
た要素を非干渉回路１７の行列要素とすることで、電動
機巻線電流の回転磁界に同期させた変調制御が可能な様
になっている。非干渉化回路１７からは半径方向回転体
位置制御巻線の電流指令値が出力される様になってい
る。
１の実施形態と同様である。演算回路２９で演算された
一次角周波数2ω0tを基に行列要素変換器３３で変換し
た要素を非干渉回路１７の行列要素とすることで、電動
機巻線電流の回転磁界に同期させた変調制御が可能な様
になっている。非干渉化回路１７からは半径方向回転体
位置制御巻線の電流指令値が出力される様になってい
る。
【００２８】次にその作用を説明する。図２は磁束指令
値を一定とし、速度制御を含めた場合のすべり周波数制
御形ベクトル制御の構成を示す。主軸の電気角速度指令
値2ω* とロータリーエンコーダを用いて検出した主軸
の電気角速度2ωの差分をPI制御したトルク電流指令値
をit *とする。これに比例したすべり電気角周波数2ωs *
を発生するとともに、2次鎖交磁束の励磁電流のベクト
ル振幅i0とit *から２乗和平方根関数により４極電動機
電流の振幅|ims｜、 tan-1関数により位相角θm1 *を作成
する。すべり電気角周波数2ωs *と主軸の電気角速度2ω
の和が1次角周波数2ω0となる。θm1 *と2ω0tとの和に
より４極電動機電流の位相を求め、正弦関数と振幅|Im1
|の乗算により３相の４極電動機電流指令値ium1 * ,ivm1
* ,iwm1 *を作成している。また、２極半径方向位置制御
システムは図１と同様で、４極電動機巻線電流の回転磁
界に同期させるために行列要素変換器３３でcos2ω0tと
sin2ω0tの信号を用いる。この信号は磁束ベクトルの方
向を示している。
値を一定とし、速度制御を含めた場合のすべり周波数制
御形ベクトル制御の構成を示す。主軸の電気角速度指令
値2ω* とロータリーエンコーダを用いて検出した主軸
の電気角速度2ωの差分をPI制御したトルク電流指令値
をit *とする。これに比例したすべり電気角周波数2ωs *
を発生するとともに、2次鎖交磁束の励磁電流のベクト
ル振幅i0とit *から２乗和平方根関数により４極電動機
電流の振幅|ims｜、 tan-1関数により位相角θm1 *を作成
する。すべり電気角周波数2ωs *と主軸の電気角速度2ω
の和が1次角周波数2ω0となる。θm1 *と2ω0tとの和に
より４極電動機電流の位相を求め、正弦関数と振幅|Im1
|の乗算により３相の４極電動機電流指令値ium1 * ,ivm1
* ,iwm1 *を作成している。また、２極半径方向位置制御
システムは図１と同様で、４極電動機巻線電流の回転磁
界に同期させるために行列要素変換器３３でcos2ω0tと
sin2ω0tの信号を用いる。この信号は磁束ベクトルの方
向を示している。
【００２９】この発明の重要な点は、この磁束ベクトル
の回転角度ω0tの信号を、図１に示した非干渉化ブロッ
クの正弦波、余弦波関数として用いる点である。する
と、図１では、電動機の定常状態でのみ安定化可能であ
ったが、ベクトル制御系により磁束振幅が一定値に保た
れるので、電動機の過渡状態でも安定化することが可能
である。もし、電動機側で界磁弱め制御を行い、励磁電
流指令を減少するような場合であれば、図１の非干渉化
ブロックでは、励磁電流成分あるいは磁束指令値に基づ
いて半径方向位置制御ループのループゲインを調整しな
ければならない。すなわち、磁束振幅に反比例して非干
渉化ブロックのゲインを調整する必要がある。なお、図
２のベクトル制御系は前述した文献(26)に記載されてい
るような速度センサレス、電圧センサレスなどの制御系
を用いることができる。
の回転角度ω0tの信号を、図１に示した非干渉化ブロッ
クの正弦波、余弦波関数として用いる点である。する
と、図１では、電動機の定常状態でのみ安定化可能であ
ったが、ベクトル制御系により磁束振幅が一定値に保た
れるので、電動機の過渡状態でも安定化することが可能
である。もし、電動機側で界磁弱め制御を行い、励磁電
流指令を減少するような場合であれば、図１の非干渉化
ブロックでは、励磁電流成分あるいは磁束指令値に基づ
いて半径方向位置制御ループのループゲインを調整しな
ければならない。すなわち、磁束振幅に反比例して非干
渉化ブロックのゲインを調整する必要がある。なお、図
２のベクトル制御系は前述した文献(26)に記載されてい
るような速度センサレス、電圧センサレスなどの制御系
を用いることができる。
【００３０】次に、本発明の第３実施形態を図３に示す
（請求項１に相当する）。ベクトル制御系の構成は各種
提案されている。すでに示した図２のベクトル制御系は
きわめて初歩的な構成である。ベクトル制御系はどのよ
うなベクトル制御系であってもよく、その一般的なシス
テム構成を本発明の第３実施形態として図３に示す。図
３において、ベクトル制御系４０には、図示していない
速度ループ系、位置制御系あるいはトルク制御系からト
ルク指令値τ* 及び回転子速度が入力されるようになっ
ている。ベクトル制御系４０からの電流指令値は、電動
機駆動用インバータ４２を介し誘導機１を駆動するよう
になっている。誘導機１からは回転子のα軸方向の変位
αと、β軸方向の変位βがセンサ４４により検出され、
調節計１５に入力され力の指令値Ｆα* 、Ｆβ* に変換
されるようになっている。非干渉化回路４９はベクトル
制御系４０から磁束振幅Ψ0 あるいは励磁電流指令io等
を入力することにより、電動機巻線電流の回転磁界に同
期させた変調制御が可能な様になっている。非干渉化回
路４９の出力は、半径方向インバータ１９を介し半径方
向回転体位置制御巻線を制御する様になっている。
（請求項１に相当する）。ベクトル制御系の構成は各種
提案されている。すでに示した図２のベクトル制御系は
きわめて初歩的な構成である。ベクトル制御系はどのよ
うなベクトル制御系であってもよく、その一般的なシス
テム構成を本発明の第３実施形態として図３に示す。図
３において、ベクトル制御系４０には、図示していない
速度ループ系、位置制御系あるいはトルク制御系からト
ルク指令値τ* 及び回転子速度が入力されるようになっ
ている。ベクトル制御系４０からの電流指令値は、電動
機駆動用インバータ４２を介し誘導機１を駆動するよう
になっている。誘導機１からは回転子のα軸方向の変位
αと、β軸方向の変位βがセンサ４４により検出され、
調節計１５に入力され力の指令値Ｆα* 、Ｆβ* に変換
されるようになっている。非干渉化回路４９はベクトル
制御系４０から磁束振幅Ψ0 あるいは励磁電流指令io等
を入力することにより、電動機巻線電流の回転磁界に同
期させた変調制御が可能な様になっている。非干渉化回
路４９の出力は、半径方向インバータ１９を介し半径方
向回転体位置制御巻線を制御する様になっている。
【００３１】次にその作用を説明する。図３はフィード
フォワード形システムの構成を示している。そのときの
運転状況に応じてベクトル制御系４０では磁束振幅Ψ
0 、あるいは励磁電流指令ioを発生する。これらの量
は、推定値であっても、検出値であっても指令値であっ
てもよい。これらの量は非干渉化ブロック４９に入力さ
れ、正弦波、余弦波による行列計算が行われ、さらに、
磁束あるいは励磁電流振幅が増減していれば、ループゲ
インの調整が行われる。このことにより、電動機の定常
状態の他、ベクトル制御系により磁束振幅が一定値に保
たれるので、電動機の過渡状態でも安定化することが可
能である。ベクトル制御が成り立っている時は以下のよ
うになる。今、加速前、すなわちt<0ではImとI4sが等し
い。一定トルクで加速する際には、Imと直交する方向に
I4rを発生し、1次電流I4sをImとθm1進み方向へ発生す
る。この結果、トルク発生前後でImの大きさ、方向は変
動しない。したがって半径方向力発生が非干渉化でき
る。
フォワード形システムの構成を示している。そのときの
運転状況に応じてベクトル制御系４０では磁束振幅Ψ
0 、あるいは励磁電流指令ioを発生する。これらの量
は、推定値であっても、検出値であっても指令値であっ
てもよい。これらの量は非干渉化ブロック４９に入力さ
れ、正弦波、余弦波による行列計算が行われ、さらに、
磁束あるいは励磁電流振幅が増減していれば、ループゲ
インの調整が行われる。このことにより、電動機の定常
状態の他、ベクトル制御系により磁束振幅が一定値に保
たれるので、電動機の過渡状態でも安定化することが可
能である。ベクトル制御が成り立っている時は以下のよ
うになる。今、加速前、すなわちt<0ではImとI4sが等し
い。一定トルクで加速する際には、Imと直交する方向に
I4rを発生し、1次電流I4sをImとθm1進み方向へ発生す
る。この結果、トルク発生前後でImの大きさ、方向は変
動しない。したがって半径方向力発生が非干渉化でき
る。
【００３２】次に、本発明の第４実施形態を図４に示す
（請求項５に相当する）。図４において、三相電流指令
値発生回路６７は１次電流指令値Ｉ4s及び一次角周波数
ω1に基づき調節計６５を介し、三相電流指令値を発生
するようになっている。すべり検出器３は誘導機１の主
軸の回転速度よりすべりを検出するものである。位相算
出器６１と励磁電流算出器６３はすべり検出器３で検出
されたすべりに基づき各々位相角θ及び励磁電流Ｉm を
算出するようになっている。非干渉器６９は、これらの
位相角θ及び励磁電流Ｉm に基づき半径方向位置制御を
非干渉化するようになっている。
（請求項５に相当する）。図４において、三相電流指令
値発生回路６７は１次電流指令値Ｉ4s及び一次角周波数
ω1に基づき調節計６５を介し、三相電流指令値を発生
するようになっている。すべり検出器３は誘導機１の主
軸の回転速度よりすべりを検出するものである。位相算
出器６１と励磁電流算出器６３はすべり検出器３で検出
されたすべりに基づき各々位相角θ及び励磁電流Ｉm を
算出するようになっている。非干渉器６９は、これらの
位相角θ及び励磁電流Ｉm に基づき半径方向位置制御を
非干渉化するようになっている。
【００３３】次にその作用を説明する。負荷状態に依存
してゲインの低下やα、β軸間の干渉が生じるのを非干
渉化する手法は上述したフィードフォワード系の制御の
他にもいくつか考えられる。すなわち、既に示した数１
２の原理で干渉が生じるのであるから、数１２の干渉を
打ち消すブロックを付加すればよい。すなわち、数１２
を予め打ち消すフィードフォワードブロックを半径方向
位置制御系に構成する手法である。図４はこの手法を用
いた際のシステムの構成を示している。主軸の回転速度
を検出し、すべり検出器３ですべりを算出する。このす
べりより、Ｉm の振幅と位相遅れ角を算出する。このＩ
m の振幅を位相角θを用いて数１２を指令値について逆
に解いた演算を行う。この結果、半径方向力巻線の電流
を求めるものである。この手法は、電動機制御は図４に
示す以外の形式でも可能であり、誘導機駆動インバータ
がＶ／ｆ一定制御などの簡単な場合に適している。その
ような場合、I4Sは検出値を用いる。
してゲインの低下やα、β軸間の干渉が生じるのを非干
渉化する手法は上述したフィードフォワード系の制御の
他にもいくつか考えられる。すなわち、既に示した数１
２の原理で干渉が生じるのであるから、数１２の干渉を
打ち消すブロックを付加すればよい。すなわち、数１２
を予め打ち消すフィードフォワードブロックを半径方向
位置制御系に構成する手法である。図４はこの手法を用
いた際のシステムの構成を示している。主軸の回転速度
を検出し、すべり検出器３ですべりを算出する。このす
べりより、Ｉm の振幅と位相遅れ角を算出する。このＩ
m の振幅を位相角θを用いて数１２を指令値について逆
に解いた演算を行う。この結果、半径方向力巻線の電流
を求めるものである。この手法は、電動機制御は図４に
示す以外の形式でも可能であり、誘導機駆動インバータ
がＶ／ｆ一定制御などの簡単な場合に適している。その
ような場合、I4Sは検出値を用いる。
【００３４】図４は本来、無負荷運転のみが可能な構成
ではあるが、1次周波数指令値を急変することにより加
速を行うことも可能である。そこで単に周波数を急増さ
せるだけでなく1次電流の大きさもステップ状に増加し
た時を考える。ステップ状の変化が加わる以前、すなわ
ちt<0にて1次電流振幅がI4sであり、無負荷定常状態で
あるので励磁インダクタンスLmに流れる電流Imと等し
い。なおこの際Rmは充分大きく、lはLmに比較して充分
小さいと仮定する。Imはインダクタンスに流れる電流な
ので、瞬間は変化せずI4sの変化分はすべて回転子側に
流れる電流I4rの変化となる。この状態は定常状態と異
なりトルクを発生しない。その後、時間を経て得てt=∞
では定常状態に移行する。
ではあるが、1次周波数指令値を急変することにより加
速を行うことも可能である。そこで単に周波数を急増さ
せるだけでなく1次電流の大きさもステップ状に増加し
た時を考える。ステップ状の変化が加わる以前、すなわ
ちt<0にて1次電流振幅がI4sであり、無負荷定常状態で
あるので励磁インダクタンスLmに流れる電流Imと等し
い。なおこの際Rmは充分大きく、lはLmに比較して充分
小さいと仮定する。Imはインダクタンスに流れる電流な
ので、瞬間は変化せずI4sの変化分はすべて回転子側に
流れる電流I4rの変化となる。この状態は定常状態と異
なりトルクを発生しない。その後、時間を経て得てt=∞
では定常状態に移行する。
【００３５】半径方向力はImと2極の磁束の相互作用に
より発生するため、Imのベクトルの方向が変動すると、
発生する半径方向力の方向が変動する。同様にImのベク
トルの大きさが減少すると半径方向力も減少してしま
う。Imの方向がずれ、大きさも小さくなっている。この
ようにImの方向と大きさの変動は半径方向力が発生する
方向と大きさの変動となる。しかし、これらの変動を予
め検出し、非干渉器６９で非干渉化すれば、直交2軸座
標系での半径方向力の軸間干渉は避けられる。さらに、
半径方向位置制御のフィードバックループでは、ループ
ゲインの変動が生じないと共に位相余裕の減少を避ける
ことが出来る。
より発生するため、Imのベクトルの方向が変動すると、
発生する半径方向力の方向が変動する。同様にImのベク
トルの大きさが減少すると半径方向力も減少してしま
う。Imの方向がずれ、大きさも小さくなっている。この
ようにImの方向と大きさの変動は半径方向力が発生する
方向と大きさの変動となる。しかし、これらの変動を予
め検出し、非干渉器６９で非干渉化すれば、直交2軸座
標系での半径方向力の軸間干渉は避けられる。さらに、
半径方向位置制御のフィードバックループでは、ループ
ゲインの変動が生じないと共に位相余裕の減少を避ける
ことが出来る。
【００３６】次に、本発明の第５実施形態を図５に示す
（請求項４に相当する）。図５は比較的大容量の場合の
フィードバックによる構成を示している。電動機制御７
１はトルク指令値τ* が入力されることで、電流指令値
が出力されるようになっている。電動機制御７１からの
電流指令値は、電動機駆動用インバータ７３を介し誘導
機１を駆動するようになっている。誘導機１からは回転
子のα軸方向の変位αと、β軸方向の変位βがセンサ４
４により検出され、調節計１５に入力され力の指令値Ｆ
α* 、Ｆβ* に変換されるようになっている。磁束検出
回路７５は誘導機１の電圧、電流から磁束方向、磁束振
幅を検出するようになっている。非干渉化回路７７は磁
束検出回路７５により検出された磁束方向、磁束振幅に
基づき半径方向位置制御を非干渉化するようになってい
る。
（請求項４に相当する）。図５は比較的大容量の場合の
フィードバックによる構成を示している。電動機制御７
１はトルク指令値τ* が入力されることで、電流指令値
が出力されるようになっている。電動機制御７１からの
電流指令値は、電動機駆動用インバータ７３を介し誘導
機１を駆動するようになっている。誘導機１からは回転
子のα軸方向の変位αと、β軸方向の変位βがセンサ４
４により検出され、調節計１５に入力され力の指令値Ｆ
α* 、Ｆβ* に変換されるようになっている。磁束検出
回路７５は誘導機１の電圧、電流から磁束方向、磁束振
幅を検出するようになっている。非干渉化回路７７は磁
束検出回路７５により検出された磁束方向、磁束振幅に
基づき半径方向位置制御を非干渉化するようになってい
る。
【００３７】次にその作用を説明する。磁束検出回路７
５より、電動機の電圧、電流から磁束方向、磁束振幅を
検出する。電動機の駆動制御はベクトル制御系である必
要はなく、ｖ／ｆ一定制御などの簡単なものでよい。検
出された磁束振幅により半径方向位置制御系のループゲ
インを調整し、また、その角度θの正弦波、余弦波によ
り非干渉化をブロック実現する。このことにより、半径
方向位置制御を定常状態及び負荷時、過渡時においても
安定に制御可能とすることが出来る。
５より、電動機の電圧、電流から磁束方向、磁束振幅を
検出する。電動機の駆動制御はベクトル制御系である必
要はなく、ｖ／ｆ一定制御などの簡単なものでよい。検
出された磁束振幅により半径方向位置制御系のループゲ
インを調整し、また、その角度θの正弦波、余弦波によ
り非干渉化をブロック実現する。このことにより、半径
方向位置制御を定常状態及び負荷時、過渡時においても
安定に制御可能とすることが出来る。
【００３８】
【実施例】図６は、本発明の第３実施形態である図３の
ベクトル制御系に基づき過渡応答実験を行ったときの効
果の一例で急加速時の波形を示している。ここで、2ω*
は主軸の電気角速度指令値であり、741.6rpmから200.7r
pmまでステップ状に増加している。この際、急加速して
も変位αとβに変動は見られず、安定な軸支持が実現で
きている。ここで、ステップの前後でα、βの軸振れの
周期が異なるのは、この軸振れの周期が主軸の回転周期
と一致しているからであり、すなわち、加速後は速度が
高くなり軸振れの周期が小さい。
ベクトル制御系に基づき過渡応答実験を行ったときの効
果の一例で急加速時の波形を示している。ここで、2ω*
は主軸の電気角速度指令値であり、741.6rpmから200.7r
pmまでステップ状に増加している。この際、急加速して
も変位αとβに変動は見られず、安定な軸支持が実現で
きている。ここで、ステップの前後でα、βの軸振れの
周期が異なるのは、この軸振れの周期が主軸の回転周期
と一致しているからであり、すなわち、加速後は速度が
高くなり軸振れの周期が小さい。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように本発明（請求項１）
によれば、電磁回転機械制御手段より抽出した一次角周
波数に基づき回転子位置制御手段による制御を非干渉化
する様に構成したので、負荷時においても過渡時におい
ても電動機制御系と半径方向位置制御系を非干渉化する
ことが出来る。このため、安定した回転子の浮上制御が
可能である。
によれば、電磁回転機械制御手段より抽出した一次角周
波数に基づき回転子位置制御手段による制御を非干渉化
する様に構成したので、負荷時においても過渡時におい
ても電動機制御系と半径方向位置制御系を非干渉化する
ことが出来る。このため、安定した回転子の浮上制御が
可能である。
【００４０】また、本発明（請求項２）によれば、電圧
／周波数一定値制御系より抽出した一次角周波数の指令
値に基づき回転子位置制御用巻線の制御を非干渉化する
様に構成したので、定常状態において電動機制御系と半
径方向位置制御系を非干渉化することが出来る。
／周波数一定値制御系より抽出した一次角周波数の指令
値に基づき回転子位置制御用巻線の制御を非干渉化する
様に構成したので、定常状態において電動機制御系と半
径方向位置制御系を非干渉化することが出来る。
【００４１】更に、本発明（請求項３）によれば、ベク
トル制御系より抽出した一次角周波数の指令値に基づき
回転子位置制御用巻線の制御を非干渉化する様に構成し
たので、負荷時においても過渡時においても電動機制御
系と半径方向位置制御系を非干渉化することが出来る。
トル制御系より抽出した一次角周波数の指令値に基づき
回転子位置制御用巻線の制御を非干渉化する様に構成し
たので、負荷時においても過渡時においても電動機制御
系と半径方向位置制御系を非干渉化することが出来る。
【００４２】更に、本発明（請求項４）によれば、電動
機巻線の電流、電圧、及び主軸のすべりの内の少なくと
も一つのデータから演算した磁束の位相角及び励磁電流
の大きさに基づき回転子位置制御用巻線の制御を非干渉
化する様に構成したので、負荷時においても過渡時にお
いても電動機制御系と半径方向位置制御系を非干渉化す
ることが出来る。
機巻線の電流、電圧、及び主軸のすべりの内の少なくと
も一つのデータから演算した磁束の位相角及び励磁電流
の大きさに基づき回転子位置制御用巻線の制御を非干渉
化する様に構成したので、負荷時においても過渡時にお
いても電動機制御系と半径方向位置制御系を非干渉化す
ることが出来る。
【００４３】更に、本発明（請求項５）によれば、主軸
のすべりに基づき演算した磁束の位相角及び励磁電流の
大きさに基づき回転子位置制御用巻線の制御を非干渉化
する様に構成したので、定常状態において電動機制御系
と半径方向位置制御系を非干渉化することが出来る。
のすべりに基づき演算した磁束の位相角及び励磁電流の
大きさに基づき回転子位置制御用巻線の制御を非干渉化
する様に構成したので、定常状態において電動機制御系
と半径方向位置制御系を非干渉化することが出来る。
【００４４】
【図１】 フィードフォワード形の原型
【図２】 フィードフォワード形のベクトル制御を用い
た例
た例
【図３】 フィードフォワード形システムの構成
【図４】 フィードバック形制御器の原型
【図５】 フィードバック形のシステムの構成
【図６】 効果の一例
【図７】 ユニット全体の構成例
【図８】 半径方向発生原理
【図９】 誘導機等価回路
【図１０】 半径方向力の干渉
１ 誘導機
３ すべり検出器
５ 位相変換器
７ 電流変換器
９ 位相加算器
１１ 三相電流指令値発生回路
１５ 調節計
１７ 非干渉化回路
１９ 行列要素変換器
２１ ロータリーエンコーダ
２３ 速度検出器
２５ 調節計
２７ 演算器
２９ 演算回路
３１ 三相電流指令値発生回路
３３ 行列要素変換器
４０ ベクトル制御系
４２ 電動機駆動用インバータ
４４ センサ
４９ 非干渉化回路
６１ 位相算出器
６３ 励磁電流算出器
６５ 調節計
６７ 三相電流指令値発生回路
６９ 非干渉器
７１ 電動機制御
７３ 電動機駆動用インバータ
７５ 磁束検出回路
７７ 非干渉化回路
フロントページの続き
(72)発明者 野村 慎一
千葉県習志野市屋敷４丁目３番１号 セ
イコー精機株式会社内
(72)発明者 上嶋 義武
千葉県習志野市屋敷４丁目３番１号 セ
イコー精機株式会社内
(56)参考文献 特開 平２−193547（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−55031（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−236188（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−107318（ＪＰ，Ａ)
国際公開95／018925（ＷＯ，Ａ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02P 21/00
H02K 7/09
H02P 5/41
Claims (5)
- 【請求項１】 少なくとも固定子に巻回した複数極の電
動機巻線と、該電動機巻線と独立し前記電動機巻線と異
なる極数に巻回した回転子位置制御用巻線を有する半径
方向回転体位置制御巻線付き電磁回転機械と、前記電動
機巻線を制御する電磁回転機械制御手段と、回転子の主
軸の半径方向位置を検出し所定値に一致するよう前記回
転子位置制御用巻線を制御する回転子位置制御手段を備
える半径方向回転体位置制御装置であって、前記電磁回
転機械制御手段より抽出した一次角周波数と磁束電流振
幅に基づき前記回転子位置制御手段による前記回転子位
置制御用巻線の制御を非干渉化することを特徴とする半
径方向回転体位置制御装置。 - 【請求項２】 前記電磁回転機械制御手段は電圧／周波
数比をほぼ一定とする制御であり、主軸のすべり、励磁
電流指令値及び一次角周波数の指令値の内の少なくとも
一つのデータに基づき前記電動機巻線の一次電流及び位
相角を演算する演算回路と、該演算回路の結果に基づき
三相電流指令値を発生する三相電流指令値発生回路と、
該三相電流指令値に電流が追従するように電圧、周波数
を調整する調整手段を少なくとも備え、前記一次角周波
数の指令値に基づき前記回転子位置制御用巻線の制御を
非干渉化することを特徴とする請求項１記載の半径方向
回転体位置制御装置。 - 【請求項３】 前記電磁回転機械制御手段はベクトル制
御であり、主軸の回転速度あるいはその推定値に基づき
励磁磁束、一次鎖交磁束、二次鎖交磁束の少なくとも一
つを一定とするよう一次電流、一次角周波数、位相角を
演算する演算回路、電流瞬時値を演算する演算回路、電
圧振幅、位相角を演算する演算回路の少なくとも一つ
と、該演算回路の結果に基づき三相電流指令値を発生す
る三相電流指令値発生回路若しくは三相電圧指令値を発
生する三相電圧指令値発生回路を少なくとも備え、前記
演算回路の一次角周波数と磁束振幅若しくは励磁電流振
幅に基づき前記回転子位置制御用巻線の制御を非干渉化
することを特徴とする請求項１記載の半径方向回転体位
置制御装置。 - 【請求項４】 少なくとも固定子に巻回した複数極の電
動機巻線と、該電動機巻線と独立し前記電動機巻線と異
なる極数に巻回した回転子位置制御用巻線を有する半径
方向回転体位置制御巻線付き電磁回転機械と、前記電動
機巻線を制御する電磁回転機械制御手段と、回転子の主
軸の半径方向位置を検出し所定値に一致するよう前記回
転子位置制御用巻線を固定子座標軸上で半径方向位置制
御する回転子位置制御手段を備える半径方向回転体位置
制御装置であって、前記電動機巻線の電流、電圧、及び
主軸のすべりの内の少なくとも一つのデータから演算し
た磁束若しくは励磁電流の位相角及び振幅に基づき回転
座標系上の関係式を固定座標系で導出した演算式により
電流指令値を作成することで前記回転子位置制御用巻線
の制御を非干渉化することを特徴とする半径方向回転体
位置制御装置。 - 【請求項５】 前記電磁回転機械制御手段はフィードバ
ック制御であり、少なくとも電磁回転機械を駆動するイ
ンバータ若しくは商用電源を備え、主軸のすべりに基づ
き演算した磁束若しくは励磁電流の位相角及び大きさに
基づき前記回転子位置制御用巻線の制御を非干渉化する
ことを特徴とする請求項４記載の半径方向回転体位置制
御装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP30860996A JP3524303B2 (ja) | 1996-11-06 | 1996-11-06 | 半径方向回転体位置制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30860996A JP3524303B2 (ja) | 1996-11-06 | 1996-11-06 | 半径方向回転体位置制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10146100A JPH10146100A (ja) | 1998-05-29 |
| JP3524303B2 true JP3524303B2 (ja) | 2004-05-10 |
Family
ID=17983110
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30860996A Expired - Fee Related JP3524303B2 (ja) | 1996-11-06 | 1996-11-06 | 半径方向回転体位置制御装置 |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP3524303B2 (ja) |
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-
1996
- 1996-11-06 JP JP30860996A patent/JP3524303B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH10146100A (ja) | 1998-05-29 |
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