JP3577218B2 - リラクタンス型同期電動機の制御装置 - Google Patents

リラクタンス型同期電動機の制御装置 Download PDF

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Description

【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同期電動機の制御装置に関するものであり、特に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。
【0002】
【従来の技術】
従来、工作機械等の位置決めや送り軸駆動に用いる電動機には、回転子に永久磁石を利用した永久磁石型同期電動機が利用されていた。そのため、制御装置で電流を印加する場合には、電機子電流(トルク電流)の振幅および位相のみを制御すればよかった。しかし磁石の磁力が制御できないため、界磁弱め(定出力)制御などの界磁を任意に制御する方法が利用できず、設計回転数(以下、基底回転数と呼ぶ)以上になると端子間誘起電圧が電源電圧を越えて飽和してしまい、制御が不安定になるという問題が生じていた。
そのため、永久磁石型電動機の代わりに界磁電流、電機子電流を独立に制御が行えるリラクタンス型電動機を利用し、界磁電流を基底回転数以上では回転子速度に応じて弱める(=永久磁石でいうところの磁力を低減させることと同等)ことで、基底回転数以上でも制御ができるようにした。
図15は上述した従来のリラクタンス型同期電動機の制御装置の一例を示すブロック図である。
加算器1は、図示しない上位制御装置から指令された速度指令値SVCと、電動機6に取付けられている検出器10で読みとった電動機6の回転子位置SPが微分器11で変換された回転子速度SPDとから速度誤差DIFを求めPI制御器2へ出力する。PI制御器2は、速度誤差DIFに速度ループゲインを乗算してトルク指令値STCを求めトルク−電流指令変換部7へ出力する。トルク−電流指令変換部7は、レベル変換器71によりトルク指令値STCを電機子電流振幅指令値SIQにレベル変換し、乗算器72で位相分配器73の出力と乗じられ電機子電流指令値SIACを加算器3へ出力する。
一方、界磁電流演算部9では、界磁電流係数演算部91が回転子速度SPDを参照して、図2の(a)の関数パターン21(基底回転数Nbase以下では一定値であり、基底回転数Nbase以上では回転子速度SPDに依存した曲線の関数)に従った界磁電流係数SKDが出力され、界磁電流デフォルト値IDCと乗算器93で乗じて界磁電流振幅SIDを乗算器94へ出力する。乗算器94では、位相分配器95の出力と界磁電流振幅SIDを乗じて界磁電流指令値SIFCを加算器3へ出力する。この界磁電流指令値SIFCは、位相器97と加算器96により電機子電流指令値SIACに比べて位相がπ/2ずれている。加算器3は、電機子電流指令値SIACと界磁電流指令値SIFCとをベクトル加算して、合成電流指令値SICを位相分配器4へ出力する。その後、アンプ5により各相の電流指令値SIUCとSIVCが増幅され電動機6に出力されて駆動される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のリラクタンス型同期電動機の制御装置においては、界磁電流制御が回転子速度SPDのみに依存し、なおかつ基底回転数Nbase以上でのみ界磁弱め制御をする。そのうえ、大きなトルクが必要な場合、界磁電流を多く流すよう設定しておくため、停止時や定速などのトルクが必要ない場合にも常に界磁電流が流れているため、電力消費が大きいばかりでなく電動機本体も発熱してしまうという問題点がある。また、界磁電流が低いとトルク定数が低くなり、同じ電機子電流を流しているにも関わらず発生するトルクが低下してしまい、モータ加速時間が延びることになり工作機械に適用した場合、加工サイクルが延びてしまうという問題点がある上、界磁電流に比べて電機子電流が大きな場合、電機子反作用が起こり電機子電流に対するトルクの線形性が失われトルク定数が低下するという現象が発生する。
上記トルク定数の低下は、ワークピースの切削時に加工斑となって現れ、加工精度が低下するといった問題も発生する。
本発明は上述した事情から成されたものであり、本発明の目的は低消費電力で制御性がよく、効率の良いリラクタンス型同期電動機の制御装置を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決する為に本発明の磁性材料からなる回転子表面の磁気抵抗が固定子側から見て回転方向に高低差を持つよう回転子内部に磁気絶縁手段を備えることで固定子の起磁力を磁気抵抗の低い部分である磁極を貫通して発生し回転子磁極を前記起磁力方向に回転移動させるようなトルクを発生するようなリラクタンス型同期電動機と、前記回転子の回転子位置を検出する検出手段と、前記同期電動機に電流を流すために、前記回転子位置より電機子電流指令と界磁電流指令をそれぞれ算出し加算することで電流指令指令とする電流指令演算手段を具備する制御装置においては、回転子速度を参照し演算される界磁電流振幅演算部と、トルク指令値を参照する関数発生部によって得られた係数を乗じることで、界磁電流指令値とする演算部を備えている。
また、電機子電流指令値を参照する補償値を演算し、電機子電流振幅を補償することで電機子電流指令値とする電機子電流補償演算部を備えることも可能である。
さらに、一定の界磁電流を出力する界磁電流振幅演算部と、トルク指令値または電機子電流を参照する極性判定部より出力される符号値とトルク指令値または電機子電流振幅値を参照する関数を乗ずることにより得られる位相シフト量を演算する位相シフト演算部を備えることも可能である。
さらに、一定の界磁電流を出力する界磁電流振幅演算部と、トルク指令値または電機子電流を参照し、前記界磁電流振幅に加算する界磁電流補償部を備えることも可能である。
【0005】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1から第3の実施形態を説明する。なお、特に断らない限り同記号、番号の要素・信号は同機能、性能を有するものである。
図1は本発明の第1の実施形態を示す図である。本発明の第1の実施形態は、従来の構成に対して、界磁電流補償係数演算部15と電機子電流補償値演算部16が新たに追加されている。以下、図面を参照して第1の実施形態を説明する。
界磁電流補償係数演算部15は、トルク指令STCを参照するような関数により界磁電流補償係数SKFを求め乗算器17へ出力する。乗算器17は界磁電流演算部9により求められた界磁電流指令値SIDCと界磁電流補償係数SKFを乗じて、補償された界磁電流指令値SIFCを求め、電機子電流補償値演算部16と加算器3へそれぞれ出力する。
電機子電流補償値演算部16は、入力された界磁電流指令値SIFCに応じた電機子電流指令補償値SKAを求め加算器14へ出力する。加算器14では、電機子電流振幅指令値SIQと電機子電流指令補償値SKAとを加算し、補償された電機子電流指令値SIQCを求め、位相分配器73からの出力を乗じて電機子電流指令値SIACとし、加算器3へ出力する。
加算器3は、界磁電流指令値SIDCと電機子電流指令値SIACとをベクトル加算して合成電流指令SICを位相分配器4に出力する。その後、アンプ5により各相の電流指令値SIUC、SIVCが増幅され電動機6に出力され駆動される。
【0006】
図2は(a)、(b)、(c)の順に界磁電流係数演算部91、界磁電流補償係数演算部15、電機子電流補償値演算部16の内部での関数パターンの実施例である。図2(a)は、界磁電流係数演算部91の処理であるが、従来の技術で説明したので省略する。図2(b)は、界磁電流補償係数演算部15の処理である。
関数パターン23(実線)の場合、トルク指令STC=0の時に界磁電流補償係数SKFは0.3をとり、またトルク指令STC=トルクしきい値Td以上では1.0を取るように設定されている。トルク指令STCが0からトルクしきい値Tdの間は、トルク指令STCの1次関数で表される。関数パターン22(破線)の場合、関数パターン23とは違いトルク指令STC=0の時に界磁電流係数SKFは0である。またトルクしきい値Td以上でも1.0という一定の値をとらず、界磁電流係数SKF>1.0となりこの状態は界磁電流指令SIDCを増加する(界磁強め)効果となる。
図2(c)は電機子電流補償値演算部16の処理である。
関数パターン24は界磁電流指令値SIFCが0の場合、補償値は必要ないので処理を行わない。界磁電流指令値SIFCが小さい場合、電動機のトルク定数は一般に低下する。システムを制御的に安定させるにはトルク定数=一定が望ましいため、界磁電流指令値SIFCが低下した場合、より多くの電機子電流を流すことでトルク定数の変化を抑えることが可能である。よって界磁電流指令値SIFCが低い場合には、電機子電流補償値SKAを電機子電流指令SIQに加算する。界磁電流指令値SIFC>If0の場合、補償する必要がないので電機子電流補償値SKAは0となる。
【0007】
図3は界磁電流補償係数演算部15の効果を説明する為の図であり、図3(a)は、トルク指令値の変化を表し、図3(b)、(c)、(d)はトルク指令値STCに対する界磁電流指令値SIFC又はSIDCの変化を表している。説明の便宜上、回転子速度SPDによる界磁弱め制御(図2の(a)、関数パターン21)がない領域(回転子速度SPD<Nbase)での説明を行う。
トルク指令値STCがパターン30のように変化したとすると、従来は、図3(b)のパターン31で示す様に界磁電流指令値SIFCが常に一定値(=If0)となる。これに対して本発明の第1の実施形態では、図2(b)の関数パターン23から求められる界磁電流補償係数SKFを適用した場合は、図3(c)のパターン32のように界磁電流指令値SIFCが変化する。また、図2(b)の関数パターン22から求められる界磁電流補償係数SKFを適用した場合は、図3(c)のパターン33のように界磁電流指令値SIFCが変化し、界磁電流SIFCがIf0より大きくなる(界磁強め)領域があることがわかる。
以上より、図3(b)のパターン31に比べ、図3(c)、(d)のパターン32、33は時間積分値が小さくなっていることが分かる。すなわち、トルクが必要でない時に流れる界磁電流の量が従来に比べ抑えられるので、その結果電力消費が小さくなり電動機の発熱が低下する。
【0008】
図4は電機子電流補償値演算部16の効果を説明する為の図である。
図4(a)は上位制御装置からの速度指令値SVCがSVC=0から電動機の最高回転数Nmaxに立ち上がる時のパターン41を示している。図4(b)にはその場合の電動機の応答を回転子速度SPDを引用して表している。パターン43(破線)は電機子電流補償値演算部16が適用されていない従来における加速カーブである。回転子速度SPDがNbaseを越えると、界磁電流指令値SIFCが低下するため、トルク定数も低下し回転子速度SPDが増加するにつれて加速が鈍っていることがわかる。パターン42(実線)は電機子電流補償値演算部16を適用した場合の加速カーブである。トルク定数がほぼ一定になるように補償されるため、加速カーブは直線に近くなり、電機子電流補償値演算部16を適用しない場合の加速カーブ;パターン43に比べ、Δtだけ加速時間が短縮できることがわかる。
【0009】
図5(a)、(b)はそれぞれ電動機の性能を評価する際の回転子速度SPDとトルク指令値STCを表した図である。この評価方法を一般にデューティ運転試験といい、電動機の熱的な性能を評価する際に用いており、性能が高い電動機ほどサイクル時間tpが短い。図5(a)は回転子速度SPDがN1からN2、N3、Nmaxへ加速し、N1へ減速するサイクルの繰り返し波形である。図5(b)はその際のトルク指令値STCの変化を表したものである。tpは回転子速度SPDの変化が1サイクルの時間であり、t1からt4は回転子速度SPDが変化する際のそれぞれの加減速時間を表している。定回転の場合、トルクがあまり必要ではないためトルクしきい値Td以下で運転が可能なため、図3で説明したように界磁電流補償係数演算部15により界磁電流指令値SIDCが低下し、余分な電流を流さないので、電動機の熱的な余裕ができ、加減速時間(t1〜t4)以外の時間幅を短くできる。また、加減速時には図4で説明したように電機子電流補償値演算部16により応答時間が短縮されるため、総合的にサイクル時間tpが短くできることになる。
図6は図5のデューティ運転試験を同じデューティサイクル(条件)で行った際の電動機内部の温度上昇を比較した図である。
図6(a)の特性曲線61は従来の場合、図6(b)の特性曲線62は図2(b)の関数パターン23で試験した場合、図6(c)の特性曲線63は図2(b)の関数パターン22で試験した場合の電動機内部の温度上昇であり、同じ運転条件では図2(b)の関数パターン22、23で運転した場合の方が、従来より温度上昇が低く、熱的に余裕があることがわかる。
【0010】
なお、本発明は前述の第1の実施形態に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲で下記のような変形を行なってもよい。
(1)図1では補償前の電機子電流振幅指令値SIQと電機子電流指令補償値SKAが加算器14で加算されていたが、乗算器に置き換えて乗じても良い。この場合、電機子電流指令補償値SKAは電機子電流振幅指令値SIQと同一の単位系ではなく、係数として動作する。
(2)図2(b)の関数パターンはトルクしきい値Tdで折点が存在するが、Td=0からTmaxまで1次式で表されてもよい。
(3)図2(b)および(c)の関数パターンは主に1次式(直線)で表現されているが、2次関数等の曲線でもよい。
(4)図2(b)および(c)の関数パターンは式でなくデータマップを使用してもよい。
【0011】
図7は本発明の第2の実施形態である。
本発明の第2の実施形態は、従来の構成に対して、位相シフト部8が新たに追加されている。以下、図面を参照して第2の実施形態を説明する。
位相シフト部8は、極性判定部81、位相シフト量演算部82及び乗算器83で構成されている。極性判定部81は、トルク指令値STCの極性に応じて係数SPN(但し、SPN=±1)を、位相シフト量演算部82は、電機子電流振幅SIQに応じた絶対値位相シフト量BTをそれぞれ乗算器83へ出力する。乗算器83は、係数SPNと絶対値位相シフト量BTと界磁電流係数演算部91の出力である界磁電流係数SKDを乗じ、トルク指令STCと電機子電流振幅SIQを参照するような関数による極性のある位相シフト量BTCが求められ、加算器12、13にそれぞれ出力する。加算器12、13では、それぞれ回転子位置SPと位相シフト量BTCとが加算され、界磁電流演算部9とトルク−電流指令変換器7へ入力され、界磁電流指令値SIFCと電機子電流指令値SIACが求められる。加算器3は、界磁電流指令値SIFCと電機子電流指令値SIACとをベクトル加算して、合成電流指令値SICを位相分配器4に出力する。その後、アンプ5により各相の電流指令値SIVC、SIUCが増幅され電動機6に出力され駆動される。
【0012】
図8は、本発明の第2実施形態の電流制御のベクトル図を示すものである。なお説明の便宜上、ベクトルの軌跡は界磁電流係数SKDが乗じられていないものとする。電流はd軸である界磁電流とq軸である電機子電流とに分離して考えることができ、従来は界磁電流をベクトルO−S(807)またはベクトルO−T(808)のどちらかにしか設定できなかった。それによりアンプの性能によって電流制限円801内の電流しか流せないので合成電流は界磁電流をベクトルO−S(807)にした場合ベクトルO−Q(803)であり、なす角をαとする。また界磁電流をベクトルO−T(808)にした場合ベクトルO−P(804)である。その場合の電機子電流成分は、それぞれベクトル805、806となる。従来の制御では、制御するベクトルの軌跡は界磁電流をベクトルO−S(807)にした場合、S−Qである。また、界磁電流をベクトルO−T(808)にした場合、T−Pとなる。本発明の第2実施形態では、界磁電流をベクトルO−S(807)に固定しつつも、電機子電流がしきい値Iqn以下ではベクトルの軌跡がS−Rを通り、電機子電流がしきい値Iqnを越えると位相シフトβを行いベクトル軌跡R−Pを通るようになる。
つまり界磁電流はベクトルO−Sという一定値をとりつつも、電機子電流がしきい値Iqnを越えると位相をβシフトし、合成電流の界磁電流成分、電機子電流成分を変化させるのが特徴となる。界磁弱め中は界磁弱め係数SKDが位相シフトβに掛かるため、位相シフトによる界磁電流成分も界磁弱めを行っているのと同等になる。
【0013】
図9は、位相シフト量演算部82の内部での関数パターンの実施例である。
関数パターン902は電機子電流振幅指令値SIQがしきい値Iqn以下の場合、位相シフト量BT=0をとり、しきい値Iqn以上の場合、電機子電流振幅SIQに応じた関数になり、実施形態では絶対値位相シフト量BTが電機子電流振幅SIQ=Iqmaxのときπ/6になるように設定してある。
【0014】
図10は、位相シフト部8の効果を説明した図であり、図10(a)、(b)、(c)は電機子電流振幅指令値SIQに対する出力トルクの変化を表している。図10(a)のパターン101は、従来のベクトル軌跡O−Pで電流制御をした場合の出力トルクの変化を示す。この場合、電機子電流指令値の変化に対して、界磁電流も変化することになるが、トルク特性は電機子電流が小さい場合、不感帯があり直線的なトルク特性にならない。図10(b)のパターン102は、従来のベクトル軌跡O−Qで電流制御をした場合の出力トルクの変化を示す。この場合、図10(a)のように電機子電流が小さい場合の不感帯がみられなくなるが、界磁電流が電機子電流に比べ小さいと電機子電流が大きくなるにつれ電機子反作用が起こり、トルク特性が線形でなくなってしまう。図10(c)のパターン103は、本発明の第2実施形態のベクトル軌跡S−R−Pで電流制御をした場合の出力トルクの変化を示す。この場合、電機子電流振幅指令値SIQがしきい値Iqnの付近で変曲点があるが図10(a)、(b)と比較して特性的は素直(線形)である。
【0015】
図11(a)、(b)はそれぞれ電動機の性能を評価する際の速度指令値SVCに対する回転子速度SPDの応答性を示したものである。(一般にステップ状の指令値に対する応答と測定するためステップ応答といわれる。)図11(a)は速度指令値を0からNmaxまで任意の時刻に指令したものである。
図11(b)は、その際の回転子の応答を示したものである。特性112は図8に示す本発明の第2の実施形態における電流制御(ベクトル軌跡S−R−P)の特性を示す。また特性113、114は、従来の電流制御(ベクトル軌跡O−P、S−Q)の特性を示す。従来の電流制御は、本発明の第2の実施形態の電流制御と比較して加速時間がt1、t2だけ延びていることがわかる。
【0016】
図12は同じ連続運転試験を行った際の電動機内部の温度上昇を比較した図である。特性曲線121は従来の電流制御(ベクトル軌跡O−P)の特性を示す。特性曲線122は本発明の第2の実施形態の電流制御(ベクトル軌跡S−R−P)の特性を示す。本発明の第2の実施形態の電流制御が従来と比較して温度上昇が低く、熱的に余裕があることがわかる。
【0017】
なお、本発明は前述の第2の実施形態に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲で下記のような変形を行なってもよい。
(1)図9の関数パターンは曲線で表したが、直線でもよく、また不連続でもよい。
(2)図9の関数パターンは式でなくデータマップを使用してもよい。
(3)図7の実施形態において位相シフトを界磁電流、電機子電流のそれぞれが独立して行っているが、合成電流に対して位相シフトを行ってもよい。
【0018】
図13は本発明の第3の実施形態である。
本発明の第3の実施形態は、従来の構成に対して電機子電流係数演算部74、絶対値器18及び界磁電流補償部98が新規に追加されている。また、以下、図面を参照して第3の実施形態を説明する。
トルク−電流指令変換部7の電機子電流係数演算部74は、回転子速度SPDを参照し電機子電流係数SKQとトルク指令値STCを乗じて電機子電流振幅SIQへレベル変換する機能と制限器としても動作する機能を持つ。
絶対値器18は極性をもつ電機子電流振幅SIQを絶対値化し電機子電流振幅SIQPを界磁電流補償部98へ出力する。界磁電流補償部98では、絶対値化された電機子電流振幅SIQPを参照して界磁電流補償値IDCCを出力する。界磁電流演算部9は、回転子速度SPDを参照して界磁電流係数演算器91により界磁電流係数SKDを求め、乗算器93へ出力する。加算器99では、界磁電流デフォルト値IDCと界磁電流補償部98からの出力である界磁電流補償値IDCCを加算し、乗算器93で界磁電流係数SKDと乗じられ、界磁電流振幅SIDとなり乗算器94に出力される。乗算器94は位相分配器95からの出力と界磁電流振幅SIDを乗じて界磁電流指令値SIFCを加算器3へ出力する。加算器3は、界磁電流指令値SIFCと電機子電流指令値SIACがベクトル加算され、合成電流指令値SICとなり位相分配器4に出力される。その後、アンプ5により各相の電流指令値SIUC、SIVCが増幅され電動機6に出力され駆動される。
【0019】
次に本発明の第2の実施形態と第3の実施形態の相違を、図8を参照して説明する。第2の実施形態では、界磁電流をベクトルO−Sに固定しつつも、電機子電流がしきい値Iqn以下ではベクトルの軌跡がS−Rを通り、電機子電流がしきい値Iqnを越えると位相シフトを行いベクトル軌跡R−Pを通るようにしベクトル軌跡S−R−Pで電流制御をしているが、第3の実施形態では、電機子電流がしきい値Iqnを越えると界磁電流補償値IDCCを一定界磁振幅値IDCに加算することでベクトル軌跡R−Pを通るようにし、ベクトル軌跡S−R−Pで電流制御を行っている。従って、界磁弱め中は界磁電流係数SKDが一定界磁振幅値IDCに界磁電流補償値IDCCを加算した値に掛かる為、界磁弱めが可能である。
【0020】
図14は(a)、(b)の順に電機子電流係数演算部74、界磁電流補償部98内での関数パターンの実施例である。(a)は電機子電流係数演算部74の処理例である。図2(a)の界磁電流係数演算部91と同様に回転子速度SPDに応じて基底回転数Nbase以下で電機子電流係数SKQは一定の値をとり、基底回転数Nbaseから最高回転数Nmaxでは、回転子速度SPDの値に応じた関数32の値を出力するが、異なる点は基底回転数Nbase以下での電機子電流指令値SKQの値が1.0以下である点である。これは図8のベクトル図でもわかるように、使用するアンプには電流制限値が設けられているため、界磁電流成分を差し引くと、電機子電流に使える値は必ず電流制限値の100%以下になるからである。(b)は界磁電流補償部98内の処理例である。電機子電流がしきい値Iqnを越えると関数33に従い界磁電流補償値IDCCを出力する。
【0021】
本発明の第3の実施形態の界磁電流補償部98は、第2の実施形態の位相シフト部8と同様な効果を有しており、図10(c)のパターン103に示す通りの特性が得られる。また、電動機の性能を評価する際の速度指令SVCに対する回転子速度SPDの応答性(図11)や同じ連続運転試験を行った際の電動機内部の温度上昇(図12)についても、第2の実施形態と同様な効果を有している。
【0022】
なお、本発明は前述の第3の実施形態に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲で下記のような変形を行なってもよい。
(1)図14(c)の関数パターンにおいて電機子電流がしきい値Iqn以下では界磁電流補償値IDCC=0をとっているが、≠0でも良い。
また、本発明の第1から第3の実施形態では、回転型電動機を用いて説明したが、リニアリラクタンス型電動機に本発明を適用することも可能である。
【0023】
【発明の効果】
請求項1、2の発明によれば、回転子速度を参照し演算される界磁電流振幅演算部と、トルク指令値を参照する関数発生部によって得られた係数を乗じることで、界磁電流指令値とする演算部を設けることにより、界磁電流を能動的に制御できるため、小トルク時の界磁電流を小さくできるため省電力化と小発熱化が実現できる。また、電機子電流指令値を参照する係数を演算し、電機子電流振幅に乗ずることで電機子電流指令値とする電機子電流補償演算部を設けることで、界磁電流が変化することによるトルク定数の変化を小さくできたため、加速時間の短縮ができ、工作機械等に適用した場合、加工サイクルの短縮につながる。
請求項3の発明によれば、一定の界磁電流を出力する界磁電流振幅演算部と、トルク指令値または電機子電流を参照する極性判定部より出力される符号値とトルク指令値または電機子電流振幅値を参照する関数を乗ずることにより得られる位相シフト量を演算する位相シフト量演算部を具備することで合成電流の界磁電流成分、電機子電流成分を能動的に制御できるため、小トルク時の界磁電流を小さくできるため省電力化と小発熱化が実現できる。また、同時にトルク定数の変化を小さくできたため、加速時間の短縮ができ、工作機械等に適用した場合、加工サイクルの短縮につながる。
請求項4の発明によれば、一定の界磁電流を出力する界磁電流振幅演算部と、トルク指令値または電機子電流を参照する界磁電流補償値演算部と電機子電流係数演算部を具備することで合成電流の界磁電流、電機子電流を能動的に制御できるため、小トルク時の界磁電流を小さくできるため省電力化と小発熱化が実現できた。また、同時にトルク定数の変化を小さくできたため、加速時間の短縮ができ、工作機械等に適用した場合、加工サイクルの短縮につながった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のリラクタンス型同期電動機の制御装置の第1の実施形態を示す図である。
【図2】界磁電流係数演算部91、界磁電流補償係数演算部15、電機子電流補償値演算部16のそれぞれの関数パターン例を示す図である。
【図3】界磁電流補償係数演算部15の効果を示す図である。
【図4】電機子電流補償値演算部16の効果を示す図である。
【図5】第1の実施形態における電動機評価用運転サイクルを示す図である。
【図6】第1の実施形態における電動機内部の温度上昇を示す図である。
【図7】本発明のリラクタンス型同期電動機の制御装置の第2の実施形態を示す図である。
【図8】第2、第3の実施形態の電流制御ベクトルの説明図である。
【図9】位相シフト量演算部82の関数パターン例を示す図である。
【図10】第2の実施形態の位相シフト部8及び第3の実施形態の界磁電流補償部98の効果を示す図である。
【図11】第2及び第3の実施形態における速度指令に対する回転子速度の応答特性を示す図である。
【図12】第2及び第3の実施形態における電動機内部の温度上昇を示す図である。
【図13】本発明のリラクタンス型同期電動機の制御装置の第3の実施形態を示す図である。
【図14】電機子電流係数演算部74、界磁電流補償部98の関数パターン例を示す図である。
【図15】従来のリラクタンス型同期電動機の制御装置を示す説明図である。
【符号の説明】
1、3、12、13、14、96、99 加算器、2 PI制御器、4 位相分配器、5 アンプ、6 電動機、7 トルク−電流指令変換部、8 位相シフト部、9 界磁電流演算部、10 検出器、11 微分器、15 界磁電流補償係数演算部、16 電機子電流補償値演算部、17、72、83、93、94 乗算器、18 絶対値器、23、24 合成電流、25、26 電機子電流、27、28 界磁電流、71 レベル変換器、73 位相分配器、74 電機子電流係数演算部、81 極性判定器、82 位相シフト量演算部、91 界磁電流係数演算部、95 位相分配器、97 位相器(π/2)、98 界磁電流補償部、BT 絶対値位相シフト量、BTC 位相シフト量、DIF 速度誤差、IDC 界磁電流デフォルト値、IDCC 界磁電流補償値、Iqn 電機子電流しきい値、Nbase 基底回転数、Nmax 最高回転数、SVC 速度指令値、STC トルク指令値、SIQ 電機子電流振幅指令値、SIQC、SIAC 電機子電流指令値 SKA 電機子電流指令補償値、SKQ 電機子電流係数、SID 界磁電流振幅、SIFC、SIDC 界磁電流指令値、SKD 界磁電流係数、SKF 界磁電流補償係数、SIUC U相電流指令値、SIVC V相電流指令値、SIC 合成電流指令値、SP 回転子位置、SPD 回転子速度。

Claims (3)

  1. 軟磁性材料からなる回転子表面の磁気抵抗が固定子側から見て回転方向に高低差を持つよう回転子内部に磁気絶縁手段を備えることで固定子の起磁力を磁気抵抗の低い部分である磁極を貫通させ回転子磁極を前記起磁力方向に回転移動するようなトルクが発生するリラクタンス型同期電動機と、前記回転子の回転子位置を検出する検出手段と、前記同期電動機に電流を流すために、前記回転子位置より電機子電流指令と回転子速度に応じた係数を乗じられた界磁電流指令をそれぞれ算出し加算することで電流指令値とする電流指令演算手段を具備する制御装置において、
    トルク指令値または電機子電流値の極性判定部と、
    一定の界磁電流を出力する界磁電流振幅演算部と、
    トルク指令値または電機子電流値の関数である位相シフト量を演算する位相シフト演算部とを備え、
    前記位相シフト量はトルク指令値または電機子電流値のしきい値にて増加率が変化し、トルク指令値または電機子電流値の極性に応じて、
    すなわち、
    トルク指令値または電機子電流値が正の場合、極性判定部の出力は負(遅れ位相)、トルク指令値または電機子電流値が負の場合、極性判定部の出力は正(進み位相)、になるよう位相シフト量が演算される、
    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。
  2. 軟磁性材料からなる回転子表面の磁気抵抗が固定子側から見て回転方向に高低差を持つよう回転子内部に磁気絶縁手段を備えることで固定子の起磁力を磁気抵抗の低い部分である磁極を貫通させ回転子磁極を前記起磁力方向に回転移動するようなトルクが発生するリラクタンス型同期電動機と、前記回転子の回転子位置を検出する検出手段と、前記同期電動機に電流を流すために、前記回転子位置より電機子電流指令と回転子速度に応じた係数を乗じられた界磁電流指令をそれぞれ算出し加算することで電流指令値とする電流指令演算手段を具備する制御装置において、
    一定の界磁電流振幅を出力する界磁電流振幅演算部と、
    トルク指令値または電機子電流値の関数である界磁電流補償値を演算する界磁電流補償部を備え、
    前記界磁電流補償値はトルク指令値または電機子電流値のしきい値にて増加率が変化し、前記界磁電流振幅に前記界磁電流補償値を加算して界磁電流指令値とする、
    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。
  3. 電機子電流振幅は回転子速度の関数である電機子電流係数が乗じられ、
    前記電機子電流係数は1以下であり基底回転数以上で回転数に応じて減少することを特徴とする請求項1または2に記載のリラクタンス型同期電動機の制御装置。
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