JP4113726B2

JP4113726B2 - 同期電動機の制御装置

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Publication number: JP4113726B2
Application number: JP2002140314A
Authority: JP
Inventors: 明喜佐竹
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2002-05-15
Filing date: 2002-05-15
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2022-05-15
Also published as: JP2003333900A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同期電動機の制御装置、特に固定子巻線を複数持つ同期電動機の制御装置に関するものである。
【従来の技術】
従来より、工作機械等の様々な用途に同期電動機が利用されている。同期電動機は、制御装置により、回転を制御されているのであるが、そのような同期電動機の制御装置のブロック図を図７に示す。
【０００２】
同期電動機１０は、速度制御器１、Ｉ−Ｖ指令演算器６、電力変換器８、回転子位置検出手段１１、位置−速度演算器５、位相演算器４などから成る制御装置により制御される。図７において、ＳＶＣは速度指令値、ＳＩＱＣ０はｑ軸（トルク）電流指令値、ＳＩＤＣ０はｄ軸（界磁）電流指令値、ＳＶＵ、ＳＶＶ、ＳＶＷはそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値、ＳＰＨＳは位相値、ＳＰＤは回転子位置検出値、ＳＶＤは回転子速度検出値である。
【０００３】
速度制御器１は、上位制御器からの速度指令値ＳＶＣと回転子速度検出値ＳＶＤとの偏差を増幅器で増幅し、トルク指令値とするＰＩ制御器に代表されるような速度制御器である。また、速度制御器１ではトルク指令値またはｑ軸電流指令値ＳＩＤＣ０と、回転子速度ＳＶＤを参照して演算されるｄ軸電流指令値ＳＩＤＣ０が出力される。Ｉ−Ｖ指令演算器６は、電流−電圧（Ｉ−Ｖ）演算器であり、速度制御器１から出力されるｑ軸電流指令値ＳＩＤＣ０とｄ軸電流指令値ＳＩＤＣ０を位相演算器４から出力された位相値ＳＰＨＳを参照してそれぞれ２π／３の位相差を持つＵ相、Ｖ相、Ｗ相のｄ軸、ｑ軸電流指令値とした後、各相をベクトル合成演算することで、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の合成電流値とする。特に図示はしないが、電動機１０に印加される電流を検出するために設けられる電流検出手段により得られた各相電流検出値が、この電流−電圧（Ｉ−Ｖ）演算器６にフィードバックされ、ＰＩ演算器等の演算器により前記電流指令値との偏差を演算することで各相の電圧指令値ＳＶＵ、ＳＶＶ、ＳＶＷとする。電力変換器８は、電流−電圧（Ｉ−Ｖ）演算器６より出力された各相の電圧指令値ＳＶＵ、ＳＶＶ、ＳＶＷに基づいた電圧を電動機１０に印加することで電動機１０の各相巻線に電流を流す。通常、回転子位置検出手段１１は電動機１０の軸に直結で取り付けられ、回転子位置検出値ＳＰＤを位置−速度演算器５に出力する。位置−速度演算器５は回転子位置検出値ＳＰＤを微分等の演算処理を行うことで回転子速度検出値ＳＶＤとする。位相演算器４は、回転子位置検出手段１１から得られる回転子位置検出値ＳＰＤに基づきＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各ｑ軸電流指令値、ｄ軸電流指令値に応じた位相値ＳＰＨＳとして電流−電圧（Ｉ−Ｖ）演算器６に出力する。
【０００４】
制御される同期電動機は代表的なものに回転子表面に永久磁石を貼付した永久磁石（ＰＭ）型、永久磁石を軟磁性材で被覆した永久磁石内挿（ＩＰＭ）型、そして回転子を軟磁性材のみで構成するリラクタンス（ＲＭ）型があげられる。いずれの同期電動機も界磁成分であるｄ軸（界磁）電流を制御することで、定格回転数より上の領域まで回転することができるが、特に軟磁性材を回転子とするリラクタンス型同期電動機や永久磁石内挿型同期電動機の場合、回転数（周波数）が高くなるにつれ巻線インダクタンスが要因となる電圧降下が発生し、電源電圧の制限によりトルク低下が発生してしまい、さらにインダクタンス自体の変化（ｄ−ｑ軸のインダクタンス比の低下）によるトルク低下が発生し、高速領域での安定した出力を得ることが難しくなっている。
【０００５】
そこで高速領域での安定した制御性を求めるために、インダクタンスを下げる方法として電動機の巻線数を減らし低速領域で得られるトルクを犠牲にして高速域のトルク特性を改善するか、高速域と低速域を公知の技術であるＹ−Δ、巻線数の異なるＹ−Ｙ等の巻線切替技術により分け、高速域の特性を改善するという方法が用いられている。
【０００６】
また、リラクタンス力を利用するリラクタンス型、永久磁石内挿型同期電動機は回転子の表面に固定子巻線から見て回転方向に、回転子構造および固定子歯部の形状に起因するインダクタンス変化が発生し、これがインダクタンスに蓄えられるエネルギーの変化となりトルクリップルの原因になっている。
【０００７】
トルクリップルは工作機械の送り軸に利用した場合、リップルにより加工ワークに縞目になって現れたり、電動機駆動時の騒音、振動になって現れるため課題となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
リラクタンス力を利用したリラクタンス型、永久磁石内挿型同期電動機の場合、高速回転まで安定して回るような広帯域化を実現する場合、巻線インダクタンスが通常の永久磁石型同期電動機に比較して大きくなるため力率が低下し、駆動電圧が大きくなる傾向がある。力率の低下は無効電力成分が増大し電動機の効率が低下するという現象があり安定した制御が行えない原因にもなる。
【０００９】
また、リラクタンス力を利用するリラクタンス型、永久磁石内挿型同期電動機は回転子の表面に固定子巻線から見て回転方向に、回転子構造および固定子歯部の形状に起因するインダクタンス変化が発生し、これがインダクタンスに蓄えられるエネルギーの変化になるためトルクリップルの原因になっている。
【００１０】
本発明の目的は同期電動機、特にリラクタンス力を利用したリラクタンス型、永久磁石内挿型同期電動機における効率の良い広帯域化駆動が実現でき、低速回転時または高トルク発生時に低トルクリップルで安定した制御性が得られ、効率の向上ができる同期電動機の制御装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的は以下の手段により達成される。
【００１２】
本発明は、軟磁性材から成る固定子に巻回される主巻線と、同じく固定子に巻回される副巻線と、各巻線に電流を流すことにより回転する回転子と、を含む同期電動機を制御するための制御装置であって、前記同期電動機が発生すべきトルクを示す巻線重付値を、トルク指令値に応じたｑ軸電流指令値に基づいて演算する巻線重付値演算部と、主巻線および副巻線のｄｑ軸電流指令値を、巻線重付値に基づいて演算するｄｑ電流分配器と、主巻線に流れる電流および副巻線に流れる電流の位相差制御量を示す位相シフト量を、巻線重付値に基づいて演算する位相演算器と、を備え、前記ｄｑ電流分配器は、巻線重付値の変化に対して一定である巻線利用率係数に基づいて主巻線のｄｑ軸電流指令値を演算し、巻線重付値が所定の重付閾値以上であるときに巻線重付値の増加に対して値が増加する巻線利用率係数に基づいて副巻線のｄｑ軸電流指令値を演算し、前記位相演算器は、巻線重付値が所定の範囲内にあるときに巻線重付値が大きい程値が大きくなるよう前記位相シフト量を演算し、前記制御装置は、前記ｄｑ電流分配器によって演算されたｄｑ軸電流指令値に応じた電流が主巻線および副巻線に流れ、主巻線に流れる電流および副巻線に流れる電流の位相差が前記位相シフト量となるよう、主巻線および副巻線に電圧を与えることを特徴とする。
【００１３】
これにより、巻線重付値に応じて主巻線＋副巻線、または主巻線のみでの電動機の駆動が可能になる。また、この場合、主巻線を巻線数を減らした高速回転用巻線とし、副巻線を高速巻線用の補助的な巻線として扱うことで、高速駆動時は比較的トルクが必要ないため主巻線に接続する電力増幅器の容量も小さくて済む。また低速駆動時にトルクが必要な用途がある場合、副巻線に大容量の電力増幅器を接続することで、主巻線用電力増幅器と同時駆動が可能になり、より大トルクが得られる。高速駆動時は専用巻線（主巻線）になるため、インダクタンスによるインピーダンス電圧降下も少なく無効電力の低下するため安定した制御が得られる。さらに、巻線を短節巻もしくは、回転子の磁極中心を不等ピッチで構成したのと同等の効果が得られるため、トルクリップルを低減することができる。
【００１４】
また、本発明に係る制御装置においては、前記巻線重付値演算部は、ｑ軸電流指令値が所定の第１閾値以上のときにｑ軸電流指令値に対して増加関数となる第１関数と、前記同期電動機の回転子速度が所定の第２閾値以上のときに回転子速度に対して減少関数となる第２関数と、の積に基づいて巻線重付値を演算することが好適である。
【００１６】
以上のように、本発明によれば高速駆動時の効率の良い安定した制御が得られ、
なおかつ電動機のトルクリップルを低減する制御が可能になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態に係る同期電動機の制御装置を、図面を参照して説明する。なお、特に断らない限り図７に示す従来技術と同記号、番号の要素、信号等は同機能・性能を有するものである。
【００１８】
本発明の同期電動機の制御装置は、図１に一例として示す同期電動機を制御する。この電動機は、永久磁石を使わないリラクタンス力のみを利用するフラックスバリア型リラクタンス同期電動機である。固定子２１は、リング状のヨーク部２７から中心方向に複数のステータ極歯２８を延設した形状であり、ステータ極歯２８間のスロット２３には、主巻線２２Ａと副巻線２２Ｂが納められている。また、固定子２１のステータ極歯２８の内側には、回転子２９が配置されている。回転子２９は軸２５に固定され、軟磁性材から成る回転子構成体２４とその内部に設けられるスリット状の非磁性材部２６（空気、樹脂等）から構成される。図示する例は、主巻線と副巻線がそれぞれ１つの場合である。
【００１９】
図２は、本実施形態に係る同期電動機の制御装置の制御ブロック図である。この制御装置は、速度制御器１、ｄｑ電流分配器２、巻線重付値発生器３、位相演算器４ｄ、位置−速度演算器５、Ｉ−Ｖ指令演算器６，７、電力変換器８，９などを含んで構成される。この制御装置が行う処理について説明する。
【００２０】
速度制御器１は、図示されない上位制御装置から速度指令値ＳＶＣ、位置−速度演算器５から回転子速度検出値ＳＶＤを入力し、これらの差に基づき、ｑ軸電流指令値ＳＩＱＣ０、ｄ軸電流指令値ＳＩＤＣ０を演算する。
【００２１】
巻線重付値発生器３は、回転子速度検出値ＳＶＤとｑ軸（トルク）電流指令値ＳＩＱＣ０を入力し、これらに基づき、主巻線２２Ａおよび副巻線２２Ｂの巻線重付値ＳＭＯＤＥを演算し、この巻線重付値ＳＭＯＤＥをｄｑ電流分配器２および位相演算器４ｄに出力する。
【００２２】
ここで、巻線重付値発生器３が行う巻線重付値ＳＭＯＤＥの演算について説明する。巻線重付値発生器３には、図３（ａ），（ｂ）に示す特性を持つ２つの内部関数が記憶されている。図３（ａ）に示す内部関数は、ｑ軸電流指令値ＳＩＱＣ０を入力とし、その絶対値｜ＳＩＱＣ０｜に対応する係数ＳＫ１を出力する内部関数である。出力される係数ＳＫ１は、図示するように、絶対値｜ＳＩＱＣ０｜が０以上、しきい値ＳＩＱＣＯＴ以下の範囲では、一定値０．５であり、絶対値｜ＳＩＱＣ０｜がしきい値ＳＩＱＣＯＴを超える範囲では、絶対値｜ＳＩＱＣ０｜に対応して線形に増加する値である。また、図３（ｂ）に示す内部関数は、回転子速度検出値ＳＶＤを入力し、その絶対値｜ＳＶＤ｜に対応する係数ＳＫ２を出力する内部関数である。出力される係数ＳＫ２は、絶対値｜ＳＶＤ｜が０以上、しきい値ＳＶＤＴ以下の範囲では、一定値１．０であり、絶対値｜ＳＶＤＴ｜がしきい値ＳＩＱＣＯＴを超える範囲では、絶対値｜ＳＶＤＴ｜が大きくなるほど減少する値である。
【００２３】
これらの内部関数に、回転子速度検出値ＳＶＤとｑ軸（トルク）電流指令値ＳＩＱＣ０を入力して得られた係数ＳＫ１、ＳＫ２に基づき、巻線重付値ＳＭＯＤＥが演算される。巻線重付値ＳＭＯＤＥは、式（１）に示すように係数ＳＫ１とＳＫ２を乗じた値である。
【００２４】
【数１】
ＳＭＯＤＥ＝ＳＫ１＊ＳＫ２・・・（１）
【００２５】
巻線重付値ＳＭＯＤＥは、上述の２つの内部関数により特性が決定される。本実施形態では、トルクが必要な場合には、ｑ軸（トルク）電流指令値ＳＩＱＣ０が大きい場合には増加し、また、高速回転数で回る場合、即ち、回転子速度ＳＶＤが大きく、大きなトルクが必要とされない場合に低下するといった特性となる。すなわち、巻線重付値ＳＭＯＤＥは、電動機が必要としているトルクを示す指数となっている。なお、本実施形態では、上述した巻線重付値ＳＭＯＤＥの設定としているが、この巻線重付値ＳＭＯＤＥの関数は図３に示すものに限らず、任意に設定が可能である。つまり、電動機を利用方法、すなわち、主巻線、副巻線にどのような電流を流すかを考慮して設定すればよい。係数ＳＫ１、ＳＫ２のそれぞれにしきい値ＳＫＩＱＣＯＴ、ＳＶＤＴを調整することで、主巻線、副巻線の利用割合を調整し、電力増幅器８，９の容量や電動機１０の特性を所望の特性とすることができる。また、これらの記憶されている関数を外部から作業者が書き換えられるようにすれば、電動機の製造時に、電動機毎の特性に合わせて関数を調節することもできる。
【００２６】
次に、ｄｑ電流分配器２は、ｑ軸電流指令値ＳＩＱＣ０、ｄ軸電流指令値ＳＩＤＣ０と、前記巻線重付値ＳＭＯＤＥとに基づき、主巻線用ｑ軸電流指令ＳＩＱＣ１、ｄ軸電流指令ＳＩＤＣ１、および、副巻線用ｑ軸電流指令ＳＩＱＣ２、ｄ軸電流指令ＳＩＤＣ２を演算する。
【００２７】
このｄｑ電流分配器２が行う演算処理について詳しく説明する。ｄｑ電流分配器２には、図４（ａ），（ｂ）に示す特性の２つの関数が記憶されている。これらの関数は、巻線重付値ＳＭＯＤＥを入力して、それぞれ主巻線利用率ＳＫＩＣ１，副巻線利用率ＳＫＩＣ２を出力する。主巻線利用率ＳＫＩＣ１を出力する関数は、巻線重付値ＳＭＯＤＥに対して常に一定値１のＳＫＩＣ１を出力する。また、副巻線利用率ＳＫＩＣ２を出力する関数は、巻線重付値ＳＭＯＤＥが所定の閾値ＳＭＯＤＥＴ以下では０を出力するが、閾値ＳＭＯＤＥＴ以上では巻線重付値ＳＭＯＤＥに対応して線形に増加する値を出力する。
【００２８】
これらの関数に巻線重付値ＳＭＯＤＥが入力され、主巻線の利用率であるＳＫＩＣ１と、副巻線の利用率であるＳＫＩＣ２を演算する。そして、これらの利用率ＳＫＩＣ１，ＳＫＩＣ２とｑ軸電流指令値ＳＩＱＣ０、ｄ軸電流指令値ＳＩＤＣ０に基づき、主巻線および副巻線に印加されるｄ軸電流、ｑ軸電流の電流指令値ＳＩＱＣ１，ＳＩＤＣ１、ＳＩＱＣ２，ＳＩＤＣ２が、次式２，３で計算される。
【００２９】
【数２】
［ＳＩＱＣ１，ＳＩＤＣ１］＝ＳＫＩＣ１［ＳＩＱＣ０，ＳＩＤＣ０］・・・（２）
【００３０】
【数３】
［ＳＩＱＣ２，ＳＩＤＣ２］＝ＳＫＩＣ２［ＳＩＱＣ０，ＳＩＤＣ０］・・・（３）
【００３１】
ＳＫＩＣ１は常に１であるため、主巻線用の電流指令値ＳＩＱＣ１，ＳＩＤＣ１は、元の電流指令値ＳＩＱＣ０，ＳＩＤＣ０と同じ値となり、常に利用されている。また、副巻線用利用率は、巻線重付値ＳＭＯＤＥがしきい値ＳＭＯＤＥＴ以下では０であり、副巻線の電流指令値ＳＩＱＣ２，ＳＩＤＣ２は０となり副巻線は利用されず、巻線重付値ＳＭＯＤＥがしきい値ＳＭＯＤＥＴを超えると、所定値の電流指令値ＳＩＱＣ２，ＳＩＤＣ２を出力し副巻線を利用する。これらの演算された電流指令値ＳＩＱＣ１，ＳＩＤＣ１、ＳＩＱＣ２，ＳＩＤＣ２が、電流−電圧（Ｉ−Ｖ）指令演算器６、７に入力される。
【００３２】
また、位相演算器４ｄは、位置検出手段の出力ＳＰＤと、巻線重付値ＳＭＯＤＥが入力され、巻線重付値ＳＭＯＤＥより位相シフト量θshift を演算し、位置検出手段の出力である回転子位置ＳＰＤと位相シフト量θshiftに基づき、式（４），式（５）に従い位相演算を行う。回転子位置ＳＰＤは電動機極数の１／２の数値が乗じられ、任意の磁極位置調整値：αが加算される。この磁極位置調整値：αは電動機に印加する正弦波状の電流または電圧の位相と磁極の相対位置を調整するために用いられる。位相値ＳＰＨＳ１および位相値ＳＰＨＳ２には式（５ａ）または式（５ｂ）で示した関係があり、位相値ＳＰＨＳ１および位相値ＳＰＨＳ２には常に位相シフト量θshiftに応じた位相差がある。（ただし、位相シフト量θshiftは後述するように０になる場合もあり、その際位相差はない）位相値ＳＰＨＳ１および位相値ＳＰＨＳ２はそれぞれＩ−Ｖ指令演算器６，７に出力される。
【００３３】
【数４】
ＳＰＨＳ１＝ＭＯＤ［（Ｐ／２）＊ＳＰＤ＋α，２π］・・・（４）
ただし、Ｐ：電動機極数、α：磁極位置調整値
なお、関数ＭＯＤ［Ａ，Ｂ］は、ＡをＢで割ったときの余りを求める関数である。
【００３４】
【数５】
ＳＰＨＳ２＝ＳＰＨＳ１＋θshift ・・・（５ａ）
または
ＳＰＨＳ２＝ＳＰＨＳ１−θshift ・・・（５ｂ）
【００３５】
次に、上記式（４）の演算で用いられる位相シフト量θshiftの演算処理について説明する。位相演算器４ｄには、図５（ａ）に示す関数が記憶されている。この関数は、巻線重付値ＳＭＯＤＥを入力して、位相シフト量θshiftを出力する関数である。巻線重付値ＳＭＯＤＥが所定のしきい値ＳＭＯＤＥ１以下ではθshiftは０であり、しきい値ＳＭＯＤＥ１からしきい値ＳＭＯＤＥ２の範囲で増加し、しきい値ＳＭＯＤＥ２以上で一定値となる。この位相シフト量θshiftは、巻線重付値ＳＭＯＤＥが小さい場合、すなわち、必要なトルクが小さい場合、または、回転子速度ＳＶＤが大きい場合には、位相シフト量θshiftの値は０である。また、逆に巻線重付値ＳＭＯＤＥが大きい場合、すなわち、必要なトルクが大きい場合、または、回転子速度ＳＶＤが小さい場合には位相シフト量θshiftの値は大きい値となる。このような位相シフト量θshiftが演算され、式（４）および式（５ａ）、式（５ｂ）に従って演算された位相値ＳＰＨＳ１および位相値ＳＰＨＳ２がＩ−Ｖ指令演算器６，７に出力される。
【００３６】
主巻線用電流−電圧（Ｉ−Ｖ）指令演算器６は、ｄｑ電流分配器２から電流指令値ＳＩＱＣ１，ＳＩＤＣ１を入力し、また、位相演算器４ｄから得られる位相値ＳＰＨＳ１を入力し、これらに基づき、位相分配を行い、その後ベクトル合成演算を行い、電流−電圧（Ｉ−Ｖ）指令変換等の処理により、３相電圧指令ＳＶＵ１、ＳＶＶ１、ＳＶＷ１を演算する。また、副巻線用電流−電圧（Ｉ−Ｖ）指令演算器７は、同様に、ｄｑ電流分配器２から電流指令値ＳＩＱＣ２，ＳＩＤＣ２を入力し、また、位相演算器４ｄから位相値ＳＰＨＳ２を入力し、３相電圧指令ＳＶＵ２、ＳＶＶ２、ＳＶＷ２を演算する。
【００３７】
このときの主巻線用３相電圧指令ＳＶＵ１、ＳＶＶ１、ＳＶＷ１と副巻線用３相電圧指令ＳＶＵ２、ＳＶＶ２、ＳＶＷ２の関係を図５（ｂ）に示す。図には説明の便宜上、同相（たとえばＵ相）の主巻線用電圧指令値波形５２と副巻線用電圧指令値波形５３について図示する。図５（ｂ）からわかるように主巻線用電圧指令と副巻線用電圧指令は位相シフト量θshiftだけ位相がずれていることがわかる。本実施形態では、この位相ずれを設けることにより、トルクリップルを低減する効果が得られている。
【００３８】
主巻線用の電力変換器８は、３相電圧指令ＳＶＵ１、ＳＶＶ１、ＳＶＷ１に基づき、電圧増幅制御を行い、増幅した電圧を電動機１０の主巻線２２Ａに印加して、主巻線２２Ａに電流を流す。また、副巻線用の電力変換器９も、同様に、３相電圧指令ＳＶＵ２、ＳＶＶ２、ＳＶＷ２に基づき、電圧増幅制御を行い、増幅した電圧を電動機１０の副巻線２２Ｂに印加して、副巻線２２Ｂに電流を流す。電力変換器８，９から供給される電流により、主巻線２２Ａ、副巻線２２Ｂは磁束を発生する。図６は、主巻線２２Ａおよび副巻線２２Ｂが発生する磁束の動作ベクトル図である。主巻線２２Ａのｄ−ｑ軸（ｄ１、ｑ１軸）と副巻線２２Ｂのｄ−ｑ軸（ｄ２、ｑ２軸）がそれぞれに電流指令され、その磁束が相互に合成されて回転子に作用する磁束φ０が生成される。なお、主巻線と副巻線は巻回数が異なる場合が多く、そのため主巻線、副巻線の各ｄ、ｑ軸インダクタンスはそれぞれ異なる。したがって、巻線重付値発生部３、ｄｑ電流分配器２、位相演算器４ｄの各関数を設定する際には、電流指令はそのインダクタンスの相違を考慮し、回転子に作用する磁束が所望の位相となるように関数を調節して設定する必要がある。
【００３９】
上記説明した本実施形態の同期電動機の制御装置では、ｑ軸電流指令値ＳＩＱＣ０、速度検出値ＳＶＤなどの電動機を駆動するための指令情報に基づき、巻線重付値を演算する巻線重付値発生部３と、巻線重付値と電流指令値に基づき、各巻線の電流指令値を演算するｄｑ電流分配器２と、を備えている。このため、電動機へ与えられる指令値や電動機の状況に応じて、２つの巻線に流れる電流を好適に設定することができる効果がある。例えば、本実施形態のように、巻線重付値が大きいときには、主巻線だけでなく副巻線にも電流を流すように設定すれば、リラクタンス力を利用したリラクタンス型、永久磁石内挿型同期電動機の場合でも、高速回転まで安定して回るような広帯域化を実現でき、かつ効率良く制御できるようになる。これは、回転子速度ＳＶＤが低く、トルクが必要（＝ｑ軸（トルク）電流指令値ＳＩＱＣ０）が大きい場合には、主巻線と副巻線に接続された電力増幅器容量和での駆動が可能であることを意味しており、高トルクが得られることになる。逆に回転子速度ＳＶＤが低く、トルクがあまり必要ではない場合には、主巻線のみで駆動され、主巻線（＝高速巻線）と主巻線線用電力増幅器で駆動されるため無駄な電力が発生しない。
【００４０】
また、軟磁性材から成る固定子歯部と回転子の間にあるインダクタンスに蓄えられる磁気エネルギーの回転子方向への変化は、トルクリップルとして現れ、特に発生トルクが大きい（固定子−回転子間の磁気エネルギーが大きい）場合、前記インダクタンスに蓄えられる磁気エネルギーも大きくなり、回転方向への磁気エネルギー変化も大きくなるのでトルクリップルも大きくなる。
【００４１】
実施形態では、この問題を解決するために、巻線重付値に対応した位相シフト量θshiftを演算する位相演算器を備え、この位相シフト量だけ位相がずれた電流を各巻線に流している。主巻線と副巻線の電流に位相シフト量θshiftを与えることにより、固定子−回転子間の回転方向のインダクタンス変化リップルの位相をシフトして相殺することで低減することができる効果がある。
【００４２】
また、公知の技術である固定子巻線を短節巻で製作する手法や、回転子の磁極の中心ピッチ角度をシフトする手法も、同様な効果を得るものであるが、これらの技術では、一度作成した後には位相シフト量θshiftは変更が不可である。それに対して、本実施形態では位相シフト量θshiftは任意に設定が可能でありため、電動機毎に設定すれば、電動機の製造個体差により相違するトルクリップルにも対応が容易になっている。また、この位相シフト量θshiftの設定にあたっては、巻線重付値ＳＭＯＤＥが低い場合、すなわち回転子速度ＳＶＤが大きい場合に限ってはトルクリップルの周波数成分が制御装置もしくは電動機の動作帯域より外れてしまうため、電流の位相をシフトして磁束効率を低下させる必要がないため位相シフト量θshiftは０に設定しても構わない。
【００４３】
なお、以上の説明では、リラクタンス型同期電動機を例にとり説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、他の種類の回転機にも適用可能である。また、リニア型同期電動機にも適用することもできる。また、副巻線と副巻線用電力増幅器を用いて回生動作を行うように設定すれば、副巻線にて主巻線が発生した磁束を利用した発電が行えることとなり、発電電力を電源に回生し、効率良くエネルギーを利用することもできる。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、２つの巻線に流れる電流を好適に設定することができる効果がある。これにより、リラクタンス力を利用したリラクタンス型、永久磁石内挿型同期電動機の場合でも、高速回転まで安定して回るような高帯域化を実現でき、かつ効率良く制御できるようになる。
【００４５】
また、低速回転時や高トルク発生時に低トルクリップルで安定した制御性が得られる同期電動機の制御装置が得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の同期電動機の制御装置が適用される同期電動機例である。
【図２】本発明の同期電動機の制御装置の実施形態を示す説明図である。
【図３】本発明の同期電動機の制御装置の巻線重付値発生器の関数例を示す説明図である。
【図４】本発明の同期電動機の制御装置のｄｑ電流分配器の関数例を示す説明図である。
【図５】本発明の同期電動機の制御装置の主巻線、副巻線の電流位相シフトを示す説明図である。
【図６】本発明の同期電動機の制御装置のベクトル図を示す説明図である。
【図７】従来の同期電動機の制御装置形態を示す説明図である。
【符号の説明】
１速度制御器、２ｄｑ電流分配器、３巻線重付値発生器、４位相演算器、４ｄ位相演算器（位相シフト機能）、５位置−速度演算器、６電流−電圧（Ｉ−Ｖ）演算器１、７電流−電圧（Ｉ−Ｖ）演算器２、８電力変換器１、９電力変換器２、１０同期電動機、１１回転子位置検出手段、ＳＭＯＤＥ巻線重付値。

Claims

軟磁性材から成る固定子に巻回される主巻線と、同じく固定子に巻回される副巻線と、各巻線に電流を流すことにより回転する回転子と、を含む同期電動機を制御するための制御装置であって、
前記同期電動機が発生すべきトルクを示す巻線重付値を、トルク指令値に応じたｑ軸電流指令値に基づいて演算する巻線重付値演算部と、
主巻線および副巻線のｄｑ軸電流指令値を、巻線重付値に基づいて演算するｄｑ電流分配器と、
主巻線に流れる電流および副巻線に流れる電流の位相差制御量を示す位相シフト量を、巻線重付値に基づいて演算する位相演算器と、
を備え、
前記ｄｑ電流分配器は、
巻線重付値の変化に対して一定である巻線利用率係数に基づいて主巻線のｄｑ軸電流指令値を演算し、巻線重付値が所定の重付閾値以上であるときに巻線重付値の増加に対して値が増加する巻線利用率係数に基づいて副巻線のｄｑ軸電流指令値を演算し、
前記位相演算器は、
巻線重付値が所定の範囲内にあるときに巻線重付値が大きい程値が大きくなるよう前記位相シフト量を演算し、
前記制御装置は、
前記ｄｑ電流分配器によって演算されたｄｑ軸電流指令値に応じた電流が主巻線および副巻線に流れ、主巻線に流れる電流および副巻線に流れる電流の位相差が前記位相シフト量となるよう、主巻線および副巻線に電圧を与えることを特徴とする同期電動機の制御装置。
前記巻線重付値演算部は、
ｑ軸電流指令値が所定の第１閾値以上のときにｑ軸電流指令値に対して増加関数となる第１関数と、前記同期電動機の回転子速度が所定の第２閾値以上のときに回転子速度に対して減少関数となる第２関数と、の積に基づいて巻線重付値を演算することを特徴とする請求項１に記載の同期電動機の制御装置。