JP2004032944A

JP2004032944A - 同期電動機の制御装置及び同期電動機

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Publication number: JP2004032944A
Application number: JP2002188205A
Authority: JP
Inventors: Akiyoshi Satake; 佐竹　明喜
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2002-06-27
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2022-06-27
Also published as: JP4234359B2

Abstract

【課題】電動機効率が良く、しかもトルクリップルの低い制御性の良い同期電動機の制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】電動機１０に印加するための電流指令振幅値ＳＩＱＣ，ＳＩＤＣ、回転子位置検出値ＳＶＤ、回転子速度検出値ＳＰＤをそれぞれ参照して同期周波数と複数の任意高次周波数の電圧補償値ＳＶＢＣＣ，ＳＶＡＣＣをそれぞれ演算し加算合成する高調波電圧補償値演算部１６を備え、この高調波電圧補償値演算部１６で演算された電圧補償値ＳＶＢＣＣ，ＳＶＡＣＣを電圧指令値ＳＶＵ，ＳＶＶ，ＳＶＷに加算する。
【選択図】　　　　図１

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同期電動機の制御装置に関するものであり、特に電動機に印加する電圧の補償制御技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６に一般的な工作機械の送り軸制御や主軸用に適用される電動機の制御ブロック図を示す。
【０００３】
図６において、１は速度制御器、２はトルク−電流変換器、３は電流制御器、４はｄ−ｑ軸座標変換器、５はα−β軸座標変換器、６は位相演算器、７は３／２変換部、８は２／３変換部、９は電力変換器、１０は同期電動機、１１は検出器、１２は位置−速度変換部、１３は電流センサ、１４は加算器である。
【０００４】
次に、指令系について説明する。速度制御器１には、図示を略する上位制御器から速度指令値ＳＶＣと、位置−速度変換部１２から回転子速度検出値ＳＶＤとが与えられ、その誤差を図示を略するＰＩ制御器で演算することによってトルク指令値ＳＴＣが得られる。
【０００５】
このトルク指令値ＳＴＣは、トルク−電流変換器２でｄ軸電流指令振幅値ＳＩＤＣとｑ軸電流指令振幅値ＳＩＱＣとに変換される。
【０００６】
電流制御器３には、上述したｄ軸電流指令振幅値ＳＩＤＣとｑ軸電流指令振幅値ＳＩＱＣとが入力されると共に、ｄ−ｑ軸座標変換器４から出力されたｄ軸電流検出値ＳＩＤＤとｑ軸電流検出値ＳＩＱＤとが入力され、それぞれの軸の指令値と検出値の誤差とがＰＩ制御器を介して、ｄ軸電圧指令値ＳＶＤＣとｑ軸電圧指令値ＳＶＱＣとに変換される。
【０００７】
ここで、ｄ軸電流指令振幅値ＳＩＤＣとｑ軸電流指令振幅値ＳＩＱＣ、ｄ軸電流検出値ＳＩＤＤとｑ軸電流検出値ＳＩＱＤ、ｄ軸電圧指令値ＳＶＤＣとｑ軸電圧指令値ＳＶＱＣは回転子座標（ｄ−ｑ軸）なので、実際に電動機１０に電流を流すためには固定子座標（α−β軸）に変換を行う必要がある。
【０００８】
そこで、α−β軸座標変換器５によって、固定子座標のα軸電圧指令値ＳＶＡＣとβ軸電圧指令値ＳＶＢＣとに変換される。この座標変換には、位相演算器６の出力であるＣＯＳ（ＳＰＤ）とＳＩＮ（ＳＰＤ）を使用する。尚、ＣＯＳは余弦関数、ＳＩＮは正弦関数を意味し、引数のＳＰＤは回転子位置検出手段としての検出器１１の出力、即ち、回転子位置検出値ＳＰＤを使用する。
【０００９】
また、電動機１０の制御は３相制御を前提としているため、２相指令値であるα軸電圧指令値ＳＶＡＣ、β軸電圧指令値ＳＶＢＣを３相変換する必要があり、２／３変換部８にてＵ相電圧指令値ＳＶＵ、Ｖ相電圧指令値ＳＶＶ、Ｕ相電圧指令値ＳＶＷとし、インバータ等に代表される電力変換器９を介して各相の電圧を電動機１０に印加することによって、実際に電動機１０が駆動する。
【００１０】
次に検出系を説明する。電動機１０には回転子位置検出手段である検出器１１が取り付けられており、この検出器１１よって回転子位置検出値ＳＰＤが得られる。回転子位置検出値ＳＰＤは、位置−速度変換部１２によって回転子速度ＳＶＤに変換され、上述したように、この回転子速度ＳＶＤが速度制御器１に出力される。
【００１１】
電流検出は、電流センサ１３により行われ２相分（例えば、Ｕ相電流検出値ＳＩＵＤ、Ｖ相電流検出値ＳＩＶＤ）を検出し、加算器１４にて残りの相（Ｗ相電流検出値ＳＩＷＤ）を演算し、３相の電流検出値を３／２変換部７へ出力する。
【００１２】
３／２変換部７は２相変換された固定子座標のα軸電流検出値ＳＩＡＤとβ軸電流検出値ＳＩＢＤをｄ−ｑ軸座標変換器４へ出力する。
【００１３】
ｄ−ｑ軸座標変換器４は位相演算器６の出力であるＣＯＳ（ＳＰＤ）とＳＩＮ（ＳＰＤ）とを使用して回転子座標のｄ軸電流検出値ＳＩＤＤ、ｑ軸電流検出値ＳＩＱＤへ変換する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、永久磁石を回転子の表面に貼り付けた構造を採用する永久磁石電動機は、その永久磁石の形状に工夫を凝らすことによって永久磁石磁束による誘起電圧の形状が正弦波状になるようにしている。
【００１５】
これは、電動機１０を駆動する電流（または電圧）波形が正弦波形状を基本としているためであり、これにより効率良く、またトルクリップルの低い特性が得られることは周知である。
【００１６】
しかし、リラクタンス型電動機（ＲＭ）やリラクタンストルクと永久磁石型トルクを利用する永久磁石内装型電動機（ＩＰＭ）は、その構造上、回転子表面が軟磁性材で覆われており、回転子表面の磁束がパーミアンスが大きい場所に集中してしまうために誘起電圧（またはＲＭの場合、励磁電圧）波形が正弦波状にならないうえ、回転子の位置により回転方向に高調波を含んだ波形で周期的に変化する。
【００１７】
この波形は、基本波（同期周波数）に対して複数次の高調波を含んだ波形になることが実験的に解っている。
【００１８】
この原因は、回転子形状による固定子間のパーミアンス変化と、永久磁石内挿型電動機（ＩＰＭ）の場合、永久磁石による回転子表面の磁束分布が回転方向に対して磁極性（Ｎ／Ｓ）の切り替わり部分に集中し易いという性質に起因する。この高調波を含んだ誘起電圧（ＲＭの場合、励磁電圧）は、制御電流波形に高調波電流成分として現れ、鉄損の増大につながっている。
【００１９】
このような鉄損は、周波数が高くなるほど大きくなるため、より周波数の高い高調波電流は電動機駆動時の効率低下の原因となる。
【００２０】
また、高調波電流により駆動電流の波形率が悪くなることで電動機のトルクリップルの原因となるため、高調波電流成分が少ないということは、電動機の効率も良くトルクリップルも低くなるということを意味する。そのため制御性が良くなる。
【００２１】
本発明は、上述した事情から成されたものであり、電動機効率が良く、しかもトルクリップルの低い制御性の良い同期電動機の制御装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
その目的を達成するため、本発明の同期電動機の制御装置は、軟磁性体または硬磁性体で構成され回転方向に固定子巻線から見てインダクタンス変化がある回転子を持つ電動機を制御する同期電動機の制御装置において、該電動機に印加する電流指令振幅値と、回転子位置検出手段から得られる回転子位置検出値と、回転子速度検出手段から得られる回転子速度検出値とを参照し、同期周波数と複数の任意高次周波数の電圧補償値をそれぞれ演算し加算・合成する高調波電圧補償値演算部を備え、該高調波電圧補償値演算部で演算された電圧補償値を電圧指令値に加算することを特徴とする。
【００２３】
また、前記高調波電圧補償値演算部で演算される電圧補償値は、同期周波数と複数の任意高次周波数が任意設定されるしきい値周波数以下の周波数について演算・合成されることを特徴とする。
【００２４】
さらに、固定子座標であるα−β軸について各々について演算されα軸高調波電圧補償値およびβ軸高調波電圧補償値として、それぞれα軸電圧指令値およびβ軸電圧指令値に補償されることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の同期電動機は、速度制御器から出力されたトルク指令値がトルク−電流変換器で電流指令振幅値に変換され、該電流指令振幅値を電圧指令値に変換した上で電圧が印加される同期電動機において、前記電流指令振幅値を取得すると共に回転子の回転位置に基づく回転子位置検出値と前記回転子の回転速度に基づく回転子速度検出値とを参照して高調波電圧補償値が高調波電圧補償値演算部によって演算され、該高調波電圧補償値演算部から出力された高調波電圧補償値を前記電流指令振幅値から前記電圧指令値へと変換する過程で加算した補償後電圧指令値とした上で補償後電圧が印加されることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の同期電動機は、速度制御器から出力されたトルク指令値がトルク−電流変換器で２相のｄ軸電流指令振幅値とｑ軸電流指令振幅値に変換され、該ｄ軸電流指令振幅値とｑ軸電流指令振幅値をα軸電圧指令値とβ軸電圧指令値とに変換した後に、該α軸電圧指令値とβ軸電圧指令値とを相変換部によって３相の電圧指令値に変換した上で電力変換器を介して各相の電圧が印加される同期電動機において、前記ｄ軸電流指令振幅値とｑ軸電流指令振幅値とを取得すると共に回転子の回転位置に基づく回転子位置検出値と前記回転子の回転速度に基づく回転子速度検出値とを参照してα軸高調波電圧補償値とβ軸高調波電圧補償値とが高調波電圧補償値演算部によって演算され、該高調波電圧補償値演算部から出力されたα軸高調波電圧補償値とβ軸高調波電圧補償値とをα軸電圧指令値とβ軸電圧指令値とい加算して補償後α軸電圧指令値と補償後β軸電圧指令値とを相変換部によって３相の電圧指令値に変換した上で電力変換器を介して各相の補償後電圧が印加されることを特徴とする。
【００２７】
さらに、本発明の同期電動機は、前記高調波電圧補償値演算部は、前記ｄ軸電流指令振幅値から求めたｄ軸磁束値を出力するｄ軸磁束演算器と、前記ｑ軸電流指令振幅値から求めたｑ軸磁束値を出力するｑ軸磁束演算器と、前記回転子速度検出値から角周波数を生成する単位変換器と、前記ｄ軸磁束値と前記ｑ軸磁束値の各々に前記角周波数を乗じてｄ軸基本電圧補償振幅値とｑ軸基本電圧補償振幅値とを出力する乗算器と、前記角周波数を基本波として前記回転子位置検出値から求められた高次数の角周波数を予め設定されたしきい値角周波数と比較した後にその比較後の高次数の角周波数を使用して前記ｄ軸基本電圧補償振幅値並びに前記ｑ軸基本電圧補償振幅値から前記α軸高調波電圧補償値と前記β軸高調波電圧補償値とを演算する高次数電圧補償値合成器とを備えていることを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の同期電動機の制御装置に係る実施の形態を図１乃至図５に基づいて説明する。
【００２９】
図１は本発明の同期電動機の制御装置としての工作機械の送り軸制御や主軸用に適用される電動機の制御ブロック図である。
【００３０】
図１において、１は速度制御器、２はトルク−電流変換器、３は電流制御器、４はｄ−ｑ軸座標変換器、５はα−β軸座標変換器、６は位相演算器、７は３／２変換部、８は２／３変換部、９は電力変換器、１０は同期電動機、１１は検出器、１２は位置−速度変換部、１３は電流センサ、１４は加算器、１５はα−β軸座標変換器５と２／３変換部加算器８との間に設けられた加算器、１６は高調波電圧補償値演算部である。
【００３１】
この高調波電圧補償値演算部１６には、回転子座標（ｄ−ｑ軸）のｄ軸電流指令振幅値（電流指令振幅値）ＳＩＤＣ並びにｑ軸電流指令振幅値（電流指令振幅値）ＳＩＱＣが入力される。また、高調波電圧補償値演算部１６には、回転子位置検出値ＳＰＤと、この回転子位置検出値ＳＰＤに基づく回転子速度検出値ＳＶＤとが入力される。
【００３２】
高調波電圧補償値演算部１６からは、α軸高調波電圧補償値ＳＶＡＣＣとβ軸高調波電圧補償値ＳＶＢＣＣとが出力され、加算器１５を介してα−β軸座標変換器５から出力されたα軸電圧指令値ＳＶＡＣ並びにβ軸電圧指令値ＳＶＢＣに加算される。これにより、２／３変換部８には、補償後α軸電圧指令値ＳＶＡＤＣと補償後β軸電圧指令値ＳＶＢＤＣとが入力される。
【００３３】
なお、詳細は後述するがα軸高調波電圧補償値ＳＶＡＣＣとβ軸高調波電圧補償値ＳＶＢＣＣとは、角軸基本波（＝同期周波数）と複数の任意高調波成分（任意高次周波数）とを合成した電圧補償値である。
【００３４】
図２は、本発明が適用される電動機１０の説明図である。
【００３５】
この図２において、２１は固定子、２２は固定子巻線、２３はスロット、２４は軸、２５は永久磁石、２６は回転子である。
【００３６】
固定子２１は珪素鋼板に代表されるような軟磁性材でありスロット２３が設けられ、その内に固定子巻線２２が収められている。固定子２１の内側には固定子２１と同材料でできた回転子２６が収められ、回転子２６は軸２４に固定されており軸２４を中心に回転する構造である。
【００３７】
回転子２６内には空隙が設けられ内部に永久磁石２５が固定される。図２中の永久磁石２５は、交互に逆向きの矢印Ｍｆで示した着磁方向となっており、固定子２１の固定子巻線２２に電流を流さない状態では、磁気ループＭＬで示した磁束の流れができている。
【００３８】
図３は、図２に示した電動機１０を回転させた場合に発生する誘起電圧のグラフ図を示す。
【００３９】
図３（ａ）は相電圧の例であり、実線で示す波形３１をＵ相電圧、破線で示す波形３２はＶ相電圧と仮定する。図３（ａ）からもわかるように、各相電圧は３相の場合、それぞれが２π／３ラジアンだけ位相がずれている。また、図３（ａ）の縦軸の０（零）よりも上側を正、下側を負とすると、誘起電圧のゼロクロス部分がちょうど永久磁石の極性（Ｎ／Ｓ極）の切り替わり部分である。
【００４０】
図３（ｂ）は電動機の巻線をＹ結線にした場合のＵ−Ｖ相間：線間電圧波形のグラフ図であり、図３（ａ）に示したＵ相誘起電圧とＶ相誘起電圧とを合成した波形になる。ここで、同期周波数（＝基本波成分）に対して高調波が重畳しているため、正弦波状の波形にはなっていない。（図では３次または５次の高調波成分が顕著である。）
【００４１】
尚、図３では説明の便宜上、模式的な波形を示したが実際には、図３（ａ）、図３（ｂ）の双方共、より次数の高い高調波が含まれていることが多く、これが鉄損の原因となり発熱量が大きくなることで電動機効率が低下するという問題が発生する。また誘起電圧が制御電流波形に影響し、波形率の低下の原因となりトルクリップルとなり駆動時の騒音や工作機械の送り軸に適用した場合、加工面に縞目となって現れるため問題になることがある。
【００４２】
図４は図１で示した高調波電圧補償値演算部１６の一例を示すブロック図である。
【００４３】
図４において、４１はｄ軸磁束演算器、４２はｑ軸磁束演算器、４３は乗算器、４４は乗算器、４５は単位変換器、４６は次数発生器、４７は次数判定部、４８は高次位相発生部、４９は高次数電圧補償値合成器である。
【００４４】
回転子座標のｄ軸電流指令振幅値ＳＩＤＣがｄ軸磁束演算器４１に入力され、ｄ軸磁束演算器４１では、ｄ軸電流指令振幅値ＳＩＤＣの電流の大きさを考慮したインダクタンス推定値や、永久磁石の磁束を考慮した磁束推定値を基に回転子ｄ軸磁束を推定し、ｄ軸磁束値ＳＰＨＩＤとして出力される。
【００４５】
同様に回転子座標のｑ軸電流指令振幅値ＳＩＱＣがｑ軸磁束演算器４２に入力され、ｑ軸磁束演算器４２では、ｑ軸電流指令振幅値ＳＩＱＣの電流の大きさを考慮したインダクタンス推定値を基に回転子ｑ軸磁束を推定し、ｑ軸磁束値ＳＰＨＩＱとして出力される。
【００４６】
回転子速度検出値ＳＶＤは、単位変換器４５により単位変換され角周波数ＳＯＭＥＧＡとして出力される。ｄ軸磁束値ＳＰＨＩＤとｑ軸磁束値ＳＰＨＩＱは角周波数ＳＯＭＥＧＡが乗算器４３、４４によりそれぞれ乗じられることにより、回転子座標のｄ軸基本電圧補償振幅値ＳＶＥＤとｑ軸基本電圧補償振幅値ＳＶＥＱが高次数電圧補償値合成器４９に出力される。
【００４７】
また、回転子位置検出値ＳＰＤは次数発生器４６に出力される。次数発生器４６には予め基本波に対する次数ＤＥＧとその次数に対する振幅ＡＭＰが設定されており、次数は１〜ｎ（ｎは整数）までの任意の次数が設定可能である。
【００４８】
誘起電圧の高調波の次数は１〜ｎ（ｎは整数）の全て演算しても良いが、経験上、上位数個の次数を選択するのみで良い。これは高調波が全ての次数を含んでいないのと演算を簡便にするためであるが、これだけでも充分期待する効果が得られる。
【００４９】
次数発生器４６から出力される基本波に対する次数ＤＥＧとその次数に対する振幅ＡＭＰは次数判定部４７に出力される。
【００５０】
次数判定部４７には単位変換器４５で演算された角周波数ＳＯＭＥＧＡが入力されており、角周波数ＳＯＭＥＧＡを基本波として次数発生器４６から出力される基本波に対する次数ＤＥＧを使用して、角周波数ＳＯＭＥＧＡ＊次数ＤＥＧとすることで高次数の角周波数（ＳＯＭＥＧＡ）ｎを演算する。ここで添え字のｎは次数を意味（以下同）しており、この時点で高次数の角周波数（ＳＯＭＥＧＡ）ｎは１つではなく、次数発生器４６で選択された１〜ｎ（ｎは整数）の複数の任意次数である。
【００５１】
ここで、高次数の角周波数（ＳＯＭＥＧＡ）ｎと予め次数判定部４７内に設定してあるしきい値角周波数（しきい値周波数）ＳＯＭＥＧＡＣとを比較し、高次数の角周波数（ＳＯＭＥＧＡ）ｎがしきい値角周波数ＳＯＭＥＧＡＣ以下であれば、そのｎ次の次数と振幅［ＤＥＧ，ＡＭＰ］ｎは高次位相発生部４８に出力されるが、ｎがしきい値角周波数ＳＯＭＥＧＡＣ以上の場合、高次位相発生部４８に出力されない。
【００５２】
このようにしきい値を設けるのは電動機１０（又は制御装置）の伝達関数が高い周波数に応答しないためであり、応答不能な周波数の指令を加えることで制御系が不安定になるのを避けるということと、無駄な補償のための処理時間を省くのに有用である。
【００５３】
よって、このしきい値角周波数ＳＯＭＥＧＡＣは電動機１０（又は制御装置）の伝達関数に依存しており、使用する電動機１０（又は制御装置）により任意に設定を行うことができる。
【００５４】
このように次数判定部４７によりフィルタリングされたｎ次の次数と振幅である［ＤＥＧ，ＡＭＰ］ｎは高次位相発生部４８でＡＭＰｎ＊ＣＯＳ（ＤＥＧｎ＊ＳＰＤ）、およびＡＭＰｎ＊ＳＩＮ（ＤＥＧｎ＊ＳＰＤ）を演算し、高次数電圧補償値合成器４９へ出力される。なお、前式のＳＩＮは正弦関数であり、ＣＯＳは余弦関数である。
【００５５】
高次数電圧補償値合成器４９は回転子座標のｄ軸基本電圧補償振幅値ＳＶＥＤとｑ軸基本電圧補償振幅値ＳＶＥＱを高次位相発生部４８から出力されたＡＭＰｎ＊ＣＯＳ（ＤＥＧｎ＊ＳＰＤ）、およびＡＭＰｎ＊ＳＩＮ（ＤＥＧｎ＊ＳＰＤ）を使用して、固定子座標のα軸高調波電圧補償値ＳＶＡＣＣとβ軸高調波電圧補償値ＳＶＢＣＣを演算する。
【００５６】
よって、α軸高調波電圧補償値ＳＶＡＣＣを例にあげると、
ＳＶＡＣＣ＝Σ［ＳＶＥＤ＊ＡＭＰｎ＊ＣＯＳ（ＤＥＧｎ＊ＳＰＤ）］…（１）
となっている。
【００５７】
また、同様にβ軸高調波電圧補償値ＳＶＢＣＣは、
ＳＶＢＣＣ＝Σ［ＳＶＥＱ＊ＡＭＰｎ＊ＳＩＮ（ＤＥＧｎ＊ＳＰＤ）］…（２）
となる。
【００５８】
ここで、高次数電圧補償値合成器４９ではｄ−ｑ軸回転子座標からα−β軸固定子座標に変換されており、ｎ次の振幅ＡＭＰｎは基本波振幅に対する割合を意味していることが式（１），式（２）からわかる。
【００５９】
図５は、本発明の効果の一例を示したグラフ図であり、１相あたりの電流指令波形および応答波形を示している。
【００６０】
電流指令波形５０に対し、波形５２は従来例で示した同期電動機の制御装置で電動機に電流を印加した場合の電流検出値、波形５１は本発明を適用した場合の電流検出値である。
【００６１】
波形５２には基本波に対して高調波が重畳されており、この高調波成分が鉄損の原因となり発熱量が大きくなることで電動機効率が低下し、誘起電圧が制御電流波形に影響しトルクリップルとなり駆動時の騒音や工作機械の送り軸に適用した場合、加工面に縞目となって現れるため問題になる。
【００６２】
波形５１では高調波成分が低減しており、なおかつ電流指令値５０に対して位相遅れも少なくなっており制御性も向上していることがわかる。
【００６３】
尚、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、主旨を逸脱しない範囲で下記のような変形を行うことが可能である。
【００６４】
高調波電圧補償値演算部１６内で回転子座標のｄ−ｑ軸（または固定子座標のα−β軸）の両方について演算を行ったがｄ軸もしくはｑ軸の片方だけを演算しても良い。
【００６５】
高調波電圧補償値演算部１６内で回転子座標のｄ−ｑ軸（または固定子座標のα−β軸）のそれぞれの軸について次数発生器４６、次数判定部４７、高次位相発生部４８を設けて、各軸ごとに必ずしも次数が一致する必要はない。
【００６６】
高調波電圧補償値ＳＶＢＣＣ、ＳＶＡＣＣを独立して３相変換し、３相電圧指令値ＳＶＵ、ＳＶＶ、ＳＶＷに補償を行っても良い。
【００６７】
回転機で説明したがリニア型電動機に適用しても良い。
【００６８】
電動機１０の巻線方式をＹ結線で説明したがΔ結線に適用しても良い。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の同期電動機の制御装置によれば、軟磁性体または硬磁性体で構成され回転方向に固定子巻線から見てインダクタンス変化がある回転子を持つ電動機を制御する同期電動機の制御装置において、該電動機に印加する電流指令振幅値と、回転子位置検出手段から得られる回転子位置検出値と、回転子速度検出手段から得られる回転子速度検出値とを参照し、同期周波数と複数の任意高次周波数の電圧補償値をそれぞれ演算し加算合成する高調波電圧補償値演算部を備え、該高調波電圧補償値演算部で演算された電圧補償値を電圧指令値に加算する手段を備え、また、高調波電圧補償値演算部で演算される電圧補償値は、同期周波数と複数の任意高次周波数が任意に設定されるしきい値周波数以下の周波数について演算・合成されることにより、電動機効率が良く、しかもトルクリップルの低い制御性の良い同期電動機の制御装置とすることができる。
【００７０】
また、高調波電圧補償値演算部で演算される電圧補償値は、固定子座標であるα−β軸について各々について演算されα軸高調波電圧補償値およびβ軸高調波電圧補償値として、それぞれα軸電圧指令値およびβ軸電圧指令値に補償されることにより、電動機に印加される電流の高調波成分が低減し、鉄損が低下することで電動機効率が向上するばかりでなく、トルクリップルも低下するため電動機の制御性を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の同期電動機の制御装置の実施の形態を示し、制御装置のブロック図である。
【図２】本発明の同期電動機の制御装置が適用される電動機の説明図である。
【図３】本発明の同期電動機の制御装置が適用される電動機の誘起電圧波形を示し、（ａ）は相電圧のグラフ図、（ｂ）は電動機の巻線をＹ結線にした場合のＵ−Ｖ相間：線間電圧波形のグラフ図である。
【図４】本発明の同期電動機の制御装置を示し、高調波電圧補償値演算部のブロック図である。
【図５】本発明の同期電動機の制御装置の効果を示すグラフ図である。
【図６】従来の同期電動機の制御装置を示し、制御装置のブロック図である。
【符号の説明】
１　速度制御器、２　トルク−電流変換器、３　電流制御器、４　ｄ−ｑ軸座標変換器、５　α−β軸座標変換器、６　位相演算器、７　３／２変換部、８　２／３変換部、９　電力変換器、１０　同期電動機、１１　検出器、１２　位置−速度変換部、１３　電流センサ、１４　加算器、１５　加算器、１６　高調波電圧補償値演算部、２１　固定子、４１　ｄ軸磁束演算器、４２　ｑ軸磁束演算器、４３　乗算器、４４　乗算器、４５　単位変換器、４６　次数発生器、４７次数判定部、４８　高次位相発生部、４９　高次数電圧補償値合成器、ＳＴＣトルク指令値、ＳＩＱＣ　ｑ軸電流指令振幅値、ＳＩＤＣ　ｄ軸電流指令振幅値、ＳＩＱＤ　ｑ軸電流検出値、ＳＩＤＤ　ｄ軸電流検出値、ＳＶＱＣ　ｑ軸電圧指令値、ＳＶＤＣ　ｄ軸電圧指令値、ＳＶＢＣ　β軸電圧指令値、ＳＶＡＣ　α軸電圧指令値、ＳＶＢＣＣ　β軸高調波電圧補償値、ＳＶＡＣＣ　α軸高調波電圧補償値、ＳＶＢＤＣ　補償後β軸電圧指令値、ＳＶＡＤＣ　補償後α軸電圧指令値、ＳＶＵ　Ｕ相電圧指令値、ＳＶＶ　Ｖ相電圧指令値、ＳＶＷ　Ｗ相電圧指令値、ＳＩＵＤ　Ｕ相電流検出値、ＳＩＶＤ　Ｖ相電流検出値、ＳＩＷＤ　Ｗ相電流検出値、ＳＩＡＤ　α軸電流検出値、ＳＩＢＤ　β軸電流検出値、ＳＩＤＤ　ｄ軸電流検出値、ＳＩＱＤ　ｑ軸電流検出値、ＳＰＤ　回転子位置検出値、ＳＶＤ　回転子速度検出値、ＤＥＧ　次数、ＡＭＰ　振幅（割合）、ＳＯＭＥＧＡ　角周波数、ＳＰＨＩＤ　ｄ軸磁束値、ＳＰＨＩＱ　ｑ軸磁束値、ＳＶＥＤ　ｄ軸基本電圧補償振幅値、ＳＶＥＱ　ｑ軸基本電圧補償振幅値。

Claims

軟磁性体または硬磁性体で構成され回転方向に固定子巻線から見てインダクタンス変化がある回転子を持つ電動機を制御する同期電動機の制御装置において、
該電動機に印加する電流指令振幅値と、
回転子位置検出手段から得られる回転子位置検出値と、
回転子速度検出手段から得られる回転子速度検出値と、
を参照し、
同期周波数と複数の任意高次周波数の電圧補償値をそれぞれ演算し加算・合成する高調波電圧補償値演算部を備え、
該高調波電圧補償値演算部で演算された電圧補償値を電圧指令値に加算する手段を備えることを特徴とする同期電動機の制御装置。
前記高調波電圧補償値演算部で演算される電圧補償値は、同期周波数と複数の任意高次周波数が任意設定されるしきい値周波数以下の周波数について演算・合成され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。
前記高調波電圧補償値演算部で演算される電圧補償値は、固定子座標であるα−β軸各々の軸成分に対するα軸高調波電圧補償値およびβ軸高調波電圧補償値を演算し、その演算値をα軸電圧指令値およびβ軸電圧指令値に補償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。
速度制御器から出力されたトルク指令値がトルク−電流変換器で電流指令振幅値に変換され、該電流指令振幅値を電圧指令値に変換した上で電圧が印加される同期電動機において、
前記電流指令振幅値を取得すると共に回転子の回転位置に基づく回転子位置検出値と前記回転子の回転速度に基づく回転子速度検出値とを参照して高調波電圧補償値が高調波電圧補償値演算部によって演算され、該高調波電圧補償値演算部から出力された高調波電圧補償値を前記電流指令振幅値から前記電圧指令値へと変換する過程で加算した補償後電圧指令値とした上で補償後電圧が印加されることを特徴とする同期電動機。
速度制御器から出力されたトルク指令値がトルク−電流変換器で２相のｄ軸電流指令振幅値とｑ軸電流指令振幅値に変換され、該ｄ軸電流指令振幅値とｑ軸電流指令振幅値をα軸電圧指令値とβ軸電圧指令値とに変換した後に、該α軸電圧指令値とβ軸電圧指令値とを相変換部によって３相の電圧指令値に変換した上で電力変換器を介して各相の電圧が印加される同期電動機において、
前記ｄ軸電流指令振幅値とｑ軸電流指令振幅値とを取得すると共に回転子の回転位置に基づく回転子位置検出値と前記回転子の回転速度に基づく回転子速度検出値とを参照してα軸高調波電圧補償値とβ軸高調波電圧補償値とが高調波電圧補償値演算部によって演算され、該高調波電圧補償値演算部から出力されたα軸高調波電圧補償値とβ軸高調波電圧補償値とをα軸電圧指令値とβ軸電圧指令値とに加算して補償後α軸電圧指令値と補償後β軸電圧指令値とを相変換部によって３相の電圧指令値に変換した上で電力変換器を介して各相の補償後電圧が印加されることを特徴とする同期電動機。
前記高調波電圧補償値演算部は、前記ｄ軸電流指令振幅値から求めたｄ軸磁束値を出力するｄ軸磁束演算器と、前記ｑ軸電流指令振幅値から求めたｑ軸磁束値を出力するｑ軸磁束演算器と、前記回転子速度検出値から角周波数を生成する単位変換器と、前記ｄ軸磁束値と前記ｑ軸磁束値の各々に前記角周波数を乗じてｄ軸基本電圧補償振幅値とｑ軸基本電圧補償振幅値とを出力する乗算器と、前記角周波数を基本波として前記回転子位置検出値から求められた高次数の角周波数を予め設定されたしきい値角周波数と比較した後にその比較後の高次数の角周波数を使用して前記ｄ軸基本電圧補償振幅値並びに前記ｑ軸基本電圧補償振幅値から前記α軸高調波電圧補償値と前記β軸高調波電圧補償値とを演算する高次数電圧補償値合成器とを備えていることを特徴とする請求項５に記載の同期電動機。