JP2000312500A - スイッチドリラクタンスモータの制御方法及び制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 動作原理として自己インダクタンスと相互イ
ンダクタンスとを併用したＳＲリニアモータにおいて、
同じ励磁電流で最大の推力を得るとともに、推力が不要
なときには供給電流量を非常に小さくすることを可能に
する。 【解決手段】 駆動方式を正弦波駆動とするとともに、
トルク電流及び励磁電流とをリニアモータの最大推力ポ
イントとなる一定の比でベクトル制御する。加速度指令
演算部22で演算された加速度指令値Ａが電流指令値Id・
Iqに変換され、励磁・トルク電流指令演算部25で励磁及
びトルク電流指令値Idref,Iqref が設定される。両電流
指令値Idref,Iqref と、電流センサ15a,15b 及び位置セ
ンサ14の出力信号に基づいて演算されたフィードバック
量との偏差ΔId，ΔIqにＰＩ処理が施された後、加算さ
れて励磁及びトルク指令電圧Vd，Vqとなり、２相３相変
換部31で３相の指令電圧Vu＊，Vv＊，Vw＊に変換されて
インバータ５へ出力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、動作原理として自
己インダクタンスと相互インダクタンスとを併用したス
イッチドリラクタンス（Switched Reluctance)モータ
（以下、ＳＲモータと称す。）の制御方法及び制御装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、回転機に対応した種々のリニアモ
ータが知られており、一部は実施されている。リニアモ
ータのうちリニア直流モータ、リニアパルスモータ及び
リニア誘導モータが実用化されている。このうちリニア
誘導モータがパレット搬送装置等の比較的大型の装置に
使用されている。

【０００３】リニア誘導モータでは端効果（end effec
t）と呼ばれる現象が存在するため、特に高速領域で推
力が低下するという問題がある。その結果、大きな推力
を得るには装置が大型化するという問題があった。ま
た、リニアパルスモータでは可動部が入力パルス信号に
同期して歩進するため、開ループ制御が可能であり、変
位誤差が累積しない等の特徴があるが、移動を滑らかに
行わせるには所定ピッチで設けられる磁極や歯（突部）
の間隔を狭く（１〜２ｍｍ程度に）する必要があり、荷
移載装置等のように大きな移動距離が必要な装置では、
磁極及び歯の加工やコイルの巻付けに手間がかかるとい
う問題がある。

【０００４】本願出願人は先に、従来ほとんど実用化の
検討がなされていなかったＳＲリニアモータについて検
討し、従来の回転式のＳＲモータをそのまま平面展開し
たＳＲリニアモータを作成した。

【０００５】一方、３相のリニアモータのベクトル制御
を行う制御システムとして、図８に示すものがある。こ
のシステムでは、上位制御器からトルク電流指令値Iq＊
及び励磁電流指令値Id＊を指令する。また、リニアモー
タ５１の可動子の位置を検出する位置センサ５２からの
電気角検出信号θと、電流センサ５３ａ，５３ｂの検出
信号とを３相２相変換器５４でトルク電流値Iq及び励磁
電流値Idに変換する。そして、前記トルク電流指令値Iq
＊及び励磁電流指令値Id＊と、前記トルク電流値Iq及び
励磁電流値Idとの偏差を加算部５５ａ，５５ｂで演算
し、加算部５５ａ，５５ｂの出力に積分動作及び比例動
作を施すとともに、加算部５６ａ，５６ｂで加算してト
ルク電圧指令値Vq＊及び励磁電圧指令値Vd＊とする。そ
して、トルク電圧指令値Vq＊及び励磁電圧指令値Vd＊を
２相３相変換器５７で３相の指令電圧Vu＊，Vv＊，Vw＊
に変換してインバータ５８に出力する。この制御では励
磁電流指令値Id＊が一定になるように制御している。

【０００６】従来、ＳＲモータの回転子に作用する力Ｆ
と、トルク電流値Iq及び励磁電流値Idとの間には次式の
関係が成り立つとされている。 Ｆ＝α・｛（Id² ＋Iq² ）／２｝・sin ２ψ＝（２α／３）・Id・Iq…（１） 但し、αはモータ定数、ψは図９（ａ）に示すベクトル
図における合成電流ベクトル５９とトルク電流ベクトル
との成す角度であり、ψ＝tan ^-1(Iq/Id) で表される。
従って、２ψ＝π／２、即ちトルク電流値Iq及び励磁電
流値Idが同じ値となるψが４５°となるように制御する
と、同じ実効電流値でも力Ｆが最大になる。前記（１）
式は、ＳＲモータのインダクタンスの空間分布が正弦波
と仮定した場合に成立する。ここで、ＳＲモータのイン
ダクタンスの空間分布とは、図９（ｂ）に示すように、
横軸に回転子の位置、縦軸に巻線のインダクタンスの大
きさをとって表した際の両者の関係を言う。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の回転式のＳＲモ
ータをそのまま平面展開したＳＲリニアモータを、従来
の回転式のＳＲモータに適用されている駆動回路方式、
例えば１相励磁駆動（ユニポーラ回路）及び２相励磁駆
動（バイポーラ回路）を適用して発生推力を測定した。
その結果、従来のリニア誘導モータに比較して数倍の平
均推力が得られ、１相励磁駆動の方が平均推力が大きく
なることを見いだした。しかし、１相励磁駆動の場合
は、発生推力が零になるポイントがあるとともに、推力
の変動が大きいという問題がある。

【０００８】本願出願人は動作原理として自己インダク
タンスと相互インダクタンスとを併用し、駆動方式をバ
イポーラの正弦波駆動とするＳＲリニアモータが、回転
式のＳＲモータをそのまま平面展開したＳＲリニアモー
タに比較して同じ電流密度で推力が大きくなり、かつ発
生推力が零になるポイントがないことを見いだした。と
ころが、このＳＲリニアモータについてトルク電流値Iq
と励磁電流値Idとの比、即ちIq／Idと推力の関係を調べ
たところ、推力が最大となるのはIq／Id＝１の点ではな
く、Iq／Id＝１からずれた点であることを見いだした。
このことは（１）式が自己インダクタンスのみを動作原
理としたＳＲモータについて考えられたものであり、自
己インダクタンスと相互インダクタンスとを併用したＳ
Ｒリニアモータではインダクタンスの空間分布が正弦波
にならないためと考えられる。従って、自己インダクタ
ンスと相互インダクタンスとを併用したＳＲリニアモー
タに供給する電流量が同じ場合、前記（１）式のψが４
５°となるようにトルク電流指令値Iq＊及び励磁電流指
令値Id＊を設定して制御したのでは、必ずしも最大推力
を得ることができない。

【０００９】また、ＳＲリニアモータをベクトル制御す
る際、従来のように励磁電流指令値Id＊が一定になるよ
うに制御する場合は、推力を発生しない状態でも大きな
推力を得るときと同じ励磁電流Idが流れるため、リニア
モータが発熱し易いという問題がある。

【００１０】また、回転式のＳＲモータにおいても、本
願出願人は動作原理として自己インダクタンスと相互イ
ンダクタンスとを併用して、駆動方式をバイポーラの正
弦波駆動とした場合にトルクが一般のＳＲモータに比較
して大きくなることを見出した。

【００１１】本発明は前記の問題点に鑑みてなされたも
のであって、その第１の目的は動作原理として自己イン
ダクタンスと相互インダクタンスとを併用し、駆動方式
をバイポーラの正弦波駆動としたＳＲモータにおいて、
最大の推力又はトルクを得ることが可能になるととも
に、推力又はトルクが不要なときには供給電流量を非常
に小さくできてモータの発熱を抑制することができるＳ
Ｒモータの制御方法を提供することにある。また、第２
の目的は前記制御方法を実施するのに適したＳＲモータ
の制御装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記第１の目的を達成す
るため、請求項１に記載の発明では、動作原理として自
己インダクタンスと相互インダクタンスとを併用したＳ
Ｒモータにおいて、駆動方式をバイポーラの正弦波駆動
とするとともに、トルク電流と励磁電流とを一定の比と
なるようにベクトル制御する。

【００１３】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において、前記トルク電流と励磁電流とを前記
モータのほぼ最大推力ポイントとなる一定の比で制御す
る。請求項３に記載の発明では、請求項１又は請求項２
に記載の発明において、前記ＳＲモータはＳＲリニアモ
ータである。

【００１４】また、前記第２の目的を達成するため、請
求項４に記載の発明では、動作原理として自己インダク
タンスと相互インダクタンスとを併用し、駆動方式をバ
イポーラの正弦波駆動としたＳＲモータの制御装置であ
って、前記モータに供給される電流値を検出する電流検
出手段と、前記モータの可動子の位置を検出する位置検
出手段と、前記電流検出手段及び位置検出手段の出力信
号に基づいて励磁電流値及びトルク電流値のフィードバ
ック量を演算する励磁・トルク電流フィードバック量演
算手段と、入力された指令と可動子の位置に基づいて加
速度指令値を演算する加速度指令演算部と、前記加速度
指令演算部で演算された加速度指令値を電流指令値に変
換する加速度→電流指令変換部と、前記電流指令値から
励磁電流指令値とトルク電流指令値とを、トルク電流指
令値と励磁電流指令値との比が一定の条件で演算する励
磁・トルク電流指令演算部と、前記励磁・トルク電流指
令演算部で演算された励磁電流指令値及びトルク電流指
令値と、前記励磁電流値及びトルク電流値のフィードバ
ック量との偏差に所定のゲインを乗じるとともに、３相
可変周波数交流電源への制御指令値を演算する制御指令
値演算部とを備えた。

【００１５】請求項５に記載の発明では、請求項４に記
載の発明において、前記ＳＲモータはＳＲリニアモータ
である。請求項１に記載の発明では、動作原理として自
己インダクタンスと相互インダクタンスとが併用され、
固定子のコイルに電流が流れると可動子は常に磁力の作
用を受けて所定方向へ移動する。モータに供給する電流
量を設定する際、トルク電流指令値と励磁電流指令値と
が一定の比となるように設定されてベクトル制御が行わ
れる。

【００１６】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において、前記トルク電流値と励磁電流値と
が、前記モータのほぼ最大推力ポイントとなる一定の比
に設定される。

【００１７】請求項３に記載の発明では、請求項１又は
請求項２に記載の発明がＳＲモータとしてのＳＲリニア
モータに適用される。請求項４に記載の発明では、ＳＲ
モータに供給される電流値が電流検出手段によって検出
され、可動子の位置が位置検出手段によって検出され
る。入力された指令に対応した加速度指令値が加速度指
令演算部で演算され、その加速度指令値が加速度→電流
指令変換部で電流指令値に変換される。その電流指令値
に対応した励磁電流指令値及びトルク電流指令値が、励
磁・トルク電流指令演算部においてトルク電流指令値と
励磁電流指令値との比が一定という条件で演算される。
励磁・トルク電流フィードバック量演算手段により前記
電流検出手段及び位置検出手段の出力信号に基づいて励
磁電流値及びトルク電流値のフィードバック量が演算さ
れる。制御指令値演算部で前記励磁電流指令値及びトル
ク電流指令値と、前記励磁電流値及びトルク電流値のフ
ィードバック量との各偏差に所定のゲインがそれぞれ乗
じられるとともに、３相可変周波数交流電源への制御指
令値が演算される。そして、３相に対応した制御指令値
が３相可変周波数交流電源へ出力される。

【００１８】請求項５に記載の発明では、請求項４に記
載の発明がＳＲリニアモータに適用される。

【００１９】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、本発
明をＳＲモータとしてのＳＲリニアモータに具体化した
第１の実施の形態を図１〜図６に従って説明する。先
ず、ＳＲリニアモータについて説明する。図２に示すよ
うに、ＳＲリニアモータ１の固定子２は、極数が３ｎ
（この実施の形態ではｎ＝２）で、各極２ａ〜２ｆが等
ピッチに形成されている。各極２ａ〜２ｆにはコイル３
が全て同じ方向に集中巻で巻き付けられている。各コイ
ル３は３相となるように構成され、極２ａ，２ｄと対応
するコイル３にはｕ相、極２ｂ，２ｅと対応するコイル
３にはｖ相、極２ｃ，２ｆと対応するコイル３にはｗ相
の電流が、それぞれ駆動回路を介して供給されるように
なっている。駆動回路としては汎用の３相インバータが
使用され、コントローラを介して制御されるようになっ
ている。コントローラはＳＲリニアモータ１を正弦波駆
動するようにインバータを制御するようになっている。

【００２０】ＳＲリニアモータ１の可動子４には等ピッ
チで突部４ａが形成され、突部４ａは極２ａ〜２ｆと対
向可能に配置されている。固定子２の極２ａ〜２ｆの数
と、該固定子２と対応する部分の可動子４の突部４ａの
数との比は３：４に設定されている。極２ａ〜２ｆ及び
突部４ａはその幅がほぼ同じに形成されている。そし
て、各コイル３に電流が供給されると可動子４がその長
手方向に移動されるようになっている。

【００２１】次に前記ＳＲリニアモータ１を制御する電
気的構成を図１及び図３に従って説明する。ＳＲリニア
モータ１は３相可変周波数交流電源としての電圧形のイ
ンバータ５に接続されている。図３に示すように、コン
トローラ６は中央処理装置（以下、ＣＰＵという）７
と、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）からなる記憶手段と
してのプログラムメモリ８と、読み出し及び書き替え可
能なメモリ（ＲＡＭ）からなる作業用メモリ９と、入力
インタフェース１０と、出力インタフェース１１とを備
えている。ＣＰＵ７はバス１２を介してプログラムメモ
リ８及び作業用メモリ９に接続され、プログラムメモリ
８に記憶された所定のプログラムデータに従って各種の
処理を実行するようになっている。作業用メモリ９には
ＣＰＵ７の各種演算結果が一時記憶される。

【００２２】プログラムメモリ８にはＣＰＵ７が実行す
る前記プログラムデータと、その実行に必要な各種デー
タとが記憶されている。各種データとして現在位置から
所定時間後にどれだけ移動させるかを選択するテーブル
がある。図４に示すように、テーブル１３には移動すべ
き距離Ｌと時間ｔとの対応データが多数組設定されてい
る。

【００２３】ＳＲリニアモータ１には可動子４の位置を
検出する位置検出手段としての位置センサ１４が設けら
れている。位置センサ１４は可動子４の位置を電気角θ
として検出するようになっている。この実施の形態では
可動子４の突部４ａの２ピッチ分の移動量が位相（電気
角）θ＝２πと対応するように設定されている。

【００２４】また、インバータ５とＳＲリニアモータ１
との間には電流検出手段としての電流センサ１５ａ，１
５ｂが設けられている。電流センサ１５ａ，１５ｂはＳ
Ｒリニアモータ１に供給される３相の電流Iu，Iv，Iwの
うちの２相（この実施の形態ではｕ相及びｗ相）の電流
Iu，Iwの電流値を検出する。

【００２５】ＣＰＵ７はバス１２及び入力インタフェー
ス１０を介して位置センサ１４及び電流センサ１５ａ，
１５ｂに接続されている。ＣＰＵ７はバス１２及び出力
インタフェース１１を介してインバータ５に接続されて
いる。

【００２６】次にＳＲリニアモータ１のフィードバック
制御に使用される制御系を図１のブロック図に従って説
明する。なお、図１において破線で囲まれた部分はハー
ド的な構成を示すものではなく、プログラムメモリ８に
記憶されている一連のプログラムの実行により実現され
る。

【００２７】電気角→位置変換演算部２１は位置センサ
１４の出力信号を入力して電気角θを可動子４の位置に
変換し、位置データｘを出力する。加速度指令演算部２
２はテーブル選択指令Ｔｃと電気角→位置変換演算部２
１から出力される位置データｘとに基づいて加速度指令
値Ａを演算し、演算結果を加速度→電流指令変換部２３
に出力する。加速度指令演算部２２はテーブル選択指令
Ｔｃに基づいてテーブル１３から該当する距離Ｌと時間
ｔの組み合わせを選択し、その組み合わせに対応する加
速度指令を演算する。

【００２８】目標位置までの各時間毎の位置、速度及び
加速度は各組み合わせ毎に予め設定されており、プログ
ラムメモリ８にそれらを演算する演算式あるいは図５に
示すようなマップとして記憶されている。速度は移動開
始から所定時間は速度が一定の比で増加し、その後は速
度が一定に保持され、所定時間後に速度が一定の比で減
速されるように設定されている。そして、テーブル選択
指令Ｔｃが入力された時点からの経過時間と、電気角→
位置変換演算部２１から出力される位置データｘとに基
づいて現時点での加速度指令値Ａが演算される。

【００２９】加速度→電流指令変換部２３では加速度指
令値ＡにＫ3 ／Ｋを掛けて電流指令値Id・Iqを求める。
ここで、Ｋ3 はＦ＝ｍＡ＝α・Ｋ・Id・Iqの式を変形し
た次の（２）式のｍ／αである。αはモータにより決ま
る定数であり、ｍは可動子４の負荷であり、モータによ
り決まる。従って、Ｋ3 はモータにより決まる定数とな
る。また、Ｋ＝Iq／Idである。そして、Ｋは予め試験に
より求めた推力が最大となる値が使用される。

【００３０】Ａ・（ｍ／α）／Ｋ＝Id・Iq…（２） 加速度→電流指令変換部２３の出力Id・Iqは電流リミッ
タ２４で所定範囲内に制限された後、（Id・Iq）Ｌとし
て励磁・トルク電流指令演算部２５に入力される。電流
リミッタ２４は、インバータ５で出力する電流が最大許
容電流値以下となるように、出力（Id・Iq）Ｌを制限す
る。励磁・トルク電流指令演算部２５は電流リミッタ２
４の出力（Id・Iq）Ｌの絶対値の平方根√｜（Id・Iq）
Ｌ｜を演算して励磁電流指令値Idref とする。また、出
力（Id・Iq）Ｌを励磁電流指令値Idref で割った値に定
数Ｋを掛けた値｛（Id・Iq）Ｌ／√｜（Id・Iq）Ｌ｜｝
・Ｋを演算してトルク電流指令値Iqref とする。

【００３１】３相２相変換部２６は両電流センサ１５
ａ，１５ｂの検出信号と、位置センサ１４の検出信号に
基づいてｕ，ｖ，ｗ３相の電流値Iu，Iv，Iwをｄ，ｑ２
相の電流値Id，Iqに変換する。

【００３２】励磁・トルク電流指令演算部２５の出力信
号、即ち励磁電流指令値Idref 及びトルク電流指令値Iq
ref と、励磁・トルク電流フィードバック量演算手段と
しての３相２相変換部２６の出力信号、即ち実際にＳＲ
リニアモータ１に流れる電流に対応する励磁電流値Id及
びトルク電流値Iqとの差が加算部２７ａ，２７ｂでそれ
ぞれ加算される。励磁電流値Id及びトルク電流値Iqは負
の値として加算部２７ａ，２７ｂに入力され、加算部２
７ａで励磁電流指令値Idref と励磁電流値Idとの偏差Δ
Idが、加算部２７ｂでトルク電流指令値Iqref とトルク
電流値Iqとの偏差ΔIqがそれぞれ求められる。そして、
各加算部２７ａ，２７ｂから出力された偏差ΔId，ΔIq
が積分動作部２８ａ，２８ｂ、比例動作部２９ａ，２９
ｂで処理された後、加算部３０ａ，３０ｂで加算され、
励磁指令電圧Vd及びトルク指令電圧Vqとして２相３相変
換部３１に入力される。２相３相変換部３１は２相の励
磁指令電圧Vd及びトルク指令電圧Vqを３相の指令電圧Vu
＊，Vv＊，Vw＊に変換してインバータ５へ出力する。加
算部２７ａ，２７ｂ、積分動作部２８ａ，２８ｂ、比例
動作部２９ａ，２９ｂ、加算部３０ａ，３０ｂ及び２相
３相変換部３１により制御指令値演算部が構成される。

【００３３】次に前記のように構成された装置の作用を
説明する。ＳＲリニアモータ１の固定子２のコイル３に
正弦波駆動で順次電流が供給されると、極２ａ〜２ｆ及
び対応する突部４ａを通過する磁束の量が順次変化す
る。そして、可動子４の突部４ａに作用する吸引力が順
次変化し、可動子４が所定方向へ移動する。図２におい
て、極２ａ〜２ｆに対して左側に位置する突部４ａ及び
その突部４ａと対応する極を通過する磁束は可動子４に
右方向への推力を与え、右側に位置する突部４ａ及びそ
の突部４ａと対応する極を通過する磁束は可動子４に左
方向への推力を与える。従って、左方向への推力を与え
る磁束の量が多くなるように各極２ａ〜２ｆを順次励磁
すれば可動子４は左方向へ移動し、右方向への推力を与
える磁束の量が多くなるように各極２ａ〜２ｆを順次励
磁すれば可動子４は右方向へ移動する。

【００３４】次にコントローラ６によるＳＲリニアモー
タ１の制御方法を説明する。図示しない入力装置からテ
ーブル選択指令Ｔｃが入力されると、ＣＰＵ７はテーブ
ル１３から指令された移動距離Ｌ及び所要時間ｔに対応
する組み合わせの番地を選択する。そして、その番地に
対応する目的位置まで可動子４を移動させる場合の所定
時間毎の位置及び速度の関係を設定する。また、ＣＰＵ
７は位置センサ１４の電気角を表す出力信号を距離の位
置データｘに変換し、前記所定時間毎の位置及び速度の
関係から現時点における位置指令値と速度指令値を求め
る。そして、その値と位置データｘとに基づいて現在位
置に対応する加速度指令値Ａを演算する。

【００３５】次にＣＰＵ７は加速度指令値ＡをId・Iq＝
Ａ・（ｍ／α）／Ｋによって電流指令値Id・Iqに変換す
る。電流指令値Id・Iqをインバータ５から出力される電
流が最大許容電流値を超えない範囲内に制限した後、励
磁電流指令値Idref 及びトルク電流指令値Iqref を次式
に従って演算する。

【００３６】Idref ＝√｜（Id・Iq）Ｌ｜ Iqref ＝（Id・Iq）Ｌ／｛√｜（Id・Iq）Ｌ｜｝・Ｋ 次にＣＰＵ７は励磁電流指令値Idref と３相２相変換部
２６の出力信号の励磁電流値Idとの差ΔId、及びトルク
電流指令値Iqref と３相２相変換部２６の出力信号のト
ルク電流値Iqとの差ΔIqを演算する。次にＣＰＵ７は前
記差ΔId，ΔIqに積分処理及び比例処理を施したものを
加算して励磁指令電圧Vd及びトルク指令電圧Vqを設定す
る。即ち、ＳＲリニアモータ１はＰＩ制御を受ける。

【００３７】そして、両指令電圧Vd，Vqが２相３相変換
部３１で３相の指令電圧Vu＊，Vv＊，Vw＊に変換されて
インバータ５へ出力される。インバータ５は指令電圧Vu
＊，Vv＊，Vw＊に基づいてＳＲリニアモータ１を正弦波
駆動する。

【００３８】ＣＰＵ７は所定周期（例えば、数ミリ秒以
下の周期）で前記フィードバック制御を繰り返す。ま
た、ＣＰＵ７は電気角→位置変換演算部２３の出力か
ら、指令に対応した所定位置への移動が完了したか否か
を判断し、所定位置への移動が完了した時点で制御を終
了する。

【００３９】図６に示すように、ＳＲリニアモータ１の
推力Ｆと、トルク電流値Iqと励磁電流値Idとの比Iq／Id
（＝Ｋ）とはＫ＝１のときが最大となるのではなく、Ｋ
＞１のときに最大となる。そして、推力Ｆが最大となる
ポイントのＫに合わせて制御が行われる。

【００４０】この実施の形態では以下の効果を有する。 （１） ＳＲリニアモータ１の駆動方式をバイポーラの
正弦波駆動とするとともに、トルク電流と励磁電流とを
一定の比Ｋとなるようにベクトル制御するので、最大の
推力を得ることが可能な条件での制御が簡単にできると
ともに、推力が不要なときには供給電流量を非常に小さ
くできてＳＲリニアモータ１の発熱を抑制することがで
きる。

【００４１】（２） 推力が最大となるポイントの前記
比Ｋにおいてベクトル制御が行われるため、同じ供給電
流において最大の推力を得ることができる。 （３） 入力された指令から加速度指令値Ａを演算し、
その加速度指令値Ａから式Id・Iq＝Ａ・（ｍ／α）／Ｋ
を使用して電流指令値Id・Iqに変換し、その値に基づい
て励磁指令電流値Idref 及びトルク指令電流値Iqref を
設定する。従って、速度指令値から両指令電流値Idref
，Iqref を設定する場合に比較して簡単に設定ができ
る。

【００４２】（４） 固定子２の極２ａ〜２ｆの数と、
固定子２と対応する部分の可動子４の突部４ａの数との
比が３：４に設定され、かつ固定子２の極数が３ｎ（ｎ
は自然数）で、各極のコイル３が全て同じ方向に巻き付
けられている。従って、動作原理として自己インダクタ
ンスと相互インダクタンスとを併用する構成を簡単に形
成でき、極と突部４ａとの間に作用する磁気による吸引
力が、可動子４の推力として効率よく作用する。

【００４３】（５） ３相可変周波数交流電源として電
圧形のインバータ５が使用されているため、出力インピ
ーダンスが小さく、負荷条件に従った出力電流が流れ
る。また、汎用インバータを使用でき、コストが安くな
る。

【００４４】（第２の実施の形態）次に第２の実施の形
態を図７に従って説明する。この実施の形態ではＳＲリ
ニアモータ１に代えて、動作原理として自己インダクタ
ンスと相互インダクタンスとを併用した回転式のＳＲモ
ータに前記実施の形態の制御方法を適用した点が前記実
施の形態と大きく異なっている 図７（ａ）は本発明を具体化したＳＲモータ３５の模式
図である。ＳＲモータ３５は３ｎ（ｎは自然数でこの実
施の形態ではｎ＝２）個の極３６ａ〜３６ｆを有する円
筒状の固定子３６を備えている。各極３６ａ〜３６ｆは
等間隔（等ピッチ）で設けられ、各極３６ａ〜３６ｆに
はコイル３７が全て同じ方向に集中巻で巻き付けられて
いる。なお、図７（ａ）においてＰは中性点である。各
コイル３７は３相となるように構成され、極３６ａ，３
６ｄと対応するコイル３７にはｕ相、極３６ｂ，３６ｅ
と対応するコイル３７にはｖ相、極３６ｃ，３６ｆと対
応するコイル３７にはｗ相の電流がそれぞれ図示しない
インバータを介して供給されるようになっている。可動
子としての回転子３８には歯３８ａが等間隔（等ピッ
チ）で８個形成されている。

【００４５】図７（ｂ）は従来のＳＲモータ３９を示
す。このＳＲモータ３９はコイル３７の巻き方と結線方
法が実施の形態のＳＲモータ３５と異なっており、その
他の構成は同じである。各極３６ａ〜３６ｆの各コイル
３７は、その巻き方向が交互に逆方向となるように巻き
付けられている。

【００４６】前記のように構成されたＳＲモータ３５，
３９について、ＦＥＭ（有限要素法）を用いてトルク特
性を比較した結果、動作原理として自己インダクタンス
と相互インダクタンスとを併用するＳＲモータ３５の平
均トルクは従来のＳＲモータ３９に対して約５％向上し
た。即ち、回転式のＳＲモータにおいても、動作原理と
して自己インダクタンスと相互インダクタンスとを併用
した構成では、動作原理として自己インダクタンスを用
いた従来のＳＲモータに比較してトルクが向上する。

【００４７】前記のように構成されたＳＲモータ３５の
ベクトル制御を行う場合は、図１に示す制御系の構成図
において、ＳＲリニアモータ１に代えてＳＲモータ３５
をインバータ５に接続し、位置検出手段として位置セン
サ１４に代えて回転子３８の基準位置からの回転角を検
出する回転角センサを設ける。また、電気角→位置変換
演算部２１は省略される。テーブル１３には回転子３８
を現在位置から所定時間後にどれだけ回転させるかを選
択するため、回動すべき角度Θと時間ｔとの対応データ
が多数組設定されている。

【００４８】加速度指令演算部２２はテーブル選択指令
Ｔｃと回転角センサから出力される信号とに基づいて加
速度指令値Ａを演算し、演算結果を加速度→電流指令変
換部２３に出力する。加速度指令演算部２２はテーブル
選択指令Ｔｃに基づいてテーブル１３から該当する角度
Θと時間ｔの組み合わせを選択し、その組み合わせに対
応する加速度指令を演算する。そして、前記実施の形態
と同様にして、その加速度指令に基づいてトルク電流値
Iqと励磁電流値Idとの比が所定の値となるように制御が
行われる。なお、電流リミッタ２４は加速度→電流指令
変換部２３の出力をインバータ５で出力する電流が最大
許容電流値以下となるように、電流リミッタ２４の出力
を制限する。

【００４９】なお、実施の形態は前記に限定されるもの
でなく、例えば、次のように具体化してもよい。 ○ ３相２相変換部２６及び２相３相変換部３１をＣＰ
Ｕ７の動作でソフト的に行う代わりに、３相２相変換器
及び２相３相変換器を別に設けたり、加算部２７ａ，２
７ｂ、積分動作部２８ａ，２８ｂ、比例動作部２９ａ，
２９ｂ及び加算部３０ａ，３０ｂをＣＰＵ７の動作でソ
フト的に行う代わりに、アンプや積分動作回路を別に設
けてもよい。

【００５０】○ 加速度指令演算部２２は各時点におけ
る加速度を演算できる構成であればよく、例えば予め設
定された位置変化のデータと現時点の位置データだけで
加速度指令値を演算してもよい。

【００５１】○ 第１の実施の形態において、移動量及
び所要時間の組み合わせに対応した加速度指令値を指令
が入力された時点からの経過時間毎に予め演算したデー
タをプログラムメモリ８に記憶しておき、そのデータか
ら現在時点の加速と指令値を選択するようにしてもよ
い。この場合、演算処理が簡単になる。コントローラ６
が有しているテーブル１３の移動すべき距離Ｌと時間ｔ
との対応データは上位の制御装置から入力されるように
してもよい。

【００５２】○ 第１の実施の形態において、コントロ
ーラ６への指令は移動量及び所要時間の組み合わせに限
らず、移動量及び高速、中速、低速のいずれかの速度指
令、あるいは移動量のみとしてもよい。移動量のみを指
令する構成では、目的地まで速く移動させるか否かの選
択余地はないが、指令が簡単でプログラムメモリ８に記
憶させるデータ量が少なくなる。

【００５３】○ 加速度指令値Ａを電流指令値Id・Iqに
変換する際、Ｋ（＝Id／Iq）の値を推力が最大となる値
からずれた値に設定して電流指令値Id・Iqへの変換を行
ってもよい。また、推力が最大となるときのＫの値はＳ
Ｒリニアモータによって異なり、Ｋ＞１に限らず、Ｋ＜
１で推力が最大となる場合もある。従って、予め試験又
はシミュレーションによって推力とＫの値との関係を求
める必要がある。

【００５４】○ ＰＩ制御以外の制御、例えばＰＩＤ制
御としてもよい。 ○ 電圧形のインバータに代えて、電流形のインバータ
を使用したり、サイクロコンバータを３相可変周波数交
流電源として使用してもよい。

【００５５】○ 位置センサ１４は可動子の位置を電気
角θとして出力する構成に限らず、原点からの移動距離
として検出信号を出力する構成としてもよい。 ○ 極２ａ〜２ｆ及び突部４ａの先端部に複数の小さな
歯を形成してもよい。

【００５６】○ 極２ａ〜２ｆ及び突部４ａの幅は必ず
しもほぼ同じに形成する必要はなく、極及び突部４ａの
それぞれのピッチは同じで幅を異ならせてもよい。 ○ ＳＲリニアモータ１の一次側を可動子として、二次
側を固定子とする構成としてもよい。この構成の場合、
移動体を案内するレールに沿って固定子を配置し、移動
体に可動子を取り付けることにより、移動体をＳＲリニ
アモータによって長い距離移動させることができる。

【００５７】前記実施の形態から把握できる請求項記載
以外の発明（技術思想）について、以下にその効果とと
もに記載する。 （１） 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発明に
おいて、前記トルク電流及び励磁電流の指令値は加速度
指令値に基づいて演算する。この場合、トルク電流及び
励磁電流の指令値の設定が容易となる。

【００５８】（２） 請求項１〜請求項３のいずれかに
記載の発明において、前記ＳＲモータを電圧形のインバ
ータを介して制御し、トルク電流指令値及び励磁電流指
令値と対応する２相の電圧を２相３相変換手段により３
相電圧に変換して前記インバータに出力する。この場
合、汎用インバータを使用できコストが安くなる。

【００５９】（３） 請求項１〜請求項５のいずれかに
記載の発明において、ＳＲモータは固定子の極数と、該
固定子と対応する部分の可動子の突部の数との比が３：
４に設定され、かつ固定子の極数が３ｎ（ｎは自然数）
で、各極のコイルが全て同じ方向に巻き付けられてい
る。この場合、動作原理として自己インダクタンスと相
互インダクタンスとを併用する構成を簡単に形成でき、
極と突部との間に作用する磁気による吸引力が、可動子
のトルク又は推力として効率よく作用する。

【００６０】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１〜請求項５
に記載の発明によれば、動作原理として自己インダクタ
ンスと相互インダクタンスとを併用し、駆動方式をバイ
ポーラの正弦波駆動としたＳＲモータにおいて、最大の
トルク又は推力を得ることが可能になるとともに、トル
ク又は推力が不要なときには供給電流量を非常に小さく
できてモータの発熱を抑制することができる。

【００６１】請求項２に記載の発明によれば、同じ供給
電流において最大のトルク又は推力を得ることができ
る。請求項３に記載の発明によれば、同じ供給電流にお
いて最大の推力を得ることができる。

【００６２】請求項４及び請求項５に記載の発明によれ
ば、速度指令値から励磁電流指令値及びトルク電流指令
値を設定する場合に比較して両電流指令値を簡単に設定
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施の形態のＳＲリニアモータの制御
系を示す構成図。

【図２】 ＳＲリニアモータの模式側面図。

【図３】 制御装置の電気的構成を示すブロック図。

【図４】 テーブルの部分模式図。

【図５】 加速度、速度及び位置の時間変化を示すグラ
フ。

【図６】 推力とＫ（＝Iq／Id）の関係を示すグラフ。

【図７】 （ａ）は第２の実施の形態の回転式ＳＲモー
タの模式図、（ｂ）は従来の回転式ＳＲモータの模式
図。

【図８】 従来の制御装置のブロック図。

【図９】 （ａ）は電流のベクトル図、（ｂ）はＳＲモ
ータのインダクタンスの空間分布を示すグラフ。

【符号の説明】

１…ＳＲリニアモータ、４…可動子、１４…位置検出手
段としての位置センサ、１５ａ，１５ｂ…電流検出手段
としての電流センサ、７…励磁・トルク電流値演算手
段、加速度指令演算部、励磁・トルク電流指令値演算部
及び制御指令値演算部を構成するＣＰＵ、８…同じくプ
ログラムメモリ、２２…加速度指令演算部、２５…励磁
・トルク電流指令演算部、２６…励磁・トルク電流値演
算手段としての３相２相変換部、３５…ＳＲモータ、３
８…可動子としての回転子。

フロントページの続き (72)発明者 斉藤 洋一 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 Ｆターム(参考） 5H540 AA01 BA03 BA10 BB03 BB06 BB09 EE08 EE13 EE14 EE15 EE16 FA02 FA12 FC02 5H550 BB02 BB03 BB10 DD09 DD10 GG05 HB08 HB09 JJ03 JJ11 JJ23 JJ24 KK06 KK08 LL22 LL35 5H576 BB02 BB10 DD09 DD10 EE01 GG04 HB02 HB03 HB04 JJ03 JJ17 JJ23 JJ24 JJ28 KK06 KK08 LL22 LL41

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 動作原理として自己インダクタンスと相
   互インダクタンスとを併用したスイッチドリラクタンス
   モータにおいて、 駆動方式をバイポーラの正弦波駆動とするとともに、ト
   ルク電流と励磁電流とを一定の比となるようにベクトル
   制御するスイッチドリラクタンスモータの制御方法。
2. 【請求項２】 前記トルク電流と励磁電流とを前記モー
   タのほぼ最大推力ポイントとなる一定の比で制御する請
   求項１に記載のスイッチドリラクタンスモータの制御方
   法。
3. 【請求項３】 前記スイッチドリラクタンスモータはス
   イッチドリラクタンスリニアモータである請求項１又は
   請求項２に記載のスイッチドリラクタンスモータの制御
   方法。
4. 【請求項４】 動作原理として自己インダクタンスと相
   互インダクタンスとを併用し、駆動方式をバイポーラの
   正弦波駆動としたスイッチドリラクタンスモータの制御
   装置であって、 前記モータに供給される電流値を検出する電流検出手段
   と、 前記モータの可動子の位置を検出する位置検出手段と、 前記電流検出手段及び位置検出手段の出力信号に基づい
   て励磁電流値及びトルク電流値のフィードバック量を演
   算する励磁・トルク電流フィードバック量演算手段と、 入力された指令と可動子の位置に基づいて加速度指令値
   を演算する加速度指令演算部と、 前記加速度指令演算部で演算された加速度指令値を電流
   指令値に変換する加速度→電流指令変換部と、 前記電流指令値からトルク電流指令値と励磁電流指令値
   とを、トルク電流指令値と励磁電流指令値との比が一定
   の条件で演算する励磁・トルク電流指令演算部と、 前記励磁・トルク電流指令演算部で演算された励磁電流
   指令値及びトルク電流指令値と、前記励磁電流値及びト
   ルク電流値のフィードバック量との偏差に所定のゲイン
   を乗じるとともに、３相可変周波数交流電源への制御指
   令値を演算する制御指令値演算部とを備えたスイッチド
   リラクタンスモータの制御装置。
5. 【請求項５】 前記スイッチドリラクタンスモータはス
   イッチドリラクタンスリニアモータである請求項４に記
   載のスイッチドリラクタンスモータの制御装置。