JPH0947061A

JPH0947061A - リニアモータの制御方法及び装置

Info

Publication number: JPH0947061A
Application number: JP7197270A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nagase; 長瀬　　博; Hideki Nihei; 秀樹二瓶; Toshio Saito; 敏雄斎藤; Noboru Arahori; 荒堀　　昇
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-08-02
Filing date: 1995-08-02
Publication date: 1997-02-14

Abstract

(57)【要約】【目的】リニアモータの端効果による推力の変化や逆推
力を補償すること。【構成】速度制御装置の出力信号に推力変化や逆推力を
補償する信号を重畳させる。重畳後の信号により、モー
タの推力を制御する。【効果】リニアモータの推力は、推力指令に比例するの
で、どのような運転状態でも、制御上の応答の劣化や、
速度制御応答の劣化が生じることがなくなる。そのため
に、速度や推力の脈動の発生もなくすことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リニアモータの制御方
法及び装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】リニアモータは駆動部を直接制御できる
ため、システム全体で小型化が可能となる特徴がある。
例えば、特開平1−271381 号公報に開示されているよう
にロープ式のリニアモータ・エレベータに応用される。
これには、誘導機型のリニアモータが応用され、回転型
と同様の等価回路となるので、ベクトル制御が適用で
き、推力の制御を行うことができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、リニアモータ
は通常の回転型モータと違い、モータ端部が存在するた
め、端部効果が生じる。端部効果により推力が低減さ
れ、回転型と同じ推力が出せない問題がある。特に、す
べりが零のときに、逆推力（回転型モータならば、すべ
りが零のとき推力は零）が出る問題がある。従来は、推
力の低減や逆推力を考慮せず制御を行っため、推力指令
に比例した推力が出ない問題があった。そのため、推力
制御の精度の低下や、速度制御応答が劣化したり、速度
や推力の脈動が発生するおそれがあった。さらに、これ
をリニアモータエレベータに適用するときには、乗りか
ごの振動が生じたり、着床誤差が生じるおそれがあっ
た。

【０００４】本発明は、前記問題点に対しなされたもの
で、その目的とするところは、推力低下や逆推力の影響
を補償し、推力指令に比例する推力が出せる制御方法を
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】速度制御装置の出力は推
力に比例する信号なので、その信号に推力変化や逆推力
を補償する信号を重畳させる。重畳後の信号により、モ
ータの推力を制御する。

【０００６】

【作用】このようにすれば、リニアモータの推力は、推
力指令に比例するように制御され、リニアモータから本
来生じる推力変化や逆推力が補償される。その結果、推
力指令に比例して推力が発生するので、どのような運転
状態でも、推力制御精度の低下や、速度制御応答の劣化
が生じることがなくなる。そのために、速度や推力の脈
動の発生もなくすことができる。

【０００７】

【実施例】以下、図面により、本発明の実施例を説明す
る。

【０００８】図１は本発明の実施例を示す。

【０００９】図１において、リニアモータは誘導型で、
電機子巻線が巻かれる１次側１と２次側（図示せず）が
ある。１次側１はインバータ２によって電力が供給され
る。リニアモータの１次側１は駆動体（図示せず）に搭
載され、その速度は駆動体またはリニアモータの１次側
１に取り付けられた速度検出器１１によって検出され
る。例えば、ロープ式リニアモータ・エレベータに応用
したとき、１次側はカウンタウエイトに取り付けられ、
２次側は昇降路に設置される。リニアモータの走行速度
は、カウンタウエイトに取り付けられた速度検出器１１
により、ガイドレールとの相対運動を計測することによ
って検出する。

【００１０】速度指令１２の信号と速度検出器１１の信
号の偏差が速度制御装置１３に入力される。速度制御装
置１３はこの偏差に応じて働き、その出力信号はリニア
モータの推力を指令する信号になる。一方、モータの推
力減少／逆推力に相当する信号が補償装置１４で演算さ
れる。補償装置１４の出力信号は加算装置１５に入力さ
れる。加算装置１５では、速度制御装置１３と補償装置
１４の出力が加算され、その出力信号は電流制御装置１
６に入力される。電流制御装置１６の出力はインバータ
２に入力される。インバータ２では、ＰＷＭ制御が実行
され、インバータ２の出力電圧，出力周波数が制御され
る。このようにして、リニアモータに流れる電流が制御
される。補償装置１４からの補償信号は、あらかじめモ
ータを解析し、モータの運転速度または１次周波数や推
力指令などのパターンとして与えておけばよい。

【００１１】以上のように構成すれば、補償装置１４に
よって推力低下分や逆推力が補償されるので、推力指令
に比例したモータ推力が得られるようになる。その結
果、推力指令に比例して推力が発生するので、どのよう
な運転状態でも、推力制御精度の低下や、速度制御応答
の劣化が生じることがなくなる。そのために、速度や推
力の脈動の発生もなくすことができる。

【００１２】図２は、図１の実施例を簡易的に行う他の
実施例を示す。誘導型リニアモータなので、ベクトル制
御が適応できる。補償装置１４１は図１の補償装置１
４，加算装置１５１は図１の加算装置１５の働きをす
る。速度制御装置１３の出力は推力を指令する信号であ
る。この信号に補償装置１４１からの信号を加算装置15
1で加算する。加算装置１５１の出力信号はリニアモー
タの１次電流の推力電流成分指令信号Ｉ_q*である。加算
装置１５１の出力信号の推力電流成分指令信号Ｉ_q*はす
べり周波数設定装置１６１に入力される。すべり周波数
設定装置１６１は（１）式の演算を行い、すべり周波数
ｆ_sを指令する信号を出力する。

【００１３】すべり周波数ｆ_s＝ｋ・Ｉ_q*…（１）加算装置１６２には、すべり周波数設定装置１６１から
のすべり周波数ｆ_s信号と速度検出器１１から出力信号
が入力される。加算装置１６２では、すべり周波数ｆ_s
信号と回転周波数信号が加算され、加算装置１６２の出
力は１次周波数ｆ₁を指令する信号になる。こうして、
加算装置１５１の出力信号の推力電流成分指令信号
Ｉ_q*，励磁電流成分指令信号Ｉ_d*(設定器１６３)，加算
装置１６２の出力の１次周波数ｆ₁がベクトル演算を行
うベクトル電流制御装置１６４に入力される。ベクトル
電流制御装置１６４における演算は、通常の回転機と同
様のベクトル演算を行って、Ｉ_d*，Ｉ_q*，ｆ₁に応じた
電流制御を行う。この構成や演算は周知なので説明を省
略する。

【００１４】補償装置１４１の入力は１次周波数ｆ₁を
指令する信号であり、推力補償信号Ｔ_cは１次周波数ｆ₁
に比例して与える。図３はこの原理を示す図で、モータ
の推力特性を示す。この図はすべりｓ＝０のときの特性
で、図からｆ₁＝０以外ではｓ＝０のときも推力が生じ
ることが分かる。例えばあるｆ₁ではマイナスの推力が
生じている。これをここでは逆推力と呼ぶ。回転型のモ
ータならばｓ＝０のとき本来、推力（トルク）は零であ
るが、リニアモータの場合、端効果により推力は零にな
らない。逆推力特性は解析の結果、図３のように１次周
波数に比例することがわかった。また、逆推力のため
に、ｓ＝０以外のときの推力も全体として低下すること
になる。図３の補償装置１４１はこの原理によって、１
次周波数ｆ₁に比例して逆推力を補償する信号Ｔ_cを出力
する。なおここで、補償装置141の入力は１次周波数と
したが、１次周波数に相当する信号なら他の信号で代用
できるのはいうまでもない。例えば、速度指令信号や速
度検出信号が利用できる。以上のような簡単な構成によ
り、逆推力を補償すると速度制御装置１３からみたモー
タ推力は、回転機の場合と同様、速度制御装置１３の出
力、すなわち、推力指令信号に比例するようになる。こ
の結果、どのような運転状態でも、推力制御精度の低下
や、速度制御応答の劣化が生じることがなくなる。その
ために、速度や推力の脈動の発生もなくすことができ
る。

【００１５】図４は更に他の実施例を示す。

【００１６】図５はこの制御原理を説明する図である。
リニアモータの特性を解析した結果、リニアモータの等
価回路は同図（ｂ）のように、推力特性は同図（ａ）の
ように簡易的に表されることが分かった。等価回路は通
常の回転機とほぼ同じであるが、２次回路にすべりｓだ
けでなく、すべり定数ｓ₀が含まれることが異なる。こ
こでｓ₀は１次周波数の影響を大きく受けないほぼ一定
値である。図の特性から、推力の低下や逆推力は端効果
のために周波数がｓ₀だけずれるために生じることがわ
かる。すなわち、すべりの低下分ｓ₀を補償すれば通常
の回転機のように扱える。

【００１７】図４はこの原理に基づいて端効果を補償す
る制御ブロック図の具体例である。誘導型リニアモータ
なのでベクトル制御を適応して制御を行う。図４におい
て、すべり補償装置１４２は図１の補償装置１４，加算
装置１５２は図１の加算装置１５の働きをする。速度制
御装置１３の出力は推力を指令する信号であり、１次電
流の推力電流成分指令信号Ｉ_q*である。すべり周波数設
定装置１６１は推力電流成分指令信号Ｉ_q*に基づいて前
記（１）式の演算により、すべり周波数ｆ_s0を設定す
る。一方、すべり補償装置１４２は、上述のすべり周波
数を補正する信号ｆ_sc（これを補償すべり周波数と名付
ける) を演算する。すべり周波数設定装置１６１とすべ
り補償装置１４２の出力が加算装置１５２に入力され、
両信号の和がとられる。加算装置１５２の出力は実際に
モータに与えるすべり周波数ｆ_sとなる。さらに、加算
装置１６２に加算装置１５２の出力のすべり周波数ｆ_s
と速度検出器１１からの出力信号が入力される。その結
果、先の例と同様、加算装置１６２の出力は１次周波数
ｆ₁を指令する信号になる。

【００１８】こうして、速度制御装置１３の出力信号の
推力電流成分指令信号Ｉ_q*，励磁電流成分指令信号
Ｉ_d*，加算装置１６２の出力の１次周波数ｆ₁がベクト
ル演算を行うベクトル電流制御装置１６４に入力され
る。ベクトル電流制御装置１６４は先の例と同じであ
る。

【００１９】ここで、すべり定数ｓ₀と補償すべり周波
数ｆ_scは次の（２）式で決まり、すべり補償装置１４２
がこの演算を行う。

【００２０】補償すべり周波数ｆ_sc＝ｓ₀・ｆ₁…（２）以上のようにして、すべり定数ｓ₀を補償するように制
御してリニアモータの１次側１に電流を流すと、速度制
御装置１３からみたモータ推力は、回転機の場合と同
様、速度制御装置１３の出力に比例するようになる。

【００２１】以上の説明では、励磁電流がほぼ一定の場
合を示したが、励磁電流は可変でもよい。このとき、補
償値は励磁電流も考慮した値となる。例えば、推力は励
磁電流に比例するので、図２の実施例では、補償装置１
４１への入力は１次周波数信号と励磁電流信号の積に比
例する信号にすることができる。また、図４の実施例で
は、すべり補償装置１４２への入力は１次周波数信号と
励磁電流信号の逆数の積に比例する信号にすることがで
きる。さらに、精度良く推力の補償を行うため、補償信
号はモータの特性解析を精度良く行って、推力電流成分
指令信号とすべり周波数信号とにそれぞれ独立に与えて
もよい。

【００２２】また、本実施例をリニアモータ・エレベー
タに利用した場合、推力指令に比例した推力が出せるの
で、制御性能がよくなり、振動や着床誤差が小さくなる
効果がある。さらに、起動補償が容易になり、かつ精度
良く行え、乗り心地が向上する効果がある。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、運
転状態によらず、推力制御精度の低下や、速度制御応答
の劣化が生じることがなくなる。そのために、速度や推
力の脈動の発生もなくすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図。

【図２】本発明の他の実施例を示す構成図。

【図３】図２の原理説明図。

【図４】本発明の別の実施例を示す構成図。

【図５】図４の原理説明図。

【符号の説明】

１…リニアモータ１次側、２…インバータ、１３…速度
制御装置、１４…補償装置、１５…加算装置、１６…電
流制御装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者荒堀昇茨城県ひたちなか市市毛1070番地株式会社日立製作所水戸工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】可変電圧，可変周波数の電力変換器によっ
て駆動されるリニアモータにおいて、前記リニアモータ
の推力の変化分を補償する信号を前記リニアモータの推
力指令信号に重畳し、重畳した信号によってリニアモー
タの推力を制御することを特徴とするリニアモータの制
御方法。
【請求項２】請求項１において、推力の変化分はモータ
の端効果によるものであることを特徴とするリニアモー
タの制御方法。
【請求項３】請求項１または請求項２において、推力の
変化分を補償する信号はモータの速度信号，１次周波数
信号，推力指令信号から与えることを特徴とするリニア
モータの制御方法。
【請求項４】請求項１または請求項２において、前記リ
ニアモータは誘導型とし、それにベクトル制御を適用
し、その推力指令信号に推力変化分を補償する信号を重
畳することを特徴とするリニアモータの制御方法。
【請求項５】請求項４において、重畳する補償信号は、
１次周波数またはそれに相当する信号に比例させること
を特徴とするリニアモータの制御方法。
【請求項６】請求項４において、重畳する補償信号は、
１次周波数またはそれに相当する信号と、励磁電流に比
例する信号との積にほぼ比例させることを特徴とするリ
ニアモータの制御方法。
【請求項７】請求項１または請求項２において、前記リ
ニアモータは誘導型とし、そのすべり周波数に推力変化
分を補償する信号を重畳することを特徴とするリニアモ
ータの制御方法。
【請求項８】請求項７において、重畳する補償信号は、
１次周波数またはそれに相当する信号に比例させること
を特徴とするリニアモータの制御方法。
【請求項９】請求項７において、重畳する補償信号は、
１次周波数またはそれに相当する信号と、励磁電流に比
例する信号の逆数との積にほぼ比例させることを特徴と
するリニアモータの制御方法。
【請求項１０】請求項１または請求項２において、前記
リニアモータは誘導型とし、その推力電流指令信号及び
そのすべり周波数のそれぞれに推力変化分を補償する信
号を重畳することを特徴とするリニアモータの制御方
法。
【請求項１１】請求項１〜請求項１０のうち１項を用い
たリニアモータの制御方法をエレベータに利用すること
を特徴とするリニアモータの制御方法。
【請求項１２】可変電圧，可変周波数の電力変換器によ
って駆動されるリニアモータにおいて、前記リニアモー
タの推力の変化分を補償する信号を発生する手段と、こ
の補償信号を前記リニアモータの推力指令信号に重畳し
た信号によってリニアモータの推力を制御する手段を備
えたことを特徴とするリニアモータの制御装置。