JP5169892B2

JP5169892B2 - ベアリングレスモータのパラメータ設定方法

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Publication number: JP5169892B2
Application number: JP2009026021A
Authority: JP
Inventors: 一伸大井; 正太漆畑; 大器松橋
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2009-02-06
Filing date: 2009-02-06
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2029-02-06
Also published as: JP2010180974A

Description

本発明は、ベアリングレスモータのパラメータ設定方法に関する発明であり、軸支持力指令値から軸支持電流指令値を求める軸支持変調式に用いるパラメータを、正確且つ容易に設定できるように工夫したものである。

モータの軸受としては機械的な軸受が一般的である。しかし、機械的な軸受は、摩擦が発生するため潤滑剤が必要であり、また、摩耗により機械的に劣化するため定期的な交換が必要である。そのため、機械的な軸受を備えたモータでは、真空中や有害な気体中で使用する場合や、医療機器用ないし超高速駆動用に使用する場合には、制約があった。

この問題を解決するため、磁気軸受を採用したモータが開発されてきた。これは、電磁石により軸支持力を発生させる方式であり、軸と軸受が接触しないため潤滑剤が不要になり、また、摩耗しないことからメンテナンスフリーである。そのため、腐食性の高い気体中であっても使用でき、モータの適用範囲を広げることができた。
しかし、モータに、軸支持用の電磁石を追加的に備える必要があり、装置の大型化やコスト増加などの問題点が存在する。

一方、ベアリングレスモータも電磁力により軸支持を行うモータである。このベアリングレスモータは、１つの固定子に電動機巻線と軸支持巻線の２種類の巻線を備えている。そして、軸支持巻線に通電することより、軸支持力となる電磁力を発生させており、電動機巻線に通電することにより、回転力となる電磁力を発生させている。

ベアリングレスモータでは、電動機の機能と磁気軸受の機能を一体化したため、ベアリングレスモータ単体で、回転と軸支持の両方を行うことができる。そのため、磁気軸受の利点に加えて、装置の小型化やコストダウンが可能である。ベアリングレスモータは、更に幅広い分野への適用に向け、研究開発が進められている。

ここで、ベアリングレスモータの従来の制御システムの動作概要について、図４を参照して説明する。

ベアリングレスモータ１０は、図４では簡略化して示しているが、固定子１１に電動機巻線（図示省略）と軸支持巻線（図示省略）が備えられている。また、回転子（図示省略）には一般的には永久磁石が備えられている。
このベアリングレスモータ１０には、回転子の回転を検出するロータリーエンコーダ１２が配置されている。角度検出器１３は、ロータリーエンコーダ１２の出力を基に、回転子の回転角度を示す回転子角度θを求める。

固定子１１には、静止座標系のα軸が交差する部分に、固定子１１と回転子とのギャップを検出して軸変位を示す検出軸変位値αを出力するギャップセンサ１４と、静止座標系のβ軸が交差する部分に、固定子１１と回転子とのギャップを検出して軸変位を示す検出軸変位値βを出力するギャップセンサ１５が配置されている。

このベアリングレスモータ１０を制御する制御系としては、電動機巻線に電力を供給する駆動側制御系１００と、軸支持巻線に電力を供給する軸支持側制御系２００とがある。

まず、駆動側制御系１００について説明する。
駆動側制御系１００のインバータ１０１は、ベアリングレスモータ１０の電動機巻線に三相電力を供給してモータを回転駆動する。

速度検出器１０２は、回転角度θを微分し、回転速度ωを出力する。偏差演算器１０３は、回転速度ωと速度指令値ω^*を比較して、偏差速度Δωを求める。ＰＩアンプ１０４は、偏差速度ΔωをＰＩ（比例・積分）演算することにより、トルク（ｑ軸）電流指令値ｉ_mq ^*を出力する。

一方、励磁（ｄ軸）電流指令値ｉ_md ^*は零とする。このようにしたのは、後ほど説明する軸支持変調式で用いる係数（Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_D）が、トルク電流値ｉ_mqだけでなく励磁電流値ｉ_mdにも依存するためであり、励磁電流指令値ｉ_md ^*＝０とすることにより制御の複雑さを防ぐのが目的である。

電流検出器１０５は、インバータ１０１から出力されるインバータ出力電流を検出し、ｄｑ変換器１０６は、検出されたインバータ出力電流をｄｑ変換することにより、実際のトルク電流値ｉ_mq及び励磁電流値ｉ_mdを出力する。

偏差演算器１０７は、実際のトルク電流値ｉ_mqとトルク電流指令値ｉ_mq ^*を比較して、偏差トルク電流指令値Δｉ_mqを求め、電流制御器（ＡＣＲアンプ）１０８は偏差トルク電流指令値Δｉ_mqを基にｑ軸電圧指令値Ｖ_q ^*を求める。
偏差演算器１０９は、実際の励磁電流値ｉ_mdと励磁電流指令値ｉ_md ^*を比較して、偏差励磁電流指令値Δｉ_mdを求め、電流制御器（ＡＣＲアンプ）１１０は偏差励磁電流指令値Δｉ_mdを基にｄ軸電圧指令値Ｖ_d ^*を求める。

ｄｑ逆変換器１１１は、ｄ軸電圧指令値Ｖ_d ^*及びｑ軸電圧指令値Ｖ_q ^*をｄｑ逆変換して、三相の電圧指令値Ｖ_u ^*，Ｖ_v ^*，Ｖ_W ^*を出力する。
ＰＷＭ変調器１１２は、三相の電圧指令値Ｖ_u ^*，Ｖ_v ^*，Ｖ_W ^*をＰＷＭ変調してインバータ１０１に送り、インバータ１０１は電圧指令値Ｖ_u ^*，Ｖ_v ^*，Ｖ_W ^*に応じた三相電流をベアリングレスモータ１０の電動巻線に供給する。

次に、軸支持側制御系２００について説明する。
軸支持側制御系２００のインバータ２０１は、ベアリングレスモータ１０の軸支持巻線に三相電力を供給して回転子を支持する。

この軸支持側制御系２００には、静止座標系のα軸方向に関してモータ回転軸がモータ中心に位置するような指令をする軸変位指令値α^*と、静止座標系のβ軸方向に関してモータ回転軸がモータ中心に位置するような指令をする軸変位指令値β^*が入力される。

偏差演算器２０２は、軸変位指令値α^*と検出軸変位値αを比較して偏差軸変位値Δαを求め、ＰＩＤアンプ２０３は、偏差軸変位値ΔαをＰＩＤ（比例・積分・微分）演算することにより軸支持力指令値Ｆα^*を出力する。

偏差演算器２０４は、軸変位指令値β^*と検出軸変位値βを比較して偏差軸変位値Δβを求め、ＰＩＤアンプ２０５は、偏差軸変位値ΔβをＰＩＤ（比例・積分・微分）演算することにより軸支持力指令値Ｆβ^*を出力する。

ところで、ベアリングレスモータ１０では、駆動側の磁気と軸支持側の磁気が磁気的に干渉するため、軸支持力Ｆα，Ｆβと軸支持電流値ｉα，ｉβは一対一の対応関係にならない。

そこで、軸支持変調式演算器２０６は、軸支持力指令値Ｆα^*，Ｆβ^*、回転子角度θ、トルク電流指令値ｉ_mq ^*を入力とし、さらに、テーブル（ＴＡ）２０７よりトルク電流指令値ｉ_mq ^*に応じた係数Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_Dを呼び出し、後述する軸支持変調式を用いて演算することにより、磁気的干渉を打ち消しつつモータ回転軸を支持するための軸支持電流指令値ｉα^*，ｉβ^*を求める。これにより、駆動側と軸支持側の磁気的な干渉を打ち消すことができる。

電流検出器２０８は、インバータ２０１から出力されるインバータ出力電流を検出し、３相２相変換器２０９は、検出されたインバータ出力電流を３相２相変換することにより、実際の軸支持電流値ｉα，ｉβを出力する。

偏差演算器２１０は、実際の軸支持電流値ｉαと軸支持電流指令値ｉα^*を比較して、偏差軸支持電流指令値Δｉαを求め、電流制御器（ＡＣＲアンプ）２１１は偏差軸支持電流指令値Δｉαを基にα軸電圧指令値Ｖα^*を求める。

偏差演算器２１２は、実際の軸支持電流値ｉβと軸支持電流指令値ｉβ^*を比較して、偏差軸支持電流指令値Δｉβを求め、電流制御器（ＡＣＲアンプ）２１３は偏差軸支持電流指令値Δｉβを基にβ軸電圧指令値Ｖβ^*を求める。

２相３相変換器２１４は、α軸電圧指令値Ｖα^*及びβ軸電圧指令値Ｖβ^*を２相３相変換して、三相の電圧指令値Ｖ_x ^*，Ｖ_Y ^*，Ｖ_Z ^*を出力する。
ＰＷＭ変調器２１５は、三相の電圧指令値Ｖ_x ^*，Ｖ_Y ^*，Ｖ_Z ^*をＰＷＭ変調してインバータ２０１に送り、インバータ２０１は電圧指令値Ｖ_x ^*，Ｖ_Y ^*，Ｖ_Z ^*に応じた三相電流をベアリングレスモータ１０の軸支持巻線に供給する。

次に、ベアリングレスモータ１０の特性から導かれる軸支持変調式について説明する。ベアリングレスモータ１０は、図５に示すような２極電動機・４極支持構造となっている（特許文献３参照）。即ち、図５において、Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２が電動機巻線であり、Ｕ４，Ｖ４，Ｗ４が軸支持巻線である。

このベアリングレスモータ１０を、直流電動機に等価変換したものを図６に示す。
図６では、２極の電動機巻線をＮｄ，Ｎｑ、４極の軸支持巻線をＮｘ，Ｎｙで示している。ここで、図６に示すように、固定子を基準に静止座標系のαβ軸座標を定義し、回転子を基準に回転座標系のｄｑ軸回転座標を定義する。ｄｑ軸とαβ軸の位相差をθとする。

軸支持電流ｉ_sd，ｉ_sqと軸支持力Ｆ_d，Ｆ_qとの間には、次式（１）のような関係がある。

ここで、ｉ_mqは駆動側のｑ軸電流、Ｆ_d，Ｆ_qはそれぞれ軸支持力のｄ軸成分，ｑ軸成分、ｉ_sd，ｉ_sqは軸支持電流のｄ軸，ｑ軸成分である。Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_Dは、いずれもｉ_mqに依存している。

この式より、軸支持力指令値Ｆα^*，Ｆβ^*から軸支持電流指令値ｉ_sd ^*，ｉ_sq ^*を求める変調式は、次式（２）のようになる。

ここで、軸変位はαβ軸固定座標上での値を検出するため、アンプから出力される軸支持力指令値Ｆα^*，Ｆβ^*もαβ軸固定座標上での値になる。
よって次式（３）の、αβ軸固定座標からｄｑ軸回転座標への変換が必要になる。

また、インバータ側も固定座標上で制御をしているため、軸支持電流指令値を固定座標に変換する必要がある。ただし、軸支持巻線は４極構造であるため、位相差θを２倍する。
よって、ｄｑ軸側の軸支持電流指令値ｉ_sd ^*，ｉ_sq ^*をαβ軸側の軸支持電流指令値ｉα^*，ｉβ^*へ変換する式は次式（４）となる。

以上をまとめると、次式（５）に示す軸支持変調式が得られる。

軸支持変調式に使用する比例係数Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_Dは、事前にシミュレーションにより求め、結果をテーブル（ＴＡ）２０７に予め保存しておき、変調演算時にそのときのトルク電流指令値ｉ_mq ^*から対応する比例係数Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_Dを呼び出している。

特開平１０−９４２１７特開２００１−３３９９７９特開２００４−１２０８８６

しかし、モータのシミュレーションモデルと実物との誤差や、鉄心の磁束飽和などの影響により、シミュレーションでは依存関係を高い精度で求めることはできない。
比例係数Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_Dの精度が低いと、モータ駆動時の軸の振れ回りや振動が発生し、トルク急変時には軸支持側制御系が不安定に陥る、軸が接触してしまうなどの問題が発生する。

そのため、ベアリングレスモータを扱う場合は手動でモータを試験して比例係数Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_Dを求めなければならない。特に、小型のベアリングレスモータの場合は実物の個体差により比例係数が大きく変化してしまうこともあり、交換や増設のたびに再試験が必要になってしまう。

本発明は、上記従来技術に鑑み、ベアリングレスモータの軸支持制御をするために用いる「軸支持変調式」の比例係数（パラメータ）Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_Dを正確・容易に求めることができる、ベアリングレスモータのパラメータ設定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の構成は、
固定子に電動機巻線と軸支持巻線が施されたベアリングレスモータを２台備え、両ベアリングレスモータの回転子が共通の１本の回転軸により連結されると共に、両ベアリングレスモータの電動機巻線が直列に接続されているベアリングレスモータ装置と、
トルク電流指令値（ｉ_mq ^*）に応じた値の電力を、前記ベアリングレスモータの電動機巻線に供給する駆動側制御系と、
軸支持力指令値（Ｆα₁ ^*，Ｆβ₁ ^*）と、回転子角度（θ）と、前記トルク電流指令値（ｉ_mq ^*）の値に応じて値が変化する比例係数（Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_D）を下式（５）に適用して軸支持電流指令値（ｉα₁ ^*，ｉβ₁ ^*）を求め、この軸支持電流指令値（ｉα₁ ^*，ｉβ₁ ^*）に応じた値の電力を、一方のベアリングレスモータの前記軸支持巻線に供給して軸支持運転をする第１の軸支持側制御系と、
軸支持力指令値（Ｆα₂ ^*，Ｆβ₂ ^*）と、回転子角度（θ）と、前記トルク電流指令値（ｉ_mq ^*）の値に応じて値が変化する比例係数（Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_D）を下式（５）に適用して軸支持電流指令値（ｉα₂ ^*，ｉβ₂ ^*）を求め、この軸支持電流指令値（ｉα₂ ^*，ｉβ₂ ^*）に応じた値の電力を、他方のベアリングレスモータの前記軸支持巻線に供給して軸支持運転をする第２の軸支持側制御系と、
を有する制御システムにおいて、
前記比例係数（Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_D）を予めシミュレーションにより予め求めておき、シミュレーションにより求めた比例係数（Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_D）を用いて第１と第２の軸支持側制御系により軸支持運転をさせつつ前記トルク電流指令値（ｉ_mq ^*）の値を順次変化させていき、
値を順次変化させていく前記トルク電流指令値（ｉ_mq ^*）が各値のときに、
軸支持電流指令値（ｉα₁ ^*，ｉβ₁ ^*）をｄｑ変換して、軸支持電流指令値（ｉ_sd1 ^*，ｉ_sq1 ^*）を求め、
軸支持電流指令値（ｉ_sq1 ^*）が０のときの軸支持電流指令値（ｉ_sd1 ^*）を求め、この軸支持電流指令値（ｉ_sd1 ^*）と、予め設定した支持対象物の重量（Ｆ）と、回転子角度（θ）を下式（１１）に適用することにより、第１の軸支持側制御系に用いる比例係数Ｋ_A1，Ｋ_C1を求め、
軸支持電流指令値（ｉ_sd1 ^*）が０のときの軸支持電流指令値（ｉ_sq1 ^*）を求め、この軸支持電流指令値（ｉ_sq1 ^*）と、予め設定した支持対象物の重量（Ｆ）と、回転子角度（θ）を下式（１２）に適用することにより、第１の軸支持側制御系に用いる比例係数Ｋ_B1，Ｋ_D1を求め、
軸支持電流指令値（ｉα₂ ^*，ｉβ₂ ^*）をｄｑ変換して、軸支持電流指令値（ｉ_sd2 ^*，ｉ_sq2 ^*）を求め、
軸支持電流指令値（ｉ_sq2 ^*）が０のときの軸支持電流指令値（ｉ_sd2 ^*）を求め、この軸支持電流指令値（ｉ_sd2 ^*）と、予め設定した支持対象物の重量（Ｆ）と、回転子角度（θ）を下式（１３）に適用することにより、第２の軸支持側制御系に用いる比例係数Ｋ_A2，Ｋ_C2を求め、
軸支持電流指令値（ｉ_sd2 ^*）が０のときの軸支持電流指令値（ｉ_sq2 ^*）を求め、この軸支持電流指令値（ｉ_sq2 ^*）と、予め設定した支持対象物の重量（Ｆ）と、回転子角度（θ）を下式（１４）に適用することにより、第２の軸支持側制御系に用いる比例係数Ｋ_B2，Ｋ_D2を求めることにより、
第１の軸支持側制御系に用いる、トルク電流指令値（ｉ_mq ^*）の値に応じた比例係数Ｋ_A1，Ｋ_B1，Ｋ_C1，Ｋ_D1を求めると共に、第２の軸支持側制御系に用いる、トルク電流指令値（ｉ_mq ^*）の値に応じた比例係数Ｋ_A2，Ｋ_B2，Ｋ_C2，Ｋ_D2を求めることを特徴とする。

また本発明の構成は、
固定子に電動機巻線と軸支持巻線が施されたベアリングレスモータを２台備え、両ベアリングレスモータの回転子が共通の１本の回転軸により連結されたベアリングレスモータ装置と、
トルク電流指令値（ｉ_mq ^*）に応じた値の電力を、一方のベアリングレスモータの電動機巻線に供給する第１の駆動側制御系と、
トルク電流指令値（ｉ_mq ^*）に応じた値の電力を、他方のベアリングレスモータの電動機巻線に供給する第２の駆動側制御系と、
軸支持力指令値（Ｆα^*，Ｆβ^*）と、回転子角度（θ）と、前記トルク電流指令値（ｉ_mq ^*）の値に応じて値が変化する比例係数（Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_D）を下式（５）に適用して軸支持電流指令値（ｉα^*，ｉβ^*）を求め、この軸支持電流指令値（ｉα^*，ｉβ^*）に応じた値の電力を、一方のベアリングレスモータの前記軸支持巻線に供給して軸支持運転をする第１の軸支持側制御系と、
軸支持力指令値（Ｆα^*，Ｆβ^*）と、回転子角度（θ）と、前記トルク電流指令値（ｉ_mq ^*）の値に応じて値が変化する比例係数（Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_D）を下式（５）に適用して軸支持電流指令値（ｉα^*，ｉβ^*）を求め、この軸支持電流指令値（ｉα^*，ｉβ^*）に応じた値の電力を、他方のベアリングレスモータの前記軸支持巻線に供給して軸支持運転をする第２の軸支持側制御系と、
を有する制御システムにおいて、
前記比例係数（Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_D）を予めシミュレーションにより予め求めておき、シミュレーションにより求めた比例係数（Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_D）を用いて第１と第２の軸支持側制御系により軸支持運転をさせつつ第１の駆動側制御系の前記トルク電流指令値（ｉ_mq ^*）の値を順次変化させていき、
値を順次変化させていく前記トルク電流指令値（ｉ_mq ^*）が各値のときに、
第１の軸支持側制御系の軸支持電流指令値（ｉα^*，ｉβ^*）をｄｑ変換して、軸支持電流指令値（ｉ_sd ^*，ｉ_sq ^*）を求め、
第１の軸支持側制御系の軸支持電流指令値（ｉ_sq ^*）が０となる回転子角度指令値（θ^*）を求め、第２の駆動側制御系では、回転子角度（θ）が前記回転子角度指令値（θ^*）となるトルク電流指令値（ｉ_mq ^*）を求め、このトルク電流指令値（ｉ_mq ^*）に応じた値の電力を、他方のベアリングレスモータの電動機巻線に供給し、このときの第１の軸支持側制御系の軸支持電流指令値（ｉ_sd ^*）と、予め設定した支持対象物の重量（Ｆ）と、回転子角度（θ）を下式（２１）に適用することにより、第１の軸支持側制御系に用いる比例係数Ｋ_A，Ｋ_Cを求め、
第１の軸支持側制御系の軸支持電流指令値（ｉ_sd ^*）が０となる回転子角度指令値（θ^*）を求め、第２の駆動側制御系では、回転子角度（θ）が前記回転子角度指令値（θ^*）となるトルク電流指令値（ｉ_mq ^*）を求め、このトルク電流指令値（ｉ_mq ^*）に応じた値の電力を、他方のベアリングレスモータの電動機巻線に供給し、このときの第１の軸支持側制御系の軸支持電流指令値（ｉ_sq ^*）と、予め設定した支持対象物の重量（Ｆ）と、回転子角度（θ）を下式（２２）に適用することにより、第１の軸支持側制御系に用いる比例係数Ｋ_B，Ｋ_Dを求め、
第２の軸支持側制御系の軸支持電流指令値（ｉα^*，ｉβ^*）をｄｑ変換して、軸支持電流指令値（ｉ_sd ^*，ｉ_sq ^*）を求め、
第２の軸支持側制御系の軸支持電流指令値（ｉ_sq ^*）が０となる回転子角度指令値（θ^*）を求め、第１の駆動側制御系では、回転子角度（θ）が前記回転子角度指令値（θ^*）となるトルク電流指令値（ｉ_mq ^*）を求め、このトルク電流指令値（ｉ_mq ^*）に応じた値の電力を、一方のベアリングレスモータの電動機巻線に供給し、このときの第２の軸支持側制御系の軸支持電流指令値（ｉ_sd ^*）と、予め設定した支持対象物の重量（Ｆ）と、回転子角度（θ）を下式（２１）に適用することにより、第２の軸支持側制御系に用いる比例係数Ｋ_A，Ｋ_Cを求め、
第２の軸支持側制御系の軸支持電流指令値（ｉ_sd ^*）が０となる回転子角度指令値（θ^*）を求め、第１の駆動側制御系では、回転子角度（θ）が前記回転子角度指令値（θ^*）となるトルク電流指令値（ｉ_mq ^*）を求め、このトルク電流指令値（ｉ_mq ^*）に応じた値の電力を、一方のベアリングレスモータの電動機巻線に供給し、このときの第２の軸支持側制御系の軸支持電流指令値（ｉ_sq ^*）と、予め設定した支持対象物の重量（Ｆ）と、回転子角度（θ）を下式（２２）に適用することにより、第２の軸支持側制御系に用いる比例係数Ｋ_B，Ｋ_Dを求めることにより、
第１の軸支持側制御系に用いる、トルク電流指令値（ｉ_mq ^*）の値に応じた比例係数Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_Dを求めると共に、第２の軸支持側制御系に用いる、トルク電流指令値（ｉ_mq ^*）の値に応じた比例係数Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_Dを求めることを特徴とする。

本発明により、ベアリングレスモータの軸支持運転に必要なパラメータを、実際のモータの特性に応じて最適に設定することができるようになる。

本発明により、ベアリングレスモータの軸支持運転に必要なパラメータを、実際のモータの特性に応じて最適に設定することができるようになると共に、ベアリングレスモータの片方のユニットを負荷として制御することにより、別で負荷を用意したり軸を手で拘束する必要がなくなり、ベアリングレスモータ単体での試験が可能になる。
更に、静止状態の試験も可能になり、軸の振れ回りなどによる遠心力が発生しないので、精度の高い試験が可能になる。

ベアリングレスモータ装置を示す構成図。本発明の実施例１に係るベアリングレスモータのパラメータ設定方法を実現する制御システムを示す回路図。本発明の実施例２に係るベアリングレスモータのパラメータ設定方法を実現する制御システムを示す回路図。ベアリングレスモータの制御システムを示す回路図。ベアリングレスモータの巻線構造を示す構成図。ベアリングレスモータを直流電動機に等価変換して示す構成図。

以下、本発明を実施するための形態について、実施例に基づき詳細に説明する。

実際のベアリングレスモータ装置の構造は、図１に示すように、軸を２点で支えるため２ユニット内蔵となっている。つまり、１台のベアリングレスモータ装置には、２台のベアリングレスモータ１０−１，１０−２が並んで内蔵されており、ベアリングレスモータ１０−１の回転子とベアリングレスモータ１０−２の回転子は、共通の１本の回転軸により連結されている。

そして、ベアリングレスモータ１０−１の電動機巻線と、ベアリングレスモータ１０−２の電動機巻線は直列に接続されており、両ベアリングレスモータ１０−１，１０−２には、駆動側制御系１００−１により電流が供給されるようになっている。

ベアリングレスモータ１０−１の軸支持巻線には、軸支持側制御系２００−１により電流が供給されるようになっており、ベアリングレスモータ１０−２の軸支持巻線には、軸支持側制御系２００−２により電流が供給されるようになっている。

図２に、本発明の実施例１に係る「ベアリングレスモータのパラメータ設定方法」を実現する制御システムを示す。この制御システムは、図１に示すような２ユニットのベアリングレスモータ１０−１，１０−２が内蔵されているベアリングレスモータ装置を対象として、パラメータの設定をするものである。

この制御システムは、駆動側制御系１００−１と、軸支持側制御系２００−１，２００−２により構成されている。

なお駆動側制御系１００−１の構成要素のうち、図４に示す駆動側制御系１００の構成要素と同じ機能を果たす部分には同一符号を付し、軸支持側制御系２００−１，２００−２の構成要素のうち、図４に示す軸支持側制御系２００の構成要素と同じ機能を果たす部分には同一符号を付して、重複する部分の説明は省略する。
また、軸支持側制御系２００−１の指令値等には添え字「１」を付し、軸支持側制御系２００−２の指令値等には添え字「２」を付しており、添え字を除いた部分の符号は、図４に示す軸支持側制御系２００で用いた指令等を示す符号と同じものである。

駆動側制御系１００−１には、トルク電流指令値設定部３０１が備えられている。この例では、トルク電流指令値設定部３０１は、トルク電流指令値ｉ_mq ^*として、０，Ｉ_m／２，Ｉ_mの３つの値を選択して設定することができるようになっている。なお、Ｉ_mは予め設定した値である。
また駆動側制御系１００−１では、回転子角度θと回転子角度指令値θ^*との偏差を、ＰＩアンプ１０４がＰＩ演算して出力するようになっている。

軸支持側制御系２００−１には、テーブル（ＴＢ１）３１０と、テーブル選択スイッチ３１１と、ｄｑ変換器３１２と、パラメータ演算器３１３，３１４，３１５，３１６が備えられている。
ｄｑ変換器３１２は、軸支持電流指令値ｉα₁ ^*，ｉβ₁ ^*をｄｑ変換して、ユニット１側（ベアリングレスモータ１０−１側）のｄ軸側の軸支持電流指令値ｉ_sd1 ^*とｑ軸側の軸支持電流指令値ｉ_sq1 ^*を出力する。

軸支持側制御系２００−２には、テーブル（ＴＢ２）３２０と、テーブル選択スイッチ３２１と、ｄｑ変換器３２２と、パラメータ演算器３２３，３２４，３２５，３２６が備えられている。
ｄｑ変換器３２２は、軸支持電流指令値ｉα₂ ^*，ｉβ₂ ^*をｄｑ変換して、ユニット２側（ベアリングレスモータ１０−２側）のｄ軸側の軸支持電流指令値ｉ_sd2 ^*とｑ軸側の軸支持電流指令値ｉ_sq2 ^*を出力する。

本発明は、ベアリングレスモータの軸支持力指令値と軸支持電流指令値との比例係数Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_Dとトルク電流指令値ｉ_mq ^*との依存関係を求め、各ユニット（各ベアリングレスモータ）の個体差からパラメータが異なることを考慮し、ユニット（ベアリングレスモータ）毎に、それぞれテーブルＴＢ１，ＴＢ２を作成するものである。

まず、軸を含めた支持対象物の重量Ｆを事前に測定してあるものとする。また、事前にシミュレーションにより軸支持力指令値と軸支持電流指令値との比例係数Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_Dとトルク電流指令値ｉ_mq ^*との依存関係を求めて、軸支持側制御系２００−１のテーブル（ＴＡ）２０７及び軸支持側制御系２００−２のテーブル（ＴＡ）２０７に保存してあるものとする。
テーブル（ＴＡ）２０７に保存している比例係数Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_Dは、軸の接触が発生しない最低限の精度があればよく、軸支持制御の制定に時間がかかる、振動が残るなどの不安定性が残ってもよい。

以下に、テーブル（ＴＢ１，ＴＢ２）のパラメータを設定する手法を順次説明する。

（１）軸支持側制御系２００−１，２００−２において、テーブル選択スイッチ３１１，３２１をテーブル（ＴＡ）２０７側に投入し、シミュレーションにより求めた軸支持力指令値と軸支持電流指令値との比例係数Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_Dとトルク電流指令値ｉ_mq ^*との依存関係をテーブル（ＴＡ）２０７から呼び出し、軸支持運転を行う。

（２）駆動側制御系１００−１の制御によりベアリングレスモータ１０−１，１０−２を回転駆動し、軸支持側制御系２００−１のｑ軸側の軸支持電流指令値ｉ_sq1 ^*＝０となるように回転角度を合わせる。
その後、駆動側制御系１００−１のトルク電流指令値設定部３０１により、トルク電流指令値ｉ_mq ^*＝０としてモータ駆動を停止する。

（３）軸支持系はＰＩＤアンプで構成されるため、テーブル（ＴＡ）２０７の精度が高くなくても制御により軸を静止させることができる。この時の軸支持側制御系２００−１のｄ軸側の軸支持電流指令値ｉ_sd1 ^*を求める。

（４）支持対象物の重量Ｆがベアリングレスモータ１０−１とベアリングレスモータ１０−２の両方に均等にかかる場合、トルク電流指令値ｉ_mq ^*が零のときの比例係数Ｋ_A1（０），Ｋ_C1（０）は、角度検出器１３から出力される回転子角度θより、パラメータ演算器３１３，３１４に設定した次式（１１）により求めることができる。求めた比例係数Ｋ_A1（０），Ｋ_C1（０）をテーブル（ＴＢ１）３１０に保存する。

（５）駆動側制御系１００−１の制御により再びベアリングレスモータ１０−１，１０−２を回転駆動し、今度は軸支持側制御系２００−１のｄ軸側の軸支持電流指令値ｉ_sd1 ^*＝０となるように回転角度を合わせる。
その後、駆動側制御系１００−１のトルク電流指令値設定部３０１により、トルク電流指令値ｉ_mq ^*＝０としてモータ駆動を停止する。

（６）この時の軸支持側制御系２００−１のｑ軸側の軸支持電流指令値ｉ_sq1 ^*と、支持対象物の重量Ｆと、角度検出器１３から出力される回転子角度θから、トルク電流指令値ｉ_mq ^*が零のときの比例係数Ｋ_B1（０），Ｋ_D1（０）を、パラメータ演算器３１５，３１６に設定した次式（１２）により求めることができる。このようにして求めた比例係数Ｋ_B1（０），Ｋ_D1（０）を、テーブル（ＴＢ１）３１０に保存する。

以上により、トルク電流指令値ｉ_mq ^*が零の場合における、軸支持側制御系２００−１の軸支持力と軸支持電流との比例係数Ｋ_A1（０），Ｋ_B1（０），Ｋ_C1（０），Ｋ_D1（０）を求めることができる。

なお、支持対象物の重量Ｆがベアリングレスモータ１０−１，１０−２に不均等（アンバランス）にかかる場合には、式（１１），（１２）において、そのアンバランスの状態に応じて係数値を変更すればよい。

次に軸支持側制御系２００−２側の比例係数を求める手法を説明する。

（１１）駆動側制御系１００−１の制御によりベアリングレスモータ１０−１，１０−２を回転駆動し、軸支持側制御系２００−２のｑ軸側の軸支持電流指令値ｉ_sq2 ^*＝０となるように回転角度を合わせる。
その後、駆動側制御系１００−１のトルク電流指令値設定部３０１により、トルク電流指令値ｉ_mq ^*＝０としてモータ駆動を停止する。

（１２）この時の軸支持側制御系２００−２のｄ軸側の軸支持電流指令値ｉ_sd2 ^*と、支持対象物の重量Ｆと、角度検出器１３から出力される回転子角度θから、トルク電流指令値ｉ_mq ^*が零のときの比例係数Ｋ_A2（０），Ｋ_C2（０）を、パラメータ演算器３２３，３２４に設定した次式（１３）により求めることができる。このようにして求めた比例係数Ｋ_A2（０），Ｋ_C2（０）を、テーブル（ＴＢ２）３２０に保存する。

（１３）駆動側制御系１００−１の制御により再びベアリングレスモータ１０−１，１０−２を回転駆動し、軸支持側制御系２００−２のｄ軸側の軸支持電流指令値ｉ_sd2 ^*＝０となるように回転角度を合わせる。
その後、駆動側制御系１００−１のトルク電流指令値設定部３０１により、トルク電流指令値ｉ_mq ^*＝０としてモータ駆動を停止する。

（１４）この時の軸支持側制御系２００−２のｑ軸側の軸支持電流指令値ｉ_sq2 ^*と、支持対象物の重量Ｆと、角度検出器１３から出力される回転子角度θから、トルク電流指令値ｉ_mq ^*が零のときの比例係数Ｋ_B2（０），Ｋ_D2（０）を、パラメータ演算器３２５，３２６に設定した次式（１４）により求めることができる。このようにして求めた比例係数Ｋ_B2（０），Ｋ_D2（０）を、テーブル（ＴＢ２）３２０に保存する。

以上により、トルク電流指令値ｉ_mq ^*が零の場合における軸支持側制御系２００−２の軸支持力と軸支持電流との比例係数Ｋ_A2（０），Ｋ_B2（０），Ｋ_C2（０），Ｋ_D2（０）を求めることができる。

次に、トルク電流を流した状態での比例係数を求める。

（２１）本例では最初に、トルク電流指令値設定部３０１により、トルク電流指令値ｉ_mq ^*をＩ_m／２とする。そして、駆動側制御系１００−１の制御によりベアリングレスモータ１０−１，１０−２を回転駆動する。

（２２）軸支持側制御系２００−１のｑ軸側の軸支持電流指令値ｉ_sq1 ^*＝０になった瞬間のｄ軸側の軸支持電流指令値ｉ_sd1 ^*を取り出す。
そして、取り出した軸支持電流指令値ｉ_sd1 ^*と、支持対象物の重量Ｆと、軸支持電流指令値ｉ_sd1 ^*を取り出した瞬間に角度検出器１３から出力される回転子角度θから、トルク電流指令値ｉ_mq ^*がＩ_m／２のときの比例係数Ｋ_A1（Ｉ_m／２）、Ｋ_C1（Ｉ_m／２）を、前式（１１）により求めることができる。
このようにして求めた比例係数Ｋ_A1（Ｉ_m／２）、Ｋ_C1（Ｉ_m／２）を求めテーブル（ＴＢ１）３１０に保存する。

（２３）軸支持側制御系２００−１のｄ軸側の軸支持電流指令値ｉ_sd1 ^*＝０になった瞬間のｑ軸側の軸支持電流指令値ｉ_sq1 ^*を取り出す。
そして、取り出した軸支持電流指令値ｉ_sq1 ^*と、支持対象物の重量Ｆと、軸支持電流指令値ｉ_sq1 ^*を取り出した瞬間に角度検出器１３から出力される回転子角度θから、トルク電流指令値ｉ_mq ^*がＩ_m／２のときの比例係数Ｋ_B1（Ｉ_m／２）、Ｋ_D1（Ｉ_m／２）を、前式（１２）により求めることができる。
このようにして求めた比例係数Ｋ_B1（Ｉ_m／２）、Ｋ_D1（Ｉ_m／２）を求めテーブル（ＴＢ１）３１０に保存する。

（２４）軸支持側制御系２００−２のｑ軸側の軸支持電流指令値ｉ_sq2 ^*＝０になった瞬間のｄ軸側の軸支持電流指令値ｉ_sd2 ^*を取り出す。
そして、取り出した軸支持電流指令値ｉ_sd2 ^*と、支持対象物の重量Ｆと、軸支持電流指令値ｉ_sd2 ^*を取り出した瞬間に角度検出器１３から出力される回転子角度θから、トルク電流指令値ｉ_mq ^*がＩ_m／２のときの比例係数Ｋ_A2（Ｉ_m／２）、Ｋ_C2（Ｉ_m／２）を、前式（１３）により求めることができる。
このようにして求めた比例係数Ｋ_A2（Ｉ_m／２）、Ｋ_C2（Ｉ_m／２）を求めテーブル（ＴＢ２）３２０に保存する。

（２５）軸支持側制御系２００−２のｄ軸側の軸支持電流指令値ｉ_sd2 ^*＝０になった瞬間のｑ軸側の軸支持電流指令値ｉ_sq2 ^*を取り出す。
そして、取り出した軸支持電流指令値ｉ_sq2 ^*と、支持対象物の重量Ｆと、軸支持電流指令値ｉ_sq2 ^*を取り出した瞬間に角度検出器１３から出力される回転子角度θから、トルク電流指令値ｉ_mq ^*がＩ_m／２のときの比例係数Ｋ_B2（Ｉ_m／２）、Ｋ_D2（Ｉ_m／２）を、前式（１４）により求めることができる。
このようにして求めた比例係数Ｋ_B2（Ｉ_m／２）、Ｋ_D2（Ｉ_m／２）を求めテーブル（ＴＢ２）３２０に保存する。

このようにしてトルク電流指令値ｉ_mq ^*がＩ_m／２のときの、比例係数Ｋ_A1（Ｉ_m／２）、Ｋ_B1（Ｉ_m／２）、Ｋ_C1（Ｉ_m／２）Ｋ_D1（Ｉ_m／２）を求めてテーブル（ＴＢ１）３１０に保存することができると共に、比例係数Ｋ_A2（Ｉ_m／２）、Ｋ_B2（Ｉ_m／２）、Ｋ_C2（Ｉ_m／２）Ｋ_D2（Ｉ_m／２）を求めてテーブル（ＴＢ２）３２０に保存することができる。

次に、本例では、トルク電流指令値設定部３０１により、トルク電流指令値ｉ_mq ^*をＩ_mとする。そして、駆動側制御系１００−１の制御によりベアリングレスモータ１０−１，１０−２を回転駆動する。

そして上述した（２２）〜（２５）と同様な処理をして、トルク電流指令値ｉ_mq ^*がＩ_mのときの、比例係数Ｋ_A1（Ｉ_m）、Ｋ_B1（Ｉ_m）、Ｋ_C1（Ｉ_m）Ｋ_D1（Ｉ_m）を求めてテーブル（ＴＢ１）３１０に保存することができると共に、比例係数Ｋ_A2（Ｉ_m）、Ｋ_B2（Ｉ_m）、Ｋ_C2（Ｉ_m）Ｋ_D2（Ｉ_m）を求めてテーブル（ＴＢ２）３２０に保存することができる。

以上の測定結果から、比例係数Ｋ_A1，Ｋ_B1，Ｋ_C1，Ｋ_D1，Ｋ_A2，Ｋ_B2，Ｋ_C2，Ｋ_D2とトルク電流ｉ_mqとの依存関係を示すテーブルデータを作成して、テーブル（ＴＢ１，ＴＢ２）３１０，３２０に保存することができる。

図２に示す例では、トルク電流指令値設定部３０１により、トルク電流指令値ｉ_mq ^*を３通り（０，Ｉｍ／２，Ｉｍ）に変化させているが、トルク電流指令値ｉ_mq ^*の値をもっと細かく変化させてテーブルデータを作成することにより、精度を上げることができる。

比例係数Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_Dとトルク電流指令値ｉ_mq ^*との依存関係を示すテーブルデータを作成した後は、テーブル選択スイッチ３１１，３２１をテーブル（ＴＢ１，ＴＢ２）３１０，３２０側に投入し、テーブル（ＴＢ１，ＴＢ２）３１０，３２０に保存したテーブルデータを参照して、トルク電流指令値ｉ_mq ^*に対応する比例係数Ｋ_A1，Ｋ_B1，Ｋ_C1，Ｋ_D1，Ｋ_A2，Ｋ_B2，Ｋ_C2，Ｋ_D2を取り出し、軸支持側制御系２００−１，２００−２のそれぞれの軸支持変調式演算器２０６にて、軸支持力指令値Ｆα₁ ^*，Ｆβ₁ ^*から軸支持電流指令値ｉα_1*，ｉβ₁ ^*への変調、及び、軸支持力指令値Ｆα₂ ^*，Ｆβ₂ ^*から軸支持電流指令値ｉα_2*，ｉβ₂ ^*への変調を行い、軸支持側制御系２００−１，２００−２によりベアリングレスモータ１０−１，１０−２の回転子の軸支持制御を行う。

図３に、本発明の実施例２に係る「ベアリングレスモータのパラメータ設定方法」を実現する制御システムを示す。この制御システムは、図１に示すような２ユニットのベアリングレスモータ１０−１，１０−２が内蔵されているベアリングレスモータ装置を対象として、パラメータの設定をするものである。

なお、実施例２では、対象とするベアリングレスモータ装置としては、ベアリングレスモータ１０−１の電動機巻線とベアリングレスモータ１０−２の電動機巻線が直列接続されていないものを前提とする。

実施例２は、実施例１の手法を改善したものである。
先に説明した実施例１では、比例係数Ｋ_A1，Ｋ_B1，Ｋ_C1，Ｋ_D1，Ｋ_A2，Ｋ_B2，Ｋ_C2，Ｋ_D2を求めるシステムを提案した。
しかし、実施例１のシステムではトルク電流を流す必要があるため、別に負荷を用意しなければならない。また、軸の回転が生じると軸の振れ回りによる遠心力の影響が大きくなり、正確な測定が困難になってしまう。
一方で、軸を拘束して試験を行う方法も考えられるが、軸の拘束は手動での作業となり、更に拘束した箇所で力が作用するため正確な測定が困難になってしまう。
実施例２は、上記の実施例１の問題点を改善するものである。

図２に実施例２に係る制御システムを示す。
実施例２では、ベアリングレスモータ装置の一方のユニットのベアリングレスモータでトルク電流一定制御を行い係数を求め、他方のベアリングレスモータは負荷として用いる。これにより、別途負荷を用意することなくモータ単体で測定を行うことができるようにした。

この制御システムは、駆動側制御系１００，１００−１と、軸支持側制御系２００，２００−１により構成されている。
実施例２の駆動側制御系１００は、図４に示す駆動側制御系１００と同様な構成であり、実施例２の駆動側制御系１００−１は、図２に示す駆動側制御系１００−１と同様な構成であり、実施例２の軸支持側制御系２００は、図４に示す軸支持側制御系２００と同様な構成であり、実施例２の軸支持側制御系２００−１は、図２に示す軸支持側制御系２００−１と同様な構成である。

まず、軸を含めた支持対象物の重量Ｆを事前に測定してあるものとする。また、事前にシミュレーションにより軸支持力指令値と軸支持電流指令値との比例係数Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_Dとトルク電流指令値ｉ_mq ^*との依存関係を求めて、軸支持側制御系２００のテーブル（ＴＡ）２０７及び軸支持側制御系２００−１のテーブル（ＴＡ）２０７に保存してあるものとする。
テーブル（ＴＡ）２０７に保存している比例係数Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_Dは、軸の接触が発生しない最低限の精度があればよく、軸支持制御の制定に時間がかかる、振動が残るなどの不安定性が残ってもよい。

以下に、テーブルＴＢ１を求める手法を説明する。テーブル（ＴＢ１）３１０のテーブルデータを作成する際には、ベアリングレスモータ１０−１を駆動して係数を求めると共に、ベアリングレスモータ１０−２を負荷として用いる。

（３１）軸支持側制御系２００−１において、テーブル選択スイッチ３１１をテーブル（ＴＡ）２０７側に投入する。
そして、軸支持側制御系２００，２００−１において、シミュレーションにより求めた軸支持力指令値と軸支持電流指令値との比例係数Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_Dとトルク電流指令値ｉ_mq ^*との依存関係をテーブル（ＴＡ）２０７から呼び出し、軸支持運転を行う。

（３２）ユニット1側(ベアリングレスモータ１０−１側)の軸支持側制御系２００−１におけるｑ軸側の軸支持電流指令値Ｉ_sq ^*＝０となるような回転子角度指令値θ^*を準備し、この回転子角度指令値θ^*をユニット２側（ベアリングレスモータ１０−２側）の駆動側制御部１００に与える。
ユニット２側の駆動側制御部１００ではこの指令値に基づき位置制御（零速度制御）を行う。これによりベアリングレスモータ１０−２が負荷として機能する。

（３３）ユニット１側（ベアリングレスモータ１０−１側）の駆動側制御系１００−１のトルク電流指令値設定部３０１により、トルク電流指令値ｉ_mq ^*＝０を与え、ユニット１側の駆動側制御系１００−１により定電流制御を行う。

（３４）軸支持系はＰＩＤアンプで構成されるため、テーブル（ＴＡ）２０７の精度が高くなくても制御により軸を静止させることができる。
この時、ユニット１側の軸支持側制御系２００−１のｄ軸支持電流指令値ｉ_sd ^*を求める。

（３５）この時の軸支持側制御系２００−１のｄ軸側の軸支持電流指令値ｉ_sd ^*と、支持対象物の重量Ｆと、角度検出器１３から出力される回転子角度θから、トルク電流指令値ｉ_mq ^*が零のときの比例係数Ｋ_A（０），Ｋ_C（０）を、パラメータ演算器３１３，３１４に設定した次式（２１）により求めることができる。このようにして求めた比例係数Ｋ_A（０），Ｋ_C（０）を、テーブル（ＴＢ１）３１０に保存する。

（３６）今度は、ユニット1側(ベアリングレスモータ１０−１側)の軸支持側制御系２００−１におけるｄ軸側の軸支持電流指令値Ｉ_sd ^*＝０となるような回転子角度指令値θ^*を準備し、この回転子角度指令値θ^*をユニット２側（ベアリングレスモータ１０−２側）の駆動側制御部１００に与える。
ユニット２側の駆動側制御部１００では、引き続き、位置制御（零速度制御）を行う。これによりベアリングレスモータ１０−２が負荷として機能する。

（３７）この時の軸支持側制御系２００−１のｑ軸側の軸支持電流指令値ｉ_sq ^*と、支持対象物の重量Ｆと、角度検出器１３から出力される回転子角度θから、トルク電流指令値ｉ_mq ^*が零のときの比例係数Ｋ_B（０），Ｋ_D（０）を、パラメータ演算器３１５，３１６に設定した次式（２２）により求めることができる。このようにして求めた比例係数Ｋ_B（０），Ｋ_D（０）を、テーブル（ＴＢ１）３１０に保存する。

以上により、トルク電流指令値ｉ_mq ^*が零の場合における、軸支持側制御系２００−１の軸支持力と軸支持電流との比例係数Ｋ_A（０），Ｋ_B（０），Ｋ_C（０），Ｋ_D（０）を求めることができる。

次に、トルク電流を増加させたときの軸支持力と軸支持電流との比例係数を求める。

（４１）本例では最初に、トルク電流指令値設定部３０１により、トルク電流指令値ｉ_mq ^*をＩ_m／２とする。そして、ユニット１側の駆動側制御系１００−１の制御によりベアリングレスモータ１０−１，１０−２を回転駆動する。

（４２）ユニット1側(ベアリングレスモータ１０−１側)の軸支持側制御系２００−１におけるｑ軸側の軸支持電流指令値Ｉ_sq ^*＝０となるような回転子角度指令値θ^*を準備し、この回転子角度指令値θ^*をユニット２側（ベアリングレスモータ１０−２側）の駆動側制御部１００に与える。
ユニット２側の駆動側制御部１００ではこの指令値に基づき、引き続き位置制御（零速度制御）を行う。これによりベアリングレスモータ１０−２が負荷として機能する。

（４３）この時の軸支持側制御系２００−１のｄ軸側の軸支持電流指令値ｉ_sd ^*と、支持対象物の重量Ｆと、角度検出器１３から出力される回転子角度θから、トルク電流指令値ｉ_mq ^*がＩ_m／２のときの比例係数Ｋ_A（Ｉ_m／２），Ｋ_C（Ｉ_m／２）を、前式（２１）により求めることができる。このようにして求めた比例係数Ｋ_A（Ｉ_m／２），Ｋ_C（Ｉ_m／２）を、テーブル（ＴＢ１）３１０に保存する。

（４４）今度は、ユニット1側(ベアリングレスモータ１０−１側)の軸支持側制御系２００−１におけるｄ軸側の軸支持電流指令値Ｉ_sd ^*＝０となるような回転子角度指令値θ^*を準備し、この回転子角度指令値θ^*をユニット２側（ベアリングレスモータ１０−２側）の駆動側制御部１００に与える。
ユニット２側の駆動側制御部１００では、引き続き、位置制御（零速度制御）を行う。これによりベアリングレスモータ１０−２が負荷として機能する。

（４５）この時の軸支持側制御系２００−１のｑ軸側の軸支持電流指令値ｉ_sq ^*と、支持対象物の重量Ｆと、角度検出器１３から出力される回転子角度θから、トルク電流指令値ｉ_mq ^*がＩ_m／２のときの比例係数Ｋ_B（Ｉ_m／２），Ｋ_D（Ｉ_m／２）を、前式（２２）により求めることができる。このようにして求めた比例係数Ｋ_B（Ｉ_m／２），Ｋ_D（Ｉ_m／２）を、テーブル（ＴＢ１）３１０に保存する。

（５１）次に本例では、トルク電流指令値設定部３０１により、トルク電流指令値ｉ_mq ^*をＩ_mとする。そして、ユニット１側の駆動側制御系１００−１の制御によりベアリングレスモータ１０−１，１０−２を回転駆動する。

（５２）ユニット1側(ベアリングレスモータ１０−１側)の軸支持側制御系２００−１におけるｑ軸側の軸支持電流指令値Ｉ_sq ^*＝０となるような回転子角度指令値θ^*を準備し、この回転子角度指令値θ^*をユニット２側（ベアリングレスモータ１０−２側）の駆動側制御部１００に与える。
ユニット２側の駆動側制御部１００ではこの指令値に基づき、引き続き位置制御（零速度制御）を行う。これによりベアリングレスモータ１０−２が負荷として機能する。

（５３）この時の軸支持側制御系２００−１のｄ軸側の軸支持電流指令値ｉ_sd ^*と、支持対象物の重量Ｆと、角度検出器１３から出力される回転子角度θから、トルク電流指令値ｉ_mq ^*がＩ_mのときの比例係数Ｋ_A（Ｉ_m），Ｋ_C（Ｉ_m）を、前式（２１）により求めることができる。このようにして求めた比例係数Ｋ_A（Ｉ_m），Ｋ_C（Ｉ_m）を、テーブル（ＴＢ１）３１０に保存する。

（５４）今度は、ユニット1側(ベアリングレスモータ１０−１側)の軸支持側制御系２００−１におけるｄ軸側の軸支持電流指令値Ｉ_sd ^*＝０となるような回転子角度指令値θ^*を準備し、この回転子角度指令値θ^*をユニット２側（ベアリングレスモータ１０−２側）の駆動側制御部１００に与える。
ユニット２側の駆動側制御部１００では、引き続き、位置制御（零速度制御）を行う。これによりベアリングレスモータ１０−２が負荷として機能する。

（５５）この時の軸支持側制御系２００−１のｑ軸側の軸支持電流指令値ｉ_sq ^*と、支持対象物の重量Ｆと、角度検出器１３から出力される回転子角度θから、トルク電流指令値ｉ_mq ^*がＩ_mのときの比例係数Ｋ_B（Ｉ_m），Ｋ_D（Ｉ_m）を、前式（２２）により求めることができる。このようにして求めた比例係数Ｋ_B（Ｉ_m），Ｋ_D（Ｉ_m）を、テーブル（ＴＢ１）３１０に保存する。

以上の測定結果から、ユニット1側(ベアリングレスモータ１０−１側)の軸支持側制御系２００−１における比例係数Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_Dとトルク電流ｉ_mqとの依存関係をテーブル（ＴＢ１）３１０に保存することができる。

なお、図３に示す例では、トルク電流指令値設定部３０１により、トルク電流指令値ｉ_mq ^*を３通り（０，Ｉｍ／２，Ｉｍ）に変化させているが、トルク電流指令値ｉ_mq ^*の値をもっと細かく変化させてテーブルデータを作成することにより、精度を上げることができる。

テーブル（ＴＢ１）３１０を作成した後は、ユニット１側とユニット２側の制御を入れ替え、ユニット１側のベアリングレスモータ１０−１を負荷として用い、ユニット２側のベアリングレスモータ１０−１を定電流制御し、上述したのと同じ試験を行うことによりユニット２側(ベアリングレスモータ１０−２側)の軸支持側制御系２００の比例係数を測定し、テーブルＴＢ２を作成することができる。

即ち、第２の軸支持側制御系２００の軸支持電流指令値（ｉα^*，ｉβ^*）をｄｑ変換して、軸支持電流指令値（ｉ_sd ^*，ｉ_sq ^*）を求め、
第２の軸支持側制御系２００の軸支持電流指令値（ｉ_sq ^*）が０となる回転子角度指令値（θ^*）を求め、第１の駆動側制御系１００−１では、回転子角度（θ）が前記回転子角度指令値（θ^*）となるトルク電流指令値（ｉ_mq ^*）を求め、このトルク電流指令値（ｉ_mq ^*）に応じた値の電力を、一方のベアリングレスモータ１０−１の電動機巻線に供給し、このときの第２の軸支持側制御系２００の軸支持電流指令値（ｉ_sd ^*）と、予め設定した支持対象物の重量（Ｆ）と、回転子角度（θ）を前式（２１）に適用することにより、第２の軸支持側制御系２００に用いる比例係数Ｋ_A，Ｋ_Cを求め、
第２の軸支持側制御系２００の軸支持電流指令値（ｉ_sd ^*）が０となる回転子角度指令値（θ^*）を求め、第１の駆動側制御系１００−１では、回転子角度（θ）が前記回転子角度指令値（θ^*）となるトルク電流指令値（ｉ_mq ^*）を求め、このトルク電流指令値（ｉ_mq ^*）に応じた値の電力を、一方のベアリングレスモータ１０−１の電動機巻線に供給し、このときの第２の軸支持側制御系２００の軸支持電流指令値（ｉ_sq ^*）と、予め設定した支持対象物の重量（Ｆ）と、回転子角度（θ）を下式（２２）に適用することにより、第２の軸支持側制御系２００に用いる比例係数Ｋ_B，Ｋ_Dを求める。

測定後はテーブルＴＢ１，ＴＢ２を参照して軸支持力指令値Ｆα^*，Ｆβ^*から軸支持電流指令値ｉα₁，ｉβ^*への変調を行い、ベアリングレスモータ１０−１，１０−２の回転子の軸支持制御を行う。

１０，１０−１，１０−２ベアリングレスモータ
１１固定子
１００，１００−１駆動側制御系
２００，２００−１，２００−２軸支持側制御系
３０１トルク電流指令値設定部
３１０，３２０テーブル

Claims

固定子に電動機巻線と軸支持巻線が施されたベアリングレスモータを２台備え、両ベアリングレスモータの回転子が共通の１本の回転軸により連結されると共に、両ベアリングレスモータの電動機巻線が直列に接続されているベアリングレスモータ装置と、
トルク電流指令値（ｉ_mq ^*）に応じた値の電力を、前記ベアリングレスモータの電動機巻線に供給する駆動側制御系と、
軸支持力指令値（Ｆα₁ ^*，Ｆβ₁ ^*）と、回転子角度（θ）と、前記トルク電流指令値（ｉ_mq ^*）の値に応じて値が変化する比例係数（Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_D）を下式（５）に適用して軸支持電流指令値（ｉα₁ ^*，ｉβ₁ ^*）を求め、この軸支持電流指令値（ｉα₁ ^*，ｉβ₁ ^*）に応じた値の電力を、一方のベアリングレスモータの前記軸支持巻線に供給して軸支持運転をする第１の軸支持側制御系と、
軸支持力指令値（Ｆα₂ ^*，Ｆβ₂ ^*）と、回転子角度（θ）と、前記トルク電流指令値（ｉ_mq ^*）の値に応じて値が変化する比例係数（Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_D）を下式（５）に適用して軸支持電流指令値（ｉα₂ ^*，ｉβ₂ ^*）を求め、この軸支持電流指令値（ｉα₂ ^*，ｉβ₂ ^*）に応じた値の電力を、他方のベアリングレスモータの前記軸支持巻線に供給して軸支持運転をする第２の軸支持側制御系と、
を有する制御システムにおいて、
前記比例係数（Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_D）を予めシミュレーションにより予め求めておき、シミュレーションにより求めた比例係数（Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_D）を用いて第１と第２の軸支持側制御系により軸支持運転をさせつつ前記トルク電流指令値（ｉ_mq ^*）の値を順次変化させていき、
値を順次変化させていく前記トルク電流指令値（ｉ_mq ^*）が各値のときに、
軸支持電流指令値（ｉα₁ ^*，ｉβ₁ ^*）をｄｑ変換して、軸支持電流指令値（ｉ_sd1 ^*，ｉ_sq1 ^*）を求め、
軸支持電流指令値（ｉ_sq1 ^*）が０のときの軸支持電流指令値（ｉ_sd1 ^*）を求め、この軸支持電流指令値（ｉ_sd1 ^*）と、予め設定した支持対象物の重量（Ｆ）と、回転子角度（θ）を下式（１１）に適用することにより、第１の軸支持側制御系に用いる比例係数Ｋ_A1，Ｋ_C1を求め、
軸支持電流指令値（ｉ_sd1 ^*）が０のときの軸支持電流指令値（ｉ_sq1 ^*）を求め、この軸支持電流指令値（ｉ_sq1 ^*）と、予め設定した支持対象物の重量（Ｆ）と、回転子角度（θ）を下式（１２）に適用することにより、第１の軸支持側制御系に用いる比例係数Ｋ_B1，Ｋ_D1を求め、
軸支持電流指令値（ｉα₂ ^*，ｉβ₂ ^*）をｄｑ変換して、軸支持電流指令値（ｉ_sd2 ^*，ｉ_sq2 ^*）を求め、
軸支持電流指令値（ｉ_sq2 ^*）が０のときの軸支持電流指令値（ｉ_sd2 ^*）を求め、この軸支持電流指令値（ｉ_sd2 ^*）と、予め設定した支持対象物の重量（Ｆ）と、回転子角度（θ）を下式（１３）に適用することにより、第２の軸支持側制御系に用いる比例係数Ｋ_A2，Ｋ_C2を求め、
軸支持電流指令値（ｉ_sd2 ^*）が０のときの軸支持電流指令値（ｉ_sq2 ^*）を求め、この軸支持電流指令値（ｉ_sq2 ^*）と、予め設定した支持対象物の重量（Ｆ）と、回転子角度（θ）を下式（１４）に適用することにより、第２の軸支持側制御系に用いる比例係数Ｋ_B2，Ｋ_D2を求めることにより、
第１の軸支持側制御系に用いる、トルク電流指令値（ｉ_mq ^*）の値に応じた比例係数Ｋ_A1，Ｋ_B1，Ｋ_C1，Ｋ_D1を求めると共に、第２の軸支持側制御系に用いる、トルク電流指令値（ｉ_mq ^*）の値に応じた比例係数Ｋ_A2，Ｋ_B2，Ｋ_C2，Ｋ_D2を求めることを特徴とするベアリングレスモータのパラメータ設定方法。
固定子に電動機巻線と軸支持巻線が施されたベアリングレスモータを２台備え、両ベアリングレスモータの回転子が共通の１本の回転軸により連結されたベアリングレスモータ装置と、
トルク電流指令値（ｉ_mq ^*）に応じた値の電力を、一方のベアリングレスモータの電動機巻線に供給する第１の駆動側制御系と、
トルク電流指令値（ｉ_mq ^*）に応じた値の電力を、他方のベアリングレスモータの電動機巻線に供給する第２の駆動側制御系と、
軸支持力指令値（Ｆα^*，Ｆβ^*）と、回転子角度（θ）と、前記トルク電流指令値（ｉ_mq ^*）の値に応じて値が変化する比例係数（Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_D）を下式（５）に適用して軸支持電流指令値（ｉα^*，ｉβ^*）を求め、この軸支持電流指令値（ｉα^*，ｉβ^*）に応じた値の電力を、一方のベアリングレスモータの前記軸支持巻線に供給して軸支持運転をする第１の軸支持側制御系と、
軸支持力指令値（Ｆα^*，Ｆβ^*）と、回転子角度（θ）と、前記トルク電流指令値（ｉ_mq ^*）の値に応じて値が変化する比例係数（Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_D）を下式（５）に適用して軸支持電流指令値（ｉα^*，ｉβ^*）を求め、この軸支持電流指令値（ｉα^*，ｉβ^*）に応じた値の電力を、他方のベアリングレスモータの前記軸支持巻線に供給して軸支持運転をする第２の軸支持側制御系と、
を有する制御システムにおいて、
前記比例係数（Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_D）を予めシミュレーションにより予め求めておき、シミュレーションにより求めた比例係数（Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_D）を用いて第１と第２の軸支持側制御系により軸支持運転をさせつつ第１の駆動側制御系の前記トルク電流指令値（ｉ_mq ^*）の値を順次変化させていき、
値を順次変化させていく前記トルク電流指令値（ｉ_mq ^*）が各値のときに、
第１の軸支持側制御系の軸支持電流指令値（ｉα^*，ｉβ^*）をｄｑ変換して、軸支持電流指令値（ｉ_sd ^*，ｉ_sq ^*）を求め、
第１の軸支持側制御系の軸支持電流指令値（ｉ_sq ^*）が０となる回転子角度指令値（θ^*）を求め、第２の駆動側制御系では、回転子角度（θ）が前記回転子角度指令値（θ^*）となるトルク電流指令値（ｉ_mq ^*）を求め、このトルク電流指令値（ｉ_mq ^*）に応じた値の電力を、他方のベアリングレスモータの電動機巻線に供給し、このときの第１の軸支持側制御系の軸支持電流指令値（ｉ_sd ^*）と、予め設定した支持対象物の重量（Ｆ）と、回転子角度（θ）を下式（２１）に適用することにより、第１の軸支持側制御系に用いる比例係数Ｋ_A，Ｋ_Cを求め、
第１の軸支持側制御系の軸支持電流指令値（ｉ_sd ^*）が０となる回転子角度指令値（θ^*）を求め、第２の駆動側制御系では、回転子角度（θ）が前記回転子角度指令値（θ^*）となるトルク電流指令値（ｉ_mq ^*）を求め、このトルク電流指令値（ｉ_mq ^*）に応じた値の電力を、他方のベアリングレスモータの電動機巻線に供給し、このときの第１の軸支持側制御系の軸支持電流指令値（ｉ_sq ^*）と、予め設定した支持対象物の重量（Ｆ）と、回転子角度（θ）を下式（２２）に適用することにより、第１の軸支持側制御系に用いる比例係数Ｋ_B，Ｋ_Dを求め、
第２の軸支持側制御系の軸支持電流指令値（ｉα^*，ｉβ^*）をｄｑ変換して、軸支持電流指令値（ｉ_sd ^*，ｉ_sq ^*）を求め、
第２の軸支持側制御系の軸支持電流指令値（ｉ_sq ^*）が０となる回転子角度指令値（θ^*）を求め、第１の駆動側制御系では、回転子角度（θ）が前記回転子角度指令値（θ^*）となるトルク電流指令値（ｉ_mq ^*）を求め、このトルク電流指令値（ｉ_mq ^*）に応じた値の電力を、一方のベアリングレスモータの電動機巻線に供給し、このときの第２の軸支持側制御系の軸支持電流指令値（ｉ_sd ^*）と、予め設定した支持対象物の重量（Ｆ）と、回転子角度（θ）を下式（２１）に適用することにより、第２の軸支持側制御系に用いる比例係数Ｋ_A，Ｋ_Cを求め、
第２の軸支持側制御系の軸支持電流指令値（ｉ_sd ^*）が０となる回転子角度指令値（θ^*）を求め、第１の駆動側制御系では、回転子角度（θ）が前記回転子角度指令値（θ^*）となるトルク電流指令値（ｉ_mq ^*）を求め、このトルク電流指令値（ｉ_mq ^*）に応じた値の電力を、一方のベアリングレスモータの電動機巻線に供給し、このときの第２の軸支持側制御系の軸支持電流指令値（ｉ_sq ^*）と、予め設定した支持対象物の重量（Ｆ）と、回転子角度（θ）を下式（２２）に適用することにより、第２の軸支持側制御系に用いる比例係数Ｋ_B，Ｋ_Dを求めることにより、
第１の軸支持側制御系に用いる、トルク電流指令値（ｉ_mq ^*）の値に応じた比例係数Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_Dを求めると共に、第２の軸支持側制御系に用いる、トルク電流指令値（ｉ_mq ^*）の値に応じた比例係数Ｋ_A，Ｋ_B，Ｋ_C，Ｋ_Dを求めることを特徴とするベアリングレスモータのパラメータ設定方法。