【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変速に交流駆動されている交流モータとそのドライブ装置を有効に利用することができる複数モータの駆動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、誘導モータ・同期モータに代表されるいわゆる交流モータのドライブは、直流電圧源をパワートランジスタなどのパワー半導体デバイスで構成されるブリッジを含む交流ドライブ装置で行われるのが一般的である。パワー半導体デバイスの導通用のゲート信号は、三角波比較型のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）で作製されるのが代表的である。図５はこのような交流ドライブ装置の一例の構成を示す図である。図５において、交流ドライブ装置５１は、６つのパワートランジスタ５２と６つのダイオード５３をブリッジに接続して構成され、ＡＣモータ５４に交流電圧を供給している。
【０００３】
三角波比較型のＰＷＭに代表されるゲート信号でオンオフされるパワー半導体デバイスで作製されるモータ端子の電圧波形の例を図６に示す。電圧指令である基準波と三角波とが比較され、基準波の方が大きいときには上のパワートランジスタ５２がオン・下のパワートランジスタ５２がオフとなることによって正の電圧が、そうでないときには上のパワートランジスタ５２がオフ・下のパワートランジスタ５２がオンとなることによって負の電圧が、モータ５４の端子に印加される。正負の電圧はドライブ装置の接続される直流電圧源の電圧に依存する（図６中では＋１．５、−１．５として表示）。
【０００４】
このとき比較用の三角波の周波数をキャリア周波数と呼び、通常は、モータの回転数によって変化する基準波の周波数の最大値よりも大きめに設定される。また、可聴域の騒音源となることを避けるため、パワー半導体のスイッチング速度の許す限り高い周波数に、また、スイッチング損失と呼ばれるパワー半導体のオンオフに起因するパワーロスを小さくするために、騒音源とならない範囲で低い周波数に設計される。このようにして、上下限の定められた用途において、モータ回転数に応じて可変のキャリア周波数を採用することもある（例えば、特許文献１参照）。また、スイッチングロスによる発熱を検出してキャリア周波数を変化させる方法もある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
上述した従来の可変速ドライブ装置においては、基本的に１つの独立ドライブのモータに対して１つの交流ドライブ装置が必要であった。複数モータを並列にドライブ装置に接続することもあったが、その場合には、同一仕様のモータを並列接続することが前提であり、しかも独立な可変速制御を行うことはできなかった。一方、近年仕様の異なる複数モータを１つの交流ドライブ装置に接続し、独立に可変速ドライブする技術も開発されつつある。例えば、二つのモータのコイルの結線を工夫することにより、ドライブ装置から出力される二つの周波数成分を含む電流が、それぞれのモータに分流し、それぞれを完全に独立して可変速制御する技術も開発されている（例えば、特許文献３参照）。また、同様なドライブ装置を同軸構造のモータに適用した例もある（例えば、特許文献４参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−２３１６６６号公報（図１）
【特許文献２】
特開平５−１１５１０６号公報（図１）
【特許文献３】
特開２００１−２３１２２７号公報（図１）
【特許文献４】
特開平１１−３５６０９９号公報（図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
いすれのシステムにも共通する技術として、独立制御すべきモータに応じた回転磁界を発生すべき電流または電圧指令を独立制御すべきモータの個数分重畳して複合電流または電圧指令を生成し、これを実現するためにＰＷＭに代表される変調を行ってパワー半導体デバイスのオンオフ指令を作り出すことである。この際、必ずドライブ装置の最終出力端子電圧には、キャリア周波数のオンオフ信号が発生していることになる。このように、複数の交流モータを独立制御する場合には、独立回転モータの個数分の交流ドライブ装置を容易するか、個数分の異なる周波数を重ね併せた結果の電流・電圧指令を用いてＰＷＭに代表される変調を行い出力端子に電圧を出力する、という必要があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を有利に解消して、複数のモータ毎にドライブ装置を必要とせず、また、個数分の異なる周波数を重ね合わせて複数のモータを制御する必要のない複数モータの駆動方法を提供するものであり、本発明の複数モータの駆動方法は、キャリア周波数により変調したオンオフ指令により直流電圧をスイッチングさせたパワー半導体ブリッジで、直流電圧を交流電圧にして第１の交流モータを駆動させるにあたり、その第１の交流モータと並列に、そのキャリア周波数で駆動できる第２の交流モータを接続し、キャリア周波数成分により第２の交流モータを駆動することを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の効果】
本発明の複数モータの駆動方法にあっては、通常の交流モータドライブ装置において、ドライブ装置と第１の交流モータとの間に第１の交流モータと並列になるように第２の交流モータを接続し、第１の交流モータをドライブするための端子電圧（交流）を作り出すための変調用のキャリアにより第２の交流モータがドライブされるようにする。これにより、第２の交流モータをドライブするために第２の交流モータドライブ装置を設置することなく、また、第１の交流モータと独立に第２の交流モータをドライブすることができる。
【００１０】
また、本発明の複数モータの駆動方法においては、キャリア周波数を変化させ、第２の交流モータを第１の交流モータと独立して可変速に駆動することが好ましい。このように構成することで、第２の交流モータをドライブするにあたり、第１の交流モータドライブ用の変調用基準キャリア周波数を可変とすることで、第２の交流モータの回転速度を変化させることができる。
【００１１】
さらに、本発明の複数モータの駆動方法においては、第２の交流モータの第１の交流モータに対する接続部分に直列に開閉装置を接続することにより、この開閉装置を開くことで第１の交流モータと無関係に第２の交流モータを停止できるよう構成することが好ましい。第１の交流モータを停止中もキャリアを継続すれば第２の交流モータは運転続行可能であるが、第２の交流モータの第１の交流モータに対する接続部分に直列に開閉装置を接続することにより、第１の交流モータと独立に第２の交流モータの運転を停止できないという上記本発明の複数モータの駆動方法における問題点を補うことができる。
【００１２】
さらにまた、本発明の複数モータの駆動方法においては、第１の交流モータが、二つのモータのコイルの結線を工夫することにより、駆動装置から出力される二つの周波数成分を含む電流が、それぞれのモータに分流し、それぞれを完全に独立して可変速制御するモータであること、および、第１の交流モータが、モータの二つのロータそれぞれを完全に独立して可変速制御するモータであることが好ましい。このように構成することで、複合電流により独立可変ドライブされる複数のモータに対し、さらにキャリア周波数によりドライブされる第２の交流モータを付け加えることにより、交流ドライブ装置を増設する必要なくもう一つの第２の交流モータを独立駆動することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の複数モータの駆動方法の一例を実施する回路構成を示す図である。図１に示す例では、直流電圧を発生する装置１（直流電源やバッテリ）に交流モータドライブ装置２が接続され、交流モータドライブ装置２の出力に第１の交流モータ３が接続されている。交流モータドライブ装置２は、６つのパワートランジスタ４と６つのダイオード５を３対のブリッジに接続して構成されている。３対のブリッジ回路を構成するパワートランジスタ４とダイオード５の各対には、ゲート信号発生装置６からそれぞれＡ相用ゲート信号、Ｂ相用ゲート信号、Ｃ相用ゲート信号が供給されている。
【００１４】
本発明の複数モータの駆動方法の特徴は、上述した回路構成に加えて、第１の交流モータ３と並列に、そのキャリア周波数で駆動できる第２の交流モータ７を接続し、キャリア周波数成分により第２の交流モータ７を駆動するよう構成した点である。そのために、第２の交流モータはキャリア周波数での駆動ができるような高速回転モータとしている。
【００１５】
図１では、第１の交流モータ３として三相交流モータが接続されているが、第１の交流モータ３は、回転磁界と呼ばれる空間的に回転するギャップ磁界を発生するのに必要な二相以上の相数を持つ交流モータであればよい。また、第１の交流モータ３がくまとりコイルを有する単一交流ドライブモータである場合、第２の交流モータ７も同種のモータであるならば、単一の相のキャリア周波数によって第２の交流モータ７をドライブすることができる。交流モータドライブ装置２において、パワートランジスタ４は供給される各相用のゲート信号によりオンオフされ、図１中同じ相に接続される上下のパワートランジスタ４は瞬時に互いに相反するオンオフ状態となる。オンオフ用のゲート信号は基準の交流電圧指令をキャリア周波数により各種変調したものであり、例えば図６に示すようなＰＷＭ信号となる。
【００１６】
第２の交流モータ７の駆動制御については、一定のキャリア周波数成分を持って一定速で回転駆動させることもできるが、第１の交流モータ３の独立可変速ドライブを妨げない範囲でキャリア周波数を変化させることで、第２の交流モータ７を独立可変速で回転するよう駆動制御することもできる。
【００１７】
第１の交流モータ３としてはどのような交流モータをも使用することができる。その中でも、特に、特開２００１−２３１２２７号公報で開示されているような、二つのモータのコイルの結線を工夫することにより、ドライブ装置から出力される二つの周波数成分を含む電流が、それぞれのモータに分流し、それぞれを完全に独立して可変速制御するモータや、特開平１１−３５６０９９号公報で開示されているような、同軸構造のモータの二つのロータそれぞれを完全に独立して可変速制御するモータを使用すると、そのようなモータでも、交流ドライブ装置を増設することなく第２の交流モータ７を独立駆動できる点で好ましい。
【００１８】
第２の交流モータ７は、このキャリア周波数成分によりドライブされる広義の交流モータである。例えば、Ａ／Ｂ／Ｃ相のキャリア信号が互いに１２０度ずれている場合（図２）、第２の交流モータ７は、三相の誘導モータ、同期モータ（永久磁石によるものや励磁巻き線によるもの）、ステップモータ、リラクタンスモータでありうる。また、もし第２の交流モータ７がくまとりコイルを有するようなモータであれば、単一の相のキャリア周波数成分のみを供給することにより、これを回転させることができる。その場合，図３にしめすような回路接続となる。図中ではＡ／Ｂ相に単相モータが接続されているが，これはＢ／Ｃ相間，Ｃ／Ａ相間のいずれでもよい。
【００１９】
図４は本発明の複数モータの駆動方法の他の例を実施する回路構成を示す図である。なお、この図ではゲート信号発生装置６は省略してある。図４に示す例において、図１に示す例と異なる点は、第２の交流モータ７の第１の交流モータ３に対する接続部分に直列に開閉装置１１を接続することにより、この開閉装置１１を開くことで第１の交流モータ３と無関係に第２の交流モータ７を停止できるよう構成した点である。開閉装置１１としては、パワーリレー、スイッチ、遮断器、可飽和リアクトルなど電気回路的にオンオフ機能を有するものであればどのようなものをも使用することができる。
【００２０】
図１に示す構成では、第２の交流モータ７をドライブしつつ第１の交流モータ３の回転を止めることは、例えばＰＷＭの場合三相のデューティをすべて５０％とすることで達成できるが、逆に第１の交流モータ３をドライブしつつ第２の交流モータ７の回転を止めることはできない。図４に示す例では、これを、第２の交流モータ７を電気回路的に切り離すことが可能なように開閉装置１１を設置することにより解決している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の複数モータの駆動方法の一例を実施する回路構成を示す図である。
【図２】本発明の複数モータの駆動方法で用いる第２の交流モータの電圧波形の例を示すグラフである。
【図３】本発明の複数モータの駆動方法の他の例を実施する回路構成を示す図である。
【図４】本発明の複数モータの駆動方法のさらに他の例を実施する回路構成を示す図である。
【図５】従来の交流ドライブ装置の一例の構成を示す図である。
【図６】三角波比較型のＰＷＭに代表されるゲート信号でオンオフされるパワー半導体デバイスで作製されるモータ端子の電圧波形の例を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 直流電圧を発生する装置
２ 交流モータドライブ装置
３ 第１の交流モータ
４ パワートランジスタ
５ ダイオード
６ ゲート信号発生装置
７ 第２の交流モータ
１１ 開閉装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for driving a plurality of motors that can effectively use an AC motor that is AC-driven at a variable speed and a drive device thereof.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, driving of a so-called AC motor represented by an induction motor or a synchronous motor is generally performed by an AC drive device including a bridge having a DC voltage source constituted by a power semiconductor device such as a power transistor. The gate signal for conduction of the power semiconductor device is typically produced by a triangular wave comparison type PWM (Pulse Width Modulation). FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an example of such an AC drive device. In FIG. 5, an AC drive device 51 is configured by connecting six power transistors 52 and six diodes 53 to a bridge, and supplies an AC motor 54 with an AC voltage.
[0003]
FIG. 6 shows an example of a voltage waveform of a motor terminal manufactured by a power semiconductor device which is turned on / off by a gate signal represented by a triangular wave comparison type PWM. The reference wave, which is a voltage command, is compared with a triangular wave. When the reference wave is larger, the upper power transistor 52 is turned on and the lower power transistor 52 is turned off. The negative voltage is applied to the terminal of the motor 54 by turning off the transistor 52 and turning on the lower power transistor 52. The positive and negative voltages depend on the voltage of the DC voltage source connected to the drive device (represented as +1.5 and -1.5 in FIG. 6).
[0004]
At this time, the frequency of the triangular wave for comparison is called a carrier frequency, and is usually set to be larger than the maximum value of the frequency of the reference wave that changes according to the rotation speed of the motor. In addition, in order to avoid becoming a noise source in the audible range, it does not become a noise source to a frequency as high as the switching speed of the power semiconductor permits, and also to reduce a power loss caused by turning on and off the power semiconductor called switching loss. Designed for low frequencies in the range. In this way, in applications where the upper and lower limits are set, a variable carrier frequency may be adopted according to the motor speed (for example, see Patent Document 1). Also, there is a method of changing the carrier frequency by detecting heat generated by switching loss (for example, see Patent Document 2).
[0005]
In the conventional variable speed drive device described above, one AC drive device is basically required for one independent drive motor. In some cases, a plurality of motors were connected in parallel to the drive device, but in that case, it was premised that motors of the same specifications were connected in parallel, and independent variable speed control could not be performed. On the other hand, in recent years, a technique of connecting a plurality of motors having different specifications to one AC drive device and independently driving at a variable speed has been developed. For example, by devising the connection of the coils of two motors, a current including two frequency components output from the drive device is shunted to each motor, and each is completely independently controlled at a variable speed. It has been developed (for example, see Patent Document 3). There is also an example in which a similar drive device is applied to a motor having a coaxial structure (for example, see Patent Document 4).
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-7-231666 (FIG. 1)
[Patent Document 2]
JP-A-5-115106 (FIG. 1)
[Patent Document 3]
JP 2001-231227 A (FIG. 1)
[Patent Document 4]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-356099 (FIG. 1)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As a technique common to both systems, a composite current or voltage command is generated by superimposing a current or voltage command to generate a rotating magnetic field according to the motor to be independently controlled by the number of motors to be independently controlled, In order to realize this, modulation represented by PWM is performed to generate an ON / OFF command for the power semiconductor device. At this time, an on / off signal of the carrier frequency is always generated in the final output terminal voltage of the drive device. As described above, in the case where a plurality of AC motors are independently controlled, the number of AC drive devices corresponding to the number of the independent rotation motors is facilitated, or the PWM is performed by using current / voltage commands obtained by superimposing different numbers of frequencies. And output a voltage to an output terminal.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention advantageously solves the above-described problems, and does not require a drive device for each of a plurality of motors, and a method of driving a plurality of motors without having to control a plurality of motors by overlapping different frequencies by the number of motors. The method for driving a plurality of motors of the present invention is a power semiconductor bridge in which a DC voltage is switched by an on / off command modulated by a carrier frequency, and the first AC motor is driven by changing the DC voltage to an AC voltage. In this case, a second AC motor that can be driven at the carrier frequency is connected in parallel with the first AC motor, and the second AC motor is driven by the carrier frequency component.
[0009]
【The invention's effect】
In the method for driving a plurality of motors according to the present invention, in a normal AC motor drive device, a second AC motor is provided between the drive device and the first AC motor so as to be parallel to the first AC motor. Connected so that the second AC motor is driven by a modulation carrier for generating a terminal voltage (AC) for driving the first AC motor. Thus, it is possible to drive the second AC motor independently of the first AC motor without installing the second AC motor drive device for driving the second AC motor.
[0010]
In the method for driving a plurality of motors of the present invention, it is preferable that the carrier frequency is changed and the second AC motor is driven at a variable speed independently of the first AC motor. With this configuration, in driving the second AC motor, the rotation speed of the second AC motor can be changed by changing the reference carrier frequency for modulation for driving the first AC motor. Can be.
[0011]
Further, in the method for driving a plurality of motors according to the present invention, by connecting a switchgear in series to a connection portion of the second AC motor to the first AC motor, the first AC motor is opened by opening the switchgear. Preferably, the second AC motor can be stopped independently of the second AC motor. If the carrier is continued even while the first AC motor is stopped, the second AC motor can continue to operate, but a switchgear must be connected in series to the connection of the second AC motor to the first AC motor. Accordingly, it is possible to compensate for the problem in the above-described method for driving a plurality of motors of the present invention that the operation of the second AC motor cannot be stopped independently of the first AC motor.
[0012]
Furthermore, in the method for driving a plurality of motors of the present invention, the first AC motor devises the connection of the coils of the two motors, so that the currents including the two frequency components output from the driving device are respectively generated. And the first AC motor is a motor that controls the two rotors of the motor completely independently in a variable speed manner. Is preferred. With this configuration, by adding a second AC motor driven by the carrier frequency to a plurality of motors independently variable driven by the composite current, another AC drive device is not required to be added. The second AC motor can be driven independently.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration for implementing an example of a method for driving a plurality of motors according to the present invention. In the example shown in FIG. 1, an AC motor drive device 2 is connected to a device 1 (DC power supply or battery) that generates a DC voltage, and a first AC motor 3 is connected to an output of the AC motor drive device 2. The AC motor drive device 2 is configured by connecting six power transistors 4 and six diodes 5 to three pairs of bridges. A gate signal generator 6 supplies an A-phase gate signal, a B-phase gate signal, and a C-phase gate signal to each pair of the power transistor 4 and the diode 5 constituting the three pairs of bridge circuits.
[0014]
The feature of the method for driving a plurality of motors of the present invention is that, in addition to the above-described circuit configuration, a second AC motor 7 that can be driven at the carrier frequency is connected in parallel with the first AC motor 3, and the carrier frequency component is used. It is configured to drive the second AC motor 7. For this purpose, the second AC motor is a high-speed rotation motor that can be driven at the carrier frequency.
[0015]
In FIG. 1, a three-phase AC motor is connected as the first AC motor 3, but the first AC motor 3 has a two-phase AC motor required to generate a spatially rotating gap magnetic field called a rotating magnetic field. Any AC motor having the above number of phases may be used. Further, if the first AC motor 3 is a single AC drive motor having a shading coil, and if the second AC motor 7 is also the same type of motor, the second AC motor 3 is driven by a single-phase carrier frequency. The motor 7 can be driven. In the AC motor drive device 2, the power transistor 4 is turned on / off by a supplied gate signal for each phase, and the upper and lower power transistors 4 connected to the same phase in FIG. The on / off gate signal is obtained by variously modulating a reference AC voltage command with a carrier frequency, and is, for example, a PWM signal as shown in FIG.
[0016]
Regarding the drive control of the second AC motor 7, it is possible to rotate the motor at a constant speed with a constant carrier frequency component. However, the carrier frequency is controlled within a range that does not hinder the independent variable speed drive of the first AC motor 3. By changing, the second AC motor 7 can be driven and controlled to rotate at an independently variable speed.
[0017]
As the first AC motor 3, any AC motor can be used. Among them, in particular, by devising the connection between the coils of the two motors as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-231227, the currents including two frequency components output from the drive device are each The two rotors of a motor which shunts to a motor and which can control the variable speed completely independently of each other or a coaxial motor as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-356099 can be completely independently operated. It is preferable to use a motor for performing the speed change control in that the second AC motor 7 can be driven independently without adding an AC drive device even with such a motor.
[0018]
The second AC motor 7 is a broadly-defined AC motor driven by the carrier frequency component. For example, when the A / B / C phase carrier signals are shifted from each other by 120 degrees (FIG. 2), the second AC motor 7 is a three-phase induction motor, a synchronous motor (permanent magnet or excitation winding). ), A stepping motor, a reluctance motor. If the second AC motor 7 has a shading coil, it can be rotated by supplying only a single-phase carrier frequency component. In that case, the circuit connection is as shown in FIG. In the figure, a single-phase motor is connected to the A / B phase, but this may be between the B / C phase and the C / A phase.
[0019]
FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration for implementing another example of the method for driving a plurality of motors according to the present invention. In this figure, the gate signal generator 6 is omitted. 4 is different from the example shown in FIG. 1 in that the switching device 11 is connected in series to a connection portion of the second AC motor 7 to the first AC motor 3 so that the switching device 11 is connected. The second AC motor 7 can be stopped independently of the first AC motor 3 by opening. As the switching device 11, any device having an on / off function in an electric circuit such as a power relay, a switch, a circuit breaker, and a saturable reactor can be used.
[0020]
In the configuration shown in FIG. 1, stopping the rotation of the first AC motor 3 while driving the second AC motor 7 can be achieved by setting all three-phase duties to 50% in the case of PWM, for example. Conversely, it is not possible to stop the rotation of the second AC motor 7 while driving the first AC motor 3. In the example shown in FIG. 4, this is solved by installing the opening / closing device 11 so that the second AC motor 7 can be cut off in an electric circuit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration for implementing an example of a method for driving a plurality of motors according to the present invention.
FIG. 2 is a graph showing an example of a voltage waveform of a second AC motor used in the method for driving a plurality of motors of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration for implementing another example of a method for driving a plurality of motors according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration for implementing still another example of the method for driving a plurality of motors according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an example of a conventional AC drive device.
FIG. 6 is a graph showing an example of a voltage waveform of a motor terminal manufactured by a power semiconductor device which is turned on and off by a gate signal represented by a triangular wave comparison type PWM.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 Device for generating DC voltage 2 AC motor drive device 3 First AC motor 4 Power transistor 5 Diode 6 Gate signal generator 7 Second AC motor 11 Switching device
