JP2011193714A - モータ駆動装置、モータ駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】 モータ駆動力の大容量化を図ると共に、電流制御系の発振を抑制することができるモータ駆動装置、モータ駆動システムを提供する。
【解決手段】 入力される制御指令に応じたＰＷＭパルス信号を生成する第１の制御部３０１と、少なくとも複数のパワー半導体スイッチング素子４１１，４１２，４１３，４１４，４１５，４１６で構成される電力変換部とパワー半導体スイッチング素子をオンオフ駆動するゲート信号を生成する第２の制御部４２３とを個別に有すると共に、３相巻線組みを有するモータ１０３の各相巻線に対して各相出力を並列接続した複数のモータ駆動部４１と、交流電源の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、コンバータ部が出力する直流電圧を検出する電圧検出器５４と、を備えた。
【選択図】図３

Description

本発明は、モータ駆動装置、モータ駆動システムに関する。

例えば、射出成形機、プレス等の金属加工機械、鋳造／鍛造加工機械等の多軸機械の各軸を駆動するモータには、駆動力の大容量化のために誘導機構成または同期機構成の多重巻線モータが用いられる。このような多重巻線モータを駆動する多重巻線モータ駆動装置の一例として、特許文献１が挙げられる。

特許文献１には、誘導機構成または同期機構成の多重巻線モータさらにはタンデム運転する複数のモータの各巻線に複数のＰＷＭインバータから駆動電流を並列的に供給して可変速駆動するシステムにおいて、マスターインバータはエンコーダから速度検出信号を取り込み、速度制御と電流制御およびＰＷＭ制御を行うと共に、これらの制御信号を全スレーブインバータに一括してシリアル送信し、スレーブインバータは受信したＰＷＭ同期基準信号に同期して発振周波数を制御するＰＬＬ制御回路を有して自分のＰＷＭ制御を行うと共に、このＰＷＭ制御に同期したタイミングで速度信号および電流制御信号に応じた速度制御および電流制御を行なう、ことが記載されている。

特開２００７−２９５６４７号公報（第４−６頁、図２）

特許文献１に記載のような多重巻線モータ駆動装置においては、装置構成内のインバータの出力に含まれる高調波成分の減少と、インバータの大容量化を図る目的で、複数のインバータをリアクトル結合により多重接続して使用する。また、同様の目的で、インバータの各スイッチング素子を並列接続し、各インバータの出力電流の合計を、リアクトルを介して駆動する多重巻線モータの巻線に供給する。このような多重巻線モータ駆動装置では、特定のインバータに負荷を集中させないため、各インバータの出力電流の出力平衡性（バランス）を保つように電流制御をすることが望まれる。

しかしながら、このような多重巻線モータ駆動装置では、例えば、モータ回生時または電源電圧変動等におけるインバータ直流母線電圧の上昇が発生した場合、インバータの電流制御系におけるループゲインが見かけ上、上がるためにこの電流制御系の発振による出力電流変動が発生し、所望の多重巻線モータの駆動ができないものであった。
そこで、本発明は、特定のインバータに負荷を集中させないため、各インバータの出力電流の出力平衡性（バランス）を保つように電流制御してモータ駆動力の大容量化を図ると共に、上記電流制御系の発振を抑制することができるモータ駆動装置、モータ駆動システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、入力される制御指令に応じたＰＷＭパルス信号を生成する第１の制御部と、少なくとも複数のパワー半導体スイッチング素子で構成される電力変換部とパワー半導体スイッチング素子をオンオフ駆動するゲート信号を生成する第２の制御部とを個別に有すると共に、３相巻線組みを有するモータの各相巻線に対して各相出力を並列接続した複数のモータ駆動部と、交流電源の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、コンバータ部が出力する直流電圧を検出する電圧検出器と、を備え、第２の制御部が、電圧検出器の電圧検出値に基づいてＰＷＭパルス信号のパルス時間幅を増加、減少、同一のいずれか１つとするゲート信号を生成するモータ駆動装置が適用される。

本発明によれば、モータ駆動力の大容量化を図ると共に、上記電流制御系の発振を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るモータ駆動システムの構成を示すブロック図 本発明の一実施形態に係る駆動群の構成を示すブロック図 本発明の一実施形態に係る制御ユニットの構成を示すブロック図 本発明の一実施形態に係るゲート信号の生成処理を説明する図

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。なお、同一の構成については同一の符号を付することにより、重複説明を適宜省略する。

先ず、モータ駆動システムの構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るモータ駆動システムの構成を示すブロック図である。
モータ駆動システムは、上位装置１０２、モータ駆動装置１、多重巻線モータ１０３，１０４，１０５，１０６、位置検出器１０７，１０８，１０９，１１０、機械結合部１１１、を備える。

位置検出器１０７，１０８，１０９，１１０は、例えば、エンコーダであって多重巻線モータ１０３，１０４，１０５，１０６毎に取付けられる。機械結合部１１１は、多重巻線モータ１０３，１０４，１０５，１０６の各出力軸を機械的に結合するものであって、例えば、プレス等の金属加工機械におけるプレス軸を構成する機械に相当する。

多重巻線モータ１０３，１０４，１０５，１０６は、３相巻線組みを複数組み有するものであり、図示では３相巻線組みを４組み有している。後述するモータ駆動装置１からの電力供給により、多重巻線モータ１０３，１０４，１０５，１０６が個々に発生するトルクを合計したトルクで、機械結合部１１１を駆動させる。

上位装置１０２は、例えばコントローラであり、多重巻線モータ１０３，１０４，１０５，１０６を位置、速度制御するための制御指令を、モータ駆動装置１に出力する。この制御指令は、例えばトルク指令であり、アナログ、通信等の形態で出力する。この場合、上位装置１０２内において位置、速度制御をするための演算が行なわれる。

モータ駆動装置１は、交流電源１０１を入力してインバータ直流母線電圧Ｐ，Ｎを出力するコンバータ２、多重巻線モータ１０３に駆動電力を供給する第１の駆動群３、多重巻線モータ１０４に駆動電力を供給する第２の駆動群４、多重巻線モータ１０５に駆動電力を供給する第３の駆動群５、多重巻線モータ１０６に駆動電力を供給する第４の駆動群６を有している。

第１，２，３，４の駆動群３，４，５，６は、コンバータ２の出力であるインバータ直流母線電圧Ｐ，Ｎを共通に入力する。第１，２，３，４の駆動群３，４，５，６は、多重巻線モータ１０３，１０４，１０５，１０６の各３相巻線組みに対して、それぞれ電力を供給する後述する制御ユニットを複数有している。

このように、モータ駆動システムは、例えば、３相巻線組みを４組み有する多重巻線モータ１０３，１０４，１０５，１０６と、３相巻線組みの組み数と同数の制御ユニットを有する第１，２，３，４の駆動群３，４，５，６を有するモータ駆動装置１と、モータ駆動装置１に制御指令を出力する１台の上位装置１０２と、を備え、駆動力の大容量化を図っている。

次に、モータ駆動装置における駆動群の構成について説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る駆動群の構成を示すブロック図である。
第１の駆動群３は、１台の主制御ユニット３１、３台の第１の従制御ユニット３２を有している。第２の駆動群４は、１台の第２の従制御ユニット３３、３台の第１の従制御ユニット３２を有している。第３の駆動群５は、１台の第２の従制御ユニット３３、３台の第１の従制御ユニット３２を有している。第４の駆動群６は、１台の第２の従制御ユニット３３、３台の第１の従制御ユニット３２を有している。上記した制御ユニットの各出力が、駆動対象である多重巻線モータ１０３，１０４，１０５，１０６の各３相巻線組みに接続されている。

第１の駆動群３における主制御ユニット３１は、制御部Ａ３０１、モータ位置演算部３０４を有している。第１の従制御ユニット３２は、制御部Ｃ３０３を有している。第２の従制御ユニット３３は、制御部Ｂ３０２、モータ位置演算部３０４を有している。

第１の駆動群３における主制御ユニット３１は、上位駆動群間伝送路２０１を介して上位装置１０２と接続される。また、この主制御ユニット３１は、駆動群間伝送路２０３を介して他の駆動群である第２，３，４の駆動群４，５，６における第２の従制御ユニット３３と接続される。更に、この主制御ユニット３１は、制御ユニット間伝送路２０２を介して自駆動群である第１の駆動群３における第１の従制御ユニット３２に接続される。第２，３，４の駆動群４，５，６における第２の従制御ユニット３３は、制御ユニット間伝送路２０２を介して自駆動群である第２，３，４の駆動群４，５，６における第１の従制御ユニット３２に接続される。

モータ駆動装置１において、第１の駆動群３はモータ駆動装置１全体のマスタ駆動群として機能し、第２，３，４の駆動群４，５，６はモータ駆動装置１全体のスレーブ駆動群として機能する。また、第１の駆動群３において、主制御ユニット３１は自駆動群内のマスタ制御ユニットとして機能し、第１の従制御ユニット３２は自駆動群内のスレーブ制御ユニットとして機能する。また、第２，３，４の駆動群４，５，６において、第２の従制御ユニット３３は自駆動群内のマスタ制御ユニットとして機能し、第１の従制御ユニット３２は自駆動群内のスレーブ制御ユニットとして機能する。

主制御ユニット３１および第２の従制御ユニット３３におけるモータ位置演算部３０４は、位置検出器１０７，１０８，１０９，１１０で検出された駆動対象である多重巻線モータの検出位置を検出位置伝送路２０４を介して入力し、モータ位置またはモータ速度を演算する。

主制御ユニット３１における制御部Ａ３０１は、上位駆動群間伝送路２０１を介して上位装置１０２からの制御指令を入力し、制御ユニット間伝送路２０２を介して自駆動群における第１の従制御ユニット３２における制御部Ｃ３０３に対して、入力した制御指令もしくは生成した駆動指令と、演算したモータ位置またはモータ速度を出力する。

第２の従制御ユニット３３における制御部Ｂ３０２は、駆動群間伝送路２０３を介して制御部Ａ３０１からの入力された制御指令もしくは生成された駆動指令を入力し、制御ユニット間伝送路２０２を介して自駆動群における第１の従制御ユニット３２における制御部Ｃ３０３に対して、入力された制御指令もしくは生成された駆動指令を出力する。

第１の従制御ユニット３２における制御部Ｃ３０３は、制御ユニット間伝送路２０２を介して主制御ユニット３１における制御部Ａ３０１または第２の従制御ユニット３３における制御部Ｂ３０２からの入力された制御指令もしくは生成された駆動指令と、演算されたモータ位置またはモータ速度を入力する。

ここで、上位装置１０２が、例えば、その内部において位置、速度制御をするための演算を行ないトルク指令を出力する場合、主制御ユニット３１における制御部Ａ３０１が上位駆動群間伝送路２０１を介して入力する制御指令は、このトルク指令に相当する。また、第１の従制御ユニット３２における制御部Ｃ３０３が制御ユニット間伝送路２０２を介して入力する制御指令、第２の従制御ユニット３３における制御部Ｂ３０２が駆動群間伝送路２０３を介して入力する制御指令も、このトルク指令に相当する。

すなわち、主制御ユニット３１における制御部Ａ３０１が、上位装置１０２から入力した制御指令であるトルク指令を、他駆動群の第２の従制御ユニット３３における制御部Ｂ３０２および自駆動群の第１の従制御ユニット３２における制御部Ｃ３０３に対してそのまま出力する。また、第２の従制御ユニット３３における制御部Ｂ３０２が主制御ユニット３１における制御部Ａ３０１から入力した制御指令であるトルク指令を、自駆動群の第１の従制御ユニット３２における制御部Ｃ３０３に対してそのまま出力する。

この場合、各制御ユニット３１，３２，３３において、入力されたトルク指令に応じて、駆動対象である多重巻線モータ１０３，１０４，１０５，１０６の各３相巻線組みに電力を供給する構成は同一である。例えば、トルク指令を電流指令に変換する構成、各出力電流を検出する構成、検出された電流を電流指令に追従するように電流制御してＰＷＭ信号を出力する構成、ＰＷＭ信号に応じた電力を出力する構成等である。これらの構成は、本発明を形成する構成ではないため、図示した説明を省略する。

また、上位装置１０２が、例えば、位置指令を生成して出力する場合、主制御ユニット３１における制御部Ａ３０１が上位駆動群間伝送路２０１を介して入力する制御指令は、この位置指令に相当する。この場合、主制御ユニット３１における制御部Ａ３０１が、この位置指令に基づいて位置、速度制御をするための演算を行ないトルク指令を生成して駆動指令として出力する。第１の従制御ユニット３２における制御部Ｃ３０３が制御ユニット間伝送路２０２を介して入力する駆動指令、第２の従制御ユニット３３における制御部Ｂ３０２が駆動群間伝送路２０３を介する駆動指令は、主制御ユニット３１における制御部Ａ３０１が生成したトルク指令に相当する。

すなわち、主制御ユニット３１における制御部Ａ３０１が、上位装置１０２から入力した制御指令である位置指令に基づいて、駆動指令であるトルク指令を生成しこのトルク指令を、他駆動群の第２の従制御ユニット３３における制御部Ｂ３０２および自駆動群の第１の従制御ユニット３２における制御部Ｃ３０３に対して出力する。また、第２の従制御ユニット３３における制御部Ｂ３０２が主制御ユニット３１における制御部Ａ３０１から入力した駆動指令であるトルク指令を、自駆動群の第１の従制御ユニット３２における制御部Ｃ３０３に対してそのまま出力する。

この場合、各制御ユニット３１，３２，３３において、生成したおよび入力されたトルク指令に応じて、駆動対象である多重巻線モータ１０３，１０４，１０５，１０６の各３相巻線組みに電力を供給する構成は同一である。例えば、トルク指令を電流指令に変換する構成、各出力電流を検出する構成、検出された電流を電流指令に追従するように電流制御してＰＷＭ信号を出力する構成、ＰＷＭ信号に応じた電力を出力する構成等である。これらの構成は、本発明を形成する構成ではないため、図示した説明を省略する。

このように、モータ駆動装置１は、例えば、３相巻線組みを４組み有する多重巻線モータ１０３，１０４，１０５，１０６に対して、３相巻線組みの組み数と同数の制御ユニットを有する第１，２，３，４の駆動群３，４，５，６を備える。第１の駆動群３はモータ駆動装置１全体のマスタ駆動群として機能し、第２，３，４の駆動群４，５，６はモータ駆動装置１全体のスレーブ駆動群として機能し、また、第１の駆動群３において、主制御ユニット３１は自駆動群内のマスタ制御ユニットとして機能し、第１の従制御ユニット３２は自駆動群内のスレーブ制御ユニットとして機能し、更に、第２，３，４の駆動群４，５，６において、第２の従制御ユニット３３は自駆動群内のマスタ制御ユニットとして機能し、第１の従制御ユニット３２は自駆動群内のスレーブ制御ユニットとして機能するように構成しているため、同一トルク指令に応じた駆動力の大容量化を図っている。

次に、駆動群における制御ユニットの構成について説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る制御ユニットの構成を示すブロック図である。ここでは、第１の駆動群３における主制御ユニット３１を例に挙げて説明する。
主制御ユニット３１は、制御部Ａ３０１、モータ位置演算部３０４、複数のモータ駆動部４１、電流検出器５１，５２，５３、電圧検出器５４を備える。複数のモータ駆動部４１は、インバータ直流母線電源Ｐ，Ｎに共通接続され、多重巻線モータ１０３の３相巻線に接続される３相それぞれの出力が互いに並列接続される。

なお、第２，３，４の駆動群４，５，６における第２の従制御ユニット３３は、この主制御ユニット３１の構成に対して、制御部Ａ３０１に代わって制御部Ｂ３０２を備え、モータ位置演算部３０４、電流検出器５１，５２，５３、電圧検出器５４を備えず、同一の複数のモータ駆動部４１を備える。
また、第１，２，３，４の駆動群３、４，５，６における第１の従制御ユニット３２は、この主制御ユニット３１の構成に対して、制御部Ａ３０１に代わって制御部Ｃ３０３を備え、モータ位置演算部３０４、電流検出器５１，５２，５３、電圧検出器５４を備えず、同一の複数のモータ駆動部４１を備える。

モータ駆動部４１は、ＰＷＭ制御に用いるパワー半導体スイッチ素子４１１，４１２，４１３，４１４，４１５，４１６、データバス２０５を介して制御部Ａ３０１と接続するインバータ制御部４２３、多重巻線モータ１０３の３相巻線に接続される３相各相に直列配置した電流検出器４１７，４１８，４１９およびリアクトル４２０，４２１，４２２を備える。

制御部Ａ３０１は、電流検出器５１，５２，５３で検出される制御ユニット相検出電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ、トルク指令Ｔｒｅｆ（上位装置１０２が、例えば、その内部において位置、速度制御をするための演算を行ないトルク指令Ｔｒｅｆを出力する場合）、モータ位置演算部３０４で演算した駆動対象である多重巻線モータ１０３の検出位置Ｐｏｓに基づいて、トルク指令Ｔｒｅｆに応じた制御ユニット相電流指令を演算すると共に、この制御ユニット相電流指令に制御ユニット相検出電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが追従するように電流制御して、ＰＷＭパルス信号（ＰＷＭ）を出力する。

また、制御部Ａ３０１は、電圧検出器５４で検出されるインバータ直流母線電源Ｐ，Ｎのインバータ直流母線電圧Ｖｐｎを入力し、データバス２０５を介して各モータ駆動部４１に出力する。更に、制御部Ａ３０１は、ＰＷＭパルス信号（ＰＷＭ）および制御ユニット相検出電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを、自身が有するモータ駆動部４１の台数Ｎで除した分配制御ユニット相検出電流Ｉｕ／Ｎ，Ｉｖ／Ｎ，Ｉｗ／Ｎを、データバス２０５を介して各モータ駆動部４１に出力する。なお、インバータ直流母線電圧Ｖｐｎは、直接、各モータ駆動部４１に入力されてもよい。

モータ駆動部４１におけるインバータ制御部４２３は、複数のモータ駆動部４１の各相の出力電流の出力並行性（バランス）を保つように、後述する本発明の一実施形態に係る電流制御をするための演算を行なう。すなわち、データバス２０５を介して入力されるＰＷＭパルス信号（ＰＷＭ）、分配制御ユニット相検出電流Ｉｕ／Ｎ，Ｉｖ／Ｎ，Ｉｗ／Ｎ、電流検出器４１７，４１８，４１９で検出されるインバータ相検出電流Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１、インバータ直流母線電圧Ｖｐｎに基づいて、パワー半導体スイッチ素子４１１，４１２，４１３，４１４，４１５，４１６をＰＷＭ制御するためのゲート信号２０６（ＰＷＭ１）を生成して出力する。なお、インバータ直流母線電源Ｐ，Ｎに共通接続され、多重巻線モータ１０３の３相巻線に接続される３相それぞれの出力が互いに並列接続される、複数のモータ駆動部４１は、全て同一の構成を有してその作用効果は同一である。

多重巻線モータ１０３の３相巻線に接続される３相各相に直列配置したリアクトル４２０，４２１，４２２は、ＰＷＭ制御されたパワー半導体スイッチ素子４１１，４１２，４１３，４１４，４１５，４１６の出力に含まれる高調波成分を減少させるように機能する。

図４は、本発明の一実施形態に係るゲート信号の生成処理を説明する図である。
図において、上段は制御部Ａ３０１が各モータ駆動部４１に対して出力するＰＷＭパルス信号（ＰＷＭ）のうちの１つを示す。すなわち、このＰＷＭパルス信号（ＰＷＭ）のうちの１つは、パワー半導体スイッチ素子４１１，４１２，４１３，４１４，４１５，４１６のうちの１つのパワー半導体スイッチ素子をオンオフするゲート信号の基となる信号に相当する。中段はこのＰＷＭパルス信号（ＰＷＭ）のうちの１つに基づくΔｔ＞０の場合、下段はこのＰＷＭパルス信号（ＰＷＭ）のうちの１つに基づくΔｔ＜０の場合、のゲート信号２０６（ＰＷＭ１）のうちの１つを示す。なお、Δｔについては後述する。
縦軸は、ＰＷＭパルス信号（ＰＷＭ）およびゲート信号２０６（ＰＷＭ１）のオンオフレベル軸、横軸は時間軸である。

ここで、図４におけるΔｔ、Δｔ＞０、Δｔ＜０の意味合いについて説明する。
インバータ制御部４２３は、自身のパワー半導体スイッチ素子４１１，４１２，４１３，４１４，４１５，４１６をＰＷＭ制御（オンオフ制御）するために、制御部Ａ３０１が出力するＰＷＭパルス信号（ＰＷＭ）に基づいて、パワー半導体スイッチ素子をオンオフするゲート信号２０６（ＰＷＭ１）を生成して出力する。ここで、前述の図１〜３で説明記載したように、本発明の一実施形態に係るモータ駆動システムが同一トルク指令に応じた駆動力の大容量化を図るように構成している場合、各モータ駆動部４１の同相の出力電流の出力並行性（バランス）を保つように、各モータ駆動部４１におけるインバータ制御部４２３は、個々に電流制御しなければならない。

制御部Ａ３０１が各インバータ制御部４２３に出力する分配制御ユニット相検出電流Ｉｕ／Ｎ，Ｉｖ／Ｎ，Ｉｗ／Ｎが、各モータ駆動部４１が出力すべき、出力並行性（バランス）が保たれるための各インバータ制御部４２３に対する分配電流指令に相当する。また、制御部Ａ３０１が各インバータ制御部４２３に出力するＰＷＭパルス信号（ＰＷＭ）が、各インバータ制御部４２３が自身のパワー半導体スイッチ素子４１１，４１２，４１３，４１４，４１５，４１６に出力すべき、出力並行性（バランス）が保たれるための各インバータ制御部４２３に対する分配ＰＷＭパルス信号指令に相当する。

すなわち、各インバータ制御部４２３は、出力並行性（バランス）が保たれるように、分配電流指令およびインバータ相検出電流Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１に基づいて、分配ＰＷＭパルス信号指令のパルス幅に対してΔｔを加算もしくは減算して、ゲート信号２０６（ＰＷＭ１）を生成する。なお、ＰＷＭ制御において、ＰＷＭパルス信号のパルス幅を増減することは、出力電流の振幅を増減させるように働く。

各インバータ制御部４２３は、入力された分配電流指令と、自身の電流検出器４１７，４１８，４１９で検出されるインバータ相検出電流Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１とを比較し、分配電流指令に対して自身の出力電流が大きいか小さいかを判断する。この判断結果が小さい場合（Δｔ＞０）、自身の出力電流を増やすように、分配ＰＷＭパルス信号指令のパルス幅に対してΔｔを加算したゲート信号２０６（ＰＷＭ１）を生成する。一方、の判断結果が大きい場合（Δｔ＜０）、自身の出力電流を減らすように、分配ＰＷＭパルス信号指令のパルス幅に対してΔｔを減算したゲート信号２０６（ＰＷＭ１）を生成する。なお、この判断結果が一致（Δｔ＝０）する場合、分配ＰＷＭパルス信号指令をゲート信号２０６（ＰＷＭ１）とする。

次に、本発明の一実施形態に係る電流制御である、モータ駆動部４１におけるインバータ制御部４２３の電流制御について説明する。
インバータ制御部４２３は、分配電流指令に相当する分配制御ユニット相検出電流Ｉｕ／Ｎ，Ｉｖ／Ｎ，Ｉｗ／Ｎから、自身の電流検出器４１７，４１８，４１９で検出されるインバータ相検出電流Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１を減算した値に、比例定数ＫＩを乗算してΔｔ（Ｕ相：Δｔｕ、Ｖ相：Δｔｖ、Ｗ相：Δｔｗ）を算出する。また、ＰＷＭパルス信号（ＰＷＭ）にこの算出したΔｔを加算もしくは減算して、ゲート信号２０６（ＰＷＭ１）を生成する。

Δｔｕ ＝ ＫＩ × （Ｉｕ／Ｎ − Ｉｕ１）
Δｔｖ ＝ ＫＩ × （Ｉｖ／Ｎ − Ｉｖ１）
Δｔｗ ＝ ＫＩ × （Ｉｕ／Ｎ − Ｉｗ１）

しかしながら、前述したように、同一トルク指令に応じた駆動力の大容量化を図るように構成したモータ駆動装置では、例えば、モータ回生時または電源電圧変動等におけるインバータ直流母線電圧の上昇が発生した場合、インバータ制御部４２３の電流制御系におけるループゲインが見かけ上、上がるためにこの電流制御系の発振による出力電流変動が発生し、所望の多重巻線モータの駆動ができないものであった。

したがって、本発明の一実施形態に係るインバータ制御部４２３は、インバータ直流母線電圧Ｖｐｎを考慮して、Δｔ（Ｕ相：Δｔｕ、Ｖ相：Δｔｖ、Ｗ相：Δｔｗ）を算出するようにしてゲート信号２０６（ＰＷＭ１）を生成し、電流制御系の発振を抑制する。

インバータ制御部４２３は、分配電流指令に相当する分配制御ユニット相検出電流Ｉｕ／Ｎ，Ｉｖ／Ｎ，Ｉｗ／Ｎから、自身の電流検出器４１７，４１８，４１９で検出されるインバータ相検出電流Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１を減算した値に、比例定数ＫＩを乗算する。更に、この乗算結果に、直流母線電圧係数Ｋｐｎをインバータ直流母線電圧Ｖｐｎで除した値を乗算してΔｔ（Ｕ相：Δｔｕ、Ｖ相：Δｔｖ、Ｗ相：Δｔｗ）を算出する。また、ＰＷＭパルス信号（ＰＷＭ）にこの算出したΔｔを加算もしくは減算して、ゲート信号２０６（ＰＷＭ１）を生成する。

Δｔｕ ＝ ＫＩ × （Ｋｐｎ／Ｖｐｎ） × （Ｉｕ／Ｎ − Ｉｕ１）
Δｔｖ ＝ ＫＩ × （Ｋｐｎ／Ｖｐｎ） × （Ｉｖ／Ｎ − Ｉｖ１）
Δｔｗ ＝ ＫＩ × （Ｋｐｎ／Ｖｐｎ） × （Ｉｕ／Ｎ − Ｉｗ１）

インバータ制御部４２３は、Δｔ（Ｕ相：Δｔｕ、Ｖ相：Δｔｖ、Ｗ相：Δｔｗ）＞０の場合（分配電流指令に対して自身の出力電流が小さい場合）、自身の出力電流を増やすように、分配ＰＷＭパルス信号指令のパルス幅に対してΔｔ（Ｕ相：Δｔｕ、Ｖ相：Δｔｖ、Ｗ相：Δｔｗ）を加算したゲート信号２０６（ＰＷＭ１）を生成する。一方、Δｔ（Ｕ相：Δｔｕ、Ｖ相：Δｔｖ、Ｗ相：Δｔｗ）＜０の場合（分配電流指令に対して自身の出力電流が大きい場合）、自身の出力電流を減らすように、分配ＰＷＭパルス信号指令のパルス幅に対してΔｔ（Ｕ相：Δｔｕ、Ｖ相：Δｔｖ、Ｗ相：Δｔｗ）を減算したゲート信号２０６（ＰＷＭ１）を生成する。なお、Δｔ（Ｕ相：Δｔｕ、Ｖ相：Δｔｖ、Ｗ相：Δｔｗ）＝０の場合（分配電流指令に対して自身の出力電流が等しい場合）、分配ＰＷＭパルス信号指令をゲート信号２０６（ＰＷＭ１）とする。

直流母線電圧係数Ｋｐｎは、コンバータ２が出力する直流母線電圧Ｐ,Ｎの平均電圧値であって、交流電源１０１の形態（例えば、単相１００Ｖ、３相２００Ｖ等）、コンバータ２の形態（例えば、ダイオードブリッジ（半波整流、全波整流）、ＰＷＭコンバータ等）によって決定される、予め設定された値（例えば、交流電源１０１が３相２００Ｖ、コンバータ２がダイオードブリッジ（全波整流）である場合、交流電源１０１の電圧変動を考慮して、直流母線電圧係数Ｋｐｎは約３００Ｖ）である。
比例定数ＫＩは、例えば、リアクトル４２０，４２１，４２２のインダクタンス値Ｌ、電流制御系におけるＰＷＭ制御に用いるキャリア周期Ｔ、電流制御系の応答周波数ｆｃの予め設定された値から決定されるものであって、ＫＩ＝πｆｃＴＬ／Ｋｐｎである。

このように、同一トルク指令に応じた駆動力の大容量化を図るように構成したモータ駆動装置１は、例えば、モータ回生時または電源電圧変動等におけるインバータ直流母線電圧の上昇が発生した場合（インバータの電流制御系におけるループゲインが見かけ上、上がる場合）、インバータ制御部４２３は、インバータ直流母線電圧Ｖｐｎを考慮して、Δｔ（Ｕ相：Δｔｕ、Ｖ相：Δｔｖ、Ｗ相：Δｔｗ）を算出するようにしてゲート信号２０６（ＰＷＭ１）を生成し、自身のパワー半導体スイッチ素子４１１，４１２，４１３，４１４，４１５，４１６をＰＷＭ制御するため、出力電流の出力並行性（バランス）を保つと共に、電流制御系の発振を抑制することができる。また、出力電流変動を抑制することができるため、所望の多重巻線モータの駆動をすることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明した。ただし、いわゆる当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、上記実施形態から適宜変更が可能であり、また、上記実施形態と変更例による手法を適宜組み合わせて利用することも可能である。すなわち、このような変更等が施された技術であっても、本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない。

例えば、本発明の一実施形態では、多重巻線モータ１０３，１０４，１０５，１０６は、３相巻線組みを複数組み有するものであり、図示では３相巻線組みを４組み有している場合を説明したが、３相巻線組みを１つ有する場合であってもよい。この場合、第１，２，３，４の駆動群３，４，５，６は、駆動対象である多重巻線モータの１つの３相巻線組みに接続される、１台の制御ユニットを有すればよい。
また、例えば、本発明の一実施形態では、主制御ユニット３１が、複数のモータ駆動部４１を有する場合を説明したが、２台以上のモータ駆動部４１を有すればよい。

１ モータ駆動装置
２ コンバータ部
３ 第１の駆動群
４ 第２の駆動群
５ 第３の駆動群
６ 第４の駆動群
３１ 主制御ユニット
３２ 第１の従制御ユニット
３３ 第２の従制御ユニット
４１ モータ駆動部
５１，５２，５３ 電流検出器
５４ 電圧検出器
１０１ 交流電源
１０２ 上位装置
１０３，１０４，１０５，１０６ 多重巻線モータ
１０７，１０８，１０９，１１０ 位置検出器
１１１ 機械結合部
２０１ 上位駆動群間伝送路
２０２ 制御ユニット間伝送路
２０３ 駆動群間伝送路
２０４ 検出位置伝送路
２０５ データバス
２０６ ゲート信号
３０１ 制御部Ａ
３０２ 制御部Ｂ
３０３ 制御部Ｃ
３０４ モータ位置演算部
４１１，４１２，４１３，４１４，４１５，４１６ パワー半導体スイッチ素子
４１７，４１８，４１９ 電流検出器
４２０，４２１，４２２ リアクトル
４２３ インバータ制御部

Claims (8)

1. 入力される制御指令に応じたＰＷＭパルス信号を生成する第１の制御部と、
   少なくとも複数のパワー半導体スイッチング素子で構成される電力変換部と、前記パワー半導体スイッチング素子をオンオフ駆動するゲート信号を生成する第２の制御部と、を個別に有すると共に、３相巻線組みを有するモータの各相巻線に対して各相出力を並列接続した複数のモータ駆動部と、
   交流電源の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、
   前記コンバータ部が出力する前記直流電圧を検出する電圧検出器と、を備え、
   前記第２の制御部が、前記電圧検出器の電圧検出値に基づいて前記ＰＷＭパルス信号のパルス時間幅を増加、減少、同一のいずれか１つとする前記ゲート信号を生成することを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記モータ駆動部は、個々の前記電力変換部における各相出力を、リアクトルを介して並列接続されるものであることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記第２の制御部が、前記直流電圧と前記電圧検出器の電圧検出値との比率に基づいて、前記パルス時間幅を増減する時間を算出することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
4. 前記モータ駆動部が前記モータの各相巻線に供給する相電流を総じて、相毎に検出する第１の電流検出器と、
   前記モータ駆動部が個別に有するものであって、個々の前記相電流を相毎に検出する第２の電流検出器と、を備え、
   前記第１の制御部が、前記制御指令および前記第１の電流検出器の電流検出値に基づいて、前記ＰＷＭパルス信号を生成すると共に、前記第１の電流検出器の電流検出値を前記モータ駆動部の台数で除した値を、前記モータ駆動部に対する分配電流指令として出力し、
   前記第２の制御部が、前記分配電流指令および前記第２の電流検出器の電流検出値、並びに前記電圧検出器の電圧検出値に基づいて前記パルス時間幅を決定した前記ゲート信号を生成することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
5. 前記第２の制御部が、前記分配電流指令より前記第２の電流検出器の電流検出値の方が小さい場合、前記パルス時間幅に対して時間を増加した前記ゲート信号を生成し、
   前記分配電流指令より前記第２の電流検出器の電流検出値の方が大きい場合、前記パルス時間幅に対して時間を減少した前記ゲート信号を生成し、
   前記分配電流指令と前記第２の電流検出器の電流検出値が一致する場合、前記パルス時間幅と同一の前記ゲート信号を生成することを特徴とする請求項４に記載のモータ駆動装置。
6. 回転軸を機械結合した複数の前記モータと、
   前記制御指令を出力する上位装置と、
   前記モータを個々に駆動する複数の前記モータ駆動装置と、を備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載のモータ駆動システム。
7. 前記モータが３相巻線組みを複数組み有する多重巻線モータであって、
   前記多重巻線モータのうちの１組の３相巻線組みに電力を供給する前記モータ制御装置を複数台備え、
   前記モータ制御装置のうちの１台をマスタ、その他の前記モータ制御装置をスレーブとして構成することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載のモータ駆動システム。
8. 前記モータが３相巻線組みを複数組み有する多重巻線モータであって、
   回転軸を機械結合した複数の前記多重巻線モータと、
   前記制御指令を出力する上位装置と、
   前記多重巻線モータを個々に駆動するものであって、前記多重巻線モータのうちの１組の３相巻線組みに電力を供給する前記モータ制御装置を複数台有し、前記モータ制御装置のうちの１台をマスタ、その他の前記モータ制御装置をスレーブとした構成と、を備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載のモータ駆動システム。

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