JP2012005188A - 同一負荷パターンを有する装置の省電力駆動装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧、配線の電気的特性、電磁ノイズ除去用素子の有無、モータごとの損失特性及び温度変化、等を予め実験して損失特性のデータを取得することなく、すべての構成要素の損失特性を考慮して損失量を最小化することができる同一負荷パターンを有する装置の省電力駆動装置及び方法を提供する。
【解決手段】バッテリ９１で駆動されるＤＣ−ＤＣコンバータ９３と、インバータ１９とを備え、インバータから電力供給されるモータ２１で駆動され、同一負荷パターンで繰り返し運転される同一負荷パターン装置２３の省電力駆動装置。同一負荷パターンにおけるバッテリからの受電電力量Ｗを計算する電力量演算器８１と、インバータのパラメタ（搬送波周波数指令値Ｆと出力電圧指令値Ｇ）を複数の値に変化させ、各パラメタにおける受電電力量を比較し、受電電力量を最小にするパラメタ選択・指令器８３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、同一負荷パターンを有する装置の省電力駆動装置及び方法に関する。

本発明は、バッテリで駆動されるＤＣ−ＤＣコンバータの出力で駆動されるインバータから電力供給されるモータで駆動され、同一負荷パターンで繰り返し運転される装置を対象とする。以下、かかる装置を「同一負荷パターン装置」と呼ぶ。
なお、同一負荷パターン装置は、サーボプレス、プレス用ダイクッション、搬送装置、物流装置などの産業用装置を主に想定するが、それらには限定されない。

上述した同一負荷パターン装置における損失量は、電力変換回路のパラメタ、例えばＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧や、インバータの搬送波周波数やスイッチング波形の電圧変化率ｄｖ／ｄｔなどにより変化する。
ここで「損失量」とは、バッテリから供給される電力とモータ出力との差、すなわち、バッテリからモータに到る電気回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ、インバータとモータを含む）およびモータ内部の磁気回路において発熱や電磁放射の形で失われる仕事量を意味する。
この損失量を低減する手段として、例えば特許文献１が既に提案されている。また、本発明に関連する技術が、特許文献２と非特許文献１，２に開示されている。

特許文献１は、装置の運転条件が変化したとき、電力変換のパラメタ（ＤＣ／ＤＣコンバータの搬送波周波数）を変化させて損失量を小さくするものである。

非特許文献２には、低速域・中速域・高速域に応じて運転中にスイッチング周波数を切り替えることにより損失を低減することが開示されている。

特開２００３−１１６２８０号公報、「駆動装置および動力出力装置」 特開平５−１８４１８２号公報、「インバータ制御装置」

電気学会・半導体電力変換システム調査専門委員会編 「パワーエレクトロニクス回路」 オーム社 ２０００年 大久保光一、他、「ＥＶモータ用低損失インバータの開発」、三菱重工技報 ＶＯＬ．４５ ＮＯ．３：２００８

特許文献１では、損失量を小さくする搬送波（キャリアと称する）周波数を、（Ａ）エネルギ蓄積手段、スイッチング素子、電動機各相コイルの損失特性を用いることにより、或いは（Ｂ）予め実験などにより求める手段が提案されている。
しかし、特許文献１の手段を各種装置、特にバッテリで駆動されるサーボプレス、プレス用ダイクッション、搬送装置、物流装置などの産業用装置に適用しようとすると以下の問題がある。

（Ａ）に対しては、「他の構成要素の損失特性が考慮されていない」という問題がある。
例えば、インバータとモータ間の配線、電磁ノイズ除去用素子（フェライトコアやフィルタ）、モータのロータにおける損失（ロータ内に誘導される電流による損失など）が考慮されていない。
また、産業用装置ではインバータとモータ間の配線が長かったり、電磁ノイズ除去用素子やモータが大型であったりするため、これらの構成要素からの損失量も無視できないことが多い。

（Ｂ）に対しては、「搬送波周波数を決めるためのデータ（総合的な損失特性）を予め求めておくことが困難である」という問題がある。
これは、例えば、次の理由による。
（ａ）バッテリで駆動されるＤＣ−ＤＣコンバータと、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力で駆動されるインバータとを備える場合、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧の最適化ができない。
（ｂ）配線作業が現物合わせのため、配線の電気的特性が事前に予測できない。
（ｃ）電磁ノイズ除去用素子が装置設置後に追加されることがある、
（ｄ）モータが故障して交換されることがあるが、モータは一台ごとに特性が異なる。
（ｅ）モータの温度は、装置の起動直後は低く、装置を連続運転していると上昇するが、モータの損失特性は温度によって変化する。

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧、配線の電気的特性、電磁ノイズ除去用素子の有無、モータごとの損失特性及び温度変化、等を予め実験して損失特性のデータを取得することなく、すべての構成要素の損失特性を考慮して損失量を最小化することができる同一負荷パターンを有する装置の省電力駆動装置及び方法を提供することにある。

本発明によれば、バッテリで駆動されるＤＣ−ＤＣコンバータと、該ＤＣ−ＤＣコンバータの出力で駆動されるインバータとを備え、該インバータから電力供給されるモータで駆動され、同一負荷パターンを有する装置の省電力駆動装置であって、
前記同一負荷パターンにおけるバッテリからの受電電力量を計算する電力量演算器と、
インバータのパラメタを複数の値に変化させ、各パラメタにおける前記受電電力量を比較し、該受電電力量を最小にするパラメタを選択して、インバータに指令するパラメタ選択・指令器と、を備える、ことを特徴とする同一負荷パターンを有する装置の省電力駆動装置が提供される。

本発明の実施形態によれば、前記負荷パターンのサイクル開始信号とサイクル終了信号を出力する指令値生成器を備える。

前記インバータのパラメタは、搬送波周波数、および、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧である。

また本発明によれば、バッテリで駆動されるＤＣ−ＤＣコンバータと、該ＤＣ−ＤＣコンバータの出力で駆動されるインバータとを備え、該インバータから電力供給されるモータで駆動され、同一負荷パターンを有する装置の省電力駆動方法であって、
インバータのパラメタを複数の値に変化させ、
前記各パラメタにおける前記同一負荷パターンによるバッテリからの受電電力量を計算し、
各パラメタにおける前記受電電力量を比較し、該受電電力量を最小にするパラメタを選択して、インバータに指令する、ことを特徴とする同一負荷パターンを有する装置の省電力駆動方法が提供される。

上記本発明の装置及び方法によれば、電力量演算器とパラメタ選択・指令器とを備え、インバータのパラメタを複数の値に変化させ、各パラメタにおける同一負荷パターンによるバッテリからの受電電力量を計算して比較し、該受電電力量を最小にするパラメタを選択して、インバータに指令するので、配線の電気的特性、電磁ノイズ除去用素子の有無、モータごとの損失特性及び温度変化、等を予め実験して損失特性のデータを取得することなく、すべての構成要素の損失特性を考慮して損失量を最小化することができる。

本発明による省電力駆動装置の第１実施形態を示す図である。 本発明が対象としている同一負荷パターン装置の作動説明図である。 パラメタ選択・指令器の作動説明図である。 複数のパラメタを探索・決定する方法の説明図である。 本発明による省電力駆動装置の第２実施形態を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。

図１は、本発明による省電力駆動装置の第１実施形態を示す図である。この図において、本発明の省電力駆動装置は、バッテリ９１で駆動されるＤＣ−ＤＣコンバータ９３と、ＤＣ−ＤＣコンバータ９３の出力で駆動されるインバータ１９とを備える。

バッテリ９１は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛蓄電池などの二次電池である。バッテリ９１は、電池の出力電圧を高くするため、セルを直列接続し、かつ電池のコントローラを備えている。
また、このバッテリ９１には、図示しない太陽電池、燃料電池、風力発電機等により直流電力を充電するようになっている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ９３の入力端（図で左端）は、バッテリ９１に接続され、出力端（図で右端）はインバータ１９に接続されている。
ＤＣ−ＤＣコンバータ９３は、直流電圧の昇圧もしくは降圧もしくはその双方を行う可変出力電圧のＤＣ−ＤＣコンバータである。図１で、ＤＣ−ＤＣコンバータ９３の右側の、キャパシタ１７の両端間の電圧が出力電圧である。

このＤＣ−ＤＣコンバータ９３は、力行（図１で左から右へ電力が移動する）のみでなく、回生（図１で右から左へ電力が移動する）も可能に構成されている。
このようなＤＣ−ＤＣコンバータ９３は、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴなどの電力制御素子とインダクタやトランスを組み合わせて実現される。

図１において、９５はＤＣ−ＤＣコンバータ制御回路である。ＤＣ−ＤＣコンバータ制御回路９５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ９３の電力制御素子のゲート信号を生成し、ＤＣ−ＤＣコンバータ９３の出力電圧を制御する。
ＤＣ−ＤＣコンバータ制御回路９５は、電子回路もしくは組み込みＣＰＵと専用制御プログラムないしは両者の組み合わせで実現される。

直流バス１５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ９３とインバータ１９を電気的に接続する。図中で、上方に示されているのが直流バス１５のプラス側（＋）、下方に示されているのが直流バス１５のマイナス側（−）である。
１７はキャパシタであり、直流バス１５の電圧を平滑化する。キャパシタ１７は、アルミ電解コンデンサが使用されることが多いが、他の種類のコンデンサや電気二重層キャパシタを用いてもよい。

１９はインバータであり、直流バス１５からモータ２１へ流れる電流・電圧を制御し、モータ２１が所望のトルクを発生するようにする。インバータ１９は、この実施形態では電圧型インバータを仮定するが、電流型インバータでもよい。電流型インバータの場合、キャパシタ１７の代わりにリアクトルを用いる。
また、インバータ１９は、この実施形態では、モータ２１の正逆回転、力行・回生が可能な４象限駆動のインバータを仮定するが、機械負荷２３（同一負荷パターン装置）の特性および動作によっては、回転方向が一方向のみ、もしくは力行のみが可能なインバータでもよい。力行のみが可能なインバータを用いる場合、ＤＣ−ＤＣコンバータも力行のみ可能なものであってよい。

２１はモータであり、インバータ１９とモータ２１の組み合わせにより、制御器２７から入力されるトルク指令値に追従してモータ２１がトルクを発生する。
モータ２１は、この実施形態では、３相誘導モータないし３相永久磁石同期モータを仮定するが、インバータとの組み合わせでトルク・回転速度が可変であれば、他の形式のモータでもよい。

２３は機械負荷、すなわち同一負荷パターン装置であり、モータ２１により駆動される。
２５はモータエンコーダであり、モータ２１の回転位置（角度）を測定する。モータエンコーダ２５として、光学式や磁気式のロータリーエンコーダやレゾルバが用いられる。なお、制御器２７が速度制御を行う場合には、モータ２１の回転速度（角速度）を測定すればよい。この場合、ロータリーエンコーダやレゾルバで測定した回転位置を時間微分してもよいし、タコメータのように回転速度を直接測定してもよい。

２７は制御器であり、インバータ１９、モータ２１、モータエンコーダ２５、制御器２７でフィードバックループを構成し、モータ２１が指令値生成器２９からの指令値に追随するよう制御する。
制御器２７は、この実施形態では、位置制御を仮定するが、速度制御でもよい。制御器内部の演算手法としては、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）制御やＩ−ＰＤ（Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）制御などが多く用いられるが、その他の制御手法を用いてもよい。制御性を改善するためのフィードフォワード演算を組み合わせてもよい。制御器２７は、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）やマイコンを用いたプログラマブル装置もしくはアナログ回路もしくはそれらの組み合わせにより実現可能である。

２９は指令値生成器であり、それぞれの時刻において、モータ２１が追随すべきモータ回転角度指令値Ａｃを制御器２７へ出力する。モータ回転角度指令値Ａｃの伝送には、９０度位相がずれた２相パルス列による伝送や、各種通信ネットワークによる伝送が用いられる。モータ２１の回転角と機械負荷２３は機械的に連動しているので、モータ２１の回転角度を指令することは、機械負荷２３の位置を指令することと同じ意味である。

図２は、本発明が対象としている同一負荷パターン装置の作動説明図である。
本発明は同一負荷パターンで繰り返し運転される装置（同一負荷パターン装置）を対象としているので、この実施形態において、図に示すように、モータ回転角度指令値Ａｃはサイクル（繰り返される同一パターン）を有し、サイクルの開始時点と終了時点において、指令値生成器２９はサイクル開始信号Ｃｓとサイクル終了信号Ｃｅをそれぞれ出力するものとする。
この図において、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３がそれぞれサイクルを示している。サイクルとサイクルの間では、任意の指令値、たとえば機械負荷２３を停止させておくような指令値や機械負荷２３を手動操作にしたがって動作させるための指令値を出力してかまわない。

なお、以下の説明においては単純化のため、サイクルとサイクルの間では機械負荷２３を停止させておくような指令値を出力するものとする。また、図２ではサイクル開始信号Ｃｓ、サイクル終了信号Ｃｅはパルス信号としたが、サイクル開始を信号の立上りエッジで、サイクル終了を信号の立下りエッジで示すようにするなど、他の信号波形でもよい。
なお、制御器２７が速度制御を行う場合には、指令値生成器２９はモータ回転速度指令値を出力するようにすればよい。

指令値生成器２９は、半導体メモリのような記憶装置を有するＤＳＰやマイコンを用いたプログラマブル装置により実現可能である。

インバータ１９は、以下の要素から構成され、パラメタ選択・指令器８３が出力する搬送波周波数指令値Ｆにしたがった周波数の搬送波Ｃｗを用いてＰＷＭ変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）が行われる。
インバータの構成・動作例の詳細は例えば、非特許文献１に示されている。また、可変な搬送波周波数によりＰＷＭ変調を行う方法の例は、特許文献２に示されている。なお特許文献２では、搬送波はキャリアと呼ばれている。

４１は電力制御部であり、ゲート信号により導通状態が変化する電力制御素子により、直流バス１５からモータ２１への電圧・電流を制御する。電力制御部４１は、この実施形態ではパワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのゲート信号をオフすることにより消弧可能な電力制御素子を用いることを仮定するが、ＧＴＯ（Ｇａｔｅ Ｔｕｒｎ Ｏｆｆ）など他の種類の電力制御素子を電力制御素子に応じた適当なゲート駆動回路と組み合わせて用いてもよい。

４３はモータ電流測定器であり、電力制御部４１からモータ２１へのＵＶＷ各相の電流を測定する。モータ電流測定器４３は、電流にともなって電線の周囲に発生する磁場を測定する非接触方式の装置や、回路に抵抗を挿入し電流にともなって抵抗の両端に発生する電位差を測定する装置などである。電流測定器６３の実現方法も同様である。

４５は指令演算器であり、制御器２７からのトルク指令値Ｔｃに追随してモータ２１がトルクを発生するよう、ＰＷＭ変調器４７へＵＶＷの各相に対する変調波Ｍｗを出力する。指令演算器４５として、ベクトル演算により計算した各相への電流指令をモータ電流測定器４３の測定値と比較して各相の変調波を求める装置が可能であるが、他の装置でもよい。指令演算器４５は、ＤＳＰやマイコンを用いたプログラマブル装置もしくは電子回路もしくはそれらの組み合わせにより実現可能である。なお、状態推定等の手法を用いて、必要なモータ電流測定器４３の個数を減らす構成も可能である。

４７はＰＷＭ変調器であり、変調波Ｍｗを搬送波Ｃｗで変調し、電力制御素子の導通・非導通を決めるノッチ波Ｎｗを出力する。ＰＷＭ変調器４７は、この実施形態では三角搬送波を用い、変調波Ｍｗと搬送波Ｃｗの大小比較でノッチ波Ｎｗのオンオフを決める手段を想定する。ＰＷＭ変調器４７は、アナログ電子回路（コンパレータ）もしくはＤＳＰやマイコンのプログラムで実現可能である。

４９は搬送波発振器であり、ＰＷＭ変調のための搬送波Ｃｗを発振する。搬送波発振器４９は、搬送波周波数指令値Ｆにしたがって発振周波数が可変となるよう構成する。
搬送波発振器４９は、２つの値Ｍ１，Ｍ２の間でカウントアップ・ダウンを繰り返すアップダウンカウンタを電子回路やＤＳＰやマイコンのプログラムで構成して三角搬送波を発振し、搬送波周波数指令値Ｆに応じてＭ１，Ｍ２の値を適切に変えることにより発振周波数を変える構成が可能であるが、アナログ電子回路による発振回路など他の方法で構成してもよい。

５１はゲート駆動回路であり、ノッチ波Ｎｗを絶縁、レベル変換又は増幅して、電力制御素子のゲートを駆動するゲート信号を出力する。ゲート駆動回路５１は、絶縁型電源・フォトカプラ等を用いた電子回路により実現できる。

６１は電圧測定器であり、６３は電流測定器である。電圧測定器６１と電流測定器６３は、バッテリ９１からＤＣ−ＤＣコンバータ９３へ流入する電力量Ｗを計算するため、それぞれ電圧と電流を測定し、電圧測定値Ｖ（ｔ）と電流測定値Ｉ（ｔ）を電力量演算器８１へ出力する。電圧測定値Ｖ（ｔ）、電流測定値Ｉ（ｔ）の伝送には、電圧振幅や電流振幅としてアナログ伝送する手段や、各種通信ネットワークを用いてデジタル伝送することが可能である。
電圧測定器６１で測定される時刻ｔにおけるバッテリ９１のマイナス側に対するプラス側の電圧をＶ（ｔ）と記す。また電流測定器６３で測定される時刻ｔにおけるバッテリ９１のプラス側を図中で左から右へ流れる電流をＩ（ｔ）と記す。電流測定値が負の値の場合、電流が図中で右から左へ流れることを示す。

８１は電力量演算器であり、１サイクルの電力量Ｗを演算する。すなわち、電圧測定値Ｖ（ｔ）と電流測定値Ｉ（ｔ）を乗算した値を、サイクル開始信号Ｃｓが入力された時点からサイクル終了信号Ｃｅが入力される時間まで時間積分して出力する。１サイクルの電力量Ｗの伝送には、電圧振幅や電流振幅としてアナログ伝送する手段や、各種通信ネットワークを用いてデジタル伝送することが可能である。
電力量演算器８１は、ＤＳＰやマイコンを用いたプログラマブル装置もしくはアナログ電子回路もしくはそれらの組み合わせにより実現可能である。
電力量演算器８１は、以下のような演算を行う。
時刻ｔにおける電力Ｐ（ｔ）は電圧と電流の積であり、式（１）であらわされる。ここで、Ｐ（ｔ）が正の値であれば電力が図中の左から右へ、Ｐ（ｔ）が負の値であれば電力が図中の右から左へ流れることを示す。
Ｐ（ｔ）＝Ｖ（ｔ）×Ｉ（ｔ）・・・（１）
１サイクルの電力量Ｗは、電力の時間積分なので、そのサイクルに対するサイクル開始信号の時刻をＴ１、サイクル終了信号の時刻をＴ２と書けば、数１の式（２）であらわされる。

電力量演算器８１での演算が時間ΔＴ周期で行われるとすれば、式（２）を差分化し、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までＶ（ｔ）×Ｉ（ｔ）×ΔＴを積算すれば、１サイクルの電力量Ｗとなる。すなわち、サイクル終了時点において、そのサイクルに対する１サイクルの電力量を出力可能である。
以上の説明のように、電流測定値と電力に負の値も許容することにより、１サイクル中で力行と回生が混在している場合にも本発明は適用可能となる。すなわち、電力の正、負が、それぞれ力行、回生に相当する。

８３はパラメタ選択・指令器であり、損失量に影響するパラメタの値を指令するとともに、各サイクルにおける１サイクルの電力量にもとづいて、適切なパラメタの値を選択する。この実施形態では、パラメタは搬送波Ｃｗの周波数とＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧であり、パラメタ選択・指令器８３は、搬送波周波数指令値Ｆを搬送波発信器４９へ出力し、出力電圧指令値ＧをＤＣ−ＤＣコンバータ制御回路９５へ出力する。パラメタ選択・指令器８３は、ＤＳＰやマイコンをもちいたプログラマブル装置により実現可能である。

図３は、パラメタ選択・指令器８３の作動説明図である。
以下、ＤＣ−ＤＣコンバータ制御回路９５の出力電圧指令値Ｇが一定である場合を説明する。

パラメタ選択・指令器８３により、損失を小さくするパラメタを探索・決定するための手順は以下のようになる。
パラメタ選択・指令器８３は、１サイクルごとに異なる搬送波周波数指令値Ｆを出力する。サイクル終了時点において、電力量演算器８１から各サイクルに対する１サイクルの電力量Ｗが出力されるので、パラメタ選択・指令器８３の内部に記憶しておく。パラメタ選択・指令器８３は、記憶した１サイクルの電力量Ｗを比較し、もっとも電力量が小さくなる搬送波周波数指令値Ｆを、以降の搬送波周波数指令値Ｆとして出力する。

例として、図３に示すように、５サイクル（図中、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５）のそれぞれに対して搬送波周波数指令値ＦをＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５に変化させたとし、それぞれのサイクルにおける１サイクルの電力量がＷ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５であったとする。Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５を記憶しておき、サイクル５（図中、Ｃ５）が終了した時点で比較し、Ｗ４がもっとも小さかったとすると、Ｗ４に対応する搬送波周波数指令値Ｆ４がもっとも損失を小さくする搬送波周波数指令値ということがわかる。そこで、パラメタ選択・指令器８３は、以降、搬送波周波数指令値としてＦ４を出力し続ける。

なお、図３に示す例では、搬送波周波数指令値ＦをＦ１〜Ｆ５の５通りに変化させ、パラメタ（搬送波周波数指令値）の探索・決定にＣ１〜Ｃ５の５サイクルを要するものとしたが、搬送波周波数指令値Ｆを変化させる数は５に限らず、２以上の数Ｑでよい。この場合、パラメタ（搬送波周波数指令値）の探索・決定にＱサイクル要することになる。

パラメタの探索・決定を行うタイミングとしては、たとえば以下の（１）〜（３）が考えられる。
（１）インバータからモータへ到る配線へのノイズフィルタの追加、モータの交換、機械負荷の改造など、損失に影響を与えるハードウェア的な変更が行われた直後にパラメタの探索・決定を行う。たとえば、パラメタ選択・指令器８３に押しボタン（図示せず）を接続し、ハードウェア的な変更が行われたら人間が押しボタンを押す。パラメタ選択・指令器は押しボタンが押された後、最初に行われるサイクル（本例では最初の５サイクル）においてパラメタ（本例では搬送波周波数指令値）の探索・決定を行い、以降、決定された搬送波周波数指令値を出力し続ける。

（２）装置を運転して一定のサイクル数もしくは一定時間が経過したら、パラメタの探索・決定をやり直す。たとえば、サイクル開始信号もしくはサイクル終了信号の発生回数をカウントするカウンタもしくは経過時間を計測するタイマをパラメタ選択・指令器内に設け、カウンタの値もしくはタイマの値が一定値に達したらパラメタの探索・決定をやり直す。同時にカウンタもしくはタイマをリセットしてサイクル数のカウントもしくは経過時間の計測を再スタートする。

図１において、パラメタ選択・指令器８３は、上述した搬送波周波数指令値Ｆに加え出力電圧指令値ＧをＤＣ−ＤＣコンバータ制御回路９５へ出力する機能を有する。
以下、搬送波周波数指令値Ｆと出力電圧指令値Ｇが変化できる場合を説明する。
この場合、パラメタ選択・指令器８３が出力する搬送波周波数指令値Ｆと出力電圧指令値Ｇを変化させて１サイクルの電力量Ｗを記憶・比較し、もっとも電力量Ｗが小さくなる搬送波周波数指令値Ｆと出力電圧指令値Ｇを、以降の搬送波周波数指令値Ｆと出力電圧指令値Ｇとして出力する。

図４は、複数のパラメタを探索・決定する方法の説明図である。
損失を小さくする複数のパラメタ（搬送波周波数指令値Ｆと出力電圧指令値Ｇ）を探索・決定する方法としてはたとえば以下の方法がある。

搬送波周波数指令値Ｆと出力電圧指令値Ｇのすべての組み合わせに対して１サイクルの電力量を記憶・比較する。たとえば、搬送波周波数指令値ＦがＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５の５通り、出力電圧指令値ＧがＧ１，Ｇ２，Ｇ３の３通りの場合、図４に示すように５×３＝１５サイクル（図中、Ｃ１〜Ｃ１５）に対し、１サイクルの電力量（図中、Ｗ１〜Ｗ１５）を記憶・比較して、搬送波周波数指令値Ｆと出力電圧指令値Ｇを選択する。図４では、Ｗ１〜Ｗ１５の中で、Ｗ３が一番小さい場合の例を示しており、Ｗ３に対応する搬送波周波数指令値Ｆ１と出力電圧指令値Ｇ３の組み合わせがもっとも損失を小さくする搬送波周波数指令値と出力電圧指令値の組み合わせいうことがわかるので、パラメタ選択・指令器８３は、サイクル１５終了以降（すなわち、図中のサイクルＣ１６以降）、搬送波周波数指令値としてＦ１を、出力電圧指令値としてＧ３を出力し続ける。

なお、図４に示す例では、搬送波周波数指令値ＦをＦ１〜Ｆ５の５通り、出力電圧指令値ＧをＧ１〜Ｇ３の３通りに変化させ、パラメタ（搬送波周波数指令値と電圧変化率の指令値）の探索・決定に５×３＝１５サイクル（図中、Ｃ１〜Ｃ１５）を要するものとしたが、搬送波周波数指令値Ｆを変化させる数、出力電圧指令値Ｇを変化させる数はそれぞれ５、３に限らず、２以上の数Ｑ、Ｒでよい。この場合、パラメタ（搬送波周波数指令値と出力電圧指令値Ｇ）の探索・決定にＱ×Ｒサイクル要することになる。

以上の方法ではパラメタの値の組み合わせ数（以上の例では１５通り）が多くなりすぎ、パラメタの探索・決定に要するサイクル数が多数となりすぎる場合には、パラメタの組み合わせの中から乱数や遺伝的アルゴリズムにより選択した組み合わせのみ用いてもよい。実験計画法にもとづく他の方法を用いてもよい。

図５は、本発明による省電力駆動装置の第２実施形態を示す図である。
この実施形態は、インバータとモータが複数台で、すべてが同じ動きをする場合である。たとえば、モータのサイズが制限されるため、一体の機械負荷を複数台のモータで分担して駆動するような場合である。
図５はインバータとモータが３台の場合を示すが、２台もしくは４台以上の場合も同様である。また図５において、ＤＣ−ＤＣコンバータの内部およびインバータ内部の構成は第１実施形態と同じなので、ＤＣ−ＤＣコンバータの内部およびインバータ内部の構成は図示を省略する。

以下の構成要素が各インバータとモータごとにあるので、末尾にＡ、Ｂ、Ｃをつけて識別する。
各要素の構成は第１実施形態と同じである。
１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ インバータ
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ モータ
２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ 機械負荷
２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ モータエンコーダ
２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ 制御器

末尾にＡ、Ｂ、Ｃを付した３組が完全に同一の動作をするので、パラメタ選択・指令器８３は１台のみであり、それぞれの組に対するパラメタ（搬送波周波数指令値Ｆと出力電圧指令値Ｇ）は常に同一になるようにする。
３組の総計の電力量Ｗを計測するように電圧測定器６１と電流測定器６３が接続されているので、第１実施形態と同じ電力量演算、パラメタ探索・決定動作をすることにより、３組の総計の損失を小さくするようにパラメタ（搬送波周波数指令値Ｆ、出力電圧指令値Ｇ）が探索・決定される。

上述本発明の装置及び方法によれば、電力量演算器８１とパラメタ選択・指令器８３とを備え、インバータ１９のパラメタを複数の値に変化させ、各パラメタにおける同一負荷パターンによるインバータの受電電力量Ｗを計算して比較し、該受電電力量を最小にするパラメタを選択して、インバータに指令するので、配線の電気的特性、電磁ノイズ除去用素子の有無、モータごとの損失特性及び温度変化、等を予め実験して損失特性のデータを取得することなく、すべての構成要素の損失特性を考慮して損失量を最小化することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。
例えば、同一の負荷パターン内の複数の区間毎に、上記パラメタを選択してもよい。また、インバータのパラメタは、スイッチング波形の電圧変化率であってもよい。

１５ 直流バス、
１７ キャパシタ、
１９、１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ インバータ、
２１、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ モータ、
２３、２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ 機械負荷（同一負荷パターン装置）、
２５、２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ モータエンコーダ、
２７、２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ 制御器、
２９ 指令値生成器、
４１ 電力制御部、４３ モータ電流測定器、
４５ 指令演算器、４７ ＰＷＭ変調器、４９ 搬送波発振器、
５１ ゲート駆動回路、
６１ 電圧測定器、
６３ 電流測定器、
８１ 電力量演算器、
８３ パラメタ選択・指令器、
９１ バッテリ、
９３ ＤＣ−ＤＣコンバータ、
９５ ＤＣ−ＤＣコンバータ制御回路

Claims (4)

1. バッテリで駆動されるＤＣ−ＤＣコンバータと、該ＤＣ−ＤＣコンバータの出力で駆動されるインバータとを備え、該インバータから電力供給されるモータで駆動され、同一負荷パターンを有する装置の省電力駆動装置であって、
   前記同一負荷パターンにおけるバッテリからの受電電力量を計算する電力量演算器と、
   インバータのパラメタを複数の値に変化させ、各パラメタにおける前記受電電力量を比較し、該受電電力量を最小にするパラメタを選択して、インバータに指令するパラメタ選択・指令器と、を備える、ことを特徴とする同一負荷パターンを有する装置の省電力駆動装置。
2. 前記負荷パターンのサイクル開始信号とサイクル終了信号を出力する指令値生成器を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の省電力駆動装置。
3. 前記インバータのパラメタは、搬送波周波数、および、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の省電力駆動装置。
4. バッテリで駆動されるＤＣ−ＤＣコンバータと、該ＤＣ−ＤＣコンバータの出力で駆動されるインバータとを備え、該インバータから電力供給されるモータで駆動され、同一負荷パターンを有する装置の省電力駆動方法であって、
   インバータのパラメタを複数の値に変化させ、
   前記各パラメタにおける前記同一負荷パターンによるバッテリからの受電電力量を計算し、
   各パラメタにおける前記受電電力量を比較し、該受電電力量を最小にするパラメタを選択して、インバータに指令する、ことを特徴とする同一負荷パターンを有する装置の省電力駆動方法。