JP2019118175A - トルク制御装置及びトルク制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】電動機が回生する際に、トルク制御装置の入力電圧Ｖの上昇を抑制する。【解決手段】トルク制御装置３１は、フィルタ回路２の入力電流Ｉと、トルク制御装置３１の入力電圧Ｖと、電動機４の角速度ωとを入力し、電動機４のトルク指令Ｔを、所定の電圧Ｖｘ、比例ゲインＫ１、０以上１未満の定数Ｋ２を用いて、ωＴ≧Ｋ１（Ｖ−Ｖｘ）＋Ｋ２ＶＩを満たす範囲で制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、電動機のトルクを制御するトルク制御装置、及び該トルク制御装置を複数備えるトルク制御システムに関する。

従来、電動機が回生する際に、回生した電力を消費する負荷が少ない場合に、入力電圧が所定の電圧になるように制御するトルク制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のトルク制御装置について、図２を参照して説明する。フィルタ回路２は、リアクトル２１とコンデンサ２２とを有し、直流電圧電源１とトルク制御装置３に接続される。トルク制御装置３は、フィルタ回路２と電動機４に接続される。トルク制御装置３は、トルク指令制限部３１と、トルク制御部３２とを備える。

トルク指令制限部３１は、電動機４の所望の第１のトルク指令Ｔ^＊と、フィルタ回路２の入力電流Ｉと、トルク制御装置３の入力電圧Ｖと、電動機４の角速度ωとを入力し、あらかじめ設定された所定の電圧Ｖｘと、比例ゲインＫとにより、第２のトルク指令Ｔ^＊＊を決定し、トルク制御部３２に出力する。トルク指令制限部３１は、「ωＴ^＊≧Ｋ（Ｖ−Ｖｘ）」の場合には第２のトルク指令Ｔ^＊＊を「Ｔ^＊＊＝Ｔ^＊」とし、「ωＴ^＊＜Ｋ（Ｖ−Ｖｘ）＋ＶＩ」の場合には「Ｔ^＊＊＝Ｋ（Ｖ−Ｖｘ）／ω＋ＶＩ／ω」とする。

トルク指令制限部３１により、電動機４のトルクＴが次式（１）となるように制御される。
ωＴ≧Ｋ（Ｖ−Ｖｘ）＋ＶＩ （１）

一般に、電動機４が回生する場合の回生電力Ｐは次式（２）で得られる。
Ｐ＝−ωＴ （２）

つまり、従来のトルク制御装置３では、回生電力Ｐは次式（３）のように制御される。
Ｐ≦Ｋ（Ｖｘ−Ｖ）−ＶＩ （３）

ここで、負荷電力Ｐ_ｌは次式（４）となる。
Ｐ_ｌ＝−ＶＩ （４）

式（３）（４）より、回生電力Ｐは次式（５）のように制御される。
Ｐ≦Ｋ（Ｖｘ−Ｖ）＋Ｐ_ｌ （５）

式（５）より、所定の電圧Ｖｘと入力電圧Ｖとが一致すれば、回生電力Ｐと負荷電力Ｐ_ｌとが一致する。

電動機４が回生する際に、電動機４の回生電力Ｐが、消費される負荷電力Ｐ_ｌよりも大きくなると、消費できない電力（Ｐ−Ｐ_ｌ）は、フィルタ回路２のコンデンサ２２を充電し、トルク制御装置３の入力電圧Ｖを上昇させ、トルク制御装置３を破壊する恐れがあるが、トルク制御部３１により、回生電力Ｐを負荷電力Ｐ_ｌに一致させ、消費できない電力（Ｐ−Ｐ_ｌ）をゼロにすることで、入力電圧Ｖは設定された所定の電圧Ｖｘとなり、上昇を抑えることができる。

特許第３５０９０２０号公報

上述したように、特許文献１に記載の技術により、電動機４が回生する際に、回生した電力を消費する負荷が少ない場合でも、トルク制御装置３の入力電圧Ｖの上昇を抑制し、トルク制御装置３の破壊を防止することができる。しかしながら、トルク制御装置３が複数存在する場合において、トルク制御装置３の入力電圧Ｖを検出する検出器の誤差により、トルク制御装置３の間でトルク制御に差異が発生することがあった。

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、電動機が回生する際に、回生した電力を消費する負荷が少ない場合にトルク制御装置の入力電圧が上昇することを抑制でき、且つ、複数のトルク制御装置間でトルク制御の差異が発生することを防止できるトルク制御装置及びトルク制御システムを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係るトルク制御装置は、直流電圧電源に接続されたフィルタ回路を介して電動機に電力を供給し、電動機のトルクを制御するトルク制御装置であって、前記フィルタ回路の入力電流Ｉと、当該トルク制御装置の入力電圧Ｖと、前記電動機の角速度ωとを入力し、電動機のトルクＴを、所定の電圧Ｖｘと、比例ゲインＫ_１と、０以上１未満の定数Ｋ_２とを用いて、ωＴ≧Ｋ_１（Ｖ−Ｖｘ）＋Ｋ_２ＶＩを満たす範囲で制御することを特徴とする。

また、上記課題を解決するため、本発明に係るトルク制御システムは、上記トルク制御装置が複数並列に接続されたトルク制御システムであって、前記定数Ｋ_２の値は、複数の前記トルク制御装置の間で同一の値であることを特徴とする。

本発明によれば、電動機が回生する際に、回生した電力を消費する負荷が少ない場合にトルク制御装置の入力電圧が上昇することを抑制できる。また、複数のトルク制御装置間でトルク制御の差異が発生することを防止できる。

本発明の一実施形態に係るトルク制御システムの構成例を示す図である。 従来のトルク制御装置の構成例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るトルク制御システム３０の構成例を示す図である。トルク制御システム３０は、並列接続された複数のトルク制御装置３１を備える。図１にはトルク制御装置を２つ（３１−１及び３１−２）のみ示しているが、トルク制御装置の数は３以上であってもよい。なお、トルク制御装置３１−２はトルク制御装置３１−１と同一の構成であるため、図中で構成を省略している。

トルク制御装置３１は、図２に示したトルク制御装置３と比較して、トルク指令制限部３１に代えてトルク指令制限部３１１を備える点が相違する。

トルク制御装置３１は、直流電圧電源１に接続されたフィルタ回路２を介して電動機４に電力を供給し、電動機４のトルクを制御する。

トルク指令制限部３１１は、第１のトルク指令Ｔ^＊と、フィルタ回路２の入力電流Ｉと、トルク制御装置３の入力電圧Ｖと、電動機４の角速度ωとを入力し、あらかじめ設定された所定の電圧Ｖｘと、比例ゲインＫ_１と、定数Ｋ_２とを用いて、「ωＴ^＊≧Ｋ_１（Ｖ−Ｖｘ）＋Ｋ_２ＶＩ」の場合には第２のトルク指令Ｔ^＊＊を「Ｔ^＊＊＝Ｔ^＊」とし、「ωＴ^＊＜Ｋ_１（Ｖ−Ｖｘ）＋Ｋ_２ＶＩ」の場合には「Ｔ^＊＊＝Ｋ_１（Ｖ−Ｖｘ）／ω＋Ｋ_２ＶＩ／ω」とする。

トルク制御部３２は、電動機４のトルクＴが、第２のトルク指令Ｔ^＊＊に追従するように電動機４を制御する。

具体的には、トルク指令制限部３１１により、電動機４のトルクＴが次式（６）となるように制御される。
ωＴ≧Ｋ_１（Ｖ−Ｖｘ）＋Ｋ_２ＶＩ （６）

回生電力Ｐは式（２）で得られるため、回生電力Ｐは次式（７）のように制御される。
Ｐ≦Ｋ_１（Ｖ−Ｖｘ）−Ｋ_２ＶＩ （７）

ここで、負荷電力Ｐ_ｌは式（４）で得られるため、式（４）（７）より、回生電力Ｐは次式（８）のように制御される。
Ｐ≦Ｋ_１（Ｖｘ−Ｖ）＋Ｋ_２Ｐ_ｌ （８）

式（８）において定数Ｋ_２を１に設定すれば式（５）と一致し、従来通り入力電圧Ｖの検出の誤差により複数のトルク制御装置３１の間でトルク制御に差異が発生する。しかし、定数Ｋ_２を０以上１未満に設定することにより、回生電力Ｐと負荷電力Ｐ_ｌとが一致する定常状態において、入力電圧Ｖを設定された所定の電圧Ｖｘより小さくすることができる。また、入力電圧Ｖと設定された所定の電圧Ｖｘとの差（Ｖｘ−Ｖ）は、回生電力Ｐの大きさに比例する。

したがって、本発明によれば、電動機４が回生する際に、回生した電力を消費する負荷が少ない場合に、トルク制御装置の入力電圧が上昇することを抑制できるとともに、複数のトルク制御装置間でトルク制御の差異が発生することを防止できる。

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、実施形態の構成図に記載の複数の構成ブロックを１つに組み合わせたり、あるいは１つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。

１ 直流電圧電源
２ フィルタ回路
４ 電動機
２１ リアクトル
２２ コンデンサ
３０ トルク制御システム
３１−１，３１−２ トルク制御装置
３２ トルク制御部
３１１ トルク指令制限部

Claims (2)

1. 直流電圧電源に接続されたフィルタ回路を介して電動機に電力を供給し、電動機のトルクを制御するトルク制御装置であって、
   前記フィルタ回路の入力電流Ｉと、当該トルク制御装置の入力電圧Ｖと、前記電動機の角速度ωとを入力し、電動機のトルクＴを、所定の電圧Ｖｘと、比例ゲインＫ_１と、０以上１未満の定数Ｋ_２とを用いて、次式
   ωＴ≧Ｋ_１（Ｖ−Ｖｘ）＋Ｋ_２ＶＩ
   を満たす範囲で制御することを特徴とするトルク制御装置。
2. 請求項１に記載のトルク制御装置が複数並列に接続されたトルク制御システムであって、
   前記定数Ｋ_２の値は、複数の前記トルク制御装置の間で同一の値であることを特徴とするトルク制御システム。

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