JP4297971B2 - 電動機制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気車駆動用の交流電動機、特に永久磁石同期電動機の制御に好適な電動機制御装置に関する。

従来技術による電気車の制御装置では、電動車の台車における複数の車軸にそれぞれ取り付けられた複数の誘導電動機を、一台のインバータが並列一括駆動するように構成されるものが一般的であった（例えば、下記特許文献１）。

複数の誘導電動機を一台のインバータで並列一括駆動する場合の技術的課題としては、一台のインバータで一括駆動される複数の車輪の直径（以下「車輪径」という）が磨耗の程度の差異により異なる場合への対処が挙げられる。

誘導電動機の回転速度（＝ロータ周波数）は、インバータ周波数にすべり周波数を加えた値であることは公知である。一方、このすべり周波数は、一台のインバータで複数の誘導電動機を一括駆動する場合に大きな意味を成している。なぜなら、すべり周波数によって、複数の誘導電動機間で共通となるインバータ周波数と、複数の誘導電動機間で異なるロータ周波数と、の差が吸収されるからである。

ここで、複数の車輪がレール上を滑らずに回転している場合を例にとり、具体的に説明する。

電動機の回転速度は、他に比して車輪径が大きい（つまり車輪周長が長い）場合には当該他のものよりも小さくなり、逆に、他に比して車輪径が小さい（つまり車輪周長が短い）場合には当該他のものよりも大きくなる。一方、インバータ周波数は共通であるから、この回転速度差は、各誘導電動機に印加されるすべり周波数差となる。このとき、複数の誘導電動機間には、すべり周波数の差に応ずる発生トルクの差異が生ずることになるが、一般的に、誘導電動機の定格すべり周波数は、想定される車輪径の差が影響しない程度に設定されるので、発生トルクの差異は小さく、実用上の問題点となることはない。

このように、複数の電動機を一台のインバータで並列一括駆動するには、他の利点とも相まって誘導電動機を適用することが好適である。また、複数の誘導電動機を一台のインバータで並列一括駆動する構成の採用により、車両に搭載される誘導電動機の数によらず、インバータの台数を最小化することができるので、制御装置をより小型軽量なものとすることが可能となる。

ところで、近年、産業機器や家電分野において、インバータにより駆動される永久磁石同期電動機を適用する事例が増えてきている。

永久磁石同期電動機は、誘導電動機と比較した場合に、永久磁石による磁束が確立しているため励磁電流が不要となり、また、回転子に電流が流れないので二次銅損が発生せず高効率である、といった利点を有している。このため、近年、永久磁石同期電動機を電気車駆動用の電動機として適用するための種々の検討がなされている。

特開２００６−０１４４８９号公報

永久磁石同期電動機を電気車駆動用の電動機として適用する場合の課題となるのが、複数台の永久磁石同期電動機を如何に最小の装置構成で実現するかにある。

また、永久磁石同期電動機は、既知のことではあるが、インバータ周波数とロータ周波数が同期して動作するものである。このため、上記のように、回転速度の異なる複数の永久磁石同期電動機を一台のインバータで並列一括駆動することはできない。

したがって、永久磁石同期電動機を電気車に適用する場合には、永久磁石同期電動機一台毎に駆動用インバータが必要となる。しかしながら、電気車の場合、編成中の複数台の電動機により各車輪を駆動する構成であるため、必要となるインバータの数が増加する。その結果、増加したインバータを制御するための制御部の規模やコストが増加し、ひいては、制御装置のサイズ、質量、コストの増加を余儀なくされる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数台の電動機の各々に対応して設けられる複数のインバータを制御する制御部を備えた電動機制御装置において、各電動機に応じて配置される各演算部を制御部内に効果的に配置するとともに、各演算部の演算処理内容を効果的に区分することにより、サイズ、質量、コストの低減を可能とする電動機制御装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる電動機制御装置は、複数の交流電動機を制御する電動機制御装置であって、直流電圧源と、前記複数の交流電動機の各々に対応して設けられ、前記直流電圧源からの直流電圧を用いて変換した所定周波数の交流電圧を前記各交流電動機に出力する複数のインバータ部と、前記各インバータ部の出力側を開閉する接触器と、前記各インバータ部に供給される直流電圧を検出する電圧検出器と、前記各交流電動機の電流を検出する電流検出器と、外部からの制御指令、前記電圧検出器の検出電圧、前記電流検出器の検出電流、および前記交流電動機の回転状態を示す信号に基づいて少なくとも前記インバータ部に対する制御信号を出力する制御部と、を備え、前記制御部は、外部から入力された運転指令信号に基づき、トルク指令の生成に関する第一の制御信号を生成して出力するシーケンス処理部と、前記交流電動機と前記電動機制御装置の異常状態を検出し、異常状態を示す第二の制御信号を生成して前記インバータ部を停止させる保護検知部と、前記電流検出器、前記電圧検出器から入力された検出電流、検出電圧、前記保護検知部から入力された異常検知状態信号、および前記シーケンス処理部から入力されたシーケンス状態を示す信号を外部の機器状態監視装置に出力する通信処理部と、を有する第一の共通演算部と、前記第一の共通演算部から入力された前記第一の制御信号に基づき、複数の前記インバータ部に共通する基本トルク指令を生成して出力する基本トルク指令生成部を有する第二の共通演算部と、前記第二の共通演算部から入力された前記基本トルク指令に基づき、前記各インバータ部のそれぞれに関する第三の制御信号を個別に生成して出力する個別演算部と、前記第一の共通演算部から入力される前記第二の制御信号、および複数の前記個別演算部から入力される前記第三の制御信号に基づいて、前記各インバータ部をスイッチング制御するための前記第一のゲート信号を演算出力するとともに、前記各インバータ部に対応するそれぞれの前記第一のゲート信号を同時に制御できるように、複数の前記個別演算部に対して共通に設けられた共通論理演算部と、を備えたことを特徴とする。

本発明にかかる電動機制御装置によれば、制御部における演算部の構成を、各インバータ部のそれぞれに関する制御信号を個別に演算出力する個別演算部、各インバータ部に関する共通的な制御信号を演算出力する第一の共通演算部および第二の共通演算部を有する共通演算部、ならびに複数の個別演算部に対して共通に設けられた共通論理演算部に区分するとともに、第一の共通演算部は、外部から入力された運転指令信号に基づき、トルク指令の生成に関する第一の制御信号を生成して出力するシーケンス処理部、交流電動機と電動機制御装置の異常状態を検出し、異常状態を示す第二の制御信号を生成してインバータ部を停止させる保護検知部、ならびに、電流検出器、電圧検出器から入力された検出電流および検出電圧、保護検知部から入力された異常検知状態信号および、シーケンス処理部から入力されたシーケンス状態を示す信号を外部の機器状態監視装置に出力する通信処理部を具備し、第二の共通演算部は、第一の共通演算部から入力された第一の制御信号に基づき、各インバータ部に対応する個別演算部に向けて共通の基本トルク指令を生成して出力する基本トルク指令生成部を具備し、個別演算部は、第二の共通演算部から入力された基本トルク指令に基づき、各インバータ部のそれぞれに関する第三の制御信号を個別に生成して出力する機能を具備し、共通論理演算部は、第一の共通演算部から入力される第二の制御信号、および複数の個別演算部から入力される第三の制御信号に基づいて各インバータ部をスイッチング制御するための第一のゲート信号を演算出力し、各インバータ部に対応するそれぞれの第一のゲート信号を同時に制御できる機能を具備するように構成しているので、各演算部の演算処理内容が効果的に区分されるとともに、各電動機に応じて配置される各演算部が制御部内に効果的に配置されることとなって、サイズ、質量、コストの低減が可能となるという効果を奏する。

以下に、本発明の好適な実施にかかる電動機制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の好適な実施の形態における電動機制御装置の構成例を示す図である。同図において、本実施の形態における制御装置１００は、入力段側より順次設けられる、入力電圧検出器ＰＴ、入力側接触器Ｋ、入力電流センサＣＴＳ、コンバータ部ＣＮＶ、フィルタコンデンサＦＣ、第一、第二のインバータ部ＩＮＶ１，ＩＮＶ２、第一、第二の電動機電流センサＣＴ１，ＣＴ２、および第一、第二の電動機側接触器ＭＭＫ１，ＭＭＫ２を備えて構成される。

また、図１に示すように、変圧器ＴＲＦの一次側の一端は集電装置１を介して架線４に接続され、他端は車輪３を介して大地電位であるレール２に接続されている。すなわち、変電所（図示省略）からの送電電力は、架線４、集電装置１、車輪３およびレール２を介して受電するように構成されている。

つぎに、制御装置１００を構成する各部の配置、接続構成、機能ならびに各部間の動作について説明する。

（入力電圧検出器ＰＴ）
図１において、変圧器ＴＲＦの二次側は制御装置１００へ接続されており、制御装置１００を変圧器ＴＲＦ側から切り離す機能を有する入力側接触器Ｋへ入力される。変圧器ＴＲＦの二次側の電圧である入力電圧ＶＳは、入力電圧検出器ＰＴを介して制御部１０に入力される。なお、変圧器ＴＲＦの二次側電圧は、通常、高圧（１５００Ｖ前後）であるため、変圧器ＴＲＦに低圧巻線を設けてそこから入力電圧ＶＳを得る構成としてもよい。

（入力側接触器Ｋ）
入力側接触器Ｋは、数百Ａの電流を開閉できる能力を有する接触器であり、制御装置１００を停止させる場合や、異常が発生した場合にはオフの状態に設定され、通常の運転中にはオン状態に設定される。なお、制御部１０から制御指令ＫＣが入力側接触器Ｋに出力され、内蔵された投入コイルをオン／オフすることで主接点の開閉制御が行われる。また、入力側接触器Ｋの主接点の状態は、例えば機械的に連動した補助接点等により接点状態信号ＫＦとして制御部１０に返される。

（入力電流センサＣＴＳ）
入力側接触器Ｋの次段には、入力電流ＩＳを検出するための入力電流センサＣＴＳが設けられる。入力電流センサＣＴＳにより検出された入力電流ＩＳは、制御部１０に入力される。

（コンバータ部ＣＮＶ）
入力電流センサＣＴＳの次段には、入力された交流電圧を直流電圧ＶＤに変換してフィルタコンデンサＦＣに出力するコンバータ部ＣＮＶが設けられる。コンバータ部ＣＮＶは、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子で構成されたブリッジ回路を有し、各スイッチング素子をＰＷＭ動作させる所謂電圧形ＰＷＭコンバータの構成とするのが一般的である。コンバータ部ＣＮＶには、制御部１０から各スイッチング素子へのゲート信号ＣＧが入力され、逆に、コンバータ部ＣＮＶは、制御部１０に各スイッチング素子の動作状態信号ＣＧＦを出力する。なお、電圧形ＰＷＭコンバータの構成および動作は、公知の技術であることから、詳細な説明は省略する。

（フィルタコンデンサＦＣ）
コンバータ部ＣＮＶの出力側には、フィルタコンデンサＦＣが接続される。また、フィルタコンデンサＦＣの正負端子には、第一のインバータ部ＩＮＶ１および第二のインバータ部ＩＮＶ２が並列に接続され、それぞれにコンバータ部ＣＮＶの出力電圧である直流電圧ＶＤが供給される。

（第一、第二のインバータ部ＩＮＶ１，ＩＮＶ２）
第一のインバータ部ＩＮＶ１は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子で構成されるブリッジ回路を有し、各スイッチング素子をＰＷＭ動作させる所謂電圧形ＰＷＭインバータの構成とするのが一般的である。第一のインバータ部ＩＮＶ１には、制御部１０から各スイッチング素子へのゲート信号ＩＧ１が入力され、逆に、第一のインバータ部ＩＮＶ１は、制御部１０に各スイッチング素子の動作状態信号ＩＧＦ１を出力する。なお、電圧形ＰＷＭインバータの構成および動作は、公知の技術であることから、詳細な説明は省略する。また、第二のインバータ部ＩＮＶ２の構成および動作は第一のインバータ部ＩＮＶ１と同様であるため、当該構成および動作に関する説明を省略する。

（第一、第二の電動機電流センサＣＴ１，ＣＴ２）
第一のインバータ部ＩＮＶ１の出力側には、第一のインバータ部ＩＮＶ１の出力電流（すなわち、電動機電流）を検出する第一の電動機電流センサＣＴ１が設けられている。電動機電流センサＣＴ１によって検出された第一の電動機電流Ｉ１は、制御部１０に入力される。また、第二のインバータ部ＩＮＶ２の出力側にも第二の電動機電流センサＣＴ２が設けられており、第二のインバータ部ＩＮＶ２によって検出された出力電流は制御部１０に入力される。

（第一、第二の電動機側接触器ＭＭＫ１，ＭＭＫ２）
電動機電流センサＣＴ１の次段には、第一の電動機側接触器ＭＭＫ１が設けられる。第一の電動機側接触器ＭＭＫ１は、数百Ａの電流を開閉できる能力を有する接触器であり、制御装置１００を停止させる場合や、異常が発生した場合にはオフの状態に設定され、通常の運転中にはオン状態に設定される。なお、制御部１０から制御信号ＭＫＣ１が第一の電動機側接触器ＭＭＫ１に出力され、内蔵された投入コイルをオン／オフすることで主接点の開閉制御が行われる。第一の電動機側接触器ＭＭＫ１の主接点の状態は、例えば機械的に連動した補助接点等により接点状態信号ＭＫＦ１として制御部１０に返される。また、電動機電流センサＣＴ２の次段には、第二の電動機側接触器ＭＭＫ２が設けられるが、その機能および動作については、第一の電動機側接触器ＭＭＫ１と同様であるため、当該機能および動作に関する説明を省略する。

（第一の永久磁石同期電動機Ｍ１）
第一の電動機側接触器ＭＭＫ１の次段には、第一の永久磁石同期電動機Ｍ１が接続される。第一の永久磁石同期電動機Ｍ１は、車輪３に機械的に接続され、当該車輪３を駆動する構成となっている。また、第一の永久磁石同期電動機Ｍ１には、第一の回転センサＲＺ１が接続されており、その検出値Ｒ１は制御部１０へ入力される。

（第二の永久磁石同期電動機Ｍ２）
また、第二の電動機側接触器ＭＭＫ２の次段には、第一の永久磁石同期電動機Ｍ１に接続される車輪３とは異なる他の車輪３に機械的に接続される第二の永久磁石同期電動機Ｍ２が接続される。また、第二の永久磁石同期電動機Ｍ２にも、第二の回転センサＲＺ２が接続されており、その検出値Ｒ２は制御部１０へ入力される。

（第一、第二の回転センサＲＺ１，ＲＺ２）
第一の回転センサＲＺ１および第二の回転センサＲＺ２は、ともにエンコーダやレゾルバと呼ばれるものであり、これらの回転センサが検出する検出値Ｒ１、Ｒ２は、各電動機のロータの絶対位置を示す信号である。なお、電動機の電圧・電流から演算にて電動機のロータの絶対位置を求める回転センサを不要とした所謂センサレス制御方式も実用化されている。センサレス制御方式の場合には、第一の回転センサＲＺ１および第二の回転センサＲＺ２は不要である。

（制御部１０）
制御部１０は、マイクロコンピュータ（以下「マイコン」という）や論理回路および、それらへの電源を供給する制御電源で構成されており、電気車の運転台（図示せず）等より入力された運転指令信号ＣＭＤ、上述のような各部から入力された状態信号（少なくとも、入力電圧ＶＳ、入力側接触器Ｋの接点状態信号ＫＦ、入力電流ＩＳ、コンバータ部におけるスイッチング素子の動作状態信号ＣＧＦ、直流電圧ＶＤ、第一のインバータ部におけるスイッチング素子の動作状態信号ＩＧＦ１、第二のインバータ部におけるスイッチング素子の動作状態信号ＩＧＦ２、第一の電動機電流Ｉ１、第二の電動機電流Ｉ２、第一の電動機側接触器ＭＭＫ１の接点状態信号ＭＫＦ１、第二の電動機側接触器ＭＭＫ２の接点状態信号ＭＫＦ２、第一の回転センサＲＺ１の検出値Ｒ１、および第二の回転センサＲＺ２の検出値Ｒ２）に基づき、予め定められた手順にて各部への制御信号（ＫＣ、ＣＧ、ＩＧ１、ＩＧ２、ＭＫＣ１、およびＭＫＣ２）を出力することで各部を制御し、入力された状態信号が異常値を示している場合には各部への制御信号に基づき、各部を停止させるなどの制御動作を行う。

また、上記の制御信号以外にも、制御部１０から出力される信号として状態通知信号ＳＴＤがあり、制御部１０に入力される信号として運転指令信号ＣＭＤがある。状態通知信号ＳＴＤは、制御装置１００の各部の動作状態や異常状態を示すための信号であり、例えば外部の運転台や機器状態監視装置等（何れも図示せず）にデータ通信や接点信号等の形態で出力される。運転指令信号ＣＭＤは、前進後進の指令、力行指令とその強さ、ブレーキ指令とその強さに応じた信号が少なくとも含まれる。

なお、図１では、電動機制御装置の好適な実施の形態として、交流き電の電気車を一例として示したが、地下鉄や郊外電車等に多用される直流き電の電気車に対しても同様に適用することができる。直流入力の電気車に適用する場合、変圧器ＴＲＦおよびコンバータ部ＣＮＶの構成が不要となり、架線４から給電される直流電圧（ＤＣ６００Ｖ〜３０００Ｖ程度が一般的）を直流電圧ＶＤとしてフィルタコンデンサＦＣに直接的に印加するように構成すればよい。

（制御部１０の細部構成）
つぎに、制御部１０の細部構成について説明する。なお、図２は、本発明の好適な実施の形態における制御部１０の構成例を示す図である。図２に示すとおり、制御部１０は、第一の共通演算部２０、第二の共通演算部３０、個別演算部４０Ａ，４０Ｂ、コンバータ制御部５０、および共通論理演算部６０を備えて構成される。

（第一の共通演算部２０の構成）
第一の共通演算部２０は、シーケンス処理部２１、保護検知部２２、および通信処理部２３を備えて構成される。

（第一の共通演算部２０−シーケンス処理部２１）
シーケンス処理部２１には、外部からの運転指令信号ＣＭＤおよび制御装置１００の各構成部からの状態信号（ＶＳ、ＫＦ、ＩＳ、ＣＧＦ、ＶＤ、ＩＧＦ１、ＩＧＦ２、Ｉ１、Ｉ２、ＭＫＦ１、ＭＫＦ２、ＦＭ１、ＦＭ２）が入力される。シーケンス処理部２１は、運転指令信号ＣＭＤに基づき、予め定められたシーケンス論理にて、前進／後進指令に応じたトルク指令の符号や力行・ブレーキ指令、トルクのカット指示等を含む制御信号ＣＳを後述する基本トルク指令生成部３１に対して出力するとともに、後述する共通論理演算部６０に入力側接触器Ｋの投入指令であるＫＣ、第一の電動機側接触器ＭＭＫ１の投入指令であるＭＫＣ１、および第二の電動機側接触器ＭＭＫ２の投入指令であるＭＫＣ２を出力する。

（第一の共通演算部２０−保護検知部２２）
保護検知部２２は、上記の状態信号に基づき、制御信号ＳＷＨを生成して共通論理演算部６０に出力する。また、保護検知部２２は、制御装置各部の電圧・電流等が所定値を超過した場合等には異常と判断し、当該異常と判断したときの信号を異常検知状態信号ＰＦとして通信処理部２３に出力する。

（第一の共通演算部２０−通信処理部２３）
通信処理部２３には、制御装置各部からの状態信号（ＶＳ、ＫＦ、ＩＳ、ＣＧＦ、ＶＤ、ＩＧＦ１、ＩＧＦ２、Ｉ１、Ｉ２、ＭＫＦ１、ＭＫＦ２、ＦＭ１、ＦＭ２）、保護検知部２２からの異常検知状態信号ＰＦ、およびシーケンス処理部２１からのシーケンス状態ＳＱが入力される。通信処理部２３は、電気車の運転台や機器状態監視装置（何れも図示せず）等に対し、状態通知信号ＳＴＤをデータ通信や接点信号等の形態で出力する。

（第二の共通演算部３０の構成）
第二の共通演算部３０は、基本トルク指令生成部３１および平均化処理部３２を備えて構成される。

（第二の共通演算部３０−基本トルク指令生成部３１）
シーケンス処理部２１からの制御信号ＣＳは、基本トルク指令生成部３１に入力される。基本トルク指令生成部３１は、制御信号ＣＳに含まれる力行指令、ブレーキ指令および、それぞれの大きさの指令を用いて基本トルク指令ＴＰ０を生成する。なお、基本トルク指令ＴＰ０は、少なくとも、力行指令、ブレーキ指令、それぞれの大きさの指令、および電気車の速度に応じて決定される値である。

（第二の共通演算部３０−平均化処理部３２）
また、基本トルク指令ＴＰ０を生成するための電気車の速度は、平均化処理部３２で生成される。平均化処理部３２は、第一の回転センサＲＺ１から得た検出値Ｒ１に基づいて生成された第一の永久磁石同期電動機の速度ＦＭ１と、第二の回転センサＲＺ２から得た検出値Ｒ２に基づいて生成された第二の永久磁石同期電動機の速度ＦＭ２とを平均化演算し、当該平均化演算出力を平均電動機速度ＦＭＡとして基本トルク指令生成部３１に出力する。

なお、図３は、基本トルク指令ＴＰ０の一例を示す図であり、横軸には平均化処理部３２が生成する平均電動機速度ＦＭＡ、縦軸には基本トルク指令生成部３１が生成する基本トルク指令ＴＰ０を示している。図３に示すように、基本トルク指令ＴＰ０は、平均電動機速度ＦＭＡに依存する幾つかのプロファイルを有しており、それらのプロファイルは、シーケンス処理部２１からの制御信号ＣＳによって切り替えられる。

（個別演算部４０Ａ，４０Ｂの構成）
基本トルク指令ＴＰ０は、個別演算部４０Ａ，４０Ｂに入力される。これらの個別演算部は、第一の永久磁石同期電動機Ｍ１の制御に対応した個別演算部４０Ａと、第二の永久磁石同期電動機Ｍ２の制御に対応した個別演算部４０Ｂとからなる。なお、特に図示はしていないが、制御部１０で制御する電動機数は２台に限定されるものではない。また、第三、第四の永久磁石同期電動機の制御が必要な場合には、それぞれに対応した個別演算部を追加して設ければよい。なお、それぞれの個別演算部の構成は図２に示すとおりであり、符号が異なる点を除き、構成、配置、機能等は同一である。このため、以下の説明では、第一の永久磁石同期電動機Ｍ１の制御に対応して設けられた個別演算部４０Ａを代表として説明する。

（個別演算部４０Ａの構成）
個別演算部４０Ａは、トルク指令演算部４１Ａ、空転制御部４２Ａ、およびＩＮＶ制御部４３Ａを備えて構成される。

（個別演算部４０Ａ−トルク指令演算部４１Ａ）
トルク指令演算部４１Ａには、基本トルク指令ＴＰ０および空転制御部４２Ａからの制御信号ＳＳ１が入力され、トルク指令ＴＰ１を演算してＩＮＶ制御部４３Ａに出力する。トルク指令演算部４１Ａは、空転制御部４２Ａからの制御信号ＳＳ１に応じて基本トルク指令を絞り込み、調整された最適値をトルク指令ＴＰ１として出力する機能を有している。また、トルク指令演算部４１Ａは、過大な基本トルク指令ＴＰ０が入力された場合に、これを制限して最適なトルク指令ＴＰ１に調整する機能を有している。

ここで、トルク指令演算部４１Ａが有する上記の機能について、さらに詳細に説明する。前述したように、第二の共通演算部３０で生成する基本トルク指令ＴＰ０は、平均電動機速度ＦＭＡを基準に算出している。その一方で、後述のように、第二の共通演算部３０の演算周期は、個別演算部４１Ａに比べて遅く設定されている。このため、特に電気車の速度が変化して基本トルク指令ＴＰ０が変化している状態では、基本トルク指令ＴＰ０が各電動機における出力可能な最大トルクを超過する状態が生じうる。このような状態は、制御不安定の原因となるため、トルク指令演算部４１Ａは、トルク指令ＴＰ１が電動機の出力可能な最大トルク以下に制限する機能を有している。

（個別演算部４０Ａ−空転制御部４２Ａ）
空転制御部４２Ａは、第一の永久磁石同期電動機の速度ＦＭ１と第二の永久磁石同期電動機の速度ＦＭ２とが入力され、例えば第一の永久磁石同期電動機の速度ＦＭ１と第二の永久磁石同期電動機の速度ＦＭ２との差が所定値以上である場合や、第一の永久磁石同期電動機の速度ＦＭ１および／または第二の永久磁石同期電動機の速度ＦＭ２が所定の加速度以上である場合に、車輪の空転とみなし、トルク指令ＴＰ１を減少させるようなトルク指令の絞込み量を演算し、制御指令ＳＳ１に含ませてトルク指令演算部４１Ａに出力する。なお、空転制御部４２Ａの詳細な構成および機能については、種々の公知例が存在するため、ここでの説明は省略する。

（個別演算部４０Ａ−ＩＮＶ制御部４３Ａ）
ＩＮＶ制御部４３Ａには、少なくともトルク指令ＴＰ１、第一の回転センサＲＺ１からの検出値Ｒ１、および第一の電動機電流Ｉ１が入力される。ＩＮＶ制御部４３Ａは、入力されたトルク指令ＴＰ１から電動機電流指令を演算し、この電動機電流指令と第一の電動機電流Ｉ１とが一致するようにインバータ電圧指令ＩＰＷ１を演算して出力する。なお、ＩＮＶ制御部４３Ａに対しては、一般に多用され、かつ、公知技術であるベクトル制御技術の適用が可能であるため、ここでの説明は省略する。

（コンバータ制御部５０の構成）
コンバータ制御部５０は、ＣＮＶ制御部５１を備えて構成される。

（コンバータ制御部５０−ＣＮＶ制御部５１）
ＣＮＶ制御部５１には、少なくともシーケンス処理部２１からの制御信号ＣＳ、入力電圧ＶＳ、直流電圧ＶＤの指令値ＶＤＲ、直流電圧ＶＤ、および入力電流ＩＳが入力される。ＣＮＶ制御部５１は、検出した直流電圧ＶＤが指令値ＶＤＲに一致するようにＰＩ制御した結果と、入力電圧ＶＳの位相情報とに基づいて、入力電流指令を生成し、これに入力電流ＩＳが一致するようにコンバータ電圧指令ＣＰＷを演算して、後述するゲート論理部６２に出力する。なお、コンバータ制御部５０に対しても、公知技術である電圧形ＰＷＭコンバータの制御手法を適用することができるので、ここでの詳細な説明を省略する。

（共通論理演算部６０の構成）
共通論理演算部６０は、ゲート論理部６１Ａ，６１Ｂ、ゲート論理部６２、速度演算部６３、接触器論理部６４、高速保護検知部６５、および論理和回路６６を備えて構成される。

（共通論理演算部６０−ゲート論理部６１Ａ）
ゲート論理部６１Ａには、ＩＮＶ制御部４３Ａからのインバータ電圧指令ＩＰＷ１、第一のインバータ部ＩＮＶ１からの動作状態信号ＩＧＦ１、および後述するゲートオフ信号ＧＯＦが入力される。ゲート論理部６１Ａは、入力されたインバータ電圧指令ＩＰＷ１に応ずるＰＷＭゲート信号ＩＧ１を演算して第一のインバータ部ＩＮＶ１に出力する。なお、ＰＷＭゲート信号ＩＧ１の生成は、キャリア信号（図示せず）とインバータ電圧指令ＩＰＷ１との比較結果に基づいて行う方式が一般的ではあるが、その詳細については公知技術を使用することができるため、詳細な説明は省略する。また、ゲート論理部６１Ａは、入力された動作状態信号ＩＧＦ１が第一のインバータ部ＩＮＶ１を構成するスイッチング素子（図示せず）の異常を示している場合、異常検知信号ＦＯを出力する。なお、スイッチング素子（図示せず）の異常状態としては、スイッチング素子の過電流、過温度、駆動電圧の低下等が考えられる。

（共通論理演算部６０−ゲート論理部６１Ｂ）
ゲート論理部６１Ｂには、ＩＮＶ制御部４３Ｂからのインバータ電圧指令ＩＰＷ２、第二のインバータ部ＩＮＶ２からの動作状態信号ＩＧＦ２、および後述するゲートオフ信号ＧＯＦが入力される。なお、ゲート論理部６１Ｂの機能については、ゲート論理部６１Ａの説明において、「ＩＧＦ１」を「ＩＧＦ２」、「ＩＮＶ１」を「ＩＮＶ２」、「ＩＧ１」を「ＩＧ２」、「第一のインバータ部ＩＮＶ１を構成するスイッチング素子」を「第二のインバータ部ＩＮＶ２を構成するスイッチング素子」と読み替えることで、当該機能が説明されるため、その詳細な説明を省略する。

（共通論理演算部６０−ゲート論理部６２）
ゲート論理部６２には、ＣＮＶ制御部５１からのコンバータ電圧指令ＣＰＷ、コンバータ部ＣＮＶからの動作状態信号ＣＧＦおよび後述するゲートオフ信号ＧＯＦが入力される。なお、ゲート論理部６２の機能については、ゲート論理部６１Ａの説明において、「ＩＧＦ１」を「ＣＧＦ」、「第一のインバータ部ＩＮＶ１」を「コンバータ部ＣＮＶ」、「ＩＧ１」を「ＣＧ」、「第一のインバータ部ＩＮＶ１を構成するスイッチング素子」を「コンバータ部ＣＮＶを構成するスイッチング素子」と読み替えることで、当該機能が説明されるため、その詳細な説明を省略する。

（共通論理演算部６０−速度演算部６３）
速度演算部６３には、電動機Ｍ１のロータの絶対位置を示す信号Ｒ１が第一の回転センサＲＺ１から入力されるとともに、電動機Ｍ２のロータの絶対位置を示す信号Ｒ２が第二の回転センサＲＺ２から入力される。速度演算部６３は、第一の回転センサＲＺ１から得た信号Ｒ１に基づいて第一の永久磁石同期電動機の速度ＦＭ１を演算するとともに、第二の回転センサＲＺ２から得た信号Ｒ２に基づいて第二の永久磁石同期電動機の速度ＦＭ２を演算する。

（共通論理演算部６０−接触器論理部６４）
接触器論理部６４には、シーケンス処理部２１から入力される入力側接触器Ｋの制御信号であるＫＣ、第一の電動機側接触器ＭＭＫ１の制御信号であるＭＫＣ１、および第二の電動機側接触器ＭＭＫ２の制御信号であるＭＫＣ２、ならびに入力側接触器Ｋ、第一の電動機側接触器ＭＭＫ１、第二の電動機側接触器ＭＭＫ２からは、各々の接点状態を示す接点状態信号ＫＦ，ＭＫＦ１，ＭＫＦ２が入力される。接触器論理部６４は、シーケンス処理部２１から入力される入力側接触器Ｋへの投入指令信号であるＫＣ、第一の電動機側接触器ＭＭＫ１への投入指令信号であるＭＫＣ１、第二の電動機側接触器ＭＭＫ２への投入指令信号であるＭＫＣ２を、それぞれ入力側接触器Ｋ、第一の電動機側接触器ＭＭＫ１および第二の電動機側接触器ＭＭＫ２への投入コイル駆動電圧（ＤＣ１００Ｖ等）に変換して出力する。また、接触器論理部６４は、シーケンス処理部２１からの投入指令信号ＫＣ，ＭＫＣ１，ＭＫＣ２がオフとなるか、各接触器からの接点状態信号ＫＦ，ＭＫＦ１，ＭＫＦ２がオフとなった場合に、制御信号ＫＯＦを出力する。

（共通論理演算部６０−高速保護検知部６５）
高速保護検知部６５には、入力電圧ＶＳ、入力電流ＩＳ、直流電圧ＶＤ、第一の電動機電流Ｉ１、第二の電動機電流Ｉ２、および異常検知信号ＦＯが入力される。高速保護検知部６５は、入力された信号のそれぞれが所定値の条件を満たさない場合に保護検知信号ＨＷＨを出力する。なお、入力電圧ＶＳ、入力電流ＩＳ、直流電圧ＶＤ、第一の電動機電流Ｉ１、および第二の電動機電流Ｉ２と所定値の条件との比較処理、保護検知信号ＨＷＨの出力処理については、ソフトウエアによる演算によらず、近年広く使われているＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等を用いたハードウエアによる構成の方が好ましい。この種のハードウエア構成とすることで、ソフトウエアよりも高速（演算周期は約数μｓ）な保護動作が可能となる。

（共通論理演算部６０−論理和回路６６）
論理和回路６６には、高速保護検知部６５からの保護検知信号ＨＷＨ、接触器論理部６４からの制御信号ＫＯＦ、およびシーケンス処理部２１からの制御信号ＳＷＨが入力される。論理和回路６６の出力は、ゲートオフ信号ＧＯＦとしてゲート論理部６１Ａ，６１Ｂ，６２に一括入力される。ゲート論理部６１Ａ，６１Ｂ，６２は、ゲートオフ信号ＧＯＦが入力されると、ゲート信号ＩＧ１，ＩＧ２，ＣＧをオフする。

上記のように構成された共通論理演算部６０によれば、保護検知信号ＨＷＨ、接触器論理部６４からの制御信号ＫＯＦ、またはシーケンス処理部２１からの制御信号ＳＷＨにより異常状態が示された場合に、各ゲート信号を同時にオフすることが可能となる。補足すると、図１に示すようにコンバータ部ＣＮＶ、各インバータ部ＩＮＶ１，ＩＮＶ２は、フィルタコンデンサＦＣに共通して接続され直流電圧ＶＤを共有した構成であるため、一部で生じた異常による影響（例えば過電圧）が健全部分へ及ぶことを回避するために各ゲート信号を高速に同時オフすることが極めて重要な機能となる。

（各演算部の演算周期）
なお、上記の処理を行うための各演算部の演算周期は、第一の共通演算部２０と第二の共通演算部３０は数ｍｓ、個別演算部４０Ａ，４０Ｂ、コンバータ制御部５０の演算周期は数十μｓから数百μｓ、共通論理演算部６０の演算周期は数μｓ以下に設定するのが好ましい。その理由は以下のとおりである。

第一の共通演算部２０と第二の共通演算部３０は、運転指令信号ＣＭＤに基づいて前進後進指令に応じたトルク指令の符号や力行・ブレーキ指令等を含む制御指令を生成する機能、冷却装置の異常検知や温度上昇の検知機能、接触器類の動作異常検知等のμ秒オーダの急速な処理を必要としない保護機能、および外部での動作状態監視を目的とした通信機能を主として有する。これらの機能を実現するための演算速度は、比較的低速でよい。

一方、個別演算部４０Ａ，４０Ｂ、およびコンバータ制御部５０の各処理は、ともに電動機電流あるいは入力電流の制御を実施する必要があるため、主回路の電流変化に対応できる高速な演算速度が必要となる。

さらに、共通論理演算部６０は、インバータ部ＩＮＶ１，ＩＮＶ２、コンバータ部のスイッチング素子へのゲート信号の出力機能、および過電流、過電圧に対する高速な保護動作が必要であり、個別演算部４０Ａ，４０Ｂよりも一桁高速な演算処理時間が必要になってくる。

なお、すべての処理の演算周期を数μｓに設定できれば性能の観点からは理想的であるが、現在の技術では演算速度が速いほど、演算を実施するマイコンの消費電力は増大し、マイコンへの電源を供給する制御電源は大容量化する。また、演算速度が速いほどマイコンの発熱が増大し、制御部１０に内蔵される冷却フィンや冷却ファンが大型化するため、制御部１０のサイズ、質量、コストの増大を招く。

一方、演算内容に応じて最適な演算速度とすれば、電動機の制御性能を確保しつつ、マイコンの消費電力を抑え、マイコンの発熱を抑えることができるので、制御電源容量の小型化、冷却フィンや冷却ファンの小型化が可能となる。また、制御部１０の小型化、軽量化、低コスト化が可能となれば、制御装置１００のサイズ、質量、コストの低減が可能となる。

以上のように、制御部１０は、複数のインバータ部ＩＮＶ１，ＩＮＶ２に関する共通な制御信号ＣＳを生成する第一の共通演算部２０、複数のインバータ部ＩＮＶ１，ＩＮＶ２に関する共通な基本トルク指令ＴＰ０を演算出力する第二の共通演算部３０、複数台のインバータ部ＩＮＶ１，ＩＮＶ２のそれぞれに関するインバータ電圧指令ＩＰＷ１，ＩＰＷ２を個別に演算出力する個別演算部４０Ａ，４０Ｂ、共通演算部２０，３０および個別演算部４０Ａ，４０Ｂからの制御信号に基づき、複数のインバータ部ＩＮＶ１，ＩＮＶ２へのゲート信号ＩＧ１，ＩＧ２を出力する共通論理演算部６０を備えるようにしているので、以下の効果を奏する。

（本実施の形態の電動機制御装置による効果）
まず、前述のとおり、永久磁石同期電動機は、インバータ周波数とロータ周波数が同期して動作するものであるため、複数の永久磁石同期電動機を一台のインバータで並列一括駆動することはできず、永久磁石同期電動機一台毎に駆動用インバータが必要となり、各インバータに個別に制御部が必要となる。この場合、本実施の形態で説明したように、制御部１０を各インバータ部において共通とし、シーケンス処理部２１、保護検知部２２、通信処理部２３、基本トルク指令生成部３１、および平均化処理部３２を各インバータ部で共用することで、制御部１０で演算するソフトウエアの規模を必要最低限とすることができるため、制御部１０の小型化、軽量化、低コスト化が可能となり、制御装置１００のサイズ、質量、コストの低減が可能となる。

また、各インバータ部、コンバータ部に対応するゲート論理部６１Ａ，６１Ｂ，６２を共通の共通論理演算部６０に内蔵する構成としたことで、複数のうちの一台のインバータ部で異常が発生した場合においても、フィルタコンデンサＦＣに共通して接続される他の各インバータ部に対応するゲート信号を速やかに、且つ、同時にオフすることが可能となる。これにより、制御装置１００全体に故障被害が拡大するのを防止することができる。

また、第一の共通演算部２０は、外部からの運転指令信号ＣＭＤを受けて少なくともインバータ部ＩＮＶ１，ＩＮＶ２に関する制御信号ＣＳを演算出力するシーケンス処理部２１、制御装置１００の異常状態を検出し、少なくとも全てのインバータ部を停止させる保護検知部２２、入力電圧ＶＳ、入力電流ＩＳ、直流電圧ＶＤ、電動機電流Ｉ１，Ｉ２、ならびに保護検知部２２およびシーケンス処理部２１からの各信号を入力とし、外部の機器状態監視装置へこれらを出力する機能を有した通信処理部２３を構成したので、各インバータ部の情報の集中把握が容易となり、且つ、各インバータ部に対する演算処理の一部を共通化できるので、制御部１０で演算するソフトウエアの規模を必要最低限とすることができるため、制御部１０の小型化、軽量化、低コスト化が可能となり、制御装置１００のサイズ、質量、コストの低減が可能となる。

また、シーケンス処理部２１、保護検知部２２、および通信処理部２３を含む第一の共通演算部２０、ならびにシーケンス処理部２１からの制御信号ＣＳおよび速度信号ＦＭ１、ＦＭ２を入力として個別演算部４０Ａ，４０Ｂへ基本トルク指令ＴＰ０を出力する基本トルク指令生成部３１からなる第二の共通演算部３０を構成したので、各インバータ部に対する共通的な制御信号でありながら、第一の共通演算部２０に内蔵される演算に比して高速な演算が必要とされる基本トルク指令生成部３１の演算速度のみを高速とすることが可能となり、共通演算部全体の演算速度を増加させる必要がなくなる。その結果、マイコンの消費電力を削減でき、マイコンの制御電源を小型化できるため、制御部１０の小型化、軽量化、低コスト化が可能となり、制御装置１００のサイズ、質量、コストの低減が可能となる。

また、基本トルク指令ＴＰ０は、複数の交流電動機の平均電動機速度ＦＭＡを使用して演算し、演算結果である基本トルク指令ＴＰ０を各電動機に対応する個別演算部４０へ共通に入力すること構成としたので、一部の車輪に空転が発生した場合や車輪径により複数の電動機の回転数に差異が生じている場合においても、車両が所定の加速を得るために平均的に必要な基本トルク指令ＴＰ０を安定に得ることが可能となる。

また、基本トルク指令生成部３１を共通演算部としていることから、基本トルク指令生成部３１を個別演算部に含める場合と比較して、制御部１０の全体的なソフトウエアの規模を減少させることができるので、必要最低限のマイコンで構成することができる。このため、制御部１０の小型化、軽量化、低コスト化が可能となり、制御装置１００のサイズ、質量、コストの低減が可能となる。

また、個別演算部４０Ａ，４０Ｂは、各電動機の速度ＦＭ１、ＦＭ２に基づいて制御信号ＳＳ１、ＳＳ２を演算する空転制御部４２Ａ，４２Ｂ、空転制御部４２Ａ，４２Ｂの出力および共通演算部２０，３０から入力された基本トルク指令ＴＰ０に基づいてトルク指令ＴＰ１，ＴＰ２を演算するトルク指令演算部４１Ａ，４１Ｂ、ならびにトルク指令ＴＰ１、ＴＰ２、電動機電流Ｉ１、Ｉ２、第一の回転センサＲＺ１からの信号Ｒ１、および第二の回転センサＲＺ２からの信号Ｒ２に基づいて各電動機Ｍ１、Ｍ２のトルクがトルク指令ＴＰ１、ＴＰ２にそれぞれ一致する様にインバータ部ＩＮＶ１，ＩＮＶ２へのインバータ電圧指令ＩＰＷ１，ＩＰＷ２を出力するＩＮＶ制御部４３Ａ，４３Ｂを有する構成としたので、複数の車輪間の回転状態の差異により個別制御が必要となる永久磁石同期電動機のトルク制御部分（ＩＮＶ制御部４３Ａ，４３Ｂに相当）、空転制御部分（空転制御部４２Ａ，４２Ｂ）のみを個別演算部に割り当てることが可能になり、制御部１０の全体的なソフトウエアの規模を減少させて必要最低限とすることができ、必要最低限のマイコンで構成することができる。このため、制御部１０の小型化、軽量化、低コスト化が可能となり、制御装置１００のサイズ、質量、コストの低減が可能となる。

また、共通論理演算部６０は、ＩＮＶ制御部４３Ａ，４３Ｂから入力された複数のインバータ部ＩＮＶ１、ＩＮＶ２に対応するインバータ電圧指令ＩＰＷ１，ＩＰＷ２に基づいて、それぞれのインバータ部に対応するゲート信号ＩＧ１、ＩＧ２を出力するゲート論理部６１Ａ，６１Ｂを備えるとともに、入力電圧ＶＳ、入力電流ＩＳ、第一の電動機電流Ｉ１、第二の電動機電流Ｉ２、および直流電圧ＶＤから得られた信号が所定の条件を満たさない場合（例えば、直流電圧ＶＤが所定の値を超過した場合等）に保護検知信号ＨＷＨを出力する高速保護検知部６５、ならびに入力側接触器Ｋ、電動機側接触器ＭＭＫ１，ＭＭＫ２への制御信号、および接点状態信号に応じて制御信号ＫＯＦを出力する接触器論理部６４をさらに備え、保護検知信号ＨＷＨ、制御信号ＫＯＦ、および共通演算部２０からの制御信号ＳＷＨに応じて複数のインバータ部ＩＮＶ１，ＩＮＶ２に対応するゲート信号ＩＧ１，ＩＧ２を同時にオフすることが可能な構成としたので、複数のうちの一台のインバータ部で異常が発生した場合や各接触器に異常が生じた場合においても、フィルタコンデンサＦＣに共通して接続され直流電圧ＶＤを共有する各インバータ部に対応するゲート信号を速やかに同時にオフすることが可能となる。これにより、制御装置１００全体に故障被害が拡大するのを防止することができる。

また、直流電圧源として、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部ＣＮＶをさらに有する場合において、第一の共通演算部２０、第一の共通演算部２０からの制御信号ＣＳ、直流電圧ＶＤ、入力電圧ＶＳ、および入力電流ＩＳからの信号を入力とするＣＮＶ制御部５１を有するコンバータ制御部５０、およびコンバータ制御部５０からの制御信号ＣＰＷに基づきコンバータ部ＣＮＶのゲート信号ＣＧを出力するゲート論理部６２をさらに備えた構成とし、ゲート論理部６２を含む共通論理演算部６０は、保護検知信号ＨＷＨ、制御信号ＫＯＦ、および第一の共通演算部２０からの制御信号ＳＷＨに応じて複数のインバータ部に対応するゲート信号およびコンバータ部のゲート信号を同時にオフすることが可能な構成としたので、複数のうちの一台のインバータ部で異常が発生した場合、コンバータ部で異常が発生した場合、あるいは各接触器に異常が生じた場合においても、フィルタコンデンサＦＣに共通して接続される直流電圧ＶＤを共有する各インバータ部およびコンバータ部のそれぞれに対応するゲート信号を速やかに、且つ、同時にオフすることが可能となる。これにより、制御装置１００全体に故障被害が拡大するのを防止することができる。

また、制御部１０の演算処理周期は、第一の共通演算部２０、第二の共通演算部３０、個別演算部４０Ａ，４０Ｂ、共通論理演算部６０の順に短く設定したので、演算内容に応じた最適な演算速度とすることができ、電動機の制御性能を確保しつつ、マイコンの消費電力を抑え、マイコンの発熱を抑えることができる。その結果、制御部１０の制御電源容量や冷却ファンの小型化することができ、制御部１０の小型化、軽量化、低コスト化が可能となって、制御装置１００のサイズ、質量、コストの低減が可能となる。

（他の実施の形態、他の用途等に関する付言）
なお、本発明の内容は、インバータ部ＩＮＶ１，ＩＮＶ２とする２台のインバータを備えた場合を一例として説明したが、この台数に限定されるものではなく、３台以上のインバータを備える場合にも容易に拡張することができる。なお、３台以上備える場合には、それぞれに対応する個別演算部を追加して設けるとともに、対応するゲート論理部を共通論理演算部６０に追加して設けることで、本発明の内容を容易に適用することができる。

なお、上記の各実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるとともに、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。

さらに、本明細書では、電気車の制御装置への適用を主とする発明内容の説明を行っているが、適用分野は電気車に限定されるものではなく、電気自動車、エレベータ等の種々の関連分野への適用が可能であることも言うまでもない。

以上のように、本発明にかかる電動機制御装置は、複数台の電動機の各々に対応する複数のインバータを有する電動機制御装置において、増加したインバータを制御するための制御部の規模やコストを低減し、制御装置のサイズ、質量、コストの増加を抑制することができる発明として有用である。

図１は、本発明の好適な実施の形態における電動機制御装置の構成例を示す図である。 図２は、本発明の好適な実施の形態における制御部の構成例を示す図である。 図３は、基本トルク指令ＴＰ０の一例を示す図である。

符号の説明

１ 集電装置
２ レール
３ 車輪
４ 架線
１０ 制御部
２０ 第一の共通演算部
２１ シーケンス処理部
２２ 保護検知部
２３ 通信処理部
３０ 第二の共通演算部
３１ 基本トルク指令生成部
３２ 平均化処理部
４０Ａ，４０Ｂ 個別演算部
４１Ａ，４１Ｂ トルク指令演算部
４２Ａ，４２Ｂ 空転制御部
４３Ａ，４３Ｂ ＩＮＶ制御部
５０ コンバータ制御部
５１ ＣＮＶ制御部
６０ 共通論理演算部
６１Ａ，６１Ｂ，６２ ゲート論理部
６３ 速度演算部
６４ 接触器論理部
６５ 高速保護検知部
６６ 論理和回路
１００ 制御装置
ＣＮＶ コンバータ部
ＣＴ１ 第一の電動機電流センサ
ＣＴ２ 第二の電動機電流センサ
ＣＴＳ 入力電流センサ
ＦＣ フィルタコンデンサ
ＩＮＶ１ 第一のインバータ部
ＩＮＶ２ 第二のインバータ部
Ｋ 入力側接触器
Ｍ１ 第一の永久磁石同期電動機
Ｍ２ 第二の永久磁石同期電動機
ＭＭＫ１，ＭＭＫ２ 電動機側接触器
ＰＴ 入力電圧検出器
ＲＺ１ 第一の回転センサ
ＲＺ２ 第二の回転センサ
ＳＱ シーケンス状態
ＴＲＦ 変圧器

Claims (12)

1. 複数の交流電動機を制御する電動機制御装置であって、
   直流電圧源と、
   前記複数の交流電動機の各々に対応して設けられ、前記直流電圧源からの直流電圧を用いて変換した所定周波数の交流電圧を前記各交流電動機に出力する複数のインバータ部と、
   前記各インバータ部の出力側を開閉する接触器と、
   前記各インバータ部に供給される直流電圧を検出する電圧検出器と、
   前記各交流電動機の電流を検出する電流検出器と、
   外部からの制御指令、前記電圧検出器の検出電圧、前記電流検出器の検出電流、および前記交流電動機の回転状態を示す信号に基づいて少なくとも前記インバータ部に対する制御信号を出力する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   外部から入力された運転指令信号に基づき、トルク指令の生成に関する第一の制御信号を生成して出力するシーケンス処理部と、
   前記交流電動機と前記電動機制御装置の異常状態を検出し、異常状態を示す第二の制御信号を生成して前記インバータ部を停止させる保護検知部と、
   前記電流検出器、前記電圧検出器から入力された検出電流、検出電圧、前記保護検知部から入力された異常検知状態信号、および前記シーケンス処理部から入力されたシーケンス状態を示す信号を外部の機器状態監視装置に出力する通信処理部と、を有する第一の共通演算部と、
   前記第一の共通演算部から入力された前記第一の制御信号に基づき、複数の前記インバータ部に共通する基本トルク指令を生成して出力する基本トルク指令生成部を有する第二の共通演算部と、
   前記第二の共通演算部から入力された前記基本トルク指令に基づき、前記各インバータ部のそれぞれに関する第三の制御信号を個別に生成して出力する個別演算部と、
   前記第一の共通演算部から入力される前記第二の制御信号、および複数の前記個別演算部から入力される前記第三の制御信号に基づいて、前記各インバータ部をスイッチング制御するための第一のゲート信号を演算出力するとともに、前記各インバータ部に対応するそれぞれの前記第一のゲート信号を同時に制御できるように、複数の前記個別演算部に対して共通に設けられた共通論理演算部と、
   を備えたことを特徴とする電動機制御装置。
2. 前記共通論理演算部は、複数の前記各インバータ部に出力される前記第一のゲート信号を同時にオフするための制御信号の一つである保護検知信号を生成して出力する高速保護検知部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
3. 前記基本トルク指令生成部は、
   前記交流電動機の回転速度に基づき、前記各インバータ部に対応する前記個別演算部に向けて共通の基本トルク指令を生成出力することを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
4. 前記基本トルク指令は、前記各交流電動機の平均速度に基づいて生成されることを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
5. 前記個別演算部は、
   前記交流電動機の回転速度に基づいて前記各交流電動機に付与するトルク指令の絞込み量を演算する空転制御部と、
   前記空転制御部の出力および前記共通演算部からの基本トルク指令に基づいて前記各交流電動機に対する所要のトルク指令を演算するトルク指令演算部と、
   前記トルク指令、前記電流検出器からの信号、および前記交流電動機の回転状態に基づき、前記交流電動機のトルクが前記トルク指令に一致する様に前記各インバータ部への第三の制御信号を出力するＩＮＶ制御部と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
6. 前記共通論理演算部は、
   前記ＩＮＶ制御部から入力された前記各インバータ部の各々に対応する前記第三の制御信号に基づいて前記各インバータ部のそれぞれに対応する前記第一のゲート信号を生成して出力するゲート論理部と、
   前記電流検出器および前記電圧検出器から得られた前記検出電流、検出電圧、が所定の条件を満たさない場合に保護検知信号を出力する高速保護検知部と、
   を備え、
   少なくとも前記第二の制御信号、または前記保護検知信号に異常が示された場合、前記各インバータへ出力される前記第一のゲート信号を同時にオフするように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の電動機制御装置。
7. 前記共通論理演算部は、前記接触器のオン／オフ状態に対応する接触器状態信号を出力する接触器論理部をさらに備え、
   前記接触器状態信号に応じて前記各インバータへ出力される前記第一のゲート信号を同時にオフするように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の電動機制御装置。
8. 前記直流電圧源として、所定の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部が具備される場合、
   前記制御部には、前記第一の共通演算部からの前記第一の制御信号、および前記電圧検出器からの前記検出電圧に基づき、コンバータ電圧指令を生成して出力するコンバータ制御部がさらに具備されるとともに、
   前記共通論理演算部には、前記コンバータ電圧指令に基づき前記コンバータ部への前記第二のゲート信号を生成して出力するゲート論理部がさらに具備されることを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
9. 前記共通論理演算部は、少なくとも前記第二の制御信号、または前記保護検知信号に異常が示された場合、前記各インバータ部への前記第一のゲート信号と、前記コンバータ部への前記第二のゲート信号とが同時にオフとなるように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の電動機制御装置。
10. 前記共通論理演算部は、前記接触器のオン／オフ状態に対応する接触器状態信号を出力する接触器論理部をさらに備え、
    前記接触器状態信号に応じて前記各インバータ部に対応する前記第一のゲート信号と、前記コンバータ部への前記第二のゲート信号とが同時にオフとなるように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の電動機制御装置。
11. 前記第一の共通演算部、前記第二の共通演算部、前記個別演算部、および前記共通論理演算部における演算処理周期が、それぞれ異なる値に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
12. 前記制御部を構成する前記第一の共通演算部、前記第二の共通演算部、前記個別演算部、および前記共通論理演算部の演算周期が上記の順に短くなるよう設定されていることを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。

Images