JP5033662B2 - 電動機駆動システム - Google Patents

Description

本発明は、電動機の速度変動分を推定し、それをゼロなどの所定値に制御する電動機駆動システムに関し、特に、速度センサを用いずに制御を行う技術に関する。

２台の電動機を駆動し、それぞれの出力回転軸が歯車などの共通機械系を介し、物理的、機械的に接続され、共通の負荷装置を回転駆動する装置、いわゆるツインドライブシステムは、ゴムやセメント等の各種工業材料の製造工程に広く利用されている。

この時、２台の電動機は、それぞれ２台の電力変換器によって可変速駆動される場合がある。共通の機械系負荷に接続された複数台の電動機を駆動する際、両電動機の回転数は共通機械系により、同一値に制御（制限）されるはずである。

しかしながら、共通機械系の歯車などが均一でない場合、各電動機にかかるトルクにアンバランスが生じ、各電動機の回転速度が均一にならないケースがある。この回転速度不均一は上記負荷装置および共通機械系に物理的な悪影響（例えばギア鳴りなど）を及ぼす恐れがある。

このため、複数台の電動機にかかる負荷にアンバランスがあっても、各電動機の速度を均一にする必要が生じる。速度を制御するためには、従来から速度検出器を用いた方式が多く提案されているが、例えば、電動機近辺が高温であったり、振動的であったりなど、速度検出器の設置が困難なケースもあり、その場合は、速度検出器を用いないことが必要とされる。

従来、速度検出器を用いずに、ツインドライブの制御を行う方式としては、例えば特開平６−３４６１５７号公報（特許文献１）に記載のように、各電動機のトルク電流の差分を用い、周波数を制御することで、各電動機のトルクバランスを制御する方式があった。
特開平６−３４６１５７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術においては、各電動機のトルクを均一に保つことを目的としており、負荷トルクにアンバランスがある場合、それらに応じたトルク制御ができず、速度にアンバランスが生じる。

また、速度センサを適用すれば各速度制御は可能であるが、その取り付けの煩雑性や、取り付け困難な条件（温度環境など）などから、速度センサが使えない場合もある。また、一台の電動機を制御する場合において、速度推定を行う方式が多く提案されているが、それらは速度推定誤差を持ったり、制御演算が複雑になる。

そこで、本発明の目的は、機械的に接続された２台以上の電動機を可変速駆動する際、速度センサを用いずに、２台以上の電動機にかかる負荷に応じて、それぞれの回転速度変動分を簡単に一定に保つ制御を可能とする電動機駆動システムを提供することにある。

また、１台のみの電動機で駆動しているシステムにおいても、回転速度変動分を簡単に一定に保つ制御を可能とする電動機駆動システムを提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

すなわち、代表的なものの概要は、電流検出部の検出電流とそれに相当する電動機の電流指令値に応じて、２台以上の電動機のそれぞれの速度変動推定値を演算する速度変動分演算部と、速度変動分演算部で演算された、それぞれの速度変動推定値が互いに同じ所定値になるように、２台以上の電動機への印加電圧の大きさ、周波数、または位相を補正する値を出力する補正演算部とを備えたものである。

また、代表的なものの他の概要は、電流検出部の検出電流と電動機の電流指令値に応じて、電動機の速度変動推定値を演算する速度変動分演算部と、速度変動分演算部で演算された速度変動推定値に応じて、電動機への印加電圧の大きさ、周波数、または位相を補正する値を出力する補正演算部とを備えたものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

すなわち、代表的なものによって得られる効果は、機械的に接続された２台以上の電動機を２台以上の電力変換器で可変速駆動する際、速度センサを用いずに、各電動機の回転速度変動分を同一に保ち、速度偏差に起因するギア鳴りや機械系にかける負担を低減させることができる。また、１台のみの電動機で駆動しているシステムにおいても回転速度変動分をなくすことができ、機械系にかける負担を低減させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態１）
図１により、本発明の実施の形態１に係る電動機駆動システムの構成について説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る電動機駆動システムの構成を示す構成図であり、電動機駆動システムを含む、ツインドライブシステムの全体構成を示している。

図１において、機械系駆動部１に、２台のＡ系電動機２ａ、Ｂ系電動機２ｂが接続されている。２台の電動機２ａ、２ｂは機械系駆動部１では、例えばギアなどにより機械的に接続されている。各電動機２ａ、２ｂはそれぞれＡ系電力変換器３ａ、Ｂ系電力変換器３ｂにより駆動され、電流検出部４ａ、４ｂにより電流が検出されている。

Ａ系電力変換器３ａ、Ｂ系電力変換器３ｂには、それぞれ、出力電圧指令を出力して、Ａ系電力変換器３ａ、Ｂ系電力変換器３ｂを制御するＡ系制御系１０ａ、Ｂ系制御系１０ｂが接続されている。

Ａ系制御系１０ａは、Ａ系周波数指令演算部１１ａ、積分部１２ａ、Ａ系電圧指令演算部１３ａ、座標変換部１４ａ、１５ａ、速度変動分演算部Ａ１６ａ、速度変動分演算部Ｂ１６ｂ、速度均一化電圧補正演算部１７（補正演算部）から構成されている。

Ｂ系制御系１０ｂは、Ｂ系周波数指令演算部１１ｂ、積分部１２ｂ、Ｂ系電圧指令演算部１３ｂ、座標変換部１４ｂ、１５ｂから構成されている。

次に、各電力変換器３ａ、３ｂを制御するＡ系制御系１０ａ、Ｂ系制御系１０ｂの動きについて説明する。

各制御系１０ａ、１０ｂでは、Ａ系周波数指令演算部１１ａ、Ｂ系周波数指令演算部１１ｂからの周波数指令ω１＊Ａ、ω１＊Ｂを用い、積分部１２ａ、１２ｂにより位相θを演算する。

θを用い、電圧指令演算部１３ａ、１３ｂで求められた直流電圧指令と後述の速度均一化電圧補正演算部１７の出力の和を座標変換部１４ａ、１４ｂで交流電圧指令に変換し、各々の電力変換器３ａ、３ｂを制御する。

各電力変換器３ａ、３ｂではこれらの電圧指令値に基づいて、ＰＷＭ制御などにより、各電動機に電圧を供給する。

次に、本実施の形態の特徴である速度均一化制御について、各制御系１０ａ、１０ｂでの動作について説明する。

電流検出部４ａ、４ｂにより、電動機の交流一次電流を検出し、これを座標変換部１５ａ、１５ｂで直流成分に座標変換して、トルク電流成分と励磁電流成分にベクトル変換する。なお、図１では省略しているが、座標変換部１５ａ、１５ｂでも、座標変換部１４ａ、１４ｂで用いたθを利用する。

制御軸をトルク軸と励磁軸に分けて制御するベクトル制御に関しては、既に広く知られているため、ここでは説明を省略する。上記で得られた、トルク電流検出値Ｉｑ_ＦＢＡ、Ｉｑ_ＦＢＢと励磁電流検出値Ｉｄ_ＦＢＡ、Ｉｄ_ＦＢＢは、それぞれ、速度変動分演算部Ａ１６ａ、速度変動分演算部Ｂ１６ｂに送られ、速度変動推定値Δωｒ＾Ａ、Δωｒ＾Ｂが演算される。

Δωｒ＾の求め方について以下に説明する。電動機に流れるトルク電流Ｉｑはインバータ周波数ω１に依存するインバータ出力電圧と電動機の回転速度に依存する誘起電圧から以下の数１のように近似的に求めることができる。

Ｉｑ＝Ｍ／Ｌ２×（ω１×Φ２ｄ＊−ωｒ×Φ２ｄ）／（ｒσ＋Ｌσ・ｓ） （数１）
ここで、Ｍ、Ｌ２、Φ２ｄ＊、Φ２ｄ、ｒσ、Ｌσ、ｓは各々電動機の相互インダクタンス、２次インダクタンス、２次磁束指令値、２次磁束、電動機抵抗、電動機漏れインダクタンス、微分演算子を示す。

なお、数１では、Ｍ、Ｌ２は制御設定値と実値が等しく、また電動機の干渉項はベクトル制御によりキャンセルされているものと仮定し、簡素化した。数１から振動成分をΔの添え字をつけて示し、更に周波数変動分が磁束変動分に比べて十分大きいと仮定し、Φ２ｄ＝Φ２ｄ＊と仮定すると、以下の数２のように近似的に書き換えられる。

ΔＩｑ＝Ｍ／Ｌ２×（Δω１−Δωｒ）×Φ２ｄ＊／（ｒσ＋Ｌσ・ｓ） （数２）
また、Δω１は電動機が誘導機の場合、ΔＩｑに起因するすべり周波数地の変動分Δωｓ相当と仮定すると、以下の数３のように書ける。なお、Ｉｄ変動分はＩｑ変動分に比べ十分小さいと仮定した。Ｔ２は電動機の２次時定数である。

Δω１＝Δωｓ＝１／Ｔ２×ΔＩｑ／Ｉｄ＊ （数３）
数２、数３より、推定値Δωｒ＾は、以下の数４の様に求めることができる。なお、ｒ１は電動機一次抵抗であり、Ｔ２＝Ｌ２／ｒ２および、Φ２ｄ＊＝Ｍ・Ｉｄ＊などを用いた。

Δωｒ＾＝−（ｒ１＋Ｌσ・ｓ）×ΔＩｑ／（Ｍ／Ｌ２×Φ２ｄ＊） （数４）
ここで、ΔＩｑは検出電流値Ｉｑ_ＦＢ−電流指令値Ｉｑ＊として求めればよい。

以上のように、回転速度変動分Δωｒ＾はΔＩｑに比例し、電動機定数としては電動機抵抗値ｒ１（ただし、これに電力変換器から電動機までのケーブル抵抗も含まれる）と電動機漏れインダクタンスＬσ、定格磁束Φ２ｄ＊によって簡単に演算することができる。

また、更に精度を上げるため、周波数変動分Δω１、磁束変動分ΔΦ２ｄを検出し、また、電動機内部の干渉項を考慮して励磁電流変動分ΔＩｄを用いた場合、Δωｒ＾は、以下の数５のように求めることもできる。

Δωｒ＾＝｛−（ｒσ＋Ｌσ・ｓ）×ΔＩｑ−ω１・Ｌσ×ΔＩｄ＋Ｍ／Ｌ２×Δω１×Φ２ｄ＊＋Ｍ／Ｌ２×ω１×ΔΦ２ｄ｝／（Ｍ／Ｌ２×Φ２ｄ＊） （数５）
Δω１は実際の電力変換器の出力周波数の振動成分を用いればよい。ΔΦ２ｄは、例えばＩｄの変動分ΔＩｄ（＝Ｉｄ_ＦＢ−Ｉｄ＊）を用い、ΔΦ２ｄ＝Ｍ×ΔＩｄとしてもよい。

次に、図２により、速度均一化電圧補正演算部１７でΔωｒ＾により、速度変動を均一にする方法について説明する。図２は本発明の実施の形態１に係る電動機駆動システムの速度均一化電圧補正演算部の構成を示す構成図である。

図２において、速度均一化電圧補正演算部１７は電圧補正値演算部Ａ１８ａ、電圧補正値演算部Ｂ１８ｂから構成されている。

速度均一化電圧補正演算部１７においては、得られたΔωｒ＾を元に電圧補正成分ΔＶを演算しており、速度変動推定値Δωｒ＾と変動所定値の差分を取り、その差分に基づいて、電圧補正値演算部Ａ１８ａ、電圧補正値演算部Ｂ１８ｂで、Δωｒ＾が各変動所定値に等しくなるように、各々電圧補正値ΔＶＡ、ΔＶＢを演算する。

電動機内部モデルを考えた場合、電動機に印加された電圧は、電動機の内部インピーダンスｒσ＋Ｌσ・ｓにより若干（９０度以内）位相が遅れて、トルク電流Ｉｑの変動成分となり、トルク成分に反映され、更に９０度遅れて電動機回転速度に反映される。

変動所定値をゼロとして、速度変動をゼロにしたい場合、速度均一化電圧補正演算部１７は、入力のΔωｒ＾に対し、−π／４＋ｔａｎ^−１（Ｌσ・ω／ｒσ）進むように補正を行う。ここでωは速度変動の角周波数である。

これは、電圧補正値演算部Ａ１８ａ、電圧補正値演算部Ｂ１８ｂにおいて、各入力Δωｒ＾に対し、−（ｒσ＋Ｌσ・ｓ）・ｓと等価な演算を行い、これに比例した値を出力ΔＶとすればよい。

本実施の形態では、電動機電流検出値と電流指令値、および電動機定数から簡易的に電動機の変動成分Δωｒ＾を演算し、Δωｒ＾をゼロにするように電圧指令を補正する。

これにより、Ａ系、Ｂ系の負荷にアンバランスがある場合でも、速度変動分を低減し、速度アンバランスを低減することができる。

ここで、Ａ系、Ｂ系は機械的に繋がっていた場合、両電動機の回転速度の平均値はほぼ同一値に保たれており、その変動成分が負荷のアンバランスによって違ってくると考えられる。

そのため、本実施の形態では、両電動機の速度アンバランスを低減することにより、回転速度そのものを一定に保つことができる。

なお、本実施の形態では、Ａ系、Ｂ系の２系統のものを示したが、Ｎ（Ｎは２以上の整数）台の電動機をＮ台の電力変換器で駆動する場合も同様である。また、速度変動分演算はＡ系で纏めて行っているが、各々の制御系で行ってもよく、補正値演算も各制御系で行なってもよい。

（実施の形態２）
実施の形態２は、実施の形態１において、１系列のみのシングルドライブの制御を行うようにしたものである。

図３により、本発明の実施の形態２に係る電動機駆動システムの構成について説明する。図３は本発明の実施の形態２に係る電動機駆動システムの構成を示す構成図であり、電動機駆動システムを含む、シングルドライブシステムの全体構成を示している。

図３において、機械系駆動部１に、電動機２が接続されている。電動機２は機械系駆動部１では、例えばギアなどにより機械的に接続されている。電動機２は電力変換器３により駆動され、電流検出部４により電流が検出されている。

電力変換器３には、出力電圧指令を出力して、電力変換器３を制御する制御系１０が接続されている。

制御系１０は、周波数指令演算部１１、積分部１２、電圧指令演算部１３、座標変換部１４、１５、速度変動分演算部１６、速度均一化電圧補正演算部１７から構成されている。

次に、電力変換器３を制御する制御系１０の動きについて説明する。

本実施の形態の動作は、実施の形態１でのＡ系、Ｂ２系の２系列でなく、１系列のみのシングルドライブの動作以外の動作は、実施の形態１と同様である。

本実施の形態においても、負荷変動などにより電動機速度が振動的になっていた場合、その速度変動分を推定し、変動分を低減するように電圧補正をする。

速度均一化電圧補正演算部１７では、図２に示したうち、１つ分（例えばＡ系）のみ適用すればよい。これにより、実施の形態１のように、速度変動成分を抑制することができる。

（実施の形態３）
実施の形態３は、実施の形態２において、速度推定値を演算し、速度制御系により制御を行うようにしたものである。

図４により、本発明の実施の形態３に係る電動機駆動システムの構成について説明する。図４は本発明の実施の形態３に係る電動機駆動システムの構成を示す構成図であり、電動機駆動システムを含む、シングルドライブシステムの全体構成を示している。

図４において、機械系駆動部１に、電動機２が接続されている。電動機２は機械系駆動部１では、例えばギアなどにより機械的に接続されている。電動機２は電力変換器３により駆動され、電流検出部４により電流が検出されている。

電力変換器３には、出力電圧指令を出力して、電力変換器３を制御する制御系１０が接続されている。

制御系１０は、積分部１２、電圧指令演算部１３、座標変換部１４、１５、速度変動分演算部１６、速度推定部２０、速度制御系２１、すべり補償部２２から構成されている。

次に、電力変換器３を制御する制御系１０の動きについて説明する。

速度推定部２０は、速度変動分演算部１６の出力に速度指令ωｒ＊を加えることにより、速度推定値ωｒ＾を演算する。これにより、速度制御系２１を用い、速度制御を行う。

また、周波数ω１＊はすべり補償部２２を用いて演算する。

本実施の形態では、速度変動推定値Δωｒ＾を用い、速度推定値ωｒ＾を簡易に求め、これに応じて、電圧や周波数、位相を制御する。このため、簡易に速度制御を行うことができ、速度変動低減制度を向上することができる。

（実施の形態４）
実施の形態４は、実施の形態１において、周波数補正値を演算して、周波数によりＡ系、Ｂ系を補正するようにしたものである。

図５により、本発明の実施の形態４に係る電動機駆動システムの構成について説明する。図５は本発明の実施の形態４に係る電動機駆動システムの構成を示す構成図であり、電動機駆動システムを含む、ツインドライブシステムの全体構成を示している。

図５において、機械系駆動部１に、２台のＡ系電動機２ａ、Ｂ系電動機２ｂが接続されている。２台の電動機は機械系駆動部１では、例えばギアなどにより機械的に接続されている。各電動機２ａ、２ｂはそれぞれＡ系電力変換器３ａ、Ｂ系電力変換器３ｂにより駆動され、電流検出部４ａ、４ｂにより電流が検出されている。

Ａ系電力変換器３ａ、Ｂ系電力変換器３ｂには、それぞれ、出力電圧指令を出力して、Ａ系電力変換器３ａ、Ｂ系電力変換器３ｂを制御するＡ系制御系１０ａ、Ｂ系制御系１０ｂが接続されている。

Ａ系制御系１０ａは、Ａ系周波数指令演算部１１ａ、積分部１２ａ、Ａ系電圧指令演算部１３ａ、座標変換部１４ａ、１５ａ、速度変動分演算部Ａ１６ａ、速度変動分演算部Ｂ１６ｂ、速度均一化周波数補正演算部３０（補正演算部）から構成されている。

Ｂ系制御系１０ｂは、Ｂ系周波数指令演算部１１ｂ、積分部１２ｂ、Ｂ系電圧指令演算部１３ｂ、座標変換部１４ｂ、１５ｂから構成されている。

次に、各電力変換器３ａ、３ｂを制御するＡ系制御系１０ａ、Ｂ系制御系１０ｂの動きについて説明する。

本実施の形態では、演算された速度変動推定値Δωｒ＾Ａ、Δωｒ＾Ｂに応じて、速度均一化周波数補正演算部３０において、周波数補正値ΔωＡ、ΔωＢを演算する。ΔωＡ、ΔωＢは各々Ａ、Ｂ系の周波数を補正する。

ΔωＡ、ΔωＢの演算は以下のように行う。

実施の形態１で示した、速度均一化電圧補正演算部１７の出力ΔＶはΔωｒ＾をゼロにするように、逆トルクがかかるように演算する。

電圧∝周波数×磁束の関係から、ΔＶ∝Δω×Φ２ｄ＊とし、Δωは実施の形態１のΔＶに比例した値に演算すればよい。

本実施の形態では、速度変動分がＡ、Ｂ系で同一になるように周波数を制御し、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

周波数を制御する代わりに、Δωを積分した位相補正分を座標変換の位相に補正してもよい。

また、実施の形態２のように、１系列のみのシングルドライブの場合においても、Δωｒ＾に基づいてΔωを演算し、周波数を補正することで、実施の形態２と同様に、シングルドライブにおける速度変動分を抑制することができる。

（実施の形態５）
実施の形態５は、実施の形態１において、速度変動推定値の平均値により制御を行うようにしたものである。

図６により、本発明の実施の形態５に係る電動機駆動システムの構成について説明する。図６は本発明の実施の形態５に係る電動機駆動システムの構成を示す構成図であり、電動機駆動システムを含む、ドライブシステムの全体構成を示している。

図６において、機械系駆動部１に、Ｎ台（Ｎは２以上の整数）の電動機２ａ〜２Ｎが共通の機械系駆動部１が接続されている。Ｎ台の電動機は機械系駆動部１では、例えばギアなどにより機械的に接続されている。各電動機２ａ〜２Ｎは、Ｎ台の電力変換器３ａ〜３Ｎで各々駆動され、電流検出部４ａ〜４Ｎにより電流が検出されている。

電力変換器３ａ〜３Ｎには、それぞれ、出力電圧指令を出力して、各電力変換器３ａ〜３Ｎを制御する制御系１０ａ〜１０Ｎが接続されている。

Ａ系制御系１０ａは、座標変換部１５ａ、速度変動分演算部Ａ１６ａ〜速度変動分演算部Ｎ１６Ｎ、速度均一化電圧補正演算部３１（補正演算部）、平均速度変動演算部３２から構成され、速度均一化電圧補正演算部３１から出力される電圧補正値ΔＶにより、各電力変換器３ａ〜３Ｎを制御している。

次に、各電力変換器３ａ〜３Ｎを制御するＡ系制御系１０ａ〜Ｎ系制御系１０Ｎの動きについて説明する。

速度変動分演算部Ａ１６ａ〜速度変動分演算部Ｎ１６Ｎでは、Ｎ台の電動機２ａ〜２Ｎの速度変動推定値を演算し、平均速度変動演算部３２では、速度変動推定値の平均値Δωｒ＾平均を演算する。

この時の平均値演算は、相加平均、相乗平均、調和平均など、どの平均値演算手法を用いてもよい。

速度均一化電圧補正演算部３１においては、各速度変動推定値Δωｒ＾とΔωｒ＾平均を用い、各制御系への電圧補正値ΔＶを演算する。

速度均一化電圧補正演算部３１においては、例えば、図２で示したブロックにおいて、ΔＶ演算に必要なブロックをＮ個用意し、変動所定値をΔωｒ＾平均とし、各Δωｒ＾との差分を各々演算し、Ｎ個の電圧補正値演算部によりＮ個のΔＶを求める。

また、電圧補正値ΔＶではなく、実施の形態４のように周波数補正値Δωを求め、各制御系の周波数を補正してもよい。

本実施の形態により、複数の電動機が、各々異なる速度変動成分を持っていた場合、その変動を平均値に一致するように、電圧もしくは、周波数、位相を制御する。このため、それぞれの速度変動分が平均値に一致し、速度アンバランスを抑えることができる。

（実施の形態６）
実施の形態６は、実施の形態４において、速度変動推定値を演算せず、電流検出値から、直接周波数補正値Δωを演算するようにしたものである。

図７により、本発明の実施の形態６に係る電動機駆動システムの構成について説明する。図７は本発明の実施の形態６に係る電動機駆動システムの構成を示す構成図であり、電動機駆動システムを含む、ツインドライブシステムの全体構成を示している。

図７において、機械系駆動部１に、２台のＡ系電動機２ａ、Ｂ系電動機２ｂが接続されている。２台の電動機は機械系駆動部１では、例えばギアなどにより機械的に接続されている。各電動機２ａ、２ｂはそれぞれＡ系電力変換器３ａ、Ｂ系電力変換器３ｂにより駆動され、電流検出部４ａ、４ｂにより電流が検出されている。

Ａ系電力変換器３ａ、Ｂ系電力変換器３ｂには、それぞれ、出力電圧指令を出力して、Ａ系電力変換器３ａ、Ｂ系電力変換器３ｂを制御するＡ系制御系１０ａ、Ｂ系制御系１０ｂが接続されている。

Ａ系制御系１０ａは、Ａ系周波数指令演算部１１ａ、積分部１２ａ、Ａ系電圧指令演算部１３ａ、座標変換部１４ａ、１５ａ、速度均一化周波数補正演算部３３（補正演算部）から構成されている。

Ｂ系制御系１０ｂは、Ｂ系周波数指令演算部１１ｂ、積分部１２ｂ、Ｂ系電圧指令演算部１３ｂ、座標変換部１４ｂ、１５ｂから構成されている。

次に、各電力変換器３ａ、３ｂを制御するＡ系制御系１０ａ、Ｂ系制御系１０ｂの動きについて説明する。

速度均一化周波数補正演算部３３により、速度変動推定値を演算せず、電流検出値から、直接周波数補正値Δωを演算する。演算方法としては、例えば以下の方法がある。

前記数５から、Ａ系、Ｂ系に対し、各々以下の数６、数７のように表すことができる。なお、最後の添え字Ａ、Ｂは各々、Ａ、Ｂ系のものを示す。

Δωｒ＾Ａ＝｛−（ｒσＡ＋ＬσＡ・ｓ）×ΔＩｑＡ−ω１Ａ・ＬσＡ×ΔＩｄＡ＋ＭＡ／Ｌ２Ａ×Δω１Ａ×Φ２ｄＡ＊＋ＭＡ／Ｌ２Ａ×ω１Ａ×ΔΦ２ｄＡ｝／（ＭＡ／Ｌ２Ａ×Φ２ｄＡ＊） （数６）
Δωｒ＾Ｂ＝｛−（ｒσＢ＋ＬσＢ・ｓ）×ΔＩｑＢ−ω１Ｂ・ＬσＢ×ΔＩｄＢ＋ＭＢ／Ｌ２Ｂ×Δω１Ｂ×Φ２ｄＢ＊＋ＭＢ／Ｌ２Ｂ×ω１Ｂ×ΔΦ２ｄＢ｝／（ＭＢ／Ｌ２Ｂ×Φ２ｄＢ＊） （数７）
この数６、数７から、Δωｒ＾Ａ＝Δωｒ＾Ｂとなる条件において、電動機定数と磁束指令値Φ２ｄ＊がＡ、Ｂ共に等しいと仮定し、更にω１の変動が電流変動に比べ小さく、ω１を速度指令ωｒ＊程度と近似し、更に、Δω１の項がΔΦ２ｄの項に対し十分大きいと仮定すると、以下の数８のように書ける。

Δω１Ｂ＝｛−（ｒσ＋Ｌσ・ｓ）×（ΔＩｑＡ−ΔＩｑＢ）−ωｒ＊・Ｌσ×（ΔＩｄＡ−ΔＩｄＢ）｝／（Ｍ／Ｌ２×Φ２ｄ＊）＋Δω１Ａ （数８）
ここで、数８の第１、第２項は、ΔＩｑＡ−ΔＩｑＢ＝Ｉｑ_ＦＢＡ−Ｉｑ_ＦＢＢ、ΔＩｄＡ−ΔＩｄＢ＝Ｉｄ_ＦＢＡ−Ｉｄ_ＦＢＢのように、各電流検出値の差分から演算できる。

また、第３項のΔω１Ａ成分はゼロとしてもよいし、例えば、電動機が誘導電動機の場合、すべり補償値相当とした場合、Δω１Ａ＝１／Ｔ２×ΔＩｑＡ／ΔＩｄＡとし、ΔＩｑＡ＝Ｉｑ_ＦＢＡ−ＩｑＡ＊として求めることができる。

よって、数８により求めたΔω１ＢをΔωＢとし、ΔωＡは、例えばゼロとして各制御系で周波数補正する。ΔωＡは、数８からΔω１Ｂ＝０もしくはすべり相当として求めたΔω１ＡをΔωＡとしてもよい。また、Δωを直接用いず、Δωに応じた補正値を新たに設定してもよい。

以上により、本実施の形態では、速度変動分を直接求めず、周波数補正値のみを演算し、複数電動機の速度変動分を均一にすることができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

本発明は、電動機の速度変動分を推定し、それをゼロなどの所定値に制御する電動機駆動システムに関し、速度センサを用いないシステムに適用可能である。

本発明の実施の形態１に係る電動機駆動システムの構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態１に係る電動機駆動システムの速度均一化電圧補正演算部の構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態２に係る電動機駆動システムの構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態３に係る電動機駆動システムの構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態４に係る電動機駆動システムの構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態５に係る電動機駆動システムの構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態６に係る電動機駆動システムの構成を示す構成図である。

符号の説明

１…機械系駆動部、２、２ａ、２ｂ、２Ｎ…電動機、３、３ａ、３ｂ、３Ｎ…電力変換器、４、４ａ、４ｂ、４Ｎ…電流検出部、１０、１０ａ、１０ｂ、１０Ｎ…制御系、１１、１１ａ、１１ｂ…周波数指令演算部、１２、１２ａ、１２ｂ…積分部、１３、１３ａ、１３ｂ…電圧指令演算部、１４、１４ａ、１４ｂ、１５、１５ａ、１５ｂ、１５Ｎ…座標変換部、１６、１６ａ、１６ｂ、１６Ｎ…速度変動分演算部、１７…速度均一化電圧補正演算部、１８ａ、１８ｂ…電圧補正値演算部、２０…速度推定部、２１…速度制御系、２２…すべり補償部、３０…速度均一化周波数補正演算部、３１…速度均一化電圧補正演算部、３２…平均速度変動演算部、３３…速度均一化周波数補正演算部。

Claims (7)

1. 電動機を可変速駆動する電動機駆動システムであって、
   前記電動機の電流値を検出する電流検出部と、
   前記電流検出部の検出電流と前記電動機の電流指令値に応じて、前記電動機の速度変動推定値を演算する速度変動分演算部と、
   前記速度変動分演算部で演算された速度変動推定値に応じて、前記電動機への印加電圧の大きさ、周波数、または位相を補正する値を出力する補正演算部とを備え、
   前記補正演算部は、前記速度変動分演算部で演算された前記速度変動推定値の位相が、 「−π／４＋ｔａｎ ^−１ （前記電動機の漏れインダクタンス×前記速度変動推定値の角周波数／前記電動機の抵抗）」の値だけ進むように、前記電動機への印加電圧の大きさ、周波数、または位相を補正する値を出力することを特徴とする電動機駆動システム。
2. 電動機を可変速駆動する電動機駆動システムであって、
   前記電動機の電流値を検出する電流検出部と、
   前記電流検出部の検出電流と前記電動機の電流指令値に応じて、前記電動機の速度変動推定値を演算する速度変動分演算部と、
   前記速度変動分演算部で演算された速度変動推定値に応じて、前記電動機への印加電圧の大きさ、周波数、または位相を補正する値を出力する補正演算部とを備え、
   前記速度変動分演算部は、前記速度変動推定値を、前記電動機の電流検出値と電流指令値の差分ΔＩに比例し、前記電動機の抵抗、電力変換器から前記電動機までのケーブル抵抗、前記電動機の漏れインダクタンス、前記電動機の磁束指令値から演算することを特徴とする電動機駆動システム。
3. ２台以上の電動機を可変速駆動する電動機駆動システムであって、
   前記２台以上の電動機のそれぞれの電流値を検出する電流検出部と、
   前記電流検出部の検出電流とそれに相当する前記電動機の電流指令値に応じて、前記２台以上の電動機のそれぞれの速度変動推定値を演算する速度変動分演算部と、
   前記速度変動分演算部で演算された、それぞれの速度変動推定値が互いに同じ所定値になるように、前記２台以上の電動機への印加電圧の大きさ、周波数、または位相を補正する値を出力する補正演算部とを備え、
   前記補正演算部は、前記速度変動分演算部で演算された前記速度変動推定値の位相が、 「−π／４＋ｔａｎ ^−１ （前記電動機の漏れインダクタンス×前記速度変動推定値の角周波数／前記電動機の抵抗）」の値だけ進むように、前記電動機への印加電圧の大きさ、周波数、または位相を補正する値を出力することを特徴とする電動機駆動システム。
4. ２台以上の電動機を可変速駆動する電動機駆動システムであって、
   前記２台以上の電動機のそれぞれの電流値を検出する電流検出部と、
   前記電流検出部の検出電流とそれに相当する前記電動機の電流指令値に応じて、前記２台以上の電動機のそれぞれの速度変動推定値を演算する速度変動分演算部と、
   前記速度変動分演算部で演算された、それぞれの速度変動推定値が互いに同じ所定値になるように、前記２台以上の電動機への印加電圧の大きさ、周波数、または位相を補正する値を出力する補正演算部とを備え、
   前記速度変動分演算部は、前記速度変動推定値を、前記電動機の電流検出値と電流指令値の差分ΔＩに比例し、前記電動機の抵抗、電力変換器から前記電動機までのケーブル抵抗、前記電動機の漏れインダクタンス、前記電動機の磁束指令値から演算することを特徴とする電動機駆動システム。
5. ２台以上の電動機を可変速駆動する電動機駆動システムであって、
   前記２台以上の電動機のそれぞれの電流値を検出する電流検出部と、
   前記電流検出部の検出電流とそれに相当する前記電動機の電流指令値に応じて、前記２台以上の電動機のそれぞれの速度変動推定値を演算する速度変動分演算部と、
   前記速度変動分演算部で演算された、それぞれの速度変動推定値が互いに同じ所定値になるように、前記２台以上の電動機への印加電圧の大きさ、周波数、または位相を補正する値を出力する補正演算部と、
   前記２台以上の電動機の前記速度変動推定値の平均値を演算する平均速度変動演算部を備え、
   前記補正演算部は、前記速度変動分演算部で演算された、それぞれの速度変動推定値と前記平均速度変動演算部で演算された前記速度変動推定値の平均値に応じて、前記２台以上の電動機への印加電圧の大きさ、周波数、または位相を補正する値を出力することを特徴とする電動機駆動システム。
6. 請求項５記載の電動機駆動システムにおいて、
   前記補正演算部は、前記速度変動分演算部で演算された前記速度変動推定値の位相が、 「−π／４＋ｔａｎ^−１（前記電動機の漏れインダクタンス×前記速度変動推定値の角周波数／前記電動機の抵抗）」の値だけ進むように、前記電動機への印加電圧の大きさ、周波数、または位相を補正する値を出力することを特徴とする電動機駆動システム。
7. 請求項５記載の電動機駆動システムにおいて、
   前記速度変動分演算部は、前記速度変動推定値を、前記電動機の電流検出値と電流指令値の差分ΔＩに比例し、前記電動機の抵抗、電力変換器から前記電動機までのケーブル抵抗、前記電動機の漏れインダクタンス、前記電動機の磁束指令値から演算することを特徴とする電動機駆動システム。

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