JP5439152B2 - 電動機の制御装置および制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、誘導電動機および同期電動機の速度制御を行なう電動機の制御装置および制御方法に関する。

従来、誘導電動機を電圧形インバータにより駆動するシステム（例えば特許文献１参照）において、電圧形インバータの電源側が停電した場合に、この電圧形インバータに代わって誘導電動機に電力を供給するための十分な慣性を持った同期発電機を誘導電動機に接続する構成が考えられる。この構成において、通常時には、電圧形インバータの出力部に誘導電動機と同期発電機とが並列に接続され、この同期発電機は同期電動機として駆動される。そして、この同期電動機は、停電時には前述したように同期発電機として駆動されることになる。結果として、誘導電動機と同期電動機を１台の電圧形インバータにより並列に駆動するシステムを実現する必要がある。

特開平４−２１３８７号公報

以下の説明においては簡単のため、電源周波数を６０Ｈｚとし、電動機の極数を２極と仮定する。この仮定のもとでは、電気角周波数と機械角周波数は等しい。
電圧形インバータにより誘導電動機を駆動する場合、この誘導電動機の回転周波数は、当該誘導電動機の原理上、負荷条件その他によって決まるすべり周波数の分だけ電圧形インバータの出力周波数より低くなる。一方、電圧形インバータにより同期電動機を駆動する場合には、当該同期電動機の原理上、電圧形インバータの出力周波数と同期電動機の回転周波数は、負荷条件によらず等しくなる。

したがって、従来技術では、並列接続された誘導電動機と同期電動機を駆動する構成において、１台の電圧形インバータの出力周波数だけを調整して、誘導電動機および同期電動機の双方を、負荷条件によらずに、誘導電動機についての所望の回転周波数や同期電動機についての所望の回転周波数に制御することは出来なかった。

この制御を行なうには、誘導電動機用の電圧形インバータと同期電動機用の電圧形インバータとをそれぞれ設け、誘導電動機用の電圧形インバータで誘導電動機の速度を制御し、かつ、同期電動機用の電圧形インバータで同期電動機の速度を制御することになる。この場合、電圧形インバータが電動機ごとに必要になるため、設置スペースが多大となるばかりでなく、維持にかかる負担が多大となる。

そこで、本発明の目的は、１台の電圧形インバータで誘導電動機と同期電動機の双方を所望の速度に制御することが可能となる電動機の制御装置および制御方法を提供することにある。

すなわち、本発明に係わる電動機の制御装置は、誘導電動機と、同期電動機と、前記誘導電動機および前記同期電動機を並列接続する電圧形インバータと、前記同期電動機の磁極方向を検出する磁極方向検出手段と、前記同期電動機の３相電流値を検出する電流検出手段と、前記誘導電動機の回転速度を検出する回転速度検出手段とを備え、前記電圧形インバータは、前記回転速度検出手段により検出した回転速度および前記誘導電動機の回転速度指令値の偏差をもとに前記誘導電動機および同期電動機の磁極方向電流指令値を演算することで、前記誘導電動機の回転速度を制御する誘導電動機速度制御手段と、前記磁極方向検出手段により検出した磁極方向をもとに前記同期電動機の回転速度を演算する回転速度演算手段と、前記回転速度演算手段により演算した回転速度および前記同期電動機の回転速度指令値の偏差をもとに前記誘導電動機および同期電動機の磁極直交方向電流指令値を演算することで、前記同期電動機の回転速度を制御する同期電動機速度制御手段と、前記検出した３相電流値を前記磁極方向検出手段により検出した磁極方向をもとに前記誘導電動機および同期電動機の回転座標系のｄ軸電流値およびｑ軸電流値に変換する３相２相変換手段と、前記誘導電動機速度制御手段により演算した磁極方向電流指令値と前記ｄ軸電流値との偏差をもとに前記誘導電動機および同期電動機の磁極方向電圧指令値を演算し、前記同期電動機速度制御手段により演算した磁極直交方向電流指令値と前記ｑ軸電流値との偏差をもとに前記誘導電動機および同期電動機の磁極直交方向電圧指令値を演算する電圧指令値演算手段と、前記電圧指令値演算手段により演算した磁極方向電圧指令値および磁極直交方向電圧指令値を前記磁極方向検出手段により検出した磁極方向をもとに前記誘導電動機および同期電動機の３相電圧指令値に変換する２相３相変換手段とを備えたことを特徴とする。

また、本発明に係わる電動機の制御装置は、誘導電動機と、同期電動機と、前記誘導電動機および前記同期電動機を並列接続する電圧形インバータと、前記同期電動機の３相電流値を検出する電流検出手段と、前記誘導電動機の回転速度を検出する回転速度検出手段とを備え、前記電圧形インバータは、前記回転速度検出手段により検出した回転速度および前記誘導電動機の回転速度指令値の偏差をもとに前記誘導電動機および同期電動機の磁極方向電流指令値を演算することで、前記誘導電動機の回転速度を制御する誘導電動機速度制御手段と、前記同期電動機の回転速度の推定値および前記同期電動機の回転速度指令値の偏差をもとに前記誘導電動機および同期電動機の磁極直交方向電流指令値を演算することで、前記同期電動機の回転速度を制御する同期電動機速度制御手段と、前記検出した３相電流値を前記同期電動機の磁極方向の推定値をもとに前記誘導電動機および同期電動機の回転座標系のｄ軸電流値およびｑ軸電流値に変換する３相２相変換手段と、前記誘導電動機速度制御手段により演算した磁極方向電流指令値と前記ｄ軸電流値との偏差をもとに前記誘導電動機および同期電動機の磁極方向電圧指令値を演算し、前記同期電動機速度制御手段により演算した磁極直交方向電流指令値と前記ｑ軸電流値との偏差をもとに前記誘導電動機および同期電動機の磁極直交方向電圧指令値を演算する電圧指令値演算手段と、前記電圧指令値演算手段により演算した磁極方向電圧指令値、磁極直交方向電圧指令値、および前記ｄ軸電流値、前記ｑ軸電流値をもとに、前記同期電動機の回転速度の推定値および前記同期電動機の磁極方向の推定値を推定する推定手段と、前記電圧指令値演算手段により演算した磁極方向電圧指令値および磁極直交方向電圧指令値を前記同期電動機の磁極方向の推定値をもとに前記誘導電動機および同期電動機の３相電圧指令値に変換する２相３相変換手段とを備えたことを特徴とする。

また、本発明に係わる電動機の制御装置は、誘導電動機と、同期電動機と、前記誘導電動機および前記同期電動機を並列接続する電圧形インバータと、前記同期電動機の３相電流値を検出する電流検出手段とを備え、前記電圧形インバータは、前記電圧形インバータの出力電圧演算値および前記電圧形インバータの出力電圧指令値の偏差をもとに前記誘導電動機および同期電動機の磁極方向電流指令値を演算することで、前記電圧形インバータの出力電圧を制御する出力電圧制御手段と、前記同期電動機の回転速度の推定値および前記同期電動機の回転速度指令値の偏差をもとに前記誘導電動機および同期電動機の磁極直交方向電流指令値を演算することで、前記同期電動機の回転速度を制御する同期電動機速度制御手段と、前記検出した３相電流値を前記同期電動機の磁極方向の推定値をもとに、前記誘導電動機および同期電動機の回転座標系のｄ軸電流値およびｑ軸電流値に変換する３相２相変換手段と、前記出力電圧制御手段により演算した磁極方向電流指令値と前記ｄ軸電流値との偏差をもとに前記誘導電動機および同期電動機の磁極方向電圧指令値を演算し、前記同期電動機速度制御手段により演算した磁極直交方向電流指令値と前記ｑ軸電流値との偏差をもとに前記誘導電動機および同期電動機の磁極直交方向電圧指令値を演算する電圧指令値演算手段と、前記電圧指令値演算手段により演算した磁極方向電圧指令値、磁極直交方向電圧指令値、および前記ｄ軸電流値、前記ｑ軸電流値をもとに、前記同期電動機の回転速度の推定値および前記同期電動機の磁極方向の推定値を推定する推定手段と、前記電圧指令値演算手段により演算した磁極方向電圧指令値と磁極直交方向電圧指令値をもとに前記電圧形インバータの出力電圧演算値を演算する出力電圧演算手段と、前記電圧指令値演算手段により演算した磁極方向電圧指令値および磁極直交方向電圧指令値を前記同期電動機の磁極方向の推定値をもとに前記誘導電動機および同期電動機の３相電圧指令値に変換する２相３相変換手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、１台の電圧形インバータの出力端子に並列に接続された誘導電動機と同期電動機の双方を所望の速度に制御することが可能となる電動機の制御装置および制御方法が実現できる。

本発明の第１の実施形態における電動機の制御装置の一例を示す図。 本発明の第１の実施形態における電動機の制御装置の制御回路の一例を示す図。 本発明の第１の実施形態における電動機の制御装置のＰＷＭ制御の一例を説明する図。 本発明の第１の実施形態における電動機の制御装置の主回路の一例を示す図。 本発明の第１の実施形態における電動機の制御装置の一例を示す図。 本発明の第２の実施形態における電動機の制御装置の制御回路の一例を示す図。 本発明の第３の実施形態における電動機の制御装置の一例を示す図。 本発明の第３の実施形態における電動機の制御装置の制御回路の一例を示す図。

以下図面により本発明の実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態における電動機の制御装置の一例を示す図である。
図１に示すように、本発明の第１の実施形態における電動機の制御装置は、３相交流機である誘導電動機１、同じく３相交流機である同期電動機２、および、これらの電動機を駆動する３相の電圧形インバータ３を備える。

電圧形インバータ３の３相出力端子には誘導電動機１および同期電動機２が並列に接続される。誘導電動機１には負荷４が当該誘導電動機１の回転軸を介して接続される。
また、同期電動機２には、停電時に供給する電力を蓄積するためのフライホイール５が当該同期電動機２の回転軸を介して接続される。電圧形インバータ３の３相電源入力端子は３相の交流電源６に接続される。

同期電動機２と電圧形インバータ３の３相出力端子との間には電流検出器８が設けられる。この電流検出器８は電圧形インバータ３から同期電動機２へ流れる３相電流であるＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗを検出する。この検出された電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは電圧形インバータ３の制御回路へ入力される。

また、同期電動機２には磁極位置検出器７が取り付けられる。この磁極位置検出器７は、同期電動機２の回転子位置と基準位置とのずれを示す角度である磁極方向θSMを検出する。この検出された磁極方向検出値θSMは電圧形インバータ３の制御回路へ入力される。

また、誘導電動機１には速度検出器９が取り付けられる。この速度検出器９は、誘導電動機１の回転速度ωIMを検出する。この検出された回転速度検出値ωIMは電圧形インバータ３の制御回路へ入力される。

図２は、本発明の第１の実施形態における電圧形インバータの制御回路の一例を示す図である。
図２に示すように、電圧形インバータ３の制御回路は、３相ｄｑ変換器１０、速度演算器１１、誘導電動機速度制御器１２、同期電動機速度制御器１３、ｄｑ軸電流制御器１４、ｄｑ３相変換器１５、ＰＷＭ制御器１６を備える。

３相ｄｑ変換器１０は、電流検出器８によって検出された、同期電動機２の３相電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗから、各電動機の静止座標系の磁極方向電流値Ｉａおよび磁極直交方向電流値Ｉｂを以下の式（１），（２）に従って演算する。
そして、３相ｄｑ変換器１０は、これらの演算結果から、各電動機の回転座標系の磁極方向電流値Ｉｄおよび磁極直交方向電流値Ｉｑを、以下の式（３），（４）に従って演算する。式（３），（４）に示すように、磁極方向電流値Ｉｄおよび磁極直交方向電流値Ｉｑは、磁極位置検出器７によって検出された、同期電動機２の磁極方向検出値θSMによって決定される。
Ｉａ＝１／（√３）×（−Ｉｖ＋Ｉｗ） …式（１）
Ｉｂ＝１／３×（２×Ｉｕ−Ｉｖ−Ｉｗ） …式（２）
Ｉｄ＝Ｉａ×ｃｏｓθSM＋Ｉｂ×ｓｉｎθSM …式（３）
Ｉｑ＝Ｉａ×（−ｓｉｎθSM）＋Ｉｂ×ｃｏｓθSM …式（４）
速度演算器１１は、磁極位置検出器７によって検出された磁極方向検出値θSMを以下の式（５）に示すように時間微分することで、同期電動機２の回転速度ωSMを演算する。
ωSM＝ｄ／ｄｔ（θSM） …式（５）
誘導電動機速度制御器１２は、誘導電動機１の回転速度指令値ωIM^＊と、速度検出器９によって検出された誘導電動機１の回転速度ωIMとの偏差から、以下の式（６）に従った比例積分制御等により各電動機の回転座標系の磁極方向電流指令値Ｉｄ^＊を演算する。
Ｉｄ^＊＝Ｋｐ×（ωIM^＊−ωIM）＋Ｋｉ×∫（ωIM^＊−ωIM）ｄｔ …式（６）
Ｋｐ：比例ゲイン、Ｋｉ：積分ゲイン
同期電動機速度制御器１３は、同期電動機２の回転速度指令値ωSM^＊と、速度演算器１１によって演算された同期電動機２の回転速度ωSMとの偏差から、以下の式（７）に従った比例積分制御等により各電動機の回転座標系の磁極直交方向電流指令値Ｉｑ^＊を演算する。
Ｉｑ^＊＝Ｋｐ×（ωSM^＊−ωSM）＋Ｋｉ×∫（ωSM^＊−ωSM）ｄｔ …式（７）
Ｋｐ：比例ゲイン、Ｋｉ：積分ゲイン
ｄｑ軸電流制御器１４は、誘導電動機速度制御器１２により演算された磁極方向電流指令値Ｉｄ^＊と３相ｄｑ変換器１０により演算された磁極方向電流値Ｉｄとの偏差、および同期電動機速度制御器１３により演算された磁極直交方向電流指令値Ｉｑ^＊と３相ｄｑ変換器１０により演算された磁極直交方向電流値Ｉｑとの偏差から、以下の式（８），（９）に従った比例積分制御等により各電動機の回転座標系の磁極方向電圧指令値Ｖｄ^＊および磁極直交方向電圧指令値Ｖｑ^＊を演算する。
Ｖｄ^＊＝Ｋｐ×（Ｉｄ^＊−Ｉｄ）＋Ｋｉ×∫（Ｉｄ^＊−Ｉｄ）ｄｔ …式（８）
Ｖｑ^＊＝Ｋｐ×（Ｉｑ^＊−Ｉｑ）＋Ｋｉ×∫（Ｉｑ^＊−Ｉｑ）ｄｔ …式（９）
Ｋｐ：比例ゲイン、Ｋｉ：積分ゲイン
ｄｑ３相変換器１５は、ｄｑ軸電流制御器１４により演算された磁極方向電圧指令値Ｖｄ^＊、磁極直交方向電圧指令値Ｖｑ^＊、および磁極位置検出器７により検出された磁極方向検出値θSMをもとに、以下の式（１０），（１１）に従って各電動機の静止座標系の２相電圧指令値である磁極方向電圧指令値Ｖａ^＊および磁極直交方向電圧指令値Ｖｂ^＊を演算する。ｄｑ３相変換器１５は、この演算結果をもとに、以下の式（１２）〜（１４）に従って、各電動機の静止座標系の３相電圧指令値であるＵ相電圧指令値Ｖｕ^＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ^＊、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ^＊を演算する。
Ｖａ^＊＝Ｖｄ^＊×ｃｏｓθSM − Ｖｑ^＊×ｓｉｎθSM …式（１０）
Ｖｂ^＊＝Ｖｄ^＊×ｓｉｎθSM ＋ Ｖｑ^＊×ｃｏｓθSM …式（１１）
Ｖｕ^＊＝Ｖｂ^＊ …式（１２）
Ｖｖ^＊＝１／２×（−（√３）×Ｖａ^＊−Ｖｂ^＊） …式（１３）
Ｖｗ^＊＝１／２×（（√３）×Ｖａ^＊−Ｖｂ^＊） …式（１４）
ＰＷＭ制御器１６は、ｄｑ３相変換器１５により演算された３相電圧指令値Ｖｕ^＊、Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊から、三角波比較ＰＷＭ制御等によりＰＷＭゲート信号Ｇｕ、Ｇｘ、Ｇｖ、Ｇｙ、Ｇｗ、Ｇｚを演算する。

図３は、本発明の第１の実施形態における電動機の制御装置のＰＷＭ制御器の一例を説明する図である。この例では、ＰＷＭ制御の代表例として三角波比較ＰＷＭ制御について説明する。
この例では、ＰＷＭ制御器１６はコンパレータ回路１７を備える。このコンパレータ回路１７は、正弦波状の変調波信号である３相電圧指令値Ｖｕ^＊、Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊と、三角波状の搬送波信号Ｔｒｉとの大小比較を行い、以下の式（１５）〜（２０）に従ってＰＷＭゲート信号Ｇｕ、Ｇｘ、Ｇｖ、Ｇｙ、Ｇｗ、Ｇｚをそれぞれ演算する。
Ｇｕ＝１、Ｇｘ＝０ （Ｖｕ^＊≧Ｔｒｉ） …式（１５）
Ｇｕ＝０、Ｇｘ＝１ （Ｖｕ^＊＜Ｔｒｉ） …式（１６）
Ｇｖ＝１、Ｇｙ＝０ （Ｖｖ^＊≧Ｔｒｉ） …式（１７）
Ｇｖ＝０、Ｇｙ＝１ （Ｖｖ^＊＜Ｔｒｉ） …式（１８）
Ｇｗ＝１、Ｇｚ＝０ （Ｖｗ^＊≧Ｔｒｉ） …式（１９）
Ｇｗ＝０、Ｇｚ＝１ （Ｖｗ^＊＜Ｔｒｉ） …式（２０）
図４は、本発明の第１の実施形態における電動機の制御装置の主回路の一例を示す図である。
この主回路は、整流回路１８、直流平滑コンデンサ１９および自励ブリッジ回路２０を備える。整流回路１８は、交流電源６に接続された３相電源入力端子からの交流電圧を直流電圧に変換する。整流回路１８としてはダイオード整流回路、サイリスタ整流回路、ＰＷＭ整流回路等が考えられる。

直流平滑コンデンサ１９は、整流回路１８によって変換された直流電圧を平滑化する。
自励ブリッジ回路２０は、ＰＷＭゲート信号Ｇｕを入力する自己消弧素子Ｓｕ、ＰＷＭゲート信号Ｇｘを入力する自己消弧素子Ｓｘ、ＰＷＭゲート信号Ｇｖを入力する自己消弧素子Ｓｖ、ＰＷＭゲート信号Ｇｙを入力する自己消弧素子Ｓｙ、ＰＷＭゲート信号Ｇｗを入力する自己消弧素子Ｓｗ、およびＰＷＭゲート信号Ｇｚを入力する自己消弧素子Ｓｚを備える。自励ブリッジ回路２０は、ＰＷＭ制御器１６からのＰＷＭゲート信号Ｇｕ、Ｇｘ、Ｇｖ、Ｇｙ、Ｇｗ、Ｇｚに従って、内部の自己消弧素子Ｓｕ、Ｓｘ、Ｓｖ、Ｓｙ、Ｓｗ、Ｓｚをそれぞれオンまたはオフし、直流平滑コンデンサ１９により平滑化された直流電圧を交流電圧に変換して３相出力端子に出力する。

なお、各種のゲート信号＝１のときに入力先の自己消弧素子への信号がオン信号となり、ゲート信号＝０のときに入力先の自己消弧素子への信号がオフ信号となる。自励ブリッジ回路２０としては２レベルブリッジ回路や３レベルブリッジ回路等が考えられる。

以上説明したように、本発明の第１の実施形態によれば、誘導電動機速度制御器と同期電動機速度制御器とをそれぞれ設け、誘導電動機速度制御器は誘導電動機の速度に応じて磁極方向の電流指令値の演算を行ない、かつ、同期電動機速度制御器は同期電動機の速度に応じて磁極直交方向の電流指令値の演算を行ない、これらの演算結果をもとに、ｄｑ軸電流制御器が電圧指令値の演算を行なう。このような演算を行なうことで、誘導電動機の速度と指令値との偏差をもとにＰＷＭ制御のゲート信号を演算し、この演算により同期電動機の速度と指令値との偏差が生じても、この偏差をもとにＰＷＭ制御のゲート信号を演算することになる。よって、１台の電圧形インバータの出力端子に誘導電動機と同期電動機とを並列に接続した構成において、これらの電動機の双方を所望の速度に制御することが可能となる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態における構成のうち、第１の実施形態で説明した部分と同一部分の説明は省略する。
図５は、本発明の第２の実施形態における電動機の制御装置の一例を示す図である。本実施形態では、第１の実施形態と比較して、同期電動機２の磁極位置検出器７を備えない。

図６は、本発明の第２の実施形態における電圧形インバータの制御回路の一例を示す図である。
この制御回路は、第１の実施形態で用いた速度演算器１１を備えない一方で、同期電動機２の回転速度ωSMや磁極方向推定値θSM2を演算する磁極位置推定器２１をさらに備える。

誘導電動機速度制御器１２、ｄｑ軸電流制御器１４、ｄｑ３相変換器１５およびＰＷＭ制御器１６の動作は第１の実施形態と同様である。
磁極位置推定器２１は、ｄｑ軸電流制御器１４により演算された磁極方向電圧指令値Ｖｄ^＊、磁極直交方向電圧指令値Ｖｑ^＊、３相ｄｑ変換器１０により演算された磁極方向電流値Ｉｄ、磁極直交方向電流値Ｉｑ、および同期電動機２の回転速度ωSMを用いて、以下の式（２１），（２２）に従って同期電動機２の磁極方向誘起電圧Ｅｄ、磁極直角方向誘起電圧Ｅｑをそれぞれ演算する。初期状態では、磁極位置推定器２１は、磁極方向電圧指令値Ｖｄ^＊および磁極直交方向電圧指令値Ｖｑ^＊の所定の初期値、および同期電動機２の回転速度ωSMの所定の初期値を用いて磁極方向誘起電圧Ｅｄ、磁極直角方向誘起電圧Ｅｑを演算する。この回転速度ωSMの初期値は、磁極方向推定値θSM2の所定の初期値を時間微分した値である。
Ｅｄ＝Ｖｄ^＊−Ｒ×Ｉｄ＋ωSM×Ｌ×Ｉｑ …式（２１）
Ｅｑ＝Ｖｑ^＊−Ｒ×Ｉｑ−ωSM×Ｌ×Ｉｄ …式（２２）
Ｒ：同期電動機電機子抵抗
Ｌ：同期電動機電機子漏れインダクタンス
磁極方向推定値θSM2に誤差が含まれている場合にはＥｄ≠０となるので、磁極位置推定器２１は、以下の式（２３）に従った比例積分制御により同期電動機２の回転速度ωSMを演算し、Ｅｄ＝０となるように制御を行なう。
ωSM＝Ｋｐ×Ｅｄ＋Ｋｉ×∫（Ｅｄ）ｄｔ …式（２３）
Ｋｐ：比例ゲイン、Ｋｉ：積分ゲイン
磁極位置推定器２１は、最終的に以下の式（２４）に従って磁極方向推定値θSM2を演算する。
θSM2＝∫（ωSM）ｄｔ …式（２４）
同期電動機速度制御器１３は、同期電動機２の回転速度指令値ωSM^＊と、磁極位置推定器２１によって演算された同期電動機２の回転速度ωSMとの偏差から、前述した式（７）に従った比例積分制御等により各電動機の回転座標系の磁極直交方向電流指令値Ｉｑ^＊を演算する。

また、３相ｄｑ変換器１０は、電流検出器８によって検出された、同期電動機２の３相電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗから、各電動機の静止座標系の磁極方向電流値Ｉａおよび磁極直交方向電流値Ｉｂを前述した式（１），（２）に従ってそれぞれ演算する。そして、３相ｄｑ変換器１０は、これらの演算結果から、各電動機の回転座標系の磁極方向電流値Ｉｄおよび磁極直交方向電流値Ｉｑを、以下の式（２５），（２６）に従って演算する。式（２５），（２６）に示すように、磁極方向電流値Ｉｄおよび磁極直交方向電流値Ｉｑは、磁極位置推定器２１によって演算された、同期電動機２の磁極方向推定値θSM2によって決定される。

Ｉｄ＝Ｉａ×ｃｏｓθSM2＋Ｉｂ×ｓｉｎθSM2 …式（２５）
Ｉｑ＝Ｉａ×（−ｓｉｎθSM2）＋Ｉｂ×ｃｏｓθSM2 …式（２６）
以上説明したように、本発明の第２の実施形態によれば、磁極位置推定器２１が、同期電動機２の回転速度および磁極方向推定値を演算するので、第１の実施形態のように同期電動機の磁極位置検出器および速度演算器を用いない場合でも、１台の電圧形インバータの出力端子に並列に接続された誘導電動機と同期電動機の双方を所望の速度に制御することが可能となる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図７は、本発明の第３の実施形態に係る電動機の制御装置の一例を示す図である。本実施形態では、図５に示した第２の実施形態と比較して、誘導電動機１の速度検出器９を備えない。
図８は、本発明の第３の実施形態における電圧形インバータの制御回路の一例を示す図である。
この制御回路は、第２の実施形態の制御回路と比較して、出力電圧演算器２２をさらに備え、誘導電動機速度制御器１２の代わりに出力電圧制御器２３を備える。

３相ｄｑ変換器１０、同期電動機速度制御器１３、ｄｑ軸電流制御器１４、ｄｑ３相変換器１５およびＰＷＭ制御器１６および磁極位置推定器２１の動作は第２の実施形態と同様である。

出力電圧演算器２２は、ｄｑ軸電流制御器１４からの磁極方向電圧指令値Ｖｄ^＊および磁極直交方向電圧指令値Ｖｑ^＊を用いて、以下の式（２７）に従って電圧形インバータ３の出力電圧Ｖ１を演算する。初期状態においては、出力電圧演算器２２は、磁極方向電圧指令値Ｖｄ^＊および磁極直交方向電圧指令値Ｖｑ^＊の所定の初期値を用いて出力電圧Ｖ１を演算する。
Ｖ１＝√（Ｖｄ^＊２＋Ｖｄ^＊２） …式（２７）
出力電圧制御器２３は、電圧形インバータ３の出力電圧指令値Ｖ１^＊と、出力電圧演算器２２により演算された出力電圧Ｖ１との偏差から、以下の式（２８）に従った比例積分制御等により磁極方向電流指令値Ｉｄ^＊を演算する。

Ｉｄ^＊＝Ｋｐ×（Ｖ１^＊−Ｖ１）＋Ｋｉ×∫（Ｖ１^＊−Ｖ１）ｄｔ …式（２８）
Ｋｐ：比例ゲイン、Ｋｉ：積分ゲイン
電圧形インバータ３の出力電圧Ｖ１は誘導電動機１の端子電圧に等しいため、出力電圧指令値Ｖ１^＊により誘導電動機１の端子電圧を所望の値に制御することが可能となる。
同期電動機２の回転速度が一定の場合には、誘導電動機１の回転速度は、当該誘導電動機１の端子電圧と負荷状態とにより定まる。従って、前述した出力電圧指令値Ｖ１^＊を誘導電動機１の負荷状態に応じて電圧形インバータ３もしくは別途設ける制御回路により調整することにより、当該誘導電動機１の回転速度を同期電動機２の回転速度とは独立して調整することが可能となる。

以上説明したように、本発明の第３の実施形態によれば、誘導電動機速度制御器１２の代わりに出力電圧演算器２２を設け、この出力電圧演算器２２が電圧形インバータ３の出力電圧を演算し、出力電圧制御器２３が磁極方向電流指令値Ｉｄ^＊を演算するので、第２の実施形態のように誘導電動機の速度検出器を用いない場合でも、１台の電圧形インバータの出力端子に並列に接続された誘導電動機と同期電動機との双方を所望の速度に制御することが可能となる。

前述した各実施形態で説明した誘導電動機１はリニアモータであってもよい。このような構成とすれば、１台の電圧形インバータの出力端子に並列に接続されたリニアモータ型誘導電動機と同期電動機との双方を所望の速度に制御することが可能となる。

また、前述したように、誘導電動機１はリニアモータとした場合において、このリニアモータの二次導体は液体金属ナトリウム等の導電性流体であってもよい。二次導体が導電性流体であるリニアモータ型誘導電動機としては、電磁ポンプ等が考えられる。このような構成とすれば、１台の電圧形インバータの出力端子に並列に接続された、２次導体が導電性流体であるリニアモータ型誘導電動機と同期電動機との双方を所望の速度に制御することが可能となる。

以上説明した電動機の制御装置は、停電後も同期電動機により誘導電動機に一定時間にわたって電力の供給を維持することができるので、この制御装置を原子力プラントに設置される誘導電動機および同期電動機の冷却用の電磁ポンプに適用すれば、停電が発生しても、同期電動機が同期発電機として誘導電動機に電力を供給している際に原子炉を停止する事により、安全性を保つことができる。

なお、この発明は前記実施形態そのままに限定されるものではなく実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を省略してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１…誘導電動機、２…同期電動機、３…電圧形インバータ、４…負荷、５…フライホイール、６…交流電源、７…磁極位置検出器、８…電流検出器、９…速度検出器、１０…３相ｄｑ変換器、１１…速度演算器、１２…誘導電動機速度制御器、１３…同期電動機速度制御器、１４…ｄｑ軸電流制御器、１５…ｄｑ３相変換器、１６…ＰＷＭ制御器、１７…コンパレータ回路、１８…整流回路、１９…直流平滑コンデンサ、２０…自励ブリッジ回路、２１…磁極位置推定器、２２…出力電圧演算器、２３…出力電圧制御器。

Claims (5)

1. 誘導電動機と、
   同期電動機と、
   前記誘導電動機および前記同期電動機を並列接続する電圧形インバータと、
   前記同期電動機の磁極方向を検出する磁極方向検出手段と、
   前記同期電動機の３相電流値を検出する電流検出手段と、
   前記誘導電動機の回転速度を検出する回転速度検出手段とを備え、
   前記電圧形インバータは、
   前記回転速度検出手段により検出した回転速度および前記誘導電動機の回転速度指令値の偏差をもとに前記誘導電動機および同期電動機の磁極方向電流指令値を演算することで、前記誘導電動機の回転速度を制御する誘導電動機速度制御手段と、
   前記磁極方向検出手段により検出した磁極方向をもとに前記同期電動機の回転速度を演算する回転速度演算手段と、
   前記回転速度演算手段により演算した回転速度および前記同期電動機の回転速度指令値の偏差をもとに前記誘導電動機および同期電動機の磁極直交方向電流指令値を演算することで、前記同期電動機の回転速度を制御する同期電動機速度制御手段と、
   前記検出した３相電流値を前記磁極方向検出手段により検出した磁極方向をもとに前記誘導電動機および同期電動機の回転座標系のｄ軸電流値およびｑ軸電流値に変換する３相２相変換手段と、
   前記誘導電動機速度制御手段により演算した磁極方向電流指令値と前記ｄ軸電流値との偏差をもとに前記誘導電動機および同期電動機の磁極方向電圧指令値を演算し、前記同期電動機速度制御手段により演算した磁極直交方向電流指令値と前記ｑ軸電流値との偏差をもとに前記誘導電動機および同期電動機の磁極直交方向電圧指令値を演算する電圧指令値演算手段と、
   前記電圧指令値演算手段により演算した磁極方向電圧指令値および磁極直交方向電圧指令値を前記磁極方向検出手段により検出した磁極方向をもとに前記誘導電動機および同期電動機の３相電圧指令値に変換する２相３相変換手段と
   を備えたことを特徴とする電動機の制御装置。
2. 誘導電動機と、
   同期電動機と、
   前記誘導電動機および前記同期電動機を並列接続する電圧形インバータと、
   前記同期電動機の３相電流値を検出する電流検出手段と、
   前記誘導電動機の回転速度を検出する回転速度検出手段とを備え、
   前記電圧形インバータは、
   前記回転速度検出手段により検出した回転速度および前記誘導電動機の回転速度指令値の偏差をもとに前記誘導電動機および同期電動機の磁極方向電流指令値を演算することで、前記誘導電動機の回転速度を制御する誘導電動機速度制御手段と、
   前記同期電動機の回転速度の推定値および前記同期電動機の回転速度指令値の偏差をもとに前記誘導電動機および同期電動機の磁極直交方向電流指令値を演算することで、前記同期電動機の回転速度を制御する同期電動機速度制御手段と、
   前記検出した３相電流値を前記同期電動機の磁極方向の推定値をもとに前記誘導電動機および同期電動機の回転座標系のｄ軸電流値およびｑ軸電流値に変換する３相２相変換手段と、
   前記誘導電動機速度制御手段により演算した磁極方向電流指令値と前記ｄ軸電流値との偏差をもとに前記誘導電動機および同期電動機の磁極方向電圧指令値を演算し、前記同期電動機速度制御手段により演算した磁極直交方向電流指令値と前記ｑ軸電流値との偏差をもとに前記誘導電動機および同期電動機の磁極直交方向電圧指令値を演算する電圧指令値演算手段と、
   前記電圧指令値演算手段により演算した磁極方向電圧指令値、磁極直交方向電圧指令値、および前記ｄ軸電流値、前記ｑ軸電流値をもとに、前記同期電動機の回転速度の推定値および前記同期電動機の磁極方向の推定値を推定する推定手段と、
   前記電圧指令値演算手段により演算した磁極方向電圧指令値および磁極直交方向電圧指令値を前記同期電動機の磁極方向の推定値をもとに前記誘導電動機および同期電動機の３相電圧指令値に変換する２相３相変換手段と
   を備えたことを特徴とする電動機の制御装置。
3. 誘導電動機と、
   同期電動機と、
   前記誘導電動機および前記同期電動機を並列接続する電圧形インバータと、
   前記同期電動機の３相電流値を検出する電流検出手段とを備え、
   前記電圧形インバータは、
   前記電圧形インバータの出力電圧演算値および前記電圧形インバータの出力電圧指令値の偏差をもとに前記誘導電動機および同期電動機の磁極方向電流指令値を演算することで、前記電圧形インバータの出力電圧を制御する出力電圧制御手段と、
   前記同期電動機の回転速度の推定値および前記同期電動機の回転速度指令値の偏差をもとに前記誘導電動機および同期電動機の磁極直交方向電流指令値を演算することで、前記同期電動機の回転速度を制御する同期電動機速度制御手段と、
   前記検出した３相電流値を前記同期電動機の磁極方向の推定値をもとに、前記誘導電動機および同期電動機の回転座標系のｄ軸電流値およびｑ軸電流値に変換する３相２相変換手段と、
   前記出力電圧制御手段により演算した磁極方向電流指令値と前記ｄ軸電流値との偏差をもとに前記誘導電動機および同期電動機の磁極方向電圧指令値を演算し、前記同期電動機速度制御手段により演算した磁極直交方向電流指令値と前記ｑ軸電流値との偏差をもとに前記誘導電動機および同期電動機の磁極直交方向電圧指令値を演算する電圧指令値演算手段と、
   前記電圧指令値演算手段により演算した磁極方向電圧指令値、磁極直交方向電圧指令値、および前記ｄ軸電流値、前記ｑ軸電流値をもとに、前記同期電動機の回転速度の推定値および前記同期電動機の磁極方向の推定値を推定する推定手段と、
   前記電圧指令値演算手段により演算した磁極方向電圧指令値と磁極直交方向電圧指令値をもとに前記電圧形インバータの出力電圧演算値を演算する出力電圧演算手段と、
   前記電圧指令値演算手段により演算した磁極方向電圧指令値および磁極直交方向電圧指令値を前記同期電動機の磁極方向の推定値をもとに前記誘導電動機および同期電動機の３相電圧指令値に変換する２相３相変換手段と
   を備えたことを特徴とする電動機の制御装置。
4. 前記誘導電動機がリニアモータであって、
   前記リニアモータの二次導体が導電性流体である
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電動機の制御装置。
5. 誘導電動機、同期電動機、前記誘導電動機および前記同期電動機を並列接続する電圧形インバータ、前記同期電動機の磁極方向を検出する磁極方向検出手段、前記同期電動機の３相電流値を検出する電流検出手段、記誘導電動機の回転速度を検出する回転速度検出手段を備えた電動機制御装置に用いられる方法であって、
   前記回転速度検出手段により検出した回転速度および前記誘導電動機の回転速度指令値の偏差をもとに磁極方向電流指令値を演算することで、前記誘導電動機の回転速度を制御し、
   前記磁極方向検出手段により検出した磁極方向をもとに前記同期電動機の回転速度を演算し、
   前記演算した回転速度および前記同期電動機の回転速度指令値の偏差をもとに磁極直交方向電流指令値を演算することで、前記同期電動機の回転速度を制御し、
   前記磁極方向検出手段により検出した磁極方向をもとに、前記検出した３相電流値を回転座標系のｄ軸電流値およびｑ軸電流値に変換し、
   前記演算した磁極方向電流指令値と前記ｄ軸電流値との偏差をもとに磁極方向電圧指令値を演算し、前記演算した磁極直交方向電流指令値と前記ｑ軸電流値との偏差をもとに磁極直交方向電圧指令値を演算し、
   前記磁極方向検出手段により検出した磁極方向をもとに、前記演算した磁極方向電圧指令値および磁極直交方向電圧指令値を３相電圧指令値に変換する
   ことを特徴とする電動機の制御方法。

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