JP6083062B2 - 誘導電動機の駆動システム - Google Patents

Description

本発明は、誘導電動機の駆動システムに関し、無人搬送車や電気車などの車両の駆動に用いて好適なものである。

車両の駆動システムにおいては、１両の車両に１台のモータを備え、このモータの動力を、減速機及びディファレンシャルギヤを介して車輪に伝える、いわゆる１モータ方式が主流である。

一方、車両の駆動システムにおいて、各輪をそれぞれ個別のモータで駆動する多数台方式も検討されている。この場合には、各モータをトルク制御するために、モータとインバータを１対１で組み合わせて、それぞれのモータをインバータで可変速制御を行うことが一般的である。
つまり、例えば４つの車輪を持つ車両では、モータとインバータの組み合わせを４セット備え、各インバータで各モータを個別に制御する。

また、簡単で安価な駆動システムとするために、１台のインバータに複数台の誘導電動機を接続して、並列運転を行うシステムも多く提案されている。

ここで、１台のインバータに２台の誘導電動機を並列に接続して、ベクトル制御により誘導電動機の可変速運転を行う手法の一例を、図９を参照して説明する。
図９に示す誘導電動機の駆動システムは、本願発明の発明者が、本願発明に至る前提として案出して検討したシステムである。

図９に示す誘導電動機の駆動システムでは、ベクトル制御部１から三相電圧指令Ｖ_u ^*，Ｖ_v ^*，Ｖ_w ^*がインバータ２に送られると、インバータ２は三相電圧指令Ｖ_u ^*，Ｖ_v ^*，Ｖ_w ^*に応じた値の三相電流Ｉ_u，Ｉ_v，Ｉ_wを出力する。

定格及び定数が同じになるように設計された２つの誘導電動機Ｍ_A，Ｍ_Bは、並列接続されている。即ち、誘導電動機Ｍ_A，Ｍ_Bのそれぞれの固定子巻線は、相ごとに並列に接続されている。
この誘導電動機Ｍ_A，Ｍ_Bに三相電流Ｉ_u，Ｉ_v，Ｉ_wが供給されて、誘導電動機Ｍ_A，Ｍ_Bが回転駆動する。

エンコーダ３ａは、誘導電動機Ｍ_Aの回転速度を示すモータ角速度ω_raを出力し、エンコーダ３ｂは、誘導電動機Ｍ_Bの回転速度を示すモータ角速度ω_rbを出力する。
角速度検出器４は、モータ角速度ω_raとモータ角速度ω_rbを基に求めた角速度検出値ω_rを出力する。角速度検出値ω_rは、モータ角速度ω_raとモータ角速度ω_rbのうちの一方を選択したものであったり、モータ角速度ω_raとモータ角速度ω_rbの平均値であったりする。

ベクトル制御部１には、トルク電流指令Ｉ_q ^*、励磁電流指令Ｉ_d ^*が入力されると共に、角速度検出値ω_rと、三相電流Ｉ_u，Ｉ_v，Ｉ_wの電流値がフィードバックされる。
なお、トルク電流指令Ｉ_q ^*の値は、アクセル踏込量に応じた値になっている。また、励磁電流指令Ｉ_d ^*の値は、モータ速度が予め決めた設定速度になるまでは一定値であるが、モータ速度が予め決めた設定速度を越えると、速度が増加していくに従い減少していくように設定されている。

本願発明者は、図９に示す誘導電動機の駆動システムにおいて、２つの誘導電動機Ｍ_A，Ｍ_Bに速度差が生じた場合のトルク特性について、種々の試験・検討をした。

なお、特許文献１（特開２０１１−１３０５２５号公報）には、２台の三相永久磁石型電動機（同期電動機）を１台の三相インバータで駆動する電動機駆動システムにおいて、一方の永久磁石型電動機の固定子の各相巻線と、他方の永久磁石型電動機の固定子の各相巻線を相ごとに直列接続し、三相インバータにより一方の永久磁石型電動機の固定子に電力を供給する技術が開示されている。

特許文献２（実開昭５３−１５３６１１号公報）には、２台の誘導電動機の固定子巻線を、開放スイッチを介して、相ごとに直列接続または並列接続し、この誘導電動機に対してインバータから電力を供給する技術が開示されている。

特許文献３（特開２００３−１８８８７号公報）には、２台の永久磁石電動機（同期電動機）を１台のインバータで駆動する電動機制御装置において、２台の永久磁石電動機のそれぞれの固定子巻線を相ごとに直列に接続すると共に、この直列接続の一端にインバータを接続し、且つ、直列接続の他端を各相間で短絡接続する技術が開示されている。

しかし、各特許文献１〜３には、１台のインバータで２台の誘導電動機をベクトル制御により駆動するシステムにおいて、ステアリング動作等により２つの誘導電動機の回転速度に差が生じた場合であっても、誘導電動機の性能を十分に発揮させることができる駆動システムは示されていない。

特開２０１１−１３０５２５号公報 実開昭５３−１５３６１１号公報 特開２００３−１８８８７号公報

ところで、図９に示す誘導電動機の駆動システム、即ち、１台のインバータに２台の誘導電動機を並列に接続して、ベクトル制御により可変速運転を行うシステムにおいて、２台の誘導電動機に回転速度差が生じた場合に、以下の問題が発生することが判明した。

（１） インバータの出力電流が誘導電動機Ｍ_Aと誘導電動機Ｍ_Bに分流するが、２台の誘導電動機に回転速度差が生ずると、この電流分担がくずれる。この結果、どちらか一方の電流値がモータ許容電流を超過し、温度的に厳しくなることがある。
（２） 角速度検出値ω_rとして、モータ角速度ω_raとモータ角速度ω_rbのうち速度の高い方を選択した場合、他方の回転速度が低下するときには、比較的広い速度差まで対応できる。しかしこの場合には、総合トルクの減少割合が大きく、電気車に利用した場合は減速することになる。
（３） また上記（２）の場合、回転速度が低下する誘導電動機の方のトルクが高くなる傾向にあり、電気車に利用した場合にはステアリングに悪影響を与える。
（４） 以上の現象は滑りが小さい誘導電動機（二次抵抗が小さいもの）ほど顕著となるので、二次抵抗を低減して高効率化をした誘導電動機での適用は困難となる。

このように、図９に示す誘導電動機の駆動システムでは、両誘導電動機の回転速度に差が生じた場合には、
・ トルク分担や電流分担が均一ではなくなり、十分な性能が発揮できないことや、
・ 電圧制限や電流制限などから運転可能な回転数差に制限が生まれる、
という課題がある。

本発明は、上記従来技術に鑑み、１台のインバータで２台の誘導電動機をベクトル制御により駆動するシステムにおいて、両誘導電動機の回転速度に差が生じた場合であっても、必要なトルクを発生しつつ電圧制限を受けることなく、誘導電動機を駆動することができる、誘導電動機の駆動システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の構成は、
三相電圧指令に応じた三相電流を出力する１台のインバータと、
前記三相電流が供給されることにより駆動する、第１の誘導電動機及び第２の誘導電動機と、
前記第１の誘導電動機の回転速度に応じた第１のモータ角速度を出力する第１の速度検出器、及び、前記第２の誘導電動機の回転速度に応じた第２のモータ角速度を出力する第２の速度検出器と、
前記第１のモータ角速度及び前記第２のモータ角速度を基に、角速度検出値を求めて出力する角速度検出器と、
トルク電流指令及び励磁電流指令が入力されると共に、前記三相電流の電流値及び前記角速度検出値がフィードバックされて、前記三相電圧指令を出力するベクトル制御部とを有し、
前記第１の誘導電動機の固定子巻線の一方の端子には前記インバータが接続されると共に、前記第１の誘導電動機の固定子巻線の他方の端子と前記第２の誘導電動機の固定子巻線の一方の端子は相ごとに直列に接続され、
前記第１の誘導電動機及び前記第２の誘導電動機を駆動運転する際には、前記角速度検出器は、前記第１のモータ角速度と前記第２のモータ角速度を平均演算し、この平均演算したものを前記角速度検出値として出力することを特徴とする。

また本発明の構成は、
三相電圧指令に応じた三相電流を出力する１台のインバータと、
前記三相電流が供給されることにより駆動する、第１の誘導電動機及び第２の誘導電動機と、
前記第１の誘導電動機の回転速度に応じた第１のモータ角速度を出力する第１の速度検出器、及び、前記第２の誘導電動機の回転速度に応じた第２のモータ角速度を出力する第２の速度検出器と、
前記第１のモータ角速度及び前記第２のモータ角速度を基に、角速度検出値を求めて出力する角速度検出器と、
トルク電流指令及び励磁電流指令が入力されると共に、前記三相電流の電流値及び前記角速度検出値がフィードバックされて、前記三相電圧指令を出力するベクトル制御部とを有し、
前記第１の誘導電動機の固定子巻線の一方の端子には前記インバータが接続されると共に、前記第１の誘導電動機の固定子巻線の他方の端子と前記第２の誘導電動機の固定子巻線の一方の端子は相ごとに直列に接続され、
前記第１の誘導電動機及び前記第２の誘導電動機を駆動運転する際には、前記角速度検出器は、前記第１のモータ角速度と前記第２のモータ角速度のうち速い方を前記角速度検出値として出力することを特徴とする。

また本発明の構成は、
三相電圧指令に応じた三相電流を出力する１台のインバータと、
前記三相電流が供給されることにより駆動する、第１の誘導電動機及び第２の誘導電動機と、
前記第１の誘導電動機の回転速度に応じた第１のモータ角速度を出力する第１の速度検出器、及び、前記第２の誘導電動機の回転速度に応じた第２のモータ角速度を出力する第２の速度検出器と、
前記第１のモータ角速度及び前記第２のモータ角速度を基に、角速度検出値を求めて出力する角速度検出器と、
トルク電流指令及び励磁電流指令が入力されると共に、前記三相電流の電流値及び前記角速度検出値がフィードバックされて、前記三相電圧指令を出力するベクトル制御部とを有し、
前記第１の誘導電動機の固定子巻線の一方の端子には前記インバータが接続されると共に、前記第１の誘導電動機の固定子巻線の他方の端子と前記第２の誘導電動機の固定子巻線の一方の端子は相ごとに直列に接続され、
前記第１の誘導電動機及び前記第２の誘導電動機を駆動運転する際には、前記角速度検出器は、
前記第１の誘導電動機に対する前記第２の誘導電動機の回転速度変化率が、予め決めた範囲にあるときには、前記第１のモータ角速度と前記第２のモータ角速度を平均演算し、この平均演算したものを前記角速度検出値として出力し、
前記第１の誘導電動機に対する前記第２の誘導電動機の回転速度変化率が、予め決めた範囲を外れるときには、前記第１のモータ角速度と前記第２のモータ角速度のうち大きいものを前記角速度検出値として出力することを特徴とする。

また本発明の構成は、
三相電圧指令に応じた三相電流を出力する１台のインバータと、
前記三相電流が供給されることにより駆動する、第１の誘導電動機及び第２の誘導電動機と、
前記第１の誘導電動機の回転速度に応じた第１のモータ角速度を出力する第１の速度検出器、及び、前記第２の誘導電動機の回転速度に応じた第２のモータ角速度を出力する第２の速度検出器と、
前記第１のモータ角速度及び前記第２のモータ角速度を基に、角速度検出値を求めて出力する角速度検出器と、
トルク電流指令及び励磁電流指令が入力されると共に、前記三相電流の電流値及び前記角速度検出値がフィードバックされて、前記三相電圧指令を出力するベクトル制御部とを有し、
前記第１の誘導電動機の固定子巻線の一方の端子には前記インバータが接続されると共に、前記第１の誘導電動機の固定子巻線の他方の端子と前記第２の誘導電動機の固定子巻線の一方の端子は相ごとに直列に接続され、
前記第１の誘導電動機及び前記第２の誘導電動機を回生運転する際には、前記角速度検出器は、前記第１のモータ角速度と前記第２のモータ角速度のうち遅い方を前記角速度検出値として出力することを特徴とする。

また本発明の構成は、
直列接続された前記第１の誘導電動機の固定子巻線と前記第２の誘導電動機の固定子巻線の結線状態は、Ｙ結線またはΔ結線となっていることを特徴とする。

本発明の誘導電動機の駆動システムによれば、２つの誘導電動機に速度差が生じた場合でも、必要なトルクを発生させて、且つ、インバータの電圧制限を越えることなく、誘導電動機を安定して運転することができる。

本発明の実施例１に係る誘導電動機の駆動システムを示す構成図である。 実施例１において第１の演算手法を採用したときの駆動時のトルク特性を示す特性図である。 実施例１において第１の演算手法を採用したときの駆動時の電圧特性を示す特性図である。 実施例１において第２の演算手法を採用したときの駆動時のトルク特性を示す特性図である。 実施例１において第２の演算手法を採用したときの駆動時の電圧特性を示す特性図である。 実施例１において第２の演算手法を採用したときの回生時のトルク特性を示す特性図である。 実施例１において第２の演算手法を採用したときの回生時の電圧特性を示す特性図である。 本発明の実施例２に係る誘導電動機の駆動システムを示す構成図である。 先に検討した誘導電動機の駆動システムを示す構成図である。

以下、本発明に係る誘導電動機の駆動システムを、実施例に基づき詳細に説明する。

〔実施例１〕
図１は本発明の実施例１に係る、誘導電動機の駆動システムを示す構成図である。本実施例は、この駆動システムを車両に適用したものである。

この誘導電動機の駆動システムは、ベクトル制御部１０と、インバータ２０と、モータ群３０と、角速度検出器４０を主要部材として構成されている。
詳細は後述するが、ベクトル制御部１０とインバータ２０は、一般的に使用されている通常のものであり、モータ群３０と角速度検出器４０は、独特なものとなっている。

ベクトル制御部１０には、トルク電流指令Ｉ_q ^*、励磁電流指令Ｉ_d ^*が入力されると共に、角速度検出器４０から出力される角速度検出値ω_r（詳細は後述）と、インバータ２０から出力される三相電流Ｉ_u，Ｉ_v，Ｉ_wの電流値がフィードバックされる。
なお、トルク電流指令Ｉ_q ^*の値は、アクセル踏込量に応じた値になっている。また、励磁電流指令Ｉ_d ^*の値は、モータ速度が予め決めた設定速度になるまでは一定値であるが、モータ速度が予め決めた設定速度を越えると、速度が増加していくに従い減少していくように設定されている。

滑り角速度算出部１１は、トルク電流指令Ｉ_q ^*と励磁電流指令Ｉ_d ^*などを基に、すべり周波数ω_s を求める。
すべり周波数ω_s は、角速度検出器４０から出力される角速度検出値ω_r と加算されて一次角速度ωに変換される。この角速度ωは積分演算部１２によって積分されて位相角θ として求められる。角速度ωは電流制御系１４に送られ、位相角θは座標変換部１３，１５に送られる。

座標変換部１３は、インバータ２０から出力される三相電流Ｉ_u，Ｉ_v，Ｉ_wの電流値を座標変換して、回転座標系のトルク電流検出値Ｉ_qFB と励磁電流検出値Ｉ_dFB に変換する。

電流制御系１４は、トルク電流指令Ｉ_q ^* とトルク電流検出値Ｉ_qFBとの偏差、及び、励磁電流指令Ｉ_d ^* と励磁電流検出値Ｉ_dFB との偏差、に対してそれぞれ比例積分演算などを行い、回転座標系のトルク軸電圧制御信号Ｖ_q と励磁軸電圧制御信号Ｖ_d を得る。

電流制御系１４から出力された電圧制御信号Ｖ_q ，Ｖ_d は、座標変換部１５によって固定座標系の三相電圧指令Ｖ_u ^*，Ｖ_v ^*，Ｖ_w ^*に変換され、インバータ２０に送られる。

インバータ２０は、ベクトル制御部１０から送られてくる三相電圧指令Ｖ_u ^*，Ｖ_v ^*，Ｖ_w ^*に応じて、バッテリー２１の直流電流を三相交流電流に変換した三相電流Ｉ_u，Ｉ_v，Ｉ_wを、モータ群３０に向けて出力する。

モータ群３０は、誘導電動機３１と誘導電動機３２とエンコーダ３３とエンコーダ３４を有している。
誘導電動機３１は、車両の例えば右輪を駆動するものであり、誘導電動機３２は、車両の例えば左輪を駆動するものである。両誘導電動機３１，３２は、その定格及び定数が同じになるように設計されたものである。
エンコーダ３３は、誘導電動機３１の回転速度を示すモータ角速度ω_raを出力し、エンコーダ３４は、誘導電動機３２の回転速度を示すモータ角速度ω_rbを出力する。

誘導電動機３１は固定子巻線Ｕ₁，Ｖ₁，Ｗ₁を備えている。このとき、固定子巻線Ｕ₁，Ｖ₁，Ｗ₁の一方の端子を端子Ｕ_1in，Ｖ_1in，Ｗ_1in、他方の端子を端子Ｕ_1out，Ｖ_1out，Ｗ_1outとする。
誘導電動機３２は固定子巻線Ｕ₂，Ｖ₂，Ｗ₂を備えている。このとき、固定子巻線Ｕ₂，Ｖ₂，Ｗ₂の一方の端子を端子Ｕ_2in，Ｖ_2in，Ｗ_2in、他方の端子を端子Ｕ_2out，Ｖ_2out，Ｗ_2outとする。

誘導電動機３１の固定子巻線Ｕ₁，Ｖ₁，Ｗ₁の一方の端子Ｕ_1in，Ｖ_1in，Ｗ_1inは、インバータ２０の出力端子（三相電流Ｉ_u，Ｉ_v，Ｉ_wを出力する端子）に接続されている。
このため、インバータ２０から、誘導電動機３１の固定子巻線Ｕ₁，Ｖ₁，Ｗ₁の一方の端子Ｕ_1in，Ｖ_1in，Ｗ_1inに、三相電流Ｉ_u，Ｉ_v，Ｉ_wが供給される。

誘導電動機３１の固定子巻線Ｕ₁，Ｖ₁，Ｗ₁の他方の端子Ｕ_1out，Ｖ_1out，Ｗ_1outと、誘導電動機３２の固定子巻線Ｕ₂，Ｖ₂，Ｗ₂の一方の端子Ｕ_2in，Ｖ_2in，Ｗ_2inは、相ごとに直列に接続されている。つまり、誘導電動機３１の固定子巻線Ｕ₁，Ｖ₁，Ｗ₁と、誘導電動機３２の固定子巻線Ｕ₂，Ｖ₂，Ｗ₂は、相ごとに直列に接続されている。

誘導電動機３２の固定子巻線Ｕ₂，Ｖ₂，Ｗ₂の他方の端子Ｕ_2out，Ｖ_2out，Ｗ_2outは、中性点として接続されている。これにより直列接続された固定子巻線Ｕ₁，Ｖ₁，Ｗ₁及び固定子巻線Ｕ₂，Ｖ₂，Ｗ₂の結線状態は、Ｙ結線になっている。

このようにして、直列接続された固定子巻線Ｕ₁，Ｕ₂，Ｖ₁，Ｖ₂，Ｗ₁，Ｗ₂の一方の端子（つまり固定子巻線Ｕ₁，Ｖ₁，Ｗ₁の一方の端子Ｕ_1in，Ｖ_1in，Ｗ_1in）には、インバータ２０から三相電流Ｉ_u，Ｉ_v，Ｉ_wが供給される。

角速度検出器４０は、エンコーダ３３から出力されたモータ角速度ω_raと、エンコーダ３４から出力されたモータ角速度ω_rbを基に、角速度検出値ω_rを演算して出力する。
角速度検出値ω_rを求める演算手法としては、下記の第１〜第３の３つの手法がある。そこで、各演算手法と、そのときの運転状況を、それぞれの手法ごとに説明する。

なお、誘導電動機３１と誘導電動機３２が直列に接続されているため、インバータ２０からみたモータ群３０の定数は、２つの誘導電動機３１，３２の定数を合成したものとして設定している。
つまり、ベクトル制御部１０及びインバータ２０にとっては、２台の誘導電動機３１，３２を、各誘導電動機の２倍の定数を持った１台の誘導電動機に置き換えて、ベクトル制御により駆動しているのと等価な状態になる。

なお、車両でステアリング動作をすると、２つの誘導電動機３１，３２の回転速度に差が生じる。

＜第１の演算手法＞
第１の演算手法では、角速度検出器４０は、角速度検出値ω_rを、モータ角速度ω_raとモータ角速度ω_rbの平均値として求める。つまり、
ω_r＝（ω_ra＋ω_rb）／２
という演算をする。
なお、モータ角速度ω_raとモータ角速度ω_rbに、それぞれ異なる重み係数を掛けて演算をすることもできる。この場合、各重み係数は、変更することができる。

図２は、誘導電動機３１，３２の平均速度を基準値一定として、最大トルク発生時で且つ回転速度が定速（3000min^-1）のときの、速度変化率に対するトルクの特性を示している。なお、変化率が−のときは、誘導電動機３１の速度が変化率分だけ減少し、誘導電動機３２の速度が変化率分だけ増加している状態である。変化率が＋のときは、誘導電動機３１の速度が変化率分だけ増加し、誘導電動機３２の速度が変化率分だけ減少している状態である。
また、図２において、Ｔ₁は誘導電動機３１のトルクを、Ｔ₂は誘導電動機３２のトルクを、Ｔは誘導電動機３１，３２の合計トルクを、Ｔ^*は目標トルクを表している。トルク特性としては、合計トルクＴが目標トルクＴ^*に一致することが理想であるが、実用的には合計トルクＴが目標トルクＴ^*に近ければよい。

図３は、誘導電動機３１，３２の平均速度を基準値一定として、最大トルク発生時で且つ回転速度が定速（3000min^-1）のときの、速度変化率に対する電圧の特性を示している。
なお、変化率が−のときは、誘導電動機３１の速度が変化率分だけ減少し、誘導電動機３２の速度が変化率分だけ増加している状態である。変化率が＋のときは、誘導電動機３１の速度が変化率分だけ増加し、誘導電動機３２の速度が変化率分だけ減少している状態である。
また、図３において、Ｖ₁は誘導電動機３１の電圧を、Ｖ₂は誘導電動機３２の電圧を、Ｖは誘導電動機３１，３２の合計電圧を表している。インバータ２０の耐電圧により規定される電圧制限は、この例では１２０〔ボルト〕になっている。

図２及び図３の特性から、回転速度変化率が−３％〜＋３％の範囲であれば、
（１） 必要なトルクを発生させて（図２において合計トルクＴが目標トルクＴ^*に近くなり）、且つ、
（２） インバータの電圧制限を越えることなく（図３において合計電圧Ｖがインバータ２０により規定される電圧制限よりも小さくなり）、
２つの誘導電動機３１，３２に速度差が生じた場合でも、誘導電動機３１，３２を安定して駆動運転可能であることがわかる。

このため、第１の演算手法を採用した場合には、誘導電動機３１，３２の回転速度変化率が、誘導電動機３１，３２の平均速度（基準値である予め決めた一定速度）に対して、−３％〜＋３％となる運転状態で、誘導電動機３１，３２の駆動運転の制御をする。

＜第２の演算手法＞
第２の演算手法では、角速度検出器４０は、誘導電動機３１，３２を駆動するときには、モータ角速度ω_raとモータ角速度ω_rbのうち、速い方を選択し、選択したものを角速度検出値ω_rとして出力する。つまり、
ω_ra≧ω_rbのときには、角速度検出値ω_r＝ω_raとし、
ω_ra＜ω_rbのときには、角速度検出値ω_r＝ω_rbとする
という演算をする。

図４は、Ｂ機（誘導電動機３２）の速度を基準値一定として、最大トルク発生時で且つ回転速度が定速（3000min^-1）のときの、Ａ機（誘導電動機３１）の速度変化率に対するトルクの特性を示している。
なお、変化率が−のときは、Ａ機（誘導電動機３１）の速度が変化率分だけ減少し、Ｂ機（誘導電動機３２）の速度が変化率分だけ増加している状態である。変化率が＋のときは、Ａ機（誘導電動機３１）の速度が変化率分だけ増加し、Ｂ機（誘導電動機３２）の速度が変化率分だけ減少している状態である。
また、図４において、Ｔ₁はＡ機（誘導電動機３１）のトルクを、Ｔ₂はＢ機（誘導電動機３２）のトルクを、Ｔは誘導電動機３１，３２の合計トルクを、Ｔ^*は目標トルクを表している。トルク特性としては、合計トルクＴが目標トルクＴ^*に一致することが理想であるが、実用的には合計トルクＴが目標トルクＴ^*に近ければよい。
なお、Ａ機を誘導電動機３２とし、Ｂ機を誘導電動機３１としても、Ａ機及びＢ機のトルク特性としては、図４のものと同じ特性が得られる。

図５は、Ｂ機（誘導電動機３２）の速度を基準値一定として、最大トルク発生時で且つ回転速度が定速（3000min^-1）のときの、Ａ機（誘導電動機３１）の速度変化率に対する電圧の特性を示している。
なお、変化率が−のときは、Ａ機（誘導電動機３１）の速度が変化率分だけ減少し、Ｂ機（誘導電動機３２）の速度が変化率分だけ増加している状態である。変化率が＋のときは、Ａ機（誘導電動機３１）の速度が変化率分だけ増加し、Ｂ機（誘導電動機３２）の速度が変化率分だけ減少している状態である。
また、図５において、Ｖ₁はＡ機（誘導電動機３１）の電圧を、Ｖ₂はＢ機（誘導電動機３２）の電圧を、Ｖは誘導電動機３１，３２の合計電圧を表している。インバータ２０の耐電圧により規定される電圧制限は、この例では１２０〔ボルト〕になっている。
なお、Ａ機を誘導電動機３２とし、Ｂ機を誘導電動機３１としても、Ａ機及びＢ機の電圧特性としては、図５のものと同じ特性が得られる。

図４及び図５の特性から、モータ角速度ω_raとモータ角速度ω_rbのうち速い方を角速度検出値ω_rとすれば、
（１） 必要なトルクを発生させて（図４において合計トルクＴが目標トルクＴ^*に近くなり）、且つ、
（２） インバータの電圧制限を越えることなく（図５において合計電圧Ｖがインバータ２０により規定される電圧制限よりも小さくなり）、
２つの誘導電動機３１，３２に速度差が生じた場合でも、誘導電動機３１，３２を安定して駆動運転可能であることがわかる。

つまり図４，図５の特性から、Ｂ機を基準としてＡ機の回転速度変化率が−となるとき、換言するとＡ機よりもＢ機の回転速度が速いときには、回転速度が速いＢ機が、トルク特性及び電圧特性の観点から良好な運転ができることがわかる。

このため、第２の演算手法を採用して駆動する場合には、誘導電動機３１のモータ角速度ω_raと誘導電動機３２のモータ角速度ω_rbのうち、速い方を角速度検出値ω_rとして、誘導電動機３１，３２の駆動運転の制御をする。

更に第２の演算手法では、角速度検出器４０は、誘導電動機３１，３２を回生するときには、モータ角速度ω_raとモータ角速度ω_rbのうち、遅い方を選択し、選択したものを角速度検出値ω_rとして出力する。つまり、
ω_ra≧ω_rbのときには、角速度検出値ω_r＝ω_rbとし、
ω_ra＜ω_rbのときには、角速度検出値ω_r＝ω_raとする
という演算をする。

図６は、Ｂ機（誘導電動機３２）の速度を基準値一定として、最大回生トルク発生時で且つ回転速度が定速（3000min^-1）のときの、Ａ機（誘導電動機３１）の速度変化率に対する回生トルクの特性を示している。
なお、変化率が−のときは、Ａ機（誘導電動機３１）の速度が変化率分だけ減少し、Ｂ機（誘導電動機３２）の速度が変化率分だけ増加している状態である。変化率が＋のときは、Ａ機（誘導電動機３１）の速度が変化率分だけ増加し、Ｂ機（誘導電動機３２）の速度が変化率分だけ減少している状態である。
また、図６において、Ｔ₁はＡ機（誘導電動機３１）の回生トルクを、Ｔ₂はＢ機（誘導電動機３２）の回生トルクを、Ｔは誘導電動機３１，３２の合計回生トルクを、Ｔ^*は目標回生トルクを表している。トルク特性としては、合計回生トルクＴが目標回生トルクＴ^*に一致することが理想であるが、実用的には合計回生トルクＴが目標回生トルクＴ^*に近ければよい。
なお、Ａ機を誘導電動機３２とし、Ｂ機を誘導電動機３１としても、Ａ機及びＢ機のトルク特性としては、図６のものと同じ特性が得られる。

図７は、Ｂ機（誘導電動機３２）の速度を基準値一定として、最大回生トルク発生時で且つ回転速度が定速（3000min^-1）のときの、Ａ機（誘導電動機３１）の速度変化率に対する電圧の特性を示している。
なお、変化率が−のときは、Ａ機（誘導電動機３１）の速度が変化率分だけ減少し、Ｂ機（誘導電動機３２）の速度が変化率分だけ増加している状態である。変化率が＋のときは、Ａ機（誘導電動機３１）の速度が変化率分だけ増加し、Ｂ機（誘導電動機３２）の速度が変化率分だけ減少している状態である。
また、図７において、Ｖ₁はＡ機（誘導電動機３１）の電圧を、Ｖ₂はＢ機（誘導電動機３２）の電圧を、Ｖは誘導電動機３１，３２の合計電圧を表している。インバータ２０の耐電圧により規定される電圧制限は、この例では１２０〔ボルト〕になっている。
なお、Ａ機を誘導電動機３２とし、Ｂ機を誘導電動機３１としても、Ａ機及びＢ機の電圧特性としては、図７のものと同じ特性が得られる。

図６及び図７の特性から、モータ角速度ω_raとモータ角速度ω_rbのうち遅い方を角速度検出値ω_rとすれば、
（１） 必要な回生トルクを発生させて（図６において合計回生トルクＴが目標回生トルクＴ^*に近くなり）、且つ、
（２） インバータの電圧制限を越えることなく（図７において合計電圧Ｖがインバータ２０により規定される電圧制限よりも小さくなり）、
２つの誘導電動機３１，３２に速度差が生じた場合でも、誘導電動機３１，３２を安定して回生運転可能であることがわかる。

つまり図６，図７の特性から、Ｂ機を基準としてＡ機の回転速度変化率が＋となるとき、換言するとＡ機よりもＢ機の回転速度が遅いときには、回転速度が遅いＢ機が、回生トルク特性及び電圧特性の観点から良好な運転ができることがわかる。

このため、第２の演算手法を採用して回生する場合には、誘導電動機３１のモータ角速度ω_raと誘導電動機３２のモータ角速度ω_rbのうち、遅い方を角速度検出値ω_rとして、誘導電動機３１，３２の回生運転の制御をする。

＜第３の演算手法＞
第３の演算手法では、誘導電動機３１，３２を駆動制御する場合において、
（１） 誘導電動機３１，３２の一方の回転速度変化率が、誘導電動機３１，３２の他方の回転数に対して、−３％〜＋３％となる運転状態では、前述した第１の演算手法を採用し
（２） 誘導電動機３１，３２の一方の回転速度変化率が、誘導電動機３１，３２の他方の回転数に対して、−３％〜＋３％となる運転状態を外れるときには、前述した第２の演算手法を採用する。

つまり、第３の演算手法では、
・ 第１の演算手法を採用したときには、図２に示すように、誘導電動機３１，３２の回転数差が小さいときに、合計トルクＴが目標トルクＴ^*に近くなり、
・ 第２の演算手法を採用したときには、図４に示すように、誘導電動機３１，３２の回転数差が大きくなっても、合計トルクＴが目標トルクＴ^*に近くなる、
というトルク特性に鑑み、第１と第２の演算手法の良いところを選択して、組み合わせたものである。

〔実施例２〕
図８は本発明の実施例２に係る、誘導電動機の駆動システムを示す構成図である。
実施例２では、誘導電動機３１の固定子巻線Ｕ₁，Ｖ₁，Ｗ₁と、誘導電動機３２の固定子巻線Ｕ₂，Ｖ₂，Ｗ₂は、相ごとに直列に接続されており、この直列接続された固定子巻線Ｕ₁，Ｖ₁，Ｗ₁及び固定子巻線Ｕ₂，Ｖ₂，Ｗ₂の結線状態は、Ｙ結線ではなく、Δ結線になっている。
他の部分の構成・動作は、図１に示すものと同じである。

結線状態を詳述すると、誘導電動機３１は固定子巻線Ｕ₁，Ｖ₁，Ｗ₁を備えている。このとき、固定子巻線Ｕ₁，Ｖ₁，Ｗ₁の一方の端子を端子Ｕ_1in，Ｖ_1in，Ｗ_1in、他方の端子を端子Ｕ_1out，Ｖ_1out，Ｗ_1outとする。
誘導電動機３２は固定子巻線Ｕ₂，Ｖ₂，Ｗ₂を備えている。このとき、固定子巻線Ｕ₂，Ｖ₂，Ｗ₂の一方の端子を端子Ｕ_2in，Ｖ_2in，Ｗ_2in、他方の端子を端子Ｕ_2out，Ｖ_2out，Ｗ_2outとする。

固定子巻線Ｕ₁，Ｖ₁，Ｗ₁の一方の端子Ｕ_1in，Ｖ_1in，Ｗ_1in及び固定子巻線Ｕ₂，Ｖ₂，Ｗ₂の他方の端子Ｕ_2out，Ｖ_2out，Ｗ_2outは、インバータ２０の出力端子（三相電流Ｉ_u，Ｉ_v，Ｉ_wを出力する端子）に接続されている。
このため、インバータ２０から、固定子巻線Ｕ₁，Ｖ₁，Ｗ₁の一方の端子Ｕ_1in，Ｖ_1in，Ｗ_1in及び固定子巻線Ｕ₂，Ｖ₂，Ｗ₂の他方の端子Ｕ_2out，Ｖ_2out，Ｗ_2outに、三相電流Ｉ_u，Ｉ_v，Ｉ_wが供給される。

誘導電動機３１の固定子巻線Ｕ₁，Ｖ₁，Ｗ₁の他方の端子Ｕ_1out，Ｖ_1out，Ｗ_1outと、誘導電動機３２の固定子巻線Ｕ₂，Ｖ₂，Ｗ₂の一方の端子Ｕ_2in，Ｖ_2in，Ｗ_2inは、相ごとに直列に接続されている。つまり、誘導電動機３１の固定子巻線Ｕ₁，Ｖ₁，Ｗ₁と、誘導電動機３２の固定子巻線Ｕ₂，Ｖ₂，Ｗ₂は、相ごとに直列に接続されている。

誘導電動機３２の固定子巻線Ｕ₂，Ｖ₂，Ｗ₂の他方の端子Ｕ_2out，Ｖ_2out，Ｗ_2outは、誘導電動機３１の固定子巻線Ｕ₁，Ｖ₁，Ｗ₁の一方の端子Ｕ_1in，Ｖ_1in，Ｗ_1inに、相をずらしてΔ結線されるように接続されている。

このようにして、直列接続された固定子巻線Ｕ₁，Ｕ₂，Ｖ₁，Ｖ₂，Ｗ₁，Ｗ₂の一方の端子（つまり固定子巻線Ｕ₁，Ｖ₁，Ｗ₁の一方の端子Ｕ_1in，Ｖ_1in，Ｗ_1in及び固定子巻線Ｕ₂，Ｖ₂，Ｗ₂の他方の端子Ｕ_2out，Ｖ_2out，Ｗ_2out）には、インバータ２０から三相電流Ｉ_u，Ｉ_v，Ｉ_wが供給される。

角速度検出器４０では、実施例１で説明した第１の演算手法，第２の演算手法及び第３の演算手法のいずれかを用いて、角速度検出値ω_rを求めている。

実施例２においても、実施例１と同様に、２つの誘導電動機３１，３２に速度差が生じた場合でも、必要なトルクを発生させて、且つ、インバータ２０の電圧制限を越えることなく、誘導電動機３１，３２を安定して運転することができる。

本発明の誘導電動機の駆動システムは、無人搬送車や電気車のみならず、１台のインバータに２台の誘導電動機を接続してベクトル制御により可変速運転をする各種のシステムに適用することができる。

１０ ベクトル制御部
２０ インバータ
２１ バッテリー
３０ モータ部
３１，３２ 誘導電動機
３３，３４ エンコーダ
４０ 角速度検出器

Claims (5)

1. 三相電圧指令に応じた三相電流を出力する１台のインバータと、
   前記三相電流が供給されることにより駆動する、第１の誘導電動機及び第２の誘導電動機と、
   前記第１の誘導電動機の回転速度に応じた第１のモータ角速度を出力する第１の速度検出器、及び、前記第２の誘導電動機の回転速度に応じた第２のモータ角速度を出力する第２の速度検出器と、
   前記第１のモータ角速度及び前記第２のモータ角速度を基に、角速度検出値を求めて出力する角速度検出器と、
   トルク電流指令及び励磁電流指令が入力されると共に、前記三相電流の電流値及び前記角速度検出値がフィードバックされて、前記三相電圧指令を出力するベクトル制御部とを有し、
   前記第１の誘導電動機の固定子巻線の一方の端子には前記インバータが接続されると共に、前記第１の誘導電動機の固定子巻線の他方の端子と前記第２の誘導電動機の固定子巻線の一方の端子は相ごとに直列に接続され、
   前記第１の誘導電動機及び前記第２の誘導電動機を駆動運転する際には、前記角速度検出器は、前記第１のモータ角速度と前記第２のモータ角速度を平均演算し、この平均演算したものを前記角速度検出値として出力することを特徴とする誘導電動機の駆動システム。
2. 三相電圧指令に応じた三相電流を出力する１台のインバータと、
   前記三相電流が供給されることにより駆動する、第１の誘導電動機及び第２の誘導電動機と、
   前記第１の誘導電動機の回転速度に応じた第１のモータ角速度を出力する第１の速度検出器、及び、前記第２の誘導電動機の回転速度に応じた第２のモータ角速度を出力する第２の速度検出器と、
   前記第１のモータ角速度及び前記第２のモータ角速度を基に、角速度検出値を求めて出力する角速度検出器と、
   トルク電流指令及び励磁電流指令が入力されると共に、前記三相電流の電流値及び前記角速度検出値がフィードバックされて、前記三相電圧指令を出力するベクトル制御部とを有し、
   前記第１の誘導電動機の固定子巻線の一方の端子には前記インバータが接続されると共に、前記第１の誘導電動機の固定子巻線の他方の端子と前記第２の誘導電動機の固定子巻線の一方の端子は相ごとに直列に接続され、
   前記第１の誘導電動機及び前記第２の誘導電動機を駆動運転する際には、前記角速度検出器は、前記第１のモータ角速度と前記第２のモータ角速度のうち速い方を前記角速度検出値として出力することを特徴とする誘導電動機の駆動システム。
3. 三相電圧指令に応じた三相電流を出力する１台のインバータと、
   前記三相電流が供給されることにより駆動する、第１の誘導電動機及び第２の誘導電動機と、
   前記第１の誘導電動機の回転速度に応じた第１のモータ角速度を出力する第１の速度検出器、及び、前記第２の誘導電動機の回転速度に応じた第２のモータ角速度を出力する第２の速度検出器と、
   前記第１のモータ角速度及び前記第２のモータ角速度を基に、角速度検出値を求めて出力する角速度検出器と、
   トルク電流指令及び励磁電流指令が入力されると共に、前記三相電流の電流値及び前記角速度検出値がフィードバックされて、前記三相電圧指令を出力するベクトル制御部とを有し、
   前記第１の誘導電動機の固定子巻線の一方の端子には前記インバータが接続されると共に、前記第１の誘導電動機の固定子巻線の他方の端子と前記第２の誘導電動機の固定子巻線の一方の端子は相ごとに直列に接続され、
   前記第１の誘導電動機及び前記第２の誘導電動機を駆動運転する際には、前記角速度検出器は、
   前記第１の誘導電動機に対する前記第２の誘導電動機の回転速度変化率が、予め決めた範囲にあるときには、前記第１のモータ角速度と前記第２のモータ角速度を平均演算し、この平均演算したものを前記角速度検出値として出力し、
   前記第１の誘導電動機に対する前記第２の誘導電動機の回転速度変化率が、予め決めた範囲を外れるときには、前記第１のモータ角速度と前記第２のモータ角速度のうち大きいものを前記角速度検出値として出力することを特徴とする誘導電動機の駆動システム。
4. 三相電圧指令に応じた三相電流を出力する１台のインバータと、
   前記三相電流が供給されることにより駆動する、第１の誘導電動機及び第２の誘導電動機と、
   前記第１の誘導電動機の回転速度に応じた第１のモータ角速度を出力する第１の速度検出器、及び、前記第２の誘導電動機の回転速度に応じた第２のモータ角速度を出力する第２の速度検出器と、
   前記第１のモータ角速度及び前記第２のモータ角速度を基に、角速度検出値を求めて出力する角速度検出器と、
   トルク電流指令及び励磁電流指令が入力されると共に、前記三相電流の電流値及び前記角速度検出値がフィードバックされて、前記三相電圧指令を出力するベクトル制御部とを有し、
   前記第１の誘導電動機の固定子巻線の一方の端子には前記インバータが接続されると共に、前記第１の誘導電動機の固定子巻線の他方の端子と前記第２の誘導電動機の固定子巻線の一方の端子は相ごとに直列に接続され、
   前記第１の誘導電動機及び前記第２の誘導電動機を回生運転する際には、前記角速度検出器は、前記第１のモータ角速度と前記第２のモータ角速度のうち遅い方を前記角速度検出値として出力することを特徴とする誘導電動機の駆動システム。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
   直列接続された前記第１の誘導電動機の固定子巻線と前記第２の誘導電動機の固定子巻線の結線状態は、Ｙ結線またはΔ結線となっていることを特徴とする誘導電動機の駆動システム。

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