JP6379817B2 - 電気推進システムの制御方法および制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、２台の充電可能な電池からなる電池電源と、２台の互いに機械的に結合された、特に互いに同軸結合された推進電動機と、各推進電動機にそれぞれ給電する２台の電力変換装置と、電池電源と電力変換装置との間に設けられた２系統の給電電路と、電池の独立給電動作および並列給電動作の切り替えを可能にすべく給電電路に設けられたスイッチ装置とを含む電気推進システムの制御方法および制御装置に関する。

この種の電気推進システムは、船舶の推進用プロペラを駆動する電気推進装置として公知である（例えば、特許文献１参照）。この場合、２台の電池を並列接続して給電を行う方法が一般的である。この場合、２台の電池が並列接続されているから、電池相互のアンバランスの発生はし難い。しかし両電池を並列接続するスイッチをＯＦＦした場合に、各推進電動機は、それぞれ付設の電力変換装置を介して、付設の電池から互いに独立して給電されるため、電池相互にアンバランスが発生することが想定される。電池アンバランスが発生した場合、両給電電路を接続するためにスイッチをＯＮすると、電池電圧の差によって突入電流が発生する。この突入電流を制限するのは、電池内部抵抗と電路抵抗の和である。しかし、大容量電気推進システムでは、使用される大容量電池の内部抵抗は極めて小さく、また、大電流を通電すべき給電電路の抵抗も極めて小さいことから、僅かな電池電圧の差であっても莫大な突入電流が流れて電池へ障害を与え、かつ、給電電路に配置した保護装置が作動するなどの障害発生が予想される。

特許第４９２３４８２号公報

本発明の課題は、２系統の給電電路を独立させて給電する動作状態であっても、２つの電池電圧にアンバランスを抑制する２台の推進電動機の出力もしくは負荷あるいはトルクの分担制御を実現することにより、電池容量低下、特性劣化、寿命劣化を抑制すると共に、電池の独立給電動作から並列給電動作に移行する際に、両電池電圧のアンバランスに起因する突入電流を抑制することを可能にする電気推進システムの制御方法および制御装置を提供することにある。

この課題は、方法発明に関しては、２台の充電可能な電池からなる電池電源と、２台の互いに機械的に結合された、特に互いに同軸結合された推進電動機と、各推進電動機にそれぞれ給電する２台の電力変換装置と、電池電源と電力変換装置との間に設けられた２系統の給電電路と、電池の独立給電動作および並列給電動作の切り替えを可能にすべく給電電路に設けられたスイッチ装置とを含む電気推進システムの制御方法において、電池の独立給電動作時に、各電力変換装置の受電電圧を検出し、両受電電圧が互いに一致するように少なくとも一方の電力変換装置を制御することにより両推進電動機の負荷分担を調整することによって解決される。

本発明による方法の実施形態に従って、各電力変換装置における電池電源からの受電電圧を検出し、両受電電圧の平均値を基準電圧とし、その基準電圧と各受電電圧との電圧偏差が零になるように各電力変換装置を制御することにより両推進電動機の負荷分担を調整すると有利である。

本発明による方法の他の実施形態に従って、電池の独立給電動作時に、各電力変換装置における電池電源からの受電電圧を検出し、一方側の電力変換装置の受電電圧を基準とし、一方側の電力変換装置の受電電圧と他方側の受電電圧との電圧偏差が零になるように、他方側の電力変換装置を制御することにより両推進電動機の負荷分担を調整することもできる。その際、基準とする一方側の電力変換装置として受電電圧の高い方の電力変換装置を選択することもできるし、それとは逆に、基準とする一方側の電力変換装置として受電電圧の低い方の電力変換装置を選択することもできる。それらの代わりに、一方側の電力変換装置および他方側の電力変換装置がそれぞれ予め固定選択されていてもよい。

本発明による方法の有利な実施形態では、両推進電動機の負荷分担の調整が、推進電動機のトルク又はそのトルクに関連する量を前記電圧偏差に応じて変化させることにより行われる。特に、推進電動機のトルク又はそのトルクに関連する量を各推進電動機に付設された回転速度調節器によって指令し、推進電動機のトルク又はそのトルクに関連する量を変化させるべく、回転速度調節器の指令を前記電圧偏差に応じて補正すると有利である。

本発明による方法の有利な実施形態では、推進電動機のトルク又はそのトルクに関連する量が電力変換装置の入力電流である。その際に、電力変換装置の入力電流を検出し、その検出された入力電流を、各推進電動機に付設された回転速度調節器から与えられた指令を補正することにより生成した入力電流指令値に一致させるように、入力電流のフィードバック制御を行うことが好ましい。

前記課題は、装置発明に関しては、２台の充電可能な電池からなる電池電源と、２台の互いに機械的に結合された、特に互いに同軸結合された推進電動機と、各推進電動機にそれぞれ給電する２台の電力変換装置と、電池電源と電力変換装置との間に設けられた２系統の給電電路と、電池の独立給電動作および並列給電動作の切り替えを可能にすべく給電電路に設けられたスイッチ装置とを含む電気推進システムの制御装置であって、制御装置が次のように構成されていること、即ち、電池の独立給電動作時に、各電力変換装置の受電電圧を検出し、両受電電圧が互いに一致するように少なくとも一方の電力変換装置を制御することにより両推進電動機の負荷分担を調整するよう構成されていることによって解決される。

本発明による制御装置の実施形態は、上述の本発明による制御方法の実施形態に対応してそれぞれ構成することができる。

本発明による制御装置の特に有利な実施形態では、制御装置が、各推進電動機の回転速度を制御すべく各推進電動機のトルク又はトルクに関連する量の指令信号を発生する２つまたは１つの回転速度調節器と、各回転速度調節器からの指令信号に従って各推進電動機のトルク又はトルクに関連する量を制御すべく付設の電力変換装置を制御する２つのトルク演算部と、各電力変換装置の受電電圧を検出する２つの電圧検出器と、両電圧検出器からの電圧検出信号に基づいて各電力変換装置のための受電電圧指令信号を出力する電圧制御指令部と、その電圧制御指令部からの受電電圧指令信号と付設の電圧検出器からの受電電圧検出信号との間の電圧偏差に応じて付設の回転速度調節部からの指令信号を補正する補正信号を付設のトルク演算部に与える２つのトルク補正部と、給電電路の並列給電動作時に両トルク補正部の動作を停止させる手段とから構成されている。

本発明による制御装置の他の実施形態によれば、前記電圧制御指令部が、両電圧検出器からの電圧検出信号の平均値を受電電圧指令信号として出力するように構成されている。
本発明による制御装置の他の実施形態によれば、前記電圧制御指令部は、両電圧検出器からの電圧検出信号のうち高い方の値を有する電圧検出信号を受電電圧指令信号として出力するように、あるいは両電圧検出器からの電圧検出信号のうち低い方の値を有する電圧検出信号を受電電圧指令信号として出力するように構成されている。それらの代わりに、更に別の実施形態によれば、前記電圧制御指令部は、両電圧検出器からの電圧検出信号のうち予め定められた電力変換装置側の電圧検出信号を受電電圧指令信号として出力するように構成されている。

更に、前記課題は、方法発明に関しては、２台の充電可能な電池からなる電池電源と、２台の互いに機械的に結合された、特に互いに同軸結合された推進電動機と、各推進電動機にそれぞれ給電する２台の電力変換装置と、電池電源と電力変換装置との間に設けられた２系統の給電電路と、電池の独立給電動作および並列給電動作の切り替えを可能にすべく給電電路に設けられたスイッチ装置とを含む電気推進システムの制御方法において、
各電池の独立給電動作時に両電池間の電圧差を検出し、その検出された電圧差に応じて、電圧の高い方の電池から給電される推進電動機のトルクを増大させて当該電池電圧を低下させ、かつ電圧の低い方の電池から給電される推進電動機のトルクを減少させて当該電池電圧を上昇させることによっても解決される。

両電池間の電圧差が予め与えられた閾値以下になったことを検出した際に、前記スイッチ装置による独立給電動作から並列給電動作への切り替えを許可するインターロック機能を設けるとよい。また、両電池間の電圧差の監視および表示を行い、かつ両電池間の電圧差が予め与えられた閾値以下になったことを検出した際に、前記スイッチ装置による独立給電動作から並列給電動作への切り替えを許可する信号の出力もしくは表示を行ってもよい。

更に、前記課題は、装置発明に関しては、２台の充電可能な電池からなる電池電源と、２台の互いに機械的に結合された、特に互いに同軸結合された推進電動機と、各推進電動機にそれぞれ給電する２台の電力変換装置と、電池電源と電力変換装置との間に設けられた２系統の給電電路と、電池の独立給電動作および並列給電動作の切り替えを可能にすべく給電電路に設けられたスイッチ装置とを含む電気推進システムの制御装置において、制御装置が、
各推進電動機の回転速度を調節すべく各推進電動機のトルク又はトルクに関連する量の指令信号を発生する回転速度調節手段と、
該回転速度調節手段からの指令信号に従って各推進電動機のトルク又はトルクに関連する量を調節すべく各推進電動機に付属する電力変換装置をそれぞれ制御する電力変換装置制御手段と、
各電池の独立給電動作時に両電池間の電圧差を検出する電圧差検出手段と、
該電圧差検出手段によって検出された電圧差に応じて、電圧の高い方の電池から給電される推進電動機のトルクを増大させかつ電圧の低い方の電池から給電される推進電動機のトルクを減少させるトルク補正信号を生成するトルク補正信号形成手段と、
該トルク補正信号に応じて前記回転速度調節手段からの指令信号を補正すべく各電力変換装置制御手段の前段部分にそれぞれ配置されたトルク補正手段と、
から構成されていることによっても解決される。

好ましい実施形態では、前記電圧差検出手段が、各電池の独立給電動作時に両電池の給電回路間に投入接続される外側の２つの外側端子と中間端子とを有する抵抗を含み、各外側端子と中間端子との間で、両電池間の電圧差に応じた互いに等しい大きさと互いに異なる極性とを有する２つの電圧差検出信号を取り出し得る電圧検出抵抗回路である。

更に、好ましい実施形態では、前記トルク補正信号手段は、前記電圧差検出手段からの電圧差検出信号と予め与えられた設定信号との偏差を零にするように作用するトルク補正用の調節器と、その設定信号を予め与えるトルク補正用の設定器とからなる。その際に、設定器において設定信号は通常０に設定される。

本発明による制御装置の個々の構成要素はハードウェアおよび／又はソフトウェアによって実現することができる。

本発明は、電池放電電流の増減により電池端子電圧が減増するという電池の電圧−電流特性を利用する。即ち、電池の独立給電動作時には、電力変換装置の受電電圧は電池端子電圧にほぼ等しく、電力変換装置の入力電流は電池放電電流に等しいので、電力変換装置の受電電圧は、電力変換装置の入力電流により変化する。また、推進電動機の負荷分担もしくは出力分担あるいはトルク分担の調整は、電力変換装置の入力電流の変化によって達成される。従って、電力変換装置の受電電圧は、推進電動機の負荷分担の調整により変化させることができる。それゆえ、本発明による制御方法によれば、各電池の独立給電動作時に、各電力変換装置の受電電圧を検出し、両受電電圧が互いに一致するように少なくとも一方の電力変換装置を制御することにより両推進電動機の出力分担もしくは負荷分担あるいはトルク分担を調整する。それによって、２系統の給電電路を独立させて給電する動作であっても、２台の電力変換装置の受電電圧を一致させることができる。即ち、両電池電圧を一致させる制御によって電池電圧アンバランスの発生を防止し、あるいは発生した電池電圧アンバランスをなくすことができるので、電池間の突入電流なしに並列給電動作へ移行することができる。

負荷分担の調整の際に、受電電圧の高い側では受電電圧を下げ、受電電圧の低い側では受電電圧を上げるように、両電力変換装置を互いに逆方向に制御しながら、両者の受電電圧を互いに等しい平均電圧レベルに収斂させることにより、機械的に結合された２台の推進電動機の合計出力の変化を抑制し、回転速度を維持することができる。その際に生じ得る誤差は、この種の電気推進システムで通常設けられている回転速度フィードバック制御系によって除去することができる。これに対して、推進電動機の負荷分担の調整を片側の電力変換装置の制御で行う場合には、基準とする受電電圧が高い方であるか又は低い方であるかに応じて、負荷分担の制御を行う側の電動機出力が増大もしくは減少し、回転速度が上昇もしくは低下しようとする。しかし、前述の回転速度フィードバック制御系は、回転速度を維持すべく、負荷分担の制御を行う側の電動機出力の増大もしくは減少を補うように、負荷分担の制御を行わない側の電動機出力を減少もしくは増大させる。かくして、片側制御の場合にも、両受電電圧は、双方が互いに相手方の値に接近していくので、平均電圧レベルに相当する等しい値に収斂する。

本発明による制御装置においても、本発明による制御方法に対応した効果を奏することができる。

図１は本発明による電気推進システムの制御装置の実施例を示すブロック図である。 図２は本発明による電気推進システムの制御装置の異なる実施例を示すブロック図である。 図３は推進電動機のトルクおよび電流の本発明による補正特性を示す特性曲線図である。 図４は受電電圧を均等化する本発明による制御方法の第１モード（モードＡ）を説明するための２つの電池の電圧−電流特性曲線図である。 図５は受電電圧を均等化する本発明による制御方法の第２モード（モードＢ）を説明するための２つの電池の電圧−電流特性曲線図である。 図６は受電電圧を均等化する本発明による制御方法の第３モード(モードＣ)を説明するための２つの電池の電圧−電流特性曲線図である。 図７は本発明による電気推進システムの制御装置の他の異なる実施例を概略的に示すブロック図である。 図８は図７による実施例の詳細を示すブロック図である。 図９は図７による実施例の差電圧検出部の原理を説明するための第１の等価回路図である。 図１０は図７による実施例の差電圧検出部の原理を説明するための第２の等価回路図である。 図１１は図７および図８による実施例の推進電動機のトルクおよび電流の補正特性の一例を示す特性図である。 図１２は図７および図８による実施例の受電電圧を均等化する方法を説明するための２つの電池の電圧−電流特性曲線図である。

以下において、図面に示す本発明による実施形態を参照しながら、本発明を更に詳細に説明する。

図１は、本発明による電気推進システムの制御装置の実施例を示す。この電気推進システムは、２台の充電可能な電池１，２からなる電池電源と、２台の互いに機械的に結合された推進電動機１３，１４と、各推進電動機１３，１４にそれぞれ給電する２台の電力変換装置９，１０と、電池１，２と電力変換装置９，１０との間に設けられた２系統の給電電路Ｌ１，Ｌ２と、電池１，２の独立給電動作および並列給電動作を可能にすべく給電電路Ｌ１，Ｌ２に設けられたスイッチ装置とから構成されている。このスイッチ装置は、ここでは、電池１側の給電電路Ｌ１に配置されたスイッチ３と、電池２側の給電電路Ｌ２に配置されたスイッチ４と、２系統の給電電路Ｌ１，Ｌ２間に配置されたスイッチ１８とから構成されている。

この電気推進システムは、例えば船舶の推進用プロペラを駆動する２台の推進電動機を有する船舶用電気推進システムとして構成されており、一般に、ここでは図示されていないが、更に、電池１，２のための２台の充電用発電機と、２系統の補機系統とを装備している。

両推進電動機１３，１４は、互いに機械的に結合されており、特にそれぞれに付属する回転速度検出器１５，１６と共に、共通の駆動軸１７にて結合されている。例えば３相誘導電動機又は３相同期電動機である各推進電動機１３，１４に付属する電力変換装置９，１０は、例えばＩＧＢＴからなる３相ＰＷＭインバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２として構成することができる。両電力変換装置９，１０の直流入力側には、それぞれ入力電流検出器７，８が設けられ、両電力変換装置９，１０の交流出力側には、それぞれ出力電流検出器１１，１２が設けられている。各電力変換装置９，１０が電池電源から受電する受電電圧は、それぞれ電圧検出器５，６によって検出される。

電力変換装置９，１０を介して推進電動機１３，１４の回転速度を制御するために、各推進電動機１３，１４に付属した速度調節器２１，２２が設けられ、両速度調節器２１，２２に対して共通な速度設定器２０が設けられている。速度調節器２１，２２は、入力点ａ１，ｂ１において、速度設定器２０からの共通な速度指令信号Ｎｓと、それぞれ回転速度検出器１５，１６からの回転速度検出信号Ｎｉ１，Ｎｉ２とを比較することにより、推進電動機１３，１４の回転速度のフィードバック制御を行う。速度調節器２１，２２は、入力点ａ１，ｂ１での比較結果により得た回転速度制御偏差に例えば比例積分演算を施してトルクもしくはそのトルクに関連する量を指令する出力信号ＩｓＲ１，ＩｓＲ２を発生する。

トルクもしくはそのトルクに関連する量を指令する信号ＩｓＲ１，ＩｓＲ２は、トルク演算部２７，２８に入力される。ここではトルクに関連する量として電力変換装置９，１０の入力電流ＩＭ１，ＩＭ２が用いられている。従って、トルク演算部２７，２８は、速度調節器２１，２２から受け取ったトルク指令信号ＩｓＲ１，ＩｓＲ２を、電力変換装置９，１０の入力電流ＩＭ１，ＩＭ２に対する電流指令値に相当する信号Ｉｓ１，Ｉｓ２に変換する。これらの信号Ｉｓ１，Ｉｓ２は、リミッタ３１，３２によって、制限値設定器２９，３０で設定された電流制限値ＩｓＬ１，ＩｓＬ２に制限されてから、入力電流指令信号ＩｓＥ１，ＩｓＥ２として、入力電流調節器３３，３４の入力点ａ３，ｂ３に導かれる。入力電流調節器３３，３４は、入力点ａ３，ｂ３において、入力電流指令信号ＩｓＥ１，ＩｓＥ２と、入力電流検出器７，８からの入力電流検出信号ＩＭ１，ＩＭ２とを比較することにより、電力変換装置９，１０の入力電流のフィードバック制御を行う。入力電流調節器３３，３４の後段には、更に出力電流調節器３５，３６を設けることができる。
出力電流調節器３５，３６は、入力点ａ４，ｂ４において、入力電流調節器３３，３４の出力信号ＩｓＭ１，ＩｓＭ２を出力電流指令信号として受け取って、出力電流検出器１１，１２からの出力電流検出信号Ｉｍ１，Ｉｍ２と比較することにより、電力変換装置９，１０の出力電流のフィードバック制御を行う。

各トルク演算部２７，２８には、本発明による制御方法を実現するために、それぞれトルク補正部２５および２６が付設されている。トルク補正部２５および２６の出力信号Ｔｅ１，Ｔｅ２は、トルク演算部２７，２８において、速度調節器２１，２２からのトルク指令信号を補正する働きをする。トルク補正部２５および２６は、電力変換装置９，１０の受電電圧ＶＭ１，ＶＭ２を調節する調節器として構成することができる。このために、トルク補正部２５および２６の入力点ａ２，ｂ２において、電圧検出器５，６によって検出された受電電圧検出信号ＶＭ１，ＶＭ２が、後述の電圧指令信号ＶＭＳ１，ＶＭＳ２と比較される。トルク補正部２５および２６の調節器動作により、受電電圧ＶＭ１，ＶＭ２は、それぞれ電圧指令信号ＶＭＳ１，ＶＭＳ２の値に向かって変化させられる。その際に、電圧指令信号ＶＭＳ１，ＶＭＳ２の値は、最終的にＶＭ１＝ＶＭ２が達成されるように与えられる。これについては後で詳しく説明する。

図１には、本発明による制御方法を実現する３つの「モードＡ」、「モードＢ」および「モードＣ」のうちいずれかが、モード切替スイッチ２４により選択できるように構成されている。しかし、各モードＡ〜Ｃは、それぞれ本発明による制御方法を単独で実現することを可能にするので、それぞれが本発明による制御方法の互いに異なる実施形態である。モード切替スイッチ２４では、それらのモードによる制御を行わない「切」の位置も選択可能である。モード切替スイッチ２４の操作は、電気推進システムの操作者によって行われる。モードＡ，Ｂ，Ｃのいずれかが選択されている場合、スイッチ１８がＯＦＦ、スイッチ３，４がＯＮであり、従って２系統の給電電路はそれぞれが独立給電状態にある。
「切」の位置が選択されている場合、スイッチ３，４および１８がＯＮであり、従って２系統の給電電路は並列給電状態にある。

本発明による制御方法を実現するために、更に電圧制御指令部２３が設けられている。
電圧制御指令部２３は、電圧判別部２３−１と、モードＡ部分２３−２と、モードＢ部分２３−３と、モードＣ部分２３−４とを含む。更に、電圧制御指令部２３に付属して監視表示部２３−５が設けられている。電圧判別部２３−１は電圧検出器５，６によって検出された受電電圧検出信号ＶＭ１，ＶＭ２を受け取って両者を比較し、大小判別信号を発生する。電圧判別部２３−１の出力信号は、一方では監視表示部２３−５に入力され、他方では、モードＡ部分２３−２、モードＢ部分２３−３、モードＣ部分２３−４に入力される。監視表示部２３−５の表示もしくは出力信号に基づいて、両受電電圧ＶＭ１，ＶＭ２の一致を確認することができる。

電圧制御指令部２３の各モード部分２３−２，２３−３，２３−４は、それぞれ両電圧検出器５，６からの受電電圧検出信号ＶＭ１，ＶＭ２と電圧判別部２３−１からの大小判別信号ＶＭＳとを受け取って、それぞれ給電電路Ｌ１側の電圧指令信号ＶＭＳ１および給電電路Ｌ２側の電圧指令信号ＶＭＳ２を演算して出力する。各モード部分の電圧指令信号ＶＭＳ１，ＶＭＳ２は、それぞれモード切替スイッチ２４によって制御されるスイッチを介して選択される。電圧指令信号ＶＭＳ１はトルク補正部２５の入力点ａ２に導かれ、電圧指令信号ＶＭＳ２はトルク補正部２６の入力点ｂ２に導かれる。並列給電動作時には、モード切替スイッチ２４は「切」の位置にあってＯＦＦ信号をトルク補正部２５，２６に与え、それによってトルク補正部２５，２６の出力信号Ｔｅ１，Ｔｅ２が０にされる。

独立給電動作時には、各電力変換装置９，１０の受電電圧ＶＭ１，ＶＭ２と電池１，２の端子電圧ＶＢ１，ＶＢ２との間にはＶＭ１＝ＶＢ１およびＶＭ２＝ＶＢ２が成り立ち、入力電流ＩＭ１，ＩＭ２と電池１，２の放電電流ＩＢ１，ＩＢ２との間にはＩＭ１＝ＩＢ１およびＩＭ２＝ＩＢ２が成り立つ。電動機１３，１４の出力Ｐ１，Ｐ２はＰ１＝ＶＭ１×ＩＭ１，Ｐ２＝ＶＭ２×ＩＭ２と表すことができる（効率１００％と仮定）。回転速度制御による電動機出力がＰ１＝Ｐ２であるとすれば、電池１の端子電圧ＶＢ１（受電電圧ＶＭ１）が電池２の端子電圧ＶＢ２（受電電圧ＶＭ２）よりも高い場合には、電池１側の放電電流ＩＢ１（入力電流ＩＭ１）よりも電池２側の放電電流（入力電流ＩＭ２）が大きい。即ち、ＶＭ１＞ＶＭ２の場合には、ＩＭ１＜ＩＭ２となる。これと逆の場合、即ちＶＭ１＜ＶＭ２の場合には、ＩＭ１＞ＩＭ２となる。

先ず、モードＡの原理と動作を図４に基づいて説明する。図４は、電池内部抵抗のために電池放電電流に応じて電池端子電圧が変化する電池特性を、電力変換装置の入力電流と受電電圧との関係（電路抵抗は無視）に置き換えており、ここでは２つの電池特性曲線ＶＢ１，ＶＢ２を用い、電池１の端子電圧ＶＢ１が電池電圧ＶＢ２よりも高い場合について示している。曲線ＶＢ１上の座標（ＩＭ１，ＶＭ１）が給電電路Ｌ１側の現在の動作点であり、曲線ＶＢ２上の座標（ＩＭ２，ＶＭ２）が給電電路Ｌ２側の現在の動作点である。
受電電圧の値ＶＭＥのレベルは、両電路の現在の受電電圧ＶＭ１，ＶＭ２の平均値レベルである。現在の受電電圧ＶＭ１は平均値ＶＭＥよりもΔＶＭＥだけ高く、現在の受電電圧ＶＭ２は平均値ＶＭＥよりもΔＶＭＥだけ低い。従って、
ＶＭＥ＝（ＶＭ１＋ＶＭ２）÷２ （１）
ΔＶＭＥ＝（ＶＭ１−ＶＭ２）÷２ （２）である。モードＡの原理は、受電電圧の高い方の電路Ｌ１に関しては、受電電圧ＶＭ１をΔＶＭＥだけ減らして平均値ＶＭＥへ低下させ、受電電圧の低い方の電路Ｌ２に関しては、受電電圧ＶＭ２をΔＶＭＥだけ増して平均値ＶＭＥへ上昇させて、両受電電圧を平均値ＶＭＥへ収斂させることにある。従って、電動機１３側、即ち電力変換装置９側の動作点は座標（ＩＭ１，ＶＭ１）から座標（ＩＭS１，ＶＭS１）へ移行し、電動機１４側、即ち電力変換装置１０側の動作点は座標（ＩＭ２，ＶＭ２）から座標（ＩＭS２，ＶＭS２）へ移行する。従って、
ＶＭS１＝ＶＭ１−ΔＶＭＥ＝ＶＭＥ （３）
ＶＭS２＝ＶＭ２＋ΔＶＭＥ＝ＶＭＥ （４）
である。

そこで、電圧制御指令部２３のモードＡ部分２３−２は、電動機１３，１４側、即ち電力変換装置９，１０側のために、それぞれ、
ＶＭＳ１＝ＶＭＥ （５）
ＶＭＳ２＝ＶＭＥ （６）
で表される電圧指令信号ＶＭＳ１，ＶＭＳ２を発生する。

電圧指令信号ＶＭＳ１，ＶＭＳ２は、トルク補正部２５，２６の入力点ａ２，ｂ２に導かれて、電圧検出器５，６からの受電電圧検出信号ＶＭ１，ＶＭ２と比較される。その比較によって、それぞれ、次の電圧偏差ε１，ε２が形成される。
ε１＝ＶＭＳ１−ＶＭ１＝ＶＭＥ−ＶＭ１＝−ΔＶＭＥ
＝−（ＶＭ１−ＶＭ２）÷２ （７）
ε２＝ＶＭＳ２−ＶＭ２＝ＶＭＥ−ＶＭ２＝ΔＶＭＥ
＝（ＶＭ１−ＶＭ２）÷２ （８）

トルク補正部２５，２６は、電圧偏差ε１，ε２が負極性の場合、受電電圧を低下させるべく、トルク、従って電力変換装置９，１０の入力電流を増大させる向きの補正信号Ｔｅ１，Ｔｅ２を発生する。逆に、電圧偏差ε１，ε２が正極性の場合、受電電圧を上昇させるべく、トルク、従って電力変換装置９，１０の入力電流を減少させる向きの補正信号Ｔｅ１，Ｔｅ２を発生するように設計されているものとする。

ＶＭ１＞ＶＭ２の場合に、式（７）によって与えられる電圧偏差ε１は負極性であり、従ってトルク演算部２７は、トルク補正部２５から受け取った補正信号Ｔｅ１に応じて、速度調節器２１から指令されるトルクを増方向に補正して、電力変換装置９の入力電流指令信号Ｉｓ１を上昇させる。これに対して、式（８）によって与えられる電圧偏差ε２は正極性であり、従ってトルク演算部２８は、トルク補正部２６から受け取った補正信号Ｔｅ２に応じて、速度調節器２２から指令されるトルクを減方向に補正して、電力変換装置１０の入力電流指令信号Ｉｓ２を低下させる。かくして、図４に示されているように、受電電圧が高い方の電力変換装置９側では、入力電流がＩＭ１からＩＭS１へ向かって増大し、その結果として受電電圧がＶＭ１からＶＭS１＝ＶＭＥへ向かって低下する。受電電圧が低い方の電力変換装置１０側では、入力電流がＩＭ２から値ＩＭS２へ向かって減少し、その結果として受電電圧がＶＭ２からＶＭS２＝ＶＭＥへ向かって上昇する。このようにして両受電電圧は互いに等しい平均値ＶＭＥに収斂する。なお、両受電電圧が一致した状態は監視表示部２３−５で確認することができる。

このように電力変換装置９側で入力電流がＩＭ１からＩＭS１へ向かって増大し、電力変換装置１０側で入力電流がＩＭ２から値ＩＭS２へ向かって減少することによって、電動機１３側では出力もしくはトルクの増加により回転速度が上昇方向へ変化しようとし、電動機１４側では出力もしくはトルクの減少により回転速度が低下方向に変化しようとする。しかし、両電動機１３，１４は軸１７で結合されているために、個々の電動機での出力もしくはトルクの増減があっても、それらの増減が相殺されて両電動機全体としての出力もしくはトルクの変化はなくて回転速度も変化せず、各電動機の負荷分担が変化するだけである。しかも、既述の速度調節器２１，２２による回転速度のフィードバック制御が行われるので、相殺誤差があったとしても、電動機１３側での増加した出力Ｐ１と電動機１４側の減少した出力Ｐ２との和は、設定器２０で指令された回転速度を保つ負荷分担で平衡することになる。即ち、電動機１３側の出力Ｐ１＝ＶＭＥ×ＩＭS１と、電動機１４側の出力Ｐ２＝ＶＭＥ×ＩＭS２とで運転されることになる。

逆に、ＶＭ１＜ＶＭ２の場合には、式（７）によって与えられる電圧偏差ε１は正極性であり、従ってトルク演算部２７は、トルク補正部２５から受け取った補正信号Ｔｅ１に応じて、速度調節器２１から指令されるトルクを減方向に補正して、電力変換装置９の入力電流指令信号Ｉｓ１を減少させる。これに対して、式（８）によって与えられる電圧偏差ε２は負極性であり、従ってトルク演算部２８は、トルク補正部２６から受け取った補正信号Ｔｅ２に応じて、速度調節器２２から指令されるトルクを増方向に補正して、電力変換装置１０の入力電流指令信号Ｉｓ２を増大させる。かくして、受電電圧が低い方の電力変換装置９側では、入力電流ＩＭ１が減少し、その結果として受電電圧ＶＭ１が上昇し、受電電圧が高い方の電力変換装置１０側では、入力電流ＩＭ２が増大し、その結果として受電電圧ＶＭ２が低下し、両受電電圧は互いに等しい平均値ＶＭＥに収斂する。なお、両受電電圧が一致した状態は監視表示部２３−５で確認することができる。

モードＡに関する以上の説明から解るように、電圧制御指令部２３のモードＡ部分２３−２が出力する電圧指令信号ＶＭＳ１およびＶＭＳ２が、両受電電圧ＶＭ１，ＶＭ２間の大小関係に依存して切り替える必要のない定まった式（５）および（６）によって与えられ、両受電電圧ＶＭ１，ＶＭ２の大小関係に応じた所望のトルク（電流）および電圧の補正方向が、前記式（７）および（８）によって与えられる電圧偏差の極性により定められることから、この電圧制御指令部２３のモードＡ部分２３−２の実施形態の場合、電圧判別部２３−１の出力信号ＶＭＳを省略することができる。

図３は、２台の同軸配置された推進電動機１３（ここではＭ１と呼ぶ）および１４（ここではＭ２と呼ぶ）についてトルクおよび電流補正特性の一例を示す。％表示により横軸には回転速度ｎが取られ、縦軸にはトルクＴおよび電流Ａがそれぞれ取られている。ここでは、トルクおよび電流が％表示により同等に扱われており、図１の実施例では電力変換装置９，１０の入力電流ＩＭ１，ＩＭ２が近似的にこのトルクおよび電流に相当するとみなされている。

図３において、上側実線曲線（「Ｍ１＋Ｍ２」と表示）は、２台の電動機Ｍ１およびＭ２の合計トルクの特性曲線を示し、回転速度１００％におけるトルク１００％の動作点が両電動機を合わせた上限動作点（Ｃ×２と表示）である。下側実線曲線（「Ｍ１＆Ｍ２均等」と表示）は、両電動機の出力均等状態において、１台当たりの電動機トルクの特性曲線を示し、回転速度１００％におけるトルク５０％のＣ動作点が１台の電動機の上限動作点である。この出力均等状態では回転速度７０％においてトルクが２５％レベルにある。
回転速度７０％におけるトルク２５％のＡ動作点から、電動機Ｍ１の方を＋５％増加の３０％トルクに補正して上側破線曲線（Ｍ１増と表示）上の＋Ａ動作点へ、電動機Ｍ２の方を−５％減少の２０％トルクに補正して下側破線曲線（Ｍ２減と表示）上の−Ａ動作点へ移行させると、同軸上に配置した電動機Ｍ１およびＭ２は、合計トルク＝３０％＋２０％＝５０％で運転されることになる。これは、両電動機Ｍ１およびＭ２の均等時のトルク２５％×２＝５０％と同じ電動機出力であるから、トルク補正を行っても回転速度は変わらずに運転されることになる。

同じく図３において、回転速度９０％におけるトルク４０％のＢ動作点から、電動機Ｍ１の方を＋１０％増加の５０％トルク（上限値）に補正して＋Ｂ動作点へ、電動機Ｍ２の方を−１０％減少の３０％トルクに補正して−Ｂ動作点へ移行させると、同軸上に配置した電動機Ｍ１およびＭ２は合計トルク＝５０％＋３０％＝８０％で運転されることになる。これは、両電動機Ｍ１およびＭ２の均等時のトルク４０％×２＝８０％と同じ電動機出力であるから、トルク補正を行っても回転速度は変わらずに運転されることになる。このとき、電動機Ｍ１は電動機１台の出力上限値５０％に達するため、これ以上は出力できないから、結果的に電動機Ｍ２との合計出力５０％＋３０％＝８０％以上の運転はできない。この場合に、電動機Ｍ１およびＭ２は、均等トルク４０％×２＝８０％と同じ電動機出力で運転されることになる。

次に、モードＢの原理を図５に基づいて説明する。図５は、図４と同様に、２つの電池特性曲線ＶＢ１，ＶＢ２を用い、電池１の端子電圧ＶＢ１が電池電圧ＶＢ２よりも高い場合について示し、曲線ＶＢ１上の座標（ＩＭ１，ＶＭ１）が給電電路Ｌ１側の現在の動作点であり、曲線ＶＢ２上の座標（ＩＭ２，ＶＭ２）が給電電路Ｌ２側の現在の動作点である。受電電圧の値ＶＭＥのレベルは、両電路の現在の受電電圧ＶＭ１，ＶＭ２の平均値レベルである。モードＢは、高い方の受電電圧を基準にして、低い方の受電電圧を高い方の受電電圧に一致させるべく、受電電圧の低い方のトルク（入力電流）を減少させる補正をすることにより、両受電電圧を一致させることを原理とする。

従って、電圧制御指令部のモードＢ部分２３−３は、電動機１３，１４側、即ち電力変換装置９，１０側のために、電圧判別部２３−１からの大小判別信号ＶＭＳに応じて、次の電圧指令信号ＶＭＳ１，ＶＭＳ２を発生する。
ＶＭ１＞ＶＭ２の場合、
ＶＭＳ１＝ＶＭ１ （５−１）
ＶＭＳ２＝ＶＭ１ （６−１）
ＶＭ１＜ＶＭ２の場合、
ＶＭＳ１＝ＶＭ２ （５−２）
ＶＭＳ２＝ＶＭ２ （６−２）

従って、モードＢにおいては、トルク補正部２５，２６の入力点ａ２，ｂ２で、次の電圧偏差ε１，ε２が形成される。
ＶＭ１＞ＶＭ２の場合、
ε１＝ＶＭＳ１−ＶＭ１＝ＶＭ１−ＶＭ１＝０ （７−１）
ε２＝ＶＭＳ２−ＶＭ２＝ＶＭ１−ＶＭ２＞０ （８−１）
ＶＭ１＜ＶＭ２の場合、
ε１＝ＶＭＳ１−ＶＭ１＝ＶＭ２−ＶＭ１＞０ （７−２）
ε２＝ＶＭＳ２−ＶＭ２＝ＶＭ２−ＶＭ２＝０ （８−２）

トルク補正部２５，２６は調節器として構成されているので、電圧偏差ε１，ε２が０の場合にはトルク補正部２５，２６による補正動作は行われない。また、モードＢにおいても、モードＡの場合と同様に、トルク補正部２５，２６は、電圧偏差ε１，ε２が負極性の場合、受電電圧を低下させるべく、トルク、従って電力変換装置９，１０の入力電流を増大させる向きの補正信号Ｔｅ１，Ｔｅ２を発生する。逆に、電圧偏差ε１，ε２が正極性の場合、受電電圧を上昇させるべく、トルク、従って電力変換装置９，１０の入力電流を減少させる向きの補正信号Ｔｅ１，Ｔｅ２を発生するように設計されている。

従って、モードＢにおいてＶＭ１＞ＶＭ２の場合には、電動機１３側では、ε１＝０であるから、トルク補正部２５による補正は行われず、（ＩＭ１，ＶＭ１）の動作点が継続されようとする。電動機１４側では、ε２＞０であるから、トルク補正部２６の補正信号Ｔｅ２がトルク（電力変換装置１０の入力電流ＩＭ２）を減らすようにトルク演算部２８に作用する。かくして電力変換装置１０の入力電流ＩＭ２を減少させる補正が行われ、受電電圧ＶＭ２が上昇する。これによって、図５に破線矢印で示すように、電動機１４側では、動作点が（ＩＭ２，ＶＭ２）から動作点（ＩＭＳ２Ｅ，ＶＭＳ２Ｅ）に向かって移動する（ただし、ＶＭＳ２Ｅ＝ＶＭ１）。

このとき電動機１４側では出力がＰ２＝ＶＭＳ２Ｅ×ＩＭＳ２Ｅに向かって低下するから、電動機１３側の出力がＰ１＝ＶＭ１×ＩＭ１のままであれば、軸１７で同軸結合された両電動機１３，１４の合計出力が低下して電動機回転速度が低下方向へ変化しようとする。しかし、２台の電動機１３，１４は速度調節器２１，２２によって回転速度フィードバック制御が行われているから、電動機回転速度が低下しないように、両電動機の合計出力の低下が抑制される。即ち、速度調節器２１からのトルク指令信号ＩｓＲ１の働きにより、電動機１４側の出力低下を補うべく電動機１３側が出力を増すよう制御されるので、図５に示すように、電動機１３側の動作点は（ＩＭ１，ＶＭ１）から（ＩＭＳ１Ｅ，ＶＭＥ）へ移行する。この電動機１３の出力増加に伴って、図５に示すように、電動機１４は前記動作点（ＩＭS２E，ＶＭS２E）の手前の動作点（ＩＭS２，ＶＭＥ）にとどまる。結果的に、同軸結合された両電動機の回転速度を保つために、電動機１３の出力がＰ１＝ＩＭS１×ＶＭＥとなり、電動機１４の出力がＰ２＝ＩＭS２×ＶＭＥとなる出力分担で運転が行われる。

なお、モードＢでは高い方の受電電圧ＶＭ１を基準として制御するので、電動機１３側では電圧偏差ε１＝０であるため補正信号Ｔｅ１は変化しなくても、前述のように速度調節器２１からのトルク指令信号ＩｓＲ１の働きにより、電動機１４側の出力低下を補うべく電動機１３側の出力を増すよう入力電流ＩＭ１が増される結果、受電電圧ＶＭ１は固定値ではなく、負荷分担状態に応じて低下方向に刻々変化する。電動機１４側では電圧偏差ε２（＝ＶＭ１−ＶＭ２）に応じたトルク補正部２６のトルク（入力電流）補正信号Ｔｅ２の働きにより、入力電流ＩＭ２が減らされる結果、受電電圧ＶＭ２は上昇方向に刻々変化する。それゆえ受電電圧ＶＭ１，ＶＭ２は双方から互いに接近してゆくので、図５に示すように、中間の平均値レベルＶＭＥにおいて電圧偏差ε２が０に達し、従って両受電電圧ＶＭ１，ＶＭ２は互いに等しい値ＶＭＥに収斂することになる。

モードＢにおいてＶＭ１＜ＶＭ２の場合には、ＶＭ１側とＶＭ２側との立場が逆になるだけで、ＶＭ１＞ＶＭ２の場合の説明と全く対応する動作が当てはまる。このように、モードＢでは電圧の高い方の受電電圧を基準として、その電圧の高い方の受電電圧に向かって電圧の低い方の受電電圧を上昇させることによって両受電電圧が一致させられる。その際に、回転速度のフィードバック制御により回転速度を保つように両電動機の出力分担が調整されて両受電電圧が一致した状態で両電動機の運転が行われる。なお、両受電電圧が一致した状態は監視表示部２３−５で確認することができる。

次に、モードＣの原理を図６に基づいて説明する。図６は、図４および図５と同様に、２つの電池特性曲線ＶＢ１，ＶＢ２を用い、電池１の端子電圧ＶＢ１が電池電圧ＶＢ２よりも高い場合について示し、曲線ＶＢ１上の座標（ＩＭ１，ＶＭ１）が給電電路Ｌ１側の現在の動作点であり、曲線ＶＢ２上の座標（ＩＭ２，ＶＭ２）が給電電路Ｌ２側の現在の動作点である。受電電圧の値ＶＭＥのレベルは、両電路の現在の受電電圧ＶＭ１，ＶＭ２の平均値レベルである。モードＣは、低い方の受電電圧を基準にして、高い方の受電電圧を低い方の受電電圧に一致させるべく、受電電圧の高い方のトルク（入力電流）を増加させる補正をすることにより、両受電電圧を一致させることを原理とする。

従って、電圧制御指令部のモードＣ部分２３−４は、電動機１３，１４側、即ち電力変換装置９，１０側のために、電圧判別部２３−１からの大小判別信号ＶＭＳに応じて、次の電圧指令信号ＶＭＳ１，ＶＭＳ２を発生する。
ＶＭ１＞ＶＭ２の場合、
ＶＭＳ１＝ＶＭ２ （５−３）
ＶＭＳ２＝ＶＭ２ （６−３）
ＶＭ１＜ＶＭ２の場合、
ＶＭＳ１＝ＶＭ１ （５−４）
ＶＭＳ２＝ＶＭ１ （６−４）

従って、トルク補正部２５，２６の入力点ａ２，ｂ２で、次の電圧偏差ε１，ε２が形成される。
ＶＭ１＞ＶＭ２の場合、
ε１＝ＶＭＳ１−ＶＭ１＝ＶＭ２−ＶＭ１＜０ （７−３）
ε２＝ＶＭＳ２−ＶＭ２＝ＶＭ２−ＶＭ２＝０ （８−３）
ＶＭ１＜ＶＭ２の場合、
ε１＝ＶＭＳ１−ＶＭ１＝ＶＭ１−ＶＭ１＝０ （７−４）
ε２＝ＶＭＳ２−ＶＭ２＝ＶＭ１−ＶＭ２＜０ （８−４）

トルク補正部２５，２６は調節器として構成されているので、電圧偏差ε１，ε２が０の場合にはトルク補正部２５，２６による補正動作は行われない。また、モードＡの場合説明したように、トルク補正部２５，２６は、電圧偏差ε１，ε２が負極性の場合、受電電圧を低下させるべく、トルク、従って電力変換装置９，１０の入力電流を増大させる向きの補正信号Ｔｅ１，Ｔｅ２を発生し、電圧偏差ε１，ε２が正極性の場合、受電電圧を上昇させるべく、トルク、従って電力変換装置９，１０の入力電流を減少させる向きの補正信号Ｔｅ１，Ｔｅ２を発生するように設計されている。

従って、モードＣにおいてＶＭ１＞ＶＭ２の場合には、電動機１４側では、ε２＝０であるから、トルク補正部２６による補正は行われず、（ＩＭ２，ＶＭ２）の動作点が継続されようとする。電動機１３側では、ε１＜０であるから、トルク補正部２５の補正信号Ｔｅ１がトルク（電力変換装置９の入力電流ＩＭ１）を増大させるようにトルク演算部２７に作用する。このようにして電力変換装置９の入力電流ＩＭ１を増大させる補正が行われて、受電電圧ＶＭ１が低下する。これによって、図６に破線矢印で示すように、電動機１３側では、動作点が（ＩＭ１，ＶＭ１）から動作点（ＩＭS１Ｅ，ＶＭS１Ｅ）に向かって移動する（ただし、ＶＭS１＝ＶＭ２）。

このとき電動機１３側では出力がＰ１＝ＶＭS１Ｅ×ＩＭS１Ｅに向かって上昇するから、電動機１４側の出力がＰ２＝ＶＭ２×ＩＭ２のままであれば、軸１７で同軸結合された両電動機１３，１４の合計出力が増大して電動機回転速度が上昇方向へ変化しようとする。しかし、２台の電動機１３，１４は速度調節器２１，２２によって回転速度フィードバック制御が行われているから、電動機回転速度が上昇しないように、両電動機の合計出力の増大が抑制される。即ち、速度調節器２２からのトルク指令信号ＩｓＲ２の働きにより、電動機１３側の出力増大を補うように電動機１４側の出力を減らすよう制御されるので、図６に示すように、電動機１４側の動作点が（ＩＭ２，ＶＭ２）から（ＩＭS２，ＶＭＥ）へ移行する。この電動機１４の出力減少に伴って、図６に示すように、電動機１３は前記動作点（ＩＭS１Ｅ，ＶＭS１Ｅ）の手前の動作点（ＩＭＳ１，ＶＭＥ）にとどまる。結果的に、同軸結合された両電動機の回転速度を保つために、電動機１３の出力がＰ１＝ＩＭＳ１×ＶＭＥとなり、電動機１４の出力がＰ２＝ＩＭＳ２×ＶＭＥとなる分担出力で運転が行われる。

なお、モードＣでは低い方の受電電圧ＶＭ２を基準として制御するので、電動機１４側では電圧偏差ε２＝０であるため補正信号Ｔｅ２は変化しないが、しかし前述のように速度調節器２２からのトルク指令信号ＩｓＲ２の働きにより、電動機１３側の出力増大を補うべく電動機１４側の出力を減らすよう入力電流ＩＭ２が減らされる結果、受電電圧ＶＭ２は固定値ではなく、負荷分担状態に応じて上昇方向に刻々変化する。電動機１３側では電圧偏差ε１（＝ＶＭ２−ＶＭ１）に応じたトルク補正部２５のトルク（入力電流）補正信号Ｔｅ１の働きにより、入力電流ＩＭ１が増される結果、受電電圧ＶＭ１は低下方向に刻々変化する。それゆえ受電電圧ＶＭ１，ＶＭ２は双方から互いに接近してゆくので、図６に示すように、中間の平均値レベルＶＭＥにおいて電圧偏差ε１が０に達し、従って両受電電圧ＶＭ１，ＶＭ２は互いに等しい値ＶＭＥに収斂することになる。

モードＣにおいてＶＭ１＜ＶＭ２の場合には、ＶＭ１側とＶＭ２側との立場が逆になるだけで、ＶＭ１＞ＶＭ２の場合の説明と全く対応する動作が当てはまる。このように、モードＣでは、電圧の高い方の電動機側の出力を上昇させて、電圧の高い方の電動機側の受電電圧を電圧の低い方の電動機側の受電電圧に向かって低下させることにより両受電電圧が一致するように制御するが、回転速度のフィードバック制御により回転速度を保つように両電動機の出力分担が制御されて両受電電圧が一致するように両電動機の運転が行われる。なお、両受電電圧が一致した状態は監視表示部２３−５で確認することができる。

更に、基準とする受電電圧を一方の受電電圧ＶＭ１又はＶＭ２に固定し、これに他方の受電電圧ＶＭ２又はＶＭ１を一致させるようにすることも考えられ得る。この場合に、電圧指令信号ＶＭＳ１，ＶＭＳ２は、検出した受電電圧ＶＭ１，ＶＭ２に関係なく、固定的に、例えば、
ＶＭＳ１＝ＶＭ１ （５−５）
ＶＭＳ２＝ＶＭ１ （６−５）
によって与えられ、従って比較点ａ２，ｂ２において、
ε１＝ＶＭＳ１−ＶＭ１＝ＶＭ１−ＶＭ１＝０ （７−５）
ε２＝ＶＭＳ２−ＶＭ２＝ＶＭ１−ＶＭ２ （８−５）
なる電圧偏差ε１，ε２が形成される。

この実施形態によれば、ＶＭ１＞ＶＭ２の場合には、高い方の受電電圧を基準にして、低い方の受電電圧を高い方の受電電圧に一致させるように、受電電圧の低い方のトルク（入力電流）を減少させる補正をすることにより、両受電電圧を一致させるというモードＢと同様の制御動作が行われ、ＶＭ１＜ＶＭ２の場合には、低い方の受電電圧を基準にして、高い方の受電電圧を低い方の受電電圧に一致させるように、受電電圧の高い方のトルク（入力電流）を増大させる補正をすることにより、両受電電圧を一致させるというモードＣと同様の制御動作が行われ、従って、これはモードＢとモードＣとを組み合わせたモードとなる。この場合に受電電圧ＶＭ１，ＶＭ２間の大小関係判別信号ＶＭＳは不要である。

図１に示すスイッチ１８をＯＮにして給電電路Ｌ１，Ｌ２を接続すれば、電池１と電池２との間のアンバランスは発生しない。従って、修正動作を行う必要がないから、モード切替スイッチ２４を「切」にして、ＯＦＦ信号をトルク補正部２７，２８に与えることにより、トルク修正動作を停止する。

前記した図１に示す実施例では、各推進電動機１３,１４に対応してそれぞれ速度調節器２１，２２を設けているが、この発明では、図２に示すように、２台の推進電動機１３，１４に共通に１つの速度調節器２１Ａを設けるようにすることもできる。そして、この速度調節器２１Ａのトルクまたはトルクに関連する量を指令する出力信号ＩｓＲは、２つのトルク演算部２７、２８に並列に入力される。このように、２台の推進電動機１３、１４に対して共通の１台の速度調節器２１Ａにより速度調節演算を行うようにすると、推進電動機１３，１４の速度をより安定に制御することが見込める。

図７は本発明による電気推進システムの制御装置の他の実施例を概略的に示すブロック図であり、図８はそれを詳細に示すブロック図である。この実施例では、図１に示した実施例の場合と制御装置の一部が相違しているだけで、その他の構成は一致している。従って、相違する点を中心に説明する。

図７の概略図には、電気推進システムの制御装置が１００で示されている。更に、この制御装置１００に含まれているトルク補正部１１０、電圧差検出部１２０、回転速度設定器２０が図示されている。電圧差検出部１２０は、図８に詳しく示されているように、３端子からなる電圧検出抵抗１２３によって構成され、その抵抗の２つの外側端子が、２系統の給電電路Ｌ１，Ｌ２間に配置されたスイッチ１８の両端にそれぞれスイッチ１２１，１２２を介して接続されている。スィッチ１２１，１２２はスイッチ１８と連動するｂ接点である。電圧検出抵抗１２３の全体抵抗値Ｒは、中間端子（ＶＭＤ０）によって２つの部分抵抗Ｒ１，Ｒ２に分割され、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ／２に選ばれている。

電池１の電圧ＶＢ１が電池２の電圧ＶＢ２よりも高い（ＶＢ１＞ＶＢ２）場合には、図９に示すように、部分抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して、電圧の高い電池Ｂ１から電圧の低い電池Ｂ２へ電流ＩＡ＝（ＶＢ１−ＶＢ２）÷（Ｒ１＋Ｒ２）が流れ、これに対して電池２の電圧ＶＢ２が電池１の電圧ＶＢ１よりも高い（ＶＢ１＞ＶＢ２）場合には、図１０に示すように、部分抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して、逆向きに電流ＩＢ＝（ＶＢ２−ＶＢ１）÷（Ｒ１＋Ｒ２）が流れる。この結果、部分抵抗Ｒ１，Ｒ２には、電池間の電圧差ΔＶ（＝ＶＢ１−ＶＢ２）の極性に応じた極性を有する電圧ＶＭＤ１，ＶＭＤ２が生じる（ＶＭＤ１＝ＶＭＤ２＝（ＶＢ１−ＶＢ２）／２＝ΔＶ／２）。更に、部分抵抗Ｒ１，Ｒ２にそれぞれ絶縁変換器１２５，１２６が接続されて、電圧ＶＭＤ１，ＶＭＤ２に対応した電圧差検出信号ＶＭ１，ＶＭ２が取り出される。

基準化した量（％表示）で扱うものとし、中間端子の電位ＶＭＤ０を基準（０電位）とすれば、電圧差検出信号ＶＭ１は電路Ｌ１の電圧（電位）に相当し、電圧差検出信号ＶＭ２は電路Ｌ２側の電圧（電位）に相当する。従って、ＶＭ１＝ＶＭＤ１、ＶＭ２＝ＶＭＤ２とした場合に、ＶＭ１＝ＶＭＤ１＝（ＶＢ１−ＶＢ２）／２＝ΔＶ／２、ＶＭ２＝−ＶＭＤ２＝−ΔＶ／２＝−（ＶＢ１−ＶＢ２）／２となる。即ち、電圧差検出信号ＶＭ１，ＶＭ２は、それぞれ電圧差ΔＶの大きさに比例する値を有すると共に、電圧差ΔＶの極性に応じて切り替わる互いに異なる極性を有する。

図７のトルク補正部１１０は、図８によれば、２つのトルク補正用調節器１１１，１１２と、トルク補正用設定器１１３とから構成されている。両電池間に電圧アンバランスが発生した場合、電圧差検出部１２０において、互いに異なる極性の電圧差信号ＶＭ１，ＶＭ２が検出される。設定器１１３の設定信号ＶＭ０は、電圧検出部１２０の電位ＶＭＤ０に相当し、これを基準電位として扱えば、ＶＭ０＝ＶＭＤ０＝０とすることができる。電圧差信号ＶＭ１は調節器１１１に、電圧差信号ＶＭ２は調節器１１２に与えられ、設定器１１３の値０の設定信号ＶＭ０が両調節器１１１，１１２に与えられる。

各調節器１１１，１１２は、それぞれ前記入力信号を制御偏差として、これに調節演算（例えば、比例積分演算）を施すことにより、それぞれトルク補正信号Ｔｅ１，Ｔｅ２を発生する。トルク補正信号Ｔｅ１，Ｔｅ２は、それぞれトルク演算器２７，２８の入力側の加算点ａ２，ｂ２において、それぞれ速度調節器２１，２２からの補正前のトルク指令信号ＩｓＲ１，ＩｓＲ２に加算される。各加算点ａ２，ｂ２での加算による補正後のトルク指令信号ＩｓＲ１，ＩｓＲ２は、それぞれトルク演算器２７，２８において入力電流指令信号Ｉｓ１，Ｉｓ２に変換される。

入力電流指令信号Ｉｓ１，Ｉｓ２は、リミッタ３１，３２によって場合によっては制限されて信号ＩｓＥ１，ＩｓＥ２が電流調節器３３，３４の比較点ａ３，ｂ３に入力される。

調節器１１１，１１２が出力するトルク補正信号Ｔｅ１，Ｔｅ２は、互いに異なる極性を有すると共に、それぞれは両電圧間の電圧差の極性に応じて切り替わる極性を有する。従って加算点ａ２，ｂ２でのトルク指令信号ＩｓＲ１，ＩｓＲ２へのトルク補正信号Ｔｅ１，Ｔｅ２の加算は、電圧の高い方の電池側ではトルクを増大させる極性で行われ、電圧の低い方の電池側ではトルクを減少させる極性で行われる。この結果、電圧の高い方の電池側ではトルクを増大させるべく入力電流が増されることにより、低い電池電圧の動作点に移行する。逆に、電圧の低い方の電池側ではトルクを減少させるべく入力電流が減らされることにより、高い電池電圧の動作点に移行する。次に、この動作原理を図１２に基づいて具体的に説明する。

図１２は、電池間電圧差がＶＢ１＞ＶＢ２である場合を例として、電動機Ｍ１，Ｍ２のトルク／入力電流に対する電池Ｂ１，Ｂ２の受電電圧の特性を示す。電動機Ｍ１は電池Ｂ１から給電を受けて補正前の動作点Ｍ１ａ（ＶＢ１）で運転し、電動機Ｍ２は電池Ｂ２から給電を受けて補正前の動作点Ｍ２ａ（ＶＢ２）で運転している。当然、両電池間の電圧ΔＶの差により、各推進電動機装置間に受電電圧差は生じるが、両電動機は回転速度制御されるから、電圧差によって電動機装置（電力変換装置）の入力電流に差が生じることになる。即ち、電圧が高い側（ここではＭ１側）の入力電流は小さく、電圧が低い側（ここではＭ２側）の入力電流は大きくなる。このアンバランス動作を放置すれば、アンバランス量が拡大して、既述の障害、不具合を与えることになる。

そこで、両電池間の電圧差ΔＶを０にするための補正を行うために、先ず電圧差検出部１２０において、電圧差検出信号ＶＭ１，ＶＭ２が検出される。補正前において、電動機Ｍ１側の動作点Ｍ１ａの受電電圧レベルと電動機Ｍ２側の受電電圧レベルとの中間の電圧レベルの電位が電圧差検出部１２０の電圧検出抵抗１２３の中間点の電位ＶＭＤ０であり、これはトルク補正部１１０の設定値ＶＭ０に相当する。従って、その中間点電位ＶＭＤ０を基準点として見れば、即ちＶＭＤ０＝０とすれば、ここでの例（ＶＢ１＞ＶＢ２）では、一方の電圧差検出信号ＶＭ１＝＋ＶＭＤ１は正極性となり、他方の電圧差検出信号ＶＭ２＝−ＶＭＤ２は負極性となる。

従って、調節器１１１，１１２による電圧差検出信号ＶＭ１，ＶＭ２をＶＭ０（＝０）にする働きによって、電圧の高い側の電動機トルク、従って入力電流（ここではＩＭ１）が大きくされ、電圧の低い側の電動機トルク、従って入力電流（ここではＩＭ２）が小さくされるので、図１２に示す如く、各電池の電流−電圧特性曲線に沿って、電圧の高い側の電路電圧は、補正前の動作点Ｍ１aから補正後の動作点Ｍ１ｂへ低下し、電圧の低い側の電路電圧は、補正前の動作点Ｍ２aから補正後の動作点Ｍ２ｂへ上昇し、その結果、両電路の電圧（電位）ＶＭ１，ＶＭ２は基準電位ＶＭＤ０＝ＶＭ０に向かって、即ち両電池間電圧差がＶＭ０（＝０）に向かって収束する。即ち、トルク補正用調節器１１１は電圧差ＶＭ１信号が０になるようにａ２点において正極性のトルク補正信号Ｔｅ１を与えて、トルク（入力電流）を増加させ、トルク補正用調節器１１２は電圧差ＶＭ２が０になるようにｂ２点において負のトルク補正信号Ｔｅ２を与えて、トルク（入力電流）を減少させることによって、両電池間の電圧差を０に収束させる。

図１１は推進電動機１３（Ｍ１）および１４（Ｍ２）のトルクおよび電流補正特性の一例を示す特性曲線図である。横軸に電動機回転速度が、縦軸に電動機トルクもしくは電動機電流が基準化された単位（％表示）で示されている。

図１１によれば、Ａレベル（例では７０％）の回転速度で運転するとき、各電動機のトルクが等しい場合は、各電動機Ｍ１，Ｍ２は等しい動作点Ａ０で動作し、２台合計では動作点ＡＥＵで動作する。両電池間に電圧差が発生した場合、Ｍ１側トルク（電流）を＋Ａへ増加させ（図１２では動作点がＭ１ａからＭ１ｂへ移行する）、Ｍ２側トルク（電流）を−Ａへ減少させる（図１２では動作点がＭ２ａからＭ２ｂへ移行する）。この動作によって、両電動機駆動用電力変換装置の入力電圧は図１２に示すＶＭ０に収束されて、２台の電動機の合計トルクは、同様に動作点ＡＥＵで動作することになる。このように各調節器１１１，１１２は両電動機Ｍ１，Ｍ２のトルク（電流）を補正制御して両電池間の電圧差が０になるように制御する。

図１１によれば、Ｂレベル（例では８０％）の回転速度で運転するとき、Ｍ１側トルク（電流）を＋Ｂへ増加させ（図１２では動作点がＭ１ａからＭ１ｂへ移行する）、Ｍ２側トルク（電流）を−Ｂへさせて減少させる（図１２では動作点Ｍ２ａからＭ２ｂへ移行する）。この動作によって、両電動機駆動用電力変換装置の入力電圧は図１２に示すＶＭ０に収束されて、２台の電動機の合計トルクは動作点ＢＥＵで動作することになる。このとき電動機Ｍ１は１電動機上限トルク（電流）に達し、即ち、補正されたトルク＋Ｂはトルク上限である。

回転速度Ｃ（例では１００％）で運転するとき、Ｍ１側トルク（電流）を増加させるべくトルク補正をしようとするが、既に＋Ｂでトルク上限に達しており、（図８のリミッタ３１の電流制限動作のために）それよりも大きいトルクレベルへの補正はできない。従って、この回転速度Ｃで運転するとき、Ｍ１側トルク（電流）は＋Ｂと同じ上限レベルにある＋Ｃで動作する。Ｍ２側のトルク補正は−Ｃであり、結局、２台電動機トルクはトルク不足状態で動作点ＣＥＵ点において回転速度Ｃで運転しなければならなくなる。

従って、動作状態を電圧差監視・表示器１３０で監視し、推進電動機を補正限界以下で運転することによって、両電池の電圧アンバランスを収束させることが好ましい。なお、電圧差監視・表示器１３０によって両電池電圧差が予め設定された閾値以下になったことを検出して信号ＳＷＯＫを出力することによって、スイッチ１８のＯＮを阻止するインターロックを解除すれば、スイッチ１８の投入時に電圧差による突入電流を防止することができる。このために電圧差監視・表示器１３０には、電圧検出器５，６によって検出された各電路の受電電圧ＶＬ１，ＶＬ２と、電圧差検出部１２０からの電圧差検出信号ＶＭ１，ＶＭ２と、トルク補正用設定器１１３からの設定信号ＶＭ０が入力されている。

１，２ 電地
３，４，１８ スイッチ装置
５，６ 電圧検出器
７，８ 入力電流検出器
９，１０ 電力変換装置
１１，１２ 出力電流検出器
１３，１４ 推進電動機
１５，１６ 回転速度検出器
１７ 駆動軸
１８ スイッチ
２０ 回転速度設定器
２１，２２ 速度調節器
２３ 電圧制御指令部
２３−１ 電圧判別部
２３−２ モードＡ部分
２３−３ モードＢ部分
２３−４ モードＣ部分
２３−５ 監視表示部
２４ モード切替スイッチ
２５，２６ トルク補正部
２７，２８ トルク演算部
２９，３０ 制限値設定器
３１，３２ リミッタ
３３，３４ 入力電流調節器
３５，３６ 出力電流調節器
１００ 制御装置
１１０ トルク補正部
１１１，１１２ トルク補正用調節器
１１３ トルク補正用設定器
１２０ 電圧差検出部
１２１，１２２ スイッチ
１２３ 電圧検出抵抗
１２５，１２６ 絶縁変換器
１３０ 電圧差監視・表示器
Ｌ１，Ｌ２ 給電電路
ＩＭ１，ＩＭ２ 入力電流（入力電流検出信号）
Ｉｓ１，Ｉｓ２ 入力電流指令信号
ＩｓＲ１，ＩｓＲ２ トルク指令信号
Ｎｓ 回転速度指令信号
Ｎｉ１，Ｎｉ２ 回転速度検出信号
Ｔｅ１，Ｔｅ２ トルク補正信号
ＶＬ１，ＶＬ２ 受電電圧検出信号
ＶＭ１，ＶＭ２ 受電電圧検出信号又は電圧差検出信号
ＶＭＳ１，ＶＭＳ２ 電圧指令信号
ＶＭＥ 受電電圧平均値
ＶＭＤ１，ＶＭＤ２ 電圧降下
ＶＭ０ 設定値

Claims (22)

1. ２台の充電可能な電池からなる電池電源と、２台の互いに機械的に結合された、特に互いに同軸結合された推進電動機と、各推進電動機にそれぞれ給電する２台の電力変換装置と、電池電源と電力変換装置との間に設けられた２系統の給電電路と、電池の独立給電動作および並列給電動作の切り替えを可能にすべく給電電路に設けられたスイッチ装置とを含む電気推進システムの制御方法において、電池の独立給電動作時に、各電力変換装置の受電電圧を検出し、両受電電圧が互いに一致するように少なくとも一方の電力変換装置を制御することにより両推進電動機の負荷分担を調整することを特徴とする電気推進システムの制御方法。
2. 電池の独立給電動作時に、各電力変換装置における電池電源からの受電電圧を検出し、両受電電圧の平均値を基準とし、その平均値と各受電電圧との電圧偏差が零になるように、各電力変換装置を制御することにより両推進電動機の負荷分担を調整することを特徴とする請求項１記載の電気推進システムの制御方法。
3. 電池の独立給電動作時に、各電力変換装置における電池電源からの受電電圧を検出し、一方側の電力変換装置の受電電圧を基準とし、一方側の電力変換装置の受電電圧と他方側の受電電圧との電圧偏差が零になるように、他方側の電力変換装置を制御することにより両推進電動機の負荷分担を調整することを特徴とする請求項１記載の電気推進システムの制御方法。
4. 基準とする一方側の電力変換装置として受電電圧の高い方の電力変換装置を選択することを特徴とする請求項３記載の電気推進システムの制御方法。
5. 基準とする一方側の電力変換装置として受電電圧の低い方の電力変換装置を選択することを特徴とする請求項３記載の電気推進システムの制御方法。
6. 一方側の電力変換装置および他方側の電力変換装置がそれぞれ予め固定選択されていることを特徴とする請求項３記載の電気推進システムの制御方法。
7. 両推進電動機の負荷分担の調整が、推進電動機のトルク又はそのトルクに関連する量を前記電圧偏差に応じて変化させることにより行われることを特徴とする請求項２乃至６の１つに記載の電気推進システムの制御方法。
8. 推進電動機のトルク又はそのトルクに関連する量を各推進電動機に付設された回転速度調節器によって指令し、推進電動機のトルク又はそのトルクに関連する量を変化させるべく、回転速度調節器の指令を前記電圧偏差に応じて補正することを特徴とする請求項７記載の電気推進システムの制御方法。
9. 推進電動機のトルク又はそのトルクに関連する量が、電力変換装置の入力電流であることを特徴とする請求項７乃至８の１つに記載の電気推進システムの制御方法。
10. 電力変換装置の入力電流を検出し、その検出された入力電流を、各推進電動機に付設された回転速度調節器から与えられる指令を補正することにより生成した入力電流指令値に一致させるように、入力電流のフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項７乃至９の１つに記載の電気推進システムの制御方法。
11. ２台の充電可能な電池からなる電池電源と、２台の互いに機械的に結合された、特に互いに同軸結合された推進電動機と、各推進電動機にそれぞれ給電する２台の電力変換装置と、電池電源と電力変換装置との間に設けられた２系統の給電電路と、電池の独立給電動作および並列給電動作の切り替えを可能にすべく給電電路に設けられたスイッチ装置とを含む電気推進システムの制御装置であって、制御装置が、電池の独立給電動作時に、各電力変換装置の受電電圧を検出し、両受電電圧が互いに一致するように少なくとも一方の電力変換装置を制御することにより両推進電動機の負荷分担を調整するよう構成されていることを特徴とする電気推進システムの制御装置。
12. 制御装置が、各推進電動機の回転速度を制御すべく各推進電動機のトルク又はトルクに関連する量の指令信号を発生する２つまたは１つの回転速度調節器と、各回転速度調節器からの指令信号に従って各推進電動機のトルク又はトルクに関連する量を制御すべく付設の電力変換装置を制御する２つのトルク演算部と、各電力変換装置の受電電圧を検出する２つの電圧検出器と、両電圧検出器からの電圧検出信号に基づいて各電力変換装置のための受電電圧指令信号を出力する電圧制御指令部と、その電圧制御指令部からの受電電圧指令信号と付設の電圧検出器からの受電電圧検出信号との間の電圧偏差に応じて付設の回転速度調節部からの指令信号を補正する補正信号を付設のトルク演算部に与える２つのトルク補正部と、給電電路の並列給電動作時に両トルク補正部の動作を停止させる手段とから構成されていることを特徴とする請求項１１記載の電気推進システムの制御装置。
13. 前記電圧制御指令部は、両電圧検出器からの電圧検出信号の平均値を受電電圧指令信号として出力することを特徴とする請求項１２記載の制御装置。
14. 前記電圧制御指令部は、両電圧検出器からの電圧検出信号のうち高い方の値を有する電圧検出信号を受電電圧指令信号として出力するように構成されていることを特徴とする請求項１２記載の制御装置。
15. 前記電圧制御指令部は、両電圧検出器からの電圧検出信号のうち低い方の値を有する電圧検出信号を受電電圧指令信号として出力するように構成されていることを特徴とする請求項１２記載の制御装置。
16. 前記電圧制御指令部は、両電圧検出器からの電圧検出信号のうち予め定められた電力変換装置側の電圧検出信号を受電電圧指令信号として出力するように構成されていることを特徴とする請求項１２記載の制御装置。
17. ２台の充電可能な電池からなる電池電源と、２台の互いに機械的に結合された、特に互いに同軸結合された推進電動機と、各推進電動機にそれぞれ給電する２台の電力変換装置と、電池電源と電力変換装置との間に設けられた２系統の給電電路と、電池の独立給電動作および並列給電動作の切り替えを可能にすべく給電電路に設けられたスイッチ装置とを含む電気推進システムの制御方法において、
    各電池の独立給電動作時に両電池間の電圧差を検出し、その検出された電圧差に応じて、電圧の高い方の電池から給電される推進電動機のトルクを増大させて当該電池電圧を低下させ、かつ電圧の低い方の電池から給電される推進電動機のトルクを減少させて当該電池電圧を上昇させることを特徴とする電気推進システムの制御方法。
18. 両電池間の電圧差が予め与えられた閾値以下になったことを検出した際に、前記スイッチ装置による独立給電動作から並列給電動作への切り替えを許可するインターロック機能を有することを特徴とする請求項１７記載の電気推進システムの制御方法。
19. 両電池間の電圧差の監視および表示を行い、かつ両電池間の電圧差が予め与えられた閾値以下になったことを検出した際に前記スイッチ装置による独立給電動作から並列給電動作への切り替えを許可する信号の出力もしくは表示を行うことを特徴とする請求項１７又は１８記載の電気推進システムの制御方法。
20. ２台の充電可能な電池からなる電池電源と、２台の互いに機械的に結合された、特に互いに同軸結合された推進電動機と、各推進電動機にそれぞれ給電する２台の電力変換装置と、電池電源と電力変換装置との間に設けられた２系統の給電電路と、電池の独立給電動作および並列給電動作の切り替えを可能にすべく給電電路に設けられたスイッチ装置とを含む電気推進システムの制御装置において、制御装置が、
    各推進電動機の回転速度を調節すべく各推進電動機のトルク又はトルクに関連する量の指令信号を発生する回転速度調節手段と、
    該回転速度調節手段からの指令信号に従って各推進電動機のトルク又はトルクに関連する量を調節すべく各推進電動機に付属する電力変換装置をそれぞれ制御する電力変換装置制御手段と、
    各電池の独立給電動作時に両電池間の電圧差を検出する電圧差検出手段と、
    該電圧差検出手段によって検出された電圧差に応じて、電圧の高い方の電池から給電される推進電動機のトルクを増大させかつ電圧の低い方の電池から給電される推進電動機のトルクを減少させるトルク補正信号を生成するトルク補正信号形成手段と、
    該トルク補正信号に応じて前記回転速度調節手段からの指令信号を補正すべく各電力変換装置制御手段の前段部分にそれぞれ配置されたトルク補正手段と、
    から構成されていることを特徴とする電気推進システムの制御装置。
21. 前記電圧差検出手段は、各電池の独立給電動作時に各電池の給電電路にそれぞれ接続される２つの外側端子と１つの中間端子とを有する電圧検出抵抗を含み、２つの外側端子と中間端子との間において、好ましくはそれぞれ絶縁変換器を介して、両電池間の電圧差に対応する２つの電圧差検出信号を取り出し得る電圧検出抵抗回路であることを特徴とする請求項２０記載の電気推進システムの制御装置。
22. 前記トルク補正信号形成手段は、前記電圧差検出手段からの電圧差検出信号と予め与えられた設定信号との偏差を零にするように作用するトルク補正用調節器と、その設定信号を予め与えるトルク補正用設定器とからなることを特徴とする請求項２０又は２１記載の電気推進システムの制御装置。
    

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