JP7309059B2 - モータ駆動システム及びモータ駆動方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、モータ駆動システム及びモータ駆動方法に関する。

電力変換装置とモータ（回転電機）とを組み合わせて、モータを駆動するモータ駆動システムにおいて、電力変換装置の制御状態とモータの固有周波数の関係により、モータから不要な騒音や振動が発生することがある。モータ駆動システムでは、このような振動が生じないことが望まれている。モータ駆動システムを据え付けた後に、モータに上記の振動が生じないように、機械的又は電気的な手法で調整することがあるが、容易に実施できないことがあった。

特開２０１９－６８６６６号公報

本発明の目的は、モータを駆動することによる騒音や振動の発生を抑制するモータ駆動システム及びモータ駆動方法を提供することである。

実施形態のモータ駆動システムは、電力変換器、状態検出器、周波数演算器、周波数補正指令生成器、駆動量制限器、及び速度制御器を備える。電力変換器は、ＰＷＭ制御によってモータを駆動させる。状態検出器は、前記モータの駆動状態を検出する。周波数演算器は、前記駆動状態を示す指標値を用いて、前記駆動状態に係り変動する特定の周波数成分の大きさを検出する。周波数補正指令生成器は、前記駆動状態の周期性変動の検出結果に基づいて、前記ＰＷＭ制御に用いるキャリア周波数の補正指令を生成する。駆動量制限器は、前記モータの駆動量を制限する。前記駆動量制限器は、前記キャリア周波数を上げる方向に探索する場合には、前記モータの巻線に流す電流の大きさの上限値を、予め定められた上限電流値よりも下げる方向に調整する。速度制御器は、前記制限に応じて、速度指令値と、前記モータの回転子速度とに基づいた電流基準を生成する。

第１の実施形態に係るモータ駆動システムを例示するブロック図である。 第１の実施形態のキャリア周波数に応じた出力電流のディレーティングについて説明するための図である。 第１の実施形態の速度制御に関する処理のフローチャートである。 第１の実施形態の速度制御に関する処理のフローチャートである。 第１の実施形態の速度制御に関する処理のフローチャートである。 第１の実施形態の速度制御に関する処理のフローチャートである。 第１の実施形態の速度制御に関する処理のフローチャートである。 第２の実施形態に係るモータ駆動システムを例示するブロック図である。 第３の実施形態に係るモータ駆動システムを例示するブロック図である。

以下、実施形態のモータ駆動システム及びモータ駆動方法について、図面を参照して説明する。
なお、図面は模式的又は概念的なものであり、各部の機能の配分などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。

なお、本願明細書と各図において、同一又は類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それら構成の重複する説明は省略する場合がある。
実施形態において「接続されている」とは、電気的に接続されていることを含む。「ＸＸに基づく」とは、「少なくともＸＸに基づく」ことを意味し、ＸＸに加えて別の要素に基づく場合も含み得る。「ＸＸに基づく」とは、ＸＸを直接に用いる場合に限定されず、ＸＸに対して演算や加工が行われたものに基づく場合も含み得る。「ＸＸ又はＹＹ」とは、ＸＸとＹＹのうち何れか一方の場合に限定されず、ＸＸとＹＹの両方の場合も含み得る。これは選択的要素が３つ以上の場合も同様である。「ＸＸ」及び「ＹＹ」は、任意の要素（例えば任意の情報）である。「電力変換器」は、交流を出力する電力変換器であって、例えば、インバータ、ＡＣ／ＡＣコンバータなどが含まれる。「モータ」は、交流電力によって駆動される回転電機であり、ＶＶＶＦ制御などにより速度制御される。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るモータ駆動システム１を例示するブロック図である。
図１には、振動抑制制御装置３０の構成に加え、モータ速度制御装置２０の構成が合わせて示されている。なお、振動抑制制御装置３０は、モータ速度制御装置２０と同一の筐体や盤内に収納されていてもよいし、物理的に分離された別の筐体等に収納されていてもよい。例えば、モータ駆動システム１は、モータ速度制御装置２０と、振動抑制制御装置３０とを備える。

図１に示すように、モータ速度制御装置２０は、モータ２、速度検出器４、及び振動抑制制御装置３０に接続されている。モータ速度制御装置２０は、速度検出器４によって検出されたモータ２の実際の速度を、別に供給される速度指令値に一致するように、モータ２を制御する。モータ速度制御装置２０は、振動抑制制御装置３０から供給される補正値に従って、動作パラメータを設定することによって、モータ２及びモータ2によって駆動される機械負荷の共振による振動を抑制して動作することができる。以下、モータ２及びモータ2によって駆動される機械負荷に生じる共振のことを、単に、モータ２の共振という。モータ２及びモータ２によって駆動される機械負荷に生じる共振には、連結された軸を介した軸ねじり振動系の共振が含まれてもよい。補正によって調整される動作パラメータについては、後述する。

モータ２は、その回転軸と機械負荷とが連結軸で接続されている。モータ２の駆動トルクは、連結軸を介して機械負荷に伝達される。モータ速度制御装置２０は、モータ２を可変速制御して駆動する。例えば、モータ２は、交流電力で駆動されるモータであり、誘導電動機や同期電動機等である。例えば、モータ速度制御装置２０は、誘導電動機や同期電動機等を駆動するインバータ装置である。

モータ速度制御装置２０は、速度制御器５と、電流制御器６と、電力変換器７と、を含む。

速度制御器５は、速度指令値とモータ２の速度検出器４で検出した速度との速度偏差に所定の速度応答ゲインを乗じて駆動トルクの指令値を生成する。速度指令値は、例えばプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）等の上位制御装置から供給される。速度制御器５には、後段のＰＷＭ制御の過変調状態を制限するために出力値を制限するリミッタが設けられている。リミッタによる制限値は、制御により調整することができる動作パラメータの一例である。速度制御器５のより具体的な構成は、後述する。

電流制御器６は、速度制御器５の出力に接続されている。電流制御器６は、速度制御器５から供給される駆動トルクの指令値と、モータ２に供給されるトルク電流成分との差に応じて生成される制御量を出力する。

電力変換器７は、電流制御器６の出力に接続されている。例えば、電力変換器７は、ＰＷＭ制御器７ＰＷＭと、変換器本体７ＩＮＶを備える。電力変換器７は、ＰＷＭ制御器７ＰＷＭによるＰＷＭ制御によって、変換器本体７ＩＮＶを制御する。これにより、電力変換器７は、ＰＷＭ制御によってモータを駆動させることができる。電力変換器７は、電流制御器６によって生成された制御量に応じてモータ２を駆動する電圧及び電流を出力するとよい。

例えば、電力変換器７の出力に接続される配線には、各相の相電流を夫々検出する変流器７ＣＴが設けられている。変流器７ＣＴは、３相交流の各相の配線のうち少なくとも２相の配線に設けられていてもよい。電力変換器７は、変流器７ＣＴによって検出された相電流の瞬時値を取得して、検出結果を電流制御器６と振動抑制制御装置３０とに供給する。変流器７ＣＴと電力変換器７は、状態検出器の一例である。

振動抑制制御装置３０は、供給された相電流の瞬時値のデータに基づいて、モータ２に共振が発生しているか否かを判定する。振動抑制制御装置３０は、モータ２に共振が発生している場合には、速度制御器５の制限値を補正し、あるいは、電力変換器７のＰＷＭ制御のキャリア周波数を補正する。

振動抑制制御装置３０の構成について詳細に説明する。
振動抑制制御装置３０は、例えば、周波数演算器９（変動検出器）と、共振判定器１０と、駆動量制限器１１と、周波数補正指令生成器１２と、応答特性判定器１３とを備える。

周波数演算器９の入力は、電力変換器７に接続されている。周波数演算器９は、電力変換器７から供給される駆動状態を示す指標値を用いて、駆動状態に係り変動する特定の周波数成分の大きさを検出する。例えば、周波数演算器９は、電力変換器７によって検出された時間領域の相電流のデータを、周波数領域のデータに変換する。周波数演算器９は、例えば、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform、高速フーリエ変換）アナライザである。なお、周波数演算器９は、これに限らず、周波数帯毎の信号成分の大きさを検出するフィルタバンクを含めて構成してもよい。

共振判定器１０は、周波数演算器９の出力に接続されている。共振判定器１０は、周波数領域のデータに基づいて、モータ２に共振による振動が生じている（以下、単に共振を生じる、ともいう）か否かを判定する。

例えば、共振判定器１０は、周波数に無関係な相電流に関するしきい値Ｔ０を有する。共振判定器１０は、周波数領域の相電流のデータがこのしきい値Ｔ０以上の場合に、共振を生じていると判定する。

例えば、共振判定器１０は、電力変換器７のキャリア周波数及びその高調波成分を判定のための周波数として用いる。例えば、電力変換器７のキャリア周波数ｆｃ、モータ２の運転周波数ｆ０とした場合に、判定のための周波数ｆｎは、ｎ×（ｆｃ±ｆ０）、ｎ＝１，２，３，…（自然数）に設定される。共振判定器１０は、判定のための周波数ｆｎ毎にしきい値Ｔｎが予め設定される。

なお、判定のための周波数ｆｎの設定は、上述に限らず、適切に設定することができる。周波数ｆｎは、ｎ×（ｆｃ±ｆ０）に対して、例えばｎ×（ｆｃ±ｋ×ｆ０）（ｋ＞１）のように、さらに範囲を広げて設定してもよい。また、ｆｃ＞＞ｆ０の場合等には、周波数ｆｎ＝ｎ×ｆｃのように設定してもよい。

共振判定器１０は、ｆｎの周波数の何れかで、設定されたしきい値Ｔｎ以上の相電流のデータが検出された場合には、キャリア周波数に基づく相電流のリップルによる共振を生じていると判定してもよい。共振判定器１０は、周波数ｆｎの何れにおいても設定されたしきい値Ｔｎ以上の相電流のデータを検出しない場合には、速度応答ゲインによる共振を生じていないものと判定する。

共振判定器１０の出力には、駆動量制限器１１及び周波数補正指令生成器１２がそれぞれ接続されている。

まず、駆動量制限器１１について説明する。共振判定器１０は、共振が生じていると判定した場合には、第１イネーブル信号を駆動量制限器１１に供給する。第１イネーブル信号は、共振が生じていることを駆動量制限器１１に通知して、駆動量制限器１１による制限値の調整を活性化するための信号である。駆動量制限器１１は、第１イネーブル信号の値に応じて、駆動量の制限値の新たな補正値を生成して、速度制御器５に補正値を供給することで、モータ２の駆動量を制限する。

より具体的には、所定の規則に従ってキャリア周波数ｆｃを上げる方向に探索する場合には、駆動量制限器１１は、モータ２の巻線に流す電流（相電流）の大きさの上限値を、予め定められた上限電流値よりも下げる方向に調整するとよい。

キャリア周波数ｆｃの標準値（標準キャリア周波数ｆｃ０という。）から下限キャリア周波数までは、電力変換器７の出力電流を制限する必要はない。これに対して、キャリア周波数ｆｃを標準値から上げると、電力変換器７における変換ロスが増える。そのため、出力電流を制限して電力変換器７を使用することが必要になる。仮に、電力変換器７の出力電流を制限せずに定格出力電流を出力している状態で、キャリア周波数ｆｃを標準値から上げると電力変換器７が破損する場合がある。そこで、本実施形態では、標準のキャリア周波数ｆｃ０からキャリア周波数ｆｃに増加させたときの周波数調整分をΔｆｃで示すと、その比率（Δｆｃ／ｆｃ０）分に応じて、電力変換器７の出力電流の上限値（リミット値）を生成して、これに基づいて電力変換器７の出力電流の上限値を調整する。これにより、電力変換器７の出力電流の上限値が、自動的に下げることができる。

図２を参照して、これに係る出力電流のディレーティングの一例について説明する。図２は、第１の実施形態のキャリア周波数に応じた出力電流のディレーティングについて説明するための図である。

図２に示すグラフに、標準キャリア周波数（ｆｃ０）に対するキャリア周波数（ｆｃ）の比率（キャリア周波数比率：横軸）と、標準出力電流に対する出力電流の比率（出力電流比率：縦軸）との関係を示す。

例えば、キャリア周波数比率が１００％以下の範囲の出力電流比率は、１００％に設定されているが、キャリア周波数比率が１００％を超えると、キャリア周波数比率の大きさに応じて低減されるようにディレーティングが設定されている。このようなディレーティングを設けることで、キャリア周波数を上げる方向に調整した場合に生じる電力変換器７を構成する半導体スイッチの損失を低減させることができる。

図１に戻り説明を続ける。
共振判定器１０は、共振が生じていると判定した場合には、第２イネーブル信号を周波数補正指令生成器１２に供給する。第２イネーブル信号は、周波数補正指令生成器１２による周波数の探索を活性化させる信号である。第２イネーブル信号を受けた周波数補正指令生成器１２は、キャリア周波数の新たな補正値を生成して、電力変換器７に供給する。

より具体的には、周波数補正指令生成器１２は、キャリア周波数ｆｃをより下げる方向に探索する場合には、モータ２の応答性能が予め定められた基準を満たす範囲内に収まるようにキャリア周波数ｆｃを調整するとよい。

応答特性判定器１３は、モータ２を駆動する際の応答性能（電流応答）を推定して、応答性能の変化の有無を周波数補正指令生成器１２に通知する。

例えば、応答特性判定器１３の入力には、速度指令値とモータ２の速度検出器４で検出した速度と相電流の検出値（瞬時値）が供給される。応答特性判定器１３は、これらに基づいた過渡応答解析により、速度指令値の変化に対する相電流の応答波形（過渡応答特性）を得る。例えば、相電流の過渡応答特性が示す時定数から、モータ２を駆動する際の電流応答性能を推定する。応答特性判定器１３は、上記の時定数を、基準値と比較して、その偏差が所定の範囲内であれば、応答性に変化がなく許容されると判定し、その偏差が所定の範囲外であれば、応答性が変化していて許容されないと判定するとよい。周波数補正指令生成器１２は、この判定結果を受けて、モータ２を駆動する際の電流応答性能が許容される範囲内か否かの判定結果を得ることができる。以下、上記の処理を、単に、電流応答を採取する、ということがある。

次に、本実施形態の振動抑制制御装置３０の動作について説明する。

共振判定器１０は、供給されたすべての周波数における相電流のデータを、すべての周波数に共通する一定のしきい値Ｔ０と比較する。例えば、共振判定器１０は、すべて周波数ｆｎにおいて相電流のデータがしきい値Ｔ０よりも小さい場合には、共振を生じていないものと判定する。モータ速度制御装置２０は、現在の動作を維持する。

共振判定器１０は、相電流のデータがしきい値Ｔ０以上であった場合には、周波数ｆｎ毎の相電流のデータを、周波数ｆｎ毎に設定されたしきい値Ｔｎと比較する。しきい値が設定された周波数ｆｎは、電力変換器７のキャリア周波数に基づいて設定されている。例えば、この周波数ｆｎは、ｎ×（ｆｃ±ｆ０）である。ここで、ｎは自然数、ｆｃはキャリア周波数、ｆ０はモータ２の運転周波数である。

しきい値Ｔ１，Ｔ２，…は、ｆ１，ｆ２，…に対してそれぞれ設定されている。しきい値Ｔ１，Ｔ２，…は、それぞれ異なる値であってもよいし、一部又は全部が同一の値としてもよい。例えば、しきい値Ｔｎは、実験等によって測定された値やシミュレーション等によって得られた値に基づいて設定される。

相電流のデータが何れかの周波数ｆｎにおいて、しきい値Ｔｎ以上の場合には、共振判定器１０は、周波数補正指令生成器１２に対してイネーブル信号を供給する。

周波数補正指令生成器１２は、キャリア周波数ｆｃの補正値を生成する。キャリア周波数ｆｃの補正値は、例えば電力変換器７からキャリア周波数ｆｃの値を取得し、予め設定された係数α（０＜α＜１）を乗じて生成される。αは、例えば１％（０．０１）のように設定されている。例えば、周波数補正指令生成器１２は、係数αを用いて新たなキャリア周波数（１＋α）×ｆｃを計算する。計算された新たなキャリア周波数は、電力変換器７に供給される。なお、周波数補正指令生成器１２は、新たなキャリア周波数を周波数演算器９と、共振判定器１０とにも供給し、共振判定器１０は、判定のための周波数ｆｎを新たなキャリア周波数に併せて更新する。

電力変換器７は、キャリア周波数の値を（１＋α）×ｆｃに更新して、更新されたキャリア周波数を用いて動作を再開し、あるいは継続する。

上述の動作を、すべての周波数ｎ×（ｆｃ±ｆ０）で相電流のデータがしきい値を下回るまで繰り返す。

更新することができるキャリア周波数の上限を設けておき、上限値に達しても、相電流のデータがしきい値Ｔｎを下回らない場合には、新たなキャリア周波数を（１－α）×ｆｃのように初期値に対して低下するようにキャリア周波数を補正してもよい。さらに、補正値の下限を設けておき、下限値に達しても相電流のデータがしきい値を下回らない場合には、周波数補正指令生成器１２は、アラームを発生するようにしてもよい。

キャリア周波数の補正範囲の上限値と下限値は、例えば標準値（中心周波数）を基準にして±５％（±０．０５）のように設定されている。キャリア周波数の補正範囲に上下限を設けることによって、電力変換器７の効率の低下やノイズ発生の増大等を回避することができる。

次に、図３Ａから図３Ｅを参照して、実施形態の速度制御に関する処理について説明する。図３Ａから図３Ｅは、第１の実施形態の速度制御に関する処理のフローチャートである。

図３Ａに示すように、モータ速度制御装置２０は、速度指令値に対応する周波数（設定された運転周波数）毎に一定速度でモータを駆動する（ステップＳ１１）。一定速度でモータを駆動するとは、速度指令値による速度になるように、一定の目標速度を定めて制御することである。

周波数演算器９は、ＦＦＴ解析に係る演算処理を実施して（ステップＳ１２）、そのＦＦＴ解析の結果のデータを記憶装置に追加する。共振判定器１０は、ＦＦＴ解析の結果が示す振幅レベルが判定値を満足しているか否かを判定する（ステップＳ１３）。

ステップＳ１３におけるＦＦＴ解析の結果が示す振幅レベルが判定値を満足していない場合、応答特性判定器１３は、電流応答を採取して（ステップＳ１４）、電流応答を採取した結果が良好でない場合には、ステップＳ３０（図３Ｂ）の処理に進めてもよい。

共振判定器１０は、電流応答を採取した結果が良好である場合に、キャリア周波数ｆｃが下限値かであるか否かを判定して（ステップＳ１５）、キャリア周波数ｆｃが下限値である場合には、ステップＳ３０（図３Ｂ）に処理を進める。これに対して、キャリア周波数ｆｃが下限値ではない場合、周波数補正指令生成器１２は、現状のキャリア周波数から下げるように補正量を調整して（ステップＳ１６）、ステップＳ１１からの処理を実施する。

ステップＳ１３におけるＦＦＴ解析の結果が示す振幅レベルが判定値を満足している場合、共振判定器１０は、キャリア周波数を変更したか否かを判定する（ステップＳ２１）。
キャリア周波数を変更していた場合、応答特性判定器１３は、電流応答を採取する（ステップＳ２２）。

共振判定器１０は、現在のキャリア周波数ｆｃにおける電流応答と、標準キャリア周波数ｆｃ０における電流応答との差異が所定値以内か否かを判定し（ステップＳ２３）、電流応答との差異が所定値以内でない場合には、処理をステップＳ３０（図３Ｂ）に進める。これに対して、ステップＳ２３における電流応答との差異が所定値以内である場合、周波数補正指令生成器１２は、現状のキャリア周波数ｆｃから上げるように補正量を調整して（ステップＳ２４）、一連の処理を終える。

ここで、現状のキャリア周波数ｆｃから上げるように補正量を調整する処理のより具体的な一例を、図３Ｃを参照して説明する。

周波数補正指令生成器１２は、前回変更した周波数の所定の割合分の周波数を上げるに補正量を調整する（ステップＳ２４１）。例えば、上記の所定の割合を（１／２）倍としてもよい。モータ速度制御装置２０は、設定された運転周波数毎に一定速度でモータを駆動する（ステップＳ２４２）。周波数演算器９は、ＦＦＴ解析に係る演算処理を実施する（ステップＳ２４３）。共振判定器１０は、ステップＳ２４３におけるＦＦＴ解析の結果から各周波数成分の大きさが判定値を満足しているか否かを判定して（ステップＳ２４４）、各周波数成分の大きさが判定値を満足している場合には、ステップＳ２４１からの処理を実施する。これに対して、各周波数成分の大きさが判定値を満足していない場合には、一連の処理を終える。

図３Ｂを参照して、速度制御に関する処理の説明を続ける。
前述の図３Ａに示したステップＳ１５とステップＳ２３と後述するステップＳ４１の判定の後に、周波数補正指令生成器１２は、標準キャリア周波数から設定の割合で周波数を上げるに補正量を調整する（ステップＳ３０）。モータ速度制御装置２０は、設定された運転周波数毎に一定速度でモータを駆動する（ステップＳ３１）。周波数演算器９は、ＦＦＴ解析に係る演算処理を実施する（ステップＳ３２）。共振判定器１０は、ステップＳ３２におけるＦＦＴ解析の結果から各周波数成分の大きさが判定値を満足しているか否かを判定して（ステップＳ３３）、各周波数成分の大きさが判定値を満足していない場合には、処理をステップＳ４１に進める。これに対して、ステップＳ３３における判定の結果、各周波数成分の大きさが判定値を満足している場合、周波数補正指令生成器１２は、現状のキャリア周波数ｆｃから下げるように補正量を調整して（ステップＳ３４）、一連の処理を終える。

ここで、現状のキャリア周波数ｆｃから下げるように補正量を調整する処理のより具体的な一例を、図３Ｄを参照して説明する。

周波数補正指令生成器１２は、前回変更した周波数の所定の割合分の周波数を下げるように補正量を調整する（ステップＳ３４１）。例えば、上記の所定の割合を（１／２）倍としてもよい。モータ速度制御装置２０は、設定された運転周波数毎に一定速度でモータを駆動する（ステップＳ３４２）。周波数演算器９は、ＦＦＴ解析に係る演算処理を実施する（ステップＳ３４３）。共振判定器１０は、ステップＳ３４３におけるＦＦＴ解析の結果から各周波数成分の大きさが判定値を満足しているか否かを判定して（ステップＳ３４４）、各周波数成分の大きさが判定値を満足している場合には、ステップＳ３４１からの処理を実施する。これに対して、各周波数成分の大きさが判定値を満足していない場合には、一連の処理を終える。

図３Ｂを参照して、速度制御に関する処理の説明を続ける。
ステップＳ３３の判定の後に、共振判定器１０は、キャリア周波数ｆｃが上限値かであるか否かを判定して（ステップＳ４１）、キャリア周波数ｆｃが上限値でない場合には、ステップＳ３０に処理を進める。これに対して、キャリア周波数ｆｃが下限値ではある場合、周波数補正指令生成器１２は、現状のキャリア周波数を標準値よりも低い領域に変更するように補正量を調整して（ステップＳ４２）、条件により一連の処理を終える。

ここで、現状のキャリア周波数を標準値よりも低い領域に変更する処理のより具体的な一例を、図３Ｅを参照して説明する。

共振判定器１０は、ＦＦＴ解析結果から各周波数の中でその成分の大きさが最小値の周波数（選択周波数という。）を選択して（ステップＳ４２１）、その選択周波数が標準キャリア周波数よりも低い周波数か否かを判定する（ステップＳ４２２）。その選択周波数が標準キャリア周波数よりも低い周波数である場合、応答特性判定器１３は、電流応答を採取する（ステップＳ４２３）。共振判定器１０は、選択周波数における電流応答と、標準キャリア周波数における電流応答との差異が所定値以内か否かを判定する（ステップＳ４２４）。電流応答との差異が所定値以内でない場合、周波数補正指令生成器１２は、現状のキャリア周波数ｆｃのＦＦＴ結果を削除して（ステップＳ４２５）、選択周波数を新たなキャリア周波数ｆｃとして設定して、処理をステップＳ４２１に進める。

上記のステップＳ４２２の判定において、選択周波数が標準キャリア周波数よりも低い周波数である場合と、ステップＳ４２４の判定において、電流応答との差異が所定値以内である場合には、一連の処理を終える。

本実施形態のモータ駆動システム１の効果について説明する。
モータ駆動システム１は、電力変換器７、状態検出器、周波数演算器９、周波数補正指令生成器１２、駆動量制限器１１、及び速度制御器５を備えているので、予め定められた条件に基づいた制限に応じて、速度指令値と、モータ２の回転子速度とに基づいた電流基準を生成し、ＰＷＭ制御によってモータ２を駆動させることができる。その際に、変流器７ＣＴ（状態検出器）は、モータ２の駆動状態を検出する。周波数演算器９は、駆動状態を示す指標値を用いて、駆動状態に係り変動する特定の周波数成分の大きさを検出する。周波数補正指令生成器１２は、駆動状態の周期性変動の検出結果に基づいて、ＰＷＭ制御に用いるキャリア周波数の補正指令を生成する。駆動量制限器１１は、モータの駆動量を制限する。駆動量制限器１１は、キャリア周波数を上げる方向に探索する場合には、モータ２の巻線に流す電流の大きさの上限値を、予め定められた上限電流値よりも下げる方向に調整する。これにより、モータ２を駆動することによる騒音や振動の発生を抑制することができる。

また、周波数補正指令生成器１２は、キャリア周波数をより下げる方向に探索する場合には、モータ２の応答性能が予め定められた基準を満たす範囲内に収まるようにキャリア周波数を調整してもよい。上記の予め定められた基準を満たす範囲は、基準にするモータ２の応答性能に基づいて決定されていてもよい。電流基準の変化量に対するモータ２の回転子速度の変化量に基づいて、モータ２の応答性能が規定されていてもよい。

モータ駆動システム１の一部は、例えば、記憶装置に格納されたプログラムを展開し、あるいはプログラムの各ステップを逐次読み出して実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）等のハードウェアにより実現されてもよい。上述した各構成要素の一部又は全部は、ＣＰＵによって実行されるプログラムの一部である。例えば、モータ速度制御装置２０の動作をＣＰＵにより実行、実現する場合には、振動抑制制御装置３０のプログラムは、モータ速度制御装置２０のＣＰＵによって実行されるようにしてもよい。

モータ駆動システム１は、シーケンサ（ＰＬＣ（programmable logic controller）と呼ぶ。）によって実現されてもよい。振動抑制制御装置３０は、モータ速度制御装置２０に速度指令値を供給するＰＬＣのプログラムの一部として実現されてもよいし、別のＰＬＣによって実現されてもよい。

モータ駆動システム１は、上記のように制御することで、キャリア周波数を下げることにより生じうる制御精度の低下を招く恐れがなくなる。モータ２の騒音や振動が発生する運転速度を避けるようにキャリア周波数を可変させることで、回避することが必要な運転速度の回避を人間系の調整を介さずに、制御に基づいて調整することができる。

モータ駆動システム１は、モータ２の騒音や振動に関連するトルクリップルの発生状況を、外部の装置に通知してもよい。

モータの構造などにより、キャリア周波数をより下げる方向で調整を試みても、共振を回避できない場合がある。このような場合についても、上記の制御により、モータ駆動システム１は、キャリア周波数をより上げる方向で調整し、条件を満足するキャリア周波数を探索することができる。

キャリア周波数の変更は、制御系の応答性能に影響する。モータ駆動システム１は、これを回避するように、動作パラメータを、系の動特性を維持できるように適当な値に調整してもよい。動作パラメータを調整する際には、系の安定性、応答性を条件に定めて、これを満足するような値に設定するとよい。このような調整手法として、既知の手法を適用したり、キャリア周波数に基づいて適応制御したりすることを制限することはなく、適宜選択してよい。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。
モータ２の共振の有無を判定するためのデータに、変流器７ＣＴが検出する相電流のデータ以外のパラメータを適用できる。例えば、第２の実施形態では、上記のパラメータとして交流電圧の大きさを利用する事例を例示する。

図４は、第２の実施形態に係るモータ駆動システム１Ａを例示するブロック図である。
図４に示すように、実施の形態２のモータ駆動システム１Ａは、変流器７ＣＴによって検出される相電流の検出値に代えて、計器用変圧器７ＶＴによって検出される電圧の検出値を用いる。

モータ速度制御装置２０Ａと、振動抑制制御装置３０Ａは、前述のモータ速度制御装置２０と、振動抑制制御装置３０とに対応する。

モータ速度制御装置２０Ａは、モータ速度制御装置２０における電力変換器７に変えて電力変換器７Ａを備える。

電力変換器７Ａの出力に接続される配線には、相電圧を夫々検出する計器用変圧器７ＶＴがさらに設けられている。計器用変圧器７ＶＴは、３相交流出力の各配線間の電圧（線間電圧）を検出する。電力変換器７Ａは、計器用変圧器７ＶＴによって検出された線間電圧の瞬時値を取得して、振動抑制制御装置３０Ａに供給する。計器用変圧器７ＶＴと電力変換器７Ａは、状態検出器の一例である。なお、計器用変圧器７ＶＴは、線間電圧に代えて相電圧を検出してもよい。

振動抑制制御装置３０Ａは、供給された線間電圧の瞬時値のデータに基づいて、モータ２に共振が発生しているか否かを判定する。

振動抑制制御装置３０Ａは、振動抑制制御装置３０の周波数演算器９に代えて、周波数演算器９Ａを備える。

周波数演算器９Ａは、電力変換器７Ａに接続されている。周波数演算器９Ａは、電力変換器７Ａによって検出された時間領域の線間電圧のデータを、周波数領域のデータに変換する。

上記のように構成されたモータ駆動システム１Ａは、前述のモータ駆動システム１と同様の手順で速度制御を実施することができ、第１の実施形態と同様に、モータ２を駆動することによる騒音や振動の発生を抑制することができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態について説明する。
第３の実施形態では、上記のパラメータとして交流電流と交流電圧の大きさを利用する事例を例示する。

図５は、第３の実施形態に係るモータ駆動システム１Ｂを例示するブロック図である。
図５に示すように、実施の形態２のモータ駆動システム１Ｂは、変流器７ＣＴによって検出される相電流の検出値に加えて、計器用変圧器７ＶＴによって検出される電圧の検出値も用いる。

モータ速度制御装置２０Ｂと、振動抑制制御装置３０Ｂは、前述のモータ速度制御装置２０と、振動抑制制御装置３０とに対応する。

モータ速度制御装置２０Ｂは、モータ速度制御装置２０における電力変換器７に変えて電力変換器７Ｂを備える。

電力変換器７Ｂの出力に接続される配線には、相電圧を夫々検出する計器用変圧器７ＶＴがさらに設けられている。電力変換器７Ｂは、さらに計器用変圧器７ＶＴによって検出された線間電圧の瞬時値を取得して、これに変流器７ＣＴによって検出される相電流の瞬時値を併せて、振動抑制制御装置３０Ｂに供給する。変流器７ＣＴと計器用変圧器７ＶＴと電力変換器７Ａは、状態検出器の一例である。

振動抑制制御装置３０Ｂは、供給された相電流の瞬時値と線間電圧の瞬時値のデータに基づいて、モータ２に共振が発生しているか否かを判定する。

振動抑制制御装置３０Ｂは、振動抑制制御装置３０の周波数演算器９に代えて、周波数演算器９Ｂを備え、さらに磁束演算器１４と、トルク演算器１５と、を備える。

磁束演算器１４は、電力変換器７に接続されている。磁束演算器１４は、電力変換器７Ｂから電力変換器７Ｂが出力する電圧及び電流のデータを取得する。例えば、この電圧は、計器用変圧器７ＶＴによって検出された線間電圧に基づいたものである。この電流は、変流器７ＣＴによって検出される相電流に基づいたものである。磁束演算器１４は、電力変換器７Ｂが出力する電圧、電流のデータ及びモータ２の巻線抵抗値に基づいて磁束を計算する。モータ２の巻線抵抗値は、実測する等して予め設定されている。

トルク演算器１５は、磁束演算器１４の出力に接続されている。トルク演算器１５は、磁束演算器１４によって計算された磁束の値に基づいて、軸トルクの値を計算する。計算された軸トルクの値は、周波数演算器９Ｂに供給される。算出されたトルクの値には、共振によるリプル（トルクリプル）が含まれる。これにより、前述のモータ駆動システム１と同様の手順で速度制御を実施することができ、第１の実施形態と同様に、モータ２を駆動することによる騒音や振動の発生を抑制することができる。

（第３の実施形態の第１変形例）
上記の第３の実施形態では、トルク推定値を用いる事例について説明したが、これに代えて、第１変形例では、軸トルク検出器を用いて検出されたトルクの検出値を用いてもよい。上記のトルクの検出値には、共振によるリプル（トルクリプル）が含まれる。トルクの検出値を用いても同様の処理を適用できる。

（第３の実施形態の第２変形例）
上記の第３の実施形態では、トルク推定値を用いる事例について説明したが、これに代えて、第２変形例では、上記の電圧及び電流に基づいた電力の値を用いてもよい。算出された電力の値には、共振によるリプル（電力リプル）が含まれる。電力の値を用いても同様の処理を適用できる。

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、モータ駆動システムは、電力変換器、状態検出器、周波数演算器、周波数補正指令生成器、駆動量制限器、及び速度制御器を備える。電力変換器は、ＰＷＭ制御によってモータを駆動させる。状態検出器は、モータの駆動状態を検出する。周波数演算器は、駆動状態を示す指標値を用いて、駆動状態に係り変動する特定の周波数成分の大きさを検出する。周波数補正指令生成器は、駆動状態の周期性変動の検出結果に基づいて、ＰＷＭ制御に用いるキャリア周波数の補正指令を生成する。駆動量制限器は、モータの駆動量を制限する。駆動量制限器は、キャリア周波数を上げる方向に探索する場合には、モータの巻線に流す電流の大きさの上限値を、予め定められた上限電流値よりも下げる方向に調整する。速度制御器は、制限に応じて、速度指令値と、モータの回転子速度とに基づいた電流基準を生成する。これによれば、モータを駆動することによる騒音や振動の発生を抑制するモータ駆動システム及びモータ駆動方法を実現することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

１、１Ａ、１Ｂ モータ駆動システム、２ モータ、４ 速度検出器、５ 速度制御器、６ 電流制御器、７、７Ａ、７Ｂ 電力変換器、７ＣＴ 変流器、７ＶＴ 計器用変圧器、９、９Ａ、９Ｂ 周波数演算器、１０ 共振判定器、１１ 駆動量制限器、１２ 周波数補正指令生成器、１３ 応答特性判定器、１４ 磁束演算器、１５ トルク演算器、２０、２０Ａ、２０Ｂ モータ速度制御装置、３０、３０Ａ、３０Ｂ 振動抑制制御装置

Claims (5)

1. ＰＷＭ制御によってモータを駆動させる電力変換器と、
   前記モータの巻線に流れる電流（相電流という。）に基づいて、又は前記相電流と前記モータに掛かる交流電圧とに基づいて、前記モータの駆動状態を検出する状態検出器と、
   前記駆動状態を示す指標値を用いて、前記駆動状態に係り変動する特定の周波数成分の大きさを検出する周波数演算器と、
   前記駆動状態の周期性変動の検出結果に基づいて、前記ＰＷＭ制御に用いるキャリア周波数を前記モータに共振が生じない周波数にするように前記キャリア周波数の補正指令を生成する周波数補正指令生成器と、
   前記モータの駆動量を制限する駆動量制限器と
   前記制限に応じて、速度指令値と、前記モータの回転子速度とに基づいた電流基準を生成する速度制御器
   を備え、
   前記駆動量制限器は、
   前記キャリア周波数を上げる方向に探索する場合には、前記モータの巻線に流す電流の大きさの上限値を、予め定められた上限電流値よりも下げる方向に調整する、
   モータ駆動システム。
2. 前記周波数補正指令生成器は、
   前記キャリア周波数を調整前の周波数よりも下げる方向に探索し、前記下げる方向の範囲内で適当な前記キャリア周波数を探索できなかった場合には、前記キャリア周波数を前記調整前の周波数よりも上げる方向に探索して、
   前記キャリア周波数を、前記調整前の周波数よりも下げる方向に探索する場合には、前記モータの応答性能が予め定められた基準を満たす範囲内に収まるように前記キャリア周波数を調整する、
   請求項１に記載のモータ駆動システム。
3. 前記予め定められた基準を満たす範囲は、基準にする前記モータの応答性能に基づいて決定されている、
   請求項２に記載のモータ駆動システム。
4. 前記電流基準の変化量に対する前記モータの回転子速度の変化量に基づいて、前記モータの応答性能が規定されている
   請求項１に記載のモータ駆動システム。
5. ＰＷＭ制御によってモータを駆動させるモータ駆動方法であって、
   前記モータの巻線に流れる電流（相電流という。）に基づいて、又は前記相電流と前記モータに掛かる交流電圧とに基づいて、前記モータの駆動状態を検出し、
   前記駆動状態を示す指標値を用いて、前記駆動状態に係り変動する特定の周波数成分の大きさを検出し、
   前記駆動状態の周期性変動の検出結果に基づいて、前記ＰＷＭ制御に用いるキャリア周波数を前記モータに共振が生じない周波数にするように前記キャリア周波数の補正指令を生成し、
   前記モータの駆動量を制限する過程と、
   前記キャリア周波数を上げる方向に探索する場合には、前記モータの巻線に流す電流の大きさの上限値を、予め定められた上限電流値よりも下げる方向に調整する過程と
   を含むモータ駆動方法。

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