WO2020090115A1 - 電動機制御装置 - Google Patents

Abstract

発明に係る電動機制御装置は、複数台が並列に接続された電動機を駆動制御する電動機制御装置であって、電源からの電力を変換して複数台の電動機に供給する電力変換装置と、複数台の電動機に流れる電流を検出する電流検出装置と、外部からの速度指令値と電流検出装置の検出に係る電流値とに応じて、電力変換装置を制御する制御装置とを備え、制御装置は、電動機に対し、電流による第一制御を行う第一制御部と、電流値に基づいて得られた電動機の推定速度が速度指令値に追従するように電動機を制御する第二制御を行う第二制御部と、複数台の電動機の少なくとも１つ以上の駆動情報に応じて、第一制御部による第一制御と第二制御部による第二制御とを切替える切替判定処理を行う切替判定部とを有するものである。

Description

電動機制御装置

　この発明は、電動機制御装置に係るものである。特に、単一のインバータ装置で２台以上の電動機を駆動させるときの制御に関するものである。

　従来、電動機である交流回転機を駆動させるときに、同期電流制御を行う同期運転モードとセンサレスベクトル制御を行う位置センサレスモードとに切替を行うことができる電動機制御装置がある。このような電動機制御装置においては、予め設定しておいた電流指令値と推定した軸誤差との位相を略一致させることで、制御位相をモータ実位相に一致させる。その後、電動機制御装置は、同期電流制御を行う同期運転モードから、センサレスベクトル制御を行う位置センサレスモードに切替えて、交流回転機を駆動させる。このように、電動機制御装置が制御位相をモータ実位相に一致させてから切替えを行うことで、切替時のショックを低減し、スムーズに交流回転機を駆動させることができる。

　ここで、電流指令値と推定した軸誤差との位相を略一致させる期間は、軸誤差が正しく推定できている期間であるので、位置センサレスモードでも駆動できる期間である。位置センサレスモードであれば、速度指令と推定速度との偏差に応じて電流を自動調整することができる。このため、高負荷がかかっても、交流回転機の駆動が可能である（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１０－０２９０１６号公報

　しかしながら、特許文献１に開示された方法は、２台以上の電動機を動作することについて考慮されていない。このため、いずれかの電動機の負荷が多く発生して、電動機間に負荷の偏りが生じた場合には、電動機の加速動作に失敗することが多くなるという課題がある。

　この発明は、上記のような課題を解決するため、２台以上の電動機を、高速まで加速して駆動させる確実性を高くする電動機制御装置を得ることを目的とする。

　この発明に係る電動機制御装置は、複数台が並列に接続された電動機を駆動制御する電動機制御装置であって、電源からの電力を変換して複数台の電動機に供給する電力変換装置と、複数台の電動機に流れる電流を検出する電流検出装置と、外部からの速度指令値と電流検出装置の検出に係る電流値とに応じて、電力変換装置を制御する制御装置とを備え、制御装置は、電動機に対し、電流による第一制御を行う第一制御部と、電流値に基づいて得られた電動機の推定速度が速度指令値に追従するように電動機を制御する第二制御を行う第二制御部と、複数台の電動機の少なくとも１つ以上の駆動情報に応じて、第一制御部による第一制御と第二制御部による第二制御とを切替える切替判定処理を行う切替判定部とを有するものである。

　この発明の電動機制御装置によれば、切替判定部が、速度指令値および前記電動機の駆動情報に応じて、第一制御と第二制御とを切替えて行うようにした。したがって、それぞれの電動機の負荷特性を考慮して切替えることができ、２台以上の電動機を同時に高速まで駆動するための確実性を高くすることができる。

この発明の実施の形態１における電動機制御装置０を中心とする送風システムの一構成例を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る制御装置７を中心とした構成について説明する図である。 この発明の実施の形態１における切替判定処理の手順を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る電動機制御装置０において、ある速度で駆動しているときの、第一電動機１と第二電動機２とにおける電流ベクトルの一例を示す図である。 この発明の実施の形態１における第一電動機１と第二電動機２との負荷特性の一例を示した図である。 この発明の実施の形態１における信号などの関係を示す図である。 この発明の実施の形態２における切替判定処理の手順を説明する図である。 この発明の実施の形態３における切替判定処理の手順を説明する図である。 この発明の実施の形態４における切替判定処理の手順を説明する図である。

　以下、この発明の実施の形態に係る電動機制御装置０について、図面などを参照しながら説明する。ここで、各図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通であるものとする。そして、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。特に、構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適用することができる。また、圧力および温度の高低については、特に絶対的な値との関係で高低が定まっているものではなく、装置などにおける状態、動作などにおいて相対的に定まるものとする。そして、図面では、機器、素子などの各構成要素の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態１．
　実施の形態１の電動機制御装置０について、図１～図６を参照して説明する。図１は、この発明の実施の形態１における電動機制御装置０を中心とする送風システムの一構成例を示す図である。図１に示すように、電動機制御装置０は、制御装置７および直流電圧を三相交流電圧に変換する１台のインバータ５を有し、第一電動機１および第二電動機２の駆動制御を行う。インバータ５には、電動機制御装置０の制御対象となる複数台の第一電動機１および第二電動機２が並列接続されている。第一電動機１には、第一ファン３が取り付けられている。また、第二電動機２には、第二ファン４が取り付けられている。

　第一電動機１は、三相電力線を介して、インバータ５と接続されている。第二電動機２は、三相電力線の途中から分岐してインバータ５と接続されている。第一電動機１および第二電動機２は、それぞれ、図示していない回転子と固定子とを有する。固定子は、印加される三相電圧にしたがって、回転子の周囲に回転磁界を発生させる。インバータ５は、直流電源６からの電力に、直流－交流変換を行って、第一電動機１および第二電動機２に変換した電力を供給する電力変換装置である。

　インバータ５は、制御装置７からの信号に含まれる三相電圧指令値Ｖｕｖｗ＿ｒｅｆに基づいて、三相電圧指令値Ｖｕｖｗ＿ｒｅｆの波形とキャリア波とを比較し、ＰＷＭ制御による電力変換を行う。直流電源６は、インバータ５を介して、第一電動機１および第二電動機２に電力を供給する直流電圧電源である。ここで、たとえば、図示しないが、ダイオード整流回路を備え、外部の三相電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換して出力するような回路を、直流電源６としてもよい。

　電流検出装置である第一電流センサ８は、第一電動機１に流れる三相電流Ｉｕｖｗ１を検出し、制御装置７に電流値に係る信号を送る。また、電流検出装置である第二電流センサ９は、第二電動機２に流れる三相電流Ｉｕｖｗ２を検出し、制御装置７に電流値に係る信号を送る。ここで、第一電流センサ８および第二電流センサ９の代わりに、インバータ５内部にシャント抵抗を電流検出装置として実装し、そのシャント抵抗の電圧降下から電流を検出してもよい。

　制御装置７は、速度指令値ω_ｒｅｆ並びに第一電動機１に流れる三相電流Ｉｕｖｗ１および第二電動機２に流れる三相電流Ｉｕｖｗ２に応じて、後述する第一制御部７Ａと第二制御部７Ｂとによる処理に基づき、三相電圧指令値Ｖｕｖｗ＿ｒｅｆを出力する。そして、制御装置７は、電力変換装置であるインバータ５を制御する。ここで、第一制御部７Ａは、第一制御である磁界成分によるｄ軸電流のフィードバック制御を実施する。また、第二制御部７Ｂでは、第二制御である速度フィードバック制御およびｄ軸とトルク成分によるｑ軸との電流フィードバック制御を実施することで、インバータ５に印加する三相電圧指令値Ｖｕｖｗ＿ｒｅｆを調節する。つまり、各電動機において、電流値に基づいて得られた推定速度が、速度指令値に追従するように、インバータ５に対して電圧制御を実施する。また、制御装置７は、第一制御と第二制御とを切替える制御を行う。

　図２は、この発明の実施の形態１に係る制御装置７を中心とした構成について説明する図である。図２を用いて、電動機制御装置０における制御装置７の詳細について説明する。制御装置７は、第一制御部７Ａと第二制御部７Ｂとを有する。ここで、第一制御部７Ａは、第一ｄ軸電流指令値設定器７－１Ａおよびｑ軸電圧指令値設定器７－５Ａを有する。また、第二制御部７Ｂは、第二ｄ軸電流指令値設定器７－１Ｂおよびｑ軸電流制御装置７５－Ｂを有する。制御装置７は、さらに、ｄ軸電流制御装置７－２、出力用座標変換器７－３および速度制御器７－４を有する。また、制御装置７は、第一座標変換器７－６、第一速度推定器７－７、第一積分器７－８、第二座標変換器７－９、第二速度推定器７－１０および第二積分器７－１１を有する。そして、制御装置７は、第一切替器７－１２、第二切替器７－１３、第三切替器７－１４、第四切替器７－１５および切替判定部７－１６を有する。

　次に、制御装置７が有する各々の構成要素について説明する。第一制御部７Ａの第一ｄ軸電流指令値設定器７－１Ａは、第一切替器７－１２にｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆ＿Ａを出力する。ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆ＿Ａの設定値は、たとえば、２台の電動機のステータコイルに同じ直流電流が流れてステータの各磁極が同一極性に励磁され、永久磁石を備えた各電動機のロータが同じ位相角度の位置に引き寄せるのに必要な電流値を設定する。言い換えれば、第一電動機１と第二電動機２との減磁電流値以下で、かつ、第一電動機１と第二電動機２とに負荷が発生している条件においても、同期引き込み動作が可能な電流値Ｃ１に設定すればよい。

　第二ｄ軸電流指令値設定器７－１Ｂは、第一切替器７－１２にｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆ＿Ｂを出力する。第一電動機１と第二電動機２とが高速で回転しているときは、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆ＿Ａのときには、過励磁となり、第一電動機１および第二電動機２の効率が悪化する可能性がある。そこで、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆ＿Ｂの設定値は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆ＿Ａよりも低い値とする。たとえば、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆ＿Ｂは、速度指令値ω＿ｒｅｆに応じて徐々に低下するような値に設定する。このため、第一電動機１および第二電動機２が過励磁になるのを防ぎ、効率を高めることができる。

　ｄ軸電流制御装置７－２は、第一切替器７－１２から出力されたｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆと第一座標変換器７－６から出力された第一電動機１のｄ軸電流値Ｉｄ１との偏差ΔＩｄに対して比例積分制御を行う。そして、ｄ軸電流制御装置７－２は、出力用座標変換器７－３、第一速度推定器７－７および第二速度推定器７－１０に対して、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆを出力する。

　出力用座標変換器７－３は、ｄ軸電流制御装置７－２からのｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆと第二切替器７－１３からのｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆと第一積分器７－８からの第一電動機１の位相推定値θ＿ｏｂｓ１とから、座標変換処理を行う。そして、出力用座標変換器７－３は、インバータ５に、三相電圧指令値Ｖｕｖｗ＿ｒｅｆを出力する。

　速度制御器７－４は、速度指令値ω＿ｒｅｆと第一速度推定器７－７から出力された第一電動機１の速度推定値ω＿ｏｂｓ１との偏差Δωに対して比例積分制御を行う。そして、速度制御器７－４は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆを出力する。

　第一制御部７Ａのｑ軸電圧指令値設定器７－５Ａは、第二切替器７－１３に電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆ＿Ａを出力する。切替判定部７－１６からの切替信号ＳＷが「ＯＦＦ」であるとき、電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆ＿Ａは、０［Ａ］と設定すれば、ｄ軸電流制御だけを有効化することができる。このため、第一電動機１および第二電動機２に対して、ｄ軸の電流フィードバック制御を行うことができる。

　また、第二制御部７Ｂのｑ軸電流制御装置７－５Ｂは、速度制御器７－４から出力されたｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆと第一座標変換器７－６から出力された第一電動機１のｑ軸電流Ｉｑ１との偏差ΔＩｑに基づいて、比例積分制御を行う。そして、ｑ軸電流制御装置７－５Ｂは、第二切替器７－１３にｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆ＿Ｂを出力する。

　第一座標変換器７－６は、第一電動機１の三相電流Ｉｕｖｗ１と第一積分器７－８から出力された第一電動機１の位相推定値θ＿ｏｂｓ１に基づいて、座標変換処理を行う。そして、第一座標変換器７－６は、第一速度推定器７－７および切替判定部７－１６に、第一電動機１のｄ軸電流値Ｉｄ１と第一電動機１のｑ軸電流値Ｉｑ１とを出力する。

　第一速度推定器７－７は、ｄ軸電流制御装置７－２からのｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆ、第二切替器７－１３からのｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆ並びに第一座標変換器７－６からの第一電動機１のｄ軸電流値Ｉｄ１およびｑ軸電流値Ｉｑ１に基づいて、第一電動機１の速度推定値ω＿ｏｂｓ１を推定演算する。特に限定するものではないが、第一速度推定器７－７は、たとえば、公知の技術である適応磁束オブザーバを適用して推定演算を行う。ここでは、適用磁束オブザーバの詳しい説明は省略する。適用磁束オブザーバは、鎖交磁束数の変動にロバストであり、定常的な速度推定誤差が発生しない点で優れている。このため、高性能な速度推定法として世間に認知されている。

　第一積分器７－８は、第三切替器７－１４から出力された第一電動機１に関する速度推定値ω＿ｓ１に積分処理を行い、第一電動機１の位相推定値θ＿ｏｂｓ１を生成する。そして、第一積分器７－８は、第一電動機１の位相推定値θ＿ｏｂｓ１を、出力用座標変換器７－３と第一座標変換器７－６とに出力する。

　第二座標変換器７－９は、第二電動機２の三相電流Ｉｕｖｗ２と第二積分器７－１１から出力された第二電動機２の位相推定値θ＿ｏｂｓ２に基づいて、座標変換処理を行う。そして、第二電動機２のｄ軸電流値Ｉｄ２および第二電動機２のｑ軸電流値Ｉｑ２を、第二速度推定器７－１０と切替判定部７－１６とに出力する。

　第二速度推定器７－１０は、第一速度推定器７－７と同様の機能を有する。第二速度推定器７－１０は、ｄ軸電流制御装置７－２から出力されたｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆと第二切替器７－１３から出力されたｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆと第一座標変換器７－６から出力された第二電動機２のｄ軸電流Ｉｄ２およびｑ軸電流Ｉｑ２とに基づいて、第二電動機２の速度推定値ω＿ｏｂｓ２を推定演算する。ここで、第二速度推定器７－１０についても、第一速度推定器７－７と同様に、公知の技術である適応磁束オブザーバを適用して推定演算を行う。

　第二積分器７－１１は、第四切替器７－１５から出力された第二電動機２に関する速度推定値ω＿ｓ２に積分処理を行って、第二電動機２の位相推定値θ＿ｏｂｓ２を生成する。そして、第二積分器７－１１は、第二電動機２の位相推定値θ＿ｏｂｓ２を、第二座標変換器７－９に出力する。

　第一切替器７－１２は、切替判定部７－１６から出力された切替信号ＳＷに基づいて、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆ＿Ａとｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆ＿Ｂとのいずれかを選択し、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆとして出力する。ここで、第一切替器７－１２は、切替信号ＳＷが「ＯＦＦ」のときは、第一制御部７Ａ時のｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆ＿Ａを選択する。また、切替信号ＳＷが「ＯＮ」のときは、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆ＿Ｂを選択する。

　第二切替器７－１３は、切替判定部７－１６から出力された切替信号ＳＷに基づいて、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆ＿Ａとｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆ＿Ｂとのいずれかを選択し、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆとして出力する。第二切替器７－１３は、出力用座標変換器７－３、第一速度推定器７－７および第二速度推定器７－１０に、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆを出力する。ここで、第二切替器７－１３は、切替信号ＳＷが「ＯＦＦ」のときは、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆ＿Ａを選択する。また、切替信号ＳＷが「ＯＮ」のときは、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆ＿Ｂを選択する。ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆ＿Ｂが選択されたときには、速度フィードバック制御およびｄ軸とｑ軸との電流フィードバック制御を実施することで、インバータ５に対して電圧制御を実施する。

　第三切替器７－１４は、切替判定部７－１６からの切替信号ＳＷに基づいて、速度指令値ω＿ｒｅｆと第一速度推定器７－７からの第一電動機１の速度推定値ω＿ｏｂｓ１とのうち、いずれかを選択する。そして、第三切替器７－１４は、選択した方を、第一電動機１の速度推定値ω＿ｓ１として、第一積分器７－８に出力する。ここで、第三切替器７－１４は、切替信号ＳＷが「ＯＦＦ」のときは、速度指令値ω＿ｒｅｆを選択する。また、切替信号ＳＷが「ＯＮ」のときは、第一電動機１の速度推定値ω＿ｏｂｓ１を選択する。

　第四切替器７－１５は、切替判定部７－１６から出力された切替信号ＳＷに基づいて、速度指令値ω＿ｒｅｆと第二速度推定器７－１０からの第二電動機２の速度推定値ω＿ｏｂｓ２とのいずれかを選択する。そして、第四切替器７－１５は、選択した方を、第二電動機２の速度推定値ω＿ｓ２として、第二積分器７－１１に出力する。ここで、第四切替器７－１５は、切替信号ＳＷが「ＯＦＦ」のときは、速度指令値ω＿ｒｅｆを選択する。また、切替信号ＳＷが「ＯＮ」のときは、第二電動機２の速度推定値ω＿ｏｂｓ２を選択する。

　切替判定部７－１６は、第一座標変換器７－６から出力された第一電動機１のｄ軸電流値Ｉｄ１およびｑ軸電流Ｉｑ１並びに第二座標変換器７－９から出力された第二電動機２のｄ軸電流Ｉｄ２およびｑ軸電流Ｉｑ２と速度指令値ω＿ｒｅｆに基づいて、第一切替器７－１２～第四切替器７－１５に、切替信号ＳＷを送る。切替判定部７－１６が送る切替信号ＳＷが「ＯＦＦ」のときは、第一制御が実施される。また、切替信号ＳＷが「ＯＮ」のときは、第二制御が実施される。切替判定部７－１６の処理に基づいて、第一制御または第二制御のいずれか一方で制御を行うことで、第一電動機１と第二電動機２とを、高速まで加速させる制御を行う。

　図３は、この発明の実施の形態１における切替判定処理の手順を説明する図である。次に、切替判定部７－１６を中心とする切替判定処理について説明する。

　切替判定部７－１６は、速度指令値ω＿ｒｅｆが、予め設定した速度閾値Ａ１以上であるかどうかを判定する（ステップＳ７－１６－ａ）。ここで、速度閾値Ａ１は、後述する速度閾値Ａ２よりも小さい値を予め設定する。たとえば、速度閾値Ａ１は、第一電動機１と第二電動機２とにおける最高速度の５［％］の値に設定する。また、速度閾値Ａ２は、第一電動機１と第二電動機２とにおける最高速度の１０［％］の値に設定する。

　切替判定部７－１６は、速度指令値ω＿ｒｅｆが、速度閾値Ａ１以上でなく、速度閾値Ａ１未満であると判定すると、「ＯＦＦ」の切替信号ＳＷを送る（ステップＳ７－１６－ｄ）。一方、切替判定部７－１６は、速度指令値ω＿ｒｅｆが速度閾値Ａ１以上であると判定すると、ステップＳ７－１６－ｂに移行する。

　図４は、この発明の実施の形態１に係る電動機制御装置０において、ある速度で駆動しているときの、第一電動機１と第二電動機２とにおける電流ベクトルの一例を示す図である。ここでは、図４を用いて、第一電動機１と第二電動機２とにおける電流ベクトルについて説明する。ここで、図４の実線は、第一電動機１の電流ベクトルＩｏ１を表している。また、図４の点線は、第二電動機２の電流ベクトルＩｏ２を表している。そして、電流ベクトルＩｏ１と電流ベクトルＩｏ２とがなす角を、Δθと定義する。第一電動機１および第二電動機２が、それぞれが同じ速度で動作したとしても、第一電動機１と第二電動機２とでは、負荷のかかり方が異なる。このため、第一電動機１の電流ベクトルＩｏ１と第二電動機２の電流ベクトルＩｏ２との向きが異なる。したがって、負荷が極端にどちらか一方の電動機にかかった場合には、なす角Δθが大きくなる。

　図５は、この発明の実施の形態１における第一電動機１と第二電動機２との負荷特性の一例を示した図である。図５は、第一電動機１と第二電動機２とにおける、横軸を速度とし、縦軸をファン負荷としたときの負荷特性を示している。次に、図５を用いて、第一電動機１と第二電動機２との負荷特性について説明する。図示はしていないが、たとえば、第一電動機１と第二電動機２とが筐体に包まれた構成であるとき、筐体内部に発生する空気の流路が決定される。この場合、第一電動機１および第二電動機２の速度が上がるにつれて、負荷も上昇する特性となる。第一電動機１と第二電動機２との負荷差ΔＰも、速度が上がるにつれて上昇する。このため、負荷差ΔＰが大きくなる程、図４に示すなす角Δθも大きくなる。

　図３のステップＳ７－１６－ｂにおいて、切替判定部７－１６は、後述する図６に示すように、第一速度推定器７－７および第二速度推定器７－１０の速度推定器開始フラグを「ＯＮ」にする信号を送る。そして、第一速度推定器７－７に、第一電動機１の速度推定値ω＿ｏｂｓ１の演算を開始させる。また、切替判定部７－１６は、第二速度推定器７－１０に、第二電動機２の速度推定値ω＿ｏｂｓ２の演算を開始させる。

　また、切替判定部７－１６は、第一電動機１のｄ軸電流値Ｉｄ１およびｑ軸電流Ｉｑ１並びに第二電動機２のｄ軸電流Ｉｄ２およびｑ軸電流Ｉｑ２から、第一電動機１の電流ベクトルＩｏ１と第二電動機２の電流ベクトルＩｏ２とを算出する。そして、制御切替えを判定する駆動情報となる電流ベクトルＩｏ１と電流ベクトルＩｏ２とのなす角Δθの演算を開始する。

　ここで、ステップＳ７－１６－ｂでは、第一制御部７Ａと第二制御部７Ｂとを切替える前に、第一速度推定器７－７および第二速度推定器７－１０が、第一電動機１の速度推定値ω＿ｏｂｓ１および第二電動機２の速度推定値ω＿ｏｂｓ２の演算を開始すればよい。たとえば、タイマー機能を有する場合は、第一制御部７Ａと第二制御部７Ｂとを切替える前に、演算開始フラグを「ＯＮ」にする信号を送るように調整してもよい。

　切替判定部７－１６は、速度推定器開始フラグを「ＯＮ」に切替える信号を送った後、切替条件を満たしたかどうかを判定する（ステップＳ７－１６－ｃ）。ここで、切替条件について、速度指令値ω＿ｒｅｆが予め設定した速度閾値Ａ２以上であることを条件とする。演算したなす角Δθが予め設定した角度閾値Ｂ１以上であることを条件とする。実施の形態１においては、切替判定部７－１６は、上述した条件のいずれか一方を満たしたときに、切替条件を満たしたと判定する。切替判定部７－１６は、切替条件を満たしていないと判定すると、「ＯＦＦ」の切替信号ＳＷを送る（ステップＳ７－１６－ｄ）。一方、切替判定部７－１６は、切替条件を満たしたと判定すると、「ＯＮ」の切替信号ＳＷを送る（ステップＳ７－１６－ｅ）。以上のように、切替判定部７－１６切替判定処理を実行することで、第一制御部７Ａによる第一制御と第二制御部７Ｂによる第二制御とを切替えて行う。

　図６は、この発明の実施の形態１における信号などの関係を示す図である。図６に基づいて、図３に示した制御装置７における切替判定処理を実行したときのタイミングチャートについて説明する。第一制御部７Ａと第二制御部７Ｂとが切替わる前後における電動機制御装置０の動作を示している。図６において、横軸は経過時間を表す。また、図６の一段目は、第一電動機１に流れるＵ相電流Ｉｕ１と第二電動機２に流れるＵ相電流Ｉｕ２とを示す。図６の二段目は、速度指令値ω＿ｒｅｆを示す。図６の三段目は、図４で説明した電流ベクトルのなす角Δθを示す。図６の四段目は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆを示す。図６の五段目は、第一速度推定器７－７と第二速度推定器７－１０とに送られる演算開始フラグを示す。図６の六段目は、切替信号ＳＷを示す。また、図６に示すように、第一電動機１と第二電動機２とは、Ｔ１～Ｔ４の期間を経て加速し、高速回転する。ここで、図６から、電流ベクトルのなす角Δθと速度指令値ω＿ｒｅｆと相関関係を有することが見て取れる。したがって、なす角Δθを、演算開始フラグまたは切替信号ＳＷのＯＮまたはＯＦＦの切替えに利用することができる。次に、期間Ｔ１～期間Ｔ４に係る第一電動機１と第二電動機２との回転について説明する。期間Ｔ１～期間Ｔ３までは、第一制御部７Ａによる第一制御が行われる。また、期間Ｔ４は、第二制御部７Ｂによる第二制御が行われる。

　期間Ｔ１においては、第一電動機１と第二電動機２とが停止している。制御装置７は、ｄ軸電流フィードバック制御を行い、同期引き込み動作を実行する。具体的には、速度指令値ω＿ｒｅｆが、０［ｒｐｍ］の状態であり、第一制御部７Ａによる第一制御が行われる。図２に示す制御装置７の第一ｄ軸電流指令値設定器７－１Ａが、同期引き込み動作が可能な電流値Ｃ１をｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆ＿Ａとして設定する。そして、第一切替器７－１２において、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆ＿Ａが、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆとして出力される。第一電動機１と第二電動機２とは、電流値Ｃ１に追従するように制御され、それぞれの電動機に対して励磁電流が流れる。ここで、図６では、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆは、ステップ状に電流値Ｃ１を供給する指令にしているが、徐々に電流値Ｃ１を供給する指令にしても、同様に同期引き込み動作を行うことができる。

　期間Ｔ２においては、位置センサレスによる制御が行われている。このため、第一速度推定器７－７および第二速度推定器７－１０における速度推定では、低速域における電圧誤差の影響で、速度推定誤差が発生する。したがって、制御装置７は、予め設定した速度閾値Ａ１となる速度まで、第一電動機１と第二電動機２とを加速させる。また、電流値Ｃ１に設定された第一ｄ軸電流指令値設定器７－１ＡからのＩｄ＿ｒｅｆ＿Ａが、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆとして出力される。

　期間Ｔ３において、速度指令値ω＿ｒｅｆが、予め設定した速度閾値Ａ１を超えたら、制御装置７の切替判定部７－１６は、第一速度推定器７－７と第二速度推定器７－１０との演算開始フラグの信号を「ＯＦＦ」から「ＯＮ」にする。第一速度推定器７－７は、第一電動機１の速度推定値ω＿ｏｂｓ１の演算を開始する。また、第二速度推定器７－１０は、第二電動機２の速度推定値ω＿ｏｂｓ２の演算を開始する。以降、切替判定部７－１６は、速度推定器開始フラグの信号は、「ＯＮ」を出力し続ける。図６では示していないが、切替信号ＳＷが「ＯＦＦ」となるタイミングで、速度推定器開始フラグの信号を「ＯＦＦ」にする。また、前述したように、電流ベクトルＩｏ１と電流ベクトルＩｏ２とがなす角Δθの演算も開始される。なす角Δθは、第一電動機１の負荷特性および第二電動機２の負荷特性に応じて変化する。そして、電流値Ｃ１に設定された第一ｄ軸電流指令値設定器７－１ＡからのＩｄ＿ｒｅｆ＿Ａが、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆとして出力される。

　期間Ｔ４において、切替判定部７－１６が、図３のステップＳ７－１６－ｃで示す処理を行い、前述した切替条件を満たしたと判定すると、切替信号ＳＷが「ＯＦＦ」から「ＯＮ」信号に変わる。制御装置７における制御は、第一制御部７Ａの第一制御から第二制御部７Ｂの第二制御に移行する。そのため、第一切替器７－１２では、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆがｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆ＿Ｂとして出力される。制御装置７の第二ｄ軸電流指令値設定器７－１Ｂは、第一電動機１と第二電動機２との加速に応じて、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆを電流値Ｃ１から徐々に低下させていく。この結果、第一電動機１のＵ相電流Ｉｕ１および第二電動機２のＵ相電流Ｉｕ２は、徐々に低下していく。

　以上のように、実施の形態１の電動機制御装置０によれば、第一電動機１および第二電動機２の少なくとも一方の駆動情報に応じて、第一制御と第二制御とを切替えて行うようにした。したがって、それぞれの電動機の負荷特性を考慮して切替えることができ、２台以上の電動機を同時に高速まで駆動するための確実性を高めることができる。

　また、実施の形態１の電動機制御装置０によれば、第一制御部７Ａの第一制御から第二制御部７Ｂが行う第二制御に切替わるタイミングより前の段階で、各電動機の速度推定値の演算を開始するようにした。このため、切替ショックにて、電動機の推定速度誤差が発生し、電動機における加速の失敗を抑制することができる。

　さらに、実施の形態１の電動機制御装置０によれば、第一制御部７Ａによる第一制御から第二制御部７Ｂによる第二制御への切替える切替条件として、それぞれの電動機の電流ベクトルのなす角Δθを使用するようにした。このため、どちらか一方の電動機に極端に負荷がかかった状態で、速度フィードバック制御に切替えることができる。したがって、外乱応答に対してロバストとなり、脱調を抑制することができ、電動機における加速の失敗を抑制することができる。

　そして、実施の形態１の電動機制御装置０によれば、第一制御部７Ａによる第一制御から第二制御部７Ｂによる第二制御に切替わるタイミングで、ｄ軸電流を低く設定することにより、切替後に過大な電流が流れることを防止することができる。そして、電動機を高速まで加速することができる効果を奏する。また、高速域で励磁電流を低く抑えることができるため、それぞれの電動機の銅損を低く抑えることができ、電動機効率が上がる効果も奏する。

実施の形態２．
　次に、実施の形態２の電動機制御装置０について説明する。実施の形態２の電動機制御装置０は、実施の形態１の電動機制御装置０と比較して、切替判定部７－１６が行う切替判定処理おける内容が異なる。電動機制御装置０の機器構成および制御装置７の構成は、実施の形態１において説明した内容と同等である。ここでは、実施の形態２の電動機制御装置０における具体的な処理について説明する。

　図７は、この発明の実施の形態２における切替判定処理の手順を説明する図である。実施の形態２の判定処理は、図３で示した実施の形態１の判定処理と比較して、切替判定部７－１６が、ステップＳ７－１６－ｂの代わりに、ステップＳ７－１６－ｆを実行する点が異なる。また、切替判定部７－１６が、ステップＳ７－１６－ｃの代わりに、ステップＳ７－１６－ｇを実行する点が異なる。その他のステップで行う処理は、実施の形態１で説明したことと同等の処理が行われる。

　ステップＳ７－１６－ｆにおいて、切替判定部７－１６は、第一速度推定器７－７および第二速度推定器７－１０の速度推定器開始フラグを「ＯＮ」にする信号を送る。そして、第一速度推定器７－７に、第一電動機１の速度推定値ω＿ｏｂｓ１の演算を開始させる。また、切替判定部７－１６は、第二速度推定器７－１０に、第二電動機２の速度推定値ω＿ｏｂｓ２の演算を開始させる。

　また、切替判定部７－１６は、第一電動機１の負荷トルクＴｏ１と第二電動機２の負荷トルクＴｏ２とを推定演算する。負荷トルクの演算にあたって、たとえば、第一電動機１の負荷トルクについては、式（１）に基づいて算出すればよい。ここで、Φ１は、第一電動機１の誘起電圧定数である。また、Ｐｍ１は、第一電動機１の極対数である。さらに、Ｉｑ１は、第一電動機１のｑ軸電流である。そして、第一電動機１の誘起電圧定数Φ１と第一電動機１の極対数Ｐｍ１とは、既知のパラメータである。このため、第一座標変換器７－６から出力された第一電動機１のｑ軸電流Ｉｑ１を用いれば、第一電動機１の負荷トルクＴｏ１を演算することができる。また、第二電動機２のＴｏ２も同様に、第二電動機２の誘起電圧定数、第二電動機２の極対数および第二座標変換器７－９から出力された第二電動機２のｑ軸電流Ｉｑ２を用いて、第二電動機２の負荷トルクＴｏ２を演算することができる。

［数１］
　　Ｔｏ１＝Φ１×Ｐｍ１×Ｉｑ１　　　　　　　　…（１）

　さらに、切替判定部７－１６は、制御切替えを判定する駆動情報となる第一電動機１の負荷トルクＴｏ１と第二電動機２の負荷トルクＴｏ２との差分トルクΔＴｏを演算する。ここで、ステップＳ７－１６－ｆでは、第一制御部７Ａと第二制御部７Ｂとを切替える前に、第一速度推定器７－７および第二速度推定器７－１０が、第一電動機１の速度推定値ω＿ｏｂｓ１および第二電動機２の速度推定値ω＿ｏｂｓ２の演算を開始すればよい。たとえば、タイマー機能を有する場合は、第一制御部７Ａと第二制御部７Ｂとを切替える前に、演算開始フラグを「ＯＮ」にする信号を送るように調整してもよい。

　切替判定部７－１６は、速度推定器開始フラグを「ＯＮ」に切替える信号を送った後、切替条件を満たしたかどうかを判定する（ステップＳ７－１６－ｇ）。切替条件について、速度指令値ω＿ｒｅｆが予め設定した速度閾値Ａ２以上であることについては、実施の形態１と同じである。実施の形態２においては、ステップＳ７－１６－ｆにおいて演算した差分トルクΔＴｏが、予め設定した負荷トルク閾値Ｄ１以上であることを条件とする。

　切替判定部７－１６は、上述した条件のいずれか一方を満たしたときに、切替条件を満たしたと判定する。切替判定部７－１６は、切替条件を満たしていないと判定すると、「ＯＦＦ」の切替信号ＳＷを送る（ステップＳ７－１６－ｄ）。一方、切替判定部７－１６は、切替条件を満たしたと判定すると、「ＯＮ」の切替信号ＳＷを送る（ステップＳ７－１６－ｅ）。以上のように、切替判定部７－１６切替判定処理を実行することで、第一制御部７Ａによる第一制御と第二制御部７Ｂによる第二制御とを切替えて行う。

　以上のように、実施の形態２の電動機制御装置０によれば、第一制御部７Ａによる第一制御から第二制御部７Ｂによる第二制御へ切替えを行うにあたり、それぞれの電動機における負荷の差分トルクΔＴｏを切替条件とした。このため、どちらか一方の電動機に極端に負荷トルクがかかり、負荷トルク差が発生したときにも、第二制御部７Ｂが行う第二制御に切替えることができる。したがって、高速域において、電動機の脱調を抑制することができ、電動機における加速の失敗を抑制することができる。

実施の形態３．
　次に、実施の形態３の電動機制御装置０について説明する。実施の形態３の電動機制御装置０は、実施の形態１の電動機制御装置０と比較して、切替判定部７－１６が行う切替判定処理おける内容が異なる。電動機制御装置０の機器構成および制御装置７の構成は、実施の形態１において説明した内容と同等である。ここでは、実施の形態３の電動機制御装置０における具体的な処理について説明する。

　図８は、この発明の実施の形態３における切替判定処理の手順を説明する図である。実施の形態３の判定処理は、図３で示した実施の形態１の判定処理と比較して、切替判定部７－１６が、ステップＳ７－１６－ｂの代わりに、ステップＳ７－１６－ｈを実行する点が異なる。また、切替判定部７－１６が、ステップＳ７－１６－ｃの代わりに、ステップＳ７－１６－ｉを実行する点が異なる。その他のステップで行う処理は、実施の形態１で説明したことと同等の処理が行われる。

　ステップＳ７－１６－ｈにおいて、切替判定部７－１６は、第一速度推定器７－７および第二速度推定器７－１０の速度推定器開始フラグを「ＯＮ」にする信号を送る。そして、第一速度推定器７－７に、第一電動機１の速度推定値ω＿ｏｂｓ１の演算を開始させる。また、切替判定部７－１６は、第二速度推定器７－１０に、第二電動機２の速度推定値ω＿ｏｂｓ２の演算を開始させる。

　また、切替判定部７－１６は、第一速度推定器７－７からの第一電動機１のｑ軸電流Ｉｑ１と第二速度推定器７－１０からの第二電動機２のｑ軸電流Ｉｑ２とから、制御切替えを判定する駆動情報となるｑ軸電流差分値Δｉｑａを演算する。ここで、ステップＳ７－１６－ｈでは、第一制御部７Ａと第二制御部７Ｂとを切替える前に、第一速度推定器７－７および第二速度推定器７－１０が、第一電動機１の速度推定値ω＿ｏｂｓ１および第二電動機２の速度推定値ω＿ｏｂｓ２の演算を開始すればよい。たとえば、タイマー機能を有する場合は、第一制御部７Ａと第二制御部７Ｂとを切替える前に、演算開始フラグを「ＯＮ」にする信号を送るように調整してもよい。

　切替判定部７－１６は、速度推定器開始フラグを「ＯＮ」に切替える信号を送った後、切替条件を満たしたかどうかを判定する（ステップＳ７－１６－ｇ）。切替条件について、速度指令値ω＿ｒｅｆが予め設定した速度閾値Ａ２以上であることについては、実施の形態１と同じである。実施の形態３においては、ステップＳ７－１６－ｈにおいて演算したｑ軸電流差分値Δｉｑａが、予め設定したｑ軸電流閾値Ｅ１以上であることを条件とする。

　切替判定部７－１６は、上述した条件のいずれか一方を満たしたときに、切替条件を満たしたと判定する。切替判定部７－１６は、切替条件を満たしていないと判定すると、「ＯＦＦ」の切替信号ＳＷを送る（ステップＳ７－１６－ｄ）。一方、切替判定部７－１６は、切替条件を満たしたと判定すると、「ＯＮ」の切替信号ＳＷを送る（ステップＳ７－１６－ｅ）。以上のように、切替判定部７－１６切替判定処理を実行することで、第一制御部７Ａによる第一制御と第二制御部７Ｂによる第二制御とを切替えて行う。

　以上のように、実施の形態３の電動機制御装置０によれば、第一制御部７Ａによる第一制御から第二制御部７Ｂによる第二制御への切替えを行うにあたり、それぞれの電動機におけるｑ軸電流差分値Δｉｑａを切替条件とした。このため、どちらか一方の電動機に極端に負荷が発生したときにも、第二制御部７Ｂが行う第二制御に切替え、ｑ軸の電流フィードバック制御を行うことができる。したがって、高速域において、電動機の制御安定性を保ちつつ、電動機を加速することができる。

実施の形態４．
　次に、実施の形態４の電動機制御装置０について説明する。実施の形態４の電動機制御装置０は、実施の形態１の電動機制御装置０と比較して、切替判定部７－１６が行う切替判定処理おける内容が異なる。電動機制御装置０の機器構成および制御装置７の構成は、実施の形態１において説明した内容と同等である。ここでは、実施の形態４の電動機制御装置０における具体的な処理について説明する。

　図９は、この発明の実施の形態４における切替判定処理の手順を説明する図である。実施の形態４の判定処理は、図３で示した実施の形態１の判定処理と比較して、切替判定部７－１６が、ステップＳ７－１６－ｂの代わりに、ステップＳ７－１６－ｊを実行する点が異なる。また、切替判定部７－１６が、ステップＳ７－１６－ｃの代わりに、ステップＳ７－１６－ｋを実行する点が異なる。その他のステップで行う処理は、実施の形態１で説明したことと同等の処理が行われる。

　ステップＳ７－１６－ｊにおいて、切替判定部７－１６は、第一速度推定器７－７および第二速度推定器７－１０の速度推定器開始フラグを「ＯＮ」にする信号を送る。そして、第一速度推定器７－７に、第一電動機１の速度推定値ω＿ｏｂｓ１の演算を開始させる。また、切替判定部７－１６は、第二速度推定器７－１０に、第二電動機２の速度推定値ω＿ｏｂｓ２の演算を開始させる。

　切替判定部７－１６は、速度推定器開始フラグを「ＯＮ」に切替える信号を送った後、切替条件を満たしたかどうかを判定する（ステップＳ７－１６－ｋ）。切替条件について、速度指令値ω＿ｒｅｆが予め設定した速度閾値Ａ２以上であることが条件となる。

　切替判定部７－１６は、切替判定部７－１６は、上述した切替条件を満たしていないと判定すると、「ＯＦＦ」の切替信号ＳＷを送る（ステップＳ７－１６－ｄ）。一方、切替判定部７－１６は、切替条件を満たしたと判定すると、「ＯＮ」の切替信号ＳＷを送る（ステップＳ７－１６－ｅ）。以上のように、切替判定部７－１６切替判定処理を実行することで、第一制御部７Ａによる第一制御と第二制御部７Ｂによる第二制御とを切替えて行う。

　以上のように、実施の形態４の電動機制御装置０によれば、速度指令値ω＿ｒｅｆに基づいて、速度推定の演算を開始し、速度指令値ω＿ｒｅｆに応じて第一制御部７Ａが行う第一制御と第二制御部７Ｂが行う第二制御とを切替えるようにした。このため、制御が切替わる前に、連続的にそれぞれの電動機にかかる負荷が変動する状態が発生しても、それぞれの電動機を高速まで加速することができる。つまり、速度推定値の演算誤差の影響を受けなくなるので、それぞれの電動機を高速まで加速することができる。

実施の形態５．
　前述した実施の形態１～実施の形態４においては、１台のインバータ５に対し、第一電動機１および第二電動機２の２台を並列接続した構成で説明したが、これに限定するものではない。３台以上の電動機を並列接続した構成であってもよい。

　また、前述した実施の形態１～実施の形態４では、第一電動機１および第二電動機２が加速するときの制御の切替動作について説明した。第一電動機１および第二電動機２を減速させるときにおいても、前述した実施の形態１～実施の形態４において説明したいずれかの処理を適用すれば、制御の切替動作を行うことができる。

　ところで、前述した実施の形態１～実施の形態４においては、空気調和装置のファンに利用する電動機制御装置０について説明したが、これに限定するものではない。その他の自動車用などの電動機において、負荷トルク特性が異なる場合においても、実施の形態１～実施の形態４の制御を組み合わせて利用することができる。

　０　電動機制御装置、１　第一電動機、２　第二電動機、３　第一ファン、４　第二ファン、５　インバータ、６　直流電源、７　制御装置、７Ａ　第一制御部、７Ｂ　第二制御部、７－１Ａ　第一ｄ軸電流指令値設定器、７－１Ｂ　第二ｄ軸電流指令値設定器、７－２　ｄ軸電流制御装置、７－３　座標変換器、７－４　速度制御器、７－５Ａ　ｑ軸電圧指令値設定器、７－５Ｂ　ｑ軸電流制御装置、７－６　第一座標変換器、７－７　第一速度推定器、７－８　第一積分器、７－９　第二座標変換器、７－１０　第二速度推定器、７－１１　第二積分器、７－１２　第一切替器、７－１３　第二切替器、７－１４　第三切替器、７－１５　第四切替器、７－１６　切替判定部、８　第一電流センサ、９　第二電流センサ。

Claims (9)

1. 　複数台が並列に接続された電動機を駆動制御する電動機制御装置であって、
   　電源からの電力を変換して複数台の前記電動機に供給する電力変換装置と、
   　複数台の前記電動機に流れる電流を検出する電流検出装置と、
   　外部からの速度指令値と前記電流検出装置の検出に係る電流値とに応じて、前記電力変換装置を制御する制御装置とを備え、
   　前記制御装置は、
   　前記電動機に対し、電流による第一制御を行う第一制御部と、
   　前記電流値に基づいて得られた前記電動機の推定速度が前記速度指令値に追従するように前記電動機を制御する第二制御を行う第二制御部と、
   　複数台の前記電動機の少なくとも１つ以上の駆動情報に応じて、前記第一制御部による前記第一制御と第二制御部による前記第二制御とを切替える切替判定処理を行う切替判定部と
   を有する電動機制御装置。
2. 　前記駆動情報は、演算により得られた複数台の前記電動機における位相の差分に係る情報である請求項１に記載の電動機制御装置。
3. 　前記駆動情報は、演算により得られた複数台の前記電動機におけるトルクの差分に係る情報である請求項１に記載の電動機制御装置。
4. 　前記駆動情報は、演算により得られた複数台の前記電動機におけるｑ軸電流の差分に係る情報である請求項１に記載の電動機制御装置。
5. 　複数台が並列に接続された電動機を駆動制御する電動機制御装置であって、
   　電源からの電力を変換し、複数台の前記電動機に供給する電力変換装置と、
   　複数台の前記電動機に流れる電流を検出する電流検出装置と、
   　外部からの速度指令値と前記電流検出装置の検出に係る電流値とに応じて、前記電力変換装置を制御する制御装置とを備え、
   　前記制御装置は、
   　前記電動機に対し、電流による第一制御を行う第一制御部と、
   　前記電流値に基づいて得られた前記電動機の推定速度が前記速度指令値に追従するように制御する第二制御を行う第二制御部と、
   　前記第一制御中の前記速度指令値に応じて、前記第一制御部による前記第一制御と第二制御部による前記第二制御とを切替える切替判定処理を行う切替判定部と
   を有する電動機制御装置。
6. 　前記第一制御部は、複数台の前記電動機に励磁電流を流して前記第一制御を行い、
   　前記第二制御部は、複数台の前記電動機に印加する電圧を調整して前記第二制御を行う請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
7. 　前記第二制御部は、前記電動機に流れる前記励磁電流を調整する制御を行い、前記第一制御部で流す前記励磁電流より低い電流に制御する請求項６に記載の電動機制御装置。
8. 　前記制御装置は、
   　前記切替判定部が切替判定を行う前に、前記推定速度を演算する速度推定器を有する請求項１～請求項７のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
9. 　前記切替判定部が前記速度指令値が設定された閾値以上であるかどうかを判定し、前記速度指令値が設定された閾値以上であると判定すると、駆動情報および前記推定速度の演算が開始される請求項１～請求項８のいずれか一項に記載の電動機制御装置。

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