WO2022185675A1 - モータ制御装置 - Google Patents

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inverters
group
frequency
triangular wave
control device
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昌志 土井
武男 西川
岳史 蘆田
裕幸 徳崎
▲良▼羽 沈
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オムロン株式会社
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    • H02P2209/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the waveform of the supplied voltage or current
    • H02P2209/07—Trapezoidal waveform

Definitions

  • the present invention relates to a motor control device.
  • each of a plurality of motors was supplied with power from one AC power supply (AC power supply) in accordance with the number of revolutions of the motor.
  • AC power supply AC power supply
  • one device operates by supplying electric power to a plurality of motors.
  • such a configuration has a problem that the number of wirings is large and the wiring structure for connecting the motor and the power supply becomes complicated.
  • many problems have occurred, such as thick wiring, easy noise generation, and easy heat generation.
  • Patent Document 1 power from one AC power supply is converted into DC (direct current), and this single power is distributed and supplied to a plurality of inverter units that control a plurality of motors. It is According to this, it is possible to reduce the noise in the power supply and to thin the wiring. Furthermore, in Patent Document 1, when using a plurality of inverters that perform PWM control based on each triangular wave signal (triangular wave) that is the basic waveform of PWM control, the phases of each triangular wave signal of each inverter unit are all different. . According to this, it is possible to suppress the ripple current flowing through the capacitor connected in parallel to the power supply from adversely affecting the capacitor.
  • Patent Document 1 if the switching frequencies of the switching elements are the same in all the inverter units, the ripple current can be suppressed because the phases of the triangular wave signals of the carrier signals that determine the switching frequency and timing are all different. It is possible to effectively suppress the influence of ripple current. However, if there are inverters with significantly different switching frequencies among a plurality of inverters, even if the phases of all the triangular wave signals are different, the ripple current cannot be sufficiently suppressed, and the influence of the ripple current can be effectively suppressed. I can't.
  • the present invention adopts the following configuration.
  • a motor control device for controlling operations of a plurality of motors each has a switching element, and shows a basic waveform of PWM control for each of the plurality of motors.
  • a plurality of inverters that supply power by PWM control based on a carrier signal, a DC power supply that supplies power to the plurality of inverters, and a capacitor connected in parallel with the DC power supply, wherein the plurality of inverters A reference frequency based on each switching frequency and associated with a carrier signal for PWM control is assigned, and the plurality of inverters are assigned to any of a plurality of groups based on the assigned reference frequency.
  • the carrier signals corresponding to all inverters belonging to the group are triangular wave signals determined based on a reference frequency assigned to the group;
  • at least one of the carrier signals corresponding to all inverters does not overlap other carrier signals in at least one of frequency and phase.
  • the frequencies or phases of the carrier signals do not overlap within each group, so it is possible to shift the on/off timings of the switching elements within each group. Therefore, the ripple current peak generated in the capacitor can be suppressed, so that the influence of the ripple current on the motor control device can be suppressed.
  • the carrier signal of each of the plurality of inverters has a frequency based on the reference frequency of the predetermined group to which the inverter belongs, and is set so as not to overlap in all the inverters belonging to the predetermined group. It may be a triangular wave signal having a fixed frequency. Thus, when frequencies do not overlap in one group, carrier signals can be synchronized by controlling the frequency change of the carrier signals, unlike the case where the phases do not overlap.
  • the fluctuation range of the frequency of the carrier signal within each group in the plurality of groups is the difference in reference frequency between the group and the group whose reference frequency is closest to the group. Lesser, the highest frequency of the carrier signals of the lower group in the two groups may be lower than the lowest frequency of the carrier signals of the higher group. According to this, it is possible to prevent carrier signal frequencies from overlapping between two adjacent groups. Therefore, the on/off frequencies of the switching elements do not overlap between groups. Therefore, the ripple current peak generated in the capacitor can be suppressed, so that the influence of the ripple current on the motor control device can be suppressed.
  • the carrier signals of the plurality of inverters and the carrier signals of the other inverters belonging to the group to which the inverter belongs are arranged in different orders from a predetermined combination of frequencies.
  • the frequency may switch. According to this, it is possible to synchronize the carrier signals within the group for each period of a predetermined number of frequencies in combination, and to prevent peak times of the carrier signals from overlapping at times other than the synchronization time. According to this, it is possible to suppress the peak of the ripple current generated in the capacitor while realizing the synchronization of the carrier signals within the group.
  • all the frequencies of the predetermined combination are obtained by subtracting 1 from the number of inverters belonging to the group, which is the fluctuation range of the frequency of the carrier signal within the group corresponding to the predetermined combination. may be shifted by a predetermined value divided by . According to this, the frequency of the carrier signal can be greatly varied within the group, so that the influence of the ripple current on the motor control device can be further suppressed.
  • the reference frequency of each of the plurality of inverters may be the same reference frequency as that of all other inverters in the predetermined group to which the inverter belongs.
  • the carrier signal of each of the plurality of inverters has a frequency based on the reference frequency of the predetermined group to which the inverter belongs, and phases of all the inverters belonging to the predetermined group do not overlap. It may be a triangular wave signal set to .
  • the carrier signals of all inverters belonging to the predetermined group may be out of phase by 180 degrees divided by the number of inverters belonging to the predetermined group. According to this, it is possible to make the phase of the carrier signal significantly different within the group, so that the influence of the ripple current on the motor control device can be further suppressed. More specifically, the secondary harmonics in the switching ripple can be canceled out, so the influence of the ripple current on the motor control device can be further suppressed.
  • the present invention may be regarded as a device having at least part of the above means, or as a control device, a control system, a motor system, or a motor device. Moreover, the present invention may be regarded as a control method and a setting method including at least part of the above processing. Further, the present invention can also be regarded as a program for realizing such a method and a recording medium on which the program is non-temporarily recorded. It should be noted that each of the means and processes described above can be combined with each other as much as possible to constitute the present invention.
  • FIG. 1 is a configuration diagram for explaining a motor control device according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2 is a configuration diagram for explaining the motor control device according to the first embodiment.
  • FIG. 3A is a diagram explaining control of frequency change of the triangular wave signal according to the first embodiment
  • FIG. 3B is a diagram explaining phase control of the triangular wave signal according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing a triangular wave signal whose frequency change is controlled according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing a phase-controlled triangular wave signal according to the first embodiment.
  • a motor control device 1 that applies power (AC power) to a plurality of motors 42 as shown in FIGS. 1 and 2 will be described below.
  • PWM control of the inverters 41 (control of output voltages to the plurality of motors 42 ) is performed by switching ON/OFF of the switching elements 100 of the plurality of inverters 41 .
  • the basic waveform of the PWM control of the inverter 41 is determined by the triangular wave signal (triangular wave) generated by the triangular wave generation circuit 43 .
  • the motor control device 1 classifies the plurality of inverters 41 into groups based on the switching frequency (reference frequency) of the switching element 100, and the phase of the triangular wave signal or the frequency of the triangular wave signal ( frequency change). That is, each of the plurality of inverters 41 performs PWM control based on a triangular wave signal different in phase or frequency from the triangular wave signal used by the other inverters 41 in the group to which the inverter 41 belongs. As a result, the on/off timings of the switching elements 100 are shifted between the inverters 41 in the same group, so that the ripple current peak in the capacitor 25 connected in parallel with the power supply 20 can be suppressed.
  • FIG. 1 The configuration of a motor control device 1 for controlling a plurality of motors 42 (motors 42 1 to 42 7 ) according to this embodiment will be described with reference to the configuration diagrams of FIGS. 1 and 2.
  • FIG. The motor control device 1 has a power source 20, a capacitor 25, capacitors 40 1 to 40 7 , inverters 41 1 to 41 7 , and a triangular wave generation circuit 43 (see FIG. 2). Although seven inverters 41, seven capacitors 40, and seven motors 42 are arranged in FIGS. 1 and 2, any number of them may be arranged. Also, a system having the motor control device 1 and a plurality of motors 42 may be regarded as a motor system.
  • Power supply 20 provides DC power (DC current) to inverters 41 1 - 41 7 .
  • the power supply 20 includes a system (AC power supply) and a converter (in other words, a DC power supply) that converts power from the system to DC.
  • Capacitor 25 is connected in parallel with power supply 20 .
  • Capacitor 25, in combination with power supply 20, supplies DC power to a plurality of inverters 41 1 to 41 7 connected in parallel. Due to the existence of the capacitor 25, the voltage supplied to the plurality of inverters 41 1 to 41 7 is kept substantially constant, so sudden (temporary) changes in the voltage supplied to the plurality of inverters 41 1 to 41 7 (overvoltage/undervoltage) can be suppressed.
  • a current called ripple current is generated in the capacitor 25 as the operation of the plurality of inverters 41 1 to 41 7 changes. When the ripple current is large, a large heat rise occurs in the capacitor 25 , which adversely affects the life of the capacitor 25 and the motor control device 1 . Therefore, in this embodiment, it is possible to suppress the peak of the ripple current.
  • Capacitors 40 1 to 40 7 are smoothing capacitors that suppress DC power pulsation, and can store DC power.
  • the inverter 41 -X has six switching elements 100 -X and a control circuit 101 -X , as shown in FIG.
  • the switching element 100X changes to the ON or OFF state based on the PWM control signal from the control circuit 101X .
  • PWM Pulse Width Modulation
  • the frequency (switching frequency) at which the switching element 100X should be switched on/off is preset (fixed) according to the model of the inverter 41X . More specifically, the higher the capacity of motor 42X , the lower the switching frequency.
  • the control circuit 101X compares the triangular wave signal output from the triangular wave generation circuit 43 and the command value of the three-phase voltage of the motor 42X input from the operation control section (not shown) to turn on the switching element 100X . Generates a PWM control signal that controls ON and OFF. The control circuit 101X outputs the generated PWM control signal to the six switching elements 100X .
  • the triangular wave generation circuit 43 generates a triangular wave signal that serves as a basic waveform for PWM control of each inverter 41 .
  • the triangular wave signal is a carrier signal (carrier wave) that is a fundamental wave used for transmitting information.
  • the triangular wave generation circuit 43 outputs triangular wave signals to the inverters 41 1 to 41 7 (control circuits 101 1 to 101 7 ).
  • the inverters 41 1 to 41 7 are grouped by reference frequency, and the triangular wave generation circuit 43 controls the triangular wave signal for each group, thereby suppressing the ripple current generated in the capacitor 25 .
  • the reference frequencies are assigned to the inverters 41 1 to 41 7 based on their respective switching frequencies.
  • the same reference frequency is assigned to the inverters 41 having similar switching frequencies (switching frequencies belonging to the same category). Then, the inverters 41 1 to 41 7 are grouped for each reference frequency.
  • the triangular wave generation circuit 43 controls the triangular wave signal for each group based on the reference frequency assigned to the group. Note that the reference frequency assigned to a certain group may be the same as the switching frequency of the inverter 41 in that group, or the reference frequency and the switching frequency may be different.
  • the reference frequency of inverter models A to C is fa
  • the reference frequency of model D is fb
  • the reference frequency of model E is fc.
  • the inverter 41 1 is model A
  • the inverter 41 2 is model B
  • the inverter 41 3 is model C
  • the inverters 41 4 and 41 5 are model D
  • the inverters 41 6 and 41 7 are model E.
  • the inverters 41 1 to 41 3 whose reference frequency is fa are classified into group 1
  • the inverters 41 4 and 41 5 whose reference frequency is fb are classified into group 2
  • the inverters 41 6 and 41 whose reference frequency is fc. 417 are classified in Group 3. It is assumed that this classification is set in the triangular wave generation circuit 43 in advance.
  • the triangular wave generation circuit 43 varies the frequency change (frequency) of the triangular wave signal between the inverters 41 belonging to each reference frequency group. For example, for group 1, triangular wave generation circuit 43 determines a combination of three frequencies, which is the number of inverters 41 belonging to group 1.
  • FIG. In this case, for example, the triangular wave generation circuit 43 has a frequency range of fa-fr/2 to fa+fr/2, which is the range of the width (variation width) of the variable frequency fr, centering on fa, which is the reference frequency corresponding to group 1.
  • the combination of frequencies is determined. Specifically, the triangular wave generation circuit 43 determines combinations having frequencies of fa, fa-fr/2, and fa+fr/2. The frequencies of this combination are shifted by a value obtained by dividing the variable frequency fr by 2, which is obtained by subtracting 1 from the number of inverters belonging to the group of 3, for example.
  • each frequency of the combination may be any value within the frequency range of fa-fr/2 to fa+fr/2.
  • the reference frequency fa is 8 kHz and the variable frequency fr is 200 Hz.
  • the triangular wave generation circuit 43 generates triangular wave signals for the inverters 41 1 to 41 3 such that the frequencies included in this combination are switched in different orders.
  • the number of frequencies that a combination has does not need to be the number of inverters 41 belonging to the group, and may be any number greater than the number of inverters 41 belonging to the group.
  • the triangular wave generating circuit 43 generates, as the triangular wave signal to be output to the inverter 411, a triangular wave signal that switches in the order of frequencies fa-fr/2, fa, and fa+fr/2.
  • the triangular wave generating circuit 43 generates, as a triangular wave signal to be output to the inverter 412, a triangular wave signal that switches in the order of frequencies fa, fa+fr/2, and fa-fr/2.
  • the triangular wave generating circuit 43 generates a triangular wave signal that switches in the order of frequencies fa+fr/2, fa-fr/ 2 , and fa as a triangular wave signal to be output to the inverter 413 .
  • the same group 1 triangular wave signals are synchronized with each other every period of a period corresponding to the number of frequencies (three, which is the number of the group 1 inverters 41) of the frequency combination. can.
  • the peak points of the three triangular wave signals do not overlap other than the point of synchronization. Therefore, the switching element 100 is turned on/off at different timings in the inverters 41 1 to 41 3 except for the synchronization time, so that the peak (maximum value) of the ripple current generated in the capacitor 25 can be suppressed. Become.
  • the triangular wave generation circuit 43 determines combinations of frequencies and generates triangular wave signals so that the frequencies change in different orders within the groups.
  • the triangular wave generation circuit 43 may determine the variable frequency fr such that the frequency ranges, which are the ranges used when determining the combination of frequencies, do not overlap between groups having different reference frequencies. That is, the fluctuation width of the frequency of the triangular wave signal within each group may be smaller than the difference in reference frequency between the group and the group whose reference frequency is closest to the group. In this case, the highest frequency of the triangular wave signal of the lower group in these two groups should be lower than the lowest frequency of the triangular wave signal of the higher group.
  • the peak amplitude of the switching ripple in the frequency band where the amplitude of the switching ripple is the largest can be reduced by about 15% compared to the case where the frequency change is not controlled in this way.
  • the triangular wave signal as in this embodiment, the peak of the ripple current in the motor control device 1 can be suppressed.
  • the triangular wave generation circuit 43 causes the phase of the triangular wave signal to differ between the inverters 41 belonging to each reference frequency group. For example, for group 1 , the triangular wave generation circuit 43, as shown in FIG. Different by 60 degrees. At this time, the different phase is obtained by dividing 180 degrees by the number n of inverters 41 in the same group, for example.
  • the angle is not limited to 180 degrees, and may be any angle such as 360 degrees.
  • the triangular wave generation circuit 43 shifts the phase of the triangular wave signal of the inverter 41-1 from the triangular wave signal of the inverter 41-2 by 60 degrees, using the triangular wave signal of the inverter 41-1 as a reference.
  • the phase of the triangular wave signal of the inverter 412 is shifted by 120 degrees from the triangular wave signal of 1 .
  • the phase is controlled for each group, so unlike the above-described Patent Document 1, not all triangular wave signals have different phases. Specifically, there is always a triangular wave signal with a phase of 0 degrees in each group.
  • the frequency change or the phase is made different in all the triangular wave signals output to one group of reference frequencies.
  • the frequency change or phase may be different.
  • both the frequency change and the phase may be different in all triangular wave signals output to one group of reference frequencies.
  • triangular wave signals may be generated in which the phases are different from each other and the frequencies change in different orders from a combination of a plurality of frequencies.
  • each of the inverters 41 1 to 41 7 instead of the triangular wave generation circuit 43 may perform processing to change the frequency or phase of the triangular wave signal.
  • the triangular wave generation circuit 43 may output the same triangular wave signal to the plurality of inverters 41 in the same group. Then, for example, based on the triangular wave signal obtained from the triangular wave generation circuit 43, the control circuit 101-1 controls the triangular wave signal so that the change in frequency is different from that of the triangular wave signal used for PWM control of the switching elements 100-2 and 100-3 in the same group. , a triangular wave signal used for PWM control of the switching element 1001 may be generated (converted).
  • the inverters 41 1 to 41 7 are grouped by reference frequency, but after this grouping, a plurality of inverters 41 with the same reference frequency may be further classified into a plurality of groups. This also prevents the triangular wave signal from overlapping in frequency or phase in each group, thereby suppressing the ripple current peak.
  • the plurality of inverters (41) are classified into one of a plurality of groups based on the assigned reference frequency, In each of the plurality of groups, the carrier signals corresponding to all inverters (41) belonging to the group are triangular wave signals determined based on the reference frequency assigned to the group, and at least one of the carrier signals corresponding to the inverter (41) does not overlap other carrier signals in at least one of frequency and phase with other carrier signals;
  • a motor controller (1) for controlling the operation of a pluralit

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Abstract

モータ制御装置は、複数のモータそれぞれに対して、ＰＷＭ制御により電力を供給する複数のインバータと、前記複数のインバータに電力を供給する直流電源と、前記直流電源と並列に接続されたコンデンサと、を備え、前記複数のインバータは、スイッチング周波数に基づいた複数のグループの何れかに分類されており、前記複数のグループのそれぞれにおいて、該グループに属する全てのインバータに対応する前記キャリア信号は、該グループに割り当てられた基準周波数に基づいて決定された三角波信号であり、且つ、周波数および位相のうち少なくとも一方が他の三角波信号と重複しない三角波信号が少なくとも１つ以上存在する。

Description

モータ制御装置
　本発明は、モータ制御装置に関する。
　従来、サーボ給電システムにおいて、１つのモータに対して当該モータの回転数に合わせた電力が１つのＡＣ電源（交流電源）から供給されることが、複数のモータそれぞれに対して行われていた。このように、複数のモータに電力が供給されることによって、１つの機器が動作するということが実現されていた。しかし、このような構成では、配線の数が多く、モータと電源を接続するための配線構造が複雑になるという課題があった。さらには、このような構成では、配線が太くなること、ノイズが発生しやすいこと、および熱が生じやすいことなどの多くの課題が発生していた。
　そこで、特許文献１では、１つのＡＣ電源の電力をＤＣ（直流）に変換して、複数のモータを制御する複数のインバータ部に対して、この１つの電力を分配して供給することが行われている。これによれば、給電における低ノイズ化や、配線を細くすることが実現できる。さらに、特許文献１では、ＰＷＭ制御の基本波形となる各三角波信号（三角波）に基づいてＰＷＭ制御を行う複数のインバータを用いる場合に、各インバータ部の各三角波信号の位相を全て異ならせている。これによれば、電源に対して並列に接続されたコンデンサに流れるリプル電流がコンデンサに悪影響を及ぼすことを抑制することができる。
特開２０１１－２５９５４６号公報
　ここで、特許文献１では、全てのインバータ部においてスイッチング素子のスイッチング周波数が同一であれば、スイッチング周波数と時期を決定するキャリア信号の三角波信号の位相が全て異なることによってリプル電流を抑制できるため、効果的にリプル電流の影響を抑えることができる。しかし、複数のインバータ部の中にスイッチング周波数が大きく異なるインバータ部が存在すると、全ての三角波信号の位相を異ならせても、十分にリプル電流を抑制できず、効果的にリプル電流の影響を抑えることができない。
　そこで、本発明は、複数のモータに電力を供給する複数のインバータの中にスイッチング周波数が大きく異なるインバータが存在する場合であっても、リプル電流の影響を抑える技術を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を採用する。
　すなわち、本発明の一側面に係る複数のモータの動作を制御するモータ制御装置は、それぞれがスイッチング素子を有しており、かつ、前記複数のモータそれぞれに対して、ＰＷＭ制御の基本波形を示すキャリア信号に基づくＰＷＭ制御により電力を供給する複数のインバータと、前記複数のインバータに電力を供給する直流電源と、前記直流電源と並列に接続されたコンデンサと、を備え、前記複数のインバータは、それぞれのスイッチング周波数に基づく基準周波数であって、ＰＷＭ制御のためのキャリア信号に関連する基準周波数が割り当てられ、前記複数のインバータは、割り当てられた前記基準周波数に基づいた複数のグループの何れかに分類されており、前記複数のグループのそれぞれにおいて、該グループに属する全てのインバータに対応する前記キャリア信号は、該グループに割り当てられた基準周波数に基づいて決定された三角波信号であり、且つ、該全てのインバータに対応する前記キャリア信号のうち少なくとも１つは他のキャリア信号とは周波数および位相のうち少なくとも一方が重複しない、モータ制御装置である。
　上記構成によれば、基準周波数に基づくグループにおいて、各グループ内でキャリア信号（三角波信号）の周波数または位相が重複しないため、各グループ内でスイッチング素子のオン／オフのタイミングをずらすことができる。このため、コンデンサにおいて生じるリプル電流のピークを抑制できるため、モータ制御装置におけるリプル電流の影響を抑えることができる。
　上記モータ制御装置において、前記複数のインバータのそれぞれの前記キャリア信号は、該インバータが属する所定グループの前記基準周波数に基づいた周波数であって、該所定グループに属する全てのインバータにおいて重複しないように設定された周波数を有する三角波信号であってもよい。このように、１つのグループにおいて周波数が重複しないことによれば、位相が重複しない場合と異なり、キャリア信号の周波数変化を制御することで、キャリア信号間の同期をさせることができる。
　上記モータ制御装置において、前記複数のグループにおける各グループ内での前記キャリア信号の周波数の変動幅は、該グループと該グループから基準周波数が最も近接するグループとの２つのグループ間の基準周波数の差より小さく、該２つのグループにおける低い側のグループの前記キャリア信号の最高周波数は、高い側のグループの前記キャリア信号の最低周波数より低くてもよい。これによれば、隣接する２つのグループで、キャリア信号の周波数が重複しないようにできる。よって、グループ間で、スイッチング素子のオン／オフの周波数が重複することがない。このため、コンデンサにおいて生じるリプル電流のピークを抑制できるため、モータ制御装置におけるリプル電流の影響を抑えることができる。
　上記モータ制御装置において、前記複数のインバータのそれぞれの前記キャリア信号と、該インバータが属するグループに属する他のインバータの前記キャリア信号とは、複数の周波数からなる所定の組合せの中から互いに異なる順序で周波数が切り替わってもよい。これによれば、所定の組合せの周波数の数の期間ごとに、グループ内でキャリア信号の同期ができ、同期の時点以外ではキャリア信号のピークの時点が重ならないようにすることができる。これによれば、グループ内のキャリア信号の同期を実現しつつも、コンデンサにおいて生じるリプル電流のピークを抑制できる。
　上記モータ制御装置において、前記所定の組合せが有する全ての周波数は、前記所定の組合せに対応するグループ内での前記キャリア信号の周波数の変動幅を、該グループに属するインバータ数から１を引いた数で割った所定値ずつずれていてもよい。これによれば、グループ内でキャリア信号の周波数を大きく異ならせることができるので、モータ制御装置におけるリプル電流の影響をより抑えることができる。
　上記モータ制御装置において、前記複数のインバータそれぞれの基準周波数は、該インバータが属する所定グループにおける他の全てのインバータと同一の基準周波数であってもよい。
　上記モータ制御装置において、前記複数のインバータのそれぞれの前記キャリア信号は、該インバータが属する所定グループの前記基準周波数に基づいた周波数であって、該所定グループに属する全てのインバータにおいて位相が重複しないように設定された三角波信号であってもよい。
　上記モータ制御装置において、前記所定グループに属する全てのインバータの前記キャリア信号は、前記所定グループに属するインバータ数で１８０度を割った分ずつ位相がずれていてもよい。これによれば、グループ内でキャリア信号の位相を大きく異ならせることができるので、モータ制御装置におけるリプル電流の影響をより抑えることができる。より具体的には、スイッチングリプルにおける２次高調波を互いに打ち消しあうことができるので、モータ制御装置におけるリプル電流の影響をより抑えることができる。
　本発明は、上記手段の少なくとも一部を有する装置として捉えてもよいし、制御装置や制御システム、モータシステム、モータ装置として捉えてもよい。また、本発明は、上記処理の少なくとも一部を含む制御方法、設定方法、として捉えてもよい。また、本発明は、かかる方法を実現するためのプログラムやそのプログラムを非一時的に記録した記録媒体として捉えることもできる。なお、上記手段および処理の各々は可能な限り互いに組合せて本発明を構成することができる。
　本発明によれば、複数のモータに電力を供給する複数のインバータの中にスイッチング周波数が大きく異なるインバータが存在する場合であっても、リプル電流の影響を抑えることができる。
図１は、実施形態１に係るモータ制御装置を説明する構成図である。 図２は、実施形態１に係るモータ制御装置を説明する構成図である。 図３Ａは実施形態１に係る三角波信号の周波数変化の制御を説明する図であり、図３Ｂは実施形態１に係る三角波信号の位相制御を説明する図である。 図４は、実施形態１に係る周波数変化を制御した三角波信号を表す図である。 図５は、実施形態１に係る位相制御をした三角波信号を表す図である。
　以下、本発明を実施するための実施形態について図面を用いて記載する。
＜適用例＞
　以下では、図１および図２に示すような、複数のモータ４２に動力（交流電力）を与えるモータ制御装置１について説明する。モータ制御装置１では、複数のインバータ４１のスイッチング素子１００のオン／オフが切り替えられることによって、インバータ４１のＰＷＭ制御（複数のモータ４２への出力電圧の制御）が行われる。ここで、インバータ４１のＰＷＭ制御の基本波形は、三角波生成回路４３が生成する三角波信号（三角波）によって決定される。そこで、以下では、モータ制御装置１は、スイッチング素子１００のスイッチング周波数（基準周波数）に基づくグループに複数のインバータ４１を分類し、同じグループのインバータ４１では、三角波信号の位相または三角波信号の周波数（周波数変化）を異ならせる。つまり、複数のインバータ４１のそれぞれは、当該インバータ４１の属するグループの他のインバータ４１が用いる三角波信号とは、位相または周波数が異なる三角波信号に基づきＰＷＭ制御をする。これによって、同一グループのインバータ４１間においてスイッチング素子１００のオン／オフのタイミングがずれるため、電源２０と並列に接続されたコンデンサ２５におけるリプル電流のピークを抑制することができる。
＜実施形態１＞
［モータ制御装置の構成］
　図１および図２の構成図を参照して、本実施形態に係る複数のモータ４２（モータ４２１～４２７）を制御するモータ制御装置１の構成を説明する。モータ制御装置１は、電源２０、コンデンサ２５、コンデンサ４０１～４０７、インバータ４１１～４１７、三角波生成回路４３（図２参照）を有する。なお、図１および図２では、インバータ４１とコンデンサ４０とモータ４２を７つずつ配置しているが、任意の数ずつ配置してもよい。また、モータ制御装置１と複数のモータ４２とを有するものを、モータシステムとして捉えてもよい。
　電源２０は、直流電力（直流電流）をインバータ４１１～４１７に提供する。電源２０は、系統（交流電源）と、系統からの電力を直流化するコンバータ（換言すれば、直流電源）を備える。
　コンデンサ２５は、電源２０と並列に接続される。コンデンサ２５は、電源２０と組み合わさって、互いに並列に接続された複数のインバータ４１１～４１７に直流電力を供給する。コンデンサ２５の存在により、複数のインバータ４１１～４１７に供給される電圧がほぼ一定に保たれるため、複数のインバータ４１１～４１７に供給される電圧の急激な（一時的な）変化（過電圧/低電圧）を抑制できる。なお、コンデンサ２５では、複数のインバータ４１１～４１７の動作の変化に伴い、リプル電流と呼ばれる電流が発生する。リプル電流が大きい場合には、コンデンサ２５で大きな熱上昇が発生してしまうため、コンデンサ２５およびモータ制御装置１の寿命に悪影響を及ぼす。このため、本実施形態では、このリプル電流のピークを抑制することを実現する。
　コンデンサ４０１～４０７は、それぞれ直流電力の脈動分を抑える平滑コンデンサであり、直流電力を蓄積することもできる。
　インバータ４１Ｘ（Ｘ＝１～７のそれぞれ）は、入力された電力からモータ４２Ｘが用いる周波数の交流の電力を生成することにより、モータ４２Ｘを制御する。インバータ４１１～４１７は、電源２０およびコンデンサ２５に対して互いに並列に接続されている。インバータ４１Ｘは、図２に示すように、６つのスイッチング素子１００Ｘと、制御回路１０１Ｘとを有する。
　スイッチング素子１００Ｘは、制御回路１０１ＸからのＰＷＭ制御信号に基づき、オンまたはオフの状態に変化する。このことで、インバータ４１Ｘからモータ４２Ｘに供給する交流電力を制御する、いわゆるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御が行われる。ここで、スイッチング素子１００Ｘがオン／オフに切り替えられるべき周波数（スイッチング周波数）は、インバータ４１Ｘの機種によって予め設定されておる（定まっている）。より詳細には、モータ４２Ｘの容量が大きいほど、スイッチング周波数は低い。
　制御回路１０１Ｘは、三角波生成回路４３から出力された三角波信号と、動作制御部（不図示）から入力されるモータ４２Ｘの三相電圧の指令値を比較して、スイッチング素子１００Ｘのオンとオフを制御するＰＷＭ制御信号を生成する。制御回路１０１Ｘは、生成したＰＷＭ制御信号を６つのスイッチング素子１００Ｘに出力する。
　三角波生成回路４３は、各インバータ４１のＰＷＭ制御の基本波形となる三角波信号を生成する。ここで、三角波信号は、情報を送信するために使用する基本波であるキャリア信号（搬送波）である。そして、三角波生成回路４３は、三角波信号をインバータ４１１～４１７（制御回路１０１１～１０１７）に出力する。なお、本実施形態では、インバータ４１１～４１７を基準周波数ごとにグループ化して、三角波生成回路４３がグループごとに三角波信号を制御することによって、コンデンサ２５において発生するリプル電流を抑制する。具体的には、インバータ４１１～４１７に対して、それぞれのスイッチング周波数に基づき、基準周波数を割り当てる。つまり、スイッチング周波数が近い（スイッチング周波数が同一カテゴリである）インバータ４１に対して、同一の基準周波数を割り当てる。そして、その基準周波数ごとに、インバータ４１１～４１７をグループ化する。ここでは、三角波生成回路４３は、グループごとに、当該グループに割り当てられた基準周波数に基づき三角波信号を制御する。なお、或るグループに割り当てられた基準周波数は、そのグループのインバータ４１のスイッチング周波数と同じであってもよいし、基準周波数とスイッチング周波数とは異なっていてもよい。
　例えば、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、インバータの機種Ａ～Ｃの基準周波数がｆａであり、機種Ｄの基準周波数がｆｂであり、機種Ｅの基準周波数がｆｃであるとする。そして、インバータ４１１が機種Ａであり、インバータ４１２が機種Ｂであり、インバータ４１３が機種Ｃであり、インバータ４１４，４１５が機種Ｄであり、インバータ４１６，４１７が機種Ｅであるとする。すると、基準周波数がｆａであるインバータ４１１～４１３がグループ１に分類され、基準周波数がｆｂであるインバータ４１４，４１５がグループ２に分類され、基準周波数がｆｃであるインバータ４１６，４１７がグループ３に分類される。なお、この分類は、三角波生成回路４３に予め設定されているものとする。
（周波数を用いた三角波信号の制御）
　まず、三角波生成回路４３が、周波数によって三角波信号を制御することで、リプル電流を制御する方法を説明する。三角波生成回路４３は、基準周波数のグループごとに、当該グループに属するインバータ４１間において三角波信号の周波数変化（周波数）を異ならせる。例えば、グループ１について、三角波生成回路４３は、グループ１に属するインバータ４１の数である３つの周波数の組合せを決定する。この場合、三角波生成回路４３は、例えば、グループ１に対応する基準周波数であるｆａを中心として、可変周波数ｆｒの幅（変動幅）の範囲であるｆａ－ｆｒ／２～ｆａ＋ｆｒ／２の周波数範囲の周波数から、周波数の組合せを決定する。具体的には、三角波生成回路４３は、ｆａ，ｆａ－ｆｒ／２，ｆａ＋ｆｒ／２の周波数を有する組合せを決定する。この組合せの周波数では、例えば、グループに属するインバータ数３から１を引いた（減算した）数である２で可変周波数ｆｒを割った値ずつずれている。しかし、これに限らず、組合せの各周波数は、ｆａ－ｆｒ／２～ｆａ＋ｆｒ／２の周波数範囲内の値であれば、任意の値であってよい。ここで、例えば、基準周波数ｆａは８ｋＨｚであり、可変周波数ｆｒは２００Ｈｚである。そして、三角波生成回路４３は、インバータ４１１～４１３に対する三角波信号において、この組合せに含まれる周波数が異なる順序で切り替わるような、三角波信号を生成する。なお、組合せが有する周波数の数は、グループに属するインバータ４１の数である必要はなく、グループに属するインバータ４１の数より多い任意の数であってもよい。
　例えば、図４に示すように、三角波生成回路４３は、インバータ４１１に出力する三角波信号として、周波数ｆａ－ｆｒ／２，ｆａ，ｆａ＋ｆｒ／２の順で切り替わるような三角波信号を生成する。三角波生成回路４３は、インバータ４１２に出力する三角波信号として、周波数ｆａ，ｆａ＋ｆｒ／２，ｆａ－ｆｒ／２の順で切り替わるような三角波信号を生成する。三角波生成回路４３は、インバータ４１３に出力する三角波信号として、周波数ｆａ＋ｆｒ／２，ｆａ－ｆｒ／２，ｆａの順で切り替わるような三角波信号を生成する。
　このように三角波信号が生成されれば、周波数の組合せが有する周波数の数（グループ１のインバータ４１の数である３つ）分の周期の期間ごとに、同一のグループ１の三角波信号は互いに同期できる。また、この同期の時点以外では、３つの三角波信号のピークの時点が重ならない。このため、同期時点以外では、インバータ４１１～４１３において異なるタイミングでスイッチング素子１００がオン／オフに変化するため、コンデンサ２５で発生するリプル電流のピーク（最大値）を抑制することが可能になる。
　なお、他のグループ２，３についても、図３Ａに示すように、三角波生成回路４３は、周波数の組合せを決定して、グループ内で異なる順序で周波数が変化するように三角波信号を生成する。なお、三角波生成回路４３は、基準周波数の異なるグループの間では、周波数の組合せを決定する際の範囲である周波数範囲が互いに重複しないように、可変周波数ｆｒを決定してもよい。つまり、各グループ内での三角波信号の周波数の変動幅は、該グループと該グループから基準周波数が最も近接するグループとの２つのグループ間の基準周波数の差より小さくてもよい。そして、この場合、この２つのグループにおける低い側のグループの三角波信号の最高周波数は、高い側のグループの三角波信号の最低周波数より低いとよい。
　発明者が実施した実験では、基準周波数（スイッチング周波数）ｆａ＝８ｋＨｚ、可変周波数ｆｒ＝２００Ｈｚであり、上記のインバータ４１１～４１３のみを稼働させて本実施形態のように三角波信号を制御した場合に、このように周波数変化を制御しない場合と比べて、最もスイッチングリプルの振幅が大きくなる周波数帯の当該振幅のピークを約１５％減少できた。このように、本実施形態のように、三角波信号を制御することによれば、モータ制御装置１におけるリプル電流のピークを抑制できる。
（位相を用いた三角波信号の制御）
　次に、三角波生成回路４３が、位相によって三角波信号を制御することで、リプル電流を制御する方法を説明する。三角波生成回路４３は、図３Ｂに示すように、基準周波数のグループごとに、当該グループに属するインバータ４１間において三角波信号の位相を異ならせる。例えば、グループ１について、三角波生成回路４３は、図５に示すように、同一の周波数（基準周波数が示す周波数）にしつつ、インバータ４１１～４１３の三角波信号の位相を、隣接する位相同士で６０度ずつ異ならせる。このとき、異ならせる位相は、例えば、同一のグループのインバータ４１の数ｎで１８０度を除算したものである。しかし、１８０度に限らず、３６０度などの任意の角度であってもよい。
　具体的には、三角波生成回路４３は、図５に示すように、インバータ４１１の三角波信号を基準として、インバータ４１１の三角波信号からインバータ４１２の三角波信号の位相を６０度ずらし、インバータ４１１の三角波信号からインバータ４１２の三角波信号の位相を１２０度ずらす。
　なお、本実施形態では、グループごとに位相を制御するため、上述した特許文献１とは異なり、全ての三角波信号において位相が異なるわけではない。具体的には、各グループにおいて位相が０度の三角波信号が必ず存在している。
　発明者が実施した実験では、基準周波数ｆａ＝８ｋＨｚ、可変周波数ｆｒ＝２００Ｈｚであり、上記のインバータ４１１～４１３を稼働させて本実施形態のように三角波信号の位相を制御した場合には、このように位相を制御しない場合と比べて、最もスイッチングリプルの振幅が大きくなる周波数帯の当該振幅のピークを約９５％減少できた。これによって、モータ制御装置１におけるリプル電流による悪影響を抑制できる。
　なお、上述では、基準周波数の１つのグループに出力される全ての三角波信号において、周波数変化または位相を異ならせる例を説明した。しかし、基準周波数の１つのグループに出力される全ての三角波信号においてではなく、基準周波数の１つのグループに出力される全ての三角波信号のうち少なくとも１以上の三角波信号において、他の三角波信号とは周波数変化または位相を異ならせてもよい。
　また、基準周波数の１つのグループに出力される全ての三角波信号において、周波数変化と位相との両方を異ならせてもよい。例えば、グループ１において、互いに位相が異なりつつ、複数の周波数の組合せから互いに異なる順序で周波数が変化するような三角波信号が生成されてもよい。
　さらに、三角波生成回路４３ではなく、インバータ４１１～４１７のそれぞれが、三角波信号に対して周波数変化または位相を異ならせる処理を行ってもよい。この場合には、三角波生成回路４３は、同一のグループの複数のインバータ４１に対して同一の三角波信号を出力してよい。そして、例えば、制御回路１０１１が、三角波生成回路４３から取得した三角波信号に基づき、同一グループのスイッチング素子１００２およびスイッチング素子１００３のＰＷＭ制御に用いる三角波信号とは周波数の変化が異なるように、スイッチング素子１００１のＰＷＭ制御に用いる三角波信号を生成（変換）してもよい。
　また、上記では、インバータ４１１～４１７を基準周波数ごとにグループ化したが、このグループ化の後に、さらに、同一の基準周波数の複数のインバータ４１を複数のグループに分類してもよい。これによっても、各グループにおいて三角波信号の周波数または位相を重複しないようにできるので、リプル電流のピークを抑制できる。
　なお、実施形態に記載された事項のみによって特許請求の範囲の記載の解釈が限定されるものではない。特許請求の範囲の記載の解釈には、出願時の技術常識を考慮した、発明の課題が解決できることを当業者が認識できるように記載された範囲も含む。
　（付記）
　複数のモータ（４２）の動作を制御するモータ制御装置（１）であって、
　それぞれがスイッチング素子（１００）を有しており、かつ、前記複数のモータ（４２）それぞれに対して、キャリア信号に基づくＰＷＭ制御により電力を供給する複数のインバータ（４１）と、
　前記複数のインバータ（４１）に電力を供給する直流電源（２０）と、
　前記直流電源（２０）と並列に接続されたコンデンサ（２５）と、
を備え、
　前記複数のインバータ（４１）は、それぞれのスイッチング周波数に基づく基準周波数であって、キャリア信号に関連する基準周波数が割り当てられ、
　前記複数のインバータ（４１）は、割り当てられた前記基準周波数に基づいた複数のグループの何れかに分類されており、
　前記複数のグループのそれぞれにおいて、該グループに属する全てのインバータ（４１）に対応する前記キャリア信号は、該グループに割り当てられた基準周波数に基づいて決定された三角波信号であり、且つ、該全てのインバータ（４１）に対応する前記キャリア信号のうち少なくとも１つは他のキャリア信号とは周波数および位相のうち少なくとも一方が他のキャリア信号と重複しない、
　モータ制御装置（１）。
１：モータ制御装置、２０：電源、２５：コンデンサ、４０：コンデンサ、
４１：インバータ、４２、モータ、４３：三角波生成回路、
１００：スイッチング素子、１０１：制御回路

Claims (8)

  1. 　複数のモータの動作を制御するモータ制御装置であって、
    　それぞれがスイッチング素子を有しており、かつ、前記複数のモータそれぞれに対して、キャリア信号に基づくＰＷＭ制御により電力を供給する複数のインバータと、
    　前記複数のインバータに電力を供給する直流電源と、
    　前記直流電源と並列に接続されたコンデンサと、
    を備え、
    　前記複数のインバータは、それぞれのスイッチング周波数に基づく基準周波数であって、ＰＷＭ制御のためのキャリア信号に関連する基準周波数が割り当てられ、
    　前記複数のインバータは、割り当てられた前記基準周波数に基づいた複数のグループの何れかに分類されており、
    　前記複数のグループのそれぞれにおいて、該グループに属する全てのインバータに対応する前記キャリア信号は、該グループに割り当てられた基準周波数に基づいて決定された三角波信号であり、且つ、該全てのインバータに対応する前記キャリア信号のうち少なくとも１つは他のキャリア信号とは周波数および位相のうち少なくとも一方が重複しない、
    　モータ制御装置。
  2. 　前記複数のインバータのそれぞれの前記キャリア信号は、該インバータが属する所定グループの前記基準周波数に基づいた周波数であって、該所定グループに属する全てのインバータにおいて重複しないように設定された周波数を有する三角波信号である、
    　請求項１に記載のモータ制御装置。
  3. 　前記複数のグループにおける各グループ内での前記キャリア信号の周波数の変動幅は、該グループと該グループから基準周波数が最も近接するグループとの２つのグループ間の基準周波数の差より小さく、
    　該２つのグループにおける低い側のグループの前記キャリア信号の最高周波数は、高い側のグループの前記キャリア信号の最低周波数より低い、
    　請求項１または２に記載のモータ制御装置。
  4. 　前記複数のインバータのそれぞれの前記キャリア信号と、該インバータが属するグループに属する他のインバータの前記キャリア信号とは、複数の周波数からなる所定の組合せの中から互いに異なる順序で周波数が切り替わる、
    　請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
  5. 　前記所定の組合せが有する全ての周波数は、前記所定の組合せに対応するグループ内での前記キャリア信号の周波数の変動幅を、該グループに属するインバータ数から１を引いた数で割った所定値ずつずれている、
    　請求項４に記載のモータ制御装置。
  6. 　前記複数のインバータそれぞれの基準周波数は、該インバータが属する所定グループにおける他の全てのインバータと同一の基準周波数である、
    　請求項１から５のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
  7. 　前記複数のインバータのそれぞれの前記キャリア信号は、該インバータが属する所定グループの前記基準周波数に基づいた周波数であって、該所定グループに属する全てのインバータにおいて位相が重複しないように設定された三角波信号である、
    　請求項１に記載のモータ制御装置。
  8. 　前記所定グループに属する全てのインバータの前記キャリア信号は、前記所定グループに属するインバータ数で１８０度を割った分ずつ位相がずれている、
    　請求項７に記載のモータ制御装置。
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