JP5547866B2 - 誘導電動機駆動装置、電動機駆動システム、及び昇降システム - Google Patents

Description

本発明は、誘導電動機を駆動制御するの可変速運転を行うための誘導電動機駆動装置、電動機駆動システム、及びこれを用いた昇降システムに関する。

クレーン等の昇降装置を用いて荷物を上昇させる際には、誘導電動機の所定の加速レートが荷重に対して速すぎる場合の過大な電動機すべり（過すべり）を防止したり、過荷重、荷の状態、振動などによる荷重負荷変動や、熱などによる電動機の定数変動などによって引き起こされる荷物の落下を防止したりする技術が必要である。特許文献１では、回転速度検出器を用い、回転速度検出値と電動機入力周波数（一次周波数）から誘導電動機のすべり周波数を取得し、このすべり周波数が所定値を超過した場合に減速を行い、あるいは停止処理を行うようにしている。

また、特許文献２には、低速度域で負荷最大トルクに見合うように電動機電流をベクトル制御する技術が記載されている。この技術は、極性設定が不用なｄ軸電流を強め、電動機電流を制限するためにｑ軸電流を所定値あるいは略ゼロに制限している。
特開平２−２６２８９３号公報 特許３３５１２４４号公報（段落００３３，００３６）

しかしながら、特許文献１の技術では、誘導電動機の減速あるいは停止処理の基準となるすべり周波数を最適化することについては考慮されていない。このため、最大トルクを発生することなく誘導電動機を減速あるいは停止処理してしまうことがあった。

そこで、本発明は、加速不能判断を行う際、電動機トルクを理想最大値近傍まで発生させることのできる誘導電動機駆動装置、電動機駆動システム、及びこれを用いた昇降システムを提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明の誘導電動機駆動装置は、誘導電動機を駆動する電力変換部と、前記誘導電動機のｑ軸磁束を演算するｑ軸磁束演算部と、磁束飽和領域において前記誘導電動機の最大トルクを発生させる最大トルク発生ｑ軸磁束を演算する最大トルク発生ｑ軸磁束演算部と、前記誘導電動機の加速が可能か否かを判定する加速判定部と、回転磁界座標系のｄ軸電流指令値、及び速度指令値を変換したｑ軸電流指令値に従って前記誘導電動機の電動機電流をｄｑベクトル制御するベクトル制御部とを備えた誘導電動機駆動装置であって、前記ベクトル制御部は、前記速度指令値及び速度推定値の何れか一方が所定値以下の場合は、前記ｄ軸電流指令値を通常時の値以上に制御し、前記加速判定部は、前記ベクトル制御部の制御中に、前記ｑ軸磁束が前記最大トルク発生ｑ軸磁束を超過した場合に加速不能と判定することを特徴とする。また、加速判定部は、ｑ軸磁束の代わりにｑ軸磁束に対応するすべり周波数が最大トルク発生すべり周波数を超過した場合にも加速不能と判定することができる。なお、ｑ軸磁束には、２次ｑ軸磁束が含まれる。

これによれば、最大トルクを発生するｑ軸磁束、あるいはすべり周波数を基準にするので、最大トルクを発生することなく加速不能と判定されることはない。また、加速判定部は、すべり周波数が、前記最大トルク発生すべり周波数を超えたまま所定時間を経過した場合を判定することが好ましい。これによれば、すべり周波数の急峻な変動に対する誤動作を低減することができる。また、すべり周波数が最大トルク発生すべり周波数を超えた差分周波数を時間積分した積分値が所定値を超過した場合を判定することにより、すべり周波数が増減しつつ変化する場合にも、誤動作を低減することができる。

本発明によれば、加速不能判断を行う際、電動機トルクを理想最大値近傍まで発生させることができる。

（第１実施形態）
（１）式に示すように、クレーン等の昇降機器を用い荷物を加速度αで吊り上げる場合、必要なトルクτｍは加速度αや荷物（積荷）の重さｍ・ｇに依存する。なお、（１）式では、半径ｒの滑車により荷物を吊り上げているとし、Ｊは電動機や機械系（滑車等）を含む全慣性モーメント、ωは電動機の回転速度、ｍは積荷の質量、ｇは重力加速度である。
Ｍ・α・ｒ＝Ｊ・ｄω／ｄｔ＝τｍ−ｍ・ｇ・ｒ （１）
このとき、トルクτｍの最大値は電動機の容量で決まり、ｍ・ｇ・ｒが大きいと、（１）式の加速度αが負又はゼロとなり、荷物を吊り上げることは不可能である。また、加速度αが正であっても、速度変化率ｄω^＊／ｄｔが（トルク最大値τｍ_max−ｍ・ｇ・ｒ）／Ｊより大きければ、電動機は指令に追従することができず、吊り上げは失敗する。

図１は、本発明の一実施形態である電動機駆動システムの構成図である。本実施形態の電動機駆動システムは誘導電動機駆動装置９０及び誘導電動機１６を備え、誘導電動機駆動装置９０は制御部９１、電力変換部１５、及び電流検出部１８を備え、誘導電動機１６の回転速度を検出しない速度センサレスの制御システムである。ここで、誘導電動機１６は、三相入力電圧の周波数（一次周波数ω１）からすべり周波数ωｓを減じた回転速度ωｒで回転する。電力変換部１５は、ＩＧＢＴ（Insulated-Gate-Bipolar-Transistor）等の複数のスイッチング素子を備え、制御部９１が生成したＰＷＭ（Pulse-Width-Modulation）信号に基づいて、誘導電動機１６を駆動する。電流検出部１８は、誘導電動機１６に流れる電動機電流Ｉを検出する電流センサであり、Ｕ相とＷ相の実電流を検出している。なお、図１には、図１０，図１１に示す３相交流電源９２、及び交流電流変換部９４の記載が省略されている。

制御部９１は、主として、速度指令値演算部１、励磁電流指令演算部２、すべり周波数演算部であるすべり周波数推定値演算部３、最大トルク発生すべり演算部４、加速判定部５、速度変化率演算部６、速度変化率補正部７、速度演算部である速度推定演算部８、一次周波数指令演算部９、ｄ軸電流制御部１０、ｑ軸電流制御部１１、位相演算部１２、電圧指令演算部１３、座標変換部１４、電力変換部１５、座標変換部１７、及び速度制御部１９を備えており、これらの機能は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びプログラムによって実現される。

まず、誘導電動機１６の速度センサレスベクトル制御について示す。なお、ベクトル制御では電動機磁束軸をｄ軸とし、ｄ軸に電気的に垂直な軸をｑ軸と定義している。
速度指令値演算部１は、誘導電動機１６の回転速度の基準となる速度指令ωｒａ^＊を出力する。加速の際、速度指令ωｒａ^＊は時間と共に初期設定された時間変化率（加速レート）で変化する。励磁電流指令演算部２は、励磁電流指令Ｉｄ^＊を演算する。

速度推定演算部８は、座標変換部１７が出力するＩｑＦＢに基づいて算出されたｑ軸電流Ｉｑ等に基づいて、速度推定値ωｒ＾を演算する。
ωｒ＾＝１／（１＋Ｔ１・ｓ）・（Ｌ２^＊／Ｍ^＊）・（１／φ２ｄ^＊）・（ｒ１^＊・Ｉｑ^＊＋ω１^＊・（Ｍ^＊／Ｌ２^＊）・φ２ｄ^＊＋ΔＶｑ−（ｒ１^＊＋ｒ２’^＊＋Ｌσ^＊・ｓ）・Ｉｑ）

速度制御部１９は、速度指令ωｒ^＊から速度推定値ωｒ＾を減算した値が入力され、速度推定値ωｒ＾が速度指令ωｒ^＊に一致するようにトルク電流指令Ｉｑ^＊を演算する。ｄ軸電流制御部１０は、Ｉｄ検出値（ＩｄＦＢ）がＩｄ^＊に一致するようにｄ軸電圧補正値Δｄを演算する。また、ｑ軸電流制御部１１は、Ｉｑ検出値（ＩｑＦＢ）がＩｑ^＊に一致するようにｑ軸電圧補正値Δｑを演算する。

一次周波数指令演算部９は、速度推定値ωｒ＾と速度指令ωｒ^＊とを加算して、誘導電動機１６に入力される電圧の一次周波数ω１^＊を演算する。位相演算部１２は、一次周波数ω１^＊を積分して位相指令θ^＊を演算する。

電圧指令演算部１３は、一次周波数ω１^＊や各種電流指令、ｄ軸電流制御部１０、ｑ軸電流制御部１１の出力を用い、（２）式、（３）式のようにｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊、ｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊を演算する。
Ｖｄ^＊＝ｒ１^＊・Ｉｄ^＊−ω１^＊・Ｌσ^＊・Ｉｑ^＊＋Δｄ （２）
Ｖｑ^＊＝ｒ１^＊・Ｉｑ^＊＋ω１^＊・Ｌσ^＊・Ｉｄ^＊＋ω１^＊・（Ｍ^＊／Ｌ２^＊）・Φ２ｄ^＊＋Δｑ （３）
ここで、ｒ１^＊、Ｌσ^＊、Ｍ^＊、Ｌ２^＊、Φ２ｄ^＊はそれぞれ誘導電動機の一次抵抗設定値、（一次＋二次）漏れインダクタンス設定値、相互インダクタンス設定値、二次インダクタンス設定値、及び二次側ｄ軸磁束指令値である。Δｄ、Δｑは前記したｄ軸電流制御部１０、ｑ軸電流制御部１１の出力である。

座標変換部１４は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊、ｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊及び位相指令θ^＊を用い、ＰＷＭ制御された３相交流電圧指令Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換する。
座標変換部１７は、電流検出部１８からの交流電流検出値と位相指令θ^＊を用いて、2相の直流電流ＩｄＦＢ、ＩｑＦＢに変換する。以上により、従来のベクトル制御では、所定のωｒ^＊に実速度が追従するように、電流、電圧を制御する。

すべり周波数推定値演算部３は、誘導電動機１６のすべり周波数推定値ωｓ＾の推定演算を行う。例えば、すべり周波数ωｓは以下のように推定する。
誘導電動機１６の内部では（４）式、（５）式の関係が成り立つ。アスタリスク（＊）がないものは誘導電動機側の実値であり、Φ２ｑは二次側ｑ軸磁束である。
Ｖｄ＝ｒ１・Ｉｄ−ω１・Ｌσ・Ｉｑ−ω１・（Ｍ／Ｌ２）・Φ２ｑ （４）
Ｖｑ＝ｒ１・Ｉｑ＋ω１・Ｌσ・Ｉｄ＋ω１・（Ｍ／Ｌ２）・Φ２ｄ （５）
電流制御系により、Ｉｄ＝Ｉｄ^＊、Ｉｑ＝Ｉｑ^＊に制御され、低速領域においては（３）式、（５）式の右辺第２項はそれぞれ右辺第３項に比べ小さく無視できる。また、ｒ１、ω１、M、Ｌ２は設定値通りと仮定し、一般的にはＶｄ^＊=Ｖｄ、Ｖｑ^＊=Ｖｑであることから、ｄ軸磁束推定値Φ２ｄ＾、ｑ軸磁束推定値Φ２ｑ＾を求めると（６）式、（７）式のようになる。
Φ２ｄ＾＝（Δｑ＋ω１^＊・（Ｍ^＊／Ｌ２^＊）・Φ２ｄ^＊）／（ω１^＊・（Ｍ^＊／Ｌ２^＊）） （６）
Φ２ｑ＾＝−Δｄ／（ω１^＊・（Ｍ^＊／Ｌ２^＊）） （７）
これを用いてすべり周波数指令ωｓ＾を下記のように求める。一般にΦ２ｑ、Φ２ｄは（８）式、（９）式を満たす。Ｔ２は電動機の二次時定数、ｓは微分演算子である。
Φ２ｄ＝（Ｍ・Ｉｄ＋ωｓ・Ｔ２・Φ２ｑ）／（１＋Ｔ２・ｓ） （８）
Φ２ｑ＝（Ｍ・Ｉｑ−ωｓ・Ｔ２・Φ２ｄ）／（１＋Ｔ２・ｓ） （９）
ここで、低速時において高トルクを発生させるために、ｄ軸電流Ｉｄを定格電流程度（定格励磁電流の２倍以上程度）流し、且つＩｑ＝０に制御する場合、ωｓの定常解は（９）式、及び（１０）式のようになる。
ωｓ＝−１／Ｔ２・Φ２ｑ／Φ２ｄ （１０）
よって、（６）式、（７）式、及び（１０）式からωｓを演算し、すべり周波数指令ωｓ＾とする。

トルクτｍは（１１）式のようになる。なお、（１１）式で、Ｐは誘導電動機１６の極数である。
τｍ＝３・（Ｐ／２）・（Ｍ／Ｌ２）・（Φ２ｄ・Ｉｑ−Φ２ｑ・Ｉｄ） （１１）
ここで、前記と同様にｄ軸電流Ｉｄを通常より大きくし、Ｉｑ＝０に制御する場合、トルクτｍは（１２）式のようになる。
τｍ＝３・（Ｐ／２）・（Ｍ／Ｌ２）・（−Φ２ｑ・Ｉｄ） （１２）

ｄ軸電流Ｉｄは一定値であるため、（１２）式によれば、Φ２ｑが負で、かつ絶対値が最大のときに最大トルクが発生する。さらに（８）式、（９）式をΦ２ｄ、Φ２ｑについて定常解を導くと（１３）式、（１４）式になる。
Φ２ｄ＝Ｍ・Ｉｄ／（１＋（ωｓ・Ｔ２）^２） （１３）
Φ２ｑ＝−ωｓ・Ｔ２・Ｍ・Ｉｄ／（１＋（ωｓ・Ｔ２）^２） （１４）
ここで、Ｉｄは定格励磁電流以上を流すため、磁束飽和領域まで磁束が増加し、磁束がγ・Φ０になっているものとする。なお、Φ０は電動機の定格磁束を示し、通常γは１．１〜１．３程度である。

このとき、Φ２ｄ、Φ２ｑは（１５）式を満たし、（１６）式のような関係になる。
√（Φ２ｄ^２＋Φ２ｑ^２）＝γ・Φ０ （１５）
Ｍ・Ｉｄ／√（１＋（ωｓ・Ｔ２）^２）＝γ・Φ０ （１６）
（１６）式と（１４）式からΦ２ｑは（１７）式のようになる。
Φ２ｑ＝−ωｓ・Ｔ２・γ・Φ０／√（１＋（ωｓ・Ｔ２）^２） （１７）

クレーン等昇降装置での荷物の吊り上げ時に、一次周波数ω１を上げ、ｄ軸電流Ｉｄを定格以上に与えている場合、Φ２ｑは（１７）式に従い、ωｓに対し単調増加する。しかし、一次周波数ω１（電動機が静止状態から回転を開始するまではωｓに等しい）が増加し続けると、磁気飽和がとけ、Φ２ｑは（１４）式に従う。

図２は横軸にωｓ（所定値で規格化）に対するΦ２ｑの絶対値（所定値で規格化）を示したものである。（１４）式のカーブと（１７）式のカーブが交差したところで飽和がとけ、Φ２ｑすなわちトルクが最大となる。（１７）式から、トルクが最大となるすべり周波数ωｓmaxは（１８）式のようになり、そのときの最大トルクτｍmaxは（１９）式のようになる。（１８）式では、ＩｄはＩｄＦＢやＩｄ^＊を用いて求めればよく、γは例えば１．１〜１．３程度の値を入れておけばよい。
ωｓmax＝√（（Ｍ・Ｉｄ／γ／Φ０）^２−１）／Ｔ２ （１８）
τｍmax＝３（Ｐ／２）・（Ｍ／Ｌ２）・γ・Φ０・√（Ｉｄ^２−（γ・Φ０／Ｍ）^２） （１９）
最大トルク発生すべり演算部４は、誘導電動機１６が最大トルクを発生させるすべり周波数ωｓmaxを（１８）式に基づいて演算する。また、ｄ軸電流Ｉｄは定格励磁電流以上の一定値で制御し、ｑ軸電流Ｉｑは０で一定制御する場合、負荷の大きさに依らず、電流値は常に一定となる。なお、この一定値とは、測定などに伴うノイズ成分を含む範囲内で一定であることを指す。

図３に示す加速判定部５ａは、加速判定部５（図１）の一形態であり、閾値演算部３０、比較部３１、カウンタ３２、及びリミッタ３３を備えている。
閾値演算部３０は、すべり周波数ωｓmaxに応じた閾値ωｓmaxTHを演算（例えば、ωｓmaxをα倍（α≦１））する。比較部３１は、すべり周波数ωｓ＾と閾値ωｓmaxTHを比較し、ωｓ＾>ωｓmaxTHであるとき出力する。カウンタ３２は、比較部３１からシグナルを受け取り、その時点からの経過時間を出力する。また、カウンタ３２は、比較部３１がωｓ＾≦ωｓmaxTHを出力した場合、リセットされる。すなわち、加速判定部５は、ωｓ＾>ωｓmaxTHの状態が持続し、カウンタ３２の出力が所定の閾値を超えた場合、吊り上げ不可能と判定し、リミッタ３３がシグナルを出力する。

なお、リミッタ３３の閾値としては、すべりの変化がトルクに反映される電動機の二次時定数（例えば、０．１５秒）よりも小さく、制御器の演算周期（例えば、０．０００１秒）よりも大きな値を設定する。また、カウンタ３２の代わりに積分回路などその他の経過時間計測手段を用いてもよい。

さらに、速度変化率演算部６は、リミッタ３３のシグナルを受け取り、速度変化率としてマイナスの所定値を出力する。また、リミッタ３３からのシグナルが警報装置３５に入力され、警報を発する。この警報には、電気信号、音や光、振動などが用いられる。また、同時にブレーキ装置（図示せず）を用いて誘導電動機１６の回転を強制的に停止させてもよい。

再び、図１に戻り、速度変化率補正部７は、入力である速度指令値ωｒａ^＊に対し、速度変化率演算部６の出力に沿うように補正をかけ、速度指令値ωｒ^＊を出力する。例えば、速度変化率補正部７は、速度変化率演算部６の出力が、条件によりマイナスとなった場合、例えば、速度変化率はマイナスに補正され、誘導電動機１６は減速する。
なお、リミッタ３３（図３）からのシグナルが無い状態では、速度変化率演算部６は初期設定された速度変化率値を出力する。そのため、速度変化率補正部７によるωｒａ^＊変化率の補正はされない。

以上説明したように、本実施形態では、加速判定部５は、すべり推定値ωｓ＾が最大トルクを発生するすべり周波数ωｓmaxTHを超過した状態が所定時間継続した場合を検出し、この場合に、速度変化率演算部６は、速度指令値ωｒ^＊の変化率を負に補正し、誘導電動機１６の減速を行う。すなわち、電動機駆動システムは、吊上げ加速が不可能となる状況を、誤作動することなく事前に判定することができ、安定に緩やかに荷物を降ろすことを可能ならしめることができる。

また、クレーン等の昇降機器においては、ある重さの荷物を吊り上げ、別の場所に吊り降ろし、次に、異なる重さの荷物を吊り上げるといった動作を行う場合がある。最大負荷を想定できる場合であっても、誘導電動機１６の負荷が毎回大きく異なり、想定外のトルクがかかる場合であっても、負荷に応じた加速レートを設定することができ、加速困難なケースを回避することができる。また、最大トルク発生すべりを基準にすることで、吊上げ効率を最大化することが可能になる。

（第２実施形態）
第１実施形態は、最大トルクの発生をすべり周波数ωｓに基づいて検出したが、図２に示すように、すべり周波数ωｓがωｓmaxを超過したという判定は二次側ｑ軸磁束φ２ｑからも判定することができる。図４に示すように、第２実施形態の加速判定部５ｂは、加速判定部５（図１）に相当し、閾値演算部４２、及び比較部４３を備え、ｑ軸磁束演算部であるφｑ推定演算部４０の出力信号、及び最大トルク発生ｑ軸磁束演算部である最大トルク発生φｑ演算部４１の出力信号を入力している。

φｑ推定演算部４０においてωｓ＾に相当するｑ軸磁束推定値φ２ｑ＾を演算し、最大トルク発生φｑ演算部４１においてωｓmaxに相当するｑ軸磁束φ２ｑmaxを演算する。閾値演算部４２は、φ２ｑmaxに応じた閾値φ２ｑmaxTHを演算（例えば、φ２ｑmaxをα倍（α≦１））する。このとき、φ２ｑ＾、φ２ｑmax、φ２ｑmaxTHは負となる。そこで、比較部４３は、所定値φ２ｑmaxTHをφ２ｑ＾が下回った場合もしくはφ２ｑmaxTHの絶対値をφ２ｑ＾の絶対値が超えた場合、加速不能と判定し、シグナルを出力する。そして、第１実施形態と同様に、比較部４３が出力するシグナルにしたがって速度変化率演算部６により減速が行われ、並びに警報装置３５による警報発令が行われる。
以上説明したように、本実施形態ではｑ軸磁束演算値を用いて過すべりを検出することで、第１実施形態と同様に荷物の落下防止が可能になる。

（第３実施形態）
第３実施形態について、他の実施形態と異なる部分について説明する。
図５に示す加速判定部５ｃは、加速判定部５（図１）に相当するものであるが、ωｓ＾の代わりにｑ軸磁束演算部であるφｑ推定演算部４０においてｑ軸磁束推定値φ２ｑ＾を演算し、最大トルク発生ｑ軸磁束演算部である最大トルク発生φｑ演算部４１においてωｓmaxに相当するｑ軸磁束φ２ｑmaxを演算する。

比較部５３は、閾値演算部４２の出力φ２ｑmaxTHをφ２ｑ＾が下回った場合、シグナルを出力する。カウンタ５４は、前記シグナルを受け取った時点からの時間を出力する。すなわち、加速判定部５ｃは、０＞φ２ｑmaxTH＞φ２ｑ＾の状態が持続し、カウンタ５４の出力が所定の閾値を超えた場合、加速不能と判定し、比較部５３がシグナルを出力する。さらに、第１実施形態と同じくシグナルに従って速度変化率演算部６により減速が行われ、並びに警報装置３５による警報発令が行なわれる。
以上のように本実施形態ではｑ軸磁束演算値を用いて過すべりを検出し、過すべり状態の時間により荷物の落下を検知することで、より誤動作の少ない荷物の落下防止が可能になる。

（第４実施形態）
第１実施形態は、すべり推定値ωｓ＾が最大トルクを発生するすべり周波数閾値ωｓmaxTHを超過した状態が所定時間継続した場合を検出したが、すべり周波数推定値ωｓ＾と最大トルクを発生するすべり周波数閾値ωｓmaxTHとの差信号を積分した信号を用いても検出することができる。
図６に示す加速判定部５ｄは、加速判定部５（図１）に相当し、閾値演算部３０、減算器６０、比較部６１、積算部６２、及びリミッタ６３を備えている。

閾値演算部３０は、最大トルク発生すべり演算部４の演算結果を用いてωｓmaxTHを出力する。減算器６０は、すべり周波数推定値演算部３の出力信号であるすべり周波数推定値ωｓ＾からすべり周波数閾値ωｓmaxTHを減算する。減算器６０の出力信号（ωｓ＾−ωｓmaxTH）は、比較部６１及び積算部６２に入力される。比較部６１は、入力された信号（ωｓ＾−ωｓmaxTH）の正負からωｓ＾とωｓmaxTHとの大小関係を判別し出力する。積算部６２は、ωｓ＾>ωｓmaxTHのシグナルを比較部６１から受け取ると、その時点から（ωｓ＾−ωｓmaxTH）の時間積分を演算し出力する。リミッタ６３は、入力された積算値が所定の閾値を超過した場合、加速不能と判定し、シグナルを出力する。なお、リミッタ６３の閾値としては制御器演算周期と周波数量子化１ビット分の積（例えば、０．００００４ｒａｄ）より大きく、図２における定格トルク相当のすべり量とモータ二次時定数の積（例えば、５ｒａｄ）より小さな値を適用する。さらに、第１実施形態と同じくシグナルに従って速度変化率演算部６により減速が行われ、並びに警報装置３５による警報発令が行なわれる。

以上のように本実施形態では、過すべりの大きさと時間経過の両方を考慮して加速不能を判定する。また、図７は、すべり周波数推定値ωｓ＾とすべり周波数閾値ωｓmaxTHとの時間変化を示した図である。周波数推定値ωｓ＾は、ランダムな時間変動を伴っており、増減しつつ一定値であるωｓmaxTHに収束している。積算部６２は、ωｓ＾がωｓmaxTHよりも大きな値のときの時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，…について時間積分を行うので、一時的に（ωｓ＾−ωｓmaxTH）の値が負の値になっても、再度、正になったときに積分が再開される。これに対して、第１実施形態の構成では、一時的に（ωｓ＾−ωｓmaxTH）の値が負になったときにカウンタ３２が完全にリセットされる。

（第５実施形態）
第４実施形態はすべり周波数推定値を積分したが、ｑ軸磁束を積分することもできる。
図８の加速判定部５ｅは、加速判定部５（図１）に相当し、閾値演算部４２、減算器７０、比較部７１、積算部７２、及びリミッタ７３を備えている。
減算器７０は信号（φｑ＾−φｑmaxTH）を出力し、この信号（φｑ＾−φｑmaxTH）は、比較部７１及び積算部７２に入力される。比較部７１は、入力された信号（φq＾−φｑmaxTH）の正負からｑ軸磁束推定値φｑ＾とφｑmaxTHとの大小関係を判別する。積算部７２は、φq＾＜φｑmaxTHの信号を比較部７１から受け取ると、その時点から信号（φｑ＾−φｑmaxTH）の時間積分を行い、積算値をリミッタ７３に出力する。リミッタ７３は、入力値が所定の閾値を超過した場合、加速不能と判定し、シグナルを出力する。さらに、第１実施形態と同じく速度変化率演算部６は、シグナルに従って減速を行い、警報装置３５は警報発令を行う。

なお、リミッタ７３の閾値としては制御器演算周期と周波数量子化１ビット分の積（例えば、０．００００４rad）よりも大きく、図２における定格トルク相当のｄ軸磁束値と電動機の二次時定数の積（φｑmax×Ｔ２）より小さい値を適用する。
以上説明したように本実施形態によれば、加速判定部５ｅは、ｑ軸磁束演算値を用いて過すべりを検出し、過すべりの大きさと時間経過の両方を考慮して加速不能を判定するため、より精度の高い荷物の落下防止を実現できる。

（第６実施形態）
前記各実施形態では、加速判定部５のみを用いて減速及び警報発令を行っていたが、さらに減速判定部と加速判定部との条件判定部を追加することができる。
すなわち、第１実施形態から第５実施形態までに記載の加速判定部５（５ａ〜５ｅ）と、速度推定演算部８により出力される速度推定値が所定の値（例えば、０）を下回った場合、減速状態と判定してシグナルを出力する減速判定部（図示せず）と、速度指令値ωｒ^＊の変化分が０よりも大きい場合、加速中であると判定してシグナルを出力する加速判定部（図示せず）との、３つの条件判定部からシグナルが発せられた場合に加速不能と判定することができる。
また、３つの条件判定部に、推定速度変化率が所定値を下回った場合トルク不足と判定しシグナルを出力するトルク不足判定部（図示せず）を加えた４つの条件判定部を用いて加速不能を判定してもよい。推定速度変化率は、例えば推定速度の微分演算で得られる。
以上のように、本実施形態では、加速指令中においてすべりが大きくなり十分なトルクを出せず誘導電動機１６が減速し、又は逆回転したことを検知し、すみやかに減速制御を行ったり警報を出したりすることができる。

（第７実施形態）
第７実施形態では、荷物の現在位置を推定する推定位置演算部（図示せず）を備え、推定位置演算部により出力される推定位置が第１の所定値を超過した後に第２の所定値を下回った場合、シグナルを出力するズリ落ち判定部（図示せず）と、第６実施形態に記載の加速判定部（図示せず）と、第１実施形態から第５実施形態までに記載の加速判定部５（５ａ〜５ｅ）との、３つの条件判定部からシグナルが発せられた場合に加速不能と判定する。
また、前記３つの条件判定部に、推定速度変化率が所定値を下回った場合トルク不足と判定しシグナルを出力するトルク不足判定部を加えた４つの条件判定部を用いて加速不能を判定してもよい。このとき、推定速度変化率は、例えば、推定速度の積分演算で得られる。
以上説明したように本実施形態の構成を荷物の上昇に用いれば、荷物が元にあった位置から下がる（例えば、地面に衝突する）前にすばやく判定し、誘導電動機１６を制御して緩やかに荷物を降ろすことができる。また、荷物が所定値以上に上昇しないよう制御することもできる。

（第８実施形態）
例えば、図９に示す加速判定部５が第１実施形態乃至第７実施形態に挙げた方法で加速不能を示すシグナルを発した場合、速度指令補正値演算部８０は、所定の速度補正値Δωr^＊＜０を出力する。速度指令値補正部８１は、速度補正値Δωｒ^＊に応じて速度指令ωｒ^＊の補正を行う。速度補正値Δωｒ^＊は、例えば（ωsmaxTH−ωｓ＾）の差分（負の値）に比例ゲインをかけた値や、補正後に適切に荷物を降ろすことのできる固定減速レートに合うよう演算する。
以上のように本実施形態により、第１実施形態乃至第７実施形態と同等の効果を得ることができる。

（第９実施形態）
図１０に示すように、本実施形態の誘導電動機駆動装置９０は、２００Ｖあるいは４００Ｖの３相交流電源９２により動作し、交流電力を直流電力に変換する交流直流変換部９４及び波形平滑用コンデンサ９５を備え、直流を任意の周波数の交流に変換する直流交流変換部９３、及びその動作を生成する制御部９１を備えた交流誘導電動機駆動装置９０に用いる。
また、図１１のように、昇降システム２００は、誘導電動機駆動装置９０により駆動される誘導電動機１６にクレーン等昇降装置１００が連結されて構成される。

（変形例）
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような種々の変形が可能である。
（１）前記各実施形態のすべり周波数推定値演算部３は、（１０）式を用いてすべり周波数ωｓを推定していたが、一次周波数指令値ω１^＊から回転速度推定値ωｒ＾を減算してもすべり周波数推定値ωｓ＾を演算することができる。
（２）前記各実施形態は、すべり周波数を推定していたが速度センサを用いてすべり周波数を演算することもできる。

本発明の一実施形態である誘導電動機駆動装置の構成図である。 第１実施形態のｑ軸磁束の時間変化を示す図である。 第２実施形態の加速判定部、及びこの接続関係を示した図である。 第３実施形態の加速判定部、及びこの接続関係を示した図である。 第４実施形態の加速判定部、及びこの接続関係を示した図である。 第５実施形態の加速判定部、及びこの接続関係を示した図である。 第５実施形態のすべり周波数の時間変化を示した図である。 第６実施形態の加速判定部、及びこの接続関係を示した図である。 第８実施形態の誘導電動機駆動装置の全体的な構成図である。 第９実施形態の誘導電動機駆動装置の接続関係を示した構成図である。 誘導電動機駆動装置にクレーン等昇降装置を取り付けた場合の構成図である。

符号の説明

１ 速度指令値演算部
２ 励磁電流指令演算部
３ すべり周波数推定値演算部（すべり周波数演算部）
４ 最大トルク発生すべり演算部
５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ，８２ 加速判定部
６ 速度変化率演算部
７ 速度変化率補正部
８ 速度推定演算部（速度演算部）
９ 一次周波数指令演算部
１０ ｄ軸電流制御部
１１ ｑ軸電流制御部
１２ 位相演算部
１３ 電圧指令演算部
１４，１７ 座標変換部
１５ 電力変換部
１６ 誘導電動機
１８ 電流検出部
１９ 速度制御部
３０ 閾値演算部
３１ 比較部
３２，５４ カウンタ
３３，５５，６３，７３ リミッタ
３５ 警報装置
４０ φｑ推定演算部（ｑ軸磁束演算部）
４１ 最大トルク発生φｑ演算部（最大トルク発生ｑ軸磁束演算部）
４２ 閾値演算部
４３，５３，７１ 比較部
６０ 減算器
６１ 比較部
６２，７２ 積算部
７０ 減算器
８０ 速度指令補正値演算部
８１ 速度指令値補正部
９０ 誘導電動機駆動装置
９１ 制御部
９２ ３相電源
９４ 交流直流変換部
９５ 波形平滑用コンデンサ
１００ クレーン等昇降装置
２００ 昇降システム

Claims (11)

1. 誘導電動機を駆動する電力変換部と、前記誘導電動機のすべり周波数を演算するすべり周波数演算部と、磁束飽和領域において前記誘導電動機の最大トルクを発生させる最大トルク発生すべり周波数を演算する最大トルク発生すべり演算部と、前記誘導電動機の加速が可能か否かを判定する加速判定部と、回転磁界座標系のｄ軸電流指令値、及び速度指令値を変換したｑ軸電流指令値に従って前記誘導電動機の電動機電流をｄｑベクトル制御するベクトル制御部とを備えた誘導電動機駆動装置であって、
   前記ベクトル制御部は、前記速度指令値及び速度推定値の何れか一方が所定値以下の場合は、前記ｄ軸電流指令値を通常時の値以上に制御し、
   前記加速判定部は、前記ベクトル制御部の制御中に、前記すべり周波数が前記最大トルク発生すべり周波数を超えたまま所定時間を経過した場合に、加速不能と判定することを特徴とする誘導電動機駆動装置。
2. 誘導電動機を駆動する電力変換部と、前記誘導電動機のすべり周波数を演算するすべり周波数演算部と、磁束飽和領域において前記誘導電動機の最大トルクを発生させる最大トルク発生すべり周波数を演算する最大トルク発生すべり演算部と、前記誘導電動機の加速が可能か否かを判定する加速判定部と、回転磁界座標系のｄ軸電流指令値、及び速度指令値を変換したｑ軸電流指令値に従って前記誘導電動機の電動機電流をｄｑベクトル制御するベクトル制御部とを備えた誘導電動機駆動装置であって、
   前記ベクトル制御部は、前記速度指令値及び速度推定値の何れか一方が所定値以下の場合は、前記ｄ軸電流指令値を通常時の値以上に制御し、
   前記加速判定部は、前記ベクトル制御部の制御中に、前記すべり周波数が前記最大トルク発生すべり周波数を超えた差分周波数を時間積分した積分値が所定値を超過した場合に加速不能と判定することを特徴とする誘導電動機駆動装置。
3. 誘導電動機を駆動する電力変換部と、前記誘導電動機のｑ軸磁束を演算するｑ軸磁束演算部と、磁束飽和領域において前記誘導電動機の最大トルクを発生させる最大トルク発生ｑ軸磁束を演算する最大トルク発生ｑ軸磁束演算部と、前記誘導電動機の加速が可能か否かを判定する加速判定部と、前記誘導電動機の電動機電流をベクトル制御するベクトル制御部とを備えた誘導電動機駆動装置であって、
   前記加速判定部は、前記ベクトル制御部の制御中に、前記ｑ軸磁束が前記最大トルク発生ｑ軸磁束を超過した場合に加速不能と判定することを特徴とする誘導電動機駆動装置。
4. 誘導電動機を駆動する電力変換部と、前記誘導電動機のｑ軸磁束を演算するｑ軸磁束演算部と、磁束飽和領域において前記誘導電動機の最大トルクを発生させる最大トルク発生ｑ軸磁束を演算する最大トルク発生ｑ軸磁束演算部と、前記誘導電動機の加速が可能か否かを判定する加速判定部と、前記誘導電動機の電動機電流をベクトル制御するベクトル制御部とを備えた誘導電動機駆動装置であって、
   前記加速判定部は、前記ベクトル制御部の制御中に、前記ｑ軸磁束演算値が最大トルク発生ｑ軸磁束に基づく所定値を超過したまま所定時間を経過した場合、加速不能と判定することを特徴とする誘導電動機駆動装置。
5. 誘導電動機を駆動する電力変換部と、前記誘導電動機のｑ軸磁束を演算するｑ軸磁束演算部と、磁束飽和領域において前記誘導電動機の最大トルクを発生させる最大トルク発生ｑ軸磁束を演算する最大トルク発生ｑ軸磁束演算部と、前記誘導電動機の加速が可能か否かを判定する加速判定部と、前記誘導電動機の電動機電流をベクトル制御するベクトル制御部とを備えた誘導電動機駆動装置であって、
   前記加速判定部は、前記ベクトル制御部の制御中に、前記ｑ軸磁束が前記最大トルク発生ｑ軸磁束を超えた差分磁束を時間積分した値が所定値を超過した場合に加速不能と判定することを特徴とする誘導電動機駆動装置。
6. 前記加速判定部が加速不能と判定したときに、
   前記速度指令値を低減し、あるいはその変化率を負に修正して減速する速度指令値補正部、警報を発する警報装置、及び電動機の回転を停止するブレーキ装置の少なくとも何れか一つをさらに備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の誘導電動機駆動装置。
7. 前記誘導電動機の回転速度を推定する速度推定演算部をさらに設け、
   前記加速判定部は、前記回転速度の推定演算値が所定値を下回った場合にも加速不能と判定することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の誘導電動機駆動装置。
8. 前記誘導電動機の速度変化率を推定する推定速度変化率演算部をさらに設け、
   前記加速判定部は、前記速度変化率が負である場合にも加速不能と判定することを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の誘導電動機駆動装置。
9. 前記電力変換部が３相交流電源により駆動される請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の誘導電動機駆動装置と、
   前記電力変換部により駆動される前記誘導電動機とを備えることを特徴とする電動機駆動システム。
10. 請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の誘導電動機駆動装置と、
    前記電力変換部により駆動される前記誘導電動機と、
    前記誘導電動機に連結された昇降装置と、
    を備えたことを特徴とする昇降システム。
11. 前記誘導電動機駆動装置は、前記誘導電動機により移動させられる荷物の位置を演算する位置演算部をさらに設け、
    前記加速判定部は、前記位置演算部が演算した値が所定値を下回った場合にも加速不能と判定することを特徴とする請求項１０に記載の昇降システム。

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