JP6013073B2 - 電動機駆動装置及びその運転方法 - Google Patents

Description

この発明は、２台の異なる電源で電動機を駆動する電動機駆動装置及びその運転方法に関する。

車輌、船舶などの分野に使用される電動機駆動装置では、共通の負荷を複数台の電動機で駆動し、これらの電動機を個別の電力変換器で駆動することがある。そして、これら各々の電力変換器の電源は、絶縁された別々の電源から供給される場合がある。このような例として、定格出力の異なる大小２台の電動機を備え、それぞれの電動機の運転範囲を低速領域と高速領域に分離する方法が提案されている（例えば特許文献１参照。）。

特表２００３−５１７２５３号公報（全体）

特許文献１に示された手法においては、２台の電動機を異なる定格出力とし、運転領域に応じて負荷分担を行っているため、直流電源を個別に設けた場合、電圧が低い方の電源を低速領域側の電動機に接続することにより好適な運転が可能となる。しかし、同程度の定格出力の電動機を備え、同一運転領域で２台の電動機を同時運転するような装置の場合の運転方法については言及されておらず、また、直流電源の電圧に応じて接続切換をする場合は、一旦装置を停止させる必要がある。電源として電池などの直流電源が使われる場合、各装置の運転状況により電源電圧にアンバランスが発生する。アンバランスが発生すると、電圧が低くなった電源側の装置では、電動機の高速回転領域の運転ができなくなる。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、電源電圧が低い側の装置に運転領域が制限されることのない電動機駆動装置および運転方法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、本発明の電動機駆動装置及び運転方法は、２台の蓄電池と、これら２台の蓄電池の電圧を夫々検出する２台の電圧検出器と、前記蓄電池に各々接続され、直流電力を交流電力に変換する２台のインバータと、前記インバータにより夫々駆動され、共通の負荷を駆動する２台の交流電動機と、前記交流電動機の回転速度を検出する回転検出器と、前記２台のインバータの各々に電流指令を与える共通制御部とを具備し、前記共通制御部は、前記回転検出器から出力される回転速度検出値と回転速度指令との偏差が小さくなるように制御する速度制御手段と、前記速度制御手段の出力である全電流指令を、前記２台のインバータに夫々分配すると共に、前記２台の電圧検出器の検出電圧に対応する夫々のインバータの許容最大電流を算定する手段を備えた電流指令分配手段とを有し、前記電流指令分配手段は、前記２台の電圧検出器の検出電圧のうち高い方の電圧を検出した蓄電池に接続された前記インバータに与える前記全電流指令の分配率を５０％以上とし、且つ当該インバータの許容最大電流の前記全電流指令に対する比率が１００％以上のとき、当該インバータに与える前記全電流指令の分配率を１００％以上として力行運転し、低い方の電圧を検出した蓄電池に接続された前記インバータを回生運転するようにしたことを特徴としている。

本発明によれば、電圧が低い側の装置に運転領域が制限されることのない電動機駆動装置及び運転方法を提供することができる。

本発明の実施例１に係る電動機駆動装置のブロック構成図。 本発明の実施例１に係る電動機駆動装置の電流指令分配部のブロック構成図。 本発明の実施例１に係る電動機駆動装置の電流指令分配部の動作フローチャートの一例。 本発明の実施例２に係る電動機駆動装置の電流指令分配部のブロック構成図。

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。

以下、本発明の実施例１に係る電動機駆動装置を図１乃至図３を参照して説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る電動機駆動装置のブロック構成図であり、図２は本発明の実施例１に係る電動機駆動装置の電流指令分配部のブロック構成図である。

図１において、交流電動機１Ａ、１Ｂは、夫々インバータ１２Ａ、１２Ｂの出力によって駆動され、同一出力軸で連結された共通の負荷３を駆動する。交流電動機１Ａ、１Ｂの回転速度は同一となり回転検出器２により回転速度が検出される。

インバータ１２Ａ、１２Ｂは、夫々直流電源１１Ａ、１１Ｂから与えられる直流電力を交流電力に変換する。インバータ１２Ａ、１２Ｂは、共通制御部１３の電流指令分配部２２から与えられる夫々の電流指令を元に電流制御を行う。

共通制御部１３の速度制御部２３は、図示しない速度指令と、回転検出器２から与えられる回転速度フィードバックとの偏差を減少させるように全電流指令を生成する。また、電圧検出器２１Ａ、２１Ｂは直流電源１１Ａ、１１Ｂの電圧を夫々検出し、電流指令分配部２２にその検出電圧値を与える。電流指令分配部２２は直流電源１１Ａ、１１Ｂの各々の電圧と両者の電圧差、全電流指令の大きさ等から、インバータ１２Ａ、１２Ｂに与える電流指令値（全電流指令の配分比率）を決定する。

例えば、直流電源１１Ａ、１１Ｂとして電池などを使用した場合、負荷の片寄りがあると２台の電源電圧にアンバランスが生じてくる。直流電源１１Ｂより直流電源１１Ａの電圧の方が低い場合は、電源電圧が高い方のインバータ１１Ａへの電流指令値を大きくし、電源電圧が低い方のインバータ１１Ｂへの電流指令値を小さくすることにより、両者の電圧差を縮めることができる。

図２に示す、電流指令分配部２２の内部構成において、電流指令比率演算部３１は、電圧検出器２１Ａ、２１Ｂの各々の検出電圧と、全電流指令値から、インバータ１２Ａ、１２Ｂのそれぞれに与える電流指令の分担比率を演算し、その演算結果の比率を、速度制御部２３から出力される全電流指令値に乗算することにより、インバータ１２Ａ、１２Ｂに与える電流指令を生成する。このように、２台のインバータの電流指令を調整することにより、負荷分担を調整して、２台の直流電源電圧のバランスをとることができる。

図３は上記電流指令の分担比率を求めるフローチャートの一例である。このフローチャートによって、図２の電流指令比率演算部３１の内部動作の一例を説明する。

まず、２台の直流電源のＤＣ電圧及び全電流指令値It*の値を読み込む（ステップＳＴ１）。次に、２台のインバータのうち、高いＤＣ電圧のインバータの許容最大電流Ｉhmを算定する（ステップＳＴ２）。この算定は、基本的にはＤＣ電圧値から演算で概略値を求めることが可能であるが、予め容易したテーブルを参照して求めても良い。次に、許容最大電流Ｉhmの値が全電流指令値It*の何％になるのかを演算し、この比率Ｒを求める（ステップＳＴ３）。次に、上記比率Ｒが５０％以上か判定する（ステップＳＴ４）。更に上記比率Ｒが１００％以上か判定する（ステップＳＴ５）。ステップＳＴ４で上記比率Ｒが５０％未満である場合は運転継続困難であるので警報発生等の何らかの異常処理を行って終了する（ステップＳＴ６）。尚、この異常処理は、ステップＳＴ１で、高い方のＤＣ電圧の値が所定値以下であることで判定するようにしても良い。

ステップＳＴ５で比率Ｒが１００％以下である場合は、２台の直流電源２１Ａ、２１ＢのＤＣ電圧の差分に応じて２台のインバータ１２Ａ、１２Ｂの電流配分率を決定する（ステップＳＴ７）。この決定方法は、例えばＤＣ電圧の差分に比例して高いＤＣ電圧のインバータの５０％以上の分担比率の上乗せ分を決めるようにしても良く、ＤＣ電圧の差分が所定値以上のとき、高いＤＣ電圧のインバータの分担比率を上記比率Ｒまたはそれに近い一定値とするようにしても良い。

ステップＳＴ５で比率Ｒが１００％超である場合は、回生運転を行うかどうかを確認する（ステップＳＴ８）。この確認は、例えばそのような操作信号があるかどうかで行っても良く、或いは、低いＤＣ電圧のインバータの電圧値が所定値以下であるかどうかによって自動判定しても良い。ステップＳＴ８で、回生運転を行わない場合は、ステップＳＴ７に進み、回生運転を行う場合は、両インバータの電圧差、比率Ｒ等に基づいて充電電流の比率αを定め、高いＤＣ電圧のインバータの電流指令の分担比率を（１００＋α）％、低いＤＣ電圧のインバータの分担比率を（−α）％として、低いＤＣ電圧のインバータを回生運転することによって蓄電池を充電する。

以下本発明の実施例２に係る電動機駆動装置について図４も参照して説明する。

図４は、本発明の実施例２に係る電動機駆動装置の電流指令分配部のブロック構成図である。この実施例２の各部について、図２の本発明の実施例２に係る電動機駆動装置の電流指令分配部の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、電流指令分配部２２Ａにおいて、モード切替器３２、充電電流基準設定器３３Ａ、３３Ｂ及び電流基準切替器３４Ａ、３４Ｂを設ける構成とした点である。

実施例１で説明したように、２台の直流電源１１Ａ、１１Ｂが蓄電池のとき、比率Ｒが１００％超であり、電源電圧の高い方のインバータを力行運転し、電源電圧の低い方のインバータを回生運転する場合、充電電流が一定とならない場合がある。一般に蓄電池の充電は充電電流を一定にすることが好ましいので、図４に示すように、電源電圧の低い方のインバータを回生運転する条件が整ったとき、電流基準比率演算器３１Ａは、モード切替器３２に電源電圧の低い方のインバータを回生運転する指令を与える。モード切替器３２はこの指令に従って、電流基準切替器３４Ａ、３４Ｂの何れかを充電電流基準設定器３３Ａ、３３Ｂ側に切り替える。これにより、充電電流基準設定器３３Ａまたは３３Ｂにより設定された一定の電流で電源電圧の低い方のインバータの蓄電池は充電される。

尚、図２の電流指令分配部２２のままであっても、電源電圧の低い方のインバータを回生運転する条件が整ったときには一定の電流分担比率とするようにすれば上記機能は達成可能である。

以上本発明のいくつかの実施例を説明したが、これらの実施例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。これら新規な実施例は、その他の様々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。これら実施例やその変形は、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とその均等の範囲に含まれる。

例えば、１台の電動機にインバータが２台以上接続されていても良い。この場合は、同じ電動機に接続されたＮ台のインバータへの電流指令を各々Ｎ分の１と同一にすることにより、図１に示した２台のインバータの場合と同様の制御を行うことができる。

また、電動機の巻線構成を３相巻線に限らず、多相巻線とし、インバータを多相出力としてもよく、同様の制御をすることができる。

更に、ノイズ等の影響を防止するために、電流指令分配部からの前回の分担比率を記憶し、その前回値からの変動分についての指令を与えるようにしても良く、この変動分を１次遅れ回路等のフィルタを介して与えるようにしても良い。

１Ａ、１Ｂ 交流電動機
２ 回転検出器
３ 負荷
１１Ａ、１１Ｂ 直流電源
１２Ａ、１２Ｂ インバータ
１３ 共通制御部
２１Ａ、２１Ｂ 電圧検出器
２２、２２Ａ 電流指令分配部
２３ 速度制御部
３１、３１Ａ 電流基準比率演算器
３２ モード切換器
３３Ａ、３３Ｂ 固定電流基準生成器

Claims (5)

1. ２台の蓄電池と、
   これら２台の蓄電池の電圧を夫々検出する２台の電圧検出器と、
   前記蓄電池に各々接続され、直流電力を交流電力に変換する２台のインバータと、
   前記インバータにより夫々駆動され、共通の負荷を駆動する２台の交流電動機と、
   前記交流電動機の回転速度を検出する回転検出器と、
   前記２台のインバータの各々に電流指令を与える共通制御部と
   を具備し、
   前記共通制御部は、
   前記回転検出器から出力される回転速度検出値と回転速度指令との偏差が小さくなるように制御する速度制御手段と、
   前記速度制御手段の出力である全電流指令を、前記２台のインバータに夫々分配すると共に、前記２台の電圧検出器の検出電圧に対応する夫々のインバータの許容最大電流を算定する手段を備えた電流指令分配手段と
   を有し、
   前記電流指令分配手段は、
   前記２台の電圧検出器の検出電圧のうち高い方の電圧を検出した蓄電池に接続された前記インバータに与える前記全電流指令の分配率を５０％以上とし、且つ
   当該インバータの許容最大電流の前記全電流指令に対する比率が１００％以上のとき、当該インバータに与える前記全電流指令の分配率を１００％以上として力行運転し、低い方の電圧を検出した蓄電池に接続された前記インバータを回生運転するようにしたことを特徴とする電動機駆動装置。
2. 前記電流指令分配手段は、
   前記２台の電圧検出器の検出電圧のうち高い方の電圧を検出した蓄電池に接続された前記インバータの許容最大電流の、前記速度制御手段の出力である全電流指令に対する比率が５０％未満であるときは警報発生等の異常処理を行うようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電動機駆動装置。
3. 回生運転する前記インバータの電流指令を一定にすることにより、一定電流で蓄電池を充電するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電動機駆動装置。
4. 前記電動機を多相巻線とし、前記インバータを多相出力とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の電動機駆動装置。
5. ２台の蓄電池と、
   これら２台の蓄電池の電圧を夫々検出する２台の電圧検出器と、
   前記蓄電池に各々接続され、直流電力を交流電力に変換する２台のインバータと、
   前記インバータにより夫々駆動され、共通の負荷を駆動する２台の交流電動機と、
   前記交流電動機の回転速度を検出する回転検出器と、
   前記２台のインバータの各々に電流指令を与える共通制御部と
   を具備し、
   前記共通制御部は、
   前記回転検出器から出力される回転速度検出値と回転速度指令との偏差が小さくなるように制御する速度制御手段と、
   前記速度制御手段の出力である全電流指令を、前記２台のインバータに夫々分配すると共に、前記２台の電圧検出器の検出電圧に対応する夫々のインバータの許容最大電流を算定する手段を備えた電流指令分配手段と
   を有する電動機駆動装置の運転方法であって、
   前記電流指令分配手段は、
   前記２台の電圧検出器の検出電圧のうち高い方の電圧を検出した蓄電池に接続された前記インバータに与える前記全電流指令の分配率を５０％以上とし、且つ
   当該インバータの許容最大電流の前記全電流指令に対する比率が１００％以上のとき、当該インバータに与える前記全電流指令の分配率を１００％以上として力行運転し、低い方の電圧を検出した蓄電池に接続された前記インバータを回生運転するようにしたことを特徴とする電動機駆動装置の運転方法。

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