JP6593716B2

JP6593716B2 - モータ制御装置、電力変換装置、補助電源装置、及び補助電源制御方法

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Publication number: JP6593716B2
Application number: JP2017217303A
Authority: JP
Inventors: 光次郎沢村; 翔太河原; 達明和田
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2017-11-10
Filing date: 2017-11-10
Publication date: 2019-10-23
Anticipated expiration: 2037-11-10
Also published as: US20190149068A1; CN109768559A; EP3484043A1; JP2019088175A

Description

開示の実施形態は、モータ制御装置、電力変換装置、補助電源装置、及び補助電源制御方法に関する。

特許文献１には、キャパシタ蓄積部とフライホイール蓄積部を併用するにあたってフライホイールの角速度を制御してフライホイール蓄積部の充放電を制御するモータ駆動装置が記載されている。

特許第５２９１７６３号公報

上記従来技術では、フライホイールを用いた充放電の変化工程の調整が難しいため複雑なシーケンスが必要となり制御が煩雑となっていた。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、簡易な制御構成で直流電力の補助給電機能を向上できるモータ制御装置、電力変換装置、補助電源装置、及び補助電源制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、交流電源からの交流電力を直流電力に変換して直流母線に給電するＡＣ−ＤＣコンバータ部と、前記直流母線に対して直流電力の充電と放電を行う補助電源部と、前記直流母線の直流電力を用いたモータへの給電電力を制御する第１インバータ部と、を有するモータ制御装置であって、前記補助電源部は、回転電機と、前記回転電機に結合されたフライホイールと、前記直流母線の直流電力から前記回転電機への給電と回生を行う第２インバータ部と、前記第２インバータ部を制御する制御部と、
を有し、前記制御部は、前記回転電機の回転子と前記フライホイールを含めた回転部のイナーシャを分母とし、当該イナーシャと蓄積可能エネルギーが等価なキャパシタの静電容量を分子とした比率の平方根を比例係数として、前記フライホイールの回転角速度が前記直流母線の母線間電圧と比例関係を維持するよう前記第２インバータ部を制御するモータ制御装置が適用される。

また、本発明の別の観点によれば、交流電源からの交流電力を直流電力に変換して直流母線に給電するＡＣ−ＤＣコンバータ部と、前記直流母線に対して直流電力の充電と放電を行う補助電源部と、を有する電力変換装置であって、前記補助電源部は、回転電機と、前記回転電機に結合されたフライホイールと、前記直流母線の直流電力から前記回転電機への給電と回生を行う第２インバータ部と、前記第２インバータ部を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記回転電機の回転子と前記フライホイールを含めた回転部のイナーシャを分母とし、当該イナーシャと蓄積可能エネルギーが等価なキャパシタの静電容量を分子とした比率の平方根を比例係数として、前記フライホイールの回転角速度が前記直流母線の母線間電圧と比例関係を維持するよう前記第２インバータ部を制御する電力変換装置が適用される。

また、本発明の別の観点によれば、直流母線に対して直流電力の充電と放電を行う補助電源装置であって、回転電機と、前記回転電機に結合されたフライホイールと、前記直流母線の直流電力から前記回転電機への給電と回生を行う第２インバータ部と、前記第２インバータ部を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記回転電機の回転子と前記フライホイールを含めた回転部のイナーシャを分母とし、当該イナーシャと蓄積可能エネルギーが等価なキャパシタの静電容量を分子とした比率の平方根を比例係数として、前記フライホイールの回転角速度が前記直流母線の母線間電圧と比例関係を維持するよう前記第２インバータ部を制御する補助電源装置が適用される。

また、本発明の別の観点によれば、回転電機と、前記回転電機に結合されたフライホイールと、直流母線の直流電力から前記回転電機への給電と回生を行う第２インバータ部と、を備える補助電源装置に対して行う補助電源制御方法であって、前記回転電機の回転子と前記フライホイールを含めた回転部のイナーシャを分母とし、当該イナーシャと蓄積可能エネルギーが等価なキャパシタの静電容量を分子とした比率の平方根を比例係数として、前記フライホイールの回転角速度が前記直流母線の母線間電圧と比例関係を維持するよう前記第２インバータ部を制御することを実行する補助電源制御方法が適用される。

本発明によれば、簡易な制御構成で直流電力の補助給電機能を向上できる。

実施形態のモータ制御装置の概略的な回路構成の一例を表す図である。電源インバータの具体的な構成の一例を表す図である。直流母線間に充放電用コンデンサを直接接続した比較構成例を表す図である。制御部における速度制御の制御ブロックの一例を表す図である。補助電源を備えない場合の充放電試験のシミュレーション結果を表す図である。補助電源として充放電用コンデンサを備えた場合の充放電試験のシミュレーション結果を表す図である。補助電源として実施形態の補助電源部を備えた場合の充放電試験のシミュレーション結果を表す図である。速度センサレス制御を行う場合の制御部における速度制御の制御ブロックの一例を表す図である。

以下、実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

＜モータ制御装置の概略構成＞
図１は、本実施形態のモータ制御装置の概略的な回路構成の一例を表している。このモータ制御装置１は、外部の交流電源２から給電される交流電力を直流電力に変換し、この直流電力を所定の交流電力に変換して負荷モータ３に給電することで当該負荷モータ３とそれに連結する負荷機械４の駆動制御を行う。図１において、モータ制御装置１は、コンバータ５と、サージ用平滑コンデンサ６と、負荷インバータ７と、補助電源部８を有している。

コンバータ５（ＡＣ−ＤＣコンバータ部）は、例えばダイオードブリッジからなる整流部１１と電源用平滑コンデンサ１２を有しており、外部の交流電源からの交流電力を整流部１１で整流して電源用平滑コンデンサ１２で平滑することにより直流母線１３に直流電力を給電する。

サージ用平滑コンデンサ６は、上記の直流母線間に渡るよう接続されるコンデンサであって、この例ではサージ対策用の比較的容量が小さいコンデンサである。

負荷インバータ７（第１インバータ部）は、例えばフライホイールダイオード１４を並列接続した半導体スイッチング素子１５をブリッジ接続したスイッチング回路１６を有している。この負荷インバータ７は、特に図示しない駆動制御装置のＰＷＭ制御により各半導体スイッチング素子１５を適宜スイッチングすることで、直流母線１３の直流電力を所望の周波数及び波形の交流電圧に変換し、負荷モータ３に給電してその駆動制御を行う。また負荷インバータ７は、負荷モータ３からの回生電力を直流母線１３に回生する機能も有している。なお、以下においては、上記のコンバータ５、サージ用平滑コンデンサ６、及び負荷インバータ７で構成する回路を主回路と呼称する。また、負荷モータ３が、各請求項記載のモータに相当する。

補助電源部８は、電源インバータ２１と、電源モータ２２と、フライホイール２３を有しており（詳細については後述）、上記主回路の直流母線１３間に接続して当該直流母線１３における電気エネルギーとフライホイール２３の回転運動エネルギーの相互変換を行う。つまり補助電源部８は、能動的にフライホイール２３の回転運動を制御することで直流母線１３に対する充電と放電を選択的に行う。

以上の構成のモータ制御装置１において、制御対象の負荷モータ３の容量が大きい場合には、その急加速や急減速を行うよう駆動制御することで直流母線１３間の直流電圧（母線間電圧）が大きく変動し、直流電力の過不足が大きく生じて不安定となりやすい。補助電源部８は、そのような主回路における直流電圧の変化に応じて電力ピークカットと電力アシストの動作を選択的に行う。つまり、補助電源部８は、母線間電圧が上昇した場合、その過剰となった分の直流電力をフライホイール２３の回転運動エネルギーに変換して蓄積させ、すなわち補助電源部８が直流母線１３の直流電力を充電して電力ピークカットを行う。また、補助電源部８は、母線間電圧が低下した場合、その不足した分の直流電力をフライホイール２３の回転運動エネルギーから変換して補い、すなわち補助電源部８が直流電力を放電（回生）して電力アシストを行う。以上のように補助電源部８は、直流母線１３の電気エネルギーとフライホイール２３の回転運動エネルギーとを相互変換し、主回路の直流母線１３に対してその直流電力の過不足に対応した充放電を行う、いわゆるフライホイールバッテリとして機能する。

＜補助電源部の具体的構成例とその機能について＞
図２は、補助電源部８の具体的な構成の一例を表している。上述したように、補助電源部８は電源インバータ２１と、電源モータ２２と、フライホイール２３と、制御部２４を有している。

電源インバータ２１（第２インバータ部）は、例えばフライホイールダイオード３３を並列接続した半導体スイッチング素子３４をアームスイッチング素子Ｑ_Ｈ，Ｑ_Ｌとし、そのアームスイッチング素子Ｑ_Ｈ，Ｑ_Ｌを２つ直列に接続した直列回路を３組並列にブリッジ接続した回路である。この電源インバータ２１は、３組並列接続した両端が直流母線１３間に接続され、３組それぞれにおいて直列接続する２つのアームスイッチング素子Ｑ_Ｈ，Ｑ_Ｌ間の中間点が３相交流モータである電源モータ２２の各相端子に接続される。そして電源インバータ２１は、後述の制御部２４から出力されるスイッチング信号によって各半導体スイッチング素子３４が適宜スイッチングされることで、直流母線１３の直流電力を３相交流電力に変換して電源モータ２２に給電する機能を有する。また電源インバータ２１は、電源モータ２２から回生された３相交流電力を直流母線１３の直流電力へ変換（回生）する機能も有する。

電源モータ２２（回転電機）は、上述したように回転型の３相交流モータであり、その出力軸には固定された大きなイナーシャ（慣性モーメント）を有するフライホイール２３が機械的に連結されている。

制御部２４は、母線間電圧検出部３５（図中では「Ｖ_１電圧検出部」と略記）を有している。母線間電圧検出部３５は、直流母線１３のプラス側配線１３ｐとマイナス側配線１３ｎの間の母線間電圧Ｖ_１を検出する。そして制御部２４は、母線間電圧検出部３５の検出値に基づくＰＷＭ制御によりスイッチング信号を出力し、各アームスイッチング素子Ｑ_Ｈ，Ｑ_Ｌのスイッチングを制御する。

以上の構成の補助電源部８において、電源インバータ２１が電源モータ２２に駆動電力を給電することで当該電源モータ２２が電動機として機能してフライホイール２３を回転駆動し、すなわち電気エネルギーを回転運動エネルギーに変換して蓄積する。また、フライホイール２３の回転運動エネルギーよりも電源モータ２２に給電する電気エネルギーが低くなった場合には、フライホイール２３の惰性回転により当該電源モータ２２が発電機として機能して電源インバータ２１に回生電力を出力し、すなわち回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換して放電する。

このような充電と放電の切り替えは、制御部２４が各アームスイッチング素子Ｑ_Ｈ，Ｑ_Ｌのスイッチングを行うＰＷＭ制御でのデューティ比と、直流母線１３における母線間電圧Ｖ_１とのバランスによって切り替えられる。つまり上記構成の補助電源部８における充電と放電の動作選択を意図的に切り換えるためには、フライホイール２３の回転角速度と母線間電圧Ｖ_１の両方を監視しながらそれらを反映した電源モータ２２への給電制御を適切に行う必要がある。

＜電源モータへの給電制御の手法＞
そもそも本実施形態における補助電源部８の目的として、上述したように母線間電圧Ｖ_１が上昇する際には当該補助電源部８に充電させる（フライホイール２３を加速させる）ピークカット制御を行わせ、母線間電圧Ｖ_１が低下する際には当該補助電源部８に放電させる（フライホイール２３を減速させる）ピークアシスト制御を行わせる必要がある。しかしこのようなピークカット制御とピークアシスト制御を切り替えるタイミングやそれぞれの充放電量の変化工程の調整が難しく、複雑なシーケンスが必要となるため電源モータ２２への給電制御が煩雑となりやすい。

これに対して、図３に示す比較例のように充放電用のコンデンサ４１を直流母線１３間に直接接続する構成では、上述した充電と放電の切り替え制御が一切不要となって制御の容易さの観点で見れば最も望ましい。そこで本実施形態では、制御部２４におけるフライホイール２３の回転角速度の制御というソフトウェア的手法により、補助電源部８全体があたかも上記比較例のような単一の充放電用コンデンサ４１と同等の挙動で充放電するよう、電源モータ２２の給電制御を行わせる。

具体的には、本実施形態の補助電源部８の全体が、単一の充放電用コンデンサ４１と等価的であると見なした場合、それぞれの蓄積可能エネルギーも等しいと見なせることから以下の式（１）が導ける。

ただし、Ｃは充放電用コンデンサ４１（キャパシタ）の静電容量、Ｖは充放電用コンデンサ４１の端子間電圧、Ｊは電源モータ２２の回転子とフライホイール２３を含めた回転部（カップリング等も含む）全体のイナーシャ、ωは当該回転部の回転角速度である。

上記の式（１）から、回転角速度ωと静電容量Ｃそれぞれについて求めるよう式変形すると、

となる。つまり上記式（２）から、本実施形態の補助電源部８においてフライホイール２３の回転角速度ωが母線間電圧Ｖ_１に対して常に正の相関関係、具体的には比例関係（ω＝（Ｃ／Ｊ）^１／２・Ｖ_１）にあれば、上記等価性を維持できる。そして上記式（３）から、この時の補助電源部８における充電容量は静電容量Ｃ（＝Ｊ・（ω／Ｖ_１）^２）と等価と見なせる。

以上により本実施形態の例では、補助電源部８の電源インバータ２１において、フライホイール２３の回転角速度ωが母線間電圧Ｖ_１に対して常に（Ｃ／Ｊ）^１／２を比例係数とした正比例関係を維持するよう電源モータ２２の給電制御を行えばよい。これは、フライホイール２３の回転角速度ωと母線間電圧Ｖ_１の間の正比例関係を維持するという単純な制御を行うだけで、充電制御（ピークカット制御）と放電制御（ピークアシスト制御）の切り替えを意識することなく、母線間電圧Ｖ_１の増減に自動的に対応した応答性のよい補助電源部８の充放電制御を実現できる。また、イナーシャＪを適宜調整することで、主回路の直流母線１３において予想される母線間電圧Ｖ_１の変動幅に対応した補助電源部８の充電容量Ｃの設定も容易となる。

＜フィードバック制御ブロックの一例＞
ここで、本実施形態による電源モータ２２への給電制御を実現するためのフィードバック制御ブロックの一例を図４に示す。図示する制御ブロックは伝達関数形式で表記しており、補助電源部８の制御部２４がソフトウェア的に備えるものである。この図４において、制御部２４は、速度指令生成部５１と、減算器５２と、速度制御部５３と、ＰＷＭ制御部５４と、速度変換部５５を有している。

速度指令生成部５１は、上記母線間電圧検出部３５が検出した母線間電圧Ｖ_１に対して、予め設定した比例係数（（Ｃ／Ｊ）^１／２）を乗算した値を速度指令ωとして生成する。

減算器５２は、上記の速度指令ωから後述する速度検出値ω_ＦＢを減算し、それらの間の速度偏差Δωを出力する。

速度制御部５３は、入力された上記速度偏差Δωに対し例えばＰＩ制御を行うことでトルク指令を生成する。

ＰＷＭ制御部５４は、上記トルク指令に基づくデューティ比でのＰＷＭ制御により上記電源インバータ２１（図４中では図示省略）をスイッチングすることで、直流母線１３の直流電力を交流電力に変換して電源モータ２２へ給電する。

また電源モータ２２にはエンコーダなどの位置検出器５６が備えられており（上記図１、図２では図示省略）、この位置検出器５６が電源モータ２２（フライホイール２３）の回転位置を位置検出値θとして検出する。速度変換部５５は、この位置検出値θを電源モータ２２の速度検出値ω_ＦＢに変換して上記減算器５２に出力する。この速度変換部５５は、いわゆる微分器（ｓ）で構成すればよい。

以上のフィードバック制御ブロックにより、制御部２４は、その時点で検出された母線間電圧Ｖ_１と上記比例係数（（Ｃ／Ｊ）^１／２）で正比例関係にある速度指令ωを生成し、フライホイール２３の回転角速度をその速度指令ωに追従させるよう駆動制御できる。つまり、フライホイール２３の回転角速度ωが母線間電圧Ｖ_１に対して常に（Ｃ／Ｊ）^１／２を比例係数とした正比例関係を維持するよう電源モータ２２を給電制御できる。

＜シミュレーション結果＞
図５は、主回路が補助電源を一切備えていない比較例（特に図示せず）において、負荷モータ３を所定の負荷パターンで駆動した場合における母線間電圧Ｖ_１、負荷モータ電力、及びコンバータ出力のそれぞれの時間変化のシミュレーション結果を示したタイムチャートである。また図６は、主回路が補助電源として所定の静電容量Ｃにある充放電用コンデンサ４１を備えた比較例（上記図３参照）において、上記図５と同じ各パラメータのシミュレーション結果を示したタイムチャートである。また図７は、主回路が補助電源として上記図６の場合の充放電用コンデンサ４１の静電容量Ｃと同じ充電容量にある本実施形態の補助電源部８を備えた構成例において、上記図５、図６と同じ各パラメータに加えて速度指令ω（図中の点線）、速度検出値ω_ＦＢ（図中の実線）も併せた時間変化のシミュレーション結果を示したタイムチャートである。なお、各シミュレーションにおいては、タイムチャートでの図示の便宜上、母線間電圧Ｖ_１が１００Ｖ以下になると負荷モータ電力を０に落とすよう処理している（つまり、負荷モータ電力がどれだけ大きくなっても、母線間電圧Ｖ_１が最低でも１００Ｖ前後を維持するようにしている）。

補助電源を備えていない場合の図５では、負荷モータ電力が上昇すると直流母線１３における直流電力が不足して母線間電圧Ｖ_１が急激に低下する。そしてこの母線間電圧Ｖ_１の急激な低下に応じてコンバータ出力も急激に上昇し直流電力を追加するが、結果的に直流電力の不足分には間に合わないため母線間電圧Ｖ_１は低下状態を維持し続けて異常動作状態となる。

これに対して充放電用コンデンサ４１を補助電源として備えた場合の図６では、負荷モータ電力が上昇して直流母線１３における直流電力を急激に消費した際にも、母線間電圧Ｖ_１は緩やかにしか低下せず、しかもその変動幅が小さく抑えられている。これは、コンバータ出力の上昇による直流電力の追加でも不足している分を充放電用コンデンサ４１からの放電で補っているためである（電力アシストに相当）。また負荷モータ電力が低下した後には、母線間電圧Ｖ_１が緩やかに上昇して元の初期電圧に戻っている。これは、それに応じてコンバータ出力が低下していることに併せて、負荷モータ３により低下した直流電力を充放電用コンデンサ４１に充電しているためである（電力アシストによる電力ピークカットに準じる）。

そして本実施形態の補助電源部８を備えた場合の図７では、負荷モータ電力が上昇して直流母線１３における直流電力を急激に消費した際や、負荷モータ電力が低下して直流電力の消費を停止した際のいずれにおいても、母線間電圧Ｖ_１は上記図６の充放電用コンデンサ４１の場合とほぼ同等に時間変化が抑えられている。このことから本実施形態の補助電源部８は、上記図６の充放電用コンデンサ４１と同等の挙動で充放電できているとみなせる。

なお、負荷モータ電力が上昇して直流母線１３の直流電力が不足している間は、電源モータ２２の速度検出値ω_ＦＢ（図中の実線参照）がそれよりも常に少しだけ低い速度指令ω（図中の点線参照）に追従するよう減速している。これにより、電源モータ２２には、フライホイール２３の惰性回転による回生電力が生じて（フライホイール２３の回転運動エネルギーから電気エネルギーに変換して）補助電源部８が直流母線１３に対して放電する、いわゆる電力アシスト制御が行われていることが分かる。

また、負荷モータ電力が低下して直流母線１３の直流電力が過剰となっている間は、電源モータ２２の速度検出値ω_ＦＢ（図中の実線参照）がそれよりも常に少しだけ高い速度指令ω（図中の点線参照）に追従するよう加速している。これにより、電源モータ２２は直流電力を消費しフライホイール２３を加速して（電気エネルギーからフライホイール２３の回転運動エネルギーに変換して）補助電源部８が直流母線１３から充電する、いわゆる電力ピークカット制御に準じる制御が行われていることが分かる。

なお上記の各シミュレーションにおいては、電源モータ２２がその最大速度Ｎｍａｘで回転している際にフライホイール２３に蓄積できる回転運動エネルギーをＥｍａｘとした場合、その約半分の回転運動エネルギー（Ｅｍａｘ／２）を蓄積している際の電源モータ２２の回転速度Ｎ_０を初期動作速度としている。この場合、

となるエネルギーの均衡式から、初期動作速度Ｎ_０を

として表せる。

このように初期動作速度Ｎ_０を設定することで、上述した各シミュレーションのような電力アシスト→電力ピークカットの順での充放電工程とともに、それと逆の電力ピーク→電力アシストの充放電工程（特に図示せず）にも対応できるよう、充電容量と放電容量の両方で同等の余裕度マージンを設けることができる。

＜本実施形態の効果＞
以上説明したように、本実施形態のモータ制御装置１は、直流母線１３の直流電力から電源モータ２２への給電と回生を行う電源インバータ２１に対して、制御部２４がフライホイール２３の回転角速度ωと直流母線１３の母線間電圧Ｖ_１が正の相関関係を維持するよう制御する。このように正の相関関係を維持する制御を行うだけで、ピークカット制御とピークアシスト制御を意図的に切り替える複雑な切替シーケンスを不要とし、母線間電圧Ｖ_１の増減に自動的に対応した応答性のよい補助電源部８の充放電制御を実現できる。この結果、簡易な制御構成で直流電力の補助給電機能を向上できる。

また、本実施形態では特に、制御部２４は、電源モータ２２の回転子とフライホイール２３を含めた回転部（カップリング等も含む）のイナーシャＪ（慣性モーメント）を分母とし、当該イナーシャＪと蓄積可能エネルギーが等価な充放電用コンデンサ４１の静電容量Ｃを分子とした比率の平方根を比例係数（（Ｃ／Ｊ）^１／２）として、フライホイール２３の回転角速度ωが母線間電圧Ｖ_１と正比例関係（ω＝（Ｃ／Ｊ）^１／２・Ｖ_１）を維持するよう電源インバータ２１を制御する。これにより、簡易な制御でありながら、あたかも補助電源部８と同容量の単一の充放電用コンデンサ４１（キャパシタ）を直流母線１３間に直接接続した場合と同様に機能的な充放電制御が可能となる。

また、本実施形態では特に、制御部２４は、直流母線１３から検出した母線間電圧Ｖ_１と比例係数（（Ｃ／Ｊ）^１／２）に基づいて算出した回転角速度を速度指令ωとして電源インバータ２１に入力し、電源インバータ２１は、入力された速度指令ωの速度を維持するよう電源モータ２２に給電する。これにより、一般的に利用されている速度制御が可能なインバータ（サーボアンプ）を用いてフライホイールバッテリとしての補助電源部８を具体的に実現できる。

また、本実施形態では特に、電源インバータ２１は、電源モータ２２又はフライホイール２３から検出した回転角速度（速度検出値ω_ＦＢ）をフィードバック値としたフィードバック制御により速度指令ωの回転角速度を維持するよう電源モータ２２に給電する。これにより、実際のフライホイール２３の回転角速度の変化に応じた精度の高い充放電制御を実現できる。なお、主回路に対する充放電制御に高い精度が要求されない場合には、フィードバック制御によらず他のフィードフォワード制御等を行ってもよい（図示省略）。

＜変形例＞
なお、開示の実施形態は、上記に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。

＜変形例１：補助電源部の制御部が速度センサレス制御を行う場合＞
上記実施形態では、補助電源部８の電源モータ２２がエンコーダなどの位置検出器５６を備え、この位置検出器５６が検出した位置検出値θを制御部２４の速度変換部５５が速度検出値ω_ＦＢに変換して速度フィードバック制御に用いていたが、これに限られない。例えば、上記図４に対応する図８のフィードバック制御ブロックに示すように、電源モータ２２に給電される駆動電力の電流及び電圧をそれぞれ電流検出値Ｉ_ｍ、電圧検出値Ｖ_ｍとして検出し、これら検出値Ｉ_ｍ、Ｖ_ｍに基づいて速度検出部５７が算出した速度検出値ω_ＦＢを速度フィードバック制御に用いる構成としてもよい。この速度検出部５７における算出処理の手法は、公知の速度センサレス制御で行われる処理手法を用いればよく、ここではその詳細な説明を省略する。このように高価な位置検出器５６を不要とした構成とすることで、システム全体の製造コストを削減することができる。

＜変形例２：その他＞
例えば、上記図１におけるコンバータ５と補助電源部８だけで電力変換装置を構成した場合でも、モータ制御装置１以外の他の電気機器（例えばパーソナルコンピュータなど）に対する安定化電源としての適用に好適である。また、補助電源部８だけを独立した補助電源装置として構成した場合でも、多数の電気機器を接続する一般的な直流電源に対し、電気機器の数に応じて直流母線１３へ任意に接続するなどの適用に好適である。

なお、以上の説明において、「垂直」「平行」「平面」等の記載がある場合には、当該記載は厳密な意味ではない。すなわち、それら「垂直」「平行」「平面」とは、設計上、製造上の公差、誤差が許容され、「実質的に垂直」「実質的に平行」「実質的に平面」という意味である。

また、以上の説明において、外観上の寸法や大きさ、形状、位置等が「同一」「同じ」「等しい」「異なる」等の記載がある場合は、当該記載は厳密な意味ではない。すなわち、それら「同一」「等しい」「異なる」とは、設計上、製造上の公差、誤差が許容され、「実質的に同一」「実質的に同じ」「実質的に等しい」「実質的に異なる」という意味である。

また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。その他、一々例示はしないが、上記実施形態や各変形例は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

１モータ制御装置
２交流電源
３負荷モータ（モータ）
４負荷機械
５コンバータ（ＡＣ−ＤＣコンバータ部）
６サージ用平滑コンデンサ
７負荷インバータ（第１インバータ部）
８補助電源部（補助電源装置）
１１整流部
１２電源用平滑コンデンサ
１３直流母線
２１電源インバータ（第２インバータ部）
２２電源モータ（回転電機）
２３フライホイール
２４制御部
３３フライホイールダイオード
３４半導体スイッチング素子
３５母線間電圧検出部
４１充放電用コンデンサ
５１速度指令生成部
５２減算器
５３速度制御部
５４ＰＷＭ制御部
５５速度変換部
５６位置検出器
５７速度検出部

Claims

交流電源からの交流電力を直流電力に変換して直流母線に給電するＡＣ−ＤＣコンバータ部と、
前記直流母線に対して直流電力の充電と放電を行う補助電源部と、
前記直流母線の直流電力を用いたモータへの給電電力を制御する第１インバータ部と、
を有するモータ制御装置であって、
前記補助電源部は、
回転電機と、
前記回転電機に結合されたフライホイールと、
前記直流母線の直流電力から前記回転電機への給電と回生を行う第２インバータ部と、
前記第２インバータ部を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、
前記回転電機の回転子と前記フライホイールを含めた回転部のイナーシャを分母とし、当該イナーシャと蓄積可能エネルギーが等価なキャパシタの静電容量を分子とした比率の平方根を比例係数として、前記フライホイールの回転角速度が前記直流母線の母線間電圧と比例関係を維持するよう前記第２インバータ部を制御する
ことを特徴とするモータ制御装置。
前記制御部は、
前記直流母線から検出した母線間電圧と前記比例係数に基づいて算出した回転角速度を速度指令として前記第２インバータ部に入力し、
前記第２インバータ部は、
入力された前記速度指令の速度を維持するよう前記回転電機に給電することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
前記第２インバータ部は、
前記回転電機又は前記フライホイールから検出した回転角速度をフィードバック値としたフィードバック制御により前記速度指令の速度を維持するよう前記回転電機に給電することを特徴とする請求項２記載のモータ制御装置。
交流電源からの交流電力を直流電力に変換して直流母線に給電するＡＣ−ＤＣコンバータ部と、
前記直流母線に対して直流電力の充電と放電を行う補助電源部と、
を有する電力変換装置であって、
前記補助電源部は、
回転電機と、
前記回転電機に結合されたフライホイールと、
前記直流母線の直流電力から前記回転電機への給電と回生を行う第２インバータ部と、
前記第２インバータ部を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、
前記回転電機の回転子と前記フライホイールを含めた回転部のイナーシャを分母とし、当該イナーシャと蓄積可能エネルギーが等価なキャパシタの静電容量を分子とした比率の平方根を比例係数として、前記フライホイールの回転角速度が前記直流母線の母線間電圧と比例関係を維持するよう前記第２インバータ部を制御する
ことを特徴とする電力変換装置。
直流母線に対して直流電力の充電と放電を行う補助電源装置であって、
回転電機と、
前記回転電機に結合されたフライホイールと、
前記直流母線の直流電力から前記回転電機への給電と回生を行う第２インバータ部と、
前記第２インバータ部を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、
前記回転電機の回転子と前記フライホイールを含めた回転部のイナーシャを分母とし、当該イナーシャと蓄積可能エネルギーが等価なキャパシタの静電容量を分子とした比率の平方根を比例係数として、前記フライホイールの回転角速度が前記直流母線の母線間電圧と比例関係を維持するよう前記第２インバータ部を制御する
を有することを特徴とする補助電源装置。
回転電機と、前記回転電機に結合されたフライホイールと、直流母線の直流電力から前記回転電機への給電と回生を行う第２インバータ部と、を備える補助電源装置に対して行う補助電源制御方法であって、
前記回転電機の回転子と前記フライホイールを含めた回転部のイナーシャを分母とし、当該イナーシャと蓄積可能エネルギーが等価なキャパシタの静電容量を分子とした比率の平方根を比例係数として、前記フライホイールの回転角速度が前記直流母線の母線間電圧と比例関係を維持するよう前記第２インバータ部を制御すること
を実行することを特徴とする補助電源制御方法。