WO2014045407A1 - 電動機制御装置及び電動機制御方法 - Google Patents

電動機制御装置及び電動機制御方法 Download PDF

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WO2014045407A1
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voltage compensation
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英俊 北中
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三菱電機株式会社
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    • H02P3/18—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing an ac motor

Definitions

  • the present invention relates to an electric motor control device and an electric motor control method.
  • the electric motor control device described in Patent Document 1 controls a plurality of induction motors. Torque output from each induction motor is mechanically added by being transmitted through gears, belts, and the like, and a large output can be obtained.
  • an abnormality has occurred in which some of the induction motors do not output torque even when power is supplied.
  • Possible causes of this abnormality include, for example, that the bearing of the induction motor is fixed by baking, and that a short circuit has occurred in the coils inside some of the induction motors.
  • the range of damage to the bearings or coils may be expanded, and damage to other members may be expanded.
  • An object of the present invention is to provide an electric motor control device and an electric motor control method capable of preventing an increase in damage of an electric motor in which an abnormality has occurred when an abnormality occurs in some of a plurality of electric motors.
  • an electric motor control device includes: An inverter circuit for supplying power to a plurality of electric motors connected in parallel; A control unit for controlling the power supplied from the inverter circuit to each of the motors, The control unit A current command generator for generating a current command indicating a current value to be output from the inverter circuit to the plurality of electric motors; A compensation calculator that outputs a voltage compensation signal that compensates for the difference between the current value actually supplied to each of the motors and the current value indicated by the current command; A discriminator for discriminating whether or not an abnormality has occurred in at least one of the plurality of electric motors based on a value obtained from the voltage compensation signal; And a stop control unit that stops the supply of power from the inverter circuit to each of the electric motors when it is determined by the determination unit that an abnormality has occurred.
  • the electric power is supplied from the inverter circuit to each of the electric motors. Stop. Thereby, when an abnormality occurs in a part of the plurality of electric motors, the operation of the plurality of electric motors can be stopped, so that it is possible to prevent the damage of the motor in which the abnormality has occurred from being expanded.
  • FIG. It is a figure which shows the relationship between the rotation frequency of a motor, and the voltage compensation amount in each of the case where all the motors are normal, and the case where abnormality arises in one of the motors.
  • FIG. The relationship between the motor rotation frequency and the voltage compensation amount when the torque command value is 100% of the rated output of the motor in each case where the motor is all normal and when an abnormality occurs in one of the motors.
  • FIG. It is a figure which shows the example of the logical structure of the abnormality detection control part which concerns on one embodiment.
  • the electric motor control apparatus 100 converts the electric power supplied from the power source 102 and supplies it to the electric motors 103a to 103c, as shown in FIG. For example, torque corresponding to the torque index N acquired from the outside is output from the output shaft 101.
  • the electric motor control device 100 detects the abnormality and stops the supply of electric power to the electric motors 103a to 103c, and operates the electric motors 103a to 103c. Stop.
  • the motors 103a to 103c are three-phase AC motors, and three motors 103a to 103c are connected in parallel to the motor control device 100.
  • the electric motors 103a to 103c are typically of the same model, and the internal circuit configuration is the same.
  • FIG. 2 shows an example of an internal circuit configuration of the electric motor 103a.
  • the electric motor 103a has a circuit to which three-phase coils 104a, 104b, and 104c are connected, and a rotating magnetic field generated in the electric motor 103a by passing a current through the coils 104a, 104b, and 104c.
  • the rotating shaft is rotated by the action of current inside the rotor (not shown). The same applies to the electric motors 103b and 103c.
  • the rotating shafts of the electric motors 103a to 103c are mechanically connected to the output shaft 101 via a power transmission member.
  • the power transmission member includes pulleys 105a to 105c attached to the respective rotation shafts of the motors 103a to 103c, pulleys 106a to 106c attached to the output shaft 101, pulleys 105a to 105c, and pulleys 106a to 106c.
  • the rubber belts 107a to 107c are connected to each other.
  • the power transmission means for transmitting the power of the electric motors 103a to 103c to the output shaft 101 is not limited to the power transmission member described above.
  • the power transmission means may transmit power by friction, for example.
  • the motor control device 100 includes an inverter circuit 108, a switch 109, current detectors 110a, 110b, and 110c, a rotation speed detector 111, and a control unit 112, as shown in FIG.
  • the inverter circuit 108 is an electric circuit that receives DC power supplied from the power supply 102, converts the DC power into three-phase AC power, and outputs the converted power to each of the motors 103a to 103c via a multiphase conductor. .
  • the switch 109 is a switch provided in wiring for supplying power from the power source 102 to the inverter circuit 108.
  • the switch 109 is opened and closed under the control of the control unit 112, and whether or not power is input to the inverter circuit 108. Switch between. When the switch 109 is closed, power is supplied to the inverter circuit 108. When the switch 109 is opened, the power supply to the inverter circuit 108 is cut off.
  • Current detectors 110a, 110b, and 110c are detectors that detect the current value actually supplied to each of the motors 103a to 103c and output a current value signal indicating the detected current value.
  • the current detectors 110a, 110b, and 110c are instantaneous values (AC output current values) Iu, Iv, and Iw of currents flowing through the multiphase conductors (u, v, and w) output from the inverter circuit 108. Is measured continuously.
  • the current detectors 110a, 110b, and 110c output current signals indicating the AC output current values Iu, Iv, and Iw of the measured phases to the control unit 112, respectively. Note that any two of the current detectors 110a, 110b, and 110c may be provided.
  • the rotation speed detector 111 is a device that measures a rotation speed ⁇ r [radian / second], which is a speed at which the rotation shaft of the electric motor 103a rotates, and outputs a rotation speed signal indicating the measured rotation speed ⁇ r to the control unit 112. To do. At normal times when no abnormality has occurred in the motors 103a to 103c, the rotational speeds ⁇ r of the respective motors 103a to 103c are substantially equal, so the rotational speed ⁇ r measured by the rotational speed detector 111 is the rotational speed of each of the motors 103a to 103c. It can be regarded as speed ⁇ r.
  • the control unit 112 controls the power supplied from the inverter circuit 108 to each of the motors 103a to 103c by controlling the operation of the inverter circuit 108 and the switch 109 based on various signals. As shown in FIG. 3, the control unit 112 includes a current command generation unit 117, a phase angle calculation unit 118, a coordinate conversion unit 119, a voltage command calculation unit 120, a PWM unit 121, an abnormality, A detection control unit 122.
  • the control unit 112 having these functions may be realized by an electric circuit, a processor that executes a preinstalled software program, or a combination thereof.
  • the current command generation unit 117 acquires a torque command from the outside, and generates and outputs a current command based on the torque command.
  • the torque command is a signal indicating a torque command value Tm *.
  • the torque command value Tm * is a torque to be output to each of the motors 103a to 103c or a value or index that can be associated with the torque, and typically represents the torque itself to be output to each of the motors 103a to 103c. Value.
  • the current command is a command indicating a current value supplied from the inverter circuit 108 to each of the electric motors 103a to 103c, and includes a q-axis (torque component) current command and a d-axis (excitation component) current command.
  • the q-axis current command is a signal indicating the q-axis current command value Iq *, that is, the command value of the current related to the torque output from each of the electric motors 103a to 103c.
  • the d-axis current command is a signal indicating a d-axis current command value Id *, that is, a command value of a current related to the magnetic flux inside each of the electric motors 103a to 103c.
  • the current command generation unit 117 uses the torque command value Tm *, the secondary magnetic flux command value ⁇ 2 *, and the circuit constant of the electric motor 103a to calculate the q-axis current command value according to the following equation (1). Based on Iq *, the d-axis current command value Id * is calculated by the following equation (2).
  • the circuit constant of the electric motor 103a is, for example, a design value representing the characteristics of the circuit included in the electric motor 103a.
  • M is the mutual inductance
  • I2 is the secondary leakage inductance
  • s is the differential operator.
  • PP is the number of pole pairs of the electric motor 103a
  • R2 is the secondary resistance value of the electric motor 103a.
  • Iq * (Tm * / ( ⁇ 2 * ⁇ PP)) ⁇ (L2 / M) (1)
  • Id * ⁇ 2 * / M + L2 / (M ⁇ R2) ⁇ s ⁇ 2 * (2)
  • the phase angle calculation unit 118 acquires a rotation speed signal from the rotation speed detector 111 and acquires a current command from the current command generation unit 117.
  • the phase angle calculation unit 118 calculates the slip angular velocity command value ⁇ s * to be given to the motors 103a to 103c based on the current command, and calculates the phase angle ⁇ of the coordinate conversion based on the slip angular velocity command value ⁇ s * and the rotational speed ⁇ r. To do.
  • the phase angle calculation unit 118 generates and outputs a phase angle signal indicating the calculated phase angle ⁇ of the coordinate conversion.
  • the phase angle calculation unit 118 uses the d-axis current value Id, the q-axis current value Iq, and the circuit constant of the electric motor 103a to calculate the slip angular velocity command value ⁇ s * from the following equation (3). calculate.
  • phase angle calculation unit 118 calculates the sum of the calculated slip angular velocity command value ⁇ s * and the rotation speed ⁇ r of the electric motor 103a as the inverter rotation speed ⁇ , and coordinates the calculated inverter rotation speed ⁇ by integrating the calculated inverter rotation speed ⁇ .
  • the phase angle ⁇ of the conversion is calculated.
  • the coordinate conversion unit 119 is configured to generate a q-axis current value Iq corresponding to a torque component and a magnetic flux component based on the current signal of each phase from the current detectors 110a, 110b, and 110c and the phase angle signal from the phase angle calculation unit 118.
  • the d-axis current value Id corresponding to is calculated.
  • the coordinate conversion unit 119 generates and outputs a q-axis current signal indicating the calculated q-axis current value Iq and a d-axis current signal indicating the calculated d-axis current value Id.
  • the coordinate conversion unit 119 performs coordinate conversion shown in the following equation (4).
  • the voltage command calculation unit 120 generates and outputs an inverter output voltage command and a voltage compensation amount signal based on the current command, the q-axis current signal, and the d-axis current signal.
  • the inverter output voltage command is a signal indicating a voltage value to be applied to the electric motors 103a to 103c, that is, an inverter output voltage command value VM * which is a three-phase AC voltage value to be output to the inverter circuit 108.
  • the voltage compensation amount signal is a signal indicating the voltage compensation amount VC, and the voltage compensation amount VC is the magnitude of the voltage compensation value.
  • the voltage compensation value is a voltage for compensating the current value output from the inverter circuit 108 to each of the motors 103a to 103c so that the torque actually output from each of the motors 103a to 103c becomes the torque command value Tm *. Value.
  • the voltage command calculation unit 120 includes a q-axis subtractor 125, a q-axis compensation calculation unit 126, a d-axis subtractor 127, a d-axis compensation calculation unit 128, and a basic voltage command calculation unit 129.
  • the q-axis compensation calculation unit 126, the d-axis compensation calculation unit 128, or both the q-axis compensation calculation unit 126 and the d-axis compensation calculation unit 128 correspond to the compensation calculation unit.
  • the q-axis subtractor 125 acquires the q-axis current command and the q-axis current signal, and calculates a difference (for example, Iq * ⁇ Iq) between the q-axis current command value Iq * and the q-axis current value Iq.
  • the q-axis subtractor 125 outputs a q-axis difference signal indicating the calculated difference (q-axis difference value) diq.
  • the q-axis compensation calculation unit 126 acquires the q-axis difference signal from the q-axis subtractor 125, and calculates the q-axis voltage compensation value qe based on the q-axis difference value diq indicated by the q-axis difference signal.
  • the q-axis voltage compensation value qe corresponds to the torque component of the voltage compensation value.
  • the q-axis compensation calculation unit 126 outputs a q-axis voltage compensation signal indicating the calculated q-axis voltage compensation value qe.
  • the q-axis compensation calculation unit 126 performs proportional integral (PI) amplification expressed by the following equation (5).
  • PI proportional integral
  • s is a differential operator, K1; a proportional gain, and K2: an integral gain.
  • qe (K1 + K2 / s) ⁇ (Iq * ⁇ Iq) (5)
  • the d-axis subtractor 127 acquires the d-axis current command and the d-axis current signal, and calculates a difference (for example, Id * ⁇ Id) between the d-axis current command value Id * and the d-axis current value Id.
  • the d-axis subtractor 127 outputs a d-axis difference signal indicating the calculated difference (d-axis difference value) did.
  • the d-axis compensation calculation unit 128 acquires the d-axis difference signal from the d-axis subtractor 127, and calculates the d-axis voltage compensation value de based on the d-axis difference value did indicated by the d-axis difference signal.
  • the d-axis voltage compensation value de corresponds to the magnetic flux component of the voltage compensation value.
  • the d-axis compensation calculation unit 128 outputs a d-axis voltage compensation signal indicating the calculated d-axis voltage compensation value de.
  • the d-axis compensation calculation unit 128 performs proportional integration (PI) amplification expressed by the following equation (6).
  • PI proportional integration
  • s is a differential operator, K1; a proportional gain, and K2: an integral gain.
  • de (K1 + K2 / s) ⁇ (Id * ⁇ Id) (6)
  • the basic voltage command calculation unit 129 based on the current command and the circuit constants of the motor 103a, the q-axis basic voltage command value EQ corresponding to the torque component and the magnetic flux component of the basic voltage command value to be applied to the motors 103a to 103c.
  • the d-axis basic voltage command value ED corresponding to is calculated.
  • the basic voltage command calculation unit 129 generates and outputs a basic voltage command.
  • the basic voltage command includes a q-axis basic voltage command indicating a q-axis basic voltage command value EQ and a d-axis basic voltage command indicating a d-axis basic voltage command value ED.
  • the basic voltage command calculation unit 129 performs calculation processing represented by the following expressions (7) and (8). As a result, the basic voltage command calculation unit 129 calculates the q-axis basic voltage command value EQ and the d-axis basic voltage command value ED in a feedforward manner.
  • the q-axis adder 130 acquires the q-axis voltage compensation signal and the q-axis basic voltage command, and calculates the sum (qe + EQ) of the q-axis voltage compensation value qe and the q-axis basic voltage command value EQ as the q-axis voltage command value Vq *. Calculate as The q-axis adder 130 generates and outputs a q-axis voltage command that is a signal indicating the q-axis voltage command value Vq *.
  • the q-axis voltage command value Vq * is a q-axis (torque) component of a voltage value to be applied to the electric motors 103a to 103c.
  • the d-axis adder 131 acquires the d-axis voltage compensation signal and the d-axis basic voltage command, and calculates the sum (de + DQ) of the d-axis voltage compensation value de and the d-axis basic voltage command value DQ as the d-axis voltage command value Vd *. Calculate as The d-axis adder 131 generates and outputs a d-axis voltage command that is a signal indicating the d-axis voltage command value Vd *.
  • the d-axis voltage command value Vd * is a d-axis (magnetic flux) component of a voltage value to be applied to the electric motors 103a to 103c.
  • the output voltage command calculation unit 132 calculates an inverter output voltage command value VM * based on the q-axis voltage command and the d-axis voltage command, and generates and outputs an inverter output voltage command that is a signal indicating this.
  • the voltage compensation amount calculation unit 133 acquires the q-axis voltage compensation signal and the d-axis voltage compensation signal, and calculates the voltage compensation amount VC that is the magnitude of the voltage compensation value.
  • the voltage compensation amount calculation unit 133 generates and outputs a voltage compensation amount signal that is a signal indicating the voltage compensation amount VC.
  • the voltage compensation quantity VC is the magnitude of the vector, that is, sqrt (qe ⁇ 2 + de ⁇ 2).
  • sqrt represents a square root
  • ⁇ represents a power.
  • the voltage command calculation unit 120 acquires a current command from the current command generation unit 117. Further, the voltage command calculation unit 120 acquires the q-axis current signal and the d-axis current signal based on the AC output current values Iu, Iv, and Iw measured by the current detectors 110a, 110b, and 110c from the coordinate conversion unit 119. As a result, the voltage command calculation unit 120 calculates the difference between the q-axis current value Iq and the d-axis current value Id and the q-axis current command value Iq * and the d-axis current command Id *, respectively, and the difference is reduced. As described above, the inverter output voltage command value VM * corresponding to the torque command value Tm * can be adjusted.
  • the PWM unit 121 acquires an inverter output voltage command from the voltage command calculation unit 120, generates a switching signal GC for turning on and off a switching element built in the inverter circuit 108 based on the inverter output voltage command value VM *, and outputs the switching signal GC. .
  • the abnormality detection control unit 122 is a case where a predetermined effective condition is satisfied, and when an abnormality has occurred in at least one of the electric motors 103a to 103c, the abnormality detection control unit 122 supplies the electric motors 103a to 103c to the electric motors 103a to 103c. Stop supplying power.
  • the abnormality detection control unit 122 functionally includes a determination unit 135 and a stop control unit 136 as shown in FIG.
  • the determination unit 135 acquires the voltage compensation amount signal, and determines whether or not an abnormality has occurred in at least one of the motors 103a to 103c based on the voltage compensation amount VC as a value obtained from the voltage compensation signal.
  • the determination unit 135 compares the voltage compensation amount VC with a predetermined threshold value VCR. When the voltage compensation amount VC is larger than the threshold value VCR, the determination unit 135 determines that an abnormality has occurred in at least one of the electric motors 103a to 103c. When the voltage compensation amount VC is equal to or less than the threshold value VCR, the determination unit 135 determines that no abnormality has occurred in at least one of the electric motors 103a to 103c.
  • the figure shows an example in which the condition for setting the rotational frequency FM of the motor to 6 Hz is set.
  • the output shaft 101 is rotated by a force applied from the outside, and the electric motors 103a to 103c are also rotated.
  • all of the motors 103a to 103c are normal, normally, all the rotation shafts of the motors 103a to 103c rotate at substantially the same rotation frequency FM, so the rotation frequencies FM of the motors 103b and 103c also change in the same manner.
  • FIG. 6 shows the change over time of the current value IM supplied to the motor 103a and the total current value IM supplied to the motors 103a to 103c over time when all of the motors 103a to 103c are normal. It is a figure which shows a change. The figure shows an example in which the inverter circuit 108 is started around the time of 0.125 seconds. A broken line 137 in the figure shows a change with time of the current value IM of the electric motor 103a. Since the electric motors 103a to 103c are normal, the current IM flowing through the electric motors 103b and 103c changes similarly. A solid line 138 in the figure shows a change with time of the total current value IM of the electric motors 103a to 103c.
  • FIG. 7 is a diagram showing changes over time in the voltage compensation value when all of the motors 103a to 103c are normal, that is, the q-axis voltage compensation value qe and the d-axis voltage compensation value de.
  • a solid line 139 in the figure shows a change with time of the q-axis voltage compensation value qe.
  • a broken line 140 in the figure indicates a change with time of the d-axis voltage compensation value de.
  • FIG. 8 shows changes over time in the voltage output from the inverter circuit 108 when all of the motors 103a to 103c are normal.
  • the maximum voltage that the inverter circuit 108 can output is shown as 100%.
  • the q-axis current value Iq and the d-axis current value Id which are components of the current flowing through the motors 103a to 103c, are respectively the q-axis current command value Iq * and the d-axis current command Id.
  • the q-axis voltage compensation value qe and the d-axis voltage compensation value de both increase at a certain time from the start of control, but are small values close to 0 after a certain time has elapsed. It stabilizes at.
  • FIG. 9 is a diagram showing a change with time of the rotation frequency FM of the normal motor 103a when an abnormality occurs in the motor 103c among the motors 103a to 103c.
  • the figure shows an example in which the condition for setting the rotational frequency FM of the motor to 6 Hz is set. Note that the output shaft 101 is rotated by an external force until time 0.125 seconds. As a result, the electric motors 103a to 103c are also rotated. The rotation frequency FM of the normal electric motor 103b changes in the same manner.
  • FIG. 10 shows the change over time in the current value IM supplied to each of the normal motor 103a and the motor 103c in which an abnormality has occurred when an abnormality occurs in the motor 103c among the motors 103a to 103c, and the motor 103a. It is a figure which shows the time-dependent change of the sum total of the electric current value IM supplied to 103c.
  • a broken line 141 in the figure shows a change with time of the current value IM of the normal electric motor 103a.
  • the electric motor 103b is normal, and the current IM flowing through the electric motor 103b changes in the same manner as the electric motor 103a.
  • An alternate long and short dash line 142 in the figure shows the change over time of the current value IM of the motor 103c in which an abnormality has occurred.
  • a solid line 143 in the figure shows a change with time of the total current value IM of the electric motors 103a to 103c.
  • FIG. 11 is a diagram showing the change over time of the voltage compensation value when the abnormality occurs in the motor 103c among the motors 103a to 103c, that is, the q-axis voltage compensation value qe and the d-axis voltage compensation value de. is there.
  • a solid line 144 in the figure shows a change with time of the q-axis voltage compensation value qe.
  • a broken line 145 in the figure indicates a change with time of the d-axis voltage compensation value de.
  • FIG. 12 shows changes over time in the voltage output from the inverter circuit 108 when an abnormality occurs in the motor 103c among the motors 103a to 103c.
  • the maximum voltage that the inverter circuit 108 can output is shown as 100%.
  • the voltage command calculation unit 120 calculates the q-axis voltage compensation value qe and the d-axis voltage compensation value de so as to reduce the q-axis difference value qid and the d-axis difference value did. Since the voltage applied to the motor 103c is reduced, as shown in FIG. 11, the q-axis voltage compensation value qe and the d-axis voltage compensation value de are both higher than when all of the motors 103a to 103c are normal. However, the absolute value becomes large.
  • the voltage compensation amount which is the magnitude of the voltage compensation value
  • the threshold value VCR the threshold value
  • the stop control unit 136 acquires a torque command from the outside, acquires a rotation speed signal from the rotation speed detector 111, and acquires an operation state signal GST from the PWM unit 121.
  • the operation state signal GST is a signal indicating an operation state indicating whether or not the inverter circuit 108 is operating.
  • the stop control unit 136 acquires a signal output from the PWM unit 121 for operating the inverter circuit 108 as the operation state signal GST. Note that the stop control unit 136 may acquire a signal indicating the operation state from the inverter circuit 108 as the operation state signal GST instead of the signal from the PWM unit 121. Further, the stop control unit 136 is not limited to the PWM unit 121, and may acquire a signal related to the operation / non-operation of the inverter circuit 108 from another control unit.
  • the stop control unit 136 determines whether or not a predetermined effective condition is satisfied based on the torque command value Tm *, the rotational speed ⁇ r, and the operating state of the inverter circuit 108.
  • the stop control unit 136 outputs a stop signal OFF to the switch 109 and the PWM unit 121 when the effective condition is satisfied and the determination unit 135 determines that an abnormality has occurred.
  • the effective condition is a condition for improving the accuracy of discrimination by the discriminating unit 135.
  • the absolute value of the torque command value Tm * is equal to or lower than the threshold value TmR
  • the rotational frequency FM is greater than the threshold value FMR
  • the inverter The content is that the time T from the start of the operation of the circuit 108 is a certain time T1 or more.
  • the valid conditions are that the absolute value of the torque command value Tm * is equal to or less than the threshold value TmR, that the rotational frequency FM is greater than the threshold value FMR, and that the time T from the start of operation of the inverter circuit 108 is equal to or greater than a certain time T1. It may be either one or two.
  • the stop control unit 136 stops the supply of electric power from the inverter circuit 108 to each of the electric motors 103a to 103c by outputting a stop signal OFF.
  • the switch 109 that has acquired the stop signal OFF cuts off the power supply to the inverter circuit 108.
  • the PWM unit 121 that has acquired the stop signal OFF stops its operation, and as a result, the inverter circuit 108 stops its operation.
  • the inverter circuit 108 stops operating, the supply of power from the inverter circuit 108 to each of the motors 103a to 103c is stopped, so that the stop signal OFF is output to only one of the switch 109 and the PWM unit 121. May be.
  • the q-axis voltage compensation values qe and d are independent of whether all of the motors 103a to 103c are normal or any of the motors 103a to 103c is abnormal.
  • a certain amount of time is required after the inverter circuit 108 starts operating. For example, when all of the motors 103a to 103c are normal, the time required for stabilization is about 3 seconds. When an abnormality has occurred in any of the electric motors 103a to 103c, it takes about 1.0 second.
  • the accuracy of determination by the determination unit 135 can be improved by including in the effective condition that the time T from the start of the operation of the inverter circuit 108 is equal to or longer than a certain time T1.
  • the constant time T1 is preferably set to about 1.0 to 3 seconds.
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the rotational frequency FM of the motor and the voltage compensation amount VC.
  • the voltage compensation amount VC is small regardless of the rotational frequency FM of the electric motor as shown by the solid line 146 in FIG.
  • the voltage compensation amount VC increases as the rotational frequency FM of the electric motor increases. From this, the difference between the voltage compensation amount VC when all of the motors 103a to 103c are normal and the voltage compensation amount VC when any of the motors 103a to 103c is abnormal is the rotation of the motor.
  • the accuracy of determination by the determination unit 135 can be improved by including in the effective condition that the rotation frequency FM is high, that is, that the rotation frequency FM is greater than the threshold value FMR.
  • the secondary resistance value R2 of the electric motors 103a to 103c varies from the design value according to the temperature change of the electric motors 103a to 103c. Therefore, an error may occur between the set value of the secondary resistance value R2, which is one of the circuit constants of the motors 103a to 103c set in the motor control apparatus 100, and the actual secondary resistance value R2.
  • FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the rotation frequency FM of the motors 103a to 103c and the voltage compensation amount VC when the torque command value Tm * is 10% of the rated output of each of the motors 103a to 103c.
  • the secondary resistance value R2 of the motors 103a to 103c varies according to the surrounding environment as described above, in the figure, one of the circuit constants of the motors 103a to 103c set in the motor control device 100 is used.
  • An example in which the set value of a certain secondary resistance value R2 is varied in the range of 50% to 200% is shown.
  • the voltage compensation amount VC fluctuates in a range surrounded by a solid line including two straight lines 148b and 148c above and below the straight line 148a shown by the solid line in FIG.
  • the voltage compensation amount VC is within a range surrounded by a broken line including two straight lines 149b and 149c located above and below the straight line 149a shown by the broken line in FIG. fluctuate.
  • FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the rotational frequency FM of the motors 103a to 103c and the voltage compensation amount VC when the torque command value Tm * is 100% of the rated output of each of the motors 103a to 103c.
  • This figure also shows an example in which the set value of the secondary resistance value R2, which is one of the circuit constants of the motors 103a to 103c set in the motor control apparatus 100, is varied in the range of 50% to 200%.
  • the voltage compensation amount VC varies within a range surrounded by a solid line including two straight lines 150b and 150c above and below the straight line 150a shown by the solid line in FIG.
  • the voltage compensation amount VC is within a range surrounded by a broken line including two straight lines 151b and 151c above and below the straight line 151a indicated by the broken line in FIG. fluctuate.
  • the slip angular velocity command value ⁇ s * is calculated by the equation (3) according to the set value in the motor control device 100, there is an error between the set value of the secondary resistance value R2 and the actual secondary resistance value R2. In this case, the calculated slip angular velocity command value ⁇ s * deviates from an appropriate value corresponding to the actual secondary resistance value R2.
  • the slip angular velocity command value ⁇ s * is proportional to the product of the q-axis current command value Iq * and the secondary resistance value R2. Since the q-axis current command value Iq * is generally proportional to the torque command value Tm *, the q-axis current command value Iq * increases as the torque command value Tm * increases. Therefore, the greater the torque command value Tm *, the greater the difference between the calculated slip angular velocity command value ⁇ s * and the appropriate value corresponding to the actual secondary resistance value R2. Therefore, the greater the torque command value Tm *, the greater the influence on the voltage compensation amount VC due to the change in the secondary resistance value R2 of the electric motors 103a to 103c.
  • the accuracy of determination by the determination unit 135 can be improved by including in the effective condition that the absolute value of the torque command value Tm * is equal to or less than the threshold value TmR.
  • the threshold value TmR may be a value smaller than the rated torque of the electric motors 103a to 103c, for example, and is preferably 50% or less of the rated torque.
  • the slip angular velocity command value ⁇ s * is proportional to the product of the q-axis current command value Iq * and the secondary resistance value R2, and therefore the q-axis current command value Iq *.
  • Is larger, the difference between the calculated slip angular velocity command value ⁇ s * and the appropriate value corresponding to the actual secondary resistance value R2 becomes larger. Therefore, the larger the q-axis current command value Iq *, the greater the influence on the voltage compensation amount VC due to the change in the secondary resistance value R2 of the motors 103a to 103c.
  • the accuracy of determination by the determination unit 135 can be improved by including the q-axis current command value Iq *, which is the current value indicated by the current command, in the effective condition instead of using the torque.
  • the accuracy of determination by the determination unit 135 can be improved by including in the effective condition that the current value Iq supplied to any one or more of the plurality of electric motors 103a to 103c is equal to or less than the threshold value. .
  • the abnormality detection control unit 122 includes an ABS unit 155, a TM comparison unit 156, an FM comparison unit 157, a time delay unit 158, a first AND operation unit 159, and a VC comparison unit. 160 and a second AND operation unit 161.
  • the VC comparison unit 160 corresponds to the determination unit 135, and includes an ABS unit 155, a TM comparison unit 156, an FM comparison unit 157, a time delay unit 158, a first AND operation unit 159, and a second AND operation unit 161. Corresponds to the stop control unit 136.
  • the ABS unit 155 acquires a torque command from the outside and outputs a signal indicating the absolute value of the torque command value Tm *.
  • the TM comparison unit 156 compares the absolute value of the torque command value Tm * indicated by the signal output from the ABS unit 155 with a predetermined threshold value TmR.
  • the TM comparison unit 156 outputs a TMOK signal corresponding to the comparison result.
  • Data indicating the threshold value TmR is set in advance and held in the abnormality detection control unit 122.
  • the TM comparison unit 156 when the value obtained by subtracting the absolute value of the torque command value Tm * from the threshold value TmR is equal to or greater than 0, the TM comparison unit 156 outputs an H level TMOK signal. When the value obtained by subtracting the absolute value of the torque command value Tm * from the threshold value TmR is less than 0, the TM comparison unit 156 outputs an L level TMOK signal.
  • the H level signal is typically a signal having a higher voltage than the L level signal, but the H level signal and the L level signal only need to be distinguishable from each other.
  • the FM comparison unit 157 acquires the rotation speed signal and compares the rotation frequency FM indicated by the rotation speed signal with a predetermined threshold value FMR.
  • the FM comparison unit 157 outputs an FMOK signal corresponding to the comparison result.
  • Data indicating the threshold value FMR is set in advance and held in the abnormality detection control unit 122.
  • the FM comparison unit 157 when the value obtained by subtracting the threshold value FMR from the rotation frequency FM is greater than 0, the FM comparison unit 157 outputs an FMOK signal at H level. When the value obtained by subtracting the threshold value FMR from the rotation frequency FM is 0 or less, the FM comparison unit 157 outputs an L level FMOK signal.
  • the time delay unit 158 acquires the operation state signal GST from the PWM unit 121 or the like, and outputs a GSTOK signal obtained by delaying the operation state signal GST by a predetermined time T1 [seconds]. That is, the GSTOK signal indicates whether or not a certain time T1 has elapsed since the inverter circuit 108 started operating.
  • the time delay unit 158 After acquiring the operation state signal GST including the operation state of the inverter circuit 108, when a certain time T1 has elapsed, the time delay unit 158 outputs an H level GSTOK signal. Thereafter, when the operation state signal GST indicating that the operation is not performed is acquired, the time delay unit 158 outputs an L level GSTOK signal.
  • the first AND operation unit 159 acquires the TMOK signal, the FMOK signal, and the GSTOK signal, and outputs an OK signal indicating the logical product of these signals. Specifically, when all of the TMOK signal, the FMOK signal, and the GSTOK signal are at the H level, the first AND operation unit 159 outputs an OK signal at the H level. In other cases, the first AND operation unit 159 outputs an L-level OK signal. Therefore, the OK signal is a signal indicating whether or not the valid condition is satisfied.
  • VC comparison unit 160 acquires a voltage compensation amount signal, and compares voltage compensation amount VC indicated by the voltage compensation amount signal with a predetermined threshold value VCR.
  • the VC comparison unit 160 outputs a VCD signal corresponding to the comparison result.
  • Data indicating the threshold value VCR is set in advance and held in the abnormality detection control unit 122.
  • the VC comparison unit 160 when the value obtained by subtracting the threshold value VCR from the voltage compensation amount VC is greater than 0, the VC comparison unit 160 outputs an H level VCD signal. When the value obtained by subtracting the threshold value VCR from the rotation frequency FM is 0 or less, the VC comparison unit 160 outputs an L level VCD signal. Therefore, the VCD signal is a signal indicating whether or not an abnormality has occurred in any of the electric motors 103a to 103c.
  • the second logical product operation unit 161 acquires the OK signal and the VCD signal, and outputs a signal indicating the logical product of these signals. Specifically, when both the OK signal and the VCD signal are at the H level, the second AND operation unit 161 outputs an H level signal (stop signal OFF). In other cases, the first AND operation unit 159 outputs an L level signal.
  • the first AND operation unit 159 receives the TMOK signal, the FMOK signal, and the GSTOK signal. Therefore, the valid conditions include that the absolute value of the torque command value Tm * is equal to or less than the threshold value TmR, that the rotational frequency FM is greater than the threshold value FMR, and that the time T from the start of operation of the inverter circuit 108 is a constant time T1. That is the above.
  • the VCD signal from the VC comparison unit 160 indicates a determination result as to whether or not an abnormality has occurred in any of the motors 103a to 103c.
  • the first AND operation unit 159 When all valid conditions are satisfied, the first AND operation unit 159 outputs an H level OK signal, and the VCD signal is at the H level, the second AND operation unit 161 stops. Signal OFF is output. Therefore, when all the valid conditions are satisfied, the VCD signal indicating the discrimination result by the VC comparison unit 160 corresponding to the discrimination unit 135 becomes valid. Therefore, it is possible to stop the supply of electric power to each of the electric motors 103a to 103c based on the accurate determination result.
  • the determination unit 135 selects one of the motors 103a to 103c based on the q-axis voltage compensation value qe indicated by the q-axis voltage compensation and the d-axis voltage compensation value de indicated by the d-axis voltage compensation. It is determined whether or not an abnormality has occurred.
  • the stop control unit 136 stops the supply of power from the inverter circuit 108 to each of the electric motors 103a to 103c.
  • the operation of the electric motors 103a to 103c can be stopped. Therefore, it is possible to prevent the damage to the electric motors 103a to 103c in which the abnormality has occurred. become.
  • the motors 103a to 103c are not limited to a three-phase AC motor, and may be any motor.
  • the number of motors 103a to 103c controlled by the motor control device 100 is not limited to three as long as it is two or more.
  • the abnormality that can determine whether or not the determination unit 135 has occurred is not limited to the fixing of the rotating shafts of the electric motors 103a to 103c. . If the abnormality is such that the difference between the current command value and the current value of the electric motors 103a to 103c controlled to be collectively driven is increased, the determination unit 135 can determine whether or not this has occurred. .
  • an internal short circuit of the coils 104a, 104b, and 104c in any of the electric motors 103a to 103c, or a wiring to the electric motors 103a to 103c occurs. can be mentioned.
  • the determination unit 135 determines whether or not an abnormality has occurred in at least one of the electric motors 103a to 103c based on the voltage compensation amount VC.
  • the voltage compensation amount VC is an example of the magnitude of the voltage compensation value, and the magnitude of the voltage compensation value may be any one of the components included in the voltage compensation value, for example.
  • the larger component included in the voltage compensation value may be selected as one of the components included in the voltage compensation value.
  • the magnitude of the voltage compensation value is an example of a value obtained from the voltage compensation signal.
  • the value obtained from the voltage compensation signal may be, for example, a voltage compensation value included in the voltage compensation signal, a value calculated from the voltage compensation value, or the like.
  • the voltage command calculation unit 120 calculates the q-axis voltage compensation value qe and the d-axis voltage compensation value de to compensate the basic voltage command value.
  • the voltage command calculation unit 120 may compensate, for example, only one of the q-axis basic voltage command value EQ and the d-axis basic voltage command value ED. That is, the voltage command calculation unit 120 may calculate only the q-axis voltage compensation value qe and compensate only the q-axis basic voltage command value EQ, or calculate only the d-axis voltage compensation value de and calculate the d-axis basic value.
  • the voltage command value ED may be compensated.
  • Compensating both the q-axis component and the d-axis component of the basic voltage command value is superior in control characteristics, but simplifies the processing by compensating only one of the q-axis component and the d-axis component of the basic voltage command value. And the configuration of the voltage command calculation unit 120 can be simplified.
  • the present invention can be used for an electric motor control device and an electric motor control method for controlling an electric motor mounted on an arbitrary industrial machine.

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Abstract

電流指令生成部１１７は、並列に接続される複数の電動機へインバータ回路から供給する電流値を示す電流指令を生成する。電圧指令演算部１２０は、電動機の各々へ実際に供給される電流値と電流指令により示される電流値との差を補償する電圧補償信号を生成する。判別部１３５は、電圧補償信号から得られる値に基づいて複数の電動機の少なくとも１つに異常が発生しているか否かを判別する。停止制御部１３６は、判別部１３５により異常が発生していると判別された場合に、インバータ回路１０８から電動機の各々への電力の供給を停止させる。

Description

電動機制御装置及び電動機制御方法
　本発明は、電動機制御装置及び電動機制御方法に関する。
　電動力を得るために、インバータから出力される電力により電動機を駆動するための制御をする電動機制御装置が種々提案されている。例えば、特許文献１に記載の電動機制御装置は、複数の誘導電動機を制御する。誘導電動機の各々から出力されるトルクは、歯車、ベルトなどを介して伝達されることによって機械的に加算されて、大きな出力を得ることができる。
特開２００４－８０９３５号公報
　１つの電動機制御装置が複数の誘導電動機を制御する場合、一部の誘導電動機に異常が発生しているにもかかわらず、すべての誘導電動機が正常であるときと同様の制御を行うと、異常が発生した誘導電動機の損傷を拡大するおそれがある。
　例えば、一部の誘導電動機が、電力を供給してもトルクが出力されない異常が発生したとする。この異常の原因には、例えば、誘導電動機の軸受けが、焼き付けにより固着していること、一部の誘導電動機の内部のコイルにレアショートが発生していることなどが考えられる。このような場合に、すべての誘導電動機が正常であるときと同様の制御を行うと、軸受け又はコイルの損傷の範囲が拡大するおそれがあり、また、他の部材へ損傷が拡大するおそれがある。
　本発明は、複数の電動機の一部に異常が生じた場合に、異常が発生した電動機の損傷の拡大を防止することが可能な電動機制御装置及び電動機制御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、本発明に係る電動機制御装置は、
　並列に接続される複数の電動機に電力を供給するインバータ回路と、
　インバータ回路から電動機の各々へ供給する電力を制御する制御部とを備え、
　制御部は、
　　インバータ回路から複数の電動機へ出力する電流値を示す電流指令を生成する電流指令生成部と、
　　前記電動機の各々へ実際に供給される電流値と前記電流指令により示される電流値との差を補償する電圧補償信号を出力する補償演算部と、
　　電圧補償信号から得られる値に基づいて複数の電動機の少なくとも１つに異常が発生しているか否かを判別する判別部と、
　　判別部により異常が発生していると判別された場合に、インバータ回路から電動機の各々への電力の供給を停止させる停止制御部とを備える。
　本発明によれば、電圧補償信号により示される電圧値に基づいて複数の電動機の少なくとも１つに異常が発生していると判別された場合に、インバータ回路から電動機の各々への電力の供給を停止させる。これにより、複数の電動機の一部に異常が生じた場合に、複数の電動機の動作を停止させることができるので、異常が発生した電動機の損傷の拡大を防止することが可能になる。
本発明の一実施の形態に係る電動機制御装置の構成を示す図である。 電動機内部の回路の構成例を示す図である。 一実施の形態に係る制御部の構成を示す図である。 一実施の形態に係る電圧指令演算部の構成を示す図である。 電動機が正常である場合の電動機の回転周波数の経時的な変化を示す図である。 電動機が正常である場合に電動機に供給される電流値の経時的な変化を示す図である。 電動機が正常である場合の電圧補償値の経時的な変化を示す図である。 電動機が正常である場合にインバータ回路から出力される電圧の経時的な変化を示す図である。 電動機の１つに異常が発生した場合の正常な電動機の回転周波数の経時的な変化を示す図である。 電動機の１つに異常が発生した場合に電動機に供給される電流値の経時的な変化を示す図である。 電動機の１つに異常が発生した場合の電圧補償値の経時的な変化を示す図である。 電動機の１つに異常が発生した場合にインバータ回路から出力される電圧の経時的な変化を示す図である。 電動機がすべて正常である場合と電動機の１つに異常が発生した場合とのそれぞれにおける、電動機の回転周波数と電圧補償量との関係を示す図である。 電動機がすべて正常である場合と電動機の１つに異常が発生した場合とのそれぞれにおいて、トルク指令値が電動機の定格出力の１０％であるときの、電動機の回転周波数と電圧補償量との関係を示す図である。 電動機がすべて正常である場合と電動機の１つに異常が発生した場合とのそれぞれにおいて、トルク指令値が電動機の定格出力の１００％であるときの、電動機の回転周波数と電圧補償量との関係を示す図である。 一実施の形態に係る異常検出制御部の論理的な構成の例を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。全図を通じて同一の要素には同一の符号を付す。
　本発明の一実施の形態に係る電動機制御装置１００は、その構成の概要を図１に示すように、電源１０２から供給される電力を変換して各電動機１０３ａ～１０３ｃへ供給し、これによって、例えば外部から取得するトルク指標Ｎに応じたトルクを出力軸１０１から出力させる。これとともに、電動機制御装置１００は、電動機１０３ａ～１０３ｃの少なくとも１つに異常が発生した場合には、それを検知して電動機１０３ａ～１０３ｃへの電力の供給を停止し、電動機１０３ａ～１０３ｃの動作を停止させる。
　本実施の形態では、電動機１０３ａ～１０３ｃは三相交流電動機であって、電動機制御装置１００には３台の電動機１０３ａ～１０３ｃが並列に接続されている。
　電動機１０３ａ～１０３ｃは典型的には、同機種であり、各々の内部の回路構成は同様である。図２は電動機１０３ａの内部の回路構成の例を示す。電動機１０３ａは、同図に示すように、三相のコイル１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃが接続される回路を有し、コイル１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃに電流を流すことで電動機１０３ａ内に発生する回転磁界と、図示しない回転子内部の電流との作用によって回転軸を回転させる。電動機１０３ｂ，１０３ｃも同様である。
　電動機１０３ａ～１０３ｃの各々の回転軸は、図１に示すように、動力伝達部材を介して出力軸１０１に機械的に接続されている。動力伝達部材は、例えば同図に示すように、電動機１０３ａ～１０３ｃの各回転軸に取り付けられるプーリ１０５ａ～１０５ｃ、出力軸１０１に取り付けられるプーリ１０６ａ～１０６ｃ、プーリ１０５ａ～１０５ｃとプーリ１０６ａ～１０６ｃとを接続するゴムベルト１０７ａ～１０７ｃなどから構成される。なお、電動機１０３ａ～１０３ｃの動力を出力軸１０１に伝達する動力伝達手段は、上述の動力伝達部材に限られない。動力伝達手段は、例えば摩擦により動力を伝達してもよい。
　電動機１０３ａ～１０３ｃのすべてが正常である場合、電動機制御装置１００の制御の下で動作する電動機１０３ａ～１０３ｃから出力されるトルクを足し合わせた出力を動力伝達部材を介して出力軸１０１から得ることができる。
　電動機制御装置１００は、同図に示すように、インバータ回路１０８と、スイッチ１０９と、電流検出器１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃと、回転速度検出器１１１と、制御部１１２とを備える。
　インバータ回路１０８は、電源１０２から供給される直流電力を受け、その直流電力を三相交流電力に変換し、変換した電力を多相導体を介して各電動機１０３ａ～１０３ｃへ出力する電気回路である。
　スイッチ１０９は、電源１０２からの電力をインバータ回路１０８へ投入するための配線に設けられるスイッチであって、制御部１１２による制御の下で開閉動作し、インバータ回路１０８へ電力が投入されるか否かを切り替える。スイッチ１０９が閉になると、インバータ回路１０８へ電力が投入される。スイッチ１０９が開になると、インバータ回路１０８への電力の投入が遮断される。
　電流検出器１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃは、電動機１０３ａ～１０３ｃの各々へ実際に供給される電流値を検出し、検出した電流値を示す電流値信号を出力する検出器である。詳細には、電流検出器１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃは、インバータ回路１０８から出力される多相導体（ｕ，ｖ，ｗ）の各々を流れる電流の瞬時値（交流出力電流値）Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを継続的に計測する。電流検出器１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃは、それぞれ、計測した各相の交流出力電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを示す電流信号を制御部１１２へ出力する。なお、電流検出器１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃは、いずれか２つであってもよい。計測されない１相の電流値は、計測されるｕ、ｖ、ｗのうちの２相の電流値と関係式（Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０）とに基づいて算出されるとよい。
　回転速度検出器１１１は、電動機１０３ａの回転軸が回転する速度である回転速度ωｒ［ｒａｄｉａｎ／秒］を計測する機器であって、計測した回転速度ωｒを示す回転速度信号を制御部１１２へ出力する。電動機１０３ａ～１０３ｃに異常が発生していない通常時は、各電動機１０３ａ～１０３ｃの回転速度ωｒはほぼ等しいので、回転速度検出器１１１により計測される回転速度ωｒは、各電動機１０３ａ～１０３ｃの回転速度ωｒとみなすことができる。
　制御部１１２は、各種の信号に基づいてインバータ回路１０８及びスイッチ１０９の動作を制御することによって、インバータ回路１０８から電動機１０３ａ～１０３ｃの各々へ供給する電力を制御する。制御部１１２は、その機能的構成を図３に示すように、電流指令生成部１１７と、位相角演算部１１８と、座標変換部１１９と、電圧指令演算部１２０と、ＰＷＭ部１２１と、異常検出制御部１２２とを備える。
　これらの各機能を備える制御部１１２は、電気回路、予め組み込まれたソフトウェア・プログラムを実行するプロセッサ、又はこれらの組み合わせにより実現されるとよい。
　電流指令生成部１１７は、外部からトルク指令を取得し、そのトルク指令に基づいて電流指令を生成し出力する。
　トルク指令は、トルク指令値Ｔｍ＊を示す信号である。トルク指令値Ｔｍ＊は、電動機１０３ａ～１０３ｃの各々に出力させるトルク又はそのトルクに対応付けることができる値又は指標であって、典型的には、電動機１０３ａ～１０３ｃの各々に出力させるトルクそのものを表す値である。
　電流指令は、インバータ回路１０８から電動機１０３ａ～１０３ｃの各々へ供給する電流値を示す指令であって、ｑ軸（トルク成分）電流指令と、ｄ軸（励磁成分）電流指令とを含む。ｑ軸電流指令は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊、すなわち各電動機１０３ａ～１０３ｃが出力するトルクに関する電流の指令値を示す信号である。ｄ軸電流指令は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊、すなわち各電動機１０３ａ～１０３ｃの内部の磁束に関する電流の指令値を示す信号である。
　詳細には例えば、電流指令生成部１１７は、トルク指令値Ｔｍ＊と、二次磁束指令値Φ２＊と、電動機１０３ａの回路定数とを用いて、次の式（１）によりｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を、次の式（２）によりｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を算出する。
　ここで、電動機１０３ａの回路定数とは例えば、電動機１０３ａが備える回路の特性を表す設計上の値である。式（１）及び式（２）において、Ｌ２（＝Ｍ＋Ｉ２）は電動機１０３ａの二次自己インダクタンスであり、Ｍは相互インダクタンスであり、Ｉ２は二次漏れインダクタンスであり、ｓは微分演算子であり、ＰＰは電動機１０３ａの極対数であり、Ｒ２は電動機１０３ａの二次抵抗値である。
　　Ｉｑ＊＝（Ｔｍ＊／（Φ２＊・ＰＰ））・（Ｌ２／Ｍ）・・・・・（１）
　　Ｉｄ＊＝Φ２＊／Ｍ＋Ｌ２／（Ｍ・Ｒ２）・ｓΦ２＊・・・・・（２）
　位相角演算部１１８は、回転速度検出器１１１から回転速度信号を取得し、電流指令生成部１１７から電流指令を取得する。位相角演算部１１８は、電流指令に基づいて電動機１０３ａ～１０３ｃに与えるすべり角速度指令値ωｓ＊を算出し、すべり角速度指令値ωｓ＊と回転速度ωｒとに基づいて座標変換の位相角θを算出する。位相角演算部１１８は、算出した座標変換の位相角θを示す位相角信号を生成して出力する。
　詳細には例えば、位相角演算部１１８は、ｄ軸電流値Ｉｄと、ｑ軸電流値Ｉｑと、電動機１０３ａの回路定数とを用いて、次の式（３）よりすべり角速度指令値ωｓ＊を算出する。
　ωｓ＊＝（Ｉｑ＊／Ｉｄ＊）・（Ｒ２／Ｌ２）・・・・・（３）
　また、位相角演算部１１８は、算出したすべり角速度指令値ωｓ＊と、電動機１０３ａの回転速度ωｒとの和をインバータ回転速度ωとして算出し、この算出したインバータ回転速度ωを積分することによって座標変換の位相角θを算出する。
　座標変換部１１９は、電流検出器１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃからの各相の電流信号と位相角演算部１１８からの位相角信号とに基づいて、トルク成分に相当するｑ軸電流値Ｉｑと磁束成分に相当するｄ軸電流値Ｉｄとを算出する。座標変換部１１９は、算出したｑ軸電流値Ｉｑを示すｑ軸電流信号と、算出したｄ軸電流値Ｉｄを示すｄ軸電流信号とを生成し出力する。
　詳細には例えば、座標変換部１１９は、次の式（４）に示す座標変換を行う。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　　　・・・（４）
　電圧指令演算部１２０は、電流指令とｑ軸電流信号とｄ軸電流信号とに基づいて、インバータ出力電圧指令と電圧補償量信号とを生成して出力する。
　インバータ出力電圧指令は、電動機１０３ａ～１０３ｃに印加すべき電圧値、すなわちインバータ回路１０８に出力させる三相交流の電圧値であるインバータ出力電圧指令値ＶＭ＊を示す信号である。
　電圧補償量信号は、電圧補償量ＶＣを示す信号であって、電圧補償量ＶＣは電圧補償値の大きさである。電圧補償値は、電動機１０３ａ～１０３ｃの各々から実際に出力されるトルクがトルク指令値Ｔｍ＊となるように、インバータ回路１０８から電動機１０３ａ～１０３ｃの各々へ出力する電流値を補償するための電圧値である。
　電圧指令演算部１２０は、図４に示すように、ｑ軸減算器１２５と、ｑ軸補償演算部１２６と、ｄ軸減算器１２７と、ｄ軸補償演算部１２８と、基本電圧指令演算部１２９と、ｑ軸加算器１３０と、ｄ軸加算器１３１と、出力電圧指令演算部１３２と、電圧補償量演算部１３３とを備える。なお、ｑ軸補償演算部１２６、ｄ軸補償演算部１２８、又は、ｑ軸補償演算部１２６及びｄ軸補償演算部１２８の両方が、補償演算部に相当する。
　ｑ軸減算器１２５は、ｑ軸電流指令とｑ軸電流信号とを取得し、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｑ軸電流値Ｉｑとの差（例えば、Ｉｑ＊－Ｉｑ）を算出する。ｑ軸減算器１２５は、算出した差（ｑ軸差分値）ｄｉｑを示すｑ軸差分信号を出力する。
　ｑ軸補償演算部１２６は、ｑ軸減算器１２５からｑ軸差分信号を取得し、ｑ軸差分信号が示すｑ軸差分値ｄｉｑに基づいてｑ軸電圧補償値ｑｅを算出する。ｑ軸電圧補償値ｑｅは、電圧補償値のトルク成分に相当する。ｑ軸補償演算部１２６は、算出したｑ軸電圧補償値ｑｅを示すｑ軸電圧補償信号を出力する。
　詳細には例えば、ｑ軸補償演算部１２６は、次の式（５）により表される比例積分（ＰＩ）増幅を行う。ここで、式（５）において、ｓは微分演算子であり、Ｋ１；比例ゲインであり、Ｋ２；積分ゲインである。
　　ｑｅ＝（Ｋ１＋Ｋ２／ｓ）・（Ｉｑ＊－Ｉｑ）・・・・・（５）
　ｄ軸減算器１２７は、ｄ軸電流指令とｄ軸電流信号とを取得し、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｄ軸電流値Ｉｄとの差（例えば、Ｉｄ＊－Ｉｄ）を算出する。ｄ軸減算器１２７は、算出した差（ｄ軸差分値）ｄｉｄを示すｄ軸差分信号を出力する。
　ｄ軸補償演算部１２８は、ｄ軸減算器１２７からｄ軸差分信号を取得し、ｄ軸差分信号が示すｄ軸差分値ｄｉｄに基づいてｄ軸電圧補償値ｄｅを算出する。ｄ軸電圧補償値ｄｅは、電圧補償値の磁束成分に相当する。ｄ軸補償演算部１２８は、算出したｄ軸電圧補償値ｄｅを示すｄ軸電圧補償信号を出力する。
　詳細には例えば、ｄ軸補償演算部１２８は、次の式（６）により表される比例積分（ＰＩ）増幅を行う。ここで、式（６）において、ｓは微分演算子であり、Ｋ１；比例ゲインであり、Ｋ２；積分ゲインである。
　ｄｅ＝（Ｋ１＋Ｋ２／ｓ）・（Ｉｄ＊－Ｉｄ）・・・・・（６）
　基本電圧指令演算部１２９は、電流指令と電動機１０３ａの回路定数とに基づいて、電動機１０３ａ～１０３ｃに印加すべき基本電圧指令値の、トルク成分に相当するｑ軸基本電圧指令値ＥＱ及び磁束成分に相当するｄ軸基本電圧指令値ＥＤを算出する。基本電圧指令演算部１２９は、基本電圧指令を生成し出力する。基本電圧指令は、ｑ軸基本電圧指令値ＥＱを示すｑ軸基本電圧指令と、ｄ軸基本電圧指令値ＥＤを示すｄ軸基本電圧指令とを含む。
　詳細には例えば、基本電圧指令演算部１２９は、次の式（７）及び式（８）により表される演算処理を行う。これにより、基本電圧指令演算部１２９は、フィードフォワード的にｑ軸基本電圧指令値ＥＱ及びｄ軸基本電圧指令値ＥＤのそれぞれを算出する。
　ここで、式（７）及び式（８）において、σは漏れ係数であって、σ＝１－Ｍ2／（Ｌ１・Ｌ２）で定義される。Ｌ１は電動機の一次自己インダクタンスであり、一次漏れインダクタンスｌ１を用いて、Ｌ１＝Ｍ＋ｌ１で計算される。Ｌ２は二次自己インダクタンスであり、二次漏れインダクタンスｌ２を用いて、Ｌ２＝Ｍ＋ｌ２で計算される。
　ＥＤ＝－ω・Ｌ1・σ・Ｉｑ＊＋（Ｍ／Ｌ２）・ｓΦ２＊・・・・・（７）
　ＥＱ＝ω・Ｌ1・σ・Ｉｄ＊＋（ω・Ｍ・Φ２＊）／Ｌ２・・・・・（８）
　ｑ軸加算器１３０は、ｑ軸電圧補償信号とｑ軸基本電圧指令を取得し、ｑ軸電圧補償値ｑｅとｑ軸基本電圧指令値ＥＱとの和（ｑｅ＋ＥＱ）をｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊として算出する。ｑ軸加算器１３０は、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を示す信号であるｑ軸電圧指令を生成し出力する。ここで、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊は、電動機１０３ａ～１０３ｃに印加すべき電圧値のｑ軸（トルク）成分である。
　ｄ軸加算器１３１は、ｄ軸電圧補償信号とｄ軸基本電圧指令を取得し、ｄ軸電圧補償値ｄｅとｄ軸基本電圧指令値ＤＱとの和（ｄｅ＋ＤＱ）をｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊として算出する。ｄ軸加算器１３１は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を示す信号であるｄ軸電圧指令を生成し出力する。ここで、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊は、電動機１０３ａ～１０３ｃに印加すべき電圧値のｄ軸（磁束）成分である。
　出力電圧指令演算部１３２は、ｑ軸電圧指令とｄ軸電圧指令とに基づいて、インバータ出力電圧指令値ＶＭ＊を算出し、これを示す信号であるインバータ出力電圧指令を生成し出力する。
　電圧補償量演算部１３３は、ｑ軸電圧補償信号とｄ軸電圧補償信号を取得し、電圧補償値の大きさである電圧補償量ＶＣを算出する。電圧補償量演算部１３３は、電圧補償量ＶＣを示す信号である電圧補償量信号を生成し出力する。
　詳細には例えば、電圧補償値はｑ軸電圧補償値ｑｅとｄ軸電圧補償値ｄｅとを成分とするベクトル量である場合、電圧補償量ＶＣは、そのベクトルの大きさ、すなわちsqrt（ｑｅ＾２＋ｄｅ＾２）により算出される。ここで、sqrtは平方根を表し、＾はべき乗を表す。
　このように、電圧指令演算部１２０は、電流指令生成部１１７から電流指令を取得する。また、電圧指令演算部１２０は、電流検出器１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃにより計測された交流出力電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づくｑ軸電流信号及びｄ軸電流信号を座標変換部１１９から取得する。これにより、電圧指令演算部１２０は、ｑ軸電流値Ｉｑ及びｄ軸電流値Ｉｄのそれぞれとｑ軸電流指令値Ｉｑ＊及びｄ軸電流指令Ｉｄ＊との差を算出して、その差が縮小するように、トルク指令値Ｔｍ＊に応じたインバータ出力電圧指令値ＶＭ＊を調整することができる。その結果、電動機１０３ａ～１０３ｃの実際の回路定数と設計値との誤差、インバータ回路１０８の動作の誤差（例えば、図示しないスイッチング素子での電圧降下、スイッチング素子のオンオフ動作の遅れ）などにより生じる制御の誤差を補償することが可能になる。
　図３を再び参照する。
　ＰＷＭ部１２１は、電圧指令演算部１２０からインバータ出力電圧指令を取得し、インバータ出力電圧指令値ＶＭ＊に基づいてインバータ回路１０８に内蔵されたスイッチング素子をオンオフさせるスイッチング信号ＧＣを生成して出力する。
　異常検出制御部１２２は、予め定められる有効条件が満たされる場合であって、電動機１０３ａ～１０３ｃの少なくとも１つに異常が発生しているときに、インバータ回路１０８から電動機１０３ａ～１０３ｃの各々への電力の供給を停止させる。異常検出制御部１２２は機能的には、同図に示すように、判別部１３５と、停止制御部１３６とを備える。
　判別部１３５は、電圧補償量信号を取得し、電圧補償信号から得られる値としての電圧補償量ＶＣに基づいて電動機１０３ａ～１０３ｃの少なくとも１つに異常が発生しているか否かを判別する。
　詳細には、判別部１３５は、電圧補償量ＶＣと予め定められた閾値ＶＣＲとを比較する。そして、電圧補償量ＶＣが閾値ＶＣＲより大きい場合に、判別部１３５は、電動機１０３ａ～１０３ｃの少なくとも１つに異常が発生していると判別する。電圧補償量ＶＣが閾値ＶＣＲ以下である場合に、判別部１３５は、電動機１０３ａ～１０３ｃの少なくとも１つに異常が発生していないと判別する。
　ここで、電圧補償量ＶＣにより電動機１０３ａ～１０３ｃの異常の発生を判別できる原理について、図５～１０を参照して説明する。
　図５は、電動機１０３ａ～１０３ｃのすべてが正常である場合の電動機１０３ａの回転周波数ＦＭ（＝ωｒ／２／π）の経時的な変化を示す図である。同図では、電動機の回転周波数ＦＭを６Ｈｚとする条件が設定される例を示す。なお、時刻０～０．１２５秒では、出力軸１０１が外部より加えたれた力で回転させられ、これにより電動機１０３ａ～１０３ｃも回転させられている状態である。電動機１０３ａ～１０３ｃのすべてが正常である場合、通常、電動機１０３ａ～１０３ｃのすべての回転軸がほぼ同一の回転周波数ＦＭで回転するので、電動機１０３ｂ，１０３ｃの回転周波数ＦＭも同様に変化する。
　図６は、電動機１０３ａ～１０３ｃのすべてが正常である場合に、電動機１０３ａに供給される電流値ＩＭの経時的な変化と、電動機１０３ａ～１０３ｃに供給される電流値ＩＭの合計の経時的な変化とを示す図である。同図は、時刻０．１２５秒付近でインバータ回路１０８を起動させた例である。同図の破線１３７は、電動機１０３ａの電流値ＩＭの経時的な変化を示す。電動機１０３ａ～１０３ｃが正常であるので、電動機１０３ｂ，１０３ｃに流れる電流ＩＭも同様に変化する。同図の実線１３８は、電動機１０３ａ～１０３ｃの合計の電流値ＩＭの経時的な変化を示す。
　図７は、電動機１０３ａ～１０３ｃのすべてが正常である場合の電圧補償値、すなわちｑ軸電圧補償値ｑｅとｄ軸電圧補償値ｄｅとのそれぞれの経時的な変化を示す図である。同図の実線１３９は、ｑ軸電圧補償値ｑｅの経時的な変化を示す。同図の破線１４０は、ｄ軸電圧補償値ｄｅの経時的な変化を示す。
　図８は、電動機１０３ａ～１０３ｃのすべてが正常である場合に、インバータ回路１０８から出力される電圧の経時的な変化を示す。同図では、インバータ回路１０８が出力可能な最大電圧を１００％として表記している。
　図５に示すように電動機１０３ａ～１０３ｃを６Ｈｚの回転周波数ＦＭで回転させようとする場合、ＶＭ＊に相当する電圧、すなわち、基本電圧指令演算部１２９により算出されるｑ軸基本電圧指令値ＥＱ及びｄ軸基本電圧指令値ＥＤを含む電圧が電動機１０３ａ～１０３ｃに印加される。これによって、図６に示すような電流が電動機１０３ａ～１０３ｃに流れる。電動機１０３ａ～１０３ｃのすべてが正常である場合、電動機１０３ａ～１０３ｃに流れる電流の成分であるｑ軸電流値Ｉｑ及びｄ軸電流値Ｉｄはそれぞれ、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊及びｄ軸電流指令Ｉｄ＊とほぼ等しくなる。そのため、図７に示すように、ｑ軸電圧補償値ｑｅ及びｄ軸電圧補償値ｄｅはいずれも、制御の開始から一定の時間には大きくなるものの、ある程度の時間が経過すると０に近い小さな値で安定する。
　図９は、電動機１０３ａ～１０３ｃのうち、電動機１０３ｃに異常が発生した場合の正常な電動機１０３ａの回転周波数ＦＭの経時的な変化を示す図である。同図では、電動機の回転周波数ＦＭを６Ｈｚとする条件が設定される例を示す。なお、時刻０．１２５秒までは出力軸１０１は、外力により回転させられている状態である。これにより、電動機１０３ａ～１０３ｃも回転させられている状態である。正常な電動機１０３ｂの回転周波数ＦＭも同様に変化する。
　図１０は、電動機１０３ａ～１０３ｃのうち、電動機１０３ｃに異常が発生した場合に、正常な電動機１０３ａ及び異常が発生した電動機１０３ｃのそれぞれに供給される電流値ＩＭの経時的な変化と、電動機１０３ａ～１０３ｃに供給される電流値ＩＭの合計の経時的な変化とを示す図である。同図の破線１４１は、正常な電動機１０３ａの電流値ＩＭの経時的な変化を示す。電動機１０３ｂは正常であって、電動機１０３ｂに流れる電流ＩＭは電動機１０３ａと同様に変化する。同図の一点鎖線１４２は、異常が発生した電動機１０３ｃの電流値ＩＭの経時的な変化を示す。同図の実線１４３は、電動機１０３ａ～１０３ｃの合計の電流値ＩＭの経時的な変化を示す。
　図１１は、電動機１０３ａ～１０３ｃのうち、電動機１０３ｃに異常が発生した場合の電圧補償値、すなわちｑ軸電圧補償値ｑｅとｄ軸電圧補償値ｄｅとのそれぞれの経時的な変化を示す図である。同図の実線１４４は、ｑ軸電圧補償値ｑｅの経時的な変化を示す。同図の破線１４５は、ｄ軸電圧補償値ｄｅの経時的な変化を示す。
　図１２は、電動機１０３ａ～１０３ｃのうち、電動機１０３ｃに異常が発生した場合に、インバータ回路１０８から出力される電圧の経時的な変化を示す。同図では、インバータ回路１０８が出力可能な最大電圧を１００％として表記している。
　図９に示すように電動機１０３ａ～１０３ｃを６Ｈｚの回転周波数ＦＭで回転させようとする場合、電動機１０３ｃに異常が発生しているときも、電動機１０３ａ～１０３ｃのすべてが正常であるときと同様に、ｑ軸基本電圧指令値ＥＱ及びｄ軸基本電圧指令値ＥＤを含む電圧が電動機１０３ａ～１０３ｃに印加される。
　電動機１０３ｃの回転軸の軸受けが焼きついて固着するなどの異常が発生している場合、インバータ回路１０８から電圧が印加されているにもかかわらず、電動機１０３ｃの回転軸は回転できない。この場合、出力軸１０１は電動機１０３ａ，１０３ｂにより駆動されるものの、電動機１０３ｃの回転軸が回転できないので、電動機１０３ｃは、プーリ１０５ｃ，１０６ｃの各々とゴムベルト１０７ｃとの間でスリップが発生しながら出力軸１０１にブレーキをかけることになる。
　電動機１０３ｃの回転軸は上述のように回転できないので、電動機１０３ｃにおいて、インバータ回路１０８から印加される電圧に対抗する誘起電圧を発生することができない。そのため、図１０に示されるように、電動機１０３ｃには、正常である場合よりも大きい電流が流れ込むことになる。すなわち、式（７）、式（８）で演算したｑ軸基本電圧指令ＥＱとｄ軸基本電圧指令ＥＤとからなる電圧を電動機１０３ａ～１０３ｃに印加した場合には、過大なｑ軸電流値Ｉｑ及びｄ軸電流値Ｉｄが流れ込む。この結果、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊及びｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｑ軸電流値Ｉｑ及びｄ軸電流値Ｉとのそれぞれの差ｑｉｄ、ｄｉｄが大きくなる。
　電圧指令演算部１２０は、ｑ軸差分値ｑｉｄ及びｄ軸差分値ｄｉｄを小さくするように、ｑ軸電圧補償値ｑｅ及びｄ軸電圧補償値ｄｅを算出する。電動機１０３ｃに印加する電圧を減少させることになるため、図１１に示すように、ｑ軸電圧補償値ｑｅ及びｄ軸電圧補償値ｄｅはいずれも、電動機１０３ａ～１０３ｃのすべてが正常である場合よりも、その絶対値が大きくなる。
　このように、電動機１０３ｃに異常が発生した場合、電圧補償値の大きさである電圧補償量は、電動機１０３ａ～１０３ｃのすべてが正常である場合よりも大きくなる。そのため、電圧補償量信号により示される電圧補償量と、閾値ＶＣＲとを比較することによって、電動機１０３ａ～１０３ｃのいずれかに異常が発生しているか否かを判別することができる。
　停止制御部１３６は、外部からトルク指令を取得し、回転速度検出器１１１から回転速度信号を取得し、ＰＷＭ部１２１から動作状態信号ＧＳＴを取得する。
　動作状態信号ＧＳＴは、インバータ回路１０８が動作しているか否かという動作状態を示す信号である。停止制御部１３６は、インバータ回路１０８を動作させるためにＰＷＭ部１２１から出力される信号を動作状態信号ＧＳＴとして取得する。なお、停止制御部１３６は、ＰＷＭ部１２１からの信号の代わりに、インバータ回路１０８からその動作状態を示す信号を動作状態信号ＧＳＴとして取得してもよい。また、停止制御部１３６は、ＰＷＭ部１２１からに限られず、他の制御部からインバータ回路１０８の動作／非動作に関係する信号を取得してもよい。
　停止制御部１３６は、トルク指令値Ｔｍ＊と回転速度ωｒとインバータ回路１０８の動作状態に基づいて、予め定められる有効条件が満たされるか否かを判別する。停止制御部１３６は、有効条件が満たされる場合であって、判別部１３５により異常が発生していると判別されたときに、スイッチ１０９とＰＷＭ部１２１とに停止信号ＯＦＦを出力する。
　有効条件は、判別部１３５による判別の精度を向上させる条件であって、例えば、トルク指令値Ｔｍ＊の絶対値が閾値ＴｍＲ以下であり、かつ、回転周波数ＦＭが閾値ＦＭＲより大きく、かつ、インバータ回路１０８の動作開始からの時間Ｔが一定の時間Ｔ１以上であることを内容とする。なお、有効条件は、トルク指令値Ｔｍ＊の絶対値が閾値ＴｍＲ以下であることと、回転周波数ＦＭが閾値ＦＭＲより大きいことと、インバータ回路１０８の動作開始からの時間Ｔが一定の時間Ｔ１以上であることとのいずれか１つ又は２つであってもよい。
　このような有効条件により判別部１３５による判別の精度が向上する理由については、後述する。
　停止制御部１３６は、停止信号ＯＦＦを出力することによって、インバータ回路１０８から電動機１０３ａ～１０３ｃの各々への電力の供給を停止させる。詳細には例えば、停止信号ＯＦＦを取得したスイッチ１０９は、インバータ回路１０８への電力の投入を遮断する。停止信号ＯＦＦを取得したＰＷＭ部１２１は動作を停止し、その結果、インバータ回路１０８は動作を停止する。なお、インバータ回路１０８が動作を停止すると、インバータ回路１０８から電動機１０３ａ～１０３ｃの各々への電力の供給は停止するので、停止信号ＯＦＦはスイッチ１０９とＰＷＭ部１２１とのいずれか一方のみに出力されてもよい。
　電動機１０３ｃに異常が発生している場合、上述のように、正常である場合よりも大きい電流が流れ込むことになる。そのため、電動機１０３ａ～１０３ｃの各々への電力の供給を継続すると、電動機１０３ｃの軸受けの損傷がひどくなる可能性があり、また、過熱により新たな損傷が引き起こされる可能性がある。したがって、電動機１０３ａ～１０３ｃの各々への電力の供給を停止することで、異常が発生した電動機１０３ｃの損傷の拡大を防止することが可能になる。
　ここで、上述の有効条件を採用することで、判別部１３５による判別の精度が向上する理由を、図を参照して説明する。
　インバータ回路１０８の動作開始からの時間Ｔが一定の時間Ｔ１以上であることを有効条件に含める理由を説明する。
　図７及び図１１を参照すると分かるように、電動機１０３ａ～１０３ｃのすべてが正常であるか、電動機１０３ａ～１０３ｃのいずれかに異常が発生しているかにかかわらず、ｑ軸電圧補償値ｑｅ及びｄ軸電圧補償値ｄｅが安定するには、インバータ回路１０８が動作を開始してからある程度の時間が必要になる。例えば、電動機１０３ａ～１０３ｃのすべてが正常である場合、安定するまでに要する時間は３秒程度である。電動機１０３ａ～１０３ｃのいずれかに異常が発生している場合、１．０秒程度である。電圧補償量ＶＣに基づいて異常が発生しているか否かを判別するので、ｑ軸電圧補償値ｑｅ又はｄ軸電圧補償値ｄｅが過渡的に大きいときに判別すると、誤った判別をする可能性がある。そのため、インバータ回路１０８の動作開始からの時間Ｔが一定の時間Ｔ１以上であることを有効条件に含めることによって、判別部１３５による判別の精度を向上させることができる。一定の時間Ｔ１には、上述の例では１．０秒～３秒程度が設定されるとよい。
　回転周波数ＦＭが閾値ＦＭＲより大きいことを有効条件に含める理由を説明する。
　図１３は、電動機の回転周波数ＦＭと電圧補償量ＶＣとの関係を示す図である。電動機１０３ａ～１０３ｃのすべてが正常である場合、同図の実線１４６で示すように、電動機の回転周波数ＦＭによらず、電圧補償量ＶＣは小さい。これに対して、電動機１０３ａ～１０３ｃのいずれかに異常が発生している場合、同図の破線１４７で示すように、電動機の回転周波数ＦＭが高いほど、電圧補償量ＶＣは大きくなる。このことから、電動機１０３ａ～１０３ｃのすべてが正常である場合の電圧補償量ＶＣと、電動機１０３ａ～１０３ｃのいずれかに異常が発生している場合の電圧補償量ＶＣとの差は、電動機の回転周波数ＦＭが低いほど、小さくなる。そのため、電動機の回転周波数ＦＭが低いときには、電動機１０３ａ～１０３ｃに異常が発生しているか否かの判別が困難であり、誤った判別をする可能性がある。そのため、回転周波数ＦＭが高いこと、すなわち、回転周波数ＦＭが閾値ＦＭＲより大きいことを有効条件に含めることによって、判別部１３５による判別の精度を向上させることができる。
　トルク指令値Ｔｍ＊の絶対値が閾値ＴｍＲ以下であることを有効条件に含める理由を説明する。
　一般に、電動機１０３ａ～１０３ｃの二次抵抗値Ｒ２は、電動機１０３ａ～１０３ｃの温度変化などに応じて設計値から変動する。そのため、電動機制御装置１００に設定する電動機１０３ａ～１０３ｃの回路定数の１つである二次抵抗値Ｒ２の設定値と、実際の二次抵抗値Ｒ２とに誤差が生じることがある。
　図１４は、トルク指令値Ｔｍ＊が電動機１０３ａ～１０３ｃの各々の定格出力の１０％であるときの、電動機１０３ａ～１０３ｃの回転周波数ＦＭと電圧補償量ＶＣとの関係を示す図である。上述のように電動機１０３ａ～１０３ｃの二次抵抗値Ｒ２が周囲の環境に応じて変動することを想定して、同図では、電動機制御装置１００に設定する電動機１０３ａ～１０３ｃ回路定数の１つである二次抵抗値Ｒ２の設定値を５０％～２００％の範囲で変動させた例を示す。
　電動機１０３ａ～１０３ｃのすべてが正常である場合、電圧補償量ＶＣは、同図の実線で示す直線１４８ａの上下にある２本の直線１４８ｂ，１４８ｃを含む実線で囲まれた範囲で変動する。電動機１０３ａ～１０３ｃのいずれかに異常が発生している場合、電圧補償量ＶＣは、同図の破線で示す直線１４９ａの上下にある２本の直線１４９ｂ，１４９ｃを含む破線で囲まれた範囲で変動する。
　図１５は、トルク指令値Ｔｍ＊が電動機１０３ａ～１０３ｃの各々の定格出力の１００％であるときの、電動機１０３ａ～１０３ｃの回転周波数ＦＭと電圧補償量ＶＣとの関係を示す図である。同図でも、電動機制御装置１００に設定する電動機１０３ａ～１０３ｃ回路定数の１つである二次抵抗値Ｒ２の設定値を５０％～２００％の範囲で変動させた例を示す。
　電動機１０３ａ～１０３ｃのすべてが正常である場合、電圧補償量ＶＣは、同図の実線で示す直線１５０ａの上下にある２本の直線１５０ｂ，１５０ｃを含む実線で囲まれた範囲で変動する。電動機１０３ａ～１０３ｃのいずれかに異常が発生している場合、電圧補償量ＶＣは、同図の破線で示す直線１５１ａの上下にある２本の直線１５１ｂ，１５１ｃを含む破線で囲まれた範囲で変動する。
　図１４及び図１５を比較すると、トルク指令値Ｔｍ＊が大きい場合、電動機１０３ａ～１０３ｃのすべてが正常であっても、電動機１０３ａ～１０３ｃのいずれかに異常が発生しているときと同程度に大きい範囲で、電圧補償量ＶＣは変化する。そのため、トルク指令値Ｔｍ＊が大きい場合、電動機１０３ａ～１０３ｃに異常が発生しているか否かの判別が困難であり、誤った判別をする可能性がある。
　このように、トルク指令値Ｔｍ＊が大きいほど、電動機１０３ａ～１０３ｃの二次抵抗値Ｒ２の変動による電圧補償量ＶＣへの影響が大きくなる。理由は、以下の通りである。
　すべり角速度指令値ωｓ＊は、電動機制御装置１００での設定値に応じて式（３）により算出されるので、二次抵抗値Ｒ２の設定値と実際の二次抵抗値Ｒ２とに誤差がある場合、算出されるすべり角速度指令値ωｓ＊は、実際の二次抵抗値Ｒ２に応じた適正な値から乖離する。
　すべり角速度指令値ωｓ＊が適正な値から乖離した状態で、基本電圧指令値（ｑ軸基本電圧指令値ＥＱ及びｄ軸基本電圧指令値ＥＤ）を正常な電動機１０３ａ～１０３ｃに印加しても、ｑ軸電流値Ｉｑ及びｄ軸電流値Ｉｄはそれぞれ、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊及びｄ軸電流指令値Ｉｄ＊から乖離する。その結果、これを補償するために、ｑ軸電圧補償値ｑｅ及びｄ軸電圧補償値ｄｅの絶対値は大きくなり、電圧補償量ＶＣが大きくなる。
　式（３）を再び参照すると、すべり角速度指令値ωｓ＊は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊と二次抵抗値Ｒ２との積に比例する。また、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊は、トルク指令値Ｔｍ＊と比例関係にあるのが一般的であるので、トルク指令値Ｔｍ＊が大きいほど、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が大きくなる。そのため、トルク指令値Ｔｍ＊が大きいほど、算出されるすべり角速度指令値ωｓ＊と実際の二次抵抗値Ｒ２に応じた適正な値との乖離は、大きくなる。したがって、トルク指令値Ｔｍ＊が大きいほど、電動機１０３ａ～１０３ｃの二次抵抗値Ｒ２の変動による電圧補償量ＶＣへの影響が大きくなる。
　したがって、トルク指令値Ｔｍ＊の絶対値が閾値ＴｍＲ以下であることを有効条件に含めることによって、判別部１３５による判別の精度を向上させることができる。ここで、閾値ＴｍＲは例えば、電動機１０３ａ～１０３ｃの定格トルクより小さい値であればよく、望ましくは定格トルクの５０％以下であるとよい。
　なお、上述のとおり、式（３）を参照すると、すべり角速度指令値ωｓ＊は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊と二次抵抗値Ｒ２との積に比例するので、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が大きいほど、算出されるすべり角速度指令値ωｓ＊と実際の二次抵抗値Ｒ２に応じた適正な値との乖離は、大きくなる。したがって、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が大きいほど、電動機１０３ａ～１０３ｃの二次抵抗値Ｒ２の変動による電圧補償量ＶＣへの影響が大きくなる。
　したがって、トルクを用いる代わりに、電流指令により示される電流値であるｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を有効条件に含めることによって、判別部１３５による判別の精度を向上させることができる。同様に、複数の電動機１０３ａ～１０３ｃのいずれか１つ又は複数に供給される電流値Ｉｑが閾値以下であることを有効条件に含めることによって、判別部１３５による判別の精度を向上させることができる。
　なお、例としてｑ軸電流指令値Ｉｑ＊、トルク指令値Ｔｍ＊を用いる構成により説明したが、これらと等価な別の信号（例えば、上位の制御装置からの電動機１０３ａ～１０３ｃの出力の大きさに関係する指令、電動機１０３ａ～１０３ｃの出力の大きさに対応付けることができる値又は指標を含む信号）に基づく有効条件が採用されてもよい。
　異常検出制御部１２２の論理的な構成の例を図１６に示す。異常検出制御部１２２は、同図に示すように、ＡＢＳ部１５５と、ＴＭ比較部１５６と、ＦＭ比較部１５７と、時間遅延部１５８と、第１の論理積演算部１５９と、ＶＣ比較部１６０と、第２の論理積演算部１６１とを備える。そして、ＶＣ比較部１６０が判別部１３５に相当し、ＡＢＳ部１５５、ＴＭ比較部１５６、ＦＭ比較部１５７、時間遅延部１５８、第１の論理積演算部１５９及び第２の論理積演算部１６１が停止制御部１３６に相当する。
　ＡＢＳ部１５５は、外部からトルク指令を取得し、トルク指令値Ｔｍ＊の絶対値を示す信号を出力する。
　ＴＭ比較部１５６は、ＡＢＳ部１５５から出力される信号が示すトルク指令値Ｔｍ＊の絶対値と、予め定められる閾値ＴｍＲとを比較する。ＴＭ比較部１５６は、比較した結果に応じたＴＭＯＫ信号を出力する。閾値ＴｍＲを示すデータは、予め設定されて異常検出制御部１２２に保持される。
　詳細には、閾値ＴｍＲからトルク指令値Ｔｍ＊の絶対値を引いた値が０以上である場合、ＴＭ比較部１５６は、ＨレベルのＴＭＯＫ信号を出力する。閾値ＴｍＲからトルク指令値Ｔｍ＊の絶対値を引いた値が０未満である場合、ＴＭ比較部１５６は、ＬレベルのＴＭＯＫ信号を出力する。Ｈレベルの信号は、典型的には、Ｌレベルの信号より高電圧の信号であるが、Ｈレベルの信号とＬレベルの信号とは互いに区別できるものであればよい。
　ＦＭ比較部１５７は、回転速度信号を取得し、その回転速度信号が示す回転周波数ＦＭと予め定められる閾値ＦＭＲとを比較する。ＦＭ比較部１５７は、比較した結果に応じたＦＭＯＫ信号を出力する。閾値ＦＭＲを示すデータは、予め設定されて異常検出制御部１２２に保持される。
　詳細には、回転周波数ＦＭから閾値ＦＭＲを引いた値が０より大きい場合、ＦＭ比較部１５７は、ＨレベルのＦＭＯＫ信号を出力する。回転周波数ＦＭから閾値ＦＭＲを引いた値が０以下である場合、ＦＭ比較部１５７は、ＬレベルのＦＭＯＫ信号を出力する。
　時間遅延部１５８は、ＰＷＭ部１２１などから動作状態信号ＧＳＴを取得し、動作状態信号ＧＳＴを予め定められる一定の時間Ｔ１［秒］だけ遅延させたＧＳＴＯＫ信号を出力する。すなわち、ＧＳＴＯＫ信号によって、インバータ回路１０８が動作を開始してから一定の時間Ｔ１以上経過しているか否かが示される。
　詳細には、インバータ回路１０８の動作状態を含んだ動作状態信号ＧＳＴを取得した後、一定の時間Ｔ１が経過すると、時間遅延部１５８は、ＨレベルのＧＳＴＯＫ信号を出力する。その後、動作していないことを示す動作状態信号ＧＳＴを取得すると、時間遅延部１５８は、ＬレベルのＧＳＴＯＫ信号を出力する。
　第１の論理積演算部１５９は、ＴＭＯＫ信号とＦＭＯＫ信号とＧＳＴＯＫ信号とを取得し、これらの信号の論理積を示すＯＫ信号を出力する。詳細には、ＴＭＯＫ信号とＦＭＯＫ信号とＧＳＴＯＫ信号とのすべてがＨレベルである場合に、第１の論理積演算部１５９は、ＨレベルのＯＫ信号を出力する。それ以外の場合に、第１の論理積演算部１５９は、ＬレベルのＯＫ信号を出力する。したがって、ＯＫ信号は、有効条件が満たされたか否かを示す信号である。
　ＶＣ比較部１６０は、電圧補償量信号を取得し、その電圧補償量信号が示す電圧補償量ＶＣと予め定められる閾値ＶＣＲとを比較する。ＶＣ比較部１６０は、比較した結果に応じたＶＣＤ信号を出力する。閾値ＶＣＲを示すデータは、予め設定されて異常検出制御部１２２に保持される。
　詳細には、電圧補償量ＶＣから閾値ＶＣＲを引いた値が０より大きい場合、ＶＣ比較部１６０は、ＨレベルのＶＣＤ信号を出力する。回転周波数ＦＭから閾値ＶＣＲを引いた値が０以下である場合、ＶＣ比較部１６０は、ＬレベルのＶＣＤ信号を出力する。したがって、ＶＣＤ信号は、電動機１０３ａ～１０３ｃのいずれかに異常が発生しているか否かを示す信号である。
　第２の論理積演算部１６１は、ＯＫ信号とＶＣＤ信号とを取得し、これらの信号の論理積を示す信号を出力する。詳細には、ＯＫ信号とＶＣＤ信号とのいずれもがＨレベルである場合に、第２の論理積演算部１６１は、Ｈレベルの信号（停止信号ＯＦＦ）を出力する。それ以外の場合に、第１の論理積演算部１５９は、Ｌレベルの信号を出力する。
　このような異常検出制御部１２２によれば、第１の論理積演算部１５９にはＴＭＯＫ信号とＦＭＯＫ信号とＧＳＴＯＫ信号とが入力される。そのため、有効条件には、トルク指令値Ｔｍ＊の絶対値が閾値ＴｍＲ以下であることと、回転周波数ＦＭが閾値ＦＭＲより大きいことと、インバータ回路１０８の動作開始からの時間Ｔが一定の時間Ｔ１以上であることとが含まれることになる。
　ＶＣ比較部１６０からのＶＣＤ信号によって、電動機１０３ａ～１０３ｃのいずれかに異常が発生しているか否かの判別結果が示される。
　そして、すべての有効条件を満たすことにより第１の論理積演算部１５９からＨレベルのＯＫ信号が出力され、かつ、ＶＣＤ信号がＨレベルである場合に、第２の論理積演算部１６１から停止信号ＯＦＦが出力される。そのため、すべての有効条件が満たされた場合に、判別部１３５に相当するＶＣ比較部１６０による判別結果を示すＶＣＤ信号が有効になる。したがって、精度のよい判別結果に基づいて、電動機１０３ａ～１０３ｃの各々への電力の供給を停止させることが可能になる。
　本実施の形態によれば、判別部１３５は、ｑ軸電圧補償が示すｑ軸電圧補償値ｑｅ及びｄ軸電圧補償が示すｄ軸電圧補償値ｄｅに基づいて、電動機１０３ａ～１０３ｃのいずれかに異常が発生しているか否かを判別する。そして、異常が発生していると判別された場合に、停止制御部１３６は、インバータ回路１０８から電動機１０３ａ～１０３ｃの各々への電力の供給を停止させる。これにより、電動機１０３ａ～１０３ｃの一部に異常が生じた場合に、電動機１０３ａ～１０３ｃの動作を停止させることができるので、異常が発生した電動機１０３ａ～１０３ｃの損傷の拡大を防止することが可能になる。
　以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態に種々の変更を加えた態様も含む。
　例えば、電動機１０３ａ～１０３ｃは、三相交流電動機に限らずいかなる電動機であってもよい。電動機制御装置１００が制御する電動機１０３ａ～１０３ｃの台数は、２台以上であれば、３台に限られない。
　例えば、電動機１０３ａ～１０３ｃの異常を判別する原理から分かるように、判別部１３５が発生しているか否かを判別することができる異常は、電動機１０３ａ～１０３ｃの回転軸の固着などに限られない。一括して駆動するように制御される電動機１０３ａ～１０３ｃの電流指令値と電流値との差が大きくなる異常であれば、判別部１３５はそれが発生しているか否かを判別することができる。例えば、判別部１３５が発生しているか否かを判別できる異常の他の例として、電動機１０３ａ～１０３ｃのいずれか内部のコイル１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃの内部短絡、電動機１０３ａ～１０３ｃへの配線に生じた異常などを挙げることができる。
　例えば、判別部１３５は、電圧補償量ＶＣに基づいて、電動機１０３ａ～１０３ｃの少なくとも１つに異常が発生しているか否かを判別することとした。電圧補償量ＶＣは電圧補償値の大きさの一例であって、電圧補償値の大きさは、例えば電圧補償値に含まれる成分のいずれか１つの大きさであってもよい。電圧補償値に含まれる成分の１つには、電圧補償値に含まれる成分の大きい方が選択されてもよい。この場合も、電圧補償量ＶＣを用いる場合と同様の理由で、電動機１０３ａ～１０３ｃの異常の発生を判別できる。電圧補償値に含まれる成分の１つに基づいて判別することによって、電圧補償値の大きさを採用するよりも、判別処理を簡略にすることが可能になる。
　また、電圧補償値の大きさは、電圧補償信号から得られる値の一例である。電圧補償信号から得られる値は、例えば電圧補償信号に含まれる電圧補償値、その電圧補償値から算出される値などでよい。
　例えば、電圧指令演算部１２０が、ｑ軸電圧補償値ｑｅとｄ軸電圧補償値ｄｅとを算出して基本電圧指令値を補償することとした。しかし、電圧指令演算部１２０は例えば、ｑ軸基本電圧指令値ＥＱとｄ軸基本電圧指令値ＥＤとの一方のみを補償してもよい。すなわち、電圧指令演算部１２０はｑ軸電圧補償値ｑｅのみを算出してｑ軸基本電圧指令値ＥＱのみを補償してもよく、又は、ｄ軸電圧補償値ｄｅのみを算出してｄ軸基本電圧指令値ＥＤを補償してもよい。基本電圧指令値のｑ軸成分とｄ軸成分との両方を補償する方が制御特性では優れるが、基本電圧指令値のｑ軸成分とｄ軸成分との一方のみを補償することによって処理を簡略化し、電圧指令演算部１２０の構成を簡略化することが可能になる。
　本発明は、任意の産業用機械などに搭載される電動機を制御する電動機制御装置及び電動機制御方法などに利用することができる。
　　１００　電動機制御装置
　　１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ　電動機
　　１０８　インバータ回路
　　１０９　スイッチ
　　１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ　電流検出器
　　１１１　回転速度検出器
　　１１２　制御部
　　１１７　電流指令生成部
　　１１８　位相角演算部
　　１１９　座標変換部
　　１２０　電圧指令演算部
　　１２１　ＰＷＭ部
　　１２２　異常検出制御部
　　１２５　ｑ軸減算器
　　１２６　ｑ軸補償演算部
　　１２７　ｄ軸減算器
　　１２８　ｄ軸補償演算部
　　１２９　基本電圧指令演算部
　　１３０　ｑ軸加算器
　　１３１　ｄ軸加算器
　　１３２　出力電圧指令演算部
　　１３３　電圧補償量演算部
　　１３５　判別部
　　１３６　停止制御部
　　１５５　ＡＢＳ部
　　１５６　ＴＭ比較部
　　１５７　ＦＭ比較部
　　１５８　時間遅延部
　　１５９　第１の論理積演算部
　　１６０　ＶＣ比較部
　　１６１　第２の論理積演算部

Claims (9)

  1. 　並列に接続される複数の電動機に電力を供給するインバータ回路と、
    　前記インバータ回路から前記電動機の各々へ供給する電力を制御する制御部とを備え、
    　前記制御部は、
    　　前記インバータ回路から前記複数の電動機へ供給する電流値を示す電流指令を生成する電流指令生成部と、
    　　前記電動機の各々へ実際に供給される電流値と前記電流指令により示される電流値との差を補償する電圧補償信号を生成する補償演算部と、
    　　前記電圧補償信号から得られる値に基づいて前記複数の電動機の少なくとも１つに異常が発生しているか否かを判別する判別部と、
    　　前記判別部により異常が発生していると判別された場合に、前記インバータ回路から前記電動機の各々への電力の供給を停止させる停止制御部とを備える
    　電動機制御装置。
  2. 　前記複数の電動機へ実際に供給される電流値を検出し、当該検出した電流値を示す電流値信号を出力する電流検出部をさらに備え、
    　前記補償演算部は、前記電流検出部から出力される電流値信号を参照することによって、前記差を補償する電圧値を算出し、当該電圧値を含む前記電圧補償信号を生成する
    　請求項１に記載の電動機制御装置。
  3. 　前記判別部は、前記電圧補償信号により示される電圧値の大きさと閾値とを比較した結果に基づいて、前記複数の電動機の少なくとも１つに異常が発生しているか否かを判別する
    　請求項１又は２に記載の電動機制御装置。
  4. 　前記停止制御部は、前記判別部による判別の精度を向上させる条件である有効条件が満たされる場合であって、前記判別部により異常が発生していると判別されたときに、前記インバータ回路から前記電動機の各々への電力の供給を停止させる
    　請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
  5. 　前記有効条件は、前記電動機の少なくとも１つの回転周波数が閾値以上であることを含む
    　請求項４に記載の電動機制御装置。
  6. 　前記有効条件は、前記電動機の少なくとも１つに出力させるトルク、又は、当該トルクに対応付けることができる値又は指標が、閾値以下であることを含む
    　請求項４又は５に記載の電動機制御装置。
  7. 　前記有効条件は、前記電流指令により示される電流値、又は前記複数の電動機のいずれか１つ又は複数に供給される電流値が閾値以下であることを含む
    　請求項４から６のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
  8. 　前記有効条件は、前記インバータ回路が動作を開始した後の経過時間が閾値を超えることを含む
    　請求項４から７のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
  9. 　並列に接続される複数の電動機に電力を供給するインバータ回路から前記複数の電動機へ出力する電流値を示す電流指令を生成し、
    　前記電動機の各々へ実際に供給される電流値と前記電流指令により示される電流値との差を補償する電圧補償信号を生成し、
    　前記電圧補償信号から得られる値に基づいて前記複数の電動機の少なくとも１つに異常が発生しているか否かを判別し、
    　異常が発生していると判別された場合に、前記インバータ回路から前記電動機の各々への電力の供給を停止させる
    　電動機制御方法。
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