(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷と接続された第１の交流電動機をベクトル制御する第１のベクトル制御部と、前記第１の交流電動機と接続された第２の交流電動機をベクトル制御する第２のベクトル制御部とを備えた直列接続電動機の速度制御装置において、
前記第１の交流電動機の回転速度を推定する速度推定部と、
前記第１の交流電動機のトルクと前記第２の交流電動機のトルクの差の信号を受けて負荷調整信号を出力する負荷調整部と、
速度指令器の信号と前記速度推定部の信号の差を受けて信号を調節する第１の速度調節器と、
前記速度指令器の信号と前記第２の交流電動機に接続された速度センサの信号の差の信号を調節する第２の速度調節器と、を備え、
前記第１のベクトル制御部は前記負荷調整部の信号で補正された前記第１の速度調節器の信号と前記速度推定部の信号を受けて前記第１の交流電動機をベクトル制御し、
前記第２のベクトル制御部は前記第２の速度調節器と前記速度センサの信号を受けて前記第２の交流電動機をベクトル制御する
ことを特徴とする直列接続電動機の速度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動軸で機械的に直列接続された複数の交流電動機を駆動するベクトル制御インバータ装置における直列接続電動機の速度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、直流電動機を用いた駆動装置では、複数の電動機を駆動軸で機械的に直列接続する場合、図２に示すような駆動装置を構成していた。
従来例の図２において、負荷１は接続部４，５を介して接続された直流電動機２，３に駆動されている。速度制御を行う場合、速度センサ７が反負荷側に接続部６を介して接続され、その速度検出値を用いて電動機２，３に共通の速度調節器（ＡＳＲ）１６により作られた電流指令が電流調節器（ＡＣＲ）１９，２０に与えられている。
直流電動機２，３間の接続部５でねじりが生じ、電動機２，３の速度に偏差が生じるような場合でも、直流電動機では界磁と電機子電流の積で電動機の出力トルクが定まるため、安定した速度制御が可能であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のような直流電動機が直列接続される構成の駆動装置において直流電動機の代わりに交流電動機を適用する場合には、電動機の配置上の理由から、速度センサは複数台の電動機に対して反負荷側に１台のみ取り付けられることが一般的であるため、電動機と電動機を接続する継手と駆動軸の部分にねじれが発生するような場合には、負荷側の速度と速度センサの検出速度に瞬時的なずれ分が生じてしまう。
交流電動機のベクトル制御方式では回転子の回転速度と負荷に応じた電流・電圧ベクトルを電動機に発生させることで所定の電動機トルクを発生しようとするため、負荷側の電動機はトルク制御を正確に行えず、軸のねじれなどの諸条件によっては電動機間の速度の協調がとれず、可変速制御が不安定になる場合があるという問題があった。
ここにおいて本発明の目的は、複数電動機間の可変速制御を安定に行える直列接続電動機の速度制御装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明は、負荷と接続された第１の交流電動機をベクトル制御する第１のベクトル制御部と、前記第１の交流電動機と接続された第２の交流電動機をベクトル制御する第２のベクトル制御部とを備えた直列接続電動機の速度制御装置において、前記第１の交流電動機の回転速度を推定する速度推定部と、前記第１の交流電動機のトルクと前記第２の交流電動機のトルクの差の信号を受けて負荷調整信号を出力する負荷調整部と、速度指令器の信号と前記速度推定部の信号の差を受けて信号を調節する第１の速度調節器と、前記速度指令器の信号と前記第２の交流電動機に接続された速度センサの信号の差の信号を調節する第２の速度調節器と、を備え、前記第１のベクトル制御部は前記負荷調整部の信号で補正された前記第１の速度調節器の信号と前記速度推定部の信号を受けて前記第１の交流電動機をベクトル制御し、前記第２のベクトル制御部は前記第２の速度調節器と前記速度センサの信号を受けて前記第２の交流電動機をベクトル制御することを特徴としている。
【０００５】
すなわち、本発明は、負荷側の電動機を駆動するインバータ装置に速度推定手段と、速度センサが直接取り付けられた反負荷側電動機をマスタとする負荷調整手段を設けることにより、複数の電動機の可変速制御を行うものである。
上記手段により、負荷側電動機のベクトル制御は反負荷側電動機との接続軸部のねじりの影響がなくなり、電動機間の負荷が一様に調節されるため、安定な可変速駆動が可能となる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態の構成を示すブロック図である。
図１において、負荷１と、交流電動機２，３の駆動軸は接続部４，５を介して機械的に直列接続されており、反負荷側の電動機３の反負荷側駆動軸には速度センサ７が接続部６を介して接続されている。
機械構成上の理由で、速度センサを直接取り付けることのできない負荷側の電動機２に対しては、速度推定部８を設けることにより、速度制御を行う。
この速度推定部８は、速度センサレスベクトルインバータに装備される速度推定機構などを適用することにより、既存の技術で実施が可能なものである。
そして、２台の電動機は電力変換器９，１０により駆動されており、ベクトル制御器１３，１４および速度制御器１５，１６によりトルク・速度の制御が行われている。
また、これら２台の可変速駆動装置は同一の速度指令器１８により速度管理がなされている。
【０００７】
このような可変速制御装置では、電動機２，３が負荷１を駆動しようとする際に、駆動トルクと電動機２，３相互の速度応答の差により、接続部５にねじりが発生し、電動機２，３の速度に偏差を生じる。
これは速度偏差で接続部５のねじり剛性に応じた一定量の軸ねじりが発生するが、そのねじりの発生により偏差は解消する。然し、負荷１と電動機２，３の相互の慣性量と接続部４，５のねじり剛性の条件により、負荷１と電動機２，３の間で慣性エネルギーのやりとりが起こり、電動機２，３の速度は共振的になる。
この場合、接続部５，６および電動機３を介して速度センサ７と接続された電動機２の速度は、速度センサ７による速度検出値との周期的な偏差を生じる。
【０００８】
交流電動機のベクトル制御方式では負荷と回転子の速度に応じた電流・電圧ベクトルを電動機に発生させることで所定の電動機トルクを発生しようとするため、負荷側の電動機はトルク制御を正確に行えず、著しくはトルクあるいは速度制御の安定性が損なわれてしまう場合がある。
そこで本発明では、電動機２の駆動を速度推定部８を備えた速度センサレスベクトル制御装置を適用し、推定された速度を用いてベクトル制御を行うこととしている。速度推定部８は接続部５のねじりとは関係なく速度を推定演算するため、ベクトル制御部はねじりの影響を受けないことになる。
ところで、速度推定部８は例えばパルス発生器を持たないＰＧレス・ベクトルインバータの検出手段をそのまま適用しており、汎用品の構成一部材でよい。
【０００９】
速度センサ７による直接の速度検出が可能な電動機３は、速度センサ７の速度検出値を用いたベクトル制御を行うこととする。
負荷調節手段１７は、電動機間の負荷のアンバランスを打ち消すと共に、電動機２，３が異なった速度検出手段をもつことに起因するトルク偏差を除去するために設けたものである。
すなわち、負荷調節手段１７は第１の交流電動機２と第２の交流電動機３の負荷を同一に調節するために設けられたものであり、ＰＩＤ補償器により構成されている。トルク検出手段１２によって検出された第２の交流電動機３のトルクとトルク検出手段１１によって検出された第１の交流電動機２のトルクの偏差をＰＩＤ補償器に入力し、その出力を第１の交流電動機２へトルク補償として与えることで負荷調節を行う。
電動機２，３の電動機トルクの検出手段１１，１２を設け、電動機２，３の出力トルク実績値の偏差をなくし負荷を一様にするように設けられた負荷調節手段１７により、ベクトル制御部１３へ負荷補償が行われ、電動機２の負荷調節がなされる。
なお、電動機トルク検出手段１１，１２は、設置が可能であればトルク検出器などの機構を用いるかもしくは演算により実現されるものとする。
【００１０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、駆動軸で機械的に直列接続された複数の交流電動機のベクトル制御インバータ装置による可変速駆動を安定に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における回路構成を示すブロック図
【図２】従来例を示す回路構成ブロック図
【符号の説明】
１  負荷
２  第１交流電動機
３  第２交流電動機
４  第１の交流電動機と負荷の接続部
５  第１の交流電動機と第２の交流電動機の接続部
６  第２の交流電動機と速度センサの接続部
７  速度センサ
８  速度推定部
９  第１の電力変換器
１０  第２の電力変換器
１１  第１のトルク検出手段
１２  第２のトルク検出手段
１３  第１のベクトル制御部
１４  第２のベクトル制御部
１５  第１の速度調節器
１６  第２の速度調節器
１７  負荷調節部
１８  速度指令器
１９，２０  電流調節器［従来例］
２１，２２  界磁調節器［従来例］
【図１】
0003965658.tif 000002
【図２】
0003965658.tif 000003