特開 2023-166910 インバータシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023166910

(43)【公開日】2023-11-22

(54)【発明の名称】インバータシステム

(51)【国際特許分類】

   H02P 21/05 20060101AFI20231115BHJP

   H02P 27/06 20060101ALI20231115BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20231115BHJP

【ＦＩ】

H02P21/05

H02P27/06

H02M7/48 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022077767

(22)【出願日】2022-05-10

(71)【出願人】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003199

【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小田 賢

【テーマコード（参考）】

5H505

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H505BB04

5H505DD03

5H505DD08

5H505EE08

5H505EE41

5H505GG02

5H505GG04

5H505HB01

5H505JJ03

5H505JJ17

5H505JJ24

5H505JJ25

5H505LL01

5H505LL22

5H505LL39

5H505LL41

5H505LL55

5H505MM13

5H770AA05

5H770BA01

5H770DA05

5H770DA21

5H770EA01

5H770HA02Y

5H770HA07Z

(57)【要約】

【課題】多相電動機の機械的要因によるトルクリプルを抑制することができるインバータシステムを提供する。
【解決手段】インバータシステムは、多相電動機の複数の相にそれぞれ接続され、前記多相電動機の複数の相のそれぞれに交流電圧を印加する複数の単相インバータと、前記多相電動機の機械角の検出値に基づいて前記多相電動機の機械的要因によるトルクリプルと減相運転時のトルクリプルの推定値を演算し、当該トルクリプルの推定値に対応した補正値に基づいて前記複数の単相インバータをそれぞれ制御する複数の単相制御装置と、を備えた。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

多相電動機の複数の相にそれぞれ接続され、前記多相電動機の複数の相のそれぞれに交流電圧を印加する複数の単相インバータと、
前記多相電動機の機械角の検出値に基づいて前記多相電動機の機械的要因によるトルクリプルと減相運転時のトルクリプルの推定値を演算し、当該トルクリプルの推定値に対応した補正値に基づいて前記複数の単相インバータをそれぞれ制御する複数の単相制御装置と、
を備えたインバータシステム。

【請求項2】

前記複数の単相制御装置は、前記多相電動機の角速度に応じて前記多相電動機の機械的要因によるトルクリプルの推定値をそれぞれ演算する請求項１に記載のインバータシステム。

【請求項3】

前記複数の単相インバータのいずれかが故障した場合に、残りの故障していない単相インバータに対する電気角指令値の信号を出力するインバータ指令装置、
を備え、
前記残りの故障していない単相インバータにそれぞれ対応した複数の単相制御装置は、前記多相電動機の複数の相のうちの前記残りの故障していない単相インバータにそれぞれ対応した複数の相のコイルの配置に応じて前記複数の単相インバータのいずれかが故障したことにより生じるトルクリプルの推定値をそれぞれ演算する請求項１または請求項２に記載のインバータシステム。

【請求項4】

前記残りの故障していない単相インバータにそれぞれ対応した複数の単相制御装置は、ｄ軸電流指令値に応じて前記複数の単相インバータのいずれかが故障したことにより生じるトルクリプルの推定値をそれぞれ演算する請求項３に記載のインバータシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この本開示は、インバータシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、インバータシステムを開示する。当該インバータシステムによれば、ある任意の相の単相インバータ装置が故障して減相運転となった場合でも、多相負荷に対して平衡交流出力を供給することで多相電動機の振動を抑制し得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－２５７２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載のインバータシステムにおいては、多相電動機の機械的要因によるトルクリプルや減相運転時の磁界分布によるトルクリプルが考慮されていない。このため、多相電動機の機械的要因による振動を抑制することができない。

【0005】

本開示は、上述の課題を解決するためになされた。この発明の目的は、多相電動機の機械的要因や減相運転によるトルクリプルを抑制することができるインバータシステムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に係るインバータシステムは、多相電動機の複数の相にそれぞれ接続され、前記多相電動機の複数の相のそれぞれに交流電圧を印加する複数の単相インバータと、前記多相電動機の機械角の検出値に基づいて前記多相電動機の機械的要因によるトルクリプルと減相運転時のトルクリプルの推定値を演算し、当該トルクリプルの推定値に対応した補正値に基づいて前記複数の単相インバータをそれぞれ制御する複数の単相制御装置と、を備えた。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、複数の単相制御装置は、多相電動機の機械角の検出値に基づいて多相電動機の機械的要因によるトルクリプルと減相運転時のトルクリプルの推定値を演算する。複数の単相制御装置は、当該トルクリプルの推定値に対応した補正値に基づいて複数の単相インバータをそれぞれ制御する。このため、多相電動機の機械的要因や減相運転によるトルクリプルを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１におけるインバータシステムが適用される電力システムの構成図である。

【図2】実施の形態１におけるインバータシステムの単相制御装置の要部とインバータ指令装置の要部とのブロック図である。

【図3】実施の形態１におけるインバータシステムのリプルデータテーブル部のブロック図である。

【図4】実施の形態１におけるインバータシステムのインバータ指令装置の動作を説明するためのフローチャートである。

【図5】実施の形態１におけるインバータシステムのインバータ指令装置の動作を説明するためのフローチャートである。

【図6】機械角とトルクリプルの関係を示した図である。

【図7】４相４極電動機を減相運転で発電機として使用したときの機械角と出力の関係を示した図である。

【図8】実施の形態１におけるインバータシステムのインバータ指令装置のハードウェア構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

実施の形態について添付の図面に従って説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には同一の符号が付される。当該部分の重複説明は適宜に簡略化ないし省略される。

【0010】

実施の形態１．
図１は実施の形態１におけるインバータシステムが適用される電力システムの構成図である。

【0011】

図１において、多相電動機１は、複数の相を備える電動機である。例えば、多相電動機１は、４つの相を備える。例えば、多相電動機１は、同期電動機である。多相電動機１の回転子の種類は、問われない。例えば、多相電動機１の回転子は、巻線型の回転子である。例えば、多相電動機１の回転子は、永久磁石型の回転子である。

【0012】

機械角検出装置２は、多相電動機１に隣接する。機械角検出装置２は、多相電動機１の機械角を検出したうえで当該機械角の検出値の信号を出力する。

【0013】

インバータシステムは、複数の単相インバータ３と複数の電流検出器４と複数の単相制御装置５とインバータ指令装置６とを備える。

【0014】

複数の単相インバータ３は、多相電動機１の複数の相にそれぞれ対応する。複数の単相インバータ３は、多相電動機１の複数の相にそれぞれ交流電圧を印加する。

【0015】

複数の電流検出器４は、多相電動機１の複数の相に流れる電流をそれぞれ検出したうえで当該電流の検出値の信号を出力する。

【0016】

複数の単相制御装置５は、複数の単相インバータ３にそれぞれ対応する。複数の単相制御装置５の各々は、電流指令値演算部５ａと誘起電圧リプルデータ部５ｂと第１変換部５ｃとｄ軸電流制御部５ｄとｑ軸電流制御部５ｅと第２変換部５ｆとＰＷＭ制御部５ｇとを備える。ここでｄ軸電流とは、単相インバータの出力電流において各々の単相インバータの出力電圧と直交する位相の電流成分であり、ｑ軸電流とは各々の単相インバータの出力電圧と同相の位相の電流成分を意味する。

【0017】

電流指令値演算部５ａは、外部から電流振幅指令値の信号の入力を受け付ける。電流指令値演算部５ａは、電流振幅指令値に基づいてｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値とを演算する。

【0018】

誘起電圧リプルデータ部５ｂは、機械角検出装置２から機械角の検出値の信号の入力を受け付ける。誘起電圧リプルデータ部５ｂは、機械角の検出値に基づいてｄ軸電流補正値とｑ軸電流補正値とを演算する。

【0019】

第１変換部５ｃは、外部から電気角指令値の信号の入力を受け付ける。第１変換部５ｃは、電流検出器４から電流の検出値の信号を受け付ける。第１変換部５ｃは、電気角指令値に基づいて電流の検出値をｄ軸実電流検出値とｑ軸実電流検出値とに変換する。

【0020】

減算器５１ｄは、ｄ軸電流指令値とｄ軸電流補正値との差分である補正されたｄ軸電流指令値を出力する。減算器５１ｑは、ｑ軸電流指令値とｑ軸電流補正値との差分である補正されたｑ軸電流指令値を出力する。

【0021】

減算器５２ｄにより、ｄ軸電流制御部５ｄは、補正されたｄ軸電流指令値からｄ軸実電流検出値を差し引いた値の信号の入力を受け付ける。ｄ軸電流制御部５ｄは、補正されたｄ軸電流指令値にｄ軸実電流検出値が追従するように、ｄ軸電圧指令値を演算する。

【0022】

減算器５２ｑにより、ｑ軸電流制御部５ｅは、補正されたｑ軸電流指令値からｑ軸実電流検出値を差し引いた値の信号の入力を受け付ける。ｑ軸電流制御部５ｅは、補正されたｑ軸電流指令値にｑ軸実電流検出値が追従するように、ｑ軸電圧指令値を演算する。

【0023】

第２変換部５ｆは、ｄ軸電流制御部５ｄからｄ軸電圧指令値の信号の入力を受け付ける。第２変換部５ｆは、ｑ軸電流制御部５ｅからｑ軸電圧指令値の信号の入力を受け付ける。第２変換部５ｆは、電気角演算部６ｄから各々の単相インバータに対応した電気角指令値を受け付ける。第２変換部５ｆは、ｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値と電気角指令値とに基づいて電圧振幅指令値を演算する。

【0024】

ＰＷＭ制御部５ｇは、第２変換部５ｆから電圧振幅指令値の信号の入力を受け付ける。ＰＷＭ制御部５ｇは、電圧振幅指令値に基づいて所定のキャリア周波数でＰＷＭ制御により単相インバータ３を制御する。

【0025】

インバータ指令装置６は、第１角速度演算部６ａとＰＩ制御部６ｂとインバータ運転信号発生部６ｃと電気角演算部６ｄとを備える。

【0026】

第１角速度演算部６ａは、機械角検出装置２から機械角の検出値の信号の入力を受け付ける。第１角速度演算部６ａは、機械角の検出値を時間微分することで多相電動機１の角速度の検出値を演算する。

【0027】

ＰＩ制御部６ｂは、外部から速度指令値の信号の入力を受け付ける。ＰＩ制御部６ｂは、第１角速度演算部６ａから角速度の検出値の信号の入力を受け付ける。ＰＩ制御部６ｂは、速度指令値から角速度の検出値を差し引いた値に基づいて、角速度の検出値が速度指令値に追従するように電流振幅指令値を演算する。ＰＩ制御部６ｂは、電流振幅指令値を複数の単相制御装置５に向けて出力する。

【0028】

インバータ運転信号発生部６ｃは、図示されない異常検出部から複数の単相インバータ３の異常検出信号および、図示されない上位装置からの運転信号を受け付けた際に運転する単相インバータ３を決定する。インバータ運転信号発生部６ｃは、複数の単相インバータ３の異常信号および上位装置からの運転信号に基づいて複数の単相制御装置５に向けてＤＥＢ／ＧＢ指令信号を出力する。尚、図１ではＤＥＢ／ＧＢ信号の図示は省略される。各々の単相制御装置５は受信した各々のＤＥＢ／ＧＢ指令信号により、各々の単相インバータ３をデブロック或いはゲートブロックする。インバータ運転信号発生部６ｃは、複数の単相インバータ３の異常信号に基づき電気角演算部に複数の運転可能インバータ信号を出力する。運転可能インバータ信号とは複数の単相インバータ３の内、運転可能な単相インバータ３を表す信号である。

【0029】

電気角演算部６ｄは、機械角検出装置２から機械角の検出値の信号の入力を受け付ける。電気角演算部６ｄは、インバータ運転信号発生部６ｃから各単相インバータ３に対する複数の運転可能インバータ信号（例えば、運転可能インバータ信号１～４）の入力を受け付ける。以降、本明細書では各単相インバータ３に対する複数の各運転可能インバータ信号を総称する時は「複数の運転可能インバータ信号」と記す。電気角演算部６ｄは、機械角の検出値と複数の運転可能インバータ信号とに基づいて複数の単相制御装置５に向けて電気角指令値の信号を出力する。

【0030】

次に、図２を用いて、単相制御装置５の要部とインバータ指令装置６の要部とを説明する。

【0031】

図２は実施の形態１におけるインバータシステムの単相制御装置の要部とインバータ指令装置の要部とのブロック図である。

【0032】

図２に示されるように、誘起電圧リプルデータ部５ｂは、リプルデータテーブル部７とｄ軸ゲイン部８とｑ軸ゲイン部９とを備える。

【0033】

リプルデータテーブル部７は、インバータ運転信号発生部６ｃから複数の運転可能インバータ信号の入力を受け付ける。リプルデータテーブル部７は、機械角検出装置２から機械角の検出値の信号の入力を受け付ける。リプルデータテーブル部７は、複数の運転可能インバータ信号と機械角の検出値とに基づいて多相電動機１のトルクリプルの推定値のｄ軸成分とｑ軸成分を演算する。

【0034】

ｄ軸ゲイン部８は、リプルデータテーブル部７からトルクリプルの推定値のｄ軸成分の信号の入力を受け付ける。ｄ軸ゲイン部８は、トルクリプルの推定値のｄ軸成分に基づいてｄ軸電流補正値を演算する。ｄ軸ゲイン部８は、ｄ軸電流補正値の信号を出力する。

【0035】

ｑ軸ゲイン部９は、リプルデータテーブル部７からトルクリプルの推定値のｑ軸成分の信号の入力を受け付ける。ｑ軸ゲイン部９は、トルクリプルの推定値のｑ軸成分に基づいてｑ軸電流補正値を演算する。ｑ軸ゲイン部９は、ｑ軸電流補正値の信号を出力する。

【0036】

図２に示されるように、電気角演算部６ｄは、電気角変換部１０と運転台数判定部１１と電流位相間隔演算部１２と電気角位相割振部１３とを備える。

【0037】

電気角変換部１０は、外部から機械角の検出値の信号の入力を受け付ける。電気角変換部１０は、下式（１）の様に入力された機械角θｍの検出値の信号に、多相電動機１の極数ｐを乗算し、２で除算した値を演算することで、機械角の検出値を電気角θｅの検出値に変換する。

【0038】

θｅ＝θｍ×ｐ／２ ・・・・・・（１）

【0039】

運転台数判定部１１は、外部から複数の運転可能インバータ信号の入力を受け付ける。運転台数判定部１１は、複数の運転可能インバータ信号に基づいて運転可能な単相インバータ３を判定する。

【0040】

電流位相間隔演算部１２は、運転台数判定部１１から運転可能な単相インバータ３の信号の入力を受け付ける。電流位相間隔演算部１２は、３６０°／運転可能な単相インバータ３の台数を演算することで、運転可能な単相インバータ３の電流位相の間隔を演算する。

【0041】

電気角位相割振部１３は、電気角変換部１０から電気角の検出値の信号の入力を受け付ける。電気角位相割振部１３は、運転台数判定部１１から運転可能な単相インバータ３の信号の入力を受け付ける。電気角位相割振部１３は、電流位相間隔演算部１２から運転可能な単相インバータ３の電流位相の間隔の信号の入力を受け付ける。電気角位相割振部１３は、電気角の検出値と運転可能な単相インバータ３の電流位相の間隔とに基づいて運転可能な各々の単相インバータ３に対して各々の電気角指令値の信号（電気角指令値１～４）を出力する。

【0042】

次に、図３を用いて、リプルデータテーブル部７を説明する。

【0043】

図３は実施の形態１におけるインバータシステムのリプルデータテーブル部のブロック図である。

【0044】

図３に示されるように、第２角速度演算部１４と第１リプルデータ部１５と第２リプルデータ部１６と合成部１７とを備える。

【0045】

第２角速度演算部１４は、外部から機械角の検出値の信号の入力を受け付ける。第２角速度演算部１４は、機械角の検出値を時間微分することで角速度の検出値を演算する。

【0046】

第１リプルデータ部１５は、多相電動機１の機械的要因によるトルクリプルの第１基準値の情報を記憶する。トルクリプルの第１基準値は、工場での試験等において多相電動機１を外部の動力で一定の回転速度で機械的に回転させた際の多相電動機１の複数の相の誘起電圧から演算される。トルクリプルの第１基準値は、機械角２π分のデータとなる。

【0047】

トルクリプルの第１基準値は、例えば多相電動機１の各交流入力端子に抵抗負荷をして電圧、あるいは出力電力を測定できるようにし、外部の動力で一定の回転速度で機械的に回転、すなわち発電機として運転させ、機械角１回転分の誘起電圧あるいは出力電力を測定する。そして、基準となる誘起電圧あるいは基準となる出力電力との差異をもとめることができる。即ち、各相の機械角に対する正弦波とのずれを、ｄ軸、ｑ軸に変換し、図６に示す様に、機械角に対するトルクリプル関数として得ることができる。一般にこのトルクリプルは機械角の周波数より高次である。なおここで機械的に回転させたとき一回転中の角速度を一定に保てるようにすることが望まれる。

【0048】

第１リプルデータ部１５は、外部から機械角の検出値の信号の入力を受け付ける。第１リプルデータ部１５は、第２角速度演算部１４から角速度の検出値の信号の入力を受け付ける。第１リプルデータ部１５は、機械角の検出値と角速度の検出値と、に基づいて多相電動機１の機械的要因によるトルクリプルの第１推定値を演算する。この際、第１リプルデータ部１５は、トルクリプルの第１基準値を基準にして多相電動機１の機械的要因によるトルクリプルの第１推定値を演算する。

【0049】

第２リプルデータ部１６は、故障した単相インバータ３に接続されたコイルの電流が０になることにより生じるトルクリプルの第２基準値の情報を記憶する。トルクリプルの第２基準値は、故障したインバータに対応するコイルの磁極配置に基づいて予め演算される。コイルの磁極配置による減相運転時のトルクリプルの演算は複雑であるので、あるいは、トルクリプルの第２基準値は、工場での試験等によりもとめてもよい。トルクリプルの第２基準値は、機械角２π分のデータとなる。尚、機械角２π分のデータは、電気角２π分のデータを、極数を２で除した値で繰り返すことにより作成してもよい。即ち極数をｐとした場合、電気角２π分をｐ／２回繰り返し、機械角２π分のデータとしてもよい。

【0050】

第２リプルデータ部１６は、外部から機械角の検出値の信号の入力を受け付ける。第２リプルデータ部１６は、外部から複数の運転可能インバータ信号の入力を受け付ける。第２リプルデータ部１６は、外部からｑ軸電流指令値の信号の入力を受け付ける。第２リプルデータ部１６は、機械角の検出値と複数の運転可能インバータ信号とｑ軸電流指令値とに基づいて故障した単相インバータ３に接続されたコイルの電流が０になることにより生じるトルクリプルの第２推定値を演算する。この際、第２リプルデータ部１６は、トルクリプルの第２基準値を基準にして故障した単相インバータ３に接続されたコイルの電流が０になることにより生じるトルクリプルの第２推定値を演算する。

【0051】

トルクリプルの第２基準値は、工場試験等で意図的に単相インバータ２を運転不能として事前計測してもよい。あるいは、トルクリプルの第２基準値は、例えば多相電動機１の故障相として想定した以外の相の各交流入力端子に抵抗負荷を接続し、電圧または電流を測定できるようにし、さらに、故障相として想定した相の交流入力端子は外部の動力で一定の回転速度で機械的に回転させ（発電機として動作させる）、機械角１回転分の各々の相の出力電力を測定する。図７は前述の場合の各相の出力電力の合計を模式的に示したものである

【0052】

図７は多相電動機１が４相４極電動機の場合の例である。縦軸はトルクであり、発電機として出力した場合の電力に相当する。破線ａは単相インバータ３が健全な場合のトルクであり、実線ｂは単相インバータの第１相が故障した場合のトルクに相当する。横軸は角度であり、機械角と電気角を併記している。４極電動機を想定しているので機械角の２πが電気角の４πとなっている。

【0053】

全相健全な場合の出力電力と、特定相が欠相（端子開放）させた場合の出力電力の差がトルクリプルに相当する。したがって破線ａと実線ｂとの差がトルクリプルに相当する電力リプルである。トルクリプル第２基準は、多相電動機１を発電機として抵抗を負荷として動作させ、全端子に抵抗を接続したときの実測値と、故障を発生したと想定した相に抵抗を接続したときの出力電力の実測値の差から、トルクリプル相当電力を角度（電気角または機械角）の関数として得ることが出来る。このリプル成分を補償する様にトルクリプルの第２基準を生成する。

【0054】

４極の場合は、電気角４πが機械角２πに相当する。しかし、機械角０～πまでと機械角π～２πまでの値は原理的には等しいので、トルクリプルの第２基準のデータは電気角０～２πまでのデータとし、機械角π～２πのデータは電気角０～２πまでのデータを自動的に生成する様にしてもよい。すなわちｎ相ｐ極の多相電動機１の場合、機械角０から４π／ｐまでのデータ（すなわち電気角０～２π）までのデータを作成し、機械角４π／ｐ～２πまでのデータは、機械角０から４π／ｐまでのデータ（すなわち電気角０～２π）をｍ回繰り返して利用するようにしてもよい。ここで繰り返し回数ｍは下式（２）となる。

【0055】

ｍ＝ｐ／２－１ ・・・・・・（２）

【0056】

さらに、全体のｎ相の多相電動機１に於いて、第ｋ相の単相インバータ３の１台が故障した場合のトルクリプルは、第１相の単相インバータ３の１台が故障した場合のトルクリプルに対し、下式（３）で計算される電気角位相αだけ遅延したものと原理的には同様である。

【0057】

α＝（ｋ－１）×２π／ｎ ・・・・・・（３）

【0058】

したがって、単相インバータ３の１台のみの、故障を想定した場合は、第１相のみの故障を想定したトルクリプル第２基準データを生成し、他の相の故障の場合は電気角位相α遅延させて使用するようにしてもよい。

【0059】

複数台の単相インバータ３の故障を想定した場合は、前述の１相のみのトルクリプルデータを使用し、それぞれの故障相のみの１相故障を想定した位相とトルクの関係を示すトルクリプルデータを計算し、重ねの理により、加算してトルクリプル第２基準データとして使用する様にしてもよい。

【0060】

なお、電動機の構造の相違等により、複数相の故障を想定した場合は、磁界分布の影響で、必ずしも重ねの理にて必要な精度のトルクリプルが得られない場合がある。例えば２つの相の単相インバータ３の故障の場合である。この場合は第１の故障相と第２の故障相の位相差が同一のトルクリプルデータを１種類のみ取得し、故障相の位相にあわせて、遅延あるいは進める、ことでトルクリプル第２基準データを生成してもよい。すなわち、例えば、単相インバータ３の第１相と第ｎ１相の故障の場合を想定したトルクリプルデータは、第ｎ２相と第ｎ２＋ｎ１相の故障を想定した場合にも流用可能である。即ち、第１相と第ｎ２相の位相差分だけ遅延させれば、第ｎ２相と第ｎ２＋ｎ１－１相の故障の場合の第２基準データを生成して使用する様にしてもよい。ここでｎ１、ｎ２は整数である。

【0061】

即ち、減相運転時のトルクリプルデータはすべての故障した単相インバータ３についての組み合わせのデータを用意する必要はなく、単相インバータ３が１相のみの故障を想定する場合として１種類、単相インバータ３が複数相の故障を想定する場合は、故障相間の位相差の種類の数のみ用意し、故障位相により、トルクリプルデータの位相を必要により進めたり、遅延させたりして使用することができる。

【0062】

尚、トルクリプルの第１基準値やトルクリプルの第２基準値を作成するためのデータを試験によって得る場合、必ずしも個々の多相電動機１について行う必要がなく、同一型式について１台実施し、同じ型式のものについては、それを流用してもよい。この理由は、トルクリプルは電動機の構造に依存するので、同一型式であればトルクリプルはほぼ等しいからである。

【0063】

合成部１７は、トルクリプル抑制モードの時、第１リプルデータ部１５からトルクリプルの第１推定値の信号の入力を受け付ける。合成部１７は、減相モードの時、第２リプルデータ部１６からトルクリプルの第２推定値の信号の入力を受け付ける。合成部１７は、トルクリプルの第１推定値と第２推定値とに基づいてトルクリプルの推定値のｄ軸成分とｑ軸成分とを演算する。トルクリプル抑制モードの指示は、図示されない上位からの指令信号あるいは所定の速度指令値によって設定されインバータ指令装置６から単相制御装置５内の合成部１７に伝達される。減相モードの指示はインバータ指令装置６の運転台数判定部１１から複数の単相インバータの何れかに故障があるとき、単相制御装置５内の合成部１７に伝達される。

【0064】

次に、図４と図５とを用いて、インバータ指令装置６の動作を説明する。

【0065】

図４と図５とは実施の形態１におけるインバータシステムのインバータ指令装置の動作を説明するためのフローチャートである。

【0066】

ステップＳ１では、インバータ指令装置６は、外部からの運転指令の信号が入力されているか否かを判定する。

【0067】

ステップＳ１で外部からの運転指令の信号が入力されていない場合、インバータ指令装置６は、ステップＳ２の動作を行う。ステップＳ２では、インバータ指令装置６は、全ての単相インバータ３の運転を停止させる。

【0068】

ステップＳ１で外部からの運転指令の信号が入力されている場合、インバータ指令装置６は、ステップＳ３の動作を行う。ステップＳ３では、インバータ指令装置６は、故障している単相インバータ３があるか否かを判定する。

【0069】

ステップＳ３で故障している単相インバータ３がない場合、インバータ指令装置６は、ステップＳ４の動作を行う。ステップＳ４では、インバータ指令装置６は、トルクリプルの抑制が必要であるか否かを判定する。

【0070】

ステップＳ４でトルクリプルの抑制が必要である場合、インバータ指令装置６は、ステップＳ５の動作を行う。ステップＳ５では、インバータ指令装置６は、トルクリプル抑制モード指令を出力する。そしてステップＳ６に移行する。

【0071】

ステップＳ６では、単相制御装置５の誘起電圧リプルデータ部５ｂは、トルクリプル抑制モードの指令を受けて、トルクリプルの第１推定値を演算し、その値に基づきｄ軸電流補正値およびｑ軸電流補正値を生成する。すべての各単相インバータ３は各々のｄ軸電流指令値とｄ軸電流補正値に基いた、補正されたｄ軸電流指令値にｄ軸実電流検出値が追従するように運転される。また、すべての各単相インバータ３は各々のｑ軸電流指令値とｑ軸電流補正値に基いた、補正されたｑ軸電流指令値にｑ軸実電流検出値が追従するように運転される。

【0072】

ステップＳ４でトルクリプルの抑制が必要でない場合、インバータ指令装置６は、ステップＳ７の動作を行う。ステップＳ７では、インバータ指令装置６は、トルクリプル抑制モードでないモードで全ての各単相インバータ３を運転させる。

【0073】

ステップＳ３で故障している単相インバータ３がある場合、インバータ指令装置６は、ステップＳ８の動作を行う。ステップＳ８では、インバータ指令装置６は、故障している単相インバータ３の台数が許容数よりも少ないか否かを判定する。また、許容数以内であっても、故障している単相インバータ３の位相が近接しており、想定される減相運転時のトルクリプルが許容値以内か判定する。

【0074】

ステップＳ８で故障している単相インバータ３の台数が許容数よりも少ない場合、さらに想定される減相運転時のトルクリプルが許容値以内の場合、インバータ指令装置６は、ステップＳ９の動作を行う。ステップＳ９では、インバータ指令装置６は、減相運転モードの指令を出力する。

【0075】

その後、インバータ指令装置６は、ステップＳ１０の動作を行う。ステップＳ１０では、インバータ指令装置６は、電気角指令値の位相を演算する。その後、インバータ指令装置６は、ステップＳ１１の動作を行う。ステップＳ１１では、インバータ指令装置６は、トルクリプルの抑制が必要であるか否かを判定する。

【0076】

ステップＳ１１でトルクリプルの抑制が必要である場合、インバータ指令装置６は、ステップＳ１２の動作を行う。ステップＳ１２では、インバータ指令装置６は、トルクリプル抑制モード指令を出力する。そしてステップＳ１３に移行する。

【0077】

ステップＳ１３では、故障していない各単相制御装置５の誘起電圧リプルデータ部５ｂは、トルクリプル抑制モードの指令を受けて、トルクリプルの第１推定値を演算し、さらに、減相運転モードの指令を受けて、故障している単相インバータ３があることを反映させてトルクリプルの第２推定値を演算し、トルクリプルの第１推定値とトルクリプルの第２推定値を合成し、その値に基づきｄ軸電流補正値およびｑ軸電流補正値を生成する。故障していない各単相インバータ３は各々のｄ軸電流指令値とｄ軸電流補正値に基いた、補正されたｄ軸電流指令値にｄ軸実電流検出値が追従するように運転される。また、すべての各単相インバータ３は各々のｑ軸電流指令値とｑ軸電流補正値に基いた、補正されたｑ軸電流指令値にｑ軸実電流検出値が追従するように運転される。

【0078】

ステップＳ１１でトルクリプルの抑制が必要でない場合、ステップＳ１３では、故障していない各単相制御装置５の誘起電圧リプルデータ部５ｂは、減相運転モードの指令を受けて、故障している単相インバータ３があることを反映させてトルクリプルの第２推定値を演算し、その値に基づきｄ軸電流補正値およびｑ軸電流補正値を生成する。故障していない各単相インバータ３は各々のｄ軸電流指令値とｄ軸電流補正値に基いた、補正されたｄ軸電流指令値にｄ軸実電流検出値が追従するように運転される。また、すべての各単相インバータ３は各々のｑ軸電流指令値とｑ軸電流補正値に基いた、補正されたｑ軸電流指令値にｑ軸実電流検出値が追従するように運転される。

【0079】

ステップＳ８で故障している単相インバータ３の台数が許容数よりも少なくない場合、あるいは想定される減相運転時のトルクリプルが許容値より大きい場合、インバータ指令装置６は、ステップＳ１５の動作を行う。ステップＳ１５では、インバータ指令装置６は、全ての単相インバータ３の運転を停止させる。さらに図示されていない上位装置やオペレータに対して警報を出力してもよい。

【0080】

以上で説明した実施の形態１によれば、複数の単相制御装置５は、多相電動機１の機械角の検出値に基づいて多相電動機１の機械的要因によるトルクリプルの推定値を演算する。複数の単相制御装置５は、当該トルクリプルの推定値に対応した補正値に基づいて複数の単相インバータ３をそれぞれ制御する。このため、多相電動機１の機械的要因によるトルクリプルを抑制することができる。

【0081】

また、複数の単相制御装置５は、多相電動機１の角速度に応じて多相電動機１の機械的要因によるトルクリプルの推定値を演算する。このため、多相電動機１の機械的要因によるトルクリプルをより確実に抑制することができる。

【0082】

また、複数の単相インバータ３のいずれかが故障した場合、インバータ指令装置６は、残りの故障していない単相インバータ３に対する電気角指令値の信号を出力する。この際、残りの故障していない単相インバータ３に対し、対応した単相制御装置５は、残りの故障していない単相インバータ３にそれぞれ対応した複数の相のコイルの配置に応じて複数の単相インバータ３のいずれかが故障したことにより生じるトルクリプルの推定値をそれぞれ演算する。このため、多相電動機１の減相運転によるトルクリプルを抑制することができる。

【0083】

また、対応した単相制御装置５は、ｄ軸電流指令値に応じて複数の単相インバータ３のいずれかが故障したことにより生じるトルクリプルの推定値をそれぞれ演算する。このため、多相電動機１の減相運転によるトルクリプルをより確実に抑制することができる。

【0084】

なお、４相以上の相を備えた多相電動機１に対し、実施の形態１のインバータシステムを適用してもよい。この場合、多相電動機１の相の数と同じ数の単相インバータ３と単相制御装置５とを用いて多相電動機１を制御すればよい。

【0085】

次に、図８を用いて、インバータ指令装置６の例を説明する。

【0086】

図８は実施の形態１におけるインバータシステムのインバータ指令装置のハードウェア構成図である。

【0087】

インバータ指令装置６の各機能は、処理回路により実現し得る。例えば、処理回路は、少なくとも１つのプロセッサ１００ａと少なくとも１つのメモリ１００ｂとを備える。例えば、処理回路は、少なくとも１つの専用のハードウェア２００を備える。

【0088】

処理回路が少なくとも１つのプロセッサ１００ａと少なくとも１つのメモリ１００ｂとを備える場合、インバータ指令装置６の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせで実現される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、プログラムとして記述される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、少なくとも１つのメモリ１００ｂに格納される。少なくとも１つのプロセッサ１００ａは、少なくとも１つのメモリ１００ｂに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、インバータ指令装置６の各機能を実現する。少なくとも１つのプロセッサ１００ａは、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰともいう。例えば、少なくとも１つのメモリ１００ｂは、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等である。

【0089】

処理回路が少なくとも１つの専用のハードウェア２００を備える場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはこれらの組み合わせで実現される。例えば、インバータ指令装置６の各機能は、それぞれ処理回路で実現される。例えば、インバータ指令装置６の各機能は、まとめて処理回路で実現される。

【0090】

インバータ指令装置６の各機能について、一部を専用のハードウェア２００で実現し、他部をソフトウェアまたはファームウェアで実現してもよい。例えば、インバータ運転信号発生部６ｃの機能については専用のハードウェア２００としての処理回路で実現し、インバータ運転信号発生部６ｃの機能以外の機能については少なくとも１つのプロセッサ１００ａが少なくとも１つのメモリ１００ｂに格納されたプログラムを読み出して実行することにより実現してもよい。

【0091】

このように、処理回路は、ハードウェア２００、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせでインバータ指令装置６の各機能を実現する。

【0092】

図示されないが、単相制御装置５の各機能も、インバータ指令装置６の各機能を実現する処理回路と同等の処理回路で実現される。

【0093】

本開示によれば、多相電動機の機械的要因や減相運転によるトルクリプルを抑制することができるインバータシステムを提供することが出来る。

【符号の説明】

【0094】

１ 多相電動機、 ２ 機械角検出装置、 ３ 単相インバータ、 ４ 電流検出器、 ５ 単相制御装置、 ５ａ 電流指令値演算部、 ５ｂ 誘起電圧リプルデータ部、 ５ｃ 第１変換部、 ５ｄ ｄ軸電流制御部、 ５ｅ ｑ軸電流制御部、 ５ｆ 第２変換部、 ５ｇ ＰＷＭ制御部、 ６ インバータ指令装置、 ６ａ 第１角速度演算部、 ６ｂ ＰＩ制御部、 ６ｃ インバータ運転信号発生部、 ６ｄ 電気角演算部、 ７ リプルデータテーブル部、 ８ ｄ軸ゲイン部、 ９ ｑ軸ゲイン部、 １０ 電気角変換部、 １１ 運転台数判定部、 １２ 電流位相間隔演算部、 １３ 電気角位相割振部、 １４ 第２角速度演算部、 １５ 第１リプルデータ部、 １６ 第２リプルデータ部、 １７ 合成部、 １００ａ プロセッサ、 １００ｂ メモリ、 ２００ ハードウェア

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】