JP2000078870A - モータ駆動システム - Google Patents

モータ駆動システム

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JP2000078870A
JP2000078870A JP10245568A JP24556898A JP2000078870A JP 2000078870 A JP2000078870 A JP 2000078870A JP 10245568 A JP10245568 A JP 10245568A JP 24556898 A JP24556898 A JP 24556898A JP 2000078870 A JP2000078870 A JP 2000078870A
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rotation speed
motor
control device
power
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Koichiro Oshiumi
幸一郎 鴛海
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 バックアップ電源装置が不要なモータ駆動シ
ステムを提供する。 【解決手段】 交流電源1を直流電源2に変換し、その
直流電源2を用いて回転数制御装置8,9によりモータ
11,12を駆動するモータ駆動システムにおいて、前
記直流電源2からDC/DCコンバータ6を介して前記
回転数制御装置とは異なる外部機器7に制御用電源を供
給するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータ制御
されるモータ駆動システムに係り、特に、バックアップ
電源装置が不要なモータ駆動システムに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】繊維機械等の機械において回転系を駆動
するために、交流電源にスイッチングレギュレータを接
続し、そのスイッチングレギュレータによる直流電源を
モータ駆動用の回転数制御装置に制御指令を与えるコン
ピュータに使用したモータ駆動システムが使用される。
交流電源に瞬時停電又は停電による電源断が発生する
と、コンピュータが停止し、回転数制御装置が制御を失
い、回転系が慣性により暫く回転することになる。瞬時
停電の後に電源が復帰しても制御が復帰できないなどの
不具合が発生することがある。また、複数の異なる回転
系が関連動作する機械では、回転系の慣性の相違により
電源断後の回転量が異なり、そのために不具合が発生す
ることがある。そこで、コンピュータ制御されるモータ
駆動システムには瞬時停電補償又は停電補償が必要とな
る。
【0003】なお、一般に、瞬時停電とは1/2〜1サ
イクル(10〜20ms)の電源断と定義され、それ以
上時間の長いものは停電とされるが、繊維機械では0.
5〜1sの電源断に対する補償が要求されるので、以
下、このような比較的時間の長い電源断をも瞬時停電と
呼び、それよりも時間が長くなると停電と呼ぶことにす
る。
【0004】従来のモータ駆動システムにおける瞬時停
電補償は、交流電源側に無停電電源及びスイッチングレ
ギュレータを付加するか、直流電源側にバッテリを付加
しておき、瞬時停電中のコンピュータ及びモータの電源
バックアップを行うようにしている。このバックアップ
期間中に、コンピュータは、停電を判定して回転系を制
御して減速させたり、複数の回転系を同期減速させたり
する処理を行う。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来のモータ駆動シス
テムでは、瞬時停電補償又は停電補償のために無停電電
源やバッテリ等のバックアップ電源装置を備える必要が
ある。しかし、頻度が高いとはいえない瞬時停電や停電
を補償するために、バックアップ電源を備えるのはコス
ト高の要因となる。
【0006】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、バックアップ電源装置が不要なモータ駆動システム
を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、交流電源を直流電源に変換し、その直流電
源を用いて回転数制御装置によりモータを駆動するモー
タ駆動システムにおいて、前記直流電源からDC/DC
コンバータを介して前記回転数制御装置とは異なる外部
機器に制御用電源を供給するようにしたものである。
【0008】前記交流電源が断したことを検出する電源
断検出手段を備え、電源断が検出されたときに前記モー
タを減速制御することにより前記直流電源に対して電力
を回生させるようにしてもよい。
【0009】前記直流電源を供給する共通の直流電源バ
スに複数の回転数制御装置が接続され、前記外部機器
は、複数の回転数制御装置に通信バスを介して接続さ
れ、これら回転数制御装置からモータの状態を常時取り
込んでモニタする中央制御装置であってもよい。
【0010】前記外部機器は、モータの運転中において
前記回転数制御装置に常時運転信号を送出する運転信号
送出装置であってもよい。
【0011】前記外部機器は、モータの検出回転数を常
時取り込んで速度指令値を演算し、前記回転数制御装置
に常時速度指令信号を送出する速度指令信号送出装置で
あってもよい。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第一の実施形態を
添付図面に基づいて詳述する。
【0013】ここでは、本発明のモータ駆動システム
は、ダブルツイスタ等の多重撚糸機に適用される。ダブ
ルツイスタは、複数の錘を有し、各錘において糸を巻き
取りながら、スピンドルの回転によりその糸道中で糸に
撚りを与えるものである。糸に撚りを与えるスピンドル
は錘毎のブラシレスモータで回転駆動される。また、糸
を巻き取る巻取ドラムは複数錘共通のインダクションモ
ータで回転駆動される。インダクションモータで駆動さ
れる巻取ドラムの回転系は、比較的小さい慣性を有し、
ブラシレスモータで駆動されるスピンドルの回転系は、
回転速度が大きく、比較的大きい慣性を有するものであ
る。
【0014】図1に示されるように、ダブルツイスタに
おけるモータ駆動システムは、三相交流電源1をモータ
電力用の高電圧直流電源2に変換するAC/DCコンバ
ータ3と、その高電圧直流電源2を分配するDC電源バ
ス4と、そのDC電源バス4からの高電圧直流電源2を
電子回路用の低電圧直流電源5に変換するDC/DCコ
ンバータ6と、電子回路で構成される中央制御装置7
と、DC電源バス4に接続された巻取用の回転数制御装
置8と、DC電源バス4に接続された各錘用の回転数制
御装置9(9−1,9−2,…,9−N)とからなる。
モータ駆動制御装置を構成する各回転数制御装置8,9
は、DC電源バス4上の直流電源を適宜な周波数のモー
タ駆動信号に変換することにより所望の回転速度でモー
タを駆動することができる。10は後述する通信バス1
4を介して各回転数制御装置に送信するパラメータの設
定等を行うための操作部である。巻取用の回転数制御装
置8には複数錘の巻取ドラムに回転軸を連結したインダ
クションモータ11が接続され、各錘用の回転数制御装
置9−1,9−2,…,9−Nには、それぞれのスピン
ドルを連結したブラシレスモータ12(12−1,12
−2,…,12−N)が接続されている。このブラシレ
スモータ12は、回転子のセンサを備えており、このセ
ンサを利用して回転速度を検出したり制御したりするこ
とができる。各錘用の回転数制御装置9には、運転中に
任意に駆動・停止するために、手動操作用のスイッチS
W13(13−1,13−2,…,13−N)が設けら
れている。また、中央制御装置7と回転数制御装置8,
9とは通信バス14及び制御バス15で互いに接続され
ている。制御バス15は、中央制御装置7から各回転数
制御装置8,9に動作開始・停止の指令を一斉に伝える
ものである。通信バス14は、初期設定時において中央
制御装置7から各回転数制御装置8,9に回転速度、加
速時間等のパラメータを伝送し、各回転数制御装置8,
9から中央制御装置7に常時回転速度、モータ電流値等
の状態値を伝送するものである。
【0015】AC/DCコンバータ3には、交流電源1
が所定の電圧に低下したとき電源断と判定する電源断検
出手段が内蔵されており、その電源断検出信号を伝える
電源断検出信号線16が中央制御装置7及び各回転数制
御装置8,9に接続されている。回転数制御装置8,9
は、電源断検出信号を受信したとき予め設定した減速度
でモータを減速制御するようになっている。
【0016】図2に回転数制御装置の内部構成を示す。
回転数制御装置は、三相ブラシレスモータ21を駆動制
御するもので、直流電源入力端a,b間に設けられた安
定化用のコンデンサ22と、モータ21の各相コイルを
個別に高電位又は低電位に導いて電流を印加するトラン
ジスタ23と、各トランジスタ23に並列して逆方向に
設けられたフライホイールダイオード24と、モータ2
1の電流値を検出する電流センサCT25と、永久磁石
であるモータの回転子の位置を検出するホールセンサ2
6と、回転数制御装置全体を制御するCPU27と、諸
設定値を記憶する不揮発性メモリE2 PROM28とか
らなる。CPU27は、ホールセンサ26、電流センサ
25のデータを取り込む入力ポートと、各トランジスタ
23へのスイッチング信号を出力する出力ポートと、電
源断検出信号線、通信バス及び制御バスに接続される通
信ポートとを有する。なお、このCPU27やメモリ2
8等によりトランジスタ23のスイッチングを行うため
の制御回路が構成され、この制御回路にも図示しないD
C/DCコンバータを介してDC電源バス4から制御電
圧が供給される。
【0017】図1のモータ駆動システムの動作を図3に
より説明する。
【0018】交流電源1が正常に動作しているとき、A
C/DCコンバータ3の働きによりDC電源バス4には
正しく高電圧直流電源2が供給される。DC/DCコン
バータ6の働きにより中央制御装置7には正しく電子回
路用の低電圧直流電源5が供給される(図3;正常動作
31)。このとき、巻取用の回転数制御装置8は、所定
の回転速度でインダクションモータ11を回転させ、回
転軸に連結された複数錘の巻取ドラムを回転させる。一
方、各錘用の回転数制御装置9−1,9−2,…,9−
Nは、それぞれ必要な回転速度でブラシレスモータ12
−1,12−2,…,12−Nを回転させ、それぞれの
錘のスピンドルを回転させる。これにより各錘において
糸を巻き取りながら、その糸道中で糸に撚りを与えるこ
とができる。
【0019】また、交流電源1が正常に動作している間
に、中央制御装置7は、各回転数制御装置8,9に対
し、通信バス14を介して電源断時のインダクションモ
ータ11、ブラシレスモータ12の減速度を通知し、各
回転数制御装置8,9は、この通知を受けて減速制御の
割合を設定する。
【0020】交流電源1が断するか又は所定の電圧に低
下したとき(図3;電源断32)、電源断検出手段は、
直ちに電源断検出信号16を出力する。各錘用の回転数
制御装置9は、電源断検出信号16を受けると直ちに前
記設定した割合で減速制御を開始する。これによりブラ
シレスモータ12は減速される。このときの減速度(図
3;33)は、回転数制御装置が無制御のときの慣性回
転による減速度よりも大きく、従って、スピンドルの回
転系は制動されることになる。この制動のエネルギはブ
ラシレスモータ12を発電機として電気エネルギに変換
され、フライホイールダイオードを介して高電圧直流電
源に回生される。
【0021】図3に示されるように、高電圧直流電源
は、交流電源の電圧低下にもかかわらず、スピンドルの
回転系から回生電力を得て電圧が維持される。スピンド
ルの回転系は、比較的慣性が大きく、しかも、例えば2
万回転もの高速回転をしており、さらに台数が多いの
で、十分な回生電力を取り出すことができる。これに伴
い、高電圧直流電源の供給を受けているDC/DCコン
バータ6においても、電子回路用の低電圧直流電源の電
圧が維持される。従って、中央制御装置7はモータ状態
のモニタ等の動作を続けることができる。
【0022】一方、巻取用のインダクションモータ11
は、巻取ドラムの回転系の慣性が比較的小さいため、も
し回転数制御装置が無制御になると急速に回転速度が低
下する。このため、巻取ドラムが巻き取らない状態の糸
に対しスピンドルが過剰に撚りを加えるという事態にな
り、糸切れが発生する。しかし、前記のように高電圧直
流電源も低電圧直流電源も維持されているので、巻取用
の回転数制御装置8は、電源断検出信号を受けると直ち
に前記設定した割合で減速制御を開始する。これにより
インダクションモータ11は減速制御される。このとき
の減速度(図3;34)は、前述の慣性による速度低下
よりも緩やかにすることが可能であり、ここではスピン
ドルにおける撚り速度と巻取ドラムにおける糸速度とが
整合するように同期設定されている。その後、スピンド
ルの回転系が停止に至った後しばらくして高電圧直流電
源も停止するが、その間にスピンドルの回転系と巻取ド
ラムの回転系とが同期して減速するので、糸が過剰に撚
られるという事態が回避され、糸切れが防止される。
【0023】例えば、1s経過しても電源電圧が復帰し
ない場合、完全な停電としてシステムは停止するが、1
s以内に復帰すると、再度正常なモータ駆動が再開され
る。本実施形態では、中央制御装置7の制御用電源をD
C/DCコンバータ6を介してDC電源バス4から供給
するので、瞬停期間中も上記したモータの状態値モニタ
が連続して行える。
【0024】本発明の構成により、瞬停が発生した場合
でも、回転数制御装置だけでなく、回転数制御装置から
モータの状態信号(回転速度信号等)を常時取り込んで
モニタする装置や、回転数制御装置を正常に動作させる
ための必須の運転信号や速度指令信号を常時送出する装
置である外部機器の制御用電源を、バックアップ電源を
使用することなく確保することができる。なお、回転数
制御装置とは、少なくとも、直流を交流にするインバー
タ部及びそのインバータ部のスイッチング素子のスイッ
チングを行うための制御回路を含むものである。
【0025】また、電源断が検出されたときにモータを
減速制御することにより直流電源に対して電力を回生さ
せる構成としたので、AC/DCコンバータを大型化す
ることなく、0.5〜1sの瞬停補償が行える。
【0026】次に、本発明の第2の実施形態を添付図面
に基づいて詳述する。
【0027】ここでは、本発明のモータ駆動システム
は、ゴデットローラ付き紡糸巻取システムに適用され
る。このシステムは、複数の錘を有し、各錘において糸
を巻き取りながら、その糸道中でゴデットローラにより
糸を延伸するものである。ゴデットローラは、糸を巻き
付けて送り出す複数のローラの回転数比により糸に所定
の張力を印加するものである。なお、ゴデットローラに
ヒータを内蔵し、巻き付けた糸を加熱する場合もある。
【0028】図4に示されるように、ゴデットローラ付
き紡糸巻取システムにおけるモータ駆動システムは、ゴ
デットローラを制御するGR制御盤40とワインダ制御
盤50とにそれぞれ設けられている。GR制御盤40に
は、三相交流電源60を入力として第一ローラ用及び第
二ローラ用のモータ45,46を駆動制御する回転数制
御装置41,42と、運転信号線61を介して各回転数
制御装置41,42に常時運転信号を送出するシーケン
サPLC(運転信号送出装置)43と、回転数制御装置
42内のAC/DC変換部42aから取り出した直流電
源を電子回路用の直流電源に変換するDC/DCコンバ
ータ44とが設けられている。回転数制御装置41内に
はAC/DC変換部41aが設けられている。
【0029】ワインダ制御盤50には、三相交流電源6
0を入力として4つのモータを個別に駆動制御する回転
数制御装置51と、アラーム処理やワインダの動作制御
等を行うシーケンサPLC52と、速度指令信号線63
を介して常時回転数制御装置51に速度指令信号を送出
する速度制御装置(速度指令信号送出装置)53と、回
転数制御装置内のAC/DC変換部51aから取り出し
た高圧直流電源をシーケンサPLC52及び速度制御装
置53の電子回路用の直流電源に変換するDC/DCコ
ンバータ54とが設けられている。4つのモータは、ト
ラバースモータ55、タッチローラ駆動用モータ56、
スピンドルモータ57,58からなる。各モータには、
回転数センサ59が設けられており、回転数センサ59
の信号は速度制御装置53に入力されている。
【0030】PLC43とPLC52とは、アラーム信
号/駆動停止信号線62により相互に接続されている。
【0031】このモータ駆動システムの通常時の動作を
説明する。三相交流電源60からの電圧は、各回転数制
御装置41,42,51に供給される。各回転数制御装
置41,42,51は全てAC/DC変換部41a,4
2a,51aを内蔵しており、そのAC/DC変換によ
る高圧直流電源をさらに制御用の低圧直流電源に変換す
るDC/DCコンバータを内蔵している。その制御用低
圧直流電源により内部の制御回路(スイッチングのため
のもの)を駆動する。速度制御装置53は、各モータに
設けた回転数センサ59からの信号により、各モータの
回転速度を検出し、これら回転速度を予め設定された目
標値と比較して速度指令値を演算する。そして、その速
度指令信号を速度指令信号線63を介して常時、回転数
制御装置51に送出する。なお、図4の例では、各回転
数制御装置41,42,51は全てAC/DC変換部4
1a,42a,51aを内蔵しているが、図1の例のよ
うに、1つのAC/DC変換部の直流バスに各回転数制
御装置41,42,51を全て接続するようにしてもよ
い。
【0032】一方、各回転数制御装置41,42,51
は、それぞれ電源断検出手段を内蔵しており、常時、電
源断を監視している。なお、1箇所で電源断を検出し、
電源断検出信号を各回転数制御装置41,42,51に
伝送するようにしてもよい。電源断が検出されたときの
動作を次に説明する。
【0033】このモータ駆動システムは、瞬時停電のと
きには巻き取り動作を止めずに続行し、停電のときには
動作を止めるようになっている。まず、瞬時停電の場
合、交流電源が断するか又は所定の電圧に低下したと
き、各回転数制御装置41,42,51に内蔵された電
源断検出手段がそれを検出して、各モータを予め設定さ
れた通常より低い回転速度まで減速し、運転を続ける。
交流電源が例えば1秒以内に復帰すると、通常の回転速
度に戻して運転を続ける。復帰しない場合、そのままシ
ステム全体が停止する。このように、電源断を検出した
ときに、各モータを減速させて直流電源に電力を回生す
るようにしたので、AC/DC変換部を大型化すること
なく0.5〜1sの停電補償が行える。GR制御盤40
及びワインダ制御盤50の制御により各モータが同期し
て減速されるので、瞬時停電中も糸に印加する張力が適
正に維持される。また、各モータが減速されることによ
り、回転数制御装置内のAC/DC変換部42a,51
aにはエネルギが回生される。このためシーケンサ4
3,52は十分な電力を得て動作を続けることができ
る。
【0034】本実施形態では、瞬停が発生しても速度制
御装置53での速度指令値の演算及び回転数制御装置5
1への速度指令信号の送出を連続して行うことができ
る。また、シーケンサ52で行うアラーム処理やワイン
ダの動作制御も連続して行うことができる。
【0035】
【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。
【0036】(1)バックアップ電源装置を使用するこ
となく瞬時停電補償又は停電補償を行うことができる。
【0037】(2)繊維機械では、電源断後の回転系の
減速制御ができるようになるので、糸切れを防止するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の一実施形態を示すダブルツイス
タに適用されるモータ駆動システムの回路図である。
【図2】図1の回転数制御装置の内部構成図である。
【図3】図1の各部の動作を示す時間波形図である。
【図4】本発明の第2の一実施形態を示すゴデットロー
ラ付き紡糸巻取システムに適用されるモータ駆動システ
ムの回路図である。
【符号の説明】
1 交流電源 2、5 直流電源 3 AC/DCコンバータ 4 DC電源バス 6 DC/DCコンバータ 8 巻取用回転数制御装置 9 各錘用回転数制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H530 AA01 AA03 AA25 BB31 CC26 CD21 CD23 CD33 CD36 CE15 CE16 DD03 DD04 DD13 DD15 DD19 DD23 EE05 5H572 AA14 CC01 CC05 DD03 DD09 FF03 GG01 GG02 GG04 HA08 HB07 HB15 JJ03 JJ17 JJ18 KK05 LL01 LL22 LL32 MM09 MM13

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電源を直流電源に変換し、その直流
    電源を用いて回転数制御装置によりモータを駆動するモ
    ータ駆動システムにおいて、前記直流電源からDC/D
    Cコンバータを介して前記回転数制御装置とは異なる外
    部機器に制御用電源を供給するようにしたことを特徴と
    するモータ駆動システム。
  2. 【請求項2】 前記交流電源が断したことを検出する電
    源断検出手段を備え、電源断が検出されたときに前記モ
    ータを減速制御することにより前記直流電源に対して電
    力を回生させるようにしたことを特徴とする請求項1記
    載のモータ駆動システム。
  3. 【請求項3】 前記直流電源を供給する共通の直流電源
    バスに複数の回転数制御装置が接続され、前記外部機器
    は、複数の回転数制御装置に通信バスを介して接続さ
    れ、これら回転数制御装置からモータの状態を常時取り
    込んでモニタする中央制御装置であることを特徴とする
    請求項1記載のモータ駆動システム。
  4. 【請求項4】 前記外部機器は、モータの運転中におい
    て前記回転数制御装置に常時運転信号を送出する運転信
    号送出装置であることを特徴とする請求項1記載のモー
    タ駆動システム。
  5. 【請求項5】 前記外部機器は、モータの検出回転数を
    常時取り込んで速度指令値を演算し、前記回転数制御装
    置に常時速度指令信号を送出する速度指令信号送出装置
    であることを特徴とする請求項1記載のモータ駆動シス
    テム。
JP10245568A 1998-08-31 1998-08-31 モータ駆動システム Pending JP2000078870A (ja)

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EP99110250A EP0985753A1 (en) 1998-08-31 1999-05-27 Motor driving system
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