JP2007295647A - インバータの同期運転方式 - Google Patents

Abstract

【課題】誘導機構成または同期機構成の多重巻線モータさらにはタンデム運転する複数のモータの各巻線に複数のＰＷＭインバータから駆動電流を供給して可変速駆動するシステムにおいて、インバータ間の同期運転を確実、容易にする。
【解決手段】マスターインバータ１００は、エンコーダＥＮＣ１から速度検出信号を取り込み、速度制御と電流制御およびＰＷＭ制御を行うと共に、これらの制御信号を全スレーブインバータ２００ａ〜２００ｃに一括してシリアル送信する。スレーブインバータは、受信したＰＷＭ同期基準信号に同期して発振周波数を制御するＰＬＬ制御回路２０２を有して自分のＰＷＭ制御を行うと共に、このＰＷＭ制御に同期したタイミングで速度信号および電流制御信号に応じた速度制御および電流制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、誘導機構成または同期機構成の多重巻線モータさらにはタンデム運転される複数台モータの各巻線に複数のＰＷＭインバータから駆動電流を供給し、モータを可変速駆動するシステムに係り、特にインバータの同期運転方式に関する。

大容量の機械負荷をモータ駆動する方式として、負荷に見合った大型モータおよび大容量インバータを開発製作する方式、または大型モータを複数台インバータの並列運転で駆動する方式があるが、これら方式に代えて、図９に例を示すように、タンデム運転方式、多重巻線モータ方式、さらに両方式を組み合わせた方式とするものがある。

図９の（ａ）はタンデム運転方式を示し、比較的小型になる２台のモータＭ１、Ｍ２の機械軸を直結（例えばギアやベルトで結合）し、各モータをそれぞれ小容量インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２で駆動する。図９の（ｂ）は多重巻線モータ方式を示し、４巻線をもつ大型モータＭ３の場合には各巻線に４台の小容量インバータＩＮＶ１〜ＩＮＶ４から駆動電流を供給する。図９の（ｃ）はタンデム運転と多重巻線モータの組み合わせ方式を示し、２台の二重巻線モータＭ４、Ｍ５の機械軸を直結し、各巻線に４台のインバータＩＮＶ１〜ＩＮＶ４から駆動電流を供給する例である。

図９の各駆動方式において、各インバータは、それぞれＰＷＭ（パルス幅変調）制御方式やベクトル制御方式が適用されるが、各巻線に対して電流（トルク）を均等に、かつ周波数（モータ速度）を一致させた並列運転制御が要求される。

この並列運転制御方式としては、複数台のモータをそれぞれ駆動する複数台のインバータに、シリアル通信を利用して電圧指令を分配する方式が提案されている。これは、図１０にＶ／Ｆ制御の場合で示すように、上位コントローラ３０から各インバータ２０ａ〜２０ｃに電圧指令をシリアル通信で伝送し、多数台のモータを同一電圧・同一周波数で駆動しようとするものである。

図１１は、図１０の方式を個別の電流制御に拡張した例であり、上位コントローラ３０に電流制御部を追加し、電圧をシリアル伝送するとともに電流検出も逆方向にシリアル伝送を行っている。さらに、この例ではＰＷＭキャリアの同期方式に、ノイズの影響が少なくなるようにＰＬＬ（フェーズ・ロックド・ループ）制御を適用している。この制御方法のポイントは、ＰＷＭ同期基準信号を他のインバータに転送し、ＰＷＭキャリア信号と電圧指令の更新タイミングを全て同期させる点にある。こうすると、全てのインバータから同一電流を出力することができる。
特開２００２−３４５２５２

図１０や図１１の例は、電圧や電流制御のみを多数台のインバータで実現する方法を示しており、多重巻線モータ方式やタンデム運転方式およびその組み合わせ方式への適用については明確に開示されていない。

これら方式への適用には、エンコーダ信号の処理が必要となり、この処理方法が開示されていない。例えば、誘導機のベクトル制御では電流指令だけでなく、位相指令や周波数指令を共通化する必要がある。また、同期機の場合には、出力電流の界磁極からの相対位相も正確に制御する必要がある。多重巻線モータ方式の場合には、位相や速度情報を共有することは重要な課題である。

本発明の目的は、誘導機構成または同期機構成の多重巻線モータ、タンデム運転する複数のモータ、またはタンデム運転する多重巻線モータの各巻線を、個別のＰＷＭインバータで可変速駆動するシステムにおいて、インバータ間の同期運転を確実、容易にしたインバータの同期運転方式を提供することにある。

前記の課題を解決する本発明は、以下の構成を特徴とする。

（１）誘導機構成の多重巻線モータ、タンデム運転する複数のモータ、またはタンデム運転する多重巻線モータの巻線毎に複数のＰＷＭインバータからそれぞれ駆動電流を供給し、モータを可変速駆動するシステムにおいて、
前記各ＰＷＭインバータのうち、モータの回転子軸に結合したエンコーダから速度検出信号を取り込むＰＷＭインバータをマスターインバータとし、他のＰＷＭインバータをスレーブインバータとし、
前記マスターインバータは、与えられる速度指令と速度検出信号に応じた速度制御と電流制御およびＰＷＭ制御を行うと共に、これら制御における速度信号または位相信号と電流制御信号およびＰＷＭ同期基準信号を全スレーブインバータに一括してシリアル送信する手段を設け、
前記スレーブインバータは、マスターインバータから受信した前記ＰＷＭ同期基準信号に同期して発振周波数を制御するＰＬＬ制御回路を有して自分のＰＷＭ制御を行うと共に、このＰＷＭ制御に同期したタイミングで前記速度信号または位相信号および電流制御信号に応じた位相制御および電流制御を行う手段を設けたことを特徴とする。

（２）同期機構成の多重巻線モータ、タンデム運転する複数のモータ、またはタンデム運転する多重巻線モータの巻線毎に複数のＰＷＭインバータからそれぞれ駆動電流を供給し、モータを可変速駆動するシステムにおいて、
前記モータ毎に回転子軸の位相を検出するエンコーダを結合し、前記各ＰＷＭインバータのうち、１つのエンコーダから位相検出信号を取り込むＰＷＭインバータをマスターインバータとし、他のＰＷＭインバータをスレーブインバータとし、
前記マスターインバータは、与えられる速度指令とエンコーダによる位相検出信号から求めた速度検出信号に応じた速度制御と電流制御およびＰＷＭ制御を行うと共に、これら制御における電流制御信号およびＰＷＭ同期基準信号を全スレーブインバータに一括してシリアル送信し、さらにマスターインバータと同一のモータの巻線に接続するスレーブインバータには前記位相検出信号を送信する手段を設け、
前記スレーブインバータのうち、前記マスターインバータが接続されるモータとは異なるモータに結合したローカルのエンコーダから位相検出信号を得る位相検出機能付きスレーブインバータは、マスターインバータから受信した前記ＰＷＭ同期基準信号に同期して発振周波数を制御するＰＬＬ制御回路を有して自分のＰＷＭ制御を行うと共に、このＰＷＭ制御に同期したタイミングで前記ローカルのエンコーダから得る位相検出信号に応じた位相制御とマスタースレーブから受信した前記電流制御信号に応じた電流制御を行うと共に、同一モータに接続されるスレーブインバータに前記位相検出信号をシリアル送信する手段を設け、
前記位相検出機能付きスレーブインバータから位相検出信号を受信するスレーブインバータは、前記マスターインバータから受信した前記ＰＷＭ同期基準信号に同期して発振周波数を制御するＰＬＬ制御回路を有して自分のＰＷＭ制御を行うと共に、このＰＷＭ制御に同期したタイミングで前記位相検出機能付きスレーブインバータから受信する前記位相検出信号に応じた位相制御および前記マスターインバータから受信する電流制御信号に応じた電流制御を行う手段を設けたことを特徴とする。

（３）前記マスターインバータから全スレーブインバータへの信号伝送は、１本のシリアル伝送路の縦続接続でインバータ間を渡り接続した伝送路とし、伝送の送受信回路にＰＷＭ同期基準信号に応じて伝送情報を時分割で切り換え、マスターインバータから電流制御信号を送信するときはそのまま次段にデータを転送し、位相検出信号を送信する期間では、モータのエンコーダ位相を検出するインバータが自分の検出位相を送信するようにエンコーダ接続の有無により機能を切り換える手段を備えたことを特徴とする。

（４）前記位相検出信号のシリアル伝送は、エンコーダからの位相検出信号を直接に他のスレーブインバータに転送して共有し、該位相検出信号の送信要求モードと受信モードのタイミングを前記ＰＷＭ同期基準信号により同期制御する手段を備えたことを特徴とする。

以上のとおり、本発明によれば、誘導機構成または同期機構成の多重巻線モータ、タンデム運転する複数のモータ、またはタンデム運転する多重巻線モータの各巻線を、個別のＰＷＭインバータで可変速駆動するシステムにおいて、インバータ間の同期運転を確実、容易にする効果がある。

請求項１の構成によれば、誘導電動機の巻線多重、モータタンデム運転の制御において、１台のエンコーダで全インバータの速度または位相制御すると共に、ＰＷＭ同期基準信号をマスターインバータからスレーブインバータ対して伝送し、全インバータがこのＰＷＭ同期基準信号を基準として、制御信号の転送や電流制御演算およびＰＷＭパターンの発生を同時に実行することができ、モータ多重とタンデム運転の組み合わせが自由に設定できるようになる。

また、全インバータはマスターに相当する機能を搭載したものを製作しておき、設定により機能をマスターインバータとスレーブインバータに切り換えるようにすることにより、１種類のインバータを製造するだけで済む。そのため、上位の専用制御回路が不要であり、故障時の対応用の予備品としてマスターインバータとスレーブインバータの２種類のインバータを持つ必要性も無い。

請求項２によれば、同期機においても、位相検出信号の転送専用のシリアル通信回路を追加することにより、スレーブインバータが１個のエンコーダの位相検出信号を共有できるようになる。

請求項３によれば、一本の縦続接続されたシリアル伝送回路上で、複数のデータを時分割で伝送することにより、伝送路の本数が減少でき、配線作業と時間が短縮、材料費の削減、故障率の低減が可能になる。

なお、ディジタル回路追加が欠点として上げられるが、近年ではＡＳＩＣやＦＰＧＡといった大規模ディジタル回路を利用できるようになったため、大きな問題とはならない。

請求項４によれば、エンコーダの送信データを、複数のインバータが同時に受信できるようになり、１台のインバータが位相検出信号を受信してシリアル通信により伝送を行うことによる伝送に要する時間が長くなりムダ時間となって、制御応答性能が低下するという不都合も解消できる。

また、各インバータがエンコーダの位相検出信号を直接受信できるようにしたため、位相検出信号の伝送遅れによる影響を軽減できる。

（実施形態１）
本実施形態は、誘導機構成の多重巻線モータ＋タンデム運転方式による可変速駆動システムに適用するものである。

図１は、２台の多重巻線モータをタンデム運転し、これら巻線に駆動電流を供給する４台のインバータをベクトル制御する装置のブロック図である。ここでは、２巻線多重モータと２台モータのタンデム運転の組み合わせ例を示しているが、この組み合わせは適宜設計変更できる。

以下、本実施形態における全体構成、マスターインバータの構成およびスレーブインバータの構成を詳細に説明する。

（１Ａ）全体構成
・１台のマスターインバータ１００と３台のスレーブインバータ２００ａ〜２００ｃで構成する。

・速度検出は、マスターインバータ１００とスレーブインバータ２００ａで駆動するモータＭ１に結合したエンコーダＥＮＣ１のエンコーダ信号を取り込んで速度検出信号ω_r1を得る。

・マスターインバータ１００は、電流指令・位相指令をスレーブインバータ２００ａ〜２００ｃにシリアル伝送し、また、ＰＷＭ同期基準信号Ｓｙｎｃ１も送信する。スレーブインバータ２００ａ〜２００ｃはこの同期基準信号Ｓｙｎｃ１を受信し、マスターインバータ１００と同期して電流制御やＰＷＭ変調を行う。

・モータＭ１、Ｍ２は、２巻線多重モータとし、これら２台をタンデム運転する。

図１では、２台のモータの機械軸をタイミングベルトで結合するように示している。また、負荷軸は図中では省略している。

（１Ｂ）マスターインバータの構成
・エンコーダ速度検出部１０１：エンコーダＥＮＣ１の位相検出信号θ１より、モータの速度ω_r1を検出する。

・速度指令：外部より速度指令ω_r＊が入力される。

・電流指令演算部（速度制御）１０２：速度指令ω_r＊と検出速度ω_r1より、トルク指令Ｔｒｑ＊を出力する。

・ベクトル制御演算部１０３：誘導機の二次磁束一定制御と呼ばれるベクトル制御を適用し、回転座標上の２軸成分の電流指令ｉｄｑｌ＊と、すべり周波数指令ω_s1を出力する。

・電流制御部（ＡＣＲ）１０４：電流指令ｉｄｑ１＊と検出電流ｉｄｑ１より電圧指令ｖｄｑ１＊を出力する。

・出力周波数用加算器１０５：速度検出ω_r1とすべり周波数ω_s1を加算して、出力周波数指令ω₁を作成する。

・座標変換部１０６：固定座標上の３相成分を３相／２相変換・回転座標変換し、回転座標上の２軸成分に変換する。図１では「ｅｘｐ（ｊθ）」で示す。

・座標変換部１０７：回転座標上の２軸成分の電流指令を、固定座標上の３相電流成分に回転座標・２相／３相変換する。ｅｘｐ（ｊθ）の逆変換に相当し、図１では「ｅｘｐ（−ｊθ）」で示す。

・積分器１０８：出力周波数ω₁を積分し、磁束軸（ｄ軸）の回転位相θ₁＊を出力する。

・ＰＷＭキャリア発生器１０９：ＰＷＭキャリア信号に相当する三角波状の信号Ｃｒｙ１と、三角波のＵＰ／ＤＯＷＮを示す方形波状の同期基準信号Ｓｙｎｃ１を出力する。

・ＰＷＭパターン発生回路１１０：ＰＷＭキャりア信号Ｃｒｙ１と３相電圧指令よりＰＷＭ変調を行う。

・インバータ主回路１１１：図中ではＩＧＢＴとダイオードで示している。通常、６アームによる３相ブリッジ構成にされる。

・電流検出器１１２：インバータ主回路１１１の出力電流を検出する。

・モータＭ１：ここでは、２巻線多重の例を示している。

・エンコーダＥＮＣ１：モータの回転位相検出信号θ１を検出する。

・シリアル送信回路１１３：電流指令ｉｄｑ１＊と位相指令θ₁＊をスレーブインバータ２００ａ〜２００ｃにシリアル伝送する。また、ＰＷＭキャリア発生器１０９からスレーブインバータ２００ａ〜２００ｃにＰＷＭ同期基準信号Ｓｙｎｃ１も送信する。

（１Ｃ）スレーブインバータ（２００ｂに代表して示す）の構成
・シリアル受信回路２０１：マスターインバータ１００から電流指令と位相指令のシリアル伝送信号を受信する。

・ＰＬＬ発振回路２０２：マスターインバータからのＰＷＭ同期基準信号Ｓｙｎｃ１と自ユニットのＰＷＭキャリア同期基準信号Ｓｙｎｃ３の位相を比較し、位相差が零になる位相同期を得て、ＰＷＭキャリア発生回路２０３に発振周波数を出力する。

これら以外はマスターインバータと同様であるが、位相指令θ₁＊と電流指令ｉｄｑ１＊はマスターインバータからの情報を利用している。また、シリアル受信回路２０１やＡＣＲ制御部２０４はＳｙｎｃ３の同期基準信号により動作開始タイミングを制御することにより、マスターインバータと同期して演算することが可能である。

以上の構成により、誘導電動機の巻線多重、モータタンデム運転の制御において、１台のエンコーダＥＮＣ１で全てのインバータを制御することができる。

また、ＰＷＭ同期基準信号をマスターインバータ１００からスレーブインバータ２００ａ〜２００ｃに伝送し、全インバータがこのＰＷＭ同期基準信号を基準として、指令データの転送や電流制御演算およびＰＷＭパターンの発生を同時に実行することができ、同じトルクを発生できる。さらに、モータ多重とタンデム運転の組み合わせが自由に設定できるようになる。

また、全てのインバータはマスターに相当する機能を搭載したものを製作しておき、設定により機能をマスターインバータとスレーブインバータに切り換えるようにすることにより、１種類のインバータを製造するだけでよい。そのため、上位の専用制御回路が不要であり、故障時の対応用の予備品としてマスターインバータとスレーブインバータの２種類のインバータを持つ必要性も無い。

（実施形態２）
本実施形態は、同期機構成の多重巻線モータ＋タンデム運転方式による可変速駆動システムに適用するものであり、モータの回転子位置（位相）情報を専用伝送路でシリアル伝送するものである。

図１の場合は誘導電動機の場合であった。誘導機の場合は、、モータ個別の位置情報は不要で速度が同一であればよく、同一位相を利用することができた。しかし、永久磁石を界磁源とする同期電動機の場合には、個別のモータの界磁極に対応した異なった位相指令が必要になる。タンデム運転するモータの界磁軸は、全てが同じ位相になるとは限らないため、個別のモータの位相を検出する必要がある。

そうしないと、正確なトルクを発生させることができない。通常、界磁極のうちＮ極をｄ軸とよび、それに直交した軸をｑ軸と呼び、この２軸成分として電流ベクトルを正確に制御している。

位置検出用のエンコーダは、様々な種類が存在する。原点検出信号を有するパルスエンコーダや絶対位置を出力するアブソリュートエンコーダ、レゾルバなどがあるが、本実施形態ではシリアル通信で位相検出信号を伝送するエンコーダの例で示している。

図２はこのエンコーダ情報を同じモータの巻線に駆動電流を供給するインバータが共有できるように、同一のモータの巻線に接続されるインバータ間のローカルな専用シリアル伝送路を構成する例である。

以下、実施形態１に対して共通部分については説明を省略し、違いのある部分のみ説明する。

（２Ａ）全体構成
エンコーダＥＮＣ１、ＥＮＣ２は、各モータＭ１、Ｍ２の位置情報を検出し、これらをマスターインバータ１００およびスレーブインバータ２００ｂに入力し、これら情報は当該インバータのエンコーダ位置検出器１１４，２０６で位相θ１，θ３として検出される。

この位置検出を担当するインバータ１００、２００ｂは、検出した位相検出信号を同一モータに接続される他のインバータ２００ａ、２００ｃにシリアル送信回路１１６、２０７によってシリアル伝送する。

電流指令ｉｄｑ１＊は、マスターインバータから他の全ユニットに対して同じ情報を一斉に伝達すればよいが、エンコーダ信号は個別のモータ群内での伝送であり、電流指令と別に伝送路を構成する。このエンコーダ信号は、インバータ２００ａ、２００ｃではシリアル受信回路２０８によって位相検出信号θ１、θ３として取り込む。

なお、シリアル伝送路を共通化して時分割で伝送する方法もあるが、伝送時間が長くなり制御性能が低下するため、専用のシリアル伝送路を構成する。

（２Ｂ）マスターインバータの構成
誘導機の場合と異なり、ベクトル制御の演算部が異なっている。すべり周波数は不要になり、ベクトル制御演算部１０３は電流指令ｉｄｑ１＊のみ出力する。

（２Ｃ）スレーブインバータの構成
スレーブインバータはエンコーダ検出の有無により２種類に分類する。モータに対して１台のインバータ２００ｂは位相検出機能付きスレーブインバータとし、位相検出信号をシリアル送信回路２０７によってシリアル信号として送信する。

スレーブインバータのうち位相検出機能の無いインバータ２００ａ、２００ｃは、位相検出信号をシリアル受信回路２０８でシリアル通信で受信して制御に使用する。

これら以外の制御は実施形態１の誘導機制御とほぼ同じである。ただし、速度を位相に変換する積分器１０８は不要なので削除されている。

同期機の制御構成の特徴は、各モータ軸にエンコーダが搭載されていることである。ｄｑ軸の回転座標上の電圧指令を３相交流信号に変換する回転・２相／３相座標変換回路、および、電流検出に適用する逆変換回路の基準位相にこのエンコーダの検出位相を使用している。また、すべり演算や加算器は不要になる。

このように、本実施形態では、巻線多重のインバータ間にローカルな位相検出信号の伝送路と位相検出信号の転送専用のシリアル通信回路を追加したことにより、同期機の制御においても、巻線多重モータの駆動用インバータが１個のエンコーダの位相検出信号を共有できる。

（実施形態３）
本実施形態は、同期機構成の巻線２多重モータの２台タンデム運転方式で、インバータをベクトル制御する場合である。

実施形態２では、位相検出信号を伝送するために、インバータ毎に専用のシリアル伝送路を設けている。本実施形態では、この位相検出信号伝送を電流指令の伝送路と共通化して、伝送路の本数を削減するものである。

１本のシリアル伝送路を時分割して電流指令ｉｄｑ１＊と多数台モータ分の位相検出信号を伝送する方式は、モータ台数が増えると位相検出信号のデータ量が増加して、時分割するパケットデータが増加する問題点がある。そのため、電流指令ｉｄｑ１＊と全モータの位相検出信号を伝送するために必要な時間が増加して電流制御時間が長くなり、応答制御性能が低下することになる。

そこで、本実施形態では、図３のような構成を提案する。この方式のポイントは、次の点にある。

（３Ａ）伝送路は縦続接続でインバータ間を渡り接続する。また、接続順序はマスターインバータ１００から同一モータのスレーブインバータ２００ａを先に接続し、その次に他のモータのうちスレーブインバータの位相を検出するインバータ２００ｂを先に接続したのち位相を受信する他のスレーブインバータ２００ｃの順とする。

これら電流指令ｉｄｑ１＊と位相検出信号θ１の伝送には、マスターインバータ１００ではシリアル送信回路１１７が実行し、スレーブインバータ２００ａ、２００ｂ、２００ｃではシリアル受信／送信回路２０９が実行する。

（３Ｂ）シリアル受信／送信回路２０９は、インバータ２００ｂと２００ｃでは、図４（ａ）、（ｂ）のような送信回路と受信回路の構成をとり、それ以外の構成は、実施形態２と同じ構成となっている。

図４（ａ）は、シリアル伝送路に自分の位相検出信号θを送信する機能を示し、以下の構成とする。

シリアルデータ受信部２１０：前段から電流指令とエンコーダ信号（位相検出信号）をシリアル受信する。

受信信号の波形整形回路２１１：受信したシリアルデータの波形整形を行う。シリアル伝送路は多段縦続接続で伝送するため、各段の波形歪みが蓄積されて後段になるほど波形歪みが大きくなる。これを防止するために、受信部に波形整形回路を適用して、次段には歪みの無い信号を伝送する。

タイミング制御回路２１２：受信データは電流指令と位相指令専用の受信レジスタ２１３，２１４に格納される。ただし、エンコーダから位置情報を得るスレーブインバータ２００ｂでは受信データのうち位相検出信号θ１は制御には使用せず、自分の検出値位相θ３を使用する。

データバッファ２１５とシフトレジスタ２１６：データバッファ２１５は自分が検出した位相検出信号θ３を書き込み、シフトレジスタ２１６はそのデータをシリアル伝送に変換する。

タイミング制御部２１２は、ＰＷＭ同期基準信号を基準とした、セレクタ切り換えと受信データのバッファ格納制御およびシフトレジスタの動作タイミングを制御する。

セレクタスイッチ２１７とシリアルデータ送信部２１８：セレクタスイッチ２１７は電流データのときは２１１側を、位相データのときは２１６側となるように伝送出力の信号を選択し、シリアルデータ送信部２１８はこれらをシリアル伝送路に載せる。

図４（ｂ）は、シリアル伝送路から送られてくる位相検出信号を受信する機能を示し、以下の構成とする。

シリアルデータ受信部２２０、波形整形回路２２１、タイミング制御回路２２２、受信レジスタ２２３、２２４、データバッファ２２５、シフトレジスタ２２６、セレクタスイッチ２２７、シリアルデータ送信部２２８による構成は図４（ａ）と同等の構成にされるが、受信データはタイミング制御回路２２２により電流制御信号と位相制御信号のバッファに格納され、セレクタスイッチ２２７は常に２１１の受信データ側に固定され、受信データをそのまま次段に転送する。

モータＭ２に接続されスレーブインバータ２００ｂとスレーブインバータ２００ｃのシリアル伝送の例を図５に示す。シリアル伝送路より、スレーブインバータ２００ｂにシリアル信号が入力される。Ｓｙｎｃ３のＰＷＭ同期基準信号により、スレーブインバータ２００ｂはＳＥＬ３とセレクタスイッチにより出力信号を切り換える。電流制御信号を伝送する期間は前段からの受信データｉｄｑ１＊を出力し、位相検出信号を受信している期間は、前段の位相検出信号θ１を遮断して、代わりに自分の検出位相検出信号θ３を送信する。これは、ちょうど実施形態２の位相検出信号伝送用シリアル通信路の区切りに相当している。

スレーブインバータ２００ｃでは、スレーブインバータ２００ｂの位相検出信号θ３を受信するだけでよいため、ＳＥＬ４は受信データのみに固定しておく。こうすると、受信した位相検出信号θ３を他の巻線多重用インバータに転送することができる。

このように、ＰＷＭ同期基準信号が同時に動作することを利用して位相検出信号を時分割で転送し、さらに、全数に指令を一括指令する一斉送信機能と、同一モータ間のみにのみ伝送するローカル通信を時分割で実行することがこの方式の特徴である。

したがって、本実施形態では、一本の縦続接続されたシリアル伝送回路上で、複数のデータを時分割で伝送して実施形態２の機能を実現できる。しかも、時分割の数は、電流指令と位相指令の２パケットだけでよく、モータ台数が増加しても伝送時間は一定でよく、伝送時間の増加を防止することができる。これにより、伝送路の本数が減少でき、配線作業と時間が短縮、材料費の削減、故障率の低減が可能になる。

なお、ディジタル回路の追加を必要とするが、近年ではＡＳＩＣやＦＰＧＡといった大規模ディジタル回路を利用できるようになったため、大きな問題とはならない。

（実施形態４）
本実施形態は、エンコーダ信号をスレーブインバータにシリアル伝送するのに代えて、直接に他のスレーブインバータに転送して共有するものである。

前記の実施形態１等では代表のマスターインバータ１００が位相検出し、シリアルデータで他のインバータに伝送する。この場合、伝送時間がムダ時間になり制御性能が低下する。

エンコーダの検出信号を、直接各インバータが受信する構成とするには、ＲＳ４８５などの通信規格のものを使用すれば多数台が共通信号を受信できるため、簡単に実現出来る。

しかし、エンコーダの中には、インバータ側から送信要求信号をエンコーダに送信しないと、データを出力しないエンコーダもある。また、このエンコーダの伝送路は、送信側と受信側の伝送路が個別に設定されている全二重方式であれば問題ないが、１本の伝送路上で送信と受信を時分割で行う半二重方式の場合には、複数のインバータが１台のエンコーダに対して送信要求を出力すると、データが衝突する異常が発生する。

そこで、本実施形態では、このような半二重方式でかつ送信要求を必要とするエンコーダのデータを、複数台のインバータが同時に受信できる方式を提案する。

全体構成は、図６のような構成とし、マスターインバータ１００およびスレーブインバータ２００ａ、２００ｂ、２００ｃにはエンコーダ信号を直接分配するエンコーダ信号分配回路１１８、２１０を設ける。エンコーダ信号の送信／受信回路の詳細は図７に示し、その動作タイムチャート例を図８に示す。

図６に示す構成では、マスターインバータ、スレーブインバータにかかわらず、全てのインバータにエンコーダの送信と受信回路を搭載する。そして、実施形態２の位相伝送路の送信担当インバータ１００、２００ｂと受信インバータ２００ａ、２００ｃにより、エンコーダの受信回路の機能を切り換える。各モータに接続されるインバータのうち１台のみが、エンコーダに直接接続され、送信要求信号の出力を担当する。また、エンコーダからの受信データを受信する。

図７、図８において、送信中はＯＥ１＝ＯＥ１’＝「１」として、インバータからの送信データＴＸＤ１を有効にする。送信要求完了後は、ＯＥ１＝ＯＥ１’＝「０」として送信を停止し、受信専用として動作させる。

ここで、受信データについてもＯＥ１により、Ｄｅｎｃの線路上のデータから送信要求を遮断して、エンコーダＥＮＣ１の受信データのみを受信回路ＲＸＤ１に入力するようにする。

さらに、このエコーダＥＮＣ１が出力する受信データのみが選択された信号を、ｓｂ１から他のスレーブインバータの参照用に出力する。

スレーブインバータのうち、送信要求出力を担当しないインバータは、この受信側のインバータは送信許可信号ＯＥ２’を「０」に固定して、受信専用に設定しておく。

そして、上記の送信要求担当インバータが受信しかつ送信要求を取り除いたデータＲＸＤ１をｓｂ１から送信するので、これをｓａ２で受信する。これにより、不要な送信要求データを削除しなくてもよく、受信のみ動作すればよい。

このような構成とすることにより、１個のエンコーダに対して複数のインバータが位相検出信号を共有することが可能になる。

本実施形態によれば、各インバータがエンコーダの位相検出信号を直接受信できるようにしたため、シリアル通信により伝送を行う他の実施形態に比べて、位相検出信号の伝送遅れによる影響を軽減できる。

本発明の実施形態１を示すインバータの同期運転方式を示す回路図。 本発明の実施形態２を示すインバータの同期運転方式を示す回路図。 本発明の実施形態３を示すインバータの同期運転方式を示す回路図。 電流制御信号とエンコーダ信号を同一伝送路上で時分割に通信する回路例。 電流制御信号とエンコーダ信号を同一伝送路上で時分割に通信するタイムチャート。 本発明の実施形態４を示すインバータの同期運転方式を示す回路図。 エンコーダ信号を直接他のインバータに伝送する回路例。 エンコーダ信号を直接他のインバータに伝送するタイムチャート。 タンデム運転、モータ巻線多重運転およびそれらの組み合わせ駆動方式。 従来のシリアル通信を利用した電圧指令の分配方式。 従来のシリアル通信を利用した電流指令の分配方式。

符号の説明

１００ マスターインバータ
２００ａ〜２００ｃ スレーブインバータ
１０１ エンコーダ速度検出部
１０２ 電流指令演算部
１０３ ベクトル制御演算部
１０４、２０４ 電流制御部
１０９、２０３ ＰＷＭキャリア発生部
１１３、１１６、２０７ シリアル送信回路
１１４、２０６ エンコーダ位置検出回路
２０１、２０８ シリアル受信回路
２０２ ＰＬＬ発振回路
２０９ シリアル受信／送信回路
１１８、２１０ エンコーダ信号分配回路
Ｍ１、Ｍ２ モータ
ＥＮＣ１、ＥＮＣ２ エンコーダ

Claims (4)

1. 誘導機構成の多重巻線モータ、タンデム運転する複数のモータ、またはタンデム運転する多重巻線モータの巻線毎に複数のＰＷＭインバータからそれぞれ駆動電流を供給し、モータを可変速駆動するシステムにおいて、
   前記各ＰＷＭインバータのうち、モータの回転子軸に結合したエンコーダから速度検出信号を取り込むＰＷＭインバータをマスターインバータとし、他のＰＷＭインバータをスレーブインバータとし、
   前記マスターインバータは、与えられる速度指令と速度検出信号に応じた速度制御と電流制御およびＰＷＭ制御を行うと共に、これら制御における速度信号または位相信号と電流制御信号およびＰＷＭ同期基準信号を全スレーブインバータに一括してシリアル送信する手段を設け、
   前記スレーブインバータは、マスターインバータから受信した前記ＰＷＭ同期基準信号に同期して発振周波数を制御するＰＬＬ制御回路を有して自分のＰＷＭ制御を行うと共に、このＰＷＭ制御に同期したタイミングで前記速度信号または位相信号および電流制御信号に応じた位相制御および電流制御を行う手段を設けたことを特徴とするインバータの同期運転方式。
2. 同期機構成の多重巻線モータ、タンデム運転する複数のモータ、またはタンデム運転する多重巻線モータの巻線毎に複数のＰＷＭインバータからそれぞれ駆動電流を供給し、モータを可変速駆動するシステムにおいて、
   前記モータ毎に回転子軸の位相を検出するエンコーダを結合し、前記各ＰＷＭインバータのうち、１つのエンコーダから位相検出信号を取り込むＰＷＭインバータをマスターインバータとし、他のＰＷＭインバータをスレーブインバータとし、
   前記マスターインバータは、与えられる速度指令とエンコーダによる位相検出信号から求めた速度検出信号に応じた速度制御と電流制御およびＰＷＭ制御を行うと共に、これら制御における電流制御信号およびＰＷＭ同期基準信号を全スレーブインバータに一括してシリアル送信し、さらにマスターインバータと同一のモータの巻線に接続するスレーブインバータには前記位相検出信号を送信する手段を設け、
   前記スレーブインバータのうち、前記マスターインバータが接続されるモータとは異なるモータに結合したローカルのエンコーダから位相検出信号を得る位相検出機能付きスレーブインバータは、マスターインバータから受信した前記ＰＷＭ同期基準信号に同期して発振周波数を制御するＰＬＬ制御回路を有して自分のＰＷＭ制御を行うと共に、このＰＷＭ制御に同期したタイミングで前記ローカルのエンコーダから得る位相検出信号に応じた位相制御とマスタースレーブから受信した前記電流制御信号に応じた電流制御を行うと共に、同一モータに接続されるスレーブインバータに前記位相検出信号をシリアル送信する手段を設け、
   前記位相検出機能付きスレーブインバータから位相検出信号を受信するスレーブインバータは、前記マスターインバータから受信した前記ＰＷＭ同期基準信号に同期して発振周波数を制御するＰＬＬ制御回路を有して自分のＰＷＭ制御を行うと共に、このＰＷＭ制御に同期したタイミングで前記位相検出機能付きスレーブインバータから受信する前記位相検出信号に応じた位相制御および前記マスターインバータから受信する電流制御信号に応じた電流制御を行う手段を設けたことを特徴とするインバータの同期運転方式。
3. 前記マスターインバータから全スレーブインバータへの信号伝送は、１本のシリアル伝送路の縦続接続でインバータ間を渡り接続した伝送路とし、伝送の送受信回路にＰＷＭ同期基準信号に応じて伝送情報を時分割で切り換え、マスターインバータから電流制御信号を送信するときはそのまま次段にデータを転送し、位相検出信号を送信する期間では、モータのエンコーダ位相を検出するインバータが自分の検出位相を送信するようにエンコーダ接続の有無により機能を切り換える手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載のインバータの同期運転方式。
4. 前記位相検出信号のシリアル伝送は、エンコーダからの位相検出信号を直接に他のスレーブインバータに転送して共有し、該位相検出信号の送信要求モードと受信モードのタイミングを前記ＰＷＭ同期基準信号により同期制御する手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載のインバータの同期運転方式。
   

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