JP2009194979A - コモンモードノイズを軽減するモーターシステム - Google Patents

Abstract

【課題】コモンモードノイズを軽減するモーターシステムを提供する。
【解決手段】モーターシステム用電源は、ＡＣ電力１０、第１の変圧器ユニット１２、第２の変圧器ユニット１４、第１の変圧器ユニット１２に電気的に接続されたＩＧＢＴ駆動電源１６、及び第２の変圧器ユニット１４に電気的に接続された制御電源１８で構成しており、駆動電源１６と制御電源１８は異なる変圧器を用いてコモンモードノイズの混入を防止している。第１の変圧器ユニット１２及び第２の変圧器ユニット１４には、第１の変圧器ユニット１２及び第２の変圧器ユニット１４で電圧比を変更した後にＤＣレベル電圧を提供するための整流器を含んでいる。
【選択図】図３

Description

本発明は、モーターシステムに係り、特にコモンモードノイズを軽減するモーターシステムに係る。

図１は、モーター駆動システムの電源の概略を示したものである。AC電力は変圧器ユニット４２により変換され、これは、ＤＣ電源４４への電力供給を行うため、整流器とＤＣ−ＤＣコンバータも含む。ＤＣ電源４４はＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）駆動部と制御部に電力を供給する。

図２は、駆動部及び制御部とを備えた先行技術のモーターシステムを示したもので、これはＤＣ電源４４からのＤＣ電力４４Ａにより電力供給される。変圧器ユニット４２により供給されるＤＣ電力４４Ａは、マイクロコントローラ５０、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）５２、及びインターフェースユニット５４から構成される制御部に印加される。さらに、ＤＣ電源４４Ａは、フォトカプラスイッチ５６と電源ユニット５８にも印加される（この２つの素子は駆動部に属する）。フォトカプラスイッチ５６は、電源ユニット５８にあるゲートスイッチ（図示せず）をオン、オフするよう、マイクロコントローラ５０により制御される。さらに、安全停止信号６４が、モーター６０への電力を遮断するため、リレースイッチ６２を制御する。

だが、図１ならびに図２に示す回路には以下の欠点がある。モーターシステムでは、電源ユニット５８と制御部（これには、破線で囲まれたマイクロコントローラ５０、ＡＳＩＣ５２、及びインターフェースユニット５４が含まれる）への電力供給を１つの変圧器で行う。制御部は純粋な帰還信号（ノイズに影響されない信号）を得ることができない。言い換えれば、２つの電源（駆動電源及び制御電源）が同じ変圧器を共有しており、制御電源は駆動電源からのノイズにより汚染され、これは変圧器を通じて混入する。コモンモードノイズは変圧器の巻線を通じて制御ユニットに混入し、そのノイズが制御機能に影響を与えることになる。

さらに、Ｕ，Ｖ，Ｗの相電力を出力するリレースイッチ６２はかさばり、頻繁な保守を必要とする。安全停止信号６４は、モーター６０への電力をオフにするためには、リレースイッチ６２を制御する必要がある。この回路は複雑で、安全性に対する懸念がある。

本発明の目的の１つは、コモンモードノイズを削減し、安全停止機能を強化したモーターシステムを提供することである。

そのため、本発明は、コモンモードノイズを軽減するモーターシステムを提供し、これには、AC電力、AC電力に電気的に接続され、第１のＤＣ電力を供給する第１の変圧器ユニット、及びAC電力に電気的に接続され、第２のＤＣ電力を供給する第２の変圧器ユニットが含まれる。第１のＤＣ電力はモーターシステムのモーター駆動部に供給され、第２のＤＣ電力はモーターシステムのモーター制御部に供給される。そのため、モーター駆動部用の変圧器の巻線によるコモンモードノイズが、モーター制御部用の変圧器の巻線に混入するのを防止することができる。さらに、電力用のＰＷＭ ＩＣを弱めるための安全停止信号が、フォトカプラあるいはリレーを通じて印加される。そのため、第１の変圧器ユニットは、モーターシステムの安全停止機能を強化するため、モーターシステムのモーター駆動部への電流の供給を停止する。

図３は、本発明によるコモンモードノイズを軽減するモーターシステム用の電源のブロック図を示したものである。このモーターシステム用電源は、AC電力１０、第１の変圧器ユニット１２、第２の変圧器ユニット１４、第１の変圧器ユニット１２に電気的に接続されたＩＧＢＴ駆動電源１６、及び第２の変圧器ユニット１４に電気的に接続された制御電源１８を含む。上記の構成部品が本発明によるモーターシステム用の電源を構成しており、駆動電源１６と制御電源１８は異なる変圧器を用いてコモンモードノイズの混入を防止している。第１の変圧器ユニット１２及び第２の変圧器ユニット１４には、第１の変圧器ユニット１２及び第２の変圧器ユニット１４で電圧比を変更した後にＤＣレベル電圧を提供するための整流器（図示せず）も含まれている。

図４は、本発明によるコモンモードノイズを軽減するモーターシステムのブロック図を示したものである。第２の変圧器ユニット１４は、制御電源１８を通じて、モーターシステムの制御部に第２のＤＣ電力１８Ａを提供する（この制御部には、破線で囲まれたマイクロコントローラ２０、ＡＳＩＣ２２、及びインターフェースユニット２４が含まれる）。第１の変圧器ユニット１２は、駆動電源１６を通じて、電源ユニット２８、フォトカプラスイッチ２６、及びゲート駆動ユニット３２に第１のＤＣ電力１６Ａを提供する。

図４に示す回路では、モーターシステムの制御部には第２の変圧器ユニット１４から供給される第２のＤＣ電力１８Ａが印加されるのに対して、モーターシステムの駆動部には第１の変圧器ユニット１２から供給される第１のＤＣ電力１６Ａが印加される。そのため、駆動部のコモンモードノイズが変圧器の巻線を通じて制御部に混入するのを防止することができる。２台の変圧器という仕組みを備えたモーターシステムは、制御部用の純粋な電源を備えているため、制御部の制御能力が強化される。

本発明の図５Ａおよび図４については、フォトカプラ３２２を通じてＰＷＭ ＩＣ ３２０を制御するには安全停止信号３４を使用しており、ＰＷＭ ＩＣ ３２０は第１のＤＣ電力１６Ａを生成するための回路内に配置されている。さらに特定的に述べるならば、安全停止信号３４は、ＰＷＭ ＩＣ ３２０内で発振信号入力ポート３２０Ａを接地することで、ゲート駆動ユニット３２への電力の供給を停止する。電源ユニット２８内の６ブリッジのＩＧＢＴを完全に遮断することができるため、モーターシステムを安全にオフにすることができる。

本発明の図５Ｂおよび図４については、リレー３２４を通じてＰＷＭ ＩＣ ３２０を制御するには安全停止信号３４を使用しており、ＰＷＭ ＩＣ ３２０は第１のＤＣ電力１６Ａを生成するための回路内に配置されている。さらに特定的に述べるならば、安全停止信号３４は、ＰＷＭ ＩＣ ３２０内で発振信号入力ポート３２０Ａを接地することで、ゲート駆動ユニット３２への電力の供給を停止する。電源ユニット２８内の６ブリッジのＩＧＢＴを完全に遮断することができるため、モーターシステムを安全にオフにすることができる。

本発明のモーターシステムは、以下の利点を備えている：
１．クリーンな電流帰還信号
２．クリーンなエンコーダ用位置信号
３．低ノイズの通信
４．より安価で安全性の高い安全停止機能

本発明ではその好ましい実施例について記述しているが、本発明はそれらの詳細には制限されないことが了解されるはずである。前述の説明では様々な代用品及び改良品を提案しており、本技術分野において通常の熟練を積んだ当業者はこれ以外の代用品や改良品を考案することもあるであろう。そのため、こうした代用品及び改良品は全て、添付の請求項に規定されるような本発明の範囲に包含されるよう意図されている。

新規性があると考えられる本発明の特徴については、添付の請求項で詳細に記述する。ただし、本発明自体は、以下の本発明に関する詳細な説明を参照することにより最もよく理解されるであろう。この説明では、添付の図面に併せて、本発明のいくつかの実施例の説明を提示する：
モーター駆動システムの電源の仕組みを示す。 図１に示した電源の仕組みにより電力供給される駆動部及び制御部を備えた先行技術のモーターシステムを示す。 本発明によるコモンモードノイズを軽減するモーターシステム用の電源のブロック図を示す。 本発明によるコモンモードノイズを軽減するモーターシステムのブロック図を示す。 本発明による安全停止機能を実施するための回路図を示す。 本発明による安全停止機能を実施するための別の回路図を示す。

Claims (9)

1. コモンモードノイズを軽減するモーターシステムであって、前記モーターシステムが、AC電力を受けるとともに、
   前記AC電力に電気的に接続されており、第１のＤＣ電力を提供する第１の変圧器ユニットと、
   前記AC電力に電気的に接続されており、第２のＤＣ電力を提供する第２の変圧器ユニットと、
   作動用の前記第２のＤＣ電力を受ける制御部と、
   前記制御部に電気的に接続されており、作動用の前記第１のＤＣ電力を受けるフォトカプラスイッチと、
   前記フォトカプラスイッチに電気的に接続されており、作動用の前記第１のＤＣ電力を受けるゲート駆動ユニットと、
   前記ゲート駆動ユニットに電気的に接続されており、作動用の前記第１のＤＣ電力を受ける電源ユニットと、
   前記電源ユニットに電気的に接続されているモーターとを含むものであるコモンモードノイズを軽減するモーターシステム。
2. ゲート駆動ユニットが安全停止信号により停止するよう構成されている、請求項１のモーターシステム。
3. 制御部がマイクロコントローラと、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）と、インターフェースユニットとを含む、請求項１のモーターシステム。
4. 前記第１の変圧器ユニットがＰＷＭ ＩＣを含み、安全停止信号がＰＷＭ ＩＣの発振信号入力ポートを接地している、請求項１のモーターシステム。
5. 発振信号入力ポートに電気的に接続されており、発振信号入力ポートを接地するための安全停止信号を受けるフォトカプラをさらに含む、請求項４のモーターシステム。
6. 発振信号入力ポートに電気的に接続されており、発振信号入力ポートを接地するための安全停止信号を受けるリレーをさらに含む、請求項４のモーターシステム。
7. 発振信号入力ポートが接地されるとゲート駆動ユニットがオフになる、請求項５のモーターシステム。
8. 発振信号入力ポートが接地されるとゲート駆動ユニットがオフになる、請求項６のモーターシステム。
9. 電源ユニットが６ブリッジのＩＧＢＴを含む、請求項１のモーターシステム。

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