JP2010528579A

JP2010528579A - 少なくとも２つの電気機械の選択運転のための回路装置

Info

Publication number: JP2010528579A
Application number: JP2010509804A
Authority: JP
Inventors: ザイトナー、ハンス
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-05-30
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2010-08-19
Also published as: DE102008008046A1; WO2008145647A1; US8324843B2; US20100181834A1

Abstract

【課題】必要な構成要素の個数を最小限に低減しながらも両電気機械の運転のための電圧保護モジュールの機能を保証したままである構成要素の有利な接続構成を提供する。
【解決手段】本発明は、各々複数の相線路を介して給電される少なくとも２つの電気機械（１、２）の選択運転のための回路装置（１０１）に関する。この回路装置は、中間回路電圧の制限のための電圧保護モジュール（５）と、相線路の切換によって電気機械の１つを選択するためのスイッチ装置（４）と、スイッチ装置と電圧保護モジュールとの間の複数の相線路の各々における第１インダクタンス（８）とを含み、１つ又は複数の第１のインダクタンス（８）に並列に、その都度第２のインダクタンス（９’）が、選択される電気機械に依存して投入可能である。
【選択図】図２

Description

本発明は、コンバータ出力部において異なったインダクタンス需要を有する少なくとも２つの電気機械の選択運転のための回路装置に関する。

工作機械工業、特に加工センターにおいては、出力部における対応する駆動装置により少なくとも２つのスピンドルを運転する必要性が益々増大している。この場合、例えば荒削り加工および細部加工／仕上削り工程のために、各々電気機械によって駆動される、異なったスピンドルが使用される。スピンドルの交換は一般に工具ロボットを介して行なわれる。この場合、同期電動機により駆動される２つのスピンドルが低コストにて出力部において運転されるべきである。

電気機械は、しばしば同期電動機として構成されている。所定の出力を持つ電気機械を弱め界磁領域において運転する必要性に基づき、直列リアクトル（直列インダクタンス）としてのインダクタンスが必要であり、これは各電気機械のインダクタンスに適合していなければならない。従って、両運転時のためのインダクタンスと電気機械との低コストの接続構成が望まれる。

電気機械の最大回転数時における出力部／駆動制御部の故障（パルスオフ）時に、電気機械は発電機の如く動作する。この場合、数ｋＶに達する発電機電圧（起電力ＥＭＦ）が発生し、これが制御回路内の他の構成要素の損傷又は破壊を招くことがある。電圧保護モジュールＶＰＭ（Voltage Protection Module）が、この電圧を、例えば最大８３０Ｖに制限する。この制限は、該当時に３つの相線路が短絡されることで行なわれる。付設されたインダクタンスを含めた電気機械の制御のための回路は、電圧喪失時にも発電機電圧の確実な制限が保証されているように選ばれていなければならない。

本発明の課題は、必要な構成要素の個数を最小限に低減しつつ、両電気機械の運転のための電圧保護モジュールの機能を保証し得る、上述の構成要素の有利な接続構成を提供することにある。

この課題は、本発明によれば、請求項１の回路装置と、請求項５の駆動システムおよび請求項６の方法によって解決される。

本発明の他の有利な実施形態を従属請求項に示す。

１つの観点によれば、各々多数の相線路を介して給電される少なくとも２つの電気機械の選択運転のための回路装置が、
中間回路電圧の制限のための電圧保護モジュールと、
相線路の切換によって電気機械の１つを選択するためのスイッチ装置と、
スイッチ装置と電圧保護モジュールとの間の多数の相線路の各々における第１インダクタンスとを含み、
１つ又は多数の第１のインダクタンスに並列に、各々第２のインダクタンスが、選択される電気機械に依存して投入可能である。

この回路装置は、出力部において２つの電気機械を運転するために必要な構成要素の個数を低減することを可能にする利点を持つ。

更に、電圧保護モジュールが、相線路を中間回路電圧に応じて短絡するように構成され得る。

１つの実施形態では、第２のインダクタンスが接触器によりスイッチ信号によって投入可能であり、スイッチ信号がスイッチ装置の制御のために設けられる。

他の観点に従い、上記回路装置と多数の電気機械を備えた駆動システムが設けられる。

この場合、第１のインダクタンスが、電気機械の内の第１の電気機械が弱め界磁領域動作にて運転可能であるように設計され、第２のインダクタンスが、電気機械の内の第２の電気機械が相線路の少なくとも１つにおいて第１および第２のインダクタンスが並列接続された状態で弱め界磁領域動作にて運転可能であるように設計され、第１の電気機械の選択時に第２のインダクタンスが投入されず、第２の電気機械の選択時に第２のインダクタンスが投入されるとよい。

更に別の観点によれば、各々多数の相線路を介して給電される少なくとも２つの電気機械の選択運転のための方法において、中間回路電圧の制限のための電圧保護モジュールが設けられ、電気機械の１つがスイッチ装置による相線路の切換によって選択され、スイッチ装置と電圧保護モジュールとの間の多数の相線路の各々に配置されている１つ又は多数の第１のインダクタンスに並列に、各々第２のインダクタンスが、選択される電気機械に応じて投入される。

図１は２つの選択可能な電動機を有する駆動システムの概略図である。図２は本発明の実施形態による２つの選択可能な電動機を有する駆動システムの概略図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態を添付図面に基づいて更に詳細に説明する。

図１は、出力部３における２つの電動機１、２の運転のための基本回路１００を概略的に示す。電動機１、２の１つが選択スイッチ４によって選択される。出力部３は、電圧保護モジュール（VPM：Voltage Protection Module）５を介して、第１の切換スイッチ６および第２の切換スイッチ７により電動機１、２に接続されている。切換スイッチは接触器として構成されている。第１の切換スイッチ６と第２の切換スイッチ７との間に、相線路毎に第１のインダクタンス８と第２のインダクタンス９が存在する。切換スイッチ６、７は、第１のインダクタンス８又は第２のインダクタンス９の何れかが、電圧保護モジュール５とその都度の電動機１、２との間の相線路内に接続されるように構成されている。

電圧保護モジュール５は安全モジュールであり、電力変換装置の中間回路において８３０Ｖよりも高い電圧が生じることがないように保護する。従って、電圧保護モジュールＶＰＭは、まず第１にコンバータ保護に寄与し、更にスピンドルが定められた時間内に制動されるように機能する。これは３つの相線路の短絡によって達成される。

図１に示す回路は、更に次の特徴を有する。即ち、電動機が、例えばスピンドルモータに相当し、かつ同期技術にて構成され、即ち回転子内に永久磁石が存在し、これが電動機の励磁を発生する。

所定の出力を有する電動機を弱め界磁領域において運転する必要性に基づき、直列接続されるインダクタンスが必要であり、各インダクタンスは各電動機１、２のインダクタンスに適合化されねばならない。

例えば電動機の最大回転数時における出力部／駆動装置制御部の故障（パルスオフ）のような最悪の事態において、電動機が発電機の如く動作する。この際２ｋＶに及ぶ起電力ＥＭＦが発生する。電圧保護モジュール５は、この電圧を、３つの相線路（電力線路）を短絡することによって、最大８３０Ｖに制限する。

構成要素（接触器、ＶＰＭ）の回路と装置は、電圧喪失時にも相線路におけるＥＭＦの確実な制限が保証されるように選定せねばならない。

以下、使用される構成要素の接続構成に対する要求について説明する。

異なるパラメータを有する２つの電動機（スピンドル）が、出力部３において異なるインダクタンス（直列リアクトル）８、９により界磁弱め領域で運転される。この場合、常に１つだけの電動機１、２が運転状態にある。

コスト上の理由から、できるだけ唯一の電圧保護モジュールを使用すべきである。

両電動機を界磁弱め領域で確実に運転可能とすべく、相線路毎に２つのインダクタンスが必要である。

切換スイッチ６、７とインダクタンス８、９との相応の配線が電動機１、２への接続を作り出さねばならない。

特に、電圧喪失時にＥＭＦを８３０Ｖに制限すべく、電圧保護モジュール５が電動機（スピンドル）１、２に接続されたままとなることを保証すべきである。これは図１の上記提案では満たされない。何故なら、接触器として構成された切換スイッチ６、７が故障時にドロップアウトするからである。更に、高い電圧ピークが接触器の接触子を損傷させる。従って、故障時のＥＭＦの制限と、該当電動機１、２の確実な制動が保証され得ない。

図２は本発明の実施形態を示す。同じ参照符号は同じ機能又は対比可能な機能の構成要素に対応する。

相互に接続すべき構成要素の回路装置１０１は、出力部３の故障の最悪の事態が電動機１の運転時にも電動機２の運転時にも確実に制圧され、従って不安全状態が全く生じ得ないように選ばれている。

図２の実施形態の場合、電圧保護モジュール５が出力部３に３つの相線路を介して接続されている。電圧保護モジュール５は複数の電動機１、２を有する電動機装置の１つの電動機に３つの相線路を介して接続されている。電動機装置は共通な出力部３を介して制御される電動機１、２を含み、該電動機は出力部３において個別にのみ運転可能である。更に、電動機装置は切換スイッチ４を有し、切換スイッチ４は設定に従ってその都度の電動機１、２を選択して、電圧保護モジュールの相線路に接続する。

電圧保護モジュール５と切換スイッチ４との間の相線路中に、各１つの第１のインダクタンス８が挿入接続されている。

各第１のインダクタンス８に並列に、第２のインダクタンス９’が各々スイッチ１０を介して接続可能である。スイッチ１０は、切換スイッチ４のスイッチングに応じて開閉され、好ましくは同一の信号で制御される。

最悪の事態は、例えば電動機１、２の１つが最大回転数にて動作し、正にこの時点で、出力部３内にあるコンバータが系統電圧喪失又はパルスオフによる他の故障に基づいて不動作状態に陥った場合に発生し得る。

インダクタンス８、９’は、電動機を所定の出力において界磁弱め領域で運転するために必要である。適切なインダクタンス８、９’は、それにより運転すべき電動機１、２の出力、行なわれる界磁弱め運転および電動機の到達可能な最大回転数に依存する。

図２の回路装置の利点は、要求（最悪な事態でのＥＭＦの制限）が確実に保証されるよう構成要素の相互接続が選ばれていることにある。これは、電圧保護モジュール５、第１のインダクタンス８および選択されている電動機１、２間の、常に一貫した分離されない接続により達成される。これは、特に、例えば電圧喪失に伴い、例えば接触器として構成されるスイッチ１０がスイッチング状態を変えた場合にも保証される。

更に、この回路は、電圧保護モジュール５とインダクタンス８、９’の間に付加的な接触器が必要なく、このため構成要素の総数を低減できる利点を有する。

スイッチ１０は電動機２の使用時にのみ通電状態に閉成される。これにより投入されたリアクトル９’を介して電動機２のために必要な総インダクタンスが作り出され、各相線路における総インダクタンスとして、インダクタンス８とインダクタンス９’との並列回路のインダクタンスがもたらされる。

ここで上述の最悪の事態が生じた際、電動機電流は、常にインダクタンス８を経て電圧保護モジュールを介して流れ、従って電動機２のＥＭＦを確実に制限できる。

相線路の個数として、上述の実施形態では３個と仮定しているが、相線路の個数はこれより多くても少なくてもよい。更に、２つだけの電動機の代わりに、個別に選択可能な任意の個数の電動機が設けられてもよい。選択された電動機に応じて、第２のインダクタンスが接続されないか、又はその都度の電動機に付設された第２のインダクタンス９’が第１のインダクタンス８に並列に接続されるかの何れかである。

１、２電動機、３出力部、４選択スイッチ、５電圧保護モジュール、６第１の切換スイッチ、７第２の切換スイッチ、８第１のインダクタンス、９、９’ ２のインダクタンス、１０スイッチ、１００基本回路、１０１回路装置

Claims

各々複数の相線路を介して給電される少なくとも２つの電気機械（１、２）の選択運転のための回路装置（１０１）であって、
中間回路電圧の制限のための電圧保護モジュール（５）と、
相線路の切換によって電気機械の１つを選択するためのスイッチ装置（４）と、
スイッチ装置（４）と電圧保護モジュール（５）との間の複数の相線路の各々における第１インダクタンス（８）と、
を含む回路装置（１０１）において、
１つ又は複数の第１のインダクタンス（８）に並列に、各々第２のインダクタンス（９’）が、選択される電気機械（１、２）に応じて投入可能であることを特徴とする回路装置。
電圧保護モジュール（５）が、相線路を中間回路電圧に依存して短絡するように構成されている請求項１記載の回路装置。
第２のインダクタンス（９’）が接触器によってスイッチ信号によって投入可能であり、スイッチ信号がスイッチ装置（４）の制御のために設けられている請求項１又は２記載の回路装置。
請求項１乃至３の１つに記載の回路装置（１０１）と、複数の電気機械（１、２）とを備えた駆動システム。
第１のインダクタンス（８）が、電気機械の内の第１の電気機械（１）が弱め界磁領域動作にて運転可能であるように設計されており、第２のインダクタンス（９’）が、電気機械のうちの第２の電気機械（２）が相線路の少なくとも１つにおいて第１および第２のインダクタンス（８、９’）が並列接続された状態で弱め界磁領域動作にて運転可能であるように設計されており、第１の電気機械（１）の選択時に第２のインダクタンス（９’）が投入されておらず、第２の電気機械（２）の選択時に第２のインダクタンス（９’）が投入されている請求項４記載の駆動システム。
各々複数の相線路を介して給電される少なくとも２つの電気機械（１、２）の選択運転のための方法であって、中間回路電圧の制限のための電圧保護モジュール（５）が設けられており、電気機械（１、２）の１つがスイッチ装置（４）による相線路の切換により選択され、スイッチ装置（４）と電圧保護モジュール（５）の間の複数の相線路の各々に配置されている１つ又は複数の第１のインダクタンス（８）に並列に、その都度第２のインダクタンス（９’）が、選択される電気機械（１、２）に依存して投入される方法。