JP2015527858A

JP2015527858A - モーション及びコントロールシステム

Info

Publication number: JP2015527858A
Application number: JP2015523407A
Authority: JP
Inventors: シヤオファンリアン
Original assignee: Schneider Toshiba Inverter Europe SAS
Current assignee: Schneider Toshiba Inverter Europe SAS
Priority date: 2012-07-31
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2015-09-17
Also published as: WO2014019509A1; CN103580553A; US20150207440A1; EP2863536A1; EP2863536A4

Abstract

モーション及びコントロールシステムであって、交流電を直流電に変換するための整流器（２２０）と、整流器（２２０）により出力された直流電の波形に対して平滑化処理を行うための平滑回路（２３０）と、平滑回路（２３０）とモータとの間に並列接続された主電力ステージ（２４１）及び予備電力ステージ（２４２）と、正常な稼働モードで、主電力ステージ（２４１）を駆動して平滑回路（２３０）からの直流電圧をモータに提供される交流電圧に変換し、主電力ステージ（２４１）が故障したと確定した時、予備電力ステージ（２４２）を駆動して平滑回路（２３０）からの直流電圧をモータに提供される交流電圧に変換するコントローラ（２１０）とを備える。前記システムは、モーション及びコントロール装置に予備電力ステージ（２４２）を備えることによって、システムのコストとサイズを低下させる。

Description

本発明はモータコントロール分野に関する。具体的に、モーション及びコントロールシステムの冗長システムに関する。

工業において、特に高精度加工及び省エネルギーの場合で、一般的に、モーション及びコントロール装置（「変換器」とも呼ばれる）を用いてモータの速度と位置をコントロールする。

図１は通常のモーション及びコントロール装置１００のブロック図である。図１を参照すると、モーション及びコントロール装置１００は、コントローラ１１０、整流器１２０、平滑回路１３０、及びインバータ１４０を備える。

整流器１２０は入力された交流電源を直流電源に変換することに用いられる。平滑回路１３０は直流波形に対して平滑化処理を行うことに用いられる。インバータ１４０は平滑化処理された直流電を交流電に変換してモータに出力することに用いられる。コントローラ１１０はモーション及びコントロール装置１００の各部材の操作をコントロールすることに用いられる。たとえば、コントローラ１１０はパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を発生させて、インバータ１４０が適切な出力電流を発生させるようにコントロールすることに用いられる。

さらに、図に示さないが、モーション及びコントロール装置１００はさらに他のアセンブリ、たとえば、プリチャージ回路、ブレーキユニット、温度検出ユニット、マンマシンインターフェース等を備えてもよく、その機能と構造が当業者に熟知されているため、ここで贅言しない。

図２はモーション及びコントロール装置１００におけるインバータ１４０の回路図である。図２を参照すると、インバータ１４０は、６つの絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）Ｇ１−Ｇ６からなる電力ステージ構造を備え、入力された直流電を三相交流電に変換して三相モータに提供することに用いられる。

重要な装置の信頼性を確保するために、モーション及びコントロール装置に冗長システムを提供する必要がある。従来の冗長システムは２つのみのモーション及びコントロール装置を用いて作成される。すなわち、交流電源とモータとの間に２つのモーション及びコントロール装置を接続し、一方のモーション及びコントロール装置が損害されると、予備装置とする他方の装置が稼動してシステムの状態を確実に確保する。

しかしながら、このような冗長システムには深刻な問題が存在し、キャビネットに２つのモーション及びコントロール装置を取り付けることはシステムのコストとサイズの著しい増加を引き起こす。

本発明は従来のモーション及びコントロールシステムの上記欠陥に対して、コストとサイズを低下させるモーション及びコントロールシステムの冗長システムを提供する。

本発明の一態様に基づいて、モーション及びコントロールシステムを提供し、交流電を直流電に変換するための整流器と、整流器により出力された直流電の波形に対して平滑化処理を行うための平滑回路と、平滑回路とモータとの間に並列接続された主電力ステージ及び予備電力ステージと、正常な稼働モードで、主電力ステージを駆動して平滑回路からの直流電圧をモータに提供される交流電圧に変換し、主電力ステージが故障したと確定した時、予備電力ステージを駆動して平滑回路からの直流電圧をモータに提供される交流電圧に変換するコントローラとを備える。

本発明の実施例に基づいて、前記モーション及びコントロールシステムは、平滑回路と主電力ステージ及び予備電力ステージの入力端との間に接続される入力切替器と、主電力ステージ及び予備電力ステージの出力端とモータとの間に接続される出力切替器とをさらに備え、正常な稼働モードで、入力切替器と出力切替器は主電力ステージに連通し、且つ予備電力ステージと遮断され、主電力ステージが故障したと確定した時、コントローラは入力切替器と出力切替器が予備電力ステージに連通し且つ主電力ステージから遮断するようにコントロールする。

本発明の実施例に基づいて、主電力ステージが故障したと確定した時、コントローラは主電力ステージへの駆動信号の出力を停止し、予備電力ステージが連通した後に予備電力ステージに駆動信号を出力する。

本発明の実施例に基づいて、主電力ステージが故障したと確定した時、コントローラは、まず出力切替器が予備電力ステージの出力端に切り替えるようにコントロールし、次に入力切替器が予備電力ステージの入力端に切り替えるようにコントロールする。
本発明の実施例に基づいて、前記予備電力ステージはプリチャージ回路と電圧クランプ回路とを備える。

本発明の実施例に基づいて、前記入力切替器と出力切替器はスイッチを備える。
本発明の実施例に基づいて、前記主電力ステージと予備電力ステージは絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）モジュールを備える。

本発明の実施例に基づいて、主電力ステージはそのＩＧＢＴモジュールの電流が所定閾値より大きいと検出した時にＩＧＢＴモジュールをオフにし、コントローラに故障信号を送信する。

本発明の実施例に基づいて、コントローラは故障信号を受信した後に主電力ステージをリセットし、且つ主電力ステージが短時間稼動するように駆動し、再度故障信号を受信すると、主電力ステージが故障したと確定する。

本発明の実施例に基づいて、前記モータは三相交流モータである。

本発明のモーション及びコントロールシステムは、従来技術における２つのモーション及びコントロール装置を備える冗長システムの欠陥に対して、モーション及びコントロール装置に予備電力ステージを備えることによってシステムのコストとサイズを低下させる。

以下、本発明の理解の便宜上、図面を参照して例示的な実施例を詳しく記述する。記述される例示的な実施例が説明と示例であるものに過ぎず、本発明はそれに限定されるものではないと理解されるべきである。本発明の趣旨と範囲は添付される請求の範囲の具体的な内容により限定される。以下、図面を簡単に説明する。
通常のモーション及びコントロール装置のブロック図である。通常のモーション及びコントロール装置におけるインバータの回路図である。本発明の実施例に係るモーション及びコントロールシステムのブロック図である。本発明の実施例に係るモーション及びコントロールシステムのブロック図である。本発明の実施例に係るモーション及びコントロールシステムにおける入力切替器と出力切替器の模式図である。

モーション及びコントロール装置におけるインバータの故障確率が高く、且つＩＧＢＴ電力ステージのコストが装置全体に比べて小さな部分を占めることを考慮して、本発明は、予備モーション及びコントロール装置を増設することではなく、シングルモーション及びコントロール装置の内部電力ステージの冗長設計を用いてモーション及びコントロール装置の冗長システムを実現する。

図３は本発明の実施例に係るモーション及びコントロールシステム２００のブロック図である。図３を参照すると、モーション及びコントロールシステム２００はコントローラ２１０、整流器２２０、平滑回路２３０、主電力ステージ２４１、及び予備電力ステージ２４２を備える。モーション及びコントロールシステム２００と従来のモーション及びコントロール装置の冗長システム（２つの図１のモーション及びコントロール装置１００からなる）との区別について、１つのモーション及びコントロール装置の基礎上で、２つの電力ステージを用いて変換器（１つの電力ステージを備える）を代替する。従って、モーション及びコントロールシステム２００における整流器２２０、平滑回路２３０の機能と構造はモーション及びコントロール装置１００における整流器１２０、平滑回路１３０と同じで、且つ同様に、モーション及びコントロールシステム２００はプリチャージ回路、ブレーキユニット、温度検出ユニット、マンマシンインターフェース等を備えてもよく、贅言しない。

正常な稼働モードで、コントローラ２１０は主電力ステージ２４１を駆動して平滑回路２３０からの直流電圧をモータに提供される交流電圧に変換する。主電力ステージが故障すると、コントローラ２１０は予備電力ステージ２４２が主電力ステージ２４１を代替して稼動するように駆動する。

主電力ステージ２４１と予備電力ステージ２４２の構造は図２のインバータ１４０における電力ステージと同じで、６つのＩＧＢＴでＩＧＢＴモジュールを構成し、入力された直流電を三相交流電に変換して三相モータに提供することに用いられる。

主電力ステージ２４１はそのＩＧＢＴモジュールの電流を検出し、電流が所定の安全閾値より大きいと検出した時に、ＩＧＢＴモジュールをオフにし、コントローラ２１０に故障信号を送信する。

一実施例に基づいて、過流が主電力ステージ故障ではなく、干渉により引き起こされるため、コントローラ２１０は故障信号を受信した後に、すぐ主電力ステージ２４１が故障したと確定せず、主電力ステージ２４１をリセットして、短時間稼動する（たとえば、１０マイクロ秒）ように駆動し、再度故障信号を受信すると、主電力ステージ２４１が故障したと確定する。

図４は本発明の実施例に係るモーション及びコントロールシステム３００のブロック図である。図４を参照すると、モーション及びコントロールシステム３００はコントローラ３１０、整流器３２０、平滑回路３３０、主電力ステージ３４１、予備電力ステージ３４２、入力切替器３５０、及び出力切替器３６０を備える。図４のモーション及びコントロールシステム３００は図３のモーション及びコントロールシステム２００の基礎上で入力切替器３５０と出力切替器３６０を増設する。

入力切替器３５０が平滑回路３３０と主電力ステージ３４１及び予備電力ステージ３４２の入力端との間に接続され、出力切替器３６０が主電力ステージ３４１及び予備電力ステージ３４２の出力端とモータとの間に接続される。

正常な稼働モードで、入力切替器３５０と出力切替器３６０が主電力ステージ３４１と連通し、且つ予備電力ステージ３４２と遮断される。主電力ステージが故障すると、コントローラ３１０は入力切替器３５０と出力切替器３６０が予備電力ステージ３４２に連通し、且つ主電力ステージ３４１から遮断するようにコントロールする。

一実施例に基づいて、主電力ステージ３４１が故障したと確定すると、コントローラ３１０は、まず主電力ステージ３４１への駆動信号の出力を停止し且つ主電力ステージ３４１を遮断し、さらに予備電力ステージ３４２と連通した後に、予備電力ステージ３４２に駆動信号を出力する。

一実施例に基づいて、主電力ステージ３４１が故障したと確定すると、コントローラ３１０は、まず出力切替器３６０が予備電力ステージ３４２の出力端に切り替えるようにコントロールし、次に入力切替器３５０が予備電力ステージ３４２の入力端に切り替えるようにコントロールする。

一実施例に基づいて、切替時に干渉電圧スパイクの発生を防止するために、予備電力ステージ３４２はプリチャージ回路と電圧クランプ回路（図示せず）とを備えてもよい。

一実施例に基づいて、図５に示すように、入力切替器３５０はスイッチＳＷ１を備え、出力切替器３６０はスイッチＳＷ２を備える。

本発明の例示的な実施例を図示及び記述したが、技術の進歩に伴って、本発明の真実な範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加え且つ等価物でその要素を代替することができることは、当業者にとって明らかである。

Claims

モーション及びコントロールシステムであって、
交流電を直流電に変換するための整流器と、
整流器により出力された直流電の波形に対して平滑化処理を行うための平滑回路と、
平滑回路とモータとの間に並列接続された主電力ステージ及び予備電力ステージと、
正常な稼働モードで、主電力ステージを駆動して平滑回路からの直流電圧をモータに提供される交流電圧に変換し、主電力ステージが故障したと確定した時、予備電力ステージを駆動して平滑回路からの直流電圧をモータに提供される交流電圧に変換するコントローラとを備えるモーション及びコントロールシステム。
平滑回路と主電力ステージ及び予備電力ステージの入力端との間に接続される入力切替器と、
主電力ステージ及び予備電力ステージの出力端とモータとの間に接続される出力切替器とをさらに備え、
正常な稼働モードで、入力切替器と出力切替器が主電力ステージと連通し、且つ予備電力ステージと遮断され、主電力ステージが故障したと確定した時、コントローラは入力切替器と出力切替器が予備電力ステージに連通し且つ主電力ステージから遮断するようにコントロールする請求項１に記載のモーション及びコントロールシステム。
主電力ステージが故障したと確定した時、コントローラは主電力ステージへの駆動信号の出力を停止し、予備電力ステージが連通した後に予備電力ステージに駆動信号を出力する請求項２に記載のモーション及びコントロールシステム。
主電力ステージが故障したと確定した時、コントローラは、まず出力切替器が予備電力ステージの出力端に切り替えるようにコントロールし、次に入力切替器が予備電力ステージの入力端に切り替えるようにコントロールする請求項２に記載のモーション及びコントロールシステム。
前記予備電力ステージはプリチャージ回路と電圧クランプ回路とを備える請求項２に記載のモーション及びコントロールシステム。
前記入力切替器と出力切替器はスイッチを備える請求項２に記載のモーション及びコントロールシステム。
前記主電力ステージと予備電力ステージは絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）モジュールを備える請求項１に記載のモーション及びコントロールシステム。
主電力ステージはそのＩＧＢＴモジュールの電流が所定閾値より大きいと検出した時にＩＧＢＴモジュールをオフにし、コントローラに故障信号を送信する請求項７に記載のモーション及びコントロールシステム。
コントローラは故障信号を受信した後に主電力ステージをリセットし、且つ主電力ステージが短時間稼動するように駆動し、再度故障信号を受信すると、主電力ステージが故障したと確定する請求項８に記載のモーション及びコントロールシステム。
前記モータは三相交流モータである請求項１に記載のモーション及びコントロールシステム。