本発明の実施の形態に係る電力変換制御システムについて、図を参照しながら以下に説明する。なお、各図において、同一または同様の構成部分については同じ符号を付しており、対応する各構成部のサイズや縮尺はそれぞれ独立している。例えば構成の一部を変更した断面図の間で、変更されていない同一構成部分を図示する際に、同一構成部分のサイズや縮尺が異なっている場合もある。また、電力変換制御システムの構成は、実際にはさらに複数の部材を備えているが、説明を簡単にするため、説明に必要な部分のみを記載し、他の部分については省略している。
実施の形態.
以下、この発明の実施の形態に係る電力変換制御システムについて、図面に基づいて説明する。なお、各図において、同一符号は、それぞれ、同一又は相当する部分を示す。図1は、この発明の実施の形態に係る電力変換制御システムの全体的な構成を示す図である。ただし、同図では、この発明に直接関与しない構成要素については、図示を省略している。
図に示されているように、この発明の実施の形態による電力変換制御システム200は、電力変換制御装置20と、ゲートウェイ装置30と、電動機器制御装置40と、電動機器90などで構成されている。電力変換制御装置20は、第1の制御装置として機能している。電動機器制御装置40および電動機器90は、図においては、1つのみが記載されているが、複数個の電動機器制御装置40および電動機器90を設けるようにしてもよい。
電力変換制御装置20とゲートウェイ装置30とは、第1のCANネットワーク50を介して接続されている。ゲートウェイ装置30と電動機器制御装置40とは、第2のCANネットワーク60を介して接続されている。電動機器制御装置40と電動機器90は、第2のCANネットワーク60を介して接続されている。CAN(Controller Area Network)は、CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance)方式の通信プロトコルである。電動車両10の外部には、交流電源70が設けられている。電力変換制御装置20とゲートウェイ装置30と電動機器制御装置40と電動機器90は、電動車両10に搭載されている。
ゲートウェイ装置30は、コンピュータネットワーク間のプロトコル変換を行うのが主たる役割である。従って、第1のCANネットワーク50からメッセージを受信すると第2のCANネットワークにこのメッセージを転送し、第2のCANネットワークからメッセージを受信すると第1のCANネットワークにこのメッセージを転送する。交流電源70と電動車両10とはコネクタ80を介して接続されている。電力変換制御装置20は、コネクタ80を介して交流電源70に接続されている。
電力変換制御装置20は、CPU(Central Processing Unit)20aおよびメモリ20bを備えている。ゲートウェイ装置30は、CPU30aおよびメモリ30bを備えている。電動機器制御装置40は、CPU40aおよびメモリ40bを備えている。電動機器90は、CPU90aおよびメモリ90bを備えている。電力変換制御装置20は、交流電源70から供給される交流電力を直流電力に変換するための電力変換部を内部に有している。
電動機器制御装置40は、予め設定された送信タイミングパターンで第2のCANネットワーク60へメッセージを送信する。電動機器制御装置40が送信したメッセージは、ゲートウェイ装置30が第1のCANネットワーク50へ転送し、電力変換制御装置20が受信する。電動機器制御装置40が複数個設けられている場合には、電動機器制御装置40ごとに、異なる送信タイミングパターンが設定されている。電動機器90は、電動機器制御装置40の指示を受けて作動する。
メモリ20b、30b、40b、90bは、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)などで構成されている。電力変換制御装置20、ゲートウェイ装置30、電動機器制御装置40および電動機器90は、CPU20a、CPU30a、CPU40aおよびCPU90aが、メモリ20b、メモリ30b、メモリ40bおよびメモリ90bに記憶された各構成用のプログラムが実行されることにより実現される。
図2は、本実施の形態に係る電力変換制御システム200における電力変換制御装置20のソフトウェア構成を示す図である。図に示すように、電力変換制御装置20は、電力変換部100と、電圧検出部110と、ゼロクロス検出部120と、ゼロクロスポイント時間間隔算出部130と、力率改善処理部140と、転送タイミング変更メッセージ送信部150と、転送タイミング変更要否判定部160と、通信インタフェース部170と、メッセージ受信時間取得部180などから構成されている。電力変換部100は、交流電源70から供給される交流電力を直流電力に変換する。電圧検出部110は、交流電源70から入力される入力電圧を計測する。
ゼロクロス検出部120は、電圧検出部110で検出した入力電圧に基づいて、入力電圧の電圧波形のゼロクロスポイントを検出する。なお、ゼロクロスポイントとは、交流電圧において電圧値が0になる時刻のことである(図9を参照)。以下では、この時刻を、ゼロクロスポイントまたはゼロクロスポイントの検出時間(或いは、ゼロクロス検出時間)と呼ぶこととする。
ゼロクロスポイント時間間隔算出部130は、ゼロクロス検出部120で検出されたゼロクロスポイントに基づいて、ゼロクロスポイント時間間隔を算出する。ゼロクロスポイント時間間隔とは、隣接するゼロクロスポイント間の時間間隔を指している。このゼロクロスポイント時間間隔は、交流電源70の周波数により変化する。
具体的には、交流電源70が50Hzの場合は、ゼロクロスポイント時間間隔は10msとなり、交流電源70が60Hzの場合は、ゼロクロスポイント時間間隔は8.33msとなる。従って、ゼロクロスポイント時間間隔算出部130によってゼロクロスポイント時間間隔を検出することで、交流電源70が50Hzなのか60Hzなのかを判定することができる。
力率改善処理部140は、ゼロクロス検出部120で検出されたゼロクロスポイントに基づいて、力率改善処理を行う。具体的には、力率改善処理部140は、検出されたゼロクロスポイントに基づいて、交流電源70からの入力電流の目標になる基準電流波形を算出する。力率改善処理部140は、基準電流波形に従って、電力変換制御装置20に設けられた電力変換部100を構成するスイッチング素子(図示省略)のON/OFFを制御する。これにより、力率改善処理部140は、交流電源70から供給される電力の力率を制御して、力率の改善を行うことができる。
通信インタフェース部170は、第1のCANネットワーク50を介して、ゲートウェイ装置30との間で通信のやりとりを行う。メッセージ受信時間取得部180は、通信インタフェース部170が、ゲートウェイ装置30が転送した電動機器制御装置40のメッセージを受信したときに、当該メッセージの受信時間を求める。転送タイミング変更要否判定部160には、ゼロクロス検出部120によるゼロクロスポイントの検出時間が入力される。
さらに、転送タイミング変更要否判定部160には、メッセージ受信時間取得部180で算出されたゲートウェイ装置30が転送した電動機器制御装置40からのメッセージの受信時間が入力される。転送タイミング変更要否判定部160は、ゼロクロスポイントの検出時間とメッセージの受信時間とに基づいて、ゲートウェイ装置30のメッセージの転送タイミングの変更の要否を判定する。
転送タイミング変更メッセージ送信部150は、転送タイミング変更要否判定部160の判定結果に基づいて、転送タイミング変更メッセージ(図7を参照)を生成する。具体的には、転送タイミング変更メッセージ送信部150は、転送タイミング変更要否判定部160が、メッセージの転送タイミングの変更が必要であると判定した場合に、転送タイミング変更メッセージを生成する。転送タイミング変更メッセージ送信部150は、転送タイミング変更リスト900を保有している(図8を参照)。
転送タイミング変更メッセージの生成方法の詳細については後述するので、ここでは、簡単に説明する。転送タイミング変更メッセージ送信部150は、ゲートウェイ装置30が有する転送タイミング変更リスト(図8を参照)の各転送タイミングパターンに対して付されたリスト番号を予め記憶している。転送タイミング変更メッセージ送信部150は、ゼロクロスポイント時間間隔に基づいて、すなわち、交流電源70が50Hzか60Hzかに基づいて、転送タイミング変更リストの中から該当する転送タイミングパターンを選択する。
転送タイミング変更メッセージ送信部150は、転送タイミング変更メッセージを生成する。転送タイミング変更メッセージは、ゲートウェイ装置30に対してメッセージの転送タイミングを変更するように指示するメッセージ転送タイミング変更指令と、選択した転送タイミングパターンを指定するための情報とを含んでいる。当該情報を、以下では、リスト番号と呼ぶこととする。転送タイミング変更メッセージ送信部150は、こうして生成した転送タイミング変更メッセージを、ゲートウェイ装置30に対して送信する。
図3は、本実施の形態に係る電力変換制御システム200におけるゲートウェイ装置30のソフトウェア構成を示す図である。ゲートウェイ装置30は、図に示すように、通信インタフェース部210と、転送タイミング変更部220と、転送タイミング変更リスト記録部230などから構成されている。通信インタフェース部210は、第2のCANネットワーク60に送信されたメッセージの内、予め定められたメッセージを第1のCANネットワーク50に転送し、第1のCANネットワーク50に送信されたメッセージの内、予め定められたメッセージを第2のCANネットワーク60に転送する。
転送タイミング変更メッセージ送信部150および転送タイミング変更リスト記録部230は、転送タイミング変更リスト900を予め記憶している(図8を参照のこと)。転送タイミング変更リストには、1つ以上の転送タイミングパターンが記憶されている。本実施の形態においては、これらの転送タイミングパターンは、交流電源が50Hzの場合と60Hzの場合で、それぞれのIDごとに異なるリスト番号が付与されている。
転送タイミング変更部220は、通信インタフェース部210が電力変換制御装置20から転送タイミング変更メッセージを受信したときに、当該転送タイミング変更メッセージに含まれるリスト番号に基づいて、電動機器制御装置40から送信されたメッセージを電力変換制御装置20へ転送する転送タイミングパターンを変更する。
図4は、本実施の形態に係る電力変換制御システム200における電動機器制御装置40のソフトウェア構成を示す図である。電動機器制御装置40は、図に示すように、通信インタフェース部310などから構成されている。なお、図1においては、1つの電動機器制御装置40だけを図示しているが、複数の電動機器制御装置40が設けられている場合には、各々の電動機器制御装置40に搭載される、通信インタフェース部310は同じ機能および同じ構成を有している。しかしながら、各電動機器制御装置40における、その他の処理を行う部分(図示省略)の機能および構成については、各電動機器制御装置40間で互いに異なっていても良い。
次に、この発明の実施の形態に係る電力変換制御システムにおける、転送タイミングの変更手順について説明する。図5は、電力変換制御装置20の動作を説明するフローチャートである。同図に示すように、ステップS10において、電力変換制御装置20は、メッセージ受信時間取得部180により、ゲートウェイ装置30が転送した電動機器制御装置40からのメッセージを受理した受信時間を取得する。
次に、ステップS20において、電力変換制御装置20は、ゼロクロス検出部120により、電圧検出部110で検出した交流電源70からの入力電圧に基づいて、入力電圧波形のゼロクロスポイントの検出時間(ゼロクロス検出時間)を取得する。
続くステップS30では、電力変換制御装置20は、転送タイミング変更要否判定部160により、ステップS10で取得したメッセージの受信時間と、ステップS20で算出したゼロクロスポイントの検出時間(ゼロクロス検出時間)との時間差が、予め設定された閾値以内であるか否かの判定を行う。メッセージの受信時間とゼロクロスポイントの検出時間との時間差が閾値より大きい場合(NO)には、転送タイミング変更メッセージの送信を不要であると判断し、処理を終了する。一方、メッセージの受信時間とゼロクロスポイントの検出時間との時間差が閾値以内の場合(YES)には、ステップS40に進む。
ステップS40では、電力変換制御装置20は、転送タイミング変更メッセージ送信部150により、ゼロクロスポイントの検出時間とゲートウェイ装置が転送した電動機器制御装置40のメッセージ受信時間との時間差が上記の閾値以下とならないように、ゼロクロスポイント時間間隔算出部130によって算出されたゼロクロスポイント時間間隔に従って、ゲートウェイ装置30のメッセージの転送タイミングを転送タイミング変更リスト900から選択する。
そうして、電力変換制御装置20は、転送タイミング変更メッセージ送信部150により、ゲートウェイ装置30に対するメッセージ転送タイミング変更指令と、選択した転送タイミングパターンを指定する情報としてのリスト番号とを含む、転送タイミング変更メッセージを生成して、ゲートウェイ装置30に対して送信する。
なお、上記の説明においては、ゲートウェイ装置30が転送した電動機器制御装置40のメッセージ受信時間が先で、ゼロクロスポイントの検出時間が後の場合を想定している。従って、メッセージの受信時間とは、メッセージの受信が完了した時点の時間を意味している。
しかしながら、上記の場合に限定することはなく、ゲートウェイ装置30が転送した電動機器制御装置40のメッセージ受信時間とゼロクロスポイントの検出時間との時間差と閾値との比較を行えればよい。ゼロクロスポイントの検出時間が先でゲートウェイ装置30が転送した電動機器制御装置40のメッセージ受信時間が後の場合でも同様の処理が可能なことはいうまでもない。但し、その場合には、メッセージの受信時間が、メッセージの受信が開始された時点の時間となることに留意されたい。
次に、ゲートウェイ装置30が電力変換制御装置20から転送タイミング変更メッセージを受信した時の動作を図6のフローチャートを用いて説明する。ステップS510では、ゲートウェイ装置30は、通信インタフェース部210が、電力変換制御装置20から、転送タイミング変更メッセージを受信したか否かの判定を行う。転送タイミング変更メッセージを受信していない場合(NO)は処理を終了し、転送タイミング変更メッセージの受信を待つ。一方、転送タイミング変更メッセージを受信した場合(YES)には、ステップS520に進む。
ステップS520では、ゲートウェイ装置30は、電動機器制御装置40のメッセージを電力変換制御装置20に転送してから転送タイミング変更メッセージ受信までの時間を計測する。この電動機器制御装置40のメッセージを電力変換制御装置20に転送してから転送タイミング変更メッセージ受信までの時間を転送変更係数A(第1の転送変更係数)とする。
ステップS530では、ゲートウェイ装置30は、転送タイミング変更部220により、転送タイミング変更リスト記録部230に記録された転送タイミング変更リストの中から、転送タイミング変更メッセージで指定された転送タイミングパターンを選択する。この指定された転送タイミングパターンを転送変更係数B(第2の転送変更係数)とする。
続くステップS540では、ステップS520で計測された転送変更係数AとステップS530で選択した転送変更係数Bの和(第1の転送変更係数+第2の転送変更係数)が、電力変換制御装置20へ電動機器制御装置40のメッセージを転送する際の転送遅延時間となるように転送タイミングを変更する。
図7は、本実施の形態における、電力変換制御装置20から送信される転送タイミング変更メッセージ800のフォーマットを示す。転送タイミング変更メッセージ800は、ヘッダ801とペイロード802から構成されている。転送タイミング変更メッセージ800のヘッダ801は、SOF(Start Of Frame)、メッセージID(Identification)、CRC(Cyclic Redundancy Check)などを含む。また、転送タイミング変更メッセージ800のペイロード802はリスト番号の情報を含んでいる。ペイロードは、パケット通信においてパケットに含まれるヘッダやトレーラなどの付加的情報を除いた、データ本体のことを指す。
上述したように、ゲートウェイ装置30が有する転送タイミング変更リストの転送タイミングパターンには、それを識別するための固有の番号が「リスト番号」として付されている。そのため、ペイロード802に、「リスト番号」の情報を入れておくと、ゲートウェイ装置30は、当該「リスト番号」に基づいて、電力変換制御装置20が選択した転送タイミングパターンがいずれであるかを認知することができる。従って、この「リスト番号」は、選択した転送タイミングパターンを指定するための情報を構成している。
図8は、本実施の形態における、転送タイミング変更リスト900を示す。なお、同図は、ゼロクロス検出時間とメッセージの受信時間との時間差に対する閾値を1msとした場合の転送タイミング変更リストである。転送タイミング変更リスト900は、転送タイミング変更リスト記録部230にあらかじめ記録されている。
転送タイミング変更リストにおいて、ID(Identification)は、電動機器制御装置40が送信し、ゲートウェイ装置30が転送し、電力変換制御装置20が受信する、各メッセージを識別するためのIDである。IDは、各メッセージの種別ごとに付与されている。各IDは電動機器制御装置40が周期的に送信する。ID101と102は送信周期10msのメッセージ、ID201は送信周期20ms、ID501は送信周期50msのメッセージである。
同図において、リスト番号は、上述したように、転送タイミングパターンに対して付与された識別番号である。そのため、リスト番号によって、転送タイミングパターンを特定することができる。従って、リスト番号は、電力変換制御装置20からの転送タイミング変更メッセージ800で指定され、ゲートウェイ装置30が転送タイミング変更リストから該当する転送タイミングパターンを選択するための情報である。リスト番号は、ゼロクロスポイント時間間隔と受信したメッセージのIDと1サイクル回数によって選択される。
ゼロクロスポイント時間間隔は、交流電源70が50Hzの場合は10msで、60Hzの場合は約8.33msとなる。転送タイミング変更リストでは、交流電源70が50Hzの場合、すなわち、ゼロクロスポイント時間間隔が10msの場合をリスト番号1〜4とし、交流電源70が60Hzの場合、すなわち、ゼロクロスポイント時間間隔が8.33msの場合をリスト番号5〜8としている。このように、交流電源が50Hzの場合と60Hzの場合で、それぞれのIDごとに、異なるリスト番号が付与されている。
具体的には、交流電源70が50Hzの場合の、メッセージID101にリスト番号1が、ID102にリスト番号2が、ID201にリスト番号3が、ID501にリスト番号4が付与されている。同様に、交流電源70が60Hzの場合の、メッセージID101にリスト番号5が、ID102にリスト番号6が、ID201にリスト番号7が、ID501にリスト番号8が付与されていて、リスト番号ごとに転送タイミングパターンを定めている。
サイクルn回目(nは変数:例えば1から5)の転送変更係数Bなどの転送変更係数Bは、電動機器制御装置40から該当するIDを受信した際に、電力変換制御装置20へ転送するまでの転送遅延時間のうち前述した転送変更係数Bを示す。また、1サイクル回数は、当該列の右側に記載の転送変更係数Bを何回実施で1サイクルとするかを示す。例えば、1サイクル回数が1であれば、サイクル1回目の転送変更係数Bに記載の時間を転送変更係数Bにし、転送変更係数Aとの和を転送遅延時間にして転送を行い、それを繰り返す。
また、1サイクル回数が5であれば、サイクル1回目転送の後、サイクル2回目の転送変更係数に記載の時間を転送変更係数Bにして2回目の転送を行い、続いて、サイクル3回目の転送変更係数に記載の時間を転送変更係数Bにして3回目の転送を行い、続いて、サイクル4回目の転送変更係数に記載の時間を転送変更係数Bにして4回目の転送を行い、続いて、サイクル5回目の転送変更係数に記載の時間を転送変更係数Bにして5回目の転送を行う。そして、サイクル5回目の転送の次はサイクル1回目転送に戻ることを示す。
また、リスト番号5、6、7に対応するID101、102、201のように、1サイクル回数が複数回に設定されている場合には、電動機器制御装置の送信周期と1サイクル回数分の合計時間がゼロクロスポイント時間間隔との公倍数の関係となるように1サイクル回数が定められている。例えば、リスト番号5では、電動機器制御装置の送信周期は、10ms、1サイクル回数は5であるため、1サイクル回数分の合計時間は、50msになる。ゼロクロスポイント時間間隔は8.33msであり、1サイクル回数分の合計時間は、ゼロクロスポイント時間間隔の6倍に設定されている。
図9は、本実施の形態における、転送タイミング変更を行った場合の転送タイミングの概要図である。ここでは、電動機器制御装置40が送信しゲートウェイ装置30が転送するメッセージのうち、ID101とID102のメッセージを例にあげて図示している。なお、電力変換制御装置20が送信する転送タイミング変更メッセージ800のIDを、ID001とする。図では、交流電源が50Hzの場合を示している。
まず、転送タイミング変更要否判定部160が、ゲートウェイ装置30が転送した電動機器制御装置40のID101のメッセージを受信した受信時間とゼロクロスポイントの検出時間との時間差が0.5msであり、閾値の1.0ms以下であると判定する。このとき、ゲートウェイ装置30が転送したID101のメッセージの受信時間は、電力変換制御装置20が受信を完了した時刻とする。
当該判定結果を受けて、転送タイミング変更メッセージ送信部150が、転送タイミングを指示するためのリスト番号を含んだ、ID001の転送タイミング変更メッセージ800を送信する。このとき、ゼロクロスポイント時間間隔算出部130は、ゼロクロスポイント時間間隔が10msであると算出しているため、転送タイミング変更メッセージ送信部150は、転送タイミングパターンを選択するためのリスト番号として、リスト番号1を選択する。
ID001の転送タイミング変更メッセージ800の送信は、ゼロクロスポイントの検出時間を基準として、当該基準から予め設定された転送遅延時間(ディレイタイム)が経過した後に実行される。その理由を説明する。転送タイミング変更要否判定部160が、ゲートウェイ装置30が転送した電動機器制御装置40のメッセージ受信時間とゼロクロスポイントの検出時間との時間差が閾値の1ms以内であるか否かを判定してから、転送タイミング変更メッセージ送信部150が、転送タイミング変更メッセージ800を送信する。従って、転送タイミング変更メッセージ800の送信は、すぐには行えないため、ゼロクロスポイントを基準としたディレイタイムを設定しておく。ここでは、ディレイタイムは、1msと設定されている。
なお、上記の説明においては、メッセージ受信時間とゼロクロスポイントの検出時間との時間差に対する閾値を1msとして説明しているが、この場合に限らず、閾値は適宜他の値に設定してもよい。また、同様に、転送タイミング変更メッセージ800の送信のディレイタイムを、ゼロクロスポイントから1ms後として説明したが、これについても、特に限定する必要はなく、適宜他の値に設定してもよい。但し、いずれの場合においても、各メッセージの受信時間とゼロクロスポイントの検出時間とが重ならないように、閾値およびディレイタイムを設定する必要がある。
ゲートウェイ装置30がID001の転送タイミング変更メッセージ800を受信すると、それに基づいて、転送タイミング変更部220は、電動機器制御装置40のメッセージ転送からID001の受信までの時間と、転送タイミング変更リスト記録部230の転送タイミング変更リストからリスト番号1の転送タイミングを選択した値から、各IDに対応するメッセージの転送タイミングを変更する。
具体的には、ID101では、転送タイミング変更メッセージ800の受信完了後、ID101の転送からID001を受信するまでの時間1.5msを転送変更係数A(第1の転送変更係数)とし、表1の転送タイミングパターンに従って1msを転送変更係数B(第2の転送変更係数)として、転送変更係数Aと転送変更係数Bの和である2.5msをID101の転送タイミングに設定する。その後、電動機器制御装置40からID101を受信した際には、2.5ms遅延させて電力変換制御装置20へ転送する。このようにして、転送タイミング変更メッセージ800で指定されたメッセージは、ゼロクロスポイントに重ならないよう、転送タイミングを変更することができる。ID102は転送タイミング変更メッセージ800で指定されていないため、転送タイミングは変更されない。
図10は、本実施の形態において、交流電源が50Hzの場合における、転送タイミング変更を行った場合の転送タイミングの概要図である。電力変換制御装置20が送信する転送タイミング変更メッセージ800のIDを、ID001とする。同図を用いて、ID001の転送タイミング変更メッセージ800にリスト番号1、2、3、4が含まれて送信された場合について、ID101、ID102、ID201、ID501の転送タイミングを説明する。符号○は、ゲートウィ装置の電動機器制御装置からのメッセージ受信タイミングを表している。符号△は、ゲートウェイ装置から電力変換制御装置への転送タイミングを表している。
ここでは、ゲートウェイ装置30が転送した電動機器制御装置40のメッセージを受信した受信時間とゼロクロスポイントの検出時間との時間差が閾値の1.0ms以下であると判定したときのゼロクロスポイントを0msとして、ゲートウェイ装置30が各IDを受信した時間と電力変換制御装置20へ転送した時間を示している。ゲートウェイ装置30が電動機器制御装置40のメッセージを受信し、電力変換制御装置20へ転送した時間をゼロクロスポイントから0.5ms後とした場合、ID001の転送タイミング変更メッセージ800は、ゼロクロスポイントから1ms後に送信されるため、ゲートウェイ装置30がID101、ID102、ID201、ID501を転送してからID001の転送タイミング変更メッセージ800を受信するまでの時間は0.5msとなる。
また、ゼロクロスポイント時間間隔は10msであるため、従って、続くゼロクロスポイントは10ms、20ms、30ms、・・・、70msとなる。また、ID101のメッセージは、上述したように、送信周期10msのメッセージであるのでゲートウェイ装置30は、10.5ms後、20.5ms、30.5ms、・・・のタイミングで受信する。このとき、ID001を受信したゲートウェイ装置30は、ID101の転送タイミングを1.5ms(0.5ms+1ms)遅延させて転送する。
具体的には、ID101は12msの後、22ms、32ms、・・・・のタイミングで転送される。ID102とID201、ID501にも同様の処理を行うので、ID102は1.7ms(0.5+1.2ms)遅延させて転送するので、12.2ms、22.2ms、32.2ms・・・のタイミングで転送される。送信周期20msのID201は、4.5ms(0.5ms+4ms)遅延させて転送するので、25ms、45ms、65ms、・・・・のタイミングで転送される。
送信周期50msのID501は、6.5ms(0.5ms+6ms)遅延させて転送するので、57sの後、図10では図示していないが、107ms、157ms、・・・・のタイミングで転送される。このようにして、図で示したゼロクロスポイントと各IDのメッセージの転送タイミングの時間とから明らかなように、ゼロクロスポイントと各転送タイミングの時間差を、閾値の1msより大きくすることができる。
図の例では、電動機器制御装置40が送信するメッセージの送信周期が、ゼロクロスポイント時間間隔の10msの整数倍である。従って、「1サイクル回数」を1と設定することで、各メッセージの転送タイミングをゼロクロスポイントからずらすようにすれば、常に、各メッセージの受信時間とゼロクロスポイントとが重なることを防止することができる。そこで、図の例では、ID001の転送タイミング変更メッセージ800の送信のディレイタイムを1msとし、各IDの「転送変更係数B」を、それぞれ、9ms未満の正の値にした。
ここで、9ms未満とする理由は、ゼロクロスポイント時間間隔が10msであるため、9msとすると、ID101の転送タイミングが19msとなり、ゼロクロスポイントと重なるためである。こうすることで、ID101のメッセージの受信時間についてはゼロクロスポイントとの時間差が常に2msとなり、同様に、ID102では時間差が2.2msとなり、ID201では4msとなり、ID102では6msとなり、いずれの時間差についても、閾値の1ms以上を確保することができる。
次に、交流電源70が60Hzの場合について説明する。図11は、本実施の形態における、転送タイミング変更を行った場合の転送タイミングの概要図であり、交流電源が60Hzの場合を示している。なお、電力変換制御装置20が送信する転送タイミング変更メッセージ800のIDを、ID001とする。符号○は、ゲートウィ装置の電動機器制御装置のメッセージ受信タイミングを表している。符号△は、ゲートウェイ装置から電力変換制御装置への転送タイミングを表している。
ゲートウェイ装置30が転送した電動機器制御装置40のメッセージを受信した受信時間とゼロクロスポイントの検出時間との時間差が閾値の1.0ms以下であると判定したときのゼロクロスポイントを0msとして、ゲートウェイ装置30が各IDを受信した時間と電力変換制御装置20へ転送した時間を示している。交流電源70が60Hzであるので、ゼロクロスポイントの検出時間は、8.33ms、16.67ms、25ms、33.33ms、・・・、125msとなる。なお、小数点表記が必要な時間については、小数点第3位を四捨五入して表現している。また、交流電源70が60Hzであるので、ID001の転送タイミング変更メッセージ800に含まれる転送タイミングを選択するための情報はリスト番号5、6、7、8となる。
ゲートウェイ装置30が、ID001の転送タイミング変更メッセージ800を受信すると、転送タイミング変更部220は、転送タイミング変更リスト記録部230からリスト番号5、6、7、8の転送タイミングパターンを選択し、それぞれのIDに対応するメッセージの転送タイミングを変更する。ゲートウェイ装置30が電動機器制御装置40のメッセージを受信し、電力変換制御装置20へ転送した時間をゼロクロスポイントから0.5ms後とした場合、ID001の転送タイミング変更メッセージ800は、ゼロクロスポイントから1ms後に送信されるため、ゲートウェイ装置30がID101、ID102、ID201、ID501を転送してからID001の転送タイミング変更メッセージ800を受信するまでの時間は0.5msとなる。
ID101のメッセージは、上述したように、送信周期10msのメッセージであるのでゲートウェイ装置30は、10.5msの後、20.5ms、30.5ms、・・・のタイミングで受信する。このとき、ID001を受信したゲートウェイ装置30は、ID101の転送タイミングをゲートウェイ装置30がID101を転送してからID001の転送タイミング変更メッセージ800を受信するまでの時間0.5msとサイクル1回目転送変更係数Bの1msの和となる1.5msが次のID101の転送を遅延させる転送タイミングとなる。
続いてサイクル2回目転送変更係数Bは0msであるので0.5ms(0.5ms+0ms)、続いてサイクル3回目転送変更係数Bは0msであるので0.5ms(0.5ms+0ms)、続いてサイクル4回目転送変更係数Bは1.7msであるので2.2ms(0.5ms+1.7ms)、続いてサイクル5回目転送変更係数Bは1msであるので1.5ms(0.5ms+1ms)、続いては1サイクル回数が5であるのでサイクル1回目転送変更係数Bは1msであるので1.5ms(0.5ms+1ms)がID101の転送タイミングとなり、以降、同様に繰り返される。
ID102とID201、ID501にも同様の処理を行うので、ID102は、12.2ms、21.2ms、31.2ms、42.9ms、52.2ms、・・・のタイミングで転送される。ID201でも同様の処理となり、21.4ms、43.1ms、62.4ms、81.4ms、102.4ms、121.4ms、・・・が転送タイミングとなる。
ID501では、サイクル1回目転送変更係数Bが1.6msであるので52.6msが次の転送タイミングとなり、続いては1サイクル回数が1であるのでサイクル1回目転送変更係数B1.6msが次の転送でも適用され、102.6msが転送時間となり、以降繰り返される。このようにして、図で示したゼロクロスポイントと転送タイミングの時間から明らかなように、ゼロクロスポイントと転送タイミングの時間間隔は1msより大きくすることができる。
このように、図の例では、「サイクル1回目の転送」から「サイクル5回目の転送」までの転送変更係数Bを、転送タイミングがゼロクロスポイントと重ならないように設定することで、常に、各メッセージの受信時間とゼロクロスポイントとが重なることを防止することができる。
また、リスト番号は、交流電源が50Hzの場合と60Hzの場合のそれぞれのIDごとに振られている(図8を参照)。これにより、交流電源70が50Hzの場合で、ゲートウェイ装置30が転送した電動機器制御装置40からのメッセージのIDがID101のときは、当該メッセージの受信時間とゼロクロス検出時間との時間差が閾値以下であると転送タイミング変更要否判定部160が判定すると、転送タイミング変更メッセージ送信部150は、リスト番号1をペイロード802に含んだ転送タイミング変更メッセージ800をゲートウェイ装置30に送信する。
また、交流電源70が60Hzの場合で、ゲートウェイ装置30が転送した電動機器制御装置40からのメッセージのIDがID201のときは、当該メッセージの受信時間とゼロクロス検出時間との時間差が閾値以下であると転送タイミング変更要否判定部160が判定すると、転送タイミング変更メッセージ送信部150は、リスト番号7をペイロード802に含んだ転送タイミング変更メッセージ800をゲートウェイ装置30に送信する。
以上のように、実施の形態による電力変換制御システムでは、電力変換制御装置20は、転送タイミング変更要否判定部160がゲートウェイ装置30によって転送された電動機器制御装置40のメッセージ受信時間とゼロクロス検出時間との差が閾値以下であると判定すると、転送タイミング変更メッセージをゲートウェイ装置30に対して送信する。転送タイミング変更メッセージを受信したゲートウェイ装置30は、転送タイミング変更メッセージで指定された転送タイミングを転送タイミング変更リスト記録部230から読みだして、転送タイミングを変更する。
転送タイミング変更リストは、電力変換制御装置20がゲートウェイ装置30から受信する電動機器制御装置40のメッセージの転送タイミングとゼロクロスポイントの検出時間との時間間隔が閾値以下とならないよう定められているので、転送タイミング変更後は、電力変換制御装置20がメッセージを受信する時間とゼロクロスポイントの検出時間との時間差が閾値より大きくなる。
これにより、ゼロクロスポイントを通信処理による遅延なく検出でき、力率改善に使用する基準電流波形のずれを抑止でき、高い力率改善効果と得ることが可能となる。さらに、電力変換制御装置20が受信するメッセージ全てに対して、1回の転送タイミング変更メッセージで転送タイミングを変更できるので、ゼロクロスポイントを通信処理による遅延なく検出でき、迅速に移行することが可能となる。
なお、転送タイミング変更リストはゼロクロスポイントと転送タイミングとの差が閾値以下となるよう定義されていればよく、従って、図8に記載の値に限定されないことは自明である。また、転送タイミング変更リストは交流電源が50Hzと60Hzの場合だけでなく、その他周波数の場合のリストを定義しておいても良い。
また、電動機器制御装置40が複数であっても、ゲートウェイ装置30がそれぞれのIDの転送時間を変更するという処理を行うことで、電力変換制御装置20が受信するメッセージ全ての転送タイミングを変更することが出来る。これにより、電動機器制御装置40の個数が変化しても、電力変換制御装置20とゲートウェイ装置30が管理している転送タイミング変更リストを変更するのみで、電力変換制御装置20が受信するメッセージ全ての転送タイミングを変更することが出来る。
外部の交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換する第1の制御装置としての電力変換制御装置と、第1のネットワークと第2のネットワークに接続され第1のネットワークのメッセージと第2のネットワークの予め設定されたメッセージを相互のネットワークに転送するゲートウェイ装置と、前記第2のネットワークに接続され、予め設定された送信タイミングパターンで第2のネットワークへメッセージを送信する1以上の電動機器制御装置とを備え、前記電力変換制御装置は、前記交流電源からの入力電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部で検出した入力電圧に基づいて、前記入力電圧の電圧波形のゼロクロスポイントを検出するゼロクロス検出部とを有し、前記ゲートウェイ装置は、電動機器制御装置が送信した前記メッセージを第1のネットワークへ転送し、前記電力変換制御装置は、前記ゼロクロス検出部が検出した前記ゼロクロスポイントと前記ゲートウェイ装置が転送した前記電動機器制御装置の前記メッセージを受信した受信時間とに基づいて、前記転送タイミングの変更の要否を判定し、前記転送タイミングの変更が必要であると判定した場合に、前記ゼロクロスポイントと前記受信時間とが重ならないように、前記ゲートウェイ装置に対して、前記転送タイミングの変更を指示する転送タイミング変更メッセージを送信する、電力変換制御システムが提示されている。
前記電力変換制御装置は、前記ゼロクロス検出部が検出した前記ゼロクロスポイントと前記ゲートウェイ装置が転送した前記電動機器制御装置の前記メッセージを受信した受信時間との時間差が閾値以下の場合に、前記転送タイミングの変更が必要であると判定し、前記時間差が前記閾値より大きい場合には、前記転送タイミングの変更は不要であると判定する、電力変換制御システムが提示されている。
前記電力変換制御装置は、前記第1のネットワークを介して前記ゲートウェイ装置との間の通信を行う第1の通信インタフェース部と、前記第1の通信インタフェース部によって前記ゲートウェイ装置が転送した前記電動機器制御装置から前記メッセージが受信された受信時間を取得するメッセージ受信時間取得部と、前記ゼロクロス検出部で検出された前記ゼロクロスポイントと前記ゲートウェイ装置が転送した前記電動機器制御装置からの前記メッセージの受信時間とに基づいて、前記ゲートウェイ装置の前記転送タイミングの変更の要否を判定する転送タイミング変更要否判定部と、前記転送タイミング変更要否判定部の判定結果に基づいて、前記ゲートウェイ装置に対して前記転送タイミング変更メッセージを送信する転送タイミング変更メッセージ送信部とを有し、前記電動機器制御装置が、前記第2のネットワークを介して前記ゲートウェイ制御装置との間の通信を行う第3の通信インタフェース部とを有し、前記ゲートウェイ装置が、前記第1のネットワークと第2のネットワークのメッセージを相互に転送する第2の通信インタフェース部と、1以上の前記転送タイミングを含む転送タイミング変更リストを記録する転送タイミング変更リスト記録部と、前記第2の通信インタフェース部が前記転送タイミング変更メッセージを受信したときに、当該転送タイミング変更メッセージの指示内容に従って前記転送タイミング変更リストの中の転送タイミングパターンを用いて、前記転送タイミングを変更する転送タイミング変更部とを有する、電力変換制御システムが提示されている。
前記電動機器制御装置が前記ゲートウェイ装置を介して前記電力変換制御装置に対して送信する前記メッセージには複数の種別があり、前記転送タイミング変更リストの前記転送タイミングパターンは、前記メッセージの種別ごとに設定され、1つまたは複数の前記転送タイミングパターンごとに、それらを識別するためのリスト番号が付与されており、前記転送タイミング変更メッセージには、前記ゲートウェイ装置に対して転送タイミングの変更を指示する変更命令と、当該変更に用いる前記転送タイミング変更リストの中の転送タイミングパターンを指定する前記リスト番号とが含まれる、電力変換制御システムが提示されている。
前記転送タイミング変更リストの前記転送タイミングパターンにおける転送タイミングは、前記交流電源からの入力電圧の電圧波形のゼロクロスポイントと前記ゲートウェイ装置が転送した電動機器制御装置からの前記メッセージの転送時間との時間差が前記閾値以下とならないよう設定され、電動機器制御装置からの前記メッセージは周期的に送信され、前記転送タイミングパターンは、連続する複数回の転送タイミングを含み、前記連続する複数回分の回数は、前記電動機器制御装置からの前記メッセージの送信周期の複数回分の時間が、前記ゼロクロスポイントの隣接する時間の間隔との公倍数となる、電力変換制御システムが提示されている。
前記転送タイミング変更メッセージ送信部は、前記転送タイミング変更要否判定部がメッセージ転送タイミングの変更要否の判定に使用したメッセージに対する転送タイミング変更メッセージを送信する、電力変換制御システムが提示されている。
前記リスト番号は、前記転送タイミング変更リストの各メッセージの転送タイミングパターンごとに付与され、前記電力変換制御装置の前記転送タイミング変更メッセージ送信部が前記ゲートウェイ装置に対して前記転送タイミング変更メッセージを送信することにより、前記ゲートウェイ装置の前記転送タイミング変更部は、当該転送タイミング変更メッセージに含まれる前記リスト番号に対応する前記メッセージの転送タイミングのみを変更する、電力変換制御システムが提示されている。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。