JP2019054644A - 電力供給装置 - Google Patents
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Abstract
Description
以下、本発明の実施形態1について、図1から図4に基づいて詳細に説明する。図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。本発明の一態様に係るコンデンサユニット10(電力供給装置)についての理解を容易にするため、先ず、コンデンサユニット10を含む電力供給システム1の概要を、図2を用いて説明する。なお、以下の説明において、「AC」は「Alternating Current(交流)」を、「DC」は「Direct Current(直流)」を表わすものとする。
図2は、コンデンサユニット10を含む電力供給システム1の全体概要を示す図である。図2に例示するように、電力供給システム1は、コンデンサユニット10、ドライバ20およびモータ30を含み、さらに、コントローラ40およびツール50を含んでいてもよい。
これまで図2を用いて概要を説明してきた電力供給システム1に含まれるコンデンサユニット10について、次に、その構成および処理の内容等を、図1等を用いて説明していく。図1を参照して詳細を説明する前に、コンデンサユニット10についての理解を容易にするため、その概要について以下のように整理しておく。
図1は、本発明の実施形態1に係るコンデンサユニット10(電力供給装置)の回路構成を示す図である。図1に示すように、コンデンサユニット10は、AC電源入力端子102、コンデンサ103、整流器104、第一バックアップ用コンデンサ100、DC/DC電源コンバータモジュール105、制御電源出力端子101、AC電源入力端子106、コンデンサ107、整流器108、第二バックアップ用コンデンサ109、および、主回路電源出力端子110を含む。
外部電源からAC電源入力端子102が受容したAC電源は、整流器104により整流され、DC/DC電源コンバータモジュール105により電圧を所望の値に調整された後、制御電源として、制御電源出力端子101からドライバ20に出力される。
外部電源からAC電源入力端子106が受容したAC電源は、整流器108により整流され、主回路電源として、主回路電源出力端子110からドライバ20に出力される。
コンデンサユニット10は、機能ブロックとして、通知部200を備えている。なお、記載の簡潔性を担保するため、本実施の形態に直接関係のない構成は、説明および図1の回路図から省略している。ただし、実施の実情に則して、コンデンサユニット10は、当該省略された構成を備えてもよい。図1に例示した通知部200は、例えば、CPU(central processing unit)などが、ROM(read only memory)、NVRAM(non-Volatile random access memory)等で実現された記憶装置(不図示)に記憶されているプログラムを不図示のRAM(random access memory)等に読み出して実行することで実現することができる。
図3は、コンデンサユニット10についてドライバ20(モータ駆動装置)との接続例を示す図である。なお、図3の説明において、コンデンサユニット10Aおよび10Bは、2つの「コンデンサユニット10」の各々を区別するために「コンデンサユニット10」に付合「A」および「B」を付したものである。コンデンサユニット10Aおよびコンデンサユニット10Bの各々を特に区別する必要がない場合は、単に「コンデンサユニット10」と称する。
図4は、電力供給システム1および従来の電力供給システムの各々の概要および両者の比較を示している。図4の(A)は、従来の電力供給システムの全体概要を示す図である。従来の電力供給システムは、ドライバ97の主回路に、従来のコンデンサユニット99が主回路電源を供給し、ドライバ97の制御回路に、UPS(Uninterruptible Power Supply、無停電電源装置)98が制御電源を供給する構成である。図4の(B)は、図2に例示した電力供給システム1のうち、特にコンデンサユニット10がドライバ20に供給する電力(電源)について説明する図である。図4の(C)は、図4の(A)に例示した「従来の電力供給システム」と、図4の(B)に例示した電力供給システム1と、を比較する表である。図4の(C)の表において、「ドライバ97+UPS98+従来のコンデンサユニット99」の「組合せ」は、「従来の電力供給システム」を示し、「ドライバ20+コンデンサユニット10」の「組合せ」は、電力供給システム1を示している。
ドライバ20およびドライバ97の動作中に、落雷等を原因とする瞬時電圧低下および瞬時停電などの「入力電圧の急変」が発生すると、ドライバ20またはドライバ97が制御している複数のメカ同士が干渉し合うなどして、ワークの破損等が発生し得る。例えば、液剤充填に係る作業においては複数軸が同期して動くため、入力電圧の急変時に、慣性の異なる複数のメカ同士(例えば、ノズル部分のメカと搬送部分のメカと)が干渉したり衝突したりすることによって、高価なノズルが折れることがある。より具体的には、長いコンベヤはイナーシャが大であるのに対し、液剤充填機はイナーシャが小さいため、「入力電圧の急変」が発生した場合、位置ズレが大きくなり、高価なノズルが割れることがある。また、液剤充填機の稼働する無菌空間等での復旧作業には、莫大な工数が掛かるだけでなく、廃棄ロスおよび液剤の補充等に莫大な額の損害が発生し得る。
図4の(A)に例示する従来の電力供給システムにおいては、「入力電圧の急変」に伴う上述のリスクの回避策として、つまり、入力電圧の急変時に複数軸(複数のメカ)を同期させたまま停止させるために、以下のような構成が採用されていた。
図4の(B)に例示するコンデンサユニット10は、ドライバ20の主回路電源および制御電源の2系統の電源出力を行ない、主回路電源および制御電源の双方をバックアップしている。言い換えれば、コンデンサユニット10は、「モータ30を駆動させるための主回路電源(モータ駆動電源)」および「モータ30の駆動(つまり、主回路)を制御するための制御電源」の両者をバックアップする。
図4の(C)を用いて、図4の(A)に例示した「従来の電力供給システム」と、図4の(B)に例示した電力供給システム1と、の違いについて整理しておく。なお、図4の(C)に示されている通り、「従来の電力供給システム」と電力供給システム1とで、「主回路電源」および「出力」についてはほとんど違いが無いので、「主回路電源」および「出力」について詳細は略記する。
コンデンサユニット10は、従来のコンデンサユニットが実現することのできなかった下記の3つの機能を実現することができる。第一に、コンデンサユニット10は、ドライバ20の主回路電源および制御電源の双方をバックアップすることができる。第二に、コンデンサユニット10は、「自装置以外のコンデンサユニット10」を増設することによって、第一バックアップ用コンデンサ100および第二バックアップ用コンデンサ109の少なくとも一方の電気容量の不足に対応することができる。また、コンデンサユニット10は、「自装置以外のコンデンサユニット10」を増設することによって、大きな回生エネルギーにも対応することができる。例えば、コンデンサユニット10は、3kWの回生エネルギーにも対応することができ、回生エネルギーが大きい大型の液剤充填機等にも対応することができる。第三に、コンデンサユニット10は、瞬時電圧低下および瞬時停電などの「入力電圧の急変」を検知して、「入力電圧の急変」を外部に通知する(例えば、「入力電圧の急変」を検知したことを外部に通知する信号を出力する)機能を備えている。以下、コンデンサユニット10の備える「入力電圧の急変を通知する」機能について、詳細を説明する。
コンデンサユニット10は、「入力電圧の急変」を検知して外部出力に出す機能を備えている。図1に例示するコンデンサユニット10は、「入力電圧の急変」を検知すると通知信号を外部に出力する通知部200を備えている。コンデンサユニット10は、「入力電圧の急変」を検知した通知部200の出力する通知信号をトリガとして、コントローラ40等に、「入力電圧の急変」時に必要な処理を実行させることができるとの効果を奏する。例えば、「入力電圧の急変」を通知されたコントローラ40は、複数のドライバ20に、複数のドライバ20の各々に接続されているモータ30を同期させて停止させることができる。
本発明の実施形態2について、図5に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。本実施形態におけるコンデンサユニット11が、上述の実施形態1におけるコンデンサユニット10と異なるのは、本実施形態に係るコンデンサユニット11の電源入力は1つであるという点である。以下、図5を用いて、コンデンサユニット11の詳細について説明する。
第一バックアップ用コンデンサ100は、整流器108と制御電源出力端子101との間に挿入され、例えば、整流器108とDC/DC電源コンバータモジュール105との間に挿入される。すなわち、図5には、第一バックアップ用コンデンサ100の正極端子が、整流器108の正側出力端子とDC/DC電源コンバータモジュール105の正側入力端子との間に接続されている例が示されている。図5に示す回路例においては、第一バックアップ用コンデンサ100の負極端子は、整流器108の負側出力端子とDC/DC電源コンバータモジュール105の負側入力端子との間に接続されている。第一バックアップ用コンデンサ100は、整流器108の出力によって充電され、落雷等を原因とする瞬時電圧低下および瞬時停電などの「入力電圧の急変」が発生すると、放電によりドライバ20の制御回路に制御電源を供給する。
コンデンサユニット11において、整流器108と主回路電源出力端子110との間に挿入された第一バックアップ用コンデンサ100は、主回路電源のバックアップも行っている。図5において、第一バックアップ用コンデンサ100の正極端子は、整流器108の正側出力端子と主回路電源出力端子110の正側出力端子110Aとの間に接続されている。また、第一バックアップ用コンデンサ100の負極端子は、整流器108の負側出力端子と主回路電源出力端子110の負側出力端子110Bとの間に接続されている。
本発明の実施形態3について、図6および図7に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。本実施形態に係るコンデンサユニット12(電力供給装置)についての理解を容易にするため、先ず、コンデンサユニット12について、ドライバ20(モータ駆動装置)との接続例を、図7を用いて説明する。
図7は、コンデンサユニット12について、ドライバ20との接続例を示す図である。図7には、マスタ装置としてのコントローラ40が、フィールドネットワーク60を介して、複数のスレーブ装置(具体的には、ドライバ20A、20B、および20C)と接続する例が示されている。ドライバ20A、20B、および20Cの各々は、コンデンサユニット12A、12B、および12Cの各々によって、電力を供給されている。コンデンサユニット12A、12B、および12Cの各々には、外部から、三相200VのAC電源を供給されている。
これまで図7を用いて概要を説明してきたコンデンサユニット12について、次に、その詳細を、図6を用いて説明していく。なお、図6に回路構成を例示するコンデンサユニット12は、図1に回路構成を例示するコンデンサユニット10と、以下の3点において異なっている。
なお、コンデンサユニット12は、自装置の第二バックアップ用コンデンサ109の電気容量を大きくするために、自装置の筺体の内側または外側に不図示のコンデンサを部品としてさらに設けてもよい。そして、自装置の筺体の内側または外側に追加したこのコンデンサを、第二バックアップ用コンデンサ109に並列接続させることによって、第二バックアップ用コンデンサ109の電気容量を大きくしてもよい。
図6は、本発明の実施形態3に係るコンデンサユニット12の回路構成を示す図である。なお、前述の通り、コンデンサユニット12は、コンデンサユニット10の構成に加えて、ブレーキ電源出力端子111およびコンデンサ増設端子112をさらに備えている。また、コンデンサユニット12においては、第一バックアップ用コンデンサ100と、第二バックアップ用コンデンサ109と、が電気的に並列に接続されている。そして、第一バックアップ用コンデンサ100と、第二バックアップ用コンデンサ109との間には、ダイオード113が挿入されている。これらの構成以外は、コンデンサユニット12の構成とコンデンサユニット10の構成とは同様であり、コンデンサユニット12の構成のうち、コンデンサユニット10と同様の構成については、説明を省略する。
コンデンサユニット12は、以下の2つの構成の少なくとも一方を備えることによって、第一バックアップ用コンデンサ100の電気容量を疑似的に大きくしている。
コンデンサユニット12は、コンデンサ増設端子112を介して、自装置以外のコンデンサユニット12と電気的に並列に接続することができる。自装置以外のコンデンサユニット12と電気的に並列に接続することにより、接続された自装置以外のコンデンサユニット12の第二バックアップ用コンデンサ109と、自装置の第二バックアップ用コンデンサ109とは、電気的に並列接続される。
コンデンサユニット12において、第一バックアップ用コンデンサ100と第二バックアップ用コンデンサ109とを電気的に並列に接続することによって、第一バックアップ用コンデンサ100の電気容量を疑似的に大きくしている。すなわち、コンデンサユニット12において、制御電源のバックアップ電力を充電する第一バックアップ用コンデンサ100と、主回路電源のバックアップ電力を充電する第二バックアップ用コンデンサ109と、は電気的に並列に接続されている。第一バックアップ用コンデンサ100と第二バックアップ用コンデンサ109とを電気的に並列に接続することによって、第一バックアップ用コンデンサ100の電気容量を疑似的に大きくしている。
コンデンサユニット12は、第一バックアップ用コンデンサ100の電気容量を疑似的に大きくすることによって、第一バックアップ用コンデンサ100によって、制御電源だけでなく、ブレーキ電源についても、バックアップしている。
図6には、第一バックアップ用コンデンサ100が、整流器104と、ブレーキ制御回路に電力を供給するブレーキ電源出力端子111と、の間に挿入される例が示されている。しかしながら、ブレーキ電源のバックアップのための構成は、図6に示す構成に限られない。
図1に記載の実施例では、DC/DC電源コンバータモジュール105を介することで整流器104の出力電圧を降圧して制御電源出力としている。しかし、整流器104の出力電圧を降圧する必要がない場合は、DC/DC電源コンバータモジュール105は不要である。その構成においても本発明は適用することができる。
図1に記載の実施例では、制御電源出力はDC出力としている。しかしながら、制御電源出力がAC出力の場合も、本発明は適用することができる。制御電源出力をAC出力とする場合には、図1のDC/DC電源コンバータモジュール105の替わりに、直流を交流に変換するインバータ回路を備えるとよい。
11 コンデンサユニット(電力供給装置)
12 コンデンサユニット(電力供給装置)
20 ドライバ(モータ駆動装置)
30 モータ
100 第一バックアップ用コンデンサ
101 制御電源出力端子
104 整流器(整流回路)
108 整流器(整流回路)
111 ブレーキ電源出力端子(ブレーキ制御回路に電力を供給する出力端子)
112 コンデンサ増設端子(コネクタ)
110 出力端子(モータ駆動装置の主回路に電力を供給する出力端子)
110A 正側出力端子(モータ駆動装置の主回路に電力を供給する正側出力端子)
110B 負側出力端子(モータ駆動装置の主回路に電力を供給する負側出力端子)
109 第二バックアップ用コンデンサ
Claims (6)
- モータ駆動装置の、モータにモータ駆動電力を供給する主回路に電力を供給する電力供給装置であって、
外部の交流電源から入力された交流を整流する整流回路と、
前記モータ駆動装置の、前記主回路を制御する制御回路に電力を供給する制御電源出力端子と、を備え、
(1)前記整流回路と前記制御電源出力端子との間には第一バックアップ用コンデンサが挿入されており、(2)前記第一バックアップ用コンデンサは前記整流回路の出力により充電されることを特徴とする電力供給装置。 - (1)前記第一バックアップ用コンデンサの正極端子は、さらに、
前記整流回路の正側出力端子と、
入力電圧の急変が発生した場合に前記主回路の動作から独立して前記モータを減速させるブレーキ制御回路に電力を供給する出力端子の正側と、
の間に電気的に接続されており、
(2)前記第一バックアップ用コンデンサの負極端子は、さらに、
前記整流回路の負側出力端子と、
前記ブレーキ制御回路に電力を供給する出力端子の負側と、
の間に電気的に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の電力供給装置。 - 前記モータ駆動装置の主回路に電力を供給する正側出力端子と負側出力端子との間に接続された第二バックアップ用コンデンサをさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載の電力供給装置。
- 前記第二バックアップ用コンデンサに電気的に接続されたコネクタをさらに備え、
前記コネクタは、自装置以外の前記電力供給装置の、(1)前記コネクタ、または、(2)前記モータ駆動装置の主回路に電力を供給する出力端子と接続可能であることを特徴とする請求項3に記載の電力供給装置。 - 前記第一バックアップ用コンデンサの正極端子は前記第二バックアップ用コンデンサの正極端子と電気的に接続し、前記第一バックアップ用コンデンサの負極端子は前記第二バックアップ用コンデンサの負極端子と電気的に接続していることを特徴とする請求項3または4に記載の電力供給装置。
- 自装置への入力電圧の急変が発生すると、入力電圧の急変が発生したことを外部に通知することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の電力供給装置。
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