JP4066228B2

JP4066228B2 - 同期運転装置

Info

Publication number: JP4066228B2
Application number: JP2001309864A
Authority: JP
Inventors: 温大久保; 幸一松田
Original assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Priority date: 2001-10-05
Filing date: 2001-10-05
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2021-10-05
Also published as: JP2003116294A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンベア等の負荷を駆動する複数台のＤＣブラシレスモータを同一速度で同期させて運転するための同期運転装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
図６は、２台のモータＭＡ’，ＭＢ’を同期させて運転する従来の同期運転装置を示すブロック図である。
図６において、各モータＭＡ’，ＭＢ’にはエンコーダＥＡ，ＥＢがそれぞれ取り付けられている。各エンコーダＥＡ，ＥＢの出力パルス数の誤差を誤差検出装置１３０により検出し、その誤差がゼロに近付くように、速度制御装置１２０によりモータＭＢ’の速度を制御してモータＭＡ’，ＭＢ’の同期運転を行っている。
なお、１４０は加算器、１１０はモータＭＡ’の速度制御装置である。
【０００３】
この従来技術によると、個々のモータＭＡ’，ＭＢ’に対して速度制御装置１１０，１２０が必要であると共に、各モータＭＡ’，ＭＢ’に速度検出用のエンコーダＥＡ，ＥＢを取り付ける必要があることから、価格が高くなり、装置全体が大型化するという問題があった。
【０００４】
更に、図示されていないが、１台のインバータにより誘導巻線付きの同期モータ２台を同期運転する方法も知られている。
しかるに、この場合、モータのロータに磁石を取り付けると共に誘導巻線を取り付けなければならず、モータの価格が非常に高くなる欠点があった。
【０００５】
そこで本発明は、従来よりも低価格で小型化が可能であり、しかも複数台のモータを安定して同期運転することができる同期運転装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、互いに並列接続された同一構成かつ同一特性の複数台のＤＣブラシレスモータを、複数の半導体スイッチング素子を有する単一の制御装置により同一速度で駆動するために、スイッチング信号発生手段が、各モータのロータ位置検出信号を用いて前記スイッチング素子のスイッチング信号を作成する同期運転装置において、各モータのロータ位置検出信号が変化しない期間内に、スイッチング信号の作成に用いるロータ位置検出信号を各モータ間で切り替えると共に、切り替え後のモータのロータ位置検出信号を用いてスイッチング信号を作成するように、前記スイッチング信号発生手段に対して制御信号を出力する信号選択手段と、速度設定値に応じて前記スイッチング信号発生手段に対し制御信号を出力し、前記スイッチング素子を所定のタイミングでオン・オフさせる速度制御手段と、前記速度設定値を緩やかに変化させて前記速度制御手段に与えるソフトスタート手段と、を備えたものである。
【０００７】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した同期運転装置において、前記スイッチング信号発生手段が、スイッチング信号として正弦波ＰＷＭ制御方式によるＰＷＭパルスを出力するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の実施形態を示すブロック図である。図１において、ＭＡ，ＭＢは同一特性のＤＣブラシレスモータであり、互いに並列に接続されている。周知のように、ＤＣブラシレスモータはロータが永久磁石により構成されている。従って、並列接続された２台のＤＣブラシレスモータＭＡ，ＭＢを１台の制御装置２００により運転するようにし、この制御装置２００によって同一の電圧を各モータＭＡ，ＭＢの各相ステータコイルに印加すれば、両モータＭＡ，ＭＢは同期運転することになる。
【０００９】
しかし、モータＭＡ，ＭＢの加速時や減速時に余り早く速度を変化させようとすると、機械の慣性によって各モータＭＡ，ＭＢが速度変化にうまく追従できず、同期外れを起こすおそれがある。このため、制御装置２００の前段にソフトスタート回路１００を設け、このソフトスタート回路１００に速度設定値を入力して加速時、減速時には各モータＭＡ，ＭＢに対する速度設定値を緩慢に変化させるようにしている。
【００１０】
図２は、図１の主要部を具体的に示す回路図である。
図２において、ＤＣブラスレスモータ制御装置２００内のスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６からなる三相ブリッジ回路の各相出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗには、同一構成で同一特性のＤＣブラスレスモータＭＡ，ＭＢが並列に接続されており、各モータＭＡ，ＭＢにそれぞれ設けられたホール素子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷはロータ位置検出回路２１，２２に接続されている。なお、図２においてＥは直流電源であり、また、各モータＭＡ，ＭＢにおける１１はステータ、１２はロータ、ＣＵ，ＣＶ，ＣＷは各相のコイルである。
【００１１】
ロータ位置検出回路２１，２２から出力される各モータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号は信号選択回路４０に入力され、どちらのモータＭＡ，ＭＢの位置検出信号を使用するかを切り替えて選択可能となっている。そして、この信号選択回路４０からは、選択したモータの位置検出信号に応じてスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６をオン・オフさせるために、スイッチング信号発生回路３０に対する制御信号が出力される。
なお、５０は各モータＭＡ，ＭＢの速度制御回路であり、図１に示したソフトスタート回路１００から、緩慢に変化する速度設定値が入力されている。
【００１２】
前記信号選択回路４０は、図３に示すようにモータＭＡの位置検出信号が入力されるＸＯＲ（排他的論理和）ゲートＩＣ１，ＩＣ２と、ＸＯＲゲートＩＣ２の出力側に接続されたＮＡＮＤゲートＩＣ３〜ＩＣ７と、モータＭＢの位置検出信号が入力されるＮＡＮＤゲートＩＣ８〜ＩＣ１０と、プルアップ抵抗等の抵抗Ｒ１〜Ｒ１０と、コンデンサＣ１と、ＮＡＮＤゲートＩＣ５〜ＩＣ１０の出力側のダイオードＤ１〜Ｄ７と、出力側のトランジスタＴＲ１〜ＴＲ３とから構成されている。
【００１３】
この信号選択回路４０は、図４に示すようなモータＭＡ，ＭＢの各相の位置検出信号が入力された際に、スイッチング信号発生回路３０に対してモータＭＡ，ＭＢの１相または２相のスイッチング素子を駆動させるための制御信号をトランジスタＴＲ１〜ＴＲ３から出力するように動作する。
【００１４】
以下、本実施形態の動作を、図３、図４を参照しつつ説明する。
図２に示すＤＣブラスレスモータ制御装置２００のスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６を図５に示すようなタイミングでオン・オフし、各モータＭＡ，ＭＢのコイルＣＵ，ＣＶ，ＣＷに電圧Ｖ_Ｕ，Ｖ_Ｖ，Ｖ_Ｗを印加する。なお、図５に示す駆動方式は１２０°通電方形波駆動方式として知られている。
これにより、モータＭＡ，ＭＢは同期して同一速度で運転され、その時のモータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号は図４に示すようになる。なお、図４では、モータＭＡに関する信号をＡ、モータＭＢに関する信号をＢで示している。
【００１５】
両方のモータＭＡ，ＭＢを位置検出信号に同期させて運転するためには、図４のロータ回転角（空間角）が０°、６０°、１２０°、１８０°、２４０°、３００°のタイミングで位置検出信号が変化するのに合わせて、スイッチング信号発生回路３０から出力されるスイッチング信号を変化させる必要がある。
一方、図４における回転角が０°〜６０°の間、６０°〜１２０°の間、１２０°〜１８０°の間、１８０°〜２４０°の間、２４０°〜３００°の間、３００°〜０°の間は、各モータＭＡ，ＭＢともに位置検出信号に変化がなく、一定の状態を保っている。
従って、上述したように位置検出信号に変化がなく一定の状態を保っている間に、モータＭＡの位置検出信号とモータＭＢの位置検出信号とを切り替えても何ら悪影響はない。
【００１６】
例えば、モータＭＡの位置検出信号を用いてモータＭＡを駆動するためのスイッチング信号（モータＭＡ，ＭＢは並列に接続されているので、モータＭＢを駆動するためのスイッチング信号でもあり得る）を出力している時に、他方のモータＭＢの位置検出信号に切り替えてモータＭＢを駆動するためのスイッチング信号（同じくモータＭＡを駆動するためのスイッチング信号でもあり得る）を出力するようにしても、この切替が位置検出信号に変化がない期間に行われるのであれば、切り替えた瞬間にモータの印加電圧が急変する心配はない。
また、この例のように位置検出信号の周期よりも短い周期で切り替えるようにすれば、動作が不安定になるおそれも少ない。
【００１７】
そこで本実施形態では、角度が０°〜６０°の間、６０°〜１２０°の間、１２０°〜１８０°の間、１８０°〜２４０°の間、２４０°〜３００°の間、３００°〜０°（３６０°）の間である３０°、９０°、１５０°、２１０°、２７０°、３３０°の時点で、信号選択回路４０によりモータＭＡ，ＭＢの位置検出信号をモータ間で交互に切り替えて選択するようにし、この選択した位置検出信号に基づいてモータＭＡ，ＭＢを駆動するためのスイッチング信号を出力させるようにした。
【００１８】
つまり、図４に示す如く、例えば３３０°〜３０°の間はモータＭＡの位置検出信号を選択しており、この信号に基づいてスイッチング信号発生回路３０はＵ相コイルＣＵ、Ｗ相コイルＣＷに通電する（期間はそれぞれ異なる）ようにスイッチング信号を出力する。また、３０°〜９０°の間はモータＭＢの位置検出信号を選択しており、この信号に基づいてスイッチング信号発生回路３０はＵ相コイルＣＵ、Ｗ相コイルＣＷに通電する（期間はそれぞれ異なる）ようにスイッチング信号を作成する。
【００１９】
以後同様に、９０°〜１５０°の間はモータＭＡの位置検出信号を選択し、この信号に基づいてスイッチング信号発生回路３０はＵ相コイルＣＵ、Ｖ相コイルＣＶに通電するようにスイッチング信号を作成し、１５０°〜２１０°の間はモータＭＢの位置検出信号を選択し、この信号に基づいてスイッチング信号発生回路３０はＵ相コイルＣＵ、Ｖ相コイルＣＶに通電するようにスイッチング信号を作成する。
【００２０】
図４では、説明の便宜上、角度が３０°、９０°、１５０°、２１０°、２７０°、３３０°でモータＭＡ，ＭＢの位置検出信号を切り替えているが、０°〜６０°の間、６０°〜１２０°の間、１２０°〜１８０°の間、１８０°〜２４０°の間、２４０°〜３００°の間、３００°〜０°（３６０°）の間であって、モータＭＡ，ＭＢの位置検出信号に変化がない任意の角度で切り替えれば、同様の効果を得ることができる。
【００２１】
なお、図３に示した信号選択回路４０の動作を説明する。例えば、図４の３０°〜６０°の間のモータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）を何れも論理（１，０，１）で表し、これらがモータＭＡ，ＭＢの位置検出信号として入力されているとすると、図３の論理回路によって出力側トランジスタＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の出力信号の論理は（１，０，１）であり、次の６０°〜９０°の間のモータＭＡ，ＭＢの位置検出信号（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）を何れも論理（１，０，０）とすると、出力側トランジスタＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の出力信号の論理は（１，０，０）となり、図４の３０°〜９０°の期間における信号選択回路の出力（制御信号）の変化と一致していることが判る。
【００２２】
以上のような動作により、２台のモータＭＡ，ＭＢをロータ位置検出信号に同期させて単一の制御装置２００により安定的に同期運転することが可能である。更に、速度制御回路５０に対する速度設定値をソフトスタート回路１００を介して与えることで、加速時または減速時に各モータＭＡ，ＭＢの慣性に逆らわずに緩やかに速度を変化させるようにし、速度の急変によるショックの発生を防止して両モータＭＡ，ＭＢの同期運転を維持することができる。
【００２３】
なお、モータＭＡ，ＭＢへの印加電圧が等価的に正弦波となるようにスイッチング素子をＰＷＭ（パルス幅変調）制御する正弦波ＰＷＭ制御方式が良く知られている。この方式をスイッチング信号発生回路３０に適用してＰＷＭパルスによりスイッチング素子を駆動することにより、モータＭＡ，ＭＢを一層安定して動作させることが可能である。
また、上記各実施形態では２台のＤＣブラシレスモータを並列運転する場合について説明したが、本発明は３台以上のモータを並列運転する場合にも適用可能である。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、複数台のＤＣブラシレスモータを１台の制御装置によって安定して同期運転することが可能であり、各モータを個別の制御装置により駆動する場合に比べて安価かつ小型の同期運転装置を提供することができる。
特に本発明は、速度設定値をソフトスタート回路を介して制御装置に加えることにより、加速時または減速時に同期外れを起こすことなく確実に同期運転させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１の主要部を具体的に示す回路図である。
【図３】図２の信号選択回路の構成を示す回路図である。
【図４】図２の動作を示すタイミングチャートである。
【図５】図１の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】従来技術を示すブロック図である。
【符号の説明】
Ｅ直流電源
Ｔ１〜Ｔ６スイッチング素子
Ｕ，Ｖ，Ｗ出力端子
ＭＡ，ＭＢＤＣブラシレスモータ
ＣＵ，ＣＶ，ＣＷコイル
ＨＵ，ＨＶ，ＨＷホール素子
１１ステータ
１２ロータ
２１，２２ロータ位置検出回路
３０スイッチング信号発生回路
４０信号選択回路
５０速度制御回路
１００ソフトスタート回路
２００ＤＣブラシレスモータ制御装置

Claims

互いに並列接続された同一構成かつ同一特性の複数台のＤＣブラシレスモータを、複数の半導体スイッチング素子を有する単一の制御装置により同一速度で駆動するために、スイッチング信号発生手段が、各モータのロータ位置検出信号を用いて前記スイッチング素子のスイッチング信号を作成する同期運転装置において、
各モータのロータ位置検出信号が変化しない期間内に、スイッチング信号の作成に用いるロータ位置検出信号を各モータ間で切り替えると共に、切り替え後のモータのロータ位置検出信号を用いてスイッチング信号を作成するように、前記スイッチング信号発生手段に対して制御信号を出力する信号選択手段と、
速度設定値に応じて前記スイッチング信号発生手段に対し制御信号を出力し、前記スイッチング素子を所定のタイミングでオン・オフさせる速度制御手段と、前記速度設定値を緩やかに変化させて前記速度制御手段に与えるソフトスタート手段と、
を備えたことを特徴とする同期運転装置。
請求項１に記載した同期運転装置において、
前記スイッチング信号発生手段が、スイッチング信号として正弦波ＰＷＭ制御方式によるＰＷＭパルスを出力することを特徴とする同期運転装置。