JP4391989B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

この発明は、電力変換装置に関するものである。

交流負荷を任意の周波数で駆動する電力変換装置は、一般に、直流電圧（交流電圧から生成した直流電圧を含む）をスイッチングして任意周波数の交流電圧を出力するスイッチング部を備える主回路部と、予め設定された負荷の運転に関わる情報および前記主回路部が備える各種検出器からの情報に基づき前記スイッチング部を構成するスイッチング素子を所望のオン・オフ動作状態に制御する制御部とで構成されている。

この電力変換装置には、ユーザが目的に応じた制御態様で利用できるように、簡単なオープンループ制御を行う製品や高精度なクローズドループ制御を行う製品などがある。そして、各製品は、それぞれ数ワットの小容量から数千キロワットの大容量まで容量毎に用意され、多様なニーズに柔軟に対応できるようにしている。なお、目的に応じた制御態様は、制御部によって実現される。また、必要な容量は主回路部によって実現される。

ところで、電力変換装置では、所望の機能を実現する上で予め用意する初期値として、負荷の運転に関わる情報の他に、主回路部の特性や主回路部内に存する各種検出器の校正値、製造年月等の製造履歴、運転履歴、仕様などが必要である。ここでは、主回路部の特性、校正値、製造履歴、運転履歴および仕様を主回路部に関する管理情報と称することとする。

従来の電力変換装置では、制御部が負荷の運転に関わる情報などを格納する記憶部を備えることから、主回路部に関する管理情報も制御部内の記憶部に格納するようにしていた。

そのため、従来では、主回路部と制御部とを切り離して保管し、出荷時に主回路部と制御部とを組み合せる場合には、主回路部に関する管理情報を制御部に記憶させる必要があり、また組み合せ後に主回路部と制御部を分離して再度主回路部と制御部とを組み合せる場合にも主回路部に関する管理情報を制御部に記憶させる必要があったので、組み合わせ作業が面倒であった。

また、簡単なオープンループ制御を行う製品と高精度なクローズドループ制御を行う製品との間の機能変更を制御部の変更によって実現する場合、主回路部に関する管理情報を一旦別の記憶装置にアップロードし、それを変更した制御部にダウンロードする必要があり、機能変更作業が面倒であった。

そして、通常、納期を短縮するために、予め製品を製造し保管するが、従来では、主回路部と制御部とは、１対１の対応関係で製造する必要があったので、電力変換装置を容量毎にかつ制御態様毎に製造し、保管する必要があり、在庫量の増大を引き起こしていた。

この問題を解決するために、主回路部に、主回路部に関する管理情報を記憶させる記憶部を設けることが考えられる。この点に関し、例えば、特許文献１では、カメラヘッドとそれを制御するカメラコントロールユニットとが分離可能に接続され、カメラヘッドに当該カメラヘッドに関する各種データを記憶する記憶装置を設け、コントロールユニットがカメラヘッドの使用状況を記憶装置に記憶するようにしたヘッド分離型カメラが開示されている。

また、例えば、特許文献２では、ロボット本体に機種データ設定手段を設け、コントロール部がその機種データとの整合性に基づいて制御開始を決定するようにした産業用ロボットが開示されている。

特開２００２−３５４３００号公報 特開平６−１９０７６２号公報

しかし、特許文献１，２において記憶部を設ける意義とこの発明において主回路部に記憶部を設ける意義とは相違し、また記憶させる情報の性格も異なるものである。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、主回路部と制御部の組み合わせ作業および機能変更作業の容易化が図れ、また在庫量の増大を抑制することができる電力変換装置を得ることを目的とする。

この発明では、交流電圧から生成した直流電圧を含む直流電圧をスイッチングして任意の周波数および電圧の交流電圧を出力するスイッチング部を備える主回路部と、負荷の運転モードなど負荷の運転に関する設定や表示に関する設定などの設定情報を予め格納するための記憶手段を有し、前記記憶手段に予め設定された負荷の運転に関わる情報および前記主回路部が備える各種検出器からの情報に基づき前記スイッチング部を構成するスイッチング素子を所望のオン・オフ動作状態に制御する制御部とを備える電力変換装置において、前記主回路部と前記制御部とは、互いに分離・装着可能に構成され、一つの主回路部に対し制御態様が異なる制御部が変更装着できるようになっているとともに、前記主回路部は、少なくとも、当該主回路部に関わる特性、各種検出器に対する校正値、製造履歴、運転履歴および仕様を記憶させる記憶部を備えることを特徴とする。

この発明によれば、主回路部と制御部を切離して保管し、出荷時に主回路部と制御部とを組み合せる場合に、また、組み合せ後に主回路部と制御部とを分離し、再度主回路部と制御部とを組み合せる場合に、主回路部に関わる特性、校正値、製造機歴、運転履歴および仕様を制御部に記憶させる必要がなく、簡単に組み合わせることができる。さらに、制御部の変更による機能変更の場合に、主回路部に関わる特性、校正値、製造機歴、運転履歴および仕様を一旦別の記憶装置にアップロードし、それを変更した制御部にダウンロードすることが不要となるので、簡単に機能変更が行える。そして、一つの主回路部に対し制御態様が異なる制御部を交換装着することができるので、当該電力変換装置の保管在庫量を大幅に減らすことができる。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる電力変換装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。

実施の形態１．
第１図は、この発明の実施の形態１である電力変換装置の構成を示すブロック図である。第１図に示す電力変換装置１は、主回路部２と制御部３とで構成され、商用交流電源４から任意の周波数および電圧の交流電圧を生成し負荷５に供給するようになっている。

主回路部２は、整流部６とスイッチング部７と電源部８と記憶部９と通信部１０とを備えている。主回路部２と制御部３は、別個独立の筐体に収容され、通信部１０を介して必要な情報の授受を行うようになっている。

整流部６は、商用交流電源４の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部６１と、コンバータ部６１にて変換された直流電圧を平滑する平滑部６２と、平滑部６２にて平滑された直流電圧を検出し通信部１０に出力する直流電圧検出部６３とを備えている。

スイッチング部７は、平滑部６２にて平滑された直流電圧を複数のスイッチング素子によるオン・オフ動作によってスイッチングし任意周波数の交流電圧を負荷５に対して出力するインバータ部７１と、インバータ部７１を構成する複数のスイッチング素子を駆動する駆動部７２と、インバータ部７１が出力する交流電圧を検出し通信部１０に出力する出力電圧検出部７３と、インバータ部７１と負荷５との間で流れる電流を検出し通信部１０に出力する電流検出部７４と、スイッチング部７の温度を検出し通信部１０に出力する温度検出部７５とを備えている。

電源部８は、平滑部６２にて平滑された直流電圧から各種レベルの電圧を生成し、制御部３と記憶部９と通信部１０と駆動部７２とに供給するようになっている。

記憶部９は、ＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリからなり、当該主回路部２に関わる特性と、各種検出部（直流電圧検出部６３、出力電圧検出部７３、電流検出部７４、温度検出部７５）に対する校正値と、主回路部２の製造履歴と、整流部６とスイッチング部７と電源部８のそれぞれにおける運転履歴に使用環境情報を含めた使用履歴およびその使用履歴から算出される寿命情報と、仕様とが予め記憶されている。

すなわち、この実施の形態では、主回路部２に関する管理情報として、主回路部２を構成する各部の使用履歴と寿命情報とが追加され、より的確な運用が図れるようになっている。

通信部１０は、（１）制御部３からの運転信号を駆動部７２に出力すること、（２）直流電圧検出部６３と出力電圧検出部７３と電流検出部７４と温度検出部７５からの検出信号を制御部３に送信すること、（３）制御部３からの要求に応じて記憶部９から各種検出部に対する校正値と、主回路部２の製造履歴と、整流部６とスイッチング部７と電源部８のそれぞれにおける使用履歴および寿命情報とを読み出して制御部３に送信すること等を行う。

通信部１０と制御部３との間の通信形態は、パラレル通信でもよく、同期方式または非同期方式のシリアル通信でもよい。パラレル通信では高速化が図れる。また、シリアル通信では信号線を用いる場合はその本数を減らすことができる。さらに、信号線を用いない接続方式（光通信や無線通信など）も当然採用可能である。なお、記憶部９への設定も通信部１０を用いて行えるようにすることができる。これらの機能を備える通信部１０は、専用の半導体集積回路であるＡＳＩＣやＣＰＵを備える処理回路などで構成することができる。

制御部３が備える記憶部は、ＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリからなり、負荷５の運転モードなど負荷５の運転に関する設定や表示に関する設定などの設定情報が予め格納されている。制御部３は、運転開始時等において通信部１０に要求して取り寄せた記憶部９の内容と、制御部３内の記憶部に記憶された設定情報と、通信部１０から送られてくれる主回路部２の各種検出部の検出信号とから主回路部２の制御を決定し、主回路部２に運転信号を送信する。

制御部３には、簡単なオープンループ制御を行うタイプと、負荷５の運転状態をフィードバックし高精度のクローズドループ制御を行うタイプとがある。使用目的に応じて選択される。以下、第２図と第３図を参照して、主回路部と制御部との関係を説明する。

第２図は、第１図に示す電力変換装置における主回路部と制御部との接続関係を説明する概念図である。第２（ａ）では、ハーネスおよびコネクタを用いた接続例が示されている。すなわち、主回路部２１には、信号線であるハーネス２２の先端にコネクタ２３を取り付けた接続部を用意する。また、制御部２５には、その一側壁面にコネクタ２６を配置する。制御部２５は、コネクタ２６の配置面に対向する他壁側面を主回路部２１の一側壁面にネジ締結などで固定する形で主回路部２１と一体化される。コネクタ２３，２６を接続することで、両者間の電気的接続が行われる。

第２図（ｂ）では、コネクタのみによる接続例が示されている。すなわち、主回路部３１の一側壁面にコネクタ３２を配置する。また、制御部３４の一側壁面にコネクタ３５を配置する。制御部３４は、コネクタ３５の配置面を主回路部３１のコネクタ３２配置面にネジ締結等で固定する形で一体化される。すると、同時にコネクタ３２，３５が接続するようになっているので、両者間の電気的接続が行われる。

第２図では、コネクタを用いた接続方法を示したが、コネクタを用いずに半田付けする方法でもよい。また、上記した光通信や無線通信を用いた接続方法でもよい。

以上の電気的接続（主回路部と制御部との組み合わせ）では、主回路部の特性、校正値、製造履歴、使用履歴、寿命情報等を制御部に記憶させる必要がないので、組み合わせ作業が非常に簡素化される。そして、主回路部と制御部とを切り離した状態で保管し、出荷し、ユーザ側にて組み合わせて設置することが可能となる。

また、電力変換装置には、ユーザが目的に応じた制御態様で利用できるように、簡単なオープンループ制御を行う製品や高精度なクローズドループ制御を行う製品などがある。この目的に応じた制御態様は、制御部によって実現される。また、電力変換装置は、数ワットの小容量から数千キロワットの大容量まで容量毎に用意される。この必要な容量は、主回路部によって実現される。

この場合、この実施の形態では、任意の制御態様を持つ制御部と任意の容量を持つ主回路部との組み合わせが簡単に実現できる。したがって、制御部の変更による機能変更も簡単に行えるようになる。

第３図は、第１図に示す電力変換装置において目的に応じて制御部を交換する場合の概要を説明する図である。第３図において、例えば第２図（ａ）に示した接続形態を用いるとすれば、ある容量の主回路部４１に対し、簡単なオープンループ制御を行う制御部４３が実装されていたが、高精度なクローズドループ制御を行う制御部４２に変更して機能変更を行う必要が生じた場合に、主回路部４１に記憶部を持つので、高精度なクローズドループ制御を行う制御部４２と簡単なオープンループ制御を行う制御部４３とを単に交換するだけでよく、主回路部４１の特性、校正値、製造履歴、使用履歴、寿命情報等の情報を一旦別の記憶装置にアップロードし、それを変更した制御部４２にダウンロードすることが不要となり、簡単に機能変更を行うことができる。

したがって、この実施の形態によれば、簡単なオープンループ制御を行う制御部や高精度のクローズループ制御を行う製御部など目的に応じた制御態様の製御部を、数ワットの小容量から数千キロワットの大容量までの各容量を持つ主回路部に組み合わせてそれぞれを一つの電力変換装置とし、それぞれを生産し、保管し、出荷する必要がなくなる。

また、目的に応じた制御態様の制御部に主回路部を組み合わせる場合も組み合せによる主回路部の特性、校正値、製造履歴、使用履歴、寿命情報等を記憶させる必要がないので、任意の主回路部に組み合せることが可能となる。その結果、電力変換装置の保管在庫量を従来の半分以下に減らすことができる。

これらの特徴は、ユーザの立場からすれば、グレードアップが容易になることを意味するので、この実施の形態によれば、使い勝手の優れた電力変換装置を提供することができる。

実施の形態２．
第４図は、この発明の実施の形態２である電力変換装置の構成を示すブロック図である。なお、第４図では、第１図（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態２に関わる部分を中心に説明する。

すなわち、第４図に示すように、この実施の形態２による電力変換装置５１では、第１図（実施の形態１）に示した構成において、通信部１０を省略され、主回路部２の各部の信号が１対１対応で制御部３に直接接続されるようになっている。この構成によっても、実施の形態１と同様の作用・効果が得られる。

実施の形態３．
第５図は、この発明の実施の形態３である電力変換装置の構成を示すブロック図である。なお、第５図では、第１図（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態３に関わる部分を中心に説明する。

すなわち、第５図に示すように、この実施の形態３では、第１図（実施の形態１）に示した電力変換装置１において、平滑部６２の入力端に、コンバータ部６１と並列に直流電源５５が設けられている。この直流電源５５は、バックアップ用の電源であるが、同様に直流電源が供給可能な電源も接続可能である。これによって、無停電化を図った電力変換装置において実施の形態１と同様の作用・効果が得られる。

なお、実施の形態３では、実施の形態１への適用例を示すが、実施の形態２にて示した電力変換装置にも同様に適用できることは言うまでもない。また、この実施の形態３から推測できるように、コンバータ部６１を省略し、直流電源５５のみを用いた電力変換装置も構成でき、この発明に含まれることは言うまでもない。

この発明は、主回路部と制御部の組み合わせ作業および機能変更作業の容易化が図れるので、少ない在庫量でユーザの多様なニーズの応え得る電力変換装置として好適であり、また、ユーザが容易にグレードアップを図ることができる電力変換装置として好適である。

第１図はこの発明の実施の形態１である電力変換装置の構成を示すブロック図である。 第２図は第１図に示す電力変換装置における主回路部と制御部との接続関係を説明する概念図である。 第３図は第１図に示す電力変換装置において目的に応じて制御部を交換する場合の概要を説明する図である。 第４図はこの発明の実施の形態２である電力変換装置の構成を示すブロック図である。 第５図はこの発明の実施の形態３である電力変換装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 電力変換装置
２ 主回路部
３ 制御部
４ 商用交流電源
５ 負荷
６ 整流部
７ スイッチング部
８ 電源部
９ 記憶部
１０ 通信部
２１ 主回路部
２２ ハーネス
２３，２６ コネクタ
２５ 制御部
３１ 主回路部
３２，３５ コネクタ
３４ 制御部
４１ 主回路部
４２ 制御部
４３ 制御部
５１ 電力変換装置
５５ 直流電源
６１ コンバータ部
６２ 平滑部
６３ 直流電圧検出部
７１ インバータ部
７２ 駆動部
７３ 出力電圧検出部
７４ 電流検出部
７５ 温度検出部

Claims (1)

1. 交流電圧から生成した直流電圧を含む直流電圧をスイッチングして任意の周波数および電圧の交流電圧を出力するスイッチング部を備える主回路部と、負荷の運転モードなど負荷の運転に関する設定や表示に関する設定などの設定情報を予め格納するための記憶手段を有し、前記記憶手段に予め設定された負荷の運転に関わる情報および前記主回路部が備える各種検出器からの情報に基づき前記スイッチング部を構成するスイッチング素子を所望のオン・オフ動作状態に制御する制御部とを備える電力変換装置において、
   前記主回路部と前記制御部とは、互いに分離・装着可能に構成され、一つの主回路部に対し制御態様が異なる制御部が変更装着できるようになっているとともに、
   前記主回路部は、
   少なくとも、当該主回路部に関わる特性、各種検出器に対する校正値、製造履歴、運転履歴および仕様を記憶させる記憶部
   を備えることを特徴とする電力変換装置。

Images