JP5397760B2 - Power saving drive apparatus and method for apparatus having the same load pattern - Google Patents

Power saving drive apparatus and method for apparatus having the same load pattern Download PDF

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Description

本発明は、同一負荷パターンを有する装置の省電力駆動装置及び方法に関する。   The present invention relates to a power saving driving apparatus and method for apparatuses having the same load pattern.

本発明は、インバータから電力供給されるモータで駆動され、同一負荷パターンで繰り返し運転される装置を対象とする。以下、かかる装置を「同一負荷パターン装置」と呼ぶ。
なお、同一負荷パターン装置は、サーボプレス、プレス用ダイクッション、搬送装置、物流装置などの産業用装置を主に想定するが、それらには限定されない。
The present invention is directed to an apparatus that is driven by a motor supplied with power from an inverter and that is repeatedly operated in the same load pattern. Hereinafter, such a device is referred to as a “same load pattern device”.
In addition, although the same load pattern apparatus mainly assumes industrial apparatuses, such as a servo press, the die cushion for a press, a conveying apparatus, and a physical distribution apparatus, it is not limited to them.

上述した同一負荷パターン装置における損失量は、電力変換回路のパラメタ、例えば搬送波周波数やスイッチング波形の電圧変化率dv/dtなどにより変化する。
ここで「損失量」とは、インバータの受電電力とモータ出力との差、すなわち、インバータからモータに到る電気回路(インバータとモータを含む)およびモータ内部の磁気回路において発熱や電磁放射の形で失われる仕事量を意味する。
この損失量を低減する手段として、例えば特許文献1が既に提案されている。また、本発明に関連する技術が、特許文献2と非特許文献1,2に開示されている。
The amount of loss in the same load pattern device described above varies depending on parameters of the power conversion circuit, such as the carrier wave frequency and the voltage change rate dv / dt of the switching waveform.
Here, the “loss amount” means the difference between the received power of the inverter and the motor output, that is, the form of heat generation or electromagnetic radiation in the electric circuit (including the inverter and motor) from the inverter to the motor and the magnetic circuit inside the motor. Means the amount of work lost in
As means for reducing this loss amount, for example, Patent Document 1 has already been proposed. Moreover, the technique relevant to this invention is disclosed by patent document 2 and nonpatent literature 1,2.

特許文献1は、装置の運転条件が変化したとき、電力変換のパラメタ(DC/DCコンバータの搬送波周波数)を変化させて損失量を小さくするものである。   In Patent Document 1, when the operating condition of the apparatus changes, the power conversion parameter (the carrier frequency of the DC / DC converter) is changed to reduce the loss amount.

非特許文献2には、低速域・中速域・高速域に応じて運転中にスイッチング周波数を切り替えることにより損失を低減することが開示されている。   Non-Patent Document 2 discloses that loss is reduced by switching the switching frequency during operation according to a low speed region, a medium speed region, and a high speed region.

特開2003−116280号公報、「駆動装置および動力出力装置」JP 2003-116280 A, “DRIVE DEVICE AND POWER OUTPUT DEVICE” 特開平5−184182号公報、「インバータ制御装置」Japanese Patent Laid-Open No. 5-184182, “Inverter Control Device”

電気学会・半導体電力変換システム調査専門委員会編 「パワーエレクトロニクス回路」 オーム社 2000年The Institute of Electrical Engineers of Japan, Semiconductor Power Conversion System Research Committee, “Power Electronics Circuit” Ohmsha 2000 大久保光一、他、「EVモータ用低損失インバータの開発」、三菱重工技報 VOL.45 NO.3:2008Koichi Okubo, et al., “Development of low-loss inverters for EV motors”, Mitsubishi Heavy Industries Technical Report VOL. 45 NO. 3: 2008

特許文献1では、損失量を小さくする搬送波(キャリアと称する)周波数を、(A)エネルギ蓄積手段、スイッチング素子、電動機各相コイルの損失特性を損失特性として用い、或いは(B)予め実験などにより求める手段が提案されている。
しかし、特許文献1の手段を各種装置、特にサーボプレス、プレス用ダイクッション、搬送装置、物流装置などの産業用装置に適用しようとすると以下の問題がある。
In Patent Document 1, a carrier frequency (referred to as a carrier) for reducing the loss amount is used as (A) the loss characteristics of the energy storage means, the switching element, and each phase coil of the motor as the loss characteristics. Means to seek have been proposed.
However, if the means of Patent Document 1 is applied to various apparatuses, particularly industrial apparatuses such as servo presses, press die cushions, conveying apparatuses, and distribution apparatuses, there are the following problems.

(A)に対しては、「他の構成要素の損失特性が考慮されていない」という問題がある。
例えば、インバータとモータ間の配線、電磁ノイズ除去用素子(フェライトコアやフィルタ)、モータのロータにおける損失(ロータ内に誘導される電流による損失など)が考慮されていない。
また、産業用装置ではインバータとモータ間の配線が長かったり、電磁ノイズ除去用素子やモータが大型であったりするため、これらの構成要素からの損失量も無視できないことが多い。
As for (A), there is a problem that “loss characteristics of other components are not considered”.
For example, wiring between the inverter and the motor, electromagnetic noise removing elements (ferrite cores and filters), and loss in the rotor of the motor (loss due to current induced in the rotor, etc.) are not considered.
Further, in industrial devices, the wiring between the inverter and the motor is long, or the electromagnetic noise removing element and the motor are large, so the amount of loss from these components is often not negligible.

(B)に対しては、「搬送波周波数を決めるためのデータ(総合的な損失特性)を予め求めておくことが困難である」という問題がある。
この理由は、例えば、次の理由による。
(a)配線作業が現物合わせのため、配線の電気的特性が事前に予測できない。
(b)電磁ノイズ除去用素子が装置設置後に追加されることがある、
(c)モータが故障して交換されることがあるが、モータは一台ごとに特性が異なる。
(d)モータの温度は、装置の起動直後は低く、装置を連続運転していると上昇するが、モータの損失特性は温度によって変化する。
As for (B), there is a problem that “it is difficult to obtain in advance data (total loss characteristics) for determining a carrier frequency”.
This reason is based on the following reason, for example.
(A) Since the wiring work matches the actual product, the electrical characteristics of the wiring cannot be predicted in advance.
(B) An element for removing electromagnetic noise may be added after installation of the device.
(C) Although a motor may fail and be replaced, each motor has different characteristics.
(D) The temperature of the motor is low immediately after the start of the apparatus and rises when the apparatus is continuously operated, but the loss characteristic of the motor varies depending on the temperature.

更に、従来の方法では、負荷パターンの1サイクル中に、運転条件(典型的にはモータの回転速度やトルク)が大きく異なる複数の動作が含まれている場合に、損失量の低減効果が十分に得られない可能性がある。
たとえば、サーボプレスやプレス用ダイクッションでは、1サイクル中に、金型が加工対象物と接触しプレス成型を行っている区間と、加工対象物の出し入れのため金型を加工対象物から離して移動させている区間がある。プレス成型を行っている区間では低速だが大トルクが必要であり、金型を移動している区間では低トルクだが高速が必要とされる。このような場合、それぞれの区間でインバータのパラメタを変えることにより、従来の方法よりもさらに損失量を小さくするパラメタを選択できる可能性がある。
Furthermore, the conventional method is sufficiently effective in reducing the amount of loss when one cycle of the load pattern includes a plurality of operations with significantly different operating conditions (typically, motor rotation speed and torque). May not be obtained.
For example, in servo presses and die cushions for pressing, during one cycle, the mold is in contact with the workpiece and press molding is performed, and the mold is separated from the workpiece for loading and unloading the workpiece. There is a section being moved. In the section where press molding is performed, a low torque is required but a large torque is required. In a section where the mold is moving, a low torque but a high speed is required. In such a case, it is possible to select a parameter that further reduces the amount of loss compared to the conventional method by changing the parameter of the inverter in each section.

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、配線の電気的特性、電磁ノイズ除去用素子の有無、モータごとの損失特性及び温度変化、等を予め実験して損失特性のデータを取得することなく、すべての構成要素の損失特性を考慮して損失量を最小化することができる同一負荷パターンを有する装置の省電力駆動装置及び方法を提供することにある。   The present invention has been developed to solve the above-described problems. That is, the object of the present invention is to obtain all the characteristics of the wiring characteristics, the presence / absence of an electromagnetic noise removing element, the loss characteristics and temperature changes of each motor, and the like, without acquiring the data of the loss characteristics by conducting experiments in advance. It is an object of the present invention to provide a power-saving drive device and method for a device having the same load pattern that can minimize the amount of loss in consideration of the loss characteristics of elements.

本発明によれば、インバータから電力供給されるモータで駆動され、同一負荷パターンを有する装置の省電力駆動装置であって、
前記同一負荷パターン内の複数の区間毎におけるインバータの受電電力量を計算する電力量演算器と、
インバータのパラメタを複数の値に変化させ、各パラメタにおける前記受電電力量を比較し、該受電電力量を最小にするパラメタを選択して、インバータに指令するパラメタ選択・指令器と、を備える、ことを特徴とする同一負荷パターンを有する装置の省電力駆動装置が提供される。
According to the present invention, a power-saving drive device for a device driven by a motor supplied with power from an inverter and having the same load pattern,
An electric energy calculator that calculates the received electric energy of the inverter for each of a plurality of sections in the same load pattern;
A parameter selection / commander for changing the parameter of the inverter to a plurality of values, comparing the received power amount in each parameter, selecting a parameter that minimizes the received power amount, and instructing the inverter; A power-saving drive device for a device having the same load pattern is provided.

本発明の好ましい実施形態によれば、前記負荷パターンのサイクル開始信号とサイクル終了信号、及び負荷パターン内の前記各区間を示す区間番号を出力する指令値生成器を備える。   According to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a command value generator for outputting a cycle start signal and a cycle end signal of the load pattern and a section number indicating each section in the load pattern.

前記インバータのパラメタは、搬送波周波数及び/又はスイッチング波形の電圧変化率である。   The parameter of the inverter is a carrier frequency and / or a voltage change rate of the switching waveform.

また本発明によれば、インバータから電力供給されるモータで駆動され、同一負荷パターンを有する装置の省電力駆動方法であって、
インバータのパラメタを複数の値に変化させ、
前記各パラメタにおける前記同一負荷パターン内の複数の区間毎にインバータの受電電力量を計算し、
各パラメタにおける前記受電電力量を比較し、該受電電力量を最小にするパラメタを選択して、インバータに指令する、ことを特徴とする同一負荷パターンを有する装置の省電力駆動方法が提供される。
According to the present invention, there is also provided a power saving driving method for a device driven by a motor supplied with power from an inverter and having the same load pattern,
Change the inverter parameters to multiple values,
Calculate the amount of received power of the inverter for each of a plurality of sections in the same load pattern in each parameter,
There is provided a power saving driving method for a device having the same load pattern, wherein the received power amount in each parameter is compared, a parameter that minimizes the received power amount is selected, and an inverter is commanded .

本発明の好ましい実施形態によれば、前記複数の区間は、負荷パターンにおけるモータの速度、可速度、又はトルクが異なるように設定する。   According to a preferred embodiment of the present invention, the plurality of sections are set such that the speed, the speed, or the torque of the motor in the load pattern is different.

上記本発明の装置及び方法によれば、電力量演算器とパラメタ選択・指令器とを備え、インバータのパラメタを複数の値に変化させ、各パラメタにおける同一負荷パターン内の複数の区間毎にインバータの受電電力量を計算して比較し、該受電電力量を最小にするパラメタを選択して、インバータに指令するので、配線の電気的特性、電磁ノイズ除去用素子の有無、モータごとの損失特性及び温度変化、等を予め実験して損失特性のデータを取得することなく、すべての構成要素の損失特性を考慮して損失量を最小化することができる。   According to the apparatus and method of the present invention, an electric energy calculator and a parameter selector / commander are provided, the inverter parameters are changed to a plurality of values, and the inverter is set for each of a plurality of sections in the same load pattern in each parameter. Calculate and compare the received power amount, select the parameter that minimizes the received power amount, and instruct the inverter, so the electrical characteristics of the wiring, the presence or absence of electromagnetic noise removal elements, the loss characteristics for each motor In addition, it is possible to minimize the loss amount in consideration of the loss characteristics of all the constituent elements without acquiring the loss characteristic data by performing experiments on temperature change and the like in advance.

サーボプレス、プレス用ダイクッション、搬送装置、物流装置などの産業用装置が同一負荷パターンで繰り返し運転される場合、それぞれのサイクルにおいてモータの出力は同じである。
そのため、インバータのパラメタが例えば搬送波周波数である場合、あるサイクルでは搬送波周波数f1で、別のサイクルでは搬送波周波数f2で運転し、それぞれのサイクルにおけるインバータの受電電力量の測定値をE1およびE2とすると、損失量はインバータの受電電力量とモータ出力の積算値の差であるから、もしE1<E2であれば搬送波周波数f1のほうが損失量が小さく、もしE1>E2であれば搬送波周波数f2のほうが損失量が小さい。
従って、インバータのパラメタ(例えば搬送波周波数)を変えてサイクルにおけるインバータの受電電力量を測定し比較することにより、損失量をもっとも小さくするパラメタを探しだすことができるので、そのパラメタで装置を運転することにより、損失量を最小化することができる。
When industrial devices such as a servo press, a press die cushion, a transport device, and a physical distribution device are repeatedly operated with the same load pattern, the motor output is the same in each cycle.
Therefore, when the parameter of the inverter is, for example, the carrier frequency, the operation is performed at the carrier frequency f1 in one cycle and the carrier frequency f2 in another cycle, and the measured values of the received electric energy of the inverter in each cycle are E1 and E2. The amount of loss is the difference between the amount of power received by the inverter and the integrated value of the motor output. Therefore, if E1 <E2, the carrier frequency f1 is smaller, and if E1> E2, the carrier frequency f2 is greater. Loss is small.
Therefore, by changing the inverter parameters (for example, carrier wave frequency) and measuring and comparing the amount of power received by the inverter in the cycle, the parameter that minimizes the amount of loss can be found, and the device is operated with that parameter. As a result, the amount of loss can be minimized.

また、インバータは、1サイクルの途中であっても、パラメタ(搬送周波数、スイッチング波形の電圧変化率dv/dt)を切り替えることができる機能を有する。
本発明では、1サイクルの中を複数の区間に分割し、電力量演算器において、それぞれの区間ごとに分けて電力量を演算し、それぞれの区間に対して、パラメタの異なる複数のサイクル間で電力量を比較し、電力量が最小となるパラメタを選択するので、損失量をさらに削減可能である。
Further, the inverter has a function of switching parameters (carrier frequency, voltage change rate dv / dt of the switching waveform) even in the middle of one cycle.
In the present invention, one cycle is divided into a plurality of sections, and the energy calculator calculates the amount of power for each section, and for each section, between a plurality of cycles with different parameters. Since the amount of power is compared and the parameter that minimizes the amount of power is selected, the amount of loss can be further reduced.

従って、上記本発明の装置及び方法によれば、以下の効果が得られる。
(1)予め実験して損失特性のデータを取得する手間・時間なしに、損失の小さくなる搬送波周波数を探し出して損失の小さい運転が可能である。
(2)装置の運転においてモータが力行のみでなく回生も行う場合、さらには回生のみ行うような場合にも適用可能である。
(3)配線の変更やモータの交換や温度変化などの外部状況の変化に対して、装置の運転を継続した状態のまま、自動的に、損失の小さくなる搬送波周波数を探し出して損失の小さい運転を行う構成も可能である。
(4)損失に影響する搬送波周波数以外のパラメタ、たとえばスイッチング波形の電圧変化率dv/dtを自動調整して損失の小さい運転を行うことも可能である。
(5)1サイクルの中を複数の区間毎に電力量が最小となるパラメタを選択するので、損失量をさらに削減できる。
Therefore, according to the apparatus and method of the present invention, the following effects can be obtained.
(1) It is possible to operate with a small loss by searching for a carrier frequency with a small loss, without the effort and time to obtain the loss characteristic data by experimenting in advance.
(2) The present invention can be applied to the case where the motor performs not only power running but also regeneration in the operation of the apparatus, and further to only regeneration.
(3) In response to changes in external conditions such as wiring changes, motor replacement, and temperature changes, the system automatically searches for a carrier frequency with low loss while maintaining the operation of the device, and operates with low loss. A configuration for performing the above is also possible.
(4) It is also possible to perform an operation with a small loss by automatically adjusting a parameter other than the carrier frequency affecting the loss, for example, the voltage change rate dv / dt of the switching waveform.
(5) Since the parameter that minimizes the electric energy is selected for each of a plurality of sections in one cycle, the loss amount can be further reduced.

本発明による省電力駆動装置の第1実施形態を示す図である。It is a figure which shows 1st Embodiment of the power saving drive device by this invention. 本発明が対象としている同一負荷パターン装置の作動説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the same load pattern apparatus which this invention makes object. 図2に示す信号を指令値生成器で生成する方法の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the method of producing | generating the signal shown in FIG. 2 with a command value generator. 電力量演算器81の内部構成の模式図である。3 is a schematic diagram of an internal configuration of an electric energy calculator 81. FIG. パラメタ選択・指令器83の作動説明図である。6 is an operation explanatory diagram of a parameter selection / command device 83. FIG. 本発明による省電力駆動装置の第2実施形態を示す図である。It is a figure which shows 2nd Embodiment of the power saving drive device by this invention. 複数のパラメタを探索・決定する方法の説明図である。It is explanatory drawing of the method of searching and determining a some parameter. 本発明による省電力駆動装置の第3実施形態を示す図である。It is a figure which shows 3rd Embodiment of the power saving drive device by this invention. 本発明による省電力駆動装置の第4実施形態を示す図である。It is a figure which shows 4th Embodiment of the power saving drive device by this invention. 電圧測定器と電流測定器の別の構成図である。It is another block diagram of a voltage measuring device and a current measuring device. 区間の分割例を示す図である。It is a figure which shows the example of a division | segmentation of an area.

以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図1は、本発明による省電力駆動装置の第1実施形態を示す図である。   FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a power-saving drive device according to the present invention.

この図において、11は外部電源であり、電力会社から供給される電源や、自家発電装置である。外部電源11は、この実施形態では3相交流を供給すると仮定するが、単相交流など他の形態の電源でもよい。
13はコンバータであり、外部電源11から供給される電力を直流に変換して直流バス15に供給する。コンバータ13は、この実施形態ではダイオードブリッジを仮定するが、位相制御により電圧可変なサイリスタブリッジや、パワーMOSFETやIGBTなどの電力制御素子を用いた回生可能なブリッジでもよい。
15は直流バスであり、コンバータ13とインバータ19を電気的に接続する。図中で、上方に示されているのが直流バス15のプラス側(+)、下方に示されているのが直流バス15のマイナス側(−)である。
17はキャパシタであり、直流バス15の電圧を平滑化する。キャパシタ17は、アルミ電解コンデンサが使用されることが多いが、他の種類のコンデンサや電気二重層キャパシタを用いてもよい。
In this figure, 11 is an external power source, which is a power source supplied from an electric power company or a private power generator. The external power supply 11 is assumed to supply a three-phase alternating current in this embodiment, but may be another form of power supply such as a single-phase alternating current.
Reference numeral 13 denotes a converter that converts electric power supplied from the external power supply 11 into direct current and supplies the direct current to the direct current bus 15. The converter 13 is assumed to be a diode bridge in this embodiment, but may be a thyristor bridge whose voltage is variable by phase control, or a regenerative bridge using a power control element such as a power MOSFET or IGBT.
Reference numeral 15 denotes a DC bus, which electrically connects the converter 13 and the inverter 19. In the drawing, the upper side shows the plus side (+) of the DC bus 15, and the lower side shows the minus side (−) of the DC bus 15.
A capacitor 17 smoothes the voltage of the DC bus 15. As the capacitor 17, an aluminum electrolytic capacitor is often used, but other types of capacitors and electric double layer capacitors may be used.

19はインバータであり、直流バス15からモータ21へ流れる電流・電圧を制御し、モータ21が所望のトルクを発生するようにする。インバータ19は、この実施形態では電圧型インバータを仮定するが、電流型インバータでもよい。電流型インバータの場合、キャパシタ17の代わりにリアクトルを用いる。
また、インバータ19は、この実施形態では、モータ21の正逆回転、力行・回生が可能な4象限駆動のインバータを仮定するが、機械負荷23(同一負荷パターン装置)の特性および動作によっては、回転方向が一方向のみ、もしくは力行のみが可能なインバータでもよい。
Reference numeral 19 denotes an inverter which controls the current / voltage flowing from the DC bus 15 to the motor 21 so that the motor 21 generates a desired torque. The inverter 19 is assumed to be a voltage type inverter in this embodiment, but may be a current type inverter. In the case of a current type inverter, a reactor is used instead of the capacitor 17.
Further, in this embodiment, the inverter 19 is assumed to be a four-quadrant drive inverter capable of forward / reverse rotation, power running / regeneration of the motor 21, but depending on the characteristics and operation of the mechanical load 23 (same load pattern device), The inverter may be capable of rotating only in one direction or powering only.

さらに本出願において、インバータ19は、1サイクルの途中であっても、パラメタ(搬送周波数、スイッチング波形の電圧変化率dv/dt)を切り替えることができる機能を有する。   Further, in the present application, the inverter 19 has a function of switching parameters (carrier frequency, voltage change rate dv / dt of the switching waveform) even in the middle of one cycle.

21はモータであり、インバータ19とモータ21の組み合わせにより、制御器27から入力されるトルク指令値に追従してモータ21がトルクを発生する。
モータ21は、この実施形態では、3相誘導モータないし3相永久磁石同期モータを仮定するが、インバータとの組み合わせでトルク・回転速度が可変であれば、他の形式のモータでもよい。
Reference numeral 21 denotes a motor. The combination of the inverter 19 and the motor 21 causes the motor 21 to generate torque following the torque command value input from the controller 27.
In this embodiment, the motor 21 is assumed to be a three-phase induction motor or a three-phase permanent magnet synchronous motor. However, other types of motors may be used as long as the torque and rotational speed are variable in combination with an inverter.

23は機械負荷、すなわち同一負荷パターン装置であり、モータ21により駆動される。
25はモータエンコーダであり、モータ21の回転位置(角度)を測定する。モータエンコーダ25として、光学式や磁気式のロータリーエンコーダやレゾルバが用いられる。なお、制御器27が速度制御を行う場合には、モータ21の回転速度(角速度)を測定すればよい。この場合、ロータリーエンコーダやレゾルバで測定した回転位置を時間微分してもよいし、タコメータのように回転速度を直接測定してもよい。
Reference numeral 23 denotes a mechanical load, that is, the same load pattern device, which is driven by the motor 21.
Reference numeral 25 denotes a motor encoder, which measures the rotational position (angle) of the motor 21. As the motor encoder 25, an optical or magnetic rotary encoder or resolver is used. When the controller 27 performs speed control, the rotational speed (angular speed) of the motor 21 may be measured. In this case, the rotational position measured with a rotary encoder or resolver may be time-differentiated, or the rotational speed may be directly measured like a tachometer.

27は制御器であり、インバータ19、モータ21、モータエンコーダ25、制御器27でフィードバックループを構成し、モータ21が指令値生成器29からの指令値に追随するよう制御する。
制御器27は、この実施形態では、位置制御を仮定するが、速度制御でもよい。制御器内部の演算手法としては、PID制御やI−PD制御などが多く用いられるが、その他の制御手法を用いてもよい。制御性を改善するためのフィードフォワード演算を組み合わせてもよい。制御器27は、DSPやマイコンを用いたプログラマブル装置もしくはアナログ回路もしくはそれらの組み合わせにより実現可能である。
Reference numeral 27 denotes a controller, and the inverter 19, the motor 21, the motor encoder 25, and the controller 27 constitute a feedback loop, and the motor 21 is controlled to follow the command value from the command value generator 29.
The controller 27 assumes position control in this embodiment, but may be speed control. As a calculation method inside the controller, PID control, I-PD control, and the like are often used, but other control methods may be used. A feedforward calculation for improving controllability may be combined. The controller 27 can be realized by a programmable device using DSP or a microcomputer, an analog circuit, or a combination thereof.

29は指令値生成器であり、それぞれの時刻において、モータ21が追随すべきモータ回転角度指令値Acを制御器27へ出力する。モータ回転角度指令値Acの伝送には、90度位相がずれた2相パルス列による伝送や、各種通信ネットワークによる伝送が用いられる。モータ21の回転角と機械負荷23は機械的に連動しているので、モータ21の回転角度を指令することは、機械負荷23の位置を指令することと同じ意味である。   A command value generator 29 outputs a motor rotation angle command value Ac to be followed by the motor 21 to the controller 27 at each time. For transmission of the motor rotation angle command value Ac, transmission by a two-phase pulse train whose phase is shifted by 90 degrees or transmission by various communication networks is used. Since the rotation angle of the motor 21 and the mechanical load 23 are mechanically linked, instructing the rotation angle of the motor 21 has the same meaning as instructing the position of the mechanical load 23.

図2は、本発明が対象としている同一負荷パターン装置の作動説明図である。
本発明は同一負荷パターンで繰り返し運転される装置(同一負荷パターン装置)を対象としているので、この実施形態において、図2に示すように、モータ回転角度指令値Acはサイクル(繰り返される同一パターン)を有し、サイクルの開始時点と終了時点において、指令値生成器29はサイクル開始信号Csとサイクル終了信号Ceをそれぞれ出力するものとする。図2において、Cは1サイクルを示している。
FIG. 2 is an operation explanatory view of the same load pattern device targeted by the present invention.
Since the present invention is intended for a device that is repeatedly operated with the same load pattern (same load pattern device), in this embodiment, as shown in FIG. 2, the motor rotation angle command value Ac is a cycle (same repeated pattern). The command value generator 29 outputs a cycle start signal Cs and a cycle end signal Ce at the start time and end time of the cycle, respectively. In FIG. 2, C indicates one cycle.

また、本願において、指令値生成器29は、ある時刻において1サイクル中のどの区間であるかを示す区間番号Kを生成し、電力量演算器81、パラメタ選択・指令器83へ出力する。この例で、区間番号1,2,3はそれぞれ低速域、中速域、高速域に対応しているが、本願はこの例に限定されず、複数の区間は、運転条件、すなわち負荷パターンにおけるモータの速度、可速度、又はトルクが大きく異なるように設定するのがよい。
サイクルとサイクルの間における指令値生成器29の出力は本発明の動作には関係しないが、サイクルとサイクルの間では装置は停止ないし手動で低速運転するケースが多いことを考慮し、単純化のため、以下の説明においてはサイクルとサイクルの間は区間番号として一番低い速度に対応する区間番号(実施例では区間1)を出力するものとする。
In the present application, the command value generator 29 generates a section number K indicating which section in one cycle is at a certain time, and outputs the section number K to the electric energy calculator 81 and the parameter selector / commander 83. In this example, the section numbers 1, 2, and 3 correspond to the low speed range, the medium speed range, and the high speed range, respectively. It is preferable to set the motor speed, speed, or torque so that they differ greatly.
The output of the command value generator 29 between cycles is not related to the operation of the present invention. However, in view of the fact that there are many cases where the apparatus is stopped or manually operated at low speed between cycles, Therefore, in the following description, it is assumed that a section number (section 1 in the embodiment) corresponding to the lowest speed is output as a section number between cycles.

なお、図2ではサイクル開始信号Cs、サイクル終了信号Ceはパルス信号としたが、サイクル開始を信号の立上がりエッジで、サイクル終了を信号の立下りエッジで示すようにするなど、他の信号波形でもよい。
なお、制御器27が速度制御を行う場合には、指令値生成器29はモータ回転速度指令値を出力するようにすればよい。
In FIG. 2, the cycle start signal Cs and the cycle end signal Ce are pulse signals. However, other signal waveforms such as a cycle start being indicated by a rising edge of the signal and a cycle end being indicated by a falling edge of the signal. Good.
When the controller 27 performs speed control, the command value generator 29 may output the motor rotation speed command value.

指令値生成器29は、半導体メモリのような記憶装置を有するDSPやマイコンを用いたプログラマブル装置により実現可能である。   The command value generator 29 can be realized by a programmable device using a DSP or a microcomputer having a storage device such as a semiconductor memory.

図3は、モータ回転角度指令値と区間番号を指令値生成器で生成する方法の例を示す図である。
モータ回転角度指令値と区間番号を指令値生成器29で生成する1つの方法として、図3(A)に示すように時刻とモータ回転角度指令値・区間番号との関係をテーブル方式で記憶し、モータ回転角度指令値としては図3(B)に示すようにテーブルで指定された点の間を直線補間し、区間番号としては図3(C)に示すようにテーブルで指定された時刻の間、テーブルで指定された区間番号を出力するように構成することが可能である。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a method for generating a motor rotation angle command value and a section number by a command value generator.
As one method of generating the motor rotation angle command value and the section number by the command value generator 29, as shown in FIG. 3A, the relationship between the time and the motor rotation angle command value / section number is stored in a table system. The motor rotation angle command value is linearly interpolated between the points specified in the table as shown in FIG. 3 (B), and the section number is the time specified in the table as shown in FIG. 3 (C). In the meantime, the section number specified in the table can be output.

インバータ19は、以下の要素から構成され、パラメタ選択・指令器83が出力する搬送波周波数指令値Fにしたがった周波数の搬送波Cwを用いてPWM変調が行われる。
インバータの構成・動作例の詳細は例えば、非特許文献1に示されている。また、可変な搬送波周波数によりPWM変調を行う方法の例は、特許文献2に示されている。なお特許文献2では、搬送波はキャリアと呼ばれている。
The inverter 19 is composed of the following elements, and PWM modulation is performed using a carrier wave Cw having a frequency according to the carrier frequency command value F output from the parameter selector / commander 83.
Details of the configuration and operation example of the inverter are shown in Non-Patent Document 1, for example. An example of a method for performing PWM modulation with a variable carrier frequency is disclosed in Patent Document 2. In Patent Document 2, the carrier wave is called a carrier.

41は電力制御部であり、ゲート信号により導通状態が変化する電力制御素子により、直流バス15からモータ21への電圧・電流を制御する。電力制御部41は、この実施形態ではパワーMOSFETやIGBTなどのゲート信号をオフすることにより消弧可能な電力制御素子を用いることを仮定するが、GTOなど他の種類の電力制御素子を電力制御素子に応じた適当なゲート駆動回路と組み合わせて用いてもよい。   Reference numeral 41 denotes a power control unit which controls the voltage / current from the DC bus 15 to the motor 21 by a power control element whose conduction state is changed by a gate signal. In this embodiment, it is assumed that the power control unit 41 uses a power control element that can be extinguished by turning off a gate signal such as a power MOSFET or IGBT. However, power control of other types of power control elements such as GTO is performed. You may use it combining with the appropriate gate drive circuit according to an element.

43はモータ電流測定器であり、電力制御部41からモータ21へのUVW各相の電流を測定する。モータ電流測定器43は、電流にともなって電線の周囲に発生する磁場を測定する非接触方式の装置や、回路に抵抗を挿入し電流にともなって抵抗の両端に発生する電位差を測定する装置などである。電流測定器63の実現方法も同様である。   A motor current measuring device 43 measures the current of each UVW phase from the power control unit 41 to the motor 21. The motor current measuring device 43 is a non-contact type device that measures a magnetic field generated around an electric wire with current, a device that inserts a resistor into a circuit and measures a potential difference generated at both ends of the resistor with current. It is. The method for realizing the current measuring device 63 is the same.

45は指令演算器であり、制御器27からのトルク指令値Tcに追随してモータ21がトルクを発生するよう、PWM変調器47へUVWの各相に対する変調波Mwを出力する。指令演算器45として、ベクトル演算により計算した各相への電流指令をモータ電流測定器43の測定値と比較して各相の変調波を求める装置が可能であるが、他の装置でもよい。指令演算器45は、DSPやマイコンを用いたプログラマブル装置もしくは電子回路もしくはそれらの組み合わせにより実現可能である。なお、状態推定等の手法を用いて、必要なモータ電流測定器43の個数を減らす構成も可能である。   A command calculator 45 outputs a modulated wave Mw for each phase of UVW to the PWM modulator 47 so that the motor 21 generates torque following the torque command value Tc from the controller 27. The command calculator 45 can be a device that compares the current command to each phase calculated by vector calculation with the measured value of the motor current measuring device 43 to obtain the modulated wave of each phase, but other devices may be used. The command calculator 45 can be realized by a programmable device using a DSP or a microcomputer, an electronic circuit, or a combination thereof. In addition, the structure which reduces the number of required motor current measuring devices 43 using methods, such as state estimation, is also possible.

47はPWM変調器であり、変調波Mwを搬送波Cwで変調し、電力制御素子の導通・非導通を決めるノッチ波Nwを出力する。PWM変調器47は、この実施形態では三角搬送波を用い、変調波Mwと搬送波Cwの大小比較でノッチ波Nwのオンオフを決める手段を想定する。PWM変調器47は、アナログ電子回路(コンパレータ)もしくはDSPやマイコンのプログラムで実現可能である。   A PWM modulator 47 modulates the modulated wave Mw with the carrier wave Cw, and outputs a notch wave Nw that determines conduction / non-conduction of the power control element. The PWM modulator 47 uses a triangular carrier wave in this embodiment, and assumes a means for determining on / off of the notch wave Nw by comparing the magnitude of the modulated wave Mw and the carrier wave Cw. The PWM modulator 47 can be realized by an analog electronic circuit (comparator) or a program of a DSP or a microcomputer.

49は搬送波発振器であり、PWM変調のための搬送波Cwを発振する。搬送波発振器49は、搬送波周波数指令値Fにしたがって発振周波数が可変となるよう構成する。
搬送波発振器49は、2つの値M1,M2の間でカウントアップ・ダウンを繰り返すアップダウンカウンタを電子回路やDSPやマイコンのプログラムで構成して三角搬送波を発振し、搬送波周波数指令値Fに応じてM1,M2の値を適切に変えることにより発振周波数を変える構成が可能であるが、アナログ電子回路による発振回路など他の方法で構成してもよい。
49 is a carrier wave oscillator, which oscillates a carrier wave Cw for PWM modulation. The carrier wave oscillator 49 is configured such that the oscillation frequency is variable according to the carrier wave frequency command value F.
The carrier oscillator 49 oscillates a triangular carrier wave by configuring an up / down counter that repeats counting up and down between two values M1 and M2 by an electronic circuit, a DSP, or a program of a microcomputer, and according to the carrier frequency command value F Although it is possible to change the oscillation frequency by appropriately changing the values of M1 and M2, it may be configured by other methods such as an oscillation circuit using an analog electronic circuit.

51はゲート駆動回路であり、ノッチ波Nwを絶縁、レベル変換又は増幅して、電力制御素子のゲートを駆動するゲート信号を出力する。ゲート駆動回路51は、絶縁型電源・フォトカプラ等を用いた電子回路により実現できる。   A gate driving circuit 51 insulates, level-converts or amplifies the notch wave Nw and outputs a gate signal for driving the gate of the power control element. The gate drive circuit 51 can be realized by an electronic circuit using an insulating power source, a photocoupler, or the like.

61は電圧測定器であり、63は電流測定器である。電圧測定器61と電流測定器63は、直流バス15(キャパシタ17を含む)からインバータ19へ流入する電力量を計算するため、それぞれ電圧と電流を測定し、電圧測定値V(t)と電流測定値I(t)を電力量演算器81へ出力する。電圧測定値V(t)、電流測定値I(t)の伝送には、電圧振幅や電流振幅としてアナログ伝送する手段や、各種通信ネットワークを用いてデジタル伝送することが可能である。
電圧測定器61で測定される時刻tにおける直流バス15のマイナス側に対するプラス側の電圧をV(t)と記す。また電流測定器63で測定される時刻tにおける直流バスのプラス側を図中で左から右へ流れる電流をI(t)と記す。電流測定値が負の値の場合、電流が図中で右から左へ流れることを示す。
61 is a voltage measuring device, and 63 is a current measuring device. The voltage measuring device 61 and the current measuring device 63 measure the voltage and current to calculate the amount of power flowing into the inverter 19 from the DC bus 15 (including the capacitor 17), respectively, and measure the voltage measurement value V (t) and current. The measured value I (t) is output to the electric energy calculator 81. The voltage measurement value V (t) and the current measurement value I (t) can be transmitted digitally by means of analog transmission as voltage amplitude or current amplitude, or by using various communication networks.
The voltage on the plus side with respect to the minus side of the DC bus 15 at time t measured by the voltage measuring device 61 is denoted as V (t). Further, the current flowing from the left to the right on the positive side of the DC bus at time t measured by the current measuring device 63 is denoted as I (t). A negative current measurement value indicates that current flows from right to left in the figure.

81は電力量演算器であり、1サイクル内の複数の区間毎の電力量を演算する。すなわち、電圧測定値V(t)と電流測定値I(t)を乗算した値を、サイクル開始信号Csが入力された時点から、複数の区間毎に、サイクル終了信号Ceが入力される時間までそれぞれ別個に時間積分して出力する。   81 is an electric energy calculator, and calculates electric energy for each of a plurality of sections in one cycle. That is, a value obtained by multiplying the voltage measurement value V (t) and the current measurement value I (t) is obtained from the time when the cycle start signal Cs is input to the time when the cycle end signal Ce is input for each of a plurality of intervals. Integrate each time separately and output.

すなわち、本実施例において電力演算器は、各サイクルにおける1サイクル中の区間1、区間2、区間3に対する電力量W1、W2、W3を演算する。なおこの実施例では、区間数が3であるが、区間数がNの場合、区間1、…、区間Nに対する電力量W1、…、WNを演算する。   That is, in this embodiment, the power calculator calculates the power amounts W1, W2, and W3 for the sections 1, 2, and 3 in one cycle in each cycle. In this embodiment, the number of sections is 3, but when the number of sections is N, the power amounts W1,..., WN for the sections 1,.

1サイクル中の区間1、区間2、区間3に対する電力量W1、W2、W3の伝送には、電圧振幅や電流振幅としてアナログ伝送する手段や、各種通信ネットワークを用いてデジタル伝送することが可能である。
電力量演算器81は、DSPやマイコンを用いたプログラマブル装置もしくはアナログ電子回路もしくはそれらの組み合わせにより実現可能である。
電力量演算器81は、以下のような演算を行う。
時刻tにおける電力P(t)は電圧と電流の積であり、式(1)であらわされる。ここで、P(t)が正の値であれば電力が図中の左から右へ、P(t)が負の値であれば電力が図中の右から左へ流れることを示す。
P(t)=V(t)×I(t)・・・(1)
For transmission of the electric energy W1, W2, and W3 for the section 1, section 2, and section 3 in one cycle, it is possible to perform digital transmission using means for analog transmission as voltage amplitude and current amplitude, and various communication networks. is there.
The electric energy calculator 81 can be realized by a programmable device using a DSP or a microcomputer, an analog electronic circuit, or a combination thereof.
The electric energy calculator 81 performs the following calculation.
The power P (t) at time t is the product of voltage and current, and is expressed by equation (1). Here, when P (t) is a positive value, power flows from left to right in the figure, and when P (t) is a negative value, power flows from right to left in the figure.
P (t) = V (t) × I (t) (1)

電力量は電力の時間積分なので、1サイクル中の区間1に対する電力量W1、1サイクル中の区間2に対する電力量W2、1サイクル中の区間3に対する電力量W3は、それぞれ数1の式(2)、式(3)、式(4)であらわされる。ただし、T1、T2はそれぞれ、そのサイクルに対するサイクル開始信号の時刻、およびサイクル終了信号の時刻である。また、A1(t),A2(t), A3(t)はそれぞれ、以下のような信号である。
A1(t): 区間1で1、それ以外で0
A2(t): 区間2で1、それ以外で0
A3(t): 区間3で1、それ以外で0
たとえば、区間番号が図4(B)の一番上のグラフに示すように変化する場合、A1(t)、A2(t)、A3(t)はそれぞれ図4(B)の上から2番目、3番目、4番目のグラフに示すように変化する信号である。
なお、実施例では区間数が3であるが、区間数がNの場合、それぞれの区間に対する電力量はW1,…,WN、信号はA1(t),…,AN(t)とする。
Since the power amount is a time integral of the power, the power amount W1 for the section 1 in one cycle, the power amount W2 for the section 2 in one cycle, and the power amount W3 for the section 3 in one cycle are expressed by the formula (2 ), Formula (3), and formula (4). However, T1 and T2 are the time of the cycle start signal and the time of the cycle end signal for the cycle, respectively. A1 (t), A2 (t), and A3 (t) are the following signals, respectively.
A1 (t): 1 in section 1, 0 otherwise
A2 (t): 1 in section 2, 0 otherwise
A3 (t): 1 in section 3, 0 otherwise
For example, when the section number changes as shown in the top graph of FIG. 4B, A1 (t), A2 (t), and A3 (t) are the second from the top of FIG. 4B, respectively. The signal changes as shown in the third and fourth graphs.
In the embodiment, the number of sections is 3, but when the number of sections is N, the power amounts for the sections are W1,..., WN, and the signals are A1 (t),.

Figure 0005397760
Figure 0005397760

図4は、電力量演算器81の内部構成の模式図である。
この図において、82aは区間判別、82bは乗算、82cは積分をしめしている。82cはサイクル開始信号Csが入力されると積分を開始し、サイクル終了信号Ceが入力されると積分を終了する。
電力量演算器81の内部を、たとえば図4に示すように構成することにより、W1、W2、W3を演算することができる。
FIG. 4 is a schematic diagram of the internal configuration of the power amount calculator 81.
In this figure, 82a indicates interval discrimination, 82b indicates multiplication, and 82c indicates integration. 82c starts the integration when the cycle start signal Cs is input, and ends the integration when the cycle end signal Ce is input.
By configuring the inside of the electric energy calculator 81 as shown in FIG. 4, for example, W1, W2, and W3 can be calculated.

電力量演算器81での演算が時間ΔT周期で行われるとすれば、式(2)〜(4)を差分化し、時刻T1から時刻T2まで複数の区間毎に独立にV(t)×I(t)×ΔTを積算すれば、1サイクル内の複数の区間毎の電力量W1、W2、W3となる。すなわち、サイクル終了時点において、そのサイクル内の複数の区間のそれぞれに対する電力量を出力可能である。
以上の説明のように、電流測定値と電力に負の値も許容することにより、1サイクル中で力行と回生が混在している場合にも本発明は適用可能となる。すなわち、電力の正、負が、それぞれ力行、回生に相当する。
If the calculation by the electric energy calculator 81 is performed in a period of time ΔT, the equations (2) to (4) are differentiated and V (t) × I independently for each of a plurality of sections from time T1 to time T2. If (t) × ΔT is integrated, the power amounts W1, W2, and W3 for a plurality of sections in one cycle are obtained. That is, at the end of a cycle, the amount of power for each of a plurality of sections in the cycle can be output.
As described above, the present invention is applicable even when power running and regeneration are mixed in one cycle by allowing negative values for the current measurement value and power. That is, positive and negative power corresponds to power running and regeneration, respectively.

83はパラメタ選択・指令器であり、損失量に影響するパラメタの値を指令するとともに、各サイクルにおける1サイクル内の複数の区間毎の電力量にもとづいて、適切なパラメタの値を選択する。この実施形態では、パラメタは搬送波Cwの周波数であり、パラメタ選択・指令器83は、搬送波周波数指令値Fを搬送波発信器49へ出力する。パラメタ選択・指令器83は、DSPやマイコンをもちいたプログラマブル装置により実現可能である。   Reference numeral 83 denotes a parameter selection / command device that commands parameter values that affect the loss amount, and also selects appropriate parameter values based on the amount of power in each of a plurality of sections in each cycle. In this embodiment, the parameter is the frequency of the carrier wave Cw, and the parameter selector / commander 83 outputs the carrier frequency command value F to the carrier wave transmitter 49. The parameter selector / commander 83 can be realized by a programmable device using a DSP or a microcomputer.

図5は、パラメタ選択・指令器83の作動説明図である。
パラメタ選択・指令器83により、損失を小さくするパラメタを探索・決定するための手順は以下のようになる。
パラメタ選択・指令器83は、1サイクル毎に異なる搬送波周波数指令値Fを出力する。サイクル終了時点において、電力量演算器81から各サイクル内の複数の区間毎の電力量が出力されるので、パラメタ選択・指令器83の内部に記憶しておく。パラメタ選択・指令器83は、記憶した1サイクル内の複数の区間毎の電力量について、同じ区間に対する異なるサイクルどうしの電力量を比較し、もっとも電力量が小さくなる搬送波周波数指令値Fを、その区間に対する以降の搬送波周波数指令値Fとして出力する。
FIG. 5 is an operation explanatory diagram of the parameter selection / commander 83.
The procedure for searching and determining a parameter for reducing the loss by the parameter selector / commander 83 is as follows.
The parameter selector / commander 83 outputs a different carrier frequency command value F for each cycle. At the end of the cycle, the power amount calculator 81 outputs the power amount for each of a plurality of sections in each cycle, and is stored in the parameter selector / commander 83. The parameter selector / commander 83 compares the power amounts of different cycles for the same section with respect to the stored power amount for each section in one cycle, and determines the carrier frequency command value F with the smallest power amount as The subsequent carrier frequency command value F for the section is output.

例として、図5に示すように、4サイクル(図中、C1、C2、C3、C4)のそれぞれに対して搬送波周波数指令値FをF1、F2、F3、F4に変化させ、それぞれのサイクルにおける1サイクル内の複数の区間毎の電力量がW1−1,2,3、W2−1,2,3、W3−1,2,3、W4−1,2,3であったとする。W1−1,2,3、W2−1,2,3、W3−1,2,3、W4−1,2,3を記憶しておき、サイクル4(図中、C4)が終了した時点で図5に示すように、区間1、区間2、区間3、それぞれ独立に異なるサイクル間で電力量を比較する。
(1)サイクル1(C1)における区間1、サイクル2(C2)における区間1、サイクル3(C3)における区間1、…の電力量を比較する。
(2)サイクル1(C1)における区間2、サイクル2(C2)における区間2、サイクル3(C3)における区間2、…の電力量を比較する。
(3)サイクル1(C1)における区間3、サイクル2(C2)における区間3、サイクル3(C3)における区間3、…の電力量を比較する。
As an example, as shown in FIG. 5, the carrier frequency command value F is changed to F1, F2, F3, and F4 for each of four cycles (C1, C2, C3, and C4 in the figure). It is assumed that the amount of power for each of a plurality of sections in one cycle is W1-1, 2, 3, W2-1, 2, 3, W3-1, 2, 3, and W4-1, 2, 3. W1-1,2,3, W2-1,2,3, W3-1,2,3, W4-1,2,3 are stored, and when cycle 4 (C4 in the figure) ends. As shown in FIG. 5, the electric energy is compared between the different cycles in section 1, section 2, and section 3.
(1) Compare the electric energy of section 1 in cycle 1 (C1), section 1 in cycle 2 (C2), section 1 in cycle 3 (C3),.
(2) Compare the electric energy of section 2 in cycle 1 (C1), section 2 in cycle 2 (C2), section 2 in cycle 3 (C3),.
(3) Compare the electric energy of section 3 in cycle 1 (C1), section 3 in cycle 2 (C2), section 3 in cycle 3 (C3),.

すなわち、以下のように電力量を比較し、パラメタを選択する。
(1)区間1に対しては、W1−1、W2−1、W3−1、W4−1を比較する。W1−1がもっとも小さかったとすると、区間1に対してはW1−1に対応する搬送波周波数指令値F1がもっとも損失を小さくする搬送波周波数指令値ということがわかる。そこで、パラメタ選択・指令器83は、以降、区間1においては搬送波周波数指令値としてF1を出力し続ける。
(2)区間2に対しては、W1−2、W2−2、W3−2、W4−2を比較する。W3−2がもっとも小さかったとすると、区間2に対してはW3−2に対応する搬送波周波数指令値F3がもっとも損失を小さくする搬送波周波数指令値ということがわかる。そこで、パラメタ選択・指令器83は、以降、区間2においては搬送波周波数指令値としてF3を出力し続ける。
(3)区間3に対しては、W1−3、W2−3、W3−3、W4−3を比較する。W4−3がもっとも小さかったとすると、区間3に対してはW4−3に対応する搬送波周波数指令値F4がもっとも損失を小さくする搬送波周波数指令値ということがわかる。そこで、パラメタ選択・指令器83は、以降、区間3においては搬送波周波数指令値としてF4を出力し続ける。
That is, the amount of electric power is compared as follows and a parameter is selected.
(1) For section 1, W1-1, W2-1, W3-1, and W4-1 are compared. Assuming that W1-1 is the smallest, it can be seen that for interval 1, the carrier frequency command value F1 corresponding to W1-1 is the carrier frequency command value that minimizes the loss. Therefore, the parameter selector / commander 83 continues to output F1 as the carrier frequency command value in section 1 thereafter.
(2) For section 2, W1-2, W2-2, W3-2, and W4-2 are compared. If W3-2 is the smallest, it can be seen that for interval 2, the carrier frequency command value F3 corresponding to W3-2 is the carrier frequency command value that minimizes the loss. Therefore, the parameter selector / commander 83 continues to output F3 as the carrier frequency command value in the interval 2 thereafter.
(3) For section 3, W1-3, W2-3, W3-3, and W4-3 are compared. If W4-3 is the smallest, it can be seen that for interval 3, the carrier frequency command value F4 corresponding to W4-3 is the carrier frequency command value that minimizes the loss. Therefore, the parameter selector / commander 83 continues to output F4 as the carrier frequency command value in the section 3 thereafter.

なお、図5に示す例では、搬送波周波数指令値FをF1〜F4の4通りに変化させ、パラメタ(搬送波周波数指令値)の探索・決定にC1〜C4の4サイクルを要するものとしたが、搬送波周波数指令値Fを変化させる数は4に限らず、2以上の数Qでよい。この場合、パラメタ(搬送波周波数指令値)の探索・決定にQサイクル要することになる。   In the example shown in FIG. 5, the carrier frequency command value F is changed in four ways, F1 to F4, and four cycles C1 to C4 are required for searching and determining the parameter (carrier frequency command value). The number for changing the carrier wave frequency command value F is not limited to 4, and may be a number Q of 2 or more. In this case, Q cycles are required for searching and determining the parameter (carrier frequency command value).

パラメタの探索・決定を行うタイミングとしては、たとえば以下の(1)〜(3)が考えられる。
(1)インバータからモータへ到る配線へのノイズフィルタの追加、モータの交換、機械負荷の改造など、損失に影響を与えるハードウェア的な変更が行われた直後にパラメタの探索・決定を行う。たとえば、パラメタ選択・指令器83に押しボタン(図示せず)を接続し、ハードウェア的な変更が行われたら人間が押しボタンを押す。パラメタ選択・指令器は押しボタンが押された後、最初に行われるサイクル(本例では最初の4サイクル)においてパラメタ(本例では搬送波周波数指令値)の探索・決定を行い、以降、それぞれの区間に対して決定された搬送波周波数指令値を出力し続ける。
For example, the following (1) to (3) are conceivable as timings for searching and determining parameters.
(1) Search and determine parameters immediately after a hardware change that affects loss, such as adding a noise filter to the wiring from the inverter to the motor, replacing the motor, or modifying the mechanical load. . For example, a push button (not shown) is connected to the parameter selection / commander 83, and when a hardware change is made, a human pushes the push button. The parameter selection / commander searches and determines the parameters (carrier frequency command value in this example) in the first cycle (in this example, the first 4 cycles) after the push button is pressed. Continue to output the carrier frequency command value determined for the section.

(2)装置を運転して一定のサイクル数もしくは一定時間が経過したら、パラメタの探索・決定をやり直す。たとえば、サイクル開始信号もしくはサイクル終了信号の発生回数をカウントするカウンタもしくは経過時間を計測するタイマをパラメタ選択・指令器内に設け、カウンタの値もしくはタイマの値が一定値に達したらパラメタの探索・決定をやり直す。同時にカウンタもしくはタイマをリセットしてサイクル数のカウントもしくは経過時間の計測を再スタートする。   (2) When a certain number of cycles or a certain period of time has elapsed after the device is operated, the parameter search / determination is performed again. For example, a counter that counts the number of occurrences of the cycle start signal or cycle end signal or a timer that measures the elapsed time is provided in the parameter selection / commander, and when the counter value or timer value reaches a certain value, the parameter search / Redo the decision. At the same time, reset the counter or timer to restart the cycle count or elapsed time measurement.

装置の運転を継続していると、電気部品(モータ、インバータ、配線、フィルタなど)や機械部品(ベアリングなど)の温度が上昇し、パラメタと損失の関係が変化する可能性があるが、そのような場合に常に損失を最小とするパラメタで運転することができる。   If the device continues to operate, the temperature of electrical components (motors, inverters, wiring, filters, etc.) and mechanical components (bearings, etc.) may rise, and the relationship between parameters and losses may change. In such a case, it is always possible to operate with a parameter that minimizes the loss.

(3)複数の動作パターンを有する装置(たとえば、複数の金型を取り付けられるサーボプレスで、それぞれの金型ごとに動きが異なる場合)に本発明を適用する場合には、動作パターンが切り替えられた直後にパラメタの探索・決定を行う。たとえば、動作パターンの切り替えを指示する制御器(図示せず)からパラメタ選択・指令器へ動作パターンの切り替えを通知するように構成し、動作パターンの切り替えが通知されたらパラメタの探索・決定を行う。   (3) When the present invention is applied to an apparatus having a plurality of operation patterns (for example, a servo press to which a plurality of molds can be attached and each of the molds moves differently), the operation patterns are switched. Immediately after that, search and determine parameters. For example, a controller (not shown) instructing switching of the operation pattern is configured to notify the parameter selection / commander of the switching of the operation pattern, and when the switching of the operation pattern is notified, the parameter is searched and determined. .

なお以上のタイミングの組み合わせでパラメタの探索・決定を行うタイミングを決めてもよい。また以上は例であり、パラメタの探索・決定のタイミングはこれらに限定されるものではない。   Note that the timing for searching and determining parameters may be determined by a combination of the above timings. Moreover, the above is an example, and the timing of parameter search / determination is not limited to these.

図6は、本発明による省電力駆動装置の第2実施形態を示す図である。
この第2実施形態は、パラメタとして、搬送波周波数に加えスイッチング波形の電圧変化率dv/dtを用いる例である。
以下、図1の第1実施形態との相違のみ示す。
FIG. 6 is a diagram showing a second embodiment of the power-saving drive device according to the present invention.
The second embodiment is an example in which the voltage change rate dv / dt of the switching waveform is used as a parameter in addition to the carrier frequency.
Only the differences from the first embodiment of FIG. 1 will be described below.

51aはゲート駆動回路であり、第1実施形態のゲート駆動回路51に加え、電圧変化率の指令値Gに応じてゲート電圧とゲート電流を制御し、スイッチング波形の電圧変化率dv/dtを電圧変化率の指令値Gに抑制するソフトゲート駆動機能を有する。ソフトゲート駆動方式の例は、非特許文献1に示されている。   Reference numeral 51a denotes a gate drive circuit, which controls the gate voltage and the gate current in accordance with the voltage change rate command value G in addition to the gate drive circuit 51 of the first embodiment, and sets the voltage change rate dv / dt of the switching waveform as a voltage. It has a soft gate drive function that suppresses the change rate to the command value G. An example of the soft gate driving method is shown in Non-Patent Document 1.

83aはパラメタ選択・指令器であり、第1実施形態のパラメタ選択・指令器83に加え電圧変化率の指令値Gをゲート駆動回路51aへ出力する機能を有する。
第1実施形態と同様に、パラメタ選択・指令器83aが出力する搬送波周波数指令値Fと電圧変化率の指令値Gを変化させて1サイクル内の複数の区間毎の電力量を記憶し、同じ区間に対する電力量を異なるサイクル間で比較し、もっとも電力量が小さくなる搬送波周波数指令値Fと電圧変化率の指令値Gを、その区間に対する以降の搬送波周波数指令値Fと電圧変化率の指令値Gとして出力する。
この実施形態では、電圧変化率の指令値Gも変化させることにより、第1実施形態よりもさらに損失を小さくすることが可能となる。
Reference numeral 83a denotes a parameter selection / command device, which has a function of outputting a voltage change rate command value G to the gate drive circuit 51a in addition to the parameter selection / command device 83 of the first embodiment.
Similarly to the first embodiment, the carrier frequency command value F output from the parameter selector / commander 83a and the command value G of the voltage change rate are changed to store the electric energy for each of a plurality of sections in one cycle. Comparing the electric energy for the section between different cycles, the carrier frequency command value F and the voltage change rate command value G for which the power amount is the smallest, and the subsequent carrier frequency command value F and the voltage change rate command value for the section Output as G.
In this embodiment, the loss can be further reduced as compared with the first embodiment by changing the command value G of the voltage change rate.

図7は、複数のパラメタを探索・決定する方法の説明図である。
損失を小さくする複数のパラメタ(搬送波周波数指令値Fと電圧変化率の指令値G)を探索・決定する方法としてはたとえば以下の方法がある。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a method for searching and determining a plurality of parameters.
As a method for searching and determining a plurality of parameters (carrier frequency command value F and voltage change rate command value G) for reducing the loss, for example, there are the following methods.

搬送波周波数指令値Fと電圧変化率の指令値Gのすべての組み合わせに対して1サイクル内の複数の区間毎の電力量を記憶・比較する。たとえば、搬送波周波数指令値FがF1,F2,F3,F4の4通り、電圧変化率の指令値GがG1,G2,G3の3通りの場合、図7に示すように4×3=12サイクル(図中、C1〜C12)に対し、1サイクルの電力量(図中、W1−1、W1−2、W1−3、...、W12−1、W12−2、W12−3)を記憶し、区間1、区間2、区間3、それぞれ独立に異なるサイクル間で電力量を比較して、搬送波周波数指令値F・電圧変化率の指令値Gを選択する。   For all combinations of the carrier wave frequency command value F and the voltage change rate command value G, the electric energy for each of a plurality of sections in one cycle is stored and compared. For example, when there are four carrier frequency command values F1, F2, F3, and F4, and three voltage change rate command values G1, G2, and G3, 4 × 3 = 12 cycles as shown in FIG. For one cycle (in the figure, C1 to C12), one cycle of electric energy (in the figure, W1-1, W1-2, W1-3, ..., W12-1, W12-2, W12-3) is stored. Then, the amount of power is compared between different cycles in section 1, section 2, and section 3, and the carrier frequency command value F and the voltage change rate command value G are selected.

図7の例では、
(1)区間1に対して:W1−1〜W12−1を比較し、最も値が小さいW4−1に対応する搬送波周波数指令値F2、電圧変化率G1を選択する。
(2)区間2に対して:W1−2〜W12−2を比較し、最も値が小さいW8−2に対応する搬送波周波数指令値F3、電圧変化率G2を選択する。
(3)区間3に対して:W1−3〜W12−3を比較し、最も値が小さいW11−3に対応する搬送波周波数指令値F4、電圧変化率G2を選択する。
以降、パラメタ選択・指令器83aは、サイクル12終了以降(すなわち、図中のサイクルC13以降)、区間1、区間2、区間3のそれぞれに対し、選択した搬送波周波数指令値と、選択した電圧変化率を出力し続ける。すなわち、区間1においては搬送波周波数指令値としてF2、電圧変化率としてG1を出力する。区間2においては搬送波周波数指令値としてF3、電圧変化率としてG2を出力する。区間3においては搬送波周波数指令値としてF4、電圧変化率としてG2を出力する。
In the example of FIG.
(1) For section 1: Compare W1-1 to W12-1, and select the carrier frequency command value F2 and voltage change rate G1 corresponding to W4-1 having the smallest value.
(2) For section 2: W1-2 to W12-2 are compared, and carrier frequency command value F3 and voltage change rate G2 corresponding to W8-2 having the smallest value are selected.
(3) For section 3, W1-3 to W12-3 are compared, and the carrier frequency command value F4 and voltage change rate G2 corresponding to W11-3 having the smallest value are selected.
Thereafter, the parameter selector / commander 83a selects the selected carrier frequency command value and the selected voltage change for each of the sections 1, 2, and 3 after the end of the cycle 12 (that is, after the cycle C13 in the figure). Continue to output rate. That is, in section 1, F2 is output as the carrier wave frequency command value and G1 is output as the voltage change rate. In section 2, F3 is output as the carrier wave frequency command value and G2 is output as the voltage change rate. In section 3, F4 is output as the carrier wave frequency command value and G2 is output as the voltage change rate.

なお、図7に示す例では、搬送波周波数指令値FをF1〜F4の4通り、電圧変化率の指令値GをG1〜G3の3通りに変化させ、パラメタ(搬送波周波数指令値と電圧変化率の指令値)の探索・決定に4×3=12サイクル(図中、C1〜C12)を要するものとしたが、搬送波周波数指令値Fを変化させる数、電圧変化率の指令値Gを変化させる数はそれぞれ4、3に限らず、2以上の数Q、Rでよい。この場合、パラメタ(搬送波周波数指令値と電圧変化率の指令値)の探索・決定にQ×Rサイクル要することになる。   In the example shown in FIG. 7, the carrier frequency command value F is changed in four ways F1 to F4, and the voltage change rate command value G is changed in three ways G1 to G3, and parameters (carrier frequency command value and voltage change rate are changed). 4 × 3 = 12 cycles (C1 to C12 in the figure) are required for the search / determination of the command value). The numbers are not limited to 4 and 3, respectively, and may be 2 or more. In this case, Q × R cycles are required for searching and determining parameters (carrier frequency command value and voltage change rate command value).

以上の方法ではパラメタの値の組み合わせ数(以上の例では12通り)が多くなりすぎ、パラメタの探索・決定に要するサイクル数が多数となりすぎる場合には、パラメタの組み合わせの中から乱数や遺伝的アルゴリズムにより選択した組み合わせのみ用いてもよい。実験計画法にもとづく他の方法を用いてもよい。   In the above method, if the number of parameter value combinations (12 in the above example) becomes too large and the number of cycles required for parameter search / determination becomes too large, random numbers or genetics are selected from the parameter combinations. Only combinations selected by an algorithm may be used. Other methods based on the experimental design may be used.

図8は、本発明による省電力駆動装置の第3実施形態を示す図である。
この例は、インバータとモータが複数台で、それぞれが独立の動きをする場合である。たとえば、搬送装置でx軸、y軸、z軸を有しており、それぞれを独立の軌跡で動かして3次元空間内の任意の位置へ移動させるような場合である。
第2実施形態でインバータとモータを複数台とした場合の例を示すが、電圧変化率の指令値Gを省略すれば第1実施形態でインバータとモータを複数台とした場合に相当する。図はインバータとモータが3台の場合を示すが、2台もしくは4台以上の場合も同様である。図において、インバータ19A、19B、19Cの内部の構成は第2実施形態と同じなので、インバータ内部の構成は図示を省略する。
FIG. 8 is a diagram illustrating a third embodiment of the power-saving drive device according to the present invention.
In this example, there are a plurality of inverters and motors, each of which moves independently. For example, the transport apparatus has an x-axis, a y-axis, and a z-axis, and each of them is moved along an independent locus and moved to an arbitrary position in the three-dimensional space.
An example in which a plurality of inverters and motors are provided in the second embodiment is shown, but if the command value G for the voltage change rate is omitted, this corresponds to a case in which a plurality of inverters and motors are provided in the first embodiment. Although the figure shows the case where there are three inverters and motors, the same applies to the case where there are two or four or more motors. In the figure, since the internal configuration of the inverters 19A, 19B, and 19C is the same as that of the second embodiment, the internal configuration of the inverter is not shown.

以下の構成要素が各インバータとモータごとにあるので、末尾にA、B、Cをつけて識別する。各要素の構成は第2実施形態と同じである。
19A、19B、19C インバータ
21A、21B、21C モータ
23A、23B、23C 機械負荷
25A、25B、25C モータエンコーダ
27A、27B、27C 制御器
29A、29B、29C 指令値生成器
61A、61B、61C 電圧測定器
63A、63B、63C 電流測定器
81A、81B、81C 電力量演算器
83aA、83aB、83aC パラメタ選択・指令器
Since the following components are provided for each inverter and motor, they are identified by adding A, B, and C at the end. The configuration of each element is the same as in the second embodiment.
19A, 19B, 19C Inverters 21A, 21B, 21C Motors 23A, 23B, 23C Mechanical loads 25A, 25B, 25C Motor encoders 27A, 27B, 27C Controllers 29A, 29B, 29C Command value generators 61A, 61B, 61C Voltage measuring instruments 63A, 63B, 63C Current measuring devices 81A, 81B, 81C Energy calculators 83aA, 83aB, 83aC Parameter selection / commander

末尾にA、B、Cを付した3組が完全に独立に動作するので、それぞれの組が第2実施形態と同じ動作をすることにより、それぞれの組に対するパラメタ(搬送波周波数指令値Fと電圧変化率の指令値G)が探索・決定され、それぞれの組の損失を小さくすることができる。   Since the three sets with A, B, and C at the end operate completely independently, each set performs the same operation as in the second embodiment, so that the parameters (carrier frequency command value F and voltage for each set) are set. The change rate command value G) is searched and determined, and the loss of each set can be reduced.

図9は、本発明による省電力駆動装置の第4実施形態を示す図である。
この例は、インバータとモータが複数台で、すべてが同じ動きをする場合である。たとえば、モータのサイズが制限されるため、一体の機械負荷を複数台のモータで分担して駆動するような場合である。
第2実施形態でインバータとモータを複数台とした場合の例を示すが、電圧変化率の指令値Gを省略すれば第1実施形態でインバータとモータを複数台とした場合に相当する。図はインバータとモータが3台の場合を示すが、2台もしくは4台以上の場合も同様である。図において、インバータ内部の構成は第2実施形態と同じなので、インバータ内部の構成は図示を省略する。
FIG. 9 is a diagram showing a fourth embodiment of the power saving drive device according to the present invention.
In this example, there are a plurality of inverters and motors, all of which move in the same manner. For example, since the size of the motor is limited, the integrated mechanical load is driven by a plurality of motors.
An example in which a plurality of inverters and motors are provided in the second embodiment is shown, but if the command value G for the voltage change rate is omitted, this corresponds to a case in which a plurality of inverters and motors are provided in the first embodiment. Although the figure shows the case where there are three inverters and motors, the same applies to the case where there are two or four or more motors. In the figure, since the internal configuration of the inverter is the same as that of the second embodiment, the internal configuration of the inverter is not shown.

以下の構成要素が各インバータとモータごとにあるので、末尾にA、B、Cをつけて識別する。各要素の構成は第2実施形態と同じである。
19A、19B、19C インバータ
21A、21B、21C モータ
23A、23B、23C 機械負荷
25A、25B、25C モータエンコーダ
27A、27B、27C 制御器
Since the following components are provided for each inverter and motor, they are identified by adding A, B, and C at the end. The configuration of each element is the same as in the second embodiment.
19A, 19B, 19C Inverters 21A, 21B, 21C Motors 23A, 23B, 23C Mechanical loads 25A, 25B, 25C Motor encoders 27A, 27B, 27C Controllers

末尾にA、B、Cを付した3組が完全に同一の動作をするので、パラメタ選択・指令器は1台のみであり、それぞれの組に対するパラメタ(搬送波周波数指令値Fと電圧変化率の指令値G)は常に同一になるようにする。3組の総計の電力量を計測するように電圧・電流測定器が接続されているので、第2実施形態と同じ電力量演算、パラメタ探索・決定動作をすることにより、3組の総計の損失を小さくするようにパラメタ(搬送波周波数指令値、電圧変化率の指令値G)が探索・決定される。   Since the three sets with A, B, and C at the end operate in exactly the same way, there is only one parameter selector / commander, and the parameters (carrier frequency command value F and voltage change rate) for each set The command value G) is always the same. Since the voltage / current measuring device is connected so as to measure the power consumption of the three sets of totals, the same amount of power calculation, parameter search / determination operation as in the second embodiment is performed, so that the loss of the three sets of totals is lost. The parameters (the carrier wave frequency command value and the voltage change rate command value G) are searched and determined so as to reduce.

上述した本発明のサイクルは装置が同一の動きをする区間であればよく、本発明が適用される装置の運転サイクルと厳密に一致する必要はない。たとえば、装置の動きが激しくモータに大きい電流が流れる区間のみを本発明でのサイクルとして扱ってもよい。   The above-described cycle of the present invention only needs to be a section in which the apparatus moves in the same manner, and does not have to exactly coincide with the operation cycle of the apparatus to which the present invention is applied. For example, only a section in which the apparatus moves strongly and a large current flows through the motor may be treated as a cycle in the present invention.

電圧測定器61と電流測定器63を入れ替えて、図中で、電流測定器を左側に持ってきてもよい。   The voltage measuring device 61 and the current measuring device 63 may be interchanged to bring the current measuring device to the left side in the figure.

上述した各実施形態に示す構成は機能で分割したものであり、物理的な構成は異なっていてもよい。たとえば、インバータ内部にあるDSP(デジタルシグナルプロセッサ)やマイコンを用いたプログラマブル装置により、指令演算器だけでなく、電力量演算器、パラメタ選択・指令器を実現するようにしてもよい。また、電圧測定器、電流測定器(ただし、第1、2、3実施形態のみ)の一方もしくは双方がインバータ内部に構成されていてもよい。   The configuration shown in each embodiment described above is divided by function, and the physical configuration may be different. For example, a programmable device using a DSP (digital signal processor) or microcomputer inside the inverter may be used to realize not only a command calculator but also an electric energy calculator and a parameter selector / commander. One or both of the voltage measuring device and the current measuring device (however, only the first, second, and third embodiments) may be configured inside the inverter.

図10は、電圧測定器と電流測定器の別の構成図である。
上述した第1、2、4実施形態において、電圧測定器と電流測定器で直流バスの電圧と電流を測定する代わりに、図10に示すように、外部電源11とコンバータ13の間で3相交流の各相の電圧(中性点に対し)と電流を測定して電力量演算器への入力とし、各相の電圧と電流の積を3相にわたって加算して電力を求め時間積分して1サイクルの電力量としてもよい。すなわち、各相に対する電圧測定値をV1(t)、V2(t)、V3(t)とし、電流測定値をI1(t)、I2(t)、I3(t)とすれば、P(t)は式(1)のかわりに式(5)で表現される。
FIG. 10 is another configuration diagram of the voltage measuring device and the current measuring device.
In the first, second and fourth embodiments described above, instead of measuring the voltage and current of the DC bus with the voltage measuring device and the current measuring device, as shown in FIG. Measure the voltage (relative to the neutral point) and current of each phase of AC and use it as an input to the energy calculator, add the product of the voltage and current of each phase over three phases, find the power, and integrate the time It is good also as electric energy of 1 cycle. That is, if the measured voltage values for each phase are V1 (t), V2 (t), V3 (t) and the measured current values are I1 (t), I2 (t), I3 (t), then P (t ) Is expressed by equation (5) instead of equation (1).

P(t)=V1(t)×I1(t)+V2(t)×I2(t)+V3(t)×I3(t)・・・(5)
この式(5)を式(2)、式(3)、式(4)のそれぞれに代入した式を電力量演算器で計算すればよい。
P (t) = V1 (t) × I1 (t) + V2 (t) × I2 (t) + V3 (t) × I3 (t) (5)
What is necessary is just to calculate the formula which substituted this Formula (5) for each of Formula (2), Formula (3), and Formula (4) with an electric energy calculator.

測定誤差を低減するため、パラメタの探索・決定において、1サイクルごとにパラメタの値を変えるのではなく、Nサイクル(Nは2以上)ごとにパラメタの値を変えるようにし、Nサイクルのそれぞれに対して測定した1サイクルの電力量をNサイクルにわたって平均化してもよい。   In order to reduce the measurement error, instead of changing the parameter value every cycle in parameter search / determination, the parameter value is changed every N cycles (N is 2 or more). Alternatively, one cycle of measured energy may be averaged over N cycles.

(区間の分けかた)
図11は、区間の分割例を示す図である。
本願において、1サイクル内を運転条件が大きく異なる複数の区間に分ける手段として、たとえば以下の手段がある。
A.負荷パターン(モータ回転角度指令値やモータ回転速度指令値)が与えられた場合、人間が判断して1サイクル内を区間に分割しそれぞれの区間における区間番号を決める。特に、負荷パターンそのものも人間が決める場合、負荷パターンを決めると同時に区間分割も決めることが合理的である。
B.負荷パターン(モータ回転角度指令値やモータ回転速度指令値)が与えられた場合、速度や加速度の値にもとづいて自動的に区間に分ける。
(How to divide the section)
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of segment division.
In the present application, as means for dividing one cycle into a plurality of sections having greatly different operating conditions, for example, there are the following means.
A. When a load pattern (motor rotation angle command value or motor rotation speed command value) is given, a person makes a judgment and divides one cycle into sections to determine section numbers in the sections. In particular, when the load pattern itself is determined by a person, it is reasonable to determine the load pattern and the section division at the same time.
B. When a load pattern (motor rotation angle command value or motor rotation speed command value) is given, it is automatically divided into sections based on speed and acceleration values.

たとえば、図11(A)に示すような負荷パターン(この例ではモータ回転角度指令値)が与えられたとき、負荷パターンの時間微分を計算することにより図11(B)のように速度を求める。速度を、あらかじめ定めておいた低速度域、中速度域、高速度域に分別し、図11(C)に示すように低速度域を区間1、中速度域を区間2、高速度域を区間3とすることにより、1サイクル内を区間に分割しそれぞれの区間における区間番号を決める。低速度域、中速度域、高速度域をあらかじめ定める方法としては、たとえば、モータの定格最大速度をVmaxとして、Vmaxの30%未満を低速度域、Vmaxの30%以上60%未満を中速度域、それ以上を高速度域とする、というように決めることができる。   For example, when a load pattern (motor rotation angle command value in this example) as shown in FIG. 11A is given, the speed is obtained as shown in FIG. 11B by calculating the time derivative of the load pattern. . The speed is classified into a predetermined low speed area, medium speed area, and high speed area, as shown in FIG. 11C, the low speed area is section 1, the medium speed area is section 2, and the high speed area is By setting it as the section 3, the inside of one cycle is divided into sections and the section number in each section is determined. As a method for predetermining the low speed range, the medium speed range, and the high speed range, for example, assuming that the rated maximum speed of the motor is Vmax, the lower speed range is less than 30% of Vmax, and the intermediate speed is 30% or more and less than 60% of Vmax. It is possible to decide that the high speed range is to be set in the range and beyond.

上述した実施形態では電圧型インバータを用いているが、電力制御素子のスイッチングによりモータへ供給する電圧もしくは電流を制御する方式であれば本発明が適用可能である。たとえば、電流型インバータ、電圧型ないし電流型のマルチレベルインバータ、コンバータとインバータを一体化したマトリクスコンバータ、マルチレベルマトリクスコンバータなどに適用可能である。マトリクスコンバータを用いる場合には直流バスが無いので、電圧・電流測定は図10に示すように外部電源11の直後の3相交流に対して行えばよい。   Although the voltage type inverter is used in the above-described embodiment, the present invention can be applied to any system that controls the voltage or current supplied to the motor by switching the power control element. For example, the present invention can be applied to a current type inverter, a voltage type or current type multilevel inverter, a matrix converter in which a converter and an inverter are integrated, a multilevel matrix converter, and the like. When a matrix converter is used, since there is no DC bus, voltage / current measurement may be performed for three-phase AC immediately after the external power supply 11 as shown in FIG.

モータ21は、回転モータのかわりにリニアモータでもよい。
モータエンコーダのかわりに、機械負荷の位置・速度を直接検知するロータリーエンコーダやリニアエンコーダを用いてもよい。
外部電源とコンバータの組み合わせの代わりに、直流電源(直流発電機、燃料電池、バッテリーなど)から直接直流バスに電力供給してもよい。
三相誘導ないし同期モータでセンサレスベクトル制御する例を示したが、三相誘導モータで回転速度検出センサを用いるベクトル制御もしくは三相同期モータで回転角度検出センサを用いるベクトル制御でもよい。
外部電源は非接触給電装置でもよい。非接触給電装置がコンバータを含んでいてもよい。
The motor 21 may be a linear motor instead of the rotary motor.
Instead of the motor encoder, a rotary encoder or linear encoder that directly detects the position / speed of the mechanical load may be used.
Instead of a combination of an external power source and a converter, power may be directly supplied to the DC bus from a DC power source (DC generator, fuel cell, battery, etc.).
Although an example of sensorless vector control using a three-phase induction or synchronous motor has been shown, vector control using a rotation speed detection sensor with a three-phase induction motor or vector control using a rotation angle detection sensor with a three-phase synchronous motor may be used.
The external power supply may be a non-contact power supply device. The non-contact power feeding device may include a converter.

上述した実施形態では、PWM変調器において変調波と搬送波の大小比較でノッチ波のオンオフを決める方法を仮定したが、非特許文献1に例示されている瞬時空間ベクトルの概念を用いた変調法を採用する場合には、例えば、搬送波を方形波とし搬送波の立ち上がりエッジのタイミングにおいてPWM変調器を構成するDSPやマイコンに割り込みをかけることにより、搬送波の1周期あたり1回のベクトル演算が行われるように構成すればよい。   In the above-described embodiment, the method of determining on / off of the notch wave by comparing the magnitude of the modulated wave and the carrier wave in the PWM modulator is assumed. However, the modulation method using the concept of the instantaneous space vector exemplified in Non-Patent Document 1 is used. When employed, for example, the carrier wave is a square wave, and at the timing of the rising edge of the carrier wave, the DSP or microcomputer constituting the PWM modulator is interrupted to perform one vector operation per cycle of the carrier wave. What is necessary is just to comprise.

上述した本発明の装置及び方法によれば、電力量演算器81とパラメタ選択・指令器83とを備え、インバータ19のパラメタを複数の値に変化させ、各パラメタにおける同一負荷パターン内の複数の区間毎にインバータの受電電力量を計算して比較し、該受電電力量を最小にするパラメタを選択して、インバータに指令するので、配線の電気的特性、電磁ノイズ除去用素子の有無、モータごとの損失特性及び温度変化、等を予め実験して損失特性のデータを取得することなく、すべての構成要素の損失特性を考慮して損失量を最小化することができる。   According to the apparatus and method of the present invention described above, the electric energy calculator 81 and the parameter selector / commander 83 are provided, the parameter of the inverter 19 is changed to a plurality of values, and a plurality of parameters within the same load pattern in each parameter are included. Calculate and compare the received power amount of the inverter for each section, select the parameter that minimizes the received power amount, and instruct the inverter, so the electrical characteristics of the wiring, the presence or absence of electromagnetic noise removal element, motor The loss amount can be minimized in consideration of the loss characteristics of all the constituent elements without obtaining the loss characteristic data by experimenting in advance with the loss characteristics and temperature changes of each component.

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。   In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, Of course, it can change variously in the range which does not deviate from the summary of this invention.

11 外部電源、13 コンバータ、15 直流バス、
17 キャパシタ、19、19A、19B、19C インバータ、
21、21A、21B、21C モータ、
23、23A、23B、23C 機械負荷(同一負荷パターン装置)、
25、25A、25B、25C モータエンコーダ、
27、27A、27B、27C 制御器、
29、29A、29B、29C 指令値生成器、
41 電力制御部、43 モータ電流測定器、
45 指令演算器、47 PWM変調器、49 搬送波発振器、
51、51a ゲート駆動回路、
61、61A、61B、61C 電圧測定器、
63、63A、63B、63C 電流測定器、
81、81A、81B、81C 電力量演算器、
83、83a、83aA、83aB、83aC パラメタ選択・指令器


11 external power supply, 13 converter, 15 DC bus,
17 capacitor, 19, 19A, 19B, 19C inverter,
21, 21A, 21B, 21C motor,
23, 23A, 23B, 23C Mechanical load (same load pattern device),
25, 25A, 25B, 25C motor encoder,
27, 27A, 27B, 27C controller,
29, 29A, 29B, 29C command value generator,
41 power control unit, 43 motor current measuring device,
45 command calculator, 47 PWM modulator, 49 carrier oscillator,
51, 51a Gate drive circuit,
61, 61A, 61B, 61C Voltage measuring device,
63, 63A, 63B, 63C Current measuring instrument,
81, 81A, 81B, 81C electric energy calculator,
83, 83a, 83aA, 83aB, 83aC Parameter selection / commander


Claims (5)

インバータから電力供給されるモータで駆動され、同一負荷パターンを有する装置の省電力駆動装置であって、
前記同一負荷パターン内の複数の区間毎におけるインバータの受電電力量を計算する電力量演算器と、
インバータのパラメタを複数の値に変化させ、各パラメタにおける前記受電電力量を比較し、該受電電力量を最小にするパラメタを選択して、インバータに指令するパラメタ選択・指令器と、を備える、ことを特徴とする同一負荷パターンを有する装置の省電力駆動装置。
A power-saving drive device driven by a motor supplied with power from an inverter and having the same load pattern,
An electric energy calculator that calculates the received electric energy of the inverter for each of a plurality of sections in the same load pattern;
A parameter selection / commander for changing the parameter of the inverter to a plurality of values, comparing the received power amount in each parameter, selecting a parameter that minimizes the received power amount, and instructing the inverter; A power-saving drive device for a device having the same load pattern.
前記負荷パターンのサイクル開始信号とサイクル終了信号、及び負荷パターン内の前記各区間を示す区間番号を出力する指令値生成器を備える、ことを特徴とする請求項1に記載の省電力駆動装置。   2. The power saving drive device according to claim 1, further comprising a command value generator that outputs a cycle start signal and a cycle end signal of the load pattern, and a section number indicating each section in the load pattern. 前記インバータのパラメタは、搬送波周波数及び/又はスイッチング波形の電圧変化率である、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の省電力駆動装置。   The power-saving drive device according to claim 1, wherein the parameter of the inverter is a carrier frequency and / or a voltage change rate of a switching waveform. インバータから電力供給されるモータで駆動され、同一負荷パターンを有する装置の省電力駆動方法であって、
インバータのパラメタを複数の値に変化させ、
前記各パラメタにおける前記同一負荷パターン内の複数の区間毎にインバータの受電電力量を計算し、
各パラメタにおける前記受電電力量を比較し、該受電電力量を最小にするパラメタを選択して、インバータに指令する、ことを特徴とする同一負荷パターンを有する装置の省電力駆動方法。
A power-saving driving method for a device driven by a motor supplied with power from an inverter and having the same load pattern,
Change the inverter parameters to multiple values,
Calculate the amount of received power of the inverter for each of a plurality of sections in the same load pattern in each parameter,
A power-saving drive method for a device having the same load pattern, wherein the received power amount in each parameter is compared, a parameter that minimizes the received power amount is selected, and an inverter is commanded.
前記複数の区間は、負荷パターンにおけるモータの速度、可速度、又はトルクが異なるように設定する、ことを特徴とする請求項4に記載の省電力駆動方法。






The power saving drive method according to claim 4, wherein the plurality of sections are set such that the speed, the speed, or the torque of the motor in the load pattern is different.






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