JP5718605B2 - Electromagnet drive controller - Google Patents
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Description
本発明は、隔壁で仕切られた空間内に発生したプラズマ分布を能動的に制御する電磁石装置の駆動制御に好適な電磁石駆動制御装置に関し、特に電磁石の励磁コイルのレイヤショートや、巻線等の損傷や励磁コイル過熱等の異常、及び/又は故障が発生する以前にそれを予知できる励磁コイル故障検知・予知手段を備えた電磁石駆動制御装置に関する。 The present invention relates to an electromagnet drive control device suitable for drive control of an electromagnet device that actively controls the distribution of plasma generated in a space partitioned by a partition wall, and in particular, a layer short of an exciting coil of an electromagnet, a winding, etc. The present invention relates to an electromagnet drive control device provided with an excitation coil failure detection / prediction means that can predict an abnormality such as damage or excitation coil overheating and / or failure before it occurs.
この種の電磁石駆動制御装置は、電磁石を備え、該電磁石の励磁コイルに励磁電流を通電することにより、隔壁で仕切られた空間内に磁場を形成するようになっている。磁界の強度等を制御するために、励磁コイルに流れる励磁電流を電流検出部で検出し、該検出した励磁電流信号を電流制御部にフィードバックし、磁界強度が目標強度になるように制御している。 This type of electromagnet drive control device includes an electromagnet, and forms a magnetic field in a space partitioned by partition walls by energizing an excitation current to the excitation coil of the electromagnet. In order to control the strength of the magnetic field, etc., the excitation current flowing in the excitation coil is detected by the current detection unit, and the detected excitation current signal is fed back to the current control unit to control the magnetic field strength to the target strength. Yes.
上記のように励磁コイルに流れる励磁電流を検出し、フィードバックし、励磁コイル流れる電流が目標電流値になるように制御する電磁石駆動制御装置において、従来励磁コイルの一部がレイヤショートした場合や励磁コイルが傷ついたりした場合の故障検出、又は故障予知は電流フィードバック値を監視し、この値が高いか低いかで異常を検知(判定)している。例えば、電流フィードバック値が高い場合をショート、低い場合は温度高いか又は断線(励磁コイル温度が高く抵抗値が高いため電流値が低いか又は断線)というように判断している。 As described above, in the electromagnet drive control device that detects and feeds back the exciting current flowing through the exciting coil and controls the exciting coil flowing current to become the target current value, when a part of the conventional exciting coil is layer short-circuited or excited In the case of failure detection or failure prediction when the coil is damaged, the current feedback value is monitored, and an abnormality is detected (determined) depending on whether this value is high or low. For example, when the current feedback value is high, it is judged as short-circuited, when it is low, the temperature is high, or the wire is disconnected (the current value is low or the wire is broken because the exciting coil temperature is high and the resistance value is high).
しかしながら、電流フィードバック値を監視し、この値が高いか低いかで異常を検出する方法では、フィードバックループ制御はコイル電流値(実測値)と目標値の差がゼロになるような制御であるから、励磁コイルのレイヤショートや励磁コイルの損傷が軽微な場合、電流フィードバック値の異常も解消されてしまい、異常が検出できないという問題がある。例えば、軽微なレイヤショートによりコイル抵抗値が低下すると電流値が増加し、フィードバック電流値が増加することになる。これによりフィードバックループは励磁電流を目標値にさせようと、ドライバーから励磁コイルに出力されるコイル駆動電圧を減少させるから、励磁電流の実測値と目標値の差が解消してしまう。結局、異常がフィードバックループでは対処できない程のレベルに達するまでは、異常を検知できないという問題がある。また、異常が軽微である場合の異常の予知は殆ど不可能であった。 However, in the method of monitoring the current feedback value and detecting an abnormality depending on whether this value is high or low, the feedback loop control is a control in which the difference between the coil current value (actual value) and the target value becomes zero. When the excitation coil layer short circuit or the excitation coil damage is minor, the current feedback value abnormality is also eliminated, and there is a problem that the abnormality cannot be detected. For example, when the coil resistance value decreases due to a slight layer short, the current value increases and the feedback current value increases. As a result, the feedback loop reduces the coil drive voltage output from the driver to the exciting coil in order to set the exciting current to the target value, so that the difference between the actually measured value of the exciting current and the target value is eliminated. After all, there is a problem that the abnormality cannot be detected until the abnormality reaches a level that cannot be dealt with by the feedback loop. Also, when the abnormality is minor, it is almost impossible to predict the abnormality.
また、コイルに励磁電流を印加した際、コイル自身の発熱及び/又は周囲温度の影響によってコイル配線の被服が溶けることを防ぐため、コイル温度を監視する必要があるが、コイル点数に応じて温度センサ及び温度センサ測定値を表示・報知する手段の入力チャネル数を多チャネル化する必要があった。 Also, when applying an exciting current to the coil, it is necessary to monitor the coil temperature in order to prevent the coil wiring clothing from melting due to the heat generated by the coil itself and / or the ambient temperature. It was necessary to increase the number of input channels of the means for displaying / notifying sensor and temperature sensor measurement values.
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、励磁コイルのレイヤショートや励磁コイルの損傷、冷却不足によるコイルの過熱等の励磁コイルの軽微な異常でも精度よく検知できる励磁コイルの故障検知及び/又は故障予知手段を備えた電磁石駆動制御装置を低コスト、省スペースで提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and it is possible to accurately detect even a slight abnormality of the exciting coil such as a layer short of the exciting coil, damage to the exciting coil, overheating of the coil due to insufficient cooling, and the like. It is an object of the present invention to provide an electromagnet drive control device including a failure prediction means at low cost and in a space-saving manner.
上記の課題を解決するために、本発明は、電磁石を備え、該電磁石の励磁コイルに励磁電流を通電することにより、隔壁で仕切られた空間内に磁場を形成する電磁石駆動制御装置であって、電流指令部(16)と、ドライバー(11)と、電流検出部(21)、故障検知・予知手段(22、23)を具備し、電磁石全体管理部(3)より、電流指令部(16)に目標励磁電流信号(S1)を出力し、電流指令部(16)は目標励磁電流信号(S1)を受け目標励磁電流波形として保持すると共に、該目標励磁電流信号(S1)に基づいて電流指令信号(S2,S3)を生成し、ドライバー(11)を介して励磁コイル(X)に励磁電流を通電し、電流検出部(21)は励磁コイル(X)に通電した励磁電流を検出し、該検出励磁電流信号(S7)を電流指令部(16)にフィードバックするように構成されており、電流指令部(16)は、電流検出部(21)で検出された検出励磁電流信号(S7)に基づいて電流指令信号(S2)を生成し、更に保持している目標励磁電流波形より、電流指令想定信号(S8)を生成し、故障検知・予知手段(22、23)は、電流指令信号(S2)と電流指令想定信号(S8)の差分が所定以上乖離した場合に励磁コイルの不良又は不良に発展する故障予知を判断する機能を備えたことを特徴とする。
また、本発明は、電流検出部(21)で検出した検出励磁電流信号(S7)より、励磁コイルに励磁電流を通電するための励磁コイルに印加される駆動電圧から該励磁コイルの直流抵抗値を求め、該直流抵抗値より励磁コイルの温度を推定する励磁コイル温度推定機能を有する励磁コイル温度推定手段(27)を設けたことを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, the present invention is an electromagnet drive control device that includes an electromagnet and forms a magnetic field in a space partitioned by a partition wall by energizing an excitation coil of the electromagnet. the current command section (16), a driver (11), a current detection unit (21), comprising a fault detection and prediction means (22, 23), electrostatic system management unit magnet than (3), the current command unit ( 16) outputs a target excitation current signal (S1), and the current command section (16) receives the target excitation current signal (S1) and holds it as a target excitation current waveform, and based on the target excitation current signal (S1). A current command signal (S2, S3) is generated, and an exciting current is supplied to the exciting coil (X) via the driver (11), and a current detector (21) detects the exciting current supplied to the exciting coil (X). The detected excitation current signal (S ) Is configured to feed back to the current command section (16) and the current command portion (16), the current detecting unit (21) on the basis of the detection excitation current signal (S7) with the current command signal ( S2) is generated, and a current command assumption signal (S8) is generated from the held target excitation current waveform, and the failure detection / prediction means (22, 23) assumes the current command signal (S2) and the current command assumption. The present invention is characterized in that a function is provided for determining failure of the exciting coil or failure prediction that develops to failure when the difference between the signals (S8) deviates more than a predetermined value.
Further, according to the present invention, the DC resistance value of the exciting coil is determined from the drive voltage applied to the exciting coil for energizing the exciting coil from the detected exciting current signal (S7) detected by the current detecting unit (21). Excitation coil temperature estimation means (27) having an excitation coil temperature estimation function for estimating the excitation coil temperature from the DC resistance value is provided.
また、本発明は、電磁石を備え、該電磁石の励磁コイルに励磁電流を通電することにより、隔壁で仕切られた空間内に磁場を形成し、プラズマ分布を能動的に制御する電磁石駆動制御装置であって、電流指令部(16)と、ドライバー(11)と、電流検出部(21)、励磁コイル温度推定手段(27)を具備し、電流指令部(16)からの電流指令信号(S2,S3)により、ドライバー(11)を介して励磁コイル(X)に励磁電流を通電し、電流検出部(21)は励磁コイル(X)に通電した励磁電流を検出し、該検出励磁電流信号(S7)を電流指令部(16)にフィードバックするように構成されており、励磁コイル温度推定手段(27)は、電流指令信号(S2)と検出励磁電流信号(S7)とが入力され、電流指令信号(S2)から励磁コイル(X)に励磁電流を通電するための駆動電圧を算出し、該駆動電圧と検出励磁電流信号(S7)から励磁コイル(X)の直流抵抗値を算出し、該直流抵抗値より励磁コイル(X)の温度を推定する励磁コイル温度推定機能を備えていることを特徴とする。 The present invention also provides an electromagnet drive control device that includes an electromagnet and forms a magnetic field in a space partitioned by a partition wall by energizing an excitation coil of the electromagnet to actively control the plasma distribution. A current command unit (16), a driver (11), a current detection unit (21), and an exciting coil temperature estimation means (27), and a current command signal (S2, S2) from the current command unit (16). In step S3), an excitation current is supplied to the excitation coil (X) via the driver (11), and the current detector (21) detects the excitation current supplied to the excitation coil (X), and detects the detected excitation current signal ( S7) is fed back to the current command unit (16), and the excitation coil temperature estimation means (27) receives the current command signal (S2) and the detected excitation current signal (S7), and receives the current command. Signal (S2 Is used to calculate a drive voltage for applying an excitation current to the excitation coil (X), and a DC resistance value of the excitation coil (X) is calculated from the drive voltage and the detected excitation current signal (S7). An excitation coil temperature estimation function for estimating the temperature of the excitation coil (X) is provided.
また、本発明は、上記電磁石駆動制御装置において、励磁コイル温度推定手段(27)で推定された励磁コイル推定温度が所定の範囲を逸脱した場合に、励磁コイルの不良とする励磁コイル故障検知・予知手段を設けたことを特徴とする。 Further, in the above electromagnet drive controller, when the exciting coil estimated temperature estimated by the excitation coil temperature estimating means (27) deviates from the predetermined range, the exciting coil failure detection, that the failure of the excitation coil A predicting means is provided.
また、本発明は、上記電磁石駆動制御装置において、電磁石は複数であり、励磁コイル故障検知・予知手段又は励磁コイル温度推定手段はそれぞれ電磁石に対応或いは複数のグループに区分した電磁石に対応して設けられたことを特徴とする。 In the electromagnet drive control device according to the present invention, there are a plurality of electromagnets, and the excitation coil failure detection / prediction means or the excitation coil temperature estimation means are provided corresponding to the electromagnets or divided into a plurality of groups. It is characterized by that.
また、本発明は、上記電磁石駆動制御装置において、励磁コイル故障検知・予知手段が励磁コイルの不良を検知した場合、それを表示及び/又は報知する警報手段を設けたことを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the electromagnet drive control device is provided with alarm means for displaying and / or notifying when the excitation coil failure detection / prediction means detects a failure of the excitation coil.
また、上記電磁石駆動制御装置において、励磁コイル温度推定手段で推定した励磁コイル推定温度を表示する温度表示手段及び/又は報知する温度報知手段を設けたことを特徴とする。 The electromagnet drive control device is characterized in that temperature display means for displaying the estimated excitation coil temperature estimated by the excitation coil temperature estimation means and / or temperature notification means for notification are provided.
本発明によれば、電流指令部(16)は、電流検出部(21)で検出された検出励磁電流信号(S7)に基づいて電流指令信号(S2)を生成し、更に保持している目標励磁電流波形より、電流指令想定信号(S8)を生成し、故障検知・予知手段(22、23)は、電流指令信号(S2)と電流指令想定信号(S8)の差分が所定以上乖離した場合に励磁コイルの不良又は不良に発展する故障予知を判断する機能を備えたので、電磁石の励磁コイルのレイヤショートや、巻線等の損傷が軽微であっても高精度の故障の検知や故障の予知ができる。 According to the present invention, the current command unit (16) generates the current command signal (S2) based on the detected excitation current signal (S7) detected by the current detection unit (21), and further holds the target. A current command assumption signal (S8) is generated from the excitation current waveform, and the failure detection / prediction means (22, 23) is when the difference between the current command signal (S2) and the current command assumption signal (S8) is more than a predetermined difference. Has a function to determine the failure of the excitation coil or the prediction of failure that will develop into a failure, so even if the electromagnet's excitation coil layer shorts or windings are minimally damaged, high-precision failure detection and failure I can predict.
また、本発明によれば、温度推定警報手段は、電流指令信号(S2)と検出励磁電流信号(S7)とが入力され、電流指令信号(S2)から励磁コイル(X)に励磁電流を通電するための駆動電圧を算出し、該駆動電圧と検出励磁電流信号(S7)から励磁コイル(X)の直流抵抗値を算出し、該直流抵抗値より励磁コイル(X)の温度を推定する励磁コイル温度推定機能を備えているので、励磁コイルの直流抵抗値は温度に精度良く反応するから高精度で励磁コイルの温度を推定できる。 Further, according to the present invention, the temperature estimation alarm means receives the current command signal (S2) and the detected excitation current signal (S7), and energizes the excitation coil (X) from the current command signal (S2). Excitation voltage to calculate the DC resistance value of the excitation coil (X) from the drive voltage and the detected excitation current signal (S7), and to estimate the temperature of the excitation coil (X) from the DC resistance value Since the coil temperature estimation function is provided , the DC resistance value of the exciting coil reacts with temperature with high accuracy, so that the temperature of the exciting coil can be estimated with high accuracy.
また、本発明によれば、励磁コイル温度推定手段で推定された励磁コイル温度が所定の範囲を逸脱した場合に、励磁コイルの不良とする励磁コイル故障検知・予知手段を設けたので、高精度で励磁コイルの故障や故障予知できる。 In addition, according to the present invention, since the exciting coil failure detecting / predicting means is provided to make the exciting coil defective when the exciting coil temperature estimated by the exciting coil temperature estimating means deviates from a predetermined range, high accuracy is provided. With this function, the excitation coil can be broken or predicted.
また、本発明によれば、励磁コイル故障検知・予知手段又は励磁コイル温度推定手段はそれぞれ電磁石に対応或いは複数のグループに区分した電磁石に対応して設けているので、どの電磁石、又はどのグループに属す電磁石の励磁コイルの故障や温度推定を高精度で知ることができる。 Further, according to the present invention, the excitation coil failure detection / prediction means or the excitation coil temperature estimation means are provided corresponding to the electromagnets or to the electromagnets divided into a plurality of groups. It is possible to know the failure of the exciting coil of the associated electromagnet and the temperature estimation with high accuracy.
また、本発明によれば、励磁コイル故障検知・予知手段が励磁コイルの不良を検知した場合、それを表示及び/又は報知する警報手段を設けたので、励磁コイルの不良が発生すると速やかにそれを知ることができる。 In addition, according to the present invention, when the excitation coil failure detection / prediction means detects a failure of the excitation coil, the alarm means for displaying and / or notifying the failure is provided. Can know.
また、本発明によれば、励磁コイル温度推定機能で推定した励磁コイル推定温度を表示及び/又は報知する手段を設けたので、リアルタイムで励磁コイル推定温度を知ることができる。 In addition, according to the present invention, since the means for displaying and / or notifying the estimated excitation coil temperature estimated by the excitation coil temperature estimation function is provided, the estimated excitation coil temperature can be known in real time.
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。図1は本発明に係る電磁石駆動制御装置を用いる電磁石装置の全体構成を示す図である。2は電磁石の励磁コイルΧを駆動制御する電磁石駆動制御装置であり、図示するように、電磁石駆動制御装置2は1台で複数の電磁石1の励磁コイルΧを駆動制御する場合と、1台で1つの電磁石1の励磁コイルΧを駆動制御する場合がある。3は電磁石装置全体を管理する電磁石装置全体管理部であり、ユーザ/上位装置インターフェース部4に接続されている。なお、電磁石装置全体管理部3にユーザ/上位装置インターフェース部4の機能を設けても良い。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an electromagnet device using an electromagnet drive control device according to the present invention.
各電磁石駆動制御装置2は電磁石装置全体管理部3からの目標励磁電流指令信号S1を受け、目標励磁電流波形として内部に保持し、該目標励磁電流波形に従って電磁石1の励磁コイルΧに励磁電流を通電するコイル駆動電圧S4を生成し、励磁コイルΧに出力する。これにより励磁コイルΧには目標励磁電流指令信号S1に対応する励磁電流が流れ、発生する磁束により、例えば隔壁で仕切られた空間に磁場(磁界)を形成する。
Each electromagnet
図2(a)は本発明に係る電磁石駆動制御装置2のシステム構成を示すブロック図である。本電磁石駆動制御装置2は、電流指令部16と電力増幅器(PAMP)を具備するドライバー11と、電流検出部21を具備し、電流指令部16はデジタル演算部15とD/A変換器12を備えている。電磁石装置全体管理部3は、ユーザ/上位装置インターフェース4からの指示に基づいて、例えば、正弦波、矩形波、三角波等の各種波形の目標励磁電流指令信号S1を各電磁石駆動制御装置2のデジタル演算部15に出力する。
FIG. 2A is a block diagram showing a system configuration of the electromagnet
デジタル演算部15はCPUを具備し、上記目標励磁電流指令信号S1を受けて目標励磁電流波形として保持し、デジタル演算処理にて前記目標励磁電流波形に対応する「波形」と「値」の電流指令信号S2(デジタル量)を生成し、D/A変換器12に出力する。D/A変換器12ではデジタル量の電流指令信号S2を連続的な電流指令信号S3に変換し、ドライバー11に出力する。ドライバー11はその電力増幅器(PAMP)で電流指令信号S3を電力増幅してコイル駆動電圧S4にし、電磁石1の励磁コイルΧに出力する。これにより励磁コイルΧにはコイル駆動電圧S4に応じた「波形」と「値」の励磁電流が流れ、例えば、図示しない隔壁で仕切られた空間内に磁場(磁界)を形成する。
The
電磁石1の励磁コイルΧに流れる励磁電流は、電流検出部21の電流検出器20で検出され、該検出された検出電流信号は増幅器17で増幅し、電流検出信号S6となってA/D変換器18に出力され、該A/D変換器18でデジタル量の電流検出信号S7に変換され、デジタル演算部15に出力される。デジタル演算部15は検出信号S7と目標励磁電流波形とを比較し、励磁コイルΧに流れる励磁電流が目標励磁電流波形の電流値及び/又は位相角になるように補正する補正機能を有している。これにより、電磁石1の励磁コイルΧに流れる励磁電流の電流値と位相が電磁石装置全体管理部3からの目標励磁電流指令信号S1で指令された「値」と「位相」になる。なお、デジタル演算部15は電流指令部16の一部であり、電流検出部21の一部でもある。
The exciting current flowing in the exciting coil の of the
また、電流検出部21に、図3に示すように、CPU19を設け、デジタル通信等の手段でデジタル演算部15に電流検出信号S7をデジタル電流検出信号S7’としてをフィードバックしてもよい。
Further, as shown in FIG. 3, the
本電磁石駆動制御装置では図2(a)に示すように、電磁石1の励磁コイルΧに流れる励磁電流を電流検出器20で検出し、増幅器17、A/D変換器18からなる電流検出部21を介してデジタル演算部15にフィードバックしている。このようにフィードバック系が形成された電磁石駆動制御装置2において、励磁コイルΧのレイヤショート、励磁コイルΧの損傷等によって電磁石1に故障が発生した場合、この故障状態を検出する必要がある。従来、このような電磁石1の故障を検出するのに、デジタル演算部15にフィードバックされてくる電流検出信号S7の値を監視し、該電流検出信号S7の値が大きいと励磁コイルΧのショート、小さいと温度高や断線というように、検出信号S7の値の大小で励磁コイルΧの正・異常を判断している。
In this electromagnet drive control device, as shown in FIG. 2A, the
上記のようにフィードバックループ系を形成した場合、電流検出器20で検出した検出信号S7の値(実測値)と、電磁石装置全体管理部3からの目標励磁電流指令信号S1の値の差がゼロになるように制御されるから、異常が軽微の場合、異常が検出できないという問題がある。例えば、励磁コイルΧの温度上昇によって励磁コイルΧの抵抗値が上昇し、励磁電流が減少し、電流検出信号S7が小さくなると、デジタル演算部15は電流検出信号S7と前記デジタル演算部15で保持している目標電流波形の差がゼロになるように、デジタル演算部15から出力される電流指令信号S2の値を大きくし、ドライバー11である電力増幅器(PAMP)からのコイル駆動電圧を大きくするから、励磁コイルΧに流れる励磁電流は大きくなり(回復)、異常が解消してしまい異常が検出できない。即ち、励磁コイルΧの異常がフィードバック制御で賄いきれない程のレベルに達するまで故障が検出できないという問題がある。
When the feedback loop system is formed as described above, the difference between the value of the detection signal S7 (measured value) detected by the
本発明に係る電磁石駆動制御装置2では、励磁コイルΧの故障検知及び異常が軽微で故障に発展する可能性がある段階、即ち故障の予知が可能な故障検知・予知手段を備えている。以下、この故障検知・予知手段について説明する。図2(b)は励磁コイルΧの故障検知・予知手段の構成を示す図である。図において、22は故障検知部、23は警報手段である。故障検知部22にはデジタル演算部15からの後述する電流指令想定信号S8と電流指令信号S2が入力される。故障検知部22では電流指令想定信号S8の値と電流指令信号S2の値を比較し、両者が予め定められた所定値以上乖離したら(デジタル演算部15の上記補正機能の補正値が予め定められた所定値以上となったら)、故障又は故障に発展する故障予知と判断する。
The electromagnet
電流指令想定信号S8はデジタル演算部15において、目標励磁電流波形を基にドライバー11の入出力特性と励磁コイルΧの特性(抵抗値、リアクタンス値等)と増幅器17の入出力特性とA/D変換器18の入出力特性とから算出される電流指令想定信号である。電流指令想定信号S8はフィードバックループ系の特性から計算により求められるから、この電流指令想定信号S8と、実際のフィードバック制御にて決定された電流指令信号S2とを比較することにより、電磁石1の励磁コイルΧの故障・故障予知が精度よく判別できるのである。また、故障検知部22が励磁コイルΧの不良を検知した場合は警報手段23に伝送し、警報手段23から励磁コイルΧの故障や故障予知を警報する。また、警報手段23の代わりに励磁コイルΧの故障や故障予知を表示する表示手段を設けてもよい。更に警報手段と表示手段の両方を設けても良い。
The current command assumption signal S8 is input to the
なお、図2(b)では、故障検知部22を電流指令部16のデジタル演算部15とは別置きにしているが、後に詳述するように、故障検知部22の機能をCPUを具備するデジタル演算部15に持たせるようにしてもよい。
In FIG. 2B, the failure detection unit 22 is provided separately from the
また、電磁石1の励磁コイルΧの直流抵抗値は温度に依存し、温度が高ければ直流抵抗値は高く、温度が低ければ直流抵抗値は低くなる。そこで励磁コイルΧの直流抵抗値から励磁コイルΧの温度を推定し、該励磁コイルΧの故障検知や故障予知を行うことも可能である。図2(c)は励磁コイルΧの直流抵抗値から該励磁コイルΧの温度を推定し、故障検知や故障予知を行う故障検知・予知手段の構成を示す図である。図において、25は直流抵抗値検知部、27は温度推定部、28は警報手段である。直流抵抗値検知部25には電流指令信号S2と電流検出信号S7が入力されている。直流抵抗値検知部25では電流指令信号S2とドライバー11の入出力特性から算出されるコイル駆動電圧計算信号S4’の値と電流検出信号S7の値から励磁コイルΧの直流抵抗値を下記のように算出する。
The DC resistance value of the exciting coil の of the
直流電流波形印加時:
直流抵抗値=コイル駆動電圧値÷励磁電流値
交流電流波形印加時:
インピーダンス=コイル駆動電圧値÷励磁電流値
直流抵抗値=[{(インピーダンス)2−(交流波形の角周波数×コイルインダクタンス) 2}]1/2
When DC current waveform is applied:
DC resistance value = coil drive voltage value ÷ exciting current value When AC current waveform is applied:
Impedance = Coil drive voltage value ÷ Excitation current value DC resistance value = [{(impedance) 2 − (angular frequency of AC waveform × coil inductance) 2 }] 1/2
温度推定部27では直流抵抗値検知部25で検知された励磁コイルΧの直流抵抗値から励磁コイルΧの温度を推定し、該推定した励磁コイル温度が予め定められた所定の範囲を逸脱した場合に、励磁コイルΧの故障又は故障要因と判断し、警報手段28に伝送し、警報手段28から励磁コイルΧの故障検知や故障予知を警報する。また、警報手段28の代わりに励磁コイルΧの故障や故障予知を表示する表示手段を設けてもよい。更に警報手段と表示手段の両方を設けても良い。また、温度推定部27の温度推定機能で推定した励磁コイル推定温度を表示する温度表示手段又は報知する温度報知手段を設けてもよい。更に励磁コイル推定温度を表示する機能と報知する機能を兼ね備えた温度表示・報知手段29を設けてもよい。
The temperature estimation unit 27 estimates the temperature of the excitation coil Χ from the DC resistance value of the excitation coil 検 知 detected by the DC resistance
なお、図2(c)では、直流抵抗値検知部25、温度推定部27を電流指令部16のデジタル演算部15と別置きにしているが、後に詳述するように、直流抵抗値検知部25及び温度推定部27の機能をCPUを具備するデジタル演算部15に持たせるようにしてもよい。
In FIG. 2C, the DC resistance
図4は図2(b)の故障検知部22の機能をCPUを具備するデジタル演算部15に持たせ、デジタル演算部15で電磁石1の励磁コイルΧの異常判定を行う処理フローを示す図である。異常判定を開始し、ステップST1では励磁コイルΧに流れる実測電流値(実測コイル電流値)を読込み、即ち、電流検出部21のA/D変換器18の電流検出信号S7の値(A/D変換値)を取得しステップST2に移行する。ステップST2では、目標電流値(目標励磁電流波形より求めた目標励磁電流値)とコイル電流値の実測値(A/D変換器18の電流検出信号S7の値)の電流偏差A(目標電流値−実測コイル電流値)を算出し、ステップST3に移行する。ステップST3では電流偏差Aより指令信号値B(操作量)を計算し、ステップST4に移行する。
FIG. 4 is a diagram showing a processing flow in which the function of the failure detection unit 22 in FIG. 2B is provided in the
ステップST4では、目標電流値と励磁コイルΧ、ドライバー11の特性から指令信号値(操作量)の想定値(電流指令想定信号値S8)Cを計算し、ステップST5に移行する。ステップST5では、指令信号値Bと想定値Cを比較し、両者が予め定められた所定値以上乖離しているか否かを判断し、乖離している(Y)場合はステップST6に移行し、ここで励磁コイル異常を警報手段23(図2(b)参照)に出力する。乖離していない(N)場合は異常判定を終了する。
In step ST4, an assumed value (current command assumed signal value S8) C of the command signal value (operation amount) is calculated from the target current value, the exciting coil rod, and the characteristics of the
図5はデジタル演算部15で電磁石1の励磁コイルΧの異常判定を行う他の処理フローを示す図である。異常判定を開始し、ステップST11では励磁コイルΧに流れる実測電流値(A/D変換器18の電流検出信号S7の値)を取得しステップST12に移行する。ステップST12では、目標電流値とコイル電流値の実測値の電流偏差A(目標電流値−コイル電流値)を算出し、ステップST13に移行する。ステップST13では電流偏差Aが予め定められた所定値以上(過大)か否かを判断し、所定値以上(Y)の場合はステップST14に移行し、励磁コイル異常を警報手段23(図2(b)参照)に出力する。上記ステップST11〜ST14までの処理が従来の処理である。
FIG. 5 is a diagram showing another processing flow in which the
本処理では、ステップST13で電流偏差Aが予め定められた所定値未満(N)の場合、ステップST15に移行し、ここで電流偏差値Aより、指令計算値B(操作量)を計算しステップST16に移行する。ステップST16では、目標電流値と励磁コイルΧ、ドライバー11の特性から指令信号値(操作量)の想定値(電流指令想定信号値S8の)Cを計算し、ステップST17に移行する。ステップST17では、指令信号値Bと想定値Cを比較し、両者が予め定められた所定値以上乖離しているか否かを判断し、乖離している(Y)の場合はステップST18に移行し、ここで励磁コイル異常を警報手段23(図2(b)参照)に出力する。乖離していない(N)の場合は異常判定を終了する。
In this process, when the current deviation A is less than a predetermined value (N) determined in step ST13, the process proceeds to step ST15, where a command calculation value B (operation amount) is calculated from the current deviation value A. Move on to ST16. In step ST16, an assumed value of command signal value (operation amount) (of current command assumed signal value S8) C is calculated from the target current value, the exciting coil rod, and the characteristics of the
図6は図2(c)の直流抵抗値検知部25及び温度推定部27の機能をデジタル演算部15に持たせ、デジタル演算部15で電磁石1の励磁コイルΧのコイル温度を推定する処理フローを示す図である。励磁コイルΧのコイル温度推定開始し、ステップST21で励磁コイルΧに流れるコイル電流値を読込み(A/D変換器18の電流検出信号S7の値)を取得しステップST22に移行する。ステップST22では、電流指令信号S2とドライバー11の入出力特性からコイル駆動電圧計算信号S4’を求め、ステップST23に移行する。ステップST23では、コイル電流値とドライバー11のコイル駆動電圧計算信号S4’の値より、コイル抵抗値を計算し、ステップST24ではコイル抵抗値より下式により現在の励磁コイルΧのコイル温度を推定し、コイル温度推定処理を終了する。
FIG. 6 is a processing flow in which the functions of the DC resistance
Tn=1/α{(Rn/Rd)+α×Td−1}
ここで、Tn:コイル推定温度[℃]、Td:設計上のコイル温度[℃]、Rn:算出されたコイル抵抗値[Ω]、Rd:設計上のコイル抵抗値[Ω]、α:熱抵抗率 である。
Tn = 1 / α {(Rn / Rd) + α × Td−1}
Here, Tn: estimated coil temperature [° C.], Td: designed coil temperature [° C.], Rn: calculated coil resistance value [Ω], Rd: designed coil resistance value [Ω], α: heat Resistivity.
図7は本発明に係る電磁石駆動制御装置を用いる電磁石装置の全体構成を示す図である。ここでは、各電磁石駆動制御装置2には、それぞれ故障検出手段又は温度推定手段又は故障検出手段と温度推定手段の両方を備え、更に各電磁石駆動制御装置2で1つの電磁石の励磁コイルΧを駆動するように、電磁石駆動制御装置2と電磁石の励磁コイルΧは一対一の関係になるように構成されている。つまり本実施形態例では、1つの電磁石1の励磁コイルΧに対して1つの故障検出手段又は温度推定手段又は故障検出手段と温度推定手段の両方を備えている場合を示す。これにより、各励磁コイルΧごとに、故障検出又は温度推定又は故障検出と温度推定の両方ができる。
FIG. 7 is a diagram showing an overall configuration of an electromagnet device using the electromagnet drive control device according to the present invention. Here, each electromagnet
図8は本発明に係る電磁石駆動制御装置を用いる電磁石装置の全体構成を示す図である。ここでは、各電磁石駆動制御装置2には、それぞれ故障検出手段又は温度推定手段又は故障検出手段と温度推定手段の両方を備え、各電磁石駆動制御装置2で複数(図では2個)の電磁石の励磁コイルΧを駆動するように、つまり各電磁石駆動制御装置2は複数の電磁石の励磁コイルΧを駆動するように構成されている。言い換えると、複数電磁石で構成されるグループ毎に、1つ故障検出手段又は温度推定手段又は故障検出手段と温度推定手段の両方を備えている場合を示す。これにより、励磁コイルのグループごとに、故障検出又は温度推定又は故障検出と温度推定の両方ができる。
FIG. 8 is a diagram showing an overall configuration of an electromagnet device using the electromagnet drive control device according to the present invention. Here, each electromagnet
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims and the specification and drawings. Is possible.
本発明は、電流指令部よりドライバーに指令された電流指令信号と、電流指令信号想定値(目標励磁電流値を基に、励磁コイルの特性、及びドライバーの入出力特性から算出される値)とが予め定められた所定値以上乖離した場合に励磁コイルの不良とする励磁コイル故障検知及び/又は故障予知手段を設けたので、フィードバックループ系に関係なく電磁石の励磁コイルの異常を検知でき、電磁石の励磁コイルのレイヤショートや、巻線等の不良が軽微であっても高精度で故障検知や故障予知できる電磁石駆動制御装置として利用できる。 The present invention provides a current command signal commanded to the driver by the current command unit, a current command signal expected value (a value calculated from the excitation coil characteristics and the driver input / output characteristics based on the target excitation current value), Excitation coil failure detection and / or failure prediction means is provided that makes the excitation coil defective when the value deviates by more than a predetermined value, so that it is possible to detect an abnormality in the excitation coil of the electromagnet regardless of the feedback loop system. It can be used as an electromagnet drive control device that can detect a failure or predict a failure with high accuracy even if a layer short of an exciting coil or a defect in a winding or the like is minor.
また、本発明は、ドライバーによって励磁コイルに印加される電圧と、励磁コイルに流れる励磁電流とによって励磁コイルの直流抵抗値を求め、該直流抵抗値より励磁コイルの温度を推定する励磁コイル温度推定機能を有するので、温度センサやセンサ入力系を具備すること無く、この推定温度から励磁コイルの故障検知や故障予知が高精度でできる電磁石駆動制御装置として利用できる。 Further, the present invention obtains a DC resistance value of the exciting coil from a voltage applied to the exciting coil by a driver and an exciting current flowing through the exciting coil, and estimates an exciting coil temperature from the DC resistance value. Since it has a function, it can be used as an electromagnet drive control device capable of detecting an excitation coil failure and predicting a failure with high accuracy from the estimated temperature without providing a temperature sensor or a sensor input system.
1 電磁石
2 ドライブ回路
3 電磁石装置全体管理部
4 検出回路
11 ドライバー
12 D/A変換器
15 デジタル演算部
16 電流指令部
17 増幅器
18 A/D変換器
19 CPU
20 電流検出器
21 電流検出部
22 故障検知部
23 警報手段
25 直流抵抗値検知部
27 温度推定部
28 警報手段
29 温度表示・報知手段
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (7)
電流指令部(16)と、ドライバー(11)と、電流検出部(21)、故障検知・予知手段(22、23)を具備し、
電磁石全体管理部(3)より、前記電流指令部(16)に目標励磁電流信号(S1)を出力し、前記電流指令部(16)は前記目標励磁電流信号(S1)を受け目標励磁電流波形として保持すると共に、該目標励磁電流信号(S1)に基づいて電流指令信号(S2,S3)を生成し、前記ドライバー(11)を介して前記励磁コイル(X)に励磁電流を通電し、前記電流検出部(21)は前記励磁コイル(X)に通電した励磁電流を検出し、該検出励磁電流信号(S7)を前記電流指令部(16)にフィードバックするように構成されており、
前記電流指令部(16)は、前記電流検出部(21)で検出された検出励磁電流信号(S7)に基づいて電流指令信号(S2)を生成し、更に前記保持している目標励磁電流波形より、電流指令想定信号(S8)を生成し、
前記故障検知・予知手段(22,23)は、前記電流指令信号(S2)と前記電流指令想定信号(S8)の差分が所定以上乖離した場合に前記励磁コイルの不良又は不良に発展する故障予知を判断する機能を備えたことを特徴とする電磁石駆動制御装置。 An electromagnet drive control device that includes an electromagnet and forms a magnetic field in a space partitioned by a partition wall by energizing an excitation current to an excitation coil of the electromagnet,
A current command unit (16), a driver (11), a current detection unit (21), failure detection / prediction means (22, 23),
The electromagnet overall management unit (3) outputs a target excitation current signal (S1) to the current command unit (16), and the current command unit (16) receives the target excitation current signal (S1) and generates a target excitation current waveform. And generating a current command signal (S2, S3) based on the target excitation current signal (S1), energizing the excitation coil (X) via the driver (11), The current detection unit (21) is configured to detect an excitation current energized in the excitation coil (X) and feed back the detected excitation current signal (S7) to the current command unit (16).
The current command unit (16) generates a current command signal (S2) based on the detected excitation current signal (S7) detected by the current detection unit (21), and further holds the target excitation current waveform. From the above, a current command assumption signal (S8) is generated,
The failure detection / prediction means (22, 23) is a failure prediction that develops to a failure or failure of the exciting coil when the difference between the current command signal (S2) and the current command assumption signal (S8) is more than a predetermined difference. An electromagnet drive control device comprising a function of determining
前記電流検出部(21)で検出した検出励磁電流信号(S7)より、前記励磁コイルに前記励磁電流を通電するための前記励磁コイルに印加される駆動電圧から該励磁コイルの直流抵抗値を求め、該直流抵抗値より励磁コイルの温度を推定する励磁コイル温度推定機能を有する励磁コイル温度推定手段(27)を設けたことを特徴とする電磁石駆動制御装置。 In the electromagnet drive control device according to claim 1,
From the detected excitation current signal (S7) detected by the current detector (21), the DC resistance value of the excitation coil is obtained from the drive voltage applied to the excitation coil for applying the excitation current to the excitation coil. An electromagnet drive controller comprising excitation coil temperature estimation means (27) having an excitation coil temperature estimation function for estimating the temperature of the excitation coil from the DC resistance value.
電流指令部(16)と、ドライバー(11)と、電流検出部(21)、励磁コイル温度推定手段(27)を具備し、
前記電流指令部(16)からの電流指令信号(S2,S3)により、前記ドライバー(11)を介して前記励磁コイル(X)に励磁電流を通電し、前記電流検出部(21)は前記励磁コイル(X)に通電した励磁電流を検出し、該検出励磁電流信号(S7)を前記電流指令部(16)にフィードバックするように構成されており、
前記励磁コイル温度推定手段(27)は、前記電流指令信号(S2)と前記検出励磁電流信号(S7)とが入力され、前記電流指令信号(S2)から前記励磁コイル(X)に励磁電流を通電するための駆動電圧を算出し、該駆動電圧と前記検出励磁電流信号(S7)から前記励磁コイル(X)の直流抵抗値を算出し、該直流抵抗値より前記励磁コイル(X)の温度を推定する励磁コイル温度推定機能を備えていることを特徴とする電磁石駆動制御装置。 An electromagnet drive control device that includes an electromagnet and forms a magnetic field in a space partitioned by a partition wall by energizing an excitation coil of the electromagnet to actively control plasma distribution,
A current command section (16), a driver (11), a current detection section (21), and an exciting coil temperature estimation means (27) ;
In response to a current command signal (S2, S3) from the current command unit (16), an excitation current is passed through the excitation coil (X) via the driver (11), and the current detection unit (21) It is configured to detect an exciting current energized in the coil (X) and feed back the detected exciting current signal (S7) to the current command unit (16).
The excitation coil temperature estimating means (27) receives the current command signal (S2) and the detected excitation current signal (S7), and supplies the excitation current to the excitation coil (X) from the current command signal (S2). A drive voltage for energization is calculated, a DC resistance value of the excitation coil (X) is calculated from the drive voltage and the detected excitation current signal (S7), and the temperature of the excitation coil (X) is calculated from the DC resistance value. An electromagnet drive control device comprising an exciting coil temperature estimation function for estimating
前記励磁コイル温度推定手段(27)で推定された励磁コイル推定温度が所定の範囲を逸脱した場合に、前記励磁コイルの不良とする励磁コイル故障検知・予知手段を設けたことを特徴とする電磁石駆動制御装置。 In the electromagnet drive control device according to claim 3,
An electromagnet provided with excitation coil failure detection / prediction means for determining a failure of the excitation coil when the excitation coil estimated temperature estimated by the excitation coil temperature estimation means (27) deviates from a predetermined range. Drive control device.
前記電磁石は複数であり、前記励磁コイル故障検知・予知手段又は前記励磁コイル温度推定手段はそれぞれ前記電磁石に対応或いは複数のグループに区分した前記電磁石に対応して設けられたことを特徴とする電磁石駆動制御装置。 In the electromagnet drive control device according to any one of claims 1 to 4 ,
There are a plurality of electromagnets, and the excitation coil failure detection / prediction means or the excitation coil temperature estimation means are provided corresponding to the electromagnets or to the electromagnets divided into a plurality of groups, respectively. Drive control device.
前記励磁コイル故障検知・予知手段が励磁コイルの不良を検知した場合、それを表示及び/又は報知する警報手段を設けたことを特徴とする電磁石駆動制御装置。 In the electromagnet drive control device according to claim 1 or 4 ,
An electromagnet drive control device comprising alarm means for displaying and / or notifying when an excitation coil failure is detected by the excitation coil failure detection / prediction means.
前記励磁コイル温度推定手段で推定した励磁コイル推定温度を表示する温度表示手段又は励磁コイル推定温度を表示する機能と報知する機能を兼ね備えた温度表示・報知手段(29)を設けたことを特徴とする電磁石駆動制御装置。 In the electromagnet drive control device according to claim 2 or 3 ,
A temperature display means for displaying the estimated excitation coil temperature estimated by the excitation coil temperature estimation means or a temperature display / notification means (29) having both a function for displaying the estimated excitation coil temperature and a function for notifying are provided. Electromagnet drive control device.
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