JP6030978B2 - インバータ装置及びインバータ装置のティーチング方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、インバータ回路によりモータを可変速制御するインバータ装置と、前記モータの回転を停止させる機械式ブレーキとを備えるモータ駆動システムに使用される前記インバータ装置，及びインバータ装置のティーチング方法に関する。

モータの回転を停止させるための機械式ブレーキを備えてなるモータ駆動システムは、例えば電気ホイストやクレーンなど様々な用途に適用されている。斯様なモータ駆動システムでは、従来よりブレーキの作動タイミングをどのように決定するかが問題となっている。インバータ回路を介してモータを駆動する場合、通常、インバータ装置が有する速度や電流を検出する機能を利用して、インバータ装置の出力周波数が例えば２〜３Ｈｚ程度に上昇し、且つインバータ装置の出力電流が所定電流以上となった場合にブレーキを開にする。また、ブレーキを閉にする場合は、インバータ装置に低速度指令が与えられ、出力周波数が十分に低下するまで減速した時点でブレーキを閉にする。

この時、機械式ブレーキには、開閉用の制御指令が与えられた時点から実際にブレーキが作用するまでに数十ｍ〜百ｍｓ程度の遅れ時間が存在する。そのため、制御シーケンスの調整を、機械式ブレーキの遅れ時間も考慮した上で行う必要がある。加えて、使用するモータの種類や負荷の種類等により駆動システムの前提条件は相違するため、これらの調整は個別に行わなければならない。

そこで、特許文献１では、ブレーキ開時の遅れ時間やブレーキ閉時の遅れ時間を実際のシステム毎にティーチングするためのシーケンスを実行し、その結果得られたデータを以降のブレーキ制御に利用する技術が開示されている。図８は、一般的なインバータの機械式ブレーキシーケンスを示す。
ｔ１：運転指令が入力される（ｆ）。
ｔ１−ｔ２：運転指令の入力と共に、予備励磁動作が開始される（ｂ）。
ｔ２：予備励磁が終了すると、インバータシステムから機械式ブレーキにブレーキ開放信号が出力される（ｄ）。

ｔ２−ｔ３：機械遅れ時間Ｔｒ。機械式ブレーキが、インバータシステムからのブレーキ開信号を受けてから実際に開放するまでの時間である。この間、インバータシステムは機械式ブレーキが閉じていると判断し、機械式ブレーキ開放後に必要となるトルクを立ち上げる（ｃ）。尚、上記の時間Ｔｒとインバータシステムに設定されているブレーキ開放時間は多少ずれる場合があるが、ここでは略一致しているものとする。
ｔ３：機械式ブレーキ開放タイミング（ｅ）。運転信号が入力されてからブレーキ開放までの時間Ｔｄは（ｔ３−ｔ１）となる。
ｔ３−ｔ４：インバータシステムは機械式ブレーキ開放と判断し、目標速度指令に向けて加速する（ａ）。

ｔ４−ｔ５：等速運転。ｔ５で運転停止指令が入力される（ｆ）。
ｔ５−ｔ６：減速運転。ｔ６でクリープ周波数に到達する（ｆ）。この時に、インバータシステムから機械式ブレーキにブレーキ閉信号が出力される。
ｔ６−ｔ７：機械遅れ時間Ｔｍｃ。機械式ブレーキが、インバータシステムからのブレーキ閉信号を受けてから閉じるまでの時間である。ｔ７で機械式ブレーキが閉じる（ｅ）。

ｔ７−ｔ８：機械式ブレーキは閉じているが、インバータシステムは、設定されている機械式ブレーキ閉遅れ時間に相当するクリープ時間（ｔ６−ｔ８）で、クリープ周波数で運転を継続する。ｔ８でインバータシステムの運転が停止される（ａ）。

図９は、特許文献１におけるブレーキ開遅れ時間のティーチング動作部分を示す。
Ｔ１：運転開始指令が入力される（ａ）。
Ｔ１−Ｔ２：起動後、予備励磁動作が開始され、磁束が立ち上がる（ｄ）。
Ｔ２：予備励磁動作を終了するとトルクバイアスモードが開始され、モータを拘束した状態でトルクを目標値に向けて立ち上げる（ｅ）。同時に、インバータシステムから機械式ブレーキにブレーキ開放信号を出力し、ブレーキ開放遅れ時間の計測を開始する（ｆ）。

Ｔ２−Ｔ３：機械式ブレーキが、インバータシステムからのブレーキ開放信号を受けてから開放するまでの機械遅れ時間であり、Ｔ３は機械式ブレーキ開放タイミングである。
Ｔ３−Ｔ４：機械式ブレーキの開放により、インバータシステムは、機械式ブレーキ開放後の情報変化を捉えて、機械式ブレーキ開放状態と判断する。
そして、時間（Ｔ４−Ｔ２）を機械式ブレーキの開放遅れ時間として記憶し、ブレーキ開放遅れ時間のティーチング動作を終了する。

Ｔ４：ブレーキ開放遅れ時間を記憶し、トルクバイアスモードから速度制御モードに移行する。以上の手順により、ブレーキ開放遅れ時間をティーチングしている。
尚、図９における（ｇ）；Ｔ３のブレーキ開放タイミングと、（ｂ）；Ｔ４のモータ回転周波数の上昇開始タイミングとのずれは、Ｔ３のブレーキ開放タイミングが制御情報に基づく推定であることから、多少のずれが生じることがあるためである。

特開２００６−３４５６０２号公報

しかしながら、特許文献１のようなインバータシステムによる機械式ブレーキの操作では、運転信号の入力から機械式ブレーキ開放までの時間は、図９に示す（Ｔ３−Ｔ１）となっているが、実際の機械式ブレーキ開放遅れ時間は（Ｔ３−Ｔ２）であるため、操作応答性が遅いという問題がある。この開放遅れ時間は個別の機械式ブレーキに特有ものであり、また、機械式ブレーキを開放した後のトルクを確保するため予備励磁が必要である。

予備励磁時間（Ｔ２−Ｔ１）は、予備励磁前の磁束レベルに応じて変化するが、通常運転では予備励磁前の磁束レベルが略なく、上記時間は略変化しない。したがって、操作性を向上させるには、インバータシステムがブレーキ開放信号を出力するタイミングを制御するしかない。

そこで、機械式ブレーキを備えるモータ駆動システムについてブレーキ開遅れ時間を得るためのティーチング動作に基づいて、より速い操作性を得ることができるインバータ装置，及びインバータ装置のティーチング方法を提供することにある。

実施形態のインバータ装置によれば、制御部がモータの起動に伴ってブレーキの開制御を実行する際に、タイミング決定手段は、インバータ回路を介して検出される相電流から演算により推定したモータの磁束の変化に基づいて、機械式ブレーキを開放するための開指令の出力タイミングを決定する。具体的には、モータが停止しており機械式ブレーキが閉じている状態から、モータの磁束を上昇させるように制御部に指令を与えて予備励磁を開始させると共に、予備励磁時間Ｔfluxの計測を開始する。

モータに発生する磁束が励磁目標磁束Φtargetに達すると、予備励磁の完了と共に時間Ｔfluxの計測を完了して、モータの出力トルクを上昇させるよう制御部に指令を与えると共に、機械式ブレーキを開放するための開指令を出力して、目標トルク到達時間Ｔtroqの計測及びブレーキ開遅れ時間Ｔbrakeの計測を開始する。

モータの出力トルクが目標トルクに達すると時間Ｔtroqの計測を完了し、機械式ブレーキが開放されると時間Ｔbrakeの計測を完了する。そして、開指令の出力タイミングを判断するための磁束レベルΦbrakeを、予備励磁におけるモータの磁束の上昇変化に応じて、各時間Ｔflux，Ｔtroq及びＴbrake並びに励磁目標磁束Φtargetをパラメータとする演算により決定する。

電気ホイストに適用した場合の一実施形態であり、ブレーキ開遅れ時間についてのティーチング処理を示すフローチャート 図１のティーチング処理に対応するタイミングチャート ティーチング結果に基づくブレーキ開制御内容を示すフローチャート 図３の制御内容に対応するタイミングチャート 予備励磁電流を最適化した場合のブレーキ開制御タイミングチャート ホイスト本体に内蔵されるインバータ装置の構成を中心として示す機能ブロック図 （ａ）は電気ホイストの概略構造を説明する正面図、（ｂ）は同側面図 従来技術を説明するもので、機械式ブレーキを備えるインバータ装置の通常のモータ駆動（起動→運転→停止）動作図 ブレーキ開遅れ時間のティーチングを説明する図

以下、電気ホイストに適用した場合の一実施形態について図１から図７を参照して説明する。図６（ａ）は、電気ホイストの概略構造を説明する正面図、（ｂ）は側面図である。電気ホイスト１は、２台の走行用モータ２，３により走行レール４を挟む駆動輪５，６が駆動されると走行レール４に沿って走行する。そして、ユーザが図示しない昇降用スイッチを操作すると巻上用モータ７が駆動され、ワイヤロープ８の巻込み又は繰出しが行われてフック９に吊り下げた荷物（図示せず）を昇降させるようになっている。

図６は、ホイスト本体１０に内蔵されるインバータ装置１１の構成を中心として示す機能ブロック図である。インバータ装置１１には交流電源１２が供給されており、当該インバータ装置１１に内蔵されるインバータ制御部１３は、３相誘導モータで構成される巻上用モータ７を、インバータ回路１４を介してベクトル制御して駆動するように構成されている。

インバータ制御部１３は、マイクロコンピュータにより構成され、ベクトル制御部１５，ブレーキ制御部１６，自動設定機能部（タイミング決定手段）１７などを備えている。尚、これらのブロックは主にソフトウエアによって実現されるものである。インバータ装置１１に対しては、外部より運転指令や周波数指令，ティーチング指令などが与えられるようになっており、インバータ制御部１３は、これらの指令に基づきベクトル制御部１５によりベクトル制御演算を行い、ＰＷＭ信号を生成してインバータ回路１４に出力する。

また、インバータ制御部１３は、巻上げ用モータ（以下、単にモータと称す）７を始動又は停止させる場合に、モータ７のシャフトを拘束するための機械式ブレーキ（ＢＲ，以下、単にブレーキと称す）１８の開閉を、ブレーキ制御部１６によりブレーキ励磁部１９を介して制御する。ブレーキ制御部１６は、ブレーキ１８の開閉制御を行う際にはブレーキ制御データ２０に基づいて行う。このブレーキ制御データ２０は、後述するように外部よりティーチング指令を与えて自動設定機能部１７を機能させるとその作用により自動設定される。また、自動設定機能部１７を機能させない場合には、予めメモリ（記憶手段）２１に記憶されている設定データが読み出されて使用される。

ベクトル制御部１５は、インバータ回路１４を介して少なくとも２相（例えばｕ，ｗ）の電流を検出し、それらの検出電流に基づいてベクトル制御演算を行なう（センサレスベクトル制御）。尚、検出する電流が２相だけの場合、残りの１相（ｖ）については演算により求める。そして、モータ７の回転角周波数ω（以降では、速度推定値ωと称す），回転位相角θ，励磁電流Ｉｄ，トルク電流Ｉｑなどを演算する。自動設定機能部１７は、ベクトル制御部１５に対して励磁電流指令Ｉｄｃ，トルク電流指令Ｉｑｃ，周波数指令ｆｃを与え、ブレーキ制御データ２０の自動設定を行う場合には、ベクトル制御部１５より回転角周波数ω及びトルク電流Ｉｑを得るようになっている。

次に、本実施形態の作用について図１から図５を参照して説明する。本実施形態では、モータを停止させている状態からブレーキ開制御を行う際に、ブレーキ開信号（開放指令，開指令）の出力タイミングを決定する磁束Φbrakeを計算するためのティーチングの手順について説明する。図１は、外部よりティーチング指令が与えられた場合に、インバータ制御部１３の自動設定機能部１７が上記ティーチングを行う場合の処理を示すフローチャートである。

モータ７が停止しており、ブレーキ１８が閉じている初期状態から運転開始指令が与えられると（図２（ａ）：Ｔ１）、自動設定機能部１７は、ベクトル制御部１５に励磁電流指令Ｉｄｃを出力する。すると、モータ７が励磁されて磁束が立ち上り予備励磁モードとなり、予備励磁時間Ｔfluxの計測を開始する（Ｓ１，図２（ｃ，d））。

自動設定機能部１７は、予備励磁（励磁フォーシング）モード中のモータ７の磁束推定レベルΦｅを、停止状態にあるモータの簡易磁束モデルに基づいて次式により推定する。

τ_r ^−１＝Ｒｒ／Ｌｒ：モータ二次時定数の逆数
Φｅ：予備励磁中の磁束推定レベル
Ｌ＝Ｌｓ−Ｌｆ：モータ一次側のインダクタンスと漏れインダクタンスとの差分
Ｉｄ＿flux：予備励磁中の励磁電流
そして、ステップＳ２では、（１）式より求めた磁束Φeと目標磁束Φtargetとを比較する。目標磁束Φtargetはモータ７のノミナル磁束であり（２）式となる。但し、Ｉｄｎはノミナル励磁電流である。
Φtarget＝Ｌ×Ｉｄｎ …（２）
（Φｅ＞Φtarget）になると（ＹＥＳ）予備励磁時間Ｔfluxの計測を終了し、メモリ２１に記憶する。また、目標磁束Φtargetをメモリ２１に記憶し、予備励磁を終了する（Ｓ３，図２（ｃ）：Ｔ２）。

続いて、トルク電流指令Ｉｑｃを出力することで、モータ７をブレーキ１８により拘束した状態で出力トルクを所定の目標値まで立ち上げるトルクバイアスモードを開始する。同時に、ブレーキ開信号を出力して、ブレーキ開放遅れ時間Ｔbrakeと、出力トルクが目標トルクに達するまでの時間Ｔtorqの計測を開始する（Ｓ４，図２（ｃ），（ｅ）：Ｔ２）。出力トルクが目標トルクに達すると（Ｓ５：ＹＥＳ）時間Ｔtorqの計測を終了し、メモリ２１に記憶する（Ｓ６，図２（ｅ）：Ｔ５）。

それから、モータ７の速度推定値ωを参照することで、ブレーキ１８が実際に開放状態になったか否かを判断し（Ｓ７）、開放状態になったと判断すると（変化情報を取得，ＹＥＳ）、ブレーキ開放遅れ時間Ｔbrakeの計測を終了し、メモリ２１に記憶する。そして、ブレーキ開放遅れ時間のティーチングを終了する（Ｔ４）。制御モードは、トルクバイアスモードから速度制御モードに移行する。それから、ブレーキ開信号の出力タイミングを判断するための磁束レベルΦbrakeを次式により計算する（Ｓ８）。
Φbrake＝｛Ｔflux−（Ｔbrake−Ｔtroq）｝／Ｔflux×Φtarget …（３）
尚、｛Ｔflux≦（Ｔbrake−Ｔtroq）｝となる場合は、Φbrake＝０とする。
ここで、磁束Φbrakeを（３）式で計算しているのは、予備励磁を開始した際の磁束の上昇軌跡を直線近似したことに基づいている。そして、目標磁束Φtargetに達した時点を起点として、予備励磁時間Ｔflux内にブレーキ開信号を出力するタイミングを、ブレーキ開放遅れ時間Ｔbrakeを要した分だけ前倒しするための磁束レベルがΦbrakeとなる。

次に、上記のティーチング結果に基づき実際にブレーキ制御を行う場合について、図３及び図４を参照して説明する。図３に示すフローチャートにおいて、先ず、ブレーキ開放遅れ時間を最短化するか否かを判断し（Ｓ１１）、最短化しない場合は（ＮＯ）予備励磁を開始する（Ｓ１２，図４（ｄ），Ｔ１）。上記の最短化については後述する。また、励磁電流Ｉflux＿Oldは、ティーチング時の予備励磁電流である。

そして、磁束推定値がΦbrake以上になると（Ｓ１３：ＹＥＳ）ブレーキ開放信号を出力し、記憶したブレーキ開放遅れ時間と比較するためブレーキ開放遅れ時間の計測を開始する（Ｓ１４，図４（ｆ），Ｔ４）。磁束推定値がΦtarget以上になると（Ｓ１５：ＹＥＳ）予備励磁を終了し、トルクバイアスモードに移行して出力トルクが目標トルクに達するまでの時間Ｔtorqの計測を開始する（Ｓ１６，図４（ｃ），（ｄ），Ｔ２）。

続いて、計測しているブレーキ開放遅れ時間がティーチング時に計測して記憶した値以上になり（Ｓ１８：ＹＥＳ）、且つ計測している時間Ｔtorqがティーチング時に計測して記憶した値以上になると（Ｓ１９：ＹＥＳ，Ｔ３）、トルクバイアスモードを終了して速度制御モードに移行する（Ｓ２０）。尚、ステップＳ１９において、計測している時間Ｔtorqがティーチング時に記憶した値以上にならなければ（Ｓ１９：ＮＯ）異常処理を行う（Ｓ２１）。すなわち、運転指令が入力されてからブレーキ１８が開放されるまでの時間は略（Ｔ１−Ｔ３）となり、ティーチング前に要した時間より約（Ｔ２−Ｔ４）分短縮されている。

次に、ステップＳ１１において、ブレーキ開放遅れ時間を最短化する場合は（ＹＥＳ）、ティーチング時の予備励磁電流Ｉflux＿Oldを用いて、最適化時の予備励磁電流Ｉflux＿Newを（４）式により計算する（Ｓ２２）。
Ｉflux＿New＝Ｔflux／（Ｔbrake−Ｔtorq）×Ｉflux＿Old …（４）
ここで求める予備励磁電流Ｉflux＿Newは、ティーチング時の予備励磁電流Ｉflux＿Oldに基づいて、ブレーキ開放遅れ時間を最短化するために付与する予備励磁電流である。

また、一般にインバータシステムにおいては、励磁電流に制限が設けられている場合が多い。その制限値をＩLim＿Maxとすると、予備励磁電流Ｉflux＿Newを制限値ＩLim＿Maxと比較して（Ｓ２３）、（Ｉflux＿New）≦（ＩLim＿Max）であれば（ＹＥＳ）、すなわち予備励磁電流Ｉflux＿Newが制限値によって制限されなければ、励磁電流Ｉflux＿Newに対応した予備励磁時間Ｔflux＿Newを次式により求める。
Ｔflux＿New＝Ｉflux＿Old／Ｉflux＿New×Ｔflux …（５）
（＝Ｔbrake−Ｔtorq）
このＴflux＿Newは、最短化した場合の予備励磁時間である。

この時、最適化した前記開指令の出力タイミングを判断するための励磁目標磁束Φbrake＿Newは次式のようになる（Ｓ２４）。
Φbrake＿New＝｛（Ｔflux＿New−（Ｔbrake−Ｔtroq）｝
／Ｔflux＿New×Φtarget
＝｛１−（Ｔbrake−Ｔtroq）／Ｔflux＿New｝×Φtarget
＝０ …（６）
つまり、励磁目標磁束Φbrake＿Newはゼロになる（Ｓ２４）。それから、励磁電流をＩflux＿OldをＩflux＿Newに置き換え、励磁目標磁束Φbrakeをゼロにして（Ｓ２５）ステップＳ１２に移行する。

この場合、図５（ａ）に示すように、運転指令の入力と同時にブレーキ開信号（ｆ）を出力することになるので（Ｔ１，Ｔ４が一致する）、ブレーキ開放までの時間がブレーキ開放遅れ時間にほぼ等しくなり、最短となる。また、図５（ｈ）に示すように励磁電流がＩflux＿OldからＩflux＿Newに増加した分だけ、図５（ｄ）に示すように予備励磁における磁束が破線から実線に増加する。

一方、ステップＳ２３において、（Ｉflux＿New）＞（ＩLim＿Max）であれば（ＮＯ）、励磁電流Ｉflux＿Oldを制限値ＩLim＿Maxで制限して、励磁目標磁束Φbrake＿Newを以下のように求める（Ｓ２６）。
Ｔflux＿New＝Ｉflux＿Old／Ｉflux＿New×Ｔflux
＝Ｉflux＿Old／ＩLim＿Max×Ｔflux …（７）
Φbrake＿New＝｛（Ｔflux＿New−（Ｔbrake−Ｔtroq）｝
／Ｔflux＿New×Φtarget
＝｛１−（Ｔbrake−Ｔtroq）／Ｔflux＿New｝×Φtarget
＝｛１−（Ｔbrake−Ｔtroq）
／Ｔflux×ＩLim＿Max／Ｉflux＿Old｝×Φtarget …（８）
この場合でも、（ＩLim＿Max＞Ｉflux＿Old）であるから（Φbrake＿New＜Φbrake）となり、運転指令の入力からブレーキ１８の開放までの時間はより短縮されることになる。そして、磁束推定値がΦbrakeを、ステップＳ２６で求めた励磁目標磁束Φbrake＿Newに設定し（Ｓ２７）、ステップＳ１２に移行する。

以上のように本実施形態によれば、ブレーキ制御部１６がモータ７の起動に伴ってブレーキ１８の開制御を実行する際に、自動設定機能部１７は、インバータ回路１４を介して検出される相電流から演算により推定したモータ７の磁束の変化に基づいて、ブレーキ開信号の出力タイミングを決定する。具体的には、モータ７が停止しておりブレーキ１８が閉じている状態から、モータ７の磁束を上昇させるようにブレーキ制御部１６に指令を与えて予備励磁を開始させると共に、予備励磁時間Ｔfluxの計測を開始する。

モータ７に発生する磁束が励磁目標磁束Φtargetに達すると、時間Ｔfluxの計測を完了して、モータ７の出力トルクを上昇させるようブレーキ制御部１６に指令を与えると共に、ブレーキ１８を開放するためのブレーキ開信号を出力して、目標トルク到達時間Ｔtroq及びブレーキ開遅れ時間Ｔbrakeの計測を開始する。目標トルクに達すると時間Ｔtroqの計測を完了し、ブレーキ１８が開放されると時間Ｔbrakeの計測を完了する。

そして、磁束レベルΦbrakeを、予備励磁におけるモータ７の磁束の上昇変化に応じて、各時間Ｔflux，Ｔtroq及びＴbrake並びに励磁目標磁束Φtargetをパラメータとする演算により決定する。具体的には、磁束レベルΦbrakeを（３）式により求めるようにした。これにより、ブレーキ開信号を予備励磁中に出力して、ブレーキ開放遅れ時間によってモータ７の拘束が開放されるまでの遅延を短縮できる。

また、自動設定機能部１７は、ティーチング時の予備励磁における励磁電流をＩflux＿Oldとすると、最適化した励磁電流Ｉflux＿Newを、予備励磁におけるモータ７の磁束の上昇変化に応じて、時間Ｔflux，Ｔtroq及びＴbrake並びに励磁電流Ｉflux＿Oldをパラメータとする演算により決定する。

そして、励磁電流Ｉflux＿Newに対応した予備励磁時間Ｔflux＿Newを、励磁電流Ｉflux＿New及びＩflux＿Oldと予備励磁時間Ｔfluxとから求め、励磁目標磁束Φbrake＿Newを、予備励磁時間Ｔfluxを予備励磁時間Ｔflux＿Newに置き換えて求める。具体的には、最適化した励磁電流Ｉflux＿Newを（４）式により求め、予備励磁時間Ｔflux＿Newを（５）式で求める。更に、ブレーキ開信号の出力タイミングを判断するための励磁目標磁束Φbrake＿Newを（６）又は（８）式で求めるようにした。したがって、ティーチング結果に応じて励磁電流Ｉflux＿Newを再設定することで、モータ７の拘束が開放されるまでの遅延を更に短縮できる。

加えて、励磁電流Ｉflux＿Newが、仕様上設定されている制限値Ilim＿Maxを超える場合は、励磁目標磁束Φbrake＿Newを（８）式で求め、励磁電流Ｉflux＿Newが前記制限値以下である場合は、励磁目標磁束Φbrake＿Newをゼロに設定する。したがって、励磁電流Ｉflux＿Newが制限値Ilim＿Maxで制限されなければ、運転指令の入力と同時にブレーキ開信号を出力することになり、ブレーキ開放までの時間をブレーキ開放遅れ時間にほぼ等しくして最短にできる。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

異常対応処理は、必要に応じて行えば良い。
磁束レベルΦbrakeの計算式は（３）式に限らない。磁束の上昇軌跡をどのように近似するかに応じて、適切な計算式を用いれば良い。
電気ホイストに限ることなく、クレーンや昇降機などのように機械式ブレーキを使用し、インバータ出力を利用してブレーキの開閉を制御するシステムに広く適用できる。

図面中、７は誘導モータ、１１はインバータ装置、１３はインバータ制御部、１４はインバータ回路、１７は自動設定機能部（タイミング決定手段）、１８は機械式ブレーキ、２１はメモリ（記憶手段）を示す。

Claims (10)

1. インバータ回路によりモータを可変速制御するインバータ装置と、前記モータの回転を停止させる機械式ブレーキとを備えるモータ駆動システムに使用される前記インバータ装置において、
   前記モータを可変速制御すると共に、前記機械式ブレーキの開閉を制御する制御部と、
   この制御部が前記モータの起動に伴って前記ブレーキの開制御を実行する際に、前記インバータ回路を介して検出される相電流から演算により推定した前記モータの磁束の変化に基づいて、前記機械式ブレーキを開放するための開指令の出力タイミングを決定するタイミング決定手段とを備え、
   前記タイミング決定手段は、前記モータが停止しており前記機械式ブレーキが閉じている状態から、前記モータの磁束を上昇させるように前記制御部に指令を与えて予備励磁を開始させると共に、予備励磁時間Ｔfluxの計測を開始し、
   前記モータに発生する磁束が励磁目標磁束Φtargetに達すると、前記時間Ｔfluxの計測を完了して、前記モータの出力トルクを上昇させるよう前記制御部に指令を与えると共に、前記機械式ブレーキを開放するための開指令を出力して、目標トルク到達時間Ｔtroqの計測及びブレーキ開遅れ時間Ｔbrakeの計測を開始し、
   前記モータの出力トルクが目標トルクに達すると、前記時間Ｔtroqの計測を完了し、
   前記機械式ブレーキが開放されると、時間Ｔbrakeの計測を完了し、
   前記開指令の出力タイミングを判断するための磁束レベルΦbrakeを、前記予備励磁における前記モータの磁束の上昇変化に応じて、前記時間Ｔflux，Ｔtroq及びＴbrake並びに前記励磁目標磁束Φtargetをパラメータとする演算により決定することを特徴とするインバータ装置。
2. 前記タイミング決定手段は、前記予備励磁における励磁電流をＩflux＿Oldとすると、最適化した励磁電流Ｉflux＿Newを、前記予備励磁における前記モータの磁束の上昇変化に応じて、前記時間Ｔflux，Ｔtroq及びＴbrake並びに前記励磁電流Ｉflux＿Oldをパラメータとする演算により決定し、
   前記励磁電流Ｉflux＿Newに対応した予備励磁時間Ｔflux＿Newを、前記励磁電流Ｉflux＿New及びＩflux＿Oldと、前記予備励磁時間Ｔfluxとから求め、
   最適化した前記開指令の出力タイミングを判断するための励磁目標磁束Φbrake＿Newを、演算パラメータとしての前記予備励磁時間Ｔfluxを前記予備励磁時間Ｔflux＿Newに置き換えて求めることを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
3. 前記タイミング決定手段は、前記磁束レベルΦbrakeを、次式
   Φbrake＝｛Ｔflux−（Ｔbrake−Ｔtroq）｝／Ｔflux×Φtarget
   により求めることを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
4. 前記タイミング決定手段は、最適化した励磁電流Ｉflux＿Newを次式により求め、
   Ｉflux＿New＝Ｔflux／（Ｔbrake−Ｔtorq）×Ｉflux＿Old
   前記励磁電流Ｉflux＿Newに対応した予備励磁時間Ｔflux＿Newを次式により求め、
   Ｔflux＿New＝Ｉflux＿Old／Ｉflux＿New×Ｔflux
   最適化した前記開指令の出力タイミングを判断するための励磁目標磁束Φbrake＿Newを、次式
   Φbrake＿New＝｛１−（Ｔbrake−Ｔtroq）／Ｔflux＿New｝×Φtarget
   で求めることを特徴とする請求項２記載のインバータ装置。
5. 前記タイミング決定手段は、前記励磁電流Ｉflux＿Newが、仕様上設定されている制限値Ilim＿Maxを超える場合は、前記励磁目標磁束Φbrake＿Newを、次式
   Φbrake＿New＝｛１−（Ｔbrake−Ｔtroq）／Ｔflux
   ×（Ilim＿Max／Ｉflux＿Old）｝×Φtarget
   より求め、
   前記Ｉflux＿Newが前記制限値以下である場合は、前記励磁目標磁束Φbrake＿Newをゼロに設定することを特徴とする請求項４記載のインバータ装置。
6. インバータ回路によりモータを可変速制御するインバータ装置と、前記モータの回転を停止させる機械式ブレーキとを備えるモータ駆動システムに使用される前記インバータ装置において、前記機械式ブレーキを開放する開指令の出力タイミングをティーチングする方法であって、
   前記モータが停止しており前記機械式ブレーキが閉じている状態から、前記モータの磁束を上昇させて予備励磁を開始させると共に、予備励磁時間Ｔfluxの計測を開始し、
   前記モータに発生する磁束が励磁目標磁束Φtargetに達すると、前記時間Ｔfluxの計測を完了して、前記モータの出力トルクを上昇させると共に、前記機械式ブレーキを開放するための開指令を出力して、目標トルク到達時間Ｔtroqの計測及びブレーキ開遅れ時間Ｔbrakeの計測を開始し、
   前記モータの出力トルクが目標トルクに達すると、前記時間Ｔtroqの計測を完了し、
   前記機械式ブレーキが開放されると、時間Ｔbrakeの計測を完了し、
   前記開指令の出力タイミングを判断するための磁束レベルΦbrakeを、前記予備励磁における前記モータの磁束の上昇変化に応じて、前記時間Ｔflux，Ｔtroq及びＴbrake並びに前記励磁目標磁束Φtargetをパラメータとする演算により決定することを特徴とするインバータ装置のティーチング方法。
7. 前記モータの磁束が前記磁束レベルΦbrakeに達した際に出力されている励磁電流をＩflux＿Oldとすると、最適化した励磁電流Ｉflux＿Newを、前記予備励磁における前記モータの磁束の上昇変化に応じて、前記時間Ｔflux，Ｔtroq及びＴbrake並びに前記励磁電流Ｉflux＿Oldをパラメータとする演算により決定し、
   前記励磁電流Ｉflux＿Newに対応した予備励磁時間Ｔflux＿Newを、前記励磁電流Ｉflux＿New及びＩflux＿Oldと、前記予備励磁時間Ｔfluxとから求め、
   最適化したブレーキ開信号の出力タイミングを判断するための励磁目標磁束Φbrake＿Newを、演算パラメータとしての前記予備励磁時間Ｔfluxを前記予備励磁時間Ｔflux＿Newに置き換えて求めることを特徴とする請求項６記載のインバータ装置のティーチング方法。
8. 前記磁束レベルΦbrakeを、次式
   Φbrake＝｛Ｔflux−（Ｔbrake−Ｔtroq）｝／Ｔflux×Φtarget
   により求めることを特徴とする請求項６記載のインバータ装置のティーチング方法。
9. 最適化した励磁電流Ｉflux＿Newを次式により求め、
   Ｉflux＿New＝Ｔflux／（Ｔbrake−Ｔtorq）×Ｉflux＿Old
   前記励磁電流Ｉflux＿Newに対応した予備励磁時間Ｔflux＿Newを次式により求め、
   Ｔflux＿New＝Ｉflux＿Old／Ｉflux＿New×Ｔflux
   最適化したブレーキ開信号の出力タイミングを判断するための励磁目標磁束Φbrake＿Newを、次式
   Φbrake＿New＝｛１−（Ｔbrake−Ｔtroq）／Ｔflux＿New｝×Φtarget
   で求めることを特徴とする請求項７記載のインバータ装置のティーチング方法。
10. 仕様上、前記励磁電流Ｉflux＿Newが、仕様上設定されている制限値Ilim＿Maxを超える場合は、前記励磁目標磁束Φbrake＿Newを、次式
    Φbrake＿New＝｛１−（Ｔbrake−Ｔtroq）／Ｔflux
    ×（Ilim＿Max／Ｉflux＿Old）｝×Φtarget
    より求め、
    前記Ｉflux＿Newが前記制限値以下である場合は、前記励磁目標磁束Φbrake＿Newをゼロに設定することを特徴とする請求項９記載のインバータ装置のティーチング方法。

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