JP6580929B2 - 電動機制御システム - Google Patents

Description

本発明は、電動機を制御する電動機制御システムに関するものである。

従来、電流制御器と電力変換器とを備え、電流制御器からの電圧指令に従って電力を変換して電動機を制御する電動機制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図３は、従来の電動機制御装置の構成例を示す図であり、この図に基づいて従来技術を説明する。電流検出部１２は、電動機４０に流れる電流値を検出する。Ａ／Ｄ変換部２３は電流検出部１２により検出した電流値をアナログ値からデジタル値にＡ／Ｄ変換し、電流制御部２１に出力する。

電流制御部２１は、Ａ／Ｄ変換部２３から入力される電流値が電流指令通りとなるような電圧指令を、ゲート信号生成部２２に出力する。ゲート信号生成部２２は、電力変換部１１が電流制御部２１からの電圧指令通りの電圧を出力するようなゲート信号を、電力変換部１１のスイッチング素子に出力する。

電力変換部１１は、ゲート信号生成部２２から入力されるゲート信号に従ってスイッチング素子をスイッチングし、直流電源３０から入力される電力を変換して電動機４０に供給する。このようにして、従来の電動機制御装置２は電動機４０の動作を制御する。

特許第４０７６３４８号公報

一般的に、電動機制御装置を構成する全ての部品の大きさや配置は、最適設計を行い小型化されている。よって、新しい電動機制御装置を設計する場合、全ての部品について配置設計が必要となるため、設計期間が長期になるという課題がある。また、同じ機能であっても電動機制御装置ごとに異なる部品が必要となるため、多くの種類の部品を管理しなければならないという課題がある。

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、設計期間を短縮させ、部品の在庫種類を低減させることが可能な電動機制御システムを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る電動機制御システムは、主回路装置と、該主回路装置と分離された制御装置とを備える電動機制御システムであって、前記主回路装置は、当該主回路装置に接続される電動機に流れる電流値を検出する電流検出部と、前記電流値をアナログ値からデジタル値にＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、前記デジタル値を前記制御装置に送信する第１送信部と、前記制御装置から電圧指令を受信する第１受信部と、前記電圧指令に基づきゲート信号を生成するゲート信号生成部と、前記ゲート信号に従ってスイッチング制御を更新し、入力される直流電力を変換した変換電力を前記電動機に供給する電力変換部と、を備え、前記制御装置は、前記第１送信部から前記デジタル値を受信する第２受信部と、前記デジタル値及び前記電動機に対する電流指令に基づき前記電圧指令を生成する電流制御部と、前記電圧指令を前記主回路装置に送信する第２送信部と、を備え、前記第１送信部は、前記デジタル値を無線で前記第２受信部に送信し、前記第２送信部は、前記電圧指令を無線で前記第１受信部に送信することを特徴とする。

さらに、本発明に係る電動機制御システムにおいて、複数の前記制御装置を有する制御盤と、複数の前記主回路装置を有する主回路盤と、を備えることを特徴とする。

さらに、本発明に係る電動機制御システムにおいて、前記電流制御部は、前記電圧指令を出力する周期内に、前記電流検出部による前記電流値の検出と、前記Ａ／Ｄ変換部による前記Ａ／Ｄ変換と、前記第１送信部による前記デジタル値の送信と、前記第２受信部による前記デジタル値の受信と、前記第２送信部による前記電圧指令の送信と、前記第１受信部による前記電圧指令の受信と、前記ゲート信号生成部による前記ゲート信号の生成と、前記電力変換部による前記更新されたスイッチング制御に基づく前記変換電力の供給と、を実施することを特徴とする。

本発明によれば、部品を共通化することにより、設計期間を短縮させ、部品の在庫種類を低減させることができる。

本発明の一実施形態に係る電動機制御システムの構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る電動機制御システムの主要な動作のタイミングチャートである。 従来の電動機制御装置の構成例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電動機制御システムの構成例を示すブロック図である。図１に示す電動機制御システム１は、主回路装置１０と、主回路装置１０とは分離された制御装置２０とを備える。

主回路装置１０は、電力変換部１１と、電流検出部１２と、Ａ／Ｄ変換部１３と、第１送信部１４と、第１受信部１５と、ゲート信号生成部１６とを備える。主回路装置１０は、直流電源３０から入力される直流電力を変換して電動機４０に出力する。なお、図１では電動機４０を１つのみ示しているが、電動機４０は複数であってもよい。

電流検出部１２は、電動機４０に流れる電流値を検出し、Ａ／Ｄ変換部１３に出力する。

Ａ／Ｄ変換部１３は、電流検出部１２により検出された電流値をアナログ値からデジタル値にＡ／Ｄ変換し、第１送信部１４に出力する。

第１送信部１４は、Ａ／Ｄ変換部１３により変換された電流値を、制御装置２０の第２受信部２３に送信する。データの送信は無線通信により行うのが好適である。

第１受信部１５は、制御装置２０の第２送信部２２から電圧指令を受信し、ゲート信号生成部１６に出力する。

ゲート信号生成部１６は、電流制御部２１により生成された電圧指令通りの電圧を電力変換部１１が出力するように、ゲート信号を電力変換部１１のスイッチング素子に出力する。ゲート信号生成部１６は、例えばＰＷＭ制御を行い、三角波と電圧指令とを比較してゲート信号のパルス幅を決定する。

電力変換部１１は、ＩＧＢＴ又はＧＴＯなどのスイッチング素子を複数有し、ゲート信号生成部１６から入力されるゲート信号に従ってスイッチング制御（スイッチング素子のスイッチング）を行い、直流電源３０の電力を変換した変換電力を電動機４０に供給する。スイッチング制御は、電流制御部２１から電圧指令を受信するごとに更新される。

制御装置２０は、電流制御部２１と、第２送信部２２と、第２受信部２３とを備える。制御装置２０は、電流指令が入力され、電動機４０に流れる電流が電流指令通りになるように、主回路装置１０を制御する。

第２受信部２３は、第１送信部１４から電動機４０に流れる電流のデジタル値を受信し、電流制御部２１に出力する。

電流制御部２１は、第２受信部２３から入力される電流値が、電流指令通りとなるような電圧指令を生成し、第２送信部２２に出力する。

第２送信部２２は、電流制御部２１により生成された電圧指令を第１受信部１５に送信する。データの送信は無線通信により行うのが好適である。

図２は、本発明の一実施形態に係る電動機制御システムの主要な動作のタイミングチャートである。この図ではタイミングの順番を示すものであり、タイミングの間隔はこの通りである必要はない。タイミングａは、電流検出部１２が電動機４０に流れる電流値を検出するタイミングを示す。タイミングｂは、Ａ／Ｄ変換部１３が電流値をＡ／Ｄ変換するタイミングを示す。タイミングｃは、第１送信部１４が第２受信部２３にデータを送信するタイミングを示す。タイミングｄは、第２受信部２３が第１送信部１４からデータを受信するタイミングを示す。タイミングｅは、電流制御部２１が電圧指令を生成するタイミングを示す。タイミングｆは、第２送信部２２が電圧指令を第１受信部１５に送信するタイミングを示す。タイミングｇは、第１受信部１５が電圧指令を受信するタイミングを示す。タイミングｈは、ゲート信号生成部１６がゲート信号を生成するタイミングを示す。タイミングｉは、電力変換部１１がゲート信号生成部１６からのゲート信号に基づきスイッチング制御を更新し、変換電力を電動機４０に供給するタイミングを示す。

制御装置２０と主回路装置１０との間で通信を行う場合、通信による制御遅れが発生すると、電動機４０の電流を正常に制御することができなくなる。そのため、図２に示すように電流制御部２１は、電圧指令を出力する電流制御周期内に、電流検出部１２による電流値の検出と、Ａ／Ｄ変換部１３によるＡ／Ｄ変換と、第１送信部１４によるデジタル値の送信と、第２受信部２３によるデジタル値の受信と、第２送信部２２による電圧指令の送信と、第１受信部１５による電圧指令の受信と、ゲート信号生成部１６によるゲート信号の生成と、電力変換部１１による更新されたスイッチング制御に基づく変換電力の電動機４０への供給と、を実施するのが好適である。

主回路装置１０は、電動機制御システム１の定格電圧や定格電流といった仕様ごとに採用する部品を選定する必要があり、電動機制御システム１ごとに設計が必須となる。一方、制御装置２０は、電動機制御システム１の仕様にかかわらず共通の部品を用いることができる。よって、本発明のように制御装置２０と主回路装置１０とを分離することで、制御装置２０を共通化することができる。そうすると、設計は主回路装置１０のみとなるため、設計期間を短縮することができるとともに、部品の在庫種類を低減することができる。また、主回路装置１０は電気的な設計自由度が増し、電動機制御システム１の定格電圧や定格電流などの各電気仕様に基づいた設計が容易となる。

また、製造ラインなどに複数の電動機制御システムを適用する場合、複数の制御装置２０を、全体を制御するプログラマブルコントローラなどの全体制御装置と一緒に制御盤にまとめ、複数の主回路装置１０を主回路盤にまとめる構成とすることができる。これにより、主回路装置１０は主回路盤内の機構的な設計自由度が増し、共通小型化が可能となる。

さらに、製造ラインの動作確認や調整を行う際、全体を制御する全体制御装置と、電動機制御システム１と、電動機４０とが全て揃う必要がある。本発明では制御装置２０と主回路装置１０とを分離しているため、動作作業や調整作業の一部を、制御盤のみと主回路盤及び電動機４０とで分離して実施することが可能となり、動作確認や調整の作業場所の縮小や、作業時間の短縮が可能となる。

また、本発明では、制御装置２０と主回路装置１０との間は無線通信によりデータを送受信するのが好適である。これにより、ケーブル本数低減によるケーブルコストの削減及び信頼性向上を実現することができる。

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、実施形態に記載の複数の構成ブロックを１つに組み合わせたり、あるいは１つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。

本発明により、制御装置の部品を共通化して設計期間の短縮や在庫種類の低減ができ、さらにコストダウンもできることから、産業上の利用可能性はおおいにある。

１ 電動機制御システム
１０ 主回路装置
１１ 電力変換部
１２ 電流検出部
１３ Ａ／Ｄ変換部
１４ 第１送信部
１５ 第１受信部
１６ ゲート信号生成部
２０ 制御装置
２１ 電流制御部
２２ 第２送信部
２３ 第２受信部
３０ 直流電源
４０ 電動機

Claims (3)

1. 主回路装置と、該主回路装置と分離された制御装置とを備える電動機制御システムであって、
   前記主回路装置は、
   当該主回路装置に接続される電動機に流れる電流値を検出する電流検出部と、
   前記電流値をアナログ値からデジタル値にＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、
   前記デジタル値を前記制御装置に送信する第１送信部と、
   前記制御装置から電圧指令を受信する第１受信部と、
   前記電圧指令に基づきゲート信号を生成するゲート信号生成部と、
   前記ゲート信号に従ってスイッチング制御を更新し、入力される直流電力を変換した変換電力を前記電動機に供給する電力変換部と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記第１送信部から前記デジタル値を受信する第２受信部と、
   前記デジタル値及び前記電動機に対する電流指令に基づき前記電圧指令を生成する電流制御部と、
   前記電圧指令を前記主回路装置に送信する第２送信部と、
   を備え、
   前記第１送信部は、前記デジタル値を無線で前記第２受信部に送信し、
   前記第２送信部は、前記電圧指令を無線で前記第１受信部に送信することを特徴とする電動機制御システム。
2. 複数の前記制御装置を有する制御盤と、
   複数の前記主回路装置を有する主回路盤と、
   を備えることを特徴とする、請求項１に記載の電動機制御システム。
3. 前記電流制御部は、前記電圧指令を出力する周期内に、前記電流検出部による前記電流値の検出と、前記Ａ／Ｄ変換部による前記Ａ／Ｄ変換と、前記第１送信部による前記デジタル値の送信と、前記第２受信部による前記デジタル値の受信と、前記第２送信部による前記電圧指令の送信と、前記第１受信部による前記電圧指令の受信と、前記ゲート信号生成部による前記ゲート信号の生成と、前記電力変換部による前記更新されたスイッチング制御に基づく前記変換電力の供給と、を実施することを特徴とする、請求項１又は２に記載の電動機制御システム。

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