JP6943132B2 - インバータ - Google Patents

Description

本発明は、モータを制御するインバータに関する。

インバータは、ＡＣ（交流）モータに供給する電力の周波数を制御することによって、モータの回転速度を制御する機器である。インバータは、例えば、ＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ
Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）において、各種製造装置のアクチュエータを制御するために利用されている。

特許文献１には、略円環状に配置された３個のＬＥＤから構成されるＬＥＤインジケータを備えるインバータが開示されている。特許文献１では、インバータの内部制御状態に応じて３個のＬＥＤそれぞれの点灯状態を切り替えることにより、インバータの状態を容易に目視確認できるようにしている。

特許第６０４４７４７号公報

正確な速度制御を可能とするため、モータからのエンコーダフィードバックを使ってモータへの出力波形を調整するインバータがある。エンコーダフィードバックを利用する場合、エンコーダの回転・停止・異常などのステータスを容易に確認することができれば、機器の管理・保守・点検などに有用である。しかしながら、従来、インバータ自体の内部ステータス（例えば、インバータからモータへ電力を供給している状態、インバータ内部で動作異常が生じている状態、インバータに電源が投入されている状態など）を通知する機能をもつインバータは存在する（特許文献１参照）ものの、エンコーダのステータスを通知するインバータは存在しない。

本発明は、上記実情に鑑みなされたものであって、エンコーダのステータスを確認可能なインバータを提供することを目的とする。

本発明の第一側面は、エンコーダを備えるモータを制御するインバータであって、前記エンコーダからの信号が入力される入力部と、前記入力部から入力される前記信号に基づき前記エンコーダのステータスを判定する判定部と、前記判定部により判定された前記エンコーダのステータスに応じた通知を行うステータス通知部と、を備えることを特徴とするインバータを提供する。

この構成によれば、ユーザは、ステータス通知部の通知によって、エンコーダのステータスを容易に確認することができる。また、本発明の構成によれば、インバータ単体でエンコーダのステータスを確認できるため、例えば、エンコーダのステータス確認用に別途のカウンタやコントローラやアプリケーションプログラムなどを用意する必要がない。したがって、装置コストの増大や装置構成の大型化・複雑化を招かずに、エンコーダのステータス確認を実現できる。

エンコーダのステータスは、エンコーダ自体の動作の状態、より詳しくは、エンコーダ
から出力される信号に基づき判別可能なエンコーダの状態であり、例えば、回転状態、停止状態、異常状態などを含む。

前記ステータス通知部は、複数の点灯パターンを有する発光素子であり、前記エンコーダのステータスに応じて点灯パターンを変更するとよい。

発光素子の点灯パターンの違いを利用することにより、エンコーダのステータスを明確に且つ分かりやすくユーザに通知することができる。また、発光素子の点灯パターンであれば、暗い場所でも視認可能であるし、少し離れた場所からでもステータスを確認できるため、利便性に優れる。

複数の点灯パターンは、例えば、点灯（一定の明るさで発光していること）、点滅（点灯と消灯を周期的に繰り返すこと、または、明るさが周期的に変化すること）、消灯を含む。また、点滅の周期の違い、発光色の違いなどで、異なる点灯パターンを表現することもできる。また、ステータス通知部が複数の発光素子を有する場合には、複数の発光素子の点灯／点滅／消灯の状態の組み合わせにより、異なる点灯パターンを表現してもよい。

前記ステータス通知部は、単一の発光素子であるとよい。

近年ではインバータの小型化が進んでおり、インバータの筐体に設ける情報表示エリアを従来に比べて小さくせざるを得ないのが実情である。そこで、単一の発光素子のみでエンコーダのステータスを通知する構成とすることで、小型のインバータ（情報表示エリアの小さいインバータ）への実装が容易となる。言い換えれば、単一の発光素子のみでエンコーダのステータスを通知する構成とすることで、インバータの小型化を図ることができる。

本発明によれば、エンコーダのステータスを確認可能なインバータを提供することができる。

図１は本発明の実施形態に係るインバータを備えるモータ制御システムの一例を模式的に示す図である。 図２は本実施形態のインバータの外観と表示部の一例を示す斜視図である。 図３はエンコーダのステータス通知処理の一例を示すフローチャートである。

＜適用例＞
まず、図１を用いて、本発明が適用される場面の一例について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るインバータを備えるモータ制御システムの一例を模式的に示している。このモータ制御システム１は、例えば、ＦＡにおける製造装置に備わる交流モータを制御するためのシステムである。

図１に示されるとおり、モータ制御システム１は、概略、インバータ１０と、交流電源１１と、モータ１２と、エンコーダ１３とを備えている。インバータ１０は、エンコーダ１３から入力されるフィードバック信号を用いてモータ１２の回転速度を所望の値に制御する、所謂フィードバック制御に対応した、モータ駆動装置である。制御方式としては、例えば、エンコーダフィードバック付きベクトル制御（パルスジェネレータ（ＰＧ）付きベクトル制御とも呼ばれる）を好ましく用いることができる。

本実施形態のインバータ１０は、入力部１０２を介して入力されるフィードバック信号に基づきエンコーダ１３のステータスを判定する判定部（制御回路１０３）と、エンコーダ１３のステータスに応じた通知を行うステータス通知部（表示部１０４）とを備える。かかる構成により、インバータ１０がモータ１２の制御を行っているあいだ、エンコーダ１３のステータスが逐次通知される。したがって、ユーザは、エンコーダ１３のステータスをインバータ１０の表示部１０４にて容易に確認することができ、またエンコーダ１３のステータスの変化、ひいてはモータ１２のステータスの変化も即座に認識することができる。このようなステータス情報は、モータ制御システム１の構成機器（インバータ１０、モータ１２、エンコーダ１３など）の動作確認・管理・保守・点検などに有用である。

＜構成例＞
次に、図１を参照して、本実施形態のモータ制御システム１の具体的な構成の一例を説明する。

交流電源１１は、モータ１２への電力供給源であり、例えば、三相ＡＣ２００Ｖ、三相ＡＣ４００Ｖ、単相ＡＣ２００Ｖなどを用いることができる。モータ１２は、交流モータであり、例えば、三相誘導モータ、単相誘導モータなどを用いることができる。エンコーダ１３は、モータ１２の回転を検出するためのロータリーエンコーダである。エンコーダ１３からは、例えば、Ａ相・Ｂ相・Ｚ相のパルス信号がフィードバック信号として出力される。

インバータ１０は、交流電源１１から任意の周波数および電圧の交流波形（以下「モータ駆動波形」と呼ぶ）を生成し、モータ１２へと供給する。このとき、フィードバック信号に基づきモータ駆動波形の周波数および電圧を調整することにより、モータ１２の回転速度やトルクを目標値に制御することができる。

インバータ１０は、例えば、整流器１００、インバータ回路１０１、入力部１０２、制御回路１０３、表示部１０４などを有している。整流器１００は、交流電源１１から入力される交流を直流に変換する回路である。インバータ回路１０１は、ＰＷＭ（パルス幅変調）により直流から正弦波状のモータ駆動波形を生成する回路である。入力部１０２は、エンコーダ１３からのフィードバック信号が入力される回路である。制御回路１０３は、インバータ１０の各部の制御や各種演算を行う回路である。

制御回路１０３は、例えば、フィードバック信号に基づくエンコーダ１３（モータ１２）の回転速度や回転方向の計算、フィードバック信号に基づくエンコーダ１３のステータスの判定（異常の検出を含む）、フィードバック信号から計算した回転速度を考慮したインバータ回路１０１の制御、表示部１０４の制御などを行う。制御回路１０３は、例えば、プロセッサ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などを含んでおり、プロセッサが、ＲＯＭに格納されたプログラムをＲＡＭに展開し、当該プログラムを解釈・実行することによって、上述した演算や制御が実現される。ただし、上述した制御および演算の全部ないし一部は、プログラムではなく、専用の回路で実現されてもよい。

表示部１０４は、情報を出力するためのデバイスであり、例えば、１または複数の発光素子（ＬＥＤなど）、表示デバイス（液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなど）、またはそれらの組み合わせなどで構成される。

図２は、本実施形態のインバータ１０の外観と表示部１０４の一例を示す斜視図である。図２の例では、表示部１０４が４つの発光素子２０，２１，２２，２３から構成される
。各々の発光素子２０〜２３には予め役割（表示する情報）が割り当てられている。本実施形態では、例えば、エンコーダ１３のステータス通知には、単一の発光素子２３のみが使用される。

＜動作例＞
図３を参照して、インバータ１０によるエンコーダのステータス通知処理の一例を説明する。図３のフローチャートは、インバータ１０がモータ１２の制御を行っているあいだ、制御回路１０３によって所定の時間間隔で繰り返し実行される処理を示している。

制御回路１０３は、エンコーダ１３のフィードバック信号を入力部１０２から取得する（ステップＳ３０）。制御回路１０３は、フィードバック信号に基づきエンコーダ１３の異常の有無を判定する（ステップＳ３１）。例えば、エンコーダ１３の故障、断線、配線間違いなどが検出可能である。異常が検出されなかった場合、制御回路１０３は、フィードバック信号からエンコーダ１３の回転速度を計算する（ステップＳ３２）。そして、制御回路１０３は、回転速度を所定の閾値と比較し（ステップＳ３３）、回転速度が閾値より大きい場合は「ステータス＝回転」と判定し（ステップＳ３４）、回転速度が閾値以下の場合は「ステータス＝停止」と判定する（ステップＳ３５）。また、制御回路１０３は、ステップＳ３１において異常が検出された場合は「ステータス＝異常」と判定する（ステップＳ３６）。制御回路１０３によるステップＳ３１〜Ｓ３６の処理が、本発明の判定部の一例である。

その後、制御回路１０３は、エンコーダ１３のステータスに応じた点灯パターンで発光素子２３を制御する。本実施形態の例では、「ステータス＝回転」の場合は発光素子２３を一定の明るさで点灯させ（ステップＳ３７）、「ステータス＝停止」の場合は発光素子２３を点滅させ（ステップＳ３８）、「ステータス＝異常」の場合は発光素子２３を消灯させる（ステップＳ３９）。このような制御により、エンコーダ１３のステータスを発光素子２３の点灯状態（点灯／点滅／消灯）にてリアルタイムに通知する。

＜本実施形態の利点＞
以上述べたインバータ１０の構成によれば、ユーザは、発光素子２３の点灯状態によって、エンコーダ１３のステータスを容易に確認することができる。また、本実施形態の構成によれば、インバータ１０単体でエンコーダ１３のステータスを確認できるため、例えば、エンコーダ１３のステータス確認用に別途のカウンタやコントローラやアプリケーションプログラムなどを用意する必要がない。したがって、装置コストの増大や装置構成の大型化・複雑化を招かずに、エンコーダ１３のステータス確認を実現できる。

また、発光素子２３の点灯パターンの違いでステータスを表すようにしたので、エンコーダ１３のステータスを明確に且つ分かりやすくユーザに通知することができる。また、発光素子２３の点灯パターンであれば、暗い場所でも視認可能であるし、少し離れた場所からでもステータスを確認できるため、利便性に優れる。

近年ではインバータの小型化が進んでおり、インバータの筐体に設ける情報表示エリアを従来に比べて小さくせざるを得ないのが実情である。その点、本実施形態では、単一の発光素子２３のみでエンコーダ１３のステータスを通知する構成としたので、インバータ１０の小型化を図ることができる。

＜その他＞
上記実施形態は、本発明の構成例を例示的に説明するものに過ぎない。本発明は上記の具体的な形態には限定されることはなく、その技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態ではＦＡのモータ制御システムを例示したが、本発明はＦＡ
以外の用途に適用してもよい。上記実施形態では、「回転／停止／異常」の３つのステータスを例示したが、通知するステータスはこれに限定されない。例えば、「回転／停止」のみを通知してもよいし、「正常／異常」のみを通知してもよい。あるいは、「高速／低速」や「高速／中速／低速」のように回転速度に応じたステータスを通知したり、「時計回り／反時計回り」のように回転方向に応じたステータスを通知してもよい。

上記実施形態では、ステータス通知部の一例として単一の発光素子（ＬＥＤ）を例示したが、ステータス通知部の構成はこれに限定されない。例えば、複数の発光素子によりステータス通知部を構成してもよいし、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイやその他の出力デバイスによりステータス通知部を構成してもよい。すなわち、ステータス通知部による通知は、エンコーダのステータスをユーザに認識させることができれば、どのような通知方法を用いてもよい。例えば、発光素子の点灯、文字や画像の表示、音や音声の出力、振動、メール、あるいはそれらの組み合わせなどの通知方法を用いることができる。

＜付記＞
エンコーダ（１３）を備えるモータ（１２）を制御するインバータ（１０）であって、
前記エンコーダ（１３）からの信号が入力される入力部（１０２）と、
前記入力部（１０２）から入力される前記信号に基づき前記エンコーダ（１３）のステータスを判定する判定部（１０３）と、
前記判定部（１０３）により判定された前記エンコーダ（１３）のステータスに応じた通知を行うステータス通知部（２３）と、
を備えることを特徴とするインバータ（１０）。

１：モータ制御システム、１０：インバータ、１１：交流電源、１２：モータ、１３：エンコーダ、２０，２１，２２，２３：発光素子、１００：整流器、１０１：インバータ回路、１０２：入力部、１０３：制御回路、１０４：表示部

Claims (2)

1. エンコーダを備えるモータを制御するインバータであって、
   交流電源から入力される交流を直流に変換する整流器と、
   直流を変調して、前記モータに与える駆動波形を生成するインバータ回路と、
   前記エンコーダからの信号が入力される入力部と、
   前記入力部から入力される前記信号に基づき前記エンコーダのステータスを判定する判定部と、
   前記判定部により判定された前記エンコーダのステータスに応じた通知を行う発光素子と、
   を備え、
   前記整流器、前記インバータ回路、前記入力部、前記判定部、及び、前記発光素子は、１つの筐体に設けられており、
   前記インバータとは別体の装置である前記エンコーダからの信号は、信号線を介して、前記入力部に入力され、
   前記判定部は、前記信号に基づいて前記エンコーダが回転、停止、異常のいずれのステータスにあるかを判定し、
   前記発光素子は、点灯パターンを変更することによって、前記エンコーダが回転、停止、異常のいずれのステータスにあるかを通知することを特徴とするインバータ。
2. 前記エンコーダのステータスに応じた通知を行う前記発光素子は、単一の発光素子である
   ことを特徴とする請求項１に記載のインバータ。

Images