JPH0930700A - 電動機駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】張力検出器を使用せず一定の張力トルクで電動
機を駆動する場合に、速度を変更するときでも、調整作
業を行うことなく、熟練した作業者でなくても、品質の
良い製品を歩留まり良く生産し、生産効率を向上させ
る。 【構成】速度制御部 6は速度基準a3と電動機 2の速度検
出値a11 を比較してトルク基準a5を出力し、電流制御手
段8 〜11はトルク基準a5に応じた電流を電動機 2に供給
して張力を与えながら帯状の材料 4を搬送するロール 3
を駆動する。また、速度検出値a11 に基づいて補償トル
ク検出手段17,18 から出力される加減速トルクa14 と機
械損トルクa16 をトルク基準a5から減じて張力トルクa1
6 を求め、トルク補正手段19は、張力トルク基準a12 と
張力トルクa16 との偏差をゼロとするように速度補正信
号a17 を出力して速度基準a3を補正しトルク基準a5を補
正し、速度が変化しても張力トルク基準a12 に対応した
張力を維持するように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は紙製機械や巻取機械等
で、電動機のトルクを制御することによって搬送材の張
力を制御する張力制御装置に係わり、特に張力検出器を
使用せず、張力を制御する制御部を改良した電動機駆動
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】紙製機械や巻取機械などの連続製造設備
において、張力検出器を使用せずに、電動機トルクを制
御することによって搬送材の張力を制御する場合があ
る。この種の紙製造機械の抄紙機に用いられる搬送材巻
取り設備の従来例を図４に示す。この例は、張力検出器
及び張力検出器を設置するロールを省略し、設備を簡略
化した例である。

【０００３】図４において、 1は電動機 2を駆動する電
動機駆動装置、 3は電動機 2によって駆動される巻取ロ
ール、 4は巻取ロール 3によって巻取られる帯状の材料
で成る搬送材、 5は搬送材 4が巻取られたコイル、 7は
電動機 2の速度を検出する速度検出器、10は電動機 2の
電流を検出するための電流検出器、12は巻取ロール 3の
前段に設けられたロール13を駆動する電動機である。電
動機駆動装置 1は、速度基準a3と速度検出器 7で検出さ
れた電動機速度検出値a11 を比較してその偏差をゼロに
するようにトルク基準a5を出力する速度制御回路 6と、
トルク基準a5を電流基準a6に換算する係数器 8と、電流
基準a6と電流検出器10で検出された電動機電流検出値a1
0 を比較してその偏差をゼロにするように制御信号a8を
出力する電流制御回路 9と、制御信号a8に応じて電動機
2に電流a9を供給する電力変換器11と、電流制御指令a1
2 を受けた時点の速度制御回路 6の出力信号を記憶する
サンプルホールド14と、電流制御指令a12 を受けると閉
じる接点15と、逆に電流制御指令a12 を受けると開く接
点16を備えて構成される。なお、前段ロール13を駆動す
る電動機12は、図示しない速度制御装置によって、巻取
ロール 3を駆動する電動機 2と同じ速度指令a1で速度制
御により運転され、搬送材 4を一定の速度で搬送する。

【０００４】上記構成において、装置を始動するとき、
電流制御指令a12 を出さず、接点15を開路し、接点16を
閉路して、通常の速度制御で電動機 2を制御し、電動機
12と同期した速度で搬送材 4を駆動する。ある一定速度
とした後、巻取ロール 3側で搬送材 4の状態を観察しな
がら速度基準バイアスa2を調整し、前段ロール13との間
に速度差を生じさせ、搬送材 4の巻取張力を適度な張り
として電流制御指令a12 を与え、その状態におけるトル
ク基準a5をサンプルホールド14に保持し、同時に接点15
を閉路して接点16を開路し、サンプルホールド14に保持
されたトルク基準a5の値で固定して与え、速度制御系を
切り離して、電流制御系のみで運転する。従って、以
後、電動機 2は、電流制御指令a12 を与えた時点のトル
ク基準a5に基づいて、一定トルクで駆動され、搬送材 4
は巻取ロール 3により適度な張りを保って巻き取られ
る。このように、速度基準バイアスa2の値は、電流制御
指令a12 を与える前に熟練した作業者によって調整され
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
装置では、搬送材 4の巻き取り速度を変更すると、巻取
張力が変化するので、電流制御指令a12 を与えるのを一
旦停止して速度制御に戻し、速度指令a1を変更して、再
度、巻取ロール 3側で搬送材 4の状態を観察しながら速
度基準バイアスa2を調整する必要が生じ、この速度指令
a1の変更や速度基準バイアスa2の調整が難しく、熟練し
た作業者を必要とするという問題がある。

【０００６】すなわち、速度指令a1を変化させるとき、
加減速トルクによる張力変動が生じ、搬送速度の変化に
よる機械損トルクの変化により張力変化が生じるが、こ
の張力変動を極力小さくして、搬送材 4の破断や、巻取
りコイル 5に皺や偏芯が発生しないように熟練した作業
者によって調整しなければならなかった。

【０００７】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、張力検出器を使用せず一
定の張力トルクで電動機を駆動する場合に、速度基準を
変更するときでも、一旦、速度制御に切り換えて速度基
準バイアスを調整する作業を無くし、熟練した作業者で
なくても、品質の良い製品を歩留まり良く生産し、生産
効率を向上させることの可能な電動機駆動装置を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の電動機駆動装置は、張力を与えながら帯状
の材料を搬送するロールを駆動する電動機と、トルク基
準に応じて前記電動機の電流を制御する電流制御手段
と、前記電動機の速度から加減速トルクと機械損トルク
を求め、前記トルク基準或いは前記電動機の電流検出値
から前記加減速トルクと機械損トルクを減じて張力トル
クを求め、張力トルク基準と前記張力トルクの偏差に基
づいて前記トルク基準を補正する張力トルク制御手段を
備え、前記帯状の材料の張力を張力トルク基準に対応し
た値に制御する。

【０００９】また、速度基準と前記電動機の速度検出値
を比較して前記トルク基準を出力する速度制御部を備
え、前記張力トルク制御手段は、前記張力トルク基準と
前記張力トルクの偏差をゼロとするように速度補正信号
を出力し前記速度基準を補正する張力トルク制御手段で
構成する。

【００１０】また、前記機械損トルクと加減速トルク
は、前記電動機の速度検出値或いは前記速度基準に基づ
いて求める。また、前記材料の種類毎に張力トルクのデ
ータを格納するメモリと、前記材料の種類に対応して与
えられる選択指令に応じて前記メモリのデータを読み出
し第１の張力トルク基準として出力する張力トルク基準
決定手段と、張力トルクを調整するための第２の張力ト
ルク基準を出力する張力トルク基準調整手段を備え、前
記第１の張力トルク基準を前記張力トルク基準として与
える。

【００１１】また、前記第１の張力トルク基準と前記第
２の張力トルク基準の和を前記張力トルク基準として運
転し、運転中における前記張力トルク基準のデータを前
記メモリへ格納する。

【００１２】

【作用】上記構成において、電動機は電流制御手段から
トルク基準に応じた電流が供給され、張力を与えながら
帯状の材料を搬送するロールを駆動する。この場合、張
力トルク制御手段により、張力トルク基準と前記張力ト
ルクとの偏差をゼロとするようにトルク基準が補正さ
れ、速度が変化しても張力トルク基準に対応した張力を
維持するように制御される。また、速度制御部が、速度
基準と前記電動機の速度検出値を比較してトルク基準を
出力し、張力トルク制御手段が、張力トルク基準と張力
トルクの偏差をゼロとするように速度補正信号を出力し
て速度基準を補正しトルク基準を補正する。また、機械
損トルクと加減速トルクは、電動機の速度検出値或いは
速度基準に基づいて求められる。

【００１３】また、材料の種類に対応して与えられる選
択指令に応じて前記メモリから該材料の種類に対応した
データが読み出され、トルク基準決定手段から第１の張
力トルク基準として出力され、この第１の張力トルク基
準が前記張力トルク基準として与えられる。更に、張力
トルク基準調整手段から張力トルクを調整するための第
２の張力トルク基準が出力され、第１の張力トルク基準
に加えられ、張力トルク基準の調整が行われる。

【００１４】また、運転中における前記張力トルク基準
のデータが調整された第１の張力トルク基準としてメモ
リに格納され、以後の運転では第２の張力トルク基準が
ゼロにされ、調整された第１の張力トルク基準が読み出
されて運転が行われる。

【００１５】

【実施例】本発明の請求項１〜３に対応する電動機駆動
装置の実施例を図１に示す。図１において、電動機駆動
装置 1は、速度検出信号a11 に応じて加減速トルクa14
を出力する加減速トルク演算器17と、速度検出信号a11
に応じた機械損トルクa15 を出力する機械損トルク演算
器18と、トルク基準a5から加減速トルクa14と機械損ト
ルクa15 を減じた値の張力トルクa16 が張力トルク基準
a12 と一致するように速度基準補正信号a17 を出力する
ＰＩ制御回路又はＰＩＤ制御回路等で成る張力トルク制
御回路19を備え、速度指令a1に速度基準補正信号a17 を
加えた値が速度基準a3として速度制御回路 6に与えるよ
うに構成する。その他は、いずれも従来装置（図５）の
ものと同じものである。

【００１６】加減速トルク演算器17は、図２(a) に示す
ように、電動機 2の速度検出値a11から単位時間あたり
の速度変化率dv/dt を演算する微分器17a と、電動機 2
とその負荷側の慣性モーメントJ の積(J・dv/dt)を演算
する乗算器17b と、(J・dv/dt)を加減速トルクa14 に換
算する係数器17c とで構成する。この場合、図示しない
装置により巻取ロール 3の径の変化に対応した慣性モー
メントJ が与えられる。

【００１７】機械損トルク演算器18は、図２(b) に示す
ように、電動機 2の幾つかの運転速度における機械損ト
ルクを予め測定してデータテーブル化した記憶部18a
と、速度検出値a11 に基づいて記憶部18a から最寄りの
機械損トルクデータを読み出して速度検出値a11 に対応
した機械損トルクa15 を補間して出力する関数発生部18
b で構成することができる。

【００１８】上記構成において、電動機 2が任意の速度
で運転されているとき、機械損トルク演算器18は速度検
出信号a11 に基づいて該速度に応じた機械損トルクa15
を出力し、電動機 2の速度が変化するとき、加減速トル
ク演算器17は該速度の変化率dv/dt と慣性モーメントJ
に応じた加減速トルクa14 を出力する。速度制御回路6
は、速度基準a3と速度検出器 7で検出された速度検出信
号a11 を比較してその偏差をゼロにするようにトルク基
準a5を出力し、電動機 2の速度制御が行われる。

【００１９】本実施例の場合、速度基準a3は速度指令a1
に速度基準補正信号a17 を加えた値で与えられるが、速
度制御回路 6から出力されるトルク基準a5から加減速ト
ルクa14 と機械損トルクa15 を減じた値の張力トルクa1
6 が張力トルク基準a12 と等しいとき張力トルク制御回
路19から出力される速度基準補正信号a17 はゼロとな
り、電動機 2は、速度指令a1に対応した速度で巻取ロー
ル 3を駆動し、前段ロール13と巻取ロール 3の速度差に
より、張力トルク基準a12 に対応した張力で搬送材 4の
巻き取りを行うように制御される。すなわち、電動機 2
が一定の速度で運転されているとき、加減速トルク演算
器17から出力される加減速トルクa14 はゼロとなり、機
械損トルク演算器18から出力される機械損トルクa15 は
該一定の速度に対応した機械損トルクを出力するように
予め関数値が設定される。従って、速度制御回路 6から
出力されるトルク基準a5から加減速トルクa14 と機械損
トルクa15 を減じた値の張力トルクa16 が張力トルク基
準a12 と一致し、張力トルク制御回路19から出力される
速度基準補正信号a17 はゼロとなり、電動機 2は前述の
ように制御される。

【００２０】また、張力トルクa16 と張力トルク基準a1
2 に偏差があるとき、張力トルク制御回路19は該偏差を
ゼロとするように速度基準補正信号a17 を出力し、速度
基準a3が補正される。例えば、何らかの要因で前段ロー
ル13が減速し、巻取ロール 3の速度が相対的に速くなる
と、その速度差により速度制御回路 6から出力されるト
ルク基準a5が増加し、搬送材 4の張力が増加しようとす
るが、増加したトルク基準a5により張力トルクa16 が増
加し、張力トルク基準a12 との偏差が負側に増加する。
これにより張力トルク制御回路19は、張力トルクa16 を
張力トルク基準a12 に一致させるように負の速度基準補
正信号a17 を出力して速度基準a3を減少させ、張力トル
ク基準a12 に対応した張力トルクを保つように電動機 2
の速度を減速させ、前段ロール13と巻取りロール 3の速
度差を制御する。

【００２１】速度が安定した状態で運転しているとき
に、張力トルク基準a12 を増加させると、張力トルクa1
6 との間に正の値の偏差が生じ、張力トルク制御回路19
は速度基準a3を増加させ、トルク基準a5を増加させて該
偏差をゼロにするように速度補正信号a17 を出力し、電
動機 2の速度を加速して前段ロール13と巻取ロール 3の
速度差を増加させる。逆に、張力トルク基準a12 減少さ
せると速度基準a3を減少させ、電動機 2の速度を減速し
て速度差を減少させる。

【００２２】また、電動機 2の速度が変化する過程で、
加減速トルク演算器17から速度の増減に伴う加減速トル
クa14 が出力され、張力トルク制御回路19は速度が変化
する過程においても、張力トルク基準a12 に対応した張
力を保つように速度基準補正信号a17 を出力する。

【００２３】また、所定の張力トルク基準a12 が設定さ
れ、一定の速度指令a1にて電動機 2が駆動されている状
態で速度指令a1を増加させた場合、速度制御回路 6から
出力されるトルク基準a5が増加し電動機 2が加速され増
速する。この場合、速度が増加し始めると、増加率に対
応した正の値の加減速トルクa14 （加速トルク）が加減
速トルク演算器17から出力されるとともに、速度の増加
に伴って機械損トルク演算器18から予め設定された関数
値に基づいて実際の機械損トルクに対応した機械損トル
クa15 が出力される。加速が完了し増加した速度で一定
になると、加減速トルクa14 はゼロに戻り、機械損トル
クa15 は前より大きな値で一定となる。これより、トル
ク基準a5は増加した機械損トルクを補償するように増加
し、トルク基準a12 に対応した張力を保つように制御さ
れる。逆に、速度指令a1を減少させた場合、加減速トル
ク演算器17から負の値の加減速トルクa14 （減速トル
ク）が出力され、減速が完了し減少した速度で一定にな
ると、加減速トルクa14 はゼロに戻り、機械損トルクa1
5 は前より小さな値で一定となる。これより、トルク基
準a5は減少した機械損トルクを補償するように減少し、
トルク基準a12 に対応した張力を保つように制御され
る。

【００２４】本発明の請求項４、５に対応する実施例を
図３に示す。図３において、20は搬送材 4の種類毎に張
力トルク基準a121…a12nを格納するメモリ、21は搬送材
4の種類に対応して与えられる選択指令a18 に応じてメ
モリ20から張力トルク基準a121…a12nのいずれかを読み
出すサンプラ（張力トルク基準決定手段）である。サン
プラ21から出力された張力トルク基準a12xは、別に与え
られる張力トルク調整値a120が加えられて前述した張力
トルク基準a12 として張力トルク制御回路19に与えられ
る。その他は図１と同様である。

【００２５】上記構成において、メモリ20には、初めに
搬送材 4の種類毎に適当に設定された張力トルク基準a1
21…a12nが格納され、搬送材 4の種類に対応して与えら
れる選択指令a18 に応じて搬送材 4の種類に対応したデ
ータが読み出され、張力トルク基準a12xとして出力され
る。この張力トルク基準a12xを張力トルク基準a12 とし
て装置の運転を行い、最適な張力とするように作業者に
よって別に与えられる張力トルク調整値a120が加えられ
調整される。この調整が完了した時点で、張力トルク基
準a12 のデータがメモリ20の対応する場所に読み込ま
れ、以後の同搬送材の種類の運転では張力トルク調整値
a120をゼロにしてメモリ20から調整されたデータを読み
出し張力トルク基準a12xを張力トルク基準a12 として運
転が行われる。初めに搬送材の種類毎に同様にして調整
された張力トルク基準a121…a12nをメモリ20に格納する
ことにより、以後の同種の搬送材に対して同じ張力トル
クで運転することが可能となり、品質のバラツキの少な
い製品を生産することができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明の電動機駆動装置によれば、張力
検出器を使用せず一定の張力トルクで電動機を駆動する
場合に、張力を変更するときや運転速度を変更するとき
でも、一旦、速度制御に切り換えて速度基準バイアスを
調整する作業が無くなり、熟練した作業者でなくても、
品質の良い製品を歩留まり良く生産し、生産効率を向上
させることができる。また、運転速度を変更する過程に
おいても所定の張力トルクを維持することができ、作業
性を向上させ、また、搬送材の種類毎に調整後の張力ト
ルク基準を記憶させ、搬送材の種類を指定することで最
適な張力トルク基準を設定することができ、品質のバラ
ツキの少ない製品を生産することが可能となり、生産性
の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１〜３に対応する実施例の構成
図

【図２】上記実施例における詳細図で、(a) は加減速ト
ルク演算器17の詳細図、(b) は機械損トルク演算器18の
詳細図

【図３】本発明の請求項 に対応する実施例の構成図

【図４】従来の電動機駆動装置の構成図

【符号の説明】

1…電動機駆動装置 2,12 …電動機 3…巻取ロール 4…搬送材 5…巻取コイル 6…速度制御回
路 7…速度検出器 8…係数器 9…電流制御回路 10…電流検出器 11…電力変換器 13…前段ロール 17…加減速トルク演算器 17a …微分器 17b …乗算器 17c …係数器 18…機械損トルク演算器 18a …記憶部 18b …関数発生部 20…メモリ 21…サンプラ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】張力を与えながら帯状の材料を搬送するロ
   ールを駆動する電動機と、トルク基準に応じて前記電動
   機の電流を制御する電流制御手段と、前記電動機の速度
   から加減速トルクと機械損トルクを求め、前記トルク基
   準或いは前記電動機の電流検出値から前記加減速トルク
   と機械損トルクを減じて張力トルクを求め、張力トルク
   基準と前記張力トルクの偏差に基づいて前記トルク基準
   を補正する張力トルク制御手段を備え、前記帯状の材料
   の張力を張力トルク基準に対応した値に制御することを
   特徴とする電動機駆動装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の電動機駆動装置におい
   て、速度基準と前記電動機の速度検出値を比較して前記
   トルク基準を出力する速度制御部を備え、前記張力トル
   ク制御手段は、前記張力トルク基準と前記張力トルクの
   偏差をゼロとするように速度補正信号を出力し前記速度
   基準を補正する張力トルク制御手段で構成することを特
   徴とする電動機駆動装置。
3. 【請求項３】請求項２に記載の電動機駆動装置におい
   て、前記機械損トルクと加減速トルクは、前記電動機の
   速度検出値或いは前記速度基準に基づいて求めることを
   特徴とする電動機駆動装置。
4. 【請求項４】請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の
   電動機駆動装置において、前記材料の種類毎に張力トル
   クのデータを格納するメモリと、前記材料の種類に対応
   して与えられる選択指令に応じて前記メモリのデータを
   読み出し第１の張力トルク基準として出力する張力トル
   ク基準決定手段と、張力トルクを調整するための第２の
   張力トルク基準を出力する張力トルク調整手段を備え、
   前記第１の張力トルク基準を前記張力トルク基準として
   与えることを特徴とする電動機駆動装置。
5. 【請求項５】請求項４に記載の電動機駆動装置におい
   て、前記第１の張力トルク基準と前記第２の張力トルク
   基準の和を前記張力トルク基準として運転し、運転中に
   おける前記張力トルク基準のデータを前記メモリへ格納
   することを特徴とする電動機駆動装置。