KR102141663B1 - 모터 구동 시스템 및 인버터 장치 - Google Patents

모터 구동 시스템 및 인버터 장치 Download PDF

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Abstract

모터 구동 시스템(5)은 직류 모선(2)에 서로 병렬로 접속되는 복수의 인버터 장치(3a)~(3n)를 구비한다. 각각의 인버터 장치(3)는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 전력 변환 회로(31), 직류 전압(Vdc)을 검출하는 전압 검출 회로(32), 전력 변환 회로(31)에 병렬로 접속되는 평활 콘덴서(33), 저항기(341) 및 반도체 스위치 소자(342)를 가지는 회생 회로(34), 전력 변환 회로(31)가 회생 상태에 있는지 여부를 판별하는 상태 판별 회로(35), 및 상태 판별 회로(35)에 의한 판별 결과 및 직류 전압과 판정 임계치의 비교 결과에 기초하여, 반도체 스위치 소자(342)를 도통 상태 또는 차단 상태로 제어하는 회생 제어 회로(36)를 구비한다.

Description

모터 구동 시스템 및 인버터 장치
본 발명은 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 모터를 구동하는 인버터 장치, 및 해당 인버터 장치를 복수 개 구비한 모터 구동 시스템에 관한 것이다.
모터가 감속 또는 정지하는 경우에, 모터는 발전기로서 동작한다. 모터가 발전시킨 전력은, 회생 전력이라고 불린다. 공통의 직류 모선에 병렬로 접속되는 인버터 장치를 복수 개 구비하는 모터 구동 시스템에 있어서, 각각의 인버터 장치는, 직류 전압을 검출하기 위한 전압 검출기와, 회생 전력을 소비하는 회생 회로를 구비하고 있다. 회생 회로는 전압 검출기의 검출치에 기초하여 동작하고, 회생 전력은 회생 회로에서 소비된다. 덧붙여, 전압 검출기의 검출치는, 각각의 인버터 장치 사이에서 편차가 발생하는 것이 알려져 있다.
이런 종류의 모터 구동 시스템에 있어서, 하기 특허 문헌 1에는, 회생 부하율 데이터, 회생 트랜지스터 상태 데이터, 및 모선 전압 데이터와 같은 회생에 관한 정보를, 통신 인터페이스를 통해서, 복수의 구성 기기 사이에서 서로 전송하여 공유하는 기술이 개시되어 있다. 특허 문헌 1에서는, 회생 부하율 데이터가 가장 작은 구성 기기에 포함되는 인버터 장치의 회생 회로가 온으로 제어된다. 특허 문헌 1에 의하면, 회생 전력의 소비가 1개의 인버터 장치로 집중되는 것을 회피할 수 있지만, 각각의 인버터 장치 사이에서 정보 공유가 필요하다.
하기 특허 문헌 2에는, 각각의 인버터 장치가, 회생 부하율을 연산하고, 연산한 회생 부하율에 기초하여 온 전압 레벨을 변경하고, 변경한 온 전압 레벨에 기초하여, 회생 회로가 회생 전력을 소비하는 기술이 개시되어 있다. 특허 문헌 2의 기술에서는, 특허 문헌 1과 달리, 통신 수단을 이용하지 않고, 회생 전력을 소비하는 것이 가능하다. 이것에 의해, 특허 문헌 2의 모터 구동 시스템에서는, 복수의 인버터 장치 사이에서 정보를 공유할 필요가 없어, 시스템 구성의 간소화가 가능해진다.
특허 문헌 1: 국제 공개 제2001/002918호 특허 문헌 2: 일본 특개 2010－110139호 공보
그렇지만, 특허 문헌 2의 모터 구동 시스템에서는, 회생 전력을 발생시키고 있는 모터를 구동하는 인버터 장치가, 반드시, 그 회생 전력을 소비한다는 보증은 없었다. 왜냐하면, 전압 검출기의 검출치의 편차에 의해, 가장 큰 검출치를 출력하는 전압 검출기를 구비하는 인버터 장치는 처음에 회생 전력을 소비하지만, 처음에 회생 전력을 소비하는 인버터 장치의 모터가, 반드시 회생 동작을 하고 있다고는 할 수 없기 때문이다. 특허 문헌 2에 있어서, 가장 큰 검출치를 출력하는 전압 검출기는, 온 전압 레벨의 변경에 관계없이, 언제나 가장 큰 검출치를 출력한다. 이 때문에, 처음에 회생 전력을 소비하는 인버터 장치는, 특정의 인버터 장치로 집중되어 있었다.
본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 각각의 인버터 장치 사이에서 정보 공유하는 일 없이, 회생 전력을 소비하는 인버터 장치가 특정의 인버터 장치로 집중되는 것을 회피할 수 있는 모터 구동 시스템을 얻는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하여, 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 고전위측 도체 및 저전위측 도체를 가지는 직류 모선을 통해서 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 모터를 구동하는 인버터 장치를 복수 개 구비하고, 복수의 인버터 장치가 직류 모선에 서로 병렬로 접속되는 모터 구동 시스템이다. 각각의 인버터 장치는, 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 전력 변환 회로, 전력 변환 회로에 인가되는 직류 전압을 검출하는 전압 검출 회로, 전력 변환 회로에 병렬로 접속되는 평활 콘덴서, 직렬로 접속되는 저항기 및 반도체 스위치 소자를 가지고, 저항기와 반도체 스위치 소자가, 고전위측 도체와 저전위측 도체의 사이에 접속되는 회생 회로, 전력 변환 회로가 회생 상태에 있는지 여부를 판별하는 상태 판별 회로, 및 상태 판별 회로에 의한 판별 결과 및 직류 전압과 판정 임계치의 비교 결과에 기초하여, 회생 회로의 반도체 스위치 소자를 도통 상태 또는 차단 상태로 제어하는 회생 제어 회로를 구비한다.
본 발명에 의하면, 각각의 인버터 장치 사이에서 정보 공유하는 일 없이, 회생 전력을 소비하는 인버터 장치가 특정의 인버터 장치로 집중되는 것을 회피할 수 있다고 하는 효과를 달성한다.
도 1은 실시 형태 1에 따른 복수의 인버터 장치를 구비한 모터 구동 시스템을 포함하는 구성도이다.
도 2는 실시 형태 1에 있어서의 인버터 장치의 상세 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 실시 형태 1에 있어서의 전력 변환 회로의 상세 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 3에 나타내는 스위칭 회로의 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 5는 실시 형태 1에 있어서의 회생 제어 회로의 상세 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6은 실시 형태 1에 따른 모터 구동 시스템의 동작 설명에 제공하는 제1 도이다.
도 7은 실시 형태 1에 따른 모터 구동 시스템의 동작 설명에 제공하는 제2 도이다.
도 8은 실시 형태 1에 따른 모터 구동 시스템의 동작 설명에 제공하는 제3 도이다.
도 9는 실시 형태 1에 있어서의 회생 제어 회로의 변형예의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 10은 실시 형태 2에 있어서의 회생 제어 회로의 상세 구성을 나타내는 블록도이다.
도 11은 실시 형태 2에 있어서의 회생 제어 신호 마스크부의 상세 구성을 나타내는 블록도이다.
도 12는 실시 형태 2에 있어서의 회생 제어 회로의 동작 설명에 제공하는 도면이다.
도 13은 실시 형태 2에 있어서의 회생 제어 신호 마스크부의 변형예의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 14는 실시 형태 3에 있어서의 회생 제어 회로의 상세 구성을 나타내는 블록도이다.
도 15는 실시 형태 3에 있어서의 회생 제어 신호 마스크부의 상세 구성을 나타내는 블록도이다.
도 16은 실시 형태 3에 있어서의 회생 제어 회로의 동작 설명에 제공하는 도면이다.
도 17은 실시 형태 3에 있어서의 회생 제어 신호 마스크부의 변형예의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 18은 실시 형태 4에 있어서의 회생 제어 회로의 상세 구성을 나타내는 블록도이다.
도 19는 실시 형태 4에 있어서의 회생 제어 신호 마스크부의 상세 구성을 나타내는 블록도이다.
이하에 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 따른 모터 구동 시스템 및 인버터 장치에 대해 상세하게 설명한다. 덧붙여, 이하의 실시 형태에 의해, 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 첨부 도면에 있어서, 동일 명칭을 부여한 블록, 회로 또는 신호는, 동일한 기능을 가진다. 또, 이하의 설명에 있어서, 모터는 삼상 모터를 예시하지만, 삼상 모터 이외의 모터를 사용해도 된다. 또, 도면에 기재된 반도체 소자는 일례이며, 다른 기호의 반도체 스위치 소자를 사용해도 된다. 또, 이하의 설명에서는, 물리적인 접속과 전기적인 접속을 구별하지 않고, 간단하게 「접속」이라고 칭한다.
실시 형태 1.
도 1은 실시 형태 1에 따른 복수의 인버터 장치(3a~3n)를 구비한 모터 구동 시스템(5)을 포함하는 구성도이다. 모터 구동 시스템(5)은 인버터 장치(3a~3n)를 가진다. 도 1에 있어서, 전원부(1)는 모터 구동 시스템(5)에 전력을 공급하는 전력 공급원이다. 모터(4a~4n)는 모터 구동 시스템(5)의 구동 대상이다. 인버터 장치(3a~3n)는 복수의 인버터 장치의 예시이다. 인버터 장치(3a~3n)의 개개의 구성은, 동일하다. 이 때문에, 인버터 장치(3a~3n)를 부호 없이 나타내는 경우에는 「인버터 장치(3)」라고 부른다. 또, 모터(4a~4n)는 복수의 모터의 예시이다. 모터(4a~4n)의 개개의 구성은, 동일하다. 이 때문에, 모터(4a~4n)를 부호 없이 나타내는 경우에는, 「모터(4)」라고 부른다.
직류 모선(2)은 고전위측 도체(2a)와, 저전위측 도체(2b)를 가진다. 인버터 장치(3a)는 직류 모선(2)에 접속된다. 인버터 장치(3a)는 직류 모선(2)에 접속되는 다른 인버터 장치(3b~3n)와 함께 모터 구동 시스템(5)을 구성한다. 전원부(1)는 직류 모선(2)을 통해서 직류 전력을 인버터 장치(3a~3n)에 급전한다.
인버터 장치(3)는 직류 전력을 임의의 크기 및 주파수의 교류 전력으로 변환한다. 모터(4)에는 인버터 장치(3)로부터 교류 전력이 급전된다. 모터(4)는 인버터 장치(3)가 생성한 교류 전력에 의해서 구동된다. 인버터 장치(3a~3n)는 직류 모선(2)에 서로 병렬로 접속된다. 1개의 인버터 장치(3)가 구동하는 모터(4)는, 고유하게 정해져 있다. 도 1의 예이면, 인버터 장치(3a)는 모터(4a)를 구동하고, 인버터 장치(3b)는 모터(4b)를 구동하고, 인버터 장치(3n)는 모터(4n)를 구동한다.
모터(4)에 구비되는 도시하지 않은 회전 위치 검출 회로는, 모터(4)의 회전 위치를 검출하고, 위치 정보 θ로서 인버터 장치(3)로 출력한다. 위치 정보 θ는 위치 정보 θa~ θn의 총칭이다. 위치 정보 θa는 모터(4a)로부터 인버터 장치(3a)로 출력된다. 위치 정보 θb는 모터(4b)로부터 인버터 장치(3b)로 출력된다. 위치 정보 θn은 모터(4n)로부터 인버터 장치(3n)로 출력된다. 회전 위치 검출 회로로서는, 리졸버(resolver) 또는 인코더가 예시된다.
도 2는 실시 형태 1에 있어서의 인버터 장치(3)의 상세 구성을 나타내는 블록도이다. 실시 형태 1에 있어서의 인버터 장치(3)는, 도 2에 나타내는 것처럼, 전력 변환 회로(31)와, 전압 검출 회로(32)와, 평활 콘덴서(33)와, 회생 회로(34)와, 상태 판별 회로(35)와, 회생 제어 회로(36)를 가진다.
전력 변환 회로(31), 전압 검출 회로(32), 평활 콘덴서(33) 및 회생 회로(34)는, 직류 모선(2)에 서로 병렬로 접속된다.
전력 변환 회로(31)는 직류 모선(2)으로부터 급전되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환한다. 모터(4)는 전력 변환 회로(31)가 변환한 교류 전력에 의해서 구동된다. 전력 변환 회로(31)의 상세는, 후술한다.
전압 검출 회로(32)는 전력 변환 회로(31)에 인가되는 직류 전압 Vdc를 검출한다. 전압 검출 회로(32)에 의해서 검출된 직류 전압 Vdc는, 전력 변환 회로(31) 및 회생 제어 회로(36)로 출력된다. 전압 검출 회로(32)의 일례로서는, 고전위측 도체(2a)와 저전위측 도체(2b)의 사이에, 고저항값의 제1 저항기와 저저항값의 제2 저항기를 직렬 접속한 회로가 예시된다. 이 회로 구성의 경우, 제2 저항기의 양단 전압이 측정되고, 그 측정치가 직류 전압 Vdc로서 사용된다. 덧붙여, 전압 검출 회로(32)로부터 출력되는 직류 전압 Vdc는, 전압 검출 회로(32) 내에서 디지털값으로 변환해도 되고, 전송처의 전력 변환 회로(31) 및 회생 제어 회로(36)에서 디지털값으로 변환해도 된다.
평활 콘덴서(33)는 직류 모선(2)으로부터 급전되는 직류 전력의 전압을 평준화한다. 또, 평활 콘덴서(33)는 모터(4)로부터 전송되는 회생 전력을 일시적으로 축전한다.
회생 회로(34)는 저항기(341)와, 반도체 스위치 소자(342)가 직렬 접속된 직렬 회로(34a)를 가진다. 도 2에서는, 저항기(341)가 고전위측에 접속되고, 반도체 스위치 소자(342)가 저전위측에 접속되는 구성을 나타내고 있지만, 이 구성으로 한정되지 않는다. 반도체 스위치 소자(342)가 고전위측에 접속되고, 저항기(341)가 저전위측에 접속되는 구성이어도 된다.
상태 판별 회로(35)는 전력 변환 회로(31)로부터 출력되는 전류 정보 Io와, 모터(4)로부터 출력되는 위치 정보 θ에 기초하여, 상태 판별 신호 St를 생성한다. 상태 판별 신호 St는 전력 변환 회로(31)가 회생 상태에 있는지 여부를 나타내는 신호이다. 전류 정보 Io는 모터(4)에 흐르는 모터 전류 중 적어도 1상분(相分)의 전류 정보이다.
여기서, 본 명세서에서는, 설명의 간편화를 위해서, 모터(4)로부터 인버터 장치(3)로 전력이 전송되는 상태를 「인버터 장치(3)는 「회생 상태」에 있다」라고 부른다. 또, 인버터 장치(3)가 회생 상태가 아닌 경우를 모두, 「인버터 장치(3)는 「역행 상태」에 있다」라고 부른다. 덧붙여, 인버터 장치(3)와 모터(4)의 사이에서 전력의 수수(授受)가 없는 경우는, 「역행 상태」에 포함시킨다. 또, 역행 상태에 있어서의 인버터 장치(3)로부터 전송되는 모터(4)로의 전력을 「역행 전력」이라고 부른다.
상태 판별 회로(35)가 생성한 상태 판별 신호 St는, 회생 제어 회로(36)에 출력된다.
상태 판별 신호 St는 위치 정보 θ 및 전류 정보 Io로부터 구한 모터(4)의 토크와, 전류 정보 Io로부터 구한 모터(4)의 회전 각속도의 곱에 기초하여 구해진다. 덧붙여, 다른 수법을 이용해도 되는 것은 말할 필요도 없다.
이하의 설명에 있어서, 전력 변환 회로(31)가 회생 상태인 경우의 상태 판별 신호 St의 상태를 「H레벨」이라고 부른다. 또, 전력 변환 회로(31)가 회생 상태가 아닌 경우의 상태 판별 신호 St의 상태를 「L레벨」이라고 부른다.
회생 제어 회로(36)는 직류 전압 Vdc와, 상태 판별 신호 St에 기초하여, 제어 신호 SW를 생성한다. 제어 신호 SW는 회생 회로(34)로 출력된다. 제어 신호 SW는 회생 회로(34) 내의 반도체 스위치 소자(342)를 도통 상태 또는 차단 상태로 제어한다. 여기서, 반도체 스위치 소자(342)를 도통 상태로 하는 제어 신호 SW의 상태를 「온 레벨」이라고 부른다. 또, 반도체 스위치 소자(342)를 차단 상태로 하는 제어 신호 SW의 상태를 「오프 레벨」이라고 부른다.
제어 신호 SW가 온 레벨인 경우에는, 저항기(341)에 전류가 흐른다. 한편, 제어 신호 SW가 오프 레벨인 경우에는, 저항기(341)에는 전류는 흐르지 않는다. 회생 제어 회로(36)의 상세는, 후술한다.
도 3은 실시 형태 1에 있어서의 전력 변환 회로(31)의 상세 구성을 나타내는 블록도이다. 도 4는 도 3에 나타내는 스위칭 회로(311)의 구성예를 나타내는 회로도이다.
실시 형태 1에 있어서의 전력 변환 회로(31)는, 도 3에 나타내는 것처럼, 스위칭 회로(311)와, 스위칭 회로 제어 회로(312)와, 전류 검출 회로(313)를 가진다.
도 4에 나타내는 것처럼, 스위칭 회로(311)에는, 직류 모선(2)으로부터 직류 전력이 급전된다. 스위칭 회로(311)는 고전위측 도체(2a)와 저전위측 도체(2b)의 사이에, 직렬로 접속된 2개의 반도체 스위치 소자(311a, 311a)의 세트를 3세트 가진다. 상측의 반도체 스위치 소자(311a)는 상부 암이라고도 불리고, 하측의 반도체 스위치 소자(311a)는 하부 암이라고도 불린다. 또, 2개의 반도체 스위치 소자(311a)가 직렬로 접속된 세트는, 상하부 암이라고도 불린다. 즉, 스위칭 회로(311)는 2개의 반도체 스위치 소자(311a)가 직렬로 접속된 상하부 암이 3세트 병렬로 접속되는 구성이다.
상부 암의 반도체 스위치 소자(311a)와, 하부 암의 반도체 스위치 소자(311a)의 접속점(311c)은, 모터(4)를 구동하는 교류 전력을 공급하는 출력단이 된다. 상하부 암의 접속점(311c)은, 중성점이라고도 불린다. 3세트의 상하부 암을 구성하는 각 반도체 스위치 소자(311a)에는, 역병렬로 다이오드(311d)가 접속된다.
상하부 암 내의 각 반도체 스위치 소자(311a)는, 스위칭 회로 제어 회로(312)로부터의 구동 신호 Gt에 기초하여, 직류 전력이 흐르는 경로를 전환하여 3상의 교류 전력을 생성한다. 구동 신호 Gt는 각 반도체 스위치 소자(311a)의 도통 상태를 제어하는 신호이다. 덧붙여, 도 3에서는, 6개의 구동 신호 Gt를 통합하여"Gt"라고 표기하고 있다.
모터(4)가 감속 또는 정지하는 경우, 스위칭 회로(311)의 다이오드(311d)를 통해서, 모터(4)로부터의 회생 전력이 평활 콘덴서(33)에 공급된다.
스위칭 회로 제어 회로(312)는 지령치 Cs와, 직류 전압 Vdc와, 위치 정보 θ에 기초하여, 구동 신호 Gt를 생성한다. 구동 신호 Gt는, 공지의 PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 이용하여 생성된다. 지령치 Cs는 용도에 의해서 다양한 것이 사용된다. 지령치 Cs로서는, 모터(4)의 시각 변화 정보를 포함한 원하는 회전 속도, 원하는 토크, 또는 원하는 이동 거리가 예시된다. 덧붙여, 용도에 따라서는, 이들의 몇가지를 조합한 복수의 지령치가 사용된다.
전류 검출 회로(313)는 상하부 암의 접속점(311c)과 모터(4)의 사이를 접속하는 도체에 설치된다. 전류 검출 회로(313)는, 스위칭 회로(311)의 출력의 적어도 1상의 전류 정보 Io를 검출하여, 출력한다. 전류 정보 Io의 검출 방법에는, 다양한 것이 있다. 검출 방법의 일례에는, 상하부 암의 중성점과 모터(4)의 사이를 접속하는 도체에 생기는 자계를 측정하는 방법이 있다. 검출 방법의 다른 일례에는, 상하부 암의 접속점(311c)과 모터(4)의 사이를 접속하는 도체의 사이에, 매우 작은 저항값을 가지는 저항기를 삽입하고, 그 저항기의 양단 전압을 측정하는 방법이 있다.
도 5는 실시 형태 1에 있어서의 회생 제어 회로(36)의 상세 구성을 나타내는 블록도이다. 실시 형태 1에 있어서의 회생 제어 회로(36)는, 도 5에 나타내는 것처럼, 제1 격납부(361)와, 제2 격납부(362)와, 제3 격납부(363)와, 전환부(364)와, 제1 비교부(365)와, 제2 비교부(366)와, 회생 제어 신호 생성부(367)와, 회생 제어 신호 증폭부(368)를 가진다.
제1 격납부(361)는 미리 정해진 제1 임계치 Vth1을 격납한다. 제1 임계치 Vth1은 전력 변환 회로(31)가 회생 상태에 있는 경우에 있어서, 회생 회로(34)가 도통 상태를 개시하는 직류 전압 Vdc의 판정 임계치이다. 제1 임계치 Vth1은 전환부(364)로 출력된다.
제2 격납부(362)는 미리 정해진 제2 임계치 Vth2를 격납한다. 제2 임계치 Vth2는 전력 변환 회로(31)가 회생 상태가 아닌 경우, 즉 역행 상태에 있는 경우에 있어서, 회생 회로(34)가 도통 상태를 개시하는 직류 전압 Vdc의 판정 임계치이다. 제2 임계치 Vth2는 전환부(364)로 출력된다.
제3 격납부(363)는 미리 정해진 제3 임계치 Vth3을 격납한다. 제3 임계치 Vth3은 회생 회로(34)가 도통 상태를 정지하는 직류 전압 Vdc의 판정 임계치이다. 제3 임계치 Vth3은 제2 비교부(366)로 출력된다.
덧붙여, 제3 임계치 Vth3은 제1 임계치 Vth1보다 작은 값이다. 또, 제1 임계치 Vth1은 제2 임계치 Vth2보다 작은 값이다.
전환부(364)는 상태 판별 신호 St가 H레벨인 경우, 제1 임계치 Vth1을 회생 개시 임계치 Vto로서 제1 비교부(365)로 출력한다. 한편, 상태 판별 신호 St가 L레벨인 경우, 전환부(364)는 제2 임계치 Vth2를 회생 개시 임계치 Vto로서 제1 비교부(365)로 출력한다. 회생 개시 임계치 Vto는 제1 비교부(365)로 출력된다.
제1 비교부(365)는 직류 전압 Vdc와, 회생 개시 임계치 Vto를 비교한다. 직류 전압 Vdc가 회생 개시 임계치 Vto 이상인 경우, 제1 비교부(365)는 유의(有意)를 나타내는 신호 Von을 회생 제어 신호 생성부(367)로 출력한다. 신호 Von은 직류 전압 Vdc와, 회생 개시 임계치 Vto의 비교 결과를 나타내는 신호이다.
여기서, 신호 Von이 유의한 경우를 「1 레벨」이라고 부른다. 또, 신호 Von이 유의가 아닌 경우를 「0 레벨」이라고 부른다. 즉, 신호 Von이 「1 레벨」인 상태는, Vdc≥Vto의 상태이고, 신호 Von이 「0 레벨」인 상태는, Vdc＜Vto의 상태이다. 덧붙여, 여기에서는, Vdc=Vto의 상태를 「1 레벨」에 포함시키고 있지만, Vdc=Vto의 상태를 「0 레벨」에 포함시켜도 된다.
제2 비교부(366)는 직류 전압 Vdc와, 제3 임계치 Vth3을 비교한다. 직류 전압 Vdc가 제3 임계치 Vth3 이하인 경우, 제2 비교부(366)는 유의를 나타내는 신호 Voff를 회생 제어 신호 생성부(367)로 출력한다. 신호 Voff는 직류 전압 Vdc와, 제3 임계치 Vth3의 비교 결과를 나타내는 신호이다.
여기서, 신호 Voff가 유의한 경우를 「1 레벨」이라고 부르고, 신호 Voff가 유의가 아닌 경우를 「0 레벨」이라고 부른다. 즉, 신호 Voff가 「1 레벨」인 상태는 Vdc≤Vth3의 상태이고, 신호 Voff가 「0 레벨」인 상태는, Vdc＞Vth3의 상태이다. 덧붙여, 여기에서는, Vdc=Vth3의 상태를 「1 레벨」에 포함시키고 있지만, Vdc=Vth3의 상태를 「0 레벨」에 포함시켜도 된다.
회생 제어 신호 생성부(367)는 신호 Von과, 신호 Voff에 기초하여, 신호 So를 생성한다. 신호 So는 회생 제어 신호 증폭부(368)로 출력된다. 회생 제어 신호 생성부(367)는 신호 Von이 「0 레벨」에서 「1 레벨」로 변화하는 타이밍에서, 신호 So를 「온 레벨」로 한다. 신호 Von이 「0 레벨」에서 「1 레벨」로 변화하기 직전에 있어서, 제2 비교부(366)에서는, 유의를 나타내는 신호 Voff가 출력되고 있으므로, 신호 So는 「오프 레벨」이다. 이 때문에, 신호 Von이 「0 레벨」에서 「1 레벨」로 변화하는 타이밍에 있어서, 신호 So는 「온 레벨」이 된다.
또, 회생 제어 신호 생성부(367)는, 신호 Voff가 「0 레벨」에서 「1 레벨」로 변화하는 타이밍에서, 신호 So를 「오프 레벨」로 한다. 신호 Voff가 「0 레벨」에서 「1 레벨」로 변화하기 직전에 있어서, 제1 비교부(365)로부터는, 유의를 나타내는 신호 Von이 출력되고 있으므로, 신호 So는 「온 레벨」이다. 이 때문에, 신호 Voff가 「0 레벨」에서 「1 레벨」로 변화하는 타이밍에 있어서, 신호 So는 「오프 레벨」이 된다.
덧붙여, 신호 So의 온 레벨의 의미는, 전술한 제어 신호 SW의 온 레벨의 의미와 같다. 또, 신호 So의 오프 레벨의 의미는, 전술한 제어 신호 SW의 오프 레벨의 의미와 같다. 즉, 반도체 스위치 소자(342)를 도통 상태로 하는 신호 레벨을 「온 레벨」이라고 부르고, 반도체 스위치 소자(342)를 차단 상태로 하는 신호 레벨을 「오프 레벨」이라고 부른다.
회생 제어 신호 증폭부(368)는 신호 So를 반도체 스위치 소자(342)가 구동 가능한 전압 진폭 또는 전류량까지 증폭시킨다. 증폭한 신호는 전술한 제어 신호 SW로서, 회생 회로(34)에 출력된다.
다음에, 실시 형태 1에 따른 모터 구동 시스템의 동작에 대해서, 도 1 내지 도 8의 도면을 적절히 참조하여 설명한다. 도 6은 실시 형태 1에 따른 모터 구동 시스템(5)의 동작 설명에 제공하는 제1 도이다. 도 7은 실시 형태 1에 따른 모터 구동 시스템(5)의 동작 설명에 제공하는 제2 도이다. 도 8은 실시 형태 1에 따른 모터 구동 시스템(5)의 동작 설명에 제공하는 제3 도이다.
회생 상태에 있는 인버터 장치(3)의 회생 전력의 총합이, 역행 상태에 있는 인버터 장치(3)의 역행 전력의 총합에 대해서, 동일하거나, 또는 작은 경우, 회생 전력은 역행 전력으로서 소비되어, 직류 전압 Vdc는 상승하지 않는다. 이것과는 반대로, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3)의 회생 전력의 총합이, 역행 상태에 있는 인버터 장치(3)의 역행 전력의 총합에 대해서 큰 경우, 직류 전압 Vdc는 상승한다.
직류 전압 Vdc의 상승은, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)가 1개인 경우에도 생긴다. 구체적인 예로서, 인버터 장치(3a)가 회생 상태이고, 다른 모든 인버터 장치(3), 즉 인버터 장치(3b~3n)가 역행 상태이고, 또한 인버터 장치(3a)의 회생 전력이 인버터 장치(3b~3n)의 역행 전력의 총합보다 큰 경우를 생각한다. 이 경우, 회생 전력으로부터 역행 전력의 총합을 뺀 잉여 회생 전력은 양의 값이다. 이 때문에, 잉여 회생 전력은 모터 구동 시스템(5)에 존재하는 모든 평활 콘덴서(33)에 축전된다. 그 결과, 직류 전압 Vdc는 상승한다. 이 때, 인버터 장치(3a)에 있어서의 상태 판별 신호 St는, H레벨이 된다. 한편, 인버터 장치(3b~3n)에 있어서의 상태 판별 신호 St는, L레벨이 된다.
직류 전압 Vdc가 상승하여, 직류 전압 Vdc가 제1 임계치 Vth1 이상이 되면, 회생 상태인 인버터 장치(3a)에 있어서의 제어 신호 SW는, 온 레벨이 된다. 그 결과, 인버터 장치(3a)에 있어서의 회생 회로(34)의 반도체 스위치 소자(342)는, 도통 상태가 된다.
회생 회로(34)의 반도체 스위치 소자(342)가 도통되면, 평활 콘덴서(33)에 축전된 전하가 방전되므로, 직류 전압 Vdc는 저하된다. 직류 전압 Vdc가 저하되어, 제3 임계치 Vth3 이하가 되면, 인버터 장치(3a)에 있어서의 제어 신호 SW는, 오프 레벨로 변화한다.
또, 인버터 장치(3b~3n)에 있어서의 각각의 제어 신호 SW는, 직류 전압 Vdc가 제2 임계치 Vth2 이상이 되면, 온 레벨이 되고, 직류 전압 Vdc가 제3 임계치 Vth3 이하가 되면 오프 레벨로 변화한다.
다음에, 보다 상세한 동작예에 대해서, 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6에는 모터 구동 시스템(5) 중 하나의 인버터 장치(3a)가 회생 상태이고, 나머지의 인버터 장치(3b~3n)가 역행 상태이며, 또한 인버터 장치(3a)의 회생 전력이 인버터 장치(3b~3n)의 역행 전력의 총합보다 큰 경우의 동작 파형이 도시되어 있다.
도 6의 상단부에는, 시각 ts부터 시각 te까지의 기간에 있어서, 회생 전력이 발생했을 경우의 직류 전압 Vdc의 변화가 모식적으로 도시되어 있다. 도 6의 중단부에는, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 제어 신호 SW의 변화가 도시되어 있다. 도 6의 하단부에는, 역행 상태에 있는 인버터 장치(3b~3n)의 제어 신호 SW의 변화가 도시되어 있다.
시각 ton1에서는, 직류 전압 Vdc가 제1 임계치 Vth1에 도달한다. 이 때, 인버터 장치(3a)의 제어 신호 SW는, L레벨에서 H레벨로 변화한다. 단, 실제로 반도체 스위치 소자(342)가 도통 상태가 되는 것은, 직류 전압 Vdc가 제1 임계치 Vth1 보다 약간 고전압이 되는 점 P0부터이다. 이것은, 제어 신호 SW의 출력 시각인 시각 ton1에 대해서, 반도체 스위치 소자(342)가 도통 상태가 되려면, 시간 지연이 생기기 때문이다.
반도체 스위치 소자(342)가 도통되면, 평활 콘덴서(33)에 축적된 전력이 저항기(341)에서 소비된다. 그 결과, 직류 전압 Vdc는 점 P0부터 강하한다.
직류 전압 Vdc가 제3 임계치 Vth3 이하가 되는 시각 toff1에서 인버터 장치(3a)의 제어 신호 SW는 H레벨에서 L레벨로 변화한다. 단, 실제로 반도체 스위치 소자(342)가 차단 상태가 되는 것은, 직류 전압 Vdc가 제3 임계치 Vth3 보다 약간 저전압이 되는 점 P1부터이다. 이것은, 제어 신호 SW의 출력 시각인 시각 toff1에 대해서, 반도체 스위치 소자(342)가 차단 상태가 되려면, 시간 지연이 생기기 때문이다.
반도체 스위치 소자(342)가 차단되면, 회생 전력은 평활 콘덴서(33)에 축전된다. 그 결과, 직류 전압 Vdc는 다시 상승한다.
시각 toff1 후, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 제어 신호 SW는, 시각 ton2, 시각 toff2, 시각 ton3, 및 시각 toff3에 있어서, 도시와 같이 변화해 간다. 그러한 변화에 맞춰, 직류 전압 Vdc도 도 6과 같이, 점 P2, 점 P3, 점 P4 및 점 P5로 변화해 간다.
잉여 회생 전력을 소비하는 제어는, 시각 te에서 종료된다. 시각 te 이후, 직류 전압 Vdc는 평활 콘덴서(33)에 마련되는 도시하지 않은 방전 저항기, 또는 전압 검출 회로(32) 내에 존재하는 도시하지 않은 저항기에 의해, 서서히 강하되어 간다. 또, 시각 te 이후, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 제어 신호 SW는, L레벨을 계속한다. 한편, 역행 상태에 있는 인버터 장치(3b~3n)의 제어 신호 SW는, 직류 전압 Vdc가 한번도 제2 임계치 Vth2 이상이 되는 일은 없다. 이 때문에, 시각 ts부터 시각 te까지의 동안, 인버터 장치(3b~3n)의 제어 신호 SW는, L레벨을 유지한다.
다음에, 도 6과는 상이한 동작예에 대해서, 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다. 도 7 및 도 8에는, 모터 구동 시스템(5) 중 2개의 인버터 장치(3a, 3b)가 회생 상태이고, 나머지의 인버터 장치(3c~3n)가 역행 상태이며, 또한 인버터 장치(3a, 3b)의 회생 전력의 총합이 인버터 장치(3c~3n)의 역행 전력의 총합보다 큰 경우의 동작 파형이 도시되어 있다. 덧붙여, 도 1에 있어서, 인버터 장치(3c)는 도시하지 않는다.
도 7 및 도 8의 각 상단부에는, 시각 ts부터 시각 te까지의 기간에 있어서, 회생 전력이 발생했을 경우의 직류 전압 Vdc의 변화가 모식적으로 도시되어 있다. 도 7 및 도 8의 각 중상단부에는, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 제어 신호 SW의 변화가 도시되어 있다. 도 7 및 도 8의 각 중하단부에는, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3b)의 제어 신호 SW의 변화가 도시되어 있다. 도 7 및 도 8의 각 하단부에는, 역행 상태에 있는 인버터 장치(3c~3n)의 제어 신호 SW의 변화가 도시되어 있다.
인버터 장치(3a)의 제1 임계치 Vth1과, 인버터 장치(3b)의 제1 임계치 Vth1은, 같은 값이 격납되어 있다. 그런데, 인버터 장치(3a)의 전압 검출 회로(32)와 인버터 장치(3b)의 전압 검출 회로(32) 사이의 전자 부품의 편차 등이 원인으로, 인버터 장치(3a)의 제1 비교부(365)가 「1 레벨」이 되는 직류 전압 Vdc의 참값과, 인버터 장치(3b)의 제1 비교부(365)가 「1 레벨」이 되는 직류 전압 Vdc의 참값은, 통상, 다르다. 이 때문에, 도 7 및 도 8의 예에서는, 인버터 장치(3a)의 제1 비교부(365)가 「1 레벨」이 되는 제1 임계치 Vth1의 표면상의 임계치를 「Vth1_a」라고 하고, 인버터 장치(3b)의 제1 비교부(365)가 「1 레벨」이 되는 제1 임계치 Vth1의 표면상의 임계치를 「Vth1_b」라고 하고 있다. 도 7 및 도 8의 예에서는, Vth1_a와 Vth1_b의 사이에는, Vth1_a＜Vth1_b의 관계가 있다고 하고 있다. 따라서, Vth3 및 Vth2를 포함하는 관계는, Vth3＜Vth1_a＜Vth1_b＜Vth2이다.
도 7과 도 8의 차이점은, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3b)의 제어 신호 SW의 신호 레벨이 변화하는지 여부이다. 환언하면, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3b)의 회생 회로(34)가 회생 전력의 소비를 행하는지 여부이다. 도 7은 인버터 장치(3b)의 회생 회로(34)가 회생 전력의 소비를 행하지 않는 경우의 예이며, 도 8은 인버터 장치(3b)의 회생 회로(34)가 회생 전력의 소비를 행하는 경우의 예이다. 이러한 차이가 발생하는 것은, 직류 전압 Vdc가 정점에 도달하는 동작점인 점 P0, 점 P2 및 점 P4의 위치이다. 도 7과 같이, 점 P0, 점 P2 및 점 P4가 Vth1_a와 Vth1_b의 사이에 있으면, 인버터 장치(3b)의 제어 신호 SW는 H레벨이 되는 일은 없다. 이 때문에, 도 7의 예는, 도 6과 같은 동작이 된다. 한편, 도 8과 같이, 점 P0, 점 P2 및 점 P4가 Vth1_b보다도 위에 있으면, 인버터 장치(3b)의 제어 신호 SW도 H레벨이 되는 일이 있어, 도 6과는 상이한 동작이 된다.
도 8의 경우, 인버터 장치(3b)의 제어 신호 SW가 L레벨에서 H레벨로 변화하는 시각 ton1b, 시각 ton2b 및 시각 ton3b가, 인버터 장치(3a)의 제어 신호 SW가 L레벨에서 H레벨로 변화하는 시각 ton1a, 시각 ton2a 및 시각 ton3a의 각각보다도 지연된다. 이것에 의해, 인버터 장치(3b)의 반도체 스위치 소자(342)가 도통 상태가 되는 시각이, 인버터 장치(3a)의 반도체 스위치 소자(342)가 도통 상태가 되는 시각보다 지연된다. 그 결과, 모터 구동 시스템(5)에 있어서의 평활 콘덴서(33)의 모두에 축적된 전력은, 이하의 기간에 있어서, 인버터 장치(3a)의 저항기(341)에서만 회생 전력이 소비된다.
·인버터 장치(3a)의 반도체 스위치 소자(342)가 도통 상태가 되는 시각 ton1a부터, 인버터 장치(3b)의 반도체 스위치 소자(342)가 도통 상태가 되는 시각 ton1b까지의 동안
·인버터 장치(3a)의 반도체 스위치 소자(342)가 도통 상태가 되는 시각 ton2a부터, 인버터 장치(3b)의 반도체 스위치 소자(342)가 도통 상태가 되는 시각 ton2b까지의 동안
·인버터 장치(3a)의 반도체 스위치 소자(342)가 도통 상태가 되는 시각 ton3a부터, 인버터 장치(3b)의 반도체 스위치 소자(342)가 도통 상태가 되는 시각 ton3b까지의 동안
한편, 이하의 기간에 있어서, 모터 구동 시스템(5)에 있어서의 평활 콘덴서(33)의 모두에 축적된 전력은, 인버터 장치(3a)의 저항기(341)와 인버터 장치(3b)의 저항기(341)의 모두에서 회생 전력이 소비된다.
·인버터 장치(3b)의 반도체 스위치 소자(342)가 도통 상태가 되는 시각 ton1b부터, 인버터 장치(3a)의 반도체 스위치 소자(342) 및 인버터 장치(3b)의 반도체 스위치 소자(342)가 모두 차단 상태가 되는 시각 toff1까지의 동안
·인버터 장치(3b)의 반도체 스위치 소자(342)가 도통 상태가 되는 시각 ton2b부터, 인버터 장치(3a)의 반도체 스위치 소자(342) 및 인버터 장치(3b)의 반도체 스위치 소자(342)가 모두 차단 상태가 되는 시각 toff2까지의 동안
·인버터 장치(3b)의 반도체 스위치 소자(342)가 도통 상태가 되는 시각 ton3b부터, 인버터 장치(3a)의 반도체 스위치 소자(342) 및 인버터 장치(3b)의 반도체 스위치 소자(342)가 모두 차단 상태가 되는 시각 toff3까지의 동안
그리고, 인버터 장치(3a)의 반도체 스위치 소자(342) 및 인버터 장치(3b)의 반도체 스위치 소자(342)가 모두 차단 상태가 되는 시각 toff1 및 시각 toff2의 각각으로부터, 인버터 장치(3a)의 반도체 스위치 소자(342)가 재차 도통 상태가 되는 시각 ton2a 및 시각 ton3a의 각각 까지의 동안은, 인버터 장치(3a)의 반도체 스위치 소자(342) 및 인버터 장치(3b)의 반도체 스위치 소자(342)는 모두 차단 상태로 된다. 이 경우, 잉여 회생 전력은 모터 구동 시스템(5)에 존재하는 모든 평활 콘덴서(33)에 축전된다.
또, 역행 상태에 있는 인버터 장치(3c~3n)의 제어 신호 SW는, 직류 전압 Vdc가 한번도 제2 임계치 Vth2 이상이 되는 일은 없다. 이 때문에, 시각 ts부터 시각 te까지, L레벨을 유지한다.
또, 인버터 장치(3a)의 전압 검출 회로(32)와 인버터 장치(3b)의 전압 검출 회로(32)의 편차에 의해, 전압 검출 회로(32)의 검출 결과와 제3 임계치 Vth3의 비교 결과도, 인버터 장치(3a)와 인버터 장치(3b)에서 상이한 경우가 있다. 이 차이에 의해, 인버터 장치(3a)의 제어 신호 SW가 H레벨에서 L레벨로 변화하는 시각과, 인버터 장치(3b)의 제어 신호 SW가 H레벨에서 L레벨로 변화하는 시각이 상이하다. 그 결과, 인버터 장치(3a)의 반도체 스위치 소자(342)가 차단 상태가 되는 시각과, 인버터 장치(3b)의 반도체 스위치 소자(342)가 차단 상태가 되는 시각은 상이하다. 덧붙여, 인버터 장치(3a)의 반도체 스위치 소자(342)의 차단 시각과, 인버터 장치(3b)의 반도체 스위치 소자(342)의 차단 시각이 상이한 경우의 동작은, 도통 상태인 경우의 동작으로부터 용이하게 유추할 수 있다. 이 때문에, 여기서의 설명은 생략한다. 또, 제2 임계치 Vth2에 관한 편차도 당연하게 발생할 가능성이 있지만, 본 실시 형태의 요지에는 직접 관계하지 않으므로, 여기서의 설명은 생략한다.
덧붙여, 실시 형태 1의 구성에 있어서, 전원부(1)로서는, 다이오드에 의한 전파 정류기, 1펄스 회생 컨버터, 또는 고역률 컨버터가 예시된다.
또, 스위칭 회로 제어 회로(312) 및 상태 판별 회로(35)는, 마이크로 컴퓨터에서의 소프트웨어 처리, 또는 필드 프로그래머블 게이트 어레이 내에 형성되는 회로로 실현할 수 있다.
회생 제어 회로(36) 내의 전환부(364), 제1 비교부(365), 제2 비교부(366) 및 회생 제어 신호 생성부(367)는, 마이크로 컴퓨터에서의 소프트웨어 처리, 필드 프로그래머블 게이트 어레이 내에 형성되는 회로, 또는 디스크리트 반도체 소자의 조합으로 실현할 수 있다.
회생 제어 회로(36) 내의 제1 격납부(361), 제2 격납부(362) 및 제3 격납부(363)는, 마이크로 컴퓨터의 기억부, 필드 프로그래머블 게이트 어레이 내의 RAM(Random Access Memory) 영역 혹은 ROM(Read Only Memory) 영역, 또는 반도체 메모리로 실현할 수 있다.
회생 제어 회로(36) 내의 회생 제어 신호 증폭부(368)는, OP AMP 또는 반도체 소자에 의한 하드웨어에 의해서, 전압 또는 전류의 증폭을 실현할 수 있다.
실시 형태 1에 따른 모터 구동 시스템(5)은, 상기와 같이 구성되고, 상기와 같이 동작하므로, 이하에 나타내는 효과를 달성한다.
회생 제어 회로(36)는 상태 판별 회로(35)의 판별 결과에 기초하여, 회생 회로(34)의 반도체 스위치 소자(342)를 도통 상태로 할지 여부에 대한 판정 임계치를 제1 임계치 Vth1과, 제1 임계치 Vth1보다도 큰 값인 제2 임계치 Vth2의 사이에서 전환한다. 이것에 의해, 전압 검출기의 검출치에 편차가 있더라도, 발생한 회생 전력은, 반드시 회생 상태의 인버터 장치(3)에 의해서 소비된다. 모터 구동 시스템(5)의 동작에 있어서, 모든 인버터 장치(3)가 동시에 회생 상태, 또는 동시에 역행 상태가 되는 일은 없다. 그 결과, 회생 상태 또는 역행 상태인지는, 인버터 장치(3) 간에 불규칙하게 분포한다. 이 때문에, 회생 처리가 특정의 인버터 장치(3)에 집중되는 것을 회피할 수 있다. 이것에 의해, 인버터 장치(3)의 장기 수명화가 도모되어, 설비 갱신 비용의 저감 효과도 얻어진다.
또, 인버터 장치(3)는 구동하는 모터(4)의 능력에 따른 용량의 것이 설치된다. 이 때문에, 역행 상태에 있는 소전력 용량의 인버터 장치(3)에 의해서, 회생 전력이 소비되는 것과 같은 상황의 발생을 방지할 수 있다. 이것에 의해, 인버터 장치(3)의 장기 수명화가 도모되고, 제품 제조 코스트의 저감이 기대되어, 갱신 비용의 저감 효과도 얻어진다.
또, 상술한 대로, 인버터 장치(3)는 단독으로 회생 전력의 소비 동작을 실행한다. 이 때문에, 각각 인버터 장치(3) 사이에서, 회생에 관한 정보를 교환하여 공유할 필요가 없기 때문에, 상호의 통신 기능을 생략할 수 있다. 이것에 의해, 인버터 장치(3) 단일 개체에서의 코스트 저감 효과가 얻어짐과 아울러, 모터 구동 시스템 전체의 설비 도입 비용의 저감 효과도 얻어진다.
또, 상술한 대로, 복수의 인버터 장치(3) 사이에서, 상호의 통신 기능을 생략할 수 있다. 이것에 의해, 고장 위치가 감소하므로, 시스템의 가동률이 높아져, 유지 비용의 저감 효과가 얻어진다.
다음에, 실시 형태 1에 있어서의 회생 제어 회로(36)의 변형예에 대해서, 도 9를 참조하여 설명한다. 도 9는 도 5에 나타내는 회생 제어 회로(36)의 구성을 변형한 회생 제어 회로(36A)의 상세 구성을 나타내는 블록도이다. 회생 제어 회로(36A)는, 도 9에 나타내는 것처럼, 제1 격납부(361)와, 제2 격납부(362)와, 제3 격납부(363)와, 전환부(364a)와, 제1 비교부(365a), 제2 비교부(366)와, 제3 비교부(365b)와, 회생 제어 신호 생성부(367)와, 회생 제어 신호 증폭부(368)를 가진다.
제1 격납부(361), 제2 격납부(362) 및 제3 격납부(363)의 기능은, 도 5에 나타내는 것과 동일 또는 동등하며, 중복하는 설명은 생략한다. 제1 격납부(361)에 유지된 제1 임계치 Vth1은, 제1 비교부(365a)로 출력된다. 제2 격납부(362)에 유지된 제2 임계치 Vth2는, 제3 비교부(365b)로 출력된다. 제3 격납부(363)에 유지된 제3 임계치 Vth3은, 제2 비교부(366)로 출력된다.
제1 비교부(365a)는 직류 전압 Vdc와, 제1 임계치 Vth1을 비교한다. 직류 전압 Vdc가 제1 임계치 Vth1 이상인 경우, 제1 비교부(365a)는 유의를 나타내는 신호 Von1을 전환부(364a)로 출력한다. 덧붙여, 도 5의 설명의 경우와 마찬가지로, 신호 Von1이 유의한 경우를 「1 레벨」이라고 부르고, 신호 Von1이 유의가 아닌 경우를 「0 레벨」이라고 부른다. 신호 Von2 및 신호 Voff에 대해서도 마찬가지이다.
신호 Von1이 「1 레벨」인 상태는 Vdc≥Vth1의 상태이고, 신호 Von1이 「0 레벨」인 상태는, Vdc＜Vth1의 상태이다. 덧붙여, 여기에서는, Vdc=Vth1의 상태를 「1 레벨」에 포함시키고 있지만, Vdc=Vth1의 상태를 「0 레벨」에 포함시켜도 된다.
제3 비교부(365b)는 직류 전압 Vdc와, 제2 임계치 Vth2를 비교한다. 직류 전압 Vdc가 제2 임계치 Vth2 이상인 경우, 제3 비교부(365b)는 유의를 나타내는 신호 Von2를 전환부(364a)로 출력한다. 신호 Von2가 「1 레벨」인 상태는, Vdc≥Vth2의 상태이고, 신호 Von2가 「0 레벨」인 상태는, Vdc＜Vth2의 상태이다. 덧붙여, 여기에서는, Vdc=Vth2의 상태를 「1 레벨」에 포함시키고 있지만, Vdc=Vth2의 상태를 「0 레벨」에 포함시켜도 된다.
제2 비교부(366)는 직류 전압 Vdc와, 제3 임계치 Vth3을 비교한다. 직류 전압 Vdc가 제3 임계치 Vth3 이하인 경우, 제2 비교부(366)는, 유의를 나타내는 신호 Voff를 회생 제어 신호 생성부(367)로 출력한다. 신호 Voff가 「1 레벨」인 상태는 Vdc≤Vth3의 상태이고, 신호 Voff가 「0 레벨」인 상태는, Vdc＞Vth3의 상태이다. 덧붙여, 여기에서는, Vdc=Vth3의 상태를 「1 레벨」에 포함시키고 있지만, Vdc=Vth3의 상태를 「0 레벨」에 포함시켜도 된다.
덧붙여, 신호 Von1과, 신호 Von2와, 신호 Voff의 사이에 있어서, 이들 신호를 부호 없이 구별하는 경우에는, 신호 Von1을 「제1 신호」라고 부르고, 신호 Voff를 「제2 신호」라고 부르고, 신호 Von2를 「제3 신호」라고 부른다.
전환부(364a)는 상태 판별 신호 St가 H레벨인 경우, 신호 Von1을 회생 개시 타이밍 신호 Vto1로서 출력한다. 한편, 상태 판별 신호 St가 L레벨인 경우, 전환부(364a)는 신호 Von2를 회생 개시 타이밍 신호 Vto1로서 출력한다. 회생 개시 타이밍 신호 Vto1은 회생 제어 신호 생성부(367)로 출력된다.
회생 제어 신호 생성부(367)는 회생 개시 타이밍 신호 Vto1과 신호 Voff에 기초하여, 신호 So를 생성한다. 신호 So는, 회생 제어 신호 증폭부(368)로 출력된다. 회생 제어 신호 생성부(367)는 회생 개시 타이밍 신호 Vto1가 「0 레벨」에서 「1 레벨」로 변화하는 타이밍에서, 신호 So를 「온 레벨」로 한다. 또, 회생 제어 신호 생성부(367)는 신호 Voff가 「0 레벨」에서 「1 레벨」로 변화하는 타이밍에서, 신호 So를 「오프 레벨」로 한다.
덧붙여, 신호 So의 온 레벨의 의미는, 전술한 제어 신호 SW의 온 레벨의 의미와 같다. 또, 신호 So의 오프 레벨의 의미는, 전술한 제어 신호 SW의 오프 레벨의 의미와 같다.
회생 제어 신호 증폭부(368)는, 신호 So를 반도체 스위치 소자(342)가 구동 가능한 전압 진폭 또는 전류량까지 증폭시킨다. 증폭한 신호는 전술한 제어 신호 SW로서, 회생 회로(34)에 출력된다.
실시 형태 1에 있어서의 회생 제어 회로(36)의 변형예인 회생 제어 회로(36A)는 상기와 같이 구성되고, 기본 구성인 회생 제어 회로(36)와 동일 또는 동등한 제어 신호 SW를 출력한다. 이 때문에, 변형예인 회생 제어 회로(36A)는 기본 구성인 회생 제어 회로(36)와 동일 또는 동등한 효과를 달성한다.
실시 형태 2.
실시 형태 1에서는, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3)가 회생 전력을 소비하는 형태에 대해 설명했다. 그렇지만, 중량물 강하의 제어, 또는 고속 회전 상태로부터의 급정지와 같은 동작이 일어나는 형태에서는, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3)만으로는 다 처리할 수 없는 경우가 존재한다. 회생 상태에 있는 인버터 장치(3)만으로는 다 처리할 수 없는 경우란, 회생 전력이 크고, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3) 내의 저항기(341)의 정상 전력 허용치를 초과하는 경우이다. 이에, 실시 형태 2 이후에서는, 1개의 모터(4)로부터 발생하는 회생 전력을 복수의 인버터 장치(3)에서 처리하는데 적합한 형태에 대해 설명한다.
도 10은 실시 형태 2에 있어서의 회생 제어 회로(36B)의 상세 구성을 나타내는 블록도이다. 회생 제어 회로(36B)에는, 도 5에 나타내는 실시 형태 1의 회생 제어 회로(36)의 구성에 있어서, 회생 제어 신호 생성부(367)와 회생 제어 신호 증폭부(368)의 사이에, 회생 제어 신호 마스크부(369)가 삽입되어 있다. 덧붙여, 그 외의 구성에 대해서는, 도 5의 구성과 동일 또는 동등하며, 동일 또는 동등한 구성부에는 동일한 부호를 부여하고 중복하는 설명은 생략한다.
도 11은 실시 형태 2에 있어서의 회생 제어 신호 마스크부(369)의 상세 구성을 나타내는 블록도이다. 실시 형태 2에 있어서의 회생 제어 신호 마스크부(369)는, 도 11에 나타내는 것처럼, 계수부(3691)와, 제4 격납부(3692)와, 제5 격납부(3693)와, 제4 비교부(3694)와, 제5 비교부(3695)와, 상태 유지부(3696)와, 제2 전환부(3697)를 가진다.
계수부(3691)는 회생 제어 신호 생성부(367)가 출력하는 신호 So의 온 레벨의 누적 시간 Ton과, 오프 레벨의 누적 시간 Toff를 계수한다. 계속하여, 계수부(3691)는 누적 시간 Ton과, 누적 시간 Toff와, 후술하는 상태 유지부(3696)가 출력하는 마스크 신호 G에 기초하여, 회생 부하율 Rr을 산출한다. 회생 부하율 Rr은 반도체 스위치 소자가 도통 상태에 있을 때의 시간 비율이다. 마스크 신호 G는 유의한 상태의 시간에는 논리 연산상의 「1」을 출력하고, 유의가 아닌 상태의 시간에는 논리 연산상의 「0」을 출력하는 신호이다.
구체적으로, 계수부(3691)는 이하의 (1)식에서 나타내는 연산을 실시하여, 회생 부하율 Rr을 생성한다.
Rr=(Ton＆!G)/(Ton＋Toff) …… (1)
상기 (1)식에 있어서, 「＆」는 논리곱을 나타내는 2항 연산자이다. 또, 「!G」는 마스크 신호 G의 반전 신호를 의미한다. 마스크 신호 G의 반전 신호는, 마스크 신호 G가 유의한 상태의 시간에는 논리 연산상의 「0」을 의미하고, 유의가 아닌 상태의 시간에는, 논리 연산상의 「1」을 의미하는 신호이다.
제4 격납부(3692)는 제4 임계치 Rsp를 격납한다. 제4 임계치 Rsp는 제4 비교부(3694)에 출력된다. 제4 임계치 Rsp는 이하의 (2)식을 만족하는 값으로 선택된다.
Rsp≤(Wmax·R)/(Vth1·Vth1) …… (2)
상기 (2)식에 있어서, 「Wmax」는 저항기(341)의 정상 전력 허용치이고, 「R」은 저항기(341)의 저항값이다.
제5 격납부(3693)는 제5 임계치 Rst를 격납한다. 제5 임계치 Rst는 제5 비교부(3695)에 출력된다. 제5 임계치 Rst로서는, 이하의 (3)식을 만족하는 값을 선택할 수 있다. 단, 실제로는 Rsp/2 이하의 값이고, 또한 0에 가까운 값을 채용하는 경우가 많다.
0＜Rst＜Rsp …… (3)
제4 비교부(3694)는 회생 부하율 Rr과 제4 임계치 Rsp를 비교한다. 회생 부하율 Rr이 제4 임계치 Rsp 이상인 경우, 제4 비교부(3694)는 유의를 나타내는 신호 SP를 상태 유지부(3696)로 출력한다.
여기서, 신호 SP가 유의한 경우를 「1 레벨」이라고 부른다. 또, 신호 SP가 유의가 아닌 경우를 「0 레벨」이라고 부른다. 즉, 신호 SP가 「1 레벨」인 상태는, Rr≥Rsp의 상태이고, 신호 SP가 「0 레벨」인 상태는, Rr＜Rsp의 상태이다. 덧붙여, 여기에서는, Rr=Rsp의 상태를 「1 레벨」에 포함시키고 있지만, Rr=Rsp의 상태를 「0 레벨」에 포함시켜도 된다.
제5 비교부(3695)는 회생 부하율 Rr과 제5 임계치 Rst를 비교한다. 회생 부하율 Rr이 제5 임계치 Rst 이하인 경우, 제5 비교부(3695)는 유의를 나타내는 신호 RS를 상태 유지부(3696)로 출력한다.
여기서, 신호 RS가 유의한 경우를 「1 레벨」이라고 부른다. 또, 신호 RS가 유의가 아닌 경우를 「0 레벨」이라고 부른다. 즉, 신호 RS가 「1 레벨」인 상태는, Rr≤Rst의 상태이고, 신호 RS가 「0 레벨」인 상태란, Rr＞Rst의 상태이다. 덧붙여, 여기에서는, Rr=Rst의 상태를 「1 레벨」에 포함시키고 있지만, Rr=Rst의 상태를 「0 레벨」에 포함시켜도 된다.
상태 유지부(3696)는 신호 SP와, 신호 RS에 기초하여, 마스크 신호 G를 생성한다. 마스크 신호 G는 회생 회로(34)의 반도체 스위치 소자(342)가 도통 상태가 되는 것을 금지하는 신호이다. 환언하면, 마스크 신호 G는 회생 회로(34)의 반도체 스위치 소자(342)가 강제적으로 차단 상태가 되도록 제어하는 신호이다. 마스크 신호 G는 계수부(3691)와, 제2 전환부(3697)에 출력된다. 상태 유지부(3696)는 신호 SP가 「0 레벨」에서 「1 레벨」로 변화하는 타이밍에서, 마스크 신호 G를 논리 1로 설정한다. 또, 상태 유지부(3696)는 신호 RS가 「0 레벨」에서 「1 레벨」로 변화하는 타이밍에서, 마스크 신호 G를 논리 0으로 설정한다. 덧붙여, 상기 이외의 타이밍에서는, 그 때의 신호 레벨을 유지한다.
제2 전환부(3697)는 회생 제어 신호 생성부(367)가 출력하는 신호 So와, 마스크 신호 G에 기초하여, 신호 Sm을 생성한다. 신호 Sm은 회생 제어 신호 증폭부(368)로 출력된다. 제2 전환부(3697)는 마스크 신호 G가 논리 1인 기간은, 신호 Sm을 오프 레벨로 고정하고, 또한 마스크 신호 G가 논리 0인 기간은, 신호 So의 온 레벨 및 오프 레벨을 그대로 신호 Sm으로 전달한다. 즉, 제2 전환부(3697)는 마스크 신호 G가 논리 0인 기간은, 신호 So를 그대로 신호 Sm으로 통과시키고, 마스크 신호 G가 논리 1인 기간은, 오프 레벨을 계속 출력한다.
다음에, 실시 형태 2에 있어서의 회생 제어 회로(36B)의 동작에 대해서, 도 10 내지 도 12의 도면을 적절히 참조하여 설명한다. 도 12는 실시 형태 2에 있어서의 회생 제어 회로(36B)의 동작 설명에 제공하는 도면이다.
실시 형태 2의 동작 설명에서는, 모터 구동 시스템(5) 중 하나의 인버터 장치(3a)가 회생 상태에 있고, 다른 인버터 장치(3b~3n)가 역행 상태에 있고, 또한 인버터 장치(3a)의 회생 전력이 인버터 장치(3b~3n)의 역행 전력의 총합보다 큰 경우를 생각한다.
도 12에는, 동일한 시각축에 있어서, 최상단부터 최하단을 향해서, 이하의 파형이 도시되어 있다.
(1) 직류 전압 Vdc
(2) 인버터 장치(3a)의 신호 So
(3) 인버터 장치(3a)의 회생 부하율 Rr
(4) 인버터 장치(3a)의 마스크 신호 G
(5) 인버터 장치(3a)의 제어 신호 SW
(6) 다른 인버터 장치(3b~3n)의 신호 So
(7) 다른 인버터 장치(3b~3n)의 회생 부하율 Rr
(8) 다른 인버터 장치(3b~3n)의 마스크 신호 G
(9) 다른 인버터 장치(3b~3n)의 제어 신호 SW
도 12의 (1)에는, 시각 ts부터 시각 te까지의 기간에 있어서, 회생 전력이 발생했을 경우의 직류 전압 Vdc의 변화가 모식적으로 도시되어 있다. 도 12의 (1)에 나타내는 것처럼, 회생 전력이 발생하면 직류 전압 Vdc는 상승한다.
회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)에 있어서, 직류 전압 Vdc가 제1 임계치 Vth1보다 커지면, 도 12의 (2)에 나타내는 것처럼, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 신호 So가 H레벨로 변화한다. 이 때, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 회생 회로(34) 내의 저항기(341)에는, 전류가 흐른다.
회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 계수부(3691)에 의해서 연산되는 회생 부하율 Rr은, 도 12의 (3)에 나타내는 것처럼 증가한다. 그렇지만, 회생 부하율 Rr은 아직 제4 임계치 Rsp에 도달해 있지 않다. 이 때문에, 도 12의 (4)에 나타내는 것처럼, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 마스크 신호 G는 0인 채이다. 따라서, 도 12의 (5)에 나타내는 것처럼, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 제어 신호 SW는, 신호 So와 동일한 파형이 출력된다. 이것에 의해, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 회생 회로(34)는, 회생 처리를 계속한다. 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 회생 회로(34)에 의한 회생 처리에 의해, 도 12의 (1)에 나타내는 것처럼, 직류 전압 Vdc는 제3 임계치 Vth3을 향해서 강하된다.
직류 전압 Vdc가 제3 임계치 Vth3보다 작아지면, 도 12의 (2)에 나타내는 것처럼, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 신호 So가 L레벨로 변화하여, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 회생 회로(34) 내의 저항기(341)에 흐르는 전류가 정지한다. 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 계수부(3691)에 의해서 연산되는 회생 부하율 Rr은, 도 12의 (3)에 나타내는 것처럼, 감소한다.
상기의 동작은, 3회 반복된다. 그리고, 4회째 동작 도중에 있어서, 도 12의 (3)에 나타내는 것처럼, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 회생 부하율 Rr은, 제4 임계치 Rsp에 도달한다.
회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 회생 부하율 Rr이 제4 임계치 Rsp가 되는 시각 tg1에 도달하면, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 마스크 신호 G는 논리 1이 된다. 시각 tg1 이후, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 제어 신호 SW는 L레벨로 변화한다. 그 후, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 회생 회로(34) 내의 저항기(341)에 흐르는 전류는 정지한다. 그 한편으로, 직류 전압 Vdc는 상승을 계속하며, 역행 상태에 있는 인버터 장치(3b~3n)에 있어서는, 직류 전압 Vdc가 제2 임계치 Vth2에 도달한다.
이후, 역행 상태에 있는 인버터 장치(3b~3n)는 직류 전압 Vdc를 제2 임계치 Vth2와 제3 임계치 Vth3의 사이에서 변화시키면서, 역행 상태에 있는 인버터 장치(3b~3n) 내의 회생 회로(34)의 저항기(341)에서 회생 전력을 계속 소비시킨다. 역행 상태에 있는 인버터 장치(3b~3n)의 저항기(341)가 회생 전력을 소비하고 있는 기간, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 회생 부하율 Rr은, 도 12의 (3)에 나타내는 것처럼, 감소를 계속한다.
그 후, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 회생 부하율 Rr은, 제5 임계치 Rst에 도달한다. 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 회생 부하율 Rr이 제5 임계치 st에 도달하면, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 마스크 신호 G는 논리 0이 된다. 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 마스크 신호 G가 논리 0이 되면, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)는, 다시 회생 전력을 소비할 수 있게 된다.
덧붙여, 실시 형태 2의 계수부(3691), 제4 비교부(3694), 제5 비교부(3695), 상태 유지부(3696) 및 제2 전환부(3697)는, 마이크로 컴퓨터에서의 소프트웨어 처리, 필드 프로그래머블 게이트 어레이 내에 형성되는 회로, 또는 디스크리트 반도체 소자의 조합으로 실현할 수 있다.
또, 제4 격납부(3692) 및 제5 격납부(3693)는, 마이크로 컴퓨터의 기억부, 필드 프로그래머블 게이트 어레이 내의 RAM 영역 혹은 ROM 영역, 또는 반도체 메모리로 실현할 수 있다.
이상, 실시 형태 2에서는, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3)가 1개인 경우에 대해 설명했다. 덧붙여, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3)가 복수인 경우는, 실시 형태 1에서 설명한 동작이 실행되는 것은 분명하다.
또, 역행 상태에 있는 인버터 장치(3)에 있어서, 실시 형태 1에서 설명한 것처럼, 전압 검출 회로(32)에 편차가 있는 것은 자명하다. 직류 전압 Vdc가 제2 임계치 Vth2에 도달하는 경우의 동작은, 실시 형태 1에서의 직류 전압 Vdc가 제1 임계치 Vth1에 도달하는 경우와 같은 경우 구분이 존재하는 것은, 용이하게 생각할 수 있다.
또, 실시 형태 2에 있어서의 회생 제어 회로(36B)의 회생 제어 신호 생성부(367)가 출력하는 신호 So에 있어서, 온 레벨의 누적 시간 Ton 및 오프 레벨의 누적 시간 Toff의 각 초기화 인터벌은, 저항기(341)의 순간 허용 전력과 정상 허용 전력의 관계로 결정되지만, 본 발명의 구성을 좌우하는 사항은 아니므로, 여기서의 설명은 생략한다. 여기서, 누적 시간 Ton 및 누적 시간 Toff의 각 초기화 인터벌이란, 누적 시간 Ton 및 누적 시간 Toff의 각 계수의 기간을 의미한다. 덧붙여, 초기화 동작으로서는, 일련의 동작 스케줄의 구분별 초기화, 또는 단순하게 시간 간격 1초마다의 초기화와 같은 예를 들 수 있다.
실시 형태 2에 따른 모터 구동 시스템(5)은, 상기와 같이 구성되어, 상기와 같이 동작하므로, 실시 형태 1의 효과에 더하여, 이하에 나타내는 효과를 달성한다.
우선, 인버터 장치(3)가 상정하고 있는 회생 전력보다도 큰 회생 전력이 발생했을 경우에 있어서, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3)의 회생 회로(34)로부터 역행 상태에 있는 인버터 장치(3)의 회생 회로(34)로, 회생 전력의 소비를 배분할 수 있다. 이것에 의해, 큰 회생 전력을 소비하기 위한 축전 장치의 설비 증강을 생략할 수 있어, 모터 구동 시스템 전체의 설비 도입 비용의 저감 효과가 얻어진다.
또, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3)의 회생 회로(34)로부터, 역행 상태에 있는 인버터 장치(3)의 회생 회로(34)로, 회생 전력의 소비를 연속적으로 실시할 수 있다. 이것에 의해, 작업 중단 또는 제품 제조의 중단이 없어지기 때문에, 제조 코스트의 저감 효과가 얻어진다.
또, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3)의 회생 회로(34)로부터 역행 상태에 있는 인버터 장치(3)의 회생 회로(34)로의 회생 전력의 소비의 이행을, 인버터 장치(3) 상호의 통신 기능을 필요로 하지 않고 실시할 수 있다. 이것에 의해, 인버터 장치(3) 상호의 통신 기능을 생략할 수 있다. 이것에 의해, 고장 위치의 감소를 통해서, 시스템의 가동률이 높아져, 유지 비용의 저감 효과가 얻어진다.
다음에, 실시 형태 2에 있어서의 회생 제어 신호 마스크부(369)의 변형예에 대해서, 도 13을 참조하여 설명한다. 도 13은 도 11에 나타내는 회생 제어 신호 마스크부(369)의 구성을 변형한 회생 제어 신호 마스크부(369A)의 상세 구성을 나타내는 블록도이다. 회생 제어 신호 마스크부(369A)는, 도 13에 나타내는 것처럼, 계수부(3691a)와, 제4 격납부(3692)와, 제5 격납부(3693)와, 제4 비교부(3694)와, 제5 비교부(3695)와, 상태 유지부(3696)와, 제2 전환부(3697)를 가진다.
제4 격납부(3692), 제5 격납부(3693), 제4 비교부(3694), 제5 비교부(3695), 상태 유지부(3696) 및 제2 전환부(3697)의 기능은, 도 11에 나타내는 것과 동일 또는 동등하며, 중복하는 설명은 생략한다.
계수부(3691a)에 있어서, 도 13에서는, 도 11의 구성으로부터, 이하의 점이 변경되어 있다.
·계수부(3691a)의 입력 신호는, 회생 제어 신호 생성부(367)가 출력하는 신호 So로부터, 제2 전환부(3697)가 출력하는 신호 Sm으로 변경되어 있다.
·계수부(3691a)에는, 선택 신호인 마스크 신호 G의 입력이 없다.
계수부(3691a)는, 이하의 (4)식에서 나타내는 연산을 실시하여, 회생 부하율 Rr을 생성한다.
Rr=Ton/(Ton＋Toff) …… (4)
상기 (4)식의 Ton은, 제2 전환부(3697)에 있어서, 회생 제어 신호 생성부(367)가 출력하는 신호 So에 마스크된 온 레벨의 누적 시간이다. 또, 상기 (4)식의 Toff는, 제2 전환부(3697)에 있어서, 회생 제어 신호 생성부(367)가 출력하는 신호 So에 마스크된 오프 레벨의 누적 시간이다.
실시 형태 2에 있어서의 회생 제어 신호 마스크부(369)의 변형예인 회생 제어 신호 마스크부(369A)는, 상기와 같이 구성되며, 기본 구성인 회생 제어 신호 마스크부(369)와 동일 또는 동등한 신호 Sm을 출력한다. 이 때문에, 변형예인 회생 제어 신호 마스크부(369A)는, 기본 구성인 회생 제어 신호 마스크부(369)와 동일 또는 동등한 효과를 달성한다.
실시 형태 3.
실시 형태 2에서는, 회생 전력이 크고, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3) 내의 저항기(341)의 정상 전력 허용치 Wmax를 초과하는 경우의 형태에 대해 설명했다. 그렇지만, 저항기(341)의 제약에는, 발열의 허용치인 정상 허용 온도도 존재한다. 이에, 실시 형태 3에서는, 회생 전력이 크고, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3) 내의 저항기(341)의 정상 허용 온도를 초과하는 경우에 적합한 형태에 대해 설명한다.
도 14는 실시 형태 3에 있어서의 회생 제어 회로(36C)의 상세 구성을 나타내는 블록도이다. 회생 제어 회로(36C)에는, 도 5에 나타내는 실시 형태 1의 회생 제어 회로(36)의 구성에 있어서, 회생 제어 신호 생성부(367)와 회생 제어 신호 증폭부(368)의 사이에, 회생 제어 신호 마스크부(370)가 삽입되어 있다. 덧붙여, 그 외의 구성에 대해서는, 도 5의 구성과 동일 또는 동등하며, 동일 또는 동등한 구성부에는 동일한 부호를 부여하고 중복하는 설명은 생략한다.
도 15는 실시 형태 3에 있어서의 회생 제어 신호 마스크부(370)의 상세 구성을 나타내는 블록도이다. 실시 형태 3에 있어서의 회생 제어 신호 마스크부(370)는, 도 15에 나타내는 것처럼, 축열 추정부(3701)와, 제6 격납부(3702)와, 제7 격납부(3703)와, 제6 비교부(3704)와, 제7 비교부(3705)와, 제2 상태 유지부(3706)와, 제3 전환부(3707)를 가진다.
축열 추정부(3701)는 회생 제어 신호 생성부(367)가 출력하는 신호 So의 온 레벨의 누적 시간 Ton과, 오프 레벨의 누적 시간 Toff를 계수한다. 계속하여, 축열 추정부(3701)는 누적 시간 Ton과, 누적 시간 Toff와, 제2 상태 유지부(3706)가 출력하는 마스크 신호 G에 기초하여, 저항기(341)의 추정 온도 Kr을 산출한다.
구체적으로, 축열 추정부(3701)는, 이하의 (5)식에서 나타내는 연산을 실시하여, 추정 온도 Kr을 추정한다.
Kr=A·(Ton＆!G)－B·｛(Ton＆G)＋Toff｝ …… (5)
상기 (5)식에 있어서, 「＆」는 논리곱을 나타내는 2항 연산자이다. 또, 「!G」는 마스크 신호 G의 반전 신호이다. 덧붙여, 마스크 신호 G의 반전 신호의 의미는, 실시 형태 1과 동일하다.
상기 (5)식에 있어서의 「A」는 인버터 장치(3)에 있어서의 저항기(341)의 발열 및 축열 특성 계수이다. 발열 및 축열 특성 계수는, 저항기(341)가 단위 시간당, (Vth1·Vth1)/R만큼의 전력을 소비했을 경우의 상승 온도를 나타내는 상수이다. 「R」은 저항기(341)의 저항값이다. 또, 상기 (5)식에 있어서의 「B」는 인버터 장치(3)에 있어서의 저항기(341)의 방열 특성 계수이다. 방열 특성 계수는 저항기(341)가 단위 시간만큼 전류를 흘리지 않는 경우의 하강 온도를 나타내는 상수이다. A 및 B 모두, 단위 시간은 초 단위로 하는 것이 일반적이다. A 및 B는 인버터 장치(3)의 설계시 혹은 제조 후의 측정에서 결정하는 것이 가능하다.
상기 (5)식에 있어서, 제1항은 인버터 장치(3)에 있어서의 저항기(341)의 온도 상승분을 추정하는 항이다. 또, 제2항은 인버터 장치(3)에 있어서의 저항기(341)의 온도 하강분을 추정하는 항이다.
축열 추정부(3701)가 산출한 추정 온도 Kr은, 제6 비교부(3704)와, 제7 비교부(3705)에 출력된다.
제6 격납부(3702)는 제6 임계치 Ku를 격납한다. 제6 임계치 Ku는 제6 비교부(3704)에 출력된다. 제6 임계치 Ku는 저항기(341)의 정상 허용 온도 Kmax, 혹은, 정상 허용 온도 Kmax보다 조금 낮은 값으로 선택된다. 정상 허용 온도 Kmax는 저항기(341)에 있어서의 전력 발열 허용치이다.
제7 격납부(3703)는 제7 임계치 Kd를 격납한다. 제7 임계치 Kd는 제7 비교부(3705)에 출력된다. 제7 임계치 Kd로서는, 이하의 (6)식을 만족하는 값을 선택할 수 있다. 단, 실제로는 인버터 장치(3)의 사용 온도의 상한치에 가까운 값, 혹은 인버터 장치(3)가 회생 전력을 소비하기 직전의 분위기 온도를 채용하는 경우가 많다.
0＜Kd＜Ku …… (6)
제6 비교부(3704)는 추정 온도 Kr과 제6 임계치 Ku를 비교한다. 추정 온도 Kr이 제6 임계치 Ku 이상인 경우, 제6 비교부(3704)는 유의를 나타내는 신호 KP를 제2 상태 유지부(3706)에 출력한다.
여기서, 신호 KP가 유의한 경우를 「1 레벨」이라고 부른다. 또, 신호 KP가 유의가 아닌 경우를 「0 레벨」이라고 부른다. 즉, 신호 KP가 「1 레벨」인 상태는 Kr≥Ku의 상태이고, 신호 KP가 「0 레벨」인 상태는 Kr＜Ku의 상태이다. 덧붙여, 여기에서는, Kr=Ku의 상태를 「1 레벨」에 포함시키고 있지만, Kr=Ku의 상태를 「0 레벨」에 포함시켜도 된다.
제7 비교부(3705)는 추정 온도 Kr과 제7 임계치 Kd를 비교한다. 추정 온도 Kr이 제7 임계치 Kd 이하인 경우, 제7 비교부(3705)는 유의를 나타내는 신호 KS를 제2 상태 유지부(3706)로 출력한다. 신호 KS가 유의한 경우를 「1 레벨」이라고 부른다. 또, 신호 KS가 유의가 아닌 경우를 「0 레벨」이라고 부른다. 즉, 신호 KS가 「1 레벨」인 상태는 Kr≤Kd의 상태이고, 신호 KS가 「0 레벨」인 상태는 Kr＞Kd의 상태이다. 덧붙여, 여기에서는, Kr=Kd의 상태를 「1 레벨」에 포함시키고 있지만, Kr=Kd의 상태를 「0 레벨」에 포함시켜도 된다.
제2 상태 유지부(3706)는 신호 KP와, 신호 KS에 기초하여, 마스크 신호 G를 생성한다. 마스크 신호 G는 축열 추정부(3701)와, 제3 전환부(3707)에 출력된다. 제2 상태 유지부(3706)는 신호 KP가 「0 레벨」에서 「1 레벨」로 변화하는 타이밍에서 마스크 신호 G를 논리 1로 설정한다. 또, 제2 상태 유지부(3706)는 신호 KS가 「0 레벨」에서 「1 레벨」로 변화하는 타이밍에서 마스크 신호 G를 논리 0으로 설정한다.
제3 전환부(3707)는 회생 제어 신호 생성부(367)가 출력하는 신호 So와, 마스크 신호 G에 기초하여, 신호 Sm을 생성한다. 신호 Sm은 회생 제어 신호 증폭부(368)로 출력된다. 제3 전환부(3707)는 마스크 신호 G가 논리 1인 기간은, 신호 Sm을 오프 레벨로 고정하고, 또한 마스크 신호 G가 논리 0인 기간은, 신호 So의 온 레벨 및 오프 레벨을 그대로 신호 Sm으로 전달한다. 즉, 제3 전환부(3707)는 마스크 신호 G가 논리 0인 기간은 신호 So를 그대로 신호 Sm으로 통과시키고, 마스크 신호 G가 논리 1인 기간은 오프 레벨을 계속 출력한다.
다음에, 실시 형태 3에 있어서의 회생 제어 회로(36C)의 동작에 대해서, 도 14 내지 도 16의 도면을 적절히 참조하여 설명한다. 도 16은 실시 형태 3에 있어서의 회생 제어 회로(36C)의 동작 설명에 제공하는 도면이다.
실시 형태 3의 동작 설명에서는, 모터 구동 시스템(5) 중 하나의 인버터 장치(3a)가 회생 상태에 있고, 다른 인버터 장치(3b~3n)가 역행 상태에 있고, 또한 인버터 장치(3a)의 회생 전력이 인버터 장치(3b~3n)의 역행 전력의 총합보다 큰 경우를 생각한다.
도 16에는 동일한 시각축에 있어서, 최상단으로부터 최하단을 향해서 이하의 파형이 도시되어 있다.
(1) 직류 전압 Vdc
(2) 인버터 장치(3a)의 신호 So
(3) 인버터 장치(3a)의 추정 온도 Kr
(4) 인버터 장치(3a)의 마스크 신호 G
(5) 인버터 장치(3a)의 제어 신호 SW
(6) 다른 인버터 장치(3b~3n)의 신호 So
(7) 다른 인버터 장치(3b~3n)의 추정 온도 Kr
(8) 다른 인버터 장치(3b~3n)의 마스크 신호 G
(9) 다른 인버터 장치(3b~3n)의 제어 신호 SW
도 16의 (1)에는, 시각 ts부터 시각 te까지의 기간에 있어서, 회생 전력이 발생했을 경우의 직류 전압 Vdc의 변화가 모식적으로 도시되어 있다. 도 16의 (1)에 나타내는 것처럼, 회생 전력이 발생하면 직류 전압 Vdc는 상승한다.
직류 전압 Vdc가 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 제1 임계치 Vth1에 도달하면, 도 16의 (2)에 나타내는 것처럼, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 신호 So가 H레벨로 변화한다. 이 때, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 회생 회로(34) 내의 저항기(341)에는, 전류가 흐른다.
회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 축열 추정부(3701)에 의해서 연산되는 추정 온도 Kr은, 도 16의 (3)에 나타내는 것처럼 증가한다. 그렇지만, 추정 온도 Kr은 아직 제6 임계치 Ku에 도달해 있지 않다. 이 때문에, 도 16의 (4)에 나타내는 것처럼, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 마스크 신호 G는 0인 채이다. 따라서, 도 16의 (5)에 나타내는 것처럼, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 제어 신호 SW는, 신호 So와 동일한 파형이 출력된다. 이것에 의해, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 회생 회로(34)는, 회생 처리를 계속한다. 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 회생 회로(34)에 의한 회생 처리에 의해, 도 16의 (1)에 나타내는 것처럼, 직류 전압 Vdc는 제3 임계치 Vth3을 향해서 강하한다.
직류 전압 Vdc가 제3 임계치 Vth3보다 작아지면, 도 16의 (2)에 나타내는 것처럼, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 신호 So가 L레벨로 변화하여, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 회생 회로(34) 내의 저항기(341)에 흐르는 전류가 정지한다. 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 축열 추정부(3701)에 의해서 연산되는 추정 온도 Kr은, 도 16의 (3)에 나타내는 것처럼 감소한다.
상기의 동작은 3회 반복된다. 그리고, 4회째 동작 도중에 있어서, 도 16의 (3)에 나타내는 것처럼, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 추정 온도 Kr은, 제6 임계치 Ku에 도달한다.
회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 추정 온도 Kr이 제6 임계치 Ku가 되는 시각 tg2에 도달하면, 도 16의 (4)에 나타내는 것처럼, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 마스크 신호 G는 논리 1이 된다. 시각 tg2 이후, 도 16의 (5)에 나타내는 것처럼, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 제어 신호 SW는 L레벨로 변화한다. 그 후, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 회생 회로(34) 내의 저항기(341)에 흐르는 전류는, 정지한다. 그 한편으로, 직류 전압 Vdc는 계속 상승하여, 역행 상태에 있는 인버터 장치(3b~3n)는, 제2 임계치 Vth2에 도달한다.
이후, 역행 상태에 있는 인버터 장치(3b~3n)는, 직류 전압 Vdc를 제2 임계치 Vth2와 제3 임계치 Vth3의 사이에서 변화시키면서, 역행 상태에 있는 인버터 장치(3b~3n) 내의 회생 회로(34)의 저항기(341)에서 회생 전력을 계속 소비시킨다. 역행 상태에 있는 인버터 장치(3b~3n)의 저항기(341)가 회생 전력을 소비하고 있는 기간, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 추정 온도 Kr은, 도 16의 (3)에 나타내는 것처럼, 감소를 계속한다.
그 후, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 추정 온도 Kr은, 제7 임계치 Kd에 도달한다. 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 추정 온도 Kr이 제7 임계치 Kd에 도달하면, 도 16의 (4)에 나타내는 것처럼, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 마스크 신호 G는 논리 0이 된다. 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 마스크 신호 G가 논리 0이 되면, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)는, 다시 회생 전력을 소비할 수 있게 된다.
이후, 역행 상태에 있는 인버터 장치(3b~3n)는, 직류 전압 Vdc를 제2 임계치 Vth2와 제3 임계치 Vth3의 사이에서 변화시키면서, 역행 상태에 있는 인버터 장치(3b~3n) 내의 회생 회로(34)의 저항기(341)에서 회생 전력을 계속 소비시킨다. 역행 상태에 있는 인버터 장치(3b~3n)의 저항기(341)가 회생 전력을 소비하고 있는 기간, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3a)의 추정 온도 Kr은, 도 16의 (3)에 나타내는 것처럼, 감소를 계속한다.
덧붙여, 실시 형태 3의 축열 추정부(3701), 제6 비교부(3704), 제7 비교부(3705), 제2 상태 유지부(3706) 및 제3 전환부(3707)는, 마이크로 컴퓨터에서의 소프트웨어 처리, 필드 프로그래머블 게이트 어레이 내에 형성되는 회로, 또는 디스크리트 반도체 소자의 조합으로 실현할 수 있다.
또, 제6 격납부(3702) 및 제7 격납부(3703)는, 마이크로 컴퓨터의 기억부, 필드 프로그래머블 게이트 어레이 내의 RAM 영역 혹은 ROM 영역, 또는 반도체 메모리로 실현할 수 있다.
이상, 실시 형태 3에서는, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3)가 1개인 경우에 대해 설명했다. 덧붙여, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3)가 복수인 경우는, 실시 형태 1에서 설명한 경우의 동작이 실행되는 것은 분명하다.
또, 역행 상태에 있는 인버터 장치(3)에 있어서, 실시 형태 1에서 설명한 것처럼, 전압 검출 회로(32)에 편차가 있는 것은 자명하다. 직류 전압 Vdc가 제2 임계치 Vth2에 도달하는 경우의 동작은, 실시 형태 1에서의 직류 전압 Vdc가 제1 임계치 Vth1에 도달하는 경우와 같은 경우 구분이 존재하는 것은, 용이하게 생각할 수 있다.
또, 실시 형태 3에 있어서의 회생 제어 회로(36C)의 회생 제어 신호 생성부(367)가 출력하는 신호 So에 있어서, 온 레벨의 누적 시간 Ton 및 오프 레벨의 누적 시간 Toff의 각 초기화 인터벌은, 저항기(341)의 순간 허용 온도와 정상 허용 온도의 관계로 결정되지만, 본 발명의 구성을 좌우하는 사항은 아니기 때문에, 여기서의 설명은 생략한다. 여기서, 누적 시간 Ton 및 누적 시간 Toff의 각 초기화 인터벌이란, 누적 시간 Ton 및 누적 시간 Toff의 각 계수의 기간을 의미한다. 덧붙여, 초기화 동작으로서는, 일련의 동작 스케줄의 구분별 초기화, 또는 단순하게 시간 간격 1초 마다의 초기화와 같은 예를 들 수 있다.
실시 형태 3에 따른 모터 구동 시스템(5)은, 상기와 같이 구성되어, 상기와 같이 동작하므로, 실시 형태 1의 효과에 더하여, 이하에 나타내는 효과를 달성한다.
우선, 인버터 장치(3)가 상정하고 있는 발열보다도 큰 발열이 발생했을 경우에 있어서, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3)의 회생 회로(34)로부터 역행 상태에 있는 인버터 장치(3)의 회생 회로(34)로, 회생 전력의 소비를 배분할 수 있다. 이것에 의해, 큰 회생 전력을 소비하기 위한 방열 장치의 증강을 생략할 수 있어, 모터 구동 시스템 전체의 설비 도입 비용의 저감 효과가 얻어진다.
또, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3)의 회생 회로(34)로부터, 역행 상태에 있는 인버터 장치(3)의 회생 회로(34)로, 회생 전력의 소비를 연속적으로 실시할 수 있다. 이것에 의해, 작업 중단 또는 제품 제조의 중단이 없어지기 때문에, 제조 코스트의 저감 효과가 얻어진다.
회생 상태에 있는 인버터 장치(3)의 회생 회로(34)로부터, 역행 상태에 있는 인버터 장치(3)의 회생 회로(34)로의 회생 전력의 소비의 이행을, 인버터 장치(3) 상호의 통신 기능을 필요로 하지 않고 실시할 수 있다. 이것에 의해, 인버터 장치(3) 상호의 통신 기능을 생략할 수 있다. 이것에 의해, 고장 위치의 감소를 통해서, 시스템의 가동률이 높아져, 유지 비용의 저감 효과가 얻어진다.
다음에, 실시 형태 3에 있어서의 회생 제어 신호 마스크부(370)의 변형예에 대해서, 도 17을 참조하여 설명한다. 도 17은 도 15에 나타내는 회생 제어 신호 마스크부(370)의 구성을 변형한 회생 제어 신호 마스크부(370A)의 상세 구성을 나타내는 블록도이다. 회생 제어 신호 마스크부(370A)는, 도 17에 나타내는 것처럼, 축열 추정부(3701a)와, 제6 격납부(3702)와, 제7 격납부(3703)와, 제6 비교부(3704)와, 제7 비교부(3705)와, 제2 상태 유지부(3706)와, 제3 전환부(3707)를 가진다.
제6 격납부(3702), 제7 격납부(3703), 제6 비교부(3704), 제7 비교부(3705), 제2 상태 유지부(3706) 및 제3 전환부(3707)의 기능은, 도 15에 나타내는 것과 동일 또는 동등하며, 중복하는 설명은 생략한다.
축열 추정부(3701a)에 있어서, 도 17에서는, 도 15의 구성으로부터, 이하의 점이 변경되어 있다.
·축열 추정부(3701a)의 입력 신호는, 회생 제어 신호 생성부(367)가 출력하는 신호 So로부터, 제3 전환부(3707)가 출력하는 신호 Sm으로 변경되어 있다.
·축열 추정부(3701a)에는, 선택 신호인 마스크 신호 G의 입력이 없다.
축열 추정부(3701a)는, 이하의 (7)식에서 나타내는 연산을 실시하여, 추정 온도 Kr을 추정한다.
Kr=A·Ton－B·Toff …… (7)
상기 (7)식의 Ton은, 제3 전환부(3707)에 있어서, 회생 제어 신호 생성부(367)가 출력하는 신호 So에 마스크된 온 레벨의 누적 시간이다. 또, 상기 (7)식의 Toff는, 제3 전환부(3707)에 있어서, 회생 제어 신호 생성부(367)가 출력하는 신호 So에 마스크된 오프 레벨의 누적 시간이다.
실시 형태 3에 있어서의 회생 제어 신호 마스크부(370)의 변형예인 회생 제어 신호 마스크부(370A)는, 상기와 같이 구성되어, 기본 구성인 회생 제어 신호 마스크부(370)와 동일 또는 동등한 신호 Sm을 출력한다. 이 때문에, 변형예인 회생 제어 신호 마스크부(370A)는 기본 구성인 회생 제어 신호 마스크부(370)와 동일 또는 동등한 효과를 달성한다.
실시 형태 4.
실시 형태 2에서는, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3)의 저항기(341)가 정상 전력 허용치 Wmax 이상이 되는 회생 전력이 발생했을 경우에, 역행 상태에 있는 인버터 장치(3)가 회생 전력의 소비를 분담하는 기술에 대해 설명했다. 또, 실시 형태 3에서는, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3)의 저항기(341)가 정상 허용 온도 이상이 되는 회생 전력이 발생했을 경우에, 역행 상태에 있는 인버터 장치(3)가 회생 전력의 소비를 분담하는 기술에 대해 설명했다.
한편, 회생 전력에 의해서, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3)의 저항기(341)가 정상 전력 허용치 Wmax 이상이 되는 것과, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3)의 저항기(341)가 정상 허용 온도 이상이 되는 것은, 인버터 장치(3)의 분위기 온도와 관계도 있으며, 독립적으로 발생하는 사상이다.
이에, 실시 형태 4에서는, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3)의 저항기(341)가 정상 전력 허용치 Wmax 이상이 되는 경우와, 회생 상태에 있는 인버터 장치(3)의 저항기(341)가 정상 허용 온도 이상이 되는 경우의, 양쪽 사상에 대응할 수 있는 모터 구동 시스템에 대해 설명한다.
도 18은 실시 형태 4에 있어서의 회생 제어 회로(36D)의 상세 구성을 나타내는 블록도이다. 회생 제어 회로(36D)에는, 도 10에 나타내는 실시 형태 2의 회생 제어 회로(36B)에 있어서의 회생 제어 신호 마스크부(369)가 회생 제어 신호 마스크부(369B)로 치환되어 있다. 덧붙여, 그 외의 구성에 대해서는, 도 10의 구성과 동일 또는 동등하며, 동일 또는 동등한 구성부에는 동일한 부호를 부여하고 중복하는 설명은 생략한다.
도 19는 실시 형태 4에 있어서의 회생 제어 신호 마스크부(369B)의 상세 구성을 나타내는 블록도이다. 실시 형태 4에 있어서의 회생 제어 신호 마스크부(369B)는, 도 19에 나타내는 것처럼, 계수부(3691)와. 제4 격납부(3692)와. 제5 격납부(3693)와, 제4 비교부(3694)와, 제5 비교부(3695)와, 상태 유지부(3696)와, 제2 전환부(3697)와, 축열 추정부(3701)와, 제6 격납부(3702)와, 제7 격납부(3703)와, 제6 비교부(3704)와, 제7 비교부(3705)와, 제2 상태 유지부(3706)와, 제3 전환부(3707)를 가진다. 덧붙여, 도 19에 있어서, 실시 형태 1~3에 나타내는 구성부와 동일 또는 동등한 것에는, 동일한 부호를 부여하고 있다.
계수부(3691)는, 회생 제어 신호 생성부(367)가 출력하는 신호 So와, 상태 유지부(3696)의 출력인 제1 마스크 신호 G1에 기초하여, 실시 형태 2에서 설명한 회생 부하율 Rr을 산출한다. 산출된 회생 부하율 Rr은 제4 비교부(3694)와, 제5 비교부(3695)에 출력된다.
제4 격납부(3692), 제5 격납부(3693), 제4 비교부(3694) 및 제5 비교부(3695)는, 실시 형태 2와 같은 기능이며, 동작도 동일하다.
상태 유지부(3696)는 출력 신호의 명칭이 제1 마스크 신호 G1로 변경되어 있을 뿐이며, 기능 및 동작도 실시 형태 2의 것과 동일하다.
제2 전환부(3697)는 회생 제어 신호 생성부(367)의 출력인 신호 So와, 제1 마스크 신호 G1에 기초하여, 실시 형태 2와 동일한 동작을 행한다. 덧붙여, 도 19에 있어서, 제2 전환부(3697)의 출력 표기는 「So1」로 변경되어 있다.
축열 추정부(3701)에는, 제2 전환부(3697)가 출력하는 신호 So1가 입력된다. 축열 추정부(3701)는 신호 So1과, 제2 상태 유지부(3706)가 출력하는 제2 마스크 신호 G2에 기초하여, 실시 형태 3에서 설명한 추정 온도 Kr을 산출한다. 산출된 추정 온도 Kr은 제6 비교부(3704)와, 제7 비교부(3705)에 출력된다.
제6 격납부(3702), 제7 격납부(3703), 제6 비교부(3704) 및 제7 비교부(3705)는, 실시 형태 3와 같은 기능이며, 동작도 동일하다.
제2 상태 유지부(3706)는, 출력 신호의 명칭이 제2 마스크 신호 G2로 변경되어 있을 뿐이고, 기능 및 동작도 실시 형태 3의 것과 동일하다.
제3 전환부(3707)는 제2 전환부(3697)의 출력인 신호 So1과, 제2 마스크 신호 G2에 기초하여, 신호 Sm을 생성한다. 신호 Sm은, 회생 제어 신호 증폭부(368)로 출력된다. 제3 전환부(3707)는 제2 마스크 신호 G2가 논리 1인 기간은, 신호 Sm을 오프 레벨로 고정하고, 또한 제2 마스크 신호 G2가 논리 0인 기간은, 신호 So1의 온 레벨 및 오프 레벨을 그대로 신호 Sm으로 전달한다. 즉, 제3 전환부(3707)는 제2 마스크 신호 G2가 논리 0인 기간은, 신호 So1을 그대로 신호 Sm으로 통과시키고, 제2 마스크 신호 G2가 논리 1인 기간은, 오프 레벨을 계속 출력한다.
이상의 설명과 같이, 실시 형태 4에 있어서의 회생 제어 신호 마스크부(369B)는, 실시 형태 2의 회생 제어 신호 마스크부(369)와 실시 형태 3의 회생 제어 신호 마스크부(370)를 시리즈로 접속한 것이다. 덧붙여, 이 접속 순서는 역이어도 되며, 동일한 효과를 달성하는 것은 분명하다.
실시 형태 4에 따른 모터 구동 시스템은, 상기와 같이 구성되어, 상기와 같이 동작하므로, 실시 형태 1의 효과에 더하여, 실시 형태 2의 효과와 실시 형태 3의 효과를 합한 효과를 달성한다.
덧붙여, 이상의 실시 형태에 나타낸 구성은, 본 발명의 내용의 일례를 나타내는 것이며, 다른 공지의 기술과 조합하는 것도 가능하며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 구성의 일부를 생략, 변경하는 것도 가능하다.
1: 전원부 2: 직류 모선
2a: 고전위측 도체 2b: 저전위측 도체
3, 3a, 3b~3n: 인버터 장치 4, 4a, 4b~4n: 모터
5: 모터 구동 시스템 31: 전력 변환 회로
32: 전압 검출 회로 33: 평활 콘덴서
34: 회생 회로 34a: 직렬 회로
35: 상태 판별 회로
36, 36A, 36B, 36C, 36D: 회생 제어 회로
311: 스위칭 회로 311a, 342: 반도체 스위치 소자
311c: 접속점 311d: 다이오드
312: 스위칭 회로 제어 회로 313: 전류 검출 회로
341: 저항기 361: 제1 격납부
362: 제2 격납부 363: 제3 격납부
364, 364a: 전환부 365, 365a: 제1 비교부
366: 제2 비교부 365b: 제3 비교부
367: 회생 제어 신호 생성부 368: 회생 제어 신호 증폭부
369, 369A, 369B, 370, 370A: 회생 제어 신호 마스크부
3691, 3691a: 계수부 3692: 제4 격납부
3693: 제5 격납부 3694: 제4 비교부
3695: 제5 비교부 3696: 상태 유지부
3697: 제2 전환부 3701, 3701a: 축열 추정부
3702: 제6 격납부 3703: 제7 격납부
3704: 제6 비교부 3705: 제7 비교부
3706: 제2 상태 유지부 3707: 제3 전환부

Claims (15)

  1. 고전위측 도체 및 저전위측 도체를 가지는 직류 모선을 통해서 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 모터를 구동하는 인버터 장치를 복수 개 구비하고, 복수의 상기 인버터 장치가 상기 직류 모선에 서로 병렬로 접속되는 모터 구동 시스템으로서,
    각각의 상기 인버터 장치는,
    상기 직류 전력을 상기 교류 전력으로 변환하는 전력 변환 회로와,
    상기 전력 변환 회로에 인가되는 직류 전압을 검출하는 전압 검출 회로와,
    상기 전력 변환 회로에 병렬로 접속되는 평활 콘덴서와,
    직렬로 접속되는 저항기 및 반도체 스위치 소자를 가지고, 상기 저항기와 상기 반도체 스위치 소자가, 상기 고전위측 도체와 상기 저전위측 도체의 사이에 접속되는 회생 회로와,
    상기 전력 변환 회로가 회생 상태에 있는지 여부를 판별하는 상태 판별 회로와,
    상기 상태 판별 회로에 의한 판별 결과 및 상기 직류 전압과 판정 임계치의 비교 결과에 기초하여, 상기 회생 회로의 상기 반도체 스위치 소자를 도통 상태 또는 차단 상태로 제어하는 회생 제어 회로를 구비하고,
    상기 회생 제어 회로는
    제1 임계치와, 상기 제1 임계치보다도 큰 값인 제2 임계치와, 상기 제1 임계치보다도 작은 값인 제3 임계치를 유지하고,
    상기 상태 판별 회로의 판별 결과가 회생 상태인 경우에는 상기 제1 임계치를 출력하고, 상기 상태 판별 회로의 판별 결과가 회생 상태가 아닌 경우에는 상기 제2 임계치를 출력하는 전환부와,
    상기 전압 검출 회로의 출력이 상기 전환부의 출력치보다도 큰 경우에 유의를 나타내는 신호를 출력하는 제1 비교부와,
    상기 전압 검출 회로의 출력이 상기 제3 임계치보다도 작은 경우에 유의를 나타내는 신호를 출력하는 제2 비교부와,
    상기 제1 비교부의 출력이 유의가 되는 타이밍에서 상기 반도체 스위치 소자를 도통 상태로 하고, 또한 상기 제2 비교부의 출력이 유의가 되는 타이밍에서 상기 반도체 스위치 소자를 차단 상태로 하는 회생 제어 신호를 생성하는 회생 제어 신호 생성부를
    구비한 것을 특징으로 하는 모터 구동 시스템.
  2. 고전위측 도체 및 저전위측 도체를 가지는 직류 모선을 통해서 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 모터를 구동하는 인버터 장치를 복수 개 구비하고, 복수의 상기 인버터 장치가 상기 직류 모선에 서로 병렬로 접속되는 모터 구동 시스템으로서,
    각각의 상기 인버터 장치는,
    상기 직류 전력을 상기 교류 전력으로 변환하는 전력 변환 회로와,
    상기 전력 변환 회로에 인가되는 직류 전압을 검출하는 전압 검출 회로와,
    상기 전력 변환 회로에 병렬로 접속되는 평활 콘덴서와,
    직렬로 접속되는 저항기 및 반도체 스위치 소자를 가지고, 상기 저항기와 상기 반도체 스위치 소자가, 상기 고전위측 도체와 상기 저전위측 도체의 사이에 접속되는 회생 회로와,
    상기 전력 변환 회로가 회생 상태에 있는지 여부를 판별하는 상태 판별 회로와,
    상기 상태 판별 회로에 의한 판별 결과 및 상기 직류 전압과 판정 임계치의 비교 결과에 기초하여, 상기 회생 회로의 상기 반도체 스위치 소자를 도통 상태 또는 차단 상태로 제어하는 회생 제어 회로를 구비하고,
    상기 회생 제어 회로는
    제1 임계치와, 상기 제1 임계치보다도 큰 값인 제2 임계치와, 상기 제1 임계치보다도 작은 값인 제3 임계치를 유지하고,
    상기 전압 검출 회로의 출력이 상기 제1 임계치보다도 큰 것을 나타내는 제1 신호를 출력하는 제1 비교부와,
    상기 전압 검출 회로의 출력이 상기 제3 임계치보다도 작은 것을 나타내는 제2 신호를 출력하는 제2 비교부와,
    상기 전압 검출 회로의 출력이 상기 제2 임계치보다도 큰 것을 나타내는 제3 신호를 출력하는 제3 비교부와,
    상기 제1 신호와 상기 제3 신호에 기초하여, 상기 상태 판별 회로의 판별 결과가 회생 상태인 경우에는 상기 제1 신호를 출력하고, 상기 상태 판별 회로의 판별 결과가 회생 상태가 아닌 경우에는 상기 제3 신호를 출력하는 전환부와,
    상기 전환부의 출력이 유의가 되는 타이밍에서 상기 반도체 스위치 소자를 도통 상태로 하고, 또한 상기 제2 비교부의 출력이 유의가 되는 타이밍에서 상기 반도체 스위치 소자를 차단 상태로 하는 회생 제어 신호를 생성하는 회생 제어 신호 생성부를
    구비한 것을 특징으로 하는 모터 구동 시스템.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 회생 제어 신호를 상기 반도체 스위치 소자가 구동 가능한 전압 진폭 또는 전류량까지 증폭하여 상기 반도체 스위치 소자에 출력하는 회생 제어 신호 증폭부를 구비한 것을 특징으로 하는 모터 구동 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 회생 제어 회로는 상기 회생 제어 신호 생성부와, 상기 회생 제어 신호 증폭부의 사이에 회생 제어 신호 마스크부를 구비하고,
    상기 회생 제어 신호 마스크부는, 상기 회생 제어 신호 생성부의 출력에 기초하여, 상기 반도체 스위치 소자가 도통 상태가 되는 것을 금지하여 차단 상태를 계속시킨 회생 제어 신호를, 상기 회생 제어 신호 증폭부로 출력하는
    것을 특징으로 하는 모터 구동 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 회생 제어 신호 마스크부는 상기 회생 제어 신호 생성부의 출력에 기초하여, 상기 반도체 스위치 소자가 도통 상태에 있을 때의 시간 비율을 연산하고, 연산한 상기 시간 비율이 제4 임계치보다도 커지는 타이밍부터, 상기 시간 비율이 상기 제4 임계치보다도 작은 제5 임계치보다도 작아지는 타이밍까지의 동안, 상기 반도체 스위치 소자를 차단 상태로 유지하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 회생 제어 신호 마스크부는
    상기 시간 비율을 회생 부하율로서 출력하는 계수부와,
    상기 회생 부하율이 상기 제4 임계치보다도 큰 것을 나타내는 신호를 출력하는 제4 비교부와,
    상기 회생 부하율이 상기 제5 임계치보다도 작은 것을 나타내는 신호를 출력하는 제5 비교부와,
    상기 제4 비교부의 출력 신호가 유의가 되는 타이밍부터, 상기 제5 비교부의 출력 신호가 유의가 되는 타이밍까지의 동안, 상기 반도체 스위치 소자를 차단 상태로 유지하는 신호를 출력하는 상태 유지부와,
    상기 상태 유지부의 출력이 유의한 기간은, 상기 회생 제어 신호 생성부의 출력을 강제적으로 상기 반도체 스위치 소자가 차단 상태가 되도록 출력하고, 상기 상태 유지부의 출력이 유의가 아닌 기간은, 상기 회생 제어 신호 생성부의 출력을 그대로 출력시키는 제2 전환부를
    구비한 것을 특징으로 하는 모터 구동 시스템.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 회생 제어 신호 마스크부는,
    상기 반도체 스위치 소자가 도통 상태에 있는 시간과, 상기 저항기의 축열 특성에 기초하여, 상기 저항기의 온도 상승분을 추정하고, 또한 상기 반도체 스위치 소자가 차단 상태에 있는 시간과, 상기 저항기의 방열 특성에 기초하여 온도 하강분을 추정하여, 상기 저항기의 추정 온도를 산출하고, 산출한 상기 추정 온도가 제6 임계치보다도 커지는 타이밍부터, 상기 추정 온도가 상기 제6 임계치보다도 작은 제7 임계치보다도 작아지는 타이밍까지의 동안, 상기 반도체 스위치 소자를 차단 상태로 유지하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 회생 제어 신호 마스크부는
    상기 추정 온도가 상기 제6 임계치보다도 큰 것을 나타내는 신호를 출력하는 제6 비교부와,
    상기 추정 온도가 상기 제7 임계치보다도 작은 것을 나타내는 신호를 출력하는 제7 비교부와,
    상기 제6 비교부의 출력이 유의가 되는 타이밍부터, 상기 제7 비교부의 출력이 유의가 되는 타이밍까지의 동안, 상기 반도체 스위치 소자를 차단 상태로 유지시키는 신호를 출력하는 상태 유지부와,
    상기 상태 유지부의 출력이 유의한 기간은, 상기 회생 제어 신호 생성부의 출력을 강제적으로 상기 반도체 스위치 소자가 차단 상태가 되도록 출력하고, 상기 상태 유지부의 출력이 유의가 아닌 기간은, 상기 회생 제어 신호 생성부의 출력을 그대로 출력시키는 제3 전환부를
    구비한 것을 특징으로 하는 모터 구동 시스템.
  9. 청구항 4에 있어서,
    상기 회생 제어 신호 마스크부는 상기 회생 제어 신호 생성부의 출력에 기초하여, 상기 반도체 스위치 소자가 도통 상태에 있을 때의 시간 비율을 연산하고, 연산한 상기 시간 비율이 제4 임계치보다도 커지는 타이밍부터, 상기 시간 비율이 상기 제4 임계치보다도 작은 제5 임계치보다도 작아지는 타이밍까지의 동안, 상기 반도체 스위치 소자를 차단 상태로 유지하고,
    상기 반도체 스위치 소자가 도통 상태에 있는 시간과, 상기 저항기의 축열 특성에 기초하여, 상기 저항기의 온도 상승분을 추정하고, 또한 상기 반도체 스위치 소자가 차단 상태에 있는 시간과, 상기 저항기의 방열 특성에 기초하여 온도 하강분을 추정하여, 상기 저항기의 추정 온도를 산출하고, 산출한 상기 추정 온도가 제6 임계치보다도 커지는 타이밍부터, 상기 추정 온도가 상기 제6 임계치보다도 작은 제7 임계치보다도 작아지는 타이밍까지의 동안, 상기 반도체 스위치 소자를 차단 상태로 유지하는
    것을 특징으로 하는 모터 구동 시스템.
  10. 고전위측 도체 및 저전위측 도체를 가지는 직류 모선에 접속되어, 상기 직류 모선에 접속되는 1 또는 복수의 다른 인버터 장치와 함께 모터 구동 시스템을 구성하고, 상기 직류 모선을 통해서 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 모터를 구동하는 인버터 장치로서,
    상기 인버터 장치는
    상기 직류 전력을 상기 교류 전력으로 변환하는 전력 변환 회로와,
    상기 전력 변환 회로에 인가되는 직류 전압을 검출하는 전압 검출 회로와,
    상기 전력 변환 회로에 병렬로 접속되는 평활 콘덴서와,
    직렬로 접속되는 저항기 및 반도체 스위치 소자를 가지고, 상기 저항기와 상기 반도체 스위치 소자가, 상기 고전위측 도체와 상기 저전위측 도체의 사이에 접속되는 회생 회로와,
    상기 전력 변환 회로가 회생 상태에 있는지 여부를 판별하는 상태 판별 회로와,
    상기 상태 판별 회로에 의한 판별 결과 및 상기 직류 전압과 판정 임계치의 비교 결과에 기초하여, 상기 회생 회로의 상기 반도체 스위치 소자를 도통 상태 또는 차단 상태로 제어하는 회생 제어 회로를 구비하고,
    상기 회생 제어 회로는
    제1 임계치와, 상기 제1 임계치보다도 큰 값인 제2 임계치와, 상기 제1 임계치보다도 작은 값인 제3 임계치를 유지하고,
    상기 상태 판별 회로의 판별 결과가 회생 상태인 경우에는 상기 제1 임계치를 출력하고, 상기 상태 판별 회로의 판별 결과가 회생 상태가 아닌 경우에는 상기 제2 임계치를 출력하는 전환부와,
    상기 전압 검출 회로의 출력이 상기 전환부의 출력치보다도 큰 경우에 유의를 나타내는 신호를 출력하는 제1 비교부와,
    상기 전압 검출 회로의 출력이 상기 제3 임계치보다도 작은 경우에 유의를 나타내는 신호를 출력하는 제2 비교부와,
    상기 제1 비교부의 출력이 유의가 되는 타이밍에서 상기 반도체 스위치 소자를 도통 상태로 하고, 또한 상기 제2 비교부의 출력이 유의가 되는 타이밍에서 상기 반도체 스위치 소자를 차단 상태로 하는 회생 제어 신호를 생성하는 회생 제어 신호 생성부를
    구비한 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
  11. 고전위측 도체 및 저전위측 도체를 가지는 직류 모선에 접속되어, 상기 직류 모선에 접속되는 1 또는 복수의 다른 인버터 장치와 함께 모터 구동 시스템을 구성하고, 상기 직류 모선을 통해서 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 모터를 구동하는 인버터 장치로서,
    상기 인버터 장치는
    상기 직류 전력을 상기 교류 전력으로 변환하는 전력 변환 회로와,
    상기 전력 변환 회로에 인가되는 직류 전압을 검출하는 전압 검출 회로와,
    상기 전력 변환 회로에 병렬로 접속되는 평활 콘덴서와,
    직렬로 접속되는 저항기 및 반도체 스위치 소자를 가지고, 상기 저항기와 상기 반도체 스위치 소자가, 상기 고전위측 도체와 상기 저전위측 도체의 사이에 접속되는 회생 회로와,
    상기 전력 변환 회로가 회생 상태에 있는지 여부를 판별하는 상태 판별 회로와,
    상기 상태 판별 회로에 의한 판별 결과 및 상기 직류 전압과 판정 임계치의 비교 결과에 기초하여, 상기 회생 회로의 상기 반도체 스위치 소자를 도통 상태 또는 차단 상태로 제어하는 회생 제어 회로를 구비하고,
    상기 회생 제어 회로는
    제1 임계치와, 상기 제1 임계치보다도 큰 값인 제2 임계치와, 상기 제1 임계치보다도 작은 값인 제3 임계치를 유지하고,
    상기 전압 검출 회로의 출력이 상기 제1 임계치보다도 큰 것을 나타내는 제1 신호를 출력하는 제1 비교부와,
    상기 전압 검출 회로의 출력이 상기 제3 임계치보다도 작은 것을 나타내는 제2 신호를 출력하는 제2 비교부와,
    상기 전압 검출 회로의 출력이 상기 제2 임계치보다도 큰 것을 나타내는 제3 신호를 출력하는 제3 비교부와,
    상기 제1 신호와 상기 제3 신호에 기초하여, 상기 상태 판별 회로의 판별 결과가 회생 상태인 경우에는 상기 제1 신호를 출력하고, 상기 상태 판별 회로의 판별 결과가 회생 상태가 아닌 경우에는 상기 제3 신호를 출력하는 전환부와,
    상기 전환부의 출력이 유의가 되는 타이밍에서 상기 반도체 스위치 소자를 도통 상태로 하고, 또한 상기 제2 비교부의 출력이 유의가 되는 타이밍에서 상기 반도체 스위치 소자를 차단 상태로 하는 회생 제어 신호를 생성하는 회생 제어 신호 생성부를
    구비한 것을 특징으로 하는 인버터 장치.
  12. 고전위측 도체 및 저전위측 도체를 가지는 직류 모선을 통해서 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 모터를 구동하는 인버터 장치를 복수 개 구비하고, 복수의 상기 인버터 장치가 상기 직류 모선에 서로 병렬로 접속되는 모터 구동 시스템으로서,
    각각의 상기 인버터 장치는
    상기 직류 전력을 상기 교류 전력으로 변환하는 전력 변환 회로와,
    상기 전력 변환 회로에 인가되는 직류 전압을 검출하는 전압 검출 회로와,
    상기 전력 변환 회로에 병렬로 접속되는 평활 콘덴서와,
    직렬로 접속되는 저항기 및 반도체 스위치 소자를 가지고, 상기 저항기와 상기 반도체 스위치 소자가, 상기 고전위측 도체와 상기 저전위측 도체의 사이에 접속되는 회생 회로와,
    상기 전력 변환 회로가 회생 상태에 있는지 여부를 판별하는 상태 판별 회로와,
    제1 임계치 및 상기 제1 임계치보다도 큰 값인 제2 임계치를 유지하고, 상기 상태 판별 회로의 판별 결과에 기초하여, 상기 반도체 스위치 소자를 도통 상태로 할지 여부에 대한 판정 임계치를 상기 제1 임계치와 상기 제2 임계치의 사이에서 전환하고, 이 전환된 판정 임계치와 상기 직류 전압의 비교 결과에 기초하여, 상기 반도체 스위치 소자를 도통 상태 또는 차단 상태로 제어하는 회생 제어 회로를 구비하고,
    복수의 상기 인버터 장치의 상기 회생 제어 회로에 있어서,
    상기 상태 판별 회로의 판별 결과가 회생 상태라고 판정한 인버터 장치의 상기 회생 제어 회로는, 상기 제1 임계치를 판정 임계치로서 사용하고,
    상기 상태 판별 회로의 판별 결과가 회생 상태는 아니라고 판정한 인버터 장치의 상기 회생 제어 회로는, 상기 제2 임계치를 판정 임계치로서 사용하고,
    상기 제1 임계치를 판정 임계치로서 사용하는 인버터 장치와, 상기 제2 임계치를 판정 임계치로서 사용하는 다른 인버터 장치가 동일 시간에 존재하는
    것을 특징으로 하는 모터 구동 시스템.
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