(57)【要約】      （修正有）【課題】誘導機が偏心しているかどうかをリアルタイムで検知できる誘導機偏心検知システムを提供する。【解決手段】誘導機偏心検知システム１は、インバータ部１２と、複数の誘導機１３と、インバータ部１２の出力に流れる電流を検出する電流検出器１４と、誘導機１３の回転数を出力する角速度検出器１５と、インバータ部１２を駆動するためのゲート信号を出力する制御部２１と、を備え、制御部２１は、誘導機角速度選択器が出力する選択角速度に基づき選択速度を演算する乗算器と、３相−ｄｑ座標変換部が出力するトルク分電流と選択速度に基づき、トルク分電流の高周波域成分を抽出するハイパスフィルタ部と、ハイパスフィルタ部が出力するトルク分電流の高周波域成分と設定した偏心検知値と比較する比較部と、を備え、インバータ部１２が出力する電流を用いて、インバータ部１２に接続された複数の誘導機１３の内１台以上が偏心していることを検知する。【選択図】図１
2020005458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の出力に接続し直流電力を交流電力に変換するインバータ部と、前記インバータ部に接続された複数の誘導機と、前記インバータ部の出力に流れる電流を検出する手段と、前記誘導機の回転数を出力する手段と、前記インバータ部を駆動するためのゲート信号を出力する制御部と、を備え
前記制御部は、誘導機角速度選択器が出力する選択角速度に基づき選択速度を演算する乗算器と、３相−ｄｑ座標変換部が出力するトルク分電流と前記選択速度に基づき、前記トルク分電流の高周波域成分を抽出するハイパスフィルタ部と、前記ハイパスフィルタ部が出力する前記トルク分電流の高周波域成分と設定した偏心検知値と比較する比較部と、を備え、
インバータ部が出力する電流を用いて、インバータ部に接続された複数の誘導機の内１台以上が偏心していることを検知することを特徴とする誘導機偏心検知システム。
【請求項２】
請求項１において、ハイパスフィルタ部に入力する電流が、３相−ｄｑ座標変換部が出力するトルク分電流では無く、３相−ｄｑ座標変換部が出力する励磁分電流であることを特徴とする誘導機偏心検知システム。
【請求項３】
請求項１に加え、インバータ部に接続された複数の各誘導機に流れる電流を検出する手段と、を備え、
制御部は、インバータ部に接続された複数の各誘導機に流れる電流に基づきトルク分電流を演算する複数の３相−ｄｑ座標変換部と、各誘導機に流れる前記トルク分電流の高周波域成分を抽出する複数のハイパスフィルタ部と、前記複数のハイパスフィルタ部が出力する前記トルク分電流の高周波域成分と設定した偏心検知値と比較する複数の比較部と、を備え、
誘導機に流れる電流を用いて、インバータ部に接続された複数の誘導機の内、偏心している誘導機を検知することを特徴とする誘導機偏心検知システム。
【請求項４】
請求項３において、ハイパスフィルタ部に入力する電流が、３相−ｄｑ座標変換部が出力するトルク分電流では無く、３相−ｄｑ座標変換部が出力する励磁分電流であることを特徴とする誘導機偏心検知システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ装置で駆動される誘導機の偏心状態を検知するシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インバータ装置で駆動される誘導機が、誘導機の主軸用ベアリングの不具合や、誘導機に接続される継手や歯車装置等の負荷の不具合による誘導機の主軸が偏心した場合、リアルタイムで検知する手段が無く、破壊に至ることがあった。
【０００３】
特許文献１によれば、専用の測定装置を用いて偏心量等を計測するシステムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−４６５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、誘導機単体のみにおける測定のため、誘導機を負荷に接続した場合の測定が不可能であった。
【０００６】
そこで、誘導機を駆動するインバータ装置に流れる電流から、誘導機が偏心しているかどうかを検知できるようにし、かつ、リアルタイムで検知できるようにした。
【０００７】
本発明を採用すれば、誘導機の偏心状態を専用の測定装置では無く、誘導機を駆動するインバータ装置でリアルタイムに検知することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を解決するため、
請求項１の発明では、誘導機偏心検知システムにおいて、
直流電源の出力に接続し直流電力を交流電力に変換するインバータ部と、前記インバータ部に接続された複数の誘導機と、前記インバータ部の出力に流れる電流を検出する手段と、前記誘導機の回転数を出力する手段と、前記インバータ部を駆動するためのゲート信号を出力する制御部と、を備え
前記制御部は、誘導機角速度選択器が出力する選択角速度に基づき選択速度を演算する乗算器と、３相−ｄｑ座標変換部が出力するトルク分電流と前記選択速度に基づき、前記トルク分電流の高周波域成分を抽出するハイパスフィルタ部と、前記ハイパスフィルタ部が出力する前記トルク分電流の高周波域成分と設定した偏心検知値と比較する比較部と、を備え、
インバータ部が出力する電流を用いて、インバータ部に接続された複数の誘導機の内１台以上が偏心していることを検知することを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明では、請求項１において、ハイパスフィルタ部に入力する電流が、３相−ｄｑ座標変換部が出力するトルク分電流では無く、３相−ｄｑ座標変換部が出力する励磁分電流であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明では、請求項１に加え、インバータ部に接続された複数の各誘導機に流れる電流を検出する手段と、を備え、
制御部は、インバータ部に接続された複数の各誘導機に流れる電流に基づきトルク分電流を演算する複数の３相−ｄｑ座標変換部と、各誘導機に流れる前記トルク分電流の高周波域成分を抽出する複数のハイパスフィルタ部と、前記複数のハイパスフィルタ部が出力する前記トルク分電流の高周波域成分と設定した偏心検知値と比較する複数の比較部と、を備え、
誘導機に流れる電流を用いて、インバータ部に接続された複数の誘導機の内、偏心している誘導機を検知することを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明では、請求項３において、ハイパスフィルタ部に入力する電流が、３相−ｄｑ座標変換部が出力するトルク分電流では無く、３相−ｄｑ座標変換部が出力する励磁分電流であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、上述した誘導機偏心検知システムにおいて、誘導機の偏心状態を専用の測定装置では無く、誘導機を駆動するインバータ装置でリアルタイムに検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る誘導機偏心検知システムの回路を示す図である。（実施例１）
【図２】本発明に係る制御部の制御ブロック構成の一例を示す図である。（実施例１）
【図３】本発明に係る電流・信号を示したチャートである。（実施例１）
【図４】本発明に係る誘導機偏心検知システムの回路を示す図である。（実施例２）
【図５】本発明に係る制御部の制御ブロック構成の一例を示す図である。（実施例２）
【図６】本発明に係る電流・信号を示したチャートである。（実施例２）
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は本発明の実施例１に係わる誘導機偏心検知システムを示す図、図２は本発明の実施例１に係わる制御ブロック構成の一例を示す図、図３は本発明の実施例１に係わる電流・信号のタイムチャートを示す図である。
【００１６】
図１は、インバータ部が４台の誘導機を駆動する場合の誘導機偏心検知システム１の構成を示しており、直流電源１１と、インバータ部１２と、誘導機１３ａ〜１３ｄと、電流検出器１４ａ及び１４ｂと、角速度検出器１５ａ〜１５ｄと、制御部２１とを備える。
【００１７】
インバータ部１２は、直流電源１１が出力した直流電力を、制御部２１が出力するゲート信号に従い、３相の交流電力に変換し、４台の誘導機１３ａ〜１３ｄを駆動する。
【００１８】
電流検出器１４ａ及び１４ｂは、インバータが出力する電流Ｉｕ及びＩｗを検出する。
【００１９】
角速度検出器１５ａ〜１５ｄは、それぞれ、誘導機１５ａ〜１５ｄの角速度ωｍ１〜ωｍ４を検出する。
【００２０】
制御部２１は、電流検出器１４ａ及び１４ｂで検出した電流と、角速度検出器１５ａ〜１５ｄで検出した角速度に基づき、インバータ部１２のスイッチング素子に対してゲート信号を出力する。
【００２１】
図２は、制御部２１の構成を示しており、制御部２１は、電流指令生成部２１１と、すべり周波数指令演算部２１２と、誘導機角速度選択器２１３と、加算器２１４と、積分器２１５と、３相−ｄｑ座標変換部２１６と、電流制御部２１７と、ｄｑ座標−３相変換部２１８と、ゲート信号生成部２１９と、乗算器２２０と、ハイパスフィルタ部２２１と、比較部２２２と、を備える。
【００２２】
電流指令生成部２１１は、外部から入力される誘導機トルク指令Ｔ＊及び磁束指令φ＊に基づき、励磁分電流指令Ｉｄ＊及びトルク分電流指令Ｉｑ＊を演算する。
【００２３】
すべり周波数指令演算部２１２は、励磁分電流指令Ｉｄ＊及びトルク分電流指令Ｉｑ＊に基づき、すべり周波数指令ωｓ＊を演算する。
【００２４】
誘導機角速度選択器２１３は、誘導機１３ａ〜１３ｄの角速度であるωｍ１〜ωｍ４の内、制御に使用するひとつの角速度を選択し、選択角速度ωｍを出力する。平均値でも良い。
【００２５】
加算器２１４は、すべり周波数指令ωｓ＊と選択角速度ωｍを加算し、インバータ周波数ωｉを出力する。
【００２６】
積分器２１５は、インバータ周波数ωｉを積分し、位相θを出力する。
【００２７】
３相−ｄｑ座標変換部２１６は、電流Ｉｕ及びＩｗと、位相θに基づき、インバータが出力している励磁分電流Ｉｄ及びトルク分電流Ｉｑを演算する。
【００２８】
電流制御部２１７は、検出値である励磁分電流Ｉｄ及びトルク分電流Ｉｑを、励磁電流指令Ｉｄ＊及びトルク分電流指令Ｉｑ＊に一致させるように、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊、ｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を出力する。例えば、ＰＩ制御を使用する。
【００２９】
ｄｑ座標−３相変換部２１８は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊と、ｑ軸電圧指令Ｖｑ＊と、位相θに基づき、３相座標に対する３相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を演算する。
【００３０】
ゲート信号生成部２１９は、３相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊と、キャリア信号Ｃｓに基づき、ゲート信号を出力する。
【００３１】
インバータ部１２は、ゲート信号に基づき、スイッチング素子を動作させ、誘導機１３ａ〜１３ｄを駆動する。
【００３２】
これまで説明した実施内容は、一般的な誘導機の駆動方法であり、これに限った動作である必要は無い。
【００３３】
乗算器２２０は、選択角速度ωｍを１／（２π）倍した選択速度ｆｍを演算する。
【００３４】
ハイパスフィルタ部２２１は、トルク分電流Ｉｑと選択速度ｆｍに基づき、選択速度ｆｍをカットオフ周波数としたトルク分電流Ｉｑの高周波成分Ｉｑ＿ｈｐｆを抽出する。
【００３５】
比較部２２２は、トルク分電流高周波成分Ｉｑ＿ｈｐｆと設定された偏心検知値とを比較し、トルク分電流高周波成分Ｉｑ＿ｈｐｆが偏心検知値を超えた時に、偏心検知信号を出力する。検知した信号は、リセット信号があるまで保持すると良い。
【００３６】
図３は、実施例１において、誘導機が動作している途中に偏心が開始した時のトルク分電流高周波成分Ｉｑ＿ｈｐｆ・偏心検知信号のタイムチャートを示す図である。
【００３７】
動作の流れを説明する。
【００３８】
インバータ部１２で駆動される誘導機１３ａ〜１３ｄが偏心の無い状態においては、インバータ部から出力される３相の交流電流はバランスした電流であるため、トルク分電流Ｉｑは脈動の無い直流となる。
【００３９】
しかし、偏心が発生すると、誘導機内部の回転子と固定子の位置関係が均一では無くなり、回転子と固定子間のエアギャップ距離が回転速度の２倍の周波数で振動し、誘導機の回転速度を用いて静止座標（３相座標）から回転座標（ｄｑ座標）に変換しているトルク分電流Ｉｑは直流にはならず脈動する。
【００４０】
トルク分電流Ｉｑの高周波成分であるＩｑ＿ｈｐｆの振幅は偏心量に依存することが、本発明者らの研究によって分かったため、ある程度以上の振幅が発生した場合、インバータ部が駆動する４台の誘導機の内、１台以上が偏心していると判断できる。
【実施例２】
【００４１】
図４は本発明の実施例２に係わる誘導機偏心検知システムを示す図、図５は本発明の実施例２に係わる制御ブロック構成の一例を示す図、図６は本発明の実施例２に係わる電流・信号のタイムチャートを示す図である。
【００４２】
図４は、インバータ部が４台の誘導機を駆動する場合の誘導機偏心検知システム１Ａの構成を示しており、４台の各誘導機に流れる電流を検出する電流検出器１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂ、１９ａ、１９ｂが追加され、各電流検出値が制御部２１Ａに入力されている点が実施例１の図１と異なる。
【００４３】
電流検出器１６ａ及び１６ｂは、誘導機１に流れる電流Ｉｕ１及びＩｖ１を検出する。電流検出器１７ａ及び１７ｂ、１８ａ及び１８ｂ、１９ａ及び１９ｂは、それぞれ、誘導機２、３、４に流れる電流Ｉｕ２及びＩｖ２、電流Ｉｕ３及びＩｖ３、電流Ｉｕ４及びＩｖ４を検出する。
【００４４】
図５は、制御部２１Ａの構成を示しており、電流検出器１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂ、１９ａ、１９ｂで検出した電流を変換する３相−ｄｑ座標変換部２１６ａ〜２１６ｄと、各３相−ｄｑ座標変換部で演算したトルク分電流の高周波域成分を抽出するハイパスフィルタ部２２１ａ〜２２１ｄと、各ハイパスフィルタ部で抽出したトルク分電流高周波成分と設定された偏心検知値とを比較する比較部２２２ａ〜２２２ｄが追加されている点が実施例１の図２と異なる。
【００４５】
３相−ｄｑ座標変換部２１６ａは、電流Ｉｕ１及びＩｗ１と、位相θに基づき、誘導機１に流れているトルク分電流Ｉｑ１を演算する。３相−ｄｑ座標変換部２１６ｂ、２１６ｃ、２１６ｄは、それぞれ、電流Ｉｕ２及びＩｖ２、電流Ｉｕ３及びＩｖ３、電流Ｉｕ４及びＩｖ４と、位相θに基づき、誘導機２、３、４に流れているトルク分電流Ｉｑ２、Ｉｑ３、Ｉｑ４を演算する。
【００４６】
ハイパスフィルタ部２２１ａは、トルク分電流Ｉｑ１と選択速度ｆｍに基づき、選択速度ｆｍをカットオフ周波数としたトルク分電流高周波成分Ｉｑ１＿ｈｐｆを抽出する。ハイパスフィルタ部２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄは、それぞれ、トルク分電流Ｉｑ２、Ｉｑ３、Ｉｑ４と選択速度ｆｍに基づき、選択速度ｆｍをカットオフ周波数としたトルク分電流高周波成分Ｉｑ２＿ｈｐｆ、Ｉｑ３＿ｈｐｆ、Ｉｑ４＿ｈｐｆを抽出する。
【００４７】
比較部２２２ａは、トルク分電流高周波成分Ｉｑ１＿ｈｐｆと設定された偏心検知値とを比較し、トルク分電流高周波成分Ｉｑ１＿ｈｐｆが偏心検知値を超えた時に、偏心検知信号を出力する。比較部２２２ｂ、２２２ｃ、２２２ｄは、トルク分電流高周波成分Ｉｑ２＿ｈｐｆ、Ｉｑ３＿ｈｐｆ、Ｉｑ４＿ｈｐｆと設定された偏心検知値とを比較し、各ルク分電流高周波成分が偏心検知値を超えた時に、偏心検知信号を出力する。検知した信号は、リセット信号があるまで保持すると良い。
【００４８】
図６は、実施例２において、誘導機が動作している途中に偏心が開始した時のトルク分電流高周波成分Ｉｑ１＿ｈｐｆ〜Ｉｑ４＿ｈｐｆ・誘導機１〜４偏心検知信号のタイムチャートを示す図である。
【００４９】
動作の流れは実施例１と同様であるが、インバータ部が駆動する４台の誘導機に流れる各電流を検出することにより、どの誘導機が偏心したのかの判断が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、誘導機偏心検知システムにおいて、誘導機を駆動するインバータ装置が出力する電流、もしくは誘導機に流れる電流から、誘導機が偏心しているかどうかをリアルタイムで検知できるようになり、専用の測定装置を使用する必要がなくなる。
【符号の説明】
【００５１】
１、１Ａ            誘導機偏心検知システム
１１               直流電源
１２               インバータ部
１３ａ〜１３ｄ      誘導機
１４ａ、１４ｂ      電流検出器
１５ａ〜１５ｄ      角速度検出器
１６ａ、１６ｂ      電流検出器
１７ａ、１７ｂ      電流検出器
１８ａ、１８ｂ      電流検出器
１９ａ、１９ｂ      電流検出器
２１、２１Ａ        制御部
２１１       電流指令生成部
２１２       すべり周波数指令演算部
２１３       誘導機角速度選択器
２１４       加算器
２１５       積分器
２１６、２１６ａ〜２１６ｄ        ３相−ｄｑ座標変換部
２１７       電流制御部
２１８       ｄｑ座標−３相変換部
２１９       ゲート信号生成部
２２０       乗算器
２２１、２２１ａ〜２２１ｄ         ハイパスフィルタ部
２２２、２２２ａ〜２２２ｄ        比較部
【図１】
2020005458.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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