(57)【要約】  回転方向切替信号により回転方向を切替えることができるインバータ装置を提供する。  速度指令と速度信号に基づいてｄ−ｑ軸電流指令を生成する速度制御部（１）と、ｄ−ｑ軸電流指令とｄ−ｑ軸電流信号に基づいてｄ−ｑ軸電圧指令を生成する電流制御部（２）と、ベクトル制御部（３）と、インバータ部（４）と、３相電流信号からｄ−ｑ軸電流信号を生成する座標変換部（６）と、位置信号から位相信号と速度信号を生成する速度・位相信号演算部（７）と、を備えたインバータ装置において、インバータ部（４）は、回転方向切替信号により３相電圧指令を操作する電圧指令操作部（４２）を備え、速度・位相信号演算部（７）は回転方向切替信号により速度信号を操作する速度信号操作部（７１）を備え、速度制御部（１）は回転方向切替信号によりｑ軸電流指令を操作するｑ軸電流指令操作部（１１）とｑ軸電流指令を所定電流に制限する電流制限部（１２）とを備えた。
2008075532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
速度指令と速度信号に基づいてｄ−ｑ軸電流指令を生成する速度制御部と、前記ｄ−ｑ軸電流指令とｄ−ｑ軸電流信号に基づいてｄ−ｑ軸電圧指令を生成する電流制御部と、前記ｄ−ｑ軸電圧指令と位相信号に基づいて電圧振幅指令と電圧位相指令を生成するベクトル制御部と、前記電圧振幅指令と前記電圧位相指令に基づいて３相電圧指令を生成しモータを駆動するインバータ部と、前記モータの３相電流信号からｄ−ｑ軸電流信号を生成する座標変換部と、前記モータの位置信号から位相信号と前記速度信号を生成する速度・位相信号演算部と、を備えたインバータ装置において、
前記インバータ部は、回転方向切替信号により前記３相電圧指令を操作する電圧指令操作部を備え、前記速度・位相信号演算部は前記回転方向切替信号により速度信号を操作する速度信号操作部を備え、前記速度制御部は前記回転方向切替信号によりｑ軸電流指令を操作するｑ軸電流指令操作部とｑ軸電流指令を所定電流に制限する電流制限部とを備えることを特徴するインバータ装置。
【請求項２】
前記電圧指令操作部は、回転方向切替信号により前記３相電圧指令のうち２相を入替え、前記速度信号操作部は前記速度信号の極性を反転させることを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
【請求項３】
前記電圧指令操作部は、回転方向切替信号により前記３相電圧指令の極性を反転させ、前記速度信号操作部は前記速度信号の極性を反転させることを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
【請求項４】
前記ｑ軸電流操作部は、回転方向切替信号により前記ｑ軸電流指令の極性を反転させ、前記速度信号操作部は前記速度信号の極性を反転させることを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
【請求項５】
前記速度・位相信号演算部は、前記モータの位置信号である２相パルス信号から速度信号と位相信号を生成することを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
【請求項６】
速度信号操作部は、回転方向切替信号により前記２相パルス信号を入替えることを特徴とする請求項５記載のインバータ装置。
【請求項７】
前記速度制御部は、ＰＩＤ制御であることを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
【請求項８】
前記速度制御部は、ｑ軸電流指令が電流制限中はＰ制御であることを特徴とする請求項７記載のインバータ装置。
【請求項９】
速度指令と速度信号に基づいてｄ−ｑ軸電流指令を生成する速度制御部と、前記ｄ−ｑ軸電流指令とｄ−ｑ軸電流信号に基づいてｄ−ｑ軸電圧指令を生成する電流制御部と、前記ｄ−ｑ軸電圧指令と位相信号に基づいて電圧振幅指令と電圧位相指令を生成するベクトル制御部と、前記電圧振幅指令と前記電圧位相指令に基づいて３相電圧指令を生成しモータを駆動するインバータ部と、前記モータの３相電流信号からｄ−ｑ軸電流信号を生成する座標変換部と、前記モータの位置信号から速度信号と前記位相信号を生成する速度・位相信号演算部と、を備えたインバータ装置の制御方法において、
速度指令と速度信号に基づいてｄ−ｑ軸電流指令を生成するステップと、
前記ｄ−ｑ軸電流指令とｄ−ｑ軸電流信号に基づいてｄ−ｑ軸電圧指令を生成するステップと、
前記ｄ−ｑ軸電圧指令と位相信号に基づいて電圧振幅指令と電圧位相指令を生成するステップと、
回転方向切替信号により前記３相電圧指令と前記速度信号の極性を反転するステップと、
前記電圧振幅指令と前記電圧位相指令に基づいて３相電圧指令を生成しモータを駆動するステップと、
を備えることを特徴とするインバータ装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転方向切替信号でモータの回転方向を切り替えることのできるインバータ装置とその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に回転方向切替信号でモータの回転方向を切替えることのできるインバータ装置が開示されている。特許文献１の従来のインバータ装置は、メモリに記憶されている三角関数データを電気角の増加に従って順次読み出す作業を１２０度づつの位相差で同時に行うことにより、直流電力を任意の周波数の３相交流電力に変換して交流電動機を可変運転させるインバータ装置であり、運転中の交流電動機に逆転指令が与えられるとこの交流電動機を減速させ、速度零を検出すれば１２０度の位相差を維持されたままで３角関数データを電気角の減少に従って読み出すものである。また、別の従来のインバータ装置は、正転指令又は逆転指令に対する実際のモータ回転方向を切り替える際、モータのＵ，Ｖ，Ｗの任意の２相を物理的に切替え、モータに直結したパルスジェネレータ（ＰＧ）の２相信号のＡ相信号とＢ相信号を物理的に切り替えていた。また、モータ１回転に１パルスだけ発生するＺ相信号を使用して制御位相を補正しているインバータ装置においては、回転方向が変化するたびに補正量を再調整していた。
図２において、従来のインバータのインバータ部４は、回転方向切替信号が正逆の正を指示するＦＬＡＧはＦＬＡＧ＝０に固定されており、正転指令又は逆転指令に対する実際のモータ回転方向を切り替える際、モータのＵ，Ｖ，Ｗの任意の２相を物理的に切替えていた。図３において、従来のインバータ装置では、回転方向切替信号ＦＬＡＧはＦＬＡＧ＝０に固定されており、正転指令又は逆転指令に対しては、ＰＧのＡ相信号とＢ相信号を物理的に切替えていた。また、ＰＧのＺ相信号を使用して制御位相を補正している従来のインバータ装置の位相演算器は、ＦＬＡＧ＝０に固定されており、正転指令又は逆転指令に対しては、補正量を再調整していた。
【特許文献１】特開昭６２−００２８８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このように、従来のインバータ装置は、回転方向切替信号が入力された場合、減速して零速度を確認して位相データを読み出したり、信号を物理的に切り替えていた。また、ＰＧ信号のＺ相を使用して制御位相を補正している従来のインバータ装置の場合は、正転指令又は逆転指令に対して元々設定している補正量がずれるため、補正量を再調整する必要があるという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、回転方向切替信号により回転方向を切替えることができるインバータ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、速度指令と速度信号に基づいてｄ−ｑ軸電流指令を生成する速度制御部と、前記ｄ−ｑ軸電流指令とｄ−ｑ軸電流信号に基づいてｄ−ｑ軸電圧指令を生成する電流制御部と、前記ｄ−ｑ軸電圧指令と位相信号に基づいて電圧振幅指令と電圧位相指令を生成するベクトル制御部と、前記電圧振幅指令と前記電圧位相指令に基づいて３相電圧指令を生成しモータを駆動するインバータ部と、前記モータの３相電流信号からｄ−ｑ軸電流信号を生成する座標変換部と、前記モータの位置信号から速度信号と前記位相信号を生成する速度・位相信号演算部と、を備えたインバータ装置において、前記インバータ部は、回転方向切替信号により前記３相電圧指令を操作する電圧指令操作部を備え、前記速度・位相信号演算部は前記回転方向切替信号により速度信号を操作する速度信号操作部を備え、前記速度制御部は前記回転方向切替信号によりｑ軸電流指令を操作するｑ軸電流指令操作部とｑ軸電流指令を所定電流に制限する電流制限部とを備えることを特徴するものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１記載のインバータ装置において、前記電圧指令操作部は、回転方向切替信号により前記３相電圧指令のうち２相を入替え、前記速度信号操作部は前記速度信号の極性を反転させることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１記載のインバータ装置において、前記電圧指令操作部は、回転方向切替信号により前記３相電圧指令の極性を反転させ、前記速度信号操作部は前記速度信号の極性を反転させることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１記載のインバータ装置において、前記ｑ軸電流操作部は、回転方向切替信号により前記ｑ軸電流指令の極性を反転させ、前記速度信号操作部は前記速度信号の極性を反転させることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１記載のインバータ装置において、前記速度・位相信号演算部は、前記モータの位置信号である２相パルス信号から速度信号と位相信号を生成することを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、請求項５記載のインバータ装置において、速度信号操作部は、回転方向切替信号により前記２相パルス信号を入替えることを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、請求項１記載のインバータ装置において、前記速度制御部は、ＰＩＤ制御であることを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明は、請求項７記載のインバータ装置において、前記速度制御部は、ｑ軸電流指令が電流制限中はＰ制御であることを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、請求項７記載のインバータ装置において、前記速度制御部は、ｑ軸電流指令が電流制限にかかっている間はＰ制御であることを特徴とするものである。
請求項９に記載の発明は、速度指令と速度信号に基づいてｄ−ｑ軸電流指令を生成する速度制御部と、前記ｄ−ｑ軸電流指令とｄ−ｑ軸電流信号に基づいてｄ−ｑ軸電圧指令を生成する電流制御部と、前記ｄ−ｑ軸電圧指令と位相信号に基づいて電圧振幅指令と電圧位相指令を生成するベクトル制御部と、前記電圧振幅指令と前記電圧位相指令に基づいて３相電圧指令を生成しモータを駆動するインバータ部と、前記モータの３相電流信号からｄ−ｑ軸電流信号を生成する座標変換部と、前記モータの位置信号から速度信号と前記位相信号を生成する速度・位相信号演算部と、を備えたインバータ装置の制御方法において、速度指令と速度信号に基づいてｄ−ｑ軸電流指令を生成するステップと、ｑ軸電流を所定電流に制限するステップと、前記ｄ−ｑ軸電流指令とｄ−ｑ軸電流信号に基づいてｄ−ｑ軸電圧指令を生成するステップと、前記ｄ−ｑ軸電圧指令と位相信号に基づいて電圧振幅指令と電圧位相指令を生成するステップと、回転方向切替信号により前記３相電圧指令と前記速度信号の極性を反転するステップと、前記電圧振幅指令と前記電圧位相指令に基づいて３相電圧指令を生成しモータを駆動するステップと、を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１に記載の発明によると、外部入力接点等から回転方向切替信号を入力するだけで、回転方向を切替えることができる。
また、請求項２に記載の発明によると、回転方向切替信号により３相電圧指令のうち２相を入替えるので回転方向を切替えることができるインバータ装置を提供できる。
また、請求項３に記載の発明によると、回転方向切替信号により３相電圧指令の極性と速度信号の極性を反転するので回転方向を切替えることのできるインバータ装置を提供できる。
また、請求項４に記載の発明によると、回転方向切替信号によりｑ軸電流指令と速度信号の極性を切替えるので回転方向を切替えることのできるインバータ装置を提供できる。
請求項５および６記載の発明によると、回転方向切替信号により３相電圧指令の極性と２相パルス信号を入替えるので回転方向を切替えることのできるインバータ装置を提供できる。
また、請求項７および８記載の発明によると、ｑ軸電流が電流制限にかかる場合に速度制御部をＰ制御にするので安定に回転方向を切替えることのできるインバータ装置を提供できる。
また、請求項９に記載の発明によると、回転方向切替信号により３相電圧指令と速度信号の極性を反転するので回転方向を切替えることができるインバータ装置の制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明のインバータ装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明のインバータ装置のインバータ部の構成を示す動作を示すブロック図
【図３】本発明の速度制御部の構成を示すブロック図
【図４】本発明の速度・位相信号演算部の構成を示すブロック図
【図５】本発明の速度・位相信号演算部の別な構成を示すブロック図
【図６】本発明の補正位相の概念を示す図
【図７】本発明のシミュレーションによる動作タイムチャート
【図８】本発明のシミュレーションによる動作タイムチャート
【図９】本発明のインバータ装置の制御方法を示すフローチャート
【符号の説明】
【０００７】
１  速度制御部
２  電流制御部
３  ベクトル制御部
４  インバータ部
５  モータ
６  ３相２相座標変換部
７  速度・位相信号演算部
８  ＰＧ
１１  ｑ軸電流操作部
１２  電流制限部
４１  ２相３相座標変換部
４２  ３相電圧指令操作部
４３  電力増幅部
７１  速度信号操作部
７２  速度・位相信号生成部
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は、本発明のインバータ装置の構成を示すブロック図である。図１において、１は速度制御部、２は電流制御部、３はベクトル制御部、４はインバータ部、５はモータ、６は３相２相座標変換部、７は速度・位相信号演算部、８は位置検出器、１１はｑ軸電流操作部、４１は２相３相座標変換部、４２は３相指令電圧操作部、７１は速度信号操作部、７２は速度・位相信号生成部である。
次に動作について説明する。速度制御部１は速度指令ω＊とモータの速度信号ωとの偏差をＰＩＤ制御処置をしてｄ−ｑ軸電流指令Ｉｄ＊とＩｑ＊を生成する。ｄ−ｑ軸電流指令がモータの最大電流などで決まる所定電流を超える場合は所定電流に制限する。電流制御部２はｄ−ｑ軸電流指令と電流信号Ｉｄ，Ｉｑの偏差をＰＩＤ制御処理をしてｄ−ｑ軸電圧指令Ｖｄ＊とＶｑ＊を生成する。またベクトル制御部３はｄ−ｑ軸電圧指令と位相信号に基づいて電圧振幅指令Ｖ＊と電圧位相指令θ＊を生成する。インバータ部４の２相−３相座標変換部４１は電圧振幅指令Ｖ＊と電圧位相指令θ＊に従って、ＵＶＷの３相電圧指令を生成する。３相電圧指令操作部４２は、回転方向切替信号により３相電圧指令のうち２相を入替える。電力増幅部４３は、パルス幅変調されたＰＷＭ信号に従いパワーデバイスブリッジをスイッチングしてモータに印加する。また速度・位相信号演算部７はモータＰＧ８のＡ相パルス信号、Ｂ相パルス信号、時にはＺ相パルス信号を使用し、モータ速度信号ωと回転位相信号θを生成し、それぞれ速度制御部１とベクトル制御部３に渡す。
本発明が従来技術と異なる部分は、インバータ部４に３相電圧指令操作部４２と、速度・位相信号演算部７に２相パルス信号入替部を備えた部分である。【００１０】
インバータ部４の動作は、図２に示すように、インバータ基準軸がＵ相の時、回転方向切替信号がＯＦＦの場合には、Ｖ相とＷ相の制御位相はＦＬＡＧ０位相となり、モータ回転方向切替え信号がＯＮの場合には、Ｖ相とＷ相の制御位相はＦＬＡＧ１位相となり、回転方向切替信号を切替ることにより、回転方向を切り替えることができる。また、インバータ基準軸がＵ相以外の場合は、それ以外の２相の制御位相を切替ればよい。また、回転方向切替信号により、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令の極性を反転させても、図３に示すように速度制御部のｑ軸電流指令の極性を反転させてもよい。【００１１】
図４は、速度・位相信号演算部７の構成例である。図４において、７１は速度信号操作部、７２は速度・位相信号生成部である。速度信号操作部７１はマルチプレクサで構成され、回転方向切替信号によりＡ相パルス信号とＢ相パルス信号を入替える。速度・位相信号生成部７２はアップダウンパルス生成部とＰＧカウンタと時間差分部で構成されており、アップダウンパルス生成部はＡ相パルス信号およびＢ相パルス信号からアップダウンパルスを生成する。ＰＧカウンタはアップダウンパルスをカウントし、Ｚ相パルス信号で補正位相データＭｇをロードし位相信号を生成する。時間差分部は、位相信号を制御時間ごとに現在の位相データから１制御時間過去の位相データの差をとり速度信号を生成する。また、速度・位相信号演算部は先に速度信号を生成し、後で速度信号を積分して位相信号を生成する構成でもよい。さらに、図５に示すように速度信号の極性を回転方向切替信号で反転させてもよい。図６はＺ相パルス信号と補正位相Ｍθの関係で、特に同期電動機の制御の時に必要になるが、回転方向切替信号により補正位相Ｍθだけ補正する。【００１２】
図９は本発明のインバータ装置の制御方法を示すフローチャートである。ステップＳＴ１は速度指令と速度信号に基づいてｄ−ｑ軸電流指令を生成する。ステップＳＴ２はｑ軸電流を所定電流に制限する。ステップＳＴ３はｄ−ｑ軸電流指令とｄ−ｑ軸電流信号に基づいてｄ−ｑ軸電圧指令を生成する。ステップＳＴ４はｄ−ｑ軸電圧指令と位相信号に基づいて電圧振幅指令と電圧位相指令を生成する。ステップＳＴ５は回転方向切替信号により前記３相電圧指令と前記速度信号の極性を反転する。ステップＳＴ７は電圧振幅指令と前記電圧位相指令に基づいて３相電圧指令を生成する。【００１３】
図７は本発明のインバータ装置のシミュレーションによる動作タイムチャートである。回転方向切替信号によりＵ相、Ｖ相、Ｗ相電圧指令と速度信号の極性を反転させた場合で回転方向切替信号は最初より固定である。図７（ａ）が回転方向切替信号のＦＬＡＧ＝０で正方向回転、図７（ｂ）がＦＬＡＧ＝１で逆方向回転の例である。条件は、速度制御比例ゲインＫｖ＝２Ｎｍｓ／ｒａｄ、速度制御積分時定数Ｔｖｉ＝１０ｍｓ、速度制御微分時定数Ｔｖｄ＝０．１ｍｓ、電流制御比例ゲインＫｃ＝５Ｖ／Ａ、電流制御積分時定数Ｔｃｉ＝１ｍｓ、モータ誘起電圧定数０．２Ｖｓ／ｒａｄ、抵抗Ｒ＝０．１Ω、インダクタンスＬ＝１ｍＨで、加速時間Ｔａｃ＝４０ｍｓ、定速時間Ｔｃｎ＝４０ｍｓ、減速時間Ｔｄｃ＝４０ｍｓ、速度指令最大値Ｗｍａｘ＝１００ｒ／ｓである。
図８は回転中に回転方向切替信号を切替えたときのシミュレーションによる動作タイムチャートで条件は図７と同様である。ただし、回転方向切替中はｑ軸電流指令を所定電流に制限し、速度制御部をＰ制御にしている。【００１４】
以上説明したように、回転方向切替信号によりトルクの方向を反転する構成をしているので、配線の交換作業や再調整が省略でき、モータ回転方向の切替え作業を簡単に短時間で完了することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
特に昇降機用途では、モータの設置方向により、回転指令に対する昇降機の上昇、下降の方向が変わるが、正転指令で上昇方向としたい場合、本技術を使えば、モータ回転方向切替え信号を変更するだけで目的を達することができ、再調整時、昇降機のロープはずし作業等が不要になる。
【図１】
2008075532.tif 000003
【図２】
2008075532.tif 000004
【図３】
2008075532.tif 000005
【図４】
2008075532.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2008075532.tif 000009
【図８】
2008075532.tif 000010
【図９】
2008075532.tif 000011
【国際調査報告】
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2008075532.tif 000013
2008075532.tif 000014