(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低速用巻線と高速用巻線を有する電動機の巻線切替方法において、
前記電動機の回転速度を検出するステップと、
前記回転速度が巻線切替速度に一致するかどうか判定し、一致していると速度一致信号を出力するステップと、
上位コントローラからの速度指令を入力し、また前記速度一致信号を前記上位コントローラに出力し、前記上位コントローラが出力した巻線切替指令を入力するＩ／Ｆ回路が入力した速度指令を、前記巻線切替指令が低速用巻線を選択する指令であった場合、入力された速度指令を制限し、速度制御器に出力する速度指令制限回路に出力し、前記巻線切替指令が高速用巻線を選択する指令であった場合、入力した速度指令を前記速度制御器に出力するステップとを有することを特徴とする、電動機の巻線切替方法。
【請求項２】
低速用巻線と高速用巻線を有する電動機を駆動する電動機駆動装置において、
電動機の回転速度を検出する速度検出部と、
前記回転速度が巻線切替速度に一致すると速度一致信号を出力する速度一致判定回路と、
入力された速度指令を制限し、速度制御器に出力する速度指令制限回路と、
上位コントローラからの速度指令を入力し、また前記速度一致信号を前記上位コントローラに出力し、前記上位コントローラが出力した巻線切替指令を入力するＩ／Ｆ回路と、
前記Ｉ／Ｆ回路が入力した速度指令を、前記巻線切替指令が低速用巻線を選択する指令であった場合、前記速度指令制限回路に出力し、前記巻線切替指令が高速用巻線を選択する指令であった場合、前記速度制御器に出力する速度指令切替スイッチを有することを特徴とする電動機駆動装置。
【請求項３】
低速用巻線と高速用巻線を有する電動機を駆動する電動機駆動装置において、
電動機の回転速度を検出する速度検出部と、
前記回転速度が巻線切替速度に一致すると速度一致信号を出力する速度一致判定回路と、
上位コントローラからの速度指令を入力し、また前記速度一致信号を前記上位コントローラに出力し、前記上位コントローラが出力した巻線切替指令を入力するＩ／Ｆ回路と、
前記Ｉ／Ｆ回路に入力された速度指令を入力し、前記巻線切替指令が低速用巻線を選択する指令であった場合、前記速度指令を制限して速度制御器に出力し、前記巻線切替指令が高速用巻線を選択する指令であった場合、前記速度指令をそのまま前記速度制御器に出力する速度指令制限回路を有することを特徴とする電動機駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は低速用巻線と高速用巻線を有する電動機の巻線切替方法および電動機駆動装置に関する。ここで、低速用巻線とは、電動機巻線の巻き数を多くし、電動機誘起電圧が大きくなるようにした巻線であり、高速用巻線とは、巻き数を少なくし、電動機誘起電圧が小さくなるようにした巻線のことである。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械の主軸駆動などの用途には、すべり周波数型ベクトル制御によって駆動される誘導電動機が多く用いられている。また、特に広域定出力が必要な工作機の主軸用途には、マグネットスイッチ等により電動機の結線をΔ結線またはＹ結線に切替え使用する巻線切替用誘導電動機がしばしば使用される。前記Δ結線およびＹ結線は、巻線切替指令により巻線切替を行なう。従来の巻線切替処理のフローを図４に、タイムチャートを図５に示す。
【０００３】
上位コントローラは、速度指令に５０００ｒ／ｍｍを設定し（ステップ２０）、低速巻線指令（ＣＨＷ＝“０”）を出力する（ステップ２１）。次に、速度一致信号ＮＤＥＴが“１”かどうか、すなわち電動機速度が巻線切替速度と一致するかどうか判定する（ステップ２２）。最初は低速領域であり、速度一致信号ＮＤＥＴは“０”なので、電動機駆動装置は電動機を加速する（ステップ２３）。そして電動機速度が巻線切替速度に一致すると、速度一致信号ＮＤＥＴ（＝“１”）を出力する（ステップ２４，２５）。電動機駆動装置は遅れ時間Ｔｄの後、上位コントローラは高速巻線指令（ＣＨＷ＝“１”）を出力する（ステップ２６）。次に、ＣＨＷＥ＝“１”かどうか、すなわち巻線切替処理が完了したかどうか判定する（ステップ２７）。巻線切替処理は完了していないので、電動機駆動装置は高速巻線切替指令に従って電磁接触器などを用いて巻線切替処理を行い（ステップ２８）、切替を完了すると、ＣＨＷＥ＝“１”にする（ステップ２９）。この後高速用巻線にて電動機の加速を始める（ステップ３０）。なお、図４中破線内は電動機駆動装置で行なわれる処理である。
【０００４】
しかし近年の高加速度化などの要求により、この方法では上位コントローラが速度一致信号ＮＤＥＴ（＝“１”）を確認して高速巻線切替指令を出すまでの遅れ時間Ｔｄの間に低速用巻線で回せる許容値をΔＮ超える回転数まで電動機が加速し、同期電動機などの場合は電動機の誘起電圧が上がり電動機駆動装置を破壊するなどの問題が発生してきた。この問題に対しては本出願人の特開平１０−２４８２８７は、巻線毎に保護レベルを設定し巻線の許容値を超えた速度に達した時は電動機を停止するなどして対応している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開平１０−２４８２８７号に開示された方法では電動機駆動装置の保護は可能となったが、電動機の加速度や上位コントローラの処理遅れ時間Ｔｄによっては保護レベルに到達し、電動機が停止すると言う不具合が発生した。
【０００６】
本発明の目的は、上位コントローラの処理時間などに影響されずに、低速用巻線の許容値を超える速度になることなくスムーズな巻線切替動作が可能な、電動機の巻線切替方法および電動機駆動装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の、電動機の巻線切替方法は、
電動機の回転速度を検出するステップと、
前記回転速度が巻線切替速度に一致するかどうか判定し、一致していると速度一致信号を出力するステップと、
上位コントローラからの速度指令を入力し、また前記速度一致信号を前記上位コントローラに出力し、前記上位コントローラが出力した巻線切替指令を入力するＩ／Ｆ回路が入力した速度指令を、前記巻線切替指令が低速用巻線を選択する指令であった場合、入力された速度指令を制限し、速度制御器に出力する速度指令制限回路に出力し、前記巻線切替指令が高速用巻線を選択する指令であった場合、入力した速度指令を前記速度制御器に出力するステップと
を有する。
本発明は、低速用巻線が選択されている間は速度指令を、該低速用巻線で運転可能な速度制限値に制限するものである。
【０００８】
また、本発明の電動機駆動装置は、
電動機の回転速度を検出する速度検出部と、
前記回転速度が巻線切替速度に一致すると速度一致信号を出力する速度一致判定回路と、
入力された速度指令を制限し、速度制御器に出力する速度指令制限回路と、
上位コントローラからの速度指令を入力し、また前記速度一致信号を前記上位コントローラに出力し、前記上位コントローラが出力した巻線切替指令を入力するＩ／Ｆ回路と、
前記Ｉ／Ｆ回路が入力した速度指令を、前記巻線切替指令が低速用巻線を選択する指令であった場合、前記速度指令制限回路に出力し、前記巻線切替指令が高速用巻線を選択する指令であった場合、前記速度制御器に出力する速度指令切替スイッチを有する。
【０００９】
本発明の他の電動機駆動装置は、
電動機の回転速度を検出する速度検出部と、
前記回転速度が巻線切替速度に一致すると速度一致信号を出力する速度一致判定回路と、
上位コントローラからの速度指令を入力し、また前記速度一致信号を前記上位コントローラに出力し、前記上位コントローラが出力した巻線切替指令を入力するＩ／Ｆ回路と、
前記Ｉ／Ｆ回路に入力された速度指令を入力し、前記巻線切替指令が低速用巻線を選択する指令であった場合、前記速度指令を制限して速度制御器に出力し、前記巻線切替指令が高速用巻線を選択する指令であった場合、前記速度指令をそのまま前記速度制御器に出力する速度指令制限回路を有する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は本発明の第１の実施形態の電動機駆動装置のブロック図である。
【００１２】
電動機駆動装置４は、上位コントローラ５からの指令に基き、低速用巻線と高速用巻線を有する電動機１を巻線切替器３を介して駆動するもので、速度検出部１１と速度一致判定回路１２とＩ／Ｆ（インタフェース）回路１３と速度指令切替スイッチ１４と速度指令制限回路１５と速度制御器１６とパワー変換部１７を含んでいる。
【００１３】
速度検出部１１は電動機１に接続されたＰＧ（パルスジェネレータ）２の出力から電動機１の回転速度を計算する。速度一致判定回路１２は速度検出部１１から出力された回転速度を予め設定されている巻線切替速度と比較し、一致すると速度一致信号ＮＤＥＴ（＝“１”）を出力する。Ｉ／Ｆ回路１３は速度一致信号ＮＤＥＴを上位コントローラ５に出力し、また上位コントローラ５から速度指令と巻線切替指令ＣＨＷを入力し、速度指令を速度指令切替スイッチ１４に出力し、巻線切替指令ＣＨＷを速度指令切替スイッチ１４と巻線切替器３に出力する。巻線切替指令ＣＨＷは、低速用巻線を選択する指令の場合“０”、高速用巻線を選択する指令の場合“１”である。速度指令切替スイッチ１４は巻線切替指令ＣＨＷが“０”の場合、速度指令を速度指令制限回路１５に出力し、巻線切替指令ＣＨＷが“１”の場合、速度指令を速度制御器１６に出力する。速度指令制限回路１５は巻線切替指令ＣＨＷが“０”、つまり低速用巻線選択指令のときの速度指令を、低速用巻線で回すことのできる回転数である、＋ＮＬＩＭＩＴ（正側の回転の場合）、−ＮＬＩＭＩＴ（負側の回転の場合）に制限する。速度制御器１６は速度指令切替スイッチ１４または速度指令制限回路１５から出力された速度指令と、速度検出部１１で計算された速度検出値を比較し、必要なパワーを計算する。パワー変換部１７は速度制御器１６で計算されたパワーを発生し、巻線切替器３を介して電動機１を駆動する。
【００１４】
次に、本実施形態の動作例を図２のタイミングチャートを使って説明する。
【００１５】
本例は停止状態で５０００ｒｐｍの速度指令を与え、予め設定された巻線切替速度ＮＣＨＷ未満の回転速度では低速用巻線を使用し、巻線切替速度ＮＣＨＷ以上の回転数では高速用巻線を使用する。
【００１６】
停止状態からの加速の指令を行うため上位コントローラ５は速度指令に５０００ｒ／ｍｉｎの値を設定し、巻線切替指令（ＣＨＷ＝“０”）を電動機駆動装置４へ出力する。電動機駆動装置４では巻線切替指令ＣＨＷが低速巻線指令（ＣＨＷ＝“０”）に設定されているため速度指令切替スイッチ１４は速度指令制限回路１５側に接続され、速度制御器１６に与えられる内部速度指令は正側の回転の場合は＋ＮＬＩＭＩＴ、負側の回転の場合は−ＮＬＩＭＩＴに制限される。本実施形態においては正側制限値＋ＮＬＩＭＩＴと巻線切替速度ＮＣＨＷは同じ値として説明する。そこで電動機駆動装置４は内部速度指令＋ＮＬＩＭＩＴを目標にして電動機１を加速するパワーを電動機１に与える。…図２のＡ〜Ｂ区間
速度検出部１１で計算された回転速度が巻線切替速度ＮＣＨＷと一致すると、速度一致判定回路１２が速度一致信号（ＮＤＥＴ＝“１”）を出力し、Ｉ／Ｆ回路１３を通じて上位コントローラ５へ渡される。…図２のＢ点
上位コントローラ５は速度一致信号（ＮＤＥＴ＝“１”）を受け取りシーケンサなどで生じる時間遅れＴｄ後に巻線切替信号ＣＨＷとして高速巻線指令（ＣＨＷ＝“１”）を出力する。電動機駆動装置４では巻線切替信号ＣＨＷが高速巻線指令（ＣＨＷ＝“１”）になったことを受けて、速度指令切替スイッチ１４が速度指令制限回路１５をバイパスする側に接続され、上位コントローラ５から与えられた速度指令がそのまま内部速度指令として速度制御器１６に与えられ、同時に電動機１の巻線を低速用巻線から高速用巻線に変更するために巻線切替器３に対して切替指令を出力する。この時、巻線切替器３は電動機１の巻線を一旦切離して接続を変更するため電動機駆動装置４は電流を遮断する。このため速度指令が切替わっても電動機１は加速しない。…図２のＢ〜Ｃ区間
巻線切替器３は切替動作が完了すると巻線切替完了信号（ＣＨＷＥ＝“１”）を電動機駆動装置４へ出力する。…図２のＣ点
ここでは、巻線切替器３が低速用巻線に繋がっている状態がＣＨＷＥ＝“０”、高速用巻線に繋がっている状態でＣＨＷＥ＝“１”を出力することにしている。そしてＣＨＷＥ＝“１”になったことを確認すると電動機駆動装置４は上位コントローラ５から与えられた速度指令を目標に電動機１を加速するように電動機１を制御する。
【００１７】
図３は本発明の他の実施形態の電動機駆動装置のブロック図である。本実施形態は、図１の実施形態の速度指令制限回路１５の前段部の速度指令切替スイッチ１４をなくし、上位コントローラ５からの巻線切替指令ＣＨＷを受け取り、巻線切替指令ＣＨＷに応じて速度制限回路１８の制限値を予め設定された、各巻線で回転可能な制限値に切替える。図中Ｎｌｉｍｉｔ１は高速用巻線時の速度制限値、Ｎｌｉｍｉｔ２は低速用巻線時の速度制限値を示し、巻線切替指令ＣＨＷに応じて各制限値を速度指令制限回路１８に設定する。電動機駆動装置４はこの速度指令制限回路１８で制限された速度指令を速度制御器１６の入力として用いて速度の制御を行う。
【００１８】
本実施形態は、一般に速度指令に過大な入力があった場合に機械や電動機を壊さないために速度指令の入力部に設けられた速度制限回路を流用し、低速巻線指令がきた時には制限値を通常の制限値（高速用巻線時）から低速巻線用の制限値に切替えることで、第１の実施の形態と同様の動作を実現しようとするものである。
【００１９】
なお、本発明に用いる電動機としては、誘導電動機だけでなく、回転子表面または回転子鉄心内部に永久磁石を持つ永久磁石形同期電動機を用いることができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、上位の巻線切替シーケンス処理などに遅れがあっても、低速巻線状態で速度指令に制限がかかり、低速巻線の許容値を超える速度になることなくスムーズな巻線切替えが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の電動機駆動装置のブロック図である。
【図２】巻線切替処理のタイミングチャートである。
【図３】本発明の他の実施形態の電動機駆動装置のブロック図である。
【図４】従来の巻線切替処理のフローチャートである。
【図５】従来の巻線切替処理のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１    電動機
２    ＰＧ
３    巻線切替器
４    電動機駆動装置
５    上位コントローラ
１１    速度検出部
１２    速度一致判定回路
１３    Ｉ／Ｆ回路
１４    速度切替スイッチ
１５，１８    速度指令制限回路
１６    速度制御器
１７    パワー変換部
２０〜３０    ステップ
【図１】
0003686995.tif 000002
【図２】
0003686995.tif 000003
【図３】
0003686995.tif 000004
【図４】
0003686995.tif 000005
【図５】
0003686995.tif 000006