(57)【要約】【課題】  変換器の容量を大きくさせることなく、運転最低速度から運転トップ速度までの範囲内で、電動機の加速時間を最短にする。【解決手段】  第１速度点設定器７を調整して、速度点“Ｎ１”を運転最低速度に一致させるとともに、第１加速率設定器１１〜第５加速率設定器１５を調整して、加速率“ΔＮ０＜ΔＮ１”という条件と、“ΔＮ１＞ΔＮ２＞ΔＮ３＞ΔＮ４”という条件とを満たし、かつ電動機の特性に対応するように、加速率“ΔＮ０”〜加速率“ΔＮ４”を最適化させるようにする。【選択図】  図１
2011087425.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２乗トルク特性を持つ電動機を駆動する電動機駆動装置において、
前記電動機が所定の速度に達した時点で速度の加速率を変更する複数の加速率変更点が
設定されてなる折れ線特性を持ち、外部から入力される外部速度基準信号に対応した速度
基準信号を出力する速度基準レート回路と、
この速度基準レート回路から出力される速度基準信号に対応する周波数、電圧値の駆動
電圧を生成して前記電動機を駆動する変換器と、
前記電動機を可変速運転する運転速度範囲内の運転最低速度と前記速度基準レート回路
に付加された折れ線特性の最初の速度点とが一致するように、かつ運転最低速度からトッ
プ速度までの範囲で残りの速度点が順次、高くなるように、各速度点を設定する速度点設
定回路と、
前記電動機を可変速運転する際、速度ゼロから運転最低速度までの加速率を低くし、運
転最低速度からトップ速度までの範囲で、残りの各加速率が順次、低くなるように、各加
速率を設定する加速率設定回路とを備え、
運転最低速度から最終の運転トップ速度までの運転速度範囲内で加速時間が最短となる
ように加速率を変更する速度点と加速率を設定して電動機を加速させることを特徴とする
電動機駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載した電動機駆動装置において、
前記変換器は、Ｖ／Ｆ制御方式で前記電動機を駆動する、
ことを特徴とする電動機駆動装置。
【請求項３】
請求項１に記載した電動機駆動装置において、
前記変換器は、ベクトル制御方式で前記電動機を駆動する、
ことを特徴とする電動機駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般産業分野の交流電動機を駆動する電動機駆動装置に係わるもので、特に
ファン、ブロワ、ポンプなどのように２乗トルク特性を持つ電動機を最短時間で加速させ
ることができる電動機駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動機駆動装置は、駆動する機械設備の要求に応じて決められた可変速運転の運転速度
範囲内で加速、減速を行っている。通常は、速度ゼロからトップ速度までを一定の加速率
の直線加速で加速させている。
【０００３】
図６は、このような制御を行う一般的な電動機駆動装置の一例を示すブロック図である
。
【０００４】
この図に示す電動機駆動装置１０１は、外部から入力される外部速度基準信号に対応し
た速度基準信号を出力する速度基準レート回路１０２と、速度基準レート回路１０２から
出力される速度基準信号に対応した周波数、電圧値の駆動電圧を出力する変換器１０３と
を備えており、外部から入力される外部速度基準信号の電圧値に応じて、速度基準信号の
電圧値を変化させるとともに、変換器１０３から速度基準信号の電圧値に応じた周波数、
電圧値の駆動電圧を出力させて、電動機１０４を駆動する。
【０００５】
この場合は、外部から入力される外部速度基準信号が変化したとき、例えば停止指示の
状態から、トップ速度指示に切り替えられたとき、図７に示す如く速度基準レート回路１
０２から出力される速度基準信号を一定の上昇率で直線的に上昇させて、変換器１０３、
電動機１０４に過大な負荷がかからないようにしながら、電動機１０４の回転速度をトッ
プ速度にする。
【０００６】
また、電動機によっては、決められた可変運転範囲内において、非常に短い時間で加速
させる必要がある。特に、電動機が２乗トルク特性を持つ場合は、電動機駆動装置の変換
器から出力される電流を有効に使用できるように、速度ゼロからトップ速度までの間に順
次、加速率を変えていく折れ線加速で、加速させることが多い。
【０００７】
図８は、このような制御を行う一般的な電動機駆動装置の一例を示すブロック図である
。
【０００８】
この図に示す電動機駆動装置１１１は、折れ線特性を持ち、外部から入力される外部速
度基準信号に対応した速度基準信号を出力する速度基準レート回路１１２と、速度基準レ
ート回路１１２から出力される速度基準信号に対応した周波数、電圧値の駆動電圧を出力
する変換器１１３と、速度基準信号の折れ線特性を決めるのに必要な各速度点が設定され
る速度点設定回路１１５と、速度基準信号の折れ線特性を決めるのに必要な各加速率が設
定される加速率設定回路１１６とを備えており、外部から入力される外部速度基準信号の
電圧値に応じて、速度基準信号の電圧値を折れ線状に変化させるとともに、変換器１１３
から速度基準信号の電圧値に応じた周波数、電圧値の駆動電圧を出力させて、電動機１１
４を駆動する。
【０００９】
この際、速度点設定回路１１５は、図９に示す如く速度基準信号に付加される折れ線特
性の最初の折れ点電圧（速度点“Ｎ１”）を設定する第１速度点設定器１１７と、２番目
の折れ点電圧（速度点“Ｎ２”）を設定する第２速度点設定器１１８と、３番目の折れ点
電圧（速度点“Ｎ３”）を設定する第３速度点設定器１１９と、４番目の折れ点電圧（速
度点“Ｎ４”）を設定する第４速度点設定器１２０とを備えており、第１速度点設定器１
１７〜第４速度点設定器１２０を調整して、“速度０＜Ｎ１＜Ｎ２＜Ｎ３＜Ｎ４＜トップ
速度”という条件を満たし、かつ電動機１１４の特性に対応するように、速度点“Ｎ１”
〜速度点“Ｎ４”を最適化させることにより、電動機１１４の回転数を“０”から最大回
転数にするときに必要な時間を短くする。
【００１０】
また、加速率設定回路１１６は、速度基準信号の電圧値が速度ゼロと速度点“Ｎ１”と
の間にあるときの加速率（電圧値変化／時間変化で表される傾き）“ΔＮ０”を設定する
第１加速率設定器１２１と、速度基準信号の電圧値が速度点“Ｎ１”と速度点“Ｎ２”と
の間にあるときの加速率“ΔＮ１”を設定する第２加速率設定器１２２と、速度基準信号
の電圧値が速度点“Ｎ２”と速度点“Ｎ３”との間にあるときの加速率“ΔＮ２”を設定
する第３加速率設定器１２３と、速度基準信号の電圧値が速度点“Ｎ３”と速度点“Ｎ４
”との間にあるときの加速率“ΔＮ３”を設定する第４加速率設定器１２４と、速度基準
信号の電圧値が速度点“Ｎ４”とトップ速度との間にあるときの加速率“ΔＮ４”を設定
する第５加速率設定器１２５とを備えており、第１加速率設定器１２１〜第５加速率設定
器１２５を調整して、“ΔＮ０＞ΔＮ１＞ΔＮ２＞ΔＮ３＞ΔＮ４”という条件を満たし
、かつ電動機１１４の特性に対応するように、加速率“ΔＮ０”〜加速率“ΔＮ４”を最
適化させることにより、電動機１１４の回転数を“０”から最大回転数にするときに必要
な時間を短くする。
【００１１】
これにより、外部から入力される外部速度基準信号が変化したとき、例えば停止指示の
状態から、トップ速度指示に切り替えられたとき、図９に示す如く速度基準レート回路１
１２から出力される速度基準信号の電圧値を速度ゼロからトップ速度まで、速やかに変化
させて、電動機１１４の速度をトップ速度まで、速やかに上昇させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特公昭６１−３３３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、図６に示す従来の電動機駆動装置１０１では、速度基準レート回路１０２か
ら出力される速度基準信号を一定の上昇率で直線的に上昇させるようにしているので、変
換器１０３などに過大な負荷がかからないようにすることができるものの、電動機１０４
の回転数を“０”から最大回転数にするとき、長い時間がかかってしまうという問題があ
った。
【００１４】
また、図８に示す従来の電動機駆動装置１１１では、図６に示す電動機駆動装置１０１
に比べて、電動機１１４の回転数を“０”から最大回転数にするときに必要な時間を短縮
させることができるものの、運転最低速度から運転トップ速度までの範囲で、加速に要す
る時間をさらに短縮してほしいという要望があった。
【００１５】
そこで、第１加速率設定器１２１〜第５加速率設定器１２５を調整して、加速率“ΔＮ
０”〜加速率“ΔＮ４”を大きくさせ、運転最低速度から運転トップ速度までの範囲で、
加速に要する時間を短縮することも考えられる。
【００１６】
しかしながら、このようにすると、停止状態にある電動機４の駆動を開始させるときに
流れる初期駆動電流が大幅に増大してしまうことから、変換器１１４の容量を大きくしな
ければならず、大幅なコストアップになってしまうという問題があった。
【００１７】
本発明は上記の事情に鑑み、変換器の容量を大きくすることなく、運転最低速度から運
転トップ速度までの範囲内で、加速時間を最短にすることができる電動機駆動装置を提供
することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の目的を達成するために本発明は、２乗トルク特性を持つ電動機を駆動する電動機
駆動装置において、前記電動機が所定の速度に達した時点で速度の加速率を変更する複数
の加速率変更点が設定されてなる折れ線特性を持ち、外部から入力される外部速度基準信
号に対応した速度基準信号を出力する速度基準レート回路と、この速度基準レート回路か
ら出力される速度基準信号に対応する周波数、電圧値の駆動電圧を生成して前記電動機を
駆動する変換器と、前記電動機を可変速運転する運転速度範囲内の運転最低速度と前記速
度基準レート回路に付加された折れ線特性の最初の速度点とが一致するように、かつ運転
最低速度からトップ速度までの範囲で残りの速度点が順次、高くなるように、各速度点を
設定する速度点設定回路と、前記電動機を可変速運転する際、速度ゼロから運転最低速度
までの加速率を低くし、運転最低速度からトップ速度までの範囲で、残りの各加速率が順
次、低くなるように、各加速率を設定する加速率設定回路とを備え、運転最低速度から最
終の運転トップ速度までの運転速度範囲内で加速時間が最短となるように加速率を変更す
る速度点と加速率を設定して電動機を加速させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、変換器の容量を大きくすることなく、運転最低速度から運転トップ速
度までの範囲内で加速時間を最短にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による電動機駆動装置の第１の実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１に示す速度基準レート回路から出力される速度基準信号が持つ折れ線特性の各速度点を説明するグラフである。
【図３】図１に示す速度基準レート回路から出力される速度基準信号が持つ折れ線特性の各加速率を説明するグラフである。
【図４】本発明による電動機駆動装置の第２の実施形態を示すブロック図である。
【図５】本発明による電動機駆動装置の第３の実施形態を示すブロック図である。
【図６】従来から知られている電動機駆動装置の一例を示すブロック図である。
【図７】図６に示す速度基準レート回路から出力される速度基準信号が持つリニア特性を説明するグラフである。
【図８】従来から知られている電動機駆動装置の他の一例を示すブロック図である。
【図９】図８に示す速度基準レート回路から出力される速度基準信号が持つ折れ線特性を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は本発明による電動機駆動装置の第１の実施形態を示すブロック図である。
【００２２】
この図に示す電動機駆動装置１ａは、折れ線特性を持ち、外部から入力される外部速度
基準信号に対応した速度基準信号を出力する速度基準レート回路２と、速度基準レート回
路２から出力される速度基準信号に対応した周波数、電圧値の駆動電圧を出力する変換器
３ａと、速度基準信号の折れ線特性を決めるときに必要な各速度点が設定される速度点設
定回路５と、速度基準信号の折れ線特性を決めるときに必要な各加速率が設定される加速
率設定回路６とを備えており、外部から入力される外部速度基準信号の電圧値に応じて、
速度基準信号の電圧値を折れ線状に変化させるとともに、変換器３ａから速度基準信号の
電圧値に応じた周波数、電圧値の駆動電圧を出力させて、電動機４を駆動する。
【００２３】
この際、速度点設定回路５は、図２に示す如く速度基準信号に付加される折れ線特性の
最初の折れ点電圧（速度点“Ｎ１”）を設定する第１速度点設定器７と、２番目の折れ点
電圧（速度点“Ｎ２”）を設定する第２速度点設定器８と、３番目の折れ点電圧（速度点
“Ｎ３”）を設定する第３速度点設定器９と、４番目の折れ点電圧（速度点“Ｎ４”）を
設定する第４速度点設定器１０とを備えており、第１速度点設定器７〜第４速度点設定器
１０を調整して、速度点“Ｎ１”を運転最低速度に一致させるという条件と、“速度０＜
Ｎ１＜Ｎ２＜Ｎ３＜Ｎ４＜トップ速度”という条件とを満たし、かつ電動機４の特性に対
応するように、速度点“Ｎ１”〜速度点“Ｎ４”を最適化させる。
【００２４】
また、加速率設定回路６は、図３に示す如く速度基準信号の電圧値がゼロと速度点“Ｎ
１”との間にあるときの加速率（電圧値変化／時間変化で表される傾き）“ΔＮ０”を設
定する第１加速率設定器１１と、速度基準信号の電圧値が速度点“Ｎ１”と速度点“Ｎ２
”との間にあるときの加速率“ΔＮ１”を設定する第２加速率設定器１２と、速度基準信
号の電圧値が速度点“Ｎ２”と速度点“Ｎ３”との間にあるときの加速率“ΔＮ２”を設
定する第３加速率設定器１３と、速度基準信号の電圧値が速度点“Ｎ３”と速度点“Ｎ４
”との間にあるときの加速率“ΔＮ３”を設定する第４加速率設定器１４と、速度基準信
号の電圧値が速度点“Ｎ４”とトップ速度との間にあるときの加速率“ΔＮ４”を設定す
る第５加速率設定器１５とを備えており、第１加速率設定器１１〜第５加速率設定器１５
を調整して、加速率“ΔＮ０＜ΔＮ１”という条件と、“ΔＮ１＞ΔＮ２＞ΔＮ３＞ΔＮ
４”という条件とを満たし、かつ電動機４の特性に対応するように、加速率“ΔＮ０”〜
加速率“ΔＮ４”を最適化させる。
【００２５】
これにより、電動機４が速度ゼロから運転最低速度までの範囲にあるとき、図３に示す
如く速度基準レート回路２から出力される速度基準信号の電圧値を加速率“ΔＮ０”で緩
やかに、上昇させることができることから、停止状態にある電動機４の駆動を開始させる
ときに流れる初期駆動電流（定格範囲内での駆動時に比べ、数倍から十数倍の大きさにな
る電流）を小さくさせ、その分だけ変換器３ａの容量を小さくさせることができる。
【００２６】
また、電動機４が運転最低速度からトップ速度までの範囲にあるとき、図３に示す如く
速度基準レート回路２から出力される速度基準信号の電圧値を加速率“ΔＮ１”〜加速率
“ΔＮ４”で速やかに上昇させ、電動機４の加速、減速に必要な時間を短縮させることが
できる。
【００２７】
このように、第１の実施形態では、第１速度点設定器７を調整して、速度点“Ｎ１”を
運転最低速度に一致させるとともに、第１加速率設定器１１〜第５加速率設定器１５を調
整して、加速率“ΔＮ０＜ΔＮ１”という条件と、“ΔＮ１＞ΔＮ２＞ΔＮ３＞ΔＮ４”
という条件とを満たし、かつ電動機４の特性に対応するように、加速率“ΔＮ０”〜加速
率“ΔＮ４”を最適化させるようにしている。このため、変換器３ａの容量を大きくさせ
ることなく、運転最低速度から運転トップ速度までの範囲内で、電動機４の加速時間を最
短にすることができる。
【００２８】
なお、速度０から速度点“Ｎ１”（運転最低速度）までの加速時間は、可変速運転速度
範囲外であり、特に問題とされないため、電動機４の加速時間が長くなるように加速率“
ΔＮ０”を設定しても何ら問題は無い。
【００２９】
（第２の実施形態）
図４は本発明による電動機駆動装置の第２の実施形態を示すブロック図である。なお、
この図においては、図１の各部と対応する部分に、同じ符号が付してある。
【００３０】
この図に示す電動機駆動装置１ｂが図１に示す電動機駆動装置１ａと異なる点は、駆動
電圧と周波数との比を一定にした、いわゆるＶ／Ｆ制御方式で電動機を駆動する変換器３
ｂを使用して、オープンループ方式で電動機４を駆動するようにしたことである。
【００３１】
このように、第２の実施形態では、上述した第１の実施形態と同様に、第１速度点設定
器７を調整して、速度点“Ｎ１”を運転最低速度に一致させるとともに、第１加速率設定
器１１〜第５加速率設定器１５を調整して、加速率“ΔＮ０＜ΔＮ１”という条件と、“
ΔＮ１＞ΔＮ２＞ΔＮ３＞ΔＮ４”という条件とを満たし、かつ電動機４の特性に対応す
るように、加速率“ΔＮ０”〜加速率“ΔＮ４”を最適化させ、さらにＶ／Ｆ制御方式の
変換器３ｂを使用して、電動機４を駆動するようにしている。このため、変換器３ｂの容
量を大きくさせることなく、駆動対象となっている電動機４がＶ／Ｆ制御方式に適した電
動機であるとき、運転最低速度から運転トップ速度までの範囲内で、加速時間を最短にす
ることができる。
【００３２】
（第３の実施形態）
図４は本発明による電動機駆動装置の第３の実施形態を示すブロック図である。なお、
この図においては、図１の各部と対応する部分に、同じ符号が付してある。
【００３３】
この図に示す電動機駆動装置１ｃが図１に示す電動機駆動装置１ａと異なる点は、電動
機４の電流をトルク成分電流と励磁電流成分に分けて制御するベクトル制御方式で電動機
４を駆動する変換器３ｃを使用して、オープンループ方式で電動機４を駆動するようにし
たことである。
【００３４】
このように、第３の実施形態では、上述した第１、第２の実施形態と同様に、第１速度
点設定器７を調整して、速度点“Ｎ１”を運転最低速度に一致させるとともに、第１加速
率設定器１１〜第５加速率設定器１５を調整して、加速率“ΔＮ０＜ΔＮ１”という条件
と、“ΔＮ１＞ΔＮ２＞ΔＮ３＞ΔＮ４”という条件とを満たし、かつ電動機４の特性に
対応するように、加速率“ΔＮ０”〜加速率“ΔＮ４”を最適化させ、さらにベクトル制
御方式の変換器３ｃを使用して電動機４を駆動するようにしている。このため、変換器３
ｃの容量を大きくさせることなく、駆動対象となっている電動機４がベクトル制御方式に
適した電動機であるとき、運転最低速度から運転トップ速度までの範囲内で、加速時間を
最短にすることができる。
【００３５】
（他の実施形態）
また、上述した例では、第１速度点設定器７を調整して、速度点“Ｎ１”と、運転最低
速度とを完全に一致させるようにしているが、速度点“Ｎ１”と、運転最低速度とをほぼ
一致させるようにしても、同様な効果を得ることができる。
【００３６】
また、上述した例では、速度基準レート回路２に対する速度点の数を“４”にしている
が、これを“４”以外の数にしても、同様な効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１ａ、１ｂ、１ｃ：電動機駆動装置
２：速度基準レート回路
３ａ、３ｂ、３ｃ：変換器
４：電動機
５：速度点設定回路
６：加速率設定回路
７：第１速度点設定器
８：第２速度点設定器
９：第３速度点設定器
１０：第４速度点設定器
１１：第１加速率設定器
１２：第２加速率設定器
１３：第３加速率設定器
１４：第４加速率設定器
１５：第５加速率設定器
【図１】
2011087425.tif 000003
【図２】
2011087425.tif 000004
【図３】
2011087425.tif 000005
【図４】
2011087425.tif 000006
【図５】
2011087425.tif 000007
【図６】
2011087425.tif 000008
【図７】
2011087425.tif 000009
【図８】
2011087425.tif 000010
【図９】
2011087425.tif 000011