(57)【要約】【課題】脱調し難く安価に構成できる駆動システムおよび複数のモータを同期駆動できる駆動システムを提供する。【解決手段】複数のモータ３による同期駆動が必要なメカニズムの駆動システム１において、極歯に多相巻線を巻装した固定子と、その内側に回転可能に支承されたマグネットロータとを備え、マグネットロータのスキュー量は、マグネット外周の両端面におけるラジアル方向のズレを機械角で表したとき、３６０°を固定子の極歯数とマグネット磁極数の最小公倍数で除した角度から固定子の１極歯ピッチ角度までの範囲とした複数のモータ３を１台のインバータ４で同期駆動する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のモータによる同期駆動が必要なメカニズムの駆動システムにおいて、マグネットロータのマグネットにスキューを施したモータと、前記モータを駆動するインバータとを備え、複数の前記モータを１台のインバータで同期駆動することを特徴とする駆動システム。
【請求項２】
前記モータは、極歯に多相巻線を巻装した固定子と、その内側に回転可能に支承されたマグネットロータとを備え、前記マグネットロータは、円周方向に磁極（Ｎ極、Ｓ極）を交互に配置するとともにマグネットの両端面で軸方向にスキューを施した請求項１に記載の駆動システム。
【請求項３】
前記モータは、極歯に多相巻線を巻装した固定子と、その内側に回転可能に支承されたマグネットロータとを備え、前記固定子の多相巻線はインピーダンスプロテクト機能を有する請求項１または請求項２に記載の駆動システム。
【請求項４】
前記マグネットロータのスキュー量は、マグネット外周の両端面におけるラジアル方向のズレを機械角で表したとき、３６０°を固定子の極歯数とマグネット磁極数の最小公倍数で除した角度から固定子の１極歯ピッチ角度までの範囲に設定した請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の駆動システム。
【請求項５】
前記モータを同期駆動する前記インバータは、出力周波数を変化させて加減速運転する際に、負荷のイナーシャ、加減速に応じてフィードフォワード的に演算をして自動的に出力電圧を制御する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の駆動システム。
【請求項６】
前記インバータは、起動時（加速時）にソフトスタートまたは停止時（減速時）にソフトストップする請求項１から請求項５のいずれか１項に駆動システム。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の駆動システムを用い、搬送ローラの回転軸にモータを直結した搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に複数モータによる同期駆動が必要なメカニズムの駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業機器の駆動源に用いられるモータは、多機能を実現するため安価なインダクションモータから優れた制御性とモータ効率を重視した同期モータが多用され、同期駆動が必要なメカニズムに対して、複数の同期モータを複数の制御装置に接続して同期駆動する搬送システムが提案されている。
【０００３】
一方で、インバータによる同期モータの回転制御方法が提案されており、極歯の表面に複数の歯部を形成した固定子と、永久磁石を利用した回転子の表面にも回転軸方向に複数の歯部を形成した回転子とを備えた同期モータを、インバータで運転しても脱調現象が生じ難く、急な加減速時においても脱調現象が生じ難い同期モータ、回転制御方法、およびインバータを開示している（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１４３１７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
解決しようとする問題点は、上述した特許文献１の同期モータでは、回転子の構造が複雑なハイブリッド型であるため安価に得られない点である。
【０００５】
さらに、インバータによる加減速時の脱調防止のための制御（出力電圧ＶにΔＶを加える）に、周波数を入力とする関数発生器を用いてΔＶを求め、電流検出値が所定値を越えるとこのΔＶを出力電圧に加える構成で、ＲＯＭなどのメモリに関数テーブルとして記憶させている。
【０００６】
この場合ΔＶが一定のため、加減速度が変化した場合、あるいは負荷イナーシャが当初の運転条件と異なった場合には対応できず、脱調する危険性がある。
【０００７】
一般的に同期モータでは同期引き込み後、安定した一定回転速度で運転されるが、過負荷によって脱調すると再度同期速度へ引き込むことが困難である。このため、再度同期速度に引き込むには専用の制御装置や特別な制御を必要とし、さらに脱調して停止状態となった同期モータを、再起動させるには何らかの操作を行うか何らかの付加装置が必要となり、その優れた特性を生かすために高価な回路を必要とする場合が多かった。また、過剰な電流増加により１次巻線が焼損する可能性があった。
【０００８】
また、一般的な同期モータを一定周波数の電源で起動をかけると無負荷においても著しい振動を生じ、さらに負荷状態では起動そのものが困難であった。
【０００９】
従来の搬送システムは、駆動モータの回転軸にプーリーを取り付け、ベルトを介して複数のローラ軸に回転力を伝達しており、メカが煩雑な上に埃などが付着しやすく問題があった。
【００１０】
一方、複数の同期モータを同期駆動する場合、複数の同期モータは複数の制御装置に接続され、上位コントローラなどから同期信号を受け取ることで同期運転が可能になるため、駆動システムが大規模となり高価なものになっていた。
【００１１】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、脱調し難く安価に構成できる駆動システムおよび複数のモータを同期駆動できる駆動システム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】
【００１２】
本発明の駆動システムは、マグネットロータのマグネットにスキューを施したモータと、前記モータを駆動するインバータとを備え、複数の前記モータを１台のインバータで同期駆動する。
【００１３】
また、前記モータは、極歯に多相巻線を巻装した固定子と、その内側に回転可能に支承されたマグネットロータとを備え、前記マグネットロータは、円周方向に磁極（Ｎ極、Ｓ極）を交互に配置するとともにマグネットの両端面で軸方向にスキューを施したものである。
【００１４】
また、前記モータは、極歯に多相巻線を巻装した固定子と、その内側に回転可能に支承されたマグネットロータとを備え、前記固定子の多相巻線はインピーダンスプロテクト機能を有する。
【００１５】
また、前記マグネットロータのスキュー量は、マグネット外周の両端面におけるラジアル方向のズレを機械角で表したとき、３６０°を固定子の極歯数とマグネット磁極数の最小公倍数で除した角度から固定子の１極歯ピッチ角度までの範囲に設定したものである。
【００１６】
また、前記モータを同期駆動する前記インバータは、出力周波数を変化させて加減速運転する際に、負荷のイナーシャ、加減速に応じてフィードフォワード的に演算をして自動的に出力電圧を制御する。
【００１７】
さらに、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の駆動システムを用い、搬送ローラの回転軸にモータを直結した搬送装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の駆動システムによれば、モータのマグネットにスキュー着磁を施したマグネットロータを用いるためＣＳセンサがなくてもインバータで起動、同期速度で運転することができ、安価な駆動システムとなる。また、複数のモータを１台のインバータに接続するだけで円滑な始動特性が得られ、モータを同期駆動することができる。
【００１９】
また、焼損防止のため多極巻線にインピーダンスプロテクト機能をもたせることで過負荷による電流増加を抑制できるため、脱出トルクに対する制御の許容度が大きくなり、脱調を防止できるメリットがある。
【００２０】
また、マグネットロータのスキュー量は、マグネット外周の両端面におけるラジアル方向のズレを機械角で表したとき、３６０°を固定子の極歯数とマグネット磁極数の最小公倍数で除した角度から固定子の１極歯ピッチ角度までの範囲に設定することで、ＣＳセンサーを用いなくてもインバータで確実に起動させることができる。また、スキューを施すことによって振動を抑制できる。
【００２１】
また、インバータで出力周波数を変化させて加減速運転する際に、負荷のイナーシャ、加減速に応じてフィードフォワード的に演算をして自動的に出力電圧を制御するため脱調現象が発生しにくく、安定な同期駆動ができる。
【００２２】
また、起動時（加速時）にソフトスタートまたは停止時（減速時）にソフトストップす
ることで起動停止時の急激な電流変化を抑制して脱調を防止することができる。
【００２３】
さらに、搬送ローラの回転軸にモータを直結した搬送装置に上述の駆動システムを用いれば、従来のように搬送ローラの回転軸を駆動するための伝達手段（ベルトやチェーンなど）が不要になり、メカニズムの構成を簡素化できる。ベルトやチェーンを用いないため、油やほこりの付着がなくクリーンな駆動システムとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
複数のモータによる同期駆動が必要なメカニズムの駆動システムにおいて、マグネットロータのマグネットにスキューを施したモータと、前記モータを駆動するインバータとを備え、複数の前記モータを１台のインバータで同期駆動する。前記モータは、極歯に多相巻線を巻装した固定子と、その内側に回転可能に支承されたマグネットロータとを備え、前記マグネットロータのスキュー量は、マグネット外周の両端面におけるラジアル方向のズレを機械角で表したとき、３６０°を固定子の極歯数とマグネット磁極数の最小公倍数で除した角度から固定子の１極歯ピッチ角度までの範囲とし、前記固定子の多相巻線はインピーダンスプロテクト機能を有し、前記インバータは、出力周波数を変化させて加減速運転する際に、運転速度、負荷のイナーシャ、加減速に応じてフィードフォワード的に演算をして自動的に出力電圧を制御する。また、起動時（加速時）にソフトスタート、停止時（減速時）にソフトストップする。以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２５】
実施例１は本発明の全体的な特徴である複数モータによる同期駆動を可能にする駆動システムについて、駆動ローラにモータを直結した直線移送タイプの搬送装置について図を用いて説明する。
【００２６】
図１の駆動システム１において、複数の駆動ローラ２の回転軸には、それぞれモータ３が直結されている。例えば、モータ３を直結する駆動ローラ２は、移送するワーク５のＬ寸法内に少なくとも３つ配置すればよく、複数のモータ３を１台のインバータ４に接続して同期駆動する。インバータ４は、インダクションモータを正弦波電圧で駆動する一般的なものでよい。
【００２７】
複数のモータ３を１台のインバータ４で起動および同期駆動させるため、本発明のモータ３のロータマグネットにはスキュー着磁を施す必要がある。モータ３は、後述するようにこのスキュー量によりＣＳセンサーを必要とせずインバータ４による正弦波電圧で起動させることができる。
【００２８】
ここでスキュー着磁の量について図を用いて説明する。モータ３は、１２個のスロットを有する極歯に順次３相巻線を集中巻回しＹ結線（図示せず）された固定子と、外周を交互に８極着磁したロータマグネットで構成されており、図２はこの関係を示す平面展開図である。固定子の１つの極歯ピッチは３０度、ロータマグネットの１磁極あたりの着磁角度は、機械角で４５度である。
【００２９】
ロータマグネットのスキュー量を、マグネット外周の両端面におけるラジアル方向のズレを機械角で表したとき、３６０°を固定子の極歯数（１２）とマグネット磁極数（８）の最小公倍数（２４）で除した角度（１５度）に設定すれば、損失がなくコギングトルクを最小にできる。また、スキュー量を固定子の１極歯ピッチ角度（３０度）までの範囲に設定してもよい。なお、１極歯ピッチ角度（３０度）を超えるとモータ効率が急激に悪化するので好ましくない。
【００３０】
このように、固定子が１２スロット、ロータマグネットが８極着磁の場合、スキュー量は１５度から３０度の範囲に設定することで、ひとつのＮ極（またはＳ極）が発生する磁束が２以上の固定子極歯（巻線）と常に鎖交状態となるため、マグネットロータのひとつの磁極が１極１相のみではなく、他相の電磁力の影響も受けることにより正弦波電源への追従性が改善され、ＣＳセンサーがなくても起動できるとともに同期引き込みが実現できる。
【００３１】
仮に、一定周波数電源による駆動で過負荷停止が生じても、過負荷要因を取り除くだけでインバータやモータ本体になんら操作を加えることなく再起動と、同期引き込みが実現できる。
【００３２】
なお、過負荷停止による焼損を防止するため３相巻線は、インピーダンスプロテクト機能を有するように細いコイルを巻回して過負荷時の安全性を確保する。これにより過負荷時の電流増加が少なくなるため脱出トルクに対する制御の許容度が大きくなり、脱調を防止できるメリットがある。
【００３３】
このように、１台のインバータ４で確実に起動でき、複数のモータ３は、上位コントローラからの同期信号がなくても同期駆動させることができる。なお、モータ３が１台であってもインバータ４で確実に起動し、同期速度で運転することができる。
【実施例２】
【００３４】
実施例２の駆動システムは、モータの構成は実施例１と同じで、インバータの制御方法のみ異なる。図３はインバータのＶ／Ｆ出力特性の説明図である。
【００３５】
実施例１の駆動システムでモータを一定周波数で起動停止すると振動をともなう。このため、起動時（加速時）にソフトスタートまたは停止時（減速時）にソフトストップさせる。
【００３６】
このソフトスタート、ソフトストップはインバータによるモータ制御では一般的に実施されており、図３の加減速時において出力電圧の制御を通常のＶ／Ｆ一定制御を基本に起動励磁周波数ｆｓから定常運転時の励磁周波数ｆｒに至るＶ／Ｆ特性は、ポイントａ−ｂ−ｃとなる。
【００３７】
これに対して、起動時に出力電圧を予め高くするのは、インバータにおいて出力電圧のブーストとして通常実施されているものである。これにより、搬送装置上のワークを滑らかに移送することができる。
【００３８】
実施例２のインバータは、出力周波数を変化させて加減速運転する際に、負荷のイナーシャ、加減速に応じて出力電圧を制御する。
【００３９】
ここで、一定回転速度で駆動する際にモータに印加する電圧をＶ、加減速時の出力電圧をＶｓとすると、Ｖｓ＝Ｖ＋ΔＶで表すことができる。このΔＶの値は、励磁周波数、加速度、負荷イナーシャに応じてフィードフォワード的に演算する。
【００４０】
実施例２のインバータのＶ／Ｆ特性について、図３を用いて説明する。本発明のインバータは、起動励磁周波数ｆｓから定常運転時の励磁周波数ｆｒに至るまで、ポイントａ−ｂ−ｄ−ｅ−ｃを通過するように出力電圧を制御する。
【００４１】
ａ−ｄ間で起動、ｄ−ｅで加速、ｅ−ｃは定常運転への移行を示しており、ｂ−ｄが起動時のΔＶに相当し、ｃ−ｅが定常回転速度に至る直前のΔＶに相当する。なお、加速に
より定常回転速度に到達すれば、本来の出力電圧であるポイントｃへすみやかに移行させる。図３におけるΔＶは、概念的に式１で表すことができる。
【００４２】
【数１】
2008035690.tif 000003
式１において、励磁周波数がｆ１からｆ２に変化したとき、変化量を二乗して平方根演算しているのは、加速度の絶対値を求めるためである。
【００４３】
式１におけるＫ１は、モータのインピーダンス補正係数であり、励磁周波数、即ち運転速度が高くなると大きくなる。Ｋ２は、加速度補正係数であり、加速度が大きくなると大きく設定する。Ｋ３は、負荷イナーシャ係数であり、負荷イナーシャに応じて変更する。
【００４４】
以上により、上述した特許文献１では（ΔＶが一定で加減速度が変化した場合には対応できず）脱調する危険性が高いのに対して、本発明の制御方法によれば、ΔＶの値が加減速度に応じてリアルタイムで自動的に設定されるため、加減速度が変化しても対応できる効果がある。また、負荷イナーシャが異なる場合には、Ｋ３の値を変更することで対応できる。
【００４５】
このように、従来のインバータにソフトスタート、ソフトストップ機能および、加減速時のモータ印加電圧の自動設定機能を付加することで、より確実な同期駆動を実現することができる。
【００４６】
なお、実施例１の同期モータ１台を実施例２のインバータ１台で駆動できるのは言うまでもなく、同期駆動を必要としない用途においても脱調することなく運転できる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の駆動システムは、インバータによる一定周波数による同期駆動に最適であり、加減速時に脱調が発生する恐れのある搬送装置などにも有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施例１における駆動システムの構成図
【図２】本発明の実施例１におけるモータのスキューの説明図
【図３】本発明の実施例２におけるインバータのＶ／Ｆ特性説明図
【符号の説明】
【００４９】
１  駆動システム（搬送装置）
２  駆動ローラ
３  モータ
４  インバータ
５  ワーク
６  インピーダンスプロテクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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