(57)【要約】【課題】電動機を動力源とする搬送装置，昇降装置を加減速する際のショックを緩和する電動機の制御方法で提供する。【解決手段】電動機３を加減速制御する電動機制御装置６をインバータ主回路２１，インバータ制御回路２２，電動機監視回路２３，切替スイッチ２４，設定値演算器６１で構成し、電動機３を加速運転中に、電動機監視回路２３により監視している電動機３の動作状態が許容範囲を越え、その後、前記状態が解除されたときに、図２に示す如く、前記許容範囲にするために電動機監視回路２３が出力した回転速度制限値に対応する設定値演算器２３の通常動作時の回転速度値から加速運転を再開することで、そのときの負荷４へのショックを軽減しつつ、電動機３が回転速度指令値に達する時間も短縮する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から指令される電動機の回転速度指令値Ｎ＃  に対して、該電動機の負荷へのショックを緩和するために、予め定めた加速度および加加速度に基づく変換を行いつつ、最終的には前記回転速度指令値Ｎ＃  に一致させる時間−設定値特性を有する回転速度設定値Ｎ＊  を導出し、この回転速度設定値Ｎ＊  に基づいて前記電動機を可変速制御する電動機の制御方法において、
前記回転速度設定値Ｎ＊  に基づいて加速運転中の前記電動機の動作状態が予め定めた許容範囲を越えた時には、該動作状態を前記許容範囲内にできる回転速度制限値Ｎ＊Ｌを導出すると共に、前記電動機を該回転速度制限値Ｎ＊Ｌに基づいて運転させ、
前記許容範囲を越えた状態が解除されたときに、前記回転速度制限値Ｎ＊Ｌに対応する前記時間−設定値特性上の回転速度設定値Ｎ＊  から前記電動機の加速運転を再開することを特徴とする電動機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、外部から指令される電動機の回転速度指令値Ｎ＃  に対して、該電動機の負荷へのショックを緩和するために、予め定めた加速度および加加速度に基づく変換を行いつつ、最終的には前記回転速度指令値Ｎ＃  に一致させる回転速度設定値Ｎ＊  を導出し、この回転速度設定値Ｎ＊  に基づいて前記電動機を可変速制御する電動機の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動機を昇降装置や搬送装置の動力源として用いるときには、該電動機の始動加速時や減速停止時に、前記昇降装置や搬送装置へのショックを緩和する電動機の制御方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図５は上記の特許文献１の制御方法を含む従来の電動機の制御方法を示す電動機制御装置の回路構成図であり、この図では電動機を可変速制御する電動機制御装置としてはインバータ装置を例にしている。
【０００４】
図５において、１は商用電源などの交流電源、２，２ａは電動機制御装置、３は電動機制御装置２，２ａから駆動電力が供給される誘導電動機などの電動機、４は電動機３を動力源とする負荷、５は電動機３を所望の回転速度で運転するために、電動機制御装置２，２ａを介して電動機３に回転速度指令値Ｎ＃  を与える速度指令器である。
【０００５】
この電動機制御装置２には交流電源１の電圧を整流，平滑し、この整流電圧を所望の交流電圧に変換して出力するためにダイオード整流回路２１ａ，平滑コンデンサ２１ｂ，トランジスタとダイオードの逆並列回路のブリッジ接続回路２１ｃ，電流検出器２１ｄなどからなるインバータ主回路２１と、インバータ主回路２１が出力する交流電圧を所望の周波数，振幅に制御するためのインバータ制御回路２２と、インバータ制御回路２２の内部演算値である電動機３の発生トルク値，電流検出器２１ｄの検出値などから電動機３の動作状態を監視し、この動作状態が予め定めた許容範囲を越えたときには論理信号を出力すると共に、該動作状態を前記許容範囲内にできる電動機３の回転速度制限値Ｎ＊Ｌを導出する電動機監視回路２３と、電動機監視回路２３から前記論理信号が出力されたときに後述の設定値演算器２５から出力される電動機２の回転速度設定値Ｎ＊  から前記回転速度制限値Ｎ＊Ｌに切り替えてインバータ制御回路２２へ出力する切替スイッチ２４とを備えている。
【０００６】
なお、電動機制御装置２ａには上述のインバータ主回路２１，インバータ制御回路２２，電動機監視回路２３，切替スイッチ２４の他に、後述の設定値演算器２５ａを備えている。また、インバータ制御回路２２，電動機監視回路２３などは周知の技術で形成されている。
【０００７】
図６は設定値演算器２５，２５ａの基本的な演算動作を説明する時間−設定値の特性図であり、いわゆる、Ｓ字加速と呼ばれるものである。
【０００８】
図６において、先ず、速度指令器５が所定の値の回転速度指令値Ｎ＃  が指令されている状態で、電動機制御装置２，２ａおよび電動機３が動作を開始する時刻ｔ０  よりｔ１  の区間は、電動機３の加速動作開始時の負荷４へショックを緩和するために、時間の経過に連動して、電動機３の加速度を零から予め設定される加速度設定値α＊  まで増大させる期間（以下、Ｓ字始動側とも称する）であり、時刻ｔ１  での電動機３の回転速度は、ほぼｎ１  になっている。また、時刻ｔ１  よりｔ５  の区間は一定の加速度、すなわち、前記加速度設定値α＊  で加速する期間（以下、直線加速部とも称する）であり、時刻ｔ５  での電動機３の回転速度は、ほぼｎ２  になっている。また、時刻ｔ５  からｔ１０までの区間は、電動機３の加速度を零にする際の負荷４へのショックを緩和するために、時間の経過に連動して、電動機３の加速度を前記加速度設定値α＊  から零まで減少させる期間（以下、Ｓ字到達側とも称する）であり、また、時刻ｔ１０以降は電動機３の回転速度が、ほぼ回転速度指令値Ｎ＃  で回転している期間である。
【０００９】
なお、時刻ｔ１０以降に回転速度指令値Ｎ＃  が零に変更されると、時間的に上述の動作とは逆の経過、すなわち、加速度設定値を−α＊  として、時刻ｔ１０→ｔ５  →ｔ１  →ｔ０  のように辿ることにより、電動機３の減速停止時の負荷４へショックが緩和される。
【００１０】
図７は、時刻ｔ０  より電動機制御装置２および電動機３が前記Ｓ字始動側の動作を終え、前記直線加速部の動作を開始した後の時刻ｔ２  で、電動機監視回路２３が監視している電動機３の動作状態が予め定めた許容範囲を越えたとき以降の設定値演算器２５の演算動作を説明する時間−設定値の特性図である。
【００１１】
すなわち図７において、時刻ｔ２  に、何らかの要因で、例えば、電動機３の発生トルク値が予め定めた上限トルク値を越えると、電動機監視回路２３がこれを検知して論理信号を出力すると共に、前記電動機の発生トルクを制限する制限動作を行う。具体的には、電動機３の発生トルク値を前記上限トルク値に抑え込むために、時刻ｔ２  直前での電動機３の回転速度設定値Ｎ＊  から急速に減速させる電動機３の回転速度制限値Ｎ＊Ｌを出力し、前記論理信号が出力されたことにより切替スイッチ２４が回転速度制限値Ｎ＊Ｌ側に切り替わり、電動機３は回転速度制限値Ｎ＊Ｌにほぼ対応した回転速度で減速する。また、時刻ｔ２  〜後述のｔ３  の区間では、設定値演算器２５の出力である回転速度設定値Ｎ＊  も回転速度制限値Ｎ＊Ｌに対応した値に抑え込まれる。
【００１２】
次に、時刻ｔ３  で、電動機３の発生トルク値が前記上限トルク値未満の動作状態になると、電動機監視回路２３がこれを検知し、切替スイッチ２４が回転速度設定値Ｎ＊  側に切り替えると共に、設定値演算器２５では時刻ｔ３  直前の上述の抑え込まれた回転速度設定値Ｎ＊  から、再び前記Ｓ字始動側の動作を始めることとなり、時刻ｔ６  からは前記直線加速部の動作になり、時刻ｔ１１からは前記Ｓ字到達側の動作になり、その結果、時刻ｔ１５以降は電動機３の回転速度が、ほぼ回転速度指令値Ｎ＃  で回転することになる。
【００１３】
図８は、時刻ｔ０  より電動機制御装置２ａおよび電動機３が前記Ｓ字始動側の動作を終え、前記直線加速部の動作を開始した後の時刻ｔ２  で、電動機監視回路２３が監視している電動機３の動作状態が予め定めた許容範囲を越えたとき以降の設定値演算器２５ａの演算動作を説明する時間−設定値の特性図である。
【００１４】
すなわち図８において、時刻ｔ２  に、何らかの要因で、例えば、電動機３の発生トルク値が予め定めた上限トルク値を越えると、電動機監視回路２３がこれを検知して論理信号を出力すると共に、前記電動機の発生トルクを制限する制限動作を行う。具体的には、電動機３の発生トルク値を前記上限トルク値に抑え込むために、時刻ｔ２  直前での電動機３の回転速度設定値Ｎ＊  から急速に減速させる電動機３の回転速度制限値Ｎ＊Ｌを出力し、前記論理信号が出力されたことにより切替スイッチ２４が回転速度制限値Ｎ＊Ｌ側に切り替わり、電動機３は回転速度制限値Ｎ＊Ｌに、ほぼ対応した回転速度で減速する。また、時刻ｔ２  〜後述のｔ３  の区間では、設定値演算器２５ａの出力である回転速度設定値Ｎ＊  も回転速度制限値Ｎ＊Ｌに対応した値に抑え込まれる。
【００１５】
次に、時刻ｔ３  で、電動機３の発生トルク値が前記上限トルク値未満の動作状態になると、電動機監視回路２３がこれを検知し、切替スイッチ２４が回転速度設定値Ｎ＊  側に切り替わり、設定値演算器２５ａでは時刻ｔ３  直前の上述の抑え込まれた回転速度設定値Ｎ＊  から、電動機３はその加速度を先述の加速度設定値α＊  にした直線加速動作に入り、時刻ｔ１２で設定値演算器２５ａが出力する回転速度設定値Ｎ＊  が前記回転速度指令値Ｎ＃  に到達することにより、前記直線加速動作を終え、時刻ｔ１５以降は電動機３の回転速度が、ほぼ回転速度指令値Ｎ＃  で回転することになる。
【００１６】
なお、上述の図６から図８に基づく従来の技術の動作説明において、時刻ｔの添字の数字が同じ場合には、ほぼ同じ時刻を示し、また、添字の数字が大きい程、時刻ｔ０  からの経過時間がより長いことを示している。
【００１７】
【特許文献１】
特開平１１−１９１９９９号公報（第２−３頁、第６図）
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
図７に基づいて説明した従来の電動機の制御方法では、電動機３が加速運転中での電動機監視回路２３の動作が解除された後に、回転速度指令値Ｎ＃  までの残された範囲で、Ｓ字加速を加速度＝０から再開するため、電動機３の回転速度が回転速度指令値Ｎ＃  に到達するのに時間を要するという難点があった。
【００１９】
また、図８に基づいて説明した従来の電動機の制御方法では、電動機３が加速運転中での電動機監視回路２３の動作が解除された後に、Ｓ字加速をキャンセルして直線加速に切り換えるため、電動機３の回転速度が回転速度指令値Ｎ＃  に到達するのは短時間であるが、再加速開始時および回転速度指令値Ｎ＃  に対応する回転速度に到達時の負荷４へのショックが大きいという難点があった。
【００２０】
この発明の目的は、上記問題点を解消する電動機の制御方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、外部から指令される電動機の回転速度指令値Ｎ＃  に対して、該電動機の負荷へのショックを緩和するために、予め定めた加速度および加加速度に基づく変換を行いつつ、最終的には前記回転速度指令値Ｎ＃  に一致させる時間−設定値特性を有する回転速度設定値Ｎ＊  を導出し、この回転速度設定値Ｎ＊  に基づいて前記電動機を可変速制御する電動機の制御方法において、前記回転速度設定値Ｎ＊  に基づいて加速運転中の前記電動機の動作状態が予め定めた許容範囲を越えた時には、該動作状態を前記許容範囲内にできる回転速度制限値Ｎ＊Ｌを導出すると共に、前記電動機を該回転速度制限値Ｎ＊Ｌに基づいて運転させ、前記許容範囲を越えた状態が解除されたときに、前記回転速度制限値Ｎ＊Ｌに対応する前記時間−設定値特性上の回転速度設定値Ｎ＊  から前記電動機の加速運転を再開することを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、電動機が加速運転中に該電動機の動作状態が予め定めた許容範囲を越え、その後、前記許容範囲を越えた動作状態が解除されてから、前記電動機が前記回転速度指令値Ｎ＃  に到達する時間を比較的短時間にでき、また、このときの前記電動機の負荷へのショックも緩和することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の電動機の制御方法の実施例を示す電動機制御装置の回路構成図であり、図５に示した従来例構成と同様に、電動機を可変速制御する電動機制御装置としてはインバータ装置を例にしている。また、図５に示した従来例構成と同一機能を有するものには同一符号を付して、その説明を省略する。
【００２４】
すなわち、図１に示した電動機制御装置６にはインバータ主回路２１，インバータ制御回路２２，電動機監視回路２３，切替スイッチ２４の他に、設定値演算器６１を備え、この設定値演算器６１は、先述の設定値演算器２５，２５ａと同様に、図６に示した時間−設定値の特性図に基づく基本的な演算動作を行うことができる。
【００２５】
図２は、時刻ｔ０  より電動機制御装置６および電動機３が前記Ｓ字始動側の動作を終え、前記直線加速部の動作を開始した後の時刻ｔ２  で、電動機監視回路２３が監視している電動機３の動作状態が予め定めた許容範囲を越えたとき以降の設定値演算器６１の演算動作を説明する時間−設定値の特性図である。
【００２６】
すなわち図２において、時刻ｔ２  に、何らかの要因で、例えば、電動機３の発生トルク値が予め定めた上限トルク値を越えると、電動機監視回路２３がこれを検知して論理信号を出力すると共に、前記電動機の発生トルクを制限する制限動作を行う。具体的には、電動機３の発生トルク値を前記上限トルク値に抑え込むために、時刻ｔ２  直前での電動機３の回転速度設定値Ｎ＊  から急速に減速させる電動機３の回転速度制限値Ｎ＊Ｌを出力し、前記論理信号が出力されたことにより切替スイッチ２４が回転速度制限値Ｎ＊Ｌ側に切り替わり、電動機３は回転速度制限値Ｎ＊Ｌに、ほぼ対応した回転速度で減速する。また、時刻ｔ２  〜後述のｔ３  の区間では、設定値演算器６１の出力である回転速度設定値Ｎ＊  も回転速度制限値Ｎ＊Ｌに対応した値に抑え込まれる。
【００２７】
次に、時刻ｔ３  で、電動機３の発生トルク値が前記上限トルク値未満の動作状態になると、電動機監視回路２３がこれを検知して、切替スイッチ２４が回転速度設定値Ｎ＊  側に切り替わった時刻ｔ３  以降の設定値演算器６１の演算動作について、図３に示した時間−設定値の特性図を参照しつつ、以下に説明する。
【００２８】
すなわち図３は、先述の図６に示したＳ字始動側の時間−設定値の特性の拡大図であり、この図において、時刻ｔ３  の時の上述の抑え込まれた回転速度設定値Ｎ＊  をｎＬ１とすると、前記Ｓ字始動側の動作終了時の電動機３の回転速度ｎ１  に対して、ｎ１  ＞ｎＬ１の関係になっており、また、電動機３が加速開始時から前記ｎＬ１に到達する時間をＴＬ１とし、前記ｎ１  に到達する時間をＴ０  とし、電動機３の加加速度をｍとすると、以下に記す式（１）〜（８）の関係にある。
【００２９】
先ず、前記Ｓ字始動側における回転速度設定値Ｎ＊  としての回転速度ｎと時間Ｔとの間には、下記式（１）で表される関係がある。
【００３０】
ｎ＝ｍ・Ｔ２                      …（１）
また、上記式（１）から、下記式（２）〜（５）が導出される。
【００３１】
ｎ１＝ｍ・Ｔ０２                    …（２）
ｍ＝ｎ１／Ｔ０２                    …（３）
ｎＬ１＝ｍ・ＴＬ２                    …（４）
ＴＬ＝（ｎＬ１／ｎ１）１／２・Ｔ０          …（５）
さらに、上記式（１）を微分することにより得られる電動機３の加速度αは、下記式（６）で表される。
【００３２】
α＝２・ｍ・Ｔ                …（６）
従って、電動機３の回転速度が前記ｎＬ１の時の加速度αＬ  は、下記式（７）で表される。
【００３３】
αＬ＝２・ｍ・ＴＬ                …（７）
前記式（３），（５）を上記式（７）に代入すると、下記式（８）が導出される。
【００３４】
2004242440.tif 000003
前記ｎ１  とＴ０  は一定値（定数）であり、上記式（８）から明らかなように、加速度αＬ  は前記ｎＬ１の平方根に比例した値として導出できる。
【００３５】
すなわち図２において、時刻ｔ３  以降は設定値演算器６１により、前記式（８）で得られる加速度αＬ  を初期値として、演算される回転速度設定値Ｎ＊  に従って、電動機３は前記Ｓ字始動側の動作を始点（＝加速度が零のとき）からではなく、前記ｎＬ１の時点から加速運転を再開し、時刻ｔ４  で回転速度設定値Ｎ＊  が前記ｎ１  に到達するので、時刻ｔ４  からは前記直線加速部の動作になり、時刻ｔ７  で回転速度設定値Ｎ＊  が前記ｎ２  に到達するので、時刻ｔ７  からは前記Ｓ字到達側の動作になり、その結果、時刻ｔ１３以降は電動機３の回転速度が、ほぼ回転速度指令値Ｎ＃  で回転することになる。
【００３６】
なお、上述の図２に基づくこの発明の動作説明において、先述の図７，図８に基づく従来の技術の動作説明と同様に、時刻ｔの添字の数字が同じ場合には、ほぼ同じ時刻を示し、また、添字の数字が大きい程、時刻ｔ０  からの経過時間がより長いことを示している。
【００３７】
従って、図２に示す如く電動機３の回転速度がほぼ回転速度指令値Ｎ＃  に到達する時刻ｔ１３は、図７に示した同様時点の時刻ｔ１５より早い時刻であり、また、図８に示した同様時点の時刻ｔ１２より遅い時刻である。さらに、時刻ｔ３  からの再加速開始時のみに生ずる負荷４へのショックが比較的大きい値となるが、この値も図８に示す時刻ｔ３  の時に比して小さく、一般的に、電動機３から負荷４への動力伝達経路に遅れ要素が存在するために、何れの場合にも、前記ショックはより軽減される。
【００３８】
図４は、図２に示したタイミングでのこの発明の電動機の制御方法としての設定値演算器６１の動作説明とは異なって、時刻ｔ０  より電動機制御装置６および電動機３が前記Ｓ字始動側の動作と前記直線加速部の動作とを終え、前記Ｓ字到達側の動作を開始した後の時刻ｔ８  で、電動機監視回路２３が監視している電動機３の動作状態が予め定めた許容範囲を越えたとき以降の設定値演算器６１の演算動作を説明する時間−設定値の特性図である。
【００３９】
すなわち図４において、時刻ｔ８  に、何らかの要因で、例えば、電動機３の発生トルク値が予め定めた上限トルク値を越えると、電動機監視回路２３がこれを検知して論理信号を出力すると共に、この発生トルク値を前記上限トルク値に抑え込むために、時刻ｔ８  直前での電動機３の回転速度設定値Ｎ＊  から急速に減速させる電動機３の回転速度制限値Ｎ＊Ｌを出力し、前記論理信号が出力されたことにより切替スイッチ２４が回転速度制限値Ｎ＊Ｌ側に切り替わり、電動機３は回転速度制限値Ｎ＊Ｌに、ほぼ対応した回転速度で減速する。また、時刻ｔ８  〜後述のｔ９  の区間では、設定値演算器６１の出力である回転速度設定値Ｎ＊  も回転速度制限値Ｎ＊Ｌに対応した値に抑え込まれる。
【００４０】
次に、時刻ｔ９  で、電動機３の発生トルク値が前記上限トルク値未満の動作状態になると、電動機監視回路２３がこれを検知して、切替スイッチ２４が回転速度設定値Ｎ＊  側に切り替わる。
【００４１】
この時刻ｔ９  以降の設定値演算器６１の演算動作は、上述の抑え込まれた回転速度設定値Ｎ＊  をｎＬ２とすると、前記Ｓ字到達側の動作開始時の電動機３の回転速度ｎ２  に対して、ｎ２  ＜ｎＬ２の関係になっていることから、前記式（１）〜（８）と同様の演算で得られる電動機３の加速度を初期値として、電動機３は前記Ｓ字到達側の動作を前記ｎＬ２の時点から再開し、演算される回転速度設定値Ｎ＊  に従い、時刻ｔ１４には電動機３の回転速度が、ほぼ回転速度指令値Ｎ＃  で回転することになる。
【００４２】
なお、上述の図４に基づくこの発明の動作説明において、先述の図２，図７，図８に基づく動作説明と同様に、時刻ｔの添字の数字が同じ場合には、ほぼ同じ時刻を示し、また、添字の数字が大きい程、時刻ｔ０  からの経過時間がより長いことを示している。
【００４３】
【発明の効果】
この発明によれば、電動機が加速運転中に該電動機の動作状態が予め定めた許容範囲を越え、その後、前記許容範囲を越えた動作状態が解除されてから、前記電動機が前記回転速度指令値Ｎ＃  に到達する時間を比較的短時間にできることから、この電動機を動力源とする昇降装置や搬送装置の稼働率を改善できる。
【００４４】
特に、電動機の発生トルクを制限する制限動作が一瞬の場合には、前記動力伝達経路に存在する遅れ要素による伝達遅れも手伝い、殆どショックレスに該電動機を再加速でき、通常動作時のＳ字加速と比べてもほぼ同等なＳ字加速パターンで該電動機を前記回転速度指令値まで到達させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を示す電動機制御装置の回路構成図
【図２】図１の動作を説明する時間−設定値の特性図
【図３】図１の動作を説明する時間−設定値の特性図
【図４】図１の動作を説明する時間−設定値の特性図
【図５】従来例を示す電動機制御装置の回路構成図
【図６】図５の動作を説明する時間−設定値の特性図
【図７】図５の動作を説明する時間−設定値の特性図
【図８】図５の動作を説明する時間−設定値の特性図
【符号の説明】
１…交流電源、２，２ａ…電動機制御装置、３…電動機、４…負荷、５…速度指令器、６…電動機制御装置、２１…インバータ主回路、２２…インバータ制御回路、２３…電動機監視回路、２４…切替スイッチ、２５，２５ａ，６１…設定値演算器。
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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