(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御部と、駆動部と、主回路と、前記制御部と前記駆動部を接続する光ケーブルとで構
成される電動機制御装置において、
前記制御部は、
電流指令と電流の電流偏差から電圧指令を生成する電流制御部と、
ＰＷＭ信号生成に必要なキャリア周期データとキャリア位相データと演算周期データとから構成されるキャリア信号を生成するキャリア生成部と、
前記電圧指令と前記キャリア信号を電気信号から光信号に変換するＥ／Ｏ変換部とを備え、
前記駆動部は、
前記光信号を電気信号に変換するＯ／Ｅ変換部と、
前記電気信号から再生電圧指令を生成する電圧指令再生部と、
前記電気信号からキャリア周期データとキャリア位相データと演算周期データとを再生し、該再生したキャリア周期データとキャリア位相データと演算周期データとに基づき再生キャリア信号を生成するキャリア信号再生部と、
前記再生電圧指令と前記再生キャリア信号からＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ生成部と、
を備えることを特徴とする電動機制御装置。
【請求項２】
前記制御部はさらに、
位置指令と位置の位置偏差から速度指令を生成する位置制御部と、
前記速度指令と速度の速度偏差からトルク指令を生成する速度制御部と、
前記トルク指令から電流指令を生成する電流指令生成部と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
【請求項３】
前記電圧指令は１つまたは複数からなり、補間を取ることにより電圧指令を再生するこ
とを特徴とする請求項１記載の電動機制御装置。
【請求項４】
主回路の電流をＡＤ変換して電流信号を生成するＡＤ変換部と、
前記電流信号を光信号に変換する第２のＥ／Ｏ変換部と、
前記光信号を電気信号に変換する第２のＯ／Ｅ変換部と、
前記光信号から電流信号を再生する電流信号再生部と、
を有することを特徴とする請求項１記載の電動機制御装置。
【請求項５】
制御部と、駆動部と、主回路と、前記制御部と前記駆動部を接続する光ケーブルとで構
成される電動機制御装置の制御方法において、
前記制御部は、
初期設定時に、
ＰＷＭ信号のキャリアを生成するステップと、
前記キャリア信号を電気信号から光信号に変換するステップと、
前記光信号を駆動部へ送信するステップと、
制御周期ごとに、
位置指令と位置の位置偏差から速度指令を生成するステップと、
前記速度指令と速度の速度偏差からトルク指令を生成するステップと、
前記トルク指令から電流指令を生成するステップと、
前記電流指令と電流の電流偏差から電圧指令を生成するステップと、
前記電圧指令を光信号に変換するステップと、
前記光信号を前記駆動部へ送信するステップと、
を備え、
前記駆動部は、
初期設定時に、
前記光信号を電気信号に変換するステップと、
前記電気信号からキャリア信号を再生するステップと、
制御周期ごとに、
前記光信号を電気信号に変換するステップと、
前記電気信号から電圧指令を再生するステップと、
前記電圧指令と前記キャリア信号からＰＷＭ信号を生成するステップと、
を備えることを特徴とする電動機制御装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に高圧電動機を制御するのに適した電動機制御装置とその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術の電動機制御装置には特許文献１がある。従来技術を図を用いて説明する。図２は従来技術の電動機制御装置を電気車に応用したときのブロック構成図である。図２において１０１は制御装置、１０２はゲートドライブ回路、１０３は主回路、１０４はフィルタコンデンサ、１０５は運転台、１０６はモータ、１０７は直流電圧センサ、１０８はセンサユニットである。
【０００３】
次に動作について説明する。インバータ装置は、直流電圧Ｖｄを三相のモータ電流ｉ ｕ ， ｉ ｖ ， ｉ ｗ に変換するスイッチング素子（ Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 素子） 等からなる主回路１０３と、主回路１０３の直流側に接続され、主回路１０３に直流電源を供給し、かつ平滑化するフィルタコンデンサ１０４と、運転台１０５からの運転指令， 検出されたモータ電流， フィルタコンデンサ電圧に基づいて変調率を生成し、それをＰＷＭパルス情報ａに変換してゲートドライブ１０２に出力する制御装置１０１と、そのＰＷＭ情報ａを主回路１０３内のスイッチング素子のゲート信号ｂに変換するゲートドライブ１０２から構成される。運転台１０５は、力行、回生指令，ノッチ信号，ブレーキ指令などの運転指令を出力する。この運転指令は、シリアル伝送ケーブル１０９Ｃ によって制御装置１０１に伝送される。電気車を駆動する交流モータ１０６は、主回路１０３の交流側に接続されている。図２には明示していないが、主回路１０３内にはＵ Ｖ Ｗ の各三相分× Ｐ ・Ｎ 側の２極＝６個のＩＧＢＴ素子が内蔵されているため、ゲートドライブ１０２から主回路１０３へ送るゲート信号ｂは６本、同様に制御装置１からゲートドライブ１０２へ送るＰＷ Ｍパルス情報ａも６本の信号線で送られる。主回路１０３の直流側には、フィルタコンデンサ１０４の端子電圧Ｖｄを検出する直流電圧センサ（ ＰＴ ）７が設けられ、交流側には、モータ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの瞬時値を検出するモータ電流センサユニット１０８が設けられる。各センサ１０７，１０８には、シリアル信号伝送用の接続端子として入力用と出力用とが設けられている。これにより、直流電圧センサ（ ＰＴ ）７の出力用接続端子とモータ電流センサユニット１０８の入力用接続端子はシリアル伝送ケーブル１０９ Ａで接続され、センサユニット８の出力用接続端子と制御装置１０１の入力用接続端子はシリアル伝送ケーブル１０９Ｂで接続される。このように、センサ１０７，１０８と制御装置１０１は、シリアル伝送ケーブル９ Ａ〜９Ｂ 介して直列に接続されるというものである。
【０００４】
また、図３は図２の制御装置１０１の詳細構成図で、２０３はパルス出力部、２０４はＥ／Ｏ変換部、２０５ａ、２０５ｂは記憶装置、２０７は運転指令生成部、２０８は電流指令生成部、２０９は電流検出部、２１０は瞬時電流制御部、２１１は速度推定部、２１２は位相推定部、２１３は変調率演算部である。運転指令により電流指令を生成し、シリアルデータで伝送されてきたデータから電流信号を再生して瞬時電流制御を行い、パルス出力装置２０３で生成されたＰＷＭゲートドライブ信号をＥ／Ｏ変換をして主回路のゲートドライブ部１０２に伝送するというものである。
【特許文献１】国際公開第００／１９５９０号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の電動機制御装置では、ＰＷＭパルスの分解能が通信周期で制約さ
れるため、制御精度が上がらず波形が歪む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、ＰＷＭ信号の分解能を保持
した波形歪みの少ない電動機制御装置とその制御方法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】
【０００６】
請求項１記載の本発明は、制御部と、駆動部と、主回路と、制御部と駆動部を接続する
光ケーブルとで構成される電動機制御装置において、制御部は、電流指令と電流の電流偏差から電圧指令を生成する電流制御部と、ＰＷＭ信号生成に必要なキャリア周期データとキャリア位相データと演算周期データとから構成されるキャリア信号を生成するキャリア生成部と、電圧指令とキャリア信号を電気信号から光信号に変換するＥ／Ｏ変換部を備え、駆動部は、光信号を電気信号に変換するＯ／Ｅ変換部と、電気信号から再生電圧指令を生成する電圧指令再生部と、電気信号からキャリア周期データとキャリア位相データと演算周期データとを再生し、該再生したキャリア周期データとキャリア位相データと演算周期データとに基づき再生キャリア信号を生成するキャリア信号再生部と、再生電圧指令と再生キャリア信号からＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ生成部を備えるようにしたものである。
請求項２記載の本発明は、請求項１記載の電動制御装置において、制御部はさらに、
位置指令と位置の位置偏差から速度指令を生成する位置制御部と、速度指令と速度の速度偏差からトルク指令を生成する速度制御部と、トルク指令から電流指令を生成する電流指令生成部と、を備えるようにしたものである。
請求項３記載の本発明は、請求項１記載の電動機制御装置において、電圧指令は１つま
たは複数からなり、補間を取ることにより電圧指令を再生するようにしたものである。
請求項４記載の本発明は、請求項１記載の電動機制御装置において、主回路の電流をＡ
Ｄ変換して電流信号を生成するＡＤ変換部と、電流信号を光信号に変換する第２のＥ／Ｏ
変換部と、光信号を電気信号に変換する第２のＯ／Ｅ変換部と、光信号から電流信号を再
生する電流信号再生部とを有するようにしたものである。
請求項５記載の本発明は、制御部と、駆動部と、主回路と、制御部と駆動部を接続する
光ケーブルとで構成される電動機制御装置の制御方法において、制御部は、位置指令と位
置の位置偏差から速度指令を生成するステップと、速度指令と速度の速度偏差からトルク
指令を生成するステップと、トルク指令から電流指令を生成するステップと、電流指令と
電流の電流偏差から電圧指令を生成するステップと、ＰＷＭ信号のキャリアを生成するス
テップと、電圧指令とキャリア信号を電気信号から光信号に変換するステップとを備え、
駆動部は、光信号を電気信号に変換するステップと、電気信号から電圧指令を再生するス
テップと、電気信号からキャリア信号を再生するステップと、再生電圧指令と再生キャリ
ア信号からＰＷＭ信号を生成するステップとを備えるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、ＰＷＭ信号の分解能を保持した波形歪みの少ない電動機機制御装置とその制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に、本発明の実体の形態について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は本発明の実施例の構成を示すブロック図である。図１において、１は制御部、２は駆動部、３は電動機、４は位置検出器である。また、１１は位置制御部、１２は速度制御部、１３は電流制御部、１４は電圧指令生成部、１５はキャリア信号生成部、１６は電流信号再生部、１７はＥ／Ｏ変換部、１８は第２のＯ／Ｅ変換部である。さらに、２１はＯ／Ｅ変換部、２２は電圧指令再生部、２３はＰＷＭ信号生成部、２４はキャリア信号再生部、２５はＡＤ変換部、２６は第２のＥ／Ｏ変換部である。
【００１０】
次に動作について説明する。位置制御部１１は位置指令と位置の差である位置偏差に比例ゲインＫｐを乗算して速度指令を生成する。速度制御部１２は速度指令と速度の差である速度偏差に比例ゲインＫｖを乗算して第１のトルク指令を生成する。さらに第１のトルク指令を制御周期積分し積分時間Ｔｖｉで除算して第２のトルク指令を生成する。さらに第１のトルク指令と第２のトルク指令を加算してトルク指令を生成する。さらに、トルク指令から電流指令を生成する。電流制御部１３は電流指令と電流の差である電流偏差を比例ゲインＫｃを乗算して第１の電圧指令を生成する。さらに、第１の電圧指令を制御時間積分して積分時定数Ｔｃｉで除算し第２の電圧指令を生成する。さらに電圧指令生成部１４で第１の電圧指令と第２の電圧指令を加算して電圧指令を生成する。キャリア信号生成部１５はＰＷＭ信号生成に必要なキャリア信号を生成する。Ｅ／Ｏ変換（電気／光変換）部１７は電圧指令とキャリア信号を電気信号から光信号に変換し、さらに光ケーブル６を介して、駆動部２のＯ／Ｅ（光／電気変換）部２１に伝送する。Ｏ／Ｅ変換部２１は光信号を電気信号に変換する。電圧指令再生部２２は電気信号から電圧指令を再生して再生電圧指令を生成する。キャリア信号再生部は電気信号から再生キャリア信号を生成する。ＰＷＭ生成部は再生電圧指令と再生キャリア信号を比較してＰＷＭ信号を生成し、主回路のゲートドライブ部（図示していない）に伝送する。主回路３はゲートドライブ部でドライブされ電動機を駆動する。また、主回路３の電流はＡＤ変換部２５でシリアル信号に変換され、第２のＥ／Ｏ変換部と第２のＯ／Ｅ変換を介して駆動部２から制御部１へ伝送され、電流信号再生部１６により再生電流信号となり、電流制御に使用される。
【００１１】
次に制御部１から駆動部２へ伝送される通信データについて説明する。通信データはキャリア送信モードと電圧指令送信モードの２つのモードで送信される。図４はキャリア信号のデータを示し、スタートビット、キャリア送信モード区分、同期信号ＳＹＮ、キャリア同期データ、キャリア位相、演算周期データ、ＣＲＣチェック、ストップビットとで構成される。図５は電圧指令のデータで、スタートビット、電圧指令送信モード、同期信号ＳＹＮＣ、電圧指令データ、ＣＲＣチェック、ストップビットで構成される。キャリア送信モードは電動機駆動装置の初期設定時に一度だけ実行され、キャリア信号はキャリア周期データ、キャリア位相データおよび演算周期データにより構成される。また、電圧指令送信モードでは、データが通信周期ごとに毎回送信され、データはひとつもしくは２つ以上の電圧指令データとキャリア同期のための同期信号で構成される。
【００１２】
次にキャリア再生部について説明する。図６はキャリア再生部の構成を示すブロック図
で、５１はキャリア周期レジスタ、５２はキャリアカウンタ、５３はキャリア位相レジス
タ、５４は比較部、５５はＰＷＭキャリアカウンタである。キャリア周期レジスタ５１に
キャリア周期データが設定され、キャリア位相レジスタ５３にキャリア位相データが設定
される。キャリアカウンタ５２はカウンタ値がキャリア周期レジスタ値と一致したとき、
もしくは同期信号入力されたときにクリアされるアップカウンタであり、キャリアカウン
タ５２の出力値は図７に示すように同期信号に同期したキャリア周期の三角波となる。比
較部５４はキャリアカウンタ５２の値とキャリア位相レジスタ５３の値を比較し、一致したときにＰＷＭキャリアカウンタクリア信号を出力する。ＰＷＭキャリアカウンタ５５はクリア時アップカウンタとなり、キャリア周期の１／２でダウンカウンタとなるアップダウンカウンタであり、図７に示すようにキャリアカウンタ０の時点からキャリア位相データだけずれた再生キャリア信号を生成する。図７は、キャリア再生部の動作波形であり、再生キャリア信号はキャリア送信モードで送られてくるキャリア周期データとキャリア位相データおよび電圧指令送信モードで送られてくる同期信号により生成される。
【００１３】
次に電圧指令再生部について説明する。図８は電圧指令再生部のブロック図で、６１は演算周期レジスタ、６２は電圧指令レジスタ、６３は前回電圧指令レジスタ、６４は差分レジスタ、６５はパルス分配部、６６は電圧指令出力カウンタである。電圧指令受信完了時に前回値電圧指令レジスタ６３には電圧指令レジスタ６２の値が格納され、電圧指令レジスタ６２には受信した新しい電圧指令データが格納される。また電圧指令レジスタ６２の値と前回値電圧指令レジスタ６３の値の差分が差分レジスタ６４に格納される。パルス分配回路６５は演算周期レジスタ６１に設定された時間に差分レジスタ６４の値のパルス数を等間隔に生成する。差分が正の場合はアップパルスを、負の場合はダウンパルスを生成する。電圧指令出力カウンタ６６は指令更新時に前回値電圧指令レジスタ６２の値がプリセットされ、アップパルスでカウントアップ、ダウンパルスでカウントダウンされるアップダウンカウンタである。電圧指令再生部は指令更新時に前回電圧指令レジスタ６３の値となり指令更新直前で電圧指令レジスタ６２の値となる直線補間値を生成する。ＰＷＭ信号生成部は図９に示すような再生されたキャリア信号と再生された電圧指令を比較しＰＷＭ信号を生成する。
【００１４】
次に、制御方法について説明する。図１０はキャリア信号を送信するフローチャートであり、初期設定時に一度だけ送信される。図１０において、ステップＳＡ１ではキャリア信号を生成し、ステップＳＡ２ではキャリアの電気信号を光信号に変換する。ステップＳＡ３では光信号を駆動部へ送信し、ステップＳＡ４で電気信号に変換し、ステップＳＡ５でキャリア信号を再生する。図１１は制御周期ごとに行われる電圧指令の送信を示すフローチャートである。図１１において、ステップＳＢ１では、位置指令と位置信号から位置偏差をもとめ速度指令を生成する。次にステップＳＢ２では、速度指令と速度から速度偏差をもとめトルク指令を生成する。次にステップＳＢ３では、トルク指令から電流指令を生成する。次にステップＳＢ４では電流指令と電流から電流偏差をもとめ電圧指令を生成する。次にステップＳＢ５では電圧指令の電気信号を光信号に変換する。次にステップＳＢ６では、光信号を駆動部へ送信する。ステップＳＢ７では光信号を電気信号に変換する。次にステップＳＢ８では電気信号から電圧指令を再生する。次にステップＳＢ９では電圧指令と先に再生したキャリア信号からＰＷＭ信号を生成して主回路を駆動する。図１２は制御周期ごとに行われる電流信号の再生を示すフローチャートである。図１２において、ステップＳＣ１では、主回路電流をシリアル信号に変換する。次にステップＳＣ２では、電気信号を光信号に変換する。次にステップＳＣ３では光信号を制御部１へ送信する。ステップＳＣ４は光信号から電流信号を再生し、図１１の電流として制御に使用する。
実施例で生成されるＰＷＭ信号の分解能は、電圧再生回路とキャリア再生回路の動作クロック周波数に依存し、通信周期には依存しない。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
本発明は、ＰＷＭ信号の分解能を保持した波形歪みの少ない電動機機制御装置とその制御方法を提供できるので、一般産業機械や工作機械などに適用できる。また、制御部と駆動部を光で絶縁しているので特に高圧電動機制御への適用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の構成を示すブロック図。
【図２】従来例の構成を示すブロック図。
【図３】従来例の構成の詳細を示すブロック図
【図４】キャリア信号の通信データ。
【図５】電圧指令の通信データ。
【図６】キャリア再生部の構成を示すブロック図。
【図７】再生されたキャリア信号の波形。
【図８】電圧指令再生部の構成を示すブロック図。
【図９】ＰＷＭ信号生成部の波形。
【図１０】本発明のキャリア信号送信のフローチャート
【図１１】本発明の電圧指令送信のフローチャート
【図１２】本発明の電流信号を送信するフローチャート
【符号の説明】
【００１７】
１  制御部
２  駆動部
３  主回路
４  電動機
５  位置検出器
６、７  光ケーブル
１１  位置制御部
１２  速度制御部
１３  電流制御部
１４  電圧指令生成部
１５  キャリア生成部
１６  電流信号再生部
１７  Ｅ／Ｏ変換部
１８  第２のＯ／Ｅ変換部
２１  Ｏ／Ｅ変換部
２２  電圧指令再生部
２３  ＰＷＭ信号生成部
２４  キャリア信号再生部
２５  ＡＤ変換部
２６  第２のＥ／Ｏ変換部
５１  キャリア周期レジスタ
５２  キャリアカウンタ
５３  キャリア位相レジスタ
５４  比較部
５５  ＰＷＭキャリアカウンタ
６１  演算周期レジスタ
６２  電圧指令レジスタ
６３  前回電圧指令レジスタ
６４  差分レジスタ
６５  パルス分配部
６６  電圧指令出力カウンタ
【図１】
0004753070.tif 000002
【図２】
0004753070.tif 000003
【図３】
0004753070.tif 000004
【図４】
0004753070.tif 000005
【図５】
0004753070.tif 000006
【図６】
0004753070.tif 000007
【図７】
0004753070.tif 000008
【図８】
0004753070.tif 000009
【図９】
0004753070.tif 000010
【図１０】
0004753070.tif 000011
【図１１】
0004753070.tif 000012
【図１２】
0004753070.tif 000013