(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力を直流電力に変換するコンバータ部と、スイッチング素子とトランジスタとから構成され、直流電力を可変周波数、可変電圧の交流電圧に変換するインバータ部と、前記コンバータ部により得られる直流電圧を検出する電圧検出器と、前記インバータ部からの出力電流を検出する電流検出器と、この電流検出器が検出した出力電流が過電流レベル以上となった場合に、前記インバータ部のスイッチング素子の出力を停止する制御部と、を有する可変速装置において、
加速中の過渡現象による電流が流れている期間である定速域認識遅延時間と、前記過電流レベル以下である異常電流検出レベルと出力電流が異常電流検出レベル以上であるか確認するための異常電流検出時間と減速開始を遅延させる減速開始遅延時間とを記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、加速が完了した後で前記定速域認識遅延時間を経過した後、前記電流検出器が検出した出力電流が前記異常電流検出レベル以上である状態が前記異常電流検出時間続いた時点で、負荷過大と認識し、検出信号を出力し、さらに減速開始遅延時間を経過した後も、前記出力電流が前記異常電流検出レベル以上である状態が続いている場合に、減速停止するようにしたことを特徴とする可変速装置。
【請求項２】
前記記憶部は直流母線電圧検出有効レベルを記憶するとともに、前記制御部は、加速が完了した後で前記定速域認識遅延時間を経過した後、前記電圧検出器で検出した直流母線電圧と前記直流母線電圧検出有効レベルとを比較し、前記直流母線電圧が前記直流母線電圧検出有効レベルより大きい場合に、前記電流検出器が検出した出力電流と前記異常電流検出レベルとを比較するようにしたことを特徴とする請求項１記載の可変速装置。
【請求項３】
前記記憶部は直流母線電圧検出有効レベルを記憶するとともに、前記制御部は、加速が完了した後で前記定速域認識遅延時間を経過した後、前記電圧検出器で検出した直流母線電圧と前記直流母線電圧検出有効レベルとを比較し、前記直流母線電圧が前記直流母線電圧検出有効レベルより小さい場合に、前記異常電流検出レベルを大きくするようにしたことを特徴とする請求項１記載の可変速装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モータを可変速制御する可変速装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来の可変速装置の構成を示す図である。図において、２１は交流電力を直流電力に変換するコンバータ部、２２はコンバータ部２１が変換した直流電力を平滑して一定直流電圧として保持する平滑コンデンサ、２３はスイッチング素子とトランジスタとから構成され、直流電力を可変周波数、可変電圧の交流電圧に変換するインバータ部、２４は直流母線電圧を検出する電圧検出器、２５はインバータ部２３の出力電流を検出する電流検出器である。また、２６は起動信号３１、リセット信号３２などを入力する入力部、２７は設定された運転周波数（以下、設定周波数と記す）に基づき出力周波数を作成する制御部としてのＣＰＵ、２８は異常信号３３を出力する出力部、２９は表示器、３０は負荷としてのモータである。
【０００３】
また、図６は従来の可変速装置の動作を示す図である。図において、（ａ）は運転時における出力周波数の変化を示す図、（ｂ）は起動／停止を指令する起動信号のオン／オフ状態を示す図、（ｃ）は運転時における出力電流の変化を示す図である。
【０００４】
従来の可変速装置の運転について、図５および図６により説明する。
可変速装置においては、交流電力（Ｒ，Ｓ，Ｔ）をコンバータ部２１で直流電力に変換し、平滑コンデンサ２２で一定直流電圧として保存する。インバータ部２３で、この直流電力を可変周波数、可変電圧の交流電力（Ｕ，Ｖ，Ｗ）に変換し、モータ３０を可変速制御する。
【０００５】
起動信号３１が入力される（オンとなる）と（図６（ｂ）の点ｂ２１）、可変速装置は、図６（ａ）に示すように、設定周波数まで予め設定された加速時間（図６（ａ）の点ａ２１〜点ａ２２）にしたがって加速を行い、加速が完了する（図６（ａ）の点ａ２２）と、起動信号３１がオフされるまで（図６（ｂ）の点ｂ２２）、設定周波数による定速運転を続ける（図６（ａ）の点ａ２２〜点ａ２３）。
起動信号３１がオフされると（図６（ｂ）の点ｂ２２）、可変速装置は、出力周波数を０Ｈｚに向かって減速を開始し（図６（ａ）の点ａ２３）、出力周波数が０Ｈｚとなった時点で停止する（図６（ａ）の点ａ２４）。
【０００６】
また、可変速装置の運転中に、負荷の増大により出力電流が多くなり、過電流トリップさせる基準値としての過電流レベル（一般に、可変速装置の定格電流の２００％を可変速装置の過電流レベルとする）以上になった場合には、ＣＰＵ２７は過電流異常と判断して、運転指令を無視して、インバータ部２３のスイッチング素子の出力を停止するとともに異常信号３３を出力する。また、可変速装置の運転中に、負荷からの回生によりコンバータ部２１、インバータ部２３間の直流電圧が所定値以上になった場合には、ＣＰＵ２７は過電圧異常と判断して、インバータ部２３のスイッチング素子のオン、オフ信号を停止するとともに異常信号３３を出力する。
また、ＣＰＵ２７は過電圧異常時または過電流異常時には、表示器２９に異常内容を出力する。
その後、リセット信号３２が入力されると、可変速装置は異常信号３３をオフして、停止状態になる。
【０００７】
しかしながら、定速運転中に出力電流が大きく流れても、過電流レベル未満であれば、可変速装置は過電流異常と判断せず、トリップすることなく出力を継続する。
【０００８】
従来の可変速装置を工作機械の主軸に使用して、定速運転で被加工物を加工中に、何らかの要因で工具が被加工物にかみ合って、出力電流が定格電流以上となった場合であっても（図６（ｃ）Ｃ２１部）、出力電流が過電流レベル未満であれば、可変速装置は定速運転を継続しようとして、設定周波数に基づく出力周波数を出力し続ける。この場合には、工具と被加工物とがロック状態のため、さらに大きな電流が流れて、出力電流が過電流レベル以上となった時点で可変速装置が過電流異常と判断して過電流トリップすることになる。また、工具と被加工物とがロック状態のため、出力電流が増えても過電流レベル未満であれば、工具が破損するまで運転を継続することになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来の可変速装置を工作機械の主軸に使用した場合、大きな負荷が急激にかかった場合でも、過電流レベル未満であれば、可変速装置が過電流トリップするまで、または工具が破損するまで運転を継続してしまうという問題点があった。また、過電流トリップにより出力遮断される時点の工具の位置は任意の位置となるため、破損工具の交換作業に手間がかかるという問題点があった。
【００１０】
また、工具が破損する前に運転停止させるために、過電流レベルを下げた場合には、加速時に過渡的に流れる電流にて、過電流トリップしてしまうという問題点があった。また、過電流レベルを下げた場合には、定速運転状態にて瞬時的な負荷変動によって大きな電流が流れた場合であっても、過電流トリップしてしまうという問題点があった。
【００１１】
また、外的要因により可変速装置の一次側電圧が低下した場合に、直流母線電圧および出力電圧が低下して、出力トルクが低下してしまう。このために、電流を多く流して出力トルクの低下を補うが、過電流レベルを下げた場合には、負荷の値が正常であっても、一次側電圧の低下による出力トルクの低下を補うための電流増加により、過電流トリップしてしまうという問題点があった。
【００１２】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、出力電流が増加した場合に出力電流が過電流レベル未満であっても負荷過大と認識するとともに、一時の過負荷状態と例えば工具と被加工物とがロックしたような過負荷状態とを区別して、運転継続または停止の判断処理ができる可変速装置を得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る可変速装置においては、交流電力を直流電力に変換するコンバータ部と、スイッチング素子とトランジスタとから構成され、直流電力を可変周波数、可変電圧の交流電圧に変換するインバータ部と、前記コンバータ部により得られる直流電圧を検出する電圧検出器と、前記インバータ部からの出力電流を検出する電流検出器と、この電流検出器が検出した出力電流が過電流レベル以上となった場合に、前記インバータ部のスイッチング素子の出力を停止する制御部と、を有する可変速装置において、
加速中の過渡現象による電流が流れている期間である定速域認識遅延時間と、前記過電流レベル以下である異常電流検出レベルと出力電流が異常電流検出レベル以上であるか確認するための異常電流検出時間と減速開始を遅延させる減速開始遅延時間とを記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、加速が完了した後で前記定速域認識遅延時間を経過した後、前記電流検出器が検出した出力電流が前記異常電流検出レベル以上である状態が前記異常電流検出時間続いた時点で、負荷過大と認識し、検出信号を出力し、さらに減速開始遅延時間を経過した後も、前記出力電流が前記異常電流検出レベル以上である状態が続いている場合に、減速停止するようにしたものである。
【００１４】
また、記憶部は直流母線電圧検出有効レベルを記憶するとともに、制御部は、加速が完了した後で前記定速域認識遅延時間を経過した後、前記電圧検出器で検出した直流母線電圧と前記直流母線電圧検出有効レベルとを比較し、前記直流母線電圧が前記直流母線電圧検出有効レベルより大きい場合に、前記電流検出器が検出した出力電流と前記異常電流検出レベルとを比較するようにしたものである。
【００１５】
さらに、記憶部は直流母線電圧検出有効レベルを記憶するとともに、制御部は、加速が完了した後で前記定速域認識遅延時間を経過した後、前記電圧検出器で検出した直流母線電圧と前記直流母線電圧検出有効レベルとを比較し、前記直流母線電圧が前記直流母線電圧検出有効レベルより小さい場合に、前記異常電流検出レベルを大きくするようにしたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る可変速装置の構成を示す図である。図において、２１〜２５、３０〜３３は、従来例の図５と同様であり、その説明を省略する。また、１ａは制御部としてのＣＰＵ、２は起動信号３１、リセット信号３２を入力する入力部、３ａは異常電流検出レベルｉｌ、定速域認識遅延時間ｔ１、異常電流検出時間ｔ２、減速開始遅延時間ｔ３を記憶する記憶部としてのメモリ、４は負荷過大検出を通知する検出信号６、エラー信号７および異常信号３３を出力する出力部、５は表示器である。
【００１８】
また、図２はこの発明の実施の形態１に係る可変速装置の動作を示す図で、（ａ）は出力周波数の変化を示す図、（ｂ）は起動信号３１のオン／オフ状態を示す図、（ｃ）は出力電流の変化を示す図、（ｄ）は検出信号６のオン／オフ状態を示す図、（ｅ）はエラー信号７のオン／オフ状態を示す図、（ｆ）はリセット信号３２のオン／オフ状態を示す図、（ｇ）は直流母線電圧Ｖｄｃの変化を示す図である。図において、ｔ１は定速域認識遅延時間、ｔ２は異常電流検出時間、ｔ３は減速開始遅延時間、ｉｌは異常電流検出レベル（ただし、定格電流＜ｉ１＜過電流レベル）、Ｖｄｃｌは直流母線電圧検出有効レベルとしての直流母線電圧検出有効レベル、Ｖｄｃは直流母線電圧である。
【００１９】
以下、実施の形態１に係る可変速装置の動作について、図１および図２を参照しながら説明する。
起動信号３１が、入力部２を介して可変速装置に入力されると（図２（ｂ）の点ｂ１）、可変速装置は、図２（ａ）に示すように、設定周波数まで予め設定された加速時間にしたがって加速を行い、加速が完了する（図２（ａ）の点ａ２）と、起動信号３１がオフされるまで（図２（ｂ）の点ｂ２）、設定周波数による定速運転を続ける（図２（ａ）の点ａ２〜点ａ３）。起動信号３１がオフされると、可変速装置は、０Ｈｚに向かって減速を開始し、出力周波数を０Ｈｚとし停止する（図２（ａ）の点ａ４）。
【００２０】
加速中、および出力周波数が設定周波数に到達して（図２（ａ）の点ａ２）から予め設定された定速域認識遅延時間ｔ１経過するまでの間は、加速中の過渡現象による電流が流れているものとして、ＣＰＵ１ａは、異常電流検出を行なわない。
【００２１】
ＣＰＵ１ａは、加速が完了した後で定速域認識遅延時間ｔ１を経過した後、電流検出器２５で取り込んだ出力電流ｉｏのピーク値と異常電流検出レベルｉｌとの比較を行い、出力電流ｉｏのピーク値  ＞  異常電流検出レベルｉｌとなる出力電流ｉｏが、異常電流検出時間ｔ２以上連続して流れた場合に、負荷過大と認識し、出力部４から検出信号６を出力する。
【００２２】
ＣＰＵ１ａは、出力電流ｉｏのピーク値  ＞  異常電流検出レベルｉｌとなる出力電流ｉｏが異常電流検出時間ｔ２以上連続して流れて、負荷過大と認識した後、減速開始遅延時間ｔ３経過するまでの間は、電流検出器２５で取り込んだ出力電流ｉｏのピーク値と異常電流検出レベルｉｌとの比較を継続して行い、
出力電流ｉｏのピーク値  ＜  異常電流検出レベルｉｌと成った場合には、正常状態に復帰したものと判断して、運転を継続する。検出信号６は負荷過大と認識した時点でオンとなり、減速開始遅延時間ｔ３経過するまでの間は、出力電流ｉｏのピーク値  ＜  異常電流検出レベルｉｌと成った場合であっても、検出信号６のオン状態を維持する。
【００２３】
ＣＰＵ１ａは、出力電流ｉｏのピーク値  ＞  異常電流検出レベルｉｌとなる出力電流ｉｏが異常電流検出時間ｔ２以上連続して流れて、負荷過大と認識した後で、減速開始遅延時間ｔ３経過後も、出力電流ｉｏのピーク値  ＞  異常電流検出レベルｉｌとなる出力電流ｉｏが流れている場合に、負荷過大を確認し、０Ｈｚに向かって減速を開始し出力周波数を０Ｈｚとし停止する。減速停止後、ＣＰＵ１ａは出力部４からエラー信号７を出力し、表示器５にエラー状態の表示を行なう。リセット信号３２が入力された時点で、検出信号６およびエラー信号７はオフ状態になる。
【００２４】
実施の形態１においては、異常電流検出レベルｉｌ、異常電流検出時間ｔ２および減速開始遅延時間ｔ３を使用し、出力電流ｉｏのピーク値  ＞  異常電流検出レベルｉｌとなる出力電流ｉｏが異常電流検出時間ｔ２以上連続して流れた時点で、負荷過大と認識するが、負荷過大と認識した後も減速開始遅延時間ｔ３経過するまでの間は、出力電流ｉｏのピーク値と異常電流検出レベルｉｌとの比較処理を継続して行い、出力電流ｉｏのピーク値  ＞  異常電流検出レベルｉｌの状態が継続している場合のみ、負荷過大として、減速停止するようにしたので、一時の過負荷状態と例えば工具と被加工物とがロックしたような過負荷状態とを区別して、運転継続または停止の判断処理ができる。
【００２５】
また、上述のように異常電流検出時間ｔ２および減速開始遅延時間ｔ３を使用せず、出力電流ｉｏのピーク値  ＞  異常電流検出レベルｉｌとなる出力電流ｉｏが異常電流検出時間ｔ２以上連続して流れた時点で、負荷過大として、減速停止する場合には、一時の過負荷状態で正常状態に復帰しても、判断できないため、減速停止することになる。また、異常電流検出時間ｔ２を、減速開始遅延時間ｔ３をも含めた時間に設定し、減速開始遅延時間ｔ３をも含めた時間に設定した異常電流検出時間ｔ２において、出力電流ｉｏのピーク値  ＞  異常電流検出レベルｉｌの状態であった場合に、負荷過大として、減速停止することも可能であるが、その場合には運転中に一時負荷過大状態になったことが認識できない。
【００２６】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２に係る可変速装置の構成を示す図である。図において、２、４〜７、２１〜２５、３０〜３３は、実施の形態１の図１と同様であり、その説明を省略する。また、１ｂは制御部としてのＣＰＵ、３ｂは異常電流検出レベルｉｌ、定速域認識遅延時間ｔ１、異常電流検出時間ｔ２、減速開始遅延時間ｔ３、直流母線電圧検出有効レベルＶｄｃｌを記憶する記憶部としてのメモリである。
【００２７】
図４はこの発明の実施の形態２に係る可変速装置の動作を示す図で、（ａ）は出力周波数の変化を示す図、（ｂ）は起動信号３１のオン／オフ状態を示す図、（ｃ）は出力電流の変化を示す図、（ｄ）は検出信号６のオン／オフ状態を示す図、（ｅ）はエラー信号７のオン／オフ状態を示す図、（ｆ）はリセット信号３２のオン／オフ状態を示す図、（ｇ）は直流母線電圧Ｖｄｃの変化を示す図である。図において、ｔ１は定速域認識遅延時間、ｔ２は異常電流検出時間、ｔ３は減速開始遅延時間、ｉｌは異常電流検出レベル（ただし、定格電流＜ｉ１＜過電流レベル）、Ｖｄｃｌは直流母線電圧検出有効レベルとしての直流母線電圧検出有効レベル、Ｖｄｃは直流母線電圧である。
【００２８】
以下、実施の形態２に係る可変速装置の動作について、図３、図４および図２を参照しながら説明する。ただし、実施の形態２は、上述の実施の形態１に係る可変速装置に、電圧検出器２４で検出した直流母線電圧Ｖｄｃを直流母線電圧検出有効レベルＶｄｃｌと比較して、異常電流検出処理の実行の是非を判断する機能を追加したものであり、定速域認識遅延時間ｔ１、異常電流検出時間ｔ２、減速開始遅延時間ｔ３、異常電流検出レベルｉｌを使用しての負荷過大の認識および負荷過大の認識後の処理は、上述の実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。
【００２９】
ＣＰＵ１ｂは、電圧検出器２４で検出した直流母線電圧Ｖｄｃと予め設定された直流母線電圧検出有効レベルＶｄｃｌとを比較し、
直流母線電圧Ｖｄｃ  ＞  直流母線電圧検出有効レベルＶｄｃｌの場合に、出力電流ｉｏのピーク値と異常電流検出レベルｉｌとを比較し、
出力電流ｉｏのピーク値  ＞  異常電流検出レベルｉｌとなる出力電流ｉｏが異常電流検出時間ｔ２以上連続して流れた時点で、負荷過大と認識し、出力部４から検出信号６を出力する（実施の形態１の図２と同様）。
【００３０】
ＣＰＵ１ｂは、電圧検出器２４で検出した直流母線電圧Ｖｄｃと予め設定された直流母線電圧検出有効レベルＶｄｃｌとを比較し、
直流母線電圧Ｖｄｃ  ≦  直流母線電圧検出有効レベルＶｄｃｌの場合には、直流母線電圧の低下による出力トルクの低下を補うために電流を多く流している状態と判断して、異常電流検出処理を実行しない（図４）。
【００３１】
また、上記説明では、直流母線電圧Ｖｄｃ  ≦  直流母線電圧検出有効レベルＶｄｃｌの場合に、異常電流検出処理を実行しない例を説明したが、
直流母線電圧Ｖｄｃ  ≦  直流母線電圧検出有効レベルＶｄｃｌの場合に、
異常電流検出レベルｉｌを大きくし、大きくした異常電流検出レベルｉｌと
出力電流ｉｏのピーク値とを比較することにより、異常電流検出処理を実行するようにしてもよい（実施の形態１の図２（ａ）〜（ｆ）と同様）。
【００３２】
ところで、上記説明では、異常電流検出時間ｔ２、減速開始遅延時間ｔ３、異常電流検出レベルｉｌをメモリ３ａ，３ｂに記憶されているものとして説明したが、パラメータ設定可能とし、使用条件、環境等により各設定値を調整するようにしてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００３４】
この発明に係る可変速装置は、交流電力を直流電力に変換するコンバータ部と、スイッチング素子とトランジスタとから構成され、直流電力を可変周波数、可変電圧の交流電圧に変換するインバータ部と、前記コンバータ部により得られる直流電圧を検出する電圧検出器と、前記インバータ部からの出力電流を検出する電流検出器と、この電流検出器が検出した出力電流が過電流レベル以上となった場合に、前記インバータ部のスイッチング素子の出力を停止する制御部と、を有する可変速装置において、
加速中の過渡現象による電流が流れている期間である定速域認識遅延時間と、前記過電流レベル以下である異常電流検出レベルと出力電流が異常電流検出レベル以上であるか確認するための異常電流検出時間と減速開始を遅延させる減速開始遅延時間とを記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、加速が完了した後で前記定速域認識遅延時間を経過した後、前記電流検出器が検出した出力電流が前記異常電流検出レベル以上である状態が前記異常電流検出時間続いた時点で、負荷過大と認識し、検出信号を出力し、さらに減速開始遅延時間を経過した後も、前記出力電流が前記異常電流検出レベル以上である状態が続いている場合に、減速停止するようにしたので、
出力電流が増加した場合に出力電流が過電流レベル未満であっても負荷過大と認識するとともに、一時の過負荷状態と例えば工具と被加工物とがロックしたような過負荷状態とを区別して、運転継続または停止の判断処理ができる。
【００３５】
また、記憶部は直流母線電圧検出有効レベルを記憶するとともに、制御部は、加速が完了した後で前記定速域認識遅延時間を経過した後、前記電圧検出器で検出した直流母線電圧と前記直流母線電圧検出有効レベルとを比較し、前記直流母線電圧が前記直流母線電圧検出有効レベルより大きい場合に、前記電流検出器が検出した出力電流と前記異常電流検出レベルとを比較するようにしたので、外的要因により可変速装置の一次側電圧が低下したことによる出力電流の増加した場合を、負荷過大を検出する異常電流検出処理から除外することができる。
【００３６】
さらに、記憶部は直流母線電圧検出有効レベルを記憶するとともに、制御部は、加速が完了した後で前記定速域認識遅延時間を経過した後、前記電圧検出器で検出した直流母線電圧と前記直流母線電圧検出有効レベルとを比較し、前記直流母線電圧が前記直流母線電圧検出有効レベルより小さい場合に、前記異常電流検出レベルを大きくするようにしたので、外的要因により可変速装置の一次側電圧が低下したことによる出力電流の増加した場合であっても、負荷過大を検出する異常電流検出処理を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１に係る可変速装置の構成を示す図である。
【図２】  この発明の実施の形態１に係る可変速装置の動作を示す図である。
【図３】  この発明の実施の形態２に係る可変速装置の動作を示す図である。
【図４】  この発明の実施の形態２に係る可変速装置の構成を示す図である。
【図５】  従来の可変速装置の構成を示す図である。
【図６】  従来の可変速装置の動作を示す図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ  ＣＰＵ、  ２  入力部、  ３ａ，３ｂ  メモリ、  ４  出力部、５  表示器、  ６  検出信号、  ７  エラー信号、  ２１  コンバータ部、  ２２  平滑コンデンサ、  ２３  インバータ部、  ２４  電圧検出器、  ２５  電流検出器、  ２６  入力部、  ２７  ＣＰＵ、  ２８  出力部、  ２９  表示器、  ３０  モータ、  ３１  起動信号、  ３２  リセット信号、  ３３  異常信号、  ｉｌ  異常電流検出レベル、  ｔ１  定速域認識遅延時間、  ｔ２  異常電流検出時間、  ｔ３  減速開始遅延時間、  Ｖｄｃｌ  直流母線電圧検出有効レベル。
【図１】
0004560953.tif 000002
【図２】
0004560953.tif 000003
【図３】
0004560953.tif 000004
【図４】
0004560953.tif 000005
【図５】
0004560953.tif 000006
【図６】
0004560953.tif 000007