(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流回路、電圧可変回路、ＤＣ−ＡＣ変換回路及び電圧・周波数制御手段を具備し、該電圧・周波数制御手段により前記電圧可変回路及びＤＣ−ＡＣ変換回路を制御し、所定の電圧及び周波数の電力をロータが磁気軸受にて支持されたモータに出力するように構成したモータ駆動用インバータ装置において、
前記モータに供給される電流を検出する電流センサを設け、
前記電圧・周波数制御手段は、前記モータ始動時、前記ＤＣ−ＡＣ変換回路から前記モータの所定の始動電圧値及び始動周波数値の電力を供給し、前記電流センサで検出した実始動電流値と予め設定された設定始動電流値とを比較し、該実始動電流値が該設定始動電流値より大きい場合は前記始動電圧値又は前記始動周波数値から一定の規定電圧値を減算、又は一定の規定周波数値を加算し、反対に該実始動電流値が該設定始動電流値より小さい場合は前記始動電圧値又は前記始動周波数値に一定の規定電圧値を加算、又は一定の規定周波数値を減算し、該加算又は減算した加減電圧値又は加減周波数値の電力を前記モータ供給する処理を一定時間経過するまで、複数回繰り返し、該複数回の前記加減電圧値又は前記加減周波数値の平均値を最適電圧値又は最適周波数値として該最適電圧値又は最適周波数値の電力を前記ＤＣ−ＡＣ変換回路から前記モータに供給する始動電圧・周波数調整機能を具備することを特徴とするモータ駆動用インバータ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ駆動用インバータ装置において、
前記最適電圧値又は最適周波数値を記憶する記憶手段を設け、該記憶手段に前記最適電圧値又は最適周波数値を記憶した後は、該最適電圧値又は最適周波数値を始動電圧値又は始動周波数値として前記モータを駆動することを特徴とするモータ駆動用インバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータを磁気軸受で支持するモータを駆動するモータ駆動用インバータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、従来のロータを磁気軸受で支持したモータを駆動するモータ駆動用インバータ装置の構成例を示す図である。インバータ装置１０は交流電源２０からの交流を直流に変換する整流回路１、該整流回路１の出力電圧を可変する電圧可変回路２、該電圧可変回路２からの直流を交流に変換するＤＣ−ＡＣ変換回路３、制御回路４、周波数制御回路５、始動電圧設定器６、始動周波数設定器７を具備する構成である。モータＭはロータが磁気軸受で支持されたモータであり、制御回路４の制御により、ＤＣ−ＡＣ変換回路３の出力電力はケーブル８を通してモータＭに供給される。
【０００３】
モータＭの始動電圧や始動周波数は、始動電圧設定器６及び始動周波数設定器７で設定され、その設定値によって制御回路４は電圧可変回路２を制御し、モータＭの始動時に整流回路１の直流出力電圧を始動電圧に変換すると共に、周波数制御回路５を介してＤＣ−ＡＣ変換回路の出力周波数を始動周波数に制御し、ＤＣ−ＡＣ変換回路の出力電力をケーブル８を介してモータＭに出力する。
【０００４】
従来、上記モータＭの始動電圧や始動周波数は、インバータ装置１０からモータＭまでのケーブル８の長さやモータＭの種類によって始動電圧設定器６や周波数設定器７で手動により調整している。従って、ケーブル８の長さやモータＭの種類が変更された場合、手動によって上記始動電圧値及び始動周波数値を最適値に設定し、調整する必要がある。なお、始動電圧設定器６や始動周波数設定器７はスイッチ等で構成される。
【０００５】
ロータを磁気軸受で支持する構成のモータＭを駆動するインバータ装置は、その使用目的、能力、モータの種類等に応じて多岐にわたり、その設置方法も色々で、インバータ装置１０からモータＭまでのケーブル８の長さも一定でないため、ケーブル８による電圧降下やモータＭの種類等を考慮して、その始動電圧や始動周波数の設定を変更する必要がある。そのため始動電圧や始動周波数の管理が複雑化するという問題がある。
【０００６】
また、始動電圧値や始動周波数値を固定化するため、ケーブル８の長さを最長のものに合わせ、或いは始動時のインバータ装置１０の出力電流をモータＭの最大容量のものに合わせる等の方法が取られていた。しかしながら、前者の場合、不要なケーブル８の長さが発生する場合があり、特にロータの支持に磁気軸受を使用するモータを用いた機器においては、ケーブル８の芯線が一般的に多いため、長いケーブル８を用意する分コスト高になるという問題があった。
【０００７】
また、後者の場合は、必要以上に容量の大きいインバータ装置１０を必要とし、インバータ装置１０が大型化すると共に、コスト高になるという問題がある。また、更にロータの支持に磁気軸受を用いるモータを使用する機器の場合は、始動時に過大なトルクが磁気軸受に加わる場合があるために、通常よりも磁気軸受の支持力を高める必要があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、上記問題点を除去し、インバータからモータまでのケーブルの長さやモータの種類が変わっても始動電圧や始動周波数の管理が簡単で、ロータを摩擦式の軸受で支持するモータに比較し、インバータの小型化が可能で、且つ始動時磁気軸受の支持力を通常より高める必要のないモータ駆動用インバータ装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため請求項１に記載の発明は、整流回路、電圧可変回路、ＤＣ−ＡＣ変換回路及び電圧・周波数制御手段を具備し、該電圧・周波数制御手段により電圧可変回路及びＤＣ−ＡＣ変換回路を制御し、所定の電圧及び周波数の電力をロータが磁気軸受にて支持されたモータに出力するように構成したモータ駆動用インバータ装置において、モータに供給される電流を検出する電流センサを設け、記電圧・周波数制御手段は、モータ始動時、ＤＣ−ＡＣ変換回路からモータの所定の始動電圧値及び始動周波数値の電力を供給し、電流センサで検出した実始動電流値と予め設定された設定始動電流値とを比較し、該実始動電流値が該設定始動電流値より大きい場合は始動電圧値又は始動周波数値から一定の規定電圧値を減算、又は一定の規定周波数値を加算し、反対に該実始動電流値が該設定始動電流値より小さい場合は始動電圧値又は始動周波数値に一定の規定電圧値を加算、又は一定の規定周波数値を減算し、該加算又は減算した加減電圧値又は加減周波数値の電力をモータ供給する処理を一定時間経過するまで、複数回繰り返し、該複数回の加減電圧値又は加減周波数値の平均値を最適電圧値又は最適周波数値として該最適電圧値又は最適周波数値の電力をＤＣ−ＡＣ変換回路からモータに供給する始動電圧・周波数調整機能を具備することを特徴とする。
【００１０】
上記のように、モータ始動時、ＤＣ−ＡＣ変換回路からモータの所定の始動電圧値及び始動周波数値の電力を供給し、電流センサで検出した実始動電流値と予め設定された設定始動電流値と比較し、該実始動電流値が該設定始動電流値より大きい場合は始動電圧値又は始動周波数値から一定の規定電圧値を減算、又は一定の規定周波数値を加算し、反対に該実始動電流値が該設定始動電流値より小さい場合は始動電圧値又は始動周波数値に一定の規定電圧値を加算、又は一定の規定周波数値を減算し、該加算又は減算した加減電圧値又は加減周波数値の電力をモータ供給する処理を一定時間経過するまで、複数回繰り返し、該複数回の加減電圧値又は加減周波数値の平均値を最適電圧値又は最適周波数値とするので、インバータ装置からモータまでのケーブルの長さや、モータの種類が変わった場合、その都度ケーブルによる電圧降下やモータＭの種類等を考慮して、その始動電圧値や始動周波数値の管理が極めて簡単となる。
【００１１】
また、ロータを磁気軸受で支持するモータはその始動トルクが摩擦式軸受のモータに比較して小さくて済むから、このように始動電圧及び始動周波数を自動的に最適値に調整する始動電圧・周波数調整機能を具備することにより、インバータの容量が小さくて済み、インバータ装置の小型化が可能となる。
【００１２】
また、モータを最適な始動電圧及び始動周波数で起動するので、モータに不要な始動トルクが発生することなく、ロータを支持する磁気軸受に不要なトルクが加わることがないから、磁気軸受の支持力を通常より高める必要がなく、磁気軸受の小型化が可能となる。
【００１４】
また、モータ始動時、電流センサで検出した実始動電流値と予め設定された設定始動電流値とを比較し、該比較結果により始動電圧値又は始動周波数値に一定の規定電圧値又は一定の規定周波数値を加減算し、該処理を一定時間経過するまで、複数回繰り返し、該複数回の加減電圧値又は加減周波数値の平均値を最適電圧値又は最適周波数値とするので、モータは常に最適な始動電圧値又は始動周波数値で始動することができる。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータ駆動用インバータ装置において、最適電圧値又は最適周波数値を記憶する記憶手段を設け、該記憶手段に最適電圧値又は最適周波数値を記憶した後は、該最適電圧値又は最適周波数値を始動電圧値又は始動周波数値としてモータを駆動することを特徴とする。
【００２０】
上記のように記憶手段に最適電圧値又は最適周波数値を記憶した後は、該最適電圧値又は最適周波数値を始動電圧値又は始動周波数値としてモータを駆動するので、始動電圧や始動周波数の管理が更に極めて簡単で且つ迅速な始動が可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基いて説明する。図２は本発明に係るモータ駆動用インバータ装置の構成を示す図である。図２において、図１と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示す。９は電圧可変回路２からＤＣ−ＡＣ変換回路３に供給される電流を検出する電流検出回路（電流センサ）であり、１１、１２はそれぞれ記憶装置（ＲＡＭ）である。
【００２２】
図２において、モータＭの始動時に始動電圧設定器６及び始動周波数設定器７で設定された始動電圧値Ｖ（ｓｔａ）及び始動周波数値Ｆ（ｓｔａ）に基き制御回路４は電圧可変回路２を制御すると共に、周波数制御回路５を介してＤＣ−ＡＣ変換回路３を制御し、電圧可変回路２から始動電圧値Ｖ（ｓｔａ）の出力電圧が出力されると共に、ＤＣ−ＡＣ変換回路３から始動周波数値Ｆ（ｓｔａ）の出力周波数の電力がモータＭに出力される。この時の始動電圧値Ｖ（ｓｔａ）を記憶装置１１に保存すると共に、電流検出回路９からの実電流Ｉ（ｏｕｔ）を制御回路４が読み込む。
【００２３】
実電流Ｉ（ｏｕｔ）が予め決められた電流値Ｉ（ｓｔａ）に対して、大きい場合は制御回路４は始動電圧値Ｖ（ｓｔａ）に一定値を減算し、逆に小さい場合は一定値を加算すると共に、この加減算された値を記憶装置１１に記憶し、制御回路４は該記憶装置１１に記憶した上記始動電圧値Ｖ（ｓｔａ）に一定値を加減算した値を基に、再度電圧可変回路２を制御すると共に、周波数制御回路５を介してＤＣ−ＡＣ変換回路３を制御し、ＤＣ−ＡＣ変換回路３の出力電力をモータＭに出力することを数秒間繰り返した後、記憶装置１１に記憶された複数の始動電圧値Ｖ（ｓｔａ）の平均化を行い、該平均化した始動電圧値を新しい始動電圧値Ｖ（ｓｔａ）として従来の加速を開始する。また、平均化した始動電圧値Ｖ（ｓｔａ）を記憶装置１２に記憶し、次回のモータＭの始動時に利用することにより、始動時間を短縮することも可能となる。
【００２４】
図３は上記一連の動作のフローを示す図である。先ず、記憶装置１２に記憶された前回の始動電圧値Ｖ（ｓｔａ）、始動周波数値Ｆ（ｓｔａ）に基き制御回路４は電圧可変回路２を制御すると共に、周波数制御回路５を介してＤＣ−ＡＣ変換回路３を制御してＤＣ−ＡＣ変換回路３からこの始動電圧値Ｖ（ｓｔａ）、始動周波数値Ｆ（ｓｔａ）の電力をモータＭに出力する（ステップＳＴ１）。この時、始動電圧値Ｖ（ｓｔａ）を最新の始動電圧値Ｖ（ｓｔａ）として記憶装置１１に記憶すると共に、複数個前（ここでは５個前）の始動電圧値Ｖ（ｓｔａ）を破棄する（ステップＳＴ２）。
【００２５】
次に、制御回路４は電流検出回路９で検出した実電流Ｉ（ｏｕｔ）を読み込み（ステップＳＴ３）、該実電流Ｉ（ｏｕｔ）が予め決められた電流値Ｉ（ｓｔａ）より大きいか否かの実電流Ｉ（ｏｕｔ）値の判定を行う（ステップＳＴ４）。この判定において、Ｉ（ｏｕｔ）＞Ｉ（ｓｔａ）の時は、上記始動電圧値Ｖ（ｓｔａ）から一定の規定電圧を減算し（ステップＳＴ５）、Ｉ（ｏｕｔ）＜Ｉ（ｓｔａ）の時は、上記始動電圧値Ｖ（ｓｔａ）に一定の規定電圧を加算し（ステップＳＴ６）、上記ステップＳＴ２〜ＳＴ６までの処理を一定時間経過するまで繰り返し、一定時間経過したら（ステップＳＴ７）、記憶装置１１に記憶した複数個（ここでは５個）の始動電圧値Ｖ（ｓｔａ）の平均値を採り（ステップＳＴ８）、該平均化された始動電圧値Ｖ（ｓｔａ）でモータＭを始動し加速を開始する。
【００２６】
上記ステップＳＴ１の始動電圧値Ｖ（ｓｔａ）、始動周波数値Ｆ（ｓｔａ）の設定は始動電圧設定器６及び始動周波数設定器７で設定してもよい。また、上記例ではモータＭの始動時の始動電圧値Ｖ（ｓｔａ）の決定方法について説明したが、モータＭの始動周波数値Ｆ（ｓｔａ）を変え、その実電流Ｉ（ｏｕｔ）が予め決められた電流値Ｉ（ｓｔａ）から大きいか否かの判定を行い、大きいか否かにより、該始動周波数値Ｆ（ｓｔａ）に一定の規定周波数値を加減算し、この処理を一定時間経過するまで繰り返し、一定時間経過したら、記憶装置１１に記憶した複数個（ここでは５個）の始動周波数値Ｆ（ｓｔａ）の平均値を採り、該平均化された始動周波数値Ｆ（ｓｔａ）でモータＭを始動し加速を開始するようにしてもよい。
【００２７】
図４は、本発明に係るモータ駆動用インバータ装置で駆動されるロータが磁気軸受で支持されるモータの構成例を示す図である。図示するように、モータＭのモータ回転子３１の外周面に対向してモータ固定子３２を、ラジアル磁気軸受ターゲット３３−１、３３−２の外周面に対向してラジアル磁気軸受３４−１、３４−２を、ラジアルセンサターゲット３５−１、３５−２の外周面に対向してラジアルセンサ３６−１、３６−２、アキシャル磁気軸受ターゲット３７の外周近傍の上下面に対向してアキシャル磁気軸受３８、３９を、アキシャル磁気軸受ターゲット３７の中央部下面に対向してアキシャル変位センサ４０をそれぞれ配置している。
【００２８】
上記構成のモータにおいて、ラジアル磁気軸受ターゲット３３−１、３３−２をラジアル磁気軸受３４−１、３４−２、アキシャル磁気軸受ターゲット３７をアキシャル磁気軸受３８、３９で磁気浮上支持し、モータ固定子３２によりモータ回転子３１に回転力を与えることにより、モータ回転子３１は回転し、該モータ回転子３１の回転軸４１に連結されたテーブル４２が回転する。
【００２９】
ラジアルセンサ３６−１、３６−２及びアキシャル変位センサ４０で検出した変位信号は位相補償及びゲイン調整回路（図示せず）により得られる制御出力をもってラジアル磁気軸受３４−１、３４−２及びアキシャル磁気軸受３８、３９に発生する磁気吸引力或いは磁気反発力を制御し、回転軸４１が所定の位置になるように制御する。
【００３０】
上記のように、磁気軸受を使用したモータに用いるケーブルは、ラジアルセンサ３６−１、３６−２及びアキシャル変位センサ４０の検出信号、位相補償及びゲイン調整回路からラジアル磁気軸受３４−１、３４−２及びアキシャル磁気軸受３８、３９へ制御出力、モータ固定子３２への駆動電力を送受するため、芯線数が多くなるため、上記のようにケーブル８の長さを最長のものに合わせて用意する分コスト高になるという問題があるが、本発明に係るインバータ装置を用いることにより、常に最適な始動電圧値又は始動周波数値でモータを始動できるから、従来のように始動電圧値や始動周波数値を固定化するため、ケーブル８の長さを最長のものに合わせて、長いケーブルを用意する必要がない。
【００３１】
また、本発明に係るインバータ装置を用いることにより、従来のように始動時のインバータ装置の出力電流をモータＭの最大容量のものに合わせて大きくする必要がないから、インバータ装置１０の小型化が可能となる。また、モータ回転子（ロータ）３１を磁気軸受（ラジアル磁気軸受３４−１、３４−２及びアキシャル磁気軸受３８、３９）で磁気浮上支持するモータを用いる機器の場合は、始動時に過大なトルクが磁気軸受に加わる場合があるために、通常よりも磁気軸受の支持力を高める必要があったが、本発明に係るインバータ装置では常に最適な始動電圧値又は始動周波数値で始動するから、始動時に過大なトルクが磁気軸受に加わることがなく、磁気軸受の支持力を通常より高める必要がない。
【００３２】
【発明の効果】
以上、説明したように各請求項に記載の発明によれば下記のような優れた効果が得られる。
【００３３】
請求項１に記載の発明によれば、電圧・周波数制御手段は、始動電圧・周波数調整機能を具備するので、インバータ装置からモータまでのケーブルの長さや、モータの種類が変わった場合、その都度ケーブルによる電圧降下やモータＭの種類等を考慮して、その始動電圧値や始動周波数値の管理が極めて簡単となる。
【００３４】
また、ロータを磁気軸受で支持するモータはその始動トルクが摩擦式軸受のモータに比較して小さくて済むから、このように始動電圧値又は始動周波数値を自動的に最適値に調整する始動電圧・周波数調整機能を具備することにより、インバータの容量が小さくて済み、インバータ装置の小型化が可能となる。
【００３５】
また、モータを最適な始動電圧値又は始動周波数値で起動するので、モータに不要な始動トルクが発生することなく、ロータを支持する磁気軸受に不要なトルクが加わることがないから、磁気軸受の支持力を通常より高める必要がなく、磁気軸受の小型化が可能となる。
【００３６】
また、モータ始動時、電流センサで検出した実始動電流値と予め設定された設定始動電流値とを比較し、該比較結果により始動電圧値に一定の規定電圧値を加算し又は始動周波数値に一定の規定周波数値を減加算し、該処理を一定時間経過するまで、複数回繰り返し、該複数回の加減電圧値又は加減周波数値の平均値を最適電圧値又は最適周波数値とするので、モータは常に最適な始動電圧値又は始動周波数値で始動することができる。
【００３９】
請求項２に記載の発明によれば、記憶手段に最適電圧値又は最適周波数値を記憶した後は、該最適電圧値又は最適周波数値を始動電圧値又は始動周波数値としてモータを駆動するので、始動電圧や始動周波数の管理が更に極めて簡単で且つ迅速な始動が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のモータ駆動用インバータ装置の構成を示す図である。
【図２】本発明に係るモータ駆動用インバータ装置の構成を示す図である。
【図３】本発明に係るモータ駆動用インバータ装置の最適始動電圧の決定処理フローを示す図である。
【図４】本発明に係るモータ駆動用インバータ装置で駆動されるロータが磁気軸受で支持されるモータの構成例を示す図である。
【符号の説明】
１            整流回路
２            電圧可変回路
３            ＤＣ−ＡＣ変換回路
４            制御回路
５            周波数制御回路
６            始動電圧設定器
７            始動周波数設定器
８            ケーブル
９            電流検出回路
１０          インバータ装置
１１          記憶装置（ＲＡＭ）
１２          記憶装置（ＲＡＭ）
２０          交流電源
３１          モータ回転子
３２          モータ固定子
３３−１      ラジアル磁気軸受ターゲット
３３−２      ラジアル磁気軸受ターゲット
３４−１      ラジアル磁気軸受
３４−２      ラジアル磁気軸受
３５−１      ラジアルセンサターゲット
３５−２      ラジアルセンサターゲット
３６−１      ラジアルセンサ
３６−２      ラジアルセンサ
３７          アキシャル磁気軸受ターゲット
３８          アキシャル磁気軸受
３９          アキシャル磁気軸受
４０          アキシャル変位センサ
４１          回転軸
４２          テーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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