JP2001211653A - Method for reducing leakage current in multishaft driver - Google Patents
Method for reducing leakage current in multishaft driverInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、多軸駆動装置にお
ける漏れ電流低減方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for reducing leakage current in a multi-axis driving device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】モータによる駆動部を複数個備えた多軸
駆動装置には、例えば電動式射出成形機がある。電動式
射出成形機には射出装置、型締装置等の駆動部があり、
これらの駆動部にはそれぞれ、射出用のモータ及びスク
リュ回転用のモータ、型締用のモータ等、複数のモータ
が備えられている。そして、これらのモータはそれぞ
れ、インバータ装置のようなパワースイッチング素子を
含む変換回路を通して電源供給を受ける。2. Description of the Related Art An electric injection molding machine is an example of a multi-axis driving device provided with a plurality of motor driving units. The electric injection molding machine has a driving unit such as an injection device and a mold clamping device,
Each of these drive units is provided with a plurality of motors such as an injection motor, a screw rotation motor, and a mold clamping motor. Each of these motors receives power supply through a conversion circuit including a power switching element such as an inverter device.
【０００３】インバータ装置に代表されるパワースイッ
チング素子のスイッチング機能を利用してモータを駆動
する回路においては、スイッチング動作により電流の遮
断現象があるので、高調波や高周波ノイズが発生し、高
周波の漏れ電流が生ずる。In a circuit for driving a motor using a switching function of a power switching element represented by an inverter device, a current cutoff phenomenon occurs due to a switching operation, so that harmonics and high-frequency noise are generated and high-frequency leakage occurs. An electric current occurs.
【０００４】図６は、射出成形機において商用電源６０
からインバータ装置６１を通してモータＭに電源供給を
行う場合の駆動回路の構成を示しており、インバータ装
置６１内のパワースイッチング素子の高速スイッチング
動作により、そのスイッチング周波数に応じた漏れ電流
が発生する。漏れ電流には、インバータ装置６１の対地
浮遊容量に起因する漏れ電流Ｉ６１と、インバータ装置
６１の出力ラインの対地浮遊容量に起因する漏れ電流Ｉ
６２と、モータＭの電機子コイルとフレーム間の浮遊容
量に起因する漏れ電流Ｉ６３とがある。FIG. 6 shows a commercial power supply 60 in an injection molding machine.
1 shows a configuration of a drive circuit when power is supplied to the motor M through the inverter device 61, and a high-speed switching operation of a power switching element in the inverter device 61 generates a leakage current according to the switching frequency. The leakage current includes a leakage current I61 caused by the stray capacitance to the ground of the inverter device 61 and a leakage current I61 caused by the stray capacitance to the ground of the output line of the inverter device 61.
62 and a leakage current I63 caused by stray capacitance between the armature coil of the motor M and the frame.
【０００５】図７は、上記の漏れ電流Ｉ６１〜Ｉ６３が
合成された波形の一例を示しており、キャリア周波数が
１０ＫＨｚの場合である。FIG. 7 shows an example of a waveform obtained by synthesizing the above-mentioned leakage currents I61 to I63, where the carrier frequency is 10 KHz.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】いずれにしても、上記
のような漏れ電流は、射出成形機において電子回路を持
つ機器の故障、誤動作の原因となることがある。このた
め、漏れ電流の削減対策として、これまでは、機器の入
力または出力ラインに零相リアクトルを設けたり、漏れ
電流キャンセラと呼ばれるフィルタを設置することが行
われている。しかしながら、上記の対策では、装置の大
型化、コストアップが生じてしまう。In any case, the above-described leakage current may cause failure or malfunction of a device having an electronic circuit in an injection molding machine. Therefore, as a measure for reducing the leakage current, a zero-phase reactor has been provided in the input or output line of the device, or a filter called a leakage current canceller has been provided. However, the above measures increase the size and cost of the device.
【０００７】そこで、本発明の課題は、零相リアクトル
やフィルタ等の部品をより小形化、又は前記部品を追加
することなく、漏れ電流の低減を図ることのできる漏れ
電流低減方法を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a leakage current reducing method capable of reducing the leakage current without reducing the size of components such as a zero-phase reactor and a filter, or adding such components. It is in.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明による漏れ電流低
減方法は、モータによる駆動部と半導体スイッチング素
子を含んで前記駆動部を制御するための変換回路とから
成る駆動回路を複数組備え、前記各組の変換回路におけ
る前記半導体スイッチング素子のスイッチングタイミン
グを制御する制御装置を備えた多軸駆動装置において、
前記各組の駆動回路において生ずる漏れ電流のパターン
をあらかじめ個別に測定し、測定された複数の漏れ電流
パターンのうち、タイミングをずらすことで互いに相殺
しあうことが可能な漏れ電流パターンの組合わせをあら
かじめ選び出し、前記制御装置は、選び出された組合わ
せの漏れ電流パターンが互いに相殺し合うように前記変
換回路におけるスイッチング素子のスイッチングタイミ
ングを制御することを特徴とする。According to the present invention, there is provided a method for reducing a leakage current, comprising a plurality of sets of drive circuits each including a drive unit using a motor and a conversion circuit including a semiconductor switching element for controlling the drive unit. In a multi-axis drive device including a control device that controls a switching timing of the semiconductor switching element in each set of conversion circuits,
The patterns of the leakage currents generated in the respective drive circuits are individually measured in advance, and among the plurality of measured leakage current patterns, a combination of the leakage current patterns that can offset each other by shifting the timing is described. The control device controls the switching timing of the switching element in the conversion circuit so that the leakage current patterns of the selected combination cancel each other out.
【０００９】なお、前記漏れ電流は、前記スイッチング
素子のスイッチング動作に起因して発生する高周波の漏
れ電流であって正及び負のパターンを持つ。[0009] The leakage current is a high-frequency leakage current generated due to the switching operation of the switching element, and has a positive and negative pattern.
【００１０】また、前記タイミングをずらすことで互い
に相殺しあうことが可能な漏れ電流パターンの組合わせ
は、１つの駆動回路における漏れ電流パターンに対して
２つ以上の組の駆動回路の漏れ電流パターンを組合わせ
ることで実現されても良い。In addition, the combination of the leakage current patterns which can be canceled each other by shifting the timing is such that the leakage current patterns of two or more sets of drive circuits are compared with the leakage current patterns of one drive circuit. May be realized by combining.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】図１、図２を参照して、本発明に
よる漏れ電流低減方法の原理について説明する。共通の
３相商用電源１０から、インバータ装置１１とモータＭ
１とから成る駆動回路と、インバータ装置１２とモータ
Ｍ２とから成る駆動回路に電源を供給する場合を想定す
る。インバータ装置１１、１２は、制御装置２０により
個別に制御される。すなわち、インバータ装置１１、１
２内の３相分のパワースイッチング素子が個別にオン、
オフ制御される。この時、インバータ装置１１における
パワースイッチング素子の正側のスイッチング動作に起
因して発生する漏れ電流パターンが図２（ａ）に示され
るＩ１１であり、インバータ装置１２におけるパワース
イッチング素子の負側のスイッチング動作に起因して発
生する漏れ電流パターンが図２（ｂ）に示されるＩ１２
であるとする。このような漏れ電流パターンは、インバ
ータ装置に起因して生ずるものであるので、駆動回路に
固有のパターンとなり、時間的に変化するというような
ことはない。図２（ａ）、（ｂ）のように、漏れ電流パ
ターンＩ１１、Ｉ１２が０を軸とする対称波形で、しか
も同期していると、これらの漏れ電流は互いに相殺し合
うことになり、商用電源１０側のラインに流れる漏れ電
流は図２（ｃ）に示されるようにほぼ０に近くなる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The principle of a leakage current reducing method according to the present invention will be described with reference to FIGS. An inverter device 11 and a motor M
1 and a case where power is supplied to a drive circuit including the inverter device 12 and the motor M2. The inverter devices 11 and 12 are individually controlled by the control device 20. That is, the inverter devices 11, 1
The power switching elements for three phases in 2 are individually turned on,
Controlled off. At this time, the leakage current pattern generated due to the positive switching operation of the power switching element in the inverter device 11 is I11 shown in FIG. 2A, and the negative switching of the power switching element in the inverter device 12 is performed. The leakage current pattern generated due to the operation is represented by I12 shown in FIG.
And Since such a leakage current pattern is caused by the inverter device, it becomes a pattern peculiar to the drive circuit and does not change with time. As shown in FIGS. 2A and 2B, if the leakage current patterns I11 and I12 have symmetrical waveforms around 0 and are synchronized, these leakage currents cancel each other out, and The leakage current flowing in the line on the side of the power supply 10 becomes almost zero as shown in FIG.
【００１２】しかしながら、上記の想定はあくまでも理
想状態であり、実際には漏れ電流パターンはインバータ
装置毎に異なり、タイミング的にもずれていることが多
いことは言うまでもない。However, it is needless to say that the above assumption is merely an ideal state, and that the leakage current pattern is actually different for each inverter device and often shifted in terms of timing.
【００１３】そこで、本発明では、複数の駆動回路にお
いて生ずる漏れ電流パターンをあらかじめ個別に測定
し、測定された複数の漏れ電流パターンのうち、タイミ
ングをずらすことで互いに相殺しあうことが可能な漏れ
電流パターンの組合わせをあらかじめ選び出しておく。
そして、制御装置は、選び出された組合わせの漏れ電流
パターンが互いに相殺し合うようにインバータ装置にお
けるパワースイッチング素子のスイッチングタイミング
を制御するようにしたものである。Therefore, in the present invention, the leakage current patterns generated in a plurality of drive circuits are individually measured in advance, and the leakage current patterns which can be offset by shifting the timing among the plurality of measured leakage current patterns. Select a combination of current patterns in advance.
The control device controls the switching timing of the power switching element in the inverter device so that the selected leakage current patterns of the combination cancel each other.
【００１４】図３を参照して、共通の商用電源３０に、
第１のインバータ装置３１とモータＭ３１とによる第１
の駆動回路、第２のインバータ装置３２とモータＭ３２
とによる第２の駆動回路、第３のインバータ装置３３と
モータＭ３３とによる第３の駆動回路、第４のインバー
タ装置３４とモータＭ３４とによる第４の駆動回路が接
続されている場合の多軸駆動装置について説明する。第
１〜第４のインバータ装置３１〜３４内のパワースイッ
チング素子は、制御装置４０により個別に制御される。Referring to FIG. 3, a common commercial power supply 30
The first inverter device 31 and the first motor M31
Drive circuit, second inverter device 32 and motor M32
, A third drive circuit including the third inverter device 33 and the motor M33, and a multi-axis when a fourth drive circuit including the fourth inverter device 34 and the motor M34 are connected. The driving device will be described. The power switching elements in the first to fourth inverter devices 31 to 34 are individually controlled by the control device 40.
【００１５】はじめに、あらかじめ第１〜第４の駆動回
路において生ずる漏れ電流パターンが個別に測定され
る。First, leakage current patterns generated in the first to fourth drive circuits are individually measured in advance.
【００１６】図４（ａ）は、第１〜第４の駆動回路にお
いて測定された漏れ電流パターンＩ３１〜Ｉ３４を示
す。これらの漏れ電流は、本発明が適用されないものと
すると、図４（ｂ）に示すような合成パターンとなり、
他の機器に対して故障発生、誤動作等の原因となる。FIG. 4A shows leakage current patterns I31 to I34 measured in the first to fourth driving circuits. Assuming that the present invention is not applied, these leakage currents have a combined pattern as shown in FIG.
This may cause a failure or malfunction of other devices.
【００１７】次に、測定された第１〜第４の漏れ電流パ
ターンＩ３１〜Ｉ３４のうち、タイミングをずらすこと
で互いに相殺しあうことが可能な漏れ電流パターンの組
合わせが選び出される。ここでは、漏れ電流パターンＩ
３１とＩ３２とが類似しており、漏れ電流パターンＩ３
３とＩ３４とが類似している。Next, from among the measured first to fourth leakage current patterns I31 to I34, a combination of the leakage current patterns that can offset each other by shifting the timing is selected. Here, the leakage current pattern I
31 and I32 are similar, and the leakage current pattern I3
3 and I34 are similar.
【００１８】このような前提の基に、制御装置４０は、
第２のインバータ装置３２におけるパワースイッチング
素子のスイッチングタイミングをずらして、第１のイン
バータ装置３１におけるパワースイッチング素子のスイ
ッチングタイミングと同期させる。制御装置４０はま
た、第４のインバータ装置３４におけるパワースイッチ
ング素子のスイッチングタイミングをずらして、第３の
インバータ装置３３におけるパワースイッチング素子の
スイッチングタイミングと同期させる。その結果、漏れ
電流パターンパターンは図５（ａ）に示すようになる。
すなわち、あるタイミングにおいて漏れ電流パターンＩ
３１の負側が現れている時に、漏れ電流パターンＩ３２
の正側が現れるようになる。一方、漏れ電流パターンＩ
３３の正側が現れている時に、漏れ電流パターンＩ３４
の負側が現れるようになる。これらの漏れ電流パターン
は、漏れ電流パターンＩ３１とＩ３２とが相殺し合い、
漏れ電流パターンＩ３３とＩ３４とが相殺し合あう。そ
の結果、合成パターンは図４（ｂ）に示されるようにほ
ぼ０に近いパターンとなる。この場合、第２、第４のイ
ンバータ装置３２、３４におけるスイッチングタイミン
グがずらされることになるが、このずれ量は時間的に非
常に短いので制御上において問題となることはない。Based on such a premise, the control device 40
The switching timing of the power switching element in the second inverter device 32 is shifted to be synchronized with the switching timing of the power switching element in the first inverter device 31. The control device 40 also shifts the switching timing of the power switching element in the fourth inverter device 34 to synchronize with the switching timing of the power switching element in the third inverter device 33. As a result, the leakage current pattern becomes as shown in FIG.
That is, at a certain timing, the leakage current pattern I
When the negative side of 31 appears, the leakage current pattern I32
The positive side of appears. On the other hand, the leakage current pattern I
33, the leakage current pattern I34
The negative side of appears. In these leakage current patterns, the leakage current patterns I31 and I32 cancel each other,
The leakage current patterns I33 and I34 cancel each other. As a result, the combined pattern becomes a pattern close to zero as shown in FIG. In this case, the switching timings of the second and fourth inverter devices 32 and 34 are shifted. However, since the shift amount is very short in time, there is no problem in control.
【００１９】なお、上記の例では、類似の漏れ電流パタ
ーンが１対１の関係で２組存在する場合について説明し
たが、複数の漏れ電流パターンが必ずしもこのような関
係で存在するとは限らない。このような場合には、例え
ばある１つの駆動回路における漏れ電流パターンに対し
て、２つ以上の駆動回路における漏れ電流パターンを組
合わせることで上記の１つの駆動回路における漏れ電流
パターンに類似のパターンを作り出し、これらを相殺し
合うようにスイッチングタイミングを制御するようにす
れば良い。いずれにしても、複数の漏れ電流パターンに
は様々なパターンが考えられるので、これらを相殺する
ような組合わせも様々な組合わせが考えられる。また、
上記の形態では、変換装置がインバータ装置の場合につ
いて説明したが、パワースイッチング素子を持つ変換装
置すべてに適用できることは言うまでもない。更に、多
軸駆動装置の例として射出成形機をあげたが、これに限
定されるものではない。In the above example, the case where two sets of similar leakage current patterns exist in a one-to-one relationship has been described. However, a plurality of leakage current patterns do not always exist in such a relationship. In such a case, for example, by combining a leakage current pattern in two or more drive circuits with a leakage current pattern in one drive circuit, a pattern similar to the leakage current pattern in the one drive circuit is obtained. And the switching timing may be controlled so as to cancel them. In any case, since various patterns are conceivable for the plurality of leakage current patterns, various combinations are also conceivable for canceling these patterns. Also,
In the above embodiment, the case where the converter is an inverter has been described, but it goes without saying that the present invention can be applied to all converters having a power switching element. Furthermore, an injection molding machine has been described as an example of the multi-axis driving device, but the present invention is not limited to this.
【００２０】[0020]
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、零相リアクトルやフィルタ等の部品をより小形化、
又は前記部品を追加することなく、漏れ電流の低減を図
ることができ、漏れ電流に起因する故障や誤動作を防止
することができる。As described above, according to the present invention, components such as a zero-phase reactor and a filter can be downsized.
Alternatively, the leakage current can be reduced without adding the above-mentioned components, and a failure or malfunction due to the leakage current can be prevented.
【図１】本発明による漏れ電流低減方法の原理を説明す
るために２組の駆動回路を想定した多軸駆動装置の構成
図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a multi-axis drive device assuming two sets of drive circuits for explaining the principle of a leakage current reduction method according to the present invention.
【図２】図１の駆動回路において発生する漏れ電流パタ
ーンの例及び図１の原理で低減された電流パターンの例
を示した波形図である。FIG. 2 is a waveform diagram showing an example of a leakage current pattern generated in the drive circuit of FIG. 1 and an example of a current pattern reduced according to the principle of FIG.
【図３】本発明が適用される多軸駆動装置の構成例を示
した図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a multi-axis driving device to which the present invention is applied.
【図４】図３の各駆動回路において発生する漏れ電流パ
ターンの例及びそれらの合成パターンの例を示した波形
図である。4 is a waveform diagram showing an example of a leakage current pattern generated in each drive circuit of FIG. 3 and an example of a composite pattern thereof.
【図５】本発明による方法を適用して図４に示された漏
れ電流パターンのタイミングをずらした場合の例及びそ
れにより低減された電流パターンの例を示した波形図で
ある。5 is a waveform diagram showing an example in which the timing of the leakage current pattern shown in FIG. 4 is shifted by applying the method according to the present invention, and an example of a current pattern reduced thereby.
【図６】インバータ装置とモータから成る駆動回路にお
いて発生する漏れ電流を説明するための回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram for explaining a leakage current generated in a drive circuit including an inverter device and a motor.
【図７】図６に示された漏れ電流の合成パターンの例を
示した波形図である。FIG. 7 is a waveform chart showing an example of a combined pattern of the leakage currents shown in FIG. 6;
１０、３０、６０ 商用電源 １１、１２、３１〜３４、６１ インバータ装置 ２０、４０ 制御装置 Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３１〜Ｍ３４ モータ 10, 30, 60 Commercial power supply 11, 12, 31, 34, 61 Inverter device 20, 40 Control device M1, M2, M31 to M34 Motor
Claims (3)
グ素子を含んで前記駆動部を制御するための変換回路と
から成る駆動回路を複数組備え、前記各組の変換回路に
おける前記半導体スイッチング素子のスイッチングタイ
ミングを制御する制御装置を備えた多軸駆動装置におい
て、 前記各組の駆動回路において生ずる漏れ電流のパターン
をあらかじめ個別に測定し、 測定された複数の漏れ電流パターンのうち、タイミング
をずらすことで互いに相殺しあうことが可能な漏れ電流
パターンの組合わせをあらかじめ選び出し、 前記制御装置は、選び出された組合わせの漏れ電流パタ
ーンが互いに相殺し合うように前記変換回路におけるス
イッチング素子のスイッチングタイミングを制御するこ
とを特徴とする多軸駆動装置における漏れ電流低減方
法。1. A plurality of drive circuits each comprising a motor drive unit and a conversion circuit for controlling the drive unit including a semiconductor switching element, wherein the switching timing of the semiconductor switching element in each of the sets of conversion circuits is provided. In the multi-axis drive device provided with a control device for controlling the leakage current pattern, the leakage current patterns generated in the respective drive circuits are individually measured in advance, and the measured leakage current patterns are shifted from each other by shifting the timing. A combination of the leakage current patterns that can cancel each other is selected in advance, and the control device controls the switching timing of the switching element in the conversion circuit so that the leakage current patterns of the selected combination cancel each other. Current reduction in a multi-axis drive device characterized by the following: Method.
て、前記漏れ電流は、前記スイッチング素子のスイッチ
ング動作に起因して発生する高周波の漏れ電流であって
正及び負のパターンを持つことを特徴とする多軸駆動装
置における漏れ電流低減方法。2. The leakage current reducing method according to claim 1, wherein the leakage current is a high-frequency leakage current generated due to a switching operation of the switching element, and has a positive and a negative pattern. Leakage current reducing method in a multi-axis driving device.
て、前記タイミングをずらすことで互いに相殺しあうこ
とが可能な漏れ電流パターンの組合わせは、１つの駆動
回路における漏れ電流パターンに対して２つ以上の組の
駆動回路の漏れ電流パターンを組合わせることで実現さ
れることを特徴とする多軸駆動装置における漏れ電流低
減方法。3. The leakage current reduction method according to claim 2, wherein the combination of the leakage current patterns that can offset each other by staggering the timing is two with respect to the leakage current pattern in one driving circuit. A method for reducing leakage current in a multi-axis driving device, which is realized by combining leakage current patterns of two or more sets of drive circuits.
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| JP2019004610A (en) * | 2017-06-15 | 2019-01-10 | パナソニック株式会社 | Electrical apparatus |
| US10401415B2 (en) | 2017-05-30 | 2019-09-03 | Fanuc Corporation | Motor drive apparatus to detect inverter with large leakage current |
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