JP2003033067A - 電動機の巻線切替方法および電動機駆動装置 - Google Patents

電動機の巻線切替方法および電動機駆動装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 上位の巻線切替シーケンス処理などに遅れが
あっても、低速巻線状態で速度指令に制限がかかり、低
速巻線の許容値を超える速度になることなくスムーズな
巻線切替えを可能とする。 【解決手段】 速度指令切替スイッチ14は巻線切替指
令が低速用巻線切替指令の場合、上位コントローラ5か
ら出力された速度指令を速度指令制限回路15に出力す
る。速度指令制限回路15は入力された速度指令を低速
用巻線が許容できる値に制限して速度制御器16に出力
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は低速用巻線と高速用
巻線を有する電動機の巻線切替方法および電動機駆動装
置に関する。ここで、低速用巻線とは、電動機巻線の巻
き数を多くし、電動機誘起電圧が大きくなるようにした
巻線であり、高速用巻線とは、巻き数を少なくし、電動
機誘起電圧が小さくなるようにした巻線のことである。
【0002】
【従来の技術】工作機械の主軸駆動などの用途には、す
べり周波数型ベクトル制御によって駆動される誘導電動
機が多く用いられている。また、特に広域定出力が必要
な工作機の主軸用途には、マグネットスイッチ等により
電動機の結線をΔ結線またはY結線に切替え使用する巻
線切替用誘導電動機がしばしば使用される。前記Δ結線
およびY結線は、巻線切替指令により巻線切替を行な
う。従来の巻線切替処理のフローを図4に、タイムチャ
ートを図5に示す。
【0003】上位コントローラは、速度指令に5000
r/mmを設定し(ステップ20)、低速巻線指令(C
HW=“0”)を出力する(ステップ21)。次に、速
度一致信号NDETが“1”かどうか、すなわち電動機
速度が巻線切替速度と一致するかどうか判定する(ステ
ップ22)。最初は低速領域であり、速度一致信号ND
ETは“0”なので、電動機駆動装置は電動機を加速す
る(ステップ23)。そして電動機速度が巻線切替速度
に一致すると、速度一致信号NDET(=“1”)を出
力する(ステップ24,25)。電動機駆動装置は遅れ
時間Tdの後、上位コントローラは高速巻線指令(CH
W=“1”)を出力する(ステップ26)。次に、CH
WE=“1”かどうか、すなわち巻線切替処理が完了し
たかどうか判定する(ステップ27)。巻線切替処理は
完了していないので、電動機駆動装置は高速巻線切替指
令に従って電磁接触器などを用いて巻線切替処理を行い
(ステップ28)、切替を完了すると、CHWE=
“1”にする(ステップ29)。この後高速用巻線にて
電動機の加速を始める(ステップ30)。なお、図4中
破線内は電動機駆動装置で行なわれる処理である。
【0004】しかし近年の高加速度化などの要求によ
り、この方法では上位コントローラが速度一致信号ND
ET(=“1”)を確認して高速巻線切替指令を出すま
での遅れ時間Tdの間に低速用巻線で回せる許容値をΔ
N超える回転数まで電動機が加速し、同期電動機などの
場合は電動機の誘起電圧が上がり電動機駆動装置を破壊
するなどの問題が発生してきた。この問題に対しては本
出願人の特開平10−248287は、巻線毎に保護レ
ベルを設定し巻線の許容値を超えた速度に達した時は電
動機を停止するなどして対応している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】特開平10−2482
87号に開示された方法では電動機駆動装置の保護は可
能となったが、電動機の加速度や上位コントローラの処
理遅れ時間Tdによっては保護レベルに到達し、電動機
が停止すると言う不具合が発生した。
【0006】本発明の目的は、上位コントローラの処理
時間などに影響されずに、低速用巻線の許容値を超える
速度になることなくスムーズな巻線切替動作が可能な、
電動機の巻線切替方法および電動機駆動装置を提供する
ことにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の、電動機の巻線
切替方法は、低速用巻線が選択されている間は速度指令
を、該低速用巻線で運転可能な速度制限値に制限するも
のである。
【0008】また、本発明の電動機駆動装置は、電動機
の回転速度を検出する速度検出部と、前記回転速度が巻
線切替速度に一致すると速度一致信号を出力する速度一
致判定回路と、入力された速度指令を制限し、速度制御
器に出力する速度指令制限回路と、上位コントローラか
らの速度指令を入力し、また前記速度一致信号を前記上
位コントローラに出力し、前記上位コントローラが出力
した巻線切替指令を入力するI/F回路と、前記I/F
回路が入力した速度指令を、前記巻線切替指令が低速用
巻線を選択する指令であった場合、前記速度指令制限回
路に出力し、前記巻線切替指令が高速用巻線を選択する
指令であった場合、前記速度制御器に出力する速度指令
切替スイッチを有する。
【0009】本発明の他の電動機駆動装置は、電動機の
回転速度を検出する速度検出部と、前記回転速度が巻線
切替速度に一致すると速度一致信号を出力する速度一致
判定回路と、上位コントローラからの速度指令を入力
し、また前記速度一致信号を前記上位コントローラに出
力し、前記上位コントローラが出力した巻線切替指令を
入力するI/F回路と、前記I/F回路に入力された速
度指令を入力し、前記巻線切替指令が低速用巻線を選択
する指令であった場合、前記速度指令を制限して速度制
御器に出力し、前記巻線切替指令が高速用巻線を選択す
る指令であった場合、前記速度指令をそのまま前記速度
制御器に出力する速度指令制限回路を有する。
【0010】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
【0011】図1は本発明の第1の実施形態の電動機駆
動装置のブロック図である。
【0012】電動機駆動装置4は、上位コントローラ5
からの指令に基き、低速用巻線と高速用巻線を有する電
動機1を巻線切替器3を介して駆動するもので、速度検
出部11と速度一致判定回路12とI/F(インタフェ
ース)回路13と速度指令切替スイッチ14と速度指令
制限回路15と速度制御器16とパワー変換部17を含
んでいる。
【0013】速度検出部11は電動機1に接続されたP
G(パルスジェネレータ)2の出力から電動機1の回転
速度を計算する。速度一致判定回路12は速度検出部1
1から出力された回転速度を予め設定されている巻線切
替速度と比較し、一致すると速度一致信号NDET(=
“1”)を出力する。I/F回路13は速度一致信号N
DETを上位コントローラ5に出力し、また上位コント
ローラ5から速度指令と巻線切替指令CHWを入力し、
速度指令を速度指令切替スイッチ14に出力し、巻線切
替指令CHWを速度指令切替スイッチ14と巻線切替器
3に出力する。巻線切替指令CHWは、低速用巻線を選
択する指令の場合“0”、高速用巻線を選択する指令の
場合“1”である。速度指令切替スイッチ14は巻線切
替指令CHWが“0”の場合、速度指令を速度指令制限
回路15に出力し、巻線切替指令CHWが“1”の場
合、速度指令を速度制御器16に出力する。速度指令制
限回路15は巻線切替指令CHWが“0”、つまり低速
用巻線選択指令のときの速度指令を、低速用巻線で回す
ことのできる回転数である、+NLIMIT(正側の回
転の場合)、−NLIMIT(負側の回転の場合)に制
限する。速度制御器16は速度指令切替スイッチ14ま
たは速度指令制限回路15から出力された速度指令と、
速度検出部11で計算された速度検出値を比較し、必要
なパワーを計算する。パワー変換部17は速度制御器1
6で計算されたパワーを発生し、巻線切替器3を介して
電動機1を駆動する。
【0014】次に、本実施形態の動作例を図2のタイミ
ングチャートを使って説明する。
【0015】本例は停止状態で5000rpmの速度指
令を与え、予め設定された巻線切替速度NCHW未満の
回転速度では低速用巻線を使用し、巻線切替速度NCH
W以上の回転数では高速用巻線を使用する。
【0016】停止状態からの加速の指令を行うため上位
コントローラ5は速度指令に5000r/minの値を
設定し、巻線切替指令(CHW=“0”)を電動機駆動
装置4へ出力する。電動機駆動装置4では巻線切替指令
CHWが低速巻線指令(CHW=“0”)に設定されて
いるため速度指令切替スイッチ14は速度指令制限回路
15側に接続され、速度制御器16に与えられる内部速
度指令は正側の回転の場合は+NLIMIT、負側の回
転の場合は−NLIMITに制限される。本実施形態に
おいては正側制限値+NLIMITと巻線切替速度NC
HWは同じ値として説明する。そこで電動機駆動装置4
は内部速度指令+NLIMITを目標にして電動機1を
加速するパワーを電動機1に与える。…図2のA〜B区
間 速度検出部11で計算された回転速度が巻線切替速度N
CHWと一致すると、速度一致判定回路12が速度一致
信号(NDET=“1”)を出力し、I/F回路13を
通じて上位コントローラ5へ渡される。…図2のB点 上位コントローラ5は速度一致信号(NDET=
“1”)を受け取りシーケンサなどで生じる時間遅れT
d後に巻線切替信号CHWとして高速巻線指令(CHW
=“1”)を出力する。電動機駆動装置4では巻線切替
信号CHWが高速巻線指令(CHW=“1”)になった
ことを受けて、速度指令切替スイッチ14が速度指令制
限回路15をバイパスする側に接続され、上位コントロ
ーラ5から与えられた速度指令がそのまま内部速度指令
として速度制御器16に与えられ、同時に電動機1の巻
線を低速用巻線から高速用巻線に変更するために巻線切
替器3に対して切替指令を出力する。この時、巻線切替
器3は電動機1の巻線を一旦切離して接続を変更するた
め電動機駆動装置4は電流を遮断する。このため速度指
令が切替わっても電動機1は加速しない。…図2のB〜
C区間 巻線切替器3は切替動作が完了すると巻線切替完了信号
(CHWE=“1”)を電動機駆動装置4へ出力する。
…図2のC点 ここでは、巻線切替器3が低速用巻線に繋がっている状
態がCHWE=“0”、高速用巻線に繋がっている状態
でCHWE=“1”を出力することにしている。そして
CHWE=“1”になったことを確認すると電動機駆動
装置4は上位コントローラ5から与えられた速度指令を
目標に電動機1を加速するように電動機1を制御する。
【0017】図3は本発明の他の実施形態の電動機駆動
装置のブロック図である。本実施形態は、図1の実施形
態の速度指令制限回路15の前段部の速度指令切替スイ
ッチ14をなくし、上位コントローラ5からの巻線切替
指令CHWを受け取り、巻線切替指令CHWに応じて速
度制限回路18の制限値を予め設定された、各巻線で回
転可能な制限値に切替える。図中Nlimit1は高速
用巻線時の速度制限値、Nlimit2は低速用巻線時
の速度制限値を示し、巻線切替指令CHWに応じて各制
限値を速度指令制限回路18に設定する。電動機駆動装
置4はこの速度指令制限回路18で制限された速度指令
を速度制御器16の入力として用いて速度の制御を行
う。
【0018】本実施形態は、一般に速度指令に過大な入
力があった場合に機械や電動機を壊さないために速度指
令の入力部に設けられた速度制限回路を流用し、低速巻
線指令がきた時には制限値を通常の制限値(高速用巻線
時)から低速巻線用の制限値に切替えることで、第1の
実施の形態と同様の動作を実現しようとするものであ
る。
【0019】なお、本発明に用いる電動機としては、誘
導電動機だけでなく、回転子表面または回転子鉄心内部
に永久磁石を持つ永久磁石形同期電動機を用いることが
できる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
上位の巻線切替シーケンス処理などに遅れがあっても、
低速巻線状態で速度指令に制限がかかり、低速巻線の許
容値を超える速度になることなくスムーズな巻線切替え
が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の電動機駆動装置のブロッ
ク図である。
【図2】巻線切替処理のタイミングチャートである。
【図3】本発明の他の実施形態の電動機駆動装置のブロ
ック図である。
【図4】従来の巻線切替処理のフローチャートである。
【図5】従来の巻線切替処理のタイミングチャートであ
る。
【符号の説明】
1 電動機 2 PG 3 巻線切替器 4 電動機駆動装置 5 上位コントローラ 11 速度検出部 12 速度一致判定回路 13 I/F回路 14 速度切替スイッチ 15,18 速度指令制限回路 16 速度制御器 17 パワー変換部 20〜30 ステップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H575 AA19 BB10 DD03 DD05 DD06 DD10 EE01 GG02 HB20 JJ28 KK08

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 低速用巻線と高速用巻線を有する電動機
    の巻線切替方法において、 低速用巻線が選択されている間は速度指令を、該低速用
    巻線で運転可能な速度制限値に制限することを特徴とす
    る、電動機の巻線切替方法。
  2. 【請求項2】 低速用巻線と高速用巻線を有する電動機
    を駆動する電動機駆動装置において、 電動機の回転速度を検出する速度検出部と、 前記回転速度が巻線切替速度に一致すると速度一致信号
    を出力する速度一致判定回路と、 入力された速度指令を制限し、速度制御器に出力する速
    度指令制限回路と、 上位コントローラからの速度指令を入力し、また前記速
    度一致信号を前記上位コントローラに出力し、前記上位
    コントローラが出力した巻線切替指令を入力するI/F
    回路と、 前記I/F回路が入力した速度指令を、前記巻線切替指
    令が低速用巻線を選択する指令であった場合、前記速度
    指令制限回路に出力し、前記巻線切替指令が高速用巻線
    を選択する指令であった場合、前記速度制御器に出力す
    る速度指令切替スイッチを有することを特徴とする電動
    機駆動装置。
  3. 【請求項3】 低速用巻線と高速用巻線を有する電動機
    を駆動する電動機駆動装置において、 電動機の回転速度を検出する速度検出部と、 前記回転速度が巻線切替速度に一致すると速度一致信号
    を出力する速度一致判定回路と、 上位コントローラからの速度指令を入力し、また前記速
    度一致信号を前記上位コントローラに出力し、前記上位
    コントローラが出力した巻線切替指令を入力するI/F
    回路と、 前記I/F回路に入力された速度指令を入力し、前記巻
    線切替指令が低速用巻線を選択する指令であった場合、
    前記速度指令を制限して速度制御器に出力し、前記巻線
    切替指令が高速用巻線を選択する指令であった場合、前
    記速度指令をそのまま前記速度制御器に出力する速度指
    令制限回路を有することを特徴とする電動機駆動装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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