JP7450834B1

JP7450834B1 - リニアモータ制御装置

Info

Publication number: JP7450834B1
Application number: JP2023571556A
Authority: JP
Inventors: 賢志澤田; 達也川瀬; 延是春名; 康広鈴木; 博成三宅
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2023-07-05
Filing date: 2023-07-05
Publication date: 2024-03-15
Anticipated expiration: 2043-07-05

Abstract

リニアモータ制御装置（１００）において、リニアモータ（２００）の固定子巻線（２０）に電力を供給する複数のインバータ（１）と、複数のインバータ（１）のそれぞれを動作させるための複数のＰＷＭ信号生成部（１０）と、ＰＷＭ信号（Ｐｗ）の生成に用いるキャリア信号（Ｃｗ）を生成するキャリア信号生成回路（４）と、複数のキャリア信号生成回路（４）に、タイミング信号（Ｔｍ）を出力するクロック回路（６）とカウンタ回路（５）から構成された位相制御装置（１１）とを、備え、タイミング信号（Ｔｍ）を受信することで、キャリア信号生成回路（４）は、異なる位相のキャリア信号（Ｃｗ）を生成し複数のＰＷＭ信号生成部（１０）のそれぞれに供給し、複数のＰＷＭ信号生成部（１０）はそのキャリア信号（Ｃｗ）を用いて異なる位相のＰＷＭ信号（Ｐｗ）生成し、複数のインバータ（１）それぞれに出力し、動作させる。

Description

本開示は、リニアモータ制御装置に関するものである。

インバータを備えたモータ制御装置では、インバータのスイッチング動作に伴って中性点電位変動が生じ、動力ケーブルあるいはモータの巻線と基準グラウンドとの間に不可避的に生じる浮遊容量を介してコモンモードのノイズ電流が基準グラウンドに流れる。このノイズ電流が系統電源側に流れることにより同じ電源を共有する他の電子機器に障害を及ぼすことがあり、これは伝導妨害と呼ばれる。また、動力ケーブルを流れるノイズ電流が、電磁結合等によって装置内の他の回路機能、特に通信系の回路に障害を及ぼし機器の誤動作を招く恐れがある。この現象は自家中毒と呼ばれることがある。互いに同期している複数のインバータを備えたモータ制御装置において、各々のインバータを同位相でスイッチング動作させた場合、各々のインバータで発生するコモンモード電流の時間波形も同位相となるが、これらが同じ基準グラウンド等に流れ込むことによって互いに強め合う現象が発生する。これにより波高値の大きなノイズ電流が生じ、伝導妨害及び自家中毒の発生リスクが高くなるといった問題が生じる。このような問題を解決するために、複数のインバータのスイッチング動作が同位相で行われないように、各インバータをスイッチングさせる機能制御信号の位相をずらす手法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１においては、伝導ノイズを抑制するために、複数のインバータに１８０°位相の異なる制御信号を出力し、約半数のインバータを同位相で、残り約半数のインバータを逆位相の制御信号により動作させている。

特許文献２においては、複数のモータそれぞれを制御する複数のインバータに供給するＮ個のキャリア信号の位相を、Ｎ個のモータの夫々に関するノイズ量によって表されるＮ個のベクトルの和が零となるように決定する位相制御部とを備えているので、ノイズ電流の波高値が抑制されるように作用する。

特許第４１４３８３３号公報特開２０２２－１３７３６０号公報

しかしながら、複数の固定子巻線を有し、それぞれに対応するインバータを備えたリニアモータ制御装置において、従来手法を適用するには次の問題があった。まず、特許文献１の方法では、多くのインバータを備えたモータ制御装置においては、約半数ずつが同じ位相であるため、依然として問題が解決されていない。

特許文献２においては、位相制御部はＮ個のモータの夫々に関するノイズ量によって表されるＮ個のベクトルの和が零となるように演算するので、モータ数の増加に伴い演算負荷が高くなってしまう。

本開示は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、多数の固定子巻線を有し、それぞれに対応するインバータを複数備えたリニアモータ制御装置において、簡便な位相制御装置を用いて複数のインバータを異なる位相で動作させ、ノイズ抑制を可能とすることを目的とする。

本開示のリニアモータ制御装置は、
Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の固定子巻線を有するリニアモータを制御するリニアモータ制御装置において、
ＰＷＭ信号に基づいて動作し、対応するＮ個の前記固定子巻線に電力を供給するＮ個のインバータと、
前記ＰＷＭ信号の生成に用いるキャリア信号を生成するｎ個（ｎはＮより小さい自然数）のキャリア信号生成回路と、
前記キャリア信号の位相を制御する位相制御部と、を備え、
前記位相制御部は、
同期信号を出力するクロック回路と、前記クロック回路から出力された同期信号を受信し、受信した時刻から予め設定された時刻に、対応する前記ｎ個のキャリア信号生成回路にタイミング信号を出力するｎ個のカウンタ回路とを備え、
前記ｎ個のキャリア信号生成回路は、それぞれ対応する前記カウンタ回路からタイミング信号を受信した時、予め設定された周期の前記キャリア信号を出力し、
ｎ個の前記カウンタ回路からタイミング信号を出力する時刻は、いずれか２つの時刻の差が前記キャリア信号の周期の整数倍とならないように設定されるとともに、いずれか２つの時刻の差が前記キャリア信号の周期の半整数倍となるように設定された、ものである。

本開示によれば、複数のインバータが異なる位相で動作する制御が可能となり、発生するノイズ電流も異なる位相となるため、ノイズ電流が同位相で重なることによるノイズ電流の増大を抑制することが可能となる。

実施の形態１に係るリニアモータ制御装置を具備するリニアモータシステムの構成を示すブロック図である。実施の形態１に係るリニアモータ制御装置の構成を示すブロック図である。位相の異なるキャリア信号を説明するための図である。実施の形態３に係るリニアモータ制御装置において、キャリア信号生成回路とＰＷＭ信号生成部との関係を説明するための図である。実施の形態４に係るリニアモータ制御装置において、互いに逆位相となるキャリア信号を説明するための図である。比較例である、同位相のＰＷＭ信号と、インバータから発生するノイズの位相関係を示す概念図で、図中（ａ）はＰＷＭ信号１、２の波形を、（ｂ）はＰＷＭ信号１、２によって動作するインバータから発生するノイズ電流波形を、（ｃ）は合算したノイズ電流を示す図である。実施の形態４に係るリニアモータ制御装置において、逆位相のＰＷＭ信号と、インバータから発生するノイズの位相関係を示す概念図で、図中（ａ）はＰＷＭ信号１、２の波形を、（ｂ）はＰＷＭ信号１、２によって動作するインバータから発生するノイズ電流波形を、（ｃ）は合算したノイズ電流を示す図である。発生したノイズ電流が基準グラウンドに流れる様子を説明する図である。実施の形態１から４に係るリニアモータ制御装置のインバータ制御装置のハードウエア構成の一例を示す図である。

以下、リニアモータ制御装置の実施の形態について図を参照して説明する。なお、各図中、同一符号は、同一または相当する部分を示すものとする。従って、それらについての詳細な説明を、重複を避けるために省略する場合がある。

実施の形態１．
以下に、実施の形態１に係るリニアモータ制御装置について図を用いて説明する。
図１は、実施の形態１に係るリニアモータ制御装置を具備するリニアモータシステムの概略構成を示すブロック図、図２はリニアモータ制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
図１において、リニアモータシステムは、リニアモータ２００とリニアモータ２００を駆動するためのリニアモータ制御装置１００とを備えている。

＜リニアモータ２００の構成＞
まず、リニアモータ２００の構成について説明する。リニアモータ２００は固定子巻線２０に通電することにより磁力を発生させ、永久磁石を備えた可動子２２がガイドレール２３に沿って駆動する。そのため、可動子２２には動力ケーブルが不要である。複数の固定子巻線２０は筐体２４に収容される。各固定子巻線２０には動力ケーブル２１を介して電力がリニアモータ制御装置１００から供給される。なお、固定子巻線２０の個数はＮであり、後述するインバータ１の個数と同数である。

＜リニアモータ制御装置１００の構成＞
図１及び図２において、リニアモータ制御装置１００は、それぞれ動力ケーブル２１を介してリニアモータ２００の固定子巻線２０に電力を供給するＮ個（Ｎは２以上の自然数）の複数のインバータ１と、ＰＷＭ（パルス幅変調；ＰｕｌｓＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号Ｐｗを生成し、インバータ１に送信するＰＷＭ信号生成部１０と、キャリア信号Ｃｗを生成し、ＰＷＭ信号生成部１０に送信するキャリア信号生成部１２と、タイミング信号Ｔｍを生成し、キャリア信号生成部１２に送信する位相制御部１１と、を備えている。ＰＷＭ信号生成部１０と、キャリア信号生成部１２と、位相制御部１１と、でインバータ制御装置１０１を構成する。

＜インバータ１の構成＞
Ｎ個の複数のインバータ１＿１，１＿２，・・・，１＿Ｎ（総称する時はインバータ１と称する）は、それぞれインバータ機能実現に必要な構成要素のうち電力変換を行う回路、例えば半導体スイッチング素子からなる単相インバータ回路である。Ｎ個のインバータ１はそれぞれ共通の電源回路から電源が供給されるが、電源回路及び整流回路、電源ケーブル等は図示していない。半導体スイッチング素子は、例えばＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄ－ＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ－Ｇａｔｅ－Ｂｉｐｏｌａｒ－Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）に代表される素子がある。これら半導体スイッチング素子は、シリコン（Ｓｉ）からなる半導体で形成されていてもよいし、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）等のシリコン（Ｓｉ）よりもバンドギャップの広い半導体材料により形成されたワイドバンドギャップ半導体であってもよい。
それぞれのインバータ１＿１，１＿２，・・・，１＿Ｎは、リニアモータ２００の固定子巻線２０のそれぞれに対応しており、動力ケーブル２１を介して電気的に接続されている。

＜ＰＷＭ信号生成部１０の構成＞
図１，２において、複数のＰＷＭ信号生成部１０＿１，１０＿２，・・・，１０＿Ｎ（総称する場合は、ＰＷＭ信号生成部１０と称する）もインバータ１と同数のＮ個である。各インバータ１＿１，１＿２，・・・，１＿Ｎに対応した各ＰＷＭ信号生成部１０＿１，１０＿２，・・・，１０＿ＮからそれぞれＰＷＭ信号Ｐｗが送信される。
各ＰＷＭ信号生成部１０は、指令信号生成部３と比較器２とを備える。ＰＷＭ信号生成部１０＿１を例にすると、制御部７からの信号を基に指令信号生成部３＿１は指令信号Ｓｃを生成し、比較器２＿１に送信する。比較器２＿１はキャリア信号生成回路４＿１で生成されたキャリア信号Ｃｗと指令信号Ｓｃとを比較し、ＰＷＭ信号Ｐｗ生成する。キャリア信号Ｃｗは、例えば予め設定された周期Ｔを有する三角波である。

ここで、制御部７は上位装置１１０の指令に基づき、それぞれの固定子巻線２０に流す電流値を決定する。リニアモータ制御装置１００内部の制御部７における演算結果をもとに、指令信号生成部３において指令信号Ｓｃが生成される。この指令信号Ｓｃは、固定子巻線２０に対応したインバータ１のスイッチング動作を設定するための電圧指令信号である。なお、制御部７は必ずしもリニアモータ制御装置１００内に具備されている必要はない。

＜位相制御部１１及びキャリア信号生成部１２の構成＞
図２に示すように、キャリア信号生成部１２は、ｎ個の複数のキャリア信号生成回路４＿１，４＿２，・・・４＿ｎを備える（総称する場合はキャリア信号生成回路４と称する）。ここで、ｎは２≦ｎ≦Ｎを満たす自然数である。キャリア信号生成回路４で生成されるそれぞれのキャリア信号Ｃｗの位相は位相制御部１１から送信されるタイミング信号Ｔｍにより決定される。

位相制御部１１はｎ個の複数のカウンタ回路５＿１，５＿２，・・・５＿ｎ（総称する場合はカウンタ回路５と称する）及びクロック回路６を備える。ここで、キャリア信号生成回路４とカウンタ回路５の数は同数である。ｎ＝１であると、カウンタ回路５が１つしかなく、位相の異なるキャリア信号Ｃｗを生成することはできないため、ｎの値として１は除外される。そのため、ｎは２以上である。また、ｎがインバータ数Ｎよりも大きな場合は、キャリア信号生成回路が余剰になるため、このような場合も除外する。したがって、自然数ｎの候補としては２以上Ｎ以下に限られる。

各カウンタ回路５＿１，５＿２，・・・５＿ｎは、クロック回路６で生成された同期信号ＣＬＫを受信した時刻ｔ０から、予め設定された時刻ｔ１，ｔ２・・・ｔｎの経過後にタイミング信号Ｔｍを出力する機能を持つデジタル回路である。同期信号ＣＬＫはカウンタ回路５の動作開始タイミングを定め、カウンタ回路５の動作を同期させる機能を有する電気信号であり、その具体的な形式は問わないが、任意の周波数を持った、繰り返しの電気信号を用いるのが一般的である。同期信号ＣＬＫはすべてのカウンタ回路５に共通である。タイミング信号Ｔｍは、電気信号であればその形式を問わないが、例えば１（ハイ：Ｈｉｇｈ）もしくは０（ロー：Ｌｏｗ）に固定されたデジタル信号を一定時間出力するようなものである。クロック回路６も具体的な構成は問わないが、通常、水晶振動子と周辺回路等によって構成される。クロック回路６は、位相制御部１１専用のものを準備する必要はなく、他の回路で使用しているクロック回路を併用しても構わない。ここに示したキャリア信号生成回路４及びカウンタ回路５などは、ディスクリート部品で構成してもよいが、ＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｇａｔｅＡｒｒａｙ）等のプログラム可能なロジックデバイスに実装してもよい。

カウント回路５＿１，５＿２，・・・５＿ｎはそれぞれ対応するキャリア信号生成回路４＿１，４＿２，・・・４＿ｎに１対１で接続され、それぞれタイミング信号Ｔｍを供給する。キャリア信号生成回路４＿１，４＿２，・・・４＿ｎは、カウント回路５＿１，５＿２，・・・５＿ｎからのタイミング信号Ｔｍを受信した時点で周期Ｔのキャリア信号Ｃｗの出力を開始する。すなわち、カウント回路５＿１，５＿２，・・・５＿ｎが異なるｎ個のキャリア信号Ｃｗの相対的な位相を決定する機能を有している。

図３は、位相の異なるキャリア信号を示した図である。クロック回路６からの同期信号ＣＬＫを受信してから予め任意に選択した２つの時刻ｔｋ、ｔｌに生成されたキャリア信号をそれぞれキャリア信号Ｃｗ＿ｋ、Ｃｗ＿ｌとする。ｔｋ－ｔｌの値がキャリア信号の周期Ｔの整数倍（負の数を含む）とならないように、時刻ｔ１，ｔ２，・・ｔｎをそれぞれ決定することにより、最大ｎ個の異なる位相をもつキャリア信号Ｃｗを生成することができる。以降の説明において、「位相が異なること」は上述の意味である。

ここで、ｔｋ－ｔｌの値がキャリア信号の周期Ｔの整数倍の場合、時刻ｔｋと時刻ｔｌは異なる時刻であるものの、生成される２つのキャリア信号Ｃｗ＿ｋ、Ｃｗ＿ｌの位相差は３６０°の整数倍になり、実質的な位相差はない。つまり位相差αは角度にして０°以上３６０°未満（０°≦α＜３６０°）で表現することとし、キャリア信号Ｃｗの周期Ｔとの関係を明示するならば、
ｔｋ－ｔｌ＝Ｔ×α／３６０×ｍ（ｍは０を除く整数）
と表記される。

また、クロック回路６からの同期信号ＣＬＫを受信してから予め設定された時刻ｔ１，ｔ２・・・ｔｎのいずれかが同じ値を取ることも可能であるが、その時刻にキャリア信号Ｃｗが重複した数だけ供給されるため、位相の異なるキャリア信号Ｃｗの数が減ってしまうことになる。そのため、時刻ｔ１，ｔ２・・・ｔｎは少なくとも２つ以上異なる時刻である。

リニアモータ制御装置１００のＮ個のインバータ１＿１，１＿２，・・・１＿Ｎをすべて異なる位相で動作させる場合は、カウンタ回路５及びキャリア信号生成回路４の個数ｎをインバータ１の個数Ｎと同数であり、かつ上述の時刻ｔ１，ｔ２・・・ｔｎが全て異なるように設定する。このように設定されたタイミング信号Ｔｍがカウンタ回路５＿ｋから送信され、このタイミング信号Ｔｍを受信したキャリア信号生成回路４＿ｋにより供給されたキャリア信号Ｃｗに基づいて、ＰＷＭ信号生成部１０＿ｋはインバータ１＿ｋにＰＷＭ信号Ｐｗを出力するようにすればよい。
リニアモータ制御装置１００のＮ個のインバータ１＿１，１＿２，・・・１＿Ｎをすべて異なる位相で動作させることができるので、ノイズ電流の発生タイミングが重なることによってその波高値が大きくなってしまう問題を回避することができる。

以上のように、実施の形態１によれば、リニアモータ制御装置はＮ個（Ｎは２以上の自然数）の固定子巻線を有するリニアモータを制御するリニアモータ制御装置であって、対応するＮ個の固定子巻線に電力を供給するＮ個のインバータと、インバータを動作させるＰＷＭ信号を生成し、対応するＮ個のインバータのそれぞれに供給するＮ個のＰＷＭ信号生成部と、ＰＷＭ信号の生成に用いるキャリア信号を生成するｎ個（ｎは２以上Ｎ以下の自然数）のキャリア信号生成回路と、キャリア信号の位相を制御する位相制御部と、を備えている。そして、位相制御部は、同期信号を出力するクロック回路と、クロック回路から出力された同期信号を受信し、受信した時刻から予め設定された少なくとも２つ以上異なる時刻に、対応するｎ個のキャリア信号生成回路にタイミング信号を出力するｎ個のカウンタ回路とを備え、ｎ個のキャリア信号生成回路は、それぞれ対応する前記カウンタ回路からタイミング信号を受信した時予め設定された周期の前記キャリア信号を出力し、それぞれの前記ＰＷＭ信号生成部は、前記ｎ個のキャリア信号生成回路のうちの１つから前記キャリア信号が供給されるので、複数のインバータが位相の異なるキャリア信号に基づき生成されたＰＷＭ信号により動作することが可能となり、ノイズ電流の発生タイミングが重なることによってその波高値が大きくなってしまう問題を回避することができる。

この時、カウンタ回路からタイミング信号を出力する時刻は任意の２つの時刻の差がキャリア信号の周期の整数倍とならないように設定されるので、位相の異なるキャリア信号に基づき生成されたＰＷＭ信号によりインバータを動作させることが可能となる。
また、ｎ個のカウンタ回路は全て異なる時刻でタイミング信号Ｔｍを出力し、ｎ＝Ｎの場合、全てのインバータはそれぞれ位相が異なるキャリア信号に基づき生成されたＰＷＭ信号により動作するので、ノイズ抑制に最も寄与する。

カウンタ回路及びキャリア信号生成回路の個数ｎを２≦ｎ＜Ｎとし、インバータ及びＰＷＭ信号生成部の個数Ｎより少なくすることにより、カウンタ回路及びキャリア信号生成回路の削減が図れる。この場合も、位相が異なるキャリア信号を複数生成することにより、ノイズ電流の発生タイミングが重なることを抑制し、ノイズ電流の発生タイミングが重なることによってその波高値が大きくなってしまう問題を回避することが可能となる。

実施の形態２．
以下に、実施の形態２に係るリニアモータ制御装置について図を用いて説明する。実施の形態１においては、カウンタ回路５及びキャリア信号生成回路４の個数ｎをインバータ１の個数Ｎと同数にし、リニアモータ制御装置１００のＮ個のインバータ１＿１，１＿２，・・・１＿Ｎをすべて異なる位相で動作させる例について説明した。本実施の形態２では、カウンタ回路５及びキャリア信号生成回路４の個数ｎがインバータ１の個数Ｎより小さい場合の例について説明する。なお、リニアモータ制御装置１００の構成、動作は実施の形態１と同様である。

カウンタ回路５及びキャリア信号生成回路４の個数ｎがインバータ１の個数Ｎより小さい場合、キャリア信号生成回路４＿１，４＿２，・・・４＿ｎは少なくともその差（Ｎ－ｎ）の分だけ同じ位相のキャリア信号ＣｗがＰＷＭ信号生成部１０に供給されることになる。なお、１つのＰＷＭ信号生成部１０に複数のキャリア信号Ｃｗが供給されることはない。これは実施の形態１も同様である。

ここで、Ｎ－ｎ＝１の場合、キャリア信号生成回路４＿１で生成されたキャリア信号ＣｗがＰＷＭ信号生成部１０＿１，１０＿２に送信されたとすると、指令信号が同一の場合インバータ１＿１，１＿２は同位相で動作することになる。Ｎ－ｎの差が大きくなるほど、同位相で動作するインバータの数は増加することになる。
同位相で動作するインバータの数が多いと、ノイズ電流が重畳し、その波高値が大きくなるが、Ｎ－ｎの差が大きくなっても、同位相で多くのインバータ１が動作しないように、同一のキャリア信号の送信先を可能な限り均等に分配することで、ノイズ電流の重畳による波高値の増大を最小限に抑えることが可能となる。例えば、インバータ数が１２で、カウンタ回路及びキャリア信号生成回路の個数が４の場合、同位相で動作するインバータの数は１２／４＝３まで減らすことができる。たとえすべてのインバータを異なる位相で動作させることができなくとも同位相で動作するインバータ数を十分減らすことができるため、ノイズ電流の波高値を抑える効果は期待できる。

一方、リニアモータシステムにおいては、固定子巻線２０が非常に多いため、それを動作させるために、リニアモータ制御装置１００の具備するインバータ１の個数が多く、他のモータ制御装置、例えば多軸モータの制御装置と比較して、一つの装置内に含まれるインバータ数が非常に多い。そのため、カウンタ回路５及びキャリア信号生成回路４をインバータ１と同数だけ用意すると、部品点数の増加及び電子回路基板上での配線が複雑化するなど、設計面及び製造コストの面でデメリットがある。
また、カウンタ回路５及びキャリア信号生成回路４をＦＰＧＡに実装する場合、ＦＰＧＡの容量に限界があるため、多くのカウンタ回路５及びキャリア信号生成回路４を実装したくてもできない場合がある。

すなわち、カウンタ回路５及びキャリア信号生成回路４の個数ｎをインバータ１の個数Ｎに近づかせノイズ電流の影響を抑制することと、設計の簡素化とはトレードオフの関係にある。そこで、カウンタ回路５及びキャリア信号生成回路４の個数ｎをインバータ１の個数Ｎよりも小さくすることで、設計の簡易化及びコスト削減を図りつつ、インバータ１＿１，１＿２，・・・１＿Ｎを可能な限り最大の異なる位相数で動作させるようにすれば、ノイズ電流の重畳による波高値の増大の抑制効果も得ることが可能となる。

以上のように、実施の形態２によれば、カウンタ回路５及びキャリア信号生成回路４の個数ｎをインバータ１の個数Ｎよりも小さくすることで、設計の簡易化及びコスト削減を図りつつ、ノイズ電流の重畳による波高値の増大の抑制効果も得ることが可能となる。

実施の形態３．
以下に、実施の形態３に係るリニアモータ制御装置について図を用いて説明する。本実施の形態３では、実施の形態２同様にカウンタ回路５及びキャリア信号生成回路４の個数ｎをインバータ１の個数Ｎより小さくし、各キャリア信号生成回路４から少なくとも２つ以上のＰＷＭ信号生成部１０に対して同一のキャリア信号Ｃｗを供給する例について説明する。なお、リニアモータ制御装置１００の構成、動作は実施の形態１と同様である。

図４は、実施の形態３に係るリニアモータ制御装置１００において、キャリア信号生成回路４とＰＷＭ信号生成部１０との関係を説明するための図である。図４において、ＰＷＭ信号生成部１０内の比較器２は省略しているが、キャリア信号生成回路４からのキャリア信号ＣｗはＰＷＭ信号生成部１０内の比較器２に入力される。

図４において、キャリア信号生成回路４＿１のキャリア信号Ｃｗは、２つのＰＷＭ信号生成部１０＿１，１０＿２に供給され、キャリア信号生成回路４＿２のキャリア信号Ｃｗは、２つのＰＷＭ信号生成部１０＿３，１０＿４，１０＿５に供給され、キャリア信号生成回路４＿ｎのキャリア信号Ｃｗは、２つのＰＷＭ信号生成部１０＿Ｎ－１，１０＿Ｎに供給されている。このように、各キャリア信号生成回路４から２つのＰＷＭ信号生成部１０にキャリア信号Ｃｗを供給するようにすれば、ｎ＝Ｎ／２となり、カウンタ回路５及びキャリア信号生成回路４の個数をインバータ１の個数の半分にすることが可能となる。図４に示した例では、隣り合ったインバータ(例えば１＿１と１＿２)が同位相で動作するが、必ずしもこのように接続される必要はなく、離れた位置にあるインバータ(例えば１＿１と１＿３など)が同位相で動作するように、キャリア信号生成回路４＿１をＰＷＭ信号生成部１０＿１と１０＿３に接続してもよい。

なお、図４では、各キャリア信号生成回路４から２つのＰＷＭ信号生成部１０にキャリア信号Ｃｗを供給するようにしたが、これに限るものではない、各キャリア信号生成回路４から３つ以上のＰＷＭ信号生成部１０にキャリア信号Ｃｗを供給するようにしてもよい。但し、いずれの場合も、１つのＰＷＭ信号生成部１０に複数のキャリア信号生成回路４からキャリア信号Ｃｗを供給されない。

キャリア信号生成回路４の個数ｎがいずれの場合であっても、実施の形態１で説明したようにｎ個のキャリア信号生成回路４で生成されるキャリア信号Ｃｗの位相がすべて異なっていれば、同位相で動作するインバータ１の数を減らすことができる。図４の例においては、同位相で動作するインバータ１の数は２に抑えられる。

以上のように、実施の形態３によれば、各キャリア信号生成回路から少なくとも２つ以上のＰＷＭ信号生成部に対して同一のキャリア信号Ｃｗを供給するようにしたので、カウンタ回路及びキャリア信号生成回路の数を少なく抑えることができ、位相制御部１１の簡易化及び低コスト化を図ることができる。さらに、位相制御部で異なる位相のキャリア信号を生成するので、複数のインバータ１のスイッチング動作のタイミングが重ならないような制御が可能になり、ノイズの発生タイミングも同様にずらすことができる。これによってノイズ電流の波高値の増大を抑制することができる。

実施の形態４．
以下に、実施の形態４に係るリニアモータ制御装置について図を用いて説明する。本実施の形態４においては、キャリア信号生成回路４及びカウンタ回路５の個数ｎが偶数である例について説明する。なお、リニアモータ制御装置１００の構成、動作は実施の形態１と同様である。

キャリア信号生成回路４及びカウンタ回路５の個数ｎを偶数にすることで、あるキャリア信号Ｃｗに対して逆位相となるキャリア信号Ｃｗのペアを必ず作ることが可能になる。
図５は、互いに逆位相となるキャリア信号を説明するための図である。ここで逆位相とは、任意の２つのカウンタ回路５＿ｋ、５＿ｌがタイミング信号Ｔｍを出力する時刻をそれぞれ時刻ｔｋ、ｔｌとするとき、ｔｋ－ｔｌの値がキャリア信号Ｃｗの周期Ｔの半整数倍となっていることを指す。つまり、ｔｋ－ｔｌ＝Ｔ／２×ｍ（ｍは０を除く整数）が成り立っているときである。その位相差αを角度で表すならば１８０°もしくはその奇数倍となる。キャリア信号生成回路４及びカウンタ回路５の個数ｎを偶数に選ぶ限りは、互いに逆位相となるキャリア信号Ｃｗのペアをもれなく作ることができる。図５において、タイミング信号Ｔｍを出力する時刻ｔｋを受信して生成されたキャリア信号Ｃｗ＿ｋとタイミング信号Ｔｍを出力する時刻ｔｌを受信して生成されたキャリア信号Ｃｗ＿ｌの位相差が１８０°の例が示されている。

ここで、ｎ＝２の場合は自明であるが、２つのキャリア信号Ｃｗを位相の角度の値として０°、１８０°のように選ぶことができ、それらは互いに逆位相となっている。
ｎ＝４の場合、４つのキャリア信号Ｃｗの位相角度の値として、０°、９０°、１８０°、２７０°を選ぶことができ、０°と１８０°、９０°と２７０°のペアが逆位相となっている。
ｎ＝６の場合、６つのキャリア信号Ｃｗの位相角度の値として、０°、６０°、１２０°、１８０°、２４０°、３００°を選ぶことができ、０°と１８０°、６０°と２４０°、１２０°と３００°がそれぞれ逆位相のペアとなる。
もちろん、ある決まった数ｎに対して、どのような位相を選択するかは自由である。例えば、例えばｎ＝４の場合、上述の例とは異なり０°、１８０°、１００°、２８０°のように位相差１８０°のペアが存在するように選んでもよい。

次に、位相差が１８０°となるキャリア信号Ｃｗのペアを作る効果について説明する。
図６、７は、ＰＷＭ信号と、そのＰＷＭ信号により動作するインバータから発生するノイズの位相関係を示す概念図である。図中（ａ）は、ＰＷＭ信号１，２の波形を、（ｂ）はＰＷＭ信号１、２によって動作するインバータ１＿１，１＿２から発生した同位相のノイズ電流波形を、（ｃ）はそれぞれのインバータから発生したノイズ電流を合算したノイズ電流を示している。図６は比較例として、（ａ）は、位相差が０の２つのキャリア信号Ｃｗにより生成されたＰＷＭ信号１、２を、（ｂ）はＰＷＭ信号１、２によりインバータ１＿１，１＿２から発生した同位相のノイズ電流波形を、（ｃ）は合算されたノイズ電流が示されている。位相差が０のキャリア信号により動作するインバータから発生するノイズ電流は同位相であり、合算されたノイズ電流はその波形が重畳されたように増大することが分かる。

図７は、本実施の形態４に係るもので、図中（ａ）は、逆位相のキャリア信号Ｃｗのペアにより逆位相のＰＷＭ信号１，２を示している。図中（ｂ）からわかるように逆位相のＰＷＭ信号１、２によりそれぞれインバータ１＿１，１＿２から発生するノイズ電流も逆位相であるため、（ｃ）で示すように合算されたノイズ電流はその波形が重畳され、互いに打ち消しあっていることが分かる。

図８は、回路中にノイズ電流が流れる様子を示した概略図で、発生したノイズ電流が基準グラウンドに流れる様子を説明する図である。図８において、インバータ１の上流に系統電源３２を備え、インバータ１＿１から電力が供給されるリニアモータ２００の固定子巻線２０＿１及びインバータ１＿２から電力が供給される固定子巻線２０＿２にはそれぞれ、基準グラウンド３１との間に浮遊容量３０が不可避的に生じる。
図７のように、逆位相のＰＷＭ信号によりインバータ１＿１，１＿２が動作した時、インバータ１＿１，１＿２それぞれから発生するノイズ電流は固定子巻線２０＿１，２０＿２から浮遊容量３０を介して基準グラウンド３１に流れるが、ノイズ電流が逆位相であり、逆向きとなる。そのため図７中（ｃ）で示したように、基準グラウンド３１に流れるノイズ電流は互いに打ち消し合うことになる。

以上のように、実施の形態４によれば、実施の形態１から３と同様の効果を奏する。さらに、キャリア信号生成回路及びカウンタ回路の個数ｎを偶数にすることで、位相差が１８０°となるキャリア信号Ｃｗのペアを作ることが可能となり、これにより、インバータから発生したノイズ電流の位相も逆位相となるため、基準グラウンドに流れるノイズ電流を抑制することが可能となる。これにより伝導妨害のリスクを更に抑制することができる。

上述の実施の形態１から４におけるインバータ制御装置１０１の構成の一例を図９に示す。図９に示すように、インバータ制御装置１０１は例えば処理回路として、プロセッサ１０００と記憶装置１１００とを備えている。
プロセッサ１０００として、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）、ＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、プロセッサ１０００として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置１１００として、プロセッサ１０００からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、及びプロセッサ１０００からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）等が備えられている。プロセッサ１０００は、ＲＯＭ等の記憶装置１１００から入力されたプログラムを実行する。

なお、インバータ制御装置１０１のうちキャリア信号生成回路４及びカウンタ回路５などはＦＰＧＡに搭載する例は先に示していたが、これらを個別に構成してもよいし、インバータ制御装置１０１として統合したハードウエア構成としてもよい。

本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、この明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１：インバータ、２：比較器、３：指令信号生成部、４：キャリア信号生成回路、５：カウンタ回路、６：クロック回路、７：制御部、１０：ＰＷＭ信号生成部、１１：位相制御部、１２：キャリア信号生成部、２０：固定子巻線、２１：動力ケーブル、２２：可動子、２３：ガイドレール、２４：筐体、３０：浮遊容量、３１：基準グラウンド、３２：系統電源、１００：リニアモータ制御装置、１０１：インバータ制御装置、１１０：上位装置、２００：リニアモータ、１０００：プロセッサ、１１００：記憶装置、Ｐｗ：ＰＷＭ信号、Ｓｃ：指令信号、Ｃｗ：キャリア信号、Ｔｍ：タイミング信号、ＣＬＫ：同期信号。

Claims

Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の固定子巻線を有するリニアモータを制御するリニアモータ制御装置において、
ＰＷＭ信号に基づいて動作し、対応するＮ個の前記固定子巻線に電力を供給するＮ個のインバータと、
前記ＰＷＭ信号の生成に用いるキャリア信号を生成するｎ個（ｎはＮより小さい自然数）のキャリア信号生成回路と、
前記キャリア信号の位相を制御する位相制御部と、を備え、
前記位相制御部は、
同期信号を出力するクロック回路と、前記クロック回路から出力された同期信号を受信し、受信した時刻から予め設定された時刻に、対応する前記ｎ個のキャリア信号生成回路にタイミング信号を出力するｎ個のカウンタ回路とを備え、
前記ｎ個のキャリア信号生成回路は、それぞれ対応する前記カウンタ回路からタイミング信号を受信した時、予め設定された周期の前記キャリア信号を出力し、
ｎ個の前記カウンタ回路からタイミング信号を出力する時刻は、いずれか２つの時刻の差が前記キャリア信号の周期の整数倍とならないように設定されるとともに、いずれか２つの時刻の差が前記キャリア信号の周期の半整数倍となるように設定された、リニアモータ制御装置。
前記キャリア信号生成回路及び前記カウンタ回路の数であるｎは偶数である、請求項１に記載のリニアモータ制御装置。