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1. KR1020060058725 - POWER CONVERTER

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[ KO ]
명 세 서
전력 변환 장치{POWER CONVERTER}
기 술 분 야
본 발명은 전력 변환 장치에 관한 것이다.
발명이 속하는 기술 및 그 분야의 종래기술
교류 부하를 임의의 주파수로 구동하는 전력 변환 장치는 일반적으로 직류 전압(교류 전압으로부터 생성한 직류 전압을 포함함)을 스위칭하여 임의 주파수의 교류 전압을 출력하는 스위칭부를 구비하는 주회로부와, 미리 설정된 부하의 운전에 관한 정보 및 상기 주회로부가 구비하는 각종 검출기로부터의 정보에 근거하여 상기 스위칭부를 구성하는 스위칭 소자를 원하는 온ㆍ오프 동작 상태로 제어하는 제어부로 구성되어 있다.
이 전력 변환 장치에는 사용자가 목적에 따른 제어 형태에서 이용할 수 있도록, 간단한 오픈 루프(open-loop) 제어를 행하는 제품이나 고정밀도의 클로우즈드 루프(closed-loop) 제어를 행하는 제품 등이 있다. 그리고, 각 제품은 각각 수 와트(watt)의 소용량에서부터 수천 킬로와트(kilowatt)의 대용량까지 용량마다 준비되어서 다양한 요구에 유연하게 대응할 수 있도록 하고 있다. 또한, 목적에 따른 제어 형태는 제어부에 의해서 실현된다. 또, 필요한 용량은 주회로부에 의해서 실현된다.
그러나, 전력 변환 장치에서는 원하는 기능을 실현하는데 있어서 미리 준비하는 초기치로서 부하의 운전에 관한 정보 이외에, 주회로부의 특성이나 주회로부내에 존재하는 각종 검출기의 교정치(calibration values), 제조 년월 등의 제조 이력(履歷), 운전 이력, 사양 등이 필요하다. 여기서는 주회로부의 특성, 교정치, 제조 이력, 운전 이력 및 사양을 주회로부에 관한 관리 정보라고 칭하는 것으로 한다.
종래의 전력 변환 장치에서는 제어부가 부하의 운전에 관한 정보 등을 격납하는 기억부를 구비함으로써, 주회로부에 관한 관리 정보도 제어부내의 기억부에 격납하도록 하였다.
그 때문에, 종래에는 주회로부와 제어부를 분리하여 보관하고, 출하시에 주회로부와 제어부를 조합하는 경우에는 주회로부에 관한 관리 정보를 제어부에 기억시킬 필요가 있고, 또 조합한 후에 주회로부와 제어부를 분리하고 재차 주회로부와 제어부를 조합하는 경우에도 주회로부에 관한 관리 정보를 제어부에 기억시킬 필요가 있었으므로 배합 작업이 번거로웠다.
또, 간단한 오픈 루프 제어를 행하는 제품과 고정밀도의 클로우즈드 루프 제어를 행하는 제품과의 사이의 기능 변경을 제어부의 변경에 의해 실현하는 경우, 주회로부에 관한 관리 정보를 일단 별도의 기억 장치에 업로드(upload)하고, 그것을 변경한 제어부에 다운로드(download)할 필요가 있어서 기능 변경 작업이 번거로웠다.
그리고, 통상 납기(delivery date)를 단축하기 위하여, 미리 제품을 제조하여 보관하지만, 종래에는 주회로부와 제어부는 1 대 1의 대응 관계로 제조할 필요가 있었으므로, 전력 변환 장치를 용량마다 또한 제어 형태마다 제조하여 보관할 필요가 있어서 재고량의 증대를 일으키고 있었다.
이 문제를 해결하기 위하여, 주회로부에, 주회로부에 관한 관리 정보를 기억하는 기억부를 설치하는 것이 고려된다. 이 점에 관하여, 예를 들면 특허 문헌 1에서는 카메라 헤드와 그것을 제어하는 카메라 컨트롤 유닛이 분리 가능하게 접속되고, 카메라 헤드에 해당 카메라 헤드에 관한 각종 데이터를 기억하는 기억 장치를 설치하고, 컨트롤 유닛이 카메라 헤드의 사용 상황을 기억 장치에 기억하도록 한 헤드 분리형 카메라가 개시되어 있다.
또, 예를 들면, 특허 문헌 2에서는 로보트 본체에 기종 데이터 설정 수단을 설치하고, 컨트롤부가 그 기종 데이터와의 정합성(整合性)에 근거하여 제어 개시를 결정하도록 한 산업용 로보트가 개시되어 있다.
그러나, 특허 문헌 1, 2에 있어서 기억부를 설치하는 의의와 본 발명에 있어서 주회로부에 기억부를 설치하는 의의는 상위하고, 또 기억하는 정보의 성격도 다른 것이다.
또한, 상기한 특허 문헌 1, 2는 이하와 동일하다.
특허 문헌 1 : 일본 특개 2002-354300호 공보
특허 문헌 2 : 일본 특개평 6-190762호 공보
본 발명은 상기에 감안하여 이루어진 것으로서, 주회로부와 제어부의 조합 작업 및 기능 변경 작업의 용이화가 도모되고, 또 재고량의 증대를 억제하는 것이 가능한 전력 변환 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
발명의 상세한 설명
본 발명에서는 교류 전압으로부터 생성한 직류 전압을 포함하는 직류 전압을 스위칭하여 임의의 주파수 및 전압의 교류 전압을 출력하는 스위칭부를 구비하는 주회로부와, 부하의 운전 모드 등 부하의 운전에 관한 설정이나 표시에 관한 설정 등의 설정 정보를 미리 격납하기 위한 기억 수단을 갖고, 상기 기억 수단에 미리 설정된 부하의 운전에 관한 정보 및 상기 주회로부가 구비하는 각종 검출기로부터의 정보에 근거하여 상기 스위칭부를 구성하는 스위칭 소자를 원하는 온ㆍ오프 동작 상태로 제어하는 제어부를 구비하는 전력 변환 장치에 있어서, 상기 주회로부와 상기 제어부는 서로 분리ㆍ장착 가능하게 구성되고, 하나의 주회로부에 대해 제어 형태가 다른 제어부가 변경 장착할 수 있게 되어 있는 동시에, 상기 주회로부는 적어도 해당 주회로부에 관한 특성, 각종 검출기에 대한 교정치, 제조 이력, 운전 이력 및 사양을 기억하는 기억부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 주회로부와 제어부를 분리하여 보관하고, 출하시에 주회로부와 제어부를 조합하는 경우에, 또 조합한 후에 주회로부와 제어부를 분리하고, 재차 주회로부와 제어부를 조합하는 경우에, 주회로부에 관한 특성, 교정치, 제조기력(機歷), 운전 이력 및 사양을 제어부에 기억시킬 필요가 없으며, 간단하게 조합할 수 있다. 또한, 제어부의 변경에 의한 기능 변경의 경우에, 주회로부에 관한 특성, 교정치, 제조기력, 운전 이력 및 사양을 일단 별도의 기억 장치에 업로드하고, 그것을 변경한 제어부에 다운로드하는 것이 불필요하게 되므로, 간단하게 기능 변경을 행할 수 있다. 그리고, 하나의 주회로부에 대해 제어 형태가 다른 제어부를 교환 장착할 수 있으므로, 해당 전력 변환 장치의 보관 재고량을 큰 폭으로 감소시키는 것이 가능하다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명의 실시 형태 1인 전력 변환 장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 도 1에 나타내는 전력 변환 장치에 있어서 주회로부와 제어부와의 접속 관계를 설명하는 개념도.
도 3은 도 1에 나타내는 전력 변환 장치에 있어서 목적에 따라 제어부를 교환하는 경우의 개요를 설명하는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 형태 2인 전력 변환 장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 5는 본 발명의 실시 형태 3인 전력 변환 장치의 구성을 나타내는 블록도.
실 시 예
이하에 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전력 변환 장치의 적합한 실시 형태를 상세하게 설명한다.
실시 형태 1.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1인 전력 변환 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 1에 나타내는 전력 변환 장치(1)는 주회로부(2)와 제어부(3)로 구성되고, 상용 교류 전원(4)으로부터 임의의 주파수 및 전압의 교류 전압을 생성하여 부하(5)에 공급하도록 되어 있다.
주회로부(2)는 정류부(6)와 스위칭부(7)와 전원부(8)와 기억부(9)와 통신부(10)를 구비하고 있다. 주회로부(2)와 제어부(3)는 별개의 독립적인 케이스(case)에 수용되고 통신부(10)를 통하여 필요한 정보의 수수(授受)를 행하게 되어 있다.
정류부(6)는 상용 교류 전원(4)의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터부(61)와 컨버터부(61)에서 변환된 직류 전압을 평활(smooth)시키는 평활부(62)와, 평활부(62)에서 평활된 직류 전압을 검출하여 통신부(10)에 출력하는 직류 전압 검출부(63)를 구비하고 있다.
스위칭부(7)는 평활부(62)에서 평활된 직류 전압을 복수의 스위칭 소자에 의한 온ㆍ오프 동작에 의해서 스위칭하여 임의 주파수의 교류 전압을 부하(5)에 대하여 출력하는 인버터부(71)와, 인버터부(71)를 구성하는 복수의 스위칭 소자를 구동하는 구동부(72)와, 인버터부(71)가 출력하는 교류 전압을 검출하여 통신부(10)에 출력하는 출력 전압 검출부(73)와, 인버터부(71)와 부하(5)와의 사이에 흐르는 전류를 검출하여 통신부(10)에 출력하는 전류 검출부(74)와, 스위칭부(7)의 온도를 검출하여 통신부(10)에 출력하는 온도 검출부(75)를 구비하고 있다.
전원부(8)는 평활부(62)에서 평활된 직류 전압으로부터 각종 레벨의 전압을 생성하고, 제어부(3)와 기억부(9)와 통신부(10)와 구동부(72)에 공급하게 되어 있다.
기억부(9)는 EEPROM 등의 불휘발성 메모리로 이루어지고, 해당 주회로부(2)에 관한 특성과, 각종 검출부(직류 전압 검출부(63), 출력 전압 검출부(73), 전류 검출부(74), 온도 검출부(75))에 대한 교정치와, 주회로부(2)의 제조 이력과, 정류부(6)와 스위칭부(7)와 전원부(8) 각각에 있어서의 운전 이력에 사용 환경 정보를 포함한 사용 이력 및 그 사용 이력으로부터 산출되는 수명 정보와, 사양이 미리 기억되어 있다.
즉, 이 실시 형태에서는 주회로부(2)에 관한 관리 정보로서 주회로부(2)를 구성하는 각 부의 사용 이력과 수명 정보가 추가되고, 보다 적확한 운용이 도모되게 되어 있다.
통신부(10)는
(1) 제어부(3)로부터의 운전 신호를 구동부(72)에 출력하는 것,
(2) 직류 전압 검출부(63)와 출력 전압 검출부(73)와 전류 검출부(74)와 온도 검출부(75)로부터의 검출 신호를 제어부(3)에 송신하는 것,
(3) 제어부(3)로부터의 요구에 따라 기억부(9)로부터 각종 검출부에 대한 교정치와, 주회로부(2)의 제조 이력과, 정류부(6)와 스위칭부(7)와 전원부(8) 각각에 있어서의 사용 이력 및 수명 정보를 독출하여 제어부(3)에 송신하는 것 등을 행한다.
통신부(10)와 제어부(3)와의 사이의 통신 형태는 패러렐(parallel) 통신에서도 좋고, 동기 방식(synchronous) 또는 비동기 방식의 시리얼(serial) 통신으로도 좋다. 패러렐 통신에서는 고속화를 도모할 수 있다. 또, 시리얼 통신에서는 신호선을 이용하는 경우는 그 갯수를 줄일 수 있다. 또, 신호선을 이용하지 않는 접속 방식(광통신이나 무선 통신 등)도 당연히 채용할 수 있다. 또한, 기억부(9)에의 설정도 통신부(10)를 이용하여 행하도록 할 수 있다. 이러한 기능을 구비하는 통신부(10)는 전용의 반도체 집적 회로인 ASIC나 CPU를 구비하는 처리 회로 등으로 구성할 수 있다.
제어부(3)가 구비하는 기억부는 EEPROM 등의 불휘발성 메모리로 이루어지고, 부하(5)의 운전 모드 등 부하(5)의 운전에 관한 설정이나 표시에 관한 설정 등의 설정 정보가 미리 격납되어 있다. 제어부(3)는 운전 개시시 등에 있어서 통신부(10)에 요구하여 취한 기억부(9)의 내용과, 제어부(3)내의 기억부에 기억된 설정 정보와, 통신부(10)로부터 전해지는 주회로부(2)의 각종 검출부의 검출 신호로부터 주회로부(2)의 제어를 결정하고, 주회로부(2)에 운전 신호를 송신한다.
제어부(3)에는 간단한 오픈 루프 제어를 행하는 타입과, 부하(5)의 운전 상태를 피드백하여 고정밀도의 클로우즈드 루프 제어를 행하는 타입이 있다. 사용 목적에 따라 선택된다. 이하, 도 2와 도 3를 참조하여 주회로부와 제어부와의 관계를 설명한다.
도 2는 도 1에 나타내는 전력 변환 장치에 있어서 주회로부와 제어부와의 접속 관계를 설명하는 개념도이다. 도 2(a)에서는 안전띠(harness) 및 커넥터를 이용한 접속예가 나타나 있다. 즉, 주회로부(21)에는 신호선인 안전띠(22)의 선단(先端)에 커넥터(23)를 장착한 접속부를 준비한다. 또, 제어부(25)에는 그 일측벽면에 커넥터(26)를 배치한다. 제어부(25)는 커넥터(26)의 배치면에 대향하는 타벽측면을 주회로부(21)의 일측벽면에 나사(screw) 체결 등으로 고정하는 형태로 주회로부(21)와 일체화된다. 커넥터(23, 26)를 접속하는 것으로, 양(兩)자 사이의 전기적 접속이 행해진다.
도 2(b)에서는 커넥터에만 접속예가 나타나 있다. 즉, 주회로부(31)의 일측벽면에 커넥터(32)를 배치한다. 또, 제어부(34)의 일측벽면에 커넥터(35)를 배치한다. 제어부(34)는 커넥터(35)의 배치면을 주회로부(31)의 커넥터(32)의 배치면에 나사 체결 등으로 고정하는 형태로 일체화된다. 그러면, 동시에 커넥터(32, 35)가 접속하게 되어 있으므로, 양자 사이의 전기적 접속이 행해진다.
도 2에서는 커넥터를 이용한 접속 방법을 나타내었으나, 커넥터를 이용하지 않고 땜납 부착 방법(soldering method)이어도 된다. 또, 상기한 광통신이나 무선 통신을 이용한 접속 방법으로도 된다.
이상의 전기적 접속(주회로부와 제어부와의 조합)에서는 주회로부의 특성, 교정치, 제조 이력, 사용 이력, 수명 정보 등을 제어부에 기억시킬 필요가 없으므로 조합 작업이 매우 간소화된다. 그리고, 주회로부와 제어부를 분리한 상태에서 보관하고 출하하여 사용자측에서 조합하여 설치하는 것이 가능하게 된다.
또, 전력 변환 장치에는 사용자가 목적에 따른 제어 형태로 이용할 수 있도록, 간단한 오픈 루프 제어를 행하는 제품이나 고정밀도의 클로우즈드 루프 제어를 행하는 제품 등이 있다. 이 목적에 따른 제어 형태는 제어부에 의해서 실현된다. 또, 전력 변환 장치는 수 와트의 소용량에서부터 수천 킬로와트의 대용량까지 용량마다 준비된다. 이 필요한 용량은 주회로부에 의해서 실현된다.
이 경우, 이 실시 형태에서는 임의의 제어 형태를 갖는 제어부와 임의의 용량을 갖는 주회로부와의 조합이 간단하게 실현될 수 있다. 따라서, 제어부의 변경에 기능 변경도 간단하게 행하게 된다.
도 3은 도 1에 나타내는 전력 변환 장치에 있어서 목적에 따라 제어부를 교환하는 경우의 개요를 설명하는 도면이다. 도 3에 있어서, 예를 들면 도 2(a)에 나타낸 접속 형태를 이용한다고 하면, 임의 용량의 주회로부(41)에 대하여 간단한 오픈 루프 제어를 행하는 제어부(43)가 설치되어 있었으나, 고정밀도의 클로우즈드 루프 제어를 행하는 제어부(42)로 변경하여 기능 변경을 행할 필요가 생겼을 경우에, 주회로부(41)에 기억부를 가지므로, 고정밀도의 클로우즈드 루프로 제어를 행하는 제어부(42)와 간단한 오픈 루프 제어를 행하는 제어부(43)를 간단히 교환하는 것만으로 좋으며, 주회로부(41)의 특성, 교정치, 제조 이력, 사용 이력, 수명 정보 등의 정보를 일단 별도의 기억 장치에 업로드하고, 그것을 변경한 제어부(42)에 다운로드하는 것이 불필요하게 되어서 간단하게 기능 변경을 행할 수 있다.
따라서, 이 실시 형태에 의하면, 간단한 오픈 루프 제어를 행하는 제어부나 고정밀도의 클로우즈 루프 제어를 행하는 제어부 등 목적에 따른 제어 형태의 제어부를, 수 와트의 소용량에서부터 수천 킬로와트의 대용량까지의 각 용량을 갖는 주회로부에 조합하여 각각을 하나의 전력 변환 장치로 하고, 각각을 생산하고 보관하여 출하할 필요가 없어진다.
또, 목적에 따른 제어 형태의 제어부에 주회로부를 조합하는 경우도 조합에 의한 주회로부의 특성, 교정치, 제조 이력, 사용 이력, 수명 정보 등을 기억시킬 필요가 없기 때문에, 임의의 주회로부에 조합하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 전력 변환 장치의 보관 재고량을 종래의 반이하로 줄일 수 있다.
이러한 특징은 사용자의 입장에서 보면, 그레이드 업이 용이하게 되는 것을 의미하므로, 이 실시 형태에 의하면 사용하기가 뛰어난 전력 변환 장치를 제공할 수 있다.
실시 형태 2.
도 4는 본 발명의 실시 형태 2인 전력 변환 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 또한, 도 4에서는 도 1(실시 형태 1)에 나타낸 구성 요소와 동일 내지는 동등한 구성 요소에는 동일한 부호가 첨부되어 있다. 여기서는 이 실시 형태 2에 관한 부분을 중심으로 설명한다.
즉, 도 4에 나타내는 바와 같이 이 실시 형태 2에 의한 전력 변환 장치(51)에서는 도 1(실시 형태 1)에 나타낸 구성에 있어서, 통신부(10)를 생략하고, 주회로부(2)의 각 부의 신호가 1 대 1 대응으로 제어부(3)에 직접 접속되게 되어 있다. 이 구성에 의해서, 실시 형태 1과 동일한 작용ㆍ효과가 얻어진다.
실시 형태 3.
도 5는 본 발명의 실시 형태 3인 전력 변환 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 또한, 도 5에서는 도 1(실시 형태 1)에 나타낸 구성 요소와 동일 내지는 동등한 구성 요소에는 동일한 부호가 첨부되어 있다. 여기서는 이 실시 형태 3에 관한 부분을 중심으로 설명한다.
즉, 도 5에 나타내는 바와 같이 이 실시 형태 3에서는 도 1(실시 형태 1)에 나타낸 전력 변환 장치(1)에 있어서, 평활부(62)의 입력단에 컨버터부(61)와 병렬로 직류 전원(55)이 설치되어 있다. 이 직류 전원(55)은 백업(backup)용의 전원이지만, 동일하게 직류 전원이 공급 가능한 전원도 접속할 수 있다. 이에 따라서, 무정전화(無停電化)를 도모한 전력 변환 장치에 있어서 실시 형태 1과 동일한 작용ㆍ효과가 얻어진다.
또한, 실시 형태 3에서는 실시 형태 1의 적용예를 나타내지만, 실시 형태 2에 나타낸 전력 변환 장치에 도면과 동일하게 적용할 수 있는 것은 물론이다. 또, 이 실시 형태 3으로부터 추측할 수 있도록, 컨버터부(61)를 생략하고, 직류 전원(55)만을 이용한 전력 변환 장치도 구성할 수 있으며, 본 발명에 포함되는 것은 물론이다.
산업상 이용 가능성
본 발명은 주회로부와 제어부의 조합 작업 및 기능 변경 작업의 용이화가 도모되므로, 적은 재고량으로 사용자의 다양한 요구에 반응할 수 있는 전력 변환 장치로서 적합하고, 또 사용자가 용이하게 그레이드 업을 도모할 수 있는 전력 변환 장치로서 적합하다.