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1. WO2005034326 - 電力変換装置

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[ JA ]
電力変換装置

技術分野

この発明は、電力変換装置に関するものである。

背景技術 明

交流負荷を任意の周波数で駆動する 1糸電田力変換装置は、一般に、直流電圧(交 流電圧から生成した直流電圧を含む)をスイッチングして任意周波数の交流電圧 を出力するスィツチング部を備える主回路部と、予め設定された負荷の運転に関 わる情報および前記主回路部が備える各種検出器からの情報に基づき前記スィッ チング部を構成するスィツチング素子を所望のオン ·オフ動作状態に制御する制 御部とで構成されている。

この電力変換装置には、ユーザが目的に応じた制御態様で利用できるように、 簡単なオープンループ制御を行う製品や高精度なクローズドループ制御を行う製 品などがある。そして、各製品は、それぞれ数ワットの小容量から数千キロヮッ トの大容量まで容量毎に用意され、多様なニーズに柔軟に対応できるようにして いる。なお、目的に応じた制御態様は、制御部によって実現される。また、必要 な容量は主回路部によって実現される。

ところで、電力変換装置では、所望の機能を実現する上で予め用意する初期値 として、負荷の運転に関わる情報の他に、主回路部の特性や主回路部内に存する 各種検出器の校正値、製造年月等の製造履歴、運転履歴、仕様などが必要である。 ここでは、主回路部の特性、校正値、製造履歴、運転履歴および仕様を主回路部 に関する管理情報と称することとする。

従来の電力変換装置では、制御部が負荷の運転に関わる情報などを格納する記 憶部を備えることから、主回路部に関する管理情報も制御部内の記憶部に格納す

るようにしていた。

そのため、従来では、主回路部と制御部とを切り離して保管し、出荷時に主回 路部と制御部とを組み合せる場合には、主回路部に関する管理情報を制御部に記 憶させる必要があり、また組み合せ後に主回路部と制御部を分離して再度主回路 部と制御部とを組み合せる場合にも主回路部に関する管理情報を制御部に記憶さ せる必要があつたので、組み合わせ作業が面倒であつた。

また、簡単なオープンループ制御を行う製品と高精度なクローズドループ制御 を行う製品との間の機能変更を制御部の変更によって実現する場合、主回路部に 関する管理情報を一旦別の記憶装置にアップロードし、それを変更した制御部に ダウンロードする必要があり、機能変更作業が面倒であった。

そして、通常、納期を短縮するために、予め製品を製造し保管するが、従来で は、主回路部と制御部とは、 1対 1の対応関係で製造する必要があつたので、電 力変換装置を容量毎にかつ制御態様毎に製造し、保管する必要があり、在庫量の 増大を引き起こしていた。

この問題を解決するために、主回路部に、主回路部に関する管理情報を記憶さ せる記憶部を設けることが考えられる。この点に関し、例えば、特許文献 1では、 カメラヘッドとそれを制御する力メラコント口一ルュニットとが分離可能に接続 され、カメラへッドに当該カメラへッドに関する各種データを記憶する記憶装置 を設け、コント口一ルュニットがカメラへッドの使用状況を記憶装置に記憶する ようにしたへッド分離型カメラが開示されている。

また、例えば、特許文献 2では、ロボット本体に機種データ設定手段を設け、 コントロール部がその機種データとの整合性に基づいて制御開始を決定するよう にした産業用ロボットが開示されている。

し力し、特許文献 1, 2において記憶部を設ける意義とこの発明において主回 路部に記憶部を設ける意義とは相違し、また記憶させる情報の性格も異なるもの である。

なお、上記した特許文献 1 , 2は、以下の通りである。

特許文献 1 :特開 2 0 0 2 - 3 5 4 3 0 0号公報

特許文献 2 :特開平 6— 1 9 0 7 6 2号公報

この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、主回路部と制御部の組み合わ せ作業および機能変更作業の容易化が図れ、また在庫量の増大を抑制することが できる電力変換装置を得ることを目的とする。

発明の開示

この発明では、交流電圧から生成した直流電圧を含む直流電圧をスィツチング して任意の周波数および電圧の交流電圧を出力するスイッチング部を備える主回 路部と、予め設定された負荷の運転に関わる情報およぴ前記主回路部が備える各 種検出器からの情報に基づき前記スィツチング部を構成するスィツチング素子を 所望のオン ·オフ動作状態に制御する制御部とを備える電力変換装置において、 前記主回路部は、少なくとも、当該主回路部に関わる特性、各種検出器に対する 校正値、製造履歴、運転履歴および仕様を記憶させる記憶部を備えることを特徴 とする。

この発明によれば、主回路部と制御部を切離して保管し、出荷時に主回路部と 制御部とを組み合せる場合に、また、組み合せ後に主回路部と制御部とを分離し、 再度主回路部と制御部とを組み合せる場合に、主回路部に関わる特性、校正値、 製造機歴、運転履歴おょぴ仕様を制御部に記憶させる必要がなく、簡単に組み合 わせることができる。さらに、制御部の変更による機能変更の場合に、主回路部 に関わる特性、校正値、製造機歴、運転履歴および仕様を一旦別の記憶装置にァ ップロードし、それを変更した制御部にダウンロードすることが不要となるので、 簡単に機能変更が行える。そして、一つの主回路部に対し制御態様が異なる制御 部を交換装着することができるので、当該電力変換装置の保管在庫量を大幅に減 らすことができる。

図面の簡単な説明

第 1図はこの発明の実施の形態 1である電力変換装置の構成を示すブロック であり、第 2図は第 1図に示す電力変換装置における主回路部と制御部との接続 関係を説明する概念図であり、第 3図は第 1図に示す電力変換装置において目的 に応じて制御部を交換する場合の概要を説明する図であり、第 4図はこの発明の 実施の形態 2である電力変換装置の構成を示すブロック図であり、第 5図はこの 発明の実施の形態 3である電力変換装置の構成を示すプロック図である。

発明を実施するための最良の形態

以下に添付図面を参照して、' この発明にかかる電力変換装置の好適な実施の形 態を詳細に説明する。

実施の形態 1 .

第 1図は、この発明の実施の形態 1である電力変換装置の構成を示すプロック. 図である。第 1図に示す電力変換装置 1は、主回路部 2と制御部 3とで構成され、 商用交流電源 4から任意の周波数および電圧の交流電圧を生成し負荷 5に供給す るようになっている。

主回路部 2は、整流部 6とスィツチング部 7と電源部 8と記憶部 9と通信部 1 0とを備えている。主回路部 2と制御部 3は、別個独立の筐体に収容され、通信 部 1 0を介して必要な情報の授受を行うようになっている。

整流部 6は、商用交流電源 4の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部 6 1と、コンバータ部 6 1にて変換された直流電圧を平滑する平滑部 6 2と、平滑 部 6 2にて平滑された直流電圧を検出し通信部 1 0に出力する直流電圧検出部 6 3とを備えている。

スィツチング部 7は、平滑部 6 2にて平滑された直流電圧を複数のスィッチン グ素子によるオン ·オフ動作によってスィツチングし任意周波数の交流電圧を負 荷 5に対して出力するインバータ部 7 1と、インバータ部 7 1を構成する複数の スイッチング素子を駆動する駆動部 7 2と、インパータ部 7 1が出力する交流電 圧を検出し通信部 1 0に出力する出力電圧検出部 7 3と、インパータ部 7 1と負 荷 5との間で流れる電流を検出し通信部 1 0に出力する電流検出部 7 4と、スィ ツチング部 7の温度を検出し通信部 1 0に出力する温度検出部 7 5とを備えてい る。

電源部 8は、平滑部 6 2にて平滑された直流電圧から各種レベルの電圧を生成 し、制御部 3と記憶部 9と通信部 1 0と駆動部 7 2とに供給するようになってい る。

記憶部 9は、 E E P R OMなどの不揮発性メモリからなり、当該主回路部 2に 関わる特性と、各種検出部(直流電圧検出部 6 3、出力電圧検出部 7 3、電流検 出部 7 4、温度検出部 7 5 ) に対する校正値と、主回路部 2の製造履歴と、整流 部 6とスィツチング部 7と電源部 8のそれぞれにおける運転履歴に使用環境情報 を含めた使用履歴おょぴその使用履歴から算出される寿命情報と、仕様とが予め 記憶されている。

' すなわち、この実施の形態では、'主回路部 2に関する管理情報として、主回路 部 2を構成する各部の使用履歴と寿命情報とが追加され、より的確な運用が図れ るようになっている。

通信部 1 0は、( 1 )制御部 3からの運転信号を駆動部 7 2に出力すること、( 2 ) 直流電圧検出部 6 3と出力電圧検出部 7 3と電流検出部 7 4と温度検出部 7 5か らの検出信号を制御部 3に送信すること、( 3 )制御部 3からの要求に応じて記憶 部 9から各種検出部に対する校正値と、主回路部 2の製造履歴と、整流部 6とス ィツチング部 7と電源部 8のそれぞれにおける使用履歴および寿命情報とを読み 出して制御部 3に送信すること等を行う。

通信部 1 0と制御部 3との間の通信形態は、パラレル通信でもよく、同期方式 または非同期方式のシリアル通信でもよレ、。パラレル通信では高速ィ匕が図れる。 また、シリアル通信では信号線を用いる場合はその本数を減らすことができる。 さらに、信号線を用いない接続方式(光通信や無線通信など)も当然採用可能で ある。なお、記憶部 9への設定も通信部 1 0を用いて行えるようにすることがで きる。これらの機能を備える通信部 1 0は、専用の半導体集積回路である A S I Cや C P uを備える処理回路などで構成することができる。

制御部 3が備える記憶部は、 E E P R OMなどの不揮発性メモリからなり、負 荷 5の運転モードなど負荷 5の運転に関する設定や表示に関する設定などの設定 情報が予め格納されている。制御部 3は、運転開始時等において通信部 1 0に要 求して取り寄せた記憶部 9の内容と、制御部 3内の記憶部に記憶された設定情報 と、通信部 1 0から送られてくれる主回路部 2の各種検出部の検出信号とから主 回路部 2の制御を決定し、主回路部 2に運転信号を送信する。

制御部 3には、簡単なオープンループ制御を行うタイプと、負荷 5の運転状態 をフィードバックし高精度のクローズドループ制御を行うタイプとがある。使用 目的に応じて選択される。以下、第 2図と第 3図を参照して、主回路部と制御部 との関係を説明する。

第 2図は、第 1図に示す電力変換装置における主回路部と制御部との接続関係 を説明する概念図である。第 2 ( a ) では、ハーネスおよびコネクタを用いた接 続例が示されている。すなわち、主回路部 2 1には、信号線であるハーネス 2 2 の先端にコネクタ 2 3を取り付けた接続部を用意する。また、制御部 2 5には、 その一側壁面にコネクタ 2 6を配置する。制御部 2 5は、コネクタ 2 6の配置面 に対向する他壁側面を主回路部 2 1の一側壁面にネジ締結などで固定する形で主 回路部 2 1と一体化される。コネクタ 2 3, 2 6を接続することで、両者間の電 気的接続が行われる。

第 2図(b ) では、コネクタのみによる接続例が示されている。すなわち、主 回路部 3 1の一側壁面にコネクタ 3 2を配置する。また、制御部 3 4の一側壁面 にコネクタ 3 5を配置する。制御部 3 4は、コネクタ 3 5の配置面を主回路部 3 1のコネクタ 3 2配置面にネジ締結等で固定する形で一体ィ匕される。すると、同 時にコネクタ 3 2, 3 5が接続するようになっているので、両者間の電気的接続 が行われる。

第 2図では、コネクタを用いた接続方法を示したが、コネクタを用いずに半田 付けする方法でもよい。また、上記した光通信や無線通信を用いた接続方法でも よい。

以上の電気的接続(主回路部と制御部との組み合わせ)では、主回路部の特性、 校正値、製造履歴、使用履歴、寿命情報等を制御部に記憶させる必要がないので、 組み合わせ作業が非常に簡素化される。そして、主回路部と制御部とを切り離し た状態で保管し、出荷し、ユーザ側にて組み合わせて設置することが可能となる。 また、電力変換装置には、ユーザが目的に応じた制御態様で利用できるように、 簡単なオープンループ制御を行う製品や高精度なクローズドループ制御を行う製 品などがある。この目的に応じた制御態様は、制御部によって実現される。また、 電力変換装置は、数ヮットの小容量から数千キロヮットの大容量まで容量毎に用 意される。この必要な容量は、主回路部によって実現される。

この場合、この実施の形態では、任意の制御態様を持つ制御部と任意の容量を 持つ主回路部との組み合わせが簡単に実現できる。したがって、制御部の変更に よる機能変更も簡単に行えるようになる。

第 3図は、第 1図に示す電力変換装置において目的に応じて制御部を交換する 場合の概要を説明する図である。第 3図において、例えば第 2図(a ) に示した 接続形態を用いるとすれば、ある容量の主回路部 4 1に対し、簡単なオープンル ープ制御を行う制御部 4 3が実装されていたが、高精度なクローズドループ制御 を行う制御部 4 2に変更して機能変更を行う必要が生じた場合に、主回路部 4 1 に記憶部を持つので、高精度なク口ーズドル一プ制御を行う制御部 4 2と簡単な オープンループ制御を行う制御部 4 3とを単に交換するだけでよく、主回路部 4 1の特性、校正値、製造履歴、使用履歴、寿命情報等の情報を一旦別の記憶装置 にアップロードし、それを変更した制御部 4 2にダウンロードすることが不要と なり、簡単に機能変更を行うことができる。 ·

したがって、この実施の形態によれば、簡単なオープンループ制御を行う制御 部や高精度のク口ーズループ制御を行う製御部など目的に応じた制御態様の製御 部を、数ヮットの小容量から数千キロヮットの大容量までの各容量を持つ主回路 部に組み合わせてそれぞれを一つの電力変換装置とし、それぞれを生産し、保管 し、出荷する必要がなくなる。

また、目的に応じた制御態様の制御部に主回路部を組み合わせる場合も組み合 せによる主回路部の特性、校正値、製造履歴、使用履歴、寿命情報等を記憶させ る必要がないので、任意の主回路部に組み合せることが可能となる。その結果、 電力変換装置の保管在庫量を従来の半分以下に減らすことができる。

これらの特徴は、ユーザの立場からすれば、グレードアップが容易になること を意味するので、この実施の形態によれば、使い勝手の優れた電力変換装置を提 供することができる。

実施の形態 2 .

第 4図は、この発明の実施の形態 2である電力変換装置の構成を示すプロック 図である。なお、第 4図では、第 1図(実施の形態 1 ) に示した構成要素と同一 ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実 施の形態 2に関わる部分を中心に説明する。

すなわち、第 4図に示すように、この実施の形態 2による電力変換装置 5 1で は、第 1図,(実施の形態 1 ) に示した構成において、通信部 1 0を省略され、主 回路部 2の各部の信号が 1対 1対応で制御部 3に直接接続されるようになってい る。この構成によっても、.実施の形態 1と同様の作用 '効果が得られる。

実施の形態 3 .

第 5図は、この発明の実施の形態 3である電力変換装置の構成を示すプロック 図である。なお、第 5図では、第 1図(実施の形態 1 ) に示した構成要素と同一 ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実 施の形態 3に関わる部分を中心に説明する。

すなわち、第 5図に示すように、この実施の形態 3では、第 1図(実施の形態 1 ) に示した電力変換装置 1において、平滑部 6 2の入力端に、コンバータ部 6 1と並列に直流電源 5 5が設けられている。この直流電源 5 5は、バックアップ 用の電源であるが、同様に直流電源が供給可能な電源も接続可能である。これに よって、無停電ィ匕を図った電力変換装置において実施の形態 1と同様の作用 ·効 果が得られる。

なお、実施の形態 3では、実施の形態 1への適用例を示すが、実施の形態 2に て示した電力変換装置にも同様に適用できることは言うまでもない。また、この 実施の形態 3から推測できるように、コンバータ部 6 1を省略し、直流電源 5 5 のみを用いた電力変換装置も構成でき、この発明に含まれることは言うまでもな レ、。

産業上の利用可能性

この発明は、主回路部と制御部の組み合わせ作業および機能変更作業の容易化 が図れるので、少ない在庫量でユーザの多様なニーズの応え得る電力変換装置と して好適であり、また、ユーザが容易にグレードアップを図ることができる電力 変換装置として好適である。