コンベヤ駆動装置
【課題】部品点数を削減して納期の短縮化とコストダウンを図り得ると共に、効率を高めて省エネルギ化とコンパクト化を図ることができ、更に外観向上をも図り得るコンベヤ駆動装置を提供する。
【解決手段】コンベヤ１の駆動軸２をダイレクトドライブ方式で回転駆動する永久磁石同期モータ３を備え、該永久磁石同期モータ３の各相の巻線に発生する誘起電圧に対して進み位相となるよう通電を行うことにより、該永久磁石同期モータ３が所定の回転数範囲内でトルク一定となるよう構成する。
【解決手段】コンベヤ１の駆動軸２をダイレクトドライブ方式で回転駆動する永久磁石同期モータ３を備え、該永久磁石同期モータ３の各相の巻線に発生する誘起電圧に対して進み位相となるよう通電を行うことにより、該永久磁石同期モータ３が所定の回転数範囲内でトルク一定となるよう構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンベヤ駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、空港、郵便局、配送センター、トラックターミナル等の物流施設では荷物を運搬するためのベルトコンベヤやローラコンベヤ等のコンベヤが設置されている。これらの物流施設では、一つ一つの搬送物（ワーク）については、人が運べる重さ及び容積程度のものを運搬する。
【０００３】
従来、コンベヤを駆動するためのモータとしては、構造や取扱いの簡便さ、安価なこと及び民生用として多種多容量の品揃えがあることから、インダクションモータ（誘導電動機）が汎用的に使用される。通常、前記物流施設におけるコンベヤを駆動するためのインダクションモータの容量としては、０．２［ｋｗ］、０．４［ｋｗ］、０．７５［ｋｗ］、１．５［ｋｗ］、２．２［ｋｗ］、３．０［ｋｗ］、３．７［ｋｗ］である七種類のモータが、その必要搬送トルクにより選定されるよう用意され、コンベヤの能力に応じて所望の容量のモータが選定されるようになっている。
【０００４】
前記コンベヤを駆動する駆動源であるモータは、搬送するワークの速さ、必要な力に合わせて出力、つまりモータ容量を選定するが、一般に搬送するワークの速度に対して、電動機の回転速度は速く、回転力（トルク）は小さいものである。駆動源の出力Ｐ［Ｗ］は次式で表される。
[数１]
Ｐ＝（Ｔ・Ｎ）／９７．３
但し、Ｐ：出力［Ｗ］
Ｔ：トルク［ｋｇｆ・ｃｍ］
９７．３：定数
Ｎ：回転数［ｒｐｍ］
【０００５】
そして、前記コンベヤの駆動軸に対し減速機を介して前記選定されたモータが接続されるようになっている。前記［数１］において出力一定とした場合、回転数Ｎを減らすと、トルクＴを増加させることができ、つまり減速機は、速度を減速しながらトルクを増幅するのである。これにより、搬送するワークの速度や搬送必要力に対して、出力一定においては使いやすいインダクションモータを適用させることができる。
【０００６】
尚、前述の如きコンベヤを駆動するモータと関連する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１、２がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０６−２８０９４６号公報
【特許文献２】特開２００５−２６３３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前述の如き従来のインダクションモータを適用したコンベヤ駆動装置においては、各種施設における様々なワークの搬送に適応させる、搬送するワークの速度や搬送必要力をカバーするため、モータ出力とその回転数に応じて、必要トルクと回転数から網羅していくと、前記容量の異なるモータ毎にそれぞれ減速比の異なる八種類前後の減速機を必要としていた。
【０００９】
インダクションモータの場合、前述のように搬送するワークの速度に対して、電動機の回転速度は速く、回転力（トルク）は小さいものであり、たとえインバータにより電源周波数を変化させて周波数を小さくすることで電動機回転速度を遅くできても、トルクも小さくなってしまう。又、電動機の極数を増やすと回転速度は小さくできるが、スペースも小さくなって各極でのコイル巻きに制限ができ基本的にトルクも小さくなるし、トルクを変えないままで極数可変とするのは無理である。このように搬送力の確保ができないため、どうしてもトルクを増幅できる減速機を必要とするからである。
【００１０】
このため、前記コンベヤの駆動部における構成部品も相当数の種類が必要となり、部品点数が増えて納期が長引くと共に、コストアップにもつながるという欠点を有していた。
【００１１】
又、前記モータからコンベヤの駆動軸に至る回転力伝達経路中に減速機が設けられているため、効率が低下すると共に、装置全体をコンパクト化することが難しく、外観も悪くなるという不具合があった。
【００１２】
本発明は、斯かる実情に鑑み、インバータ装置によって通電制御する永久磁石モータについてその制御を工夫することでコンベヤ駆動装置に利用し、搬送するワークの速度に対して、電動機の回転速度をマッチングさせ、且つ、必要回転力（トルク）の確保可能なダイレクトドライブ駆動装置として適用することで、少品種のモータに限定でき、部品点数を削減して納期の短縮化とコストダウンを図り得ると共に、効率を高めて省エネルギ化とコンパクト化を図ることができ、更に外観向上をも図り得るコンベヤ駆動装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、コンベヤの駆動軸をダイレクトドライブ方式で回転駆動する、三相電源がインバータ装置から供給され、回転軸に固定された永久磁石回転子とその周囲外側に位置するステータとからなるインナーロータ型の永久磁石同期モータを備えたコンベヤ駆動装置であって、
前記インバータ装置は、
前記永久磁石同期モータの回転数が１［ｒｐｍ］から所定の第一回転数までの範囲は、前記ステータ各相の巻線に発生する誘起電圧に対して同位相の電流となるよう通電を行う第一運転範囲と、
前記永久磁石同期モータの回転数が所定の第一回転数から所定の第二回転数までの範囲は、前記ステータ各相の巻線に発生する誘起電圧に対して進み位相の電流となるよう通電を行う第二運転範囲とを切り替えることにより、
前記永久磁石同期モータが１［ｒｐｍ］から所定の第二回転数の範囲内で略トルク一定となるよう構成したことを特徴とするコンベヤ駆動装置にかかるものである。
【００１４】
前記コンベヤ駆動装置において、前記インバータ装置は、
前記ステータの巻線に誘起電圧を発生させる電流を通電する通電手段に配設された電流センサと、
該電流センサにより検出された電流信号を変換して、磁界と平行なｄ軸電流とこれに直交するｑ軸電流とに分離する電流変換手段と、
該電流変換手段から出力される前記ｄ軸電流に関連した電流指令Ｉｄｒに応じたｄ軸電圧、及び前記電流変換手段から出力される前記ｑ軸電圧に関連した電流指令Ｉｑｒに応じたｑ軸電圧、にそれぞれ変換する電流制御手段と、
前記電流制御手段から出力されるｄ軸電圧及びｑ軸電圧を２相／３相変換して３相電圧信号を形成し、前記通電手段を介して各ステータ巻線に供給する直流電流のスイッチングを制御するＰＷＭ回路へ与える電圧変換手段とを有し、
前記第一運転範囲では、前記電流制御手段は、電流指令Ｉｑｒを必要回転数に応じて正方向に増加して出力し、且つ電流指令Ｉｄｒはゼロ出力のままとし、
前記第二運転範囲では、前記電流制御手段は、電流指令Ｉｑｒに応じたｑ軸電圧が所定値になった時点から、電流指令Ｉｄｒを負方向に推移させることで、前記ステータ各相の巻線に発生する誘起電圧に対して進み位相の電流となるようにすることができる。
【００１５】
前記コンベヤ駆動装置においては、磁界と平行なｄ軸電流とこれに直交するｑ軸電流とに分離する前記電流変換手段から出力されるｄ軸電流とｑ軸電流と、更に前記ｄ軸電圧とを入力する位置推定手段が、前記ｄ軸電流と前記ｑ軸電流と前記ｄ軸電圧から、ｄ軸方向の誘起電圧を演算し、更に、角周波数と回転位置とを決定する機能を備えることで、
前記永久磁石回転子の磁極位置を推定監視するインバータ装置を有するようにすることが好ましい。
【００１６】
前記コンベヤ駆動装置においては、前記永久磁石回転子に固定された回転軸が中空のホローシャフトになっているようにすることができる。
【００１７】
前記コンベヤ駆動装置において、前記永久磁石同期モータの前記所定の第一回転数は、１００［ｒｐｍ］から３００［ｒｐｍ］のいずれかの数値をとり、
前記永久磁石同期モータの前記所定の第二回転数は、３００［ｒｍｐ］から８００［ｒｐｍ］のいずれかの数値をとるようにすることもできる。
【００１８】
前記コンベヤ駆動装置においては、単位長さ当りの搬送物重量の上限が５０［ｋｇ／ｍ］、
コンベヤ速度の上限が２００［ｍ／ｍｉｎ］、
コンベヤ機長の上限が１０［ｍ］である一般物流用のコンベヤに適用することが有効となる。
【００１９】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００２０】
前述の如く、コンベヤの駆動軸をダイレクトドライブ方式で回転駆動する、三相電源がインバータ装置から供給され、回転軸に固定された永久磁石回転子とその周囲外側に位置するステータとからなるインナーロータ型の永久磁石同期モータを備え、前記インバータ装置は、
前記永久磁石同期モータの回転数が１［ｒｐｍ］から所定の第一回転数までの範囲は、前記ステータ各相の巻線に発生する誘起電圧に対して同位相の電流となるよう通電を行う第一運転範囲と、
前記永久磁石同期モータの回転数が所定の第一回転数から所定の第二回転数までの範囲は、前記ステータ各相の巻線に発生する誘起電圧に対して進み位相の電流となるよう通電を行う第二運転範囲とを切り替えることにより、
前記永久磁石同期モータが１［ｒｐｍ］から所定の第二回転数の範囲内で略トルク一定となるよう構成すると、一般物流用のコンベヤであれば、該コンベヤの能力にかかわらず、一種類か二種類程度の容量の永久磁石同期モータで対応することが可能となり、減速機も不要となる。
【００２１】
この結果、従来のコンベヤ駆動装置に比べて、容量の異なるモータ毎にそれぞれ減速比の異なる複数種類の減速機を必要としなくなるため、前記コンベヤの駆動部における構成部品も最小限で済み、部品点数が増えず納期が短くなると共に、コストアップも避けられる。
【００２２】
又、前記永久磁石同期モータからコンベヤの駆動軸に至る回転力伝達経路中に減速機が設けられていないため、効率が良くなると共に、装置全体をコンパクト化することが可能となり、外観も良くなる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のコンベヤ駆動装置によれば、部品点数を削減して納期の短縮化とコストダウンを図り得ると共に、効率を高めて省エネルギ化とコンパクト化を図ることができ、更に外観向上をも図り得るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のコンベヤ駆動装置の実施例を示す概要構成図であって、ケーシングを一部切除して内部断面を示す図である。
【図２】本発明のコンベヤ駆動装置の実施例におけるインバータ装置を示すブロック図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図である。
【図４】本発明のコンベヤ駆動装置の実施例における永久磁石同期モータのトルクＴ及び回転速度Ｎを基とした各特性を示す線図である。
【図５】本発明のコンベヤ駆動装置の実施例における永久磁石同期モータの回転数−トルク特性を示す線図である。
【図６】本発明のコンベヤ駆動装置の実施例における永久磁石同期モータをコンベヤに装着した状態を示す斜視図である。
【図７】本発明のコンベヤ駆動装置の実施例における永久磁石同期モータをコンベヤに装着した状態を示す拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００２６】
図１〜図７は本発明のコンベヤ駆動装置の実施例であって、コンベヤ１の駆動軸２をダイレクトドライブ方式で回転駆動する永久磁石同期モータ３を備えたコンベヤ駆動装置である。
【００２７】
前記コンベヤ１は、例えば、ベルトコンベヤであって、その駆動軸２が頭部プーリに固定された駆動プーリ中心軸である場合でも良いし、前記コンベヤ１が、例えば、ローラコンベヤであり、並列されている駆動ローラの親に当たる駆動ローラの中心軸を駆動軸２として他の駆動ローラをタイミングベルトやチェーンを介して回転させるように連動する場合でも良いし、例えばその他の形式例として、チェーン駆動で駆動部を駆動する元のスプロケットの中心軸を駆動軸２としたコンベヤの場合等でも良い。いずれも、前記コンベヤ１の機側フレーム外側等から突出している駆動軸２を駆動する駆動源の技術である。
【００２８】
前記永久磁石同期モータ３は、コンベヤ１の機側に設置しても可動部がむき出しのため触れると巻込み事故が発生するという問題のない、インナーロータ型の永久磁石同期モータ（一部の形式は一般にブラシレスＤＣモータといわれるものも含む）である。そして、この形式の永久磁石同期モータ３では、回転子表面に磁石が配置されたＳＰＭモータ（Surface Permanent Magnet motor）、或いは回転子の中に磁石が埋め込まれたＩＰＭモータ（Interior Permanent Magnet motor）として公知のものであるが、本実施例の場合、円筒状のケーシング４の軸線方向片端面のコンベヤ機側に近い方を覆うようにトルクアーム部５ａが下部に突出する側板５が取り付けられ、前記ケーシング４の軸線方向もう片端面のコンベヤ機側から遠い方を覆うように側板６が取り付けられ、前記側板５の中心部に穿設された中心軸孔７ａから、前記永久磁石同期モータ３の内部の回転子２０の同心中心に固定されケーシング４に軸受２２を介して回動自在に支持される中空軸（ホローシャフト）２１の中央孔部７に前記コンベヤ１の駆動軸２を挿入し、図示していないキーを駆動軸２と中空軸２１それぞれの溝に打ち込んで固定することにより、該コンベヤ１の駆動軸２をダイレクトドライブ方式で回転駆動するようになっている。尚、前記側板５の下方のトルクアーム部５ａは、図３に示す如く、その張出部に穿設された係止孔８にボルト９を僅かな隙間をあけて挿入し、図７に示す如く、該ボルト９によりコンベヤ１側のフレームに固定することで、該コンベヤ１側のフレームに固定されたボルト９に対し係止孔８を介して係合されるようになっており、前記永久磁石同期モータ３が回転している際に、駆動軸２側のトルクに負けて該永久磁石同期モータ３自体が回転してしまうことを阻止し、且つ、前記永久磁石同期モータの始動時には、トルクアーム部５ａの係止孔８とボルト９との隙間により、強大な始動トルクを一旦いなしてから回転させることで、駆動軸２側や永久磁石同期モータ３側の回転部分へ無理な力がかかるのを分散するようになっている。
【００２９】
前記永久磁石同期モータ３は、モータ回転軸である中空軸２１に固定された永久磁石回転子２０と、その周囲外側に位置し各極毎に巻線２３ｕ、２３ｖ、２３ｗを施すステータ２４とからなるインナーロータ型である。永久磁石回転子２０は、ＳＰＭモータとしての回転子表面に磁石が配置されたものでも、ＩＰＭモータとしての回転子の中に磁石が埋め込まれたものでもどちらでも適用可能である。
【００３０】
前記永久磁石同期モータ３は、図１に示す如く、交流電源１０に対し、インバータ装置１１を介して接続されており、特に回転子２０の回転位置を検知して位置信号を出力するホールＩＣ等の物理的位置検知手段は設けられていない。
【００３１】
前記インバータ装置１１は、交流を直流に変換する直流電源回路１３と、駆動用直流電流とスイッチング制御を行うマイクロコンピュータ１５への制御電流とを分流する分圧回路３６と、スイッチング素子等によりＰＷＭ（パルス幅変調）制御して通電するために備わり下流のケーブルを含んで通電手段を形成するインバータ主回路１４と、駆動回路３９を介してインバータ主回路１４にＰＷＭ制御信号を送るマイクロコンピュータ１５とを備え、該マイクロコンピュータ１５において、モータ起動時のロータ位置を検知する位置信号として、通電手段に配設された電流センサで計測される電流値によって、前記回転子２０のステータ２４との位置関係を推定し、且つ、各ステータ２４の各相と回転子２０の永久磁石が形成する磁界による誘導電流の相との、位相の同期や進角も制御して通電波形データを読み出すことにより通電信号を形成するようになっており、該マイクロコンピュータ１５からの通電信号に基づいて前記インバータ主回路１４から永久磁石同期モータ３に通電するようになっている。
【００３２】
前記永久磁石同期モータ３の中心軸２１の回転数が１［ｒｐｍ］から所定の第一回転数（例えば、１００［ｒｐｍ］から３００［ｒｐｍ］のいずれかの数値）までの範囲は、前記ステータ２４各相の巻線２３ｕ、２３ｖ、２３ｗに発生する誘起電圧に対して同位相の電流となるよう通電を行って低速高トルクのモータ運転を実現し、永久磁石同期モータ３の中心軸２１の回転数が所定の第一回転数から所定の第二回転数（例えば、３００［ｒｍｐ］から８００［ｒｐｍ］のいずれかの数値）までの範囲は、前記ステータ２４各相の巻線２３ｕ、２３ｖ、２３ｗに発生する誘起電圧に対して進み位相の電流となるよう通電を行うことにより、高速低トルクのモータ運転を実現し、通して略一定のトルク運転ができるモータを提供している。
【００３３】
前記永久磁石同期モータ３を備えたコンベヤ駆動装置の電気的構成について、図２を参照して説明する。この図２において、交流電源１０の両端子は、一方にリアクトル３０を介して全波整流回路３１の入力端子に接続されている。全波整流回路３１の出力端子間には、平滑コンデンサ３２ａ、３２ｂが接続されており、この平滑コンデンサ３２ａ、３２ｂと全波整流回路３１とから直流電源回路１３が構成されている。
【００３４】
この直流電源回路１３の出力端子から導出された直流母線３３ａ、３３ｂ間には、定電圧回路３５と分圧回路３６とインバータ主回路１４が接続されている。インバータ主回路１４は、３相ブリッジ接続された例えばＩＧＢＴからなるスイッチング素子と、これらスイッチング素子にそれぞれ並列接続されたフリーホイールダイオードの６組の要素３７とから構成されている。
【００３５】
そして、インバータ主回路１４の出力端子３８ｕ、３８ｖ、３８ｗは、永久磁石同期モータ３の３相の巻線２３ｕ、２３ｖ、２３ｗに接続されている。又、インバータ主回路１４の各スイッチング素子の制御端子（ゲート）は、例えばフォトカプラからなる駆動回路３９に接続されている。この駆動回路３９はＰＷＭ回路４０からの信号により制御されて上記各スイッチング素子をオンオフ制御するようになっている。
【００３６】
これらインバータ主回路１４、駆動回路３９及び電源供給の出力端子３８ｕ、３８ｖ、３８ｗまでのケーブルから通電手段４１が構成されている。
【００３７】
前記ＰＷＭ回路４０は、内部に所定周波数の三角波形信号を発生する手段を備えており、次に述べるマイクロコンピュータ１５から与えられる通電信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗと前記三角波形とを比較し、その比較結果を駆動信号Ｖｕｐ、Ｖｕｎ、Ｖｖｐ、Ｖｖｎ、Ｖｗｐ、Ｖｗｎとして駆動回路３９に出力するように構成されている。
【００３８】
マイクロコンピュータ１５は、通電信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗとして例えば３相正弦波信号（８ビットの出力波形データ）Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗを形成し、これら通電信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗを内蔵するＰＷＭ回路４０に与えるように構成されている。
【００３９】
そして、上述の通電手段４１と、マイクロコンピュータ１５と、直流電源回路１３とから、永久磁石同期モータ３を通電制御するインバータ装置１１が構成されている。
【００４０】
図１、図２において、通電手段４１の出力線には、電流センサ１６ａ、１６ｂが配設されており、これら電流センサ１６ａ、１６ｂにより検出された電流信号Ｉｕ，Ｉｗは電流変換手段４２へ与えられる。この電流変換手段４２は、電流信号Ｉｕ，Ｉｗを３相／２相変換を行って、磁界と平行な電流Ｉｄとこれに直交する電流Ｉｑとに分離し、これら電流Ｉｄ、Ｉｑを位置推定手段４３と電流制御手段４４へ与える。
【００４１】
前記電流制御手段４４は、通電制御手段４５から出力される電流指令Ｉｄｒ，Ｉｑｒと前記電流Ｉｄ，Ｉｑを受けて、電流Ｉｄ，Ｉｑと電流指令Ｉｄｒ，Ｉｑｒがそれぞれ一致するように電圧Ｖｄ，Ｖｑを決定し、これら電圧Ｖｄ，Ｖｑを電圧変換手段４６へ出力するように構成されている。そして、電圧変換手段４６は、電圧Ｖｄ，Ｖｑを２相／３相変換して３相電圧信号Ｄｕ，Ｄｖ，Ｄｗを形成し、これらをＰＷＭ回路４０へ与えるようになっている。
【００４２】
又、位置センサを省略して永久磁石同期モータ３を駆動するように構成しており、そのために、位置推定手段４３を備えている。この位置推定手段４３は、電流Ｉｄ，Ｉｑと電圧Ｖｄを入力して、これらに基づいて次の数式によりｄ軸方向の誘起電圧Ｅｄを計算する機能を有している。
[数２]
Ｅｄ＝Ｖｄ−ＲＩｄ＋ωＬＩｑ
但し、Ｒ：巻線抵抗
Ｌ：インダクタンス
ω：角周波数
【００４３】
更に、位置推定手段４３は、次の数式によって角周波数ωと回転位置Θを決定する機能を有しており、角周波数ωを通電制御手段４５へ与え、回転位置Θを電流変換手段４２と電圧変換手段４６とに与えるように構成されている。
[数３]
ω＝ω−ＫＥｄ
Θ＝∫ωｄｔ
但し、Ｋ：ゲイン定数
【００４４】
次に、上記構成の作用、特にステータ２４各相の巻線２３ｕ、２３ｖ、２３ｗに発生する誘起電圧に対して同位相の電流となるよう通電を行う第一運転範囲の永久磁石同期モータ３の通電制御の動作について図４を参照して説明する。第一運転範囲の運転において、モータ３を始動する場合、マイクロコンピュータ１５の通電制御手段４５は、電流指令Ｉｑｒをゼロから徐々に増加させる。そして、電流変換手段４２、電流制御手段４４、電圧変換手段４６の作用により、電流Ｉｑが電流指令Ｉｑｒに一致するように、３相電圧信号Ｖｕ，Ｖｖ、Ｖｗが形成され、ＰＷＭ回路４０へ出力される。これにより、通電手段４１によってモータ３が通電され、モータ３が始動し、所定の第一回転数を下回る設定回転数になるまで加速されてその後一定運転する。このとき、電流指令Ｉｄｒは、ゼロに設定されている。これが図４における区間Ａである。
【００４５】
ここで、通電制御手段４５は、電流指令Ｉｄｒを次のようにして決定するように構成されている。即ち、電圧振幅演算回路４７からの電圧信号Ｖａと分圧回路３６からの直流電圧信号ＤＣＶを比較して、
Ｖａ≧ＤＣＶのとき、電流指令Ｉｄｒ＝Ｉｄｒ−ｘ
Ｖａ＜ＤＣＶのとき、電流指令Ｉｄｒ＝Ｉｄｒ＋ｘ
としている。但し、電流指令Ｉｄｒ≦０である。
【００４６】
又、電圧振幅演算回路４７は、電流制御手段４２からの電圧Ｖｄ，Ｖｑに基づいて出力電圧の線間振幅電圧Ｖａを演算する機能を有しており、この線間振幅電圧Ｖａを通電制御手段４５へ与える。そして、通電制御手段４５は、上記線間振幅電圧Ｖａ、分圧回路３６からの直流電圧信号ＤＣＶ、位置推定手段４３からの角周波数（回転数情報）ω等の信号が与えられるように構成されている。
【００４７】
続いて、前記ステータ２４各相の巻線２３ｕ、２３ｖ、２３ｗに発生する誘起電圧に対して進み位相の電流となるよう通電を行う第二運転範囲の永久磁石同期モータ３の通電制御の動作について図４を参照して説明する。
【００４８】
第一回転数を超えて、モータ３の回転速度をさらに増加させる場合、電圧信号Ｖａと直流電圧信号ＤＣＶとが略一致した時点（これが第一回転数）を超えると、電流指令Ｉｄｒを負方向に推移させ始める。図４の区間Ｂに示すように、設定回転速度（例えば、８００［ｒｐｍ］）に達するまでの間、電流指令Ｉｄｒを負方向に推移させる。この場合、電流が誘起電圧に対して進み位相状態、即ち、弱め界磁状態となっている。
【００４９】
上記のように、本実施例の場合、永久磁石同期モータの回転数が１［ｒｐｍ］から所定の第一回転数までの範囲は、前記ステータ２４各相の巻線２３ｕ、２３ｖ、２３ｗに発生する誘起電圧に対して同位相の電流となるよう通電を行う第一運転範囲と、前記永久磁石同期モータの回転数が所定の第一回転数から所定の第二回転数までの範囲は、前記ステータ２４各相の巻線２３ｕ、２３ｖ、２３ｗに発生する誘起電圧に対して進み位相の電流となるよう通電を行う第二運転範囲とを切り替えることにより、該永久磁石同期モータ３が所定の回転数範囲内でトルク一定となるよう構成した点を特徴としている。
【００５０】
このように構成した理由は、本発明者の研究の結果、単位長さ当りの搬送物重量の上限が５０［ｋｇ／ｍ］、コンベヤ速度の上限が２００［ｍ／ｍｉｎ］、コンベヤ機長の上限が１０［ｍ］である一般物流用のコンベヤの場合、下記の［表１］に示されるように、所定の回転数範囲内でトルク一定となるモータであれば、従来のように、複数種類の容量のモータを用意する必要がなくなることが判明したためである。
【表１】
【００５１】
即ち、前記永久磁石同期モータ３の各相の巻線２３ｕ、２３ｖ、２３ｗに発生する誘起電圧に対して進み位相となるよう通電を行えば、図５に示す如く、該永久磁石同期モータ３が所定の回転数範囲内でトルク一定となるよう構成することが可能となる。
【００５２】
次に、上記実施例の作用を説明する。
【００５３】
前述の如く、コンベヤ１の駆動軸２をダイレクトドライブ方式で回転駆動する、三相電源がインバータ装置１１から供給され、中空軸２１に固定された永久磁石回転子２０とその周囲外側に位置するステータ２４とからなるインナーロータ型の永久磁石同期モータ３を備え、前記インバータ装置１１は、前記永久磁石同期モータ３の回転数が１［ｒｐｍ］から所定の第一回転数までの範囲は、前記ステータ２４各相の巻線２３ｕ、２３ｖ、２３ｗに発生する誘起電圧に対して同位相の電流となるよう通電を行う第一運転範囲と、前記永久磁石同期モータ３の回転数が所定の第一回転数から所定の第二回転数までの範囲は、前記ステータ２４各相の巻線２３ｕ、２３ｖ、２３ｗに発生する誘起電圧に対して進み位相の電流となるよう通電を行う第二運転範囲とを切り替えることにより、前記永久磁石同期モータ３が１［ｒｐｍ］から所定の第二回転数の範囲内で略トルク一定となるよう構成すると、一般物流用のコンベヤ１であれば、該コンベヤ１の能力にかかわらず、一種類か二種類程度の容量の永久磁石同期モータ３で対応することが可能となり、減速機も不要となる。
【００５４】
この結果、従来のコンベヤ駆動装置に比べて、容量の異なるモータ毎にそれぞれ減速比の異なる複数種類の減速機を必要としなくなるため、前記コンベヤの駆動部における構成部品も最小限で済み、部品点数が増えず納期が短くなると共に、コストアップも避けられる。
【００５５】
又、前記永久磁石同期モータ３からコンベヤの駆動軸に至る回転力伝達経路中に減速機が設けられていないため、効率が良くなると共に、図６に示す如く、装置全体をコンパクト化することが可能となり、外観も良くなる。
【００５６】
因みに、インバータ入力電源を２００［Ｖ］−５０［Ｈｚ］とし、インバータ出力周波数を５０［Ｈｚ］とした電源条件のもと、０．４［ｋＷ］の永久磁石同期モータ３（本発明）と、０．４［ｋＷ］のインダクションモータ（従来）とを用いた負荷試験を行ったところ、試験結果は下記の［表２］に示されるようなものとなり、効率が約２０［％］向上することが確認された。
【表２】
【００５７】
こうして、部品点数を削減して納期の短縮化とコストダウンを図り得ると共に、効率を高めて省エネルギ化とコンパクト化を図ることができ、更に外観向上をも図り得る。
【００５８】
尚、本発明のコンベヤ駆動装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００５９】
１ コンベヤ
２ 駆動軸
３ 永久磁石同期モータ
１０ 交流電源
１１ インバータ装置
１２ ロータ位置検知手段
１３ 直流電源回路
１４ インバータ回路
１５ マイクロコンピュータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンベヤ駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、空港、郵便局、配送センター、トラックターミナル等の物流施設では荷物を運搬するためのベルトコンベヤやローラコンベヤ等のコンベヤが設置されている。これらの物流施設では、一つ一つの搬送物（ワーク）については、人が運べる重さ及び容積程度のものを運搬する。
【０００３】
従来、コンベヤを駆動するためのモータとしては、構造や取扱いの簡便さ、安価なこと及び民生用として多種多容量の品揃えがあることから、インダクションモータ（誘導電動機）が汎用的に使用される。通常、前記物流施設におけるコンベヤを駆動するためのインダクションモータの容量としては、０．２［ｋｗ］、０．４［ｋｗ］、０．７５［ｋｗ］、１．５［ｋｗ］、２．２［ｋｗ］、３．０［ｋｗ］、３．７［ｋｗ］である七種類のモータが、その必要搬送トルクにより選定されるよう用意され、コンベヤの能力に応じて所望の容量のモータが選定されるようになっている。
【０００４】
前記コンベヤを駆動する駆動源であるモータは、搬送するワークの速さ、必要な力に合わせて出力、つまりモータ容量を選定するが、一般に搬送するワークの速度に対して、電動機の回転速度は速く、回転力（トルク）は小さいものである。駆動源の出力Ｐ［Ｗ］は次式で表される。
[数１]
Ｐ＝（Ｔ・Ｎ）／９７．３
但し、Ｐ：出力［Ｗ］
Ｔ：トルク［ｋｇｆ・ｃｍ］
９７．３：定数
Ｎ：回転数［ｒｐｍ］
【０００５】
そして、前記コンベヤの駆動軸に対し減速機を介して前記選定されたモータが接続されるようになっている。前記［数１］において出力一定とした場合、回転数Ｎを減らすと、トルクＴを増加させることができ、つまり減速機は、速度を減速しながらトルクを増幅するのである。これにより、搬送するワークの速度や搬送必要力に対して、出力一定においては使いやすいインダクションモータを適用させることができる。
【０００６】
尚、前述の如きコンベヤを駆動するモータと関連する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１、２がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０６−２８０９４６号公報
【特許文献２】特開２００５−２６３３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前述の如き従来のインダクションモータを適用したコンベヤ駆動装置においては、各種施設における様々なワークの搬送に適応させる、搬送するワークの速度や搬送必要力をカバーするため、モータ出力とその回転数に応じて、必要トルクと回転数から網羅していくと、前記容量の異なるモータ毎にそれぞれ減速比の異なる八種類前後の減速機を必要としていた。
【０００９】
インダクションモータの場合、前述のように搬送するワークの速度に対して、電動機の回転速度は速く、回転力（トルク）は小さいものであり、たとえインバータにより電源周波数を変化させて周波数を小さくすることで電動機回転速度を遅くできても、トルクも小さくなってしまう。又、電動機の極数を増やすと回転速度は小さくできるが、スペースも小さくなって各極でのコイル巻きに制限ができ基本的にトルクも小さくなるし、トルクを変えないままで極数可変とするのは無理である。このように搬送力の確保ができないため、どうしてもトルクを増幅できる減速機を必要とするからである。
【００１０】
このため、前記コンベヤの駆動部における構成部品も相当数の種類が必要となり、部品点数が増えて納期が長引くと共に、コストアップにもつながるという欠点を有していた。
【００１１】
又、前記モータからコンベヤの駆動軸に至る回転力伝達経路中に減速機が設けられているため、効率が低下すると共に、装置全体をコンパクト化することが難しく、外観も悪くなるという不具合があった。
【００１２】
本発明は、斯かる実情に鑑み、インバータ装置によって通電制御する永久磁石モータについてその制御を工夫することでコンベヤ駆動装置に利用し、搬送するワークの速度に対して、電動機の回転速度をマッチングさせ、且つ、必要回転力（トルク）の確保可能なダイレクトドライブ駆動装置として適用することで、少品種のモータに限定でき、部品点数を削減して納期の短縮化とコストダウンを図り得ると共に、効率を高めて省エネルギ化とコンパクト化を図ることができ、更に外観向上をも図り得るコンベヤ駆動装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、コンベヤの駆動軸をダイレクトドライブ方式で回転駆動する、三相電源がインバータ装置から供給され、回転軸に固定された永久磁石回転子とその周囲外側に位置するステータとからなるインナーロータ型の永久磁石同期モータを備えたコンベヤ駆動装置であって、
前記インバータ装置は、
前記永久磁石同期モータの回転数が１［ｒｐｍ］から所定の第一回転数までの範囲は、前記ステータ各相の巻線に発生する誘起電圧に対して同位相の電流となるよう通電を行う第一運転範囲と、
前記永久磁石同期モータの回転数が所定の第一回転数から所定の第二回転数までの範囲は、前記ステータ各相の巻線に発生する誘起電圧に対して進み位相の電流となるよう通電を行う第二運転範囲とを切り替えることにより、
前記永久磁石同期モータが１［ｒｐｍ］から所定の第二回転数の範囲内で略トルク一定となるよう構成したことを特徴とするコンベヤ駆動装置にかかるものである。
【００１４】
前記コンベヤ駆動装置において、前記インバータ装置は、
前記ステータの巻線に誘起電圧を発生させる電流を通電する通電手段に配設された電流センサと、
該電流センサにより検出された電流信号を変換して、磁界と平行なｄ軸電流とこれに直交するｑ軸電流とに分離する電流変換手段と、
該電流変換手段から出力される前記ｄ軸電流に関連した電流指令Ｉｄｒに応じたｄ軸電圧、及び前記電流変換手段から出力される前記ｑ軸電圧に関連した電流指令Ｉｑｒに応じたｑ軸電圧、にそれぞれ変換する電流制御手段と、
前記電流制御手段から出力されるｄ軸電圧及びｑ軸電圧を２相／３相変換して３相電圧信号を形成し、前記通電手段を介して各ステータ巻線に供給する直流電流のスイッチングを制御するＰＷＭ回路へ与える電圧変換手段とを有し、
前記第一運転範囲では、前記電流制御手段は、電流指令Ｉｑｒを必要回転数に応じて正方向に増加して出力し、且つ電流指令Ｉｄｒはゼロ出力のままとし、
前記第二運転範囲では、前記電流制御手段は、電流指令Ｉｑｒに応じたｑ軸電圧が所定値になった時点から、電流指令Ｉｄｒを負方向に推移させることで、前記ステータ各相の巻線に発生する誘起電圧に対して進み位相の電流となるようにすることができる。
【００１５】
前記コンベヤ駆動装置においては、磁界と平行なｄ軸電流とこれに直交するｑ軸電流とに分離する前記電流変換手段から出力されるｄ軸電流とｑ軸電流と、更に前記ｄ軸電圧とを入力する位置推定手段が、前記ｄ軸電流と前記ｑ軸電流と前記ｄ軸電圧から、ｄ軸方向の誘起電圧を演算し、更に、角周波数と回転位置とを決定する機能を備えることで、
前記永久磁石回転子の磁極位置を推定監視するインバータ装置を有するようにすることが好ましい。
【００１６】
前記コンベヤ駆動装置においては、前記永久磁石回転子に固定された回転軸が中空のホローシャフトになっているようにすることができる。
【００１７】
前記コンベヤ駆動装置において、前記永久磁石同期モータの前記所定の第一回転数は、１００［ｒｐｍ］から３００［ｒｐｍ］のいずれかの数値をとり、
前記永久磁石同期モータの前記所定の第二回転数は、３００［ｒｍｐ］から８００［ｒｐｍ］のいずれかの数値をとるようにすることもできる。
【００１８】
前記コンベヤ駆動装置においては、単位長さ当りの搬送物重量の上限が５０［ｋｇ／ｍ］、
コンベヤ速度の上限が２００［ｍ／ｍｉｎ］、
コンベヤ機長の上限が１０［ｍ］である一般物流用のコンベヤに適用することが有効となる。
【００１９】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００２０】
前述の如く、コンベヤの駆動軸をダイレクトドライブ方式で回転駆動する、三相電源がインバータ装置から供給され、回転軸に固定された永久磁石回転子とその周囲外側に位置するステータとからなるインナーロータ型の永久磁石同期モータを備え、前記インバータ装置は、
前記永久磁石同期モータの回転数が１［ｒｐｍ］から所定の第一回転数までの範囲は、前記ステータ各相の巻線に発生する誘起電圧に対して同位相の電流となるよう通電を行う第一運転範囲と、
前記永久磁石同期モータの回転数が所定の第一回転数から所定の第二回転数までの範囲は、前記ステータ各相の巻線に発生する誘起電圧に対して進み位相の電流となるよう通電を行う第二運転範囲とを切り替えることにより、
前記永久磁石同期モータが１［ｒｐｍ］から所定の第二回転数の範囲内で略トルク一定となるよう構成すると、一般物流用のコンベヤであれば、該コンベヤの能力にかかわらず、一種類か二種類程度の容量の永久磁石同期モータで対応することが可能となり、減速機も不要となる。
【００２１】
この結果、従来のコンベヤ駆動装置に比べて、容量の異なるモータ毎にそれぞれ減速比の異なる複数種類の減速機を必要としなくなるため、前記コンベヤの駆動部における構成部品も最小限で済み、部品点数が増えず納期が短くなると共に、コストアップも避けられる。
【００２２】
又、前記永久磁石同期モータからコンベヤの駆動軸に至る回転力伝達経路中に減速機が設けられていないため、効率が良くなると共に、装置全体をコンパクト化することが可能となり、外観も良くなる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のコンベヤ駆動装置によれば、部品点数を削減して納期の短縮化とコストダウンを図り得ると共に、効率を高めて省エネルギ化とコンパクト化を図ることができ、更に外観向上をも図り得るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のコンベヤ駆動装置の実施例を示す概要構成図であって、ケーシングを一部切除して内部断面を示す図である。
【図２】本発明のコンベヤ駆動装置の実施例におけるインバータ装置を示すブロック図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図である。
【図４】本発明のコンベヤ駆動装置の実施例における永久磁石同期モータのトルクＴ及び回転速度Ｎを基とした各特性を示す線図である。
【図５】本発明のコンベヤ駆動装置の実施例における永久磁石同期モータの回転数−トルク特性を示す線図である。
【図６】本発明のコンベヤ駆動装置の実施例における永久磁石同期モータをコンベヤに装着した状態を示す斜視図である。
【図７】本発明のコンベヤ駆動装置の実施例における永久磁石同期モータをコンベヤに装着した状態を示す拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００２６】
図１〜図７は本発明のコンベヤ駆動装置の実施例であって、コンベヤ１の駆動軸２をダイレクトドライブ方式で回転駆動する永久磁石同期モータ３を備えたコンベヤ駆動装置である。
【００２７】
前記コンベヤ１は、例えば、ベルトコンベヤであって、その駆動軸２が頭部プーリに固定された駆動プーリ中心軸である場合でも良いし、前記コンベヤ１が、例えば、ローラコンベヤであり、並列されている駆動ローラの親に当たる駆動ローラの中心軸を駆動軸２として他の駆動ローラをタイミングベルトやチェーンを介して回転させるように連動する場合でも良いし、例えばその他の形式例として、チェーン駆動で駆動部を駆動する元のスプロケットの中心軸を駆動軸２としたコンベヤの場合等でも良い。いずれも、前記コンベヤ１の機側フレーム外側等から突出している駆動軸２を駆動する駆動源の技術である。
【００２８】
前記永久磁石同期モータ３は、コンベヤ１の機側に設置しても可動部がむき出しのため触れると巻込み事故が発生するという問題のない、インナーロータ型の永久磁石同期モータ（一部の形式は一般にブラシレスＤＣモータといわれるものも含む）である。そして、この形式の永久磁石同期モータ３では、回転子表面に磁石が配置されたＳＰＭモータ（Surface Permanent Magnet motor）、或いは回転子の中に磁石が埋め込まれたＩＰＭモータ（Interior Permanent Magnet motor）として公知のものであるが、本実施例の場合、円筒状のケーシング４の軸線方向片端面のコンベヤ機側に近い方を覆うようにトルクアーム部５ａが下部に突出する側板５が取り付けられ、前記ケーシング４の軸線方向もう片端面のコンベヤ機側から遠い方を覆うように側板６が取り付けられ、前記側板５の中心部に穿設された中心軸孔７ａから、前記永久磁石同期モータ３の内部の回転子２０の同心中心に固定されケーシング４に軸受２２を介して回動自在に支持される中空軸（ホローシャフト）２１の中央孔部７に前記コンベヤ１の駆動軸２を挿入し、図示していないキーを駆動軸２と中空軸２１それぞれの溝に打ち込んで固定することにより、該コンベヤ１の駆動軸２をダイレクトドライブ方式で回転駆動するようになっている。尚、前記側板５の下方のトルクアーム部５ａは、図３に示す如く、その張出部に穿設された係止孔８にボルト９を僅かな隙間をあけて挿入し、図７に示す如く、該ボルト９によりコンベヤ１側のフレームに固定することで、該コンベヤ１側のフレームに固定されたボルト９に対し係止孔８を介して係合されるようになっており、前記永久磁石同期モータ３が回転している際に、駆動軸２側のトルクに負けて該永久磁石同期モータ３自体が回転してしまうことを阻止し、且つ、前記永久磁石同期モータの始動時には、トルクアーム部５ａの係止孔８とボルト９との隙間により、強大な始動トルクを一旦いなしてから回転させることで、駆動軸２側や永久磁石同期モータ３側の回転部分へ無理な力がかかるのを分散するようになっている。
【００２９】
前記永久磁石同期モータ３は、モータ回転軸である中空軸２１に固定された永久磁石回転子２０と、その周囲外側に位置し各極毎に巻線２３ｕ、２３ｖ、２３ｗを施すステータ２４とからなるインナーロータ型である。永久磁石回転子２０は、ＳＰＭモータとしての回転子表面に磁石が配置されたものでも、ＩＰＭモータとしての回転子の中に磁石が埋め込まれたものでもどちらでも適用可能である。
【００３０】
前記永久磁石同期モータ３は、図１に示す如く、交流電源１０に対し、インバータ装置１１を介して接続されており、特に回転子２０の回転位置を検知して位置信号を出力するホールＩＣ等の物理的位置検知手段は設けられていない。
【００３１】
前記インバータ装置１１は、交流を直流に変換する直流電源回路１３と、駆動用直流電流とスイッチング制御を行うマイクロコンピュータ１５への制御電流とを分流する分圧回路３６と、スイッチング素子等によりＰＷＭ（パルス幅変調）制御して通電するために備わり下流のケーブルを含んで通電手段を形成するインバータ主回路１４と、駆動回路３９を介してインバータ主回路１４にＰＷＭ制御信号を送るマイクロコンピュータ１５とを備え、該マイクロコンピュータ１５において、モータ起動時のロータ位置を検知する位置信号として、通電手段に配設された電流センサで計測される電流値によって、前記回転子２０のステータ２４との位置関係を推定し、且つ、各ステータ２４の各相と回転子２０の永久磁石が形成する磁界による誘導電流の相との、位相の同期や進角も制御して通電波形データを読み出すことにより通電信号を形成するようになっており、該マイクロコンピュータ１５からの通電信号に基づいて前記インバータ主回路１４から永久磁石同期モータ３に通電するようになっている。
【００３２】
前記永久磁石同期モータ３の中心軸２１の回転数が１［ｒｐｍ］から所定の第一回転数（例えば、１００［ｒｐｍ］から３００［ｒｐｍ］のいずれかの数値）までの範囲は、前記ステータ２４各相の巻線２３ｕ、２３ｖ、２３ｗに発生する誘起電圧に対して同位相の電流となるよう通電を行って低速高トルクのモータ運転を実現し、永久磁石同期モータ３の中心軸２１の回転数が所定の第一回転数から所定の第二回転数（例えば、３００［ｒｍｐ］から８００［ｒｐｍ］のいずれかの数値）までの範囲は、前記ステータ２４各相の巻線２３ｕ、２３ｖ、２３ｗに発生する誘起電圧に対して進み位相の電流となるよう通電を行うことにより、高速低トルクのモータ運転を実現し、通して略一定のトルク運転ができるモータを提供している。
【００３３】
前記永久磁石同期モータ３を備えたコンベヤ駆動装置の電気的構成について、図２を参照して説明する。この図２において、交流電源１０の両端子は、一方にリアクトル３０を介して全波整流回路３１の入力端子に接続されている。全波整流回路３１の出力端子間には、平滑コンデンサ３２ａ、３２ｂが接続されており、この平滑コンデンサ３２ａ、３２ｂと全波整流回路３１とから直流電源回路１３が構成されている。
【００３４】
この直流電源回路１３の出力端子から導出された直流母線３３ａ、３３ｂ間には、定電圧回路３５と分圧回路３６とインバータ主回路１４が接続されている。インバータ主回路１４は、３相ブリッジ接続された例えばＩＧＢＴからなるスイッチング素子と、これらスイッチング素子にそれぞれ並列接続されたフリーホイールダイオードの６組の要素３７とから構成されている。
【００３５】
そして、インバータ主回路１４の出力端子３８ｕ、３８ｖ、３８ｗは、永久磁石同期モータ３の３相の巻線２３ｕ、２３ｖ、２３ｗに接続されている。又、インバータ主回路１４の各スイッチング素子の制御端子（ゲート）は、例えばフォトカプラからなる駆動回路３９に接続されている。この駆動回路３９はＰＷＭ回路４０からの信号により制御されて上記各スイッチング素子をオンオフ制御するようになっている。
【００３６】
これらインバータ主回路１４、駆動回路３９及び電源供給の出力端子３８ｕ、３８ｖ、３８ｗまでのケーブルから通電手段４１が構成されている。
【００３７】
前記ＰＷＭ回路４０は、内部に所定周波数の三角波形信号を発生する手段を備えており、次に述べるマイクロコンピュータ１５から与えられる通電信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗと前記三角波形とを比較し、その比較結果を駆動信号Ｖｕｐ、Ｖｕｎ、Ｖｖｐ、Ｖｖｎ、Ｖｗｐ、Ｖｗｎとして駆動回路３９に出力するように構成されている。
【００３８】
マイクロコンピュータ１５は、通電信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗとして例えば３相正弦波信号（８ビットの出力波形データ）Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗを形成し、これら通電信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗを内蔵するＰＷＭ回路４０に与えるように構成されている。
【００３９】
そして、上述の通電手段４１と、マイクロコンピュータ１５と、直流電源回路１３とから、永久磁石同期モータ３を通電制御するインバータ装置１１が構成されている。
【００４０】
図１、図２において、通電手段４１の出力線には、電流センサ１６ａ、１６ｂが配設されており、これら電流センサ１６ａ、１６ｂにより検出された電流信号Ｉｕ，Ｉｗは電流変換手段４２へ与えられる。この電流変換手段４２は、電流信号Ｉｕ，Ｉｗを３相／２相変換を行って、磁界と平行な電流Ｉｄとこれに直交する電流Ｉｑとに分離し、これら電流Ｉｄ、Ｉｑを位置推定手段４３と電流制御手段４４へ与える。
【００４１】
前記電流制御手段４４は、通電制御手段４５から出力される電流指令Ｉｄｒ，Ｉｑｒと前記電流Ｉｄ，Ｉｑを受けて、電流Ｉｄ，Ｉｑと電流指令Ｉｄｒ，Ｉｑｒがそれぞれ一致するように電圧Ｖｄ，Ｖｑを決定し、これら電圧Ｖｄ，Ｖｑを電圧変換手段４６へ出力するように構成されている。そして、電圧変換手段４６は、電圧Ｖｄ，Ｖｑを２相／３相変換して３相電圧信号Ｄｕ，Ｄｖ，Ｄｗを形成し、これらをＰＷＭ回路４０へ与えるようになっている。
【００４２】
又、位置センサを省略して永久磁石同期モータ３を駆動するように構成しており、そのために、位置推定手段４３を備えている。この位置推定手段４３は、電流Ｉｄ，Ｉｑと電圧Ｖｄを入力して、これらに基づいて次の数式によりｄ軸方向の誘起電圧Ｅｄを計算する機能を有している。
[数２]
Ｅｄ＝Ｖｄ−ＲＩｄ＋ωＬＩｑ
但し、Ｒ：巻線抵抗
Ｌ：インダクタンス
ω：角周波数
【００４３】
更に、位置推定手段４３は、次の数式によって角周波数ωと回転位置Θを決定する機能を有しており、角周波数ωを通電制御手段４５へ与え、回転位置Θを電流変換手段４２と電圧変換手段４６とに与えるように構成されている。
[数３]
ω＝ω−ＫＥｄ
Θ＝∫ωｄｔ
但し、Ｋ：ゲイン定数
【００４４】
次に、上記構成の作用、特にステータ２４各相の巻線２３ｕ、２３ｖ、２３ｗに発生する誘起電圧に対して同位相の電流となるよう通電を行う第一運転範囲の永久磁石同期モータ３の通電制御の動作について図４を参照して説明する。第一運転範囲の運転において、モータ３を始動する場合、マイクロコンピュータ１５の通電制御手段４５は、電流指令Ｉｑｒをゼロから徐々に増加させる。そして、電流変換手段４２、電流制御手段４４、電圧変換手段４６の作用により、電流Ｉｑが電流指令Ｉｑｒに一致するように、３相電圧信号Ｖｕ，Ｖｖ、Ｖｗが形成され、ＰＷＭ回路４０へ出力される。これにより、通電手段４１によってモータ３が通電され、モータ３が始動し、所定の第一回転数を下回る設定回転数になるまで加速されてその後一定運転する。このとき、電流指令Ｉｄｒは、ゼロに設定されている。これが図４における区間Ａである。
【００４５】
ここで、通電制御手段４５は、電流指令Ｉｄｒを次のようにして決定するように構成されている。即ち、電圧振幅演算回路４７からの電圧信号Ｖａと分圧回路３６からの直流電圧信号ＤＣＶを比較して、
Ｖａ≧ＤＣＶのとき、電流指令Ｉｄｒ＝Ｉｄｒ−ｘ
Ｖａ＜ＤＣＶのとき、電流指令Ｉｄｒ＝Ｉｄｒ＋ｘ
としている。但し、電流指令Ｉｄｒ≦０である。
【００４６】
又、電圧振幅演算回路４７は、電流制御手段４２からの電圧Ｖｄ，Ｖｑに基づいて出力電圧の線間振幅電圧Ｖａを演算する機能を有しており、この線間振幅電圧Ｖａを通電制御手段４５へ与える。そして、通電制御手段４５は、上記線間振幅電圧Ｖａ、分圧回路３６からの直流電圧信号ＤＣＶ、位置推定手段４３からの角周波数（回転数情報）ω等の信号が与えられるように構成されている。
【００４７】
続いて、前記ステータ２４各相の巻線２３ｕ、２３ｖ、２３ｗに発生する誘起電圧に対して進み位相の電流となるよう通電を行う第二運転範囲の永久磁石同期モータ３の通電制御の動作について図４を参照して説明する。
【００４８】
第一回転数を超えて、モータ３の回転速度をさらに増加させる場合、電圧信号Ｖａと直流電圧信号ＤＣＶとが略一致した時点（これが第一回転数）を超えると、電流指令Ｉｄｒを負方向に推移させ始める。図４の区間Ｂに示すように、設定回転速度（例えば、８００［ｒｐｍ］）に達するまでの間、電流指令Ｉｄｒを負方向に推移させる。この場合、電流が誘起電圧に対して進み位相状態、即ち、弱め界磁状態となっている。
【００４９】
上記のように、本実施例の場合、永久磁石同期モータの回転数が１［ｒｐｍ］から所定の第一回転数までの範囲は、前記ステータ２４各相の巻線２３ｕ、２３ｖ、２３ｗに発生する誘起電圧に対して同位相の電流となるよう通電を行う第一運転範囲と、前記永久磁石同期モータの回転数が所定の第一回転数から所定の第二回転数までの範囲は、前記ステータ２４各相の巻線２３ｕ、２３ｖ、２３ｗに発生する誘起電圧に対して進み位相の電流となるよう通電を行う第二運転範囲とを切り替えることにより、該永久磁石同期モータ３が所定の回転数範囲内でトルク一定となるよう構成した点を特徴としている。
【００５０】
このように構成した理由は、本発明者の研究の結果、単位長さ当りの搬送物重量の上限が５０［ｋｇ／ｍ］、コンベヤ速度の上限が２００［ｍ／ｍｉｎ］、コンベヤ機長の上限が１０［ｍ］である一般物流用のコンベヤの場合、下記の［表１］に示されるように、所定の回転数範囲内でトルク一定となるモータであれば、従来のように、複数種類の容量のモータを用意する必要がなくなることが判明したためである。
【表１】
【００５１】
即ち、前記永久磁石同期モータ３の各相の巻線２３ｕ、２３ｖ、２３ｗに発生する誘起電圧に対して進み位相となるよう通電を行えば、図５に示す如く、該永久磁石同期モータ３が所定の回転数範囲内でトルク一定となるよう構成することが可能となる。
【００５２】
次に、上記実施例の作用を説明する。
【００５３】
前述の如く、コンベヤ１の駆動軸２をダイレクトドライブ方式で回転駆動する、三相電源がインバータ装置１１から供給され、中空軸２１に固定された永久磁石回転子２０とその周囲外側に位置するステータ２４とからなるインナーロータ型の永久磁石同期モータ３を備え、前記インバータ装置１１は、前記永久磁石同期モータ３の回転数が１［ｒｐｍ］から所定の第一回転数までの範囲は、前記ステータ２４各相の巻線２３ｕ、２３ｖ、２３ｗに発生する誘起電圧に対して同位相の電流となるよう通電を行う第一運転範囲と、前記永久磁石同期モータ３の回転数が所定の第一回転数から所定の第二回転数までの範囲は、前記ステータ２４各相の巻線２３ｕ、２３ｖ、２３ｗに発生する誘起電圧に対して進み位相の電流となるよう通電を行う第二運転範囲とを切り替えることにより、前記永久磁石同期モータ３が１［ｒｐｍ］から所定の第二回転数の範囲内で略トルク一定となるよう構成すると、一般物流用のコンベヤ１であれば、該コンベヤ１の能力にかかわらず、一種類か二種類程度の容量の永久磁石同期モータ３で対応することが可能となり、減速機も不要となる。
【００５４】
この結果、従来のコンベヤ駆動装置に比べて、容量の異なるモータ毎にそれぞれ減速比の異なる複数種類の減速機を必要としなくなるため、前記コンベヤの駆動部における構成部品も最小限で済み、部品点数が増えず納期が短くなると共に、コストアップも避けられる。
【００５５】
又、前記永久磁石同期モータ３からコンベヤの駆動軸に至る回転力伝達経路中に減速機が設けられていないため、効率が良くなると共に、図６に示す如く、装置全体をコンパクト化することが可能となり、外観も良くなる。
【００５６】
因みに、インバータ入力電源を２００［Ｖ］−５０［Ｈｚ］とし、インバータ出力周波数を５０［Ｈｚ］とした電源条件のもと、０．４［ｋＷ］の永久磁石同期モータ３（本発明）と、０．４［ｋＷ］のインダクションモータ（従来）とを用いた負荷試験を行ったところ、試験結果は下記の［表２］に示されるようなものとなり、効率が約２０［％］向上することが確認された。
【表２】
【００５７】
こうして、部品点数を削減して納期の短縮化とコストダウンを図り得ると共に、効率を高めて省エネルギ化とコンパクト化を図ることができ、更に外観向上をも図り得る。
【００５８】
尚、本発明のコンベヤ駆動装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００５９】
１ コンベヤ
２ 駆動軸
３ 永久磁石同期モータ
１０ 交流電源
１１ インバータ装置
１２ ロータ位置検知手段
１３ 直流電源回路
１４ インバータ回路
１５ マイクロコンピュータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンベヤの駆動軸をダイレクトドライブ方式で回転駆動する、三相電源がインバータ装置から供給され、回転軸に固定された永久磁石回転子とその周囲外側に位置するステータとからなるインナーロータ型の永久磁石同期モータを備えたコンベヤ駆動装置であって、
前記インバータ装置は、
前記永久磁石同期モータの回転数が１［ｒｐｍ］から所定の第一回転数までの範囲は、前記ステータ各相の巻線に発生する誘起電圧に対して同位相の電流となるよう通電を行う第一運転範囲と、
前記永久磁石同期モータの回転数が所定の第一回転数から所定の第二回転数までの範囲は、前記ステータ各相の巻線に発生する誘起電圧に対して進み位相の電流となるよう通電を行う第二運転範囲とを切り替えることにより、
前記永久磁石同期モータが１［ｒｐｍ］から所定の第二回転数の範囲内で略トルク一定となるよう構成したことを特徴とするコンベヤ駆動装置。
【請求項２】
前記インバータ装置は、
前記ステータの巻線に誘起電圧を発生させる電流を通電する通電手段に配設された電流センサと、
該電流センサにより検出された電流信号を変換して、磁界と平行なｄ軸電流とこれに直交するｑ軸電流とに分離する電流変換手段と、
該電流変換手段から出力される前記ｄ軸電流に関連した電流指令Ｉｄｒに応じたｄ軸電圧、及び前記電流変換手段から出力される前記ｑ軸電圧に関連した電流指令Ｉｑｒに応じたｑ軸電圧、にそれぞれ変換する電流制御手段と、
前記電流制御手段から出力されるｄ軸電圧及びｑ軸電圧を２相／３相変換して３相電圧信号を形成し、前記通電手段を介して各ステータ巻線に供給する直流電流のスイッチングを制御するＰＷＭ回路へ与える電圧変換手段とを有し、
前記第一運転範囲では、前記電流制御手段は、電流指令Ｉｑｒを必要回転数に応じて正方向に増加して出力し、且つ電流指令Ｉｄｒはゼロ出力のままとし、
前記第二運転範囲では、前記電流制御手段は、電流指令Ｉｑｒに応じたｑ軸電圧が所定値になった時点から、電流指令Ｉｄｒを負方向に推移させることで、前記ステータ各相の巻線に発生する誘起電圧に対して進み位相の電流となることを特徴とする請求項１記載のコンベヤ駆動装置。
【請求項３】
磁界と平行なｄ軸電流とこれに直交するｑ軸電流とに分離する前記電流変換手段から出力されるｄ軸電流とｑ軸電流と、更に前記ｄ軸電圧とを入力する位置推定手段が、前記ｄ軸電流と前記ｑ軸電流と前記ｄ軸電圧から、ｄ軸方向の誘起電圧を演算し、更に、角周波数と回転位置とを決定する機能を備えることで、
前記永久磁石回転子の磁極位置を推定監視するインバータ装置を有することを特徴とする請求項１又は２記載のコンベヤ駆動装置。
【請求項４】
前記永久磁石回転子に固定された回転軸が中空のホローシャフトになっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のコンベヤ駆動装置。
【請求項５】
前記永久磁石同期モータの前記所定の第一回転数は、１００［ｒｐｍ］から３００［ｒｐｍ］のいずれかの数値をとり、
前記永久磁石同期モータの前記所定の第二回転数は、３００［ｒｍｐ］から８００［ｒｐｍ］のいずれかの数値をとることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のコンベヤ駆動装置。
【請求項６】
単位長さ当りの搬送物重量の上限が５０［ｋｇ／ｍ］、
コンベヤ速度の上限が２００［ｍ／ｍｉｎ］、
コンベヤ機長の上限が１０［ｍ］である一般物流用のコンベヤに適用するようにした請求項１〜５のいずれか一つに記載のコンベヤ駆動装置。
【請求項１】
コンベヤの駆動軸をダイレクトドライブ方式で回転駆動する、三相電源がインバータ装置から供給され、回転軸に固定された永久磁石回転子とその周囲外側に位置するステータとからなるインナーロータ型の永久磁石同期モータを備えたコンベヤ駆動装置であって、
前記インバータ装置は、
前記永久磁石同期モータの回転数が１［ｒｐｍ］から所定の第一回転数までの範囲は、前記ステータ各相の巻線に発生する誘起電圧に対して同位相の電流となるよう通電を行う第一運転範囲と、
前記永久磁石同期モータの回転数が所定の第一回転数から所定の第二回転数までの範囲は、前記ステータ各相の巻線に発生する誘起電圧に対して進み位相の電流となるよう通電を行う第二運転範囲とを切り替えることにより、
前記永久磁石同期モータが１［ｒｐｍ］から所定の第二回転数の範囲内で略トルク一定となるよう構成したことを特徴とするコンベヤ駆動装置。
【請求項２】
前記インバータ装置は、
前記ステータの巻線に誘起電圧を発生させる電流を通電する通電手段に配設された電流センサと、
該電流センサにより検出された電流信号を変換して、磁界と平行なｄ軸電流とこれに直交するｑ軸電流とに分離する電流変換手段と、
該電流変換手段から出力される前記ｄ軸電流に関連した電流指令Ｉｄｒに応じたｄ軸電圧、及び前記電流変換手段から出力される前記ｑ軸電圧に関連した電流指令Ｉｑｒに応じたｑ軸電圧、にそれぞれ変換する電流制御手段と、
前記電流制御手段から出力されるｄ軸電圧及びｑ軸電圧を２相／３相変換して３相電圧信号を形成し、前記通電手段を介して各ステータ巻線に供給する直流電流のスイッチングを制御するＰＷＭ回路へ与える電圧変換手段とを有し、
前記第一運転範囲では、前記電流制御手段は、電流指令Ｉｑｒを必要回転数に応じて正方向に増加して出力し、且つ電流指令Ｉｄｒはゼロ出力のままとし、
前記第二運転範囲では、前記電流制御手段は、電流指令Ｉｑｒに応じたｑ軸電圧が所定値になった時点から、電流指令Ｉｄｒを負方向に推移させることで、前記ステータ各相の巻線に発生する誘起電圧に対して進み位相の電流となることを特徴とする請求項１記載のコンベヤ駆動装置。
【請求項３】
磁界と平行なｄ軸電流とこれに直交するｑ軸電流とに分離する前記電流変換手段から出力されるｄ軸電流とｑ軸電流と、更に前記ｄ軸電圧とを入力する位置推定手段が、前記ｄ軸電流と前記ｑ軸電流と前記ｄ軸電圧から、ｄ軸方向の誘起電圧を演算し、更に、角周波数と回転位置とを決定する機能を備えることで、
前記永久磁石回転子の磁極位置を推定監視するインバータ装置を有することを特徴とする請求項１又は２記載のコンベヤ駆動装置。
【請求項４】
前記永久磁石回転子に固定された回転軸が中空のホローシャフトになっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のコンベヤ駆動装置。
【請求項５】
前記永久磁石同期モータの前記所定の第一回転数は、１００［ｒｐｍ］から３００［ｒｐｍ］のいずれかの数値をとり、
前記永久磁石同期モータの前記所定の第二回転数は、３００［ｒｍｐ］から８００［ｒｐｍ］のいずれかの数値をとることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のコンベヤ駆動装置。
【請求項６】
単位長さ当りの搬送物重量の上限が５０［ｋｇ／ｍ］、
コンベヤ速度の上限が２００［ｍ／ｍｉｎ］、
コンベヤ機長の上限が１０［ｍ］である一般物流用のコンベヤに適用するようにした請求項１〜５のいずれか一つに記載のコンベヤ駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１０６４７８（Ｐ２０１３−１０６４７８Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５００９４（Ｐ２０１１−２５００９４）
【出願日】平成２３年１１月１５日（２０１１．１１．１５）
【出願人】（０００００１８３４）三機工業株式会社 (316)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１５日（２０１１．１１．１５）
【出願人】（０００００１８３４）三機工業株式会社 (316)
【Ｆターム（参考）】
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