特許 6279910 インバータ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6279910

(24)【登録日】2018年1月26日

(45)【発行日】2018年2月14日

(54)【発明の名称】インバータ装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20180205BHJP

   H04B 3/36 20060101ALI20180205BHJP

   H04Q 9/00 20060101ALI20180205BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 J

   H04B3/36

   H04Q9/00 301A

   H04Q9/00 321E

   H04Q9/00 311P

【請求項の数】6

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2014-7732(P2014-7732)

(22)【出願日】2014年1月20日

(65)【公開番号】特開2015-139226(P2015-139226A)

(43)【公開日】2015年7月30日

【審査請求日】2016年11月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】302038844

【氏名又は名称】東芝シュネデール・インバータ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000567

【氏名又は名称】特許業務法人 サトー国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】郷司 陽一

【審査官】 小原 正信

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１２−５０４８６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 上野 玲子，建築エレクトロニクス，Ｎａｔｉｏｎａｌ ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＲＥＰＯＲＴ，日本，松下電器産業株式会社，１９９１年１２月１８日，第３７巻 第６号，第51〜58ページ，【ISSN】0028-0291

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｈ０４Ｂ ３／３６

Ｈ０４Ｑ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外部通信装置との間で無線によるデータ通信を行う無線通信手段と、
通信線を介して他の機器との間で有線によるデータ通信を行う有線通信手段と、
前記無線通信手段と前記有線通信手段との間に設けられ、閉成状態において前記無線通信手段の受信データを前記有線通信手段に伝送するとともに前記有線通信手段の受信データを前記無線通信手段に伝送し、開放状態において前記無線通信手段と前記有線通信手段との間を遮断するゲートウェイと、
前記無線通信手段の受信データが前記他の機器に対するデータである場合には前記ゲートウェイを閉成し、前記無線通信手段の受信データが本インバータ装置に対するデータである場合には前記ゲートウェイを開放する制御手段とを備えていることを特徴とするインバータ装置。

【請求項2】

前記制御手段は、前記ゲートウェイを閉成した状態で、前記通信線を介して伝送されている通信データを前記有線通信手段により受信し、その通信データを前記無線通信手段により前記外部通信装置に送信することを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。

【請求項3】

前記制御手段は、前記無線通信手段の受信データを蓄積可能に構成され、前記有線通信手段が前記他の機器に対して送信権限を有しているときに前記ゲートウェイを閉成状態に制御し、前記蓄積した受信データを前記有線通信手段により前記他の機器に送信することを特徴とする請求項１または２記載のインバータ装置。

【請求項4】

前記制御手段は、前記有線通信手段の受信データが前記外部通信装置に対する応答データであると判定すると、その応答データを前記無線通信手段により前記外部通信装置に送信することを特徴とする請求項３記載のインバータ装置。

【請求項5】

インバータ本体と、前記インバータ本体から取り外し可能な操作パネルまたは前記インバータ本体に直接もしくはケーブルを介して取り付け可能な操作パネルを備えており、
前記無線通信手段は前記操作パネルに設けられていることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載のインバータ装置。

【請求項6】

前記無線通信手段は着脱可能に設けられていることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載のインバータ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態はインバータ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、インバータ装置は、パラメータの設定または運転／停止などの制御を行うために、１系統または複数系統の通信手段を標準的に備えるようになってきている。パラメータは、インバータ装置の動作や機能を決定するためのソフトウェア設定項目であり、インバータ装置が組み込まれた機器に適した動作となるように種々に変更されて用いられる。通信手段には、例えばＲＳ−４８５などの有線のシリアル通信が用いられている。

【0003】

システムの一例として、複数のインバータ装置を通信ケーブルで相互に接続し、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）などの上位側コントローラとの間で有線通信によりデータや制御信号を送受信して、パラメータの設定やインバータ装置の制御などを行っているものがある。このようなシステムでインバータ装置のパラメータを変更するには、システムの運転が停止しているときにインバータ装置の通信ケーブルをパソコンなどの外部通信装置に繋ぎ替え、パソコンからパラメータの変更操作を行う。

【0004】

しかし、ＰＬＣと通信を行いながら２４時間連続して稼働しているシステムにおいて、メンテナンスのために通信手段を使って電圧、電流、周波数、トルクなどのデータを読み出し、或いはパラメータの設定などを行うためには、制御に用いる通信手段とは別系統の通信手段が必要となる。この別系統の通信手段は、一般に有線通信手段である。

【0005】

この場合、データのモニタ、パラメータの変更等が必要になった稼働中のインバータ装置に、上記別系統の有線通信手段を用いてパソコンを電気的に接続する必要がある。インバータ装置は接地されて用いられるが、浮遊容量や配線インピーダンスによりインバータ装置の電位は大地電位に対して変動する。一方、パソコンなどの外部通信装置も大地に対して浮遊容量を有している。その結果、インバータ装置にパソコンを電気的に接続した時、浮遊容量を介してパルス電流が流れ、ＰＬＣとインバータ装置との間で行われている制御のための有線通信がノイズにより一時的に停止する虞がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１３−９３９５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

パソコン接続時の上記不具合を防止するためには、パソコンと商用電源との間に絶縁トランスを介在させ、或いはインバータ装置とパソコンにそれぞれサージアブソーバを設ける必要がある。しかし、これらの対策は装置の大型化およびコスト高を招く。また、複数のインバータ装置に対しパソコンを個々に繋ぎかえるのは手間を要し、設置環境によってはインバータ装置との通信ケーブルの繋ぎ替え作業自体が困難な場合もあり得る。

【0008】

そこで、外部通信装置との接続時における有線通信への障害を防止し、外部通信装置との接続の手間を低減できるインバータ装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

実施形態のインバータ装置は、外部通信装置との間で無線によるデータ通信を行う無線通信手段と、通信線を介して他の機器との間で有線によるデータ通信を行う有線通信手段を備えている。また、インバータ装置は、無線通信手段と有線通信手段との間に設けられ、閉成状態において無線通信手段の受信データを有線通信手段に伝送するとともに有線通信手段の受信データを無線通信手段に伝送し、開放状態において無線通信手段と有線通信手段との間を遮断するゲートウェイを備えている。制御手段は、無線通信手段の受信データが他の機器に対するデータである場合にはゲートウェイを閉成し、無線通信手段の受信データが本インバータ装置に対するデータである場合にはゲートウェイを開放する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１の実施形態を示すインバータシステムの構成図

【図2】通信のシーケンス図

【図3】第２の実施形態を示す図１相当図

【図4】図２相当図

【図5】第３の実施形態を示す図１相当図

【発明を実施するための形態】

【0011】

（第１の実施形態）
第１の実施形態について図１および図２を参照しながら説明する。図１に示すインバータシステム１は、制御盤２、制御盤２の扉などに配設された操作パネル３、および外部通信装置としてのパソコン４から構成されている。制御盤２の内部には、複数のインバータ装置５ａ〜５ｄ、コントローラ６、センサユニット７、入出力端子台８などが収納されている。本発明で言うインバータ装置は、インバータ装置５ａ（インバータ本体）と操作パネル３とから構成されている。操作パネル３は、インバータ装置５ａに対しケーブルを介して取り付けられている。

【0012】

インバータ装置５ａ〜５ｄ、コントローラ６、センサユニット７および入出力端子台８は、それぞれ有線通信ユニット９を備えており、共通の通信線１０を介して互いに有線のデータ通信を行うようになっている。有線通信ユニット９は、例えばＲＳ−４８５通信規格による有線通信手段である。

【0013】

インバータ装置５ａは、２系統の有線通信ユニット９（９ａ、９ｂ）を備えている。操作パネル３は、１系統の有線通信ユニット９と１系統の無線通信ユニット１１を備えている。パソコン４は無線通信ユニット１１を備えている。無線通信ユニット１１は、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの通信規格による近距離無線通信手段である。インバータ装置５ａと操作パネル３との間は有線によるデータ通信が可能であり、操作パネル３とパソコン４との間は無線によるデータ通信が可能である。つまり、インバータ装置５ａは、操作パネル３を介してパソコン４との間で無線通信を行うことができる。

【0014】

インバータ装置５ａ〜５ｄは汎用のインバータ装置である。インバータ装置５ａ〜５ｄのＣＰＵ１２は、図示しないメモリに記憶されたプログラムに従って運転モードの設定処理、周波数やトルクの制御、異常検出処理、保護動作、通信の制御、入出力インターフェースの制御などを実行する。インバータ装置５ａのＣＰＵ１２は、有線通信ユニット９ｂと有線通信ユニット９ａとの間の伝送路、ひいては無線通信ユニット１１と有線通信ユニット９ａとの間の伝送路を開閉するゲートウェイ１３としての機能を備えている。

【0015】

インバータ装置５ａのＣＰＵ１２は、ゲートウェイ１３の閉成状態において、有線通信ユニット９ｂの受信データ（すなわち無線通信ユニット１１の受信データ）を有線通信ユニット９ａに伝送するとともに、有線通信ユニット９ａの受信データを操作パネル３の無線通信ユニット１１を介してパソコン４に伝送する。ＣＰＵ１２は、ゲートウェイ１３の開放状態において、有線通信ユニット９ｂ（すなわち無線通信ユニット１１）と有線通信ユニット９ａとの間を遮断する。

【0016】

コントローラ６はＰＬＣにより構成されている。コントローラ６のＣＰＵ１４は、インバータ装置５ａ〜５ｄに対し制御信号を送信してインバータ装置５ａ〜５ｄの運転／停止を統括制御する。センサユニット７は、例えばインバータ装置５ａ〜５ｄや制御盤２内部の温度を検出し、要求に応じてインバータ装置５ａ〜５ｄやコントローラ６に送信する。入出力端子台８は、接点入出力を増設する場合などに用いられる。操作パネル３は、図示しないＬＣＤ表示部と操作部およびＣＰＵ１５などから構成されている。

【0017】

次に、図２も参照しながら本実施形態の作用を説明する。パソコン４は、無線通信ユニット１１を備えた操作パネル３を介してインバータ装置５ａと通信を行うことにより、インバータ装置５ａ〜５ｄに設定されているパラメータの読み出しと書き込み、インバータ装置５ａ〜５ｄからのモニタデータの読み出し、通信線１０を介して伝送されている通信データの収集などを行う。モニタデータは、電圧、電流、周波数、トルクなどのデータである。

【0018】

インバータ装置５ａ〜５ｄ、コントローラ６、センサユニット７および入出力端子台８からなる有線通信のネットワークは、トークンパッシング方式のアクセス制御を採用している。有線通信ユニット９、９ａは、通信線１０を介して伝送されている通信データを常に受信している。

【0019】

コントローラ６が送信権（トークン）を取得すると、インバータ装置５ａ〜５ｄに対し運転指令、周波数指令などを送信する。インバータ装置５ａ〜５ｄが送信権を取得すると、コントローラ６および他のインバータ装置に対し応答要求を送信し、応答の有無に基づいてこれらの装置との接続状態を確認する。

【0020】

インバータ装置５ａは、有線通信ユニット９ｂの受信データ（つまり操作パネル３に設けられた無線通信ユニット１１の受信データ）がインバータ装置５ｂ〜５ｄに対する通信データである場合には、自ら送信権を取得するのを待ってゲートウェイ１３を閉成する。そして、インバータ装置５ｂ〜５ｄに対し、パソコン４から送信されたインバータ装置５ｂ〜５ｄに対するパラメータの読み出し要求、書き込み要求またはモニタデータの読み出し要求を送信する。インバータ装置５ａは、その要求に応じてインバータ装置５ｂ〜５ｄから送信されたパラメータ、書き込み完了応答またはモニタデータを受信し、それを操作パネル３を介してパソコン４に無線送信する。

【0021】

一方、インバータ装置５ａは、有線通信ユニット９ｂの受信データが自身に対する通信データである場合にはゲートウェイ１３を開放し、応答データを無線通信によりパソコン４に送信する。また、インバータ装置５ａは、有線通信ユニット９ｂの受信データが通信線１０を介して伝送されている通信データの収集要求である場合には、ゲートウェイ１３を閉成し、有線通信ユニット９ａが受信した通信データをパソコン４に送信する。

【0022】

図２は、有線通信および無線通信に係るシーケンスの一例を示している。図面の都合上、インバータ装置５ｄ、センサユニット７および入出力端子台８との通信シーケンスは省略されている。コントローラ６とインバータ装置５ａ〜５ｃについて、実線で囲まれた期間が送信権を有している期間である。図中に示すＰＬＣはコントローラ６、ＩＮＶ１〜ＩＮＶ３はインバータ装置５ａ〜５ｃ、ＰＣはパソコン４を表している。

【0023】

コントローラ６は、送信権を取得するとインバータ装置５ａ〜５ｃに対し順に運転指令と周波数指令を送信し、その応答を受信する（期間１）。インバータ装置５ａが送信権を取得すると、パソコン４からの受信データがない場合にゲートウェイ１３を開放する。そして、コントローラ６およびインバータ装置５ｂ、５ｃに対し順に応答要求を送信し、その応答を受信する（期間２）。

【0024】

これに対し、インバータ装置５ａが送信権を有している期間にパソコン４からインバータ装置５ａに対するパラメータ等の読み出し要求を受信すると、インバータ装置５ａはゲートウェイ１３を開放し、自身のパラメータ等を無線通信によりパソコン４に送信する。また、インバータ装置５ａが送信権を有している期間にパソコン４から他の装置に対するパラメータ等の読み出し要求を受信すると、インバータ装置５ａはゲートウェイ１３を閉成し、その読み出し要求を有線通信により送信する。インバータ装置５ａは、有線通信により受信したデータが応答データとしてのパラメータ等であると判定すると、それを無線通信によりパソコン４に送信する。

【0025】

インバータ装置５ｂ、５ｃが送信権を取得すると、それぞれコントローラ６および自身を除く他のインバータ装置に対し順に応答要求を送信し、その応答を受信する（期間３、４）。

【0026】

インバータ装置５ａが、送信権を有していない期間４にパソコン４から無線通信によりインバータ装置５ｂのパラメータの読み出し要求を受信すると、ゲートウェイ１３を開放したままその読み出し要求を蓄積する。その後、コントローラ６が送信権限を持つ期間５を経て、インバータ装置５ａが送信権限を持つ期間６に移行すると、インバータ装置５ａはゲートウェイ１３を閉成し、蓄積されているインバータ装置５ｂに対するパラメータの読み出し要求を有線通信により送信する。

【0027】

インバータ装置５ａは、インバータ装置５ｂから送信されたパラメータを受信すると、そのパラメータを無線通信によりパソコン４に送信する。インバータ装置５ａは、蓄積された全ての要求の送信と応答の受信およびパソコン４への応答の送信が完了すると、ゲートウェイ１３を開放して期間２と同様にして他の装置に対する応答要求の送信と応答の受信を行う。以降のシーケンスも同様である。

【0028】

以上説明した実施形態によれば、インバータ装置５ａと外部通信装置であるパソコン４との間の接続を無線通信により構成した。これにより、浮遊容量の存在などにより電位が相違するインバータ装置５ａとパソコン４との電気的な接続がなくなるので、通信のための接続時にパルス電流によるノイズが発生せず、有線通信のネットワークにおける通信障害の発生を防止することができる。その結果、インバータシステム１により駆動される製造設備等の稼働中であっても、パソコン４を用いてパラメータの変更作業、データのモニタ作業を行うことができる。

【0029】

インバータ装置５ａは、操作パネル３とゲートウェイ１３を介して無線通信ユニット１１と有線通信ユニット９ａとの間でデータの授受を行うことができる。このため、パソコン４は、特定のインバータ装置５ａを介して、通信線１０に接続されている他のインバータ装置５ｂ〜５ｄのパラメータの読み出しと書き込み、モニタデータの読み出しなどを行うことができる。

【0030】

この構成は、パソコン４が各インバータ装置５ａ〜５ｄと個別に無線通信を行う構成に比べて簡単であり、無線チャネルの切り替え制御も不要になる。また、インバータ装置５ａは、パソコン４から受信したデータを一時的に蓄積する記憶手段を備えているので、送信権を有していない期間にパソコン４から受信した要求を、送信権を得た後に他の機器に送信することができる。

【0031】

パソコン４は、インバータ装置５ａ内のゲートウェイ１３を介して通信線１０上の通信データをモニタリングすることができる。これにより、伝送路（通信線１０）に物理的な変更を加えることなく、インバータシステム１の故障診断を容易に行うことができる。

【0032】

無線通信ユニット１１は、制御盤２内のインバータ装置本体ではなく、操作パネル３に設けられているので、電波を遮蔽する制御盤２の扉を開けることなく制御盤２の外に無線通信の電波を送出することができる。

【0033】

（第２の実施形態）
第２の実施形態について図３および図４を参照しながら説明する。図３に示すインバータシステム２１はコントローラ６を備えておらず、代わりにインバータ装置５ａがインバータ装置５ｂ〜５ｄの運転／停止を制御する。インバータ装置５ａ〜５ｄ、センサユニット７および入出力端子台８からなる有線通信のネットワークは、インバータ装置５ａがマスタとなり、他の装置がスレーブとなるマスタ・スレーブ方式のアクセス制御を採用している。従って、送信権はインバータ装置５ａが有している。その他の構成およびゲートウェイ１３の制御は、図１に示したインバータシステム１と同じである。

【0034】

図４は、有線通信および無線通信に係るシーケンスの一例を示している。図２と同じくインバータ装置５ｄ、センサユニット７および入出力端子台８との通信シーケンスは省略されている。インバータ装置５ａについてゲートウェイ１３を通過するデータも明示されている。

【0035】

インバータ装置５ａは、必要に応じてインバータ装置５ｂ〜５ｃに対し順に運転指令と周波数指令を同報送信する。図４では省略されているが、インバータ装置５ｂ〜５ｃからの応答を受信するようにしてもよい。

【0036】

インバータ装置５ａがパソコン４からインバータ装置５ａに対するパラメータ等の読み出し要求を受信すると、インバータ装置５ａはゲートウェイ１３を開放し、パラメータ等を無線通信によりパソコン４に送信する。インバータ装置５ａがパソコン４から他の装置に対するパラメータ等の読み出し要求を受信すると、インバータ装置５ａはゲートウェイ１３を閉成し、その読み出し要求を有線通信により送信する。インバータ装置５ａは、他の装置から送信されたパラメータ等を受信すると、それを無線通信によりパソコン４に送信する。

【0037】

インバータ装置５ａは、パソコン４からの受信データが通信線１０を介して伝送されている通信データの収集要求である場合には、ゲートウェイ１３を閉成し、有線通信ユニット９ａが受信した通信データをパソコン４に送信する。本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

【0038】

（第３の実施形態）
第３の実施形態について図５を参照しながら説明する。インバータシステム３１のインバータ装置５ａ〜５ｄは、制御盤内に配設されておらず、個々の製造設備に並設されている。このため操作パネル３は設けられていない。その他の構成は、図３に示したインバータシステム２１と同じである。本実施形態によっても、第１、第２の実施形態と同様の作用および効果が得られる。

【0039】

（その他の実施形態）
以上説明した実施形態に加えて以下のような構成を採用してもよい。
第２、第３の実施形態でもトークンパッシング方式のアクセス制御を採用してもよい。外部通信装置はパソコンに限られない。

【0040】

パソコン４は、無線通信によりインバータ装置５ａに制御信号を送信し、インバータ装置５ａは、受信した制御信号を有線通信によりインバータ装置５ｂ〜５ｄなどの他の機器に送信してもよい。すなわち、パソコン４とインバータ装置５ａとの間のデータ通信には制御信号（運転指令信号、周波数指令信号など）の通信も含まれる。

【0041】

パソコン４は、コントローラ６に対する要求信号をインバータ装置５ａに送信してもよい。すなわち、本発明で言う他の機器にコントローラ６を含めることができる。
第１、第２の実施形態において、無線通信ユニット１１が予め操作パネル３に接続されている構成のみならず、無線通信が必要なときに無線通信ユニット１１を操作パネル３に接続する構成であってもよい。また、無線通信ユニット１１を操作パネル３に着脱可能に設けてもよい。

【0042】

第３の実施形態において、無線通信ユニット１１が予めインバータ装置５ａに接続されている構成のみならず、無線通信が必要なときに無線通信ユニット１１をインバータ装置５ａに接続する構成であってもよい。また、無線通信ユニット１１をインバータ装置５ａに着脱可能に設けてもよい。

【0043】

操作パネル３は、インバータ装置５ａ（インバータ本体）から取り外し可能に設けられていてもよい。操作パネル３は、操作パネル３またはインバータ装置５ａ（インバータ本体）に直接もしくはケーブルを介して取り付け可能に構成することができる。

【0044】

以上説明した実施形態によれば、外部通信装置との接続時における有線通信への障害を防止し、外部通信装置との接続の手間を低減できる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0045】

図面中、３は操作パネル、４はパソコン（外部通信装置）、５ａはインバータ装置（インバータ本体）、９、９ａ、９ｂは有線通信ユニット（有線通信手段）、１０は通信線、１１は無線通信ユニット（無線通信手段）、１３はゲートウェイ、１２はＣＰＵ（制御手段）である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】