電磁石駆動制御装置
【課題】励磁コイルのレイヤショートや励磁コイルの損傷等の励磁コイルの軽微な異常及びコイル温度異常を精度よく検知できる励磁コイルの故障検知及び／又は故障予知手段を備えた電磁石駆動制御装置を低コスト・省スペースで提供すること。
【解決手段】隔壁で仕切られた空間内に磁場を形成する電磁石駆動制御装置であって、励磁コイルに供給すべき目標励磁電流信号Ｓ１に基づいて電流指令信号Ｓ３を出力する電流指令部１６と、励磁コイルΧに励磁電流を供給する電流増幅器と、励磁電流を検出する電流検出器２０と、電流検出信号Ｓ５を電流指令部１６にフィードバックするフィードバック系とを備え、フィードバック制御によって決定される電流指令信号Ｓ２の値と、目標励磁電流値Ｓ１を基にドライバー１１の入出力特性、及び励磁コイルΧの特性から算出される電流指令信号想定Ｓ８の値が、所定値以上乖離した場合にコイル不良とする。
【解決手段】隔壁で仕切られた空間内に磁場を形成する電磁石駆動制御装置であって、励磁コイルに供給すべき目標励磁電流信号Ｓ１に基づいて電流指令信号Ｓ３を出力する電流指令部１６と、励磁コイルΧに励磁電流を供給する電流増幅器と、励磁電流を検出する電流検出器２０と、電流検出信号Ｓ５を電流指令部１６にフィードバックするフィードバック系とを備え、フィードバック制御によって決定される電流指令信号Ｓ２の値と、目標励磁電流値Ｓ１を基にドライバー１１の入出力特性、及び励磁コイルΧの特性から算出される電流指令信号想定Ｓ８の値が、所定値以上乖離した場合にコイル不良とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、隔壁で仕切られた空間内に発生したプラズマ分布を能動的に制御する電磁石装置の駆動制御に好適な電磁石駆動制御装置に関し、特に電磁石の励磁コイルのレイヤショートや、巻線等の損傷や励磁コイル過熱等の異常、及び／又は故障が発生する以前にそれを予知できる励磁コイル故障検知・予知手段を備えた電磁石駆動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の電磁石駆動制御装置は、電磁石を備え、該電磁石の励磁コイルに励磁電流を通電することにより、隔壁で仕切られた空間内に磁場を形成するようになっている。磁界の強度等を制御するために、励磁コイルに流れる励磁電流を電流検出部で検出し、該検出した励磁電流信号を電流制御部にフィードバックし、磁界強度が目標強度になるように制御している。
【０００３】
上記のように励磁コイルに流れる励磁電流を検出し、フィードバックし、励磁コイル流れる電流が目標電流値になるように制御する電磁石駆動制御装置において、従来励磁コイルの一部がレイヤショートした場合や励磁コイルが傷ついたりした場合の故障検出、又は故障予知は電流フィードバック値を監視し、この値が高いか低いかで異常を検知（判定）している。例えば、電流フィードバック値が高い場合をショート、低い場合は温度高いか又は断線（励磁コイル温度が高く抵抗値が高いため電流値が低いか又は断線）というように判断している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１７７６５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電流フィードバック値を監視し、この値が高いか低いかで異常を検出する方法では、フィードバックループ制御はコイル電流値（実測値）と目標値の差がゼロになるような制御であるから、励磁コイルのレイヤショートや励磁コイルの損傷が軽微な場合、電流フィードバック値の異常も解消されてしまい、異常が検出できないという問題がある。例えば、軽微なレイヤショートによりコイル抵抗値が低下すると電流値が増加し、フィードバック電流値が増加することになる。これによりフィードバックループは励磁電流を目標値にさせようと、ドライバーから励磁コイルに出力されるコイル駆動電圧を減少させるから、励磁電流の実測値と目標値の差が解消してしまう。結局、異常がフィードバックループでは対処できない程のレベルに達するまでは、異常を検知できないという問題がある。また、異常が軽微である場合の異常の予知は殆ど不可能であった。
【０００６】
また、コイルに励磁電流を印加した際、コイル自身の発熱及び／又は周囲温度の影響によってコイル配線の被服が溶けることを防ぐため、コイル温度を監視する必要があるが、コイル点数に応じて温度センサ及び温度センサ測定値を表示・報知する手段の入力チャネル数を多チャネル化する必要があった。
【０００７】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、励磁コイルのレイヤショートや励磁コイルの損傷、冷却不足によるコイルの過熱等の励磁コイルの軽微な異常でも精度よく検知できる励磁コイルの故障検知及び／又は故障予知手段を備えた電磁石駆動制御装置を低コスト、省スペースで提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、電磁石を備え、該電磁石の励磁コイルに励磁電流を通電することにより、隔壁で仕切られた空間内に磁場を形成する電磁石駆動制御装置であって、励磁コイルに供給すべき目標励磁電流値に基づいて電流指令信号を出力する電流指令部と、電流指令部からの電流指令信号に基づいて励磁コイルに励磁電流を供給するドライバーと、励磁コイルに流れる励磁電流を検出する電流検出部と、電流検出部で検出した電流検出信号を電流指令部にフィードバックするフィードバック系と、を備え、電流指令部よりドライバーに指令された電流指令信号値と、目標励磁電流値、ドライバーの入出力特性、及び励磁コイルの特性から算出される電流指令信号想定値とが、所定値以上乖離した場合に励磁コイルの不良とする励磁コイル故障検知・予知手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、電磁石を備え、該電磁石の励磁コイルに励磁電流を通電することにより、隔壁で仕切られた空間内に磁場を形成する電磁石駆動制御装置であって、電流指令部からの指令に基づいて励磁コイルに励磁電流を供給するドライバーと、励磁コイルに流れる励磁電流を検出する電流検出部と、電流検出部で検出した電流検出信号を電流指令部にフィードバックするフィードバック系と、を備え、ドライバーによって励磁コイルに印加される電圧と、励磁コイルに流れる励磁電流とにより励磁コイルの直流抵抗値を求め、該直流抵抗値より励磁コイルの温度を推定する励磁コイル温度推定機能を有する励磁コイル温度推定手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、上記電磁石駆動制御装置において、励磁コイル温度推定手段で推定された励磁コイル温度が所定の範囲を逸脱した場合に、励磁コイルの不良とする励磁コイル故障検知・予知手段を設けたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、上記電磁石駆動制御装置において、電磁石は複数であり、励磁コイル故障検知・予知手段又は励磁コイル温度推定手段はそれぞれ電磁石に対応或いは複数のグループに区分した電磁石に対応して設けられたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、上記電磁石駆動制御装置において、励磁コイル故障検知・予知手段が励磁コイルの不良を検知した場合、それを表示及び／又は報知する警報手段を設けたことを特徴とする。
【００１３】
また、上記電磁石駆動制御装置において、励磁コイル温度推定手段で推定した励磁コイル推定温度を表示する温度表示手段及び／又は報知する温度報知手段を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電流指令部よりドライバーに指令された電流指令信号値と、目標励磁電流値、ドライバーの入出力特性、及び励磁コイルの特性から算出される電流指令信号想定値とが、予め定められた所定値以上乖離した場合に励磁コイルの不良とする励磁コイル故障検知・予知手段を設けたので、電磁石の励磁コイルのレイヤショートや、巻線等の損傷が軽微であっても高精度の故障の検知や故障の予知ができる。
【００１５】
また、本発明によれば、ドライバーによって励磁コイルに印加される電圧と、励磁コイルに流れる励磁電流とによって励磁コイルの直流抵抗値を求め、該直流抵抗値より励磁コイルの温度を推定する励磁コイル温度推定機能を有するので、励磁コイルの直流抵抗値は温度に精度良く反応するから高精度で励磁コイルの温度を推定できる。
【００１６】
また、本発明によれば、励磁コイル温度推定手段で推定された励磁コイル温度が所定の範囲を逸脱した場合に、励磁コイルの不良とする励磁コイル故障検知・予知手段を設けたので、高精度で励磁コイルの故障や故障予知できる。
【００１７】
また、本発明によれば、励磁コイル故障検知・予知手段又は励磁コイル温度推定手段はそれぞれ電磁石に対応或いは複数のグループに区分した電磁石に対応して設けているので、どの電磁石、又はどのグループに属す電磁石の励磁コイルの故障や温度推定を高精度で知ることができる。
【００１８】
また、本発明によれば、励磁コイル故障検知・予知手段が励磁コイルの不良を検知した場合、それを表示及び／又は報知する警報手段を設けたので、励磁コイルの不良が発生すると速やかにそれを知ることができる。
【００１９】
また、本発明によれば、励磁コイル温度推定機能で推定した励磁コイル推定温度を表示及び／又は報知する手段を設けたので、リアルタイムで励磁コイル推定温度を知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る電磁石駆動制御装置を用いる電磁石装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る電磁石駆動制御装置のシステム構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る電磁石駆動制御装置のシステム他の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明に係る電磁石駆動制御装置が備える励磁コイルの異常判定処理フローを示す図である。
【図５】本発明に係る電磁石駆動制御装置が備える励磁コイルの異常判定処理フローを示す図である。
【図６】本発明に係る電磁石駆動制御装置が備える励磁コイルの温度推定処理フローを示す図である。
【図７】本発明に係る電磁石駆動制御装置を用いる電磁石装置の他の全体構成を示すブロック図である。
【図８】本発明に係る電磁石駆動制御装置を用いる電磁石装置の他の全体構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。図１は本発明に係る電磁石駆動制御装置を用いる電磁石装置の全体構成を示す図である。２は電磁石の励磁コイルΧを駆動制御する電磁石駆動制御装置であり、図示するように、電磁石駆動制御装置２は１台で複数の電磁石１の励磁コイルΧを駆動制御する場合と、１台で１つの電磁石１の励磁コイルΧを駆動制御する場合がある。３は電磁石装置全体を管理する電磁石装置全体管理部であり、ユーザ／上位装置インターフェース部４に接続されている。なお、電磁石装置全体管理部３にユーザ／上位装置インターフェース部４の機能を設けても良い。
【００２２】
各電磁石駆動制御装置２は電磁石装置全体管理部３からの目標励磁電流指令信号Ｓ１を受け、目標励磁電流波形として内部に保持し、該目標励磁電流波形に従って電磁石１の励磁コイルΧに励磁電流を通電するコイル駆動電圧Ｓ４を生成し、励磁コイルΧに出力する。これにより励磁コイルΧには目標励磁電流指令信号Ｓ１に対応する励磁電流が流れ、発生する磁束により、例えば隔壁で仕切られた空間に磁場（磁界）を形成する。
【００２３】
図２（ａ）は本発明に係る電磁石駆動制御装置２のシステム構成を示すブロック図である。本電磁石駆動制御装置２は、電流指令部１６と電力増幅器（ＰＡＭＰ）を具備するドライバー１１と、電流検出部２１を具備し、電流指令部１６はデジタル演算部１５とＤ／Ａ変換器１２を備えている。電磁石装置全体管理部３は、ユーザ／上位装置インターフェース４からの指示に基づいて、例えば、正弦波、矩形波、三角波等の各種波形の目標励磁電流指令信号Ｓ１を各電磁石駆動制御装置２のデジタル演算部１５に出力する。
【００２４】
デジタル演算部１５はＣＰＵを具備し、上記目標励磁電流指令信号Ｓ１を受けて目標励磁電流波形として保持し、デジタル演算処理にて前記目標励磁電流波形に対応する「波形」と「値」の電流指令信号Ｓ２（デジタル量）を生成し、Ｄ／Ａ変換器１２に出力する。Ｄ／Ａ変換器１２ではデジタル量の電流指令信号Ｓ２を連続的な電流指令信号Ｓ３に変換し、ドライバー１１に出力する。ドライバー１１はその電力増幅器（ＰＡＭＰ）で電流指令信号Ｓ３を電力増幅してコイル駆動電圧Ｓ４にし、電磁石１の励磁コイルΧに出力する。これにより励磁コイルΧにはコイル駆動電圧Ｓ４に応じた「波形」と「値」の励磁電流が流れ、例えば、図示しない隔壁で仕切られた空間内に磁場（磁界）を形成する。
【００２５】
電磁石１の励磁コイルΧに流れる励磁電流は、電流検出部２１の電流検出器２０で検出され、該検出された検出電流信号は増幅器１７で増幅し、電流検出信号Ｓ６となってＡ／Ｄ変換器１８に出力され、該Ａ／Ｄ変換器１８でデジタル量の電流検出信号Ｓ７に変換され、デジタル演算部１５に出力される。デジタル演算部１５は検出信号Ｓ７と目標励磁電流波形とを比較し、励磁コイルΧに流れる励磁電流が目標励磁電流波形の電流値及び／又は位相角になるように補正する補正機能を有している。これにより、電磁石１の励磁コイルΧに流れる励磁電流の電流値と位相が電磁石装置全体管理部３からの目標励磁電流指令信号Ｓ１で指令された「値」と「位相」になる。なお、デジタル演算部１５は電流指令部１６の一部であり、電流検出部２１の一部でもある。
【００２６】
また、電流検出部２１に、図３に示すように、ＣＰＵ１９を設け、デジタル通信等の手段でデジタル演算部１５に電流検出信号Ｓ７をデジタル電流検出信号Ｓ７’としてをフィードバックしてもよい。
【００２７】
本電磁石駆動制御装置では図２（ａ）に示すように、電磁石１の励磁コイルΧに流れる励磁電流を電流検出器２０で検出し、増幅器１７、Ａ／Ｄ変換器１８からなる電流検出部２１を介してデジタル演算部１５にフィードバックしている。このようにフィードバック系が形成された電磁石駆動制御装置２において、励磁コイルΧのレイヤショート、励磁コイルΧの損傷等によって電磁石１に故障が発生した場合、この故障状態を検出する必要がある。従来、このような電磁石１の故障を検出するのに、デジタル演算部１５にフィードバックされてくる電流検出信号Ｓ７の値を監視し、該電流検出信号Ｓ７の値が大きいと励磁コイルΧのショート、小さいと温度高や断線というように、検出信号Ｓ７の値の大小で励磁コイルΧの正・異常を判断している。
【００２８】
上記のようにフィードバックループ系を形成した場合、電流検出器２０で検出した検出信号Ｓ７の値（実測値）と、電磁石装置全体管理部３からの目標励磁電流指令信号Ｓ１の値の差がゼロになるように制御されるから、異常が軽微の場合、異常が検出できないという問題がある。例えば、励磁コイルΧの温度上昇によって励磁コイルΧの抵抗値が上昇し、励磁電流が減少し、電流検出信号Ｓ７が小さくなると、デジタル演算部１５は電流検出信号Ｓ７と前記デジタル演算部１５で保持している目標電流波形の差がゼロになるように、デジタル演算部１５から出力される電流指令信号Ｓ２の値を大きくし、ドライバー１１である電力増幅器（ＰＡＭＰ）からのコイル駆動電圧を大きくするから、励磁コイルΧに流れる励磁電流は大きくなり（回復）、異常が解消してしまい異常が検出できない。即ち、励磁コイルΧの異常がフィードバック制御で賄いきれない程のレベルに達するまで故障が検出できないという問題がある。
【００２９】
本発明に係る電磁石駆動制御装置２では、励磁コイルΧの故障検知及び異常が軽微で故障に発展する可能性がある段階、即ち故障の予知が可能な故障検知・予知手段を備えている。以下、この故障検知・予知手段について説明する。図２（ｂ）は励磁コイルΧの故障検知・予知手段の構成を示す図である。図において、２２は故障検知部、２３は警報手段である。故障検知部２２にはデジタル演算部１５からの後述する電流指令想定信号Ｓ８と電流指令信号Ｓ２が入力される。故障検知部２２では電流指令想定信号Ｓ８の値と電流指令信号Ｓ２の値を比較し、両者が予め定められた所定値以上乖離したら（デジタル演算部１５の上記補正機能の補正値が予め定められた所定値以上となったら）、故障又は故障に発展する故障予知と判断する。
【００３０】
電流指令想定信号Ｓ８はデジタル演算部１５において、目標励磁電流波形を基にドライバー１１の入出力特性と励磁コイルΧの特性（抵抗値、リアクタンス値等）と増幅器１７の入出力特性とＡ／Ｄ変換器１８の入出力特性とから算出される電流指令想定信号である。電流指令想定信号Ｓ８はフィードバックループ系の特性から計算により求められるから、この電流指令想定信号Ｓ８と、実際のフィードバック制御にて決定された電流指令信号Ｓ２とを比較することにより、電磁石１の励磁コイルΧの故障・故障予知が精度よく判別できるのである。また、故障検知部２２が励磁コイルΧの不良を検知した場合は警報手段２３に伝送し、警報手段２３から励磁コイルΧの故障や故障予知を警報する。また、警報手段２３の代わりに励磁コイルΧの故障や故障予知を表示する表示手段を設けてもよい。更に警報手段と表示手段の両方を設けても良い。
【００３１】
なお、図２（ｂ）では、故障検知部２２を電流指令部１６のデジタル演算部１５とは別置きにしているが、後に詳述するように、故障検知部２２の機能をＣＰＵを具備するデジタル演算部１５に持たせるようにしてもよい。
【００３２】
また、電磁石１の励磁コイルΧの直流抵抗値は温度に依存し、温度が高ければ直流抵抗値は高く、温度が低ければ直流抵抗値は低くなる。そこで励磁コイルΧの直流抵抗値から励磁コイルΧの温度を推定し、該励磁コイルΧの故障検知や故障予知を行うことも可能である。図２（ｃ）は励磁コイルΧの直流抵抗値から該励磁コイルΧの温度を推定し、故障検知や故障予知を行う故障検知・予知手段の構成を示す図である。図において、２５は直流抵抗値検知部、２７は温度推定部、２８は警報手段である。直流抵抗値検知部２５には電流指令信号Ｓ２と電流検出信号Ｓ７が入力されている。直流抵抗値検知部２５では電流指令信号Ｓ２とドライバー１１の入出力特性から算出されるコイル駆動電圧計算信号Ｓ４’の値と電流検出信号Ｓ７の値から励磁コイルΧの直流抵抗値を下記のように算出する。
【００３３】
直流電流波形印加時：
直流抵抗値=コイル駆動電圧値÷励磁電流値
交流電流波形印加時：
インピーダンス=コイル駆動電圧値÷励磁電流値
直流抵抗値=［｛（インピーダンス）２−（交流波形の角周波数×コイルインダクタンス） ２｝］１／２
【００３４】
温度推定部２７では直流抵抗値検知部２５で検知された励磁コイルΧの直流抵抗値から励磁コイルΧの温度を推定し、該推定した励磁コイル温度が予め定められた所定の範囲を逸脱した場合に、励磁コイルΧの故障又は故障要因と判断し、警報手段２８に伝送し、警報手段２８から励磁コイルΧの故障検知や故障予知を警報する。また、警報手段２８の代わりに励磁コイルΧの故障や故障予知を表示する表示手段を設けてもよい。更に警報手段と表示手段の両方を設けても良い。また、温度推定部２７の温度推定機能で推定した励磁コイル推定温度を表示する温度表示手段又は報知する温度報知手段を設けてもよい。更に励磁コイル推定温度を表示する機能と報知する機能を兼ね備えた温度表示・報知手段２９を設けてもよい。
【００３５】
なお、図２（ｃ）では、直流抵抗値検知部２５、温度推定部２７を電流指令部１６のデジタル演算部１５と別置きにしているが、後に詳述するように、直流抵抗値検知部２５及び温度推定部２７の機能をＣＰＵを具備するデジタル演算部１５に持たせるようにしてもよい。
【００３６】
図４は図２（ｂ）の故障検知部２２の機能をＣＰＵを具備するデジタル演算部１５に持たせ、デジタル演算部１５で電磁石１の励磁コイルΧの異常判定を行う処理フローを示す図である。異常判定を開始し、ステップＳＴ１では励磁コイルΧに流れる実測電流値（実測コイル電流値）を読込み、即ち、電流検出部２１のＡ／Ｄ変換器１８の電流検出信号Ｓ７の値（Ａ／Ｄ変換値）を取得しステップＳＴ２に移行する。ステップＳＴ２では、目標電流値（目標励磁電流波形より求めた目標励磁電流値）とコイル電流値の実測値（Ａ／Ｄ変換器１８の電流検出信号Ｓ７の値）の電流偏差Ａ（目標電流値−実測コイル電流値）を算出し、ステップＳＴ３に移行する。ステップＳＴ３では電流偏差Ａより指令信号値Ｂ（操作量）を計算し、ステップＳＴ４に移行する。
【００３７】
ステップＳＴ４では、目標電流値と励磁コイルΧ、ドライバー１１の特性から指令信号値（操作量）の想定値（電流指令想定信号値Ｓ８）Ｃを計算し、ステップＳＴ５に移行する。ステップＳＴ５では、指令信号値Ｂと想定値Ｃを比較し、両者が予め定められた所定値以上乖離しているか否かを判断し、乖離している（Ｙ）場合はステップＳＴ６に移行し、ここで励磁コイル異常を警報手段２３（図２（ｂ）参照）に出力する。乖離していない（Ｎ）場合は異常判定を終了する。
【００３８】
図５はデジタル演算部１５で電磁石１の励磁コイルΧの異常判定を行う他の処理フローを示す図である。異常判定を開始し、ステップＳＴ１１では励磁コイルΧに流れる実測電流値（Ａ／Ｄ変換器１８の電流検出信号Ｓ７の値）を取得しステップＳＴ１２に移行する。ステップＳＴ１２では、目標電流値とコイル電流値の実測値の電流偏差Ａ（目標電流値−コイル電流値）を算出し、ステップＳＴ１３に移行する。ステップＳＴ１３では電流偏差Ａが予め定められた所定値以上（過大）か否かを判断し、所定値以上（Ｙ）の場合はステップＳＴ１４に移行し、励磁コイル異常を警報手段２３（図２（ｂ）参照）に出力する。上記ステップＳＴ１１〜ＳＴ１４までの処理が従来の処理である。
【００３９】
本処理では、ステップＳＴ１３で電流偏差Ａが予め定められた所定値未満（Ｎ）の場合、ステップＳＴ１５に移行し、ここで電流偏差値Ａより、指令計算値Ｂ（操作量）を計算しステップＳＴ１６に移行する。ステップＳＴ１６では、目標電流値と励磁コイルΧ、ドライバー１１の特性から指令信号値（操作量）の想定値（電流指令想定信号値Ｓ８の）Ｃを計算し、ステップＳＴ１７に移行する。ステップＳＴ１７では、指令信号値Ｂと想定値Ｃを比較し、両者が予め定められた所定値以上乖離しているか否かを判断し、乖離している（Ｙ）の場合はステップＳＴ１８に移行し、ここで励磁コイル異常を警報手段２３（図２（ｂ）参照）に出力する。乖離していない（Ｎ）の場合は異常判定を終了する。
【００４０】
図６は図２（ｃ）の直流抵抗値検知部２５及び温度推定部２７の機能をデジタル演算部１５に持たせ、デジタル演算部１５で電磁石１の励磁コイルΧのコイル温度を推定する処理フローを示す図である。励磁コイルΧのコイル温度推定開始し、ステップＳＴ２１で励磁コイルΧに流れるコイル電流値を読込み（Ａ／Ｄ変換器１８の電流検出信号Ｓ７の値）を取得しステップＳＴ２２に移行する。ステップＳＴ２２では、電流指令信号Ｓ２とドライバー１１の入出力特性からコイル駆動電圧計算信号Ｓ４’を求め、ステップＳＴ２３に移行する。ステップＳＴ２３では、コイル電流値とドライバー１１のコイル駆動電圧計算信号Ｓ４’の値より、コイル抵抗値を計算し、ステップＳＴ２４ではコイル抵抗値より下式により現在の励磁コイルΧのコイル温度を推定し、コイル温度推定処理を終了する。
【００４１】
Ｔｎ＝１／α｛（Ｒｎ／Ｒｄ）＋α×Ｔｄ−１｝
ここで、Ｔｎ：コイル推定温度［℃］、Ｔｄ：設計上のコイル温度［℃］、Ｒｎ：算出されたコイル抵抗値［Ω］、Ｒｄ：設計上のコイル抵抗値［Ω］、α：熱抵抗率 である。
【００４２】
図７は本発明に係る電磁石駆動制御装置を用いる電磁石装置の全体構成を示す図である。ここでは、各電磁石駆動制御装置２には、それぞれ故障検出手段又は温度推定手段又は故障検出手段と温度推定手段の両方を備え、更に各電磁石駆動制御装置２で１つの電磁石の励磁コイルΧを駆動するように、電磁石駆動制御装置２と電磁石の励磁コイルΧは一対一の関係になるように構成されている。つまり本実施形態例では、１つの電磁石１の励磁コイルΧに対して１つの故障検出手段又は温度推定手段又は故障検出手段と温度推定手段の両方を備えている場合を示す。これにより、各励磁コイルΧごとに、故障検出又は温度推定又は故障検出と温度推定の両方ができる。
【００４３】
図８は本発明に係る電磁石駆動制御装置を用いる電磁石装置の全体構成を示す図である。ここでは、各電磁石駆動制御装置２には、それぞれ故障検出手段又は温度推定手段又は故障検出手段と温度推定手段の両方を備え、各電磁石駆動制御装置２で複数（図では２個）の電磁石の励磁コイルΧを駆動するように、つまり各電磁石駆動制御装置２は複数の電磁石の励磁コイルΧを駆動するように構成されている。言い換えると、複数電磁石で構成されるグループ毎に、１つ故障検出手段又は温度推定手段又は故障検出手段と温度推定手段の両方を備えている場合を示す。これにより、励磁コイルのグループごとに、故障検出又は温度推定又は故障検出と温度推定の両方ができる。
【００４４】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、電流指令部よりドライバーに指令された電流指令信号と、電流指令信号想定値（目標励磁電流値を基に、励磁コイルの特性、及びドライバーの入出力特性から算出される値）とが予め定められた所定値以上乖離した場合に励磁コイルの不良とする励磁コイル故障検知及び／又は故障予知手段を設けたので、フィードバックループ系に関係なく電磁石の励磁コイルの異常を検知でき、電磁石の励磁コイルのレイヤショートや、巻線等の不良が軽微であっても高精度で故障検知や故障予知できる電磁石駆動制御装置として利用できる。
【００４６】
また、本発明は、ドライバーによって励磁コイルに印加される電圧と、励磁コイルに流れる励磁電流とによって励磁コイルの直流抵抗値を求め、該直流抵抗値より励磁コイルの温度を推定する励磁コイル温度推定機能を有するので、温度センサやセンサ入力系を具備すること無く、この推定温度から励磁コイルの故障検知や故障予知が高精度でできる電磁石駆動制御装置として利用できる。
【符号の説明】
【００４７】
１ 電磁石
２ ドライブ回路
３ 電磁石装置全体管理部
４ 検出回路
１１ ドライバー
１２ Ｄ／Ａ変換器
１５ デジタル演算部
１６ 電流指令部
１７ 増幅器
１８ Ａ／Ｄ変換器
１９ ＣＰＵ
２０ 電流検出器
２１ 電流検出部
２２ 故障検知部
２３ 警報手段
２５ 直流抵抗値検知部
２７ 温度推定部
２８ 警報手段
２９ 温度表示・報知手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、隔壁で仕切られた空間内に発生したプラズマ分布を能動的に制御する電磁石装置の駆動制御に好適な電磁石駆動制御装置に関し、特に電磁石の励磁コイルのレイヤショートや、巻線等の損傷や励磁コイル過熱等の異常、及び／又は故障が発生する以前にそれを予知できる励磁コイル故障検知・予知手段を備えた電磁石駆動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の電磁石駆動制御装置は、電磁石を備え、該電磁石の励磁コイルに励磁電流を通電することにより、隔壁で仕切られた空間内に磁場を形成するようになっている。磁界の強度等を制御するために、励磁コイルに流れる励磁電流を電流検出部で検出し、該検出した励磁電流信号を電流制御部にフィードバックし、磁界強度が目標強度になるように制御している。
【０００３】
上記のように励磁コイルに流れる励磁電流を検出し、フィードバックし、励磁コイル流れる電流が目標電流値になるように制御する電磁石駆動制御装置において、従来励磁コイルの一部がレイヤショートした場合や励磁コイルが傷ついたりした場合の故障検出、又は故障予知は電流フィードバック値を監視し、この値が高いか低いかで異常を検知（判定）している。例えば、電流フィードバック値が高い場合をショート、低い場合は温度高いか又は断線（励磁コイル温度が高く抵抗値が高いため電流値が低いか又は断線）というように判断している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１７７６５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電流フィードバック値を監視し、この値が高いか低いかで異常を検出する方法では、フィードバックループ制御はコイル電流値（実測値）と目標値の差がゼロになるような制御であるから、励磁コイルのレイヤショートや励磁コイルの損傷が軽微な場合、電流フィードバック値の異常も解消されてしまい、異常が検出できないという問題がある。例えば、軽微なレイヤショートによりコイル抵抗値が低下すると電流値が増加し、フィードバック電流値が増加することになる。これによりフィードバックループは励磁電流を目標値にさせようと、ドライバーから励磁コイルに出力されるコイル駆動電圧を減少させるから、励磁電流の実測値と目標値の差が解消してしまう。結局、異常がフィードバックループでは対処できない程のレベルに達するまでは、異常を検知できないという問題がある。また、異常が軽微である場合の異常の予知は殆ど不可能であった。
【０００６】
また、コイルに励磁電流を印加した際、コイル自身の発熱及び／又は周囲温度の影響によってコイル配線の被服が溶けることを防ぐため、コイル温度を監視する必要があるが、コイル点数に応じて温度センサ及び温度センサ測定値を表示・報知する手段の入力チャネル数を多チャネル化する必要があった。
【０００７】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、励磁コイルのレイヤショートや励磁コイルの損傷、冷却不足によるコイルの過熱等の励磁コイルの軽微な異常でも精度よく検知できる励磁コイルの故障検知及び／又は故障予知手段を備えた電磁石駆動制御装置を低コスト、省スペースで提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、電磁石を備え、該電磁石の励磁コイルに励磁電流を通電することにより、隔壁で仕切られた空間内に磁場を形成する電磁石駆動制御装置であって、励磁コイルに供給すべき目標励磁電流値に基づいて電流指令信号を出力する電流指令部と、電流指令部からの電流指令信号に基づいて励磁コイルに励磁電流を供給するドライバーと、励磁コイルに流れる励磁電流を検出する電流検出部と、電流検出部で検出した電流検出信号を電流指令部にフィードバックするフィードバック系と、を備え、電流指令部よりドライバーに指令された電流指令信号値と、目標励磁電流値、ドライバーの入出力特性、及び励磁コイルの特性から算出される電流指令信号想定値とが、所定値以上乖離した場合に励磁コイルの不良とする励磁コイル故障検知・予知手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、電磁石を備え、該電磁石の励磁コイルに励磁電流を通電することにより、隔壁で仕切られた空間内に磁場を形成する電磁石駆動制御装置であって、電流指令部からの指令に基づいて励磁コイルに励磁電流を供給するドライバーと、励磁コイルに流れる励磁電流を検出する電流検出部と、電流検出部で検出した電流検出信号を電流指令部にフィードバックするフィードバック系と、を備え、ドライバーによって励磁コイルに印加される電圧と、励磁コイルに流れる励磁電流とにより励磁コイルの直流抵抗値を求め、該直流抵抗値より励磁コイルの温度を推定する励磁コイル温度推定機能を有する励磁コイル温度推定手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、上記電磁石駆動制御装置において、励磁コイル温度推定手段で推定された励磁コイル温度が所定の範囲を逸脱した場合に、励磁コイルの不良とする励磁コイル故障検知・予知手段を設けたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、上記電磁石駆動制御装置において、電磁石は複数であり、励磁コイル故障検知・予知手段又は励磁コイル温度推定手段はそれぞれ電磁石に対応或いは複数のグループに区分した電磁石に対応して設けられたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、上記電磁石駆動制御装置において、励磁コイル故障検知・予知手段が励磁コイルの不良を検知した場合、それを表示及び／又は報知する警報手段を設けたことを特徴とする。
【００１３】
また、上記電磁石駆動制御装置において、励磁コイル温度推定手段で推定した励磁コイル推定温度を表示する温度表示手段及び／又は報知する温度報知手段を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電流指令部よりドライバーに指令された電流指令信号値と、目標励磁電流値、ドライバーの入出力特性、及び励磁コイルの特性から算出される電流指令信号想定値とが、予め定められた所定値以上乖離した場合に励磁コイルの不良とする励磁コイル故障検知・予知手段を設けたので、電磁石の励磁コイルのレイヤショートや、巻線等の損傷が軽微であっても高精度の故障の検知や故障の予知ができる。
【００１５】
また、本発明によれば、ドライバーによって励磁コイルに印加される電圧と、励磁コイルに流れる励磁電流とによって励磁コイルの直流抵抗値を求め、該直流抵抗値より励磁コイルの温度を推定する励磁コイル温度推定機能を有するので、励磁コイルの直流抵抗値は温度に精度良く反応するから高精度で励磁コイルの温度を推定できる。
【００１６】
また、本発明によれば、励磁コイル温度推定手段で推定された励磁コイル温度が所定の範囲を逸脱した場合に、励磁コイルの不良とする励磁コイル故障検知・予知手段を設けたので、高精度で励磁コイルの故障や故障予知できる。
【００１７】
また、本発明によれば、励磁コイル故障検知・予知手段又は励磁コイル温度推定手段はそれぞれ電磁石に対応或いは複数のグループに区分した電磁石に対応して設けているので、どの電磁石、又はどのグループに属す電磁石の励磁コイルの故障や温度推定を高精度で知ることができる。
【００１８】
また、本発明によれば、励磁コイル故障検知・予知手段が励磁コイルの不良を検知した場合、それを表示及び／又は報知する警報手段を設けたので、励磁コイルの不良が発生すると速やかにそれを知ることができる。
【００１９】
また、本発明によれば、励磁コイル温度推定機能で推定した励磁コイル推定温度を表示及び／又は報知する手段を設けたので、リアルタイムで励磁コイル推定温度を知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る電磁石駆動制御装置を用いる電磁石装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る電磁石駆動制御装置のシステム構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る電磁石駆動制御装置のシステム他の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明に係る電磁石駆動制御装置が備える励磁コイルの異常判定処理フローを示す図である。
【図５】本発明に係る電磁石駆動制御装置が備える励磁コイルの異常判定処理フローを示す図である。
【図６】本発明に係る電磁石駆動制御装置が備える励磁コイルの温度推定処理フローを示す図である。
【図７】本発明に係る電磁石駆動制御装置を用いる電磁石装置の他の全体構成を示すブロック図である。
【図８】本発明に係る電磁石駆動制御装置を用いる電磁石装置の他の全体構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。図１は本発明に係る電磁石駆動制御装置を用いる電磁石装置の全体構成を示す図である。２は電磁石の励磁コイルΧを駆動制御する電磁石駆動制御装置であり、図示するように、電磁石駆動制御装置２は１台で複数の電磁石１の励磁コイルΧを駆動制御する場合と、１台で１つの電磁石１の励磁コイルΧを駆動制御する場合がある。３は電磁石装置全体を管理する電磁石装置全体管理部であり、ユーザ／上位装置インターフェース部４に接続されている。なお、電磁石装置全体管理部３にユーザ／上位装置インターフェース部４の機能を設けても良い。
【００２２】
各電磁石駆動制御装置２は電磁石装置全体管理部３からの目標励磁電流指令信号Ｓ１を受け、目標励磁電流波形として内部に保持し、該目標励磁電流波形に従って電磁石１の励磁コイルΧに励磁電流を通電するコイル駆動電圧Ｓ４を生成し、励磁コイルΧに出力する。これにより励磁コイルΧには目標励磁電流指令信号Ｓ１に対応する励磁電流が流れ、発生する磁束により、例えば隔壁で仕切られた空間に磁場（磁界）を形成する。
【００２３】
図２（ａ）は本発明に係る電磁石駆動制御装置２のシステム構成を示すブロック図である。本電磁石駆動制御装置２は、電流指令部１６と電力増幅器（ＰＡＭＰ）を具備するドライバー１１と、電流検出部２１を具備し、電流指令部１６はデジタル演算部１５とＤ／Ａ変換器１２を備えている。電磁石装置全体管理部３は、ユーザ／上位装置インターフェース４からの指示に基づいて、例えば、正弦波、矩形波、三角波等の各種波形の目標励磁電流指令信号Ｓ１を各電磁石駆動制御装置２のデジタル演算部１５に出力する。
【００２４】
デジタル演算部１５はＣＰＵを具備し、上記目標励磁電流指令信号Ｓ１を受けて目標励磁電流波形として保持し、デジタル演算処理にて前記目標励磁電流波形に対応する「波形」と「値」の電流指令信号Ｓ２（デジタル量）を生成し、Ｄ／Ａ変換器１２に出力する。Ｄ／Ａ変換器１２ではデジタル量の電流指令信号Ｓ２を連続的な電流指令信号Ｓ３に変換し、ドライバー１１に出力する。ドライバー１１はその電力増幅器（ＰＡＭＰ）で電流指令信号Ｓ３を電力増幅してコイル駆動電圧Ｓ４にし、電磁石１の励磁コイルΧに出力する。これにより励磁コイルΧにはコイル駆動電圧Ｓ４に応じた「波形」と「値」の励磁電流が流れ、例えば、図示しない隔壁で仕切られた空間内に磁場（磁界）を形成する。
【００２５】
電磁石１の励磁コイルΧに流れる励磁電流は、電流検出部２１の電流検出器２０で検出され、該検出された検出電流信号は増幅器１７で増幅し、電流検出信号Ｓ６となってＡ／Ｄ変換器１８に出力され、該Ａ／Ｄ変換器１８でデジタル量の電流検出信号Ｓ７に変換され、デジタル演算部１５に出力される。デジタル演算部１５は検出信号Ｓ７と目標励磁電流波形とを比較し、励磁コイルΧに流れる励磁電流が目標励磁電流波形の電流値及び／又は位相角になるように補正する補正機能を有している。これにより、電磁石１の励磁コイルΧに流れる励磁電流の電流値と位相が電磁石装置全体管理部３からの目標励磁電流指令信号Ｓ１で指令された「値」と「位相」になる。なお、デジタル演算部１５は電流指令部１６の一部であり、電流検出部２１の一部でもある。
【００２６】
また、電流検出部２１に、図３に示すように、ＣＰＵ１９を設け、デジタル通信等の手段でデジタル演算部１５に電流検出信号Ｓ７をデジタル電流検出信号Ｓ７’としてをフィードバックしてもよい。
【００２７】
本電磁石駆動制御装置では図２（ａ）に示すように、電磁石１の励磁コイルΧに流れる励磁電流を電流検出器２０で検出し、増幅器１７、Ａ／Ｄ変換器１８からなる電流検出部２１を介してデジタル演算部１５にフィードバックしている。このようにフィードバック系が形成された電磁石駆動制御装置２において、励磁コイルΧのレイヤショート、励磁コイルΧの損傷等によって電磁石１に故障が発生した場合、この故障状態を検出する必要がある。従来、このような電磁石１の故障を検出するのに、デジタル演算部１５にフィードバックされてくる電流検出信号Ｓ７の値を監視し、該電流検出信号Ｓ７の値が大きいと励磁コイルΧのショート、小さいと温度高や断線というように、検出信号Ｓ７の値の大小で励磁コイルΧの正・異常を判断している。
【００２８】
上記のようにフィードバックループ系を形成した場合、電流検出器２０で検出した検出信号Ｓ７の値（実測値）と、電磁石装置全体管理部３からの目標励磁電流指令信号Ｓ１の値の差がゼロになるように制御されるから、異常が軽微の場合、異常が検出できないという問題がある。例えば、励磁コイルΧの温度上昇によって励磁コイルΧの抵抗値が上昇し、励磁電流が減少し、電流検出信号Ｓ７が小さくなると、デジタル演算部１５は電流検出信号Ｓ７と前記デジタル演算部１５で保持している目標電流波形の差がゼロになるように、デジタル演算部１５から出力される電流指令信号Ｓ２の値を大きくし、ドライバー１１である電力増幅器（ＰＡＭＰ）からのコイル駆動電圧を大きくするから、励磁コイルΧに流れる励磁電流は大きくなり（回復）、異常が解消してしまい異常が検出できない。即ち、励磁コイルΧの異常がフィードバック制御で賄いきれない程のレベルに達するまで故障が検出できないという問題がある。
【００２９】
本発明に係る電磁石駆動制御装置２では、励磁コイルΧの故障検知及び異常が軽微で故障に発展する可能性がある段階、即ち故障の予知が可能な故障検知・予知手段を備えている。以下、この故障検知・予知手段について説明する。図２（ｂ）は励磁コイルΧの故障検知・予知手段の構成を示す図である。図において、２２は故障検知部、２３は警報手段である。故障検知部２２にはデジタル演算部１５からの後述する電流指令想定信号Ｓ８と電流指令信号Ｓ２が入力される。故障検知部２２では電流指令想定信号Ｓ８の値と電流指令信号Ｓ２の値を比較し、両者が予め定められた所定値以上乖離したら（デジタル演算部１５の上記補正機能の補正値が予め定められた所定値以上となったら）、故障又は故障に発展する故障予知と判断する。
【００３０】
電流指令想定信号Ｓ８はデジタル演算部１５において、目標励磁電流波形を基にドライバー１１の入出力特性と励磁コイルΧの特性（抵抗値、リアクタンス値等）と増幅器１７の入出力特性とＡ／Ｄ変換器１８の入出力特性とから算出される電流指令想定信号である。電流指令想定信号Ｓ８はフィードバックループ系の特性から計算により求められるから、この電流指令想定信号Ｓ８と、実際のフィードバック制御にて決定された電流指令信号Ｓ２とを比較することにより、電磁石１の励磁コイルΧの故障・故障予知が精度よく判別できるのである。また、故障検知部２２が励磁コイルΧの不良を検知した場合は警報手段２３に伝送し、警報手段２３から励磁コイルΧの故障や故障予知を警報する。また、警報手段２３の代わりに励磁コイルΧの故障や故障予知を表示する表示手段を設けてもよい。更に警報手段と表示手段の両方を設けても良い。
【００３１】
なお、図２（ｂ）では、故障検知部２２を電流指令部１６のデジタル演算部１５とは別置きにしているが、後に詳述するように、故障検知部２２の機能をＣＰＵを具備するデジタル演算部１５に持たせるようにしてもよい。
【００３２】
また、電磁石１の励磁コイルΧの直流抵抗値は温度に依存し、温度が高ければ直流抵抗値は高く、温度が低ければ直流抵抗値は低くなる。そこで励磁コイルΧの直流抵抗値から励磁コイルΧの温度を推定し、該励磁コイルΧの故障検知や故障予知を行うことも可能である。図２（ｃ）は励磁コイルΧの直流抵抗値から該励磁コイルΧの温度を推定し、故障検知や故障予知を行う故障検知・予知手段の構成を示す図である。図において、２５は直流抵抗値検知部、２７は温度推定部、２８は警報手段である。直流抵抗値検知部２５には電流指令信号Ｓ２と電流検出信号Ｓ７が入力されている。直流抵抗値検知部２５では電流指令信号Ｓ２とドライバー１１の入出力特性から算出されるコイル駆動電圧計算信号Ｓ４’の値と電流検出信号Ｓ７の値から励磁コイルΧの直流抵抗値を下記のように算出する。
【００３３】
直流電流波形印加時：
直流抵抗値=コイル駆動電圧値÷励磁電流値
交流電流波形印加時：
インピーダンス=コイル駆動電圧値÷励磁電流値
直流抵抗値=［｛（インピーダンス）２−（交流波形の角周波数×コイルインダクタンス） ２｝］１／２
【００３４】
温度推定部２７では直流抵抗値検知部２５で検知された励磁コイルΧの直流抵抗値から励磁コイルΧの温度を推定し、該推定した励磁コイル温度が予め定められた所定の範囲を逸脱した場合に、励磁コイルΧの故障又は故障要因と判断し、警報手段２８に伝送し、警報手段２８から励磁コイルΧの故障検知や故障予知を警報する。また、警報手段２８の代わりに励磁コイルΧの故障や故障予知を表示する表示手段を設けてもよい。更に警報手段と表示手段の両方を設けても良い。また、温度推定部２７の温度推定機能で推定した励磁コイル推定温度を表示する温度表示手段又は報知する温度報知手段を設けてもよい。更に励磁コイル推定温度を表示する機能と報知する機能を兼ね備えた温度表示・報知手段２９を設けてもよい。
【００３５】
なお、図２（ｃ）では、直流抵抗値検知部２５、温度推定部２７を電流指令部１６のデジタル演算部１５と別置きにしているが、後に詳述するように、直流抵抗値検知部２５及び温度推定部２７の機能をＣＰＵを具備するデジタル演算部１５に持たせるようにしてもよい。
【００３６】
図４は図２（ｂ）の故障検知部２２の機能をＣＰＵを具備するデジタル演算部１５に持たせ、デジタル演算部１５で電磁石１の励磁コイルΧの異常判定を行う処理フローを示す図である。異常判定を開始し、ステップＳＴ１では励磁コイルΧに流れる実測電流値（実測コイル電流値）を読込み、即ち、電流検出部２１のＡ／Ｄ変換器１８の電流検出信号Ｓ７の値（Ａ／Ｄ変換値）を取得しステップＳＴ２に移行する。ステップＳＴ２では、目標電流値（目標励磁電流波形より求めた目標励磁電流値）とコイル電流値の実測値（Ａ／Ｄ変換器１８の電流検出信号Ｓ７の値）の電流偏差Ａ（目標電流値−実測コイル電流値）を算出し、ステップＳＴ３に移行する。ステップＳＴ３では電流偏差Ａより指令信号値Ｂ（操作量）を計算し、ステップＳＴ４に移行する。
【００３７】
ステップＳＴ４では、目標電流値と励磁コイルΧ、ドライバー１１の特性から指令信号値（操作量）の想定値（電流指令想定信号値Ｓ８）Ｃを計算し、ステップＳＴ５に移行する。ステップＳＴ５では、指令信号値Ｂと想定値Ｃを比較し、両者が予め定められた所定値以上乖離しているか否かを判断し、乖離している（Ｙ）場合はステップＳＴ６に移行し、ここで励磁コイル異常を警報手段２３（図２（ｂ）参照）に出力する。乖離していない（Ｎ）場合は異常判定を終了する。
【００３８】
図５はデジタル演算部１５で電磁石１の励磁コイルΧの異常判定を行う他の処理フローを示す図である。異常判定を開始し、ステップＳＴ１１では励磁コイルΧに流れる実測電流値（Ａ／Ｄ変換器１８の電流検出信号Ｓ７の値）を取得しステップＳＴ１２に移行する。ステップＳＴ１２では、目標電流値とコイル電流値の実測値の電流偏差Ａ（目標電流値−コイル電流値）を算出し、ステップＳＴ１３に移行する。ステップＳＴ１３では電流偏差Ａが予め定められた所定値以上（過大）か否かを判断し、所定値以上（Ｙ）の場合はステップＳＴ１４に移行し、励磁コイル異常を警報手段２３（図２（ｂ）参照）に出力する。上記ステップＳＴ１１〜ＳＴ１４までの処理が従来の処理である。
【００３９】
本処理では、ステップＳＴ１３で電流偏差Ａが予め定められた所定値未満（Ｎ）の場合、ステップＳＴ１５に移行し、ここで電流偏差値Ａより、指令計算値Ｂ（操作量）を計算しステップＳＴ１６に移行する。ステップＳＴ１６では、目標電流値と励磁コイルΧ、ドライバー１１の特性から指令信号値（操作量）の想定値（電流指令想定信号値Ｓ８の）Ｃを計算し、ステップＳＴ１７に移行する。ステップＳＴ１７では、指令信号値Ｂと想定値Ｃを比較し、両者が予め定められた所定値以上乖離しているか否かを判断し、乖離している（Ｙ）の場合はステップＳＴ１８に移行し、ここで励磁コイル異常を警報手段２３（図２（ｂ）参照）に出力する。乖離していない（Ｎ）の場合は異常判定を終了する。
【００４０】
図６は図２（ｃ）の直流抵抗値検知部２５及び温度推定部２７の機能をデジタル演算部１５に持たせ、デジタル演算部１５で電磁石１の励磁コイルΧのコイル温度を推定する処理フローを示す図である。励磁コイルΧのコイル温度推定開始し、ステップＳＴ２１で励磁コイルΧに流れるコイル電流値を読込み（Ａ／Ｄ変換器１８の電流検出信号Ｓ７の値）を取得しステップＳＴ２２に移行する。ステップＳＴ２２では、電流指令信号Ｓ２とドライバー１１の入出力特性からコイル駆動電圧計算信号Ｓ４’を求め、ステップＳＴ２３に移行する。ステップＳＴ２３では、コイル電流値とドライバー１１のコイル駆動電圧計算信号Ｓ４’の値より、コイル抵抗値を計算し、ステップＳＴ２４ではコイル抵抗値より下式により現在の励磁コイルΧのコイル温度を推定し、コイル温度推定処理を終了する。
【００４１】
Ｔｎ＝１／α｛（Ｒｎ／Ｒｄ）＋α×Ｔｄ−１｝
ここで、Ｔｎ：コイル推定温度［℃］、Ｔｄ：設計上のコイル温度［℃］、Ｒｎ：算出されたコイル抵抗値［Ω］、Ｒｄ：設計上のコイル抵抗値［Ω］、α：熱抵抗率 である。
【００４２】
図７は本発明に係る電磁石駆動制御装置を用いる電磁石装置の全体構成を示す図である。ここでは、各電磁石駆動制御装置２には、それぞれ故障検出手段又は温度推定手段又は故障検出手段と温度推定手段の両方を備え、更に各電磁石駆動制御装置２で１つの電磁石の励磁コイルΧを駆動するように、電磁石駆動制御装置２と電磁石の励磁コイルΧは一対一の関係になるように構成されている。つまり本実施形態例では、１つの電磁石１の励磁コイルΧに対して１つの故障検出手段又は温度推定手段又は故障検出手段と温度推定手段の両方を備えている場合を示す。これにより、各励磁コイルΧごとに、故障検出又は温度推定又は故障検出と温度推定の両方ができる。
【００４３】
図８は本発明に係る電磁石駆動制御装置を用いる電磁石装置の全体構成を示す図である。ここでは、各電磁石駆動制御装置２には、それぞれ故障検出手段又は温度推定手段又は故障検出手段と温度推定手段の両方を備え、各電磁石駆動制御装置２で複数（図では２個）の電磁石の励磁コイルΧを駆動するように、つまり各電磁石駆動制御装置２は複数の電磁石の励磁コイルΧを駆動するように構成されている。言い換えると、複数電磁石で構成されるグループ毎に、１つ故障検出手段又は温度推定手段又は故障検出手段と温度推定手段の両方を備えている場合を示す。これにより、励磁コイルのグループごとに、故障検出又は温度推定又は故障検出と温度推定の両方ができる。
【００４４】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、電流指令部よりドライバーに指令された電流指令信号と、電流指令信号想定値（目標励磁電流値を基に、励磁コイルの特性、及びドライバーの入出力特性から算出される値）とが予め定められた所定値以上乖離した場合に励磁コイルの不良とする励磁コイル故障検知及び／又は故障予知手段を設けたので、フィードバックループ系に関係なく電磁石の励磁コイルの異常を検知でき、電磁石の励磁コイルのレイヤショートや、巻線等の不良が軽微であっても高精度で故障検知や故障予知できる電磁石駆動制御装置として利用できる。
【００４６】
また、本発明は、ドライバーによって励磁コイルに印加される電圧と、励磁コイルに流れる励磁電流とによって励磁コイルの直流抵抗値を求め、該直流抵抗値より励磁コイルの温度を推定する励磁コイル温度推定機能を有するので、温度センサやセンサ入力系を具備すること無く、この推定温度から励磁コイルの故障検知や故障予知が高精度でできる電磁石駆動制御装置として利用できる。
【符号の説明】
【００４７】
１ 電磁石
２ ドライブ回路
３ 電磁石装置全体管理部
４ 検出回路
１１ ドライバー
１２ Ｄ／Ａ変換器
１５ デジタル演算部
１６ 電流指令部
１７ 増幅器
１８ Ａ／Ｄ変換器
１９ ＣＰＵ
２０ 電流検出器
２１ 電流検出部
２２ 故障検知部
２３ 警報手段
２５ 直流抵抗値検知部
２７ 温度推定部
２８ 警報手段
２９ 温度表示・報知手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁石を備え、該電磁石の励磁コイルに励磁電流を通電することにより、隔壁で仕切られた空間内に磁場を形成する電磁石駆動制御装置であって、
前記励磁コイルに供給すべき目標励磁電流値に基づいて電流指令信号を出力する電流指令部と、
前記電流指令部からの電流指令信号に基づいて前記励磁コイルに励磁電流を供給するドライバーと、
前記励磁コイルに流れる励磁電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部で検出した電流検出信号を前記電流指令部にフィードバックするフィードバック系と、を備え、
前記電流指令部より前記ドライバーに指令された電流指令信号値と、前記目標励磁電流値、前記ドライバーの入出力特性、及び前記励磁コイルの特性から算出される電流指令信号想定値とが、所定値以上乖離した場合に前記励磁コイルの不良とする励磁コイル故障検知・予知手段を設けたことを特徴とする電磁石駆動制御装置。
【請求項２】
電磁石を備え、該電磁石の励磁コイルに励磁電流を通電することにより、隔壁で仕切られた空間内に磁場を形成する電磁石駆動制御装置であって、
前記電流指令部からの指令に基づいて前記励磁コイルに励磁電流を供給するドライバーと、
前記励磁コイルに流れる励磁電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部で検出した電流検出信号を前記電流指令部にフィードバックするフィードバック系と、を備え、
前記ドライバーによって前記励磁コイルに印加される電圧と、前記励磁コイルに流れる励磁電流とにより励磁コイルの直流抵抗値を求め、該直流抵抗値より励磁コイルの温度を推定する励磁コイル温度推定機能を有する励磁コイル温度推定手段を設けたことを特徴とする電磁石駆動制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電磁石駆動制御装置において、
前記励磁コイル温度推定手段で推定された励磁コイル温度が所定の範囲を逸脱した場合に、前記励磁コイルの不良とする励磁コイル故障検知・予知手段を設けたことを特徴とする電磁石駆動制御装置。
【請求項４】
請求項１又は２又は３に記載の電磁石駆動制御装置において、
前記電磁石は複数であり、前記励磁コイル故障検知・予知手段又は前記励磁コイル温度推定手段はそれぞれ前記電磁石に対応或いは複数のグループに区分した前記電磁石に対応して設けられたことを特徴とする電磁石駆動制御装置。
【請求項５】
請求項１又は３に記載の電磁石駆動制御装置において、
前記励磁コイル故障検知・予知手段が励磁コイルの不良を検知した場合、それを表示及び／又は報知する警報手段を設けたことを特徴とする電磁石駆動制御装置。
【請求項６】
請求項２に記載の電磁石駆動制御装置において、
前記励磁コイル温度推定手段で推定した励磁コイル推定温度を表示する温度表示手段及び／又は報知する温度報知手段を設けたことを特徴とする電磁石駆動制御装置。
【請求項１】
電磁石を備え、該電磁石の励磁コイルに励磁電流を通電することにより、隔壁で仕切られた空間内に磁場を形成する電磁石駆動制御装置であって、
前記励磁コイルに供給すべき目標励磁電流値に基づいて電流指令信号を出力する電流指令部と、
前記電流指令部からの電流指令信号に基づいて前記励磁コイルに励磁電流を供給するドライバーと、
前記励磁コイルに流れる励磁電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部で検出した電流検出信号を前記電流指令部にフィードバックするフィードバック系と、を備え、
前記電流指令部より前記ドライバーに指令された電流指令信号値と、前記目標励磁電流値、前記ドライバーの入出力特性、及び前記励磁コイルの特性から算出される電流指令信号想定値とが、所定値以上乖離した場合に前記励磁コイルの不良とする励磁コイル故障検知・予知手段を設けたことを特徴とする電磁石駆動制御装置。
【請求項２】
電磁石を備え、該電磁石の励磁コイルに励磁電流を通電することにより、隔壁で仕切られた空間内に磁場を形成する電磁石駆動制御装置であって、
前記電流指令部からの指令に基づいて前記励磁コイルに励磁電流を供給するドライバーと、
前記励磁コイルに流れる励磁電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部で検出した電流検出信号を前記電流指令部にフィードバックするフィードバック系と、を備え、
前記ドライバーによって前記励磁コイルに印加される電圧と、前記励磁コイルに流れる励磁電流とにより励磁コイルの直流抵抗値を求め、該直流抵抗値より励磁コイルの温度を推定する励磁コイル温度推定機能を有する励磁コイル温度推定手段を設けたことを特徴とする電磁石駆動制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電磁石駆動制御装置において、
前記励磁コイル温度推定手段で推定された励磁コイル温度が所定の範囲を逸脱した場合に、前記励磁コイルの不良とする励磁コイル故障検知・予知手段を設けたことを特徴とする電磁石駆動制御装置。
【請求項４】
請求項１又は２又は３に記載の電磁石駆動制御装置において、
前記電磁石は複数であり、前記励磁コイル故障検知・予知手段又は前記励磁コイル温度推定手段はそれぞれ前記電磁石に対応或いは複数のグループに区分した前記電磁石に対応して設けられたことを特徴とする電磁石駆動制御装置。
【請求項５】
請求項１又は３に記載の電磁石駆動制御装置において、
前記励磁コイル故障検知・予知手段が励磁コイルの不良を検知した場合、それを表示及び／又は報知する警報手段を設けたことを特徴とする電磁石駆動制御装置。
【請求項６】
請求項２に記載の電磁石駆動制御装置において、
前記励磁コイル温度推定手段で推定した励磁コイル推定温度を表示する温度表示手段及び／又は報知する温度報知手段を設けたことを特徴とする電磁石駆動制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−７４５８５（Ｐ２０１２−７４５８５Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１９０２３（Ｐ２０１０−２１９０２３）
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
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