(57)【要約】【課題】蓄電装置に蓄積されるエネルギーを適正量に保ちながらドライブ用サーボモータの効率的な駆動及び安全を確保することができるモータ駆動システムを実現する。【解決手段】モータ駆動システム１は、直流電力を直流リンク４へ供給する電源部１１と、直流リンク４における直流電力を交流電力に変換してドライブ用サーボモータ３へ駆動電力として供給するドライブ用サーボアンプ１２と、直流リンク４から直流電力を蓄積しまたは直流リンク４へ直流電力を供給する蓄電装置１３と、蓄電装置１３の保有エネルギーの値を計算する保有エネルギー計算部１４と、保有エネルギー計算部１４により計算された保有エネルギーの値と蓄電装置１３が直流リンク４へ供給する直流電力の値とに応じて、ドライブ用サーボアンプ１２を制御してドライブ用サーボモータ３の出力を予め規定されていた正常時の出力よりも小さい値に制限する制限制御部１５とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を直流リンクへ供給する電源部と、
前記直流リンクにおける直流電力を交流電力に変換してドライブ用サーボモータへ駆動電力として供給するドライブ用サーボアンプと、
前記直流リンクから直流電力を蓄積しまたは前記直流リンクへ直流電力を供給する蓄電装置と、
前記蓄電装置の保有エネルギーの値を計算する保有エネルギー計算部と、
前記保有エネルギー計算部により計算された前記保有エネルギーの値と前記蓄電装置が前記直流リンクへ供給する直流電力の値とに応じて、前記ドライブ用サーボアンプを制御して前記ドライブ用サーボモータの出力を予め規定されていた出力よりも小さい値に制限する制限制御部と、
を備える、モータ駆動システム。
【請求項２】
前記制限制御部は、前記ドライブ用サーボアンプを制御して前記ドライブ用サーボモータ、ドライブ用サーボアンプ及び電源部で消費される電力の総和である総消費電力が前記電源部の最大供給電力を超えないように制限する、請求項１に記載のモータ駆動システム。
【請求項３】
前記制限制御部は、
前記保有エネルギー計算部により計算された前記保有エネルギーの値を、前記蓄電装置が前記直流リンクへ供給する直流電力の絶対値で除算することで得られる値を、エネルギー不足予測時間として計算する予測時間計算部と、
前記予測時間計算部により計算された前記エネルギー不足予測時間に基づいて、前記ドライブ用サーボモータの出力を制限すべきか否かを判定する判定部と、
を有し、
前記判定部により前記ドライブ用サーボモータの出力を制限すべきと判定された場合、前記ドライブ用サーボアンプを制御して前記ドライブ用サーボモータの出力を前記予め規定されていた出力よりも小さい値に制限する、請求項１または２に記載のモータ駆動システム。
【請求項４】
前記予測時間計算部は、複数の前記蓄電装置について前記保有エネルギー計算部により計算された前記保有エネルギーの値の総和を、前記蓄電装置のそれぞれが前記直流リンクへ供給する直流電力の絶対値の総和で除算することで得られる値を、前記エネルギー不足予測時間として計算する、請求項３に記載のモータ駆動システム。
【請求項５】
前記判定部は、前記予測時間計算部により計算された前記エネルギー不足予測時間がゼロとなった場合に、前記ドライブ用サーボモータの出力を制限すべきと判定する、請求項３または４に記載のモータ駆動システム。
【請求項６】
前記判定部は、前記予測時間計算部により計算された前記エネルギー不足予測時間が予め規定された閾値を下回った場合に、前記ドライブ用サーボモータの出力を制限すべきと判定する、請求項３または４に記載のモータ駆動システム。
【請求項７】
前記制限制御部は、前記保有エネルギー計算部により計算された前記保有エネルギーの値がゼロになった場合に、前記ドライブ用サーボモータの出力を制限すべきと判定する判定部を有する、請求項１または２に記載のモータ駆動システム。
【請求項８】
前記制限制御部は、前記判定部により前記ドライブ用サーボモータの出力を制限すべきと判定された場合、前記ドライブ用サーボアンプを制御して前記ドライブ用サーボモータの出力を前記予め規定されていた出力よりも小さい値に制限しながら、前記ドライブ用サーボモータを停止させる、請求項３〜７のいずれか一項に記載のモータ駆動システム。
【請求項９】
前記制限制御部は、前記ドライブ用サーボモータの速度指令に対するオーバーライドを、予め規定されていた正常時のオーバーライドよりも小さい値に変更することで、前記ドライブ用サーボモータの出力を前記予め規定されていた出力よりも小さい値に制限する、請求項３〜８のいずれか一項に記載のモータ駆動システム。
【請求項１０】
前記制限制御部は、前記ドライブ用サーボモータに対するトルク指令を、予め規定されていた正常時のトルク指令よりも小さい値に変更することで、前記ドライブ用サーボモータの出力を前記予め規定されていた出力よりも小さい値に制限する、請求項３〜８のいずれか一項に記載のモータ駆動システム。
【請求項１１】
前記制限制御部は、予め規定されていた正常時の加速度及び減速度よりも小さい値に制限された加速度及び減速度にて前記ドライブ用サーボモータが加速及び減速するよう、前記ドライブ用サーボアンプを制御することで、前記ドライブ用サーボモータの出力を前記予め規定されていた出力よりも小さい値に制限する、請求項３〜８のいずれか一項に記載のモータ駆動システム。
【請求項１２】
複数の前記ドライブ用サーボモータに対応して複数の前記ドライブ用サーボアンプが設けられ、
前記制限制御部は、前記判定部により前記ドライブ用サーボモータの出力を制限すべきと判定された場合、前記複数のドライブ用サーボアンプのうちの少なくとも１つのドライブ用サーボアンプを制御することにより、当該制御されるドライブ用サーボアンプに対応するドライブ用サーボモータの出力を、前記予め規定されていた出力よりも小さい値に制限する、請求項３〜１１のいずれか一項に記載のモータ駆動システム。
【請求項１３】
前記電源部は、交流電源から供給された交流電力を直流電力に変換して前記直流リンクへ出力する順変換器である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のモータ駆動システム。
【請求項１４】
前記蓄電装置は、
回転エネルギーを蓄積し得るフライホイールと、
前記フライホイールが結合した回転軸を有するバッファ用サーボモータと、
前記直流リンクにおける直流電力と前記バッファ用サーボモータの駆動電力もしくは回生電力である交流電力との間で変換を行うバッファ用サーボアンプと、
を有する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のモータ駆動システム。
【請求項１５】
前記蓄電装置は、コンデンサを有する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のモータ駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置を有するモータ駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械やロボットなどを含む機械に設けられたサーボモータ（以下、「ドライブ用サーボモータ」と称する。）を駆動するモータ駆動システムにおいては、交流電源から供給される交流電力を順変換器にて直流電力に変換して直流リンクへ出力し、さらに逆変換器にて直流リンクの直流電力を交流電力に変換し、この交流電力をドライブ用サーボモータの駆動電力として用いている。「直流リンク」とは、順変換器の直流出力側と逆変換器の直流入力側とを電気的に接続する回路部分のことを指し、「直流リンク部」、「ＤＣリンク」、「ＤＣリンク部」、あるいは「直流中間回路」などとも称されることもある。一般に、順変換器は、モータ駆動システムのコストや占有スペースを低減する目的で、複数の逆変換器に対して１つが設けられることが多い。すなわち、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換する順変換器を共通の電源部とし、複数のドライブ用サーボアンプ（逆変換器）は、この電源部から出力される直流電力を用いて、各ドライブ用サーボモータを駆動するための交流電力を生成する。
【０００３】
モータ駆動システムでドライブ用サーボモータを加速もしくは減速制御する際には、交流電源に対して大きな交流電力の出力もしくは回生が要求されるので電力ピークが発生する。特に、１つの電源部（順変換器）に対して複数のドライブ用サーボアンプ（逆変換器）が接続されるモータ駆動システムにおいては、発生する電力ピークもより大きなものとなり得る。電力ピークが大きくなるほど、電源部の容量やモータ駆動システムの運用コストが増大したり、交流電源側に停電やフリッカなどの電力障害が発生したりするので、電力ピークを低減するのが望ましい。
【０００４】
電力ピークを低減するために、モータ駆動システムの電源部とドライブ用サーボアンプとを接続する直流リンクに直流電力を蓄積し得る蓄積装置を設けて、ドライブ用サーボモータで消費や回生されるエネルギーを直流リンクを介して適宜やり取りする手法が、従来より用いられている。この手法によれば、ドライブ用サーボモータの減速時にドライブ用サーボモータから発生する回生電力を蓄積装置に蓄積させたり、蓄積した電力をドライブ用サーボモータの加速時に再利用したりすることができるので、電力ピークを低減することができる。つまり、直流リンクに対して電力の出し入れを行う蓄電装置を用いることで、電源部の最大供給電力よりも大きい消費電力を伴うようなドライブ用サーボモータの動作（例えば加減速）に対しても対応可能となる。蓄電装置の例としては、コンデンサ型やフライホイール型などがある。
【０００５】
一例を挙げると、プレス機は、プレス動作を行う際に発生する最大消費電力が非常に大きく、電源部の容量不足が問題になることがある。そこで、プレス機におけるモータ駆動システムでは直流リンクにフライホイール型の蓄電装置を設け、プレス機が大電力を消費する場合は蓄電装置から電力を供給することで、小さな容量の電源部の下でのプレス機の駆動を可能にしている。例えば、ドライブ用サーボモータの消費電力が少ない時には、フライホイールを結合したバッファ用サーボモータを一定速で回転させておき、ドライブ用サーボモータの加減速等により消費電力が大きくなった際には、バッファ用サーボモータの回転速度を低くしてバッファ用インバータを介して電力回生を行い、ドライブ用サーボモータを駆動するための直流電力を直流リンクへ供給する。これにより、電源部の最大出力電力よりも大きい消費電力を伴うようなドライブ用サーボモータの加減速動作に対しても、回転エネルギーを有するフライホイールを結合したバッファ用サーボモータからの回生電力を用いることで駆動することが可能となる。
【０００６】
例えば、交流電源からの交流電力を直流電力に変換する交流直流変換器と、直流電力をモータの駆動のための交流電力に変換しまたはモータから回生される交流電力を直流電力に変換する直流交流変換器と、前記交流直流変換器の直流側と前記直流交流変換器の直流側とを接続し、直流電力の受け渡しを行うＤＣリンク部と、前記ＤＣリンク部に接続され、直流電力を前記ＤＣリンク部から蓄積しまたは前記ＤＣリンク部へ供給する、少なくとも１つのキャパシタ蓄積部および少なくとも１つのフライホイール蓄積部を有するエネルギー蓄積部と、モータの動作を指令するモータ動作指令に基づき、前記直流交流変換器が所望の交流電力を出力するよう制御するモータ制御部と、前記エネルギー蓄積部が直流電力を前記ＤＣリンク部から蓄積しもしくは前記ＤＣリンク部へ供給するよう制御するエネルギー制御部と、を備えることを特徴とするモータ駆動装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
例えば、産業機械や工作機械の軸を駆動するサーボモータの制御システムであって、軸を駆動するための複数の第１サーボモータと、交流電圧を直流電圧に変換する複数のコンバータと、前記のコンバータから直流電圧を受電して前記複数の第１サーボモータを駆動するための交流電圧に変換し、または、前記の第１サーボモータから回生される交流電力を直流電力に変換する第１インバータを複数と、イナーシャを回転させる第２サーボモータと、前記コンバータから直流電圧を受電し、前記第２サーボモータを駆動するための交流電圧に変換し、または、前記第２サーボモータから回生される交流電力を直流電力に変換する第２インバータを複数と、前記複数の第１サーボモータ及び前記第２サーボモータを制御するサーボモータ制御装置と、を有し、前記第２サーボモータの数は、前記複数の第２インバータの数よりも少なく、前記第２サーボモータのうちの少なくとも１つは複数の独立した巻線を備え、前記複数の第２インバータのうちの少なくとも一部が１つの第２サーボモータに設けられた複数の独立した巻線に接続されている、ことを特徴とするサーボモータ制御システムが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−００９５２４号公報
【特許文献２】特開２０１６−０４６８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
蓄電装置が設けられたモータ駆動システムにおいて、電源部の最大供給電力を超える出力にてドライブ用サーボモータを駆動するために蓄電装置からドライブ用サーボモータへエネルギーを供給している場合において、蓄電装置に蓄積されたエネルギーが何らかの原因で不足すると、ドライブ用サーボモータに十分な駆動電力を供給することができず、モータ制御システム及びこれを含む工作機械が不用意にアラーム停止してしまう可能性がある。例えば、駆動しているドライブ用サーボモータに想定外の高負荷がかかるとドライブ用サーボモータは通常よりも多くの電力を消費する。このような場合、蓄電装置に蓄積されたエネルギーが当初予定していたよりも多く消費されるので、その後、電力不足によりドライブ用サーボモータの駆動を継続することができなくなる可能性が高い。その結果、ドライブ用サーボモータの異常動作や破損、電源部及びドライブ用サーボアンプの破損を招く可能性がある。したがって、電源設備の電力ピークを低減するために設けられた蓄電装置を有するモータ駆動システムにおいては、蓄電装置に蓄積されるエネルギーを適正量に保ちながらドライブ用サーボモータを効率的に駆動しかつ安全を確保することができる技術が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の一態様によれば、モータ駆動システムは、直流電力を直流リンクへ供給する電源部と、直流リンクにおける直流電力を交流電力に変換してドライブ用サーボモータへ駆動電力として供給するドライブ用サーボアンプと、直流リンクから直流電力を蓄積しまたは直流リンクへ直流電力を供給する蓄電装置と、蓄電装置の保有エネルギーの値を計算する保有エネルギー計算部と、保有エネルギー計算部により計算された保有エネルギーの値と蓄電装置が直流リンクへ供給する直流電力の値とに応じて、ドライブ用サーボアンプを制御してドライブ用サーボモータの出力を予め規定されていた出力よりも小さい値に制限する制限制御部とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本開示の一態様によれば、電源設備の電力ピークを低減するために設けられた蓄電装置を有するモータ駆動システムにおいて、蓄電装置に蓄積されるエネルギーを適正量に保ちながらドライブ用サーボモータを効率的に駆動しかつ安全を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の実施形態によるモータ駆動システムのブロック図である。
【図２】フライホイール型の蓄電装置を有する一実施形態によるモータ駆動システムのブロック図である。
【図３】コンデンサ型の蓄電装置を有する一実施形態によるモータ駆動システムのブロック図である。
【図４】本開示の実施形態によるモータ駆動システム内の蓄電装置から直流リンクへ供給される直流電力と電源部から直流リンクへ供給される直流電力の関係を例示する図である。
【図５】本開示の実施形態によるモータ駆動システムにおける判定部による判定処理の第１の形態を説明するフローチャートである。
【図６】本開示の実施形態によるモータ駆動システムにおいて、図５に示す第１の形態による判定部による判定処理を実行した場合における、総消費電力と電源部の出力と蓄電装置の保有エネルギーとの関係を例示する図である。
【図７】本開示の実施形態によるモータ駆動システムにおける判定部による判定処理の第１の形態の変形例を説明するフローチャートである。
【図８】本開示の実施形態によるモータ駆動システムにおける判定部による判定処理の第２の形態を説明するフローチャートである。
【図９】本開示の実施形態によるモータ駆動システムにおいて、図８に示す第２の形態による判定部による判定処理を実行した場合における、総消費電力と電源部の出力と蓄電装置の保有エネルギーとの関係を例示する図である。
【図１０】本開示の実施形態によるモータ駆動システムにおけるドライブ用サーボモータの出力制限処理の第１の形態及び第３の形態を説明する図であって、（Ａ）は速度指令をステップ状に切り換える例を示し、（Ｂ）は速度指令を直線形時定数にて変化させながら切り換える例を示し、（Ｃ）は速度指令をベル形時定数にて変化させながら切り換える例を示し、（Ｄ）は速度指令を指数形時定数にて変化させながら切り換える例を示す。
【図１１】本開示の実施形態によるモータ駆動システムにおけるドライブ用サーボモータの出力制限処理の第２の形態を説明する図であって、（Ａ）はトルク指令をステップ状に切り換える例を示し、（Ｂ）はトルク指令を直線形時定数にて変化させながら切り換える例を示し、（Ｃ）はトルク指令をベル形時定数にて変化させながら切り換える例を示し、（Ｄ）はトルク指令を指数形時定数にて変化させながら切り換える例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下図面を参照して、蓄電装置を有するモータ駆動システムについて説明する。各図面において、同様の部材には同様の参照符号が付けられている。また、理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。図面に示される形態は実施をするための一つの例であり、図示された形態に限定されるものではない。また、「ドライブ用サーボモータの出力」には「ドライブ用サーボモータの消費電力」及び「ドライブ用サーボモータの回生電力」が含まれ、「バッファ用サーボモータの出力」には「バッファ用サーボモータの消費電力」及び「バッファ用サーボモータの回生電力」が含まれるものとする。また、それぞれ「消費電力」を正、「回生電力」を負とする。また、ドライブ用サーボモータ及びバッファ用サーボモータの回転角速度については単に「速度」と称する。また、「電力の値」は、「電流が単位時間あたりにする仕事」すなわち「仕事率」を意味し、単位は「Ｗ（ワット）」である。「エネルギーの値」とは、「電流がする仕事」すなわち「電力量」を意味し、単位は「Ｊ（ジュール）」である。したがって、「エネルギーの値［Ｊ］＝電力の値［Ｗ］×時間［ｓ］」の関係が成り立つ。
【００１４】
図１は、本開示の実施形態によるモータ駆動システムのブロック図である。ここでは、一例として、モータ駆動システム１により２個のドライブ用サーボモータ３を制御する場合について説明する。ただし、ドライブ用サーボモータ３の個数は本実施形態を特に限定するものではなく１個または３個以上であってもよい。また、交流電源２及びドライブ用サーボモータ３の相数は本実施形態を特に限定するものではなく、例えば三相交流であっても単相交流であってもよい。また、ドライブ用サーボモータ３の種類についても本実施形態を特に限定するものではなく、例えば誘導モータであっても同期モータであってもよい。ここで、ドライブ用サーボモータ３が設けられる機械には、工作機械、ロボット、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、各種電化製品、電車、自動車、航空機などが含まれる。また、交流電源２の一例を挙げると、三相交流４００Ｖ電源、三相交流２００Ｖ電源、三相交流６００Ｖ電源、単相交流１００Ｖ電源などがある。
【００１５】
まず、モータ駆動システム１の各回路構成要素について説明する。
【００１６】
図１に示すように、一実施形態によるモータ駆動システム１は、電源部１１と、ドライブ用サーボアンプ１２と、蓄電装置１３と、保有エネルギー計算部１４と、制限制御部１５とを備える。また、モータ駆動システム１は、ドライブ用サーボモータ制御装置１０と、消費電力計算部１６と、蓄電装置制御部１７とを備える。また、図示された実施形態では、一例として、保有エネルギー計算部１４、制限制御部１５、消費電力計算部１６、蓄電装置制御部１７、及びドライブ用サーボモータ制御装置１０は、工作機械の数値制御装置１０００に設けられている。なお、数値制御装置１０００以外の演算処理装置内に、保有エネルギー計算部１４、制限制御部１５、消費電力計算部１６、蓄電装置制御部１７、及びドライブ用サーボモータ制御装置１０を設けてもよい。
【００１７】
電源部１１は、直流電力を直流リンク４へ供給する。図示された実施形態では、電源部１１は、例えば交流電源２から供給された交流電力を直流電力に変換して直流リンク４へ出力する順変換器１１０で構成される。順変換器１１０は、交流電源２から三相交流が供給される場合は三相ブリッジ回路で構成され、交流電源２から単相交流が供給される場合は単相ブリッジ回路で構成される。順変換器１１０の例としては、ダイオード整流回路、１２０度通電型整流回路、及びＰＷＭスイッチング制御方式の整流回路などがある。例えば、順変換器１１０がダイオード整流回路である場合は、交流電源２から供給された交流電流を整流し、直流リンク４に直流電流を出力する。また例えば、順変換器１１０がＰＷＭスイッチング制御方式の整流回路である場合は、スイッチング素子及びこれに逆並列に接続されたダイオードのブリッジ回路からなり、例えば数値制御装置１０００から受信した駆動指令に応じて各スイッチング素子がオンオフ制御されて交直双方向に電力変換を行う。スイッチング素子の例としては、ＦＥＴなどのユニポーラトランジスタ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＧＴＯなどがある。ただし、スイッチング素子の種類自体は本実施形態を限定するものではなく、その他のスイッチング素子であってもよい。
【００１８】
また、電源部１１内の順変換器１１０については、交流電力から直流電力へ電力変換して直流リンク４へ供給可能な最大電力として、「最大供給電力」が規定されている。最大供給電力は、順変換器１１０の変換容量に関する諸元データとして一般的に規定されるものであり、例えば順変換器１１０の規格表や取扱説明書などに記載されている。なお、電源部１１内の順変換器１１０が、ＰＷＭスイッチング制御方式の整流回路などのような交直双方向に電力変換が可能な装置で構成される場合は、直流リンク４における直流電力から交流電力へ電力変換して交流電源２側へ回生可能な最大電力として、「最大回生電力」が規定されている。最大回生電力は、交直双方向に電力変換が可能な順変換器１１０の変換容量に関する諸元データとして一般的に規定されるものであり、例えば順変換器１１０の規格表や取扱説明書などに記載されている。
【００１９】
なお、電源部１１は、例えば１次電池、２次電池あるいは太陽電池で構成されてもよい。
【００２０】
図１に示すように電源部１１が順変換器１１０で構成される場合は、一般的には直流リンク４に直流リンクコンデンサ（平滑コンデンサとも称する）が設けられるが、ここでは図示を省略している。直流リンクコンデンサは、直流リンク４において直流電力を蓄積する機能、及び電源部１１内の順変換器１１０の直流出力の脈動分を抑える機能を有する。
【００２１】
電源部１１には直流リンク４を介してドライブ用サーボアンプ１２が接続される。ドライブ用サーボアンプ１２は、直流リンク４における直流電力を用いてドライブ用サーボモータ３を駆動するためのものである。一般に、ドライブ用サーボモータ３には１巻線以上の巻線が設けられており、ドライブ用サーボモータ３を駆動するためには、当該ドライブ用サーボモータ３内の１巻線あたり１つのドライブ用サーボアンプ１２が必要である。図１では、一例としてドライブ用サーボモータ３を１巻線タイプとしており、したがって、１つのドライブ用サーボモータ３に対して１つのドライブ用サーボアンプ１２が接続される。
【００２２】
ドライブ用サーボアンプ１２は、ドライブ用サーボモータ３を駆動するために、直流リンク４における直流電力を交流電力に変換し、ドライブ用サーボモータ３へ駆動電力として供給する。このため、ドライブ用サーボアンプ１２は、例えば逆変換器１２０を有する。ドライブ用サーボアンプ１２内の逆変換器１２０は、ドライブ用サーボモータ制御装置１０から受信した駆動指令に基づき各スイッチング素子がオンオフ制御されることにより、直流リンク４の直流電力とドライブ用サーボモータ３の駆動電力もしくは回生電力である交流電力との間で電力変換する。逆変換器１２０は、スイッチング素子及びこれに逆並列に接続されたダイオードのブリッジ回路からなり、例えば三角波比較方式のＰＷＭスイッチング制御に基づいて各スイッチング素子がオンオフ制御される。逆変換器１２０は、ドライブ用サーボモータ３が三相モータである場合は三相ブリッジ回路で構成され、ドライブ用サーボモータ３が単相モータである場合は単相ブリッジ回路で構成される。スイッチング素子の例としては、ＦＥＴなどのユニポーラトランジスタ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＧＴＯなどがあるが、スイッチング素子の種類自体は本実施形態を限定するものではなく、その他のスイッチング素子であってもよい。
【００２３】
ドライブ用サーボアンプ１２内の逆変換器１２０は、後述するドライブ用サーボモータ制御装置１０から受信した駆動指令に基づき各スイッチング素子がオンオフ制御されることにより、直流リンク４の直流電力とドライブ用サーボモータ３の駆動電力または回生電力である交流電力との間で電力変換する。より詳細には、逆変換器１２０は、ドライブ用サーボモータ制御装置１０から受信した駆動指令に基づき内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、直流リンク４を介して電源部１１から供給される直流電力を、ドライブ用サーボモータ３を駆動するための所望の電圧及び所望の周波数を有する交流電力に変換する（逆変換動作）。これにより、ドライブ用サーボモータ３は、例えば電圧可変及び周波数可変の交流電力に基づいて動作する。また、ドライブ用サーボモータ３の減速時には回生電力が発生することがあるが、ドライブ用サーボモータ制御装置１０から受信した駆動指令に基づき内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、ドライブ用サーボモータ３で発生した交流の回生電力を直流電力へ変換して直流リンク４へ戻す（順変換動作）。
【００２４】
ドライブ用サーボモータ制御装置１０は、ドライブ用サーボアンプ１２に接続されたドライブ用サーボモータ３を所定の動作パターンにて動作（すなわち回転）するよう制御する。ドライブ用サーボモータ３が設けられた機械の動作内容に応じて、加速、減速、一定速及び停止が適宜組み合わされることでドライブ用サーボモータ３の動作パターンが構成される。ドライブ用サーボモータ３の動作パターンは、ドライブ用サーボモータ３に対する動作プログラムによって規定される。例えばドライブ用サーボモータ３が工作機械に設けられる場合、工作機械のための加工プログラムのうちの１つとして、ドライブ用サーボモータ３に対する動作プログラムが規定される。
【００２５】
なお、ドライブ用サーボモータ３は、ドライブ用サーボアンプ１２内の逆変換器１２０から供給される例えば電圧可変及び周波数可変の交流電力に基づいて、速度、トルクまたは回転子の位置が制御されるので、結局のところ、ドライブ用サーボモータ制御装置１０によるドライブ用サーボモータ３の制御は、ドライブ用サーボアンプ１２内の逆変換器１２０の電力変換動作を制御することで実現される。つまり、ドライブ用サーボモータ制御装置１０は、予め規定された動作プログラムに従い、ドライブ用サーボアンプ１２内の逆変換器１２０の電力変換を制御することで、ドライブ用サーボモータ３が所定の動作パターンに従って動作するよう制御する。より具体的には次の通りである。ドライブ用サーボモータ制御装置１０は、速度検出器（図示せず）によって検出されたドライブ用サーボモータ３の速度（速度フィードバック）、ドライブ用サーボモータ３の巻線に流れる電流（電流フィードバック）、所定のトルク指令、及びドライブ用サーボモータ３の動作プログラムなどに基づいて、ドライブ用サーボモータ３の速度、トルク、または回転子の位置を制御するための駆動指令を生成する。ドライブ用サーボモータ制御装置１０によって作成された駆動指令に基づいて、ドライブ用サーボアンプ１２内の逆変換器１２０による電力変換動作が制御される。なお、ここで定義したドライブ用サーボモータ制御装置１０の構成はあくまでも一例であって、例えば、位置指令作成部、トルク指令作成部、及びスイッチング指令作成部などの用語を含めてドライブ用サーボモータ制御装置１０の構成を規定してもよい。
【００２６】
電源部１１内の順変換器１１０の最大供給電力を超えた出力でドライブ用サーボモータ３を駆動することできるようにするために、モータ駆動システム１には、電源部１１を補助する蓄電装置１３が設けられる。
【００２７】
蓄電装置１３は、直流リンク４から直流電力を蓄積し（蓄電動作）、直流リンク４へ直流電力を供給する（給電動作）。蓄電装置１３の蓄電動作及び給電動作は、蓄電装置制御部１７により制御される。蓄電装置１３が保有すべきエネルギーの基準値（目標値）として、「ベース保有エネルギー」が規定される。蓄電装置制御部１７の制御により、蓄電装置１３は、その保有エネルギーがその目標値であるベース保有エネルギーになるように蓄電される。例えばドライブ用サーボモータ３が動作しておらず、蓄電装置１３による電力の出し入れを特段必要としない間は、蓄電装置１３の保有エネルギーはベース保有エネルギーに維持される。蓄電装置１３の給電動作が行われると、蓄電装置１３の保有エネルギーは低下してベース保有エネルギーよりも小さい値になるが、蓄電装置１３の蓄電動作が行われると、ベース保有エネルギーを目標値に蓄電装置１３の保有エネルギーが上昇し、回復する。なお、モータ駆動システム１によるドライブ用サーボモータ３の駆動状況によっては、蓄電装置１３の保有エネルギーがベース保有エネルギーまで回復する前に、蓄電装置１３の給電動作が行われることがある。
【００２８】
蓄電装置１３には、例えば図２に示すようなフライホイール型と図３に示すようなコンデンサ型とがある。
【００２９】
図２は、フライホイール型の蓄電装置を有する一実施形態によるモータ駆動システムのブロック図である。フライホイール型の蓄電装置１３は、フライホイール１３２と、バッファ用サーボモータ１３１と、バッファ用サーボアンプ１３０とを備える。
【００３０】
フライホイール１３２は、回転エネルギーを蓄積し得るものであり、イナーシャとも称される。
【００３１】
バッファ用サーボモータ１３１は、フライホイール１３２を回転させるためのものであり、バッファ用サーボモータ１３１の回転軸にフライホイール１３２が接続される。バッファ用サーボモータ１３１を回転させることによってフライホイール１３２に回転エネルギーを蓄積することができる。バッファ用サーボモータ１３１の相数は本実施形態を特に限定するものではなく、例えば三相交流であっても単相交流であってもよい。バッファ用サーボモータ１３１には速度検出器（図示せず）が設けられており、速度検出器によって検出されたバッファ用サーボモータ１３１の（回転子の）速度は、蓄電装置制御部１７による蓄電装置１３の制御に用いられる。
【００３２】
バッファ用サーボアンプ１３０は、蓄電装置制御部１７から受信した蓄電指令及び給電指令に基づき各スイッチング素子がオンオフ制御されることにより、直流リンク４における直流電力とバッファ用サーボモータ１３１の駆動電力または回生電力である交流電力との間で電力変換を行う。このため、バッファ用サーボアンプ１３０は、例えば逆変換器３３０を有する。バッファ用サーボアンプ１３０内の逆変換器３３０は、スイッチング素子及びこれに逆並列に接続されたダイオードのブリッジ回路からなる。逆変換器３３０は、バッファ用サーボモータ１３１が三相モータである場合は三相ブリッジ回路で構成され、バッファ用サーボモータ１３１が単相モータである場合は単相ブリッジ回路で構成される。スイッチング素子の例としては、ＦＥＴなどのユニポーラトランジスタ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＧＴＯなどがあるが、スイッチング素子の種類自体は本実施形態を限定するものではなく、その他のスイッチング素子であってもよい。例えば、受信した駆動指令を三角波搬送波（キャリア）と比較することで得られるＰＷＭスイッチング信号に基づいて、バッファ用サーボアンプ１３０内の逆変換器３３０に設けられた各スイッチング素子がオンオフ制御される。
【００３３】
蓄電装置制御部１７によりバッファ用サーボアンプ１３０内の逆変換器３３０の電力変換が制御されることで、フライホイール１３２が接続されたバッファ用サーボモータ１３１が加速もしくは減速しながら回転しまたは一定速度で回転し、その結果、蓄電装置１３が蓄電または給電すべき直流電力量（蓄電装置１３が直流リンク４に対して出し入れする直流電力量）が調整される。より詳細には次の通りである。
【００３４】
蓄電装置１３が蓄電動作を行う場合、バッファ用サーボアンプ１３０内の逆変換器３３０は、蓄電装置制御部１７から受信した蓄電指令に基づき、直流リンク４における直流電力を交流電力へ変換する逆変換動作を行う。これにより、直流リンク４からの電気エネルギーがバッファ用サーボモータ１３１側へ取り込まれ、この電気エネルギーにより、フライホイール１３２が接続されたバッファ用サーボモータ１３１が回転する。このようにフライホイール型の蓄電装置１３では、直流リンク４から流入した電気エネルギーがフライホイール１３２の回転エネルギーに変換されて蓄積される。
【００３５】
また、蓄電装置１３が給電動作を行う場合、バッファ用サーボアンプ１３０内の逆変換器３３０は、蓄電装置制御部１７から受信した給電指令に基づき、フライホイール１３２が接続されたバッファ用サーボモータ１３１を減速させて交流の回生電力を発生させ、この交流電力を直流電力へ変換する順変換動作を行う。これにより、フライホイール１３２に蓄積された回転エネルギーは電気エネルギーに変換されて直流リンク４へ供給される。
【００３６】
図３は、コンデンサ型の蓄電装置を有する一実施形態によるモータ駆動システムのブロック図である。コンデンサ型の蓄電装置１３は、例えば、コンデンサ１３４と、直流リンク４における直流電力とコンデンサ１３４に蓄積される直流電力との間で電力変換を行うＤＣＤＣコンバータ１３３とを備える。
【００３７】
ＤＣＤＣコンバータ１３３は、例えば昇降圧直流チョッパ回路などがある。蓄電装置制御部１７によりＤＣＤＣコンバータ１３３の昇圧動作及び降圧動作が制御されることで、蓄電装置１３が蓄電または給電すべき直流電力量（蓄電装置１３が直流リンク４に対して出し入れする直流電力量）が調整される。より詳細には次の通りである。
【００３８】
蓄電装置１３が蓄電動作を行う場合、ＤＣＤＣコンバータ１３３は、蓄電装置制御部１７から受信した蓄電指令に基づき、蓄電装置制御部１７により直流リンク４側の直流電圧に対してコンデンサ１３４側の直流電圧が低くなるよう制御される。これにより、直流リンク４からの電気エネルギーがコンデンサ１３４へ流れ込み、蓄電装置１３の蓄電が行われる。
【００３９】
また、蓄電装置１３が給電動作を行う場合、ＤＣＤＣコンバータ１３３は、蓄電装置制御部１７から受信した給電指令に基づき、蓄電装置制御部１７により直流リンク４側の直流電圧に対してコンデンサ１３４側の直流電圧が高くなるよう制御される。これにより、コンデンサ１３４からの電気エネルギーが直流リンク４へ流れ込み、蓄電装置１３の給電が行われる。
【００４０】
モータ駆動システム１では、ドライブ用サーボモータ３の例えば加速時に、電源部１１から供給されるエネルギーに加えて蓄電装置１３に蓄積されたエネルギーがドライブ用サーボモータ３に供給され、ドライブ用サーボモータ３の加速のための動力として利用される。図４は、本開示の実施形態によるモータ駆動システム内の蓄電装置から直流リンクへ供給される直流電力と電源部から直流リンクへ供給される直流電力の関係を例示する図である。電源部１１から直流リンク４へ供給される電力は、ドライブ用サーボモータ３の駆動電力（すなわちドライブ用サーボモータ３の出力が対応）として消費されるほかに、ドライブ用サーボモータ３における巻線損失と電源部１１における損失とドライブ用サーボアンプ１２における損失として消費される。ここで、ドライブ用サーボモータ３、ドライブ用サーボアンプ１２及び電源部１１で消費される電力の総和を「総消費電力」と称し、これを図４では実線で示す。一点鎖線は、電源部１１の最大供給電力を示す。図４に示すように、総消費電力のうちの電源部１１の最大供給電力を超える分（図中、斜線で示す領域）については、蓄電装置１３から直流リンク４へ供給される直流電力によって補われる。
【００４１】
モータ駆動システム１では、ドライブ用サーボモータ３の例えば減速時に、ドライブ用サーボモータ３から回生されたエネルギーが蓄電装置１３に蓄積される。蓄電装置１３に蓄積されたエネルギーは、電源部１１が供給する電力と併せてドライブ用サーボモータ３の駆動に利用されるので、電源部１１の最大供給電力を超えた出力でドライブ用サーボモータ３を駆動することでき、電力ピークを低減することができる。電力ピークの低減により、電源容量やモータ駆動システム１の運用コストを抑えることができ、また、交流電源２側の停電やフリッカを回避することができる。
【００４２】
図１に説明を戻すと、保有エネルギー計算部１４は、蓄電装置１３の保有エネルギーの値を計算する。蓄電装置１３の保有エネルギーとは、すなわち蓄電装置１３に蓄積されているエネルギーである。
【００４３】
図２に示すフライホイール型の蓄電装置１３の場合、蓄電装置１３の保有エネルギーは、例えばバッファ用サーボモータ１３１の出力が対応する。速度検出器（図示せず）により検出されたバッファ用サーボモータ１３１の回転速度（角速度）をω［ｒａｄ／ｓ］、バッファ用サーボモータ１３１の慣性モーメント（イナーシャ）をＩ［ｋｇ・ｍ2］としたとき、保有エネルギー計算部１４は、例えば下記式１に基づいて、バッファ用サーボモータ１３１の出力である蓄電装置１３の保有エネルギーの値［Ｊ］を計算する。
【００４４】
蓄電装置の保有エネルギー［Ｊ］＝（１／２）×Ｉ×ω2  ・・・（１）
【００４５】
図３に示すコンデンサ型の蓄電装置１３の場合、蓄電装置１３の保有エネルギーの値は、例えばコンデンサ１３４に蓄積された直流電力量が対応する。コンデンサ１３４の容量をＣ［Ｆ］、コンデンサ１３４の電圧をＶ［Ｖ］としたとき、保有エネルギー計算部１４は、例えば下記式２に基づいて、コンデンサ１３４に蓄積された直流電力量である蓄電装置１３の保有エネルギーの値［Ｊ］を算出する。
【００４６】
蓄電装置の保有エネルギー［Ｊ］＝（１／２）×Ｃ×Ｖ2  ・・・（２）
【００４７】
蓄電装置制御部１７は、図２に示すフライホイール型の蓄電装置１３の場合は蓄電装置１３内のバッファ用サーボアンプ１３０内の逆変換器３３０の電力変換動作を制御し、図３に示すコンデンサ型の蓄電装置１３の場合は、蓄電装置１３内のＤＣＤＣコンバータ１３３の昇降圧動作を制御することで、蓄電装置１３の蓄電及び給電を制御する。蓄電装置制御部１７による蓄電装置１３の蓄電及び給電の制御は、例えば、消費電力計算部１６及び蓄電給電電力計算部２３の計算結果を用いて行われる。
【００４８】
消費電力計算部１６は、ドライブ用サーボモータ３の出力とドライブ用サーボモータ３における巻線損失と電源部１１における損失とドライブ用サーボアンプ１２における損失との和として得られる総消費電力を計算する。ここで、ドライブ用サーボモータ３の出力は、速度検出器（図示せず）により検出されたドライブ用サーボモータ３の回転速度とドライブ用サーボモータ３のトルクとの乗算により得られる。ドライブ用サーボモータ３が加速する際は、ドライブ用サーボモータ３は、ドライブ用インバータ１２から供給された交流電力を消費するが、この電力消費時のドライブ用サーボモータ３の出力を「正」とする。したがって、ドライブ用サーボモータ３が減速することにより電力が回生されることきは、ドライブ用サーボモータ３の出力は「負」となる。通常は、ドライブ用サーボモータ３における巻線損失、電源部１１における損失及びドライブ用サーボアンプ１２における損失は、ドライブ用サーボモータ３の出力の絶対値に比べて小さいので、ドライブ用サーボモータ３の出力の影響が総消費電力に対して支配的である。したがって、ドライブ用サーボモータ３の出力の正負（消費または回生）は、総消費電力の正負にほぼ対応する。なお、図１に例示するように、ドライブ用サーボアンプ１２及びドライブ用サーボモータ３がそれぞれ複数存在する場合は、消費電力計算部１６は、複数のドライブ用サーボモータ３の出力と複数のドライブ用サーボモータ３における巻線損失と電源部１１における損失と複数のドライブ用サーボアンプ１２における損失との総和とを、総消費電力として計算する。
【００４９】
なお、蓄電装置１３としてのバッファ用サーボアンプ１３０及びＤＣＤＣコンバータ１３３にも損失が存在することから、消費電力計算部１６は、ドライブ用サーボモータ３の出力とドライブ用サーボモータ３における巻線損失と電源部１１における損失とドライブ用サーボアンプ１２における損失との和に、さらにバッファ用サーボアンプ１３０及びＤＣＤＣコンバータ１３３における損失を加算したものを、総消費電力として算出してもよい。また、バッファ用サーボアンプ１３０及びＤＣＤＣコンバータ１３３がそれぞれ複数存在する場合は、ドライブ用サーボモータ３の出力とドライブ用サーボモータ３における巻線損失と電源部１１における損失とドライブ用サーボアンプ１２における損失との和に、さらに複数のバッファ用サーボアンプ１３０及び複数のＤＣＤＣコンバータ１３３における損失の総和を加算したものを、総消費電力として算出してもよい。
【００５０】
蓄電装置制御部１７内の蓄電給電電力計算部２３は、消費電力計算部１６によって計算された総消費電力と電源部１１の最大供給電力とに基づいて、蓄電装置１３が直流リンク４から蓄電または直流リンク４へ供給する直流電力を計算する。より詳細には、蓄電給電電力計算部２３は、電源部１１の最大供給電力と消費電力計算部１６によって計算された総消費電力との差（すなわち最大供給電力から総消費電力を減算した値）を計算する。電源部１１の最大供給電力と消費電力計算部１６によって計算された総消費電力との差は、蓄電装置１３が直流リンク４から蓄電または直流リンク４へ供給する直流電力に対応する。例えば、電源部１１の最大供給電力と消費電力計算部１６によって計算された総消費電力との差が負のときは、総消費電力が電源部１１の最大供給電力を超えており、電源部１１が交流電源２側から直流リンク４へ取り込む電力では総消費電力の全てを賄いきれないので、その不足する電力が、蓄電装置１３から直流リンク４へ供給される直流電力によって補われるべきである。蓄電給電電力計算部２３は、不足する電力に係る情報を、「給電電力」として設定する。また例えば、特に電源部１１内の順変換器１１０が交直双方向に電力変換可能なＰＷＭスイッチング制御方式の整流回路である場合は、電源部１１内の順変換器１１０の逆変換動作についての最大供給電力（すなわち直流電力を交流電力に変換するときの最大電力）の絶対値と消費電力計算部１６によって計算された総消費電力の絶対値との差が負のときは、総消費電力が電源部１１内の順変換器１１０の逆変換時の最大回生電力を超えているので、その超過する電力が、蓄電装置１３に蓄電されるべきである。蓄電給電電力計算部２３は、超過する電力に係る情報を、「蓄電電力」として設定する。
【００５１】
蓄電装置制御部１７は、蓄電給電電力計算部２３により給電電力量が設定された場合、蓄電装置１３に対し、当該給電電力量に対応する直流電力が直流リンク４へ給電されるよう制御するための給電指令を出力する。また、蓄電装置制御部１７は、蓄電給電電力計算部２３により蓄電電力量が設定された場合、蓄電装置１３に対し、当該蓄電電力量に対応する直流電力が直流リンク４から蓄電されるよう制御するための蓄電指令を出力する。蓄電装置１３は、蓄電装置制御部１７から給電指令を受信した場合は蓄電動作を行い、蓄電装置制御部１７から蓄電指令を受信した場合は蓄電動作を行う。
【００５２】
なお、蓄電装置制御部１７による蓄電装置１３の蓄電及び給電の制御は、上述した消費電力計算部１６及び蓄電給電電力計算部２３の計算結果を用いる以外にも、例えば、消費電力計算部１６により計算された総消費電力の値と予め規定された供給用閾値及び蓄電用閾値との比較結果を用いて行ってもよい。この場合、蓄電装置制御部１７は、消費電力計算部１６により計算された総消費電力の値と予め規定された供給用閾値及び蓄電用閾値とを比較し、比較の結果、総消費電力の値が供給用閾値を上回ったと判定した場合は蓄電装置１３を制御して直流リンク４へ直流電力を供給させる。また、蓄電装置制御部１７は、消費電力計算部１６により計算された総消費電力の値と供給用閾値及び蓄電用閾値との比較の結果、総消費電力の値が蓄電用閾値を下回ったと判定した場合は蓄電装置１３を制御して蓄電装置１３の保有エネルギーがベース保有エネルギーになるよう直流リンク４からの直流電力を蓄電させる。ここで、供給用閾値は、総消費電力が電源部１１の最大供給電力を超えたことにより蓄電装置１３から直流リンク４へ直流電力が供給されるべき状況にあるか否かを判断するための基準値として設定される。また、蓄電用閾値は、特に電源部１１内の順変換器１１０が交直双方向に電力変換可能なＰＷＭスイッチング制御方式の整流回路である場合において、総消費電力が電源部１１内の順変換器１１０の逆変換時の最大供給電力を超えたことにより直流リンク４からの直流電力を蓄電装置１３へ蓄電すべき状況にあるか否かを判断するための基準値として設定される。
【００５３】
制限制御部１５は、保有エネルギー計算部１４により計算された保有エネルギーの値と蓄電装置１３が直流リンク４へ供給する直流電力の値とに応じて、ドライブ用サーボモータ３の出力が、予め規定されていた出力よりも小さい値に制限されるよう、ドライブ用サーボアンプ１２を制御する。より詳しくは、制限制御部１５は、判定部２２によりドライブ用サーボモータ３の出力を制限すべきと判定された場合、ドライブ用サーボモータ３、ドライブ用サーボアンプ１２及び電源部１１で消費される電力の総和である総消費電力が電源部１１の最大供給電力を超えない値に制限されるよう、ドライブ用サーボアンプ１２を制御する。この変形例として、制限制御部１５は、判定部２２によりドライブ用サーボモータ３の出力を制限すべきと判定された場合、ドライブ用サーボモータ３、ドライブ用サーボアンプ１２及び電源部１１で消費される電力の総和である総消費電力が電源部１１の最大供給電力を超えない値に制限しながら、ドライブ用サーボモータ３を停止させるよう、ドライブ用サーボアンプ１２を制御してもよい。
【００５４】
また、図１示すように、ドライブ用サーボアンプ１２及びドライブ用サーボモータ３がそれぞれ複数存在する場合は、制限制御部１５は、例えば、全てのドライブ用サーボアンプ１２を制御することにより全てのドライブ用サーボモータ３の出力を予め規定されていた出力よりも小さい値に制限する。この変形例として、制限制御部１５は、例えば、複数のドライブ用サーボアンプ１２のうちの少なくとも１つのドライブ用サーボアンプ１２を制御することにより、当該制御されるドライブ用サーボアンプ１２に対応するドライブ用サーボモータ３の出力を、予め規定されていた出力よりも小さい値に制限してもよい。
【００５５】
このように制限制御部１５は、ドライブ用サーボモータ３の出力を制限するので、ドライブ用サーボモータ制御装置１０内に設けられるのが好ましい。
【００５６】
制限制御部１５は、予測時間計算部２１と判定部２２とを有する。
【００５７】
制限制御部１５内の予測時間計算部２１は、保有エネルギー計算部１４により計算された保有エネルギーの値を、蓄電装置１３が直流リンク４へ供給する直流電力の絶対値で除算し、これにより得られる値を、「エネルギー不足予測時間」として出力する。ドライブ用サーボモータ３の動作状態に応じて消費電力計算部１６が計算する総消費電力は時々刻々と変化するので、蓄電装置１３が直流リンク４へ直流電力を供給する期間中における蓄電装置１３の保有エネルギー及び蓄電装置１３から直流リンク４へ供給される直流電力（給電電力）も変化する。蓄電装置１３から直流リンク４へ直流電力の供給が続くと、蓄電装置１３の保有エネルギーがゼロになる（枯渇する）可能性がある。「ある時点」において蓄電装置１３から直流リンク４への直流電力の供給がこのまま続いたと仮定した場合、蓄電装置１３の保有エネルギーがゼロになると予測される時間（すなわち「ある時点」から蓄電装置１３の保有エネルギーがゼロになるまでに要する時間）は、「ある時点」における蓄電装置１３の保有エネルギーの値を、当該時点における蓄電装置１３の供給電力の絶対値で除算することで、求めることができる。本開示の実施形態では、予測時間計算部２１は、これをエネルギー不足予測時間として算出する。蓄電装置１３の給電動作中、保有エネルギー計算部１４による蓄電装置１３の保有エネルギーの値の算出処理、及び予測時間計算部２１によるエネルギー不足予測時間の算出処理は、繰り返し実行される。
【００５８】
なお、予測時間計算部２１による計算処理の際に直流リンク４へ供給する直流電力の「絶対値」をとる理由は、蓄電装置１３の給電動作中は、給電電力は「負」となるからである。したがって、逆に蓄電装置１３が直流リンク４へ供給する直流電力を「正」と規定した場合は、蓄電装置１３が直流リンク４へ供給する直流電力の絶対値をとる必要はなく、単に保有エネルギー計算部１４により計算された保有エネルギーの値を、蓄電装置１３が直流リンク４へ供給する直流電力の値で除算すれば、「エネルギー不足予測時間」を得ることができる。ただし、蓄電装置１３が直流リンク４へ供給する直流電力を「正」と規定した場合において、保有エネルギー計算部１４により計算された保有エネルギーの値を、蓄電装置１３が直流リンク４へ供給する直流電力の「絶対値」で除算したとしても、同様に「エネルギー不足予測時間」を得ることができる。
【００５９】
図２に示すフライホイール型の蓄電装置１３の場合、保有エネルギー計算部１４により保有エネルギーは式１に従って計算されるので、予測時間計算部２１は、保有エネルギー［Ｊ］を当該保有エネルギーの計算時点における蓄電装置１３による給電電力の絶対値［Ｗ］で除算した値をエネルギー不足予測時間［ｓ］として出力する（下記式３）。
【００６０】
エネルギー不足予測時間［ｓ］＝（１／２）×Ｉ×ω2  ［Ｊ］÷フライホイール型蓄電装置による給電電力の絶対値［Ｗ］・・・（３）
【００６１】
図３に示すコンデンサ型の蓄電装置１３の場合、保有エネルギー計算部１４により保有エネルギーは式２に従って計算されるので、予測時間計算部２１は、保有エネルギー［Ｊ］を当該保有エネルギーの計算時点における蓄電装置１３による給電電力の絶対値［Ｗ］で除算した値をエネルギー不足予測時間［ｓ］として出力する（下記式４）。
【００６２】
エネルギー不足予測時間［ｓ］＝（１／２）×Ｃ×Ｖ2  ［Ｊ］÷コンデンサ型蓄電装置による給電電力の絶対値［Ｗ］・・・（４）
【００６３】
なお、複数の蓄電装置１３が存在する場合は、予測時間計算部２１は、複数の蓄電装置１３について保有エネルギー計算部１４により計算された保有エネルギーの値の総和を、蓄電装置１３のそれぞれが直流リンク４へ供給する直流電力の絶対値の総和で除算し、これにより得られる値を、「エネルギー不足予測時間」として出力する。
【００６４】
制限制御部１５内の判定部２２は、予測時間計算部２１により計算されたエネルギー不足予測時間に基づいて、ドライブ用サーボモータ３の出力を制限すべきか否かを判定する。上述したように、蓄電装置１３の給電動作中は、保有エネルギー計算部１４による蓄電装置１３の保有エネルギーの値の算出処理、及び予測時間計算部２１によるエネルギー不足予測時間の算出処理は、繰り返し実行され、判定部２２による判定処理は、予測時間計算部２１によりエネルギー不足予測時間が算出されるごとに実行される。すなわち、蓄電装置１３の給電動作中は、保有エネルギー計算部１４による蓄電装置１３の保有エネルギーの値の算出処理、予測時間計算部２１によるエネルギー不足予測時間の算出処理、及び判定部２２による判定処理は、一連の処理として実行される。
【００６５】
制限制御部１５は、判定部２２によりドライブ用サーボモータ３の出力を制限すべきと判定された場合、ドライブ用サーボアンプ１２を制御してドライブ用サーボモータ３の出力を、予め規定されていた出力よりも小さい値に制限する。より詳しくは、制限制御部１５は、判定部２２によりドライブ用サーボモータ３の出力を制限すべきと判定された場合、ドライブ用サーボモータ３、ドライブ用サーボアンプ１２及び電源部１１で消費される電力の総和である総消費電力が電源部１１の最大供給電力を超えない値になるよう、ドライブ用サーボアンプ１２を制御してドライブ用サーボモータ３の出力を制限する。このように本実施形態によれば、電源設備の電力ピークを低減するために設けられた蓄電装置を有するモータ駆動システムにおいて、蓄電装置に蓄積されるエネルギーを適正量に保ちながらドライブ用サーボモータを効率的に駆動しかつ安全を確保することができる。なお、上記「予め規定されていた出力」が、ドライブ用サーボモータ３、ドライブ用サーボアンプ１２及び電源部１１で消費される電力の総和である総消費電力よりも大きい場合は、制限制御部１５による制御処理は行う必要はない。制限制御部１５によるドライブ用サーボモータ３の出力の制限例については後述する。
【００６６】
続いて、判定部２２によるドライブ用サーボモータ３の出力を制限すべきか否かの判定処理の例について列記する。
【００６７】
まず、判定部２２による判定処理の第１の形態について説明する。第１の形態では、判定部２２は、蓄電装置１３が直流リンク４へ直流電力の供給を開始してから予測時間計算部２１により計算されたエネルギー不足予測時間が経過した場合に、ドライブ用サーボモータ３の出力を制限すべきと判定する。第１の形態によれば、蓄電装置１３による給電開始時点からエネルギー不足予測時間だけ経過した時点を、蓄電装置１３から直流リンク４へ供給される直流電力がゼロになった時点とみなし、制限制御部１５は、ドライブ用サーボアンプ１２を制御してドライブ用サーボモータ３の出力を、予め規定されていた出力よりも小さい値に制限する。
【００６８】
図５は、本開示の実施形態によるモータ駆動システムにおける判定部による判定処理の第１の形態を説明するフローチャートである。
【００６９】
ドライブ用モータ制御装置１０は、ドライブ用サーボモータ３を所定の動作パターンにて動作するよう制御する（Ｓ１０１）。この間、蓄電装置制御部１７は、蓄電給電電力計算部２３の計算結果に応じて蓄電装置１３の蓄電動作及び給電動作の制御を行う。蓄電装置制御部１７による蓄電装置１３の蓄電動作及び給電動作の制御については既に説明した通りである。
【００７０】
ステップＳ１０２において、判定部２２は、蓄電装置１３が給電動作を開始したか否かを判定する。給電動作を開始したか否かは、例えば、蓄電装置制御部１７から出力される蓄電指令及び給電指令に基づき判定すればよく、あるいは、蓄電装置制御部１７内の蓄電給電電力計算部２３による計算結果に基づいて判定してもよい。ステップＳ１０２において蓄電装置１３が給電動作を開始したと判定された場合は、ステップＳ１０３へ進む。ステップＳ１０２において蓄電装置１３が給電動作を開始したと判定されなかった場合は、ステップＳ１０１へ戻る。
【００７１】
ステップＳ１０３において、保有エネルギー計算部１４は、蓄電装置１３の保有エネルギーの値を計算する。
【００７２】
次いでステップＳ１０４において、予測時間計算部２１は、保有エネルギー計算部１４により計算された保有エネルギーの値を、蓄電装置１３が直流リンク４へ供給する直流電力の絶対値で除算し、これにより得られた値をエネルギー不足予測時間として出力する。
【００７３】
ステップＳ１０５において、判定部２２は、予測時間計算部２１により計算されたエネルギー不足予測時間がゼロとなったか否かを判定する。ステップＳ１０５においてエネルギー不足予測時間がゼロとなったと判定された場合はステップＳ１０６へ進み、エネルギー不足予測時間がゼロとなったと判定されなかった場合はステップＳ１０９へ進む。
【００７４】
ステップＳ１０６において、制限制御部１５は、ドライブ用サーボモータ３、ドライブ用サーボアンプ１２及び電源部１１で消費される電力の総和である総消費電力が電源部１１の最大供給電力を超えない値になるよう、ドライブ用サーボアンプ１２を制御してドライブ用サーボモータ３の出力を制限する。
【００７５】
次いでステップＳ１０７において、判定部２２は、蓄電装置１３が給電動作を終了したか否かを判定する。給電動作を終了したか否かは、例えば、蓄電装置制御部１７から出力される蓄電指令及び給電指令に基づき判定すればよく、あるいは、蓄電装置制御部１７内の蓄電給電電力計算部２３による計算結果に基づいて判定してもよい。ステップＳ１０７において給電動作が終了したと判定された場合は、ステップＳ１０８へ進み、給電動作が終了したと判定されなかった場合（すなわち給電動作が終了していない場合）は、ステップＳ１０６へ戻る。
【００７６】
ステップＳ１０８では、制限制御部１５は、ドライブ用サーボアンプ１２を制御してドライブ用サーボモータ３の出力の制限を解除する。その後、ステップＳ１０１へ戻る。
【００７７】
ステップＳ１０５においてエネルギー不足予測時間がゼロとなったと判定されなかった場合は、ステップＳ１０９において、制限制御部１５内の判定部２２は、蓄電装置１３が給電動作を終了したか否かを判定する。ステップＳ１０９において給電動作が終了したと判定された場合は、ステップＳ１０１へ戻る。ステップ１０１〜Ｓ１０５を経てステップＳ１０１へ戻る処理が行われた場合は、蓄電装置１３による給電動作開始後、蓄電装置１３の保有エネルギーがゼロになることなく（枯渇することなく）給電動作が終了したことを意味する。一方、ステップＳ１０９において給電動作が終了したと判定されなかった場合（すなわち給電動作が終了していない場合）は、ステップＳ１０３へ戻る。ステップ１０１〜Ｓ１０５及びＳ１０９を経て再びステップＳ１０３へ戻る処理が行われた場合は、給電動作中である蓄電装置１３の保有エネルギーがまだゼロになっていない（枯渇していない）ことを意味する。
【００７８】
図６は、本開示の実施形態によるモータ駆動システムにおいて、図５に示す第１の形態による判定部による判定処理を実行した場合における、総消費電力と電源部の出力と蓄電装置の保有エネルギーとの関係を例示する図である。図６において、上段の波形図は消費電力計算部１６によって計算された総消費電力［Ｗ］を例示しており、一点鎖線は電源部１１の最大供給電力及び最大回生電力である。また、図６において、中段の波形図は電源部１１の出力（電源部１１から直流リンク４へ供給される電力）［Ｗ］を例示しており、一点鎖線は電源部１１の最大供給電力及び最大回生電力である。また、図６において、下段の波形図は蓄電装置１３の保有エネルギー［Ｊ］を例示しており、一点鎖線は、蓄電装置１３の「ベース保有エネルギー」である。ここでは、一例として、図６の上段の波形図に示すようにモータ駆動システム１によりドライブ用サーボモータ３を加速及び減速させて総消費電力が変化した例を示す。ドライブ用サーボアンプ１２内の逆変換器１２０は、ドライブ用サーボモータ３の動作状態（力行または回生）に応じて、直流リンク４の直流電力を交流に変換してドライブ用サーボモータ３側へ出力する逆変換動作、またはドライブ用サーボモータ３で改正された交流電力を直流電力に変換して直流リンク４へ戻す順変換動作を行うが、以下では逆変換器１２０についての逆変換動作及び順変換動作の説明については省略している。例えば、「直流リンク４の直流電力がドライブ用サーボモータ３で消費される」とは、ドライブ用サーボアンプ１２内の逆変換器１２０により、直流リンク４の直流電力が交流電力に変換されてドライブ用サーボモータ３側に出力され、ドライブ用サーボモータ３で消費されることを意味する。また、「ドライブ用サーボモータ３で回生された交流電力が直流リンク４へ戻される」とは、ドライブ用サーボアンプ１２内の逆変換器１２０により、ドライブ用サーボモータ３で回生された交流電力が直流電力に変換されて直流リンク４側に出力されることを意味する。
【００７９】
図６の例では、ドライブ用サーボモータ３が回生状態にある時刻０から時刻ｔ3までの間は、消費電力計算部１６により計算される総消費電力は負になり、電源部１１により直流リンク４の直流電力は交流電源２側へ回生されている。ただし、時刻０から時刻ｔ2までの間は、総消費電力が電源部１１の最大回生電力を超えているので、当該最大回生電力を超える直流電力については、蓄電装置制御部１７の蓄電制御により蓄電装置１３に蓄電され、電源部１１の回生電力はピークカットされる。したがって、時刻０から時刻ｔ2までの間は、蓄電装置１３の保有エネルギーは徐々に増加することになる。ドライブ用サーボモータ３が回生状態から力行状態に切り換わると、総消費電力は正に転じる。時刻ｔ2以降、総消費電力は電源部１１の最大回生電力の範囲内に収まるが、蓄電装置１３の保有エネルギーはベース保有エネルギーを大きく超えているので、蓄電装置１３の保有エネルギーがベース保有エネルギーまで下がる（時刻ｔ3）まで、蓄電装置１３からも直流リンク４へ直流電力が供給され続ける。この蓄電装置１３から直流リンク４へ供給された直流電力は、ドライブ用サーボモータ３の力行に利用される。したがって、時刻ｔ2から時刻ｔ3までの間は、蓄電装置１３の保有エネルギーは徐々に減少することになる。時刻ｔ3にて蓄電装置１３の保有エネルギーがベース保有エネルギーまで戻るので、時刻ｔ3からしばらくの間は蓄電装置１３からは直流リンク４へは直流電力は給電されない。時刻ｔ4で総消費電力が電源部１１の最大供給電力を超えると、蓄電装置制御部１７の給電制御により、蓄電装置１３は、当該最大供給電力を超える分だけの直流電力を直流リンク４へ供給する。すなわち、時刻ｔ4からしばらくの間は、総消費電力は、「電源部１１から出力される最大供給電力」のみならず「蓄電装置１３から供給される直流電力」からも提供されるので、電源部１１の供給電力はピークカットされる。したがって、時刻ｔ4からしばらくの間は、蓄電装置１３の保有エネルギーは徐々に減少し、ベース保有エネルギーを下回った値となる。時刻ｔ4の時点で蓄電装置１３は給電動作を開始するので、図５を参照して説明したように、保有エネルギー計算部１４は蓄電装置１３の保有エネルギーの値を計算し（ステップＳ１０３）、予測時間計算部２１は保有エネルギー計算部１４により計算された保有エネルギーに基づきエネルギー不足予測時間を計算し（ステップＳ１０４）、判定部２２はエネルギー不足予測時間がゼロになったか否かを判定し（ステップＳ１０６）、判定部２２は蓄電装置１３が給電動作を終了したか否かを判定する（ステップＳ１０９）。蓄電装置１３の給電動作中は、ステップＳ１０３〜Ｓ１０５及びＳ１０９の処理が繰り返し実行される。判定部２２が、「時刻ｔ5の時点で予測時間計算部２１により計算されたエネルギー不足予測時間」がゼロになったことを検知すると、制限制御部１５は、時刻ｔ5からしばらくの間、ドライブ用サーボモータ３、ドライブ用サーボアンプ１２及び電源部１１で消費される電力の総和である総消費電力が電源部１１の最大供給電力を超えない値になるよう、ドライブ用サーボアンプ１２を制御してドライブ用サーボモータ３の出力を制限する。ドライブ用サーボモータ３のトルクや速度が低下することにより総消費電力が低下して時刻ｔ6で総消費電力が電源部１１の最大供給電力の範囲内に収まると、電源部１１から直流リンク４へ給電される直流電力の一部により、蓄電装置１３は蓄電される。この結果、蓄電装置１３の保有エネルギーは徐々に増加する。蓄電装置１３の保有エネルギーがベース保有エネルギーまで回復すると（時刻ｔ7）、蓄電装置１３は蓄電動作を終了する。
【００８０】
上述の判定部２２による判定処理の第１の形態の変形例として、制限制御部１５内の予測時間計算部２１を省略し、判定部２２は、保有エネルギー計算部１４により計算された保有エネルギーの値がゼロになった場合に、ドライブ用サーボモータの出力を制限すべきと判定するようにしてもよい。図７は、本開示の実施形態によるモータ駆動システムにおける判定部による判定処理の第１の形態の変形例を説明するフローチャートである。図７において、ステップＳ１０１〜Ｓ１０３の処理は図５を参照して説明したとおりであるので説明は省略する。本変形例では、ステップＳ１０３に続くステップＳ１１０において、判定部２２は、保有エネルギー計算部１４により計算された保有エネルギーの値がゼロになったか否かを判定する。ステップＳ１１０において保有エネルギー計算部１４により計算された保有エネルギーの値がゼロとなったと判定された場合はステップＳ１０６へ進み、保有エネルギー計算部１４により計算された保有エネルギーの値がゼロとなったと判定されなかった場合はステップＳ１０９へ進む。ステップＳ１０６〜Ｓ１０９の処理は図５を参照して説明したとおりであるので説明は省略する。
【００８１】
続いて、判定部２２による判定処理の第２の形態について説明する。第２の形態では、判定部２２は、予測時間計算部２１により計算されたエネルギー不足予測時間が予め規定された閾値を下回った場合に、ドライブ用サーボモータ３の出力を制限すべきと判定する。ここで、閾値は、蓄電装置１３の特性などから想定して所望の値に設定すればよい。設定される閾値の値が大きいほど、制限制御部１５によるドライブ用サーボモータ３の出力制限が行われる頻度が高くなるので、蓄電装置１３の保有エネルギーの減少を抑制させることができ、蓄電装置１３の負担を軽減することができる。第２の形態によれば、蓄電装置１３による給電開始時点からエネルギー不足予測時間経過するよりも前に、制限制御部１５は、ドライブ用サーボモータ３、ドライブ用サーボアンプ１２及び電源部１１で消費される電力の総和である総消費電力が電源部１１の最大供給電力を超えない値になるよう、ドライブ用サーボアンプ１２を制御してドライブ用サーボモータ３の出力を制限する。図８は、本開示の実施形態によるモータ駆動システムにおける判定部による判定処理の第２の形態を説明するフローチャートである。
【００８２】
ドライブ用モータ制御装置１０は、ドライブ用サーボモータ３を所定の動作パターンにて動作するよう制御する（Ｓ２０１）。この間、蓄電装置制御部１７は、蓄電給電電力計算部２３の計算結果に応じて蓄電装置１３の蓄電動作及び給電動作の制御を行う。
【００８３】
ステップＳ２０２において、判定部２２は、蓄電装置１３が給電動作を開始したか否かを判定する。給電動作を開始したか否かは、例えば、蓄電装置制御部１７から出力される蓄電指令及び給電指令に基づき判定すればよく、あるいは、蓄電装置制御部１７内の蓄電給電電力計算部２３による計算結果に基づいて判定してもよい。ステップＳ１０２において蓄電装置１３が給電動作を開始したと判定された場合は、ステップＳ２０３へ進む。ステップＳ２０２において蓄電装置１３が給電動作を開始したと判定されなかった場合は、ステップＳ２０１へ戻る。
【００８４】
ステップＳ２０３において、保有エネルギー計算部１４は、蓄電装置１３の保有エネルギーの値を計算する。
【００８５】
次いでステップＳ２０４において、予測時間計算部２１は、保有エネルギー計算部１４により計算された保有エネルギーの値を、蓄電装置１３が直流リンク４へ供給する直流電力の絶対値で除算し、これにより得られた値をエネルギー不足予測時間として出力する。
【００８６】
ステップＳ２０５において、判定部２２は、予測時間計算部２１により計算されたエネルギー不足予測時間が予め規定された閾値を下回ったか否かを判定する。ステップＳ２０５においてエネルギー不足予測時間が閾値を下回ったと判定された場合はステップＳ２０６へ進み、エネルギー不足予測時間が閾値を下回ったと判定されなかった場合はステップＳ２０９へ進む。
【００８７】
ステップＳ２０６において、制限制御部１５は、ドライブ用サーボモータ３、ドライブ用サーボアンプ１２及び電源部１１で消費される電力の総和である総消費電力が電源部１１の最大供給電力を超えない値になるよう、ドライブ用サーボアンプ１２を制御してドライブ用サーボモータ３の出力を制限する。
【００８８】
次いでステップＳ２０７において、判定部２２は、蓄電装置１３が給電動作を終了したか否かを判定する。給電動作を終了したか否かは、例えば、蓄電装置制御部１７から出力される蓄電指令及び給電指令に基づき判定すればよく、あるいは、蓄電装置制御部１７内の蓄電給電電力計算部２３による計算結果に基づいて判定してもよい。ステップＳ２０７において給電動作が終了したと判定された場合は、ステップＳ２０８へ進み、給電動作が終了したと判定されなかった場合（すなわち給電動作が終了していない場合）は、ステップＳ２０６へ戻る。
【００８９】
ステップＳ２０８では、制限制御部１５は、ドライブ用サーボアンプ１２を制御してドライブ用サーボモータ３の出力の制限を解除する。その後、ステップＳ２０１へ戻る。
【００９０】
ステップＳ２０５においてエネルギー不足予測時間が閾値を下回ったと判定されなかった場合は、ステップＳ２０９において、制限制御部１５内の判定部２２は、蓄電装置１３が給電動作を終了したか否かを判定する。ステップＳ２０９において給電動作が終了したと判定された場合は、ステップＳ２０１へ戻る。ステップ２０１〜Ｓ２０５を経てステップＳ２０１へ戻る処理が行われた場合は、蓄電装置１３による給電動作開始後、蓄電装置１３の保有エネルギーがゼロになることなく（枯渇することなく）給電動作が終了したことを意味する。一方、ステップＳ２０９において給電動作が終了したと判定されなかった場合（すなわち給電動作が終了していない場合）は、ステップＳ２０３へ戻る。ステップ２０１〜Ｓ２０５及びＳ２０９を経て再びステップＳ２０３へ戻る処理が行われた場合は、給電動作中である蓄電装置１３の保有エネルギーがまだゼロになっていない（枯渇していない）ことを意味する。
【００９１】
図９は、本開示の実施形態によるモータ駆動システムにおいて、図８に示す第２の形態による判定部による判定処理を実行した場合における、総消費電力と電源部の出力と蓄電装置の保有エネルギーとの関係を例示する図である。図９において、上段の波形図は消費電力計算部１６によって計算された総消費電力［Ｗ］を例示しており、一点鎖線は電源部１１の最大供給電力及び最大回生電力である。また、図９において、中段の波形図は電源部１１の出力（電源部１１から直流リンク４へ供給される電力）［Ｗ］を例示しており、一点鎖線は電源部１１の最大供給電力及び最大回生電力である。また、図９において、下段は蓄電装置１３の保有エネルギー［Ｊ］を例示しており、一点鎖線は、蓄電装置１３の「ベース保有エネルギー」である。ここでは、一例として、図９の上段の波形図に示すようにモータ駆動システム１によりドライブ用サーボモータ３を加速及び減速させて総消費電力が変化した例を示す。
【００９２】
図９の例では、ドライブ用サーボモータ３が回生状態にある時刻０から時刻ｔ3までの間は、消費電力計算部１６により計算される総消費電力は負になり、電源部１１により直流リンク４の直流電力は交流電源２側へ回生されている。ただし、時刻０から時刻ｔ2までの間は、総消費電力が電源部１１の最大回生電力を超えているので、当該最大回生電力を超える直流電力については、蓄電装置制御部１７の蓄電制御により蓄電装置１３に蓄電され、電源部１１の回生電力はピークカットされる。したがって、時刻０から時刻ｔ2までの間は、蓄電装置１３の保有エネルギーは徐々に増加することになる。ドライブ用サーボモータ３が回生状態から力行状態に切り換わると、総消費電力は正に転じる。時刻ｔ2以降、総消費電力は電源部１１の最大回生電力の範囲内に収まるが、蓄電装置１３の保有エネルギーはベース保有エネルギーを大きく超えているので、蓄電装置１３の保有エネルギーがベース保有エネルギーまで下がる（時刻ｔ3）まで、蓄電装置１３からも直流リンク４へ直流電力が給電され続ける。この蓄電装置１３から直流リンク４へ供給された直流電力は、ドライブ用サーボモータ３の力行に利用される。したがって、時刻ｔ2から時刻ｔ3までの間は、蓄電装置１３の保有エネルギーは徐々に減少することになる。時刻ｔ3にて蓄電装置１３の保有エネルギーがベース保有エネルギーまで戻るので、時刻ｔ3からしばらくの間は蓄電装置１３からは直流リンク４へは直流電力は給電されない。時刻ｔ4で総消費電力が電源部１１の最大供給電力を超えると、蓄電装置制御部１７の給電制御により、蓄電装置１３は、当該最大供給電力を超える分だけの直流電力を直流リンク４へ供給する。すなわち、時刻ｔ4からしばらくの間は、総消費電力は、「電源部１３から出力される最大供給電力」のみならず「蓄電装置１３から供給される直流電力」からも提供されるので、電源部１１の供給電力はピークカットされる。したがって、時刻ｔ4からしばらくの間は、蓄電装置１３の保有エネルギーは徐々に減少し、ベース保有エネルギーを下回った値となる。時刻ｔ4の時点で蓄電装置１３は給電動作を開始するので、図８を参照して説明したように、保有エネルギー計算部１４は蓄電装置１３の保有エネルギーの値を計算し（ステップＳ２０３）、予測時間計算部２１は保有エネルギー計算部１４により計算された保有エネルギーに基づきエネルギー不足予測時間を計算し（ステップＳ２０４）、判定部２２はエネルギー不足予測時間が閾値Ｔthを下回ったかを判定し（ステップＳ２０５）、判定部２２は蓄電装置１３が給電動作を終了したか否かを判定する（ステップＳ２０９）。蓄電装置１３の給電動作中は、ステップＳ１０３〜Ｓ１０５及びＳ１０９の処理が繰り返し実行される。判定部２２が、「時刻ｔ5の時点で予測時間計算部２１により計算されたエネルギー不足予測時間」が閾値Ｔthを下回ったことを検知すると、制限制御部１５は、時刻ｔ5からドライブ用サーボアンプ１２を制御してドライブ用サーボモータ３の出力を徐々に下げ、時刻ｔ6以降はドライブ用サーボモータ３、ドライブ用サーボアンプ１２及び電源部１１で消費される電力の総和である総消費電力が電源部１１の最大供給電力を超えない値になるよう、ドラ���ブ用サーボアンプ１２を制御してドライブ用サーボモータ３の出力を制限する。その後、ドライブ用サーボモータ３のトルクや速度が低下することにより総消費電力が低下して時刻ｔ7で総消費電力が電源部１１の最大供給電力の範囲内に収まると、電源部１１から直流リンク４へ給電される直流電力の一部により、蓄電装置１３は蓄電される。この結果、蓄電装置１３の保有エネルギーは徐々に増加する。蓄電装置１３の保有エネルギーがベース保有エネルギーまで回復すると（時刻ｔ8）、蓄電装置１３は蓄電動作を終了する。
【００９３】
続いて、制限制御部１５によるドライブ用サーボモータ３の出力を制限する処理の例について、いくつか列挙する。
【００９４】
制限制御部１５によるドライブ用サーボモータ３の出力制限処理の第１の形態では、ドライブ用サーボモータ３の速度指令に対するオーバーライドを、予め規定されていたオーバーライドよりも小さい値に変更することで、ドライブ用サーボモータ３、ドライブ用サーボアンプ１２及び電源部１１で消費される電力の総和である総消費電力が電源部１１の最大供給電力を超えない値になるよう、ドライブ用サーボモータ３の出力を制限する。一般に、数値制御装置１０００においては、ドライブ用サーボモータ３に対する速度指令に対して「オーバーライド」と称される倍率をかけて速度（回転速度）を修正することができる。速度指令に対して例えば０〜２００％のオーバーライドを設定することができ、数値制御装置１０００にはオーバーライドを設定するためのダイヤルが設けられているのが一般的である。ドライブ用サーボモータ３の出力制限処理の第１の形態では、判定部２２によりドライブ用サーボモータ３の出力を制限すべきと判定された場合、ダイヤルの設定によらずに、制限制御部１５が自動的にオーバーライドを予め規定されていたオーバーライドよりも小さい値に変更する。オーバーライドを下げると、ドライブ用サーボモータ３の回転速度が全体として低下する。また、オーバーライドを下げるとドライブ用サーボモータ３の目標回転速度が下がるので、目標回転速度に実際の回転速度が達するまでの加速度及び減速度も減少し、加速時及び減速時のトルクも低下する。この結果、ドライブ用サーボモータ３の出力（すなわちドライブ用サーボモータ３の駆動に必要な電力）も低下する。第１の形態では、ドライブ用サーボモータ３、ドライブ用サーボアンプ１２及び電源部１１で消費される電力の総和である総消費電力が電源部１１の最大供給電力を超えなくなるような値を、ドライブ用サーボモータ３の出力を制限すべきと判定された場合に用いられるオーバーライドとして設定する。制限制御部１５によるドライブ用サーボモータ３の出力制限に用いられるオーバーライドの設定の具体的なやり方としては、例えば、電源部１１から供給される電力のみでドライブ用サーボモータ３を駆動する状態を模擬するためにモータ駆動システム１から蓄電装置１３を取り外し、ドライブ用サーボモータ３を加速させてそのときのドライブ用サーボモータ３の出力を計測もしくは計算により求め、求められた出力が電源部１１の最大供給電力を超えないようなオーバーライドを見つけ出す方法が考えられる。どの程度まで指令速度をオーバーライドさせれば電源部１１の最大供給電力の範囲内で加工ができるかを予め実測しておき、当該実測したオーバーライドを用いれば、ドライブ用サーボモータ３、ドライブ用サーボアンプ１２及び電源部１１で消費される電力の総和である総消費電力が電源部１１の最大供給電力を超えなくなるようにすすることができる。
【００９５】
図１０は、本開示の実施形態によるモータ駆動システムにおけるドライブ用サーボモータの出力制限処理の第１の形態を説明する図であって、（Ａ）は速度指令をステップ状に切り換える例を示し、（Ｂ）は速度指令を直線形時定数にて変化させながら切り換える例を示し、（Ｃ）は速度指令をベル形時定数にて変化させながら切り換える例を示し、（Ｄ）は速度指令を指数形時定数にて変化させながら切り換える例を示す。例えば、図１０（Ａ）に示すように、制限制御部１５は、判定部２２によりドライブ用サーボモータ３の出力を制限すべきと判定された場合、正常動作時の速度指令をオーバーライドさせて出力制限時の速度指令にステップ状に切り換える。速度指令をステップ状に切り換えると、蓄電装置１３の蓄電及び電力供給の応答性がより高まる。また例えば、図１０（Ｂ）〜図１０（Ｄ）に示すように、制限制御部１５は、判定部２２によりドライブ用サーボモータ３の出力を制限すべきと判定された場合、正常動作時の速度指令を徐々にオーバーライドさせて出力制限時の速度指令に切り替えてもよい。図１０（Ｂ）〜図１０（Ｄ）に示すように、オーバーライドによる速度指令の切り換えをステップ状ではなく切れ目なく連続的に変化させると、速度指令が急激に変化しないので、ドライブ用サーボモータ３への負担が小さくなる利点がある。
【００９６】
制限制御部１５によるドライブ用サーボモータ３の出力制限処理の第２の形態では、ドライブ用サーボモータ３に対するトルク指令を、予め規定されていたトルク指令よりも小さい値に変更することで、ドライブ用サーボモータ３、ドライブ用サーボアンプ１２及び電源部１１で消費される電力の総和である総消費電力が電源部１１の最大供給電力を超えない値になるよう、ドライブ用サーボモータ３の出力を制限する。図１１は、本開示の実施形態によるモータ駆動システムにおけるドライブ用サーボモータの出力制限処理の第２の形態を説明する図であって、（Ａ）はトルク指令をステップ状に切り換える例を示し、（Ｂ）はトルク指令を直線形時定数にて変化させながら切り換える例を示し、（Ｃ）はトルク指令をベル形時定数にて変化させながら切り換える例を示し、（Ｄ）はトルク指令を指数形時定数にて変化させながら切り換える例を示す。「ドライブ用サーボモータ３の電力＝ドライブ用サーボモータ３の速度（回転速度）×トルク」で表されることから、電源部１１の最大供給電力とドライブ用サーボアンプ１２及び電源部１１で消費される電力との差分を、ドライブ用サーボモータ３の実速度で除算することで、ドライブ用サーボモータ３の出力を制限する際に用いられる「制限されたトルク指令（以下、「トルク制限指令」と称する）」を求めることができる。制限制御部１５は、判定部２２によりドライブ用サーボモータ３の出力を制限すべきと判定された場合、正常動作時におけるトルク指令を、トルク制限指令に変更する。トルク制限指令にてドライブ用サーボモータ３を駆動すると、ドライブ用サーボモータ３、ドライブ用サーボアンプ１２及び電源部１１で消費される電力の総和である総消費電力は、電源部１１の最大供給電力以下となるので、蓄電装置１３から電力の給電がなくても、ドライブ用サーボモータ３を駆動することができる。例えば、図１１（Ａ）に示すように、制限制御部１５は、判定部２２によりドライブ用サーボモータ３の出力を制限すべきと判定された場合、ドライブ用サーボモータ３の出力が電源部１１の最大供給電力以下の出力となるよう、トルク指令をステップ状に変化させる。また例えば、図１１（Ｂ）〜図１１（Ｄ）に示すように、制限制御部１５は、判定部２２によりドライブ用サーボモータ３の出力を制限すべきと判定された場合、ドライブ用サーボモータ３の出力が電源部１１の最大供給電力以下の出力となるよう、トルク指令をステップ状ではなく切れ目なく連続的に変化させる。なお、トルク制限指令がトルク指令生成部で生成されたトルク指令を上回った状態となった場合は、総消費電力が電源部１１の最大供給電力を下回ったことを示している。
【００９７】
制限制御部１５によるドライブ用サーボモータ３の出力制限処理の第３の形態では、予め規定されていた加速度及び減速度よりも小さい値に制限された加速度及び減速度にてドライブ用サーボモータ３が加速及び減速するよう、ドライブ用サーボアンプ１２を制御することで、ドライブ用サーボモータ３、ドライブ用サーボアンプ１２及び電源部１１で消費される電力の総和である総消費電力が電源部１１の最大供給電力を超えない値になるようにする。ドライブ用サーボモータ３の加速度及び減速度を下げると、ドライブ用サーボモータ３の出力（すなわちドライブ用サーボモータ３の駆動に必要な電力）は低下する。第３形態では、制限制御部１５は、判定部２２によりドライブ用サーボモータ３の出力を制限すべきと判定された場合、ドライブ用サーボモータ３の加速度及び減速度を、ドライブ用サーボモータ３の出力が電源部１１の最大供給電力を超えない程度の値に設定する。第３の形態におけるドライブ用サーボモータ３の出力と電源部１１の最大供給電力との関係は図１１に示した通りである。制限制御部１５によるドライブ用サーボモータ３の出力制限に用いられるドライブ用サーボモータ３の加速度及び減速度の設定の具体的なやり方としては、例えば、電源部１１から供給される電力のみでドライブ用サーボモータ３を駆動する状態を模擬するためにモータ駆動システム１から蓄電装置１３を取り外し、ドライブ用サーボモータ３を様々な加速度及び減速度に基づいて動作させてそのときのドライブ用サーボモータ３の出力を計測もしくは計算により求め、求められた出力が電源部１１の最大供給電力を超えないような加速度及び減速度を見つけ出す方法が考えられる。
【００９８】
上述の保有エネルギー計算部１４、制限制御部１５、消費電力計算部１６、蓄電装置制御部１７、及びドライブ用サーボモータ制御装置１０は、例えばソフトウェアプログラム形式で構築されてもよく、あるいは各種電子回路とソフトウェアプログラムとの組み合わせで構築されてもよい。例えばこれらをソフトウェアプログラム形式で構築する場合は、モータ駆動システム１内にある演算処理装置をこのソフトウェアプログラムに従って動作させることで、上述の各部の機能を実現することができる。またあるいは、保有エネルギー計算部１４、制限制御部１５、消費電力計算部１６、蓄電装置制御部１７、及びドライブ用サーボモータ制御装置１０を、各部の機能を実現するソフトウェアプログラムを書き込んだ半導体集積回路として実現してもよい。
【符号の説明】
【００９９】
１    モータ駆動システム
２    交流電源
３    ドライブ用サーボモータ
４    直流リンク
１０    ドライブ用サーボモータ制御装置
１１    電源部
１２    ドライブ用サーボアンプ
１３    蓄電装置
１４    保有エネルギー計算部
１５    制限制御部
１６    消費電力計算部
１７    蓄電装置制御部
２１    予測時間計算部
２２    判定部
２３    蓄電給電電力計算部
１１０    順変換器
１２０、３３０    逆変換器
１３０    バッファ用サーボアンプ
１３１    バッファ用サーボモータ
１３２    フライホイール
１３３    ＤＣＤＣコンバータ
１３４    コンデンサ
１０００    数値制御装置
【図１】
2020031495.tif 000003
【図２】
2020031495.tif 000004
【図３】
2020031495.tif 000005
【図４】
2020031495.tif 000006
【図５】
2020031495.tif 000007
【図６】
2020031495.tif 000008
【図７】
2020031495.tif 000009
【図８】
2020031495.tif 000010
【図９】
2020031495.tif 000011
【図１０】
2020031495.tif 000012
【図１１】
2020031495.tif 000013