(57)【要約】【課題】モータ負荷の経年劣化などによる特性の変化に伴う制御のずれを抑制することができる電力変換システムおよびモータ制御方法を提供すること。【解決手段】モータ３に電力を供給するモータ電力変換装置２に電力を供給する電源装置１を備え、モータ電力変換装置２は、電力を変換する逆変換器７と、逆変換器７を制御する制御回路８と、逆変換器７内の電流を検出する電流検出器５９，６０とを有し、電源装置１は、電圧に応じて電力を蓄積する蓄積装置６と、電圧指令に基づいて蓄積装置６の電圧を変更する昇降圧電源回路５と、蓄積装置６に蓄積するエネルギを演算して電圧指令として昇降圧電源回路５へ出力する電圧指令演算回路１５と、を有し、モータ３が備えるエンコーダ１０からの情報と電流検出器５９，６０で検出した電流値とを用いて算出したモータ３の力行エネルギ或いは回生エネルギに基づいて蓄積装置６に蓄積するエネルギを演算する。【選択図】  図１
2020036488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータに電力を供給する電力変換装置と、
前記電力変換装置に電力を供給する電源装置とを備える電力変換システムにおいて、
前記電力変換装置は、
電力を変換する電力変換部と、前記電力変換部を制御する制御部と、前記電力変換部内の電流を検出する電流検出部と、を有し、
前記電源装置は、
電圧に応じて電力を蓄積する蓄積装置と、電圧指令に基づいて前記蓄積装置の電圧を変更する昇降圧電源回路と、前記蓄積装置に蓄積するエネルギを演算して前記電圧指令として前記昇降圧電源回路へ出力する演算回路と、を有し、
前記制御部は、前記モータが備えるエンコーダからの情報と前記電流検出部で検出した電流値とを用いて前記モータの力行エネルギ或いは回生エネルギを算出し、
前記演算回路は、前記制御部で算出した前記モータの力行エネルギ或いは回生エネルギに基づいて前記蓄積装置に蓄積するエネルギを演算するものである電力変換システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換システムにおいて、
前記制御部は、前記エンコーダからの情報と前記電流検出部で検出した電流値とを用いて前記モータの角速度及びトルクを算出し、前記角速度とトルクと予め設定された慣性モーメント値とを用いて前記モータの力行エネルギ或いは回生エネルギを算出するものである電力変換システム。
【請求項３】
請求項１に記載の電力変換システムにおいて、
前記演算回路は、前記蓄積装置に蓄積される電力量が前記回生エネルギによって最大電力量となるように前記蓄積装置に蓄積するエネルギを演算するものである電力変換システム。
【請求項４】
請求項１に記載の電力変換システムにおいて、
前記制御部は、前記モータに蓄えられた慣性エネルギ及び前記モータにより駆動されるモータ負荷に蓄えられた弾性エネルギに基づいて前記回生エネルギを算出するものである電力変換システム。
【請求項５】
請求項１に記載の電力変換システムにおいて、
前記制御部は、前記モータにより駆動されるモータ負荷に蓄えられた慣性エネルギ及び前記モータ負荷に蓄えられた重力エネルギに基づいて前記回生エネルギを算出するものである電力変換システム。
【請求項６】
請求項２に記載の電力変換システムにおいて、
前記慣性モーメント値は、前記モータの試運転時あるいはリアルタイムオートチューニング時に記憶されるものである電力変換システム。
【請求項７】
電力を蓄積する蓄積装置を介して供給される電力を変換してモータに供給する手順と、
前記モータが備えるエンコーダからの情報と前記モータに供給される電流値とを用いて前記モータの力行エネルギ或いは回生エネルギを算出する手順と、
算出した前記モータの力行エネルギ或いは回生エネルギに基づいて前記蓄積装置に蓄積するエネルギを演算する手順と、
前記蓄積装置に蓄積するエネルギの演算結果に基づいて前記蓄積装置に蓄積する電力を変更する手順と
を有することを特徴とするモータ制御方法。
【請求項８】
請求項７に記載のモータ制御方法において、
前記エンコーダからの情報と前記モータに供給される電流値とを用いて前記モータの角速度及びトルクを算出し、算出した前記角速度及びトルクと予め設定された慣性モーメント値とを用いて前記モータの力行エネルギ或いは回生エネルギを算出することを特徴とするモータ制御方法。
【請求項９】
請求項７に記載のモータ制御方法において、
前記蓄積装置に蓄積される電力量が前記回生エネルギによって最大電力量となるように前記蓄積装置に蓄積するエネルギを演算することを特徴とするモータ制御方法。
【請求項１０】
請求項７に記載のモータ制御方法において、
前記モータに蓄えられた慣性エネルギ及び前記モータにより駆動されるモータ負荷に蓄えられた弾性エネルギに基づいて前記回生エネルギを算出することを特徴とするモータ制御方法。
【請求項１１】
請求項７に記載のモータ制御方法において、
前記モータにより駆動されるモータ負荷に蓄えられた慣性エネルギ及び前記モータ負荷に蓄えられた重力エネルギに基づいて前記回生エネルギを算出することを特徴とするモータ制御方法。
【請求項１２】
請求項８に記載のモータ制御方法において、
前記慣性モーメント値は、前記モータの試運転時あるいはリアルタイムオートチューニング時に記憶されることを特徴とするモータ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換システムおよびモータ制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば、特許文献１には、電源回路と電源制御回路と蓄電装置を備え、エネルギーを貯蔵する機能を備えた装置に電力を供給する、電源装置および電源システムにおいて、前記装置に貯蔵されたエネルギーに基づき蓄電装置の制御指令値を、可変に設定する電源装置および電源システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２０００４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術においては、モータおよびモータ負荷などの慣性負荷に貯蔵された回転エネルギまたはばねエネルギに基づき蓄積装置の制御指令値を、可変に設定して制御することにより低コスト、低損失かつ高密度な電源装置を提供することを目的としている。
【０００５】
一般的には、モータや蓄積装置は経年劣化等により特性が変化する。こういった種々の要因による特性の変化に応じた高精度な制御が求められている。
【０００６】
本発明は上記の要求に鑑みてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、モータに電力を供給する電力変換装置と、前記電力変換装置に電力を供給する電源装置とを備える電力変換システムにおいて、前記電力変換装置は、電力を変換する電力変換部と、前記電力変換部を制御する制御部と、前記電力変換部内の電流を検出する電流検出部と、を有し、前記電源装置は、電圧に応じて電力を蓄積する蓄積装置と、電圧指令に基づいて前記蓄積装置の電圧を変更する昇降圧電源回路と、前記蓄積装置に蓄積するエネルギを演算して前記電圧指令として前記昇降圧電源回路へ出力する演算回路と、を有し、前記制御部は、前記モータが備えるエンコーダからの情報と前記電流検出部で検出した電流値とを用いて前記モータの力行エネルギ或いは回生エネルギを算出し、前記演算回路は、前記制御部で算出した前記モータの力行エネルギ或いは回生エネルギに基づいて前記蓄積装置に蓄積するエネルギを演算するものとする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、モータ負荷の経年劣化などによる特性の変化に伴う制御のずれを抑制することができ、制御精度の悪化を抑制することができる。また、蓄積装置への電力の過度な蓄積を抑制することができ、電力損失の低減や、蓄積装置の小型化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る電力変換システムの全体構成を模式的に示す図である。
【図２】慣性負荷に蓄えられる回転または運動エネルギを説明する図である。
【図３】空圧式ダイクッション付プレス機の構造を模式的に説明する図である。
【図４】空圧式ダイクッションに蓄えられたエネルギについて説明する図である。
【図５】昇降装置に蓄えられたエネルギについて説明する図である。
【図６】クランクプレス機のクランク軸角速度とスライド速度の関係を説明する図である。
【図７】第１の実施例に係る電力変換システムの一例を模式的に示す図である。
【図８】電源装置の順変換器、昇降圧電源回路、及び蓄積装置の詳細の一例を示す図であり、昇降圧電源回路として昇圧動作を行う回路を用いる場合を示している。
【図９】電源装置の順変換器、昇降圧電源回路、及び蓄積装置の詳細の他の例を示す図であり、昇降圧電源回路として降圧動作を行う回路を用いる場合を示している。
【図１０】モータ電力変換装置の逆変換器及び位置速度電流制御回路の詳細を示す図である。
【図１１】空圧式ダイクッション付プレス機で絞り加工を行った場合のスライドモータの角速度検出信号の波形の一例を示す図である。
【図１２】空圧式ダイクッション付プレス機で絞り加工を行った場合のスライドモータのトルク検出信号の波形の一例を示す図である。
【図１３】空圧式ダイクッション付プレス機で絞り加工を行った場合の加減速トルク演算回路の出力波形の一例を示す図である。
【図１４】空圧式ダイクッション付プレス機で絞り加工を行った場合の加減算演算器の出力波形の一例を示す図である。
【図１５】空圧式ダイクッション付プレス機で絞り加工を行った場合の慣性負荷蓄積エネルギ演算回路の出力波形の一例を示す図である。
【図１６】空圧式ダイクッション付プレス機で絞り加工を行った場合の弾性負荷蓄積エネルギ演算回路の出力波形の一例を示す図である。
【図１７】空圧式ダイクッション付プレス機で絞り加工を行った場合の蓄積エネルギ演算回路の加算演算器の出力波形の一例を示す図である。
【図１８】空圧式ダイクッション付プレス機で絞り加工を行った場合の電圧指令演算回路の出力波形の一例を示す図である。
【図１９】第２の実施例に係る電力変換システムの一例を模式的に示す図である。
【図２０】第３の実施例に係る電力変換システムの一例を模式的に示す図である。
【図２１】第３の実施例に係るサーボダイクッション付プレス機の構造を模式的に説明する図である。
【図２２】第４の実施例に係る電力変換システムの一例を模式的に示す図である。
【図２３】第５の実施例に係る電力変換システムの一例を模式的に示す図である。
【図２４】第６の実施例に係る電力変換システムの一例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
まず、本実施の形態に係る電力変換システムの基本原理について説明する。
【００１２】
図１は、本実施の形態に係る電力変換システムの全体構成を模式的に示す図である。
【００１３】
本実施の形態の電力変換システムは、電源１１からモータ３に供給される電力を変換することによって、モータ３の動作を制御するものであり、電源装置１とモータ電力変換装置２（電力変換装置）とから概略構成されている。電源装置１は、電源１１から交流電圧で供給される電力を直流電圧ＶＰＮに変換する順変換器４と、順変換器４で直流電圧に変換された電力の電圧ＶＰＮを制御する昇降圧電源回路５と、昇降圧電源回路５で電圧制御された電力を蓄積しつつモータ電力変換装置２に供給するとともに、モータ３の回生動作によって生成されてモータ電力変換装置２を介して供給される電力を蓄積する蓄積装置６（例えば、コンデンサ、蓄電池、など）と、昇降圧電源回路５の動作を制御して電圧ＶＰＮを制御する電圧指令演算回路１５とを備えている。また、モータ電力変換装置２は、電源装置１の昇降圧電源回路５から蓄積装置６を介して供給される電力を変換してモータ３に供給することでモータ３の動作を制御するとともに、モータ３の回生動作により生成された電力を電源装置１の蓄積装置６に供給する逆変換器（インバータ）７（電力変換部）と、逆変換器７の動作を制御するとともに、モータ３に設けられたエンコーダ１０を介して得られるモータ３の角速度と、モータ３に設けられた電流検出器（電流検出部）で検出される電流値に基づいて演算されるモータ３のトルクと、予め設定されたモータ３に関するモーメントとに基づいて、モータ３及びモータ３により駆動されるモータ負荷１２０に貯蔵されたエネルギである貯蔵エネルギを算出する制御回路８（制御部）と、制御回路８により算出された貯蔵エネルギと、蓄積装置６への蓄積が許容される電力量の最大値として予め定められた最大電力量とに基づいて昇降圧電源回路５を制御し、電源１１から蓄積装置６に蓄積される電力量を制御する電圧指令演算回路１５とを備えている。ここで、昇降圧電源回路５と電圧指令演算回路１５とは、貯蔵エネルギと最大電力量とに基づいて電源１１から蓄積装置６に蓄積される電力量を制御する蓄電装置制御回路を構成している。
【００１４】
このとき、交流モータ９とエンコーダ１０とにより構成される回転駆動式のモータ３を考えると、モータ３の出力軸が回転し、その回転エネルギがモータ軸を含む負荷側（モータ負荷１２０）に蓄えられる。また、リニアモータなどのモータ３を考えると、負荷を積載した可動部が直線上を移動し、運動エネルギが負荷側及び可動部（モータ負荷１２０）に蓄えられる。
【００１５】
仮に、モータ３の回転角が微小角度（例えば１０°以下）しか動かない負荷や直線上を微小距離（１０ｍｍ以下）しか移動しない特殊な負荷を除くと、電子部品組立機械や半導体・液晶製造装置、金属工作機械や金属加工機械、搬送機械や産業用ロボット等の一般産業機械は負荷側の物体が動くとその物体に回転または運動エネルギが蓄積される。
【００１６】
回転する物体の慣性モーメントをＪ、モータの出力軸の回転の角速度をω（ｒａｄ／ｓ）とすると、加減速トルクＴαは下記（式１）で表される。
【００１７】
【数１】
2020036488.tif 000003
【００１８】
また、モータの出力軸にクランク軸を結合し回転運動を往復運動に変え、ばね特性を持つ負荷に押し付けて戻す動作を繰り返した時、加減速中を含めたモータ負荷トルクをＴｑ（Ｎ・ｍ）とすると、ばね特性に対する弾性負荷トルクＴｄは下記（式２）で表される。なお、この時の摩擦負荷やころがり摩擦、その他の負荷は無視できる程度に微小であるとしている。
【００１９】
【数２】
2020036488.tif 000004
【００２０】
また、上記（式１）における加減速トルクを発生中の慣性負荷動力Ｐαは、回転速度をＮ（ｍｉｎ＾（−１））として下記（式３）で表される。
【００２１】
【数３】
2020036488.tif 000005
【００２２】
次に、一定角速度運転中の弾性負荷動力Ｐｄは下記（式４）で表される。
【００２３】
【数４】
2020036488.tif 000006
【００２４】
ここで、上記（式３）で与えられる動力Ｐαで運転した時、慣性負荷に蓄積される慣性負荷蓄積エネルギは上記（式３）を時間積分することによって下記（式５）で表される。
【００２５】
【数５】
2020036488.tif 000007
【００２６】
同様に、上記（式４）で与えられる動力Ｐｄで運転した時、弾性負荷に蓄積される弾性負荷蓄積エネルギは上記（式４）を時間積分することによって下記（式６）で表される。
【００２７】
【数６】
2020036488.tif 000008
【００２８】
したがって、慣性負荷蓄積エネルギＥαと弾性負荷蓄積エネルギＥｄを加算した総負荷蓄積エネルギＥは下記（式７）で表される。
【００２９】
【数７】
2020036488.tif 000009
【００３０】
この状態からモータ３を減速停止させると慣性負荷や弾性負荷（または重力負荷）に蓄えられたエネルギは、回生エネルギとしてモータ負荷１２０からモータ３および逆変換器７を介して、例えば、電解コンデンサや蓄電池などの蓄積装置６に戻る。このとき、蓄積装置６が過充電状態とならないよう、モータ３の運転開始時から慣性負荷または負荷側に蓄えられるエネルギの量を刻々演算し、蓄積装置６に蓄えられているエネルギの量からその分を差し引き、回生によって生成されたエネルギが蓄積装置６に蓄積される場合にも規定のエネルギの量となるように、制御回路８で電圧指令演算回路１５を制御して蓄積装置６の電力の蓄積量を可変制御する。
【００３１】
なお、慣性負荷または負荷側に蓄えられたエネルギの量は、物理的な動力から演算するのではなく、モータ３やそれを駆動する構成に設けられたセンサ等から検出される制御信号を用いる。これは、慣性モーメントや弾性負荷特性（または重力負荷特性）がモータ３の電流や電圧、位置、速度や角速度、動力やエネルギから正確に得られるからである。例えば、弾性負荷の場合、圧縮空気の復元力を用いたばね特性等は耐用寿命があり、寿命までには特性劣化がある。しかしながら、この場合においても、経年変化に合わせた負荷特性をモータ３とそれを駆動する構成のセンサで忠実に拾うことができる。逆に、ばね特性を初期の定数のまま運転して物理的な動力から演算しようとすると、実際の特性と解離した状態を演算することになり、モータ３の運転における制御精度等の悪化や誤差が生じる恐れがある。
【００３２】
エネルギ保存の法則から、蓄積装置６に蓄えられる適正エネルギ量Ｅｒｅｆは、蓄積装置６が満充電時に蓄えられるエネルギをＥｍａｘ（Ｊ）とすると下記（式８）で表される。
【００３３】
【数８】
2020036488.tif 000010
【００３４】
例えば、蓄積装置６として容量Ｃ（Ｆ）の電解コンデンサを使用した場合、電解コンデンサの適正電圧をＶｒｅｆ（Ｖ）とすると、電解コンデンサに蓄えられる適正なエネルギは下記（式９）で表される。
【００３５】
【数９】
2020036488.tif 000011
【００３６】
上記（式９）を上記（式８）に代入して整理すると、弾性負荷時の蓄積装置６の電解コンデンサの適正電圧Ｖｒｅｆは下記（式１０）で表される。
【００３７】
【数１０】
2020036488.tif 000012
【００３８】
ここで、上記（式１０）における定数ｋは下記（式１１）で表される。
【００３９】
【数１１】
2020036488.tif 000013
【００４０】
次に、重力負荷について弾性負荷と同様にトルク、動力、蓄積エネルギを考える。なお、重力負荷時の加減速トルクは上記（式１）の通りである。重力負荷としては、例えば、モータ３の出力軸に巻き上げ機を連結し、ロープの先にかご、または荷物を吊るしこれを昇降運転する場合が考えられる。
【００４１】
加減速中を含めたモータトルクをＴｑ（Ｎ・ｍ）とすると、重力負荷トルクＴｗは下記（式１２）で表される。なお、この時の摩擦負荷やころがり摩擦、その他の負荷は無視できる程度に微小であるとしている。
【００４２】
【数１２】
2020036488.tif 000014
【００４３】
次に、一定角速度運転中の重力負荷動力Ｐｗは、下記（式１３）で表される。
【００４４】
【数１３】
2020036488.tif 000015
【００４５】
上記（式１３）で与えられる重力負荷動力Ｐｗで運転した時、重力負荷に蓄積される重力負荷蓄積エネルギは上記（式１３）を時間積分することによって下記（式１４）で表される。
【００４６】
【数１４】
2020036488.tif 000016
【００４７】
したがって、慣性負荷蓄積エネルギＥαと重力負荷蓄積エネルギＥｗを加算した総負荷蓄積エネルギＥは下記（式１５）で表される。
【００４８】
【数１５】
2020036488.tif 000017
【００４９】
次に、重力負荷の場合、蓄積装置６に蓄えられる適正エネルギ量Ｅｒｅｆは、蓄積装置６が満充電時に蓄えられるエネルギをＥｍａｘ（Ｊ）とすると下記（式１６）で表される。
【００５０】
【数１６】
2020036488.tif 000018
【００５１】
また、蓄積装置６として、例えば、容量Ｃ（Ｆ）の電解コンデンサを使用した場合には、電解コンデンサに蓄えられる適正なエネルギは上記（式９）で表されるので、上記（式９）を上記（式１６）に代入して整理することにより、重力負荷時の蓄積装置６の電解コンデンサの適正電圧Ｖｒｅｆは下記（式１７）で表される。なお、比例定数ｋは上記（式１１）で表される。
【００５２】
【数１７】
2020036488.tif 000019
【００５３】
ここで、慣性負荷エネルギＥα、弾性負荷エネルギＥｄ、重力負荷エネルギＥｗが回生時、負荷側からモータ３および逆変換器７を介して蓄積装置６に回生エネルギが戻るとき、回生効率は１００％ではないために一部が損失として消費される。そこで、回生時の演算では、慣性負荷エネルギＥα、弾性負荷エネルギＥｄ、重力負荷エネルギＥｗにそれぞれ回生効率Ｘ１（＜１）を乗じることで回生効率を反映し、また、力行時の演算では、Ｘ１＝１とすることにより、回生時のみ回生効率Ｘ１（＜１）が設定されるので、より精度の高い制御を実現することができる。
【００５４】
例えば、モータ負荷１２０として、圧縮空気の復元力を利用した弾性負荷を考える場合には、圧縮空気をスライドが下降して負荷にエネルギを蓄え、次にスライドが上昇に転じるとき、上昇速度によって回生エネルギの量が異なる。これは圧縮空気を包んでいる材料にも復元時間が生じるので、先にスライドが離れるとモータは弾性負荷からの反力がなくなるため回生状態にならない。実際には圧縮空気を包んでいる材料からスライドが離れることはないので回生エネルギは生じる。しかし、スライドが下降時の動力エネルギの量とスライドが上昇時の回生エネルギの量は均等にならず回生側のエネルギの量が少ない状態になる。この場合、モータを運転開始時負荷側に蓄えられるエネルギの量を刻々演算し、蓄積装置に蓄えられるエネルギの量からその分を差し引き、回生された時に規定のエネルギの量に戻らない状態が発生する。そこで、この場合には回生時のエネルギ量に合わせて力行時のエネルギに重み係数Ｘ２（≠１）を乗じる。例えば、運転開始時には、（負荷側に蓄えられるエネルギの量）×（重み係数Ｘ２）を行って蓄積装置６に蓄えられているエネルギの量を補正してその分を差し引き、回生時は、（回生されるエネルギの量）×（重み係数Ｘ２）（ただし、Ｘ２＝１）を行ってそのままのエネルギ量として戻せば、差し引かれた分は元の値に戻るようになる。
【００５５】
回生時の回生効率Ｘ１（ただし、回生時：Ｘ１＜１、力行時：Ｘ１＝１）および力行時の重み係数Ｘ２（ただし、力行時：Ｘ２≠１、回生時：Ｘ２＝１）を係数Ｘとしてまとめると下記（式１８）で表される。
【００５６】
【数１８】
2020036488.tif 000020
【００５７】
ここで、上記（式１０）で示した弾性負荷時の蓄積装置６（電解コンデンサ）の適正電圧Ｖｒｅｆ、および、上記（式１７）で示した重力負荷時の蓄積装置６（電解コンデンサ）の適正電圧Ｖｒｅｆは、上記（式１８）の係数Ｘを用いて、それぞれ、下記（式１９）および下記（式２０）で表される。
【００５８】
【数１９】
2020036488.tif 000021
【００５９】
【数２０】
2020036488.tif 000022
【００６０】
なお、上記（式１８）では、重み係数Ｘ２として、力行時にＸ２≠１、回生時にＸ２＝１となるものを設定したが、回生時に重み係数Ｘ２≠１、力行時に重み係数Ｘ２＝１となるように設定しても良い。
【００６１】
以上のように、弾性負荷、重力負荷の場合、慣性負荷は両方の負荷に共通に発生し、蓄積装置（電解コンデンサ）の適正電圧Ｖｒｅｆは上記（式１９）及び（式２０）により、予めモータを運転開始時から慣性負荷、または負荷側に蓄えられるエネルギの量を刻々演算し、蓄積装置に蓄えられているエネルギの量からその分を差し引き、回生された時に規定のエネルギの量に戻るよう蓄積装置の直流電圧を可変制御すればよい。
【００６２】
ここで、慣性負荷や弾性負荷、重力負荷などについて具体例を挙げて詳細に説明する。
【００６３】
図２は、慣性負荷に蓄えられる回転または運動エネルギを説明する図である。
【００６４】
図２に示すように、モータ等により電気エネルギを慣性体にｔａ時間だけ与える場合、慣性体には角速度ωでまわる回転エネルギが与えられる。ここで、電路やころがり摩擦、風損等の損失を無視すると、電気エネルギの供給をやめても慣性体は永久にまわり続ける。ただし、実際には損失は無視できないため、慣性体の回転を維持するためには損失分のエネルギを電気エネルギとして与え続けなければならない。次に、慣性体に回生ブレーキをｔｄ時間掛けて回転エネルギを取り去ると、慣性体は停止して回転エネルギは回生されて電気エネルギとして電源に戻る。すなわち、慣性負荷を回すということは電源から供給された電気エネルギを回転エネルギに変換することであり、また、慣性負荷を回生ブレーキによって止めるということは回転エネルギを再び電気エネルギという形に変えることであり、これらは、エネルギの保存場所を移し替える行為であるといえる。
【００６５】
図２では、回転運動の一例としてクランクプレス機のクランク軸の回転運動を示しており、スライド質量を点Ａに集約して示し、バランス調整によるバランス質量を等価的に示した質点を点Ｂで示したフライホイルの回転運動として模式的に示している。このような慣性体に蓄えられるエネルギＥは、クランク軸の角速度をω（ｒａｄ／ｓ）とし、慣性体の慣性モーメントをＪ（ｋｇ・ｍ＾２）とすると、下記（式２１）で表され、慣性モーメントＪに比例し、角速度ωの二乗に比例することがわかる。
【００６６】
【数２１】
2020036488.tif 000023
【００６７】
また、図２に示すように、直線運動の場合は運動エネルギとして蓄えられるエネルギＥは、慣性体の質量をｍ（ｋｇ）、移動速度をＶｌとすると、下記（式２２）で表され、質量ｍに比例し移動速度Ｖｌ（ｍ／ｓ）の二乗に比例することがわかる。
【００６８】
【数２２】
2020036488.tif 000024
【００６９】
図３は、空圧式ダイクッション付プレス機の構造を模式的に説明する図である。
【００７０】
図３において、プレス機には昇降運動するスライド２５と固定されたボルスタ２７がある。スライド２５はスライドモータ２０の回転をスライド駆動手段２１およびクランク機構（クランク軸２２、クランク偏心部２３）を通してスライドギブ２６にガイドされながら昇降運動する。ボルスタ２７はベッド２８の上に固定されプレス機のフレームを通してスライド機構に連結され、上からの加圧力を受ける構造となっている。スライド駆動手段２１の一例として、もっとも多く使用されているクランクプレスの場合、スライドモータ２０の回転をクランク軸２２からクランク偏心部２３に伝え、コネクションロッド２４を介してスライド２５を昇降させる。このプレス機に金型を取り付けてプレス加工が行われる。上金型２９はスライド２５の下面に、下金型３０はボルスタ２７の上面にセットされ上下一対で一つの金型を構成する。金型は鉄板等をせん断、曲げ、絞る等の加工ができ、鉄板に塑性変形を与え目的の形状を作ることができる。この金型の品質、性能がプレス加工の生産性、品質にかかわる重要な役割を担っている。空圧式ダイクッション装置３１は絞り加工において、例えばカップ状絞りでは加工の進行につれて成形品のフランジ部に円周方向の圧縮応力が生じ、放置すればしわが発生する。このしわが発生しないよう下側から必要なしわ押え圧力を発生する装置が空圧式ダイクッション装置３１である。空圧式ダイクッション装置３１はベッド２８に内蔵されており、下金型３０とダイクッションパッド（図示せず）及びダイクッションピン（図示せず）が連動して作動する。なお、空圧式ダイクッション装置３１には、空圧式や油圧式等のタイプの他にサーボモータを使用したサーボダイクッションがある。
【００７１】
図４は、空圧式ダイクッションに蓄えられたエネルギについて説明する図である。
【００７２】
図４に示すように、ダイクッションとは絞り加工のしわ押え用反力、成形品の突き上げ力を発生させる圧力保持装置である。空圧式ダイクッションは空気ばねに等価的に置き換えられる。ばねが変形するとき、弾性エネルギという形でエネルギがばねに蓄えられる。蓄えられたエネルギを放出させれば、ばねに機械的な仕事をさせることができる。空気の復元力を生み出す材料である空気ばねもその一種であり、空圧式ダイクッションで利用される。
【００７３】
空圧式ダイクッション装置３１にエネルギを蓄える場合には、スライド２５が下降方向に動くことで空圧式ダイクッション内の空気を圧縮しこの部分に弾性エネルギが蓄えられ、同時にスライド方向への反力が発生する。スライド２５で下に押されれば押されるほど反力３１Ｅは大きくなるため、ばね定数ｋ（Ｎ／ｍ）のばねに置き換えて考えることができ、スライド２５で押された場合の変位をｘ（ｍ）とすると蓄えられる弾性エネルギＥは下記（式２３）で与えられる。
【００７４】
【数２３】
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【００７５】
図５は、昇降装置に蓄えられたエネルギについて説明する図である。
【００７６】
図５に示すように、昇降装置８２（後述）では、モータ出力軸に巻き上げ機７６を連結し、ロープ７８の先に荷物（又は、荷物等を収容するかご）７７を吊るして昇降運転を行う。図５において、質量ｍ（ｋｇ）の荷物７７が地上にある場合には、エネルギは開放状態にある。この状態から荷物７７を高さｈ（ｍ）まで巻き上げると、位置エネルギｍｇｈ（Ｊ）が蓄えられる。荷物７７の上昇時には、荷物７７に働く重力の方向とは逆方向へ移動するためモータは力行状態で運転し、荷物７７に位置エネルギが蓄えられる。また、荷物７７の下降時には、荷物７７の重力による落下を抑えながら下降させるのでモータは回生状態で運転し、荷物７７に蓄えられた位置エネルギは開放される。
【００７７】
図６は、クランクプレス機のクランク軸角速度とスライド速度の関係を説明する図である。
【００７８】
図６においては、クランク軸を回転方向に上死点から下死点を介して上死点まで３６０°（１回転）回転させた場合を示しており、横軸に時間ｔ（ｓ）を、縦軸にクランク軸角速度ω（ｒａｄ／ｓ）、スライド位置θｓ（ｍｍ）、及びスライド速度Ｖｓ（ｍ／ｓ）をそれぞれ示している。スライド速度Ｖｓは、スライド位置が中間点の時に零速度となり、スライド速度の正側が上昇速度で負側が下降速度を示す。図６において、スライド位置は余弦曲線となるが、スライド速度はクランク軸のコネクティングロッドの接続点が回転するため１８０°位相遅れの正弦曲線となる。
【００７９】
以上のように構成した本実施の形態における作用効果を説明する。
【００８０】
従来技術には、モータおよびモータ負荷に貯蔵された回転エネルギまたはばねエネルギに基づき蓄積装置の制御指令値を、可変に設定することにより低コスト、低損失かつ高密度な電源装置がある。この従来技術は、慣性負荷に蓄えられたエネルギを対象とする蓄積装置の電圧を可変制御する電源装置に有効である。しかしながら、慣性負荷以外に蓄えられたエネルギについては具体的に示されておらず、ばね等による弾性負荷に蓄えられたエネルギについては明確ではなかった。
【００８１】
また、他の従来技術には、交流モータにより可変駆動されるスライドをもつサーボプレス装置において、プレス機械の運転パターンに基づいてエネルギ蓄積装置の充放電状態を制御する制御パターンを選択して、電源コンバータを小型化、高効率化するとともに、エネルギ蓄積装置の容量を最適化する技術がある。この従来技術は、プレス機械の運転パターンと、この運転パターンに基づくエネルギ蓄積装置の充放電状態を制御する制御パターンが予め登録され、運転パターンと制御パターンが同期して運転指令が与えられるシステムで有効である。しかしながら、独立した設定器、またはその都度設定される運転指令の場合の運転パターンと制御パターンの同期した運転指令への対応方法が明確になっていないという課題があった。
【００８２】
さらに、他の従来技術には、交流電源を整流して直流の固定電圧に変換されたインバータにおいて、回生されたエネルギを回生制動回路の抵抗器で消費し回生制動状態の異常処理及び表示に関する技術がある。この従来技術は、交流電源を整流回路で直流の固定電圧とするインバータの回生制動状態の異常処理及び表示に有効である。しかしながら、回生されたエネルギを回生制動回路の抵抗器で消費するため地球温暖化に対する環境改善について課題があった。
【００８３】
このような従来技術における課題に対して、本実施の形態によれば、運転中の負荷が慣性負荷か弾性負荷かを区別し、または慣性負荷か重力負荷かを区別し、慣性負荷の場合、反力を発生する弾性負荷の場合、昇降動作をする重力負荷の場合に対して、蓄積装置に蓄積される電力量を可変制御するように構成したので、蓄積装置への電力の過度な蓄積を抑制し、電力損失の低減や、蓄積装置の小型化を実現することができる。また、負荷であるプレス機械の運転パターンとこの運転パターンに基づくエネルギ蓄積装置の充放電状態を制御する制御パターンを予め登録することも、運転パターンと制御パターンを同期して運転指令を与えることも必要ない。また、回生されたエネルギを回生制動回路の抵抗器で消費する必要もない。
【００８４】
すなわち、本実施の形態においては、モータ３の負荷が慣性負荷、弾性負荷、重力負荷には運転と同時に負荷側にはエネルギが蓄えられ、逆変換器７の入力側に蓄積装置６をもつ電力変換システムにおいて、モータ３運転と共にモータ３の速度と電流を検出器で検出して負荷側に蓄えられたエネルギの量Ｅを演算し、蓄積装置６に蓄えられるエネルギ指令値をＥｒｅｆ、満充電時の蓄積装置６のエネルギをＥｍａｘとした場合に、蓄積装置６に蓄えられるエネルギ指令値Ｅｒｅｆ＝（Ｅｍａｘ−Ｅ）として演算することによって蓄積装置６に蓄積されるエネルギが最適化され、電力変換システムの小型化、高効率化、低コスト化を実現することができる。
【実施例１】
【００８５】
本発明の第１の実施例を図７〜図１８を参照しつつ説明する。
【００８６】
図７は、本実施例に係る電力変換システムの一例を模式的に示す図である。
【００８７】
本実施例では、空圧式ダイクッション付プレス機を負荷としてモータで駆動する場合を例示している。
【００８８】
図７において、電力変換システムは、電源１１からモータ３に供給される電力を変換することによって、モータ３の動作を制御するものであり、電源装置１とモータ電力変換装置２とから概略構成されている。
【００８９】
電源装置１は、電源１１から交流電圧で供給される電力を直流電圧ＶＰＮに変換する順変換器４と、順変換器４で直流電圧に変換された電力の電圧ＶＰＮを制御する昇降圧電源回路５と、昇降圧電源回路５で電圧制御された電力を蓄積しつつモータ電力変換装置２に供給するとともに、モータ３の回生動作によって生成されてモータ電力変換装置２を介して供給される電力を蓄積する蓄積装置６（例えば、コンデンサ、蓄電池、など）と、昇降圧電源回路５の動作を制御して電圧ＶＰＮを制御する電圧指令演算回路１５とを備えている。ここで、昇降圧電源回路５と電圧指令演算回路１５とは、貯蔵エネルギと最大電力量とに基づいて電源１１から蓄積装置６に蓄積される電力量を制御する蓄電装置制御回路を構成している。
【００９０】
モータ電力変換装置２は、電源装置１の昇降圧電源回路５から蓄積装置６を介して供給される電力を変換してモータ３に供給することでモータ３の動作を制御するとともに、モータ３の回生動作により生成された電力を電源装置１の蓄積装置６に供給する逆変換器（インバータ）７と、逆変換器７の動作を制御するとともに、モータ３に設けられたエンコーダ１０を介して得られるモータ３の角速度と、モータ３に設けられた電流検出器５９，６０（後述）で検出される電流値に基づいて演算されるモータ３のトルクと、予め設定されたモータ３に関する慣性モーメントとに基づいて、モータ３及びモータ３により駆動されるモータ負荷（ここでは、空圧式ダイクッション付プレス機１２）に貯蔵されたエネルギである貯蔵エネルギを算出する制御回路８と、制御回路８により算出された貯蔵エネルギと、蓄積装置６への蓄積が許容される電力量の最大値として予め定められた最大電力量とに基づいて昇降圧電源回路５を制御し、電源１１から蓄積装置６に蓄積される電力量を制御する電圧指令演算回路１５とを備えている。制御回路８は、逆変換器７の電流検出器５９，６０やモータ３のエンコーダ１０などからの検出結果に基づいてゲート信号を生成し、このゲート信号で逆変換器７を制御してモータ３の駆動を制御するとともに、モータ３の角速度やトルク等を演算する位置速度電流制御回路１６と、位置速度電流制御回路１６の演算結果に基づいてモータ負荷である空圧式ダイクッション付プレス機１２の貯蔵エネルギを算出する蓄積エネルギ演算回路１４（演算回路）とを有している。
【００９１】
空圧式ダイクッション付プレス機１２（以降、単にプレス機１２と称する場合がある）のスライド２５を駆動するモータ３は、交流モータ９と交流モータ９に設けられたエンコーダ１０とで構成される。交流モータ９の速度、位置、及び磁極位置がエンコーダ１０で検出され、モータ電力変換装置２の制御回路８の位置速度電流制御回路１６にフィードバックされる。位置速度電流制御回路１６では、エンコーダ１０からフィードバックされた信号（速度、位置、磁極位置）と、上位装置１３からのモータ駆動指令とが比較演算され、モータ３によって駆動されるプレス機１２のスライド２５をモータ駆動指令どおりに追従するように、ＰＷＭ信号が生成されて逆変換器７に出力される。逆変換器７は、電源装置１から供給されるＤＣ電圧（ＰＮ間電圧）を入力して、交流の可変電圧、可変電流に変換することにより交流モータ９を駆動し、モータの位置、速度および電流を制御する。なお、交流モータ９の電流は、逆変換器７内の電流検出器５９，６０（後述）で検出され、位置速度電流制御回路１６へフィードバックされてトルク等の演算に用いられる。
【００９２】
電源装置１は、電源１１から交流電力を入力し、順変換器４でＡＣからＤＣ電圧に変換し、昇降圧電源回路５へＤＣ電圧を入力する。昇降圧電源回路５は、ＤＣ電圧を昇圧、降圧、又は、昇降圧の両方を行うことで逆変換器７に可変するＤＣ電圧を与える。昇降圧電源回路５は電圧指令演算回路１５によって制御されている。電圧指令演算回路１５は、モータ電力変換装置２の制御回路８で演算された信号Ｅを受信し、蓄積装置６のＤＣ電圧ＶＰＮが最適な電圧になるように昇降圧電源回路５を可変電圧制御する。また、蓄積装置６は、昇降圧電源回路５と逆変換器７の間に設置されており、電源１１から供給される電気エネルギや、プレス機１２からモータ３、逆変換器７などを介して供給される回生エネルギを蓄積する。
【００９３】
次に、電力変換システム全体の制御の動作の概略を説明する。まず、プレス機１２の慣性負荷に蓄えられるエネルギについて説明する。上位装置１３からモータ駆動指令が与えられると、モータ３はその指令に従ってスライド２５の昇降動作を開始する。スライド２５が昇降動作を開始する場合は、モータ３やその負荷に連なる機構部を含む慣性モーメントに蓄えられた慣性負荷の蓄積エネルギの量をリアルタイムで演算する。また、スライド２５と空圧式ダイクッション装置３１が共に昇降動作を開始する場合は、空圧式ダイクッション装置３１まで含む慣性モーメントに蓄えられた慣性負荷の蓄積エネルギの量をリアルタイムで演算する。次に回生停止するときにその回生エネルギが戻ってきても蓄積装置６の蓄積容量がオーバフローしないようにしなければならない。このため、動き始めと同時に予め蓄積装置６に溜まっているエネルギの容量を下げておくように制御する。このように制御された状態で、上位装置１３からモータ駆動指令として回生停止指令が来て、実際に回生エネルギが戻ってきても運転開始前の元のエネルギ状態のレベルに戻るので、蓄積装置６が過充電の状態になることはない。
【００９４】
なお、上述の蓄積エネルギ演算はモータ電力変換装置２の制御回路８内の蓄積エネルギ演算回路１４が行い、蓄積装置６のエネルギ容量の最適値の制御は、蓄積装置６の電圧に置き直したＰＮ間電圧指令Ｖｒｅｆとして電源装置１の電圧指令演算回路１５で行なわれる。
【００９５】
次に、モータ電力変換装置２の蓄積エネルギ演算回路１４と、電源装置１の電圧指令演算回路１５の詳細な動作について説明する。位置速度電流制御回路１６から入力する信号はエンコーダ１０で検出された角速度検出信号ωとトルク検出信号Ｔｑと、慣性モーメントＪである。始めに慣性負荷に蓄えられるエネルギについて説明する。モータ３の角速度信号ωを加減速トルク演算回路４２で加減速トルクＴαを上記（式１）の演算により算出する。加減速トルク演算回路４２の出力Ｔαは角速度信号ωと加減速動力演算回路４３で上記（式３）の積を演算し加減速動力Ｐαを出力する。加減速動力Ｐαは慣性負荷蓄積エネルギ演算回路４４で上記（式５）による時間積分演算を行い慣性負荷蓄積エネルギＥαを出力する。なお、加減速動力演算回路４３と慣性負荷蓄積エネルギ演算回路４４を慣性負荷蓄積エネルギ演算ブロック４０とする。
【００９６】
次に、弾性負荷に蓄えられるエネルギについて説明する。トルク検出信号Ｔｑと加減速トルク演算回路４２の出力Ｔαは加減算演算器５１で上記（式２）に示す差演算を行い弾性負荷トルクＴｄを出力する。この弾性負荷トルクＴｄと角速度信号ωを弾性負荷動力演算回路４５で上記（式４）の積を演算し弾性負荷動力Ｐｄを出力する。弾性負荷動力Ｐｄは弾性負荷蓄積エネルギ演算回路４６で上記（式６）による時間積分演算を行い弾性負荷蓄積エネルギＥｄを出力する。なお、弾性負荷動力演算回路４５と弾性負荷蓄積エネルギ演算回路４６を弾性負荷蓄積エネルギ演算ブロック４１とする。
【００９７】
なお、慣性負荷蓄積エネルギ演算回路４４と弾性負荷蓄積エネルギ演算回路４６に入力される信号には、位置速度電流制御回路１６から出力されるＣＬＲ１，ＣＬＲ２がある。この積分クリア信号ＣＬＲ１，ＣＬＲ２信号は積分演算回路、すなわち、慣性負荷蓄積エネルギ演算回路４４、または、弾性負荷蓄積エネルギ演算回路４６の出力をクリアする信号である。また、位置速度電流制御回路１６から交流モータ９の回転子慣性モーメントとモータ軸換算されたモータ３の負荷側の慣性モーメントの合計値Ｊが加減速トルク演算回路４２へ出力される。
【００９８】
慣性負荷蓄積エネルギ演算ブロック４０の出力Ｅαと弾性負荷蓄積エネルギ演算ブロック４１の出力Ｅｄは、加算演算器５０で上記（式７）の加算演算が行われ、電源装置１の電圧指令演算回路１５へ総負荷蓄積エネルギＥとして出力される。電源装置１の電圧指令演算回路１５では、満充電時エネルギ設定ブロック４７に蓄積装置６の満充電時のエネルギとして値Ｅｍａｘが設定されており、この値Ｅｍａｘと加減算演算器５１でモータ電力変換装置２の蓄積エネルギ演算回路１４から出力された総負荷蓄積エネルギＥとの差、すなわち蓄積装置６に蓄えられる適正エネルギＥｒｅｆが上記（式８）により導かれる。
【００９９】
ここで、例えば、蓄積装置６として電解コンデンサＣを使用した場合には、加減算演算器５１の出力であるＥｒｅｆに比例係数ブロックで上記（式１１）で示されるｋ＝２／Ｃを掛算後、平方根演算回路４９で平方根演算を行うと、上記（式１０）に示す蓄積装置６についての電圧指令Ｖｒｅｆが得られる。また、蓄積装置６の両端電圧ＶＰＮ（ＰＮ間電圧）は、直列接続された抵抗値Ｒ１の抵抗器５６（後述）および抵抗値Ｒ２の抵抗器５７（後述）により分圧されて検出値（フィードバック電圧）Ｖｆとして検出され、絶縁増幅器１８で電気絶縁を行なった後にフィードバックされる。この後、蓄積装置６の電圧指令Ｖｒｅｆとフィードバック電圧Ｖｆは加減算演算器５１でＶｒｅｆ−Ｖｆの差演算を行う。この差電圧はＰＩ調節器１７で比例積分演算され、位置速度電流制御回路１６の駆動回路６１（後述）を経由して逆変換器７が制御されることにより、昇降圧電源回路５の出力電圧ＶＰＮ、すなわち蓄積装置６の出力電圧が電圧指令Ｖｒｅｆの値に従ってフィードバック制御される。
【０１００】
図８は、電源装置の順変換器、昇降圧電源回路、及び蓄積装置の詳細の一例を示す図であり、昇降圧電源回路として昇圧動作を行う回路を用いる場合を示している。
【０１０１】
すなわち、図８における昇降圧電源回路５は、昇圧動作を示す昇圧電源回路であると言える。
【０１０２】
順変換器４は、交流電源１１から供給される交流電圧を全波整流器５５により整流して、受電電圧で決まる概略一定の直流電圧に変換され平滑コンデンサ５２により平滑する。平滑された直流電圧は昇圧電源回路である昇降圧電源回路５で昇圧リアクトル５８を経由してＯＮ／ＯＦＦを繰り返すスイッチング素子５３に接続される。スイッチング素子５３がＯＮすると昇圧リアクトル５８に流れる電流が増大し、次にスイッチング素子がＯＦＦした時、昇圧リアクトル５８からスイッチング素子５３に流れていた電流はダイオード５４側に切り替わり、出力電圧ＶＰＮには直流電圧（Ｐ０−Ｎ間電圧）に昇圧リアクトル５８の両端に発生する電圧ｅ＝−Ｌ・（ｄＩ／ｄｔ）が加算され昇圧される。スイッチング素子５３はＯＮ／ＯＦＦが繰り返され、その導通比を変えることで昇圧電圧の可変制御が可能な昇降圧電源回路５が構成される。昇降圧電源回路５の出力には蓄積装置６として平滑コンデンサ５２が接続され、交流電源１１から充電される電気エネルギや負荷側から回生される回生エネルギが蓄えられる。なお、図８においては、蓄積装置６に平滑コンデンサ５２を使用したが、大容量電解コンデンサを並列接続し、大容量化して使用されるが２次電池、電気二重層コンデンサ等も使用しても良い。
【０１０３】
図９は、電源装置の順変換器、昇降圧電源回路、及び蓄積装置の詳細の他の例を示す図であり、昇降圧電源回路として降圧動作を行う回路を用いる場合を示している。
【０１０４】
すなわち、図９における昇降圧電源回路５Ａは、降圧動作を示す降圧電源回路であると言える。
【０１０５】
順変換器４は、交流電源１１から供給される交流電圧を全波整流器５５により整流して、受電電圧で決まる概略一定の直流電圧に変換され平滑コンデンサ５２により平滑する。次に、ＯＮ／ＯＦＦを繰り返すスイッチング素子５３が入口にあり、スイッチング素子５３がＯＮすると降圧リアクトル５８Ａと負荷が直列に接続されるため分圧して与えられ、ＯＮ／ＯＦＦ導通比を変えることで降圧電圧の可変制御が可能な降圧電源回路として動作する昇降圧電源回路５Ａが構成される。出力には蓄積装置６に平滑コンデンサ５２が接続され、交流電源１１から充電される電気エネルギや負荷側から回生される回生エネルギが蓄えられる。平滑コンデンサ５２の大容量化については図８と同様である。
【０１０６】
図１０は、モータ電力変換装置の逆変換器及び位置速度電流制御回路の詳細を示す図である。
【０１０７】
図１０において、モータ電力変換装置２には、ＡＣサーボアンプ、ベクトル制御インバータやインバータ及びＤＣＢＬコントローラが用いられ、これらをまとめてモータ電力変換装置２と称する。
【０１０８】
逆変換器７には、スイッチング素子５３とダイオード５４の逆並列回路が２組直列接続された１アームあり、これが３アーム並列接続され３相インバータが構成される。なお、図１０においては、３相インバータを構成する場合を例示したが、他の多相インバータを構成するようにしても良い。各アームの中間端子はモータ３のモータ端子に接続されており、そのうちの２相（Ｕ相、Ｗ相）にＵ相電流検出器５９とＷ相電流検出器６０がそれぞれ接続されている。なお、Ｕ相電流検出器５９とＷ相電流検出器６０とを合わせて、単に、電流検出器５９，６０と記載する場合がある。
【０１０９】
交流モータ９には、永久磁石式モータや誘導型モータ、ＤＣブラシレスモータ（ＤＣＢＬモータ）などが使用される。なお、交流モータは円筒状の中心に軸があり、この軸が回転する永久磁石式モータや誘導型モータのみに捕われることはない。例えば、交流モータ９の円周上の固定子側の一か所を切り開いて直線にして回転部分を直線的な往復運動としたリニアモータでもよい。リニアモータを駆動するＡＣサーボアンプやベクトル制御インバータやインバータ、ＤＣＢＬコントローラとしては、交流モータ９のものをそのまま流用可能である。リニアモータの場合のセンサは、エンコーダ１０の代わりに固定部にリニアセンサスケール、移動部にリニアセンサヘッドを移動経路上に相対して設置し、位置および速度を検出する。また、マグネットの磁極位置検出信号が必要な場合は、磁極位置検出センサを取り付けることで対応できる。なお、ＡＣサーボアンプで駆動されるリニアモータは、リニアサーボモータとも呼ばれる。以降の説明において、交流モータ９は、特段の記載が無い場合にはリニアモータを含むものとする。
【０１１０】
交流モータ９の出力軸に取り付けられたエンコーダ１０の出力は、位置速度磁極位置演算回路６２に入力され、演算結果の一つである回転速度Ｎはフィードバックへ出力され、演算結果の他の一つである磁極位置信号θは３相／ｄｑ変換回路６８及びｄｑ／３相変換回路６６へ出力される。
【０１１１】
回転速度Ｎは、上位装置１３から出力されモータ駆動指令の中の速度指令Ｎｓがモード切替スイッチ７４（Ｍｏｄ２）を通り、加減算演算器５１でその偏差ε＝Ｎｓ−Ｎを演算する。偏差εは、速度制御回路（ＡＳＲ）６３で増幅されモード切替スイッチ（Ｍｏｄ１）を通り、トルク電流指令Ｉｑとして出力される。なお、モード切替スイッチ７３（Ｍｏｄ１）は、ＯＮでモータ駆動指令をトルク指令Ｔｓに切り替え、ＯＦＦで位置指令または速度指令に切り替える。また、モード切替スイッチ７４（Ｍｏｄ２）は、ＯＮでモータ駆動指令を位置指令θｓに切り替え、ＯＦＦで速度指令Ｎｓに切り替える。なお、モータ駆動指令をどのモードに切り替えるかは、上位装置１３からモータ電力変換装置２の位置速度電流制御回路１６のＣＰＵ７２に指令され、ＣＰＵ７２がそのモードを切り替える。すなわち、ＣＰＵ７２は、積分クリア信号ＣＬＲ１，ＣＬＲ２の出力を制御するだけではなく、上位装置１３からの指令に基づいて１６全体の動作を制御する。
【０１１２】
電流検出器５９，６０の検出結果は、交流モータ９の電流フィードバック信号Ｉｕｆ，Ｉｗｆとして３相／ｄｑ変換回路６８に入力され、ｄｑ軸が直交する２つのベクトル信号であるｄ軸電流負フィードバック信号Ｉｄｆ及びトルク電流フィードバック信号Ｉｑｆに変換される。トルク電流指令Ｉｑは、トルク電流フィードバック信号Ｉｑｆとの差を演算する加減算演算器５１に入力され、その偏差はｑ軸電流制御回路（ＡＣＲ）６５で増幅される。ｄ軸電流指令Ｉｄは、弱め界磁制御を行う場合の電流指令であり、ｄ軸電流負フィードバック信号Ｉｄｆとの差を演算する加減算演算器５１に入力され、その偏差はｄ軸電流制御回路（ＡＣＲ）６４で増幅される。ｄ軸電流制御回路（ＡＣＲ）６４の出力であるｄ軸電流指令Ｖｄ及びｑ軸電流制御回路（ＡＣＲ）６５の出力であるｑ軸電圧指令Ｖｑは、ｄｑ／３相変換回路６６に入力され、３相電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換されてＰＷＭ回路６７に出力され、ＰＷＭ回路６７から駆動回路６１を経由して逆変換器７の６個のスイッチング素子５３を駆動するゲート信号として出力されることで、モータ３がモータ駆動指令に追従して制御される。
【０１１３】
なお、交流モータ９の慣性モーメントＪｍとモータ軸換算されたモータ３の負荷側の慣性モーメントＪｌの合計値Ｊ＝Ｊｍ＋Ｊｌは、試運転時にモータ電力変換装置２のパラメータに計算値の慣性モーメントＪを入力するか、またはモータ電力変換装置２の試運転機能による慣性モーメントＪのオートチューニング機能でチューニングすることができる。また、モータ電力変換装置２に、運転中にリアルタイムで慣性モーメントＪをチューニングする機能（リアルタイムオートチューニングの機能）があれば、その機能で慣性モーメントＪが変化する場合でもリアルタイムでチューニングした値を更新することができる。位置速度電流制御回路１６のＣＰＵ７２は、チューニング等によってパラメータエリア７５に記憶され更新された慣性モーメントＪを蓄積エネルギ演算回路１４の加減速トルク演算回路４２に出力して、加減速トルク演算回路４２で用いる慣性モーメントＪをリアルタイムで更新することができる。なお、これらのパラメータは、電源オフ時にその時点の値がＲＡＭメモリから、不揮発性メモリに書き込まれ、次の電源投入時に不揮発性メモリからＲＡＭメモリに読み出しされて更新された慣性モーメントＪが引き継がれる。
【０１１４】
図１１は、空圧式ダイクッション付プレス機で絞り加工を行った場合のスライドモータの角速度検出信号の波形の一例を示す図である。
【０１１５】
本実施例において、スライドモータの角速度検出信号ωとトルク検出信号Ｔｑは位置速度電流制御回路１６から出力される。絞り加工では、スライド２５側の上金型と空圧式ダイクッション装置３１側の下金型の間にブランク材を挟み込み、上からのスライドトルクと空圧式ダイクッション装置３１による下からの押し上げ反力により、上下両方からブランク材に圧縮力を加える。図１１に示すように、絞り加工の初めは、スライド２５は上死点から高速で下降を開始し、空圧式ダイクッション装置３１に接触する直前に中速まで減速する。中速になった後、絞り加工に入り下死点を通過後、スライド２５は上昇に転じ空圧式ダイクッション装置３１から離れた後、角速度検出信号ωは再び高速に加速し上死点で停止する。ここでスライドモータ（モータ３）の回転方向は一方方向運転であるが、スライド２５の運転方向は下降、上昇と切り替わる（図６参照）。なお、図１１中には、中速時に絞り加工期間中として矢印の範囲で絞り加工のタイミングを示している。
【０１１６】
図１２は、空圧式ダイクッション付プレス機で絞り加工を行った場合のスライドモータのトルク検出信号の波形の一例を示す図である。
【０１１７】
図１２に示すように、絞り加工をしていないときのスライドトルク（トルク検出信号）Ｔｑは、加速時に加速トルクが正側に、減速時に減速トルクが負側に発生するものであり、すなわち、角速度の変化時にのみ加減速トルクが発生する。絞り加工期間中に入ると、スライド２５は下降しながら空圧式ダイクッション装置３１の圧縮空気を徐々に押すため、弾性エネルギが蓄えられ、スライドモータのトルク（トルク検出信号Ｔｑ）は正方向に徐々に増大する。下死点では、押し当てトルクが零になるが空圧式ダイクッション装置３１からの反力を受けた状態となる。下死点を通過して上昇に転ずると、空圧式ダイクッション装置３１の増大した反力によりスライドトルク（トルク検出信号）Ｔｑは中速を維持するため、回生ブレーキトルクに切り替わり負方向となる。スライド２５が空圧式ダイクッション装置３１から離れると、蓄えられた弾性エネルギが開放されて回生トルクは急速に減少して零になる。なお、図１２においては、絞り加工期間中として矢印の範囲で示す部分においてダイクッショントルクが発生している。
【０１１８】
図１３は、空圧式ダイクッション付プレス機で絞り加工を行った場合の加減速トルク演算回路の出力波形の一例を示す図である。
【０１１９】
加減速トルク演算回路４２の出力波形は、スライドモータの角速度検出信号ωを微分し慣性モーメントＪを乗算した波形である。したがって、図１３に示すように、角速度検出信号ωが一定の時は出力は零になり、また、絞り加工期間中は角速度検出信号ωが一定のためにダイクッショントルクは現れることはない。このため、加減速トルク演算回路４２の出力波形としては、スライドモータの加減速トルクのみを分離した波形が得られる。通常、モータ３の電流波形による検出では全負荷電流が含まれるため、加減速トルクのみ分離して検出することは不可能である。すなわち、演算により加減速トルクのみを分離することができることは本実施例の特徴の一つである。
【０１２０】
図１４は、空圧式ダイクッション付プレス機で絞り加工を行った場合の加減算演算器の出力波形の一例を示す図である。
【０１２１】
加減算演算器５１の出力Ｔｄは、トルク検出信号Ｔｑ−加減速トルクＴαで表される。例えば、空圧式ダイクッション付プレス機１２で絞り加工を行う場合において、スライドモータの主なトルクは負荷慣性モーメントを加減速する加減速トルクと、スライド２５と空圧式ダイクッション装置３１で絞り加工するダイクッショントルクのほぼ２つである。一般に、モータ３のトルク検出信号Ｔｑには、モータ３に印加されるすべての負荷のトルク成分が現れるが、絞り加工時のダイクッショントルクは弾性負荷トルクＴｄに等しいので、図１４に示すように、弾性負荷トルクＴｄはスライドモータトルク（トルク検出信号）Ｔｑ−加減速トルクＴαで算出される。
【０１２２】
以上の図１３及び図１４で示したように、本実施例には、スライドモータトルク（トルク検出信号）Ｔｑは、慣性負荷に発生する加減速トルクＴαと弾性負荷に発生する弾性負荷トルクＴｄの２つに分離して検出されるという特徴がある。
【０１２３】
図１５は、空圧式ダイクッション付プレス機で絞り加工を行った場合の慣性負荷蓄積エネルギ演算回路の出力波形の一例を示す図である。
【０１２４】
慣性負荷蓄積エネルギ演算回路４４の出力である慣性負荷蓄積エネルギＥαは、加減速動力演算回路４３でスライドモータの角速度検出信号ωと加減速トルクＴαを乗算して加減速動力Ｐαを算出し、この加減速動力Ｐαを時間積分することにより算出される。図１５に波形を示す慣性負荷蓄積エネルギＥαは、スライドモータの角速度検出信号ω（図１１参照）が変化している時のみエネルギが積算または減算されており、したがって、角速度検出信号ωが一定である絞り加工期間中、すなわち、ダイクッショントルク発生時は積算されない。
【０１２５】
図１６は、空圧式ダイクッション付プレス機で絞り加工を行った場合の弾性負荷蓄積エネルギ演算回路の出力波形の一例を示す図である。
【０１２６】
弾性負荷蓄積エネルギ演算回路４６の出力である弾性負荷蓄積エネルギＥｄは、弾性負荷動力演算回路４５でスライドモータの角速度ωと弾性負荷トルクＴｄを乗算して弾性負荷動力Ｐｄを算出し、この弾性負荷動力Ｐｄを時間積分することにより算出される。図１６に波形を示す弾性負荷蓄積エネルギＥｄは、絞り加工期間中はスライドモータの角速度検出信号ωが中速一定のため、弾性負荷トルクＴｄの波形（図１４参照）を積分した形状になる。
【０１２７】
以上の図１５及び図１６で示したように、本実施例には、スライドモータとその負荷に蓄えられた慣性負荷蓄積エネルギＥαと空圧式ダイクッション装置３１に蓄えられた弾性負荷蓄積エネルギＥｄとが個別に算出されるという特徴がある。
【０１２８】
図１７は、空圧式ダイクッション付プレス機で絞り加工を行った場合の蓄積エネルギ演算回路の加算演算器の出力波形の一例を示す図である。
【０１２９】
図１７に示すように、加算演算器５０の出力である総負荷蓄積エネルギＥは、慣性負荷蓄積エネルギＥα（図１３参照）と弾性負荷蓄積エネルギＥｄ（図１４参照）とが加算された波形そのものである。
【０１３０】
図１８は、空圧式ダイクッション付プレス機で絞り加工を行った場合の電圧指令演算回路の出力波形の一例を示す図である。
【０１３１】
電圧指令演算回路１５の出力は、昇降圧電源回路５を制御するための出力電圧指令Ｖｒｅｆである。電圧指令演算回路１５では、まず、加減算演算器５１において、制御回路８の蓄積エネルギ演算回路１４の出力（すなわち、加算演算器５０の出力）である総負荷蓄積エネルギＥが蓄積装置６の満充電時のエネルギＥｍａｘから減算される。蓄積装置６の満充電時のエネルギＥｍａｘは満充電時の最大値であるが一定値であるので、加減算演算器５１の出力は、比例係数ｋ（＝２／Ｃ）を掛け算する比例係数ブロック４８と、平方根演算回路４９とを経由してエネルギ（Ｊ）から電圧（Ｖ）の単位に置き直される。この結果、図１８に示すように、出力電圧指令Ｖｒｅｆは、一定値から総蓄積エネルギＥ（図１７参照）の波形を差し引いた波形として得られる。
【０１３２】
図１８に示すように、絞り加工においては、最初、スライドモータが下降する場合における角速度検出信号ωの加速→高速→中速の変化で蓄積装置６の電圧Ｖｒｅｆは、高速迄の加速時に慣性負荷に徐々に蓄えられるので、直ちに回生されても良いように蓄積装置６の電圧を徐々に下げ、角速度検出値ωが一定の時には電圧Ｖｒｅｆは維持し、中速までの減速時はエネルギが一部回生されるので、その分だけ電圧Ｖｒｅｆを戻して上昇させる。次の絞り加工中では、空圧式ダイクッション装置３１で電源１１から供給する弾性負荷エネルギは大きくなるので、蓄積装置６の電圧Ｖｒｅｆは大きく下げる。また、総エネルギＥがピークを越えると、この弾性負荷エネルギは回生に転じるため、蓄積装置６の電圧Ｖｒｅｆは今度は上昇に戻す。そして、絞り加工が終了すると、再び慣性負荷蓄積エネルギの動作に移り、中速→高速→停止で最初の高速運転時と同様の動作が行われる。
【０１３３】
以上の図１１〜図１８で示したように、本実施例においては、慣性負荷に蓄積されるエネルギと弾性負荷に蓄積されるエネルギとに従って、蓄積装置６の電圧指令Ｖｒｅｆを可変制御する。
【実施例２】
【０１３４】
本発明の第２の実施例を図１９を参照しつつ説明する。本実施例では、実施例１との相違点についてのみ説明するものとし、本実施例で用いる図面において第１の実施例と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
【０１３５】
本実施例は、電源装置をモータ電力変換装置に内蔵し、慣性負荷蓄積エネルギに基づいて蓄積装置の電圧を可変制御するものである。
【０１３６】
図１９は、本実施例に係る電力変換システムの一例を模式的に示す図である。
【０１３７】
本実施例では、第１の実施例の蓄積装置６に代えて蓄電素子６Ａを用いており、負荷として射出成型機をモータで駆動している。
【０１３８】
図１９において、本実施例の電力変換システムのモータ電力変換装置２Ａは、順変換器４、昇降圧電源回路５、蓄電素子６Ａ、逆変換器７、制御回路８、及び、電圧指令演算回路１５を備えている。また、制御回路８は、蓄積エネルギ演算回路１４Ａ（演算回路）及び位置速度電流制御回路１６Ａを備えている。
【０１３９】
本実施例の蓄積エネルギ演算回路１４Ａは、加減速トルク演算回路４２の出力である加減速トルクＴαと、弾性負荷トルクＴｄ（加減算演算器５１の出力）とを位置速度電流制御回路１６Ａに出力するように構成されている。一般に、モータのトルク検出信号には、モータに印加されるすべての負荷のトルク成分が現れる。これに対して、本実施例では、慣性負荷に発生する加減速トルクＴαと弾性負荷に発生する弾性負荷トルクＴｄの２つを分離することが可能になったので、この加減速トルクＴαと弾性負荷トルクＴｄとを位置速度電流制御回路１６Ａにフィードバックしている。位置速度電流制御回路１６Ａは、蓄積エネルギ演算回路１４Ａからの加減速トルクＴαおよび弾性負荷トルクＴｄを取り込む機能、すなわち、分離されたモニタトルク機能を有している。
【０１４０】
また、位置速度電流制御回路１６Ａは、取り込んだ加減速トルクＴαおよび弾性負荷トルクＴｄを上位装置１３に出力する。上位装置１３では、省エネルギ化を図るために何の動力を低減するかの検討に、加減速トルクＴαおよび弾性負荷トルクＴｄが用いられる。すなわち、慣性負荷動力を低下させるのか、弾性負荷動力を低下させるのか、または、タクトタイムを変えたり弾性負荷トルクを変えたりするのか等、種々の条件を変えて運転を行うことで、個別に測定ができる加減速トルクＴαおよび弾性負荷トルクＴｄを参照して検討することができる。
【０１４１】
なお、図１９においては、一般産業機械用負荷として射出成型機３５の射出軸３４を例示している。モータ負荷としての射出軸３４は、慣性負荷を除けば弾性負荷や重力負荷ではなくエネルギを蓄積しないため、弾性負荷蓄積エネルギ演算回路４６は積分クリア信号２のＣＬＲ２を常時ＯＮとしてその出力を零として無効にする。ただし、慣性負荷蓄積エネルギ演算回路４４は有効にしてエネルギ蓄積演算を行う。積分クリア信号ＣＬＲ１，ＣＬＲ２はパラメータで外部から常時ＯＮ設定ができ、エネルギが蓄積できない負荷の時はＯＮとするよう設定できる。またＯＮの設定は、上位装置１３からも設定することができる。
【０１４２】
その他の構成は第１の実施例と同様である。
【０１４３】
本願発明においては、蓄電装置に回生エネルギが戻っても過充電されることはがないため、蓄電装置として蓄電素子６Ａ（例えば、電解コンデンサ）を用いる場合に、蓄電素子６Ａに予め設定される電圧範囲の上限マージンを削減して電圧範囲の上限を引き上げ、電解コンデンサの容量を増加させずに蓄積できるエネルギを上昇することができ、更に損失を低減することができる。したがって、本実施例のように、順変換器４、昇降圧電源回路５、及び、蓄電素子６Ａ（電解コンデンサ）をモータ電力変換装置２Ａに内蔵することができる。
【０１４４】
また、図１９に示す制御回路８内の蓄積エネルギ演算回路１４及び電圧指令演算回路１５の蓄電素子６Ａ（電解コンデンサ）の適正電圧Ｖｒｅｆ出力までのブロックとＰＩ調節器１７はソフトウェア処理であり、位置速度電流制御回路１６ＡのＣＰＵ７２が処理しているので、新たなＣＰＵを追加する必要がない。
【実施例３】
【０１４５】
本発明の第３の実施例を図２０及び図２１を参照しつつ説明する。本実施例では、第１の実施例との相違点についてのみ説明するものとし、本実施例で用いる図面において第１の実施例と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
【０１４６】
本実施例は、モータ負荷として、スライド２５とサーボダイクッション装置３２とを有し、スライド２５とサーボダイクッション装置３２との電源系統を別電源としたサーボダイクッション付プレス機１２Ａを用いるものである。
【０１４７】
図２０は、本実施例に係る電力変換システムの一例を模式的に示す図である。
【０１４８】
図２０においては、第１の実施例（図７）に対して空圧式ダイクッション装置３１がサーボダイクッション装置３２に置き換えられ、ダイクッション用のモータ１０３により下側から反力が与えられ、ダイクッション用のモータ１０３はダイクッション用モータ電力変換装置１２１（ＡＣ入力）で制御される構成になっている。
【０１４９】
ダイクッション用のモータ１０３は、交流モータ１０９にエンコーダ１１０が内蔵されている。また、ダイクッション用モータ電力変換装置１２１（ＡＣ入力）のモータ電力変換回路１０７には順変換器や逆変換器などの機能（図示せず）が内蔵されているので３相交流の交流電源１１から電力が供給され、逆変換器の入力は一定の直流電圧が与えられる。すなわち、モータ電力変換回路１０７は、昇降圧電源回路のない標準的なモータ電力変換装置である。
【０１５０】
なお、図２０では、交流電源１１からの電力供給用の配線を１本線で示し３本の斜線を付することで３相配線であることを示している。また、ダイクッション用モータ電力変換装置１２１の制御回路１０８は、第１の実施例で示した位置速度電流制御回路１６（図１０参照）と同様の構成を有しており、蓄積エネルギ演算回路１４としての機能は有していない。なお、ダイクッション用モータ電力変換装置１２１（ＡＣ入力）の制御回路１０８には、上位装置１３からモータ駆動指令が与えられ、ダイクッション用のモータ１０３の運転モードは、絞り加工期間中は上金型と下金型でブランク材を挟んでいるのでトルク制御で反力を与える。このトルク制御は、空圧式ダイクッション装置３１を用いた場合の反力と同じトルクを与えている。なお、絞り加工期間中以外は位置制御または速度制御で運転される。
【０１５１】
図２１は、本実施例に係るサーボダイクッション付プレス機の構造を模式的に説明する図である。
【０１５２】
図２１において、サーボダイクッション付プレス機１２Ａは、第１の実施例で示した空圧式ダイクッション付プレス機１２（図３参照）と比較して、空圧式ダイクッション装置３１をサーボダイクッション装置３２に変更し、また、サーボダイクッション装置３２を駆動するダイクッション用のモータ１０３を有している。
【０１５３】
その他の構成は第１の実施例と同様である。
【実施例４】
【０１５４】
本発明の第４の実施例を図２２を参照しつつ説明する。本実施例では、第３の実施例との相違点についてのみ説明するものとし、本実施例で用いる図面において第３の実施例と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
【０１５５】
本実施例は、第３の実施例のサーボダイクッション付プレス機１２Ａにおけるサーボダイクッション装置３２の電源を昇降圧電源回路５の入力（言い換えると、順変換器４の出力）から供給するようにしたものである。
【０１５６】
図２２は、本実施例に係る電力変換システムの一例を模式的に示す図である。
【０１５７】
図２２において、ダイクッション用モータ電力変換装置１２１Ａ（ＤＣ入力）の入力電源は電源装置１の昇降圧電源回路５の入力側Ｐ０−Ｎ間に接続されている。つまり、ダイクッション用モータ電力変換装置１２１Ａ（ＤＣ入力）は、順変換器４の出力に接続されているため直流電源入力であり、モータ電力変換回路１０７Ａには順変換器としての機能は不要である。
【０１５８】
その他の構成は第３の実施例と同様である。
【０１５９】
モータ３（以降、スライドモータ３とも記載する）とダイクッション用のモータ１０３は、絞り加工切削中はお互いに押し合い方向にトルクを出すのでスライドモータ３が力行方向で運転するとダイクッション用のモータ１０３は回生運転となる。逆にスライドモータ３が回生方向で運転するとダイクッション用のモータ１０３は力行運転となる。例えばスライドモータ３が力行で運転するときは電源１１側から電力を供給してほしい時であり、この時ダイクッション用のモータ１０３は回生であって電源から供給される電力が余剰である状態となる。ダイクッション用モータ電力変換装置１２１Ａ（ＤＣ入力）は、昇降圧電源回路としての機能を有していないので、スライドモータ３と電圧レベルが同じとなるため、両者を電源装置１の順変換器４と接続することができる。この状態においては、ダイクッション用のモータ１０３の回生電力は昇降圧電源回路５で、例えば、昇圧されてスライドモータ３の力行電力として供給できるので、電源１１側からの電力の供給を抑制または無くすことができ省エネルギを達成することができる。
【０１６０】
また、逆の場合として、スライドモータ３が回生であれば、蓄積装置６電圧が回生状態を予測してすでに電圧は低下状態にあるので、その電圧から回生が始まる。この時、ダイクッション用のモータ１０３は力行であるから電源１１側から電力を供給することができ、両者双方から電源を供給することはない。
【０１６１】
以上のように、絞り加工切削中は力行と回生がバランス良く切り替わるため、電源装置１の直流電圧Ｐ０−Ｎ間は電圧どちらが回生状態になってもほぼ一定に保たれる。このため、弾性負荷蓄積エネルギ演算回路４６を無効状態、すなわちクリア信号ＣＬＲ２をＯＮで運転しても問題ないという効果が得られる。なお、絞り加工切削の終了時はスライドモータ３は慣性負荷にエネルギ蓄積されるので、慣性負荷蓄積エネルギ演算回路４４は有効（クリア信号ＣＬＲ１はＯＦＦ）として運転する必要がある。
【実施例５】
【０１６２】
本発明の第５の実施例を図２３を参照しつつ説明する。本実施例では、第１の実施例との相違点についてのみ説明するものとし、本実施例で用いる図面において第１の実施例と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
【０１６３】
本実施例は、昇降装置を負荷としてモータで駆動する場合を例示するものである。
【０１６４】
図２３は、本実施例に係る電力変換システムの一例を模式的に示す図である。
【０１６５】
本実施例では、
図２３において、本実施例の昇降装置８２は、巻き上げ機７６（図５参照）を備えている。昇降装置８２は、重力負荷として最も回生状態を説明し易い負荷である。本実施例の昇降負荷としては重力方向に高低差の大きい昇降機は想定しておらず、フロア内のかごや荷物の昇降装置、上下棚間の収納部品の昇降装置、装置内を上下に搬送する部品搬送を想定している。荷物７７の上昇時は、重力とは逆方向の動作のためモータ３は力行状態で運転し、下降時は落下を抑えながら下降するのでモータ３は回生状態になる。
【０１６６】
また、図２３において、蓄積エネルギ演算回路１４Ｂ（演算回路）では、第１の実施例の蓄積エネルギ演算回路１４（図７参照）と比較して、弾性負荷蓄積エネルギ演算ブロック４１が重力負荷蓄積エネルギ演算ブロック７９に置き換えられている。また、重力負荷蓄積エネルギ演算ブロック７９は、重力負荷動力演算回路８０と重力負荷蓄積エネルギ演算回路８１とを有している。ただし、重力負荷トルクＴｗは、上記（式１２）のようにＴｑ−Ｔαであり、重力負荷動力演算回路８０で重力負荷動力Ｐｗが演算され、重力負荷蓄積エネルギ演算回路８１で重力負荷蓄積エネルギＥｗが演算される。
【０１６７】
慣性負荷蓄積エネルギ演算ブロック４０の出力Ｅαと重力負荷蓄積エネルギ演算ブロック７９の出力Ｅｗは、加算演算器５０で加算され総負荷蓄積エネルギＥが電源装置１の電圧指令演算回路１５に出力される。
【０１６８】
その他の構成は第１の実施例と同様である。
【０１６９】
以上のように構成した本実施例においても、第１の実施例と同様に上記（式１７）に示す蓄積装置６の電圧指令Ｖｒｅｆが得られる。
【実施例６】
【０１７０】
本発明の第６の実施例を図２４を参照しつつ説明する。本実施例では、実施例１との相違点についてのみ説明するものとし、本実施例で用いる図面において実施例１と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
【０１７１】
本実施例は、モータをリニアモータおよびエンコーダで構成するものである。
【０１７２】
図２４は、本実施例に係る電力変換システムの一例を模式的に示す図である。
【０１７３】
図２４において、モータ３Ｃは、リニアモータ９Ｃと、リニアモータ９Ｃの位置を取得するための位置検出器（リニアエンコーダ、ホールセンサ）１０Ｃとにより構成されている。
【０１７４】
本実施例のリニアモータ９Ｃに係る物理量と、第１の実施例で示した交流モータ９に係る物理量とは次のように対応している。すなわち、リニアモータ９Ｃにおける速度ｖ（ｍ／ｓ）、推力Ｆｑ（Ｎ）、質量Ｍ（ｋｇ）、及び、（１／２）Ｍｖ＾２は、交流モータ９（すなわち、回転型サーボモータ）の角速度ω（ｒａｄ／ｓ）、トルクＴｑ（Ｎ・ｍ）、慣性モーメントＪ（ｋｇ・ｍ＾２）、及び、慣性負荷エネルギ（１／２）Ｊω＾２にそれぞれ対応している。
【０１７５】
また、リニアモータ９Ｃにおける慣性負荷動力Ｐα、走行動力Ｐｄ、慣性負荷エネルギＥα、及び、走行エネルギＥｄ（交流モータ９の場合の上記（式３）〜（式６）にそれぞれ対応する）は、下記（式２４）〜（式２７）でそれぞれ表される。
【０１７６】
【数２４】
2020036488.tif 000026
【０１７７】
【数２５】
2020036488.tif 000027
【０１７８】
上記（式２５）においては、走行速度ｖ（ｍ／ｓ）＝ｄｌ／ｄｔ、常時推力Ｆｑ（Ｎ）である。
【０１７９】
【数２６】
2020036488.tif 000028
【０１８０】
【数２７】
2020036488.tif 000029
【０１８１】
すなわち、図２４において、蓄積エネルギ演算回路１４Ｃ（演算回路）では、第１の実施例の蓄積エネルギ演算回路１４（図７参照）と比較して、慣性モーメントＪに係る加減速トルク演算回路４２が質量Ｍに係る加減速トルク演算回路１４２に置き換えられており、位置速度電流制御回路１６Ｃでは、加減速トルク演算回路１４２に質量Ｍを出力するとともに、モータ負荷トルクＴｑに代えて推力Ｆｑを出力するように構成されている。
【０１８２】
その他の構成は第１の実施例と同様である。
【０１８３】
以上のように、リニアモータを用いる場合においても第１の実施例と同様に制御することができる。
【０１８４】
＜付記＞
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。
【符号の説明】
【０１８５】
１…電源装置、２，２Ａ…モータ電力変換装置（電力変換装置）、３…モータ、３C…リニアモータ、４…順変換器、５…昇降圧電源回路（昇圧電源回路、降圧電源回路）、６…蓄電装置、６Ａ…蓄電素子、７…逆変換器（電力変換部）、８，１０８…制御回路（制御部）、９…交流モータ、９Ｃ…交流モータ（リニアモータ）、１０…エンコーダ、１０C…位置検出器（リニアエンコーダ、ホールセンサ）、１１…交流電源、１２…空圧式ダイクッション付プレス機、１２Ａ…サーボダイクッション付プレス機、１３…上位装置、１４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ…蓄積エネルギ演算回路（演算回路）、１５…電圧指令演算回路、１６，１６Ａ…位置速度電流制御回路、１７…調節器、１８…絶縁増幅器、２０…スライドモータ、２１…スライド駆動手段、２２…クランク軸、２３…クランク偏心部、２４…コネクションロッド、２５…スライド、２６…スライドギブ、２７…ボルスタ、２８…ベッド、２９…上金型、３０…下金型、３１…空圧式ダイクッション装置、３２…サーボダイクッション装置、３４…射出軸、３５…射出成型機、４０…慣性負荷蓄積エネルギ演算ブロック、４１…弾性負荷蓄積エネルギ演算ブロック、４２，１４２…加減速トルク演算回路、４３…加減速動力演算回路、４４…慣性負荷蓄積エネルギ演算回路、４５…弾性負荷動力演算回路、４６…弾性負荷蓄積エネルギ演算回路、４７…満充電時エネルギ設定ブロック、４８…比例係数ブロック、４９…平方根演算回路、５０…加算演算器、５１…加減算演算器、５２…平滑コンデンサ、５３…スイッチング素子、５４…ダイオード、５５…全波整流器、５６…抵抗器、５８…昇圧リアクトル、５８Ａ…降圧リアクトル、５９…Ｕ相電流検出器（電流検出器）、６０…Ｗ相電流検出器（電流検出器）、６１…駆動回路、６２…位置速度磁極位置演算回路、６３…速度制御回路（ＡＳＲ）、６４…軸電流制御回路（ＡＣＲ）、６５…軸電流制御回路（ＡＣＲ）、６６…相変換回路、６７…回路、６８…変換回路、７３，７４…モード切替スイッチ、７５…パラメータエリア、７６…巻き上げ機、７７…荷物（又は、荷物等を収容するかご）、７８…ロープ、７９…重力負荷蓄積エネルギ演算ブロック、８０…重力負荷動力演算回路、８１…重力負荷蓄積エネルギ演算回路、８２…昇降装置、１０３…ダイクッション用モータ、１０７，１０７Ａ…モータ電力変換回路、１０９…交流モータ、１１０…エンコーダ、１２０…モータ負荷、１２１，１２１Ａ…ダイクッション用モータ電力変換装置
【図１】
2020036488.tif 000030
【図２】
2020036488.tif 000031
【図３】
2020036488.tif 000032
【図４】
2020036488.tif 000033
【図５】
2020036488.tif 000034
【図６】
2020036488.tif 000035
【図７】
2020036488.tif 000036
【図８】
2020036488.tif 000037
【図９】
2020036488.tif 000038
【図１０】
2020036488.tif 000039
【図１１】
2020036488.tif 000040
【図１２】
2020036488.tif 000041
【図１３】
2020036488.tif 000042
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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