(57)【要約】【課題】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、蓄電装置の故障を回避して長寿命化を図る。【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から直流電力を蓄電しまたは直流リンク４へ直流電力を給電する蓄電装置１３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を計算する消費電力計算部１４と、総消費電力に応じて、蓄電装置１３の蓄電及び給電を制御する蓄電装置制御部１５と、を備え、蓄電装置制御部１５は、蓄電装置１３の蓄電または給電についての開始判定と終了判定とを、異なる閾値に基づいて行う。【選択図】図１
2020028194.tif 000002
【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電しまたは前記直流リンクへ直流電力を給電する蓄電装置と、
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を計算する消費電力計算部と、
前記総消費電力に応じて、前記蓄電装置の蓄電及び給電を制御する蓄電装置制御部と、
を備え、
前記蓄電装置制御部は、前記蓄電装置の蓄電または給電についての開始判定と終了判定とを、異なる閾値に基づいて行う、モータ駆動システム。
【請求項２】
前記蓄電装置制御部は、
前記総消費電力と予め規定された蓄電開始閾値とを比較し、比較の結果、前記総消費電力が前記蓄電開始閾値を下回ったと判定した場合は、前記蓄電装置を制御して前記直流リンクからの直流電力の蓄電を開始し、
前記蓄電装置の蓄電開始後、前記総消費電力と予め規定された蓄電終了閾値とを比較し、比較の結果、前記総消費電力が前記蓄電終了閾値を上回ったと判定した場合は、前記蓄電装置を制御して前記直流リンクからの直流電力の蓄電を終了する、請求項１に記載のモータ駆動システム。
【請求項３】
前記蓄電終了閾値の絶対値は、前記蓄電開始閾値の絶対値よりも小さい、請求項２に記載のモータ駆動システム。
【請求項４】
前記蓄電装置制御部は、
前記総消費電力と予め規定された給電開始閾値とを比較し、比較の結果、前記総消費電力が前記給電開始閾値を上回ったと判定した場合は、前記蓄電装置を制御して前記直流リンクへの直流電力の給電を開始し、
前記蓄電装置の給電開始後、前記総消費電力と予め規定された給電終了閾値とを比較し、比較の結果、前記総消費電力が前記給電終了閾値を下回ったと判定した場合は、前記蓄電装置を制御して前記直流リンクへの直流電力の給電を終了する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ駆動システム。
【請求項５】
前記給電終了閾値の絶対値は、前記給電開始閾値の絶対値よりも小さい、請求項４に記載のモータ駆動システム。
【請求項６】
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１〜５のいずれか一項に記載のモータ駆動システム。
【請求項７】
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１〜６のいずれか一項に記載のモータ駆動システム。
【請求項８】
前記蓄電装置は、コンデンサを有する、請求項１〜６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、フライホイール型やコンデンサ型などがある。
【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】
電源設備の電力ピークを低減するための蓄電装置が設けられたモータ駆動システムにおいては、例えば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」の増減に応じて、蓄電装置の蓄電の開始及び終了並びに給電の開始及び終了が行われる。ドライブ用サーボモータに結合された駆動軸に、何らかの原因により、本来の制御に基づく動作とは異なる振動が発生すると、その振動はドライブ用サーボモータの回転軸に伝搬し、その結果、ドライブ用サーボモータの出力は振動的になる。一例を挙げると、プレス機では、プレスする際に加圧部がワークに接触すると、加圧部に応力が作用して加圧部に結合されたドライブ用サーボモータに振動が発生する。一般にドライブ用サーボモータにおける巻線損失、電源部における損失及びドライブ用サーボアンプにおける損失は、ドライブ用サーボモータ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の出力の振動は、総消費電力の振動にほぼ対応する。総消費電力が振動すると、蓄電装置の蓄電の開始及び終了や給電の開始及び終了が小刻みに行われることになる。例えばフライホイール型の蓄電装置の場合、フライホイールを結合したバッファ用サーボモータの不必要な加減速が小刻みに行われることになるので、バッファ用サーボモータに大きな負担がかかって故障しやすくなり、寿命が短くなる。また例えばコンデンサ型の蓄電装置の場合、コンデンサに振動的な電圧変動が生じることになるので、コンデンサに大きな負担がかかって故障しやすくなり、寿命が短くなる。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、蓄電装置の故障を回避して長寿命化を図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電しまたは直流リンクへ直流電力を給電する蓄電装置と、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を計算する消費電力計算部と、総消費電力に応じて、蓄電装置の蓄電及び給電を制御する蓄電装置制御部と、を備え、蓄電装置制御部は、蓄電装置の蓄電または給電についての開始判定と終了判定とを、異なる閾値に基づいて行う。
【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は、蓄電装置の故障を回避して長寿命化を図ることができる。
【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の動作フローを示すフローチャートである。
【図６】本開示の実施形態によるフライホイール型の蓄電装置を有するモータ駆動システムにおける、総消費電力と蓄電装置制御部が出力する速度指令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コンデンサ型の蓄電装置を有するモータ駆動システムにおける、総消費電力と蓄電装置制御部が出力する電圧指令との関係を例示する図である。
【図８】従来のモータ駆動システムにおいて、フライホイール型の蓄電装置の蓄電開始及び蓄電終了を同一の蓄電用閾値で検知し、蓄電装置の給電開始及び給電終了を同一の給電用閾値で検知した場合における、総消費電力と蓄電装置制御部が出力する速度指令との関係を例示する図である。
【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、消費電力計算部１４と、蓄電装置制御部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を備える。図示された実施形態では、一例として、消費電力計算部１４、蓄電装置制御部１５、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、消費電力計算部１４、蓄電装置制御部１５、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。以下、本明細書では、順変換器１１０の最大供給電力及び最大回生電力を、併せて「最大変換電力」と称することがある。
【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５１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を駆動し、電源部１１内の順変換器１１０の最大回生電力を超えた電力を直流リンク４から交流電源２側へ戻す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）、直流リンク４へ直流電力を供給する（給電）。蓄電装置１３の蓄電及び給電の各動作は、蓄電装置制御部１５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１５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による給電が行われると、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による蓄電が行われると、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５２が設けられており、速度検出器５２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１５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１５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１５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１５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１５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１５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１５から受信した蓄電指令に基づき、蓄電装置制御部１５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１５から受信した給電指令に基づき、蓄電装置制御部１５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。また、電源部１１の最大回生電力を超えた回生電力がドライブ用サーボモータ３で発生しても当該超えた電力分については蓄電装置１３に蓄積されるので、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、消費電力計算部１４は、ドライブ用サーボモータ３の消費電力（ドライブ用サーボモータ３の出力及び巻線損失）、ドライブ用サーボアンプ１２で消費される電力（ドライブ用サーボアンプ１２における損失）及び電源部１１で消費される電力（電源部１１における損失）の総和であ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５１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１４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。
【００４３】
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１４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。
【００４４】
蓄電装置制御部１５は、消費電力計算部１４により計算された総消費電力に応じて、蓄電装置１３の蓄電及び給電を制御する。すなわち、蓄電装置制御部１５は、蓄電装置１３に対し、蓄電装置１３に蓄積された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し、直流リンク４における直流電力が蓄電装置１３に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１５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１５から蓄電指令を受信した場合は蓄電動作を行う。蓄電装置制御部１５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。
【００４５】
本開示の実施形態では、蓄電装置制御部１５は、蓄電装置１３の蓄電についての開始判定と終了判定とを、異なる閾値に基づいて行う。また、蓄電装置制御部１５は、蓄電装置１３の給電についての開始判定と終了判定とを、異なる閾値に基づいて行う。より詳しく説明すると次の通りである。
【００４６】
蓄電装置１３の蓄電の開始判定は、消費電力計算部１４により計算された総消費電力と蓄電開始閾値との比較結果に基づいて行われ、蓄電開始後に行われる蓄電装置１３の蓄電の終了判定は、消費電力計算部１４により計算された総消費電力と蓄電終了閾値との比較結果に基づいて行われる。ドライブ用サーボモータ３の減速などにより発生した回生電力が、電源部１１内の順変換器１１０の最大回生電力を上回った場合は蓄電装置１３への蓄電が必要となるので、蓄電装置１３の蓄電開始のタイミングを検知するための判定値として、蓄電開始閾値が設定される。蓄電開始閾値は、例えば電源部１１内の順変換器１１０の最大回生電力と同じ値かそれ以下の値に設定される。また、蓄電装置１３の蓄電開始後に蓄電終了のタイミングを検知するための判定値として、蓄電終了閾値が設定される。ここで、蓄電終了閾値の絶対値は、蓄電開始閾値の絶対値よりも小さい値に設定される。すなわち、蓄電開始閾値と蓄電終了閾値との差分が、蓄電に係る閾値のヒステリシス幅となる。蓄電終了閾値は次のようにして設定すればよい。例えば、モータ駆動システム１にて駆動軸を実際に動作させて、本来の制御に基づく動作とは異なる振動に起因する総消費電力の振動幅の最大幅（以下、「実測振動最大幅」と称する。）を実測する。そして、蓄電終了閾値の絶対値が蓄電開始閾値の絶対値よりも実測振動最大幅だけ小さくなるよう、蓄電終了閾値を設定すればよい。
【００４７】
蓄電装置１３を制御して直流リンク４からの直流電力の蓄電を開始する。蓄電装置１３の蓄電開始後、蓄電装置制御部１５は、消費電力計算部１４により計算された総消費電力と蓄電終了閾値とを比較し、比較の結果、総消費電力が蓄電終了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からの直流電力の蓄電を終了する。蓄電終了閾値の絶対値は、蓄電開始閾値の絶対値よりも小さい値に設定されるので、蓄電装置１３が蓄電を終了するときにおける総消費電力（負値）は、蓄電装置１３が蓄電を開始するときにおける総消費電力（負値）よりも大きい値となる。蓄電装置１３が蓄電を開始するタイミングは、例えば蓄電装置制御部１５が蓄電装置１３に対し蓄電指令の出力を開始したタイミングが対応する。また、蓄電装置１３が蓄電を終了するタイミングは、例えば蓄電装置制御部１５が蓄電装置１３に対し蓄電指令の出力を終了したタイミングが対応する。
【００４８】
蓄電装置１３の給電の開始判定は、消費電力計算部１４により計算された総消費電力と給電開始閾値との比較結果に基づいて行われ、給電開始後に行われる蓄電装置１３の蓄電の終了判定は、消費電力計算部１４により計算された総消費電力と給電終了閾値との比較結果に基づいて行われる。ドライブ用サーボモータ３の加速などによりドライブ用サーボモータ３の出力が増加して、電源部１１内の順変換器１１０の最大供給電力を上回った場合は蓄電装置１３からの給電が必要となるので、蓄電装置１３の給電開始のタイミングを検知するための判定値として、給電開始閾値が設定される。給電開始閾値は、例えば電源部１１内の順変換器１１０の最大供給電力と同じ値かそれ以下の値に設定される。また、蓄電装置１３の給電開始後に給電終了のタイミングを検知するための判定値として、給電終了閾値が設定される。ここで、給電終了閾値の絶対値は、給電開始閾値の絶対値よりも小さい値に設定される。すなわち、給電開始閾値と給電終了閾値との差分が、給電に係る閾値のヒステリシス幅となる。給電終了閾値は次のようにして設定すればよい。例えば、モータ駆動システム１にて駆動軸を実際に動作させて、本来の制御に基づく動作とは異なる振動に起因する総消費電力の振動幅の最大幅（以下、「実測振動最大幅」と称する。）を実測する。そして、給電終了閾値の絶対値が給電開始閾値の絶対値よりも実測振動最大幅だけ小さくなるよう、給電終了閾値を設定すればよい。なお、蓄電装置１３の給電動作や蓄電動作により電源部１１からの供給電力は変化するが、ドライブ用サーボモータ３の動作には影響しない（すなわち総消費電力の変化には影響しない）。したがって、給電終了閾値の設定のために行う上記振動の実測の際には、蓄電装置１３に給電動作及び蓄電動作を行わせてもよく、あるいは蓄電装置１３の給電動作及び蓄電動作を停止させておいてもよい。
【００４９】
蓄電装置制御部１５は、消費電力計算部１４により計算された総消費電力と給電開始閾値とを比較し、比較の結果、総消費電力が給電開始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への直流電力の給電を開始する。蓄電装置１３の給電開始後、蓄電装置制御部１５は、消費電力計算部１４により計算された総消費電力と給電終了閾値とを比較し、比較の結果、総消費電力が給電終了閾値を下回ったと判定した場合は、蓄電装置１３を制御して直流リンク４への直流電力の給電を終了する。給電終了閾値の絶対値は、給電開始閾値の絶対値よりも小さい値に設定されるので、蓄電装置１３が給電を終了するときにおける総消費電力（正値）は、蓄電装置１３が給電を開始するときにおける総消費電力（正値）よりも小さい値となる。蓄電装置１３が給電を開始するタイミングは、例えば蓄電装置制御部１５が蓄電装置１３に対し給電指令の出力を開始したタイミングが対応する。また、蓄電装置１３が給電を終了するタイミングは、例えば蓄電装置制御部１５が蓄電装置１３に対し給電指令の出力を終了したタイミングが対応する。
【００５０】
続いて、モータ駆動システム１の動作について説明する。図５は、本開示の実施形態によるモータ駆動システムの動作フローを示すフローチャートである。
【００５１】
ステップＳ１０１において、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。
【００５２】
ステップＳ１０２において、消費電力計算部１４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を計算する。
【００５３】
ステップＳ１０３において、蓄電装置制御部１５は、消費電力計算部１４により計算された総消費電力が蓄電開始閾値を下回ったか否かを判定する。総消費電力が蓄電開始閾値を下回ったと判定された場合はステップＳ１０４へ進み、総消費電力が蓄電開始閾値を下回ったと判定されなかった場合はステップＳ１０９へ進む。
【００５４】
ステップＳ１０４において、蓄電装置制御部１５は、蓄電装置１３に対し、蓄電指令の出力を開始する。上述のように、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」が規定されており、蓄電装置１３が蓄電動作も給電動作も行っていない場合は、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ている。蓄電装置１３がフライホイール型である場合は、ステップＳ１０４における蓄電指令の出力の開始の際には、蓄電装置制御部１５は、バッファ用サーボアンプ１３０内の逆変換器３３０に対し、バッファ用サーボモータ１３１の速度がベース保有エネルギーに対応するベース速度となるような速度指令（ベース速度指令）に代えて、バッファ用サーボモータ１３１の速度をベース速度よりも高い速度（蓄電用速度）にするための速度指令（蓄電用速度指令）の出力をする。蓄電装置１３がコンデンサ型である場合は、ステップＳ１０４における蓄電指令の出力の開始の際には、蓄電装置制御部１５は、ＤＣＤＣコンバータ１３３に対し、コンデンサ１３４の電圧がベース保有エネルギーに対応するベース電圧となるような電圧指令（ベース電圧指令）に代えて、コンデンサ１３４の電圧をベース電圧よりも高い電圧（蓄電用電圧）にするための電圧指令（蓄電用電圧指令）を出力する。
【００５５】
蓄電指令を受信した蓄電装置１３は、ステップＳ１０５において、直流リンク４における直流電力を蓄電する。蓄電装置１３がフライホイール型である場合は、バッファ用サーボアンプ１３０内の逆変換器３３０は蓄電用速度指令に基づく電力変換を行い、これにより、バッファ用サーボモータ１３１はベース速度から徐々に速度が上昇して、蓄電用速度になる。蓄電装置１３がコンデンサ型である場合は、ＤＣＤＣコンバータ１３３は、蓄電用電圧指令に基づく電力変換を行い、これにより、コンデンサ１３４はベース電圧から徐々に電圧が上昇して、蓄電用電圧になる。この結果、例えば、消費電力計算部１４によって計算された総消費電力の絶対値と電源部１１内の順変換器１１０の逆変換動作についての最大変換電力である最大回生電力との差に相当する電力が、蓄電装置１３に蓄電される。
【００５６】
ステップＳ１０６において、消費電力計算部１４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を計算する。
【００５７】
ステップＳ１０７において、蓄電装置制御部１５は、消費電力計算部１４により計算された総消費電力が蓄電終了閾値を上回ったか否かを判定する。総消費電力が蓄電終了閾値を上回ったと判定した場合はステップＳ１０８へ進み、総消費電力が蓄電終了閾値を上回ったと判定されなかった場合はステップＳ１０５へ戻る。
【００５８】
ステップＳ１０８において、蓄電装置制御部１５は、蓄電装置１３に対し、蓄電指令の出力を終了する。蓄電装置１３がフライホイール型である場合は、ステップＳ１０８における蓄電指令の出力の終了の際には、蓄電装置制御部１５は、バッファ用サーボアンプ１３０内の逆変換器３３０に対し、蓄電用速度指令に代えてベース速度指令を出力する。蓄電装置１３がコンデンサ型である場合は、ステップＳ１０８における蓄電指令の出力の終了の際には、蓄電装置制御部１５は、ＤＣＤＣコンバータ１３３に対し、蓄電用電圧指令に代えてベース電圧指令を出力する。ステップＳ１０８の後は蓄電装置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、ステップＳ１０１へ戻る。
【００５９】
ステップＳ１０３において総消費電力が蓄電開始閾値を下回ったと判定されなかった場合は、ステップＳ１０９において、蓄電装置制御部１５は、消費電力計算部１４により計算された総消費電力が給電開始閾値を上回ったか否かを判定する。総消費電力が給電開始閾値を上回ったと判定された場合はステップＳ１１０へ進み、総消費電力が給電開始閾値を上回ったと判定されなかった場合はステップＳ１０１へ戻る。
【００６０】
ステップＳ１１０において、蓄電装置制御部１５は、蓄電装置１３に対し、給電指令の出力を開始する。蓄電装置１３がフライホイール型である場合は、ステップＳ１１０における給電指令の出力の開始の際には、蓄電装置制御部１５は、バッファ用サーボアンプ１３０内の逆変換器３３０に対し、ベース速度指令に代えて、バッファ用サーボモータ１３１の速度をベース速度よりも低い速度（給電用速度）にするための速度指令（給電用速度指令）の出力をする。蓄電装置１３がコンデンサ型である場合は、ステップＳ１１０における給電指令の出力の開始の際には、蓄電装置制御部１５は、ＤＣＤＣコンバータ１３３に対し、ベース電圧指令に代えて、コンデンサ１３４の電圧をベース電圧よりも低い電圧（給電用電圧）にするための電圧指令（給電用電圧指令）を出力する。
【００６１】
給電指令を受信した蓄電装置１３は、ステップＳ１１１において、直流リンク４へ直流電力を給電する。蓄電装置１３がフライホイール型である場合は、バッファ用サーボアンプ１３０内の逆変換器３３０は給電用速度指令に基づく電力変換を行い、これにより、バッファ用サーボモータ１３１はベース速度から徐々に速度が低下して、給電用速度になる。蓄電装置１３がコンデンサ型である場合は、ＤＣＤＣコンバータ１３３は、給電用電圧指令に基づく電力変換を行い、これにより、コンデンサ１３４はベース電圧から徐々に電圧が低下して、給電用電圧になる。この結果、例えば、消費電力計算部１４によって計算された総消費電力（の絶対値）と電源部１１内の順変換器１１０の順変換動作についての最大変換電力である最大供給電力との差に相当する電力が、蓄電装置１３から直流リンク４へ給電される。
【００６２】
ステップＳ１１２において、消費電力計算部１４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を計算する。
【００６３】
ステップＳ１１３において、蓄電装置制御部１５は、消費電力計算部１４により計算された総消費電力が給電終了閾値を下回ったか否かを判定する。総消費電力が給電終了閾値を下回ったと判定した場合はステップＳ１１４へ進み、総消費電力が給電終了閾値を下回ったと判定されなかった場合はステップＳ１１１へ戻る。
【００６４】
ステップＳ１１４において、蓄電装置制御部１５は、蓄電装置１３に対し、給電指令の出力を終了する。蓄電装置１３がフライホイール型である場合は、ステップＳ１１４における給電指令の出力の終了の際には、蓄電装置制御部１５は、バッファ用サーボアンプ１３０内の逆変換器３３０に対し、給電用速度指令に代えてベース速度指令を出力する。蓄電装置１３がコンデンサ型である場合は、ステップＳ１１４における給電指令の出力の終了の際には、蓄電装置制御部１５は、ＤＣＤＣコンバータ１３３に対し、給電用電圧指令に代えてベース電圧指令を出力する。ステップＳ１１４の後は蓄電装置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、ステップＳ１０１へ戻る。
【００６５】
なお、ステップＳ１０３及びこれに続くステップＳ１０４〜Ｓ１０８の処理と、ステップＳ１０９及びこれに続くステップＳ１１０〜Ｓ１１４の処理とは、入れ替えて実行されてもよい。
【００６６】
図６は、本開示の実施形態によるフライホイール型の蓄電装置を有するモータ駆動システムにおける、総消費電力と蓄電装置制御部が出力する速度指令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１４によって計算された総消費電力［Ｗ］を例示しており、破線は、蓄電開始閾値及び給電開始閾値を示し、一点鎖線は蓄電終了閾値及び給電終了閾値を示す。また、図６において、下段の波形図は蓄電装置制御部１５が出力する速度指令を示している。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で回生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。
【００６７】
時刻０から時刻ｔ1までの間は、ドライブ用サーボモータ３は動作していない。時刻ｔ1でドライブ用サーボモータ３が加速し始めると、消費電力計算部１４により計算される総消費電力は徐々に増加する。時刻ｔ2で消費電力計算部１４により計算された総消費電力が給電開始閾値を上回ると（ステップＳ１０９）、蓄電装置制御部１５は、バッファ用サーボアンプ１３０内の逆変換器３３０に対し、ベース速度指令に代えて給電用速度指令を出力する（ステップＳ１１０）。この結果、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は徐々に減速して交流の回生電力を発生させ、バッファ用サーボアンプ１３０内の逆変換器３３０はこの交流電力を直流電力へ変換して直流リンク４へ出力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（ステップＳ１１１）。上述のように、給電終了閾値の絶対値が給電開始閾値の絶対値よりも事前に実測された振動最大幅だけ小さくなるよう、給電終了閾値が設定されているので、本来の制御に基づく動作とは異なる振動に起因する総消費電力に振動（図中、Ａで示す。）があっても、フライホイール型の蓄電装置１３の給電動作は維持される。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ｔ3で総消費電力が給電終了閾値を下回ると（ステップＳ１１３）、蓄電装置制御部１５は、バッファ用サーボアンプ１３０内の逆変換器３３０に対し、給電用速度指令に代えてベース速度指令を出力する（ステップＳ１１４）。この結果、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はベース速度に向けて徐々に加速する。総消費電力がさらに低下して時刻ｔ4で総消費電力が蓄電開始閾値を下回ると（ステップＳ１０３）、蓄電装置制御部１５は、バッファ用サーボアンプ１３０内の逆変換器３３０に対し、ベース速度指令に代えて蓄電用速度指令を出力する（ステップＳ１０４）。この結果、バッファ用サーボモータ１３１の速度は蓄電用速度に加速する。これにより、直流リンク４における直流電力はバッファ用サーボアンプ１３０内の逆変換器３３０によって交流電力に変換され、この交流電力に基づきバッファ用サーボモータ１３１が回転して、フライホイール１３２に回転エネルギーが蓄積される（ステップＳ１０５）。時刻ｔ4の後、ドライブ用サーボモータ３が再び加速し始めると、消費電力計算部１４により計算される総消費電力は徐々に増加する。時刻ｔ5で消費電力計算部１４により計算された総消費電力が蓄電終了閾値を上回ると（ステップＳ１０７）、蓄電装置制御部１５は、バッファ用サーボアンプ１３０内の逆変換器３３０に対し、蓄電用速度指令に代えてベース速度指令を出力する（ステップＳ１０８）。時刻ｔ5以降も、消費電力計算部１４により計算された総消費電力に応じて、蓄電装置制御部１５によりフライホイール型の蓄電装置１３の蓄電及び給電が制御される。
【００６８】
図７は、本開示の実施形態によるコンデンサ型の蓄電装置を有するモータ駆動システムにおける、総消費電力と蓄電装置制御部が出力する電圧指令との関係を例示する図である。図７において、上段の波形図は消費電力計算部１４によって計算された総消費電力［Ｗ］を例示しており、破線は、蓄電開始閾値及び給電開始閾値を示し、一点鎖線は蓄電終了閾値及び給電終了閾値を示す。また、図７において、下段の波形図は蓄電装置制御部１５が出力する電圧指令を示している。ここでは、一例として、図７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で回生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、図６の場合と同様、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。
【００６９】
時刻０から時刻ｔ1までの間は、ドライブ用サーボモータ３は動作していない。時刻ｔ1でドライブ用サーボモータ３が加速し始めると、消費電力計算部１４により計算される総消費電力は徐々に増加する。時刻ｔ2で消費電力計算部１４により計算された総消費電力が給電開始閾値を上回ると（ステップＳ１０９）、蓄電装置制御部１５は、ＤＣＤＣコンバータ１３３に対し、ベース電圧指令に代えて給電用電圧指令を出力する（ステップＳ１１０）。この結果、ＤＣＤＣコンバータ１３３が接続されたコンデンサ１３４の電圧は徐々に低下して、直流リンク４へ直流電力が供給される（ステップＳ１１１）。上述のように、給電終了閾値の絶対値が給電開始閾値の絶対値よりも事前に実測された振動最大幅だけ小さくなるよう、給電終了閾値が設定されているので、本来の制御に基づく動作とは異なる振動に起因する総消費電力に振動（図中、Ａで示す。）があっても、コンデンサ型の蓄電装置１３の給電動作は維持される。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ｔ3で総消費電力が給電終了閾値を下回ると（ステップＳ１１３）、蓄電装置制御部１５は、ＤＣＤＣコンバータ１３３に対し、給電用電圧指令に代えてベース電圧指令を出力する（ステップＳ１１４）。この結果、ＤＣＤＣコンバータ１３３が接続されたコンデンサ１３４の電圧はベース電圧に向けて徐々に上昇する。総消費電力がさらに低下して時刻ｔ4で総消費電力が蓄電開始閾値を下回ると（ステップＳ１０３）、蓄電装置制御部１５は、ＤＣＤＣコンバータ１３３に対し、ベース電圧指令に代えて蓄電用電圧指令を出力する（ステップＳ１０４）。この結果、コンデンサ１３４の電圧は蓄電用電圧に向けて徐々に上昇する。これにより、直流リンク４における直流電力はＤＣＤＣコンバータ１３３を介してコンデンサ１３４に蓄積される（ステップＳ１０５）。時刻ｔ4の後、ドライブ用サーボモータ３が再び加速し始めると、消費電力計算部１４により計算される総消費電力は徐々に増加する。時刻ｔ5で消費電力計算部１４により計算された総消費電力が蓄電終了閾値を上回ると（ステップＳ１０７）、蓄電装置制御部１５は、ＤＣＤＣコンバータ１３３に対し、蓄電用電圧指令に代えてベース電圧指令を出力する（ステップＳ１０８）。時刻ｔ5以降も、消費電力計算部１４により計算された総消費電力に応じて、蓄電装置制御部１５によりコンデンサ型の蓄電装置１３の蓄電及び給電が制御される。
【００７０】
図８は、従来のモータ駆動システムにおいて、フライホイール型の蓄電装置の蓄電開始及び蓄電終了を同一の蓄電用閾値で検知し、蓄電装置の給電開始及び給電終了を同一の給電用閾値で検知した場合における、総消費電力と蓄電装置制御部が出力する速度指令との関係を例示する図である。図８において、上段の波形図は、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［Ｗ］を例示しており、破線は、蓄電用閾値及び給電用閾値を示す。また、図８において、下段の波形図は、上段の波形図のＡで示された本来の制御に基づく動作とは異なる振動に起因する総消費電力の振動（時刻ｔ11から時刻ｔ16）を拡大した図である。ここでは、一例として、図８の上段の波形図に示すようにモータ駆動システムによりドライブ用サーボモータを加速及び減速させて総消費電力が変化した例を示すが、総消費電力の挙動そのものについては、図６及び図７の上段の波形図に示したものと同じである。従来のモータ駆動システムにおいて、総消費電力が蓄電用閾値より大きく給電用閾値より小さい状態から、総消費電力が徐々に増加して供給用閾値を上回った場合は、蓄電装置は直流リンクへの直流電力の供給を開始し、給電動作開始後、総消費電力の値が供給用閾値を下回った場合は蓄電装置は直流リンクへの直流電力の供給を終了する（ベース復帰）。また、総消費電力が蓄電用閾値より大きく給電用閾値より小さい状態から、総消費電力が徐々に減少して蓄電用閾値を下回った場合は、蓄電装置は保有エネルギーがベース保有エネルギーになるようにする蓄電動作を開始し、蓄電動作開始後、総消費電力の値が蓄電用閾値を上回った場合は蓄電装置は蓄電動作を終了する（ベース復帰）。
【００７１】
ドライブ用サーボモータが加速し始めると総消費電力は徐々に増加して時刻ｔ11で総消費電力が給電開始閾値を上回ると、蓄電装置制御部は、フライホイール型の蓄電装置に対して給電用指令を出力する。フライホイールが接続されたバッファ用サーボモータは徐々に減速する（蓄電装置の給電動作）。本来の制御に基づく動作とは異なる振動に起因する総消費電力の振動により、時刻ｔ12で総消費電力が給電用閾値を下回ると、蓄電装置制御部は、蓄電装置に対して給電用指令に代えてベース用指令を出力し、この結果、蓄電装置の保有エネルギーがベース保有エネルギーに復帰するよう、バッファ用サーボモータは徐々に加速する（ベース復帰）。同じく総消費電力の振動により、時刻ｔ13で総消費電力が給電用閾値を上回ると、蓄電装置制御部は、蓄電装置に対して、ベース用指令に代えて給電用指令を出力し、フライホイールが接続されたバッファ用サーボモータは再び減速する（給電動作）。このように本来の制御に基づく動作とは異なる振動に起因する総消費電力の振動により、総消費電力が給電用閾値を上回るとバッファ用サーボモータが減速し、総消費電力が給電用閾値を下回るとバッファ用サーボモータは加速する。つまり、本来の制御に基づく動作とは異なる振動に起因する総消費電力の振動により、フライホイールを結合したバッファ用サーボモータは、小刻みに加減速が行われることになる。この結果、バッファ用サーボモータに大きな負担がかかって故障しやすくなり、寿命が短くなる。また例えばコンデンサ型の蓄電装置の場合も同様の現象が発生する。
【００７２】
これに対し、本開示の実施形態によれば、蓄電装置制御部１５は、蓄電装置１３の蓄電についての開始判定と終了判定とを、異なる閾値（すなわち蓄電開始閾値及び蓄電終了閾値）に基づいて行い、蓄電装置１３の給電についての開始判定と終了判定とを、異なる閾値（すなわち給電開始閾値及び給電終了閾値）に基づいて行うので、図６及び図７を参照して説明したように、本来の制御に基づく動作とは異なる振動に起因する総消費電力に振動があっても、蓄電装置１３の給電動作は維持される。したがって、フライホイール型の蓄電装置１３のバッファ用サーボモータ１３１やコンデンサ型の蓄電装置１３のコンデンサ１３４に負担がかからず、蓄電装置１３の故障を回避して長寿命化を図ることができる。
【００７３】
上述の消費電力計算部１４、蓄電装置制御部１５、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、消費電力計算部１４、蓄電装置制御部１５、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】
【００７４】
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    消費電力計算部
１５    蓄電装置制御部
５１、５２    速度検出器
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】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2020028194.tif 000007
【図６】
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【図７】
2020028194.tif 000009
【図８】
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