(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源側から供給された交流電力を直流電力に変換して直流側へ出力し、モータ減速時には直流側から供給された直流電力を交流電力に変換して交流電源側へ出力する順変換器と、
直流側から供給された直流電力をモータの駆動のための交流電力に変換して交流モータ側へ出力し、モータ減速時には交流モータ側からの回生交流電力を直流電力に変換して直流側へ出力する逆変換器と、
前記順変換器の直流側と前記逆変換器の直流側とを接続し、直流電力を蓄積し得るＤＣリンクコンデンサを有するＤＣリンク部と、
前記ＤＣリンクコンデンサの直流電圧値を検出する電圧検出部と、
前記ＤＣリンクコンデンサの直流電圧値についての過電圧アラームレベルを設定するアラームレベル設定部と、
前記電圧検出部が検出した直流電圧値が前記アラームレベル設定部で設定した過電圧アラームレベルを超えたか否かを判定するアラーム判定部と、
前記電圧検出部が検出した直流電圧値が前記アラームレベル設定部で設定した過電圧アラームレベルを超えたと前記アラーム判定部が判定した場合、前記逆変換器に対する変換動作の停止指令を通知するアラーム通知部と、
を備えるモータ駆動装置において、
前記アラームレベル設定部は、
前記アラーム判定部が過電圧アラームレベルを超えたと判定してから前記逆変換器が変換動作を停止するまでに要する時間である第１のパラメータと、モータ減速時に発生した回生交流電力を前記逆変換器が変換することにより生成される直流電力の量である第２のパラメータと、モータ減速時に前記順変換器により交流電源側に戻す交流電力を生成するのに用いられる直流電力の量である第３のパラメータと、前記ＤＣリンクコンデンサの容量である第４のパラメータと、に基づいて、前記アラーム判定部が過電圧アラームレベルを超えたと判定してから前記逆変換器が変換動作を停止するまでに要する時間の間における前記ＤＣリンクコンデンサの直流電圧値の上昇分を予測演算する予測演算部と、
前記上昇分から算出される前記逆変換器が変換動作を停止した時点における前記ＤＣリンクコンデンサの直流電圧値が、前記ＤＣリンクコンデンサの耐圧ならびに前記順変換器および前記逆変換器内の各素子の耐圧に基づいて設定される所定の閾値より大きい場合は、前記上昇分に基づいて前記過電圧アラームレベルを設定し、前記所定の閾値より小さい場合は、前記過電圧アラームレベルとして前記所定の閾値を設定する確定部と、
を有することを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
前記第１のパラメータ、前記第２のパラメータ、前記第３のパラメータおよび前記第４のパラメータは、外部指令により設定変更可能である請求項１に記載のモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源側から供給された交流電力を直流電力に変換して出力したのちさらにモータの駆動のための交流電力に変換してモータへ供給するモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、あるいは各種ロボット内のモータを駆動するモータ駆動装置においては、交流電源側から入力された交流電力を直流電力に一旦変換したのちさらに交流電力に変換し、この交流電力を駆動軸ごとに設けられたモータの駆動電力として用いている。このようなモータ駆動装置は、三相交流入力電源のある交流電源側から供給された交流電力を整流して直流電力を出力する順変換器と、順変換器の直流出力側であるＤＣリンク部に接続され、ＤＣリンク部の直流電力とモータの駆動電力もしくは回生電力である交流電力とを相互電力変換する逆変換器と、を備え、当該逆変換器の交流出力側に接続されたモータの速度、トルク、もしくは回転子の位置を制御する。順変換器の直流側と逆変換器の直流側とを接続するＤＣリンク部には、ＤＣリンクコンデンサが設けられている。ＤＣリンクコンデンサは、順変換器の直流出力の脈動分を抑えるための平滑コンデンサとしての機能を有するものであり、直流電力を蓄積し得るものである。逆変換器は、複数の駆動軸に対応してそれぞれ設けられる各モータに個別に駆動電力を供給してモータを駆動制御するためにモータの個数と同数個設けられる。一方、順変換器は、モータ駆動装置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個が設けられることが多い。
【０００３】
近年、省エネルギー化の要求から、モータ駆動装置における順変換器として、モータ減速時に生じる回生電力を交流電源側に戻すことができる電源回生方式の整流器が多く用いられている。この整流器では、交流電源側から供給された交流電力を直流電力に変換して直流側へ出力し、モータ減速時には直流側から供給された直流電力を交流電力に変換して交流電源側へ出力する。モータ減速時にモータで発生する回生電力は、逆変換器により交流電力から直流電力に変換され、この直流電力はＤＣリンク部を介して順変換器に入力され、さらに順変換器により交流電力に変換されて交流電源側に電源回生される。この時、ＤＣリンク部のＤＣリンクコンデンサの電圧は、モータで発生する回生電力の量と、逆変換器、ＤＣリンク部および順変換器を介して交流電源側に回生される交流電力の量と、に応じて変動する。
【０００４】
交流電源側から供給された交流電力を直流電力に変換して出力したのちさらにモータの駆動のための交流電力に変換してモータへ供給するモータ駆動装置において、モータで発生する回生電力の量および交流電源側に回生される交流電力の量とＤＣリンクコンデンサの電圧との関係を、図５〜図８を参照して説明すると次の通りである。図５は、モータ駆動装置において、モータで発生する回生電力の量が交流電源側に回生される交流電力の量よりも小さい場合におけるエネルギーの流れを説明する回路図であり、図６は、図５に示す場合におけるＤＣリンクコンデンサの電圧の上昇を説明する図である。また、図７は、モータ駆動装置において、モータで発生する回生電力の量が交流電源側に回生される交流電力の量よりも大きい場合におけるエネルギーの流れを説明する回路図であり、図８は、図７に示す場合におけるＤＣリンクコンデンサの電圧の上昇を説明する図である。ここでは、図５および図７に示すように、モータ駆動装置１００が、三相交流入力電源３のある交流電源側から供給された交流電力を整流して直流電力を出力する順変換器１１と、順変換器１１の直流出力側であるＤＣリンク部１２に接続され、ＤＣリンク部１２の直流電力とモータ２の駆動電力もしくは回生電力である交流電力とを相互電力変換する逆変換器２１と、を備えており、モータ駆動装置１００によりモータ２を定速運転している場合に時刻ｔ1でモータ２を減速させるとモータ２では回生電力Ｐ1が発生する場合について説明する。
【０００５】
順変換器１１は、モータ減速時に生じる回生電力を交流電源側に戻すことができるようにするため、順変換器１１内の各スイッチング素子にはダイオードが逆並列に接続される。順変換器１１による直流電力から交流電力への変換能力には上限があるため、モータ２で発生する回生電力の量が、順変換器１１が直流電力を交流電力へ変換できる電力量を超える場合、ＤＣリンク部１２内のＤＣリンクコンデンサＣの電圧は上昇する。交流電源側に回生され得る交流電力の量は、順変換器１１による直流電力から交流電力への変換能力の制限を受ける。例えば、図５に示すように、モータ２を定速運転している場合に時刻ｔ1でモータ２を減速させるとモータ２では回生電力Ｐ1が発生する。この回生電力Ｐ1の量が、順変換器１１による直流電力から交流電力への変換能力の範囲内である場合は、図６に示すようにモータ２で発生する回生電力Ｐ1のＤＣリンクコンデンサＣへの蓄積によりＤＣリンクコンデンサＣの電圧はモータ２の減速を開始した時刻ｔ1で上昇し始めるが、順変換器１１による直流電力から交流電力への変換量（図中、Ｐ2で示す。）とモータ２で発生する回生電力Ｐ1の量とのバランスが取れると（時刻ｔ2）ＤＣリンクコンデンサＣの電圧は一定値となる。これに対し、図７に示すように、時刻ｔ1でモータ２を減速させるきに生じる回生電力Ｐ1が、順変換器１１による直流電力から交流電力への変換能力を超える場合は、図８に示すようにモータ２で発生する回生電力Ｐ1のＤＣリンクコンデンサＣへの蓄積によりＤＣリンクコンデンサＣの電圧はモータ２の減速を開始した時刻ｔ1で上昇を開始し、モータ２で発生する回生電力Ｐ1を順変換器１１の変換能力では変換しきれないので直流電力がＤＣリンクコンデンサＣに蓄積され続け、このためＤＣリンクコンデンサＣの電圧は上昇を続ける。
【０００６】
ＤＣリンクコンデンサＣの電圧が順変換器１１および逆変換器２１の構成素子やＤＣリンクコンデンサＣ自体の耐圧を超えると、各素子の破壊を招くことになる。したがって、モータ駆動装置においては、ＤＣリンク部１２内のＤＣリンクコンデンサＣの電圧について、順変換器１１および逆変換器２１の構成素子やＤＣリンクコンデンサＣ自体の耐圧上許容できる最大電圧として「過電圧アラームレベル」を予め設定しておき、ＤＣリンク部１２内のＤＣリンクコンデンサＣの電圧を常時監視して、当該電圧が過電圧アラームレベルを超えたときには何らかの危機回避処理を実行するのが一般的である。
【０００７】
例えば、ＤＣリンク部１２内のＤＣリンクコンデンサＣの電圧が過電圧アラームレベルを超えたとき、逆変換器２１に対して過電圧アラーム信号を出力し、これに応答して逆変換器２１は電力変換動作のためのスイッチング動作をオフし、モータ２で発生する回生電力の直流電力への変換を停止（以下、「アラーム停止」と称する。）するモータ駆動装置がある。この場合、回生電力のＤＣリンク部１２への流入を遮断することができ、ＤＣリンクコンデンサの電圧の上昇を抑えるようにする。
【０００８】
上述のようなアラーム停止するモータ駆動装置以外にも、ＤＣリンクコンデンサの電圧の上昇を抑えるものとして、モータで発生する回生電力によりＤＣリンクコンデンサの電圧が過電圧アラームレベルを超えた場合に、予備のＤＣリンクコンデンサをＤＣリンク部に追加的に接続するモータ駆動装置もある（例えば、特許文献１参照。）。この場合、ＤＣリンク部１２に流入する回生電力を、より容量の大きいＤＣリンクコンデンサで蓄積することで、ＤＣリンクコンデンサの電圧の上昇を抑える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−２７１６８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のアラーム停止するモータ駆動装置では、ＤＣリンク部内のＤＣリンクコンデンサの電圧の過電圧を検知する時刻と逆変換器の変換動作が実際に停止する時刻との間には、過電圧アラーム信号の発生およびその伝達時間や逆変換器の停止処理に要する時間などに起因した時間的なずれがある。このようなＤＣリンクコンデンサの電圧の過電圧を検知してから逆変換器の変換動作が実際に停止するまでに要する時間によっては、ＤＣリンクコンデンサの電圧の過電圧の検知にもかかわらず、ＤＣリンクコンデンサ電圧がさらに上昇し、ＤＣリンクコンデンサや順変換器および逆変換器を構成するスイッチング素子やダイオードなどの各素子の耐圧を越えてしまう可能性がある。また、モータで発生する回生電力の大きさ次第では、ＤＣリンクコンデンサの電圧の過電圧を検知してから逆変換器の変換動作が実際に停止するまでの間にＤＣリンクコンデンサ電圧がさらに上昇し、ＤＣリンクコンデンサや順変換器および逆変換器を構成する各素子の耐圧を越えてしまう可能性もある。
【００１１】
また、上述のアラーム停止するモータ駆動装置および特許文献１に記載のモータ駆動装置いずれの場合においても、過電圧アラームレベルは、順変換器および逆変換器の構成素子やＤＣリンクコンデンサの耐圧を考慮し、安全のため、当該耐圧よりある程度のマージン（余裕）を持って低めに設定されていた。このため、場合によっては過剰マージンとなることがあった。
【００１２】
従って本発明の目的は、上記問題に鑑み、交流電源側から供給された交流電力を直流電力に変換して出力したのちさらにモータの駆動のための交流電力に変換してモータへ供給するモータ駆動装置を構成する各素子を、ＤＣリンク部における過電圧から効率良くかつ確実に保護することができるモータ駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を実現するために、本発明においては、モータ駆動装置は、交流電源側から供給された交流電力を直流電力に変換して直流側へ出力し、モータ減速時には直流側から供給された直流電力を交流電力に変換して交流電源側へ出力する順変換器と、直流側から供給された直流電力をモータの駆動のための交流電力に変換して交流モータ側へ出力し、モータ減速時には交流モータ側からの回生交流電力を直流電力に変換して直流側へ出力する逆変換器と、順変換器の直流側と逆変換器の直流側とを接続し、直流電力を蓄積し得るＤＣリンクコンデンサを有するＤＣリンク部と、ＤＣリンクコンデンサの直流電圧値を検出する電圧検出部と、ＤＣリンクコンデンサの直流電圧値についての過電圧アラームレベルを設定するアラームレベル設定部と、電圧検出部が検出した直流電圧値がアラームレベル設定部で設定した過電圧アラームレベルを超えたか否かを判定するアラーム判定部と、電圧検出部が検出した直流電圧値がアラームレベル設定部で設定した過電圧アラームレベルを超えたとアラーム判定部が判定した場合、逆変換器に対する変換動作の停止指令を通知するアラーム通知部と、を備える。
【００１４】
ここで、アラームレベル設定部は、
アラーム判定部が過電圧アラームレベルを超えたと判定してから逆変換器が変換動作を停止するまでに要する時間である第１のパラメータと、モータ減速時に発生した回生交流電力を逆変換器が変換することにより生成される直流電力の量である第２のパラメータと、モータ減速時に順変換器により交流電源側に戻す交流電力を生成するのに用いられる直流電力の量である第３のパラメータと、ＤＣリンクコンデンサの容量である第４のパラメータと、に基づいて、アラーム判定部が過電圧アラームレベルを超えたと判定してから逆変換器が変換動作を停止するまでに要する時間の間におけるＤＣリンクコンデンサの直流電圧値の上昇分を予測演算する予測演算部と、
上昇分から算出される逆変換器が変換動作を停止した時点におけるＤＣリンクコンデンサの直流電圧値が、ＤＣリンクコンデンサの耐圧ならびに順変換器および逆変換器内の各素子の耐圧に基づいて設定される所定の閾値より大きい場合は、上記上昇分に基づいて過電圧アラームレベルを設定し、所定の閾値より小さい場合は、所定の閾値を過電圧アラームレベルとして設定する確定部と、
を有するようにしてもよい。
【００１６】
また、第１のパラメータ、第２のパラメータ、第３のパラメータおよび第４のパラメータは、外部指令により設定変更可能であるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、交流電源側から供給された交流電力を直流電力に変換して出力したのちさらにモータの駆動のための交流電力に変換してモータへ供給するモータ駆動装置において、過電圧アラームレベルを超えてから逆変換器変換動作を停止するまでに要する時間と、モータ減速時に発生した回生交流電力を逆変換器が変換することにより生成される直流電力の量と、モータ減速時に順変換器により交流電源側に戻す交流電力を生成するのに用いられる直流電力の量（すなわち順変換器による直流電力から交流電力への変換能力）と、ＤＣリンクコンデンサの容量と、を考慮して過電圧アラームレベルを設定するので、ＤＣリンク部における過電圧アラームレベルが従来のように各素子の耐圧に対して過剰マージンとはならず、モータ駆動装置を構成する各素子を、ＤＣリンク部における過電圧から効率良くかつ確実に保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明によるモータ駆動装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例によるモータ駆動装置において、モータ減速時に発生するモータの回生電力を説明する図である。
【図３】本発明の実施例によるモータ駆動装置において設定される過電圧アラームレベルを説明する図である。
【図４】本発明によるモータ駆動装置の変形例を説明する図である。
【図５】モータ駆動装置において、モータで発生する回生電力の量が交流電源側に回生される交流電力の量よりも小さい場合におけるエネルギーの流れを説明する回路図である。
【図６】図５に示す場合におけるＤＣリンクコンデンサの電圧の上昇を説明する図である。
【図７】モータ駆動装置において、モータで発生する回生電力の量が交流電源側に回生される交流電力の量よりも大きい場合におけるエネルギーの流れを説明する回路図である。
【図８】図７に示す場合におけるＤＣリンクコンデンサの電圧の上昇を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本発明の実施例によるモータ駆動装置の構成を示す図である。以降、異なる図面において同じ参照符号が付されたものは同じ機能を有する構成要素であることを意味するものとする。
【００２０】
なお、ここで説明する実施例では、１個のモータを駆動制御するモータ駆動装置について説明するが、駆動制御するモータの個数は、本発明を特に限定するものではなく、複数個のモータを駆動制御するモータ駆動装置にも適用可能である。また、モータ駆動装置に接続される交流商用電源および交流モータをともに三相としたが、相数は本発明を特に限定するものではなく、例えば単相であってもよい。また、モータ駆動装置によって駆動されるモータの種類についても本発明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。
【００２１】
図１に示すように、モータ駆動装置１は、コンバータ部１０とインバータ部２０とで構成される。コンバータ部１０の交流電源側には商用三相入力電源３が接続され、インバータ部２０の交流モータ側には三相のモータ２が接続される。
【００２２】
モータ駆動装置１内のコンバータ部１０は、順変換器１１と、ＤＣリンク部１２と、電圧検出部１３と、アラームレベル設定部１４と、アラーム判定部１５と、アラーム通知部１６とを備える。
【００２３】
順変換器１１は、交流電源側から供給された交流電力を直流電力に変換して直流側へ出力し、モータ減速時には直流側から供給された直流電力を交流電力に変換して交流電源側へ出力する、交直双方向に変換可能である電力変換器である。順変換器１１は、交直双方向に変換可能である電力変換器であれば実施形態は特に限定されず、例えば１２０度通電型整流回路、あるいはＰＷＭ制御方式の整流回路などがある。順変換器１１は、内部にスイッチング素子を有する変換回路として構成され、スイッチング素子としては例えばＩＧＢＴが用いられる。このＩＧＢＴにはダイオードが逆並列に接続される。
【００２４】
ＤＣリンク部１２は、順変換器１１の直流側と逆変換器２１の直流側とを接続し、直流電力の受け渡しを行うものであり、ＤＣリンクコンデンサＣを有する。ＤＣリンクコンデンサＣは、順変換器１１もしくは逆変換器２１の直流出力の脈動分を抑えるための平滑コンデンサとしての機能を有するものであり、直流電力を蓄積し得るものである。
【００２５】
電圧検出部１３は、ＤＣリンクコンデンサＣの直流電圧値を検出し、これをアラーム判定部１５へ送出する。
【００２６】
アラームレベル設定部１４は、ＤＣリンクコンデンサＣの直流電圧値についての過電圧アラームレベルを、所定の条件に応じて設定する。アラームレベル設定部１４の動作の詳細については後述する。
【００２７】
アラーム判定部１５は、電圧検出部１３が検出した直流電圧値がアラームレベル設定部１４で設定した過電圧アラームレベルを超えたか否かを判定する。
【００２８】
アラーム通知部１６は、電圧検出部１３が検出した直流電圧値がアラームレベル設定部１４で設定した過電圧アラームレベルを超えたとアラーム判定部１５が判定した場合、インバータ部２０内の逆変換器２１の変換動作の停止指令をインバータ部２０内の通信回路部２３に通知するものである。アラーム通知部１６は、通信回路部３３を有しており、インバータ部２０内の逆変換器２１の変換動作の停止を指令する信号を、通信回路部３３を介して、インバータ部２０の通信回路部２３へ送信する。
【００２９】
モータ駆動装置１内のインバータ部２０は、逆変換器２１と、ＰＷＭ信号生成部２２と、通信回路部２３と、を備える。
【００３０】
逆変換器２１は、直流側から供給された直流電力をモータ２の駆動のための交流電力に変換して交流モータ側へ出力し、モータ減速時に発生する交流モータ側からの回生交流電力を直流電力に変換して直流側へ出力するものである。順変換器１１と逆変換器２１とは、ＤＣリンク部１２を介して接続される。なお、ここでは、モータ駆動装置１で１個のモータ２を駆動制御することを一例として取りあげているので、モータ２に対して１個の逆変換器２１が設けられる。
【００３１】
逆変換器２１は、例えばＰＷＭインバータなどのような、内部にスイッチング素子を有する変換回路として構成される。逆変換器２１は、ＤＣリンク部１２側から供給される直流電力を、ＰＷＭ信号生成部２２から受信したＰＷＭ信号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、モータ２を駆動のための所望の電圧および所望の周波数の三相交流電力に変換する。モータ２は、供給された電圧可変および周波数可変の三相交流電力に基づいて動作することになる。また、モータ２の減速時には回生電力が発生するが、この場合もＰＷＭ信号生成部２２から受信したＰＷＭ信号に基づき、モータ２で発生した回生電力である交流電力を、直流電力へ変換してＤＣリンク部１２へ戻す。このように、逆変換器２１は、受信したＰＷＭ信号に基づいて、ＤＣリンク部１２における直流電力とモータ２の駆動電力もしくは回生電力である交流電力とを相互電力変換するものである。
【００３２】
ＰＷＭ信号生成部２２は、モータ駆動指令としてのＰＷＭ信号を生成する。すなわち、ＰＷＭ信号生成部２２は、モータ２が所望の速度（加速、減速、定速、停止など）、トルク、もしくは回転子の位置で動作するためのモータ駆動指令を作成し、このモータ駆動指令に基づいた動作をモータ２がするために必要な波形や周波数を有する交流電流を逆変換器２１が出力するよう、逆変換器２１内のＩＧＢＴのゲートに向けてＰＷＭ信号を出力する。ＰＷＭ信号生成部２２が生成したＰＷＭ信号により逆変換器２１のスイッチング動作が制御されることになる。
【００３３】
通信回路部２３は、コンバータ部１０内のアラーム通知部１６の通信回路部３３と通信するものである。通信回路部２３は、通信回路部３３から逆変換器２１の変換動作の停止を指令する信号を受信したとき、ＰＷＭ信号生成部２２に対して、逆変換器２１内のスイッチング素子のスイッチング動作を停止させるためのＰＷＭ信号を生成するよう、指令する。
【００３４】
続いて、アラームレベル設定部１４の動作原理について説明する。図２は、本発明の実施例によるモータ駆動装置において、モータ減速時に発生するモータの回生電力を説明する図である。また、図３は、本発明の実施例によるモータ駆動装置において設定される過電圧アラームレベルの設定を説明する図である。
【００３５】
まず、モータ２が減速を開始した時点からモータ２で発生する回生電力によりＤＣリンクコンデンサＣの電圧がＶ１に達する時点まで、順変換器１１は交流電源側へ回生しないものとする。このとき、ＤＣリンクコンデンサＣの容量をＣ、入力電圧波高値（ＤＣリンクコンデンサＣの定常時の電圧）をＶ0、ＤＣリンクコンデンサＣの電圧がＶ0からＶ1に達するまでに要する時間をＴとしたとき、モータ減速時にモータ２で発生した回生交流電力を逆変換器２１が変換することにより生成される直流電力の量Ｐ1は、式１に示す関係式を満たす。
【００３６】
【数１】
0005638043.tif 000002
【００３７】
式１に基づいて算出されたＰ1を用いて、モータ減速時にモータ２で発生した回生交流電力に起因するＤＣリンクコンデンサＣの電圧上昇分Ｖを算出すると次の通りである。すなわち、順変換器１１による直流電力から交流電力への変換能力である「モータ減速時に順変換器１１により交流電源側に戻す交流電力を生成するのに用いられる直流電力の量」をＰ2、順変換器１１および逆変換器２１の構成素子やＤＣリンクコンデンサＣ自体の耐圧をＶ2、アラーム判定部１５が過電圧アラームレベルを超えたと判定してから逆変換器２０が変換動作を停止するまでに要する時間をＴ1としたとき、アラーム判定部１５が過電圧アラームレベルを超えたと判定した時点から逆変換器２０が変換動作を停止する時点までの時間Ｔ1に予測されるモータ減速時の回生交流電力に起因するＤＣリンクコンデンサＣの電圧上昇分Ｖは、式２に示す関係式を満たす。
【００３８】
【数２】
0005638043.tif 000003
【００３９】
一般に、アラーム判定部１５が過電圧アラームレベルを超えたと判定した時点と逆変換器２０が変換動作を停止する時点との間には時間的なずれＴ1があるが、アラーム判定部１５、アラーム通知部１６（通信回路部３３を含む）、通信回路部２３およびＰＷＭ信号生成部２２それぞれの処理時間、通信回路部３３から通信回路部２３までの信号伝達時間、ならびに、ＰＷＭ信号生成部２２が逆変換器２１に対して変換動作の停止を指令してから逆変換器２１が実際に停止するまでに要する時間などが含まれる。アラーム判定部１５が過電圧アラームレベルを超えたと判定した時点から逆変換器２０が変換動作を停止する時点までの時間Ｔ1が存在することによって、その時間Ｔ1の間も逆変換器２１からの直流電力がＤＣリンクコンデンサＣに流入することになり、これに伴いＤＣリンクコンデンサＣの電圧が上昇する。そこで、本発明では、このアラーム判定部１５が過電圧アラームレベルを超えたと判定した時点から逆変換器２０が変換動作を停止する時点までの時間Ｔ1と順変換器１１および逆変換器２１の構成素子やＤＣリンクコンデンサＣの耐圧Ｖ2とを考慮して、以下に説明するように過電圧アラームレベルを設定する。
【００４０】
図３に示すように、式２を用いて算出したモータ減速時にモータ２で発生した回生交流電力に起因するＤＣリンクコンデンサＣの電圧上昇分Ｖと入力電圧波高値（ＤＣリンクコンデンサＣの定常時の電圧）Ｖ0との和（Ｖ0＋Ｖ）は、モータ減速時において、逆変換器２１が変換動作を停止した時点におけるＤＣリンクコンデンサＣの直流電圧値であるといえる。この値（Ｖ0＋Ｖ）が、順変換器１１および逆変換器２１の構成素子やＤＣリンクコンデンサＣの耐圧Ｖ2を超えると判定されたときは、ΔＶ（＝Ｖ0＋Ｖ−Ｖ2）だけ、順変換器１１および逆変換器２１の構成素子やＤＣリンクコンデンサＣの耐圧Ｖ2を超えることになるので、各素子が破壊されてしまう。
【００４１】
したがって、式２を用いて算出したモータ減速時にモータ２で発生した回生交流電力に起因するＤＣリンクコンデンサＣの電圧上昇分Ｖと入力電圧波高値（ＤＣリンクコンデンサＣの定常時の電圧）Ｖ0との和（Ｖ0＋Ｖ）が、順変換器１１および逆変換器２１の構成素子やＤＣリンクコンデンサＣの耐圧Ｖ2を超えると判定されたときは、式３に示すような、順変換器１１および逆変換器２１の構成素子やＤＣリンクコンデンサＣの耐圧Ｖ2よりもΔＶだけ低い値Ｖ3（＝Ｖ2−ΔＶ）を過電圧アラームレベルに設定する。
【００４２】
【数３】
0005638043.tif 000004
【００４３】
一方、式２を用いて算出したモータ減速時にモータ２で発生した回生交流電力に起因するＤＣリンクコンデンサＣの電圧上昇分Ｖと入力電圧波高値（ＤＣリンクコンデンサＣの定常時の電圧）Ｖ0との和（Ｖ0＋Ｖ）が、順変換器１１および逆変換器２１の構成素子やＤＣリンクコンデンサＣ自体の耐圧Ｖ2を超えないと判定されたときは、過電圧アラームレベルＶ3として、順変換器１１および逆変換器２１を構成する各素子やＤＣリンクコンデンサＣ自体の耐圧Ｖ2を設定する。
【００４４】
図１に示すコンバータ部１０内のアラームレベル設定部１４は、上述した処理を実行するものである。すなわち、アラームレベル設定部１４は、予測演算部３１と確定部３２とを有する。
【００４５】
予測演算部３１は、アラーム判定部１５が過電圧アラームレベルを超えたと判定してから逆変換器２１が変換動作を停止するまでに要する時間である第１のパラメータＴ1と、モータ減速時に発生した回生交流電力を逆変換器２１が変換することにより生成される直流電力の量である第２のパラメータＰ1と、モータ減速時に順変換器１１により交流電源側に戻す交流電力を生成するのに用いられる直流電力の量（すなわち順変換器１１による直流電力から交流電力への変換能力）である第３のパラメータＰ2と、ＤＣリンクコンデンサＣの容量である第４のパラメータＣと、に基づいて、式１および式２に従い、アラーム判定部１５が過電圧アラームレベルを超えたと判定してから逆変換器２１が変換動作を停止するまでに要する時間Ｔ1の間におけるＤＣリンクコンデンサＣの直流電圧値の上昇分Ｖを予測演算する。
【００４６】
確定部３２は、予測演算部３１が予測演算したＤＣリンクコンデンサＣの直流電圧値の上昇分Ｖから算出される逆変換器２１が変換動作を停止した時点におけるＤＣリンクコンデンサＣの直流電圧値（Ｖ0＋Ｖ）が、ＤＣリンクコンデンサＣの耐圧ならびに順変換器１１および逆変換器２１内のスイッチング素子やダイオードなどの各素子の耐圧に基づいて設定される所定の閾値Ｖ2より大きい場合は、式３に従い、「Ｖ2−ΔＶ」を過電圧アラームレベルＶ3として設定し、所定の閾値Ｖ2より小さい場合は、過電圧アラームレベルＶ3として所定の閾値Ｖ2を設定する。
【００４７】
アラーム判定部１５は、電圧検出部１３が検出した直流電圧値がアラームレベル設定部１４で上述のようにして設定した過電圧アラームレベルＶ3を超えたか否かを判定する。
【００４８】
本発明によれば、アラーム判定部１５が過電圧アラームレベルを超えたと判定してから逆変換器２１が変換動作を停止するまでに要する時間である第１のパラメータＴ1と、モータ減速時に発生した回生交流電力を逆変換器２１が変換することにより生成される直流電力の量である第２のパラメータＰ1と、モータ減速時に順変換器１１により交流電源側に戻す交流電力を生成するのに用いられる直流電力の量（すなわち順変換器１１による直流電力から交流電力への変換能力）である第３のパラメータＰ2と、ＤＣリンクコンデンサＣの容量である第４のパラメータＣと、に基づいてＤＣリンクコンデンサＣの直流電圧値の上昇分Ｖを予測演算し、この上昇分Ｖに基づいて逆変換器２１が変換動作を停止した時点におけるＤＣリンクコンデンサＣの直流電圧値（Ｖ0＋Ｖ）を算出し、そして、この値（Ｖ0＋Ｖ）とＤＣリンクコンデンサＣの耐圧ならびに順変換器１１および逆変換器２１内のスイッチング素子やダイオードなどの各素子の耐圧に基づいて設定される所定の閾値Ｖ2との大小関係に応じて過電圧アラームレベルＶ3を設定するので、過電圧アラームレベルＶ3が従来のように各素子の耐圧に対して過剰マージンとはならず、モータ駆動装置を構成する各素子を、ＤＣリンク部における過電圧から効率良くかつ確実に保護することができる。
【００４９】
アラームレベル設定部１４およびアラーム判定部１５は、例えば演算処理判断可能なプロセッサからなる。また、上述の第１のパラメータＴ1、第２のパラメータＰ1、第３のパラメータＰ2および第４のパラメータＣは、モータ駆動装置１を構成する各部品が有する特性やモータ駆動装置１が適用される状況等を考慮して予め入力もしくは算出してアラームレベル設定部１４に設定しておけばよい。したがって、特に部品を追加する必要なく、最適な過電圧アラームレベルを設定することができる。
【００５０】
またあるいは、外部指令により、これら第１のパラメータＴ1、第２のパラメータＰ1、第３のパラメータＰ2および第４のパラメータＣを変更できるようにしてもよい。図４は、本発明によるモータ駆動装置の変形例を説明する図である。この変形例では、アラームレベル設定部１４に外部装置４１が設定され、外部装置４１からの指令により、第１のパラメータＴ1、第２のパラメータＰ1、第３のパラメータＰ2および第４のパラメータＣを設定変更可能としたものである。外部装置４１の例としては、モータ駆動装置１の上位にある数値制御装置、入出力装置を有するコンピュータ、あるいは、ディップスイッチやボタンスイッチなどの各種切替えスイッチなどがある。このように外部指令により第１のパラメータＴ1、第２のパラメータＰ1、第３のパラメータＰ2および第４のパラメータＣを設定変更可能とすることで、例えばモータ駆動装置１で駆動制御するモータ２が変更されたり、経年変化によりメンテナンスが必要になった場合でもモータ駆動装置１の過電圧判定に係る処理を容易に調整することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、工作機械、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、あるいは各種ロボット内のモータを駆動するモータ駆動装置として、入力された交流を直流に変換する順変換器と、順変換器から出力された直流を各モータの駆動電力としてそれぞれ供給される交流に変換する逆変換器とを有するものにおいて、順変換器と逆変換器との間を接続するＤＣリンク部の過電圧からモータ駆動装置を構成する各素子を保護するものに適用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１    モータ駆動装置
１１    順変換器
１２    ＤＣリンク部
１３    電圧検出部
１４    アラームレベル設定部
１５    アラーム判定部
１６    アラーム通知部
２１    逆変換器
２２    通信回路部
２３    ＰＷＭ信号生成部
３１    予測演算部
３２    確定部
３３    通信回路部
４１    外部装置
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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