(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を整流して直流電源に変換するコンバータ部と、変換した直流電源を交流電源に変換するインバータ部と、前記コンバータ部とインバータ部を接続するＤＣリンク部と、該ＤＣリンク部に接続され、モータの減速駆動中の回生電力を蓄え、モータの加速駆動中に充電された電力を放電する蓄電部とを備え、前記インバータ部に接続された交流モータを駆動するモータ駆動装置であって、前記蓄電部は上位制御装置あるいはモータ駆動装置のコントローラとのインタフェース部を備えており、充電電流／電圧の上限値を前記インタフェース部から入力されるデータに基づいて変更可能にしたことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
モータ駆動装置は自身の仕様を記憶したメモリを備えると共に前記上位制御装置と接続され、該上位制御装置が前記メモリから読み出したモータ駆動装置の仕様を前記蓄電部のインタフェース部を介して入力し、前記蓄電部は前記入力データに基づいて前記充電電流の上限値を変更するようにした請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
モータ駆動装置は自身の仕様を記憶したメモリを備え、モータ駆動装置内のコントローラが前記メモリから前記仕様を読み出し、前記インタフェース部を介して前記蓄電部に送り、前記蓄電部は入力されたデータに基づいて前記充電電流の上限値を変更するようにした請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記蓄電部は、蓄電器と、該蓄電器をＤＣリンク部の電圧によって充電する充電回路と、前記モータの減速駆動中の回生電力を前記蓄電器に充電するダイオードと、モータの加速駆動中に前記蓄電器に充電された電力を放電する放電回路とを備える請求項１乃至３の内いずれか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記充電回路は、ＤＣリンク部の電圧を昇圧して前記蓄電器を前記上限値の充電電圧まで充電するブースト・スイッチングレギュレータと、充電電流を前記上限値に制限する電流制限回路と、充電電流／電圧の各上限値を前記インタフェース部から入力されるデータに基づいて前記ブースト・スイッチングレギュレータ及び電流制限回路に、充電電圧上限値、充電電流の上限値を指令する充電電流／電圧調整手段を備える請求項４に記載のモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ駆動装置に関し、特に、回生電力を蓄積し、モータ加速時に放電しモータ駆動電流とするモータ駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータ駆動装置においては、モータの加速（力行）期間においては、加速のために大きな駆動電流が流れ、減速期間においては、回生電流が生じる。そのため、モータの加速（力行）期間のピーク電流を考慮してモータ駆動装置を設計しなければならず、装置の大型化とコストアップを招くものとなっていた。また、減速期間において発生する回生電流は回生抵抗によって、放熱消費させており、無駄なエネルギー損失を招いていた。
【０００３】
このような問題を解決するための１つの対策として、交流電源を直流電源に変換するコンバータ（整流回路）部と、交流モータを駆動するために直流電源を交流電源に変換するインバータ部と、該コンバータ（整流回路）部とインバータ部を結ぶＤＣリンク部に蓄電器を接続して、加速期間では、該蓄電器に蓄えられた電力をインバータ部に供給し、減速期間には回生電流を該蓄電器に蓄えるようにして、駆動電流の平準化を図り、かつ回生電流を無駄に消費させないようにした発明が知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１４１４４０号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特許文献１に記載されているような、蓄電器を設け、回生電流を該蓄電器に蓄えると共に、該蓄電器の電圧を所定値に保持した状態でモータ加速期間に、該蓄電器から電力を供給し駆動電流の平準化を図ることは、モータ駆動装置の小型化、省力化を図る上で有効である。しかし、一方、蓄電器を所定電圧まで充電する必要があることから、該蓄電器を充電させるための専用のトランス、コンバータ（整流回路）を必要とする。そこで、このコンバータ（整流回路）を、モータ駆動装置のコンバータ部で兼ねさせることによって、蓄電器の充電回路を安価に構成するようにすることが考えられる。しかしながら、モータ駆動装置のコンバータ部を蓄電器の充電にも利用すると、この蓄電器を充電する能力（充電電流）は、モータ駆動装置のコンバータ（整流回路）部の能力で決まってしまい、モータ駆動装置の種類に応じて多数の充電回路を開発する必要があり、開発コストが増大し問題である。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上述した問題を解決し、モータの駆動装置の種類に制限されることなく、回生電流を蓄え、加速時には蓄えた電力をインバータ部へ供給する蓄電部を備えたモータ駆動装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、交流電源を整流して直流電源に変換するコンバータ部と、変換した直流電源を交流電源に変換するインバータ部と、前記コンバータ部とインバータ部を接続するＤＣリンク部と、該ＤＣリンク部に接続され、モータの減速駆動中の回生電力を蓄え、モータの加速駆動中に充電された電力を放電する蓄電部とを備え、前記インバータ部に接続された交流モータを駆動するモータ駆動装置であって、前記蓄電部は上位制御装置あるいはモータ駆動装置のコントローラとのインタフェース部を備えており、充電電流／電圧の上限値を前記インタフェース部から入力されるデータに基づいて変更可能にしたことを特徴とするものである。
【０００８】
モータ駆動装置は自身の仕様を記憶したメモリを備えると共に前記上位制御装置と接続され、該上位制御装置若しくはモータ駆動装置のコントローラが前記メモリから読み出したモータ駆動装置の仕様を前記蓄電部のインタフェース部を介して入力し、前記蓄電部は前記入力データに基づいて前記充電電流の上限値を変更するようにした。
また、前記蓄電部は、蓄電器と、該蓄電器をＤＣリンク部の電圧によって充電する充電回路と、前記モータの減速駆動中の回生電力を前記蓄電器に充電するダイオードと、モータの加速駆動中に前記蓄電器に充電された電力を放電する放電回路とを備える。さらに、前記充電回路は、ＤＣリンク部の電圧を昇圧して前記蓄電器を前記上限値の充電電圧まで充電するブースト・スイッチングレギュレータと、充電電流を前記上限値に制限する電流制限回路と、充電電流／電圧の各上限値を前記インタフェース部から入力されるデータに基づいて前記ブースト・スイッチングレギュレータ及び電流制限回路に、充電電圧上限値、充電電流の下限値を指令する充電電流／電圧調整手段を備えるものとした。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態であるモータ駆動装置のブロック回路図である。図１において、符号１は３相交流電源から直流電源に変換するコンバータ（整流回路）部であり、符号２は、直流電源を再び交流電源変換して交流モータ５を駆動するインバータ部である。コンバータ部１とインバータ部２はＤＣリンク部３で接続され、コンバータ部１からインバータ部２へ直流が供給される。インバータ部２では、この直流電源をコントローラ７によってインバータ部２のスイッチング素子をオン／オフ制御してモータ５に電力を供給し、該モータを駆動する。
【００１０】
コントローラ７は、該モータ駆動装置を制御する数値制御装置等の制御装置９からの指令に基づいてインバータ部２のスイッチング素子をオン／オフ制御するモータ駆動装置内のコントローラである。特に本実施形態においては、このコントローラ７にメモリ（ＲＯＭ等）８が接続されており、該メモリ８には、このモータ駆動装置の仕様、すなわち、製品名、製造番号、製造年月日等のこの装置を特定するための情報が記憶されている。
【００１１】
なお、符号６は、コンバータ部１の直流出力を平滑する平滑コンデンサである。また、上述したコンバータ部１、インバータ部２、ＤＣリンク部３、コントローラ７等は従来のモータ駆動装置と同一であり、その詳細は説明を省略する。
【００１２】
さらに、本発明においては、ＤＣリンク部３に蓄電部４が接続されている。この蓄電部４は、コンデンサ等で構成される蓄電器１０、該蓄電器１０に電力を充電する充電回路１１、蓄電器１０からＤＣリンク部３を介してインバータ部２に電力を供給するための放電回路１２、回生電流を蓄電器１０に充電するためのダイオード１３を有する。また、これら充電回路１１、放電回路１２はコントローラ７とインタフェース部１８によって接続されている。
【００１３】
充電回路１１は、充電制御部１６によってスイッチング素子２３を制御して、ＤＣリンク部３からリアクトル２１、ダイオード２２を介してＤＣリンク部３の電圧よりも高い電圧に昇圧して蓄電器１０を充電するものである。詳しくは、後述するように、ブースト・スイッチングレギュレータ回路２０、電流制限回路３０、充電電流／電圧調整手段４０で構成されている。
【００１４】
放電回路１２は、モータ５を加速開始するとき、コントローラ７からの信号に基づき、放電制御部１４によってスイッチング素子１５をオンさせて、蓄電器１０に蓄えられた電力をＤＣリンク部３に供給しインバータ部２を介してモータ５に大きな駆動電流を供給するものである。
また、ダイオード１３は、モータ５が減速されるとき発生する回生電流を、ＤＣリンク部３を介して蓄電器１０に流し込み蓄電させるものである。
【００１５】
図２は、充電回路１１の詳細回路である。
リアクトル２１、ダイオード２２，スイッチング素子２３，パルス幅制御部２４，差動増幅器２５、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７でブースト・スイッチングレギュレータ回路２０を構成し、蓄電器１０の充電電圧を抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧した分圧電圧と、後述するＤ／Ａコンバータ４４から出力されるある電圧と抵抗Ｒ５，Ｒ７で決まる電圧との差を差動増幅器２５で増幅してパルス幅制御部２４に出力する。パルス幅制御部２４は、インタフェース部１８を介してコントローラ７に接続されており、コントローラ７からの信号により作動可能に制御される。
【００１６】
コントローラ７は、モータ駆動装置に電源が投入されたとき、及び回生動作が終了したとき信号を出力してパルス幅制御部２４を作動可能にする。このコントローラ７からの信号によりパルス幅制御部２４が作動可能におかれている状態では、パルス幅制御部２４は制御されたパルス幅の信号を出力しスイッチング素子２３をオン／オフ制御する。スイッチング素子２３がオンのときには、リアクトル２１にエネルギーが蓄積され、スイッチング素子２３がオフになると該エネルギーが放出され蓄電器１０を充電する。そして、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ６、差動増幅器２５、パルス幅制御部２４のフィードバック回路によって、充電回路１１の出力すなわち蓄電器１０の充電電圧は一定に制御されることになる。
【００１７】
この充電回路１１の入力電圧（ＤＣリンク電圧）をＶｉ、スイッチング素子２３のオン時間をＴｏｎ、オフ時間をＴｏｆｆとすると、充電回路１１の出力電圧、すなわち蓄電器の充電電圧Ｖｏは、次の１式のようになる。
【００１８】
Ｖｏ＝Ｖｉ×（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）／Ｔｏｆｆ        …（１）
例えば、Ｔｏｎ＝５μｓ，Ｔｏｆｆ＝１５μｓの時には、出力電圧Ｖｏは入力電圧Ｖｉの約１．３倍にブーストされることになる。このように、蓄電器１０は、コンバータ部１で直流に変換されたＤＣリンク電圧より高い電圧で充電されることになる。
【００１９】
蓄電器１０の充電電圧が上昇している時には、抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧された分圧電圧も上昇し、差動増幅器２５の出力電圧は低下する。その結果、パルス幅制御部２４から出力されるオン時間Ｔｏｎが短くなり、充電電圧の上昇は低下する。逆に蓄電器１０の充電電圧の下降時には、差動増幅器２５の出力電圧は上昇し、パルス幅制御部２４から出力されるオン時間Ｔｏｎが長くなり、充電電圧の下降を減少され、最終的に所定電圧を保持するように作用する。
【００２０】
しかし、この蓄電器１０への充電開始時、蓄電器１０に大きな突入電流が流れ、コンバータ（整流回路）部１が破壊されないように充電回路１１にはさらに、電流制限回路３０が設けられている。この電流制限回路３０は、差動増幅器３１、ダイオード３２，抵抗Ｒ０，Ｒ３，Ｒ４で構成されている。
【００２１】
後述するＤ／Ａコンバータ４３からある電圧（例えばＶとする）が出力され、この電圧Ｖが抵抗Ｒ４，Ｒ３で分圧され、その電圧Ｖ×Ｒ３／（Ｒ３＋Ｒ４）が差動増幅器３１に入力される。一方、この差動増幅器３１の他方の端子には、蓄電器１０への充電電流Ｉｃによる抵抗Ｒ０の電圧降下分の電圧が入力されており、この充電電流による電圧降下分の電圧が分圧電圧Ｖ×Ｒ３／（Ｒ３＋Ｒ４）を越すと、差動増幅器３１の出力は低下する。
【００２２】
前述したように、ブースト・スイッチングレギュレータ回路２０の出力電圧のフィードバック回路は、出力電圧（蓄電器１０の充電電圧）の上昇時には、差動増幅器２５の出力を低下させ、パルス幅制御部２４から出力されるオン時間Ｔｏｎのパルス幅を狭めて、出力電圧を低下させるように作用するものであるから、差動増幅器３１の出力が低下すると、ダイオード３２を介してパルス幅制御部２４に入力される電圧が低下し、オン時間Ｔｏｎのパルス幅を狭め、出力電圧を低下させ、充電電流Ｉｃによる抵抗Ｒ０での電圧降下を一定にするように作用する。これによって、蓄電器１０への充電開始時における突入電流を制限し、所定上限値に制御する。
【００２３】
一方、この充電電流Ｉｃ及び充電電圧の最大許容値は、モータ駆動装置のコンバータ（整流回路）部１の容量によって決まり、モータ制御装置の種類によって異なる。そこで、本実施形態では、モータ制御装置の種類によって、そのモータ駆動装置のコンバータ（整流回路）部１が許容できる電流値以下の充電電流Ｉｃに制限し、充電電圧を所定上限値以下に保持するための充電電流／電圧調整手段４０を備えている。
【００２４】
充電電流／電圧調整手段４０は、コントローラ４１、メモリ４２、Ｄ／Ａコンバータ４３，４４を備えている。メモリ４２には、モータ駆動装置の種類に応じて許容電流値及び最大充電電圧値の情報が記憶されている。
【００２５】
モータ駆動装置が変わったときなど、該モータ駆動装置を制御する数値制御装置等の制御装置９は、モータ駆動装置内のメモリ８に記憶するそのモータ駆動装置の仕様（モータ駆動装置を特定する情報）を、コントローラ７を介して読み込み、インタフェース１７を介して、充電電流／電圧調整手段４０内のコントローラ４１に送りこむ。コントローラ４１は送り込まれてきたモータ駆動装置の仕様に基づいて、メモリ４２から許容電流値情報、最大充電電圧値情報を読み込み、許容電流値情報はＤ／Ａコンバータ４３に、最大充電電圧値情報はＤ／Ａコンバータ４４に送り、Ｄ／Ａコンバータ４３は、この許容電流値情報に基づく電圧を出力し、この電圧の抵抗Ｒ３，Ｒ４で分圧された電圧を差動増幅器３１に入力する。また、Ｄ／Ａコンバータ４４から最大充電電圧値情報に基づく電圧を出力し抵抗Ｒ５とＲ７によって決まる電圧を差動増幅器２５に入力する。
これによって、前述したように、モータ駆動装置のコンバータ（整流回路）部１が許容できる電流値以下、電圧値以下になるように充電電流、充電電圧が自動的に制限されることになる。
なお、上述した実施形態では、上位の制御装置９がメモリ８に記憶されている仕様データを読み出し、コントローラ４１に出力するようにしているが、この上位の制御装置９を介さずに、モータ駆動装置に設けられているコントローラ７がメモリ８から仕様を読み込み、充電回路のコントローラ４１に直接送信するようにしてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、モータの減速時には回生電流を蓄え、加速時には放電する蓄電器に対する特別な整流回路等を設けることなく、モータ駆動装置のコンバータ部を利用するので、安価に構成することができる。しかも、モータ駆動装置のコンバータ部の整流能力に応じて、蓄電器への充電電流値の最大値を最適値にするものであるから、各種モータ駆動装置に適用でき、かつ既存のモータ駆動装置にも適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるモータ駆動装置のブロック回路図である。
【図２】同実施形態における蓄電器、充電回路の詳細ブロック回路図である。
【符号の説明】
１  コンバータ部
２  インバータ部
３  ＤＣリンク部
４  蓄電部
５  モータ
１０  蓄電器
１１  充電回路
１２  放電回路
２０  ブースト・スイッチングレギュレータ回路
３０  電流制限回路
４０  充電電流／電圧調整手段
【図１】
0003722810.tif 000002
【図２】
0003722810.tif 000003