(57)【要約】  ＰＮ母線共通システムは、共通のＰＮ母線からの電力が供給される複数のモータのそれぞれに対し、対応するモータを個別に駆動するモータ駆動装置を有する。モータ駆動装置は、回生制御開始電圧に基づいて回生制御を実行し、回生制御停止電圧に基づいて回生制御を停止する制御を行うと共に、回生負荷率を個々に算出し、算出した回生負荷率と設定された回生可能負荷率との比較結果に基づいて、回生制御の有効又は無効を制御する。
2017183200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通のＰＮ母線からの電力が供給される複数のモータに対し、複数の前記モータのそれぞれに対応して設けられた複数のモータ駆動装置を有し、複数の前記モータ駆動装置のそれぞれが対応する前記モータを個別に駆動するＰＮ母線共通システムであって、
それぞれの前記モータ駆動装置は、
回生制御開始電圧に基づいて回生制御を実行し、回生制御停止電圧に基づいて回生制御を停止する制御を行うと共に、
回生負荷率を個々に算出し、算出した回生負荷率を閾値と比較することで、回生制御の有効又は無効を制御する
ことを特徴とするＰＮ母線共通システム。
【請求項２】
前記閾値は、回生可能負荷率であることを特徴とする請求項１に記載のＰＮ母線共通システム。
【請求項３】
前記閾値は、許容最大負荷率であることを特徴とする請求項１に記載のＰＮ母線共通システム。
【請求項４】
前記回生制御開始電圧は、それぞれの前記モータ駆動装置ごとに個別に設定されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のＰＮ母線共通システム。
【請求項５】
前記回生制御停止電圧は、それぞれの前記モータ駆動装置ごとに個別に設定されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のＰＮ母線共通システム。
【請求項６】
共通のＰＮ母線からの電力が供給される複数のモータのそれぞれに対応して設けられたモータ駆動装置のそれぞれが対応する前記モータを個別に駆動するＰＮ母線共通システムに適用され、前記ＰＮ母線の電圧上昇を抑制する制御を行う回生制御装置であって、
回生制御開始電圧に基づいて回生制御を実行し、回生制御停止電圧に基づいて回生制御を停止する制御を行うと共に、
回生負荷率を個々に算出し、算出した回生負荷率を閾値と比較することで、回生制御の有効又は無効を制御する
ことを特徴とする回生制御装置。
【請求項７】
前記閾値は、回生可能負荷率であることを特徴とする請求項６に記載の回生制御装置。
【請求項８】
前記閾値は、許容最大負荷率であることを特徴とする請求項６に記載の回生制御装置。
【請求項９】
共通のＰＮ母線からの電力が供給される複数のモータのそれぞれに対応して設けられた複数のモータ駆動装置のそれぞれが対応する前記モータを個別に駆動するＰＮ母線共通システムに適用され、前記ＰＮ母線の電圧上昇を抑制する制御を行う回生制御方法であって、
前記ＰＮ母線に生じた母線電圧が回生制御開始電圧に達したか否かを判定する第１ステップと、
前記第１ステップによって前記母線電圧が前記回生制御開始電圧に達した場合に、回生負荷率が閾値を下回ったか否かを判定する第２ステップと、
前記第２ステップによって前記回生負荷率が前記閾値を下回った場合に、回生制御を開始する第３ステップと、
前記第３ステップによって回生制御が開始された際に、前記母線電圧が回生制御停止電圧に達したか否かを判定する第４ステップと、
前記第４ステップによって前記母線電圧が回生制御停止電圧に達した場合に、回生制御を停止する第５ステップと、
を含むことを特徴とする回生制御方法。
【請求項１０】
前記閾値は、回生可能負荷率であることを特徴とする請求項９に記載の回生制御方法。
【請求項１１】
前記閾値は、許容最大負荷率であることを特徴とする請求項９に記載の回生制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｐ母線と称される正極側の直流母線、及び、Ｎ母線と称される負極側の直流母線（以下、両者を総称して「ＰＮ母線」と称する）に共通に接続される複数のモータ駆動装置を備えたＰＮ母線共通システム、並びに、ＰＮ母線共通システムに接続される回生制御装置、及び、その回生制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＮ母線共通システムを構成するモータ駆動装置には、一般的に、各モータ駆動装置に接続されるモータの回生電力によるエネルギーを吸収するための回生制御装置が設けられる。回生電力によるエネルギーは、回生抵抗器によって消費する構成が一般的である。なお、以下の説明では、回生電力によるエネルギーを回生抵抗器によって消費させる制御を「回生制御」と呼称する。【０００３】
ＰＮ母線共通システムにおける回生制御では、各回生制御装置における定格回生電力の差異による回生機能の故障を防止することが求められるため、システム中の最大回生電力を持つモータ駆動装置のみ回生機能を有効として運用するのが一般的である。したがって、回生機能を有していても、使用していないモータ駆動装置が存在することになる。一方、このような運用方法の場合、回生可能な電力量が制限されるため、ＰＮ母線共通システムの最大要求回生電力を賄えない場合がある。【０００４】
ＰＮ母線共通システムにおいて、回生可能な電力量を増やすには、システム内に存在する複数の回生機能を使用すればよい。しかしながら、複数の回生機能を使用する従来手法では、同一の回生電力を持つモータ駆動装置のみでシステムを構成するか、或いは、各モータ駆動装置の回生負荷を制御するためのシステムを追加して、回生機能の破損を避けながら運用することを行っていた。一方、これらの手法を適用できない場合には、外部に十分な回生能力を持つ回生機能専用のオプションを追加するか、モータの運転パターンを見直して、回生制御による母線電圧の上昇を小さくすることで、回生機能の負荷を低減するなどの対策が必要であった。【０００５】
上記のような技術的背景の下、下記特許文献１では、マスタコントローラ及びマスタ機能を持つモータ駆動装置によって回生能力を管理し、ＰＮ母線共通システム内の各モータ駆動装置の回生負荷率を制御することで、回生許容量超過による破損を回避しつつ、各モータ駆動装置の回生制御を効率的に実施する手法が述べられている。【０００６】
また、下記特許文献２では、マスタコントローラ及びマスタ機能を持つモータ駆動装置の代わりに、各モータ駆動装置間をつなぐネットワークを通じて各モータ駆動装置の回生制御を行い、回生機能の過負荷による損傷を防ぐことができる多軸モータ制御装置について述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−８９２８５号公報
【特許文献２】特開２０１４−１２８１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１の手法では、モータを制御するコントローラとは別に回生能力を管理するためのマスタコントローラ、或いはマスタ機能をもつ高性能なモータ駆動装置が必要であり、システム構成が肥大化するという課題があった。【０００９】
また、特許文献２の手法では、ネットワークに用いる配線が必要となるため、装置間への配線が従来よりも複雑になるという課題があり、また、各モータ駆動装置の回生制御を同時に、又は、順番に実行する必要があり、回生制御を実行するネットワーク管理のためのファームウェアの構築にコストを要するという課題があった。【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回生制御を実行するネットワーク管理のためのファームウェアの構築を必要とせず、システム構成の肥大化を抑止することができるＰＮ母線共通システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、共通のＰＮ母線からの電力が供給される複数のモータに対し、複数のモータのそれぞれに対応して設けられた複数のモータ駆動装置を有し、複数のモータ駆動装置のそれぞれが対応するモータを個別に駆動するＰＮ母線共通システムであって、それぞれのモータ駆動装置は、回生制御開始電圧に基づいて回生制御を実行し、回生制御停止電圧に基づいて回生制御を停止する制御を行うと共に、回生負荷率を個々に算出し、算出した回生負荷率と設定された回生可能負荷率との比較結果に基づいて、回生制御の有効又は無効を制御する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、回生制御を実行するネットワーク管理ためのファームウェアの構築を必要とせず、システム構成の肥大化を抑止することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態に係るＰＮ母線共通システムの構成を示すブロック図
【図２】システムの運転中に複数回の回生制御を必要とする運転パターンにおける母線電圧及び各モータ駆動装置の回生負荷率の時間との関係を示すタイミングチャート
【図３】図２に示される動作を単体のモータ駆動装置に着目したときのフローチャート
【図４】システムの運転中に発生した１回の回生電力を複数のモータ駆動装置の回生機能で消費する場合のタイミングチャート
【図５】図４に示される動作を単体のモータ駆動装置に着目したときのフローチャート
【図６】実施の形態の回生制御部に係るハードウェア構成の一例を示すブロック図
【図７】実施の形態の回生制御部に係るハードウェア構成の他の例を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態に係るＰＮ母線共通システム、回生制御装置及び回生制御方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。
【００１５】
実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態に係るＰＮ母線共通システム１００の構成を示すブロック図である。ＰＮ母線共通システム１００は、図１に示すように、正極側の直流母線であるＰ母線９ａ、及び負極側の直流母線であるＮ母線９ｂを共通の直流母線すなわちＰＮ母線９とし、ＰＮ母線９に接続される複数のモータ駆動装置５０を有して構成される。モータ駆動装置５０の入力端には交流電源１が接続され、出力端には負荷であるモータ１０が接続される。このように構成されたＰＮ母線共通システム１００では、ＰＮ母線９からの電力が供給される複数のモータ１０に対し、複数のモータ１０のそれぞれに対応して設けられた複数のモータ駆動装置５０によって、対応するモータ１０が個別に駆動される。なお、図１では、３つのモータ駆動装置５０を有する場合を例示している。これら３つのモータ駆動装置を識別する場合には、名称及び符号の後にＡ，Ｂ、Ｃのアルファベットを付加する。ＰＮ母線共通システム１００としては、複数のサーボ軸からなる駆動系を有するモータ駆動システムが例示される。
【００１６】
次に、モータ駆動装置５０の構成について説明する。なお、３つのモータ駆動装置の構成は同一又は同等であり、モータ駆動装置５０Ａを参照して説明する。
【００１７】
モータ駆動装置５０Ａは、直流電圧を交流電圧に変換するコンバータ回路２、コンバータ回路２から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータ回路６、モータ１０による回生電力を消費する回生電力消費回路５、回生電力消費回路５のスイッチ５ｂを駆動する駆動回路７、及び駆動回路７を通じて回生制御を実施する回生制御部８を備える。
【００１８】
コンバータ回路２は、ダイオードスタック３及び主回路コンデンサ４を有する。ダイオードスタック３は、交流電源１から印加され交流電圧を直流電圧へ変換する。ダイオードスタック３の正極出力端はＰ母線９ａに電気的に接続され、ダイオードスタック３の負極出力端はＮ母線９ｂに電気的に接続される。主回路コンデンサ４は、Ｐ母線９ａとＮ母線９ｂとの間に電気的に接続され、ダイオードスタック３の出力電圧を平滑する。これにより、主回路コンデンサ４における両端電圧は、Ｐ母線９ａとＮ母線９ｂとの間に母線電圧を生じさせる。
【００１９】
インバータ回路６は、Ｐ母線９ａとＮ母線９ｂとの間に、上下アームスイッチング素子が接続され、母線電圧を任意の大きさおよび周波数の交流電圧へ変換してモータ１０に印加する。
【００２０】
モータ１０は、力行動作又は回生動作を行う。モータ１０が回生動作を行う場合、モータ１０は発電機として動作する。モータ１０の発電動作によって生じた電力が、回生電力である。モータ１０の回生電力は、インバータ回路６を介して主回路コンデンサ４を充電する。このため、モータ１０が回生動作を行う場合、母線電圧が上昇する。
【００２１】
回生電力消費回路５は、回生抵抗器５ａおよびスイッチ５ｂを備え、Ｐ母線９ａとＮ母線９ｂとの間に直列に接続される。スイッチ５ｂが閉じると、回生抵抗器５ａは、Ｐ母線９ａとＮ母線９ｂとの間に電気的に接続され、回生抵抗器５ａには電流が流れ、モータ１０からの回生電力が回生抵抗器５ａで消費される。
【００２２】
以上の説明は、モータ駆動装置５０が単体で動作するときの説明である。次に、ＰＮ母線共通システム１００の動作について説明する。なお、図１では図示していないが、一般的なＰＮ母線共通システムの構成として、システムの上位にはモータの運転パターンを指令する指令装置があり、また、モータ１０とモータ駆動装置５０との間には、モータ１０の位置情報などを通知する通信機能が備わっている。
【００２３】
ＰＮ母線共通システム１００において、モータ１０Ａが回生状態であり、モータ１０Ｂ，１０Ｃが力行状態とする。この状態で、モータ１０Ａの回生電力がモータ１０Ｂ，１０Ｃの力行電力を下回るならば、回生電力は力行電力として消費されるため、母線電圧は上昇しない。一方、モータ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの全てが回生状態となる場合、又は、モータ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃのうちで回生状態にあるモータの回生電力の合計が力行状態にあるモータの力行電力よりも大きい場合には、当該力行電力では当該回生電力を消費しきれず、母線電圧が上昇する。そこで、本実施の形態のＰＮ母線共通システム１００では、図２及び図４に示される回生制御を行う。
【００２４】
以下の説明で使用する用語の意味は、以下の通りである。
・許容回生電力：各駆動モータ装置の回生電力消費回路によって消費できる最大電力
・回生負荷率：許容回生電力に対する回生電力の割合
・回生制御開始電圧：回生制御を開始する母線電圧
・回生制御停止電圧：回生制御を停止する母線電圧
・回生可能負荷率：回生負荷率が回生制御の再開に問題ないかを判別するための判定値
・許容最大負荷率：回生負荷率が各駆動モータ装置において許容される回生能力に達したか否かを判定するための判定値
【００２５】
なお、回生可能負荷率及び許容最大負荷率は、各モータ駆動装置ごとに設定する値であり、実現したい回生制御の実装に合わせて任意に設定することができる。すなわち、回生可能負荷率及び許容最大負荷率は、予め設定した閾値とすることができる。また、回生制御開始電圧及び回生制御停止電圧も、各モータ駆動装置ごとに個別に設定する値であり、同一の値を設定する必要は無い。
【００２６】
図２は、システムの運転中に複数回の回生制御を必要とする運転パターンにおける母線電圧及び各モータ駆動装置の回生負荷率の時間との関係を示すタイミングチャートである。図２において、最上段に示すタイミングチャートは、時間に対する母線電圧の関係図であり、縦軸は電圧、横軸が時間となる。また、図２の中上段から下段に示すタイミングチャートは、各モータ駆動装置における回生負荷率と時間との関係を示しており、縦軸が負荷率、横軸が時間である。モータ制御装置５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃの回生制御開始電圧をそれぞれ、Ｖｏｎ＿ａ，Ｖｏｎ＿ｂ，Ｖｏｎ＿ｃとする。ここでは、Ｖｏｎ＿ａ＜Ｖｏｎ＿ｂ＜Ｖｏｎ＿ｃ＜Ｖｍａｘと設定する。図中のＶｍａｘはシステムが許容できる最大母線電圧の値である。図中のＣ１，Ｃ２は、システムにおける運転１サイクルを表している。
【００２７】
まず、１回目の回生制御により母線電圧が上昇したとき、母線電圧がＶｏｎ＿ａの値を超えるため、モータ制御装置５０Ａは、回生制御を開始する（図２のＴ１）。回生制御の開始により、図２の中上段に示すように、モータ駆動装置５０Ａの回生負荷率Ｗ＿ａは上昇し、また、母線電圧は低下し始める。さらに、回生制御の継続により母線電圧が回生制御停止電圧Ｖｏｆｆまで低下し、モータ駆動装置５０Ａの回生制御が停止することで、回生負荷率Ｗ＿ａは低下し始める（図２のＴ２）。
【００２８】
次に、２回目の回生制御により母線電圧が上昇し、母線電圧が回生制御開始電圧Ｖｏｎ＿ａの値となる（図２のＴ３）。しかしながら、この時にモータ駆動装置５０Ａの回生負荷率Ｗ＿ａは回生可能負荷率Ｗｒｅ＿ａを下回っていないため、モータ駆動装置５０Ａは回生制御を開始しない。したがって、回生負荷率Ｗ＿ａはさらに低下し続ける。一方、母線電圧は回生制御開始電圧Ｖｏｎ＿ａを超えて上昇する。
【００２９】
母線電圧がＶｏｎ＿ａを超えて上昇した後、母線電圧が回生制御開始電圧Ｖｏｎ＿ｂを超える電圧に達するため、モータ駆動装置５０Ｂは回生制御を開始する（図２のＴ４）。モータ駆動装置５０Ｂの回生制御により、図２の中下段に示すように、モータ駆動装置５０Ｂの回生負荷率Ｗ＿ｂは上昇し、また、母線電圧は低下し始める。母線電圧が回生制御停止電圧Ｖｏｆｆまで低下し、モータ駆動装置５０Ｂの回生制御が停止することで、回生負荷率Ｗ＿ｂは低下し始める（図２のＴ５）。
【００３０】
さらに、３回目の回生制御により母線電圧が上昇し始める場合を考える。まず、母線電圧が回生制御開始電圧Ｖｏｎ＿ａの値となるが、モータ駆動装置５０Ａの回生負荷率Ｗ＿ａは回生可能負荷率Ｗｒｅ＿ａを下回っていないため、モータ駆動装置５０Ａは回生制御を開始しない。したがって、回生負荷率Ｗ＿ａはさらに低下し続ける。一方、母線電圧は回生制御開始電圧Ｖｏｎ＿ａを超えて上昇する（図２のＴ６）。
【００３１】
やがて、母線電圧は回生制御開始電圧Ｖｏｎ＿ｂの値となるが，モータ駆動装置５０Ｂの回生負荷率Ｗ＿Ｂは回生可能負荷率Ｗｒｅ＿ｂを上回っており、モータ駆動装置５０Ｂは回生制御を開始しない。したがって、回生負荷率Ｗ＿ｂはさらに低下し続ける。一方、母線電圧は回生制御開始電圧Ｖｏｎ＿ｂを超えて上昇する（図２のＴ７）。
【００３２】
母線電圧が回生制御開始電圧Ｖｏｎ＿ｂを超えて上昇した後、母線電圧はＶｏｎ＿ｃを超えるため、モータ駆動装置５０Ｃが回生制御を開始する（図２のＴ８）。回生制御の開始により、図２の下段に示すように、モータ駆動装置５０Ｃの回生負荷率Ｗ＿ｃは上昇し、また、母線電圧は低下し始める。母線電圧が回生制御停止電圧Ｖｏｆｆまで低下し、モータ駆動装置５０Ｃの回生制御が停止することで、回生負荷率Ｗ＿ｃは低下し始める（図２のＴ９）。
【００３３】
上記した一連の回生制御によってモータ運転の１サイクルの回生制御が完了する。モータ運転のサイクルが次のサイクルＣ２に移行したとき、モータ駆動装置５０Ａの回生負荷率は十分な時間が経過したことにより、回生可能負荷率Ｗｒｅ＿ａを下回る。したがって、以降は、上記で説明した回生制御が繰り返し行われる。すなわち、回生制御の有効又は無効が、モータ駆動装置ごとに個々に切り替えられて実行される。
【００３４】
図３は、上記した一連の回生制御を単体のモータ駆動装置に着目したときのフローチャートである。まず、ステップＳ１０１では、母線電圧が回生制御開始電圧に達したか否かが判定される。母線電圧が回生制御開始電圧に達していなければ（ステップＳ１０１，Ｎｏ）、ステップＳ１０１の処理を繰り返し、母線電圧が回生制御開始電圧に達していれば（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０２に移行する。ステップＳ１０２では、回生負荷率が回生可能負荷率を下回ったか否かが判定される。回生負荷率が回生可能負荷率以上であれば（ステップＳ１０２，Ｎｏ）、ステップＳ１０１に移行し、ステップＳ１０１及びステップＳ１０２の処理を繰り返す。一方、回生負荷率が回生可能負荷率を下回っていれば（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）、回生制御を開始する（ステップＳ１０３）。次のステップＳ１０４では、母線電圧が回生制御停止電圧に達したか否かが判定される。母線電圧が回生制御停止電圧に達していなければ（ステップＳ１０４，Ｎｏ）、ステップＳ１０３に移行し、ステップＳ１０３及びステップＳ１０４の処理を繰り返す。一方、母線電圧が回生制御停止電圧に達していれば（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、回生制御を停止して（ステップＳ１０５）、ステップＳ１０１からの処理を繰り返す。
【００３５】
なお、上記のステップＳ１０１の判定処理では、母線電圧と回生制御開始電圧とが等しい場合を“Ｙｅｓ”と判定しているが、“Ｎｏ”と判定してもよい。すなわち、母線電圧と回生制御開始電圧とが等しい場合を“Ｙｅｓ”又は“Ｎｏ”の何れで判定してもよい。
【００３６】
また、上記のステップＳ１０２の判定処理では、回生負荷率と回生可能負荷率とが等しい場合を“Ｎｏ”と判定しているが、“Ｙｅｓ”と判定してもよい。すなわち、回生負荷率と回生可能負荷率とが等しい場合を“Ｙｅｓ”又は“Ｎｏ”の何れで判定してもよい。
【００３７】
また、上記のステップＳ１０４の判定処理では、母線電圧と回生制御停止電圧とが等しい場合を“Ｙｅｓ”と判定しているが、“Ｎｏ”と判定してもよい。すなわち、母線電圧と回生制御停止電圧とが等しい場合を“Ｙｅｓ”又は“Ｎｏ”の何れで判定してもよい。
【００３８】
上述したように、本実施の形態に係るモータ駆動装置は、回生電力を消費する回生機能を有し、また、回生負荷率の値に応じて、自己の回生制御の有効及び無効を制御する機能を有している。各モータ駆動装置における回生機能は、各モータ駆動装置の指令に応じて回生機能の実施と停止を行うことができればよい。このため、個々のモータ駆動装置が上記図３に示すフローチャートの動作を実行することで、図２のタイミングチャートに示す動作が実現される。これにより、複数のモータ駆動装置間で回生制御の同期をとることなく、単一のモータ駆動装置の回生機能のみでは消費することができない大きな回生電力を消費することが可能となる。これにより、回生制御を実行するネットワーク管理のためのファームウェアの構築を必要としないＰＮ母線共通システムを得ることができ、また、回生能力を管理するためのマスタコントローラ、或いはマスタ機能をもつ高性能なモータ駆動装置を必要としないＰＮ母線共通システムを得ることができる。
【００３９】
図４は、システムの運転中に発生した１回の回生電力を複数のモータ駆動装置の回生機能で消費する場合のタイミングチャートである。図４において、最上段に示すタイミングチャートは、時間に対する母線電圧の関係図であり、縦軸は電圧、横軸が時間となる。また、図４の中上段から下段に示すタイミングチャートは、各モータ駆動装置における回生負荷率と時間との関係を示しており、縦軸が負荷率、横軸が時間である。モータ駆動装置５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃの回生制御開始電圧をそれぞれ、Ｖｏｎ＿ａ，Ｖｏｎ＿ｂ，Ｖｏｎ＿ｃとする。ここでは、Ｖｏｎ＿ａ＜Ｖｏｎ＿ｂ＜Ｖｏｎ＿ｃ＜Ｖｍａｘと設定する。図中のＶｍａｘはシステムが許容できる最大母線電圧の値である。図中のＷｍａｘ＿ａ，Ｗｍａｘ＿ｂ，Ｗｍａｘ＿ｃは、各モータ駆動装置の許容回生負荷率である。図中のＣ１，Ｃ２は、システムにおける運転１サイクルを表している。なお、許容回生負荷率は、一般的にモータ駆動装置の仕様で決まるが、任意の値を設定してもよい。
【００４０】
まず、システムの運転中に回生電力が発生し、母線電圧がモータ駆動装置５０Ａの回生制御開始電圧Ｖｏｎ＿ａに達したとする（図４のＴ１）。モータ駆動装置５０Ａは、回生負荷率が回生可能負荷率Ｗｒｅ＿ａよりも低いため、回生制御を開始するが、母線電圧が回生制御停止電圧Ｖｏｆｆに達する前に回生負荷率が許容最大負荷率Ｗｍａｘ＿ａに達するため、回生制御を停止する（図４のＴ２）。
【００４１】
モータ駆動装置５０Ａの回生制御が停止したことで、母線電圧は再び上昇し始め、回生制御開始電圧Ｖｏｎ＿ｂの電圧に達する（図４のＴ３）。このとき、モータ駆動装置５０Ｂは回生制御を開始するが、母線電圧が回生制御停止電圧Ｖｏｆｆに達する前に回生負荷率が許容最大負荷率Ｗｍａｘ＿ｂに達するため、回生制御を停止する（図４のＴ４）。
【００４２】
モータ駆動装置５０Ｂの回生制御が停止したことで、母線電圧は再び上昇し始め、回生制御開始電圧Ｖｏｎ＿ｃの電圧に達する（図４のＴ５）。このとき、モータ駆動装置５０Ｃが回生制御を開始し、回生負荷率が許容最大負荷率Ｗｍａｘ＿ｃに達する前に、母線電圧が回生制御停止電圧Ｖｏｆｆに達するため、回生制御を停止する（図４のＴ６）。なお、以降は、上記で説明した回生制御が繰り返し行われる。すなわち、回生制御の有効又は無効が、モータ駆動装置ごとに個々に切り替えられて実行される。
【００４３】
上記の説明では、各回生機能が一つずつ動作する場合を説明したが、同時に複数の回生電力消費回路５が動作するように、各回生制御部８における回生制御開始電圧及び回生可能負荷率の値を設定してもよい。なお、各モータ１０で発生する回生電力、及び各モータ１０が回生制御するタイミングは、各モータ１０の運転パターンから把握可能であると共に、各回生電力消費回路５における回生制御が再開可能となるタイミングも回生電力及び回生制御の開始タイミングから算出可能であるため、条件を満たすように各回生制御部８における回生制御開始電圧及び回生可能負荷率を設定することで、任意の回生制御に対応することができる。
【００４４】
図５は、上記した一連の回生制御を単体のモータ駆動装置に着目したときのフローチャートである。まず、ステップＳ２０１では、母線電圧が回生制御開始電圧に達したか否かが判定される。母線電圧が回生制御開始電圧に達していなければ（ステップＳ２０１，Ｎｏ）、ステップＳ２０１の処理を繰り返し、母線電圧が回生制御開始電圧に達していれば（ステップＳ２０１，Ｙｅｓ）、ステップＳ２０２に移行する。ステップＳ２０２では、回生負荷率が許容最大負荷率を超えていないかが判定される。回生負荷率が許容最大負荷率を超えていれば（ステップＳ２０２，Ｎｏ）、ステップＳ２０１に移行し、ステップＳ２０１及びステップＳ２０２の判定処理を繰り返す。一方、回生負荷率が許容最大負荷率を超えていなければ（ステップＳ２０２，Ｙｅｓ）、回生制御を開始する（ステップＳ２０３）。次のステップＳ２０４では、母線電圧が回生制御停止電圧に達したか否かが判定される。母線電圧が回生制御停止電圧に達していなければ（ステップＳ２０４，Ｎｏ）、ステップ２０２に移行し、ステップＳ２０２及びステップＳ２０３の処理を繰り返す。一方、母線電圧が回生制御停止電圧に達していれば（ステップＳ２０４，Ｙｅｓ）、回生制御を停止して（ステップＳ２０５）、ステップＳ２０１からの処理を繰り返す。
【００４５】
なお、上記のステップＳ２０１の判定処理では、母線電圧と回生制御開始電圧とが等しい場合を“Ｙｅｓ”と判定しているが、“Ｎｏ”と判定してもよい。すなわち、母線電圧と回生制御開始電圧とが等しい場合を“Ｙｅｓ”又は“Ｎｏ”の何れで判定してもよい。
【００４６】
また、上記のステップＳ２０２の判定処理では、回生負荷率と許容最大負荷率とが等しい場合を“Ｙｅｓ”と判定しているが、“Ｎｏ”と判定してもよい。すなわち、回生負荷率と許容最大負荷率とが等しい場合を“Ｙｅｓ”又は“Ｎｏ”の何れで判定してもよい。
【００４７】
また、上記のステップＳ２０４の判定処理では、母線電圧と回生制御停止電圧とが等しい場合を“Ｙｅｓ”と判定しているが、“Ｎｏ”と判定してもよい。すなわち、母線電圧と回生制御停止電圧とが等しい場合を“Ｙｅｓ”又は“Ｎｏ”の何れで判定してもよい。
【００４８】
上述したように、本実施の形態に係るモータ駆動装置は、回生電力を消費する回生機能を有し、また、回生負荷率の値に応じて、自己の回生制御の有効及び無効を制御する機能を有している。各モータ駆動装置における回生機能は、各モータ駆動装置の指令に応じて回生機能の実施と停止を行うことができればよい。このため、個々のモータ駆動装置が上記図５に示すフローチャートの動作を実行することで、図４のタイミングチャートに示す動作が実現される。これにより、複数のモータ駆動装置間で回生制御の同期をとることなく、単一のモータ駆動装置の回生機能のみでは消費することができない大きな回生電力を消費することが可能となる。これにより、回生制御を実行するネットワーク管理のためのファームウェアの構築を必要としないＰＮ母線共通システムを得ることができ、また、回生能力を管理するためのマスタコントローラ、或いはマスタ機能をもつ高性能なモータ駆動装置を必要としないＰＮ母線共通システムを得ることができる。
【００４９】
なお、本実施の形態では、ＰＮ母線共通システム内に配置されるモータ駆動装置の数、より正確に言えば回生機能を有するモータ駆動装置の数を３台で説明したが、回生機能を有するモータ駆動装置の数には制約がない。肝要な点は、ＰＮ母線共通システム内に配置された各モータのモータ出力の仕様と、各モータの運転パターンから算出される回生電力を消費可能な回生能力がシステム全体で得られるならばよく、モータの数と回生機能を有するモータ駆動装置の数とが一致していなくてもよい。
【００５０】
また、図２から図５の説明では、回生制御の開始と回生制御の停止を異なる判定値で判定したが、判定値を同一の値にしてもよい。つまり、母線電圧が回生制御開始電圧以上となったときに回生制御を開始し、ＰＮ母線電圧が回生制御開始電圧未満となったときに回生制御の停止を判定してもよい。
【００５１】
また、図２及び図４の説明では、回生制御の再開を回生可能負荷率で判定しているが、回生可能負荷率の代わりに、該当のモータ制御装置が回生制御を停止してからの経過時間に基づいて再開の判定を行ってもよい。すなわち、着目しているモータ制御装置において、母線電圧が回生制御開始電圧に達したとしても、十分な時間が経過していない場合には、当該モータ制御装置は回生制御を停止したままとし、一方、十分な時間が経過していれば、当該モータ制御装置は回生制御を再開するようにすればよい。
【００５２】
最後に、本実施の形態における回生制御部８の機能をソフトウェアで実現する際のハードウェア構成について、図６を参照して説明する。回生制御部８の機能をソフトウェアで実現する場合には、図６に示すように、演算を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ：中央処理装置）２００、ＣＰＵ２００によって読みとられるプログラムが保存されるメモリ２０２及び信号の入出力を行うインタフェース２０４を含む構成とすることができる。なお、ＣＰＵ２００は、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などと称されるものであってもよい。また、メモリ２０２とは、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ＥＰＲＯＭ）などの、不揮発性又は揮発性の半導体メモリなどが該当する。
【００５３】
具体的に、メモリ２０２には、各種の制御機能を実行するプログラム、並びに、モータ出力の仕様及び各モータ駆動装置における回生能力に関する情報が格納されている。ＣＰＵ２００は、インタフェース２０４を介して、必要な情報の授受を行うことにより、本実施の形態で説明された各種の演算処理及び制御処理を実行する。ここでいう各種の演算処理とは、許容回生電力、回生負荷率、回生制御開始電圧、回生制御停止電圧、回生可能負荷率及び許容最大負荷率の演算処理であり、各種の制御処理とは、許容回生電力、回生負荷率、回生制御開始電圧、回生制御停止電圧、回生可能負荷率及び許容最大負荷率の演算結果に基づく回生電力消費回路５のスイッチ５ｂを駆動するための駆動信号の生成処理、及び、当該駆動信号を駆動回路７に出力する際のタイミング処理である。ＣＰＵ２００による各種の演算処理の結果は、メモリ２０２に格納される。
【００５４】
また、図６に示すＣＰＵ２００及びメモリ２０２は、図７のように処理回路２０３に置き換えてもよい。処理回路２０３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。
【００５５】
なお、本実施の形態では、回生制御部８をモータ駆動装置５０の内部に構築する例で説明したが、回生制御部８をモータ駆動装置５０の外部に回生制御装置として構築してもよい。その際、制御に必要な情報は、インタフェース２０４を介してモータ駆動装置５０及び他の構成部から受領すればよい。
【００５６】
また、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１  交流電源、２  コンバータ回路、３  ダイオードスタック、４  主回路コンデンサ、５  回生電力消費回路、５ａ  回生抵抗器、５ｂ  スイッチ、６  インバータ回路、７  駆動回路、８  回生制御部、９  ＰＮ母線、９ａ  Ｐ母線、９ｂ  Ｑ母線、１０（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ）  モータ、５０（５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ）  モータ駆動装置、１００  ＰＮ母線共通システム、２００  ＣＰＵ、２０２  メモリ、２０３  処理回路、２０４  インタフェース。
【図１】
2017183200.tif 000003
【図２】
2017183200.tif 000004
【図３】
2017183200.tif 000005
【図４】
2017183200.tif 000006
【図５】
2017183200.tif 000007
【図６】
2017183200.tif 000008
【図７】
2017183200.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成28年10月25日(2016.10.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通のＰＮ母線からの電力が供給される複数のモータに対し、複数の前記モータのそれぞれに対応して設けられた複数のモータ駆動装置を有し、複数の前記モータ駆動装置のそれぞれが対応する前記モータを個別に駆動するＰＮ母線共通システムであって、
それぞれの前記モータ駆動装置は、
回生制御開始電圧に基づいて回生制御を実行し、回生制御停止電圧に基づいて回生制御を停止する制御を行うと共に、
回生負荷率を個々に算出し、算出した回生負荷率と、回生制御の再開を判別するための判定値である回生可能負荷率とを比較することで、回生制御の有効又は無効を制御する
ことを特徴とするＰＮ母線共通システム。
【請求項２】
共通のＰＮ母線からの電力が供給される複数のモータに対し、複数の前記モータのそれぞれに対応して設けられた複数のモータ駆動装置を有し、複数の前記モータ駆動装置のそれぞれが対応する前記モータを個別に駆動するＰＮ母線共通システムであって、
それぞれの前記モータ駆動装置は、
回生制御開始電圧に基づいて回生制御を実行し、回生制御停止電圧に基づいて回生制御を停止する制御を行うと共に、
回生負荷率を個々に算出し、算出した回生負荷率と、当該回生負荷率が許容される回生能力に達したか否かを判定するための判定値である許容最大負荷率とを比較することで、回生制御の有効又は無効を制御する
ことを特徴とするＰＮ母線共通システム。
【請求項３】
前記回生制御開始電圧は、それぞれの前記モータ駆動装置に個別に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＰＮ母線共通システム。
【請求項４】
前記回生制御停止電圧は、それぞれの前記モータ駆動装置に個別に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＰＮ母線共通システム。
【請求項５】
共通のＰＮ母線からの電力が供給される複数のモータのそれぞれに対応して設けられたモータ駆動装置のそれぞれが対応する前記モータを個別に駆動するＰＮ母線共通システムに適用され、前記ＰＮ母線の電圧上昇を抑制する制御を行う回生制御装置であって、
回生制御開始電圧に基づいて回生制御を実行し、回生制御停止電圧に基づいて回生制御を停止する制御を行うと共に、
回生負荷率を個々に算出し、算出した回生負荷率と、回生制御の再開を判別するための判定値である回生可能負荷率とを比較することで、回生制御の有効又は無効を制御する
ことを特徴とする回生制御装置。
【請求項６】
共通のＰＮ母線からの電力が供給される複数のモータのそれぞれに対応して設けられたモータ駆動装置のそれぞれが対応する前記モータを個別に駆動するＰＮ母線共通システムに適用され、前記ＰＮ母線の電圧上昇を抑制する制御を行う回生制御装置であって、
回生制御開始電圧に基づいて回生制御を実行し、回生制御停止電圧に基づいて回生制御を停止する制御を行うと共に、
回生負荷率を個々に算出し、算出した回生負荷率と、当該回生負荷率が許容される回生能力に達したか否かを判定するための判定値である許容最大負荷率とを比較することで、回生制御の有効又は無効を制御する
ことを特徴とする回生制御装置。
【請求項７】
共通のＰＮ母線からの電力が供給される複数のモータのそれぞれに対応して設けられた複数のモータ駆動装置のそれぞれが対応する前記モータを個別に駆動するＰＮ母線共通システムに適用され、前記ＰＮ母線の電圧上昇を抑制する制御を行う回生制御方法であって、
前記ＰＮ母線に生じた母線電圧が回生制御開始電圧に達したか否かを判定する第１ステップと、
前記第１ステップによって前記母線電圧が前記回生制御開始電圧に達した場合に、回生負荷率が、回生制御の再開を判別するための判定値である回生可能負荷率を下回ったか否かを判定する第２ステップと、
前記第２ステップによって前記回生負荷率が前記回生可能負荷率を下回った場合に、回生制御を開始する第３ステップと、
前記第３ステップによって回生制御が開始された際に、前記母線電圧が回生制御停止電圧に達したか否かを判定する第４ステップと、
前記第４ステップによって前記母線電圧が前記回生制御停止電圧に達した場合に、回生制御を停止する第５ステップと、
を含むことを特徴とする回生制御方法。
【請求項８】
共通のＰＮ母線からの電力が供給される複数のモータのそれぞれに対応して設けられた複数のモータ駆動装置のそれぞれが対応する前記モータを個別に駆動するＰＮ母線共通システムに適用され、前記ＰＮ母線の電圧上昇を抑制する制御を行う回生制御方法であって、
前記ＰＮ母線に生じた母線電圧が回生制御開始電圧に達したか否かを判定する第１ステップと、
前記第１ステップによって前記母線電圧が前記回生制御開始電圧に達した場合に、回生負荷率が、当該回生負荷率が許容される回生能力に達したか否かを判定するための判定値である許容最大負荷率を下回ったか否かを判定する第２ステップと、
前記第２ステップによって前記回生負荷率が前記許容最大負荷率を下回った場合に、回生制御を開始する第３ステップと、
前記第３ステップによって回生制御が開始された際に、前記母線電圧が回生制御停止電圧に達したか否かを判定する第４ステップと、
前記第４ステップによって前記母線電圧が前記回生制御停止電圧に達した場合に、回生制御を停止する第５ステップと、
を含むことを特徴とする回生制御方法。
【国際調査報告】
2017183200.tif 000010
2017183200.tif 000011