(57)【要約】交流電源（３）から供給される交流電力を受電してモータ（６）を駆動するモータ駆動装置（５０）は、交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路（１２）、コンバータ回路（１２）から供給される直流電力を交流電力に変換してモータを駆動するインバータ回路（２４）、及びコンバータ回路（１２）の交流側に流れる入力電流を検出する電流検出器（１６）を備える。モータ駆動装置（５０）は、電流検出器（１６）の検出値に基づいて入力電流、又はコンバータ回路（１２）に供給される入力電力を上限値に抑制する制御部（１０）をコンバータ装置（１）に備え、コンバータ回路（１２）とインバータ回路（２４）をつなぐ直流母線（７）の電圧である母線電圧を検出し、母線電圧の検出値が設定された下限値に達するとインバータ回路（２４）の出力電力を制限する制御部（２０）をインバータ装置（２）に備える。
2019163729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源から供給される交流電力を受電してモータを駆動するモータ駆動装置であって、
前記交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、
前記コンバータ回路から供給される直流電力を交流電力に変換して前記モータへ供給することにより前記モータを駆動するインバータ回路と、
前記コンバータ回路の交流側に流れる入力電流、又は前記コンバータ回路に供給される入力電力が上限値を超えないように制御するコンバータ制御部と、
前記コンバータ回路と前記インバータ回路をつなぐ直流母線の電圧である母線電圧を検出し、前記母線電圧の検出値が設定された下限値に達すると前記インバータ回路の出力電力を制限するインバータ制御部と、
を備えたことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
前記コンバータ制御部は、前記入力電流が前記上限値を超えないように前記コンバータ回路のスイッチング素子をパルス幅変調制御し、
前記インバータ制御部は、前記母線電圧が前記下限値を下回らないように前記インバータ回路のスイッチング素子をパルス幅変調制御することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記インバータ制御部は、前記モータへの出力電力制限値を連続的に変化させることを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記コンバータ制御部は、前記母線電圧を制御するための電圧指令値を、電流制御をする上で必要な最低電圧値よりも高い値に設定することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記モータのエネルギーを回生制御する場合、前記インバータ制御部は、前記母線電圧が設定された上限値に達すると、前記インバータ回路の回生出力電力を制限することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
前記インバータ回路と前記インバータ制御部とを有するインバータ装置を複数備え、複数の前記インバータ装置は、前記直流母線に互いに並列に接続されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項７】
複数の前記インバータ装置のうちの特定の前記インバータ装置において、前記インバータ制御部が、前記インバータ回路の出力電力を制限することを特徴とする請求項６に記載のモータ駆動装置。
【請求項８】
前記母線電圧が、予め定められた設定値まで低下した場合には、複数の前記インバータ装置のうちの一部の前記インバータ装置が回生状態に制御されることを特徴とする請求項６に記載のモータ駆動装置。
【請求項９】
複数の前記インバータ装置は、モータ動作指令を生成し出力する上位制御装置に通信経路を介して接続され、当該上位制御装置から出力されたモータ動作指令に基づいて、それぞれに接続されたモータを駆動することを特徴とする請求項６から８の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項１０】
複数の前記インバータ装置は、それぞれ、前記上位制御装置に接続されることを特徴とする請求項９に記載のモータ駆動装置。
【請求項１１】
複数の前記インバータ装置は、直列に、前記上位制御装置に接続されることを特徴とする請求項９に記載のモータ駆動装置。
【請求項１２】
複数の前記インバータ装置のうち少なくとも１つは、前記母線電圧の検出値が設定された下限値に達したか否かを判定し、その判定結果を前記上位制御装置に通知することを特徴とする請求項９から１１の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載のモータ駆動装置と、モータ動作指令を生成し出力する上位制御装置とを含むモータ駆動システムであって、
前記上位制御装置は、複数の前記インバータ装置のうち少なくとも１つから通知された前記判定結果が、前記母線電圧の検出値が設定された下限値に達した旨を示すとき、モータの出力総和を低減させる前記モータ動作指令を出力することを特徴とする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、交流電源から供給される交流電力を受電して負荷であるモータを駆動するモータ駆動装置、及びモータ駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ駆動装置において、モータを駆動するインバータ装置の前段に配置されるコンバータ装置及び周辺機器は、モータ駆動装置を含むモータ駆動システムの最大負荷を考慮して、それらの容量が選定されている。【０００３】
ところが、実際の運転環境において、モータ駆動システムの負荷が最大負荷となるのは、ある特定の僅かな運転期間のみである。従って、モータ駆動システムにおいて、最大負荷を考慮して周辺機器を選定することは、システムの規模が大型化し、システム構築のコストが上昇する要因となっていた。【０００４】
上記課題に対し、下記特許文献１には、以下の技術が開示されている。
（１）交流電源からコンバータ装置に供給される入力電流又は入力電力が所定の範囲外となった場合、その旨の情報を、通信手段によって後段のインバータ装置に伝える。
（２）入力電流又は入力電力が所定の範囲外である旨の情報を受信したインバータ装置は、モータを駆動する際のトルク又は回転速度を制限し、インバータ装置からモータに供給される交流電力を小さくする。これにより、コンバータ装置の交流側に許容値を超えた過大な入力電流が流れることが防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１５３６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、特許文献１の技術では、コンバータ装置とインバータ装置との双方が通信手段を備える必要がある。従って、特許文献１の技術を採用した場合には、専用の通信手段が必要とされると共に、通信手段を成す、通信回路及び通信線を敷設するための工数が必要とされる。このため、システム構築の期間が長くなり、システム構築のコストが上昇するという課題が生ずる。【０００７】
また、専用の通信手段を有する構成の場合、通信の際のノイズの影響、及び通信線を介して回り込むノイズ電流によって機器の誤動作を引き起こすといった懸念も生ずる。【０００８】
さらに、通信手段を有するシステムの場合、コンバータ装置の検知情報がインバータ装置に送信される際の遅延時間が問題となることがある。例えば、コンバータ装置とインバータ装置との間の通信において、きめ細かい制御を行うためにアナログ値を送信する場合には、ノイズ対策のために冗長ビットを追加することがよく行われる。このようなシステムの場合、送信される情報量が多くなり、遅延時間の影響が顕著に現れる。このため、モータに対するトルク制限又は回転速度制限の制御が遅延し、コンバータ装置の入力側すなわち交流側に、想定以上の入力電流又は入力電力が発生し、機器を破損させるおそれがある。【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コンバータ装置とインバータ装置とに通信手段を設けることなく、コンバータ装置の交流側に想定以上の入力電流又は入力電力が発生するのを抑止することができるモータ駆動装置、及びモータ駆動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】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、交流電源から供給される交流電力を受電してモータを駆動するモータ駆動装置である。モータ駆動装置は、交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路、及びコンバータ回路から供給される直流電力を交流電力に変換してモータへ供給することによりモータを駆動するインバータ回路を備える。また、モータ駆動装置は、コンバータ回路の交流側に流れる入力電流、又はコンバータ回路に供給される入力電力が上限値を超えないように制御するコンバータ制御部を備える。また、モータ駆動装置は、コンバータ回路とインバータ回路をつなぐ直流母線の電圧である母線電圧を検出し、母線電圧の検出値が設定された下限値に達するとインバータ回路の出力電力を制限するインバータ制御部を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、コンバータ装置とインバータ装置とに通信手段を設けることなく、コンバータ装置の交流側に想定以上の入力電流又は入力電力が発生するのを抑止できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係るモータ駆動装置を含むモータ駆動システムの構成図
【図２】実施の形態１に係るモータ駆動装置の動作説明に供する図
【図３】実施の形態１のコンバータ装置における動作フローを示すフローチャート
【図４】実施の形態１のインバータ装置における動作フローを示すフローチャート
【図５】実施の形態１におけるコンバータ制御部及びインバータ制御部の各演算部の機能をソフトウェアで実現するハードウェア構成の一例を示すブロック図
【図６】実施の形態１におけるコンバータ制御部及びインバータ制御部の各演算部の機能をソフトウェアで実現するハードウェア構成の他の例を示すブロック図
【図７】実施の形態１の変形例に係るモータ駆動システムの構成図
【図８】実施の形態２に係るモータ駆動装置の動作説明に供する図
【図９】実施の形態３に係るモータ駆動装置を含むモータ駆動システムの構成図
【図１０】実施の形態３に係るモータ駆動装置の動作説明に供する図
【図１１】実施の形態４に係るモータ駆動装置の動作説明に供する図
【図１２】実施の形態５に係るモータ駆動システムを示す構成図
【図１３】実施の形態５のインバータ装置における動作フローを示すフローチャート
【図１４】実施の形態５のインバータ装置における動作フローを示すフローチャート
【図１５】実施の形態５の上位制御装置における動作フローを示すフローチャート
【図１６】実施の形態６に係るモータ駆動システムを示す構成図
【図１７】実施の形態６のインバータ装置における動作フローを示すフローチャート
【図１８】実施の形態６のインバータ装置における動作フローを示すフローチャート
【図１９】実施の形態６の上位制御装置における動作フローを示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置につ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。また、以下の説明において、モータは三相モータを例示するが、三相モータ以外のモータを使用してもよい。また、電源は三相交流を例示するが、三相以外の交流電源を使用してもよい。また、図面に記載の半導体素子は一例であり、他の記号の半導体スイッチ素子を使用してもよい。また、以下の説明では、物理的な接続と電気的な接続とを区別せずに、単に「接続」と称する。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るモータ駆動装置５０を含むモータ駆動システム１００の構成図である。図１に示すように、実施の形態１に係るモータ駆動システム１００は、配線用遮断器４と、リアクトル５と、モータ駆動装置５０と、モータ６とを有する。また、モータ駆動装置５０は、交流電源３から交流電力が供給されるコンバータ装置１と、コンバータ装置１から直流電力が供給されるインバータ装置２とを有する。図１では、コンバータ装置１の一例として、交流側の電流を制御可能な三相パルス幅変調（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：以下「ＰＷＭ」と表記）コンバータを示している。
【００１５】
なお、本実施の形態では、コンバータ装置１の一例としてＰＷＭコンバータを用いた場合を説明するが、交流側の電流を制御可能なコンバータであれば、ＰＷＭコンバータに限定する必要はない。
【００１６】
図１において、交流電源３は、コンバータ装置１に交流電力を供給する電力供給源である。交流電源３とコンバータ装置１との間には、配線用遮断器４及びリアクトル５が配置されている。リアクトル５は、電気エネルギーを一時的に蓄積する回路要素を含む装置である。配線用遮断器４は、交流電源３とコンバータ装置１とを接続する電気配線に配され、交流電源３とコンバータ装置１との間に流れる電流を遮断可能な装置である。配線用遮断器４の一例は、ＭＣＣＢ（Ｍｏｌｄｅｄ Ｃａｓｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｒｅａｋｅｒ）である。モータ６は、モータ駆動装置５０の駆動対象である。図示しない負荷が工作機械である場合、モータ６は、サーボモータ及びスピンドルモータである。
【００１７】
なお、本実施の形態では周辺機器として配線用遮断器４とリアクトル５を示したが、配線用遮断器４は備えなくてもよいし、これら以外の周辺機器を備えていてもよい。
【００１８】
コンバータ装置１は、制御部１０と、コンバータ回路１２と、平滑コンデンサ１４とを有する。コンバータ回路１２とリアクトル５との間には、電流検出器１６が配置されている。
【００１９】
図１では、電流検出器１６は一相のみに設けられているが、全三相に設けられていてもよい。三相の電流を検出することによって、電流検出値にアンバランスが生じた場合に平均値を用いることが可能なため、電圧不平衝時にロバスト性が高いというメリットが得られる。
【００２０】
コンバータ回路１２は、トランジスタ素子とダイオードとが逆並列に接続されたスイッチング素子１２ａを複数用いて構成される。なお、コンバータ回路１２におけるスイッチング素子１２ａの配置及び接続は公知であり、ここでの説明は割愛する。
【００２１】
インバータ装置２は、制御部２０と、平滑コンデンサ２２と、インバータ回路２４とを有する。
【００２２】
インバータ回路２４は、トランジスタ素子とダイオードとが逆並列に接続されたスイッチング素子２４ａを複数用いて構成される。なお、インバータ回路２４におけるスイッチング素子２４ａの配置及び接続は公知であり、ここでの説明は割愛する。
【００２３】
コンバータ回路１２とインバータ回路２４は、直流母線７を用いて接続される。直流母線７は、コンバータ回路１２とインバータ回路２４とをつなぐ電気配線である。直流母線７は、高電位側導体７Ｐと、低電位側導体７Ｎとを有する。コンバータ回路１２において、直流母線７に接続される側が直流側であり、交流電源３に接続される側が交流側である。また、インバータ回路２４において、直流母線７に接続される側が直流側であり、モータ６に接続される側が交流側である。
【００２４】
コンバータ回路１２は、交流電源３から供給される交流電力を、配線用遮断器４及びリアクトル５を介して受電する。コンバータ回路１２は、受電した交流電力を直流電力に変換してインバータ回路２４に供給する。インバータ回路２４は、コンバータ回路１２から供給される直流電力を任意の大きさ及び任意の周波数の交流電力に変換してモータ６に供給することでモータ６を駆動する。
【００２５】
平滑コンデンサ１４は、コンバータ回路１２の後段において、コンバータ回路１２の両端に並列に接続される。平滑コンデンサ１４の一端は直流母線７の高電位側導体７Ｐに接続され、平滑コンデンサ１４の他端は直流母線７の低電位側導体７Ｎに接続される。コンバータ回路１２によって変換された直流電力は、平滑コンデンサ１４に蓄電される。
【００２６】
平滑コンデンサ２２は、インバータ回路２４の前段において、インバータ回路２４の両端に並列に接続される。平滑コンデンサ２２の一端は直流母線７の高電位側導体７Ｐに接続され、平滑コンデンサ２２の他端は直流母線７の低電位側導体７Ｎに接続される。
【００２７】
上記のように、平滑コンデンサ１４及び平滑コンデンサ２２は、共に直流母線７の高電位側導体７Ｐと、直流母線７の低電位側導体７Ｎとの間に接続されている。このため、平滑コンデンサ１４の一端と平滑コンデンサ２２の一端とは同電位であり、平滑コンデンサ１４の他端と平滑コンデンサ２２の他端とは同電位である。つまり、平滑コンデンサ１４と平滑コンデンサ２２は互いに並列に接続される。また、コンバータ回路１２によって変換された直流電力は、平滑コンデンサ２２にも蓄電される。なお、本実施の形態では平滑コンデンサ１４、２２を備えた構成を説明するが、少なくともいずれか一方を備えていればよい。
【００２８】
次に、制御部１０の機能について説明する。制御部１０は、入力電流判定部１０ａと、コンバータ制御演算部１０ｂと、駆動部１０ｃとを有する。電流検出器１６は、リアクトル５とコンバータ回路１２との間に流れる電流である入力電流Ｉを検出する。電流検出器１６の検出値Ｉａは、入力電流判定部１０ａ及びコンバータ制御演算部１０ｂに入力される。
【００２９】
入力電流判定部１０ａは、電流検出器１６の検出値Ｉａが電流上限値を超えていないかを判定する。入力電流判定部１０ａは、この判定結果である信号をコンバータ制御演算部１０ｂへ送信する。
【００３０】
コンバータ制御演算部１０ｂは、コンバータ回路１２をＰＷＭ制御するためのＰＷＭ信号を生成する。コンバータ制御演算部１０ｂは、ＰＷＭ信号を生成する際に、入力電流Ｉが電流上限値を超えないように、ＰＷＭ信号のパルス幅を調整する。すなわち、コンバータ制御演算部１０ｂは、従来のコンバータ制御で用いる信号に加えて、入力電流判定部１０ａから送られてきた信号を用いて、入力電流Ｉが上限値を超えないように制御する。
【００３１】
上述のように、入力電流Ｉは、入力電流判定部１０ａ及びコンバータ制御演算部１０ｂの機能によって、電流上限値を超えないように制御される。電流上限値は、制御部１０の内部に設定される。電流上限値は、外部から動的に入力されるものであってもよい。
【００３２】
また、電流上限値に代えて、電力上限値を用いてもよい。電力上限値は、内部で保持されるものであってもよく、又は外部から入力されるものであってもよい。なお、一般的に、モータ駆動システム１００を動作させるときの交流電源３の出力電圧は、予め決められている。このため、コンバータ装置１に供給される入力電力は、電流検出器１６の検出値Ｉａに基づいて算出可能である。また、精度のよい制御を行うため、交流電源３の出力電圧、又はコンバータ装置１の入力電圧を検出する電圧検出部を設けてもよい。この構成の場合、コンバータ装置１への入力電力は、電圧検出部の検出値と、電流検出器１６の検出値Ｉａとに基づいて、動的に求められる。
【００３３】
駆動部１０ｃは、コンバータ制御演算部１０ｂで生成されるＰＷＭ信号を用いて、コンバータ回路１２のスイッチング素子１２ａを駆動するための駆動信号を生成する。コンバータ回路１２のスイッチング素子１２ａがＰＷＭ信号によってＰＷＭ制御されることにより、入力電流Ｉの大きさが調整される。
【００３４】
次に、制御部２０の機能について説明する。制御部２０は、母線電圧判定部２０ａと、インバータ制御演算部２０ｂと、駆動部２０ｃとを有する。
【００３５】
母線電圧判定部２０ａは、直流母線７の電圧である母線電圧Ｖを所定値と比較する。母線電圧Ｖは、コンバータ装置１の出力電圧であり、インバータ装置２の入力電圧である。また、図１の回路構成の場合、母線電圧Ｖは、平滑コンデンサ１４及び平滑コンデンサ２２の各電圧に等しい。母線電圧判定部２０ａの判定結果は、インバータ制御演算部２０ｂに入力される。
【００３６】
インバータ制御演算部２０ｂは、インバータ回路２４をＰＷＭ制御するためのＰＷＭ信号を生成する。インバータ制御演算部２０ｂは、ＰＷＭ信号を生成する際に、モータ６の出力トルクがトルク指令に一致するように、ＰＷＭ信号のパルス幅を調整する。或いは、インバータ制御演算部２０ｂは、ＰＷＭ信号を生成する際に、モータ６の回転速度が回転速度指令に一致するように、ＰＷＭ信号のパルス幅を調整する。
【００３７】
上記の機能に加え、実施の形態１のインバータ制御演算部２０ｂには、母線電圧Ｖの判定結果に基づいて、モータ６への出力電力を制御する機能が付加される。具体的に、母線電圧判定部２０ａの内部には、母線電圧Ｖの下限値が設定される。下限値は、外部から動的に入力されるものであってもよい。母線電圧判定部２０ａは、母線電圧Ｖと予め定められた下限値とに基づいて、母線電圧Ｖの低下を検出する。母線電圧判定部２０ａによって、母線電圧が予め定められた下限値に到達したと判定された場合、インバータ制御演算部２０ｂは、モータ６への出力電力を制限する。このとき、インバータ制御演算部２０ｂは、インバータ回路２４の出力電力を制限する制限部として動作する。出力電力の制限は、トルク指令又は回転速度指令を下げる方向に制御することで行うことができる。インバータ制御演算部２０ｂは、ＰＷＭ信号を生成する際に、母線電圧Ｖが下限値を下回らないように、ＰＷＭ信号のパルス幅を調整する。
【００３８】
駆動部２０ｃは、インバータ制御演算部２０ｂで生成されたＰＷＭ信号を用いて、インバータ回路２４のスイッチング素子２４ａを駆動するための駆動信号を生成する。インバータ回路２４のスイッチング素子２４ａがＰＷＭ制御されることにより、出力電力の大きさが調整される。なお、インバータ回路２４の出力電力がインバータ装置２の出力電力としてモータ６へ出力される。
【００３９】
なお、コンバータ装置１の制御部１０と、インバータ装置２の制御部２０とを符号無しで示す場合には、制御部１０を「コンバータ制御部」と呼び、制御部２０を「インバータ制御部」と呼ぶ。
【００４０】
次に、実施の形態１に係るモータ駆動装置５０の動作について、図１及び図２の図面を参照して説明する。図２は、実施の形態１に係るモータ駆動装置５０の動作説明に供する図である。
【００４１】
図２の上段部には、入力電流Ｉの時間変化波形が示されている。図２の中段部には、母線電圧Ｖの時間変化波形が示されている。図２の下段部には、インバータ装置２の出力電力の時間変化波形が示されている。
【００４２】
前述したように、実施の形態１に係るコンバータ装置１では、入力電流Ｉが電流上限値を超えないように制御される。図２において、時刻ｔ１は、この制御が開始される時刻である。時刻ｔ１において、入力電流Ｉは、波形で見ると、図示のように山側の振幅がＡ１に抑えられ、谷側の振幅がＡ２に抑えられている。波形が正負対称であれば、Ａ２＝−Ａ１である。
【００４３】
入力電流Ｉに制限がかけられると、図示のように母線電圧Ｖは、時刻ｔ１の値Ｋ１から低下して行く。母線電圧Ｖが低下する一方で、インバータ装置２の出力電力は上昇する。母線電圧Ｖが低下するのは、入力電流Ｉに制限がかけられているにも関わらず、インバータ装置２の出力電力が増加して行くからである。インバータ装置２の出力電力は、モータ６によって消費される電力と等価である。すなわち、モータ６の消費電力が、コンバータ装置１からの供給電力を上回るため、母線電圧Ｖは低下して行く。
【００４４】
母線電圧Ｖの値がＫ２に達する時刻ｔ２において、インバータ装置２の出力電力に制限がかけられる。前述の通り、インバータ装置２の出力電力の制限は、トルク指令又は回転速度指令を下げる方向に制御することで行うことができる。図２の例では、時刻ｔ２においてインバータ装置２の出力電力がＰ１に達し、出力電力の制限によって、インバータ装置２の出力電力がＰ２に低下させられる様子が示されている。この制御によって、母線電圧Ｖの低下が下げ止まる。従って、システムに必要な必要最低限の母線電圧を維持できるため、母線電圧Ｖの低下によってシステムが停止することはなく、システムの動作は継続される。
【００４５】
なお、図２では、母線電圧Ｖが下限値Ｋ２に達したときをトリガとしてステップ的にトルク指令又は回転速度指令を切り替えて行く例を示しているが、この例に限定されない。インバータ制御演算部２０ｂにＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御系を構成し、母線電圧Ｖの検出値Ｖｄと下限値Ｋ２との差分値に応じて、連続的にトルク指令又は回転速度指令を変更してもよい。なお、ステップ的に実施すると比較的簡単にシステムが構成できる。また、連続的に実施するとトルク変化、又は回転数変化を滑らかにできる。
【００４６】
図３は、実施の形態１のコンバータ装置１における動作フローを示すフローチャートである。図４は、実施の形態１のインバータ装置２における動作フローを示すフローチャートである。
【００４７】
まず、図３において、入力電流判定部１０ａは、電流検出器１６が検出した入力電流Ｉの検出値Ｉａを受け取り（ステップＳ１０１）、検出値Ｉａと閾値Ｉｓとを比較する（ステップＳ１０２）。この閾値Ｉｓは、図２で示したＡ１もしくはＡ２の値、すなわち入力電流Ｉにおける電流上限値に対応する。
【００４８】
検出値Ｉａが閾値Ｉｓ以上である場合（ステップＳ１０３、Ｙｅｓ）、入力電流判定部１０ａは、入力電流制限信号をコンバータ制御演算部１０ｂに対して送信し、コンバータ制御演算部１０ｂは、入力電流制限信号を用いて入力電流を制限する（ステップＳ１０４）。この際、入力電流判定部１０ａは、入力電流制限信号に基づき、入力電流を制限するようにＰＷＭ信号を生成する。ステップＳ１０４の処理の終了後、ステップＳ１０１に戻り、上述した処理を繰り返す。
【００４９】
一方、検出値Ｉａが閾値Ｉｓ未満である場合（ステップＳ１０３、Ｎｏ）、コンバータ制御演算部１０ｂは、ステップＳ１０４の処理をスキップしてＰＷＭ信号を生成し、ステップＳ１０１に戻る。以降、上述した処理を繰り返す。
【００５０】
なお、上記のステップＳ１０３の判定処理では、検出値Ｉａと閾値Ｉｓとが等しい場合を“Ｙｅｓ”と判定してステップＳ１０４に移行しているが、“Ｎｏ”と判定してステップＳ１０１に戻ってもよい。すなわち、検出値Ｉａと閾値Ｉｓとが等しい場合を“Ｙｅｓ”又は“Ｎｏ”の何れで判定してもよい。
【００５１】
また、図４において、母線電圧判定部２０ａは、母線電圧Ｖの検出値Ｖｄを受け取る（ステップＳ２０１）。なお、母線電圧判定部２０ａが母線電圧を検出してもよい。母線電圧判定部２０ａは、検出値Ｖｄと閾値Ｖｓとを比較する（ステップＳ２０２）。この閾値Ｖｓは、図２で示した母線電圧Ｖの下限値Ｋ２に対応する。
【００５２】
母線電圧判定部２０ａは、検出値Ｖｄが閾値Ｖｓ未満であったか否かの判定結果を出力信号としてインバータ制御演算部２０ｂに送信する。検出値Ｖｄが閾値Ｖｓ未満である場合（ステップＳ２０３、Ｙｅｓ）、インバータ制御演算部２０ｂにトルク指令又はまたは回転数を制限する出力電力制限信号を出力する。インバータ制御演算部２０ｂは、母線電圧判定部２０ａの判定結果を受けて、上述したインバータ装置２の出力電力に制限をかける処理を行う（ステップＳ２０４）。具体的には、出力電力を制限するようにＰＷＭ信号を生成する。ステップＳ２０４の処理の終了後、ステップＳ２０１に戻り、上述した処理を繰り返す。
【００５３】
一方、検出値Ｖｄが閾値Ｖｓ以上である場合（ステップＳ２０３、Ｎｏ）、インバータ制御演算部２０ｂは、ステップＳ２０４の処理をスキップして、ステップＳ２０１に戻る。以降、上述した処理を繰り返す。
【００５４】
なお、上記のステップＳ２０３の判定処理では、検出値Ｖｄと閾値Ｖｓとが等しい場合を“Ｎｏ”と判定してステップＳ２０４に移行しているが、“Ｙｅｓ”と判定してステップＳ２０１に戻ってもよい。すなわち、検出値Ｖｄと閾値Ｖｓとが等しい場合を“Ｙｅｓ”又は“Ｎｏ”の何れで判定してもよい。
【００５５】
以上のように、実施の形態１におけるコンバータ装置１は、入力電流Ｉの検出値Ｉａに基づいて入力電流Ｉ又は入力電力が上限値を超えないように制御する機能を有する。また、実施の形態１におけるインバータ装置２は、入力電流Ｉ又は入力電力の制限による母線電圧Ｖの低下を検出して、モータ６への出力電力を制限する機能を有する。従って、実施の形態１に係るモータ駆動装置５０では、システムの動作を継続しながら、入力電流Ｉ又は入力電力を設定した制限値以下に抑制すること、すなわち入力電流又は入力電力のピークカットが可能となる。
【００５６】
これにより、コンバータ装置１とインバータ装置２とに通信手段を設けることなく、コンバータ装置１の交流側に想定以上の入力電流Ｉ又は入力電力が発生するのを抑止することができる。その結果、モータ駆動システム１００の負荷が、背景技術の項で説明した最大負荷となること、すなわち従来の様にある特定の僅かな運転期間のみに負荷が過大となるのを回避することができる。これにより、インバータ装置２、並びにインバータ装置２の前段に配置されるコンバータ装置１、及び配線用遮断器４、リアクトル５といった周辺機器は、従来の様にモータ駆動システム１００の最大負荷を考慮して選定する必要がなくなる。また、通信回路及び通信線を敷設する必要もないので、システム規模の大型化、システム構築のコスト上昇を抑制することが可能となる。更に、通信手段を用いることがないので、ノイズによる誤動作及び通信エラーの懸念がなくなる。また、通信による遅延がないため、制御の高速性が得られる。
【００５７】
なお、従来、コンバータ制御及びインバータ制御を行う場合、保護又は制御精度を高めるため、入力電流及び母線電圧の検出信号を用いた制御を行うことが一般的である。本実施に係るモータ駆動装置によれば、既に使用されている検出信号を用いることによって、上記の効果を得ることが可能となる。
【００５８】
次に、実施の形態１におけるコンバータ制御演算部１０ｂ及びインバータ制御演算部２０ｂの機能をソフトウェアで実現するためのハードウェア構成について、図５及び図６の図面を参照して説明する。図５は、実施の形態１におけるコンバータ制御演算部１０ｂ及びインバータ制御演算部２０ｂの機能をソフトウェアで実現するハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図６は、実施の形態１におけるコンバータ制御演算部１０ｂ及びインバータ制御演算部２０ｂの機能をソフトウェアで実現するハードウェア構成の他の例を示すブロック図である。
【００５９】
実施の形態１におけるコンバータ制御演算部１０ｂ及びインバータ制御演算部２０ｂの機能をソフトウェアで実現する場合には、図５に示すように、演算を行うプロセッサ２００、プロセッサ２００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。
【００６０】
プロセッサ２００は、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）といった演算手段であってもよい。また、メモリ２０２には、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ＥＰＲＯＭ）といった不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標） Ｄｉｓｋ）を例示することができる。
【００６１】
メモリ２０２には、コンバータ制御演算部１０ｂ及びインバータ制御演算部２０ｂの機能を実行するプログラム及びプロセッサ２００によって参照されるテーブルが格納されている。プロセッサ２００は、インタフェース２０４を介して必要な情報を授受し、メモリ２０２に格納されたプログラムをプロセッサ２００が実行し、メモリ２０２に格納されたテーブルをプロセッサ２００が参照することにより、上述したコンバータ制御演算部１０ｂ及びインバータ制御演算部２０ｂによる演算処理を行うことができる。プロセッサ２００による演算結果は、インタフェース２０４を介して他の機能部に出力することができる。
【００６２】
図５に示すプロセッサ２００及びメモリ２０２は、図６のように処理回路２０３に置き換えてもよい。処理回路２０３は、単一回路、複合回路、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。なお、コンバータ制御演算部１０ｂ及びインバータ制御演算部２０ｂにおける一部の処理を処理回路２０３で実施し、処理回路２０３で実施しない処理をプロセッサ２００及びメモリ２０２で実施してもよい。
【００６３】
図７は、実施の形態１の変形例に係るモータ駆動システムの構成図である。実施の形態１では、コンバータ装置１の交流側に電流検出器１６を設けたが、図７に示すように、コンバータ装置１の直流側に直流母線７の電流を検出する電流検出器１８を設けてもよい。例えば、コンバータ装置１の直流側正極端に電流検出器１８を設け、コンバータ回路１２の出力電流を検出する場合を考える。コンバータ回路１２の入力電力と出力電力の関係は等しいことから、コンバータ回路１２の出力電流を検出すれば、コンバータ回路１２への入力電流を算出することができる。従って、電流検出器１８をコンバータ装置１の直流側に設けた場合も、コンバータ回路１２への入力電流Ｉに基づいて制御を行う実施の形態１の手法を適用することが可能である。
【００６４】
実施の形態２．
実施の形態２では、コンバータ装置１に母線電圧の制御機能が付加されている場合の制御例について説明する。図８は、実施の形態２に係るモータ駆動装置の動作説明に供する図である。なお、実施の形態２に係るモータ駆動装置の基本構成は、実施の形態１と同一である。
【００６５】
図１の構成において、実施の形態２のコンバータ制御演算部１０ｂは、母線電圧Ｖを制御する機能を有する。このとき、コンバータ制御演算部１０ｂは、母線電圧Ｖを制御する電圧制御部として動作する。なお、コンバータ装置１において、母線電圧Ｖを決められた値に制御する場合には、母線電圧Ｖの情報が必要である。この場合、コンバータ装置１の制御部１０は、母線電圧Ｖを検出するための母線電圧検出部を有する。
【００６６】
図８の上段部には、入力電流Ｉの時間変化波形が示されている。図８の中段部には、母線電圧Ｖの時間変化波形が２つ示されている。２つの波形のうち、太破線で示される波形は図２に示したものと同一であり、太実線で示される波形は、コンバータ装置１における母線電圧制御機能を利用して、母線電圧Ｖを通常時の値Ｋ１よりも高めの値Ｋ３に設定したときの波形である。なお、通常時の値Ｋ１は、一般的にはコンバータ装置１の制御部１０が電流制御を行う上で必要最小限の電圧指令値を指す。従って、値Ｋ３は、コンバータ装置１の制御部１０が電流制御を行う上で必要な最低電圧値よりも高い値である。なお、通常時の値Ｋ１は、例えば、公称値としてもよい。
【００６７】
また、図８の下段部には、インバータ装置２の出力電力の時間変化波形が２つ示されている。時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間に示される２つの波形のうち、太破線で示される波形は図２に示されるものと同一であり、太実線で示される波形は、母線電圧ＶをＫ３に設定したときに対応する波形である。
【００６８】
図８において、時刻ｔ１では、図２で説明したように、入力電流Ｉには制限がかけられ、母線電圧Ｖは、低下して行く。図２の例では、図８の太破線で示されるように、インバータ装置２の出力電力がＰ１に達する時刻ｔ２において、出力電力に制限をかける制御が行われていた。これに対し、母線電圧ＶをＫ３に設定した場合には、母線電圧Ｖが下限値であるＫ２に達するまでの時間が長くなり、インバータ装置２の出力電力を制限する開始時刻を延ばすことが可能となる。図８の例では、時刻ｔ３においてインバータ装置２の出力電力がＰ３に達し、出力電力の制限によって、インバータ装置２の出力電力がＰ２に低下させられる様子が示されている。
【００６９】
実施の形態２の制御によれば、コンバータ装置１が母線電圧Ｖの検出値を用いて、母線電圧を高くする制御を実現できる。すなわち、母線電圧Ｖを制御するためのコンバータ制御演算部１０ｂにおける電圧指令値をＫ１よりも高いＫ３に設定できるため、母線電圧ＶがＫ３の状態から下限値であるＫ２に達するまでの電圧幅を確保できる。これにより、インバータ装置２が出力電力を制限する開始時刻を遅くすることができるという効果が得られる。なお、一般的に平滑コンデンサに蓄えられるエネルギーは、電圧の２乗に比例する。このため、母線電圧を上げる効果は単なる比例ではなく、２乗の効果が得られる。
【００７０】
実施の形態３．
実施の形態１，２は、モータ駆動装置５０が１台のモータ６を駆動する実施の形態であった。実施の形態３では、モータ駆動装置５０が複数台のモータ６を駆動する実施の形態について説明する。
【００７１】
図９は、実施の形態３に係るモータ駆動装置５０Ａを含むモータ駆動システム１００Ａの構成図である。図９において、モータ駆動装置５０Ａには、モータ６Ａを駆動するインバータ装置２Ａと、モータ６Ｂを駆動するインバータ装置２Ｂとが示されている。インバータ装置２Ａ，２Ｂは、複数のインバータ装置の例示である。インバータ装置２Ａ，２Ｂは、共通の直流母線７に互いに並列に接続される。インバータ装置２Ａ，２Ｂの個々の構成は、同一である。モータ６Ａ，６Ｂは、複数のモータの例示である。なお、図１の構成と同一又は同等の構成部には同一の符号及び同一名称を付し、重複する説明は割愛する。
【００７２】
次に、実施の形態３に係るモータ駆動装置５０Ａの動作について、図９及び図１０の図面を参照して説明する。図１０は、実施の形態３に係るモータ駆動装置５０Ａの動作説明に供する図である。
【００７３】
図１０の上段部には、入力電流Ｉの時間変化波形が示されている。図１０の上段部に示される波形は、図２の上段部に示されるものと同等である。図２の中上段部には、母線電圧Ｖの時間変化波形が示されている。図１０の中上段部に示される波形は、図２の中段部に示されるものと同等である。図１０の中下段部には、インバータ装置２Ａの出力電力の時間変化波形が示されている。図１０の下段部には、インバータ装置２Ｂの出力電力の時間変化波形が示されている。
【００７４】
図１０において、時刻ｔ１１まではインバータ装置２Ａのみが動作し、時刻ｔ１１からはインバータ装置２Ａとインバータ装置２Ｂの双方が動作する状況が示されている。時刻ｔ１１以降では、インバータ装置２Ａの出力電力Ｐ１１にインバータ装置２Ｂの出力電力Ｐ２１が加わる。このため、時刻ｔ１１以降では、インバータ装置全体の出力電力が大きくなり、入力電流Ｉが大きくなって行く。そして、時刻ｔ１２のときに入力電流Ｉに制限がかけられ、母線電圧Ｖは、時刻ｔ１２の値Ｋ１から低下して行く。インバータ装置２Ａ，２Ｂの双方が動作を継続することにより、母線電圧Ｖは図示のように低下し続ける。そして、母線電圧Ｖの値がＫ２に達する時刻ｔ１３において、インバータ装置２Ａの出力電力に制限がかけられる。前述の通り、インバータ装置２Ａの出力電力の制限は、トルク指令又は回転速度指令を下げる方向に制御することで行われる。図１０の例では、時刻ｔ１３においてインバータ装置２Ａの出力電力がＰ１１からＰ１２に下げられる様子が示されている。この制御によって、母線電圧Ｖの低下が下げ止まる。従って、母線電圧Ｖの低下によって、システムが停止することはなく、システムの動作は継続される。
【００７５】
なお、図１０の例では、インバータ装置２Ａの出力電力に制限をかける場合を例示したが、この例に限定されない。インバータ装置２Ｂの出力電力に制限をかけてもよいし、インバータ装置２Ａ，２Ｂの双方の出力電力に制限をかけてもよい。
【００７６】
また、特定のインバータ装置のみに出力電力の制限機能を付与してもよい。１つの例として、生産工程におけるタクトタイムに及ぼす影響が小さいインバータ装置のみに出力電力の制限機能を付与し、当該制限機能が付与されたインバータ装置において出力電力の制限を実施する例が挙げられる。この例によれば、生産性を維持しつつ、入力電流及び入力電力のピークカットが可能となる。
【００７７】
複数のインバータ装置のうちの１つに出力電力の制限機能を付与するためには、予め、該当するインバータ装置のメモリ２０２に記憶させておいてもよいし、ユーザが外部から該当するインバータ装置のインバータ制御演算部２０ｂに入力できるようにしておいてもよい。
【００７８】
また、他の１つの例として、母線電圧Ｖの検出値Ｖｄが予め定められた設定値まで低下した場合に、一部のインバータ装置を回生状態に制御する例が挙げられる。なお、設定値としては、下限値Ｋ２であってもよいし、下限値Ｋ２よりも大きな値が選ばれてもよい。この例によれば、一部のインバータ装置を回生状態に制御しない場合に比して、出力電力を制限する開始時刻を延ばすという効果が得られるのと共に、モータ駆動装置５０Ａが制限動作となる時間を短くできるという効果も得られる。
【００７９】
実施の形態４．
実施の形態１から３は、力行時の実施の形態であったが、実施の形態４では、回生時の実施の形態について説明する。本実施の形態では、回生エネルギーのピークカットを目的とするため、エネルギーの流れの向きが力行時と逆になるが、その他は実施の形態１から３と同様である。
【００８０】
実施の形態４では、コンバータ装置１の交流側の入力電流と入力電圧の力率の符号が負となる。すなわち、実施の形態４では、エネルギーが回生となるような位相の関係性となる。
【００８１】
図１１は、実施の形態４に係るモータ駆動装置の動作説明に供する図である。実施の形態４において、入力電流Ｉの振幅を制限すると、母線電圧Ｖは上昇する。これは、モータ６からの回生エネルギーを制限することなく、コンバータ装置１の交流側に回生する入力電流Ｉあるいは入力電力を制限するためである。そのため、実施の形態４では、母線電圧Ｖの上限値Ｋ４を設け、母線電圧Ｖがこの上限値Ｋ４に達するとモータ６からインバータ装置２を介してコンバータ装置１へ回生されるエネルギーを制限し、母線電圧Ｖを上げ止める。
【００８２】
母線電圧判定部２０ａにより母線電圧Ｖが上限値Ｋ４に達したと判定された結果を、インバータ制御演算部２０ｂが受信すると、インバータ制御演算部２０ｂは、モータ６からの回生エネルギーを制限するために、インバータ回路２４からの回生出力電力を調整する。
【００８３】
実施の形態４によれば、実施の形態１から３の様に力行制御を行う場合に加えて、回生制御を行う場合にも、回生時におけるコンバータ装置１の交流側の入力電流Ｉ又は入力電力のピークを抑制することができる。これにより、周辺機器の容量を抑制する効果が得られる。つまり、周辺機器の容量が小さくても、力行制御に加えて回生制御を実施することができる。
【００８４】
実施の形態５．
実施の形態１〜３は、母線電圧判定部２０ａによって母線電圧Ｖが下限値Ｋ２に到達した、すなわち、コンバータ装置１が過負荷状態であると判定された場合、インバータ装置２Ａ及び２Ｂインバータ制御演算部２０ｂがモータ６〜６Ｂへの出力電圧を制限する実施の形態であった。本実施の形態５では、インバータ装置２Ａ及び２Ｂが、母線電圧判定部２０ａの判定結果を通信経路３８ａ及び３８ｂを介して上位制御装置５００に通知することにより、上位制御装置５００がコンバータ装置１の過負荷状態を認識し、過負荷状態である場合、インバータ装置２Ａ及び２Ｂの少なくともどちらか一方に対し、対応する通信経路３８ａ及び３８ｂを介して、対応するモータ６Ａ及び６Ｂの出力を制限したモータ動作指令を生成し出力するものである。そして、インバータ装置２Ａ及び２Ｂのうち少なくともどちらか一方は、モータ動作指令に基づいて、対応するモータ６Ａ及び６Ｂの出力を低下させるように出力電力を制御する。以下、実施の形態５について詳述する。
【００８５】
図１２は、実施の形態５に係るモータ駆動システム１００Ｂを示す構成図である。なお、図１２では、図９で示した実施の形態３に係る構成要素と同一または同等である構成要素には同一の符号を付しており、以下の説明では、実施の形態３と重複する説明を割愛する。
【００８６】
モータ駆動システム１００Ｂは、図９に示した実施の形態３のモータ駆動システム１００Ａに準じた構成を有している。ただし、モータ駆動システム１００Ｂは、モータ駆動装置５０Ｂと、例えばＮＣ制御装置等の上位制御装置５００と、を備え、当該モータ駆動装置５０Ｂを構成するインバータ装置２Ａ及びインバータ装置２Ｂは、通信経路３８ａ及び３８ｂを介して、上位制御装置５００にそれぞれ接続されている。上位制御装置５００は、通信経路３８ａ及び３８ｂを介して、インバータ装置２Ａ及び２Ｂに対しモータ動作指令を送信し、インバータ装置２Ａ及び２Ｂは、通信経路３８ａ及び３８ｂを介して、インバータ装置２Ａ及び２Ｂ自身の状態（例えば、モータに流れる電流、モータ回転数、母線電圧等）を、上位制御装置５００対して送信する。このように、インバータ装置２Ａ及び２Ｂと上位制御装置５００とは、通信経路３８ａ及び３８ｂを介して、互いに信号を送受信することができる。
なお、実施の形態５では、モータ６Ａとして、例えば工作機械の主軸で使用されることの多いスピンドルモータを採用しており、モータ６Ｂとして、例えば工作機械の送り軸で使用されることが多くスピンドルモータよりも加減速に要する時間（以下、加減速時間）の短いサーボモータを採用しているが、モータ６Ａ及び６Ｂとしてこれら以外を採用してもよい。
【００８７】
次に、実施の形態５に係るモータ駆動システム１００Ｂの動作について、図１３〜図１５を併せ参照して説明する。このうち、図１３及び図１４は、実施の形態５に係るモータ駆動システム１００Ｂを構成するインバータ装置２Ａ及び２Ｂの動作フローを示すフローチャートである。また、図１５は、実施の形態５に係るモータ駆動システム１００Ｂを構成する上位制御装置５００の動作フローを示すフローチャートである。
【００８８】
インバータ装置２Ａ及び２Ｂは、図１３に示すように、母線電圧判定部２０ａによって母線電圧の検出値Ｖｄを受領する（ステップＳ３０１）。なお、母線電圧判定部２０ａによって母線電圧を検出してもよい。母線電圧判定部２０ａは、検出値Ｖｄと閾値Ｖｓとを比較し、コンバータ装置１が過負荷状態であるか否か（すなわち、コンバータ装置１が電流制限中であるか否か）を判定する（ステップＳ３０２）。この閾値Ｖｓは、図２で示した母線電圧Ｖの下限値Ｋ２に対応する。母線電圧判定部２０ａは、検出値Ｖｄが閾値Ｖｓ未満であれば、コンバータ装置１は過負荷状態であり、入力電流Ｉを制限するように動作を行っている、すなわち電流制限中であると判定する。一方、母線電圧判定部２０ａは、検出値Ｖｄが閾値Ｖｓ以上であれば、コンバータ装置１は過負荷状態ではなく、入力電流Ｉを制限するような動作を行っていない、すなわち電流制限中ではないと判定する。そして、インバータ装置２Ａ及び２Ｂは、ステップＳ３０２での判定結果を、対応する通信経路３８ａ及び３８ｂを介して上位制御装置５００に通知する（ステップＳ３０３）。インバータ装置２Ａ及び２Ｂは、ステップＳ３０３の処理が終わると、ステップＳ３０１の処理に戻り、ステップＳ３０１〜ステップＳ３０３の処理を繰り返す。ステップＳ３０１〜ステップＳ３０３の処理は、インバータ装置２Ａ及び２Ｂの母線電圧判定部２０ａでコンバータ装置１が過負荷状態であるか否か（すなわち、コンバータ装置１が電流制限中か否か）を判定し、上位制御装置５００に通知する処理となっている。
【００８９】
上位制御装置５００は、図１５に示すように、インバータ装置２Ａ及び２Ｂでの判定結果を、通信経路３８ａ及び３８ｂを介して受信する（ステップＳ３０４）。インバータ装置２Ａ及び２Ｂから送信された判定結果のうち少なくとも一方が、コンバータ装置１が電流制限中であるとの判定結果である場合（ステップＳ３０５、Ｙｅｓ）、上位制御装置５００は、モータ６Ａ及び６Ｂ両方の出力を制限することを決定し（ステップＳ３０６）、制御対象であるモータを駆動するインバータ装置２Ａ及び２Ｂに対し、これらモータ６Ａ及び６Ｂの出力総和を低減させる、モータ出力を制限したモータ動作指令を出力する（ステップＳ３０７）。なお、インバータ装置２Ａ及び２Ｂから送信された判定結果が、コンバータ装置１が電流制限中でない場合（ステップＳ３０５、Ｎｏ）、上位制御装置５００は、ステップＳ３０６の処理は行わずにステップＳ３０７の処理に移行する。すなわち、インバータ装置２Ａ及び２Ｂから送信された判定結果が、両方とも、コンバータ装置１が電流制限中でない場合、モータ６Ａ及び６Ｂに対する出力制限は行わず、通常のモータ動作指令を出力する（ステップＳ３０７）。以上のステップＳ３０４〜Ｓ３０７が上位制御装置５００の処理であり、上位制御装置５００は、ステップＳ３０４〜Ｓ３０７の処理を繰り返し実行する。
【００９０】
また、インバータ装置２Ａ及び２Ｂは、図１４に示すように、上位制御装置５００からのモータ動作指令を受信し（ステップＳ３０８）、受信したモータ動作指令に応じた交流電力をモータ６Ａ及び６Ｂに出力されるように動作する（ステップＳ３０９）。以上のステップＳ３０８、Ｓ３０９は、インバータ装置２Ａ及び２Ｂが上位制御装置５００から受信したモータ動作指令に基づいて行う処理であり、インバータ装置２Ａ及び２Ｂは、これらステップＳ３０８及びＳ３０９の処理を繰り返し実行する。
【００９１】
実施の形態５によれば、コンバータ装置１が入力電流Ｉを制限するような場合、上位制御装置５００がモータ６Ａ及び６Ｂの両方の出力を制限するモータ動作指令を該当するインバータ装置に出力し、当該インバータ装置２Ａ及び２Ｂが制御対象のモータ６Ａ及び６Ｂの出力総和を低減させるように出力電力を制御するため、コンバータ装置１の電流制限動作を解消することができ、コンバータ装置１の寿命劣化、破損といった悪影響をシステム停止させることなく解消することができる。
【００９２】
実施の形態６
実施の形態５では、インバータ装置２Ａ及び２Ｂは、それぞれ、通信経路３８ａ及び３８ｂを介して、上位制御装置５００に接続される実施の形態であった。実施の形態６は、インバータ装置２Ａ及び２Ｂは、直列に、いわゆるデイジーチェーン接続にて、通信経路３９ａ１、３９ａ２、３９ｂ１、及び３９ｂ２を介して、上位制御装置５００に接続される実施の形態である。以下、詳述する。
【００９３】
図１６は、実施の形態６に係るモータ駆動システム１００Ｃを示す構成図である。なお、図１６では、図１２で示した実施の形態５に係る構成要素と同一または同等である構成要素には同一の符号を付しており、以下の説明では、実施の形態５と重複する説明を割愛する。
【００９４】
モータ駆動システム１００Ｃは、図１２に示した実施の形態５のモータ駆動システム１００Ｂに準じた構成を有している。ただし、モータ駆動システム１００Ｃは、上位制御装置５００とインバータ装置２Ｂのインバータ制御演算部２０ｂとは、通信経路３９ｂ１及び３９ｂ２で接続されており、インバータ装置２Ｂのインバータ制御演算部２０ｂとインバータ装置２Ａのインバータ制御演算部２０ｂとは、通信経路３９ａ１及び３９ａ２で接続されており、上位制御装置５００とインバータ装置２Ａのインバータ制御演算部２０ｂとは、直接的に接続されておらず、間接的に接続されている（いわゆる、デイジーチェーン接続にて接続されている）。このように構成されたモータ駆動システム１００Ｃでは、例えば、上位制御装置５００からインバータ装置２Ａに対し出力されるモータ動作指令は、インバータ装置２Ｂのインバータ制御演算部２０ｂを介してインバータ装置２Ａのインバータ制御演算部２０ｂに入力されることになる。同様に、インバータ装置２Ａから上位制御装置５００に対し出力される、コンバータ装置１が電流制限中であるか否かの判定結果は、インバータ装置２Ｂのインバータ制御演算部２０ｂを介して上位制御装置５００に入力されることになる。
【００９５】
次に、実施の形態６に係るモータ駆動システム１００Ｃの動作について、図１７〜図１９を併せ参照して説明する。このうち、図１７は、実施の形態６に係るモータ駆動システム１００Ｃを構成するインバータ装置２Ｂの動作フローを示すフローチャートであり、図１８は、実施の形態６に係るモータ駆動システム１００Ｃを構成するインバータ装置２Ｂの動作フローを示すフローチャートである。また、図１９は、実施の形態６に係るモータ駆動システム１００Ｃを構成する上位制御装置５００の動作フローを示すフローチャートである。
【００９６】
インバータ装置２Ａは、図１６及び図１７に示すように、母線電圧判定部２０ａによって母線電圧の検出値Ｖｄを受領する（ステップＳ４０１）。なお、母線電圧判定部２０ａによって母線電圧を検出してもよい。母線電圧判定部２０ａは、検出値Ｖｄと閾値Ｖｓとを比較し、コンバータ装置１が過負荷状態であるか否か（すなわち、コンバータ装置１が電流制限中であるか否か）を判定し（ステップＳ４０２）、検出値Ｖｄが閾値Ｖｓ未満であったか否かの判定結果を出力信号としてインバータ制御演算部２０ｂに送信する。この閾値Ｖｓは、図２で示した母線電圧Ｖの下限値Ｋ２に対応する。検出値Ｖｄが閾値Ｖｓ未満である場合（ステップＳ４０３、Ｙｅｓ）、母線電圧判定部２０ａは、インバータ制御演算部２０ｂに対し、トルク指令又は回転数を制限する出力電力制限信号を出力する。インバータ制御演算部２０ｂは、母線電圧判定部２０ａの判定結果を受けて、上述したインバータ装置２Ａの出力電力に制限をかける処理を行う（ステップＳ４０４）。具体的には、インバータ制御演算部２０ｂは、出力電力を制限するようにＰＷＭ信号を生成する。ステップＳ４０４の処理の終了後、母線電圧判定部２０ａは、ステップＳ４０５の処理を実行する。一方、検出値Ｖｄが閾値Ｖｓ以上である場合（ステップＳ４０３、Ｎｏ）、母線電圧判定部２０ａは、ステップＳ４０４の処理を行わず、ステップＳ４０５の処理を実行する。そして、母線電圧判定部２０ａは、ステップＳ４０５にて、通信経路３９ａ１を介してインバータ装置２Ａが出力電力に制限をかけているか否かをインバータ装置２Ｂに通知する。以上のステップＳ４０１〜Ｓ４０５の処理がインバータ装置２Ａの処理であり、インバータ装置２Ａは、ステップＳ４０１〜Ｓ４０５の処理を繰り返し実行する。
【００９７】
インバータ装置２Ｂは、図１６及び図１８に示すように、通信経路３９ａ１を介して、インバータ装置２Ａが出力電力の制限を行っているか否かの判定結果を受領する（ステップＳ４０６）。また、インバータ装置２Ｂは、通信経路３９ｂ１を介して、インバータ装置２Ａが出力電力の制限を行っているか否かの判定結果を上位制御装置５００に対して通知する（ステップＳ４０７）。以上のステップＳ４０６、Ｓ４０７の処理がインバータ装置２Ｂの処理であり、インバータ装置２Ｂは、ステップＳ４０６、Ｓ４０７の処理を繰り返し実行する。
【００９８】
上位制御装置５００は、図１６及び図１９に示すように、通信経路３９ｂ１を介して、インバータ装置２Ａが出力電力の制限を行っているか否かの判定結果を受領する（ステップＳ４０８）。インバータ装置２Ａが出力電力の制限を行っているとの判定結果である場合（ステップＳ４０９、Ｙｅｓ）、上位制御装置５００は、モータ６Ａ及び６Ｂ両方の出力を制限することを決定し（ステップＳ４１０）、通信経路３９ｂ２を介して制御対象であるモータを駆動するインバータ装置２Ａ及び２Ｂに対し、これらモータ６Ａ及び６Ｂの出力総和を低減させる、モータ出力を制限したモータ動作指令を出力する（ステップＳ４１１）。一方、インバータ装置２Ａが出力電力の制限を行っていないとの判定結果である場合（ステップＳ４０９、Ｎｏ）、上位制御装置５００は、ステップＳ４１０の処理を行わずにステップＳ４１１の処理に移行する。すなわち、上位制御装置５００は、インバータ装置２Ａが出力電力の制限を行っていないとの判定結果である場合、コンバータ装置１は入力電流Ｉを制限していないものと判断し、モータ６Ａ及び６Ｂに対する出力制限を行わず、通信経路３９ｂ１を介してインバータ装置２Ａ及び２Ｂに対し通常のモータ動作指令を出力する（ステップＳ４１１）。以上のステップＳ４０８〜Ｓ４１１の処理が上位制御装置５００の処理であり、ステップＳ４０８〜Ｓ４１１の処理を繰り返し実行する。
【００９９】
実施の形態６によれば、インバータ装置２Ａ及び２Ｂは、直列に、いわゆるデイジーチェーン接続にて、通信経路３９ａ１、３９ａ２、３９ｂ１、及び３９ｂ２を介して、上位制御装置５００に接続されることとした。これにより、実施の形態５の作用効果に準じた作用効果を奏することができるとともに、配線を簡素化することができるため、配線数を削減することや管理に係る工数を削減することができるようになる。
【０１００】
なお、実施の形態５及び実施の形態６では、インバータ装置２Ａ及び２Ｂの両方が、母線電圧判定部２０ａの判定結果を通信経路３８ａ及び３８ｂを介して上位制御装置５００に通知していたが、この構成に限らない。インバータ装置２Ａ及び２Ｂのどちらか一方のみが、母線電圧判定部２０ａの判定結果を対応する通信経路３８ａ及び３８ｂを介して上位制御装置５００に通知することとしてもよい。
【０１０１】
また、実施の形態５あるいは実施の形態６では、コンバータ装置１が電流制限中であるとの判定結果である場合、上位制御装置５００は、モータ６Ａ及び６Ｂ両方の出力を制限することを決定し、制御対象であるモータを駆動するインバータ装置２Ａ及び２Ｂに対し、モータ出力総和を制限したモータ動作指令を出力していたが、これに限らない。工作機械のような複数のモータを使用する産業機械においては、サイクルタイムが長くならないよう維持しながら、モータ動作指令を出力し、コンバータ装置１の電流制限動作を解消することが望ましい。そのため、コンバータ装置１が電流制限中であるとの判定結果である場合、上位制御装置５００は、スピンドルモータであるモータ６Ａのモータ出力を制限しないモータ動作指令を出力し、サーボモータであるモータ６Ｂのモータ出力を制限するモータ動作指令を出力するとよい。加減速時間の長いスピンドルモータであるモータ６Ａのモータ出力を変化させず、加減速時間の短いサーボモータであるモータ６Ｂのモータ出力を制限するため、サイクルタイムに影響を与えることなく、コンバータ装置１の電流制限動作を解消することができる。さらに、容量の小さいコンバータ装置を選定することができるようになるため、工作機械の低コスト化に寄与することができる。
【０１０２】
また、実施の形態５あるいは実施の形態６では、インバータ装置２Ａ及び２Ｂは、母線電圧の検出値Ｖｄが閾値Ｖｓ未満であるか否かの判定結果を、対応する通信経路を介して上位制御装置に通知することとしたが、この構成に限らない。インバータ装置２Ａ及び２Ｂは、母線電圧の検出値Ｖｄを、対応する通信経路を介して上位制御装置に通知し、上位制御装置において、母線電圧の検出値Ｖｄが閾値Ｖｓ未満であるか否か判定してもよい。
【０１０３】
なお、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】
【０１０４】
１ コンバータ装置、２，２Ａ，２Ｂ インバータ装置、３ 交流電源、４ 配線用遮断器、５ リアクトル、６，６Ａ，６Ｂ モータ、７ 直流母線、７Ｐ 高電位側導体、７Ｎ 低電位側導体、１０，２０ 制御部、１０ａ 入力電流判定部、１０ｂ コンバータ制御演算部、２０ｂ インバータ制御演算部、１０ｃ，２０ｃ 駆動部、１２ コンバータ回路、１２ａ，２４ａ スイッチング素子、１４，２２ 平滑コンデンサ、１６，１８ 電流検出器、２０ａ 母線電圧判定部、２４ インバータ回路、３８ａ，３８ｂ，３９ａ１，３９ａ２，３９ｂ１，３９ｂ２ 通信経路、５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ モータ駆動装置、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ モータ駆動システム、２００ プロセッサ、２０２ メモリ、２０３ 処理回路、２０４ インタフェース。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【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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【手続補正書】
【提出日】令和1年12月23日(2019.12.23)
【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】
交流電源から供給される交流電力を受電してモータを駆動するモータ駆動装置であって、
前記交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、
前記コンバータ回路から供給される直流電力を交流電力に変換して前記モータへ供給することにより前記モータを駆動するインバータ回路と、
前記コンバータ回路の交流側に流れる入力電流、又は前記コンバータ回路に供給される入力電力が上限値を超えないように制御するコンバータ制御部と、
前記コンバータ回路と前記インバータ回路をつなぐ直流母線の電圧である母線電圧を検出し、前記母線電圧の検出値が設定された下限値に達すると前記インバータ回路の出力電力が小さくなるように制限するインバータ制御部と、
を備えたことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
前記コンバータ制御部は、前記入力電流が前記上限値を超えないように前記コンバータ回路のスイッチング素子をパルス幅変調制御し、
前記インバータ制御部は、前記母線電圧が前記下限値を下回らないように前記インバータ回路のスイッチング素子をパルス幅変調制御することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記インバータ制御部は、前記モータへの出力電力制限値を連続的に変化させることを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記コンバータ制御部は、前記母線電圧を制御するための電圧指令値を、電流制御をする上で必要な最低電圧値よりも高い値に設定することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記モータのエネルギーを回生制御する場合、前記インバータ制御部は、前記母線電圧が設定された上限値に達すると、前記インバータ回路の回生出力電力の絶対値が小さくなるように制限することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
前記インバータ回路と前記インバータ制御部とを有するインバータ装置を複数備え、複数の前記インバータ装置は、前記直流母線に互いに並列に接続されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項７】
複数の前記インバータ装置のうちの特定の前記インバータ装置において、前記インバータ制御部が、前記インバータ回路の出力電力を制限することを特徴とする請求項６に記載のモータ駆動装置。
【請求項８】
前記母線電圧が、予め定められた設定値まで低下した場合には、複数の前記インバータ装置のうちの一部の前記インバータ装置が回生状態に制御されることを特徴とする請求項６に記載のモータ駆動装置。
【請求項９】
複数の前記インバータ装置は、モータ動作指令を生成し出力する上位制御装置に通信経路を介して接続され、当該上位制御装置から出力されたモータ動作指令に基づいて、それぞれに接続されたモータを駆動することを特徴とする請求項６から８の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項１０】
複数の前記インバータ装置は、それぞれ、前記上位制御装置に接続されることを特徴とする請求項９に記載のモータ駆動装置。
【請求項１１】
複数の前記インバータ装置は、直列に、前記上位制御装置に接続されることを特徴とする請求項９に記載のモータ駆動装置。
【請求項１２】
複数の前記インバータ装置のうち少なくとも１つは、前記母線電圧の検出値が設定された下限値に達したか否かを判定し、その判定結果を前記上位制御装置に通知することを特徴とする請求項９から１１の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載のモータ駆動装置と、モータ動作指令を生成し出力する上位制御装置とを含むモータ駆動システムであって、
前記上位制御装置は、複数の前記インバータ装置のうち少なくとも１つから通知された前記判定結果が、前記母線電圧の検出値が設定された下限値に達した旨を示すとき、モータの出力総和を低減させる前記モータ動作指令を出力することを特徴とするモータ駆動システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、交流電源から供給される交流電力を受電してモータを駆動するモータ駆動装置である。モータ駆動装置は、交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路、及びコンバータ回路から供給される直流電力を交流電力に変換してモータへ供給することによりモータを駆動するインバータ回路を備える。また、モータ駆動装置は、コンバータ回路の交流側に流れる入力電流、又はコンバータ回路に供給される入力電力が上限値を超えないように制御するコンバータ制御部を備える。また、モータ駆動装置は、コンバータ回路とインバータ回路をつなぐ直流母線の電圧である母線電圧を検出し、母線電圧の検出値が設定された下限値に達するとインバータ回路の出力電力が小さくなるように制限するインバータ制御部を備える。
【国際調査報告】
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