(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源の電力を直流電力に変換して出力する整流部と、
前記整流部の出力に接続された主回路平滑用の平滑コンデンサと、
一方の端子が前記平滑コンデンサの一方の電極に接続された回生電力を消費する回生抵抗と、
前記整流部が出力する直流電力を、モータの駆動に適した交流電力に変換するインバータ部と、
前記モータと前記インバータ部の間に接続され、前記モータのモータ電流を検出する電流検出部と、
前記モータのモータ速度を算出する速度算出部と、
前記モータ電流をもとに前記モータのトルクまたは推力を算出するトルク算出部と、
各種指令情報から前記インバータ部に電圧指令を与えるサーボ制御部と、
前記モータ電流、または、前記モータ電流と前記モータ速度に基づいて損失を算出し、前記モータ速度と、前記トルクまたは推力との積から算出されるモータ出力を算出し、前記回生抵抗が通電しているか否かを判定する消費電力算出部と、を備え、
前記消費電力算出部は、
前記回生抵抗の通電時には、前記損失と前記モータ出力の合計値が０以上であれば単位時間あたりの消費電力を前記合計値で算出し、前記損失と前記モータ出力の前記合計値が負であれば単位時間あたりの前記消費電力を０で算出し、
前記回生抵抗の非通電時には、単位時間あたりの前記消費電力を前記損失と前記モータ出力の前記合計値で算出することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
交流電源の電力を直流電力に変換して出力する整流部と、
前記整流部の出力に接続された主回路平滑用の平滑コンデンサと、
一方の端子が前記平滑コンデンサの一方の電極に接続された回生電力を消費する回生抵抗と、
前記整流部が出力する直流電力を、各軸のモータの駆動に適した交流電力に変換するＮ個（Ｎは２以上の自然数）のインバータ部と、
前記モータと前記インバータ部の間に接続され、前記モータの各モータ電流を検出するＮ個の電流検出部と、
前記モータのそれぞれのモータ速度を算出するＮ個の速度算出部と、
前記モータ電流のそれぞれをもとに、前記モータのそれぞれに発生するトルクまたは推力を算出するＮ個のトルク算出部と、
各種指令情報から前記インバータ部に電圧指令を与えるＮ個のサーボ制御部と、
前記モータ電流のそれぞれ、または、前記モータ電流と前記モータ速度のそれぞれに基づいてそれぞれの損失を算出し、前記モータ速度のそれぞれと、前記トルクまたは推力との積から算出されるモータ出力のそれぞれを算出し、前記回生抵抗が通電しているか否かを判定する消費電力算出部と、を備え、
前記消費電力算出部は、
前記回生抵抗の通電時には、前記損失と前記モータ出力の全合計値が０以上であれば単位時間あたりの消費電力を前記全合計値で算出し、前記損失と前記モータ出力の前記全合計値が負であれば単位時間あたりの前記消費電力を０で算出し、
前記回生抵抗の非通電時には、単位時間あたりの消費電力を前記損失と前記モータ出力の前記全合計値で算出することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
交流電源の電力を直流電力に変換して出力する１個または複数個の整流部と、
前記整流部の出力に接続された主回路平滑用の複数個の平滑コンデンサと、
一方の端子が前記平滑コンデンサの一方の電極に接続された回生電力を消費する複数個の回生抵抗と、
前記複数個の平滑コンデンサの両端を並列に接続することにより母線電圧を共通化する共通化配線部と、
前記共通化された母線電圧から供給される直流電力を、各軸のモータの駆動に適した交流電力に変換するＮ個（Ｎは２以上の自然数）のインバータ部と、
前記モータと前記インバータ部の間に接続され、前記モータの各モータ電流を検出するＮ個の電流検出部と、
前記モータのそれぞれのモータ速度を算出するＮ個の速度算出部と、
前記モータ電流のそれぞれをもとに、前記モータのそれぞれに発生するトルクまたは推力を算出するＮ個のトルク算出部と、
各種指令情報から前記インバータ部に電圧指令を与えるＮ個のサーボ制御部と、
前記モータ電流のそれぞれ、または、前記モータ電流と前記モータ速度のそれぞれに基づいてそれぞれの損失を算出し、前記モータ速度のそれぞれと、前記トルクまたは推力との積から算出されるモータ出力のそれぞれを算出し、前記回生抵抗が通電しているか否かを判定する消費電力算出部と、を備え、
前記消費電力算出部は、
前記回生抵抗の通電時には、前記損失と前記モータ出力の全合計値が０以上であれば単位時間あたりの消費電力を前記全合計値で算出し、前記損失と前記モータ出力の前記全合計値が負であれば単位時間あたりの前記消費電力を０で算出し、
前記回生抵抗の非通電時には、単位時間あたりの消費電力を前記損失と前記モータ出力の前記全合計値で算出することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２において、
前記消費電力算出部が、
前記回生抵抗の通電時には単位時間あたりの回生電力を、母線電圧の２乗を回生抵抗の抵抗値で割った値とし、
前記回生抵抗の非通電時には単位時間あたりの回生電力を０とすることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項５】
請求項３において、
前記消費電力算出部が、
前記回生抵抗の通電時には単位時間あたりの回生電力を、母線電圧の２乗を複数の回生抵抗の合成抵抗値で割った値とし、
前記回生抵抗の非通電時には単位時間あたりの回生電力を０とすることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項６】
請求項４において、
前記消費電力算出部が、単位時間あたりの回生電力を算出後に、前記単位時間あたりの回生電力を時間的に平滑化することにより平滑化回生電力を算出することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項７】
請求項１から請求項３のいずれか一項において、
前記消費電力算出部が、
算出した単位時間あたりの前記消費電力を積算して積算電力量を算出することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項８】
請求項１から請求項３のいずれか一項において、
前記消費電力算出部が、
単位時間あたりの前記消費電力に、回生電力を利用できない電子部品の単位時間あたりの消費電力である固定分消費電力を加算して全消費電力を算出することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記消費電力算出部が、
算出した単位時間あたりの前記全消費電力を積算して積算電力量を算出することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか一項において、
前記消費電力算出部が、
前記整流部が出力する母線電圧がしきい値以上であれば前記回生抵抗が通電して回生動作していると判定し、前記母線電圧が前記しきい値未満であれば前記回生抵抗が通電しておらず、回生動作していないと判定するモータ制御装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項９のいずれか一項において、
前記消費電力算出部が、
前記回生抵抗に直列接続された回生トランジスタがオンしているときには回生動作していると判定し、
前記回生トランジスタがオフしているときには回生動作していないと判定することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項９のいずれか一項において、
前記消費電力算出部が回生負荷率を算出し、
前記回生負荷率が０より大きい場合には回生動作していると判定し、
前記回生負荷率が０である場合には回生動作していないと判定することを特徴とするモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
サーボアンプ等のモータ駆動機器は、駆動時に発生する回生電力（エネルギー）を処理する方式という観点では、回生電力を電源に戻す電源回生方式と、回生電力を回生抵抗（回生ブレーキ）で消費させる抵抗回生方式とに分類される。抵抗回生方式のモータ駆動機器は、電源回生方式とは異なり、回生電力を電源に戻す専用の回路（電源回生コンバータ等）を設ける必要がないことから、電源回生方式のモータ駆動機器よりもハードウェアの価格が安いという利点があり、産業用機械を駆動するためのモータ駆動機器として幅広く使用されている。【０００３】
一方で、従来から、モータ駆動機器がモータを駆動する際の消費電力を、電力計（パワーメータ）等の高価な専用測定機器を設けずに、正確に把握したいという要請がある。消費電力を正確に把握することにより、モータ駆動時の電気料金の正確な把握や、適切な電源設備容量の選択が可能になるからである。【０００４】
このような問題を解決するために、例えば、特許文献１には、共通電源部から電力が供給される複数軸を駆動する抵抗回生方式のモータ駆動装置において、各軸の出力の合計値を算出し、合計値が負の場合には電力量をゼロとして、全体の消費電力を算出する技術が開示されている。特許文献１では、各軸の出力の合計値が負になった場合には電力量をゼロとし、この負の値に相当する電力が回生抵抗で消費されるものとして処理を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−８１６７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、回生抵抗を備えるモータ駆動機器においては、モータが減速動作する場合などに発生する回生電力は、すべて回生抵抗で消費されるわけではなく、その一部は、モータ制御機器に設けられた平滑コンデンサに蓄積されうる。回生抵抗で消費される電力はロスになるが、平滑コンデンサに蓄積された電力は再利用することができ、これをロスとして計算すると、正確に消費電力を算出することができない。【０００７】
上記従来の技術では、この平滑コンデンサに蓄積された分の電力を考慮していない。そのため、モータ駆動時の消費電力を正確に算出できない、という問題があった。【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、抵抗回生方式のモータ駆動機器を制御するモータ制御装置であって、電力計等の専用の測定機器を用いることなく、正確な電力の算出が可能なモータ制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、交流電源の電力を直流電力に変換して出力する整流部と、前記整流部の出力に接続された主回路平滑用の平滑コンデンサと、一方の端子が前記平滑コンデンサの一方の電極に接続された回生電力を消費する回生抵抗と、前記整流部が出力する直流電力を、モータの駆動に適した交流電力に変換するインバータ部と、前記モータと前記インバータ部の間に接続され、前記モータのモータ電流を検出する電流検出部と、前記モータのモータ速度を算出する速度算出部と、前記モータ電流をもとに前記モータのトルクまたは推力を算出するトルク算出部と、各種指令情報から前記インバータ部に電圧指令を与えるサーボ制御部と、前記モータ電流、または、前記モータ電流と前記モータ速度に基づいて損失を算出し、前記モータ速度と、前記トルクまたは推力との積から算出されるモータ出力を算出し、前記回生抵抗が通電しているか否かを判定する消費電力算出部と、を備え、前記消費電力算出部が、前記回生抵抗の通電時には、前記損失と前記モータ出力の合計値が０以上であれば単位時間あたりの消費電力を前記合計値で算出し、前記損失と前記モータ出力の前記合計値が負であれば単位時間あたりの前記消費電力を０で算出し、前記回生抵抗の非通電時には、単位時間あたりの消費電力を前記損失と前記モータ出力の前記合計値で算出することを特徴とするモータ制御装置である。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、電力計等の専用の測定機器を用いることなく、正確な電力の算出が可能なモータ制御装置を得ることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施の形態１に係るモータ制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係るモータ制御装置の動作例を説明するフローチャートである。
【図３】図３は、実施の形態２に係るモータ制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図４】図４は、実施の形態２に係るモータ制御装置の動作例を説明するフローチャートである。
【図５】図５は、実施の形態３に係るモータ制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図６】図６は、実施の形態３に係るモータ制御装置の動作例を説明するフローチャートである。
【図７】図７は、実施の形態４に係るモータ制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図８】図８は、実施の形態４に係るモータ制御装置の動作例を説明するフローチャートである。
【図９】図９は、実施の形態４に係るモータ制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、実施の形態４に係るモータ制御装置の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかるモータ制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明に係るモータ制御装置の実施の形態１の構成例を示すブロック図である。図１に示すモータ制御装置は、交流電源１に接続され、整流器２と、平滑コンデンサ１０と、母線電圧測定部１１と、回生抵抗３と、回生トランジスタ４と、消費電力算出部５と、インバータ１０３と、電流検出部１０４と、サーボ制御部１０６と、トルク算出部１０５と、を備え、エンコーダ１０２が付されたモータ１０１を制御する。エンコーダ１０２は、速度算出部の一例である。
【００１４】
交流電源１（例えば、三相交流電源）は、整流器２（例えば、ダイオードスタック）に接続されており、交流電源１から供給された交流電力は整流され、整流された電力が平滑コンデンサ１０によって平滑化されることによって直流の電圧を出力する。
【００１５】
平滑コンデンサ１０の後段には母線電圧測定部１１が接続されており、母線電圧測定部１１にて測定された母線電圧Ｖｄｃは、消費電力算出部５に出力される。
【００１６】
母線電圧測定部１１の後段には、直列に接続された回生抵抗３と回生トランジスタ４（回生スイッチ(switch)）が、接続されている。回生電力が発生して直流電源の電圧がしきい値まで上昇すると、回生トランジスタ４が作動し、該回生電力を回生抵抗３にて消費して回生動作を行う。
【００１７】
回生抵抗３と回生トランジスタ４の後段には、インバータ１０３が接続されている。インバータ１０３は、電流検出部１０４を介してモータ１０１に接続されている。インバータ１０３としては、ＰＷＭインバータを例示することができる。
【００１８】
モータ１０１は、エンコーダ１０２を備える。エンコーダ１０２は、モータ１０１のモータ速度ｖ及び位置を検出し、消費電力算出部５及びサーボ制御部１０６に出力する。
【００１９】
電流検出部１０４は、モータ１０１のモータ電流Ｉを検出し、サーボ制御部１０６、トルク算出部１０５及び消費電力算出部５に出力する。
【００２０】
サーボ制御部１０６は、インバータ１０３に各種指令情報（モータ１０１の動作の参照信号となる位置指令、速度指令、電流指令等）に基づいて、モータ１０１が追従するために必要な電流を発生させるための電圧指令を算出して出力する。該電圧指令に基づいて、モータ１０１に直流電力が供給される。サーボ制御部１０６は、例えば、検出値である位置、速度、電流が指令情報に追従するようにフィードバック(feedback)制御系が構成されている。
【００２１】
トルク算出部１０５は、電流検出部１０４にて検出したモータ１０１のモータ電流Ｉからモータ１０１のトルクτを算出し、消費電力算出部５に出力する。トルク算出部１０５は、モータ電流Ｉが検出されたときに、トルクτを算出する。具体的には、トルクτとモータ電流Ｉが比例関係にある場合には、τ＝Ｋｔ・Ｉからトルクτを算出する。ここで、Ｋｔはトルク定数である。
【００２２】
なお、モータ１０１として、同期モータを用いる場合には、トルク定数と誘起電圧定数が等しくなるため、トルク定数に代えて誘起電圧定数を用いてもよい。または、トルクτとモータ電流Ｉが比例関係にない場合であっても、トルクτは電流に依存する。そのため、トルクτとモータ電流Ｉが比例関係にないときには、モータ電流Ｉと発生するトルクτの関係をテーブルまたは関数として予め記憶させておき、これをもとにトルクτを算出してもよい。すなわち、モータ電流Ｉ（ｔ）とトルクτ（ｔ）の関係を表すテーブルまたは関数をＦ（Ｉ）とすると、τ＝Ｆ（Ｉ）である。したがって、トルク算出部１０５は、トルク定数Ｋｔまたはモータ電流Ｉ（ｔ）とトルクτ（ｔ）の関係を表すテーブル若しくは関数を記憶していればよい。
【００２３】
消費電力算出部５は、母線電圧測定部１１にて測定された母線電圧Ｖｄｃ、エンコーダ１０２にて検出したモータ１０１のモータ速度ｖ及び位置等の情報、電流検出部１０４にて検出したモータ１０１のモータ電流Ｉ及びトルク算出部１０５にて算出したトルクτに基づいて消費電力量（または積算電力量）Ｅを算出して出力する。
【００２４】
次に、モータ１０１の駆動時におけるモータ制御装置の動作について図２を参照して説明する。図２は、本発明に係るモータ制御装置の実施の形態１の動作例を説明するフローチャートである。
【００２５】
まず、消費電力算出部５が積算電力量Ｅを０とする（ステップＳ１）。
【００２６】
次に、電流検出部１０４がモータ電流Ｉを検出し、エンコーダ１０２がモータ速度ｖを検出する（ステップＳ２）。なお、ステップＳ２以後の処理は、サンプリング時間ΔＴ毎に行う。
【００２７】
次に、トルク算出部１０５が、電流検出部１０４にて検出したモータ電流Ｉに基づいてトルクτを算出する（ステップＳ３）。ここで、トルクτの算出は、上記説明したように、トルクτがモータ電流Ｉに依存することを利用して算出すればよい。
【００２８】
次に、消費電力算出部５が、エンコーダ１０２にて検出したモータ速度ｖ及びトルク算出部１０５にて算出したトルクτからモータ出力Ｗを算出し、モータ速度ｖ及び電流検出部１０４にて検出したモータ電流Ｉから損失Ｌを算出する（ステップＳ４）。
【００２９】
モータ出力Ｗは、Ｗ＝ｖ・τで算出する。
【００３０】
また、モータ１０１の駆動に伴って生じる損失Ｌとしては、銅損Ｌｃ及び鉄損Ｌｉが挙げられる。銅損Ｌｃは、モータ１０１におけるコイルの電気抵抗によって失われるエネルギーであり、鉄損Ｌｉは、モータ１０１に巻かれた鉄心に交流で磁化したときに失われるエネルギーである。
【００３１】
銅損Ｌｃは、モータ巻線抵抗Ｒを用いて下記の式（１）にて算出することができる。
【００３２】
【数１】
0005985050.tif 000002
【００３３】
鉄損Ｌｉは、ヒステリシス損と渦電流損の和である。鉄損Ｌｉは、モータ１０１の磁束密度Ｂと、モータ速度ｖからＬｉ＝α’・ｖ・Ｂγ＋β’・ｖ２・Ｂ２と表すことができる。ここで、α’，β’，γは比例定数である。さらには、磁束密度Ｂがモータ電流Ｉに概ね比例することを利用し、別の比例定数αとβを用いることで、鉄損Ｌｉは、下記の式（２）にて表すことができる。
【００３４】
【数２】
0005985050.tif 000003
【００３５】
したがって、鉄損Ｌｉは電流のみならず速度にも依存する。なお、α，β，γはモータ１０１を電磁界解析することで得ることができる。
【００３６】
モータ１０１の駆動に伴って生じる損失Ｌは、銅損Ｌｃと鉄損Ｌｉの和であり、下記の式（３）にて表すことができる。
【００３７】
【数３】
0005985050.tif 000004
【００３８】
なお、これらの式及び各種定数等（モータ巻線抵抗Ｒ、定数α、β、γ等）は、消費電力算出部５に記憶されている。
【００３９】
なお、上記の損失Ｌには、さらにインバータ及び整流部における損失が加えられていてもよい。
【００４０】
なお、上記の説明では、モータ電流Ｉの２乗に比例して発生する銅損Ｌｃと、モータ速度ｖとモータ電流Ｉの双方に依存して発生する鉄損Ｌｉと、からなる損失Ｌを式（３）にて算出しているが、これに限定されず、損失をモデル化するための計算式及び定数を表すものであれば他のものを用いてもよい。また、鉄損Ｌｉが十分に小さいモータを用いる場合は、鉄損Ｌｉを無視してもよい。
【００４１】
次に、母線電圧測定部１１が母線電圧Ｖｄｃを検出する（ステップＳ５）。
【００４２】
次に、消費電力算出部５が、ステップＳ５で検出した母線電圧Ｖｄｃがしきい値以上であるか否かを比較する（ステップＳ６）。ここで、しきい値としては、回生トランジスタ４がオンする電圧、すなわちしきい値電圧Ｖｔｈを例示することができる。母線電圧Ｖｄｃが回生トランジスタ４のしきい値電圧Ｖｔｈ以上であれば、回生トランジスタ４がオンし、回生電力を回生抵抗３で消費する。母線電圧Ｖｄｃが回生トランジスタ４のしきい値電圧Ｖｔｈ以上であれば、ステップＳ７に移行する。母線電圧Ｖｄｃが回生トランジスタ４のしきい値電圧Ｖｔｈ未満であれば、ステップＳ９に移行する。
【００４３】
＜ステップＳ７に移行する場合＞
消費電力算出部５が、ステップＳ４にて算出したモータ出力Ｗと損失Ｌの和が０以上であるか負であるかに基づいて、下記の式（４）によって単位時間あたりの消費電力Ｐを算出する（ステップＳ７）。
【００４４】
【数４】
0005985050.tif 000005
【００４５】
次に、消費電力算出部５が、単位時間あたりの回生電力Ｑ＝Ｖｄｃ２／Ｒｒを算出する（ステップＳ８）。ここで、抵抗値Ｒｒは、回生抵抗３の抵抗値である。抵抗値Ｒｒは、消費電力算出部５に記憶されている。その後、ステップＳ１１に移行する。
【００４６】
＜ステップＳ９に移行する場合＞
ステップＳ４にて算出したモータ出力Ｗと損失Ｌを用いて、消費電力算出部５が下記の式（５）によって単位時間あたりの消費電力Ｐを算出する（ステップＳ９）。
【００４７】
【数５】
0005985050.tif 000006
【００４８】
そして、消費電力算出部５が、単位時間あたりの回生電力Ｑ＝０とする（ステップＳ１０）。その後、ステップＳ１１に移行する。
【００４９】
＜ステップＳ１１に移行後＞
次に、消費電力算出部５が、ステップＳ７またはステップＳ９で算出した消費電力Ｐに単位時間あたりの固定分消費電力Ｐｃを加算して全消費電力を算出する（ステップＳ１１）。ここで、固定分消費電力Ｐｃとは、回生電力が発生してもその電力を利用できないモータ駆動機器が消費する電力をいう。固定分消費電力Ｐｃは、例えば、サーボ制御部１０６がマイクロプロセッサである場合には、該マイクロプロセッサの単位時間あたりの消費電力である。なお、固定分消費電力Ｐｃが消費電力Ｐに対して無視できるほど小さい場合には、固定分消費電力Ｐｃ＝０とし、ステップＳ１１を省略してもよい。
【００５０】
次に、消費電力算出部５が、回生電力Ｑを時間的に平滑化して、平滑化回生電力Ｑ’を算出する（ステップＳ１２）。ここで、平滑化は、一次遅れフィルタまたは移動平均フィルタを用いて行えばよい。
【００５１】
次に、消費電力算出部５が、単位時間あたりの消費電力Ｐを積算して、積算電力量Ｅを下記の式（６）で算出する（ステップＳ１３）。
【００５２】
【数６】
0005985050.tif 000007
【００５３】
次に、消費電力算出部５が、積算電力量Ｅを計算する積算時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１４）。積算電力量Ｅを計算する積算時間が経過したのであれば、処理を終了し、積算時間が経過していないのであれば、ステップＳ２に戻る。
【００５４】
上記説明したように、図２のフローチャートによると、処理を開始してから積算時間までに消費した電力量の総和である積算電力量Ｅが算出される。
【００５５】
また、図２のフローチャートによれば、サンプリング時間ΔＴ毎に単位時間あたりの消費電力Ｐと、単位時間あたりの回生電力Ｑと、単位時間あたりの平均的な回生電力Ｑ’と、処理が開始されてから現時点までのモータとモータ駆動機器が使用した積算電力量Ｅと、を得ることができる。
【００５６】
ここで、モータとモータ駆動機器の消費電力が正確に算出される理由を以下に説明する。
【００５７】
ステップＳ４において、一般にモータが動作していると、銅損または鉄損が発生し損失Ｌ≧０であり、さらにモータが加速するときには速度とトルクの符号が一致するのでモータ出力Ｗ＞０となり、モータが減速するときには速度とトルクの符号が一致しないのでモータ出力Ｗ＜０となる。
【００５８】
ステップＳ６でＮに分岐するとき、すなわち、母線電圧Ｖｄｃがしきい値電圧Ｖｔｈより小さく、回生抵抗３が非通電であるとき、Ｗ＞０であれば、モータ出力Ｗの電力と損失Ｌの合計分の電力を消費するので、単位時間あたりの消費電力Ｐは、Ｐ＝Ｗ＋Ｌである。当然ながら、Ｐ＝Ｗ＋Ｌ＞０となり、トータルとして電力を消費する。
【００５９】
また、Ｗ＜０，Ｗ＋Ｌ＞０であれば、モータで発生した回生電力の一部が損失の補償に充てられていることになり、トータルでＷ＋Ｌの電力を消費することになるので、単位時間あたりの消費電力Ｐは、Ｐ＝Ｗ＋Ｌである。
【００６０】
そして、Ｗ＜０，Ｗ＋Ｌ＜０であれば、トータルとして電力を消費しているのではなく、電力を発生していることになる。回生抵抗が非通電なので、電力は、母線間（平滑コンデンサ１０）に蓄積される。この場合も単位時間あたりの消費電力Ｐは、Ｐ＝Ｗ＋Ｌとして計算する。Ｐ＝Ｗ＋Ｌ＜０となり、電力を発生していることを表している。
【００６１】
すなわち、ステップＳ６でＮに分岐する場合には、いずれの場合であっても、単位時間あたりの消費電力Ｐは、Ｐ＝Ｗ＋Ｌである（ステップＳ９）。さらに、回生抵抗３は非通電なので、単位時間あたりの回生電力Ｑは、Ｑ＝０である（ステップＳ１０）。
【００６２】
ステップＳ６でＹに分岐するとき、すなわち、母線電圧Ｖｄｃがしきい値電圧Ｖｔｈ以上であり、回生抵抗３が通電であるとき、Ｗ＋Ｌ≧０であれば、トータルとして電力を消費するので、単位時間あたりの消費電力ＰはＰ＝Ｗ＋Ｌである。そして、Ｗ＋Ｌ＜０であれば、回生電力が生じるが、その回生電力は回生抵抗３で消費されるので、単位時間あたりの消費電力はＰ＝０である（ステップＳ７）。さらに、回生抵抗３が通電しているので、母線電圧Ｖｄｃと回生抵抗３の抵抗値Ｒｒから回生抵抗３には、電流Ｖｄｃ／Ｒｒが流れる。そのため、単位時間あたりの回生電力Ｑは、Ｑ＝Ｖｄｃ・（Ｖｄｃ／Ｒｒ）＝Ｖｄｃ２／Ｒｒである（ステップＳ８）。
【００６３】
なお、平滑コンデンサ１０は、その容量に応じた電力を蓄積することができる。蓄積される電力が増大していくと、その容量に応じて平滑コンデンサ１０の間の電圧が上昇する。すなわち、母線電圧Ｖｄｃが上昇する。そして、母線電圧Ｖｄｃが回生トランジスタ４のしきい値電圧Ｖｔｈまで上昇すると、回生電力は回生抵抗３で消費されるようになる。
【００６４】
本発明の構成によれば、母線電圧Ｖｄｃを逐次（所定のサンプリング時間毎に）監視し、回生電力が平滑コンデンサ１０に蓄積されるのか、または回生抵抗３で消費されるのかを判断しつつ消費電力を計算するので正確な計算を行うことが可能である。
【００６５】
単位時間あたりの消費電力Ｐを上記のように計算すると、消費電力Ｐを積算して計算される積算電力量Ｅもより正確に算出される。
【００６６】
そして、ステップＳ１１では、回生電力が発生しても、これを利用できないモータ制御装置の電子部品（例えば、マイクロプロセッサ等）が消費する単位時間あたりの固定分消費電力Ｐｃを加える。
【００６７】
例えば、この回生電力を利用できない電子部品がマイクロプロセッサである場合には、具体的な固定分消費電力Ｐｃは、マイクロプロセッサの仕様から予め算出することが可能であり、この値を消費電力算出部５に記憶させておくとよい。
【００６８】
このように、ステップＳ１１において、回生トランジスタ４がオンして回生電力が回生抵抗３で消費される場合であっても、回生電力を利用できない電子部品の消費電力を固定分消費電力Ｐｃとして加算するため、単位時間あたりの消費電力Ｐを正確に算出することができる。
【００６９】
ところで、ステップＳ１２においては、回生電力Ｑを平滑化することにより平滑化回生電力Ｑ’を算出している。これは、母線電圧Ｖｄｃがサンプリング時間毎に回生トランジスタ４のしきい値電圧Ｖｔｈを跨いで変化すると、ステップＳ６においてサンプリング時間毎にＮへの分岐とＹへの分岐が切り換わり、回生電力Ｑがサンプリング時間毎に０ではない値と０とを切り換えることになり、回生電力Ｑが発生しているのか否かが、直感的に把握しづらいので、回生電力Ｑを一次遅れフィルタまたは移動平均フィルタ等によって平滑化して、平滑化回生電力Ｑ’を算出することで、平均的な回生電力を把握するためである。なお、回生電力Ｑを平滑化せずに把握したい場合には、ステップＳ１２を省略してもよい。
【００７０】
前述のモータ制御装置が正確に電力情報、特に積算電力量を算出する典型的な例として、モータを用いて位置決め動作を間けつ的に複数回行う場合を例にとって、より詳細に説明する。
【００７１】
モータが停止状態から加速する場合と定速動作を行う場合には、加速トルクと摩擦トルクであるモータトルクの符号と速度の符号は同じになるため、モータ出力Ｗは常に正となる。しかし、モータが減速動作を開始すると、モータトルクと速度の向きは一般に逆になり、モータ出力Ｗは負になる。
【００７２】
さらには、モータ出力Ｗと損失Ｌの和も負になる場合（Ｗ＋Ｌ＜０）には回生電力が発生するが、回生電力は回生抵抗３で即座に消費されない。回生電力はまずモータ制御装置内の平滑コンデンサに貯えられ、これに従って母線電圧Ｖｄｃが上昇する。そして、母線電圧Ｖｄｃが回生トランジスタ４のしきい値電圧Ｖｔｈ以上になると、回生トランジスタ４がオンし、回生電力の一部が回生抵抗３で消費され、母線電圧Ｖｄｃは低下する。
【００７３】
また、減速動作中に母線電圧Ｖｄｃが回生トランジスタ４の設定電圧以上（本実施の形態ではしきい値電圧Ｖｔｈ以上）とならなければ、回生トランジスタ４はオンせず、回生電力は母線間（平滑コンデンサ１０）に蓄積され続ける。いずれにしろ減速停止した直後では、回生電力の一部または全部は母線間（平滑コンデンサ１０）に残る。
【００７４】
次に、減速停止が完了してから、再度位置決め動作を行うときには、加速動作の際に、前回の位置決め動作の際に発生した回生電力の一部または全部が使用される。前述したように、この回生電力は、平滑コンデンサに貯えられている。もし、回生電力のすべてが回生抵抗３で消費されるとして積算電力量を算出すると、実際に使用した積算電力量と、算出した積算電力量に誤差が生じる。しかしながら、本発明によれば、回生電力が発生した場合に、平滑コンデンサ１０に蓄積されるのか（単位時間あたりの消費電力Ｐをマイナスとして算出）、または、回生抵抗３で消費されるのか（単位時間あたりの消費電力Ｐを０として算出）を考慮して算出するため、単位時間あたりの消費電力Ｐ及び単位時間あたりの消費電力Ｐを積算した積算電力量Ｅを正確に算出することが可能となる。
【００７５】
すなわち、本発明の特徴の１つは、回生抵抗３が通電しているか否かによって場合分けを行い、単位時間あたりの消費電力Ｐおよび回生電力Ｑの算出方法を変更することである。
【００７６】
なお、本実施の形態では、モータ１０１にエンコーダ１０２が取り付けられ、エンコーダ１０２がモータ１０１の速度を直接検出できる場合の例について説明を行ったが、モータ１０１の速度を直接検出しない場合でも、モータ１０１に流れる電流やモータ１０１の相間電圧などの情報からモータ１０１の速度を推定して速度情報として用いる構成であってもよい。
【００７７】
なお、本実施の形態では、モータ１０１が回転型モータである場合について説明したが、リニアモータを用いても同様である。このとき、回転型モータのトルクに相当するのは、リニアモータの推力である。リニアモータの推力はモータ電流Ｉに依存するため、推力定数Ｋｔまたはテーブル若しくは関数Ｆを用いて、リニアモータの推力を計算すればよい。
【００７８】
実施の形態２．
実施の形態１では、母線電圧Ｖｄｃが回生トランジスタ４の設定電圧（しきい値電圧Ｖｔｈ）よりも大きいか否かによって、回生抵抗３が通電しているか否かを判定したが、本発明はこれに限定されない。本実施の形態では、母線電圧Ｖｄｃと回生トランジスタ４のしきい値電圧Ｖｔｈの大小関係以外の方法で回生抵抗３が通電しているか否かを判定する形態について説明する。
【００７９】
図３は、本発明に係るモータ制御装置の実施の形態２の構成例を示すブロック図である。図１とは回生トランジスタ４のオン／オフ状態信号を取得する点が異なる。そして、図４は、本発明に係るモータ制御装置の実施の形態２の動作例を説明するフローチャートである。本実施の形態では、図２と異なる部分に着目して説明する。
【００８０】
まず、ステップＳ１〜Ｓ５は、実施の形態１の図２と同様である。本実施の形態では、ステップＳ５の後に回生トランジスタ４のオン／オフ状態を取得する（ステップＳ６−１）。そして、消費電力算出部５が、ステップＳ６−１にて取得した回生トランジスタ４のオン／オフ状態に基づいて、回生トランジスタ４がオンしているか否かの判定を行う（ステップＳ６−２）。回生トランジスタ４がオンしている場合には、ステップＳ７に移行し、回生トランジスタ４がオンしていない場合には、ステップＳ９に移行する。ステップＳ７移行後及びステップＳ９移行後の処理は、実施の形態１の図２と同様である。
【００８１】
以上説明したように、図４では、回生抵抗３が通電しているか否かを、回生トランジスタ４がオンしているか否かによって判定する。回生トランジスタ４がオンしていれば、回生抵抗３は通電し、回生トランジスタ４がオフしていれば、回生抵抗３は非通電である。
【００８２】
本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、平滑コンデンサ１０に蓄積される回生電力を考慮して、単位時間あたりの消費電力Ｐ、単位時間あたりの回生電力Ｑ及び積算電力量Ｅを正確に算出することができる。
【００８３】
このように、実施の形態１では母線電圧Ｖｄｃによって回生抵抗３が通電しているか否かを判定し、本実施の形態では回生トランジスタ４のオン／オフ状態によって回生抵抗３が通電しているか否かを判定している。すなわち、消費電力算出部５は、回生トランジスタ４がオンしているときには回生動作していると判定し、回生トランジスタ４がオフしているときには回生動作していないと判定する。ただし、本発明はこれに限定されない。例えば、許容回生電力に対する回生電力の割合を示す回生負荷率を計算し、回生負荷率に基づいて回生抵抗３が通電しているか否かを判定してもよい。すなわち、回生負荷率が０のときは回生抵抗３が非通電であると判定し、回生負荷率が０より大きいときには回生抵抗３が通電であると判定してもよい。
【００８４】
実施の形態３．
実施の形態１，２では、１つの整流部及び平滑コンデンサに対して１つのインバータが設けられ、１つのモータを駆動するモータ制御装置について説明したが、本発明はこれに限定されない。本実施の形態では、１つのコンバータに対して複数のインバータが設けられ、複数のモータを駆動するモータ制御装置について説明する。
【００８５】
図５は、実施の形態３に係るモータ制御装置の構成例を示すブロック図である。図５に示すモータ制御装置は、図１に示すモータ制御装置に対して、第２のエンコーダ１０２ｂが付された第２のモータ１０１ｂと、第２のインバータ１０３ｂと、第２の電流検出部１０４ｂと、第２軸トルク算出部１０５ｂと、第２軸サーボ制御部１０６ｂと、を追加したものである。
【００８６】
なお、図５に示す第１のモータ１０１ａは、図１に示すモータ１０１と同様であり、図５に示す第１のエンコーダ１０２ａは、図１に示すエンコーダ１０２と同様であり、図５に示す第１のインバータ１０３ａは、図１に示すインバータ１０３と同様であり、図５に示す第１の電流検出部１０４ａは、図１に示す電流検出部１０４と同様であり、図５に示す第１軸トルク算出部１０５ａは、図１に示すトルク算出部１０５と同様であり、図５に示す第１軸サーボ制御部１０６ａは、図１に示すサーボ制御部１０６と同様である。
【００８７】
第１のインバータ１０３ａは、整流部と平滑コンデンサが生成する直流電源から、第１のモータ１０１ａに電流を供給する。第２のインバータ１０３ｂも、整流部と平滑コンデンサが生成する直流電源から、第２のモータ１０１ｂに電流を供給する。
【００８８】
第１の電流検出部１０４ａは、第１のモータ１０１ａのモータ電流Ｉ１を検出する。第２の電流検出部１０４ｂも、第２のモータ１０１ｂのモータ電流Ｉ２を検出する。
【００８９】
第１軸トルク算出部１０５ａは、モータ電流Ｉ１から第１のモータ１０１ａに発生しているトルクτ１を算出する。第２軸トルク算出部１０５ｂは、モータ電流Ｉ２から第２のモータ１０１ｂに発生しているトルクτ２を算出する。なお、第１軸トルク算出部１０５ａと第２軸トルク算出部１０５ｂは、トルク算出部１０５と同様に機能するが、第１のモータ１０１ａと第２のモータ１０１ｂが接続された場合には、それぞれのモータに対応するトルク定数Ｋｔまたはモータ電流Ｉ（ｔ）とトルクτ（ｔ）の関係を表すテーブル若しくは関数を記憶している。
【００９０】
第１軸サーボ制御部１０６ａは、第１軸のモータ１０１ａを制御し、第１のモータ１０１ａの動作の参照信号となる第１軸指令信号（位置指令、速度指令、電流指令）に、第１のモータ１０１ａが追従するために必要な電流を発生させるための第１軸の電圧指令を算出する。第２軸サーボ制御部１０６ｂは、第２のモータ１０１ｂを制御し、第２のモータ１０１ｂの動作の参照信号となる第２軸指令信号（位置指令、速度指令、電流指令）に、第２のモータ１０１ｂが追従するために必要な電流を発生させるための第２軸の電圧指令を算出する。
【００９１】
図５に示す構成と図１に示す構成では、１つの整流部の出力に２つのインバータと２つのモータが接続されている点が異なる。
【００９２】
消費電力算出部５は、母線電圧測定部１１にて測定された母線電圧Ｖｄｃ、第１のエンコーダ１０２ａ，第２のエンコーダ１０２ｂにて検出した第１のモータ１０１ａ，第２のモータ１０１ｂのモータ速度ｖ１，ｖ２及び位置等の情報、第１の電流検出部１０４ａ，第２の電流検出部１０４ｂにて検出した第１のモータ１０１ａ，第２のモータ１０１ｂのモータ電流Ｉ１，Ｉ２及び第１軸トルク算出部１０５ａ，第２軸トルク算出部１０５ｂにて算出したトルクτ１，τ２に基づいて消費電力量を算出して出力する。
【００９３】
次に、モータ１０１ａ，１０１ｂの駆動時におけるモータ制御装置の動作について図６を参照して説明する。図６は、本発明に係るモータ制御装置の実施の形態３の動作例を説明するフローチャートである。
【００９４】
なお、図６では、１つの整流部に対し、Ｎ個（Ｎ≧２の自然数）のインバータが接続されており、Ｎ個のモータが駆動される。また、軸番号インデックスｉを導入する。
【００９５】
まず、消費電力算出部５が積算電力量Ｅを０とし、軸番号インデックスｉ＝１とする（ステップＳ１ａ）。
【００９６】
次に、第ｉ軸の電流検出部１０４ｉにて第ｉ軸のモータ電流Ｉｉを検出し、第ｉ軸のエンコーダ１０２ｉにて第ｉ軸のモータ速度ｖｉを検出する（ステップＳ２ａ）。なお、本実施の形態では、ｉ＝１（第１軸）の構成の符号に「ａ」を付し、ｉ＝２（第２軸）の構成の符号に「ｂ」を付し、他も同様とする。例えば、電流検出部は、第１軸では「第１軸の電流検出部１０４ａ」と記載し、第２軸では「第２軸の電流検出部１０４ｂ」と記載する。なお、ステップＳ２ａ以後の処理は、サンプリング時間ΔＴ毎に行う。
【００９７】
次に、第ｉ軸のトルク算出部１０５ｉが、第ｉ軸の電流検出部１０４ｉにて検出した第ｉ軸のモータ電流Ｉｉに基づいて第ｉ軸のトルクτｉを算出する（ステップＳ３ａ）。ここで、トルクτｉの算出は、実施の形態１にて説明したように行えばよく、ここでの説明は省略する。
【００９８】
次に、消費電力算出部５が、第ｉ軸のエンコーダ１０２ｉにて検出した第ｉ軸のモータ速度ｖｉ及び第ｉ軸のトルク算出部１０５ｉにて算出した第ｉ軸のトルクτｉから第ｉ軸のモータ出力Ｗｉを算出し、第ｉ軸のモータ速度ｖｉ及び第ｉ軸の電流検出部１０４ｉにて検出した第ｉ軸のモータ電流Ｉｉから第ｉ軸の損失Ｌｉを算出する（ステップＳ４ａ）。ここで、モータ出力及び損失の算出は、実施の形態１にて説明したように行えばよく、ここでの説明は省略する。
【００９９】
次に、消費電力算出部５が、軸番号インデックスｉがＮであるか否かを判定する（ステップＳ２０）。判定の結果、ｉがＮでない場合には、ｉに１を加算して（ステップＳ２１）、ステップＳ２ａに戻る。ｉ＝Ｎである場合には、ステップＳ５ａに移行する。
【０１００】
次に、母線電圧測定部１１が母線電圧Ｖｄｃを検出する（ステップＳ５ａ）。
【０１０１】
次に、消費電力算出部５が、ステップＳ５ａで検出した母線電圧Ｖｄｃがしきい値以上であるか否かを比較する（ステップＳ６ａ）。ここで、しきい値としては、回生トランジスタ４がオンする電圧、すなわちしきい値電圧Ｖｔｈを例示することができる。母線電圧Ｖｄｃが回生トランジスタ４のしきい値電圧Ｖｔｈ以上であれば、回生トランジスタ４がオンし、回生電力を回生抵抗３で消費する。母線電圧Ｖｄｃが回生トランジスタ４のしきい値電圧Ｖｔｈ以上であれば、ステップＳ７ａに移行する。母線電圧Ｖｄｃが回生トランジスタ４のしきい値電圧Ｖｔｈ未満であれば、ステップＳ９ａに移行する。
【０１０２】
＜ステップＳ７ａに移行する場合＞
消費電力算出部５が、ステップＳ４ａにて算出した第１軸〜第Ｎ軸のモータ出力Ｗと第１軸〜第Ｎ軸の損失Ｌの総和が０以上であるか負であるかに基づいて、下記の式（７）によって単位時間あたりの消費電力Ｐを算出する（ステップＳ７ａ）。
【０１０３】
【数７】
0005985050.tif 000008
【０１０４】
次に、消費電力算出部５が、単位時間あたりの回生電力Ｑ＝Ｖｄｃ２／Ｒｒを算出する（ステップＳ８ａ）。ここで、抵抗値Ｒｒは、回生抵抗３の抵抗値である。抵抗値Ｒｒは、消費電力算出部５に記憶されている。その後、ステップＳ１１ａに移行する。
【０１０５】
＜ステップＳ９ａに移行する場合＞
ステップＳ４ａにて算出した第１軸〜第Ｎ軸のモータ出力Ｗと第１軸〜第Ｎ軸の損失Ｌを用いて、消費電力算出部５が下記の式（８）によって第１軸〜第Ｎ軸までの単位時間あたりの消費電力Ｐを算出する（ステップＳ９ａ）。
【０１０６】
【数８】
0005985050.tif 000009
【０１０７】
そして、消費電力算出部５が、単位時間あたりの回生電力Ｑ＝０とする（ステップＳ１０ａ）。その後、ステップＳ１１ａに移行する。
【０１０８】
＜ステップＳ１１ａに移行後＞
次に、消費電力算出部５が、ステップＳ７ａまたはステップＳ９ａで算出した消費電力に単位時間あたりの固定分消費電力Ｐｃを実施の形態１と同様に加算する（ステップＳ１１ａ）。なお、実施の形態１と同様に、固定分消費電力Ｐｃが消費電力Ｐに対して無視できるほど小さい場合には、固定分消費電力Ｐｃ＝０とし、ステップＳ１１ａを省略してもよい。
【０１０９】
次に、消費電力算出部５が、回生電力Ｑ及び過去の回生電力を用いて、時間的に平滑化を行うことで、平滑化回生電力Ｑ’を算出する（ステップＳ１２ａ）。ここで、平滑化は、一次遅れフィルタまたは移動平均フィルタを用いて行えばよい。
【０１１０】
次に、消費電力算出部５が、単位時間あたりの消費電力Ｐを積算して、積算電力量Ｅを実施の形態１と同様に算出する（ステップＳ１３ａ）。
【０１１１】
次に、消費電力算出部５が、積算電力量Ｅを計算する積算時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１４ａ）。積算電力量Ｅを計算する積算時間が経過したのであれば、処理を終了し、積算時間が経過していないのであれば、ステップＳ２ａに戻る。
【０１１２】
上記説明したように、図６のフローチャートによると、処理を開始してから積算時間までに消費した電力量の総和である積算電力量Ｅが算出される。
【０１１３】
また、図６のフローチャートによれば、サンプリング時間ΔＴ毎に単位時間あたりの消費電力Ｐと、単位時間あたりの回生電力Ｑと、単位時間あたりの平均的な回生電力Ｑ’と、処理が開始されてから現時点までのモータとモータ駆動機器が使用した積算電力量Ｅと、を得ることができる。
【０１１４】
実施の形態１にて説明したように、１つの整流部に対し、１つのインバータが接続され、１つのモータが駆動される形態（モータが１軸の形態）では、損失Ｌとモータ出力Ｗの合計値の正負と、母線電圧の値により回生抵抗３が通電であるか非通電であるか決定される。
【０１１５】
本実施の形態のように、１つの整流部に対し、Ｎ個（Ｎ≧２）のインバータが接続されており、Ｎ個のモータが駆動される形態では、各インバータは、共通の母線電圧（交流電源１によって印加され、整流器２と平滑コンデンサ１０で直流とされる電圧）から電力を供給されるため、任意の軸においてモータ出力Ｗと損失Ｌの合計値が負である場合（すなわち、その軸におけるモータとインバータでは回生電力が発生している場合）には、この発生した電力を、共通の母線電圧を介して他の軸で使用することが可能である。
【０１１６】
例えば、Ｎ＝２の構成で、第１軸の損失Ｌ１と第１軸のモータ出力Ｗ１の合計Ｌ１＋Ｗ１＜０であれば、第１軸では回生電力を発生していることになる。そのため、第２軸の損失Ｌ２と第２軸のモータ出力Ｗ２の合計Ｌ２＋Ｗ２＞０であれば、第２軸では第１軸で発生した回生電力を使用することができる。
【０１１７】
すべての軸のモータ出力Ｗと損失Ｌの合計が負になる場合、すなわち、上記の２軸の例ではＬ１＋Ｗ１＋Ｌ２＋Ｗ２＜０である場合には、実施の形態１と同様に、回生抵抗３が通電していれば発生した電力は回生抵抗３で消費され、回生抵抗３が非通電であれば平滑コンデンサ１０に蓄積される。すなわち、発生した電力が消費されるか蓄積されるかは、母線電圧Ｖｄｃと回生トランジスタ４のしきい値電圧Ｖｔｈによって決まる。
【０１１８】
すなわち、Ｖｄｃ＞Ｖｔｈであれば、発生した電力は回生抵抗３で消費される。本発明によれば、消費電力の計算には、回生抵抗３における消費電力が考慮されるため、単位時間あたりの消費電力の正確な算出が可能となる。
【０１１９】
逆に、Ｖｄｃ＜Ｖｔｈであれば、発生した電力は回生抵抗３で消費されない。そのため、消費電力の計算では、回生抵抗３における消費電力を０とし、単位時間あたりの消費電力の正確な算出が可能となる。特に、Ｐ＜０である場合には、平滑コンデンサ１０に蓄積される電力を考慮して、消費電力の正確な算出が可能となる。
【０１２０】
本実施の形態によれば、１つの整流部に対し、複数個のインバータが接続されており、複数個のモータが駆動される場合であっても、回生抵抗の通電状態を利用して、平滑コンデンサに蓄積される電力と、回生抵抗における消費電力と、を考慮しつつ、単位時間あたりの消費電力Ｐ、ある時間に消費する消費電力量Ｅを正確に算出することができる。
【０１２１】
なお、本実施の形態の上記の説明では、実施の形態１と同様に母線電圧と回生トランジスタのしきい値電圧の大小関係によって回生抵抗が通電しているか否かを識別したが、本実施の形態においても、実施の形態２と同様に、回生トランジスタのオン／オフ状態を直接取得して判定してもよいし、回生負荷率が０であるかまたは０以上であるかによって、回生抵抗が通電しているか否かを判定してもよい。
【０１２２】
実施の形態４．
実施の形態３では、複数軸のモータを駆動するために、１つの整流部及び平滑コンデンサにより直流電力を出力し、その直流電力を複数の軸で使用し、このときの消費電力を算出したが、本発明はこれに限定されない。本実施の形態では、平滑コンデンサが各インバータに対して１つずつ設けられ、複数の平滑コンデンサを備えるモータ制御装置について説明する。
【０１２３】
本実施の形態では、母線電圧を共通化することにより、複数の平滑コンデンサを共有しつつ複数のモータを駆動する形態について説明する。
【０１２４】
図７は、本発明に係るモータ制御装置の実施の形態４の構成例を示すブロック図である。図７において、図１または図５と同じ符号が付された構成は、図１または図５と同様の構成であり、同様の機能を備える。
【０１２５】
図５では１つの整流部と１つの平滑コンデンサとにより直流電力を出力する母線を構成しているが、図７では、図１のモータ制御装置を複数（ここでは２つ）設け、共通配線部７によってこれらの母線が互いに並行に接続されており、この構成で複数のモータを駆動した際の全体の消費電力が消費電力算出部５で算出される。
【０１２６】
なお、本実施の形態では、整流器２ｂには交流電源が接続されておらず、平滑コンデンサ１０ｂ及びインバータ１０３ｂには、共通配線部７によって直流電力が供給されている。さらには、回生抵抗３ａの抵抗値をＲｒ１、回生抵抗３ｂの抵抗値をＲｒ２とし、母線電圧がしきい値以上になると回生トランジスタ４ａ，４ｂがオンし、電力が回生抵抗で消費され、しきい値未満ではオフ状態を維持する。
【０１２７】
図７の構成では、各ユニットに整流部、平滑コンデンサ、インバータ部を１つずつ有するサーボアンプなどを互いの母線が共通となるように接続して使用する場合が典型的な適用例となる。そして、共通配線部７が平滑コンデンサの端子間を並列に接続することにより、母線電圧がインバータ１０３ａ，１０３ｂで共通化される。これにより、１つのモータ（例えばモータ１０１ａ）で発生した回生電力は他のモータ（例えばモータ１０１ｂ）にて使用することが可能となり、または、この回生電力が他のモータ（例えばモータ１０１ｂ）で使用されない場合には、接続された平滑コンデンサ全体（図７においては平滑コンデンサ１０ａ，１０ｂの双方）で共有化することが可能である。また、平滑コンデンサ１０ａ，１０ｂに蓄積された回生電力が大きくなると母線電圧が上昇する。そして、母線電圧がしきい値を上回ると、回生トランジスタ４ａ，４ｂがオンし、余剰な回生電力は回生抵抗３ａ，３ｂで消費される。
【０１２８】
次に、モータ制御装置の動作について図８を参照して説明する。図８は、本発明に係るモータ制御装置の実施の形態４の動作例を説明するフローチャートである。図８において、図６と同じ符号が付されたステップは、図６と同様の処理を行うステップである。また、本実施の形態においても、母線電圧がインバータ１０３ａ，１０３ｂで共有されて各モータの回生電力も共有されるため、消費電力の算出は実施の形態３と同様となる。図８は、図６のステップＳ８ａに代えてステップＳ８ｂの処理を行う点が異なる。
【０１２９】
図８において、各モータの出力と損失の総合計値によって単位時間あたりの消費電力が算出されているが、これは、共通配線部７によって、各インバータの電力供給源である母線電圧が共通化されており、ある軸の回生電力が他の軸の駆動電力として使用できるからである。また、出力と損失の総合計値が０未満であるときにはモータ全体では回生状態であり、単位時間あたりの消費電力Ｐが負になる場合には、ステップＳ６ａにおいて回生抵抗３ａ，３ｂが通電していないと判定され、その回生電力は平滑コンデンサ１０ａ，１０ｂに蓄積される。また、このとき、回生抵抗３ａ，３ｂが通電していないので、回生電力Ｑ＝０となる。また、ステップＳ６ａにおいて、母線電圧Ｖｄｃがしきい値電圧Ｖｔｈよりも大きく、ステップＳ７ａにおいて、各モータの出力と損失の総合計値が０以上であれば、その合計値を単位時間あたりの消費電力とし、総合計値が０より小さければ、単位時間あたりの消費電力を０とする。これは、ステップＳ６ａにおいて、回生抵抗３ａ，３ｂが通電していると判定されているので、総合計値が０より小さい、すなわち、モータ全体で回生状態であれば、その回生電力は回生抵抗で消費されていると判定されるため、単位時間あたりの消費電力は０になることに対応している。
【０１３０】
また、回生電力Ｑは、複数の回生抵抗を、並列に接続した場合の合成抵抗値Ｒｒ＝Ｒｒ１・Ｒｒ２／（Ｒｒ１＋Ｒｒ２）を算出し、この合成抵抗値Ｒｒをもとに回生電力Ｑを算出する。この処理が、図８に示すフローチャートのステップＳ８ｂに対応する。
【０１３１】
図７に示すモータ制御装置では回生抵抗が母線電圧に対して２個並列に接続されているが、３個以上の回生抵抗が接続されている場合にもこれらの合成抵抗値を算出して用いればよい。
【０１３２】
その後、図６と同様に、固定分消費電力Ｐｃを単位時間あたりの消費電力Ｐに加算し、平滑化回生電力Ｑ’を算出し、単位時間あたりの消費電力Ｐを積算することで積算電力量Ｅを算出する。本実施の形態においても、図６と同様に、母線電圧Ｖｄｃが回生トランジスタのしきい値電圧未満であり、且つモータ全体の単位時間あたりの消費電力Ｐが負であるとき、これを回生電力とし、この回生電力が平滑コンデンサ１０ａ，１０ｂに蓄積されるので、単位時間あたりの消費電力Ｐ、積算電力量Ｅ及び回生電力Ｑを正確に算出できる。
【０１３３】
図７に示すモータ制御装置では、図５に示すモータ制御装置と同様に、母線電圧が各インバータ部及び各モータで共有化されているため、１つのモータで発生した回生電力を別のモータで使用することができ、また、回生電力を平滑コンデンサ１０ａ，１０ｂに蓄積することができる。平滑コンデンサ１０ａ，１０ｂに回生電力が蓄積されていくと母線電圧が上昇し、母線電圧がしきい値電圧以上になると、回生トランジスタ４ａ，４ｂが通電し、回生電力は回生抵抗３ａ，３ｂで消費される。よって、共通配線部７によって母線が共有化されていれば、平滑コンデンサ１０ａ，１０ｂが複数存在しても実施の形態３で説明した方法と同様の方法により複数のモータ及びモータ駆動機器の消費電力を算出することができる。
【０１３４】
なお、本実施の形態の説明では、整流器２ｂに交流電源１が接続されておらず、整流器２ａで整流した直流電力のみを共通配線部７によって複数のインバータ部及び平滑コンデンサに供給する構成としたが、図９に示すように、整流器２ａ，２ｂの双方に交流電源１が接続されていてもよい。または、図７に示すモータ制御装置から整流器２ｂを除いて、図１０に示すように、整流器２ｂが設けられていない構成であってもよい。図９または図１０においても、共通配線部７によって母線電圧が共通化され、各モータの回生電力が複数の平滑コンデンサ１０ａ，１０ｂの両方に蓄積され、共有化されているので、図７で説明した構成と同様の効果を有する。
【０１３５】
さらに、本実施の形態では２軸の場合を説明したが、複数の平滑コンデンサ両端が共通配線部によって接続され、複数軸の母線電圧が共通化される構成であれば、３軸以上であってもよい。さらに、モータ及びインバータ部と、平滑コンデンサ部は必ずしも同数である必要はなく、平滑コンデンサがモータ及びインバータ部よりも多く、または少ない構成であってもよい。このような場合であっても、共通配線部７によって母線電圧が共有化されているため、１つのモータで発生した回生電力を他のモータで使用し、または、複数の平滑コンデンサに回生電力を蓄積し、母線電圧がしきい値電圧以上になると、回生抵抗が通電し、回生電力を消費するという点では共通しており、図７で説明したモータ制御装置と同様の効果を有する。
【産業上の利用可能性】
【０１３６】
以上のように、本発明にかかるモータ制御装置は、サーボアンプ等のモータ駆動機器の制御に有用である。
【符号の説明】
【０１３７】
１  交流電源、２，２ａ，２ｂ  整流器、３，３ａ，３ｂ  回生抵抗、４，４ａ，４ｂ  回生トランジスタ、５  消費電力算出部、１０，１０ａ，１０ｂ  平滑コンデンサ、１１  母線電圧測定部、１０１，１０１ａ，１０１ｂ  モータ、１０２，１０２ａ，１０２ｂ  エンコーダ、１０３，１０３ａ，１０３ｂ  インバータ、１０４，１０４ａ，１０４ｂ  電流検出部、１０５，１０５ａ，１０５ｂ  トルク算出部、１０６，１０６ａ，１０６ｂ  サーボ制御部、Ｓ１〜Ｓ１４，Ｓ１ａ〜Ｓ１４ａ，Ｓ８ｂ，Ｓ２０，Ｓ２１  ステップ。
【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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