(57)【要約】【課題】  ブートストラップ方式を採用した複数のインバータ回路とそのドライブ回路を駆動するための共通の電源供給装置を備えたインバータシステムにおいて、電源供給装置を小形化、低容量化できるインバータシステムを提供する。【解決手段】  各インバータ回路の上アームトランジスタドライブ回路用のコンデンサへ充電するタイミングをずらすため、１軸ごとにコンデンサ充電のための下アームトランジスタをオンさせるようにした。【選択図】  図１
2006149117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上アームを構成するスイッチング素子と、該スイッチング素子を駆動する上アームドライブ回路と、下アームを構成するスイッチング素子と、該スイッチング素子を駆動する下アームドライブ回路と、前記下アームを構成するスイッチング素子のオンで充電されるコンデンサを前記上アーム側に設けたブートストラップ回路と、を備えて成るインバータ回路を、複数台と、
前記各ドライブ回路駆動用の共通の電源供給装置と、を有し、
前記下アームスイッチング素子のオン時に前記電源供給装置から前記ブートストラップ回路のコンデンサを初期充電するようにしたインバータシステムにおいて、
前記下アームスイッチング素子のオンのタイミングを各アーム毎にずらして処理することにより、前記下アームスイッチング素子のオン時の前記電源供給装置からの充電電流を小さくしたことを特徴とするインバータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数インバータ回路を備えたインバータシステムに関するもので、特にインバータ回路の上アームを構成するスイッチング素子（以後、トランジスタという。）を駆動するドライブ回路駆動用のコンデンサに最初の充電を下アームトランジスタのオンを利用して行うブートストラップ方式に係る多軸モータ駆動インバータシステムの初期充電に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ駆動システムでは、インバータ回路のトランジスタドライブ回路駆動用の電源をブートストラップ方式で供給する回路が、ドライブ電源の簡素化のため使用されている（例えば、特許文献１参照）。ブートストラップ方式では、最初のトランジスタ駆動前に、下アームトランジスタをオンさせて上アームトランジスタドライブ回路駆動用のコンデンサへの最初の充電を行うものである。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３４８８８０号公報（図１）
【０００４】
多軸のモータ駆動システムにブートストラップ方式を採用した場合、図３のようになる。
図３において、Ｐは複数のインバータ回路のトランジスタドライブ回路用の共通の電源供給装置であり、各軸にドライブ電源を供給するため下アームトランジスタをオンさせて上アームトランジスタドライブ回路駆動用のコンデンサへ最初の充電を行う。Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、・・・Ｕｎは多軸モータシステムを構成する各インバータ回路である。
ブートストラップ方式のブリッジ回路自体はよく知られている。すなわち、図に示すように、上側のスイッチングトランジスＴｒ１１のベース・エミッタ間にコンデンサＣｕ１と上アームＵ相ドライブ回路との直列接続回路を並列に接続し、かつ、共通の電源供給回路ＰにダイオードＤ１と充電抵抗ｒ１とを介してコンデンサＣｕ１に接続して成るものである。
そして上側のスイッチングトランジスタＴｒ１１がＯＦＦしているときに下側のスイッチングトランジスタＴｒ１２がＯＮすると、共通電源供給回路Ｐの＋側→ダイオードＤ１→充電抵抗ｒ１→コンデンサＣｕ１→下側のスイッチングトランジスタＴｒ１２のコレクタ→下側のスイッチングトランジスタＴｒ１２のエミッタ→共通電源供給回路Ｐのー側という閉回路が形成され、コンデンサＣｕ１が充電される。
その後、上側のスイッチングトランジスタＴｒ１１をＯＮするために、上アームＵ相ドライブ回路がＯＮ動作すると、コンデンサＣｕ１に充電されていた充電電荷が上アームＵ相ドライブ回路を介して上側のスイッチングトランジスタＴｒ１１のベース・エミッタ間に流れ、点弧エネルギとなる。
よって、この回路によれば、上側のスイッチングトランジスタＴｒ１１の駆動電源をコンデンサｕ１で代替することができるので、従来必要であった上側のスイッチングトランジスタ用の直流電源が不要になり、一つのブリッジ回路を単一の直流電源で駆動することが可能になる。
【０００５】
以上は、１軸目インバータ回路のＵ相の上側のスイッチングトランジスタＴｒ１１について説明したが、同じことは１軸目インバータ回路のＶ相、Ｗ相の上側のスイッチングトランジスタＴｒ１３、Ｔｒ１５についても当てはまる。
したがって、電源供給回路Ｐは１軸目インバータ回路のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の上側スイッチングトランジスタ用のコンデンサＣｕ１、Ｃｖ１、Ｃｗ１の共通として用いることができる。
【０００６】
以上は、１軸目インバータ回路のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の上側スイッチングトランジスタ用のコンデンサＣｕ１、Ｃｖ１、Ｃｗ１について説明したが、同じことは２軸目以降の各インバータ回路のＶ相、Ｗ相の上側のスイッチングトランジスタについても当てはまる。
したがって、電源供給回路Ｐは、１軸目〜ｎ軸目の各インバータ回路のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の上側スイッチングトランジスタ用のコンデンサの充電に共通として用いることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、図３のような多軸のモータ駆動システムにブートストラップ方式を採用して、１個の共通の電源供給回路Ｐだけで充電させることになると、次のような問題が発生することに本出願人は気がついた。
すなわち、図２において、各軸の各インバータ回路の下アームトランジスタが同時にオンすると、１個の共通の電源供給回路Ｐから各軸の各インバータ回路の上アームトランジスタのドライブ回路駆動用コンデンサへの充電電流が同時に流れ始めるため、１個の共通の電源供給回路Ｐからの充電電流が大きくなった。
このように、従来のモータ駆動時における多軸のブートストラップ電源の初期充電方法では、複数のインバータ回路の下アームトランジスタを同時にオンさせて同時に上アームトランジスタドライブ回路駆動用のコンデンサへの最初の充電を行うという手順をとっているので、インバータ回路の軸数が増えると、それに伴い充電電流が大きくなり、したがって電源供給装置Ｐの容量を大きくしなければならないという問題があった。
また、電源供給装置Ｐの容量が大きくなるため、小形化、低コスト化できないという問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、電源供給装置を小形化、低容量化することができる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題を解決するため、請求項１記載のインバータシステムの発明は、上アームを構成するスイッチング素子と、該スイッチング素子を駆動する上アームドライブ回路と、下アームを構成するスイッチング素子と、該スイッチング素子を駆動する下アームドライブ回路と、前記下アームを構成するスイッチング素子のオンで充電されるコンデンサを前記上アーム側に設けたブートストラップ回路と、を備えて成るインバータ回路を複数台と、前記各ドライブ回路駆動用の共通の電源供給装置と、を有し、前記下アームスイッチング素子のオン時に前記電源供給装置から前記ブートストラップ回路のコンデンサを初期充電するようにしたインバータシステムにおいて、前記下アームスイッチング素子のオンのタイミングを各アーム毎にずらして処理することにより、前記下アームスイッチング素子のオン時の前記電源供給装置からの充電電流を小さくしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
このように、各インバータ回路の上アームトランジスタドライブ回路駆動用のコンデンサへの最初の充電のための下アームトランジスタオンのタイミングをずらすことで、共通の電源供給装置からの充電電流を小さくすることができ、電源供給装置の容量、サイズを小さくすることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の方法の具体的実施例について、図１および図３に基づいて説明する。
本発明の方法を実施する多軸モータ駆動システム装置の主回路構成自体は従来回路と同じであり、従って図３と同じである。
図３において電源供給装置Ｐは複数のインバータ回路のドライブ用電源として共通となっている。回路構成、ブートストラップ方式の原理は既述したので、重複説明は省略する。
【００１１】
このシステム構成において、本発明によれば、図１に示すように、下アームトランジスタのオンのタイミングをそれぞれずらし、１軸ずつオンさせるようにしている。図１は多軸モータ駆動システム装置において、下アームトランジスタをオンする処理手順を示すタイムチャートである。
まず、はじめに１軸目の下アームトランジスタをオンさせると、同軸の上アームトランジスタドライブ回路駆動用のコンデンサへ最初の充電が行われる。
次に、２軸目の下アームトランジスタをオンさせると、同軸の上アームトランジスタドライブ回路駆動用コンデンサに充電される。このとき、１軸目の上アームトランジスタドライブ回路駆動用のコンデンサへ最初の充電は完了している。
以下、同様にこれを軸数分、各軸の下アームトランジスタのオンのタイミングが重複しないように繰り返していくと、共通の電源供給装置から供給される充電電流は軸数に比例することはない。
このように、１軸ごとに下アームトランジスタをオンをしてから各軸の上アームトランジスタドライブ回路駆動用のコンデンサへ充電を行うので、共通の電源供給装置からの充電電流を小さくすることができ、電源の小形化、低容量化ができるのである。
【００１２】
従来技術と、本発明における電源供給装置Ｐからのトランジスタドライブ回路駆動用の充電電流Ｉを比較すると次のようになる。
（１）従来の点弧方法（図２の方法）による駆動電流
Ｉ1＝Ｉｐ１×ｎ
（２）本発明に係る点弧方法（図１の方法）による駆動電流
Ｉ2＝Ｉｐ１＋Ｉｏ×ｎ
このとき
Ｉ1  従来方法による電源供給装置Ｐからの駆動電流
Ｉ2  本発明に係る方法による電源供給装置Ｐからの駆動電流
Ｉｐ１  １軸あたりの上アーム充電電流
Ｉｏ  定常時のドライブ回路駆動電流（ただし、Ｉｐ１＞Ｉｏである。）
ｎ  インバータ回路等の軸数
【００１３】
このように、従来技術によれば、インバータ回路の軸数が増えると、下アームトランジスタのオン時の駆動（充電）電流Ｉ1は軸数に比例して増大するのに対して、本発明に係る方法による駆動（充電）電流Ｉ2は、充電電流がインバータ回路等の軸数にそれほど左右されないので、その結果、Ｉ1＞Ｉ2 となる。
【００１４】
本発明に係る方法によれば、このように１軸ごとに上アームトランジスタドライブ回路駆動用コンデンサへの充電を行うという手順をとるため共通の電源供給装置が小形化でき、軸数に大きく影響されることがないことから、ドライブ回路用の電源を共通で持つような多軸システムであるロボットや工作機という用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の方法の処理手順を示すタイムチャートである。
【図２】従来の方法の処理手順を示すタイムチャートである。
【図３】本発明および従来方法が対象としている多軸モータ駆動システム装置の構成を示す多軸システム構成図である。
【符号の説明】
【００１６】
Ｐ    共通電源供給装置
Ｅ    主電源
Ｃ１  コンデンサ
Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕｎ  インバータ回路等
Ｔｒ１１、Ｔｒ１２、Ｔｒ１３、Ｔｒ１４、Ｔｒ１５、Ｔｒ１６  トランジスタ
Ｃｕ１、Ｃｖ１、Ｃｗ１  ブートストラップ用コンデンサ
Ｍ１    モータ
Ｐ、Ｎ  母線
【図１】
2006149117.tif 000003
【図２】
2006149117.tif 000004
【図３】
2006149117.tif 000005