(57)【要約】【課題】フライホイール型の蓄電装置を有するモータ駆動システムにおいて、制御が容易で応答性が高い小型で低コストの蓄電装置を実現する。【解決手段】モータ駆動システム１は、フライホイール１１と、複数の独立した巻線を有し、フライホイール１１を回転させるバッファ用サーボモータ１２と、巻線に各々接続される複数のバッファ用インバータ１３−Ａ，１３−Ｂと、直流リンク４Ａ，４Ｂに各々接続される複数のコンバータ１４−Ａ，１４−Ｂと、直流リンク４Ａ，４Ｂにおける直流電力とドライブ用サーボモータ３−Ａ１，３−Ａ２，３−Ｂの駆動電力または回生電力である交流電力との間で電力変換を行うドライブ用インバータ１５−Ａ１，１５−Ａ２，１５−Ｂと、巻線ごとに接続された各バッファ用インバータ１３−Ａ，１３−Ｂの電力変換を制御することでバッファ用サーボモータ１２の駆動を制御するバッファ用モータ制御部１６とを備える。【選択図】図１
2019075863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転エネルギーを蓄積し得るフライホイールと、
複数の独立した巻線を有し、前記フライホイールを回転させるバッファ用サーボモータと、
前記巻線に各々接続される複数のバッファ用インバータであって、前記バッファ用サーボモータの駆動電力または回生電力である交流電力と前記バッファ用インバータが接続された直流リンクにおける直流電力との間で電力変換を行うバッファ用インバータと、
前記バッファ用インバータが接続された前記直流リンクに各々接続される複数のコンバータであって、電源側の交流電力と前記直流リンクにおける直流電力との間で電力変換を行うコンバータと、
前記直流リンクのいずれかに接続され、当該直流リンクにおける直流電力とドライブ用サーボモータの駆動電力または回生電力である交流電力との間で電力変換を行うドライブ用インバータと、
前記巻線ごとに接続された各前記バッファ用インバータの電力変換を制御することで前記バッファ用サーボモータの駆動を制御するバッファ用モータ制御部と、
を備える、モータ駆動システム。
【請求項２】
前記直流リンクごとに、当該直流リンクに接続された前記コンバータ及び前記ドライブ用インバータにおける損失と当該直流リンクに前記ドライブ用インバータを介して接続されたドライブ用サーボモータの出力及び巻線損失との和として得られる総消費電力量を計算する消費電力量計算部と、
前記バッファ用インバータごとに、前記総消費電力量と前記コンバータにより電力変換可能な最大電力量として規定された最大電力変換量とに基づいて、前記バッファ用インバータが前記直流リンクから取り込み可能なまたは前記直流リンクへ出力可能な直流電力量として規定される蓄電供給可能電力量を計算する蓄電供給可能電力量計算部と、
を備え、
前記バッファ用モータ制御部は、前記蓄電供給可能電力量に基づいて、各前記バッファ用インバータの電力変換を制御する、請求項１に記載のモータ駆動システム。
【請求項３】
前記蓄電供給可能電力量と前記バッファ用モータの回転速度とに基づいて、前記バッファ用サーボモータに対するトルク制限値を計算するトルク制限値計算部を備え、
前記バッファ用モータ制御部は、前記バッファ用インバータごとに、前記トルク制限値にてトルク指令の上限値及び下限値を変更しながら前記バッファ用サーボモータに対するトルク制御を行うことで、当該バッファ用インバータが前記直流リンクから取り込む直流電力量または前記直流リンクへ出力する直流電力量を調整する、請求項２に記載のモータ駆動システム。
【請求項４】
前記バッファ用モータ制御部は、
各前記蓄電供給可能電力量の全てが前記直流リンクから取り込み可能な直流電力量を示す場合は、前記バッファ用インバータごとに、前記トルク制限値にてトルク指令の上限値及び下限値を変更しながら前記バッファ用サーボモータに対するトルク制御を行うことで、当該バッファ用インバータが前記直流リンクから取り込む直流電力量を調整し、
各前記蓄電供給可能電力量の全てが前記直流リンクへ出力可能な直流電力量を示す場合は、前記バッファ用インバータごとに、前記トルク制限値にてトルク指令の上限値及び下限値を変更しながら前記バッファ用サーボモータに対するトルク制御を行うことで、当該バッファ用インバータが前記直流リンクへ出力する直流電力量を調整する、請求項３に記載のモータ駆動システム。
【請求項５】
前記バッファ用インバータが前記直流リンクから取り込み可能な直流電力量を示す前記蓄電供給可能電力量の総和の絶対値の大きさと、前記バッファ用インバータが前記直流リンクへ出力可能な直流電力量を示す前記蓄電供給可能電力量の総和の絶対値の大きさとを比較する比較部をさらに備え、
前記バッファ用モータ制御部は、
前記比較部により絶対値が大きいと判定された前記蓄電供給可能電力量が前記直流リンクから取り込み可能な直流電力量を示す場合は、前記直流リンクから直流電力を取り込み可能である前記バッファ用インバータに対しては、前記トルク制限値にてトルク指令の上限値及び下限値を変更しながら前記バッファ用サーボモータに対するトルク制御を行うことで当該バッファ用インバータが前記直流リンクから取り込む直流電力量を調整し、前記直流リンクへ直流電力を出力可能であることを示す前記バッファ用インバータに対しては、前記バッファ用サーボモータに対するトルク制御を行わず、
前記比較部により絶対値が大きいと判定された前記蓄電供給可能電力量が前記直流リンクへの出力可能な直流電力量を示す場合は、前記直流リンクへ直流電力を出力可能である前記バッファ用インバータに対しては、前記トルク制限値にてトルク指令の上限値及び下限値を変更しながら前記バッファ用サーボモータに対するトルク制御を行うことで当該バッファ用インバータが前記直流リンクへ出力する直流電力量を調整し、前記直流リンクから直流電力を取り込み可能であることを示す前記バッファ用インバータに対しては、前記バッファ用サーボモータに対するトルク制御を行わない、請求項３に記載のモータ駆動システム。
【請求項６】
前記バッファ用モータ制御部は、
前記総消費電力量が第１の閾値を超えた場合、前記バッファ用サーボモータが予め規定されたベース回転速度よりも小さい電力供給用回転速度で回転するよう、前記トルク制限値を用いたトルク制御を行う前記バッファ用インバータに対して電力変換を制御し、
前記総消費電力量が前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値を下回った場合、前記バッファ用サーボモータが前記ベース回転速度よりも大きい蓄電用回転速度で回転するよう、前記トルク制限値を用いたトルク制御を行う前記バッファ用インバータに対して電力変換を制御する、請求項３〜５のいずれか一項に記載のモータ駆動システム。
【請求項７】
前記バッファ用モータ制御部は、前記総消費電力量が前記第１の閾値と前記第２の閾値との間にある場合、前記バッファ用サーボモータが前記ベース回転速度で回転するよう、前記トルク制限値を用いたトルク制御を行う前記バッファ用インバータに対して電力変換を制御する、請求項６に記載のモータ駆動システム。
【請求項８】
前記バッファ用モータ制御部は、
前記バッファ用サーボモータが前記電力供給用回転速度で回転するよう前記バッファ用インバータの電力変換を制御しているときにおいて、前記総消費電力量が前記第１の閾値より小さくかつ前記第２の閾値よりも大きい第３の閾値を下回った場合、前記バッファ用サーボモータが前記ベース回転速度で回転するよう、前記トルク制限値を用いたトルク制御を行う前記バッファ用インバータに対して電力変換を制御し、
前記バッファ用サーボモータが前記蓄電用回転速度で回転するよう前記バッファ用インバータの電力変換を制御しているときにおいて、前記総消費電力量が前記第２の閾値より大きくかつ前記第３の閾値より小さい第４の閾値を超えた場合、前記バッファ用サーボモータが前記ベース回転速度で回転するよう、前記トルク制限値を用いたトルク制御を行う前記バッファ用インバータに対して電力変換を制御する、請求項６または７に記載のモータ駆動システム。
【請求項９】
前記第１の閾値は、前記コンバータが交流電力を直流電力に電力変換する順変換動作についての前記最大電力変換量、または当該最大電力変換量よりも小さい値に設定され、
前記第２の閾値は、前記コンバータが直流電力を交流電力に電力変換する逆変換動作についての前記最大電力変換量、または当該最大電力変換量よりも大きい値に設定される、請求項６〜８のいずれか一項に記載のモータ駆動システム。
【請求項１０】
前記バッファ用モータ制御部は、前記バッファ用サーボモータを前記電力供給用回転速度、前記ベース回転速度及び前記蓄電用回転速度のそれぞれで回転させるための各速度指令を、各前記速度指令間でステップ状に切り換える、請求項６〜９のいずれか一項に記載のモータ駆動システム。
【請求項１１】
前記バッファ用モータ制御部は、前記バッファ用サーボモータを前記電力供給用回転速度、前記ベース回転速度及び前記蓄電用回転速度のそれぞれで回転させるための各速度指令を、各前記速度指令間で切れ目なく連続的に変化させる、請求項６〜９のいずれか一項に記載のモータ駆動システム。
【請求項１２】
前記バッファ用モータ制御部は、前記バッファ用インバータごとに、前記蓄電供給可能電力量計算部により算出される当該バッファ用インバータについての前記蓄電供給可能電力量と前記バッファ用モータの回転速度とに基づいて生成された前記バッファ用サーボモータに対するトルク指令を用いてトルク制御を行うことで、当該バッファ用インバータが前記直流リンクから取り込む直流電力量または前記直流リンクへ出力する直流電力量を調整する、請求項２に記載の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、複数巻線バッファ用サーボモータを有するモータ駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械やロボットなどを含む機械に設けられたサーボモータ（以下、「ドライブ用サーボモータ」と称する。）を駆動するモータ駆動システムにおいては、電源から供給される交流電力をコンバータ（整流器）にて直流電力に変換して直流リンクへ出力し、さらにインバータにて直流リンクの直流電力を交流電力に変換し、この交流電力を駆動軸ごとに設けられたドライブ用サーボモータを駆動するための電力として用いている。一般に、コンバータは、モータ駆動システムのコストや占有スペースを低減する目的で、複数のインバータに対して１個が設けられることが多い。すなわち、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータを複数のドライブ用インバータ（サーボアンプ）に対する共通の電源部とし、これら複数のドライブ用インバータは、電源部から出力される直流電力を用いて、各ドライブ用サーボモータを駆動するための交流電力を生成する。
【０００３】
モータ駆動システムでドライブ用サーボモータを加速または減速制御する際には、交流電源に対して大きな交流電力の出力または回生が要求されるので電力ピークが発生する。特に、コンバータに対して複数のドライブ用インバータが接続されるモータ駆動システムにおいては、発生する電力ピークもより大きなものとなり得る。電力ピークが大きくなるほど、電源容量やモータ駆動システムの運用コストが増大したり、電源側に停電やフリッカなどの電力障害が発生したりするので、電力ピークを低減するのが望ましい。
【０００４】
電力ピークを低減するために、モータ駆動システムのコンバータとドライブ用インバータとを接続する直流リンクに直流電力を蓄積し得る蓄電装置を設けて、ドライブ用サーボモータで消費や回生されるエネルギーを直流リンクを介して適宜やり取りする手法が、従来より用いられている。この手法によれば、ドライブ用サーボモータの減速時にドライブ用サーボモータから発生する回生電力を蓄電装置に蓄積させたり、蓄積した電力をドライブ用サーボモータの加速時に再利用したりすることができるので、電力ピークを低減することができる。つまり、直流リンクに対して電力の出し入れを行う蓄電装置を用いることで、電源部の最大出力電力よりも大きい消費電力を伴うようなドライブ用サーボモータの動作（加減速）に対しても対応可能となる。
【０００５】
一例を挙げると、プレス機は、プレス動作を行う際に発生する最大消費電力が非常に大きく、電源容量不足が問題になることがある。そこで、プレス機におけるモータ駆動システムでは直流リンクに蓄電装置を設け、プレス機が大電力を消費する場合は蓄電装置から電力を供給することで、小さな容量の電源の下でのプレス機の駆動を可能にしている。蓄電装置の例としては、フライホイールを用いたものがある。例えば、ドライブ用サーボモータの消費電力が少ない時には、フライホイールを結合したバッファ用サーボモータを一定速で回転させておき、ドライブ用サーボモータの加減速等により消費電力が大きくなった際には、バッファ用サーボモータの回転速度を低くしてバッファ用インバータを介して電力回生を行い、ドライブ用サーボモータを駆動するための直流電力を直流リンクへ供給する。これにより、コンバータによる電力変換可能な最大電力量である最大電力変換量より大きい消費電力を伴うような加減速動作に対しても、回転エネルギーを有するフライホイールを結合したバッファ用サーボモータからの回生電力を用いることで駆動することが可能となる。
【０００６】
例えば、交流電源からの交流電力を直流電力に変換する交流直流変換器と、直流電力をモータの駆動のための交流電力に変換しまたはモータから回生される交流電力を直流電力に変換する直流交流変換器と、前記交流直流変換器の直流側と前記直流交流変換器の直流側とを接続し、直流電力の受け渡しを行うＤＣリンク部と、前記ＤＣリンク部に接続され、直流電力を前記ＤＣリンク部から蓄積しまたは前記ＤＣリンク部へ供給する、少なくとも１つのキャパシタ蓄積部および少なくとも１つのフライホイール蓄積部を有するエネルギー蓄積部と、モータの動作を指令するモータ動作指令に基づき、前記直流交流変換器が所望の交流電力を出力するよう制御するモータ制御部と、前記エネルギー蓄積部が直流電力を前記ＤＣリンク部から蓄積しまたは前記ＤＣリンク部へ供給するよう制御するエネルギー制御部と、を備えることを特徴とするモータ駆動装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
例えば、産業機械や工作機械の軸を駆動するサーボモータの制御システムであって、軸を駆動するための複数の第１サーボモータと、交流電圧を直流電圧に変換する複数のコンバータと、前記のコンバータから直流電圧を受電して前記複数の第１サーボモータを駆動するための交流電圧に変換し、または、前記の第１サーボモータから回生される交流電力を直流電力に変換する第１インバータを複数と、イナーシャを回転させる第２サーボモータと、前記コンバータから直流電圧を受電し、前記第２サーボモータを駆動するための交流電圧に変換し、または、前記第２サーボモータから回生される交流電力を直流電力に変換する第２インバータを複数と、前記複数の第１サーボモータ及び前記第２サーボモータを制御するサーボモータ制御装置と、を有し、前記第２サーボモータの数は、前記複数の第２インバータの数よりも少なく、前記第２サーボモータのうちの少なくとも１つは複数の独立した巻線を備え、前記複数の第２インバータのうちの少なくとも一部が１つの第２サーボモータに設けられた複数の独立した巻線に接続されている、ことを特徴とするサーボモータ制御システムが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−００９５２４号公報
【特許文献２】特開２０１６−０４６８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
コンバータとドライブ用インバータとの間を接続する直流リンクに、バッファ用サーボモータ及びバッファ用インバータを有するフライホイール型の蓄電装置が設けられたモータ駆動システムにおいては、ドライブ用サーボモータが設けられた機械（工作機械やロボット）などが大型である場合、フライホイール型の蓄電装置も大型化し、コストも増大する。また、蓄電装置内のバッファ用サーボモータの速度を制御することで蓄電装置による直流電力の蓄電及び放電を行っているので、ドライブ用サーボモータの稼働状態や消費電力に合わせた速度指令の作成が必要であり、バッファ用サーボモータの制御の複雑化を免れなかった。また、一般にサーボモータの速度制御においては、速度指令に対する実速度の追従にタイムラグがあることから、バッファ用サーボモータの速度制御が行われるフライホイール型の蓄電装置は、放電指令や蓄電指令に対する応答性が悪い。したがって、フライホイール型の蓄電装置を有するモータ駆動システムにおいては、制御が容易で応答性が高い小型で低コストの蓄電装置の実現が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の一態様によれば、モータ駆動システムは、回転エネルギーを蓄積し得るフライホイールと、複数の独立した巻線を有し、フライホイールを回転させるバッファ用サーボモータと、巻線に各々接続される複数のバッファ用インバータであって、バッファ用サーボモータの駆動電力または回生電力である交流電力とバッファ用インバータが接続された直流リンクにおける直流電力との間で電力変換を行うバッファ用インバータと、バッファ用インバータが接続された直流リンクに各々接続される複数のコンバータであって、電源側の交流電力と直流リンクにおける直流電力との間で電力変換を行うコンバータと、直流リンクのいずれかに接続され、当該直流リンクにおける直流電力とドライブ用サーボモータの駆動電力または回生電力である交流電力との間で電力変換を行うドライブ用インバータと、巻線ごとに接続された各バッファ用インバータの電力変換を制御することでバッファ用サーボモータの駆動を制御するバッファ用モータ制御部と、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本開示の一態様によれば、フライホイール型の蓄電装置を有するモータ駆動システムにおいて、制御が容易で応答性が高い小型で低コストの蓄電装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態によるモータ駆動システムのブロック図である。
【図２】複数の独立した巻線を有するバッファ用サーボモータを説明する図であって、（Ａ）はバッファ用サーボモータの巻線構造を例示する断面図であり、（Ｂ）はバッファ用サーボモータとバッファ用インバータとの接続関係を例示する回路図である。
【図３】モータ駆動システム内の蓄電装置から供給される直流電力とコンバータから供給される直流電力の関係を例示する図である。
【図４】第１の実施形態によるモータ駆動システム内の蓄電装置におけるバッファ用サーボモータに対する制御ループを示すブロック図である。
【図５】第１の実施形態によるモータ駆動システムにおける速度指令の切換例を説明する図であって、（Ａ）は各速度指令間でステップ状に切り換える例を示し、（Ｂ）は各速度指令間で直線形時定数にて変化させながら切り換える例を示し、（Ｃ）は各速度指令間でベル形時定数にて変化させながら切り換える例を示し、（Ｄ）は各速度指令間で指数形時定数にて変化させながら切り換える例を示す。
【図６】第１の実施形態によるモータ駆動システムにおける総消費電力量とバッファ用サーボモータの回転速度との関係を例示する図である。
【図７】さらなる実施形態によるモータ駆動システムにおける総消費電力量とバッファ用サーボモータの回転速度との関係を例示する図である。
【図８】第２の実施形態によるモータ駆動システムのブロック図である。
【図９】第２の実施形態によるモータ駆動システム内の蓄電装置におけるバッファ用サーボモータに対する制御ループを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下図面を参照して、複数巻線バッファ用サーボモータを有するモータ駆動システムについて説明する。各図面において、同様の部材には同様の参照符号が付けられている。また、異なる図面において同じ参照符号が付されたものは同じ機能を有する構成要素であることを意味するものとする。また、理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。図面に示される形態は本発明を実施するための一つの例であり、本発明は図示された形態に限定されるものではない。また、「ドライブ用サーボモータの出力」には「ドライブ用サーボモータの消費電力量」及び「ドライブ用サーボモータの回生電力量」が含まれ、「バッファ用サーボモータの出力」には「バッファ用サーボモータの消費電力量」及び「バッファ用サーボモータの回生電力量」が含まれるものとする。また、ドライブ用サーボモータ及びバッファ用サーボモータの回転角速度については単に「回転速度」と称する。
【００１４】
本開示の実施形態によるモータ駆動システムは、工作機械やロボットなどを含む機械において駆動軸を駆動するためのドライブ用サーボモータが複数設けられ、これに対応してドライブ用サーボモータを駆動する交流電力を供給するドライブ用インバータ及びコンバータが複数設けられるようなシステムに用いられる。本開示の実施形態によるモータ駆動システムでは、フライホイールを回転させるためのバッファ用サーボモータを複数の独立した巻線を有するものとした蓄電装置を用いる。バッファ用サーボモータの各巻線に接続された各バッファ用インバータの電力変換を、個別に制御することでバッファ用サーボモータを駆動制御する。以下、本開示の実施形態を列記する。
【００１５】
図１は、第１の実施形態によるモータ駆動システムのブロック図である。第１の実施形態及び後述する第２の実施形態において、一例として、電源２に接続されたモータ駆動システム１により３個のドライブ用サーボモータ３−Ａ１、３−Ａ２及び３−Ｂを制御する場合について説明する。図１及び後述する図８では、一例として、ドライブ用サーボモータ３−Ａ１及び３−Ａ２を駆動するためにドライブ用インバータ１５−Ａ１及び１５−Ａ２、コンバータ１４−Ａ、並びにバッファ用インバータ１３−Ａが直流リンク４−Ａを介して接続され、また、ドライブ用サーボモータ３−Ｂを駆動するためにドライブ用インバータ１５−Ｂ、コンバータ１４−Ｂ、及びにバッファ用インバータ１３−Ｂが直流リンク４−Ｂを介して接続されている。なお、直流リンク４−Ａ及び４−Ｂの個数を２個としたが、直流リンクの個数は図１に示す２個に特に限定されるわけではなく、２個以上あればよい。また、各直流リンクに接続されるドライブ用サーボモータの個数は、図１に示す３個に特に限定されるわけではなく、２個以上あればよい。また、ドライブ用サーボモータの個数は、直流リンク間で同じ個数であってもよく、異なる個数であってもよい。また、各直流リンク４−Ａ及び４−Ｂにはそれぞれコンバータ１４−Ａ及び１４−Ｂが１個接続されるので、直流リンクの個数はコンバータの個数と対応する。また、電源２、ドライブ用サーボモータ３−Ａ１、３−Ａ２及び３−Ｂ、並びにバッファ用サーボモータ１２の相数は本実施形態を特に限定するものではなく、例えば三相であっても単相であってもよい。ここでは一例として電源２、ドライブ用サーボモータ３−Ａ１、３−Ａ２及び３−Ｂ、並びにバッファ用サーボモータ１２の相数をいずれも三相としている。また、ドライブ用サーボモータ３−Ａ１、３−Ａ２及び３−Ｂ、並びにバッファ用サーボモータ１２の種類についても本実施形態を特に限定するものではなく、例えば誘導モータであっても同期モータであってもよい。ここで、ドライブ用サーボモータ３−Ａ１、３−Ａ２及び３−Ｂが設けられる機械には、工作機械、ロボット、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、各種電化製品、電車、自動車、航空機などが含まれる。
【００１６】
図１に示すように、第１の実施形態によるモータ駆動システム１は、フライホイール１１と、バッファ用サーボモータ１２と、バッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂと、コンバータ１４−Ａ及び１４−Ｂと、ドライブ用インバータ１５−Ａ１、１５−Ａ２及び１５−Ｂと、バッファ用モータ制御部１６と、消費電力量計算部１７と、蓄電供給電力量計算部１８と、トルク制限値計算部１９と、比較部２０とを備える。また、モータ駆動システム１は、一般的なモータ駆動システムと同様、ドライブ用インバータ１５−Ａ１、１５−Ａ２及び１５−Ｂを制御するためのドライブ用モータ制御部２１を有する。
【００１７】
まず、第１の実施形態によるモータ駆動システム１の各回路構成要素について説明する。
【００１８】
ドライブ用インバータ１５−Ａ１、１５−Ａ２及び１５−Ｂは、ドライブ用サーボモータ３−Ａ１、３−Ａ２及び３−Ｂごとに設けられる。ドライブ用インバータ１５−Ａ１及び１５−Ａ２は直流リンク４−Ａに接続され、ドライブ用インバータ１５−Ｂは、直流リンク４−Ｂに接続される。ドライブ用インバータ１５−Ａ１、１５−Ａ２及び１５−Ｂは、それぞれ、直流リンク４−Ａ及び４−Ｂにおける直流電力を交流電力に変換しこれをドライブ用サーボモータ３−Ａ１、３−Ａ２及び３−Ｂの駆動電力として出力するサーボアンプを構成する。一般に、ドライブ用サーボモータには１巻線以上の巻線が設けられているが、このドライブ用サーボモータを駆動するためには当該ドライブ用サーボモータ３−Ａ１、３−Ａ２及び３−Ｂ内の１巻線あたり１個のドライブ用インバータ１５−Ａ１、１５−Ａ２及び１５−Ｂが必要である。図１では、説明を簡明にするために、一例としてドライブ用サーボモータ３−Ａ１、３−Ａ２及び３−Ｂを１巻線タイプとしており、したがって、各ドライブ用サーボモータ３−Ａ１、３−Ａ２及び３−Ｂには各ドライブ用インバータ１５−Ａ１、１５−Ａ２及び１５−Ｂが接続される。
【００１９】
各ドライブ用インバータ１５−Ａ１、１５−Ａ２及び１５−Ｂは、スイッチング素子及びこれに逆並列に接続されたダイオードのブリッジ回路からなり、例えば三角波比較方式のＰＷＭスイッチング制御に基づいて各スイッチング素子がオンオフ制御される。各ドライブ用インバータ１５−Ａ１、１５−Ａ２及び１５−Ｂは、ドライブ用サーボモータ３−Ａ１、３−Ａ２及び３−Ｂが三相モータである場合は三相ブリッジ回路で構成され、ドライブ用サーボモータ３−Ａ１、３−Ａ２及び３−Ｂが単相モータである場合は単相ブリッジ回路で構成される。スイッチング素子の例としては、ＦＥＴなどのユニポーラトランジスタ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＧＴＯなどがあるが、スイッチング素子の種類自体は本実施形態を限定するものではなく、その他のスイッチング素子であってもよい。
【００２０】
各ドライブ用インバータ１５−Ａ１、１５−Ａ２及び１５−Ｂは、後述するドライブ用サーボモータ制御部２１から受信した駆動指令に基づき各スイッチング素子がオンオフ制御されることにより、直流リンク４−Ａ及び４−Ｂの直流電力とドライブ用サーボモータ３の駆動電力または回生電力である交流電力との間で電力変換する。より詳細には、ドライブ用インバータ１５−Ａ１及び１５−Ａ２は、ドライブ用サーボモータ制御部２１から受信した駆動指令に基づき内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、直流リンク４−Ａを介してコンバータ１４−Ａから供給される直流電力を、ドライブ用サーボモータ３−Ａ１及び３−Ａ２を駆動するための所望の電圧及び所望の周波数を有する交流電力に変換する（逆変換動作）。これにより、各ドライブ用サーボモータ３−Ａ１及び３−Ａ２は、例えば電圧可変及び周波数可変の交流電力に基づいて動作することになる。また、各ドライブ用サーボモータ３−Ａ１及び３−Ａ２の減速時には回生電力が発生することがあるが、ドライブ用サーボモータ制御部２１から受信した駆動指令に基づき内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、ドライブ用サーボモータ３−Ａ１及び３−Ａ２で発生した交流の回生電力を直流電力へ変換して直流リンク４−Ａへ戻す（順変換動作）。同様に、ドライブ用インバータ１５−Ｂは、ドライブ用サーボモータ制御部２１から受信した駆動指令に基づき内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、直流リンク４−Ｂを介してコンバータ１４−Ｂから供給される直流電力を、ドライブ用サーボモータ３−Ｂを駆動するための所望の電圧及び所望の周波数を有する交流電力に変換する（逆変換動作）。これにより、ドライブ用サーボモータ３−Ｂは、例えば電圧可変及び周波数可変の交流電力に基づいて動作することになる。また、各ドライブ用サーボモータ３−Ｂの減速時には回生電力が発生することがあるが、ドライブ用サーボモータ制御部２１から受信した駆動指令に基づき内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、ドライブ用サーボモータ３−Ｂで発生した交流の回生電力を直流電力へ変換して直流リンク４−Ｂへ戻す（順変換動作）。
【００２１】
ドライブ用モータ制御部２１はドライブ用インバータ１５−Ａ１、ドライブ用インバータ１５−Ａ２、及びドライブ用インバータ１５−Ｂを制御する。ドライブ用モータ制御部２１は、速度検出器３１により検出された各ドライブ用サーボモータ３−Ａ１、３−Ａ２及び３−Ｂの（回転子の）速度（速度フィードバック）、ドライブ用サーボモータ３−Ａ１、３−Ａ２及び３−Ｂの巻線に流れる電流（電流フィードバック）、所定のトルク指令、並びにドライブ用サーボモータ３−Ａ１、３−Ａ２及び３−Ｂの動作プログラムなどに基づいて、各ドライブ用サーボモータ３−Ａ１、３−Ａ２及び３−Ｂの速度、トルク、または回転子の位置を制御するための各駆動指令を生成する。ドライブ用モータ制御部２１により作成された駆動指令に基づいて、ドライブ用インバータ１５−Ａ１、１５−Ａ２及び１５−Ｂによる各電力変換動作が制御される。なお、ここで定義したドライブ用モータ制御部２１の構成はあくまでも一例であって、例えば、位置指令作成部、トルク指令作成部、及びスイッチング指令作成部などの用語を含めてドライブ用モータ制御部２１の構成を定義してもよい。
【００２２】
コンバータ１４−Ａ及び１４−Ｂは、直流リンク４−Ａ及び４−Ｂに各々接続され、電源２側の交流電力と各直流リンク４−Ａ及び４−Ｂにおける直流電力との間で電力変換を行う順変換器である。コンバータ１４−Ａ及び１４−Ｂは、電源２から三相交流が供給される場合は三相ブリッジ回路で構成され、電源２から単相交流が供給される場合は単相ブリッジ回路で構成される。コンバータ１４−Ａ及び１４−Ｂは、例えば、１２０度通電型整流回路及びＰＷＭスイッチング制御方式の整流回路などのような、電源２側から入力された交流電力を直流電力に変換して直流側へ出力し、電力回生時には直流リンク４−Ａ及び４−Ｂの直流電力を交流電力に変換して電源２側へ出力するような、交直双方向に変換可能である電力変換器として実現される。例えば、コンバータ１４−Ａ及び１４−ＢがＰＷＭスイッチング制御方式の整流回路である場合は、スイッチング素子及びこれに逆並列に接続されたダイオードのブリッジ回路からなり、上位制御装置（図示せず）から受信した駆動指令に応じて各スイッチング素子がオンオフ制御されて交直双方向に電力変換を行う。スイッチング素子の例としては、ＦＥＴなどのユニポーラトランジスタ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＧＴＯなどがあるが、スイッチング素子の種類自体は本実施形態を限定するものではなく、その他のスイッチング素子であってもよい。
【００２３】
各コンバータ１４−Ａ及び１４−Ｂについては、交流電力から直流電力への電力変換可能な最大電力量及び直流電力から交流電力への電力変換可能な最大電力量として、「最大電力変換量」がそれぞれ規定されている。最大電力変換量は、コンバータ１４−Ａ及び１４−Ｂの変換容量に関する諸元データとして一般的に規定されるものであり、例えばコンバータ１４−Ａ及び１４−Ｂの規格表や取扱説明書などに記載されている。
【００２４】
このように、直流リンク４−Ａには、ドライブ用サーボモータ３−Ａ１及び３−Ａ２を駆動するためにドライブ用インバータ１５−Ａ１及び１５−Ａ２並びにコンバータ１４−Ａが接続され、直流リンク４−Ｂには、ドライブ用サーボモータ３−Ｂを駆動するためにドライブ用インバータ１５−Ｂ及びコンバータ１４−Ｂが接続される。これに加え、直流リンク４―Ａ及び４−Ｂには、直流リンクコンデンサ（平滑コンデンサとも称する）が設けられるが、ここでは図示を省略している。直流リンクコンデンサは、直流リンク４―Ａ及び４−Ｂにおいて直流電力を蓄積する機能、及びコンバータ１４−Ａ及び１４−Ｂの直流出力の脈動分を抑える機能を有する。
【００２５】
コンバータ１４−Ａ及び１４−Ｂの最大電力変換量を超えた出力でドライブ用サーボモータ３−Ａ１、３−Ａ２及び３−Ｂを駆動することできるようにするために、モータ駆動システム１には、フライホイール型の蓄電装置１０が設けられる。蓄電装置１０は、フライホイール１１と、バッファ用サーボモータ１２と、バッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂとで構成される。
【００２６】
フライホイール１１は、回転エネルギーを蓄積し得るものであり、イナーシャとも称される。
【００２７】
バッファ用サーボモータ１２は、フライホイール１１を回転させるためのものであり、フライホイール１１はバッファ用サーボモータ１２の回転軸に接続される。バッファ用サーボモータ１２を回転させることによってフライホイール１１に回転エネルギーを蓄積することができる。バッファ用サーボモータ１２は、複数の独立した巻線を有する。図１では、一例として、バッファ用サーボモータ１２を２巻線タイプとしている。また、バッファ用サーボモータ１２の独立した巻線ごとに、バッファ用インバータ（図１の例では２個）が設けられる。より詳細に説明すると次の通りである。
【００２８】
図２は、複数の独立した巻線を有するバッファ用サーボモータを説明する図であって、（Ａ）はバッファ用サーボモータの巻線構造を例示する断面図であり、（Ｂ）はバッファ用サーボモータとバッファ用インバータとの接続関係を例示する回路図である。図２（Ａ）では、一例として、２巻線タイプのバッファ用サーボモータ１２を示している。バッファ用サーボモータ１２のステータ１２１には、複数の巻線（Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｖ３，Ｖ４，Ｗ３，Ｗ４）が配置されるが、２巻線タイプの場合、複数の巻線（Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｖ３，Ｖ４，Ｗ３，Ｗ４）は、一方の組の巻線（Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２）と、他方の組の巻線（Ｕ３，Ｕ４，Ｖ３，Ｖ４，Ｗ３，Ｗ４）とに分けられる。また、複数の独立した巻線を有するバッファ用サーボモータ１２を駆動するために、巻線ごとにバッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂが設けられる。すなわち、図２（Ｂ）に示すように、上記の複数の巻線のうち一方の組の巻線（Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２）が一方のバッファ用インバータ１３−Ａに接続され、上記の複数の巻線のうち他方の組の巻線（Ｕ３，Ｕ４，Ｖ３，Ｖ４，Ｗ３，Ｗ４）が他方のバッファ用インバータ１３−Ｂに接続される。このように、バッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂは、バッファ用サーボモータ１２の独立した巻線ごとに設けられる。図２では、バッファ用サーボモータ１２は２巻線タイプであるので２個のバッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂが設けられる。例えば、バッファ用サーボモータは３巻線タイプであれば３個のバッファ用インバータが設けられ、バッファ用サーボモータは４巻線タイプであれば４個のバッファ用インバータが設けられることになる。
【００２９】
このように、バッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂは、バッファ用サーボモータ１２の独立した巻線ごとに設けられる。バッファ用インバータ１３−Ａは、バッファ用モータ制御部１６から受信した駆動指令に基づき各スイッチング素子がオンオフ制御されることにより、バッファ用サーボモータ１２の駆動電力または回生電力である交流電力とバッファ用インバータ１３−Ａが接続された直流リンク４−Ａにおける直流電力との間で電力変換を行う。また、バッファ用インバータ１３−Ｂは、バッファ用モータ制御部１６から受信した駆動指令に基づき各スイッチング素子がオンオフ制御されることにより、バッファ用サーボモータ１２の駆動電力または回生電力である交流電力とバッファ用インバータ１３−Ｂが接続された直流リンク４−Ｂにおける直流電力との間で電力変換を行う。
【００３０】
バッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂは、スイッチング素子及びこれに逆並列に接続されたダイオードのブリッジ回路からなる。バッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂは、バッファ用サーボモータ１２が三相モータである場合は三相ブリッジ回路で構成され、バッファ用サーボモータ１２が単相モータである場合は単相ブリッジ回路で構成される。スイッチング素子の例としては、ＦＥＴなどのユニポーラトランジスタ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＧＴＯなどがあるが、スイッチング素子の種類自体は本実施形態を限定するものではなく、その他のスイッチング素子であってもよい。例えば、受信した駆動指令を三角波搬送波（キャリア）と比較することで得られるＰＷＭスイッチング信号に基づいて、バッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂ内の各スイッチング素子がオンオフ制御される。
【００３１】
バッファ用モータ制御部１６によりバッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂの電力変換が制御されることで、フライホイール１１が接続されたバッファ用サーボモータ１２が加速もしくは減速しながら回転しまたは一定速度で回転し、フライホイール１１の回転エネルギーと直流リンク４−Ａ及び４−Ｂにおける電気エネルギーとの間で変換され、蓄電装置１０が蓄積または供給すべき直流電力量（蓄電装置１０が直流リンク４−Ａ及び４−Ｂに対して出し入れする直流電力量）が調整される。蓄電装置１０による直流電力の蓄電及び供給をより詳細に説明すると次の通りである。
【００３２】
バッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂが、バッファ用モータ制御部１６から受信した駆動指令に基づき、直流リンク４−Ａ及び４−Ｂにおける直流電力を交流電力へ変換する逆変換動作を行うと、直流リンク４−Ａ及び４−Ｂからの電気エネルギーがバッファ用サーボモータ１２側へ取り込まれ、この電気エネルギーにより、フライホイール１１が接続されたバッファ用サーボモータ１２が回転する。このようにフライホイール型の蓄電装置１０では、直流リンク４−Ａ及び４−Ｂから流入した電気エネルギーが、フライホイール１１の回転エネルギーに変換されて蓄積される。また、バッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂは、バッファ用モータ制御部１６から受信した駆動指令に基づき、フライホイール１１が接続されたバッファ用サーボモータ１２を減速させて交流の回生電力を発生させ、この交流電力を直流電力へ変換する順変換動作を行うことで、フライホイール１１に蓄積された回転エネルギーは電気エネルギーに変換されて直流リンク４−Ａ及び４−Ｂへ供給される。
【００３３】
モータ駆動システム１では、例えばドライブ用サーボモータ３−Ａ１、３−Ａ２及び３−Ｂの加速時にはコンバータ１４−Ａから供給されるエネルギーに加えて蓄電装置１０に蓄積されたエネルギーが直流リンク４−Ａ及び４−Ｂを介してドライブ用サーボモータ３−Ａ１、３−Ａ２及び３−Ｂに供給され、ドライブ用サーボモータ３−Ａ１、３−Ａ２及び３−Ｂの加速のための動力として利用される。図３は、モータ駆動システム内の蓄電装置から供給される直流電力とコンバータから供給される直流電力の関係を例示する図である。コンバータ１４−Ａから直流リンク４−Ａへ供給される電力は、ドライブ用サーボモータ３−Ａ１及び３−Ａ２の駆動電力（すなわちドライブ用サーボモータ３−Ａ１及び３−Ａ２の出力が対応）として消費されるほかに、ドライブ用サーボモータ３−Ａ１及び３−Ａ２における巻線損失とコンバータ１４−Ａにおける損失とドライブ用インバータ１５−Ａ１及び１５−Ａ２における損失として消費される。また、コンバータ１４−Ｂから直流リンク４−Ｂへ供給される電力は、ドライブ用サーボモータ３−Ｂの駆動電力（すなわちドライブ用サーボモータ３−Ｂの出力が対応）として消費されるほかに、ドライブ用サーボモータ３−Ｂにおける巻線損失とコンバータ１４−Ｂにおける損失とドライブ用インバータ１５−Ｂにおける損失として消費される。ここで、ドライブ用サーボモータ３−Ａ１、３−Ａ２及び３−Ｂ、ドライブ用インバータ１５−Ａ１、１５−Ａ２及び１５−Ｂ、並びにコンバータ１４−Ａ及び１４−Ｂで消費される電力の総和を「総消費電力」と称し、これを図３では実線で示す。また、一点鎖線は、コンバータ１４−Ａ及び１４−Ｂの順変換動作における最大電力変換量を示す。図３に示すように、ドライブ用サーボモータ３−Ａ１、３−Ａ２及び／または３−Ｂの加速時において、総消費電力のうちのコンバータ１４−Ａ及び／または１４−Ｂの最大供給電力を超える分（図中、斜線で示す領域）については、蓄電装置１０から直流リンク４−Ａ及び／または４−Ｂへ出力（供給）される直流電力によって補うことができれば、電力ピークを低減することができる。また、図３には示していないが、ドライブ用サーボモータ３−Ａ１、３−Ａ２及び／または３−Ｂの減速時においては、ドライブ用サーボモータ３−Ａ１、３−Ａ２及び／または３−Ｂからから回生されたエネルギーのうちコンバータ４−Ａ及び／または４−Ｂが電源２側へ戻せない分については、蓄電装置１０に取り込む（蓄積する）ことができれば、電力ピークを低減することができる。このように、蓄電装置１０に蓄積されたエネルギーは、コンバータ１４−Ｂが供給する電力と併せてドライブ用サーボモータ３−Ｂの駆動に再利用することができるので、コンバータ１４−Ｂの最大電力変換量を超えた出力でドライブ用サーボモータ３−Ｂを駆動することでき、電力ピークを低減することができる。電力ピークの低減により、電源２の容量やモータ駆動システム１の運用コストを抑えることができ、また、電源２側の停電やフリッカを回避することができる。
【００３４】
本実施形態では、消費電力量計算部１７及び蓄電供給電力量計算部１８にて各種電力量を計算し、この計算結果に基づいてバッファ用サーボモータ１２の駆動を制御することで、蓄電装置１０が蓄積または供給すべき直流電力量を調整する。
【００３５】
消費電力量計算部１７は、直流リンク４−Ａ及び４−Ｂごとに、ドライブ用サーボモータ３−Ａ１、３−Ａ２及び３Ｂを駆動する際に消費または回生される総消費電力量を計算する。総消費電力量には、「ドライブ用サーボモータの出力」としての「ドライブ用サーボモータの消費電力量」及び「ドライブ用サーボモータの回生電力量」が含まれる。より具体的には次の通りである。すなわち、消費電力量計算部１７は、直流リンク４−Ａに関して、直流リンク４−Ａに接続されたコンバータ１４−Ａ並びにドライブ用インバータ１５−Ａ１及び１５−Ａ２における損失と、直流リンク４−Ａにドライブ用インバータ１５−Ａ１及び１５−Ａ２を介して各々接続されたドライブ用サーボモータ３−Ａ１及び３−Ａ２の出力並びに巻線損失と、の和として得られる総消費電力量を計算する。また、消費電力量計算部１７は、直流リンク４−Ｂに関して、直流リンク４−Ｂに接続されたコンバータ１４−Ｂ及びドライブ用インバータ１５−Ｂにおける損失と、直流リンク４−Ｂにドライブ用インバータ１５−Ｂを介して接続されたドライブ用サーボモータ３−Ｂの出力及び巻線損失と、の和として得られる総消費電力量を計算する。
【００３６】
蓄電供給可能電力量計算部１８は、バッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂごとに、蓄電供給可能電力量を計算する。すなわち、蓄電供給可能電力量計算部１８は、バッファ用インバータ１３−Ａに関して、直流リンク４−Ａについて消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量とコンバータ１４−Ａにより電力変換可能な最大電力量として規定された最大電力変換量とに基づいて、バッファ用インバータ１３−Ａが直流リンク４−Ａから取り込み可能なまたは直流リンク４−Ａへ出力可能な直流電力量として規定される蓄電供給可能電力量を計算する。また、蓄電供給可能電力量計算部１８は、バッファ用インバータ１３−Ｂに関して、直流リンク４−Ｂについて消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量とコンバータ１４−Ｂにより電力変換可能な最大電力量として規定された最大電力変換量とに基づいて、バッファ用インバータ１３−Ａが直流リンク４−Ｂから取り込み可能なまたは直流リンク４−Ｂへ出力可能な直流電力量として規定される蓄電供給可能電力量を計算する。なお、本実施形態では、蓄電供給可能電力量計算部１８により計算される蓄電供給可能電力量は、あくまでも「直流リンクから取り込み可能な」または「直流リンクへ出力可能な」電力量を示すものであって、後述するバッファ用モータ制御部１６の制御内容如何によっては、「直流リンクから実際に取り込まれる」または「直流リンクへ実際に出力される」電力量とは異なることがある。
【００３７】
トルク制限値計算部１９は、蓄電供給可能電力量計算部１８により計算された蓄電供給可能電力量と速度検出器３２により検出されたバッファ用サーボモータ１２の回転速度とに基づいて、バッファ用サーボモータ１２に対するトルク制限値を計算する。トルク制限値は、バッファ用サーボモータ１２に対するトルク指令に対して設定されるものであるが、詳細については後述する。
【００３８】
比較部２０は、バッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂが直流リンク４−Ａ及び４−Ｂから取り込み可能な直流電力量を示す蓄電供給可能電力量の総和の絶対値の大きさと、バッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂが直流リンク４−Ａ及び４−Ｂへ出力可能な直流電力量を示す蓄電供給可能電力量の総和の絶対値の大きさとを比較する。比較部２０による比較処理の詳細については後述する。
【００３９】
バッファ用モータ制御部１６は、蓄電供給可能電力量計算部１８により計算された蓄電供給可能電力量に基づいて、巻線ごとに接続された各バッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂに対して駆動指令を出力して各々の電力変換を制御することで、バッファ用サーボモータ１２の駆動を制御し、蓄電装置１０が蓄積または供給すべき直流電力量を調整する。バッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂは、受信した駆動指令により、直流リンク４−Ａ及び４−Ｂにおける直流電力を交流電力に変換してバッファ用サーボモータ１２へ供給する逆変換動作（力行動作）、またはバッファ用サーボモータ１２から回生された交流電力を直流電力に変換して直流リンク４−Ａ及び４−Ｂへ戻す順変換動作（回生動作）を行う。第１の実施形態では、バッファ用モータ制御部１６は、バッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂごとに、トルク制限値計算部１９により計算されたトルク制限値にてトルク指令の上限値及び下限値を変更しながらバッファ用サーボモータ１２に対するトルク制御を行うことで、各バッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂが直流リンク４−Ａ及び４−Ｂから取り込む直流電力量または直流リンク４−Ａ及び４−Ｂへ出力する直流電力量を調整する。バッファ用モータ制御部１６による各バッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂの制御の詳細については後述する。
【００４０】
続いて、第１の実施形態におけるトルク制限値を用いたトルク制御及び比較部による比較処理について、より詳細に説明する。
【００４１】
上述のように、フライホイール型の蓄電装置１０による蓄電は、バッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂによる直流電力から交流電力への変換動作（逆変換）により直流リンク４−Ａ及び４−Ｂからバッファ用サーボモータ１２側へ取り込まれた電気エネルギーを、フライホイール１１が接続されたバッファ用サーボモータ１２の回転エネルギーとして蓄積することで実現される。また、フライホイール型の蓄電装置１０による電力供給は、フライホイール１１が接続されたバッファ用サーボモータ１２を減速させて交流の回生電力を発生させ、バッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂによる交流電力から直流電力への変換動作（順変換）により、フライホイール１１に蓄積された回転エネルギーを電気エネルギーに変換し、直流リンク４−Ａ及び４−Ｂへ供給することで実現される。つまり、蓄電装置１０が直流リンク４−Ａ及び４−Ｂから蓄電または直流リンク４−Ａ及び４−Ｂへ供給する直流電力量は、蓄電装置１０内のバッファ用サーボモータ１２の出力が対応する。
【００４２】
一般にサーボモータの出力は、サーボモータの回転速度（回転角速度）及びサーボモータのトルクに基づいて式１のように表される。
【００４３】
サーボモータの出力［Ｗ］＝回転速度［ｒａｄ／ｓ］×トルク［Ｎｍ］  ・・・（１）
【００４４】
上記式１は、バッファ用サーボモータ１２についても成り立つ。バッファ用サーボモータ１２に関して式１を変形すると式２が得られる。
【００４５】
バッファ用サーボモータ１２のトルク［Ｎｍ］＝バッファ用サーボモータ１２の出力［Ｗ］／バッファ用サーボモータ１２の回転速度［ｒａｄ／ｓ］  ・・・（２）
【００４６】
上述のように、蓄電装置１０が直流リンク４−Ａ及び４−Ｂから蓄電または直流リンク４−Ａ及び４−Ｂへ供給する直流電力量は、蓄電装置１０内のバッファ用サーボモータ１２の出力が対応する。そこで、本実施形態では、式２で表されるバッファ用サーボモータ１２のトルクを、トルク指令に対するトルク制限値として用いてトルク制御を行い、蓄電装置１０が直流リンク４−Ａ及び４−Ｂから蓄電または直流リンク４−Ａ及び４−Ｂへ供給する直流電力量を調整する。
【００４７】
図４は、第１の実施形態によるモータ駆動システム内の蓄電装置におけるバッファ用サーボモータに対する制御ループを示すブロック図である。図１のバッファ用モータ制御部１６は、図４ではバッファ用モータ制御部１６−Ａ及び１６−Ｂが対応する。図４に示すように、バッファ用モータ制御部１６−Ａは、バッファ用サーボモータ１２の回転速度を速度指令に追従させる速度フィードバック制御を実行する速度制御部４１−Ａと、速度制御部４１−Ａで生成されたトルク指令及びトルク制限値計算部１９により計算されたバッファ用インバータ１３−Ａについてのトルク制限値を用いてトルク制御を実行するトルク制御部４２−Ａと、トルク制御部４２−Ａで生成された電流指令に基づいて電流制御を実行する電流制御部４３−Ａとを備える。また、バッファ用モータ制御部１６−Ｂは、バッファ用サーボモータ１２の回転速度を速度指令に追従させる速度フィードバック制御を実行する速度制御部４１−Ｂと、速度制御部４１−Ｂで生成されたトルク指令及びトルク制限値計算部１９により計算されたバッファ用インバータ１３−Ｂについてのトルク制限値を用いてトルク制御を実行するトルク制御部４２−Ｂと、トルク制御部４２−Ｂで生成された電流指令に基づいて電流制御を実行する電流制御部４３−Ｂとを備える。
【００４８】
消費電力量計算部１７は、直流リンク４−Ａに関して、直流リンク４−Ａに接続されたコンバータ１４−Ａ並びにドライブ用インバータ１５−Ａ１及び１５−Ａ２における損失と、直流リンク４−Ａにドライブ用インバータ１５−Ａ１及び１５−Ａ２を介して各々接続されたドライブ用サーボモータ３−Ａ１及び３−Ａ２の出力並びに巻線損失と、の和として得られる総消費電力量を計算する。また、消費電力量計算部１７は、直流リンク４−Ｂに関して、直流リンク４−Ｂに接続されたコンバータ１４−Ｂ及びドライブ用インバータ１５−Ｂにおける損失と、直流リンク４−Ｂにドライブ用インバータ１５−Ｂを介して接続されたドライブ用サーボモータ３−Ｂの出力及び巻線損失と、の和として得られる総消費電力量を計算する。ここで、ドライブ用サーボモータ３−Ａ１の出力は、式１に従い、速度検出器３１により検出されたドライブ用サーボモータ３−Ａ１の回転速度とドライブ用サーボモータ３のトルクとの乗算により得られる。ドライブ用サーボモータ３−Ａ２の出力は、式１に従い、速度検出器３１により検出されたドライブ用サーボモータ３−Ａ２の回転速度とドライブ用サーボモータ３のトルクとの乗算により得られる。ドライブ用サーボモータ３−Ｂの出力は、式１に従い、速度検出器３１により検出されたドライブ用サーボモータ３−Ｂの回転速度とドライブ用サーボモータ３のトルクとの乗算により得られる。
【００４９】
例えばドライブ用サーボモータ３−Ａ１が加速する際は、ドライブ用サーボモータ３−Ａ１は、それぞれドライブ用インバータ１５−Ａ１から供給された交流電力を消費するが、この電力消費時のドライブ用サーボモータ３−Ａ１の出力を「正」とする。したがって、ドライブ用サーボモータ３−Ａ１が減速することにより電力が回生されることきは、ドライブ用サーボモータ３−Ａ１の出力は「負」となる。ドライブ用サーボモータ３−Ａ２とドライブ用インバータ１５−Ａ２、及びドライブ用サーボモータ３−Ｂとドライブ用インバータ１５−Ｂも同様の関係がある。
【００５０】
直流リンク４−Ａに関して、コンバータ１４−Ａ並びにドライブ用インバータ１５−Ａ１及び１５−Ａ２における損失とドライブ用サーボモータ３−Ａ１及び３−Ａ２における巻線損失は、ドライブ用サーボモータ３−Ａ１及び３−Ａ２の出力の絶対値に比べて一般的には小さいので、ドライブ用サーボモータ３−Ａ１及び３−Ａ２の出力の影響が総消費電力量に対して支配的となる。したがって、消費電力量計算部１７が算出する直流リンク４−Ａに関する総消費電力量についての正負は、ドライブ用サーボモータ３−Ａ１及び３−Ａ２の出力の正負（消費または回生）にほぼ対応する。同様に、消費電力量計算部１７が算出する直流リンク４−Ｂに関する総消費電力量についての正負は、ドライブ用サーボモータ３−Ｂの出力の正負（消費または回生）にほぼ対応する。
【００５１】
なお、直流リンク４−Ａに関して、バッファ用インバータ１３−Ａにも損失が存在することから、消費電力量計算部１７は、コンバータ１４−Ａにおける損失及びドライブ用インバータ１５−Ａ１及び１５−Ａ２における損失とドライブ用サーボモータ３−Ａ１及び３−Ａ２における巻線損失との和に、さらにバッファ用インバータ１３−Ａにおける損失を加算したものを、総消費電力量として計算してもよい。同様に、直流リンク４−Ｂに関して、消費電力量計算部１７は、コンバータ１４−Ｂにおける損失及びドライブ用インバータ１５−Ｂにおける損失とドライブ用サーボモータ３−Ｂにおける巻線損失との和に、さらにバッファ用インバータ１３−Ｂにおける損失を加算したものを、総消費電力量として計算してもよい。
【００５２】
蓄電供給電力量計算部１８は、バッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂごとに、蓄電供給可能電力量を計算する。より詳細には、バッファ用インバータ１３−Ａに関して、蓄電供給可能電力量計算部１８は、コンバータ１４−Ａにより電力変換可能な最大電力量として規定された最大電力変換量と直流リンク４−Ａについて消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量との差（すなわち最大電力変換量から総消費電力量を減算した値）を計算する。コンバータ１４−Ａの最大電力変換量と直流リンク４−Ａについて消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量との差は、バッファ用インバータ１３−Ａが直流リンク４−Ａから取り込み可能なまたは直流リンク４−Ａへ出力可能な直流電力量である「蓄電供給可能電力量」に対応する。例えば、コンバータ１４−Ａの順変換動作についての最大電力変換量と直流リンク４−Ａについて消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量との差である「蓄電供給可能電力量」が負のときは、総消費電力がコンバータ１４−Ａの順変換時の最大供給電力を超えていることを意味し、この場合はコンバータ１４−Ａが電源２側から直流リンク４−Ａへ取り込むエネルギーだけでは総消費電力量の全てを賄いきれないので、その不足分については、バッファ用インバータ１３−Ａから直流リンク４−Ａへ出力することで対応する必要がある。逆に言えば、バッファ用インバータ１３−Ａが、上記不足分に対応する「蓄電供給可能電力量」を、直流リンク４−Ａへ出力することができれば、コンバータ１４−Ａの最大電力変換量の範囲内にてドライブ用サーボモータ３−Ａ１及び／または３−Ａ２を駆動することができるということである。また例えば、コンバータ１４−Ａの逆変換動作についての最大電力変換量の絶対値と直流リンク４−Ａについて消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量の絶対値との差である「蓄電供給可能電力量」が負のときは、総消費電力がコンバータ１４−Ａの逆変換時の最大回生電力を超えていることを意味し、この場合は、コンバータ１４−Ａが直流リンク４−Ａから電源２へエネルギーを戻すだけではドライブ用サーボモータ３−Ａ１及び／または３−Ａ２から回生されたエネルギーを回収しきれないので、その超過分については、バッファ用インバータ１３−Ａが直流リンク４−Ａから取り込むことで対応する必要がある。逆に言えば、バッファ用インバータ１３−Ａが、上記超過分に対応する「蓄電供給可能電力量」を、直流リンク４−Ａから取り込むことができれば、コンバータ１４−Ａの最大電力変換量の範囲内にてドライブ用サーボモータ３−Ａ１及び／または３−Ａ２を駆動することができるということである。なお、蓄電供給可能電力量について、ここではバッファ用インバータ１３−Ａについて説明したが、バッファ用インバータ１３−Ｂについても同様のことがいえる。
【００５３】
なお、一般にサーボモータには駆動効率（サーボモータに供給される駆動電力に対するサーボモータの出力の割合）が存在するが、バッファ用サーボモータ１２の駆動効率を考慮して蓄電供給可能電力量を計算してもよい。すなわち、例えばバッファ用インバータ１３−Ａに関して、蓄電供給電力量計算部１８は、直流リンク４−Ａについて消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量とコンバータ１４−Ａの最大電力変換量とバッファ用サーボモータ１２の駆動効率とに基づいて、蓄電供給可能電力量を計算してもよい。例えば駆動効率が９０％であるバッファ用サーボモータ１２を有する蓄電装置１０にて直流リンク４−Ａへ直流電力を供給する場合、蓄電供給電力量計算部１８は、コンバータ１４−Ａの最大電力変換量と消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量との差をさらに「１００／９０」倍して得られる値を、バッファ用インバータ１３−Ａについての蓄電供給可能電力量（直流リンク４−Ａへ出力可能な直流電力量）として計算してもよい。また、駆動効率が９０％であるバッファ用サーボモータ１２を有する蓄電装置１０にて直流リンク４−Ａからの直流電力を蓄電する場合、蓄電供給電力量計算部１８は、コンバータ１４−Ａの最大電力変換量と消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量との差をさらに「９０／１００」倍して得られる値を、バッファ用インバータ１３−Ａについての蓄電供給可能電力量（直流リンク４−Ａから取り込み可能な直流電力量）として計算してもよい。バッファ用インバータ１３−Ｂについても同様のことがいえる。
【００５４】
トルク制限値計算部１９は、蓄電供給可能電力量計算部１８により計算された蓄電供給可能電力量と速度検出器３２により検出されたバッファ用サーボモータ１２の回転速度とに基づいて、バッファ用サーボモータ１２に対するトルク制限値を計算する。トルク制限値は、バッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂごとに計算される。上述のように、バッファ用インバータ１３−Ａについての蓄電供給可能電力量は、コンバータ１４−Ａの最大電力変換量と直流リンク４−Ａについて消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量との差が対応する。また、バッファ用インバータ１３−Ａについての蓄電供給可能電力量は、蓄電装置１０内のバッファ用サーボモータ１２の出力が対応する。そこで、トルク制限値計算部１９は、蓄電供給電力量計算部１８により計算された「コンバータ１４−Ａの最大電力変換量と直流リンク４−Ａについて消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量との差」である蓄電供給可能電力量を、速度検出器３２により検出されたバッファ用サーボモータ１２の回転速度で除算することで、バッファ用モータ制御部１６−Ａで用いられるトルク制限値を計算する。トルク制限値は、バッファ用モータ制御部１６−Ａ内のトルク制御部４２−Ａにおいて、トルク指令に対するトルク制限値として用いられる。同様に、トルク制限値計算部１９は、蓄電供給電力量計算部１８により計算された「コンバータ１４−Ｂの最大電力変換量と直流リンク４−Ｂについて消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量との差」である蓄電供給可能電力量を、速度検出器３２により検出されたバッファ用サーボモータ１２の回転速度で除算することで、バッファ用モータ制御部１６−Ｂで用いられるトルク制限値を計算する。トルク制限値は、バッファ用モータ制御部１６−Ｂ内のトルク制御部４２−Ｂにおいて、トルク指令に対するトルク制限値として用いられる。トルク制限値を用いたトルク制御は、バッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂごとの蓄電供給可能電力量の内容に応じて実行されるが、その詳細については後述する。
【００５５】
バッファ用モータ制御部１６−Ａにおいて、速度制御部４１−Ａは、制御対象であるバッファ用サーボモータ１２の回転速度を、速度指令切換部５１−Ａにより設定された速度指令に追従させる速度フィードバック制御を実行する。コンバータ１４−Ａの最大電力変換量と直流リンク４−Ａについて消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量との大小関係が分かれば（換言すれば、蓄電供給可能電力量が分かれば）、バッファ用サーボモータ１２を加速して直流リンク４−Ａからエネルギーを取り込む（蓄電装置１０に直流電力を蓄積する）べきか、あるいはバッファ用サーボモータ１２を減速して直流リンク４−Ａへエネルギーを出力する（蓄電装置から直流電力を供給する）べきかについて判別することができる。第１の実施形態では、第１の閾値である供給閾値として、コンバータ１４−Ａが交流電力を直流電力に電力変換する順変換動作についての最大電力変換量に設定する。また、第２の閾値である蓄電閾値として、コンバータ１４−Ａが直流電力を交流電力に電力変換する逆変換動作についての最大電力変換量を設定する。同様に、バッファ用モータ制御部１６−Ｂにおいて、速度制御部４１−Ｂは、制御対象であるバッファ用サーボモータ１２の回転速度を、速度指令切換部５１−Ｂにより設定された速度指令に追従させる速度フィードバック制御を実行する。第１の閾値である供給閾値として、コンバータ１４−Ｂが交流電力を直流電力に電力変換する順変換動作についての最大電力変換量に設定する。また、第２の閾値である蓄電閾値として、コンバータ１４−Ｂが直流電力を交流電力に電力変換する逆変換動作についての最大電力変換量を設定する。なお、蓄電閾値は、供給閾値よりも小さい値に設定される。あるいは、コンバータ１４−Ａ及び１４−Ｂに対する安全性を考慮して、供給閾値として順変換動作についての最大電力変換量よりも小さい値を設定し、蓄電閾値として逆変換動作についての最大電力変換量よりも大きい値を設定してもよい。
【００５６】
バッファ用モータ制御部１６−Ａは、直流リンク４−Ａについて消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量が供給閾値（第１の閾値）を超えた場合、バッファ用サーボモータ１２が予め規定されたベース回転速度よりも小さい電力供給用回転速度で回転するよう、バッファ用インバータ１３−Ａの電力変換を制御する。また、バッファ用モータ制御部１６−Ａは、直流リンク４−Ａについて消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量が蓄電閾値（第２の閾値）を下回った場合、バッファ用サーボモータ１２がベース回転速度よりも大きい蓄電用回転速度で回転するよう、バッファ用インバータ１３−Ａの電力変換を制御する。また、バッファ用モータ制御部１６−Ａは、直流リンク４−Ａについて消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量が供給閾値（第１の閾値）と蓄電閾値（第２の閾値）との間にある場合、バッファ用サーボモータ１２がベース回転速度で回転するよう、バッファ用インバータ１３−Ａの電力変換を制御する。このため、第１の実施形態では、バッファ用モータ制御部１６−Ａ内の速度指令切換部５１−Ａは、直流リンク４−Ａについて消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量が供給閾値（第１の閾値）を超えた場合、バッファ用サーボモータ１２を電力供給用回転速度で回転させるための速度指令として、供給用速度指令を出力する。また、バッファ用モータ制御部１６−Ａ内の速度指令切換部５１−Ａは、直流リンク４−Ａについて消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量が蓄電閾値（第２の閾値）を下回った場合、バッファ用サーボモータ１２を蓄電用回転速度で回転させるための速度指令として、蓄電用速度指令を出力する。また、バッファ用モータ制御部１６−Ａ内の速度指令切換部５１−Ａは、直流リンク４−Ａについて消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量が供給閾値（第１の閾値）と蓄電閾値（第２の閾値）との間にある場合、バッファ用サーボモータ１２をベース回転速度で回転させるための速度指令として、ベース用速度指令を出力する。同様に、バッファ用モータ制御部１６−Ｂにおいても、速度指令切換部５１−Ｂは、直流リンク４−Ｂについて消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量が供給閾値（第１の閾値）を超えた場合、バッファ用サーボモータ１２を電力供給用回転速度で回転させるための速度指令として、供給用速度指令を出力する。また、バッファ用モータ制御部１６−Ｂ内の速度指令切換部５１−Ｂは、直流リンク４−Ｂについて消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量が蓄電閾値（第２の閾値）を下回った場合、バッファ用サーボモータ１２を蓄電用回転速度で回転させるための速度指令として、蓄電用速度指令を出力する。また、バッファ用モータ制御部１６−Ｂ内の速度指令切換部５１−Ｂは、直流リンク４−Ｂについて消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量が供給閾値（第１の閾値）と蓄電閾値（第２の閾値）との間にある場合、バッファ用サーボモータ１２をベース回転速度で回転させるための速度指令として、ベース用速度指令を出力する。
【００５７】
このように、第１の実施形態では、速度指令切換部５１−Ａ及び５１−Ｂにより設定される速度指令は、上述のような供給用速度指令、蓄電用速度指令及びベース用速度指令の３種類のみに単純化されるので、制御が容易である。また、ドライブ用サーボモータ３−Ａ１、３−Ａ２及び３−Ｂの稼働状態や消費電力に合わせた速度指令の作成が不要であり、バッファ用サーボモータ１２の駆動プログラムを単純化することができる。供給用速度指令、蓄電用速度指令及びベース用速度指令は、予め定めた一定値として設定しておけばよい。またあるいは、ドライブ用サーボモータ３−Ａ１、３−Ａ２及び３−Ｂの出力を事前に測定しておき、この測定結果から蓄電供給に必要な電力を計算して供給用速度指令、蓄電用速度指令及びベース用速度指令を規定してもよい。
【００５８】
バッファ用モータ制御部１６−Ａ内の速度制御部４１−Ａは、バッファ用サーボモータ１２の回転速度を、速度指令切換部５１−Ａにより設定された速度指令に追従させるためのトルク指令を生成する。バッファ用モータ制御部１６−Ｂ内の速度制御部４１−Ｂは、バッファ用サーボモータ１２の回転速度を、速度指令切換部５１−Ｂにより設定された速度指令に追従させるためのトルク指令を生成する。
【００５９】
バッファ用モータ制御部１６−Ａ及び１６−Ｂ（図１ではバッファ用モータ制御部１６）は、バッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂごとに、トルク制限値計算部１９により計算されたトルク制限値にてトルク指令の上限値及び下限値を変更しながらバッファ用サーボモータ１２に対するトルク制御を実行し、各バッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂに対する電流指令値を生成する。このため、速度制御部４１−Ａに続くトルク制御部４２−Ａは、トルク制限値にてトルク指令を制限するリミッタとしてトルク制限部５２−Ａを有する。また、速度制御部４１−Ｂに続くトルク制御部４２−Ｂは、トルク制限値にてトルク指令を制限するリミッタとしてトルク制限部５２−Ｂを有する。
【００６０】
上述のように、直流リンク４−Ａについて消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量が供給閾値（第１の閾値）を超えた場合、バッファ用モータ制御部１６−Ａは、バッファ用サーボモータ１２をベース回転速度で回転させるためのベース用速度指令から電力供給用回転速度で回転させるための供給用速度指令へ切り換える。この場合、トルク制限値計算部１９は、下記式３を用いて、バッファ用サーボモータ１２に対するトルク制限値を計算する。直流リンク４−Ｂについて消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量が供給閾値（第１の閾値）を超えた場合についても同様である。なお、式３において、供給閾値から総消費電力量を減算した値の絶対値は、蓄電供給可能電力量を示す。式３に従って計算されたベース用速度指令から供給用速度指令へ切り換えるときに用いられるトルク制限値は０以下の値となる。
【００６１】
トルク制限値［Ｎｍ］＝（供給閾値［Ｗ］−総消費電力量［Ｗ］）／バッファ用サーボモータ１２の回転速度［ｒａｄ／ｓ］  ・・・（３）
【００６２】
また、直流リンク４−Ａについて消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量が蓄電閾値（第２の閾値）を下回った場合、バッファ用モータ制御部１６−Ａは、バッファ用サーボモータ１２をベース回転速度で回転させるためのベース用速度指令から蓄電用回転速度で回転させるための蓄電用速度指令へ切り換える。この場合、トルク制限値計算部１９は、下記式４を用いて、バッファ用サーボモータ１２に対するトルク制限値を計算する。直流リンク４−Ｂについて消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量が蓄電閾値（第２の閾値）を超えた場合についても同様である。なお、式４において、蓄電閾値から総消費電力量を減算した値の絶対値は、蓄電供給可能電力量を示す。式４に従って計算されたベース用速度指令から蓄電用速度指令へ切り換えるときに用いられるトルク制限値は０以上の値となる。
【００６３】
トルク制限値［Ｎｍ］＝（蓄電閾値［Ｗ］−総消費電力量［Ｗ］）／バッファ用サーボモータ１２の回転速度［ｒａｄ／ｓ］  ・・・（４）
【００６４】
また、直流リンク４−Ａについて消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量が供給閾値を超えていた状態から供給閾値を下回った場合、バッファ用モータ制御部１６−Ａは、バッファ用サーボモータ１２を電力供給用回転速度で回転させるための供給用速度指令からベース回転速度で回転させるためのベース用速度指令へ切り換える。この場合、トルク制限値計算部１９は、下記式５を用いて、バッファ用サーボモータ１２に対するトルク制限値を計算する。直流リンク４−Ｂについて消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量が供給閾値を超えていた状態から供給閾値を下回った場合についても同様である。なお、式５において、供給閾値から総消費電力量を減算した値の絶対値は、蓄電供給可能電力量を示す。式５に従って計算された供給用速度指令からベース用速度指令へ切り換えるときに用いられるトルク制限値は０以上の値となる。
【００６５】
トルク制限値［Ｎｍ］＝（供給閾値［Ｗ］−総消費電力量［Ｗ］）／バッファ用サーボモータ１２の回転速度［ｒａｄ／ｓ］  ・・・（５）
【００６６】
また、直流リンク４−Ａについて消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量が蓄電閾値を下回っていた状態から蓄電閾値を超えた場合、バッファ用モータ制御部１６−Ａは、バッファ用サーボモータ１２を蓄電用回転速度で回転させるための蓄電用速度指令からベース回転速度で回転させるためのベース用速度指令へ切り換える。この場合、トルク制限値計算部１９は、下記式６を用いて、バッファ用サーボモータ１２に対するトルク制限値を計算する。直流リンク４−Ｂについて消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量が蓄電閾値を下回っていた状態から蓄電閾値を超えた場合についても同様である。なお、式６において、蓄電閾値から総消費電力量を減算した値の絶対値は、蓄電供給可能電力量を示す。式６に従って計算された蓄電用速度指令からベース用速度指令へ切り換えるときに用いられるトルク制限値は０以下の値となる。
【００６７】
トルク制限値［Ｎｍ］＝（蓄電閾値［Ｗ］−総消費電力量［Ｗ］）／バッファ用サーボモータ１２の回転速度［ｒａｄ／ｓ］  ・・・（６）
【００６８】
なお、式３〜式６において、バッファ用サーボモータ１２の回転速度［ｒａｄ／ｓ］を正数としている。
【００６９】
第１の実施形態では、上述のように計算されたトルク制限値を用いたトルク制御の実行の有無は、蓄電供給電力量計算部１８により計算されたバッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂごとの蓄電供給可能電力量の内容に応じて決定される。トルク制御の内容には、次の４通りのパターンがある。いずれのパターンに該当するかについては、各トルク制御部４２−Ａ及び４２−Ｂが、蓄電供給電力量計算部１８による計算結果及び比較部２０による比較結果に基づいて判定する。バッファ用サーボモータ１２の各巻線に接続されたバッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂの電力変換を一様に制御すると、各バッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂによる直流電力の取り込み及び出力が過剰となる場合が生じるので、バッファ用モータ制御部１６−Ａ及び１６−Ｂでは、巻線ごとに接続された各バッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂの電力変換を、個別に制御することでバッファ用サーボモータ１２を駆動制御する。
【００７０】
トルク制限値を用いたトルク制御が実行される場合、バッファ用モータ制御部１６−Ａ及び１６−Ｂ内のトルク制御部４２−Ａ及び４２−Ｂは、トルク制限値計算部１９によって式３〜式６に従って計算されたトルク制限値にてトルク指令の上限値及び下限値を変更しながらバッファ用サーボモータ２２に対するトルク制御を実行し、電流指令を生成する。すなわち、トルク制御部４２−Ａ及び４２−Ｂ内のトルク制限部５２−Ａ及び５２−Ｂは、下記式７に示すようにトルク指令の上限値及び下限値を、トルク制限値にて制限する。
【００７１】
−｜トルク制限値｜≦トルク指令≦｜トルク制限値｜  ・・・（７）
【００７２】
第１のパターンは、バッファ用インバータについての蓄電供給可能電力量の全てが、直流リンクから取り込み可能な直流電力量（すなわち蓄電装置１０が蓄電可能な直流電力量）を示している場合におけるトルク制御である。バッファ用モータ制御部のトルク制御部は、第１のパターンに該当すると判定した場合、バッファ用インバータごとに、トルク制限値にてトルク指令の上限値及び下限値を変更しながらバッファ用サーボモータに対するトルク制御を行うことで、当該バッファ用インバータが直流リンクから取り込む直流電力量を調整する。図１及び図４に示す例では、バッファ用インバータ１３−Ａについての蓄電供給可能電力量及びバッファ用インバータ１３−Ｂについての蓄電供給可能電力量が、それぞれ直流リンク４−Ａ及び４−Ｂから取り込み可能な直流電力量を示している場合において、バッファ用モータ制御部１６−Ａ内のトルク制御部４２−Ａは、トルク制限部５２−Ａにおいてトルク制限値にてトルク指令の上限値及び下限値を変更しながらバッファ用サーボモータ１２に対するトルク制御を行うことで、バッファ用インバータ１３−Ａが直流リンク４−Ａからバッファ用サーボモータ１２側へ取り込む直流電力量を調整し、バッファ用インバータ１３−Ｂが直流リンク４−Ｂからバッファ用サーボモータ１２側へ取り込む直流電力量を調整する。なお、第１のパターンでは、バッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂは直流リンク４−Ａ及び４−Ｂからバッファ用サーボモータ１２側へ直流電力を取り込む制御が行われるが、既に説明したように、バッファ用モータ制御部１６−Ａは、直流リンク４−Ａについて消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量が供給閾値（第１の閾値）を超えた場合には、バッファ用サーボモータ１２が予め規定されたベース回転速度よりも小さい電力供給用回転速度で回転するよう供給用速度指令を生成し、バッファ用モータ制御部１６−Ｂは、直流リンク４−Ｂについて消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量が供給閾値（第１の閾値）を超えた場合には、バッファ用サーボモータ１２が予め規定されたベース回転速度よりも小さい電力供給用回転速度で回転するよう供給用速度指令を生成することになる。
【００７３】
第２のパターンは、バッファ用インバータについての蓄電供給可能電力量の全てが直流リンクへ出力可能な直流電力量（すなわち蓄電装置１０が供給可能な直流電力量）を示している場合におけるトルク制御である。バッファ用モータ制御部のトルク制御部は、第２のパターンに該当すると判定した場合、バッファ用インバータごとに、トルク制限値にてトルク指令の上限値及び下限値を変更しながらバッファ用サーボモータに対するトルク制御を行うことで、当該バッファ用インバータが直流リンクへ出力する直流電力量を調整する。図１及び図４に示す例では、バッファ用インバータ１３−Ａについての蓄電供給可能電力量及びバッファ用インバータ１３−Ｂについての蓄電供給可能電力量が、それぞれ直流リンク４−Ａ及び４−Ｂへ出力可能な直流電力量を示している場合において、バッファ用モータ制御部１６−Ａ内のトルク制御部４２−Ａは、トルク制限部５２−Ａにおいてトルク制限値にてトルク指令の上限値及び下限値を変更しながらバッファ用サーボモータ１２に対するトルク制御を行うことで、バッファ用インバータ１３−Ａがバッファ用サーボモータ１２側から直流リンク４−Ａへ出力する直流電力量を調整し、バッファ用インバータ１３−Ｂがバッファ用サーボモータ１２側から直流リンク４−Ｂへ出力する直流電力量を調整する。なお、第２のパターンでは、バッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂは直流リンク４−Ａ及び４−Ｂへ直流電力を出力する制御が行われるが、既に説明したように、バッファ用モータ制御部１６−Ａは、直流リンク４−Ａについて消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量が蓄電閾値（第２の閾値）を下回った場合には、バッファ用サーボモータ１２が予め規定されたベース回転速度よりも大きい蓄電用回転速度で回転するよう、蓄電用速度指令を生成することになる。
【００７４】
また、上述の第１のパターン及び第２のパターンに該当しない場合として、バッファ用インバータごとに、当該バッファ用インバータについての蓄電供給可能電力量が示す内容が、直流リンクから取り込み可能な直流電力量（すなわち蓄電装置１０が蓄電可能な直流電力量）と直流リンクへ出力可能な直流電力量（すなわち蓄電装置１０が供給可能な直流電力量）とに分かれる場合がある。この場合は、比較部２０にて、バッファ用インバータが直流リンクから取り込み可能な直流電力量を示す蓄電供給可能電力量の総和の絶対値の大きさと、バッファ用インバータが直流リンクへ出力可能な直流電力量を示す蓄電供給可能電力量の総和の絶対値の大きさとを比較し、トルク制御部４２−Ａ及び４２−Ｂは、比較部２０による比較結果に応じて、速度制御部４１−Ａ及び４１−Ｂが生成したトルク指令を用いて、以下の第３のパターンまたは第４のパターンに基づくトルク制御を実行する。
【００７５】
第３のパターンは、比較部２０により絶対値が大きいと判定された蓄電供給可能電力量が、直流リンクから取り込み可能な直流電力量（すなわち蓄電装置１０が蓄電可能な直流電力量）を示している場合におけるトルク制御である。バッファ用モータ制御部のトルク制御部は、第３のパターンに該当すると判定した場合、直流リンクから直流電力を取り込み可能であるバッファ用インバータに対しては、トルク制限値にてトルク指令の上限値及び下限値を変更しながらバッファ用サーボモータに対するトルク制御を行うことで当該バッファ用インバータがバッファ用サーボモータ側へ直流リンクから取り込む直流電力量を調整する一方、直流リンクへ直流電力を出力可能であることを示すバッファ用インバータに対しては、バッファ用サーボモータに対するトルク制御は行わない。例えば、図１及び図４において、バッファ用インバータ１３−Ａが直流リンク４−Ａから取り込み可能な直流電力量を示す蓄電供給可能電力量が４０［ｋＷ］であり、バッファ用インバータ１３−Ｂが直流リンク４−Ｂへ出力可能な直流電力量を示す蓄電供給可能電力量が２０［ｋＷ］である場合、各蓄電供給可能電力量の絶対値を比較すると、バッファ用インバータ１３−Ａが直流リンク４−Ａから取り込み可能な直流電力量を示す蓄電供給可能電力量である４０［ｋＷ］の方が大きい。そこで、バッファ用モータ制御部１６−Ａ内のトルク制御部４２−Ａは、直流リンク４−Ａから直流電力を取り込み可能であるバッファ用インバータ１３−Ａに対しては、トルク制限部５２−Ａにおいてトルク制限値にてトルク指令の上限値及び下限値を変更しながらバッファ用サーボモータ１２に対するトルク制御を行うことでバッファ用インバータ１−Ａが直流リンク４−Ａからバッファ用サーボモータ１２側へ取り込む直流電力量を調整する一方、直流リンク４−Ｂへ直流電力を出力可能であることを示すバッファ用インバータ１３−Ｂに対しては、バッファ用モータ制御部１６−Ｂ内のトルク制御部４２−Ｂは、トルク制限値をゼロに設定することでバッファ用サーボモータ１２に対するトルク制御が行われないようにし、バッファ用インバータ１３−Ｂが直流電力を直流リンク４−Ｂへ出力しないようにする。
【００７６】
第４のパターンは、比較部２０により絶対値が大きいと判定された蓄電供給可能電力量が、直流リンクへの出力可能な直流電力量（すなわち蓄電装置１０が供給可能な直流電力量）を示している場合におけるトルク制御である。バッファ用モータ制御部のトルク制御部は、第４のパターンに該当すると判定した場合、直流リンクへ直流電力を出力可能であるバッファ用インバータに対しては、トルク制限値にてトルク指令の上限値及び下限値を変更しながらバッファ用サーボモータに対するトルク制御を行うことで当該バッファ用インバータが直流リンクへ出力する直流電力量を調整する一方、直流リンクから直流電力を取り込み可能であることを示すバッファ用インバータに対しては、バッファ用サーボモータに対するトルク制御を行わない。例えば、図１及び図４において、バッファ用インバータ１３−Ａが直流リンク４−Ａから取り込み可能な直流電力量を示す蓄電供給可能電力量が１０［ｋＷ］であり、バッファ用インバータ１３−Ｂが直流リンク４−Ｂへ出力可能な直流電力量を示す蓄電供給可能電力量が３０［ｋＷ］である場合、各蓄電供給可能電力量の絶対値を比較すると、バッファ用インバータ１３−Ｂが直流リンク４−Ｂへ出力可能な直流電力量を示す蓄電供給可能電力量が３０［ｋＷ］の方が大きい。そこで、バッファ用モータ制御部１６−Ｂ内のトルク制御部４２−Ｂは、トルク制限部５２−Ｂにおいてトルク制限値にてトルク指令の上限値及び下限値を変更しながらバッファ用サーボモータ１２に対するトルク制御を行うことでバッファ用インバータ１３−Ｂが直流リンク４−Ｂへ出力する直流電力量を調整する一方、バッファ用モータ制御部１６−Ａ内のトルク制御部４２−Ａは、直流リンク４−Ａから直流電力を取り込み可能であることを示すバッファ用インバータ１３−Ａに対しては、トルク制限値をゼロに設定することでバッファ用サーボモータ１２に対するトルク制御が行われないようにし、バッファ用インバータ１３−Ａが直流電力を直流リンク４−Ａからバッファ用サーボモータ１２側へ取り込まないようにする。
【００７７】
なお、第３のパターン及び第４のパターンについては、図１及び図４に示した２巻線タイプのバッファ用サーボモータ１２を例にとり説明したが、３巻線以上の場合は、バッファ用インバータが直流リンクから取り込み可能な直流電力量を示す蓄電供給可能電力量の総和の絶対値の大きさとバッファ用インバータが直流リンクへ出力可能な直流電力量を示す蓄電供給可能電力量の総和の絶対値の大きさとの比較結果に基づいて、上記処理が行われる。例えば、４巻線タイプのバッファ用サーボモータ（図示せず）で蓄電装置を構成する場合において、４つのバッファ用インバータについての蓄電供給可能電力量が、それぞれ「直流リンクから取り込み（蓄電）可能な直流電力量が１０［ｋＷ］」、「直流リンクへ出力（供給）可能な直流電力量が２０［ｋＷ］」、「直流リンクから取り込み（蓄電）可能な直流電力量が１５［ｋＷ］」、「直流リンクへ出力（供給）可能な直流電力量が１０［ｋＷ］」であるとすると、直流リンクから取り込み（蓄電）可能な直流電力量の総和は２５（＝１０＋１５）［ｋＷ］であり、直流リンクへ出力（供給）可能な直流電力量の総和は３０（＝２０＋１０）［ｋＷ］である。よって、比較部２０による比較処理により、直流リンクへ出力（供給）可能な直流電力量の総和が大きいと判定されるので、バッファ用モータ制御部１６は、第４のパターンに従った制御を行う。また例えば４つのバッファ用インバータについての蓄電供給可能電力量が、それぞれ「直流リンクから取り込み（蓄電）可能な直流電力量が１０［ｋＷ］」、「直流リンクから取り込み（蓄電）可能な直流電力量が２０［ｋＷ］」、「直流リンクから取り込み（蓄電）可能な直流電力量が１５［ｋＷ］」、「直流リンクへ出力（供給）可能な直流電力量が１０［ｋＷ］」であるとすると、直流リンクから取り込み（蓄電）可能な直流電力量の総和は４５（＝１０＋２０＋１５）［ｋＷ］であり、直流リンクへ出力（供給）可能な直流電力量の総和は１０［ｋＷ］である。よって、比較部２０による比較処理により、直流リンクから取り込み（蓄電）可能な直流電力量の総和が大きいと判定されるので、バッファ用モータ制御部１６は、第３のパターンに従った制御を行う。
【００７８】
上述のトルク制御部４２−Ａに続く電流制御部４３−Ａは、バッファ用インバータ１３−Ａに流れる電流をトルク制御部４２−Ａにより生成された電流指令に追従させるための駆動指令を生成する。電流制御部４３−Ａにより生成された駆動指令は、バッファ用インバータ１３−Ａに送られ、バッファ用インバータ１３−Ａは、この駆動指令に基づき各スイッチング素子がオンオフ制御され、直流リンク４−Ａの直流電力とバッファ用サーボモータ１２の駆動電力または回生電力である交流電力との間で電力変換する。また、上述のトルク制御部４２−Ｂに続く電流制御部４３−Ｂは、バッファ用インバータ１３−Ｂに流れる電流をトルク制御部４２−Ｂにより生成された電流指令に追従させるための駆動指令を生成する。電流制御部４３−Ｂにより生成された駆動指令は、バッファ用インバータ１３−Ｂに送られ、バッファ用インバータ１３−Ｂは、この駆動指令に基づき各スイッチング素子がオンオフ制御され、直流リンク４−Ｂの直流電力とバッファ用サーボモータ１２の駆動電力または回生電力である交流電力との間で電力変換する。図２を参照して説明したように、バッファ用サーボモータ１２は複数の巻線を有し、複数の巻線のうち一方の組の巻線（図２（Ｂ）ではＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２）がバッファ用インバータ１３−Ａに接続され、上記の複数の巻線のうち他方の組の巻線（図２（Ｂ）ではＵ３，Ｕ４，Ｖ３，Ｖ４，Ｗ３，Ｗ４）がバッファ用インバータ１３−Ｂに接続される。バッファ用サーボモータ１２には、これら２つのバッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂを介して交流電力の入出力が行われることになるが、多くの場合、交流電力の量及びその入出力方向についてはバッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂで異なる。したがってバッファ用サーボモータ１２内の各巻線にて発生するトルクは異なったものとなるが、バッファ用サーボモータ１２は、大きい方のトルクの支配を受けて回転することになる。つまり、バッファ用サーボモータ１２の回転状態については、各バッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂの交流電力の量及びその入出力方向に応じて一意に決まる。バッファ用モータ制御部１６−Ａ及び１６−Ｂ（図１ではバッファ用モータ制御部１６）によりバッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂの電力変換が制御されることで、フライホイール１１が接続されたバッファ用サーボモータ１２が加速もしくは減速しながら回転しまたは一定速度で回転し、フライホイール１１の回転エネルギーと直流リンク４−Ａ及び４−Ｂにおける電気エネルギーとの間で変換されることで、蓄電装置１０が蓄積または供給すべき直流電力量（蓄電装置１０が直流リンク４−Ａ及び４−Ｂに対して出し入れする直流電力量）が調整される。
【００７９】
このように、第１の実施形態では、式２に従って計算されるバッファ用サーボモータ１２に対して、速度指令切換部５１−Ａ及び５１−Ｂにより設定された速度指令にて速度制御が行われ、さらに、バッファ用インバータごとの蓄電供給可能電力量の内容に応じてトルク制限値を用いたトルク制御が行われる。トルクの制限値は、消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量を用いて設定され、このトルク制限値を用いたトルク制御によりバッファ用サーボモータ１２は駆動するので、蓄電装置１０の応答性は高くなる。
【００８０】
図５は、第１の実施形態によるモータ駆動システムにおける速度指令の切換例を説明する図であって、（Ａ）は各速度指令間でステップ状に切り換える例を示し、（Ｂ）は各速度指令間で直線形時定数にて変化させながら切り換える例を示し、（Ｃ）は各速度指令間でベル形時定数にて変化させながら切り換える例を示し、（Ｄ）は各速度指令間で指数形時定数にて変化させながら切り換える例を示す。上述のように、速度制御部４１―Ａ及び４１−Ｂで用いられる速度指令は、供給用速度指令、蓄電用速度指令及びベース用速度指令の３種類であり、消費電力量計算部１７により計算された総消費電力と各閾値との大小関係に応じて、バッファ用モータ制御部１６−Ａ及び１６−Ｂ（図１ではバッファ用モータ制御部１６）内の速度制御部４１−Ａ及び４１−Ｂに設けられた各速度指令切換部５１−Ａ及び５１−Ｂは、これら速度指令間で切り換えを行う。図５では、説明を簡明なものとするために、速度指令切換部５１−Ａについてのベース用速度指令から蓄電用速度指令への切換えについて図示するが、蓄電用速度指令からベース用速度指令への切換え、ベース用速度指令から供給用速度指令への切換え、供給用速度指令からベース用速度指令への切換えについても同様に適用可能である。また、速度指令切換部５１−Ｂについても同様に適用可能である。
【００８１】
例えば、速度指令切換部５１−Ａは、バッファ用サーボモータ１２を電力供給用回転速度、ベース回転速度及び蓄電用回転速度のそれぞれで回転させるための各速度指令を、各速度指令間でステップ状に切り換えてもよい。各速度指令間でステップ状に切り換えると、蓄電装置１０の蓄電及び電力供給の応答性がより高まる。例えば、図５（Ａ）に示すように、速度指令切換部５１−Ａは、バッファ用サーボモータ１２をベース回転速度で回転させるためのベース用速度指令を、蓄電用速度指令にステップ状に切り換える。
【００８２】
また例えば、図５（Ｂ）〜図５（Ｄ）に示すように、速度指令切換部５１−Ａは、バッファ用サーボモータ１２を電力供給用回転速度、ベース回転速度及び蓄電用回転速度のそれぞれで回転させるための各速度指令を、各速度指令間で切れ目なく連続的に変化させながら切り換えてもよい。各速度指令間の切り換えをステップ状ではなく切れ目なく連続的に変化させると、速度指令が急激に変化しないので、バッファ用サーボモータ１２に対する負荷が小さくなる利点がある。例えば、図５（Ｂ）に示すように、速度指令切換部５１−Ａは、バッファ用サーボモータ１２をベース回転速度で回転させるためのベース用速度指令を、直線形時定数にて変化させながら蓄電用速度指令にステップ状に切り換える。例えば図５（Ｃ）に示すように、速度指令切換部５１−Ａは、バッファ用サーボモータ１２をベース回転速度で回転させるためのベース用速度指令を、ベル形時定数にて変化させながら蓄電用速度指令にステップ状に切り換える。例えば図５（Ｄ）に示すように、速度指令切換部５１−Ａは、バッファ用サーボモータ１２をベース回転速度で回転させるためのベース用速度指令を、指数形時定数にて変化させながら蓄電用速度指令にステップ状に切り換える。
【００８３】
なお、第１の実施形態では、総消費電力量に応じてバッファ用サーボモータ１２の速度を電力供給用回転速度、蓄電用回転速度またはベース回転速度に切り換えるために、バッファ用モータ制御部１６−Ａ及び１６−Ｂ（図１ではバッファ用モータ制御部１６）内に速度指令切換部５１−Ａ及び５１−Ｂを設け、この速度指令切換部５１−Ａ及び５１−Ｂにより総消費電力量に応じて供給用速度指令、蓄電用速度指令またはベース用速度指令に切り換えるようにした。総消費電力量に応じてバッファ用サーボモータ１２の速度を電力供給用回転速度、蓄電用回転速度またはベース回転速度に切り換えるための指令に関する変形例として、バッファ用モータ制御部１６−Ａ及び１６−Ｂ（図１ではバッファ用モータ制御部１６）内に位置指令切換部（図示せず）を設け、この位置指令切換部により総消費電力量に応じて供給用位置指令、蓄電用位置指令またはベース用位置指令に切り換えるようにしてもよい。例えば、供給用位置指令、蓄電用位置指令、及びベース用位置指令を、「供給用位置指令の変化量＜ベース用位置指令の変化量＜蓄電用位置指令の変化量」の関係を満たすようなランプ指令としてそれぞれ設定し、総消費電力量に応じて位置指令切換部にてこれら指令を切り換えればよい。一例を挙げると次の通りである。
【００８４】
供給用位置指令［ｍｍ］＝実位置［ｍｍ］＋供給用速度指令［ｍｍ／ｓ］／ポジションゲイン［1／ｓ］
蓄電用位置指令［ｍｍ］＝実位置［ｍｍ］＋蓄電用速度指令［ｍｍ／ｓ］／ポジションゲイン［1／ｓ］
ベース用位置指令［ｍｍ］＝実位置［ｍｍ］＋ベース用速度指令［ｍｍ／ｓ］／ポジションゲイン［1／ｓ］
【００８５】
このように、総消費電力量に応じて供給用位置指令、蓄電用位置指令またはベース用位置指令に切り換えても、供給用速度指令、蓄電用速度指令またはベース用速度指令を切り換えることと同様の効果を得ることができる。
【００８６】
速度指令の切り換え及び位置指令の切り換えのいずれの実施形態においても、トルク制御部４２−Ａ及び４２−Ｂは、蓄電供給電力量計算部１８により計算されたバッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂごとの蓄電供給可能電力量の内容に応じて、トルク制限値計算部１９により計算されたトルク制限値にてトルク指令の上限値及び下限値を変更しながらバッファ用サーボモータ１２に対するトルク制御を実行し、電流指令を生成する。
【００８７】
図６は、第１の実施形態によるモータ駆動システムにおける総消費電力量とバッファ用サーボモータの回転速度との関係を例示する図である。図６では、説明を簡明なものとするために、ドライブ用サーボモータ３−Ｂの減速及び加速を繰り返し実行した場合について図示するが、ドライブ用サーボモータ３−Ａ１及び３−Ａ２についても同様に適用可能である。図６では、ドライブ用サーボモータ３−Ｂの減速及び加速を繰り返し実行した場合における、消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量（破線）及びコンバータ１４−Ｂの出力（実線）を上段に示し、バッファ用サーボモータ１２の回転速度（実線）及び速度指令（破線）を下段に示している。
【００８８】
図６において、時刻ｔ1までの間、ドライブ用サーボモータ３−Ｂを減速させると、回生電力が発生し、消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量（すなわち、ドライブ用サーボモータ３−Ｂの出力とドライブ用サーボモータ３−Ｂにおける巻線損失とコンバータ１４−Ｂにおける損失とドライブ用インバータ１５−Ｂにおける損失との和）が減少する。総消費電力量が蓄電閾値を下回ると、電力ピークを低減（カット）すべく、速度指令切換部５１−Ｂは、バッファ用サーボモータ１２を蓄電用回転速度で回転させるために、蓄電用速度指令を出力する。バッファ用モータ制御部１６−Ｂは、速度指令切換部５１−Ｂにより設定され蓄電用速度指令とトルク制限値計算部１９により計算されたトルク制限値とを用いて、バッファ用インバータ１３−Ｂの電力変換動作を制御し、これにより、バッファ用サーボモータ１２の回転速度は徐々に上昇し、フライホイール１１の回転エネルギーとして蓄積される。
【００８９】
時刻ｔ1で、消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量が蓄電閾値を上回ると、速度指令切換部５１−Ｂは、バッファ用サーボモータ１２をベース回転速度で回転させるために、ベース用速度指令を出力する。その結果、バッファ用サーボモータ１２は減速し、回生電力が発生する。バッファ用サーボモータ１２がベース回転速度に戻るまで（時刻ｔ2）、直流リンク４−Ｂへ供給された直流電力は、発生した交流の回生電力はバッファ用インバータ１３−Ｂにより直流電力に変換されて直流リンク４−Ｂへ供給され、さらにコンバータ１４−Ｂにより交流電力に変換されて電源２側へ戻される。
【００９０】
その後、ドライブ用サーボモータ３−Ｂを加速させると、総消費電力が徐々に上昇する。総消費電力が供給閾値を超えると（時刻ｔ3）、電力ピークを低減（カット）すべく、速度指令切換部５１−Ｂは、バッファ用サーボモータ１２を供給用回転速度で回転させるために、供給用速度指令を出力する。バッファ用モータ制御部１６−Ｂは、速度指令切換部５１−Ｂにより設定され供給用速度指令とトルク制限値計算部１９により計算されたトルク制限値とを用いて、バッファ用インバータ１３−Ｂの電力変換動作を制御し、これにより、バッファ用サーボモータ１２の回転速度は徐々に低下し、回生電力が発生する。発生した交流の回生電力はバッファ用インバータ１３−Ｂにより直流電力に変換されて直流リンク４−Ｂへ供給される。直流リンク４−Ｂへ供給された直流電力は、ドライブ用インバータ１５−Ｂにより交流電力に変換され、ドライブ用サーボモータ３−Ｂの駆動電力として消費される。
【００９１】
その後、例えばドライブ用サーボモータ３−Ｂが減速すると、回生電力が発生し、総消費電力は徐々に低下する。総消費電力が徐々に低下し、供給閾値を下回ると（時刻ｔ4）、速度指令切換部５１−Ｂは、バッファ用サーボモータ１２をベース回転速度で回転させるために、ベース用速度指令を出力する。バッファ用モータ制御部１６−Ｂは、速度指令切換部５１−Ｂにより設定されベース用速度指令とトルク制限値計算部１９により計算されたトルク制限値とを用いて、バッファ用インバータ１３−Ｂの電力変換動作を制御する。バッファ用サーボモータ１２がベース回転速度に戻るまで（時刻ｔ5）、コンバータ１４−Ｂを介して電源２側から供給されたエネルギーにより、バッファ用サーボモータ１２の回転速度は徐々に上昇する。
【００９２】
時刻ｔ5で、バッファ用サーボモータ１２が一定のベース回転速度で回転することになると、蓄電装置１０による蓄電は終わり、ドライブ用サーボモータ２２で回生された電力により、総消費電力量は徐々に減少する。総消費電力量が蓄電閾値を下回ると（時刻ｔ6）、電力ピークを低減（カット）すべく、速度指令切換部５１−Ｂは、バッファ用サーボモータ１２を蓄電用回転速度で回転させるために、蓄電用速度指令を出力する。バッファ用モータ制御部１６−Ｂは、速度指令切換部５１−Ｂにより設定され蓄電用速度指令とトルク制限値計算部１９により計算されたトルク制限値とを用いて、バッファ用インバータ１３−Ｂの電力変換動作を制御し、これにより、バッファ用サーボモータ１２の回転速度は徐々に上昇し、フライホイール１１の回転エネルギーとして蓄積される。以後、この動作が実行される。
【００９３】
上述の実施形態では、速度指令切換部５１−Ｂは、総消費電力量が蓄電閾値を下回ったときはベース速度指令から蓄電用速度指令に切り換えて蓄電装置１０に蓄電した後、総消費電力量が蓄電閾値を上回った時点で、蓄電装置１０による直流電力の蓄電が必要なくなったと判断して蓄電用速度指令からベース速度指令に切り換えていた。同様に、速度指令切換部５１−Ｂは、総消費電力量が供給閾値を超えたときはベース速度指令から供給用速度指令に切り換えて蓄電装置１０から直流リンク４−Ｂへ直流電力を供給した後、総消費電力量が供給閾値を下回った時点で、蓄電装置１０による直流電力の供給が必要なくなった判断として供給用速度指令からベース速度指令に切り換えていた。
【００９４】
上記実施形態を変形して、蓄電装置１０による直流電力の蓄電または供給が必要なくなった時点ですぐに蓄電用速度指令または供給用速度指令からベース速度指令へ切り換えるのではなく、蓄電装置１０による直流電力の蓄電または供給が必要なくなった時点からある程度時間的に余裕を持たせてベース速度指令へ切り換えるようにしてもよい。この実施形態について図７を参照して説明する。
【００９５】
図７は、さらなる実施形態によるモータ駆動システムにおける総消費電力量とバッファ用サーボモータの回転速度との関係を例示する図である。図７では、説明を簡明なものとするために、ドライブ用サーボモータ３−Ｂの減速及び加速を繰り返し実行した場合について図示するが、ドライブ用サーボモータ３−Ａ１及び３−Ａ２についても同様に適用可能である。図７において、ドライブ用サーボモータ３−Ｂの減速及び加速を繰り返し実行した場合における、消費電力量計算部１７により計算された総消費電力量（破線）及びコンバータ１４−Ｂの出力（実線）を上段に示し、バッファ用サーボモータ１２の回転速度（実線）及び速度指令（破線）を下段に示している。さらなる実施形態では、バッファ用サーボモータ１２の回転速度を電力供給用回転速度からベース回転速度に戻すための第３の閾値として、供給閾値（第１の閾値）より小さくかつ蓄電閾値（第２の閾値）よりも大きい上側ベース回復閾値を設定する。また、バッファ用サーボモータ１２の回転速度を蓄電用回転速度からベース回転速度に戻すための第４の閾値として、蓄電閾値（第２の閾値）より大きくかつ上側ベース回復閾値（第３の閾値）より小さい下側ベース回復閾値を設定する。すなわち、本実施形態では、バッファ用モータ制御部１６−Ｂは、バッファ用サーボモータ１２が電力供給用回転速度で回転するようバッファ用インバータ１３−Ｂの電力変換を制御しているときにおいて、総消費電力量が上側ベース回復閾値（第３の閾値）を下回った場合、バッファ用サーボモータ１２がベース回転速度で回転するよう、バッファ用インバータ１３−Ｂの電力変換を制御する。このため、バッファ用モータ制御部１６−Ｂ内の速度指令切換部５１−Ｂは、バッファ用サーボモータ１２が電力供給用回転速度で回転するようバッファ用インバータ１３−Ｂの電力変換を制御しているときにおいて、総消費電力量が上側ベース回復閾値（第３の閾値）を下回った場合、供給用速度指令からベース用速度指令に切り換える。また、バッファ用モータ制御部１６−Ｂは、バッファ用サーボモータ１２が蓄電用回転速度で回転するようバッファ用インバータ１３−Ｂの電力変換を制御しているときにおいて、総消費電力量が下側ベース回復閾値（第４の閾値）を超えた場合、バッファ用サーボモータ１２がベース回転速度で回転するよう、バッファ用インバータ１３−Ｂの電力変換を制御する。このため、バッファ用モータ制御部１６−Ｂ内の速度指令切換部５１−Ｂは、バッファ用サーボモータ１２が蓄電用回転速度で回転するようバッファ用インバータ１３−Ｂの電力変換を制御しているときにおいて、総消費電力量が下側ベース回復閾値（第４の閾値）を超えた場合、蓄電用速度指令からベース用速度指令に切り換える。
【００９６】
例えば図７において、時刻ｔ1より前の、速度指令切換部５１−Ｂで設定された蓄電用速度指令に従いバッファ用サーボモータ１２は蓄電用回転速度で回転しているときにおいて、総消費電力量が徐々に増加して蓄電閾値を超えても、速度指令切換部５１−Ｂで設定された蓄電用速度指令は維持される。総消費電力量がさらに増加して時刻ｔ1で下側ベース回復閾値（第４の閾値）を超えたとき、速度指令切換部５１−Ｂは、蓄電用速度指令からベース用速度指令に切り換える。その結果、バッファ用サーボモータ１２は減速し、回生電力が発生する。バッファ用サーボモータ１２がベース回転速度に戻るまで（時刻ｔ2）、直流リンク４−Ｂへ供給された直流電力は、発生した交流の回生電力はバッファ用インバータ１３−Ｂにより直流電力に変換されて直流リンク４−Ｂへ供給され、さらにコンバータ１４−Ｂにより交流電力に変換されて電源２側へ戻される。
【００９７】
また、時刻ｔ3から時刻ｔ4までの間の、速度指令切換部５１−Ｂで設定された供給用速度指令に従いバッファ用サーボモータ１２は電力供給用回転速度で回転しているときにおいて、総消費電力量が徐々に低下して供給閾値を下回っても、速度指令切換部５１−Ｂで設定された供給用速度指令は維持される。総消費電力量がさらに低下して時刻ｔ4で上側ベース回復閾値（第３の閾値）を下回ったとき、速度指令切換部５１−Ｂは、供給用速度指令からベース用速度指令に切り換える。その結果、バッファ用サーボモータ１２は、バッファ用サーボモータ１２がベース回転速度に戻るまで（時刻ｔ5）、コンバータ１４−Ｂを介して電源２側から供給されたエネルギーを用いてバッファ用サーボモータ１２の回転速度は徐々に上昇する。
【００９８】
続いて、第２の実施形態によるモータ駆動システムについて説明する。上述の第１の実施形態では、バッファ用インバータごとに、消費電力量計算部により計算される総消費電力量に応じて速度指令を切り換えて速度制御を行い、蓄電供給電力量計算部により計算される蓄電供給可能電力量の内容に応じてトルク制限値にてトルク指令の上限値及び下限値を変更しながらトルク制御を行った。これに対し、第２の実施形態では、バッファ用インバータごとに、蓄電供給可能電力量計算部により計算される当該バッファ用インバータについての蓄電供給可能電力量とバッファ用モータの回転速度とに基づいて生成されたバッファ用サーボモータに対するトルク指令を生成し、このトルク指令を用いてトルク制御を行う。
【００９９】
図８は、第２の実施形態によるモータ駆動システムのブロック図である。第１の実施形態同様、一例として、電源２に接続されたモータ駆動システム１により３個のドライブ用サーボモータ３−Ａ１、３−Ａ２及び３−Ｂを制御する場合について説明する。
【０１００】
図８に示すように、第２の実施形態によるモータ駆動システム１は、フライホイール１１と、バッファ用サーボモータ１２と、バッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂと、コンバータ１４−Ａ及び１４−Ｂと、ドライブ用インバータ１５−Ａ１、１５−Ａ２及び１５−Ｂと、バッファ用モータ制御部１６’と、消費電力量計算部１７と、蓄電供給電力量計算部１８とを備える。また、モータ駆動システム１は、一般的なモータ駆動システムと同様、ドライブ用インバータ１５−Ａ１、１５−Ａ２及び１５−Ｂを制御するためのドライブ用モータ制御部２１を有する。
【０１０１】
フライホイール１１、バッファ用サーボモータ１２、バッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂ、コンバータ１４−Ａ及び１４−Ｂ、ドライブ用インバータ１５−Ａ１、１５−Ａ２及び１５−Ｂ、消費電力量計算部１７、及び蓄電供給電力量計算部１８については、第１の実施形態と同様であるので、当該回路構成要素についての詳細な説明は省略する。
【０１０２】
第２の実施形態では、バッファ用モータ制御部１６’は、バッファ用インバータ１３−Ａ及び１３−Ｂごとに、蓄電供給可能電力量計算部１８により計算される当該バッファ用インバータについての蓄電供給可能電力量と速度検出器３２により検出されるバッファ用サーボモータ１２の回転速度とに基づいて生成されたバッファ用サーボモータ１２に対するトルク指令を用いてトルク制御を行うことで、当該バッファ用インバータが直流リンクから取り込む直流電力量または直流リンクへ出力する直流電力量を調整する。図９を参照してより詳細に説明すると次の通りである。
【０１０３】
図９は、第２の実施形態によるモータ駆動システム内の蓄電装置におけるバッファ用サーボモータに対する制御ループを示すブロック図である。
【０１０４】
図８のバッファ用モータ制御部１６’は、図９ではバッファ用モータ制御部１６’−Ａ及び１６’−Ｂが対応する。バッファ用モータ制御部１６’−Ａ内のトルク制御部４２’−Ａは、蓄電供給可能電力量計算部１８により計算されるバッファ用インバータ１３−Ａについての蓄電供給可能電力量と速度検出器３２により検出されるバッファ用サーボモータ１２の回転速度とに基づいて、下記式８を用いて、バッファ用インバータ１３−Ａのトルク制御で用いられるトルク指令を作成する。また、バッファ用モータ制御部１６’−Ｂ内のトルク制御部４２’−Ｂは、蓄電供給可能電力量計算部１８により計算されるバッファ用インバータ１３−Ｂについての蓄電供給可能電力量と速度検出器３２により検出されるバッファ用サーボモータ１２の回転速度とに基づいて、下記式８を用いて、バッファ用インバータ１３−Ｂのトルク制御で用いられるトルク指令を作成する。
【０１０５】
バッファ用サーボモータ１２に対するトルク指令［Ｎｍ］＝蓄電供給可能電力量［Ｗ］／バッファ用サーボモータ１２の回転速度［ｒａｄ／ｓ］  ・・・（８）
【０１０６】
バッファ用モータ制御部１６’−Ａ内のトルク制御部４２’−Ａは、バッファ用インバータ１３−Ａについて式８に従って作成されたトルク指令を用いてバッファ用インバータ１３−Ａのトルク制御を行い、バッファ用インバータ１３−Ａに対する電流指令を作成する。バッファ用モータ制御部１６’−Ｂ内のトルク制御部４２’−Ｂは、バッファ用インバータ１３−Ｂについて式８に従って作成されたトルク指令を用いてバッファ用インバータ１３−Ｂのトルク制御を行い、バッファ用インバータ１３−Ｂに対する電流指令を作成する。
【０１０７】
上述のトルク制御部４２’−Ａに続く電流制御部４３−Ａは、バッファ用インバータ１３−Ａに流れる電流をトルク制御部４２’−Ａにより生成された電流指令に追従させるための駆動指令を生成する。電流制御部４３−Ａにより生成された駆動指令は、バッファ用インバータ１３−Ａに送られ、バッファ用インバータ１３−Ａは、この駆動指令に基づき各スイッチング素子がオンオフ制御され、直流リンク４−Ａの直流電力とバッファ用サーボモータ１２の駆動電力または回生電力である交流電力との間で電力変換する。また、上述のトルク制御部４２’−Ｂに続く電流制御部４３−Ｂは、バッファ用インバータ１３−Ｂに流れる電流をトルク制御部４２’−Ｂにより生成された電流指令に追従させるための駆動指令を生成する。電流制御部４３−Ｂにより生成された駆動指令は、バッファ用インバータ１３−Ｂに送られ、バッファ用インバータ１３−Ｂは、この駆動指令に基づき各スイッチング素子がオンオフ制御され、直流リンク４−Ｂの直流電力とバッファ用サーボモータ１２の駆動電力または回生電力である交流電力との間で電力変換する。
【０１０８】
なお、バッファ用インバータ１３−Ａまたは１３−Ｂが直流リンク４−Ａまたは４−Ｂから直流電力をバッファ用サーボモータ１２側に取り込む必要が無い場合及びバッファ用サーボモータ１３−Ａまたは１３−Ｂが直流リンク４−Ａまたは４−Ｂへ直流電力を出力する必要が無い場合は、蓄電供給可能電力量計算部１８により計算された蓄電供給可能電力量がゼロとなる。この場合、式８によればトルク指令はゼロになるので、バッファ用モータ制御部１６’−Ａ及び１６’−Ｂは、トルク制御を行わず、予め規定されたベース回転速度にてバッファ用サーボモータ１２を回転させる速度制御のみを実行するようにする。
【０１０９】
また、第２の実施形態では、トルク制御のみ行い、速度制御は行っていないので、バッファ用サーボモータ１２の回転速度が際限なく上昇または下降し続ける可能性がある。そこで、速度上限値及び速度下限値を予め規定しておき、速度検出器３２により検出されたバッファ用サーボモータ１２の回転速度が速度上限値を上回った場合及び速度下限値を下回った場合は、バッファ用モータ制御部１６’−Ａ及び１６’−Ｂは、トルク制御を行わず、予め規定されたベース回転速度にてバッファ用サーボモータ１２を回転させる速度制御のみを実行するようにしてもよい。
【０１１０】
上述したバッファ用モータ制御部１６、１６−Ａ、１６−Ｂ、１６’、１６’−Ａ及び１６’−Ｂ（速度制御部４１−Ａ及び４１−Ｂ、トルク制御部４２−Ａ、４２−Ｂ、４２’−Ａ及び４２’−Ｂ、電流制御部４３−Ａ及び４３−Ｂ、速度指令切換部５１−Ａ及び５１−Ｂ、並びにトルク制限部５２−Ａ及び５２−Ｂを含む。以下同様。）、消費電力量計算部１７、蓄電供給電力量計算部１８、トルク制限値計算部１９、並びに比較部２０は、例えばドライブ用モータ制御部２１とともに数値制御装置１００内に設けられる。バッファ用モータ制御部１６、１６−Ａ、１６−Ｂ、１６’、１６’−Ａ及び１６’−Ｂ、消費電力量計算部１７、蓄電供給電力量計算部１８、トルク制限値計算部１９、並びに比較部２０は、例えばソフトウェアプログラム形式で構築されてもよく、あるいは各種電子回路とソフトウェアプログラムとの組み合わせで構築されてもよい。上述の各実施形態では、バッファ用モータ制御部１６、１６−Ａ、１６−Ｂ、１６’、１６’−Ａ及び１６’−Ｂ、消費電力量計算部１７、蓄電供給電力量計算部１８、トルク制限値計算部１９、並びに比較部２０をソフトウェアプログラム形式で構築し、数値制御装置１００内の演算処理装置にこのソフトウェアプログラムを動作させて各部の機能を実現している。
【０１１１】
またあるいは、バッファ用モータ制御部１６、１６−Ａ、１６−Ｂ、１６’、１６’−Ａ及び１６’−Ｂ、消費電力量計算部１７、蓄電供給電力量計算部１８、トルク制限値計算部１９、並びに比較部２０の機能を実現するソフトウェアプログラム媒体に従って動作するコンピュータを、数値制御装置１００とは別個に設けてもよい。またあるいは、バッファ用モータ制御部１６、１６−Ａ、１６−Ｂ、１６’、１６’−Ａ及び１６’−Ｂ、消費電力量計算部１７、蓄電供給電力量計算部１８、トルク制限値計算部１９、並びに比較部２０を、各部の機能を実現するソフトウェアプログラム媒体を書き込んだ半導体集積回路として実現してもよく、この場合は、当該半導体集積回路を例えば既存の数値制御装置に取り付けることによって、各部の機能が実現される。
【０１１２】
本開示の実施形態によれば、フライホイールを回転させるためのバッファ用サーボモータを複数の独立した巻線を有するものとした蓄電装置を用いるので、１巻線タイプのバッファ用サーボモータを用いて蓄電装置を構成する場合に比べて、小型で低コストのモータ駆動システムを実現することができる。ドライブ用サーボモータが設けられた機械（工作機械やロボット）などが大型である場合であっても、小型で低コストのモータ駆動システムを当該機械に組み込むことができる。また、バッファ用サーボモータの巻線ごとに接続された各バッファ用インバータの電力変換を個別に制御するので、各バッファ用インバータによる直流電力の直流リンクからの取り込み（蓄電）及び直流リンクへの出力（給電）を効率よく行うことができ、損失を低減することができる。また、バッファ用サーボモータの回線制御は、速度指令が逐次生成されて行われる速度制御ではなく、蓄電供給可能電力量の内容に応じたトルク制御に基づいて行われるので、制御が容易であり、応答性が高い。また、ドライブ用サーボモータの稼働状態や消費電力に合わせた速度指令の作成が不要であり、バッファ用サーボモータの駆動プログラムを単純化することができる。
【符号の説明】
【０１１３】
１    モータ駆動システム
２    電源
３−Ａ１、３−Ａ２、３−Ｂ    ドライブ用サーボモータ
４−Ａ、４−Ｂ    直流リンク
１１    フライホイール
１２    バッファ用サーボモータ
１３−Ａ、１３−Ｂ    バッファ用インバータ
１４−Ａ、１４−Ｂ    コンバータ
１５−Ａ１、１５−Ａ２及び１５−Ｂ    ドライブ用インバータ
１６、１６−Ａ、１６−Ｂ、    バッファ用モータ制御部
１６’、１６’−Ａ、１６’−Ｂ    バッファ用モータ制御部
１７    消費電力量計算部
１８    蓄電供給電力量計算部
１９    トルク制限値計算部
２０    比較部
２１    ドライブ用モータ制御部
３１、３２    速度検出器
４１−Ａ、４１−Ｂ    速度制御部
４２−Ａ、４２−Ｂ    トルク制御部
４２’−Ａ、４２’−Ｂ    トルク制御部
４３−Ａ、４３−Ｂ    電流制御部
５１−Ａ、５１−Ｂ    速度指令切換部
５２−Ａ、５２−Ｂ    トルク制限部
１００    数値制御装置
１２１    ステータ
【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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