(57)【要約】【課題】交流電源の電力ピークを低減するために設けられた蓄電部を有するモータ駆動装置を複数有するモータ駆動システムにおいて、交流電源側の電源設備の容量を低減する。【解決手段】モータ駆動システム１は、複数のモータ３の各々に対応して設けられ、交流電源２から入力された交流電力を直流電力に変換して蓄電し、蓄電した直流電力をモータ駆動のための交流電力に変換して出力する、複数のモータ駆動装置１１と、複数のモータ駆動装置１１の各々に対応して設けられ、交流電源２とモータ駆動装置１１との間を電気的に接続する閉動作及び電気的に遮断する開動作を行う、複数の開閉部１２と、複数の開閉部１２の間で閉動作する期間が時間的に重ならないよう、複数の開閉部１２の各々の閉動作及び開動作の実行を制御する開閉制御部１３とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のモータの各々に対応して設けられ、交流電源から入力された交流電力を直流電力に変換して蓄電し、蓄電した前記直流電力をモータ駆動のための交流電力に変換して出力する、複数のモータ駆動装置と、
前記複数のモータ駆動装置の各々に対応して設けられ、前記交流電源と前記モータ駆動装置との間を電気的に接続する閉動作及び電気的に遮断する開動作を行う、複数の開閉部と、
前記複数の開閉部の間で閉動作する期間が時間的に重ならないよう、前記複数の開閉部の各々の前記閉動作及び前記開動作の実行を制御する開閉制御部と、
を備える、モータ駆動システム。
【請求項２】
前記モータ駆動装置の各々は、
入力された交流電力を直流電力に変換して出力するコンバータと、
前記コンバータから出力された直流電力を蓄電する蓄電部と、
前記蓄電部に蓄電された直流電力をモータ駆動のための交流電力に変換して出力するインバータと、を有する、
を有する、請求項１に記載のモータ駆動システム。
【請求項３】
前記開閉制御部は、前記蓄電部に直流電力を蓄電する場合は、当該蓄電部を有する前記モータ駆動装置に対応して設けられた前記開閉部に対して閉動作を実行させる、請求項２に記載のモータ駆動システム。
【請求項４】
前記開閉制御部は、前記モータを駆動する場合は、当該モータにモータ駆動のための交流電力を供給する前記モータ駆動装置に対応して設けられた前記開閉部に対して開動作を実行させる、請求項３に記載のモータ駆動システム。
【請求項５】
前記モータ駆動装置の各々が有する前記蓄電部の蓄電量を監視する監視部をさらに備える、請求項２〜４のいずれか一項に記載のモータ駆動システム。
【請求項６】
前記開閉制御部は、閉動作している前記開閉部に対応する前記モータ駆動装置が有する前記蓄電部の蓄電量が予め規定された上限値に達したと前記監視部が判定したとき、当該開閉部に対して開動作を実行させる制御を行う、請求項５に記載のモータ駆動システム。
【請求項７】
前記開閉制御部は、前記モータ駆動装置の各々が有する前記蓄電部のうち、前記監視部により蓄電量が予め規定された下限値を下回ったと判定された前記蓄電部を有する前記モータ駆動装置に対応して設けられた前記開閉部に対して、閉動作を実行させる制御を行う、請求項５に記載のモータ駆動システム。
【請求項８】
前記モータ駆動装置の各々に対応して複数設けられた前記開閉制御部の間で互いに通信可能に接続する通信部を備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載のモータ駆動システム。
【請求項９】
前記モータ駆動装置の各々の電力変換動作を制御する上位制御部と、
前記上位制御部と前記モータ駆動装置の各々との間を通信可能に接続する通信部と、
を備え、
前記開閉制御部は、前記上位制御部内に設けられる、請求項１〜７のいずれか一項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、蓄電部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モータ駆動装置においては、交流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て、この交流電力を駆動軸ごとに設けられたモータに駆動電力として供給している。
【０００３】
モータ駆動装置で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ごく短時間に要求されるため電力ピークが発生する。同一の交流電源で複数のモータをほぼ同時に駆動する機械では、発生する電力ピークはより大きなものとなる。また、例えばプレス機や射出成型機等などの機械では、平均消費電力と最大瞬間消費電力との差が大きく、すなわち電力ピークが大きい。電力ピークが大きくなるほど、電源容量が大きくなるため機械を設置する際のコストが増大し、交流電源側に瞬時電圧低下や電圧フリッカなどの電力障害が発生して同一の交流電源に接続される他の機械に影響を及ぼす問題がある。
【０００４】
電源容量の低減や同一の交流電源に接続される他の機械に電力障害を与えないことを目的として、モータ駆動装置のコンバータとインバータとを接続する直流リンク、直流電力を蓄積し得る蓄電部を設け、交流電源から取り込んだエネルギーやモータで回生されたエネルギーを蓄電部に適宜蓄積し、蓄積したエネルギーをモータの駆動に利用することが行われている。モータを駆動するのに必要な電力の多くを蓄電部から供給すれば、交流電源側から見た最大瞬間消費電力が小さくなるので、電源設備の容量を小さくすることができる。
【０００５】
例えば、可動部と、エネルギーを蓄積可能な蓄電器と、前記可動部の動作に必要なエネルギーの少なくとも一部を前記蓄電器から供給するエネルギー供給手段と、を有する射出成形機の制御方法において、前記可動部の動作に必要なエネルギーの指標となるエネルギー指標値に応じて蓄電器に蓄積可能なエネルギー量を変更することを特徴とする射出成形機の制御方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
例えば、スクリュ、型開閉装置、成形品突出装置等の電動射出成形機の構成部材を駆動するサーボモータに電力を供給する電力供給装置であって、該電力供給装置は、交流直流変換器と、電力貯蔵装置とからなり、前記交流直流変換器は、交流電圧を直流電圧に変換して前記サーボモータを駆動するサーボアンプに直流電圧を供給するように構成され、前記電力貯蔵装置は、前記交流直流変換器の直流回路に接続され、前記直流回路から給電された電力をコンデンサに貯蔵し、所定の出力要求を受けると、前記直流回路に直流電圧を供給し、前記交流直流変換器が生成する直流電圧よりも高い直流電圧を前記サーボアンプに供給することを特徴とする電動射出成形機の電力供給装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
例えば、複数のモーターを始動するモーター始動装置において、前記モーターの数に応じて設けられ、各モーターをそれぞれ電源に接続する運転マグネットスイッチと、前記各運転マグネットスイッチにそれぞれ並列接続された始動マグネットスイッチと、前記各始動マグネットスイッチと前記電源との間に挿入されたサイリスタ逆並列接続スイッチと、前記複数の始動マグネットスイッチのうちの一の始動マグネットスイッチが閉成状態にされる際に起動され、その始動マグネットスイッチが閉成状態にある間は、他の始動マグネットスイッチの開成状態を維持させるインターロック回路とを有し、一のモーターに設けられた前記始動マグネットスイッチを閉成状態にして前記サイリスタ逆並列接続スイッチを導通状態にし、前記サイリスタ逆並列接続スイッチを制御して前記モーターに印加される電圧を徐々に上げ、前記サイリスタ逆並列接続スイッチを全オンにした後、前記運転マグネットスイッチを閉成状態にして所定のオーバーラップ期間の経過の後、前記サイリスタ逆並列接続スイッチを遮断状態にし、前記始動マグネットスイッチを開成状態にして前記運転マグネットスイッチによって前記モーターを定格運転状態にするモーター始動装置であって、前記一のモーターの始動が終了するまでは前記インターロックの動作によって他のモーターの始動が開始しないようにされたことを特徴とするモーター始動装置が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００８】
例えば、共通のシーケンサで制御される複数の電動機を、電源の瞬時停電から再起動させる回路において、前記電源の瞬時停電を検出し、この瞬時停電の回復時点で所定の時間幅の接点信号を前記シーケンサへ出力する瞬時停電再起動回路を備え、前記シーケンサは、前記接点信号が入力されると前記複数電動機を所定の順序と時間間隔で再起動させることを特徴とするシーケンサで制御される複数電動機の再起動回路が知られている（例えば、特許文献４参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１５−２１４１０６号公報
【特許文献２】特開２００９−２４１２８７号公報
【特許文献３】特開平０９−０２３６７２号公報
【特許文献４】特開２００１−０１６８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
モータを駆動する前に直流リンクに設けられた蓄電部を予め充電しておき、モータを駆動する際にはモータ駆動装置を交流電源から電気的に切り離してモータ駆動に必要なエネルギーの全てを蓄電部のエネルギーにて賄うようにすれば、電源設備の容量を小さくすることができる。しかしながら、工作機械やロボットなどを含む機械に設けられたモータ駆動装置が複数設けられる工場においては、モータ駆動装置の台数分だけの電源容量が必要になる。すなわち、工場の電源設備としては、少なくとも「モータ駆動装置の１台当たりの電源容量」と「モータ駆動装置の台数」から算出される総和と等しい電源容量が求められる。モータ駆動装置に蓄電部を設けることで電源設備を小さくしてある程度のコスト低減を図ることはできるものの、複数のモータ駆動装置が設けられる工場においては、依然として電源設備の容量は大きなものとならざるを得ない。したがって、交流電源の電力ピークを低減するための蓄電部を有するモータ駆動装置を複数備えるモータ駆動システムにおいて、交流電源側の電源設備の容量を低減することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本開示の一態様によれば、モータ駆動システムは、複数のモータの各々に対応して設けられ、交流電源から入力された交流電力を直流電力に変換して蓄電し、蓄電した直流電力をモータ駆動のための交流電力に変換して出力する、複数のモータ駆動装置と、複数のモータ駆動装置の各々に対応して設けられ、交流電源とモータ駆動装置との間を電気的に接続する閉動作及び電気的に遮断する開動作を行う、複数の開閉部と、複数の開閉部の間で閉動作する期間が時間的に重ならないよう、複数の開閉部の各々の閉動作及び開動作の実行を制御する開閉制御部とを備える。
【発明の効果】
【００１２】
本開示の一態様によれば、交流電源の電力ピークを低減するための蓄電部を有するモータ駆動装置を複数備えるモータ駆動システムにおいて、交流電源側の電源設備の容量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の実施形態によるモータ駆動システムを示す図である。
【図２】モータ駆動システム内のモータ駆動装置におけるコンバータ、蓄電部及びインバータの一例を示す回路図である。
【図３】本開示のさらなる実施形態によるモータ駆動システムを示す図である。
【図４】本実施形態によるモータ駆動システムにて２つのモータを駆動させた場合における各モータ駆動装置の各部波形を例示する図であって、（Ａ）は第１のモータ駆動装置の各部波形を例示し、（Ｂ）は第２のモータ駆動装置の各部波形を例示する。
【図５】従来の２台のモータ駆動装置にて２つのモータを駆動させた場合における各モータ駆動装置の各部波形を例示する図であって、（Ａ）は第１のモータ駆動装置の各部波形を例示し、（Ｂ）は第２のモータ駆動装置の各部波形を例示する。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下図面を参照して、蓄電部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。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実施するための一つの例であり、図示された実施形態に限定されるものではない。
【００１５】
図１は、本開示の実施形態によるモータ駆動システムを示す図である。また、図２は、モータ駆動システム内のモータ駆動装置におけるコンバータ、蓄電部及びインバータの一例を示す回路図である。
【００１６】
図１に示すように、モータ駆動システム１は、モータ駆動装置１１と、開閉部１２と、開閉制御部１３と、監視部１４とを備える。また、モータ駆動システム１は、上位制御部３０を備える。
【００１７】
モータ駆動システム１内には、交流モータ（以下、単に「モータ」と称する。）３を駆動するモータ駆動装置１１が複数台設けられる。ここでは、一例として２台のモータ３を駆動するためにモータ駆動装置１１を２台とするが、モータ駆動装置１１は３台以上の複数台であってもよい。また、モータ駆動装置１１が駆動するモータ３が１巻線タイプである例について説明するが、複数巻線タイプのモータであってもよい。複数巻線タイプのモータを駆動する場合、モータ駆動装置１１内には複数の巻線に対応した台数のインバータ２３が設けられる。各モータ駆動装置１１に接続される交流電源２及びモータ３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。図１及び図２に示す例では、交流電源２及びモータ３がともに三相である例について示している。また、モータ３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、モータ３が設けられる機械には、例えば工作機械、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。
【００１８】
モータ駆動装置１１は、複数のモータ３の各々に対応して複数設けられる。各モータ駆動装置１１は、交流電源２から入力された交流電力を直流電力に変換して蓄電し、蓄電した直流電力をモータ駆動のための交流電力に変換して出力する。各モータ駆動装置１１は、コンバータ２１と、蓄電部２２と、インバータ２３とを備える。
【００１９】
コンバータ２１は、交流電源２から入力された交流電力を直流電力に変換して直流側である直流リンクへ出力する。コンバータ２１はダイオードを複数用いたダイオードブリッジ回路でもよいし、ダイオードと逆並列にスイッチング素子を接続したパワー半導体素子でブリッジ回路を構成してもよい。コンバータ２１の例としては、ダイオード整流回路、あるいは内部にスイッチング素子を備える同期整流回路、ＰＷＭスイッチング制御方式の整流回路などがある。本実施形態では、図２に示すように、一例として交流電源２を三相としたので、コンバータ２１は三相のブリッジ回路として構成される。なお、交流電源２が単相である場合は単相ブリッジ回路で構成される。例えば、コンバータ２１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、モータ制御部２４から受信した電力変換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。コンバータ２１の交流側には交流リアクトルやＡＣラインフィルタ等が設けられる。
【００２０】
コンバータ２１とインバータ２３とを接続する直流リンクには、コンバータ２１から出力された直流電力を蓄電し得る蓄電部２２が設けられる。蓄電部２２は、コンバータ２１から出力された直流電力を、モータ３を駆動するための動力源として蓄電する機能を有する。蓄電部２２の種類には、コンデンサ型とフライホイール型等がある。
【００２１】
例えば、蓄電部２２をコンデンサ型にて構成する場合は、蓄電部２２は大容量コンデンサで構成される。図２に示す例では、一例として蓄電部２２を大容量コンデンサで構成する場合を示している。大容量コンデンサは、直流リンクにおいて直流電力を蓄積する機能、及びコンバータ２１の直流出力の脈動分を抑える機能を有する。
【００２２】
また例えば、蓄電部２２をフライホイール型にて構成する場合は、蓄電部２２はフライホイール、バッファ用モータ、及びバッファ用インバータ（いずれも図示せず）で構成される。フライホイールは、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。バッファ用モータは、フライホイールを回転させるためのものであり、フライホイールはバッファ用モータの回転軸に接続される。バッファ用モータを回転させることによってフライホイールに回転エネルギーを蓄積することができる。バッファ用インバータは、直流電力とバッファ用モータの交流駆動電力及び交流回生電力との間で電力変換を行う。バッファ用インバータの電力変換動作が制御されることで、フライホイールが接続されたバッファ用モータ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、その結果、蓄電部２２として蓄電または給電すべき直流電力量が調整される。なお、蓄電部２２がフライホイール型である場合は、直流リンクには、蓄電装置２２とは別に、コンバータ２１の直流出力の脈動分を抑える機能を有する平滑コンデンサ（図示せず）が設けられる。
【００２３】
インバータ２３は、蓄電部２２に蓄電された直流電力をモータ駆動のための交流電力に変換して出力する。インバータ２３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。本実施形態では、図２に示すように、一例としてモータ３を三相としたので、インバータ２３は三相のブリッジ回路として構成される。なお、モータ３が単相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。
【００２４】
インバータ２３の電力変換動作は、モータ制御部２４によって制御される。モータ制御部２４は、モータ３の回転速度（速度フィードバック）、モータ３の電流（電流フィードバック）、所定のトルク指令、及びモータ３の動作プログラムなどに基づいて、モータ３の回転速度、トルク、もしくは回転子の位置を制御するための、インバータ２３に対する電力変換指令を生成する。モータ制御部２４によって作成された電力変換指令に基づいて、インバータ２３の電力変換動作が制御される。インバータ２３は、モータ制御部２４から受信した電力変換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、蓄電部２２に蓄電された直流電力を、モータ３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してモータ３へ供給する。モータ３は、当該モータ３を駆動するモータ駆動装置１１と交流電源２との間の電路が開閉部１２により開路されて交流電源２から当該モータ駆動装置１１への交流電力の供給が遮断されているときに、蓄電部２２を動力源として回転動作することになる。一方、モータ３を駆動するモータ駆動装置１１と交流電源２との間の電路が開閉部１２により閉路されて交流電源２から当該モータ駆動装置１１への交流電力の供給が行われているときは、交流電源２と蓄電部２２を動力源として回転動作することになる。
【００２５】
なお、モータ制御部２４は、コンバータ２１が同期整流回路やＰＷＭスイッチング制御方式の整流回路である場合はコンバータ２１の電力変換動作も制御する。また、ダイオードにスイッチング素子が逆並列接続されているダイオード整流回路の場合、電源回生動作の制御をモータ制御部２４が行う。
【００２６】
上位制御部３０は、モータ駆動装置１１内の各々の電力変換動作を制御する。より具体的には、上位制御部３０は、モータ駆動装置１１内のインバータ２３及びＰＷＭスイッチング制御方式の整流回路で構成された場合のコンバータ２１の電力変換動作を制御するために、各モータ駆動装置１１内のモータ制御部２４を統括制御する。なお、上位制御部３０は、通信ネットワーク上に設けられるクラウドサーバとして構成されてもよい。
【００２７】
開閉部１２は、交流電源２とモータ駆動装置１１との間の電路を開閉するものであり、モータ駆動装置１１の各々に対応して複数設けられる。各開閉部１２は、開閉制御部１３の制御に従い、交流電源２とモータ駆動装置１１との間を電気的に接続する閉動作及び電気的に遮断する開動作を行う。開閉部１２の例としては、電磁接触器やパワー半導体スイッチング素子などがある。例えば開閉部１２が電磁接触器である場合、交流電源２とモータ駆動装置１１との間を電気的に接続する閉動作は、開閉部１２の接点が閉成することにより実現され、交流電源２とモータ駆動装置１１との間を電気的に遮断する開動作は、開閉部１２の接点が開離することにより実現される。
【００２８】
開閉制御部１３は、複数の開閉部１２の各々の間で閉動作する期間が時間的に重ならないよう、複数の開閉部１２の各々の閉動作及び開動作の実行を制御する。すなわち、開閉制御部１３による開閉部１２に対する制御により、モータ駆動装置１１が交流電源２に電気的に接続されてコンバータ２１から出力される直流電力を蓄電部２２に蓄電させる動作が実行される期間が、複数の蓄電部２２の各々の間で重ならないようにする。このため、モータ駆動装置１１が交流電源２に電気的に接続されて蓄電動作が行われる蓄電部２２は、ある時間において複数存在することはなく、複数の蓄電部２２のうちのいずれか１つである。複数存在する蓄電部２２について、モータ駆動装置１１が交流電源２に電気的に接続されて蓄電動作が行われる蓄電部２２は、時間とともに順次切り替えられていく。開閉制御部１３による開閉部１２の制御をより詳細に説明すると次の通りである。
【００２９】
開閉制御部１３は、蓄電部２２に直流電力を蓄電する場合は、当該蓄電部２２を有するモータ駆動装置１１に対応して設けられた開閉部１２に対して閉動作を実行させる制御を行う。ここで、開閉制御部１３が閉動作を実行するよう制御する開閉部１２は、ある時間において複数存在することはなく、複数の開閉部１２のうちのいずれか１つである。なお、開閉制御部１３がいずれの開閉部１２に対しても閉動作が実行されないよう制御する期間を設けてもよく、この期間中は全ての開閉部１２に対して開動作が実行され、全てのモータ駆動装置１１が交流電源２から電気的に切り離される。このように、開閉制御部１３が開閉部１２の開閉動作を制御することにより、複数のモータ駆動装置１１の中から交流電源２に電気的に接続すべきモータ駆動装置１１が１つ選択される。
【００３０】
開閉制御部１３の制御により開閉部１２が閉動作すると交流電源２とモータ駆動装置１１との間の電路が閉路し、交流電源２からコンバータ２１に交流電力が流れ込む。例えばコンバータ２１がダイオード整流回路で構成される場合は、コンバータ２１は、閉路した開閉部１２を介して入力された交流電力を直流電力に変換して直流リンクへ出力する。つまり、開閉制御部１３が、直流電力を蓄電すべき蓄電部２２を有するモータ駆動装置１１に対応する開閉部１２に対して閉動作を実行するよう制御することで、コンバータ２１から出力された直流電力を蓄電部２２に蓄電することができる。また例えば、コンバータ２１が内部にスイッチング素子を備えるＰＷＭスイッチング制御方式の整流回路で構成される場合は、開閉制御部１３の制御により開閉部１２が閉動作して交流電源２とモータ駆動装置１１との間の電路が閉路した上で、コンバータ２１がモータ制御部２４による駆動指令により整流動作を行うように制御されることで、コンバータ２１は直流電力を直流リンクへ出力する。つまりは、開閉制御部１３は、直流電力を蓄電すべき蓄電部２２を有するモータ駆動装置１１に対応する開閉部１２に対しては閉動作を実行する制御を行うとともに、モータ制御部２４に対してはコンバータ２１の整流動作を行わせる制御を行うよう指令することで、コンバータ２１から出力された直流電力を蓄電部２２に蓄電することができる。
【００３１】
監視部１４は、モータ駆動装置１１の各々が有する蓄電部２２の蓄電量を監視する。監視部１４による蓄電部２２の蓄電量の監視結果は、開閉制御部１３へ送られる。
【００３２】
監視部１４は、蓄電部２２がフライホイール型である場合は、例えば下記式１に基づいて蓄電部２２の蓄電量を計算する。式１において、バッファ用モータの回転速度（角速度）をω、バッファ用モータの慣性モーメントをＪとする。バッファ用モータの回転速度ωは速度検出部（図示せず）によって検出される。
【００３３】
フライホイール型の蓄電部２２の蓄電量＝（１／２）×Ｊ×ω2  ・・・（１）
【００３４】
なお、式１から分かるように、フライホイール型の蓄電部２２の蓄電量は、バッファ用モータの回転速度の２乗に比例するので、式１を用いた計算処理を省略して、バッファ用モータの回転速度ω（またはその２乗）を、蓄電部２２の蓄電量を示すパラメータとして用いてもよい。
【００３５】
また、監視部１４は、蓄電部２２がコンデンサ型である場合は、例えば下記式２に基づいて蓄電部２２の蓄電量を計算する。式２において、蓄電部２２のコンデンサ容量をＣ、蓄電部２２のコンデンサ電圧をＶとする。蓄電部２２のコンデンサ電圧Ｖはコンデンサ電圧検出部（図示せず）によって検出される。
【００３６】
コンデンサ型の蓄電部２２の蓄電量＝（１／２）×Ｃ×Ｖ2  ・・・（２）
【００３７】
なお、式２から分かるように、コンデンサ型の蓄電部２２の蓄電量は、蓄電部２２のコンデンサ電圧の２乗に比例するので、式２を用いた計算処理を省略して、蓄電部２２のコンデンサ電圧Ｖ（またはその２乗）を、蓄電部２２の蓄電量を示すパラメータとして用いてもよい。
【００３８】
上述のように複数存在する蓄電部２２のうち蓄電動作が行われるべき蓄電部２２を有するモータ駆動装置１１に交流電源２を電気的に接続するために閉動作が行われる開閉部１２は、時間とともに順次切り替えられていくが、閉動作が行われる開閉部１２の切り替えは、例えば監視部１４により監視された蓄電部２２の蓄電量に基づき開閉制御部１３により制御される。より詳細に説明すると次の通りである。
【００３９】
開閉制御部１３は、閉動作している開閉部１２に対応するモータ駆動装置１１が有する蓄電部２２の蓄電量が、予め規定された上限値に達したと監視部１４が判定したとき、当該開閉部１２に対して開動作を実行させる制御し、その後、当該蓄電部２２とは別の蓄電部２２の蓄電動作に移る。
【００４０】
また、開閉制御部１３は、モータ駆動装置１１の各々が有する蓄電部２２のうち、監視部１４により蓄電量が予め規定された下限値を下回ったと判定された蓄電部２２を有するモータ駆動装置１１に対応して設けられた開閉部１２に対して、閉動作を実行させる制御を行う。
【００４１】
なお、あるモータ駆動装置１１内の蓄電部２２が現在蓄電動作中にある場合において、監視部１４が、現在蓄電動作中の蓄電部２２とは別の蓄電部２２の蓄電量が予め規定された上限値に達したと判定したときは、現在蓄電動作中の蓄電部２２の蓄電が完了するまでは、上記別の蓄電部２２を有するモータ駆動装置１１に対応して設けられた開閉制御部１３は、当該モータ駆動装置１１に対応して設けられた開閉部１２の閉動作の制御を開始せずに待機する。そして、現在蓄電動作中の蓄電部２２の蓄電が完了してから、開閉制御部１３は当該モータ駆動装置１１に対応して設けられた開閉部１２の閉動作の制御を開始する。
【００４２】
ここで、監視部１４の監視処理に用いられる上記「下限値」は、モータ駆動装置１１が交流電源２から切り離されて交流電源２から交流電力が供給されない場合において、モータ３を駆動することができる必要最小限の値に設定すればよく、好ましくは、多少の余裕をとって当該必要最小限の値よりも大きい値に設定に設定される。また、監視部１４の監視処理に用いられる上記「上限値」は、上記「下限値」より大きくかつ蓄電部２２の最大蓄電容量よりも小さい値に設定すればよい。上限値と下限値との差が大きいほど、より多くの量の直流電力を蓄電部２２に蓄積させることができる。上限値及び下限値は、蓄電部２２の蓄電量が式１または式２のようなエネルギー量で表される場合はエネルギー量にて規定され、蓄電部２２がフライホイール型であってその蓄電量がバッファ用モータの回転速度ω（またはその２乗）で表される場合は回転速度ω（またはその２乗）で規定され、蓄電部２２がコンデンサ型であってその蓄電量がコンデンサ電圧Ｖ（またはその２乗）で表される場合は電圧値（またはその２乗）で規定される。
【００４３】
上述のように、開閉制御部１３が閉動作を実行するよう制御する開閉部１２は、ある時間において複数存在することはなく、複数の開閉部１２のうちのいずれか１つとすべきである。すなわち、いずれか１つの開閉制御部１３が当該開閉制御部１３に対応する開閉部１２に対して閉動作を実行するよう制御している期間中は、当該閉動作制御している開閉制御部１３以外の開閉制御部１３は、対応する開閉部１２に対して開動作を実行させる。すなわち、各開閉制御部１３は、他の開閉制御部１３の制御状態を反映させた上で、各開閉部１２による閉動作及び開動作の実行を制御する必要がある。そこで、モータ駆動装置１１の各々に対応して複数設けられた開閉制御部１３の各々の間において、互いに通信可能に接続する通信部１５を設けて、開閉制御部１３の各々の間で通信部１５を介して開閉制御部１３の制御内容を通信する。各開閉制御部１３間の通信部１５における通信方式の例としては、例えばマスタスレーブ方式やトークンパッシング方式などがある。
【００４４】
各開閉制御部１３間の通信部１５における通信方式をマスタスレーブ方式とする場合、複数の開閉制御部１３のうちのいずれか１つがマスタとなり、残りの開閉制御部１３がスレーブとなる。マスタになる開閉制御部１５は、あらかじめ設定スイッチやパラメータ等で確定しておくのが好ましい。マスタの開閉制御部１３が当該マスタの開閉制御部１３に対応して設けられた開閉部１２に対して閉動作を実行するよう制御している間は、マスタの開閉制御部１３は、スレーブの開閉制御部１３に対し、当該スレーブの開閉制御部１３に対応して設けられた開閉部１２に対して閉動作を実行させないよう制御する。これにより、開閉制御部１３による開閉部１２に対する閉動作制御が、複数の開閉制御部１３の各々の間で時間的に重ならないように実行されるので、複数のモータ駆動装置１１の中から交流電源２に電気的に接続すべきモータ駆動装置１１が１つ選択されることになる。
【００４５】
各開閉制御部１３間の通信部１５における通信方式をトークンパッシング方式とする場合、複数のモータ駆動装置１１の各々に対応して設けられた各開閉制御部１３は、他のモータ駆動装置１１に対応して設けられた開閉制御部１３との間で通信部１５を介してトークンを授受する。トークンを受け取った開閉制御部１３のみが当該開閉制御部１３に対応して設けられた開閉部１２に対して閉動作を実行するよう制御し、トークンのない開閉制御部１３は当該開閉制御部１３に対応して設けられた開閉部１２に対して開動作を実行するよう制御する。これにより、開閉制御部１３による開閉部１２に対する閉動作制御が、複数の開閉制御部１３の各々の間で時間的に重ならないように実行されるので、複数のモータ駆動装置１１の中から交流電源２に電気的に接続すべきモータ駆動装置１１が１つ選択されることになる。
【００４６】
上述の実施形態では、開閉制御部１３を複数のモータ駆動装置１１の各々に対応して複数設けたが、さらなる実施形態として、開閉制御部１３をモータ駆動装置の各々の電力変換動作を制御する上位制御部３０内に設けてもよい。図３は、本開示のさらなる実施形態によるモータ駆動システムを示す図である。さらなる実施形態よるモータ駆動装置１では、開閉制御部１３及び監視部１４は、複数のモータ駆動装置１１の各々の電力変換動作を制御する上位制御部３０内に設けられる。上位制御部３０とモータ駆動装置１１の各々のモータ制御部２４との間には、互いに通信可能に接続する通信部１６が設けられる。この上位制御部３０は、通信ネットワーク上に設けられるクラウドサーバとして構成されてもよい。監視部１４は、モータ駆動装置１１の各々が有する蓄電部２２の蓄電量を監視する。開閉制御部１３は、モータ駆動装置１１の各々が有する蓄電部２２のうち、監視部１４により蓄電量が予め規定された下限値を下回ったと判定された蓄電部２２を有するモータ駆動装置１１に対応して設けられた開閉部１２に対して、閉動作を実行させる制御を行い、それ以外の開閉部１２に対しては、開動作を実行させる制御を行う。上述のように、開閉制御部１３が閉動作を実行するよう制御する開閉部１２は、ある時間において複数存在することはなく、複数の開閉部１２のうちのいずれか１つである。開閉制御部１３は、閉動作している開閉部１２に対応するモータ駆動装置１１が有する蓄電部２２の蓄電量が予め規定された上限値に達したと監視部１４が判定したとき、当該開閉部１２に対して開動作を実行させる制御する。これら以外の構成要素については図１及び２に示す構成要素と同様であるので、同一の構成要素には同一符号を付して当該構成要素についての詳細な説明は省略する。
【００４７】
上述の各実施形態では、閉動作が行われる開閉部１２の切り替えは、監視部１４により監視された蓄電部２２の蓄電量に基づき開閉制御部１３により制御されたが、これに代えて、閉動作が行われる開閉部１２の切り替えを、各モータ３の動作プログラムに基づき開閉制御部１３により制御されてもよい。例えば工作機械、ロボット、鍛圧機械、射出成形機、産業機械などの機械は繰り返し動作を行うものが多い。このような機械に設けられるモータ３の動作内容は動作プログラムにより予め規定されており、蓄電部２２に直流電力を蓄電するのに要する時間やモータ３の駆動のために必要な蓄電量はある程度定まったものとなる。そこで、開閉制御部１３は、蓄電部２２の蓄電に要する時間以上の時間にわたって当該蓄電部２２を有するモータ駆動装置１１に設けられた開閉部１２が閉動作するよう制御し、当該蓄電部２２の蓄電が終わったら当該開閉部１２が開動作するよう制御し、その後、当該蓄電部２２とは別の蓄電部２２の蓄電動作に移るよう制御することによっても、複数の開閉制御部１３の各々の間で閉動作が時間的に重ならないようにすることができる。このような閉動作が行われるべき開閉部１２の切替えは、各モータ３の動作プログラムに基づき作成される開閉制御部１３の動作プログラムに規定されればよい。
【００４８】
モータ駆動システムにて２つのモータを駆動させた場合の具体的な動作例について例示する。以下の例示は、図１及び２を参照して説明した実施形態並びに図３を参照して説明したさらなる実施形態のいずれにも適用可能である。ここで、モータ駆動システム内の２台のモータ駆動装置を、それぞれ第１のモータ駆動装置及び第２のモータ駆動装置と称する。
【００４９】
図４は、本実施形態によるモータ駆動システムにて２つのモータを駆動させた場合における各モータ駆動装置の各部波形を例示する図であって、（Ａ）は第１のモータ駆動装置の各部波形を例示し、（Ｂ）は第２のモータ駆動装置の各部波形を例示する。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）において、各部波形として、上段からモータ出力、電源電流、蓄電部電流、蓄電部電圧、交流電源とモータ駆動装置との接続状態の順に示している。図示した各部波形はあくまでも一例である。
【００５０】
時刻ｔ0〜ｔ1の間では、第２のモータ駆動装置においては、図４（Ｂ）に示すように、開閉制御部の制御により第２のモータ駆動装置に対応して設けられた開閉部が閉動作するよう制御されて交流電源と第２のモータ駆動装置とが電気的に接続され、交流電源からの交流電力が第２のモータ駆動装置内のコンバータに流れ込む。第２のモータ駆動装置内のコンバータは、閉路した開閉部を介して入力された交流電力を直流電力に変換して直流リンクへ出力し、これによりコンバータから出力された直流電力が蓄電部に蓄電される。一方、第１のモータ駆動装置においては、図４（Ａ）に示すように、開閉制御部の制御により開閉部が開動作するよう制御されて交流電源と第１のモータ駆動装置とが電気的に切り離されているので、第１のモータ駆動装置内のコンバータには交流電源からの交流電力は流れ込まない。
【００５１】
時刻ｔ1で第２のモータ駆動装置内の蓄電部の充電が完了し、開閉制御部の制御により第２のモータ駆動装置に対応して設けられた開閉部が開動作するよう制御されて交流電源と第２のモータ駆動装置とが電気的に切り離される（図４（Ｂ））。第２のモータ駆動装置内の蓄電部の充電が完了したか否かは、監視部により、第２のモータ駆動装置内の蓄電部の蓄電量（蓄電電圧）が予め規定された上限値に達したか否かによって判定される。監視部により蓄電量が上限値に達したと判定されたとき、第２のモータ駆動装置における蓄電部の充電が完了したとことを開閉制御部に通知し、これを受けて開閉制御部は、第２のモータ駆動装置に対応して設けられた開閉部が開動作するよう制御する。
【００５２】
時刻ｔ2で、第２のモータ駆動装置においては、図４（Ｂ）に示すように、開閉制御部の制御により開閉部が開動作するよう制御されて交流電源と第２のモータ駆動装置とが電気的に切り離されているので、第２のモータ駆動装置内のコンバータには交流電源からの交流電力は流れ込まない。第２のモータ駆動装置内のインバータは、第２のモータ駆動装置内の蓄電部に蓄電された直流電力を、モータ駆動のための交流電力に変換して出力し、これにより、第２のモータ駆動装置に接続されたモータが駆動される。一方、第１のモータ駆動装置においては、図４（Ａ）に示すように、開閉制御部の制御により第１のモータ駆動装置に対応して設けられた開閉部が閉動作するよう制御されて交流電源と第１のモータ駆動装置とが電気的に接続され、交流電源からの交流電力が第１のモータ駆動装置内のコンバータに流れ込む。第１のモータ駆動装置内のコンバータは、閉路した開閉部を介して入力された交流電力を直流電力に変換して直流リンクへ出力し、これによりコンバータから出力された直流電力が蓄電部に蓄電される。
【００５３】
時刻ｔ3で第１のモータ駆動装置内の蓄電部の充電が完了し、開閉制御部の制御により第２のモータ駆動装置に対応して設けられた開閉部が開動作するよう制御されて交流電源と第２のモータ駆動装置とが電気的に切り離される（図４（Ａ））。第１のモータ駆動装置内の蓄電部の充電が完了したか否かは、監視部により、第１のモータ駆動装置内の蓄電部の蓄電量（蓄電電圧）が予め規定された上限値に達したか否かによって判定される。監視部により蓄電量が上限値に達したと判定されたとき、第１のモータ駆動装置における蓄電部の充電が完了したとことを開閉制御部に通知し、これを受けて開閉制御部は、第１のモータ駆動装置に対応して設けられた開閉部が開動作するよう制御する。
【００５４】
このように、第２のモータ駆動装置における蓄電部の蓄電期間は時刻ｔ0〜ｔ1の間であり、第１のモータ駆動装置における蓄電部の蓄電期間は時刻ｔ2〜ｔ3の間であるので、第１のモータ駆動装置と第２のモータ駆動装置とでは、交流電源とコンバータとが電気的に接続された状態下での蓄電部の充電動作が、時間的に重なることはない。
【００５５】
時刻ｔ4で、第２のモータ駆動装置において、図４（Ｂ）に示すように監視部が蓄電部の蓄電量（蓄電電圧）が下限値を下回ったと判定すると、時刻ｔ5で、開閉制御部の制御により第２のモータ駆動装置に対応して設けられた開閉部が閉動作するよう制御されて交流電源と第２のモータ駆動装置とが電気的に接続され、第２のモータ駆動装置内のコンバータは、閉路した開閉部を介して入力された交流電力を直流電力に変換して直流リンクへ出力し、これによりコンバータから出力された直流電力が蓄電部に蓄電される。一方で、第１のモータ駆動装置においては、図４（Ａ）に示すように、時刻ｔ4〜ｔ7の間は交流電源と第１のモータ駆動装置とは電気的に切り離されており、第１のモータ駆動装置内のインバータは、第１のモータ駆動装置内の蓄電部に蓄電された直流電力を、モータ駆動のための交流電力に変換して出力し、これにより、第１のモータ駆動装置に接続されたモータが駆動される。したがって、第２のモータ駆動装置における蓄電部の蓄電期間は時刻ｔ6〜ｔ7の間は、第１のモータ駆動装置は交流電源とは電気的に切り離されているので、第１のモータ駆動装置と第２のモータ駆動装置とでは、交流電源とコンバータとが電気的に接続された状態下での蓄電部の充電動作が、時間的に重なることはない。
【００５６】
同様に、時刻ｔ8〜ｔ9の間で、第１のモータ駆動装置においては、図４（Ａ）に示すように、開閉制御部の制御により第１のモータ駆動装置に対応して設けられた開閉部が閉動作するよう制御されて交流電源と第１のモータ駆動装置とが電気的に接続され、第１のモータ駆動装置内のコンバータは、閉路した開閉部を介して入力された交流電力を直流電力に変換して直流リンクへ出力し、これによりコンバータから出力された直流電力が蓄電部に蓄電される。一方で、第２のモータ駆動装置においては、図４（Ｂ）に示すように、交流電源と第２のモータ駆動装置とは電気的に切り離されており、第１のモータ駆動装置と第２のモータ駆動装置とでは、交流電源とコンバータとが電気的に接続された状態下での蓄電部の充電動作が、時間的に重なることはない。
【００５７】
図５は、従来の２台のモータ駆動装置にて２つのモータを駆動させた場合における各モータ駆動装置の各部波形を例示する図であって、（Ａ）は第１のモータ駆動装置の各部波形を例示し、（Ｂ）は第２のモータ駆動装置の各部波形を例示する。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）において、各部波形として、上段からモータ出力、電源電流、蓄電部電流、蓄電部電圧、交流電源とコンバータとの接続状態、モータと電力変換部との接続状態の順に示している。図示した各部波形はあくまでも一例である。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、時刻ｔ0〜ｔ1の間では、第１のモータ駆動装置及び第２のモータ駆動装置ともに、交流電源とコンバータとが接続されて蓄電部が充電されるので、電源容量は、本実施形態に比べて大きくする必要がある。
【００５８】
上述した開閉制御部１３、監視部１４、モータ制御部２４及び上位制御部３０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。この場合、例えばＭＰＵやＤＳＰなど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することができる。またあるいは、開閉制御部１３、監視部１４、モータ制御部２４及び上位制御部３０の機能を実現するソフトウェアプログラムを書き込んだ半導体集積回路として実現してもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１    モータ駆動システム
２    交流電源
３    モータ
１１    モータ駆動装置
１２    開閉部
１３    開閉制御部
１４    監視部
１５、１６    通信部
２１    コンバータ
２２    蓄電部
２３    インバータ
２４    モータ制御部
３０    上位制御部
【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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