(57)【要約】【課題】複数インバータを用いる大容量サーボモータの電磁ノイズ低減と信頼性を向上させる駆動方法を提供する。【解決手段】複数のインバータ１１１、１１２、１１３、１１４により一つの交流モータ１を制御する駆動方法において、基準信号である三角波発生部２９の位相を移相部２８１、２８２、２８３，２８４によりインバータ毎に変え、それぞれの信号をＰＷＭ制御部２７１，２７２、２７３，２７４に与え、各インバータをＰＷＭ制御する信号を得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のインバータにより一つのモータの巻線電流を制御するサーボモータの制御方法において、前記複数のインバータの各々のインバータをＰＷＭ制御する基準信号の位相を前記各々のインバータ毎に変え、前記複数のインバータをＰＷＭ制御することを特徴とするサーボモータの制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載のサーボモータの制御方法において、前記基準信号はＰＷＭ制御の搬送波であることを特徴とするサーボモータの制御方法。
【請求項３】
請求項１に記載のサーボモータの制御方法において、前記基準信号はＰＷＭ制御の制御周期であることを特徴とするサーボモータの制御方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のサーボモータの制御方法において、前記複数のインバータの数をｎとし、前記各々のインバータに加える前記基準信号の一周期を２πとするとき、前記各々のインバータに加えるそれぞれの前記基準信号の位相を２π／ｎずつ異ならせることを特徴とするサーボモータの制御方法。
【請求項５】
請求項１に記載のサーボモータの制御方法において、前記複数のインバータのうち稼動しているインバータで、前記サーボモータの駆動電流を分担することを特徴とするサーボモータの制御方法。
【請求項６】
請求項５に記載のサーボモータの制御方法において、前記複数のインバータのうち稼動しないインバータの、前記サーボモータの電機子巻線との接続を切り離すことを特徴とするサーボモータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は大容量サーボモータの制御方法に関し、特に複数のインバータにより大容量サーボモータを駆動する制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プレス機械や工作機械で大容量サーボモータが必要とされてきている。これらの大容量サーボモータを制御するために、１台のモータに複数の電機子巻線を設け、これを複数のインバータで駆動する方法がある。図５は１つの交流モータ１に４つの電機子巻線１−１、１−２、１−３、１−４を設けた場合の従来例で、各巻線のそれぞれを４つのインバータのそれぞれ１１１、１１２、１１３、１１４で駆動し、これらを制御装置２０１で制御している。４つのインバータで電機子巻線電流を制御するので、１台のインバータでは製作上困難な大容量駆動が実現できる。
【特許文献１】特開２００５−８６９１８号公報
【特許文献２】特開平９−１１４５０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記の従来例では、複数のインバータで複数の巻線をもつモータを駆動するので、大容量化が容易に達成できる。しかしながら、複数のインバータを用いるので、電磁ノイズが増加したり、装置としての信頼性が低下するおそれがある。また、モータの大容量化に伴い高調波の漏れ電流が増加して、周辺機器に影響を及ぼすことが懸念される。
本発明は前記の課題に対してなされたもので、その目的とするところは、複数のインバータを用いる大容量サーボモータの電磁ノイズ低減と、信頼性を向上させる制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１の発明は、複数のインバータにより１つのモータの巻線電流を制御するサーボモータの制御方法において、複数のインバータの各々のインバータをＰＷＭ制御する基準信号の位相を前記各々のインバータ毎に変え、前記インバータをＰＷＭ制御することにより電磁ノイズを低減する。
【０００５】
次に、請求項２の発明は、請求項１において基準信号をＰＷＭ制御の搬送波としてインバータをＰＷＭ制御することにより電磁ノイズを低減する。
また、請求項３の発明は、請求項１において基準信号をＰＷＭ制御の制御周期としてインバータをＰＷＭ制御することにより電磁ノイズを低減する。
【０００６】
さらにまた、請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかに記載のサーボモータの制御方法において、前記インバータの数をｎとし、各々のインバータに加える基準信号の一周期を２πとするとき、各々のインバータに加えるそれぞれの基準信号の位相を２π／ｎずつずらしてインバータをＰＷＭ制御することにより電磁ノイズを低減する。
【０００７】
請求項５の発明は、請求項１に記載のサーボモータの制御方法において、稼動しているインバータでサーボモータの駆動電流を分担し、サーボモータの駆動電流を分担している複数のインバータをＰＷＭ制御することにより、電磁ノイズを低減する。
さらに、請求項６の発明は、請求項５に記載のサーボモータの制御方法において、稼動しないインバータの、サーボモータの電機子巻線との接続を切り離して、稼動インバータをＰＷＭ制御することにより電磁ノイズを低減する。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明によれば、複数のインバータにより１つのモータの巻線電流を制御するサーボモータの制御方法において、各々のインバータをＰＷＭ制御する基準信号の位相を前記各々のインバータ毎に変え、前記複数のインバータをＰＷＭ制御するので、電磁ノイズを低減させる効果がある。
請求項２の発明によれば、請求項１において基準信号はＰＷＭ制御の搬送波としてインバータをＰＷＭ制御するので、搬送波と変調波を比較する方式のＰＷＭ制御において電磁ノイズを低減させる効果がある。
請求項３の発明によれば、請求項１において基準信号はＰＷＭ制御の制御周期としてインバータをＰＷＭ制御するので、空間ベクトル制御などの搬送波を用いないＰＷＭ制御において電磁ノイズを低減させる効果がある。
【０００９】
請求項４の発明によれば、請求項１から３のいずれかに記載のサーボモータの制御方法において、インバータの数をｎとし、各々のインバータに加える基準信号の一周期を２πとするとき、それぞれの基準信号位相を２π／ｎずつ異ならせることによりインバータをＰＷＭ制御するので容易に電磁ノイズを低減させる効果がある。
請求項５の発明によれば、請求項１に記載のサーボモータの制御方法において、稼動していてモータ駆動電流を分担しているインバータを、ＰＷＭ制御する。稼動しないものを除き稼動しているインバータで分担駆動するので、信頼性を向上させながら電磁ノイズを低減させる効果がある。
請求項６の発明によれば、請求項５に記載のサーボモータの制御方法において、稼動しないインバータの、サーボモータの電機子巻線との接続を切り離した状態で稼動しているインバータをＰＷＭ制御するので、さらに信頼性を向上させながら電磁ノイズを低減させる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
図１は本発明が適用される大容量サーボモータの駆動装置の構成を示す。ここでは、永久磁石交流モータ１（以下、交流モータ１）を４つの電機子巻線１−１、１−２、１−３、１−４で構成した例を示す。図示しないが、回転子には永久磁石が装着されている。電機子巻線１−１、１−２、１−３、１−４はそれぞれインバータ１１１、１１２、１１３、１１４に接続される。なお、図１において、図５と同一符号のものは同一物を表す。速度指令ω*とモータ回転速度の検出値ω（検出器は図示せず）の偏差が速度制御部２１で偏差増幅され、交流モータ１のトルク指令τ*として速度制御部２１から出力される。交流モータ１は４つのインバータで駆動されるので、速度制御部２１からのトルク指令τ*は１／４化され、各インバータでは全体の１／４ずつのトルクを分担する。
【００１１】
すなわち、インバータ１１１では、トルク１／４化はトルク指令部２２１で実施され、そのトルク指令に対応する電機子巻線１−１のｄ、ｑ軸電流指令Ｉd1*、Ｉq1*として出力される。ｄ、ｑ軸電流指令Ｉd1*、Ｉq1*と電流検出器２６１で検出した２相交流電流ｉu1、ｉv1をＡＣ／ＤＣ変換部２５１で静止座標から回転座標に変換した電流Ｉd1、Ｉq1との偏差が電流制御部２３１で偏差増幅される。この出力は回転座標から静止座標への変換部であるＤＣ／ＡＣ変換部２４１に入力され、インバータ１１１の交流の出力相電圧指令ｖu1*、ｖv1*、ｖw1*として出力される。これらトルク指令から電圧指令までの演算は交流モータのベクトル制御として周知であり、ここでは詳述は省略する。このとき、ＤＣ／ＡＣ変換部２４１、ＡＣ／ＤＣ変換部２５１では、交流モータ１の回転軸の回転位相を基準として座標変換されるが、これも周知である。
【００１２】
相電圧指令ｖu1*、ｖv1*、ｖw1*はＰＷＭ制御部２７１に入力され、ここで搬送波である三角波と比較され、ＰＷＭ信号が得られる。ＰＷＭ制御部２７１のＰＷＭ信号によりインバータ１１１を駆動する。三角波は三角波発生部２９で演算され、移相部２８１を介してＰＷＭ制御部２７１に入力される。
インバータ１１２、１１３、１１４の制御部も図１に示すようにインバータ１１１のものと同様により構成される。すなわち、トルク指令τ*はトルク指令部２２２、２２３、２２４で各インバータの電機子巻線の電流指令として演算され、各インバータのベクトル制御部（図１点線）を経て、ＰＷＭ制御部２７２、２７３、２７４で各インバータ１１２、１１３、１１４を制御するＰＷＭ信号を得る。モータ１の各電機子巻線１−１、１−２、１−３、１−４が電気的に独立しているので、各インバータ１１１、１１２、１１３、１１４間の干渉がなく、電流を自由に制御できる。このようにして各インバータは全体の１／４のトルクを分担するように制御される。
【００１３】
移相部２８１、２８２、２８３、２８４における三角波の移相量は、インバータ１１１、１１２、１１３、１１４の動作により電磁ノイズが最小になるようにそれぞれ調整される。例えば、具体的に次のように移相する。本例ではインバータ数は４であるので、各ＰＷＭ制御部２７１、２７２、２７３、２７４に加える三角波位相は、三角波発生部２９の三角波一周期を３６０度とする位相で、３６０／４＝９０度ずつそれぞれ異なるように移相される。すなわち、移相部２８１では三角波の移相は０度、移相部２８２では三角波の移相は９０度、移相部２８３での移相は１８０度、移相部２８４での移相は２７０度として、それぞれＰＷＭ制御部２７１、２７２、２７３、２７４に入力される。ＰＷＭ制御部での三角波の位相がインバータ毎に異なるので、各インバータは同時にスイッチングする確立が減少し、電磁ノイズが小さくできる。なお、前記実施例はＰＷＭ制御部に加える搬送波を移相部でそれぞれ移相するようにしたが、三角波発生部を各インバータ毎に持ち、それぞれの位相が上記のように異なるように同期して制御してもよい。
【００１４】
上記実施例は、搬送波である三角波と変調波である電圧指令とを比較するＰＷＭ方式について述べたが、空間ベクトルＰＷＭ制御でも同様に実施できる。すなわちこの場合は、空間ベクトル制御を実施する制御基準周期の位相をあるインバータを基準として、他のインバータの制御基準周期の位相が互いに異なるように実施すればよい。
なお、本実施例は４つのインバータで１つのモータを駆動するものについて示したが、２つ以上の複数のインバータで実施できる。インバータ数をｎ（ｎは２以上の整数）とすれば、搬送波一周期の電気角２πに対して、それぞれのインバータで利用する搬送波の位相を２π／ｎずつ異なるようにする。
【００１５】
図２は本発明の他の実施例を示す。電機子巻線１−１、１−２、１−３、１−４のバランスがよい場合の例で、制御系が簡易化できる。電流制御部はインバータ１１１の制御系で実施させ、他のインバータ１１２、１１３、１１４への電圧指令はインバータ１１１の電圧指令から得るようにしている。ＰＷＭ制御部２７１、２７２、２７３、２７４は各インバータ毎に実施する。本実施例のように実施しても本発明の意図するところは実施できる。
【００１６】
さらに他の実施例として次のように構成してもよい。すなわち、インバータは１１１、１１２，１１３、１１４の４つであるが、電機子巻線は２つとして、２つのインバータを並列接続して同一巻線に電流を供給してもよい。さらに、電機子巻線を１つとして、４つのインバータで１つの巻線に電流を供給してもよい。このように、インバータ数と巻線数が同一でない場合でも、各インバータの搬送波の位相を制御することにより本発明の意図するところは実施できる。
【００１７】
図３はさらに他の実施例を示す。電機子巻線の空間的位相をずらすことに特徴がある。３相電機子巻線の空間的配置一周期を３６０度とすると、電機子巻線１−１１を基準にして、巻線１−２１は３０度、巻線１−３１は６０度、巻線１−４１は９０度だけ電機子巻線の空間上の電気角位相をずらしている。このようにすると、トルクリプルを減少させる効果がある。このとき各巻線の誘起電圧位相もずれるので、ＤＣ／ＡＣ変換部２４１、ＡＣ／ＤＣ変換部２５１で行う座標変換は各巻線の位相に応じて行う。この場合でも、移相部２８１、２８２、２８３，２８４での搬送波の移相量は電磁ノイズが最小になるように設定する。本実施例のようにすると、トルクリプルを減少させながら、電磁ノイズを減少させることができる。
【００１８】
図４は本発明のさらに別の実施例を示す。各インバータ１１１，１１２，１１３，１１４とそれぞれのインバータに接続される電機子巻線１−１、１−２、１−３、１−４の間にリレー１２１、１２２、１２３、１２４を設け、各インバータと各電機子巻線を接続したり、非接続にしたりすることが自由に行えるようにしたことがこの実施例の特徴である。ここで、例えば、図４のインバータ１１４が故障した場合を考える。この場合、インバータ１１４を切り離し、他の３台で運転を継続させることができる。このため、リレー１２１、１２２、１２３は接続状態とし、リレー１２４は非接続状態とする。
【００１９】
このようにして、インバータ３台の運転でも正常時と同じ動作をさせる。正常なインバータのトルクはそれぞれ全体の１／３ずつ負担するため、トルク指令部２２１，２２２、２２３の係数値を１／３とする。すなわち、トルク指令部２２１では、トルク指令τ*の１／３化がなされ、それに対応する電流指令  Ｉd1*、Ｉq1*が出力される。他のトルク指令部２２２、２２３でも同様にトルク指令τ*の１／３化がなされる。また、インバータ１１４は電機子巻線１−４との接続を切り離すので、トルク指令部２２４の係数は０（ゼロ）である。こうして、３台のインバータで正常時と同じ動作をさせる。また、３台のインバータでの運転となるので、移相部は３台でノイズが最小になるように移相部を調整する。例えば、搬送波である三角波信号の一周期を３６０度とすると、移相部２８１の移相量は０度、移相部２８２の移送量は１２０度、移相部２８３の移相量は２４０度とし、さらに、インバータ１１４の動作は停止させる。
【００２０】
上記の例は、モータのステータ内に電機子巻線の各群１−１、１−２、１−３、１−４が図３のようにそれぞれの群自体で平衡して巻装してある場合、インバータ１１４が故障したときのトルク指令部２２１，２２２、２２３の係数値について説明した。しかし、電機子巻線の各群１−１、１−２、１−３、１−４がステータ内にそれぞれの群で平衡して巻装していない場合、単にトルク係数を１／３にしたのでは、電機子巻線の各群１−１、１−２、１−３に同じ大きさの電流が流れるのでステータの磁束分布バランスが狂う恐れがある。この場合には、稼動できる各巻線群１−１、１−２、１−３だけでバランスできるようにトルク指令部２２１，２２２、２２３の係数値（ゼロも含む）を調整する。この場合も巻線１−４に対するトルク指令部２２４の値は０（ゼロ）である。
【００２１】
以上のように、トルク指令部２２１、２２２、２２３、２２４の係数は異状停止するインバータの箇所によって変更する。また、同様に、移相部２８１、２８２、２８３、２８４の移相量も異状停止するインバータの箇所によって変更する。これらの変更は制御装置内で行っても、異状を把握している上位システムからの指令によって行ってもよい。なお、上記説明では１つのインバータが故障停止した場合を説明したが、２つのインバータが故障停止した場合でも同様な考え方で実施できる。さらに、上記は電機子巻線群が４群の場合の説明をしたが、２つ以上の複数群の場合でも同様にして実施できるのはいうまでもない。
【００２２】
このようにすれば、万一異常のインバータがある場合、最大トルクは低下（図４の場合は３／４に低下）するものの、この値までは正常時と変わりなく運転できる。このように、異常のインバータがある場合はそれを切り離し、正常なインバータだけで動作を継続させ、運転しているインバータに適した形でノイズを低減するように搬送波の移相をするので、信頼性が高く、電磁ノイズの小さな運転をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施例を示す図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す図である。
【図３】本発明のさらに他の実施例を示す図である。
【図４】本発明のさらに別の実施例を示す図である。
【図５】従来例を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１      交流モータ
１−１、１−２、１−３、１−４  電機子巻線
１−１１、１−２１、１−３１、１−４１  電機子巻線
２１    速度制御部
２９    三角波発生部
１１１、１１２、１１３，１１４  インバータ
１２１、１２２、１２３、１２４  リレー
２０１  制御装置
２２１、２２２、２２３、２２４  トルク指令部
２３１  電流制御部
２４１  ＤＣ／ＡＣ変換部
２５１  ＡＣ／ＤＣ変換部
２６１  電流検出器
２７１、２７２、２７３、２７４  ＰＷＭ制御部
２８１、２８２、２８３、２８４  移相部
ω*      速度指令
ω      モータ回転速度の検出値
τ*      トルク指令
Ｉd1*、Ｉq1*    ｄ、ｑ軸電流指令
Ｉd1、Ｉq1      回転座標に変換した電流
ｉu1、ｉv1      ２相交流電流
Ｖu1*、Ｖv1*、Ｖw1*    インバータ１１１の出力相電圧指令
【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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