(57)【要約】【課題】パワー素子の発熱を抑制しつつＤＣリンク電圧を安定化する。【解決手段】ＮＣ装置１７からの速度指令に基づいてモータ２０の加速／減速の制御を行うＤＣ／ＡＣ変換部１６において、加減速開始信号および加減速終了信号を生成する。ＡＣ／ＤＣ変換部１０の周波数・ゲイン変更部２４は加減速開始信号に応答してＡＣ／ＤＣ変換部１０の制御部２２における制御のループゲインおよびＰＷＭ信号の周波数を通常のレベルよりも高く設定し、加減速終了信号を受けて通常のレベルに戻す。【選択図】図１
2012055140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー素子をＰＷＭスイッチング制御して電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と前記直流電圧を可変周波数の交流電圧に変換してモータを駆動制御するＤＣ／ＡＣ変換部とを具備するモータ駆動装置であって、
前記ＡＣ／ＤＣ変換部は、前記直流電圧の直流電圧指令値からの偏差に基づいて前記パワー素子をＰＷＭスイッチング制御するＰＷＭ信号を生成する制御部と、
前記ＤＣ／ＡＣ変換部の負荷が変動する間、前記制御部が生成するＰＷＭ信号の周波数および前記制御部における制御のゲインを通常のレベルよりも高くする周波数・ゲイン変更部とを含むモータ駆動装置。
【請求項２】
前記周波数・ゲイン変更部は、前記ＤＣ／ＡＣ変換部が駆動制御するモータの加速または減速の開始に先行して前記周波数およびゲインを通常のレベルよりも高くし、加速または減速の終了とともに前記周波数およびゲインを通常のレベルに戻す請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記ＤＣ／ＡＣ変換部は、前記モータの指令速度が変更されたとき加減速開始信号を前記ＡＣ／ＤＣ変換部へ送り、前記モータの指令速度の変更に応じた前記モータの加速または減速の制御が終了したとき加減速終了信号を前記ＡＣ／ＤＣ変換部へ送り、
前記ＡＣ／ＤＣ変換部の前記周波数・ゲイン変更部は、前記加減速開始信号に応答して前記周波数およびゲインを通常のレベルよりも高くし、前記加減速終了信号に応答して前記周波数およびゲインを通常のレベルに戻す請求項２記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記周波数・ゲイン変更部は、前記偏差が第１の閾値以上になったとき前記周波数およびゲインを通常のレベルよりも高くし、前記偏差が前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下になったとき前記周波数およびゲインを通常のレベルに戻す請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記ＡＣ／ＤＣ変換部は、前記パワー素子の温度を検出する温度検出部をさらに含み、
前記周波数・ゲイン変更部は、前記温度検出部が検出する温度が所定値以上であるとき、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の負荷が変動する間であっても前記周波数およびゲインを通常のレベルよりも高く設定しない請求項１〜４のいずれか一項記載のモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの加速または減速時などの負荷の急変時においてＡＣ／ＤＣ変換部における制御を安定化してＤＣリンク電圧を安定化する機能を有するモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械や産業機械、ロボット等を駆動するモータ制御装置において、交流の入力電圧を直流の電力に変換するためのＡＤ／ＤＣ変換動作に、パワー素子によるＰＷＭ制御を適用して、入力電流をより正弦波に近づける手法（ＰＷＭコンバータ）が、使用される場合がある。
【０００３】
このＰＷＭコンバータ方式は、「ＰＷＭスイッチング周波数の上昇に従って、入力電流の高周波成分を大幅に低減できる」、「出力直流電圧を可変にできる」等のメリットがある。
【０００４】
しかしながら、ＰＷＭコンバータ方式では、デメリットとして、モータが加減速をする場合など、負荷が急変することにより出力直流電圧（ＤＣリンク電圧）が変動し不安定になるということがある。（下記特許文献１参照）
この問題に対して、電圧制御ゲインや電流制御ゲイン等のループゲインを上げることにより、ＰＷＭ制御の応答性を高め、安定性向上を図ることが考えられる。その場合、単にゲインを上げただけでは制御ループが発振してしまうので同時にＰＷＭスイッチング周波数も上げることになる。しかしながら、ＰＷＭスイッチング周波数を上げるとそれに比例してパワー素子が発熱するため、ＰＷＭスイッチング周波数を常に高くすることは困難である。
【０００５】
下記特許文献１には、ＰＷＭコンバータ装置の直流出力電圧が上限電圧値に達したとき、電流指令値が零になるように電流指令値の積分項の値を補正して直流出力電圧を安定化することが記載されている。
【０００６】
また、下記特許文献２には、モータの速度指令値をＤＣ／ＡＣ変換部に伝達するのに先行してＡＣ／ＤＣ変換部にも伝達することにより、急激な負荷変動によるＤＣリンク電圧の変動を抑制することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２５７７７３号公報
【特許文献２】特開平８−１４９８５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、新規な構成により、パワー素子の発熱を抑制しつつ、ＤＣリンク電圧を安定化することのできる機能を有するモータ駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、パワー素子をＰＷＭスイッチング制御して電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と前記直流電圧を可変周波数の交流電圧に変換してモータを駆動制御するＤＣ／ＡＣ変換部とを具備するモータ駆動装置であって、前記ＡＣ／ＤＣ変換部は、前記直流電圧の直流電圧指令値からの偏差に基づいて前記パワー素子をＰＷＭスイッチング制御するＰＷＭ信号を生成する制御部と、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の負荷が変動する間、前記制御部が生成するＰＷＭ信号の周波数および前記制御部における制御のゲインを通常のレベルよりも高くする周波数・ゲイン変更部とを含むモータ駆動装置が提供される。
【００１０】
前記周波数・ゲイン変更部は、例えば前記ＤＣ／ＡＣ変換部が駆動制御するモータの加速または減速の開始に先行して前記周波数およびゲインを通常のレベルよりも高くし、加速または減速の終了とともに前記周波数およびゲインを通常のレベルに戻す。
【発明の効果】
【００１１】
負荷が変動することでＤＣリンク電圧が不安定化する可能性がある期間においてのみ周波数およびゲインを高くして応答性を高めることで、負荷変動時の応答性が改善されるとともに発熱が最小限に抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ＡＣ／ＤＣ変換部において行なわれる制御のブロック線図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係るモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は本発明の第１の実施形態に係るモータ駆動装置の構成を示す図である。ＡＣ／ＤＣ変換部１０は、パワー素子１２のスイッチング制御により電源１４から供給される交流電圧を直流電圧に変換して出力する。ＤＣ／ＡＣ変換部１６は、ＮＣ装置１７からの速度指令に応じてパワー素子１８をスイッチング制御することにより、ＡＣ／ＤＣ変換部１０から出力される直流電圧を速度指令に応じた周波数の交流電圧に変換してモータ２０を駆動する。
【００１４】
ＡＣ／ＤＣ変換部１０の制御部２２は、ＡＣ／ＤＣ変換部１０から出力される直流電圧、すなわちＤＣリンク電圧のＤＣリンク電圧指令からの偏差および電源１４から電流の値に基づいてパワー素子１２のＰＷＭ制御のためのＰＷＭ信号を生成する。周波数・ゲイン変更部２４は、ＤＣ／ＡＣ変換部１６から加減速開始信号を受け取ると、制御部２２における制御のループゲインおよび制御部２２から出力するＰＷＭ信号の周波数を通常のレベルよりも高く設定し、加減速終了信号を受け取ると、ループゲインと周波数を通常のレベルに戻す。
【００１５】
ＡＣ／ＤＣ変換部１０の周波数・ゲイン変更部２４へ入力される加減速開始信号および加減速終了信号は例えばＤＣ／ＡＣ変換部１６において生成される。前述したように、ＤＣ／ＡＣ変換部１６はＮＣ装置１７からの速度指令に応じた周波数の交流電圧を出力するものであるが、速度指令が変更されたとき、まずＡＣ／ＤＣ変換部１０へ加減速開始信号を出力した後、モータ２０の加速または減速の制御を開始する。そして、加速または減速の制御が終わってモータ２０の速度が安定したら加減速終了信号を出力する。
【００１６】
したがって、ＤＣ／ＡＣ変換部１６が加速または減速の制御を行っていてＤＣ／ＡＣ変換部１６の負荷が変動してＤＣリンク電圧が不安定になる可能性がある期間中にはＡＣ／ＤＣ変換部１０における制御のループゲインが高く設定されているので安定性が向上する。またループゲインが高く設定されることによる発振を防止するため、この期間中はＰＷＭ信号の周波数も同時に高く設定されるが、加減速の制御が終了したら元のレベルに戻されるのでパワー素子の発熱が最小限に抑制される。
【００１７】
図２はＡＣ／ＤＣ変換部１０において行なわれる制御のブロック線図である。ノード３０においてＤＣリンク電圧の値のその指令値からの偏差が算出され、それに対してブロック３２においてＰＩ演算が行われて電源電流の指令値が算出される。ノード３４において電源電流の値のその指令値からの偏差が算出され、それに対してブロック３６においてＰＩ演算が行なわれてＰＷＭ指令値が算出される。ブロック３８において、ＰＷＭ指令値を一定周波数の三角波と比較し比較結果を出力することによりＰＷＭ変調が行なわれる。ブロック４０は電源をモデル化したものであり、ブロック４２はＤＣリンクコンデンサ１９（図１）をモデル化したものである。
【００１８】
ここで、周波数・ゲイン変更部２４（図１）は、ブロック３６におけるゲインを、加減速開始信号の受信後、加減速終了信号の受信までの間、通常のレベルよりも高く設定する。それにより、ノード３４からブロック３６、ブロック３８、およびブロック４０を経てノード３４に戻る電流ループのゲインを高くして応答性を改善する。また、ループゲインが高く設定されることによる発振を防止するため、この期間において、同時に、ブロック３８におけるＰＷＭ信号の周波数を高く設定する。ＰＷＭ信号の周波数が高く設定されるのはこの期間に限られるのでパワー素子の発熱は最小限に抑制される。
【００１９】
図３は本発明の第２の実施形態に係るモータ駆動装置の構成を示す。本実施形態では、ＤＣリンク電圧の実測値と指令値とが周波数・ゲイン変更部２４にも入力される。周波数・ゲイン変更部２４では、加減速開始／終了信号に応じて周波数とゲインを変更することに加えて、或いはそれに代えて、ＤＣリンク電圧のその指令値からの偏差を算出して第１の閾値と比較し、偏差が第１の閾値を越えていれば負荷が変動しているとみなして制御部２２におけるゲインと周波数を高く設定し、偏差が第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下になったときゲインおよび周波数を元のレベルに戻す。これにより、負荷が変動してリンク電圧が不安定になる期間においてのみループゲインが高く設定されてリンク電圧が安定し、かつ、発熱を最小限に抑制することができる。
【００２０】
図４は本発明の第３の実施形態を示す。本実施形態では、パワー素子１２またはパワー素子１２が取り付けられる発熱板に温度検出部４４が設けられ、温度検出部４４が検出する温度の値が周波数・ゲイン変更部２４へ入力される。周波数・ゲイン変更部２４は、温度検出部４４が検出する温度が所定値以上であるとき、負荷が変動する期間であっても周波数およびゲインを通常のレベルに維持し、それ以上の発熱を回避する。それ以外の点は第１および第２の実施形態と同様である。
【図１】
2012055140.tif 000003
【図２】
2012055140.tif 000004
【図３】
2012055140.tif 000005
【図４】
2012055140.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成23年12月14日(2011.12.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー素子をＰＷＭスイッチング制御して電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と前記直流電圧を可変周波数の交流電圧に変換してモータを駆動制御するＤＣ／ＡＣ変換部とを具備するモータ駆動装置であって、
前記ＡＣ／ＤＣ変換部は、前記直流電圧の直流電圧指令値からの偏差に基づいて前記パワー素子をＰＷＭスイッチング制御するＰＷＭ信号を生成する制御部と、
前記ＤＣ／ＡＣ変換部の負荷が変動する間、前記制御部が生成するＰＷＭ信号の周波数および前記制御部における制御のゲインを通常のレベルよりも高くする周波数・ゲイン変更部とを含み、
前記周波数・ゲイン変更部は、前記ＤＣ／ＡＣ変換部が駆動制御するモータの加速または減速の開始に先行して前記周波数およびゲインを通常のレベルよりも高くし、加速または減速の終了とともに前記周波数およびゲインを通常のレベルに戻すモータ駆動装置。
【請求項２】
前記ＤＣ／ＡＣ変換部は、前記モータの指令速度が変更されたとき加減速開始信号を前記ＡＣ／ＤＣ変換部へ送り、前記モータの指令速度の変更に応じた前記モータの加速または減速の制御が終了したとき加減速終了信号を前記ＡＣ／ＤＣ変換部へ送り、
前記ＡＣ／ＤＣ変換部の前記周波数・ゲイン変更部は、前記加減速開始信号に応答して前記周波数およびゲインを通常のレベルよりも高くし、前記加減速終了信号に応答して前記周波数およびゲインを通常のレベルに戻す請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記ＡＣ／ＤＣ変換部は、前記パワー素子の温度を検出する温度検出部をさらに含み、
前記周波数・ゲイン変更部は、前記温度検出部が検出する温度が所定値以上であるとき、前記ＤＣ／ＡＣ変換部の負荷が変動する間であっても前記周波数およびゲインを通常のレベルよりも高く設定しない請求項１又は２に記載のモータ駆動装置。