DE102020002352A1

DE102020002352A1 - Motorantriebsvorrichtung mit Energiespeicher

Info

Publication number: DE102020002352A1
Application number: DE102020002352.5A
Authority: DE
Inventors: Shougo SHINODA; Satoshi Ikai
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-04-25
Filing date: 2020-04-17
Publication date: 2020-10-29
Also published as: JP2022019798A; US20200343836A1; CN111865148A; US11496074B2; JP7189309B2

Abstract

Eine Motorantriebsvorrichtung 1 umfasst einen Wandler 11, der dazu ausgebildet ist, eine Leistungsumwandlung zwischen der Wechselstromleistung auf Seiten einer Wechselstromleistungsquelle 2 und der Gleichstromleistung in einem Gleichstromzwischenkreis 4 auszuführen; einen Wechselrichter für Antrieb 12, der dazu ausgebildet ist, eine Leistungsumwandlung zwischen der Gleichstromleistung in dem Gleichstromzwischenkreis 4 und der Wechselstromleistung, die als Antriebsleistung oder Rückspeiseleistung eines Servomotors für Antrieb 3 dient, auszuführen; einen Energiespeicher 14, der dazu ausgebildet ist, Gleichstromleistung an den Gleichstromzwischenkreis 4 zu liefern oder Gleichstromleistung vom Gleichstromzwischenkreis 4 zu speichern; eine Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15, die dazu ausgebildet ist, einen Leistungsaufnahme-Schätzwert zu erfassen, bei dem es sich um einen Schätzwert einer Gesamtleistungsaufnahme zu einem Zeitpunkt handelt, der um eine vorgegebene Zeit nach einem Wert zu einem aktuellen Zeitpunkt liegt, wobei sich die Gesamtleistungsaufnahme ergibt als Summe einer Ausgangsleistung des Servomotors für Antrieb 3, eines Wicklungsverlusts im Servomotor für Antrieb 3, eines Verlusts im Wandler 11 und eines Verlusts im Wechselrichter für Antrieb 12; und eine Energiespeichersteuerung 16, die dazu ausgebildet ist, die Energiezufuhr und die Energiespeicherung des Energiespeichers 14 gemäß dem Leistungsaufnahme-Schätzwert zu steuern.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Motorantriebsvorrichtung mit einem Energiespeicher.
Beschreibung der verwandten Technik
In einer Motorantriebsvorrichtung zum Antrieb eines Servomotors, der für eine Werkzeugmaschine, einen Roboter etc. aufweisende Maschinen vorgesehen ist, (im Folgenden als „Servomotor für Antrieb“ bezeichnet), wird von einer Wechselstromleistungsquelle gelieferte Wechselstromleistung durch einen Wandler in Gleichstromleistung umgewandelt, die Gleichstromleistung wird an einen Gleichstromzwischenkreis ausgegeben, die Gleichstromleistung in dem Gleichstromzwischenkreis wird des Weiteren durch einen Wechselrichter in Wechselstromleistung umgewandelt, und die Wechselstromleistung wird als Antriebsleistung für den Servomotor für Antrieb verwendet. Der „Gleichstromzwischenkreis“ bezeichnet ein Schaltungsteil, das die Gleichstrom-Ausgangsseite des Wandlers und die Gleichstrom-Eingangsseite des Wechselrichters elektrisch verbindet, und kann auch als „Gleichstromzwischenkreiseinheit“, „DC-Verbinder“, „DC-Verbindereinheit“ oder „Gleichstromzwischenkreisschaltung“ bezeichnet werden. Es ist gängige Praxis, einen Wandler für eine Mehrzahl von Wechselrichtern vorzusehen, um die Kosten und den Platzbedarf der Motorantriebsvorrichtung zu reduzieren. Mit anderen Worten, ein Wandler, der dazu ausgebildet ist, von einer Wechselstromquelle gelieferte Wechselstromleistung in Gleichstromleistung umzuwandeln, wird als gemeinsame Stromquelleneinheit verwendet, und eine Mehrzahl von Wechselrichtern für Antrieb verwendet die Gleichstromleistung, die von der Stromquelleneinheit ausgegeben wird, um Wechselstromleistung zum Antrieb jedes Servomotors für Antrieb zu erzeugen.
In der Beschleunigungs- oder Abbremsregelung des Servomotors für Antrieb durch die Motorantriebsvorrichtung, tritt eine Leistungsspitze auf, weil die Wechselstromleistungsquelle aufgefordert wird, eine hohe Wechselstromleistung auszugeben oder rückzuspeisen. Insbesondere bei einer Motorantriebsvorrichtung, die eine Mehrzahl von Wechselrichtern für Antrieb aufweist, die mit einem Wandler verbunden sind, kann die auftretende Leistungsspitze relativ hoch sein. Eine Reduzierung der Leistungsspitze ist wünschenswert, denn je höher die Leistungsspitze ist, umso höher sind die Kapazität der Stromquelle und die Betriebskosten der Motorantriebsvorrichtung, und umso mehr Leistungsprobleme wie Stromausfall und Flackern werden wahrscheinlich auf Seiten der Wechselstromleistungsquelle auftreten.
Um die Leistungsspitzen zu reduzieren, wird bei einem herkömmlich verwendeten Verfahren ein Energiespeicher vorgesehen, der Gleichstromleistung in einem Gleichstromzwischenkreis speichern kann, der den Wandler mit dem Wechselrichter für Antrieb in der Motorantriebsvorrichtung verbindet, und die vom Servomotor für Antrieb verbrauchte oder rückgespeiste Energie wird je nach Bedarf über den Gleichstromzwischenkreis ausgetauscht. Mit diesem Verfahren können die Leistungsspitzen reduziert werden, da während des Abbremsens des Servomotors für Antrieb die vom Servomotor für Antrieb erzeugte Rückspeiseleistung in dem Energiespeicher gespeichert werden kann und die gespeicherte Leistung während der Beschleunigung des Servomotors für Antrieb wieder verwendet werden kann. Mit anderen Worten ermöglicht die Verwendung eines Energiespeichers, der Leistung in den Gleichstromzwischenkreis ein- und aus diesem ausgibt, sogar einen Betrieb (Beschleunigung und Abbremsen) des Servomotors für Antrieb, bei dem die Leistungsaufnahme höher ist als die maximal zuführbare Leistung des Wandlers. Beispiele für den Energiespeicher umfassen einen Kondensator-Energiespeicher und einen Schwungrad-Energiespeicher.
Beispielsweise verursacht eine Pressemaschine während eines Pressvorgangs eine sehr hohe maximale Leistungsaufnahme und stellt häufig ein Problem im Zusammenhang mit mangelnder Kapazität seitens der Stromquelle dar. Um dieses Problem zu lösen, enthält eine Motorantriebsvorrichtung in einer Pressmaschine einen Schwungrad-Energiespeicher, der in einem Gleichstromzwischenkreis vorgesehen ist, und der Energiespeicher liefert Energie, wenn die Pressmaschine einen hohen Leistungsverbrauch aufweist, was den Antrieb der Pressmaschine ermöglicht, selbst wenn diese an eine Stromquelle mit geringer Kapazität angeschlossen ist. Wenn der Servomotor für Antrieb beispielsweise eine geringe Leistung verbraucht, so wird ein mit einem Schwungrad gekoppelter Servomotor für Puffer mit einer konstanten Geschwindigkeit gedreht, und wenn der Servomotor für Antrieb eine höhere Leistung verbraucht, z.B. aufgrund dessen, dass er beschleunigt oder abgebremst wird, so wird die Drehgeschwindigkeit des Servomotors für Puffer verringert, eine Leistungsrückspeisung wird über einen Wechselrichter für Puffer ausgeführt und Gleichstromleistung für den Antrieb des Servomotors für Antrieb in den Gleichstromzwischenkreis eingespeist. So kann selbst für einen Beschleunigungs- und einen Abbremsvorgang, der eine Leistung verbraucht, die höher ist als die maximal konvertierbare Leistung, d.h. die maximale Leistung, bis zu der der Wandler eine Leistungsumwandlung ausführen kann, der Antrieb unter Verwendung von Rückspeiseleistung aus dem Servomotor für Puffer ausgeführt werden, wobei der Servomotor für Puffer an das Rotationsenergie aufweisende Schwungrad gekoppelt ist.
Wie beispielsweise in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2013-009524 offenbart, ist es bekannt, dass eine Motorantriebsvorrichtung Folgendes aufweist: einen AC/DC Wandler, der Wechselstromleistung von einer Wechselstromleistungsquelle in Gleichstromleistung umwandelt, einen DC/AC Wandler, der Gleichstromleistung in Wechselstromleistung zum Antrieb eines Motors umwandelt oder vom Motor zurückgespeiste Wechselstromleistung in Gleichstromleistung umwandelt, eine Gleichstromzwischenkreiseinheit, die eine Gleichstromseite des AC/DC Wandlers mit einer Gleichstromseite des DC/AC Wandlers verbindet und Gleichstromleistung überträgt, eine Energiespeichereinheit, die mindestens eine Kondensatorspeichereinheit und mindestens eine Schwungrad-Speichereinheit, die mit der Gleichstromzwischenkreiseinheit verbunden ist und die Gleichstromleistung von der Gleichstromzwischenkreiseinheit speichert oder die Gleichstromleistung an die Gleichstromzwischenkreiseinheit liefert, aufweist, eine Motorsteuerung, die eine Steuerung ausführt, um es dem DC/AC Wandler zu ermöglichen, die gewünschte Wechselstromleistung gemäß einem Motorbetriebsbefehl, der sich auf einen Betrieb des Motors bezieht, auszugeben, und eine Energiesteuereinheit, die die Energiespeichereinheit steuert, um die Gleichstromleistung von der Gleichstromzwischenkreiseinheit zu speichern oder die Gleichstromleistung an die Gleichstromzwischenkreiseinheit zu liefern.
Wie beispielsweise in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2016-046833 offenbart, ist es bekannt, dass ein System zur Steuerung eines Servomotors zum Antrieb einer Achse einer industriellen Maschine oder einer Werkzeugmaschine Folgendes aufweist: eine Mehrzahl von ersten Servomotoren zum Antrieb von Achsen, eine Mehrzahl von Wandlern, die Wechselspannung in Gleichspannung umwandeln, eine Mehrzahl von ersten Wechselrichtern, die die Gleichspannung von den Wandlern erhalten und die Gleichspannung in Wechselspannung zum Antrieb der Mehrzahl von ersten Servomotoren umwandeln oder die von den ersten Servomotoren rückgespeiste Wechselstromleistung in Gleichstromleistung umwandeln, zweite Servomotoren, die einen Trägheitskörper drehen, eine Mehrzahl von zweiten Wechselrichtern, die die Gleichspannung von den Wandlern erhalten und die Gleichspannung in Wechselspannung zum Antreiben der zweiten Servomotoren umwandeln oder die von den zweiten Servomotoren rückgespeiste Wechselstromleistung in Gleichstromleistung umwandeln, und eine Servomotor-Steuereinheit, die die Mehrzahl von ersten Servomotoren und die zweiten Servomotoren steuert, wobei die Anzahl der zweiten Servomotoren geringer ist als die Mehrzahl von zweiten Wechselrichtern, und wobei zumindest einer der zweiten Servomotoren eine Mehrzahl von separaten Wicklungen aufweist, und zumindest ein Teil der Mehrzahl von zweiten Wechselrichtern mit einer Mehrzahl von separaten, in einem zweiten Servomotor vorgesehenen Wicklungen verbunden ist.
ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG
In einer Motorantriebsvorrichtung, in der ein Gleichstromzwischenkreis, der einen Wandler und einen Wechselrichter für Antrieb verbindet, mit einem Energiespeicher versehen ist, um eine Leistungsspitze einer Leistungsquelleneinrichtung zu reduzieren, wird ein Energiezuführbefehl oder ein Energiespeicherbefehl an den Energiespeicher gesendet, und zwar gemäß einer Erhöhung oder Verringerung der „Gesamtleistungsaufnahme“, die sich als Summe der von einem Servomotor für Antrieb, dem Wechselrichter für Antrieb und dem Wandler verbrauchten Leistung ergibt. Die Ansprechempfindlichkeit des Energiespeichers auf einen Entladebefehl oder einen Energiespeicherbefehl ist jedoch gering. Mit anderen Worten besteht eine Zeitverzögerung zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Energiezuführbefehl oder der Energiespeicherbefehl an den Energiespeicher gesendet wird, und dem Zeitpunkt, zu dem der Energiespeicher als Reaktion auf den Befehl tatsächlich einen Energiezuführvorgang oder einen Energiespeichervorgang beginnt. Üblicherweise tritt ein Fall auf, in dem eine Leistungsspitze aufgrund einer Verzögerung bei der Reaktion des Energiespeichers nicht verringert wird. Wenn es nicht möglich ist, die Leistungsspitze wie vorgesehen zu verringern, kann es möglicherweise dazu kommen, dass die Motorantriebsvorrichtung und eine die Motorantriebsvorrichtung enthaltende Werkzeugmaschine versehentlich einen Alarmstopp auslösen oder der Wandler beschädigt wird.
Wenn zum Beispiel eine unerwartet hohe Last auf den Servomotor für Antrieb wirkt, so verbraucht der Servomotor für Antrieb mehr Leistung als üblich. Aufgrund der Ansprechverzögerung des Energiespeichers kann es zu einem Fall kommen, in dem die Leistung zur Kompensation einer Gesamtleistungsaufnahme, die eine maximal zuführbaren Leistung des Wandlers übersteigt, nicht vom Energiespeicher geliefert wird. In einem solchen Fall besteht die Möglichkeit, dass die für den Antrieb des Servomotors für Antrieb benötigte Wechselstromleistung knapp wird und die Motorantriebsvorrichtung und eine die Motorantriebsvorrichtung enthaltende Werkzeugmaschine einen Alarmstopp auslösen, oder dass Energie, die die maximal konvertierbare Leistung des Wandlers übersteigt, von Seiten der Wechselstromleistungsquelle in den Wandler fließt und den Wandler beschädigt.
Was zum Beispiel die rückgespeiste Energie, die in einer Zeit des Abbremsens des Servomotors für Antrieb erzeugt wird, angeht, so besteht die Möglichkeit, dass Energie, die die maximal konvertierbare Leistung des Wandlers überschreitet, von Seiten des Gleichstromzwischenkreises in den Wandler fließt und zu einer Beschädigung des Wandlers führt, wenn eine Verzögerung bei der Rückgewinnung (Speicherung) der Energie durch den Energiespeicher auftritt.
Demzufolge besteht in einer Motorantriebsvorrichtung, die einen Energiespeicher aufweist, der zum Reduzieren einer Leistungsspitze der Leistungsquelleneinrichtung vorgesehen ist, Bedarf an einer Technologie, die die Leistungsspitze zuverlässig reduzieren kann.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist eine Motorantriebsvorrichtung einen Wandler auf, der dazu ausgebildet ist, eine Leistungsumwandlung zwischen Wechselstromleistung auf Seiten einer Wechselstromleistungsquelle und Gleichstromleistung in einem Gleichstromzwischenkreis auszuführen; einen Wechselrichter für Antrieb, der dazu ausgebildet ist, eine Leistungsumwandlung zwischen der Gleichstromleistung in dem Gleichstromzwischenkreis und der Wechselstromleistung, die als Antriebsleistung oder Rückspeiseleistung eines Servomotors für Antrieb dient, auszuführen; eine Motorsteuerung für Antrieb, die dazu ausgebildet ist, den Servomotor für Antrieb zu steuern, der mit dem Wechselrichter für Antrieb verbunden ist; einem Energiespeicher, der dazu ausgebildet ist, Gleichstromleistung an den Gleichstromzwischenkreis zu liefern oder Gleichstromleistung vom Gleichstromzwischenkreis zu speichern; eine Leistungsaufnahme-Schätzeinheit, die dazu ausgebildet ist, einen Leistungsaufnahme-Schätzwert zu erfassen, der ein Schätzwert einer Gesamtleistungsaufnahme zu einem Zeitpunkt ist, der um eine vorgegebene Zeit nach einem Wert zu einem aktuellen Zeitpunkt liegt, wobei sich die Gesamtleistungsaufnahme ergibt als Summe einer Ausgangsleistung des Servomotors für Antrieb, eines Wicklungsverlusts im Servomotor für Antrieb, eines Verlusts im Wandler und eines Verlusts im Wechselrichter für Antrieb; und eine Energiespeichersteuerung, die dazu ausgebildet ist, die Energiezufuhr und die Energiespeicherung des Energiespeichers gemäß dem Leistungsaufnahme-Schätzwert zu steuern.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird durch Bezugnahme auf die folgenden beigefügten Zeichnungen besser verständlich:

1 ist ein Blockschaltbild, das eine Motorantriebsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
2 ist ein Blockschaltbild, das die Motorantriebsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt, die einen Schwungrad-Energiespeicher aufweist;
3 ist ein Blockschaltbild, das die Motorantriebsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt, die einen Kondensator-Energiespeicher aufweist;
4 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betriebsablauf der Motorantriebsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
5 ist ein Blockschaltbild, das die Motorantriebsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt, die eine Leistungsaufnahme-Schätzeinheit nach einer ersten Betriebsart aufweist;
6A zeigt eine Ansicht zur Erläuterung einer angenäherten Geraden zur Berechnung eines Schätzwertes, wobei 6A einen Fall darstellt, in dem eine Methode der kleinsten Quadrate verwendet wird;
6B zeigt eine Ansicht zur Erläuterung einer angenäherten Geraden zur Berechnung eines Schätzwertes, wobei 6B einen Fall darstellt, in dem eine lineare Approximation verwendet wird;
7 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Berechnung eines Leistungsaufnahme-Schätzwertes durch die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit und der Steuerung des Energiespeichers durch die Energiespeichersteuerung;
8 ist eine Ansicht, die exemplarisch eine Beziehung zwischen dem Leistungsaufnahme-Schätzwert und einem Schwellenwert für die Energiezufuhr und einem Schwellenwert für die Energiespeicherung in der Motorantriebsvorrichtung bei einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
9A bis 9C sind Ansichten, die Betriebsbeispiele der Leistungsaufnahme-Schätzeinheit und der Energiespeichersteuerung darstellen, und zwar zu Zeiten vor und nach dem Überschreiten des Schwellenwerts für die Energiezufuhr durch den Leistungsaufnahme-Schätzwert in der Motorantriebsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
10A bis 10C sind Ansichten, die Betriebsbeispiele der Leistungsaufnahme-Schätzeinheit und der Energiespeichersteuerung darstellen, und zwar zu Zeiten vor und nach dem Unterschreiten des Schwellenwerts für die Energiespeicherung durch den Leistungsaufnahme-Schätzwert in der Motorantriebsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
11 ist eine Ansicht, die exemplarisch eine Beziehung zwischen einer Gesamtleistungsaufnahme und einem Betrieb eines Schwungrad-Energiespeichers in der Motorantriebsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
12 ist eine Ansicht, die exemplarisch eine Beziehung zwischen einer Gesamtleistungsaufnahme und einem Betrieb eines Schwungrad-Energiespeichers in einer herkömmlichen Motorantriebsvorrichtung, bei der eine Ansprechverzögerung eines Energiespeichers nicht berücksichtigt wird, darstellt;
13 ist ein Blockschaltbild, das die Motorantriebsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt, die eine die Ansprechverzögerungszeit des Energiespeichers messende Messeinheit aufweist;
14 ist ein Blockschaltbild, das die Motorantriebsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt, die eine Leistungsaufnahme-Schätzeinheit nach einer zweiten Betriebsart aufweist;
15 ist eine Ansicht, die exemplarisch eine Variation eines Drehmoments eines Servomotors für Antrieb darstellt;
16A bis 16C sind Ansichten zur Erläuterung der Berechnung eines Drehmomentschätzwertes des Servomotors für Antrieb nahe eines Bereichs C in 15.
17 ist ein Blockschaltbild, das die Motorantriebsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt, die eine Leistungsaufnahme-Schätzeinheit nach einer dritten Betriebsart aufweist;
18 ist eine Ansicht, die exemplarisch eine Variation der Geschwindigkeit des Servomotors für Antrieb darstellt;
19A bis 19C sind Ansichten zur Erläuterung der Berechnung eines Geschwindigkeitsschätzwertes des Servomotors für Antrieb nahe eines Bereichs D in 18; und
20 ist ein Blockschaltbild, das die Motorantriebsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt, die eine Leistungsaufnahme-Schätzeinheit nach einer vierten Betriebsart aufweist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Im Folgenden wird eine Motorantriebsvorrichtung mit einem Energiespeicher unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in diesen Zeichnungen durchwegs gleiche Elemente. Zum leichteren Verständnis variieren die Verkleinerungsmaßstäbe in den Zeichnungen je nach Bedarf. Die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen sind lediglich Anwendungsbeispiele, und die Ausführungsformen sind nicht auf die dargestellten beschränkt. Die „Ausgangsleistung eines Servomotors für Antrieb“ umfasst die „Leistungsaufnahme des Servomotors für Antrieb“ und die „Rückspeiseleistung des Servomotors für Antrieb“, und die „Ausgangsleistung eines Servomotors für Puffer“ umfasst die „Leistungsaufnahme des Servomotors für Puffer“ und die „Rückspeiseleistung des Servomotors für Puffer“. Die Leistung zu einem Zeitpunkt des Verbrauchs wird als positiv und die Leistung zu einem Zeitpunkt der Rückspeisung als negativ definiert. Die Drehwinkelgeschwindigkeiten des Servomotors für Antrieb und des Servomotors für Puffer werden einfach als „Geschwindigkeit“ bezeichnet. Der „Leistungswert“ bedeutet „den Betrag der vom Strom pro Zeiteinheit geleisteten Arbeit“, d.h. die „Arbeitsleistung“, die durch die Einheit „W (Watt)“ ausgedrückt wird. „Energiewert“ bedeutet „den Betrag der vom Strom geleisteten Arbeit“, d.h. „Leistungsmenge“, die durch die Einheit „J (Joule)“ ausgedrückt wird. Dementsprechend kann ein Verhältnis von „Energiewert [J] = Leistungswert [W] x Zeit [s]“ hergestellt werden.
1 ist ein Blockschaltbild, das eine Motorantriebsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt. Als Beispiel wird ein Fall beschrieben, in dem eine Motorantriebsvorrichtung 1 zwei Servomotoren für Antrieb 3 steuert, um Antriebsachsen in einer Maschine, die eine Werkzeugmaschine oder einen Roboter aufweist, anzutreiben. Die Anzahl der Servomotoren für Antrieb 3 schränkt diese Ausführungsform nicht im Speziellen ein und kann einen, oder drei oder mehr betragen. Die Anzahl der Phasen einer Wechselstromquelle 2 und die Anzahl der Servomotoren für Antrieb 3 schränken diese Ausführungsform nicht im Speziellen ein, und es kann beispielsweise eine dreiphasige oder eine einphasige Wechselstromkonfiguration verwendet werden. Auch die Arten der Servomotoren für Antrieb 3 schränken diese Ausführungsform nicht im Speziellen ein, und es können z.B. Induktions- oder Synchronmotoren verwendet werden. Zu den Maschinen, die mit den Servomotoren für Antrieb 3 ausgerüstet sind, gehören z.B. eine Werkzeugmaschine, ein Roboter, Schmiedemaschinen, eine Spritzgussmaschine, Industriemaschinen, verschiedene elektrische Geräte, ein elektrischer Zug, ein Automobil und Flugzeuge. Beispiele für die Wechselstromquelle 2 umfassen eine dreiphasige 400 V-Wechselstromquelle, eine dreiphasige 200 V-Wechselstromquelle, eine dreiphasige 600 V-Wechselstromquelle und eine einphasige 100 V-Wechselstromquelle.
Zunächst werden die Schaltungskomponenten der Motorantriebsvorrichtung 1 beschrieben.
Wie in 1 dargestellt, weist die Motorantriebsvorrichtung 1 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung einen Wandler 11, Wechselrichter für Antrieb 12, eine Motorsteuerung für Antrieb 13, einen Energiespeicher 14, eine Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 und eine Energiespeichersteuerung 16 auf. Beispielsweise sind die Motorsteuerung für Antrieb 13, die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 und die Energiespeichersteuerung 16 in einer numerischen Steuerung einer Werkzeugmaschine vorgesehen. Zu beachten ist, dass die Motorsteuerung für Antrieb 13, die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 und die Energiespeichersteuerung 16 in einem anderen Prozessor als der numerischen Steuerung vorgesehen sein können.
Der Wandler 11 ist ein Gleichrichter, der die Leistungsumwandlung zwischen Wechselstromleistung auf Seiten der Wechselstromleistungsquelle 2 und Gleichstromleistung in dem Gleichstromzwischenkreis 4 ausführt. Der Wandler 11 besteht aus einer dreiphasigen Brückenschaltung, wenn ein dreiphasiger Wechselstrom von der Wechselstromleistungsquelle 2 geliefert wird, und aus einer einphasigen Brückenschaltung, wenn ein einphasiger Wechselstrom von der Wechselstromleistungsquelle 2 geliefert wird. Der Wandler 11 ist als Leistungswandler, wie eine 120°-Leitungsgleichrichterschaltung und eine PWM-Schaltsteuerung-Gleichrichterschaltung, ausgeführt, der eine derartige bidirektionale AC/DC-Leistungsumwandlung ausführen kann, dass er Wechselstromleistung, die von Seiten der Wechselstromleistungsquelle 2 eingespeist wird, in Gleichstromleistung umwandelt und die Gleichstromleistung an die Gleichstromseite ausgibt, und dass er, zu einer Zeit der Leistungsrückspeisung, Gleichstromleistung des Gleichstromzwischenkreises 4 in Wechselstromleistung umwandelt und die Wechselstromleistung an die Seite der Wechselstromleistungsquelle 2 ausgibt. Wenn der Wandler 11 z.B. als PWM-Schaltsteuerung-Gleichrichterschaltung ausgeführt ist, ist er als Brückenschaltung aus Schaltelementen und Dioden ausgeführt, die antiparallel zu den Schaltelementen geschaltet sind, und führt eine bidirektionale AC/DC-Leistungsumwandlung durch EIN/AUS-Steuerung jedes Schaltelements entsprechend einem z.B. von einem Host-Controller erhaltenen Ansteuerbefehl durch. Beispiele für das Schaltelement können ein unipolarer Transistor, wie z.B. ein Feldeffekttransistor (FET), ein bipolarer Transistor, ein bipolarer Transistor mit isoliertem Gate (IGBT), ein Thyristor und ein Gate-Abschaltthyristor (GTO) sein, aber die Art des Schaltelements selbst schränkt die vorliegende Ausführungsform nicht ein, und es können auch andere Arten von Schaltelementen verwendet werden.
Für den Wandler 11 ist die „maximal lieferbare Zufuhr“ definiert als die maximale Leistung, bis zu der Wechselstromleistung in Gleichstromleistung umgewandelt werden kann und die Gleichstromleistung in den Gleichstromzwischenkreis 4 eingespeist werden kann, und die „maximal rückspeisbare Leistung“ ist definiert als die maximale Leistung, bis zu der die Gleichstromleistung in dem Gleichstromzwischenkreis 4 in Wechselstromleistung umgewandelt und an die Seite der Wechselstromleistungsquelle 2 rückgespeist werden kann. Die maximal zuführbare Leistung und die maximale rückspeisbare Leistung werden im Allgemeinen als die Umwandlungskapazität des Wandlers 11 betreffende Spezifikationsdaten definiert und zum Beispiel in einer Spezifikationstabelle oder einer Bedienungsanleitung des Wandlers 11 angegeben. Im Folgenden werden in der vorliegenden Beschreibung die maximal zuführbare Leistung und die maximal rückspeisbare Leistung des Wandlers 11 gemeinsam als „maximal konvertierbare Leistung“ bezeichnet.
Der Wandler 11 ist über den Gleichstromzwischenkreis 4 mit den Wechselrichtern für Antrieb 12 verbunden. Der Gleichstromzwischenkreis 4 weist im Allgemeinen einen Gleichstromzwischenkreis-Kondensator (auch als „Glättungskondensator“ bezeichnet) auf, der jedoch in 1 nicht dargestellt ist. Der Gleichstromzwischenkreis-Kondensator hat die Funktion, Gleichstromleistung in dem Gleichstromzwischenkreis 4 zu speichern und Welligkeiten der vom Wandler 11 ausgegebenen Gleichstromleistung zu unterdrücken.
Die Wechselrichter für Antrieb 12 sind Servoverstärker, die Gleichstromleistung des Gleichstromzwischenkreises 4 in Wechselstromleistung umwandeln und die Wechselstromleistung als Antriebsleistung den Servomotoren für Antrieb 3 zuführen, um die Servomotoren für Antrieb 3 anzutreiben. Die Wechselrichter für Antrieb 12 wandeln Leistung zwischen der Gleichstromleistung des Gleichstromzwischenkreises 4 und der Wechselstromleistung, die als Antriebsleistung oder Rückspeiseleistung für die Servomotoren für Antrieb 3 dient, um. Der Servomotor für Antrieb 3 weist im Allgemeinen mindestens eine Wicklung auf, und pro Wicklung im Servomotor für Antrieb 3 wird ein Servoverstärker für einen Wechselrichter für Antrieb 12 benötigt, um den Servomotor für Antrieb 3 anzutreiben. 1 stellt, als Beispiel, Servomotoren für Antrieb 3 vom Typ mit einer Wicklung dar, und dementsprechend ist an jeden Servomotor für Antrieb 3 ein Wechselrichter für Antrieb 12 angeschlossen.
Der Antriebswechselrichter für Antrieb 12 ist als Brückenschaltung aus Schaltelementen und Dioden ausgeführt, die antiparallel zu den Schaltelementen geschaltet sind, und die EIN/AUS-Steuerung jedes Schaltelements erfolgt auf der Basis einer PWM-Schaltsteuerung von z.B. einem Dreieckwellen-Vergleichsschema. Der Wechselrichter für Antrieb 12 ist als Dreiphasen-Brückenschaltung ausgeführt, wenn der Servomotor für Antrieb 3 als Drehstrommotor dient, und als Einphasen-Brückenschaltung ausgeführt, wenn der Servomotor für Antrieb 3 als Einphasenmotor dient. Beispiele für das Schaltelement können ein unipolarer Transistor wie ein FET, ein bipolarer Transistor, ein IGBT, ein Thyristor und ein GTO sein, aber die Art des Schaltelements selbst schränkt die vorliegende Ausführungsform nicht ein, und es können auch andere Arten von Schaltelementen verwendet werden.
Die Wechselrichter für Antrieb 12 wandeln Leistung zwischen der Gleichstromleistung des Gleichstromzwischenkreises 4 und der Wechselstromleistung, die als Antriebsleistung oder als Rückspeiseleistung für die Servomotoren für Antrieb 3 dient, durch EIN/AUS-Steuerung jedes Schaltelements entsprechend einem von einer Motorsteuerung für Antrieb 13 erhaltenen Antriebsbefehl um, wie später beschrieben wird. Genauer gesagt führen die Wechselrichter für Antrieb 12 den Schaltvorgang der internen Schaltelemente in Übereinstimmung mit einem von der Motorsteuerung für Antrieb 13 empfangenen Ansteuerbefehl aus, um die vom Wandler 11 über den Gleichstromzwischenkreis 4 gelieferte Gleichstromleistung in Wechselstromleistung mit gewünschter Spannung und gewünschter Frequenz zum Antrieb der Servomotoren für Antrieb 3 umzuwandeln (Inversionsbetrieb). Dadurch werden die Servomotoren für Antrieb 3 in Drehung versetzt und angetrieben. Obwohl beim Abbremsen der Servomotoren für Antrieb 3 Rückspeiseleistung erzeugt werden kann, wird der Schaltvorgang der internen Schaltelemente entsprechend einem von der Motorsteuerung für Antrieb 13 empfangenen Ansteuerbefehl ausgeführt, um die in den Servomotoren für Antrieb 3 erzeugte Wechselstrom-Rückspeiseleistung in Gleichstromleistung umzuwandeln und die Gleichstromleistung in den Gleichstromzwischenkreis 4 zurückzuführen (Gleichrichterbetrieb).
Die Motorsteuerung für Antrieb 13 steuert die Servomotoren für Antrieb 3, von denen jeder mit den Wechselrichtern für Antrieb 12 verbunden ist, um nach einem vorgegebenen Betriebsmuster zu arbeiten (d.h. sich zu drehen). Das Betriebsmuster der Servomotoren für Antrieb 3 wird durch eine Kombination von Beschleunigung, Abbremsen, Drehen bei konstanter Geschwindigkeit und Anhalten gebildet, je nach Bedarf entsprechend der genauen Betriebsdaten der mit den Servomotoren für Antrieb 3 ausgerüsteten Maschine. Das Betriebsmuster der Servomotoren für Antrieb 3 wird durch ein Betriebsprogramm für die Servomotoren für Antrieb 3 definiert. Wenn die Servomotoren für Antrieb 3 zum Beispiel in einer Werkzeugmaschine vorgesehen sind, wird ein Betriebsprogramm für die Servomotoren für Antrieb 3 als eines der Bearbeitungsprogramme für die Werkzeugmaschine definiert.
Auf diese Weise werden die Servomotoren für Antrieb 3 bezüglich ihrer Geschwindigkeit, ihres Drehmoments oder ihrer Rotorposition angesteuert, z.B. auf der Grundlage von Wechselstromleistung mit variabler Spannung und variabler Frequenz, die von den Wechselrichtern für Antrieb 12 geliefert wird. Die Steuerung der Servomotoren für Antrieb 3 durch die Motorsteuerung für Antrieb 13 wird somit letztendlich durch die Steuerung des Leistungsumwandlungsbetriebs der Wechselrichter für Antrieb 12 realisiert. Mit anderen Worten steuert die Motorsteuerung für Antrieb 13 die Servomotoren für Antrieb 3 derart, dass sie in Übereinstimmung mit einem vorgegeben Betriebsmuster arbeiten, indem sie die Leistungsumwandlung in den Wechselrichtern für Antrieb 12 steuert. Genauer gesagt, wird die folgende Operation ausgeführt: die Motorsteuerung für Antrieb 13 erzeugt einen Ansteuerbefehl zur Steuerung der Geschwindigkeit, des Drehmoments oder der Rotorposition der Servomotoren für Antrieb 3, z.B. auf der Grundlage der von einem Geschwindigkeitsdetektor 52 erfassten Geschwindigkeit der Servomotoren für Antrieb 3 (Geschwindigkeitsrückkopplung), dem durch die Wicklung der Servomotoren für Antrieb 3 fließenden Strom (Stromrückkopplung), einem vorgegebenen Drehmomentbefehl und einem Betriebsprogramm für die Servomotoren für Antrieb 3. Der Leistungsumwandlungsvorgang durch die Wechselrichter für Antrieb 12 wird in Übereinstimmung mit dem von der Motorsteuerung für Antrieb 13 erzeugten Ansteuerbefehl gesteuert. Zu beachten ist, dass die hier definierte Konfiguration der Motorsteuerung für Antrieb 13 lediglich ein Beispiel ist und dass die Konfiguration der Motorsteuerung für Antrieb 13 unter Verwendung von Begriffen wie einer Einheit zur Erzeugung von Positionsbefehlen, einer Einheit zur Erzeugung von Drehmomentbefehlen und einer Einheit zur Erzeugung von Schaltbefehlen definiert werden kann.
Die Motorantriebsvorrichtung 1 weist den Energiespeicher 14 auf, um zu ermöglichen, dass die Servomotoren für Antrieb 3 mit einer Ausgangsleistung angetrieben werden, die höher ist als die maximal konvertierbare Leistung des Wandlers 11.
Der Energiespeicher 14 liefert Gleichstromleistung an den Gleichstromzwischenkreis 4 (Energiezufuhr) und speichert Gleichstromleistung von dem Gleichstromzwischenkreis 4 (Energiespeicherung). Der Energiezuführvorgang und der Energiespeichervorgang des Energiespeichers 14 werden durch die Energiespeichersteuerung 16 gesteuert. Eine Basis-Haltenergie ist definiert als ein Referenzwert (ein Sollwert) der Energie, die der Energiespeicher 14 speichern soll. Gemäß einer Steuerung durch die Energiespeichersteuerung 16 speichert der Energiespeicher 14 Energie so, dass die Halteenergie einen Wert annimmt, der der den Sollwert darstellenden Basis-Haltenergie entspricht. Wenn zum Beispiel die Servomotoren für Antrieb 3 nicht in Betrieb sind und die Ein-/Ausgabe von Energie durch den Energiespeicher 14 nicht speziell erforderlich ist, so wird die Halteenergie des Energiespeichers 14 auf der Basis-Haltenergie gehalten. Wenn der Energiezuführvorgang des Energiespeichers 14 ausgeführt wird, sinkt die Halteenergie des Energiespeichers 14 auf einen kleineren Wert als die Basis-Haltenergie; wenn jedoch der Energiespeichervorgang des Energiespeichers 14 ausgeführt wird, so steigt die Halteenergie des Energiespeichers 14 an und nimmt wieder den Wert der den Sollwert darstellenden Basis-Haltenergie an.
Beispiele für den Energiespeicher 14 sind ein Schwungrad-Energiespeicher, wie in 2 dargestellt, und ein Kondensator-Energiespeicher, wie in 3 dargestellt.
2 ist ein Blockschaltbild, das die Motorantriebsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt, die einen Schwungrad-Energiespeicher aufweist. Der Schwungrad-Energiespeicher 14 umfasst ein Schwungrad 41, einen Servomotor für Puffer 42 und einen Wechselrichter für Puffer 43.
Das Schwungrad 41 kann Rotationsenergie speichern, die auch als Trägheit bezeichnet wird.
Der Servomotor für Puffer 42 wird verwendet, um das Schwungrad 41 zu drehen, und das Schwungrad 41 ist mit der Drehwelle des Servomotors für Puffer 42 verbunden. Rotationsenergie kann durch Drehen des Servomotors für Puffer 42 im Schwungrad 41 gespeichert werden. Die Anzahl der Phasen des Servomotors für Puffer 42 schränkt diese Ausführungsform nicht im Speziellen ein, und es können z.B. drei Phasen oder eine einzelne Phase verwendet werden. Ein Geschwindigkeitsdetektor 52 ist in dem Servomotor für Puffer 42 vorgesehen, und die vom Geschwindigkeitsdetektor 52 erfasste (Rotor-)Geschwindigkeit des Servomotors für Puffer 42 wird zur Steuerung des Energiespeichers 14 durch die Energiespeichersteuerung 16 verwendet.
Der Wechselrichter für Puffer 43 wandelt Leistung zwischen der Gleichstromleistung in dem Gleichstromzwischenkreis 4 und der Wechselstromleistung, die als Antriebsleistung oder als Rückspeiseleistung für den Servomotor für Puffer 42 dient, durch EIN/AUS-Steuerung jedes Schaltelements gemäß einem von der Energiespeichersteuerung 16 erhaltenen Energiespeicherbefehl oder Energiezuführbefehl um. Der Wechselrichter für Puffer 43 ist als Brückenschaltung aus Schaltelementen und Dioden ausgeführt, die antiparallel zu den Schaltelementen geschaltet sind. Der Wechselrichter für Puffer 43 ist als dreiphasige Brückenschaltung ausgeführt, wenn der Servomotor für Puffer 42 als Drehstrommotor dient, und als Einphasen-Brückenschaltung ausgeführt, wenn der Servomotor für Puffer 42 als Einphasenmotor dient. Beispiele für das Schaltelement können ein unipolarer Transistor wie ein FET, ein bipolarer Transistor, ein IGBT, ein Thyristor und ein GTO sein, aber die Art des Schaltelements selbst schränkt die vorliegende Ausführungsform nicht ein, und es können auch andere Arten von Schaltelementen verwendet werden. Zum Beispiel erfolgt die EIN/AUS-Steuerung jedes Schaltelements in dem Wechselrichter für Puffer 43 gemäß einem PWM-Schaltsignal, das durch Vergleich eines empfangenen Ansteuerbefehls mit einem Dreiecksträgersignal erhalten wird.
Durch die Steuerung der Leistungsumwandlung des Wechselrichters für Puffer 43 durch die Energiespeichersteuerung 16 dreht sich der mit dem Schwungrad 41 verbundene Servomotor für Puffer 42 mit höherer oder geringerer Geschwindigkeit oder mit einer konstanten Geschwindigkeit, so dass die vom Energiespeicher 14 zu speichernde oder zuzuführende Gleichstromleistung (Gleichstromleistung, die vom Energiespeicher 14 in den Gleichstromzwischenkreis 4 ein- oder aus diesem abgegeben werden soll) eingestellt wird. Genauer gesagt wird der folgende Vorgang ausgeführt.
Wenn eine Energiespeicherung des Energiespeichers 14 stattfindet, so führt der Wechselrichter für Puffer 43 einen Inversionsvorgang aus, um die Gleichstromleistung in dem Gleichstromzwischenkreis 4 in eine Wechselstromleistung gemäß einem von der Energiespeichersteuerung 16 erhaltenen Energiespeicherbefehl umzuwandeln. Somit wird elektrische Energie aus dem Gleichstromzwischenkreis 4 auf Seiten des Servomotors für Puffer 42 zugeführt und bewirkt, dass der mit dem Schwungrad 41 verbundene Servomotor für Puffer 42 sich dreht. Auf diese Weise wird in dem Schwungrad-Energiespeicher 14 elektrische Energie, die von dem Gleichstromzwischenkreis 4 aus fließt, in Rotationsenergie des Schwungrades 41 umgewandelt und gespeichert.
Wenn eine Energiezufuhr von dem Energiespeicher 14 stattfindet, so führt der Wechselrichter für Puffer 43 einen Gleichrichtungsvorgang zum Umwandeln von Wechselstrom-Rückspeiseleistung in Gleichstromleistung aus, indem er die Wechselstrom-Rückspeiseleistung durch Abbremsen des an das Schwungrad 41 angeschlossenen Servomotors für Puffer 42 gemäß einem von der Energiespeichersteuerung 16 erhaltenen Energiezuführbefehls erzeugt. Dadurch wird in dem Schwungrad 41 gespeicherte Rotationsenergie in elektrische Energie umgewandelt und dem Gleichstromzwischenkreis 4 zugeführt.
3 ist ein Blockschaltbild, das eine Motorantriebsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt, die einen Kondensator-Energiespeicher aufweist. Der Kondensator-Energiespeicher 14 weist einen Kondensator 44 und einen DC/DC-Wandler 45 auf, der so ausgebildet ist, dass er eine Leistungsumwandlung zwischen der Gleichstromleistung in dem Gleichstromzwischenkreis 4 und der im Kondensator 44 gespeicherten Gleichstromleistung ausführt.
Beispiele für den DC/DC-Wandler 45 umfassen eine DC/DC-Boost- und Buck-Chopper-Schaltung. Die Menge der vom Energiespeicher 14 zu speichernden oder zu liefernden Gleichstromleistung (die Menge der Gleichstromleistung, die vom Energiespeicher 14 in den Gleichstromzwischenkreis 4 eingespeist oder aus diesem ausgegeben werden soll) wird durch Steuerung eines Aufwärts- und Abwärtsregelungsvorgangs des DC/DC-Wandlers 45 durch die Energiespeichersteuerung 16 eingestellt. Genauer gesagt wird der folgende Vorgang ausgeführt.
Wenn der Energiespeichervorgang des Energiespeichers 14 ausgeführt wird, so wird der DC/DC-Wandler 45 von der Energiespeichersteuerung 16 so gesteuert, dass die Gleichspannung auf Seiten des Kondensators 44 entsprechend einem von der Energiespeichersteuerung 16 empfangenen Energiespeicherbefehl einen niedrigeren Wert annimmt als die Gleichspannung auf Seiten des Gleichstromzwischenkreises 4. Dadurch fließt elektrische Energie vom Gleichstromzwischenkreis 4 in den Kondensator 44, und der Energiespeicher 14 speichert Energie.
Wenn der Energiezuführvorgang des Energiespeichers 14 ausgeführt wird, so wird der DC/DC-Wandler 45 von der Energiespeichersteuerung 16 so gesteuert, dass die Gleichspannung auf Seiten des Kondensators 44 entsprechend einem von der Energiespeichersteuerung 16 empfangenen Energiezuführbefehl einen höheren Wert annimmt als die Gleichspannung auf Seiten des Gleichstromzwischenkreises 4. Dadurch fließt elektrische Energie vom Kondensator 44 in den Gleichstromzwischenkreis 4, und der Energiespeicher 14 führt Energie zu.
In der Motorantriebsvorrichtung 1 wird durch die Bereitstellung des Energiespeichers 14, der den oben beschriebenen Vorgang ausführt, während der Beschleunigung der Servomotoren für Antrieb 3, zusätzlich zu der vom Wandler 11 gelieferten Energie, den Servomotoren für Antrieb 3 im Energiespeicher 14 gespeicherte Energie zugeführt und als Energie zum Beschleunigen der Servomotoren für Antrieb 3 verwendet. Beim Abbremsen der Servomotoren für Antrieb 3 wird von den Servomotoren für Antrieb 3 wiedergewonnene Energie in den Energiespeicher 14 gespeichert. Da die im Energiespeicher 14 gespeicherte Energie zusätzlich zu der von dem Wandler 11 gelieferten Energie für den Antrieb der Servomotoren für Antrieb 3 verwendet wird, können die Servomotoren für Antrieb 3 mit einer Ausgangsleistung angetrieben werden, die höher ist als die maximal konvertierbare Leistung des Wandlers 11, und Leistungsspitzen können auf diese Weise verringert werden. Das Verringern von Leistungsspitzen kann die Kapazität der Stromquelle und die Betriebskosten der Motorantriebsvorrichtung 1 reduzieren und sogar einen Stromausfall und ein Flackern auf der Seite der Wechselstromleistungsquelle 2 verhindern.
Der Energiespeicher 14 führt einen Energiezuführvorgang und einen Energiespeichervorgang gemäß einem Befehl von der Energiespeichersteuerung 16 aus. Der Energiespeicher 14 weist eine geringe Ansprechempfindlichkeit auf einen Entladebefehl oder einen Energiespeicherbefehl auf, und es besteht eine Zeitverzögerung zwischen dem Zeitpunkt, zu dem ein Energiezuführbefehl oder ein Energiespeicherbefehl an den Energiespeicher 14 gesendet wird, und dem Zeitpunkt, zu dem der Energiespeicher 14 als Reaktion auf den Befehl tatsächlich einen Energiezuführvorgang oder einen Energiespeichervorgang beginnt. Wenn es sich bei dem Energiespeicher 14 beispielsweise um den in 2 dargestellten Schwungrad-Energiespeicher handelt, so beginnt der Servomotor für Puffer 42 die Beschleunigung oder das Abbremsen mit einer zeitlichen Verzögerung vom Beginn des an den Servomotor für Puffer 42 gehenden Beschleunigungs- oder Abbremsbefehls aufgrund der Trägheit des Servomotors für Puffer 42 oder des Regelverhaltens des Wechselrichters für Puffer 43. Wenn es sich bei dem Energiespeicher 14 beispielsweise um den in 3 dargestellten Kondensator-Energiespeicher handelt, so wird der Kondensator 44 auf eine gewünschte Spannung geladen oder entladen, und zwar mit einer zeitlichen Verzögerung vom Beginn des Befehls zum Laden oder Entladen des Kondensators 44 aufgrund der Lade-/Entladeeigenschaften des Kondensators 44 oder des Regelverhaltens des mit dem Kondensator verbundenen DC/DC-Wandlers 45. Selbst wenn ein Energiezuführbefehl an den Energiespeicher 14 zu einem solchen Zeitpunkt gesendet wird, dass die „Gesamtleistungsaufnahme zum aktuellen Zeitpunkt“, die sich als Summe einer Ausgangsleistung des Servomotors für Antrieb 3, eines Wicklungsverlusts im Servomotor für Antrieb 3, eines Verlusts im Wandler 11 und eines Verlusts im Wechselrichter für Antrieb 12 ergibt, höher ist als die maximal lieferbare Leistung des Wandlers 11, so entsteht, da es eine Zeitverzögerung zwischen dem Beginn des Energiezuführbefehls und dem tatsächlichen Beginn des Energiezuführvorgangs durch den Energiespeicher 14 gibt, eine Zeit, in der die Gesamtleistungsaufnahme höher ist als die maximal lieferbare Leistung des Wandlers 11 und eine Leistungsspitze möglicherweise nicht verringert wird. Ähnlich verhält es sich mit dem Energiespeichervorgang des Energiespeichers 14. Da es eine Zeitverzögerung zwischen dem Beginn des Energiespeicherbefehls und dem tatsächlichen Beginn des Energiespeichervorgangs durch den Energiespeicher 14 gibt, entsteht eine Zeit, in der die Gesamtleistungsaufnahme höher ist als die maximal rückspeisbare Leistung des Wandlers 11 und eine Leistungsspitze möglicherweise nicht verringert wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird daher ein Schätzwert für die Leistungsaufnahme berechnet, der ein Schätzwert der Gesamtleistungsaufnahme zu einem Zeitpunkt ist, der um eine vorgegebene Zeit nach einem aktuellen Zeitpunkt liegt, wobei sich die Gesamtleistungsaufnahme ergibt als Summe der Leistung des Servomotors für Antrieb 3, des Wicklungsverlusts im Servomotor für Antrieb 3, des Verlusts im Wandler 11 und des Verlusts im Wechselrichter für Antrieb 12, und die Energiezufuhr und die Energiespeicherung des Energiespeichers 14 gemäß dem Schätzwert für die Leistungsaufnahme gesteuert werden. Mit anderen Worten wird bei der vorliegenden Ausführungsform durch Berücksichtigung der „Ansprechverzögerungszeit“, d.h. der „Zeit von dem Zeitpunkt, zu dem die Energiespeichersteuerung 16 einen Energiezuführbefehl oder einen Energiespeicherbefehl an den Energiespeicher 14 ausgibt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Energiespeicher 14 tatsächlich mit der Energiezufuhr oder der Energiespeicherung beginnt“, eine Gesamtleistungsaufnahme zu einem Zeitpunkt, der um eine „der Ansprechverzögerungszeit entsprechende Zeit“ nach dem aktuellen Zeitpunkt liegt, aus bekannten Daten geschätzt, die sich auf eine Gesamtleistungsaufnahme vor dem aktuellen Zeitpunkt beziehen, und die Energiespeichersteuerung 16 steuert die Energiezufuhr und die Energiespeicherung des Energiespeichers 14 auf der Grundlage des Ergebnisses eines Vergleichs zwischen dem Schätzwert der Gesamtleistungsaufnahme und einem Schwellenwert für die Energiezufuhr und einem Schwellenwert für die Energiespeicherung. Die Ansprechverzögerungszeit von dem Zeitpunkt, zu dem die Energiespeichersteuerung 16 einen Energiezuführbefehl oder einen Energiespeicherbefehl an den Energiespeicher 14 ausgibt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Energiespeicher 14 tatsächlich mit der Energiezufuhr oder der Energiespeicherung beginnt, kann im Voraus gemessen werden, oder sie kann in Echtzeit gemessen werden, indem, wie später beschrieben eine Messeinheit bereitgestellt wird. Es wird nun der Fall beschrieben, in dem die oben beschriebene „vorgegebene Zeit“ so eingestellt wird, dass sie der Länge der Ansprechverzögerungszeit des Energiespeichers 14 gleicht.
Die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 erfasst einen Leistungsaufnahme-Schätzwert, der ein Schätzwert der Gesamtleistungsaufnahme zu einem Zeitpunkt ist, der um eine vorgegebene Zeit nach einem aktuellen Zeitpunkt liegt, wobei sich die Gesamtleistungsaufnahme ergibt als Summe einer Leistung des Servomotors für Antrieb 3, eines Wicklungsverlusts im Servomotor für Antrieb 3, eines Verlusts im Wandler 11 und eines Verlusts im Wechselrichter für Antrieb 12. Ein Schätzwerterfassungsvorgang durch die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 wird in jedem vorgegebenen Steuerzyklus ausgeführt. Der Schätzwerterfassungsvorgang durch die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 wird ausgeführt bevor ein Energiespeicher-Steuerungsprozess durch die Energiespeichersteuerung 16 stattfindet. Die Einzelheiten des durch die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 ausgeführten Schätzwerterfassungsvorgangs werden später beschrieben.
Die Energiespeichersteuerung 16 steuert die Energiezufuhr und die Energiespeicherung des Energiespeichers gemäß einem Leistungsaufnahme-Schätzwert. In einem Steuerungszyklus berechnet die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 den Leistungsaufnahme-Schätzwert, und die Energiespeichersteuerung 16 führt unter Verwendung des Leistungsaufnahme-Schätzwertes einen Befehlserzeugungsprozess aus. Genauer gesagt wird die hier folgende Operation ausgeführt.
Die Energiespeichersteuerung 16 vergleicht, in jedem Steuerzyklus, den Leistungsaufnahme-Schätzwert und den Schwellenwert für die Energiezufuhr, und als Ergebnis des Vergleichs gibt die Energiespeichersteuerung 16, wenn festgestellt wird, dass der Leistungsaufnahme-Schätzwert den Schwellenwert für die Energiezufuhr überschreitet, einen Energiezuführbefehl an den Energiespeicher 14 aus und steuert den Energiespeicher 14, wodurch der Energiespeicher 14 veranlasst wird, Gleichstromleistung an den Gleichstromzwischenkreis 4 zu liefern. Zusätzlich vergleicht die Energiespeichersteuerung 16, während sie den Energiespeicher 14 zum Ausführen des Energiezuführvorgangs steuert, in jedem Steuerzyklus den Leistungsaufnahme-Schätzwert und den Schwellenwert für die Energiezufuhr, und als Ergebnis des Vergleichs beendet die Energiespeichersteuerung 16, wenn festgestellt wird, dass der Leistungsaufnahme-Schätzwert unter den Schwellenwert für die Energiezufuhr fällt, die Erzeugung des an den Energiespeicher 14 gehenden Energiezuführbefehls und veranlasst den Energiespeicher 14 den Zuführvorgang von Gleichstromleistung an den Gleichstromzwischenkreis 4 zu beenden.
Der Schwellenwert für die Zuführung kann auf der Grundlage der maximal zuführbaren Leistung festgelegt werden, die die maximal konvertierbare Leistung im Hinblick auf den Umwandlungsvorgang des Wandlers 11 ist. Wenn z.B. eine Differenz zwischen der maximal zuführbaren Leistung des Wandlers 11 und dem von der Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 berechneten Leistungsaufnahme-Schätzwert negativ ist, so überschreitet der Leistungsaufnahme-Schätzwert die maximal zuführbare Leistung zum Zeitpunkt der Umwandlung des Wandlers 11. Da es also möglich ist, dass die Energie, die der Wandler 11 von Seiten der Wechselstromleistungsquelle 2 in den Gleichstromzwischenkreis 4 entnimmt, nicht die gesamte tatsächliche Gesamtleistungsaufnahme liefert, ist die fehlende Leistung durch Gleichstromleistung, die vom Energiespeicher 14 dem Gleichstromzwischenkreis 4 zugeführt wird, zu ergänzen. Der Schwellenwert für die Zuführung wird als Referenzwert festgelegt, um zu beurteilen, ob eine Situation vorliegt, in der Gleichstromleistung vom Energiespeicher 14 in den Gleichstromzwischenkreis 4 eingespeist werden soll, weil der Leistungsaufnahme-Schätzwert die maximal lieferbare Leistung zum Zeitpunkt der Umwandlung des Wandlers 11 überschreitet.
Die Energiespeichersteuerung 16 vergleicht, in jedem Steuerzyklus, den Leistungsaufnahme-Schätzwert und den Schwellenwert für die Energiespeicherung, und als Ergebnis des Vergleichs gibt die Energiespeichersteuerung 16, wenn festgestellt wird, dass der Leistungsaufnahme-Schätzwert unter den Schwellenwert für die Energiespeicherung fällt, einen Energiespeicherbefehl an den Energiespeicher 14 aus und steuert den Energiespeicher 14, wodurch der Energiespeicher 14 veranlasst wird Gleichstromleistung vom Gleichstromzwischenkreis 4 zu speichern. Zusätzlich vergleicht die Energiespeichersteuerung 16, während sie den Energiespeicher 14 zum Ausführen des Energiespeichervorgangs steuert, in jedem Steuerzyklus den Leistungsaufnahme-Schätzwert und den Schwellenwert für die Energiespeicherung, und als Ergebnis des Vergleichs beendet die Energiespeichersteuerung 16, wenn festgestellt wird, dass der Leistungsaufnahme-Schätzwert den Schwellenwert für die Energiespeicherung überschreitet, die Erzeugung des an den Energiespeicher 14 gehenden Energiespeicherbefehls und veranlasst den Energiespeicher 14 den Energiespeichervorgang von Gleichstromleistung vom Gleichstromzwischenkreis 4 zu beenden.
Der Schwellenwert für die Zuführung kann auf der Grundlage der maximal rückspeisbaren Leistung festgelegt werden, die die maximal konvertierbare Leistung im Hinblick auf den Umkehrvorgang des Wandlers 11 ist. Wenn z.B. eine Differenz zwischen dem Absolutwert der maximal rückspeisbaren Leistung des Wandlers 11 und dem Absolutwert des Leistungsaufnahme-Schätzwertes, der sich auf die Rückspeisung bezieht und von der Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 berechnet wird, negativ ist, so ist es möglich, dass die tatsächliche Gesamtleistungsaufnahme die maximal rückspeisbare Leistung zum Zeitpunkt der Umkehrung des Wandlers 11 überschreitet und somit die überschüssige Leistung im Energiespeicher 14 gespeichert werden soll. Der Schwellenwert für die Energiespeicherung wird als Referenzwert festgelegt, um zu beurteilen, ob eine Situation vorliegt, in der Gleichstromleistung aus dem Gleichstromzwischenkreis im Energiespeicher 14 gespeichert werden soll, weil der sich auf die Rückspeisung beziehende Leistungsaufnahme-Schätzwert die maximal rückspeisbare Leistung des Wandlers 11 überschreitet.
4 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betriebsablauf der Motorantriebsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt. Der Ablauf der Schritte S101 bis S112 wird in einem vorgegebenen Regelzyklus ausgeführt.
In Schritt S101 erzeugt die Motorsteuerung für Antrieb 13 einen Ansteuerbefehl zum Steuern der Geschwindigkeit, des Drehmoments oder der Rotorposition des Servomotors für Antrieb 3, auf der Grundlage der von dem Geschwindigkeitsdetektor 52 erfassten Geschwindigkeit des Servomotors für Antrieb 3 (Geschwindigkeitsrückkopplung), dem in der Wicklung des Servomotors für Antrieb 3 fließenden Strom (Stromrückkopplung), einem vorgegebenen Drehmomentbefehl und einem Betriebsprogramm für den Servomotor für Antrieb 3. Basierend auf dem von der Motorsteuerung für Antrieb 13 erzeugten Ansteuerbefehl wird der durch die Wechselrichter für Antrieb 12 vorgenommene Leistungsumwandlungsvorgang gesteuert. Um die Servomotoren für Antrieb 3 anzutreiben, wandeln die Wechselrichter für Antrieb 12 Gleichstromleistung in dem Gleichstromzwischenkreis 4 in Wechselstromleistung um und liefern die Wechselstromleistung als Antriebsleistung an die Servomotoren für Antrieb 3, oder sie wandeln die von den Servomotoren für Antrieb 3 zu einer Zeit des Bremsens erzeugte rückspeisbare Wechselstromleistung in Gleichstromleistung um und speisen die Gleichstromleistung in den Gleichstromzwischenkreis 4 zurück.
In Schritt S102 erfasst die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 den Leistungsaufnahme-Schätzwert, der ein Schätzwert der Gesamtleistungsaufnahme zu einem Zeitpunkt ist, der um eine vorgegebene Zeit nach einem aktuellen Zeitpunkt liegt, wobei sich die Gesamtleistungsaufnahme ergibt als Summe einer Leistung des Servomotors für Antrieb 3, eines Wicklungsverlusts im Servomotor für Antrieb 3, eines Verlusts im Wandler 11 und eines Verlusts im Wechselrichter für Antrieb 12.
In Schritt 103 vergleicht die Energiespeichersteuerung 16 den Leistungsaufnahme-Schätzwert und den Schwellenwert für die Energiezufuhr, und stellt fest, ob der Leistungsaufnahme-Schätzwert den Schwellenwert für die Energiezufuhr überschreitet. Wenn die Energiespeichersteuerung 16 feststellt, dass der Leistungsaufnahme-Schätzwert den Schwellenwert für die Energiezufuhr überschreitet, so geht der Prozess zu Schritt S104 oder andernfalls zu Schritt S108 über.
In Schritt S104 gibt die Energiespeichersteuerung 16 einen Energiezuführbefehl an den Energiespeicher 14 aus und steuert den Energiespeicher 14 an, wodurch der Energiespeicher 14 veranlasst wird, Gleichstrom an den Gleichstromzwischenkreis 4 zu liefern.
In Schritt S105 erfasst die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 den Leistungsaufnahme-Schätzwert, d.h. den Schätzwert des Leistungsaufnahme-Schätzwertes zu einem Zeitpunkt, der um die vorgegebene Zeit nach dem aktuellen Zeitpunkt liegt, wobei sich die Gesamtleistungsaufnahme ergibt als Summe der Ausgangsleistung des Servomotors für Antrieb 3, des Wicklungsverlusts im Servomotor für Antrieb 3, des Verlusts im Wandler 11 und des Verlusts im Wechselrichter für Antrieb 12.
In Schritt S106 vergleicht die Energiespeichersteuerung 16 den Leistungsaufnahme-Schätzwert und den Schwellenwert für die Energiezufuhr und stellt fest, ob der Leistungsaufnahme-Schätzwert unter den Schwellenwert für die Energiezufuhr fällt. Wenn die Energiespeichersteuerung 16 feststellt, dass der Leistungsaufnahme-Schätzwert unter den Schwellenwert für die Energiezufuhr fällt, so geht der Prozess zu Schritt S107 über oder kehrt andernfalls zu Schritt S104 zurück.
In Schritt S107 beendet die Energiespeichersteuerung 16 die Erzeugung des an den Energiespeicher 14 gehenden Energiezuführbefehls und veranlasst den Energiespeicher 14, den Energiezuführvorgang von Gleichstromleistung an den Gleichstromzwischenkreis 4 zu beenden. Nach Schritt S106 kehrt der Prozess zu Schritt S102 zurück.
Wenn die Energiespeichersteuerung 16 in Schritt S103 nicht feststellt, dass der Leistungsaufnahme-Schätzwert den Schwellenwert für die Energiezufuhr überschreitet, so vergleicht die Energiespeichersteuerung 16 in Schritt S108 den Leistungsaufnahme-Schätzwert und den Schwellenwert für die Energiespeicherung und bestimmt, ob der Leistungsaufnahme-Schätzwert unter den Schwellenwert für die Energiespeicherung fällt. Wenn die Energiespeichersteuerung 16 feststellt, dass der Leistungsaufnahme-Schätzwert unter den Schwellenwert für die Energiespeicherung fällt, so geht der Prozess zu Schritt S109 über oder kehrt andernfalls zu Schritt S102 zurück.
In Schritt S109 gibt die Energiespeichersteuerung 16 einen Energiespeicherbefehl an den Energiespeicher 14 aus and steuert den Energiespeicher 14 an, wodurch der Energiespeicher 14 veranlasst wird Gleichstromleistung aus dem Gleichstromzwischenkreis 4 zu speichern.
In Schritt S110 erfasst die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 den Leistungsaufnahme-Schätzwert, d.h. den Schätzwert des Leistungsaufnahme-Schätzwertes zu einem Zeitpunkt, der um die vorgegebene Zeit nach dem aktuellen Zeitpunkt liegt, wobei sich die Gesamtleistungsaufnahme ergibt als Summe der Ausgangsleistung des Servomotors für Antrieb 3, des Wicklungsverlusts im Servomotor für Antrieb 3, des Verlusts im Wandler 11 und des Verlusts im Wechselrichter für Antrieb 12.
In Schritt S111 vergleicht die Energiespeichersteuerung 16 den Leistungsaufnahme-Schätzwert und den Schwellenwert für die Energiespeicherung und stellt fest, ob der Leistungsaufnahme-Schätzwert den Schwellenwert für die Energiespeicherung überschreitet. Wenn die Energiespeichersteuerung 16 feststellt, dass der Leistungsaufnahme-Schätzwert den Schwellenwert für die Energiezufuhr überschreitet, so geht der Prozess zu Schritt S112 über oder kehrt andernfalls zu Schritt S109 zurück.
In Schritt S112 beendet die Energiespeichersteuerung 16 die Erzeugung des an den Energiespeicher 14 gehenden Energiespeicherbefehls und veranlasst den Energiespeicher 14, den Energiespeichervorgang von Gleichstromleistung aus dem Gleichstromzwischenkreis 4 zu beenden. Nach Schritt S112 kehrt der Prozess zu Schritt S102 zurück.
Auf diese Weise wird der Schätzwerterfassungsvorgang (Schritte S102, S105, S110) durch die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 auf alle Fälle vor dem Energiespeicher-Steuerungsprozess (Schritte S103 und S104, Schritte S106 und S107, Schritte S108 und S109 sowie Schritte S111 und S112) durch die Energiespeichersteuerung 16 ausgeführt. Da der Energiespeicher-Steuerungsprozess durch die Energiespeichersteuerung 16 in jedem vorgegebenen Steuerzyklus ausgeführt wird, wird der Schätzwerterfassungsvorgang durch die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 auf alle Fälle einmal im Steuerzyklus ausgeführt.
Zu beachten ist, dass der Vorgang von Schritt S103 und den nachfolgenden Schritten S104 bis S107 und der Vorgang von Schritt S108 und den nachfolgenden Schritten S109 bis S112 in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden können. Mit anderen Worten kann die Energiespeichersteuerung 16 den Leistungsaufnahme-Schätzwert und den Schwellenwert für die Energiespeicherung vergleichen und feststellen, ob der Leistungsaufnahme-Schätzwert unter den Schwellenwert für die Energiespeicherung fällt, und wenn die Energiespeichersteuerung 16 nicht feststellt, dass der Leistungsaufnahme-Schätzwert unter den Schwellenwert für die Energiespeicherung fällt, so kann die Energiespeichersteuerung 16 anschließend den Leistungsaufnahme-Schätzwert und den Schwellenwert für die Energiezufuhr vergleichen und feststellen, ob der Leistungsaufnahme-Schätzwert den Schwellenwert für die Energiezufuhr überschreitet.
Als nächstes werden nacheinander einige Betriebsarten der Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 in der Motorantriebsvorrichtung 1 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben.
Eine Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 nach einer ersten Betriebsart berechnet eine Gesamtleistungsaufnahme, die sich ergibt als Summe einer Ausgangsleistung des Servomotors für Antrieb 3, eines Wicklungsverlusts im Servomotor für Antrieb 3, eines Verlusts im Wandler 11 und eines Verlusts im Wechselrichter für Antrieb 12 zu einem aktuellen Zeitpunkt, und erfasst einen Leistungsaufnahme-Schätzwert, bei dem es sich um einen Schätzwert handelt, der um eine vorgegebene Zeit später als der Wert der Gesamtleistungsaufnahme zu dem aktuellen Zeitpunkt liegt.
5 ist ein Blockschaltbild, das die Motorantriebsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt, die die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 nach der ersten Betriebsart aufweist.
Die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 weist eine Leistungsaufnahme-Berechnungseinheit 21, eine Leistungsaufnahme-Speichereinheit 22 und eine Einheit zur Berechnung des Leistungsaufnahme-Schätzwertes 23 auf.
Die Leistungsaufnahme-Berechnungseinheit 21 berechnet eine Gesamtleistungsaufnahme, die sich ergibt als Summe einer Ausgangsleistung des Servomotors für Antrieb 3, eines Wicklungsverlustes im Servomotor für Antrieb 3, eines Verlustes im Wandler 11 und eines Verlustes im Wechselrichter für Antrieb 12 zu einem aktuellen Zeitpunkt. Die Verluste im Wandler 11 und im Wechselrichter für Antrieb 12 enthalten jeweils einen Schaltverlust und einen Widerstandsverlust in deren Hauptstromkreis und können mit einem allgemein bekannten Verfahren gemessen werden. Die Ausgangsleistung des Servomotors für Antrieb 3 zum aktuellen Zeitpunkt kann durch eine Multiplikation der Drehgeschwindigkeit des Servomotors für Antrieb 3, die durch den Geschwindigkeitsdetektor 52 erfasst wird, mit dem Drehmoment des Servomotors für Antrieb 3 berechnet werden. Wenn der Servomotor für Antrieb 3 beschleunigt wird, so verbraucht der Servomotor für Antrieb 3 vom Wechselrichter für Antrieb 12 gelieferte Wechselstromleistung, und die Ausgangsleistung des Servomotors für Antrieb 3 zum Zeitpunkt der Leistungsaufnahme wird als „positiv“ definiert. Dementsprechend ist die Ausgangsleistung des Servomotors für Antrieb 3 „negativ“, wenn Leistung durch das Abbremsen des Servomotors für Antrieb 3 rückgespeist wird. Da im Normalfall der Wicklungsverlust im Servomotor für Antrieb 3, der Verlust im Wandler 11 und der Verlust im Wechselrichter für Antrieb 12 kleiner sind als der absolute Wert der Ausgangsleistung des Servomotors für Antrieb 3, ist der Einfluss der Ausgangsleistung des Servomotors für Antrieb 3 in der Gesamtleistungsaufnahme dominant. Demnach entspricht der positive/negative Wert (Verbrauch oder Rückspeisung) der Ausgangsleistung des Servomotors für Antrieb 3 im Wesentlichen dem positiven/negativen Wert der Gesamtleistungsaufnahme. Wie exemplarisch in 1 dargestellt ist, berechnet die Leistungsaufnahme-Berechnungseinheit 21, wenn mehrere Wechselrichter für Antrieb 12 und mehrere Servomotoren für Antrieb 3 vorgesehen sind, als Gesamtleistungsaufnahme die Summe aus den Ausgangsleistungen der Servomotoren für Antrieb 3, den Wicklungsverlusten in den Servomotoren für Antrieb 3, den Verlusten im Wandler 11 und den Verlusten in den Wechselrichtern für Antrieb 12.
Da Verluste auch in dem Wechselrichter für Puffer 43 und dem DC/DC-Wandler 45 in dem Energiespeicher 14 auftreten, kann die Leistungsaufnahme-Berechnungseinheit 21 als Gesamtleistungsaufnahme eine Summe berechnen, bei der die Verluste im Wechselrichter für Puffer 43 (im Falle des Schwungrad-Energiespeichers) oder im DC/DC-Wandler 45 (im Falle des Kondensator-Energiespeichers) zu der Summe der Ausgangsleistung des Servomotors für Antrieb 3, der Wicklungsverluste im Servomotor für Antrieb 3, der Verluste im Wandler 11 und der Verluste im Wechselrichter für Antrieb 12 hinzuaddiert werden. Die Verluste im Wechselrichter für Puffer 43 und im DC/DC-Wandler 45 enthalten jeweils einen Schaltverlust und einen Widerstandsverlust in deren Hauptstromkreis und können mit einem allgemein bekannten Verfahren gemessen werden. Wenn ein Mehrzahl von Wechselrichtern für Puffer 43 oder eine Mehrzahl von DC/DC-Wandlern 45 vorgesehen ist, so kann die Leistungsaufnahme-Berechnungseinheit 21 als Gesamtleistungsaufnahme eine Summe berechnen, bei der die Verluste in den Wechselrichtern für Puffer 43 oder in den DC/DC-Wandlern 45 zu der Summe der Ausgangsleistung des Servomotors für Antrieb 3, der Wicklungsverluste im Servomotor für Antrieb 3, der Verluste im Wandler 11 und der Verluste im Wechselrichter für Antrieb 12 hinzuaddiert werden.
Die Leistungsaufnahme-Speichereinheit 22 speichert einen Wert der Gesamtleistungsaufnahme, der von der Leistungsaufnahme-Berechnungseinheit 21 berechnet wird. Die Leistungsaufnahme-Speichereinheit 22 besteht beispielsweise aus einem elektrisch löschbaren, programmierbaren, nichtflüchtigen Speicher, wie z.B. einem EEPROM (Warenzeichen), oder einem Direktzugriffsspeicher, der mit hoher Geschwindigkeit ausgelesen und beschrieben werden kann, wie z.B. ein DRAM oder ein SRAM.
Die Einheit zur Berechnung des Leistungsaufnahme-Schätzwertes 23 berechnet einen Leistungsaufnahme-Schätzwert, bei dem es sich um einen Schätzwert handelt, der um eine vorgegeben Zeit später als ein Wert zum aktuellen Zeitpunkt liegt, und zwar auf der Grundlage von mindestens zwei Werten der Gesamtleistungsaufnahme zum aktuellen Zeitpunkt oder davor, wobei die mindestens zwei Werte in der Leistungsaufnahme-Speichereinheit 22 gespeichert sind. Beispielsweise berechnet die Einheit zur Berechnung des Leistungsaufnahme-Schätzwertes 23 eine angenäherte Gerade unter Verwendung von mindestens zwei Werten der Gesamtleistungsaufnahme zum oder vor dem aktuellen Zeitpunkt, die in der Leistungsaufnahme-Speichereinheit 22 gespeichert sind, schätzt eine Gesamtleistungsaufnahme zu einem Zeitpunkt, der um eine vorgegeben Zeit später als der aktuelle Zeitpunkt liegt, und gibt die geschätzte Gesamtleistungsaufnahme als Leistungsaufnahme-Schätzwert aus. Als „vorgegebene Zeit“, die verwendet wird, wenn die Einheit zur Berechnung des Leistungsaufnahme-Schätzwertes 23 den Leistungsaufnahme-Schätzwert berechnet, wird eine „Ansprechverzögerungszeit von dem Zeitpunkt, zu dem die Energiespeichersteuerung 16 einen Energiezuführbefehl oder einen Energiespeicherbefehl an den Energiespeicher 14 ausgibt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Energiespeicher 14 tatsächlich mit der Energiezufuhr oder der Energiespeicherung beginnt“, festgelegt.
6A zeigt eine Ansicht zur Erläuterung einer angenäherten Geraden zur Berechnung eines Schätzwertes, wobei 6A einen Fall darstellt, in dem eine Methode der kleinsten Quadrate verwendet wird. 6B zeigt eine Ansicht zur Erläuterung einer angenäherten Geraden zur Berechnung eines Schätzwertes, wobei 6B einen Fall darstellt, in dem eine lineare Approximation verwendet wird. Wenn ein Leistungsaufnahme-Schätzwert zum Zeitpunkt t gleich P ist, so wird die angenäherte Gerade für die Berechnung des Schätzwertes wie in der unten folgenden Gleichung 1 ausgedrückt.
[Gleichung 1] $P = α t + β$
Wenn z.B. ein Gradient α und ein Spurpunkt β einer in der Gleichung 1 ausgedrückten angenäherten Geraden mit Hilfe einer Methode der kleinsten Quadrate berechnet werden, so werden drei Werte der Gesamtleistungsaufnahme zum oder vor dem aktuellen Zeitpunkt, die in der Leistungsaufnahme-Speichereinheit 22 gespeichert sind, verwendet. Die drei Werte der Gesamtleistungsaufnahme „zum aktuellen Zeitpunkt oder davor“, die zur Berechnung der angenäherten Geraden verwendet werden, können den Wert der Gesamtleistungsaufnahme zum aktuellen Zeitpunkt enthalten oder nicht. In 6A wird zum Beispiel angenommen, dass ein Zeitpunkt des aktuellen Zeitpunkts t₃ ist. Es wird angenommen, dass eine Gesamtleistungsaufnahme zum Zeitpunkt t₃, die von der Leistungsaufnahme-Berechnungseinheit 21 berechnet und in der Leistungsaufnahme-Speichereinheit 22 gespeichert wird und sich als Summe der Ausgangsleistung des Servomotors für Antrieb 3, des Wicklungsverlusts im Servomotor für Antrieb 3, des Verlusts im Wandler 11 und des Verlusts im Wechselrichter für Antrieb 12 ergibt, P₃ beträgt; dass eine Gesamtleistungsaufnahme zum Zeitpunkt t₂ vor dem Zeitpunkt t₃, die von der Leistungsaufnahme-Berechnungseinheit 21 berechnet und in der Leistungsaufnahme-Speichereinheit 22 gespeichert wird, P₂ beträgt; und dass eine Gesamtleistungsaufnahme zum Zeitpunkt t₁ vor dem Zeitpunkt t₂, die von der Leistungsaufnahme-Berechnungseinheit 21 berechnet und in der Leistungsaufnahme-Speichereinheit 22 gespeichert wird, P₁ beträgt. Der Gradient α der durch Gleichung 1 ausgedrückten angenäherten Geraden zur Berechnung des Schätzwertes der Gesamtleistungsaufnahme auf der Grundlage der Methode der kleinsten Quadrate kann durch Verwendung der unten folgenden Gleichung 2 berechnet werden, und der Spurpunkt β kann durch Verwendung der unten folgenden Gleichung 3 berechnet werden.
[Gleichung 2] $α = \frac{n \sum_{i = 1}^{n} t_{i} P_{i} - \sum_{i = 1}^{n} t_{i} \sum_{i = 1}^{n} P_{i}}{n \sum_{i = 1}^{n} t_{i}^{2} - {(\sum_{i = 1}^{n} t_{i})}^{2}}$

[Gleichung 3] $β = \frac{\sum_{i = 1}^{n} t_{i}^{2} \sum_{i = 1}^{n} P_{i} - \sum_{i = 1}^{n} t_{i} P_{i} \sum_{i = 1}^{n} t_{i}}{n \sum_{i = 1}^{n} t_{i}^{2} - {(\sum_{i = 1}^{n} t_{i})}^{2}}$
Wenn z.B. der Gradient α und der Spurpunkt β der in Gleichung 1 ausgedrückten angenäherten Geraden mit Hilfe einer Approximation erster Ordnung (lineare Approximation) berechnet werden, so werden zwei Werte der Gesamtleistungsaufnahme zum oder vor dem aktuellen Zeitpunkt verwendet, die in der Leistungsaufnahme-Speichereinheit 22 gespeichert sind. Die beiden Werte der Gesamtleistungsaufnahme „zum aktuellen Zeitpunkt oder davor“, die zur Berechnung der angenäherten Geraden verwendet werden, können den Wert der Gesamtleistungsaufnahme zum aktuellen Zeitpunkt enthalten oder nicht. In 6B wird zum Beispiel angenommen, dass ein Zeitpunkt des aktuellen Zeitpunkts t₂ ist. Es wird angenommen, dass eine Gesamtleistungsaufnahme zum Zeitpunkt t₂, die von der Leistungsaufnahme-Berechnungseinheit 21 berechnet und in der Leistungsaufnahme-Speichereinheit 22 gespeichert wird und sich als Summe der Ausgangsleistung des Servomotors für Antrieb 3, des Wicklungsverlusts im Servomotor für Antrieb 3, des Verlusts im Wandler 11 und des Verlusts im Wechselrichter für Antrieb 12 ergibt, P₂ beträgt; und dass eine Gesamtleistungsaufnahme zum Zeitpunkt t₁ vor dem Zeitpunkt t₂, die von der Leistungsaufnahme-Berechnungseinheit 21 berechnet und in der Leistungsaufnahme-Speichereinheit 22 gespeichert wird, P₁ beträgt. Der Gradient α der durch Gleichung 1 ausgedrückten angenäherten Geraden zur Berechnung des Schätzwertes der Gesamtleistungsaufnahme auf der Grundlage der linearen Approximation kann durch Verwendung der unten folgenden Gleichung 4 berechnet werden, und der Spurpunkt β kann durch Verwendung der unten folgenden Gleichung 5 berechnet werden.
[Gleichung 4] $α = \frac{P_{n} - P_{n - 1}}{t_{n} - t_{n - 1}}$

[Gleichung 5] $β = \frac{t_{n} P_{n - 1} - t_{n - 1} P_{n}}{t_{n} - t_{n - 1}}$
Wenn in die durch die Gleichung 1 angegebene angenäherte Gerade, die wie oben beschrieben berechnet wird, ein Zeitpunkt, der um eine vorgegebene Zeit nach dem aktuellen Zeitpunkt liegt, eingesetzt wird, so kann ein Leistungsaufnahme-Schätzwert zu dem Zeitpunkt, der um die vorgegeben Zeit später liegt, berechnet werden. Die Einheit zur Berechnung des Leistungsaufnahme-Schätzwertes 23 in der Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 berechnet den Leistungsaufnahme-Schätzwert in jedem Steuerzyklus, gemäß dem oben beschriebenen seriellen Prozess. Abgesehen von der oben beschriebenen Berechnung des Leistungsaufnahme-Schätzwertes unter Verwendung der Gesamtleistungsaufnahme zum aktuellen Zeitpunkt kann der Leistungsaufnahme-Schätzwert berechnet werden, indem die Ausgangsleistung des Servomotors für Antrieb 3 zum aktuellen Zeitpunkt oder die Geschwindigkeit des Servomotors für Antrieb 3 zum aktuellen Zeitpunkt verwendet wird, und dies wird später als zweite bis vierte Betriebsart beschrieben.
Die Energiespeichersteuerung 16 erzeugt einen Energiezuführbefehl oder einen Energiespeicherbefehl gemäß dem durch die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 geschätzten Leistungsaufnahme-Schätzwert und steuert die Energiezufuhr oder die Energiespeicherung des Energiespeichers 14. 7 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Berechnung eines Leistungsaufnahme-Schätzwertes durch die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit und der Steuerung des Energiespeichers durch die Energiespeichersteuerung. Ein Zeitpunkt des aktuellen Zeitpunkts wird zum Beispiel als t₃ angenommen. Eine durch die Gleichung 1 ausgedrückte angenäherte Gerade, die wie oben beschrieben berechnet wird, wird durch eine gestrichelte Linie angezeigt. Geraden, die die von der Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 geschätzten Leistungsaufnahme-Schätzwerte bis zum Zeitpunkt t₃ verbinden, werden durch Strichpunktlinien angezeigt. Zum Zeitpunkt t₃ des aktuellen Zeitpunkts werden der Leistungsaufnahme-Schätzprozess durch die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 und der Befehlserzeugungsprozess für den Energiespeicher 14 durch die Energiespeichersteuerung 16 ausgeführt. Mit anderen Worten, die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 berechnet den Gradienten α und den Spurpunkt β in der Gleichung 1 und berechnet ferner einen Leistungsaufnahme-Schätzwert P₄', indem eine Variable t in Gleichung 1 durch den Zeitpunkt t₃ + T_x, der um eine vorgegeben Zeit T_x nach dem Zeitpunkt t₃ des aktuellen Zeitpunkts liegt, ersetzt wird. Dann vergleicht die Energiespeichersteuerung 16 den zum Zeitpunkt t₃ des aktuellen Zeitpunkts geschätzten Leistungsaufnahme-Schätzwert mit einem Schwellenwert für die Energiezufuhr und einem Schwellenwert für die Energiespeicherung. Da in dem in 7 dargestellten Beispiel der Leistungsaufnahme-Schätzwert den Schwellenwert für die Energiezufuhr überschreitet, gibt die Energiespeichersteuerung 16 eine Energiezuführbefehl an den Energiespeicher 14 aus und steuert den Energiespeicher 14 an, wodurch der Energiespeicher 14 veranlasst wird dem Gleichstromzwischenkreis 4 Gleichstromleistung zuzuführen.
8 ist eine Ansicht, die exemplarisch eine Beziehung zwischen dem Leistungsaufnahme-Schätzwert und dem Schwellenwert für die Energiezufuhr und dem Schwellenwert für die Energiespeicherung in der Motorantriebsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt. Beispielsweise wird eine Beschreibung der Steuerung durch die Energiespeichersteuerung 16 in einem Fall gegeben, in dem sich der von der Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 berechnete Leistungsaufnahme-Schätzwert wie in 8 dargestellt ändert. Wenn die Energiespeichersteuerung 16 feststellt, dass der Leistungsaufnahme-Schätzwert den Schwellenwert für die Energiezufuhr überschreitet, so gibt die Energiespeichersteuerung 16 einen Energiezuführbefehl an den Energiespeicher 14 aus und steuert den Energiespeicher 14 an, wodurch der Energiespeicher 14 veranlasst wird, dem Gleichstromzwischenkreis 4 Gleichstromleistung zuzuführen. Wenn anschließend die Energiespeichersteuerung 16 feststellt, dass der Leistungsaufnahme-Schätzwert unter den Schwellenwert für die Energiezufuhr fällt, so beendet die Energiespeichersteuerung 16 die Erzeugung des an den Energiespeicher 14 gehenden Energiezuführbefehls und veranlasst den Energiespeicher 14, den Energiezuführvorgang von Gleichstromleistung an den Gleichstromzwischenkreis 4 zu beenden. Wenn die Energiespeichersteuerung 16 des Weiteren feststellt, dass der Leistungsaufnahme-Schätzwert unter den Schwellenwert für die Energiespeicherung fällt, so gibt die Energiespeichersteuerung 16 einen Energiespeicherbefehl an den Energiespeicher 14 aus und steuert den Energiespeicher 14 an, wodurch der Energiespeicher 14 veranlasst wird, Gleichstromleistung aus dem Gleichstromzwischenkreis 4 zu speichern. Wenn anschließend die Energiespeichersteuerung 16 feststellt, dass der Leistungsaufnahme-Schätzwert den Schwellenwert für die Energiespeicherung überschreitet, so beendet die Energiespeichersteuerung 16 die Erzeugung des an den Energiespeicher 14 gehenden Energiespeicherbefehls und veranlasst den Energiespeicher 14 den Energiespeichervorgang von Gleichstromleistung aus dem Gleichstromzwischenkreis 4 zu beenden. Bezugnehmend auf 9A bis 9C und 10A bis 10C, werden Betriebsbeispiele für die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 und die Energiespeichersteuerung 16 in einem Zeitbereich A in 8 vor und nach einem Zeitpunkt, zu dem der Leistungsaufnahme-Schätzwert den Schwellenwert für die Energiezufuhr überschreitet, und in einem Zeitbereich B in 8 vor und nach einem Zeitpunkt, zu dem der Leistungsaufnahme-Schätzwert unter den Schwellenwert für die Energiespeicherung fällt, ausführlicher beschrieben.
9A bis 9C sind Ansichten, die Betriebsbeispiele für die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit und die Energiespeichersteuerung darstellen, und zwar zu Zeiten vor und nach dem Überschreiten des Schwellenwerts für die Energiezufuhr durch den Leistungsaufnahme-Schätzwert in der Motorantriebsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Wie in 9A dargestellt, werden, wenn der aktuelle Zeitpunkt t₁₂ ist, der Gradient α und der Spurpunkt β in Gleichung 1 auf der Grundlage der Gesamtleistungsaufnahme berechnet, die von der Leistungsaufnahme-Berechnungseinheit 21 vor dem Zeitpunkt t₁₂ berechnet und in der Leistungsaufnahme-Speichereinheit 22 gespeichert wird, und ein Leistungsaufnahme-Schätzwert wird berechnet, indem die Variable t in Gleichung 1 durch den Zeitpunkt t₁₂ + T_x, der um eine vorgegebene Zeit T_x nach dem Zeitpunkt t₁₂ des aktuellen Zeitpunkts liegt, ersetzt wird. Dann vergleicht die Energiespeichersteuerung 16 den Leistungsaufnahme-Schätzwert mit dem Schwellenwert für die Energiezufuhr. Da, wie in 9A dargestellt ist, der Leistungsaufnahme-Schätzwert den Schwellenwert für die Energiezufuhr zum Zeitpunkt t₁₂ nicht überschreitet, erzeugt die Energiespeichersteuerung 16 weder den Energiezuführbefehl noch führt sie eine Energiezuführsteuerung für den Energiespeicher 14 aus.
Wenn die Zeit weiter fortschreitet und der aktuelle Zeitpunkt t₁₃ geworden ist, wie in 9B dargestellt, so werden der Gradient α und der Spurpunkt β in Gleichung 1 auf der Grundlage der Gesamtleistungsaufnahme berechnet, die von der Leistungsaufnahme-Berechnungseinheit 21 vor dem Zeitpunkt t₁₃ berechnet und in der Leistungsaufnahme-Speichereinheit 22 gespeichert wird, und ein Leistungsaufnahme-Schätzwert wird berechnet, indem die Variable t in Gleichung 1 durch den Zeitpunkt t₁₃ + T_x, der um die vorgegebene Zeit T_x nach dem Zeitpunkt t₁₃ des aktuellen Zeitpunkts liegt, ersetzt wird. Dann vergleicht die Energiespeichersteuerung 16 den Leistungsaufnahme-Schätzwert mit dem Schwellenwert für die Energiezufuhr. Da, wie in 9B dargestellt ist, der Leistungsaufnahme-Schätzwert den Schwellenwert für die Energiezufuhr zum Zeitpunkt t₁₃ überschreitet, gibt die Energiespeichersteuerung 16 den Energiezuführbefehl an den Energiespeicher 14 aus.
Wenn die Zeit weiter fortschreitet und der aktuelle Zeitpunkt t₁₄ geworden ist, wie in 9C dargestellt, so werden der Gradient α und der Spurpunkt β in Gleichung 1 auf der Grundlage der Gesamtleistungsaufnahme berechnet, die von der Leistungsaufnahme-Berechnungseinheit 21 vor dem Zeitpunkt t₁₄ berechnet und in der Leistungsaufnahme-Speichereinheit 22 gespeichert wird, und ein Leistungsaufnahme-Schätzwert wird berechnet, indem die Variable t in Gleichung 1 durch den Zeitpunkt t₁₄ + T_x, der um die vorgegebene Zeit T_x nach dem Zeitpunkt t₁₄ des aktuellen Zeitpunkts liegt, ersetzt wird. Dann vergleicht die Energiespeichersteuerung 16 den Leistungsaufnahme-Schätzwert mit dem Schwellenwert für die Energiezufuhr. Da, wie in 9C dargestellt ist, der Leistungsaufnahme-Schätzwert den Schwellenwert für die Energiezufuhr zum Zeitpunkt t₁₄ immer noch überschreitet, gibt die Energiespeichersteuerung 16 den Energiezuführbefehl an den Energiespeicher 14 aus.
10A bis 10C sind Ansichten, die Betriebsbeispiele für die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit und die Energiespeichersteuerung darstellen, und zwar zu Zeiten vor und nach dem Unterschreiten des Schwellenwerts für die Energiespeicherung durch den Leistungsaufnahme-Schätzwert in der Motorantriebsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Wie in 10A dargestellt, werden, wenn der aktuelle Zeitpunkt t₁₂ ist, der Gradient α und der Spurpunkt β in Gleichung 1 auf der Grundlage der Gesamtleistungsaufnahme berechnet, die von der Leistungsaufnahme-Berechnungseinheit 21 vor dem Zeitpunkt t₁₂ berechnet und in der Leistungsaufnahme-Speichereinheit 22 gespeichert wird, und ein Leistungsaufnahme-Schätzwert wird berechnet, indem die Variable t in Gleichung 1 durch den Zeitpunkt t₁₂ + T_x, der um eine vorgegebene Zeit T_x nach dem Zeitpunkt t₁₂ des aktuellen Zeitpunkts liegt, ersetzt wird. Dann vergleicht die Energiespeichersteuerung 16 den Leistungsaufnahme-Schätzwert mit dem Schwellenwert für die Energiespeicherung. Da, wie in 10A dargestellt ist, der Leistungsaufnahme-Schätzwert den Schwellenwert für die Energiespeicherung zum Zeitpunkt t₁₂ nicht unterschreitet, erzeugt die Energiespeichersteuerung 16 weder den Energiespeicherbefehl noch führt sie eine Steuerung der Energiespeicherung für den Energiespeicher 14 aus.
Wenn die Zeit weiter fortschreitet und der aktuelle Zeitpunkt t₁₃ geworden ist, wie in 10B dargestellt, so werden der Gradient α und der Spurpunkt β in Gleichung 1 auf der Grundlage der Gesamtleistungsaufnahme berechnet, die von der Leistungsaufnahme-Berechnungseinheit 21 vor dem Zeitpunkt t₁₃ berechnet und in der Leistungsaufnahme-Speichereinheit 22 gespeichert wird, und ein Leistungsaufnahme-Schätzwert wird berechnet, indem die Variable t in Gleichung 1 durch den Zeitpunkt t₁₃ + T_x, der um die vorgegebene Zeit T_x nach dem Zeitpunkt t₁₃ des aktuellen Zeitpunkts liegt, ersetzt wird. Dann vergleicht die Energiespeichersteuerung 16 den Leistungsaufnahme-Schätzwert mit dem Schwellenwert für die Energiespeicherung. Da, wie in 10B dargestellt ist, der Leistungsaufnahme-Schätzwert den Schwellenwert für die Energiespeicherung zum Zeitpunkt t₁₃ unterschreitet, gibt die Energiespeichersteuerung 16 den Energiespeicherbefehl an den Energiespeicher 14 aus.
Wenn die Zeit weiter fortschreitet und der aktuelle Zeitpunkt t₁₄ geworden ist, wie in 10C dargestellt, so werden der Gradient α und der Spurpunkt β in Gleichung 1 auf der Grundlage der Gesamtleistungsaufnahme berechnet, die von der Leistungsaufnahme-Berechnungseinheit 21 vor dem Zeitpunkt t₁₄ berechnet und in der Leistungsaufnahme-Speichereinheit 22 gespeichert wird, und ein Leistungsaufnahme-Schätzwert wird berechnet, indem die Variable t in Gleichung 1 durch den Zeitpunkt t₁₄ + T_x, der um die vorgegebene Zeit T_x nach dem Zeitpunkt t₁₄ des aktuellen Zeitpunkts liegt, ersetzt wird. Dann vergleicht die Energiespeichersteuerung 16 den Leistungsaufnahme-Schätzwert mit dem Schwellenwert für die Energiespeicherung. Da, wie in 10C dargestellt ist, der Leistungsaufnahme-Schätzwert den Schwellenwert für die Energiespeicherung zum Zeitpunkt t₁₄ immer noch unterschreitet, gibt die Energiespeichersteuerung 16 den Energiespeicherbefehl an den Energiespeicher 14 aus.
11 ist eine Ansicht, die exemplarisch eine Beziehung zwischen einer Gesamtleistungsaufnahme und einem Betrieb eines Schwungrad-Energiespeichers in der Motorantriebsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt. Ein oberster Teil der 11 stellt eine Gesamtleistungsaufnahme dar, die als Summe einer Ausgangsleistung des Servomotors für Antrieb 3, eines Wicklungsverlusts im Servomotor für Antrieb 3, eines Verlusts im Wandler 11 und eines Verlusts im Wechselrichter für Antrieb 12 berechnet wird; ein zweiter Teil von oben gesehen in 11 stellt eine Leistung des Schwungrad-Energiespeichers 14 dar; ein dritter Teil von oben gesehen in 11 stellt einen Drehmomentbefehl an den Servomotor für Puffer 42 und ein Ist-Drehmoment des Servomotors für Puffer 42 dar; und ein unterster Teil von 11 stellt eine Geschwindigkeit des Servomotors für Puffer 42 dar.
Es wird nun ein Beispiel betrachtet, bei dem die Gesamtleistungsaufnahme durch Beschleunigung des Servomotors für Antrieb 3 durch die den Schwungrad-Energiespeicher 14 aufweisende Motorantriebsvorrichtung 1 und anschließendes Abbremsen des Servomotors für Antrieb 3 zum Zeitpunkt t₂ variiert.
Wie oben beschrieben, wird bei der vorliegenden Ausführungsform durch Berücksichtigung der Ansprechverzögerungszeit von dem Zeitpunkt, zu dem die Energiespeichersteuerung 16 einen Energiezuführbefehl oder einen Energiespeicherbefehl an den Energiespeicher 14 ausgibt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Energiespeicher 14 tatsächlich mit der Energiezufuhr oder der Energiespeicherung beginnt, eine Gesamtleistungsaufnahme zu einem Zeitpunkt, der um eine „der Ansprechverzögerungszeit entsprechende Zeit T_x“ nach dem aktuellen Zeitpunkt liegt, aus bekannten Daten geschätzt, die sich auf einen Gesamtleistungsaufnahme vor dem aktuellen Zeitpunkt beziehen, und die Energiespeichersteuerung 16 steuert die Energiezufuhr und die Energiespeicherung des Energiespeichers 14 auf der Grundlage des Ergebnisses eines Vergleichs zwischen dem Schätzwert der Gesamtleistungsaufnahme und einem Schwellenwert für die Energiezufuhr und einem Schwellenwert für die Energiespeicherung. Wenn in 11 der Servomotor für Antrieb 3 allmählich beschleunigt wird und die Gesamtleistungsaufnahme z.B. zum Zeitpunkt t₁ den Schwellenwert für die Energiezufuhr überschreitet, schätzt die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 die Gesamtleistungsaufnahme zum Zeitpunkt t₁, zum Zeitpunkt des Zeitaugenblicks t₁'', der um eine vorgegebene Zeit T_x früher als der Zeitpunkt t₁ liegt, und gibt die geschätzte Gesamtleistungsaufnahme als „Leistungsaufnahme-Schätzwert“ aus. Zum Zeitaugenblick t₁"vergleicht die Energiespeichersteuerung 16 den Leistungsaufnahme-Schätzwert und den Schwellenwert für die Energiezufuhr, und da der Leistungsaufnahme-Schätzwert den Schwellenwert für die Energiezufuhr überschreitet, gibt die Energiespeichersteuerung 16 einen Energiezuführbefehl an den Energiespeicher 14 aus. Auf der Grundlage des Energiezuführbefehls wird ein an den Servomotor für Puffer 42 gehender Drehmomentbefehl erzeugt. Da der Energiespeicher 14 die Energiezufuhr tatsächlich mit einer Verzögerung um die vorgegebene Zeit T_x ab dem Zeitpunkt, zu dem die Energiespeichersteuerung 16 den Energiezuführbefehl an den Energiespeicher 14 ausgibt, beginnt, folgt das tatsächliche Drehmoment des Servomotors für Puffer 42 dem Drehmomentbefehl mit einer Verzögerung um die vorgegebene Zeit T_x. Mit anderen Worten, beginnt der Energiespeicher 14 die Zufuhr von Gleichstromleistung an den Gleichstromzwischenkreis 4 zu einem Zeitpunkt t₁, der um die vorgegebene Zeit T_x nach dem Zeitaugenblick t₁"liegt, zu dem die Energiespeichersteuerung 16 den Energiezuführbefehl ausgibt. Dadurch wird ab dem Zeitpunkt t₁ der Teil der Gesamtleistungsaufnahme, der den Schwellenwert für die Energiezufuhr überschreitet, durch die vom Energiespeicher 14 an den Gleichstromzwischenkreis 4 zugeführte Gleichstromleistung ergänzt und eine Leistungsspitze der Wechselstromleistungsquelle 2 wird abgeschnitten.
Wenn der Servomotor für Antrieb 3 abgebremst wird und die Gesamtleistungsaufnahme zum Zeitpunkt t₂ den Schwellenwert für die Energiespeicherung unterschreitet, schätzt die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 die Gesamtleistungsaufnahme zum Zeitpunkt t₂, zum Zeitpunkt des Zeitaugenblicks t₂", der um die vorgegebene Zeit T_x früher als der Zeitpunkt t₂ liegt, und gibt die geschätzte Gesamtleistungsaufnahme als „Leistungsaufnahme-Schätzwert“ aus. Zum Zeitaugenblick t₂"vergleicht die Energiespeichersteuerung 16 den Leistungsaufnahme-Schätzwert und den Schwellenwert für die Energiespeicherung, und da der Leistungsaufnahme-Schätzwert den Schwellenwert für die Energiespeicherung unterschreitet, gibt die Energiespeichersteuerung 16 einen Energiespeicherbefehl an den Energiespeicher 14 aus. Auf der Grundlage des Energiespeicherbefehls wird ein an den Servomotor für Puffer 42 gehender Drehmomentbefehl erzeugt. Da der Energiespeicher 14 die Energiespeicherung tatsächlich mit einer Verzögerung um die vorgegebene Zeit T_x ab dem Zeitpunkt, zu dem die Energiespeichersteuerung 16 den Energiespeicherbefehl an den Energiespeicher 14 ausgibt, beginnt, folgt das tatsächliche Drehmoment des Servomotors für Puffer 42 dem Drehmomentbefehl mit einer Verzögerung um die vorgegebene Zeit T_x. Mit anderen Worten, beginnt der Energiespeicher 14 die Speicherung von Gleichstromleistung vom Gleichstromzwischenkreis 4 zu einem Zeitpunkt t₂, der um die vorgegebene Zeit T_x nach dem Zeitaugenblick t₂"liegt, zu dem die Energiespeichersteuerung 16 den Energiespeicherbefehl ausgibt. Dadurch wird ab dem Zeitpunkt t₂ die Leistung, die einer Differenz zwischen der Gesamtaufnahmeleistung (zeigt einen negativen Wert an, da die Gesamtleistungsaufnahme die Rückspeiseleistung des Servomotors für Antrieb 3 ist) und dem Schwellenwert für die Energiespeicherung entspricht, vom Gleichstromzwischenkreis 4 in den Energiespeicher 14 gespeichert, und eine Leistungsspitze der Wechselstromleistungsquelle 2 wird abgeschnitten.
12 ist eine Ansicht, die exemplarisch eine Beziehung zwischen einer Gesamtleistungsaufnahme und einem Betrieb eines Schwungrad-Energiespeichers in einer herkömmlichen Motorantriebsvorrichtung, bei der eine Ansprechverzögerung eines Energiespeichers nicht berücksichtigt wird, darstellt. Ein oberster Teil der 12 stellt eine Gesamtleistungsaufnahme dar, die als Summe einer Ausgangsleistung des Servomotors für Antrieb, eines Wicklungsverlusts im Servomotor für Antrieb, eines Verlusts im Wandler und eines Verlusts im Wechselrichter für Antrieb berechnet wird; ein zweiter Teil von oben gesehen in 12 stellt eine Leistung des Schwungrad-Energiespeichers dar; ein dritter Teil von oben gesehen in 12 stellt einen Drehmomentbefehl an den Servomotor für Puffer und ein Ist-Drehmoment des Servomotors für Puffer dar; und ein unterster Teil von 12 stellt eine Geschwindigkeit des Servomotors für Puffer dar.
In 12 wird ein Beispiel betrachtet, bei dem die Gesamtleistungsaufnahme durch Beschleunigung des Servomotors für Antrieb durch die herkömmliche Motorantriebsvorrichtung und durch anschließendes Abbremsen des Servomotors für Antrieb 3 zum Zeitpunkt t₂ variiert, und zwar im gleichen Betriebsmuster wie im Fall von 11, ohne die Ansprechverzögerung des Energiespeichers zu berücksichtigen.
Wenn in 12 der Servomotor für Antrieb allmählich beschleunigt wird und die Gesamtleistungsaufnahme z.B. zum Zeitpunkt t₁ den Schwellenwert für die Energiezufuhr überschreitet, so gibt die Energiespeichersteuerung zum Zeitpunkt des Zeitpunkts t₁ einen Energiezuführbefehl an den Energiespeicher aus. Auf der Grundlage des Energiezuführbefehls wird ein an den Servomotor für Puffer gehender Drehmomentbefehl erzeugt. Da der Energiespeicher die Energiezufuhr tatsächlich mit einer Ansprechverzögerungszeit T_x von dem Zeitpunkt, zu dem der Energiespeicher den Energiezuführbefehl erhält, beginnt, folgt das tatsächliche Drehmoment des Servomotors für Puffer dem Drehmomentbefehl mit einer Verzögerung um die vorgegebene Zeit T_x. Mit anderen Worten, beginnt der Energiespeicher die Zufuhr von Gleichstromleistung an den Gleichstromzwischenkreis zu einem Zeitpunkt t₁', der um die vorgegebene Zeit T_x nach dem Zeitpunkt t₁ liegt, zu dem die Energiespeichersteuerung den Energiezuführbefehl ausgibt. Dadurch wird ab dem Zeitpunkt t₁' der Teil der Gesamtleistungsaufnahme, der den Schwellenwert für die Energiezufuhr überschreitet, durch die vom Energiespeicher an den Gleichstromzwischenkreis zugeführte Gleichstromleistung ergänzt und eine Leistungsspitze der Wechselstromleistungsquelle wird abgeschnitten. Da jedoch der Beginn der Energiezufuhr aufgrund der Ansprechverzögerung des Energiespeichers verzögert wird, wird der Teil der Gesamtleistungsaufnahme, der den Schwellenwert für die Energiezufuhr überschreitet, in einem Zeitbereich zwischen dem Zeitpunkt t₁ und dem Zeitpunkt t₁' nicht abgeschnitten, obwohl die Gesamtleistungsaufnahme den Schwellenwert für die Energiezufuhr zum Zeitpunkt t₁ überschreitet.
Wenn in 12 der Servomotor für Antrieb abgebremst wird und die Gesamtleistungsaufnahme zum Zeitpunkt t₂ den Schwellenwert für die Energiespeicherung unterschreitet, gibt die Energiespeichersteuerung einen Energiespeicherbefehl an den Energiespeicher aus. Auf der Grundlage des Energiespeicherbefehls wird ein an den Servomotor für Puffer gehender Drehmomentbefehl erzeugt. Da der Energiespeicher die Energiespeicherung tatsächlich mit einer Ansprechverzögerungszeit T_x von dem Zeitpunkt, zu dem der Energiespeicher den Energiespeicherbefehl erhält, beginnt, folgt das tatsächliche Drehmoment des Servomotors für Puffer dem Drehmomentbefehl mit einer Verzögerung um die vorgegebene Zeit T_x. Mit anderen Worten, beginnt der Energiespeicher die Speicherung von Gleichstromleistung vom Gleichstromzwischenkreis zu einem Zeitpunkt t₂, der um die vorgegebene Zeit T_x nach dem Zeitpunkt t₂ liegt, zu dem die Energiespeichersteuerung den Energiespeicherbefehl ausgibt. Dadurch wird ab dem Zeitpunkt t₂' die Leistung, die einer Differenz zwischen der Gesamtaufnahmeleistung (zeigt einen negativen Wert an, da die Gesamtleistungsaufnahme die Rückspeiseleistung des Servomotors für Antrieb ist) und dem Schwellenwert für die Energiespeicherung entspricht, vom Gleichstromzwischenkreis in den Energiespeicher gespeichert, und eine Leistungsspitze der Leistungsquelleneinrichtung wird abgeschnitten. Da jedoch der Beginn der Energiespeicherung aufgrund der Ansprechverzögerung des Energiespeichers verzögert wird, wird eine Gesamtleistungsaufnahme, die der Differenz zwischen der Gesamtleistungsaufnahme und dem Schwellenwert für die Speicherung entspricht, in einem Zeitbereich zwischen dem Zeitpunkt t₂ und dem Zeitpunkt t₃, zu dem die Gesamtleistungsaufnahme den Schwellenwert für die Energiespeicherung überschreitet, nicht abgeschnitten, obwohl die Gesamtleistungsaufnahme den Schwellenwert für die Energiespeicherung zum Zeitpunkt t₂ unterschreitet. Da ein Betrieb vom dem Zeitpunkt t₅ an dem Betrieb bis zum Zeitpunkt t₄ entspricht, wird auf eine Beschreibung verzichtet.
Wie bezugnehmend auf 12 beschrieben, gelingt es möglicherweise mit herkömmlichen Mitteln nicht, die Leistungsspitze zu reduzieren, aufgrund der Ansprechverzögerung in dem Zeitbereich von der Ausgabe des Energiezuführbefehls oder des Energiespeicherbefehls an den Energiespeicher bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Energiespeicher tatsächlich mit dem Energiezuführvorgang oder dem Energiespeichervorgang beginnt.
Im Gegensatz dazu wird nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung durch Berücksichtigung der Ansprechverzögerungszeit von dem Zeitpunkt, zu dem die Energiespeichersteuerung 16 einen Energiezuführbefehl oder einen Energiespeicherbefehl an den Energiespeicher 14 ausgibt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Energiespeicher 14 tatsächlich mit der Energiezufuhr oder der Energiespeicherung beginnt, eine Gesamtleistungsaufnahme zu einem Zeitpunkt, der um die „der Ansprechverzögerungszeit entsprechende Zeit“ nach dem aktuellen Zeitpunkt liegt, aus bekannten Daten geschätzt, die sich auf einen Gesamtleistungsaufnahme vor dem aktuellen Zeitpunkt beziehen, und die Energiespeichersteuerung 16 steuert die Energiezufuhr und die Energiespeicherung des Energiespeichers 14 auf der Grundlage des Ergebnisses eines Vergleichs zwischen dem Schätzwert der Gesamtleistungsaufnahme und dem Schwellenwert für die Energiezufuhr und dem Schwellenwert für die Energiespeicherung, und somit kann die Leistungsspitze zuverlässig reduziert werden.
Wie oben beschrieben, wird die „Ansprechverzögerungszeit vom Zeitpunkt, zu dem die Energiespeichersteuerung 16 einen Energiezuführbefehl oder einen Energiespeicherbefehl an den Energiespeicher 14 ausgibt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Energiespeicher 14 tatsächlich mit der Energiezufuhr oder der Energiespeicherung beginnt“, als die oben beschriebene „vorgegebene Zeit“ festgelegt, die verwendet wird, wenn die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 den Leistungsaufnahme-Schätzwert berechnet. Die Ansprechverzögerungszeit von dem Zeitpunkt, zu dem die Energiespeichersteuerung 16 einen Energiezuführbefehl oder einen Energiespeicherbefehl an den Energiespeicher 14 ausgibt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Energiespeicher 14 tatsächlich mit der Energiezufuhr oder der Energiespeicherung beginnt, kann im Voraus gemessen werden, oder sie kann in Echtzeit durch Bereitstellung einer Messeinheit gemessen werden. 13 ist ein Blockschaltbild, das die Motorantriebsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt, die eine die Ansprechverzögerungszeit des Energiespeichers messende Messeinheit aufweist. Die Energiespeichersteuerung 16 weist eine Messeinheit 38 auf, die die Ansprechverzögerungszeit von dem Zeitpunkt, zu dem die Energiespeichersteuerung 16 einen Energiezuführbefehl oder einen Energiespeicherbefehl an den Energiespeicher 14 ausgibt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Energiespeicher 14 tatsächlich mit der Energiezufuhr oder der Energiespeicherung beginnt, misst. Die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 schätzt eine Gesamtleistungsaufnahme zu einem Zeitpunkt, der um mindestens die von der Messeinheit 38 gemessene „der Ansprechverzögerungszeit entsprechende Zeit“ nach dem aktuellen Zeitpunkt liegt, und gibt den Schätzwert der Gesamtleistungsaufnahme als Leistungsaufnahme-Schätzwert aus.
Als nächstes werden die Leistungsaufnahme-Schätzeinheiten 15 nach der zweiten bis vierten Betriebsart beschrieben. Jede der Leistungsaufnahme-Schätzeinheiten 15 nach der zweiten bis vierten Betriebsart berechnet einen Schätzwert für die Ausgangsleistung der Servomotoren für Antrieb, bei dem es sich um einen Schätzwert handelt, der um eine vorgegebene Zeit später als ein Ausgangsleistungswert der Servomotoren für Antrieb 3 zum aktuellen Zeitpunkt liegt, und berechnet einen Leistungsaufnahme-Schätzwert, der den Schätzwert für die Ausgangsleistung der Servomotoren für Antrieb enthält.
14 ist ein Blockschaltbild, das die Motorantriebsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt, die eine Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 nach der zweiten Betriebsart aufweist.
Die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 nach der zweiten Betriebsart weist eine Ausgangsleistung-Schätzeinheit 24 auf, die einen Schätzwert für die Ausgangsleistung der Servomotoren für Antrieb erfasst, bei dem es sich um einen Schätzwert zu einem Zeitpunkt handelt, der um eine vorgegebene Zeit später als ein Ausgangsleistungswert der Servomotoren für Antrieb 3 zum aktuellen Zeitpunkt liegt; und eine Leistungsaufnahme-Schätzwert-Berechnungseinheit 25, die einen Leistungsaufnahme-Schätzwert berechnet, der mindestens den Schätzwert für die Ausgangsleistung der Servomotoren für Antrieb enthält.
In der zweiten Betriebsart weist die Ausgangsleistung-Schätzeinheit 24 eine Drehmomenterfassungseinheit 31, eine Drehmomentspeichereinheit 32, eine Drehmomentschätzwert-Berechnungseinheit 33, eine Geschwindigkeitserfassungseinheit 34 und eine Ausgangsleistungsschätzwert-Berechnungseinheit 37 auf.
Die Drehmomenterfassungseinheit 31 erfasst einen Drehmomentwert der Servomotoren für Antrieb 3 von der Motorsteuerung für Antrieb 13.
Die Drehmomentspeichereinheit 32 speichert den von der Drehmomenterfassungseinheit 31 erfassten Drehmomentwert. Die Drehmomentspeichereinheit 32 besteht beispielsweise aus einem elektrisch löschbaren, programmierbaren, nichtflüchtigen Speicher, wie z.B. einem EEPROM (Warenzeichen), oder einem Direktzugriffsspeicher, der mit hoher Geschwindigkeit ausgelesen und beschrieben werden kann, wie z.B. ein DRAM oder ein SRAM.
Die Geschwindigkeitserfassungseinheit 34 erfasst einen Geschwindigkeitswert der Servomotoren für Antrieb 3 von den Geschwindigkeitsdetektoren 52.
Die Drehmomentschätzwert-Berechnungseinheit 33 berechnet einen Drehmomentschätzwert, bei dem es sich um einen Schätzwert handelt, der um eine vorgegebene Zeit später als ein Drehmomentwert zum aktuellen Zeitpunkt liegt, und zwar auf der Grundlage von mindestens zwei Drehmomentwerten zum oder vor dem aktuellen Zeitpunkt, wobei die mindestens zwei Drehmomentwerte in der Drehmomentspeichereinheit 32 gespeichert sind. Hinsichtlich des Drehmomentschätzwertes wird beispielsweise eine angenäherte Gerade berechnet, unter Verwendung von mindestens zwei Drehmomentwerten zum oder vor dem aktuellen Zeitpunkt, wobei die mindestens zwei Drehmomentwerte in der Drehmomentspeichereinheit 32 gespeichert sind, und ein Drehmoment zu einem Zeitpunkt, der um die vorgegebene Zeit nach dem aktuellen Zeitpunkt liegt, geschätzt wird.
15 ist eine Ansicht, die exemplarisch eine Variation eines Drehmoments eines Servomotors für Antrieb darstellt. 16A bis 16C sind Ansichten zur Erläuterung der Berechnung eines Drehmomentschätzwertes des Servomotors für Antrieb nahe eines Bereichs C in 15.
Der Drehmomentschätzwert kann berechnet werden, indem eine angenäherte Gerade, ausgedrückt durch Gleichung 1, zur Berechnung eines Schätzwertes verwendet wird, was unter Bezugnahme auf 6A und 6B beschrieben wurde. Wenn beispielsweise die Methode der kleinsten Quadrate zur Berechnung des Drehmomentschätzwertes verwendet wird, wie unter Bezugnahme auf 6A beschrieben, so kann, auf der Grundlage der Methode der kleinsten Quadrate, der Gradient α der durch die Gleichung 1 ausgedrückten angenäherten Geraden zur Berechnung des Drehmomentschätzwertes unter Verwendung von Gleichung 2 berechnet werden, und der Spurpunkt β kann, auf der Grundlage von drei in der Drehmomentspeichereinheit 32 gespeicherten Drehmomentwerten zum oder vor dem aktuellen Zeitpunkt, unter Verwendung von Gleichung 3 berechnet werden. Wenn zum Beispiel die lineare Approximation zur Berechnung des Drehmomentschätzwertes verwendet wird, wie unter Bezugnahme auf 6B beschrieben, so kann der Gradient α der durch die Gleichung 1 ausgedrückten angenäherten Geraden zur Berechnung des Drehmomentschätzwertes auf der Grundlage der linearen Approximation unter Verwendung von Gleichung 4 berechnet werden, und der Spurpunkt β kann unter Verwendung von Gleichung 5 berechnet werden, und zwar auf der Grundlage von zwei Drehmomentwerten zum oder vor dem aktuellen Zeitpunkt, die in der Drehmomentspeichereinheit 32 gespeichert sind. Wenn ein Zeitpunkt, der um eine vorgegebene Zeit nach dem aktuellen Zeitpunkt liegt, in die durch die Gleichung 1 angegebene angenäherte Gerade, die wie oben beschrieben berechnet wird, eingesetzt wird, so kann ein Drehmomentschätzwert zu dem Zeitpunkt, der um die vorgegebene Zeit später liegt, berechnet werden. Die in der Ausgangsleistung-Schätzeinheit 24 vorgesehene Drehmomentschätzwert-Berechnungseinheit 33 berechnet den Drehmomentschätzwert in jedem Steuerzyklus gemäß dem oben beschriebenen seriellen Prozess.
Wenn z.B., wie in 16A dargestellt, der aktuelle Zeitpunkt t₁₂ ist, so werden der Gradient α und der Spurpunkt β in Gleichung 1 auf der Grundlage des Drehmomentwertes, der durch die Drehmomenterfassungseinheit 31 vor dem Zeitpunkt t₁₂ erfasst und in der Drehmomentspeichereinheit 32 gespeichert wird, berechnet, und ein Drehmomentschätzwert wird berechnet, indem die Variable t in Gleichung 1 durch einen Zeitpunkt t₁₂ + T_x, der um eine vorgegeben Zeit T_x nach dem Zeitpunkt t₁₂ des aktuellen Zeitpunkts liegt, ersetzt wird. Wenn die Zeit weiter fortschreitet und der aktuelle Zeitpunkt t₁₃ geworden ist, wie in 16 dargestellt, so werden der Gradient α und der Spurpunkt β in Gleichung 1 auf der Grundlage des Drehmomentwertes berechnet, der von der Drehmomenterfassungseinheit 31 vor dem Zeitpunkt t₁₃ erfasst und in der Drehmomentspeichereinheit 32 gespeichert wird, und ein Drehmomentschätzwert wird berechnet, indem die Variable t in Gleichung 1 durch den Zeitpunkt t₁₃ + T_x, der um die vorgegebene Zeit T_x nach dem Zeitpunkt t₁₃ des aktuellen Zeitpunkts liegt, ersetzt wird. Wenn die Zeit weiter fortschreitet und der aktuelle Zeitpunkt t₁₄ geworden ist, wie in 16C dargestellt, so werden der Gradient α und der Spurpunkt β in Gleichung 1 auf der Grundlage des Drehmomentwertes berechnet, der von der Drehmomenterfassungseinheit 31 vor dem Zeitpunkt t₁₄ erfasst und in der Drehmomentspeichereinheit 32 gespeichert wird, und ein Drehmomentschätzwert wird berechnet, indem die Variable t in Gleichung 1 durch den Zeitpunkt t₁₄ + T_x, der um die vorgegebene Zeit T_x nach dem Zeitpunkt t₁₄ des aktuellen Zeitpunkts liegt, ersetzt wird.
Die Ausgangsleistungsschätzwert-Berechnungseinheit 37 berechnet einen Schätzwert für die Ausgangsleistung der Servomotoren für Antrieb durch Multiplikation des Drehmomentschätzwertes, der von der Drehmomentschätzwert-Berechnungseinheit 33 wie oben beschrieben berechnet wird, mit dem Geschwindigkeitswert zum aktuellen Zeitpunkt, der durch die Geschwindigkeitserfassungseinheit 34 erfasst wird.
Die Leistungsaufnahme-Schätzwert-Berechnungseinheit 25 berechnet einen Leistungsaufnahme-Schätzwert, der zumindest den von der Ausgangsleistungsschätzwert-Berechnungseinheit 37 berechneten Schätzwert für die Ausgangsleistung der Servomotoren für Antrieb enthält. Mit anderen Worten berechnet die Leistungsaufnahme-Schätzwert-Berechnungseinheit 25 den Leistungsaufnahme-Schätzwert, indem sie den von der Ausgangsleistungsschätzwert-Berechnungseinheit 37 berechneten Schätzwert für die Ausgangsleistung der Servomotoren für Antrieb, den Wicklungsverlust im Servomotor für Antrieb 3, den Verlust im Wandler 11 und den Verlust in den Wechselrichtern für Antrieb 12 addiert.
17 ist ein Blockschaltbild, das die Motorantriebsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt, die eine Leistungsaufnahme-Schätzeinheit nach der dritten Betriebsart aufweist.
Die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 nach der dritten Betriebsart weist eine Ausgangsleistung-Schätzeinheit 24 auf, die einen Schätzwert für die Ausgangsleistung der Servomotoren für Antrieb erfasst, der ein Schätzwert zu einem Zeitpunkt ist, der um eine vorgegebene Zeit später als ein Ausgangsleistungswert der Servomotoren für Antrieb 3 zum aktuellen Zeitpunkt liegt; und eine Leistungsaufnahme-Schätzwert-Berechnungseinheit 25, die einen Leistungsaufnahme-Schätzwert berechnet, der zumindest den Schätzwert für die Ausgangsleistung der Servomotoren für Antrieb enthält.
In der dritten Betriebsart weist die Ausgangsleistung-Schätzeinheit 24 eine Drehmomenterfassungseinheit 31, eine Geschwindigkeitserfassungseinheit 34, eine Geschwindigkeitsspeichereinheit 35, eine Geschwindigkeitsschätzwert-Berechnungseinheit 36 und eine Ausgangsleistungsschätzwert-Berechnungseinheit 37 auf.
Die Drehmomenterfassungseinheit 31 erfasst einen Drehmomentwert der Servomotoren für Antrieb 3 von der Motorsteuerung für Antrieb 13.
Die Geschwindigkeitserfassungseinheit 34 erfasst einen Geschwindigkeitswert der Servomotoren für Antrieb 3 von den Geschwindigkeitsdetektoren 52.
Die Geschwindigkeitsspeichereinheit 35 speichert den von der Geschwindigkeitserfassungseinheit 34 erfassten Geschwindigkeitswert der Servomotoren für Antrieb 3. Die Geschwindigkeitsspeichereinheit 35 besteht beispielsweise aus einem elektrisch löschbaren, programmierbaren, nichtflüchtigen Speicher, wie z.B. einem EEPROM (Warenzeichen), oder einem Direktzugriffsspeicher, der mit hoher Geschwindigkeit ausgelesen und beschrieben werden kann, wie z.B. ein DRAM oder ein SRAM.
Die Geschwindigkeitsschätzwert-Berechnungseinheit 36 berechnet einen Geschwindigkeitsschätzwert, bei dem es sich um einen Schätzwert handelt, der um eine vorgegebene Zeit später als ein Geschwindigkeitswert zum aktuellen Zeitpunkt liegt, und zwar auf der Grundlage von mindestens zwei Geschwindigkeitswerten zum oder vor dem aktuellen Zeitpunkt, wobei die mindestens zwei Geschwindigkeitswerte in der Geschwindigkeitsspeichereinheit 35 gespeichert sind. Hinsichtlich des Geschwindigkeitsschätzwertes wird beispielsweise eine angenäherte Gerade berechnet, unter Verwendung von mindestens zwei Geschwindigkeitswerten zum oder vor dem aktuellen Zeitpunkt, wobei die mindestens zwei Geschwindigkeitswerte in der Geschwindigkeitsspeichereinheit 35 gespeichert sind, und eine Geschwindigkeit zu einem Zeitpunkt, der um eine vorgegebene Zeit nach dem aktuellen Zeitpunkt liegt, geschätzt wird.
18 ist eine Ansicht, die exemplarisch eine Veränderung in der Geschwindigkeit des Servomotors für Antrieb darstellt. 19A bis 19C sind Ansichten zur Erläuterung der Berechnung eines Geschwindigkeitsschätzwertes des Servomotors für Antrieb nahe eines Bereichs D in 18.
Der Geschwindigkeitsschätzwert kann berechnet werden, indem eine angenäherte Gerade, ausgedrückt durch Gleichung 1, zur Berechnung eines Schätzwertes verwendet wird, was unter Bezugnahme auf 6A und 6B beschrieben wurde. Wenn beispielsweise die Methode der kleinsten Quadrate zur Berechnung des Geschwindigkeitsschätzwertes verwendet wird, wie unter Bezugnahme auf 6A beschrieben, so kann, auf der Grundlage der Methode der kleinsten Quadrate, der Gradient α der durch die Gleichung 1 ausgedrückten angenäherten Geraden zur Berechnung des Geschwindigkeitsschätzwertes unter Verwendung von Gleichung 2 berechnet werden, und der Spurpunkt β kann, auf der Grundlage von drei in der Geschwindigkeitsspeichereinheit 35 gespeicherten Geschwindigkeitswerten zum oder vor dem aktuellen Zeitpunkt, unter Verwendung von Gleichung 3 berechnet werden. Wenn zum Beispiel die lineare Approximation zur Berechnung des Geschwindigkeitsschätzwertes verwendet wird, wie unter Bezugnahme auf 6B beschrieben, so kann der Gradient α der durch die Gleichung 1 ausgedrückten angenäherten Geraden zur Berechnung des Geschwindigkeitsschätzwertes auf der Grundlage der linearen Approximation unter Verwendung von Gleichung 4 berechnet werden, und der Spurpunkt β kann unter Verwendung von Gleichung 5 berechnet werden, und zwar auf der Grundlage von zwei Geschwindigkeitswerten zu oder vor dem aktuellen Zeitpunkt, die in der Geschwindigkeitsspeichereinheit 35 gespeichert sind. Wenn ein Zeitpunkt, der um eine vorgegebene Zeit nach dem aktuellen Zeitpunkt liegt, in die durch die Gleichung 1 angegebene angenäherte Gerade, die wie oben beschrieben berechnet wird, eingesetzt wird, so kann ein Geschwindigkeitsschätzwert zu dem Zeitpunkt, der um die vorgegebene Zeit später liegt, berechnet werden. Die in der Ausgangsleistung-Schätzeinheit 24 vorgesehene Geschwindigkeitsschätzwert-Berechnungseinheit 36 berechnet den Geschwindigkeitsschätzwert in jedem Steuerzyklus gemäß dem oben beschriebenen seriellen Prozess.
Wenn z.B., wie in 19A dargestellt, der aktuelle Zeitpunkt t₁₂ ist, so werden der Gradient α und der Spurpunkt β in Gleichung 1 auf der Grundlage des Geschwindigkeitswertes, der durch die Geschwindigkeitserfassungseinheit 34 vor dem Zeitpunkt t₁₂ erfasst und in der Geschwindigkeitsspeichereinheit 35 gespeichert wird, berechnet, und ein Geschwindigkeitsschätzwert wird berechnet, indem die Variable t in Gleichung 1 durch einen Zeitpunkt t₁₂ + T_x, der um eine vorgegeben Zeit T_x nach dem Zeitpunkt t₁₂ des aktuellen Zeitpunkts liegt, ersetzt wird. Wenn die Zeit weiter fortschreitet und der aktuelle Zeitpunkt t₁₃ geworden ist, wie in 19B dargestellt, so werden der Gradient α und der Spurpunkt β in Gleichung 1 auf der Grundlage des Geschwindigkeitswertes berechnet, der von der Geschwindigkeitserfassungseinheit 34 vor dem Zeitpunkt t₁₃ erfasst und in der Geschwindigkeitsspeichereinheit 35 gespeichert wird, und ein Geschwindigkeitsschätzwert wird berechnet, indem die Variable t in Gleichung 1 durch einen Zeitpunkt t₁₃ + T_x, der um die vorgegebene Zeit T_x nach dem Zeitpunkt t₁₃ des aktuellen Zeitpunkts liegt, ersetzt wird. Wenn die Zeit weiter fortschreitet und der aktuelle Zeitpunkt t₁₄ geworden ist, wie in 19C dargestellt, so werden der Gradient α und der Spurpunkt β in Gleichung 1 auf der Grundlage des Geschwindigkeitswertes berechnet, der von der Geschwindigkeitserfassungseinheit 34 vor dem Zeitpunkt t₁₄ erfasst und in der Geschwindigkeitsspeichereinheit 35 gespeichert wird, und ein Geschwindigkeitsschätzwert wird berechnet, indem die Variable t in Gleichung 1 durch einen Zeitpunkt t₁₄ + T_x, der um die vorgegebene Zeit T_x nach dem Zeitpunkt t₁₄ des aktuellen Zeitpunkts liegt, ersetzt wird.
Die Ausgangsleistungsschätzwert-Berechnungseinheit 37 berechnet einen Schätzwert für die Ausgangsleistung des Servomotors für Antrieb durch Multiplikation des Drehmomentwertes, der von der Drehmomenterfassungseinheit 31 wie oben beschrieben erfasst wird, mit dem Geschwindigkeitsschätzwert, der durch die Geschwindigkeitsschätzwert-Berechnungseinheit 36 berechnet wird.
Die Leistungsaufnahme-Schätzwert-Berechnungseinheit 25 berechnet einen Leistungsaufnahme-Schätzwert, der zumindest den von der Ausgangsleistungsschätzwert-Berechnungseinheit 37 berechneten Schätzwert für die Ausgangsleistung der Servomotoren für Antrieb enthält. Mit anderen Worten berechnet die Leistungsaufnahme-Schätzwert-Berechnungseinheit 25 den Leistungsaufnahme-Schätzwert, indem sie den von der Ausgangsleistungsschätzwert-Berechnungseinheit 37 berechneten Schätzwert für die Ausgangsleistung der Servomotoren für Antrieb, den Wicklungsverlust im Servomotor für Antrieb 3, den Verlust im Wandler 11 und den Verlust in den Wechselrichtern für Antrieb 12 addiert.
20 ist ein Blockschaltbild, das die Motorantriebsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt, die eine Leistungsaufnahme-Schätzeinheit nach der vierten Betriebsart aufweist.
Die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 nach der vierten Betriebsart weist eine Ausgangsleistung-Schätzeinheit 24 auf, die einen Schätzwert für die Ausgangsleistung der Servomotoren für Antrieb erfasst, der ein Schätzwert zu einem Zeitpunkt ist, der um eine vorgegebene Zeit später als ein Ausgangsleistungswert der Servomotoren für Antrieb 3 zum aktuellen Zeitpunkt liegt; und eine Leistungsaufnahme-Schätzwert-Berechnungseinheit 25, die einen Leistungsaufnahme-Schätzwert berechnet, der zumindest den Schätzwert für die Ausgangsleistung der Servomotoren für Antrieb enthält.
In der vierten Betriebsart weist die Ausgangsleistung-Schätzeinheit 24 eine Drehmomenterfassungseinheit 31, eine Drehmomentspeichereinheit 32, eine Drehmomentschätzwert-Berechnungseinheit 33, eine Geschwindigkeitserfassungseinheit 34, eine Geschwindigkeitsspeichereinheit 35, eine Geschwindigkeitsschätzwert-Berechnungseinheit 36 und eine Ausgangsleistungsschätzwert-Berechnungseinheit 37 auf.
Die Drehmomenterfassungseinheit 31 erfasst einen Drehmomentwert der Servomotoren für Antrieb 3 von der Motorsteuerung für Antrieb 13.
Die Drehmomentspeichereinheit 32 speichert den von der Drehmomenterfassungseinheit 31 erfassten Drehmomentwert. Die Drehmomentspeichereinheit 32 besteht beispielsweise aus einem elektrisch löschbaren, programmierbaren, nichtflüchtigen Speicher, wie z.B. einem EEPROM (Warenzeichen), oder einem Direktzugriffsspeicher, der mit hoher Geschwindigkeit ausgelesen und beschrieben werden kann, wie z.B. ein DRAM oder ein SRAM.
Die Drehmomentschätzwert-Berechnungseinheit 33 berechnet einen Drehmomentschätzwert, bei dem es sich um einen Schätzwert handelt, der um eine vorgegebene Zeit später als ein Drehmomentwert zum aktuellen Zeitpunkt liegt, und zwar auf der Grundlage von mindestens zwei Drehmomentwerten zum oder vor dem aktuellen Zeitpunkt, wobei die mindestens zwei Drehmomentwerte in der Drehmomentspeichereinheit 32 gespeichert sind. Hinsichtlich des Drehmomentschätzwertes wird beispielsweise eine angenäherte Gerade berechnet, unter Verwendung von mindestens zwei Drehmomentwerten zum oder vor dem aktuellen Zeitpunkt, wobei die mindestens zwei Drehmomentwerte in der Drehmomentspeichereinheit 32 gespeichert sind, und ein Drehmoment zu einem Zeitpunkt, der um eine vorgegebene Zeit nach dem aktuellen Zeitpunkt liegt, geschätzt wird. Die Berechnungsmethode für den Drehmomentschätzwert entspricht der unter Bezugnahme auf 15 und 16A bis 16C im Zusammenhang mit der zweiten Betriebsart beschriebenen Methode.
Die Geschwindigkeitserfassungseinheit 34 erfasst einen Geschwindigkeitswert der Servomotoren für Antrieb 3 von den Geschwindigkeitsdetektoren 52.
Die Geschwindigkeitsspeichereinheit 35 speichert den Geschwindigkeitswert der Servomotoren für Antrieb 3, der von der Geschwindigkeitserfassungseinheit 34 erfasst wird. Die Geschwindigkeitsspeichereinheit 35 besteht z.B. aus einem elektrisch löschbaren, programmierbaren, nichtflüchtigen Speicher, wie z.B. einem EEPROM (Warenzeichen), oder einem Direktzugriffsspeicher, der mit hoher Geschwindigkeit ausgelesen und beschrieben werden kann, wie z.B. ein DRAM oder ein SRAM.
Die Geschwindigkeitsschätzwert-Berechnungseinheit 36 berechnet einen Geschwindigkeitsschätzwert, bei dem es sich um einen Schätzwert handelt, der um eine vorgegebene Zeit später als ein Geschwindigkeitswert zum aktuellen Zeitpunkt liegt, und zwar auf der Grundlage von mindestens zwei Geschwindigkeitswerten zum oder vor dem aktuellen Zeitpunkt, wobei die mindestens zwei Geschwindigkeitswerte in der Geschwindigkeitsspeichereinheit 35 gespeichert sind. Hinsichtlich des Geschwindigkeitsschätzwertes wird beispielsweise eine angenäherte Gerade berechnet, unter Verwendung von mindestens zwei Geschwindigkeitswerten zum oder vor dem aktuellen Zeitpunkt, wobei die mindestens zwei Geschwindigkeitswerte in der Geschwindigkeitsspeichereinheit 35 gespeichert sind, und eine Geschwindigkeit zu einem Zeitpunkt, der um eine vorgegebene Zeit nach dem aktuellen Zeitpunkt liegt, geschätzt wird. Die Berechnungsmethode für den Geschwindigkeitsschätzwert entspricht der unter Bezugnahme auf 18 und 19A bis 19C im Zusammenhang mit der dritten Betriebsart beschriebenen Methode.
Die Ausgangsleistungsschätzwert-Berechnungseinheit 37 berechnet einen Schätzwert für die Ausgangsleistung der Servomotoren für Antrieb durch Multiplikation des Drehmomentschätzwertes, der von der Drehmomentschätzwert-Berechnungseinheit 33 wie oben beschrieben erfasst wird, mit dem Geschwindigkeitsschätzwert, der durch die Geschwindigkeitsschätzwert-Berechnungseinheit 36 berechnet wird.
Die Leistungsaufnahme-Schätzwert-Berechnungseinheit 25 berechnet einen Leistungsaufnahme-Schätzwert, der zumindest den von der Ausgangsleistungsschätzwert-Berechnungseinheit 37 berechneten Schätzwert für die Ausgangsleistung der Servomotoren für Antrieb enthält. Mit anderen Worten berechnet die Leistungsaufnahme-Schätzwert-Berechnungseinheit 25 den Leistungsaufnahme-Schätzwert, indem sie den von der Ausgangsleistungsschätzwert-Berechnungseinheit 37 berechneten Schätzwert für die Ausgangsleistung der Servomotoren für Antrieb, den Wicklungsverlust im Servomotor für Antrieb 3, den Verlust im Wandler 11 und den Verlust in den Wechselrichtern für Antrieb 12 addiert.
Zu beachten ist, dass, da der Einfluss der Ausgangsleistung des Servomotors für Antrieb 3 in der Gesamtleistungsaufnahme dominant ist, der Ausgangsleistungsschätzwert des Servomotors für Antrieb 3 in den Leistungsaufnahme-Schätzeinheiten 15 gemäß den zweiten bis vierten Betriebsarten berechnet wird. Als Modifikation in diesem Zusammenhang können Schätzwerte bezüglich des Wicklungsverlusts im Servomotor für Antrieb 3, des Verlusts im Wandler 11 und des Verlusts in den Wechselrichtern für Antrieb 12 und ein Schätzwert der Leistungsaufnahme, der diese Schätzwerte enthält, berechnet werden.
Die oben beschriebene Motorsteuerung für Antrieb 13, Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 und Energiespeichersteuerung 16 können z.B. in Form eines Softwareprogramms vorliegen oder aus einer Kombination verschiedener elektronischer Schaltungen und Softwareprogramme bestehen. In diesem Fall kann z.B. eine arithmetische Verarbeitungseinheit, wie z.B. eine CPU oder ein MPUDSP, veranlasst werden, die Softwareprogramme auszuführen, um die Funktionen der jeweiligen Komponenten zu realisieren. Alternativ können die Motorsteuerung für Antrieb 13, die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 und die Energiespeichersteuerung 16 durch eine integrierte Halbleiterschaltung realisiert werden, in der Softwareprogramme zur Realisierung der Funktionen der Motorsteuerung für Antrieb 13, der Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 und der Energiespeichersteuerung 16 gespeichert sind.
Die Motorsteuerung für Antrieb 13, die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 und die Energiespeichersteuerung 16 sind beispielsweise in einem Hauptsteuergerät (nicht dargestellt) der Motorantriebsvorrichtung 1 vorgesehen. Wenn z.B. die Motorantriebsvorrichtung 1 dazu ausgebildet ist, dass sie den Antrieb der Servomotoren für Antrieb 3 in einer Werkzeugmaschine steuert, so können die Motorsteuerung für Antrieb 13, die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 und die Energiespeichersteuerung 16 in einer numerischen Steuerung der Werkzeugmaschine vorgesehen sein. Wenn die Motorsteuerung für Antrieb 13, die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit 15 und die Energiespeichersteuerung 16 in Form eines Softwareprogramms vorliegen, so kann eine arithmetische Verarbeitungseinheit in der numerischen Steuerung veranlasst werden, das Softwareprogramm auszuführen, und die Funktionen der jeweiligen Komponenten können dadurch realisiert werden.
Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann in der Motorantriebsvorrichtung, die den zum Reduzieren der Leistungsspitze der Leistungsquelleneinrichtung vorgesehenen Energiespeicher aufweist, die Leistungsspitze zuverlässig reduziert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2013009524 [0006]
JP 2016046833 [0007]

Claims

Motorantriebsvorrichtung (1) mit: einem Wandler (11), der dazu ausgebildet ist, eine Leistungsumwandlung zwischen der Wechselstromleistung auf Seiten einer Wechselstromleistungsquelle (2) und der Gleichstromleistung in einem Gleichstromzwischenkreis (4) auszuführen; einem Wechselrichter für Antrieb (12), der dazu ausgebildet ist, eine Leistungsumwandlung zwischen der Gleichstromleistung in dem Gleichstromzwischenkreis (4) und der Wechselstromleistung, die als Antriebsleistung oder Rückspeiseleistung eines Servomotors für Antrieb (3) dient, auszuführen; einer Motorsteuerung für Antrieb (13), die dazu ausgebildet ist, den Servomotor für Antrieb (3) zu steuern, der mit dem Wechselrichter für Antrieb (12) verbunden ist; einem Energiespeicher (14), der dazu ausgebildet ist, Gleichstromleistung an den Gleichstromzwischenkreis (4) zu liefern oder Gleichstromleistung vom Gleichstromzwischenkreis (4) zu speichern; einer Leistungsaufnahme-Schätzeinheit (15), die dazu ausgebildet ist, einen Leistungsaufnahme-Schätzwert zu erfassen, bei dem es sich um einen Schätzwert einer Gesamtleistungsaufnahme zu einem Zeitpunkt handelt, der um eine vorgegebene Zeit später als ein Wert zu einem aktuellen Zeitpunkt liegt, wobei sich die Gesamtleistungsaufnahme ergibt als Summe einer Ausgangsleistung des Servomotors für Antrieb (3), eines Wicklungsverlusts im Servomotor für Antrieb (3), eines Verlusts im Wandler (11) und eines Verlusts im Wechselrichter für Antrieb (12); und einer Energiespeichersteuerung (16), die dazu ausgebildet ist, die Energiezufuhr und die Energiespeicherung des Energiespeichers (14) gemäß dem Leistungsaufnahme-Schätzwert zu steuern.
Motorantriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Energiespeichersteuerung (16) dazu ausgebildet ist, den Leistungsaufnahme-Schätzwert mit einem Schwellenwert für die Energiezufuhr und einem Schwellenwert für die Energiespeicherung zu vergleichen, wenn die Energiespeichersteuerung (16) als Ergebnis des Vergleichs feststellt, dass der Leistungsaufnahme-Schätzwert den Schwellenwert für die Energiezufuhr überschreitet, die Energiespeichersteuerung (16) den Energiespeicher (14) ansteuert und den Energiespeicher (14) veranlasst, Gleichstromleistung an den Gleichstromzwischenkreis (4) zu liefern, und wenn die Energiespeichersteuerung (16) als Ergebnis des Vergleichs feststellt, dass der Leistungsaufnahme-Schätzwert unter den Schwellenwert für die Energiespeicherung fällt, die Energiespeichersteuerung (16) den Energiespeicher (14) ansteuert und den Energiespeicher (14) veranlasst, Gleichstromleistung vom Gleichstromzwischenkreis (4) zu speichern.
Motorantriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit (15) aufweist: eine Leistungsaufnahme-Berechnungseinheit (21), die dazu ausgebildet ist, die Gesamtleistungsaufnahme zu berechnen; eine Leistungsaufnahme-Speichereinheit (22), die dazu ausgebildet ist, einen Wert der Gesamtleistungsaufnahme zu speichern, der von der Leistungsaufnahme-Berechnungseinheit (21) berechnet wird; und eine Einheit zur Berechnung des Leistungsaufnahme-Schätzwertes (23), die dazu ausgebildet ist, den Leistungsaufnahme-Schätzwert zu berechnen, und zwar auf der Grundlage von mindestens zwei Werten der Gesamtleistungsaufnahme zum aktuellen Zeitpunkt oder davor, wobei die mindestens zwei Werte in der Leistungsaufnahme-Speichereinheit (22) gespeichert sind.
Motorantriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Leistungsaufnahme-Schätzeinheit (15) aufweist: eine Ausgangsleistung-Schätzeinheit (24), die dazu ausgebildet ist, einen Schätzwert für die Ausgangsleistung des Servomotors für Antrieb zu erfassen, der ein Schätzwert zu einem Zeitpunkt ist, der um die vorgegebene Zeit später als ein Ausgangsleistungswert des Servomotors für Antrieb (3) zu einem aktuellen Zeitpunkt liegt; und eine Leistungsaufnahme-Schätzwert-Berechnungseinheit (25), die dazu ausgebildet ist, den Leistungsaufnahme-Schätzwert zu berechnen, der zumindest den Schätzwert für die Ausgangsleistung des Servomotors für Antrieb enthält.
Motorantriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei die Ausgangsleistung-Schätzeinheit (24) aufweist: eine Drehmomenterfassungseinheit (31), die dazu ausgebildet ist, einen Drehmomentwert des Servomotors für Antrieb (3) zu erfassen; eine Drehmomentspeichereinheit (32), die dazu ausgebildet ist, den von der Drehmomenterfassungseinheit (31) erfassten Drehmomentwert zu speichern; eine Drehmomentschätzwert-Berechnungseinheit (33), die dazu ausgebildet ist, einen Drehmomentschätzwert zu berechnen, bei dem es sich um einen Schätzwert handelt, der um die vorgegebene Zeit später als ein Drehmomentwert zu einem aktuellen Zeitpunkt liegt, und zwar auf der Grundlage von mindestens zwei Drehmomentwerten zu einem oder vor einem aktuellen Zeitpunkt, wobei die mindestens zwei Drehmomentwerte in der Drehmomentspeichereinheit (32) gespeichert sind; eine Geschwindigkeitserfassungseinheit (34), die dazu ausgebildet ist, einen Geschwindigkeitswert des Servomotors für Antrieb (3) zu erfassen; und eine Ausgangsleistungsschätzwert-Berechnungseinheit (37), die dazu ausgebildet ist, den Schätzwert für die Ausgangsleistung des Servomotors für Antrieb zu berechnen, und zwar auf der Grundlage des Drehmomentschätzwertes und des Geschwindigkeitswertes zu dem aktuellen Zeitpunkt.
Motorantriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei die Ausgangsleistung-Schätzeinheit (24) aufweist: eine Drehmomenterfassungseinheit (31), die dazu ausgebildet ist, einen Drehmomentwert des Servomotors für Antrieb (3) zu erfassen; eine Geschwindigkeitserfassungseinheit (34), die dazu ausgebildet ist, einen Geschwindigkeitswert des Servomotors für Antrieb (3) zu erfassen; eine Geschwindigkeitsspeichereinheit (35), die dazu ausgebildet ist, den von der Geschwindigkeitserfassungseinheit (34) erfassten Geschwindigkeitswert des Servomotors für Antrieb (3) zu speichern; eine Geschwindigkeitsschätzwert-Berechnungseinheit (36), die dazu ausgebildet ist, einen Geschwindigkeitsschätzwert zu berechnen, bei dem es sich um einen Schätzwert handelt, der um die vorgegebene Zeit später als ein Geschwindigkeitswert zu einem aktuellen Zeitpunkt liegt, und zwar auf der Grundlage von mindestens zwei Geschwindigkeitswerten zum oder vor dem aktuellen Zeitpunkt, wobei die mindestens zwei Geschwindigkeitswerte in der Geschwindigkeitsspeichereinheit (35) gespeichert sind; und eine Ausgangsleistungsschätzwert-Berechnungseinheit (37), die dazu ausgebildet ist, den Schätzwert für die Ausgangsleistung des Servomotors für Antrieb zu berechnen, und zwar auf der Grundlage des Geschwindigkeitsschätzwertes und des Drehmomentwertes zu dem aktuellen Zeitpunkt.
Motorantriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei die Ausgangsleistung-Schätzeinheit (24) aufweist: eine Drehmomenterfassungseinheit (31), die dazu ausgebildet ist, einen Drehmomentwert des Servomotors für Antrieb (3) zu erfassen; eine Drehmomentspeichereinheit (32), die dazu ausgebildet ist, den von der Drehmomenterfassungseinheit (31) erfassten Drehmomentwert zu speichern; eine Drehmomentschätzwert-Berechnungseinheit (33), die dazu ausgebildet ist, einen Drehmomentschätzwert zu berechnen, bei dem es sich um einen Schätzwert handelt, der um die vorgegebene Zeit später als ein Drehmomentwert zu einem aktuellen Zeitpunkt liegt, und zwar auf der Grundlage von mindestens zwei Drehmomentwerten zum oder vor dem aktuellen Zeitpunkt, wobei die mindestens zwei Drehmomentwerte von der Drehmomenterfassungseinheit (31) erfasst werden; eine Geschwindigkeitserfassungseinheit (34), die dazu ausgebildet ist, einen Geschwindigkeitswert des Servomotors für Antrieb (3) zu erfassen; eine Geschwindigkeitsspeichereinheit (35), die dazu ausgebildet ist, den von der Geschwindigkeitserfassungseinheit (34) erfassten Geschwindigkeitswert des Servomotors für Antrieb (3) zu speichern; eine Geschwindigkeitsschätzwert-Berechnungseinheit (36), die dazu ausgebildet ist, einen Geschwindigkeitsschätzwert zu berechnen, bei dem es sich um einen Schätzwert handelt, der um die vorgegebene Zeit später als ein Geschwindigkeitswert zu einem aktuellen Zeitpunkt liegt, und zwar auf der Grundlage von mindestens zwei Geschwindigkeitswerten zum oder vor dem aktuellen Zeitpunkt, wobei die mindestens zwei Geschwindigkeitswerte durch die Geschwindigkeitserfassungseinheit (34) erfasst werden; und eine Ausgangsleistungsschätzwert-Berechnungseinheit (37), die dazu ausgebildet ist, den Schätzwert für die Ausgangsleistung des Servomotors für Antrieb zu berechnen, und zwar auf der Grundlage des Drehmomentschätzwertes und des Geschwindigkeitsschätzwertes.
Motorantriebsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner mit einer Messeinheit (38), die dazu ausgebildet ist, eine Ansprechverzögerungszeit von dem Zeitpunkt, zu dem die Energiespeichersteuerung (16) einen Energiezuführbefehl oder einen Energiespeicherbefehl an den Energiespeicher (14) ausgibt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Energiespeicher (14) tatsächlich mit der Energiezufuhr oder der Energiespeicherung beginnt, zu messen, wobei die vorgegebene Zeit zumindest die Ansprechverzögerungszeit enthält.
Motorantriebsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Energiespeicher (14) aufweist: ein Schwungrad (41), das Rotationsenergie zu speichern vermag; einen Servomotor für Puffer (42), der eine Drehwelle aufweist, mit der das Schwungrad (41) verbunden ist; und einen Wechselrichter für Puffer (43), der dazu ausgebildet ist, eine Umwandlung zwischen der Gleichstromleistung in dem Gleichstromzwischenkreis (4) und der Wechselstromleistung, die als Antriebsleistung oder als Rückspeiseleistung für den Servomotor für Puffer (42) dient, auszuführen.
Motorantriebsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Energiespeicher (14) aufweist: einen Kondensator (44); und einen DC/DC-Wandler (45), der dazu ausgebildet ist, eine Leistungsumwandlung zwischen der Gleichstromleistung in dem Gleichstromzwischenkreis (4) und der in dem Kondensator (44) gespeicherten Gleichstromleistung auszuführen.