JP4390843B2

JP4390843B2 - モータ駆動装置

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Publication number: JP4390843B2
Application number: JP2008231275A
Authority: JP
Inventors: 俊介松原; 平輔岩下; 裕一山田; 茂樹羽生; 雅朋白水; 幸次郎酒井
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2007-10-05
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2009-12-24
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Description

本発明は、モータ駆動装置に関し、特にモータ減速時に発生する回生エネルギーをコンデンサに蓄電して、加速時に力行エネルギーとして利用するモータ駆動装置に関する。

図１３は従来技術のモータ駆動装置の回路図である。図１３に示すモータ駆動装置１０１は、コンバータ２、インバータ３、モータ４、インバータ制御回路５および平滑コンデンサ６を有する。図１３において、１０９はコンバータ出力電流、１１０はコンバータ入力電流、１１１はＤＣリンク電流、１１２はコンデンサ出力電流、１１３はＤＣリンク電圧（コンデンサ電圧）をそれぞれ示す。符号１１０〜１１３については図１３に示すモータ駆動装置１０１動作時の各部波形のシミュレーション結果を図１４を用いて後で説明する。

ＡＣ電源がコンバータ２に供給され、コンバータ２はＡＣを整流してＤＣに変換し平滑コンデンサ６を充電する。ＤＣ／ＡＣ変換するインバータ３はコンデンサ６に充電されたＤＣ電圧のエネルギーをインバータ制御回路５の制御によりインバータ３のトランジスタをスイッチングして三相誘導電動機であるモータ４に供給し駆動する。

図１４は従来技術によるモータ駆動装置における（Ａ）〜（Ｃ）はモータ速度と電力の関係を示し、（Ｄ）〜（Ｆ）は各部動作のシミュレーション結果を示すタイムチャートである。図１４の（Ａ）〜（Ｆ）において、横軸は時間を示し、（Ａ）の縦軸はモータ速度ＲＰＭ、（Ｂ）の縦軸はモータへの供給電力ＫＷ、（Ｃ）の縦軸は電源からモータへの供給電力ＫＷ、（Ｄ）の縦軸はＤＣリンク電流、（Ｅ）の縦軸はコンバータ入力電流およびコンデンサ出力電流、（Ｆ）の縦軸はＤＣリンク電圧（コンデンサ電圧）を示す。

図１４の（Ａ）〜（Ｃ）から判るように、時刻ｔ１１〜ｔ１２の加速前期の所定時間にコンデンサＣ６からモータ４に電力が供給され、時刻ｔ１２〜ｔ１３の加速後期の所定時間に電源およびコンデンサＣ６からモータ４に電力が供給される。コンデンサＣ６に蓄電したエネルギーが時刻ｔ１１の加速開始時から加速前半の時刻ｔ１１〜ｔ１２の間にモータ４に供給され、時刻ｔ１２〜ｔ１３の加速後期にコンデンサＣ６に蓄電されるとともに、電源からモータ４に供給される。

加速後半の時刻ｔ１２〜ｔ１３の間にモータ４に要求される出力が大きい場合にはコンデンサＣ６に蓄電されていたエネルギーを使い果たしてしまい、電源からの電流のみがモータ４に供給される。この結果、入力電流ピークは高くなる。このように、コンデンサＣ６に蓄電された回生エネルギーは加速開始時の時刻ｔ１１からモータ４に供給される。

時刻ｔ１３〜ｔ１４の加速終了後の定速度の期間に、電源からモータ４に電力が供給され、時刻ｔ１４〜ｔ１５の減速期間にコンデンサＣ６に回生エネルギーが蓄電される。

特許文献１には、入力ＡＣ電圧を交流−直流電力変換を行うコンバータと、直流電力を受電し直流−交流電力変換を行うインバータ（パワードライバ）との間に回生エネルギーを蓄電することを目的としたコンデンサを並列接続し、コンデンサにモータ減速時の回生エネルギーを蓄電し、蓄電したエネルギーをモータ加速時の力行エネルギーとして利用するモータ駆動装置が記載されている。このモータ駆動装置によれば、回生エネルギーを力行エネルギーとして利用することで、電源からの供給電力は減り、平均電力が減少する。このモータ駆動装置は、コンデンサに蓄電した回生エネルギーをモータの駆動にモータ加速開始から供給する。

図１５Ａ〜図１５Ｄは従来技術のモータ駆動装置におけるモータの出力を示す図である。図１５Ａ〜図１５Ｄにおいて、図１５Ａは主モータ（図１３で符号４で示す）の出力、図１５Ｂは主モータ４への供給電力、図１５Ｃは副モータの出力、図１５Ｄは電源から主モータ４への供給電力、をそれぞれ示す。図１５Ａ〜図１５Ｄにおいて横軸は時間ｔを、縦軸は出力ｋＷをそれぞれ示す。

図１５Ａに示されるように、主モータ４へ電力が供給されるとき、主モータ４の出力は、その出力の発生開始時刻ｔ0から所定速度に到達する時刻ｔ10まで徐々に増加し、その出力の発生終了時刻ｔ22から停止するまでの停止時刻ｔ30まで徐々に減少する。

図１５Ｂに示されるように、コンデンサ（図１３に符号６で示す）から主モータ４へ供給される電力には限界があるため、コンデンサ６から主モータ４への供給電力は途中で途絶えることがある。図１５Ｃは図１３に不図示の副モータの出力を示し、図１５Ｄは電源から主モータ４へ供給される電力を示す。

上述したように、コンデンサ６のみから主モータ４へ供給される電力は途絶えるため、コンデンサ６から主モータ４への電力供給が途絶えた後の時刻ｔ２0からｔ３０の間は、電源から主モータ４へ電力が供給される。コンデンサ６からのみの電力供給が途絶えた後の時刻ｔ２0以降に、副モータ（図１３に不図示）への電力供給を要した場合、その時刻ｔ２0以降では、コンデンサ６から主モータ４への電力供給は出来ない。それゆえ、時刻ｔ２0以降では、電源からのみ主モータ４へ電力が供給される。

図１５Ｄに示すように、主モータ４へ供給される電力は、時刻ｔ２から時刻ｔ２0の間は電源とコンデンサ６から供給され、時刻ｔ０から時刻ｔ２までの間と時刻ｔ２0以降では電源から供給される。

以上のことから、従来技術によるモータ駆動装置では、コンデンサ６に充電された電気エネルギーを機械の要求に応じて主モータ４への電力供給が必要な所では利用できず不要な所で利用しており、コンデンサ６に充電された電気エネルギーをモータ駆動装置に有効に利用していない、といった問題がある。

特開２０００−１４１４４０号公報（特許請求の範囲の［請求項１］、段落番号［００１４］〜［００２５］および図面の［図２］、［図３］参照）。

以上説明したように、特許文献１に記載のモータ駆動装置は、モータ減速時に発生する回生エネルギーをコンデンサに蓄電して、モータ加速時に力行エネルギーとしてモータに供給する際、モータ加速開始からエネルギーを供給すると、コンデンサに蓄電された回生エネルギーよりモータ加速時にモータに供給される力行エネルギーの方が大きいため、加速後半には、コンデンサに充電されたエネルギーを使い果たし、電源からモータへの電力供給が必要になる、という問題がある。

また、加速後半は、特にモータへの電力供給が必要になり、この必要となった部分を電源から供給すると、結局、電源からモータへ供給する電力のピークが大きくなり（抑制できず）、上記モータ駆動装置の効果としては、電源からの平均電力の抑制のみに留まりピーク時のモータへの電力供給は抑制できない。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、モータ減速時に回生エネルギーをコンデンサに蓄電して、モータ過速時に力行エネルギーとして利用する際、すなわちモータ加速後半の特に大きなエネルギーが必要なときに、電源から上記モータ駆動装置への入力電流のピークも抑制できるようにエネルギーを供給するモータ駆動装置を提供することを目的とする。

また、コンデンサに充電された電気エネルギーを主モータへの電力供給が必要な所で利用し不要な所で利用しないように、つまりコンデンサに充電された電気エネルギーを有効に利用するように制御するモータ駆動装置を提供することを他の目的とする。

上記目的を達成する本発明によるモータ駆動装置は、ＡＣ入力電圧を受け交流−直流電力変換を行うコンバータと、直流電力を受電し直流−交流電力変換を行なうインバータとを有するモータ駆動装置において、コンバータとインバータの間のリンク部に、並列接続した、充放電制御回路とコンデンサを有し、前記コンデンサに蓄えられたエネルギーを、前記充放電制御回路によって、充放電を行ない、前記充放電制御回路は、モータにより駆動される機械の可動物の位置を検出するリミットスイッチから出力される信号、或は、プログラムにより指令されたモータの位置または前記可動物の検出位置が予め決められた位置を越えた時に出力される信号に基づいて生成された外部入力信号によって、充放電を行うことを特長とする。

上記目的を達成する本発明によるサーボプレス機械は、サーボプレス機の駆動源に、請求項１に記載のモータ駆動装置を使用したサーボプレス機において、前記外部入力信号が、前記サーボプレス機のスライド、或はダイクッションの位置を検出するリミットスイッチから出力される信号であり、或は、プログラムにより指令された前記モータの位置、または前記スライドまたは前記ダイクッションの検出位置が、予め決められた位置を越えた時に出力される信号である事を特長とする。

上記構成によれば、モータ減速時に発生する回生エネルギーをコンデンサに蓄電して、モータ加速時に力行エネルギーとして利用するモータ駆動装置において、電源からの平均電力の減少に加え、入力電流ピークを抑制することができる。

上記構成によれば、電源からモータ駆動装置への入力電流ピークを抑制することで、電源インピーダンスによる電圧ドロップを抑制することができる。

図１は本発明の一実施形態に係るモータ駆動装置の回路図である。図１に示すモータ駆動装置１は、コンバータ２、インバータ３、モータ４、インバータ制御回路５、平滑コンデンサ６、充放電制御回路７およびコンデンサ８を有する。図１において、９はコンバータ出力電流、１０はコンバータ入力電流、１１はＤＣリンク電流、１２はコンデンサ出力電流、１３はＤＣリンク電圧、１４はコンデンサ電圧をそれぞれ示す。符号１０〜１４については図７に示すモータ駆動装置１動作時の各部波形のシミュレーション結果を用いて後で説明する。

ＡＣ電源がコンバータ２に供給され、コンバータ２はＡＣを整流してＤＣに変換し平滑コンデンサ６および充放電制御回路７を介してコンデンサ８を充電する。ＤＣ／ＡＣ変換するインバータ３はコンデンサ８に充電されたエネルギーをインバータ制御回路５の制御によりスイッチングしてモータ４を駆動する。

図２は図１に示す充放電制御回路７の第１実施例の詳細図である。
回生エネルギー蓄電ルートは下記の通りである。
ダイオードＤ１⇒スイッチＱ１⇒コンデンサＣ８
エネルギー供給（回生エネルギーの放電）ルートは下記の通りである。
コンデンサＣ８⇒スイッチＱ２⇒リアクトルＬ⇒ダイオードＤ２⇒ＤＣリンク
図２においてＱ１、Ｑ２はＩＧＢＴ等でも良い。

（回生エネルギー蓄電についての説明）
モータ４が減速を開始すると、発生した回生エネルギーは、エネルギーの充放電制御回路７においてダイオードＤ１⇒スイッチＱ１を通してコンデンサＣ８に蓄電される。回生エネルギーに対して電力変換等の操作は行わない。

（エネルギー供給／回生エネルギーの放電についての説明）
モータ４が加速を開始して、コンデンサＣ８に蓄電したエネルギーを供給したいタイミングで、エネルギーの充放電制御回路７におけるスイッチＱ２をオン（もしくはスイッチング）する。リアクトルＬはエネルギー供給開始直後、ＤＣリンクとコンデンサＣ８に電位差があるため発生する突入電流を抑制する為に設置する。ダイオードＤ３は、スイッチＱ２をオフ時に、リアクトルＬに貯まったエネルギーを還流させる。

コンデンサＣ８に蓄電されたエネルギー供給時、スイッチＱ２をスイッチングすることで、コンデンサＣ８からの供給量を、例えば、定電流、定電圧制御などにより制御することができる。なお、初期充電回路と放電回路（コンデンサに蓄電されたエネルギーが必要なくなった時に、コンデンサの電圧を０にする回路）については、本発明に関わらないので説明を便宜上省略する。

図３は図１に示す充放電制御回路７の第２実施例の詳細図である。
回生エネルギー蓄電ルートは下記の通りである。
スイッチＱ１⇒リアクトルＬ⇒ダイオードＤ２⇒コンデンサＣ
エネルギー供給（回生エネルギーの放電）ルートは下記の通りである。
コンデンサＣ８⇒スイッチＱ２⇒リアクトルＬ⇒ダイオードＤ１⇒ＤＣリンク
図３においてＱ１、Ｑ２はＩＧＢＴでも良い。

（回生エネルギー蓄電についての説明）
モータ４が減速を開始すると、発生した回生エネルギーは、エネルギーの充放電制御回路７’においてスイッチＱ１⇒リアクトルＬ⇒ダイオードＤ２を通してコンデンサＣ８に蓄電される。回生エネルギーに対して電力変換等の操作は行わない。

（エネルギー供給／回生エネルギーの放電についての説明）
モータ４が加速を開始して、コンデンサＣ８に蓄電したエネルギーを供給したいタイミングで、エネルギーの充放電制御回路７’におけるスイッチＱ２をオン（もしくはスイッチング）する。リアクトルＬは、エネルギー供給開始直後、ＤＣリンクとコンデンサＣ８に電位差があるため発生する突入電流を抑制する為に設置する。ダイオードＤ４は、スイッチＱ２をオフ時に、リアクトルＬに貯まったエネルギーを還流させる。ダイオードＤ３は、スイッチＱ１をオフ時に、リアクトルＬに貯まったエネルギーを還流させる。

コンデンサＣ８に蓄電されたエネルギー供給時、スイッチＱ２をスイッチングすることで、コンデンサＣ８からの供給量を、例えば、定電流、定電圧制御などにより制御することができる。

図４は図１に示す充放電制御回路７”の第３実施例の詳細図である。
コンバータ２の入力電流又はコンバータ２の出力電流を不図示の電流センサ等で監視して、定められた電流値以上となった場合、図２に示す第１実施例の充放電制御回路７もしくは図３に示す第２実施例の充放電制御回路７’のスイッチＱ２をオンする。このようにモータ４の加速後半の特にエネルギー供給が必要になったことを、電流を監視することで判断する。

次に、モータ４の加速後半の特にエネルギー供給が必要になったことを、電圧を監視することで判断する例について図４を用いて以下に説明する。図１に示すコンバータ２とインバータ３のリンクＬ１、Ｌ２間の電圧を抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧した直流電圧を、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタＩＧＢＴの半導体素子からなるスイッチＱ２を制御するＩＧＢＴＱ２制御回路４１により監視し、その分圧電圧が定められた電圧値以下となった場合、図２に示す第１実施例の充放電制御回路７もしくは図３に示す第２実施例の充放電制御回路７’のスイッチＱ２をオンする。

上述した所定の電流値または所定の電圧値のパラメータＶｒｅｆは、モータ駆動装置１の外部に設置されモータ駆動装置１を制御するＮＣ装置４２の機能であるパラメータ設定により変更可能である。ＮＣ装置４２はコンピュータ（不図示）を有し、モータ４の回転数および位置を検出し、モータ駆動装置１にモータ４の速度指令および位置指令を発する。

ＩＧＢＴＱ２制御回路４１は充放電制御回路７”を電気的に絶縁するアイソレータ４１１を介して上記分圧電圧を受け、Ａ／Ｄコンバータ４１２によりアイソレータ４１１の出力であるアナログ電圧をデジタル値に変換しＬＳＩ４１３に入力する。ＬＳＩ４１３は自身の基準値ＶｒｅｆもしくはＮＣ装置４２から所定の電流値または所定の電圧値のパラメータＶｒｅｆを受け、分圧電圧が定められた電圧値以下となった場合ゲート回路４１４を作動してＱ２をオンする。

エネルギーの充放電制御回路の第１実施例では、エネルギー供給開始のタイミングを任意とするが、第２実施例および第３実施例では、エネルギー供給開始のタイミングを入力電流又は直流電圧を監視して判断する。次に、エネルギー供給開始のタイミングその他のタイミングについて説明する。

図５は充放電制御回路のスイッチＱ２をオンするタイミングをモータ速度指令に応じて決定するフローチャートである。このフローチャートの処理ステップＳ５１〜Ｓ５３はモータ駆動プログラムに組み込まれＮＣ装置４２のメモリ（不図示）に記憶されＮＣ装置４２のコンピュータ（不図示）により実行される。

モータ４加速中、エネルギー供給がある程度必要になるようなモータ速度がすでに分かっているならば、予めモータ駆動プログラムに、モータ速度指令（ステップＳ５１では０から３０００ＲＰＭに加速指令）と同様にエネルギー供給のタイミング（ステップＳ５２では２０００ＲＰＭでＱ２オン）も指定して、図２に示す第１実施例の充放電制御回路７もしくは図３に示す第２実施例の充放電制御回路７’のスイッチＱ２をオンする（ステップＳ５３）。

図６は充放電制御回路のスイッチＱ２をオンするタイミングをモータ位置指令に応じて決定するフローチャートである。このフローチャートの処理ステップＳ６１〜Ｓ６３はモータ駆動プログラムに組み込まれＮＣ装置４２のメモリ（不図示）に記憶されＮＣ装置４２のコンピュータ（不図示）により実行される。

モータ４加速中、エネルギー供給がある程度必要になるようなモータ位置がすでに分かっているならば、予めモータ駆動プログラムに、プログラムにより指令されたモータの位置指令（ステップＳ６１では０から１００ｍｍに移動指令）と同様にエネルギー供給のタイミング（ステップＳ６２で５０ｍｍでＱ２オン）も指定して、図２に示す第１実施例の充放電制御回路７もしくは図３に示す第２実施例の充放電制御回路７’のスイッチＱ２をオンする（ステップＳ６３）。

エネルギー供給開始のタイミングその他のタイミングとして、不図示の外部入力信号により、図２に示す第１実施例の充放電制御回路７のスッチＱ１もしくは図３に示す第２実施例の充放電制御回路７’のスイッチＱ２をオンすることもできる。

図７は図１に示す本発明の一実施形態に係るモータ駆動装置における（Ａ）〜（Ｃ）はモータ速度とエネルギーの関係を示し、（Ｄ）〜（Ｆ）は各部動作のシミュレーション結果を示すタイムチャートであり、（Ｇ）はＱ２の制御信号を示す図である。図７の（Ａ）〜（Ｇ）において、横軸は時間を示し、（Ａ）の縦軸はモータ速度ＲＰＭ、（Ｂ）の縦軸はモータへの電力ｋＷ、（Ｃ）の縦軸は電源からのモータへの供給電力ｋＷ、（Ｄ）の縦軸はＤＣリンク電流、（Ｅ）の縦軸はコンバータ入力電流およびコンデンサ出力電流、（Ｆ）の縦軸はＤＣリンク電圧（コンデンサ電圧）、（Ｇ）の縦軸はＱ２の制御信号のオン／オフをそれぞれ示す。

図７の（Ａ）〜（Ｃ）から判るように、時刻ｔ１’〜ｔ２の加速初期の所定時間に電源からモータ４に電力が供給され、時刻ｔ２〜ｔ３の加速初期の所定時間経過後の加速時にコンデンサＣ８からモータ４に電力が供給される。時刻ｔ２はコンバータ２の入力電流または出力電流もしくは出力電圧がある値になったときに、コンデンサＣ８に蓄電されたエネルギーのモータ４への供給を開始（エネルギーの充放電制御回路７、７’、７”がスイッチＱ２をオン）するタイミングを示す。

時刻ｔ２〜ｔ３のコンデンサＣ８からモータ４へのエネルギー供給の際には、コンバータＣ８の入力電流がある値を超えないように、スイッチＱ２をスイッチングして、コンデンサＣ８からモータ４へのエネルギー供給量を制御する。このように、充放電制御回路７、７’、７”はモータ４加速後半に、コンデンサＣ８に蓄電したエネルギーをモータ４に供給することにより電源から供給される電力を抑制する。

時刻ｔ３〜ｔ４の加速終了後の定速度の期間に、コンデンサＣ８からモータ４に電力が供給され、時刻ｔ４〜ｔ５の減速期間にコンデンサＣ８に回生エネルギーが蓄電される。

図７の（Ｄ）〜（Ｇ）から判るように、時刻ｔ１’〜ｔ２の加速初期の所定時間に電源からコンバータ２およびインバータ３を介してモータ４に電力が供給され（コンバータ入力電流１０）、時刻ｔ２〜ｔ３の加速初期の所定時間経過後の加速時に電源およびコンデンサ８から電力がモータ４に供給される。時刻ｔ２はコンバータ２の入力電流がある値になったときに、コンデンサＣ８に蓄電された（コンデンサ電圧１４）エネルギーのモータ４への供給を開始（エネルギーの充放電制御回路７、７’、７”がスイッチＱ２をオン）するタイミングを示す。

時刻ｔ３〜ｔ４の加速終了後の所定期間に電源からモータ４に電力が供給される間には、コンデンサＣ８の入力電流がある値を超えないように、スイッチＱ２をスイッチングして、コンデンサＣ８からのエネルギー供給量（コンデンサ出力電流１２）を制御する。

時刻ｔ４〜ｔ５の減速期間にモータ４からコンデンサＣ８に回生エネルギーが蓄電される。このように、充放電制御回路７、７’、７”は、減速期間にコンデンサＣ８に蓄電したエネルギーを加速後半にモータ４に供給することにより電源からモータ４に供給する平均電力を減少する。

モータ４加速後半のモータ４への供給エネルギーが大きくなったことを、例えば、ＤＣリンク電圧の低下で判断し、コンデンサＣ８からモータ４にエネルギーの供給を行っている。この結果、電源からモータ４へのエネルギー供給は、モータ４加速前半の出力の要求が比較的小さい期間に限られ、その入力電流ピークは、従来技術の入力電流と比べて抑制される。

また、コンデンサＣ８に蓄電された電気エネルギーを必要な所では放電に利用し不用な所では放電に利用しないように制御するモータ駆動装置について以下に説明する。このような制御により蓄電に用いるコンデンサＣ８の容量を小さくするとともに電源からモータ４に供給する平均電力を減少することができる。

図８は、スライド１２１とダイクッション１２２を含むプレス機８０を示す図である。スライド１２１は、後述する図１１の主モータ１０４で駆動され、ダイクッション１２２は、副モータ２０４で駆動される。また、主モータ１０４は、図１１の主モータ駆動装置２０１で駆動され、副モータ２０４は、図１１の副モータ駆動装置２０２で駆動される。プレス機８０は、鋼板１２０をプレスする機械である。スライド１２１と、ダイクッション１２２には、それぞれ金型が取り付けられている。スライド１２１は上下に移動し、下降中、ダイクッション１２２とぶつかった後に、特定の力で、ダイクッション１２２を押しながら、さらに下降する事で、鋼板１２０を成形する。ダイクッション１２２は、スライド１２１がぶつかった瞬間の衝撃を和らげると共に、その後のプレス中、鋼板１２０に加わるプレス力を、スライド１２１と共に制御しながら下降する。この動作により、鋼板１２０のプレス成形の品質を向上させる。

図８に示サーボプレス１２１用の主モータ駆動装置２０１（図１１参照）におけるコンデンサＣ８から主モータ１０４への放電は、ダイクッション１２２が特定の位置を通過するか加速動作を開始した時に開始し、ダイクッション１２２が特定の位置まで下降するか減速動作になった時に終了する。上記特定の位置の通過時か上記加速動作から減速動作を除く期間には主モータ駆動装置２０１のコンデンサＣ８から主モータ１０４への放電は行わない。ここで、図８に示すダイクッション１２２用の副モータ駆動装置２０２（図１１参照）は従来技術によるものであってもよい。

図９は図８全体に示すプレス８０に応用した例においてダイクッションの上死点と下死点の位置を検出するリミットスイッチＬＳ１とＬＳ２が設けられた点を除き同様なプレス９０を示す図である。金型はダイクッション１２２内に収容されているので図示されていない。

ダイクッション１２２の上死点位置が少し下降した位置にダイクッション１２２が到達したら主モータ駆動装置２０１のコンデンサＣ８に充電された電気エネルギーの主モータ１０４への放電を開始し、ダイクッション１２２が下死点より少し上の位置に到達したとき同放電を停止する。上記特定の位置の通過時か上記加速動作から減速動作を除く期間には主モータ駆動装置２０１のコンデンサＣ８から主モータ１０４への放電は行わない。

図１０は図８全体に示すプレス８０に応用した例においてダイクッションの上死点および下死点の位置ＥＣ１およびＥＣ２を検出する一対のエンコーダＥＣが設けられた点を除き同様なプレス１００を示す図である。金型はダイクッション１２２内に収容されているので図示していない。

図８〜図１０に示すダイクッション１２２が上死点位置より少し下降した位置に到達したとき主モータ駆動装置２０１のコンデンサＣ８に充電された電気エネルギーの主モータ１０４への放電を開始し、ダイクッション１２２が下死点より少し上の位置に到達した後に放電を終了する。この放電の開始から終了までの間を除き、主モータ駆動装置２０１のコンデンサＣ８から主モータ１０４への放電は行わない。

図８〜図１０に示すダイクッション１２２において、外部入力信号は機械の位置に応じて生成される。ダイクッション１２２が、図９および図１０に点線で示す特定の位置にある場合に、リミットスイッチまたはエンコーダの信号に応じてソフトウェアにより生成した信号がオンし、そのリミットスイッチまたはエンコーダの信号に応じてソフトウェアにより生成した信号がオフするよう、外部入力信号を発生させる。

機械の位置は、機械を制御する装置内の制御プログラムによって制御されているため、リミットスイッチまたはエンコーダの信号に応じてソフトウェアにより生成した信号がオフするよう、外部入力信号を発生させる。

また、機械を制御する場合、一般に、スライド１２１とダイクッション１２２との間の衝撃を吸収するダイクッションの実位置を、ダイクッション１２２に設置されたリミットスイッチまたはエンコーダのような位置検出器からの情報を取り込み、取り込んだ実位置を元にプレス機８０を駆動する主モータ１０４の主モータ駆動装置２０１への外部入力信号として生成することも可能である。この外部入力信号は例えばＮＣ装置によりソフトウェアを用いて作成する。

図１１はプレス機８０の駆動装置を示す図であり、図１に示す主モータ駆動装置と図１３に示す副モータ駆動装置とを示す図である。副モータ駆動装置２０２は従来技術によるものであり、主モータ駆動装置２０１は図１１に示す本発明によるものである。主モータ駆動装置２０１は以下に記すように動作する。

図１２Ａは本発明のモータ駆動装置における主モータの出力ｋＷを示す図であり、図１２Ｂは主モータに供給される電力ｋＷを示す図であり、図１２Ｃは副モータの出力ｋＷを示す図であり、図１２Ｄは主モータと副モータへ電源から供給される電力ｋＷを示す図であり、図１２Ｅは放電を制御する外部信号を示す図である。

図１２において、主モータ１０４は図８〜図１０で示されている。図１２Ａ〜図１２Ｄにおいて、横軸は時間ｔを、図１２Ａおよび図１２Ｃの縦軸は出力ｋＷを、図１２Ｂおよび図１２Ｄの縦軸は供給電力ｋＷそれぞれ示す。図１２Ｅの縦軸は放電を制御する外部入力信号のオン／オフを示す。例えばＮＣ装置の外部入力信号がＨのとき、主モータ駆動装置２０１のコンデンサ８に充電された電気エネルギーが主モータ１０４への放電に利用される。

図１２Ａに示されるように、主モータ１０４へ電力が供給されるとき、主モータ１０４の出力（ｋＷ）は、電力の供給開始時刻ｔ0から所定速度に到達する時刻ｔ10まで徐々に増加し、供給終了時の供給終了時刻ｔ22から停止するまでの停止時刻ｔ30まで徐々に減少する。

従来技術では、主モータ４へ供給されるエネルギーには限界があるため、図１５Ｂにハッチングで示すようにコンデンサ８から主モータへ１０４への電力供給は途中で途絶えることがある。そこで、本発明ではコンデンサ８および電源から主モータ１０４へエネルギーを供給する。図１２Ｃは電源から副モータ２０４への出力を示す。図１２Ｄは主モータ１０４および副モータ２０４へ供給される電力を示す。

図１２Ｂを参照すると、上述したように、コンデンサ８と電源から主モータ１０４へ供給されるエネルギーは途絶えるため、コンデンサ８から主モータ１０４へのエネルギー供給が途絶えることのないように時刻ｔ12から時刻ｔ20の間は、電源のみから主モータ１０４へエネルギーを供給し、この間にコンデンサ８を充電しておき、コンデンサ８から主モータ１０４へのエネルギー供給が途絶えることを防止する。図１２Ｂにハッチングで示すように、時刻ｔ1から時刻ｔ12までの間および時刻ｔ20から時刻ｔ23までの間は電源の他にコンデンサ８に蓄電されたエネルギーを主モータ１０４へ供給する。副モータ２０４への電力供給を要した場合、その時刻ｔ1から時刻ｔ12までの間および時刻ｔ20から時刻ｔ23までの間では、電源およびコンデンサ８から主モータ１０４へ電力を供給する。

図１２Ｄに示すように、主モータおよび副モータへ供給されるエネルギーは、時刻ｔ1から時刻ｔ12の間および時刻ｔ20から時刻ｔ23の間は電源とコンデンサ８から供給され、時刻ｔ0から時刻ｔ1までの間、時刻ｔ12から時刻ｔ20までの間および時刻ｔ23以降は電源から供給される。

本発明では図１２Ｅに示すようにコンデンサ８に充電されたエネルギーの供給が不要な期間、すなわち時刻ｔ12から時刻ｔ20の間はコンデンサ８からのエネルギーの供給を停止するように制御する。

以上のことから、本発明によるモータ駆動装置では、コンデンサに充電された電気エネルギーを必要な所でモータへ電力供給し不要な所で電力供給を休止するように制御するので、コンデンサに充電された電気エネルギーを有効に利用でき、電源からのピーク電力が抑制できる。また、このように構成することにより電源から供給される電力の平均値を低減でき、かつコンデンサの容量も低減できる。

本発明の一実施形態に係るモータ駆動装置の回路図である。図１に示す充放電制御回路の第１実施例の詳細図である。図１に示す充放電制御回路の第２実施例の詳細図である。図１に示す充放電制御回路の第３実施例の詳細図である。本発明のフローチャートである。本発明のフローチャートである。図１に示す本発明の一実施形態に係るモータ駆動装置における（Ａ）〜（Ｃ）はモータ速度とエネルギーの関係を示し、（Ｄ）〜（Ｆ）は各部動作のシミュレーション結果を示すタイムチャートであり、（Ｇ）はＱ２の制御信号を示す図である。スライドとダイクッションを含むプレス機を示す図である。図８全体に示すプレス機８０に応用した例においてダイクッションの上死点と下死点の位置を検出するリミットスイッチＬＳ１とＬＳ２が設けられた点を除き同様なプレス９０を示す図である。図８全体に示すプレス機８０に応用した例においてダイクッションの上死点および下死点の位置ＥＣ１およびＥＣ２を検出する一対のエンコーダＥＣが設けられた点を除き同様なプレス１００を示す図である。図１に示す主モータ駆動装置と図１３に示す副モータ駆動装置とを示す図である。図１２Ａおよび図１２Ｂは本発明のモータ駆動装置における主モータの出力を示す図であり、図１２Ｃは副モータの出力を示す図であり、図１２Ｄは主モータと副モータへ電源から供給されるエネルギーを示す図であり、図１２Ｅは放電を制御する外部信号を示す図である。従来技術のモータ駆動装置の回路図である。従来技術によるモータ駆動装置における（Ａ）〜（Ｃ）はモータ速度とエネルギーの関係を示し、（Ｄ）〜（Ｆ）は各部動作のシミュレーション結果を示すタイムチャートである。図１5Ａ〜図１5Ｄは従来技術のモータ駆動装置におけるモータの出力を示す図である。

符号の説明

１モータ駆動装置
２コンバータ
３インバータ
４モータ
５インバータ制御回路
６平滑コンデンサ
７、７’、７” 充放電制御回路
８コンデンサ
４１ＩＧＢＴＱ２制御回路
４２ＮＣ装置
８０プレス機
１０４主モータ
１２０鋼板
１２１スライド
１２２ダイクッション
２０１主モータ駆動装置
２０２副モータ駆動装置
２０４副モータ

Claims

ＡＣ入力電圧を受け交流−直流電力変換を行うコンバータと、直流電力を受電し直流−交流電力変換を行なうインバータとを有するモータ駆動装置において、
コンバータとインバータの間のリンク部に、並列接続した、充放電制御回路とコンデンサを有し、前記コンデンサに蓄えられたエネルギーを、前記充放電制御回路によって、充放電を行ない、
前記充放電制御回路は、モータにより駆動される機械の可動物の位置を検出するリミットスイッチから出力される信号、或は、プログラムにより指令されたモータの位置または前記可動物の検出位置が予め決められた位置を越えた時に出力される信号に基づいて生成された外部入力信号によって、充放電を行うことを特長とするモータ駆動装置。
サーボプレス機の駆動源に、請求項１に記載のモータ駆動装置を使用したサーボプレス機において、
前記外部入力信号が、前記サーボプレス機のスライド、或はダイクッションの位置を検出するリミットスイッチから出力される信号であり、或は、プログラムにより指令された前記モータの位置、または前記スライドまたは前記ダイクッションの検出位置が、予め決められた位置を越えた時に出力される信号である事を特長とする、サーボプレス機。