JP4686206B2

JP4686206B2 - Inertial load drive

Info

Publication number: JP4686206B2
Application number: JP2005037591A
Authority: JP
Inventors: 正典今関; 裕二志賀
Original assignee: IHI Infrastructure Systems Co Ltd
Current assignee: IHI Infrastructure Systems Co Ltd
Priority date: 2005-02-15
Filing date: 2005-02-15
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2025-02-15
Also published as: JP2006230040A

Description

本発明は、慣性負荷の減速時に得られる回生エネルギを有効に活用して電動機を駆動することができ、更には電源設備の小容量化を図った慣性負荷駆動装置に関する。 The present invention relates to an inertial load driving device capable of driving an electric motor by effectively using regenerative energy obtained when an inertial load is decelerated, and further reducing the capacity of power supply equipment.

構造物や機器等の振動を抑制する制振装置は、例えば上記構造物の振動に同期させて該構造物に設けた慣性負荷を、その慣性力が外力に対して逆向きに作用するように振動させることで、その振動を積極的に打ち消すように構成される。特に電動機を用いて上記慣性負荷を加減速する制振装置においては、その減速時に上記電動機を介して得られる回生電気エネルギをコンデンサに蓄積し、この蓄積エネルギを前記電動機の駆動に再利用することが試みられている（例えば特許文献１を参照）。
特開平１０−２６７０６号公報 A vibration damping device that suppresses vibration of a structure, equipment, etc., for example, synchronizes with the vibration of the structure so that the inertial load provided on the structure acts in a direction opposite to the external force. By making it vibrate, it is configured to positively cancel the vibration. In particular, in a vibration damping device that accelerates and decelerates the inertial load using an electric motor, regenerative electric energy obtained through the electric motor is accumulated in a capacitor during the deceleration, and the accumulated energy is reused for driving the electric motor. Has been attempted (see, for example, Patent Document 1).
JP-A-10-26706

ところで上述した制振装置に代表される慣性負荷駆動装置においては、一般に、慣性負荷を加減速する電動機の最大駆動電力（最大負荷電力）に見合う電力容量の電源設備が用いられる。この為、高層ビル等の構造物に組み込まれる制振装置では電動機の駆動に要する電力が大きいことから、その電源設備が非常に大掛かりなものとなることが否めない。しかも特許文献１に開示されるように慣性負荷の減速時に得られる回生電力エネルギをコンデンサ（蓄電池）に蓄積して電動機の駆動に再利用する場合、一般的にその電源設備は、上記コンデンサ（蓄電池）自体を電力源として用いることが多い。従って外部から供給される電力エネルギは上記回生電力エネルギと共に、一旦、コンデンサ（蓄電池）に蓄えられた後、このコンデンサ（蓄電池）から電動機に電力供給されることになる。これ故、コンデンサ（蓄電池）の充電状態によっては上記回生電力エネルギを十分に回収できない虞があり、回生電力エネルギの全てを有効に活用しているとは言い難い。 By the way, in the inertial load driving device represented by the above-described vibration damping device, generally, power supply equipment having a power capacity corresponding to the maximum driving power (maximum load power) of the electric motor that accelerates and decelerates the inertial load is used. For this reason, in the vibration damping device incorporated in a structure such as a high-rise building, the electric power required for driving the motor is large, and it cannot be denied that the power supply facility becomes very large. In addition, as disclosed in Patent Document 1, when the regenerative power energy obtained when the inertial load is decelerated is stored in a capacitor (storage battery) and reused for driving an electric motor, generally, the power supply equipment includes the capacitor (storage battery). ) Itself is often used as a power source. Therefore, after the electric energy supplied from the outside is once stored in the capacitor (storage battery) together with the regenerative electric energy, the electric power is supplied from the capacitor (storage battery) to the electric motor. Therefore, depending on the state of charge of the capacitor (storage battery), there is a possibility that the regenerative power energy cannot be sufficiently recovered, and it is difficult to say that all of the regenerative power energy is effectively utilized.

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、慣性負荷の減速時に得られる回生電力エネルギを有効に活用して電動機を駆動すると共に、電源設備の小容量化を図ることのできる慣性負荷駆動装置を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and its object is to effectively utilize the regenerative power energy obtained when the inertial load is decelerated to drive the motor and to reduce the capacity of the power supply equipment. It is an object of the present invention to provide an inertial load driving device capable of performing the above.

上述した目的を達成するべく本発明に係る慣性負荷駆動装置は、慣性負荷を加減速する電動機（アクチュエータ）と、入力交流電力を直流変換して直流電力エネルギを得るコンバータ（交流・直流変換器）と、このコンバータを介して得られた直流電力エネルギを蓄積するコンデンサ（蓄電器）と、このコンデンサに蓄えられた直流電力エネルギおよび／または前記コンバータを介して得られた直流電力エネルギを用いて前記電動機を駆動すると共に、前記電動機を介して得られる回生電力エネルギを前記コンデンサに蓄積するインバータ（駆動器）とを具備したものであって、
特に前記電動機に加わる負荷エネルギを推定し、この負荷エネルギに基づいて前記インバータの作動を制御すると共に、前記負荷エネルギが力行の場合には、前記コンバータの出力電圧を低く設定することで前記コンデンサからのエネルギ放出を促し、前記負荷エネルギが回生の場合には、前記コンバータの出力電圧を高く設定することで前記コンデンサへのエネルギ充電を促す制御器を備えたことを特徴としている（請求項１）。 In order to achieve the above-described object, an inertial load driving apparatus according to the present invention includes an electric motor (actuator) that accelerates and decelerates an inertial load, and a converter (AC / DC converter) that converts input AC power into DC to obtain DC power energy. And a capacitor (capacitor) for storing DC power energy obtained through the converter, and the electric motor using the DC power energy stored in the capacitor and / or the DC power energy obtained through the converter And an inverter (driver) that stores regenerative power energy obtained via the electric motor in the capacitor,
In particular, the load energy applied to the electric motor is estimated, the operation of the inverter is controlled based on the load energy, and when the load energy is power running, the output voltage of the converter is set to be low from the capacitor. And a controller for energizing the capacitor to charge the energy by setting the output voltage of the converter high when the load energy is regenerative (Claim 1). .

また前記制御器は、前記電動機のトルクとその速度とから、または前記コンデンサの容量と該コンデンサに加わる電圧の変動分とから、或いは前記インバータの出力電流と出力電圧とから前記負荷エネルギを推定し、推定した負荷エネルギ量に応じて前記コンバータの出力電圧および／または入力電流を制御するように構成される（請求項２）。
更には前記負荷エネルギ量を平滑化した値に基づいて前記コンバータの入力電流を制限するように構成される（請求項３）。 Further, the controller estimates the load energy from the torque of the motor and its speed, from the capacitance of the capacitor and the fluctuation of the voltage applied to the capacitor, or from the output current and output voltage of the inverter. The converter is configured to control the output voltage and / or the input current of the converter according to the estimated load energy amount.
The further configured to limit the input current of said converter based on the value obtained by smoothing the load amount of energy (claim 3).

上記構成の慣性負荷駆動装置によれば、慣性負荷を加減速する電動機の負荷エネルギ（電力）に応じてインバータの作動が制御され、更には前記コンバータを介する前記コンデンサへの充電エネルギ量が制御される。従って電動機による慣性負荷の駆動状態が加速（力行）であるか、或いは減速（回生）であるかに応じてコンデンサに対する電力エネルギの充放電を効率的に制御することができるので、前記コンデンサに蓄積された電力エネルギを積極的に活用して電動機を駆動することができ、その消費電力を低減することができる。 According to the inertial load driving device having the above configuration, the operation of the inverter is controlled in accordance with the load energy (electric power) of the motor that accelerates and decelerates the inertial load, and further, the amount of charging energy to the capacitor via the converter is controlled. The Therefore, the charging / discharging of the electric power energy to the capacitor can be controlled efficiently depending on whether the driving state of the inertial load by the electric motor is acceleration (powering) or deceleration (regeneration), and therefore the capacitor accumulates in the capacitor. It is possible to drive the electric motor by actively using the generated electric energy, and to reduce the power consumption.

特に電動機の負荷エネルギ（電力）を推定し、推定した負荷エネルギ（電力）に基づいてコンバータの出力電圧および／または入力電流を制御し、これによってコンバータを介するコンデンサへの充電エネルギ量を制御するので、外部（入力交流電源）から上記コンバータを介して取り込む電力量を必要最小限に抑えることができる。従って電動機を駆動する電源設備としての電源容量を低減することができる。 In particular, the load energy (electric power) of the motor is estimated, and the output voltage and / or input current of the converter is controlled based on the estimated load energy (electric power), thereby controlling the amount of charging energy to the capacitor via the converter. The amount of power taken in from the outside (input AC power supply) via the converter can be minimized. Therefore, it is possible to reduce the power supply capacity as the power supply facility for driving the electric motor.

また前記負荷エネルギ量が電動機の力行状態を示す場合には前記コンバータの出力電圧を低く設定し、前記負荷エネルギ量が電動機における回生状態を示す場合には前記コンバータの出力電圧を高く設定することで前記コンデンサの蓄積電力エネルギ量（充電量）を制御するので、その制御系が複雑化することがない。しかもコンバータの出力電圧を可変すると言う簡単な制御だけでコンデンサの蓄積電力エネルギ量（充電量）を効果的に制御することができるので、電動機を介する回生電力エネルギの蓄積（充電）と、その再利用（放電）による上記電動機の駆動とを効率的に行うことができる。 Further, when the load energy amount indicates a power running state of the electric motor, the output voltage of the converter is set low, and when the load energy amount indicates a regenerative state in the electric motor, the output voltage of the converter is set high. Since the stored power energy amount (charge amount) of the capacitor is controlled, the control system is not complicated. Moreover, since the amount of stored power energy (charge amount) of the capacitor can be effectively controlled only by simple control of changing the output voltage of the converter, regenerative power energy storage (charging) via the electric motor is The electric motor can be efficiently driven by use (discharge).

更には前記負荷エネルギ量を平滑化してその平均的な負荷エネルギ量を求め、この平均的な負荷エネルギ量を充足するように前記コンバータの入力電流を制限し、これによって前記電動機を駆動するに必要な最小限の電力だけを前記コンバータを介して取り込むようにしている。この結果、多大な電流の流入を抑え、電動機の駆動に必要な電力の平滑分相当まで外部電源からの供給電力を低減することができるので、その電源容量を十分に低く抑えることが可能となる。 Furthermore, the load energy amount is smoothed to obtain the average load energy amount, and the converter input current is limited so as to satisfy the average load energy amount, thereby driving the motor. Only a minimum amount of power is taken in via the converter. As a result, it is possible to suppress the inflow of a large amount of current and reduce the power supplied from the external power source to the level corresponding to the smoothing of the power required for driving the motor, so that the power source capacity can be suppressed sufficiently low. .

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る慣性負荷駆動装置について、構造物等の揺れを抑える制振装置を例に説明する。
図１はこの実施形態に係る制振装置の概略構成を示す図で、１は船舶等の制振（減揺）対象物Ａに設けられた慣性負荷としての可動マスである。この可動マス（慣性負荷）１は、例えばリニアガイドにより支持されて水平に直線移動可能に設けられた重量物からなり、モータ（電動機）２により駆動されるリニアアクチュエータ３を介して往復移動されるようになっている。尚、この例ではばね１ａを用いて上記可動マス１を弾性的に支持することで、その移動力に対して制動力を付与するように構成されているが、ばね１ａを用いることのない構成、具体的には振子型の慣性負荷であっても良い。このような可動マス（慣性負荷）１は、制振対象物Ａの揺れに同期してその揺れを起こす外力と逆向きの慣性力を発生させるように移動駆動されることで上記制振対象物Ａの揺れを抑制（制振）する役割を担う。 Hereinafter, an inertial load driving device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, taking as an example a vibration damping device that suppresses shaking of structures and the like.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a vibration damping device according to this embodiment. 1 is a movable mass as an inertial load provided on a vibration damping (anti-vibration) object A such as a ship. The movable mass (inertial load) 1 is made of a heavy object that is supported by a linear guide and is horizontally movable, and is reciprocated through a linear actuator 3 driven by a motor (electric motor) 2. It is like that. In this example, the movable mass 1 is elastically supported using the spring 1a so that a braking force is applied to the moving force. However, the spring 1a is not used. Specifically, a pendulum type inertial load may be used. Such a movable mass (inertial load) 1 is driven to move so as to generate an inertial force in the direction opposite to the external force that causes the vibration to be controlled in synchronization with the vibration of the vibration control object A. Plays the role of suppressing (vibrating) the shaking of A.

さて上記モータ２を駆動する電源部は、充電抵抗器４を介して供給される入力交流電力５を直流変換して直流電力エネルギを得るＰＷＭコンバータ等の交流・直流変換器（コンバータ）６と、このコンバータ６を介して得られた直流電力エネルギを蓄積するコンデンサ７と、このコンデンサ７に蓄えられた直流電力エネルギおよび／または前記コンバータ６を介して得られた直流電力エネルギを用いて前記モータ２を駆動するインバータ（駆動器）８とを備える。特にこのインバータ８は、前記可動マス１の減速時に前記モータ２を介して得られる回生電力エネルギを回収して前記コンデンサ７に蓄積するエネルギ回収機能を備えたものからなる。また前記コンデンサ７は、例えば小型で充電容量の大きい電気二重層コンデンサからなる。 The power supply unit that drives the motor 2 includes an AC / DC converter (converter) 6 such as a PWM converter that converts the input AC power 5 supplied via the charging resistor 4 to DC to obtain DC power energy; The motor 2 using the capacitor 7 that stores the DC power energy obtained through the converter 6, the DC power energy stored in the capacitor 7 and / or the DC power energy obtained through the converter 6. And an inverter (driver) 8 for driving the motor. In particular, the inverter 8 is provided with an energy recovery function for recovering regenerative power energy obtained via the motor 2 when the movable mass 1 is decelerated and storing it in the capacitor 7. The capacitor 7 is formed of, for example, an electric double layer capacitor that is small and has a large charge capacity.

そして上記電源部の作動を制御する制御器９は、例えばマイクロプロセッサが備えた処理機能として実現されるもので、前記モータ２の負荷エネルギ（電力）Ｐを推定し、推定した負荷エネルギに応じて前記インバータ８の作動、および前記コンバータ６の作動をそれぞれ制御するように構成される。具体的には前記制御器９は、前記モータ２の駆動速度（モータ速度）Ｖとその駆動トルクＴとからその負荷エネルギ（電力）Ｐを
Ｐ＝Ｖ・Ｔ
として推定している。 The controller 9 that controls the operation of the power supply unit is realized, for example, as a processing function provided in the microprocessor. The controller 9 estimates the load energy (electric power) P of the motor 2 and responds to the estimated load energy. The operation of the inverter 8 and the operation of the converter 6 are respectively controlled. Specifically, the controller 9 determines the load energy (electric power) P from the driving speed (motor speed) V of the motor 2 and the driving torque T thereof by P = V · T
As estimated.

そして制御器９は、推定した負荷エネルギ（電力）Ｐに応じて前記インバータ８の作動を制御すると共に、前記コンバータ６による前記コンデンサ７の充電エネルギ量（充電電力）を制御するものとなっている。具体的には前記制御器９は、推定した負荷エネルギ（電力）Ｐが正［Ｐ＞０］であるときには前記モータ２が可動マス（慣性負荷）１を加速している力行状態であると判定し、逆に上記負荷エネルギ（電力）Ｐが負［Ｐ＜０］であるときには前記可動マス１が減速しており、モータ２が回生状態であると判定している。そして力行の場合にはインバータ８に駆動指令を与えることで、前記コンバータ６および／またはコンデンサ７から得られる電力エネルギをインバータ８を介して供給してモータ２を駆動し、回生である場合には前記モータ２を介して得られる回生電気エネルギを回収して前記コンデンサ７に充電している。 The controller 9 controls the operation of the inverter 8 according to the estimated load energy (electric power) P, and also controls the amount of charging energy (charging electric power) of the capacitor 7 by the converter 6. . Specifically, the controller 9 determines that the motor 2 is in a power running state in which the movable mass (inertial load) 1 is accelerated when the estimated load energy (electric power) P is positive [P> 0]. On the contrary, when the load energy (electric power) P is negative [P <0], it is determined that the movable mass 1 is decelerating and the motor 2 is in the regenerative state. In the case of power running, a drive command is given to the inverter 8 to supply power energy obtained from the converter 6 and / or the capacitor 7 via the inverter 8 to drive the motor 2. The regenerative electric energy obtained via the motor 2 is recovered and charged to the capacitor 7.

この際、制御器９は、モータ２が力行状態であるか、或いは回生状態であるかに応じて前記コンバータ６の出力電圧を変化させると共に、前記負荷エネルギ（電力）Ｐに応じて前記コンバータ６の入力電流を制限し、これによってコンデンサ７の充電エネルギ量を制御している。特に力行である場合にはコンバータ６の出力電圧を、予め設定された最小電圧値Ｖminとして低く設定し、逆に回生である場合にはコンバータ６の出力電圧を、予め設定された最大電圧値Ｖmaxとして高く設定している。そしてコンバータ６の出力電圧の制御により前記コンデンサ７に加わる端子電圧を最小電圧値Ｖminとして低く設定することで、コンデンサ７に蓄えられた電力エネルギの放電を容易ならしめると共にその放電を積極的に促している。またコンデンサ７に加わる端子電圧を最大電圧値Ｖmaxとして高く設定することで、より多くの電力エネルギを蓄積し得る状態を形成し、前述した回生電力エネルギのコンデンサ７への充電を積極的に促している。 At this time, the controller 9 changes the output voltage of the converter 6 depending on whether the motor 2 is in a power running state or a regenerative state, and also changes the converter 6 in accordance with the load energy (electric power) P. Thus, the charging energy amount of the capacitor 7 is controlled. In particular, in the case of power running, the output voltage of the converter 6 is set low as a preset minimum voltage value Vmin, and conversely, in the case of regeneration, the output voltage of the converter 6 is set to a preset maximum voltage value Vmax. As high as possible. The terminal voltage applied to the capacitor 7 is set low as the minimum voltage value Vmin by controlling the output voltage of the converter 6, thereby facilitating the discharge of the power energy stored in the capacitor 7 and actively promoting the discharge. ing. Further, by setting the terminal voltage applied to the capacitor 7 as the maximum voltage value Vmax, a state in which more power energy can be stored is formed, and the regenerative power energy is positively charged to the capacitor 7 described above. Yes.

また制御器９は上述した出力電圧の制御と平行して、前記負荷エネルギ（電力）Ｐの平滑化成分を求めることで、その動的成分を除去している。そしてモータ２にて消費される負荷エネルギ（電力）Ｐの平滑化成分に従って、その消費電力エネルギ分を前記入力交流電力５から補充するべく、コンバータ６を介して取り込む入力電流量を制限している。具体的には負荷エネルギ（電力）Ｐの平滑化成分Ｐaveである場合、交流入力電源５の電圧をＶoから
Ｉ＝Ｐave／［（√３）・Ｖo］ ≒ Ｐave／［１.７３・Ｖo］
として上記負荷エネルギ（電力）Ｐの平滑化成分Ｐaveを得るに必要な電流量Ｉを求め、この電流量Ｉだけ入力交流電力５を取り込むものとなっている。換言すればコンバータ６への入力電流を上記電流量Ｉにて制限することで、モータ２を駆動するに必要な最小限の電力だけを外部から取り込むものとなっている。 The controller 9 obtains a smoothing component of the load energy (electric power) P in parallel with the output voltage control described above, thereby removing the dynamic component. In accordance with the smoothing component of the load energy (electric power) P consumed by the motor 2, the amount of input current taken in via the converter 6 is limited in order to supplement the consumed power energy from the input AC power 5. . Specifically, in the case of the smoothing component Pave of the load energy (electric power) P, the voltage of the AC input power supply 5 is determined from Vo as I = Pave / [(√3) · Vo] ≈Pave / [1.73 · Vo]
As described above, a current amount I required to obtain the smoothing component Pave of the load energy (power) P is obtained, and the input AC power 5 is taken in by this current amount I. In other words, by limiting the input current to the converter 6 by the current amount I, only the minimum electric power necessary for driving the motor 2 is taken in from the outside.

このようにしてコンバータ６およびインバータ８の作動を制御する制御器９は、具体的には図２にその概略的な機能ブロック構成を示すように、コンバータ６の作動を制御する充放電制御部１０と、インバータ８の作動を制御する制振制御部２０とを備えて構成される。制振制御部２０は、制振対象物Ａに設けられた図示しない変位センサによって検出される横揺れ角速度情報と、前記モータ２の回転角の情報とに従ってモータ２の駆動を制御するフィードバック制御系を構築するもので、モータ２の回転角情報を微分することによりその角速度（モータ速度）を求める微分器２１を備える。また前記横揺れ角速度情報を積分することでその横揺れ角度を求める積分器２２を備える。制御演算器２３は、これらの情報に従って前記制振対象物Ａの横揺れを打ち消し得る前記可動マス（慣性負荷）１の変位量をモータ２の回転角指令として求めており、差分器２４にて上記回転角指令と前記モータ２の現在の回転角との差を、モータ２を加減速制御するに必要な制御量（モータ２に対する速度指令）として求めている。そして係数器２５にて上記制御量に、その制御系に固有な係数を乗じることで前記モータ２を駆動するに必要な速度指令を求めるものとなっている。 Specifically, the controller 9 that controls the operation of the converter 6 and the inverter 8 specifically includes a charge / discharge control unit 10 that controls the operation of the converter 6 as shown in FIG. And a vibration suppression control unit 20 that controls the operation of the inverter 8. The vibration suppression control unit 20 controls the drive of the motor 2 in accordance with roll angular velocity information detected by a displacement sensor (not shown) provided on the vibration suppression object A and information on the rotation angle of the motor 2. Is provided, and a differentiator 21 for obtaining the angular velocity (motor speed) by differentiating the rotation angle information of the motor 2 is provided. Further, an integrator 22 for obtaining the roll angle by integrating the roll angular velocity information is provided. The control calculator 23 obtains the displacement amount of the movable mass (inertial load) 1 that can cancel the roll of the vibration control object A as the rotation angle command of the motor 2 in accordance with these pieces of information. A difference between the rotation angle command and the current rotation angle of the motor 2 is obtained as a control amount (speed command for the motor 2) necessary for acceleration / deceleration control of the motor 2. The coefficient unit 25 obtains a speed command necessary for driving the motor 2 by multiplying the control amount by a coefficient unique to the control system.

これに対して充放電制御部１０は、上述した如く求められるモータ速度と、モータ２のトルクとを乗算器１１にて乗算することで、前述したようにその負荷エネルギ（電力）Ｐを求めている。そしてこの負荷エネルギ（電力）Ｐの値に応じて、具体的には負荷エネルギ（電力）Ｐが正であるか、或いは負であるかに応じてスイッチ１２を切り換え制御し、力行の場合には最小電圧値Ｖminを、また回生の場合には最大電圧値Ｖmaxを前記コンバータ６に対する出力電圧制御値として出力している。更に上記負荷エネルギ（電力）Ｐを低周波のローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３を介して平滑化した後、その平滑化成分Ｐaveを係数器１４に導くことで、コンバータ６に設定すべき前述した入力電流に対する制限値を求めるものとなっている。尚、負荷エネルギ（電力）Ｐが正（力行）であるか、或いは負（回生）であるかは、前記負荷エネルギ（電力）Ｐをローパスフィルタ（ＬＰＦ）１５を介して平滑化した出力を判定して求められる。 On the other hand, the charge / discharge control unit 10 obtains the load energy (electric power) P as described above by multiplying the motor speed obtained as described above and the torque of the motor 2 by the multiplier 11. Yes. In accordance with the value of the load energy (electric power) P, specifically, the switch 12 is controlled to switch depending on whether the load energy (electric power) P is positive or negative. The minimum voltage value Vmin is output as the output voltage control value for the converter 6 in the case of regeneration and the maximum voltage value Vmax is output. Further, after the load energy (electric power) P is smoothed through a low-frequency low-pass filter (LPF) 13, the smoothed component Pave is guided to a coefficient unit 14, whereby the above-described input current to be set in the converter 6. The limit value for is obtained. Whether the load energy (power) P is positive (power running) or negative (regeneration) is determined by smoothing the load energy (power) P through a low-pass filter (LPF) 15. Is required.

かくして上述した如く構成された制振装置によれば、図３にその概念を示すようにモータ２を介して得られる回生電力エネルギを前述したコンバータ６の出力電圧制御の下でコンデンサ７に効率的に回収すると共に、電流制限されて外部から供給される電力エネルギと上記コンデンサ７に回収した電力エネルギとを用いてモータ２を力行駆動することができる。従って可動マス１の減速時にモータ２を介して得られる回生電力エネルギを有効に用いて上記モータ２を力行駆動することができるので、その消費電力を大幅に低減することができる。 Thus, according to the vibration damping device configured as described above, the regenerative power energy obtained via the motor 2 is efficiently applied to the capacitor 7 under the output voltage control of the converter 6 as shown in FIG. In addition, the motor 2 can be driven by power using the electric power energy that is supplied from the outside after being limited in current and the electric power energy collected in the capacitor 7. Therefore, since the motor 2 can be driven by power using the regenerative power energy obtained via the motor 2 when the movable mass 1 is decelerated, the power consumption can be greatly reduced.

しかもモータ２の負荷エネルギ（電力）Ｐの平滑化成分Ｐaveに応じてコンバータ６を介する入力電流を制限し、モータ２を実質的に駆動するに必要な電力エネルギ（消費電力Ｐaveに相当）だけを外部交流電源５から供給するので、その電力容量を十分に小さく抑えることができる。換言すればモータ２における最大消費電力に左右されることなく、その負荷電力Ｐを平滑化して求められる実効的な電力エネルギＰaveだけを外部から供給するように電源設備を構築すれば良いので、その電力容量の小さい簡易な構成の電力設備とすることが可能となる。 In addition, the input current through the converter 6 is limited in accordance with the smoothing component Pave of the load energy (electric power) P of the motor 2, and only the power energy (corresponding to the power consumption Pave) necessary for substantially driving the motor 2 is obtained. Since power is supplied from the external AC power supply 5, the power capacity can be kept sufficiently small. In other words, it is only necessary to construct a power supply facility so that only the effective power energy Pave obtained by smoothing the load power P is supplied from the outside without being influenced by the maximum power consumption in the motor 2. It is possible to provide a power facility with a simple configuration with a small power capacity.

更には力行／回生に応じてコンバータ６の出力電圧を変化させ、これによってコンデンサ７における充電量（充電能力）を制御するので、簡易にして確実に、しかも積極的に回生電力エネルギをコンデンサ７に蓄積することができる。故に、例えばコンデンサ７の残容量によって回生電力エネルギの回収・蓄積が妨げられるような不具合を招来することもない。 Furthermore, the output voltage of the converter 6 is changed in accordance with power running / regeneration, thereby controlling the amount of charge (charging capacity) in the capacitor 7. Can be accumulated. Therefore, for example, the remaining capacity of the capacitor 7 does not cause a problem that the recovery / accumulation of regenerative power energy is hindered.

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。実施形態においてはコンバータ６の出力電圧を、力行／回生に応じて最小電圧値Ｖminと最大電圧値Ｖmaxの２値に制御したが、コンデンサ７の残容量に応じてリニアに制御することも勿論可能である。この場合には、コンデンサ７の容量をＣとして力行／回生の電力量Ｐに相当する電圧Ｖを
Ｐ＝（１／２）ＣＶ²
なる関係に従って求め、コンバータ６の出力電圧を上記電圧値Ｖとなるように制御するようにすれば良い。 The present invention is not limited to the embodiment described above. In the embodiment, the output voltage of the converter 6 is controlled to two values of the minimum voltage value Vmin and the maximum voltage value Vmax according to power running / regeneration, but it is of course possible to control linearly according to the remaining capacity of the capacitor 7. It is. In this case, assuming that the capacity of the capacitor 7 is C, the voltage V corresponding to the power running / regenerative power amount P is P = (1/2) CV ²
And the output voltage of the converter 6 may be controlled to be the voltage value V.

また前述した実施形態においてはモータ２のトルクとモータ速度とから負荷電力Ｐを推定したが、コンデンサ７の容量Ｃと、コンデンサ７の加わる端子電圧の変動成分とから負荷電力Ｐを推定することも可能であり、或いはインバータ８からモータ２に対して出力される電圧と電流とからその負荷電力Ｐを推定するようにしても良い。更にはインバータ８に組み込まれる負荷電力推定機能の出力をそのまま利用することも勿論可能である。 In the embodiment described above, the load power P is estimated from the torque of the motor 2 and the motor speed. However, the load power P may be estimated from the capacitance C of the capacitor 7 and the fluctuation component of the terminal voltage applied by the capacitor 7. The load power P may be estimated from the voltage and current output from the inverter 8 to the motor 2. Furthermore, it is of course possible to use the output of the load power estimation function incorporated in the inverter 8 as it is.

更にここでは小型で大容量のコンデンサ７として、電気二重層コンデンサを用いることを提唱したが、従来一般的な電解コンデンサ等を用いる場合にも同様に適用可能である。更には慣性負荷の形態も特に限定されるものではなく、モータ２としてもリニアアクチュエータ型のものをそのまま用いることも勿論可能である。即ち、ここでは制振装置を例に説明したが、荷役機械や各種の産業機械において、慣性負荷を加減速制御する場合にも同様に適用することができる。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。 Furthermore, although it has been proposed here to use an electric double layer capacitor as the small-sized and large-capacitance capacitor 7, it can be similarly applied to the case where a conventional general electrolytic capacitor or the like is used. Furthermore, the form of the inertial load is not particularly limited, and it is of course possible to use a linear actuator type as the motor 2 as it is. That is, here, the vibration damping device has been described as an example, but the present invention can be similarly applied to acceleration / deceleration control of an inertial load in a cargo handling machine or various industrial machines. In addition, the present invention can be variously modified and implemented without departing from the scope of the invention.

本発明に係る慣性負荷駆動装置の一実施形態である、制振装置の要部概略構成図。The principal part schematic block diagram of the damping device which is one Embodiment of the inertial load drive device which concerns on this invention. 図１に示す制振装置に組み込まれる制御器の概略的な機能ブロック構成の一例を示す図。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a schematic functional block configuration of a controller incorporated in the vibration damping device illustrated in FIG. 1. 図１に示す制振装置において、慣性負荷の加減速に伴う力行エネルギと回生エネルギの様子を示す図。The figure which shows the mode of the power running energy and regenerative energy accompanying the acceleration / deceleration of an inertial load in the damping device shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１可動マス（慣性負荷）
２モータ（電動機）
６コンバータ
７コンデンサ
８インバータ
９制御器
１０充放電制御部
２０制振制御部 1 Movable mass (inertial load)
2 Motor (electric motor)
6 Converter 7 Capacitor 8 Inverter 9 Controller 10 Charge / Discharge Control Unit 20 Vibration Suppression Control Unit

Claims

慣性負荷を加減速する電動機と、
入力交流電力を直流変換して直流電力エネルギを得るコンバータと、
このコンバータを介して得られた直流電力エネルギを蓄積するコンデンサと、
このコンデンサに蓄えられた直流電力エネルギおよび／または前記コンバータを介して得られた直流電力エネルギを用いて前記電動機を駆動すると共に、前記電動機を介して得られる回生電力エネルギを前記コンデンサに蓄積するインバータと、
前記電動機に加わる負荷エネルギを推定し、この負荷エネルギに基づいて前記インバータの作動を制御すると共に、前記負荷エネルギが力行の場合には、前記コンバータの出力電圧を低く設定することで前記コンデンサからのエネルギ放出を促し、前記負荷エネルギが回生の場合には、前記コンバータの出力電圧を高く設定することで前記コンデンサへのエネルギ充電を促す制御器と
を具備したことを特徴とする慣性負荷駆動装置。 An electric motor that accelerates and decelerates the inertial load;
A converter that converts input AC power into DC to obtain DC power energy;
A capacitor for accumulating DC power energy obtained through this converter;
An inverter that drives the motor using the DC power energy stored in the capacitor and / or the DC power energy obtained through the converter, and stores the regenerative power energy obtained through the motor in the capacitor. When,
The load energy applied to the electric motor is estimated, and the operation of the inverter is controlled based on the load energy . When the load energy is power running, the output voltage of the converter is set low by setting the output voltage of the converter low. An inertial load driving device comprising: a controller that urges energy release and urges the capacitor to charge energy by setting the output voltage of the converter high when the load energy is regenerative .

前記負荷エネルギは、前記電動機のトルクとその速度とから、または前記コンデンサの容量と該コンデンサに加わる電圧の変動分とから、或いは前記インバータの出力電流と出力電圧とから推定されるものであって、
前記制御器は、前記負荷エネルギ量に応じて前記コンバータの出力電圧および／または入力電流を制御するものである請求項１に記載の慣性負荷駆動装置。 The load energy is estimated from the torque of the motor and its speed, from the capacitance of the capacitor and the fluctuation of the voltage applied to the capacitor, or from the output current and output voltage of the inverter. ,
The inertial load driving apparatus according to claim 1, wherein the controller controls an output voltage and / or an input current of the converter according to the load energy amount.

前記制御器は、前記負荷エネルギ量を平滑化した値に基づいて前記コンバータの入力電流を制限するものである請求項２に記載の慣性負荷駆動装置。 The inertial load driving apparatus according to claim 2, wherein the controller limits an input current of the converter based on a value obtained by smoothing the load energy amount.