JP5442245B2 - 共通コンバータの過負荷保護方法及び装置、並びに多軸モータドライブシステム - Google Patents

Description

本発明は、複数のサーボモータを備えた産業工作機械などを駆動する多軸モータドライブシステムに係り、特に、これらサーボモータを駆動するサーボアンプに直流源として共通に用いられる多軸モータドライブシステムの共通コンバータの過負荷保護方法及び装置、並びに多軸モータドライブシステムに関する。

従来、産業用工作機械などのモータドライブシステムとしては、小中容量のサーボモータのトルクをギアを用いて大トルクに変換するシステムが用いられていたが、近年では、複雑で保守が困難なギアを用いないダイレクトドライブ化が進んできており、その一例として、産業用工作機械などの駆動対象機械に複数のサーボモータを設けて、この駆動対象機械の各部の駆動個所を夫々のサーボモータで分担して駆動するようにした多軸モータドライブシステムが提案されている。

図７はかかる多軸モータドライブシステムの一例を示すシステム構成図であって、１は交流電源、２は共通コンバータ、３ａ，３ｂ，３ｃはサーボアンプ、４ａ，４ｂ，４ｃはサーボモータ、５ａ，５ｂ，５ｃは位置センサである。

同図において、駆動対象機械では、複数（ここでは、３個）のサーボモータ４ａ〜４ｃが用いられ、夫々のサーボモータ４ａ〜４ｃが、夫々毎に、サーボアンプ３ａ〜３ｃによって駆動される。これらの直流電源としては、同じ１つのコンバータ、即ち、共通コンバータ２が用いられる。

交流電源１からの交流は共通コンバータ２で直流に変換され、サーボアンプ３ａ〜３ｃに供給される。これらサーボアンプ３ａ〜３ｃは夫々インバータを備えており、供給された直流がこれらインバータによって交流に変換されてサーボモータ４ａ〜４ｃに供給される。

また、各サーボモータ４ａ〜４ｃには、その回転量を検出する位置センサ５ａ〜５ｃが設けられ、それらの検出出力がサーボアンプ３ａ〜３ｃに供給される。そして、サーボアンプ３ａ〜３ｃにサーボモータ４ａ〜４ｃの回転量を指令する位置指令値が供給されると、サーボアンプ３ａ〜３ｃのインバータ部が動作してサーボモータ４ａ〜４ｃに駆動電流を供給し、これらサーボモータ４ａ〜４ｃを回転駆動する。このとき、これらサーボモータ４ａ〜４ｃの回転量が位置センサ５ａ〜５ｃの検出出力によって監視されてインバータが制御され、、これにより、サーボモータ４ａ〜４ｃは位置指令値に応じた回転量だけ回転駆動される。

以上は、位置制御の説明であるが、速度制御，トルク制御の場合においても、同様に速度指令値，トルク指令値に応じた速度，トルクで回転駆動する。

ところで、サーボアンプ３ａ〜３ｃに共通に１つの共通コンバータ２が使用され、この共通コンバータ２がサーボアンプ３ａ〜３ｃの負荷を負担することになり、サーボアンプ３ａ〜３ｃの負荷が増大すると、共通コンバータの負荷が増大して発熱量が増大する。共通コンバータ２にも、通常放熱機構が設けられ、異常な温度上昇を抑えることができるようにしているが、過負荷状態となってこの放熱機構でも放熱しきれない発熱状態となると、共通コンバータが故障し、この多軸モータドライブシステムが動作できなくなる事態も生ずる。

これを防止するために、夫々のサーボアンプ４ａ〜４ｃの出力を求めて加算し、その加算出力の多軸の動作１周期の期間当りの平均値を閾値（コンバータ２の定格出力）と比較することにより、この平均値が閾値を越えた場合には、共通コンバータ２が過負荷状態にあるものとして、全てのサーボアンプ３ａ〜３ａからの出力を停止、あるいはサーボモータ４ａ〜４ｃのうちの所定のものの動作速度を低下させるようにした技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１９９７９２号公報

ところで、サーボアンプ３ａ〜３ｃが同時に過負荷状態となると、共通コンバータには、非常に大きな電流が瞬時的に流れることになり、異常な発熱が瞬時的に発生し、これが共通コンバータの故障の原因となることがある。

これに対し、上記特許文献１に記載の技術では、各サーボアンプ３ａ〜３ｃの出力電力の和の動作１周期の平均値を閾値と比較することにより、過負荷状態を検出するものであるから、過負荷による上記の瞬時的な過大電流（以下、過負荷電流という）を検出することができず、このような過負荷状態に対しては、共通コンバータの保護を行なうことができない。

また、このような瞬時的な過大電流に対しての保護を図るために、共通コンバータの容量を高めるか、共通コンバータ内に出力電圧と出力電流を検出する回路を設けるようにすることが考えられるが、共通コンバータのコストやサイズが増大化するという問題がある。

本発明の目的は、かかる問題を解消し、共通コンバータのコストやサイズの増大化を回避して、かかる瞬時的な過大電流に対しても共通コンバータを保護することができるようにした多軸モータドライブシステムの共通コンバータの過負荷保護方法及び装置、並びに多軸モータドライブシステムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の第１の手段は、１つの共通コンバータで交流を直流に変換して複数のサーボアンプに供給し、当該複数のサーボアンプ毎にサーボモータを駆動する多軸モータドライブシステムの共通コンバータの過負荷保護方法において、複数のサーボアンプ毎の消費電流を求めて、これら複数の消費電流を加算した総合消費電流に対応する過負荷判定値を補完するための補完値を、前回の過負荷判定で用いた前回の過負荷判定値に加えて求めた過負荷判定値について、予め設定された共通コンバータの容量に応じた閾値と比較することにより、当該共通コンバータが過負荷状態にあるか否かを判定した結果、当該共通コンバータが過負荷状態にあると判定したときには、当該複数のサーボアンプ全ての動作を停止させることを特徴とする。

本発明の第２の手段は、１つの共通コンバータで交流を直流に変換して複数のサーボアンプに供給し、当該複数のサーボアンプ毎にサーボモータを駆動する多軸モータドライブシステムの共通コンバータの過負荷保護方法において、複数のサーボアンプ毎の消費電流を求めて、これら複数の消費電流を加算した総合消費電流に対応する過負荷判定値を補完するための補完値を、前回の過負荷判定で用いた前回の過負荷判定値に加えて求めた過負荷判定値について、予め設定された共通コンバータの容量に応じた閾値と比較することにより、当該共通コンバータが過負荷状態にあるか否かを判定した結果、当該共通コンバータが過負荷状態にあると判定したときには、当該複数のサーボアンプのうちで出力を所定量低減可能なサーボアンプが有れば当該サーボアンプの出力を当該所定量低減し、無ければ当該複数のサーボアンプ全ての動作を停止させることを特徴とする。

本発明の第３の手段は、第１の手段又は第２の手段において、サーボモータのトルク値とサーボモータの速度検出と共通コンバータから複数のサーボアンプに供給される直流の直流電圧検出値とから消費電流を求めることを特徴とする。

本発明の第４の手段は、第１の手段〜第３の手段の何れか１つの手段において、総合消費電流が負値であるとき、当該総合消費電流を零にして過負荷判定値を求めることを特徴とする。

本発明の第５の手段は、第４の手段において、過負荷判定値は、総合消費電流を共通コンバータの上昇温度又は降下温度に該当する補完値に変換し、前回求めた判定値に当該補完値を加算又は減算した値であることを特徴とする。

本発明の第６の手段は、１つの共通コンバータで交流を直流に変換して複数のサーボアンプに供給し、当該複数のサーボアンプ毎にサーボモータを駆動する多軸モータドライブシステムの共通コンバータの過負荷保護装置において、複数のサーボアンプ毎の消費電流を求める第１の演算手段と、第１の演算手段で得られた複数のサーボアンプの消費電流を加算して総合消費電流を求める第２の演算手段と、総合消費電流に対応する過負荷判定値を補完するための補完値を、前回の過負荷判定で用いた前回の過負荷判定値に加えて求めた過負荷判定値について、予め設定された共通コンバータの容量に応じた閾値と比較し、当該共通コンバータが過負荷状態にあるか否かを判定する第３の演算手段と、第３の演算手段で共通コンバータが過負荷状態にあると判定したときに複数のサーボアンプ全ての動作を停止させる動作制御手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明の第７の手段は、１つの共通コンバータで交流を直流に変換して複数のサーボアンプに供給し、当該複数のサーボアンプ毎にサーボモータを駆動する多軸モータドライブシステムの共通コンバータの過負荷保護装置において、複数のサーボアンプ毎の消費電流を求める第１の演算手段と、第１の演算手段で得られた複数のサーボアンプの消費電流を加算して総合消費電流を求める第２の演算手段と、総合消費電流に対応する過負荷判定値を補完するための補完値を、前回の過負荷判定で用いた前回の過負荷判定値に加えて求めた過負荷判定値について、予め設定された共通コンバータの容量に応じた閾値と比較し、当該共通コンバータが過負荷状態にあるか否かを判定する第３の演算手段と、第３の演算手段で共通コンバータが過負荷状態にあると判定したときに複数のサーボアンプのうちで出力を所定量低減可能とするサーボアンプが有れば当該サーボアンプの出力を当該所定量低減し、無ければ当該複数のサーボアンプ全ての動作を停止させる動作制御手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明の第８の手段は、第６の手段又は第７の手段において、第１の演算手段は、サーボモータのトルク値とサーボモータの速度検出と共通コンバータから複数のサーボアンプに供給される直流の直流電圧検出値とから消費電流を求めることを特徴とする。

本発明の第９の手段は、第６の手段〜第８の手段の何れか１つの手段において、第３の演算手段は、第２の演算手段で得られた総合消費電流が負であるとき、当該総合消費電流を零として過負荷判定値を求めることを特徴とする。

本発明の第１０の手段は、第９の手段において、第３の演算手段は、総合消費電流を共通コンバータの上昇温度又は降下温度に該当する補完値に変換し、前回求めた判定値に当該補完値を加算又は減算して過負荷判定値を求めることを特徴とする。

本発明の第１１の手段は、複数のサーボモータをそれぞれ駆動する複数のサーボアンプと、交流を直流に変換して複数のサーボアンプに対して同時に供給する共通コンバータと、第６の手段〜第の１０手段の何れか１つの手段の共通コンバータの過負荷保護装置と、を備えた多軸モータドライブシステムであることを特徴とする。

本発明によれば、各サーボアンプ毎の消費電流を求め、これらの消費電流を加算した総合消費電流に対応する過負荷判定値を補完するための補完値を、前回の過負荷判定で用いた前回の過負荷判定値に加えて求めた過負荷判定値について、予め設定された共通コンバータの容量に応じた閾値と比較することにより、共通コンバータが過負荷状態にあるか否かを判定するため、共通コンバータの負荷電流が連続的に増加することによる過負荷状態に加えて、過負荷電流が瞬時に増加することによる過負荷状態も検出することができ、係る過負荷時に各サーボアンプを動作制御して共通コンバータを確実に保護することができる。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。

まず、図２により、本発明による多軸モータドライブシステムとその共通コンバータの過負荷保護装置の概略構成について説明する。但し、図２において、１０ａ，１０ｂ，１０ｃは消費電流演算部、２０は過負荷検出部であり、図７に対応する部分には同一符号をつけて重複する説明を省略する。

本発明による共通コンバータの過負荷保護装置が用いられる多軸モータドライブシステムも、図７と同様のシステム構成をなしている。

図２において、サーボアンプ３ａ，３ｂ，３ｃには夫々、本発明による共通コンバータの過負荷保護装置を構成する消費電流演算部１０ａ，１０ｂ，１０ｃが設けられており、マスタアンプとしてのサーボアンプ３ａには、さらに、本発明による共通コンバータの過負荷保護装置を構成する過負荷検出部２０が設けられている。なお、これに対し、サーボアンプ３ｂ，３ｃはスレーブアンプとなる。

消費電流演算部１０ａ，１０ｂ，１０ｃでは夫々、サーボアンプ３ａ，３ｂ，３ｃでの消費電流Ｉiａ，Ｉiｂ，Ｉiｃが検出され、これらがサーボアンプ３ａでの過負荷検出部２０に供給されて、瞬時的または連続的な過負荷電流が瞬時的に検出される。ここで、瞬時的に過負荷電流が検出されるとは、過大な過負荷電流が瞬時的に、または、連続して発生する状態となった場合でも、それが発生するとともに、瞬時的に検出されることをいうものであって、以下では、瞬時的な過負荷電流が検出されるとして説明するが、連続的に過負荷電流が検出される場合も同様である。

また、かかる過負荷電流の検出は、所定の周期で繰り返し行なわれる。

図１は本発明による多軸モータドライブシステムと多軸モータドライブシステムの共通コンバータの過負荷保護方法及び装置の第１の実施形態を示すブロック構成図であって、２１はコンバータ出力電流演算部、２２は時限演算部、２３は過負荷判定部、３０はインバータ、３１は電流検出部、３２は電流制御演算部、３３は位置制御演算部、３４は速度演算部、３５は速度制御演算部、３６は電圧検出部、４０は表示部であり、図２，図７に対応する部分には同一符号をつけて重複する説明を省略する。以下では、マスタアンプのサーボアンプ３ａについて説明する。

同図において、サーボアンプ３ａでは、インバータ３０が設けられ、共通コンバータ２（図７）からの直流がこのインバータ３０によって交流電流に変換され、駆動電流としてサーボモータ４ａに供給される。また、この駆動電流が電流検出部３１で検出され、この検出結果の検出電流値が電流制御演算部３２に供給される。

一方、サーボモータ４ａの位置センサ５ａの検出出力（回転量）は、速度演算部３４に供給されて演算処理されて、サーボモータ４ａが回転しているときの回転速度が検出され、速度検出値ω_iaとして出力されるとともに、位置制御演算部３３に供給される。この位置制御演算部３３では、外部から位置指令値が供給されると、位置センサ５ａの検出出力をもとに、この位置指令値に応じた位置にサーボモータ４ａを回転させるための速度指令値を生成して出力する。この速度指令値は、速度演算部３４からの速度検出値ω_iaとともに、速度制御演算部３５に供給され、この速度指令値に応じた速度でサーボモータ４ａを回転させるための電流指令値Ｉ_i ^*aを生成する。この電流指令値Ｉ_i ^*aは電流制御演算部３２に供給され、電流検出部３１からの検出電流値を基に、インバータ３０からサーボモータ４ａに供給される駆動電流がこの電流指令値Ｉ_i ^*aとなるように、インバータ３０を制御する制御信号が生成される。

外部から位置指令値があったときにサーボモータ４ａが停止状態にあり、電流検出部３１からの検出電流値及び位置センサ５ａの検出出力が零であるときには、この位置指令値に応じた電流指令値Ｉ_i ^*aが速度制御部３５から出力されて電流制御演算部３２に供給され、これにより、この電流指令値Ｉ_i ^*aに応じた駆動電流がインバータ３０からサーボモータ４ａに供給されるようにインバータ３０が制御される。これにより、インバータ３０では、スイッチング素子のオン，オフのタイミングが制御されて電流が出力され、これがサーボモータ４ａに駆動電流が供給される。駆動電流の供給とともに、サーボモータ４ａにトルクが発生し、これにより、サーボモータ４ａが起動する。そして、サーボモータ４ａは加速されていき、その速度が規定の速度になると、この規定の速度でサーボモータ４ａは回転する。

なお、サーボモータ４ａを規定の速度まで加速する期間、共通コンバータ２からサーボアンプ３ａを介して電力が供給されるが、これを力行という。

また、外部からの位置指令値に応じてサーボモータ４ａが所定の回転をすると、これを回転センサ５ａが検出することにより、速度制御演算部３５から出力される電流指令値Ｉ_i ^*aは零となり、サーボモータ４ａは停止する。このサーボモータ４ａの停止は、サーボモータ４ａが次第に減速することによって行なわれるものであるが、これにより、サーボモータ４ａの固定子コイルに電圧が誘起され、これによる電力がサーボアンプ３ａを介して共通コンバータ２に還元される。

なお、このように、サーボモータ４ａが減速することによって電力がコンバータ２に還元されることを回生という。

また、上記の場合のサーボモータ４ａの回転方向を正の回転方向とすると、このときの位置指令値を正の位置指令値とすると、これに対し、外部から負の位置指令値が供給されると、速度制御演算部３５からは負の電流指令値Ｉ_i ^*aが出力されて電流制御演算部３２に供給される。これにより、電流制御演算部３２は、サーボモータ４ａが負の回転方向に回転するように、インバータ３０を制御する。この場合も、サーボモータ４ａは、起動して負の回転方向に加速され、その加速期間が力行区間となり、また、その後サーボモータ４ａが停止するときの減速期間が回生区間となる。

図３（ａ）はサーボモータ４ａの正負の回転方向に対する力行区間と回生区間とを示すものであって、横軸を時間軸、縦軸をトルク値Ｔと検出速度値ωとの軸を表わしており、縦軸の正領域を正の回転方向、同じく負領域を負の回転方向としている。

なお、トルク値Ｔは、トルク定数をＫ_tとすると、電流指令値Ｉ_i ^*aとにより、
Ｔ_i＝Ｋ_t×Ｉ_i ^*a ……（１）
で表わされ、検出速度値ωは、速度演算部３４の速度検出値である。

図３（ａ）において、サーボモータ４ａが正の回転方向に回転するように起動する場合には、その力行区間でのトルク値Ｔは正であり、速度検出値ωも正値で増加していく。また、サーボモータ４ａが負の回転方向に回転するように起動する場合には、その力行区間でのトルク値Ｔは負であり、速度検出値ωも負値で増加していく。

一方、正の回転方向に回転しているサーボモータ４ａが停止する場合には、その回生区間でのトルク値Ｔは負であり、速度検出値ωは正値で減少していく。また、負の回転方向に回転しているサーボモータ４ａが停止する場合には、その回生区間でのトルク値Ｔは正であり、速度検出値ωは負値で減少していく。

以上のように、サーボモータ４ａは制御されるが、これは他のサーボモータ４ｂ，４ｃやサーボアンプ３ｂ，３ｃについても同様である。

次に、この第１の実施形態の多軸モータドライブシステムの共通コンバータの過負荷保護方法及び装置について説明する。

この共通コンバータの過負荷保護装置は、
サーボアンプ３ａでの消費電流Ｉ_i演算部１０ａでは、速度制御演算部３５から出力される電流指令値Ｉ_i ^*aと、速度制御部３４から出力される速度検出値ω_iaと、電圧検出部３６で検出される共通コンバータ２から供給される直流の直流電圧検出値Ｖ_dciaとが所定の周期で取り込まれる。

この周期は、図３（ａ）における力行区間や回生区間の時間長（例えば、数１０ｍｓｅｃ以上）よりも充分短く、数１０μｓｅｃ〜ｍｓｅｃ単位の周期であり、電流指令値Ｉ_i ^*aと速度検出値ω_iaと直流電圧検出値Ｖ_dciaとが取り込まれる毎に、以下の処理動作が行なわれて共通コンバータ２の過負荷判定が行なわれる。

そこで、消費電流Ｉ_i演算部１０ａでは、電流指令値Ｉ_i ^*aと速度検出値ω_iaと直流電圧検出値Ｖ_dciaとが取り込まれると、まず、予め設定されているトルク定数Ｋ_taと電流指令値Ｉ_i ^*aとから、上記式（１）に従って、サーボモータ４ａのトルク値Ｔ_iaを
Ｔ_ia＝Ｋ_ta×Ｉ_i ^*a ……（２）
で求め、次いで、サーボモータ４ａへの出力値Ｐ_iaを、このトルク値Ｔ_iaと上記の速度検出値ω_iaとから、
Ｐ_ia＝Ｔ_ia×ω_ia ……（３）
で求める。そして、さらに、サーボアンプ３ａの消費電流値Ｉ_iaを、この出力値Ｐ_iaと上記の直流電圧検出値Ｖ_dciaとから、
Ｉ_ia＝Ｐ_ia／Ｖ_dcia ……（４）
で求める。

ここで、図３（ｂ）は図３（ｂ）に対する出力値Ｐ_iと消費電流値Ｉ_iとを示す図であって、力行区間では、トルク値Ｐ_iと速度検出値ω_iとがともにサーボモータ４ａの回転方向の値であるから、出力値Ｐ_iと消費電流値Ｉ_iはサーボモータ４ａの回転方向に応じた値で増加していき、正の値であるが、回生区間では、トルク値Ｐ_iと速度検出値ω_iとがともにサーボモータ４ａの回転方向とは反対方向の値であり、このため、出力値Ｐ_iと消費電流値Ｉ_iはサーボモータ４ａの回転方向とは反対方向に応じた値で減少していき、負の値である
このようにして得られたサーボアンプ３ａの消費電流値Ｉ_iaが過負荷検出部２０のコンバータ出力電流演算部２１に供給されるが、サーボアンプ３ｂ，３ｃにおいても、その消費電流演算部１０ｂ，１０ｃ（図２）でその消費電流値Ｉ_ib，Ｉ_icが検出され、これらの消費電流値Ｉ_ib，Ｉ_icがコンバータ出力電流演算部２１に供給される。

コンバータ出力電流演算部２１は、これら消費電流値Ｉ_ia，Ｉ_ib，Ｉ_icの総合消費電流値Ｉ_cvo、即ち、
Ｉ_cvo＝ΣＩ_i ……（５）
を求める。総合消費電流値Ｉ_cvoは、共通コンバータ２の出力電流値に関するものである。但し、これら消費電流値Ｉ_ia，Ｉ_ib，Ｉ_icは、サーボモータ４ａ〜４ｃの正負の回転方向にかかわらず、上記のように、力行区間では、正値であって、回生区間では、負値である。そこで、総合消費電流値Ｉ_cvo＜０であるときには、サーボモータ４ａ〜４ｃの少なくともいずれかが回生区間にあり、電力を共通コンバータ２に戻していることになり、この場合には、共通コンバータ２では、発熱が行なわれず、放熱が支配的となるため、その保護動作を行なう必要はない。このため、総合消費電流値Ｉ_cvo＜０であるときには、総合消費電流値Ｉ_cvo＝０とする。このようにして得られた総合消費電流値Ｉ_cvoは、過負荷検出部２０の時限演算部２２に供給される。

時限演算部２２では、総合消費電流値Ｉ_cvoに対応する補完値ｆ(Ｉ_cvo）のデータテーブルが設定されており、このデータテーブルからこの総合消費電流値Ｉ_cvoに対応する補完値ｆ(Ｉ_cvo）を抽出し、過負荷判定のための値、即ち、過負荷判定値Ｉ_s(ｋ）を、次の式（６）に従って求める。

Ｉ_s(ｋ）＝Ｉ_s(ｋ−１）＋ｆ(Ｉ_cvo） ……（６）
但し、Ｉ_s(ｋ−１）は前回の過負荷判定で用いた前回の過負荷判定値である。

なお、データテーブルに総合消費電流値Ｉ_cvoに対応する補完値ｆ(Ｉ_cvo）か存在しない場合には、総合消費電流値Ｉ_cvoの両隣の総合消費電流値Ｉ_cvoの補完値ｆ(Ｉ_cvo）を抽出し、これらの補間処理によって得ることができる。

ここで、前回の過負荷判定値Ｉ_s(ｋ−１）の判定のときには、これに相当する総消費電流値の電流が共通コンバータ２から出力されて共通コンバータ２が発熱している状態にあるとすると、これにより、共通コンバータ２はある温度に加熱されている状態にあり、次の（今回の）過負荷判定時で総合消費電流値Ｉ_cvoの電流が共通コンバータ２から出力されると、これによる発熱により、共通コンバータから加熱されて、その温度は前回の温度からこの今回の総合消費電流値Ｉ_cvoの電流によって生ずる発熱の分だけ、共通コンバータ２の温度が変化する。

上記式（６）はこのことを表わすものであって、Ｉ_s(ｋ−１）は前回の過負荷判定時での共通コンバータ２の加熱温度に相当する電流値であり、＋ｆ(Ｉ_cvo）は今回の過負荷判定時での前回の過負荷判定時での共通コンバータ２の加熱温度からの加熱温度の変化分に相当する電流値である。

今回の過負荷判定時の総合消費電流値Ｉ_cvoが、前回の過負荷判定時の総合消費電流値に対して、増加したものであって、共通コンバータ２の加熱温度を高めるものであるときには（総合消費電流値Ｉ_cvoによる共通コンバータ２の発熱量が放熱量を上廻る場合）、上記式（６）において、補完値ｆ(Ｉ_cvo）は正値であって、前回の過負荷判定値Ｉ_s(ｋ−１）に加算する「＋ｆ(Ｉ_cvo）」となり、今回の過負荷判定時の総合消費電流値Ｉ_cvoが、前回の過負荷判定時の総合消費電流値に対して、減少したものであって、共通コンバータ２の加熱温度を低めるものであるときには（総合消費電流値Ｉ_cvoによる共通コンバータ２の発熱量が放熱量を下廻る場合）、上記式（６）において、補完値ｆ(Ｉ_cvo）は負値であって、前回の過負荷判定値Ｉ_s(ｋ−１）に加算する。

このように、総合消費電流値Ｉ_cvoに対して、共通コンバータ２の加熱温度が上昇，降下することを示すために、総合消費電流値Ｉ_cvoをこの加熱温度の上下動に相当する補完値ｆ(Ｉ_cvo）に変換して、上記式（６）により、過負荷判定値Ｉ_s(ｋ）を求めるものである。

図４は総合消費電流値Ｉ_cvoと補完値ｆ(Ｉ_cvo）との関係を概略的に示すグラフ図である。

同図において、上記のように、総合消費電流値Ｉ_cvo≧０であって、共通コンバータ２で発熱と放熱とが平衡するときの総合消費電流値Ｉ_cvoを平衡点Ｉ_epとすると、
Ｉ_ep≧Ｉ_cvo≧０のときには、補完値ｆ(Ｉ_cvo）≦０
であって、過負荷判定値Ｉ_s(ｋ）は前回の過負荷判定時での過負荷判定値Ｉ_s(ｋ−１）と等しいか、低下する。これは、図３（ａ）での回生区間や、力行区間であっても、総合消費電流値Ｉ_cvoがＩ_epよりも小さい場合である。

Ｉ_cvo＞Ｉ_epのときには、補完値ｆ(Ｉ_cvo）＞０
であって、過負荷判定値Ｉ_s(ｋ）は前回の過負荷判定時での過負荷判定値Ｉ_s(ｋ−１）よりも上昇する。これは、図３（ａ）での力行区間であって、しかも、総合消費電流値Ｉ_cvoの増加が大きい場合である。

図１に戻って、時限演算部２２で得られた過負荷判定値Ｉ_s(ｋ）は過負荷判定部２３に供給される。この過負荷判定部２３では、共通コンバータ２が過負荷状態となるときの過負荷判定値Ｉ_s(ｋ）が使用される共通コンバータ２の容量に応じた判定閾値Ｉ_thが予め設定されており、この時限演算部２２で得られた過負荷判定値Ｉ_s(ｋ）がこの判定閾値Ｉ_thと比較される。そして、
Ｉ_s(ｋ）＜Ｉ_th
のときには、共通コンバータ２が過負荷状態となっていないと判定し、また、
Ｉ_s(ｋ）≧Ｉ_th
のときには、共通コンバータ２が過負荷状態となった判定し、この旨を表示部４０に通知して警報を発生させるとともに、この旨を図示しない制御部にも通知して、後述する所定の制御を行なわせる。

図５は上記第１の実施形態の処理動作の一具体例を示すフローチャートである。以下、図１を参照してこの具体例を説明する。

図１で図示しないメモリに容量が異なる共通コンバータ毎に判定閾値Ｉ_thが格納されており、図１で使用される共通コンバータ２の容量の判定閾値Ｉ_thが読み出されて過負荷判定部２３に設定される（ステップＳ１００）。

消費電流Ｉ_i演算部１０ａで速度制御演算部３５から電流指令値Ｉ_i ^*aが、速度演算部３４から速度検出値ω_iaが、電圧検出部３６から直流電圧検出値Ｖ_dciaが夫々取り込まれると、この消費電流Ｉ_i演算部１０ａで、上記式（２）〜（４）を基に、消費電流値Ｉ_iaが求められ、また、これと、同様にして得られたサーボアンプ３ｂ，３ｃからの消費電流値Ｉ_ib，Ｉ_icとから、コンバータ出力電流演算部２１で、上記式（５）により、総合消費電流値Ｉ_cvoが求められる（ステップＳ１０１）。

次に、時限演算部２２において、この総合消費電流値Ｉ_cvoに対応する補完値ｆ(Ｉ_cvo）をデータテーブルから求め（ステップＳ１０２）、上記式（６）により、過負荷判定値Ｉ_s(ｋ）を求める（ステップＳ１０３）。

そして、過負荷判定部２３において、過負荷判定値Ｉ_s(ｋ）をステップＳ１００で予め設定されている判定閾値Ｉ_thと比較され、Ｉ_s(ｋ）＜Ｉ_thであるときには（ステップＳ４の“Ｙｅｓ”）、そのまま多軸モータドライブシステムの運転を継続し（ステップＳ１０５）、次の電流指令値Ｉ_i ^*a，速度検出値ω_ia，直流電圧検出値Ｖ_dciaの取り込みからステップＳ１０１からの処理動作を繰り返す。

Ｉ_s(ｋ）≧Ｉ_thであるときには（ステップＳ１０４の“Ｎｏ”）、上記の図示しない制御部を動作させて各サーボアンプ３ａ〜３ｃの動作を停止させ（ステップＳ１０６）、また、表示部４０に共通コンバータ２が過負荷状態にあることを通知して、過負荷アラームを発生させる（ステップＳ１０７）。

これにより、多軸モータドライブシステムが停止して、共通コンバータ２が過負荷状態から保護されることになる。

このように、この第１の実施形態では、複数個のサーボアンプに１つのコンバータが共通に使用される多軸モータドライプシステムにおいて、各軸（サーボモータ）のトルク値とサーボモータの速度検出値と電圧検出値とを用いて消費電流を求め、これら各軸の消費電流の和である総合消費電流から共通コンバータの出力電流を求めて、これを時限演算した過負荷判定値とこの共通コンバータの容量に応じた判定閾値との比較により、この共通コンバータが過負荷状態にあるのか否かを判定するものであって、共通コンバータが過負荷状態になると、それが瞬時になったものとしても、多軸モータドライプシステムの運転が停止されるものであり、ユーザが誤ってこの多軸モータドライプシステムを過負荷レベル以上で使用しても、共通コンバータを故障させないようにすることができる。

図６は本発明による多軸モータドライブシステムと多軸モータドライブシステムの共通コンバータの過負荷保護方法及び装置の第２の実施形態の処理動作の一具体例を示すフローチャートである。この第２の実施形態も、図１に示す構成をなしており、以下、図１を参照してこの具体例を説明する。

また、図６におけるステップＳ１００〜Ｓ１０５及びステップＳ１０６，Ｓ１０７は第１の実施形態での図５におけるステップＳ１００〜Ｓ１０５及びステップＳ１０６，Ｓ１０７と同様であり、これらの説明は省略する。

図６において、過負荷判定部２３で過負荷判定値Ｉ_s(ｋ）と判定閾値Ｉ_thとが比較されたとき、Ｉ_s(ｋ）≧Ｉ_thであるときには（ステップＳ４の“Ｎｏ”）、サーボアンプ３ａ〜３ｃのうちで出力値Ｐ_iを所定量小さくできるものがあるか否かを判定し（ステップＳ２００）、いずれもが小さくできないときには（ステップＳの“Ｎｏ”）、上記の第１の実施形態と同様、各軸（サーボアンプ３ａ〜３ｃ）の動作を停止させ（ステップＳ１０６）、の図示しない制御部を動作させて各サーボアンプ３ａ〜３ｃの動作を停止させ（ステップＳ１０６）、表示部４０で過負荷アラームを発生させる（ステップＳ１０７）。これにより、多軸モータドライブシステムが停止して、共通コンバータ２は過負荷状態から保護されることになる。

また、過負荷の判定があって（ステップＳ１０４の“Ｎｏ”）、サーボアンプ３ａ〜３ｃのいずれか、例えば、サーボアンプ３ａの出力が小さくできるときには（ステップＳ２００の“Ｙｅｓ”）、上記の図示しない制御部により、この対象となる軸（ここでは、サーボアンプ３ａ）の出力を所定量小さくし（ステップＳ２０１）、これとともに、表示部４０にその旨を通知してこの対象となる軸の出力を低下させたことを表示させる過負荷ワーニングを行ない（ステップＳ２０２）、ステップＳ１０５に進んで、上記のように、多軸モータドライブシステムの運転を継続させる。これにより、共通コンバータ２は、動作を継続しつつ、過負荷状態から保護されることになる。

このように、この第２の実施形態では、複数個のサーボアンプに１つのコンバータが共通に使用される多軸モータドライプシステムにおいて、各軸（サーボモータ）のトルク値とサーボモータの速度検出値と電圧検出値とを用いて消費電流を求め、これら各軸の消費電流の和である総合消費電流から共通コンバータの出力電流を求めて、これを時限演算した過負荷判定値とこの共通コンバータの容量に応じた判定閾値との比較により、この共通コンバータが過負荷状態にあるのか否かを判定するものであって、共通コンバータが過負荷状態になると、いずれかのサーボアンプの出力を下げるものであるから、共通コンバータの負荷を低減することができ、その過負荷状態を回避することができる。但し、いずれのサーボアンプでのその出力を低下できないときには、出力を下げることができるサーボアンプを探索し続けると、その間共通コンバータは過負荷状態が続いてその保護にならないので、上記の第１の実施形態と同様、全てのサーボアンプの動作を停止させる。これにより、共通コンバータを過負荷状態から保護することができる。なお、共通コンバータが過負荷状態になったときに全てのサーボアンプを停止させるか、そのいずれかの出力を下げるようにするかは、選択できるようにすることも可能である。

本発明による多軸モータドライブシステムとその共通コンバータの過負荷保護方法及び装置の第１の実施形態を示すブロック構成図である。 多軸モータドライブシステムでの本発明による共通コンバータの過負荷保護装置の概略構成を示す図である。 図１に示すサーボアンプでの力行区間と回生区間とでの出力値と消費電流との変化を示す図である。 図１における時限演算部での処理の総合消費電流値Ｉ_cvoと補完値ｆ(Ｉ_cvo）との関係を概略的に示すグラフ図である。 図１に示す第１の実施形態の処理動作を示すフローチャートである。 本発明による多軸モータドライブシステムとその共通コンバータの過負荷保護方法及び装置の第２の実施形態の処理動作を示すフローチャートである。 多軸モータドライブシステムの一例を示すシステム構成図である。

符号の説明

１ 交流電源
２ 共通コンバータ
３ａ，３ｂ，３ｃ サーボアンプ
４ａ，４ｂ，４ｃ サーボモータ
５ａ，５ｂ，５ｃ 位置センサ
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 消費電流演算部
２０ 過負荷検出部
２１ コンバータ出力電流演算部
２２ 時限演算部
２３ 過負荷判定部
３０ インバータ
３１ 電流検出部
３２ 電流制御演算部
３３ 位置制御演算部
３４ 速度演算部
３５ 速度制御演算部
３６ 電圧検出部
４０ 表示部

Claims (11)

1. １つの共通コンバータで交流を直流に変換して複数のサーボアンプに供給し、当該複数のサーボアンプ毎にサーボモータを駆動する多軸モータドライブシステムの共通コンバータの過負荷保護方法において、
   前記複数のサーボアンプ毎の消費電流を求めて、これら複数の消費電流を加算した総合消費電流に対応する過負荷判定値を補完するための補完値を、前回の過負荷判定で用いた前回の過負荷判定値に加えて求めた過負荷判定値について、予め設定された前記共通コンバータの容量に応じた閾値と比較することにより、当該共通コンバータが過負荷状態にあるか否かを判定した結果、当該共通コンバータが過負荷状態にあると判定したときには、当該複数のサーボアンプ全ての動作を停止させることを特徴とする共通コンバータの過負荷保護方法。
2. １つの共通コンバータで交流を直流に変換して複数のサーボアンプに供給し、当該複数のサーボアンプ毎にサーボモータを駆動する多軸モータドライブシステムの共通コンバータの過負荷保護方法において、
   前記複数のサーボアンプ毎の消費電流を求めて、これら複数の消費電流を加算した総合消費電流に対応する過負荷判定値を補完するための補完値を、前回の過負荷判定で用いた前回の過負荷判定値に加えて求めた過負荷判定値について、予め設定された前記共通コンバータの容量に応じた閾値と比較することにより、当該共通コンバータが過負荷状態にあるか否かを判定した結果、当該共通コンバータが過負荷状態にあると判定したときには、当該複数のサーボアンプのうちで出力を所定量低減可能なサーボアンプが有れば当該サーボアンプの出力を当該所定量低減し、無ければ当該複数のサーボアンプ全ての動作を停止させることを特徴とする共通コンバータの過負荷保護方法。
3. 請求項１又は２記載の共通コンバータの過負荷保護方法において、
   前記サーボモータのトルク値と前記サーボモータの速度検出と前記共通コンバータから前記複数のサーボアンプに供給される直流の直流電圧検出値とから前記消費電流を求めることを特徴とする共通コンバータの過負荷保護方法。
4. 請求項１〜３の何れか１項記載の共通コンバータの過負荷保護方法において、
   前記総合消費電流が負であるとき、当該総合消費電流を零にして前記過負荷判定値を求めることを特徴とする共通コンバータの過負荷保護方法。
5. 請求項４記載の共通コンバータの過負荷保護方法において、
   前記過負荷判定値は、前記総合消費電流を前記共通コンバータの上昇温度又は降下温度に該当する前記補完値に変換し、前回求めた判定値に当該補完値を加算又は減算した値であることを特徴とする共通コンバータの過負荷保護方法。
6. １つの共通コンバータで交流を直流に変換して複数のサーボアンプに供給し、当該複数のサーボアンプ毎にサーボモータを駆動する多軸モータドライブシステムの共通コンバータの過負荷保護装置において、
   前記複数のサーボアンプ毎の消費電流を求める第１の演算手段と、前記第１の演算手段で得られた前記複数のサーボアンプの消費電流を加算して総合消費電流を求める第２の演算手段と、前記総合消費電流に対応する過負荷判定値を補完するための補完値を、前回の過負荷判定で用いた前回の過負荷判定値に加えて求めた過負荷判定値について、予め設定された前記共通コンバータの容量に応じた閾値と比較し、当該共通コンバータが過負荷状態にあるか否かを判定する第３の演算手段と、前記第３の演算手段で前記共通コンバータが過負荷状態にあると判定したときに前記複数のサーボアンプ全ての動作を停止させる動作制御手段と、を備えたことを特徴とする共通コンバータの過負荷保護装置。
7. １つの共通コンバータで交流を直流に変換して複数のサーボアンプに供給し、当該複数のサーボアンプ毎にサーボモータを駆動する多軸モータドライブシステムの共通コンバータの過負荷保護装置において、
   前記複数のサーボアンプ毎の消費電流を求める第１の演算手段と、前記第１の演算手段で得られた前記複数のサーボアンプの消費電流を加算して総合消費電流を求める第２の演算手段と、前記総合消費電流に対応する過負荷判定値を補完するための補完値を、前回の過負荷判定で用いた前回の過負荷判定値に加えて求めた過負荷判定値について、予め設定された前記共通コンバータの容量に応じた閾値と比較し、当該共通コンバータが過負荷状態にあるか否かを判定する第３の演算手段と、前記第３の演算手段で前記共通コンバータが過負荷状態にあると判定したときに前記複数のサーボアンプのうちで出力を所定量低減可能とするサーボアンプが有れば当該サーボアンプの出力を当該所定量低減し、無ければ当該複数のサーボアンプ全ての動作を停止させる動作制御手段と、を備えたことを特徴とする共通コンバータの過負荷保護装置。
8. 請求項６又は７記載の共通コンバータの過負荷保護装置において、
   前記第１の演算手段は、前記サーボモータのトルク値と前記サーボモータの速度検出と前記共通コンバータから前記複数のサーボアンプに供給される直流の直流電圧検出値とから前記消費電流を求めることを特徴とする共通コンバータの過負荷保護装置。
9. 請求項６〜８の何れか１項記載の共通コンバータの過負荷保護装置において、
   前記第３の演算手段は、前記第２の演算手段で得られた前記総合消費電流が負であるとき、当該総合消費電流を零として前記過負荷判定値を求めることを特徴とする共通コンバータの過負荷保護装置。
10. 請求項９記載の共通コンバータの過負荷保護装置において、
    前記第３の演算手段は、前記総合消費電流を前記共通コンバータの上昇温度又は降下温度に該当する前記補完値に変換し、前回求めた判定値に当該補完値を加算又は減算して前記過負荷判定値を求めることを特徴とする共通コンバータの過負荷保護装置。
11. 複数のサーボモータをそれぞれ駆動する複数のサーボアンプと、交流を直流に変換して前記複数のサーボアンプに対して同時に供給する共通コンバータと、請求項６〜１０の何れか１項記載の共通コンバータの過負荷保護装置と、を備えたことを特徴とする多軸モータドライブシステム。

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