DE102018127589A1

DE102018127589A1 - Motorantriebssystem mit energiespeichervorrichtung

Info

Publication number: DE102018127589A1
Application number: DE102018127589.7A
Authority: DE
Inventors: Shougo SHINODA; Satoshi Ikai
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-11-10
Filing date: 2018-11-06
Publication date: 2019-05-16
Also published as: CN110086379A; US20190149073A1; JP2019092239A; CN110086379B; JP6599960B2; US10924041B2

Abstract

Ein Motorantriebssystem 1 enthält einen Wandler 11, der dafür ausgelegt ist, Leistung zwischen einer Wechselstromleistung in einer Leistungsquelle 2 und einer Gleichstromleistung in einem Zwischenkreis 4 umzuwandeln, einen Antriebswechselrichter 12, der dafür ausgelegt ist, eine Leistung zwischen der Gleichstromleistung in dem Zwischenkreis 4 und einer Wechselstromleistung in einem Antriebsservomotor 3 umzuwandeln, eine Antriebsmotorsteuereinheit 13, die dafür ausgelegt ist, den Antriebsservomotor 3 zu steuern, eine Energiespeichervorrichtung 14, die dafür ausgelegt ist, die Gleichstromleistung von dem Zwischenkreis 4 zu speichern, oder die Gleichstromleistung dem Zwischenkreis 4 zuführt, und eine Bestimmungseinheit 16, die dafür ausgelegt ist, zu bestimmen, ob die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 niedriger ist als ein Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung, wobei, wenn die Halteenergie höher ist als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung, die Antriebsmotorsteuereinheit 13 den Antriebsservomotor 3 durch ein Einstellen einer zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne, in der der Antriebsservomotor 3 in einem vorbestimmten Betriebsmuster inaktiv ist, steuert.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Motorantriebssystem mit einer Energiespeichervorrichtung.
Beschreibung der verwandten Technik
In einem Motorantriebssystem zum Antrieb eines Servomotors, der für Maschinen vorgesehen ist, zu denen Werkzeugmaschinen, Roboter und dergleichen gehören (die nachstehend als „Antriebsservomotor“ bezeichnet sind), wird eine Wechselstromleistung, die von einer Wechselstromquelle zugeführt wird, durch einen Wandler (Gleichrichter) in Gleichstromleistung umgewandelt, die Gleichstromleistung wird an einen Zwischenkreis ausgegeben, die Gleichstromleistung in dem Zwischenkreis wird ferner durch einen Wechselrichter in eine Wechselstromleistung umgewandelt, und die Wechselstromleistung wird als Leistung zum Antrieb des Antriebsservomotors verwendet, der für jede Antriebsachse vorgesehen ist. Um Kosten und den Grundflächenbedarf des Motorantriebssystems zu verringern, ist für mehrere Wechselrichter gewöhnlich nur ein Wandler (Gleichrichter) vorgesehen. D. h., ein Wandler (Gleichrichter), der dafür ausgelegt ist, Wechselstromleistung, die von einer Wechselstromquelle zugeführt wird, in Gleichstromleistung umzuwandeln, wird als eine für mehrere „Antriebswechselrichter“ (Antriebs-Servoverstärker) gemeinsame Leistungsquelleneinheit verwendet, und diese „Antriebswechselrichter“ erzeugen eine Wechselstromleistung für den Antrieb jedes Antriebsservomotors unter Verwendung einer Gleichstromleistung, die von der Leistungsquelleneinheit ausgegeben wird.
Bei einer Beschleunigungs- oder Verzögerungssteuerung des Antriebsservomotors durch das Motorantriebssystem, tritt eine Leistungsspitze auf, da die Wechselstromquelle aufgefordert wird, eine hohe Wechselstromleistung auszugeben oder zu regenerieren. Besonders in einem Motorantriebssystem, das mehrere „Antriebswechselrichter“ enthält, die mit einem Gleichrichter verbunden sind, kann die auftretende Leistungsspitze verhältnismäßig hoch sein. Ein Vermindern der Leistungsspitze, da je höher die Leistungsspitze, ist erwünscht, da je höher die Leistungsquellenkapazität und die Betriebskosten des Motorantriebssystems, und desto häufiger treten wahrscheinlich Leistungsprobleme, wie beispielsweise Stromausfall und Flickern, in der Leistungsquelle auf.
In einem herkömmlich verwendeten Verfahren ist zur Reduzierung der Leistungsspitze eine Energiespeichervorrichtung vorgesehen, die Gleichstromleistung in einem Zwischenkreis speichern kann, der den Gleichrichter mit dem „Antriebswechselrichter“ in dem Motorantriebssystem verbindet, und Energie, die durch den Antriebsservomotor verbraucht oder regeneriert wird, wird gegebenenfalls über den Zwischenkreis ausgetauscht. Mittels dieses Verfahrens lässt sich die Leistungsspitze verringern, da eine von dem Antriebsservomotor erzeugte regenerative Leistung während einer Verzögerung des Antriebsservomotors in der Energiespeichervorrichtung gespeichert werden kann oder die gespeicherte Energie während einer Beschleunigung des Antriebsservomotors wiederverwendet werden kann. Mit anderen Worten ermöglicht die Verwendung einer Energiespeichervorrichtung, die Leistung in den Zwischenkreis eingibt und von ihm ausgibt, auch einen Betrieb (Beschleunigung und Verzögerung) des Antriebsservomotors zu bewältigen, der mit einem Energieverbrauch verbunden ist, der die maximale Ausgabe der Leistungsquelleneinheit überschreitet.
Beispielsweise ruft eine Pressmaschine bei einem Pressvorgang einen sehr hohen maximalen Energieverbrauch hervor und stellt häufig ein Problem im Zusammenhang mit dem Mangel an Kapazität der Leistungsquelle. Unter diesen Umständen enthält ein Motorantriebssystem in einer Pressmaschine eine Energiespeichervorrichtung, die in einem Zwischenkreis vorgesehen ist und Leistung von der Energiespeichervorrichtung liefert, wenn die Pressmaschine hohe Leistung verbraucht, so dass der Antrieb der Pressmaschine mit einer Leistungsquelle geringer Kapazität ermöglicht ist. Ein Beispiel der Energiespeichervorrichtung ist eine Energiespeichervorrichtung, die ein Schwungrad verwendet. Wenn der Antriebsservomotor beispielsweise geringe Leistung verbraucht, wird ein mit einem Schwungrad verbundener Pufferservomotor mit einer konstanten Geschwindigkeit gedreht, und wenn der Antriebsservomotor, z.B. aufgrund seiner Beschleunigung oder Verzögerung, eine höhere Leistung verbraucht, wird die Rotationsgeschwindigkeit des Pufferservomotors verringert, über einen Pufferwechselrichter eine Energieregeneration durchgeführt und dem Zwischenkreis eine Gleichstromleistung für den Antrieb des Antriebsservomotors zugeführt. Daher kann auch im Falle eines Beschleunigungs- und Verzögerungsbetrieb, der eine Leistung verbraucht, die höher ist als eine maximale Leistungsumwandlungsmenge, die eine maximale Leistungsmenge ist, die durch den Gleichrichter umgewandelt werden kann, ein Antrieb unter Verwendung einer regenerativen Energie von einem Pufferservomotor durchgeführt werden, der mit einem Schwungrad verbunden ist, das Rotationsenergie enthält.
Wie beispielsweise in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung (Kokai) Nr. 2013-009524 offenbart, ist eine Motorantriebsvorrichtung bekannt mit einem Wechselstrom/Gleichstrom-Gleichrichter, der Wechselstromleistung von einer Wechselspannungsquelle in Gleichstromleistung umwandelt, einem Gleichstrom/Wechselstrom-Wechselrichter, der Gleichstromleistung in Wechselstromleistung zum Antrieb eines Motors umwandelt oder von dem Motor regenerierte Wechselstromleistung in Gleichstromleistung umwandelt, einer Zwischenkreiseinheit, die eine Gleichspannungsseite des Wechselspannung/Gleichspannung-Gleichrichters mit einer Gleichspannungsseite des Gleichstrom/Wechselstrom-Wechselrichters verbindet und Gleichstromleistung austauscht, einer Energiespeichereinheit, die wenigstens eine Kondensatorspeichereinheit und wenigstens eine Schwungradspeichereinheit, die mit der Zwischenkreiseinheit verbunden ist und die Gleichstromleistung von der Zwischenkreiseinheit speichert oder die Gleichstromleistung der Zwischenkreiseinheit zuführt, einer Motorsteuereinheit, die eine Steuerung durchführt, um dem Gleichstrom/Wechselstrom-Gleichrichter zu ermöglichen, auf der Grundlage eines Motorbetriebsbefehls zum Ausgeben eines Befehls im Zusammenhang mit einem Betriebszustand des Motors eine gewünschte Wechselspannung auszugeben, und einer Energiesteuereinheit, die eine Steuerung durchführt, um der Energiespeichereinheit zu ermöglichen, die Gleichstromleistung von der Zwischenkreiseinheit zu speichern oder die Gleichstromleistung der Zwischenkreiseinheit zuführen.
Wie beispielsweise in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung (Kokai) Nr. 2016-046833 offenbart, ist ein System zur Überwachung eines Servomotors für dem Antrieb einer Achse industrieller Maschinen oder einer Werkzeugmaschine bekannt, die mehrere erste Servomotoren zum Antrieb von Achsen, mehrere Gleichrichter, die eine Wechselspannung in eine Gleichspannung umwandeln, mehrere erste Wechselrichter, die die Gleichstromleistung von den Gleichrichtern aufnehmen und die Gleichstromleistung in eine Wechselstromleistung für den Antrieb der mehreren ersten Servomotoren umwandeln oder eine Wechselstromleistung, die von den ersten Servomotoren regeneriert ist, in Gleichstromleistung umwandeln, zweite Servomotoren, die Trägheitsmomente drehen, mehrere zweite Wechselrichter, die die Gleichspannung von den Gleichrichtern aufnehmen und die Gleichspannung in eine Wechselspannung für den Antrieb der zweiten Servomotoren umwandeln oder eine Wechselstromleistung, die von den zweiten Servomotoren regeneriert ist, in Gleichstromleistung umwandeln, und eine Servomotorsteuereinrichtung enthält, die die mehreren ersten Servomotoren und die zweiten Servomotoren steuert, wobei die Anzahl der zweiten Servomotoren kleiner ist als die Anzahl der mehreren zweiten Wechselrichter, mindestens einer der zweiten Servomotoren mehrere unabhängig Wicklungen aufweist, und zumindest ein Teil der mehreren zweiten Wechselrichter mit einer Anzahl von unabhängigen Wicklungen verbunden ist, die in einem einzigen zweiten Servomotor vorgesehen sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einem Motorantriebssystem, dessen Zufuhr der Leistung von einer Wechselstromquelle beschränkt ist, um die Leistungsspitze zu reduzieren, wird möglicherweise, wenn eine Gleichstromleistung, die in einer Energiespeichervorrichtung gespeichert ist, aufgrund irgendeines Faktors knapp wird, eine Wechselstromleistung, die zum Antrieb eines Antriebsservomotors verwendet wird, nicht erzeugt, so dass ein Motorsteuersystem und eine Werkzeugmaschine, die dieses enthält, unbeabsichtigt einen Alarmstopp auslösen kann. Beispielsweise verbraucht der Antriebsservomotor eine höhere Leistung als normal, während eine unerwartete hohe Last auf den angetriebenen Antriebsservomotor ausgeübt wird. Da von der in der Energiespeichervorrichtung gespeicherten Gleichstromleistung mehr verbraucht wird als ursprünglich geplant, ist es in einem solchen Fall sehr wahrscheinlich, dass sich der Antriebsservomotor aufgrund des Leistungsdefizits anschließend nicht weiter antreiben lässt. Es besteht daher in einem Motorantriebssystem, das eine Energiespeichervorrichtung enthält, die vorgesehen ist, um die Leistungsspitze einer Wechselstromquelle zu reduzieren, ein Bedarf nach einer Technik zur Verbesserung des Maschinenbetriebsverhältnisses, indem ein Alarmstopp des Motorantriebssystems, der auf ein Defizit der in der Energiespeichervorrichtung gespeicherten Gleichstromleistung zurückzuführen ist, vermieden wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Beschreibung enthält ein Motorantriebssystem einen Wandler, der dafür ausgelegt ist, eine Leistung zwischen einer Wechselstromleistung in einer Leistungsquelle und einer Gleichstromleistung in einem Zwischenkreis umzuwandeln, einen Antriebswechselrichter, der dafür ausgelegt ist, eine Leistung zwischen der Gleichstromleistung in dem Zwischenkreis und der Wechselstromleistung umzuwandeln, die als Antriebsenergie oder regenerative Energie für einen Antriebsservomotor dient, eine Antriebsmotorsteuereinheit, die dafür ausgelegt ist, den Antriebsservomotor, der mit dem Antriebswechselrichter verbunden ist, zu steuern, um den Antriebsservomotor gemäß einem vorbestimmten Betriebsmuster zu betreiben, eine Energiespeichervorrichtung, die dafür ausgelegt ist, die Gleichstromleistung von dem Zwischenkreis zu speichern, oder die Gleichstromleistung dem Zwischenkreis zuführt, und eine Bestimmungseinheit, die dafür ausgelegt ist, zu bestimmen, ob eine Halteenergie der Energiespeichervorrichtung niedriger ist als ein vorher definierter Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung, wobei, wenn die Bestimmungseinheit bestimmt, dass die Halteenergie niedriger ist als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung, die Antriebsmotorsteuereinheit den Antriebsservomotor durch ein Einstellen einer zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne (Standby-Zeitdauer), in der der Antriebsservomotor in einem bestimmten Zeitpunkt in dem vorbestimmten Betriebsmuster inaktiv ist, steuert.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden beigefügten Zeichnungen verständlicher:

1 zeigt in einem Blockdiagramm ein Motorantriebssystem gemäß einer Ausführungsform;
2 zeigt in einem Blockdiagramm das Motorantriebssystem gemäß der Ausführungsform, das eine Schwungradenergiespeichervorrichtung enthält;
3 zeigt in einem Blockdiagramm das Motorantriebssystem gemäß der Ausführungsform, das eine Kondensatorenergiespeichervorrichtung enthält;
4 zeigt anhand eines Graphen eine beispielhafte Beziehung zwischen der Gleichstromleistung, die von der Energiespeichervorrichtung in dem Motorantriebssystem gemäß der Ausführungsform zugeführt wird, und derjenigen, die von einem Gleichrichter zugeführt wird;
5 zeigt in einem Flussdiagramm die Betriebsabfolge des Motorantriebssystems gemäß der Ausführungsform;
6 zeigt in einem Zeitdiagramm eine beispielhafte Beziehung zwischen dem Gesamtstromverbrauch, der Leistungsumwandlungsmenge des Wandlers und der Halteenergie der Energiespeichervorrichtung, wenn eine zusätzliche Bereitschaftszeitspanne gemäß einem ersten Modus eingestellt ist und der Ausführungszeitpunkt einer Bestimmungsverarbeitung durch eine Bestimmungseinheit 16 gemäß dem ersten Modus durchgeführt ist, in dem Motorantriebssystem gemäß der Ausführungsform;
7 zeigt in einem Zeitdiagramm eine beispielhafte Beziehung zwischen dem Gesamtstromverbrauch, der Leistungsumwandlungsmenge des Wandlers und der Halteenergie der Energiespeichervorrichtung, wenn die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung nach einem Zyklus knapp wird, in dem herkömmlichen Motorantriebssystem;
8 zeigt in einem Zeitdiagramm eine beispielhafte Beziehung zwischen dem Gesamtstromverbrauch, der Leistungsumwandlungsmenge des Wandlers und der Halteenergie der Energiespeichervorrichtung, wenn eine zusätzliche Bereitschaftszeitspanne gemäß einem zweiten Modus eingestellt ist und der Ausführungszeitpunkt einer Bestimmungsverarbeitung durch die Bestimmungseinheit 16 gemäß dem zweiten Modus durchgeführt ist, in dem Motorantriebssystem gemäß der Ausführungsform;
9 zeigt in einem Zeitdiagramm eine beispielhafte Beziehung zwischen dem Gesamtstromverbrauch, der Leistungsumwandlungsmenge des Wandlers und der Halteenergie der Energiespeichervorrichtung, wenn die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung innerhalb eines Zyklus knapp wird, in dem herkömmlichen Motorantriebssystem;
10 zeigt in einem Flussdiagramm die Betriebsabfolge eines Motorantriebssystems gemäß einer weiteren Ausführungsform;
11 zeigt in einem Zeitdiagramm eine beispielhafte Beziehung zwischen dem Gesamtstromverbrauch, der Leistungsumwandlungsmenge eines Wandlers und der Halteenergie einer Energiespeichervorrichtung, wenn eine zusätzliche Bereitschaftszeitspanne zur Freigabe überschüssiger Halteenergie der Energiespeichervorrichtung eingestellt ist, in dem Motorantriebssystem gemäß der weiteren Ausführungsform; und
12 zeigt in einem Zeitdiagramm eine beispielhafte Beziehung zwischen dem Gesamtstromverbrauch, der Leistungsumwandlungsmenge des Wandlers und der Halteenergie der Energiespeichervorrichtung, wenn überschüssige Halteenergie in der Energiespeichervorrichtung innerhalb eines Zyklus gespeichert ist, in dem herkömmlichen Motorantriebssystem.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im Folgenden wird ein Motorantriebssystem, das eine Energiespeichervorrichtung enthält, mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente. Gleiche Bezugszeichen in unterschiedlichen Zeichnungen bezeichnen Elemente, die die gleichen Funktionen aufweisen. Zur Erleichterung des Verständnisses verwenden diese Zeichnungen unterschiedliche Maßstäbe. Der in jeder Zeichnung veranschaulichte Modus ist ein Beispiel zur Ausführung der vorliegenden Erfindung, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die in diesen Zeichnungen veranschaulichten Modi beschränkt. Die „Ausgabe eines Antriebsservomotors“ schließt den „Energieverbrauch des Antriebsservomotors“ und die „Menge regenerativer Energie des Antriebsservomotors“ ein, und die „Ausgabe eines Pufferservomotors“ schließt den „Energieverbrauch des Pufferservomotors“ und die „Menge regenerativer Energie des Pufferservomotors“ ein. Die Winkelgeschwindigkeiten des Antriebsservomotors und des Pufferservomotors werden nachstehend einfach als die „Drehzahlen“ oder die „Rotationsgeschwindigkeiten“ bezeichnet.
Ein Motorantriebssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung wird für ein System verwendet, das Antriebsservomotoren zum Antrieb von Antriebsachsen in Maschinen, zu denen Werkzeugmaschinen, Roboter und dergleichen gehören, „Antriebswechselrichter“, die Wechselstromleistung zum Antrieb der Antriebsservomotoren in Entsprechung zu den Antriebsservomotoren liefern, und einen Wandler enthält. Ausführungsformen der vorliegenden Beschreibung werden nachstehend aufgeführt.
1 veranschaulicht in einem Blockdiagramm ein Motorantriebssystem gemäß einer Ausführungsform. Der Fall, bei dem zwei Antriebsservomotoren 3 durch ein Motorantriebssystem 1 gesteuert werden, das mit einer Leistungsquelle 2 verbunden ist, wird hier als Beispiel herangezogen. Allerdings beschränkt die Anzahl von Antriebsservomotoren 3 diese Ausführungsform nicht speziell und kann Eins, Zwei oder höher sein. Die Anzahlen von Phasen der Spannungsquelle 2 und der Antriebsservomotoren 3 beschränken diese Ausführungsform ebenfalls nicht speziell, und es kann beispielsweise eine drei- oder einphasige Konfiguration genutzt werden. Der Typ des Antriebsservomotors 3 beschränkt diese Ausführungsform ebenfalls nicht speziell, und es kann beispielsweise ein Induktions- oder Synchronmotor genutzt werden. Maschinen, die mit den Antriebsservomotoren 3 ausgerüstet sind, beinhalten beispielsweise eine Werkzeugmaschine, einen Roboter, Schmiedemaschinen, eine Spritzgussmaschine, Industriemaschinen, unterschiedliche elektrische Geräte, ein elektrisches Schienenfahrzeug, ein Kraftfahrzeug und ein Luftfahrzeug.
Zunächst wird jede Schaltkreiskomponente des Motorantriebssystems 1 beschrieben.
Wie in 1 veranschaulicht, enthält das Motorantriebssystem 1 gemäß der Ausführungsform einen Wandler (Gleichrichter) 11, einen „Antriebswechselrichter“ 12, eine Antriebsmotorsteuereinheit 13, eine Energiespeichervorrichtung 14, eine Halteenergieberechnungseinheit 15 und eine Bestimmungseinheit 16. Das Motorantriebssystem 1 enthält ferner eine Energieverbrauchsberechnungseinheit 21, eine Speicherenergie- und Zufuhrenergieberechnungseinheit 22 und eine Energiespeichervorrichtungssteuereinheit 23.
Der Wandler 11 dient als ein Gleichrichter, der dafür ausgelegt ist, Leistung zwischen einer Wechselstromleistung in der Leistungsquelle 2 und einer Gleichstromleistung in einem Zwischenkreis 4 umzuwandeln. Der Wandler 11 ist in einer dreiphasigen Brückenschaltung, wenn ein dreiphasiger Wechselstrom von der Spannungsquelle 2 zugeführt wird, und in einer einphasigen Brückenschaltung durchgeführt, wenn ein einphasiger Wechselstrom von der Spannungsquelle 2 zugeführt wird. Der Wandler 11 ist als ein bidirektionaler Wechselstrom/Gleichstrom-konvertierender Leistungswandler, beispielsweise ein 120-Grad-Gleichrichterschaltkreis und ein PWM-Schaltsteuerungsgleichrichterschaltkreis, ausgeführt, der eine Wechselstromleistungseingabe von der Spannungsquelle 2 in eine Gleichstromleistung umwandelt und die Gleichstromleistung an die Gleichspannungsseite ausgibt und während der Energieregeneration die Gleichstromleistung des Zwischenkreises 4 in eine Wechselstromleistung umwandelt und die Wechselstromleistung an die Spannungsquelle 2 ausgibt. Wenn der Wandler 11 beispielsweise als eine PWM-Schaltsteuerungsgleichrichterschaltkreis durchgeführt ist, ist er in einer Brückenschaltung aus Schaltelementen und Dioden, die antiparallel mit den Schaltelementen verbunden sind, durchgeführt und führt eine bidirektionale Wechselstrom/Gleichstrom-Leistungsumwandlung mittels einer EIN/AUSSteuerung jedes Schaltelements gemäß einem Antriebsbefehl durch, der von einem (nicht dargestellten) Host-Controller her empfangen ist. Beispiele des Schaltelements können einen unipolaren Transistor, wie beispielsweise einen FET (Field Effect Transistor), einen Bipolartransistor, einen IGBT, einen Thyristor und einen GTO-Thyristor, beinhalten, jedoch begrenzt die Art eines Schalteelements selbst diese Ausführungsform nicht, und es können andere Arten von Schaltelementen genutzt werden.
Für den Wandler 11 ist eine „maximale Leistungsumwandlungsmenge“ als eine maximale Leistungsmenge, die eine Leistungsumwandlung einer Wechselstromleistung in eine Gleichstromleistung ermöglicht, und eine maximale Leistungsmenge definiert, die eine Leistungsumwandlung einer Gleichstromleistung in eine Wechselstromleistung ermöglicht. Die maximale Leistungsumwandlungsmenge ist im Allgemeinen in Form von Spezifikationsdaten definiert, die der Umwandlungskapazität des Wandlers 11 zugeordnet sind, und ist beispielsweise in einer Spezifikationstabelle oder in einer Betriebsanleitung des Wandlers 11 spezifiziert.
Die „Antriebswechselrichter“ 12 sind über den Zwischenkreis 4 mit dem Wandler 11 verbunden. Der Zwischenkreis 4 enthält einen (auch als Glättungskondensator bezeichneten) Zwischenkreiskondensator, obwohl dieser hier nicht veranschaulicht ist. Der Zwischenkreiskondensator hat die Funktionen der Speicherung einer Gleichstromleistung in dem Zwischenkreis 4 und einer Unterdrückung einer Pulsation der Gleichstromausgabe des Wandlers 11.
Der Antriebswechselrichter 12 basiert auf einem Servoverstärker, der dafür ausgelegt ist, die Gleichstromleistung in dem Zwischenkreis 4 in eine Wechselstromleistung umzuwandeln, und führt die Wechselstromleistung dem Antriebsservomotor 3 als Antriebsenergie zu, um den Antriebsservomotor 3 anzutreiben. Der Antriebswechselrichter 12 wandelt eine Leistung zwischen der Gleichstromleistung in dem Zwischenkreis 4 und der Wechselstromleistung um, die als Antriebsenergie oder regenerative Leistung für den Antriebsservomotor 3 dient. Der Antriebsservomotor 3 weist im Allgemeinen wenigstens eine Wicklung auf, und es kann in dem Antriebsservomotor 3 ein Antriebswechselrichter 12 pro Wicklung verwendet werden, um den Antriebsservomotor 3 anzutreiben. 1 zeigt als ein Beispiel Antriebsservomotoren 3 der Bauart mit einer Wicklung, und dementsprechend ist mit jedem Antriebsservomotor 3 nur ein Antriebswechselrichter 12 verbunden.
Der Antriebswechselrichter 12 ist in einer Brückenschaltung von Schaltelementen und Dioden, die antiparallel mit den Schaltelementen verbunden sind, durchgeführt, und eine EIN/AUS-Steuerung jedes Schaltelements wird auf der Basis einer PWM-Schaltsteuerung, beispielsweise nach dem Dreieckswellenvergleichsschema, durchgeführt. Der Antriebswechselrichter 12 ist in einer dreiphasigen Brückenschaltung, wenn der Antriebsservomotor 3 als ein dreiphasiger Motor dient, und in einer einphasigen Brückenschaltung durchgeführt, wenn der Antriebsservomotor 3 als ein Einphasen-Motor dient. Beispiele des Schaltelements können einen unipolaren Transistor, wie beispielsweise einen FET, einen Bipolartransistor, einen IGBT, einen Thyristor und einen GTO beinhalten, jedoch begrenzt die Art eines Schalteelements selbst diese Ausführungsform nicht, und es können andere Arten von Schaltelementen genutzt werden.
Der Antriebswechselrichter 12 wandelt Leistung zwischen der Gleichstromleistung des Zwischenkreises 4 und der Wechselstromleistung, die als Antriebsenergie oder regenerative Leistung für den Antriebsservomotor 3 dient, durch eine EIN/AUS-Steuerung jedes Schaltelements auf der Grundlage eines Antriebsbefehls um, der von der (weiter unten beschriebenen) Antriebsmotorsteuereinheit 13 her empfangen ist. Spezieller führt der Antriebswechselrichter 12 den Schaltvorgang der internen Schaltelemente, auf der Grundlage eines Antriebsbefehls durch, der von der Antriebsmotorsteuereinheit 13 her empfangen ist, um eine Gleichstromleistung, die von dem Wandler 11 über den Zwischenkreis 4 zugeführt wird, in eine Wechselstromleistung, die eine gewünschte Spannung und eine gewünschte Frequenz aufweist, für den Antrieb des Antriebsservomotors 3 (Umkehrbetrieb) umzuwandeln. Der Antriebsservomotor 3 arbeitet somit z.B. auf der Grundlage einer Wechselstromleistung variabler Spannung und variabler Frequenz. Regenerative Energie kann während einer Verzögerung des Antriebsservomotors 3 auftreten, allerdings wird der Schaltvorgang der internen Schaltelemente auf der Grundlage eines Antriebsbefehls durchgeführt, der von der Antriebsmotorsteuereinheit 13 her empfangen ist, um die regenerative Wechselstromleistung, die in dem Antriebsservomotor 3 auftritt, in Gleichstromleistung umzuwandeln und die Gleichstromleistung an den Zwischenkreis 4 (Gleichrichtungsbetrieb) zurückzugeben.
Die Antriebsmotorsteuereinheit 13 steuert die mit dem „Antriebswechselrichter“ 12 verbundenen Antriebsservomotoren 3, um diese gemäß einem vorbestimmten Betriebsmuster zu betreiben (d. h. drehend anzutreiben). Das Betriebsmuster der Antriebsservomotoren 3 wird durch ein Zusammenführen einer Beschleunigung, Verzögerung, konstanten Drehzahl und gegebenenfalls einem Anhalten in Abhängigkeit von den Einzelheiten des Betriebs der mit den Antriebsservomotoren 3 ausgerüsteten Maschine gebildet. In dieser Ausführungsform ist eine Gruppe von Betriebsarten, die die gleichen Einzelheiten der Antriebsservomotoren 3 aufweist, als „ein Zyklus“ definiert, und das oben erwähnte „Betriebsmuster“ ist durch ein wiederholtes Ausführen dieses Zyklus errichtet. Das Betriebsmuster der Antriebsservomotoren 3 ist durch ein Betriebsprogramm für die Antriebsservomotoren 3 definiert. Wenn die Antriebsservomotoren 3 beispielsweise in einer Werkzeugmaschine vorgesehen sind, wird ein Betriebsprogramm für die Antriebsservomotoren 3 als eines von Bearbeitungsprogrammen für die Werkzeugmaschine definiert.
Da die Antriebsservomotoren 3 mit Blick auf Geschwindigkeit, Drehmoment oder Rotorstellung, beispielsweise auf der Grundlage einer Wechselstromleistung variabler Spannung und variabler Frequenz, die von einem Antriebswechselrichter zugeführt wird, gesteuert werden, wird eine Steuerung der Antriebsservomotoren 3 durch die Antriebsmotorsteuereinheit 13 gegebenenfalls durch ein Steuern des Leistungsumwandlungsbetriebs der „Antriebswechselrichter“ 12 durchgeführt. Mit anderen Worten, die Antriebsmotorsteuereinheit 13 steuert die Antriebsservomotoren 3, um sie gemäß einem vorbestimmten Betriebsmuster zu betreiben, indem sie die Leistungsumwandlung der „Antriebswechselrichter“ 12 steuert.
Spezieller wird der folgende Betrieb durchgeführt: Die Antriebsmotorsteuereinheit 13 erzeugt einen Antriebsbefehl zum Steuern der Drehzahlen, der Drehmomente oder der Rotorstellungen der Antriebsservomotoren 3 beispielsweise auf der Grundlage der (Rotor-) Drehzahlen (Drehzahlrückmeldung) der Antriebsservomotoren 3, die durch eine Drehzahldetektor 51 erfasst sind, eines Stroms, der durch die Wicklungen der Antriebsservomotoren 3 (Stromrückmeldung) fließt, eines vorbestimmten Drehmomentbefehls und eines Betriebsprogramms für die Antriebsservomotoren 3. Der Leistungsumwandlungsbetrieb durch die „Antriebswechselrichter“ 12 wird auf der Grundlage des Antriebsbefehls gesteuert, der durch die Antriebsmotorsteuereinheit 13 erzeugt ist. Die hier definierte Konfiguration der Antriebsmotorsteuereinheit 13 dient lediglich der Veranschaulichung, und die Konfiguration der Antriebsmotorsteuereinheit 13 kann mit Begriffen wie eine Positionsbefehlerzeugungseinheit, eine Drehmomentbefehlerzeugungseinheit und eine Schaltbefehlerzeugungseinheit definiert sein.
Wenn insbesondere bestimmt ist, dass die in der Energiespeichervorrichtung 14 gespeicherte Halteenergie niedriger ist als ein vorher definierter Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung, steuert die Antriebsmotorsteuereinheit 13 gemäß der Ausführungsform die Antriebsservomotoren 3 durch ein Einstellen einer zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne, in der die Antriebsservomotoren 3 in einem bestimmten Zeitpunkt in einem vorbestimmten Betriebsmuster inaktiv sind. Die zusätzliche Bereitschaftszeitspanne bezeichnet die Zeitspanne, in der die Antriebsservomotoren 3, unabhängig von einem vorher definierten Anhalten in dem normalen Betriebsmuster, zusätzlich angehalten werden. Die zusätzliche Bereitschaftszeitspanne wird weiter unten im Einzelnen beschrieben.
Um einen Antrieb der Antriebsservomotoren 3 bei einer Ausgabe zu ermöglichen, die höher ist als die maximale Leistungsumwandlungsmenge des Wandlers 11, enthält das Motorantriebssystem 1 eine Energiespeichervorrichtung 14. Die Energiespeichervorrichtung 14 speichert eine Gleichstromleistung von dem Zwischenkreis 4 (Energiespeicherung) und liefert Gleichstromleistung an den Zwischenkreis 4 (Energiezuführung). Die Energiespeicherung und Energiezuführung der Energiespeichervorrichtung 14 werden durch die Energiespeichervorrichtungssteuereinheit 23 gesteuert.
Beispiele der Energiespeichervorrichtung 14 beinhalten eine Schwungradenergiespeichervorrichtung, wie in 2 veranschaulicht, und eine Kondensatorenergiespeichervorrichtung, wie in 3 veranschaulicht.
2 zeigt in einem Blockdiagramm das Motorantriebssystem gemäß der Ausführungsform, das eine Schwungradenergiespeichervorrichtung enthält. Die Schwungradenergiespeichervorrichtung 14 enthält ein Schwungrad 41, einen Pufferservomotor 42 und einen Pufferwechselrichter 43.
Das Schwungrad 41 kann Rotationsenergie speichern, die auch als Trägheitsmoment bezeichnet wird.
Der Pufferservomotor 42 wird verwendet, um das Schwungrad 41, das mit der Drehwelle des Pufferservomotors 42 verbunden ist, zu drehen. Die Rotationsenergie kann in dem Schwungrad 41 gespeichert werden, indem der Pufferservomotor 42 drehend angetrieben wird. Die Anzahl von Phasen des Pufferservomotors 42 beschränkt diese Ausführungsform nicht speziell, und es kann beispielsweise eine drei- oder einphasige Konfiguration genutzt werden. In dem Pufferservomotor 42 ist ein Drehzahldetektor 52 vorgesehen, und die (Rotor-) Drehzahl des Pufferservomotors 42, die durch den Drehzahldetektor 52 erfasst ist, wird verwendet, um die Energiespeichervorrichtung 14 mittels der Energiespeichervorrichtungssteuereinheit 23 zu steuern.
Der Pufferwechselrichter 43 wandelt Leistung zwischen der Gleichstromleistung in dem Zwischenkreis 4 und der Wechselstromleistung, die als Antriebsenergie oder regenerative Leistung für den Pufferservomotor 42 dient, durch eine EIN/AUS-Steuerung jedes Schaltelements auf der Basis von Energiespeicherungs- und Energiezufuhrbefehlen um, die von der Energiespeichervorrichtungssteuereinheit 23 her empfangen sind. Der Pufferwechselrichter 43 ist in einer Brückenschaltung von Schaltelementen und Dioden, die mit den Schaltelementen antiparallel verbunden sind, durchgeführt. Der Pufferwechselrichter 43 ist in einer dreiphasigen Brückenschaltung, wenn der Pufferservomotor 42 als ein dreiphasiger Motor dient, und in einer einphasigen Brückenschaltung durchgeführt, wenn der Pufferservomotor 42 als ein Einphasen-Motor dient. Beispiele des Schaltelements können einen unipolaren Transistor, wie beispielsweise einen FET, einen Bipolartransistor, einen IGBT, einen Thyristor und einen GTO beinhalten, jedoch beschränkt die Art eines Schalteelements selbst diese Ausführungsform nicht, und es können andere Arten von Schaltelementen genutzt werden. Beispielsweise wird eine EIN/AUSSteuerung jedes Schaltelements in dem Pufferwechselrichter 43 auf der Grundlage eines PWM-Schaltsignals durchgeführt, das durch einen Vergleich des empfangenen Antriebsbefehls mit einem Dreiecksträger erlangt ist.
Durch das Steuern der Leistungsumwandlung des Pufferwechselrichters 43 durch die Energiespeichervorrichtungssteuereinheit 23, rotiert der Pufferservomotor 42, der mit dem Schwungrad 41 verbunden ist, zusammen mit der Beschleunigung oder Verzögerung oder rotiert mit einer konstanten Drehzahl, so dass die Menge einer Gleichstromleistung, die durch die Energiespeichervorrichtung 14 zu speichern oder zu liefern ist (die Menge der Gleichstromleistung, die von dem Zwischenkreis 4 durch die Energiespeichervorrichtung 14 einzugeben oder auszugeben ist) eingestellt wird. Spezieller wird der folgende Betrieb durchgeführt.
Bei der Energiespeicherung der Energiespeichervorrichtung 14 führt der Pufferwechselrichter 43 auf der Grundlage eines Leistungsspeicherungsbefehls, der von der Energiespeichervorrichtungssteuereinheit 23 her empfangen ist, einen Umkehrbetrieb zur Umwandlung der Gleichstromleistung in dem Zwischenkreis 4 in eine Wechselstromleistung durch. Es wird dem Pufferservomotor 42 also elektrische Energie von dem Zwischenkreis 4 eingespeist und bewirkt, dass der mit dem Schwungrad 41 verbundene Pufferservomotor 42 drehend angetrieben wird. Somit wird in der Schwungradenergiespeichervorrichtung 14 elektrische Energie, die von dem Zwischenkreis 4 in die Energiespeichervorrichtung 14 fließt, in Rotationsenergie des Schwungrads 41 umgewandelt und gespeichert.
Bei einer Energiezufuhr der Energiespeichervorrichtung 14 führt der Pufferwechselrichter 43 einen Gleichrichtungsbetrieb zur Umwandlung regenerativer Wechselstromleistung in Gleichstromleistung durch, indem er die regenerative Wechselstromleistung bei einer Verzögerung des Pufferservomotors 42, der mit dem Schwungrad 41 verbunden ist, auf der Grundlage eines Leistungszufuhrbefehls erzeugt, der von der Energiespeichervorrichtungssteuereinheit 23 her empfangen ist. Die in dem Schwungrad 41 gespeicherte Rotationsenergie wird somit in elektrische Energie umgewandelt und dem Zwischenkreis 4 zugeführt.
3 zeigt in einem Blockdiagramm das Motorantriebssystem gemäß der Ausführungsform, das eine Kondensatorenergiespeichervorrichtung enthält. Die Kondensatorenergiespeichervorrichtung 14 weist einen Kondensator 44 und einen Gleichspannungswandler 45 auf, der dafür ausgelegt ist, eine Leistung zwischen der Gleichstromleistung in dem Zwischenkreis 4 und der in dem Kondensator 44 gespeicherten Gleichstromleistung umzuwandeln.
Beispiele des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 45 beinhalten eine Gleichstrom/Gleichstrom-Boost- und Buck-Chopper-Schaltung. Die Menge einer Gleichstromleistung, die durch die Energiespeichervorrichtung 14 zu speichern oder zu liefern ist (die Menge einer Gleichstromleistung, die von dem Zwischenkreis 4 durch die Energiespeichervorrichtung 14 einzugeben oder auszugeben ist) wird durch ein Steuern der Boost- und Buckbetriebsarten des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 45 mittels der Energiespeichervorrichtungssteuereinheit 23 eingestellt. Spezieller wird der folgende Betrieb durchgeführt.
Bei der Energiespeicherung der Energiespeichervorrichtung 14 wird der Gleichspannungswandler 45 durch die Energiespeichervorrichtungssteuereinheit 23 auf der Grundlage eines Leistungsspeicherungsbefehls, der von der Energiespeichervorrichtungssteuereinheit 23 her empfangen ist, gesteuert, um die Gleichspannung an dem Kondensator 44 niedriger einzustellen als diejenige an dem Zwischenkreis 4. Daher fließt elektrische Energie von dem Zwischenkreis 4 in den Kondensator 44, und es wird eine Energiespeicherung der Energiespeichervorrichtung 14 durchgeführt.
Bei einer Energiezufuhr der Energiespeichervorrichtung 14 wird der Gleichspannungswandler 45 durch die Energiespeichervorrichtungssteuereinheit 23 auf der Grundlage eines Leistungszufuhrbefehls, der von der Energiespeichervorrichtungssteuereinheit 23 her empfangen ist, gesteuert, um die Gleichspannung an dem Kondensator 44 höher als diejenige an dem Zwischenkreis 4 einzustellen. Daher fließt elektrische Energie von dem Kondensator 44 in den Zwischenkreis 4, und es wird eine Energiezuführung der Energiespeichervorrichtung 14 durchgeführt.
Da das Motorantriebssystem 1 die Energiespeichervorrichtung 14 enthält, die die oben erwähnten Betriebsabläufe durchführt, wird den Antriebsservomotoren 3 eine in der Energiespeichervorrichtung 14 gespeicherte Energie sowie eine Energie zugeführt, die von dem Wandler 11 zugeführt ist, und wird während einer Beschleunigung der Antriebsservomotoren 3 als Leistung zur Beschleunigung der Antriebsservomotoren 3 verwendet.
4 veranschaulicht anhand eines Graphen eine beispielhafte Beziehung zwischen der Gleichstromleistung, die von der Energiespeichervorrichtung in dem Motorantriebssystem gemäß der Ausführungsform zugeführt wird, und derjenigen, die von einem Wandler zugeführt wird. Eine Leistung, die dem Zwischenkreis 4 von dem Wandler 11 zugeführt wird, wird nicht nur als Antriebsenergie für die Antriebsservomotoren 3 (d. h. die Ausgaben der Antriebsservomotoren 3 entsprechen der Antriebsenergie), sondern auch als Wicklungsverluste in den Antriebsservomotoren 3, ein Verlust in dem Wandler 11 und Verluste in dem „Antriebswechselrichter“ 12 verbraucht. Die Summe der Leistungen, die durch die Antriebsservomotoren 3, die „Antriebswechselrichter“ 12 und die Wandler 11 verbraucht werden, sind nachstehend als ein „Gesamtenergieverbrauch“ bezeichnet und in 4 durch eine durchgezogene Linie angezeigt. Eine strichpunktierte Linie zeigt die maximale Leistungsumwandlungsmenge in dem Gleichrichtungsbetrieb des Wandlers 11 an. Wie in 4 veranschaulicht, wird die Menge (ein schraffierter Bereich in 4), um die die maximale zugeführte Energie des Wandlers 11 in dem Gesamtenergieverbrauch überschritten ist, durch die Gleichstromleistung kompensiert, die dem Zwischenkreis 4 von der Energiespeichervorrichtung 14 zugeführt wird.
Während einer Verzögerung der Antriebsservomotoren 3 wird in dem Motorantriebssystem 1 Energie, die von den Antriebsservomotoren 3 regeneriert ist, in der Energiespeichervorrichtung 14 gespeichert. Da die in der Energiespeichervorrichtung 14 gespeicherte Energie verwendet wird, um die Antriebsservomotoren 3 in Verbindung mit einer von dem Wandler 11 zugeführten Leistung anzutreiben, lassen sich die Antriebsservomotoren 3 bei einer Ausgabe antreiben, die höher ist als die maximale Leistungsumwandlungsmenge des Wandlers 11, und die Leistungsspitze lässt sich auf diese Weise verringern. Eine Verringerung der Leistungsspitze kann die Leistungsquellenkapazität und die Betriebskosten des Motorantriebssystems 1 vermindern, und kann sogar einen Stromausfall und Flickern in der Leistungsquelle 2 verhindern.
Die Energiespeichervorrichtungssteuereinheit 23 steuert die Energiespeicherung und Energiezuführung der Energiespeichervorrichtung 14 durch ein Steuern des Leistungsumwandlungsbetriebs des Pufferwechselrichters 43 in der Energiespeichervorrichtung 14, die als die in 2 veranschaulichte Schwungradenergiespeichervorrichtung 14 durchgeführt ist, und durch ein Steuern der Boost- und Buckbetriebsarten des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 45 in der Energiespeichervorrichtung 14, die als die in 3 veranschaulichte Kondensatorenergiespeichervorrichtung 14 durchgeführt ist. Die Energiespeicherung und Energiezuführung der Energiespeichervorrichtung 14 werden durch die Energiespeichervorrichtungssteuereinheit 23 unter Verwendung der Berechnungsergebnisse gesteuert, die durch die Energieverbrauchsberechnungseinheit 21 und die Speicherenergie- und Zufuhrenergieberechnungseinheit 22 erlangt sind.
Die Energieverbrauchsberechnungseinheit 21 berechnet einen Gesamtenergieverbrauch, der als die Summe der Ausgaben der Antriebsservomotoren 3, der Wicklungsverluste in den Antriebsservomotoren 3, dem Verlust in dem Wandler 11 und den Verlusten in den „Antriebswechselrichtern“ 12 erlangt ist. Die Ausgabe des Antriebsservomotors 3 wird durch eine Multiplikation der Rotationsgeschwindigkeit des Antriebsservomotors 3, die durch den Drehzahldetektor 51 erfasst ist, mit dem Drehmoment des Antriebsservomotors 3 erlangt. Wenn der Antriebsservomotor 3 beschleunigt, verbraucht er Wechselstromleistung, die von dem Antriebswechselrichter 12 zugeführt wird, und die Ausgabe des Antriebsservomotors 3 bei diesem Energieverbrauch ist als „positiv“ definiert. Dies bedeutet, dass, wenn Leistung bei einer Verzögerung des Antriebsservomotors 3 regeneriert wird, die Ausgabe des Antriebsservomotors 3 „negativ“ ist. Da der Wicklungsverlust in dem Antriebsservomotor 3, der Verlust in dem Wandler 11 und der Verlust in dem Antriebswechselrichter 12 niedriger sind als der Absolutbetrag der Ausgabe des Antriebsservomotors 3, hat die Ausgabe des Antriebsservomotors 3 normalerweise einen vorherrschenden Einfluss auf den Gesamtenergieverbrauch. Dementsprechend entspricht das positive oder negative Vorzeichen (Verbrauch oder Regeneration) der Ausgabe des Antriebsservomotors 3 nahezu dem Gesamtenergieverbrauch.
Da auch der Pufferwechselrichter 43 und der Gleichspannungswandler 45 Verluste aufweisen, kann die Energieverbrauchsberechnungseinheit 21 die Summe des Verlusts in dem Pufferwechselrichter 43 oder in dem Gleichspannungswandler 45, die ferner zu der Summe der Ausgaben der Antriebsservomotoren 3, der Wicklungsverluste in den Antriebsservomotoren 3, des Verlusts in dem Wandler 11 und der Verluste in den „Antriebswechselrichtern“ 12 addiert werden, als einen Gesamtenergieverbrauch berechnen.
Die Speicherenergie- und Zufuhrenergieberechnungseinheit 22 berechnet eine Menge einer Gleichstromleistung, die von dem Zwischenkreis 4 gespeichert ist, oder die dem Zwischenkreis 4 durch die Energiespeichervorrichtung 14 zugeführt ist, auf der Grundlage des Gesamtenergieverbrauchs, der durch die Energieverbrauchsberechnungseinheit 21 und die maximale Leistungsumwandlungsmenge des Wandlers 11 berechnet ist. Spezieller berechnet die Speicherenergie- und Zufuhrenergieberechnungseinheit 22 die Differenz zwischen der maximalen Leistungsumwandlungsmenge des Wandlers 11 und dem Gesamtenergieverbrauch, der durch die Energieverbrauchsberechnungseinheit 21 berechnet ist (d. h. den Wert, der durch eine Subtraktion des Gesamtenergieverbrauchs von der maximalen Leistungsumwandlungsmenge erhalten ist). Die Differenz zwischen der maximalen Leistungsumwandlungsmenge des Wandlers 11 und dem Gesamtenergieverbrauch, der durch die Energieverbrauchsberechnungseinheit 21 berechnet ist, entspricht der Menge einer Gleichstromleistung, die von dem Zwischenkreis 4 gespeichert ist oder dem Zwischenkreis 4 durch die Energiespeichervorrichtung 14 zugeführt ist. Wenn die Differenz zwischen der maximalen Leistungsumwandlungsmenge und dem Gesamtenergieverbrauch, der durch die Energieverbrauchsberechnungseinheit 21 für den Gleichrichtungsbetrieb des Wandlers 11 berechnet ist, beispielsweise negativ ist, da der Gesamtenergieverbrauch größer ist als die maximale zugeführte Energie bei der Gleichrichtung des Wandlers 11, d. h., wenn die Energie, die dem Zwischenkreis 4 von der Spannungsquelle 2 durch den Wandler 11 eingespeist ist, nicht ausreicht, um den Gesamtenergieverbrauch insgesamt abzudecken, kann das Leistungsdefizit vorzugsweise durch eine Gleichstromleistung ausgeglichen werden, die dem Zwischenkreis 4 von der Energiespeichervorrichtung 14 zugeführt wird. Die Speicherenergie- und Zufuhrenergieberechnungseinheit 22 sendet Informationen im Zusammenhang mit dem Leistungsdefizit an die Energiespeichervorrichtungssteuereinheit 23 als eine „Menge zugeführter Leistung“. Wenn beispielsweise die Differenz zwischen dem Absolutbetrag der maximalen Leistungsumwandlungsmenge und demjenigen des Gesamtenergieverbrauchs, der durch die Energieverbrauchsberechnungseinheit 21 für den Umkehrbetrieb des Wandlers 11 berechnet ist, negativ ist, da der Gesamtenergieverbrauch größer ist als die maximale regenerative Leistung bei der Umkehr des Wandlers 11, kann die überschüssige Leistung ferner vorzugsweise in der Energiespeichervorrichtung 14 gespeichert werden. Die Speicherenergie- und Zufuhrenergieberechnungseinheit 22 sendet Informationen im Zusammenhang mit der überschüssigen Leistung an die Energiespeichervorrichtungssteuereinheit 23 als eine „Menge gespeicherter Leistung.“
Die Energiespeichervorrichtungssteuereinheit 23 gibt bei Empfang der Menge zugeführter Leistung von der Speicherenergie- und Zufuhrenergieberechnungseinheit 22 an die Energiespeichervorrichtung 14 einen Leistungszufuhrbefehl zur Durchführung einer Steuerung aus, um dem Zwischenkreis 4 eine Gleichstromleistung zuzuführen, die dieser Menge zugeführter Leistung entspricht. Die Energiespeichervorrichtungssteuereinheit 23 gibt bei Empfang der Menge gespeicherter Leistung von der Speicherenergie- und Zufuhrenergieberechnungseinheit 22 an die Energiespeichervorrichtung 14 einen Energiespeicherungsbefehl zur Durchführung einer Steuerung aus, um eine Gleichstromleistung von dem Zwischenkreis 4 zu speichern, die dieser Menge gespeicherter Leistung entspricht. Die Energiespeichervorrichtung 14 führt bei Empfang eines Leistungszufuhrbefehls von der Energiespeichervorrichtungssteuereinheit 23 einen Leistungszufuhrbetrieb durch und führt bei Empfang eines Energiespeicherungsbefehls von der Energiespeichervorrichtungssteuereinheit 23 einen Leistungsspeicherbetrieb durch.
Die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 wird durch die Halteenergieberechnungseinheit 15 in der folgenden Weise berechnet.
In der in 2 veranschaulichten Schwungradenergiespeichervorrichtung 14 berechnet die Halteenergieberechnungseinheit 15, da die Ausgabe des Pufferservomotors 42 beispielsweise der Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 entspricht, die Ausgabe des Pufferservomotors 42 als die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14. Die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14, die die Ausgabe des Pufferservomotors 42 ist, lässt sich auf der Grundlage der folgenden Gleichung berechnen: $Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 = (1 / 2) * J * ω 2$
mit ω gleich der Rotationsgeschwindigkeit (Winkelgeschwindigkeit) des Pufferservomotors 42, die durch den Drehzahldetektor 52 erfasst ist, und J gleich dem Trägheitsmoment des Pufferservomotors 42.
Wie aus der Gleichung (1) ersichtlich, kann auf die Halteenergieberechnungseinheit 15 verzichtet werden, da die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 proportional zu dem Quadrat der Rotationsgeschwindigkeit des Pufferservomotors 42 ist, und die Rotationsgeschwindigkeit (oder ihr Quadrat) des Pufferservomotors 42 kann als ein Parameter genutzt werden, der die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 repräsentiert.
In der in 3 veranschaulichten Kondensatorenergiespeichervorrichtung 14 berechnet die Halteenergieberechnungseinheit 15, da die Menge einer Gleichstromleistung, die in dem Kondensator 44 gespeichert ist, beispielsweise der Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 entspricht, die Menge einer Gleichstromleistung, die in dem Kondensator 44 gespeichert ist, als die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14. Die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 lässt sich auf der Grundlage der folgenden Gleichung berechnen: $Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 = (1 / 2) * C * V^{2}$
mit C gleich der Kapazität des Kondensators 44, und V gleich der Spannung des Kondensators 44.
Da die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14, wie aus Gleichung (2) zu ersehen, proportional zu dem Quadrat der Spannung des Kondensators 44 ist, kann auf die Halteenergieberechnungseinheit 15 verzichtet werden, und die Spannung (oder ihr Quadrat) des Kondensators 44 kann als ein Parameter genutzt werden, der die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 repräsentiert.
Die Bestimmungseinheit 16 bestimmt, ob die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 niedriger ist als ein vorher definierter Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung. Die Bestimmungseinheit 16 bestimmt ferner, ob die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 höher ist als ein zuvor definierter erster Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung. Mit anderen Worten, der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung wird durch die Bestimmungseinheit 16 zur Bestimmungsverarbeitung mit Blick darauf verwendet, ob eine zusätzliche Bereitschaftszeitspanne zum Wiederherstellen der Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 einzustellen ist. Der erste Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung wird durch die Bestimmungseinheit 16 zur Bestimmungsverarbeitung mit Blick darauf verwendet, ob die zusätzliche Bereitschaftszeitspanne zu beenden ist, die bei einer Bestimmung, dass die Halteenergie niedriger ist als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung, eingestellt wird. Wenn die angemessene Menge von Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 als eine „Basishalteenergie“ definiert ist, genügen die Basishalteenergie, der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung und der erste Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung der folgende Beziehung: $\begin{array}{l} Basishalteenrgie > Erster Schwellenwert für Wiederherstellungs - \\ bestimmung \geq Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung \end{array}$
Wie in Beziehung (3) abgegeben, wird der erste Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung auf einen Wert eingestellt, der gleich oder größer ist als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung.
Wenn die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 auf der Basis der Gleichung (1) oder (2) durch die Halteenergieberechnungseinheit 15 als eine Leistungsmenge berechnet ist, werden ein Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung und ein erster Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung, die dieselbe Einheit wie diejenige der Leistungsmenge aufweisen, eingestellt. Wenn auf die Halteenergieberechnungseinheit 15 verzichtet ist, und die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 durch die Rotationsgeschwindigkeit des Pufferservomotors 42 (oder ihr Quadrat) repräsentiert ist, werden ein Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung und ein erster Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung eingestellt, die dieselbe Einheit wie die Rotationsgeschwindigkeit (oder ihr Quadrat) aufweisen. Wenn auf die Halteenergieberechnungseinheit 15 verzichtet ist, und die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 durch die Spannung des Kondensators 44 (oder ihr Quadrat) repräsentiert ist, werden ein Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung und ein erster Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung, die dieselbe Einheit wie diejenige der Spannung (oder ihr Quadrat) aufweisen, eingestellt.
In dem Motorantriebssystem 1, das die Energiespeichervorrichtung 14 enthält, die vorgesehen ist, um die Leistungsspitze der Spannungsquelle 2 zu reduzieren, wird, wenn die Antriebsservomotoren 3 betrieben werden, dem Zwischenkreis 4 von der Energiespeichervorrichtung 14 Leistung in einer Menge zugeführt, durch die lediglich Energie, die dem Zwischenkreis 4 von der Spannungsquelle 2 durch den Wandler 11 eingespeist ist, nicht ausreicht, so dass die Antriebsservomotoren 3 weiter angetrieben werden können. Die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 wird gegebenenfalls mit Energie, die von der Spannungsquelle 2 durch den Wandler 11 eingespeist ist, oder durch die regenerative Energie der Antriebsservomotoren 3 wiederaufgefüllt und nicht zur Neige gehen, solange die Antriebsservomotoren 3 gemäß dem normalen Betriebsmuster arbeiten. Wenn allerdings eine Abweichung von dem normalen Betriebsmuster auftritt und eine unerwartete hohe Last auf die Antriebsservomotoren 3 ausgeübt wird, wird, da die Antriebsservomotoren 3 mehr Strom als normal verbrauchen, mehr Halteenergie der Energiespeichervorrichtung als ursprünglich geplant verbraucht, und die Antriebsservomotoren können aufgrund des Leistungsdefizits nicht weiter angetrieben werden. Unter diesen Umständen wird in dieser Ausführungsform, wenn die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung niedriger ist als ursprünglich geplant, eine zusätzliche Bereitschaftszeitspanne als die Zeitspanne eingestellt, in der die Antriebsservomotoren 3 inaktiv sind, und während der zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne, wird die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 wieder mit Energie aufgefüllt, die durch den Wandler 11 von der Spannungsquelle 2 eingespeist wird.
Wenn die Bestimmungseinheit 16 bestimmt, dass die Halteenergie niedriger ist als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung, steuert die Antriebsmotorsteuereinheit 13 die Antriebsservomotoren 3, indem sie eine zusätzliche Bereitschaftszeitspanne einstellt, in der die Antriebsservomotoren 3 in einem bestimmten Zeitpunkt in einem vorbestimmten Betriebsmuster inaktiv sind. In dem normalen Betriebsmuster der Antriebsservomotoren 3 werden gegebenenfalls eine Beschleunigung, Verzögerung, konstante Drehzahl und ein Halt zusammengeführt und in Abhängigkeit von den Einzelheiten des Betriebs der Maschine, die mit den Antriebsservomotoren 3 ausgerüstet ist, vorher definiert, und eine zusätzliche Bereitschaftszeitspanne wird zusätzlich als der Zustand, in dem die Antriebsservomotoren 3 inaktiv sind (d. h. der angehaltene Zustand), unabhängig von dem angehaltenen Zustand in dem normalen Betriebsmuster eingestellt. Mit anderen Worten, wenn die Bestimmungseinheit 16 bestimmt, dass die Halteenergie niedriger ist als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung, steuert die Antriebsmotorsteuereinheit 13 die Antriebsservomotoren, um nach dem Verstreichen einer zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne, ausgehend vom dem Startzeitpunkt des Betriebs, einen Betrieb zu beginnen, der im Voraus als ein vorbestimmtes Betriebsmuster definiert ist. Da die Antriebsservomotoren 3 während der zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne ohne Betrieb in Bereitschaft gehalten sind und daher keine Leistung verbrauchen, und die Energiespeichervorrichtung 14 Gleichstromleistung speichern kann, die dem Zwischenkreis 4 von der Spannungsquelle 2 durch den Wandler 11 eingespeist ist, nimmt die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 während der zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne allmählich zu.
Während der zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne bestimmt die Bestimmungseinheit 16, ob die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 höher ist als der erste Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung. Die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 nimmt während der zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne allmählich zu, und, wenn die Bestimmungseinheit 16 bestimmt, dass die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 höher ist als der erste Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung, beendet sie die zusätzliche Bereitschaftszeitspanne, und die Antriebsmotorsteuereinheit 13 steuert die Antriebsservomotoren 3 gemäß dem normalen Betriebsmuster. Mit anderen Worten, wird ein Endpunkt für die zusätzliche Bereitschaftszeitspanne, die eingestellt wird, wenn durch die Bestimmungseinheit 16 bestimmt ist, dass die Halteenergie niedriger ist als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung, eingestellt, nachdem die Bestimmungseinheit 16 ferner bestimmt, dass die Halteenergie höher ist als der erste Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung, nachdem bestimmt ist, dass die Halteenergie niedriger ist als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung. Dies bedeutet, dass die zusätzliche Bereitschaftszeitspanne andauert, bis die Bestimmungseinheit 16 bestimmt, dass die Halteenergie höher ist als der erste Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung, nachdem bestimmt ist, dass die Halteenergie niedriger ist als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung.
Ein Anfangspunkt für die zusätzliche Bereitschaftszeitspanne wird z.B. in der folgenden Weise eingestellt, um die nachteilige Wirkung, die ein zusätzliches Anhalten der Antriebsservomotoren 3 auf die Maschine hat, die mit den Antriebsservomotoren 3 ausgerüstet ist, auf ein Minimum zu reduzieren. „Ein Zyklus“ definiert eine Gruppe von Betriebsarten, die die gleichen Einzelheiten der Antriebsservomotoren 3 aufweist, und ein „Betriebsmuster“ für die Antriebsservomotoren 3 wird durch ein wiederholtes Ausführen dieses Zyklus, wie weiter oben beschrieben, errichtet.
In Entsprechung zu dem ersten Modus wird ein Anfangspunkt für die zusätzliche Bereitschaftszeitspanne zwischen einem bestimmten Zyklus und einem weiteren Zyklus eingestellt, der auf den bestimmten Zyklus in einem vorbestimmten Betriebsmuster folgt, in dem für jeden Zyklus ein Betrieb definiert ist. Mit anderen Worten, wenn die Bestimmungseinheit 16 bestimmt, dass die Halteenergie niedriger ist als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung, beginnt die Antriebsmotorsteuereinheit 13 gemäß dem ersten Modus eine zusätzliche Bereitschaftszeitspanne nach der Vollendung eines bestimmten Zyklus und vor dem Beginn eines weiteren Zyklus, der auf den bestimmten Zyklus in einem vorbestimmten Betriebsmuster folgt, in dem ein Betrieb für jeden Zyklus definiert ist.
Ein Anfangspunkt für die zusätzliche Bereitschaftszeitspanne wird gemäß dem zweiten Modus in einem bestimmten Zeitpunkt innerhalb eines bestimmten Zyklus in einem vorbestimmten Betriebsmuster, in dem ein Betrieb für jeden Zyklus definiert ist, eingestellt. In Entsprechung zu dem zweiten Modus wird eine zusätzliche Bereitschaftszeitspanne in einem Zyklus eingestellt und ein Anfangspunkt für die zusätzliche Bereitschaftszeitspanne wird während eines in diesem Zyklus im Voraus definierten Halts eingestellt, um die nachteilige Wirkung, die ein zusätzliches Anhalten der Antriebsservomotoren 3 auf die Maschine hat, die mit den Antriebsservomotoren 3 ausgerüstet ist, auf ein Minimum zu reduzieren. Mit anderen Worten, wenn die Bestimmungseinheit 16 bestimmt, dass die Halteenergie niedriger ist als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung, verzögert die Antriebsmotorsteuereinheit 13 gemäß dem zweiten Modus den Zeitpunkt des Beginns eines Betriebes (z.B. einer Beschleunigung, Verzögerung oder konstanten Drehzahl) anschließend an einen Halt in einem Zyklus, indem sie die Zeitspanne des Halts um die zusätzliche Bereitschaftszeitspanne länger als im Voraus definiert einstellt.
Für die zusätzliche Bereitschaftszeitspanne kann ein Anfangspunkt lediglich gemäß dem ersten Modus, lediglich gemäß dem zweiten Modus oder sowohl gemäß dem ersten als auch dem zweiten Modus eingestellt werden.
Der Ausführungszeitpunkt der Bestimmungsverarbeitung mit Blick darauf, ob eine zusätzliche Bereitschaftszeitspanne unter Verwendung des Schwellenwerts zur Energiedefizitbestimmung durch die Bestimmungseinheit 16 einzustellen ist, wird z.B. in der folgenden Weise eingestellt.
Der Ausführungszeitpunkt einer Bestimmungsverarbeitung durch die Bestimmungseinheit 16 gemäß dem ersten Modus wird zwischen einem bestimmten Zyklus und einem weiteren Zyklus eingestellt, der auf den bestimmten Zyklus in einem vorbestimmten Betriebsmuster folgt, in dem ein Betrieb für jeden Zyklus definiert ist. Der Ausführungszeitpunkt einer Bestimmungsverarbeitung durch die Bestimmungseinheit 16 kann jedesmal nach der Vollendung eines Zyklus oder für jeden Satz von mehreren Zyklen eingestellt werden. Somit bestimmt die Bestimmungseinheit 16 gemäß dem ersten Modus, ob die Halteenergie höher ist als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung, nach der Vollendung eines bestimmten Zyklus und vor dem Beginn eines weiteren Zyklus, der auf den bestimmten Zyklus, in einem vorbestimmten Betriebsmuster folgt, in dem ein Betrieb für jeden Zyklus definiert ist.
Der Ausführungszeitpunkt einer Bestimmungsverarbeitung durch die Bestimmungseinheit 16 gemäß dem zweiten Modus wird in einem bestimmten Zeitpunkt innerhalb eines bestimmten Zyklus in einem vorbestimmten Betriebsmuster eingestellt, in dem ein Betrieb für jeden Zyklus definiert ist. Im Gegensatz zu dem Anfangspunkt der zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne wirkt sich der Ausführungszeitpunkt einer Bestimmungsverarbeitung durch die Bestimmungseinheit 16 unabhängig von dem Zeitpunkt, für den diese Zeitsteuerung in einem Zyklus eingestellt ist, nicht nachteilig auf die mit den Antriebsservomotoren 3 ausgerüstete Maschine aus. Somit bestimmt die Bestimmungseinheit 16 gemäß dem zweiten Modus, ob die Halteenergie höher ist als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung, in einem bestimmten Zeitpunkt innerhalb eines bestimmten Zyklus, in einem vorbestimmten Betriebsmuster, in dem ein Betrieb für jeden Zyklus definiert ist.
Die Anfangspunkte der zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne gemäß dem oben erwähnten ersten und zweiten Modus und die Ausführungszeitpunkte einer Bestimmungsverarbeitung mit Blick darauf, ob eine zusätzliche Bereitschaftszeitspanne unter Verwendung des Schwellenwerts zur Energiedefizitbestimmung durch die Bestimmungseinheit 16 gemäß dem ersten und zweiten Modus einzustellen ist, werden gegebenenfalls in Kombination durchgeführt. Beispielsweise können der Anfangspunkt der zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne gemäß dem ersten Modus und der Ausführungszeitpunkt einer Bestimmungsverarbeitung durch die Bestimmungseinheit 16 gemäß dem ersten Modus als Kombination implementiert sein, oder der Anfangspunkt der zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne gemäß dem zweiten Modus und der Ausführungszeitpunkt einer Bestimmungsverarbeitung durch die Bestimmungseinheit 16 gemäß dem zweiten Modus können als Kombination implementiert sein. Da der Anfangspunkt der zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne unmittelbar eingestellt wird, nachdem die Bestimmungseinheit 16 bestimmt, dass die Halteenergie niedriger ist als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung, kann ein Defizit der in der Energiespeichervorrichtung 14 gespeicherten Gleichstromleistung in diesem Fall zuverlässiger verhindert werden. Alternativ können beispielsweise der Anfangspunkt der zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne gemäß dem ersten Modus und die Ausführungszeitpunkte einer Bestimmungsverarbeitung durch die Bestimmungseinheit 16 gemäß dem ersten und zweiten Modus als Kombination implementiert sein, oder der Anfangspunkt der zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne gemäß dem zweiten Modus und die Ausführungszeitpunkte einer Bestimmungsverarbeitung durch die Bestimmungseinheit 16 gemäß dem ersten und zweiten Modus können als Kombination implementiert sein. In diesem Fall kann ein Defizit einer Gleichstromleistung, die in der Energiespeichervorrichtung 14 gespeichert ist, zuverlässiger verhindert werden, da die Bestimmungseinheit 16 die Bestimmungsverarbeitung häufiger durchführt. Oder wenn die Anfangspunkte der zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne gemäß dem ersten und zweiten Modus und die Ausführungszeitpunkte der Bestimmungsverarbeitung durch die Bestimmungseinheit 16 gemäß dem ersten und zweiten Modus beispielsweise in einer Kombination durchgeführt werden, ist in der zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne auch hier, da die Bestimmungseinheit 16 die Bestimmungsverarbeitung häufiger durchführt und zusätzliche Bereitschaftszeitspannen öfter eingestellt werden, weniger Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 wiederherzustellen, so dass die Längen einzelner zusätzlicher Bereitschaftszeitspannen kürzer eingestellt werden können.
Die Bestimmungsverarbeitung, ob die zusätzliche Bereitschaftszeitspanne unter Verwendung des ersten Schwellenwerts zur Wiederherstellungsbestimmung zu beenden ist, wird immer während der zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne durch die Bestimmungseinheit 16 durchgeführt.
Wie oben im Zusammenhang mit den Motorantriebssystem 1 gemäß der Ausführungsform beschrieben, steuert die Antriebsmotorsteuereinheit 13, wenn die Bestimmungseinheit 16 bestimmt, dass die Halteenergie niedriger ist als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung, die Antriebsservomotoren 3 durch ein Einstellen einer zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne, in der die Antriebsservomotoren 3 in einem bestimmten Zeitpunkt in einem vorbestimmten Betriebsmuster inaktiv sind. Da die Antriebsservomotoren 3 während der zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne ohne Betrieb in Bereitschaft gehalten sind und daher keine Leistung verbrauchen, und die Energiespeichervorrichtung 14 Gleichspannung speichern kann, die dem Zwischenkreis 4 von der Spannungsquelle 2 durch den Wandler 11 eingespeist ist, nimmt die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 allmählich zu. Wenn die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 allmählich zunimmt und wiederhergestellt ist, um höher zu sein als der erste Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung, beendet die Antriebsmotorsteuereinheit 13 die zusätzliche Bereitschaftszeitspanne und steuert die Antriebsservomotoren 3 gemäß dem normalen Betriebsmuster. Wenn die Bestimmungseinheit 16 bestimmt, dass die Halteenergie niedriger ist als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung, lässt sich somit das Maschinenbetriebsverhältnis, da die Antriebsservomotoren 3 durch ein Einstellen einer zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne gesteuert werden, in der die Antriebsservomotoren 3 in einem bestimmten Zeitpunkt in einem vorbestimmten Betriebsmuster inaktiv sind, verbessern, indem ein Alarmstopp des Motorantriebssystems aufgrund eines Defizits einer in der Energiespeichervorrichtung 14 gespeicherten Gleichstromleistung verhindert wird.
Wenn eine zusätzliche Bereitschaftszeitspanne in dem Betriebsmuster eingestellt wird, ist die Gesamtverarbeitungszeit länger, als wenn keine zusätzliche Bereitschaftszeitspanne eingestellt ist. Wenn eine zusätzliche Bereitschaftszeitspanne eingestellt wird, während die Halteenergie höher ist als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung, kann daher eine (nicht dargestellte) Meldungseinheit vorgesehen sein, die eine Meldung über das Einstellen einer zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne sendet. Die Meldungseinheit kann als ein Bildschirm durchgeführt sein, z.B. für einen Personal-Computer, ein tragbares Terminal oder ein Bildschirmtastfeld. Wenn das Motorantriebssystem 1 beispielsweise verwendet wird, um den Antrieb der Antriebsservomotoren 3, die in einer Werkzeugmaschine vorgesehen sind, zu steuern, kann ein Zubehörbildschirm, der an einer numerischen Steuereinrichtung für die Werkzeugmaschine angebracht ist, als die Meldungseinheit genutzt werden. Alternativ kann die Meldungseinheit beispielsweise als eine akustische Vorrichtung durchgeführt sein, die ein akustisches Signal erzeugt, beispielsweise eine Stimme, ein Lautsprecher, ein Summer oder eine Glocke. Oder die Meldungseinheit kann wiederum beispielsweise die Form eines Ausdrucks und einer Anzeige annehmen, z.B. auf einer Blattoberfläche unter Verwendung eines Druckers. Die Meldungseinheit kann gegebenenfalls auch durch eine Kombination der oben erwähnten Beispiele durchgeführt werden. Daten, die beispielsweise den Zeitpunkt und die Anzahl von Einstellungen einer zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne betreffen, können auch in einer Speichervorrichtung gespeichert und für einen anderen Zweck genutzt werden.
Im Folgenden wird die Betriebsabfolge des Motorantriebssystems 1 beschrieben. 5 zeigt in einem Flussdiagramm die Betriebsabfolge des Motorantriebssystems gemäß der Ausführungsform.
Die Antriebsmotorsteuereinheit 13 steuert die Antriebsservomotoren 3, um sie gemäß einem vorbestimmten Betriebsmuster zu betreiben (Schritt S101). Während dieser Steuerung steuert die Energiespeichervorrichtungssteuereinheit 23 die Energiespeicherung und Energiezuführung der Energiespeichervorrichtung 14 unter Verwendung der Berechnungsergebnisse, die durch die Energieverbrauchsberechnungseinheit 21 und die Speicherenergie- und Zufuhrenergieberechnungseinheit 22 erlangt sind.
In Schritt S102 berechnet die Halteenergieberechnungseinheit 15 die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14.
In Schritt S103 bestimmt die Bestimmungseinheit 16, ob die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 niedriger ist als ein vorher definierter Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung. Wenn bestimmt wird, dass die Halteenergie nicht niedriger ist als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung, kehrt das Verfahren zu Schritt S101 zurück. Wenn bestimmt wird, dass die Halteenergie niedriger ist als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung, rückt das Verfahren zu Schritt S104 vor.
In Schritt S104 stellt die Antriebsmotorsteuereinheit 13 eine zusätzliche Bereitschaftszeitspanne ein, in der die Antriebsservomotoren 3 in einem bestimmten Zeitpunkt in dem vorbestimmten Betriebsmuster inaktiv sind (Bereitschaftsverarbeitung). Da die Antriebsservomotoren 3 während der zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne ohne Betrieb in Bereitschaft gehalten sind und daher keine Leistung verbrauchen, und die Energiespeichervorrichtung 14 eine Gleichstromleistung speichert, die dem Zwischenkreis 4 von der Spannungsquelle 2 durch den Wandler 11 eingespeist ist, nimmt die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 allmählich zu.
In Schritt S105 bestimmt die Bestimmungseinheit 16, ob die Halteenergie höher ist als ein erster Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung. Die Bestimmungsverarbeitung von Schritt S105 wird verwendet, um zu bestimmen, ob die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 wiederhergestellt wurde, um höher zu sein als der erste Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung. Wenn bestimmt ist, dass die Halteenergie nicht höher ist als der erste Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung, kehrt das Verfahren zu Schritt S104 zurück. Wenn bestimmt ist, dass die Halteenergie höher ist als der erste Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung, rückt das Verfahren zu Schritt S106 vor.
In Schritt S106 beendet die Antriebsmotorsteuereinheit 13 die zusätzliche Bereitschaftszeitspanne und das Verfahren kehrt ferner zu Schritt S101 zurück, bei dem es die Antriebsservomotoren 3 gemäß dem normalen Betriebsmuster steuert.
6 zeigt in einem Zeitdiagramm eine beispielhafte Beziehung zwischen dem Gesamtstromverbrauch, der Leistungsumwandlungsmenge des Wandlers und der Halteenergie der Energiespeichervorrichtung, wenn eine zusätzliche Bereitschaftszeitspanne gemäß einem ersten Modus eingestellt ist, und der Ausführungszeitpunkt einer Bestimmungsverarbeitung durch die Bestimmungseinheit 16 gemäß dem ersten Modus implementiert ist, in dem Motorantriebssystem gemäß der Ausführungsform.
7 zeigt in einem Zeitdiagramm eine beispielhafte Beziehung zwischen dem Gesamtstromverbrauch, der Leistungsumwandlungsmenge des Wandlers und der Halteenergie der Energiespeichervorrichtung, wenn die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung nach einem Zyklus knapp wird, in dem herkömmlichen Motorantriebssystem. Unter Bezugnahme auf 6 und 7 stellt der obere Abschnitt den Gesamtenergieverbrauch dar, der durch die Energieverbrauchsberechnungseinheit 21 berechnet ist, der mittlere Abschnitt stellt die Leistungsumwandlungsmenge (Ausgabe) des Wandlers 11 dar, und der untere Abschnitt stellt die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 dar. Der Fall, bei dem, wenn sich der Gesamtenergieverbrauch, wie in dem oberen Abschnitt von 6 und 7 dargestellt, ändert, die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 zur Zeit t₆ in einem Zyklus des Betriebs der Antriebsservomotoren 3, der von der Zeit t₁ bis zur Zeit t₆ definiert ist, zur Neige gehen kann, wird hier als ein Beispiel in Betracht gezogen.
Unter Bezugnahme auf 6 und 7 wird dem Zwischenkreis 4, wenn der Gesamtenergieverbrauch zur Zeit t₁ zuzunehmen beginnt und zur Zeit t₂ die maximale Umwandlungsmenge (Energiezuführung) des Wandlers 11 überschreitet, von der Zeit t₂ an eine Gleichstromleistung von der Energiespeichervorrichtung 14 zugeführt, und die Leistungsspitze der Spannungsquelle 2 wird gekappt. Infolgedessen beginnt die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 zur Zeit t₂ abzunehmen.
Unter Bezugnahme auf 6 und 7 speichert die Energiespeichervorrichtung 14, wenn bei einer Verzögerung der Antriebsservomotoren 3 zur Zeit t₃ eine Energieregeneration durchgeführt wird und der Gesamtenergieverbrauch anschließend wieder zuzunehmen beginnt, eine Gleichstromleistung, die dem Zwischenkreis 4 von der Spannungsquelle 2 durch den Wandler 11 eingespeist ist, und die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 nimmt allmählich zu.
Unter Bezugnahme auf 6 und 7 wird eine Gleichstromleistung, wenn die maximale Umwandlungsmenge (Energiezuführung) des Wandlers 11 zur Zeit t₄ überschritten wird, von der Zeit t₄ an dem Zwischenkreis 4 von der Energiespeichervorrichtung 14 zugeführt, und die Leistungsspitze der Spannungsquelle 2 wird gekappt. Infolgedessen beginnt die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 zur Zeit t₄ wieder abzunehmen.
Unter Bezugnahme auf 6 und 7 speichert die Energiespeichervorrichtung 14, wenn bei einer Verzögerung der Antriebsservomotoren 3 zur Zeit t₅ eine Energieregeneration durchgeführt wird und der Gesamtenergieverbrauch anschließend wieder zuzunehmen beginnt, eine Gleichstromleistung, die dem Zwischenkreis 4 von der Spannungsquelle 2 durch den Wandler 11 eingespeist ist, und die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 nimmt allmählich zu. Danach ist zur Zeit t₆ ein Zyklus des Betriebs der Antriebsservomotoren 3 beendet.
Wie in 6 veranschaulicht führt die Bestimmungseinheit 16, in dem Motorantriebssystem 1 gemäß der Ausführungsform, z.B. zur Zeit t₆ eine Bestimmungsverarbeitung durch. Da in 6 anhand eines Beispiels davon ausgegangen wird, dass die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung zur Zeit t₆ zur Neige gehen kann, bestimmt die Bestimmungseinheit 16 zur Zeit t₆ , dass die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 höher ist als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung. Auf der Grundlage des Bestimmungsergebnisses setzt die Antriebsmotorsteuereinheit 13 nach der Vollendung eines bestimmten Zyklus (Zeit t₆ ) und vor dem Beginn eines weiteren Zyklus, der auf den bestimmten Zyklus folgt, einen Anfangspunkt für die zusätzliche Bereitschaftszeitspanne. Da die Antriebsservomotoren 3 während der zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne ohne Betrieb in Bereitschaft gehalten sind und daher keine Leistung verbrauchen, und die Energiespeichervorrichtung 14 Gleichstromleistung speichern kann, die dem Zwischenkreis 4 von der Spannungsquelle 2 durch den Wandler 11 eingespeist wird, nimmt die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14, wie in 6 veranschaulicht, allmählich zu. Wenn die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 beispielsweise allmählich zunimmt und wiederhergestellt ist, um zur Zeit t₇ höher zu sein als der erste Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung, beendet die Antriebsmotorsteuereinheit 13 die zusätzliche Bereitschaftszeitspanne zur Zeit t₇ und steuert die Antriebsservomotoren 3 von der Zeit t₇ an gemäß dem normalen Betriebsmuster.
Wie in 7 veranschaulicht, können die Antriebsservomotoren in dem herkömmlichen Motorantriebssystem, da der Betrieb der Antriebsservomotoren in dem nächsten Zyklus begonnen wird, während die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung zur Zeit t₆ unzureichend bleibt, aufgrund des Leistungsdefizits nicht weiter angetrieben werden.
8 zeigt in einem Zeitdiagramm eine beispielhafte Beziehung zwischen dem Gesamtstromverbrauch, der Leistungsumwandlungsmenge des Wandlers und der Halteenergie der Energiespeichervorrichtung, wenn eine zusätzliche Bereitschaftszeitspanne gemäß einem zweiten Modus eingestellt wird und der Ausführungszeitpunkt einer Bestimmungsverarbeitung durch die Bestimmungseinheit 16 gemäß dem zweiten Modus durchgeführt wird, in dem Motorantriebssystem gemäß der Ausführungsform. 9 zeigt in einem Zeitdiagramm eine beispielhafte Beziehung zwischen dem Gesamtstromverbrauch, der Leistungsumwandlungsmenge des Wandlers und der Halteenergie der Energiespeichervorrichtung, wenn die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung innerhalb eines Zyklus knapp wird, in dem herkömmlichen Motorantriebssystem. Unter Bezugnahme auf 8 und 9 stellt der obere Abschnitt den Gesamtenergieverbrauch dar, der durch die Energieverbrauchsberechnungseinheit 21 berechnet ist, der mittlere Abschnitt stellt die Leistungsumwandlungsmenge (Ausgabe) des Wandlers 11 dar, und der untere Abschnitt stellt die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 dar. Der Fall, bei dem, wenn sich der Gesamtenergieverbrauch, wie in dem oberen Abschnitt von 8 und 9 dargestellt, ändert, die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung zur Zeit t₆ in einem Zyklus zur Neige gehen kann, wird hier als ein Beispiel in Betracht gezogen. 8 stellt einen Zyklus des Betriebs der Antriebsservomotoren 3 dar, der von der Zeit t₁ bis zur Zeit t₁₁ definiert ist, und 9 stellt einen Zyklus des Betriebs der Antriebsservomotoren 3 dar, der von der Zeit t₁ bis zur Zeit tg definiert ist.
Unter Bezugnahme auf 8 und 9 wird, wenn der Gesamtenergieverbrauch zur Zeit t₁ zuzunehmen beginnt und die maximale Umwandlungsmenge (Energiezuführung) des Wandlers 11 zur Zeit t₂ überschreitet, von der Zeit t₂ an dem Zwischenkreis 4 von der Energiespeichervorrichtung 14 eine Gleichstromleistung zugeführt, und die Leistungsspitze der Spannungsquelle 2 wird gekappt. Infolgedessen beginnt die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 zur Zeit t₂ abzunehmen.
Unter Bezugnahme auf 8 und 9 speichert die Energiespeichervorrichtung 14, wenn bei einer Verzögerung der Antriebsservomotoren 3 zur Zeit t₃ eine Energieregeneration durchgeführt wird und der Gesamtenergieverbrauch anschließend wieder zuzunehmen beginnt, eine Gleichstromleistung, die dem Zwischenkreis 4 von der Spannungsquelle 2 durch den Wandler 11 eingespeist wird, und die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 nimmt allmählich zu.
Unter Bezugnahme auf 8 und 9 wird, wenn die maximale Umwandlungsmenge (Energiezuführung) des Wandlers 11 zur Zeit t₄ überschritten wird, von der Zeit t₄ an dem Zwischenkreis 4 von der Energiespeichervorrichtung 14 eine Gleichstromleistung zugeführt, und die Leistungsspitze der Spannungsquelle 2 wird gekappt. Infolgedessen beginnt die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 zur Zeit t₄ wieder abzunehmen.
Unter Bezugnahme auf 8 und 9 speichert de Energiespeichervorrichtung 14, wenn bei einer Verzögerung der Antriebsservomotoren 3 zur Zeit t₅ eine Energieregeneration durchgeführt wird und der Gesamtenergieverbrauch anschließend wieder zuzunehmen beginnt, eine Gleichstromleistung, die dem Zwischenkreis 4 von der Spannungsquelle 2 durch den Wandler 11 eingespeist wird, und die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 nimmt allmählich zu. Wenn die Antriebsservomotoren 3 gemäß einem vorher definierten Betriebsmuster zur Zeit t₆ in den Ruhezustand versetzt sind, führt die Bestimmungseinheit 16 zur Zeit t₆ in dem Motorantriebssystem 1 gemäß der Ausführungsform, wie in 8 veranschaulicht, eine Bestimmungsverarbeitung durch. Da in 8 anhand eines Beispiels davon ausgegangen wird, dass die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung zur Zeit t₆ zur Neige gehen kann, bestimmt die Bestimmungseinheit 16, dass die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 höher ist als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung. Auf der Grundlage des Bestimmungsergebnisses setzt die Antriebsmotorsteuereinheit 13 zur Zeit t₆ in einem Zyklus einen Anfangspunkt für die zusätzliche Bereitschaftszeitspanne. Da die Antriebsservomotoren 3 ohne Betrieb in Bereitschaft gehalten sind und daher keine Leistung verbrauchen, und die Energiespeichervorrichtung 14 Gleichstromleistung speichern kann, die dem Zwischenkreis 4 von der Spannungsquelle 2 durch den Wandler 11 eingespeist ist, nimmt die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14, wie in 8 veranschaulicht, während der zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne allmählich zu. Wenn die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 allmählich zunimmt und wiederhergestellt ist, um beispielsweise zur Zeit t₇ höher zu sein als der erste Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung, beendet die Antriebsmotorsteuereinheit 13 die zusätzliche Bereitschaftszeitspanne und steuert die Antriebsservomotoren 3 von der Zeit t₇ an gemäß dem normalen Betriebsmuster.
Da der Betrieb der Antriebsservomotoren, wie in 9 veranschaulicht, in dem nächsten Zyklus begonnen wird, während die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung zur Zeit t₆ unzureichend bleibt, können die Antriebsservomotoren in dem herkömmlichen Motorantriebssystem aufgrund des Leistungsdefizits nicht weiter angetrieben werden.
Eine weitere Ausführungsform zur Verhinderung der Speicherung von überschüssiger Halteenergie in einer Energiespeichervorrichtung 14 wird im Folgenden beschrieben.
In der Ausführungsform, die mit Bezug auf 1 bis 9 beschrieben ist, wird, wenn bestimmt ist, dass die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 höher ist als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung, eine zusätzliche Bereitschaftszeitspanne, in der die Antriebsservomotoren 3 inaktiv sind, in einem bestimmten Zeitpunkt in einem vorbestimmten Betriebsmuster eingestellt, und die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 wird auf mindestens einen ersten Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung während der zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne wiederhergestellt, um einen Alarmstopp des Motorantriebssystems 1 aufgrund eines Defizits einer in der Energiespeichervorrichtung 14 gespeicherten Gleichstromleistung zu verhindern. In der hier nachstehend beschriebenen anderen Ausführungsform, wird zusätzlich zu einer Maßnahme gegen ein Defizit der Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14, insbesondere, wenn die Energiespeichervorrichtung 14 von der Schwungradbauart ist, die Speicherung überschüssiger Halteenergie verhindert.
Der Aufbau eines Motorantriebssystems 1 gemäß der weiteren Ausführungsform ist derselbe, wie vorstehend mit Bezug auf 2 beschrieben, d. h. die Energiespeichervorrichtung 14 enthält ein Schwungrad 41, einen Pufferservomotor 42 und einen Pufferwechselrichter 43.
Wenn die Bestimmungseinheit 16 bestimmt, dass die in der Energiespeichervorrichtung 14 gespeicherte Halteenergie niedriger ist als ein vorher definierter Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung, steuert sie auch in dieser Ausführungsform die Antriebsservomotoren 3 durch ein Einstellen einer zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne, in der die Antriebsservomotoren 3 in einem bestimmten Zeitpunkt in einem vorbestimmten Betriebsmuster inaktiv sind. Während der zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne, die eingestellt wird, wenn durch die Bestimmungseinheit 16 bestimmt ist, dass die Halteenergie niedriger ist als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung, bestimmt die Bestimmungseinheit 16, ob die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 höher ist als der erste Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung.
In dieser Ausführungsform bestimmt die Bestimmungseinheit 16 ferner, ob die in der Energiespeichervorrichtung 14 gespeicherte Halteenergie in der Energiespeichervorrichtung 14 einen vorher definierten Schwellenwert für die Überschussenergiebestimmung überschreitet. Der Schwellenwert für die Überschussenergiebestimmung wird eingestellt, um zu bestimmen, ob eine zusätzliche Bereitschaftszeitspanne zur Freigabe einer in der Schwungradenergiespeichervorrichtung 14 gespeicherten überschüssigen Halteenergie für den Zwischenkreis 4 einzustellen ist. Die Bestimmungseinheit 16 bestimmt auch, ob die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 niedriger ist als ein vorher definierter zweiter Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung. Mit anderen Worten, der Schwellenwert für die Überschussenergiebestimmung wird für eine Bestimmungsverarbeitung mit Blick darauf verwendet, ob eine zusätzliche Bereitschaftszeitspanne zur Freigabe einer in der Schwungradenergiespeichervorrichtung 14 gespeicherten überschüssigen Halteenergie für den Zwischenkreis 4 einzustellen ist. Der zweite Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung wird durch die Bestimmungseinheit 16 für eine Bestimmungsverarbeitung mit Blick darauf verwendet, ob die zusätzliche Bereitschaftszeitspanne zu beenden ist, die eingestellt ist, wenn bestimmt ist, dass die Halteenergie höher ist als der Schwellenwert für die Überschussenergiebestimmung. Wenn die angemessene Menge von Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 als eine „Basishalteenergie“ definiert ist, genügen die Basishalteenergie, der Schwellenwert für die Überschussenergiebestimmung und der zweite Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung der folgenden Beziehung: $\begin{array}{l} Schwellenwert für Überschussenergiebestimmung \geq Zweiter Schel - \\ lenwert für die Wiederherstellungsbestimmung \geq Basishalteenergie \end{array}$
Wie in der in Beziehung (4) abgegeben, wird der zweite Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung auf einen Wert eingestellt, der gleich oder kleiner ist als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung.
Wenn die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 auf der Basis von Gleichung (1) oder (2) durch die Halteenergieberechnungseinheit 15 als eine Leistungsmenge berechnet ist, werden ein Schwellenwert für die Überschussenergiebestimmung und ein zweiter Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung, die dieselbe Einheit wie diejenige der Leistungsmenge aufweisen, eingestellt. Wenn auf die Halteenergieberechnungseinheit 15 verzichtet ist und die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 durch die Rotationsgeschwindigkeit (oder ihr Quadrat) des Pufferservomotors 42 repräsentiert ist, werden ein Schwellenwert für die Überschussenergiebestimmung und ein zweiter Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung, die dieselbe Einheit wie die Rotationsgeschwindigkeit (oder ihr Quadrat) aufweisen, eingestellt.
Wenn die Bestimmungseinheit 16 bestimmt, dass die Halteenergie höher ist als der Schwellenwert für die Überschussenergiebestimmung, steuert die Antriebsmotorsteuereinheit 13 die Antriebsservomotoren 3 durch ein Einstellen einer zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne in einem bestimmten Zeitpunkt in einem vorbestimmten Betriebsmuster. Während der zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne wird eine in der Schwungradenergiespeichervorrichtung 14 gespeicherte überschüssige Halteenergie für den Zwischenkreis 4 freigegeben. Der Schwellenwert für die Überschussenergiebestimmung wird auf einen Wert eingestellt, der beispielsweise verhindert, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Pufferservomotors 42 in der Energiespeichervorrichtung 14 eine obere Grenzgeschwindigkeit überschreitet, und verhindert beispielsweise, dass eine Leistungsumwandlungsmenge des Pufferwechselrichters 43 in der Energiespeichervorrichtung 14 eine maximale Umwandlungsmenge überschreitet, um eine Speicherung von überschüssiger Halteenergie in der Energiespeichervorrichtung 14 zu verhindern. Daher ist der Schwellenwert für die Überschussenergiebestimmung größer als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung.
Während der zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne, die eingestellt wird, wenn durch die Bestimmungseinheit 16 bestimmt ist, dass die Halteenergie höher ist als der Schwellenwert für die Überschussenergiebestimmung, bestimmt die Bestimmungseinheit 16, ob die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 niedriger ist als der zweite Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung. Die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 wird während der zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne, die eingestellt wird, wenn durch die Bestimmungseinheit 16 bestimmt ist, dass die Halteenergie höher ist als der Schwellenwert für die Überschussenergiebestimmung, allmählich freigegeben, und wenn die Bestimmungseinheit 16 bestimmt, dass die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 niedriger ist als der zweite Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung, beendet sie die zusätzliche Bereitschaftszeitspanne, und die Antriebsmotorsteuereinheit 13 steuert die Antriebsservomotoren 3 gemäß dem normalen Betriebsmuster. Mit anderen Worten, wird ein Endpunkt für die zusätzliche Bereitschaftszeitspanne, die eingestellt wird, wenn durch die Bestimmungseinheit 16 bestimmt ist, dass die Halteenergie höher ist als der Schwellenwert für die Überschussenergiebestimmung, eingestellt, nachdem die Bestimmungseinheit 16 ferner bestimmt, dass die Halteenergie niedriger ist als der zweite Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung, nachdem bestimmt ist, dass die Halteenergie höher ist als der Schwellenwert für die Überschussenergiebestimmung. Dies bedeutet, dass eine zusätzliche Bereitschaftszeitspanne zur Freigabe einer in der Schwungradenergiespeichervorrichtung 14 gespeicherten überschüssigen Halteenergie für den Zwischenkreis 4 andauert, bis die Bestimmungseinheit 16 bestimmt, dass die Halteenergie niedriger ist als der zweite Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung, nachdem bestimmt ist, dass die Halteenergie höher ist als der Schwellenwert für die Überschussenergiebestimmung.
Um die nachteilige Wirkung, die ein zusätzliches Anhalten der Antriebsservomotoren 3 auf die mit den Antriebsservomotoren 3 ausgerüstete Maschine hat, auf ein Minimum zu reduzieren, wird ein Anfangspunkt für die zusätzliche Bereitschaftszeitspanne, die eingestellt wird, wenn durch die Bestimmungseinheit 16 bestimmt ist, dass die Halteenergie höher ist als der Schwellenwert für die Überschussenergiebestimmung, zwischen einem bestimmten Zyklus und einem weiteren Zyklus, der auf den bestimmten Zyklus folgt, eingestellt oder in einem bestimmten Zeitpunkt innerhalb eines bestimmten Zyklus in einem vorbestimmten Betriebsmuster eingestellt, in dem ein Betrieb für jeden Zyklus definiert ist. Auch der Ausführungszeitpunkt einer Bestimmungsverarbeitung unter Verwendung des Schwellenwerts zur Überschussenergiebestimmung durch die Bestimmungseinheit 16 wird zwischen einem bestimmten Zyklus und einem weiteren Zyklus, der auf den bestimmten Zyklus folgt, gesetzt oder in einem bestimmten Zeitpunkt in einem bestimmten Zyklus in einem vorbestimmten Betriebsmuster, in dem ein Betrieb für jeden Zyklus definiert ist, gesetzt, wie im Falle des Schwellenwerts für die Energiedefizitbestimmung. Die Bestimmungsverarbeitung mit Blick darauf, ob die zusätzliche Bereitschaftszeitspanne unter Verwendung des zweiten Schwellenwerts zur Wiederherstellungsbestimmung zu beenden ist, wird durch die Bestimmungseinheit 16 immer während der zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne durchgeführt.
10 zeigt in einem Flussdiagramm die Betriebsabfolge eines Motorantriebssystems gemäß der weiteren Ausführungsform.
Die Antriebsmotorsteuereinheit 13 steuert die Antriebsservomotoren 3, um sie gemäß einem vorbestimmten Betriebsmuster zu betreiben (Schritt S201). Während dieser Steuerung steuert die Energiespeichervorrichtungssteuereinheit 23 die Energiespeicherung und Energiezuführung der Energiespeichervorrichtung 14 unter Verwendung der Berechnungsergebnisse, die durch die Energieverbrauchsberechnungseinheit 21 und die Speicherenergie- und Zufuhrenergieberechnungseinheit 22 erlangt sind.
In Schritt S202 berechnet die Halteenergieberechnungseinheit 15 die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14.
In Schritt S203 bestimmt die Bestimmungseinheit 16, ob die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 niedriger ist als ein vorher definierter Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung, und ob die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 einen vorher definierten Schwellenwert für die Überschussenergiebestimmung überschreitet. Wenn bestimmt wird, dass die Halteenergie nicht niedriger ist als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung und nicht höher ist als der Schwellenwert für die Überschussenergiebestimmung, kehrt das Verfahren zu Schritt S201 zurück. Wenn bestimmt wird, dass die Halteenergie niedriger ist als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung, oder wenn bestimmt wird, dass die Halteenergie höher ist als der Schwellenwert für die Überschussenergiebestimmung, rückt das Verfahren zu Schritt S204 vor.
In Schritt S204 stellt die Antriebsmotorsteuereinheit 13 eine zusätzliche Bereitschaftszeitspanne ein, in der die Antriebsservomotoren 3 in einem bestimmten Zeitpunkt in dem vorbestimmten Betriebsmuster inaktiv sind (Bereitschaftsverarbeitung).
Während der zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne, die eingestellt wird, wenn durch die Bestimmungseinheit 16 in Schritt S203 bestimmt ist, dass die Halteenergie niedriger ist als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung, nimmt die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 allmählich zu, da die Antriebsservomotoren 3 ohne Betrieb in Bereitschaft gehalten sind und daher keine Leistung verbrauchen, und die Energiespeichervorrichtung 14 eine Gleichstromleistung speichert, die dem Zwischenkreis 4 von der Spannungsquelle 2 durch den Wandler 11 eingespeist wird.
Während der zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne, die eingestellt wird, wenn durch die Bestimmungseinheit 16 in Schritt S203 bestimmt ist, dass die Halteenergie höher ist als der Schwellenwert für die Überschussenergiebestimmung, sind die Antriebsservomotoren 3 inaktiv, und die Energiespeichervorrichtungssteuereinheit 23 steuert den Leistungsumwandlungsbetrieb des Pufferwechselrichters 43 in der Energiespeichervorrichtung 14 durch Ausgeben eines Leistungszufuhrbefehls an den Pufferwechselrichter 43, um eine in der Schwungradenergiespeichervorrichtung 14 gespeicherte überschüssige Halteenergie für den Zwischenkreis 4 freizugeben. Der Pufferwechselrichter 43 führt einen Gleichrichtungsbetrieb zur Umwandlung regenerativer Wechselstromleistung in Gleichstromleistung durch, indem er die regenerative Wechselstromleistung bei einer Verzögerung des Pufferservomotors 42, der mit dem Schwungrad 41 verbunden ist, auf der Grundlage eines Leistungszufuhrbefehls erzeugt, der von der Energiespeichervorrichtungssteuereinheit 23 her empfangen ist. Daher wird eine in dem Schwungrad 41 gespeicherte Rotationsenergie in elektrische Energie umgewandelt und für den Zwischenkreis 4 freigegeben. Während dieses Betriebs wird die freigegebene elektrische Energie in einem (nicht dargestellten) Zwischenkreiskondensator gespeichert, so dass die Spannung des Zwischenkreiskondensators allmählich zunimmt, jedoch führt der Wandler 11, um das Auftreten einer überschüssigen Spannung an dem Zwischenkreiskondensator zu verhindern, eine Steuerung durch, um die Gleichstromleistung in dem Zwischenkreis 4 in eine Wechselstromleistung umzuwandeln und die Wechselstromleistung an die Spannungsquelle 2 auszugeben, so dass eine maximale Leistungsumwandlungsmenge nicht überschritten wird.
In Schritt S205 bestimmt die Bestimmungseinheit 16, ob die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 auf die Basishalteenergie wiederhergestellt wurde. Wenn die Bestimmungseinheit 16 in Schritt S203 spezieller bestimmt, dass die Halteenergie niedriger ist als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung, bestimmt sie in Schritt S205, ob die Halteenergie höher ist als der erste Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung; oder wenn die Bestimmungseinheit 16 in Schritt S203 bestimmt, dass die Halteenergie höher ist als der Schwellenwert für die Überschussenergiebestimmung, bestimmt sie in Schritt S205, ob die Halteenergie niedriger ist als der zweite Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung. Wenn bestimmt ist, dass die Halteenergie nicht wiederhergestellt wurde, kehrt das Verfahren zu Schritt S204 zurück. Wenn bestimmt wird, dass die Halteenergie wiederhergestellt wurde, rückt das Verfahren zu Schritt S206 vor.
In Schritt S206 beendet die Antriebsmotorsteuereinheit 13 die zusätzliche Bereitschaftszeitspanne und das Verfahren kehrt ferner zu Schritt S201 zurück, bei dem die Antriebsmotorsteuereinheit 13 die Antriebsservomotoren 3 gemäß dem normalen Betriebsmuster steuert.
11 zeigt in einem Zeitdiagramm eine beispielhafte Beziehung zwischen dem Gesamtstromverbrauch, der Leistungsumwandlungsmenge eines Wandlers und der Halteenergie einer Energiespeichervorrichtung, wenn eine zusätzliche Bereitschaftszeitspanne zur Freigabe überschüssiger Halteenergie der Energiespeichervorrichtung eingestellt ist, in dem Motorantriebssystem gemäß der weiteren Ausführungsform. 12 zeigt in einem Zeitdiagramm eine beispielhafte Beziehung zwischen dem Gesamtstromverbrauch, der Leistungsumwandlungsmenge des Wandlers und der Halteenergie der Energiespeichervorrichtung, wenn überschüssige Halteenergie in der Energiespeichervorrichtung innerhalb eines Zyklus gespeichert ist, in dem herkömmlichen Motorantriebssystem. Unter Bezugnahme auf 11 und 12 stellt der obere Abschnitt den Gesamtenergieverbrauch dar, der durch die Energieverbrauchsberechnungseinheit 21 berechnet ist, der mittlere Abschnitt stellt die Leistungsumwandlungsmenge (Ausgabe) des Wandlers 11 dar, und der untere Abschnitt stellt die Halteenergie der Schwungradenergiespeichervorrichtung 14 dar. Der Fall, bei dem in einem beispielsweise von der Zeit t₁ bis zur Zeit t₈ definierten Zyklus eine überschüssige Halteenergie, wenn sich der Gesamtenergieverbrauch bei einer durch die Antriebsservomotoren 3 gemäß einem vorher definierten Betriebsmuster durchgeführten Beschleunigung, Verzögerung, Beschleunigung, Verzögerung, Beschleunigung, Verzögerung und einem Halt ändert, in der Energiespeichervorrichtung 14 zur Zeit t₈ in diesem Zyklus gespeichert wird, wird hier als ein Beispiel berücksichtigt. 11 und 12 veranschaulichen einen beispielhaften Betrieb, bei dem der Energieverbrauch beispielsweise bei einer Beschleunigung der Antriebsservomotoren 3 niedrig ist, und die regenerative Leistung bei deren Verzögerung hoch ist. Dem oben erwähnten Betrieb entspricht beispielsweise ein Betrieb für eine Beschleunigung der Antriebsservomotoren 3 mit einer großen Zeitkonstante und einem niedrigen Drehmoment bei deren Beschleunigung und einer schlagartigen Verzögerung derselben mit einer kleinen Zeitkonstante und einem hohen Drehmoment bei deren Verzögerung. Wenn der Energieverbrauch bei einer Beschleunigung der Antriebsservomotoren 3 niedrig ist und die regenerative Leistung bei deren Verzögerung hoch ist, nimmt der Scheitelpunkt der Halteenergie der Schwungradenergiespeichervorrichtung 14 wie in 11 und 12 veranschaulicht, in einem Zyklus allmählich zu.
Unter Bezugnahme auf 11 und 12 beginnt der Gesamtenergieverbrauch zuzunehmen, wenn die Antriebsservomotoren 3 zur Zeit t₁ beschleunigen. Eine Energieregeneration wird bei einer Verzögerung der Antriebsservomotoren 3 zur Zeit t₂ durchgeführt, und wenn die maximale Umwandlungsmenge (Energieregeneration) des Wandlers 11 überschritten wird, wird eine Gleichstromleistung von dem Zwischenkreis 4 in der Energiespeichervorrichtung 14 gespeichert und die Leistungsspitze der Spannungsquelle 2 wird gekappt. Infolgedessen beginnt die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 zur Zeit t₂ zuzunehmen. Wenn der Gesamtenergieverbrauch bei einer Beschleunigung der Antriebsservomotoren 3 zur Zeit t₃ zuzunehmen beginnt, wird dem Zwischenkreis 4 eine Gleichstromleistung von der Energiespeichervorrichtung 14 zugeführt, und die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 nimmt allmählich ab. Bei Verzögerung der Antriebsservomotoren 3 wird zur Zeit t₄ eine Energieregeneration durchgeführt, und wenn die maximale Umwandlungsmenge (Energieregeneration) des Wandlers 11 überschritten wird, wird eine Gleichstromleistung von dem Zwischenkreis 4 in der Energiespeichervorrichtung 14 gespeichert, und die Leistungsspitze der Spannungsquelle 2 wird gekappt. Infolgedessen beginnt die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 zur Zeit t₄ zuzunehmen. Wenn der Gesamtenergieverbrauch bei einer Beschleunigung der Antriebsservomotoren 3 zur Zeit t₅ zuzunehmen beginnt, wird dem Zwischenkreis 4 eine Gleichstromleistung von der Energiespeichervorrichtung 14 zugeführt, und die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 nimmt allmählich ab. Bei einer Verzögerung der Antriebsservomotoren 3 zur Zeit t₆ wird eine Energieregeneration durchgeführt, und wenn die maximale Umwandlungsmenge (Energieregeneration) des Wandlers 11 überschritten wird, wird eine Gleichstromleistung von dem Zwischenkreis 4 in der Energiespeichervorrichtung 14 gespeichert, und die Leistungsspitze der Spannungsquelle 2 wird gekappt. Die Antriebsservomotoren 3 stehen in der Zeitspanne von der Zeit t₇ bis zu der Zeit t₈ still.
Wenn die Antriebsservomotoren 3 gemäß einem vorher definierten Betriebsmuster zur Zeit t₈ in den Ruhezustand versetzt sind, führt die Bestimmungseinheit 16 zur Zeit t₈ in dem Motorantriebssystem 1 gemäß der Ausführungsform, wie in 11 veranschaulicht, eine Bestimmungsverarbeitung durch. Da in 11 beispielsweise davon ausgegangen wird, dass in der Energiespeichervorrichtung zur Zeit t₈ überschüssige Halteenergie gespeichert ist, bestimmt die Bestimmungseinheit 16, dass die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 höher ist als der Schwellenwert für die Überschussenergiebestimmung. Auf der Grundlage des Bestimmungsergebnisses setzt die Antriebsmotorsteuereinheit 13 einen Anfangspunkt für die zusätzliche Bereitschaftszeitspanne bei der Zeit t₈ nach der Vollendung eines Zyklus. Während der zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne sind die Antriebsservomotoren 3 inaktiv, und die Energiespeichervorrichtungssteuereinheit 23 steuert den Leistungsumwandlungsbetrieb des Pufferwechselrichters 43 in der Energiespeichervorrichtung 14 durch Ausgeben eines Leistungszufuhrbefehls an den Pufferwechselrichter 43, um eine in der Schwungradenergiespeichervorrichtung 14 gespeicherte überschüssige Halteenergie für den Zwischenkreis 4 freizugeben. Der Pufferwechselrichter 43 führt einen Gleichrichtungsbetrieb zur Umwandlung regenerativer Wechselstromleistung in Gleichstromleistung durch, indem er die regenerative Wechselstromleistung bei einer Verzögerung des Pufferservomotors 42, der mit dem Schwungrad 41 verbunden ist, auf der Grundlage eines Leistungszufuhrbefehls erzeugt, der von der Energiespeichervorrichtungssteuereinheit 23 her empfangen ist. Somit wird eine in dem Schwungrad 41 gespeicherte Rotationsenergie in elektrische Energie umgewandelt und für den Zwischenkreis 4 freigegeben. Während dieses Betriebs wird die freigegebene elektrische Energie in einem (nicht dargestellten) Zwischenkreiskondensator gespeichert, so dass die Spannung des Zwischenkreiskondensators allmählich zunimmt, jedoch führt der Wandler 11, um das Auftreten einer überschüssigen Spannung an dem Zwischenkreiskondensator zu verhindern, eine Steuerung durch, um die Gleichstromleistung in dem Zwischenkreis 4 in eine Wechselstromleistung umzuwandeln und die Wechselstromleistung an die Spannungsquelle 2 auszugeben, so dass eine maximale Leistungsumwandlungsmenge nicht überschritten wird. Somit nimmt die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14, wie in 11 veranschaulicht, allmählich ab. Wenn die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 allmählich abnimmt und wiederhergestellt ist, um beispielsweise niedriger zu sein als der zweite Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung zur Zeit t₉ , beendet die Antriebsmotorsteuereinheit 13 die zusätzliche Bereitschaftszeitspanne und steuert die Antriebsservomotoren 3 für den nächsten Zyklus von der Zeit tg an gemäß dem normalen Betriebsmuster. 11 veranschaulicht einen beispielhaften Betrieb, bei dem der Scheitelpunkt (Zeiten t₃ , t₅ und tu) der Halteenergie der Schwungradenergiespeichervorrichtung 14 in einem Zyklus allmählich zunimmt, jedoch können in dem Motorantriebssystem gemäß der weiteren Ausführungsform, da die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung 14 eine maximale Energiezulage, die für die Energiespeichervorrichtung 14 in dem nächsten Zyklus erlaubt ist, nicht überschreitet, die Antriebsservomotoren in diesem Zyklus weiter angetrieben werden.
Wie in 11 veranschaulicht, können die Antriebsservomotoren in dem herkömmlichen Motorantriebssystem nicht weiter angetrieben werden, da der Betrieb der Antriebsservomotoren in dem nächsten Zyklus begonnen wird, während überschüssige Halteenergie in der Energiespeichervorrichtung gespeichert bleibt.
Die oben erwähnte Antriebsmotorsteuereinheit 13, Halteenergieberechnungseinheit 15, Bestimmungseinheit 16, Energieverbrauchsberechnungseinheit 21, Speicherenergie- und Zufuhrenergieberechnungseinheit 22 und Energiespeichervorrichtungssteuereinheit 23 können beispielsweise in Form eines Softwareprogramms entworfen sein oder als eine Kombination unterschiedlicher elektronischer Schaltkreise mit einem Softwareprogramm entworfen sein. In diesem Fall kann die Funktion jeder Einheit verwirklicht werden, indem eine arithmetische Verarbeitungseinheit, beispielsweise in einem Computer, veranlasst wird, das Softwareprogramm zu betreiben. Alternativ kann die Funktion jeder Einheit als ein integrierter Halbleiterschaltkreis durchgeführt sein, auf den ein Softwareprogramm zur Implementierung der Funktionen der Antriebsmotorsteuereinheit 13, der Halteenergieberechnungseinheit 15, der Bestimmungseinheit 16, der Energieverbrauchsberechnungseinheit 21, der Speicherenergie- und Zufuhrenergieberechnungseinheit 22 und der Energiespeichervorrichtungssteuereinheit 23 geschrieben wird.
Die Antriebsmotorsteuereinheit 13, die Halteenergieberechnungseinheit 15, die Bestimmungseinheit 16, die Energieverbrauchsberechnungseinheit 21, die Speicherenergie- und Zufuhrenergieberechnungseinheit 22 und die Energiespeichervorrichtungssteuereinheit 23 sind z.B. in einer (nicht dargestellten) Hauptsteuereinrichtung des Motorantriebssystems 1 vorgesehen. Wenn das Motorantriebssystem 1 beispielsweise verwendet wird, um einen Antrieb der Antriebsservomotoren 3 zu steuern, die in einer Werkzeugmaschine vorgesehen sind, können die Antriebsmotorsteuereinheit 13, die Halteenergieberechnungseinheit 15, die Bestimmungseinheit 16, die Energieverbrauchsberechnungseinheit 21, die Speicherenergie- und Zufuhrenergieberechnungseinheit 22 und die Energiespeichervorrichtungssteuereinheit 23 in einer numerischen Steuereinrichtung für die Werkzeugmaschine vorgesehen sein. Wenn die Antriebsmotorsteuereinheit 13, die Halteenergieberechnungseinheit 15, die Bestimmungseinheit 16, die Energieverbrauchsberechnungseinheit 21, die Speicherenergie- und Zufuhrenergieberechnungseinheit 22 und die Energiespeichervorrichtungssteuereinheit 23 in Form eines Softwareprogramms entworfen sind, kann die Funktion jeder Einheit verwirklicht werden, indem eine arithmetische Verarbeitungseinheit in der numerischen Steuereinheit dazu veranlasst wird, das Softwareprogramms zu betreiben.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Beschreibung lässt sich in einem Motorantriebssystem mit einer Energiespeichervorrichtung, die vorgesehen ist, um die Leistungsspitze einer Wechselstromquelle zu verringern, das Maschinenbetriebsverhältnis verbessern, indem ein Alarmstopp des Motorantriebssystems aufgrund eines Defizits einer Gleichstromleistung, die in der Energiespeichervorrichtung gespeichert ist, vermieden wird.

Claims

Motorantriebssystem (1), aufweisend: einen Wandler (11), der dafür ausgelegt ist, eine Leistung zwischen Wechselstromleistung in einer Leistungsquelle (2) und Gleichstromleistung in einem Zwischenkreis (4) umzuwandeln; einen Antriebswechselrichter (12), der dafür ausgelegt ist, Leistung zwischen der Gleichstromleistung in dem Zwischenkreis (4) und einer Wechselstromleistung umzuwandeln, die als eine aus einer Antriebsenergie und einer regenerativen Energie für einen Antriebsservomotor (3) dient; eine Antriebsmotorsteuereinheit (13), die dafür ausgelegt ist, den Antriebsservomotor (3), der mit dem Antriebswechselrichter (12) verbunden ist, zu steuern, um den Antriebsservomotor (3) gemäß einem vorbestimmten Betriebsmuster zu betreiben; eine Energiespeichervorrichtung (14), die dafür ausgelegt ist, die Gleichstromleistung von dem Zwischenkreis (4) zu speichern, oder die Gleichstromleistung dem Zwischenkreis (4) zuführt; und eine Bestimmungseinheit (16), die dafür ausgelegt ist, zu bestimmen, ob eine Halteenergie der Energiespeichervorrichtung (14) niedriger ist als ein vorher definierter Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung, wobei, wenn die Bestimmungseinheit (16) bestimmt, dass die Halteenergie niedriger ist als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung, die Antriebsmotorsteuereinheit (13) den Antriebsservomotor (3) durch ein Einstellen einer zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne, in der der Antriebsservomotor (3) in einem bestimmten Zeitpunkt in dem vorbestimmten Betriebsmuster inaktiv ist, steuert.
Motorantriebssystem (1) nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Halteenergieberechnungseinheit (15), die dafür ausgelegt ist, die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung (14) zu berechnen.
Motorantriebssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Anfangspunkt für die zusätzliche Bereitschaftszeitspanne zwischen einem bestimmten Zyklus und einem weiteren Zyklus eingestellt wird, der auf den bestimmten Zyklus in dem vorbestimmten Betriebsmuster, in dem ein Betrieb für jeden Zyklus definiert ist, folgt.
Motorantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Anfangspunkt für die zusätzliche Bereitschaftszeitspanne in einem bestimmten Zeitpunkt innerhalb eines bestimmten Zyklus in dem vorbestimmten Betriebsmuster eingestellt wird, in dem ein Betrieb für jeden Zyklus definiert ist.
Motorantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Bestimmungseinheit (16) bestimmt, ob die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung (14) höher ist als ein zuvor definierter erster Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung, und ein Endpunkt für die zusätzliche Bereitschaftszeitspanne, die eingestellt wird, wenn durch die Bestimmungseinheit (16) bestimmt wird, dass die Halteenergie niedriger ist als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung, eingestellt wird, nachdem die Bestimmungseinheit (16) ferner bestimmt, dass die Halteenergie höher ist als der erste Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung, nachdem bestimmt wird, dass die Halteenergie niedriger ist als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung.
Motorantriebssystem (1) nach Anspruch 5, wobei der erste Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung auf einen Wert eingestellt wird, der nicht unter dem Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung liegt.
Motorantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Bestimmungseinheit (16) bestimmt, ob zwischen einem bestimmten Zyklus und einem weiteren, auf den bestimmten Zyklus folgenden Zyklus in dem vorbestimmten Betriebsmuster, in dem ein Betrieb für jeden Zyklus definiert ist, die Halteenergie höher ist als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung.
Motorantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Bestimmungseinheit (16) bestimmt, ob in einem bestimmten Zeitpunkt innerhalb eines bestimmten Zyklus in dem vorbestimmten Betriebsmuster, in dem ein Betrieb für jeden Zyklus definiert ist, die Halteenergie geringer ist als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung.
Motorantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Bestimmungseinheit (16) bestimmt, ob die Halteenergie höher ist als ein vorher definierter Schwellenwert für die Überschussenergiebestimmung, der größer ist als der Schwellenwert für die Energiedefizitbestimmung, und wenn die Bestimmungseinheit (16) bestimmt, dass die Halteenergie höher ist als der Schwellenwert für die Überschussenergiebestimmung, die Antriebsmotorsteuereinheit (13) den Antriebsservomotor (3) durch ein Einstellen der zusätzlichen Bereitschaftszeitspanne in einem bestimmten Zeitpunkt in dem vorbestimmten Betriebsmuster steuert.
Motorantriebssystem (1) nach Anspruch 9, wobei die Bestimmungseinheit (16) bestimmt, ob die Halteenergie der Energiespeichervorrichtung (14) niedriger als ein vorher definierter zweiter Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung ist, und ein Endpunkt für die zusätzliche Bereitschaftszeitspanne, die eingestellt wird, wenn durch die Bestimmungseinheit (16) bestimmt wird, dass die Halteenergie höher ist als der Schwellenwert für die Überschussenergiebestimmung, eingestellt wird, nachdem die Bestimmungseinheit (16) ferner bestimmt, dass die Halteenergie niedriger ist als der zweite Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung, nachdem bestimmt wird, dass die Halteenergie höher ist als der Schwellenwert für die Überschussenergiebestimmung.
Motorantriebssystem (1) nach Anspruch 10, wobei der zweite Schwellenwert für die Wiederherstellungsbestimmung auf einen Wert eingestellt wird, der nicht größer ist als der Schwellenwert für die Überschussenergiebestimmung.
Motorantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Bestimmungseinheit (16) bestimmt, ob zwischen einem bestimmten Zyklus und einem weiteren, auf den bestimmten Zyklus folgenden Zyklus in dem vorbestimmten Betriebsmuster, in dem ein Betrieb für jeden Zyklus definiert ist, die Halteenergie höher ist als der Schwellenwert für die Überschussenergiebestimmung.
Motorantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Bestimmungseinheit (16) bestimmt, ob in einem bestimmten Zeitpunkt innerhalb eines bestimmten Zyklus in dem vorbestimmten Betriebsmuster, in dem ein Betrieb für jeden Zyklus definiert ist, die Halteenergie höher ist als der Schwellenwert für die Überschussenergiebestimmung.
Motorantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Energiespeichervorrichtung (14) aufweist: ein Schwungrad (41), das dafür ausgelegt ist, Rotationsenergie zu speichern; einen Pufferservomotor (42), der eine Drehwelle aufweist, die mit dem Schwungrad (41) verbunden ist; und einen Pufferwechselrichter (43), der dafür ausgelegt ist, Leistung zwischen der Gleichstromleistung in dem Zwischenkreis (4) und der Wechselstromleistung umzuwandeln, die als eine aus der Antriebsleistung und der regenerativen Leistung für den Pufferservomotor (42) dient.
Motorantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Energiespeichervorrichtung (14) aufweist: einen Kondensator (44); und einen Gleichspannungswandler (45), der dafür ausgelegt ist, Leistung zwischen der Gleichstromleistung in dem Zwischenkreis (4) und der Gleichstromleistung, die in dem Kondensator (44) gespeichert ist, umzuwandeln.