JP2012253892A - 直流変換部の最大出力計算部を備えたモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】交流を直流に変換する単一の直流変換部と、直流変換部から出力された直流を、各モータ部の駆動電力としてそれぞれ供給される交流に変換する複数の交流変換部と、を有するモータ駆動装置において、低コストで占有スペースの小さい直流変換部が選定され易いようにしたモータ制御装置を実現する。
【解決手段】モータ制御装置１は、入力された交流を直流に変換する単一の直流変換部１１と、直流変換部１１から出力された直流をモータ部２−１、２−２および２−３の駆動電力としてそれぞれ供給される交流に変換する複数の交流変換部１２−１、１２−２および１２−３と、直流変換部１１への入力電圧および入力電流から直流変換部消費電力を所定の時間ごとに計算する直流変換部消費電力計算部２１と、所定の時間ごとに計算された直流変換部消費電力の中から最大値を抽出しこれを直流変換部最大出力として出力する直流変換部最大出力計算部２２と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、交流電力を直流電力に変換したのちさらに交流電力に変換してこれを駆動電力とするモータを制御する、直流変換器の最大出力計算部を備えたモータ駆動装置に関する。

工作機械システムにおいては、工作機械の駆動軸ごとにモータ部を有し、これらモータ部をモータ駆動装置により駆動制御する。モータ駆動装置は、工作機械の駆動軸を駆動する制御軸数分のモータ部に対し、モータ回転の位置、速度もしくはトルクを指令し制御する。

モータ駆動装置は、三相の商用交流電力を直流電力に変換する直流変換部と、直流変換部から出力された直流電力をモータ部の駆動電力として供給される所望の周波数の交流電力に変換する交流変換部とを備え、当該交流変換部に接続されたモータ部のモータ回転の位置、速度もしくはトルクを制御する。交流変換部は、工作機械における複数の駆動軸に対応してそれぞれ設けられる各モータ部に個別に駆動電力を供給するためにモータ部の個数と同数個設けられる。一方、直流変換部は、モータ駆動装置のコストや占有スペースを低減する目的で、複数の交流変換部に対して１個が設けられる。すなわち、モータ駆動装置では、単一の直流変換部で複数の交流変換部に直流電力を供給するようにすることで、直流変換部を複数設ける場合に比べてコストや占有スペースを削減している。

上述のように構成されたモータ駆動装置においては、複数のモータ部を安定かつ確実に駆動できるようにするために、これら複数のモータ部のそれぞれに対し十分な駆動電力を確実に供給する必要がある。このため、三相の交流入力を直流に変換する直流変換部の最大出力がこれら複数のモータ部の最大出力の合計値よりも大きいものとなるような直流変換部を選定する必要がある。従来は、複数のモータ部のそれぞれの最大出力を単純に合計した値から、三相の交流を直流電源に変換する直流変換器の最大出力を決定していた。

モータ駆動装置における消費電力を計算するものとして、複数の交流変換部の全消費電力、または交流変換部から商用電源側に回生される回生電力を計算する発明がある（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１０−７４９１８号公報

工作機械の動作条件や動作状況によっては全てのモータ部が同時に最大出力で駆動することがない場合がある。この場合には、モータ駆動装置においては、全ての交流変換部にて、各モータ部が最大出力を出せるだけの駆動電力を必ずしも出力する必要はない。それゆえ、直流変換部はこのような最大出力を想定した駆動電力を供給するために必要以上の直流電力を出力する必要はない。したがって、全てのモータ部で実際に消費される総電力を想定してこれをある程度上回る必要最小限の最大出力を有する直流変換部を、いわゆる「最適な」直流変換部として選定するのが、コストや占有スペースの面で有利である。

しかしながら、工作機械のユーザもしくは設計者は、工作機械を所望の動作条件や動作状況の下で実際に動かしたときの各モータ部の入力電流および入力電圧を計測器を１つ１つ使って計測し、種々のモータ定数を用いて各モータ部の消費電力を個別に算出し、これらを考慮して交流変換部の総消費電力を想定しなければならず、直流変換部を選定するのに非常に手間と時間がかかるという問題があった。また、このようなやり方で想定された交流変換部の総消費電力に基づいて所定の最大出力を有する直流変換部を選定したとしても、必ずしもそれが最適な直流変換器とは限らなかった。

また、特許文献１に記載された発明は、モータ駆動装置内の複数の交流変換部の全消費電力および商用電源側に回生される回生電力を一括して計算するものであり、個々のモータ部および交流変換部が取り得る動作条件や動作状況を考慮したものではないので、この発明を用いたからといって最適な直流変換部を選定できるわけではない。

従って本発明の目的は、上記問題に鑑み、入力された交流を直流に変換する単一の直流変換部と、直流変換部から出力された直流を、各モータ部の駆動電力としてそれぞれ供給される交流に変換する複数の交流変換部と、を有するモータ駆動装置において、低コストで占有スペースの小さい直流変換部が選定され易いようにしたモータ駆動装置を提供することにある。

上記目的を実現するために、本発明の第１の態様においては、モータ駆動装置は、入力された交流を直流に変換する単一の直流変換部と、直流変換部から出力された直流を、複数のモータ部の駆動電力としてそれぞれ供給される交流に変換する複数の交流変換部と、直流変換部への入力電圧および入力電流から直流変換部消費電力を所定の時間ごとに計算する直流変換部消費電力計算部と、所定の時間ごとに計算された直流変換部消費電力の中から最大値を抽出し、これを直流変換部最大出力として出力する直流変換部最大出力計算部と、を備える。

また、本発明の第２の態様においては、モータ駆動装置は、入力された交流を直流に変換する単一の直流変換部と、直流変換部から出力された直流を、複数のモータ部の駆動電力としてそれぞれ供給される交流に変換する複数の交流変換部と、モータ部へ供給される電圧および電流からモータ部消費電力を所定の時間ごとに計算するモータ部消費電力計算部と、モータ部全てのモータ部消費電力の総和であるモータ部総消費電力を所定の時間ごとに計算し、これら所定の時間ごとに計算されたモータ部総消費電力の中から最大値を抽出してこれを直流変換部最大出力として出力する直流変換部最大出力計算部とを備える。

また、本発明の第３の態様においては、モータ駆動装置は、入力された交流を直流に変換する単一の直流変換部と、直流変換部から出力された直流を、複数のモータ部の駆動電力としてそれぞれ供給される交流に変換する複数の交流変換部と、モータ部へ供給される電圧および電流からモータ部消費電力を所定の時間ごとに計算するモータ部消費電力計算部と、モータ部消費電力のうちモータ部に流入する電力分のみの総和であるモータ部総消費電力を所定の時間ごとに計算し、所定の時間ごとに計算されたモータ部総消費電力の中から最大値を抽出してこれを直流変換部最大出力として出力する直流変換部最大出力計算部と、を備える。

また、本発明の第４の態様においては、モータ駆動装置は、入力された交流を直流に変換する単一の直流変換部と、直流変換部から出力された直流を、複数のモータ部の駆動電力としてそれぞれ供給される交流に変換する複数の交流変換部と、直流変換部への入力電圧および入力電流から直流変換部消費電力を所定の時間ごとに計算する直流変換部消費電力計算部と、モータ部へ供給される電圧および電流からモータ部のモータ部消費電力を上記所定の時間ごとに計算するモータ部消費電力計算部と、直流変換部最大出力計算部は、モータ部消費電力のうちモータ部から流出する電力分の絶対値を直流変換部消費電力に加算して得られた値を所定の時間ごとに計算し、これら所定の時間ごとに計算された値の中から最大値を抽出してこれを直流変換部最大出力として出力する直流変換部最大出力計算部と、を備える。

また、第１および第４の態様によるモータ駆動装置においては、直流変換部消費電力計算部は、直流変換部への入力電圧および入力電流についてのベクトル空間上の値の内積を計算することで直流変換部消費電力を算出してもよい。

また、第２、第３および第４の態様によるモータ駆動装置においては、モータ部消費電力計算部は、モータ部へ供給される電圧および電流についてのベクトル空間上の値の内積を、モータ部ごとに計算することでモータ部消費電力を算出してもよい。

また、第２、第３および第４の態様によるモータ駆動装置においては、モータ部消費電力計算部は、検出されたモータ部の速度およびトルクを乗算して得られた値に、モータ部へ供給される電流の平方値とモータ部の内部抵抗値とを乗じて得られた値を加算した値を、モータ部ごとに計算することでモータ部消費電力を算出してもよい。

また、第１および第４の態様によるモータ駆動装置においては、直流変換部消費電力計算部は、計算された直流変換部消費電力を、補正パラメータを用いて補正して出力してもよい。

また、第２、第３および第４の態様によるモータ駆動装置においては、モータ部消費電力計算部は、計算されたモータ部消費電力を、補正パラメータを用いて補正して出力してもよい。

また、上記いずれの態様によるモータ駆動装置においても、直流変換部最大出力計算部は、計算された直流変換部最大出力を、補正パラメータを用いて補正して出力してもよい。

また、上記いずれの態様によるモータ駆動装置においても、直流変換部消費電力計算部、直流変換部最大出力計算部、もしくはモータ部消費電力計算部による計算処理の結果もしくは計算中の所望のデータを表示する表示部をさらに備えてもよい。

本発明によれば、入力された交流を直流に変換する単一の直流変換部と、直流変換部から出力された直流を、各モータ部の駆動電力としてそれぞれ供給される交流に変換する複数の交流変換部と、を有するモータ駆動装置において、所望の動作条件もしくは動作状況の下にてモータ部、交流変換部および／または直流変換部における消費電力を計算し、これに基づいてモータ部に交流の駆動電力を動かすに足りる必要最小限の直流変換部の最大出力を算出するので、実際の使用で発生し得る消費電力に対応した直流変換部の最大出力をより正確かつ容易に決定することができる。したがって、本発明によれば、低コストで占有スペースの小さい直流変換部の選定が容易になる。

従来、駆動軸ごとにモータ部を有しこれらモータ部に対応して交流変換部が設けられる工作機械システムにおいては、複数の交流変換部に対して単一の直流変換部で直流電力を供給するようにすることで、直流変換部を複数設ける場合に比べてモータ駆動装置のコストや占有スペースを削減していたが、これに対し本発明によれば、実際の使用で発生し得る消費電力に対応した直流変換部の最大出力をより正確かつ容易に決定することができるので、従来に比べて直流変換部のコストや占有スペースをより一層削減することができ、結果としてモータ駆動装置のコストや占有スペースをより一層削減することができる。

本発明の第１の態様では、所望の動作条件もしくは動作状況の下にて動作するモータ駆動装置の直流変換部の消費電力の最大値を計算し、本発明の第２および第３の態様では、所望の動作条件もしくは動作状況の下にて動作するモータ駆動装置のモータ部の消費電力の最大値を計算し、本発明の第４の態様では、所望の動作条件もしくは動作状況の下にて動作するモータ駆動装置の直流変換部およびモータ部の消費電力の最大値を計算した上で、この計算結果に基づいて直流変換部の最大出力を決定するので、当該所望の動作条件もしくは動作状況に適した直流変換部を容易に選定することができる。

本発明の第１の実施例によるモータ駆動装置を示すブロック図である。 本発明の第１の実施例によるモータ駆動装置の動作フローを示すフローチャートである。 本発明の第１の実施例によるモータ駆動装置を動作させた場合の直流変換部の消費電力およびその最大値を例示する図である。 本発明の第２の実施例によるモータ駆動装置を示すブロック図である。 本発明の第２の実施例によるモータ駆動装置の動作フローを示すフローチャートである。 本発明の第２の実施例によるモータ駆動装置を動作させた場合の各モータ部消費電力およびその総和を例示する図である。 本発明の第３の実施例によるモータ駆動装置を動作させた場合のモータ部の消費電力およびその最大値を例示する図である。 本発明の第４の実施例によるモータ駆動装置を示すブロック図である。 本発明の第４の実施例によるモータ駆動装置の動作フローを示すフローチャートである。 本発明の第４の実施例によるモータ駆動装置を動作させた場合の直流変換部消費電力最大出力の確定を説明する図であって、モータ部の消費電力および直流変換部消費電力を例示する図である。 本発明の第４の実施例によるモータ駆動装置を動作させた場合の直流変換部消費電力最大出力の確定を説明する図であって、回生電力分の影響の有無を説明する図である。

以下で説明する本発明の第１〜第４の実施例によるモータ駆動装置には、工作機械の送り軸および主軸を駆動する制御軸数分のモータ部が接続される。各実施例では、工作機械の制御軸数を３個としたので３個のモータ部が設けられるが、これらの個数はあくまでも一例であり、本発明を限定するものではない。以降、異なる図面において同じ参照符号が付されたものは同じ機能を有する構成要素であることを意味するものとする。

図１は、本発明の第１の実施例によるモータ駆動装置を示すブロック図である。図示の例では、工作機械の制御軸数を３個としたので３個のモータ部２−１、２−２および２−３が設けられる。

本発明の第１の実施例によれば、入力された交流を直流に変換する単一の直流変換部１１と、直流変換部１１から出力された直流を、各モータ部２−１、２−２および２−３の駆動電力としてそれぞれ供給される交流に変換する複数の交流変換部１２−１、１２−２および１２−３と、を有するモータ駆動装置１は、直流変換部１１への入力電圧および入力電流から直流変換部消費電力を所定の時間ごとに計算する直流変換部消費電力計算部２１と、これら所定の時間ごとに計算された直流変換部消費電力の中から最大値を抽出し、これを直流変換部最大出力として出力する直流変換部最大出力計算部２２と、を備える。

直流変換部消費電力計算部２１および直流変換部最大出力計算部２２は、入力されたデータに対して演算処理を実行する処理装置からなり、例えばマイクロコンピュータや汎用コンピュータなどで実現すればよい。またあるいは、モータ部２−１、２−２および２−３のモータ回転の位置、速度もしくはトルクについての指令値を生成する制御部（図示せず）もしくはモータ駆動装置の動作全体を統括制御する統括制御部（図示せず）のＣＰＵにその機能を持たせてもよい。

また、本発明の第１の実施例によるモータ駆動装置１は、直流変換部消費電力計算部２１および直流変換部最大出力計算部２２による計算処理の結果もしくは計算中の所望のデータを表示する表示部１０１をさらに備えるのが好ましい。表示部１０１は周知のディスプレイ装置でよい。

電流検出回路１０２は、三相の商用交流電源３から直流変換部１１へ入力される入力電流を検出する。検出された直流変換部１１への入力電流の値は、直流変換部消費電力計算部２１へ入力される。

電圧検出回路１０３は、三相の商用交流電源３により直流変換部１１の入力に印加される入力電圧を検出する。検出された直流変換部１１への入力電圧の値は、直流変換部消費電力計算部２１へ入力される。

図２は、本発明の第１の実施例によるモータ駆動装置の動作フローを示すフローチャートである。

ステップＳ１０１において、モータ駆動装置１の初期設定が実行される。具体的にはモータ駆動装置１内のタイマの時刻が初期値としてゼロ（０）に設定され、直流変換部消費電力の最大値Ｐｍａｘが初期値としてゼロ（０）に設定される。なお、最大値Ｐｍａｘは直流変換部最大出力計算部２２もしくはこれが内蔵されるモータ駆動装置１が有する所定のメモリに格納される。

所望の動作条件もしくは動作状況の下にてモータ部２−１、２−２および２−３をモータ駆動装置１で駆動させている状態において、下記ステップＳ１０２〜Ｓ１０８の処理が実行される。

ステップＳ１０２では、電圧検出回路１０２は、時刻ｔにおける直流変換部１１への入力電圧の値Ｖｃ（ｔ）を取得する。取得された入力電圧値Ｖｃ（ｔ）は、直流変換部消費電力計算部２１に入力される。入力電圧値Ｖｃ（ｔ）は、後述するように所定のサンプリング周期で取得される。

ステップＳ１０３において、電流検出回路１０３は、時刻ｔにおける直流変換部１１への入力電流の値Ｉｃ（ｔ）を取得する。取得された入力電流値Ｉｃ（ｔ）は、直流変換部消費電力計算部２１に入力される。入力電流値Ｉｃ（ｔ）は、後述するように所定のサンプリング周期で取得される。

なお、図２では、ステップＳ１０２における電圧検出回路１０２による入力電圧値Ｖｃ（ｔ）の取得、ステップＳ１０３における電流検出回路１０３による入力電流値Ｖｃ（ｔ）の取得、の順に記載したが、実際はこれら入力電圧値Ｖｃ（ｔ）および入力電流値Ｉｃ（ｔ）の取得は同じ時刻ｔで取得されるべきものである。

ステップＳ１０４では、直流変換部消費電力計算部２１は、時刻ｔにおける入力電圧値Ｖｃ（ｔ）および入力電流値Ｖｃ（ｔ）から、直流変換部消費電力の値Ｐｃ（ｔ）を計算する。

なお、ステップＳ１０４においては、直流変換部消費電力計算部２１は、例えば、入力電圧値Ｖｃ（ｔ）および入力電流値Ｖｃ（ｔ）についてのベクトル空間上の値の内積を計算することで直流変換部消費電力Ｐｃ（ｔ）を算出する。

このとき、直流変換部消費電力Ｐｃ（ｔ）は、内積を用いて式１に従って算出される。

図２のステップＳ１０５では、直流変換部最大出力計算部２２は、ステップＳ１０４で算出された直流変換部消費電力値Ｐｃ（ｔ）が、既にメモリに格納されている最大値Ｐｍａｘよりも大きいか否かを判定する。直流変換部消費電力値Ｐｃ（ｔ）が最大値Ｐｍａｘよりも大きい場合はステップＳ１０６へ進み、直流変換部消費電力値Ｐｃ（ｔ）が最大値Ｐｍａｘよりも小さい場合はステップＳ１０７へ進む。

ステップＳ１０６では、直流変換部最大出力計算部２２は、既にメモリに格納されている最大値Ｐｍａｘを、ステップＳ１０４で算出された直流変換部消費電力値Ｐｃ（ｔ）に置き換える。

ステップＳ１０７では、モータ駆動装置１内のタイマが終了時刻を示しているか否かを判定する。終了時刻ではない場合はステップＳ１０８へ進み、終了時刻である場合は処理を終了する。

ステップＳ１０８は、モータ駆動装置１内のタイマがΔｔだけインクリメントする。ここで、Δｔは、上述の電流検出回路１０２および電圧検出回路１０３のサンプリング周期に相当するものである。その後、ステップＳ１０２へ戻る。

モータ駆動装置１内のタイマが終了時刻を示すまで上記ステップＳ１０２〜Ｓ１０８の処理を繰り返し実行すると、直流変換部最大出力計算部２２により、直流変換部消費電力計算部２１が算出した各直流変換部消費電力の中から最終的な最大値が抽出されることになり、本実施例ではこれを直流変換部最大出力Ｐｍａｘとして確定する。すなわち、直流変換部消費電力計算部２１は、時刻ｔにおける各直流変換部消費電力値Ｐｃ（ｔ）の時系列データを算出し、直流変換部最大出力計算部２２は、この時系列データの中から最終的な最大値を抽出し、これを直流変換部最大出力Ｐｍａｘとして確定する。なお、本発明の第１の実施例ではさらに、検出された直流変換部１１への入力電圧値および入力電流値、直流変換部消費電力計算部２１が算出した直流変換部消費電力、ならびに直流変換部最大出力計算部２２が算出した直流変換部最大出力Ｐｍａｘについて、予め規定された補正パラメータを乗算もしくは加算したりすれば、実際の直流変換部消費電力の最大値よりも大きい直流変換部最大出力が算出される。このようにすれば、直流変換部における電力の供給の安定性がより一層増加する。

直流変換部消費電力計算部２１が算出した各直流変換部消費電力値Ｐｃ（ｔ）の時系列データ、および直流変換部最大出力計算部２２により確定された直流変換部最大出力Ｐｍａｘは、表示部１０１によって表示される。したがって、工作機械システムのユーザもしくは設計者は、表示部１０１に表示された内容を見ることによって、工作機械システムを使用した際に発生し得る消費電力に対応した直流変換部の最大出力をより正確かつ容易に把握することができるので、当該最大出力を有する直流変換部を選択することが容易となる。なお、表示部１０１はさらに、電圧検出回路１０２により取得された入力電圧値Ｖｃ（ｔ）、および電流検出回路１０３により取得された入力電流値Ｉｃ（ｔ）を表示するようにしてもよい。

図３は、本発明の第１の実施例によるモータ駆動装置を動作させた場合の直流変換部の消費電力およびその最大値を例示する図である。図示の例はあくまでも一例であるが、直流変換部消費電力計算部２１が算出した直流変換部消費電力値Ｐｃ（ｔ）の時系列データが示されており、点Ａの時点が直流変換部消費電力値の最大値Ｐｍａｘであり、工作機械システムのユーザもしくは設計者は、この最大値Ｐｍａｘを最大出力として有するような直流変換部を選定（もしくは設計）すればよい。

図４は、本発明の第２の実施例によるモータ駆動装置を示すブロック図である。図示の例では、工作機械の制御軸数を３個としたので３個のモータ部２−１、２−２および２−３が設けられる。

本発明の第２の実施例によれば、入力された交流を直流に変換する単一の直流変換部１１と、直流変換部１１から出力された直流を、各モータ部２−１、２−２および２−３の駆動電力としてそれぞれ供給される交流に変換する複数の交流変換部１２−１、１２−２および１２−３と、を有するモータ駆動装置１は、各モータ部２−１、２−２および２−３へ供給される電圧および電流から各モータ部２−１、２−２および２−３ごとのモータ部消費電力を所定の時間ごとに計算するモータ部消費電力計算部２３と、モータ部２−１、２−２および２−３全てのモータ部消費電力の総和であるモータ部総消費電力を上記所定の時間ごとに計算し、これら所定の時間ごとに計算されたモータ部総消費電力の中から最大値を抽出してこれを直流変換部最大出力として出力する直流変換部最大出力計算部２４と、を備える。

モータ部消費電力計算部２３および直流変換部最大出力計算部２４は、入力されたデータに対して演算処理を実行する処理装置からなり、例えばマイクロコンピュータや汎用コンピュータなどで実現すればよい。またあるいは、モータ部２−１、２−２および２−３のモータ回転の位置、速度もしくはトルクについての指令値を生成する制御部（図示せず）もしくはモータ駆動装置の動作全体を統括制御する統括制御部（図示せず）のＣＰＵにその機能を持たせてもよい。

また、本発明の第２の実施例によるモータ駆動装置１は、モータ部消費電力計算部２３および直流変換部最大出力計算部２４による計算処理の結果もしくは計算中の所望のデータを表示する表示部１０１をさらに備えるのが好ましい。表示部１０１は周知のディスプレイ装置でよい。

なお、本発明の第２の実施例によるモータ駆動装置１では、各モータ部２−１、２−２および２−３へ供給される電圧および電流を周知の電圧検出回路および電流検出回路で検出することになるが、これら電圧検出回路および電流検出回路については図４では図面を簡明にするために図示していない。検出された各モータ部２−１、２−２および２−３へ供給される電圧および電流の値は、モータ部消費電力計算部２３へ入力される。

図５は、本発明の第２の実施例によるモータ駆動装置の動作フローを示すフローチャートである。

ステップＳ２０１において、モータ駆動装置１の初期設定が実行される。具体的にはモータ駆動装置１内のタイマの時刻がゼロ（０）に設定され、直流変換部最大出力計算部２４による計算結果である直流変換部消費電力の最大値Ｐｍａｘがゼロ（０）に設定される。なお、最大値Ｐｍａｘは直流変換部最大出力計算部２４もしくはこれが内蔵されるモータ駆動装置１が有する所定のメモリに格納される値である。

所望の動作条件もしくは動作状況の下にてモータ部２−１、２−２および２−３をモータ駆動装置１で駆動させている状態において、下記ステップＳ２０２〜Ｓ２１２の処理が実行される。

ステップＳ２０２では、時刻ｔにおける各モータ部２−１、２−２および２−３への入力電圧の値Ｖｍ１（ｔ）、Ｖｍ２（ｔ）、・・・、ＶｍＮｍａｘ（ｔ）を取得する。ここで、Ｎｍａｘはモータ部の個数を示すものであり、図示の例では「Ｎｍａｘ＝３」である。取得された入力電圧値Ｖｍ１（ｔ）、Ｖｍ２（ｔ）、・・・、ＶｍＮｍａｘ（ｔ）は、モータ部消費電力計算部２３に入力される。なお、入力電圧値Ｖｍ１（ｔ）、Ｖｍ２（ｔ）、・・・、ＶｍＮｍａｘ（ｔ）は、後述するように所定のサンプリング周期で取得される。

ステップＳ２０３において、時刻ｔにおける各モータ部２−１、２−２および２−３への入力電流の値Ｉｍ１（ｔ）、Ｉｍ２（ｔ）、・・・、ＩｍＮｍａｘ（ｔ）を取得する。取得された入力電流値Ｉｍ１（ｔ）、Ｉｍ２（ｔ）、・・・、ＩｍＮｍａｘ（ｔ）は、モータ部消費電力計算部２３に入力される。なお、入力電流値Ｉｍ１（ｔ）、Ｉｍ２（ｔ）、・・・、ＩｍＮｍａｘ（ｔ）は、後述するように所定のサンプリング周期で取得される。

なお、図５では、ステップ２０２における入力電圧値Ｖｍ１（ｔ）、Ｖｍ２（ｔ）、・・・、ＶｍＮｍａｘ（ｔ）の取得、ステップＳ２０３における入力電流値Ｉｍ１（ｔ）、Ｉｍ２（ｔ）、・・・、ＩｍＮｍａｘ（ｔ）の取得、の順に記載したが、実際はこれら入力電圧値Ｖｍ１（ｔ）、Ｖｍ２（ｔ）、・・・、ＶｍＮｍａｘ（ｔ）および入力電流値Ｉｍ１（ｔ）、Ｉｍ２（ｔ）、・・・、ＩｍＮｍａｘ（ｔ）の取得は同じ時刻ｔで取得されるべきものである。

ステップＳ２０４では、モータ部消費電力計算部２３は、時刻ｔにおける入力電圧値Ｖｃ（ｔ）および入力電流値Ｖｃ（ｔ）から、直流変換部消費電力の値Ｐｃ（ｔ）を計算する。

なお、ステップＳ２０４においては、モータ部消費電力計算部２３は、例えば、上述の第１の実施例におけるステップＳ１０４の直流変換部消費電力計算部２１による内積の計算に類似して、式３に示すように、モータ部２−１．２−２および２−３へ供給される入力電圧の値Ｖｍ１（ｔ）、Ｖｍ２（ｔ）、・・・、ＶｍＮｍａｘ（ｔ）および入力電流の値Ｉｍ１（ｔ）、Ｉｍ２（ｔ）、・・・、ＩｍＮｍａｘ（ｔ）についてのベクトル空間上の値の内積を、各モータ部２−１．２−２および２−３ごとに計算することで各モータ部消費電力Ｐｍ１（ｔ）、Ｐｍ２（ｔ）、・・・、ＰｍＮｍａｘ（ｔ）を算出する。

またあるいは別のやり方として、ステップＳ２０４において、モータ部消費電力計算部２３は、検出されたモータ部２−１、２−２もしくは２−３の速度およびトルクを乗算して得られた値に、モータ部２−１、２−２もしくは２−３へ供給される入力電流Ｉｍ１（ｔ）、Ｉｍ２（ｔ）、・・・、ＩｍＮｍａｘ（ｔ）の平方値とモータ部２−１、２−２もしくは２−３の内部抵抗値とを乗じて得られた値を加算した値を、モータ部ごとに計算することでモータ部消費電力Ｐｍ１（ｔ）、Ｐｍ２（ｔ）、・・・、ＰｍＮｍａｘ（ｔ）を算出するようにしてもよい。具体的には、モータ部の速度をｖ（ｒａｄ／ｓｅｃ）、トルクをＴ（Ｎｍ）、モータ部の内部抵抗をＲ（Ω）、モータ部へ供給される入力電流をＩ（Ａ）とすると、モータ部消費電力Ｐｍ（Ｗ）は式３で表される。

図５のステップＳ２０５では、直流変換部最大出力計算部２２は、初期設定として、モータ部２−１、２−２および２−３の総和Ｐｓｕｍ（ｔ）をゼロ（０）に設定し、モータ部の識別番号ｎを１に設定する。なお、この処理は上述のステップＳ２０２よりも前に実行してもよく、例えば、ステップＳ２０１と同時に実行してもよい。なお、総和Ｐｓｕｍ（ｔ）は直流変換部最大出力計算部２４もしくはこれが内蔵されるモータ駆動装置１が有する所定のメモリに格納される。

ステップＳ２０６〜Ｓ２０８は、直流変換部最大出力計算部２２による、モータ部消費電力Ｐｍ１（ｔ）、Ｐｍ２（ｔ）、・・・、ＰｍＮｍａｘ（ｔ）の総和を算出するための処理である。すなわち、ステップＳ２０７においてモータ部の識別番号ｎとＮｍａｘ（本実施例では３）との大小を判定し、モータ部の識別番号ｎがＮｍａｘよりも小さければステップＳ２０８においてｎを１つインクリメントした上でステップＳ２０６においてメモリに格納されている総和Ｐｓｕｍ（ｔ）に識別番号ｎのモータ部の消費電力Ｐｍｎ（ｔ）を加算し、この結果を新しい総和Ｐｓｕｍ（ｔ）としてメモリに格納する。一方、モータ部の識別番号ｎがＮｍａｘ以上であればステップＳ２０９へ進む。

ステップＳ２０９では、直流変換部最大出力計算部２４は、ステップＳ２０６で算出されたモータ部消費電力の総和Ｐｓｕｍ（ｔ）が、既にメモリに格納されている最大値Ｐｍａｘよりも大きいか否かを判定する。モータ部消費電力の総和Ｐｓｕｍ（ｔ）が最大値Ｐｍａｘよりも大きい場合はステップＳ２１０へ進み、直流変換部消費電力値Ｐｃ（ｔ）が最大値Ｐｍａｘよりも小さい場合はステップＳ２１１へ進む。

ステップＳ２１０では、直流変換部最大出力計算部２４は、既にメモリに格納されている最大値Ｐｍａｘを、ステップＳ２０６で算出されたモータ部消費電力値Ｐｓｕｍ（ｔ）に置き換える。

ステップＳ２１１では、モータ駆動装置１内のタイマが終了時刻を示しているか否かを判定する。終了時刻ではない場合はステップＳ２１２へ進み、終了時刻である場合は処理を終了する。

ステップＳ２１２では、モータ駆動装置１内のタイマがΔｔだけインクリメントする。ここで、Δｔは、上述のモータ部への入力電圧および入力電流の検出のサンプリング周期に相当するものである。その後、ステップＳ２０２へ戻る。

モータ駆動装置１内のタイマが終了時刻を示すまで上記ステップＳ２０２〜Ｓ２１２の処理を繰り返し実行すると、直流変換部最大出力計算部２４により、モータ部総消費電力の中から最終的な最大値Ｐｓｕｍ（ｔ）が抽出されることになり、本実施例ではこれを直流変換部最大出力Ｐｍａｘとして確定する。すなわち、モータ部消費電力計算部２３は、時刻ｔにおける各モータ部消費電力値Ｐｍ１（ｔ）、Ｐｍ２（ｔ）、・・・、ＰｍＮｍａｘ（ｔ）の時系列データを算出し、直流変換部最大出力計算部２４は、これらモータ部消費電力値の総和であるモータ部総消費電力Ｐｓｕｍ（ｔ）の時系列データの中から最終的な最大値を抽出し、これを直流変換部最大出力Ｐｍａｘとして確定する。なお、本発明の第２の実施例ではさらに、モータ部２−１、２−２および２−３への入力電圧および入力電流、モータ部消費電力計算部２３が算出したモータ部消費電力、ならびに直流変換部最大出力計算部２２が算出した直流変換部最大出力Ｐｍａｘについて、予め規定された補正パラメータを乗算もしくは加算したりすれば、実際の直流変換部消費電力の最大値よりも大きい直流変換部最大出力が算出される。このようにすれば、直流変換部における電力の供給の安定性がより一層増加する。

モータ部消費電力計算部２３が算出した各モータ部消費電力値Ｐｍ１（ｔ）、Ｐｍ２（ｔ）、・・・、ＰｍＮｍａｘ（ｔ）の時系列データ、これらモータ部消費電力値の総和であるモータ部総消費電力Ｐｓｕｍ（ｔ）の時系列データ、および直流変換部最大出力計算部２４により確定された直流変換部最大出力Ｐｍａｘは、表示部１０１によって表示される。したがって、工作機械システムのユーザもしくは設計者は、表示部１０１に表示された内容を見ることによって、工作機械システムを使用した際に発生し得る消費電力に対応した直流変換部の最大出力をより正確かつ容易に把握することができるので、当該最大出力を有する直流変換部を選択することが容易となる。なお、表示部１０１はさらに、モータ部２−１、２−２および２−３への入力電流値Ｉｍ１（ｔ）、Ｉｍ２（ｔ）、・・・、ＩｍＮｍａｘ（ｔ）、および、モータ部２−１、２−２および２−３への入力電圧値Ｖｍ１（ｔ）、Ｖｍ２（ｔ）、・・・、ＶｍＮｍａｘ（ｔ）を表示するようにしてもよい。

図６は、本発明の第２の実施例によるモータ駆動装置を動作させた場合の各モータ部消費電力およびその総和を例示する図である。図示の例はあくまでも一例であるが、モータ部消費電力計算部２３が算出した各モータ部消費電力値Ｐｍ１（ｔ）、Ｐｍ２（ｔ）およびＰｍ３（ｔ）ならびにモータ部総消費電力Ｐｓｕｍ（ｔ）の時系列データが示されており、点Ａの時点がモータ部総消費電力Ｐｓｕｍ（ｔ）の最大値であり、工作機械システムのユーザもしくは設計者は、この最大値を最大出力Ｐｍａｘとして有するような直流変換部を選定（もしくは設計）すればよい。

上述の第２の実施例では、モータ部消費電力計算部２３が算出した各モータ部消費電力値Ｐｍ１（ｔ）、Ｐｍ２（ｔ）、・・・、ＰｍＮｍａｘ（ｔ）を単純に加算して総和Ｐｓｕｍ（ｔ）を算出しているので、モータ部２−１、２−２および２−３から商用電源３側へ回生される電力分が含まれる。例えば、図６のグラフで言えば、モータ部消費電力値Ｐｍ１（ｔ）、Ｐｍ２（ｔ）およびＰｍ３（ｔ）の負の電力（すなわち０ワット以下の電力）が、モータ部２−１、２−２および２−３から商用交流電源３側へ流出する回生電力分である。

これに対し、次に説明する本発明の第３の実施例によるモータ駆動装置１は、直流変換部の最大出力の決定の際に、上記回生電力が含まれないようにしたものである。本発明の第３の実施例によるモータ駆動装置１のブロック図は、上述の第２の実施例によるモータ駆動装置１を示すブロック図である図４と同様である。

本発明の第３の実施例によれば、入力された交流を直流に変換する単一の直流変換部１１と、直流変換部１１から出力された直流を、各モータ部２−１、２−２および２−３の駆動電力としてそれぞれ供給される交流に変換する複数の交流変換部１２−１、１２−２および１２−３と、を有するモータ駆動装置１は、各モータ部２−１、２−２および２−３へ供給される電圧および電流から各モータ部２−１、２−２および２−３ごとのモータ部消費電力を所定の時間ごとに計算するモータ部消費電力計算部２３と、モータ部消費電力のうちモータ部２−１、２−２および２−３に流入する電力分のみを加算することで得られたモータ部総消費電力を所定の時間ごとに計算し、これら所定の時間ごとに計算されたモータ部総消費電力の中から最大値を抽出してこれを直流変換部最大出力として出力する直流変換部最大出力計算部２４と、を備える。

すなわち、本発明の第３の実施例は、直流変換部最大出力計算部２４が、モータ部総消費電力を、各モータ部消費電力のうち各モータ部２−１、２−２および２−３に流入する電力分のみを上記所定の時間別に加算することで算出すること以外は、上述の第２の実施例と同様であるので、これらについては説明を省略する。

図７は、本発明の第３の実施例によるモータ駆動装置を動作させた場合のモータ部の消費電力およびその最大値を例示する図である。図７には、図６に示した各モータ部消費電力値のうち各モータ部２−１、２−２および２−３から、商用交流電源３側へ流出する回生電力分（すなわち０ワット以下の電力）を削除した波形Ｐｍ１（ｔ）、Ｐｍ２（ｔ）およびＰｍ３（ｔ）が示されている。モータ部総消費電力Ｐｓｕｍ（ｔ）は、各モータ部消費電力のうち各モータ部２−１、２−２および２−３に流入する電力分Ｐｍ１（ｔ）、Ｐｍ２（ｔ）およびＰｍ３（ｔ）のみを上記所定の時間別に加算することにより算出される。したがって、回生分は含まれない。また、例えば点Ａの時点付近では、各モータ部２−１、２−２および２−３に流入する電力分Ｐｍ１（ｔ）、Ｐｍ２（ｔ）およびＰｍ３（ｔ）のみであるので、図６に示されたものと波形データは変わらない。しかしながら、例えば点Ｂの時点付近では、モータ部２−３が回生動作をしているので（図６）、モータ部２−３の消費電力であるＰｍ３（ｔ）は負（すなわち０ワット以下）となっている。このため、直流変換部最大出力計算部２４による計算結果ではＰｓｕｍ（ｔ）は点Ｂ付近で最大値をとっており、図６とは違う結果になっている。工作機械システムのユーザもしくは設計者は、この最大値Ｐｍａｘを最大出力として有するような直流変換部を選定（もしくは設計）すればよい。

図８は、本発明の第４の実施例によるモータ駆動装置を示すブロック図である。図示の例では、工作機械の制御軸数を３個としたので３個のモータ部２−１、２−２および２−３が設けられる。

本発明の第４の実施例によれば、入力された交流を直流に変換する単一の直流変換部１１と、直流変換部１１から出力された直流を、各モータ部２−１、２−２および２−３の駆動電力としてそれぞれ供給される交流に変換する複数の交流変換部１２−１、１２−２および１２−３と、を有するモータ駆動装置１は、直流変換部１１への入力電圧および入力電流から直流変換部消費電力を所定の時間ごとに計算する直流変換部消費電力計算部２１と、各モータ部２−１、２−２および２−３へ供給される電圧および電流から各モータ部２−１、２−２および２−３ごとのモータ部消費電力を上記所定の時間ごとに計算するモータ部消費電力計算部２３と、モータ部消費電力のうちモータ部２−１、２−２および２−３から流出する電力分の絶対値を直流変換部消費電力に加算して得られた値を所定の時間ごとに計算し、所定の時間ごとに計算された値の中から最大値を抽出してこれを直流変換部最大出力として出力する直流変換部最大出力計算部２５と、を備える。

直流変換部消費電力計算部２１、モータ部消費電力計算部２３および直流変換部最大出力計算部２５は、入力されたデータに対して演算処理を実行する処理装置からなり、例えばマイクロコンピュータや汎用コンピュータなどで実現すればよい。またあるいは、モータ部２−１、２−２および２−３のモータ回転の位置、速度もしくはトルクについての指令値を生成する制御部（図示せず）もしくはモータ駆動装置の動作全体を統括制御する統括制御部（図示せず）のＣＰＵにその機能を持たせてもよい。

また、本発明の第４の実施例によるモータ駆動装置１は、直流変換部消費電力計算部２１、モータ部消費電力計算部２３および直流変換部最大出力計算部２５による計算処理の結果もしくは計算中の所望のデータを表示する表示部１０１をさらに備えるのが好ましい。表示部１０１は周知のディスプレイ装置でよい。

電圧検出回路１０２は、三相の商用交流電源３により直流変換部１１の入力に印加される入力電圧を検出する。検出された直流変換部１１への入力電圧の値は、直流変換部消費電力計算部２１へ入力される。

電流検出回路１０３は、三相の商用交流電源３から直流変換部１１へ入力される入力電流を検出する。検出された直流変換部１１への入力電流の値は、直流変換部消費電力計算部２１へ入力される。

なお、本発明の第４の実施例によるモータ駆動装置１では、上述の第２の実施例の場合と同様、各モータ部２−１、２−２および２−３へ供給される電圧および電流を周知の電圧検出回路および電流検出回路で検出することになるが、これら電圧検出回路および電流検出回路については図８では図面を簡明にするために図示していない。検出された各モータ部２−１、２−２および２−３へ供給される電圧および電流の値は、モータ部消費電力計算部２３へ入力される。

図９は、本発明の第４の実施例によるモータ駆動装置の動作フローを示すフローチャートである。

ステップＳ３０１において、モータ駆動装置１の初期設定が実行される。具体的にはモータ駆動装置１内のタイマの時刻がゼロ（０）に初期値として設定され、直流変換部消費電力の最大値Ｐｍａｘがゼロ（０）に初期値として設定される。なお、最大値Ｐｍａｘは直流変換部最大出力計算部２５もしくはこれが内蔵されるモータ駆動装置１が有する所定のメモリに格納される。

所望の動作条件もしくは動作状況の下にてモータ部２−１、２−２および２−３をモータ駆動装置１で駆動させている状態において、下記ステップＳ３０２〜Ｓ３１６の処理が実行される。

ステップＳ３０２では、電圧検出回路１０２は、時刻ｔにおける直流変換部１１への入力電圧の値Ｖｃ（ｔ）を取得する。取得された入力電圧値Ｖｃ（ｔ）は、直流変換部消費電力計算部２１に入力される。なお、入力電圧値Ｖｃ（ｔ）は、後述するように所定のサンプリング周期で取得される。

ステップＳ３０３において、電圧検出回路１０３は、時刻ｔにおける直流変換部１１への入力電流の値Ｉｃ（ｔ）を取得する。取得された入力電流値Ｉｃ（ｔ）は、直流変換部消費電力計算部２１に入力される。なお、入力電流値Ｉｃ（ｔ）は、後述するように所定のサンプリング周期で取得される。

なお、図９では、ステップＳ３０２における電圧検出回路１０２による入力電圧値Ｖｃ（ｔ）の取得、ステップＳ３０３における電流検出回路１０３による入力電流値Ｖｃ（ｔ）の取得、の順に記載したが、実際はこれら入力電圧値Ｖｃ（ｔ）および入力電流値Ｉｃ（ｔ）の取得は同じ時刻ｔで取得されるべきものである。

ステップＳ３０４では、直流変換部消費電力計算部２１は、時刻ｔにおける入力電圧値Ｖｃ（ｔ）および入力電流値Ｖｃ（ｔ）から、直流変換部消費電力の値Ｐｃ（ｔ）を計算する。

なお、ステップＳ３０４においては、直流変換部消費電力計算部２１は、上述の第１の実施例のように、例えば入力電圧値Ｖｃ（ｔ）および入力電流値Ｖｃ（ｔ）についてのベクトル空間上の値の内積を計算することで直流変換部消費電力Ｐｃ（ｔ）を算出する。この場合、具体的には、上述の第１の実施例において説明した式１が適用される。

ステップＳ３０５では、時刻ｔにおける各モータ部２−１、２−２および２−３への入力電圧の値Ｖｍ１（ｔ）、Ｖｍ２（ｔ）、・・・、ＶｍＮｍａｘ（ｔ）を取得する。ここで、Ｎｍａｘはモータ部の個数を示すものであり、図示の例ではＮｍａｘは「３」である。取得された入力電圧値Ｖｍ１（ｔ）、Ｖｍ２（ｔ）、・・・、ＶｍＮｍａｘ（ｔ）は、モータ部消費電力計算部２３に入力される。なお、入力電圧値Ｖｍ１（ｔ）、Ｖｍ２（ｔ）、・・・、ＶｍＮｍａｘ（ｔ）は、後述するように所定のサンプリング周期で取得される。

ステップＳ３０６において、時刻ｔにおける各モータ部２−１、２−２および２−３への入力電流の値Ｉｍ１（ｔ）、Ｉｍ２（ｔ）、・・・、ＩｍＮｍａｘ（ｔ）を取得する。取得された入力電流値Ｉｍ１（ｔ）、Ｉｍ２（ｔ）、・・・、ＩｍＮｍａｘ（ｔ）は、モータ部消費電力計算部２３に入力される。なお、入力電流値Ｉｍ１（ｔ）、Ｉｍ２（ｔ）、・・・、ＩｍＮｍａｘ（ｔ）は、後述するように所定のサンプリング周期で取得される。

なお、図９では、ステップ３０５における入力電圧値Ｖｍ１（ｔ）、Ｖｍ２（ｔ）、・・・、ＶｍＮｍａｘ（ｔ）の取得、ステップＳ３０６における入力電流値Ｉｍ１（ｔ）、Ｉｍ２（ｔ）、・・・、ＩｍＮｍａｘ（ｔ）の取得、の順に記載したが、実際はこれら入力電圧値Ｖｍ１（ｔ）、Ｖｍ２（ｔ）、・・・、ＶｍＮｍａｘ（ｔ）および入力電流値Ｉｍ１（ｔ）、Ｉｍ２（ｔ）、・・・、ＩｍＮｍａｘ（ｔ）の取得は同じ時刻ｔで取得されるべきものである。

ステップＳ３０７では、モータ部消費電力計算部２３は、時刻ｔにおける入力電圧値Ｖｃ（ｔ）および入力電流値Ｖｃ（ｔ）から、直流変換部消費電力の値Ｐｃ（ｔ）を計算する。

なお、ステップＳ３０７においては、モータ部消費電力計算部２３は、例えば、上述の第２の実施例におけるステップＳ２０４のモータ部消費電力計算部２３による内積の計算と同様、式２を適用して、モータ部２−１．２−２および２−３へ供給される入力電圧の値Ｖｍ１（ｔ）、Ｖｍ２（ｔ）、・・・、ＶｍＮｍａｘ（ｔ）および入力電流の値Ｉｍ１（ｔ）、Ｉｍ２（ｔ）、・・・、ＩｍＮｍａｘ（ｔ）についてのベクトル空間上の値の内積を、各モータ部２−１．２−２および２−３ごとに計算することで各モータ部消費電力Ｐｍ１（ｔ）、Ｐｍ２（ｔ）、・・・、ＰｍＮｍａｘ（ｔ）を算出する。またあるいは、式３を適用して、モータ部消費電力計算部２３は、検出されたモータ部２−１、２−２もしくは２−３の速度およびトルクを乗算して得られた値に、モータ部２−１、２−２もしくは２−３へ供給される入力電流Ｉｍ１（ｔ）、Ｉｍ２（ｔ）、・・・、ＩｍＮｍａｘ（ｔ）の平方値とモータ部２−１、２−２もしくは２−３の内部抵抗値とを乗じて得られた値を加算した値を、モータ部ごとに計算することでモータ部消費電力Ｐｍ１（ｔ）、Ｐｍ２（ｔ）、・・・、ＰｍＮｍａｘ（ｔ）を算出するようにしてもよい。

ステップＳ３０８では、直流変換部最大出力計算部２５は、初期設定として、直流変換部消費電力値Ｐｃ’（ｔ）を直流変換部消費電力値Ｐｃ（ｔ）に設定し、モータ部の識別番号ｎを１に設定する。直流変換部消費電力値Ｐｃ’（ｔ）の詳細については後述するが、直流変換部最大出力計算部２５もしくはこれが内蔵されるモータ駆動装置１が有する所定のメモリに格納される。

ステップＳ３０８〜Ｓ３１２は、直流変換部最大出力計算部２５による、直流変換部消費電力値Ｐｃ’（ｔ）を算出するための処理である。直流変換部消費電力値Ｐｃ’（ｔ）は、各モータ部消費電力のうち各モータ部２−１、２−２および２−３から流出する電力分の絶対値を各直流変換部消費電力に上記所定の時間別に加算して得られた値である。具体的には、次のようにして算出される。すなわち、直流変換部最大出力計算部２５は、ステップＳ３０９において、識別番号ｎ（ただし、ｎ＝１、２、・・・、Ｎｍａｘ）のモータ部についてのモータ部消費電力Ｐｍｎ（ｔ）が負（すなわち０ワット以下）であるか否かを判定する。モータ部消費電力が、負である場合にはステップＳ３１０へ進み、正である場合にはステップＳ３１１へ進む。ステップＳ３１０では、メモリに格納されている直流変換部消費電力値Ｐｃ’（ｔ）からモータ部消費電力Ｐｍｎ（ｔ）を減算し、これを新しい直流変換部消費電力値Ｐｃ’（ｔ）としてメモリに格納する。ステップＳ３１１においてモータ部の識別番号ｎがＮｍａｘ（本実施例では３）よりも大きいか否かを判定し、モータ部の識別番号ｎがＮｍａｘよりも小さければステップＳ３１２においてｎを１つインクリメントした上でステップＳ３０９へ戻り、モータ部の識別番号ｎがＮｍａｘ以上ならばステップＳ３１３へ進む。

ステップＳ３１３では、直流変換部最大出力計算部２５は、ステップＳ３０９〜Ｓ３１２を経て算出された直流変換部消費電力値Ｐｃ’（ｔ）が、既にメモリに格納されている最大値Ｐｍａｘよりも大きいか否かを判定する。直流変換部消費電力値Ｐｃ’（ｔ）が最大値Ｐｍａｘよりも大きい場合はステップＳ３１４へ進み、直流変換部消費電力値Ｐｃ’（ｔ）が最大値Ｐｍａｘよりも小さい場合はステップＳ３１５へ進む。

ステップＳ３１４では、直流変換部最大出力計算部２５は、既にメモリに格納されている最大値Ｐｍａｘを、ステップＳ３０９〜Ｓ３１２を経て算出された直流変換部消費電力値Ｐｃ’（ｔ）に置き換える。

ステップＳ３１５では、モータ駆動装置１内のタイマが終了時刻を示しているか否かを判定する。終了時刻ではない場合はステップＳ３１６へ進み、終了時刻である場合は処理を終了する。

ステップＳ３１６は、モータ駆動装置１内のタイマがΔｔだけインクリメントする。ここで、Δｔは、上述のモータ部への入力電圧および入力電流の検出のサンプリング周期に相当するものである。その後、ステップＳ３０２へ戻る。

モータ駆動装置１内のタイマが終了時刻を示すまで上記ステップＳ３０２〜Ｓ３１６の処理を繰り返し実行すると、直流変換部最大出力計算部２５により、直流変換部消費電力値Ｐｃ’（ｔ）の中から最終的な最大値が抽出されることになり、本実施例ではこれを直流変換部最大出力Ｐｍａｘとして確定する。すなわち、モータ部消費電力計算部２５は、各モータ部消費電力のうち各モータ部２−１、２−２および２−３から流出する電力分の絶対値を各直流変換部消費電力に上記所定の時間別に加算して得られた値である直流変換部消費電力値Ｐｃ’（ｔ）の時系列データの中から最大値を抽出し、これを直流変換部最大出力Ｐｍａｘとして確定する。なお、本発明の第４の実施例はさらに、直流変圧部１１への入力電圧および入力電流もしくはモータ部２−１、２−２および２−３への入力電圧および入力電流あるいはこれら両方について、予め規定された補正パラメータを乗算もしくは加算したりすることで、直流変換部消費電力の最大値よりもさらに大きく余裕を持った直流変換部最大出力を確定することができる。このようにすれば、直流変換部における電力の供給の安定性がより一層増加する。

直流変換部消費電力計算部２１が算出した各直流変換部消費電力値Ｐｃ（ｔ）の時系列データ、モータ部消費電力計算部２３が算出した各モータ部消費電力値Ｐｍ１（ｔ）、Ｐｍ２（ｔ）、・・・、ＰｍＮｍａｘ（ｔ）の時系列データ、これらモータ部消費電力値の総和であるモータ部総消費電力Ｐｓｕｍ（ｔ）の時系列データ、直流変換部最大出力計算部２５により算出された直流変換部消費電力値Ｐｃ’（ｔ）の時系列データ、および直流変換部最大出力計算部２５により確定された直流変換部最大出力Ｐｍａｘは、表示部１０１によって表示される。したがって、工作機械システムのユーザもしくは設計者は、表示部１０１に表示された内容を見ることによって、工作機械システムを使用した際に発生し得る消費電力に対応した直流変換部の最大出力をより正確かつ容易に把握することができるので、当該最大出力を有する直流変換部を選択することが容易となる。なお、表示部１０１はさらに、モータ部２−１、２−２および２−３への入力電流値Ｉｍ１（ｔ）、Ｉｍ２（ｔ）、・・・、ＩｍＮｍａｘ（ｔ）、および、モータ部２−１、２−２および２−３への入力電圧値Ｖｍ１（ｔ）、Ｖｍ２（ｔ）、・・・、ＶｍＮｍａｘ（ｔ）を表示するようにしてもよい。

図１０および１１は、本発明の第４の実施例によるモータ駆動装置を動作させた場合の直流変換部消費電力最大出力の確定を説明する図であって、このうち図１０はモータ部の消費電力および直流変換部消費電力を例示する図であり、図１１は回生電力分の影響の有無を説明する図である。

図１０には、各モータ部消費電力値Ｐｍ１（ｔ）、Ｐｍ２（ｔ）およびＰｍ３（ｔ）ならびにモータ部総消費電力Ｐｓｕｍ（ｔ）の時系列データ、ならびに、回生電力分の影響を含めず算出された直流変換部およびモータ部消費電力値Ｐｃ（ｔ）の時系列データが示されている。また、図１１には、回生電力分の影響を含めず算出された直流変換部およびモータ部消費電力値Ｐｃ（ｔ）の時系列データ、および回生電力分の影響を含めて算出された直流変換部およびモータ部消費電力値Ｐｃ’（ｔ）の時系列データが示されている。回生電力分の影響を含めず直流変換部およびモータ部消費電力値Ｐｃ（ｔ）を算出した場合、点Ａの時点が直流変換部最大出力Ｐｍａｘとなる。一方、本発明の第４の実施例のように回生電力分の影響を含めて直流変換部およびモータ部消費電力値Ｐｃ’（ｔ）を算出した場合、点Ｂの時点が直流変換部最大出力Ｐｍａｘとなる。回生電力分の有無の観点で直流変換部最大出力Ｐｍａｘの大きさを比較すると、点Ｂの時点付近では、モータ部２−３が回生動作をしているので（図１０）、モータ部２−３の消費電力であるＰｍ３（ｔ）は負（すなわち０ワット以下）となっている。このため、直流変換部最大出力計算部２５による計算結果ではＰｃ’（ｔ）は点Ｂ付近で最大値をとり、回生電力分を考慮しない場合の直流変換部最大出力Ｐｍａｘである点Ａにおける値よりも大きくなる。

このように各モータの回生動作のタイミングの組み合わせ次第によっては、直流変換部最大出力Ｐｍａｘ（点Ｂ）は、回生動作を考慮しない場合に確定した直流変換部最大出力Ｐｍａｘ（点Ａ）よりも大きなものとなる。したがって、工作機械システムのユーザもしくは設計者は、本発明の第４の実施例のように回生電力分の影響を含めて直流変換部およびモータ部消費電力値Ｐｃ’（ｔ）を算出すれば、直流変換部における消費電力として計算された値から回生動作中のモータ部における消費電力を減算して得られた値に基づいて直流変換部の最大出力を決定するので、実際の使用で発生し得る消費電力に対応した直流変換部の最大出力をより一層正確かつ容易に決定することができる。

本発明は、工作機械の駆動軸ごとにモータ部を有する工作機械システムにおいて、これらモータ部を、入力された交流を直流に変換する単一の直流変換部と、直流変換部から出力された直流を各モータ部の駆動電力としてそれぞれ供給される交流に変換する複数の交流変換部と、を有するモータ駆動装置で駆動する場合に適用することができる。

１ モータ駆動装置
２−１、２−２，２−３ モータ部
３ 商用交流電源
１１ 直流変換部
１２−１、１２−２、１２−３ 交流変換部
２１ 直流変換部消費電力計算部
２２ 直流変換部最大出力計算部
２３ モータ部消費電力計算部
２４、２５ 直流変換部最大出力計算部
１０１ 表示部
１０２ 電流検出回路
１０３ 電圧検出回路

本発明は、交流電力を直流電力に変換したのちさらに交流電力に変換してこれを駆動電力とするモータを制御する、直流変換部の最大出力計算部を備えたモータ駆動装置に関する。

上述のように構成されたモータ駆動装置においては、複数のモータ部を安定かつ確実に駆動できるようにするために、これら複数のモータ部のそれぞれに対し十分な駆動電力を確実に供給する必要がある。このため、三相の交流入力を直流に変換する直流変換部の最大出力がこれら複数のモータ部の最大出力の合計値よりも大きいものとなるような直流変換部を選定する必要がある。従来は、複数のモータ部のそれぞれの最大出力を単純に合計した値から、三相の交流を直流電源に変換する直流変換部の最大出力を決定していた。

しかしながら、工作機械のユーザもしくは設計者は、工作機械を所望の動作条件や動作状況の下で実際に動かしたときの各モータ部の入力電流および入力電圧を計測器を１つ１つ使って計測し、種々のモータ定数を用いて各モータ部の消費電力を個別に算出し、これらを考慮して交流変換部の総消費電力を想定しなければならず、直流変換部を選定するのに非常に手間と時間がかかるという問題があった。また、このようなやり方で想定された交流変換部の総消費電力に基づいて所定の最大出力を有する直流変換部を選定したとしても、必ずしもそれが最適な直流変換部とは限らなかった。

また、本発明の第４の態様においては、モータ駆動装置は、入力された交流を直流に変換する単一の直流変換部と、直流変換部から出力された直流を、複数のモータ部の駆動電力としてそれぞれ供給される交流に変換する複数の交流変換部と、直流変換部への入力電圧および入力電流から直流変換部消費電力を所定の時間ごとに計算する直流変換部消費電力計算部と、モータ部へ供給される電圧および電流からモータ部のモータ部消費電力を上記所定の時間ごとに計算するモータ部消費電力計算部と、モータ部消費電力のうちモータ部から流出する電力分の絶対値を直流変換部消費電力に加算して得られた値を所定の時間ごとに計算し、これら所定の時間ごとに計算された値の中から最大値を抽出してこれを直流変換部最大出力として出力する直流変換部最大出力計算部と、を備える。

電流検出回路１０３は、三相の商用交流電源３から直流変換部１１へ入力される入力電流を検出する。検出された直流変換部１１への入力電流の値は、直流変換部消費電力計算部２１へ入力される。

電圧検出回路１０２は、三相の商用交流電源３により直流変換部１１の入力に印加される入力電圧を検出する。検出された直流変換部１１への入力電圧の値は、直流変換部消費電力計算部２１へ入力される。

なお、ステップＳ１０４においては、直流変換部消費電力計算部２１は、例えば、入力電圧値Ｖｃ（ｔ）および入力電流値Ｉｃ（ｔ）についてのベクトル空間上の値の内積を計算することで直流変換部消費電力Ｐｃ（ｔ）を算出する。

ステップＳ１０８は、モータ駆動装置１内のタイマがΔｔだけインクリメントする。ここで、Δｔは、上述の電流検出回路１０３および電圧検出回路１０２のサンプリング周期に相当するものである。その後、ステップＳ１０２へ戻る。

なお、図５では、ステップＳ２０２における入力電圧値Ｖｍ１（ｔ）、Ｖｍ２（ｔ）、・・・、ＶｍＮｍａｘ（ｔ）の取得、ステップＳ２０３における入力電流値Ｉｍ１（ｔ）、Ｉｍ２（ｔ）、・・・、ＩｍＮｍａｘ（ｔ）の取得、の順に記載したが、実際はこれら入力電圧値Ｖｍ１（ｔ）、Ｖｍ２（ｔ）、・・・、ＶｍＮｍａｘ（ｔ）および入力電流値Ｉｍ１（ｔ）、Ｉｍ２（ｔ）、・・・、ＩｍＮｍａｘ（ｔ）の取得は同じ時刻ｔで取得されるべきものである。

ステップＳ２０４では、モータ部消費電力計算部２３は、時刻ｔにおける入力電圧値Ｖｃ（ｔ）および入力電流値Ｉｃ（ｔ）から、直流変換部消費電力の値Ｐｃ（ｔ）を計算する。

なお、ステップＳ２０４においては、モータ部消費電力計算部２３は、例えば、上述の第１の実施例におけるステップＳ１０４の直流変換部消費電力計算部２１による内積の計算に類似して、式２に示すように、モータ部２−１．２−２および２−３へ供給される入力電圧の値Ｖｍ１（ｔ）、Ｖｍ２（ｔ）、・・・、ＶｍＮｍａｘ（ｔ）および入力電流の値Ｉｍ１（ｔ）、Ｉｍ２（ｔ）、・・・、ＩｍＮｍａｘ（ｔ）についてのベクトル空間上の値の内積を、各モータ部２−１．２−２および２−３ごとに計算することで各モータ部消費電力Ｐｍ１（ｔ）、Ｐｍ２（ｔ）、・・・、ＰｍＮｍａｘ（ｔ）を算出する。

図５のステップＳ２０５では、直流変換部最大出力計算部２４は、初期設定として、モータ部２−１、２−２および２−３の総和Ｐｓｕｍ（ｔ）をゼロ（０）に設定し、モータ部の識別番号ｎを１に設定する。なお、この処理は上述のステップＳ２０２よりも前に実行してもよく、例えば、ステップＳ２０１と同時に実行してもよい。なお、総和Ｐｓｕｍ（ｔ）は直流変換部最大出力計算部２４もしくはこれが内蔵されるモータ駆動装置１が有する所定のメモリに格納される。

ステップＳ２０６〜Ｓ２０８は、直流変換部最大出力計算部２４による、モータ部消費電力Ｐｍ１（ｔ）、Ｐｍ２（ｔ）、・・・、ＰｍＮｍａｘ（ｔ）の総和を算出するための処理である。すなわち、ステップＳ２０７においてモータ部の識別番号ｎとＮｍａｘ（本実施例では３）との大小を判定し、モータ部の識別番号ｎがＮｍａｘよりも小さければステップＳ２０８においてｎを１つインクリメントした上でステップＳ２０６においてメモリに格納されている総和Ｐｓｕｍ（ｔ）に識別番号ｎのモータ部の消費電力Ｐｍｎ（ｔ）を加算し、この結果を新しい総和Ｐｓｕｍ（ｔ）としてメモリに格納する。一方、モータ部の識別番号ｎがＮｍａｘ以上であればステップＳ２０９へ進む。

ステップＳ２０９では、直流変換部最大出力計算部２４は、ステップＳ２０６で算出されたモータ部消費電力の総和Ｐｓｕｍ（ｔ）が、既にメモリに格納されている最大値Ｐｍａｘよりも大きいか否かを判定する。モータ部消費電力の総和Ｐｓｕｍ（ｔ）が最大値Ｐｍａｘよりも大きい場合はステップＳ２１０へ進み、モータ部消費電力の総和Ｐｓｕｍ（ｔ）が最大値Ｐｍａｘよりも小さい場合はステップＳ２１１へ進む。

ステップＳ２１０では、直流変換部最大出力計算部２４は、既にメモリに格納されている最大値Ｐｍａｘを、ステップＳ２０６で算出されたモータ部消費電力値の総和Ｐｓｕｍ（ｔ）に置き換える。

モータ駆動装置１内のタイマが終了時刻を示すまで上記ステップＳ２０２〜Ｓ２１２の処理を繰り返し実行すると、直流変換部最大出力計算部２４により、モータ部総消費電力の中から最終的な最大値Ｐｓｕｍ（ｔ）が抽出されることになり、本実施例ではこれを直流変換部最大出力Ｐｍａｘとして確定する。すなわち、モータ部消費電力計算部２３は、時刻ｔにおける各モータ部消費電力値Ｐｍ１（ｔ）、Ｐｍ２（ｔ）、・・・、ＰｍＮｍａｘ（ｔ）の時系列データを算出し、直流変換部最大出力計算部２４は、これらモータ部消費電力値の総和であるモータ部総消費電力Ｐｓｕｍ（ｔ）の時系列データの中から最終的な最大値を抽出し、これを直流変換部最大出力Ｐｍａｘとして確定する。なお、本発明の第２の実施例ではさらに、モータ部２−１、２−２および２−３への入力電圧および入力電流、モータ部消費電力計算部２３が算出したモータ部消費電力、ならびに直流変換部最大出力計算部２４が算出した直流変換部最大出力Ｐｍａｘについて、予め規定された補正パラメータを乗算もしくは加算したりすれば、実際の直流変換部消費電力の最大値よりも大きい直流変換部最大出力が算出される。このようにすれば、直流変換部における電力の供給の安定性がより一層増加する。

ステップＳ３０７では、モータ部消費電力計算部２３は、時刻ｔにおける入力電圧値Ｖｍ１（ｔ）、Ｖｍ２（ｔ）、・・・、ＶｍＮｍａｘ（ｔ）および入力電流値Ｉｍ１（ｔ）、Ｉｍ２（ｔ）、・・・、ＩｍＮｍａｘ（ｔ）から、直流変換部消費電力の値Ｐｍ１（ｔ）、Ｐｍ２（ｔ）、・・・、ＰｍＮｍａｘ（ｔ）を計算する（図示の例ではＮｍａｘ＝３）。

モータ駆動装置１内のタイマが終了時刻を示すまで上記ステップＳ３０２〜Ｓ３１６の処理を繰り返し実行すると、直流変換部最大出力計算部２５により、直流変換部消費電力値Ｐｃ’（ｔ）の中から最終的な最大値が抽出されることになり、本実施例ではこれを直流変換部最大出力Ｐｍａｘとして確定する。すなわち、直流変換部消費電力計算部２５は、各モータ部消費電力のうち各モータ部２−１、２−２および２−３から流出する電力分の絶対値を各直流変換部消費電力に上記所定の時間別に加算して得られた値である直流変換部消費電力値Ｐｃ’（ｔ）の時系列データの中から最大値を抽出し、これを直流変換部最大出力Ｐｍａｘとして確定する。なお、本発明の第４の実施例はさらに、直流変圧部１１への入力電圧および入力電流もしくはモータ部２−１、２−２および２−３への入力電圧および入力電流あるいはこれら両方について、予め規定された補正パラメータを乗算もしくは加算したりすることで、直流変換部消費電力の最大値よりもさらに大きく余裕を持った直流変換部最大出力を確定することができる。このようにすれば、直流変換部における電力の供給の安定性がより一層増加する。

Claims (11)

1. 入力された交流を直流に変換する単一の直流変換部と、
   前記直流変換部から出力された直流を、複数のモータ部の駆動電力としてそれぞれ供給される交流に変換する複数の交流変換部と、
   前記直流変換部への入力電圧および入力電流から直流変換部消費電力を所定の時間ごとに計算する直流変換部消費電力計算部と、
   前記所定の時間ごとに計算された前記直流変換部消費電力の中から最大値を抽出し、これを直流変換部最大出力として出力する直流変換部最大出力計算部と、
   を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
2. 入力された交流を直流に変換する単一の直流変換部と、
   前記直流変換部から出力された直流を、複数のモータ部の駆動電力としてそれぞれ供給される交流に変換する複数の交流変換部と、
   前記モータ部へ供給される電圧および電流からモータ部消費電力を所定の時間ごとに計算するモータ部消費電力計算部と、
   前記モータ部全ての前記モータ部消費電力の総和であるモータ部総消費電力を前記所定の時間ごとに計算し、前記所定の時間ごとに計算されたモータ部総消費電力の中から最大値を抽出してこれを直流変換部最大出力として出力する直流変換部最大出力計算部と、
   を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
3. 前記直流変換部最大出力計算部は、前記モータ部消費電力のうち前記モータ部に流入する電力分のみの総和であるモータ部総消費電力を前記所定の時間ごとに計算し、前記所定の時間ごとに計算されたモータ部総消費電力の中から最大値を抽出してこれを直流変換部最大出力として出力する請求項２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記モータ駆動装置は、前記直流変換部への入力電圧および入力電流から直流変換部消費電力を所定の時間ごとに計算する直流変換部消費電力計算部をさらに備え、
   前記直流変換部最大出力計算部は、前記モータ部消費電力のうち前記モータ部から流出する電力分の絶対値を前記直流変換部消費電力に加算して得られた値を前記所定の時間ごとに計算し、前記所定の時間ごとに計算された値の中から最大値を抽出してこれを直流変換部最大出力として出力する請求項３に記載のモータ駆動装置。
5. 前記直流変換部消費電力計算部は、前記入力電圧および前記入力電流についてのベクトル空間上の値の内積を計算することで前記直流変換部消費電力を算出する請求項１または４に記載のモータ駆動装置。
6. 前記モータ部消費電力計算部は、前記モータ部へ供給される電圧および電流についてのベクトル空間上の値の内積を計算することで前記モータ部消費電力を算出する請求項２〜４のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
7. 前記モータ部消費電力計算部は、検出された前記モータ部の速度およびトルクを乗算して得られた値に、前記モータ部へ供給される電流の平方値と前記モータ部の内部抵抗値とを乗じて得られた値を加算した値を計算することで前記モータ部消費電力を算出する請求項２〜４のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
8. 前記直流変換部消費電力計算部は、計算された前記直流変換部消費電力を、補正パラメータを用いて補正して出力する請求項１、４または５のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
9. 前記モータ部消費電力計算部は、計算された前記モータ部消費電力を、補正パラメータを用いて補正して出力する請求項２〜４、６または７のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
10. 前記直流変換部最大出力計算部は、計算された前記直流変換部最大出力を、補正パラメータを用いて補正して出力する請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
11. 前記直流変換部消費電力計算部、前記直流変換部最大出力計算部、もしくは前記モータ部消費電力計算部による計算処理の結果もしくは計算中の所望のデータを表示する表示部をさらに備える請求項１〜１０のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。

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