JP2014128172A - 多軸モータ駆動システム及びモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のモータ駆動装置の回生動作を集中管理するシステムコントローラやマスターモータ駆動装置を別途設けずとも簡易な構成で各回生抵抗の回生過負荷による損傷を防ぐ。
【解決手段】それぞれモータ４に接続され、当該モータ４からの回生電力を消費する回生電力消費部２３を備えた複数のモータ駆動装置３と、を有し、複数のモータ駆動装置３がそれぞれ同一の直流母線５に接続している多軸モータ駆動システムＳであって、複数のモータ駆動装置３は、それぞれ同一の直流母線５の電圧に基づいて各回生電力消費部２３の作動の開始と停止を制御する回生制御部２４を有する。
【選択図】図３

Description

開示の実施形態は、多軸モータ駆動システム及びモータ駆動装置に関する。

特許文献１には、同一の直流電源のＰＮ電圧をそれぞれ共用する複数のモータ制御装置に対し、いずれかのモータ制御装置の回生抵抗に回生電力が集中して損傷するのを防ぐようシステムコントローラやマスターモータ制御装置を備える構成が開示されている。これらシステムコントローラやマスターモータ制御装置は、各モータ制御装置の回生動作電圧レベルを調整することにより、それぞれの回生回路を互いに均等に動作させてモータ制御装置間における回生負荷消費量の格差を最小化する技術が開示されている。

特許第３５４７５９４号公報

上記従来技術では、各モータ制御装置で算出された回生負荷データをそれぞれ受信し、それらの比較によって各モータ制御装置の回生動作電圧レベルをそれぞれ調整するといった回生処理専用の制御をシステムコントローラや、マスターモータ制御装置に行わせる必要がある。システムコントローラは複数のモータ制御装置とは独立した専用の機器として設ける必要があり、マスターモータ制御装置は複数のモータ制御装置のうちの１台に他のモータ制御装置の管理も行わせるため特別に処理能力の高い構成となっていた。これら、独立したシステムコントローラや特別なマスターモータ制御装置を設けると、結果的にモータ制御システム全体が複雑になってしまう問題があった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、複数のモータ駆動装置の回生動作を集中管理するシステムコントローラやマスターモータ駆動装置を別途設けずとも簡易な構成で各回生抵抗の回生過負荷による損傷を防ぐことができる多軸モータ駆動システム及びモータ駆動装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、それぞれモータに接続され、当該モータからの回生電力を消費する回生電力消費部を備えた複数の駆動部と、を有し、前記複数の駆動部がそれぞれ同一の直流母線に接続している多軸モータ駆動システムであって、前記複数の駆動部は、それぞれ前記同一の直流母線の電圧に基づいて各前記回生電力消費部の作動の開始と停止を制御する回生制御部を有する多軸モータ駆動システムが適用される。

上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、モータに接続され、当該モータからの回生電力を消費する回生電力消費部を備え、他のモータ駆動装置と同一の直流母線に接続しているモータ駆動装置であって、前記同一の直流母線の電圧に基づいて前記回生電力消費部の作動の開始と停止を制御する回生制御部を有するモータ駆動装置が適用される。

本発明の多軸モータ駆動システム及びモータ駆動装置によれば、複数のモータ駆動装置の回生動作を集中管理するシステムコントローラやマスターモータ駆動装置を別途設けずとも簡易な構成で各回生抵抗の回生過負荷による損傷を防ぐことができる

一実施形態に係る多軸モータ駆動システムの全体のシステム構成を概略的に表す図である。 コンバータと１つのモータ駆動装置の組み合わせにおける回路構成を模式的に表す図である。 簡略化した多軸モータ駆動システムの回路構成と実施形態の回生制御部の制御内容を示すソフトウェアブロックを表す図である。 実施形態の回生制御処理を実現するために、モータ駆動装置のＣＰＵが実行する制御内容を表すフローチャートの一例である。 簡略化した多軸モータ駆動システムの回路構成と第１変形例の回生制御部の制御内容を示すソフトウェアブロックを表す図である。 第１変形例の回生制御処理を実現するために、モータ駆動装置のＣＰＵが実行する制御内容を表すフローチャートの一例である。 第２変形例において回生抵抗の抵抗値の大きい順で回生電力消費部の作動を開始させる手法を説明する図である。 第２変形例の回生制御処理を実現するために、モータ駆動装置のＣＰＵが実行する制御内容を表すフローチャートの一例である。

以下、一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

まず、図１を用いて、本実施形態に係る多軸モータ駆動システムの概略的な構成について説明する。図１に示すように、多軸モータ駆動システムＳは、３相交流電源１に接続する１つのコンバータ２と、複数のモータ駆動装置３と、それぞれモータ駆動装置３に接続するモータ４を備える。コンバータ２は、３相交流電源１から供給される交流電力を整流、平滑して直流電力に変換し、正極側のＰ線及び負極側のＮ線の２本１組からなる直流母線５に直流電力を出力する。複数のモータ駆動装置３は、それぞれ同一の直流母線５に接続して直流電力が供給され、特に図示しない上位制御装置から入力される制御指令に基づいてそれぞれ接続するモータ４の駆動を制御する。

なお、図示する例では各モータ４は回転型の３相交流モータであり、各モータ駆動装置３はコンバータ２から直流母線５を介して供給される直流電力を任意の振幅及び任意の周波数に変調した３相交流電力に変換し、接続する各モータ４のトルク、回転速度、回転位置を制御する。そして、それらモータ４が上位制御装置によって統合的に駆動されることで、いわゆるファクトリーオートメーションなどの多軸機械（特に図示せず）全体の駆動を制御する。モータ４は、当該モータの回転位置を検出するため、例えば特に図示しないエンコーダなどの位置検出器を備えている。また以下において、当該多軸モータ駆動システムＳはモータ駆動装置３及びモータ４を４組備える４軸構成の例で説明するとともに、各モータ駆動装置３がネットワーク６を介して相互に情報を送受可能となっている。なお、モータ駆動装置３が各請求項記載の駆動部に相当する。

次に、コンバータ２と１つのモータ駆動装置３との組み合わせにおける回路構成を図２に示す。なお、容量やパラメータなどに差があるものの、いずれのモータ駆動装置３も基本的な回路構成は同じである。

コンバータ２は、整流部１１と、平滑コンデンサ１２とを備えている。整流部１１は、６つのダイオード１３からなるダイオードブリッジであり、３相交流電源１からの交流電力を全波整流して直流母線５に出力する。平滑コンデンサ１２は、直流母線５間を渡すように接続され、上記整流部１１が全波整流した直流電力を平滑する。

モータ駆動装置３は、インバータ部２１と、インバータ駆動制御部２２と、回生電力消費部２３と、回生制御部２４とを備えている。

インバータ部２１は、例えばＩＧＢＴなどの半導体で構成する６つのアームスイッチング素子２５と、６つのダイオード２６とをブリッジ接続したデバイスである。詳しくは、アームスイッチング素子２５とフライホイールダイオード（ＦＷＤ）であるダイオード２６とを並列接続した回路を２つ直列に接続して１組とし、上記平滑コンデンサ１２に対して３組並列に接続した構成であり、各アームスイッチング素子２５はそれぞれインバータ駆動制御部２２からのゲート信号が入力されることで、平滑コンデンサ１２側の直流電力を各組の中間接続位置から３相交流モータ４の各相に対応して出力するようスイッチングする。また、例えば、モータ４の急減速時又は急停止時には、モータ４が発電機として動作するため、モータ４から直流母線５へ逆流する回生電力が発生する。すなわち、モータ４が発電機として動作した場合、回転（運動）エネルギーが回生電力（回生エネルギー）に変換され、モータ４からインバータ部２１のダイオード２６を経由し、直流母線５を介してコンバータ２内の直流回路に流れ込む。このインバータ部２１における回生電力の発生動作を、以下において回生発生動作という。

インバータ駆動制御部２２は、特に図示しないＣＰＵに実行させるソフトウェアで構成されており、図示しない上位制御装置からのモータ制御指令に基づいてモータ４に所望の電力を供給するようインバータ部２１の各アームスイッチング素子２５に対してそれぞれＰＷＭ制御に基づいたゲート信号を出力して制御する。

回生電力消費部２３は、例えば回生抵抗２７と作動スイッチ２８の直列回路であり、モータ駆動装置３内の直流母線５間を渡すように接続されている。作動スイッチ２８を接続する（ＯＮにする）ことで、上記回生発生動作により直流母線５に逆給電された回生電力を回生抵抗２７に流して消費させる。なお、作動スイッチ２８は、リレーなどの機械的なスイッチで構成してもよいし、耐電圧の高いトランジスタなどの電気的なスイッチで構成してもよい。

回生制御部２４は、特に図示しないＣＰＵに実行させるソフトウェアで構成されており、逆給電される回生電力の増加によって平滑コンデンサ１２が過充電されたり、直流母線電圧が過剰に昇圧することのないよう、回生電力消費部２３の作動の開始と停止（作動スイッチ２８のＯＮとＯＦＦ）を適宜制御する。

上記図１に示したように、複数のモータ駆動装置３はそれぞれ同一の直流母線５に対して並列に接続する関係にあるため、それぞれの回生電力消費部２３も互いに並列に接続する関係にあり、またそれらの作動も各回生制御部２４によって個別に制御される。各モータ駆動装置３の回生制御部２４は、それぞれで直流母線５の直流電圧Ｖｄｃを検出するともに、その他に回生制御に関係する情報をネットワーク６を介して相互に送受する。

基本的に各回生制御部２４は、平滑コンデンサ１２の過充電による損傷を防ぐことを目的として、直流母線５から検出した直流電圧Ｖｄｃが所定のしきい値を超えたタイミング（平滑コンデンサ１２が過充電となる前）で回生電力消費部２３の作動を開始させる。しかし、複数のモータ駆動装置３の間では、部品レベルのバランス差などによるハードウェア上の都合により、同一の直流母線５からの電圧検出値Ｖｄｃにどうしても誤差（バラツキ）が生じる。このため、各モータ駆動装置３における上記所定のしきい値がソフトウェア的に同一の値に設定されていても、必ずしも複数のモータ駆動装置３の回生電力消費部２３が同時に作動を開始しない場合が多くある。

この場合、最初に作動を開始した一つ（乃至少数）の回生電力消費部２３に回生電力が集中して消費されることで、コンバータ２における平滑コンデンサ１２の充電が停止し、直流母線５の電圧Ｖｄｃの上昇が止まる。そのため、他のモータ駆動装置３では検出した直流母線電圧Ｖｄｃがしきい値を超えずに回生電力消費部２３の作動を開始せず、既に作動を開始した回生電力消費部２３だけに回生負荷（回生電力）が集中してしまう。このようにして多くのモータ駆動装置３からの回生電力が一つ（乃至少数）の回生電力消費部２３に集中して給電された場合には、当該回生電力消費部２３の回生抵抗２７が回生過負荷となり損傷する可能性があった。

これに対して本実施形態の多軸モータ駆動システムＳでは、各モータ駆動装置３の回生制御部２４が、同一の直流母線５の電圧Ｖｄｃに基づいてそれぞれの回生電力消費部２３に過剰な回生負荷が集中しないよう作動の開始と停止を制御する。そのような回生負荷の集中を防ぐ具体的な手法としては、ネットワーク６を介したモータ駆動装置３どうしの相互監視により全ての回生電力消費部２３の作動を略同タイミングで開始させ、回生電力を各モータ駆動装置３の回生制御部２４に分散させて消費させる。

ここで、上記多軸モータ駆動システムＳの回路構成を簡略化して示す図３を参照し、本実施形態の例の回生制御部２４の制御内容を説明する。なお、回生制御部２４内は制御手順に対応したソフトウェアブロックで示す。本実施形態の例において各回生制御部２４は、それぞれ同一の直流母線電圧Ｖｄｃ０を検出し、ネットワーク６を介して相互に検出電圧Ｖｄｃ０、Ｖｄｃ１、Ｖｄｃ２、Ｖｄｃ３を送受して監視し合う。そして、それら検出電圧Ｖｄｃ０〜３の比較に基づいて自己の検出電圧Ｖｄｃ０そのものを補正（もしくは検出ゲイン調整などにより補正）することで、各回生制御部２４間の検出電圧Ｖｄｃ０′〜３′の誤差を最小化できる。なお、ネットワーク６で送受し合うのは補正後の検出電圧Ｖｄｃ０′〜３′である。このようにして、各回生制御部２４間で検出誤差の小さい検出電圧Ｖｄｃ０′と各回生制御部２４間で共通のしきい値Ｖｒｅｆとの比較により、各モータ駆動装置３の回生電力消費部２３を略同一のタイミングで作動開始させることができる。なお、上記のしきい値Ｖｒｅｆが各請求項記載の所定のしきい値に相当する。

以上のような機能を実現するために、ＣＰＵが回生制御部２４で実行する回生制御処理の内容を、図４により順を追って説明する。

図４において、このフローに示す処理は、所定の周期で呼び出されて繰り返し実行される。なお、各モータ駆動装置３の電源投入時には、いずれの回生電力消費部２３の作動スイッチ２８も一度ＯＦＦになっている必要がある。

まずステップＳ１０５で、直流母線電圧Ｖｄｃ０を検出する。ハードウェア的には、当該モータ駆動装置３の内部で直流母線に接続する直流電源ラインの電圧を検出する。

次にステップＳ１１０へ移り、ネットワーク６を介して他のモータ駆動装置３の回生制御部２４が検出（及び補正）し送信した直流母線電圧Ｖｄｃ１′、Ｖｄｃ２′、Ｖｄｃ３′を取得する。

次にステップＳ１１５へ移り、上記ステップＳ１０５で検出した自己の直流母線電圧Ｖｄｃ０（以下、検出電圧という）と、上記ステップＳ１１０で取得した他の直流母線電圧Ｖｄｃ１′〜３′（以下、取得電圧という）とを比較する。

次にステップＳ１２０へ移り、他の取得電圧Ｖｄｃ１′〜３′と比較して検出電圧Ｖｄｃ０が大きく相違しているか否かを判定する。言い換えると、同一の直流母線電圧に対して当該モータ駆動装置３だけが大きく異なる電圧値で検出しているか否かを判定する。検出電圧Ｖｄｃ０が大きく相違している場合、判定が満たされ、ステップＳ１２５へ移る。

ステップＳ１２５では、検出電圧Ｖｄｃ０と取得電圧Ｖｄｃ１′〜３′との差に基づいて、検出電圧Ｖｄｃ０そのものの補正、もしくは当該回生制御部２４における直流母線電圧の検出ゲインに対する適宜の調整を行う。

次にステップＳ１３０へ移り、補正後の検出電圧Ｖｄｃ０′をネットワーク６を介して他のモータ駆動装置３へ送信する。そして、次のステップＳ１４０へ移る。

一方、上記ステップＳ１２０の判定において、検出電圧Ｖｄｃ０が他の取得電圧Ｖｄｃ１′〜３′と大きく相違していない場合、判定は満たされず、ステップＳ１３５へ移る。

ステップＳ１３５では、検出電圧Ｖｄｃ０をそのままネットワーク６を介して他のモータ駆動装置３へ送信する。そして、次のステップＳ１４０へ移る。

ステップＳ１４０では、検出電圧Ｖｄｃ０又は補正後の検出電圧Ｖｄｃ０′が、所定のしきい値Ｖｒｅｆより高いか否かを判定する。このしきい値Ｖｒｅｆは、例えばコンバータ２の平滑コンデンサ１２にとって過充電となるより少し低い電圧値に設定される。検出電圧Ｖｄｃ０（Ｖｄｃ０′）がしきい値Ｖｒｅｆ以下である場合、判定は満たされず、このままこのフローを終了する。

一方、検出電圧Ｖｄｃ０（Ｖｄｃ０′）がしきい値Ｖｒｅｆを超えている場合、判定が満たされ、ステップＳ１４５へ移る。

ステップＳ１４５では、当該モータ駆動装置３の回生電力消費部２３の作動スイッチ２８をＯＮにする。そして、このフローを終了する。

以上において、ステップＳ１０５の手順が各請求項記載の電圧検出部として機能し、ステップＳ１４０及びステップＳ１４５の手順が各請求項記載の第１通常開始部として機能し、ステップＳ１２５の手順が各請求項記載の検出補正部として機能する。

以上説明したように、本実施形態の多軸モータ駆動システムＳ及びモータ駆動装置３によれば、各モータ駆動装置３が、直流母線５の電圧Ｖｄｃに基づいて各回生電力消費部２３のそれぞれに過剰な回生負荷が集中しないよう各回生電力消費部２３の作動の開始と停止を制御する回生制御部２４を有している。この結果、各回生電力消費部２３の作動を集中管理する上位装置やマスターサーボ（特別駆動装置）を別途設けずとも簡易な構成で各回生電力消費部２３の回生過負荷による損傷を防ぐことができる。

また、本実施形態によれば、各モータ駆動装置３がそれぞれ備える回生制御部２４は、全ての回生電力消費部２３の作動を略同タイミングで開始させる。これにより、一つ乃至少数の回生電力消費部２３に回生負荷を集中させることなく、全ての回生電力消費部２３に分散させて回生電力を消費できるため、回生電力消費部２３の回生過負荷による損傷を防ぐことができる。

また、本実施形態によれば、各モータ駆動装置３の回生制御部２４が個別に上記ステップＳ１０５の手順で同一の直流母線電圧Ｖｄｃ０を検出し、上記ステップＳ１４０及びステップＳ１４５の手順でその検出電圧Ｖｄｃ０と各モータ駆動装置３で共通の所定のしきい値Ｖｒｅｆとの比較により当該モータ駆動装置３の回生電力消費部２３の作動を開始させる。その一方で、各モータ駆動装置３の回生制御部２４が上記ステップＳ１２５の手順で相互に検出電圧Ｖｄｃ０〜３を監視し合い自己の検出電圧Ｖｄｃ０を補正（もしくは検出ゲインなどを調整）することで、各モータ駆動装置３間の検出電圧Ｖｄｃ０〜３の誤差を最小化できる。これにより全ての回生電力消費部２３をほぼ同じタイミングで作動させ、回生電力をそれらに分散させて消費できるため、各回生電力消費部２３の回生過負荷による損傷を防ぐことができる。

なお、上記実施形態では、各モータ駆動装置３の回生制御部２４が相互に補正後の検出電圧Ｖｄｃ０′〜３′を監視し合い、それらの比較に基づいて自己の検出電圧Ｖｄｃ０を補正することで同一の直流母線５の電圧Ｖｄｃに対する各回生制御部２４間の検出電圧Ｖｄｃ０′〜３の誤差を最小化していた。そして各回生制御部２４がソフトウエア的に同一の値に設定しているしきい値Ｖｒｅｆとの比較により、各モータ駆動装置３の回生電力消費部２３を略同一のタイミングで作動開始させていた。

しかし、本発明はこれに限られず、それぞれの検出電圧Ｖｄｃ０を補正する代わりにそれぞれのしきい値Ｖｒｅｆを適正に補正することで、各モータ駆動装置３の回生電力消費部２３を略同一のタイミングで作動開始させてもよい。この場合には、例えば、各回生制御部２４はネットワーク６を介して何も補正していない検出電圧Ｖｄｃ０〜３を送受し合う。これらは同一の直流母線の電圧Ｖｄｃに対するそれぞれの検出電圧Ｖｄｃ０〜３であるため、それを前提としてそれらの比較に基づき、各回生制御部２４が略同一のタイミングで回生電力消費部２３を作動開始できるよう適宜それぞれ独自のしきい値Ｖｒｅｆ０を補正すればよい。または、各回生制御部２４がそれぞれ独自のしきい値Ｖｒｅｆ０〜３も併せて送受し合い、それぞれの検出電圧Ｖｄｃ０〜３としきい値Ｖｒｅｆ０〜３との関係性から補正してもよい。

また、上記実施形態では、複数のモータ駆動装置３が１つのコンバータ２をそれぞれの電源部として共用する構成であったが、本発明はこれに限られない。本発明では複数のモータ駆動装置３が同一の直流母線で接続されていればよく、例えば、各モータ駆動装置３それぞれ独自にコンバータ等の電源部を備えていたり、別途バッテリーなどの外部電源を追加的に接続している構成としてもよい。

なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を順を追って説明する。

（１）他のモータ駆動装置における回生電力消費部の作動開始を推定する場合
上記実施形態においては、複数のモータ駆動装置３の回生制御部２４がそれぞれ同一の直流母線５から検出した電圧値Ｖｄｃ０′〜３′を監視し合い、それらの間の誤差を最小化するよう自己の検出電圧Ｖｄｃ０を補正することで全ての回生電力消費部２３の作動を略同タイミングで開始させていた。本発明はこれに限られず、例えば各モータ駆動装置３がそれぞれ他のモータ駆動装置３における回生電力消費部２３の作動開始を推定し、いずれか一つでも作動を開始したと推定した際に自己の回生電力消費部２３の作動を開始するようにしてもよい。

上記図３に対応する図５を参照し、本変形例の回生制御部２４Ａの制御内容を説明する。本変形例において各回生制御部２４Ａは、それぞれ２つの開始判定を並行して行う。第１の開始判定では、単純に直流母線５からの検出電圧Ｖｄｃ０と共通のしきい値Ｖｒｅｆとを比較し、検出電圧Ｖｄｃ０がしきい値Ｖｒｅｆを超えた際に回生電力消費部２３の作動を開始させる。

第２の開始判定では、ネットワーク６を介して取得した他のモータ駆動装置３Ａのモータ速度ＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３と上記の検出電圧Ｖｄｃ０とに基づいて他のモータ駆動装置３Ａにおける回生電力消費部２３の作動開始を推定し、いずれか１つでも作動開始を推定した際に自己の回生電力消費部２３も作動を開始させる。このために本変形例では、当該モータ駆動装置３Ａに接続するモータの速度ＦＢ０を検出するための速度検出器７を備え、この検出速度ＦＢ０をそのままネットワーク６を介して他のモータ駆動装置３Ａに送信する。なお、検出速度ＦＢ０の代わりに、モータ４が備える位置検出器の回転位置検出信号を、各モータ駆動装置３Ａが内部で差分演算したモータ速度を用いてもよい。また、各モータ駆動装置３Ａが内部で生成する速度指令、もしくは特に図示しない上位装置からの速度指令を用いてもよい。

他のいずれかのモータ駆動装置３Ａの検出速度ＦＢ１の時間変化からそのモータ駆動装置３Ａに接続するモータ４が減速中又は急停止の状態にあると判別した場合には、その時点でそのモータ４が回生電力を発生している回生発生動作の状態にあることが推定される。さらに、検出電圧Ｖｄｃ０が通常電圧（例えば、全てのモータ駆動装置３Ａが回生発生動作せずに作動している間に直流母線５で最低限維持されると考えられる電圧）より低い場合には、その時点で上記モータ駆動装置３Ａの回生電力消費部２３が作動を開始して直流母線５の電圧を下げていることが推定される。このように各モータ駆動装置３Ａにおける第２の開始判定では、他のモータ駆動装置３Ａのいずれか１つでも回生電力消費部２３の作動を開始したことを推定した場合にそれぞれ自己のモータ駆動装置３Ａの回生電力消費部２３に対しても作動を開始させる。

このようにして各モータ駆動装置３Ａの回生制御部２４Ａが上記の第１、第２の開始判定を並行して行うことで、全ての回生電力消費部２３が略同タイミングで作動を開始できる。

以上のような機能を実現するために、ＣＰＵが回生制御部２４Ａで実行する回生制御処理の内容を、図６により順を追って説明する。

図６のフローに示す処理においても、上記図４のフローの場合と同様に、所定の周期で呼び出されて繰り返し実行される。また、各モータ駆動装置３Ａの電源投入時には、いずれの回生電力消費部２３の作動スイッチ２８も一度ＯＦＦになっている必要がある。

まずステップＳ２０５で、モータ速度ＦＢ０を検出する。ハードウェア的には、当該モータ駆動装置３Ａに接続するモータ４に設けられた例えばタコジェネなどの速度検出器７からモータ速度ＦＢ０を検出する。

次にステップＳ２１０へ移り、上記ステップＳ２０５で検出したモータ速度ＦＢ０をネットワーク６を介して他のモータ駆動装置３Ａに送信する。

次にステップＳ２１５へ移り、直流母線電圧Ｖｄｃ０を検出する（上記実施形態のステップＳ１０５と同様）。

次にステップＳ２２０へ移り、上記ステップＳ２１５で検出した検出電圧Ｖｄｃ０が所定のしきい値Ｖｒｅｆより高いか否かを判定する（しきい値Ｖｒｅｆは上記実施形態のステップＳ１４０のものと同等）。検出電圧Ｖｄｃ０がしきい値Ｖｒｅｆより大きい場合、判定が満たされ、ステップＳ２２５へ移る。

ステップＳ２２５では、当該モータ駆動装置３Ａの回生電力消費部２３の作動スイッチ２８をＯＮにする。そして、このフローを終了する。

一方、上記ステップＳ２２０の判定において、検出電圧Ｖｄｃ０がしきい値Ｖｒｅｆ以下である場合、判定は満たされず、ステップＳ２３０へ移る。

ステップＳ２３０では、ネットワーク６を介して他のモータ駆動装置３Ａの回生制御部２４Ａが検出し送信したモータ速度ＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３を取得する。

次にステップＳ２３５へ移り、上記ステップＳ２３５で取得した他のモータ速度ＦＢ１〜３の時間変化に基づいて、それらのモータ４のうちいずれか１つでも減速状態又は急停止状態にあるか否かを判定する。言い換えると、複数のモータ駆動装置３Ａのうちいずれか１つでも回生発生動作の状態にあるか否かを判定する。いずれのモータ速度ＦＢ１〜３からも減速状態、急停止状態ではないことが推定される場合、判定は満たされず、そのままこのフローを終了する。

一方、モータ速度ＦＢ１〜３のいずれか１つでも減速状態又は急停止状態であることが推定された場合、判定が満たされ、ステップＳ２４０へ移る。

ステップＳ２４０では、上記ステップＳ２１５で検出した直流母線電圧Ｖｄｃ０が所定のしきい値Ｖｌｏｗより低いか否かを判定する。このしきい値Ｖｌｏｗは、例えばいずれかの回生電力消費部２３が作動を開始して回生電力を消費しない限り成し得ない程度に低い直流母線電圧の値に設定される。検出電圧Ｖｄｃ０がこのしきい値Ｖｌｏｗ以上である場合、判定は満たされず、このままフローを終了する。この場合には、回生電力が平滑コンデンサ１２を充電している最中であることが予想される。

一方、検出電圧Ｖｄｃ０がこのしきい値Ｖｌｏｗより低い場合、判定が満たされ、ステップＳ２２５へ移る。この場合には、他のいずれかのモータ駆動装置３Ａの回生電力消費部２３が作動を開始していることが推定される。そして当該モータ駆動装置３Ａの回生電力消費部２３の作動スイッチ２８をＯＮにし、このフローを終了する。

以上において、ステップＳ２１５の手順が各請求項記載の電圧検出部として機能し、ステップＳ２２０及びステップＳ２２５の手順が各請求項記載の第１通常開始部として機能し、ステップＳ２０５の手順が各請求項記載の速度検出部として機能し、ステップＳ２３５、ステップＳ２４０、及びステップＳ２２５の手順が各請求項記載の第１推定開始部として機能する。

以上説明したように、本変形例の多軸モータ駆動システムＳＡ及びモータ駆動装置３Ａにおいても、上記実施形態と同様に全ての回生電力消費部２３を略同タイミングで作動開始させることができる。これにより、回生電力をそれらに分散させて消費できるため、各回生電力消費部２３の回生過負荷による損傷を防ぐことができる。

（２）各回生電力消費部を回生容量の大きい順に作動開始させる場合
上記実施形態及び上記第１変形例においては、全ての回生電力消費部２３を略同タイミングで作動開始させることで、各回生電力消費部２３の回生過負荷による損傷を防止していた。本発明はこれに限られず、例えば各回生電力消費部２３をその回生容量の大きい順に作動開始させるようにしてもよい。なお、以下における回生容量の具体的な例として回生抵抗２７の抵抗値の大きさを挙げるが、それ以外にも同等の回生電力に対する消費能力を回生容量としてもよい。

回生電力消費部２３の回生容量が十分に大きい場合には、回生負荷の大きさがその回生容量の定格値に近づいてもコンバータ２の平滑コンデンサ１２に少しずつ再充電させて直流母線電圧Ｖｄｃをある程度上昇させるまで当該回生抵抗２７を損傷させることがない。つまり、回生電力消費部２３はその回生容量が大きいほど回生負荷の急激な変化に対する耐久性が高い。

一般的には、モータ駆動装置３Ｂ自体の駆動容量が大きい（駆動するモータ４の容量が大きい）ほど、当該モータ駆動装置３Ｂが備える回生電力消費部２３もそれに対応して大きい回生容量のものが使用される。多軸モータ駆動システムＳＢに駆動容量が異なるモータ駆動装置３Ｂ、回生電力消費部２３が混在し、最初に回生容量の小さい回生電力消費部２３が作動を開始した場合には、集中する回生負荷がすぐにその回生容量を超えて損傷させてしまう。

これに対して、図７に示すように、各回生電力消費部２３を回生容量の大きい順（回生抵抗２７の抵抗値の大きい順）で作動を開始させるようそれぞれの開始タイミングを最適化させることで、回生負荷の増加に応じて作動させる回生電力消費部２３全体の回生容量も適切に増加させることができる。この手法によっても、特定の回生電力消費部２３の回生過負荷による損傷を防ぐことができる。

図７を参照し、本変形例の回生制御部２４Ｂの制御内容を説明する。なお、紙面の都合により回生制御部２４Ｂそのものの図示は省略されている。本変形例において各回生制御部２４Ｂは、個別に同一の直流母線電圧を検出し、その検出電圧Ｖｄｃ０と独自のしきい値Ｖｖａｌ０との比較により当該モータ駆動装置３Ｂの回生電力消費部２３の作動を開始させる。ここで、独自のしきい値Ｖｖａｌ０とは、各回生制御部２４Ｂが個別に変更可能に記憶するしきい値であり、基本的にはそれぞれの工場出荷時に同一の値に初期設定される。またその一方で、当該モータ駆動装置３Ｂの回生電力消費部２３の作動中にその回生負荷が当該回生電力消費部２３の回生容量に近似した場合にはネットワーク６を介して警告信号を出力し、各モータ駆動装置３Ｂが相互に警告信号を監視し合う。

最初に回生容量の小さい回生電力消費部２３が作動を開始した場合には、集中する回生負荷がすぐにその回生容量に近似して当該モータ駆動装置３Ｂの回生制御部２４Ｂが警告信号を出力する。各モータ駆動装置３Ｂの回生制御部２４Ｂが、他のモータ駆動装置３Ｂのいずれか一つでも警告信号を出力したことを検出した場合にそれぞれ自己の回生電力消費部２３の作動を開始させることで、全ての回生電力消費部２３の作動を開始できる。ここで、警告信号を出力したモータ駆動装置３Ｂにおいて、当該回生電力消費部２３の作動を停止するとともに、独自のしきい値Ｖｖａｌ０に所定の補正値ΔＶｖａｌ（＞０）を加算して補正する。つまり回生容量の小さい回生電力消費部２３ほどその作動の開始タイミングを遅らせることができる。このような全体の回生消費動作を繰り返すことで、各回生電力消費部２３をそれらの回生容量の大きい順で作動を開始させるようそれぞれの開始タイミングを最適化させることができる。

例えば、最初に回生容量の小さい回生電力消費部２３が作動を開始した場合には、上述したように集中する回生負荷がすぐにその回生容量を超えて損傷させてしまう。しかし、最初に回生容量の大きい回生電力消費部２３が作動を開始した場合には、回生負荷がその回生容量に近づくまで比較的長い時間を要し、また上述したように回生負荷が回生容量に近づいてもその間に直流母線電圧Ｖｄｃをまたある程度上昇させることができるため次の回生電力消費部２３の作動を開始させることができる。これにより、各回生電力消費部２３をそれらの回生容量の大きい順で作動を開始させることで、回生負荷の増加に応じて作動させる回生電力消費部２３全体の回生容量も適切に増加させることができ、回生電力消費部２３の回生過負荷による損傷を防ぐことができる。

以上のような機能を実現するために、ＣＰＵが回生制御部２４Ｂで実行する回生制御処理の内容を、図８により順を追って説明する。

図８のフローに示す処理においても、上記図４、図６のフローの場合と同様に、所定の周期で呼び出されて繰り返し実行される。また上述したように、各モータ駆動装置３Ｂの工場出荷時には、いずれの回生制御部２４Ｂにおける独自のしきい値Ｖｖａｌ０も同一の値に初期設定されている必要がある。

まずステップＳ３０５で、回生電力消費部２３の作動スイッチ２８が既にＯＮ状態となっているか否かを判定する。その時点で作動スイッチ２８がＯＮ状態となっている場合、判定が満たされ、ステップＳ３３５へ移る。

一方、その時点で作動スイッチ２８がＯＦＦ状態となっている場合、判定は満たされず、ステップＳ３１０へ移る。

ステップＳ３１０では、直流母線電圧Ｖｄｃ０を検出する（上記実施形態のステップＳ１０５、ステップＳ２１５と同様）。

次にステップＳ３１５へ移り、上記ステップＳ３１０で検出した検出電圧Ｖｄｃ０が独自のしきい値Ｖｖａｌ０より高いか否かを判定する。検出電圧Ｖｄｃ０が独自のしきい値Ｖｖａｌ０以下である場合、判定は満たされず、ステップＳ３２０へ移る。

ステップＳ３２０では、ネットワーク６を介して他のモータ駆動装置３Ｂから警告信号が送信されていないか確認する。

次にステップＳ３２５へ移り、上記ステップＳ３２０での確認で、いずれか１つのモータ駆動装置３Ｂからでも警告信号の送信が確認されたか否かを判定する。警告信号が全く確認されていない場合、判定は満たされず、そのままこのフローを終了する。

一方、いずれか１つのモータ駆動装置３Ｂからでも警告信号の送信が確認された場合、判定が満たされ、ステップＳ３３０へ移る。

また一方、上記ステップＳ３１５の判定において、検出電圧Ｖｄｃ０が独自のしきい値Ｖｖａｌ０より高い場合、判定が満たされ、ステップＳ３３０へ移る。

ステップＳ３３０では、当該モータ駆動装置３Ｂの回生電力消費部２３の作動スイッチ２８をＯＮにする。

次にステップＳ３３５へ移り、上記ステップ３１０で検出した検出電圧Ｖｄｃ０が独自のしきい値Ｖｖａｌ０より高い時間を計測して、それを回生負荷とみなして当該回生電力消費部２３の回生容量より十分に小さいか否かを判定する。言い換えると、回生負荷が当該回生容量に近似しているか否かを判定する。検出電圧Ｖｄｃ０が当該回生電力消費部２３の回生容量より十分小さい場合、判定が満たされ、そのままこのフローを終了する。

一方、検出電圧Ｖｄｃ０が当該回生電力消費部２３の回生容量に近似している場合、判定は満たされず、ステップＳ３４０へ移る。

ステップＳ３４０では、当該モータ駆動装置３Ｂの回生電力消費部２３の作動スイッチ２８をＯＦＦにする。

次にステップＳ３４５へ移り、ネットワーク６を介して他のモータ駆動装置３Ｂに警告信号を送信する。

次にステップＳ３５０へ移り、独自のしきい値Ｖｖａｌ０に所定の補正値ΔＶｖａｌ（＞０）を加算して増加するよう補正する。そして、このフローを終了する。

以上において、ステップＳ３０５の手順が各請求項記載の電圧検出部として機能し、ステップＳ３１５、ステップＳ３３０の手順が各請求項記載の第２通常開始部として機能し、ステップＳ３４５の手順が各請求項記載の警告出力部として機能し、ステップＳ３４０、ステップＳ３５０の手順が各請求項記載の警告後処理部として機能し、ステップＳ３２０、ステップＳ３２５、及びステップＳ３３０の手順が各請求項記載の警告開始部として機能する。

以上説明したように、本変形例の多軸モータ駆動システムＳＢ及びモータ駆動装置３Ｂにおいては、各回生電力消費部２３をそれらの回生容量の大きい順で作動を開始させるそれぞれの開始タイミングを最適化させることができる。またこれにより、回生負荷の増加に応じて作動させる回生電力消費部２３全体の回生容量も適切に増加させることができ、回生過負荷による特定の回生電力消費部２３の損傷を防ぐことができる。

なお、この本変形例の場合には、各モータ駆動装置３Ｂの間で送受する信号が単純なオン・オフ信号で構成可能な警告信号だけであり、各モータ駆動装置３Ｂが他の複数のモータ駆動装置３Ｂのいずれか１つからでも警告信号が送信されたことを検出できるよう相互に信号線が接続されていればよい。そのため、特定形態の数値データをノード間で相互に送受するような高度な構成のネットワーク（例えばＥＴＨＥＲＮＥＴ（登録商標）やＭＥＣＨＡＴＲＯＬＩＮＫ（登録商標）などの規格に準拠するネットワーク）などを用いずとも、簡易な信号線で接続してもよい。この場合、多軸モータ駆動システムＳＢ全体の構成を簡素化できる効果もある。

なお、上記実施形態及び各変形例では、モータ４について例に挙げた回転型モータに適用する以外にも、直動型のリニアモータへの適用も可能である。
また、コンバータ２は、３相交流電源１から交流電力を供給される例を挙げたが、単相
交流電源から交流電力を供給されてもよい。

以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。その他、一々例示はしないが、上記実施形態や各変形例は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

１ ３相交流電源
２ コンバータ
３、３Ａ、３Ｂ モータ駆動装置（駆動部）
４ モータ
５ 直流母線
６ ネットワーク
７ 速度検出器
１１ 整流部
１２ 平滑コンデンサ
２１ インバータ部
２２ インバータ駆動制御部
２３ 回生電力消費部
２４、２４Ａ、２４Ｂ 回生制御部
２７ 回生抵抗
２８ 作動スイッチ
Ｓ、ＳＡ、ＳＢ 多軸モータ駆動システム

Claims (9)

1. それぞれモータに接続され、当該モータからの回生電力を消費する回生電力消費部を備えた複数の駆動部と、を有し、
   前記複数の駆動部がそれぞれ同一の直流母線に接続している多軸モータ駆動システムであって、
   前記複数の駆動部は、それぞれ前記同一の直流母線の電圧に基づいて各前記回生電力消費部の作動の開始と停止を制御する回生制御部を有する
   ことを特徴とする多軸モータ駆動システム。
2. 各前記回生制御部は、
   全ての前記回生電力消費部の作動を略同タイミングで開始させる
   ことを特徴とする請求項１記載の多軸モータ駆動システム。
3. 前記複数の駆動部がそれぞれ備える前記回生制御部は、
   前記同一の直流母線の電圧を検出する電圧検出部と、
   前記電圧検出部の検出電圧が各前記駆動部共通の所定のしきい値を超えた場合に当該駆動部の前記回生電力消費部の作動を開始させる第１通常開始部と、
   当該駆動部以外の他の前記駆動部の前記電圧検出部の検出電圧と、当該駆動部の前記電圧検出部の検出電圧との比較に基づいて、当該駆動部の前記電圧検出部の検出電圧を補正する検出補正部と、
   を有することを特徴とする請求項２記載の多軸モータ駆動システム。
4. 前記複数の駆動部がそれぞれ備える前記回生制御部は、
   前記同一の直流母線の電圧を検出する電圧検出部と、
   前記電圧検出部の検出電圧が各前記駆動部の独自のしきい値を超えた場合に当該駆動部の前記回生電力消費部の作動を開始させる第２通常開始部と、
   当該駆動部以外の他の前記駆動部の前記電圧検出部の検出電圧と、当該駆動部の前記電圧検出部の検出電圧との比較に基づいて、当該駆動部の前記独自のしきい値を補正するしきい値補正部と、
   を有することを特徴とする請求項２記載の多軸モータ駆動システム。
5. 前記複数の駆動部がそれぞれ備える前記回生制御部は、
   前記同一の直流母線の電圧を検出する電圧検出部と、
   前記電圧検出部の検出電圧が各前記駆動部共通の所定のしきい値を超えた場合に当該駆動部の前記回生電力消費部の作動を開始させる第１通常開始部と、
   当該駆動部に接続するモータの速度を検出する速度検出部と、
   当該駆動部以外の他の前記駆動部の前記速度検出部の検出速度と、当該駆動部の前記電圧検出部の検出電圧とに基づいて、前記他の駆動部のいずれか一つでも前記回生電力消費部の作動を開始していると推定した場合に当該駆動部の前記回生電力消費部の作動を開始させる第１推定開始部と、
   を有することを特徴とする請求項２記載の多軸モータ駆動システム。
6. 前記複数の駆動部がそれぞれ備える前記回生制御部は、
   前記同一の直流母線の電圧を検出する電圧検出部と、
   前記電圧検出部の検出電圧が各前記駆動部共通の所定のしきい値を超えた場合に当該駆動部の前記回生電力消費部の作動を開始させる第１通常開始部と、
   当該駆動部に接続するモータに対して実行する速度指令を取得する速度指令取得部と、
   当該駆動部以外の他の前記駆動部の前記速度指令取得部が取得した前記速度指令と、当該駆動部の前記電圧検出部の検出電圧とに基づいて、前記他の駆動部のいずれか一つでも前記回生電力消費部の作動を開始していると推定した場合に当該駆動部の前記回生電力消費部の作動を開始させる第２推定開始部と、
   を有することを特徴とする請求項２記載の多軸モータ駆動システム。
7. 前記回生制御部は、
   各前記回生電力消費部の回生容量の大きい順で作動を開始させるようそれぞれの開始タイミングを最適化させる
   ことを特徴とする請求項１記載の多軸モータ駆動システム。
8. 前記複数の駆動部がそれぞれ備える前記回生制御部は、
   前記同一の直流母線の電圧を検出する電圧検出部と、
   前記電圧検出部の検出電圧が当該駆動部の独自のしきい値を超えた場合に当該駆動部の前記回生電力消費部の作動を開始させる第２通常開始部と、
   前記回生電力消費部の回生負荷が当該回生電力消費部の回生容量に近似した場合に警告信号を出力する警告出力部と、
   前記警告出力部が警告信号を出力した後に当該回生電力消費部の作動を停止して前記独自のしきい値に所定の補正値を加算する警告後処理部と、
   当該駆動部以外の他の前記駆動部のいずれか一つでも警告信号を出力したことを検出した場合に当該駆動部の前記回生電力消費部の作動を開始させる警告開始部と、
   を有することを特徴とする請求項７記載の多軸モータ駆動システム。
9. モータに接続され、当該モータからの回生電力を消費する回生電力消費部を備え、他のモータ駆動装置と同一の直流母線に接続しているモータ駆動装置であって、
   前記同一の直流母線の電圧に基づいて前記回生電力消費部の作動の開始と停止を制御する回生制御部を有する
   ことを特徴とするモータ駆動装置。
   

Images