JP2018186625A - 残留電荷消費制御部を有するモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】交流電源から切り離された際のＤＣリンクコンデンサの残留電荷を、迅速かつ低コストで除去するモータ駆動装置を実現する。
【解決手段】モータ駆動装置１は、交流電源３から入力される交流を直流に変換し、ＤＣリンクへ出力する順変換器１１と、ＤＣリンクに設けられたＤＣリンクコンデンサ１２と、各々がモータ２−ｎごとに設けられ、ＤＣリンクにおける直流を交流に変換し、対応するモータ２−ｎへ出力する複数の逆変換器１３−ｎと、各モータ２−ｎについての温度を検出する温度検出部１４と、交流電源３と順変換器１１との間の電路を開閉する開閉部１５と、開閉部１５が電路を開路して交流電源３から順変換器１１への交流の入力が遮断されたとき、温度検出部１４が検出したモータの温度に関する情報に応じて、複数の逆変換器１３−ｎのうちの少なくとも１つに対して、無効電流を出力するよう制御する残留電荷消費制御部１６とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、残留電荷消費制御部を有するモータ駆動装置に関する。

工作機械やロボットなどを含む機械に設けられたモータを駆動するモータ駆動装置においては、交流電源から入力される交流を順変換器にて直流に一旦変換したのちさらに逆変換器にて交流に変換し、この交流の電力を駆動軸ごとに設けられたモータの駆動電力として用いている。複数の駆動軸に対応してそれぞれ設けられる各モータに個別に駆動電力を供給してモータを駆動制御するために、逆変換器は、例えばモータの台数と同数台設けられる。一方、順変換器は、コスト低減や占有スペース低減を目的として、複数の逆変換器に対して１台が設けられることが多い。

順変換器の直流出力側と逆変換器の直流入力側とを接続するＤＣリンクには、ＤＣリンクコンデンサが設けられる。ＤＣリンクコンデンサは、逆変換器が交流電力を生成するために用いられる直流電力を蓄積する機能、及び順変換器の直流出力の脈動分を抑える機能を有する。

一般に工作機械においては、加工終了後や異常発生時にモータ駆動装置が交流電源から切り離された際は、作業員の感電を防ぐために、ＤＣリンクコンデンサに蓄積された残留電荷をできるだけ早く除去することが望まれる。例えばプレス機は、プレス動作を行う際に発生する最大消費電力が非常に大きく、交流電源側の電源設備の容量不足が問題になることがある。そこで、プレス機におけるモータ駆動装置では、電力の出し入れを行うＤＣリンクコンデンサ（「コンデンサバンク」とも称される）を大容量のもので構成し、プレス機が電力を消費する場合はＤＣリンクコンデンサから電力を供給することで、交流電源側の電源設備に対する電力ピークを低減させることがある。プレス機で用いられる大容量のＤＣリンクコンデンサには膨大なエネルギーが蓄えられており特に危険であるので、残留電荷は一刻も早く除去することが望まれている。

モータ駆動装置が交流電源から切り離された後のＤＣリンクコンデンサの残留電荷を除去する方法としては、例えば、自然放電によるものがある。また、一般にＤＣリンクコンデンサが含まれるモータ駆動装置においては、モータ駆動装置によるモータの駆動開始前までにＤＣリンクコンデンサを初期充電するための初期充電回路が設けられるが、この初期充電回路内の抵抗（「充電抵抗」とも称される）を用いて、ＤＣリンクコンデンサの残留電荷を熱エネルギーとして消費する方法もある。また、別途設けられた放電回路内の放電抵抗を用いて、ＤＣリンクコンデンサの残留電荷を熱エネルギーとして消費する方法もある。

例えば、直流電源と、一対の入力端子を有して且つ該一対の入力端子を介して前記直流電源と接続される電力変換回路と、該電力変換回路の一対の入力端子間に接続されるコンデンサと、前記一対の入力端子間の電圧を検出する電圧検出回路とを備えるシステムに適用され、前記電圧検出回路と前記一対の入力端子のそれぞれとを接続する一対の電気経路と、前記電気経路に設けられて且つ前記入力端子の電位及び基準となる電位の電位差を分圧する複数の抵抗体の直列接続体と、前記一対の電気経路間を接続する接続経路と、前記接続経路に設けられて且つ該接続経路を開閉する電子制御式の開閉手段と、前記開閉手段を開閉操作する操作手段とを備え、前記電圧検出回路は、前記複数の抵抗体の直列接続体によって分圧された前記電位差に基づき、前記一対の入力端子間の電圧を検出し、前記接続経路は、前記操作手段によって前記開閉手段が閉状態とされる場合に、前記コンデンサ及び前記接続経路からなる閉ループ回路に前記複数の抵抗体の少なくとも１つが含まれるように前記一対の電気経路間に接続されていることを特徴とするコンデンサの放電回路が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

例えば、２個の汎用モータに対応してそれぞれ設けられ、前記汎用モータを駆動制御するインバータを備えたインバータ制御駆動装置であって、前記インバータは、交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、該コンバータ部からの出力電圧を平滑するコンデンサ部と、該コンデンサ部により平滑された直流電圧を三相交流に変換し、前記汎用モータに出力する出力ブリッジ部と、前記コンバータ部とコンデンサ部の間に接続された突入電流抑制抵抗部と、該突入電流抑制抵抗部に並列接続された第一スイッチと、前記汎用モータのうちの一方の汎用モータのコンデンサ部と他方の汎用モータのコンデンサ部を並列接続させ、該並列回路内の一方の汎用モータのコンデンサ部と他方の汎用モータのコンデンサ部の間に接続された第二スイッチと、前記第二スイッチが設けられた並列回路に放電抵抗が並列接続され、該放電抵抗が設けられた並列回路に接続された第三スイッチと、を設け、前記第一スイッチは、該第一スイッチが接続されている前記汎用モータのコンデンサ部のコンデンサ電圧が第一規定電圧に達することによりＯＦＦからＯＮに切り替わり、前記第二スイッチは、２つの前記汎用モータのコンデンサ部のコンデンサ電圧が第一規定電圧より高い第二規定電圧に達することによりＯＦＦからＯＮに切り替わり、その後ＯＮを継続し、前記第三スイッチは、前記第二スイッチがＯＦＦからＯＮに切り替えられた後にＯＦＦからＯＮに切り替えられることを特徴とするインバータ制御駆動装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

例えば、モータの駆動時に、偏差取得手段で取得した偏差に基づいて、電源からの電力をモータに供給することによりモータを駆動する駆動手段と、モータの制動時に、前記モータの回転数が基準値より大きいときに前記モータが発生するエネルギーを電源に回生する電力回生手段と、前記モータの回転数が基準値未満のときに前記モータが発生するエネルギーを熱に変換する熱回生手段と、を備える回生手段と、から構成されるモータ駆動制御装置が知られている（例えば、特許文献３参照。）。

特開２０１３−０３８８９４号公報 特開２０１１−１３９６２０号公報 特開２００７−２７４８６７号公報

モータ駆動装置の動作終了後や異常発生時に、モータ駆動装置が交流電源から切り離された際は、作業員の感電を防ぐために、ＤＣリンクコンデンサの残留電荷をできるだけ早く除去することが望まれる。

ＤＣリンクコンデンサの残留電荷を自然放電により除去する方法は、放電完了までに時間がかかり（例えば数十分）、放電期間中は、作業員は、モータ駆動装置及びこれを含む機械の保守や異常に対する対応に取り掛かることができず、作業効率が悪いという問題がある。特に、大容量のＤＣリンクコンデンサが用いられるプレス機では、放電完了までに要する時間は非常に長く、また、大容量ゆえ放電期間中に作業員がＤＣリンクコンデンサに近づくことは非常に危険である。

また、充電抵抗とこの充電抵抗に並列接続されたスイッチとを有する初期充電回路では、スイッチとして自己消弧作用がある安価なサイリスタが一般的に用いられている。しかしながら、ＤＣリンクコンデンサの残留電荷を初期充電回路内の抵抗に熱エネルギーとして消費する方法では、自己消弧作用のあるスイッチを用いることができず、ＩＧＢＴなどのような自己消弧作用のない高価な素子を用いらなければならないという問題がある。

また、ＤＣリンクコンデンサの残留電荷を放電回路内の放電抵抗に熱エネルギーとして消費する方法は、放電回路を別途設けなければならず、その分、モータ駆動装置が大型化し、コストも増大してしまう問題がある。

したがって、ＤＣリンクコンデンサを有するモータ駆動装置においては、モータ駆動装置が交流電源から切り離された際のＤＣリンクコンデンサの残留電荷を、迅速かつ低コストで除去できる技術が望まれている。

本開示の一態様は、モータ駆動装置は、交流電源から入力される交流を直流に変換し、ＤＣリンクへ出力する順変換器と、ＤＣリンクに設けられたＤＣリンクコンデンサと、各々がモータごとに設けられ、ＤＣリンクにおける直流を交流に変換し、対応するモータへ出力する複数の逆変換器と、各モータについての温度を検出する温度検出部と、交流電源と順変換器との間の電路を開閉する開閉部と、開閉部が電路を開路して交流電源から順変換器への交流の入力が遮断されたとき、温度検出部が検出したモータの温度に関する情報に応じて、複数の逆変換器のうちの少なくとも１つに対して、無効電流を出力するよう制御する残留電荷消費制御部と、を備える。

本開示の一態様によれば、ＤＣリンクコンデンサを有するモータ駆動装置において、モータ駆動装置が交流電源から切り離された際のＤＣリンクコンデンサの残留電荷を、迅速かつ低コストで除去することができる。

本開示の一態様によるモータ駆動装置によれば、開閉部が電路を開路して交流電源から順変換器への交流の入力が遮断されたときに生じるＤＣリンクコンデンサの残留電荷を、逆変換器により無効電流に変換し、この無効電流を、当該逆変換器に接続されたモータに熱エネルギーとして消費させるが、無効電流が流れてもモータは回転しないので、安全にＤＣリンクコンデンサの残留電荷を除去することができる。

また、本開示の一態様によるモータ駆動装置によれば、複数のモータの温度のうち最も低い温度もしくは最も小さい温度上昇率を有するモータに対応して設けられた逆変換器に無効電流を流すので、モータに無効電流が流れることにより発生する熱によるモータ及び逆変換器の破壊を防ぐことができる。

また、本開示の一態様によるモータ駆動装置は、ＤＣリンクコンデンサの残留電荷を除去するために、放電回路などのような追加の回路は不要であるので、低コストである。

また、本開示の一態様によるモータ駆動装置において、複数の逆変換器のうち少なくとも２つ（すなわち複数）の逆変換器に無効電力を出力させれば、当該逆変換器に対応する少なくとも２つ（すなわち複数）のモータに無効電流が流れるので、ＤＣリンクコンデンサの残留電荷をより迅速に消費することができる。

第１の実施形態によるモータ駆動装置を示す図である。 図１に示す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。 第２の実施形態によるモータ駆動装置を示す図である。 図３に示す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。

以下図面を参照して、残留電荷消費制御部を有するモータ駆動装置について説明する。各図面において、同様の部材には同様の参照符号が付けられている。また、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。また、理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。

図１は、第１の実施形態によるモータ駆動装置を示す図である。ここでは、一例として、交流電源３から三相交流が供給されるモータ駆動装置１により三相交流の複数のモータ２−ｎ（ｎは正の整数）を駆動制御する場合について説明する。モータ駆動装置１は、例えば工作機械やロボットなどを含む機械における、駆動軸ごとに設けられたモータを駆動制御する。モータ２−ｎの種類については本発明を特に限定するものではなく、例えば誘導モータであっても同期モータであってもよい。また、交流電源３及びモータ２の相数は本発明を特に限定するものではなく、例えば単相であってもよい。図１に示す例では、交流電源３を三相とし、モータ２−ｎを三相交流モータとした。

第１の実施形態によるサーボモータ駆動装置１を説明するに先立ち、モータ２−ｎに対する駆動制御について説明する。モータ駆動装置１は、一般的なモータ駆動装置と同様、ＤＣリンクにおける直流電力とモータ２−ｎの駆動電力もしくは回生電力である交流電力との間で電力変換を行う逆変換器１３−ｎ（ｎは正の整数）を制御するためのモータ制御部１０を有する。モータ制御部１０は、モータ２−ｎの（回転子の）速度（速度フィードバック）、モータ２−ｎの巻線に流れる電流（電流フィードバック）、所定のトルク指令、及びモータ２−ｎの動作プログラムなどに基づいて、モータ２−ｎの速度、トルク、もしくは回転子の位置を制御するためのスイッチング指令を生成する。モータ駆動装置１によって作成されたスイッチング指令に基づいて、逆変換器１３−ｎによる電力変換動作が制御される。なお、ここで定義したモータ制御部１０の構成はあくまでも一例であって、例えば、位置指令作成部、トルク指令作成部、及びスイッチング指令作成部などの用語を含めてモータ制御部１０の構成を規定してもよい。

図１に示すように、第１の実施形態によるモータ駆動装置１は、上述のモータ制御部１０と、順変換器１１と、ＤＣリンクコンデンサ１２と、複数の逆変換器１３−ｎと、温度検出部１４と、開閉部１５と、残留電荷消費制御部１６と、を備える。

順変換器１１は、交流電源３から入力される交流を直流に変換し、ＤＣリンクへ出力する。順変換器１１の例としては、ダイオード整流回路、１２０度通電型整流回路、あるいは内部にスイッチング素子を備えるＰＷＭスイッチング制御方式の整流回路などがある。順変換器１１がダイオード整流回路である場合は、交流電源３側から入力された交流電流を整流し、直流側であるＤＣリンクに直流電流を出力する。順変換器１１が１２０度通電型整流回路やＰＷＭスイッチング制御方式の整流回路である場合は、順変換器１１は、交流電源３側から入力された交流電力を直流電力に変換して直流側へ出力し、モータ減速時にはＤＣリンクの直流電力を交流電力に変換して交流電源３側へ出力する、交直双方向に変換可能である電力変換器として実現することができる。順変換器１１がＰＷＭスイッチング制御方式の整流回路である場合は、スイッチング素子及びこれに逆並列に接続されたダイオードのブリッジ回路からなる。この場合、スイッチング素子の例としては、ＦＥＴなどのユニポーラトランジスタ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＧＴＯなどがあるが、スイッチング素子の種類自体は本実施形態を限定するものではなく、その他のスイッチング素子であってもよい。

順変換器１１の直流出力側と逆変換器１３−ｎの直流入力側とを接続するＤＣリンクには、ＤＣリンクコンデンサ１２が設けられる。ＤＣリンクコンデンサ１２は、逆変換器１３−ｎが交流電力を生成するために用いられる直流電力を蓄積する機能、及び順変換器１１の直流出力の脈動分を抑える機能を有する。なお、図示の例では、逆変換器１３−ｎそれぞれに対してＤＣリンクコンデンサ１２が設けられるが、順変換器１１の直流出力側に１つのＤＣリンクコンデンサを設けてこれを複数の逆変換器１３−ｎで共有してもよい。また、本実施形態においても、モータ駆動装置１による各モータ２−ｎの駆動開始前までにＤＣリンクコンデンサ１２を初期充電するための初期充電回路が設けられるが、ここでは図示を省略している。

逆変換器１３−ｎは、複数のモータ２−ｎに対して個別に駆動電力を供給してモータ２−ｎを駆動制御するために、例えばモータ２−ｎの台数と同数台（図示の例ではｎ台）設けられる。逆変換器１３−ｎは、スイッチング素子及びこれに逆並列に接続されたダイオードのブリッジ回路からなり、例えばＰＷＭスイッチング制御方式に基づいて各スイッチング素子がオンオフ制御される。本実施形態では、モータ駆動装置１に接続されるモータ２−ｎを三相交流モータとしたので、逆変換器１３−ｎは三相のブリッジ回路として構成される。スイッチング素子の例としては、ＦＥＴなどのユニポーラトランジスタ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＧＴＯなどがあるが、スイッチング素子の種類自体は本実施形態を限定するものではなく、その他のスイッチング素子であってもよい。

逆変換器１３−ｎは、ＤＣリンクに接続され、モータ制御部１０から受信したスイッチング指令に基づき内部の各スイッチング素子がオンオフ制御されることにより、ＤＣリンクの直流電力とモータ２−ｎの駆動電力もしくは回生電力である交流電力との間で電力変換する。より詳細には、モータ２−ｎに対する通常の運転モードでは、逆変換器１３−ｎは、モータ制御部１０から受信したスイッチング指令に基づき内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、ＤＣリンクを介して順変換器１１から供給される直流電力（ＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積された直流電力）を、モータ２−ｎを駆動するための所望の電圧及び所望の周波数を有する交流電力に変換する（逆変換動作）。これにより、モータ２−ｎは、例えば電圧可変及び周波数可変の交流電力に基づいて動作することになる。また、モータ２−ｎの減速時には回生電力が発生することがあるが、モータ制御部１０から受信したスイッチング指令に基づき内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、モータ２−ｎで発生した交流の回生電力を直流電力へ変換してＤＣリンクへ戻す（順変換動作）。また、詳細については後述するが、逆変換器１３−ｎは、残留電荷消費制御部１６もしくはモータ制御部１０から、無効電流を出力させるためのスイッチング指令を受信した場合は、無効電流を出力させるためのスイッチング指令に基づき内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、ＤＣリンクコンデンサ１２の残留電荷を、無効電流に変換して出力する。

温度検出部１４は、各モータ２−ｎについての温度を検出する。各モータ２−ｎには温度センサ（図示せず）がそれぞれ取り付けられ、温度検出部１４は、これら温度センサで得られた各モータ温度に関する情報を収集する。各温度センサは、各モータの最も発熱する部位（例えば鉄芯コアや巻き線）に設置されるのが好ましい。

開閉部１５は、例えばモータ制御部１０もしくはその上位にある制御装置（図示せず）から受信した開閉指令に応じて、交流電源３と順変換器１１との間の電路を開閉する。開閉部１５の例としては、電磁接触器やリレーなどがある。モータ２−ｎに対する通常の運転モードにおいては、一般的なモータ駆動装置と同様、モータ駆動装置１の動作を終了する場合やモータ駆動装置１及びこれを含む機械に異常が発生した場合に、モータ制御部１０から受信した開指令に応じて、交流電源３と順変換器１１との間の電路を開路し、交流電源３から順変換器１１への交流電力の入力を遮断する。開閉部１５が電路を開路して交流電源３から順変換器１１への交流の入力が遮断されると、ＤＣリンクコンデンサ１２には残留電荷が蓄積された状態となる。この残留電荷は、残留電荷消費制御部１６の処理によって、ＤＣリンクコンデンサ１２から除去される。

残留電荷消費制御部１６は、開閉部１５が電路を開路して交流電源３から順変換器１１への交流の入力が遮断されたとき、温度検出部１４が検出したモータ温度に応じて、複数の逆変換器１３−ｎのうちの少なくとも１つに対して、無効電流を出力するよう制御する。開閉部１５の回路動作はモータ制御部１０によって制御される。交流電源３から順変換器１１への交流の入力が遮断されたか否かの判定は、例えば、入力電圧判定部２１によって行われる。具体的には、入力電圧判定部２１は、順変換器１１側の交流入力側の入力電圧を監視し、この入力電圧の電圧（相間電圧）が略ゼロになったとき、「交流の入力が遮断された」と判定する。入力電圧判定部２１により「交流の入力が遮断された」と判定されると、残留電荷消費制御部１６は無効電力制御を開始する。またこの代替例として、残留電荷消費制御部１６は、モータ制御部１０が開閉部１５に対して開指令を送信したときに、「交流の入力が遮断された」と判定し、無効電力制御を開始してもよい。ただし、この場合、交流電源３から順変換器１１への交流の入力の完全な遮断を担保するために、モータ制御部１０による開指令送信から一定時間経過後に、残留電荷消費制御部１６による無効電力制御が開始されるのが好ましい。

ここで、残留電荷消費制御部１６による無効電流制御についてより詳細に説明する。

逆変換器１３−ｎから出力されてモータ２−ｎへ流れ込む有効電流は、モータ２−ｎのトルク発生すなわちモータ２−ｎの回転動作に寄与する。一方、逆変換器１３−ｎから出力されてモータ２−ｎへ流れ込む無効電流は、モータ２−ｎのトルク発生には寄与しないのでモータ２−ｎは回転せず、モータ２−ｎ内の巻線の抵抗にて熱エネルギーとして消費されるのみである。そこで、本実施形態では、開閉部１５が電路を開路して交流電源３から順変換器１１への交流の入力が遮断されたときに生じるＤＣリンクコンデンサ１２の残留電荷（すなわちＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積された直流電力）を、逆変換器１３−ｎにより無効電流に変換し、この無効電流を、当該逆変換器に接続されたモータに熱エネルギーとして消費させる。無効電流が流れてもモータ２−ｎは回転しないので、安全にＤＣリンクコンデンサ１２の残留電荷を除去することができる。

残留電荷消費制御部１６が逆変換器１３−ｎに対して無効電流を出力するようにする制御は、例えば、残留電荷消費制御部１６自体が、無効電流を出力させるためのスイッチング指令を生成することにより行われる。またあるいは、残留電荷消費制御部１６が、モータ制御部１０に対して無効電流を出力させるためのスイッチング指令を生成するよう指令し、この指令を受けたモータ制御部１０が当該スイッチング指令を生成することにより行われる。図示の例では、残留電荷消費制御部１６自体が無効電流を出力させるためのスイッチング指令を生成する場合を示している。無効電流を出力させるためのスイッチング指令を受信した逆変換器１３−ｎは、このスイッチング指令に基づき内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、ＤＣリンクコンデンサ１２の残留電荷を、無効電流に変換して出力する。この無効電流は、当該逆変換器に接続されたモータに流れ、当該モータにて熱エネルギーとして消費される。

残留電荷消費制御部１６は、複数の逆変換器１３−ｎのうちの少なくとも１つに対して無効電流を出力するよう制御する。本実施形態では、温度検出部１４が検出したモータ温度に応じて、複数の逆変換器１３−ｎの中から、残留電荷消費制御部１６により無効電流の出力が制御される逆変換器が選択される。ここで、逆変換器の選択例についていくつか列記すると次の通りである。

逆変換器の選択についての第１形態では、温度検出部１４が検出したモータ２−ｎの温度のうち最も低い温度を有するモータに対応して設けられた逆変換器を、複数の逆変換器１３−ｎの中から選択する。すなわち、残留電荷消費制御部１６は、開閉部１５が電路を開路して交流電源３から順変換器１１への交流の入力が遮断されたとき、温度検出部１４が検出したモータ２−ｎの温度のうち最も低い温度を有するモータに対応して設けられた逆変換器に対して、無効電流を出力するよう制御する。この結果、最も低い温度を有するモータに、無効電流が流れ、熱エネルギーとして消費される。

逆変換器の選択についての第２形態では、温度検出部１４が検出したモータ２−ｎの温度上昇率のうち最も小さい温度上昇率を有するモータに対応して設けられた逆変換器を、複数の逆変換器１３−ｎの中から選択する。より詳細には、開閉部１５が電路を開路して交流電源３から順変換器１１への交流の入力が遮断されたとき、温度検出部１４は、各モータ２−ｎに取り付けられた温度センサから温度に関する情報を収集し、モータ２−ｎごとに、単位時間当たりの温度上昇率を計算する。そして、残留電荷消費制御部１６は、モータ２−ｎごとに計算された温度上昇率の中から最も小さい温度上昇率を見つけ出し、この最も小さい温度上昇率を有するモータに対応して設けられた逆変換器に対して、無効電流を出力するよう制御する。この結果、最も小さい温度上昇率を有するモータに、無効電流が流れ、熱エネルギーとして消費される。

上述のように温度のうち最も低い温度もしくは最も小さい温度上昇率を有するモータに対応して設けられた逆変換器を選択する理由は、モータに無効電流が流れることにより発生する熱によるモータ及び逆変換器の破壊を防ぐためである。

なお、残留電荷消費制御部１６は、開閉部１５が電路を開路して交流電源３から順変換器１１への交流の入力が遮断されたとき、複数の逆変換器１３−ｎのうちの少なくとも２つに対して、無効電流を出力するよう制御してもよい。例えば、残留電荷消費制御部１６が２つの逆変換器に対して無効電流を出力するよう制御する場合は、最も低い温度もしくは最も小さい温度上昇率を有するモータ、及びこのモータの次に低い温度もしくは温度上昇率を有するモータ、のそれぞれに接続された合計２つの逆変換器に対して、残留電荷消費制御部１６は無効電力を出力するよう制御する。このように、少なくとも２つ（すなわち複数）の逆変換器が無効電力を出力すると、当該逆変換器に対応する少なくとも２つ（すなわち複数）のモータ２に無効電流が流れるので、ＤＣリンクコンデンサ１２の残留電荷をより迅速に消費することができる。

また、無効電流を流さないモータを予め規定しておいてもよい。この場合、残留電荷消費制御部１６は、開閉部１５が電路を開路して交流電源３から順変換器１１への交流の入力が遮断されたとき、複数の逆変換器１３−ｎのうち、「無効電流を流さないモータに接続された逆変換器」を除いた少なくとも１つの逆変換器に対して、無効電流を出力するよう制御する。

図２は、図１に示す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。

モータ駆動装置１により複数のモータ２−ｎの駆動制御を行っているステップＳ１０１では、モータ制御部１０は、モータ２−ｎの（回転子の）速度（速度フィードバック）、モータ２−ｎの巻線に流れる電流（電流フィードバック）、所定のトルク指令、及びモータ２−ｎの動作プログラムなどに基づいて、モータ２−ｎの速度、トルク、もしくは回転子の位置を制御するためのスイッチング指令を生成する。モータ駆動装置１によって作成されたスイッチング指令に基づいて、逆変換器１３−ｎによる電力変換動作が制御される。逆変換器１３−ｎは、モータ制御部１０から受信したスイッチング指令に基づき内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、ＤＣリンクを介して順変換器１１から供給される直流電力をモータ２−ｎを駆動するための所望の電圧及び所望の周波数を有する交流電力に変換する（逆変換動作）。これにより、モータ２−ｎは、例えば電圧可変及び周波数可変の交流電力に基づいて動作することになる。また、モータ２−ｎを減速した際に回生電力が発生したときは、モータ制御部１０から受信したスイッチング指令に基づき内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、モータ２−ｎで発生した交流の回生電力を直流電力へ変換してＤＣリンクへ戻す（順変換動作）。

ステップＳ１０２において、入力電圧判定部２１は、交流電源３から順変換器１１への交流の入力が遮断されたか否かを判定する。またこの代替例として、残留電荷消費制御部１６は、モータ制御部１０により閉部１５に対して開指令が送信されたか否かに基づいて、交流電源３から順変換器１１への交流の入力が遮断されたか否かを判定する。上述したように、開閉部１５による交流電源３と順変換器１１との間の電路を開閉は、例えばモータ制御部１０もしくはその上位にある制御装置によって制御される。モータ駆動装置１の動作を終了する場合やモータ駆動装置１及びこれを含む機械に異常が発生した場合は、開閉部１５はモータ制御部１０もしくはその上位にある制御装置から開指令を受信し、交流電源３と順変換器１１との間の電路を開路する。これにより、交流電源３から順変換器１１への交流の入力が遮断される。ステップＳ１０２において、交流の入力が遮断されたと判定された場合はステップＳ１０３へ進み、そうでない場合はステップＳ１０１へ戻る。開閉部１５が電路を開路して交流電源３から順変換器１１への交流の入力が遮断されると、ＤＣリンクコンデンサ１２には残留電荷が蓄積された状態となる。

ステップＳ１０３において、温度検出部１４は、各モータ２−ｎについての温度を検出する。

次いで、ステップＳ１０４において、残留電荷消費制御部１６は、温度検出部１４が検出したモータ温度に応じて、複数の逆変換器１３−ｎのうちの少なくとも１つに対して、無効電流を出力するよう制御する。残留電荷消費制御部１６は、複数の逆変換器１３−ｎの中から、温度検出部１４が検出したモータ２−ｎの温度のうち最も低い温度を有するモータに対応して設けられた逆変換器を選択する。あるいは、残留電荷消費制御部１６は、複数の逆変換器１３−ｎの中から、温度検出部１４が検出（計算）したモータ２−ｎの温度上昇率のうち最も小さい温度上昇率を有するモータに対応して設けられた逆変換器を選択する。残留電荷消費制御部１６は、選択した逆変換器に対して、無効電流を出力するよう制御する。この無効電流は、当該逆変換器に接続されたモータに流れ、熱エネルギーとして消費される。モータに無効電力が流れても回転しないので、安全にＤＣリンクコンデンサ１２の残留電荷を除去することができる。なお、残留電荷消費制御部１６は、温度検出部１４が検出したモータ温度に応じて、複数の逆変換器１３−ｎのうちの少なくとも２つに対して、無効電流を出力するよう制御してもよいことは上述した通りである。また、逆変換器１３−ｎそれぞれに対してＤＣリンクコンデンサ１２が設けられる場合も、順変換器１１の直流出力側に１つのＤＣリンクコンデンサを設けてこれを複数の逆変換器１３−ｎで共有する場合も、その動作フローについて相違はない。

続いて、第２の実施形態について説明する。

図３は、第２の実施形態によるモータ駆動装置を示す図である。第２の実施形態は、図１及び図２を参照して説明した第１の実施形態によるモータ駆動装置１において、モータ２−ｎごとに許容されるモータ許容温度を設定する設定部１７をさらに備えたものである。

設定部１７は、モータ２−ｎごとのモータ許容温度を記憶する記憶装置と、この記憶装置にモータ許容温度を入力するための入力装置とから構成される。記憶装置は、例えばＥＥＰＲＯＭ（登録商標）などのような電気的に消去・記録可能な不揮発性メモリ、または、例えばＤＲＡＭ、ＳＲＡＭなどのような高速で読み書きのできるランダムアクセスメモリなどで構成される。入力装置には、キーボード、タッチパネル、マウス、及び音声認識装置などがある。入力装置は、単体としての入力装置であってもよいが、モータ駆動装置の上位コントローラである数値制御装置（図示せず）、この数値制御装置の上位コントローラであるセル制御装置（図示せず）、あるいはこのセル制御装置の上位コントローラである生産管理システム（図示せず）に付属の入力装置であってもよい。設定部１７を構成する記憶装置と入力装置との間は、公知のバスを介して直接的に接続されてもよく、あるいは、公知の無線通信や有線通信によって接続されてもよい。

モータ許容温度は、例えば、モータが本来有する性能を発揮することができる最大の温度として許容されるものとして、モータやこれを含む機械の規格表や取扱説明書などに諸元データの１つとして規定されたものを用いればよい。一般に、小型のモータはモータ許容温度が低く、大型のモータはモータ許容温度が高い。またあるいは、モータが適用される環境やモータの用途に応じて、作業者が任意に設定したものをモータ許容温度として設定してもよい。例えば、冷却装置付きのモータは冷却装置無しのモータに比べてモータ許容温度を高く設定することができる。

また、設定部１７に設定されるモータ許容温度は書き換え可能としてもよい。例えば、モータの規格表に諸元データとして記載されていたモータ許容温度を設定部１７に設定し、その後に作業者が所望のモータ許容温度に設定変更してもよく、あるいは、作業者が設定部１７に任意に設定したモータ許容温度を、後日、モータの規格表に諸元データとして記載されていたモータ許容温度に設定変更してもよく、あるいは、作業者が必要に応じてモータ許容温度を定期的もしくは非定期的に設定変更してもよい。

残留電荷消費制御部１６は、現在制御している逆変換器１３−ｎから出力される無効電流が流れるモータについて温度検出部１４が検出した温度が、設定部１７にて当該モータについて設定されたモータ許容温度を超えた場合、当該逆変換器（すなわち無効電流を現在出力している逆変換器）に代えて、他の逆変換器に対して無効電流を出力するよう制御する。ここでいう「他の逆変換器」とは、現在制御している逆変換器１３−ｎから出力される無効電流が流れるモータの、次に温度が低いもしくは温度上昇率が低いモータに接続された逆変換器を指す。なお、残留電荷消費制御部１６は、複数の逆変換器１３−ｎのうちの少なくとも２つに対して無効電流を出力するよう制御してもよいことは第１の実施形態に関して既に説明したが、第２の実施形態でも、無効電流を現在出力している逆変換器）に代えて、１つのみもしくは少なくとも２つ（すなわち複数）の逆変換器に対して、無効電流を出力するよう制御するようにしてもよい。

第２の実施形態における設定部１７及び残留電荷消費制御部１６以外の回路構成要素については、図１に示す第１の実施形態における構成要素と同様であるので、同一の構成要素には同一符号を付して当該回路構成要素についての詳細な説明は省略する。

図４は、図３に示す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では、第１の実施形態におけるステップＳ１０１と同様、モータ制御部１０は、モータ２−ｎの（回転子の）速度（速度フィードバック）、モータ２−ｎの巻線に流れる電流（電流フィードバック）、所定のトルク指令、及びモータ２−ｎの動作プログラムなどに基づいて、モータ２−ｎの速度、トルク、もしくは回転子の位置を制御するためのスイッチング指令を生成する。モータ駆動装置１によって作成されたスイッチング指令に基づいて、逆変換器１３−ｎによる電力変換動作が制御される。逆変換器１３−ｎは、モータ制御部１０から受信したスイッチング指令に基づき内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、ＤＣリンクを介して順変換器１１から供給される直流電力をモータ２−ｎを駆動するための所望の電圧及び所望の周波数を有する交流電力に変換する（逆変換動作）。これにより、モータ２−ｎは、例えば電圧可変及び周波数可変の交流電力に基づいて動作することになる。また、モータ２−ｎを減速した際に回生電力が発生したときは、モータ制御部１０から受信したスイッチング指令に基づき内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、モータ２−ｎで発生した交流の回生電力を直流電力へ変換してＤＣリンクへ戻す（順変換動作）。

ステップＳ２０２についてもその動作は第１の実施形態におけるステップＳ１０２と同様であり、交流電源３から順変換器１１への交流の入力が遮断されたか否かが判定される。ステップＳ２０２において、交流の入力が遮断されたと判定された場合はステップＳ２０３へ進み、そうでない場合はステップＳ２０１へ戻る。開閉部１５が電路を開路して交流電源３から順変換器１１への交流の入力が遮断されると、ＤＣリンクコンデンサ１２には残留電荷が蓄積された状態となる。

ステップＳ２０３についてもその動作は第１の実施形態におけるステップＳ１０３と同様であり、すなわち、温度検出部１４は、各モータ２−ｎについての温度を検出する。

ステップＳ２０４についてもその動作は第１の実施形態におけるステップＳ１０４と同様であり、残留電荷消費制御部１６は、温度検出部１４が検出したモータ温度に応じて、複数の逆変換器１３−ｎのうちの少なくとも１つに対して、無効電流を出力するよう制御する。

ステップＳ２０５において、温度検出部１４は、現在無効電流が流れているモータ２−ｎについての温度を検出する。

次いで、ステップＳ２０６において、残留電荷消費制御部１６は、現在制御している逆変換器１３−ｎから出力される無効電流が流れるモータについて温度検出部１４が検出した温度が、設定部１７にて当該モータについて設定されたモータ許容温度を超えたか否かを判定する。無効電流が流れているモータの温度が、モータ許容温度を超えた場合はステップＳ２０７へ進み、モータ許容温度を超えていない場合はステップＳ２０８へ進む。

ステップＳ２０７では、残留電荷消費制御部１６は、現在制御している逆変換器（すなわち無効電流を現在出力している逆変換器）に代えて、他の逆変換器に対して無効電流を出力するよう制御する。「他の逆変換器」については図３を参照して説明したとおりである。ステップＳ２０７の処理後は、ステップＳ２０５へ戻る。

一方、ステップＳ２０６において無効電流が流れているモータの温度がモータ許容温度を超えていないと判定された場合は、ステップＳ２０８において、残留電荷消費制御部１６は、ＤＣリンクコンデンサ１２の残留電荷の放電が完了したか否かを判定する。ＤＣリンクコンデンサ１２の残留電荷の放電が完了したか否かの判定は、例えばＤＣリンクコンデンサ１２の両端電圧に基づいて行えばよく、直流電圧検出部（図示せず）によって検出したＤＣリンクコンデンサ１２の両端電圧が略ゼロになったときに、残留電荷消費制御部１６は放電完了と判定する。

ステップＳ２０８においてＤＣリンクコンデンサ１２の残留電荷の放電が完了したと判定された場合、処理を終了する。一方、ステップＳ２０８においてＤＣリンクコンデンサ１２の残留電荷の放電が完了したと判定されなかった場合、ステップＳ２０４へ戻る。すなわち、ＤＣリンクコンデンサ１２の残留電荷の放電が完了するまで、ステップＳ２０４〜Ｓ２０８の処理が実行される。

このように、第２の実施形態によるモータ駆動装置１によれば、現在制御している逆変換器１３−ｎから出力される無効電流が流れるモータについて温度検出部１４が検出した温度がモータ許容温度を超えた場合、当該逆変換器（すなわち無効電流を現在出力している逆変換器）に代えて、他の逆変換器に対して無効電流を出力するよう制御するので、より確実に、発熱によるモータ及び逆変換器の破壊を防ぐことができる。

以上説明したモータ制御部１０、温度検出部１４、残留電荷消費制御部１６、設定部１７は、例えばソフトウェアプログラム形式で構築されてもよく、あるいは各種電子回路とソフトウェアプログラムとの組み合わせで構築されてもよい。例えばこれらをソフトウェアプログラム形式で構築する場合は、このソフトウェアプログラムに従って動作させるためのコンピュータを設けたり、モータ駆動装置１に接続される数値制御装置内の演算処理装置にこのソフトウェアプログラムを動作させたりすることで、上述の各部の機能を実現することもできる。またあるいは、モータ制御部１０、温度検出部１４、残留電荷消費制御部１６、設定部１７を、各部の機能を実現するソフトウェアプログラムを書き込んだ半導体集積回路として実現してもよい。

１ モータ駆動装置
２−１、２−２、２−ｎ モータ
３ 交流電源
１０ モータ制御部
１１ 順変換器
１２ ＤＣリンクコンデンサ
１３−１、１３−２、１３−ｎ 逆変換器
１４ 温度検出部
１５ 開閉部
１６ 残留電荷消費制御部
１７ 設定部
２１ 入力電圧判定部

Claims (5)

1. 交流電源から入力される交流を直流に変換し、ＤＣリンクへ出力する順変換器と、
   前記ＤＣリンクに設けられたＤＣリンクコンデンサと、
   各々がモータごとに設けられ、前記ＤＣリンクにおける直流を交流に変換し、対応するモータへ出力する複数の逆変換器と、
   各モータについての温度を検出する温度検出部と、
   交流電源と前記順変換器との間の電路を開閉する開閉部と、
   前記開閉部が電路を開路して交流電源から前記順変換器への交流の入力が遮断されたとき、前記温度検出部が検出したモータの温度に関する情報に応じて、前記複数の逆変換器のうちの少なくとも１つに対して、無効電流を出力するよう制御する残留電荷消費制御部と、
   を備える、モータ駆動装置。
2. 前記残留電荷消費制御部は、前記開閉部が電路を開路して交流電源から前記順変換器への交流の入力が遮断されたとき、前記温度検出部が検出したモータの温度のうち最も低い温度を有するモータに対応して設けられた前記逆変換器に対して、無効電流を出力するよう制御する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記残留電荷消費制御部は、前記開閉部が電路を開路して交流電源から前記順変換器への交流の入力が遮断されたとき、前記温度検出部が検出したモータの温度上昇率のうち最も小さい温度上昇率を有するモータに対応して設けられた前記逆変換器に対して、無効電流を出力するよう制御する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
4. 前記残留電荷消費制御部は、前記開閉部が電路を開路して交流電源から前記順変換器への交流の入力が遮断されたとき、前記複数の逆変換器のうちの少なくとも２つに対して、無効電流を出力するよう制御する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
5. モータごとに許容されるモータ許容温度を設定する設定部をさらに備え、
   前記残留電荷消費制御部は、現在制御している前記逆変換器から出力される無効電流が流れるモータについて前記温度検出部が検出した温度が、前記設定部にて当該モータについて設定されたモータ許容温度を超えた場合、当該逆変換器に代えて、他の前記逆変換器に対して無効電流を出力するよう制御する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。

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