JP2019068511A - Ａｃサーボドライバ、励磁停止回避方法、およびサーボシステム - Google Patents

Abstract

【課題】サーボモータシステムにおける減速時の回生エネルギー発生に由来するモータ励磁停止やアラーム発報を回避できるサーボドライバを提供すること。【解決手段】ＡＣサーボドライバ１０は、サーボモータＭに対して減速を指令する減速指令部１と、駆動電圧を検出する駆動電圧検出部２と、サーボモータＭ減速によりドライバ１０側に発生する回生エネルギーが所定の駆動電圧値を越えた場合にこれを吸収する回生制御回路３と、最終的に回生エネルギーが吸収し切れない場合にはサーボモータＭへの励磁を停止する励磁停止部４とを備えている構成に加え、回生制御回路３の動作後に検出される駆動電圧が所定の駆動電圧値を越えた場合に、サーボモータＭに対する減速指令を緩和する減速緩和部５を備えている構成とする。【選択図】図１

Description

本発明は ＡＣサーボドライバ、励磁停止回避方法、およびサーボシステムに係り、特に、サーボモータシステムにおいて減速時に発生する回生エネルギー処理に関するものである。

ＡＣサーボモータは減速時に発電機として働き、ドライバ側に回生電力がエネルギーとして返還される。従来、この回生電力は、余剰エネルギーとしてドライバに抵抗を取付けて消費され、それでもこの回生電力を消費できない場合は、インバータからモータへの励磁を停止して、アラームを発報している。

図３は、サーボシステムの通常の構成例について要部を示す回路図である。これらに示すように、サーボドライバ４１０は減速時などに発生する回生エネルギーを、ドライバ４１０内部の抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびトランジスタＱ１から構成する回生制御回路４３内の抵抗Ｒ３により吸収し、駆動電圧の上昇値を常にバスコンデンサＣ１の許容電圧以下となるように制御している。この時、発生する回生エネルギーが回生制御回路４３にて吸収できない場合には、駆動電圧が上昇し、バスコンデンサＣ１の許容電圧を超える恐れがある。このような場合にはサーボモータの励磁を停止し、アラームを発報する（過電圧異常）のが通常である。

図４は、図３のサーボシステムにおける作用を示すフロー図である。図３、４に示すように従来のシステムにおいては、減速指令（処理手順Ｐ１０）がなされてモータＭが減速し、それに伴う回生エネルギー発生により駆動電圧が上昇して所定の設定値以上（または所定の設定値を超える値）となると、駆動電圧監視回路による駆動電圧検出手段４２により電圧異常が検出される（判断手順Ｄ１０）。たとえば、抵抗Ｒ１、Ｒ２からなる電圧検出回路にて、バスコンデンサＣ１の耐圧を超えない範囲の電圧で、異常が検出される。

判断手順Ｄ１０で電圧異常が検出された場合には、回生回路が動作する（処理手順Ｐ２０）。すなわち、回生制御回路４３内のトランジスタＱ１をＯＮして抵抗Ｒ３内に電流を流す処理がなされ、これによって電圧上昇が抑制される。その後、回生回路の動作によってもなお駆動電圧異常が検出された場合には（判断手順Ｄ２０）、インバータ４６からモータＭへの励磁が停止され（処理手順Ｐ３０）、またアラームが発報される（処理手順Ｐ４０）。

なお、いずれの判断手順Ｄ１０、Ｄ２０においても駆動電圧異常が検出されない場合にはそのままの状態でモータＭの駆動制御がなされ、減速指令が必要となった時には処理手順Ｐ１０がなされて、以下同様に処理フローが進む。結局、この処理フローにおいて、モータ励磁停止処理（処理手順Ｐ３０）がなされるのは、判断手順Ｄ１０における駆動電圧異常検出後の処理手順Ｐ２０による回生回路動作処理がなされてもなお、再度、駆動電圧異常検出がなされた（判断手順Ｄ２０）場合である。

サーボモータシステムにおいて減速時に発生する回生エネルギー処理技術に関連しては従来、特許出願等もなされている。たとえば後掲特許文献１には、駆動輪に設けられ回生制動力を出力する回生制動手段と、駆動輪と従動輪とに設けられ摩擦制動力を出力する摩擦制動手段と、運転者の要求制動力に基づいて回生制動力と摩擦制動力の配分を制御する制動力配分手段と、駆動輪と従動輪の車輪速偏差に一次遅れフィルタを作用させた後の車輪速偏差が大きいほど回生制動力を制限する回生制動力制限手段とを備えた装置構成が開示されている。

特開２００８−６２７２７号公報「車両の制動制御装置」 特開２０１４−２０１２３３号公報「車両の走行制御装置」

しかし、制動距離が厳密に指令通りに達成される必要性がない場合には、このような減速指令に基づいて引き起こされるモータ励磁停止やアラーム発報が、かえって望ましくない場合、回避が要求される場合もある。そこで本発明が解決しようとする課題は、かかる従来技術の問題点を踏まえ、サーボモータシステムにおける減速時の回生エネルギー発生に由来するモータ励磁停止やアラーム発報を回避、防止することのできる、サーボドライバを提供することである。

本願発明者は上記課題について検討した結果、指令された減速度を緩和し、平均回生電力を下げることによって、モータ励磁停止やアラーム発報を防止できることを見出し、これに基づいて本発明を完成するに至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下の通りである。

〔１〕 サーボモータに対して減速を指令する減速指令部と、駆動電圧を検出する駆動電圧検出部と、サーボモータ減速によりドライバ側に発生する回生エネルギーが所定の駆動電圧値を越えた場合にこれを吸収する回生制御回路と、最終的に回生エネルギーが吸収し切れない場合にはサーボモータへの励磁を停止する励磁停止部とを備えているＡＣサーボドライバであって、該回生制御回路の動作後に検出される駆動電圧が該所定の駆動電圧値を越えた場合またはそれ以上となった場合にサーボモータに対する減速指令を緩和する減速緩和部を備えており、これにより回生エネルギーを低下させることを特徴とする、ＡＣサーボドライバ。
〔２〕 前記減速緩和部の動作後に前記駆動電圧検出部によって検出される駆動電圧が該所定の駆動電圧値を越えた場合またはそれ以上となった場合に、再度、前記回生制御回路を動作させるよう形成されていることを特徴とする、〔１〕に記載のＡＣサーボドライバ。
〔３〕 前記再度の回生制御回路動作後に前記駆動電圧検出部によって検出される駆動電圧が該所定の駆動電圧値を越えた場合またはそれ以上となった場合に、前記励磁停止部がサーボモータへの励磁を停止することを特徴とする、〔２〕に記載のＡＣサーボドライバ。
〔４〕 前記励磁停止部の動作の後にアラームを発報するアラーム発報部が設けられていることを特徴とする、〔１〕ないし〔３〕のいずれかに記載のＡＣサーボドライバ。

〔５〕 前記駆動電圧検出部は、前記回生制御回路における電流積算値から算出される平均回生電力を検知することを特徴とする、〔１〕ないし〔４〕のいずれかに記載のＡＣサーボドライバ。
〔６〕 前記減速緩和部は、前記減速指令部の指令による減速度を５０％以下に緩和することを特徴とする、〔１〕ないし〔５〕のいずれかに記載のＡＣサーボドライバ。
〔７〕 〔１〕ないし〔６〕のいずれかに記載のＡＣサーボドライバにおいて、前記回生制御回路の動作後に最初に検出される駆動電圧が該所定の駆動電圧値を越えた場合またはそれ以上となった場合に、前記減速緩和部がサーボモータに対する減速指令を緩和し、これにより回生エネルギーを低下させることで、モータへの励磁停止が動作することを回避することを特徴とする、励磁停止回避方法。
〔８〕 〔１〕ないし〔６〕のいずれかに記載のＡＣサーボドライバとそれにより制御されるサーボモータとからなることを特徴とする、サーボシステム。

本発明のＡＣサーボドライバ、励磁停止回避方法、およびサーボシステムは上述のように構成されるため、これらによれば、サーボモータシステムにおける減速時の回生エネルギー発生に由来するモータ励磁停止やアラーム発報を、有効に回避、防止することができる。したがって、サーボシステムにおいて制動距離が厳密に指令通りに達成される必要性がない場合に特に、本発明は効果がある。なお、上述の特許文献に開示されている技術はいずれも、車両の経済性能の悪化を抑制するための技術的手段であり、本発明とは無関係である。

本発明ＡＣサーボドライバの構成を概念的に示す説明図である。 図１の本発明サーボシステムにおける作用例を示すフロー図である。 サーボシステムの通常の構成例について要部を示す回路図である。 図３のサーボシステムにおける作用を示すフロー図である。 従来のＡＣサーボドライバの構成を本発明構成（図１）と対照的に示した概念的説明図である。

以下、図面により本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明ＡＣサーボドライバ（以下、単に「ドライバ」ともいいう）の構成を概念的に示す説明図である。図示するように本ＡＣサーボドライバ１０は、サーボモータＭに対して減速を指令する減速指令部１と、駆動電圧を検出する駆動電圧検出部２と、サーボモータＭ減速によりドライバ１０側に発生する回生エネルギーが所定の駆動電圧値を越えた場合にこれを吸収する回生制御回路３と、最終的に回生エネルギーが吸収し切れない場合にはサーボモータＭへの励磁を停止する励磁停止部４とを備えている基本構成に加えて、回生制御回路３の動作後に検出される駆動電圧が所定の駆動電圧値を越えた場合またはそれ以上となった場合に、サーボモータＭに対する減速指令を緩和する減速緩和部５を備えていることを、主たる構成とする。

なお本発明において、減速司令部１、励磁停止部４、および減速緩和部５は、それぞれが独立した構造であることが必要とはされない。単一のＣＰＵ等の制御装置もしくはかかる制御装置を機能させるコンピュータプログラム（ソフトウェア）、またはその双方が協働して、これら各機能の全てを担うものとする構成とすることができる。

かかる構成により本発明ＡＣサーボドライバ１０においては、減速指令部１によりサーボモータＭに対して減速が指令されることによってサーボモータＭが減速し、それに伴いドライバ１０側に発生する回生エネルギーは、駆動電圧検出部２による駆動電圧検出によって監視される。駆動電圧検出部２による検出電圧値があらかじめ設定されている所定の値を超えた場合またはそれ以上となった場合は、回生制御回路３が作動して余剰の回生エネルギーが吸収される。

その後、さらに駆動電圧検出部２による検出電圧値が当該所定の値を超える等した場合には、減速緩和部５によって、サーボモータＭに対する減速指令が緩和される。すなわち、減速度が緩和されるように変更される。そして、最終的に回生エネルギーが吸収し切れない場合には、励磁停止部４によってサーボモータＭへの励磁が停止され、これにより回生エネルギーが低下させられる。

なお図５は、従来のＡＣサーボドライバの構成を本発明構成（図１）と対照的に示した概念的説明図である。両図に示す通り本発明ドライバ１０は、減速緩和部５が設けられていてそれが所定の機能を発揮するように構成されている点が、従来技術と異なる。

図２は、図１の本発明サーボシステムにおける作用例を示すフロー図である。図示するように本発明ＡＣサーボドライバ１０によってなされる各処理のうち、判断手順Ｄ２０として示された「駆動電圧異常検出」段階までは、図４に示した従来技術と同様になされる。判断手順Ｄ２０により駆動電圧異常が検出されると、本発明ドライバ１０およびサーボシステム２０においては、減速指令の緩和処理（処理手順Ｐ２５）がなされる。すなわち、当初の減速指令（処理手順Ｐ１０）により指令された減速度Ａが、それより小さい減速度に緩和される。なお、いずれの判断手順Ｄ１０、Ｄ２０においても駆動電圧異常が検出されない場合には、図４に示した従来技術と同様、そのままの状態でモータＭの駆動制御がなされ、減速指令が必要な時には処理手順Ｐ１０以降の処理フローが実行される。

図に、減速度＝Ａ／Ｂ （Ｂ＞２）と示すように、減速緩和部５は減速指令部１の指令による減速度を５０％以下、あるいは５０％未満に緩和するものとすることができる。しかしこれには限定されず、より当初の減速度に近い減速度とすること（つまり、緩和度を小さくすること）としてもよい。また、減速度の緩和度を任意に設定できる構成としても、もちろんよい。

図示するように、処理手順Ｐ２５による減速指令の緩和処理がなされても駆動電圧が上昇することはあり、判断手順Ｄ２５において駆動電圧異常が検出された場合には、本フロー例のように、処理手順Ｐ２８において回生回路動作がなされる構成とすることができる。なお、この場合、判断手順Ｄ２５において駆動電圧異常が検出されなければ、そのままの状態でモータＭの駆動制御がなされ、改めて減速指令が必要な場合には処理手順Ｐ１０がなされ、以下同様に処理手順が進められる。

図示するフロー例のように、本発明ドライバ１０は、減速緩和部５の動作後に駆動電圧検出部２によって検出される駆動電圧が所定の駆動電圧値を越えた場合またはそれ以上となった場合に、再度、回生制御回路３を動作させるよう形成されたものとすることができる。すなわち、処理手順Ｐ２８における回生回路動作がなされた後も判断手順Ｄ３０で駆動電圧異常が検出された場合には、処理手順Ｐ３０によりモータ励磁停止処理がなされる構成である。なお、判断手順Ｐ３０での駆動電圧異常が検出されない限りは、先行する各判断手順Ｄ１０、Ｄ２０、Ｄ２５と同様、そのままの状態でモータＭの駆動制御が継続され、減速指令が必要となった時には処理手順Ｐ１０に戻り、以下同様の処理手順が進められる。

結局、図２に示す処理フロー例において、モータ励磁停止処理（処理手順Ｐ３０）がなされるのは、判断手順Ｄ１０における駆動電圧異常検出後の処理手順Ｐ２０による回生回路動作処理がなされ、かつ、判断手順Ｄ２０における駆動電圧異常検出後の処理手順Ｐ２５による減速指令緩和処理がなされ、かつ、判断手順Ｄ２５における駆動電圧異常検出後の処理手順Ｐ２８による回生回路動作処理がなされてもなお、四度目の駆動電圧異常検出がなされた（判断手順Ｄ３０）場合である。

しかし、本発明の構成はこれに限定されず、たとえば三度目の駆動電圧異常検出時点で処理手順Ｐ３０がなされることとしてもよい。また逆に、四度目の駆動電圧異常検出で再び減速緩和処理手順を行なうなど、極力、モータ励磁停止を引き延ばすフローとしてもよい。だが、効果的な処理結果を得る実用上の観点からは、図示する構成例は推奨される。

また、図１に示すように本発明ドライバ１０は、励磁停止部４の動作の後にアラームを発報するアラーム発報部（図示せず）が設けられている構成としても、もちろんよい。この場合、図２に示すフローでは、処理手順Ｐ３０によるモータへの励磁停止に引き続き、処理手順Ｐ４０によるアラーム発報がなされる。

本発明ドライバ１０は、駆動電圧検出部２が回生制御回路３における電流積算値から算出される平均回生電力を検知する方式とすることができる。つまり、ドライバ１０のソフトウェアで、抵抗に流した電流の積算値から平均回生電力を計算する構成である。ソフトウェア電力計算値が許容値（所定の設定値）を超える場合またはそれ以上になる場合には、モータＭの減速度が緩和される方式である。

なお、以上説明した本発明ＡＣサーボドライバ１０において、前記回生制御回路３の動作後に最初に検出される駆動電圧が該所定の駆動電圧値を越えた場合に、前記減速緩和部５がサーボモータＭに対する減速指令を緩和し、これにより回生エネルギーを低下させることで、モータＭへの励磁停止が動作することを回避するという励磁停止回避方法自体もまた、本発明の範囲内である。また、ドライバ１０とそれにより制御されるサーボモータＭとからなるサーボシステム２０もまた、本発明の範囲内である。

本発明のＡＣサーボドライバ、励磁停止回避方法、およびサーボシステムによれば、サーボモータシステムにおける減速時の回生エネルギー発生に由来するモータ励磁停止やアラーム発報を、有効に回避、防止することができる。したがって、サーボシステムにおいて制動距離が厳密に指令通りに達成される必要性がない場合に特に、産業上利用性が高い発明である。

１…減速指令部
２…駆動電圧検出部
３…回生制御回路
４…励磁停止部
５…減速緩和部
６…インバータ部
１０…ＡＣサーボドライバ
２０…サーボシステム
Ｄ１０、Ｄ２０、Ｄ２５、Ｄ３０…サーボドライバにおける判断手順
Ｐ１０、Ｐ２０、Ｐ２５、Ｐ２８、Ｐ３０、Ｐ４０…サーボドライバにおける処理手順
Ｍ…モータ（サーボモータ）
＜以下は従来技術に係る符号＞
４０…ＣＰＵ
４２…駆動電圧検出手段
４３…回生制御回路
４６…インバータ部
４１０…サーボドライバ
４２０…サーボシステム

Claims (8)

1. サーボモータに対して減速を指令する減速指令部と、駆動電圧を検出する駆動電圧検出部と、サーボモータ減速によりドライバ側に発生する回生エネルギーが所定の駆動電圧値を越えた場合にこれを吸収する回生制御回路と、最終的に回生エネルギーが吸収し切れない場合にはサーボモータへの励磁を停止する励磁停止部とを備えているＡＣサーボドライバであって、該回生制御回路の動作後に検出される駆動電圧が該所定の駆動電圧値を越えた場合またはそれ以上となった場合にサーボモータに対する減速指令を緩和する減速緩和部を備えており、これにより回生エネルギーを低下させることを特徴とする、ＡＣサーボドライバ。
2. 前記減速緩和部の動作後に前記駆動電圧検出部によって検出される駆動電圧が該所定の駆動電圧値を越えた場合またはそれ以上となった場合に、再度、前記回生制御回路を動作させるよう形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のＡＣサーボドライバ。
3. 前記再度の回生制御回路動作後に前記駆動電圧検出部によって検出される駆動電圧が該所定の駆動電圧値を越えた場合またはそれ以上となった場合に、前記励磁停止部がサーボモータへの励磁を停止することを特徴とする、請求項２に記載のＡＣサーボドライバ。
4. 前記励磁停止部の動作の後にアラームを発報するアラーム発報部が設けられていることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載のＡＣサーボドライバ。
5. 前記駆動電圧検出部は、前記回生制御回路における電流積算値から算出される平均回生電力を検知することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載のＡＣサーボドライバ。
6. 前記減速緩和部は、前記減速指令部の指令による減速度を５０％以下に緩和することを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載のＡＣサーボドライバ。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載のＡＣサーボドライバにおいて、前記回生制御回路の動作後に最初に検出される駆動電圧が該所定の駆動電圧値を越えた場合またはそれ以上となった場合に、前記減速緩和部がサーボモータに対する減速指令を緩和し、これにより回生エネルギーを低下させることで、モータへの励磁停止が動作することを回避することを特徴とする、励磁停止回避方法。
8. 請求項１ないし６のいずれかに記載のＡＣサーボドライバとそれにより制御されるサーボモータとからなることを特徴とする、サーボシステム。