JP2022082473A - Servo DC power supply system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、サーボDC給電システムに関する。 The present invention relates to a servo DC power feeding system.
製造装置、ロボット等内の複数のモータを制御するためのシステムとして、インバータと制御部とを備えた複数のモータ制御装置に、直流電源からDCバスにて電力が分配供給されるシステムが検討されている(例えば、特許文献1参照)。 As a system for controlling a plurality of motors in a manufacturing device, a robot, etc., a system in which electric power is distributed and supplied from a DC power source to a plurality of motor control devices equipped with an inverter and a control unit by a DC bus is studied. (For example, see Patent Document 1).
上記のような構成のシステム(以下、サーボDC給電システムと表記する)内のモータ制御装置を、高精度で同期的に制御すると、DCバスを流れる電流に大きなノイズが重畳してしまうことがある(詳細は後述)。 If the motor control device in the system with the above configuration (hereinafter referred to as the servo DC power supply system) is controlled synchronously with high accuracy, a large noise may be superimposed on the current flowing through the DC bus. (Details will be described later).
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、DCバスを流れるノイズ電流が少ないサーボDC給電システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a servo DC power feeding system having a small noise current flowing through a DC bus.
本発明の一観点に係る、直流電源からの電力が複数のモータ制御装置にDCバスにより分配供給されるサーボDC給電システムは、前記複数のモータ制御装置は、いずれも、周期TのPWM周期でモータをPWM制御し、前記複数のモータ制御装置のそれぞれは、第1グループ、第2グループのいずれかに属し、前記第1グループに属する各モータ制御装置のPWM周期の開始タイミングと、前記第2グループに属する各モータ制御装置のPWM周期の開始タイミングとの間に、前記周期Tの1/2の時間差が設けられている構成を有する。 In the servo DC power supply system in which the power from the DC power supply is distributed and supplied to a plurality of motor control devices by a DC bus according to one aspect of the present invention, all of the plurality of motor control devices have a PWM cycle of cycle T. The motors are PWM-controlled, and each of the plurality of motor control devices belongs to either the first group or the second group, and the start timing of the PWM cycle of each motor control device belonging to the first group and the second group. It has a configuration in which a time difference of 1/2 of the period T is provided between the start timing of the PWM cycle of each motor control device belonging to the group.
すなわち、サーボDC給電システムは、PWM周期の開始タイミング(換言すれば、半導体スイッチのONタイミング)が、第1グループに属する各モータ制御装置と第2グループに属する各モータ制御装置とで、T/2(PWM周期の1/2)だけ異なる構成を有する。全モータ制御装置のPWM周期の開始タイミングが一致していると半導体スイッチのON/OFFにより生ずる電流ノイズが重畳されてDCバスを流れる電流に大きなノイズが生じてしまうが、PWM周期の開始タイミング(半導体スイッチのONタイミング)が第1グループに属する各モータ制御装置と第2グループに属する各モータ制御装置とでT/2だけ異なっていれば、各モータ制御装置からの電流ノイズがキャンセルされる場合が生じ得る。従って、サーボDC給電システムによれば、PWM周期の開始タイミングが全モータ制御装置で同一のシステムに比してDCバスを流れるノイズ電流を低減できる。 That is, in the servo DC power supply system, the start timing of the PWM cycle (in other words, the ON timing of the semiconductor switch) is T / for each motor control device belonging to the first group and each motor control device belonging to the second group. It has a configuration different by 2 (1/2 of the PWM cycle). If the start timings of the PWM cycles of all the motor control devices are the same, the current noise generated by the ON / OFF of the semiconductor switch is superimposed and a large noise is generated in the current flowing through the DC bus. If the ON timing of the semiconductor switch) differs by T / 2 between each motor control device belonging to the first group and each motor control device belonging to the second group, the current noise from each motor control device is canceled. Can occur. Therefore, according to the servo DC power feeding system, it is possible to reduce the noise current flowing through the DC bus as compared with the system in which the start timing of the PWM cycle is the same in all the motor control devices.
サーボDC給電システムは、全モータ制御装置のほぼ半数が第1グループに属し、残りの半数が第2グループに属するように構成しておくことが好ましい。すなわち、モータ制御装置の総数が、2N(Nは、1以上の整数)である場合には、第1グループに属する前記モータ制御装置の数、第2グループに属する前記モータ制御装置の数を、いずれも、Nとしておくことが好ましい。また、モータ制御装置の総数が、2N+1(Nは、1以上の整数)である場合には、第1グループに属する前記モータ制御装置の数、第2グループに
属する前記モータ制御装置の数を、それぞれ、N、N+1としておくことが好ましい。
It is preferable that the servo DC power feeding system is configured so that approximately half of all motor control devices belong to the first group and the other half belong to the second group. That is, when the total number of motor control devices is 2N (N is an integer of 1 or more), the number of the motor control devices belonging to the first group and the number of the motor control devices belonging to the second group are determined. In both cases, it is preferable to set it to N. When the total number of motor control devices is 2N + 1 (N is an integer of 1 or more), the number of the motor control devices belonging to the first group and the number of the motor control devices belonging to the second group are determined. It is preferable to set N and N + 1, respectively.
本発明によれば、DCバスを流れるノイズ電流が少ないサーボDC給電システムを提供することにある。 According to the present invention, it is an object of the present invention to provide a servo DC power feeding system having a small noise current flowing through a DC bus.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、図1及び図2を用いて、本発明の一実施形態に係るサーボDC給電システムの概要を説明する。なお、図1は、本発明の一実施形態に係るサーボDC給電システムの概略構成の説明図であり、図2は、サーボDC給電システムに含まれるモータ制御装置10の概略構成の説明図である。
First, the outline of the servo DC power feeding system according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. Note that FIG. 1 is an explanatory diagram of a schematic configuration of a servo DC power supply system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory diagram of a schematic configuration of a
図1に示してあるように、本実施形態に係るサーボDC給電システムは、直流電源20と複数のモータ制御装置10との間を、DCバス25にて接続したシステムである。
As shown in FIG. 1, the servo DC power supply system according to the present embodiment is a system in which a DC power supply 20 and a plurality of
直流電源20は、所定の直流電圧を出力する電源である。本実施形態に係る直流電源20は、三相交流を直流電圧に変換する装置である。ただし、直流電源20は、単相交流を直流電圧に変換する装置であっても良い。また、直流電源20は、ダイオードを組み合わせた整流回路(例えば、全波整流回路)であっても、スイッチング素子が用いられたAC-DCコンバータ(例えば、電源回生コンバータ)であっても良い。さらに、直流電源20は、二次電池であっても良い。 The DC power supply 20 is a power supply that outputs a predetermined DC voltage. The DC power supply 20 according to the present embodiment is a device that converts a three-phase alternating current into a DC voltage. However, the DC power supply 20 may be a device that converts single-phase alternating current into a DC voltage. Further, the DC power supply 20 may be a rectifier circuit in which a diode is combined (for example, a full-wave rectifier circuit) or an AC-DC converter (for example, a power supply regeneration converter) in which a switching element is used. Further, the DC power supply 20 may be a secondary battery.
DCバス25は、直流電源20からの電力(電流)を、サーボDC給電システム内の各モータ制御装置10に分配供給できるように、複数の電力ケーブルを接続した給電路である。
The
モータ制御装置10は、フィールドバス35を介して入力される上位装置30(PLC等)からの指令(位置指令、速度指令等)に従って、サーボモータM(以下、単に、モータMとも表記する)を制御する装置である。なお、フィールドバス35としては、ノード間のデータ通過時間による遅れを調整した同期制御を実現できるもの(例えば、EtherCAT(ドイツ・ベッコフオートメーション株式会社の登録商標))が使用される。
The
図2に示してあるように、モータ制御装置10は、インバータ回路11と制御部12とを備える。インバータ回路11は、DCバス25を介して入力される直流電源20からの直流を三相交流に変換するための回路である。インバータ回路11は、プラス側の電力線とマイナス側の電力線との間に、U相用のレグ、V相用のレグ及びW相用のレグを並列接続した構成を有しており、モータ制御装置10には、インバータ回路11の各レグの出力電流を測定するための電流センサ14が設けられている。
As shown in FIG. 2, the
制御部12は、上位装置30からの指令に従って、インバータ回路11をPWM(Pulse Width Modulation)制御するユニットである。
The
制御部12は、プロセッサ(マイクロコントローラ、CPU等)、フィールドバス35(図1)用のインターフェース回路等から構成されている。制御部12には、各電流センサ14からの信号、モータMに取り付けられたエンコーダ41(アブソリュートエンコーダやインクリメンタルエンコーダ)からの信号等が入力されており、制御部12は、各センサからの信号に基づき、モータMの駆動電流や、モータMの位置や速度をフィードバック制御する。また、サーボDC給電システム内の各モータ制御装置10の制御部12は、同一のPWM周期Tで、インバータ回路11をPWM制御する。
The
本実施形態に係るサーボDC給電システムの構成及び動作は、基本的には、上記したものである。ただし、サーボDC給電システムは、各モータ制御装置10に識別情報として連番を付し、奇数番号の各モータ制御装置10におけるPWM周期の開始タイミングが同一となり、偶数番号の各モータ制御装置10におけるPWM周期の開始タイミングが、偶数番号の各モータ制御装置10におけるPWM周期の開始タイミングよりT/2だけ遅く(又は早く)なるように、上位装置30から各モータ制御装置10(制御部12)にPWM周期の開始タイミングを設定したものとなっている。
The configuration and operation of the servo DC power supply system according to the present embodiment are basically as described above. However, in the servo DC power supply system, each
そのため、本実施形態に係るサーボDC給電システムは、全モータ制御装置10のPWM周期の開始タイミングが一致しているサーボDC給電システムよりも、DCバス25を流れるノイズ電流が少ないシステムとして機能する。
Therefore, the servo DC power feeding system according to the present embodiment functions as a system in which the noise current flowing through the
具体的には、全モータ制御装置10のPWM周期の開始タイミングが一致しているサーボDC給電システムでは、図3に模式的に示したように、全モータ制御装置10(図3では、モータ制御装置101~10n)のインバータ回路11(図3では、INV)内の半導体スイッチが同時にON/OFFすることになる。なお、PWM周期の開始タイミングとは、PWM変調時に使用されるキャリアの値が最大となる時間、又は、当該時間+α(αは定数)のことである。
Specifically, in the servo DC power supply system in which the start timings of the PWM cycles of all the
モータ制御装置10X(X=1~n)内の半導体スイッチのON/OFF時には、モータMの駆動電流に電流ノイズ#Xが重畳し、DCバス25にも電流ノイズ#Xと同様に時間変化する電流ノイズが重畳する。従って、モータ制御装置101~10n内の半導体スイッチが同時にON/OFFすると、各モータ制御装置10からの電流ノイズが加算されて、DCバス25に、図3に示してあるような大きな電流ノイズ(“DCバス電流ノイズ”)が流れることになる。
When the semiconductor switch in the motor control device 10 X (X = 1 to n) is turned on / off, the current noise # X is superimposed on the drive current of the motor M, and the
一方、実施形態に係るサーボDC給電システムは、上記したように、全モータ制御装置10のほぼ半数のPWM周期の開始タイミングと残りの半数のPWM周期の開始タイミングとの間にPWM周期Tの1/2の時間差が設けられた構成を有している。そのため、本実施形態に係るサーボDC給電システムでは、全モータ制御装置10のデューティが50%である場合、図4に模式的に示したように、奇数番号のモータ制御装置10のPWM変調により生ずる電流ノイズと奇数番号のモータ制御装置10のPWM変調により生ずる電流ノイズとが逆位相となる。従って、各モータ制御装置10からのDCバス25の電流ノイズが、完全にではないがキャンセルされる。そして、その結果として、本実施形態に係るサーボDC給電システムでは、図4に示してあるように、DCバス25に比較的に小さな電流ノイズ(“DCバス電流ノイズ”)しか流れないことになる。
On the other hand, in the servo DC power supply system according to the embodiment, as described above, the PWM cycle T is 1 between the start timing of the PWM cycle of about half of all the
また、本実施形態に係るサーボDC給電システムでは、全モータ制御装置10のデューティが50%ではない場合にも、奇数番号のモータ制御装置10内の半導体スイッチのO
Nと同時に偶数番号のモータ制御装置10内の半導体スイッチがONしない。そのため、本実施形態に係るサーボDC給電システムによれば、全モータ制御装置10のPWM周期の開始タイミングが一致しているシステム(つまり、全モータ制御装置10内の半導体スイッチが同時にONするシステム)よりも、DCバス25の電流ノイズを小さくすることが出来る。
Further, in the servo DC power feeding system according to the present embodiment, even when the duty of all the
At the same time as N, the semiconductor switch in the even-numbered
《変形形態》
上記したサーボDC給電システムは、各種の変形が可能なものである。例えば、サーボDC給電システムを、モータ制御装置10(制御部12)間の通信により、全モータ制御装置10のほぼ半数のPWM周期の開始タイミングと、残りの半数のPWM周期の開始タイミングとの間に、PWM周期Tの1/2の時間差が設けられるシステムに変形しても良い。
《Transformation form》
The above-mentioned servo DC power supply system can be modified in various ways. For example, in the servo DC power supply system, by communication between the motor control devices 10 (control unit 12), between the start timing of the PWM cycle of about half of all the
また、PWM周期の開始タイミングが或る値とされるモータ制御装置10の数と、PWM周期の開始タイミングが当該値±T/2とされるモータ制御装置10の数とは、ほぼ同数であることが好ましい。ただし、他のモータ制御装置10とは、PWM周期の開始タイミングがT/2だけ異なる少なくとも1台のモータ制御装置10が存在していれば、全モータ制御装置10のPWM周期の開始タイミングが一致しているサーボDC給電システムよりも、DCバス25を流れるノイズ電流が少なくなり得る。従って、サーボDC給電システムを、PWM周期の開始タイミングが或る値とされるモータ制御装置10の数と、PWM周期の開始タイミングが当該値±T/2とされるモータ制御装置10の数とが、大きく(2以上)異なったシステムに変形しても良い。
Further, the number of
《付記1》
直流電源(20)からの電力が複数のモータ制御装置(10)にDCバス(25)により分配供給されるサーボDC給電システムにおいて、
前記複数のモータ制御装置(10)は、いずれも、周期TのPWM周期でモータ(M)をPWM制御し、
前記複数のモータ制御装置(10)のそれぞれは、第1グループ、第2グループのいずれかに属し、
前記第1グループに属する各モータ制御装置(10)のPWM周期の開始タイミングと、前記第2グループに属する各モータ制御装置(10)のPWM周期の開始タイミングとの間に、前記周期Tの1/2の時間差が設けられている、
サーボDC給電システム。
<< Appendix 1 >>
In a servo DC power supply system in which electric power from a DC power supply (20) is distributed and supplied to a plurality of motor control devices (10) by a DC bus (25).
Each of the plurality of motor control devices (10) PWM-controls the motor (M) in the PWM cycle of the cycle T.
Each of the plurality of motor control devices (10) belongs to either the first group or the second group.
Between the start timing of the PWM cycle of each motor control device (10) belonging to the first group and the start timing of the PWM cycle of each motor control device (10) belonging to the second group, 1 of the cycle T There is a time difference of / 2,
Servo DC power supply system.
10 モータ制御装置
11 インバータ回路
12 制御部
14 電流センサ
20 直流電源
25 DCバス
30 上位装置
35 フィールドバス
41 エンコーダ
10
Claims (3)
前記複数のモータ制御装置は、いずれも、周期TのPWM周期でモータをPWM制御し、
前記複数のモータ制御装置のそれぞれは、第1グループ、第2グループのいずれかに属し、
前記第1グループに属する各モータ制御装置のPWM周期の開始タイミングと、前記第2グループに属する各モータ制御装置のPWM周期の開始タイミングとの間に、前記周期Tの1/2の時間差が設けられている、
サーボDC給電システム。 In a servo DC power supply system in which power from a DC power supply is distributed and supplied to multiple motor control devices by a DC bus.
Each of the plurality of motor control devices PWM-controls the motor in the PWM cycle of the cycle T.
Each of the plurality of motor control devices belongs to either the first group or the second group.
A time difference of 1/2 of the period T is provided between the start timing of the PWM cycle of each motor control device belonging to the first group and the start timing of the PWM cycle of each motor control device belonging to the second group. Has been
Servo DC power supply system.
前記第1グループに属する前記モータ制御装置の数、前記第2グループに属する前記モータ制御装置の数が、いずれも、Nである、
請求項1に記載のサーボDC給電システム。 The total number of the motor control devices is 2N (N is an integer of 1 or more).
The number of the motor control devices belonging to the first group and the number of the motor control devices belonging to the second group are both N.
The servo DC power supply system according to claim 1.
前記第1グループに属する前記モータ制御装置の数、前記第2グループに属する前記モータ制御装置の数が、それぞれ、N、N+1である、
請求項1に記載のサーボDC給電システム。 The total number of the motor control devices is 2N + 1 (N is an integer of 1 or more).
The number of the motor control devices belonging to the first group and the number of the motor control devices belonging to the second group are N and N + 1, respectively.
The servo DC power supply system according to claim 1.
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