JP5890491B1 - 巻線を複数備えたバッファ用サーボモータを有するサーボモータ制御システム - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明はバッファ用モータを駆動するインバータ回路やコンバータ回路として専用の大容量のものを使用しないサーボモータ制御システムを提供することを目的とする。【解決手段】本発明のサーボモータ制御システムは、工作機械等の軸を駆動するための複数の第1サーボモータと、交流電圧を直流電圧に変換する複数のコンバータと、直流電圧を交流電圧に変換する第1インバータを複数と、イナーシャを回転させる第2サーボモータと、直流電圧を交流電圧に変換する第2インバータを複数と、複数の第1及び第2サーボモータを制御するサーボモータ制御装置と、を有し、第2サーボモータの数は、複数の第2インバータの数よりも少なく、第2サーボモータのうちの少なくとも1つは複数の独立した巻線を備え、複数の第2インバータのうちの少なくとも一部が1つの第2サーボモータに設けられた複数の独立した巻線に接続されている、ことを特徴とする。【選択図】図4
Description
本発明は、サーボモータ制御システムに関し、特に巻線を複数備えたバッファ用サーボモータを有するサーボモータ制御システムに関する。
大型の工作機械や産業機械では、サーボモータを複数台使用して軸を駆動する場合がある。従来のサーボモータ制御システムの構成を図1に示す。図1は、工作機械等の軸を駆動するサーボモータとして複数台(例えば(M+N)台)のドライブ用モータ(M1−1,M1−2,・・・,M1−M,・・・,M1−(M+N))を使用する場合のサーボモータ制御システムを例示している。
(M+N)台のドライブ用モータ(M1−1,M1−2,・・・,M1−M,・・・,M1−(M+N))は、それぞれインバータ回路であるドライブ用アンプ(SV1−1,SV1−2,・・・,SV1−M,・・・,SV1−(M+N))により駆動される。(M+N)台のドライブ用アンプ(SV1−1,SV1−2,・・・,SV1−M,・・・,SV1−(M+N))には、それぞれコンバータ回路(PS−1,PS−2,・・・,PS−M,・・・,PS−(M+N))が接続されており、コンバータ回路は交流電源(図示せず)からの交流電力を直流電力に変換して、ドライブ用アンプに供給している。ドライブ用アンプは、コンバータ回路から受電した直流電力を交流電力に変換してドライブ用モータを駆動する。
このようにドライブ用モータを複数備えた大型の工作機械や産業機械では、サーボモータによる消費電力のピークが大きく、電源設備容量が不足する場合に、電力を消費しないように出力を抑えて動作させる、または、電源設備容量を大きくする必要があった。
そこで、ドライブ用モータの電力を低減するために、イナーシャを設けたサーボモータ(バッファ用モータ)を回転させて回転エネルギーを蓄え、ドライブ用モータが電力を消費しているときにはバッファ用モータを減速させてエネルギーを供給し、ドライブ用モータが電力を回生しているときにはバッファ用モータを加速させてエネルギーを消費する方法が提案されている。例えば、フライホイールをプレス加工の動力として使用しているプレス機において、省エネルギーのために、サーボモータの軸で消費する電力に応じてフライホイールの加減速を行う技術が知られている(特許文献1及び2)。
図2に、バッファ用モータを備えた従来のサーボモータ制御システムの構成図を示す。ドライブ用モータ(M1−1,M1−2,・・・,M1−M,・・・,M1−(M+N))、ドライブ用アンプ(SV1−1,SV1−2,・・・,SV1−M,・・・,SV1−(M+N))、及びコンバータ回路(PS−1,PS−2,・・・,PS−M,・・・,PS−(M+N))がそれぞれ(M+N)台ずつ設けられている点は図1と同様である。図2のサーボモータ制御システムは、図1に示した構成に加えて、イナーシャ(IS−1,IS−2,・・・,IS−M,・・・,IS−(M+N))を備えた(M+N)台のバッファ用モータ(M2−1,M2−2,・・・,M2−M,・・・,M2−(M+N))を備えている。(M+N)台のバッファ用モータ(M2−1,M2−2,・・・,M2−M,・・・,M2−(M+N))は、それぞれ(M+N)台のバッファ用アンプ(SV2−1,SV2−2,・・・,SV2−M,・・・,SV2−(M+N))により駆動される。また、(M+N)台のバッファ用アンプ(SV2−1,SV2−2,・・・,SV2−M,・・・,SV2−(M+N))は、それぞれコンバータ回路(PS−1,PS−2,・・・,PS−M,・・・,PS−(M+N))に接続されており、コンバータ回路は交流電源(図示せず)からの交流電力を直流電力に変換して、バッファ用アンプに供給している。バッファ用アンプは、コンバータ回路から受電した直流電力を交流電力に変換してバッファ用モータを駆動する。
この方法により、バッファ用モータを使用しない場合より、電源設備容量やコンバータ回路の容量を小さくすることができる。
しかしながら、ドライブ用モータへ電力を供給するコンバータ回路が図2に示すように複数台ある場合、バッファ用モータを複数台用意する必要がある。あるいは、複数のバッファ用モータ、複数のバッファ用アンプ、及び複数のコンバータ回路をそれぞれひとつにまとめる必要がある。図3は、複数のバッファ用モータ、複数のバッファ用アンプ、及び複数のコンバータ回路をそれぞれひとつにまとめたサーボモータ制御システムの例を示す。ドライブ用モータ(M1−1,M1−2,・・・,M1−M,・・・,M1−(M+N))及びドライブ用アンプ(SV1−1,SV1−2,・・・,SV1−M,・・・,SV1−(M+N))は、それぞれ(M+N)台ずつ配置されているのに対して、コンバータ回路PS、バッファ用アンプSV2、及びバッファ用モータM2はそれぞれ1台ずつ配置されている。さらにバッファ用アンプSV2とバッファ用モータM2は1本の導線で接続されている。
図2に示すように、複数のバッファ用モータを複数のドライブ用モータと同数用意する場合は、ドライブ用モータの増加に応じてバッファ用モータの台数が増えるという問題が生じる。一方、図3に示すように、複数のバッファ用モータ、複数のバッファ用アンプ、及び複数のコンバータ回路をそれぞれひとつにまとめる場合は、容量が大きなコンバータ回路が必要になり、また、バッファ用モータを駆動するために大電流のインバータ回路が必要になる。容量の大きなインバータ回路やコンバータ回路は、生産台数が少ないため、汎用の容量のインバータ回路やコンバータ回路よりコストが高くなるというデメリットが生じる。
本発明は、ドライブ用モータ、ドライブ用モータを駆動するインバータ回路をそれぞれ複数有するサーボモータ制御システムにおいて、バッファ用モータを駆動するインバータ回路やコンバータ回路として専用の大容量のものを使用しないサーボモータ制御システムを提供することを目的とする。
本発明の実施例に係るサーボモータ制御システムは、産業機械や工作機械の軸を駆動するサーボモータの制御システムであって、軸を駆動するための複数の第1サーボモータと、交流電圧を直流電圧に変換する複数のコンバータと、コンバータから直流電圧を受電して第1サーボモータを駆動するための交流電圧に変換し、または、第1サーボモータから回生される交流電力を直流電力に変換する第1インバータを複数と、イナーシャを回転させる第2サーボモータと、コンバータから直流電圧を受電し、第2サーボモータを駆動するための交流電圧に変換し、または、第2サーボモータから回生される交流電力を直流電力に変換する第2インバータを複数と、複数の第1サーボモータ及び第2サーボモータを制御するサーボモータ制御装置と、を有し、第2サーボモータの数は、複数の第2インバータの数よりも少なく、第2サーボモータのうちの少なくとも1つは複数の独立した巻線を備え、複数の第2インバータのうちの少なくとも一部が1つの第2サーボモータに設けられた複数の独立した巻線に接続されている、ことを特徴とする。
本発明によれば、バッファ用モータとして、複数の巻き線を有し、それぞれの巻き線をインバータ回路で駆動するモータを使用し、それぞれのインバータ回路を個別のコンバータ回路へ接続することによって、バッファ用モータを駆動するインバータ回路やコンバータ回路として専用の大容量のものを使用しなくても済むという効果が得られる。
以下、図面を参照して、本発明に係るサーボモータ制御システムについて説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態には限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。
[実施例1]
[実施例1]
まず、本発明の実施例1に係るサーボモータ制御システムについて図面を用いて説明する。図4は、本発明の実施例1に係るサーボモータ制御システムの構成図である。本発明の実施例1に係るサーボモータ制御システムは、産業機械や工作機械の軸を駆動するサーボモータの制御システムであって、軸を駆動するための複数の第1サーボモータと、交流電圧を直流電圧に変換する複数のコンバータと、コンバータから直流電圧を受電して第1サーボモータを駆動するための交流電圧に変換し、または、第1サーボモータから回生される交流電力を直流電力に変換する第1インバータを複数と、イナーシャを回転させる第2サーボモータと、コンバータから直流電圧を受電し、第2サーボモータを駆動するための交流電圧に変換し、または、第2サーボモータから回生される交流電力を直流電力に変換する第2インバータを複数と、複数の第1サーボモータ及び第2サーボモータを制御するサーボモータ制御装置と、を有し、第2サーボモータの数は、複数の第2インバータの数よりも少なく、第2サーボモータのうちの少なくとも1つは複数の独立した巻線を備え、複数の第2インバータのうちの少なくとも一部が1つの第2サーボモータに設けられた複数の独立した巻線に接続されている、ことを特徴とする。
次に、本発明の実施例1に係るサーボモータ制御システムについて詳細に説明する。図4に示すように、複数の第1サーボモータ(M1−1,M1−2,・・・,M1−M,・・・,M1−(M+N))は、産業機械や工作機械の軸を駆動するための、例えばM+N(M+N≧2)台のドライブ用モータである。
複数のコンバータ(PS−1,PS−2,・・・,PS−M,・・・,PS−(M+N))は、交流電源(図示せず)からの交流電圧を直流電圧に変換する。図4に示すように、実施例1に係るサーボモータ制御システムにおいては、コンバータは第1サーボモータと同数の(M+N)台設けられている。
複数の第1インバータ(SV1−1,SV1−2,・・・,SV1−M,・・・,SV1−(M+N))は、ドライブ用モータ(第1サーボモータ)を駆動するためのアンプであって、複数のコンバータから直流電圧を受電して複数の第1サーボモータを駆動するための交流電圧に変換し、または、複数の第1サーボモータから回生される交流電力を直流電力に変換する。第1インバータも第1サーボモータと同数の(M+N)台設けられている。
第2サーボモータM2は、バッファ用モータであって、イナーシャISを回転させる。イナーシャISを設けた第2サーボモータを回転させることによって回転エネルギーを蓄えることができる。さらに、ドライブ用モータ(第1サーボモータ)が電力を消費しているときにはバッファ用モータ(第2サーボモータ)を減速させてエネルギーを供給し、ドライブ用モータ(第1サーボモータ)が電力を回生しているときにはバッファ用モータ(第2サーボモータ)を加速させてエネルギーを消費する。このようにして、ドライブ用モータの電力を低減することができる。
複数(例えば(M+N)台)の第2インバータ(SV2−1,SV2−2,・・・,SV2−M,・・・,SV2−(M+N))は、バッファ用モータである第2サーボモータM2のためのアンプであって、複数のコンバータ(PS−1,PS−2,・・・,PS−M,・・・,PS−(M+N))から直流電圧を受電し、第2サーボモータM2を駆動するための交流電圧に変換し、または、第2サーボモータM2から回生される交流電力を直流電力に変換する。
サーボモータ制御装置(図示せず)は、複数の第1サーボモータ(M1−1,M1−2,・・・,M1−M,・・・,M1−(M+N))及び第2サーボモータM2を制御する。また、サーボモータ制御装置は、第2サーボモータM2を複数の第1サーボモータの電力のピークを低減するように制御することが好ましい。
本発明の実施例1に係るサーボモータ制御システムは、第2サーボモータM2の数が、複数の第2インバータの数(例えば(M+N)台)よりも少なく、第2サーボモータM2のうちの少なくとも1つは複数の独立した巻線を備え、複数の第2インバータのうちの少なくとも一部が1つの第2サーボモータに設けられた複数の独立した巻線に接続されている点を特徴としている。図5に、第2サーボモータM2の巻線の構造、及び第2サーボモータM2の巻線と第2インバータとの結線の例を示す。図5(a)は、第2サーボモータM2の断面図を示しており、ステータ10に配置された複数の巻線(U1,U2,V1,V2,W1,W2,U3,U4,V3,V4,W3,W4)を示している。複数の巻線(U1,U2,V1,V2,W1,W2,U3,U4,V3,V4,W3,W4)は、一方の組の巻線(U1,U2,V1,V2,W1,W2)と、他方の組の巻線(U3,U4,V3,V4,W3,W4)に分けられる。図5(b)は、図5(a)に示された複数の巻線と複数の第2インバータSV2−1,SV2−2との結線の例を示している。図5(b)に示すように、上記の複数の巻線のうち一方の組の巻線(U1,U2,V1,V2,W1,W2)が一方の第2インバータSV2−1に接続され、上記の複数の巻線のうち他方の組の巻線(U3,U4,V3,V4,W3,W4)が他方の第2インバータSV2−2に接続されている。ここでは、1台の第2サーボモータに2台の第2インバータを接続した例を示しているが、これには限られず、1台の第2サーボモータに3台以上の第2インバータを接続してもよい。図4には、第2サーボモータM2が1台のみの場合を例示しているが、これには限られず、第2サーボモータは複数であってもよい。ただし、例えば第2サーボモータの数がM台であるとした場合、第2サーボモータM2の数Mは、複数の第2インバータの数(M+N)よりも少ない(M<(M+N))。
また、図4に示した例では、1台の第2サーボモータM2が、第2インバータの数である(M+N)個の独立した巻線を備えた例を示しているが、これには限られない。即ち、例えば、第2サーボモータ(M2−1,M2−2,…,M2−M)がM台配置されている場合は、このうちの少なくとも1台が複数の独立した巻線を備えていればよく、他の(M−1)台は、独立した巻線を備えていなくてもよい。
例えば、M台の第2サーボモータ(M2−1,M2−2,…,M2−M)のうちの1台の第2サーボモータM2−1が、2個の独立した巻線を備えている場合は、その他の(M−1)台の第2サーボモータ(M2−2,…,M2−M)は複数の独立した巻線を備えていなくてもよい。この場合、1台の第2サーボモータM2−1が、2個の独立した巻線を備えているので、例えば2台の第2インバータ(SV2−1,SV2−2)が第2サーボモータM2−1の2個の独立した巻線に接続される。
同様に、M台の第2サーボモータ(M2−1,M2−2,…,M2−M)のうちの2台の第2サーボモータ(M2−1,M2−2)が、それぞれ2個の独立した巻線を備えている場合は、その他の(M−2)台の第2サーボモータ(M2−3,…,M2−M)は複数の独立した巻線を備えていなくてもよい。
このように、第2サーボモータのうちの少なくとも1つが独立した巻線を有していれば、第2インバータの数を維持したまま、バッファ用モータである第2サーボモータの数を削減できるので、第2インバータやコンバータとして専用の大容量のものを使用しなくても済むという効果が得られる。
[実施例2]
[実施例2]
次に、本発明の実施例2に係るサーボモータ制御システムについて図面を用いて説明する。図6は、本発明の実施例2に係るサーボモータ制御システムの構成図である。本発明の実施例2に係るサーボモータ制御システムが、実施例1に係るサーボモータ制御システムと異なっている点は、ドライブ用モータである複数の第1サーボモータの数が、複数のコンバータの数よりも多い点である。実施例2に係るサーボモータ制御システムのその他の構成は、実施例1に係るサーボモータ制御システムの構成と同様であるので詳細な説明は省略する。
図6に示すように、実施例2に係るサーボモータ制御システムを構成するドライブ用モータである複数の第1サーボモータ(M1−1,・・・,M1−M,M1−(M+1),M1−(M+2),・・・,M1−(M+2N−1),M1−(M+2N))は(M+2N)台設置され、第1インバータ(SV1−1,・・・,SV1−M,SV1−(M+1),SV1−(M+2),・・・,SV1−(M+2N−1),SV1−(M+2N))も複数の第1サーボモータと同数の(M+2N)台設置されている。これに対して、複数のコンバータ(PS−1,・・・,PS−M,PS−(M+1),・・・,PS−(M+N))は(M+N)台設置されており、コンバータの数は第1サーボモータ及び第1インバータの数よりも少ない。即ち、複数のコンバータのうちの少なくとも一部が、複数台の第1サーボモータを駆動するように複数の第1インバータに接続されている。例えば、図6に示すように、コンバータ(PS−(M+1))は2台の第1インバータ(SV1−(M+1))及び(SV1−(M+2))に接続されており、コンバータ(PS−(M+N))は2台の第1インバータ(SV1−(M+2N−1))及び(SV1−(M+2N))に接続されている。
また、図6に示すように、バッファ用モータである第2サーボモータM2を駆動するための第2インバータ(SV1−1,・・・,SV1−M,SV1−(M+1),・・・,SV1−(M+N))は(M+N)台設置されており、コンバータの数と同数である。さらに、図6に示した例では第2サーボモータM2を1台のみ設置した例を示したが、これには限られない点は実施例1と同様である。
サーボモータ制御装置1は、複数の第1インバータ(SV1−1,・・・,SV1−M,SV1−(M+1),SV1−(M+2),・・・,SV1−(M+2N−1),SV1−(M+2N))及び複数の第2インバータ(SV1−1,・・・,SV1−M,SV1−(M+1),・・・,SV1−(M+N))に接続されており、それぞれ第1サーボモータ(M1−1,・・・,M1−M,M1−(M+1),M1−(M+2),・・・,M1−(M+2N−1),M1−(M+2N))及び第2サーボモータM2に設けられた独立した複数の巻線を制御している。
実施例2に係るサーボモータ制御システムにおいて、第1インバータ、コンバータ、第2インバータのそれぞれの台数は以下の条件式を満たす。
ドライブ用モータ(第1サーボモータ)の第1インバータの台数
≧コンバータの台数
≧バッファ用モータ(第2サーボモータ)の第2インバータの台数
≧2
ドライブ用モータ(第1サーボモータ)の第1インバータの台数
≧コンバータの台数
≧バッファ用モータ(第2サーボモータ)の第2インバータの台数
≧2
以上のように、本発明の実施例2に係るサーボモータ駆動システムによれば、コンバータの数以上のドライブ用モータを有する場合であっても、コンバータの数と同数の第2インバータの数を減少させることなく、イナーシャを備えたバッファ用モータの数を減少させることができるので、第2インバータやコンバータとして専用の大容量のものを使用しなくても済むという効果が得られる。
1 サーボモータ制御装置
M1−1,・・・,M1−(M+2N) 第1サーボモータ
SV1−1,・・・,SV1−(M+2N) 第1インバータ
PS−1,・・・,PS−(M+N) コンバータ
SV1−1,・・・,SV1−(M+N) 第2インバータ
M2 第2サーボモータ
IS イナーシャ
M1−1,・・・,M1−(M+2N) 第1サーボモータ
SV1−1,・・・,SV1−(M+2N) 第1インバータ
PS−1,・・・,PS−(M+N) コンバータ
SV1−1,・・・,SV1−(M+N) 第2インバータ
M2 第2サーボモータ
IS イナーシャ
Claims (2)
- 産業機械や工作機械の軸を駆動するサーボモータの制御システムであって、
軸を駆動するための複数の第1サーボモータと、
交流電圧を直流電圧に変換する複数のコンバータと、
前記のコンバータから直流電圧を受電して前記複数の第1サーボモータを駆動するための交流電圧に変換し、または、前記の第1サーボモータから回生される交流電力を直流電力に変換する第1インバータを複数と、
イナーシャを回転させる第2サーボモータと、
前記コンバータから直流電圧を受電し、前記第2サーボモータを駆動するための交流電圧に変換し、または、前記第2サーボモータから回生される交流電力を直流電力に変換する第2インバータを複数と、
前記複数の第1サーボモータ及び前記第2サーボモータを制御するサーボモータ制御装置と、を有し、
前記第2サーボモータの数は、前記複数の第2インバータの数よりも少なく、
前記第2サーボモータのうちの少なくとも1つは複数の独立した巻線を備え、前記第2サーボモータの複数の独立した巻線が、前記複数の第2インバータに各々接続されている、
ことを特徴とするサーボモータ制御システム。 - 前記サーボモータ制御装置は、前記第2サーボモータを前記複数の第1サーボモータの電力のピークを低減するように制御する、請求項1に記載のサーボモータ制御システム。
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