JP6628953B1

JP6628953B1 - モータ駆動システム及びモータ駆動装置

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Publication number: JP6628953B1
Application number: JP2019555703A
Authority: JP
Inventors: 孝公今; 亮太金森
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-04-22
Filing date: 2019-04-22
Publication date: 2020-01-15
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Abstract

モータ駆動システム（３００）は、モータ駆動装置（２００ａ，２００ｂ）と、コントローラ（１２５）とを備える。モータ駆動装置（２００ａ）は、制御部（２３）が生成する駆動指令に基づいてモータ（１００ａ，１２４）を駆動する。モータ駆動装置（２００ｂ）は、制御部（２３）が生成する駆動指令に基づいてモータ（１００ｂ，１２４）を駆動する。コントローラ（１２５）は、モータ制御有効指令を生成し、モータ制御有効指令に基づいてモータ駆動装置（２００ａ，２００ｂ）の動作を制御する。コントローラ（１２５）は、モータ駆動装置（２００ａ，２００ｂ）の何れか１つにモータ制御有効指令を出力し、それぞれの制御部（２３）は、モータ制御有効指令を受信していない期間は、駆動指令の出力を停止する。

Description

本発明は、モータを駆動するモータ駆動システム及びモータ駆動装置に関する。

モータ駆動装置は、モータに交流電力を供給するインバータ回路を備える。インバータ回路は、上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子とが直列接続されたレグを２つ以上備えて構成される。上アームは高電位側を指し、下アームは低電位側を指している。

インバータ回路に具備される各スイッチング素子を制御するには、各スイッチング素子にゲート駆動電圧を印加するためのゲート駆動回路が必要である。また、ゲート駆動回路を動作させるためには、ゲート電源が必要である。下記特許文献１には、インバータ回路の各スイッチング素子を個別に制御するため、個別のゲート電源（以下「個別電源」と呼ぶ）を備えるゲート駆動回路の構成が開示されている。

個別電源を備えたゲート駆動回路に対し、チャージポンプ回路を有し、複数の上アームスイッチング素子を駆動するための上アームゲート電源を１つにして共通化した共通電源方式のゲート駆動回路もある。共通電源方式の場合、チャージポンプ回路は、上アームスイッチング素子ごとに設けられる。そして、個々の上アームスイッチング素子を駆動するためのゲート駆動電圧は、チャージポンプ回路に充電される充電電圧を利用する。チャージポンプ回路への充電は、対応する下アームスイッチング素子を動作させることで行われる。

共通電源方式では、上アームスイッチング素子を駆動する際には、その直前に対応する下アームスイッチング素子を動作させて、チャージポンプ回路の充電を完了しておく必要がある。チャージポンプ回路の充電には、ある程度の時間を要する。このため、駆動指令が発出されてから実際にＯＮ動作又はＯＦＦ動作する時間は、上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子との間において、ばらつきがある。また、チャージポンプ回路の充電時間にもばらつきがあるので、上アームスイッチング素子間においても、ＯＮ動作又はＯＦＦ動作の時間にばらつきが生ずる。従って、各スイッチング素子が動作するタイミングが問題となるアプリケーションでは、共通電源方式に代えて、個別電源方式が用いられることが多い。

また、インバータ回路によって駆動されるモータを大別すると、回転軸の周りにロータが回転する回転式モータと、回転軸がなく直進運動を行うリニアモータとがある。一般的なリニアモータの構成は、地上側に固定部としての磁石対を配置し、可動部側にコイルを配置する方式である。この方式において、可動部のコイルは、モータ駆動装置から供給される電流によって駆動される。

ところが、コイルが可動部にある方式では、可動部に電源電圧を印加するための電源ケーブルを可動部のコイルの動作に追従して並走させる仕組みが必要である。或いは、非接触給電装置を増設するなどにより、可動部に電源電圧を印加する仕組みが必要である。可動部のコイルの動作に追従して電源ケーブルを並走させる場合において、周回するような運転経路の場合、ケーブル長、ケーブルねじれといった制約がある。また、非接触給電装置を増設する場合、多くの費用を要するという課題がある。

上記の課題に対し、一般的なリニアモータとは逆の構成とする方式、即ち、コイルを固定部として地上側に配置し、可動部に磁石を配置する方式もある。この方式は、「ムービングマグネット方式」又は「ムービングマグネット制御」などと呼ばれる。ムービングマグネット方式の場合、可動部がマグネットであることから、可動部への電源供給は不要である。このため、可動部にコイルを配置する方式のリニアモータで課題となっていた、ケーブル長、ケーブルねじれといった制約は生じない。また、このムービングマグネット方式の場合、非接触給電装置の増設も不要である。

特開２０１２−１２０３０４号公報

しかしながら、ムービングマグネット方式にも課題がある。例えば、可動部の動作範囲であるストロークがある一定以上長くなると、１組のコイルと１台のモータ駆動装置では、ストロークが確保できず、コイル及びモータ駆動装置の組を複数用意する必要がある。そして、この複数用意されたコイルのうち、励磁対象のコイルを切り替える際に、制御の連続性を確保して、コイル間の切り替えを滑らかに行う技術が必要である。

前述したように、上記特許文献１のような個別電源方式のゲート駆動回路の場合、共通電源方式に比べて、各スイッチング素子の動作タイミングのばらつきを小さくすることができる。しかしながら、上述したムービングマグネット方式における複数のコイル間の切り替えを滑らかに行うという課題は、個別電源方式のゲート駆動回路を用いただけでは、解決できない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、励磁対象のコイルを切り替える際に、コイル間の切り替えを滑らかに行うことができるモータ駆動システムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係るモータ駆動システムは、第１及び第２のモータ駆動装置と、上位制御装置とを備える。第１のモータ駆動装置は、第１の制御部を備え、第１の制御部が生成する駆動指令に基づいて第１のモータを駆動する。第２のモータ駆動装置は、第２の制御部を備え、第２の制御部が生成する駆動指令に基づいて第２のモータを駆動する。上位制御装置は、モータ制御有効指令を生成し、モータ制御有効指令に基づいて第１及び第２のモータ駆動装置の動作を制御する。上位制御装置は、第１及び第２のモータ駆動装置の何れか１つにモータ制御有効指令を出力し、第１及び第２の制御部は、モータ制御有効指令を受信していない期間は、駆動指令の出力を停止する。

本発明に係るモータ駆動システムによれば、励磁対象のコイルを切り替える際に、コイル間の切り替えを滑らかに行うことができるという効果を奏する。

実施の形態１に係るモータ駆動システムに使用されるモータ駆動装置の構成を示すブロック図図１に示すインバータ回路の詳細な構成を示す回路図実施の形態１におけるゲート駆動回路の構成の説明に使用する回路図図１に示すモータ駆動装置を用いた実施の形態１に係るモータ駆動システムのシステム構成図第１のコイルから第２のコイルに切り替わる直前の動作状態を図４に示した図第２のコイルに切り替わった直後の動作状態を図４に示した図図４に示すモータ駆動システムの動作説明に供するタイムチャート実施の形態２に係るモータ駆動システムの構成例を示すブロック図図８に示すモータ駆動システムの動作説明に供するタイムチャート実施の形態３に係るモータ駆動システムの動作説明に供するタイムチャート

以下に、本発明の実施の形態に係るモータ駆動システム及びモータ駆動装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るモータ駆動システムに使用されるモータ駆動装置２００の構成を示すブロック図である。モータ駆動装置２００は、図１に示すように、交流電源２６から供給される電力を用いて、負荷であるモータ１５０を駆動する駆動装置である。モータ駆動装置２００は、コンバータ回路１８と、インバータ回路２０と、平滑コンデンサ２２と、制御部２３と、ゲート駆動回路２４とを備えている。

コンバータ回路１８は、交流電源２６から印加される交流電圧を整流して直流電圧に変換する。コンバータ回路１８の一例は、ダイオードブリッジで構成された全波整流回路である。コンバータ回路１８の出力端には、インバータ回路２０が接続される。コンバータ回路１８とインバータ回路２０とは、高電位側の直流母線２７と低電位側の直流母線２８とによって接続される。直流母線２７と直流母線２８との間には、平滑コンデンサ２２が配置される。直流母線２７と直流母線２８との間の電圧は、「母線電圧」と呼ばれる。平滑コンデンサ２２は、母線電圧を平滑して、母線電圧を安定化する役目を担う。

インバータ回路２０は、平滑コンデンサ２２によって平滑された直流電圧を交流電圧に変換してモータ１５０に印加する。モータ１５０は、インバータ回路２０から供給される交流電力によって駆動される。モータ１５０には、位置センサ１３０が設けられている。位置センサ１３０は、モータ１５０における図示しないロータの回転位置を検出する。位置センサ１３０によって検出された位置センサ信号１３２は、制御部２３に入力される。

制御部２３は、プロセッサ２３ａと、メモリ２３ｂとを備える。プロセッサ２３ａは、位置センサ信号１３２に基づいて、インバータ回路２０のスイッチング素子２１を制御するための駆動指令３０を生成する。ゲート駆動回路２４は、駆動指令３０に基づいて駆動電圧３２を発生する。駆動電圧３２は、インバータ回路２０のスイッチング素子２１を駆動するためのゲート駆動電圧である。

プロセッサ２３ａは、マイクロプロセッサ、マイコン、マイクロコンピュータ、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、又はＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）と称されるものでもよい。

メモリ２３ｂには、プロセッサ２３ａによって読みとられるプログラム、プロセッサ２３ａによって参照されるパラメータ、プロセッサ２３ａの処理によって得られるデータなどが保存される。メモリ２３ｂは、プロセッサ２３ａが演算処理を行う際の作業領域としても使用される。メモリ２３ｂは、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（ＥｒａｓａｂｌｅＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＥＰＲＯＭ）といった不揮発性又は揮発性の半導体メモリが一般的である。

なお、図１では、交流電源２６を三相電源としているが、これに限定されない。交流電源２６は、単相電源でもよい。交流電源２６が単相電源である場合、コンバータ回路１８は、単相電源に合わせた構成とされる。モータ１５０の一例は、三相モータである。モータ１５０が三相モータである場合、インバータ回路２０も、三相の回路構成となる。

図２は、図１に示すインバータ回路２０の詳細な構成を示す回路図である。インバータ回路２０は、図２に示されるように、レグ２１Ａ、レグ２１Ｂ及びレグ２１Ｃを有する。レグ２１Ａ、レグ２１Ｂ及びレグ２１Ｃは、直流母線２７と直流母線２８との間において、互いに並列に接続されている。レグ２１Ａは、Ｕ相の上アームスイッチング素子２１ＵＰと下アームスイッチング素子２１ＵＮとが直列に接続された回路部である。レグ２１Ｂは、Ｖ相の上アームスイッチング素子２１ＶＰと下アームスイッチング素子２１ＶＮとが直列に接続された回路部である。レグ２１Ｃは、Ｗ相の上アームスイッチング素子２１ＷＰと下アームスイッチング素子２１ＷＮとが直列に接続された回路部である。

なお、図２では、上アームスイッチング素子２１ＵＰ，２１ＶＰ，２１ＷＰ及び下アームスイッチング素子２１ＵＮ，２１ＶＮ，２１ＷＮが金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＭＯＳＦＥＴ）である場合を例示しているが、これに限定されない。ＭＯＳＦＥＴに代えて、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＩＧＢＴ）を用いてもよい。

また、各スイッチング素子には、逆並列に接続されるダイオードを備えていてもよい。スイッチング素子がＭＯＳＦＥＴである場合、ＭＯＳＦＥＴ自身が内部に有する寄生ダイオードを用いてもよい。寄生ダイオードは、ボディダイオードとも呼ばれる。

図３は、実施の形態１におけるゲート駆動回路２４の構成の説明に使用する回路図である。図３では、図１に示すプロセッサ２３ａとインバータ回路２０との間に配置されるゲート駆動回路２４の詳細な接続関係が示されている。実施の形態１におけるゲート駆動回路２４は、個別電源方式のゲート駆動回路である。

実施の形態１におけるゲート駆動回路２４は、図３に示すように、ゲート電源回路２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄを有する。ゲート電源回路２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、上アームスイッチング素子用のゲート電源回路である。ゲート電源回路２４ａは、抵抗２４１と、信号伝達手段及び絶縁手段であるフォトカプラ２４２と、直流電源２４３とを備えている。ゲート電源回路２４ｂ，２４ｃもゲート電源回路２４ａと同様に構成される。

また、ゲート電源回路２４ｄは、下アームスイッチング素子用のゲート電源回路である。抵抗２４１及びフォトカプラ２４２を下アームスイッチング素子ごとに個々に備える構成は、上アームスイッチング素子用のゲート電源回路２４ａ，２４ｂ，２４ｃと同様である。

また、図３に示すゲート電源回路２４ｄは、下アームゲート電源が共通化されて１つの直流電源２４４を備える構成である。これは、インバータ回路２０において、下アームスイッチング素子のソース端子同士は、それぞれが接続されていて同電位であり、この電位をゲート電源回路２４ｄの基準電位にできるからである。従って、ゲート駆動回路が個別電源方式であるか、共通電源方式であるかは、上アームゲート電源が共通化されているか否かで決まる。なお、下アームゲート電源を共通化せずに、３つの直流電源を用いて構成してもよいことは言うまでもない。

プロセッサ２３ａから駆動指令３０が発出されると、駆動指令３０によってフォトカプラ２４２が導通する。例えば、駆動指令３０がＵ相の上アームスイッチング素子２１ＵＰをＯＮさせる駆動指令である場合、ゲート電源回路２４ａのフォトカプラ２４２が導通し、上アームスイッチング素子２１ＵＰに駆動電圧３２が印加される。これにより、上アームスイッチング素子２１ＵＰがＯＮとなる。他のスイッチング素子も同様に駆動される。また、フォトカプラ２４２の導通が遮断されると、スイッチング素子はＯＦＦとなる。

前述したように、個別電源方式のゲート駆動回路２４は、駆動指令３０が発出されてから、実際にスイッチング素子がＯＮ又はＯＦＦとなる時間のばらつきを小さくすることができる。これにより、下述する実施の形態１の応用例に好適に用いることができる。

次に、上記で説明したモータ駆動装置２００の応用例について説明する。図４は、図１に示すモータ駆動装置２００を用いた実施の形態１に係るモータ駆動システム３００の構成例を示す図である。図４に示すモータ駆動システム３００の駆動対象は、ムービングマグネット方式のリニアモータである。ムービングマグネット方式のリニアモータでは、地上側に構成される固定部には複数のコイルが配置され、可動部には複数の磁石対が配置される。

図４において、地上側には、複数のコイルの例示として、第１の方向であるｘ１の正の方向に沿って３つのコイル１００ａ，１００ｂ，１００ｃが、この順序で配置されている。また、可動部を構成する可動台車１２４には、複数の磁石対の例示として、３つの磁石対１２０が搭載されている。コイル１００ａ，１００ｂ，１００ｃと、可動台車１２４に搭載されている３つの磁石対１２０とでリニアモータが構成される。

磁石対１２０の磁極方向は、第２の方向であるｙ１の方向である。ｙ１は、ｘ１に直交する方向である。３つの磁石対１２０は連結され、隣り合う磁石対同士は、磁極のＮＳが１８０°反転されている。これにより、可動台車１２４が第１の方向に移動するとき、コイル側から参照される磁石対１２０の磁極は、Ｎ極とＳ極が交互に現れるようになる。

１つのコイルのｘ１の方向の長さをＬ１とし、３つの磁石対１２０全体のｘ１の方向の長さをＬ２とする。図４の例の場合、これらＬ１，Ｌ２の間には、Ｌ１＜Ｌ２＜２×Ｌ１の関係がある。Ｌ１＜Ｌ２＜２×Ｌ１の関係は、複数のコイルからなるコイル群の両端以外では、３つの磁石対１２０が２つのコイルに跨った状態となり、且つ、３つ以上のコイルに跨っている状態は、存在しないことを意味する。なお、システムの仕様によっては、３つ以上のコイルに跨っている状態が許容される場合もあり得る。また、システムの仕様によっては、Ｌ１＞Ｌ２となる場合もある。

地上側には、モータ駆動装置２００ａ，２００ｂ，２００ｃが載置されている。モータ駆動装置２００ａ，２００ｂ，２００ｃのそれぞれと、コイル１００ａ，１００ｂ，１００ｃのそれぞれとは、１対１で接続されている。コイル１００ａは、モータ駆動装置２００ａが出力する電流により励磁される。これにより、コイル１００ａが電磁石となり、可動台車１２４に配置されている磁石対１２０との間で吸引力又は反発力が発生し、可動台車１２４はｘ１の正の方向に進む。

また、コイル１００ａ，１００ｂ，１００ｃのそれぞれには、センサ１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃがそれぞれ配置されている。センサ１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃの一例は光学センサであり、光学センサの具体例はバーコードリーダである。可動台車１２４には、位置識別子としてのバーコード１２３が、バーコードリーダであるセンサ１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃによって読み取り可能に貼付されている。なお、図４において、コイル１００ａ，１００ｂ，１００ｃは、一部を示したものであり、コイルの数は、システムの規模によって決定される。また、図４では、各コイルを隙間なく配置しているが、各コイルは、隙間を空けて配置されていてもよい。また、センサ１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃは、磁気式のセンサであってもよい。

モータ駆動装置２００ａは、通信線１０６によってモータ駆動装置２００ｂと接続され、モータ駆動装置２００ｂは、通信線１０６によってモータ駆動装置２００ｃと接続されている。即ち、モータ駆動装置２００ａ，２００ｂ，２００ｃは、通信線１０６によってシリーズに接続されている。モータ駆動装置２００ａは、更に通信線１０６によって上位制御装置であるコントローラ１２５に接続されている。

コントローラ１２５は、制御指令１４０を生成する。制御指令１４０は、通信線１０６を通じてモータ駆動装置２００ａに伝送される。制御指令１４０には、運転指令、位置指令、速度指令、及びモータ制御有効指令が含まれる。運転指令は、可動部である可動台車１２４を動作させるか停止させるかを決めるための指令値又は指令信号である。位置指令は、可動台車１２４の位置を指示するための指令値又は指令信号である。速度指令は、可動台車１２４の速度を指示するための指令値又は指令信号である。モータ制御有効指令については、後述する。

モータ駆動装置２００ａは、受信した制御指令１４０をモータ駆動装置２００ｂに伝送する。モータ駆動装置２００ｂは、受信した制御指令１４０をモータ駆動装置２００ｃに伝送する。なお、図４の接続例は一例であり、この例に限定されない。コントローラ１２５によって生成された制御指令１４０がモータ駆動装置２００ａ，２００ｂ，２００ｃに伝送できれば、どのような接続形態でもよい。また、図４では、有線で接続されているが、無線で接続されていてもよい。

次に、図４に示すモータ駆動システム３００の動作について、図４に加え、更に図５から図７の図面を参照して説明する。図５は、モータ制御を有効とするコイルが第１のコイルから第２のコイルに切り替わる直前の動作状態を図４に示した図である。図６は、モータ制御を有効とするコイルが第２のコイルに切り替わった直後の動作状態を図４に示した図である。図７は、図４に示すモータ駆動システム３００の動作説明に供するタイムチャートである。図面について補足すると、図４では、モータ制御を有効とするコイルが第１のコイルである場合の動作の様子が示されている。また、図７では、モータ制御を有効とするコイルが第１のコイルから第２のコイルに切り替わるときの動作が示されている。

図７において、まず、時刻ｔ１では、コントローラ１２５により、モータ駆動装置２００ａに対して位置指令が出力され（図７（ｄ）参照）、モータ駆動装置２００ａに対してモータ制御有効指令が出力される（図７（ｆ）参照）。図７（ｆ），（ｇ）では、モータ制御有効指令を受信してモータ制御が有効である状態を“ＯＮ”で表し、モータ制御有効指令を受信しておらず、モータ制御が有効ではない状態を“ＯＦＦ”で表している。モータ駆動装置２００ａの動作状態はＯＦＦからＯＮに切り替わり、動作を開始する。モータ駆動装置２００ａがＯＮ状態のとき、モータ駆動装置２００ａはコイル１００ａを励磁するので、可動台車１２４は駆動されて移動し、可動台車１２４の位置は変化する（図７（ａ）参照）。図７（ｂ）には、センサ１３０ａによって検出される可動台車１２４の位置情報が示されている。位置情報は、モータ駆動装置２００ａを経由してコントローラ１２５に伝送される。なお、図７では、モータ駆動装置２００ａに対して位置指令が出力される同時刻ｔ１で可動台車１２４の位置が変化しているが、実際には、制御のタイムラグにより、可動台車１２４の位置の変化が位置指令の変化よりも遅れて生じることは言うまでもない。

一方、時刻ｔ１のとき、モータ駆動装置２００ｂに対してはモータ制御有効指令が出力されておらず、モータ駆動装置２００ｂの動作状態はＯＦＦのままである（図７（ｇ）参照）。ここで、モータ制御有効指令について補足する。前述したように、モータ制御有効指令は、コントローラ１２５から出力される制御指令１４０の１つである。コントローラ１２５は、モータ制御有効指令を出力する際、モータ制御を有効とする１つのモータ駆動装置を指定する。なお、１台の可動台車１２４に対して複数のモータ駆動装置が同時に指定されることはない。

図７の説明に戻り、モータ駆動装置２００ａに対する位置指令は、時刻ｔ３を超えて時刻ｔ１２まで継続され、モータ駆動装置２００ｂに対する位置指令は、時刻ｔ３の手前の時刻ｔ１１から開始される。即ち、モータ駆動装置２００ａ，２００ｂに対する位置指令は、時刻ｔ１１，ｔ１２間でオーバラップさせている。一方、モータ駆動装置２００ａに対するモータ制御有効指令と、モータ駆動装置２００ｂに対するモータ制御有効指令とは、オーバラップしないように時刻ｔ３で切り替えている（図７（ｆ），（ｇ）参照）。図５は時刻ｔ１１の状態を示しており、図６は時刻ｔ１２の状態を示している。

図５及び図６の場合、バーコード１２３に対して、センサ１３０ａ，１３０ｂの双方が読み取り可能な位置関係にあるので、センサ１３０ａ，１３０ｂの双方が位置情報を検出している（図７（ｂ），（ｃ）参照）。なお、図示はしていないが、時刻ｔ２は、バーコード１２３の右端がセンサ１３０ｂに到達した時刻であり、時刻ｔ４は、バーコード１２３の左端がセンサ１３０ａを抜けた時刻である。

ムービングマグネット方式のリニアモータの場合、可動台車１２４に搭載する磁石対１２０は有限長であり、１つのコイルのみでは、可動台車１２４を全領域において動作させることはできない。そこで、図５及び図６に示すように、可動台車１２４がある程度進行し、磁石対１２０と対向する長さが、第１のコイルであるコイル１００ａよりも、第２のコイルであるコイル１００ｂの方が長くなったタイミングでモータ制御の有効を切り替える。コイル１００ｂからコイル１００ｃへの切り替えも同様に行うことができる。コイル１００ｂからコイル１００ｃへ切り替える場合、コイル１００ｂが第１のコイルになり、コイル１００ｃが第２のコイルになる。また、第１のコイルを励磁するモータ駆動装置を第１のモータ駆動装置とし、第２のコイルを励磁するモータ駆動装置を第２のモータ駆動装置とするとき、コイル１００ｂを駆動するモータ駆動装置２００ｂが第１のモータ駆動装置となり、コイル１００ｃを駆動するモータ駆動装置２００ｃが第２のモータ駆動装置となる。

なお、上記の説明では、動作させる可動台車１２４の台数が１台の場合について説明したが、これに限定されない。動作させる可動台車１２４の台数は複数であってもよい。動作させる可動台車１２４の台数が複数である場合、可動台車１２４のそれぞれに対して第１のモータ駆動装置が指定される。また、可動台車１２４ごとに、上述したコイル及びモータ駆動装置の切り替えが行われる。

また、図４から図６の例において、可動台車１２４はｘ１の正の方向に進むものとして説明したが、可動台車１２４はｘ１の負の方向にも進むことが可能である。可動台車１２４がｘ１の負の方向に進む場合、コイル１００ｂからコイル１００ａへの切り替えが行われる。この場合、第１のコイルは、コイル１００ｃからコイル１００ｂに切り替わり、第２のコイルは、コイル１００ｂからコイル１００ａに切り替わる。また、第１のモータ駆動装置は、モータ駆動装置２００ｃからモータ駆動装置２００ｂに切り替わり、第２のモータ駆動装置は、モータ駆動装置２００ｂからモータ駆動装置２００ａに切り替わる。

また、図５及び図６の例では、磁石対１２０と対向する長さの長短に基づいてモータ制御の有効を切り替える例について説明したが、この例に限定されない。コイル切り替えの手法は様々あり、他の手法も用いてもよい。一例を挙げると、位置センサ信号１３２の検出レベルに基づいてモータ制御の有効を切り替えることが考えられる。

チャージポンプ回路で構成されたゲート駆動回路の場合、モータ制御が不要な場合であっても、上アームゲート電源を確保するために、下アームスイッチング素子のスイッチングを継続する必要がある。下アームスイッチング素子のスイッチングを継続した場合、ダイナミックブレーキによってブレーキ電流が流れ、モータにブレーキ力が発生してモータが減速してしまうおそれがある。一方、実施の形態１では、個別電源方式のゲート駆動回路を用いているので、上アームゲート電源の確保のための制御は不要である。これにより、上アームゲート電源を確保する際のダイナミックブレーキの発生を抑制できるので、効率のよいモータ制御が可能となる。

また、ムービングマグネット方式のリニアモータの場合、図４に示すように、磁石対１２０が第１のコイルから第２のコイルに切り替える過程で、第１のコイル及び第２のコイルの双方が磁石対とオーバラップするケースが存在する。一方、実施の形態１の手法では、モータ制御が有効ではない場合、スイッチング素子がＯＮに制御されることはない。このため、ダイナミックブレーキによる外乱又は衝撃の発生を抑制することができ、コイル同士のつなぎの箇所において、コイル間の切り替えを滑らかに行うことができる。

また、実施の形態１の手法では、第１及び第２のモータ駆動装置に対する位置指令は、オーバラップさせて出力される。従って、第１のコイルから第２のコイルに切り替える過程において、第１及び第２のコイルを駆動するための制御演算は並行して実施されている。このため、切り替えた直後であっても速やかに第２のコイルを励磁することができる。これにより、コイル同士のつなぎの箇所において、コイル間の切り替えを速やかに行うことができる。また、位置指令をオーバラップさせることで、図示しない制御系における制御モデルの積分項の蓄積後に複数のコイル間の切り替えが行われる。これにより、励磁対象のコイルを切り替える際に、コイル間の切り替えを滑らかに行うことができる。

以上説明したように、実施の形態１に係るモータ駆動システムによれば、上位制御装置は、第１及び第２のモータ駆動装置の何れか１つにモータ制御有効指令を出力し、第１及び第２の制御部は、モータ制御有効指令を受信していない期間は、駆動指令の出力を停止する。これにより、第１のモータ駆動装置によって励磁される第１のコイルと、第２のモータ駆動装置によって励磁される第２のコイルとを切り替える際に、コイル間の切り替えを滑らかに行うことができる。

また、実施の形態１に係るモータ駆動システムは、第１のモータが、固定部に配置された第１のコイルと、第１の方向の正側及び負側に移動可能に構成される可動部に配置された複数の磁石対とで構成され、第２のモータが、固定部に配置され第１の方向の正側で第１のコイルに隣接する第２のコイルと複数の前記磁石対とで構成されるリニアモータに適用することができる。その際、第１のモータ駆動装置によって励磁される第１のコイルと、第２のモータ駆動装置によって励磁される第２のコイルとは、可動部の移動に伴って第１の方向の正側又は負側に隣接するコイルに順次切り替わって行く。そして、上位制御装置は、第１及び第２のモータ駆動装置の何れか１つにモータ制御有効指令を出力し、第１及び第２の制御部は、モータ制御有効指令を受信していない期間は、駆動指令の出力を停止する。これにより、第１及び第２のコイルの双方が磁石対とオーバラップする期間が存在していても、第１及び第２のコイルの双方が同時に励磁されることはない。これにより、ダイナミックブレーキの発生を抑制することができる。また、第１のモータ駆動装置によって励磁される第１のコイルと、第２のモータ駆動装置によって励磁される第２のコイルとを切り替える際に、コイル間の切り替えを滑らかに行うことができる。

また、モータ制御が有効である否かを瞬時に判断するため、上位制御装置から伝送されるモータ制御有効指令の情報をパラメータにして、メモリ２３ｂに記憶しておいてもよい。このようにすれば、既存の機能と新規の機能との共存が容易であり、システム構築のコストを削減することができる。なお、以下に、パラメータの使用方法の一例を示す。

（１）通常のモータ制御の場合
・パラメータを“０”に設定する。
・パラメータが“０”の場合、モータ制御有効指令の有無によらずアラームを常時有効とする。
（２）ムービングマグネット制御の場合
・パラメータを“１”に設定する。
・パラメータが“１”の場合、モータ制御有効指令が出力されているときのみアラームを有効にする。

実施の形態２．
実施の形態２では、一般的な回転型モータとモータ駆動装置とによる複数の組を、組ごとに切替えるモータ駆動システムについて説明する。実施の形態２のモータ駆動システムの適用例の１つに、工作機械における主軸駆動用のモータ駆動装置と、モータとの組み合わせが挙げられる。工作機械の主軸のように、ドリル、エンドミルといった工具を高速、且つ高トルクで駆動する場合において、１つのモータではモータ巻線の構造上、高速性と高トルク性とを両立させて実現するのは困難な場合がある。そのような場合に、実施の形態２に係るモータ駆動システムは有用である。

図８は、実施の形態２に係るモータ駆動システム３００Ａの構成例を示すブロック図である。実施の形態２に係るモータ駆動システム３００Ａは、図８に示すように、モータ駆動装置２００ａ，２００ｂと、モータ１５０ａ，１５０ｂと、コントローラ１２５と、開閉器１２６を備える。

図８において、第１のモータであるモータ１５０ａは、主に低速領域で動作するモータである。また、第２のモータであるモータ１５０ｂは、主に高速領域で動作するモータである。以下、便宜的に、低速領域で動作するモータを「低速モータ」と呼び、高速領域で動作するモータを「高速モータ」と呼ぶ。

モータ１５０ａの回転軸１５２の軸端と、モータ１５０ｂの回転軸１５３の軸端とは、連結器１５５によって接続されている。モータ駆動装置２００ａはモータ１５０ａを駆動し、モータ駆動装置２００ｂはモータ１５０ｂを駆動する。開閉器１２６は、モータ１５０ａとモータ駆動装置２００ａとの間に配置されている。開閉器１２６は、モータ１５０ａとモータ駆動装置２００ａとの間の電気的接続を開閉する。

モータ駆動装置２００ａとモータ駆動装置２００ｂとは、通信線１０６によって接続されている。モータ駆動装置２００ａは、更に通信線１０６によって上位制御装置であるコントローラ１２５に接続されている。コントローラ１２５は、制御指令１４０を生成し、生成した制御指令１４０を、通信線１０６を通じてモータ駆動装置２００ａに伝送する。制御指令１４０には、運転指令、位置指令、速度指令、及びモータ制御有効指令が含まれる。

次に、実施の形態２に係るモータ駆動システム３００Ａの動作について、図８に加え、更に図９の図面を参照して説明する。図９は、図８に示すモータ駆動システム３００Ａの動作説明に供するタイムチャートである。

図９において、時刻ｔ４１では、コントローラ１２５により、モータ駆動装置２００ａに対して速度指令が出力され（図９（ｂ）参照）、モータ駆動装置２００ａに対してモータ制御有効指令が出力される（図９（ｅ）参照）。図９（ｅ），（ｆ）では、モータ制御有効指令を受信してモータ制御が有効である状態を“ＯＮ”で表し、モータ制御有効指令が出力されておらず、モータ制御が有効ではない状態を“ＯＦＦ”で表している。モータ駆動装置２００ａの動作状態はＯＦＦからＯＮに切り替わり、動作を開始する。モータ駆動装置２００ａがＯＮ状態のとき、モータ駆動装置２００ａはモータ１５０ａを駆動するので、モータ１５０ａは回転し、回転軸１５２の速度である主軸速度は増加して行く（図９（ａ）参照）。なお、図９では、モータ駆動装置２００ａに対して速度指令が出力される同時刻ｔ４１で主軸速度が変化しているが、実際には、制御のタイムラグにより、主軸速度の変化が速度指令の変化よりも遅れて生じることは言うまでもない。

一方、時刻ｔ４１のとき、モータ駆動装置２００ｂに対してはモータ制御有効指令が出力されておらず、モータ駆動装置２００ｂの動作状態はＯＦＦのままである（図９（ｆ）参照）。コントローラ１２５は、モータ制御有効指令を出力する際、モータ制御を有効とする１つのモータ駆動装置を指定する。なお、複数のモータ駆動装置が同時に指定されることはない。

モータ駆動装置２００ａに対する速度指令は、時刻ｔ４３を超えて時刻ｔ４４まで継続され、モータ駆動装置２００ｂに対する速度指令は、時刻ｔ４３の手前の時刻ｔ４２から開始される。即ち、モータ駆動装置２００ａ，２００ｂに対する速度指令は、時刻ｔ４２，ｔ４４間でオーバラップさせている。一方、モータ駆動装置２００ａに対するモータ制御有効指令と、モータ駆動装置２００ｂに対するモータ制御有効指令とは、オーバラップしないように時刻ｔ４３で切り替えている（図９（ｅ），（ｆ）参照）。

また、時刻ｔ４３では、開閉器１２６をＯＦＦに制御して、モータ１５０ａとモータ駆動装置２００ａとの間の電気的接続を開放している。この理由については、後述する。

上述した動作は、主軸速度を加速するときの動作であったが、主軸速度を減速するときも同様な動作となる。具体的には、以下の通りである。

主軸速度を減速する際には、まず、時刻ｔ４５において、コントローラ１２５により、モータ駆動装置２００ａに対して速度指令が出力される（図９（ｂ）参照）。このとき、モータ制御有効指令は出力されず（図９（ｅ）参照）、開閉器１２６もＯＦＦ、即ち“開”の状態である。時刻ｔ４６では、モータ駆動装置２００ａに対してモータ制御有効指令が出力され（図９（ｅ）参照）、モータ駆動装置２００ｂに対して出力されていたモータ制御有効指令が停止される（図９（ｆ）参照）。また、モータ駆動装置２００ａに対して出力されていた速度指令は、時刻ｔ４７で停止される（図９（ｃ）参照）。

前述したように、ダイナミックブレーキによってブレーキ電流が流れると、モータにブレーキ力が発生してモータが減速してしまう。一方、実施の形態２の手法では、低速モータであるモータ１５０ａに対するモータ制御を有効から無効に切り替える際に、開閉器１２６を開にして、モータ１５０ａとモータ駆動装置２００ａとの間の電気的接続を開放する。これにより、ダイナミックブレーキの発生が抑制されるので、ダイナミックブレーキによる外乱又は衝撃の発生を抑止することができる。また、ダイナミックブレーキの発生が抑制されるので、モータの切り替えを滑らかに行うことができる。

また、実施の形態２の構成において、低速モータであるモータ１５０ａに対するモータ制御が有効ではなく、且つ、高速モータであるモータ１５０ｂに対するモータ制御が有効である場合、低速モータであるモータ１５０ａの回転数は、自主的に制御できる回転数よりも高くなる。これにより、モータ駆動装置２００ａにおける母線電圧よりも、低速モータであるモータ１５０ａの誘起電圧が高くなってしまうことが想定される。そこで、モータ１５０ａの誘起電圧からモータ駆動装置２００ａへの電流を阻止する仕組みとして、開閉器１２６が設けられている。なお、高速モータであるモータ１５０ｂにおいては、モータ１５０ｂの誘起電圧がモータ駆動装置２００ｂの母線電圧以上の電圧にはならないので、開閉器の設置は不要である。

以上説明したように、実施の形態２に係るモータ駆動システムによれば、第１のモータと、第１のモータよりも高速運転が可能な第２のモータとは、それぞれの回転軸が連結器を介して接続され、第１のモータと、第１のモータ駆動装置との間には、電気的接続を開閉する開閉器が配置されている。そして、低速モータである第１のモータに対するモータ制御を有効から無効に切り替える際に、開閉器を開にして、第１のモータとモータ駆動装置との間の電気的接続を開放する。これにより、ダイナミックブレーキによる外乱又は衝撃の発生を抑止することができ、モータの切り替えを滑らかに行うことができる。

また、実施の形態２に係るモータ駆動システムによれば、第１及び第２のモータ駆動装置に対する速度指令は、オーバラップさせて出力される。速度指令をオーバラップさせることで、図示しない制御系における制御モデルの積分項の蓄積後に、第１のモータと第２のモータとの間の切り替えが行われる。これにより、モータ間の切り替えを滑らかに行うことができる。

なお、実施の形態２では、理解の容易性の観点から、第１のモータの回転軸の軸端と、第２のモータの回転軸の軸端とが、連結器によって接続されている場合を例示して説明したが、これに限定されない。実施の形態２の手法は、モータ駆動装置とモータとの組を順次切り替えて行くモータ駆動システムであれば適用可能であり、上述した実施の形態２に係る効果が得られる。

実施の形態３．
実施の形態１及び実施の形態２のように、モータが動作している最中に制御対象が切り替わるシステムの構成では、例えば高速回転しているモータに対してモータ制御を開始する必要がある。従来のモータ駆動装置では、このような状況が想定されていない。このため、従来の保護機能では、異常ではないのにも関わらず、位置偏差異常、速度検出異常、位置検出異常、速度指令異常などといったアラームを発出してしまう。そこで、実施の形態３では、実施の形態１及び実施の形態２で説明したモータ制御有効指令を利用して、アラームの誤検知を抑制する制御手法を提案する。

図１０は、実施の形態３に係るモータ駆動システムの動作説明に供するタイムチャートである。図１０において、（ａ）〜（ｇ）までの波形は、図７に示すものと同一である。実施の形態３では、アラームの誤検知を抑制するため、アラーム検出を有効とする期間が設定されている（図１０（ｈ），（ｉ）参照）。具体的に、時刻ｔ２１から時刻ｔ２２の間では、モータ駆動装置２００ａに対して、アラーム検出有効期間が設定されている。このアラーム検出有効期間は、コントローラ１２５によって設定される。なお、図１０では、アラーム検出有効期間は、モータ制御有効指令が出力されている期間よりも短い期間としているが、モータ制御有効指令が出力されている期間と同じ期間としてもよい。同じ期間とすれば、時間管理が容易となり、制御が簡易となる。

実施の形態３に係るモータ駆動システムによれば、モータ制御有効指令に基づいて、アラーム検出有効期間が設定されるので、モータ制御が有効ではない期間において行われた意図しない動作によってアラームが発出されるのを抑止することができる。

また、実施の形態３に係るモータ駆動システムによれば、モータ制御が有効とされる期間よりも短いアラーム検出有効期間が設定されるので、誤検知によってアラームが発出される可能性を小さくすることができる。

なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１８コンバータ回路、２０インバータ回路、２１スイッチング素子、２１ＵＰ，２１ＶＰ，２１ＷＰ上アームスイッチング素子、２１ＵＮ，２１ＶＮ，２１ＷＮ下アームスイッチング素子、２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃレグ、２２平滑コンデンサ、２３制御部、２３ａプロセッサ、２３ｂメモリ、２４ゲート駆動回路、２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄゲート電源回路、２６交流電源、２７，２８直流母線、３０駆動指令、３２駆動電圧、１００ａ，１００ｂ，１００ｃコイル、１０６通信線、１２０磁石対、１２３バーコード、１２４可動台車、１２５コントローラ、１２６開閉器、１３０位置センサ、１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃセンサ、１３２位置センサ信号、１４０制御指令、１５０，１５０ａ，１５０ｂモータ、１５２，１５３回転軸、１５５連結器、２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃモータ駆動装置、２４１抵抗、２４２フォトカプラ、２４３，２４４直流電源、３００，３００Ａモータ駆動システム。

Claims

第１の制御部を備え、前記第１の制御部が生成する駆動指令に基づいて第１のモータを駆動する第１のモータ駆動装置と、
第２の制御部を備え、前記第２の制御部が生成する駆動指令に基づいて第２のモータを駆動する第２のモータ駆動装置と、
モータ制御有効指令を生成し、前記モータ制御有効指令に基づいて前記第１及び第２のモータ駆動装置の動作を制御する上位制御装置と、
を備え、
前記上位制御装置は、前記第１及び第２のモータ駆動装置の何れか１つに前記モータ制御有効指令を出力し、
前記第１及び第２の制御部は、前記モータ制御有効指令を受信していない期間は、前記駆動指令の出力を停止し、
前記第１のモータは、固定部に配置された第１のコイルと、第１の方向の正側及び負側に移動可能に構成される可動部に配置された複数の磁石対とで構成され、
前記第２のモータは、前記固定部に配置され、前記第１の方向の正側で前記第１のコイルに隣接する第２のコイルと、複数の前記磁石対とで構成され、
前記第１及び第２のコイルは、前記可動部の移動に伴って前記第１の方向の正側又は負側に隣接するコイルに順次切り替わり、
前記上位制御装置は、前記第１及び第２のモータの可動部の位置を指示するための位置指令を生成して、前記第１及び第２のモータ駆動装置のそれぞれに出力し、
それぞれのモータ駆動装置に対する前記位置指令は、それぞれの前記モータ制御有効指令が有効とされる前に出力され、且つ、それぞれの前記モータ制御有効指令が無効とされた後に出力が停止される
ことを特徴とするモータ駆動システム。
第１の制御部を備え、前記第１の制御部が生成する駆動指令に基づいて第１のモータを駆動する第１のモータ駆動装置と、
第２の制御部を備え、前記第２の制御部が生成する駆動指令に基づいて第２のモータを駆動する第２のモータ駆動装置と、
モータ制御有効指令を生成し、前記モータ制御有効指令に基づいて前記第１及び第２のモータ駆動装置の動作を制御する上位制御装置と、
を備え、
前記上位制御装置は、前記第１及び第２のモータ駆動装置の何れか１つに前記モータ制御有効指令を出力し、
前記第１及び第２の制御部は、前記モータ制御有効指令を受信していない期間は、前記駆動指令の出力を停止し、
前記第２のモータは、前記第１のモータよりも高速運転が可能なモータであり、
前記第１及び第２のモータは、それぞれの回転軸が連結器を介して接続され、
前記第１のモータと前記第１のモータ駆動装置との間には、電気的接続を開閉する開閉器が配置され、
前記上位制御装置は、前記第１及び第２のモータの回転軸の速度を指示するための速度指令を生成して、前記第１及び第２のモータ駆動装置のそれぞれに出力し、
それぞれのモータ駆動装置に対する前記速度指令は、それぞれの前記モータ制御有効指令が有効とされる前に出力され、且つ、それぞれの前記モータ制御有効指令が無効とされた後に出力が停止される
ことを特徴とするモータ駆動システム。
前記第１及び第２のモータ駆動装置はインバータ回路を備え、
前記インバータ回路の上アームスイッチング素子は、個別電源を備えたゲート駆動回路で駆動される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ駆動システム。
前記第１及び第２の制御部は、前記モータ制御有効指令の受信期間内に駆動対象のモータの異常を検出した場合にアラームを発出する
ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のモータ駆動システム。
前記第１及び第２の制御部はメモリを有し、
前記メモリには、前記上位制御装置から出力される前記モータ制御有効指令の情報がパラメータにして書き込まれており、
前記第１及び第２の制御部は、前記パラメータに基づいて、前記モータ制御有効指令の有無によらずアラームを常時有効とするか、前記モータ制御有効指令が出力されているときのみアラームを有効にするかを判断する
ことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のモータ駆動システム。
請求項１から５の何れか１項に記載のモータ駆動システムに使用されるモータ駆動装置。