JP6927947B2 - 昇圧部を有するモータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、昇圧部を有するモータ制御装置に関する。

工作機械、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、あるいは各種ロボット内のモータの駆動を制御するモータ制御装置においては、交流電源側から入力される交流電圧をコンバータ（整流器）にて直流電圧に変換してＤＣリンクへ出力し、さらにインバータにてＤＣリンクにおける直流電圧を交流電圧に変換して、この交流電圧を駆動軸ごとに設けられたモータに駆動電圧として供給している。「ＤＣリンク」とは、コンバータの直流出力側とインバータの直流入力側とを電気的に接続する回路部分のことを指し、「ＤＣリンク部」、「直流リンク」、「直流リンク部」、あるいは「直流中間回路」などとも別称されることもある。

モータ制御装置においてモータに駆動電力を供給するＰＷＭインバータは、半導体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、入力された直流電圧を交流電圧に変換して出力する。ＰＷＭ制御方式では、モータ制御装置内の電流制御器において各相の電圧指令と三角波のキャリア周波数とが比較され、電圧指令とキャリア周波数との大小関係に応じて、インバータを構成するブリッジ回路内の各半導体スイッチング素子がオンまたはオフされる。このようなＰＷＭ制御方式の原理上、インバータから出力される実際の交流電圧は、電圧指令に基づき本来予定していた交流電圧よりも小さくなる。特にＰＷＭ周波数が高いほど、インバータから出力される実際の交流電圧と電圧指令に基づき本来予定していた交流電圧との差は、より大きくなる。

また、コンバータの交流電源側の交流電圧が低下すると、コンバータが出力する直流電圧が低下し、これに伴いインバータが出力する実際の交流電圧も低下する。すなわち、インバータから出力される実際の交流電圧は、交流電源側の電圧低下に起因して、電圧指令に基づき本来予定していた交流電圧よりも小さくなることがある。

このようにＰＷＭ制御方式の原理上の理由や交流電源側の電圧低下など、何らかの理由に起因して、インバータから出力される実際の交流電圧が、電圧指令に基づき本来予定していた電圧よりも小さくなると、モータの出力及びトルクは所望の値よりも低下する。このとき、例えばモータに高負荷が印加されるとモータの速度が低下してしまう。

例えば、モータが誘導モータである場合、誘導モータに流れる電流をＩ₁、１次抵抗をＲ₁、１次磁束をφ₁、１次周波数をωとしたとき、誘導モータに対する入力電圧Ｖ₁は、式１のように表すことができる。

式１において、Ｊは式２のように表される。

式１において、「Ｒ₁Ｉ₁」は１次抵抗による電圧降下分を表し、「ｄφ₁／ｄｔ」は磁束変動起電力を表し、「ωＪφ₁」は速度起電力を表す。

簡単化のため、誘導モータの駆動が定常状態（すなわちｄφ₁／ｄｔ＝０）にあり、ある程度の一定速度で回転していると仮定すると、速度起電力は１次抵抗による電圧低下よりも十分に大きいと考えられるので、式１は、式３で表すように速度起電力のみで近似することができる。

ここで、式３におけるｉ₁は、式４のように表される。

また、式３におけるσは漏れ係数であり、誘導モータの相互インダクタンスをＭ、１次インダクタンスをＬ₁、２次インダクタンスをＬ₂としたとき、式５のように表される。

式３より、誘導モータに対する入力電圧Ｖ₁が低下すると、１次周波数ωまたは１次電流ｉ₁が低下することが分かる。１次周波数ωが低下すると誘導モータの速度の低下を招く。

誘導モータの極対数をＮｐ、１次ｑ相電流をｉ_1q、２次ｄ相磁束をφ_2dとしたとき、誘導モータのトルクτは式６のように表すことができる。

式６より、１次電流ｉ₁が低下するとトルクτが低下することが分かる。トルクτが低下したときに、誘導モータに高負荷が印加されると、誘導モータの速度は低下してしまう。

誘導モータをベクトル制御にて駆動する場合において、ＰＷＭ制御方式の原理に起因してインバータから出力される交流電圧が、電圧指令が予定していた電圧よりも小さくなると、誘導モータに流れる実電流も低下する。

例えば、電源電圧を昇圧して出力する昇圧回路と、該昇圧された出力電圧に基づく駆動電力をモータに供給する駆動回路と、前記昇圧回路の作動を制御する制御手段とを備え、前記駆動回路の作動制御は、前記モータに通電される実電流値と電流指令値との偏差に基づいて行われるモータ制御装置であって、前記制御手段は、前記偏差が所定の閾値以下である場合には、前記出力電圧を徐々に低下させるべく前記昇圧回路の作動を制御すること、を特徴とするモータ制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００７−１５１２５１号公報

例えば、誘導モータをベクトル制御にて駆動する場合、ＰＷＭ制御方式の原理に起因してインバータから出力される交流電圧が、電圧指令が本来予定していた電圧よりも小さくなると、インバータから誘導モータに流れる実電流が減少する。また例えば、モータ制御装置により制御されるモータが誘導モータであるか同期モータであるかにかかわらず、コンバータの交流電源側の電圧低下に起因して、インバータから出力される実際の交流電圧は、電圧指令に基づき本来予定していた交流電圧よりも小さくなり、インバータから誘導モータに流れる実電流が減少する。このような場合、モータ制御装置内の電流制御部は、実電流を電流指令に追従させるために、より大きな値の電圧指令を出力する制御を行う。しかしながら、一般的に電流制御部では、モータやインバータの保護の目的で電圧指令には上限値が設定されている。電流制御部において電圧指令が上限値に達すると、実電流を電流指令に追従させる制御を行うことができなくなる。その結果、インバータから出力される交流電圧及び交流電流が、電圧指令及び電流指令が予定していた値よりも小さくなる状態が継続し、モータ出力及びトルクが所望の値よりも小さくなる。このような状態において、モータに高負荷が印加されるとモータの速度が低下してしまう。したがって、モータ出力及びトルクの不測の低下に起因するモータの速度低下を回避することができるモータ制御装置が望まれている。

本開示の一態様によれば、モータ制御装置は、交流電源側から入力される交流電圧を、直流電圧に変換して直流側に出力するコンバータと、直流側から入力される直流電圧を、モータを駆動するための交流電圧に変換して出力するインバータと、モータに対する速度指令とモータから取得された速度情報との偏差に応じて、直流側からインバータに入力される直流電圧を昇圧する昇圧部とを備える。

本開示の一態様によれば、モータ出力及びトルクの不測の低下に起因するモータの速度低下を回避することができるモータ制御装置を実現することができる。

本開示の第１の実施形態によるモータ制御装置を示す図である。 本開示の第１の実施形態によるモータ制御装置の変形例を示す図である。 本開示の第１の実施形態によるモータ制御装置の動作フローを示すフローチャートである。 本開示の第２の実施形態によるモータ制御装置を示す図である。 図４に示すインバータ制御部の詳細であり、センサレス誘導モータを制御する場合における一例を示す図である。 本開示の第２の実施形態によるモータ制御装置の動作フローを示すフローチャートである。 本開示の第２の実施形態によるモータ制御装置を示す図である。 誘導モータに接続された駆動軸の近傍に近接スイッチを設置した例を示す図である。 図７に示すインバータ制御部の詳細であり、センサレス誘導モータを制御する場合における一例を示す図である。 本開示の第３の実施形態によるモータ制御装置の動作フローを示すフローチャートである。 本開示の第１〜第３の実施形態における第１の例による昇圧動作による速度偏差と昇圧率との関係を例示する図である。 本開示の第１〜第３の実施形態における第２の例による昇圧動作による速度偏差と昇圧率との関係を例示する図である。 本開示の第１〜第３の実施形態における昇圧部の第１の変形例を示す図である。 本開示の第１〜第３の実施形態における昇圧部の第２の変形例を示す図である。 昇圧チョッパ回路を示す回路図である。

以下図面を参照して、昇圧部を有するモータ制御装置について説明する。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。図面に示される形態は実施をするための一つの例であり、図示された実施形態に限定されるものではない。

まず、本開示の第１の実施形態によるモータ制御装置について説明する。第１の実施形態では、モータに対する速度指令とモータの実速度との偏差に応じて、インバータに入力でされる直流電圧を昇圧する。

図１は、本開示の第１の実施形態によるモータ制御装置を示す図である。

一例として、交流電源２に接続されたモータ制御装置１により、交流モータ（以下、単に「モータ」と称する。）３を制御する場合について示す。なお、第１の実施形態においては、モータ３の種類は特に限定されず、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２及びモータ３の相数は本実施形態を特に限定するものではなく、例えば三相であっても単相であってもよい。交流電源２の一例を挙げると、三相交流４００Ｖ電源、三相交流２００Ｖ電源、三相交流６００Ｖ電源、単相交流１００Ｖ電源などがある。モータ３が設けられる機械には、例えば工作機械、ロボット、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、各種電化製品、電車、自動車、航空機などが含まれる。

図１に示すように、本実施形態によるモータ制御装置１は、ＰＷＭコンバータ１１−１と、インバータ１２と、昇圧部１３とを備える。また、モータ制御装置１は、一般的なモータ制御装置と同様に、インバータ制御部１０を備える。

ＰＷＭコンバータ１１−１は、内部の半導体スイッチング素子のスイッチング動作により、交流電源側から入力される交流電圧を、所望の大きさの直流電圧に変換して直流側に出力する。ＰＷＭコンバータ１１−１は、半導体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、受信したＰＷＭ制御に基づく電圧指令に応じて各半導体スイッチング素子がオンオフ制御されることで、交流電源２側の交流電圧と直流側の直流電圧との間で電圧変換を行う。また、ＰＷＭコンバータ１１−１は、力率がほぼ１で、直流側における直流電圧を、交流電源２側から入力される交流電圧の波高値以上の任意の電圧に昇圧することができる利点がある。すなわち、ＰＷＭコンバータ１１−１の電圧変換動作における昇圧率（ＰＷＭコンバータ１１−１の通常の直流出力を基準としたときの電圧上昇率）を制御することにより、ＤＣリンクにおける直流電圧を所望の値に調整することができる。ＰＷＭコンバータ１１−１は、交流電源２が三相である場合は三相ブリッジ回路として構成され、交流電源２が単相である場合は単相ブリッジ回路として構成される。ＰＷＭコンバータ１１−１内に設けられる半導体スイッチング素子の例としては、ＦＥＴ、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＧＴＯ（Ｇａｔｅ Ｔｕｒｎ−ＯＦＦ ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ：ゲートターンオフサイリスタ）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、トランジスタなどがあるが、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。

ＰＷＭコンバータ１１−１の直流出力側とインバータ１２の直流入力側とは、ＤＣリンクを介して接続される。「ＤＣリンク」は、「ＤＣリンク部」、「直流リンク」、「直流リンク部」、あるいは「直流中間回路」などとも別称されることもある。ＤＣリンクには、ＤＣリンクコンデンサが設けられるが、図１では図示を省略している。ＤＣリンクコンデンサは、ＤＣリンクにおいてエネルギー（直流電力）を蓄積する機能及びＰＷＭコンバータ１１−１の直流側の出力の脈動分を抑える機能を有する。ＤＣリンクコンデンサに電荷が充電されることにより、ＤＣリンクに直流電力が蓄積されることになる。ＤＣリンクに設けられるＤＣリンクコンデンサの例としては、例えば電解コンデンサやフィルムコンデンサなどがある。

インバータ１２は、直流側から入力された直流電圧（すなわちＤＣリンクにおける直流電圧）を、モータ３を駆動するための交流電圧に変換してモータ３へ出力する。インバータ１２は、直流電圧を交流電圧に変換することができる構成を有していればよく、例えば、内部に半導体スイッチング素子を備えるＰＷＭインバータなどがある。インバータ１２は、モータ３が三相交流モータである場合は三相ブリッジ回路として構成され、モータ３が単相モータである場合は単相ブリッジ回路として構成される。インバータ１２は、インバータ制御部１０からの電圧指令を受けてＤＣリンクにおける直流電圧をモータを駆動するための交流電圧に変換してモータ３へ出力するとともにモータ回生時にはモータ３で回生された交流電圧を直流電圧に変換してＤＣリンク側へ戻す。インバータ１２がＰＷＭインバータで構成される場合は、半導体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、半導体スイッチング素子の例としては、ＦＥＴ、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＧＴＯ（Ｇａｔｅ Ｔｕｒｎ−ＯＦＦ ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ：ゲートターンオフサイリスタ）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、トランジスタなどがあるが、半導体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、その他の半導体スイッチング素子であってもよい。

インバータ制御部１０は、一般的なモータ制御装置と同様、ＤＣリンクにおける直流電圧とモータ３の駆動電圧もしくは回生電圧である交流電圧との間で電力変換を行うインバータ１２を制御する。すなわち、インバータ制御部１０は、速度センサ３１により検出されるモータ３の実速度（速度フィードバック）、モータ３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３の動作プログラムなどに基づいて、モータ３の速度、トルク、もしくは回転子の位置を制御するための電圧指令をＰＷＭ制御方式に従って生成する。インバータ制御部１０によって作成された電圧指令に基づいて、インバータ１２による電圧変換動作が制御される。

インバータ制御部１０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、モータ制御装置１内にあるＤＳＰやＦＰＧＡなどの演算処理装置をこのソフトウェアプログラムに従って動作させることで、上述の各部の機能を実現することができる。またあるいは、インバータ制御部１０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。また、インバータ制御部１０は、例えば工作機械の数値制御装置内に設けられてもよい。

昇圧部１３は、モータ３に対する速度指令とモータ３から取得された速度情報との偏差に応じて、直流側であるＤＣリンクからインバータ１２に入力される直流電圧を昇圧する。上述のように、インバータ１２から出力される実際の交流電圧が、電圧指令に基づき本来予定していた交流電圧よりも小さくなると、所望のモータ出力及びトルクが得られなくなる。このとき、モータ３に高負荷が印加されるとモータの速度が低下してしまう。そこで、昇圧部１３は、モータ３に対する速度指令とモータ３から取得された速度情報との偏差が、予め規定された第１の閾値を上回ったとき、直流側であるＤＣリンクからインバータ１２に入力される直流電圧を昇圧する。これにより、モータ３の高負荷印加時におけるモータ３の速度低下を回避する。

昇圧部１３が受信した速度指令が加速指令及び減速指令のいずれかでもない（すなわち速度指令が定速指令である）にもかかわらず、モータ３の実速度の低下が継続しているときは、モータ３に対して高負荷が印加されていると考えられる。例えば、モータ３の実速度が低下すると、モータ３に対する速度指令とモータ３の実速度との偏差が広がるので、インバータ制御部１０内の電流制御部（図示せず）は、実速度を速度指令に追従させるために、より大きな値の電圧指令を出力するようになる。一般に電流制御部では、モータ３やインバータ１２を保護する目的で電圧指令には上限値が設定されており、電流制御部において電圧指令が上限値に達すると実電流を電流指令に追従させる制御を行うことができなくなる。その結果、インバータ１２から出力される交流電圧及び交流電流が、電圧指令及び電流指令が本来予定していた値よりも小さくなる状態が継続する。この状態でモータ３に高負荷が印加されるとモータの速度が低下してしまう。そこで、昇圧部１３は、モータ３に対する速度指令とモータ３から取得された速度情報との偏差が第１の閾値を上回ったとき、上記昇圧動作を行う。

なお、モータ３に対する速度指令が加速指令及び減速指令のいずれかであるような過渡状態時においても、モータ３に対する速度指令とモータ３の実速度との偏差が大きくなることがある。このモータ加減速に係る過渡状態時における速度指令と実速度との偏差は、モータ出力及びトルクの不測の低下に起因するモータの速度低下とは無関係である。そこで、昇圧部１３は、モータ３に対する速度指令が加速指令及び減速指令のいずれでもないときに（すなわちモータの加減速時以外のとき）、上記昇圧動作を行うことが好ましい。一方、昇圧部１３は、モータ３に対する速度指令が加速指令及び減速指令のいずれかであるような過渡状態時においては、上記昇圧動作は行わず、インバータ１２に対しては現状の直流電圧の入力を維持する。

速度指令が加速指令及び減速指令のいずれでもない状態をより確実に把握するために、昇圧部１３は、インバータ制御部１０からモータ３に対する速度指令を受信し、この受信した速度指令が加速指令及び減速指令のいずれかでもないこと（すなわち速度指令が定速指令であること）を、昇圧部１３による昇圧動作の１つの条件としてもよい。すなわち、「モータ３に対する速度指令とモータ３から取得された速度情報との偏差が第１の閾値を上回ること」かつ「受信した速度指令が加速指令及び減速指令のいずれかでもないこと（すなわち速度指令が定速指令であること）」の条件を満たしたときに、昇圧部１３は、直流側であるＤＣリンクからインバータ１２に入力される直流電圧を昇圧するようにしてもよい。

昇圧動作時における速度指令と実速度との偏差と昇圧率との関係、及び偏差と閾値との関係の詳細については後述する。

第１の実施形態では、モータ３の速度情報は、速度センサ３１により検出されるモータ３の実速度である。速度センサ３１により検出されるモータ３の実速度はインバータ制御部１０に入力され、インバータ制御部１０において、モータ３の速度、トルク、もしくは回転子の位置を制御するための電圧指令に用いられる。よって、昇圧部１３を、例えば図１に示すようにインバータ制御部１０内に設けると、コストやスペースなどの点で有利である。この変形例として、後述するように、昇圧部１３を、インバータ制御部１０とは別個のものとして設けてもよく、例えば工作機械の数値制御装置内に設けてもよい。いずれの場合においても、昇圧部１３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、あるいは各種電気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、モータ制御装置１内にあるＤＳＰやＦＰＧＡなどの演算処理装置をこのソフトウェアプログラムに従って動作させることで、上述の各部の機能を実現することができる。またあるいは、昇圧部１３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。

上述のようにＰＷＭコンバータ１１−１は直流側における直流電圧を交流電源２側から入力される交流電圧の波高値以上の所望の電圧に昇圧することができるので、昇圧部１３は、ＰＷＭコンバータ１１−１内の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を制御することで、ＰＷＭコンバータ１１−１の直流側から出力されてインバータ１２に入力される直流電圧を昇圧することができる。

昇圧部１３は、ＰＷＭコンバータ１１−１の昇圧動作を制御するために、速度偏差計算部２１と、昇圧開始判定部２２と、昇圧制御部２３と、昇圧終了判定部２４とを備える。

速度偏差計算部２１は、モータ３に対する速度指令とモータ３から取得された速度情報との偏差を計算する。モータ３に対する速度指令は、インバータ制御部１０から取得される。また、第１の実施形態では、モータ３から取得される速度情報は、速度センサ３１により検出されるモータ３の実速度である。

昇圧開始判定部２２は、速度偏差計算部２１により計算された偏差が、予め規定された第１の閾値を上回ったか否かを判定する。なお、速度偏差計算部２１により計算された偏差が第１の閾値を上回ると、後述の昇圧制御部２３は、ＰＷＭコンバータ１１−１に対して昇圧動作を行うよう制御するので、ＰＷＭコンバータ１１−１、インバータ１２、モータ３、及びその周辺機器などでは発熱が予想される。そこで、第１の閾値は、例えば、許容されるモータ３の出力及びトルクの低下と許容される発熱との兼ね合いを考慮して設定すればよい。例えば、発熱の低減を優先する場合は第１の閾値を大きめに設定し、モータ３の出力及びトルクの低下（すなわちモータ３の速度低下）の回避を優先する場合は、第１の閾値を大きめに設定すればよい。また、後述する昇圧終了判定部２４における処理で用いられる第２の閾値は、第１の閾値よりも小さい値に設定すればよい。第１の閾値と第２の閾値との間に差を設けることで（すなわちヒステリシスを設けることで）、モータ３に対する速度指令とモータ３の実速度との偏差の振動（バタつき）により昇圧動作の開始及び終了がこまめに発生しすぎることを防止することができる。第１の閾値及び第２の閾値の具体的な数値は、モータ制御装置１の各構成要素（ＰＷＭコンバータ１１−１及びインバータ１２を含む）、モータ３、その他周辺機器についての実際の各種パラメータ（電圧、電流、速度）を考慮して、適宜設定すればよい。

昇圧終了判定部２４は、速度偏差計算部２１により計算された偏差が、昇圧開始判定部により第１の閾値を上回ったと判定された後に、第１の閾値よりも小さい予め規定された第２の閾値を下回ったか否かを判定する。

昇圧制御部２３は、昇圧開始判定部２２による判定の結果、速度偏差計算部２１により計算された偏差が第１の閾値を上回った場合、直流側からインバータ１２に入力される直流電圧を、昇圧開始判定部２２により第１の閾値を上回った判定される前のときよりも大きい直流電圧に昇圧する。また、昇圧制御部２３は、昇圧終了判定部２４による判定の結果、速度偏差計算部２１により計算された偏差が第２の閾値を下回った場合、直流側からインバータ１２に入力される直流電圧を、昇圧開始判定部２２により第１の閾値を上回ったと判定される前のときの直流電圧に降圧する。ＰＷＭコンバータ１１−１は直流側における直流電圧を交流電源２側から入力される交流電圧の波高値以上の所望の電圧に昇圧または降圧することができるので、昇圧部１３は、ＰＷＭコンバータ１１−１内の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を制御することで、ＰＷＭコンバータ１１−１の直流側から出力されてインバータ１２に入力される直流電圧を昇圧または降圧することができる。

なお、図１を参照して説明した昇圧部１３は、インバータ制御部１０内に設けられたが、昇圧部１３は、インバータ制御部１０とは別個のものとして設けられてもよい。図２は、本開示の第１の実施形態によるモータ制御装置の変形例を示す図である。図２に示すように、昇圧部１３は、工作機械の数値制御装置１００内に設けられ、インバータ制御部１０とは別個のものとして設けられてもよい。

図３は、本開示の第１の実施形態によるモータ制御装置の動作フローを示すフローチャートである。

モータ制御装置１によりモータ３の駆動を制御している状態において、ステップＳ１０１において、速度センサ３１は、モータ３の実速度を検出する。

ステップＳ１０２において、速度偏差計算部２１は、モータ３に対する速度指令と速度センサ３１により検出されたモータ３の実速度との偏差を計算する。

ステップＳ１０３において、昇圧開始判定部２２は、速度偏差計算部２１により計算された偏差が第１の閾値を上回ったか否かを判定する。ステップＳ１０３において偏差が第１の閾値を上回ったと判定された場合はステップＳ１０４へ進み、偏差が第１の閾値を上回ったと判定されなかった場合はステップＳ１０１へ戻る。

ステップＳ１０４において、昇圧制御部２３は、直流側からインバータ１２に入力される直流電圧を、昇圧開始判定部２２により第１の閾値を上回った判定される前のときよりも大きい直流電圧に昇圧する。

ステップＳ１０５において、昇圧終了判定部２４は、速度偏差計算部２１により計算された偏差が第２の閾値を下回ったか否かを判定する。ステップＳ１０５において偏差が第２の閾値を下回ったと判定された場合はステップＳ１０６へ進み、偏差が第２の閾値を下回ったと判定されなかった場合はステップＳ１０４へ戻る。

ステップＳ１０６において、昇圧制御部２３は、直流側からインバータ１２に入力される直流電圧を、昇圧開始判定部２２により第１の閾値を上回ったと判定される前のときの直流電圧に降圧する。したがって、インバータ１２に入力される直流電圧は、昇圧前の値に戻る。

続いて、本開示の第２の実施形態によるモータ制御装置の回路構成について説明する。誘導モータ及び同期モータは、速度センサなしにベクトル制御（センサレスベクトル制御）することも可能である。第２の実施形態はこのような速度センサを有さない誘導モータ（センサレス誘導モータ）または速度センサを有さない同期モータ（センサレス同期モータ）に適用することができる。第２の実施形態において、例えば誘導モータの場合における速度情報は、誘導モータに流れる実電流の値または誘導モータに対する電流指令と、誘導モータに対する１次周波数指令と、に基づき計算される誘導モータの推定速度である。

図４は、本開示の第２の実施形態によるモータ制御装置を示す図である。また、図５は、図４に示すインバータ制御部の詳細であり、センサレス誘導モータを制御する場合における一例を示す図である。

一例として、交流電源２に接続されたモータ制御装置１により、モータ３を制御する場合について示す。モータ３は誘導モータであっても同期モータであってもよい。なお、交流電源２及びモータ３の相数は本実施形態を特に限定するものではなく、例えば三相であっても単相であってもよい。交流電源２の一例を挙げると、三相交流４００Ｖ電源、三相交流２００Ｖ電源、三相交流６００Ｖ電源、単相交流１００Ｖ電源などがある。モータ３が設けられる機械には、例えば工作機械、ロボット、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、各種電化製品、電車、自動車、航空機などが含まれる。

図４に示すように、本実施形態によるモータ制御装置１は、ＰＷＭコンバータ１１−１と、インバータ１２と、昇圧部１３と、推定速度計算部３２とを備える。

図４及び図５に示すように、推定速度計算部３２は、インバータ制御部１０内に設けられる。推定速度計算部３２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。例えば推定速度計算部３２をソフトウェアプログラム形式で構築する場合は、モータ制御装置１内のインバータ制御部１０内に設けられるＤＳＰやＦＰＧＡなどの演算処理装置をこのソフトウェアプログラムに従って動作させることで、上述の各部の機能を実現することができる。またあるいは、推定速度計算部３２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。

ＰＷＭコンバータ１１−１及びインバータ１２については、図１を参照して説明した通りであるので説明は省略する。なお、図４及び図５では、昇圧部１３は、インバータ制御部１０内に設けられるが、インバータ制御部１０とは別個のものとして設けられてもよく、例えば工作機械の数値制御装置１００内に設けられてもよい。

モータ制御装置１は、一般的なモータ制御装置と同様に、インバータ制御部１０を備える。インバータ制御部１０は、上述したように、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。図５に示すように、インバータ制御部１０は、誘導モータであるモータ３をセンサレスベクトル制御するために、速度偏差計算部２１と、速度制御部４１と、電流制御部４２と、２相３相変換部４３と、１次周波数制御部４４と、すべり周波数計算部４５とを備える。センサレスベクトル制御における速度偏差計算部２１は、本実施形態における昇圧部１３内の速度偏差計算部として兼用される。また、センサレスベクトル制御におけるすべり周波数計算部４５は、本実施形態における昇圧部１３内の推定速度計算部３２の機能の一部として兼用される。

誘導モータのすべり周波数制御型センサレスベクトル制御において、１次周波数制御部４４は、速度制御部４１によって生成された磁束指令及び電流指令と実電流の値とに基づき、１次周波数指令を生成する。すべり周波数計算部４５もまた、速度制御部４１によって生成された磁束指令及び電流指令と実電流の値とに基づき、すべり周波数推定値を生成する。１次周波数指令とすべり周波数推定値との差が推定速度となる。速度偏差計算部２１は、モータ３に対する速度指令とモータ３の推定速度との偏差を計算し、電流制御部４１は、この偏差に基づき磁束指令及び電流指令を生成する。２相３相変換部４３は、インバータ１２の３相実電流を２相実電流に変換する。電流制御部４１は、磁束指令及び電流指令と２相実電流とに基づき、２相電圧指令を生成する。２相３相変換部４３は、２相電圧指令を３相電圧指令に変換し、インバータ１２へ出力する。インバータ１２は、受信した３相電圧指令に基づき、直流側から入力された直流電圧（すなわちＤＣリンクにおける直流電圧）を、誘導モータであるモータ３を駆動するための交流電圧に変換して出力する。

第２の実施形態において、誘導モータの場合におけるモータ３の速度情報は、モータ３に流れる実電流の値または誘導モータに対する電流指令と、誘導モータに対する１次周波数指令と、に基づき計算される誘導モータの推定速度である。図５に示す例では、誘導モータの推定速度計算部３２は、１次周波数制御部４４により電流指令と実電流の値とに基づき生成された１次周波数指令と、すべり周波数計算部４５により電流指令と実電流の値とに基づき生成されたすべり周波数推定値と、の差分をとることで、誘導モータであるモータ３の推定速度を取得する。

速度偏差計算部２１は、モータ３に対する速度指令とモータ３の推定速度との偏差を計算するが、この偏差は、インバータ制御部１０による誘導モータのすべり周波数制御型センサレスベクトル制御及び昇圧部１３による昇圧動作制御の両方に用いられる。昇圧部１３内の昇圧開始判定部２２、昇圧制御部２３及び昇圧終了判定部２４については、図１を参照して説明した通りであるので説明は省略する。

図６は、本開示の第２の実施形態によるモータ制御装置の動作フローを示すフローチャートである。

モータ制御装置１によりモータ３の駆動を制御している状態において、ステップＳ２０１において、推定速度計算部３２は、モータ３の推定速度を計算する。

ステップＳ２０２において、速度偏差計算部２１は、モータ３に対する速度指令と推定速度計算部３２により計算されたモータ３の推定速度との偏差を計算する。

ステップＳ２０３において、昇圧開始判定部２２は、速度偏差計算部２１により計算された偏差が第１の閾値を上回ったか否かを判定する。ステップＳ２０３において偏差が第１の閾値を上回ったと判定された場合はステップＳ２０４へ進み、偏差が第１の閾値を上回ったと判定されなかった場合はステップＳ２０１へ戻る。第１の閾値については、第１の実施形態において説明した通りである。

ステップＳ２０４において、昇圧制御部２３は、直流側からインバータ１２に入力される直流電圧を、昇圧開始判定部２２により第１の閾値を上回った判定される前のときよりも大きい直流電圧に昇圧する。

ステップＳ２０５において、昇圧終了判定部２４は、速度偏差計算部２１により計算された偏差が第２の閾値を下回ったか否かを判定する。ステップＳ２０５において偏差が第２の閾値を下回ったと判定された場合はステップＳ２０６へ進み、偏差が第２の閾値を下回ったと判定されなかった場合はステップＳ２０４へ戻る。第２の閾値については、第１の実施形態において説明した通りである。

ステップＳ２０６において、昇圧制御部２３は、直流側からインバータ１２に入力される直流電圧を、昇圧開始判定部２２により第１の閾値を上回ったと判定される前のときの直流電圧に降圧する。したがって、インバータ１２に入力される直流電圧は、昇圧前の値に戻る。

続いて、本開示の第３の実施形態によるモータ制御装置の回路構成について説明する。第３の実施形態は、第２の実施形態の変形例であり、速度センサを有さない誘導モータ（センサレス誘導モータ）または速度センサを有さない同期モータ（センサレス同期モータ）に適用することができる。特に、誘導モータのセンサレスベクトル制御では、モータ回路定数設定値誤差やセンサレス制御の制御性能の限界などに起因して、特に過渡時や高負荷時などは、推定速度と実速度との乖離が大きくなる場合がある。このため、速度制御部は、誘導モータの推定速度を速度指令に一致させるよう制御するものの、実速度は低下したままとなる状況が起こる場合がある。そこで、第３の実施形態では、モータまたはモータにギアやベルトなどを介して接続された駆動軸に近接スイッチを設け、近接スイッチが出力する当該モータまたは当該モータ接続された駆動軸の回転に応じたパルス信号に基づき、モータの実速度を計算し、これを速度情報として用いる。

図７は、本開示の第２の実施形態によるモータ制御装置を示す図である。また、図８は、誘導モータに接続された駆動軸の近傍に近接スイッチを設置した例を示す図である。また、図９は、図７に示すインバータ制御部の詳細であり、センサレス誘導モータを制御する場合における一例を示す図である。

一例として、交流電源２に接続されたモータ制御装置１により、モータ３を制御する場合について示す。モータ３は誘導モータであっても同期モータであってもよい。なお、交流電源２及びモータ３の相数は本実施形態を特に限定するものではなく、例えば三相であっても単相であってもよい。交流電源２の一例を挙げると、三相交流４００Ｖ電源、三相交流２００Ｖ電源、三相交流６００Ｖ電源、単相交流１００Ｖ電源などがある。ここで、モータ３が設けられる機械には、例えば工作機械、ロボット、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、各種電化製品、電車、自動車、航空機などが含まれる。

図７に示すように、本実施形態によるモータ制御装置１は、ＰＷＭコンバータ１１−１と、インバータ１２と、昇圧部１３と、近接スイッチ３３と、実速度計算部３４とを備える。

図７及び図９に示すように、実速度計算部３４は、例えばインバータ制御部１０内に設けられる。実速度計算部３４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。例えば実速度計算部３４をソフトウェアプログラム形式で構築する場合は、モータ制御装置１内のインバータ制御部１０内に設けられるＤＳＰやＦＰＧＡなどの演算処理装置をこのソフトウェアプログラムに従って動作させることで、上述の各部の機能を実現することができる。またあるいは、実速度計算部３４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。なお、実速度計算部３４を、インバータ制御部１０とは別個のものとして設けてもよく、例えば工作機械の数値制御装置１００内に設けてもよい。

ここで、ＰＷＭコンバータ１１−１及びインバータ１２については、図１を参照して説明した通りであるので説明は省略する。なお、図７及び図９では、昇圧部１３は、インバータ制御部１０内に設けられるが、インバータ制御部１０とは別個のものとして設けられてもよく、例えば工作機械の数値制御装置１００内に設けられてもよい。

モータ制御装置１は、一般的なモータ制御装置と同様に、インバータ制御部１０を備える。インバータ制御部１０は、上述したように、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。図９に示すように、インバータ制御部１０は、誘導モータであるモータ３をセンサレスベクトル制御するために、速度偏差計算部２１と、速度制御部４１と、電流制御部４２と、２相３相変換部４３と、１次周波数制御部４４と、すべり周波数計算部４５とを備える。センサレスベクトル制御における速度偏差計算部２１は、本実施形態における昇圧部１３内の速度偏差計算部として兼用される。また、センサレスベクトル制御におけるすべり周波数計算部４５は、本実施形態における昇圧部１３内の推定速度計算部３２の機能の一部として兼用される。誘導モータのすべり周波数制御型センサレスベクトル制御に係るインバータ制御部１０の上記構成については、図４及び５を参照して説明した通りであるので説明は省略する。

近接スイッチ３３は、モータ３の回転を検出することができる位置、例えばモータ３の回転軸の近傍に設置される。あるいは、図８に示すように、モータ３にギアやベルトなどを介して接続された駆動軸３５の回転を検出することができる位置、例えば駆動軸３５の回転軸の近傍に設置されてもよい。

近接スイッチ３３は、モータ３またはモータ３に接続された駆動軸の回転に応じたパルス信号を出力する。近接スイッチ３３は、ロータリエンコーダなどのような速度センサとは異なる。速度センサは、Ａ相出力信号及びＢ相出力信号を出力し、モータ（の回転軸）などのような回転体の回転方向、回転位置（回転角）、回転速度が高精度かつ高速に検出することができるものである。これに対し、近接スイッチ３３は、回転体の近傍に設置され、当該回転体の回転方向表面部に設けられた被検出部を検知することで、回転体の１回転あたりに、オン・オフが１回の１パルスまたはオン・オフがＮ回のＮパルス（ただし、Ｎは整数）を出力する。近接スイッチ３３が出力するパルス信号を監視することにより、回転体の回転数を検出することができる。また、近接スイッチ３３が出力するパルス信号の所定期間におけるパルス数から計算により回転体の回転速度を検出することができる。ただし、近接スイッチ３３が出力するパルス信号から回転速度を取得するためには、時間を区切ってパルス数をカウントし、当該時間期間で平均化処理をする必要があるため、速度センサに比べて回転速度を取得するまでに時間がかかる。また、近接スイッチ３３では回転体の回転方向や回転位置（回転角）は検出することはできない。

このように、近接スイッチ３３は、回転速度を取得するまでに時間がかかるもの、回転速度を取得すること自体は可能である。例えば工作機械の駆動軸には近接スイッチが設置されることが多い。そこで、第３の実施形態では、モータ３のまたはモータ３に接続された駆動軸の近傍に設けられた近接スイッチ３３が出力するパルス信号に基づき、実速度計算部３４にてモータ３の実速度を計算し、これを速度情報として用いる。速度偏差計算部２１は、モータ３に対する速度指令と実速度計算部３４により計算されたモータ３の速度との偏差を計算する。昇圧部１３内の昇圧開始判定部２２、昇圧制御部２３及び昇圧終了判定部２４については、図１を参照して説明した通りであるので説明は省略する。

図１０は、本開示の第３の実施形態によるモータ制御装置の動作フローを示すフローチャートである。

モータ制御装置１により誘導モータであるモータ３の駆動を制御している状態において、ステップＳ３０１において、近接スイッチ３３は、モータ３またはモータ３に接続された駆動軸の回転に応じたパルス信号を出力する。

ステップＳ３０２において、実速度計算部３４は、近接スイッチ３３から出力されたパルス信号に基づき、速度情報としてのモータ３の実速度を計算する。

ステップＳ３０３において、速度偏差計算部２１は、モータ３に対する速度指令と推定速度計算部３２により計算されたモータ３の推定速度との偏差を計算する。

ステップＳ３０４において、昇圧開始判定部２２は、速度偏差計算部２１により計算された偏差が第１の閾値を上回ったか否かを判定する。ステップＳ３０４において偏差が第１の閾値を上回ったと判定された場合はステップＳ３０５へ進み、偏差が第１の閾値を上回ったと判定されなかった場合はステップＳ３０１へ戻る。第１の閾値については、第１の実施形態において説明した通りである。

ステップＳ３０５において、昇圧制御部２３は、直流側からインバータ１２に入力される直流電圧を、昇圧開始判定部２２により第１の閾値を上回った判定される前のときよりも大きい直流電圧に昇圧する。

ステップＳ３０６において、昇圧終了判定部２４は、速度偏差計算部２１により計算された偏差が第２の閾値を下回ったか否かを判定する。ステップＳ３０６において偏差が第２の閾値を下回ったと判定された場合はステップＳ３０７へ進み、偏差が第２の閾値を下回ったと判定されなかった場合はステップＳ３０５へ戻る。第２の閾値については、第１の実施形態において説明した通りである。

ステップＳ３０７において、昇圧制御部２３は、直流側からインバータ１２に入力される直流電圧を、昇圧開始判定部２２により第１の閾値を上回ったと判定される前のときの直流電圧に降圧する。したがって、インバータ１２に入力される直流電圧は、昇圧前の値に戻る。

続いて、第１〜第３の実施形態によるモータ制御装置１における昇圧動作時の速度指令と実速度との偏差と昇圧率との関係、及び偏差と閾値との関係について、より詳細に説明する。

上述のように、昇圧部１３は、モータ３に対する速度指令とモータ３から取得された速度情報との偏差に応じて、直流側であるＤＣリンクからインバータ１２に入力される直流電圧を昇圧する。昇圧部１３内の昇圧開始判定部２２は、モータ３に対する速度指令とモータ３から取得された速度情報との偏差が、予め規定された第１の閾値を上回ったか否かを判定する。昇圧制御部２３は、昇圧開始判定部２２による判定の結果、速度偏差計算部２１により計算された偏差が第１の閾値を上回った場合、直流側からインバータ１２に入力される直流電圧を、昇圧開始判定部２２により第１の閾値を上回った判定される前のときよりも大きい直流電圧に昇圧する。速度偏差計算部２１により計算された偏差が第１の閾値を上回った場合における昇圧制御部２３による昇圧動作の例についていくつか列記する。

図１１は、本開示の第１〜第３の実施形態における第１の例による昇圧動作による速度偏差と昇圧率との関係を例示する図である。昇圧制御部２３による昇圧動作の第１の例では、昇圧制御部２３は、速度偏差計算部２１により計算された偏差に比例して、直流側からインバータ１２に入力される直流電圧を昇圧する。モータ３に対する速度指令とモータ３から取得された速度情報との偏差（速度偏差）が第１の閾値以下である場合は、昇圧部１３は昇圧動作を行わず、ＰＷＭコンバータ１１−１は、交流電源２側から入力された交流電圧を、予め規定されていた直流電圧に変換して出力する。昇圧部１３が昇圧動作を行わないときにＰＷＭコンバータ１１−１から出力される直流電圧に対応する昇圧率を１００％とする。一般にＰＷＭコンバータ１１−１には出力可能な直流電圧の最大値が規定されているが、ＰＷＭコンバータ１１−１から出力される直流電圧の最大値に対応する昇圧率を「昇圧率最大値」と称する。モータ３に対する速度指令とモータ３から取得された速度情報との偏差が第１の閾値を上回った場合、速度偏差に比例して昇圧率を上昇させる。ただし、ＰＷＭコンバータ１１−１の保護の観点から、昇圧率最大値に対応する速度偏差を「上限閾値」として規定しておき、モータ３に対する速度指令とモータ３から取得された速度情報との偏差が上限閾値を上回るような場合は、昇圧率は昇圧率最大値のままに留める。第１の例による昇圧動作では、昇圧制御部２３は、図１１に示す関係を満たす昇圧率をＰＷＭコンバータ１１−１に通知し、ＰＷＭコンバータ１１−１は、これに基づき、モータ３に対する速度指令とモータ３から取得された速度情報との偏差が第１の閾値を上回った場合、速度偏差に比例する昇圧率に基づき昇圧動作を行う。なお、モータ３に対する速度指令とモータ３から取得された速度情報との偏差が第１の閾値を上回った場合における昇圧率は、速度偏差計算部２１により計算された速度偏差に基づきその都度計算してもよい。あるいは、記憶部（図示せず）にあらかじめ記憶された速度偏差と昇圧率との関係から、速度偏差計算部２１により計算された速度偏差に対応する昇圧率を読み出すようにしてもよい。

図１２は、本開示の第１〜第３の実施形態における第２の例による昇圧動作による速度偏差と昇圧率との関係を例示する図である。第１の例と同様、第２の例でも、昇圧部１３が昇圧動作を行わないときにＰＷＭコンバータ１１−１から出力される直流電圧に対応する昇圧率を１００％とする。昇圧制御部２３による昇圧動作の第２の例では、昇圧開始判定部２２がモータ３に対する速度指令とモータ３から取得された速度情報との偏差が第１の閾値を上回ったと判定した場合、昇圧制御部２３は、昇圧率を、１００％よりも大きい値として予め規定された一定の昇圧率（以下、「規定昇圧率」と称する。）にステップ状に増加させる。速度偏差計算部２１により計算された偏差が昇圧開始判定部により第１の閾値を上回ったと判定された後に、昇圧終了判定部２４が、第１の閾値よりも小さい予め規定された第２の閾値を下回ったと判定した場合、昇圧制御部２３は、昇圧率を、規定昇圧率から１００％にステップ状に減少させる。

上述の第１〜第３の実施形態では、昇圧部１３は、ＰＷＭコンバータ１１−１内の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を制御することで、ＰＷＭコンバータ１１−１の直流側から出力されてインバータ１２に入力される直流電圧を昇圧していた。続いて、昇圧部１３の変形例についていくつか列記する。

昇圧部１３の第１の変形例では、交流電源とコンバータとの間に、変圧比可変の変圧器を設け、コンバータに入力される交流電圧を変圧器にて昇圧させることで、コンバータからインバータに入力される直流電圧を昇圧する。図１３は、本開示の第１〜第３の実施形態における昇圧部の第１の変形例を示す図である。図１３に示すように、昇圧部１３は、交流電源２とコンバータ１１−２との間に設けられる変圧比可変の変圧器２５をさらに有する。昇圧部１３は、変圧器２５の変圧比を制御してコンバータ１１−２に入力される交流電圧を昇圧させることができる。すなわち、昇圧開始判定部２２によりモータ３に対する速度指令とモータ３から取得された速度情報との偏差が第１の閾値を上回ったと判定された場合、昇圧部１３内の昇圧制御部２３は、昇圧動作のための昇圧率を変圧器２５に通知し、変圧器２５は、変圧比を、通知された昇圧率に対応して変更する。これにより、コンバータ１１−２に入力される交流電圧が昇圧され、その結果、コンバータ１１−２から出力される直流電圧も昇圧される。つまり、インバータ１２に入力される直流電圧も昇圧されることになる。その後、昇圧終了判定部２４によりモータ３に対する速度指令とモータ３から取得された速度情報との偏差が第２の閾値を下回ったと判定された場合、昇圧部１３内の昇圧制御部２３は、昇圧動作を行わないときの昇圧率（すなわち図１１及び図１２の例では１００％）を変圧器２５に通知し、変圧器２５は、変圧比を、通知された昇圧率に対応して変更する。これにより、コンバータ１１−２に入力される交流電圧が降圧され、その結果、コンバータ１１−２から出力される直流電圧も降圧される。つまり、インバータ１２に入力される直流電圧は、昇圧前の値に戻ることになる。昇圧部１３の第１の変形例によれば、インバータ１２に入力される直流電圧は、変圧器２５の変圧比を制御することにより昇圧及び降圧されるので、コンバータ１１−２は、ＰＷＭ制御方式のコンバータである必要はなく、ダイオード整流回路であってもよい。

昇圧部１３の第２の変形例では、コンバータとインバータの間に、直流電圧の大きさを変更可能なＤＣＤＣコンバータを設け、コンバータから出力される直流電圧をＤＣＤＣコンバータにて昇圧させることで、インバータに入力される直流電圧を昇圧する。図１４は、本開示の第１〜第３の実施形態における昇圧部の第２の変形例を示す図である。また、図１５は、昇圧チョッパ回路を示す回路図である。図１４に示すように、昇圧部１３は、コンバータ１１−２とインバータ１２との間に設けられるＤＣＤＣコンバータ２６をさらに有する。ＤＣＤＣコンバータ２６は、例えば図１５に示すような昇圧チョッパ回路で構成される。またこの代替例として、ＤＣＤＣコンバータ２６を、スイッチングレギュレータを用いて構成してもよい。昇圧部１３は、ＤＣＤＣコンバータ２６を制御してコンバータ１１−２から出力される直流電圧を昇圧させることができる。すなわち、昇圧開始判定部２２によりモータ３に対する速度指令とモータ３から取得された速度情報との偏差が第１の閾値を上回ったと判定された場合、昇圧部１３内の昇圧制御部２３は、昇圧動作のための昇圧率をＤＣＤＣコンバータ２６に通知し、ＤＣＤＣコンバータ２６は、通知された昇圧率に従ってコンバータ１１−２から出力される直流電圧を昇圧する。その結果、インバータ１２に入力される直流電圧も昇圧されることになる。その後、昇圧終了判定部２４によりモータ３に対する速度指令とモータ３から取得された速度情報との偏差が第２の閾値を下回ったと判定された場合、昇圧部１３内の昇圧制御部２３は、昇圧動作を行わないときの昇圧率（すなわち図１１及び図１２の例では１００％）をＤＣＤＣコンバータ２６に通知し、ＤＣＤＣコンバータ２６は、コンバータ１１−２から出力される直流電圧を昇圧を昇圧せずにそのまま出力する。これにより、インバータ１２に入力される直流電圧は、昇圧前の値に戻ることになる。昇圧部１３の第２の変形例によれば、インバータ１２に入力される直流電圧は、ＤＣＤＣコンバータ２６の電圧変換動作を制御することにより昇圧及び降圧されるので、コンバータ１１−２は、ＰＷＭ制御方式のコンバータである必要はなく、ダイオード整流回路であってもよい。

例えば、センサレス誘導モータを制御するモータ制御装置が設けられる円筒研削盤の場合、加工開始前に砥石軸が加速させ、一定回転数となった時点から研削を行う。砥石軸の送り速度を速くすると、誘導モータに対する負荷が大きくなり、トルクが足りずに砥石軸の速度が低下する場合がある。第２の実施形態または第３の実施形態によれば、このような加工中の誘導モータの速度低下時にはインバータに入力される直流電圧を昇圧させ、その結果インバータが出力する交流電圧が昇圧されて誘導モータのトルクが向上するので、砥石軸の速度が低下を回避することができる。

１ モータ制御装置
２ 交流電源
３ モータ
１０ インバータ制御部
１１−１ ＰＷＭコンバータ
１１−２ コンバータ
１２ インバータ
１３ 昇圧部
２１ 速度偏差計算部
２２ 昇圧開始判定部
２３ 昇圧制御部
２４ 昇圧終了判定部
２５ 変圧器
２６ ＤＣＤＣコンバータ
３１ 速度センサ
３２ 推定速度計算部
３３ 近接スイッチ
３４ 実速度計算部
３５ 駆動軸
４１ 速度制御部
４２ 電流制御部
４３ ２相３相変換部
４４ １次周波数制御部
４５ すべり周波数計算部
１００ 数値制御装置

Claims (7)

1. 交流電源側から入力される交流電圧を、直流電圧に変換して直流側に出力するコンバータと、
   前記直流側から入力される直流電圧を、モータを駆動するための交流電圧に変換して出力するインバータと、
   前記モータに対する速度指令が加速指令及び減速指令のいずれでもないときに、前記モータに対する速度指令と前記モータから取得された速度情報との偏差に応じて、前記直流側から前記インバータに入力される直流電圧を昇圧する昇圧部と、
   を備え、
   前記昇圧部は、
   前記モータに対する速度指令と前記モータから取得された速度情報との前記偏差を計算する速度偏差計算部と、
   前記速度偏差計算部により計算された前記偏差が、予め規定された第１の閾値を上回ったか否かを判定する昇圧開始判定部と、
   前記昇圧開始判定部による判定の結果、前記速度偏差計算部により計算された前記偏差が前記第１の閾値を上回った場合、前記直流側から前記インバータに入力される直流電圧を、前記昇圧開始判定部により前記第１の閾値を上回った判定される前のときよりも大きい直流電圧に昇圧する昇圧制御部と、
   前記速度偏差計算部により計算された前記偏差が、前記昇圧開始判定部により前記第１の閾値を上回ったと判定された後に、前記第１の閾値よりも小さい予め規定された第２の閾値を下回ったか否かを判定する昇圧終了判定部と、
   を有し、
   前記昇圧制御部は、前記昇圧終了判定部による判定の結果、前記速度偏差計算部により計算された前記偏差が前記第２の閾値を下回った場合、前記直流側から前記インバータに入力される直流電圧を、前記昇圧開始判定部により前記第１の閾値を上回ったと判定される前のときの直流電圧に降圧する、モータ制御装置。
2. 前記速度情報としての前記モータの実速度を検出する速度センサをさらに備える、請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 誘導モータである前記モータに流れる実電流の値または前記誘導モータに対する電流指令と、前記誘導モータに対する１次周波数指令と、に基づき、前記速度情報としての前記誘導モータの推定速度を計算する推定速度計算部をさらに備える、請求項１に記載のモータ制御装置。
4. 前記モータまたは前記モータに接続された駆動軸の回転に応じたパルス信号を出力する近接スイッチと、
   前記近接スイッチから出力されたパルス信号に基づき、前記速度情報としての前記モータの実速度を計算する実速度計算部と、
   をさらに備える、請求項１に記載のモータ制御装置。
5. 前記コンバータは、内部の半導体スイッチング素子のスイッチング動作により、前記交流電源側から入力される交流電圧を、所望の大きさの直流電圧に変換して前記直流側に出力するＰＷＭコンバータであり、
   前記昇圧部は、前記ＰＷＭコンバータ内の前記半導体スイッチング素子のスイッチング動作を制御することにより、前記ＰＷＭコンバータの前記直流側から出力されて前記インバータに入力される直流電圧を昇圧する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
6. 前記昇圧部は、
   前記交流電源と前記コンバータとの間に設けられる変圧比可変の変圧器をさらに有し、
   前記変圧器の変圧比を制御して前記コンバータに入力される交流電圧を昇圧することにより、前記コンバータの前記直流側から出力されて前記インバータに入力される直流電圧を昇圧する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
7. 前記昇圧部は、
   前記コンバータと前記インバータとの間に設けられるＤＣＤＣコンバータをさらに有し、
   前記ＤＣＤＣコンバータを制御して前記コンバータの前記直流側から出力された直流電圧を昇圧することにより、前記インバータに入力される直流電圧を昇圧する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータ制御装置。

Images