JPWO2014167648A1

JPWO2014167648A1 - 駆動装置

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Abstract

多軸駆動装置内の母線電圧平滑コンデンサの一部が回生電力蓄積用の電力アシスト用蓄電デバイスとして使用可能となるようにすることで、電力アシスト機能を実現するために必要とされていた電力アシスト用蓄電デバイスの増設が不要になる。回生電力の有効利用を図る電力アシスト機能を、複雑化および高コスト化を招来することなく容易かつ低コストに装備した多軸駆動装置が得られる。

Description

本発明は、１つのコンバータ回路の出力端に並列に複数のインバータ回路を配置し、複数のモータを個別に駆動するのに用いる多軸駆動装置に関し、特に、回生電力の有効利用を図るのに好適な多軸駆動装置に関する。

モータを駆動制御するのに用いるモータ駆動装置は、商用の交流電源を直流電源に変換するコンバータ回路と、そのコンバータ回路の出力直流電圧を平滑化して安定した母線電圧を生成する母線電圧平滑コンデンサと、その母線電圧平滑コンデンサが生成する母線電圧をスイッチングすることで、モータに供給する任意の周波数および電圧の駆動用交流電源を生成するインバータ回路とを備えている。

なお、インバータ回路は、還流ダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子の所定数を、母線電圧平滑コンデンサの両端に接続される正極および負極の母線間に直並列にブリッジ接続した構成である。具体的には、三相モータ用のインバータ回路の例で言えば、直列に接続した２つの半導体スイッチング素子の３組を、正極母線と負極母線との間に並列に配置した構成であり、３つの上アーム半導体スイッチング素子と３つの下アーム半導体スイッチング素子との各アーム同士接続端により三相の出力端が構成される。

ところで、このモータ駆動装置で駆動制御されるモータは、モータの回転速度とインバータ回路から供給される駆動電力の周波数で決まる同期速度との関係から、電力を消費する動作（力行動作）と電力回生を行う動作（回生動作）とを行う。例えばクレーン設備で用いられているモータは、クレーンの巻き上げ時には力行動作を行い、クレーンの巻下げ時には回生動作を行う。モータ駆動装置では、モータの運転中にモータが発生する回生電力がインバータ回路の出力端に入力されると、母線電圧が上昇する。母線電圧の上昇が過大になると、保護回路が作動して運転停止になる。

そこで、例えば特許文献１では、モータが発生する回生電力をモータの駆動電力として有効に利用（これを、この明細書では「電力アシスト」と称している。）できるようにするため、母線電圧平滑コンデンサに並列に昇降圧チョッパ回路を設け、この昇降圧チョッパ回路により充放電の制御がなされる電力アシスト用蓄電デバイスを設けた構成が提案されている。

具体的には、昇降圧チョッパ回路は、還流ダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子の２つによる直列回路が、正極および負極の母線間に（つまり、母線電圧平滑コンデンサの両端間に）接続され、その２つの半導体スイッチング素子同士の接続端と電力アシスト用蓄電デバイスの正極端との間にリアクトルが配置された構成である。電力アシスト用蓄電デバイスの負極端は、負極母線に接続される。

この昇降圧チョッパ回路では、正極母線側の半導体スイッチング素子とリアクトルとで降圧動作が行われ、負極母線側の半導体スイッチング素子とリアクトルとで昇圧動作が行われる。

この構成によれば、モータがクレーン設備に用いられている例で説明すると、クレーンの巻下げ時にモータが発生する回生電力がインバータ回路へ流入した場合、昇降圧チョッパ回路では、まず、正極母線側の半導体スイッチング素子をオンさせて降圧チョッパ回路として動作させ回生電力による母線電圧の上昇分を電力アシスト用蓄電デバイスに供給して蓄電させる。この状態で、その正極母線側の半導体スイッチング素子をオフさせ、同時に昇圧チョッパ回路素子である負極母線側の半導体スイッチング素子をオンさせると、その負極母線側の半導体スイッチング素子にリアクトルを通して電力アシスト用蓄電デバイスの放電電流が流れ、リアクトルに電流の流れる方向を一方向に付勢するエネルギーが蓄積される。

よって、その放電電流が流れている負極母線側の半導体スイッチング素子をオフさせると、リアクトルに蓄積されている電流付勢エネルギーにより、電力アシスト用蓄電デバイスの放電電流が、正極母線側のオフしている半導体スイッチング素子に逆並列接続されている還流ダイオードを通して母線電圧平滑コンデンサの正極端に供給され、母線電圧平滑コンデンサが充電される。この母線電圧平滑コンデンサの電圧が、インバータ回路に供給され、モータの力行動作時の駆動電力に利用されることになる。

このように特許文献１にて提案された技術によれば、モータが発生する回生電力をモータの駆動電力として有効に利用できるので、省エネルギー性に優れたモータ駆動装置を得ることが可能である。

ここで、モータ駆動装置には、例えば数値制御工作機械や産業機械などに組み込まれた複数のモータを個別に駆動するように、１つのコンバータ回路の出力端に並列に複数のインバータ回路を配置した構成のものが知られている。これをこの明細書では、説明の便宜から「多軸駆動装置」と称している。

そのような多軸駆動装置に対し特許文献１にて提案された技術を適用すると、電力アシスト用蓄電デバイスおよび昇降圧チョッパ回路を設ける必要があるので、装置全体が大型化し、また保守部品点数が増大するという問題がある。

この問題に対し例えば特許文献２では、装置全体の小型化および保守部品点数の削減を図るため、インバータ回路の半導体スイッチング素子を昇降圧チョッパ回路の半導体スイッチング素子として共用化する技術が開示されている。

すなわち、特許文献２では、インバータ回路の各スイッチング素子を制御して、インバータ回路に、モータを駆動するインバータ動作を行わせるインバータ制御回路と、電力アシスト用蓄電デバイスを充放電させる動作を行わせる充放電チョッパ制御回路とを設け、両者の出力を切替スイッチを介してインバータ回路の制御端に接続する。そして、インバータ回路の出力端に、切替スイッチを介して、モータとリアクトルの一端とを接続する。リアクトルの他端には電力アシスト用蓄電デバイスの正極端が接続される。

特許文献２では、この構成により、各切替スイッチに制御切替信号を与えることで、インバータ制御回路がインバータ回路内の半導体スイッチング素子にモータを駆動させる機能と、充放電チョッパ制御回路がインバータ回路内の半導体スイッチング素子に電力アシスト用蓄電デバイスを充放電させる機能とを切り替える技術が開示されている。

また、例えば特許文献３では、推進駆動装置を使用して電力アシスト用蓄電デバイスに充電する技術が開示されている。

特許文献２や特許文献３に開示された技術によれば、インバータ回路に、インバータ動作と充放電動作とを行わせることができるので、インバータ回路の半導体スイッチング素子と昇降圧チョッパ回路の半導体スイッチング素子との共用化を実現することができる。

特開平１０−１６４８６２号公報特開２０１１−１０１４５６号公報特開２０１２−８５５３５号公報

しかし、特許文献２に開示された技術によれば、多軸駆動装置において、インバータ制御回路と充放電チョッパ制御回路とを設け、電気信号による切替スイッチを多数必要とするので、装置小型化が実現できず、高コストで、かつ複雑化する傾向になってしまう。

また、電力アシスト用蓄電デバイスを設置する必要があり、電力アシスト用蓄電デバイス分の体積は小型化できない。

また、回生電力を電力アシスト用蓄電デバイスに蓄電させ、それを母線電圧平滑コンデンサに充電しモータの駆動に利用する電力アシスト制御を、上位コントローラからの指令を必要とせずに、内部で指令を生成して行えるようにするには、駆動装置内の電力情報を収集する手段、もしくは、モータの電力を測定するための外部電流センサ等を用意する必要があり、多軸駆動装置の複雑化および高コスト化を招来する。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、回生電力の有効利用を図る電力アシスト機能を、複雑化および高コスト化を招来することなく容易かつ低コストに装備した多軸駆動装置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に、本発明は、交流電源を直流電源に変換するコンバータ回路と、前記コンバータ回路の正極および負極の出力端に接続される正極および負極の母線間に並列に配置された複数のインバータ回路であって、それぞれ所定数の半導体スイッチング素子が直並列にブリッジ接続された構成である複数のインバータ回路と、前記正極および負極の母線間に並列に、前記複数のインバータ回路のそれぞれと１対１の関係で配置される複数の母線電圧平滑コンデンサと、プログラム制御により前記複数のインバータ回路の動作を個別に制御する制御部とを備えた多軸駆動装置において、前記複数のインバータ回路の中でモータが接続されていない少なくとも１つのインバータ回路の出力端に一端が接続される電気信号によらない切替装置、および前記電気信号によらない切替装置の他端が接続されるリアクトルが設けられ、前記リアクトルが接続されている１つのインバータ回路に対する前記母線電圧平滑コンデンサの正極端が前記正極母線との接続を解消して前記切替装置の切替基端と接続され、前記切替装置の一方の切替端は、前記リアクトルの他端と接続され、前記切替装置の他方の切替端は、前記正極母線と接続され、前記切替装置が、前記切替基端と前記一方の切替端とが導体により接続され、前記切替基端と前記他方の切替端とは接続されていない場合に、前記モータが接続されている所定数のインバータ回路は、前記制御部からモータ制御指令を受けて、それぞれ、前記直並列にブリッジ接続された所定数の半導体スイッチング素子により、対応する前記母線電圧平滑コンデンサが生成する母線電圧から前記モータに供給する任意の周波数および電圧の交流電力を生成し、前記リアクトルが接続されている１つのインバータ回路は、前記制御部から電力アシスト指令を受けて、前記直並列にブリッジ接続された所定数の半導体スイッチング素子が昇降圧スイッチングデバイスとして動作し、前記母線電圧の上昇分を前記切替装置の切替基端に正極端が接続された前記１つのインバータ回路に対する母線電圧平滑コンデンサに蓄電することを特徴とする。

本発明によれば、多軸駆動装置内の母線電圧平滑コンデンサの一部が回生電力蓄積用の電力アシスト用蓄電デバイスとして使用可能になるので、電力アシスト機能を実現するために必要とされていた電力アシスト用蓄電デバイスの増設が不要になる。よって、回生電力の有効利用を図る電力アシスト機能を、複雑化および高コスト化を招来することなく容易かつ低コストに装備した多軸駆動装置を得ることできるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１による多軸駆動装置の構成を示すブロック図である。図２は、本発明の実施の形態２による多軸駆動装置の構成を示すブロック図である。図３は、本発明の実施の形態３による多軸駆動装置の構成を示すブロック図である。図４は、本発明の実施の形態４による多軸駆動装置の構成を示すブロック図である。図５は、本発明の実施の形態５による多軸駆動装置の構成を示すブロック図である。

以下に、本発明にかかる多軸駆動装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による多軸駆動装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態１および後述する５つの実施の形態では、理解を容易にするため、２つのモータを駆動できる構成の多軸駆動装置への適用例が示されている。

まず、理解を容易にするために、図１を参照して２つのモータを駆動できる構成の多軸駆動装置について簡単に説明する。すなわち、図１において、２つのモータを駆動できる構成の多軸駆動装置は、一般に、コンバータ回路２０と、インバータ回路２１，２２と、母線電圧平滑コンデンサ２３，２４と、制御部２５とを備えている。

コンバータ回路２０は、ダイオードブリッジで構成された全波整流回路であり、商用の交流電源２６を直流電源に変換する。インバータ回路２１，２２は、コンバータ回路２０の正極および負極の出力端に接続される正極母線２７および負極母線２８の間に並列に配置されている。母線電圧平滑コンデンサ２３，２４は、正極母線２７および負極母線２８の間に、母線電圧を平滑して安定化する目的で配置される。制御部２５は、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）で構成されており、プログラム制御によりインバータ回路２１，２２に対して個別に、モータ制御指令である動作指令２９，３０を出力する。

なお、インバータ回路２１，２２は、それぞれ、正極母線２７と負極母線２８との間に所定数の半導体スイッチング素子が直並列にブリッジ接続された構成である。半導体スイッチング素子は、例えばＩＧＢＴであり、還流ダイオードが逆並列接続されている。三相モータ用のインバータ回路の例で言えば、直列に接続した２つの半導体スイッチング素子の３組を、正極母線２７と負極母線２８との間に並列に配置した構成であり、３つの上アーム半導体スイッチング素子と３つの下アーム半導体スイッチング素子との各アーム同士接続端により三相の出力端が構成される。

さて、本実施の形態１による多軸駆動装置１ａは、以上の一般的な多軸駆動装置において、リアクトル２と、電気信号によらない切替装置３とが追加されている。加えて、制御部２５は、動作指令２９，３０として、モータ制御指令に加えて、回生電力の有効利用を図るための「電力アシスト指令」も生成する機能が追加されている。

切替装置３は、端子台、コネクタ、導体により構成され、切替基端３ａに、一方の切替端３ｂを接続するか、他方の切替端３ｃを接続するかの接続切り替えは人手を要して行われる。

リアクトル２の一端は、複数のインバータ回路の中でモータが接続されていない（つまり未使用のインバータ回路）少なくとも１つのインバータ回路の出力端に接続される。図１に示す例では、インバータ回路２１は出力端にモータ３１が接続されて使用中であるが、インバータ回路２２は未使用である。この場合、追加されたリアクトル２の一端は、そのモータが接続されていないインバータ回路２２の出力端に接続される。リアクトル２の他端は、追加された切替装置３の一方の切替端３ｂに接続される。

そして、モータが接続されていないインバータ回路２２用の母線電圧平滑コンデンサ２４の正極端は、正極母線２７との接続を解消して切替装置３の切替基端３ａに接続されている。切替装置３の他方の切替端３ｃは正極母線２７に接続されている。

制御部２５には、複数のインバータ回路の中で、モータ３１が接続されて使用中であるインバータ回路２１、およびリアクトル２が接続されているインバータ回路２２の情報が通知される。制御部２５は、この情報に基づき、動作指令２９，３０を生成出力する。

すなわち、制御部２５が、インバータ回路２１（モータが接続され使用中のインバータ回路）に与える動作指令２９はモータ制御指令であり、インバータ回路２２（未使用インバータ回路のうちリアクトル２が接続されたインバータ回路）に与える動作指令３０は電力アシスト指令である。

次に、本実施の形態１に関わる部分の動作について説明する。図１に示すように、切替装置３の切替基端３ａと一方の切替端３ｂとが導体により接続されている場合に、インバータ回路２１は、動作指令２９としてモータ制御指令を受けて、直並列にブリッジ接続された所定数の半導体スイッチング素子により、母線電圧平滑コンデンサ２３が安定化生成する母線電圧からモータ３１に供給する任意の周波数および電圧の交流電力を生成する。

一方、インバータ回路２２は、動作指令３０として電力アシスト指令を受けて、直並列にブリッジ接続された所定数の半導体スイッチング素子が昇降圧スイッチングデバイスとして動作し、母線電圧の上昇分が切替装置３を介してインバータ回路２２用の母線電圧平滑コンデンサ２４に蓄電される。この母線電圧平滑コンデンサ２４は、従前の電力アシスト用蓄電デバイスに対応している。

以上のように実施の形態１によれば、多軸駆動装置内の母線電圧平滑コンデンサの一部が回生電力蓄積用の電力アシスト用蓄電デバイスとして使用可能になるので、電力アシスト機能を実現するために必要とされていた電力アシスト用蓄電デバイスの増設が不要になる。よって、回生電力の有効利用を図る電力アシスト機能を、複雑化および高コスト化を招来することなく容易かつ低コストに装備した多軸駆動装置を得ることできる。

実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２による多軸駆動装置の構成を示すブロック図である。なお、図２では、図１（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないし同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、本実施の形態２に関わる部分を中心に説明する。

図２において、本実施の形態２による多軸駆動装置１ｂでは、図１（実施の形態１）に示した構成において、制御部２５の具体的な構成内容が示されている。その他の構成は、図１と同じである。

すなわち、制御部２５は、インバータ回路毎に、モータ制御指令生成部４と、電力アシスト指令生成部５と、パラメータ６とが設けられている。図２では、インバータ回路は、２つであるから、２組示されている。

パラメータ６は、モータ制御モードと電力アシストモードとを切り替えて指定する。モータ制御指令生成部４は、パラメータ６がモータ制御モードを指定している場合にモータ制御指令を生成し対応するインバータ回路に出力する。電力アシスト指令生成部５は、パラメータ６が電力アシストモードを指定している場合に他のインバータ回路での駆動電力を考慮した電力アシスト指令を生成し対応するインバータ回路に出力する。

図２に示した構成では、インバータ回路２１は出力端にモータ３１が接続され、インバータ回路２２は出力端にリアクトル２が接続されているから、制御部２５では、インバータ回路２１側のパラメータ６はモータ制御モードを指定し、インバータ回路２２側のパラメータ６は電力アシストモードを指定する。

したがって、制御部２５では、インバータ回路２１側のモータ制御指令生成部４がモータ制御指令を生成して対応するインバータ回路２１に出力し、また、インバータ回路２２側の電力アシスト指令生成部５が他のインバータ回路２２での駆動電力を考慮した電力アシスト指令を生成し対応するインバータ回路２２に出力する。

斯くして、実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の動作が行われるのに加えて、１つのＣＰＵで構成される制御部において全ての指令を生成するので、電力アシスト指令の生成に必要な他のインバータ回路からモータに供給される、もしくは、供給した電力情報を共有することができる。したがって、他のインバータ回路からモータに供給される、もしくは、供給した電力情報を取得するための通信部や電力測定のための外部センサが不要となるので、容易かつ低コストに電力アシスト機能付多軸駆動装置を構築できるようになる。

実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３による多軸駆動装置の構成を示すブロック図である。なお、図３では、図２（実施の形態２）に示した構成要素と同一ないし同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、本実施の形態３に関わる部分を中心に説明する。

図３において、本実施の形態３による多軸駆動装置１ｃでは、図２（実施の形態２）に示した構成において、インバータ回路２２の出力端に、電気信号によらない切替装置７を介して、リアクトル２の一端とモータ８とが切り替えて接続されている。

電気信号によらない切替装置７は、端子台やコネクタであり、人手による作業により、リアクトル２の一端とモータ８とを切り替えて切替装置７に接続することにより、リアクトル２の一端とモータ８との何れか一方が、切り替えてインバータ回路２２の出力端に接続される構成である。

制御部２５には、インバータ回路２２の出力端に、リアクトル２とモータ８の何れが接続されているかの情報が通知されている。

斯くして、実施の形態３によれば、実施の形態２と同様の動作が行われるのに加えて、電気信号による切替装置を使用することなく、モータ制御モードと電力アシストモードとを切り替えて実施することができる。したがって、保守品の削減や電力アシスト機能付多軸駆動装置の小型化を実現することができる。

なお、実施の形態３では、実施の形態２への適用例を示したが、実施の形態１にも同様に適用することができる。

実施の形態４．
図４は、本発明の実施の形態４による多軸駆動装置の構成を示すブロック図である。なお、図４では、図１（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないし同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、本実施の形態４に関わる部分を中心に説明する。

図４において、本実施の形態４による多軸駆動装置１ｄでは、図１（実施の形態１）に示した構成において、リアクトル２の他端と負極母線２８との間に、電力アシスト用蓄電デバイス９が追加されている。図４に示すように、電力アシスト用蓄電デバイス９は、母線電圧平滑コンデンサ２４に並列に接続される形で追加されている。その他の構成は図１と同様である。

電力アシスト用蓄電デバイス９は、電力アシスト用蓄電デバイスである母線電圧平滑コンデンサ２４のみではアシスト量が不足する場合に、それをカバーする目的で設けられている。よって、外付けする電力アシスト用蓄電デバイス９の容量Ｃ０は、電力アシストに必要な蓄電容量をＣｎ、母線電圧平滑コンデンサ２４の蓄電容量（切替装置３を用いて電力アシスト用に割り当てられた蓄電容量）をＣａとすると、Ｃ０＝Ｃｎ−Ｃａである。

斯くして、本実施の形態４によれば、外付けする電力アシスト用蓄電デバイスの容量を従前の例よりも抑えることができる。

なお、実施の形態４では、実施の形態１への適用例を示したが、実施の形態２，３にも同様に適用することができる。

実施の形態５．
図５は、本発明の実施の形態５による多軸駆動装置の構成を示すブロック図である。なお、図５では、図１（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないし同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、本実施の形態５に関わる部分を中心に説明する。

図５において、本実施の形態５による多軸駆動装置１ｅは、図１（実施の形態１）に示した多軸駆動装置１ａをコンバータ部１０とモータ駆動部１１とが互いに異なる筐体に収容されたコンバータ分離タイプとしたものである。

コンバータ部１０は、コンバータ回路２０と、母線電圧平滑コンデンサ２３，２４と、切替装置３とで構成される。モータ駆動部１１は、インバータ回路２１，２２と、制御部２５と、リアクトル２とで構成される。

本実施の形態５は、実施の形態１に示す多軸駆動装置１ａへの適用例を示すが、実施の形態２〜４に示す多軸駆動装置１ｂ〜１ｄも、同様にコンバータ分離タイプとして構成できる。このコンバータ分離タイプであっても、実施の形態１〜４と同様の作用効果が得られる。

実施の形態６．
本発明の実施の形態６では、２つの変形例を示す。

（１）実施の形態１〜５において、多軸駆動装置内の母線電圧平滑コンデンサは、インバータ回路毎に、Ｎ個（Ｎは整数）を並列に接続した構成としてもよい。

この構成によれば、インバータ回路毎に、電気信号によらない切替装置を用いて、Ｎ個の母線電圧平滑コンデンサを分割しモータ駆動用と電力アシスト用とに切り替えることができるようになり、母線電圧平滑コンデンサの容量を必要最低限に抑えることができる。よって、多軸駆動装置内の余剰分の母線電圧平滑コンデンサについては、電力アシスト用蓄電デバイスとして使用することで、効率よく母線電圧平滑コンデンサの用途切り替えが行えるようになる。

（２）制御部２５は、１つのＣＰＵで構成されるので、電力アシスト指令とモータ制御指令とは、同一の演算周期の基で同期して生成することができる。そうすると、電力アシスト指令は、モータ制御指令と同一のタイミングで生成することができるので、モータ制御指令と非同期周期で電力アシスト指令を生成したときよりも適切な電力アシスト量の制御が可能になる。

以上のように、本発明にかかる多軸駆動装置は、回生電力の有効利用を図るための電力アシスト機能を、複雑化および高コスト化を招来することなく容易かつ低コストに装備した多軸駆動装置として有用であり、特に、射出成形機のように大きな瞬時トルクを必要とする機械装置を駆動する多軸駆動装置に適している。

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ多軸駆動装置、２リアクトル、３切替装置、４モータ制御指令生成部、５電力アシスト指令生成部、６パラメータ、７切替装置、８モータ、９電力アシスト用蓄電デバイス、１０コンバータ部、１１モータ駆動部、２０コンバータ回路、２１，２２インバータ回路、２３，２４母線電圧平滑コンデンサ、２５制御部（ＣＰＵ）、２６商用の交流電源、２７正極母線、２８負極母線、３１モータ。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、交流電源を直流電源に変換するコンバータ回路と、前記コンバータ回路の正極および負極の出力端に接続される正極および負極の母線間に並列に配置された複数のインバータ回路であって、それぞれ複数の半導体スイッチング素子が直並列にブリッジ接続された構成である複数のインバータ回路と、前記正極および負極の母線間に並列に配置される複数の母線電圧平滑コンデンサと、プログラム制御により前記複数のインバータ回路の動作を個別に制御する制御部とを備え、前記各インバータ回路の出力端子にモータを接続することにより当該モータを駆動可能な駆動装置において、前記複数のインバータ回路の中でモータが接続されていないインバータ回路の出力端に一端が接続されるリアクトル、および当該リアクトルの他端が接続される電気信号によらない切替装置が設けられ、前記リアクトルが接続されているインバータ回路に対する前記母線電圧平滑コンデンサの正極端が前記正極母線との接続を解消して前記切替装置の切替基端と接続され、前記切替装置の一方の切替端は、前記リアクトルの他端と接続され、前記切替装置の他方の切替端は、前記正極母線と接続され、前記切替装置が、前記切替基端と前記一方の切替端とが導体により接続され、前記切替基端と前記他方の切替端とは接続されていない場合に、前記モータが接続されているインバータ回路は、前記制御部からモータ制御指令を受けて、前記直並列にブリッジ接続された半導体スイッチング素子により、正極端が前記正極母線と接続された前記母線電圧平滑コンデンサが生成する母線電圧から前記モータに供給する任意の周波数および電圧の交流電力を生成し、前記リアクトルが接続されているインバータ回路は、前記制御部から電力アシスト指令を受けて、前記直並列にブリッジ接続された半導体スイッチング素子が昇降圧スイッチングデバイスとして動作し、前記母線電圧の上昇分を前記切替装置の切替基端に正極端が接続された当該インバータ回路に対する母線電圧平滑コンデンサに蓄電することを特徴とする。

Claims

交流電源を直流電源に変換するコンバータ回路と、
前記コンバータ回路の正極および負極の出力端に接続される正極および負極の母線間に並列に配置された複数のインバータ回路であって、それぞれ所定数の半導体スイッチング素子が直並列にブリッジ接続された構成である複数のインバータ回路と、
前記正極および負極の母線間に並列に、前記複数のインバータ回路のそれぞれと１対１の関係で配置される複数の母線電圧平滑コンデンサと、
プログラム制御により前記複数のインバータ回路の動作を個別に制御する制御部と
を備えた多軸駆動装置において、
前記複数のインバータ回路の中でモータが接続されていない少なくとも１つのインバータ回路の出力端に一端が接続される電気信号によらない切替装置、および前記電気信号によらない切替装置の他端が接続されるリアクトルが設けられ、
前記リアクトルが接続されている１つのインバータ回路に対する前記母線電圧平滑コンデンサの正極端が前記正極母線との接続を解消して前記切替装置の切替基端と接続され、前記切替装置の一方の切替端は、前記リアクトルの他端と接続され、前記切替装置の他方の切替端は、前記正極母線と接続され、
前記切替装置が、前記切替基端と前記一方の切替端とが導体により接続され、前記切替基端と前記他方の切替端とは接続されていない場合に、
前記モータが接続されている所定数のインバータ回路は、前記制御部からモータ制御指令を受けて、それぞれ、前記直並列にブリッジ接続された所定数の半導体スイッチング素子により、対応する前記母線電圧平滑コンデンサが生成する母線電圧から前記モータに供給する任意の周波数および電圧の交流電力を生成し、
前記リアクトルが接続されている１つのインバータ回路は、前記制御部から電力アシスト指令を受けて、前記直並列にブリッジ接続された所定数の半導体スイッチング素子が昇降圧スイッチングデバイスとして動作し、前記母線電圧の上昇分を前記切替装置の切替基端に正極端が接続された前記１つのインバータ回路に対する母線電圧平滑コンデンサに蓄電する
ことを特徴とする多軸駆動装置。
前記制御部は、
前記複数のインバータ回路のそれぞれと１対１の関係で、モータ制御モードと電力アシストモードとを切り替えるパラメータと、前記パラメータがモータ制御モードを指定している時に前記モータ制御指令を生成するモータ制御指令生成部と、前記パラメータが電力アシストモードを指定している時に他のインバータ回路での駆動電力を考慮した前記電力アシスト指令を生成する電力アシスト指令生成部とを備えている
ことを特徴とする請求項１に記載の多軸駆動装置。
前記１つのインバータ回路は、
出力端に、電気信号によらない切替装置を介して、前記リアクトルの一端とモータとが切り替えて接続され、
前記制御部は、前記１つのインバータ回路に対し、前記モータが接続されている場合はモータ制御指令を出力し、前記リアクトルが接続されている場合は電力アシスト指令を出力する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の多軸駆動装置。
前記制御部は、
前記モータ制御指令と前記電力アシスト指令とを同一演算周期の基で同期して生成する
ことを特徴とする１〜３のいずれか一つに記載の多軸駆動装置。
前記複数のインバータ回路のそれぞれと１対１の関係で配置される前記複数の母線電圧平滑コンデンサは、それぞれＮ個（Ｎは整数）を並列に接続した構成であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の多軸駆動装置。