KR101606679B1 - 다축 구동 장치 - Google Patents

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다카유키 곤
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

다축 구동 장치 내의 모선 전압 평활 콘덴서의 일부가 회생 전력 축적용의 전력 어시스트용 축전 디바이스로서 사용 가능해지도록 함으로써, 전력 어시스트 기능을 실현하기 위해서 필요하게 되어 있던 전력 어시스트용 축전 디바이스의 증설이 불필요하게 된다. 회생 전력의 유효 이용을 도모하는 전력 어시스트 기능을, 복잡화 및 고비용화를 초래하는 일 없이 용이하고 또한 저비용으로 장비를 구비한 다축 구동 장치가 얻어진다.

Description

다축 구동 장치{MULTIAXIAL DRIVING APPARATUS}
본 발명은 1개의 컨버터 회로의 출력단에 병렬로 복수의 인버터 회로를 배치하여, 복수의 모터를 개별로 구동하는데 이용하는 다축(多軸) 구동 장치에 관한 것으로, 특히 회생(回生) 전력의 유효 이용을 도모하는데 적합한 다축 구동 장치에 관한 것이다.
모터를 구동 제어하는데 이용하는 모터 구동 장치는, 상용의 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터 회로와, 그 컨버터 회로의 출력 직류 전압을 평활화하여 안정된 모선(母線) 전압을 생성하는 모선 전압 평활 콘덴서와, 그 모선 전압 평활 콘덴서가 생성하는 모선 전압을 스위칭함으로써, 모터에 공급하는 임의의 주파수 및 전압의 구동용 교류 전원을 생성하는 인버터 회로를 구비하고 있다.
또한, 인버터 회로는, 환류 다이오드가 역병렬 접속된 IGBT 등의 반도체 스위칭 소자의 소정 수를, 모선 전압 평활 콘덴서의 양단(兩端)에 접속되는 양극 및 음극의 모선 사이에 직병렬(直竝列)로 브릿지 접속한 구성이다. 구체적으로는, 삼상(三相) 모터용의 인버터 회로를 예로 말하면, 직렬로 접속된 2개의 반도체 스위칭 소자의 3세트를, 양극 모선과 음극 모선의 사이에 병렬로 배치한 구성이고, 3개의 상암(upper arm) 반도체 스위칭 소자와 3개의 하암(lower arm) 반도체 스위칭 소자의 각 암끼리 접속단에 의해 삼상의 출력단이 구성된다.
그런데, 이 모터 구동 장치로 구동 제어되는 모터는, 모터의 회전 속도와 인버터 회로로부터 공급되는 구동 전력의 주파수로 정해지는 동기 속도와의 관계로부터, 전력을 소비하는 동작(역행 동작)과 전력 회생을 행하는 동작(회생 동작)을 행한다. 예를 들면 크레인 설비로 이용되고 있는 모터는, 크레인을 감아 올릴 때에는 역행 동작을 행하고, 크레인을 감아 내릴 때에는 회생 동작을 행한다. 모터 구동 장치에서는, 모터의 운전 중에 모터가 발생시키는 회생 전력이 인버터 회로의 출력단에 입력되면, 모선 전압이 상승한다. 모선 전압의 상승이 과대하게 되면, 보호 회로가 작동하여 운전 정지가 된다.
이에, 예를 들면 특허 문헌 1에서는, 모터가 발생시키는 회생 전력을 모터의 구동 전력으로서 유효하게 이용(이것을, 본 명세서에서는 「전력 어시스트(power assist)」라고 칭하고 있다. ) 할 수 있도록 하기 위해, 모선 전압 평활 콘덴서에 병렬로 승강압 초퍼 회로를 마련하고, 이 승강압 초퍼 회로에 의해 충방전의 제어가 이루어지는 전력 어시스트용 축전 디바이스를 마련한 구성이 제안되어 있다.
구체적으로는, 승강압 초퍼 회로는 환류(還流) 다이오드가 역병렬 접속된 IGBT 등의 반도체 스위칭 소자 2개에 의한 직렬 회로가, 양극 및 음극의 모선 사이에(즉, 모선 전압 평활 콘덴서의 양단 사이에) 접속되고, 그 2개의 반도체 스위칭 소자끼리의 접속단과 전력 어시스트용 축전 디바이스의 양극단의 사이에 리액터가 배치된 구성이다. 전력 어시스트용 축전 디바이스의 음극단은, 음극 모선에 접속된다.
이 승강압 초퍼 회로에서는, 양극 모선측의 반도체 스위칭 소자와 리액터로 강압 동작이 행해지고, 음극 모선측의 반도체 스위칭 소자와 리액터로 승압 동작이 행해진다.
이 구성에 의하면, 모터가 크레인 설비에 이용되고 있는 예로 설명하면, 크레인을 감아 내릴 때에 모터가 발생시키는 회생 전력이 인버터 회로로 유입된 경우, 승강압 초퍼 회로에서는, 먼저, 양극 모선측의 반도체 스위칭 소자를 온 시켜 강압 초퍼 회로로서 동작시켜서 회생 전력에 의한 모선 전압의 상승분을 전력 어시스트용 축전 디바이스에 공급하여 축전시킨다. 이 상태에서, 그 양극 모선측의 반도체 스위칭 소자를 오프시키고, 동시에 승압 초퍼 회로 소자인 음극 모선측의 반도체 스위칭 소자를 온 시키면, 그 음극 모선측의 반도체 스위칭 소자에 리액터를 통해 전력 어시스트용 축전 디바이스의 방전 전류가 흘러, 리액터에 전류가 흐르는 방향을 한 방향으로 편향(bias)시키는 에너지가 축적된다.
따라서 그 방전 전류가 흐르고 있는 음극 모선측의 반도체 스위칭 소자를 오프시키면, 리액터에 축적되어 있는 전류 촉진 에너지(current-urging energy)에 의해, 전력 어시스트용 축전 디바이스의 방전 전류가, 양극 모선측이 오프되어 있는 반도체 스위칭 소자에 역병렬 접속되어 있는 환류 다이오드를 통해서 모선 전압 평활 콘덴서의 양극단에 공급되어, 모선 전압 평활 콘덴서가 충전된다. 이 모선 전압 평활 콘덴서의 전압이, 인버터 회로에 공급되어, 모터의 역행 동작시의 구동 전력으로 이용되게 된다.
이와 같이 특허 문헌 1에서 제안된 기술에 의하면, 모터가 발생시키는 회생 전력을 모터의 구동 전력으로서 유효하게 이용할 수 있으므로, 에너지 절약성이 뛰어난 모터 구동 장치를 얻는 것이 가능하다.
여기서, 모터 구동 장치에는, 예를 들면 수치 제어 공작기계나 산업 기계 등에 조립된 복수의 모터를 개별로 구동하도록, 1개의 컨버터 회로의 출력단에 병렬로 복수의 인버터 회로를 배치한 구성의 것이 알려져 있다. 이것을 본 명세서에서는, 설명의 편의에 따라 「다축 구동 장치」라고 칭하고 있다.
그러한 다축 구동 장치에 대해 특허 문헌 1에서 제안된 기술을 적용하면, 전력 어시스트용 축전 디바이스 및 승강압 초퍼 회로를 마련할 필요가 있으므로, 장치 전체가 대형화되고, 또 보수 부품 개수가 증대한다고 하는 문제가 있다.
이 문제에 대해 예를 들면 특허 문헌 2에서는, 장치 전체의 소형화 및 보수 부품 개수의 삭감을 도모하기 위해, 인버터 회로의 반도체 스위칭 소자를 승강압 초퍼 회로의 반도체 스위칭 소자로서 공용화하는 기술이 개시되어 있다.
즉, 특허 문헌 2에서는, 인버터 회로의 각 스위칭 소자를 제어하고, 인버터 회로에, 모터를 구동하는 인버터 동작을 행하게 하는 인버터 제어 회로와, 전력 어시스트용 축전 디바이스를 충방전시키는 동작을 행하게 하는 충방전 초퍼 제어 회로를 마련하고, 양자의 출력을 전환 스위치를 통해서 인버터 회로의 제어단에 접속한다. 그리고 인버터 회로의 출력단에, 전환 스위치를 통해서, 모터와 리액터의 일단을 접속한다. 리액터의 타단에는 전력 어시스트용 축전 디바이스의 양극단이 접속된다.
특허 문헌 2에서는, 이 구성에 의해, 각 전환 스위치에 제어 전환 신호를 줌으로써, 인버터 제어 회로가 인버터 회로 내의 반도체 스위칭 소자에 모터를 구동시키는 기능과 충방전 초퍼 제어 회로가 인버터 회로 내의 반도체 스위칭 소자에 전력 어시스트용 축전 디바이스를 충방전시키는 기능을 전환하는 기술이 개시되어 있다.
또, 예를 들면 특허 문헌 3에서는, 추진 구동 장치를 사용하여 전력 어시스트용 축전 디바이스에 충전하는 기술이 개시되어 있다.
특허 문헌 2나 특허 문헌 3에 개시된 기술에 의하면, 인버터 회로에, 인버터 동작과 충방전 동작을 행하게 할 수 있으므로, 인버터 회로의 반도체 스위칭 소자와 승강압 초퍼 회로의 반도체 스위칭 소자의 공용화를 실현할 수 있다.
특허 문헌 1: 일본국 특개평 10－164862호 공보 특허 문헌 2: 일본국 특개 2011－101456호 공보 특허 문헌 3: 일본국 특개 2012－85535호 공보
그러나 특허 문헌 2에 개시된 기술에 의하면, 다축 구동 장치에 있어서, 인버터 제어 회로와 충방전 초퍼 제어 회로를 마련하고, 전기신호에 의한 전환 스위치를 다수 필요로 하므로, 장치 소형화가 실현되지 못하고, 고비용이면서, 또한 복잡화되는 경향이 되어 버린다.
또, 전력 어시스트용 축전 디바이스를 설치할 필요가 있어, 전력 어시스트용 축전 디바이스 만큼의 체적은 소형화될 수 없다.
또, 회생 전력을 전력 어시스트용 축전 디바이스에 축전시키고, 그것을 모선 전압 평활 콘덴서에 충전해서 모터의 구동에 이용하는 전력 어시스트 제어를, 상위 컨트롤러로부터의 지령을 필요로 하지 않고, 내부에서 지령을 생성하여 행할 수 있도록 하려면, 구동 장치 내의 전력 정보를 수집하는 수단, 혹은 모터의 전력을 측정하기 위한 외부 전류 센서 등을 준비할 필요가 있어, 다축 구동 장치의 복잡화 및 고비용화를 초래한다.
본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로, 회생 전력의 유효 이용을 도모하는 전력 어시스트 기능을, 복잡화 및 고비용화를 초래하는 일 없이 용이하고 또한 저비용으로 장비를 구비한 다축 구동 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터 회로와, 상기 컨버터 회로의 양극 및 음극의 출력단에 접속되는 양극 및 음극의 모선 사이에 병렬로 배치된 복수의 인버터 회로로서, 각각 소정 수의 반도체 스위칭 소자가 직병렬로 브릿지 접속된 구성인 복수의 인버터 회로와, 상기 양극 및 음극의 모선 사이에 병렬로, 상기 복수의 인버터 회로의 각각과 1대1의 관계로 배치되는 복수의 모선 전압 평활 콘덴서와, 프로그램 제어에 의해 상기 복수의 인버터 회로의 동작을 개별로 제어하는 제어부를 구비한 다축 구동 장치에 있어서, 상기 복수의 인버터 회로 중에서 모터가 접속되어 있지 않은 적어도 1개의 인버터 회로의 출력단에 일단이 접속되는 전기신호에 의존하지 않는 전환 장치, 및 상기 전기신호에 의존하지 않는 전환 장치의 타단이 접속되는 리액터가 마련되어, 상기 리액터가 접속되어 있는 1개의 인버터 회로에 대한 상기 모선 전압 평활 콘덴서의 양극단이 상기 양극 모선과의 접속을 해제하고 상기 전환 장치의 전환 기단과 접속되어, 상기 전환 장치의 한쪽 전환단은, 상기 리액터의 타단과 접속되고, 상기 전환 장치의 다른 쪽 전환단은, 상기 양극 모선과 접속되며, 상기 전환 장치가, 상기 전환 기단과 상기 한쪽 전환단이 도체에 의해 접속되고, 상기 전환 기단과 상기 다른 쪽 전환단은 접속되어 있지 않은 경우에, 상기 모터가 접속되어 있는 소정 수의 인버터 회로는, 상기 제어부로부터 모터 제어 지령을 받아, 각각, 상기 직병렬로 브릿지 접속된 소정 수의 반도체 스위칭 소자에 의해, 대응하는 상기 모선 전압 평활 콘덴서가 생성하는 모선 전압으로부터 상기 모터에 공급하는 임의의 주파수 및 전압의 교류 전력을 생성하고, 상기 리액터가 접속되어 있는 1개의 인버터 회로는, 상기 제어부로부터 전력 어시스트 지령을 받아, 상기 직병렬로 브릿지 접속된 소정 수의 반도체 스위칭 소자가 승강압 스위칭 디바이스로서 동작하여, 상기 모선 전압의 상승분을 상기 전환 장치의 전환 기단에 양극단이 접속된 상기 1개의 인버터 회로에 대한 모선 전압 평활 콘덴서에 축전하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 다축 구동 장치 내의 모선 전압 평활 콘덴서의 일부가 회생 전력 축적용의 전력 어시스트용 축전 디바이스로서 사용 가능하게 되므로, 전력 어시스트 기능을 실현하기 위해서 필요하게 되어 있던 전력 어시스트용 축전 디바이스의 증설이 불필요하게 된다. 따라서 회생 전력의 유효 이용을 도모하는 전력 어시스트 기능을, 복잡화 및 고비용화를 초래하는 일 없이 용이하고 또한 저비용으로 장비를 구비한 다축 구동 장치를 얻을 수 있다고 하는 효과를 달성한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 다축 구동 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태 2에 의한 다축 구동 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태 3에 의한 다축 구동 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태 4에 의한 다축 구동 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태 5에 의한 다축 구동 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
이하에, 본 발명에 따른 다축 구동 장치의 실시 형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시 형태 1.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 다축 구동 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 본 실시 형태 1 및 후술하는 5개의 실시 형태에서는, 이해를 용이하게 하기 위해, 2개의 모터를 구동할 수 있는 구성의 다축 구동 장치로의 적용예가 도시되어 있다.
먼저, 이해를 용이하게 하기 위해서, 도 1을 참조하여 2개의 모터를 구동할 수 있는 구성의 다축 구동 장치에 대해 간단하게 설명한다. 즉, 도 1에 있어서, 2개의 모터를 구동할 수 있는 구성의 다축 구동 장치는, 일반적으로, 컨버터 회로(20)와, 인버터 회로(21, 22)와, 모선 전압 평활 콘덴서(23, 24)와, 제어부(25)를 구비하고 있다.
컨버터 회로(20)는 다이오드 브릿지로 구성된 전파(全波) 정류회로로서, 상용의 교류 전원(26)을 직류 전원으로 변환한다. 인버터 회로(21, 22)는 컨버터 회로(20)의 양극 및 음극의 출력단에 접속되는 양극 모선(27) 및 음극 모선(28)의 사이에 병렬로 배치되어 있다. 모선 전압 평활 콘덴서(23, 24)는 양극 모선(27) 및 음극 모선(28)의 사이에, 모선 전압을 평활하여 안정화시키는 목적으로 배치된다. 제어부(25)는 마이크로 컴퓨터(CPU)로 구성되어 있고, 프로그램 제어에 의해 인버터 회로(21, 22)에 대해서 개별로, 모터 제어 지령인 동작 지령(29, 30)을 출력한다.
또한, 인버터 회로(21, 22)는, 각각, 양극 모선(27)과 음극 모선(28)의 사이에 소정 수의 반도체 스위칭 소자가 직병렬로 브릿지 접속된 구성이다. 반도체 스위칭 소자는, 예를 들면 IGBT이고, 환류 다이오드가 역병렬 접속되어 있다. 삼상 모터용의 인버터 회로의 예로 말하면, 직렬로 접속된 2개의 반도체 스위칭 소자 3세트를, 양극 모선(27)과 음극 모선(28)의 사이에 병렬로 배치한 구성이며, 3개의 상암 반도체 스위칭 소자와 3개의 하암 반도체 스위칭 소자의 각 암끼리 접속단에 의해 삼상의 출력단이 구성된다.
그런데, 본 실시 형태 1에 의한 다축 구동 장치(1a)는, 이상의 일반적인 다축 구동 장치에 있어서, 리액터(2)와, 전기신호에 의존하지 않는 전환 장치(3)가 추가되어 있다. 이에 더하여, 제어부(25)는 동작 지령(29, 30)으로서, 모터 제어 지령에 더하여, 회생 전력의 유효 이용을 도모하기 위한 「전력 어시스트 지령」도 생성하는 기능이 추가되어 있다.
전환 장치(3)는 단자대(terminal block), 커넥터, 도체에 의해 구성되어, 전환 기단(3a)에, 한쪽 전환단(3b)을 접속할지, 다른 쪽 전환단(3c)을 접속할지에 대한 접속 전환은 수동적으로 행해진다.
리액터(2)의 일단은, 복수의 인버터 회로 중에서 모터가 접속되어 있지 않은(즉 미사용의 인버터 회로) 적어도 1개의 인버터 회로의 출력단에 접속된다. 도 1에 도시하는 예에서는, 인버터 회로(21)는 출력단에 모터(31)가 접속되어 사용 중이지만, 인버터 회로(22)는 미사용이다. 이 경우, 추가된 리액터(2)의 일단은, 그 모터(31)가 접속되어 있지 않은 인버터 회로(22)의 출력단에 접속된다. 리액터(2)의 타단은, 추가된 전환 장치(3)의 한쪽 전환단(3b)에 접속된다.
그리고 모터(31)가 접속되어 있지 않은 인버터 회로(22)용의 모선 전압 평활 콘덴서(24)의 양극단은, 양극 모선(27)과의 접속을 해제하고 전환 장치(3)의 전환 기단(3a)에 접속되어 있다. 전환 장치(3)의 다른 쪽 전환단(3c)은 양극 모선(27)에 접속되어 있다.
제어부(25)에는 복수의 인버터 회로 중에서, 모터(31)가 접속되어 사용 중인 인버터 회로(21), 및 리액터(2)가 접속되어 있는 인버터 회로(22)의 정보가 통지된다. 제어부(25)는 이 정보에 기초하여, 동작 지령(29, 30)을 생성 출력한다.
즉, 제어부(25)가 인버터 회로(21)(모터가 접속되어 사용 중의 인버터 회로)에 주는 동작 지령(29)은 모터 제어 지령이고, 인버터 회로(22)(미사용 인버터 회로 중 리액터(2)가 접속된 인버터 회로)에게 주는 동작 지령(30)은 전력 어시스트 지령이다.
다음으로, 본 실시 형태 1에 관련된 부분의 다축 구동 장치(1a)의 동작에 대해 설명한다. 도 1에 도시하는 것처럼, 전환 장치(3)의 전환 기단(3a)과 한쪽 전환단(3b)이 도체에 의해 접속되어 있는 경우에, 인버터 회로(21)는 동작 지령(29)으로서 모터 제어 지령을 받아서, 직병렬로 브릿지 접속된 소정 수의 반도체 스위칭 소자에 의해, 모선 전압 평활 콘덴서(23)가 안정화 생성하는 모선 전압으로부터 모터(31)에 공급하는 임의의 주파수 및 전압의 교류 전력을 생성한다.
한편, 인버터 회로(22)는 동작 지령(30)으로서 전력 어시스트 지령을 받아서, 직병렬로 브릿지 접속된 소정 수의 반도체 스위칭 소자가 승강압 스위칭 디바이스로서 동작하여, 모선 전압의 상승분이 전환 장치(3)를 통해서 인버터 회로(22)용의 모선 전압 평활 콘덴서(24)에 축전된다. 이 모선 전압 평활 콘덴서(24)는 종전의 전력 어시스트용 축전 디바이스에 대응하고 있다.
이상과 같이 실시 형태 1에 의하면, 다축 구동 장치 내의 모선 전압 평활 콘덴서의 일부가 회생 전력 축적용의 전력 어시스트용 축전 디바이스로서 사용 가능하게 되므로, 전력 어시스트 기능을 실현하기 위해서 필요하게 되어 있던 전력 어시스트용 축전 디바이스의 증설이 불필요하게 된다. 따라서 회생 전력의 유효 이용을 도모하는 전력 어시스트 기능을, 복잡화 및 고비용화를 초래하는 일 없이 용이하고 또한 저비용으로 장비를 구비한 다축 구동 장치를 얻을 수 있다.
실시 형태 2.
도 2는 본 발명의 실시 형태 2에 의한 다축 구동 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 또한, 도 2에서는, 도 1(실시 형태 1)에 도시한 구성요소와 동일 또는 동등한 구성요소에는 동일한 부호가 부여되어 있다. 여기에서는, 본 실시 형태 2에 관련되는 부분을 중심으로 설명한다.
도 2에 있어서, 본 실시 형태 2에 의한 다축 구동 장치(1b)에서는, 도 1(실시 형태 1)에 도시한 구성에 있어서, 제어부(25)의 구체적인 구성 내용이 도시되어 있다. 다축 구동 장치(1b)의 그 외의 구성은, 도 1의 다축 구동 장치(1a)의 구성과 같다.
즉, 제어부(25)는 인버터 회로마다, 모터 제어 지령 생성부(4)와, 전력 어시스트 지령 생성부(5)와, 파라미터(6)가 마련되어 있다. 도 2에서는, 인버터 회로는, 2개이기 때문에, 2세트의 구성요소가 도시되어 있다.
파라미터(6)는 모터 제어 모드와 전력 어시스트 모드를 전환하여 지정한다. 모터 제어 지령 생성부(4)는 파라미터(6)가 모터 제어 모드를 지정하고 있는 경우에 모터 제어 지령을 생성하여 대응하는 인버터 회로에 출력한다. 전력 어시스트 지령 생성부(5)는, 파라미터(6)가 전력 어시스트 모드를 지정하고 있는 경우에 다른 인버터 회로에서의 구동 전력을 고려한 전력 어시스트 지령을 생성하여 대응하는 인버터 회로에 출력한다.
도 2에 도시한 구성에서는, 인버터 회로(21)는 출력단에 모터(31)가 접속되고, 인버터 회로(22)는 출력단에 리액터(2)가 접속되어 있기 때문에, 제어부(25)에서는, 인버터 회로(21)측의 파라미터(6)는 모터 제어 모드를 지정하고, 인버터 회로(22)측의 파라미터(6)는 전력 어시스트 모드를 지정한다.
따라서 제어부(25)에서는, 인버터 회로(21)측의 모터 제어 지령 생성부(4)가 모터 제어 지령을 생성하여 대응하는 인버터 회로(21)에 출력하고, 또, 인버터 회로(22)측의 전력 어시스트 지령 생성부(5)가 다른 인버터 회로(21)에서의 구동 전력을 고려한 전력 어시스트 지령을 생성하여 대응하는 인버터 회로(22)에 출력한다.
이리하여, 실시 형태 2에 의하면, 실시 형태 1과 마찬가지의 동작이 행해지는 것에 더하여, 1개의 CPU로 구성되는 제어부에 있어서 모든 지령을 생성하므로, 전력 어시스트 지령의 생성에 필요한 다른 인버터 회로로부터 모터에 공급되거나, 혹은 공급한 전력 정보를 공유할 수 있다. 따라서 다른 인버터 회로로부터 모터에 공급되거나, 혹은 공급한 전력 정보를 취득하기 위한 통신부나 전력 측정을 위한 외부 센서가 불필요해지므로, 용이하고 또한 저비용으로 전력 어시스트 기능을 구비한 다축 구동 장치를 구축할 수 있게 된다.
실시 형태 3.
도 3은 본 발명의 실시 형태 3에 의한 다축 구동 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 또한, 도 3에서는, 도 2(실시 형태 2)에 도시한 구성요소와 동일 또는 동등한 구성요소에는 동일한 부호가 부여되어 있다. 여기에서는, 본 실시 형태 3에 관련되는 부분을 중심으로 설명한다.
도 3에 있어서, 본 실시 형태 3에 의한 다축 구동 장치(1c)에서는, 도 2(실시 형태 2)에 도시된 구성에 있어서, 인버터 회로(22)의 출력단에, 전기신호에 의존하지 않는 전환 장치(7)를 통해서, 리액터(2)의 일단과 모터(8)가 전환하여 접속되어 있다.
전기신호에 의존하지 않는 전환 장치(7)는 단자대나 커넥터이며, 수작업에 의해, 리액터(2)의 일단과 모터(8)를 전환하여 전환 장치(7)에 접속함으로써, 리액터(2)의 일단과 모터(8) 중 어느 한쪽이, 전환하여 인버터 회로(22)의 출력단에 접속되는 구성이다.
제어부(25)에는, 인버터 회로(22)의 출력단에, 리액터(2)와 모터(8) 중 어느 것이 접속되어 있는지에 대한 정보가 통지되고 있다.
이리하여, 실시 형태 3에 의하면, 실시 형태 2와 마찬가지의 동작이 행해지는 것에 더하여, 전기신호에 의한 전환 장치를 사용하는 일 없이, 모터 제어 모드와 전력 어시스트 모드를 전환하여 실시할 수 있다. 따라서 보수 부품의 삭감이나 전력 어시스트 기능을 구비한 다축 구동 장치의 소형화를 실현할 수 있다.
또한, 실시 형태 3에서는, 실시 형태 2로의 적용예를 도시하였지만, 실시 형태 1에도 마찬가지로 적용할 수 있다.
실시 형태 4.
도 4는 본 발명의 실시 형태 4에 의한 다축 구동 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 또한, 도 4에서는, 도 1(실시 형태 1)에 도시된 구성요소와 동일 또는 동등한 구성요소에는 동일한 부호가 부여되어 있다. 여기에서는, 본 실시 형태 4에 관련되는 부분을 중심으로 설명한다.
도 4에 있어서, 본 실시 형태 4에 의한 다축 구동 장치(1d)에서는, 도 1(실시 형태 1)에 도시한 구성에 있어서, 리액터(2)의 타단과 음극 모선(28)의 사이에, 전력 어시스트용 축전 디바이스(9)가 추가되어 있다. 도 4에 도시하는 것처럼, 전력 어시스트용 축전 디바이스(9)는 모선 전압 평활 콘덴서(24)에 병렬로 접속되는 형태로 추가되어 있다. 다축 구동 장치(1d)의 그 외의 구성은 도 1의 다축 구동 장치(1a)의 구성과 같다.
전력 어시스트용 축전 디바이스(9)는 전력 어시스트용 축전 디바이스인 모선 전압 평활 콘덴서(24)만으로는 어시스트량이 부족한 경우에, 그것을 커버할 목적으로 마련되어 있다. 따라서 외장하는 전력 어시스트용 축전 디바이스(9)의 용량 C0는, 전력 어시스트에 필요한 축전 용량을 Cn, 모선 전압 평활 콘덴서(24)의 축전 용량(전환 장치(3)를 이용하여 전력 어시스트용으로 할당된 축전 용량)을 Ca라고 하면, C0=Cn－Ca이다.
이리하여, 본 실시 형태 4에 의하면, 외장하는 전력 어시스트용 축전 디바이스의 용량을 종전의 예보다도 억제할 수 있다.
또한, 실시 형태 4에서는, 실시 형태 1로의 적용예를 도시하였지만, 실시 형태 2, 3에도 마찬가지로 적용할 수 있다.
실시 형태 5.
도 5는 본 발명의 실시 형태 5에 의한 다축 구동 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 또한, 도 5에서는, 도 1(실시 형태 1)에 도시한 구성요소와 동일 또는 동등한 구성요소에는 동일한 부호가 부여되어 있다. 여기에서는, 본 실시 형태 5에 관련되는 부분을 중심으로 설명한다.
도 5에 있어서, 본 실시 형태 5에 의한 다축 구동 장치(1e)는, 도 1(실시 형태 1)에 도시된 다축 구동 장치(1a)를 컨버터부(10)와 모터 구동부(11)가 서로 다른 케이싱(casing)에 수용된 컨버터 분리 타입으로 한 것이다.
컨버터부(10)는 컨버터 회로(20)와, 모선 전압 평활 콘덴서(23, 24)와, 전환 장치(3)로 구성된다. 모터 구동부(11)는 인버터 회로(21, 22)와, 제어부(25)와, 리액터(2)로 구성된다.
본 실시 형태 5는, 실시 형태 1에 나타내는 다축 구동 장치(1a)로의 적용예를 나타내지만, 실시 형태 2~4에 나타내는 다축 구동 장치(1b~1d)도, 마찬가지로 컨버터 분리 타입으로서 구성할 수 있다. 이 컨버터 분리 타입이어도, 실시 형태 1~4와 마찬가지의 작용 효과가 얻어진다.
실시 형태 6.
본 발명의 실시 형태 6에서는, 2개의 변형예를 나타낸다.
(1) 실시 형태 1~5에 있어서, 다축 구동 장치 내의 모선 전압 평활 콘덴서는, 인버터 회로마다, N개(N은 정수)를 병렬로 접속한 구성으로 해도 좋다.
이 구성에 의하면, 인버터 회로마다, 전기신호에 의존하지 않는 전환 장치를 이용하여, N개의 모선 전압 평활 콘덴서를 분할해서 모터 구동용과 전력 어시스트용으로 전환할 수 있게 되어, 모선 전압 평활 콘덴서의 용량을 필요 최저한으로 억제할 수 있다. 따라서 다축 구동 장치 내의 잉여분의 모선 전압 평활 콘덴서에 대해서는, 전력 어시스트용 축전 디바이스로서 사용함으로써, 효율 좋게 모선 전압 평활 콘덴서의 용도 전환을 행할 수 있게 된다.
(2) 제어부(25)는 1개의 CPU로 구성되므로, 전력 어시스트 지령과 모터 제어 지령은, 동일한 연산 주기를 기초로 동기하여 생성할 수 있다. 그러면, 전력 어시스트 지령은 모터 제어 지령과 동일한 타이밍에서 생성할 수 있으므로, 모터 제어 지령과 비동기 주기로 전력 어시스트 지령을 생성했을 때보다도 적절한 전력 어시스트량의 제어가 가능하게 된다.
[산업상의 이용 가능성]
이상과 같이, 본 발명에 따른 다축 구동 장치는 회생 전력의 유효 이용을 도모하기 위한 전력 어시스트 기능을, 복잡화 및 고비용화를 초래하는 일 없이 용이하고 또한 저비용으로 장비를 구비한 다축 구동 장치로서 유용하고, 특히, 사출 성형기와 같이 큰 순간 토크를 필요로 하는 기계 장치를 구동하는 다축 구동 장치에 적합하다.
1a, 1b, 1c, 1d, 1e: 다축 구동 장치, 2: 리액터,
3: 전환 장치, 4: 모터 제어 지령 생성부,
5: 전력 어시스트 지령 생성부, 6: 파라미터,
7: 전환 장치, 8: 모터,
9: 전력 어시스트용 축전 디바이스, 10: 컨버터부,
11: 모터 구동부, 20: 컨버터 회로,
21, 22: 인버터 회로, 23, 24: 모선 전압 평활 콘덴서,
25: 제어부(CPU), 26: 상용의 교류 전원,
27: 양극 모선, 28: 음극 모선,
31: 모터.

Claims (5)

  1. 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터 회로와,
    상기 컨버터 회로의 양극 및 음극의 출력단에 접속되는 양극 및 음극의 모선 사이에 병렬로 배치된 복수의 인버터 회로로서, 각각 복수의 반도체 스위칭 소자가 직병렬(直竝列)로 브릿지 접속된 구성인 복수의 인버터 회로와,
    상기 양극 및 음극의 모선 사이에 병렬로 배치되는 복수의 모선 전압 평활 콘덴서와,
    프로그램 제어에 의해 상기 복수의 인버터 회로의 동작을 개별로 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 각 인버터 회로의 출력 단자에 모터를 접속함으로써 당해 모터를 구동 가능한 구동 장치에 있어서,
    상기 복수의 인버터 회로 중에서 모터가 접속되어 있지 않은 인버터 회로의 출력단에 일단이 접속되는 리액터, 및 당해 리액터의 타단이 접속되는 전기신호에 의존하지 않는 전환 장치가 마련되어,
    상기 리액터가 접속되어 있는 인버터 회로에 대한 상기 모선 전압 평활 콘덴서의 양극단이 상기 양극 모선과의 접속을 해제하고 상기 전환 장치의 전환 기단(基端)과 접속되고, 상기 전환 장치의 한쪽 전환단은 상기 리액터의 타단과 접속되고, 상기 전환 장치의 다른 쪽 전환단은 상기 양극 모선과 접속되며,
    상기 전환 장치가, 상기 전환 기단과 상기 한쪽 전환단이 도체에 의해 접속되고, 상기 전환 기단과 상기 다른 쪽 전환단은 접속되어 있지 않은 경우에,
    상기 모터가 접속되어 있는 인버터 회로는, 상기 제어부로부터 모터 제어 지령을 받아, 상기 직병렬로 브릿지 접속된 반도체 스위칭 소자에 의해, 양극단이 상기 양극 모선과 접속된 상기 모선 전압 평활 콘덴서가 생성하는 모선 전압으로부터 상기 모터에 공급하는 임의의 주파수 및 전압의 교류 전력을 생성하고,
    상기 리액터가 접속되어 있는 인버터 회로는, 상기 제어부로부터 전력 어시스트 지령을 받아, 상기 직병렬로 브릿지 접속된 반도체 스위칭 소자가 승강압 스위칭 디바이스로서 동작하여, 상기 모선 전압의 상승분을 상기 전환 장치의 전환 기단에 양극단이 접속된 당해 인버터 회로에 대한 모선 전압 평활 콘덴서에 축전하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 인버터 회로마다, 모터 제어 모드와 전력 어시스트 모드를 전환하는 파라미터와, 상기 파라미터가 모터 제어 모드를 지정하고 있을 때에 상기 모터 제어 지령을 생성하는 모터 제어 지령 생성부와, 상기 파라미터가 전력 어시스트 모드를 지정하고 있을 때에 다른 인버터 회로에서의 구동 전력을 고려한 상기 전력 어시스트 지령을 생성하는 전력 어시스트 지령 생성부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 리액터가 접속되어 있는 인버터 회로는,
    출력단에, 전기신호에 의존하지 않는 다른 전환 장치를 통해서, 상기 리액터의 일단과 모터가 전기적으로 전환 가능하게 접속되고,
    상기 제어부는, 상기 리액터가 접속되어 있는 인버터 회로에 대해, 상기 모터가 전기적으로 접속되어 있는 경우는 모터 제어 지령을 출력하고, 상기 리액터가 전기적으로 접속되어 있는 경우는 전력 어시스트 지령을 출력하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터 제어 지령과 상기 전력 어시스트 지령을 동일 연산 주기를 기초로 동기하여 생성하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 복수의 모선 전압 평활 콘덴서는, 상기 복수의 인버터 회로의 각각에 N개(N은 정수)를 병렬로 접속한 구성인 것을 특징으로 하는 구동 장치.
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