KR101695124B1 - 모터 제어 장치 - Google Patents

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고이치로 우에다
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

저항 회생 방식의 모터 구동 기기를 제어하는 모터 제어 장치로서, 전력계 등의 전용의 측정 기기를 이용하지 않고, 정확한 전력의 산출이 가능한 모터 제어 장치를 얻는 것을 목적으로 하고, 모터 전류 I, 또는, 모터 전류 I와 모터 속도 v에 근거하여 손실 L를 산출하고, 모터 속도 v와 토크 τ 또는 추력의 곱으로부터 산출되는 모터 출력 W를 산출하고, 회생 저항(3)이 통전하고 있는지 아닌지를 판정하는 모터 제어 장치에 구비된 소비 전력 산출부(5)가, 회생 저항(3)의 통전시에는, 손실 L와 모터 출력 W의 합계치 W＋L≥0이면 단위시간 당의 소비 전력 P를 W＋L로 산출하고, 손실 L와 모터 출력 W의 합계치 W＋L＜0이면 단위시간 당의 소비 전력 P=0으로 산출하고, 회생 저항(3)의 비통전시에는, 단위시간 당의 소비 전력 P를 손실 L와 모터 출력 W의 합계치 W＋L로 산출한다.

Description

모터 제어 장치{MOTOR CONTROL DEVICE}
본 발명은 모터 제어 장치에 관한 것이다.
서보 앰프 등의 모터 구동 기기는, 구동시에 발생하는 회생 전력(에너지)을 처리하는 방식이라고 하는 관점에서는, 회생 전력을 전원으로 되돌리는 전원 회생 방식과, 회생 전력을 회생 저항(회생 브레이크)에서 소비시키는 저항 회생 방식으로 분류된다. 저항 회생 방식의 모터 구동 기기는, 전원 회생 방식과는 상이하며, 회생 전력을 전원으로 되돌리는 전용의 회로(전원 회생 컨버터 등)를 마련할 필요가 없기 때문에, 전원 회생 방식의 모터 구동 기기보다 하드웨어의 가격이 싸다고 하는 이점이 있어, 산업용 기계를 구동하기 위한 모터 구동 기기로서 폭넓게 사용되고 있다.
한편, 종래부터, 모터 구동 기기가 모터를 구동할 때의 소비 전력을, 전력계(파워 미터) 등의 고가의 전용 측정 기기를 마련하지 않고, 정확하게 파악하고 싶다고 하는 요청이 있다. 소비 전력을 정확하게 파악함으로써, 모터 구동시의 전기 요금의 정확한 파악이나, 적절한 전원 설비 용량의 선택이 가능하게 되기 때문이다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 예를 들면, 특허문헌 1에는, 공통 전원부로부터 전력이 공급되는 복수 축을 구동하는 저항 회생 방식의 모터 구동 장치에 있어서, 각 축의 출력의 합계치를 산출하고, 합계치가 부(-)인 경우에는 전력량을 제로로 하여, 전체의 소비 전력을 산출하는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 1에서는, 각 축의 출력의 합계치가 부(-)로 된 경우에는 전력량을 제로로 하고, 이 부(-)의 값에 상당하는 전력이 회생 저항에서 소비되는 것으로 하여 처리를 실시하고 있다.
일본 공개 특허 공보 제 2010-81679 호
그렇지만, 회생 저항을 구비하는 모터 구동 기기에 있어서는, 모터가 감속 동작하는 경우 등에 발생하는 회생 전력은, 모두 회생 저항에서 소비되는 것은 아니고, 그 일부는, 모터 제어 기기에 설치된 평활 콘덴서에 축적될 수 있다. 회생 저항에서 소비되는 전력은 로스(loss)로 되지만, 평활 콘덴서에 축적된 전력은 재이용할 수 있어, 이것을 로스로서 계산하면, 정확하게 소비 전력을 산출할 수 없다.
상기 종래의 기술에서는, 이 평활 콘덴서에 축적된 분의 전력을 고려하고 있지 않다. 그 때문에, 모터 구동시의 소비 전력을 정확하게 산출할 수 없다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기 내용을 감안하여 이루어진 것이며, 저항 회생 방식의 모터 구동 기기를 제어하는 모터 제어 장치로서, 전력계 등의 전용의 측정 기기를 이용하지 않고, 정확한 전력의 산출이 가능한 모터 제어 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 교류 전원의 전력을 직류 전력으로 변환하여 출력하는 정류부와, 상기 정류부의 출력에 접속된 주 회로 평활용의 평활 콘덴서와, 한쪽의 단자가 상기 평활 콘덴서의 한쪽의 전극에 접속된 회생 전력을 소비하는 회생 저항과, 상기 정류부가 출력하는 직류 전력을, 모터의 구동에 적합한 교류 전력으로 변환하는 인버터부와, 상기 모터와 상기 인버터부의 사이에 접속되고, 상기 모터의 모터 전류를 검출하는 전류 검출부와, 상기 모터의 모터 속도를 산출하는 속도 산출부와, 상기 모터 전류를 토대로 상기 모터의 토크 또는 추력을 산출하는 토크 산출부와, 각종 지령 정보로부터 상기 인버터부에 전압 지령을 제공하는 서보 제어부와, 상기 모터 전류, 또는, 상기 모터 전류와 상기 모터 속도에 근거하여 손실을 산출하고, 상기 모터 속도와, 상기 토크 또는 추력의 곱으로부터 산출되는 모터 출력을 산출하고, 상기 회생 저항이 통전하고 있는지 아닌지를 판정하는 소비 전력 산출부를 구비하되, 상기 소비 전력 산출부가, 상기 회생 저항의 통전시에는, 상기 손실과 상기 모터 출력의 합계치가 0 이상이면 단위시간 당의 소비 전력을 상기 합계치로 산출하고, 상기 손실과 상기 모터 출력의 상기 합계치가 부(-)이면 단위시간 당의 상기 소비 전력을 0으로 산출하고, 상기 회생 저항의 비통전시에는, 단위시간 당의 소비 전력을 상기 손실과 상기 모터 출력의 상기 합계치로 산출하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치이다.
본 발명에 따르면, 전력계 등의 전용의 측정 기기를 이용하지 않고, 정확한 전력의 산출이 가능한 모터 제어 장치를 얻을 수 있다고 하는 효과를 얻는다.
도 1은 실시의 형태 1에 따른 모터 제어 장치의 구성예를 나타내는 블럭도이다.
도 2는 실시의 형태 1에 따른 모터 제어 장치의 동작예를 설명하는 흐름도이다.
도 3은 실시의 형태 2에 따른 모터 제어 장치의 구성예를 나타내는 블럭도이다.
도 4는 실시의 형태 2에 따른 모터 제어 장치의 동작예를 설명하는 흐름도이다.
도 5는 실시의 형태 3에 따른 모터 제어 장치의 구성예를 나타내는 블럭도이다.
도 6은 실시의 형태 3에 따른 모터 제어 장치의 동작예를 설명하는 흐름도이다.
도 7은 실시의 형태 4에 따른 모터 제어 장치의 구성예를 나타내는 블럭도이다.
도 8은 실시의 형태 4에 따른 모터 제어 장치의 동작예를 설명하는 흐름도이다.
도 9는 실시의 형태 4에 따른 모터 제어 장치의 구성예를 나타내는 블럭도이다.
도 10은 실시의 형태 4에 따른 모터 제어 장치의 구성예를 나타내는 블럭도이다.
이하에, 본 발명에 따른 모터 제어 장치의 실시의 형태를 도면에 근거하여 상세하게 설명한다. 또, 이 실시의 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시의 형태 1.
도 1은 본 발명에 따른 모터 제어 장치의 실시의 형태 1의 구성예를 나타내는 블럭도이다. 도 1에 나타내는 모터 제어 장치는, 교류 전원(1)에 접속되고, 정류기(2)와, 평활 콘덴서(10)와, 모선 전압 측정부(11)와, 회생 저항(3)과, 회생 트랜지스터(4)와, 소비 전력 산출부(5)와, 인버터(103)와, 전류 검출부(104)와, 서보 제어부(106)와, 토크 산출부(105)를 구비하되, 인코더(102)가 장착된 모터(101)를 제어한다. 인코더(102)는 속도 산출부의 일례이다.
교류 전원(1)(예를 들면, 3상 교류 전원)은, 정류기(2)(예를 들면, 다이오드 스택(diode stack))에 접속되어 있고, 교류 전원(1)으로부터 공급된 교류 전력은 정류되고, 정류된 전력이 평활 콘덴서(10)에 의해서 평활화됨으로써 직류의 전압을 출력한다.
평활 콘덴서(10)의 후단에는 모선 전압 측정부(11)가 접속되어 있고, 모선 전압 측정부(11)에서 측정된 모선 전압 Vdc는 소비 전력 산출부(5)로 출력된다.
모선 전압 측정부(11)의 후단에는, 직렬로 접속된 회생 저항(3)과 회생 트랜지스터(4)(회생 스위치)가 접속되어 있다. 회생 전력이 발생하여 직류 전원의 전압이 임계치까지 상승하면, 회생 트랜지스터(4)가 작동하고, 해당 회생 전력을 회생 저항(3)에서 소비하여 회생 동작을 실시한다.
회생 저항(3)과 회생 트랜지스터(4)의 후단에는, 인버터(103)가 접속되어 있다. 인버터(103)는 전류 검출부(104)를 통해서 모터(101)에 접속되어 있다. 인버터(103)로서는 PWM 인버터를 예시할 수 있다.
모터(101)는 인코더(102)를 구비한다. 인코더(102)는, 모터(101)의 모터 속도 v 및 위치를 검출하여, 소비 전력 산출부(5) 및 서보 제어부(106)로 출력한다.
전류 검출부(104)는, 모터(101)의 모터 전류 I를 검출하여, 서보 제어부(106), 토크 산출부(105) 및 소비 전력 산출부(5)로 출력한다.
서보 제어부(106)는, 각종 지령 정보(모터(101)의 동작의 참조 신호로 되는 위치 지령, 속도 지령, 전류 지령 등)에 근거하여, 모터(101)가 추종하기 위해서 필요한 전류를 모터(101)에 발생시키기 위한 전압 지령을 산출하여 인버터(103)로 출력한다. 해당 전압 지령에 근거하여, 모터(101)에 직류 전력이 공급된다. 서보 제어부(106)는, 예를 들면, 검출치인 위치, 속도, 전류가 지령 정보에 추종되도록 피드백 제어계가 구성되어 있다.
토크 산출부(105)는, 전류 검출부(104)에서 검출한 모터(101)의 모터 전류 I로부터 모터(101)의 토크 τ를 산출하여, 소비 전력 산출부(5)로 출력한다. 토크 산출부(105)는, 모터 전류 I가 검출되었을 때에, 토크 τ를 산출한다.
구체적으로는, 토크 τ와 모터 전류 I가 비례 관계에 있는 경우에는, τ=Kt·I로부터 토크 τ를 산출한다. 여기서, Kt는 토크 정수이다.
또, 모터(101)로서, 동기 모터를 이용하는 경우에는, 토크 정수와 유기 전압 정수가 동일해지기 때문에, 토크 정수 대신에 유기 전압 정수를 이용해도 좋다. 또는, 토크 τ와 모터 전류 I가 비례 관계가 아닌 경우에도, 토크 τ는 전류에 의존한다. 그 때문에, 토크 τ와 모터 전류 I가 비례 관계가 아닐 때에는, 모터 전류 I와 발생하는 토크 τ의 관계를 테이블 또는 함수로서 미리 기억해 두고, 이것을 토대로 토크 τ를 산출해도 좋다. 즉, 모터 전류 I(t)와 토크 τ(t)의 관계를 나타내는 테이블 또는 함수를 F(I)로 하면, τ=F(I)이다. 따라서, 토크 산출부(105)는, 토크 정수 Kt 또는 모터 전류 I(t)와 토크 τ(t)의 관계를 나타내는 테이블 혹은 함수를 기억하고 있으면 좋다.
소비 전력 산출부(5)는, 모선 전압 측정부(11)에서 측정된 모선 전압 Vdc, 인코더(102)에서 검출한 모터(101)의 모터 속도 v 및 위치 등의 정보, 전류 검출부(104)에서 검출한 모터(101)의 모터 전류 I 및 토크 산출부(105)에서 산출한 토크 τ에 근거하여 소비 전력량(또는 적산 전력량) E를 산출하여 출력한다.
다음으로, 모터(101)의 구동시에 있어서의 모터 제어 장치의 동작에 대해 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 모터 제어 장치의 실시의 형태 1의 동작예를 설명하는 흐름도이다.
우선, 소비 전력 산출부(5)가 적산 전력량 E를 0으로 한다(스텝 S1).
다음으로, 전류 검출부(104)가 모터 전류 I를 검출하고, 인코더(102)가 모터 속도 v를 검출한다(스텝 S2). 또, 스텝 S2 이후의 처리는, 샘플링 시간 ΔT마다 실시한다.
다음으로, 토크 산출부(105)가, 전류 검출부(104)에서 검출한 모터 전류 I에 근거하여 토크 τ를 산출한다(스텝 S3). 여기서, 토크 τ의 산출은, 상기 설명한 바와 같이, 토크 τ가 모터 전류 I에 의존하는 것을 이용하여 산출하면 좋다.
다음으로, 소비 전력 산출부(5)가, 인코더(102)에서 검출한 모터 속도 v 및 토크 산출부(105)에서 산출한 토크 τ로부터 모터 출력 W를 산출하고, 모터 속도 v 및 전류 검출부(104)에서 검출한 모터 전류 I로부터 손실 L를 산출한다(스텝 S4).
모터 출력 W는, W=v·τ으로 산출한다.
또, 모터(101)의 구동에 수반하여 생기는 손실 L로서는, 동손 Lc 및 철손 Li를 들 수 있다. 동손 Lc는, 모터(101)에 있어서의 코일의 전기 저항에 의해서 없어지는 에너지이며, 철손 Li는, 모터(101)에 감겨진 철심에 교류로 자화했을 때에 없어지는 에너지이다.
동손 Lc는, 모터 코일 저항 R를 이용하여 아래의 식(1)으로 산출할 수 있다.
Figure 112015109649256-pct00001
철손 Li는, 히스테리시스손과 와전류손의 합이다. 철손 Li는, 모터(101)의 자속 밀도 B와, 모터 속도 v로부터 Li=α＇·v·Bγ＋β＇·v2·B2로 나타낼 수 있다. 여기서, α＇, β＇, γ는 비례 정수이다. 또, 자속 밀도 B가 모터 전류 I에 대략 비례하는 것을 이용하여, 다른 비례 정수 α와 β를 이용함으로써, 철손 Li는, 아래의 식(2)으로 나타낼 수 있다.
Figure 112015109649256-pct00002
따라서, 철손 Li는 전류 뿐만 아니라 속도에도 의존한다. 또, α, β, γ는 모터(101)를 전자계 해석하는 것에 의해 얻을 수 있다.
모터(101)의 구동에 수반하여 생기는 손실 L는, 동손 Lc와 철손 Li의 합이며, 아래의 식(3)으로 나타낼 수 있다.
Figure 112015109649256-pct00003
또, 이들 식 및 각종 정수 등(모터 코일 저항 R, 정수 α, β, γ 등)은, 소비 전력 산출부(5)에 기억되어 있다.
또, 상기의 손실 L에는, 추가로 인버터 및 정류부에 있어서의 손실이 더해져도 좋다.
또, 상기의 설명에서는, 모터 전류 I의 제곱에 비례하여 발생하는 동손 Lc와, 모터 속도 v와 모터 전류 I의 쌍방에 의존하여 발생하는 철손 Li로 이루어지는 손실 L를 식(3)으로 산출하고 있지만, 이것으로 한정되지 않고, 손실을 모델화하기 위한 계산식 및 정수를 나타내는 것이면 다른 것을 이용해도 좋다. 또, 철손 Li가 충분히 작은 모터를 이용하는 경우는, 철손 Li를 무시해도 좋다.
다음으로, 모선 전압 측정부(11)가 모선 전압 Vdc를 검출한다(스텝 S5).
다음으로, 소비 전력 산출부(5)가, 스텝 S5에서 검출한 모선 전압 Vdc가 임계치 이상인지 아닌지를 비교한다(스텝 S6). 여기서, 임계치로서는, 회생 트랜지스터(4)가 온(ON)으로 되는 전압, 즉 임계치 전압 Vth를 예시할 수 있다. 모선 전압 Vdc가 회생 트랜지스터(4)의 임계치 전압 Vth 이상이면, 회생 트랜지스터(4)가 온(ON)으로 되고, 회생 전력을 회생 저항(3)에서 소비한다. 모선 전압 Vdc가 회생 트랜지스터(4)의 임계치 전압 Vth 이상이면, 스텝 S7로 이행한다. 모선 전압 Vdc가 회생 트랜지스터(4)의 임계치 전압 Vth 미만이면, 스텝 S9로 이행한다.
＜스텝 S7로 이행하는 경우＞
소비 전력 산출부(5)가, 스텝 S4에서 산출한 모터 출력 W와 손실 L의 합이 0 이상인지 부(-)인지에 근거하여, 아래의 식(4)에 의해서 단위시간 당의 소비 전력 P를 산출한다(스텝 S7).
Figure 112015109649256-pct00004
다음으로, 소비 전력 산출부(5)가, 단위시간 당의 회생 전력 Q=Vdc 2/Rr를 산출한다(스텝 S8). 여기서, 저항값 Rr는 회생 저항(3)의 저항값이다. 저항값 Rr는 소비 전력 산출부(5)에 기억되어 있다. 그 후, 스텝 S11로 이행한다.
＜스텝 S9로 이행하는 경우＞
스텝 S4에서 산출한 모터 출력 W와 손실 L를 이용하여, 소비 전력 산출부(5)가 아래의 식(5)에 의해서 단위시간 당의 소비 전력 P를 산출한다(스텝 S9).
Figure 112015109649256-pct00005
그리고, 소비 전력 산출부(5)가, 단위시간 당의 회생 전력 Q=0으로 한다(스텝 S10). 그 후, 스텝 S11로 이행한다.
＜스텝 S11로 이행 후＞
다음으로, 소비 전력 산출부(5)가, 스텝 S7 또는 스텝 S9에서 산출한 소비 전력 P에 단위시간 당의 고정분 소비 전력 Pc를 가산하여 전체 소비 전력을 산출한다(스텝 S11). 여기서, 고정분 소비 전력 Pc란, 회생 전력이 발생해도 그 전력을 이용할 수 없는 모터 구동 기기가 소비하는 전력을 말한다. 고정분 소비 전력 Pc는, 예를 들면, 서보 제어부(106)가 마이크로 프로세서인 경우에는, 해당 마이크로 프로세서의 단위시간 당의 소비 전력이다. 또, 고정분 소비 전력 Pc가 소비 전력 P에 대해서 무시할 수 있을 만큼 작은 경우에는, 고정분 소비 전력 Pc=0으로 하고, 스텝 S11를 생략해도 좋다.
다음으로, 소비 전력 산출부(5)가, 회생 전력 Q를 시간적으로 평활화하여, 평활화 회생 전력 Q＇를 산출한다(스텝 S12). 여기서, 평활화는, 1차 지연 필터 또는 이동 평균 필터를 이용하여 실시하면 좋다.
다음으로, 소비 전력 산출부(5)가, 단위시간 당의 소비 전력 P를 적산하여, 적산 전력량 E를 아래의 식(6)으로 산출한다(스텝 S13).
Figure 112015109649256-pct00006
다음으로, 소비 전력 산출부(5)가, 적산 전력량 E를 계산하는 적산 시간이 경과했는지 아닌지를 판정한다(스텝 S14). 적산 전력량 E를 계산하는 적산 시간이 경과한 것이면, 처리를 종료하고, 적산 시간이 경과하지 않은 것이면, 스텝 S2로 돌아간다.
상기 설명한 바와 같이, 도 2의 흐름도에 따르면, 처리를 개시하고 나서 적산 시간까지 소비한 전력량의 총합인 적산 전력량 E가 산출된다.
또, 도 2의 흐름도에 따르면, 샘플링 시간 ΔT마다 단위시간 당의 소비 전력 P와, 단위시간 당의 회생 전력 Q와, 단위시간 당의 평균적인 회생 전력 Q＇와, 처리가 개시되고 나서 현 시점까지의 모터와 모터 구동 기기가 사용한 적산 전력량 E를 얻을 수 있다.
여기서, 모터와 모터 구동 기기의 소비 전력이 정확하게 산출되는 이유를 이하에 설명한다.
스텝 S4에 있어서, 일반적으로 모터가 동작하고 있으면, 동손 또는 철손이 발생하여 손실 L≥0이며, 또한 모터가 가속할 경우에는 속도와 토크의 부호가 일치하므로 모터 출력 W＞0으로 되고, 모터가 감속할 경우에는 속도와 토크의 부호가 일치하지 않기 때문에 모터 출력 W＜0으로 된다.
스텝 S6에서 N으로 분기할 때, 즉, 모선 전압 Vdc가 임계치 전압 Vth보다 작고, 회생 저항(3)이 비통전일 때, W＞0이면, 모터 출력 W의 전력과 손실 L의 합계분의 전력을 소비하므로, 단위시간 당의 소비 전력 P는 P=W＋L이다. 당연히, P=W＋L＞0으로 되어, 총합으로서 전력을 소비한다.
또, W＜0, W＋L＞0이면, 모터에서 발생한 회생 전력의 일부가 손실의 보상에 할당되게 되고, 총합으로 W＋L의 전력을 소비하게 되므로, 단위시간 당의 소비 전력 P는 P=W＋L이다.
그리고, W＜0, W＋L＜0이면, 총합으로서 전력을 소비하는 것이 아니라, 전력을 발생하고 있는 것으로 된다. 회생 저항이 비통전이므로, 전력은, 모선간(평활 콘덴서(10))에 축적된다. 이 경우도 단위시간 당의 소비 전력 P는 P=W＋L로서 계산한다. P=W＋L＜0으로 되어, 전력을 발생하고 있는 것을 나타내고 있다.
즉, 스텝 S6에서 N로 분기하는 경우에는, 어느 경우에도, 단위시간 당의 소비 전력 P는 P=W＋L이다(스텝 S9). 또한, 회생 저항(3)은 비통전이므로, 단위시간 당의 회생 전력 Q는 Q=0이다(스텝 S10).
스텝 S6에서 Y로 분기할 때, 즉, 모선 전압 Vdc가 임계치 전압 Vth 이상이며, 회생 저항(3)이 통전일 때, W＋L≥0이면, 총합으로서 전력을 소비하므로, 단위시간 당의 소비 전력 P는 P=W＋L이다. 그리고, W＋L＜0이면, 회생 전력이 생기지만, 그 회생 전력은 회생 저항(3)에서 소비되므로, 단위시간 당의 소비 전력은 P=0이다(스텝 S7). 또한, 회생 저항(3)이 통전하고 있으므로, 모선 전압 Vdc와 회생 저항(3)의 저항값 Rr로부터 회생 저항(3)에는, 전류 Vdc/Rr가 흐른다. 그 때문에, 단위시간 당의 회생 전력 Q는 Q=Vdc·(Vdc/Rr)=Vdc 2/Rr이다(스텝 S8).
또, 평활 콘덴서(10)은 그 용량에 따른 전력을 축적할 수 있다. 축적되는 전력이 증대해 나가면, 그 용량에 따라 평활 콘덴서(10)의 사이의 전압이 상승한다. 즉, 모선 전압 Vdc가 상승한다. 그리고, 모선 전압 Vdc가 회생 트랜지스터(4)의 임계치 전압 Vth까지 상승하면, 회생 전력은 회생 저항(3)에서 소비하게 된다.
본 발명의 구성에 따르면, 모선 전압 Vdc를 순차(소정의 샘플링 시간마다) 감시하고, 회생 전력이 평활 콘덴서(10)에 축적되는지, 또는 회생 저항(3)에서 소비되는지를 판단하면서 소비 전력을 계산하므로 정확한 계산을 실시하는 것이 가능하다.
단위시간 당의 소비 전력 P를 상기와 같이 계산하면, 소비 전력 P를 적산하여 계산되는 적산 전력량 E도 더 정확하게 산출된다.
그리고, 스텝 S11에서는, 회생 전력이 발생해도, 이것을 이용할 수 없는 모터 제어 장치의 전자 부품(예를 들면, 마이크로 프로세서 등)이 소비하는 단위시간 당의 고정분 소비 전력 Pc를 더한다.
예를 들면, 이 회생 전력을 이용할 수 없는 전자 부품이 마이크로 프로세서인 경우에는, 구체적인 고정분 소비 전력 Pc는, 마이크로 프로세서의 사양으로부터 미리 산출하는 것이 가능하고, 이 값을 소비 전력 산출부(5)에 기억하게 하면 좋다.
이와 같이, 스텝 S11에 있어서, 회생 트랜지스터(4)가 온(ON)으로 되어 회생 전력이 회생 저항(3)에서 소비되는 경우에도, 회생 전력을 이용할 수 없는 전자 부품의 소비 전력을 고정분 소비 전력 Pc로서 가산하기 때문에, 단위시간 당의 소비 전력 P를 정확하게 산출할 수 있다.
그런데, 스텝 S12에 있어서는, 회생 전력 Q를 평활화함으로써 평활화 회생 전력 Q＇를 산출하고 있다. 이것은, 모선 전압 Vdc가 샘플링 시간마다 회생 트랜지스터(4)의 임계치 전압 Vth를 넘어 변화하면, 스텝 S6에 있어서 샘플링 시간마다 N으로의 분기와 Y로의 분기가 전환되어, 회생 전력 Q가 샘플링 시간마다 0이 아닌 값과 0을 전환하는 것으로 되어, 회생 전력 Q가 발생하고 있는지 아닌지가, 직감적으로 파악하기 어렵기 때문에, 회생 전력 Q를 1차 지연 필터 또는 이동 평균 필터 등에 의해서 평활화하여, 평활화 회생 전력 Q＇를 산출함으로써, 평균적인 회생 전력을 파악하기 위함이다. 또, 회생 전력 Q를 평활화하지 않고 파악하고 싶은 경우에는, 스텝 S12를 생략해도 좋다.
상술한 모터 제어 장치가 정확하게 전력 정보, 특히 적산 전력량을 산출하는 전형적인 예로서, 모터를 이용하여 위치 결정 동작을 간헐적으로 복수회 실시하는 경우를 예로 들어, 보다 상세하게 설명한다.
모터가 정지상태로부터 가속하는 경우와 정속 동작을 실시하는 경우에는, 가속 토크와 마찰 토크인 모터 토크의 부호와 속도의 부호는 동일하게 되기 때문에, 모터 출력 W는 항상 정(+)로 된다. 그러나, 모터가 감속 동작을 개시하면, 모터 토크와 속도의 방향은 일반적으로 반대로 되어, 모터 출력 W는 부(-)로 된다.
또한, 모터 출력 W와 손실 L의 합도 부(-)로 되는 경우(W＋L＜0)에는 회생 전력이 발생하지만, 회생 전력은 회생 저항(3)에서 즉석에서 소비되지 않는다. 회생 전력은 우선 모터 제어 장치 내의 평활 콘덴서에 축적될 수 있고, 이것에 따라서 모선 전압 Vdc가 상승한다. 그리고, 모선 전압 Vdc가 회생 트랜지스터(4)의 임계치 전압 Vth 이상으로 되면, 회생 트랜지스터(4)가 온(ON)으로 되고, 회생 전력의 일부가 회생 저항(3)에서 소비되어, 모선 전압 Vdc는 저하된다.
또, 감속 동작중에 모선 전압 Vdc가 회생 트랜지스터(4)의 설정 전압 이상(본 실시의 형태에서는 임계치 전압 Vth 이상)으로 되지 않으면, 회생 트랜지스터(4)는 온(ON)으로 되지 않고, 회생 전력은 모선간(평활 콘덴서(10))에 계속 축적된다. 어느 경우든 감속 정지한 직후에는, 회생 전력의 일부 또는 전부는 모선 사이(평활 콘덴서(10))에 남는다.
다음으로, 감속 정지가 완료하고 나서, 재차 위치 결정 동작을 실시할 때는, 가속 동작시에, 전회의 위치 결정 동작시에 발생한 회생 전력의 일부 또는 전부가 사용된다. 상술한 바와 같이, 이 회생 전력은, 평활 콘덴서에 축적할 수 있다. 만약, 회생 전력의 모두가 회생 저항(3)에서 소비되는 것으로서 적산 전력량을 산출하면, 실제로 사용한 적산 전력량과 산출한 적산 전력량에 오차가 생긴다. 그렇지만, 본 발명에 따르면, 회생 전력이 발생했을 경우에, 평활 콘덴서(10)에 축적되는지(단위시간 당의 소비 전력 P를 마이너스로 하여 산출), 또는, 회생 저항(3)에서 소비되는지(단위시간 당의 소비 전력 P를 0으로 하여 산출)를 고려하여 산출하기 때문에, 단위시간 당의 소비 전력 P 및 단위시간 당의 소비 전력 P를 적산한 적산 전력량 E를 정확하게 산출하는 것이 가능해진다.
즉, 본 발명의 특징의 하나는, 회생 저항(3)이 통전하고 있는지 아닌지에 따라서 경우를 분류하고, 단위시간 당의 소비 전력 P 및 회생 전력 Q의 산출 방법을 변경하는 것이다.
또, 본 실시의 형태에서는, 모터(101)에 인코더(102)가 장착되고, 인코더(102)가 모터(101)의 속도를 직접 검출할 수 있는 경우의 예에 대해서 설명을 실시했지만, 모터(101)의 속도를 직접 검출하지 않는 경우에도, 모터(101)에 흐르는 전류나 모터(101)의 상간 전압 등의 정보로부터 모터(101)의 속도를 추정하여 속도 정보로서 이용하는 구성이어도 좋다.
또, 본 실시의 형태에서는, 모터(101)가 회전형 모터인 경우에 대해 설명했지만, 리니어 모터를 이용해도 마찬가지이다. 이때, 회전형 모터의 토크에 상당하는 것은 리니어 모터의 추력이다. 리니어 모터의 추력은 모터 전류 I에 의존하기 때문에, 추력 정수 Kt 또는 테이블 혹은 함수 F를 이용하여, 리니어 모터의 추력을 계산하면 좋다.
실시의 형태 2.
실시의 형태 1에서는, 모선 전압 Vdc가 회생 트랜지스터(4)의 설정 전압(임계치 전압 Vth)보다 큰지 아닌지에 따라서, 회생 저항(3)이 통전하고 있는지 아닌지를 판정했지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 본 실시의 형태에서는, 모선 전압 Vdc와 회생 트랜지스터(4)의 임계치 전압 Vth의 대소 관계 이외의 방법으로 회생 저항(3)이 통전하고 있는지 아닌지를 판정하는 형태에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 모터 제어 장치의 실시의 형태 2의 구성예를 나타내는 블럭도이다. 도 1과는 회생 트랜지스터(4)의 온/오프 상태 신호를 취득하는 점이 상이하다. 그리고, 도 4는 본 발명에 따른 모터 제어 장치의 실시의 형태 2의 동작예를 설명하는 흐름도이다. 본 실시의 형태에서는, 도 2와 상이한 부분에 주목하여 설명한다.
우선, 스텝 S1~S5는 실시의 형태 1의 도 2와 마찬가지이다. 본 실시의 형태에서는, 스텝 S5 이후에 회생 트랜지스터(4)의 온/오프 상태를 취득한다(스텝 S6-1). 그리고, 소비 전력 산출부(5)가, 스텝 S6-1에서 취득한 회생 트랜지스터(4)의 온/오프 상태에 근거하여, 회생 트랜지스터(4)가 온(ON)으로 되는지 아닌지의 판정을 실시한다(스텝 S6-2). 회생 트랜지스터(4)가 온(ON)으로 되는 경우에는, 스텝 S7로 이행하고, 회생 트랜지스터(4)가 온(ON)으로 되지 않는 경우에는, 스텝 S9로 이행한다. 스텝 S7 이행 후 및 스텝 S9 이행 후의 처리는, 실시의 형태 1의 도 2와 마찬가지이다.
이상 설명한 바와 같이, 도 4에서는, 회생 저항(3)이 통전하고 있는지 아닌지를, 회생 트랜지스터(4)가 온(ON)으로 되는지 아닌지에 따라서 판정한다. 회생 트랜지스터(4)가 온(ON)으로 되면, 회생 저항(3)은 통전하고, 회생 트랜지스터(4)가 오프(OFF)로 되면, 회생 저항(3)은 비통전이다.
본 실시의 형태에 있어서도, 실시의 형태 1과 마찬가지로, 평활 콘덴서(10)에 축적되는 회생 전력을 고려하여, 단위시간 당의 소비 전력 P, 단위시간 당의 회생 전력 Q 및 적산 전력량 E를 정확하게 산출할 수 있다.
이와 같이, 실시의 형태 1에서는 모선 전압 Vdc에 의해서 회생 저항(3)이 통전하고 있는지 아닌지를 판정하며, 본 실시의 형태에서는 회생 트랜지스터(4)의 온/오프 상태에 따라서 회생 저항(3)이 통전하고 있는지 아닌지를 판정하고 있다. 즉, 소비 전력 산출부(5)는, 회생 트랜지스터(4)가 온(ON)으로 되어 있을 때는 회생 동작하고 있는 것으로 판정하고, 회생 트랜지스터(4)가 오프(OFF)로 되어 있을 때는 회생 동작하고 있지 않는 것으로 판정한다. 다만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 허용 회생 전력에 대한 회생 전력의 비율을 나타내는 회생 부하율을 계산하고, 회생 부하율에 근거하여 회생 저항(3)이 통전하고 있는지 아닌지를 판정해도 좋다. 즉, 회생 부하율이 0일 때는 회생 저항(3)이 비통전인 것으로 판정하고, 회생 부하율이 0보다 클 때에는 회생 저항(3)이 통전인 것으로 판정해도 좋다.
실시의 형태 3.
실시의 형태 1, 2에서는, 1개의 정류부 및 평활 콘덴서에 대해서 1개의 인버터가 설치되고, 1개의 모터를 구동하는 모터 제어 장치에 대해 설명했지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 본 실시의 형태에서는, 1개의 컨버터에 대해서 복수의 인버터가 설치되고, 복수의 모터를 구동하는 모터 제어 장치에 대해 설명한다.
도 5는 실시의 형태 3에 따른 모터 제어 장치의 구성예를 나타내는 블럭도이다. 도 5에 나타내는 모터 제어 장치는, 도 1에 나타내는 모터 제어 장치에 대해서, 제 2 인코더(102b)가 장착된 제 2 모터(101b)와, 제 2 인버터(103b)와, 제 2 전류 검출부(104b)와, 제 2 축 토크 산출부(105b)와, 제 2 축 서보 제어부(106b)를 추가한 것이다.
또, 도 5에 나타내는 제 1 모터(101a)는, 도 1에 나타내는 모터(101)와 마찬가지이고, 도 5에 나타내는 제 1 인코더(102a)는, 도 1에 나타내는 인코더(102)와 마찬가지이고, 도 5에 나타내는 제 1 인버터(103a)는, 도 1에 나타내는 인버터(103)와 마찬가지이고, 도 5에 나타내는 제 1 전류 검출부(104a)는, 도 1에 나타내는 전류 검출부(104)와 마찬가지이고, 도 5에 나타내는 제 1 축 토크 산출부(105a)는, 도 1에 나타내는 토크 산출부(105)와 마찬가지이고, 도 5에 나타내는 제 1 축 서보 제어부(106a)는, 도 1에 나타내는 서보 제어부(106)과 마찬가지이다.
제 1 인버터(103a)는, 정류부와 평활 콘덴서가 생성하는 직류 전원으로부터, 제 1 모터(101a)에 전류를 공급한다. 제 2 인버터(103b)도, 정류부와 평활 콘덴서가 생성하는 직류 전원으로부터, 제 2 모터(101b)에 전류를 공급한다.
제 1 전류 검출부(104a)는 제 1 모터(101a)의 모터 전류 I1를 검출한다. 제 2 전류 검출부(104b)도, 제 2 모터(101b)의 모터 전류 I2를 검출한다.
제 1 축 토크 산출부(105a)는, 모터 전류 I1로부터 제 1 모터(101a)에 발생하고 있는 토크 τ1을 산출한다. 제 2 축 토크 산출부(105b)는, 모터 전류 I2로부터 제 2 모터(101b)에 발생하고 있는 토크 τ2를 산출한다. 또, 제 1 축 토크 산출부(105a)와 제 2 축 토크 산출부(105b)는, 토크 산출부(105)와 마찬가지로 기능하지만, 제 1 모터(101a)와 제 2 모터(101b)가 접속된 경우에는, 각각의 모터에 대응하는 토크 정수 Kt 또는 모터 전류 I(t)와 토크 τ(t)의 관계를 나타내는 테이블 혹은 함수를 기억하고 있다.
제 1 축 서보 제어부(106a)는, 제 1 축의 모터(101a)를 제어하고, 제 1 모터(101a)의 동작의 참조 신호가 되는 제 1 축 지령 신호(위치 지령, 속도 지령, 전류 지령)에, 제 1 모터(101a)가 추종하는데 필요한 전류를 발생시키기 위한 제 1 축의 전압 지령을 산출한다. 제 2 축 서보 제어부(106b)는, 제 2 모터(101b)를 제어하고, 제 2 모터(101b)의 동작의 참조 신호가 되는 제 2 축 지령 신호(위치 지령, 속도 지령, 전류 지령)에, 제 2 모터(101b)가 추종하는데 필요한 전류를 발생시키기 위한 제 2 축의 전압 지령을 산출한다.
도 5에 나타내는 구성과 도 1에 나타내는 구성에서는, 1개의 정류부의 출력에 2개의 인버터와 2개의 모터가 접속되어 있는 점이 상이하다.
소비 전력 산출부(5)는, 모선 전압 측정부(11)에서 측정된 모선 전압 Vdc, 제 1 인코더(102a), 제 2 인코더(102b)에서 검출한 제 1 모터(101a), 제 2 모터(101b)의 모터 속도 v1, v2 및 위치 등의 정보, 제 1 전류 검출부(104a), 제 2 전류 검출부(104b)에서 검출한 제 1 모터(101a), 제 2 모터(101b)의 모터 전류 I1, I2 및 제 1 축 토크 산출부(105a), 제 2 축 토크 산출부(105b)에서 산출한 토크 τ1,τ2에 근거하여 소비 전력량을 산출하여 출력한다.
다음으로, 모터(101a, 101b)의 구동시에 있어서의 모터 제어 장치의 동작에 대해 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6은 본 발명에 따른 모터 제어 장치의 실시의 형태 3의 동작예를 설명하는 흐름도이다.
또, 도 6에서는, 1개의 정류부에 대해, N개(N≥2의 자연수)의 인버터가 접속되어 있고, N개의 모터가 구동된다. 또, 축 번호 인덱스 i를 도입한다.
우선, 소비 전력 산출부(5)가 적산 전력량 E를 0으로 하고, 축 번호 인덱스 i=1으로 한다(스텝 S1a).
다음으로, 제 i 축의 전류 검출부(104i)에서 제 i 축의 모터 전류 Ii를 검출하고, 제 i 축의 인코더(102i)에서 제 i 축의 모터 속도 vi를 검출한다(스텝 S2a). 또, 본 실시의 형태에서는, i=1(제 1 축)의 구성의 부호에 「a」를 부여하고, i=2(제 2 축)의 구성의 부호에 「b」를 부여하고, 다른 것도 마찬가지로 한다. 예를 들면, 전류 검출부는, 제 1 축에서는 「제 1 축의 전류 검출부(104a)」라고 기재하고, 제 2 축에서는 「제 2 축의 전류 검출부(104b)」라고 기재한다. 또, 스텝 S2a 이후의 처리는, 샘플링 시간 ΔT마다 실시한다.
다음으로, 제 i 축의 토크 산출부(105i)가, 제 i 축의 전류 검출부(104i)에서 검출한 제 i 축의 모터 전류 Ii에 근거하여 제 i 축의 토크 τi를 산출한다(스텝 S3a). 여기서, 토크 τi의 산출은, 실시의 형태 1에서 설명한 바와 같이 실시하면 좋고, 여기서의 설명은 생략한다.
다음으로, 소비 전력 산출부(5)가, 제 i 축의 인코더(102i)에서 검출한 제 i 축의 모터 속도 vi 및 제 i 축의 토크 산출부(105i)에서 산출한 제 i 축의 토크 τi로부터 제 i 축의 모터 출력 Wi를 산출하고, 제 i 축의 모터 속도 vi 및 제 i 축의 전류 검출부(104i)에서 검출한 제 i 축의 모터 전류 Ii로부터 제 i 축의 손실 Li를 산출한다(스텝 S4a). 여기서, 모터 출력 및 손실의 산출은, 실시의 형태 1에서 설명한 바와 같이 실시하면 좋고, 여기서의 설명은 생략한다.
다음으로, 소비 전력 산출부(5)가, 축 번호 인덱스 i가 N인지 아닌지를 판정한다(스텝 S20). 판정의 결과, i가 N가 아닌 경우에는, i에 1을 가산하여(스텝 S21), 스텝 S2a로 돌아간다. i=N인 경우에는, 스텝 S5a로 이행한다.
다음으로, 모선 전압 측정부(11)가 모선 전압 Vdc를 검출한다(스텝 S5a).
다음으로, 소비 전력 산출부(5)가, 스텝 S5a에서 검출한 모선 전압 Vdc가 임계치 이상인지 아닌지를 비교한다(스텝 S6a). 여기서, 임계치로서는, 회생 트랜지스터(4)가 온(ON)으로 되는 전압, 즉 임계치 전압 Vth를 예시할 수 있다. 모선 전압 Vdc가 회생 트랜지스터(4)의 임계치 전압 Vth 이상이면, 회생 트랜지스터(4)가 온(ON)으로 되고, 회생 전력을 회생 저항(3)에서 소비한다. 모선 전압 Vdc가 회생 트랜지스터(4)의 임계치 전압 Vth 이상이면, 스텝 S7a로 이행한다. 모선 전압 Vdc가 회생 트랜지스터(4)의 임계치 전압 Vth 미만이면, 스텝 S9a로 이행한다.
＜스텝 S7a로 이행하는 경우＞
소비 전력 산출부(5)가, 스텝 S4a에서 산출한 제 1 축 ~ 제 N 축의 모터 출력 W와 제 1 축 ~ 제 N 축의 손실 L의 총합이 0 이상인지 부(-)인지에 근거하여, 아래의 식(7)에 의해서 단위시간 당의 소비 전력 P를 산출한다(스텝 S7a).
Figure 112015109649256-pct00007
다음으로, 소비 전력 산출부(5)가, 단위시간 당의 회생 전력 Q=Vdc 2/Rr를 산출한다(스텝 S8a). 여기서, 저항값 Rr는 회생 저항(3)의 저항값이다. 저항값 Rr는 소비 전력 산출부(5)에 기억되어 있다. 그 후, 스텝 S11a로 이행한다.
＜스텝 S9a로 이행하는 경우＞
스텝 S4a에서 산출한 제 1 축 ~ 제 N 축의 모터 출력 W와 제 1 축 ~ 제 N 축의 손실 L를 이용하여, 소비 전력 산출부(5)가 아래의 식(8)에 의해서 제 1 축 ~ 제 N 축까지의 단위시간 당의 소비 전력 P를 산출한다(스텝 S9a).
Figure 112015109649256-pct00008
그리고, 소비 전력 산출부(5)가, 단위시간 당의 회생 전력 Q=0으로 한다(스텝 S10a). 그 후, 스텝 S11a로 이행한다.
＜스텝 S11a로 이행 후＞
다음으로, 소비 전력 산출부(5)가, 스텝 S7a 또는 스텝 S9a에서 산출한 소비 전력에 단위시간 당의 고정분 소비 전력 Pc를 실시의 형태 1과 마찬가지로 가산한다(스텝 S11a). 또, 실시의 형태 1과 마찬가지로, 고정분 소비 전력 Pc가 소비 전력 P에 대해서 무시할 수 있을 만큼 작은 경우에는, 고정분 소비 전력 Pc=0으로 하고, 스텝 S11a를 생략해도 좋다.
다음으로, 소비 전력 산출부(5)가, 회생 전력 Q 및 과거의 회생 전력을 이용하여, 시간적으로 평활화를 실시함으로써, 평활화 회생 전력 Q＇를 산출한다(스텝 S12a). 여기서, 평활화는, 1차 지연 필터 또는 이동 평균 필터를 이용하여 실시하면 좋다.
다음으로, 소비 전력 산출부(5)가, 단위시간 당의 소비 전력 P를 적산하여, 적산 전력량 E를 실시의 형태 1과 마찬가지로 산출한다(스텝 S13a).
다음으로, 소비 전력 산출부(5)가, 적산 전력량 E를 계산하는 적산 시간이 경과했는지 아닌지를 판정한다(스텝 S14a). 적산 전력량 E를 계산하는 적산 시간이 경과한 것이면, 처리를 종료하고, 적산 시간이 경과하지 않은 것이면, 스텝 S2a로 돌아간다.
상기 설명한 바와 같이, 도 6의 흐름도에 따르면, 처리를 개시하고 나서 적산 시간까지 소비한 전력량의 총합인 적산 전력량 E가 산출된다.
또, 도 6의 흐름도에 따르면, 샘플링 시간 ΔT마다 단위시간 당의 소비 전력 P와, 단위시간 당의 회생 전력 Q와, 단위시간 당의 평균적인 회생 전력 Q＇와, 처리가 개시되고 나서 현 시점까지의 모터와 모터 구동 기기가 사용한 적산 전력량 E를 얻을 수 있다.
실시의 형태 1에서 설명한 바와 같이, 1개의 정류부에 대해, 1개의 인버터가 접속되고, 1개의 모터가 구동되는 형태(모터가 1축인 형태)에서는, 손실 L와 모터 출력 W의 합계치의 정부(正負)와, 모선 전압의 값에 따라 회생 저항(3)이 통전인지 비통전인지가 결정된다.
본 실시의 형태와 같이, 1개의 정류부에 대해, N개(N≥2)의 인버터가 접속되어 있고, N개의 모터가 구동되는 형태에서는, 각 인버터는, 공통의 모선 전압(교류 전원(1)에 의해서 인가되고, 정류기(2)와 평활 콘덴서(10)에서 직류로 정류되는 전압)으로부터 전력이 공급되기 때문에, 임의의 축에 있어서 모터 출력 W와 손실 L의 합계치가 부(-)인 경우(즉, 그 축에 있어서의 모터와 인버터에서는 회생 전력이 발생하고 있는 경우)에는, 이 발생한 전력을, 공통의 모선 전압을 통해서 다른 축에서 사용하는 것이 가능하다.
예를 들면, N=2의 구성에서, 제 1 축의 손실 L1와 제 1 축의 모터 출력 W1의 합계 L1＋W1＜0이면, 제 1 축에서는 회생 전력을 발생하고 있는 것으로 된다. 그 때문에, 제 2 축의 손실 L2와 제 2 축의 모터 출력 W2의 합계 L2＋W2＞0이면, 제 2 축에서는 제 1 축에서 발생한 회생 전력을 사용할 수 있다.
모든 축의 모터 출력 W와 손실 L의 합계가 부(-)로 되는 경우, 즉, 상기의 2축의 예에서는 L1＋W1＋L2＋W2＜0인 경우에는, 실시의 형태 1과 마찬가지로, 회생 저항(3)이 통전하고 있으면 발생한 전력은 회생 저항(3)에서 소비되고, 회생 저항(3)이 비통전이면 평활 콘덴서(10)에 축적된다. 즉, 발생한 전력이 소비되는지 축적되는지는, 모선 전압 Vdc와 회생 트랜지스터(4)의 임계치 전압 Vth에 의해서 정해진다.
즉, Vdc＞Vth이면, 발생한 전력은 회생 저항(3)에서 소비된다. 본 발명에 따르면, 소비 전력의 계산에는, 회생 저항(3)에 있어서의 소비 전력이 고려되기 때문에, 단위시간 당의 소비 전력의 정확한 산출이 가능해진다.
역으로, Vdc＜Vth이면, 발생한 전력은 회생 저항(3)에서 소비되지 않는다. 그 때문에, 소비 전력의 계산에서는, 회생 저항(3)에 있어서의 소비 전력을 0으로 하고, 단위시간 당의 소비 전력의 정확한 산출이 가능해진다. 특히, P＜0인 경우에는, 평활 콘덴서(10)에 축적되는 전력을 고려하여, 소비 전력의 정확한 산출이 가능해진다.
본 실시의 형태에 따르면, 1개의 정류부에 대해, 복수개의 인버터가 접속되고 있고, 복수개의 모터가 구동되는 경우에도, 회생 저항의 통전 상태를 이용하여, 평활 콘덴서에 축적되는 전력과, 회생 저항에 있어서의 소비 전력을 고려하면서, 단위시간 당의 소비 전력 P, 임의 시간에 소비하는 소비 전력량 E를 정확하게 산출할 수 있다.
또, 본 실시의 형태의 상기의 설명에서는, 실시의 형태 1과 마찬가지로 모선 전압과 회생 트랜지스터의 임계치 전압의 대소 관계에 의해서 회생 저항이 통전하고 있는지 아닌지를 식별했지만, 본 실시의 형태에 있어서도, 실시의 형태 2와 마찬가지로, 회생 트랜지스터의 온/오프 상태를 직접 취득하여 판정해도 좋고, 회생 부하율이 0인지 또는 0 이상인지에 따라서, 회생 저항이 통전하고 있는지 아닌지를 판정해도 좋다.
실시의 형태 4.
실시의 형태 3에서는, 복수 축의 모터를 구동하기 위해서, 1개의 정류부 및 평활 콘덴서에 의해 직류 전력을 출력하고, 그 직류 전력을 복수의 축에서 사용하고, 이 때의 소비 전력을 산출했지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다. 본 실시의 형태에서는, 평활 콘덴서가 각 인버터에 대해서 1개씩 설치되고, 복수의 평활 콘덴서를 구비하는 모터 제어 장치에 대해 설명한다.
본 실시의 형태에서는, 모선 전압을 공통화함으로써, 복수의 평활 콘덴서를 공유하면서 복수의 모터를 구동하는 형태에 대해 설명한다.
도 7은 본 발명에 따른 모터 제어 장치의 실시의 형태 4의 구성예를 나타내는 블럭도이다. 도 7에 있어서, 도 1 또는 도 5와 동일 부호가 부여된 구성은, 도 1 또는 도 5와 마찬가지의 구성이며, 마찬가지의 기능을 갖는다.
도 5에서는 1개의 정류부와 1개의 평활 콘덴서에 의해 직류 전력을 출력하는 모선을 구성하고 있지만, 도 7에서는, 도 1의 모터 제어 장치를 복수(여기에서는 2) 마련하고, 공통 배선부(7)에 의해서 이들 모선이 서로 병행하게 접속되어 있고, 이 구성으로 복수의 모터를 구동했을 때의 전체의 소비 전력이 소비 전력 산출부(5)에서 산출된다.
또, 본 실시의 형태에서는, 정류기(2b)에는 교류 전원이 접속되어 있지 않고, 평활 콘덴서(10b) 및 인버터(103b)에는, 공통 배선부(7)에 의해서 직류 전력이 공급되고 있다. 또, 회생 저항(3a)의 저항값을 Rr1, 회생 저항(3b)의 저항값을 Rr2로 하고, 모선 전압이 임계치 이상으로 되면 회생 트랜지스터(4a, 4b)가 온(ON)으로 되고, 전력이 회생 저항에서 소비되고, 임계치 미만에서는 오프 상태를 유지한다.
도 7의 구성에서는, 각 유닛에 정류부, 평활 콘덴서, 인버터부를 1개씩 갖는 서보 앰프 등을 서로의 모선이 공통으로 되도록 접속하여 사용하는 경우가 전형적인 적용예로 된다. 그리고, 공통화 배선부(7)가 평활 콘덴서의 단자간을 병렬로 접속함으로써, 모선 전압이 인버터(103a, 103b)에서 공통화된다. 이것에 의해, 1개의 모터(예를 들면 모터(101a))에서 발생한 회생 전력은 다른 모터(예를 들면 모터(101b))에서 사용하는 것이 가능해지고, 또는, 이 회생 전력이 다른 모터(예를 들면 모터(101b))에서 사용되지 않는 경우에는, 접속된 평활 콘덴서 전체(도 7에 있어서는 평활 콘덴서(10a, 10b)의 쌍방)에서 공유화하는 것이 가능하다. 또, 평활 콘덴서(10a, 10b)에 축적된 회생 전력이 커지면 모선 전압이 상승한다. 그리고, 모선 전압이 임계치를 상회하면, 회생 트랜지스터(4a, 4b)가 온(ON)으로 되고, 잉여의 회생 전력은 회생 저항(3a, 3b)에서 소비된다.
다음으로, 모터 제어 장치의 동작에 대해 도 8을 참조하여 설명한다. 도 8은, 본 발명에 따른 모터 제어 장치의 실시의 형태 4의 동작예를 설명하는 흐름도이다. 도 8에 있어서, 도 6과 동일 부호가 부여된 스텝은, 도 6과 마찬가지의 처리를 실시하는 스텝이다. 또, 본 실시의 형태에 있어서도, 모선 전압이 인버터(103a, 103b)에서 공유되어 각 모터의 회생 전력도 공유되기 때문에, 소비 전력의 산출은 실시의 형태 3과 마찬가지로 된다. 도 8은 도 6의 스텝 S8a을 대신하여 스텝 S8b의 처리를 실시하는 점이 상이하다.
도 8에 있어서, 각 모터의 출력과 손실의 총 합계치에 의해서 단위시간 당의 소비 전력이 산출되고 있지만, 이것은, 공통 배선부(7)에 의해서, 각 인버터의 전력 공급원인 모선 전압이 공통화되어 있고, 어느 하나의 축의 회생 전력이 다른 축의 구동 전력으로서 사용할 수 있기 때문이다. 또, 출력과 손실의 총 합계치가 0 미만일 때는 모터 전체로는 회생 상태이며, 단위시간 당의 소비 전력 P가 부(-)로 되는 경우에는, 스텝 S6a에 있어서 회생 저항(3a, 3b)이 통전하지 않는 것으로 판정되고, 그 회생 전력은 평활 콘덴서(10a, 10b)에 축적된다. 또, 이때, 회생 저항(3a, 3b)이 통전하지 않기 때문에, 회생 전력 Q=0이 된다. 또, 스텝 S6a에 있어서, 모선 전압 Vdc가 임계치 전압 Vth보다 크고, 스텝 S7a에 있어서, 각 모터의 출력과 손실의 총 합계치가 0 이상이면, 그 합계치를 단위시간 당의 소비 전력으로 하고, 총 합계치가 0보다 작으면, 단위시간 당의 소비 전력을 0으로 한다. 이것은, 스텝 S6a에 있어서, 회생 저항(3a, 3b)이 통전하고 있는 것으로 판정되기 때문에, 총 합계치가 0보다 작은, 즉, 모터 전체로 회생 상태이면, 그 회생 전력은 회생 저항에서 소비되고 있다고 판정되기 때문에, 단위시간 당의 소비 전력은 0으로 되는 것에 대응하고 있다.
또, 회생 전력 Q는, 복수의 회생 저항을, 병렬로 접속한 경우의 합성 저항값 Rr=Rr1·Rr2/(Rr1＋Rr2)를 산출하고, 이 합성 저항값 Rr를 토대로 회생 전력 Q를 산출한다. 이 처리가 도 8에 나타내는 흐름도의 스텝 S8b에 대응한다.
도 7에 나타내는 모터 제어 장치에서는 회생 저항이 모선 전압에 대해서 2개 병렬로 접속되어 있지만, 3개 이상의 회생 저항이 접속되어 있는 경우에도 이들의 합성 저항값을 산출하여 이용하면 좋다.
그 후, 도 6과 마찬가지로, 고정분 소비 전력 Pc를 단위시간 당의 소비 전력 P에 가산하고, 평활화 회생 전력 Q＇를 산출하고, 단위시간 당의 소비 전력 P를 적산함으로써 적산 전력량 E를 산출한다. 본 실시의 형태에 있어서도, 도 6과 마찬가지로, 모선 전압 Vdc가 회생 트랜지스터의 임계치 전압 미만이며, 또한 모터 전체의 단위시간 당의 소비 전력 P가 부(-)일 때, 이것을 회생 전력으로 하고, 이 회생 전력이 평활 콘덴서(10a, 10b)에 축적되므로, 단위시간 당의 소비 전력 P, 적산 전력량 E 및 회생 전력 Q를 정확하게 산출할 수 있다.
도 7에 나타내는 모터 제어 장치에서는, 도 5에 나타내는 모터 제어 장치와 마찬가지로, 모선 전압이 각 인버터부 및 각 모터에서 공유화되고 있기 때문에, 1개의 모터에서 발생한 회생 전력을 다른 모터에서 사용할 수 있고, 또, 회생 전력을 평활 콘덴서(10a, 10b)에 축적할 수 있다. 평활 콘덴서(10a, 10b)에 회생 전력이 축적되어 가면 모선 전압이 상승하고, 모선 전압이 임계치 전압 이상으로 되면, 회생 트랜지스터(4a, 4b)가 통전하고, 회생 전력은 회생 저항(3a, 3b)에서 소비된다. 따라서, 공통 배선부(7)에 의해서 모선이 공유화되어 있으면, 평활 콘덴서(10a, 10b)가 복수 존재해도 실시의 형태 3에서 설명한 방법과 마찬가지의 방법에 의해 복수의 모터 및 모터 구동 기기의 소비 전력을 산출할 수 있다.
또, 본 실시의 형태의 설명에서는, 정류기(2b)에 교류 전원(1)이 접속되어 있지 않고, 정류기(2a)에서 정류한 직류 전력만을 공통 배선부(7)에 의해서 복수의 인버터부 및 평활 콘덴서에 공급하는 구성으로 했지만, 도 9에 나타내는 바와 같이, 정류기(2a, 2b)의 쌍방에 교류 전원(1)이 접속되어 있어도 좋다. 또는, 도 7에 나타내는 모터 제어 장치로부터 정류기(2b)를 제외하고, 도 10에 나타내는 바와 같이, 정류기(2b)가 설치되지 않은 구성이어도 좋다. 도 9 또는 도 10에 있어서도, 공통 배선부(7)에 의해서 모선 전압이 공통화되고, 각 모터의 회생 전력이 복수의 평활 콘덴서(10a, 10b)의 양쪽에 축적되고, 공유화되고 있으므로, 도 7에서 설명한 구성과 마찬가지의 효과를 가진다.
또한, 본 실시의 형태에서는 2축의 경우를 설명했지만, 복수의 평활 콘덴서 양단이 공통 배선부에 의해서 접속되고, 복수 축의 모선 전압이 공통화되는 구성이면, 3축 이상이어도 좋다. 또한, 모터 및 인버터부와, 평활 콘덴서부는 반드시 동수일 필요는 없고, 평활 콘덴서가 모터 및 인버터부보다 많거나, 또는 적은 구성이어도 좋다. 이러한 경우에도, 공통 배선부(7)에 의해서 모선 전압이 공유화되어 있기 때문에, 1개의 모터에서 발생한 회생 전력을 다른 모터에서 사용하고, 또는, 복수의 평활 콘덴서에 회생 전력을 축적하고, 모선 전압이 임계치 전압 이상으로 되면, 회생 저항이 통전하고, 회생 전력을 소비한다고 하는 점에서는 공통이며, 도 7에서 설명한 모터 제어 장치와 마찬가지의 효과를 갖는다.
(산업상의 이용 가능성)
이상과 같이, 본 발명에 따른 모터 제어 장치는, 서보 앰프 등의 모터 구동 기기의 제어에 유용하다.
1 : 교류 전원 2, 2a, 2b : 정류기
3, 3a, 3b : 회생 저항 4, 4a, 4b : 회생 트랜지스터
5 : 소비 전력 산출부 10, 10a, 10b : 평활 콘덴서
11 : 모선 전압 측정부 101, 101a, 101b : 모터
102, 102a, 102b : 인코더 103, 103a, 103b : 인버터
104, 104a, 104b : 전류 검출부 105, 105a, 105b : 토크 산출부
106, 106a, 106b : 서보 제어부
S1~S14, S1a~S14a, S8b, S20, S21 : 스텝

Claims (12)

  1. 교류 전원의 전력을 직류 전력으로 변환하여 출력하는 정류부와,
    상기 정류부의 출력에 접속된 주 회로 평활용의 평활 콘덴서와,
    한쪽의 단자가 상기 평활 콘덴서의 한쪽의 전극에 접속된 회생 전력을 소비하는 회생 저항과,
    상기 정류부가 출력하는 직류 전력을, 모터의 구동에 적합한 교류 전력으로 변환하는 인버터부와,
    상기 모터와 상기 인버터부의 사이에 접속되고, 상기 모터의 모터 전류를 검출하는 전류 검출부와,
    상기 모터의 모터 속도를 산출하는 속도 산출부와,
    상기 모터 전류를 토대로 상기 모터의 토크 또는 추력을 산출하는 토크 산출부와,
    각종 지령 정보로부터 상기 인버터부에 전압 지령을 제공하는 서보 제어부와,
    상기 모터 전류, 또는, 상기 모터 전류와 상기 모터 속도에 근거하여 손실을 산출하고, 상기 모터 속도와, 상기 토크 또는 추력의 곱으로부터 산출되는 모터 출력을 산출하고, 상기 회생 저항이 통전하고 있는지 아닌지를 판정하는 소비 전력 산출부
    를 구비하되,
    상기 소비 전력 산출부는,
    상기 회생 저항의 통전시에는, 상기 손실과 상기 모터 출력의 합계치가 0 이상이면 단위시간 당의 소비 전력을 상기 합계치로 산출하고, 상기 손실과 상기 모터 출력의 상기 합계치가 부(-)이면 단위시간 당의 상기 소비 전력을 0으로 산출하고,
    상기 회생 저항의 비통전시에는, 단위시간 당의 상기 소비 전력을 상기 손실과 상기 모터 출력의 상기 합계치로 산출하는
    것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  2. 교류 전원의 전력을 직류 전력으로 변환하여 출력하는 정류부와,
    상기 정류부의 출력에 접속된 주 회로 평활용의 평활 콘덴서와,
    한쪽의 단자가 상기 평활 콘덴서의 한쪽의 전극에 접속된 회생 전력을 소비하는 회생 저항과,
    상기 정류부가 출력하는 직류 전력을, 각 축의 모터의 구동에 적합한 교류 전력으로 변환하는 N개(N는 2 이상의 자연수)의 인버터부와,
    상기 모터와 상기 인버터부의 사이에 접속되고, 상기 모터의 각 모터 전류를 검출하는 N개의 전류 검출부와,
    상기 모터의 각각의 모터 속도를 산출하는 N개의 속도 산출부와,
    상기 모터 전류의 각각을 토대로, 상기 모터의 각각에 발생하는 토크 또는 추력을 산출하는 N개의 토크 산출부와,
    각종 지령 정보로부터 상기 인버터부에 전압 지령을 제공하는 N개의 서보 제어부와,
    상기 모터 전류의 각각, 또는, 상기 모터 전류와 상기 모터 속도의 각각에 근거하여 각각의 손실을 산출하고, 상기 모터 속도의 각각과 상기 토크 또는 추력의 곱으로부터 산출되는 모터 출력의 각각을 산출하고, 상기 회생 저항이 통전하고 있는지 아닌지를 판정하는 소비 전력 산출부
    를 구비하되,
    상기 소비 전력 산출부는,
    상기 회생 저항의 통전시에는, 상기 손실과 상기 모터 출력의 전체 합계치가 0 이상이면 단위시간 당의 소비 전력을 상기 전체 합계치로 산출하고, 상기 손실과 상기 모터 출력의 상기 전체 합계치가 부(-)이면 단위시간 당의 상기 소비 전력을 0으로 산출하고,
    상기 회생 저항의 비통전시에는, 단위시간 당의 소비 전력을 상기 손실과 상기 모터 출력의 상기 전체 합계치로 산출하는
    것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  3. 교류 전원의 전력을 직류 전력으로 변환하여 출력하는 1개 또는 복수개의 정류부와,
    상기 정류부의 출력에 접속된 주 회로 평활용의 복수개의 평활 콘덴서와,
    한쪽의 단자가 상기 평활 콘덴서의 한쪽의 전극에 접속된 회생 전력을 소비하는 복수개의 회생 저항과,
    상기 복수개의 평활 콘덴서의 양단을 병렬로 접속함으로써 모선 전압을 공통화하는 공통화 배선부와,
    상기 공통화된 모선 전압으로부터 공급되는 직류 전력을, 각 축의 모터의 구동에 적합한 교류 전력으로 변환하는 N개(N는 2 이상의 자연수)의 인버터부와,
    상기 모터와 상기 인버터부의 사이에 접속되고, 상기 모터의 각 모터 전류를 검출하는 N개의 전류 검출부와,
    상기 모터의 각각의 모터 속도를 산출하는 N개의 속도 산출부와,
    상기 모터 전류의 각각을 토대로, 상기 모터의 각각에 발생하는 토크 또는 추력을 산출하는 N개의 토크 산출부와,
    각종 지령 정보로부터 상기 인버터부에 전압 지령을 제공하는 N개의 서보 제어부와,
    상기 모터 전류의 각각, 또는, 상기 모터 전류와 상기 모터 속도의 각각에 근거하여 각각의 손실을 산출하고, 상기 모터 속도의 각각과 상기 토크 또는 추력의 곱으로부터 산출되는 모터 출력의 각각을 산출하고, 상기 회생 저항이 통전하고 있는지 아닌지를 판정하는 소비 전력 산출부
    를 구비하되,
    상기 소비 전력 산출부는,
    상기 회생 저항의 통전시에는, 상기 손실과 상기 모터 출력의 전체 합계치가 0 이상이면 단위시간 당의 소비 전력을 상기 전체 합계치로 산출하고, 상기 손실과 상기 모터 출력의 상기 전체 합계치가 부(-)이면 단위시간 당의 상기 소비 전력을 0으로 산출하고,
    상기 회생 저항의 비통전시에는, 단위시간 당의 소비 전력을 상기 손실과 상기 모터 출력의 상기 전체 합계치로 산출하는
    것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 소비 전력 산출부는,
    상기 회생 저항의 통전시에는 단위시간 당의 회생 전력을, 모선 전압의 제곱을 회생 저항의 저항값으로 나눈 값으로 하고,
    상기 회생 저항의 비통전시에는 단위시간 당의 회생 전력을 0으로 하는
    것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 소비 전력 산출부는,
    상기 회생 저항의 통전시에는 단위시간 당의 회생 전력을, 모선 전압의 제곱을 복수의 회생 저항의 합성 저항값으로 나눈 값으로 하고,
    상기 회생 저항의 비통전시에는 단위시간 당의 회생 전력을 0으로 하는
    것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 소비 전력 산출부는, 단위시간 당의 회생 전력을 산출한 후에, 상기 단위시간 당의 회생 전력을 시간적으로 평활화함으로써 평활화 회생 전력을 산출하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소비 전력 산출부는, 산출한 단위시간 당의 상기 소비 전력을 적산하여 적산 전력량을 산출하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소비 전력 산출부는, 단위시간 당의 상기 소비 전력에, 회생 전력을 이용할 수 없는 전자 부품의 단위시간 당의 소비 전력인 고정분 소비 전력을 가산하여 전체 소비 전력을 산출하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 소비 전력 산출부는, 산출한 단위시간 당의 상기 전체 소비 전력을 적산하여 적산 전력량을 산출하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소비 전력 산출부는,
    상기 정류부가 출력하는 모선 전압이 임계치 이상이면 상기 회생 저항이 통전하여 회생 동작하고 있는 것으로 판정하고,
    상기 모선 전압이 상기 임계치 미만이면 상기 회생 저항이 통전하지 않고, 회생 동작하지 않는 것으로 판정하는
    모터 제어 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소비 전력 산출부는,
    상기 회생 저항에 직렬 접속된 회생 트랜지스터가 온(ON)으로 되어 있을 때는 회생 동작하고 있는 것으로 판정하고,
    상기 회생 트랜지스터가 오프(OFF)로 되어 있을 때는 회생 동작하지 않는 것으로 판정하는
    것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소비 전력 산출부가 회생 부하율을 산출하고,
    상기 회생 부하율이 0보다 큰 경우에는 회생 동작하고 있는 것으로 판정하고,
    상기 회생 부하율이 0인 경우에는 회생 동작하지 않는 것으로 판정하는
    것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
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