WO2022185831A1

WO2022185831A1 - モータシステム及びモータ駆動方法

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Publication number: WO2022185831A1
Application number: PCT/JP2022/004335
Authority: WO
Inventors: 大祐福島; 良行東; 敦雄長澤
Original assignee: 村田機械株式会社
Priority date: 2021-03-03
Filing date: 2022-02-03
Publication date: 2022-09-09
Also published as: EP4304076A1; JP7478366B2; JPWO2022185831A1; CN116918235A; TW202241039A

Abstract

モータシステムは、モータドライバ（２１）と、複数のモータと、供給スイッチ部（３１）と、出力制御部と、切替制御部と、駆動力低下抑制部と、を備える。供給スイッチ部（３１）は、モータドライバ（２１）が供給する電力が１つのモータに供給されるように回路を切り替える。出力制御部は、モータドライバ（２１）を制御する。切替制御部は、電力が供給される１つのモータが周期的に切り替わるように供給スイッチ部（３１）を制御する。駆動力低下抑制部は、周期的に電力が供給される複数のモータのうち１つのモータに電力を供給している間に、それ以外のモータが発生させる駆動力の低下を抑制する制御を行う。

Description

モータシステム及びモータ駆動方法

　本発明は、主として、複数のモータを備えるモータシステムに関する。

　特許文献１は、リニアモータと、演算処理装置と、ドライバ群と、コイル列と、ＦＥＴ－ＳＷ群と、を備えるシステムを開示する。リニアモータは複数の可動子を備える。演算処理装置は、リニアモータが備えるそれぞれの可動子に対応した駆動指令値を算出する。ドライバは複数のドライバを備え、コイル列は複数のコイルを備える。演算処理装置は、現在の可動子の位置に応じたドライバ及びコイルを選択する。ＦＥＴ－ＳＷ群は複数のスイッチを備える。演算処理装置は、選択したドライバ及びコイルに駆動指令値が供給されるように、ＦＥＴ－ＳＷ群のスイッチを切り替える。以上の構成により、現在の可動子の位置に応じたドライバ及びコイルに駆動指令値を供給して、可動子を駆動することができる。

特開２００４－１５９３８５号公報

　特許文献１に示す構成では、１台のドライバに１つの可動子が対応している。つまり、１台のドライバで複数のモータを駆動できるものの、１台のドライバが一時点で駆動できるのは単一のモータである。つまり、特許文献１に示す構成では、１台のドライバが複数のモータを同時に駆動することはできない。

　本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、１台のモータドライバが複数のモータを同時に駆動し得るモータシステムを提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

　本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

　本発明の第１の観点によれば、以下の構成のモータシステムが提供される。即ち、モータシステムは、モータドライバと、複数のモータと、供給スイッチ部と、出力制御部と、切替制御部と、駆動力低下抑制部と、を備える。前記モータは、前記モータドライバが供給する電力により駆動力を発生させる。前記供給スイッチ部は、前記モータドライバが供給する電力が複数の前記モータのうち何れか１つの前記モータに供給されるように回路を切り替える。前記出力制御部は、電力が供給される１つの前記モータに合わせた電力を前記モータドライバが供給するように当該モータドライバを制御する。前記切替制御部は、電力が供給される１つの前記モータが周期的に切り替わるように前記供給スイッチ部を制御することにより、前記モータドライバが供給する電力を時分割で複数の前記モータに分配する。前記駆動力低下抑制部は、周期的に電力が供給される複数の前記モータのうち１つの前記モータに電力を供給している間に、それ以外の前記モータが発生させる駆動力の低下を抑制する制御を行う。

　これにより、１台のモータドライバで複数のモータを実質的に同時に駆動することができる。また、駆動力低下抑制部を備えることにより、電力が供給されない間の駆動力の低下を抑制できるので、それぞれのモータの駆動力が極端に低下しないため、目標値又はそれに近い駆動力を発生させることができる。

　前記のモータシステムにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記モータは三相モータである。モータシステムは、前記モータに電力を供給するＵ相、Ｖ相、及びＷ相を短絡させる短絡スイッチ部を当該モータ毎に備える。前記駆動力低下抑制部は、周期的に電力が供給される複数の前記モータのうち電力が供給されていない前記モータに対応する前記短絡スイッチ部を閉じてＵ相、Ｖ相、及びＷ相を短絡させる。

　これにより、短絡スイッチ部を閉じることで電流が保持され易くなる。そのため、電力が供給されていない間における電流の低下（即ち駆動力の低下）を抑制できる。

　前記のモータシステムにおいては、前記モータドライバと前記短絡スイッチ部を接続する回路には、前記モータドライバから前記短絡スイッチを通って前記モータに供給される電流を低減する負電源又は電気抵抗が設けられることが好ましい。

　これにより、モータドライバから短絡スイッチ部を経由してモータに供給される電流が低減されるので、モータドライバで検出する電流を安定させることができ、モータに流れる電流をモータドライバで正しく検出できる。

　前記のモータシステムにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記モータドライバは、電位が一定である定電位端子を備える。前記短絡スイッチ部が閉じた状態において、前記短絡した箇所が前記定電位端子に接続される。

　これにより、短絡した箇所の電位を一定にすることで、前記短絡スイッチ部を安定して切り替えることができる。

　前記のモータシステムにおいては、要求された駆動力を発生させるために前記モータに供給すべき電流の変化を示す波形を目標波形と称したときに、前記駆動力低下抑制部は、前記供給スイッチ部が閉じた状態（短絡スイッチ部が開放された状態）において、前記目標波形が示す電流よりも高い電流を当該モータに流すための制御を行うことが好ましい。

　仮に目標波形が示す電流をモータに供給する場合、電流が供給されない間に電流が低下するため、結果として要求された駆動力が発生できない可能性がある。この点、上記のように目標波形が示す電流よりも高い電流をモータに流すことにより、目標値に近い駆動力を発生させることができる。

　前記のモータシステムにおいては、前記モータがリニアモータであることが好ましい。

　前記のモータシステムにおいては、前記モータが回転モータであることが好ましい。

　以上により、様々な構成のシステムにおいて本発明の効果を発揮できる。

　本発明の第２の観点によれば、以下のモータ駆動方法が提供される。即ち、モータ駆動方法は、選択工程と、切替工程と、電力制御工程と、を繰り返し行って複数のモータを駆動する。前記選択工程では、複数のモータのうち電力を供給する前記モータを選択する。前記切替工程では、前記選択工程で選択された前記モータにモータドライバから電力が供給されるように、前記モータドライバと前記複数のモータとを接続するスイッチ部を切り替える。前記電力制御工程では、前記選択された前記モータに応じた電力が供給されるように前記モータドライバを制御する。電力が供給される複数の前記モータのうち１つの前記モータに電力を供給している間に、それ以外の前記モータが発生させる駆動力の低下を抑制する駆動力低下抑制工程を行う。

本発明の一実施形態に係るモータシステムのブロック図。モータシステムで駆動される車両及びレールの概要を示す斜視図。駆動力低下抑制制御を行った場合と行っていない場合において電流の実際の波形の違いを示す図。モータドライバから第１モータに電流を供給する場合の回路構成を示す図。モータドライバから第２モータに電流を供給する場合の回路構成を示す図。電流保持制御を示すフローチャート。電流補償制御の内容を示す図。電流補償制御においてモータドライバに供給する出力制御信号を生成する処理を示すフローチャート。モータドライバから出力されたモータ供給電流がモータ検出電流と分岐電流とに分岐してモータに出力されることを示す回路図。負電源により分岐電流が低減されることを示す回路図。電気抵抗により分岐電流が低減されることを示す回路図。

　次に、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は、本実施形態のモータシステム１のブロック図である。

　モータシステム１は、複数のモータを制御するためのシステムである。図１に示すように、モータシステム１は、制御部１０と、複数のモータドライバ２１と、複数のスイッチ部２２と、複数のモータ２３と、複数のエンコーダ２４と、を備える。なおモータシステム１は、モータドライバ２１を１つのみ備える構成であってもよいし、スイッチ部２２を１つのみ備える構成であってもよい。図１では、１つのモータ２３に対応して１つのエンコーダ２４が設けられた構成を例示しているが、１つのモータ２３に対応して複数のエンコーダ２４が設けられた構成であってもよいし、複数のモータ２３に対応して１つのエンコーダ２４が設けられた構成であってもよい。

　制御部１０は、情報処理装置であり、ＣＰＵ等の演算装置と、ＨＤＤ、ＳＳＤ、フラッシュメモリ等の記憶装置と、を備える。記憶装置に記憶されたプログラムを演算装置が読み出して実行することにより、制御部１０は、モータシステム１に関する様々な制御を行うことができる。制御部１０が行う代表的な制御としては、出力制御、切替制御、位置制御、速度制御、駆動力低下抑制があり（詳細は後述）、これらの制御を行う機能的な要素をそれぞれ、出力制御部１１、切替制御部１２、位置制御部１３、速度制御部１４、駆動力低下抑制部１５と称する。なお、制御部１０は、上述した制御以外を実行可能であってもよい。制御部１０に含まれる出力制御部１１、切替制御部１２、位置制御部１３、及び速度制御部１４の一部又は全部が、モータドライバ２１に設けられたものであってもよい。即ち、制御部１０は、モータドライバ２１と別体の制御装置として設けられたものであってもよいし、モータドライバ２１に内蔵されたものであってもよい。また、駆動力低下抑制部１５は、制御部１０とは異なる別の制御装置に設けられたものであってもよい。

　モータドライバ２１は、モータ２３に電力を供給してモータを動作させる。モータドライバ２１は、例えばサーボアンプ又はインバータである。モータドライバ２１は制御部１０に制御されている。詳細には、制御部１０の出力制御部１１は、モータドライバ２１が供給する電力を定めるための出力制御信号を生成して、モータドライバ２１に送信する。モータドライバ２１は、受信した出力制御信号に応じた波形の電流を生成してスイッチ部２２に供給する。なお、制御部１０は、出力制御信号の送信先を設定できる。従って、複数のモータドライバ２１が供給する電流をそれぞれ異ならせることもできる。

　スイッチ部２２は、モータドライバ２１から入力された電流をモータ２３に供給する。本実施形態では、モータドライバ２１とスイッチ部２２は１対１で対応するように設けられている。従って、モータドライバ２１が供給した電力は常に対応するスイッチ部２２に入力される。なお、モータドライバ２１とスイッチ部２２は１対１ではなく、１対多又は多対１に対応していてもよい。

　スイッチ部２２には、入力側にモータドライバ２１が接続されているとともに、出力側に複数のモータ２３が接続されている。スイッチ部２２は、例えばスイッチ基板であり、複数のスイッチ（詳細は後述）を含む回路として構成されている。スイッチ部２２に含まれるスイッチを切り替えることにより、電力の供給先のモータ２３が切り替わる。電力が供給されるモータ２３は、スイッチ部２２に接続されている複数のモータ２３のうち１つのモータ２３のみである。スイッチ部２２は制御部１０に制御されている。詳細には、制御部１０の切替制御部１２は、スイッチ部２２のスイッチを切り替えるための切替信号を生成して、スイッチ部２２に送信する。スイッチ部２２は、受信した切替信号に応じて１又は複数のスイッチを切り替える。これにより、制御部１０が指定したモータ２３に電力が供給される。なお、制御部１０は、切替信号の送信先を設定できる。従って、複数のスイッチ部２２のスイッチの開閉状態をそれぞれ異ならせることもできる。

　モータ２３は、固定子と可動子とを備えている。好ましくは、固定子と可動子の何れか一方は永久磁石を含んでおり、もう一方はコイルを含んでいる。モータドライバ２１からコイルに電力が供給されることにより、コイルは電磁石となる。これにより、固定子と可動子の間に斥力又は引力が働き、その結果、固定子に対して可動子が相対運動する。本実施形態のモータ２３は、固定子に対して可動子が直線運動（スライド）するリニアモータである。これに代えて、モータ２３は、固定子（ステータ）に対して可動子（回転子、ロータ）が回転運動する回転モータであってもよい。

　エンコーダ２４は、モータ２３毎に設けられており、モータ２３の動作状態、詳細には固定子に対する可動子の相対変位を検出する。本実施形態ではモータ２３がリニアモータであるため、エンコーダ２４は固定子に対する可動子の位置（可動子の移動経路上の位置）を検出する。エンコーダ２４は、例えば可動子の移動経路上に設けられた磁気センサである。モータ２３が回転モータである場合、エンコーダ２４は、例えば可動子の回転角度を検出するホール素子であることが好ましい。エンコーダ２４の検出結果は、制御部１０へ送信される。

　制御部１０は、エンコーダ２４の検出結果に基づいて、可動子の位置制御及び速度制御を行う。詳細には、制御部１０の位置制御部１３は、エンコーダ２４の検出結果及び他の情報に基づいて、モータシステム１に備えられた複数の可動子のそれぞれの位置及び移動量等を特定する（選択工程）。他の情報とは、例えばモータシステム１を運搬に用いる場合は、物品の搬送状況（搬送指令、物品の搬送先）等である。制御部１０の速度制御部１４は、エンコーダ２４の検出結果及び他の情報に基づいて、モータシステム１に備えられた複数の可動子のそれぞれの目標速度を特定する。他の情報とは、例えばモータシステム１を運搬に用いる場合は、予め定められた設定速度及び上限速度等である。

　次に、切替制御部１２は、位置制御部１３及び速度制御部１４が特定した可動子のモータ２３に電力が供給されるようにするための切替信号（言い換えれば、スイッチ部２２の出力側が該当のモータ２３と接続されるようにするための切替信号）を生成する。切替制御部１２は該当のモータ２３に対応するスイッチ部２２に切替信号を送信する（切替工程）。

　次に、出力制御部１１は、位置制御部１３及び速度制御部１４の算出結果に基づいて、該当のモータ２３に供給すべき電力（詳細には電力の波形）を決定し、モータドライバ２１がこの電力を供給するための出力制御信号を生成する。出力制御部１１は、該当のモータ２３に対応するモータドライバ２１に出力制御信号を送信する（電力制御工程）。

　以上の制御を行うことにより、該当のモータ２３を適当な方向及び速度で駆動することができる。本実施形態ではモータドライバ２１を複数備えるため、同時に複数のモータ２３に対して同様の制御が行われる。また、状況の変化に応じて、電力が供給されるモータ２３が変更される。

　本実施形態では、１つのモータドライバ２１に対して複数のモータ２３が対応しており、該当のモータ２３に時分割で電力が分配されるようにスイッチ部２２が切替えを行う。これにより、１つのモータドライバ２１が実質的に複数のモータ２３を同時に駆動することができる。そのため、モータ２３毎に個別にモータドライバ２１を設ける構成と比較して、モータドライバ２１の個数を低減することができる。その結果、モータシステム１の設置コストを低減できる。

　次に、本実施形態のモータシステム１を物品の搬送に適用した例について図２を参照して簡単に説明する。

　車両４０には図略の物品が載せられる。車両４０は、レール４５に沿って走行することで物品を搬送する。車両４０は、ベース部４１と、車輪４２と、可動子４３と、を備える。ベース部４１は、車両４０を構成する様々な部材が取り付けられる部分である。車輪４２は、ベース部４１に取り付けられている。可動子４３は、ベース部４１に取り付けられており、ベース部４１と一体的に移動する。可動子４３は、上述したように永久磁石又はコイルを含んでいる。

　レール４５は車両４０の移動経路に沿って形成されている。レール４５には、固定子４６とセンサ台座４７が一定間隔で複数取り付けられている。固定子４６は、上述したように永久磁石又はコイルを含んでいる。センサ台座４７は、図略の磁気センサを取り付けるための部材である。以上の構成により、適切なコイルに電力を供給してコイルから磁力を発生させ、電力を供給するコイルを適切なタイミングで切り替えることにより、固定子４６に対して可動子４３を移動させる力が発生する。その結果、レール４５に沿って車両４０を走行させることができる。

　次に、駆動力低下抑制制御について説明する。駆動力とは、モータ２３が発生させる駆動力であり、リニアモータの場合は可動子を直線運動させる推力であり、回転モータの場合はトルクである。初めに、駆動力が低下することについて説明する。本実施形態のように１つのモータドライバ２１が複数のモータ２３を制御するシステムでは、全てのモータ２３に常に電流を供給することができないため、電流が供給されないモータ２３の駆動力が目標値よりも低くなる。以下、図３を参照して具体的に説明する。

　図３の上側には、駆動力低下抑制制御を行わなかった場合に駆動力が低下することが示されている。図３に示すグラフは、横軸が時間であり、縦軸がモータを流れる電流である。図３に示す鎖線の波形は目標波形である。目標波形とは、要求された駆動力を発生させるためにモータ２３に供給すべき電流の変化を示す波形である。言い換えれば、１つのモータドライバ２１が１つのモータ２３を制御する場合にモータ２３を流れる電流の波形が目標波形である。図３に示す太線の波形はモータ２３に実際に流れる電流の波形である。モータ２３には、ある時間帯においてはモータドライバ２１から電流が供給されるが、他の時間帯においてはモータドライバ２１から電流が供給されない（他のモータ２３に電流が供給される）。従って、図３の上側のグラフに示すように、電流の値が上下に変化する。また、モータ２３に電流が供給される時間帯においては、目標波形に一致する電流がモータ２３に供給される。つまり、モータ２３には、目標波形に一致する電流が供給されるか、それより低い電流が供給されることとなり、結果として、モータ２３が発生させる駆動力は目標値よりも低くなる。

　この点、本実施形態の駆動力低下抑制制御を行うことにより、図３の下側のグラフに示すように、電流の低下を抑制しつつ、電流が目標波形よりも高い部分も含むようになる（駆動力低下抑制工程）。その結果、駆動力低下抑制制御を行わなかった場合と比較して、モータ２３の駆動力が高くなり、モータ２３の駆動力が目標値に近くなる。以下、駆動力低下抑制制御について詳細に説明する。駆動力低下抑制制御は、電流保持制御と、電流補償制御と、を含む。

　初めに、電流保持制御について説明する。電流保持制御は、モータ２３に電流が供給されない時間帯において電流を保持する（電流の低下を抑える）制御である。電流保持制御は、スイッチ部２２を制御することによって行われる。以下では、図４及び図５を参照して、電流保持制御を行うためのスイッチ部２２の構成について説明する。図４及び図５に示すように、スイッチ部２２は、供給スイッチ部３１と、短絡スイッチ部３２と、を備える。なお、図４及び図５では、スイッチ部２２に複数のダイオードが含まれているが、これらの全てのダイオードを省略してもよい。

　供給スイッチ部３１は、モータ２３毎に設けられている。供給スイッチ部３１の第１側（図４の左側）はモータドライバ２１に接続されており、供給スイッチ部３１の第２側（図４の右側）はモータ２３に接続されている。供給スイッチ部３１は、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）であり、スイッチ素子とダイオードとを並列に接続した構成である。なお、供給スイッチ部３１は、サイリスタ又はＩＧＢＴであってもよい。ダイオードはモータ２３からモータドライバ２１に向かう方向への電流を流すものであり、その逆方向の電流は流さない。以下では、スイッチ素子を閉じた状態を伝達状態と称し、スイッチ素子を開けた状態を遮断状態と称する。供給スイッチ部３１が伝達状態である場合、モータドライバ２１からモータ２３に電流を流すことができる。供給スイッチ部３１が遮断状態である場合、モータドライバ２１からモータ２３に電流を流すことができない。また、モータ２３は三相モータなので、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のそれぞれについてスイッチ素子とダイオードが設けられている。

　短絡スイッチ部３２は、モータ２３毎に設けられている。供給スイッチ部３１の第１側（図４の右側）は、供給スイッチ部３１とモータ２３を接続する電線に接続されている。供給スイッチ部３１の第２側（図４の左側）に接続されるＵ相、Ｖ相、及びＷ相の電線はそれぞれ電気的に接続される。短絡スイッチ部３２は、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）であり、スイッチ素子とダイオードとを並列に接続した構成である。なお、短絡スイッチ部３２は、サイリスタ又はＩＧＢＴであってもよい。ダイオードはモータドライバ２１からモータ２３に向かう方向への電流を流すものであり、その逆方向の電流は流さない。以下では、スイッチ素子を閉じた伝達状態と称し、スイッチ素子を開けた状態を遮断状態と称する。短絡スイッチ部３２が伝達状態である場合、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相が短絡する。短絡スイッチ部３２が遮断状態である場合、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相が短絡しない。

　また、モータドライバ２１には、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の出力端子に加え、Ｐ端子及びＮ端子（定電位端子）が設けられている。Ｐ端子及びＮ端子は、電位が一定の端子である。Ｐ端子はモータドライバ２１の主電源の入力端子のうちプラス側の端子であり、Ｎ端子はモータドライバ２１の主電源の入力端子のうちマイナス側の端子である。短絡スイッチ部３２の第２側（図４の左側）はモータドライバ２１のＮ端子に接続されている。ここで、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相を短絡させた場合、電位が不安定となる。この点、短絡スイッチ部３２の第２側（短絡した箇所）をモータドライバ２１のＮ端子に接続することにより、電位を安定させることができる。

　例えば、図４に示すように、モータドライバ２１が２つのモータ２３に電流を供給可能であり、これらのモータ２３をそれぞれ第１モータ２３ａ及び第２モータ２３ｂと称する。また、第１モータ２３ａに対応する供給スイッチ部３１を第１供給スイッチ部３１ａと称し、第１モータ２３ａに対応する短絡スイッチ部３２を第１短絡スイッチ部３２ａと称する。同様に、第２モータ２３ｂには第２供給スイッチ部３１ｂと第２短絡スイッチ部３２ｂが対応する。

　モータドライバ２１から第１モータ２３ａに電流を流す場合は、図４に示すように、第１供給スイッチ部３１ａを伝達状態にし、第１短絡スイッチ部３２ａを遮断状態にする。更に、第２供給スイッチ部３１ｂを遮断状態にし、第２短絡スイッチ部３２ｂを伝達状態にする。

　その後、モータドライバ２１から第２モータ２３ｂに電流を流すように切り替える場合は、図５に示すように、第１供給スイッチ部３１ａを遮断状態にし、第１短絡スイッチ部３２ａを伝達状態にする。更に、第２供給スイッチ部３１ｂを伝達状態にし、第２短絡スイッチ部３２ｂを遮断状態にする。ここで、第１短絡スイッチ部３２ａが伝達状態になることにより、この回路内で電流が保持され易くなる。従って、第１モータ２３ａを流れる電流の低下を遅らせることができるため、第１モータ２３ａの駆動力の低下をある程度抑制できる。

　次に、図６を参照して、電流保持制御の流れについて説明する。なお、図６に示す各処理の順序は一例であり、複数の処理が同時に実行されてもよいし、処理を実行する順序が図６とは異なっていてもよい。例えば、図６に示すＳ１０１及びＳ１０２の処理が略同時に行われてもよい。また、Ｓ１０３及びＳ１０４の処理が略同時に行われてもよい。

　制御部１０は、ステップＳ１０１からＳ１０５の処理を所定時間毎に実行する。制御部１０は、切替タイミング毎に、電流を供給するモータ２３を切り替える。本実施形態では、複数のモータ２３に順番に電流を供給して、実質的に複数のモータ２３を同時に駆動させる。

　初めに、制御部１０の切替制御部１２は、新たなスイッチ切替周期タイミングにおいて、現時点で電流供給中のモータ２３に対応する供給スイッチ部３１を遮断状態に切り替える（Ｓ１０１）。これにより、モータドライバ２１からモータ２３に電流が供給されなくなる。次に、制御部１０の駆動力低下抑制部１５は、現時点で電流供給中のモータ２３に対応する短絡スイッチ部３２を伝達状態に切り替える（Ｓ１０２）。これにより、上述したように電流の低下を抑制できる。なお、短絡スイッチ部３２よりも先に供給スイッチ部３１を切り替えることにより、モータドライバ２１からの電流が供給されている状態で短絡することを防止できる。

　次に、制御部１０の駆動力低下抑制部１５は、次に電流供給するモータ２３に対応する短絡スイッチ部３２を遮断状態に切り替える（Ｓ１０３）。これにより、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の短絡が解除される。次に、制御部１０の切替制御部１２は、次に電流供給するモータ２３に対応する供給スイッチ部３１を伝達状態に切り替える（Ｓ１０４）。これにより、モータドライバ２１から次に電流供給するモータ２３に電流が供給されることになる。なお、供給スイッチ部３１よりも先に短絡スイッチ部３２を切り替えることにより、モータドライバ２１からの電流が供給されている状態で短絡することを防止できる。

　次に、制御部１０の出力制御部１１は、次に電流供給するモータ２３に応じた波形の電流を生成するように切替制御部１２を制御する（Ｓ１０５）。具体的には、次に電流供給するモータ２３に応じた出力制御信号を生成して、対応するモータドライバ２１に送信する。

　制御部１０は、次のスイッチ切替周期タイミングが到達したか否かを判断しており（Ｓ１０６）、次のスイッチ切替周期タイミングが到達したと判断した場合、ステップＳ１０１からＳ１０５の処理を再び行う。Ｓ１０６の判断が否定される場合、即ち次のスイッチ切替周期タイミングが到達していないと判断される場合には、Ｓ１０５以下の処理が再び実行される。

　以上により、モータドライバ２１からモータ２３に電流が供給されない時間帯においても電流を保持できる。電流保持制御を行うことにより、電流が保持されている間に（つまりモータ２３を流れる電流がゼロになる前に）次の電流がモータドライバ２１から供給される。従って、複数のモータ２３を停止させることなく駆動させ続けることができる。

　次に、図７及び図８を参照して、電流補償制御について説明する。電流補償制御とは、モータドライバ２１からモータ２３に電流が供給されない時間帯において電流が低くなることを見越して、モータドライバ２１からモータ２３に電流が供給される時間帯において、予め高い電流を２３に供給する制御である。電流保持制御を行っても電流の低下をゼロにはできないので、電流保持制御と電流補償制御の両方を行うことが好ましい。ただし、これらの制御は独立しており、モータシステム１は、何れか一方のみの制御を行う構成であってもよい。

　以下、モータ２３が３つのときを例として、電流補償制御の詳細な内容について説明する。図７には、３つのモータ２３（モータＡ、モータＢ、及びモータＣ）に時分割で電流を供給する場合において、それぞれのモータ２３に対応する電流の目標波形と実際の波形が示されている。また、モータドライバ２１からモータ２３に電流を供給可能な時間帯を供給時間帯と称し、モータドライバ２１からモータ２３に電流を供給できない時間帯を待機時間帯と称する。従って、モータＡが供給時間帯である場合、モータＢ及びモータＣは待機時間帯である。図７に示すように、それぞれのモータ２３に流れる電流は、供給時間帯において増加し、待機時間帯において低下する。

　供給時間帯においてモータドライバ２１からモータ２３に供給する電流は図８のフローチャートに沿って決定される。なお、図８のフローチャートは、図６のステップＳ１０３の処理の一部である。制御部１０には、次に駆動するモータ２３に流される電流の目標波形が入力される（Ｓ２０１）。次に、制御部１０の駆動力低下抑制部１５は、目標波形より高い電流をモータ２３に流すための出力制御信号を生成してモータドライバ２１に送信する（Ｓ２０２）。仮に目標波形に一致する電流をモータ２３に流した場合、待機時間帯において電流が低下することを考慮すると、時間平均においては、モータ２３に供給される電流は目標波形よりも大幅に低くなる。この点、目標波形より高い電流をモータ２３に流すことにより、待機時間帯において低下する電流をカバーすることができる。

　なお、目標波形より高い電流とは、供給時間帯のうち一部又は全部の時間帯において、出力制御信号で指示する電流（あるいは実際に流れる電流、以下同じ）が目標波形をよりも高くなることである。当然であるが、供給時間帯の全体にわたって、出力制御信号で指示する電流が目標波形をよりも高くてもよい。また、供給時間帯における出力制御信号で指示する電流の平均値が、供給時間帯における目標波形の電流の平均値よりも高くてもよい。

　以上の電流保持制御と電流補償制御とを行うことにより、図３の下側のグラフに示すように、実際の波形を目標波形に近づけることができる。従って、モータ２３が発生させる駆動力を目標値に近づけることができる。

　次に、図９から図１１を参照して、上記実施形態の変形例を説明する。なお、以後の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。

　初めに、図９を参照して、モータドライバ２１からモータ２３に供給される電流（以下、モータ供給電流）が途中で分岐することについて説明する。図９では、複数のモータ２３のうち１つのモータ２３に電流を供給する回路のみが示されている。更に、図９では、三相交流のうち一相の電流を供給する回路のみが示されている。

　図９では、モータドライバ２１の第１スイッチ部２１ａが遮断状態（オフ）であり、モータドライバ２１の第２スイッチ部２１ｂが伝達状態（オン）である状況が示されている。第１スイッチ部２１ａは上述したＰ端子に接続されるスイッチ素子を含み、第２スイッチ部２１ｂは上述したＮ端子に接続されるスイッチ素子を含む。上述したように、Ｎ端子には短絡スイッチ部３２が接続されている。

　更に、図９では、供給スイッチ部３１が伝達状態（オン）であり、短絡スイッチ部３２が遮断状態（オフ）である状況が示されている。図９に示す状況では、モータ２３を流れる電流（以下、モータ電流）がモータドライバ２１からモータ２３の方向に流れているものとする。

　モータドライバ２１で検出する電流（以下、モータ検出電流）は、モータドライバ２１の出力部を流れる電流（言い換えると供給スイッチ部３１を流れる電流）である。モータ２３に電流を供給する状況下では、モータ検出電流は、通常はモータ電流と同じとなる。

　ここで、短絡スイッチ部３２はＦＥＴである。ＦＥＴは、その構造上、スイッチ素子だけでなく、ダイオード（ボディダイオード）を含む。このダイオードは、回路上はスイッチ素子と並列に設けられる。そのため、図９に示す状況では、短絡スイッチ部３２が遮断状態であるにもかかわらず、電流（以下、分岐電流）が短絡スイッチ部３２のダイオードを通ってモータ２３に供給される。

　従って、モータ電流から分岐電流を差し引いた電流がモータ検出電流となる。そのため、モータドライバ２１で検出する電流値が安定しない。具体的には、モータ２３を流れる電流が、実際に流れる電流よりも小さく検出されてしまう。そのため、モータ２３を正確に動作させることができない可能性がある。

　なお、モータドライバ２１により検出される電流が不安定になる事態は、図９に示す状態でのみ発生する。なぜなら、第１スイッチ部２１ａが伝達状態（オン）で第２スイッチ部２１ｂが遮断状態（オフ）である状況では、短絡スイッチ部３２に電流が流れないからである。また、モータ２３からモータドライバ２１に向かって電流が流れる場合は、短絡スイッチ部３２のダイオードがこの電流を遮断するからである。

　図１０に示す第１変形例では、モータドライバ２１により検出される電流が不安定になる事態に対応するため、モータドライバ２１と短絡スイッチ部３２を接続する回路に負電源３４が設けられている。負電源３４は、モータドライバ２１からモータ２３に流れる電流を打ち消す向き、言い換えればモータ２３からモータドライバ２１に電流を流す向きに電圧を付与する。負電源３４を設けることにより、分岐電流が低減するため、モータドライバ２１により検出される電流を安定させることができる。本明細書において分岐電流が低減するとは、分岐電流の電流値が小さくなってゼロより大きい値になることだけでなく、分岐電流の電流値が小さくなってゼロになること（即ち、分岐電流が流れないこと）を含む。なお、短絡スイッチ部３２のダイオードは、モータ２３からモータドライバ２１に向かう電流を遮断するため、負電源３４に起因する不要な電流が流れることはない。

　図１１に示す第２変形例では、モータドライバ２１により検出される電流が不安定になる事態に対応するため、モータドライバ２１と短絡スイッチ部３２を接続する回路に電気抵抗３５が設けられている。電気抵抗３５を設けることにより、分岐電流が低減するため、モータドライバ２１により検出される電流を安定させることができる。

　以上に説明したように、上記実施形態のモータシステム１は、モータドライバ２１と、複数のモータ２３と、供給スイッチ部３１と、出力制御部１１と、切替制御部１２と、駆動力低下抑制部１５と、を備える。モータ２３は、モータドライバ２１が供給する電力により駆動力を発生させる。供給スイッチ部３１は、モータドライバ２１が供給する電力が複数のモータ２３のうち何れか１つのモータ２３に供給されるように回路を切り替える。出力制御部１１は、電力が供給される１つのモータ２３に合わせた電力をモータドライバ２１が供給するように当該モータドライバ２１を制御する。切替制御部１２は、電力が供給される１つのモータ２３が周期的に切り替わるように供給スイッチ部３１を制御することにより、モータドライバ２１が供給する電力を時分割で複数のモータ２３に分配する。駆動力低下抑制部１５は、周期的に電力が供給される複数のモータ２３のうち１つのモータ２３に電力を供給している間に、それ以外のモータ２３が発生させる駆動力の低下を抑制する制御を行う。

　これにより、１台のモータドライバ２１で複数のモータ２３を実質的に同時に駆動することができる。また、駆動力低下抑制部１５を備えることにより、電力が供給されない間の駆動力の低下を抑制できるので、それぞれのモータ２３の駆動力が極端に低下しないので、目標値又はそれに近い駆動力を発生させることができる。

　また、上記実施形態のモータシステム１において、モータ２３は三相モータである。モータシステム１は、モータ２３に電力を供給するＵ相、Ｖ相、及びＷ相を短絡させる短絡スイッチ部３２を当該モータ２３毎に備える。駆動力低下抑制部１５は、周期的に電力が供給される複数のモータ２３のうち電力が供給されていないモータ２３に対応する短絡スイッチ部３２を閉じてＵ相、Ｖ相、及びＷ相を短絡させる。

　これにより、短絡スイッチ部３２を閉じることで電流が保持され易くなる。そのため、電力が供給されていない間における電流の低下（即ち駆動力の低下）を抑制できる。

　また、上記変形例のモータシステム１において、モータドライバ２１と短絡スイッチ部３２を接続する回路には、モータドライバ２１から短絡スイッチ部３２を通ってモータ２３に供給される電流（分岐電流）を低減する負電源３４又は電気抵抗３５が設けられる。

　これにより、分岐電流が低減されるので、モータドライバ２１により検出される電流を安定させることができ、モータ２３に流れる電流をモータドライバ２１で正しく検出できる。

　また、上記実施形態のモータシステム１において、モータドライバ２１は、電位が一定である定電位端子を備える。短絡スイッチ部３２が閉じた状態において、短絡した箇所が定電位端子に接続される。

　また、上記実施形態のモータシステム１において、要求された駆動力を発生させるためにモータ２３に供給すべき電流の変化を示す波形を目標波形と称したときに、駆動力低下抑制部１５は、供給スイッチ部３１が閉じた状態（短絡スイッチ部３２が開放された状態）において、目標波形が示す電流よりも高い電流を当該モータ２３に流すための制御を行う。

　仮に目標波形が示す電流をモータ２３に供給する場合、電流が供給されない間に電流が低下するため、結果として要求された駆動力が発生できない可能性がある。この点、上記のように目標波形が示す電流よりも高い電流をモータ２３に流すことにより、目標値に近い駆動力を発生させることができる。

　また、上記実施形態のモータシステム１において、モータ２３がリニアモータである。

　これに代えて、モータ２３は回転モータであってもよい。

　上記実施形態のモータ駆動方法は、選択工程と、切替工程と、電力制御工程と、を繰り返し行って複数のモータ２３を駆動する。選択工程では、複数のモータ２３のうち電力を供給するモータ２３を選択する。切替工程では、選択工程で選択されたモータ２３にモータドライバ２１から電力が供給されるように、モータドライバ２１と複数のモータ２３とを接続するスイッチ部を切り替える。電力制御工程では、選択されたモータ２３に応じた電力が供給されるようにモータドライバ２１を制御する。電力が供給される複数のモータ２３のうち１つのモータ２３に電力を供給している間に、それ以外のモータ２３が発生させる駆動力の低下を抑制する駆動力低下抑制工程を行う。

　以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

　上記実施形態では、モータドライバ２１とスイッチ部２２は個別の装置であるが、これに代えて、モータドライバ２１とスイッチ部２２の両方の機能を有する１つの装置をモータシステム１に設けてもよい。

　上記実施形態では、モータ２３がリニアモータであり、モータシステム１を運搬用の車両４０の駆動システムとして適用する例を説明した。これに代えて、リニアモータを別の装置（例えば直線運動する部分を有する加工機器や計測機器）に適用することもできる。また、モータ２３が回転モータである場合、モータシステム１を車両の駆動システムに適用してもよいし、回転運動する部分を有する加工機器や計測機器に適用してもよい。

　上記実施形態で示したフローチャートは一例であり、一部の処理を省略したり、一部の処理の内容を変更したり、新たな処理を追加したりしてもよい。例えば、図６のフローチャートにおいて、ステップＳ１０２とステップＳ１０３の間に、スイッチ部の切替が完了したか否か確認する処理を追加してもよい。

　上記実施形態では、短絡した箇所がモータドライバ２１のＮ端子に接続されている。しかし、この構成は必須では無く、短絡した箇所を別の箇所に接続しなくてもよい。

　１　モータシステム
　１０　制御部
　１１　出力制御部
　１２　切替制御部
　１３　位置制御部
　１４　速度制御部
　１５　駆動力低下抑制部
　２１　モータドライバ
　２２　スイッチ部
　２３　モータ
　２４　エンコーダ
　３１　供給スイッチ部
　３２　短絡スイッチ部

Claims

　モータドライバと、
　前記モータドライバが供給する電力により駆動力を発生させる複数のモータと、
　前記モータドライバが供給する電力が複数の前記モータのうち何れか１つの前記モータに供給されるように回路を切り替える供給スイッチ部と、
　電力が供給される１つの前記モータに合わせた電力を前記モータドライバが供給するように当該モータドライバを制御する出力制御部と、
　電力が供給される１つの前記モータが周期的に切り替わるように前記供給スイッチ部を制御することにより、前記モータドライバが供給する電力を時分割で複数の前記モータに分配する切替制御部と、
　周期的に電力が供給される複数の前記モータのうち１つの前記モータに電力を供給している間に、それ以外の前記モータが発生させる駆動力の低下を抑制する制御を行う駆動力低下抑制部と、
を備えることを特徴とするモータシステム。
　請求項１に記載のモータシステムであって、
　前記モータは三相モータであり、
　前記モータに電力を供給するＵ相、Ｖ相、及びＷ相を短絡させる短絡スイッチ部を当該モータ毎に備え、
　前記駆動力低下抑制部は、周期的に電力が供給される複数の前記モータのうち電力が供給されていない前記モータに対応する前記短絡スイッチ部を閉じてＵ相、Ｖ相、及びＷ相を短絡させることを特徴とするモータシステム。
　請求項２に記載のモータシステムであって、
　前記モータドライバと前記短絡スイッチ部を接続する回路には、前記モータドライバから前記短絡スイッチを通って前記モータに供給される電流を低減する負電源又は電気抵抗が設けられることを特徴とするモータシステム。
　請求項２又は３に記載のモータシステムであって、
　前記モータドライバは、電位が一定である定電位端子を備え、
　前記短絡スイッチ部が閉じた状態において、短絡した箇所が前記定電位端子に接続されることを特徴とするモータシステム。
　請求項１から４までの何れか一項に記載のモータシステムであって、
　要求された駆動力を発生させるために前記モータに供給すべき電流の変化を示す波形を目標波形と称したときに、前記駆動力低下抑制部は、前記供給スイッチ部が閉じた状態において、前記目標波形が示す電流よりも高い電流を当該モータに流すための制御を行うことを特徴とするモータシステム。
　請求項１から５までの何れか一項に記載のモータシステムであって、
　前記モータがリニアモータであることを特徴とするモータシステム。
　請求項１から５までの何れか一項に記載のモータシステムであって、
　前記モータが回転モータであることを特徴とするモータシステム。
　複数のモータのうち電力を供給する前記モータを選択する選択工程と、
　前記選択工程で選択された前記モータにモータドライバから電力が供給されるように、前記モータドライバと前記複数のモータとを接続するスイッチ部を切り替える切替工程と、
　前記選択された前記モータに応じた電力が供給されるように前記モータドライバを制御する電力制御工程と、
を繰り返し行って複数のモータを駆動するモータ駆動方法において、
　電力が供給される複数の前記モータのうち１つの前記モータに電力を供給している間に、それ以外の前記モータが発生させる駆動力の低下を抑制する駆動力低下抑制工程を行うことを特徴とするモータ駆動方法。