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技術 少なくとも2つの抵抗放電手段を有するモータ制御装置

出願人 ファナック株式会社
発明者 丹羽正一山本健太
出願日 2012年9月10日 (7年6ヶ月経過) 出願番号 2012-198628
公開日 2014年3月20日 (6年0ヶ月経過) 公開番号 2014-054138
状態 特許登録済
技術分野 インバータ装置 交流電動機の制御一般
主要キーワード 鍛圧機械 電力消費回路 中長期的 温度変化分 降下率 駆動開始前 モータ駆動指令 電圧補正量
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (16)

課題

モータからの回生エネルギー抵抗放電により消費する抵抗放電手段を有する保守効率の良いモータ制御装置を実現する。

解決手段

モータ制御装置1は、交流入力側から供給された交流電力整流して直流電力を出力する整流器11と、整流器11の直流出力側である直流リンクに接続され、直流リンクの直流電力とモータ2の駆動電力もしくは回生電力である交流電力とを相互電力変換する逆変換器12と、直流リンクにそれぞれ接続され、直流リンクの直流電力をそれぞれが分担して抵抗放電する少なくとも2つの抵抗放電手段13−1および13−2であって、直流リンクにおける直流電圧値が第1の閾値より大きいとき直流リンクの直流電力を抵抗放電する抵抗放電動作をそれぞれ開始し、直流リンクにおける直流電圧値が第1の閾値より小さい第2の閾値より小さいとき抵抗放電動作をそれぞれ停止する抵抗放電手段13−1および13−2と、を備える。

概要

背景

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を駆動するモータ制御装置においては、交流入力側から入力された交流電力直流電力に一旦変換したのちさらに交流電力に変換し、この交流電力を駆動軸ごとに設けられたモータの駆動電力として用いている。モータ制御装置は、三相交流入力電源のある交流入力側から供給された交流電力を整流して直流電力を出力する整流器と、整流器の直流出力側である直流リンクに接続され、直流リンクの直流電力とモータの駆動電力もしくは回生電力である交流電力とを相互電力変換する逆変換器と、を備え、当該逆変換器の交流出力側に接続されたモータの速度、トルク、もしくは回転子の位置を制御する。

近年、省エネルギー化の要求から、モータ制御装置には、モータ減速時に生じる回生エネルギーを交流入力側に戻すことができる電源回生方式の整流器が多く用いられている。

しかしながら、交流入力側にある三相交流入力電源が発電機である場合や、交流入力側で停電が発生した場合、回生エネルギーを交流入力側に戻すことができない。このような状況に対応するために、既にあるモータ制御装置内の整流器と逆変換器との間にある直流リンクに抵抗放電手段を後付けし、モータ減速時に生じる回生エネルギーを抵抗放電手段内の抵抗(「回生抵抗」とも呼ばれる。)の熱エネルギーとして消費させる対策がとられる。

図15は、抵抗放電手段を有する一般的なモータ制御装置の構成を示す図である。図15に示すように、モータ制御装置401は、三相交流入力電源3がある交流入力側から供給された交流電力を整流して直流電力を出力する整流器411と、整流器411の直流出力側である直流リンクに接続され、この直流リンクの直流電力とモータ2の駆動電力もしくは回生電力である交流電力とを相互電力変換する逆変換器412と、直流リンクに接続され、回生エネルギーを抵抗において熱エネルギーに変換する形で消費する抵抗放電手段413とを備える。逆変換器412は、制御装置(図示せず)からのモータ駆動指令に従い、直流リンクにおける直流電力を変換してモータ駆動のための所望の周波数の交流電力を出力する。モータ2の減速時にモータ2において生じる回生エネルギーは、逆変換器412により直流電力に変換され、さらに整流器411により交流電力に変換されて三相交流入力電源3がある交流入力側に戻される。

抵抗放電手段413は、抵抗放電部421と、電圧検出部422と、放電動作判定部423とを備える。

このうち、抵抗放電部421は、抵抗Rと、放電動作判定部423から抵抗放電動作の開始の指令オン信号)を受信したとき抵抗Rを整流器411と逆変換器412との間の直流リンクに接続し、放電動作判定部423から抵抗放電動作の停止の指令(オフ信号)を受信したとき抵抗Rと直流リンクとの接続を切断するスイッチング素子Sと、還流ダイオードDとを備える。

また、電圧検出部422は、整流器411の直流出力側の電圧(すなわち平滑コンデンサCの電圧)を検出する。検出された直流電圧値は放電動作判定部423へ送出される。抵抗放電手段413は、上述のように回生エネルギーを交流入力側に戻すことができない場合に対応すべく、整流器411と逆変換器412との間の直流リンクに後付けされるものである。このため、既にある整流器411などの機器と、後付けされる抵抗放電手段413との間に通信インタフェースを設置できない場合があり、あるいは通信インタフェースがあったとしても通信速度が低速である場合がある。したがって、後付けされる抵抗放電手段413内には、直流リンクにおける直流電圧を検出するための電圧検出部422が設けられる。

また、放電動作判定部423は、電圧検出部422が検出した直流電圧値に応じて抵抗放電部421内のスイッチング素子Sをオンオフ制御するための指令(オンオフ信号)を作成する。

抵抗放電部421内のスイッチング素子Sは、放電動作判定部423から受信した指令に従いオンもしくはオフする。これにより抵抗Rと直流リンクとが接続もしくはその接続が切断される。モータ2の減速時に生じる回生エネルギーは逆変換器412により直流電力に変換されるが、これにより直流リンクにおける直流電圧(すなわち整流器411の直流出力側の電圧)が上昇し、ある閾値を超えたところで放電動作判定部423はオン信号をスイッチング素子Sへ出力する。これにより、スイッチング素子Sはオンし、抵抗Rが直流リンクに接続され、回生エネルギーが抵抗Rにおいて熱エネルギーに変換される形で消費される(抵抗放電動作開始)。この熱エネルギーとしての消費により、直流リンクにおける直流電圧(すなわち整流器411の直流出力側の電圧)は下降することになるが、ある閾値を下回ったところで今度は放電動作判定部423はオフ信号をスイッチング素子Sへ出力する。この結果、スイッチング素子Sはオフし、抵抗Rと直流リンクとの接続は切断され、回生エネルギーの抵抗Rにおける消費は停止する(抵抗放電動作停止)。

交流入力側にある三相交流入力電源が発電機である場合や交流入力側で停電が発生した場合には、回生エネルギーを交流入力側に戻すことができない。これを放置すると、直流リンクにおける直流電圧が整流器411および逆変換器412の構成素子の耐圧を超え、装置の破損を招く。上述の放電動作手段413はこれを防ぐ1つの手段である。

例えば、交流入力側で停電が発生した場合の対応として、エレベータ昇降させる巻上機および電力消費回路を有するインバータ装置を用いて、交流入力側の故障発生時においても、エレベータの制動を継続的に維持し、エレベータかご最寄り階床まで導く技術がある(例えば、特許文献1参照)。

また例えば、放電抵抗を有するインバータ制御装置において、インバータ動作停止時および停電などにより主電源切れた場合においてのみ放電制御動作を行い、主回路直流母線間電圧を短時間に低下させる技術がある(例えば、特許文献2参照)。

また例えば、順変換器と逆変換器との間の直流リンク部に設けた回生抵抗によりモータからの回生電力を消費させるインバータ装置において、スイッチング素子の短絡故障を検出した時に予備充電接点オフ制御を行い、予備充電抵抗溶断することによって回生抵抗を過熱焼損から保護する技術がある(例えば、特許文献3参照。)。

また例えば、モータが発生するエネルギー電源回生する電力回生手段と、熱に変換する熱回生手段とを有するモータ駆動制御システムにおいて、広範囲モータ回転数でモータの相電流を安定させる技術がある(例えば、特許文献4参照)。

概要

モータからの回生エネルギーを抵抗放電により消費する抵抗放電手段を有する保守効率の良いモータ制御装置を実現する。モータ制御装置1は、交流入力側から供給された交流電力を整流して直流電力を出力する整流器11と、整流器11の直流出力側である直流リンクに接続され、直流リンクの直流電力とモータ2の駆動電力もしくは回生電力である交流電力とを相互電力変換する逆変換器12と、直流リンクにそれぞれ接続され、直流リンクの直流電力をそれぞれが分担して抵抗放電する少なくとも2つの抵抗放電手段13−1および13−2であって、直流リンクにおける直流電圧値が第1の閾値より大きいとき直流リンクの直流電力を抵抗放電する抵抗放電動作をそれぞれ開始し、直流リンクにおける直流電圧値が第1の閾値より小さい第2の閾値より小さいとき抵抗放電動作をそれぞれ停止する抵抗放電手段13−1および13−2と、を備える。

目的

本発明の目的は、上記問題に鑑み、モータからの回生エネルギーを抵抗放電により消費する抵抗放電手段を有する保守効率の良いモータ制御装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

交流入力側から供給された交流電力整流して直流電力を出力する整流器と、前記整流器の直流出力側である直流リンクに接続され、前記直流リンクの直流電力とモータ駆動電力もしくは回生電力である交流電力とを相互電力変換する逆変換器と、前記直流リンクにそれぞれ接続され、前記直流リンクの直流電力をそれぞれが分担して抵抗放電する少なくとも2つの抵抗放電手段であって、各前記抵抗放電手段は、前記直流リンクにおける直流電圧値が第1の閾値より大きいとき前記直流リンクの直流電力を抵抗放電する抵抗放電動作をそれぞれ開始し、前記直流リンクにおける直流電圧値が前記第1の閾値より小さい第2の閾値より小さいとき前記抵抗放電動作をそれぞれ停止する抵抗放電手段と、を備えることを特徴とするモータ制御装置

請求項2

交流入力側から供給された交流電力を整流して直流電力を出力する整流器と、前記整流器の直流出力側である直流リンクに接続され、前記直流リンクの直流電力とモータの駆動電力もしくは回生電力である交流電力とを相互電力変換する逆変換器と、前記直流リンクにそれぞれ接続され、前記直流リンクの直流電力をそれぞれが分担して抵抗放電する少なくとも2つの抵抗放電手段であって、各前記抵抗放電手段は、前記直流リンクにおける直流電圧値が第1の閾値より大きいとき前記直流リンクの直流電力を抵抗放電する抵抗放電動作をそれぞれ開始し、前記直流リンクにおける直流電圧値が前記第1の閾値より小さい第2の閾値より小さいとき前記抵抗放電動作をそれぞれ停止する抵抗放電手段と、各前記抵抗放電手段における前記抵抗放電動作の動作状態に関わらず、全ての前記抵抗放電手段に対して前記抵抗放電動作の開始もしくは停止を指令する上位放電動作指令手段と、を備えることを特徴とするモータ制御装置。

請求項3

前記上位放電動作指令手段は、前記少なくとも2つの抵抗放電手段の全てが抵抗放電動作をしていない状態から前記少なくとも2つの抵抗放電手段のうちいずれか1つの抵抗放電手段において前記抵抗放電動作が開始したとき、全ての前記抵抗放電手段に対して前記抵抗放電動作の開始を指令する請求項2に記載のモータ制御装置。

請求項4

前記上位放電動作指令手段は、前記少なくとも2つの抵抗放電手段の全てが抵抗放電動作をしている状態から前記少なくとも2つの抵抗放電手段のうちいずれか1つの抵抗放電手段において前記抵抗放電動作が停止したとき、全ての前記抵抗放電手段に対して前記抵抗放電動作の停止を指令する請求項2または3に記載のモータ制御装置。

請求項5

交流入力側から供給された交流電力を整流して直流電力を出力する整流器であって、前記整流器の直流出力側である直流リンクにおける直流電圧値を検出する整流器用電圧検出部を有する整流器と、前記直流リンクに接続され、前記直流リンクの直流電力とモータの駆動電力もしくは回生電力である交流電力とを相互電力変換する逆変換器と、前記直流リンクにそれぞれ接続され、前記直流リンクの直流電力をそれぞれが分担して抵抗放電する少なくとも2つの抵抗放電手段であって、各前記抵抗放電手段は、前記直流リンクの直流電力を抵抗放電する抵抗放電動作が、所定の条件を満たす場合にそれぞれ実行される抵抗放電手段と、を備え、各前記抵抗放電手段は、受信した指令に基づき前記直流リンクの直流電力を抵抗放電する抵抗放電動作を開始もしくは停止する抵抗放電部と、前記直流リンクにおける直流電圧値を検出する抵抗放電手段用電圧検出部と、前記整流器用電圧検出部が検出した直流電圧値と前記抵抗放電手段用電圧検出部が検出した直流電圧値との偏差から、前記抵抗放電手段用電圧検出部が検出した直流電圧値を前記整流器用電圧検出部が検出した直流電圧値に一致させるための補正量を演算する電圧補正量演算部と、前記抵抗放電手段用電圧検出部が検出した直流電圧値を前記補正量を用いて補正することにより補正後直流電圧値を生成する電圧補正部と、前記補正後直流電圧値が第1の閾値より大きいと判定したとき前記抵抗放電部に対して前記抵抗放電動作の開始を指令し、前記補正後直流電圧値が前記第1の閾値より小さい第2の閾値より小さいと判定したとき前記抵抗放電部に対して前記抵抗放電動作の停止を指令する放電動作判定部と、をそれぞれ有することを特徴とするモータ制御装置。

請求項6

各前記電圧補正量演算部は、モータの駆動を開始する前に前記補正量をそれぞれ演算する請求項5に記載のモータ制御装置。

請求項7

各前記電圧補正量演算部は、前記整流器用電圧検出部が検出した直流電圧値から高調波成分を除去した値と前記抵抗放電手段用電圧検出部が検出した直流電圧値から高調波成分を除去した値との偏差から、前記補正量をそれぞれ演算する請求項5に記載のモータ制御装置。

請求項8

交流入力側から供給された交流電力を整流して直流電力を出力する整流器と、前記整流器の直流出力側である直流リンクに接続され、前記直流リンクの直流電力とモータの駆動電力もしくは回生電力である交流電力とを相互電力変換する逆変換器と、前記直流リンクにそれぞれ接続され、前記直流リンクの直流電力をそれぞれが分担して抵抗放電する少なくとも2つの抵抗放電手段であって、各前記抵抗放電手段は、前記直流リンクの直流電力を抵抗放電する抵抗放電動作が、所定の条件を満たす場合にそれぞれ実行される抵抗放電手段と、を備え、各前記抵抗放電手段は、受信した指令に基づき前記直流リンクの直流電力を抵抗放電する抵抗放電動作を開始もしくは停止する抵抗放電部と、前記直流リンクにおける直流電圧値を検出する電圧検出部と、前記抵抗放電部における温度を示す温度情報を生成する温度情報生成部と、前記温度情報に基づいて、抵抗放電動作開始ベルである第1の閾値を設定する放電動作条件設定部と、前記電圧検出部が検出した直流電圧値が前記第1の閾値より大きいと判定したとき前記抵抗放電部に対して前記抵抗放電動作の開始を指令し、前記電圧検出部が検出した直流電圧値が前記第1の閾値よりも小さい第2の閾値より小さいと判定したとき前記抵抗放電部に対して前記抵抗放電動作の停止を指令する放電動作判定部と、をそれぞれ有することを特徴とするモータ制御装置。

請求項9

前記放電動作条件設定部は、前記温度情報に基づいて、抵抗放電動作停止レベルである前記第2の閾値を設定する請求項8に記載のモータ制御装置。

請求項10

前記放電動作条件設定部は、前記温度情報が示す温度が基準温度よりも高いときは、前記温度情報が示す温度が高くなればなるほど、前記第1の閾値のみまたは前記第1の閾値および前記第2の閾値の両方を、より高いレベルに順次変更して再設定する請求項8または9に記載のモータ制御装置。

請求項11

前記放電動作条件設定部は、前記温度情報が示す温度が下降して前記基準温度に戻ったときは、前記高いレベルに再設定した第1の閾値を、前記基準温度に対応する前記第1の閾値に再設定するか、または前記高いレベルに再設定した第1の閾値および第2の閾値の両方を、前記基準温度に対応する前記第1の閾値および前記第2の閾値にそれぞれ再設定する請求項10に記載のモータ制御装置。

請求項12

前記抵抗放電部は、抵抗と、前記放電動作判定部から前記抵抗放電動作の開始の指令を受信したとき前記抵抗を前記直流リンクに接続し、前記放電動作判定部から前記抵抗放電動作の停止の指令を受信したとき前記抵抗と前記直流リンクとの接続を切断するスイッチング素子と、を有する請求項8〜11のいずれか一項に記載のモータ制御装置。

請求項13

前記抵抗放電部は、前記抵抗および前記スイッチング素子のうちの少なくとも1つの近傍に設けられるサーミスタを有し、前記温度情報生成部は、前記サーミスタの出力に基づき前記温度情報を生成する請求項12に記載のモータ制御装置。

請求項14

前記温度情報生成部は、前記電圧検出部が検出した直流電圧値および前記放電動作判定部が出力した指令内容に基づき前記温度情報を生成する請求項12に記載のモータ制御装置。

技術分野

0001

本発明は、交流入力側から供給された交流電力直流電力に変換して出力したのちさらにモータの駆動のための交流電力に変換してモータへ供給するモータ制御装置に関し、特に少なくとも2つの抵抗放電手段を有するモータ制御装置に関する。

背景技術

0002

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を駆動するモータ制御装置においては、交流入力側から入力された交流電力を直流電力に一旦変換したのちさらに交流電力に変換し、この交流電力を駆動軸ごとに設けられたモータの駆動電力として用いている。モータ制御装置は、三相交流入力電源のある交流入力側から供給された交流電力を整流して直流電力を出力する整流器と、整流器の直流出力側である直流リンクに接続され、直流リンクの直流電力とモータの駆動電力もしくは回生電力である交流電力とを相互電力変換する逆変換器と、を備え、当該逆変換器の交流出力側に接続されたモータの速度、トルク、もしくは回転子の位置を制御する。

0003

近年、省エネルギー化の要求から、モータ制御装置には、モータ減速時に生じる回生エネルギーを交流入力側に戻すことができる電源回生方式の整流器が多く用いられている。

0004

しかしながら、交流入力側にある三相交流入力電源が発電機である場合や、交流入力側で停電が発生した場合、回生エネルギーを交流入力側に戻すことができない。このような状況に対応するために、既にあるモータ制御装置内の整流器と逆変換器との間にある直流リンクに抵抗放電手段を後付けし、モータ減速時に生じる回生エネルギーを抵抗放電手段内の抵抗(「回生抵抗」とも呼ばれる。)の熱エネルギーとして消費させる対策がとられる。

0005

図15は、抵抗放電手段を有する一般的なモータ制御装置の構成を示す図である。図15に示すように、モータ制御装置401は、三相交流入力電源3がある交流入力側から供給された交流電力を整流して直流電力を出力する整流器411と、整流器411の直流出力側である直流リンクに接続され、この直流リンクの直流電力とモータ2の駆動電力もしくは回生電力である交流電力とを相互電力変換する逆変換器412と、直流リンクに接続され、回生エネルギーを抵抗において熱エネルギーに変換する形で消費する抵抗放電手段413とを備える。逆変換器412は、制御装置(図示せず)からのモータ駆動指令に従い、直流リンクにおける直流電力を変換してモータ駆動のための所望の周波数の交流電力を出力する。モータ2の減速時にモータ2において生じる回生エネルギーは、逆変換器412により直流電力に変換され、さらに整流器411により交流電力に変換されて三相交流入力電源3がある交流入力側に戻される。

0006

抵抗放電手段413は、抵抗放電部421と、電圧検出部422と、放電動作判定部423とを備える。

0007

このうち、抵抗放電部421は、抵抗Rと、放電動作判定部423から抵抗放電動作の開始の指令オン信号)を受信したとき抵抗Rを整流器411と逆変換器412との間の直流リンクに接続し、放電動作判定部423から抵抗放電動作の停止の指令(オフ信号)を受信したとき抵抗Rと直流リンクとの接続を切断するスイッチング素子Sと、還流ダイオードDとを備える。

0008

また、電圧検出部422は、整流器411の直流出力側の電圧(すなわち平滑コンデンサCの電圧)を検出する。検出された直流電圧値は放電動作判定部423へ送出される。抵抗放電手段413は、上述のように回生エネルギーを交流入力側に戻すことができない場合に対応すべく、整流器411と逆変換器412との間の直流リンクに後付けされるものである。このため、既にある整流器411などの機器と、後付けされる抵抗放電手段413との間に通信インタフェースを設置できない場合があり、あるいは通信インタフェースがあったとしても通信速度が低速である場合がある。したがって、後付けされる抵抗放電手段413内には、直流リンクにおける直流電圧を検出するための電圧検出部422が設けられる。

0009

また、放電動作判定部423は、電圧検出部422が検出した直流電圧値に応じて抵抗放電部421内のスイッチング素子Sをオンオフ制御するための指令(オンオフ信号)を作成する。

0010

抵抗放電部421内のスイッチング素子Sは、放電動作判定部423から受信した指令に従いオンもしくはオフする。これにより抵抗Rと直流リンクとが接続もしくはその接続が切断される。モータ2の減速時に生じる回生エネルギーは逆変換器412により直流電力に変換されるが、これにより直流リンクにおける直流電圧(すなわち整流器411の直流出力側の電圧)が上昇し、ある閾値を超えたところで放電動作判定部423はオン信号をスイッチング素子Sへ出力する。これにより、スイッチング素子Sはオンし、抵抗Rが直流リンクに接続され、回生エネルギーが抵抗Rにおいて熱エネルギーに変換される形で消費される(抵抗放電動作開始)。この熱エネルギーとしての消費により、直流リンクにおける直流電圧(すなわち整流器411の直流出力側の電圧)は下降することになるが、ある閾値を下回ったところで今度は放電動作判定部423はオフ信号をスイッチング素子Sへ出力する。この結果、スイッチング素子Sはオフし、抵抗Rと直流リンクとの接続は切断され、回生エネルギーの抵抗Rにおける消費は停止する(抵抗放電動作停止)。

0011

交流入力側にある三相交流入力電源が発電機である場合や交流入力側で停電が発生した場合には、回生エネルギーを交流入力側に戻すことができない。これを放置すると、直流リンクにおける直流電圧が整流器411および逆変換器412の構成素子の耐圧を超え、装置の破損を招く。上述の放電動作手段413はこれを防ぐ1つの手段である。

0012

例えば、交流入力側で停電が発生した場合の対応として、エレベータ昇降させる巻上機および電力消費回路を有するインバータ装置を用いて、交流入力側の故障発生時においても、エレベータの制動を継続的に維持し、エレベータかご最寄り階床まで導く技術がある(例えば、特許文献1参照)。

0013

また例えば、放電抵抗を有するインバータ制御装置において、インバータ動作停止時および停電などにより主電源切れた場合においてのみ放電制御動作を行い、主回路直流母線間電圧を短時間に低下させる技術がある(例えば、特許文献2参照)。

0014

また例えば、順変換器と逆変換器との間の直流リンク部に設けた回生抵抗によりモータからの回生電力を消費させるインバータ装置において、スイッチング素子の短絡故障を検出した時に予備充電接点オフ制御を行い、予備充電抵抗溶断することによって回生抵抗を過熱焼損から保護する技術がある(例えば、特許文献3参照。)。

0015

また例えば、モータが発生するエネルギー電源回生する電力回生手段と、熱に変換する熱回生手段とを有するモータ駆動制御システムにおいて、広範囲モータ回転数でモータの相電流を安定させる技術がある(例えば、特許文献4参照)。

先行技術

0016

特開2002−120973号公報
特開2003−088144号公報
特開2006−262616号公報
特開2009−213200号公報

発明が解決しようとする課題

0017

上述の抵抗放電手段については、モータ制御装置が駆動するモータの回生エネルギー量に合わせて当該抵抗放電手段の放電容量を決定する必要がある。しかしながら、種々のモータの回生エネルギー量に対応しようとすると、これに合わせた放電容量を有する抵抗放電手段を用意する必要があることから抵抗放電手段のモデル種類が増大してしまい、それに伴い保守性が損なわれる。

0018

従って本発明の目的は、上記問題に鑑み、モータからの回生エネルギーを抵抗放電により消費する抵抗放電手段を有する保守効率の良いモータ制御装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0019

上記目的を実現するために、本発明の第1の態様においては、モータ制御装置は、交流入力側から供給された交流電力を整流して直流電力を出力する整流器と、整流器の直流出力側である直流リンクに接続され、直流リンクの直流電力とモータの駆動電力もしくは回生電力である交流電力とを相互電力変換する逆変換器と、直流リンクにそれぞれ接続され、直流リンクの直流電力をそれぞれが分担して抵抗放電する少なくとも2つの抵抗放電手段であって、各抵抗放電手段は、直流リンクにおける直流電圧値が第1の閾値より大きいとき直流リンクの直流電力を抵抗放電する抵抗放電動作をそれぞれ開始し、直流リンクにおける直流電圧値が第1の閾値より小さい第2の閾値より小さいとき抵抗放電動作をそれぞれ停止する抵抗放電手段と、を備える。

0020

本発明の第2の態様においては、モータ制御装置は、交流入力側から供給された交流電力を整流して直流電力を出力する整流器と、整流器の直流出力側である直流リンクに接続され、直流リンクの直流電力とモータの駆動電力もしくは回生電力である交流電力とを相互電力変換する逆変換器と、直流リンクにそれぞれ接続され、直流リンクの直流電力をそれぞれが分担して抵抗放電する少なくとも2つの抵抗放電手段であって、各抵抗放電手段は、直流リンクにおける直流電圧値が第1の閾値より大きいとき直流リンクの直流電力を抵抗放電する抵抗放電動作をそれぞれ開始し、直流リンクにおける直流電圧値が第1の閾値より小さい第2の閾値より小さいとき抵抗放電動作をそれぞれ停止する抵抗放電手段と、各抵抗放電手段における抵抗放電動作の動作状態に関わらず、全ての抵抗放電手段に対して抵抗放電動作の開始もしくは停止を指令する上位放電動作指令手段と、を備える。

0021

上記上位放電動作指令手段は、少なくとも2つの抵抗放電手段の全てが抵抗放電動作をしていない状態から少なくとも2つの抵抗放電手段のうちいずれか1つの抵抗放電手段において抵抗放電動作が開始したとき、全ての抵抗放電手段に対して抵抗放電動作の開始を指令するようにしてもよい。

0022

上記上位放電動作指令手段は、少なくとも2つの抵抗放電手段の全てが抵抗放電動作をしている状態から少なくとも2つの抵抗放電手段のうちいずれか1つの抵抗放電手段において抵抗放電動作が停止したとき、全ての抵抗放電手段に対して抵抗放電動作の停止を指令するようにしてもよい。

0023

また、本発明の第3の態様においては、モータ制御装置は、交流入力側から供給された交流電力を整流して直流電力を出力する整流器であって、整流器の直流出力側である直流リンクにおける直流電圧値を検出する整流器用電圧検出部を有する整流器と、直流リンクに接続され、直流リンクの直流電力とモータの駆動電力もしくは回生電力である交流電力とを相互電力変換する逆変換器と、直流リンクにそれぞれ接続され、直流リンクの直流電力をそれぞれが分担して抵抗放電する少なくとも2つの抵抗放電手段であって、各抵抗放電手段は、直流リンクの直流電力を抵抗放電する抵抗放電動作が、所定の条件を満たす場合にそれぞれ実行される抵抗放電手段と、を備え、各抵抗放電手段は、受信した指令に基づき直流リンクの直流電力を抵抗放電する抵抗放電動作を開始もしくは停止する抵抗放電部と、直流リンクにおける直流電圧値を検出する抵抗放電手段用電圧検出部と、整流器用電圧検出部が検出した直流電圧値と抵抗放電手段用電圧検出部が検出した直流電圧値との偏差から、抵抗放電手段用電圧検出部が検出した直流電圧値を整流器用電圧検出部が検出した直流電圧値に一致させるための補正量を演算する電圧補正量演算部と、抵抗放電手段用電圧検出部が検出した直流電圧値を補正量を用いて補正することにより補正後直流電圧値を生成する電圧補正部と、補正後直流電圧値が第1の閾値より大きいと判定したとき抵抗放電部に対して抵抗放電動作の開始を指令し、補正後直流電圧値が第1の閾値より小さい第2の閾値より小さいと判定したとき抵抗放電部に対して抵抗放電動作の停止を指令する放電動作判定部と、をそれぞれ有する。

0024

上記各電圧補正量演算部は、モータの駆動を開始する前に補正量をそれぞれ演算するようにしてもよい。

0025

上記各電圧補正量演算部は、整流器用電圧検出部が検出した直流電圧値から高調波成分を除去した値と抵抗放電手段用電圧検出部が検出した直流電圧値から高調波成分を除去した値との偏差から、補正量をそれぞれ演算するようにしてもよい。

0026

また、本発明の第4の態様においては、モータ制御装置は、交流入力側から供給された交流電力を整流して直流電力を出力する整流器と、整流器の直流出力側である直流リンクに接続され、直流リンクの直流電力とモータの駆動電力もしくは回生電力である交流電力とを相互電力変換する逆変換器と、直流リンクにそれぞれ接続され、直流リンクの直流電力をそれぞれが分担して抵抗放電する少なくとも2つの抵抗放電手段であって、各抵抗放電手段は、直流リンクの直流電力を抵抗放電する抵抗放電動作が、所定の条件を満たす場合にそれぞれ実行される抵抗放電手段と、を備え、各抵抗放電手段は、受信した指令に基づき直流リンクの直流電力を抵抗放電する抵抗放電動作を開始もしくは停止する抵抗放電部と、直流リンクにおける直流電圧値を検出する電圧検出部と、抵抗放電部における温度を示す温度情報を生成する温度情報生成部と、温度情報に基づいて、抵抗放電動作開始レベルである第1の閾値を設定する放電動作条件設定部と、電圧検出部が検出した直流電圧値が第1の閾値より大きいと判定したとき抵抗放電部に対して抵抗放電動作の開始を指令し、電圧検出部が検出した直流電圧値が第1の閾値よりも小さい第2の閾値より小さいと判定したとき抵抗放電部に対して抵抗放電動作の停止を指令する放電動作判定部と、をそれぞれ有する。

0027

上記放電動作条件設定部は、温度情報に基づいて、抵抗放電動作停止レベルである第2の閾値を設定するようにしてもよい。

0028

上記放電動作条件設定部は、温度情報が示す温度が基準温度よりも高いときは、温度情報が示す温度が高くなればなるほど、第1の閾値のみまたは第1の閾値および第2の閾値の両方を、より高いレベルに順次変更して再設定するようにしてもよい。

0029

上記放電動作条件設定部は、温度情報が示す温度が下降して基準温度に戻ったときは、上記高いレベルに再設定した第1の閾値を、基準温度に対応する第1の閾値に再設定するか、または上記高いレベルに再設定した第1の閾値および第2の閾値の両方を、基準温度に対応する第1の閾値および第2の閾値にそれぞれ再設定するようにしてもよい。

0030

上記抵抗放電部は、抵抗と、放電動作判定部から抵抗放電動作の開始の指令を受信したとき抵抗を直流リンクに接続し、放電動作判定部から抵抗放電動作の停止の指令を受信したとき抵抗と直流リンクとの接続を切断するスイッチング素子と、を有するようにしてもよい。

0031

上記抵抗放電部は、抵抗およびスイッチング素子のうちの少なくとも1つの近傍に設けられるサーミスタを有し、上記温度情報生成部は、サーミスタの出力に基づき温度情報を生成するようにしてもよい。

0032

上記温度情報生成部は、電圧検出部が検出した直流電圧値および放電動作判定部が出力した指令内容に基づき温度情報を生成するようにしてもよい。

発明の効果

0033

本発明の第1〜第4の態様によれば、モータ制御装置において、モータからの回生エネルギーを抵抗放電により消費する抵抗放電手段を少なくとも2つ有する抵抗放電手段であって、電流定格値の小さな素子を用いた抵抗放電手段を、モータ制御装置が駆動するモータの回生エネルギー量に合わせて少なくとも2つ組み合わせて使用することにより、モデル種類を増やすことなくシステムに必要な放電容量を抑えることができ、保守効率の良いモータ制御装置を実現することができる。

0034

さらに、本発明の第2の態様によれば、各抵抗放電手段における抵抗放電動作の動作状態に関わらず、全ての抵抗放電手段に対して抵抗放電動作の開始もしくは停止を指令する上位放電動作指令手段を備えることによって、各抵抗放電手段の放電動作のアンバランスが解消され、各抵抗放電手段の発熱量を平準化される。その結果、1つの抵抗放電手段だけが許容温度を超えるといったことはなくなり、少なくとも2つの抵抗放電手段を有するシステム全体の放電容量が低下することを防止することができる。

0035

さらに、本発明の第3の態様によれば、各抵抗放電手段内に、電圧補正量演算部および電圧補正部をそれぞれ設けることによって、各抵抗放電手段の放電動作のアンバランスが解消され、各抵抗放電手段の発熱量を平準化される。その結果、1つの抵抗放電手段だけが許容温度を超えるといったことはなくなり、少なくとも2つの抵抗放電手段を有するシステム全体の放電容量が低下することを防止することができる。

0036

さらに、本発明の第4の態様によれば、各抵抗放電手段内に、温度情報生成部および放電動作条件設定部をそれぞれ設けることによって、各抵抗放電手段の放電動作のアンバランスが解消され、各抵抗放電手段の発熱量を平準化される。その結果、1つの抵抗放電手段だけが許容温度を超えるといったことはなくなり、少なくとも2つの抵抗放電手段を有するシステム全体の放電容量が低下することを防止することができる。

図面の簡単な説明

0037

本発明の第1の実施例によるモータ制御装置の構成を示す図である。
図1に示す本発明の第1の実施例によるモータ制御装置における、抵抗放電動作のアンバランスを説明する図であって、図2(a)は抵抗放電動作開始レベルおよび抵抗放電動作停止レベルと直流リンクにおける直流電圧との関係を示し、図2(b)は抵抗放電動作の実行および停止を示す図である。
本発明の第2の実施例によるモータ制御装置の構成を示す図である。
図3に示す本発明の第2の実施例によるモータ制御装置における抵抗放電動作を説明する図であって、図4(a)は抵抗放電動作開始レベルおよび抵抗放電動作停止レベルと直流リンクにおける直流電圧との関係を示し、図4(b)は抵抗放電動作の実行および停止を示す図である。
本発明の第2の実施例によるモータ制御装置における上位放電動作指令手段による抵抗放電動作の開始の判定を説明する図である。
本発明の第2の実施例によるモータ制御装置における上位放電動作指令手段による抵抗放電動作の停止の判定を説明する図である。
本発明の第3の実施例によるモータ制御装置の構成を示す図である。
図7に示す本発明の第3の実施例によるモータ制御装置における抵抗放電手段内の電圧補正量演算部および電圧補正部を説明する図である。
図7に示す本発明の第3の実施例によるモータ制御装置における抵抗放電動作を説明する図であって、図9(a)は抵抗放電動作開始レベルおよび抵抗放電動作停止レベルと直流リンクにおける直流電圧との関係を示し、図9(b)は抵抗放電動作の実行および停止を示す図である。
本発明の第4の実施例によるモータ制御装置の構成を示す図である。
本発明の第4の実施例によるモータ制御装置における温度情報生成部による温度情報の生成の第1の具体例を示す図である。
本発明の第4の実施例によるモータ制御装置における温度情報生成部による温度情報の生成の第2の具体例を示す図である。
図10図12に示す本発明の第4の実施例によるモータ制御装置における抵抗放電動作を説明する図であって、図13(a)は抵抗放電動作開始レベルおよび抵抗放電動作停止レベルと直流リンクにおける直流電圧との関係を示し、図13(b)は抵抗放電動作の実行および停止を示す図である。
図10図12に示す本発明の第4の実施例によるモータ制御装置における抵抗放電動作を説明する図であって、図14(a)は抵抗放電動作開始レベルおよび抵抗放電動作停止レベルと直流リンクにおける直流電圧との関係を示し、図14(b)は抵抗放電動作の実行および停止を示す図である。
抵抗放電手段を有する一般的なモータ制御装置の構成を示す図である。

実施例

0038

図1は、本発明の第1の実施例によるモータ制御装置の構成を示す図である。図1に示すモータ制御装置1は、抵抗放電手段を少なくとも2つ備える。すなわち、モータ制御装置1は、三相交流入力電源3がある交流入力側から供給された交流電力を整流して直流電力を出力する整流器11と、整流器11の直流出力側である直流リンクに接続され、直流リンクの直流電力とモータ2の駆動電力もしくは回生電力である交流電力とを相互電力変換する逆変換器12と、直流リンクにそれぞれ接続され、直流リンクの直流電力をそれぞれが分担して抵抗放電する少なくとも2つの抵抗放電手段(図中、参照番号13−1および13−2で示す。)であって、各抵抗放電手段は、直流リンクにおける直流電圧値が第1の閾値より大きいとき直流リンクの直流電力を抵抗放電する抵抗放電動作をそれぞれ開始し、直流リンクにおける直流電圧値が第1の閾値より小さい第2の閾値より小さいとき抵抗放電動作をそれぞれ停止する抵抗放電手段と、を備える。なお、図1では一例として抵抗放電手段の個数を2個としたが、実際の運用では、想定される回生エネルギー量に対応するような抵抗放電手段の個数が決定される。

0039

これら抵抗放電手段13−1および13−2は、それぞれ固有の抵抗放電部、電圧検出部および放電動作判定部を備える。すなわち、抵抗放電手段13−1は、抵抗放電部21−1、電圧検出部22−1および放電動作判定部23−1を備え、抵抗放電手段13−2は、抵抗放電部21−2、電圧検出部22−2および放電動作判定部23−2を備える。抵抗放電部21−1は、受信した指令に基づき直流リンクの直流電力を抵抗放電する抵抗放電動作を開始もしくは停止する。電圧検出部22−1は、直流リンクにおける直流電圧値を検出する。放電動作判定部23−1は、電圧検出部22−1が検出した直流電圧値が第1の閾値より大きいと判定したとき抵抗放電部21−1に対して抵抗放電動作の開始を指令し、電圧検出部22−1が検出した直流電圧値が第2の閾値より小さいと判定したとき抵抗放電部21−1に対して抵抗放電動作の停止を指令する。同様に、抵抗放電部21−2は、受信した指令に基づき直流リンクの直流電力を抵抗放電する抵抗放電動作を開始もしくは停止する。電圧検出部22−2は、直流リンクにおける直流電圧値を検出する。放電動作判定部23−2は、電圧検出部22−2が検出した直流電圧値が第1の閾値より大きいと判定したとき抵抗放電部21−2に対して抵抗放電動作の開始を指令し、電圧検出部22−2が検出した直流電圧値が第2の閾値より小さいと判定したとき抵抗放電部21−2に対して抵抗放電動作の停止を指令する。なお、各抵抗放電部21−1および21−2は、図15を参照して説明したような抵抗(図1では図示せず)と、放電動作判定部23−1および23−2から抵抗放電動作の開始の指令を受信したとき抵抗を直流リンクに接続し、放電動作判定部23−1および23−2から抵抗放電動作の停止の指令を受信したとき抵抗と直流リンクとの接続を切断するスイッチング素子(図1では図示せず)と、を有する。抵抗放電手段13−1および13−2は、それぞれの有する電圧検出部22−1および22−2により検出された直流電圧値に基づいて、それぞれ独立に動作するものであり、検出された直流電圧値が第1の閾値より大きくなったときに抵抗放電動作を開始し、その後、検出される直流電圧値は抵抗放電により徐々に減少するが、検出された直流電圧値が第2の閾値より小さくなったときは抵抗放電動作を停止する。なお、第1の閾値については、各部品の耐圧等を考慮して適宜設定すればよい。また、第2の閾値については、逆変換器12内のスイッチング素子のスイッチング動作により生じる発熱や制御周期等を考慮して適宜設定すればよい。

0040

複数の抵抗放電手段を使用した場合、各抵抗放電手段の電圧検出誤差によって特定の抵抗放電手段に負荷がかかるといった運転状態のアンバランス(偏り)が生じる可能性がある。その結果、負荷が集中した抵抗放電手段は発熱量が大きくなり、複数の抵抗放電手段を有するシステム全体の放電容量を低下させる可能性がある。これについて図2を用いてより詳細に説明すると次の通りである。

0041

図2は、図1に示す本発明の第1の実施例によるモータ制御装置における、抵抗放電動作のアンバランスを説明する図であって、図2(a)は抵抗放電動作開始レベルおよび抵抗放電動作停止レベルと直流リンクにおける直流電圧との関係を示し、図2(b)は抵抗放電動作の実行および停止を示す図である。図1の抵抗放電手段13−1および13−2について、図2では、第1の抵抗放電手段および第2の抵抗放電手段とそれぞれ表記する。

0042

抵抗放電動作開始レベルおよび抵抗放電動作停止レベルについて抵抗放電手段間で誤差があり、ここでは一例として、図2(a)に示すように、第2の抵抗放電手段の抵抗放電動作開始レベルおよび抵抗放電動作停止レベルが、第1の抵抗放電手段の抵抗放電動作開始レベルおよび抵抗放電動作停止レベルよりも高い場合について説明する。

0043

第1の抵抗放電手段もしくは第2の抵抗放電手段のうち1つで消費可能な回生エネルギー量がモータ2から回生された場合の抵抗放電動作は次の通りである。まず、モータ2で生じた回生エネルギーが逆変換器12によって直流電力に変換されると、整流器11と逆変換器12との間の直流リンクにおける直流電圧が上昇し始める。直流リンクにおける直流電圧が第1の抵抗放電手段の抵抗放電動作開始レベルまで上昇すると、第1の抵抗放電手段は抵抗放電動作を開始する。ここでの説明では回生エネルギー量を1つの抵抗放電手段により消費しきれるものとしたので、第1の抵抗放電手段による抵抗放電動作の開始により直流リンクにおける直流電圧は下降に転じる。直流リンクにおける直流電圧が第1の抵抗放電手段の抵抗放電動作停止レベルまで下降すると、第1の抵抗放電手段は抵抗放電動作を停止する。このように第1の抵抗放電手段は抵抗放電動作を行うが第2の抵抗放電手段は抵抗放電動作を行わないといった運転状態のアンバランスが発生する可能性がある。上述の回生エネルギーがモータ2において継続して生成され続けた場合、第2の抵抗放電手段は抵抗放電動作を依然として行わず、第1の抵抗放電手段のみ抵抗放電動作を行うことになるので、第1の抵抗放電手段の発熱量は、第2の抵抗放電手段の発熱量に比べて大きくなる。その結果、2つの抵抗放電手段を設けたとしても、抵抗放電動作開始レベルおよび抵抗放電動作停止レベルについて抵抗放電手段間で誤差があると、回生エネルギー量が2つの抵抗放電手段により消費しきれるほどのものであるにもかかわらず、特定の抵抗放電手段に負荷が集中して当該抵抗放電手段について許容温度を超えてしまい、複数の抵抗放電手段を有するシステム全体の放電容量が低下する可能性がある。そこで、以下に説明する本発明の第2、第3および第4の実施例では、第1の実施例における各抵抗放電手段の放電動作のアンバランスの発生の可能性を排除し、各抵抗放電手段の発熱量を平準化するような構成要素が設けられる。

0044

図3は、本発明の第2の実施例によるモータ制御装置の構成を示す図である。以降、異なる図面において同じ参照符号が付されたものは同じ機能を有する構成要素であることを意味するものとする。本発明の第2の実施例によるモータ制御装置101は、整流器111と、逆変換器112と、少なくとも2つの抵抗放電手段113−1および113−2と、上位放電動作指令手段114と、を備える。なお、図3では一例として抵抗放電手段の個数を2個としたが、抵抗放電手段の個数は本発明を限定するものではなく、複数個であればその他の個数であってもよい。

0045

整流器111は、三相交流入力電源3がある交流入力側から供給された交流電力を整流して直流電力を出力する。本発明の第2の実施例では、用いられる整流器111の実施形態は特に限定されず、例えば120度通電整流回路、あるいはPWM制御方式の整流回路などがある。

0046

整流器111と逆変換器112とは、直流リンクを介して接続される。逆変換器112は、例えばPWM逆変換器などのような、内部にスイッチング素子を有する変換回路として構成される。逆変換器112は、直流リンクがある直流入力側から入力される直流電力を、上位制御装置(図示せず)から受信したモータ駆動指令に基づき内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、モータ2を駆動のための所望の電圧および所望の周波数の三相交流電力に変換する。モータ2は、供給された電圧可変および周波数可変の三相交流電力に基づいて動作することになる。また、モータ2の減速時には回生電力が発生するが、上位制御装置から受信したモータ駆動指令に基づき、モータ2で発生した回生電力である交流電力を、直流電力へ変換して直流リンクへ戻す。このように、逆変換器112は、受信したモータ駆動指令に基づき、直流リンクにおける直流電力とモータ2の駆動電力もしくは回生電力である交流電力とを相互電力変換するものである。なお、ここでは、モータ制御装置101で1つのモータ2を駆動制御することを例として取りあげているが、モータの個数は本発明を限定するものではなく、その他の個数であってもよい。モータが複数設けられる場合は各モータごとに逆変換器112がそれぞれ設けられる。

0047

モータ制御装置101は少なくとも2つの抵抗放電手段113−1および113−2を有する。各抵抗放電手段113−1および113−2は、直流リンクにそれぞれ接続され、直流リンクの直流電力をそれぞれが分担して抵抗放電する。各抵抗放電手段113−1および113−2は、直流リンクにおける直流電圧値が第1の閾値より大きいとき直流リンクの直流電力を抵抗放電する抵抗放電動作を開始し、直流リンクにおける直流電圧値が第1の閾値より小さい第2の閾値より小さいとき抵抗放電動作を停止する。

0048

これら抵抗放電手段113−1および113−2は、それぞれ固有の抵抗放電部、電圧検出部および放電動作判定部を備える。

0049

すなわち、抵抗放電手段113−1は、抵抗放電部121−1と、電圧検出部122−1と、放電動作判定部123−1と、を有する。抵抗放電部121−1は、受信した指令に基づき直流リンクの直流電力を抵抗放電する抵抗放電動作を開始もしくは停止する。電圧検出部122−1は、直流リンクにおける直流電圧値を検出する。放電動作判定部123−1は、電圧検出部122−1が検出した直流電圧値が第1の閾値より大きいと判定したとき抵抗放電部121−1に対して抵抗放電動作の開始を指令し、電圧検出部122−1が検出した直流電圧値が第2の閾値より小さいと判定したとき抵抗放電部121−1に対して抵抗放電動作の停止を指令する。

0050

同様に、抵抗放電手段113−2は、抵抗放電部121−2と、電圧検出部122−2と、放電動作判定部123−2と、を有する。抵抗放電部121−2は、受信した指令に基づき直流リンクの直流電力を抵抗放電する抵抗放電動作を開始もしくは停止する。電圧検出部122−2は、直流リンクにおける直流電圧値を検出する。放電動作判定部123−2は、電圧検出部122−2が検出した直流電圧値が第1の閾値より大きいと判定したとき抵抗放電部121−2に対して抵抗放電動作の開始を指令し、電圧検出部122−2が検出した直流電圧値が第2の閾値より小さいと判定したとき抵抗放電部121−2に対して抵抗放電動作の停止を指令する。

0051

なお、各抵抗放電部121−1および121−2は、図15を参照して説明したような抵抗(図3では図示せず)と、放電動作判定部123−1および123−2から抵抗放電動作の開始の指令を受信したとき抵抗を直流リンクに接続し、放電動作判定部123−1および123−2から抵抗放電動作の停止の指令を受信したとき抵抗と直流リンクとの接続を切断するスイッチング素子(図3では図示せず)と、を有する。

0052

上述のように抵抗放電手段は少なくとも2つ設けられるものであるが(図3に示す例では参照番号113−1および113−2で示される。)、上位放電動作指令手段114は、これら抵抗放電手段113−1および113−2に対して上位に1つ設けられる。上位放電動作指令手段114は、各抵抗放電手段113−1および113−2における抵抗放電動作の動作状態に関わらず、全ての抵抗放電手段113−1および113−2に対して抵抗放電動作の開始もしくは停止を指令する。上位放電動作指令手段114は、少なくとも2つの抵抗放電手段113−1および113−2の全てが抵抗放電動作をしていない状態から、少なくとも2つの抵抗放電手段113−1および113−2のうちいずれか1つの抵抗放電手段において抵抗放電動作が開始したとき、全ての抵抗放電手段113−1および113−2に対して抵抗放電動作の開始を指令する。また、上位放電動作指令手段114は、少なくとも2つの抵抗放電手段113−1および113−2の全てが抵抗放電動作をしている状態から、少なくとも2つの抵抗放電手段113−1および113−2のうちいずれか1つの抵抗放電手段において抵抗放電動作が停止したとき、全ての抵抗放電手段113−1および113−2の停止を指令する。

0053

続いて、上位放電動作指令手段114の動作について図4を用いて説明する。図4は、図3に示す本発明の第2の実施例によるモータ制御装置における抵抗放電動作を説明する図であって、図4(a)は抵抗放電動作開始レベルおよび抵抗放電動作停止レベルと直流リンクにおける直流電圧との関係を示し、図4(b)は抵抗放電動作の実行および停止を示す図である。図3の抵抗放電手段113−1および113−2について、図4では、第1の抵抗放電手段および第2の抵抗放電手段とそれぞれ表記する。

0054

抵抗放電動作開始レベルおよび抵抗放電動作停止レベルについて抵抗放電手段間で誤差があり、ここでは一例として、図4(a)に示すように、第2の抵抗放電手段の抵抗放電動作開始レベル(第1の閾値)および抵抗放電動作停止レベル(第2の閾値)が、第1の抵抗放電手段の抵抗放電動作開始レベル(第1の閾値)および抵抗放電動作停止レベル(第2の閾値)よりも高い場合について説明する。

0055

第1の抵抗放電手段もしくは第2の抵抗放電手段のうち1つで消費可能な回生エネルギー量がモータ2から回生された場合の抵抗放電動作は次の通りである。まず、いずれの抵抗放電手段(図3の抵抗放電手段113−1および113−2)も抵抗放電動作をしていない状態において、モータ2で生じた回生エネルギーが逆変換器112によって直流電力に変換されると、整流器111と逆変換器112との間の直流リンクにおける直流電圧が上昇し始める。

0056

電圧検出手段により検出された直流リンクにおける直流電圧が第1の抵抗放電手段の抵抗放電動作開始レベル(第1の閾値)まで上昇すると、第1の抵抗放電手段は抵抗放電動作を開始する。1つの抵抗放電手段により消費可能な回生エネルギーであるので、図4(a)に示すように第1の抵抗放電手段による抵抗放電動作により直流リンクにおける直流電圧は下降に転じる。

0057

第1の抵抗放電手段(図3の抵抗放電手段113−1)および第2の抵抗放電手段(図3の抵抗放電手段113−2)のうち第1の抵抗放電手段(図3の抵抗放電手段113−1)において抵抗放電動作が開始したので、上位放電動作指令手段114は、第1の抵抗放電手段および第2の抵抗放電手段の全てに対して抵抗放電動作の開始を指令する。なお、第1の抵抗放電手段および第2の抵抗放電手段のうちどの抵抗放電手段が抵抗放電動作を開始したかの判定については、各抵抗放電手段はこれに対応する電圧検出手段が検出した直流電圧が抵抗放電動作開始レベル(第1の閾値)に達すると抵抗放電動作開始の指令をそれぞれ独自にするので、当該指令を上位放電動作指令手段114が監視することで抵抗放電動作を開始した抵抗放電手段の有無を検知することができる。

0058

上位放電動作指令手段114は、第1の抵抗放電手段および第2の抵抗放電手段の全てに対して抵抗放電動作の開始を指令すると、図4(b)に示すように第1の抵抗放電手段のみならず第2の抵抗放電手段も抵抗放電動作を開始することになる。なお、図4(b)に示すように第1の抵抗放電手段よりも遅れて第2の抵抗放電手段が抵抗放電動作を開始しているのは、ここで説明する例では第1の抵抗放電手段の抵抗放電動作の開始を上位放電動作指令手段114が検知した後に、第1の抵抗放電手段および第2の抵抗放電手段に対して抵抗放電動作の開始の指令をしているので、第2の抵抗放電手段が抵抗放電動作を開始するまで若干の時間的遅延があるからである。このように第1の抵抗放電手段単独の抵抗放電動作に遅れて第2の抵抗放電手段の抵抗放電動作が実行されるので、図4(a)に示すように直流リンクにおける直流電圧の時間的降下率が異なる。

0059

直流リンクにおける直流電圧が降下し続けると、第2の抵抗放電手段の抵抗放電動作停止レベル(第2の閾値)に到達する。ここで説明する例では、第2の抵抗放電手段の抵抗放電動作停止レベル(第2の閾値)が第1の抵抗放電手段の抵抗放電動作停止レベル(第2の閾値)よりも高いので、第2の抵抗放電手段の抵抗放電動作停止レベル(第2の閾値)に先に到達することになる。第2の抵抗放電手段の抵抗放電動作停止レベル(第2の閾値)まで下降すると、第2の抵抗放電手段は抵抗放電動作を停止する。

0060

このように第2の抵抗放電手段において抵抗放電動作が停止したので、上位放電動作指令手段114は、第1の抵抗放電手段および第2の抵抗放電手段の全てに対して抵抗放電動作の停止を指令する。なお、各抵抗放電手段はこれに対応する電圧検出手段が検出した直流電圧が抵抗放電動作停止レベル(第2の閾値)に達すると抵抗放電動作停止の指令をそれぞれ独自にするので、当該指令を上位放電動作指令手段114が監視することで抵抗放電動作を停止した抵抗放電手段の有無を検知することができ、すなわち、第1の抵抗放電手段および第2の抵抗放電手段のうちどの抵抗放電手段が抵抗放電動作を停止したかを判定することができる。

0061

上位放電動作指令手段114は、第1の抵抗放電手段および第2の抵抗放電手段の全てに対して抵抗放電動作の停止を指令すると、図4(b)に示すように第2の抵抗放電手段に加えて第1の抵抗放電手段も抵抗放電動作を停止することになる。なお、図4(b)に示すように第2の抵抗放電手段よりも遅れて第1の抵抗放電手段が抵抗放電動作を停止しているのは、ここで説明する例では第2の抵抗放電手段の抵抗放電動作の停止を上位放電動作指令手段114が検知した後に、第1の抵抗放電手段および第2の抵抗放電手段に対して抵抗放電動作の停止の指令をしているので、第1の抵抗放電手段が抵抗放電動作を停止するまで若干の時間的遅延があるからである。このように第2の抵抗放電手段の抵抗放電動作の単独停止に遅れて第1の抵抗放電手段の抵抗放電動作の停止が実現されるので、図4(a)に示すように直流リンクにおける直流電圧の降下の時間的降下率が異なる。

0062

上述の回生エネルギーがモータ2において継続して生成され続けた場合、上述の処理がなされて第1の抵抗放電手段および第2の抵抗放電手段どちらも抵抗放電動作が実行されるので、いずれかの抵抗放電手段の抵抗放電動作が行われないといった運転状態のアンバランスは解消される。このように、本発明の第2の実施例によれば、各抵抗放電手段における抵抗放電動作の動作状態に関わらず、全ての抵抗放電手段に対して抵抗放電動作の開始もしくは停止を指令する上位放電動作指令手段を備えることによって、各抵抗放電手段の放電動作のアンバランスが解消され、各抵抗放電手段の発熱量を平準化される。その結果、1つの抵抗放電手段だけが許容温度を超えるといったことはなくなり、複数の抵抗放電手段を有するシステム全体の放電容量が低下することを防止することができる。

0063

次に、上述した上位放電動作指令手段114による少なくとも2つの抵抗放電手段のうちどの抵抗放電手段が抵抗放電動作を開始もしくは停止したかの判定について、具体的な判定方法の一例について説明する。図5は、本発明の第2の実施例によるモータ制御装置における上位放電動作指令手段による抵抗放電動作の開始の判定を説明する図である。また、図6は、本発明の第2の実施例によるモータ制御装置における上位放電動作指令手段による抵抗放電動作の停止の判定を説明する図である。

0064

図5および図6において、抵抗放電手段における抵抗放電動作の運転状態に関しては、実行中(もしくは開始)を「1(真)」とし、停止中を「0()」として表す。また、上位放電動作指令手段114による判定結果に関しては、全ての抵抗放電手段に対する抵抗放電動作の開始について「1(真)」のときは指令し、「0(偽)」のときは指令しないものとする。同様に、全ての抵抗放電手段に対する抵抗放電動作の停止について「0(偽)」のときは指令し、「1(真)」のときは指令しないものとする。

0065

上位放電動作指令手段114による少なくも2つの抵抗放電手段のうちどの抵抗放電手段が抵抗放電動作を開始したかの判定について説明すると次の通りである。上位放電動作指令手段114は、全ての抵抗放電手段に対する抵抗放電動作の開始指令の要否を、全ての抵抗放電手段の運転状態の論理和を演算することによって判定する。すなわち、いずれの抵抗放電手段も抵抗放電動作をしていない場合は、これら抵抗放電手段の運転状態の論理和は「0(偽)」であるが、いずれか1つでも抵抗放電動作を開始すると当該運転動作を開始した抵抗放電手段の運転状態は「1(真)」となり、このとき複数の抵抗放電手段の運転状態の論理和をとると「1(真)」となる。すなわち、図5に示すように、複数の抵抗放電手段の運転状態のうち少なくとも1つが「1(真)」であれば、その論理和は「1(真)」となるので、上位放電動作指令手段114は論理和が「0(偽)」の状態から「1(真)」に切り替わった判定したとき、上位放電動作指令手段114は全ての抵抗放電手段に対して抵抗放電動作の開始を指令する。これにより、全ての抵抗放電手段が抵抗放電動作をすることになり、各抵抗放電手段の運転状態はそれぞれ「1(真)」を示す。一方、複数の抵抗放電手段の全ての運転状態が「0(偽)」であれば、その論理和は「0(偽)」となるので上位放電動作指令手段114は抵抗放電動作の開始を指令しない。

0066

上位放電動作指令手段114による少なくとも2つの抵抗放電手段のうちどの抵抗放電手段が抵抗放電動作を停止したかの判定について説明すると次の通りである。上位放電動作指令手段114は、全ての抵抗放電手段に対する抵抗放電動作の停止指令の要否を、全ての抵抗放電手段の運転状態の論理積を演算することによって判定する。全ての抵抗放電手段が抵抗放電動作をしているとき、各抵抗放電手段の運転状態は「1(真)」である。このとき、いずれか1つでも抵抗放電動作を停止すると当該運転動作を停止した抵抗放電手段の運転状態は「0(偽)」となり、複数の抵抗放電手段の運転状態の論理積をとると「0(偽)」となる。すなわち、図6に示すように、複数の抵抗放電手段の運転状態のうち少なくとも1つが「0(偽)」であれば、その論理積は「0(偽)」となるので、上位放電動作指令手段114は論理積が「1(真)」の状態から「0(偽)」に切り替わった判定したとき、上位放電動作指令手段114は全ての抵抗放電手段に対して抵抗放電動作の停止を指令する。これにより、全ての抵抗放電手段の抵抗放電動作が停止することになり、各抵抗放電手段の運転状態はそれぞれ「0(偽)」を示す。一方、複数の抵抗放電手段の全ての運転状態が「1(真)」のままであれば、その論理積は「1(真)」となるので上位放電動作指令手段114は抵抗放電動作の停止を指令しない。

0067

続いて、本発明の第3の実施例によるモータ制御装置について図7図9を用いて説明する。図7は、本発明の第3の実施例によるモータ制御装置の構成を示す図である。本発明の第3の実施例によるモータ制御装置201は、整流器211と、逆変換器212と、少なくとも2つの抵抗放電手段213−1および213−2と、を備える。なお、図7では一例として抵抗放電手段の個数を2個としたが、抵抗放電手段の個数は本発明を限定するものではなく、複数個であればその他の個数であってもよい。

0068

整流器211は、三相交流入力電源3がある交流入力側から供給された交流電力を整流して直流電力を出力する。また、整流器211は、整流器211の直流出力側である直流リンクにおける直流電圧値を検出する整流器用電圧検出部220を有する。本発明の第3の実施例では、用いられる整流器211の実施形態は特に限定されず、例えば120度通電型整流回路、あるいはPWM制御方式の整流回路などがある。

0069

整流器211と逆変換器212とは、直流リンクを介して接続される。逆変換器212は、例えばPWM逆変換器などのような、内部にスイッチング素子を有する変換回路として構成される。逆変換器212は、直流リンクがある直流入力側から入力される直流電力を、上位制御装置(図示せず)から受信したモータ駆動指令に基づき内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、モータ2を駆動のための所望の電圧および所望の周波数の三相交流電力に変換する。モータ2は、供給された電圧可変および周波数可変の三相交流電力に基づいて動作することになる。また、モータ2の制動時には回生電力が発生するが、上位制御装置から受信したモータ駆動指令に基づき、モータ2で発生した回生電力である交流電力を、直流電力へ変換して直流リンクへ戻す。このように、逆変換器212は、受信したモータ駆動指令に基づき、直流リンクにおける直流電力とモータ2の駆動電力もしくは回生電力である交流電力とを相互電力変換するものである。なお、ここでは、モータ制御装置201で1個のモータ2を駆動制御することを例として取りあげているが、モータの個数は本発明を限定するものではなく、その他の個数であってもよい。モータ2が複数設けられる場合は各モータ2ごとに逆変換器212がそれぞれ設けられる。

0070

モータ制御装置201は少なくとも2つの抵抗放電手段213−1および213−2を有する。各抵抗放電手段213−1および213−2は、直流リンクにそれぞれ接続され、直流リンクの直流電力をそれぞれが分担して抵抗放電する。各抵抗放電手段213−1および213−2は、直流リンクの直流電力を抵抗放電する抵抗放電動作が、所定の条件を満たす場合に実行される。

0071

これら抵抗放電手段213−1および213−2は、それぞれ固有の抵抗放電部、抵抗放電手段用電圧検出部、放電動作判定部、電圧補正量演算部および電圧補正部を備える。

0072

すなわち、抵抗放電手段213−1は、抵抗放電部221−1と、抵抗放電手段用電圧検出部222−1と、放電動作判定部223−1と、電圧補正量演算部224−1と、電圧補正部225−1と、を備える。抵抗放電部221−1は、受信した指令に基づき直流リンクの直流電力を抵抗放電する抵抗放電動作を開始もしくは停止する。抵抗放電手段用電圧検出部222−1は、直流リンクにおける直流電圧値を検出する。電圧補正量演算部224−1は、整流器用電圧検出部220が検出した直流電圧値と抵抗放電手段用電圧検出部222−1が検出した直流電圧値との偏差から、抵抗放電手段用電圧検出部222−1が検出した直流電圧値を整流器用電圧検出部220が検出した直流電圧値に一致させるための補正量を演算する。電圧補正部225−1は、抵抗放電手段用電圧検出部222−1が検出した直流電圧値を、補正量を用いて補正することにより、補正後直流電圧値を生成する。放電動作判定部223−1は、補正後直流電圧値が第1の閾値より大きいと判定したとき抵抗放電部221−1に対して抵抗放電動作の開始を指令し、補正後直流電圧値が第1の閾値より小さい第2の閾値より小さいと判定したとき抵抗放電部221−1に対して抵抗放電動作の停止を指令する。

0073

同様に、抵抗放電手段213−2は、抵抗放電部221−2と、抵抗放電手段用電圧検出部222−2と、放電動作判定部223−2と、電圧補正量演算部224−2と、電圧補正部225−2と、を有する。抵抗放電部221−2は、受信した指令に基づき直流リンクの直流電力を抵抗放電する抵抗放電動作を開始もしくは停止する。抵抗放電手段用電圧検出部222−2は、直流リンクにおける直流電圧値を検出する。電圧補正量演算部224−2は、整流器用電圧検出部220が検出した直流電圧値と抵抗放電手段用電圧検出部222−2が検出した直流電圧値との偏差から、抵抗放電手段用電圧検出部222−2が検出した直流電圧値を整流器用電圧検出部220が検出した直流電圧値に一致させるための補正量を演算する。電圧補正部225−2は、抵抗放電手段用電圧検出部222−2が検出した直流電圧値を、補正量を用いて補正することにより、補正後直流電圧値を生成する。放電動作判定部223−2は、補正後直流電圧値が第1の閾値より大きいと判定したとき抵抗放電部221−2に対して抵抗放電動作の開始を指令し、補正後直流電圧値が第1の閾値より小さい第2の閾値より小さいと判定したとき抵抗放電部221−2に対して抵抗放電動作の停止を指令する。

0074

なお、各抵抗放電部221−1および221−2は、図15を参照して説明したように、抵抗(図7では図示せず)と、放電動作判定部223−1および223−2から抵抗放電動作の開始の指令を受信したとき抵抗を直流リンクに接続し、放電動作判定部223−1および223−2から抵抗放電動作の停止の指令を受信したとき抵抗と直流リンクとの接続を切断するスイッチング素子(図7では図示せず)と、を有する。

0075

また、既に説明したように、既にある整流器211などの機器と、後付けされる抵抗放電手段213−1および213−2との間にある通信インタフェースは通信速度が低速である。したがって、各電圧補正量演算部224−1および224−2による補正量の演算は、例えばモータの駆動を開始する前に実行するのが好ましい。

0076

続いて、抵抗放電手段213−1および213−2の動作について図8および図9を用いて説明する。図8は、図7に示す本発明の第3の実施例によるモータ制御装置における抵抗放電手段内の電圧補正量演算部および電圧補正部を説明する図である。また、図9は、図7に示す本発明の第3の実施例によるモータ制御装置における抵抗放電動作を説明する図であって、図9(a)は抵抗放電動作開始レベルおよび抵抗放電動作停止レベルと直流リンクにおける直流電圧との関係を示し、図9(b)は抵抗放電動作の実行および停止を示す図である。図7の抵抗放電手段213−1および213−2について、図8および図9では、第1の抵抗放電手段および第2の抵抗放電手段とそれぞれ表記する。

0077

直流リンクにおける直流電圧の検出値について、整流器用電圧検出部220ならびに抵抗放電手段用電圧検出部222−1および222−2間で誤差があり、ここでは一例として、図8に示すように、第2の抵抗放電手段(図7の抵抗放電手段213−2)内の抵抗放電手段用電圧検出部222−2による直流電圧の検出値が、整流器用電圧検出部220による直流電圧の検出値よりも大きく、第1の抵抗放電手段(図7の抵抗放電手段213−1)内の抵抗放電手段用電圧検出部222−1による直流電圧の検出値が、整流器用電圧検出部220による直流電圧の検出値よりも小さい場合について説明する。

0078

この場合、第2の抵抗放電手段においては、図8に示すように、電圧補正量演算部224−2は、整流器用電圧検出部220が検出した直流電圧値と抵抗放電手段用電圧検出部222−2が検出した直流電圧値との偏差から、抵抗放電手段用電圧検出部222−2が検出した直流電圧値を整流器用電圧検出部220が検出した直流電圧値に一致させるための補正量を演算する。電圧補正部225−2は、抵抗放電手段用電圧検出部222−2が検出した直流電圧値を、電圧補正量演算部224−2により生成された補正量を用いて補正することにより、補正後直流電圧値を生成する。

0079

同様に、第1の抵抗放電手段においては、図8に示すように、電圧補正量演算部224−1は、整流器用電圧検出部220が検出した直流電圧値と抵抗放電手段用電圧検出部222−1が検出した直流電圧値との偏差から、抵抗放電手段用電圧検出部222−1が検出した直流電圧値を整流器用電圧検出部220が検出した直流電圧値に一致させるための補正量を演算する。電圧補正部225−1は、抵抗放電手段用電圧検出部222−1が検出した直流電圧値を、電圧補正量演算部224−1により生成された補正量を用いて補正することにより、補正後直流電圧値を生成する。

0080

このように、第1の抵抗放電手段および第2の抵抗放電手段内の各電圧補正部225−1および225−2は、第1の抵抗放電手段および第2の抵抗放電手段内の各抵抗放電手段用電圧検出部222−1および222−2−が検出した直流電圧値を、整流器用電圧検出部220による直流電源電圧検出値に一致させるように補正している。

0081

このように補正することにより図9に示すように、各抵抗放電手段の放電動作のアンバランスが解消される。すなわち、第1の抵抗放電手段もしくは第2の抵抗放電手段のうち1つで消費可能な回生エネルギー量がモータ2から回生された場合の抵抗放電動作は次の通りである。

0082

まず、モータ2で生じた回生エネルギーが逆変換器212によって直流電力に変換されると、図9(a)に示すように整流器211と逆変換器212との間の直流リンクにおける直流電圧が上昇し始める。第1の抵抗放電手段および第2の抵抗放電手段内の各電圧補正量演算部224−1および224−2ならびに各電圧補正部225−1および225−2が動作することにより、直流電圧の検出誤差がなくなる。すなわち、図9(a)に示すように、生成される補正後直流電圧値は各電圧補正部225−1および225−2間で一致する。

0083

図9(a)に示すように、各電圧補正部225−1および225−2により生成された同一値の補正後直流電圧値が第1の抵抗放電手段および第2の抵抗放電手段の抵抗放電動作開始レベル(第1の閾値)まで上昇すると、第1の抵抗放電手段および第2の抵抗放電手段は抵抗放電動作を同時に開始する(図9(b))。

0084

第1の抵抗放電手段および第2の抵抗放電手段による抵抗放電動作の開始により、図9(a)に示すように直流リンクにおける直流電圧は下降に転じる。

0085

直流リンクにおける直流電圧が降下し続けると、第1の抵抗放電手段および第2の抵抗放電手段の抵抗放電動作停止レベル(第2の閾値)に到達する。第1の抵抗放電手段および第2の抵抗放電手段の抵抗放電動作停止レベル(第2の閾値)まで下降すると、第1の抵抗放電手段および第2の抵抗放電手段は抵抗放電動作を同時に停止する。

0086

上述の回生エネルギーがモータ2において継続して生成され続けた場合、上述の処理がなされて抵抗放電動作の開始および停止が第1の抵抗放電手段および第2の抵抗放電手段で同時に実行されるので、いずれかの抵抗放電手段の抵抗放電動作が行われないといった運転状態のアンバランスは解消される。このように、本発明の第3の実施例によれば、各抵抗放電手段213−1および213−2内に、電圧補正量演算部224−1および224−2ならびに電圧補正部225−1および225−2をそれぞれ設けることによって、各抵抗放電手段の放電動作のアンバランスが解消され、各抵抗放電手段の発熱量を平準化される。その結果、1つの抵抗放電手段だけが許容温度を超えるといったことはなくなり、複数の抵抗放電手段を有するシステム全体の放電容量が低下することを防止することができる。

0087

なお、モータ制御装置201の定常運転中においては、モータ2の動作状態に応じて直流リンクにおける直流電圧は変動する。一方で、モータ制御装置201の駆動開始前であれば、直流リンクの直流電圧は、整流器211の交流入力側の三相交流に依存するのみで上記のような変動はなく一定値を示すため、各電圧補正量演算部224−1および224−2による補正量の演算は、例えばモータの駆動を開始する前に実行するのが好ましい。

0088

また、整流器用電圧検出部220および抵抗放電手段用電圧検出部222−1および222−2が検出した直流電圧値にフィルタをかけることにより高調波成分を除去した直流分平均値)を得ることもできる。したがって、各電圧補正量演算部224−1および224−2は、整流器用電圧検出部220が検出した直流電圧値から高調波成分を除去した値と抵抗放電手段用電圧検出部222−1および222−2が検出した直流電圧値から高調波成分を除去した値との偏差から、補正量をそれぞれ演算するようにしてもよく、これにより、上述のモータ2の駆動開始直後の直流リンクにおける直流電圧の変動やモータ制御装置の定常運転中のモータ2の動作状態に依存する直流リンクにおける直流電圧の変動の影響を除去することができる。

0089

続いて、本発明の第4の実施例によるモータ制御装置について図10図14を用いて説明する。図10は、本発明の第4の実施例によるモータ制御装置の構成を示す図である。本発明の第4の実施例によるモータ制御装置301は、整流器311と、逆変換器312と、少なくとも2つの抵抗放電手段313−1および313−2と、を備える。なお、図10では一例として抵抗放電手段の個数を2個としたが、抵抗放電手段の個数は本発明を限定するものではなく、複数個であればその他の個数であってもよい。

0090

整流器311は、三相交流入力電源3がある交流入力側から供給された交流電力を整流して直流電力を出力する。本発明の第4の実施例では、用いられる整流器311の実施形態は特に限定されず、例えば120度通電型整流回路、あるいはPWM制御方式の整流回路などがある。

0091

整流器311と逆変換器312とは、直流リンクを介して接続される。逆変換器312は、例えばPWM逆変換器などのような、内部にスイッチング素子を有する変換回路として構成される。逆変換器312は、直流リンクの直流入力側から入力される直流電力を、上位制御装置(図示せず)から受信したモータ駆動指令に基づき内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、モータ2を駆動のための所望の電圧および所望の周波数の三相交流電力に変換する。モータ2は、供給された電圧可変および周波数可変の三相交流電力に基づいて動作することになる。また、モータ2の減速時には回生電力が発生するが、上位制御装置から受信したモータ駆動指令に基づき、モータ2で発生した回生電力である交流電力を、直流電力へ変換して直流リンクへ戻す。このように、逆変換器312は、受信したモータ駆動指令に基づき、直流リンクにおける直流電力とモータ2の駆動電力もしくは回生電力である交流電力とを相互電力変換するものである。なお、ここでは、モータ制御装置301で1個のモータ2を駆動制御することを例として取りあげているが、モータの個数は本発明を限定するものではなく、その他の個数であってもよい。モータ2が複数設けられる場合は各モータ2ごとに逆変換器312がそれぞれ設けられる。

0092

モータ制御装置301は少なくとも2つの抵抗放電手段313−1および313−2を有する。各抵抗放電手段313−1および313−2は、直流リンクにそれぞれ接続され、直流リンクの直流電力をそれぞれが分担して抵抗放電する。各抵抗放電手段313−1および313−2は、直流リンクの直流電力を抵抗放電する抵抗放電動作が、所定の条件を満たす場合に実行される。

0093

これら抵抗放電手段313−1および313−2は、それぞれ固有の抵抗放電部、電圧検出部、放電動作判定部、温度情報生成部および放電動作条件設定部を備える。

0094

すなわち、抵抗放電手段313−1は、抵抗放電部321−1と、電圧検出部322−1と、放電動作判定部323−1と、温度情報生成部324−1と、放電動作条件設定部325−1と、を備える。抵抗放電部321−1は、受信した指令に基づき直流リンクの直流電力を抵抗放電する抵抗放電動作を開始もしくは停止する。電圧検出部322−1は、直流リンクにおける直流電圧値を検出する。温度情報生成部324−1は、抵抗放電部321−1における温度を示す温度情報を生成する。放電動作条件設定部325−1は、温度情報に基づいて、抵抗放電動作開始レベルである第1の閾値を設定する。また、放電動作条件設定部325−1は、温度情報に基づいて、抵抗放電動作停止レベルである第2の閾値を設定する。放電動作判定部323−1は、電圧検出部322−1が検出した直流電圧値が第1の閾値より大きいと判定したとき抵抗放電部321−1に対して抵抗放電動作の開始を指令し、電圧検出部322−1が検出した直流電圧値が第1の閾値よりも小さい第2の閾値より小さいと判定したとき抵抗放電部321−1に対して抵抗放電動作の停止を指令する。

0095

同様に、抵抗放電手段313−2は、抵抗放電部321−2と、電圧検出部322−2と、放電動作判定部323−2と、温度情報生成部324−2と、放電動作条件設定部325−2と、を備える。抵抗放電部321−2は、受信した指令に基づき直流リンクの直流電力を抵抗放電する抵抗放電動作を開始もしくは停止する。電圧検出部322−2は、直流リンクにおける直流電圧値を検出する。温度情報生成部324−2は、抵抗放電部321−2における温度を示す温度情報を生成する。放電動作条件設定部325−2は、温度情報に基づいて、抵抗放電動作開始レベルである第1の閾値を設定する。また、放電動作条件設定部325−2は、温度情報に基づいて、抵抗放電動作停止レベルである第2の閾値を設定する。放電動作判定部323−2は、電圧検出部322−2が検出した直流電圧値が第1の閾値より大きいと判定したとき抵抗放電部321−2に対して抵抗放電動作の開始を指令し、電圧検出部322−2が検出した直流電圧値が第1の閾値よりも小さい第2の閾値より小さいと判定したとき抵抗放電部321−2に対して抵抗放電動作の停止を指令する。

0096

放電動作条件設定部325−1および325−2には、所定の基準温度が予め設定されている。放電動作条件設定部325−1および325−2は、温度情報が示す温度が基準温度よりも高くなったときは、基準温度に対応する第1の閾値および第2の閾値をより高いレベルに設定を変更し、温度情報が示す温度が下降して基準温度に戻ったときは、高いレベルに設定した第1の閾値および第2の閾値を基準温度に対応する第1の閾値および第2の閾値に再設定する。この動作の詳細については後述する。

0097

続いて、抵抗放電手段内の温度情報生成部による温度情報の生成の具体例について図11および図12を用いて説明する。ここでは、第1および第2の具体例ともに、特に抵抗放電手段313−1に関して説明するが、抵抗放電手段313−2についても構成は同様であるので説明は省略する。

0098

図11は、本発明の第4の実施例によるモータ制御装置における温度情報生成部による温度情報の生成の第1の具体例を示す図である。図11に示すように、抵抗放電部321−1は、抵抗Rと、放電動作判定部323−1から抵抗放電動作の開始の指令を受信したとき抵抗Rを直流リンクに接続し、放電動作判定部323−1から抵抗放電動作の停止の指令を受信したとき抵抗Rと直流リンクとの接続を切断するスイッチング素子Sと、還流ダイオードDとを有する。抵抗放電部321−1の構成要素の中で発熱が大きいのは抵抗Rおよびスイッチング素子Sである。

0099

そこで、第1の具体例では、図11に示すように、抵抗放電部321−1内の抵抗Rおよびスイッチング素子Sのうちの少なくとも1つの近傍にサーミスタ31を設けて、サーミスタ31が設けられた当該抵抗Rおよびスイッチング素子Sのうちの少なくとも1つの温度を測定し、このサーミスタ31の出力に基づき、温度情報生成部は温度情報の生成を行う。図11では、一例として抵抗Rおよびスイッチング素子Sの両方にサーミスタ31が設けられる場合を示している。

0100

温度情報生成部324−1は、サーミスタ31の出力に基づき温度情報を生成する。サーミスタ31が抵抗Rもしくはスイッチング素子Sのいずれか一方の近傍に設けられる場合は、温度情報生成部324−1は、当該サーミスタ31の出力に基づき当該サーミスタ31が設けられた素子の温度を示す温度情報を生成する。また、図11に示すように、抵抗Rおよびスイッチング素子Sの両方にサーミスタ31が設けられる場合は、温度情報生成部324−1は、2つのサーミスタ31からの出力を獲得することになるが、この場合は例えば2つのサーミスタ31の出力のうち、温度を測定している素子の許容温度により近い方の出力、もしくは、より高い方の温度を示す出力に基づいて、当該温度を測定している素子の温度を示す温度情報を生成する。

0101

図12は、本発明の第4の実施例によるモータ制御装置における温度情報生成部による温度情報の生成の第2の具体例を示す図である。第2の具体例では、温度情報生成部324−1は、電圧検出部322−1が検出した直流電圧値および放電動作判定部323−1が出力した指令内容に基づき抵抗Rおよびスイッチング素子Sのいずれか一方の温度、または抵抗Rおよびスイッチング素子Sの両方の温度を推定することで温度情報を生成する。すなわち、第2の具体例では、第1の具体例のようなサーミスタ31を設けずに、電圧検出部322−1が検出した直流電圧値および放電動作判定部323−1が出力した指令内容に基づいた温度推定により、温度情報生成部324−1は温度情報の生成を行う。温度推定の一例を説明すると次の通りである。

0102

放電抵抗部321−1内の抵抗Rの損失PR[W]は、電圧検出部322−1が検出した直流電圧値をV[V]、抵抗Rの抵抗値をR[Ω]としたとき、放電動作判定部323−1がオン指令(すなわち抵抗放電動作の開始もしくは実行の指令)を出力する場合および放電動作判定部323−1がオフ指令(すなわち抵抗放電動作の停止の指令)を出力する場合においてそれぞれ式1のように表わせる。

0103

0104

一方、放電抵抗部321−1内のスイッチング素子Sの損失PS[W]は、スイッチング素子Sを例えばIGBTとした場合のコレクタエミッタ間の電圧をVce[V]としたとき、放電動作判定部323−1がオン指令(すなわち抵抗放電動作の開始もしくは実行の指令)を出力する場合および放電動作判定部323−1がオフ指令(すなわち抵抗放電動作の停止の指令)を出力する場合においてそれぞれ式2のように表わせる。

0105

0106

なお、スイッチング素子Sの損失PSは定常損失であるため、上記損失PSにさらにスイッチング損失を加えたものをスイッチング素子Sの損失PSとして定義してもよい。

0107

温度を推定する素子の損失をP[W]、熱抵抗をK[℃/W]、熱時定数τ[秒]とすると、当該温度を推定する素子の温度変化分ΔTは、周波数領域における伝達関数を用いて表すと式3のようになるので、時刻tにおける温度を推定することができる。ここで、P(s)は、温度を推定する素子が抵抗Rである場合は式1に示すPRであり、スイッチング素子Sである場合は式2に示すPSである。

0108

0109

このように、温度情報生成部324−1は、抵抗Rもしくはスイッチング素子Sのいずれか一方の温度、または抵抗Rおよびスイッチング素子Sの両方の温度を式1〜式3に従って推定し、温度推定値が複数の場合は、温度を推定している素子の許容温度により近い温度推定値、もしくはより高い方の温度を示す温度推定値に基づいて、当該温度を推定している素子の温度を示す温度情報を生成する。

0110

続いて、抵抗放電手段313−1および313−2の動作について図13および図14を用いて説明する。図13は、図10図12に示す本発明の第4の実施例によるモータ制御装置における抵抗放電動作を説明する図であって、図13(a)は抵抗放電動作開始レベルおよび抵抗放電動作停止レベルと直流リンクにおける直流電圧との関係を示し、図13(b)は抵抗放電動作の実行および停止を示す図である。また、図14は、図10図12に示す本発明の第4の実施例によるモータ制御装置における抵抗放電動作を説明する図であって、図14(a)は抵抗放電動作開始レベルおよび抵抗放電動作停止レベルと直流リンクにおける直流電圧との関係を示し、図14(b)は抵抗放電動作の実行および停止を示す図である。図10図12の抵抗放電手段313−1および313−2について、図13および図14では、第1の抵抗放電手段および第2の抵抗放電手段とそれぞれ表記する。

0111

放電動作条件設定部325−1および325−2は、温度情報が示す温度が基準温度よりも高いときは、温度情報が示す温度が高くなればなるほど、第1の閾値のみまたは第1の閾値および第2の閾値の両方を、より高いものに順次変更して再設定する。ここで、第1の閾値のみを順次変更する場合は、放電動作条件設定部325−1および325−2は、温度情報が示す温度が下降して基準温度に戻ったときは、上記高いレベルに再設定した第1の閾値を、基準温度に対応する第1の閾値に再設定する。また、第1の閾値および第2の閾値の両方を順次変更する場合は、放電動作条件設定部325−1および325−2は、温度情報が示す温度が下降して基準温度に戻ったときは、上記高いレベルに再設定した第1の閾値および第2の閾値の両方を、基準温度に対応する第1の閾値および第2の閾値の両方に再設定する。

0112

第1の抵抗放電手段もしくは第2の抵抗放電手段のうち1つで消費しきれる量の回生エネルギーがモータ2から回生された場合の抵抗放電動作は次の通りである。

0113

抵抗放電動作開始レベルおよび抵抗放電動作停止レベルについて抵抗放電手段間で誤差があり、初期状態として、既に説明した図2(a)に示すように、第2の抵抗放電手段の抵抗放電動作開始レベル(第1の閾値)および抵抗放電動作停止レベル(第2の閾値)が、第1の抵抗放電手段の抵抗放電動作開始レベル(第1の閾値)および抵抗放電動作停止レベル(第2の閾値)よりも高い場合について説明する。抵抗放電動作開始レベル(第1の閾値)および抵抗放電動作停止レベル(第2の閾値)が図2(a)に示すレベルあるときの温度を「基準温度」とする。図2(a)の場合、第1の抵抗放電手段は抵抗放電動作を行うが第2の抵抗放電手段は抵抗放電動作を行わないといったアンバランスな運転状態となる。したがって、この場合、第1の抵抗放電手段の発熱量は、第2の抵抗放電手段の発熱量に比べて大きくなり、第1の抵抗放電手段の温度が上昇する。

0114

第1の抵抗放電手段内の温度情報生成部324−1は、抵抗放電部321−1における温度を示す温度情報を生成し、第2の抵抗放電手段内の温度情報生成部324−2は、抵抗放電部321−2における温度を示す温度情報を生成するが、上記の通り第1の抵抗放電手段のみ抵抗放電動作を行うので、第1の抵抗放電手段内の温度情報生成部324−1が生成する温度情報は、抵抗放電部321−1における温度が徐々に上昇していることを示すものとなる。一方、第1の抵抗放電手段は抵抗放電動作を行わないので、第2の抵抗放電手段内の温度情報生成部324−2が生成する温度情報は、抵抗放電部321−2の温度上昇を示すものとはならない。

0115

第1の抵抗放電手段内の放電動作条件設定部325−1は、温度情報が示す温度が基準温度よりも高くなったときは、図2(a)に示す基準温度に対応する抵抗放電動作開始レベルである第1の閾値および抵抗放電動作停止レベルである第2の閾値を、より高いレベルに設定を変更する。一方、第2の抵抗放電手段内の放電動作条件設定部325−2は、上記の通り第2の抵抗放電手段で温度上昇がないことから、抵抗放電動作開始レベルおよび抵抗放電動作停止レベルは変更されない。

0116

放電動作条件設定部325−1は、温度上昇が続くとそれにつれて抵抗放電動作開始レベルおよび抵抗放電動作停止レベルをより高いものに順次設定変更していく。図13(a)に示すように、第1の抵抗放電手段における抵抗放電動作開始レベルが、設定変更のない第2の抵抗放電手段における抵抗放電動作開始レベルよりも高くなったときにおいてもなお、回生エネルギーがモータ2において継続して生成され続けた場合は、直流リンクにおける直流電圧も上昇していくが、この直流電圧が第2の抵抗放電手段における抵抗放電動作開始レベルに達すると、第2の抵抗放電手段は抵抗放電動作を開始する(図13(b))。

0117

第2の抵抗放電手段による抵抗放電動作の開始により、図13(a)に示すように直流リンクにおける直流電圧は下降に転じる。

0118

直流リンクにおける直流電圧が降下し続けると、第2の抵抗放電手段の抵抗放電動作停止レベル(第2の閾値)に到達する。第2の抵抗放電手段の抵抗放電動作停止レベル(第2の閾値)まで下降すると、第2の抵抗放電手段は抵抗放電動作を停止する。温度情報が示す温度が下降して基準温度に戻ったときは、高いレベルに再設定した抵抗放電動作開始レベル(第1の閾値)および抵抗放電動作停止レベル(第2の閾値)の両方を、基準温度に対応する抵抗放電動作開始レベル(第1の閾値)および抵抗放電動作停止レベル(第2の閾値)にそれぞれ再設定する。

0119

このように、本発明の第4の実施例によれば、図2を参照して説明した場合とは異なり、第2の抵抗放電手段が抵抗放電動作を行い、第1の抵抗放電手段は抵抗放電動作を行わない状態となる。第2の抵抗放電手段のみ抵抗放電動作を行うので、第2の抵抗放電手段の発熱が大きくなり、第2の抵抗放電手段の温度が上昇していく。第2の抵抗放電手段の温度上昇が継続すると、第2の抵抗放電手段内の放電動作条件設定部325−2により第2の抵抗放電手段の抵抗放電動作開始レベルがより高いものに設定変更されていき、第2の抵抗放電手段における抵抗放電動作開始レベルが第1の抵抗放電手段における抵抗放電動作開始レベルよりも高い図2(a)の状態に戻る。温度情報が示す温度が下降して基準温度に戻ったときは、高いレベルに再設定した抵抗放電動作開始レベルおよび抵抗放電動作停止レベルの両方を、基準温度に対応する抵抗放電動作開始レベルおよび抵抗放電動作停止レベルにそれぞれ再設定する。上述のような抵抗放電動作開始レベルおよび抵抗放電動作停止レベルの設定変更を、第1の抵抗放電手段と第2の抵抗放電手段とで交互に繰り返すことにより、中長期的時間平均でみれば第1の抵抗放電手段と第2の抵抗放電手段とが同じ発熱量となる。

0120

また、図14(a)に示すように、第1の抵抗放電手段の抵抗放電動作開始レベルもしくは第2の抵抗放電手段の抵抗放電動作開始レベルを高く設定変更した際に、これら2つの抵抗放電動作開始レベルが一致する状況が生じることがある。この場合は第1の抵抗放電手段および第2の抵抗放電手段は次のように動作する。

0121

すなわち、図14(a)に示すように第1の抵抗放電手段の抵抗放電動作開始レベルと第2の抵抗放電手段の抵抗放電動作開始レベルとが一致した場合において、回生エネルギーがモータ2において継続して生成され続けた場合は、直流リンクにおける直流電圧も上昇していく。第1の抵抗放電手段および第2の抵抗放電手段の抵抗放電動作開始レベルまで上昇すると、第1の抵抗放電手段および第2の抵抗放電手段は抵抗放電動作を同時に開始する(図14(b))。

0122

第1の抵抗放電手段および第2の抵抗放電手段による抵抗放電動作の開始により、図14(a)に示すように直流リンクにおける直流電圧は下降に転じる。

0123

直流リンクにおける直流電圧が降下し続けると、第1の抵抗放電手段および第2の抵抗放電手段の抵抗放電動作停止レベルに到達する。第1の抵抗放電手段および第2の抵抗放電手段の抵抗放電動作停止レベルまで下降すると、第1の抵抗放電手段および第2の抵抗放電手段は抵抗放電動作を同時に停止する。

0124

このように、本発明の第4の実施例によれば、各抵抗放電手段313−1および313−2内に、温度情報生成部324−1および324−2ならびに放電動作条件設定部325−1および325−2をそれぞれ設けることによって、各抵抗放電手段の放電動作のアンバランスが解消され、各抵抗放電手段の発熱量を平準化される。その結果、1つの抵抗放電手段だけが許容温度を超えるといったことはなくなり、複数の抵抗放電手段を有するシステム全体の放電容量が低下することを防止することができる。

0125

なお、上述の例では、抵抗放電動作開始レベルおよび抵抗放電動作停止レベルの両方を設定変更するようにしたが、抵抗放電動作開始レベルのみ設定変更するようにしても上記と同様の効果を得ることができる。

0126

本発明は、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を駆動するモータ制御装置として、入力された交流直流に変換する整流器と、直流変換部から出力された直流を各モータの駆動電力としてそれぞれ供給される交流に変換する逆変換器とを有するものにおいて、整流器と逆変換器との間にある直流リンクに少なくとも2つの抵抗放電手段が設けられ、モータ減速時に生じる回生エネルギーを抵抗放電手段内の抵抗の熱エネルギーとして消費させるモータ制御装置に適用することができる。

0127

1モータ制御装置
11整流器
12逆変換器
13−1、13−2抵抗放電手段
21−1、21−2 抵抗放電部
22−1、22−2電圧検出部
23−1、23−2放電動作判定部
31サーミスタ
101 モータ制御装置
111 整流器
112 逆変換器
113−1、113−2 抵抗放電手段
114 上位放電動作指令手段
121−1、121−2 抵抗放電部
122−1、122−2 電圧検出部
123−1、123−2 放電動作判定部
201 モータ制御装置
211 整流器
212 逆変換器
213−1、213−2 抵抗放電手段
220 整流器用電圧検出器
221−1、221−2 抵抗放電部
222−1、222−2 抵抗放電手段用電圧検出部
223−1、223−2 放電動作判定部
224−1、224−2電圧補正量演算部
225−1、225−2電圧補正部
301 モータ制御装置
311 整流器
312 逆変換器
313−1、313−2 抵抗放電手段
321−1、321−2 抵抗放電部
322−1、322−2 電圧検出部
323−1、323−2 放電動作判定部
324−1、324−2温度情報生成部
325−1、325−2 放電動作条件設定部
D還流ダイオード
R抵抗
S スイッチング素子

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