專利名稱：具有能量存儲(chǔ)部的電動(dòng)機(jī)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及把來自交流電源的交流電力變換為直流電力后再變換為交流電力，將其作為驅(qū)動(dòng)電力的控制電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)控制裝置，特別涉及具有能夠存儲(chǔ)從交流電源供給的電力以及從電動(dòng)機(jī)再生的電力，并向電動(dòng)機(jī)供給存儲(chǔ)的電力的能量存儲(chǔ)部的電動(dòng)機(jī)控制裝置。
背景技術(shù)：
在機(jī)床系統(tǒng)中，針對(duì)機(jī)床的每一個(gè)驅(qū)動(dòng)軸具有伺服電動(dòng)機(jī)(以下簡(jiǎn)稱“電動(dòng)機(jī)”)，通過電動(dòng)機(jī)控制裝置驅(qū)動(dòng)控制這些電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)控制裝置對(duì)于驅(qū)動(dòng)機(jī)床的驅(qū)動(dòng)軸的控制軸數(shù)量的電動(dòng)機(jī)指示并控制電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的位置、速度或者轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)控制裝置具有作為把三相的工頻交流電力變換為直流電力的交流一直流變換器的變換器電路、和在該變換器電路的直流側(cè)連接的、作為把從變換器電路輸出的直流電力變換為作為電動(dòng)機(jī)部的驅(qū)動(dòng)電力供給的希望的頻率的交流電力的直流一交流變換器的逆變器電路，控制在該逆變器電路的交流側(cè)連接的電動(dòng)機(jī)部的電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的位置、速度或者轉(zhuǎn)矩。為了向與機(jī)床中的多個(gè)驅(qū)動(dòng)軸對(duì)應(yīng)地分別設(shè)置的各電動(dòng)機(jī)個(gè)別地供給驅(qū)動(dòng)電力，多數(shù)情況下設(shè)置與電動(dòng)機(jī)的個(gè)數(shù)相同個(gè)數(shù)的逆變器電路。另一方面，為減小電動(dòng)機(jī)控制裝置的成本和占有空間，多數(shù)情況下對(duì)于多個(gè)逆變器電路設(shè)置一個(gè)變換器電路。也就是說，在電動(dòng)機(jī)控制裝置中，通過用單一的變換器電路向多個(gè)逆變器電路供給直流電力，與設(shè)置多個(gè)變換器電路的情況相比，能夠減少成本和占有空間。在如上述那樣構(gòu)成的電動(dòng)機(jī)控制裝置中，為了能夠穩(wěn)定而且可靠地驅(qū)動(dòng)多個(gè)電動(dòng)機(jī)部，需要對(duì)于這些多個(gè)電動(dòng)機(jī)部的各個(gè)電動(dòng)機(jī)部可靠地供給足夠的驅(qū)動(dòng)電力，所以需要選定把三相工頻交流電力變換為直流電力的變換器電路的最大輸出比這些多個(gè)電動(dòng)機(jī)的最大輸出的合計(jì)值大的變換器電路。根據(jù)情況，有時(shí)增大交流電源的容量。因此，為減小交流電源的容量以及變換器電路的容量，在變換器電路的直流側(cè)和逆變器電路的直流側(cè)，有時(shí)設(shè)置能夠存儲(chǔ)從交流電源供給的電力以及從電動(dòng)機(jī)再生的電力，并把存儲(chǔ)的電力再次供給電動(dòng)機(jī)的能量存儲(chǔ)部。此外，在這種情況下，因?yàn)樾枰褟碾妱?dòng)機(jī)再生的交流電力變換為能夠通過能量存儲(chǔ)部存儲(chǔ)的直流電力，所以逆變器電路構(gòu)成為不僅可以把直流電力變換為交流電力，而且也可以把交流電力變換為直流電力的、即能夠進(jìn)行交直流雙向變換的半導(dǎo)體電力變換器。通過設(shè)置這樣的能量存儲(chǔ)部，降低交流電源的最大輸出或者變換器電路的最大變換輸出(以下簡(jiǎn)稱“峰值”)，由此，減小交流電源的容量以及變換器電路的容量。作為能量存儲(chǔ)部，例如有電容器。另外，有時(shí)作為日本特開2008 - 023599號(hào)公報(bào)中記載的那樣的能量存儲(chǔ)部，也使用飛輪。在日本特開2008 - 023599號(hào)公報(bào)中記載的發(fā)明，是綜合控制在交流電源上連接的變換器電路的直流側(cè)的電壓、向多個(gè)電動(dòng)機(jī)流過電流的多個(gè)逆變器電路的直流側(cè)的電壓、和在變換器電路的直流側(cè)以及逆變器電路的直流側(cè)連接的飛輪存儲(chǔ)裝置的電壓的技術(shù)。[0009]在具有這樣的能量存儲(chǔ)部的電動(dòng)機(jī)控制裝置中，檢測(cè)從變換器電路向逆變器電路 流入的直流電流，使用該直流電流的檢測(cè)值計(jì)算電動(dòng)機(jī)消耗或者從電動(dòng)機(jī)再生的功率，根 據(jù)該功率進(jìn)行在能量存儲(chǔ)部中存儲(chǔ)電力或者從能量存儲(chǔ)部輸出電力的控制。為在能量存儲(chǔ) 部的控制中使用該直流電流的檢測(cè)值，在電動(dòng)機(jī)控制裝置中設(shè)置用于從直流電流的檢測(cè)值 中除去噪聲成分的濾波器。但是，通過該濾波器，電流檢測(cè)值變得在時(shí)間上有延遲。另外，由 于控制系統(tǒng)以及能量存儲(chǔ)部本來具有的特性，從檢測(cè)出直流電流起到能量存儲(chǔ)部開始蓄電 動(dòng)作或者供給動(dòng)作為止，在時(shí)間上必定產(chǎn)生延遲。能量存儲(chǔ)部使用上述那樣具有延遲的電 流檢測(cè)值來動(dòng)作，所以對(duì)于指令值的應(yīng)答延遲必然變大。由于這樣的延遲，不太能降低交流 電源或者變換器電路的峰值，因此，不太能夠減小交流電源的容量以及變換器電路的容量。實(shí)用新型內(nèi)容[0010]鑒于上述問題，本實(shí)用新型的目的是提供一種電動(dòng)機(jī)控制裝置，其具有把來自交 流電源的交流電力變換為直流電力的變換器電路、把直流電力變換為用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的交 流電力或者把從電動(dòng)機(jī)再生的交流電力變換為直流電力的逆變器電路、和存儲(chǔ)或者輸出直 流電力的能量存儲(chǔ)部，其能夠減小交流電源的容量以及變換器電路的容量，小型而且成本 低。[0011]為實(shí)現(xiàn)上述目的，在本實(shí)用新型中，電動(dòng)機(jī)控制裝置具有:把交流電力變換為直流 電力的變換器電路；在變換器電路的直流側(cè)連接的、把直流電力變換為用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的 交流電力或者把從電動(dòng)機(jī)再生的交流電力變換為直流電力的逆變器電路；在變換器電路以 及逆變器電路的直流側(cè)連接的、存儲(chǔ)或者輸出直流電力的能量存儲(chǔ)部；和根據(jù)對(duì)電動(dòng)機(jī)指 示角度、角速度或者角加速度的電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令，控制能量存儲(chǔ)部應(yīng)該存儲(chǔ)或者輸出的直 流電力量的控制部。[0012]控制部具有根據(jù)電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令計(jì)算在電動(dòng)機(jī)中消耗的或者從電動(dòng)機(jī)再生的功 率的預(yù)測(cè)值的功率計(jì)算部、和控制能量存儲(chǔ)部使直流電力量跟蹤上述預(yù)測(cè)值的能量控制 部。另外，控制部具有電流指令值制作部，它使用電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令和與電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)相關(guān)的 檢測(cè)值，制作對(duì)于逆變器電路的電流指令值，該電流指令值是使逆變器電路輸出為使電動(dòng) 機(jī)遵照電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令動(dòng)作所需要的交流電流的指令值。[0013]功率計(jì)算部也可以將對(duì)于上述逆變器電路的電流指令值、作為關(guān)于電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn) 的檢測(cè)值而針對(duì)電動(dòng)機(jī)檢測(cè)出的角速度、和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)相乘來計(jì)算預(yù)測(cè)值?；蛘撸?率計(jì)算部也可以將作為電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令的角速度指令值、對(duì)該角速度指令值進(jìn)行微分所得 到的角加速度指令值、和電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸具有的慣量相乘來計(jì)算預(yù)測(cè)值。[0014]另外，在變換器電路相互變換來自交流電源的交流電力和直流電力時(shí)，能量控制 部也可以在不超過變換器電路能夠相互變換交流電力和直流電力的、變換器電路具有的最 大變換允許功率的范圍內(nèi)，控制能量存儲(chǔ)部應(yīng)該存儲(chǔ)或者輸出的直流電力量?；蛘?，在變換 器電路相互變換來自交流電源的交流電力和直流電力時(shí)，能量控制部也可以在不超過在變 換器電路上連接的交流電源能夠向變換器電路供給的最大供給功率的范圍內(nèi)，控制能量存 儲(chǔ)部應(yīng)該存儲(chǔ)或者輸出的直流電力量。[0015]能量存儲(chǔ)部也可以由在變換器電路以及逆變器電路的直流側(cè)連接的電容器組成。在這種情況下，能量存儲(chǔ)部根據(jù)功率計(jì)算部算出的預(yù)測(cè)值，控制電容器應(yīng)該存儲(chǔ)或者輸出的直流電力量。也就是說，在這種情況下，能量存儲(chǔ)部具有:在變換器電路以及逆變器電路的直流側(cè)連接的電容器；和根據(jù)基于功率計(jì)算部算出的預(yù)測(cè)值的來自能量控制部的指令進(jìn)行控制，使電容器存儲(chǔ)或者輸出直流電力的電容器控制部?；蛘撸芰看鎯?chǔ)部也可以由具有慣量的電動(dòng)機(jī)；直流側(cè)與變換器電路以及逆變器電路的直流側(cè)連接、交流側(cè)與具有慣量的電動(dòng)機(jī)的輸入端連接的具有慣量的電動(dòng)機(jī)用的逆變器電路；檢測(cè)具有慣量的電動(dòng)機(jī)的速度的電動(dòng)機(jī)速度檢測(cè)部；和具有慣量的電動(dòng)機(jī)用的控制部組成，后者使用該預(yù)測(cè)值和從電動(dòng)機(jī)速度檢測(cè)部接收的具有慣量的電動(dòng)機(jī)的速度的檢測(cè)值，制作用于使直流電力量跟蹤該預(yù)測(cè)值的對(duì)于具有慣量的電動(dòng)機(jī)用的逆變器電路的電流指令值。

通過參照以下的附圖，能夠更加明確地理解本實(shí)用新型。圖1是表示在本實(shí)用新型的實(shí)施例中驅(qū)動(dòng)控制一個(gè)電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)控制裝置的框圖。圖2是表示在本實(shí)用新型的實(shí)施例中驅(qū)動(dòng)控制多個(gè)電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)控制裝置的框圖。圖3是表示本實(shí)用新型的實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)控制裝置的動(dòng)作流程的流程圖。圖4是說明本實(shí)用新型的實(shí)施例中的功率預(yù)測(cè)值的計(jì)算的第一方法的框圖。圖5是說明本實(shí)用新型的實(shí)施例中的功率預(yù)測(cè)值的計(jì)算的第二方法的框圖。圖6是說明本實(shí)用新型的實(shí)施例中的能量存儲(chǔ)部的第一具體例的框圖。圖7是說明本實(shí)用新型的實(shí)施例中的能量存儲(chǔ)部的第二具體例的框圖。圖8是說明在應(yīng)用本實(shí)用新型的實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)控制裝置的情況下抑制從交流電源供給的交流電力的峰值的圖，是關(guān)于沒有能量存儲(chǔ)部的情況、有能量存儲(chǔ)部的現(xiàn)有技術(shù)、以及本實(shí)用新型的各種情況的波形圖。
具體實(shí)施方式
下面，參照附圖說明具有能量存儲(chǔ)部的電動(dòng)機(jī)控制裝置。但是，希望理解，本實(shí)用新型不限于附圖或者以下要說明的實(shí)施方式。例如在機(jī)床系統(tǒng)中針對(duì)機(jī)床的每一個(gè)驅(qū)動(dòng)軸設(shè)置電動(dòng)機(jī)(伺服電動(dòng)機(jī))，但是在這種情況下，作為電動(dòng)機(jī)控制裝置，為了向各電動(dòng)機(jī)個(gè)別地供給驅(qū)動(dòng)電力，設(shè)置與電動(dòng)機(jī)的個(gè)數(shù)相同數(shù)目的逆變器電路，為了減小電動(dòng)機(jī)控制裝置的成本和占有空間，對(duì)于多個(gè)逆變器電路設(shè)置一個(gè)變換器電路。在以下要說明的本實(shí)用新型的實(shí)施例中，說明驅(qū)動(dòng)控制一個(gè)電動(dòng)機(jī)(伺服電動(dòng)機(jī))的電動(dòng)機(jī)控制裝置，但是如后所述，本實(shí)用新型也可以應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)控制多個(gè)電動(dòng)機(jī)的情況。也就是說，驅(qū)動(dòng)控制的電動(dòng)機(jī)的個(gè)數(shù)不限于本實(shí)用新型，也可以是多個(gè)。下面假定在不同的附圖中被附以相同的參照符號(hào)以及給相同的參照符號(hào)附以子編號(hào)的部分表示是具有相同功能的結(jié)構(gòu)要素。圖1是表示在本實(shí)用新型的實(shí)施例中驅(qū)動(dòng)控制一個(gè)電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)控制裝置的框圖。在圖1表示的例子中，設(shè)機(jī)床的控制軸數(shù)是一個(gè)，所以設(shè)置一個(gè)電動(dòng)機(jī)2，電動(dòng)機(jī)控制裝置I驅(qū)動(dòng)控制該電動(dòng)機(jī)2。[0029]如圖1所示，本實(shí)用新型的實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)控制裝置I具有:把來自交流電源3的 交流電力變換為直流電力的變換器電路11;在變換器電路11的直流側(cè)連接的、把直流電力 變換為用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)2的交流電力或者把從電動(dòng)機(jī)2再生的交流電力變換為直流電力的 逆變器電路12 ;在變換器電路11以及逆變器電路12的直流側(cè)連接的、存儲(chǔ)或者輸出直流 電力的能量存儲(chǔ)部13 ;和根據(jù)指示電動(dòng)機(jī)2的動(dòng)作的電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令來控制能量存儲(chǔ)部13 應(yīng)該存儲(chǔ)或者輸出的直流電力量的控制部14?？刂撇?4由能夠進(jìn)行處理判斷的處理器構(gòu) 成。關(guān)于電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令，在后面說明。[0030]指令制作部24制作指示電動(dòng)機(jī)2的動(dòng)作的電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令，向控制部14內(nèi)的電 流指令值制作部21輸入該電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令。[0031]在電動(dòng)機(jī)2內(nèi)設(shè)置用于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)2的速度的速度檢測(cè)部31。這里，速度 檢測(cè)部31雖然設(shè)定為檢測(cè)旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)2的速度，但是也可以檢測(cè)在電動(dòng)機(jī)2的旋轉(zhuǎn)軸上 連接的機(jī)床的控制軸的旋轉(zhuǎn)速度。另外，這里使用檢測(cè)電動(dòng)機(jī)2或者控制軸的旋轉(zhuǎn)速度的 速度檢測(cè)部31，但是也可以使用檢測(cè)電動(dòng)機(jī)2的旋轉(zhuǎn)位置或者在電動(dòng)機(jī)2上連接的控制軸 的位置的位置檢測(cè)部。速度檢測(cè)部也好，位置檢測(cè)部也好，在電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸或者連接了電 動(dòng)機(jī)的機(jī)床的控制軸上例如連接分度標(biāo)尺(scale)或者旋轉(zhuǎn)編碼器來檢測(cè)位置或者速度。 如果對(duì)位置檢測(cè)值進(jìn)行微分，則得到速度檢測(cè)值，如果對(duì)速度檢測(cè)值進(jìn)行積分，則得到位置 檢測(cè)值，有這樣的關(guān)系。[0032]控制部14具有電流指令值制作部21、功率計(jì)算部22和能量控制部23。電流指令 值制作部21使用通過指令制作部24制作的電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令和通過速度檢測(cè)部31檢測(cè)出 的關(guān)于電動(dòng)機(jī)2的旋轉(zhuǎn)的檢測(cè)值，制作對(duì)于逆變器電路12的電流指令值，該電流指令值是 使逆變器電路12輸出為使電動(dòng)機(jī)2遵照電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令進(jìn)行動(dòng)作所需要的交流電流的指 令值。功率計(jì)算部22根據(jù)電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令，計(jì)算在電動(dòng)機(jī)2中消耗或者從電動(dòng)機(jī)2再生的 功率的預(yù)測(cè)值。能量控制部23控制能量存儲(chǔ)部13，以使能量存儲(chǔ)部13應(yīng)該存儲(chǔ)或者輸出 的直流電力量跟蹤通過功率計(jì)算部22算出的預(yù)測(cè)值。[0033]圖2是表示在本實(shí)用新型的實(shí)施例中驅(qū)動(dòng)控制多個(gè)電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)控制裝置的 框圖。在圖2表示的例子中，因?yàn)樵O(shè)機(jī)床的控制軸數(shù)是兩個(gè)，所以設(shè)置兩個(gè)電動(dòng)機(jī)2 — I以 及2 — 2，電動(dòng)機(jī)控制裝置I驅(qū)動(dòng)控制這些電動(dòng)機(jī)2 — I以及2 — 2。[0034]如圖2所示，本實(shí)用新型的實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)控制裝置I具有:把來自交流電源3的 交流電力變換為直流電力的變換器電路11;在變換器電路11的直流側(cè)連接的、分別把直流 電力變換為用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)2 — I以及2 — 2的交流電力或者把從電動(dòng)機(jī)2 — I以及2 — 2再生的交流電力變換為直流電力的逆變器電路12 — I以及12 — 2 ;分別在變換器電路11 以及逆變器電路12 — I以及12 — 2的直流側(cè)連接的、存儲(chǔ)或者輸出直流電力的能量存儲(chǔ) 部13 — I以及13 — 2 ;和分別根據(jù)指不電動(dòng)機(jī)2 — I以及2 — 2的動(dòng)作的電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指 令，控制能量存儲(chǔ)部13 — I以及13 — 2應(yīng)該存儲(chǔ)或者輸出的直流電力量的控制部14 -1 以及14 — 2。[0035]指令制作部24 — I以及24 — 2分別制作指示電動(dòng)機(jī)2 — I以及2 — 2的動(dòng)作的 電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令，向控制部14 一 I以及14 一 2內(nèi)的電流指令值制作部21 — I以及21 — 2輸入該電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令。在電動(dòng)機(jī)2 — I以及2 — 2內(nèi)分別設(shè)置用于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)2-1以及2-2的速度的速度檢測(cè)部31-1以及31-2?？刂撇?4 -1具有電流指令值制作部21 - 1、功率計(jì)算部22 — 1、和能量控制部23 -1?？刂撇?4 - 2具有電流指令值制作部21 - 2、功率計(jì)算部22 — 2、和能量控制部23 - 2。電流指令值制作部21 — I以及21 — 2使用通過指令制作部24 — I以及24 — 2制作的電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令和通過速度檢測(cè)部31 -1以及31 — 2檢測(cè)出的關(guān)于電動(dòng)機(jī)2 -1以及2 — 2的旋轉(zhuǎn)的檢測(cè)值，制作對(duì)于逆變器電路12 — I以及12 — 2的電流指令值，該電流指令值是使逆變器電路12 — I以及12 — 2輸出為使電動(dòng)機(jī)2 — I以及2 — 2遵照電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令進(jìn)行動(dòng)作所需要的交流電流的指令值。功率計(jì)算部22 — I以及22 — 2根據(jù)電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令計(jì)算在電動(dòng)機(jī)2 — I以及2 — 2中消耗或者從電動(dòng)機(jī)2 — I以及2 — 2再生的功率的預(yù)測(cè)值。能量控制部23 — I以及23 — 2控制能量存儲(chǔ)部13 — I以及13 — 2，以使能量存儲(chǔ)部13 — I以及13 — 2應(yīng)該存儲(chǔ)或者輸出的直流電力量跟蹤通過功率計(jì)算部22 — I以及22 — 2算出的預(yù)測(cè)值。下面更加詳細(xì)地說明圖1表示的驅(qū)動(dòng)控制一個(gè)電動(dòng)機(jī)2的電動(dòng)機(jī)控制裝置I的各部。此外，如上所述，在不同的附圖中被附以相同參照符號(hào)的部分以及對(duì)相同參照符號(hào)附以子編號(hào)的部分表示是具有相同功能的結(jié)構(gòu)要素，所以以下關(guān)于電動(dòng)機(jī)控制裝置的各部的說明也適用于作為一例所表不的圖2那樣的控制多個(gè)電動(dòng)機(jī)的情況。圖3是表示本實(shí)用新型的實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)控制裝置的動(dòng)作流程的流程圖。在步驟S101，控制部14接收通過指令制作部24制作的指示電動(dòng)機(jī)2的動(dòng)作的電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令。在電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令中有指示電動(dòng)機(jī)(伺服電動(dòng)機(jī))的旋轉(zhuǎn)位置的指令和指示電動(dòng)機(jī)(伺服電動(dòng)機(jī))的旋轉(zhuǎn)速度的指令。此外，這里假定速度檢測(cè)部31檢測(cè)旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)2的速度，但是在檢測(cè)連接了電動(dòng)機(jī)2的旋轉(zhuǎn)軸的機(jī)床的控制軸的旋轉(zhuǎn)速度的情況下，電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令成為指示機(jī)床的控制軸的旋轉(zhuǎn)位置的指令、或者指示機(jī)床的控制軸的旋轉(zhuǎn)速度的指令。在步驟S102，速度檢測(cè)部31檢測(cè)旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)2的速度。此外，步驟SlOl以及步驟S102的處理的順序不限于本實(shí)用新型，這些處理的順序反過來也可以，或者同時(shí)進(jìn)行也可以。在步驟S103，控制部14內(nèi)的功率計(jì)算部22根據(jù)電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令計(jì)算電動(dòng)機(jī)2中消耗的或者從電動(dòng)機(jī)2再生的功率的預(yù)測(cè)值。關(guān)于預(yù)測(cè)值的具體的計(jì)算式，在后面說明。控制部14內(nèi)的能量控制部23在步驟S104根據(jù)預(yù)測(cè)值制作功率指令值，在步驟S105向能量存儲(chǔ)部13發(fā)送功率指令值。即，能量控制部23控制能量存儲(chǔ)部13，以使能量存儲(chǔ)部13應(yīng)該存儲(chǔ)或者輸出的直流電力量跟蹤通過功率計(jì)算部22算出的預(yù)測(cè)值。另一方面，能量存儲(chǔ)部13在步驟S201接收從控制部14內(nèi)的能量控制部23發(fā)送的功率指令值。接收到功率指令值的能量存儲(chǔ)部13從電動(dòng)機(jī)2或者交流電源3側(cè)取入與功率指令值對(duì)應(yīng)的直流電力并存儲(chǔ)，或者為了在電動(dòng)機(jī)2中消耗或者向交流電源3側(cè)再生而輸出(供給)與功率指令值對(duì)應(yīng)的直流電力。在步驟S106，控制部14內(nèi)的電流指令值制作部21，使用通過指令制作部24制作的電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令和通過速度檢測(cè)部31檢測(cè)出的關(guān)于電動(dòng)機(jī)2的旋轉(zhuǎn)的檢測(cè)值，制作對(duì)于逆變器電路12的電流指令值。該電流指令值是使逆變器電路12輸出為使電動(dòng)機(jī)2遵照電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令進(jìn)行動(dòng)作所需要的交流電流的指令值。如上所述，在電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令中有指示電動(dòng)機(jī)(伺服電動(dòng)機(jī))的旋轉(zhuǎn)位置的指令、和指示電動(dòng)機(jī)(伺服電動(dòng)機(jī))的旋轉(zhuǎn)速度的指令。例如在指令制作部24指示電動(dòng)機(jī)2的速度的情況下，電流指令值制作部21根據(jù)指令制作部24制作的速度指令值、和速度檢測(cè)部31檢測(cè)出的速度檢測(cè)值制作電流指令值。另夕卜，例如在指令制作部24指示電動(dòng)機(jī)2的位置的情況下，電流指令值制作部21根據(jù)指令制作部24制作的位置指令值、和關(guān)于用電動(dòng)機(jī)2驅(qū)動(dòng)的軸的位置檢測(cè)值求速度指令值，根據(jù)該速度指令值和速度檢測(cè)部31檢測(cè)出的速度檢測(cè)值制作電流指令值。此外，步驟S106的處理也可以在從步驟S103到S105的處理之前執(zhí)行。[0045]接著說明功率計(jì)算部22中的、電動(dòng)機(jī)2中消耗的或者從電動(dòng)機(jī)2再生的功率的預(yù)測(cè)值的計(jì)算。[0046]圖4是說明本實(shí)用新型的實(shí)施例中的功率預(yù)測(cè)值的計(jì)算的第一方法的框圖。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例中的功率預(yù)測(cè)值的計(jì)算的第一方法，控制部14內(nèi)的功率計(jì)算部22將用電流指令值制作部21制作的對(duì)于逆變器電路12的電流指令值、作為關(guān)于電動(dòng)機(jī)2的旋轉(zhuǎn)的檢測(cè)值通過速度檢測(cè)部31針對(duì)電動(dòng)機(jī)2檢測(cè)出的角速度、和電動(dòng)機(jī)2的轉(zhuǎn)矩常數(shù)相乘來求預(yù)測(cè)值。式I表示第一方法的功率的預(yù)測(cè)值的計(jì)算式。[0047]功率預(yù)測(cè)值[W]=電流指令值[Ap] X轉(zhuǎn)矩常數(shù)[Nm/Ap] X角速度[rad/s]......(I)[0048]作為驅(qū)動(dòng)電流從逆變器電路12向電動(dòng)機(jī)2流入的交流電流有遵照電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作指令大幅度變化的可能性。在現(xiàn)有技術(shù)中，使用從變換器電路11向逆變器電路12流入的直流電流的檢測(cè)值，計(jì)算在電動(dòng)機(jī)中消耗或者從電動(dòng)機(jī)再生的功率，根據(jù)該功率來控制能量存儲(chǔ)部13應(yīng)該存儲(chǔ)或者輸出的電力量。雖然如上所述設(shè)置了用于從直流電流的檢測(cè)值中除去噪聲成分的濾波器，但是通過該濾波器，電流檢測(cè)值變得在時(shí)間上具有延遲。與此相對(duì)，根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí) 施例中的功率預(yù)測(cè)值的計(jì)算的第一方法，不使用有大幅度變化的可能性的直流電流的檢測(cè)值，因此因?yàn)椴皇褂弥绷麟娏鞯臋z測(cè)值的經(jīng)過濾波器后的值，而以“預(yù)測(cè)值”的形式計(jì)算電動(dòng)機(jī)2中消耗或者從電動(dòng)機(jī)2再生的功率，所以不受噪聲濾波器的時(shí)間延遲的影響。另一方面，關(guān)于變化小的角速度，使用通過速度檢測(cè)部31檢測(cè)出的檢測(cè)值。因?yàn)閷?shí)際速度與實(shí)際電流相比變化慢，所以通過使用反映了電動(dòng)機(jī)2的旋轉(zhuǎn)的實(shí)際速度的角速度的檢測(cè)值，能夠提高關(guān)于電動(dòng)機(jī)2中消耗的或者從電動(dòng)機(jī)2再生的功率的“預(yù)測(cè)值”的計(jì)算精度。[0049]圖5是說明本實(shí)用新型的實(shí)施例中的功率預(yù)測(cè)值的計(jì)算的第二方法的框圖。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例中的功率預(yù)測(cè)值的計(jì)算的第二方法，控制部14內(nèi)的功率計(jì)算部22將用指令制作部24制作的作為電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令的角速度指令值、對(duì)該角速度指令值進(jìn)行微分所得到的角加速度指令值、和電動(dòng)機(jī)2的驅(qū)動(dòng)軸具有的慣量相乘來計(jì)算預(yù)測(cè)值。式2表示第二方法的功率預(yù)測(cè)值的計(jì)算式。[0050]功率預(yù)測(cè)值[W]=慣量[kgm2] X角加速度指令值[rad/s2] X角速度指令值[rad/ s]……(2)[0051]一般，預(yù)先作為程序而規(guī)定指示電動(dòng)機(jī)2的動(dòng)作的電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令。例如，在機(jī)床的情況下，關(guān)于控制軸的動(dòng)作預(yù)先編程。因此，能夠掌握比當(dāng)前時(shí)刻的指令值更往后的時(shí)刻、即“未來的時(shí)刻”的指令值。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例中的功率預(yù)測(cè)值的計(jì)算的第二方法，使用控制系統(tǒng)以及能量存儲(chǔ)部具有的、來自指令值的“應(yīng)答延遲”量以后的上述“未來的時(shí)刻”的指令值，計(jì)算電動(dòng)機(jī)2中消耗或者從電動(dòng)機(jī)2再生的功率的“預(yù)測(cè)值”。由此，能夠不受控制系統(tǒng)以及能量存儲(chǔ)部具有的來自指令值的“應(yīng)答延遲”的影響，進(jìn)行位于功率計(jì)算部22的下一級(jí)的能量控制部23中的功率指令值的制作。在控制系統(tǒng)以及能量存儲(chǔ)部具有的來自指令值的“應(yīng)答延遲”例如是數(shù)十毫秒的情況下，功率計(jì)算部22從指令制作部24內(nèi)的電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令程序讀取比當(dāng)前時(shí)刻往后數(shù)十毫秒的指令值，計(jì)算電動(dòng)機(jī)2中消耗或者從電動(dòng)機(jī)2再生的功率的預(yù)測(cè)值即可。[0052]位于功率計(jì)算部22的下一級(jí)的能量控制部23，如上述那樣根據(jù)功率計(jì)算部22如上所述算出的功率預(yù)測(cè)值制作功率指令值，向能量存儲(chǔ)部13發(fā)送該功率指令值。因?yàn)楣β视?jì)算部22算出的功率預(yù)測(cè)值是電動(dòng)機(jī)2中消耗或者從電動(dòng)機(jī)2再生的功率的“預(yù)測(cè)值”，所以能量控制部23，在該預(yù)測(cè)值是在電動(dòng)機(jī)2中消耗的功率的預(yù)測(cè)值的情況下，對(duì)于能量存儲(chǔ)部13制作使其向電動(dòng)機(jī)2輸出(供給)與該預(yù)測(cè)值相當(dāng)?shù)牧康闹绷麟娏α康墓β手噶钪担?在該預(yù)測(cè)值是從電動(dòng)機(jī)2再生的功率的預(yù)測(cè)值的情況下，對(duì)于能量存儲(chǔ)部13制作使其從電動(dòng)機(jī)2存儲(chǔ)與該預(yù)測(cè)值相當(dāng)?shù)牧康闹绷麟娏α康墓β手噶钪?。[0053]如上所述，能量控制部23控制能量存儲(chǔ)部13，使能量存儲(chǔ)部13應(yīng)該存儲(chǔ)或者輸出的直流電力量跟蹤通過功率計(jì)算部22算出的預(yù)測(cè)值。這里，在變換器電路11不僅能夠把來自交流電源3的交流電力變換為直流電力，而且也能夠把直流電力變換為交流電力時(shí)， 也就是說在變換器電路11相互變換交流電力和直流電力時(shí)，能量控制部23可以在不超過變換器電路11能夠相互變換交流電力和直流電力的變換器電路11具有的最大變換允許功率的范圍(例如最大供給功率的約7(Γ80%)內(nèi)，控制能量存儲(chǔ)部13應(yīng)該存儲(chǔ)或者輸出的直流電力量?；蛘?，能量控制部23可以在不超過在變換器電路11上連接的交流電流3能夠向變換器電路11供給的最大供給功率的范圍(例如最大供給功率的約7(Γ80%)內(nèi)，控制能量存儲(chǔ)部13應(yīng)該存儲(chǔ)或者輸出的直流電力量。通過這樣做，例如在能量存儲(chǔ)部13中存儲(chǔ)的電力枯竭時(shí)(要枯竭時(shí))，不僅從交流電源3側(cè)向電動(dòng)機(jī)2供給電力，而且也從交流電源3 側(cè)向能量存儲(chǔ)部供給用于充電的電力，但是即使在這樣的情況下，也不超過變換器電路11 具有的最大變換允許功率或者交流電源3能夠向變換器電路11供給的最大供給功率。這樣，根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，能夠減小交流電源的容量以及變換器電路的容量，所以能夠?qū)崿F(xiàn)比以往小型而且成本低的電動(dòng)機(jī)控制裝置。[0054]下面說明能量存儲(chǔ)部13。[0055]圖6是說明本實(shí)用新型的實(shí)施例中的能量存儲(chǔ)部的第一具體例的框圖。在該圖中，省略在逆變器電路12上連接的電動(dòng)機(jī)、以及在變換器電路11上連接的交流電源。[0056]第一具體例的能量存儲(chǔ)部13具有在變換器電路11以及逆變器電路12的直流側(cè)連接的電容器41和電容器控制部42，后者根據(jù)基于功率計(jì)算部22算出的預(yù)測(cè)值由能量控制部23制作的功率指令值進(jìn)行控制，使電容器41存儲(chǔ)或者輸出直流電力。在這種情況下， 控制部14內(nèi)的能量控制部23，根據(jù)功率計(jì) 算部22算出的預(yù)測(cè)值，控制電容器41應(yīng)該存儲(chǔ)或者輸出的直流電力量。電容器控制部42由能夠進(jìn)行處理判斷的處理器組成。[0057]圖7是說明本實(shí)用新型的實(shí)施例中的能量存儲(chǔ)部的第二具體例的框圖。在該圖中，省略在逆變器電路12上連接的電動(dòng)機(jī)、以及在變換器電路11上連接的交流電源。[0058]第二具體例的能量存儲(chǔ)部13具有:帶慣量的電動(dòng)機(jī)51 ;直流側(cè)在變換器電路以及逆變器電路的直流側(cè)連接、交流側(cè)在帶慣量的電動(dòng)機(jī)的輸入端上連接的帶慣量的電動(dòng)機(jī)用的逆變器電路52 ;檢測(cè)帶慣量的電動(dòng)機(jī)的速度的電動(dòng)機(jī)速度檢測(cè)部53 ;和帶慣量的電動(dòng)機(jī) 用的控制部54。帶慣量的電動(dòng)機(jī)用的控制部54使用能量控制部23根據(jù)功率計(jì)算部22算 出的預(yù)測(cè)值制作的功率指令值和從電動(dòng)機(jī)速度檢測(cè)部53接收的帶慣量的電動(dòng)機(jī)51的速度 的檢測(cè)值，制作用于使直流電力量跟蹤該預(yù)測(cè)值的、對(duì)于帶慣量的電動(dòng)機(jī)用的逆變器電路 52的電流指令值。[0059]圖8是說明在應(yīng)用本實(shí)用新型的實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)控制裝置的情況下的、關(guān)于抑制 從交流電源供給的交流電力的峰值的圖，是關(guān)于沒有能量存儲(chǔ)部的情況、有能量存儲(chǔ)部的 現(xiàn)有技術(shù)、以及本實(shí)用新型的各種情況的波形圖。假定在圖8中表示用不具有能量存儲(chǔ)部 的電動(dòng)機(jī)控制裝置驅(qū)動(dòng)控制電動(dòng)機(jī)的情況下的電動(dòng)機(jī)速度、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、在電動(dòng)機(jī)中消 耗或者從電動(dòng)機(jī)再生的功率、從交流電源供給、向交流電源再生的功率的各波形。根據(jù)本實(shí) 用新型，如圖8所示，因?yàn)橄鄬?duì)于在電動(dòng)機(jī)中消耗或者從電動(dòng)機(jī)再生的功率的波形，從能量 存儲(chǔ)部供給或者存儲(chǔ)的功率的波形沒有延遲，所以能夠抑制從交流電源供給、向交流電源 再生的功率的各波形的峰值。與此相對(duì)，根據(jù)有能量存儲(chǔ)部的現(xiàn)有技術(shù)，如圖8所示，因?yàn)?由于上述的理由，相對(duì)于在電動(dòng)機(jī)中消耗或者從電動(dòng)機(jī)再生的功率的波形，從能量存儲(chǔ)部 供給或者存儲(chǔ)的功率的波形有延遲，所以不能像本實(shí)用新型那樣抑制從交流電源供給、向 交流電源再生的功率的各波形的峰值。[0060]這樣，根據(jù)本實(shí)用新型，控制部使用根據(jù)向電動(dòng)機(jī)指示角度、角速度或者角加速度 的電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令計(jì)算出的在電動(dòng)機(jī)中消耗或者再生的功率的預(yù)測(cè)值進(jìn)行控制，使能量存 儲(chǔ)部應(yīng)該存儲(chǔ)或者輸出的直流電力量跟蹤該預(yù)測(cè)值，所以能夠除去濾波器的時(shí)間延遲或者 能量存儲(chǔ)部的動(dòng)作延遲的影響，能夠抑制在電動(dòng)機(jī)控制裝置上連接的交流電源或者電動(dòng)機(jī) 控制裝置內(nèi)的變換器電路的電流的峰值。因此，根據(jù)本實(shí)用新型，能夠減小交流電源的容量 以及變換器電路的容量，所以能夠?qū)崿F(xiàn)比現(xiàn)有技術(shù)小型而且成本低的電動(dòng)機(jī)控制裝置。[0061]本實(shí)用新型能夠適用于針對(duì)機(jī)床的每一個(gè)驅(qū)動(dòng)軸具有電動(dòng)機(jī)部的機(jī)床系統(tǒng)中用 電動(dòng)機(jī)控制裝置驅(qū)動(dòng)這些電動(dòng)機(jī)(伺服電動(dòng)機(jī))的情況，所述電動(dòng)機(jī)控制裝置具有把輸入的 交流變換為直流的變換器電路、和把從變換器電路輸出的直流變換為分別供給的交流作為 各電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電力的逆變器電路。
權(quán)利要求1.一種電動(dòng)機(jī)控制裝置(I)，其特征在于，具有:把交流電力變換為直流電力的變換器電路(11);在上述變換器電路(11)的直流側(cè)連接的、把直流電力變換為用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)(2)的交流電力或者把從電動(dòng)機(jī)(2)再生的交流電力變換為直流電力的逆變器電路(12)；在上述變換器電路(11)以及上述逆變器電路(12)的直流側(cè)連接的、存儲(chǔ)或者輸出直流電力的能量存儲(chǔ)部(13);和根據(jù)對(duì)電動(dòng)機(jī)(2)指示角度、角速度或者角加速度的電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令，控制上述能量存儲(chǔ)部(13)應(yīng)該存儲(chǔ)或者輸出的直流電力量的控制部(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置(I)，其中，上述電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令是當(dāng)前時(shí)刻或者是與當(dāng)前時(shí)刻相比未來的時(shí)刻的指令。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置(I)，其中，上述控制部(14)具有:根據(jù)上述電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令，計(jì)算在電動(dòng)機(jī)(2)中消耗的或者從電動(dòng)機(jī)(2)再生的功率的預(yù)測(cè)值的功率計(jì)算部(22);和控制上述能量存儲(chǔ)部(13)以使上述直流電力量跟蹤上述預(yù)測(cè)值的能量控制部(23)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置(I)，其中，上述控制部(14)具有電流指令值制作部(21)，該電流指令值制作部(21)使用上述電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令和與電動(dòng)機(jī)(2)的旋轉(zhuǎn)相關(guān)的檢測(cè)值，制作對(duì)于上述逆變器電路(12)的電流指令值，該電流指令值是使上述逆變器電路(12)輸出為使電動(dòng)機(jī)(2)遵照上述電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令來動(dòng)作所需要的交流電流的指令值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置(I)，其中，上述功率計(jì)算部(22)將上述電流指令值、作為上述檢測(cè)值針對(duì)電動(dòng)機(jī)(2)檢測(cè)出的角速度、和電動(dòng)機(jī)(2)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)相乘，計(jì)算上述預(yù)測(cè)值。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置(I)，其中，上述功率計(jì)算部(22)將作為上述電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令的角速度指令值、對(duì)該角速度指令值進(jìn)行微分所得到的角加速度指令值、和電動(dòng)機(jī)(2)的驅(qū)動(dòng)軸具有的慣量相乘，計(jì)算上述預(yù)測(cè)值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置(I)，其中，上述變換器電路(11)相互變換來 自交流電源(3 )的交流電力和直流電力，上述能量控制部(23 )，在不超過上述變換器電路(11)能夠相互變換交流電力和直流電力的、上述變換器電路(11)具有的最大變換允許功率的范圍內(nèi)，控制上述能量存儲(chǔ)部(13)應(yīng)該存儲(chǔ)或者輸出的直流電力量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置(I)，其中，上述變換器電路(11)相互變換來自交流電源(3 )的交流電力和直流電力，上述能量控制部(23 )，在不超過在上述變換器電路(11)上連接的交流電源(3 )能夠向上述變換器電路(11)供給的最大供給功率的范圍內(nèi)，控制上述能量存儲(chǔ)部(13)應(yīng)該存儲(chǔ)或者輸出的直流電力量。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置(I)，其中，上述能量存儲(chǔ)部(13)具有:在上述變換器電路(11)以及上述逆變器電路(12)的直流側(cè)連接的電容器(41);和根據(jù)基于上述功率計(jì)算部(22 )算出的上述預(yù)測(cè)值的來自上述能量控制部(23 )的指令進(jìn)行控制，以使上述電容器(41)存儲(chǔ)或者輸出直流電力的電容器控制部(42)。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置(I )，其中， 上述能量存儲(chǔ)部(13)具有: 具有慣量的電動(dòng)機(jī)(51)； 直流側(cè)與上述變換器電路(11)以及上述逆變器電路(12)的直流側(cè)連接、交流側(cè)與具有慣量的電動(dòng)機(jī)(51)的輸入端連接的具有慣量的電動(dòng)機(jī)用的逆變器電路(52)； 檢測(cè)上述具有慣量的電動(dòng)機(jī)(51)的速度的電動(dòng)機(jī)速度檢測(cè)部(53);和具有慣量的電動(dòng)機(jī)用的控制部(54)，其使用上述預(yù)測(cè)值和從上述電動(dòng)機(jī)速度檢測(cè)部(53)接收的上述具有慣量的電動(dòng)機(jī)(51)的速度的檢測(cè)值，制作用于使上述直流電力量跟蹤上述預(yù)測(cè)值的對(duì)于上述具有慣量的 電動(dòng)機(jī)用的逆變器電路(52)的電流指令值。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種具有能量存儲(chǔ)部的電動(dòng)機(jī)控制裝置。電動(dòng)機(jī)控制裝置(1)具有把交流電力變換為直流電力的變換器電路(11)；在該變換器電路(11)的直流側(cè)連接的、把直流電力變換為用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)(2)的交流電力或者把從電動(dòng)機(jī)(2)再生的交流電力變換為直流電力的逆變器電路(12)；在變換器電路(11)以及逆變器電路(12)的直流側(cè)連接的、存儲(chǔ)或者輸出直流電力的能量存儲(chǔ)部(13)；和根據(jù)指示電動(dòng)機(jī)(2)的動(dòng)作的電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令，控制能量存儲(chǔ)部(13)應(yīng)該存儲(chǔ)或者輸出的直流電力量的控制部(14)。
文檔編號(hào)H02P27/06GK202978813SQ20122032048
公開日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2012年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月4日
發(fā)明者巖下平輔, 河村宏之, 豬飼聰史 申請(qǐng)人:發(fā)那科株式會(huì)社