JP6496371B2 - Ｐｗｍコンバータの昇圧率が制御されるモータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＰＷＭコンバータの昇圧率が制御されるモータ駆動装置に関する。

工作機械、鍛圧機械、射出成形機、あるいは各種ロボット内のモータを駆動するモータ駆動装置においては、交流電源側から供給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。モータ駆動装置は、交流電源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コンバータ（整流器）と、コンバータの直流側であるＤＣリンクに接続され、ＤＣ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インバータ（逆変換器）とを備え、当該インバータの交流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。コンバータの直流出力側とインバータの直流入力側とを接続するＤＣリンクには、ＤＣリンクコンデンサが設けられている。ＤＣリンクコンデンサは、コンバータの直流出力の脈動分を抑えるための平滑コンデンサとしての機能と、直流電力を蓄積し得る蓄電器としての機能とを有する。

近年、モータ駆動装置におけるコンバータとして、モータ減速時に生じる回生電力を交流電源側に戻すことができるＰＷＭ制御方式のコンバータ（以下、単に「ＰＷＭコンバータ」と称する。）が広く用いられている。ＰＷＭコンバータは、半導体スイッチング素子およびこれに逆並列に接続されたダイオードのブリッジ回路で構成され、内部の半導体スイッチング素子のスイッチング動作がＰＷＭ制御されて、交流電源側の交流電力とＤＣリンク側の直流電力との間で電力変換を行う。ＰＷＭコンバータは、力率がほぼ１で、ＤＣリンクにおける直流電圧を、交流電源側から入力される交流電圧の波高値以上の所望の電圧に昇圧することができる利点がある。交流電源側から入力される交流電圧の波高値に対するＰＷＭコンバータが出力する直流電圧の値の割合（すなわち、ＰＷＭコンバータが出力する直流電圧の値／交流電源側から入力される交流電圧の波高値×１００［％］）は、「昇圧率」と称される。ＰＷＭコンバータの電力変換動作を昇圧率にて制御することにより、ＤＣリンクにおける直流電圧を所望の値に調整することができる。

例えば、交流リアクトルを介して交流電源に接続されたＰＷＭコンバータと、前記PWMコンバータの直流側に接続された平滑コンデンサと、その平滑コンデンサの電圧を電圧源とする負荷装置と、平滑コンデンサの電圧が直流電圧指令値に基づく電圧になるように前記ＰＷＭコンバータの入力電流を制御するＰＷＭコンバータ装置において、平滑コンデンサへの充電電流を指示する手段を有し、起動時にその充電電流指令に基づいて平滑コンデンサの電圧を直流電圧指令に指示された設定電圧まで、昇圧するようにＰＷＭコンバータを制御することを特徴とするＰＷＭコンバータが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

例えば、一方の電極を接地した電力用コンデンサを設定電圧まで繰り返し充電するためのコンデンサの充電装置であって、３相３線式で１相が接地された交流電源を入力とし、Ｖ結線のダイオード整流器またはＰＷＭコンバータ回路構成で整流・平滑し、前記交流電源の接地相および電力用コンデンサの接地電極に対して正負の直流電圧出力を得るコンバータ部と、前記コンバータ部の正負の直流出力でリアクトルに短絡電流を流す第１の半導体スイッチを有し、この半導体スイッチのオフ制御で該リアクトルから電力用コンデンサへの充電電流路形成用ダイオードを通して電力用コンデンサに昇圧した充電電流を供給する非絶縁形の昇圧チョッパ回路とを備えたことを特徴とするコンデンサの充電装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

例えば、低電圧交流電源から入力される交流電力をＰＷＭ制御により直流電力へ変換するＰＷＭコンバータと、前記直流電力を受電し、モータを駆動するための交流電力へ変換するインバータと、前記ＰＷＭコンバータと前記インバータとの間に接続された蓄電器と、を備え、前記ＰＷＭコンバータは、入出力電流あるいは入出力電力をある設定された値に制限するように動作し、低電圧交流電源から、モータを駆動するために必要な電圧より低い電圧を供給され、出力電圧であるＤＣリンク電圧をモータ駆動可能な電圧まで昇圧することにより、前記蓄電器の容量を削減することを特徴とするモータ駆動装置が知られている（例えば、特許文献３参照。）。

特開平１０−３０４６６８号公報 特開２００４−１５９３９号公報 特開２０１６−１４４３７４号公報

停電により交流電源からＰＷＭコンバータへの交流電力の供給が遮断されると、ＰＷＭコンバータは、交流電力を直流電力に変換する電力変換動作を行えなくなり、ＤＣリンクへは直流電力が供給されなくなる。ただし、ＤＣリンクに設けられたＤＣリンクコンデンサには直流電力が蓄積されているので、交流電源の停電発生中であっても、インバータがＤＣリンクコンデンサに蓄積されている直流電力を変換することにより出力される交流電力にて、モータをある程度は駆動することはできる。交流電源の停電発生中においてインバータがＤＣリンクコンデンサに蓄積されている直流電力を変換することにより出力される交流電力にてモータを駆動することができる時間期間（以下、「許容停電時間」と称する。）の長さは、停電発生時のＤＣリンクコンデンサに蓄積されていた直流電力の量とインバータの出力とで決まる。つまり、交流電源の停電発生中においてモータを駆動することができる許容停電時間は、モータ駆動装置の停電に対する耐性のひとつの目安といえる。

正常時においてＰＷＭコンバータを高い昇圧率にて制御している場合において、交流電源の停電が発生すると、停電発生時点においてＤＣリンクコンデンサに蓄積されている直流電力の量は多いので、交流電源の停電発生中においてモータを駆動することができる許容停電時間は長くなる。しかしながら、ＰＷＭコンバータ及びインバータのスイッチング損失による発熱が大きくなる欠点がある。また、ＤＣリンク上にあるブリーダ抵抗、バランス抵抗、及びＬＥＤ点灯用の電流制限抵抗、コンデンサの寄生抵抗などに代表されるモータ駆動装置内の抵抗成分による発熱が大きくなる欠点がある。

一方、正常時においてＰＷＭコンバータを低い昇圧率にて制御している場合において、交流電源の停電が発生すると、停電発生時点においてＤＣリンクコンデンサに蓄積されている直流電力の量は少ないため、交流電源の停電発生中における許容停電時間は短くなる欠点がある。ただし、ＰＷＭコンバータ及びインバータのスイッチング損失による発熱が小さくなり、また、ＤＣリンク上の抵抗成分による発熱は小さくなる。

このように、ＰＷＭコンバータを有するモータ駆動装置においては、従来より、ＰＷＭコンバータの制御に用いられる昇圧率を高くすると許容停電時間が長くなるがＰＷＭコンバータ及びインバータのスイッチング損失とＤＣリンク上の抵抗成分による発熱量は大きくなり、昇圧率を低くするとＰＷＭコンバータやインバータのスイッチング損失、ＤＣリンク上の抵抗成分による発熱量は小さくなるが許容停電時間が短くなるという問題がある、例えば、許容停電時間を長くしかつＰＷＭコンバータ及びインバータのスイッチング損失、ＤＣリンク上の抵抗成分による発熱量を小さくするために、ＤＣリンクコンデンサの容量を大きくしたり無停電電源装置（ＵＰＳ：Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ等）を増設したりする対応も考えられるが、コスト及び設置面積が増大するという問題がある。したがって、許容停電時間が長くＰＷＭコンバータ及びインバータのスイッチング損失とＤＣリンク上の抵抗成分による発熱量が小さい、低コストかつ省スペースのＰＷＭコンバータを有するモータ駆動装置の実現が望まれている。

本開示の一態様では、モータ駆動装置は、交流電源側から供給された交流電力をＰＷＭ制御により直流電力に変換してＤＣリンクへ供給するＰＷＭコンバータと、ＤＣリンクに設けられ、直流電力を蓄積し得るＤＣリンクコンデンサと、ＤＣリンクにおける直流電力をモータ駆動のための交流電力に変換して出力するインバータと、ＰＷＭコンバータからＤＣリンクへの直流電力の供給遮断中にインバータがＤＣリンクコンデンサに蓄積されている直流電力を変換することにより出力される交流電力にてモータを駆動することができるよう、交流電源側から入力される交流電圧の波高値に対するＰＷＭコンバータが出力する直流電圧の値の割合である昇圧率を制御する昇圧率制御部と、を備える。

本開示の一態様によれば、許容停電時間が長くＰＷＭコンバータ及びインバータのスイッチング損失とＤＣリンク上の抵抗成分による発熱量が小さい、低コストかつ省スペースのＰＷＭコンバータを有するモータ駆動装置を実現することができる。

一実施形態によるモータ駆動装置のブロック図である。 第１の実施例において、モータを一定速で回転させる際に停電が発生した場合におけるモータ駆動に必要なインバータ出力（駆動必要電力量）、モータ回転速度、及び昇圧率の関係を例示する図である。 第１の実施例において、モータを加速させる際に停電が発生した場合におけるモータ駆動に必要なインバータ出力（駆動必要電力量）、モータ回転速度、及び昇圧率の関係を例示する図である。 切削加工機に第１の実施例によるモータ駆動装置を組み込んだ場合におけるモータ駆動に必要なインバータ出力（駆動必要電力量）、モータ回転速度、及び昇圧率の関係を例示する図である。 切削加工機に第２の実施例によるモータ駆動装置を組み込んだ場合におけるモータ駆動に必要なインバータ出力（駆動必要電力量）、モータ回転速度、及び昇圧率の関係を例示する図である。 切削加工機に第２の実施例によるモータ駆動装置を組み込んだ場合において、モータの加速開始前後に交流電源側の停電が発生したときにモータ駆動に必要なインバータ出力（駆動必要電力量）、モータ回転速度、及び昇圧率の関係を例示する図である。 切削加工機に第３の実施例によるモータ駆動装置を組み込んだ場合におけるモータ駆動に必要なインバータ出力（駆動必要電力量）、モータ回転速度、及び昇圧率の関係を例示する図である。 さらなる実施形態によるモータ駆動装置のブロック図である。

以下図面を参照して、ＰＷＭコンバータの昇圧率が制御されるモータ駆動装置について説明する。しかしながら、本発明は、図面又は以下に説明される実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。各図面において、同様の部材には同様の参照符号が付けられている。また、理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。

図１は、一実施形態によるモータ駆動装置のブロック図である。ここでは、一例として、交流電源２に接続されたモータ駆動装置１により交流モータ（以下、単に「モータ」と称する。）３を制御する場合について説明する。交流電源２及びモータ３の相数は本実施形態を特に限定するものではなく、例えば三相であっても単相であってもよい。なお、図１に示す実施形態では、交流電源２を三相交流電源とし、モータ３を三相交流モータとした。また、モータ３の種類についても本実施形態を特に限定するものではなく、例えば誘導モータであっても同期モータであってもよい。また、図１では、説明を簡明にするために、ＤＣリンクコンデンサ１２の電圧を初期充電する初期充電部については図示を省略している。

一実施形態によるモータ駆動装置１は、ＰＷＭコンバータ１１と、ＤＣリンクコンデンサ１２と、インバータ１３と、昇圧率制御部１４とを備える。

ＰＷＭコンバータ１１は、交流電源２側から供給された交流電力をＰＷＭ制御により直流電力に変換してＤＣリンクへ供給する。ＰＷＭコンバータ１１は、交流直流変換部２１と、入力電源電圧検出部２２と、ＤＣリンク電圧検出部２３と、停電検出部１６とを有する。なお、図１では、一例として、入力電源電圧検出部２２、ＤＣリンク電圧検出部２３及び停電検出部１６をＰＷＭコンバータ１１内に設けたが、これらのうちのいくつかまたは全てを、ＰＷＭコンバータ１１の外部に設けてもよい。

ＰＷＭコンバータ１１内の交流直流変換部２１は、スイッチング素子及びこれに逆並列に接続されたダイオードのブリッジ回路からなり、制御装置１００から受信したＰＷＭ制御に基づく駆動指令に応じて各スイッチング素子がオンオフ制御されることにより、交流電源２側の交流電力とＤＣリンクにおける直流電力との間で電力変換する。図１に示す実施形態では、交流電源２を三相交流電源としたので、交流直流変換部２１は三相のブリッジ回路として構成されるが、交流電源２が単相交流電源である場合は単相のブリッジ回路で構成される。交流直流変換部２１内のスイッチング素子の例としては、ＦＥＴなどのユニポーラトランジスタ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＧＴＯなどがあるが、スイッチング素子の種類自体は本実施形態を限定するものではなく、その他のスイッチング素子であってもよい。なお、後述する昇圧率制御部１４が、交流電源側２から入力される交流電圧の波高値に対するＰＷＭコンバータ１１が出力する直流電圧の値の割合（すなわち、ＰＷＭコンバータ１１が出力する直流電圧の値／交流電源３側から入力される交流電圧の波高値×１００［％］）である「昇圧率」を適宜変更することにより、交流直流変換部２１が出力する直流電圧の値が制御される。

入力電源電圧検出部２２は、交流電源２側から入力される交流電圧の値を検出する。入力電源電圧検出部２２により検出された交流電圧の値は、昇圧率制御部１４及び停電検出部１６へ送られる。

ＤＣリンク電圧検出部２３は、ＰＷＭコンバータ１１が出力する直流電圧（すなわち、ＤＣリンクコンデンサ１２に印加される電圧）の値を検出する。ＤＣリンク電圧検出部２３により検出された直流電圧の値は、昇圧率制御部１４及びインバータ制御部４１へ送られる。

停電検出部１６は、入力電源電圧検出部２２によって検出された交流電源２側から入力される交流電圧の値に基づいて、交流電源２側に停電発生を検出する。以下、「停電」と記載したときは、交流電源２側の停電を指す。停電検出部１６による停電発生の有無についての判定基準には、モータ駆動装置１の交流電源２側の交流電圧値の停電判断基準となる停電電圧閾値と、モータ駆動装置１の交流電源２側の交流電圧値が停電電圧閾値未満である状態の継続時間である停電時間閾値とが含まれる。停電検出部１６は、入力電源電圧検出部２２によって検出された交流電源２側から入力される交流電圧の値が停電電圧閾値未満である状態が停電時間閾値以上にわたって継続した場合に、停電が発生したと判定する。停電検出部１６による判定結果は、昇圧率制御部１４へ送られる。停電検出部１６は、例えばソフトウェアプログラム形式で構築され、ＰＷＭコンバータ１１内に設けられた演算処理装置（図示せず）がこのソフトウェアプログラムに従って動作することで、停電検出部１６の機能を実現する。あるいは、停電検出部１６は、各種電子回路とソフトウェアプログラムとの組み合わせで構築され、各部の機能を実現するソフトウェアプログラムを書き込んだ半導体集積回路として構築されてもよい。なお、図１では、一例として停電検出部１６をＰＷＭコンバータ１１内に設けたが、ＰＷＭコンバータ１１の外部に設けてもよく、例えば制御装置１００内に設けてもよい。停電検出部１６を制御装置１００内に設ける場合は、停電検出部１６は、ソフトウェアプログラム形式で構築され、制御装置１００内の演算処理装置にこのソフトウェアプログラムを動作させることで停電検出部１６の機能を実現する。

ＰＷＭコンバータ１１の交流入力側には、電磁接触器４及び交流リアクトル５が接続される。電磁接触器４は、制御装置１００から受信した指令に応じて、交流電源２とＰＷＭコンバータ１１との間を結ぶ電路を開閉する。電磁接触器４の例としては、リレーやパワー半導体スイッチング素子などがある。

ＤＣリンクコンデンサ１２は、ＰＷＭコンバータ１１の直流出力側とインバータ１３の直流入力側とを接続するＤＣリンクに設けられる。ＤＣリンクコンデンサ１２は、ＤＣリンクにおいて直流電力を蓄積する機能及びＰＷＭコンバータ１１の直流出力の脈動分を抑える機能を有する。ＤＣリンクコンデンサ１２には例えばブリーダ抵抗６が並列接続される。ブリーダ抵抗６以外に、バランス抵抗やＬＥＤ点灯用電流制限抵抗などの抵抗器をＤＣリンクに設けてもよい。

インバータ１３は、ＰＷＭコンバータ１１に対してＤＣリンクを介して接続される。インバータ１３は、ＤＣリンクにおける直流電力をモータ駆動のための交流電力に変換して出力する。インバータ１３は、直流交流変換部３１と、電力量計算部１５とを有する。電力量計算部１５は、例えばソフトウェアプログラム形式で構築され、インバータ１３内に設けられた演算処理装置（図示せず）がこのソフトウェアプログラムに従って動作することで、電力量計算部１５の機能を実現する。あるいは、電力量計算部１５は、各種電子回路とソフトウェアプログラムとの組み合わせで構築され、各部の機能を実現するソフトウェアプログラムを書き込んだ半導体集積回路として構築されてもよい。なお、図１では、一例として、電力量計算部１５をインバータ１３内に設けたが、この変形例として、インバータ１３の外部に設けてもよく、例えば制御装置１００内に設けてもよい。電力量計算部１５を制御装置１００内に設ける場合は、電力量計算部１５は、ソフトウェアプログラム形式で構築され、制御装置１００内の演算処理装置にこのソフトウェアプログラムを動作させることで電力量計算部１５の機能を実現する。

インバータ１３内の直流交流変換部３１は、例えば、スイッチング素子及びこれに逆並列に接続されたダイオードのブリッジ回路からなり、制御装置１００内のインバータ制御部４１から受信した駆動指令に基づき各スイッチング素子がオンオフ制御されることにより、ＤＣリンクにおける直流電力とモータ３の駆動電力または回生電力である交流電力との間で電力変換する。図１に示す実施形態では、モータ３を三相交流モータとしたので、直流交流変換部３１は三相のブリッジ回路として構成されるが、モータ３が単相交流モータである場合は単相のブリッジ回路で構成される。なお、直流交流変換部３１内のスイッチング素子の例としては、ＦＥＴなどのユニポーラトランジスタ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＧＴＯなどがあるが、スイッチング素子の種類自体は本実施形態を限定するものではなく、その他のスイッチング素子であってもよい。インバータ１３は、後述するインバータ制御部４１によって制御される。より詳細には、インバータ１３内の直流交流変換部３１は、インバータ制御部４１から受信した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、ＤＣリンクにおける直流電力を、モータ３を駆動するための所望の電圧及び所望の周波数を有する交流電力に変換する（逆変換動作）。これにより、モータ３は、例えば電圧可変及び周波数可変の交流電力に基づいて動作することになる。また、モータ３の例えば減速時などで回生電力が発生することがあるが、この場合、インバータ１３内の直流交流変換部３１は、インバータ制御部４１から受信した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３で発生した交流の回生電力を直流電力へ変換して直流リンクへ戻す（順変換動作）。

電力量計算部１５は、許容停電時間中にモータ３を駆動するのに必要な直流電力の量である駆動必要電力量を計算する。電力量計算部１５による駆動必要電力量の計算処理の詳細については後述する。

制御装置１００は、昇圧率制御部１４及びインバータ制御部３１を有する。昇圧率制御部１４及びインバータ制御部３１は、ソフトウェアプログラム形式で構築され、制御装置１００内の演算処理装置にこのソフトウェアプログラムを動作させることで各部の機能を実現している。

昇圧率制御部１４は、ＰＷＭコンバータ１１からＤＣリンクへの直流電力の供給遮断中にインバータ１３がＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されている直流電力を変換することにより出力される交流電力にてモータを駆動することができるよう、昇圧率を制御する。すなわち、昇圧率制御部１４は、交流電源２側の停電によるＰＷＭコンバータ１１からＤＣリンクへの直流電力の供給遮断中にインバータ１３が出力する交流電力にてモータ３を駆動することができる時間期間として予め設定した許容停電時間に基づいて、昇圧率を制御する。昇圧率制御部１４による昇圧率の制御には例えばＰＷＭ制御方式が用いられる。昇圧率制御部１４による昇圧率の制御の詳細については後述する。

インバータ制御部４１は、ＤＣリンクにおける直流電力とモータ３の駆動電力または回生電力である交流電力との間で電力変換を行うインバータ１３を制御する。インバータ制御部４１は、速度検出器（図示せず）によって検出されたモータ３の（回転子の）速度（速度フィードバック）、モータ３の巻線に流れる電流（電流フィードバック）、所定のトルク指令、及びモータ３の動作プログラムなどに基づいて、モータ３の速度、トルク、または回転子の位置を制御するための駆動指令を生成する。インバータ制御部４１によって作成された駆動指令に基づいて、インバータ１３による電力変換動作が制御される。インバータ制御部４１によるインバータ１３の制御には例えばＰＷＭ制御方式が用いられる。なお、ここで定義したインバータ制御部４１の構成はあくまでも一例であって、例えば、位置指令作成部、トルク指令作成部、及びスイッチング指令作成部などの用語を含めてインバータ制御部４１の構成を規定してもよい。

続いて、昇圧率制御部１４による昇圧率の制御について、より詳細に説明する。

交流電源２側で停電が発生しＰＷＭコンバータ１１からＤＣリンクへの直流電力の供給が遮断された場合、交流電源２側の停電が解消されるまで、インバータ１３がＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されている直流電力を変換することにより出力される交流電力のみにてモータ３を駆動することができれば、交流電源２側の停電があってもモータ３の駆動を継続することができる。本実施形態では、交流電源２側の停電によるＰＷＭコンバータ１１からＤＣリンクへの直流電力の供給遮断中にインバータ１３が出力する交流電力にてモータ３を駆動することができる時間期間として、許容停電時間を予め設定しておく。昇圧率制御部１４は、仮に交流電源２側で停電が発生しＰＷＭコンバータ１１からＤＣリンクへの直流電力の供給が遮断されたとしても、少なくとも許容停電時間中はモータ３を駆動することができる分だけの電力がＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されていることになるよう、昇圧率を制御する。このような昇圧率制御部１４による昇圧率の制御は、正常時または交流電源２側の停電発生時に限らず常に実行される。したがって、交流電源２側で停電が発生しＰＷＭコンバータ１１からＤＣリンクへの直流電力の供給が遮断されたとしても、その直流電力の供給が遮断された時間期間が許容停電時間以内であれば、モータ３は、インバータ１３がＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されている直流電力を変換することにより出力される交流電力にて、継続して駆動する。

交流電源２側で停電が発生した直後の時点におけるＤＣリンクコンデンサ１２の直流電圧の値をＶ₂［Ｖ］、ＤＣリンクコンデンサ１２の静電容量をＣ［Ｆ］としたとき、停電が発生した直後の時点においてＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されている電力量Ｗ_f［Ｊ］は、式１で表される。

モータ３を駆動するのに必要最低限のＤＣリンクコンデンサ１２の直流電圧の値をＶ₁［Ｖ］としたとき、予め設定される停電許容時間Ｔの間に、モータ３を駆動するのに使用可能なＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されている直流電力の量Ｗ_m［Ｊ］は、式２で表される。換言すれば、式２で表される電力量Ｗ_m［Ｊ］とは、停電が発生してＰＷＭコンバータ１１からＤＣリンクへの直流電力の供給が遮断されたと仮定したときに、停電発生時点から、ＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積された直流電力（より正確には、この直流電力をインバータ１３が変換して生成した交流電力）に基づいて駆動するモータ３が停電許容時間Ｔが経過する時点までの間に消費される電力量を意味する。すなわち、ＤＣリンクコンデンサ１２には、停電が発生した直後の時点では１／２×ＣＶ₂ ²の直流電力が蓄積されており、停電許容時間Ｔが経過する時点では１／２×ＣＶ₁ ²の直流電力が蓄積されている。

停電発生によりＰＷＭコンバータ１１からＤＣリンクへの直流電力の供給が遮断された場合において許容停電時間Ｔ中にモータ３を駆動し続けるために必要な電力量である駆動必要電力量をＷ_s［Ｊ］としたとき、式３で表される関係を満たす必要がある。

式２及び式３より、停電発生によりＰＷＭコンバータ１１からＤＣリンクへの直流電力の供給が遮断された場合において許容停電時間Ｔ中にモータ３を駆動し続けるためには、停電が発生した直後の時点におけるＤＣリンクコンデンサ１２の直流電圧の値Ｖ₂［Ｖ］は、式４で表される関係を満たす必要がる。

交流電源２側で停電が発生した直後の時点におけるＤＣリンクコンデンサ１２の直流電圧の値Ｖ₂［Ｖ］は、交流電源２側から入力される交流電圧の波高値Ｖ₃［Ｖ］、ＰＷＭコンバータ１１の昇圧率Ａ［％］を用いて式５のように表される。

式４に式５を代入すると、式６が得られる。

よって、停電発生によりＰＷＭコンバータ１１からＤＣリンクへの直流電力の供給が遮断された場合において許容停電時間Ｔ中にモータ３を駆動し続けるためには、ＰＷＭコンバータ１１の昇圧率Ａを式６で表される値に設定すればよい。本実施形態による昇圧率制御部１４では、仮に停電発生によりＰＷＭコンバータ１１からＤＣリンクへの直流電力の供給が遮断されたとしても、少なくとも許容停電時間Ｔの間はモータ３を駆動することができる分だけの電力量がＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されていることになるよう、正常時または停電発生時に限らず、式６に従って昇圧率Ａを制御する。換言すれば、昇圧率制御部１４が式６に従って昇圧率Ａを制御するということは、昇圧率制御部１４が、ＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されている許容停電時間Ｔ中にモータ３を駆動するのに使用可能な直流電力の量Ｗ_mが、許容停電時間Ｔ中にモータ３を駆動し続けるために必要な電力量である駆動必要電力量Ｗ_sよりも大きくなるよう、式３に従って昇圧率Ａを制御することを意味する。停電発生によりＰＷＭコンバータ１１からＤＣリンクへの直流電力の供給が遮断されたとしても、その直流電力の供給が遮断された時間期間の長さが許容停電時間Ｔ以内であれば、モータ３は、インバータ１３がＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されている直流電力を変換することにより出力される交流電力にて、駆動されることができる。

続いて、電力量計算部１５による駆動必要電力量Ｗ_sの計算処理について、より詳細に説明する。

電力量計算部１５は、許容停電時間Ｔ中にモータ３を駆動するのに必要な直流電力の量である駆動必要電力量Ｗ_sを計算する。駆動必要電力量Ｗ_sは、インバータ出力またはモータ出力に基づいて計算することができる。

インバータ出力を用いた計算方法によれば、電力量計算部１５は、許容停電時間Ｔの間にインバータ１３が出力する電力の総量に基づいて、駆動必要電力量Ｗ_s［Ｊ］として算出する。時刻ｔにおけるインバータ１３が出力する交流電流をｉ（ｔ）［Ａ］、交流電圧をｖ（ｔ）［Ｖ］としたとき、インバータ１３の出力Ｐ_i（ｔ）［Ｗ］は式７で表される。

よって、許容停電時間Ｔ中における駆動必要電力量Ｗ_sは式８で表される。

インバータ出力を用いた計算方法によれば、電力量計算部１５は、式８で表されるように、許容停電時間Ｔの間にわたってインバータ１３が出力する電力Ｐ_i（ｔ）を積算することで、駆動必要電力量Ｗ_sを算出する。

また、モータ出力を用いた計算方法によれば、電力量計算部１５は、許容停電時間Ｔの間おけるモータ３の出力の総量に基づいて、駆動必要電力量Ｗ_s［Ｊ］として算出する。時刻ｔにおけるモータ３の回転速度をω（ｔ）［ｒｐｍ］、トルクをＮ（ｔ）［Ｎ・ｍ］としたとき、モータ３の出力Ｐ_m（ｔ）［Ｗ］は式９で表される。

よって、許容停電時間Ｔ中における駆動必要電力量Ｗ_sは式１０で表される。

モータ出力を用いた計算方法によれば、電力量計算部１５は、式１０で表されるように、許容停電時間Ｔ中にわたってモータ３の出力Ｐ_m（ｔ）を積算することで、駆動必要電力量Ｗ_sを算出する。

続いて、昇圧率制御部１４による昇圧率の制御の実施例を列記する。以下の各実施例では、インバータ出力を用いて駆動必要電力量Ｗ_sを計算する場合について説明するが、モータ出力を用いて駆動必要電力量Ｗ_sを計算する場合にも同様に適用可能である。

第１の実施例では、電力量計算部１５による駆動必要電力量Ｗ_sの計算処理に際し、式７で表されるインバータ１３の出力Ｐ_i（ｔ）が一定値であると近似して、昇圧率制御部１４の演算処理量を低減する。すなわち、式８で表される駆動必要電力量Ｗ_sは、「時刻ｔ_startの時点におけるインバータ１３の出力の値（一定値）×許容停電時間Ｔ」のように単純化される。

図２は、第１の実施例において、モータを一定速で回転させる際に停電が発生した場合におけるモータ駆動に必要なインバータ出力（駆動必要電力量）、モータ回転速度、及び昇圧率の関係を例示する図である。ここでは一例として、時刻ｔ₃から時刻ｔ₄までの間において、時刻ｔ_startから時刻ｔ_endまでの間に発生する停電によりＰＷＭコンバータ１１からＤＣリンクへの直流電力の供給が遮断された場合であっても、モータ３を一定速で回転させることができる昇圧率制御部１４による昇圧率の制御について説明する。許容停電時間Ｔとして、時刻ｔ_startから時刻ｔ_endまでの停電発生時間期間に相当する長さよりも大きい値を設定する。第１の実施例では、電力量計算部１５は、インバータ１３の出力Ｐｉ（ｔ）が一定値であると近似し、駆動必要電力量Ｗ_sを「時刻ｔ_startの時点におけるインバータ１３の出力の値（一定値）×許容停電時間Ｔ」として計算する。電力量計算部１５により算出された駆動必要電力量Ｗ_sは、図２の領域Ｂ１と一致する。このことは、モータ３を一定速で回転させる場合においては、インバータ１３の出力Ｐｉ（ｔ）が一定値であると近似して算出された「時刻ｔ_startの時点におけるインバータ１３の出力の値（一定値）×許容停電時間Ｔ」で表される駆動必要電力量Ｗ_sを用いた昇圧率制御部１４による昇圧率Ａの制御の下で、停電発生時点にＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されていた電力量にて賄うことができることを意味している。したがって、モータ３を一定速で回転させる際は、昇圧率制御部１４は、ＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されているモータ３を駆動するのに使用可能な直流電力の量Ｗ_mが駆動必要電力量Ｗ_sよりも大きくなるよう、昇圧率Ａを制御していれば、許容停電時間Ｔ内に収まる停電が発生してもモータ３の駆動を継続することができる。

図３は、第１の実施例において、モータを加速させる際に停電が発生した場合におけるモータ駆動に必要なインバータ出力（駆動必要電力量）、モータ回転速度、及び昇圧率の関係を例示する図である。ここでは一例として、モータ３を加速させるべき時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までの間において、時刻ｔ_startから時刻ｔ_endまでの間に発生する停電によりＰＷＭコンバータ１１からＤＣリンクへの直流電力の供給が遮断された場合であっても、モータ３を加速させることができる昇圧率制御部１４による昇圧率の制御について説明する。第１の実施例では、電力量計算部１５は、インバータ１３の出力Ｐｉ（ｔ）が一定値であると近似して駆動必要電力量Ｗ_mを計算するが、これを図３に表すと、駆動必要電力量Ｗ_mは、領域Ｂ₁に相当する部分となる。しかしながら、時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までの間においてモータ３を加速させるには図３に示すようにインバータ１３の出力を上げる必要があるので、モータ３の加速に際しては領域Ｂ₂に相当する電力量が不足する。そのため、モータ３を加速させる場合においては、領域Ｂ₂の電力量不足により、時刻ｔ_endより前の時刻で、モータ３を駆動することができなくなる。そこで、モータ３を加速させる場合においては、式２で表されたＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されている電力量Ｗ_m［Ｊ］に、モータ３を駆動するには不足する領域Ｂ２に相当する電力量が補われるように、昇圧率制御部１４による昇圧率Ａの制御を行う。具体的には、例えば次の２通りが考えられる。

例えば、モータ３を加速させる場合においては、式２で表されたＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されている電力量Ｗ_m［Ｊ］に、領域Ｂ２に相当する電力量に相当するＭ₁（＞０）［Ｊ］を加算することにより得られる式１１で表される電力量が、ＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されるよう、昇圧率制御部１４による昇圧率Ａの制御を行う。すなわち、昇圧率制御部１４による昇圧率Ａの制御を行うに際し、ＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されているモータ３を駆動するのに使用可能な直流電力の量Ｗ_mとして、式１１で表される電力量を用いる。

また例えば、モータ３を加速させる場合においては、不足する領域Ｂ２に相当する電力量が補われるよう、式２で表されたＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されている電力量Ｗ_m［Ｊ］にＭ₂（＞１）を乗算することにより得られる式１２で表される電力量が、ＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されるよう、昇圧率制御部１４による昇圧率Ａの制御を行う。すなわち、昇圧率制御部１４による昇圧率Ａの制御を行うに際し、ＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されているモータ３を駆動するのに使用可能な直流電力の量Ｗ_mとして、式１２で表される電力量を用いる。

このように、モータ３を加速させる場合においては、式１１または式１２に示すような電力量Ｗ_mがＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されるよう、昇圧率制御部１４による昇圧率Ａの制御を行う。このように制御することで、モータ３を加速する際においても、ＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されているモータ３を駆動するのに使用可能な直流電力の量Ｗ_mは、駆動必要電力量Ｗ_sよりも大きくなるので、仮に許容停電時間Ｔ内に収まる停電が発生したとしてもモータ３の駆動を継続することができる。

図４は、切削加工機に第１の実施例によるモータ駆動装置を組み込んだ場合におけるモータ駆動に必要なインバータ出力（駆動必要電力量）、モータ回転速度、及び昇圧率の関係を例示する図である。ここでは一例として、第１の実施例によるモータ駆動装置を組み込んだ切削加工機を、以下のような期間に分けて動作させる場合について説明する。図４において、時刻ｔ₀から時刻ｔ₁までの間をモータ３が完全に停止している停止期間、時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までの間をモータ３を切削加工に適した回転速度まで加速させる加速期間とする。また、時刻ｔ₂から時刻ｔ₃までの間をモータ３が切削加工に適した回転速度に到達し時刻ｔ₃からの切削加工に備えている待機期間、時刻ｔ₃から時刻ｔ₄までの間をモータ３が切削加工に適した回転速度を維持しながら切削加工を行っている加工期間とする。また、時刻ｔ₄から時刻ｔ₅までの間を切削加工が終了しモータ３が切削加工に適した回転速度を維持している終了準備期間、時刻ｔ₅から時刻ｔ₆までの間をモータ３を減速させる減速期間、時刻ｔ₆以降をモータ３が完全に停止している停止期間とする。

時刻ｔ₀から時刻ｔ₁までの停止期間では、モータ３は停止しているので、インバータ１３はモータ３に駆動電力を供給する必要はない。この間、昇圧率制御部１４は昇圧率Ａを一定値に制御し、昇圧率Ａは、モータ駆動装置１内の発熱を小さくするために低い方が望ましい。

時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までの加速期間では、インバータ制御部４１の制御により、インバータ１３は、モータ３を加速するために出力を増加させる。このため、図３を参照して説明したように、モータ駆動に必要なインバータ出力（駆動必要電力量）が増加する。これに合わせて昇圧率制御部１４は、昇圧率Ａを上昇させるが、この間は、式１１または式１２に示すような電力量Ｗ_mがＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されるよう昇圧率Ａを上昇させる。このように制御することで、モータ３を加速する際においても、ＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されているモータ３を駆動するのに使用可能な直流電力の量Ｗ_mが、駆動必要電力量Ｗ_sよりも大きくなるので、仮に許容停電時間Ｔ内に収まる停電が発生したとしても、モータ３の駆動を継続することができる。

時刻ｔ₂から時刻ｔ₃までの待機期間では、モータ３が切削加工に適した回転速度に到達しているが、まだ切削加工は行われていないのでモータ３の負荷は軽い。したがって、インバータ制御部４１の制御により、インバータ１３は、軽負荷の下でモータ３が切削加工に適した回転速度を維持する程度まで、出力が低下する。この間、図２を参照して説明したように、昇圧率制御部１４は、ＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されているモータ３を駆動するのに使用可能な直流電力の量Ｗ_mが駆動必要電力量Ｗ_sよりも大きくなるよう、昇圧率Ａを制御する。なお、図４に示す例では、インバータ１３の出力が低下しているので昇圧率Ａも低下させているが、時刻ｔ₃から開示される切削加工に備えて、昇圧率Ａを低下させずに例えば時刻ｔ₂の時点の昇圧率Ａを維持しておいてもよい。

時刻ｔ₃から時刻ｔ₄までの加工期間では、切削加工によりモータ３の負荷が増加するので、モータ３は切削加工に適した回転速度に維持されるよう、インバータ制御部４１の制御により、インバータ１３は高出力に維持される。これに合わせて昇圧率制御部１４は、昇圧率Ａを高く設定する。この間、図２を参照して説明したように、昇圧率制御部１４は、ＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されているモータ３を駆動するのに使用可能な直流電力の量Ｗ_mが駆動必要電力量Ｗ_sよりも大きくなるよう、昇圧率Ａを制御する。

時刻ｔ₄から時刻ｔ₅までの終了準備期間では、切削加工が終了しているので、モータ３の負荷は軽い。したがって、インバータ制御部４１の制御により、インバータ１３は、軽負荷の下でモータ３が切削加工に適した回転速度を維持する程度まで、出力が低下する。これに合わせて昇圧率制御部１４は、昇圧率Ａを低く設定する。この間も、図２を参照して説明したように、昇圧率制御部１４は、ＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されているモータ３を駆動するのに使用可能な直流電力の量Ｗ_mが駆動必要電力量Ｗ_sよりも大きくなるよう、昇圧率Ａを制御する。

時刻ｔ₅から時刻ｔ₆までの減速期間では、インバータ制御部４１の制御により、インバータ１３は、モータ３の減速により発生した交流の回生電力を直流電力に変換してＤＣリンクへ戻す。この間、ＤＣリンクコンデンサ１２には、モータ３から回生されたエネルギーが蓄積されるが、昇圧率制御部１４は、昇圧率Ａを維持もしくは低下させることでモータ３から回生されたエネルギーをＰＷＭコンバータ１１を介して交流電源２側へ戻してもよいし、昇圧率Ａを増加させてモータ３から回生されたエネルギーをＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積させてもよい。

時刻ｔ₆以降の停止期間における昇圧率制御部１４の動作は、時刻ｔ₀から時刻ｔ₁までの停止期間におけるものと同様である。

続いて、昇圧率制御部１４による昇圧率の制御の第２の実施例について説明する。第２の実施例は、駆動必要電力量Ｗ_sが小さい時は上述の第１の実施例における昇圧率制御部１４による昇圧率の制御を適用し、駆動必要電力量Ｗ_sが大きい時は、駆動必要電力量Ｗ_sをインバータ１３の出力の最大値（一定値）に設定して、昇圧率制御部１４による昇圧率Ａの制御を行うものである。

図５は、切削加工機に第２の実施例によるモータ駆動装置を組み込んだ場合におけるモータ駆動に必要なインバータ出力（駆動必要電力量）、モータ回転速度、及び昇圧率の関係を例示する図である。ここでは一例として、第２の実施例によるモータ駆動装置を組み込んだ切削加工機を、上述の図４における第１の実施例による切削加工機と同様に動作させた場合について説明する。判定処理に用いる閾値として、例えば、時刻ｔ₂から時刻ｔ₃までの待機期間における駆動必要電力量Ｗ_sより大きく、かつ時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までの加速期間または時刻ｔ₃から時刻ｔ₄までの加工期間における駆動必要電力量Ｗ_sよりも小さい値を、予め設定しておく。インバータ１３の出力が閾値より大きくなったか否かの判定は、昇圧率制御部１４により行われる。昇圧率制御部１４は、駆動必要電力量Ｗ_sがこの閾値より大きくなった場合、駆動必要電力量Ｗ_sをインバータ１３の出力の最大値（一定値）に設定して、昇圧率制御部１４による昇圧率Ａの制御を行う。

図５に示す例では、切削加工機の各動作期間のうち、インバータ１３の出力が閾値より大きくなるのは、時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までの加速期間と、時刻ｔ₃から時刻ｔ₄までの加工期間である。よって、これらの期間では、駆動必要電力量Ｗｓをインバータ１３の出力の最大値（一定値）に設定して、図５に示すように昇圧率制御部１４による昇圧率Ａの制御を行う。特に、時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までの加速期間についていえば、第１の実施例ではインバータ１３の出力の増加に対応して昇圧率Ａを増加させたが、第２の実施例では、駆動必要電力量Ｗ_sをインバータ１３の出力の最大値（一定値）に設定したので、昇圧率Ａは一定値となる。なお、図５に示す例では、時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までの加速期間と、時刻ｔ₃から時刻ｔ₄までの加工期間とで昇圧率Ａを同じとしたが、異なるようにしてもよい。時刻ｔ₀から時刻ｔ₁までの停止期間、時刻ｔ₂から時刻ｔ₃までの待機期間、時刻ｔ₄から時刻ｔ₅までの終了準備期間、時刻ｔ₅から時刻ｔ₆までの減速期間、及び時刻ｔ₆以降の停止期間では、インバータ１３の出力は閾値より小さいので、昇圧率制御部１４は第１の実施例で説明したものと同様の昇圧率Ａの制御を行う。

このように第２の実施例においては、駆動必要電力量Ｗ_sが所定の閾値より大きくなった場合、駆動必要電力量Ｗ_sをインバータ１３の出力の最大値（一定値）に設定して、昇圧率制御部１４による昇圧率Ａの制御を行う。駆動必要電力量Ｗ_sが所定の閾値より大きくなった場合に設定されるインバータ１３の出力の最大値は、インバータ１３自体の最大出力を用いてもよいし、モータ駆動装置１に組み込まれた際にインバータ１３が出力することができる最大値を用いてもよい。特に後者の場合は、理論値を用いてもよく、モータ駆動装置１に組み込まれたインバータ１３の出力の最大値の実測値を用いてもよく、任意の固定値を用いてもよい。第２の実施例は、第１の実施例に比べてＰＷＭコンバータ１１の発熱量が増大するものの、第１の実施例について図３を参照して説明したようなモータ３を駆動するのに必要な電力量が不足する可能性が少なくなる利点がある。

図６は、切削加工機に第２の実施例によるモータ駆動装置を組み込んだ場合において、モータの加速開始前後に交流電源側の停電が発生したときにモータ駆動に必要なインバータ出力（駆動必要電力量）、モータ回転速度、及び昇圧率の関係を例示する図である。例えば図６に示すように、交流電源２側の停電が、モータ３の加速を開始する時刻ｔ₁より前の時刻ｔ_startで発生し、時刻ｔ₁より後の時刻ｔ_endで解消される場合を考える。なお、図６に示す例では、説明を簡明なものにするために、閾値を０に設定する。上述のように第２の実施例では、駆動必要電力量Ｗ_sが閾値より大きくなった場合、駆動必要電力量Ｗ_sをインバータ１３の出力の最大値（一定値）に設定して、昇圧率制御部１４による昇圧率Ａの制御を行う。図６に示す例では、時刻ｔ₁において、モータ３を加速させるためにインバータ制御部４１の制御によりインバータ１３の出力が増加する。インバータ１３の出力が閾値（０）より大きくなるので、昇圧率制御部１４は、駆動必要電力量Ｗ_sをインバータ１３の出力の最大値（一定値）に設定し、昇圧率Ａの制御を行う。モータ３の加速期間中の停電発生に備えて昇圧率Ａが上昇するのは時刻ｔ₁以降であるので、時刻ｔ₁をまたがる停電が発生すると、時刻ｔ_startから時刻ｔ₁までの間は昇圧率Ａがまだ上昇していないので、モータ３の加速に際して領域Ｂ₂に相当する電力量が不足してしまう。そこで、例えば、モータ３の加速を開始する時刻ｔ₁より前の段階で、駆動必要電力量Ｗｓをインバータ１３の出力の最大値（一定値）に設定した昇圧率Ａの制御を開始し、モータ３の加速に必要な電力を確保する。この場合、例えばモータ３を駆動するための動作プログラムにてモータ３の加速開始時点を先読みして昇圧率制御部１４による昇圧率Ａの制御を開始するか、あるいは、事前のシミュレーションや実験により、モータ３を加速させるためのインバータ１３の出力の増加のタイミング（図６の例では時刻ｔ₁）を把握しておき、駆動必要電力量Ｗｓをインバータ１３の出力の最大値（一定値）に設定した昇圧率Ａの制御を行うタイミングを昇圧率制御部１４の動作プログラムに予め規定しておけばよい。また例えば、図３を参照して説明したモータ３の加速の際の式１１または式１２に従った昇圧率制御部１４による昇圧率Ａの制御を行ってもよい。

続いて、昇圧率制御部１４による昇圧率の制御の第３の実施例について説明する。上述の第１及び第２の実施例では、インバータ１３の出力を一定値に近似した駆動必要電力量Ｗ_sを用いて、昇圧率制御部１４による昇圧率Ａの制御を行った。これに対して、第３の実施例は、式７で表されるインバータ１３の出力Ｐ_i（ｔ）の時間変化に対応して計算された駆動必要電力量Ｗｓを用いて。昇圧率制御部１４による昇圧率Ａの制御を行う。駆動必要電力量Ｗ_sの近似を伴う第１及び第２の実施例では、モータ３の加速の際における停電発生のタイミングによってはモータ３を駆動するための電力が不足する可能性がある。モータ３の加速時におけるこのような対処するために、第１の実施例では式１１または式１２に示すような電力量Ｗ_mがＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されるよう昇圧率制御部１４による昇圧率Ａの制御を行い、第２の実施例ではモータ３の加速開始時点を先読みして昇圧率制御部１４による昇圧率Ａの制御を行うか式１１または式１２に示すような電力量Ｗ_mがＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されるよう昇圧率制御部１４による昇圧率Ａの制御を行った。これに対し、第３の実施例では、式７で表されるインバータ１３の出力Ｐ_i（ｔ）の時間変化に対応して計算された駆動必要電力量Ｗ_sを用いて昇圧率制御部１４による昇圧率Ａの制御を行う。このように制御することにより、どのようなタイミングで停電が発生してもモータ３を駆動するための電力が不足することはなく、また、余分に電力を確保することもないので、モータ駆動装置１の発熱も抑えることができる。

インバータ１３の出力Ｐ_i（ｔ）の時間変化に対応して計算された駆動必要電力量Ｗｓをそのまま昇圧率制御部１４による昇圧率Ａの制御を行うと、インバータ１３の出力Ｐ_i（ｔ）の時間変化が昇圧率Ａの時間変化にほぼそのまま対応することになるので、第３の実施例では、インバータ１３の出力Ｐ_i（ｔ）の時間変化を先読みして制御率Ａの制御を行う。例えばモータ３を駆動するための動作プログラムにてモータ３を実際に動作させてインバータ１３の出力Ｐ_i（ｔ）の時間変化を実測したり、モータ３を駆動するための動作プログラムをコンピュータ上でシミュレーション動作させてインバータ１３の出力Ｐ_i（ｔ）の時間変化を把握することで、式８に基づく駆動必要電力量Ｗｓを事前に計算しておき、駆動必要電力量Ｗｓを用いた昇圧率Ａの制御に関する動作プログラムを予め作成しておく。シミュレーションは、コンピュータの代わりに制御装置で行ってもよく、この場合は、シミュレーションを行うと同時に、昇圧率Ａの制御を行ってもよい。

図７は、切削加工機に第３の実施例によるモータ駆動装置を組み込んだ場合におけるモータ駆動に必要なインバータ出力（駆動必要電力量）、モータ回転速度、及び昇圧率の関係を例示する図である。ここでは一例として、第３の実施例によるモータ駆動装置を組み込んだ切削加工機を、上述の図４における第１の実施例による切削加工機と同様に動作させた場合について説明する。

時刻ｔ₀から時刻ｔ₁までの停止期間では、モータ３は停止しているので、インバータ１３はモータ３に駆動電力を供給する必要はない。図６を参照して説明したように、仮にモータ３の加速を開始する時刻ｔ₁の前後で交流電源２側に停電が発生するとモータ３を駆動するための電力量が不足する可能性があるので、モータ３の加速を開始する時刻ｔ₁よりも許容停電時間Ｔだけ前の時刻ｔ₇で、昇圧率制御部１４は、昇圧率Ａを上昇させる制御を開始する。これにより、仮にモータ３の加速を開始する時刻ｔ₁の前後で許容停電時間Ｔ内に収まる停電が発生したとしても、モータ３を駆動するための電力量を確保することができるのでモータ３は時刻ｔ₁で加速を開始することができる。なお、時刻ｔ₀から時刻ｔ₇までの間は、昇圧率制御部１４は昇圧率Ａを一定値に制御し、昇圧率Ａは、モータ駆動装置１内の発熱を小さくするために低い方が望ましい。

時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までの加速期間では、インバータ制御部４１の制御により、インバータ１３は、モータ３を加速するために出力を増加させる。これに合わせて昇圧率制御部１４は、昇圧率Ａを上昇させる。ただし、時刻ｔ₂でモータ３の加速が終了しモータ３は軽負荷の下で回転させればよいことになるので、時刻ｔ₂でインバータ１３の出力が低下することになる、つまり、時刻ｔ₂に近づくにつれ、停電に備えて確保すべき電力量は小さくて済む。よって、モータ３の軽負荷の下での回転を開始する時刻ｔ₂よりも許容停電時間Ｔだけ前の時刻ｔ₈で、昇圧率制御部１４は、昇圧率Ａを低下させる制御を開始する。これにより、仮に時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までの加速期間中に許容停電時間Ｔ内に収まる停電が発生したとしても、モータ３を駆動するための電力量を確保することができるとともに、特に時刻ｔ₈から時刻ｔ₂までの間は、昇圧率Ａを低下させることによりＤＣリンクコンデンサ１２の電圧が下がり、過剰な電力が蓄積されないので、モータ駆動装置１の発熱量を抑えることができる。

時刻ｔ₂から時刻ｔ₃までの待機期間では、モータ３が切削加工に適した回転速度に到達しているので、インバータ制御部４１の制御により、インバータ１３は、軽負荷の下でモータ３が切削加工に適した回転速度を維持する程度の、低い出力を維持する。これに合わせて昇圧率制御部１４は、昇圧率Ａを低く設定する。ただし、時刻ｔ₃で切削加工が開始されモータ３の負荷が増加するので、時刻ｔ₃から時刻ｔ₄まではインバータ１３の出力は高出力を維持することになる。つまり、時刻ｔ₃に近づくにつれ、停電に備えて確保すべき電力量を大きくしておく必要がある。よって、切削加工が開始されモータ３の負荷が増加する時刻ｔ₃よりも許容停電時間Ｔだけ前の時刻ｔ₉で、昇圧率制御部１４は、昇圧率Ａを上昇させる制御を開始する。これにより、仮に時刻ｔ₂から時刻ｔ₃までの待機期間中に許容停電時間Ｔ内に収まる停電が発生したとしても、モータ３を駆動するための電力量を確保することができる。また、仮に切削加工を開始する時刻ｔ₃の前後で許容停電時間Ｔ内に収まる停電が発生したとしても、モータ３を駆動するための電力量を確保することができる。

時刻ｔ₃から時刻ｔ₄までの加工期間では、切削加工によりモータ３の負荷が増加するので、モータ３は切削加工に適した回転速度に維持されるよう、インバータ制御部４１の制御により、インバータ１３は高出力に維持される。これに合わせて昇圧率制御部１４は、昇圧率Ａを高く設定する。ただし、時刻ｔ₄で切削加工が終了しモータ３は軽負荷の下で回転させればよいことになるので、時刻ｔ₄でインバータ１３の出力が低下することになる、つまり、時刻ｔ₄に近づくにつれ、停電に備えて確保すべき電力量は小さくて済む。よって、モータ３の軽負荷の下での回転を開始する時刻ｔ₄よりも許容停電時間Ｔだけ前の時刻ｔ₁₀で、昇圧率制御部１４は、昇圧率Ａを低下させる制御を開始する。これにより、仮に時刻ｔ₃から時刻ｔ₄までの加工期間中に許容停電時間Ｔ内に収まる停電が発生したとしても、モータ３を駆動するための電力量を確保することができるとともに、特に時刻ｔ₁₀から時刻ｔ₄までの間は、昇圧率Ａを低下させることによりＤＣリンクコンデンサ１２の電圧が下がり、過剰な電力が蓄積されないので、モータ駆動装置１の発熱量を抑えることができる。

時刻ｔ₄から時刻ｔ₅までの終了準備期間では、切削加工が終了しているので、モータ３の負荷は軽い。したがって、インバータ制御部４１の制御により、インバータ１３は、軽負荷の下でモータ３が切削加工に適した回転速度を維持する程度まで、出力が低下する。これに合わせて昇圧率制御部１４は、昇圧率Ａを低く設定する。

時刻ｔ₅から時刻ｔ₆までの減速期間では、インバータ制御部４１の制御により、インバータ１３は、モータ３の減速により発生した交流の回生電力を直流電力に変換してＤＣリンクへ戻す。この間、ＤＣリンクコンデンサ１３には、モータ３から回生されたエネルギーが蓄積されるが、昇圧率制御部１４は、昇圧率Ａを維持もしくは低下させることでモータ３から回生されたエネルギーをＰＷＭコンバータ１１を介して交流電源２側へ戻してもよいし、昇圧率Ａを増加させてモータ３から回生されたエネルギーをＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積させてもよい。

時刻ｔ₆以降の停止期間における昇圧率制御部１４の動作は、時刻ｔ₀から時刻ｔ₇までの停止期間におけるものと同様である。

図７に示した例では、切削加工機におけるモータ３の状態によりインバータ１３の出力は時刻ｔ₁、ｔ₂、ｔ₃、ｔ₄、ｔ₅及びｔ₆で大きく切り換わるが、昇圧率制御部１４による昇圧率Ａの制御に関しては、インバータ１３の出力の切り換えに先行した時刻ｔ₇、ｔ₈、ｔ₉及びｔ₁₀で、大きく切り換わる。このように第３の実施例では、インバータ１３の出力Ｐ_i（ｔ）の時間変化を先読みして昇圧率Ａの制御を行う。

以上説明したように、本実施形態によれば、交流電源２側の停電によるＰＷＭコンバータ１１からＤＣリンクへの直流電力の供給遮断中にインバータ１３が出力する交流電力にてモータ３を駆動することができる許容停電時間Ｔを予め設定し、昇圧率制御部１４は、仮に交流電源２側で停電が発生しＰＷＭコンバータ１１からＤＣリンクへの直流電力の供給が遮断されたとしても、少なくとも許容停電時間Ｔ中はモータ３を駆動することができる分だけの電力がＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されていることになるよう、昇圧率Ａを制御する。したがって、停電発生によりＰＷＭコンバータ１１からＤＣリンクへの直流電力の供給が遮断されたとしても、その直流電力の供給が遮断された時間期間が許容停電時間Ｔ以内であれば、モータ３は、インバータ１３がＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されている直流電力を変換することにより出力される交流電力にて、駆動することができる。許容停電時間Ｔは、ユーザによって任意に設定することが可能である。昇圧率制御部１４は、仮に交流電源側の停電によりＰＷＭコンバータ１１からＤＣリンクへの直流電力の供給遮断があってもモータ３を駆動することができる程度の電力がＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されるよう、設定された許容停電時間Ｔの長さに基づいて昇圧率Ａを制御する。昇圧率制御部１４により昇圧率Ａが動的に変更されることで、モータ駆動装置１のスイッチング損失や抵抗成分による発熱が抑制される。したがって、許容停電時間Ｔを長くしかつ抵抗成分の発熱量を小さくするために、従来のようにＤＣリンクコンデンサの容量を大きくしたり無停電電源装置を増設したりする必要が無いので、許容停電時間Ｔが長くモータ駆動装置１のスイッチング損失や抵抗成分の発熱量が小さい、低コストかつ省スペースのＰＷＭコンバータ１１を有するモータ駆動装置１を実現することができる。

許容停電時間Ｔは、ユーザによって任意に設定可能であるが、許容停電時間Ｔの長さを超えた想定外の停電の発生が発生すると、モータ３が停止して、モータ３、モータ３を駆動するモータ駆動装置１、モータ駆動装置１が組み込まれた機器が故障もしくはワークが破損する可能がある。そこで、本開示のさらなる実施形態として、停電検出部１６による停電発生の検出時点から許容停電時間経過後も交流電源２側の停電が継続していた場合、モータ３並びに当該モータ３が設けられた機械及び部材の損傷を防ぐための保護動作を行うようにしてもよい。

図８は、さらなる実施形態によるモータ駆動装置のブロック図である。本実施形態では、図１〜図７を参照して説明した実施形態において、さらに、停電検出部１６による停電発生の検出時点から許容停電時間Ｔ経過後も交流電源２側の停電が継続していた場合に、モータ３、当該モータ３が設けられた機械、及び当該モータ３が接続された部材（例えば工具やワークなど）の損傷を防ぐための保護動作を行う保護動作部１６をさらに備える。

例えば、式２で表されたＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されている電力量Ｗ_m［Ｊ］に、保護動作部１７がモータ３に対して保護動作させるのに必要な電力量Ｗ_P［Ｊ］を加算することにより得られる式１３で表される電力量が、ＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されるよう、昇圧率制御部１４による昇圧率Ａの制御を行う。

また例えば、式２で表されたＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されている電力量Ｗ_m［Ｊ］において、モータ３を駆動するのに必要最低限のＤＣリンクコンデンサ１２の直流電圧の値Ｖ₁［Ｖ］を、保護動作部１７がモータ３に対して保護動作させるのに必要な電力量がＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されるときのＤＣリンクコンデンサ１２の電圧Ｖ₄に置き換えることにより式１４で表される電力量が、ＤＣリンクコンデンサ１２に蓄積されるよう、昇圧率制御部１４による昇圧率Ａの制御を行う。

保護動作部１６は、許容停電時間Ｔを超える停電が発生した場合は、モータ３、当該モータ３が設けられた機械、及び当該モータ３が接続された部材（例えば工具やワークなど）の損傷を防ぐための保護動作を、モータ３が行うよう、インバータ制御部４１に対して指令する。この指令を受けて、インバータ制御部４１は、インバータ１３に対してＤＣリンクコンデンサ１３に蓄積された直流電力を交流電力に変換してモータ３へ供給するよう制御し、モータ３に対して、モータ３自体、当該モータ駆動装置１が設けられた機械、及び当該モータ３が接続された部材（例えば工具やワークなど）の損傷を防ぐための各種保護動作を行わせ、その後モータ３の動作を停止させる。保護動作には、例えば、モータ３が設けられた機械、モータ３が接続された工具及び当該工具により加工されるワークの損傷を防ぐための退避動作や安全停止動作などがある。

なお、これ以外の回路構成要素については図１に示す回路構成要素と同様であるので、同一の回路構成要素には同一符号を付して当該回路構成要素についての詳細な説明は省略する。

１ モータ駆動装置
２ 交流電源
３ モータ
４ 電磁接触器
５ 交流リアクトル
６ ブリーダ抵抗
１１ ＰＷＭコンバータ
１２ ＤＣリンクコンデンサ
１３ インバータ
１４ 昇圧率制御部
１５ 電力量計算部
１６ 停電検出部
１７ 保護動作部
２１ 交流直流変換部
２２ 入力電源電圧検出部
２３ ＤＣリンク電圧検出部
３１ 直流交流変換部
４１ インバータ制御部
１００ 制御装置

Claims (6)

1. 交流電源側から供給された交流電力をＰＷＭ制御により直流電力に変換してＤＣリンクへ供給するＰＷＭコンバータと、
   前記ＤＣリンクに設けられ、直流電力を蓄積し得るＤＣリンクコンデンサと、
   前記ＤＣリンクにおける直流電力をモータ駆動のための交流電力に変換して出力するインバータと、
   前記ＰＷＭコンバータから前記ＤＣリンクへの直流電力の供給遮断中に前記インバータが前記ＤＣリンクコンデンサに蓄積されている直流電力を変換することにより出力される交流電力にてモータを駆動することができるよう、交流電源側から入力される交流電圧の波高値に対する前記ＰＷＭコンバータが出力する直流電圧の値の割合である昇圧率を制御する昇圧率制御部と、
   を備える、モータ駆動装置。
2. 前記昇圧率制御部は、交流電源側の停電による前記ＰＷＭコンバータから前記ＤＣリンクへの直流電力の供給遮断中に前記インバータが出力する交流電力にてモータを駆動することができる時間期間として予め設定した許容停電時間に基づいて、前記昇圧率を制御する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記許容停電時間中にモータを駆動するのに必要な直流電力の量である駆動必要電力量を計算する電力量計算部を備え、
   前記昇圧率制御部は、前記ＤＣリンクコンデンサに蓄積されている前記許容停電時間中にモータを駆動するのに使用可能な直流電力の量が、前記駆動必要電力量よりも大きくなるよう、前記昇圧率を制御する、請求項２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記電力量計算部は、前記許容停電時間中に前記インバータの出力に基づいて、前記駆動必要電力量を算出する、請求項３に記載のモータ駆動装置。
5. 前記電力量計算部は、前記許容停電時間中おけるモータ出力の総量に基づいて、前記駆動必要電力量を算出する、請求項３に記載のモータ駆動装置。
6. 交流電源側の停電発生を検出する停電検出部と、
   前記停電検出部による停電発生の検出時点から前記許容停電時間経過後も交流電源側の停電が継続していた場合、モータ、当該モータが設けられた機械、及び当該モータが接続された部材の損傷を防ぐための保護動作を行う保護動作部と、
   をさらに備える、請求項２〜５のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。

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