專利名稱：具有能量積蓄部的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在把來(lái)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控制將其作為驅(qū)動(dòng)電力的電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，特別涉及具有能量積蓄部的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，該能量積蓄部能夠積蓄從交流電源供給的電力以及從電動(dòng)機(jī)再生的電力，把積蓄的電力提供給電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
在機(jī)床系統(tǒng)中，機(jī)床的每一個(gè)驅(qū)動(dòng)軸都有電動(dòng)機(jī)，通過(guò)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)控制這些電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，對(duì)于驅(qū)動(dòng)機(jī)床的驅(qū)動(dòng)軸的驅(qū)動(dòng)軸數(shù)量的電動(dòng)機(jī)，指令電動(dòng)機(jī)的速度、轉(zhuǎn)矩、或者轉(zhuǎn)子的位置進(jìn)行控制。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置具有把三相商用交流電力變換為直流電力的交流直流變換器；把直流電力變換為作為電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電力供給的具有希望的頻率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直流交流變換器；以及與交流直流變換器的直流側(cè)和直流交流變換器的直流側(cè)連接，進(jìn)行直流電力的交接的DC連接部，控制在該直流交流變換器的交流側(cè)連接的電動(dòng)機(jī)的速度、轉(zhuǎn)矩、或者轉(zhuǎn)子的位置。直流交流變換器為了對(duì)與機(jī)床中的多個(gè)驅(qū)動(dòng)軸分別對(duì)應(yīng)設(shè)置的各電動(dòng)機(jī)單獨(dú)地供給驅(qū)動(dòng)電力，驅(qū)動(dòng)控制電動(dòng)機(jī)，有時(shí)設(shè)置與電動(dòng)機(jī)相同的個(gè)數(shù)的直流交流變換器，但是根據(jù)情況有時(shí)也對(duì)于一個(gè)電動(dòng)機(jī)設(shè)置多個(gè)直流交流變換器。另一方面，為了減低電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的成本或占用空間，很多時(shí)候?qū)τ诙鄠€(gè)電動(dòng)機(jī)只設(shè)置一個(gè)交流直流變換器。在用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行加速或者減速控制時(shí)，因?yàn)閷?duì)于交流電源要求輸出或者再生大的交流電力，所以發(fā)生電力尖峰。為了抑制這樣的電力尖峰，有時(shí)在DC連接器上設(shè)置能夠積蓄電動(dòng)機(jī)減速時(shí)從電動(dòng)機(jī)發(fā)生的再生電力，在電動(dòng)機(jī)加速時(shí)再利用該積蓄的電力的能量積蓄裝置。此外，在該情況下，因?yàn)樾枰褟碾妱?dòng)機(jī)再生的交流電力變換為能夠在能量積蓄部中積蓄的直流電力，所以直流交流變換器不僅要把直流電力變換為交流電力，而且還能把交流電力變換為直流電力，即構(gòu)成能夠在交直兩方向進(jìn)行變換的半導(dǎo)體電力變換器。作為能量積蓄裝置，有時(shí)使用像在日本特開(kāi)2008 — 023599號(hào)公報(bào)中記載的飛輪。圖6是表示現(xiàn)有技術(shù)的使用飛輪的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的一例的圖。以下在不同的附圖中賦予相同的參照符號(hào)是指具有相同功能的結(jié)構(gòu)部件。現(xiàn)有技術(shù)的使用飛輪的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置100具有把來(lái)自交流電源3的交流電力變換為直流電力的交流直流變換器11 ;把直流電力變換為用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)2的交流電力的直流交流變換器12 ;與交流直流變換器11的直流側(cè)和直流交流變換器12的直流側(cè)連接，進(jìn)行直流電力的交接的DC連接部13 ;與DC連接部13連接，積蓄或者輸出直流電力的飛輪積蓄部51 ;和根據(jù)指令電動(dòng)機(jī)2的動(dòng)作的電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令控制電動(dòng)機(jī)2的速度、轉(zhuǎn)矩或者轉(zhuǎn)子位置，并且控制飛輪積蓄部51應(yīng)該積蓄或者輸出的直流電能的控制部52。在每一個(gè)直流交流變換器12上連接電動(dòng)機(jī)2。例如機(jī)床中的各驅(qū)動(dòng)軸與電動(dòng)機(jī)2連接。直流交流變換器12根據(jù)來(lái)自控制部52的電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令控制開(kāi)關(guān)動(dòng)作，由此輸出具有用于進(jìn)行希望的電動(dòng)機(jī)動(dòng)作的頻率以及波形的交流電流。對(duì)于電動(dòng)機(jī)2輸入直流交流變換器12輸出的交流電流，由此電動(dòng)機(jī)2進(jìn)行旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。飛輪積蓄部51具有慣量旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)51 — I、慣量51 — 2、和直流交流變換器51 — 3。控制部52向直流交流變換器51 - 3輸出控制飛輪積蓄部51應(yīng)該積蓄或者輸出的直流電能的指令。直流交流變換器51 - 3，在接收到的指令表示要由飛輪積蓄部51輸出直流電力時(shí)，通過(guò)進(jìn)行把交流電力變換為直流電力的正變換動(dòng)作，使在慣量51 - 2中積蓄的能量向DC連接部13側(cè)流出，在接收到的指令表示要由飛輪積蓄部51積蓄直流電力的情況下，通過(guò)進(jìn)行把直流電力變換為交流電力的逆變換動(dòng)作使來(lái)自DC連接部13的能量向慣量旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)51 - I側(cè)流動(dòng)，帶有慣量51-2的慣量旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)51 - I旋轉(zhuǎn)。由此，以慣量51 - 2的旋轉(zhuǎn)能的形式積蓄流入的電能。通過(guò)具有這樣的結(jié)構(gòu)，在電動(dòng)機(jī)2加速時(shí)，除了來(lái)自交流電源3的能量之外，還把飛輪積蓄部51中積蓄的能量提供給電動(dòng)機(jī)2作為用于電動(dòng)機(jī)2加速的動(dòng)力來(lái)使用，在電動(dòng)機(jī)2減速時(shí)，使從電動(dòng)機(jī)2再生的能量流向飛輪積蓄部51來(lái)積蓄。在飛輪積蓄部51中積蓄的能量在電動(dòng)機(jī)2加速時(shí)再利用。作為能量積蓄裝置的另一個(gè)例子，具有在日本特許第4339916號(hào)公報(bào)中記載的使 用電容器的例子。圖7是表示現(xiàn)有技術(shù)的使用電容器的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的一例的圖。現(xiàn)有技術(shù)的使用電容器的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置100具有把來(lái)自交流電源3的交流電力變換為直流電力的交流直流變換器11 ;把直流電力變換為用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)2的交流電力的直流交流變換器12 ;與交流直流變換器11的直流側(cè)和直流交流變換器12的直流側(cè)連接，進(jìn)行直流電力的交接的DC連接部13 ;在00連接部13上連接的積蓄或者輸出直流電力的電容器積蓄部61、控制電容器積蓄部61應(yīng)該積蓄或者輸出的直流電能的能量控制部62、和根據(jù)指令電動(dòng)機(jī)2的動(dòng)作的電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令控制電動(dòng)機(jī)2的速度、轉(zhuǎn)矩、或者轉(zhuǎn)子位置的電動(dòng)機(jī)控制部63。在每一個(gè)直流交流變換器12上連接電動(dòng)機(jī)2。例如機(jī)床中的各驅(qū)動(dòng)軸與電動(dòng)機(jī)2連結(jié)。直流交流變換器12根據(jù)來(lái)自電動(dòng)機(jī)控制部63的電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令控制開(kāi)關(guān)動(dòng)作，輸出具有用于進(jìn)行希望的電動(dòng)機(jī)動(dòng)作的頻率以及波形的交流電流。對(duì)于電動(dòng)機(jī)2輸入直流交流變換器12輸出的交流電流，由此電動(dòng)機(jī)2進(jìn)行旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。電容器積蓄部61具有大容量的電容器61 - I、和直流直流變換器(DC - DC變換器)61 - 2。能量控制部62向直流直流變換器61 - 2輸出控制電容器積蓄部61應(yīng)該積蓄或者輸出的直流電能的指令。直流直流變換器61 - 2，在接收到的指令表示要由電容器積蓄部61輸出直流電力的情況下，通過(guò)進(jìn)行使連接有電容器61 - I側(cè)的直流電壓比連接有DC連接部13側(cè)的直流電壓大的動(dòng)作，使電容器61 — I中積蓄的能量向DC連接部13側(cè)流動(dòng)，在接收到的指令表示要由電容器積蓄部61積蓄直流電力的情況下，通過(guò)進(jìn)行使連接有電容器61 — I側(cè)的直流電壓比連接有DC連接部13側(cè)的直流電壓小的動(dòng)作，使來(lái)自DC連接部13的能量向電容器61 — I側(cè)流動(dòng)，在電容器61 — I中積蓄該能量。通過(guò)具有這樣的結(jié)構(gòu)，在電動(dòng)機(jī)2加速時(shí)，除了來(lái)自交流電源3的能量之外，把在電容器積蓄部61中積蓄的能量提供給電動(dòng)機(jī)2作為用于電動(dòng)機(jī)2加速的動(dòng)力來(lái)使用，在電動(dòng)機(jī)2減速時(shí)，使從電動(dòng)機(jī)2再生的能量流向電容器積蓄部61來(lái)進(jìn)行積蓄。在電容器積蓄部61中積蓄的能量在電動(dòng)機(jī)2加速時(shí)再利用。上述現(xiàn)有技術(shù)的飛輪積蓄部具有每單位體積的慣量可積蓄的能量大的優(yōu)點(diǎn)。但是，由于向慣量積蓄能量或供給能量時(shí)的慣量旋轉(zhuǎn)用電動(dòng)機(jī)的損失，積蓄的能量的一部分喪失，所以能利用效率差。積蓄或者供給時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)機(jī)損失例如可達(dá)總能量的10 20%。
另外，上述現(xiàn)有技術(shù)的電容器積蓄部具有積蓄或者供給能量時(shí)的大容量電容器的損失在數(shù)個(gè)百分點(diǎn)以下很小，具有能量利用效率高這樣的優(yōu)點(diǎn)。并且因?yàn)榇笕萘侩娙萜骺杉彼俪浞烹?，所以還具有能夠應(yīng)對(duì)電動(dòng)機(jī)要求急劇供給驅(qū)動(dòng)電力的情況的優(yōu)點(diǎn)。但是，電容器積蓄部，因?yàn)槊繂挝惑w積可積蓄的能量比飛輪積蓄裝置小，所以由于大容量電容器的設(shè)置空間的關(guān)系無(wú)法確保足夠的積蓄能量，存在無(wú)法像想象的那樣抑制交流電源的電力尖峰的情況。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其具有把來(lái)自交流電源的交流電力變換為直流電力的交流直流變換器；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直流交流變換器；和積蓄或輸出直流電力的能量積蓄部，其中，能量積蓄部的能量利用效率高，能夠有效抑制交流電源的尖峰。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，在本發(fā)明的第一方式中，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置具有把來(lái)自交流電源的交流電力變換為直流電力的交流直流變換器；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直流交流變換器；與交流直流變換器的直流側(cè)和上述直流交流變換器的直流側(cè)連接，進(jìn)行直流電力的收受的DC連接部；與DC連接部連接，具有從DC連接部積蓄直流電力或者向DC連接部供給直流電力的至少一個(gè)電容器積蓄部以及至少一個(gè)飛輪積蓄部的能量積蓄部；進(jìn)行控制使能量積蓄部從DC連接部積蓄或者向DC連接部供給直流電力的能量控制部；以及根據(jù)指令電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作的電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令，進(jìn)行控制使直流交流變換器輸出希望的交流電力的電動(dòng)機(jī)控制部。上述能量控制部進(jìn)行控制，僅使電容器積蓄部或者僅使飛輪積蓄部或者使電容器積蓄部以及飛輪積蓄部雙方向DC連接部供給直流電力或者從DC連接部積蓄直流電力。在上述能量控制部中，可以在通過(guò)電動(dòng)機(jī)控制部對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行加速控制時(shí)設(shè)定能量積蓄部向DC連接部供給的直流電力在電容器積蓄部和上述飛輪積蓄部之間的供給分擔(dān)率，以及在通過(guò)電動(dòng)機(jī)控制部對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行減速控制時(shí)設(shè)定能量積蓄部從DC連接部積蓄的直流電力在電容器積蓄部和飛輪積蓄部之間的積蓄分擔(dān)率。另外，能量控制部可以進(jìn)行控制，以便在通過(guò)能量積蓄部開(kāi)始直流電力供給時(shí)僅通過(guò)電容器積蓄部供給能量積蓄部向上述DC連接部供給的直流電力，在電容器積蓄部積蓄的直流電力成為預(yù)定的電能以下時(shí)，僅通過(guò)飛輪積蓄部供給能量積蓄部向DC連接部供給的直流電力。另外，能量控制部可以進(jìn)行控制，以便在通過(guò)能量積蓄部開(kāi)始直流電力積蓄時(shí)僅在電容器積蓄部?jī)?nèi)積蓄能量積蓄部從DC連接部(13)積蓄的直流電力，在電容器積蓄部積蓄的直流電力成為預(yù)定的電能以上時(shí)，僅在飛輪積蓄部?jī)?nèi)積蓄能量積蓄部從DC連接部積蓄的直流電力。此外，能量控制部可以進(jìn)行控制，以便在能量積蓄部向DC連接部供給的直流電力的增加率在預(yù)定的值以下時(shí)，僅通過(guò)飛輪積蓄部供給該直流電力。此時(shí)，能量控制部可以進(jìn)行控制，以便在能量積蓄部向DC連接部供給的直流電力的增加率比預(yù)定的值大時(shí)，僅通過(guò)電容器積蓄部或者通過(guò)電容器積蓄部以及飛輪積蓄部雙方供給該直流電力。
能量控制部可以進(jìn)行控制，以便在能量積蓄部從DC連接部積蓄的直流電力的增加率在預(yù)定的值以下時(shí)，僅在飛輪積蓄部?jī)?nèi)積蓄該直流電力。此時(shí)，能量控制部可以進(jìn)行控制，以便在能量積蓄部從DC連接部積蓄的直流電力的增加率比預(yù)定的值大時(shí)，僅在電容器積蓄部?jī)?nèi)或者在上述電容器積蓄部以及飛輪積蓄部雙方內(nèi)積蓄該直流電力。能量控制部可以進(jìn)行控制，以便在能量積蓄部向DC連接部供給的直流電力在預(yù)定的電能以下時(shí)，僅通過(guò)電容器積蓄部供給該直流電力，在該直流電力比預(yù)定的電能大時(shí)僅通過(guò)飛輪積蓄部或者通過(guò)電容器積蓄部以及飛輪積蓄部雙方供給該直流電力。能量控制部可以進(jìn)行控制，以便在能量積蓄部從DC連接部積蓄的直流電力在預(yù)定的電能以下時(shí)，僅在電容器積蓄部?jī)?nèi)積蓄該直流電力，在該直流電力比預(yù)定的電能大時(shí)僅在飛輪積蓄部?jī)?nèi)或者在電容器積蓄部以及飛輪積蓄部雙方內(nèi)積蓄該直流電力。能量控制部可以進(jìn)行控制，以便在從交流電源經(jīng)由交流直流變換器、DC連接部以
及直流交流變換器提供給電動(dòng)機(jī)的交流電力超過(guò)預(yù)定的抑制值時(shí)，能量積蓄部輸出為了得到從驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所需要的交流電力中減去上述預(yù)定的抑制值后的交流電力所需要的直流電力。能量控制部可以進(jìn)行控制，以便在從電動(dòng)機(jī)再生后經(jīng)由直流交流變換器、上述DC連接部以及交流直流變換器向交流電源返回的交流電力超過(guò)預(yù)定的抑制值時(shí)，能量積蓄部積蓄對(duì)從電動(dòng)機(jī)再生的交流電力中減去預(yù)定的抑制值后的交流電力進(jìn)行變換得到的直流電力。能量控制部可以進(jìn)行控制，以便在電動(dòng)機(jī)停止時(shí)，或者在用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的交流電力在預(yù)定的值以下時(shí)，能量積蓄部從DC連接部積蓄直流電力。在本發(fā)明的第二方式中，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置具有把來(lái)自交流電源的交流電力變換為直流電力的交流直流變換器；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直流交流變換器；與交流直流變換器的直流側(cè)和直流交流變換器的直流側(cè)連接，進(jìn)行直流電力的交接的DC連接部；與0(連接部13連接，具有多個(gè)從DC連接部積蓄直流電力或者向DC連接部供給直流電力的不同種類的電容器的能量積蓄部；進(jìn)行控制使能量積蓄部從DC連接部積蓄直流電力或者向DC連接部供給直流電力的能量控制部；和根據(jù)指令電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作的電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令進(jìn)行控制使直流交流變換器輸出希望的交流電力的電動(dòng)機(jī)控制部。


圖I是表示本發(fā)明的第一實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的框圖。圖2a以及圖2b是表示本發(fā)明的第一實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)作的第一具體例的圖。圖3a以及圖3b是表示本發(fā)明的第一實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)作的第二具體例的圖。圖4a以及圖4b是表示本發(fā)明的第一實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)作的第三具體例的圖。圖5是表示本發(fā)明的第二實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的框圖。圖6是表示現(xiàn)有技術(shù)的使用飛輪的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的一例的圖。
圖7是表示現(xiàn)有技術(shù)的使用電容器的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的一例的圖。
具體實(shí)施例方式在以下要說(shuō)明的本發(fā)明的第一以及第二實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中，連接了驅(qū)動(dòng)機(jī)床的進(jìn)給軸以及主軸的驅(qū)動(dòng)軸數(shù)量的電動(dòng)機(jī)。在各實(shí)施例中，因?yàn)樵O(shè)機(jī)床的驅(qū)動(dòng)軸數(shù)為兩個(gè)，所以設(shè)置兩個(gè)電動(dòng)機(jī)，但是這些個(gè)數(shù)量不過(guò)是一個(gè)例子，不限定本發(fā)明。圖I是表示本發(fā)明的第一實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的框圖。在圖示的例子中，因?yàn)樵O(shè)機(jī)床的驅(qū)動(dòng)軸數(shù)為兩個(gè)，所以設(shè)置了兩個(gè)電動(dòng)機(jī)2。本發(fā)明的第一實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置I具有把來(lái)自交流電源3的交流電力變換為直流電力的交流直流變換器11 ;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直流交流變換器12 ;與交流直流變換器11的直流側(cè)和直流交流變換器12的直流側(cè)連接，進(jìn)行直流電力的交接的DC連接部13 ;與00連接部13連接、具有從DC連接部13積蓄直流電力或者向DC連接部13供給直流電力的至少一個(gè)電容器積蓄部14A以及至少一個(gè)飛 輪積蓄部14B的能量積蓄部14 ;進(jìn)行控制使能量積蓄部14從DC連接部13積蓄直流電力或者向DC連接部13供給直流電力的能量控制部15 ;以及根據(jù)指令電動(dòng)機(jī)2的動(dòng)作的電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令，控制直流交流變換器12變換的交流電力的電動(dòng)機(jī)控制部16。交流直流變換器11，例如由功率半導(dǎo)體元件以及與其逆并聯(lián)連接的二極管的橋電路組成的二極管整流變換器或者PWM變換器構(gòu)成。交流直流變換器11在向電動(dòng)機(jī)2供給電力時(shí)即在電動(dòng)機(jī)2動(dòng)力運(yùn)行時(shí)通過(guò)六個(gè)二極管全波整流來(lái)自三相商用交流電源的交流電壓將其變換為直流電壓，在電力再生時(shí)通過(guò)PWM控制對(duì)六個(gè)功率半導(dǎo)體元件進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制，向交流電源3側(cè)再生交流電力。直流交流變換器12，例如由功率半導(dǎo)體元件以及與其逆并聯(lián)連接的二極管構(gòu)成的橋電路組成。另外，根據(jù)來(lái)自電動(dòng)機(jī)控制裝置16的指令，對(duì)這些功率半導(dǎo)體元件進(jìn)行接通關(guān)斷控制(例如PWM控制)，把直流電壓變換為希望的波形以及頻率的交流電壓。直流交流變換器12向電動(dòng)機(jī)2供給輸出的交流電流。直流交流變換器12通過(guò)電動(dòng)機(jī)控制部16控制其開(kāi)關(guān)動(dòng)作。即電動(dòng)機(jī)控制部16生成為了使電動(dòng)機(jī)2以希望的速度(加速、減速、恒速、停止等)、轉(zhuǎn)矩、或者轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行動(dòng)作的指令，向直流交流變換器12內(nèi)的功率半導(dǎo)體元件輸出接通關(guān)斷指令，以使直流交流變換器12輸出為了使電動(dòng)機(jī)2進(jìn)行基于該指令的動(dòng)作具有需要的波形、頻率的交流電流。把直流交流變換器12輸出的交流電流輸入給電動(dòng)機(jī)2，由此電動(dòng)機(jī)2進(jìn)行旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。DC連接部13與交流直流變換器11的直流側(cè)和直流交流變換器12的直流側(cè)連接，進(jìn)行直流電力的交接，具有對(duì)通過(guò)交流直流變換器11或者直流交流變換器12變換后的直流電壓進(jìn)行濾波的濾波電容器(未圖示)。能量積蓄部14具有至少一個(gè)電容器積蓄部14A以及至少一個(gè)飛輪積蓄部14B。在圖I中，作為一例表示各具有一個(gè)電容器積蓄部14A以及一個(gè)飛輪積蓄部14B。電容器積蓄部14A具有大容量的電容器14A — I、直流直流變換器(DC — DC變換器)14A — 2。電容器積蓄部14A應(yīng)該積蓄或者輸出的直流電能由能量控制部15控制。能量控制部15向直流直流變換器14A - 2輸出控制電容器積蓄部14A應(yīng)該積蓄(充電)或者輸出(放電)的直流電能的指令。直流直流變換器14A - 2，在從能量控制部15接收到的指令表示要通過(guò)電容器積蓄部14A輸出(放電)直流電力的情況下，通過(guò)進(jìn)行使連接電容器14A - I側(cè)的直流電壓比連接DC連接部13側(cè)的直流電壓大的動(dòng)作，使電容器14A — I內(nèi)積蓄的能量向DC連接部13側(cè)流動(dòng)，在從能量控制部15接收到的指令表示要通過(guò)電容器積蓄部14A積蓄(充電)直流電力的情況下，通過(guò)進(jìn)行使連接電容器14A - I側(cè)的直流電壓比連接DC連接部13側(cè)的直流電壓小的動(dòng)作，使來(lái)自DC連接部13的能量向電容器14A — I側(cè)流動(dòng)，在電容器14A — I中積蓄該能量。通過(guò)具有這樣的結(jié)構(gòu)，在電動(dòng)機(jī)2加速時(shí)，除了來(lái)自交流電源3的能量之外，還把在電容器積蓄部14A中積蓄的能量提供給電動(dòng)機(jī)2作為用于電動(dòng)機(jī)2加速的動(dòng)力來(lái)使用，在電動(dòng)機(jī)2減速時(shí)，從電動(dòng)機(jī)2再生的能量流向電容器積蓄部14A積蓄該再生的能量。在電容器積蓄部14A中積蓄的能量在電動(dòng)機(jī)2加速時(shí)再利用。飛輪積蓄部14B具有慣量旋轉(zhuǎn)用電動(dòng)機(jī)14B-1、慣量14B-2、和直流交流變換器14B — 3。飛輪積蓄部14B應(yīng)該積蓄或者輸出的直流電能通過(guò)能量控制部15控制。即能量控制部15向直流交流變換器14B - 3輸出控制飛輪積蓄部14B應(yīng)該積蓄或者輸出的直流電能的指令。直流交流變換器14B - 3，在從能量控制部15接收到的指令表示要通過(guò)飛輪 積蓄部14B積蓄直流電力的情況下，通過(guò)進(jìn)行把直流電力向交流電力變換的逆變換動(dòng)作，使帶有慣量14B-2的慣量旋轉(zhuǎn)用電動(dòng)機(jī)14B - I旋轉(zhuǎn)，以使來(lái)自DC連接器13的能量向慣量旋轉(zhuǎn)用電動(dòng)機(jī)14B - I側(cè)流動(dòng)。由此，流入的電能以慣量14B - 2的旋轉(zhuǎn)能的形式積蓄。另外，直流交流變換器14B - 3，在從能量控制部15接收到的指令表示要通過(guò)飛輪積蓄部14B輸出直流電力的情況下，通過(guò)進(jìn)行把交流電力向直流電力變換的正變換動(dòng)作使在慣量14B - 2內(nèi)積蓄的旋轉(zhuǎn)能通過(guò)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)14B - I以及直流交流變換器14B — 3向電能變換。通過(guò)具有這樣的結(jié)構(gòu)，在電動(dòng)機(jī)2加速時(shí)，除了來(lái)自交流電源3的能量之外，還把在慣量積蓄部14B中積蓄的能量提供給電動(dòng)機(jī)2作為用于電動(dòng)機(jī)2加速的動(dòng)力來(lái)使用，在電動(dòng)機(jī)2減速時(shí)，從電動(dòng)機(jī)2再生的能量向飛輪積蓄部14B流入積蓄該再生的能量。在飛輪積蓄部14B內(nèi)積蓄的能量在電動(dòng)機(jī)2加速時(shí)被再利用。這樣，在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置I具有電容器積蓄部14A以及飛輪積蓄部14B來(lái)作為能量積蓄部14。這些電容器積蓄部14A以及飛輪積蓄部14B通過(guò)能量控制部15進(jìn)行控制。此外，能量控制部15以及電動(dòng)機(jī)控制部16例如由能夠進(jìn)行運(yùn)算處理判斷的處理器構(gòu)成。另外，電動(dòng)機(jī)控制部16，在控制電動(dòng)機(jī)2的動(dòng)作時(shí)，需要檢測(cè)流出流入電動(dòng)機(jī)2的交流電流、電動(dòng)機(jī)2的旋轉(zhuǎn)速度、直流交流變換器12的輸入輸出的電壓以及交流輸出的電壓等，在處理中使用它們，但是在圖I中關(guān)于這些檢測(cè)器以及傳感器省略圖示。另一方面，能量控制部15，從電容器積蓄部14A檢測(cè)電容器14A — I的直流電壓，從飛輪積蓄部14B檢測(cè)慣量旋轉(zhuǎn)用電動(dòng)機(jī)14B - I的旋轉(zhuǎn)速度等，在處理中使用它們。下面說(shuō)明能量控制部15的動(dòng)作。根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，作為積蓄以及供給直流電力的能量積蓄部14，并用電容器積蓄部14A和飛輪積蓄部14B。例如，在能量利用效率以及直流電力的積蓄或者供給的速度的方面，電容器積蓄部14A優(yōu)秀，在積蓄能量的大小的方面，飛輪積蓄部14B優(yōu)秀。因此，在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，根據(jù)這些電容器積蓄部14A和飛輪積蓄部14B的特性、電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作條件以及動(dòng)作狀況等，通過(guò)電容器積蓄部14A和飛輪積蓄部14B中的某一個(gè)或者雙方切換直流電力的積蓄或供給。即，能量控制部15，根據(jù)從電動(dòng)機(jī)控制部16接收到的電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令、或者電容器積蓄部14A以及飛輪積蓄部14B的可積蓄量或者充放電速度等特性進(jìn)行控制，僅通過(guò)電容器積蓄部14A、或者僅通過(guò)飛輪積蓄部14B、或者通過(guò)電容器積蓄部14A以及飛輪積蓄部14B雙方向DC連接器13供給(放電)或者從DC連接器13積蓄(充電)直流電力。在能量控制部15中，在通過(guò)電動(dòng)機(jī)控制部16對(duì)于電動(dòng)機(jī)2進(jìn)行加速控制時(shí)設(shè)定能量積蓄部14向DC連接部13供給的直流電力的電容器積蓄部14A和飛輪積蓄部14B間的供給分擔(dān)率，以及在通過(guò)電動(dòng)機(jī)控制部16對(duì)于電動(dòng)機(jī)2進(jìn)行減速控制時(shí)設(shè)定能量積蓄部14從DC連接部13積蓄的直流電力的電容器積蓄部14A和飛輪積蓄部14B間的積蓄分擔(dān)率。例如，在要使電容器積蓄部14A以及飛輪積蓄部14B中的某一方不動(dòng)作(停止)的情況下，只要使該不動(dòng)作(停止)的一方的供給分擔(dān)率或者積蓄分擔(dān)率設(shè)為“零(O)”即可。這些供給分擔(dān)率以及積蓄分擔(dān)率是可變的，作為時(shí)間的函數(shù)根據(jù)控制內(nèi)容變更，將它們用于生成針對(duì)電容器積蓄部14A以及飛輪積蓄部14B內(nèi)的直流直流變換器14A — 2以及直流交流變換器14B - 3進(jìn)行開(kāi)關(guān)指令的PWM控制信號(hào)。
設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置I時(shí)，首先，根據(jù)作為負(fù)荷的電動(dòng)機(jī)2的驅(qū)動(dòng)條件、連接電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置I的交流電源3被允許的電流尖峰、或者作為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置I的規(guī)格決定的電力尖峰等，決定能量積蓄部14的能量的可積蓄量以及最大輸出。當(dāng)決定了能量積蓄部14的能量的可積蓄量以及最大輸出時(shí)，適宜考慮能量積蓄部14的設(shè)置空間以及成本，決定電容器積蓄部14A和飛輪積蓄部14B之間的積蓄分擔(dān)率。當(dāng)決定了電容器積蓄部14A和飛輪積蓄部14B之間的積蓄分擔(dān)率時(shí)，通過(guò)下式?jīng)Q定電容器積蓄部14A的電容器容量以及飛輪積蓄部14B的電動(dòng)機(jī)慣量。當(dāng)設(shè)由電容器積蓄部14A積蓄或者供給的能量為Ja (J),電容器14A — I的容量為C (F)，電容器14A - I的充電電壓的上限為V1 (V)，電容器14A-1的充電電壓的下限為V2 (V)時(shí)，因?yàn)橛惺絀的關(guān)系，所以能夠求出電容器14A — I的容量C (F)Ja =^C(V；-Vf)(I)另外，當(dāng)設(shè)電容器14A — I的電壓為V (V)、流入電容器14A — I的電流為I (A)時(shí)，電容器積蓄部14A的輸出Wa (W)能夠通過(guò)式2求出。Wa = VI (2)另一方面，當(dāng)設(shè)由飛輪積蓄部14B積蓄或者供給的能量為Jb (J)、慣量14B — 2的值為I (kgm2)、電動(dòng)機(jī)2的角速度的上限為Co1 (rad/s)、電動(dòng)機(jī)2的角速度的下限為ω2(rad/s)時(shí)，因?yàn)橛惺?的關(guān)系，所以能夠求出慣量14B — 2的值I (kgm2)。Jb =^l(a)' -CJ j ( 3 )此外，在該慣量14B — 2的值中還包含慣量旋轉(zhuǎn)用電動(dòng)機(jī)14B — I具有的慣量。在圖I表不的例子中，把慣量14B — 2與慣量旋轉(zhuǎn)用電動(dòng)機(jī)14B — I的旋轉(zhuǎn)軸結(jié)合,但是也可以不把該慣量14B - 2作為與慣量旋轉(zhuǎn)用電動(dòng)機(jī)14B - I不同的慣量，而是作為慣量旋轉(zhuǎn)用電動(dòng)機(jī)14B - I自身的旋轉(zhuǎn)軸具有的慣量。另外，當(dāng)設(shè)電動(dòng)機(jī)2的轉(zhuǎn)矩為T(mén) (Nm),電動(dòng)機(jī)2的角速度為ω (rad/s)時(shí)，能夠根據(jù)式4求出飛輪積蓄部14B的輸出Wb (W)。Wb = Tco ⑷
然后，舉幾個(gè)具體例說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置I。圖2a以及圖2b是表示本發(fā)明的第一實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)作的第一具體例的圖。第一具體例是把電容器積蓄部14A和飛輪積蓄部14B之間的供給分擔(dān)率以及積蓄分擔(dān)率設(shè)為I對(duì)4，根據(jù)這些供給分擔(dān)率以及積蓄分擔(dān)率由能量控制部15控制能量積蓄部14的例子。這些供給分擔(dān)率以及積蓄分擔(dān)率如上所述根據(jù)式I 4來(lái)決定。如圖2a所示，考慮通過(guò)電動(dòng)機(jī)控制部16的控制，首先使電動(dòng)機(jī)2加速，在一定期間以一定速度旋轉(zhuǎn)后進(jìn)行減速的情況。如圖2a所示，在電動(dòng)機(jī)2加速時(shí)產(chǎn)生正的轉(zhuǎn)矩，在電動(dòng)機(jī)2減速時(shí)產(chǎn)生負(fù)的轉(zhuǎn)矩。能量控制部15進(jìn)行控制，以便在從交流電源3經(jīng)由交流直流變換器11、DC連接部13以及直流交流變換器12提供給電動(dòng)機(jī)2的交流電力超過(guò)預(yù)定的抑制值時(shí)，電容器積蓄部14A以及飛輪積蓄部14B特別是以供給分擔(dān)率I對(duì)4進(jìn)行輸出，使 能量積蓄部14輸出為了得到從用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)2需要的交流電力中減去該預(yù)定的抑制值后的交流電力所需要的直流電力。如圖2b所示，在電動(dòng)機(jī)2的加速控制期間電動(dòng)機(jī)輸出繼續(xù)增加，但是能量控制部15在電動(dòng)機(jī)輸出達(dá)到預(yù)定的抑制值之前不使能量積蓄部14動(dòng)作，因此，在該期間僅從交流電源3供給電力。在電動(dòng)機(jī)2的加速控制期間當(dāng)電動(dòng)機(jī)輸出達(dá)到了預(yù)定的抑制值時(shí)，能量控制部15控制電容器積蓄部14A內(nèi)的直流直流變換器14A - 2以及飛輪積蓄部14B內(nèi)的直流交流變換器14B - 3，以便除了來(lái)自交流電源3的電力之外，從電容器積蓄部14A以及飛輪積蓄部14B以I對(duì)4的比例供給電力。在電動(dòng)機(jī)2的恒速控制期間，因?yàn)榕c電動(dòng)機(jī)2的加速或者減速控制期間的情況相比驅(qū)動(dòng)電力減少，所以能量控制部15使能量積蓄部14的動(dòng)作停止。其后，當(dāng)轉(zhuǎn)移到電動(dòng)機(jī)2的減速控制期間時(shí)，從電動(dòng)機(jī)2發(fā)生再生電力。能量控制部15進(jìn)行控制，以便在從電動(dòng)機(jī)2再生并經(jīng)由直流交流變換器12、DC連接部13以及交流直流變換器11向交流電源3返回的交流電力超過(guò)預(yù)定的抑制值時(shí)，以電容器積蓄部14A以及飛輪積蓄部14B特別以積蓄分擔(dān)率I對(duì)4的比例進(jìn)行積蓄的方式，能量積蓄部14積蓄從電動(dòng)機(jī)2再生的交流電力減去該預(yù)定的抑制值后的交流電力進(jìn)行變換后得到的直流電力。即，關(guān)于到預(yù)定的抑制值的電力，向交流電源3側(cè)再生，但是對(duì)于剩余的電力，能量控制部15控制電容器積蓄部14A內(nèi)的直流直流變換器14A - 2以及飛輪積蓄部14B內(nèi)的直流交流變換器14B - 3，使電容器積蓄部14A以及飛輪積蓄部14B以積蓄負(fù)擔(dān)率I對(duì)4的比例積蓄再生的電力。其后，如果再生電力的積蓄達(dá)到預(yù)定的抑制值，能量控制部15使能量積蓄部14的動(dòng)作停止。于是僅向交流電源3側(cè)再生電力。圖3a以及圖3b是表示本發(fā)明的第一實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)作的第二具體例的圖。第二具體例是在開(kāi)始供給直流電力時(shí)以及在開(kāi)始積蓄直流電流時(shí)僅使電容器積蓄部14A動(dòng)作的例子。這是為了利用大容量的電容器能夠急速充放電這樣的特性，在電容器積蓄部中積蓄或者供給能量時(shí)的損失比飛輪積蓄部的小，能量利用效率高的電容器積蓄部的特性以及飛輪積蓄部的每單位體積可積蓄的能量比電容器積蓄部大的特性。如圖3a所示，考慮通過(guò)電動(dòng)機(jī)控制部16的控制，首先使電動(dòng)機(jī)2加速、在一定期間以恒速旋轉(zhuǎn)后使其減速的情況。如圖3a所示，在電動(dòng)機(jī)2加速時(shí)發(fā)生正的轉(zhuǎn)矩，在電動(dòng)機(jī)2減速時(shí)發(fā)生負(fù)的轉(zhuǎn)矩。
能量控制部15進(jìn)行控制，以便在從交流電源3經(jīng)由交流直流變換器11、DC連接部13以及直流交流變換器12提供給電動(dòng)機(jī)2的交流電力超過(guò)預(yù)定的抑制值時(shí)，能量積蓄部14輸出為了得到用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)2需要的交流電力減去該預(yù)定的抑制值后的交流電力所需要的直流電力。如圖3b所示，在電動(dòng)機(jī)2的加速控制期間電動(dòng)機(jī)輸出繼續(xù)增加，但是能量控制部15在電動(dòng)機(jī)輸出達(dá)到預(yù)定的抑制值之前不使能量積蓄部14動(dòng)作，因此，在該期間內(nèi)僅從交流電源3供給電力。在電動(dòng)機(jī)2的加速控制期間電動(dòng)機(jī)輸出達(dá)到了預(yù)定的抑制值時(shí)，能量控制部15控制電容器積蓄部14A內(nèi)的直流直流變換器14A - 2以及飛輪積蓄部14B內(nèi)的直流交流變換器14B - 3，以便除了來(lái)自交流電源3的電力之外，還從電容器積蓄部14A供給電力。在電動(dòng)機(jī)2的恒速控制期間，因?yàn)榕c電動(dòng)機(jī)2的加速或者減速控制期間的情況相 比驅(qū)動(dòng)電力減少，所以能量控制部15控制電容器積蓄部14A內(nèi)的直流直流變換器14A - 2以及飛輪積蓄部14B內(nèi)的直流交流變換器14B - 3，使能量積蓄部14的動(dòng)作停止。當(dāng)在電動(dòng)機(jī)2的加速控制期間電動(dòng)機(jī)輸出達(dá)到了預(yù)定的抑制值時(shí)，能量控制部15控制電容器積蓄部14A內(nèi)的直流直流變換器14A - 2，以便除了來(lái)自交流電源3的電力之外，還從電容器積蓄部14A供給電力。當(dāng)電容器積蓄部14A的電力供給進(jìn)行了某種程度時(shí)，因?yàn)樵陔娙萜鞣e蓄部14A內(nèi)積蓄的電力接近枯竭，所以能量控制部15在檢測(cè)到電容器14A - I的充電電壓成為下限值V2時(shí)，控制飛輪積蓄部14B內(nèi)的直流交流變換器14B - 3，開(kāi)始來(lái)自飛輪積蓄部14B的電力的供給。在本實(shí)施例中，如圖3b所示，在開(kāi)始來(lái)自飛輪積蓄部14B的電力的供給時(shí)，通過(guò)變更供給分擔(dān)率，開(kāi)始慢慢減少?gòu)碾娙萜鞣e蓄部14A供給的直流電力的量，把對(duì)DC連接器13的直流電力的供給源從電容器積蓄部14A慢慢切換到飛輪積蓄部14B?；蛘咦鳛樗奶娲部梢栽陲w輪積蓄部14B開(kāi)始供給電力時(shí)，停止電容器積蓄部14A的直流電力的供給。在電動(dòng)機(jī)2的恒速控制期間，因?yàn)榕c電動(dòng)機(jī)2的加速或者減速控制期間的情況相比驅(qū)動(dòng)電力減少，所以能量控制部15控制電容器積蓄部14A內(nèi)的直流直流變換器14A - 2以及飛輪積蓄部14B內(nèi)的直流交流變換器14B - 3，停止能量積蓄部14的動(dòng)作。然后，當(dāng)轉(zhuǎn)移到電動(dòng)機(jī)2的減速控制期間時(shí)，從電動(dòng)機(jī)2產(chǎn)生再生電力。能量控制部15，在從電動(dòng)機(jī)2再生并經(jīng)由直流交流變換器12、DC連接部13以及交流直流變換器11向交流電源3返回的交流電力超過(guò)了預(yù)定的抑制值時(shí)，電容器積蓄部14A積蓄從電動(dòng)機(jī)2再生的交流電力減去該預(yù)定的抑制值后的交流電力進(jìn)行變換得到的直流電力。即，關(guān)于到預(yù)定的抑制值的電力，向交流電源3側(cè)再生，對(duì)于剩余的電力，能量控制部15控制電容器積蓄部14A內(nèi)的直流直流變換器14A — 2，使電容器積蓄部14A積蓄再生的電力。當(dāng)電容器積蓄部14A的直流電力的積蓄進(jìn)行了某種程度時(shí)，因?yàn)樵陔娙萜鞣e蓄部14A內(nèi)積蓄的直流電能接近可積蓄量，所以能量控制部15，在檢測(cè)到電容器14A - I的充電電壓成為上限值V1時(shí)，控制飛輪積蓄部14B內(nèi)的直流交流變換器14B - 3，開(kāi)始向飛輪積蓄部14B積蓄直流電力。在本實(shí)施例中，如圖3b所示，在開(kāi)始向飛輪積蓄部14B積蓄電力時(shí)，變更積蓄分擔(dān)率開(kāi)始慢慢減少向電容器積蓄部14A積蓄的直流電力的量，把來(lái)自DC連接器13的直流電力的積蓄目的地從電容器積蓄部14A慢慢切換到飛輪積蓄部14B。或者作為它的代替例，也可以在開(kāi)始向飛輪積蓄部14B積蓄直流電力時(shí)，停止向電容器積蓄部14A積蓄直流電力。其后，當(dāng)再生電力的積蓄達(dá)到預(yù)定的抑制值時(shí)，能量控制部15控制電容器積蓄部14A內(nèi)的直流直流變換器14A - 2以及飛輪積蓄部14B內(nèi)的直流交流變換器14B — 3，使能量積蓄部14的動(dòng)作停止。于是僅向交流電源3側(cè)再生電力。在這樣的第二具體例中，在來(lái)自電容器積蓄部14A的供給能量不足的情況下，或者在電容器積蓄部14A無(wú)法更多地積蓄來(lái)自電動(dòng)機(jī)2的再生電力的情況下，使用飛輪積蓄部14B。即能量控制部15進(jìn)行控制，以便在能量積蓄部14要向DC連接部13供給的直流電力在預(yù)定的電能以下時(shí)，僅通過(guò)電容器積蓄部14A供給該直流電力，在該直流電力比上述預(yù)定的電能大時(shí)僅通過(guò)飛輪積蓄部14B或者通過(guò)電容器積蓄部14A以及飛輪積蓄部14B雙方供給該直流電力。能量控制部15進(jìn)行控制，以便在能量積蓄部14要從DC連接部13積蓄的直流電力在預(yù)定的電能以下時(shí)，僅在電容器積蓄部14A內(nèi)積蓄，在該直流電力比上述預(yù)定的電能大時(shí)僅在飛輪積蓄部14B內(nèi)或者在電容器積蓄部14A以及飛輪積蓄部14B雙方內(nèi)積蓄。
圖4a以及圖4b是表示本發(fā)明的第一實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)作的第三具體例的圖。第三具體例是在作為負(fù)荷的電動(dòng)機(jī)2的負(fù)荷變動(dòng)塊，為了抑制交流電源的電力尖峰需要急劇的電力積蓄或者供給的情況下，特別優(yōu)先使用電容器積蓄部的例子。在加速或者減速控制電動(dòng)機(jī)2時(shí)，用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)2的交流電力成為峰值，但是當(dāng)來(lái)自能量積蓄部14的電力的供給以及向能量積蓄部14的電力積蓄慢時(shí)，來(lái)自交流電源3的電力的供給或者向交流電源3的電力的積蓄要要求比原來(lái)設(shè)想的多。如上所述在驅(qū)動(dòng)電力的積蓄或者供給的速度方面，電容器積蓄部14A比飛輪積蓄部14B優(yōu)秀，所以在要求驅(qū)動(dòng)電力的積蓄或者供給的速度的情況下，使用能量積蓄部14中的電容器積蓄部14A。這里，如圖4a所示，考慮通過(guò)電動(dòng)機(jī)控制部16的控制，使電動(dòng)機(jī)2加速以及以恒定速度旋轉(zhuǎn)后，再進(jìn)行加速的情況。如圖4a所示，在電動(dòng)機(jī)2加速時(shí)產(chǎn)生正的轉(zhuǎn)矩。能量控制部15進(jìn)行控制，以便在從交流電源3經(jīng)由交流直流變換器11、DC連接部13以及直流交流變換器12提供給電動(dòng)機(jī)2的交流電力超過(guò)預(yù)定的抑制值時(shí)，能量積蓄部14輸出為了得到從用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)2需要的交流電力中減去該預(yù)定的抑制值后的交流電力所需要的直流電力。如圖4b所示，在電動(dòng)機(jī)2的加速控制期間電動(dòng)機(jī)輸出繼續(xù)增加，但是能量控制部15在電動(dòng)機(jī)輸出達(dá)到預(yù)定的抑制值之前不使能量積蓄部14動(dòng)作，因此，在該期間內(nèi)僅從交流電源3供給電力。在電動(dòng)機(jī)2的加速控制期間電動(dòng)機(jī)輸出達(dá)到預(yù)定的抑制值時(shí)，能量控制部15控制電容器積蓄部14A內(nèi)的直流直流變換器14A - 2以及飛輪積蓄部14B內(nèi)的直流交流變換器14B - 3，以便除了來(lái)自交流電源3的電力之外，僅通過(guò)電容器積蓄部14A或僅通過(guò)飛輪積蓄部14B或者通過(guò)電容器積蓄部14A以及飛輪積蓄部14B雙方供給電力。具體地說(shuō)，能量控制部15控制電容器積蓄部14A內(nèi)的直流直流變換器14A - 2以及飛輪積蓄部14B內(nèi)的直流交流變換器14B - 3，以便在能量積蓄部14向DC連接部13供給的直流電力的增加率在預(yù)定值以下時(shí)，僅通過(guò)飛輪積蓄部14B供給該直流電力，在能量積蓄部14向DC連接部13供給的直流電力的增加率比預(yù)定的值大時(shí)，僅通過(guò)電容器積蓄部14A或者通過(guò)電容器積蓄部14A以及飛輪積蓄部14B雙方供給該直流電力。此外，在圖示的例子中，表示出電動(dòng)機(jī)2的加速控制以及恒速控制時(shí)能量積蓄部14的電力供給，但是關(guān)于從電動(dòng)機(jī)2再生的電力的積蓄相同。即，能量控制部15在能量積蓄部14從DC連接部13積蓄的直流電力的增加率在預(yù)定值以下時(shí)，控制飛輪積蓄部14B內(nèi)的直流交流變換器14B - 3，僅在飛輪積蓄部14B內(nèi)積蓄該直流電力，在能量積蓄部14從DC連接部13積蓄的直流電力的增加率比預(yù)定的值大時(shí)，控制電容器積蓄部14A內(nèi)的直流直流變換器14A - 2以及飛輪積蓄部14B內(nèi)的直流交流變換器14B - 3，僅在電容器積蓄部14A或者在電容器積蓄部14A以及飛輪積蓄部14B的雙方內(nèi)積蓄該直流電力。其后，如果再生電力的積蓄達(dá)到預(yù)定的抑制值，則能量控制部15控制電容器積蓄部14A內(nèi)的直流直流變換器14A - 2以及飛輪積蓄部14B內(nèi)的直流交流變換器14B - 3，停止能量積蓄部14的動(dòng)作。于是僅向交流電源3側(cè)再生電力。如上所述,能量控制部15根據(jù)從電動(dòng)機(jī)控制部16接收到的電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令、或者電容器積蓄部14A以及飛輪積蓄部14B的可積蓄量或者充放電速度等特性進(jìn)行控制，僅通過(guò)電容器積蓄部14A或僅通過(guò)飛輪積蓄 部114B或者通過(guò)電容器積蓄部14A以及飛輪積蓄部15B雙方向DC連接部13供給(放電)直流電力或者從DC連接部13積蓄(充電)直流電力。以上參照?qǐng)D2a、2b、3a、3b、4a以及4b說(shuō)明的第一 第三具體例是一例，關(guān)于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置1，即使在此表示的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況以外的狀況下，只要根據(jù)該狀況，能量控制部15進(jìn)行控制，僅通過(guò)電容器積蓄部14A或僅通過(guò)飛輪積蓄部114B或者通過(guò)電容器積蓄部14A以及飛輪積蓄部15B雙方，向DC連接部13供給(放電)或者從DC連接部13積蓄(充電)直流電力即可。例如還可以適當(dāng)組合上述第一 第三具體例來(lái)執(zhí)行。在接通了電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置I的電源時(shí)，能量積蓄部14不充電，另外，在從電動(dòng)機(jī)2再生的電力少的驅(qū)動(dòng)條件下，有時(shí)在能量積蓄部14中積蓄的電力也少。在這樣的情況下，在能量積蓄部14中積蓄的少量的電力無(wú)法滿足下次加速控制電動(dòng)機(jī)2時(shí)需要的驅(qū)動(dòng)電力，結(jié)果，從交流電源3側(cè)供給的電力增大，成為大的電力尖峰。即使是這樣的無(wú)法得到能量積蓄部14供給的能量的驅(qū)動(dòng)條件，為了抑制對(duì)交流電源3要求的電力尖峰，需要預(yù)先準(zhǔn)備能量積蓄部14能夠供給電力的機(jī)制。因此,在電動(dòng)機(jī)2停止或者電動(dòng)機(jī)2的驅(qū)動(dòng)電力在某值以下時(shí)，優(yōu)選在能量積蓄部14內(nèi)一邊限制電流一邊積蓄電力。即能量控制部15，在電動(dòng)機(jī)
2停止時(shí)，或者在用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)2的交流電力在預(yù)定的值以下時(shí)，控制電容器積蓄部14A內(nèi)的直流直流變換器14A - 2以及飛輪積蓄部14B內(nèi)的直流交流變換器14B — 3，使能量積蓄部14從DC連接部13積蓄直流電力。接著，說(shuō)明本發(fā)明的第二實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。本發(fā)明的第二實(shí)施例，是在參照?qǐng)DI 4說(shuō)明的第一實(shí)施例中，作為能量積蓄部的結(jié)構(gòu)，從電容器積蓄部以及飛輪積蓄部的結(jié)構(gòu)，變更為具有多個(gè)電容器積蓄部的結(jié)構(gòu)，該電容器積蓄部具有不同種類的電容器。圖5是表示本發(fā)明的第二實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的框圖。在圖示的例子中，因?yàn)閷C(jī)床的驅(qū)動(dòng)軸數(shù)量設(shè)為兩個(gè)，所以設(shè)置了兩個(gè)電動(dòng)機(jī)2。本發(fā)明的第二實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置I具有把來(lái)自交流電源3的交流電力變換為直流電力的交流直流變換器11 ;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直流交流變換器12 ;與交流直流變換器11的直流側(cè)和直流交流變換器12的直流側(cè)連接，進(jìn)行直流電力的交接的DC連接部13 ;與DC連接部13連接，從DC連接部13積蓄直流電力或者向DC連接部13供給直流電力，具備分別具有不同種類的電容器的電容器積蓄部14C以及14D的能量積蓄部14 ;進(jìn)行控制使能量積蓄部14從DC連接部13積蓄直流電力或者向DC連接部13供給直流電力的能量控制部
15;和根據(jù)指令電動(dòng)機(jī)2的動(dòng)作的電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令，控制直流交流變換器12變換的交流電力的電動(dòng)機(jī)控制部16。
S卩，在圖I所示的第一實(shí)施例中，把能量積蓄部14構(gòu)成為具有至少一個(gè)電容器積蓄部14A以及至少一個(gè)飛輪積蓄部的結(jié)構(gòu)，但是在圖5表示的第二實(shí)施例中，把能量積蓄部14構(gòu)成為在電容器積蓄部14C和電容器積蓄部14D的內(nèi)部具有的電容器的種類不同的結(jié)構(gòu)。這樣因?yàn)楦鶕?jù)電容器的種類額定電壓不同，設(shè)置按照電容器的不同設(shè)置了直流直流變換器的電容器積蓄部，能量控制部15在針對(duì)電容器的每個(gè)種類不同的允許范圍內(nèi)進(jìn)行控制，因此是有效的結(jié)構(gòu)。此外，在圖示的例子中，設(shè)電容器積蓄部的個(gè)數(shù)為兩個(gè)，但是該個(gè)數(shù)不過(guò)是一例，只要是兩個(gè)以上多少都可以。另外，關(guān)于這以外的電路構(gòu)成要素，因?yàn)榕c圖I表示的電路構(gòu)成要素相同，所以對(duì)相同的電路構(gòu)成要素賦予了相同的符號(hào)，省略關(guān)于該電路構(gòu)成要素的詳細(xì)的說(shuō)明。下面說(shuō)明電容器積蓄部14C以及14D。作為電容器積蓄部14C以及14D具有的電容器(蓄電器)，具有電解電容器、雙電層電容器、鋰離子電容器、下一代的大容量電容器等。此外，在圖5表示的第二實(shí)施例中，假定電容器積蓄部14C具有的電容器是電解電容器14C 一 1，電容器積蓄部14D具有的電容器是雙電層電容器14D — I。
在電容器積蓄部14C具有的電解電容器14C-1和DC連接部13之間連接直流直流變換器(DC - DC變換器)14C - 2，在電容器積蓄部14D具有的雙電層電容器14D — I和DC連接部13之間連接直流直流變換器(DC - DC變換器)14D — 2。電容器積蓄部14C以及14D應(yīng)該積蓄或者輸出的直流電能通過(guò)能量控制部15控制。即，能量控制部15向直流直流變換器14C — 2輸出控制電容器積蓄部14C應(yīng)該積蓄(充電)或者輸出(放電)的直流電能的指令。直流直流變換器14C - 2，在接收到的指令表示由電解電容器14C - I輸出(放電)直流電力的情況下，通過(guò)執(zhí)行使連接電解電容器14C - I側(cè)的直流電壓大于連接DC連接部13側(cè)的直流電壓的動(dòng)作，使電解電容器14C - I中積蓄的能量向DC連接部13側(cè)流動(dòng)，在接收到的指令表示由電容器積蓄部14C積蓄(充電)直流電力的情況下，通過(guò)執(zhí)行使連接電解電容器14C - I側(cè)的直流電壓比連接DC連接部13側(cè)的直流電壓小的動(dòng)作，使來(lái)自DC連接部13的能量向電解電容器14C - I側(cè)流動(dòng)，使該能量積蓄在電解電容器14C 一 I內(nèi)。關(guān)于具有雙電層電容器14D - I以及直流直流變換器14D - 2的電容器積蓄部14D，因?yàn)槠鋭?dòng)作也和具有電解電容器14C - I以及直流直流變換器14C - 2的電容器積蓄部14C相同，所以省略說(shuō)明。電解電容器14C - I具有能夠頻繁而且急速地充放電，但容量密度小的特性。另一方面，雙電層電容器容量密度大，但是因?yàn)榘l(fā)熱大所以不能頻繁地充放電。因此，在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，在積蓄·供給需要寬松的時(shí)間的情況下，能量控制部15控制電容器積蓄部14D內(nèi)的直流直流變換器14D - 2，使用雙電層電容器14D — I進(jìn)行電力的供給或者積蓄，在積蓄·供給頻繁但是用小容量就可以解決的情況下，能量控制部15控制電容器積蓄部14C內(nèi)的直流直流變換器14C - 2，使用電解電容器14C 一 I進(jìn)行電力的供給或者積蓄。根據(jù)本發(fā)明，在具有把來(lái)自交流電源的交流電力變換為直流電力的交流直流變換器；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直流交流變換器；以及積蓄或者輸出直流電力的能量積蓄部的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中，因?yàn)檫m當(dāng)選擇并使用構(gòu)成能量積蓄部的電容器積蓄部和飛輪積蓄部，所以能量積蓄部的能量利用效率高，能夠有效抑制交流電源的峰值。本發(fā)明適用于在針對(duì)機(jī)床的每一個(gè)驅(qū)動(dòng)軸具有電動(dòng)機(jī)的機(jī)床系統(tǒng)中，在通過(guò)具有把輸入的交流變換為直流的交流直流變換器和把從交流直流變換器輸出的直流變換為作為各電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電力分別供給的交流的直流交流變換器的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)這些電 動(dòng)機(jī)(伺服電動(dòng)機(jī))的情況。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置(I)，其特征在于，具有 把來(lái)自交流電源的交流電力變換為直流電力的交流直流變換器(11); 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直流交流變換器(12)； 將上述交流直流變換器(11)的直流側(cè)和上述直流交流變換器(12)的直流側(cè)連接，進(jìn)行直流電力的收受的DC連接部(13)； 與上述DC連接部(13)連接，具有從上述DC連接部(13)積蓄直流電力或者向上述DC連接部(13)供給直流電力的至少一個(gè)電容器積蓄部(14A、14C、14D)以及至少一個(gè)飛輪積蓄部(14B)的能量積蓄部(14); 根據(jù)指令電動(dòng)機(jī)(2)的動(dòng)作的電動(dòng)機(jī)動(dòng)作指令，進(jìn)行控制使上述直流交流變換器(12)輸出希望的交流電力的電動(dòng)機(jī)控制部(16);和 進(jìn)行控制使上述能量積蓄部(14)從上述DC連接部(13)積蓄或者向上述DC連接部(13)供給直流電力的能量控制部(15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置(I)，其特征在于， 上述能量控制部(15)進(jìn)行控制，僅使上述電容器積蓄部(14A、14C、14D)或者僅使上述飛輪積蓄部(14B)或者使上述電容器積蓄部(14A、14C、14D)以及上述飛輪積蓄部(14B)雙方向上述DC連接部(13)供給直流電力或者從上述DC連接部(13)積蓄直流電力。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置(I)，其特征在于， 在上述能量控制部(15 )中，在通過(guò)上述電動(dòng)機(jī)控制部(16 )對(duì)電動(dòng)機(jī)(2 )進(jìn)行加速控制時(shí)設(shè)定上述能量積蓄部(14)向上述DC連接部(13)供給的直流電力在上述電容器積蓄部(14A、14C、14D)和上述飛輪積蓄部(14B)之間的供給分擔(dān)率，以及在通過(guò)上述電動(dòng)機(jī)控制部(16)對(duì)電動(dòng)機(jī)(2)進(jìn)行減速控制時(shí)設(shè)定上述能量積蓄部(14)從上述DC連接部(13)積蓄的直流電力在上述電容器積蓄部(14A、14C、14D)和上述飛輪積蓄部(14B)之間的積蓄分擔(dān)率。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置(I)，其特征在于， 上述能量控制部(15)進(jìn)行控制，以便在通過(guò)上述能量積蓄部(14)開(kāi)始直流電力供給時(shí)僅通過(guò)上述電容器積蓄部(14A、14C、14D)供給上述能量積蓄部(14)向上述DC連接部(13)供給的直流電力，在上述電容器積蓄部(14A、14C、14D)積蓄的直流電力成為預(yù)定的電能以下時(shí)，僅通過(guò)上述飛輪積蓄部(14B)供給上述能量積蓄部(14)向上述DC連接部(13)供給的直流電力。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置(I)，其特征在于， 上述能量控制部(15)進(jìn)行控制，以便在通過(guò)上述能量積蓄部(14)開(kāi)始直流電力積蓄時(shí)僅在上述電容器積蓄部(14A、14C、14D)內(nèi)積蓄上述能量積蓄部(14)從上述DC連接部(13)積蓄的直流電力，在上述電容器積蓄部(14A、14C、14D)積蓄的直流電力成為預(yù)定的電能以上時(shí),僅在上述飛輪積蓄部(14B)內(nèi)積蓄上述能量積蓄部(14)從上述DC連接部(13)積蓄的直流電力。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置(I)，其特征在于， 上述能量控制部(15)進(jìn)行控制，以便在上述能量積蓄部(14)向上述DC連接部(13)供給的直流電力的增加率在上述預(yù)定的值以下時(shí)，僅通過(guò)上述飛輪積蓄部(14B)供給該直流電力。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置(I)，其特征在于， 上述能量控制部(15)進(jìn)行控制，以便在上述能量積蓄部(14)向上述DC連接部(13)供給的直流電力的增加率比上述預(yù)定的值大時(shí)，僅通過(guò)上述電容器積蓄部(14A、14C、14D)或者通過(guò)上述電容器積蓄部(14A、14C、14D)以及上述飛輪積蓄部(14B)雙方供給該直流電力。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置(I)，其特征在于， 上述能量控制部(15)進(jìn)行控制，以便在上述能量積蓄部(14)從上述DC連接部(13)積蓄的直流電力的增加率在預(yù)定的值以下時(shí)，僅在上述飛輪積蓄部(14B)內(nèi)積蓄該直流電力。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置(I)，其特征在于， 上述能量控制部(15)進(jìn)行控制，以便在上述能量積蓄部(14)從上述DC連接部(13)積蓄的直流電力的增加率比上述預(yù)定的值大時(shí)，僅在上述電容器積蓄部(14A、14C、14D)內(nèi)或者在上述電容器積蓄部(14A、14C、14D)以及上述飛輪積蓄部(14B)雙方內(nèi)積蓄該直流電力。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置(I)，其特征在于， 上述能量控制部(15)進(jìn)行控制，以便在上述能量積蓄部(14)向上述DC連接部(13)供給的直流電力在預(yù)定的電能以下時(shí)，僅通過(guò)上述電容器積蓄部(14A、14C、14D)供給該直流電力，在該直流電力比上述預(yù)定的電能大時(shí)僅通過(guò)飛輪積蓄部(14B)或者通過(guò)上述電容器積蓄部(14A、14C、14D)以及上述飛輪積蓄部(14B)雙方供給該直流電力。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置(I)，其特征在于， 上述能量控制部(15)進(jìn)行控制，以便在上述能量積蓄部(14)從上述DC連接部(13)積蓄的直流電力在預(yù)定的電能以下時(shí)，僅在上述電容器積蓄部(14A、14C、14D)內(nèi)積蓄該直流電力，在該直流電力比上述預(yù)定的電能大時(shí)僅在上述飛輪積蓄部14B內(nèi)或者在上述電容器積蓄部(14A、14C、14D)以及上述飛輪積蓄部(14B)雙方內(nèi)積蓄該直流電力。
12.根據(jù)權(quán)利要求I 11的任意一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置(I)，其特征在于， 上述能量控制部(15)進(jìn)行控制，以便在從交流電源經(jīng)由上述交流直流變換器(11)、上述DC連接部(13)以及上述直流交流變換器(12)提供給電動(dòng)機(jī)(2)的交流電力超過(guò)預(yù)定的抑制值時(shí)，上述能量積蓄部(14)輸出為了得到從驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)(2)所需要的交流電力中減去上述預(yù)定的抑制值后的交流電力所需要的直流電力。
13.根據(jù)權(quán)利要求I 11的任意一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置(I)，其特征在于， 上述能量控制部(15)進(jìn)行控制，以便在從電動(dòng)機(jī)(2)再生后經(jīng)由上述直流交流變換器(12)、上述DC連接部(13)以及上述交流直流變換器(11)向交流電源返回的交流電力超過(guò)預(yù)定的抑制值時(shí)，上述能量積蓄部(14)積蓄對(duì)從電動(dòng)機(jī)(2)再生的交流電力中減去上述預(yù)定的抑制值后的交流電力進(jìn)行變換得到的直流電力。
14.根據(jù)權(quán)利要求I 11的任意一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置(I)，其特征在于， 上述能量控制部(15)進(jìn)行控制，以便在電動(dòng)機(jī)(2)停止時(shí),或者在用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)(2)的交流電力在預(yù)定的值以下時(shí)，上述能量積蓄部(14)從上述DC連接部(13)積蓄直流電力。
全文摘要
具有能量積蓄部的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置(1)具有把來(lái)自電源的交流電力變換為直流電力的交流直流變換器(11)；相互變換直流電力和交流電力的直流交流變換器(12)；將交流直流變換器(11)以及直流交流變換器(12)的各直流側(cè)連接，進(jìn)行直流電力的交接的DC連接部(13)；與DC連接部(13)連接，具有積蓄或者供給直流電力的至少一個(gè)電容器積蓄部(14A)以及至少一個(gè)飛輪積蓄部(14B)的能量積蓄部(14)；以及進(jìn)行控制使能量積蓄部(14)積蓄或者供給直流電力的能量控制部(15)。
文檔編號(hào)H02J3/30GK102843095SQ201210212520
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者酒井幸次郎, 巖下平輔 申請(qǐng)人:發(fā)那科株式會(huì)社