具有蓄电装置的电动机驱动系统的制作方法

本发明涉及一种具有蓄电装置的电动机驱动系统。

背景技术：

在对设置于包括机床或机器人等在内的机械的伺服电动机(以下，称为“驱动用伺服电动机”。)进行驱动的电动机驱动系统中，通过整流器(converter)将从电源供给的交流电变换为直流电并输出给直流链路，并且通过逆变器(inverter)将直流链路的直流电变换为交流电，将该交流电用作驱动用伺服电动机的驱动电力。一般情况下，为了降低电动机驱动系统的成本和占用空间，多数情况下对多个逆变器设置一个整流器。即，将从交流电源供给的交流电变换为直流电的整流器作为针对多个驱动用逆变器(驱动用伺服放大器)的共用的电源部，这些多个驱动用逆变器使用从该电源部输出的直流电，生成用于驱动各驱动用伺服电动机的交流电。

在通过电动机驱动系统对驱动用伺服电动机进行加速或者减速控制时，由于相对于交流电源要求输出或者再生较大的交流电所以产生电力峰值。特别是，在多个驱动用逆变器与一个整流器连接的电动机驱动系统中，会成为比产生的电力峰值大的电力。电力峰值越大，电源容量或电动机驱动系统的使用成本越是增大，或在电源侧产生停电或闪烁(flicker)等电力故障，因此希望降低电力峰值。

为了降低电力峰值，与以往相比使用了如下方法：在连接电动机驱动系统的整流器和驱动用逆变器的直流链路中设置能够蓄积直流电的蓄积装置，经由直流链路来适当授受驱动用伺服电动机消耗或再生的能量。根据该方法，由于可以将驱动用伺服电动机减速时从驱动用伺服电动机产生的再生电力蓄积于蓄积装置，或在驱动用伺服电动机加速时再利用所蓄积的电力，因此可以降低电力峰值。也就是说，通过使用针对直流链路进行电力输入输出的蓄电装置，能够应对伴随比电源部最大输出电力大的消耗电力这样的驱动用伺服电动机的动作(加减速)。

举例来说，冲压机在进行冲压动作时产生的最大消耗电力非常大，存在电源容量不足这样的问题。因此，在冲压机的电动机驱动系统中在直流链路设置蓄电装置，当冲压机消耗大电力时从蓄电装置供给电力，由此，能够实现较小容量的电源下的冲压机驱动。作为蓄电装置的示例有使用了飞轮(flywheel)的装置。例如在驱动用伺服电动机的消耗电力小时，使与飞轮结合的缓冲用伺服电动机以固定速度旋转，在因驱动用伺服电动机的加减速等使得消耗电力增大时，降低缓冲用伺服电动机的转速经由缓冲用逆变器进行电力再生，将用于驱动驱动用伺服电动机的直流电供给到直流链路。由此，即使针对伴随比整流器能够变换电力的最大电量即最大电力变换量大的消耗电力这样的加减速动作，也能够通过使用来自缓冲用伺服电动机的再生电力来进行驱动，该缓冲用伺服电动机与具有转动能量的飞轮结合。

例如，日本特开2013-009524号公报所记载那样，已知有一种电动机驱动装置，其特征在于，具有：交流直流变换器，其将来自交流电源的交流电变换为直流电；直流交流变换器，其将直流电变换为用于驱动电动机的交流电或者将从电动机再生的交流电变换为直流电；dc链路部，其将所述交流直流变换器的直流侧与所述直流交流变换器的直流侧连接，进行直流电的转换；能量蓄积部，其具有至少一个电容器蓄积部和至少一个飞轮蓄积部，其与所述dc链路部连接，从所述dc链路部蓄积直流电或者将直流电供给到所述dc链路部；电动机控制部，其根据指令电动机动作的电动机动作指令控制所述直流交流变换器输出所希望的交流电；能量控制部，其控制所述能量蓄积部从所述dc链路部蓄积直流电或者向所述dc链路供给直流电。

例如，日本特开2016-046833号公报所记载那样，已知有一种伺服电动机控制系统，该控制系统是驱动工业机械或机床的轴的伺服电动机的控制系统，其特征在于，具有：多个第一伺服电动机，其用于驱动轴；多个整流器，其将交流电压转换为直流电压；多个第一逆变器，其从所述整流器接收直流电压而变换为用于驱动所述多个第一伺服电动机的交流电压，或者，将从所述第一伺服电动机再生的交流电变换为直流电；第二伺服电动机，其使惯性(inertia)旋转；多个第二逆变器，其从所述整流器接收直流电压而变换为用于驱动所述第二伺服电动机的交流电压，或者，将从所述第二伺服电动机再生的交流电变换为直流电；伺服电动机控制装置，其控制所述多个第一伺服电动机和所述第二伺服电动机，所述第二伺服电动机的数量比所述多个第二逆变器的数量少，所述第二伺服电动机中的至少一个具有多个独立线圈，所述多个第二逆变器中的至少一部分与设置于一个第二伺服电动机的多个独立线圈连接。

技术实现要素：

在整流器与驱动用逆变器之间连接的直流链路设置了具有缓冲用伺服电动机和缓冲用逆变器的飞轮型蓄电装置的电动机驱动系统中，通过对蓄电装置内的缓冲用伺服电动机的速度进行控制来进行蓄电装置的直流电的蓄积和放电。因此，需要制作与驱动用伺服电动机的运转状态或消耗电力相符的速度指令，不可避免地使缓冲用伺服电动机的控制复杂化。此外，一般在伺服电动机的速度控制中，实际速度相对于速度指令的跟踪存在时滞，因此，进行缓冲用伺服电动机的速度控制的飞轮型蓄电装置针对放电指示或蓄电指示的响应性差。因此，在这样的具有飞轮型蓄电装置的电动机驱动系统中，希望实现容易控制且响应性高的蓄电装置。

根据本公开的一个方式，一种电动机驱动系统，具有：整流器，其在电源侧的交流电与直流链路的直流电之间进行电力变换；驱动用逆变器，其在直流链路的直流电与作为驱动用伺服电动机的驱动电力或者再生电力的交流电之间进行电力变换；蓄电装置，其从直流链路蓄积直流电或者向直流链路供给直流电，该蓄电装置具有：缓冲用伺服电动机，其具有与能够蓄积转动能量的飞轮连接的旋转轴；缓冲用逆变器，其根据接收到的指令在直流链路的直流电与作为缓冲用伺服电动机的驱动电力或者再生电力的交流电之间进行电力变换；转矩限制值计算部，其根据缓冲用伺服电动机的转速和蓄电装置从直流链路蓄积的直流电量或者供给到直流链路的直流电量，计算针对缓冲用伺服电动机的转矩限制值；缓冲用电动机控制部，其通过控制缓冲用逆变器的电力变换来控制缓冲用伺服电动机的旋转，缓冲用电动机控制部一边以转矩限制值变更转矩指令的上限值和下限值一边对缓冲用伺服电动机进行转矩控制，由此，对蓄电装置从直流链路蓄积的直流电量或者供给到直流链路的直流电量进行调整。

附图说明

通过参照以下附图，可以进一步清楚地理解本发明。

图1是一个实施方式涉及的电动机驱动系统的框图。

图2是例示从一个实施方式涉及的电动机驱动系统内的蓄电装置供给的直流电与从整流器供给的直流电的关系的图。

图3是表示针对一个实施方式涉及的电动机驱动系统内的蓄电装置中的缓冲用伺服电动机的控制环的框图。

图4a是对一个实施方式涉及的电动机驱动系统中的速度指令的切换例进行说明的图，表示在各速度指令间阶梯式进行切换的示例。

图4b是对一个实施方式涉及的电动机驱动系统中的速度指令的切换例进行说明的图，表示在各速度指令间一边以线形时间常数变化一边切换的示例。

图4c是对一个实施方式涉及的电动机驱动系统中的速度指令的切换例进行说明的图，表示在各速度指令间一边以钟形时间常数变化一边切换的示例。

图4d是对一个实施方式涉及的电动机驱动系统中的速度指令的切换例进行说明的图，表示在各速度指令间一边以指数形时间常数变化一边切换的示例。

图5是例示一个实施方式涉及的电动机驱动系统中的总消耗电量与缓冲用伺服电动机的转速的关系的图。

图6是例示其他实施方式涉及的电动机驱动系统中的总消耗电量与缓冲用伺服电动机的转速的关系的图。

具体实施方式

参照以下附图，对具有蓄电装置的电动机驱动系统进行说明。在各附图中，对相同部件标注相同参考符号。此外，在不同附图中标注了相同参照符号的部件是具有相同功能的结构要素。此外，为了容易理解，这些附图可以适当变更比例尺。此外，在“驱动用伺服电动机的输出”中包含“驱动用伺服电动机的消耗电力”和“驱动用伺服电动机的再生电力”，在“缓冲用伺服电动机的输出”中包含“缓冲用伺服电动机的消耗电力”和“缓冲用伺服电动机的再生电力”。此外，关于驱动用伺服电动机和缓冲用伺服电动机的旋转角速度简单称为“转速”。

图1是一个实施方式涉及的电动机驱动系统的框图。这里，作为一例对通过与电源2连接的电动机驱动系统1来控制2个驱动用伺服电动机3的情况进行说明。其中，驱动用伺服电动机3的个数并不特别限定于本实施方式，可以是1个或3个以上。此外，电源2、驱动用伺服电动机3和缓冲用伺服电动机22的相数并不特别限定于本实施方式，例如可以是三相也可以是单相。此外，关于驱动用伺服电动机3和缓冲用伺服电动机22的种类也并不特别限定于本实施方式，例如可以是感应电动机也可以是同步电动机。这里，设置有驱动用伺服电动机3的机械包括机床、机器人、锻造机械、注射成形机、工业机械、各种电器产品、电车、汽车、飞机等。

在对一个实施方式涉及的电动机驱动系统1进行说明之前，说明对驱动用伺服电动机3的驱动控制。电动机驱动系统1与一般的电动机驱动系统一样，具有：驱动用电动机控制部18，其用于控制在直流链路4的直流电与作为驱动用伺服电动机3的驱动电力或再生电力的交流电之间进行电力变换的驱动用逆变器(inverterfordrive)12。驱动用电动机控制部18根据由速度检测器31检测出的驱动用伺服电动机3的(转子的)速度(速度反馈)、在驱动用伺服电动机3的线圈流过的电流(电流反馈)、规定的转矩指令、驱动用伺服电动机3的动作程序等，生成用于控制驱动用伺服电动机3的速度、转矩、或者转子的位置的驱动指令。根据由驱动用电动机控制部18制作出的驱动指令来控制驱动用逆变器12进行的电力变换动作。另外，这里定义的驱动用电动机控制部18的结构终归是一例，例如可以包含位置指令制作部、转矩指令制作部、开关指令制作部等术语来规定驱动用电动机控制部18。

如图1所示，一个实施方式涉及的电动机驱动系统1具有：转换部11、驱动用逆变器12、蓄电装置13、转矩限制值计算部14、缓冲用电动机控制部15、消耗电量计算部16、蓄电供给电量计算部17。

转换部11是在电源2侧的交流电与直流链路4的直流电之间进行电力变换的顺变换器。整流器11在从电源2供给三相交流时由三相桥接电路构成，在从电源2供给单相交流时由单相桥接电路构成。整流器11例如实现为120度通电型整流电路和pwm开关控制方式的整流电路等那样的、将从电源2侧输入的交流电变换成直流电输出到直流侧，当电力再生时将直流链路4的直流电变换成交流电输出到电源2侧的、能够在交流直流双方向变换的电力变换器。例如在整流器11是pwm开关控制方式的整流电路时，由开关元件和与其逆并联连接的二极管的桥接电路构成，根据从上位控制装置(未图示)接收到的驱动指令对各开关元件进行开闭控制而在交流直流双方向进行电力变换。作为开关元件的示例有fet等单极晶体管、双极晶体管、igbt、晶闸管、gto等，开关元件的种类本身并不限制于本实施方式，可以是其他开关元件。

此外，对整流器11规定了“最大电力变换量”，该最大电力变换量作为从交流电向直流电能够电力变换的最大电量和从直流电向交流电的能够电力变换的最大电量。最大电力变换量一般情况下规定为整流器11的变换容量相关的各种原始数据，例如记载于整流器11的规格表或使用说明书中。

另外，在直流链路4设置直流链路电容器(也称为平滑电容器)，这里省略图示。直流链路电容器具有在直流链路4中蓄积直流电的功能、以及抑制整流器11的直流输出的脉动量的功能。

整流器11经由直流链路4与驱动用逆变器12连接。驱动用逆变器12为了对驱动用伺服电动机3进行驱动，而构成将直流链路4的直流电变换为交流电，作为驱动电力而供给到驱动用伺服电动机3的伺服放大器。驱动用逆变器12在直流链路4的直流电和作为驱动用伺服电动机3的驱动电力或者再生电力的交流电之间进行电力变换。一般情况下，在驱动用伺服电动机3设置一个线圈以上的线圈，为了对驱动用伺服电动机3进行驱动，该驱动用伺服电动机3内的每一个线圈都需要一个驱动用逆变器12。在图1中，作为一例将驱动用伺服电动机3设为单线圈型，因此，一个驱动用逆变器12与各驱动用伺服电动机3连接。驱动用逆变器12由开关元件和与其逆并联连接的二极管的桥接电路构成，例如根据三角波比较方式的pwm开关控制来开闭控制各开关元件。驱动用逆变器12在驱动用伺服电动机3是三相电动机时由三相桥接电路构成，在驱动用伺服电动机3是单相电动机时由单相桥接电路构成。作为开关元件的示例有fet等单极晶体管、双极晶体管、igbt、晶闸管、gto等，但是开关元件的种类本身并不限定于本实施方式，可以是其他开关元件。

驱动用逆变器12根据从驱动用电动机控制部18接收到的驱动指令对各开关元件进行开闭控制，由此在直流链路4的直流电和作为驱动用伺服电动机3的驱动电力或者再生电力的交流电之间进行电力变换。更详细来说，驱动用逆变器12根据从驱动用电动机控制部18接收到的驱动指令而使内部的开关元件进行开关动作，将经由直流链路4从整流器11供给的直流电变换为具有用于驱动驱动用伺服电动机3的所希望的电压和所希望的频率的交流电(逆变换动作)。由此，驱动用伺服电动机3例如根据可变电压和可变频率的交流电来进行动作。此外，有时在驱动用伺服电动机3减速时产生再生电力，根据从驱动用电动机控制部18接收到的驱动指令使内部的开关元件进行开关动作，将由驱动用伺服电动机3产生的交流再生电力变换为直流电返回给直流链路4(顺变换动作)。

蓄电装置13从直流链路4蓄积直流电或者向直流链路4供给直流电。蓄电装置13具有：飞轮21，其能够蓄积转动能量；缓冲用伺服电动机22，其具有与飞轮21结合的旋转轴；缓冲用逆变器23，其根据接收到的指令在直流链路4中的直流电与作为缓冲用伺服电动机22的驱动电力或者再生电力的交流电之间进行电力变换。

缓冲用逆变器23根据从缓冲用电动机控制部15接收到的驱动指令对各开关元件进行开闭控制，由此，在直流链路4的直流电与作为缓冲用伺服电动机22的驱动电力或者再生电力的交流电之间进行电力变换。缓冲用逆变器23由开关元件和与其逆并联连接的二极管的桥接电路构成。缓冲用逆变器23在缓冲用伺服电动机22是三相电动机时由三相桥接电路构成，在缓冲用伺服电动机22是单相电动机时由单相桥接电路构成。作为开关元件的示例有fet等单极晶体管、双极晶体管、igbt、晶闸管、gto等，开关元件的种类本身并不限定于本实施方式，可以是其他开关元件。例如，根据将接收到的驱动指令与三角波传输波(载波)进行比较而获得的pwm开关信号，对缓冲用逆变器23内的各开关元件进行开闭控制。

通过利用缓冲用电动机控制部15来控制缓冲用逆变器23的电力变换，与飞轮21连接的缓冲用伺服电动机22一边加速或减速一边旋转或者以固定速度旋转，结果对蓄电装置13应蓄积或者应供给的直流电量(蓄电装置13对直流链路4输入输出的直流电量)进行调整。详细情况如下。

在蓄电装置13进行直流电的蓄积时，缓冲用逆变器23根据从缓冲用电动机控制部15接收到的驱动指令，进行将直流链路4的直流电变换为交流电的逆变换动作。由此，向缓冲用伺服电动机22侧取入来自直流链路4的电能，通过该电能使得与飞轮21连接的缓冲用伺服电动机22旋转。这样，在飞轮型蓄电装置13中，从直流链路4流入的电能变换为飞轮21的转动能量而被蓄积。

此外，在蓄电装置13进行直流电的供给时，缓冲用逆变器23根据从缓冲用电动机控制部15接收到的驱动指令，使与飞轮21连接的缓冲用伺服电动机22减速而产生交流的再生电力，进行将该交流电变换为直流电的顺变换动作。由此，蓄积于飞轮21的转动能量变换为电能，被供给到直流链路4。

在电动机驱动系统1中，通过具有进行上述动作的蓄电装置13，在驱动用伺服电动机3加速时，除了从整流器11供给的能量之外，蓄积于蓄电装置13的能量也被供给到驱动用伺服电动机3而用作驱动用伺服电动机3加速用的动力。图2是例示从一个实施方式涉及的电动机驱动系统内的蓄电装置供给的直流电与从整流器供给的直流电的关系的图。从整流器11向直流链路4供给的电力作为驱动用伺服电动机3的驱动电力(即与驱动用伺服电动机3的输出对应)而被消耗之外，还作为驱动用伺服电动机3的线圈损失、整流器11的损失、驱动用逆变器12的损失而被消耗。这里，将驱动用伺服电动机3、驱动用逆变器12和整流器11所消耗的电力的总和称为“总消耗电力”，在图2中通过实线来表示这些。单点划线表示整流器11的顺变换动作中的最大电力变换量。如图2所示，总消耗电力中超过整流器11的最大供给电力的量(图中斜线所示的区域)，通过从蓄电装置13供给到直流链路4的直流电来弥补。

在电动机驱动系统1中，在驱动用伺服电动机3减速时，从驱动用伺服电动机3再生的能量蓄积于蓄电装置13。蓄积于蓄电装置13的能量与整流器11供给的电力一起用于驱动用伺服电动机3的驱动，因此，可以通过超出整流器11的最大电力变换量的输出来驱动驱动用伺服电动机3，可以降低电力峰值。通过降低电力峰值，可以抑制电源容量或电动机驱动系统1的使用成本，此外，还可以避免电源2侧的停电或闪烁。

转矩限制值计算部14根据由速度检测器24检测出的缓冲用伺服电动机22的转速与蓄电装置13从直流链路4蓄积或者供给到直流链路4的直流电量，计算针对缓冲用伺服电动机22的转矩限制值。转矩限制值是设定给针对缓冲用伺服电动机22的转矩指令的值，详细情况在后面叙述。

缓冲用电动机控制部15为了调整蓄电装置13应蓄积或者应供给的直流电量，针对缓冲用逆变器23输出驱动指令。缓冲用逆变器23通过接收到的驱动指令，进行将直流链路4的直流电变换为交流电而供给到缓冲用伺服电动机22的逆变换动作(动力运行动作)、或者将从缓冲用伺服电动机22再生的交流电变换为直流电返回给直流链路4的顺变换动作(再生动作)。在本实施方式中，缓冲用电动机控制部15一边以转矩限制值计算部14计算出的转矩限制值变更转矩指令的上限值和下限值一边进行针对缓冲用伺服电动机22的转矩控制，由此，对蓄电装置13从直流链路4蓄积的直流电量或者向直流链路4供给的直流电量进行调制。

上述的转矩限制值计算部14、缓冲用电动机控制部15、消耗电量计算部16、蓄电供给电量计算部17例如与驱动用电动机控制部18一起设置于数值控制装置100内。转矩限制值计算部14、缓冲用电动机控制部15、消耗电量计算部16和蓄电供给电量计算部17例如可以以软件程序形式构建，或者也可以以各种电子电路与软件程序的组合来构建。在图1所示的实施方式中，以软件程序形式来构建转矩限制值计算部14、缓冲用电动机控制部15、消耗电量计算部16和蓄电供给电量计算部17，使该软件程序在数值控制装置100内的运算处理装置工作来实现各部的功能。

又或者，也可以将计算机与数值控制装置100分开设置，该计算机按照实现转矩限制值计算部14、缓冲用电动机控制部15、消耗电量计算部16和蓄电供给电量计算部17的功能的软件程序介质进行动作。此外，或者也可以将转矩限制值计算部14、缓冲用电动机控制部15、消耗电量计算部16和蓄电供给电量计算部17实现为写入实现各部的功能的软件程序介质的半导体集成电路，该情况下，通过将该半导体集成电路例如安装于已有的数值控制装置中，来实现各部的功能。

接下来，对使用了转矩限制值的转矩控制进行更详细的说明。

如上所述，通过缓冲用逆变器23进行的从直流电向交流电的变换动作(逆变换)将取入到缓冲用伺服电动机22侧的电能蓄积为与飞轮21连接的缓冲用伺服电动机22的转动能量来实现飞轮型蓄电装置13的蓄电。此外，使与飞轮21连接的缓冲用伺服电动机22减速而产生交流的再生电力，通过缓冲用逆变器23进行的从交流电向直流电的变换动作(顺变换)，将蓄积于飞轮21的转动能量变换为电能并供给到直流链路4，由此，实现飞轮型蓄电装置13的电力供给。也就是说，蓄电装置13从直流链路4蓄积或者供给到直流链路4的直流电量与蓄电装置13内的缓冲用伺服电动机22的输出对应。

一般情况下，伺服电动机的输出根据伺服电动机的转速(旋转角速度)以及伺服电动机的转矩以数学式1的方式来表示。

伺服电动机的输出[w]＝转速[rad/s]×转矩[nm]···(1)

上述数学式1对于缓冲用伺服电动机22也成立。关于缓冲用伺服电动机22对数学式1进行变形则得到数学式2。

缓冲用伺服电动机22的转矩[nm]＝缓冲用伺服电动机22的输出[w]/缓冲用伺服电动机22的转速[rad/s]···(2)

如上所述，蓄电装置13从直流链路4蓄积或者供给到直流链路4的直流电量与蓄电装置13内的缓冲用伺服电动机22的输出对应。因此，在本实施方式中，将缓冲用伺服电动机22的转矩用作针对转矩指令的转矩限制值来进行转矩控制，对蓄电装置13从直流链路4蓄积或者供给到直流链路4的直流电量进行调整。图3是表示针对一个实施方式涉及的电动机驱动系统内的蓄电装置中的缓冲用伺服电动机的控制环的框图。

如图3所示，消耗电量计算部16计算驱动用伺服电动机3的输出、驱动用伺服电动机3的线圈损失、整流器11的损失、驱动用逆变器12的损失之和，得到总消耗电量。这里，按照数学式1，通过将速度检测器31检测出的驱动用伺服电动机3的转速与驱动用伺服电动机3的转矩相乘，得到驱动用伺服电动机3的输出。在驱动用伺服电动机3加速时，驱动用伺服电动机3消耗从驱动用逆变器12供给的交流电，将该电力消耗时驱动用伺服电动机3的输出设为“正”。因此，在因驱动用伺服电动机3减速而再生电力时，将驱动用伺服电动机3的输出设为“负”。通常情况下，驱动用伺服电动机3的线圈损失、整流器11的损失、驱动用逆变器12的损失比驱动用伺服电动机3的输出的绝对值小，因此，总消耗电量主要受驱动用伺服电动机3的输出影响。因此，驱动用伺服电动机3的输出的正负(消耗或再生)大致对应于总消耗电量的正负。

另外，由于缓冲用逆变器23也存在损失，因此消耗电量计算部16将驱动用伺服电动机3的输出、驱动用伺服电动机3的线圈损失、整流器11的损失、驱动用逆变器12的损失之和与缓冲用逆变器23的损失相加，将相加而得的值计算为总消耗电量。

蓄电供给电量计算部17根据消耗电量计算部16计算出的总消耗电量和整流器11的最大电力变换量，计算蓄电装置13从直流链路4蓄积的直流电量或供给到直流链路4的直流电量。更详细来说，蓄电供给电量计算部17计算整流器11的最大电力变换量与消耗电量计算部16计算出的总消耗电量之差(即，从最大电力变换量减去总消耗电量而得的值)。整流器11的最大电力变换量与消耗电量计算部16计算出的总消耗电量之差对应于蓄电装置13从直流链路4蓄积或供给到直流链路4的直流电量。例如，在整流器11的顺变换动作的最大变量变换量与消耗电量计算部16计算出的总消耗电量之差为负时，总消耗电力超过整流器11的顺变换时的最大供给电力，即在整流器11从电源2侧取入到直流链路4的能量无法涵盖总消耗电量的全部，因此，该不足量由从蓄电装置13供给到直流链路4的直流电来弥补。此外，例如在整流器11的逆变换动作的最大电力变换量的绝对值与消耗电量计算部16计算出的总消耗电量的绝对值之差为负时，总消耗电力超过整流器11的逆变换时的最大再生电力，因此该超过的量蓄积于蓄电装置13中。

另外，一般在伺服电动机中存在驱动效率(伺服电动机的输出相对于供给到伺服电动机的驱动电力的比例)，可以考虑缓冲用伺服电动机22的驱动效率来计算蓄电装置13从直流链路4蓄积或供给到直流链路4的直流电量。即，蓄电供给电量计算部17根据总消耗电量和规定为通过整流器11能够电力变换的最大电量的最大电力变换量、缓冲用伺服电动机22的驱动效率，来计算蓄电装置13从直流链路4蓄积或供给到直流链路4的直流电量。例如，在通过具有驱动效率是90％的缓冲用伺服电动机22的蓄电装置13向直流链路4供给直流电时，蓄电供给电量计算部17将整流器11的最大电力变换量与消耗电量计算部16计算出的总消耗电量之差进一步乘以“100/90”而得的值，计算为从蓄电装置13供给到直流链路4的直流电量。此外，在通过具有驱动效率是90％的缓冲用伺服电动机22的蓄电装置13蓄积来自直流链路4的直流电时，蓄电供给电量计算部17将整流器11的最大电力变换量与消耗电量计算部16计算出的总消耗电量之差进一步乘以“90/100”而得的值，计算为蓄电装置13从直流链路4蓄积的直流电量。

转矩限制值计算部14根据速度检测器24检测出的缓冲用伺服电动机22的转速、蓄电装置13从直流链路4蓄积或供给到直流链路4的直流电量，来计算针对缓冲用伺服电动机22的转矩限制值。如上所述，蓄电装置13从直流链路4蓄积或供给到直流链路4的直流电量对应于整流器11的最大电力变换量与消耗电量计算部16计算出的总消耗电量之差。此外，蓄电装置13从直流链路4蓄积或供给到直流链路4的直流电量对应于蓄电装置13内的缓冲用伺服电动机22的输出。因此，转矩限制值计算部14通过将蓄电供给电量计算部17计算出的“整流器11的最大电力变换量与总消耗电量之差”除以速度检测器24检测出的缓冲用伺服电动机22的转速，来计算转矩限制值。在缓冲用电动机控制部15内的转矩控制部42中，将转矩限制值用作针对转矩指令的转矩限制值。转矩限制值的计算的详细情况在后面叙述。

此外，如图3所示，缓冲用电动机控制部15具有：速度控制部41，其执行使缓冲用伺服电动机22的转速跟踪速度指令的速度反馈控制；转矩控制部42，其使用由速度控制部41生成的转矩指令和由转矩限制值计算部14计算出的转矩限制值来执行转矩控制；电流控制部43，其根据转矩控制部42生成的电流指令来执行电流控制。

速度控制部41执行使作为控制对象的缓冲用伺服电动机22的转速跟踪由速度指令切换部51设定的速度指令的速度反馈控制。如果知道整流器11的最大电力变换量与消耗电量计算部16计算出的总消耗电量的大小关系则知道：通过使缓冲用伺服电动机22加速而应该从直流链路4将直流电蓄积于蓄电装置13，还是通过使缓冲用伺服电动机22减速应该从蓄电装置13向直流链路4供给直流电。在本实施方式中，作为第一阈值即供给阈值，设定为整流器11将交流电变换为直流电的顺变换动作的最大电力变换量。此外，作为第二阈值即蓄电阈值，设定整流器11将直流电变换为交流电的逆变换动作的最大电力变换量。另外，蓄电阈值设定为比供给阈值小的值。或者，也可也考虑针对整流器11的安全性，设定比顺变换动作的最大电力变换量小的值作为供给阈值，设定比逆变换动作的最大电力变换量大的值作为蓄电阈值。

缓冲用电动机控制部15在总消耗电量超过供给阈值(第一阈值)时，控制缓冲用逆变器23的电力变换，缓冲用伺服电动机22以比预先规定的基础转速小的电力供给用转速旋转。此外，缓冲用电动机控制部15在总消耗电量低于蓄电阈值(第二阈值)时，控制缓冲用逆变器23的电力变换，缓冲用伺服电动机22以比基础转速大的蓄电用转速旋转。此外，缓冲用电动机控制部15在总消耗电量处于供给阈值(第一阈值)与蓄电阈值(第二阈值)之间时，控制缓冲用逆变器23的电力变换，缓冲用伺服电动机22以基础转速旋转。因此，在本实施方式中，缓冲用电动机控制部15内的速度指令切换部51在总消耗电量超过供给阈值(第一阈值)时，输出供给用速度指令，作为用于使缓冲用伺服电动机22以电力供给用转速旋转的速度指令。此外，缓冲用电动机控制部15内的速度指令切换部51在总消耗电量低于蓄电阈值(第二阈值)时，输出蓄电用速度指令，作为用于使缓冲用伺服电动机22以蓄电用转速旋转的速度指令。此外，缓冲用电动机控制部15内的速度指令切换部51在总消耗电量处于供给阈值(第一阈值)与蓄电阈值(第二阈值)之间时，输出基础用速度指令，作为用于使缓冲用伺服电动机22以基础转速旋转的速度指令。

这样，在本实施方式中，由速度指令切换部51设定的速度指令简化为上述那样的供给用速度指令、蓄电用速度指令和基础用速度指令仅这三种，因此，容易控制。此外，不需要制作与驱动用伺服电动机3的运转状态或消耗电力相符的速度指令，可以使缓冲用伺服电动机22的驱动程序简单化。供给用速度指令、蓄电用速度指令和基础用速度指令设定为预先决定的固定值即可。又或者，在事前测定驱动用伺服电动机3的输出，根据该测定结果计算蓄电供给所需的电力来规定供给用速度指令、蓄电用速度指令和基础用速度指令。

缓冲用电动机控制部15内的速度控制部41生成用于使缓冲用伺服电动机22的转速跟踪由速度指令切换部51设定的速度指令的转矩指令。

缓冲用电动机控制部15内的转矩控制部42一边以转矩限制值计算部14计算出的转矩限制值来变更转矩指令的上限值和下限值，一边执行针对缓冲用伺服电动机22的转矩控制，生成电流指令。即，转矩控制部42具有转矩限制部52作为以过转矩限制值来限制转矩指令的限制器。

如上所述，在消耗电量计算部16计算出的总消耗电量超过供给阈值(第一阈值)时，缓冲用电动机控制部15从用于使缓冲用伺服电动机22以基础转速旋转的基础用速度指令切换为用于使缓冲用伺服电动机22以电力供给用转速旋转的供给用速度指令。该情况下，转矩限制值计算部14使用下述数学式3来计算针对缓冲用伺服电动机22的转矩限制值。从按照数学式3计算出的基础用速度指令切换到供给用速度指令时使用的转矩限制值是0以下的值。

转矩限制值[nm]＝(供给阈值[w]-总消耗电量[w])/缓冲用伺服电动机22的转速[rad/s]···(3)

此外，在消耗电量计算部16计算出的总消耗电量低于蓄电阈值(第二阈值)时，缓冲用电动机控制部15从用于使缓冲用伺服电动机22以基础转速旋转的基础用速度指令切换为用于使缓冲用伺服电动机22以蓄电用转速旋转的蓄电用速度指令。该情况下，转矩限制值计算部14使用下述数学式4来计算针对缓冲用伺服电动机22的转矩限制值。从按照数学式4计算出的基础用速度指令切换到蓄电用速度指令时使用的转矩限制值是0以上的值。

转矩限制值[nm]＝(蓄电阈值[w]-总消耗电量[w])/缓冲用伺服电动机22的转速[rad/s]···(4)

此外，在消耗电量计算部16计算出的总消耗电量从超过了供给阈值的状态起低于供给阈值时，缓冲用电动机控制部15从用于使缓冲用伺服电动机22以电力供给用转速旋转的供给用速度指令切换为用于使缓冲用伺服电动机22以基础转速旋转的基础用速度指令。该情况下，转矩限制值计算部14使用下述数学式5来计算针对缓冲用伺服电动机22的转矩限制值。从按照数学式5计算出的供给用速度指令切换到基础用速度指令时使用的转矩限制值是0以上的值。

转矩限制值[nm]＝(供给阈值[w]-总消耗电量[w])/缓冲用伺服电动机22的转速[rad/s]···(5)

此外，关于直流链路4-a，在消耗电量计算部16计算出的总消耗电量从低于蓄电阈值的状态起超过蓄电阈值时，缓冲用电动机控制部15从用于使缓冲用伺服电动机22以蓄电用转速旋转的蓄电用速度指令切换为用于使缓冲用伺服电动机22以基础转速旋转的基础用速度指令。该情况下，转矩限制值计算部14使用下述数学式6来计算针对缓冲用伺服电动机22的转矩限制值。从按照数学式6计算出的蓄电用速度指令切换到基础用速度指令时使用的转矩限制值是0以下的值。

转矩限制值[nm]＝(蓄电阈值[w]-总消耗电量[w])/缓冲用伺服电动机22的转速[rad/s]···(6)

另外，在数学式3～6中，将缓冲用伺服电动机22的转速[rad/s]设为正数。

缓冲用电动机控制部15内的转矩控制部42一边以转矩限制值计算部14按照数学式3～数学式6计算出的转矩限制值来变更转矩指令的上限值和下限值，一边执行针对缓冲用伺服电动机22的转矩控制，生成电流指令。即，转矩控制部42内的转矩限制部52像下述数学式7所示那样通过转矩限制值来限制转矩指令的上限值和下限值。

-|转矩限制值|≤转矩指令≤|转矩限制值|···(7)

缓冲用电动机控制部15内的电流控制部43生成用于使在缓冲用逆变器23流过的电流跟踪由转矩控制部42生成的电流指令的驱动指令。将电流控制部43生成的驱动指令输送给缓冲用逆变器23，缓冲用逆变器23根据该驱动指令对各开关元件进行开闭控制，由此在直流链路4的直流电与作为缓冲用伺服电动机22的驱动电力或再生电力的交流电之间进行电力变换。结果与飞轮21连接的缓冲用伺服电动机22一边加速或减速一边旋转或以固定速度旋转。

这样，在本实施方式中，一边以按照数学式3～数学式6计算的缓冲用伺服电动机22的转矩限制值来变更转矩指令的上限值和下限值一边进行转矩控制，因此，缓冲用伺服电动机22的转速跟踪由速度指令切换部51设定的速度指令。使用由消耗电量计算部16计算出的总消耗电量来设定转矩限制值，缓冲用伺服电动机22通过使用了该转矩限制值的转矩控制进行驱动，因此，蓄电装置13的响应性提高。

图4a是对一个实施方式涉及的电动机驱动系统中的速度指令的切换例进行说明的图，表示在各速度指令间阶梯式进行切换的示例。图4b是对一个实施方式涉及的电动机驱动系统中的速度指令的切换例进行说明的图，表示在各速度指令间一边以线形时间常数变化一边切换的示例。图4c是对一个实施方式涉及的电动机驱动系统中的速度指令的切换例进行说明的图，表示在各速度指令间一边以钟形时间常数变化一边切换的示例。图4d是对一个实施方式涉及的电动机驱动系统中的速度指令的切换例进行说明的图，表示在各速度指令间一边以指数形时间常数变化一边切换的示例。如上所述，速度控制部41所使用的速度指令是供给用速度指令、蓄电用速度指令和基础用速度指令这三种，根据消耗电量计算部16计算出的总消耗电力与各阈值的大小关系，设置于缓冲用电动机控制部15内的速度控制部41的速度指令切换部51在这些速度指令间进行切换。在图4a～图4d中，为了简单明确地进行说明，针对从基础用速度指令向蓄电用速度指令的切换进行图示，但是也能够同样应用于从蓄电用速度指令向基础用速度指令的切换，从基础用速度指令向供给用速度指令的切换，从供给用速度指令向基础用速度指令的切换。

例如，速度指令切换部51可以在使缓冲用伺服电动机22分别以电力供给用转速、基础转速和蓄电用转速旋转的各速度指令之间，阶梯式切换各速度指令。当在各速度指令间阶梯式切换时，蓄电装置13的蓄电和电力供给的响应性进一步提高。例如图4a所示，速度指令切换部51将用于使缓冲用伺服电动机22以基础转速旋转的基础用速度指令阶梯式地切换为蓄电用速度指令。

又例如图4b～图4d所示，速度指令切换部51可以在用于使缓冲用伺服电动机22分别以电力供给用转速、基础转速和蓄电用转速旋转的各速度指令之间，使各速度指令不间断地连续地变化的同时进行切换。在不以阶梯式而是使各速度指令间的切换不间断地连续地变化时，速度指令没有剧烈变化，因此，有针对缓冲用伺服电动机22的负载小这样的优点。例如图4b所示，速度指令切换部51一边以线形时间常数使用于使缓冲用伺服电动机22以基础速度旋转的基础用速度指令发生变化，一边阶梯式地切换为蓄电用速度指令。例如图4c所示，速度指令切换部51一边以钟形时间常数使用于使缓冲用伺服电动机22以基础速度旋转的基础用速度指令发生变化，一边阶梯式地切换为蓄电用速度指令。例如图4d所示，速度指令切换部51一边以指数时间常数使用于使缓冲用伺服电动机22以基础速度旋转的基础用速度指令发生变化，一边阶梯式地切换为蓄电用速度指令。

另外，在上述实施方式中，为了根据总消耗电量将缓冲用伺服电动机22的速度切换为电力供给用转速、蓄电用转速或者基础转速，而在缓冲用电动机控制部15内设置速度指令切换部51，通过该速度指令切换部51根据总消耗电量切换为供给用速度指令、蓄电用速度指令或者基础用速度指令。作为根据总消耗电量将缓冲用伺服电动机22的速度切换为电力供给用转速、蓄电用转速或者基础转速的指令相关的变形例，在缓冲用电动机控制部15内设置位置指令切换部(未图示)，可以通过该位置指令切换部根据总消耗电量而切换为供给用位置指令、蓄电用位置指令或者基础用位置指令。例如，分别将供给用位置指令、蓄电用位置指令以及基础用位置指令设定为满足“供给用位置指令的变化量＜基础用位置指令的变化量＜蓄电用位置指令的变化量”的关系那样的灯指令，根据总消耗电量通过位置指令切换部来切换这些指令即可。以如下方式举例。

供给用位置指令[mm]＝实际位置[mm]+供给用速度指令[mm/s]/位置增益[1/s]

蓄电用位置指令[mm]＝实际位置[mm]+蓄电用速度指令[mm/s]/位置增益[1/s]

基础用位置指令[mm]＝实际位置[mm]+基础用速度指令[mm/s]/位置增益[1/s]

这样，根据总消耗电量切换为供给用位置指令、蓄电用位置指令或者基础用位置指令，也可以获得与切换供给用速度指令、蓄电用速度指令或者基础用速度指令相同的效果。

在速度指令的切换和位置指令的切换中的某一实施方式中，转矩控制部42一边以转矩限制值计算部14计算出的转矩限制值利用转矩限制部52来变更转矩指令的上限值和下限值一边执行针对缓冲用伺服电动机22的转矩控制，生成电流指令。

图5是例示一个实施方式涉及的电动机驱动系统中的总消耗电量与缓冲用伺服电动机的转速的关系的图。在图5中，上段表示重复执行驱动用伺服电动机3的减速和减速时的、由消耗电量计算部16计算出的总消耗电量(虚线)和整流器11的输出(实线)，下段表示缓冲用伺服电动机22的转速(实线)和速度指令(虚线)。

在图5中，时刻t1之前的期间，若使驱动用伺服电动机3减速，则产生再生电力，由消耗电量计算部16计算出的总消耗电量(即，驱动用伺服电动机3的输出、驱动用伺服电动机3的线圈损失、整流器11的损失、驱动用逆变器12的损失之和)减少。在总消耗电量低于蓄电阈值时，为了降低(去掉)电力峰值，速度指令切换部51为了使缓冲用伺服电动机22以蓄电用转速旋转，而输出蓄电用速度指令。缓冲用电动机控制部15使用速度指令切换部51设定的蓄电用速度指令和转矩限制值计算部14计算出的转矩限制值，控制缓冲用逆变器23的电力变换动作，由此，缓冲用伺服电动机22的转速缓缓上升，蓄积为飞轮21的转动能量。

在时刻t1，在消耗电量计算部16计算出的总消耗电量超过蓄电阈值时，速度指令切换部51为了使缓冲用伺服电动机22以基础转速旋转，而输出基础用速度指令。结果，缓冲用伺服电动机22减速，产生再生电力。直到缓冲用伺服电动机22返回到基础转速之前(时刻t2)，关于供给到直流链路4的直流电，产生的交流再生电力通过缓冲用逆变器23变换为直流电而供给到直流链路4，并且通过整流器11变换为交流电而返回到电源2侧。

之后，若使驱动用伺服电动机3加速时，则总消耗电力缓缓上升。若总消耗电力超过供给阈值(时刻t3)，为了降低(去掉)电力峰值，速度指令切换部51为了使缓冲用伺服电动机22以供给用转速旋转，而输出供给用速度指令。缓冲用电动机控制部15使用速度指令切换部51设定的供给用速度指令和转矩限制值计算部14使用数学式3计算出的转矩限制值，控制缓冲用逆变器23的电力变换动作，由此，缓冲用伺服电动机22的转速缓缓降低，产生再生电力。产生的交流的再生电力通过缓冲用逆变器23变换为直流电而供给到直流链路4。供给到直流链路4的直流电通过驱动用逆变器12变换为交流电，作为驱动用伺服电动机3的驱动电力而被消耗。

之后，例如在驱动用伺服电动机3减速时，产生再生电力，总消耗电力缓缓降低。总消耗电力缓缓降低，低于供给阈值时(时刻t4)，速度指令切换部51为了使缓冲用伺服电动机22以基础转速旋转，而输出基础用速度指令。缓冲用电动机控制部15使用速度指令切换部51设定的基础用速度指令和转矩限制值计算部14使用数学式5计算出的转矩限制值，控制缓冲用逆变器23的电力变换动作。直到缓冲用伺服电动机22返回到基础转速之前(时刻t5)，通过经由整流器11从电源2侧供给的能量，使得缓冲用伺服电动机22的转速缓缓上升。

在时刻t5，当缓冲用伺服电动机22以固定的基础转速旋转时，蓄电装置13的蓄电结束，通过驱动用伺服电动机3再生的电力，使得总消耗电量缓缓减少。当总消耗电量低于蓄电阈值时(时刻t6)，为了降低(去掉)电力峰值，速度指令切换部51为了使缓冲用伺服电动机22以蓄电用转速旋转，而输出蓄电用速度指令。缓冲用电动机控制部15使用速度指令切换部51设定的蓄电用速度指令和转矩限制值计算部14使用数学式4计算出的转矩限制值，控制缓冲用逆变器23的电力变换动作，由此，缓冲用伺服电动机22的转速缓缓上升，蓄积为飞轮21的转动能量。以后，执行该动作。

在上述实施方式中，在总消耗电量低于蓄电阈值时速度指令切换部51从基础速度指令切换到蓄电用速度指令而在蓄电装置13蓄电之后，在总消耗电量超过蓄电阈值的时间点，判断为不需要蓄电装置13蓄积直流电而从蓄电用速度指令切换为基础速度指令。同样地，在总消耗电量超过供给阈值时速度指令切换部51从基础速度指令切换到供给用速度指令而从蓄电装置13向直流链路4供给了直流电之后，在总消耗电量低于供给阈值的时间点，判断为不需要蓄电装置13供给直流电而从供给用速度指令切换为基础速度指令。

对上述实施方式进行变形，在不需要蓄电装置13蓄电直流电或供给直流电的时间点不是立即从蓄电用速度指令或供给用速度指令切换为基础速度指令，而是从不需要蓄电装置13蓄电直流电或供给直流电的时间点起某种时间程度上留有余地地切换为基础速度指令。参照图6对该实施方式进行说明。

图6是例示其他实施方式涉及的电动机驱动系统中的总消耗电量与缓冲用伺服电动机的转速的关系的图。在图6中，上段表示重复执行驱动用伺服电动机3的减速和加速时的、由消耗电量计算部16计算出的总消耗电量(虚线)和整流器11的输出(实线)，下段表示缓冲用伺服电动机22的转速(实线)和速度指令(虚线)。在其他实施方式中，作为用于使缓冲用伺服电动机22的转速从电力供给用转速返回到基础转速的第三阈值，设定比供给阈值(第一阈值)小且比蓄电阈值(第二阈值)大的上侧基础恢复阈值。此外，作为用于使缓冲用伺服电动机22的转速从蓄电用转速返回到基础转速的第四阈值，设定比蓄电阈值(第二阈值)大且比上侧基础恢复阈值(第三阈值)小的下侧基础恢复阈值。即，在本实施方式中，缓冲用电动机控制部15在控制缓冲用逆变器23的电力变换使缓冲用伺服电动机22以电力供给用转速旋转时，在总消耗电量低于上侧基础恢复阈值(第三阈值)时，控制缓冲用逆变器23的电力变换使缓冲用伺服电动机22以基础转速旋转。因此，缓冲用电动机控制部15内的速度指令切换部51在控制缓冲用逆变器23的电力变换使缓冲用伺服电动机22以电力供给用转速旋转时，在总消耗电量低于上侧基础恢复阈值(第三阈值)时，从供给用速度指令切换到基础用速度指令。该情况下，缓冲用电动机控制部15使用速度指令切换部51设定的基础用速度指令和转矩限制值计算部14使用数学式5计算出的转矩限制值，控制缓冲用逆变器23的电力变换动作。此外，缓冲用电动机控制部15在控制缓冲用逆变器23的电力变换使缓冲用伺服电动机22以蓄电用转速旋转时，在总消耗电量超过下侧基础恢复阈值(第四阈值)时，控制缓冲用逆变器23的电力变换使缓冲用伺服电动机22以基础转速旋转。因此，缓冲用电动机控制部15内的速度指令切换部51在控制缓冲用逆变器23的电力变换使缓冲用伺服电动机22以蓄电用转速旋转时，在总消耗电量超过下侧基础恢复阈值(第四阈值)时，从蓄电用速度指令切换到基础用速度指令。该情况下，缓冲用电动机控制部15使用速度指令切换部51设定的基础用速度指令和转矩限制值计算部14使用数学式6计算出的转矩限制值，控制缓冲用逆变器23的电力变换动作。

例如在图6中，在缓冲用伺服电动机22按照比时刻t1早的、由速度指令切换部51设定的蓄电用速度指令以蓄电用转速旋转时，即使总消耗电量缓缓增加而超过蓄电阈值，也维持由速度指令切换部51设定的蓄电用速度指令。在总消耗电量进一步增加而在时刻t1超过下侧基础恢复阈值(第四阈值)时，速度指令切换部51从蓄电用速度指令切换到基础用速度指令，缓冲用电动机控制部15使用速度指令切换部51设定的基础用速度指令和转矩限制值计算部14使用数学式6计算出的转矩限制值，控制缓冲用逆变器23的电力变换动作。结果，缓冲用伺服电动机22减速，产生再生电力。在缓冲用伺服电动机22返回到基础转速之前(时刻t2)，关于供给到直流链路4的直流电，产生的交流再生电力通过缓冲用逆变器23变换为直流电而供给到直流链路4，并且通过整流器11变换为交流电返回到电源2侧。

此外，在缓冲用伺服电动机22按照时刻t3到时刻t4期间的、由速度指令切换部51设定的供给用速度指令以电力供给用转速旋转时，即使总消耗电量缓缓降低而低于供给阈值，也维持由速度指令切换部51设定的供给用速度指令。在总消耗电量进一步降低而在时刻t4低于上侧基础恢复阈值(第三阈值)时，速度指令切换部51从供给用速度指令切换到基础用速度指令，缓冲用电动机控制部15使用速度指令切换部51设定的基础用速度指令和转矩限制值计算部14使用数学式5计算出的转矩限制值，控制缓冲用逆变器23的电力变换动作。结果，在缓冲用伺服电动机22返回到基础转速之前(时刻t5)，缓冲用伺服电动机22使用经由整流器11从电源2侧供给的能量，缓冲用伺服电动机22的转速缓缓上升。

根据本公开的一个方式，在具有飞轮型蓄电装置的电动机驱动系统中，可以实现容易控制且响应性高的蓄电装置。