JP5469205B2 - スレーブ装置の数に応じてデータの通信速度を変更するマスタ装置 - Google Patents

Description

本発明は、コンバータを介して交流電源に接続したＤＣリンク部に複数のインバータの各々を介してインバータと同数のモータを並列に接続することができるシステムを制御するために、複数のモータに対応するスレーブ装置と、データの送受信を行うためのシリアル通信バスを介して接続可能なマスタ装置に関する。

工作機械の送り軸及び主軸、産業用ロボットのアーム等を駆動するモータを含むシステムにおいてモータを制御するために、データの送受信を行うためのシリアル通信バスを介してスレーブ装置に接続したマスタ装置が、従来提案されている（例えば、特許文献１）。

このようなモータを含むシステムでは、マスタ装置は、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換するためにコンバータを制御するコンバータ制御装置、ＣＮＣ（数値制御装置）のような上位制御装置等によって実現され、スレーブ装置は、コンバータによって変換された直流電力を交流電力に変換するためにインバータを制御するインバータ制御装置等によって実現される。例えば、マスタ装置がコンバータ制御装置であり、スレーブ装置がインバータ制御装置である場合、ステータス情報、アラーム情報等のデータの送受信がシリアル通信バスを介して行うことによって、コンバータ制御装置とインバータ制御装置との間でデータを共有する。また、マスタ装置が上位制御装置であり、スレーブ装置がインバータ制御装置である場合、モータの位置又は速度指令データ等のデータを、シリアル通信バスを介して上位制御装置からインバータ制御装置に送信し、電流値データ、モータの位置又は速度データ等のデータを、シリアル通信バスを介してインバータ制御装置から上位制御装置に送信することによって、コンバータ制御装置とインバータ制御装置との間でデータを共有する。

複数の装置間で行われるシリアル通信は、パラレル通信で送受信することができるデータ量よりも多くのデータ量を、パラレル通信で用いられる電線の本数よりも少ない本数（例えば、ＲＳ４２２シリアル通信の場合には２本）で送受信することができる。

シリアル通信において、単位時間当たりに送受信されるデータの量を増大したい場合、データの通信速度を上げる、すなわち、データを伝送するのに必要な信号の帯域幅を広げる必要がある。データを伝送するのに必要な信号の帯域幅を広げる場合、シリアル通信中に受けるノイズを除去するためにマスタ装置とスレーブ装置のうちの少なくとも一つに設けられたフィルタの帯域幅も広げる必要がある。このようにフィルタの帯域幅を広げるに従って、シリアル通信中に受けるノイズの影響が大きくなる。

データを伝送するのに必要な信号の帯域幅を広げ、かつ、信頼性の高いシリアル通信を維持するために、シリアル通信中に受けるノイズへの対策が講じられている。シリアル通信中に受けるノイズへの対策としては、シリアル通信に用いられるケーブルのインピーダンスを低減するために、シリアル通信に用いられるケーブルをデータの通信速度が上がるに従って太くすること、外部からの影響による電位の変動を防止するために、シリアル通信に用いられるケーブルに対するシールドをデータの通信速度が上がるに従って厚くすること、シリアル通信に用いられるケーブルのインピーダンスを低減するために、シリアル通信に用いられるケーブルの長さをデータの通信速度が上がるに従って短くすること等、を挙げることができる。

したがって、シリアル通信中に受けるノイズへの対策を講じるのに必要なコスト及びシリアル通信に用いられるケーブルの長さの制約は、データの通信速度が高くなるに従って増大する。

特開２００８−２４２７２８号公報

上記モータを含むシステムにおいて、モータの駆動を開始してからモータの駆動を停止するまでの間にシリアル通信バスを介してマスタ装置と複数のスレーブ装置との間で必要なデータの送受信を周期的に行うのに必要な周期（データ送受信周期）を一定の時間（例えば、１ミリ秒）以下に維持するために、マスタ装置と複数のスレーブ装置の間のデータの通信速度を、ＤＣリンク部に実際に接続されているモータに対応するスレーブ装置の数が増大するに従って上げる必要がある。

従来の上記モータを含むシステムでは、上記データ送受信周期を一定の時間以下に維持するために、シリアル通信バスを通じてマスタ装置と複数のスレーブ装置との間で送受信されるデータの通信速度は、ＤＣリンク部に実際に接続されているモータに対応するスレーブの数に関係なく一定の通信速度に設定されている。

シリアル通信バスを通じてマスタ装置と複数のスレーブ装置との間で送受信されるデータの通信速度が必要以上に高く設定された場合、シリアル通信中に受けるノイズへの対策を講じるのに必要なコスト及びシリアル通信に用いられるケーブルの長さの制約が必要以上に増大する。

例えば、ＤＣリンク部に接続可能な最大数のモータに対応する数のスレーブ装置の個数が１０個であるシステムにおいて、マスタ装置と１０個のスレーブ装置との間でデータの送受信を行うための上記データ送受信周期を１ミリ秒に維持するためにデータの通信速度が５００ｋＨｚに設定される場合が考えられる。

この場合、ＤＣリンク部に実際に接続されている上記最大数（この場合、１０）未満のモータに対応するスレーブ装置の数が５個であるときでもデータの通信速度が５００ｋＨｚであるので、スレーブ装置の数が５個であるときの上記データ送受信周期は０．５ミリ秒となる。すなわち、スレーブ装置が５個であるときに上記データ送受信周期を１ミリ秒に維持するためには、データの通信速度を２５０ｋＨｚに設定すれば十分である。

したがって、上記データ送受信周期を１ミリ秒に維持するために必要なデータの通信速度よりも高い通信速度になるので、シリアル通信中に受けるノイズへの対策を講じるのに必要なコスト及びシリアル通信に用いられるケーブルの長さの制約が必要以上に増大する。

一方、ＤＣリンク部に実際に接続されている上記最大数（この場合、１０）未満のモータに対応するスレーブ装置の数（例えば、５）を予め想定し、シリアル通信中に受けるノイズへの対策を講じるのに必要なコスト及びシリアル通信に用いられるケーブルの長さの制約を受けない程度にデータの通信速度を低く設定した場合、必要なデータ送受信周期を維持できなくなる。

例えば、ＤＣリンク部に接続可能な最大数のモータに対応する数のスレーブ装置の個数が１０個であるシステムにおいて、ＤＣリンク部に実際に接続されている上記最大数（この場合、１０）未満のモータに対応するスレーブ装置の数が５個であると想定し、マスタ装置と５個のスレーブ装置との間でデータの送受信を行うため上記データ送受信周期を１ミリ秒に維持するためにデータの通信速度が５００ｋＨｚに設定される場合が考えられる。

この場合、ＤＣリンク部に実際に接続されている上記最大数（この場合、１０）のモータに対応するスレーブ装置の数が１０個であるときでもデータの通信速度が５００ｋＨｚであるので、スレーブ装置の数が１０個であるときの上記データ送受信周期は２ミリ秒となる。このように想定されるスレーブ装置の数を超えるスレーブ装置（この場合、上記最大数である１０）を用いる場合、必要なデータ送受信周期（１ミリ秒）を維持できなくなる。

本発明の目的は、シリアル通信を介してスレーブ装置とデータの送受信を行うために、シリアル通信中に受けるノイズへの対策を講じるのに必要なコスト及びシリアル通信に用いられるケーブルの長さの制約が必要以上に増大することなく必要なデータ送受信周期を維持することができるマスタ装置を提供することである。

本発明によるマスタ装置は、コンバータを介して交流電源に接続したＤＣリンク部に２以上の第１の数のインバータの各々を介して第１の数のモータを並列に接続することができるシステムを制御するために、第１の数のモータに対応する第２の数のスレーブ装置と、第１の通信速度でデータの送受信を行うためのシリアル通信バスを介して接続可能なマスタ装置であって、マスタ装置を起動した後に、モータに対応するスレーブ装置の有無を知るための呼びかけ信号を、ＤＣリンク部に接続されている全てのモータに対応する全てのスレーブ装置に送信する呼びかけ部と、呼びかけ信号に対する応答信号を、ＤＣリンク部に接続されている全てのモータに対応する全てのスレーブ装置からそれぞれ受信し、受信した応答信号の数に基づいて、ＤＣリンク部に接続されている全てのモータに対応する全てのスレーブ装置の個数である第３の数を判断する応答受信部と、第３の数と第２の数未満かつ１以上の第４の数との比較結果に応じて、第３の数を判断してからモータの駆動を停止するまでの間にマスタ装置と第３の数のスレーブ装置との間で送受信されるデータの通信速度を第１の通信速度から第１の通信速度と異なる第２の通信速度に変更するか否かを判定する通信速度変更判定部と、を有することを特徴とする。

好適には、データの通信速度の第１の通信速度から第２の通信速度への変更を、第３の数のスレーブ装置に通知する変更通知部を更に有し、第２の通信速度は第１の通信速度より低く、第３の数が第４の数以下である場合、通信速度変更判定部は、第３の数を判断してからモータの駆動を停止するまでの間にマスタ装置と第３の数のスレーブ装置との間で送受信されるデータの通信速度を、第１の通信速度から第２の通信速度に変更する。

好適には、シリアル通信中に受けるノイズを除去するためにマスタ装置及び第３の数のスレーブ装置のうちの少なくとも一つに設けられた帯域可変フィルタの帯域幅を、データの通信速度の第１の通信速度から第２の通信速度への変更に従って、第１の帯域幅から第１の帯域幅より狭い第２の帯域幅に変更する帯域幅変更部を更に有する。

好適には、データの通信速度の第１の通信速度から第２の通信速度への変更を、第３の数のスレーブ装置に通知する変更通知部を更に有し、第２の通信速度は第１の通信速度より高く、第３の数が第４の数より大きい場合、通信速度変更判定部は、第３の数を判断してからモータの駆動を停止するまでの間にマスタ装置と第３の数のスレーブ装置との間で送受信されるデータの通信速度を、第１の通信速度から第２の通信速度に変更する。

好適には、シリアル通信中に受けるノイズを除去するためにマスタ装置及び第３の数のスレーブ装置のうちの少なくとも一つに設けられた帯域可変フィルタの帯域幅を、データの通信速度の第１の通信速度から第２の通信速度への変更に従って、第１の帯域幅から第１の帯域幅より広い第２の帯域幅に変更する帯域幅変更部を更に有する。

本発明によれば、シリアル通信を介してスレーブ装置とデータの送受信を行うために、シリアル通信中に受けるノイズへの対策を講じるのに必要なコスト及びシリアル通信に用いられるケーブルの長さの制約が必要以上に増大することなく必要なデータ送受信周期を維持することができるマスタ装置を提供することができる。

モータを制御するために本発明によるマスタ装置を適用したシステムのブロック図である。 図１のコンバータ制御装置の動作のフローチャートである。 モータを制御するために本発明によるマスタ装置を適用した他のシステムのブロック図である。

本発明によるマスタ装置の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図面中、同一構成要素には同一符号を付す。
図１は、モータを制御するために本発明によるマスタ装置を適用したシステムのブロック図である。図１に示すシステムは、工作機械において使用され、交流電源としての三相交流電源１と、コンバータ２と、ＤＣリンク部としての平滑用コンデンサ３と、ｋ（ｋは０又は１以上の整数）個のインバータ４−１，．．．，４−ｋと、ｋ個のモータ５−１，．．．，５−ｋと、ｋ個の被駆動体６−１，．．．，６−ｋと、ｋ個の回転角度検出部７−１，．．．，７−ｋと、スレーブ装置としてのｋ個のインバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋと、マスタ装置としてのコンバータ制御装置９と、を有する。

図１に示すシステムは、第１の数としてのｎ（ｎは２以上かつｋ以下の整数）個のモータをそれぞれ、ｎ個の接続部４ａ−１；４ｂ−１，．．．，４ａ−ｋ；４ｂ−ｋ，．．．，４ａ−ｎ；４ｂ−ｎに接続されるｎ個のインバータの各々を介して、平滑用コンデンサ３に並列に接続することができる。すなわち、ｎは、平滑用コンデンサ３に接続しうるモータの最大数に対応するインバータの数である。このために、コンバータ制御装置９は、ｎ個のモータに対応する第２の数としてのｎ個のインバータ制御装置と、使用されうる最大個数であるｎ個のインバータ制御装置が用いられた場合でもデータ送受信周期を一定の時間（例えば、１ミリ秒）以下に維持できるように設定される第１の通信速度ｆ１（例えば、５００ｋＨｚ）でモータのステータス情報、アラーム情報等のデータの送受信を行うためのシリアル通信バス１０（例えば、ＲＳ４２２シリアル通信バス）を介して接続可能である。したがって、第１の通信速度ｆは、ｎが増大するに従って、すなわち、コンバータ制御装置９とコンバータ制御装置９から最も離れたインバータ制御装置８−ｋとの間に介在するシリアル通信バス１０が長くなるに従って高くなるように設定される。

図１に示すシステムは、超高機能なアプリケーションである大規模なシステムを構成するためには最大個数であるｎ（すなわち、ｎ＝ｋ）個のインバータ制御装置を有するが、一般的には、中規模又は小規模なシステムを構成するために最大個数であるｎ未満の数であるｋ（すなわち、ｎ＞ｋ）個のインバータ制御装置を有する。

図１に示すシステムにおいて、ｎ＞ｋの場合、システムの規模をできるだけ小さくするために、コンバータ制御装置９とコンバータ制御装置９から最も離れたインバータ制御装置８−ｋとの間に介在するシリアル通信バス１０の長さが最小となるようにインバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋを配置するのが好ましい。すなわち、コンバータ制御装置９に近い方から数えてｊ（ｊは１以上かつｋ以下の整数）番目のインバータ４−ｊがコンバータ制御装置９に近い方から数えてｊ番目の接続部４ａ−ｊ；４ｂ−ｊに接続されるのが好ましい。

しかしながら、ｎ＞ｋの場合、シリアル通信バス１０の長さが最大となるようにインバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋを配置した場合のデータ送受信周期と、シリアル通信バス１０の長さが最小となるようにインバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋを配置した場合のデータ送受信周期との差は、実質的にゼロである。したがって、シリアル通信バス１０の長さが最小となるようにインバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋを配置する必要はない。

コンバータ２は、例えば、複数（３相交流の場合は６個）の整流ダイオード及びこれらの整流ダイオードのそれぞれに逆並列に接続されたトランジスタによって構成され、三相交流電源１から供給される交流電力を直流電力に変換する。平滑用コンデンサ３は、コンバータ２の整流ダイオードによって整流された電圧を平滑化するためにコンバータ２に並列に接続される。インバータ４−１，．．．，４−ｋはそれぞれ、平滑用コンデンサ３に並列に接続され、例えば、複数（３相交流の場合は６個）の整流ダイオード及びこれらの整流ダイオードのそれぞれに逆並列に接続されたトランジスタによって構成され、後に説明するＰＷＭ信号Ｖ_PWM1，．．．，Ｖ_PWMkに基づいてトランジスタのオンオフ動作を行うことによって、コンバータ２によって変換された直流電力を交流電力に変換する。

モータ５−１，．．．，５−ｋは、平滑用コンデンサ３に蓄積されている電力で駆動される。モータ５−１，．．．，５−ｋとしては、工作機械の主軸をボールねじ／ナット機構等の送りねじ機構によって重力軸方向（Ｚ軸方向）に駆動する重力軸用サーボモータ、工作機械の主軸に取り付けられた工具を駆動する主軸モータ、ワークが取り付けられた工作機械のテーブルをボールねじ／ナット機構等の送りねじ機構によって水平軸方向（例えば、Ｘ軸方向）に駆動する水平軸用サーボモータ等が用いられる。

被駆動体６−１，．．．，６−ｋは、モータ５−１，．．．，５−ｋによってそれぞれ駆動される。例えば、ｋ＝３であり、モータ５−１，．．．，５−ｋがそれぞれ重力軸用サーボモータ、主軸モータ及び水平軸用サーボモータである場合、被駆動体６−１，．．．，６−ｋは、工作機械の主軸、工具及び工作機械のテーブルである。

回転角度検出部７−１，．．．，７−ｋはそれぞれ、モータ５−１，．．．，５−ｋの回転角度θ₁，．．．θ_kをモータの位置又は速度として検出するロータリーエンコーダによって構成される。

インバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋはそれぞれ、インバータ４−１，．．．，４−ｋを制御するために、インバータ４−１，．．．，４−ｋの出力線に設けられた電流検出器４ｕ−１；４ｖ−１；４ｗ−１，．．．，４ｕ−ｋ；４ｖ−ｋ；４ｗ−ｋによって検出した三相のＵ相電流Ｉ_U-1，．．．，Ｉ_v-k，Ｖ相電流Ｉ_V-1，．．．，Ｉ_v-k及びＷ相電流Ｉ_W-1，．．．，Ｉ_W-kのそれぞれの電流値を、モータ５−１，．．．，５−ｋの電流値データとしてそれぞれサンプリングし、回転角度θ₁，．．．，θ_nをモータの位置又は速度データとしてそれぞれサンプリングする。

そして、インバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋはそれぞれ、モータ５−１，．．．，５−ｋを駆動するためのＰＷＭ信号Ｖ_PWM1，．．．，Ｖ_PWMkを、サンプリングした電流値データ及びモータの位置又は速度データと、明瞭のために図示しない上位制御装置からのモータの位置又は速度指令データとに基づいて生成する。

また、インバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋはそれぞれ、後に説明する呼びかけデータに対する応答データを、シリアル通信バス１０を介してコンバータ制御装置９に送信する。

ここで、電流検出器４ｕ−１；４ｖ−１；４ｗ−１，．．．，４ｕ−ｋ；４ｖ−ｋ；４ｗ−ｋはそれぞれ、例えばホール素子によって構成され、図示しない上位制御装置は、例えば、ＣＮＣ（数値制御装置）によって構成される。

図１に示すシステムにおいて、図示しない上位制御装置は、モータ５−１，．．．，５−ｋの減速時に生じる回生エネルギーを三相交流電源１側に回生する交流電源回生を行うために、交流電源回生指令信号をコンバータ制御装置９に出力する。

この場合、インバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋがＰＷＭ信号Ｖ_PWM1，．．．，Ｖ_PWMkをインバータ４−１，．．．，４−ｋにそれぞれ出力してインバータ４−１，．．．，４−ｋのトランジスタをオンオフ制御するために、図示しない上位制御装置は、ＰＷＭ信号Ｖ_PWMに対応するモータの位置又は速度指令データをインバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋにそれぞれ出力する。

コンバータ制御装置９は、交流電源回生指令信号に基づいてＰＷＭ信号Ｖ_PWM’を生成し、交流電源回生を行うためにＰＷＭ信号Ｖ_PWM’をコンバータ２に出力する。また、図１に示すシステムにおいて、交流電源回生を行うために、三相交流電源１とコンバータ２との間にリアクトル１ｕ，１ｖ，１ｗを配置する。

コンバータ制御装置９は、ＣＰＵ９ａと、ＲＯＭ９ｂと、ＲＡＭ９ｃと、クロック信号生成部９ｄと、シリアル通信部９ｅと、を有する。ＣＰＵ９ａは、各種動作を行うためにプログラムを実行する。ＲＯＭ９ｂは、当該プログラム及びコンバータ制御装置９の性能等に関する各種データを予め格納する。ＲＡＭ９ｃは、ＣＰＵ９ａによる演算結果のデータと、シリアル通信バス１０を介してインバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋから送信されるモータのステータス情報等のデータと、図示しない上位制御装置からのデータと、を一時的に記憶する。

クロック信号生成部９ｄは、第１の通信速度ｆ１に対応する第１のシリアルクロック信号を生成し、生成した第１のシリアルクロック信号をＣＰＵ９ａ及びシリアル通信部９ｅに出力する。このために、クロック信号生成部９ｄは、発振素子、発振回路、ボーレート設定レジスタ、ボーレートジェネレータ等によって構成される。

図１に示すシステムにおいて、クロック信号発生部９ｄは、シリアル通信部９ｅからの通信速度変更通知データに応答してデータの通信速度を第１の通信速度ｆ１から第１の通信速度ｆ１より低い第２の通信速度ｆ２（例えば、１２５ｋＨｚ）に変更する通信速度変更判定部９ｄ’を有する。このために、通信速度変更判定部９ｄ’は、シリアル通信部９ｅからの通信速度変更通知データに応答して第１のシリアルクロック信号の分周等を行い、第２の通信速度ｆ２（例えば、１２５ｋＨｚ）に対応する第２のシリアルクロック信号を生成し、生成した第２のシリアルクロック信号をＣＰＵ９ａに出力する。

図１に示すシステムにおいて、コンバータ制御装置９は、図示しない電源から電力が供給され、図示しない電源からの電力の供給が開始されると同時に起動状態になり、図示しない電源からの電力の供給が停止されると同時に停止する。また、図１に示すシステムは、モータ５−１，．．．，５−ｋの駆動の準備を完了した後にモータ５−１，．．．，５−ｋの駆動を開始し、図示しない上位制御装置からの指令に基づいてータ５−１，．．．，５−ｋの駆動を停止する。ここで、モータ５−１，．．．，５−ｋの駆動の準備を完了したか否かは、例えば、モータ５−１，．．．，５−ｋの駆動に必要なデータの全てがシリアル通信バス１０を介してコンバータ制御装置９とインバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋとの間で送受信されたとＣＰＵ９ａによって判断することによって行う。

シリアル通信部９ｅは、シリアル通信バス１０を介してコンバータ制御装置９とインバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋとの間のシリアル通信を行う。このために、シリアル通信部９ｅは、データ送信部９ｅ−１と、データ受信部９ｅ−２と、帯域可変フィルタ９ｅ−３と、シリアル通信制御部９ｅ−４と、を有する。

データ送信部９ｅ−１は、アラーム情報等のデータを、帯域可変フィルタ９ｅ−３及びシリアル通信バス１０を介してインバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋに送信する。データ受信部９ｅ−２は、モータのステータス情報等のデータを、シリアル通信バス１０及び帯域可変フィルタ９ｅ−３を介してインバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋから受信する。帯域可変フィルタ９ｅ−３は、第１の帯域幅を有し、シリアル通信バス１０を介してコンバータ制御装置９とインバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋから受信したデータをフィルタ処理する。

シリアル通信制御部９ｅ−４は、データ送信部９ｅ−１によるインバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋに対する呼びかけ、データ受信部９ｅ−２による当該呼びかけに対する応答の受信、データ送信部９ｅ−１による通信速度の変更の通知及び帯域可変フィルタ９ｅ−３の変更を行う。このために、シリアル通信制御部９ｅ−４は、呼びかけ部９ｅ−４−１と、応答受信部９ｅ−４−２と、変更通知部９ｅ−４−３と、帯域幅変更部９ｅ−４−４と、を有する。

呼びかけ部９ｅ−４−１は、コンバータ制御装置９を起動した後に、平滑用コンデンサ３に接続されているモータに対応するインバータ制御装置の個数を応答受信部９ｅ−４−２によって判断するために、モータに対応するインバータ制御装置の有無を知るための呼びかけデータを伝送する信号（以下、「呼びかけ信号」という。）を、データ送信部９ｅ−１を介して、平滑用コンデンサ３に接続されている全てのモータに対応する全てのスレーブ装置、すなわち、インバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋにそれぞれ送信する。

応答受信部９ｅ−４−２は、当該呼びかけ信号を送信してからモータ５−１，．．．，５−ｋの駆動を開始するまでの間に、呼びかけ信号に対する応答データを伝送する信号（以下、「応答信号」という。）を、データ受信部９ｅ−２を介して、インバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋからそれぞれ受信する。そして、応答受信部９ｅ−４−２は、受信した応答信号の数に基づいて、平滑用コンデンサ３に接続されている全てのモータに対応する全てのインバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋの個数がｎ以下である第３の数としてのｋであると判断する。

変更通知部９ｅ−４−３は、計測した数ｋが上記最大個数ｎ未満かつ１以上の第４の数としての数Ｎ以下であるか否か判断する。インバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋの個数ｋが数Ｎ以下である場合、変更通知部９ｅ−４−３は、データの通信速度が第１の通信速度ｆ１から第２の通信速度ｆ２に変更する旨の通信速度変更通知データを、データ送信部９ｅ−１及びシリアル通信バス１０を介してインバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋ及び帯域幅変更部９ｅ−４−４にそれぞれ通知する。インバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋは、変更通知部９ｅ−４−３からの通信速度変更通知データに応答して、自身が生成するクロック信号のクロック周波数を、第１の通信速度に対応するクロック周波数から第２の通信速度に対応するクロック周波数に変更する。すなわち、数Ｎは、データの通信速度を第１の通信速度から第２の通信速度に変更するか否かを判定するためのしきい値として予め設定される。変更通知部９ｅ−４−３は、通信速度変更通知データを通信速度変更判定部９ｄ’にも通知する。

帯域幅変更部９ｅ−４は、変更通知部９ｅ−４−３からの通信速度変更通知データに応答して、帯域可変フィルタ９ｅ−２の帯域幅を第１の帯域幅から第１の帯域幅より狭い第２の帯域幅に変更するための帯域幅変更指令を帯域可変フィルタ９ｅ−３に出力する。したがって、帯域可変フィルタ９ｅ−３は、帯域幅変更部９ｅ−４からの帯域幅変更指令に応答して、帯域幅を第１の帯域幅から第２の帯域幅に変更する。

図２は、図１のコンバータ制御装置の動作のフローチャートである。このフローチャートは、コンバータ制御装置９が起動した直後に開始される。

先ず、呼びかけ部９ｅ−４−１は、呼びかけ信号を、ＤＣリンク部に接続されている全てのモータにそれぞれ対応する全てのスレーブ装置に送信する（ステップＳ１）。次に、応答受信部９ｅ−４−２は、呼びかけ信号に対する応答信号をインバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋからそれぞれ受信し、受信した応答信号の数ｋを計測し、計測した数ｋがモータの個数であると判断する（ステップＳ２）。

次に、変更通知部９ｅ−４−３は、計測した数ｋが数Ｎ以下であるか否か判断する（ステップＳ３）。受信した応答データの数ｋが数Ｎ以下でない場合、すなわち、受信した応答データの数ｋが数Ｎを超えるかゼロである場合、処理フローを終了する。それに対し、受信した応答データの数ｋが数Ｎ以下である場合、変更通知部９ｅ−４−３は、通信速度変更通知データを、インバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋ、通信速度変更判定部９ｄ’及び帯域幅変更部９ｅ−４−１にそれぞれ通知する（ステップＳ４）。

次に、帯域幅変更部９ｅ−４は、通信速度変更通知データに応答して、帯域可変フィルタ９ｅ−２の帯域幅を第１の帯域幅から第２の帯域幅に変更する（ステップＳ５）。次に、通信速度変更判定部９ｄ’は、データの通信速度を第１の通信速度から第２の通信速度に変更するために、通信速度変更通知データに応答して第２のシリアルクロック信号を生成し（ステップＳ６）、処理を終了する。

上記実施の形態によれば、通信速度変更判定部９ｅ−１−３は、平滑用コンデンサ３に接続している全てのモータ、すなわち、モータ５−１，．．，５−ｋの個数が数Ｎ以下である場合、数ｋを判断してからモータ５−１，．．，５−ｋの駆動を停止するまでの間にコンバータ制御装置９とインバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋとの間で送受信されるデータの通信速度を、第１の通信速度から第２の通信速度に変更する。これにより、シリアル通信バス１０を介してコンバータ制御装置９とインバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋとの間でデータの送受信を行うために、シリアル通信中に受けるノイズへの対策を講じるのに必要なコスト及びシリアル通信に用いられるケーブルの長さの制約が必要以上に増大しなくなる。

図１に示すシステムにおいて、使用されうる最大個数であるｎ個のインバータ制御装置が用いられた場合でもデータ送受信周期を一定の時間（例えば、１ミリ秒）以下に維持できるように第１の通信速度ｆ１を設定し、受信した応答データの数ｋが数Ｎ以下である場合にデータの通信速度を第１の通信速度から第１の通信速度より低い第２の通信速度に変更する場合について説明した。

しかしながら、図１に示すシステムにおいて、実際に使用されるインバータ制御装置の個数が、使用されうる最大個数であるｎ個未満であるｋ個であると想定し、ｋ個のインバータ制御装置が用いられた場合にデータ送受信周期を一定の時間（例えば、１ミリ秒）以下に維持できるように設定される第１の通信速度ｆ１を設定し、受信した応答データの数ｋが数Ｎ以上である場合にデータの通信速度を第１の通信速度から第１の通信速度より高い第２の通信速度に変更することもできる。

この場合、実際に使用されるインバータ制御装置の個数がＮ個より大きく、データの通信速度が第１の通信速度ｆ１であるときにはデータの送受信周期を一定の時間以下に維持できない場合でも、データの通信速度を第１の通信速度から第１の通信速度より高い第２の通信速度に変更することによって、データの送受信周期を一定の時間以下に維持することができる。

したがって、通信速度変更判定部９ｄ’は、インバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋの個数ｋと数Ｎとの比較結果に応じて、数ｋを判断してからモータ５−１，．．．，５−ｋの駆動を停止するまでの間にコンバータ制御装置９とインバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋとの間で送受信されるデータの通信速度を第１の通信速度から第１の通信速度と異なる第２の通信速度に変更するか否かを判定する。

図３は、モータを制御するために本発明によるマスタ装置を適用した他のシステムのブロック図である。図３に示すシステムでは、図１のコンバータ制御装置８の代わりに、上位制御装置９’をマスタ装置として使用し、図１のリアクトル１ｕ，１ｖ，１ｗ及びコンバータ２の代わりにコンバータ２’を三相交流電源１と平滑用コンデンサ３との間に配置する。

上位制御装置９’は、図１のＣＰＵ９ａと、ＲＯＭ９ｂと、ＲＡＭ９ｃと、クロック信号生成部９ｄと、シリアル通信部９ｅと、を有する。また、上位制御装置９’は、モータの位置又は速度指令データ等のデータを、シリアル通信バス１０を介してインバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋに送信し、電流値データ、モータの位置又は速度データ等のデータを、シリアル通信バス１０を介してインバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋから受信する。

本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。例えば、本発明によるマスタ装置を、工作機械以外の機械、産業用ロボット等で用いることができる。また、マスタ装置をコンバータ制御装置９及び上位制御装置９’以外の装置において実現することができ、スレーブ装置をインバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋ以外の装置で実現することができる。また、シリアル通信としてＩ²Ｃ通信等を用いることもできる。

また、上記実施の形態において、交流電源として三相交流電源１を用いたが、三相以外の多相交流電源を交流電源として用いることもできる。また、回転角度検出部７−１，．．．，７−ｋを、ロータリーエンコーダ以外の部品（例えば、ホール素子又はレゾルバ）によって構成することができる。また、Ｕ相電流、Ｖ相電流及びＷ相電流の全てを検出する代わりに、Ｕ相電流、Ｖ相電流及びＷ相電流のうちの２相の電流（例えば、Ｕ相電流及びＶ相電流）のみを検出してもよい。

また、上記実施の形態において、ｋ個のモータ５−１，．．．，５−ｋにｋ個のインバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋがそれぞれ対応する場合、すなわち、１個のモータを１個のインバータ制御装置で制御するについて説明した。しかしながら、ｋ個のモータ５−１，．．．，５−ｋをｋ未満かつ１以上の数であるｉ個のインバータ制御装置で制御する、すなわち、２個以上のモータを１個のインバータ制御装置（多軸インバータ制御装置）で制御することもできる。この場合、インバータ制御装置８−１，．．．，８−ｉは、コンバータ制御装置９とコンバータ制御装置９から最も離れたインバータ制御装置８−ｉとの間に介在するシリアル通信バス１０の長さが最小となるように配置されるのが好ましいが、シリアル通信バス１０の長さが最小となるようにインバータ制御装置８−１，．．．，８−ｉを配置する必要はない。

また、本発明を、１個のモータに組み込まれた複数組の巻線のそれぞれを一つのインバータ制御装置で制御する場合にも適用することができる。例えば、１個のモータに４組の巻線が組み込まれている場合、それぞれの巻線を一つのインバータ制御装置で制御するので、１個のモータに対して４個のインバータ制御装置が用いられる。したがって、ｋ個のモータ５−１，．．．，５−ｋをｋを超える数であるｊ個のインバータ制御装置で制御する、すなわち、１個のモータを２個以上のインバータ制御装置で制御することもできる。この場合、インバータ制御装置８−１，．．．，８−ｊは、コンバータ制御装置９とコンバータ制御装置９から最も離れたインバータ制御装置８−ｊとの間に介在するシリアル通信バス１０の長さが最小となるように配置されるのが好ましいが、シリアル通信バス１０の長さが最小となるようにインバータ制御装置８−１，．．．，８−ｊを配置する必要はない。

ｋ個のモータ５−１，．．．，５−ｋにｋ個のインバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋがそれぞれ対応する場合、スレーブ装置の数である第２の数は、モータの数である第１の数と同数となる。また、ｋ個のモータ５−１，．．．，５−ｋにｋ未満かつ１以上のｉ個のインバータ制御装置８−１，．．．，８−ｉが対応する場合、スレーブ装置の数である第２の数は、モータの数である第１の数未満の数となる。さらに、ｋ個のモータ５−１，．．．，５−ｋにｋを越えるｊ個のインバータ制御装置８−１，．．．，８−ｊが対応する場合、スレーブ装置の数である第２の数は、モータの数である第１の数を超える数となる。したがって、スレーブ装置の数である第２の数は、モータの数である第１の数と同一の数又はモータの数である第１の数と異なる数となる。

さらに、上記実施の形態において、帯域可変フィルタ９ｅ−３をコンバータ制御装置９及び上位制御装置９’に設ける場合について説明したが、可変帯域フィルタ９ｅ−３を、インバータ制御装置８−１，．．．，８−ｋに設けることもできる。

１ 三相交流電源
１ｕ，１ｖ，１ｗ リアクトル
２，２’ コンバータ
３ 平滑用コンデンサ
４−１，．．．，４−ｋ インバータ
４ａ−１；４ｂ−１，．．．，４ａ−ｋ；４ｂ−ｋ，．．．，４ａ−ｎ；４ｂ−ｎ 接続部
４ｕ−１；４ｖ−１；４ｗ−１，．．．，４ｎ−ｋ；４ｖ−ｋ；４ｗ−ｋ 電流検出器
５−１，．．．，５−ｋ モータ
６−１，．．．，６−ｋ 被駆動体
７−１，．．．，７−ｋ 回転角度検出部
８−１，．．．，８−ｋ インバータ制御部
９ コンバータ制御部
９ａ ＣＰＵ
９ｂ ＲＯＭ
９ｃ ＲＡＭ
９ｄ クロック信号生成部
９ｄ’ 通信速度変更判定部
９ｅ シリアル通信部
９ｅ−１ データ送信部
９ｅ−２ データ受信部
９ｅ−３ 帯域可変フィルタ
９ｅ−４ シリアル通信制御部
９ｅ−４−１ 呼びかけ部
９ｅ−４−２ 応答受信部
９ｅ−４−３ 変更通知部
９ｅ−４−４ 帯域幅変更部
９’ 上位制御装置
１０ シリアル通信バス
Ｉ_U-1，．．．，Ｉ_v-k Ｕ相電流
Ｉ_V-1，．．．，Ｉ_v-k Ｖ相電流
Ｉ_W-1，．．．，Ｉ_W-k Ｗ相電流
Ｖ_PWM1，．．．，Ｖ_PWMk，Ｖ_PWM’ ＰＷＭ信号
θ₁，．．．，θ_n 回転角度

Claims (5)

1. コンバータを介して交流電源に接続したＤＣリンク部に２以上の第１の数のインバータの各々を介して第１の数のモータを並列に接続することができるシステムを制御するために、第１の数のモータに対応する第２の数のスレーブ装置と、第１の通信速度でデータの送受信を行うためのシリアル通信バスを介して接続可能なマスタ装置であって、
   前記マスタ装置を起動した後に、モータに対応するスレーブ装置の有無を知るための呼びかけ信号を、ＤＣリンク部に接続されている全てのモータに対応する全てのスレーブ装置に送信する呼びかけ部と、
   前記呼びかけ信号に対する応答信号を、ＤＣリンク部に接続されている全てのモータに対応する全てのスレーブ装置からそれぞれ受信し、受信した応答信号の数に基づいて、ＤＣリンク部に接続されている全てのモータに対応する全てのスレーブ装置の個数である第３の数を判断する応答受信部と、
   前記第３の数と、前記第２の数未満かつ１以上であって、データの通信速度を第１の通信速度から該第１の通信速度と異なる第２の通信速度に変更するか否かを判定するためのしきい値として予め設定される第４の数との比較結果に応じて、前記第３の数を判断してからモータの駆動を停止するまでの間に前記マスタ装置と第３の数のスレーブ装置との間で送受信されるデータの通信速度を第１の通信速度から前記第２の通信速度に変更するか否かを判定する通信速度変更判定部と、
   を有することを特徴とするマスタ装置。
2. 前記データの通信速度の前記第１の通信速度から前記第２の通信速度への変更を、第３の数のスレーブ装置に通知する変更通知部を更に有し、
   前記第２の通信速度は前記第１の通信速度より低く、
   前記第３の数が前記第４の数以下である場合、前記通信速度変更判定部は、前記第３の数を判断してからモータの駆動を停止するまでの間に前記マスタ装置と第３の数のスレーブ装置との間で送受信されるデータの通信速度を、前記第１の通信速度から前記第２の通信速度に変更する請求項１に記載のマスタ装置。
3. シリアル通信中に受けるノイズを除去するために前記マスタ装置及び第３の数のスレーブ装置のうちの少なくとも一つに設けられた帯域可変フィルタの帯域幅を、前記データの通信速度の前記第１の通信速度から前記第２の通信速度への変更に従って、第１の帯域幅から前記第１の帯域幅より狭い第２の帯域幅に変更する帯域幅変更部を更に有する請求項２に記載のマスタ装置。
4. 前記データの通信速度の前記第１の通信速度から前記第２の通信速度への変更を、第３の数のスレーブ装置に通知する変更通知部を更に有し、
   前記第２の通信速度は前記第１の通信速度より高く、
   前記第３の数が前記第４の数より大きい場合、前記通信速度変更判定部は、前記第３の数を判断してからモータの駆動を停止するまでの間に前記マスタ装置と第３の数のスレーブ装置との間で送受信されるデータの通信速度を、前記第１の通信速度から第２の通信速度に変更する請求項１に記載のマスタ装置。
5. シリアル通信中に受けるノイズを除去するために前記マスタ装置及び第３の数のスレーブ装置のうちの少なくとも一つに設けられた帯域可変フィルタの帯域幅を、前記データの通信速度の前記第１の通信速度から前記第２の通信速度への変更に従って、第１の帯域幅から前記第１の帯域幅より広い第２の帯域幅に変更する帯域幅変更部を更に有する請求項４に記載のマスタ装置。

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