具有能量积蓄部的电动机驱动装置技术领域
本发明涉及在把来自交流电源的交流电力变换为直流电力后再变换为交
流电力控制将其作为驱动电力的电动机的电动机驱动装置，特别涉及具有能量
积蓄部的电动机驱动装置，该能量积蓄部能够积蓄从交流电源供给的电力以及
从电动机再生的电力，把积蓄的电力提供给电动机。
背景技术
在机床系统中，机床的每一个驱动轴都有电动机，通过电动机驱动装置
驱动控制这些电动机。电动机驱动装置，对于驱动机床的驱动轴的驱动轴数量
的电动机，指令电动机的速度、转矩、或者转子的位置进行控制。
电动机驱动装置具有把三相商用交流电力变换为直流电力的交流直流变
换器；把直流电力变换为作为电动机的驱动电力供给的具有希望的频率的交流
电力或者把从电动机再生的交流电力变换为直流电力的直流交流变换器；以及
与交流直流变换器的直流侧和直流交流变换器的直流侧连接，进行直流电力的
交接的DC连接部，控制在该直流交流变换器的交流侧连接的电动机的速度、
转矩、或者转子的位置。
直流交流变换器为了对与机床中的多个驱动轴分别对应设置的各电动机
单独地供给驱动电力，驱动控制电动机，有时设置与电动机相同的个数的直流
交流变换器，但是根据情况有时也对于一个电动机设置多个直流交流变换器。
另一方面，为了减低电动机驱动装置的成本或占用空间，很多时候对于多个电
动机只设置一个交流直流变换器。
在用电动机驱动装置对电动机进行加速或者减速控制时，因为对于交流
电源要求输出或者再生大的交流电力，所以发生电力尖峰。为了抑制这样的电
力尖峰，有时在DC连接器上设置能够积蓄电动机减速时从电动机发生的再生
电力，在电动机加速时再利用该积蓄的电力的能量积蓄装置。此外，在该情况
下，因为需要把从电动机再生的交流电力变换为能够在能量积蓄部中积蓄的直
流电力，所以直流交流变换器不仅要把直流电力变换为交流电力，而且还能把
交流电力变换为直流电力，即构成能够在交直两方向进行变换的半导体电力变
换器。
作为能量积蓄装置，有时使用像在日本特开2008－023599号公报中记载
的飞轮。图6是表示现有技术的使用飞轮的电动机驱动装置的一例的图。以下
在不同的附图中赋予相同的参照符号是指具有相同功能的结构部件。现有技术
的使用飞轮的电动机驱动装置100具有：把来自交流电源3的交流电力变换为
直流电力的交流直流变换器11；把直流电力变换为用于驱动电动机2的交流
电力的直流交流变换器12；与交流直流变换器11的直流侧和直流交流变换器
12的直流侧连接，进行直流电力的交接的DC连接部13；与DC连接部13连
接，积蓄或者输出直流电力的飞轮积蓄部51；和根据指令电动机2的动作的
电动机动作指令控制电动机2的速度、转矩或者转子位置，并且控制飞轮积蓄
部51应该积蓄或者输出的直流电能的控制部52。在每一个直流交流变换器12
上连接电动机2。例如机床中的各驱动轴与电动机2连接。直流交流变换器12
根据来自控制部52的电动机动作指令控制开关动作，由此输出具有用于进行
希望的电动机动作的频率以及波形的交流电流。对于电动机2输入直流交流变
换器12输出的交流电流，由此电动机2进行旋转动作。飞轮积蓄部51具有惯
量旋转电动机51－1、惯量51－2、和直流交流变换器51－3。控制部52向直
流交流变换器51－3输出控制飞轮积蓄部51应该积蓄或者输出的直流电能的
指令。直流交流变换器51－3，在接收到的指令表示要由飞轮积蓄部51输出
直流电力时，通过进行把交流电力变换为直流电力的正变换动作，使在惯量
51－2中积蓄的能量向DC连接部13侧流出，在接收到的指令表示要由飞轮
积蓄部51积蓄直流电力的情况下，通过进行把直流电力变换为交流电力的逆
变换动作使来自DC连接部13的能量向惯量旋转电动机51－1侧流动，带有
惯量51-2的惯量旋转电动机51－1旋转。由此，以惯量51－2的旋转能的形
式积蓄流入的电能。通过具有这样的结构，在电动机2加速时，除了来自交流
电源3的能量之外，还把飞轮积蓄部51中积蓄的能量提供给电动机2作为用
于电动机2加速的动力来使用，在电动机2减速时，使从电动机2再生的能量
流向飞轮积蓄部51来积蓄。在飞轮积蓄部51中积蓄的能量在电动机2加速时
再利用。
作为能量积蓄装置的另一个例子，具有在日本特许第4339916号公报中
记载的使用电容器的例子。图7是表示现有技术的使用电容器的电动机驱动装
置的一例的图。现有技术的使用电容器的电动机驱动装置100具有：把来自交
流电源3的交流电力变换为直流电力的交流直流变换器11；把直流电力变换
为用于驱动电动机2的交流电力的直流交流变换器12；与交流直流变换器11
的直流侧和直流交流变换器12的直流侧连接，进行直流电力的交接的DC连
接部13；在DC连接部13上连接的积蓄或者输出直流电力的电容器积蓄部61、
控制电容器积蓄部61应该积蓄或者输出的直流电能的能量控制部62、和根据
指令电动机2的动作的电动机动作指令控制电动机2的速度、转矩、或者转子
位置的电动机控制部63。在每一个直流交流变换器12上连接电动机2。例如
机床中的各驱动轴与电动机2连结。直流交流变换器12根据来自电动机控制
部63的电动机动作指令控制开关动作，输出具有用于进行希望的电动机动作
的频率以及波形的交流电流。对于电动机2输入直流交流变换器12输出的交
流电流，由此电动机2进行旋转动作。电容器积蓄部61具有大容量的电容器
61－1、和直流直流变换器（DC－DC变换器）61－2。能量控制部62向直流
直流变换器61－2输出控制电容器积蓄部61应该积蓄或者输出的直流电能的
指令。直流直流变换器61－2，在接收到的指令表示要由电容器积蓄部61输
出直流电力的情况下，通过进行使连接有电容器61－1侧的直流电压比连接有
DC连接部13侧的直流电压大的动作，使电容器61－1中积蓄的能量向DC连
接部13侧流动，在接收到的指令表示要由电容器积蓄部61积蓄直流电力的情
况下，通过进行使连接有电容器61－1侧的直流电压比连接有DC连接部13
侧的直流电压小的动作，使来自DC连接部13的能量向电容器61－1侧流动，
在电容器61－1中积蓄该能量。通过具有这样的结构，在电动机2加速时，除
了来自交流电源3的能量之外，把在电容器积蓄部61中积蓄的能量提供给电
动机2作为用于电动机2加速的动力来使用，在电动机2减速时，使从电动机
2再生的能量流向电容器积蓄部61来进行积蓄。在电容器积蓄部61中积蓄的
能量在电动机2加速时再利用。
上述现有技术的飞轮积蓄部具有每单位体积的惯量可积蓄的能量大的优
点。但是，由于向惯量积蓄能量或供给能量时的惯量旋转用电动机的损失，积
蓄的能量的一部分丧失，所以能利用效率差。积蓄或者供给时产生的电动机损
失例如可达总能量的10～20%。
另外，上述现有技术的电容器积蓄部具有积蓄或者供给能量时的大容量
电容器的损失在数个百分点以下很小，具有能量利用效率高这样的优点。并且
因为大容量电容器可急速充放电，所以还具有能够应对电动机要求急剧供给驱
动电力的情况的优点。但是，电容器积蓄部，因为每单位体积可积蓄的能量比
飞轮积蓄装置小，所以由于大容量电容器的设置空间的关系无法确保足够的积
蓄能量，存在无法像想象的那样抑制交流电源的电力尖峰的情况。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种电动机驱动装置，其具有把
来自交流电源的交流电力变换为直流电力的交流直流变换器；把直流电力变换
为用于驱动电动机的交流电力或者把从电动机再生的交流电力变换为直流电
力的直流交流变换器；和积蓄或输出直流电力的能量积蓄部，其中，能量积蓄
部的能量利用效率高，能够有效抑制交流电源的尖峰。
为实现上述目的，在本发明的第一方式中，电动机驱动装置具有：把来
自交流电源的交流电力变换为直流电力的交流直流变换器；把直流电力变换为
用于驱动电动机的交流电力或者把从电动机再生的交流电力变换为直流电力
的直流交流变换器；与交流直流变换器的直流侧和上述直流交流变换器的直流
侧连接，进行直流电力的收受的DC连接部；与DC连接部连接，具有从DC
连接部积蓄直流电力或者向DC连接部供给直流电力的至少一个电容器积蓄
部以及至少一个飞轮积蓄部的能量积蓄部；进行控制使能量积蓄部从DC连接
部积蓄或者向DC连接部供给直流电力的能量控制部；以及根据指令电动机的
动作的电动机动作指令，进行控制使直流交流变换器输出希望的交流电力的电
动机控制部。
上述能量控制部进行控制，仅使电容器积蓄部或者仅使飞轮积蓄部或者
使电容器积蓄部以及飞轮积蓄部双方向DC连接部供给直流电力或者从DC连
接部积蓄直流电力。
在上述能量控制部中，可以在通过电动机控制部对电动机进行加速控制
时设定能量积蓄部向DC连接部供给的直流电力在电容器积蓄部和上述飞轮
积蓄部之间的供给分担率，以及在通过电动机控制部对电动机进行减速控制时
设定能量积蓄部从DC连接部积蓄的直流电力在电容器积蓄部和飞轮积蓄部
之间的积蓄分担率。
另外，能量控制部可以进行控制，以便在通过能量积蓄部开始直流电力
供给时仅通过电容器积蓄部供给能量积蓄部向上述DC连接部供给的直流电
力，在电容器积蓄部积蓄的直流电力成为预定的电能以下时，仅通过飞轮积蓄
部供给能量积蓄部向DC连接部供给的直流电力。
另外，能量控制部可以进行控制，以便在通过能量积蓄部开始直流电力
积蓄时仅在电容器积蓄部内积蓄能量积蓄部从DC连接部（13）积蓄的直流电
力，在电容器积蓄部积蓄的直流电力成为预定的电能以上时，仅在飞轮积蓄部
内积蓄能量积蓄部从DC连接部积蓄的直流电力。
此外，能量控制部可以进行控制，以便在能量积蓄部向DC连接部供给的
直流电力的增加率在预定的值以下时，仅通过飞轮积蓄部供给该直流电力。此
时，能量控制部可以进行控制，以便在能量积蓄部向DC连接部供给的直流电
力的增加率比预定的值大时，仅通过电容器积蓄部或者通过电容器积蓄部以及
飞轮积蓄部双方供给该直流电力。
能量控制部可以进行控制，以便在能量积蓄部从DC连接部积蓄的直流电
力的增加率在预定的值以下时，仅在飞轮积蓄部内积蓄该直流电力。此时，能
量控制部可以进行控制，以便在能量积蓄部从DC连接部积蓄的直流电力的增
加率比预定的值大时，仅在电容器积蓄部内或者在上述电容器积蓄部以及飞轮
积蓄部双方内积蓄该直流电力。
能量控制部可以进行控制，以便在能量积蓄部向DC连接部供给的直流
电力在预定的电能以下时，仅通过电容器积蓄部供给该直流电力，在该直流电
力比预定的电能大时仅通过飞轮积蓄部或者通过电容器积蓄部以及飞轮积蓄
部双方供给该直流电力。
能量控制部可以进行控制，以便在能量积蓄部从DC连接部积蓄的直流
电力在预定的电能以下时，仅在电容器积蓄部内积蓄该直流电力，在该直流电
力比预定的电能大时仅在飞轮积蓄部内或者在电容器积蓄部以及飞轮积蓄部
双方内积蓄该直流电力。
能量控制部可以进行控制，以便在从交流电源经由交流直流变换器、DC
连接部以及直流交流变换器提供给电动机的交流电力超过预定的抑制值时，能
量积蓄部输出为了得到从驱动电动机所需要的交流电力中减去上述预定的抑
制值后的交流电力所需要的直流电力。
能量控制部可以进行控制，以便在从电动机再生后经由直流交流变换器、
上述DC连接部以及交流直流变换器向交流电源返回的交流电力超过预定的
抑制值时，能量积蓄部积蓄对从电动机再生的交流电力中减去预定的抑制值后
的交流电力进行变换得到的直流电力。
能量控制部可以进行控制，以便在电动机停止时，或者在用于驱动电动
机的交流电力在预定的值以下时，能量积蓄部从DC连接部积蓄直流电力。
在本发明的第二方式中，电动机驱动装置具有：把来自交流电源的交流
电力变换为直流电力的交流直流变换器；把直流电力变换为用于驱动电动机的
交流电力或者把从电动机再生的交流电力变换为直流电力的直流交流变换器；
与交流直流变换器的直流侧和直流交流变换器的直流侧连接，进行直流电力的
交接的DC连接部；与DC连接部13连接，具有多个从DC连接部积蓄直流
电力或者向DC连接部供给直流电力的不同种类的电容器的能量积蓄部；进行
控制使能量积蓄部从DC连接部积蓄直流电力或者向DC连接部供给直流电力
的能量控制部；和根据指令电动机的动作的电动机动作指令进行控制使直流交
流变换器输出希望的交流电力的电动机控制部。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施例的电动机驱动装置的框图。
图2a以及图2b是表示本发明的第一实施例的电动机驱动装置的动作的
第一具体例的图。
图3a以及图3b是表示本发明的第一实施例的电动机驱动装置的动作的
第二具体例的图。
图4a以及图4b是表示本发明的第一实施例的电动机驱动装置的动作的
第三具体例的图。
图5是表示本发明的第二实施例的电动机驱动装置的框图。
图6是表示现有技术的使用飞轮的电动机驱动装置的一例的图。
图7是表示现有技术的使用电容器的电动机驱动装置的一例的图。
具体实施方式
在以下要说明的本发明的第一以及第二实施例的电动机驱动装置中，连
接了驱动机床的进给轴以及主轴的驱动轴数量的电动机。在各实施例中，因为
设机床的驱动轴数为两个，所以设置两个电动机，但是这些个数量不过是一个
例子，不限定本发明。
图1是表示本发明的第一实施例的电动机驱动装置的框图。在图示的例
子中，因为设机床的驱动轴数为两个，所以设置了两个电动机2。本发明的第
一实施例的电动机驱动装置1具有：把来自交流电源3的交流电力变换为直流
电力的交流直流变换器11；把直流电力变换为用于驱动电动机2的交流电力
或者把从电动机2再生的交流电力变换为直流电力的直流交流变换器12；与
交流直流变换器11的直流侧和直流交流变换器12的直流侧连接，进行直流电
力的交接的DC连接部13；与DC连接部13连接、具有从DC连接部13积蓄
直流电力或者向DC连接部13供给直流电力的至少一个电容器积蓄部14A以
及至少一个飞轮积蓄部14B的能量积蓄部14；进行控制使能量积蓄部14从
DC连接部13积蓄直流电力或者向DC连接部13供给直流电力的能量控制部
15；以及根据指令电动机2的动作的电动机动作指令，控制直流交流变换器
12变换的交流电力的电动机控制部16。
交流直流变换器11，例如由功率半导体元件以及与其逆并联连接的二极
管的桥电路组成的二极管整流变换器或者PWM变换器构成。交流直流变换器
11在向电动机2供给电力时即在电动机2动力运行时通过六个二极管全波整
流来自三相商用交流电源的交流电压将其变换为直流电压，在电力再生时通过
PWM控制对六个功率半导体元件进行开关控制，向交流电源3侧再生交流电
力。
直流交流变换器12，例如由功率半导体元件以及与其逆并联连接的二极
管构成的桥电路组成。另外，根据来自电动机控制装置16的指令，对这些功
率半导体元件进行接通关断控制（例如PWM控制），把直流电压变换为希望
的波形以及频率的交流电压。直流交流变换器12向电动机2供给输出的交流
电流。直流交流变换器12通过电动机控制部16控制其开关动作。即电动机控
制部16生成为了使电动机2以希望的速度（加速、减速、恒速、停止等）、转
矩、或者转子位置进行动作的指令，向直流交流变换器12内的功率半导体元
件输出接通关断指令，以使直流交流变换器12输出为了使电动机2进行基于
该指令的动作具有需要的波形、频率的交流电流。把直流交流变换器12输出
的交流电流输入给电动机2，由此电动机2进行旋转动作。
DC连接部13与交流直流变换器11的直流侧和直流交流变换器12的直
流侧连接，进行直流电力的交接，具有对通过交流直流变换器11或者直流交
流变换器12变换后的直流电压进行滤波的滤波电容器（未图示）。
能量积蓄部14具有至少一个电容器积蓄部14A以及至少一个飞轮积蓄部
14B。在图1中，作为一例表示各具有一个电容器积蓄部14A以及一个飞轮积
蓄部14B。
电容器积蓄部14A具有大容量的电容器14A－1、直流直流变换器（DC
－DC变换器）14A－2。电容器积蓄部14A应该积蓄或者输出的直流电能由能
量控制部15控制。能量控制部15向直流直流变换器14A－2输出控制电容器
积蓄部14A应该积蓄（充电）或者输出（放电）的直流电能的指令。直流直
流变换器14A－2，在从能量控制部15接收到的指令表示要通过电容器积蓄部
14A输出（放电）直流电力的情况下，通过进行使连接电容器14A－1侧的直
流电压比连接DC连接部13侧的直流电压大的动作，使电容器14A－1内积
蓄的能量向DC连接部13侧流动，在从能量控制部15接收到的指令表示要通
过电容器积蓄部14A积蓄（充电）直流电力的情况下，通过进行使连接电容
器14A－1侧的直流电压比连接DC连接部13侧的直流电压小的动作，使来
自DC连接部13的能量向电容器14A－1侧流动，在电容器14A－1中积蓄该
能量。通过具有这样的结构，在电动机2加速时，除了来自交流电源3的能量
之外，还把在电容器积蓄部14A中积蓄的能量提供给电动机2作为用于电动
机2加速的动力来使用，在电动机2减速时，从电动机2再生的能量流向电容
器积蓄部14A积蓄该再生的能量。在电容器积蓄部14A中积蓄的能量在电动
机2加速时再利用。
飞轮积蓄部14B具有惯量旋转用电动机14B-1、惯量14B-2、和直流
交流变换器14B－3。飞轮积蓄部14B应该积蓄或者输出的直流电能通过能量
控制部15控制。即能量控制部15向直流交流变换器14B－3输出控制飞轮积
蓄部14B应该积蓄或者输出的直流电能的指令。直流交流变换器14B－3，在
从能量控制部15接收到的指令表示要通过飞轮积蓄部14B积蓄直流电力的情
况下，通过进行把直流电力向交流电力变换的逆变换动作，使带有惯量14B-2
的惯量旋转用电动机14B－1旋转，以使来自DC连接器13的能量向惯量旋转
用电动机14B－1侧流动。由此，流入的电能以惯量14B－2的旋转能的形式
积蓄。另外，直流交流变换器14B－3，在从能量控制部15接收到的指令表示
要通过飞轮积蓄部14B输出直流电力的情况下，通过进行把交流电力向直流
电力变换的正变换动作使在惯量14B－2内积蓄的旋转能通过旋转电动机14B
－1以及直流交流变换器14B－3向电能变换。通过具有这样的结构，在电动
机2加速时，除了来自交流电源3的能量之外，还把在惯量积蓄部14B中积
蓄的能量提供给电动机2作为用于电动机2加速的动力来使用，在电动机2
减速时，从电动机2再生的能量向飞轮积蓄部14B流入积蓄该再生的能量。
在飞轮积蓄部14B内积蓄的能量在电动机2加速时被再利用。
这样，在本发明的第一实施例中，电动机驱动装置1具有电容器积蓄部
14A以及飞轮积蓄部14B来作为能量积蓄部14。这些电容器积蓄部14A以及
飞轮积蓄部14B通过能量控制部15进行控制。
此外，能量控制部15以及电动机控制部16例如由能够进行运算处理判
断的处理器构成。另外，电动机控制部16，在控制电动机2的动作时，需要
检测流出流入电动机2的交流电流、电动机2的旋转速度、直流交流变换器
12的输入输出的电压以及交流输出的电压等，在处理中使用它们，但是在图1
中关于这些检测器以及传感器省略图示。另一方面，能量控制部15，从电容
器积蓄部14A检测电容器14A－1的直流电压，从飞轮积蓄部14B检测惯量
旋转用电动机14B－1的旋转速度等，在处理中使用它们。
下面说明能量控制部15的动作。
根据本发明的第一实施例，作为积蓄以及供给直流电力的能量积蓄部14，
并用电容器积蓄部14A和飞轮积蓄部14B。例如，在能量利用效率以及直流
电力的积蓄或者供给的速度的方面，电容器积蓄部14A优秀，在积蓄能量的
大小的方面，飞轮积蓄部14B优秀。因此，在本发明的第一实施例中，根据
这些电容器积蓄部14A和飞轮积蓄部14B的特性、电动机的动作条件以及动
作状况等，通过电容器积蓄部14A和飞轮积蓄部14B中的某一个或者双方切
换直流电力的积蓄或供给。即，能量控制部15，根据从电动机控制部16接收
到的电动机动作指令、或者电容器积蓄部14A以及飞轮积蓄部14B的可积蓄
量或者充放电速度等特性进行控制，仅通过电容器积蓄部14A、或者仅通过飞
轮积蓄部14B、或者通过电容器积蓄部14A以及飞轮积蓄部14B双方向DC
连接器13供给（放电）或者从DC连接器13积蓄（充电）直流电力。
在能量控制部15中，在通过电动机控制部16对于电动机2进行加速控
制时设定能量积蓄部14向DC连接部13供给的直流电力的电容器积蓄部14A
和飞轮积蓄部14B间的供给分担率，以及在通过电动机控制部16对于电动机
2进行减速控制时设定能量积蓄部14从DC连接部13积蓄的直流电力的电容
器积蓄部14A和飞轮积蓄部14B间的积蓄分担率。例如，在要使电容器积蓄
部14A以及飞轮积蓄部14B中的某一方不动作（停止）的情况下，只要使该
不动作（停止）的一方的供给分担率或者积蓄分担率设为“零（0）”即可。这
些供给分担率以及积蓄分担率是可变的，作为时间的函数根据控制内容变更，
将它们用于生成针对电容器积蓄部14A以及飞轮积蓄部14B内的直流直流变
换器14A－2以及直流交流变换器14B－3进行开关指令的PWM控制信号。
设计者在设计电动机驱动装置1时，首先，根据作为负荷的电动机2的
驱动条件、连接电动机驱动装置1的交流电源3被允许的电流尖峰、或者作为
电动机驱动装置1的规格决定的电力尖峰等，决定能量积蓄部14的能量的可
积蓄量以及最大输出。当决定了能量积蓄部14的能量的可积蓄量以及最大输
出时，适宜考虑能量积蓄部14的设置空间以及成本，决定电容器积蓄部14A
和飞轮积蓄部14B之间的积蓄分担率。当决定了电容器积蓄部14A和飞轮积
蓄部14B之间的积蓄分担率时，通过下式决定电容器积蓄部14A的电容器容
量以及飞轮积蓄部14B的电动机惯量。
当设由电容器积蓄部14A积蓄或者供给的能量为JA（J），电容器14A－1
的容量为C（F），电容器14A－1的充电电压的上限为V1（V），电容器14A
-1的充电电压的下限为V2（V）时，因为有式1的关系，所以能够求出电容
器14A－1的容量C（F）
J A = 1 2 C ( V 1 2 - V 2 2 ) - - - ( 1 ) ]]>
另外，当设电容器14A－1的电压为V（V）、流入电容器14A－1的电流
为I（A）时，电容器积蓄部14A的输出WA（W）能够通过式2求出。
WA＝VI（2）
另一方面，当设由飞轮积蓄部14B积蓄或者供给的能量为JB（J）、惯量
14B－2的值为I（kgm2）、电动机2的角速度的上限为ω1（rad/s）、电动机2
的角速度的下限为ω2（rad/s）时，因为有式3的关系，所以能够求出惯量14B
－2的值I（kgm2）。
J B = 1 2 I ( ω 1 2 - ω 2 2 ) - - - ( 3 ) ]]>
此外，在该惯量14B－2的值中还包含惯量旋转用电动机14B－1具有的
惯量。在图1表示的例子中，把惯量14B－2与惯量旋转用电动机14B－1的
旋转轴结合，但是也可以不把该惯量14B－2作为与惯量旋转用电动机14B－1
不同的惯量，而是作为惯量旋转用电动机14B－1自身的旋转轴具有的惯量。
另外，当设电动机2的转矩为T（Nm）、电动机2的角速度为ω（rad/s）
时，能够根据式4求出飞轮积蓄部14B的输出WB（W）。
WB＝Tω（4）
然后，举几个具体例说明本发明的第一实施例的电动机驱动装置1。
图2a以及图2b是表示本发明的第一实施例的电动机驱动装置的动作的
第一具体例的图。第一具体例是把电容器积蓄部14A和飞轮积蓄部14B之间
的供给分担率以及积蓄分担率设为1对4，根据这些供给分担率以及积蓄分担
率由能量控制部15控制能量积蓄部14的例子。这些供给分担率以及积蓄分担
率如上所述根据式1～4来决定。
如图2a所示，考虑通过电动机控制部16的控制，首先使电动机2加速，
在一定期间以一定速度旋转后进行减速的情况。如图2a所示，在电动机2加
速时产生正的转矩，在电动机2减速时产生负的转矩。
能量控制部15进行控制，以便在从交流电源3经由交流直流变换器11、
DC连接部13以及直流交流变换器12提供给电动机2的交流电力超过预定的
抑制值时，电容器积蓄部14A以及飞轮积蓄部14B特别是以供给分担率1对
4进行输出，使能量积蓄部14输出为了得到从用于驱动电动机2需要的交流
电力中减去该预定的抑制值后的交流电力所需要的直流电力。如图2b所示，
在电动机2的加速控制期间电动机输出继续增加，但是能量控制部15在电动
机输出达到预定的抑制值之前不使能量积蓄部14动作，因此，在该期间仅从
交流电源3供给电力。
在电动机2的加速控制期间当电动机输出达到了预定的抑制值时，能量
控制部15控制电容器积蓄部14A内的直流直流变换器14A－2以及飞轮积蓄
部14B内的直流交流变换器14B－3，以便除了来自交流电源3的电力之外，
从电容器积蓄部14A以及飞轮积蓄部14B以1对4的比例供给电力。
在电动机2的恒速控制期间，因为与电动机2的加速或者减速控制期间
的情况相比驱动电力减少，所以能量控制部15使能量积蓄部14的动作停止。
其后，当转移到电动机2的减速控制期间时，从电动机2发生再生电力。
能量控制部15进行控制，以便在从电动机2再生并经由直流交流变换器12、
DC连接部13以及交流直流变换器11向交流电源3返回的交流电力超过预定
的抑制值时，以电容器积蓄部14A以及飞轮积蓄部14B特别以积蓄分担率1
对4的比例进行积蓄的方式，能量积蓄部14积蓄从电动机2再生的交流电力
减去该预定的抑制值后的交流电力进行变换后得到的直流电力。即，关于到预
定的抑制值的电力，向交流电源3侧再生，但是对于剩余的电力，能量控制部
15控制电容器积蓄部14A内的直流直流变换器14A－2以及飞轮积蓄部14B
内的直流交流变换器14B－3，使电容器积蓄部14A以及飞轮积蓄部14B以积
蓄负担率1对4的比例积蓄再生的电力。其后，如果再生电力的积蓄达到预定
的抑制值，能量控制部15使能量积蓄部14的动作停止。于是仅向交流电源3
侧再生电力。
图3a以及图3b是表示本发明的第一实施例的电动机驱动装置的动作的
第二具体例的图。第二具体例是在开始供给直流电力时以及在开始积蓄直流电
流时仅使电容器积蓄部14A动作的例子。这是为了利用大容量的电容器能够
急速充放电这样的特性，在电容器积蓄部中积蓄或者供给能量时的损失比飞轮
积蓄部的小，能量利用效率高的电容器积蓄部的特性以及飞轮积蓄部的每单位
体积可积蓄的能量比电容器积蓄部大的特性。
如图3a所示，考虑通过电动机控制部16的控制，首先使电动机2加速、
在一定期间以恒速旋转后使其减速的情况。如图3a所示，在电动机2加速时
发生正的转矩，在电动机2减速时发生负的转矩。
能量控制部15进行控制，以便在从交流电源3经由交流直流变换器11、
DC连接部13以及直流交流变换器12提供给电动机2的交流电力超过预定的
抑制值时，能量积蓄部14输出为了得到用于驱动电动机2需要的交流电力减
去该预定的抑制值后的交流电力所需要的直流电力。如图3b所示，在电动机
2的加速控制期间电动机输出继续增加，但是能量控制部15在电动机输出达
到预定的抑制值之前不使能量积蓄部14动作，因此，在该期间内仅从交流电
源3供给电力。
在电动机2的加速控制期间电动机输出达到了预定的抑制值时，能量控
制部15控制电容器积蓄部14A内的直流直流变换器14A－2以及飞轮积蓄部
14B内的直流交流变换器14B－3，以便除了来自交流电源3的电力之外，还
从电容器积蓄部14A供给电力。
在电动机2的恒速控制期间，因为与电动机2的加速或者减速控制期间
的情况相比驱动电力减少，所以能量控制部15控制电容器积蓄部14A内的直
流直流变换器14A－2以及飞轮积蓄部14B内的直流交流变换器14B－3，使
能量积蓄部14的动作停止。当在电动机2的加速控制期间电动机输出达到了
预定的抑制值时，能量控制部15控制电容器积蓄部14A内的直流直流变换器
14A－2，以便除了来自交流电源3的电力之外，还从电容器积蓄部14A供给
电力。当电容器积蓄部14A的电力供给进行了某种程度时，因为在电容器积
蓄部14A内积蓄的电力接近枯竭，所以能量控制部15在检测到电容器14A－
1的充电电压成为下限值V2时，控制飞轮积蓄部14B内的直流交流变换器14B
－3，开始来自飞轮积蓄部14B的电力的供给。在本实施例中，如图3b所示，
在开始来自飞轮积蓄部14B的电力的供给时，通过变更供给分担率，开始慢
慢减少从电容器积蓄部14A供给的直流电力的量，把对DC连接器13的直流
电力的供给源从电容器积蓄部14A慢慢切换到飞轮积蓄部14B。或者作为它
的替代例，也可以在飞轮积蓄部14B开始供给电力时，停止电容器积蓄部14A
的直流电力的供给。
在电动机2的恒速控制期间，因为与电动机2的加速或者减速控制期间
的情况相比驱动电力减少，所以能量控制部15控制电容器积蓄部14A内的直
流直流变换器14A－2以及飞轮积蓄部14B内的直流交流变换器14B－3，停
止能量积蓄部14的动作。
然后，当转移到电动机2的减速控制期间时，从电动机2产生再生电力。
能量控制部15，在从电动机2再生并经由直流交流变换器12、DC连接部13
以及交流直流变换器11向交流电源3返回的交流电力超过了预定的抑制值时，
电容器积蓄部14A积蓄从电动机2再生的交流电力减去该预定的抑制值后的
交流电力进行变换得到的直流电力。即，关于到预定的抑制值的电力，向交流
电源3侧再生，对于剩余的电力，能量控制部15控制电容器积蓄部14A内的
直流直流变换器14A－2，使电容器积蓄部14A积蓄再生的电力。当电容器积
蓄部14A的直流电力的积蓄进行了某种程度时，因为在电容器积蓄部14A内
积蓄的直流电能接近可积蓄量，所以能量控制部15，在检测到电容器14A－1
的充电电压成为上限值V1时，控制飞轮积蓄部14B内的直流交流变换器14B
－3，开始向飞轮积蓄部14B积蓄直流电力。在本实施例中，如图3b所示，
在开始向飞轮积蓄部14B积蓄电力时，变更积蓄分担率开始慢慢减少向电容
器积蓄部14A积蓄的直流电力的量，把来自DC连接器13的直流电力的积蓄
目的地从电容器积蓄部14A慢慢切换到飞轮积蓄部14B。或者作为它的代替
例，也可以在开始向飞轮积蓄部14B积蓄直流电力时，停止向电容器积蓄部
14A积蓄直流电力。其后，当再生电力的积蓄达到预定的抑制值时，能量控制
部15控制电容器积蓄部14A内的直流直流变换器14A－2以及飞轮积蓄部14B
内的直流交流变换器14B－3，使能量积蓄部14的动作停止。于是仅向交流电
源3侧再生电力。
在这样的第二具体例中，在来自电容器积蓄部14A的供给能量不足的情
况下，或者在电容器积蓄部14A无法更多地积蓄来自电动机2的再生电力的
情况下，使用飞轮积蓄部14B。即能量控制部15进行控制，以便在能量积蓄
部14要向DC连接部13供给的直流电力在预定的电能以下时，仅通过电容器
积蓄部14A供给该直流电力，在该直流电力比上述预定的电能大时仅通过飞
轮积蓄部14B或者通过电容器积蓄部14A以及飞轮积蓄部14B双方供给该直
流电力。能量控制部15进行控制，以便在能量积蓄部14要从DC连接部13
积蓄的直流电力在预定的电能以下时，仅在电容器积蓄部14A内积蓄，在该
直流电力比上述预定的电能大时仅在飞轮积蓄部14B内或者在电容器积蓄部
14A以及飞轮积蓄部14B双方内积蓄。
图4a以及图4b是表示本发明的第一实施例的电动机驱动装置的动作的
第三具体例的图。第三具体例是在作为负荷的电动机2的负荷变动块，为了抑
制交流电源的电力尖峰需要急剧的电力积蓄或者供给的情况下，特别优先使用
电容器积蓄部的例子。在加速或者减速控制电动机2时，用于驱动电动机2
的交流电力成为峰值，但是当来自能量积蓄部14的电力的供给以及向能量积
蓄部14的电力积蓄慢时，来自交流电源3的电力的供给或者向交流电源3的
电力的积蓄要要求比原来设想的多。如上所述在驱动电力的积蓄或者供给的速
度方面，电容器积蓄部14A比飞轮积蓄部14B优秀，所以在要求驱动电力的
积蓄或者供给的速度的情况下，使用能量积蓄部14中的电容器积蓄部14A。
这里，如图4a所示，考虑通过电动机控制部16的控制，使电动机2加
速以及以恒定速度旋转后，再进行加速的情况。如图4a所示，在电动机2加
速时产生正的转矩。
能量控制部15进行控制，以便在从交流电源3经由交流直流变换器11、
DC连接部13以及直流交流变换器12提供给电动机2的交流电力超过预定的
抑制值时，能量积蓄部14输出为了得到从用于驱动电动机2需要的交流电力
中减去该预定的抑制值后的交流电力所需要的直流电力。如图4b所示，在电
动机2的加速控制期间电动机输出继续增加，但是能量控制部15在电动机输
出达到预定的抑制值之前不使能量积蓄部14动作，因此，在该期间内仅从交
流电源3供给电力。
在电动机2的加速控制期间电动机输出达到预定的抑制值时，能量控制
部15控制电容器积蓄部14A内的直流直流变换器14A－2以及飞轮积蓄部14B
内的直流交流变换器14B－3，以便除了来自交流电源3的电力之外，仅通过
电容器积蓄部14A或仅通过飞轮积蓄部14B或者通过电容器积蓄部14A以及
飞轮积蓄部14B双方供给电力。具体地说，能量控制部15控制电容器积蓄部
14A内的直流直流变换器14A－2以及飞轮积蓄部14B内的直流交流变换器
14B－3，以便在能量积蓄部14向DC连接部13供给的直流电力的增加率在预
定值以下时，仅通过飞轮积蓄部14B供给该直流电力，在能量积蓄部14向
DC连接部13供给的直流电力的增加率比预定的值大时，仅通过电容器积蓄
部14A或者通过电容器积蓄部14A以及飞轮积蓄部14B双方供给该直流电力。
此外，在图示的例子中，表示出电动机2的加速控制以及恒速控制时能量积蓄
部14的电力供给，但是关于从电动机2再生的电力的积蓄相同。即，能量控
制部15在能量积蓄部14从DC连接部13积蓄的直流电力的增加率在预定值
以下时，控制飞轮积蓄部14B内的直流交流变换器14B－3，仅在飞轮积蓄部
14B内积蓄该直流电力，在能量积蓄部14从DC连接部13积蓄的直流电力的
增加率比预定的值大时，控制电容器积蓄部14A内的直流直流变换器14A－2
以及飞轮积蓄部14B内的直流交流变换器14B－3，仅在电容器积蓄部14A或
者在电容器积蓄部14A以及飞轮积蓄部14B的双方内积蓄该直流电力。其后，
如果再生电力的积蓄达到预定的抑制值，则能量控制部15控制电容器积蓄部
14A内的直流直流变换器14A－2以及飞轮积蓄部14B内的直流交流变换器
14B－3，停止能量积蓄部14的动作。于是仅向交流电源3侧再生电力。
如上所述，能量控制部15根据从电动机控制部16接收到的电动机动作
指令、或者电容器积蓄部14A以及飞轮积蓄部14B的可积蓄量或者充放电速
度等特性进行控制，仅通过电容器积蓄部14A或仅通过飞轮积蓄部114B或者
通过电容器积蓄部14A以及飞轮积蓄部15B双方向DC连接部13供给（放电）
直流电力或者从DC连接部13积蓄（充电）直流电力。以上参照图2a、2b、
3a、3b、4a以及4b说明的第一～第三具体例是一例，关于电动机驱动装置1，
即使在此表示的运转状况以外的状况下，只要根据该状况，能量控制部15进
行控制，仅通过电容器积蓄部14A或仅通过飞轮积蓄部114B或者通过电容器
积蓄部14A以及飞轮积蓄部15B双方，向DC连接部13供给（放电）或者从
DC连接部13积蓄（充电）直流电力即可。例如还可以适当组合上述第一～
第三具体例来执行。
在接通了电动机驱动装置1的电源时，能量积蓄部14不充电，另外，在
从电动机2再生的电力少的驱动条件下，有时在能量积蓄部14中积蓄的电力
也少。在这样的情况下，在能量积蓄部14中积蓄的少量的电力无法满足下次
加速控制电动机2时需要的驱动电力，结果，从交流电源3侧供给的电力增大，
成为大的电力尖峰。即使是这样的无法得到能量积蓄部14供给的能量的驱动
条件，为了抑制对交流电源3要求的电力尖峰，需要预先准备能量积蓄部14
能够供给电力的机制。因此，在电动机2停止或者电动机2的驱动电力在某值
以下时，优选在能量积蓄部14内一边限制电流一边积蓄电力。即能量控制部
15，在电动机2停止时，或者在用于驱动电动机2的交流电力在预定的值以下
时，控制电容器积蓄部14A内的直流直流变换器14A－2以及飞轮积蓄部14B
内的直流交流变换器14B－3，使能量积蓄部14从DC连接部13积蓄直流电
力。
接着，说明本发明的第二实施例的电动机驱动装置。本发明的第二实施
例，是在参照图1～4说明的第一实施例中，作为能量积蓄部的结构，从电容
器积蓄部以及飞轮积蓄部的结构，变更为具有多个电容器积蓄部的结构，该电
容器积蓄部具有不同种类的电容器。
图5是表示本发明的第二实施例的电动机驱动装置的框图。在图示的例
子中，因为将机床的驱动轴数量设为两个，所以设置了两个电动机2。
本发明的第二实施例的电动机驱动装置1具有：把来自交流电源3的交
流电力变换为直流电力的交流直流变换器11；把直流电力变换为用于驱动电
动机2的交流电力或者把从电动机2再生的交流电力变换为直流电力的直流交
流变换器12；与交流直流变换器11的直流侧和直流交流变换器12的直流侧
连接，进行直流电力的交接的DC连接部13；与DC连接部13连接，从DC
连接部13积蓄直流电力或者向DC连接部13供给直流电力，具备分别具有不
同种类的电容器的电容器积蓄部14C以及14D的能量积蓄部14；进行控制使
能量积蓄部14从DC连接部13积蓄直流电力或者向DC连接部13供给直流
电力的能量控制部15；和根据指令电动机2的动作的电动机动作指令，控制
直流交流变换器12变换的交流电力的电动机控制部16。
即，在图1所示的第一实施例中，把能量积蓄部14构成为具有至少一个
电容器积蓄部14A以及至少一个飞轮积蓄部的结构，但是在图5表示的第二
实施例中，把能量积蓄部14构成为在电容器积蓄部14C和电容器积蓄部14D
的内部具有的电容器的种类不同的结构。这样因为根据电容器的种类额定电压
不同，设置按照电容器的不同设置了直流直流变换器的电容器积蓄部，能量控
制部15在针对电容器的每个种类不同的允许范围内进行控制，因此是有效的
结构。此外，在图示的例子中，设电容器积蓄部的个数为两个，但是该个数不
过是一例，只要是两个以上多少都可以。另外，关于这以外的电路构成要素，
因为与图1表示的电路构成要素相同，所以对相同的电路构成要素赋予了相同
的符号，省略关于该电路构成要素的详细的说明。下面说明电容器积蓄部14C
以及14D。
作为电容器积蓄部14C以及14D具有的电容器（蓄电器），具有电解电
容器、双电层电容器、锂离子电容器、下一代的大容量电容器等。此外，在图
5表示的第二实施例中，假定电容器积蓄部14C具有的电容器是电解电容器
14C－1，电容器积蓄部14D具有的电容器是双电层电容器14D－1。
在电容器积蓄部14C具有的电解电容器14C-1和DC连接部13之间连接
直流直流变换器（DC－DC变换器）14C－2，在电容器积蓄部14D具有的双
电层电容器14D－1和DC连接部13之间连接直流直流变换器（DC－DC变
换器）14D－2。电容器积蓄部14C以及14D应该积蓄或者输出的直流电能通
过能量控制部15控制。即，能量控制部15向直流直流变换器14C－2输出控
制电容器积蓄部14C应该积蓄（充电）或者输出（放电）的直流电能的指令。
直流直流变换器14C－2，在接收到的指令表示由电解电容器14C－1输出（放
电）直流电力的情况下，通过执行使连接电解电容器14C－1侧的直流电压大
于连接DC连接部13侧的直流电压的动作，使电解电容器14C－1中积蓄的能
量向DC连接部13侧流动，在接收到的指令表示由电容器积蓄部14C积蓄（充
电）直流电力的情况下，通过执行使连接电解电容器14C－1侧的直流电压比
连接DC连接部13侧的直流电压小的动作，使来自DC连接部13的能量向电
解电容器14C－1侧流动，使该能量积蓄在电解电容器14C－1内。关于具有
双电层电容器14D－1以及直流直流变换器14D－2的电容器积蓄部14D，因
为其动作也和具有电解电容器14C－1以及直流直流变换器14C－2的电容器
积蓄部14C相同，所以省略说明。
电解电容器14C－1具有能够频繁而且急速地充放电，但容量密度小的特
性。另一方面，双电层电容器容量密度大，但是因为发热大所以不能频繁地充
放电。因此，在本发明的第二实施例中，在积蓄·供给需要宽松的时间的情况
下，能量控制部15控制电容器积蓄部14D内的直流直流变换器14D－2，使
用双电层电容器14D－1进行电力的供给或者积蓄，在积蓄·供给频繁但是用
小容量就可以解决的情况下，能量控制部15控制电容器积蓄部14C内的直流
直流变换器14C－2，使用电解电容器14C－1进行电力的供给或者积蓄。
根据本发明，在具有把来自交流电源的交流电力变换为直流电力的交流
直流变换器；把直流电力变换为用于驱动电动机的交流电力或者把从电动机再
生的交流电力变换为直流电力的直流交流变换器；以及积蓄或者输出直流电力
的能量积蓄部的电动机驱动装置中，因为适当选择并使用构成能量积蓄部的电
容器积蓄部和飞轮积蓄部，所以能量积蓄部的能量利用效率高，能够有效抑制
交流电源的峰值。
本发明适用于在针对机床的每一个驱动轴具有电动机的机床系统中，在
通过具有把输入的交流变换为直流的交流直流变换器和把从交流直流变换器
输出的直流变换为作为各电动机的驱动电力分别供给的交流的直流交流变换
器的电动机驱动装置驱动这些电动机（伺服电动机）的情况。