JP2003033072A - モータドライブ装置の保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 検出個所を増やすことによる配線類を必要と
せずに、安全性の高いモータドライブ装置の保護装置を
提供することにある。 【解決手段】 制御部５はモータ２の回転状態を、検出
器３からの情報であるモータの位置、速度、磁極の位置
信号処理部４からの出力と、誘起電圧検出部７の出力か
ら回転位相情報を得てモータの回転状態を判断するモー
タ回転状態判断部９からの出力の少なくとも２つ以上の
情報で多重に監視し、この多重に監視しているモータ回
転状態に差が生じた場合には、制御部５は駆動部６に対
してモータ停止動作指示を与え、装置の異常と判断する
ことを特徴とするモータドライブ装置の保護装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、モータの位置、
速度、磁極の位置を検出する検出器を備えたモータを駆
動するモータドライブ装置において、モータ回転状態を
多重に監視する保護装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ブラシレス直流モータを駆動するモータ
ドライブ装置において、各相のモータ巻線に対して所定
の転流動作のタイミングで各相の巻線へ順次に駆動電流
を切換え供給するために、巻線と励磁用の磁極との相対
的な位置関係を示す回転子の位置情報を示す信号(回転
子の回転位相情報を示す信号)が必要である。その為ブ
ラシレス直流モータは、ホール素子や光学的な素子など
を含んで構成されている位置検知器を持ち、ブラシレス
直流モータを駆動するモータドライブ装置は、検出器か
らの情報を処理するモータの位置、速度、磁極の位置信
号処理部と、装置への指令と検出器からの情報を比較し
た結果に応じて指令に対する追従制御を行なう制御部
と、制御部出力に基づきモータを駆動するための駆動信
号を出力する駆動部を持ち、前記の位置検知器から出力
された回転子の回転位相情報を示す信号に基づいて発生
させた所定の転流動作のタイミングを有する信号をトラ
ンジスタのような電子的なスイッチング素子で構成され
る逆変換器に与えて、複数の巻線へ順次に駆動電流が供
給されるようにしている。また、ホール素子や光学的な
素子などを含んで構成されている位置検知器が高価な為
に、もしくは振動その他の環境条件で据え付けることが
できない場合に、それに変わって回転子の回転位相情報
を、回転子の回転中に各巻線に発生する誘起電圧におけ
る少なくとも２相以上の巻線に発生する誘起電圧から回
転子の回転位相情報を示す信号を発生させることで代用
することもある。しかしながらいずれか一つの情報によ
り回転子の回転位相情報を得て制御を行なっていること
には変わりない。図４に検出器からの回転位相情報で制
御を行なうモータドライブ装置の構成図を示す。一つの
情報により制御を行なっていて故障が発生した場合は、
システムとしての冗長度が足りない為に重大な事故に繋
がる場合がある。システムの安全性に対する考え方は、
ＰＬ問題に対する関心が装置の供給側需要側双方で大き
いことからも、今後も安全性を確保する為に重要である
ことは確かである。現在の機械システムにおいても各部
に冗長性を持たせて安全性向上を図っている。しかし冗
長性とコストとはトレードオフの関係に有り、また一度
システムを組み立ててからの安全性向上の為に冗長性を
持たせることは、システム全体の見直しが必要であり事
実上不可能な場合が多い。図４の適用例として例えば、
Ｘ軸Ｙ軸で構成された水平方向へ移動するテーブルと、
重力軸方向Ｚ軸によって回転する主軸を上下移動させる
工作機械における、Ｚ軸のモータ駆動装置に適用された
とする。Ｚ軸のモータ駆動装置において、装置の故障時
の保護が不完全だと、重力によって回転する主軸が落下
して、機械、加工中のワーク、あるいは作業者に対して
重大な被害をあたえる危険がある。装置が故障する一つ
の具体例として、モータの位置、速度、磁極の位置を検
出する検出器が異常になった場合を考える。現在の装置
では、モータの位置、速度、磁極の位置を論理レベル”
Ｈ”or”Ｌ”のパルス信号として伝送する検出器の出力
信号レベルが”Ｈ”or”Ｌ”固定のまま異常となり、装
置として検出器の異常を検出できない場合には、モータ
の回転を制御することはできない。つまりＺ軸のシステ
ムが停止状態の指令を出しておりＺ軸のモータが保持ト
ルクを発生した状態で停止状態であった時に、故障直前
の状態を保持したまま、つまり検出器の出力信号レベル
が”Ｈ”or”Ｌ”固定のままで検出器が故障した場合、
「位置指令＝ゼロ（その場で停止）」「位置フィードバ
ック＝ゼロ（検出器出力がその状態を保持したまま）」
であり、Ｚ軸にカウンタウエイトが無ければ重力により
落下してしまうことになる。しかもシステムとしてこの
異常事態を何ら検出できていないことになる。従来技術
による対策例としては、図５の従来技術によるモータド
ライブ装置の保護装置構成図がある。この例では移動限
界の位置にリミットスイッチを装着している。リミット
スイッチ出力を移動限界範囲判断部が移動限界状態と判
断し、制御部で駆動を停止する処理を行なう。このよう
に検出器を複数個設ければ、システムとして冗長度を上
げることも可能である。しかしいずれも検出個所を増や
すことによる配線類の見直しでコストアップは避けられ
ず、また一度システムを組み立ててからの追加は、シス
テム全体の見直しが必要であり事実上不可能な場合が多
い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、このよう
な課題に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、検出個所を増やすことによる配線類を必要とせ
ずに、安全性の高いモータドライブ装置の保護装置を提
供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明は、モータの位
置、速度、磁極の位置を検出する検出器と、この検出器
からの情報を処理するモータの位置、速度、磁極の位置
信号処理部と、モータドライブ装置への指令と前記検出
器からの情報を比較した結果に応じて前記指令に対する
追従制御を行なう制御部と、この制御部からの出力に基
づき前記モータを駆動するための駆動信号を出力する駆
動部と、前記モータ回転時にモータ巻線に発生するモー
タの誘起電圧を検出する誘起電圧検出部とを備えたモー
タドライブ装置において、前記制御部はモータ回転状態
を、検出器からの情報であるモータの位置、速度、磁極
の位置信号処理部からの出力と、前記誘起電圧検出部の
出力から回転位相情報を得てモータの回転状態を判断す
るモータ回転状態判断部からの出力との少なくとも２つ
以上の情報で多重に監視し、この多重に監視しているモ
ータ回転状態に差が生じた場合には、前記制御部は前記
駆動部に対してモータ停止動作指示を与え、前記検出
器、前記誘起電圧検出部、前記モータ回転状態判断部あ
るいは前記モータの位置、速度、磁極の位置信号処理部
のいずれかが異常と判断することを特徴とするモータド
ライブ装置の保護装置であり、前記モータ回転状態は、
少なくとも、通常正回転状態、逆回転状態、及び停止状
態であることを特徴とする。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１から図
３において説明する。図１はモータドライブ装置の保護
装置構成図である。１はモータドライブ装置のトランジ
スタ等で構成される逆変換器、２はモータ（好ましくは
永久磁石回転型のブラシレスＤＣモータ）、３はモータ
の位置、速度、磁極の位置を検出する検出器、４は検出
器からの情報であるモータの位置、速度、磁極の位置信
号処理部、５は装置への指令と検出器からの情報を比較
した結果に応じて指令に対する追従制御を行なう制御
部、６は制御部出力に基づきモータを駆動するための駆
動信号を出力する駆動部、７はモータ回転時にモータ巻
線に発生するモータの誘起電圧を検出する誘起電圧検出
部、９は誘起電圧検出部からの出力でモータ回転数を推定
し回転状態を判別するモータ状態判断部、１０はボール
ネジである。図２は誘起電圧検出部信号及びモータ回転
状態判断部の動作説明図、図３は保護動作のフローチャ
ートである。図３の１０１から１０８は保護動作のステ
ップを示す番号である。図３において、装置に電源投入
（１０１）後、制御部５は指令入力信号を読み込み（１
０２）、駆動部６へ駆動信号を出力してよいかどうかの
判断を行なう（１０３）。指令入力が駆動不可の場合に
は、指令入力が駆動可になるまで待ち続ける。指令入力
が駆動可の場合には、制御部５は、モータ位置速度磁極
位置信号処理部４の出力であるモータ回転状態（１）
と、モータ回転状態判断部の出力であるモータ回転状態
（２）を読み込む（１０４）。モータ回転状態（１）と
（２）が、通常正回転状態、逆回転状態、及び停止状態
のうち同じである場合（１０６にて判断）に、初めて制
御部５は駆動部６に対して駆動指令を出力し、駆動部６
が逆変換部１に対してドライブ信号を出力することによ
って、モータがドライブされる（１０８）。一方モータ
回転状態（１）と（２）が、通常正回転状態、逆回転状
態、及び停止状態のうち異なる状態である場合、例えば
モータ回転状態（１）が停止状態にもかかわらずモータ
回転状態（２）が通常正回転状態であったりする場合
（１０６にて判断）には、判断部５はアラームを出力
し、駆動部６に対してモータ駆動停止指令を出力し、モ
ータの運転は停止される（１０７）。つまり、制御部５
はモータ回転状態を、検出器からの情報であるモータの
位置、速度、磁極の位置信号処理部出力と、例えば誘起
電圧検出部出力から回転位相情報を得てモータの回転状
態を判断するモータ回転状態判断部出力の少なくとも２
つ以上の情報で多重に監視し、多重に監視しているモー
タ回転状態に差が生じた場合には、制御部は駆動部に対
してモータ停止動作指示を行ない、装置異常と判断し
て、モータ運転を停止する。ただしモータ回転状態判断
部９は、誘起電圧検出部７の出力であるモータ回転時に
モータ巻線に発生するモータの誘起電圧からモータ回転
速度を推定するのだが、誘起電圧検出部７には検出ヒス
テリシスがあり、ある一定の回転速度Ｖref以上の場合
にしか速度の検出はできない（図２）。従ってＶref以
下の場合には、（１０６）の処理は行なわず常にモータ
ドライブするものとするが、回転数が低いので重大な事
故になることはない。またカウンタウエイトがない重力
軸の場合の軸落下時は重力により加速されるので、結果
的にモータ回転数がＶｒｅｆを越えた時点で必ず検出で
きる。以上のように、モータ回転状態を多重に監視する
ので、安全性の高い装置が実現できる。

【０００６】

【発明の効果】この発明は、モータ回転状態を多重に監
視しているので、より安全性の高い装置が実現可能とな
る。また、モータ回転状態監視手段がモータの位置、速
度、磁極の位置信号処理部」と、モータ回転時にモータ
巻線に発生するモータの逆起電圧を検出する誘起電圧検
出部と、巻線の逆起電圧から回転位相情報を得てモータ
の回転状態を判断するモータ回転状態判断部からなる場
合には、モータドライブ装置とモータ及び検出器間の配
線の追加変更はなく、従来のモータ及び検出器のままで
安全性の高いシステムへと移行することができる。また
モータドライブ装置を除くシステム構成部を変更しない
ので余分なコストをかけずにすむ。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施の形態によるモータドライブ装置の
保護装置構成図

【図２】誘起電圧検出部信号及びモータ回転状態判断部
の動作説明図

【図３】本発明実施の形態によるモータドライブ装置の
保護動作のフローチャート

【図４】従来の保護装置のないモータドライブ装置の構
成図

【図５】従来技術によるモータドライブ装置の保護装置
構成図

【符号の説明】

１ 逆変換器 ２ モータ ３ 検出器 ４ モータ位置速度磁極位置信号処理部 ５ 制御部 ６ 駆動部 ７ 誘起電圧検出部 ８ 移動限界範囲判断部 ９ モータ回転状態判断部 １０ ボールネジ １１ リミットスイッチ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータの位置、速度、磁極の位置を検出
   する検出器と、この検出器からの情報を処理するモータ
   の位置、速度、磁極の位置信号処理部と、モータドライ
   ブ装置への指令と前記検出器からの情報を比較した結果
   に応じて前記指令に対する追従制御を行なう制御部と、
   この制御部からの出力に基づき前記モータを駆動するた
   めの駆動信号を出力する駆動部と、前記モータ回転時に
   モータ巻線に発生するモータの誘起電圧を検出する誘起
   電圧検出部とを備えたモータドライブ装置において、 前記制御部はモータ回転状態を、検出器からの情報であ
   るモータの位置、速度、磁極の位置信号処理部からの出
   力と、前記誘起電圧検出部の出力から回転位相情報を得
   てモータの回転状態を判断するモータ回転状態判断部か
   らの出力との少なくとも２つ以上の情報で多重に監視
   し、 この多重に監視しているモータ回転状態に差が生じた場
   合には、前記制御部は前記駆動部に対してモータ停止動
   作指示を与え、前記検出器、前記誘起電圧検出部、前記
   モータ回転状態判断部あるいは前記モータの位置、速
   度、磁極の位置信号処理部のいずれかが異常と判断する
   ことを特徴とするモータドライブ装置の保護装置。
2. 【請求項２】 前記モータ回転状態は、少なくとも、通
   常正回転状態、逆回転状態、及び停止状態であることを
   特徴とする請求項１記載のモータドライブ装置の保護装
   置。