JP2006217694A - サーボモータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サーボモータの負荷増大による駆動電源電圧の低下と、電源供給の遮断による駆動電源電圧の低下とを判別可能とし、これらに好適に対応することができるサーボモータ制御装置を提供する。
【解決手段】制御回路１８は、駆動電源電圧Ｖａが第１判定電圧未満の低電圧状態か否かを判定し、第１判定電圧未満の低電圧状態が所定時間以上継続したかを判定し、該低電圧状態が所定時間以上であれば電源スイッチＳＷのオフによる電圧降下であると判定する。そして、その低電圧状態が所定時間以上継続したと判定されると、制御回路１８は、サーボモータ２０への電源遮断を実施する。一方、駆動電源電圧Ｖａが低電圧状態を判定されたものの、低電圧状態が所定時間未満であれば、サーボモータ２０の負荷増大による電圧低下などの一時的ものであると判断して、サーボモータ２０の電源遮断は行われない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、外部電源として単相及び三相交流電源のいずれも使用可能であって、使用される交流電源を整流してサーボモータ駆動のための直流駆動電源に変換すると共に、サーボモータの駆動電源電圧を一定にすべく該電源電圧に満たない場合はその直流電源を昇圧する電源装置を有するサーボモータ制御装置に関するものである。

この種のサーボモータ制御装置の電源装置は、従来より種々提案されている（例えば特許文献１参照）。このサーボモータ制御装置（電源装置）は、外部電源として単相１００Ｖ及び三相２００Ｖを使用可能に構成されており、三相２００Ｖの外部電源が使用される場合には昇圧をしないで直流駆動電源を生成し、単相１００Ｖの外部電源を使用する場合には交流２００Ｖ相当まで昇圧した直流駆動電源を生成して、サーボモータに供給するようになっている。

三相２００Ｖの外部電源からサーボモータの直流駆動電源を生成するには、その外部電源が、ダイオードブリッジ回路を用いた整流回路及びコンデンサを用いた平滑化回路を介されることで生成されている。これに対し、単相１００Ｖの外部電源からサーボモータの直流駆動電源を生成するには、その外部電源が整流回路及び平滑化回路を介されると共に、倍電圧スイッチがオン状態に切り換えられることで生成されている。

ところで、このようなサーボモータ制御装置（電源装置）は、生成される直流駆動電源の電圧値をモニタしており、駆動電源の電圧値が下限値以下になることによりサーボモータへの駆動電源の供給が遮断されたと判定し、電源遮断処理を実施する。

しかしながら、サーボモータにかかる負荷が増大すると、駆動電源の電圧値が大きく低下して下限値を下回ることがある。かかる場合、制御装置は、サーボモータへの駆動電源の供給が遮断されたと誤判定し、電源遮断処理を実施してしまう。特に、単相交流電源を使用する場合には、三相交流電源を使用する場合と比べて、交流電源から直流電源への変換時に平滑化回路（コンデンサ）の依存度が大きいために、サーボモータにかかる負荷に対する駆動電源電圧の落ち込みが大きく、この問題が顕著となる。その結果、サーボモータに大きな荷重がかかっている状態で駆動電源が遮断されることになり、その荷重によってモータが大きく空転してしまうという問題が生じていた。
特開平５−１４６１５４号公報

本発明は、サーボモータの負荷増大による駆動電源電圧の低下と、電源供給の遮断による駆動電源電圧の低下とを判別可能とし、これらに好適に対応することができるサーボモータ制御装置を提供することを主たる目的とするものである。

以下、上記課題を解決するのに有効な手段等につき、必要に応じて効果等を示しつつ説明する。なお以下では、理解を容易にするため、発明の実施の形態において対応する構成を括弧書き等で適宜示すが、この括弧書き等で示した具体的構成に限定されるものではない。

手段１．外部電源として少なくとも単相交流電源が使用され、使用される交流電源をダイオードブリッジよりなる整流回路（整流回路１１）とコンデンサ（コンデンサ１２ａ，１２ｂ）を用いて構成される平滑化回路（平滑化回路１２）とを介してサーボモータ駆動のための直流駆動電源に変換し、該直流駆動電源に基づいて前記サーボモータを駆動制御するサーボモータ制御装置であって、
前記直流駆動電源の電圧値（駆動電源電圧Ｖａ）が電圧判定値（第１判定電圧Ｖｔｈ１）未満の低電圧状態となって所定時間（所定時間ｔ）以上継続したかを判定し、該低電圧状態が所定時間以上であれば電源スイッチ（電源スイッチＳＷ）オフによる電圧降下であると判定する電圧判定手段（制御回路１８）と、
前記電圧判定手段により前記電圧判定値未満の低電圧状態が前記所定時間以上継続したと判定されると、前記サーボモータへの電源遮断を実施するサーボオフ制御手段（制御回路１８）と
を備えたことを特徴とするサーボモータ制御装置。

手段１によれば、電圧判定手段により直流駆動電源の電圧値が電圧判定値未満の低電圧状態か否かが判定され、オフ判定手段により電圧判定値未満の低電圧状態が所定時間以上継続したかが判定され、該低電圧状態が所定時間以上であれば電源スイッチオフによる電圧降下であると判定される。そして、電圧判定手段により電圧判定値未満の低電圧状態が所定時間以上継続したと判定されると、サーボオフ制御手段によりサーボモータへの電源遮断が実施される。つまり、直流駆動電源の電圧値が電圧判定値未満の低電圧状態を判定されたものの、その低電圧状態が所定時間未満であれば、サーボモータの負荷増大による電圧低下や電源ノイズなどの一時的な低電圧状態であり、電源スイッチオフによるものでないと判断して、サーボモータの電源遮断は行われない。特に、単相交流電源を使用して直流駆動電源を生成する上記装置の場合、平滑化回路（コンデンサの充放電動作）の依存度が大きいために、サーボモータへの負荷が増大すると、その平滑化回路のコンデンサの放電量が増大し、一時的な低電圧状態となり易い。従って、このような低電圧状態になってもサーボモータへの駆動電源の供給が継続されるので、サーボモータにかかっている荷重により空転してしまうことを防止することができる。また、サーボモータは位置決め装置などに使用されるものであるため、無用な空転を防止できる効果は大である。

手段２．前記所定時間は、前記単相交流電源を使用したときの前記整流回路の出力波形において前記電圧判定値となる山間の時間相当に設定されていることを特徴とする手段１に記載のサーボモータ制御装置。

手段２によれば、単相交流電源を使用したときの整流回路の出力波形は山部分が交流電源に基づくものであり、平滑化回路ではその山間（谷部分）をコンデンサの放電により補うことで直流化した駆動電源電圧が生成される。そのため、このような単相交流電源の使用時においてサーボモータの負荷が増大した場合、その谷部分で電圧降下が生じる。従って、所定時間を電圧判定値レベルでの山間の時間相当に設定していることから、サーボモータの負荷増大時では駆動電源電圧が電圧判定値未満の低電圧状態が最大でもこの所定時間以上継続しない。これにより、所定時間を極力長く設定してサーボモータの負荷増大時の電源遮断を極力防止することができ、サーボモータの無用な空転をより一層防止することができる。

手段３．前記電圧判定手段は、前記電圧判定値よりも電圧値の低い下側判定値（第２判定電圧Ｖｔｈ２）を有しており、前記直流駆動電源の電圧値が該下側判定値未満の低電圧状態となったか否かを判定し、
前記サーボオフ制御手段は、前記電圧判定手段により前記直流駆動電源の電圧値が前記下側判定値未満の低電圧状態になったと判定されると、前記サーボモータへの電源遮断を実施することを特徴とする手段１又は２に記載のサーボモータ制御装置。

手段３によれば、電圧判定手段により、直流駆動電源の電圧値が上記した電圧判定値よりも電圧値の低い下側判定値未満の低電圧状態となったか否かが判定され、直流駆動電源の電圧値が下側判定値未満の低電圧状態になったと判定されると、サーボオフ制御手段によりサーボモータの電源遮断が実施される。つまり、直流駆動電源の電圧値が下側判定値未満の低電圧状態になると、即座にサーボモータへの電源が遮断される。これにより、直流駆動電源の電圧値が下側判定値未満となる一層の低電圧状態では、仮にサーボモータへの負荷が過大となったことにより電圧低下したものであれば異常であるとして、即座にサーボモータへの電源を遮断することで、該モータ又は制御装置などを保護することができる。

手段４．前記サーボオフ制御手段は、前記サーボモータへの電源遮断の実施する際、前記サーボモータへの電流量を徐々に低減させることを特徴とする手段１〜３のいずれかに記載のサーボモータ制御装置。

手段４によれば、サーボモータへの電源遮断の実施する際、サーボオフ制御手段によりサーボモータへの電流量が徐々に低減、すなわちサーボモータへの電流供給が低減されつつ継続されることになるので、電源遮断時においてサーボモータに負荷がかかっていてもその負荷による空転を防止でき、しかも回転を次第に低下させることができる。

手段５．前記電圧判定手段により前記直流駆動電源が低電圧状態になったと判定されると、その旨をユーザに報知する報知手段（アラーム装置２５）を備えたことを特徴とする手段１〜４のいずれかに記載のサーボモータ制御装置。

手段５によれば、上記手段１のように電圧判定値未満の低電圧状態が所定時間以上継続、又は上記手段３のように下側判定値未満の低電圧状態になると、報知手段によりその旨がユーザに報知される。これにより、ユーザはこれらの低電圧状態を把握することができる。因みに、これらの２つの低電圧状態をそれぞれ個別の報知形態としても良い。このようにすれば、それぞれの低電圧状態を個別に把握することができる。

手段６．前記電圧判定手段及び前記サーボオフ制御手段は、マイクロコンピュータ内に構成されるものであり、
前記直流駆動電源を用いて前記マイクロコンピュータの作動電源を生成する作動電源生成手段（スイッチング電源回路１５）を備えることを特徴とする手段１〜５のいずれかに記載のサーボモータ制御装置。

手段６によれば、作動電源生成手段により直流駆動電源を用いてマイクロコンピュータの作動電源が生成されるので、マイクロコンピュータの作動電源を外部から別個に供給する必要がない。またこの場合、上記手段３における下側判定値を、マイクロコンピュータの作動電源を生成できる下限電圧よりも若干高い電圧値に設定しておけば、上記手段３において、直流駆動電源の電圧値が下側判定値未満となる一層の低電圧状態となってサーボモータへの電源を遮断することで、これ以上サーボモータによる直流駆動電源の消費が防止される。これにより、マイクロコンピュータに作動電源を供給する時間を稼ぐことができ、例えばマイクロコンピュータがサーボモータの位置情報などをバックアップする処理を確実に行うことができる。

手段７．前記外部電源として第１電圧値と該電圧値の半分の第２電圧値の交流電源のいずれかを使用するものであり、前記直流駆動電源として前記第１電圧値の交流電源を直流変換した電圧値相当の直流電圧が必要であって、
前記外部電源が前記第１電圧値及び前記第２電圧値のいずれの交流電源を使用しているか否かを判定する外部電源判定手段（制御回路１８）と、
前記平滑化回路は２つのコンデンサを前記整流回路の出力端子間に直列に接続されてなり、オンすることで各コンデンサ間に所定電圧を付与して前記直流駆動電源の電圧値を倍とする倍電圧スイッチ（倍電圧スイッチ１３）と、
前記外部電源判定手段により前記第１電圧値の交流電源を使用していると判定されると、前記倍電圧スイッチをオフ状態とし、前記第２電圧値の交流電源を使用していると判定されると、前記倍電圧スイッチをオン状態に切り換えるスイッチ切換手段（制御回路１８）と
を備えたことを特徴とする手段１〜６のいずれかに記載のサーボモータ制御装置。

手段７によれば、外部電源判定手段により外部電源が第１電圧値及び該電圧値の半分の第２電圧値のいずれの交流電源を使用しているか否かが判定される。倍電圧スイッチは、オンすることで平滑化回路を構成する２つのコンデンサ間に所定電圧を付与して直流駆動電源の電圧値を倍とする。そして、外部電源判定手段により第１電圧値の交流電源を使用していると判定された場合、スイッチ切換手段により倍電圧スイッチがオフ状態とされ、第２電圧値の交流電源を使用していると判定された場合、スイッチ切換手段により倍電圧スイッチがオン状態に切り換えられる。そのため、第１電圧値（例えば交流２００Ｖ）及び第２電圧値（交流１００Ｖ）のいずれの交流外部電源を使用しても、自動的にサーボモータの駆動に必要な電圧値の直流駆動電源に変換することができる。これにより、各外部電源の使用毎にユーザ側が設定する手間が省ける。また、仮に倍電圧スイッチを手動とした場合、第１電圧値（例えば交流２００Ｖ）の外部電源使用時に誤って倍電圧スイッチをオンすると、直流駆動電源が過電圧となる。そのため、スイッチ切換手段により倍電圧スイッチを自動で切り換えるようにすることで、直流駆動電源が過電圧となることを防止することができる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。

図１は、サーボモータ２０及びサーボモータ２０の駆動制御を行うドライバ１０を示す。ドライバ１０は、電源スイッチＳＷ、整流回路１１、平滑化回路１２、倍電圧スイッチ１３、パワーモジュール１４、スイッチング電源回路１５、電圧モニタ回路１６、ＰＷＭ変換回路１７及び制御回路１８を備えている。

整流回路１１は、複数のダイオードを用いたダイオードブリッジ回路から構成されている。整流回路１１の入力端子は、電源スイッチＳＷ及びドライバ１０に備えられる外部電源コネクタ１９ａに接続されている。外部電源コネクタ１９ａは、単相１００Ｖ及び三相２００Ｖの外部電源のいずれに対しても入力可能に構成されている。整流回路１１は、電源スイッチＳＷのオンに基づいて外部電源コネクタ１９ａから入力される単相１００Ｖ又は三相２００Ｖの外部電源の全波整流を行う。

整流回路１１の出力端子には、平滑化回路１２が接続されている。平滑化回路１２は、２個のコンデンサ１２ａ，１２ｂが整流回路１１の出力端子間に直列に接続されてなる。平滑化回路１２は、整流回路１１からの出力電圧をコンデンサ１２ａ，１２ｂの充放電を利用して平滑化し、直流電圧に変換する。

倍電圧スイッチ１３は、前記コンデンサ１２ａ，１２ｂ間のノードと前記整流回路１１との間に設けられる。倍電圧スイッチ１３は、制御回路１８にてオン又はオフに切り換えられるものであり、オンされることでコンデンサ１２ａ，１２ｂ間のノードに整流回路１１から所定電圧を付与し、平滑化回路１２の出力電圧を２倍に昇圧させる。ここで、本実施の形態のサーボモータ２０は、駆動電源電圧が交流２００Ｖ相当の直流電圧で駆動するものである。従って、制御回路１８は、平滑化回路１２から出力されるサーボモータ２０の駆動のための駆動電源電圧Ｖａを電圧モニタ回路１６を通じて検出し、検出した駆動電源電圧Ｖａに基づいて外部電源が単相１００Ｖであると判定したときに、倍電圧スイッチ１３をオフからオンに切り換える。

平滑化回路１２の出力端子には、パワーモジュール１４が接続されている。パワーモジュール１４は、平滑化回路１２からの駆動電源電圧Ｖａが入力され、該駆動電源電圧Ｖａに基づいてサーボモータ２０の駆動のための直流駆動電源を生成する。このとき、パワーモジュール１４は、直流駆動電源の電流量を後述するＰＷＭ変換回路１７からのデューティ制御信号に基づいて調整する。パワーモジュール１４の出力端子は、ドライバ１０に備えられるモータ側コネクタ１９ｂに接続されており、該モータ側コネクタ１９ｂを通じてサーボモータ２０に接続される。そして、パワーモジュール１４は、生成した直流駆動電源をサーボモータ２０に出力し、該サーボモータ２０を回転駆動させる。

スイッチング電源回路１５は、平滑化回路１２の出力端子に接続されている。スイッチング電源回路１５は、平滑化回路１２からの駆動電源電圧Ｖａを図示しないスイッチング素子のオンオフ動作により５Ｖまで降圧した作動電源を生成し、制御回路１８に出力する。制御回路１８は、スイッチング電源回路１５からの作動電源の供給に基づいて動作状態となる。

電圧モニタ回路１６は、平滑化回路１２からの駆動電源電圧ＶａのＡ／Ｄ変換を行っており、駆動電源電圧Ｖａのデジタル値を制御回路１８に出力する。制御回路１８は、電圧モニタ回路１６からの出力値に基づいて駆動電源電圧Ｖａを検出している。

制御回路１８は、マイクロコンピュータよりなり、検出した平滑化回路１２からの駆動電源電圧Ｖａに基づいて種々の判定を行っている。駆動電源電圧Ｖａが交流１１０Ｖ相当の直流電圧（本実施の形態では、変換効率を含め約１２０Ｖ）以上で且つ交流２５０Ｖ相当の直流電圧（本実施の形態では、変換効率を含め約２８０Ｖ）未満であれば、制御回路１８は、単相１００Ｖの外部電源を倍電圧に昇圧させて得た電圧値、若しくは三相２００Ｖの外部電源に基づいて生成した電圧値に正常に維持されていることを認識する。

これに対し、検出した駆動電源電圧Ｖａが交流２５０Ｖ相当の直流電圧（約２８０Ｖ）以上である場合、制御回路１８は、該駆動電源電圧Ｖａが異常高電圧であると認識する。これにより、制御回路１８は、２００Ｖを超える高電圧の外部電源を使用していると認識し、アラーム装置２５（ランプ点灯や画面への表示など）を作動させて高電圧アラーム表示を実施し、その旨をユーザに報知する。また、検出した駆動電源電圧Ｖａが交流１１０Ｖ相当の直流電圧（約１２０Ｖ）未満である場合、制御回路１８は、該駆動電源電圧Ｖａが異常低電圧であると認識する。これにより、制御回路１８は、上記した単相１００Ｖの外部電源を使用していると認識し、前記倍電圧スイッチ１３をオフ状態からオン状態に切り換える。

また、制御回路１８は、サーボモータ２０の回転位置及び回転速度を制御している。ここで、サーボモータ２０には、モータ出力軸の絶対回転位置を検出するためのレゾルバ２１が備えられている。レゾルバ２１は、サーボモータ２０の出力軸の回転位置に応じた位置検出信号をモータ側コネクタ１９ｂを介して制御回路１８に出力する。なお、制御回路１８には、レゾルバ２１から出力される位置検出信号（アナログ）をデジタル値に変換するためのＲＤコンバータが備えられている。制御回路１８は、位置検出信号のデジタル値に基づいて、サーボモータ２０の出力軸の絶対回転位置を把握している。そして、制御回路１８は、サーボモータ２０の出力軸の回転位置の検出を基に、該サーボモータ２０の回転位置及び回転速度を制御すべく、ＰＷＭ変換回路１７から出力するデューティ制御信号のデューティを調整する。これにより、パワーモジュール１４から出力される制御回路１８の制御に基づいた駆動電源にてサーボモータ２０が制御される。

ところで、単相１００Ｖの外部電源を使用して、サーボモータ２０が無負荷状態で駆動されている場合、平滑化回路１２からの駆動電源電圧Ｖａは、図２（ａ）において実線で示す波形形状となる。因みに、整流回路１１の出力波形は、同図２（ａ）において主に破線で示す波形形状となる。すなわち、整流回路１１の出力波形の谷となる期間では、平滑化回路１２（コンデンサ１２ａ，１２ｂ）が放電する期間であるが、無負荷状態でのサーボモータ２０の駆動時では、各コンデンサ１２ａ，１２ｂの放電量は少なく、駆動電源電圧Ｖａは安定化する。

一方、同外部電源を使用しており、サーボモータ２０にかかる負荷が増大すると、図２（ｂ）において実線で示す波形形状のように平滑化回路１２（コンデンサ１２ａ，１２ｂ）の放電量が増大する。これにより、次に整流回路１１からの出力を得るまでの期間（整流回路１１の出力波形の谷となる期間）では、駆動電源電圧Ｖａの電圧値が大幅に低下し、該駆動電源電圧Ｖａの電圧値が不安定となる。

このような現象は、特に単相１００Ｖといった単相交流電源を整流し平滑化して得た直流電源にてサーボモータ２０を駆動する場合に発生する。仮に、外部電源に三相２００Ｖを使用する場合では、整流回路１１の出力波形の山（各位相の山）が時間経過に対し密になるので、該出力波形の谷も浅く、平滑化回路１２（コンデンサ１２ａ，１２ｂ）の依存度は小さい。従って、サーボモータ２０にかかる負荷が増大しても、次々と整流回路１１からの出力が得られるため、駆動電源電圧Ｖａの電圧値が大幅に低下することはない。つまり、整流回路１１の出力波形の山が時間経過に対し粗となり、該出力波形の谷が深い単相交流電圧を使用した場合に、サーボモータ２０の負荷増大による駆動電源電圧Ｖａの大幅な落ち込みが生じ、これが種々の問題を引き起こす。

これを考慮し、制御回路１８は、平滑化回路１２からの駆動電源電圧Ｖａが第１判定電圧Ｖｔｈ１（本実施の形態では、約２４０Ｖ）未満となり、所定時間ｔ（本実施の形態では、約３０ｍｓ）経過したか否かを判定する。因みに、この第１判定電圧Ｖｔｈ１は、実測や計算により、サーボモータ２０が要求されるトルクを出力するのに最低限必要な電圧値に設定されている。また、この所定時間ｔは、外部電源の周波数が６０Ｈｚとして、第１判定電圧Ｖｔｈ１における整流回路１１の出力波形の山間に相当する時間に設定されている。

つまり、サーボモータ２０の負荷増大時では、駆動電源電圧Ｖａが第１判定電圧Ｖｔｈ１未満の低電圧状態が最大でも所定時間ｔ以上継続しないため、駆動電源電圧Ｖａが第１判定電圧Ｖｔｈ１未満で所定時間ｔ以上継続した時点で、制御回路１８は電源スイッチＳＷのオフによる電圧低下と判定する。そして、制御回路１８は、この判定に基づきサーボオフ処理を実施すると共に、アラーム装置２５を作動させて低電圧アラーム表示を行う。なお、サーボオフ処理は、サーボモータ２０への電源遮断（デューティ０％）と共に、現状（サーボモータ２０の出力軸の位置情報など）を制御回路１８内のメモリ（図示略）に格納し、バックアップ処理を実施する。

このように本実施の形態では、平滑化回路１２からの駆動電源電圧Ｖａが第１判定電圧Ｖｔｈ１未満となって直ちにサーボオフ処理が実施されないようになっているので、負荷増大による駆動電源電圧Ｖａの低下時には、サーボモータ２０への駆動電源の供給が継続される。これにより、サーボモータ２０の出力が維持され、該モータ２０の空転が防止される。

更に、制御回路１８は、平滑化回路１２からの駆動電源電圧Ｖａが第２判定電圧Ｖｔｈ２（本実施の形態では、約１５０Ｖ）未満に低下した場合、直ちにサーボオフ処理を実施する。ここで、前記スイッチング電源回路１５にて制御回路１８の作動電源（５Ｖ）の生成を保証できる駆動電源電圧Ｖａの下限電圧値は、本実施の形態では、交流８０Ｖ相当の直流電圧値（約９０Ｖ）となっている。第２判定電圧Ｖｔｈ２は、これを考慮し、制御回路１８の作動電圧を十分確保可能な上記所定電圧値（約１５０Ｖ）に設定されている。従って、駆動電源電圧Ｖａが第２判定電圧Ｖｔｈ２未満に低下した時点で直ちにサーボオフ処理を実施することで、該サーボオフ処理に伴うバックアップの時間を確保するようになっている。そして、駆動電源電圧Ｖａが前記第１判定電圧Ｖｔｈ１以上に復帰すると、制御回路１８は、サーボモータ２０への駆動電源の供給を再開すると共に、アラーム装置２５を作動させて過負荷アラーム表示を行うようになっている。

次に、制御回路１８における具体的な負荷判定処理を図３に示すフローに従って説明する。なお、この処理は、所定時間毎に実施される。

先ずステップＳ１０１では、平滑化回路１２からの駆動電源電圧Ｖａを取得し、ステップＳ１０２では、取得した駆動電源電圧Ｖａが第１判定電圧Ｖｔｈ１未満か否かを判定する。取得した駆動電源電圧Ｖａが第１判定電圧Ｖｔｈ１以上であると判定すると、ステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３では、サーボモータ２０のオン状態を維持する。次いでステップＳ１０４では、過負荷アラームフラグがセットされている（アラームフラグ＝１）か否かを判定する。過負荷アラームフラグがセットされていなければ、そのままこの負荷判定処理を終了する。一方、過負荷アラームフラグがセットされていれば、ステップＳ１０５に進み、アラーム装置２５を作動させて過負荷アラーム表示を実施して、この負荷判定処理を終了する。

前記ステップＳ１０２において、取得した駆動電源電圧Ｖａが第１判定電圧Ｖｔｈ１未満であると判定すると、ステップＳ１０６に進む。このとき、タイマをセットし、所定時間ｔを計時する。

ステップＳ１０６では、取得した駆動電源電圧Ｖａが第２判定電圧Ｖｔｈ２未満か否かを判定する。取得した駆動電源電圧Ｖａが第２判定電圧Ｖｔｈ２以上であると判定すると、ステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０７では、取得した駆動電源電圧Ｖａが第１判定電圧Ｖｔｈ１未満であると判定してから（ステップＳ１０２）、タイマ計時による所定時間ｔが経過したか否かを判定する。つまり、このステップＳ１０７では、電源スイッチＳＷのオフによる電圧低下か、サーボモータ２０の負荷増大による電圧低下かを判定している。そして、所定時間ｔが経過していないと判定すると、前記ステップＳ１０３に進み、サーボモータ２０のオン状態を維持する。これにより、取得した駆動電源電圧Ｖａが第１判定電圧Ｖｔｈ１未満となっても直ちにサーボモータ２０がオフされず、サーボモータ２０のオン状態が維持される。一方、所定時間ｔが経過したと判定すると、ステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０８では、サーボオフ処理を実施する。すなわち、サーボモータ２０への駆動電源の遮断と、現状（サーボモータ２０の出力軸の位置情報など）のバックアップ処理を実施する。次いでステップＳ１０９では、アラーム装置２５を作動させて低電圧アラーム表示を実施して、この負荷判定処理を終了する。

前記ステップＳ１０６において、取得した駆動電源電圧Ｖａが第２判定電圧Ｖｔｈ２未満であると判定すると、サーボモータ２０にかかる負荷が過負荷であると判定し、ステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０では、サーボオフ処理、すなわちサーボモータ２０への駆動電源の遮断とバックアップ処理を実施する。次いでステップＳ１１１では、アラームフラグをセット（アラームフラグ＝１）する。これにより、次に取得した駆動電源電圧Ｖａが第１判定電圧Ｖｔｈ１以上に復帰した際に、前記ステップＳ１０５にて過負荷アラーム表示を実施する。なお、このアラームフラグは、電源スイッチＳＷがオフされるとリセットされる。そして、該ステップＳ１１１にてアラームフラグをセットした後、この負荷判定処理を終了する。このように制御回路１８は、各ステップＳ１０１〜Ｓ１１１に従って負荷判定処理を実施している。

以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

本実施の形態では、制御回路１８は、駆動電源電圧Ｖａが第１判定電圧Ｖｔｈ１未満の低電圧状態か否かを判定し、第１判定電圧Ｖｔｈ１未満の低電圧状態が所定時間ｔ以上継続したかを判定し、該低電圧状態が所定時間ｔ以上であれば電源スイッチＳＷのオフによる電圧降下であると判定する。そして、第１判定電圧Ｖｔｈ１未満の低電圧状態が所定時間ｔ以上継続したと判定されると、制御回路１８は、サーボオフ処理を実施し、サーボモータ２０への電源遮断を実施する。

つまり、駆動電源電圧Ｖａが第１判定電圧Ｖｔｈ１未満の低電圧状態を判定されたものの、その低電圧状態が所定時間ｔ未満であれば、サーボモータ２０の負荷増大による電圧低下や電源ノイズなどの一時的な低電圧状態であり、電源スイッチＳＷのオフによるものでないと判断して、サーボモータ２０の電源遮断は行われない。

特に、単相１００Ｖ電源といった単相交流電源を使用して直流駆動電源を生成する上記装置の場合、平滑化回路１２（コンデンサ１２ａ，１２ｂの充放電動作）の依存度が大きいために、サーボモータ２０への負荷が増大すると、その平滑化回路１２のコンデンサ１２ａ，１２ｂの放電量が増大し、一時的な低電圧状態となり易い。従って、このような低電圧状態になってもサーボモータ２０への駆動電源の供給が継続されるので、サーボモータ２０にかかっている荷重により空転してしまうことを防止することができる。また、サーボモータ２０は位置決め装置などに使用されるものであるため、無用な空転を防止できる効果は大である。

また、単相交流電源（単相１００Ｖ）を使用したときの整流回路１１の出力波形は山部分が交流電源に基づくものであり、平滑化回路１２ではその山間（谷部分）をコンデンサ１２ａ，１２ｂの放電により補うことで直流化した駆動電源電圧Ｖａが生成される。そのため、このような単相交流電源の使用時においてサーボモータ２０の負荷が増大した場合、その谷部分で電圧降下が生じる。

従って、本実施の形態では、所定時間ｔを第１判定電圧Ｖｔｈ１での山間の時間相当に設定していることから、サーボモータ２０の負荷増大時では駆動電源電圧Ｖａが第１判定電圧Ｖｔｈ１未満の低電圧状態が最大でもこの所定時間ｔ以上継続しない。これにより、所定時間ｔを極力長く設定してサーボモータ２０の負荷増大時の電源遮断を極力防止することができ、サーボモータ２０の無用な空転をより一層防止することができる。

本実施の形態では、制御回路１８は、駆動電源電圧Ｖａが上記した第１判定電圧Ｖｔｈ１よりも電圧値の低い第２判定電圧Ｖｔｈ２未満の低電圧状態となったか否かを判定し、駆動電源電圧Ｖａが第２判定電圧Ｖｔｈ２未満の低電圧状態になったと判定されると、サーボモータ２０の電源遮断を実施する。

つまり、駆動電源電圧Ｖａが第２判定電圧Ｖｔｈ２未満の低電圧状態になると、即座にサーボモータ２０への電源が遮断される。これにより、駆動電源電圧Ｖａが第２判定電圧Ｖｔｈ２未満となる一層の低電圧状態では、仮にサーボモータ２０への負荷が過大となったことにより電圧低下したものであれば異常であるとして、即座にサーボモータ２０への電源を遮断することで、該モータ２０又はドライバ１０などを保護することができる。

本実施の形態では、第１判定電圧Ｖｔｈ１未満の低電圧状態が所定時間ｔ以上継続、又は第２判定電圧Ｖｔｈ２未満の低電圧状態になると、制御回路１８は、アラーム装置２５を作動させてそれぞれ低電圧アラーム表示及び過負荷アラーム表示を行い、ユーザに報知する。これにより、ユーザはこれらの低電圧状態を把握することができる。また本実施の形態では、これらの２つの低電圧状態をそれぞれ低電圧アラーム表示と過負荷アラーム表示というように個別の表示形態としているため、それぞれの低電圧状態を個別に把握することができる。

本実施の形態では、スイッチング電源回路１５により直流駆動電源（駆動電源電圧Ｖａ）を用いて制御回路１８（マイクロコンピュータ）の作動電源が生成されるので、制御回路１８の作動電源を外部から別個に供給する必要がない。また本実施の形態では、第２判定電圧Ｖｔｈ２を、制御回路１８の作動電源を生成できる下限電圧よりも若干高い電圧値に設定しているので、駆動電源電圧Ｖａが第２判定電圧Ｖｔｈ２未満となる一層の低電圧状態となってサーボモータ２０への電源を遮断することで、これ以上サーボモータ２０による直流駆動電源の消費が防止される。これにより、制御回路１８に作動電源を供給する時間を稼ぐことができ、本実施の形態のように制御回路１８がサーボモータの位置情報などをバックアップする処理を確実に行うことができる。

本実施の形態では、制御回路１８は、外部電源が交流１００Ｖか交流２００Ｖか否かを判定しており、交流２００Ｖの外部電源を使用していると判定した場合、倍電圧スイッチ１３をオフ状態とし、交流１００Ｖの外部電源を使用していると判定した場合、倍電圧スイッチ１３をオン状態に切り換える。そのため、交流２００Ｖ及び交流１００Ｖのいずれの外部電源を使用しても、自動的にサーボモータ２０の駆動に必要な駆動電源電圧Ｖａに変換することができる。これにより、各外部電源の使用毎にユーザ側が設定する手間が省ける。

また、仮に倍電圧スイッチ１３を手動とした場合、交流２００Ｖの外部電源使用時に誤って倍電圧スイッチ１３をオンすると、駆動電源電圧Ｖａが過電圧となる。そのため、制御回路１８により倍電圧スイッチ１３を自動で切り換えるようにすることで、駆動電源電圧Ｖａが過電圧となることを防止することができる。

なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。

上記実施の形態では、第１判定電圧Ｖｔｈ１を２４０Ｖとし、第２判定電圧Ｖｔｈ２を１５０Ｖとしたが、これら具体的な数値に限定されるものではない。例えば、第１判定電圧Ｖｔｈ１においては、過電圧と判定される電圧値（上記実施の形態では約２８０Ｖ）から第２判定電圧Ｖｔｈ２までの電圧範囲内で、サーボモータ２０の要求トルクの下限値などから決定した電圧値に変更しても良い。具体的には、要求トルクの下限値が高ければ第１判定電圧Ｖｔｈ１を高く、要求トルクの下限値が低ければ第１判定電圧Ｖｔｈ１を低く設定しても良い。なお、第１判定電圧Ｖｔｈ１を変更した場合、上記した所定時間ｔを、整流回路１１の出力波形において第１判定電圧Ｖｔｈ１となる山間の時間相当に変更するのが望ましい。

また、例えば第２判定電圧Ｖｔｈ２において、第１判定電圧Ｖｔｈ１からスイッチング電源回路１５にて制御回路１８の作動電源の生成を保証できる電圧値（上記実施の形態では約９０Ｖ）までの電圧範囲内で、その作動電源生成の兼ね合いなどから決定した電圧値に変更しても良い。具体的には、スイッチング電源回路１５の保証電圧値が高ければ第２判定電圧Ｖｔｈ２を高く、その保証電圧値が低ければ第２判定電圧Ｖｔｈ２を低く設定しても良い。

また、第２判定電圧Ｖｔｈ２を省略し、第２判定電圧Ｖｔｈ２による判定を行わないようにしても良い。このようにしても、駆動電源電圧Ｖａが第１判定電圧Ｖｔｈ１未満となって所定時間ｔ以上継続すれば、駆動電源電圧Ｖａが第２判定電圧Ｖｔｈ２未満となったときと同様のサーボオフ処理が実施されるからである。

上記実施の形態では、所定時間ｔは上記のように３０ｍｓに限定されるものではなく、適宜変更しても良い。例えば、所定時間ｔを３０ｍｓの前後に若干変更することもできる。この場合、所定時間ｔを若干３０ｍｓより長く設定すれば、電源ノイズなどにより整流回路１１の出力の立ち上がりが遅くなってもそれを吸収でき、無用なサーボオフ処理の実施を防止することができる。

上記実施の形態では、制御回路１８はサーボモータ２０の電源遮断時に即座にデューティ０％としたが、サーボモータ２０の電源遮断時に該モータ２０への電流量を徐々に低減（デューティを徐々に小さく）するようにしても良い。このようにすれば、電源遮断時においてサーボモータ２０への電流供給が低減されつつ継続されることになるので、サーボモータ２０に負荷がかかっていてもその負荷による空転を防止でき、しかも回転を次第に低下させることができる。

上記実施の形態では、第１判定電圧Ｖｔｈ１及び第２判定電圧Ｖｔｈ２の低電圧状態となると、アラーム装置２５にてそれぞれ低電圧アラーム表示及び過負荷アラーム表示を行うようにしたが、これらを同じ表示としても良い。また、アラーム表示を行わないようにしてアラーム装置２５を省略しても良い。

上記実施の形態では、単相１００Ｖ及び三相２００Ｖを使用するドライバ１０であったが、例えば単相２００Ｖ等、その電圧値の交流電源を使用するドライバに適用しても良い。この場合、単相交流電源に共通して起こる問題であり、単相交流電源を使用するドライバに好適である。

一実施の形態におけるサーボモータ制御システムの概略構成図である。 平滑化回路の出力電圧を示す波形図である。 制御回路が実施する負荷判定処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１１…整流回路、１２…平滑化回路、１２ａ，１２ｂ…コンデンサ、１３…倍電圧スイッチ、１５…スイッチング電源回路（作動電源生成手段）、１８…制御回路（電圧判定手段、サーボオフ制御手段、外部電源判定手段、及び、スイッチ切換手段）、２５…アラーム装置（報知手段）、ＳＷ…電源スイッチ、Ｖａ…駆動電源電圧（直流駆動電源の電圧値）、Ｖｔｈ１…第１判定電圧（電圧判定値）、Ｖｔｈ２…第２判定電圧（下側判定値）、ｔ…所定時間。

Claims (7)

1. 外部電源として少なくとも単相交流電源が使用され、使用される交流電源をダイオードブリッジよりなる整流回路とコンデンサを用いて構成される平滑化回路とを介してサーボモータ駆動のための直流駆動電源に変換し、該直流駆動電源に基づいて前記サーボモータを駆動制御するサーボモータ制御装置であって、
   前記直流駆動電源の電圧値が電圧判定値未満の低電圧状態となって所定時間以上継続したかを判定し、該低電圧状態が所定時間以上であれば電源スイッチオフによる電圧降下であると判定する電圧判定手段と、
   前記電圧判定手段により前記電圧判定値未満の低電圧状態が前記所定時間以上継続したと判定されると、前記サーボモータへの電源遮断を実施するサーボオフ制御手段と
   を備えたことを特徴とするサーボモータ制御装置。
2. 前記所定時間は、前記単相交流電源を使用したときの前記整流回路の出力波形において前記電圧判定値となる山間の時間相当に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のサーボモータ制御装置。
3. 前記電圧判定手段は、前記電圧判定値よりも電圧値の低い下側判定値を有しており、前記直流駆動電源の電圧値が該下側判定値未満の低電圧状態となったか否かを判定し、
   前記サーボオフ制御手段は、前記電圧判定手段により前記直流駆動電源の電圧値が前記下側判定値未満の低電圧状態になったと判定されると、前記サーボモータへの電源遮断を実施することを特徴とする請求項１又は２に記載のサーボモータ制御装置。
4. 前記サーボオフ制御手段は、前記サーボモータへの電源遮断の実施する際、前記サーボモータへの電流量を徐々に低減させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のサーボモータ制御装置。
5. 前記電圧判定手段により前記直流駆動電源が低電圧状態になったと判定されると、その旨をユーザに報知する報知手段を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のサーボモータ制御装置。
6. 前記電圧判定手段及び前記サーボオフ制御手段は、マイクロコンピュータ内に構成されるものであり、
   前記直流駆動電源を用いて前記マイクロコンピュータの作動電源を生成する作動電源生成手段を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のサーボモータ制御装置。
7. 前記外部電源として第１電圧値と該電圧値の半分の第２電圧値の交流電源のいずれかを使用するものであり、前記直流駆動電源として前記第１電圧値の交流電源を直流変換した電圧値相当の直流電圧が必要であって、
   前記外部電源が前記第１電圧値及び前記第２電圧値のいずれの交流電源を使用しているか否かを判定する外部電源判定手段と、
   前記平滑化回路は２つのコンデンサを前記整流回路の出力端子間に直列に接続されてなり、オンすることで各コンデンサ間に所定電圧を付与して前記直流駆動電源の電圧値を倍とする倍電圧スイッチと、
   前記外部電源判定手段により前記第１電圧値の交流電源を使用していると判定されると、前記倍電圧スイッチをオフ状態とし、前記第２電圧値の交流電源を使用していると判定されると、前記倍電圧スイッチをオン状態に切り換えるスイッチ切換手段と
   を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のサーボモータ制御装置。

Images