JP2007252170A

JP2007252170A - 電動機駆動装置

Info

Publication number: JP2007252170A
Application number: JP2006076480A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Ito; 正和伊藤; Hiroshi Morinaka; 寛森中
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2006-03-20
Publication date: 2007-09-27

Abstract

【課題】安価で、実装面積が小さく、かつ電源が直流でも交流でも適用できるヒューズ断線検出回路を備えた電動機駆動装置を提供する。
【解決手段】コンバータ部１と、平滑回路部２と、インバータ部３と、ＣＰＵ３１と、インバータ部３の出口に挿入されたヒューズ５、６、７とを備えた電動機駆動装置において、ヒューズ断線検出回路３０を備え、ヒューズ断線検出回路３０が、複数の抵抗１１〜２２とＡＣ入力フォトカプラ８〜１０とをシリーズに接続して構成し、ヒューズ５、６、７と並列に接続され、ヒューズ５、６、７が断線した場合に、ＡＣ入力フォトカプラ８〜１０のダイオードに電流が流れて動作する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機駆動装置に関し、特にヒューズ断線検出回路を備えた電動機駆動装置に関する。

電動機駆動装置は、電動機を過電流から保護するための機能を備えているが、この過電流保護の方法として、電動機駆動装置の出力回路にヒューズを挿入するものがある。この場合、ヒューズ断線時の警報が必要な場合には、警報接点付ヒューズが使用されている。
図５は、従来例１のヒューズ断線検出回路の構成図である。図において、直流電源５０と負荷の間に警報接点付ヒューズ５１が挿入され、警報接点付ヒューズ５１の接点がフォトカプラ８に接続されている。ここで、ヒューズが断線すると、内部のスイッチが閉じてフォトカプラ８が動作し、ヒューズ断線の警報を出力する。
また、従来例２として、直流電源からヒューズを経由して負荷回路に電源供給を行うもので、ヒューズの上流と下流の電圧を検出して、その電圧に差がある場合にヒューズ断線と判断しているものもある。（たとえば、特許文献１参照）
また、図６は従来例３のヒューズ断線検出回路の構成図である。図において、直流電源５０と負荷回路の間にヒューズ５が接続され、ヒューズ５の両端にフォトカプラ８と抵抗１１をシリーズに接続された構成としている。ここで、ヒューズ５が断線するとヒューズ５両端の電圧が上がるので、フォトカプラ８が導通し、ヒューズ断線の警報を出力する。（たとえば、特許文献２参照）
特開平９-３５６１６号公報特開平１１−３０６９５４号公報

従来例１の警報接点付ヒューズでは、警報接点付ヒューズが高価でサイズも大きくヒューズ容量の種類も限られているので、コストが高く実装面積も大きく、これを適用すると電動機駆動装置が大型化してしまうという問題があった。
従来例２では、警報接点付ヒューズを使わないが、ヒューズ両端の電圧を検出するために複数の電子回路が必要であり、低コスト化と小さい実装面積の実現が十分でなかった。
従来例３では、警報接点付ヒューズを使わないで簡単な回路で実現しているので、低コストと実装面積を小さくできる。しかしながら、ヒューズの入力側電位が出力側電位より低くなる場合はヒューズ断線検出ができないので、交流電源の場合には適用できなかった。また、電源電圧が高い場合は、フォトカプラに直列に接続された抵抗の消費電力が大きくなるので、容量が大きなサイズの大きい抵抗を使用する必要があり、実装面積を小さくできなかった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、安価で、実装面積が小さく、かつ電源が直流でも交流でも適用できるヒューズ断線検出回路を備えた電動機駆動装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のようにした。
請求項１に記載の発明は、商用電源を整流するコンバータ部と、前記コンバータ分の出力を平滑する平滑回路部と、前記平滑回路部の出力を交流に変換するインバータ部と、前記インバータ部を制御するＣＰＵと、前記インバータ部の出口に挿入されたヒューズと、を備えた電動機駆動装置において、前記ヒューズの断線を検出するヒューズ断線検出回路を備え、前記ヒューズ断線検出回路が、複数の抵抗とＡＣ入力フォトカプラとをシリーズに接続して構成し、前記ヒューズと並列に接続され、前記ヒューズが断線した場合に、前記ＡＣ入力フォトカプラのダイオードに電流が流れて動作するものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記ＡＣ入力フォトカプラに代えて、汎用フォトカプラ２つを逆並列に接続した前記ＡＣ入力フォトカプラに代えて、汎用フォトカプラ２つを逆並列に接続するものである。
また、請求項３に記載の発明は、前記ヒューズ断線検出回路の断線検出信号出力が前記ＣＰＵに入力され、前記ＣＰＵが、前記断線検出信号出力によりヒューズ断線を認識した時、前記インバータ部の動作を停止させるものである。
また、請求項４に記載の発明は、請求項３記載の複数の電動機駆動装置と、前記複数の電動機駆動装置を統括制御するコントロール部と、を備えた多軸電動機駆動装置において
前記コントロール部が、一方の電動機駆動装置からヒューズ断線信号を受けた場合に、前記一方の電動機駆動装置と同期制御をしている他方の電動機駆動装置に、停止指令を出力するものである。

請求項１に記載の発明によると、低コストの部品で構成され、部品のサイズも小さいので、安価で実装面積が小さいヒューズ断線検出回路を実現できる。また、ＡＣ入力フォトカプラを使用することで、電源が直流でも交流でも適用できるのである。また、複数の抵抗で分圧することにより、抵抗１個当たりの消費電力が小さくなるので、小さいサイズの抵抗を適用でき、電源電圧が高い場合に小型化に寄与できる。
また、請求項２に記載の発明によると、ＡＣ入力フォトカプラの代わりに汎用性のある単極性フォトカプラを使用しているのでより低コストが実現できる。
また、請求項３に記載の発明によると、過電流発生時にヒューズ断線により電動機を保護できるとともに、ヒューズ断線検出信号により電動機を停止させるので、電動機に通電される各相電流のアンバランスによる電動機の異常動作を未然防止することができる。
また、請求項４に記載の発明によると、電動機に通電される電流のアンバランスによる電動機の異常動作を未然防止することができ、さらに、ヒューズ断線を検出した電動機と同期制御されている他の電動機を停止させることで、駆動部のこじれによる破壊を未然防止することができる。

以下、本発明の具体的実施例について、図に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施例１を示すヒューズ断線検出回路を備えた電動機駆動装置の構成図である。
図において、１００は電動機駆動装置、４は電動機である。電動機駆動装置１００において、１は商用電源を直流電力に変換するコンバータ部、２はコンバータ部で変換された直流電圧の変動を吸収する平滑回路部、３は直流電圧をＰＷＭ方式で所望の周波数の交流電力に変換するインバータ部、５〜７は電動機に過電流が流れないようにするためのヒューズ、３０はヒューズ断線検出回路、３１はインバータ部３を制御するＣＰＵである。
ヒューズ断線検出回路３０において、８〜１０はヒューズの断線を検出するためのＡＣ入力フォトカプラ、１１〜２２はダイオード８〜１０に流れる電流を制限するための抵抗、となっている。
ヒューズ５、ＡＣ入力フォトカプラ８、抵抗１１〜１４、を使用して、具体的な動作を説明する。
ヒューズ５が断線していない場合は、ヒューズ５の両端のＡ点とＢ点は同電位のためＡＣ入力フォトカプラ８のダイオードには電流が流れないので、ＡＣ入力フォトカプラ８は動作せず、ヒューズ断線検出信号は出力されない。
ヒューズ５が断線した場合、ヒューズ５のインバータ部３側のＡ点を基準としてＢ点の電位は、インバータ部３のＰＷＭ方式のスイッチングにより電圧が正負反転を繰り返したパルス状の電位となる。
以下、Ａ点の電位を基準として、Ｂ点の電位が正のときと、負のときの状態に場合分けして説明する。
Ａ点の電位を基準として、Ｂ点の電位が正のときは、抵抗１２、抵抗１４、ＡＣ入力フォトカプラ８、抵抗１３、抵抗１１の順路で電流が流れＡＣ入力フォトカプラ８が動作し、ヒューズ断線検出信号を出力する。
Ａ点の電位を基準として、Ｂ点の電位が負のときは、抵抗１１、抵抗１３、抵抗１４、ＡＣ入力フォトカプラ８、抵抗１２の順に電流が流れＡＣ入力フォトカプラ８が動作し、ヒューズ断線検出信号を出力する。
以上から，ヒューズ５が断線した場合は，Ａ点の基準としてＢ点の電位が正負のどちらであっても、また電位差が正負に変動しても確実に断線を検出することができる。
また、本発明のヒューズ断線検出回路は、抵抗１１〜２２の値を変更することで、電源電圧の大きさにあわせることができる。
また、複数の抵抗で分圧しているので、抵抗１個当たりの消費電力が小さいので小型の抵抗を適用でき、装置の小型化にも寄与できる。これは。特に電源電圧が高い場合に効果が大きい。
このように、本発明のヒューズ断線検出回路は、低コストの部品で構成されているので安価であり、部品のサイズも小さいので実装面積が小さく、かつ電源が直流でも交流でも適用できるのである。

図２は、本発明の実施例２を示すヒューズ断線検出回路を備えた電動機駆動装置の構成図である。
図において、図１と異なるところは、ＡＣ入力フォトカプラの代わりに、汎用の単極性フォトカプラ８〜１０、８ａ〜１０ａを逆並列に接続したところである。
ヒューズ５、フォトカプラ８、８ａ、抵抗１１〜１４を使用して、具体的な動作を説明する。
ヒューズ５が断線していない場合は、ヒューズ５の両端のＡ点とＢ点は同電位のためフォトカプラ８，９のダイオードには電流が流れずに、ヒューズ断線検出信号は出力されない。
ヒューズ５が断線した場合、Ａ点の電位を基準としてＢ点の電位が正のときは、フォトカプラ８が動作し、ヒューズ断線検出信号を出力する。Ａ点の電位を基準としてＢ点の電位が負のときは、フォトカプラ８Ａ、抵抗１２の順路で電流が流れ、フォトカプラ８Ａが動作し、ヒューズ断線検出信号を出力する。
以上から、ヒューズ５が断線した場合は、Ａ点の電位を基準としてＢ点の電位が正負のどちらであっても、また電位差が正負に変動しても確実に断線を検出することができる。
ここでは、ＡＣ入力フォトカプラの代わりに、汎用性のある単極性フォトカプラを使用しているのでより低コストが実現できる。

図３は、本発明の実施例３を示すヒューズ断線検出回路を備えた電動機駆動装置の構成図である。
図において、図１と異なるところは、ヒューズ断線検出回路から電動機駆動装置のＣＰＵ３１にヒューズ断線検出信号を入力するようにしたことである。
ここで、ヒューズ５〜７のいずれかが断線した場合、ヒューズ断線検出回路３０で検出し、ＣＰＵ３１にヒューズ断線検出信号を入力する。ＣＰＵ３１は、ヒューズ断線検出信号を認識すると、直ちにインバータ部３へ停止指令を出力して、電動機４を停止させる。
以上から、過電流発生時にヒューズ断線により電動機を保護できるとともに、ヒューズ断線検出信号により電動機を停止させるので、電動機に通電される各相電流のアンバランスによる電動機の異常動作を未然防止することができる。

図４は、本発明の実施例４を示すヒューズ断線検出回路を備えた多軸電動機駆動装置の構成図である。
図において、１は商用電源を直流電力に変換するコンバータ部、２はコンバータ部で変換された直流電圧の変動を吸収する平滑回路部、１００Ａ〜１００Ｄは1軸用の電動機駆動装置、４Ａ〜４Ｄは電動機、４０は電動機駆動装置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを統括制御するコントロール部である。なお、電動機駆動装置１００内の要素は、図３の構成からコンバータ部と平滑回路部を除いた構成となっている。
コントロール部４０は，電動機駆動装置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの統括制御を行うが、電動機駆動装置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの同期制御を行う機能をも有する。
例として、電動機駆動装置１００Ａにおいてヒューズ断線が発生した場合について説明する。電動機駆動装置１００Ａにおいてヒューズ断線を検出すると、ＣＰＵ３１Ａがコントロール部４０にヒューズ断線信号を出力する。コントロール部４０は、電動機駆動装置１００Ａからヒューズ断線信号を受けると、電動機駆動装置１００Ａと同期駆動している電動機駆動装置を検出する。電動機駆動装置１００Ａと電動機駆動装置１００Ｂが同期していた場合、コントロール部４０はＣＰＵ３１Ｂに停止指令を出力し、電動機駆動装置１００Ｂは電動機４Ｂを停止させる。
このようにして、電動機に通電される電流のアンバランスによる電動機の異常動作を未然防止することができる。また、ヒューズ断線を検出した電動機と同期制御されている他の電動機がある場合、その同期制御されている電動機の駆動を停止させることで、駆動部のこじれによる破壊を未然防止することができる。

本発明のヒューズ断線検出方法は、電動機駆動装置に限らず、交流電源のヒューズ断線検出の用途にも適用できる。

本発明の実施例１を示すヒューズ断線検出回路を備えた電動機駆動装置の構成図本発明の実施例２を示すヒューズ断線検出回路を備えた電動機駆動装置の構成図本発明の実施例３を示すヒューズ断線検出回路を備えた電動機駆動装置の構成図本発明の実施例４を示すヒューズ断線検出回路を備えた多軸電動機駆動装置の構成図従来例１のヒューズ断線検出回路の構成図従来例２のヒューズ断線検出回路の構成図

符号の説明

１コンバータ部
２平滑回路部
３インバータ部
４、４Ａ〜４Ｄ電動機
５〜７ヒューズ
８〜１０、８Ａ〜１０Ａフォトカプラ
１１〜２４抵抗
３０ヒューズ断線検出回路
３１ＣＰＵ
４０コントロール部
５０直流電源
５１警報接点付ヒューズ
１００Ａ〜１００Ｄ電動機駆動装置

Claims

商用電源を整流するコンバータ部と、
前記コンバータ部の出力を平滑する平滑回路部と、
前記平滑回路部の出力を交流に変換するインバータ部と、
前記インバータ部を制御するＣＰＵと、
前記インバータ部の出口に挿入されたヒューズと、
を備えた電動機駆動装置において、
前記ヒューズの断線を検出するヒューズ断線検出回路を備え、
前記ヒューズ断線検出回路が、
複数の抵抗とＡＣ入力フォトカプラとをシリーズに接続して構成し、前記ヒューズと並列に接続され、前記ヒューズが断線した場合に、前記ＡＣ入力フォトカプラのダイオードに電流が流れて動作するようにしたことを特徴とする電動機駆動装置。
前記ＡＣ入力フォトカプラに代えて、汎用フォトカプラ２つを逆並列に接続したことを特徴とする請求項１記載の電動機駆動装置。
前記ヒューズ断線検出回路の断線検出信号出力が前記ＣＰＵに入力され、前記ＣＰＵが、前記断線検出信号出力によりヒューズ断線を認識した時、前記インバータ部の動作を停止させることを特徴とする請求項１乃至２記載の電動機駆動装置。
請求項３記載の複数の電動機駆動装置と、
前記複数の電動機駆動装置を統括制御するコントロール部と、
を備えた多軸電動機駆動装置において
前記コントロール部が、一方の電動機駆動装置からヒューズ断線信号を受けた場合に、前記一方の電動機駆動装置と同期制御をしている他方の電動機駆動装置に、停止指令を出力することを特徴とする多軸電動機駆動装置。