JP2015192569A - 電磁接触器の溶着検出機能を有するモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】補助接点のない電磁接触器を用い、追加回路を設けずにモータ駆動装置に備わる電磁接触器の接点の溶着を検出できるモータ駆動装置を実現する。
【解決手段】３相交流電源１に接続し、制御回路１０Ａによって制御される交流／直流変換部２と直流／交流変換部４によりモータＭを駆動し、入力電源回路に電磁接触器７Ａが設けられたモータ駆動装置２０の制御回路１０Ａに、電磁接触器７Ａのオフ手段２１と交流／直流変換部２にある３相ブリッジ回路の部分制御手段２３とを設け、電磁接触器をオフした状態で、３相ブリッジ回路の所定の相の上側のアームをオンすると共に、他の相の下側のアームをオンし、この状態で電流が流れるか流れないかを電流判定手段２２で判定し、電流判定手段が電流を検出した場合に電磁接触器が溶着したと判定する溶着判定手段２３とを設けたモータ駆動装置である。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータ駆動装置に元々装備されている機能を利用することにより、電磁接触器の溶着検出機能を有するモータ駆動装置に関する。

工作機械や産業機械、ロボット等を駆動するモータ駆動装置は、入力電源が３相交流であり、これを交流／直流変換部において直流電圧に変換し、変換された直流電圧を直流／交流変換部で所望の周波数の交流電圧に変換してモータを駆動している。このようなモータ駆動装置では、交流／直流変換部への入力電源ラインに電磁接触器が設置されている。

電磁接触器は接点を内蔵し、電磁接触器のオン操作で接点を接続させて電磁接触器の入力側と出力側を導通させ、電磁接触器のオフ操作で接点を非接続状態にして、電磁接触器の入力側と出力側の導通を遮断する。入力電源ラインに設置された電磁接触器は、非常停止やアラームの発生時に電磁接触器をオフ操作することにより、接点を非接続状態にしてモータ駆動装置を電源から切り離し、電源からのエネルギー供給を停止することで、モータの動作を止めるものである。

しかしながら、モータの負荷が大きくなって電磁接触器に過大な電流が流れる場合や、モータ駆動装置の長年の使用により、電磁接触器の接点が溶着する場合がある。電磁接触器の接点が溶着すると、電磁接触器をオフ操作しても接点が非接続状態にならず、モータへの電流が遮断できなくなって、モータの予期しない回転によって危険が生じる可能性がある。

この対策として、モータ駆動装置の入力電源ラインに設置する電磁接触器には、補助接点が設置されたものが使用される。補助接点は電磁接触器の主接点と連動して動作する接点であり、主接点の溶着を検出するのに使用される。そして、電磁接触器の主接点の溶着を検出する場合は、機械を駆動するモータが停止し、モータがエネルギーを消費していない状態で、電磁接触器をオフ／オン操作し、この時の電磁接触器の補助接点を監視する方法が一般的にとられている。このような電磁接触器の補助接点については、例えば、非特許文献１に開示されている。

株式会社 日立産機システムのサイトの製品情報、標準型電磁接触器・開閉器［ＨＳシリーズ］（http://www.hitachi0ies.co.jp/products/hdn/mgsw/）

しかしながら、このような電磁接触器の接点の溶着の検出方法では、補助接点付の電磁接触器が必要であり、かつ、モータ駆動装置の内部または外部に、補助接点を監視するための追加回路が必要であるので、コストアップにつながるという課題がある。

本発明は、電磁接触器の接点の溶着検出に際して、電磁接触器に補助接点が不要で追加回路の必要がなく、モータ駆動装置に元々備わる機能を利用することにより、コストアップを伴わずに電磁接触器の接点の溶着を検出できるモータ駆動装置の実現を目的とする。

前記課題を解決するために本発明では、３相交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換する交流／直流変換部と、入力電源電圧の検出回路と入力電流の検出回路を具備するモータ駆動装置であり、交流／直流変換部は、スイッチング素子とダイオードからなる３相ブリッジ回路を備え、入力電源電圧の検出回路と入力電流の検出回路の間に入力電源ラインをオン／オフする電磁接触器が設置されたモータ駆動装置において、交流／直流変換部の直流電圧が充電された状態で、電磁接触器をオフする電磁接触器のオフ手段と、電磁接触器のオフ手段が電磁接触器をオフした状態で、３相ブリッジ回路の１つの相の上側のアームを、入力電圧の最も低い相に対してオンすると共に、３相ブリッジ回路の１つの相の下側のアームを入力電圧の最も高い相に対してオンする３相ブリッジ回路の部分制御手段と、３相ブリッジ回路の部分制御手段によって、１つの相の上側のアームと１つの相の下側のアームとがオンされた状態で、電流が流れるか流れないかを判定する電流判定手段と、３相ブリッジ回路の部分制御手段によって、１つの相の上側のアームと１つの相の下側のアームとがオンされた状態で、電流判定手段が電流を検出しない場合は正常と判定し、電流判定手段が電流を検出した場合は電磁接触器が溶着したと判定する溶着判定手段とを設けたことを特徴とするモータ駆動装置が提供される。

本発明の数値制御装置によれば、補助接点付の電磁接触器が不要となり、かつ溶着検出用の追加回路も不要であるので、コストアップを伴わずに電磁接触器の溶着を検出することが可能になるという効果がある。

従来のモータ駆動装置における電磁接触器の溶着を検出する回路構成を示す回路図である。 本発明のモータ駆動装置における電磁接触器の溶着を検出する回路構成を示す回路図である。 図２に示した回路の制御回路が行う溶着検出手順を示すフローチャートである。 図２に示した回路の制御回路が行う溶着検出のためのスイッチングパターンを示す波形図である。

以下、添付図面を用いて本発明の実施の形態を、具体的な実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明の実施例を説明する前に、図１を用いてこれまでのモータ駆動装置における電磁接触器の接点の溶着の検出方法を説明する。

図１に示す従来のモータ駆動装置３０は、図示しない工作機械や産業機械、ロボット等に備えられたモータＭを駆動するものであり、その入力電源１は通常、３相交流である。入力電源１からの３相交流は、交流／直流変換部２（図にはＡＣ／ＤＣ変換部２と記載）において直流に変換され、変換された直流は直流コンデンサ３に蓄えられると共に、直流／交流変換部４（図にはＤＣ／ＡＣ変換部４と記載）に入力される。直流／交流変換部４は、入力された直流を所望の周波数の交流に変換してモータＭを駆動している。

モータ駆動装置３０の入力電源１の近傍には、入力電源１の電圧を検出する電圧検出回路５と入力電流を検出する電流検出回路６が設けられており、検出値を制御回路１０に入力している。Ｌはリアクトルである。また、電圧検出回路５と電流検出回路６の間の入力電源ラインには、３相電源の交流／直流変換部２への入力を遮断する電磁接触器７が設けられている。なお、以後の説明では、３相交流の各相をＲ相、Ｓ相及びＴ相として説明する。

制御回路１０は、電圧検出回路５と電流検出回路６からの信号に基づいてスイッチング信号を生成して交流／直流変換部２に入力する。交流／直流変換部２は、スイッチング素子８ダイオード９からなる３相ブリッジ回路で構成されており、スイッチング素子８が制御回路１０からの信号でオン／オフ制御される。交流／直流変換部２は、ここで、３相ブリッジ回路の各相は上側アームと下側アームとから構成されているものとし、ＲＵをＲ相の上側アーム、ＲＬをＲ相の下側アームとする。従って、Ｓ相の上側アームはＳＵ，下側アームはＳＬ，Ｔ相の上側アームはＴＵ，下側アームはＴＬである。

モータ制御回路３０の入力電源ラインに設置する電磁接触器７には補助接点１１Ａが設けられている。補助接点１１Ａは電磁接触器７の主接点１１Ｂと連動して動作するものである。従来のモータ制御回路３０には、この補助接点１１Ａの導通を検出する検出回路１２と、溶着検出判定回路１３が設けられている。

電磁接触器７の主接点１１Ｂの溶着を検出する場合は、モータＭを停止させた状態で、電磁接触器７をオフ／オン操作し、この時の電磁接触器７の補助接点１１Ａの導通を検出回路１２と溶着検出判定回路１３で監視し、電磁接触器の溶着判定結果を出力している。即ち、溶着検出判定回路１３は、電磁接触器７のオン操作時に補助接点１１Ａに導通があり、オフ操作時に補助接点１１Ａに導通がなければ、電磁接触器７の主接点１１Ｂに溶着が無いという電磁接触器の溶着判定結果を出力する。一方、電磁接触器７のオフ操作時に補助接点１１Ａに導通があった場合は、溶着検出判定回路１３は電磁接触器７の主接点１１Ｂに溶着が有るという電磁接触器の溶着判定結果を出力する。

図２は、本発明のモータ制御回路２０の一実施例の構成を示すものである。本発明のモータ制御回路２０が図１で説明した従来のモータ制御回路３０と異なる点は、電磁接続器７Ａの構造と、制御回路１０Ａの構造、及び検出回路１２と溶着検出判定回路１３がない点である。よって、本発明のモータ制御回路２０における構成部材で、従来のモータ制御回路３０と同じ構成部材には同じ符号を付してその説明を省略する。

本発明のモータ制御回路２０の入力電源ラインに設置された電磁接触器７Ａには、主接点１１Ｂは設けられているが、補助接点１１Ａが省略されている。一方、制御回路１０Ａには、電磁接触器７Ａをオフ操作する電磁接触器のオフ手段２１、電流検出回路６からの信号で電流が流れているかを判定する電流判定手段２２、３相ブリッジ回路の部分制御手段及び溶着判定手段２３及び溶着判定手段２４が設けられている。この溶着判定手段２４から電磁接触器７Ａの溶着判定結果が出力される。

ここで、図３に示す制御手順のフローチャート及び図４に示す波形図を用いて、本発明の制御回路１０Ａによる、電磁接触器７Ａの溶着判定について説明する。なお、交流／直流変換部２のブリッジ回路は、Ｒ相の上側アームＲＵと下側アームＲＬ、Ｓ相の上側アームＳＵと下側アームＳＬ及びＴ相の上側アームはＴＵと下側アームＴＬを備えるものとする。

制御回路１０Ａは、まず、ＤＣリンクを充電する、即ち、図２に示される直流コンデンサ３を充電する（ステップ３０１）。次に、ＤＣリンクが充電された状態で、電磁接触器のオフ手段２１により電磁接触器７Ａをオフする（ステップ３０２）。

この状態で、３相ブリッジ回路の部分制御手段２３は、電圧検出回路５から入力される信号に基づいて、３相ブリッジ回路の１つの相の上側のアームを、入力電圧の最も低い相に対してオンし、かつ、同ブリッジ回路の１つの相の下側のアームを入力電圧の最も高い相に対してオンする。例えば、図４に示すように、３相ブリッジ回路のＴ相の上側のアームＴＵをオンし、かつ、Ｒ相の下側のアームＲＬをオンする。この状態が、ステップ３０３に、「図４のスイッチングパタンを生成」として示される。この時、Ｔ相とＲ相に入力電流が流れているかどうかを、電流判定手段２２が判定する。

３相ブリッジ回路の部分制御手段２３が３相ブリッジ回路のどの相のどちら側のアームオンしたかの情報と、電磁接触器のオフ手段２１による電磁接触器７Ａのオフ情報及び電流判定手段２２による電流の有無の情報とが溶着判定手段２４に入力される。溶着判定手段２４は、これらの情報に基づき、Ｔ相とＲ相に入力電流が流れているか否かを判定する（ステップ３０４）。

この動作において、電磁接触器７Ａが溶着していなければ、３相ブリッジ回路は電源と切り離されているので入力電流は流れない。図４にはＲ相の下側アームとＴ相の上側アームがオンした時に、Ｒ相とＴ相に電流が流れる場合を実線では示し、流れない場合を破線で示してある。一方、電磁接触器７Ａが溶着している場合は、３相ブリッジ回路が電源と切り離されていないので、入力電流が流れる。この時の電流の有無によって、電磁接触器の溶着チェックを行うことが可能である。

ステップ３０４の判定において、溶着判定手段２４が、Ｔ相とＲ相に入力電流が流れていないと判定した場合（ＮＯ）はステップ３０５に進み、溶着判定手段２４は、電磁接触器７Ａが正常と判定する。一方、ステップ３０４の判定において、溶着判定手段２４が、Ｔ相とＲ相に入力電流が流れていると判定した場合（ＹＥＳ）はステップ３０６に進み、溶着判定手段２４は、電磁接触器７Ａが電磁接触器７Ａが溶着していると判定する。そして、溶着判定手段２４は、電磁接触器の溶着判定結果を制御回路１０Ａから出力する。

制御回路１０Ａによる以上の判定は、一定時間毎に行うことが可能である。即ち、制御回路１０Ａは、一定時間毎に、電磁接触器７Ａをオフする操作を行い、前述のスイッチングパタンを生成して電磁接触器７Ａの溶着の有無を判定できる。また、モータ制御回路２０の制御回路１０Ａにモニタ（図示省略）を接続すれば、電磁接触器７Ａにおける溶着の有無をモニタで確認することができる。そして、モニタにアラームを内蔵させておけば、電磁接触器７Ａの主接点１１Ｂが溶着と判定された場合に、アラームを鳴動させて動作を停止させることが可能である。

このように、本発明では、モータ駆動装置２０に元から備わる機能である入力電圧回路５と入力電流検出回路６を利用して、制御回路１０Ａが電磁接触器の溶着の有無を判定するので、追加のコストは発生しない。

１ ３相交流電源
２ 交流／直流変換部
３ 直流コンデンサ
４ 直流／交流変換部
７、７Ａ 電磁接触器
８ スイッチング素子
１０，１０Ａ 制御回路
１１Ａ 補助接点
１１Ｂ 主接点
２０、３０ モータ駆動装置

Claims (4)

1. ３相交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換する交流／直流変換部と、入力電源電圧の検出回路と入力電流の検出回路を具備するモータ駆動装置であり、前記交流／直流変換部は、スイッチング素子とダイオードからなる３相ブリッジ回路を備え、前記入力電源電圧の検出回路と入力電流の検出回路の間に入力電源ラインをオン／オフする電磁接触器が設置されたモータ駆動装置において、
   前記交流／直流変換部の直流電圧が充電された状態で、前記電磁接触器をオフする電磁接触器のオフ手段と、
   前記電磁接触器のオフ手段が前記電磁接触器をオフした状態で、前記３相ブリッジ回路の１つの相の上側のアームを、入力電圧の最も低い相に対してオンすると共に、前記３相ブリッジ回路の１つの相の下側のアームを入力電圧の最も高い相に対してオンする３相ブリッジ回路の部分制御手段と、
   前記３相ブリッジ回路の部分制御手段によって、前記１つの相の上側のアームと前記１つの相の下側のアームとがオンされた状態で、電流が流れるか流れないかを判定する電流判定手段と、
   前記３相ブリッジ回路の部分制御手段によって、前記１つの相の上側のアームと前記１つの相の下側のアームとがオンされた状態で、前記電流判定手段が電流を検出しない場合は正常と判定し、前記電流判定手段が電流を検出した場合は前記電磁接触器が溶着したと判定する溶着判定手段とを設けたことを特徴とするモータ駆動装置。
2. 一定時間毎に、前記電磁接触器のオフ手段が前記電磁接触器をオフし、
   前記電磁接触器のオフ毎に、前記３相ブリッジ回路の部分制御手段、前記電流判定手段及び前記溶着判定手段が動作することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記溶着判定手段に表示手段が接続されており、前記溶着判定手段の判定結果を、前記表示手段と通じて視認可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記溶着判定手段にアラーム手段が接続されており、前記溶着判定手段が溶着を判定した時に、前記溶着判定手段は前記アラームを鳴動させることを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ駆動装置。

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