JP2017153222A

JP2017153222A - モータ制御装置

Info

Publication number: JP2017153222A
Application number: JP2016032644A
Authority: JP
Inventors: 翔一田丸; Shoichi Tamaru; 隆平渡部; Ryuhei Watabe; 芳文舩橋; Yoshifumi Funabashi; 久志大音; Hisashi One
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-02-24
Filing date: 2016-02-24
Publication date: 2017-08-31

Abstract

【課題】従来の回生回路の構成は、回生抵抗の過熱保護用ヒューズの断線検知機能を有していないため、コンデンサショート破壊を引き起こすという課題があった。また、ＤＢ抵抗と並列に温度ヒューズを設ける場合は絶縁距離を必要とするため、パッケージサイズや制御装置全体の大型化につながるという課題があった。【解決手段】回生抵抗と、回生用温度ヒューズと、ダイナミックブレーキ抵抗と、ＤＢ用温度ヒューズと、回生抵抗と前記ダイナミックブレーキ抵抗の近傍に設けた断線検出用温度ヒューズを１つのパッケージに収める。【選択図】図１

Description

本発明は、主回路過電圧防止用回生電力処理回路とモータ緊急停止用ダイナミックブレーキ回路を備えるモータ制御装置に関する。

従来、モータからモータ制御装置へ電力が回生される場合において、直流電源部の電圧が平滑コンデンサの耐圧上限を超えないよう、回生電力処理回路内の回生抵抗によって回生電力を消費し、直流電圧の上昇をコントロールしている。回生電力処理回路は直流配線に回生抵抗と半導体スイッチを直列接続した構成となっている。半導体スイッチの異常動作によって常に回生抵抗に電流が流れる場合、抵抗が発熱し発火発煙の危険性があるため、抵抗の過熱保護用に抵抗内部に温度ヒューズを内蔵して異常時にはヒューズが溶断して異常過熱を抑制する手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、モータが駆動している際に装置の故障やエラーが発生した場合、緊急停止用ブレーキとしてダイナミックブレーキ（ＤＢ）回路が用いられる。ＤＢ回路はモータ出力配線にリレーとＤＢ抵抗とを直列接続しており、ＤＢ抵抗はＹ結線によって各相と接続される。緊急停止時にインバータブリッジの動作を停止し、ＤＢ回路のリレーをオンすることで、サーボモータが持つ回転エネルギーをＤＢ抵抗で消費してサーボモータを急速停止させる。

サーボモータに接続されている負荷によっては、ＤＢ回路が動作した後でもサーボモータを駆動させ、ＤＢ抵抗に大電流が流れ続けることで発火発煙を引き起こす危険性がある。その過熱保護対策として、抵抗内部に温度ヒューズを内蔵し、異常時にはヒューズが溶断して過熱を抑制する構成が知られている。さらに、ＤＢ抵抗の過熱保護用ヒューズが溶断した際、それを知らせる検知方法として、ＤＢ抵抗と並列に温度ヒューズを配置し、断線時にモータ制御装置に信号を伝達させる方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開昭６１−１８９１７８号公報国際公開第２０１２／０４２７８８号

しかしながら、従来の回生電力処理回路の構成では、回生抵抗の過熱保護用ヒューズの断線検知機能を有していないため、回生抵抗の断線時でもモータ制御装置が通常駆動する場合がある。そうすると、回生処理動作を行えないため、直流電圧部の電圧が平滑コンデンサの耐圧上限を超えてコンデンサショート破壊を引き起こすという課題があった。

また、ＤＢ抵抗と並列に温度ヒューズを設ける場合は絶縁距離を必要とするため、パッケージサイズや制御装置全体の大型化につながるという課題があった。

前記従来の課題を解決するために、本発明のモータ制御装置は、モータの回生エネルギーを消費する回生回路と、モータのエネルギーを吸収してブレーキをかけるダイナミックブレーキ回路を備えたモータ制御装置である。回生回路は、回生抵抗と、回生抵抗に直列
に接続された回生用温度ヒューズを含み、ダイナミックブレーキ回路は、ダイナミックブレーキ抵抗と、ダイナミックブレーキ抵抗に直列に接続されたＤＢ用温度ヒューズを含む。そして、回生抵抗と、回生用温度ヒューズと、ダイナミックブレーキ抵抗と、ＤＢ用温度ヒューズと、回生抵抗とダイナミックブレーキ抵抗の近傍に設けた断線検出用温度ヒューズを１つのパッケージに収められている。

これによって、回生抵抗またはダイナミックブレーキ抵抗が過熱された場合に使用する、断線検知用温度ヒューズを共用化できることで、パッケージの小型化、しいては制御装置の小型化をはかることができる。また、断線の発生箇所が回生回路かダイナミックブレーキ回路かを判別することができ、故障原因の特定が容易となる。

本発明によれば、断線検知用温度ヒューズを共用化できることで、パッケージの小型化、しいては制御装置の小型化をはかることができる。あわせて故障原因の特定が容易となる。

本発明の実施形態におけるモータ制御装置の回路図同モータ制御装置の断線検知のフロー図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施の形態におけるモータ制御装置の回路図である。図１において、電源１を投入するとダイオードモジュール２によって交流電圧が整流され、平滑コンデンサ３に電源電圧に応じた電圧が印加される。インバータ６はＰＷＭ制御によってモータ７に対して３相出力を行うことによってモータが所望の回転数、トルクで回転する。

まず回生回路の動作について説明する。モータ７の減速時にはモータ７が持つ回転エネルギーが回生され、インバータ６の転流ダイオードを通って平滑コンデンサ３に直流電圧がチャージされる。直流電圧は常時監視されており、あらかじめ設定されたレベル以上に電圧上昇した場合には通電指令をオンし、半導体スイッチ５を動作させる。

半導体スイッチ５が動作すると回生抵抗９に電流が流れ、余剰電力の消費を行うため抵抗体は発熱する。回生抵抗９に大電流が流れた場合には、回生抵抗９と直列に接続された回生用温度ヒューズ１０が断線し、回生抵抗９の異常過熱を抑制する。なお、回生抵抗９と並列に、サージ抑制ダイオード４が設けられている。

次にダイナミックブレーキ回路について説明する。モータ７が回転中に瞬停でモータ制御装置が制御できなくなった場合、ダイナミックブレーキリレー８が動作し、ダイナミックブレーキ抵抗１１（以降、単にＤＢ抵抗１１という）と接続される。モータ７の持つ制動エネルギーはＤＢ抵抗１１で消費されるため、抵抗体が発熱する。ＤＢ抵抗１１に大電流が流れた場合に、ＤＢ抵抗１１と直列に接続されたＤＢ用温度ヒューズ１２が断線し、ＤＢ抵抗１１の異常過熱を抑制する。

ここで、回生抵抗９と回生用温度ヒューズ１０とＤＢ抵抗１１とＤＢ用温度ヒューズ１２は１つのパッケージ１４として一体化されており、回生抵抗９とＤＢ抵抗１１の間の近傍に、断線検知用ヒューズ１３が設けられている。

回生抵抗９あるいはＤＢ抵抗１１に大電流が流れ、回生用温度ヒューズ１０またはＤＢ用温度ヒューズ１２が断線する場合、断線検知用ヒューズ１３も断線する。断線検知用ヒューズ１３の断線を断線検知信号入力としてモータ制御装置に伝達することで、不安全動作を未然に防止できる。

回生抵抗９とＤＢ抵抗１１等を一体化したことで、断線検知用ヒューズ１３を回生回路とダイナミックブレーキ回路の別々に設ける必要がなく、部品の共用化ができ、パッケージの小型化、しいてはモータ制御装置の小型化に貢献することができる。

次に、断線検知用ヒューズ１３を用いて、回生抵抗９とＤＢ抵抗１１の断線がどちら側に発生したかを判別する仕組みについて、図２のフローで説明する。

まず、電源１を入力して（ステップＳ２１）、モータ７が任意の運転パターンで駆動する（ステップＳ２２）。モータ７が減速する際にモータ７の回生によって直流電圧が上昇する（ステップＳ２３）。電圧が第１の閾値を超えたかどうかを判別し（ステップＳ２４）、電圧が第１の閾値を越えた場合は回生処理回路を動作させて回生電力を消費する（ステップＳ２５）。

その後、電圧が第２の閾値以下になったかどうかを判別する（ステップＳ２６）。電圧が第２の閾値以下になった場合は回生電力の消費を終了し、通常の制御に戻る（ステップＳ２７）。モータ運転時にはダイナミックブレーキリレー８は動作していないため、このときに断線検知用ヒューズ１３が動作した場合には、回生抵抗９の断線が原因であると判断できる。

さらに、何らかの原因によってエラーが発生した場合（ステップＳ２８）、インバータ６は全停止し、ダイナミックブレーキリレー８が動作することでモータとＤＢ抵抗１１が導通する（ステップＳ２９）。そして、モータ７の制動エネルギーをＤＢ抵抗１１で消費してモータ７は停止する（ステップＳ３０）。このとき、回生抵抗９は動作に関与することが無いため、もし断線検知用ヒューズ１３が動作した場合には、ＤＢ抵抗１１の断線であることと判断できる。

このように、断線検知用ヒューズ１３を用いることで、断線が回生抵抗９もしくはＤＢ抵抗１１のどちらかの要因であるかを判別することにより、故障原因の特定が容易となる。

以上のように、本発明にかかるモータ制御装置は、小型が可能でかつ故障原因の特定も容易となることから、インバータ回路などを備えたモータ制動装置全般に適用できる。

１電源
２ダイオードモジュール
３平滑コンデンサ
４サージ抑制ダイオード
５半導体スイッチ
６インバータ
７モータ
８ダイナミックブレーキリレー
９回生抵抗
１０回生用温度ヒューズ
１１ダイナミックブレーキ抵抗
１２ＤＢ用温度ヒューズ
１３断線検知用ヒューズ
１４パッケージ

Claims

モータの回生エネルギーを消費する回生回路と、前記モータのエネルギーを吸収してブレーキをかけるダイナミックブレーキ回路を備えたモータ制御装置であって、
前記回生回路は、回生抵抗と、前記回生抵抗に直列に接続された回生用温度ヒューズを含み、
前記ダイナミックブレーキ回路は、ダイナミックブレーキ抵抗と、前記ダイナミックブレーキ抵抗に直列に接続されたＤＢ用温度ヒューズを含み、
前記回生抵抗と、前記回生用温度ヒューズと、前記ダイナミックブレーキ抵抗と、前記ＤＢ用温度ヒューズと、前記回生抵抗と前記ダイナミックブレーキ抵抗の近傍に設けた断線検出用温度ヒューズを１つのパッケージに収めたことを特徴とするモータ制御装置。
前記回生回路が動作中もしくは通常運転時に、前記断線検出用温度ヒューズの断線を検知した場合は、前記回生抵抗の断線と判断し、
前記ダイナミックブレーキ回路が動作中に前記断線検出用温度ヒューズの断線を検知した場合は前記ダイナミックブレーキ抵抗の断線と判断することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。