JP2017184327A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】平滑コンデンサの充電に拘わらず、モータの絶縁抵抗値を測定することができるモータ制御装置を提供する。
【解決手段】平滑コンデンサを有する整流回路と、前記平滑コンデンサに接続してあり、モータを駆動するインバータ回路と、該インバータ回路の駆動を制御する為の制御用電源と、前記モータに接続されており、電力を供給する供給線とを備えるモータ制御装置において、前記制御用電源及び供給線を直接接続する接続線と、該接続線に設けた開閉スイッチと、前記モータの絶縁抵抗値を測定する場合に、前記開閉スイッチを閉じ、前記モータの絶縁抵抗値を測定しない場合に、前記開閉スイッチを開く開閉部とを備えることを特徴とするモータ制御装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータの絶縁抵抗値を検出し、モータの駆動を制御するモータ制御装置に関する。

生産設備、例えば工作機械は多数のモータを使用する。工作機械は、ワークの切削時及び工具の交換時に冷却液を使用する。冷却液はモータに付着して、モータ内部に侵入することがある。

モータの絶縁は、侵入した冷却液によって劣化する。絶縁劣化が進行した場合、モータの巻線とグラウンドが電気的に接続し、モータが破損することがある。故に、工作機械は、モータの絶縁抵抗値を検出し、安全を確保する（例えば特許文献１参照）。

特許文献１に記載のモータ制御装置は、モータの絶縁抵抗値を検出する場合、整流回路の平滑コンデンサをインバータ回路及びモータ等に接続し、閉回路を形成する。モータ制御装置は、閉回路に流れる電流を測定し、測定した電流に基づいて、モータの絶縁抵抗値を検出する。

特開２０１４−３３５２８号公報

前記モータ制御装置は、平滑コンデンサに蓄積した電荷を使用して、モータの絶縁抵抗値を検出する。故に、平滑コンデンサの充電が終了するまで、モータの絶縁抵抗値を検出することができない。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、平滑コンデンサの充電に拘わらず、モータの絶縁抵抗値を測定することができるモータ制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係るモータ制御装置は、平滑コンデンサを有する整流回路と、前記平滑コンデンサに接続してあり、モータを駆動するインバータ回路と、該インバータ回路の駆動を制御する為の制御用電源と、前記モータに接続されており、電力を供給する供給線とを備えるモータ制御装置において、前記制御用電源及び供給線を直接接続する接続線と、該接続線に設けた開閉スイッチと、前記モータの絶縁抵抗値を測定する場合に、前記開閉スイッチを閉じ、前記モータの絶縁抵抗値を測定しない場合に、前記開閉スイッチを開く開閉部とを備えることを特徴とする。

本発明においては、モータの絶縁抵抗値を測定する場合に、開閉スイッチを閉じて、制御用電源及び供給線を直接接続する。故に、モータ制御装置は、制御用電源を使用し、平滑コンデンサの電荷を使用しない。

本発明に係るモータ制御装置は、前記平滑コンデンサの電圧を検出する検出回路を備え、前記開閉部は、前記モータの絶縁抵抗値を測定する場合であって、前記検出回路にて検出した電圧が所定値以下のときに、前記開閉スイッチを閉じることを特徴とする。

本発明においては、検出回路は平滑コンデンサの電圧を検出する。平滑コンデンサの電圧が所定値以下の場合に、開閉スイッチを閉じる。換言すれば、前記電圧が所定値を超過した場合、開閉スイッチを開く。前記電圧が所定値を超過した場合、平滑コンデンサは高電圧になっている。この状態で開閉スイッチを閉じた場合、平滑コンデンサから制御用電源に電流が流れ、制御用電源が損壊することがある。開閉スイッチを開くことによって、制御用電源の損壊を防止する。

本発明に係るモータ制御装置にあっては、モータの絶縁抵抗値を測定する場合に、開閉スイッチを閉じて、制御用電源及び供給線を直接接続する。モータ制御装置は、制御用電源を使用し、平滑コンデンサの電荷を使用しない。故に、平滑コンデンサを充電していない場合、例えば起動時に、モータの絶縁抵抗値を測定し、モータの駆動前に安全を確認することができる。

実施の形態１に係るモータ制御装置を略示する回路図である。 実施の形態２に係るモータ制御装置を略示する回路図である。

（実施の形態１）
以下本発明を実施の形態１に係るモータ制御装置を示す図面に基づいて説明する。図１は、モータ制御装置を略示する回路図である。

モータ制御装置１はモータ１００に接続されており、モータ１００の駆動を制御する。モータ１００は三相交流モータである。モータ１００は、スター接続されたＵ相の巻線、Ｖ相の巻線及びＷ相の巻線を有する。モータ１００が駆動する場合、例えば、各巻線に電気角で１２０°位相をずらした電流が流れる。

図１は、モータ１００とグラウンドの間において、絶縁抵抗１０１を等価回路として示す。絶縁抵抗１０１は、各巻線の中性点とグランドの間の絶縁を示す抵抗である。絶縁抵抗１０１の抵抗値が予め定めた所定値以下になるとモータ１００の絶縁が劣化していると判断する。

モータ制御装置１は、三相交流電源２の電流を整える整流回路１４を備える。三相交流電源２及び整流回路１４は遮断器３を介して接続されている。遮断器３は、三相交流電源２及び整流回路１４の接続又は遮断を行う。

整流回路１４は、ブリッジ接続した６個のダイオード４及び平滑コンデンサ５を備える。６個のダイオード４は三相交流電源２から流れる交流電流を全波整流する。平滑コンデンサ５は、ダイオード４が全波整流した直流電流を平滑化し、全波整流後の直流電流電圧のリップルを低減する。

モータ制御装置１は、モータ１００の駆動を制御する制御部１５及び平滑コンデンサ５の電圧を検出する検出回路２０を備える。制御部１５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリ等を備える。検出回路２０は、三つの抵抗２１、２２、２３と、フォトトランジスタ２４と、発光ダイオード２５と、シャントレギュレータ２６とを備える。フォトトランジスタ２４及び発光ダイオード２５はフォトカプラを構成する。なおフォトトランジスタ２４は定電圧源に接続している。

二つの抵抗２１、２２は、平滑コンデンサ５の陽極に接続した第１配線５ａ及び平滑コンデンサ５の陰極に接続した第２配線５ｂの間において、直列に接続する。また抵抗２３、発光ダイオード２５及びシャントレギュレータ２６は、第１配線５ａ及び第２配線５ｂの間において、順に直列に接続する。シャントレギュレータ２６の基準電圧端子は二つの抵抗２１、２２の間に接続する。二つの抵抗２１、２２によって分圧した平滑コンデンサ５の印加電圧がシャントレギュレータ２６に入力する。

平滑コンデンサ５がモータ１００の駆動に十分な電荷を充電し、平滑コンデンサ５の印加電圧が所定値を超過した場合、抵抗２３、発光ダイオード２５及びシャントレギュレータ２６に電流が流れ、発光ダイオード２５は発光する。フォトトランジスタ２４は発光ダイオード２５の光を受けて、制御部１５に電流又は電圧信号を出力する。平滑コンデンサ５がモータ１００の駆動に十分な電荷を充電した場合、平滑コンデンサ５の電圧は例えば２８０Ｖである。なおシャントレギュレータ２６に代えて、ツェナーダイオード及びトランジスタ等を使用してもよい。

制御部１５は、フォトトランジスタ２４から電流又は電圧信号を入力した場合、平滑コンデンサ５の印加電圧が所定値を超過したこと、すなわち平滑コンデンサ５が、モータ１００の駆動に十分な電荷を充電したことを認識する。換言すれば、制御部１５は、フォトトランジスタ２４から電流を入力していない場合、平滑コンデンサ５の印加電圧が所定値以下であること、すなわち平滑コンデンサ５が、モータ１００の駆動に十分な電荷を充電していないことを認識する。

検出回路２０は平滑コンデンサ５の印加電圧に対応した電圧を検出し、検出した電圧が、前記所定値に対応した第２の所定値以下である場合、制御部１５に電流又は電圧信号を出力しない。検出回路２０は、検出した電圧が第２の所定値を超過した場合、制御部１５に電流又は電圧信号を出力する。

モータ制御装置１は、整流回路１４に接続したインバータ回路４０を備える。インバータ回路４０は平滑コンデンサ５に接続され、モータ１００を駆動する。インバータ回路４０は、三つのアーム回路５１、５２、５３を備える。

アーム回路５１は、第１配線５ａ及び第２配線５ｂの間において、直列に接続した一対のトランジスタ５１ａ、５１ｂを備える。モータ１００に電力を供給する供給線５１ｃが一対のトランジスタ５１ａ、５１ｂを接続する。供給線５１ｃは、モータ１００のＵ相の巻線に接続する。

アーム回路５２は、第１配線５ａ及び第２配線５ｂの間において、直列に接続した一対のトランジスタ５２ａ、５２ｂを備える。モータ１００に電力を供給する供給線５２ｃが一対のトランジスタ５２ａ、５２ｂを接続する。供給線５２ｃはモータ１００のＶ相の巻線に接続する。

アーム回路５３は、第１配線５ａ及び第２配線５ｂの間において、直列に接続した一対のトランジスタ５３ａ、５３ｂを備える。モータ１００に電力を供給する供給線５３ｃが一対のトランジスタ５３ａ、５３ｂを接続する。供給線５３ｃはモータ１００のＷ相の巻線に接続する。

三つのアーム回路５１〜５３は平滑コンデンサ５に並列接続する。六つのトランジスタ５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂ、５３ａ、５３ｂのコレクタ端子−エミッタ端子間には、ダイオード１０がそれぞれ逆接続する。

三つのアーム回路５１〜５３に第１駆動回路７が夫々設けてある。第１駆動回路７はＩＣ７ａ及びコンデンサ７ｂを備える。ＩＣ７ａは、第１配線５ａに接続したトランジスタ５１ａ、５２ａ、５３ａのベース端子に接続する。コンデンサ７ｂはＩＣ７ａに並列接続する。第１駆動回路７は、第１配線５ａに接続するトランジスタ５１ａ、５２ａ、５３ａの駆動を制御する。

三つのアーム回路５１〜５３に第２駆動回路８が夫々設けてある。第２駆動回路８は、第２配線５ｂに接続したトランジスタ５１ｂ、５２ｂ、５３ｂのベース端子に接続する。第２駆動回路８は、第２配線５ｂに接続するトランジスタ５１ｂ、５２ｂ、５３ｂの駆動を制御する。

各第１駆動回路７にブートストラップ回路３０が夫々接続する。ブートストラップ回路３０は、抵抗３１、ダイオード３２及びコンデンサ３３を備える。抵抗３１、ダイオード３２は直列接続する。

ダイオード３２は抵抗３１及びコンデンサ３３の間に位置する。ダイオード３２の順方向は抵抗３１からコンデンサ３３に向かう方向である。ＩＣ７ａは、ダイオード３２、コンデンサ３３及び抵抗３１により構成されたブートストラップ回路３０の出力に接続する。

各ブートストラップ回路３０と第２配線５ｂの間に、インバータ回路４０を制御する為の直流の制御用電源６が設けてある。制御用電源６の陽極は抵抗３１にスイッチＳＷ３を介して接続する。また制御用電源６の陽極は、スイッチＳＷ３を介して第２駆動回路８に接続する。

制御部１５はスイッチＳＷ３を開閉する。スイッチＳＷ３が閉じた場合、制御用電源６の電圧はブートストラップ回路３０と接続し、ＩＣ７ａおよび駆動回路８への電力供給が可能になる。

スイッチＳＷ３が閉じた場合、制御用電源６の電圧は第２駆動回路８に入力する。第２駆動回路８は、トランジスタ５１ｂ、５２ｂ、５３ｂを駆動する。制御用電源６の電圧は、平滑コンデンサ５の充電電圧よりも低く、例えば１５Ｖである。

供給線５１ｃ及び制御用電源６の陽極を接続線１８が接続する。接続線１８にはスイッチＳＷ２（開閉スイッチ）が設けてある。スイッチＳＷ２が閉じた場合、接続線１８は、供給線５１ｃ及び制御用電源６を直接接続する。制御部１５はスイッチＳＷ２を開閉する。

第２配線及びグラウンドの間に二つの抵抗Ｒ１、Ｒ２が設けてある。二つの抵抗Ｒ１、Ｒ２の間にスイッチＳＷ１が設けてある。抵抗Ｒ１の両端はオペアンプ６１に接続する。オペアンプ６１の出力端子はアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ６２に接続する。Ａ／Ｄコンバータ６２の出力電圧は制御部１５に入力する。制御部１５はスイッチＳＷ１を開閉する。なお抵抗Ｒ１に対するオペアンプ６１の接続位置、即ち、抵抗Ｒ１の電流計測位置は上記位置に限定されない。例えばスイッチＳＷ２及びスイッチＳＷ３の間を接続する配線に抵抗Ｒ１を設け、該抵抗Ｒ１の両端にオペアンプ６１を接続してもよい。

例えば工作機械は複数のモータ１００を備える。制御部１５は、例えば工作機械の起動時に、モータ１００の絶縁抵抗値を測定する。モータ１００の絶縁抵抗値を測定する場合、制御部１５は、絶縁抵抗値を測定するモータ１００について、フォトトランジスタ２４から電流又は電圧信号が入力しているか否か判定する。すなわち、平滑コンデンサ５の電圧が所定値以下の電圧であるか否か判定する。

フォトトランジスタ２４から電流又は電圧信号が入力していない場合、すなわち、平滑コンデンサ５の電圧が所定値以下の電圧である場合、制御部１５は、スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２、スイッチＳＷ３を閉じる。制御用電源６、スイッチＳＷ３、スイッチＳＷ２、接続線１８、供給線５１ｃ、モータ１００、絶縁抵抗１０１、抵抗Ｒ２、スイッチＳＷ１、抵抗Ｒ１は閉回路を形成する。

制御部１５は、Ａ／Ｄコンバータ６２からの入力電圧に基づいて、絶縁抵抗１０１の絶縁抵抗値を演算する。なお抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値は既知である。

フォトトランジスタ２４から電流又は電圧信号が入力している場合、すなわち、平滑コンデンサ５の電圧が所定値を超過している場合、絶縁抵抗値の測定を終了する。この場合、平滑コンデンサ５は高電圧になっている。この状態でスイッチＳＷ２を閉じた場合、平滑コンデンサ５から制御用電源６に電流が流れ、制御用電源６が損壊することがある。

実施の形態１に係るモータ制御装置１にあっては、モータ１００の絶縁抵抗値を測定する場合に、スイッチＳＷ２を閉じて、制御用電源６及び供給線５１ｃを直接接続する。モータ制御装置１は、制御用電源６を使用し、平滑コンデンサ５の電荷を使用しない。故に、平滑コンデンサ５を充電していない場合、例えば起動時においても、モータ１００の絶縁抵抗値を測定し、モータ１００の駆動前に安全を確認することができる。

また検出回路２０は平滑コンデンサ５の電圧を検出する。平滑コンデンサ５の電圧が所定値以下の場合に、スイッチＳＷ２を閉じる。換言すれば、前記電圧が所定値を超過した場合、スイッチＳＷ２を開く。前記電圧が所定値を超過した場合、スイッチＳＷ２を開き、制御用電源６の損壊を防止する。

（実施の形態２）
以下本発明を実施の形態２に係るモータ制御装置１を示す図面に基づいて説明する。図２は、モータ制御装置１を略示する回路図である。

実施の形態２においては、制御用電源６の陽極と接続線１８がスイッチＳＷ２を介して直接接続する。その他の構成は実施の形態１と同様である。

モータ１００の絶縁抵抗値を測定する場合、制御部１５は、フォトトランジスタ２４から電流又は電圧信号が入力しているか否か判定する。フォトトランジスタ２４から電流又は電圧信号が入力していない場合、制御部１５は、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２を閉じる。制御用電源６、スイッチＳＷ２、接続線１８、供給線５１ｃ、モータ１００、絶縁抵抗１０１、抵抗Ｒ２、スイッチＳＷ１、抵抗Ｒ１は閉回路を形成する。制御部１５は、Ａ／Ｄコンバータ６２からの入力電圧に基づいて、絶縁抵抗１０１の絶縁抵抗値を演算する。

１ モータ制御装置
５ 平滑コンデンサ
６ 制御用電源
１４ 整流回路
１５ 制御部（開閉部）
１８ 接続線
２０ 検出回路
４０ インバータ回路
５１ｃ 供給線
１００ モータ
１０１ 絶縁抵抗
ＳＷ２ スイッチ（開閉スイッチ）

Claims (2)

1. 平滑コンデンサを有する整流回路と、前記平滑コンデンサに接続してあり、モータを駆動するインバータ回路と、該インバータ回路の駆動を制御する為の制御用電源と、前記モータに接続されており、電力を供給する供給線とを備えるモータ制御装置において、
   前記制御用電源及び供給線を直接接続する接続線と、
   該接続線に設けた開閉スイッチと、
   前記モータの絶縁抵抗値を測定する場合に、前記開閉スイッチを閉じ、前記モータの絶縁抵抗値を測定しない場合に、前記開閉スイッチを開く開閉部と
   を備えること
   を特徴とするモータ制御装置。
2. 前記平滑コンデンサの電圧を検出する検出回路を備え、
   前記開閉部は、前記モータの絶縁抵抗値を測定する場合であって、前記検出回路にて検出した電圧が所定値以下のときに、前記開閉スイッチを閉じること
   を特徴とするモータ制御装置。

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