JP2020061851A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイナミックブレーキ回路の異常発熱を回避するモータ駆動装置を提供する。【解決手段】モータ駆動装置１は、コンバータ１１と、インバータ１２と、ＤＣリンクコンデンサ１３と、モータ３の端子間に設けられた抵抗器２１及びスイッチ２２を有し、機器の動作時におけるモータ３の駆動時、スイッチ２２を開状態としてモータ３の端子間を開放し、モータ３の駆動中における機器の停止時、スイッチ２２を閉状態として抵抗器２１を介してモータ３の端子間を短絡することにより、モータ３の制動を行うダイナミックブレーキ回路２０と、ダイナミックブレーキ回路２０とモータ３との間に設けられたスイッチ３１，３２を有し、機器の停止中、モータ３の発電電力が所定値以上である場合に、スイッチ３１，３２を開状態としてダイナミックブレーキ回路２０をモータ３の端子間から切り離す切離回路３０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、モータ駆動装置に関する。

工作機械、産業機械、又は、ロボットなどの機械（機器）に用いられるモータを駆動するモータ駆動装置が知られている。このようなモータ駆動装置は、機器の停止時に、モータを速やかに停止させるためのダイナミックブレーキ回路を有する（例えば、特許文献１又は２参照）。

ダイナミックブレーキ回路は、モータの端子間に設けられた抵抗器及びスイッチ（例えば、ｂ接点の電磁接触型リレー（ノーマリクローズ：コイルに電流が流れるとオープン））を有する。機器の動作時におけるモータ駆動時、ダイナミックブレーキ回路は、スイッチを開状態としてモータの端子間を開放する。一方、モータ駆動中における機器の停止時、ダイナミックブレーキ回路は、スイッチを閉状態として抵抗器を介してモータの端子間を短絡し、モータの回転エネルギーを熱消費させることにより、モータの制動を行う。

特開２０１１−６２０３５号公報 国際公開第２０１２／４２７８８号

一般に、ダイナミックブレーキ回路は、機器の停止中、不意にモータが回転しないようにするため、スイッチを閉状態にし、抵抗器を介してモータの端子間を短絡した状態を保持する。
しかし、ダイナミックブレーキ回路が作動している状態で、外部からの何らかの動力によりモータが駆動されるような異常状態が生じると、モータが発電機として作用し、ダイナミックブレーキ回路の抵抗器が異常発熱（過熱）する可能性がある。

本発明は、ダイナミックブレーキ回路の異常発熱を回避するモータ駆動装置を提供することを目的とする。

（１） 本発明に係るモータ駆動装置（例えば、後述のモータ駆動装置１）は、電源（例えば、後述の交流電源２）からの交流電力を入力し、機器に用いられるモータ（例えば、後述のモータ３）を駆動するモータ駆動装置であって、前記電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ（例えば、後述のコンバータ１１）と、前記コンバータからの前記直流電力を交流電力に変換して前記モータに供給するインバータ（例えば、後述のインバータ１２）と、前記コンバータと前記インバータとの間のＤＣリンク部に設けられたＤＣリンクコンデンサ（例えば、後述のＤＣリンクコンデンサ１３）と、前記モータの端子間に設けられた抵抗器（例えば、後述の抵抗器２１）及びスイッチ（例えば、後述のスイッチ２２）を有し、前記機器の動作時における前記モータの駆動時、前記スイッチを開状態として前記モータの端子間を開放し、前記モータの駆動中における前記機器の停止時、前記スイッチを閉状態として前記抵抗器を介して前記モータの端子間を短絡することにより、前記モータの制動を行うダイナミックブレーキ回路（例えば、ダイナミックブレーキ回路２０）と、前記ダイナミックブレーキ回路と前記モータとの間に設けられたスイッチ（例えば、後述のスイッチ３１，３２）を有し、前記機器の停止中、前記モータの発電電力が所定値以上である場合に、前記スイッチを開状態として前記ダイナミックブレーキ回路を前記モータの端子間から切り離す切離回路（例えば、後述の切離回路３０）とを備える。

（２） （１）に記載のモータ駆動装置は、前記モータで発電された交流電力を整流及び平滑化して直流電力を生成する整流平滑化回路（例えば、後述の整流平滑化回路４０）を更に備えてもよく、前記切離回路は、前記整流平滑化回路からの直流電力が所定値以上である場合に、前記スイッチを開状態として前記ダイナミックブレーキ回路を前記モータの端子間から切り離してもよい。

（３） （１）に記載のモータ駆動装置において、前記インバータは、前記モータで発電された交流電力を直流電力に変換して前記ＤＣリンクコンデンサに供給する回生機能を有してもよく、前記切離回路は、前記ＤＣリンクコンデンサの電力が所定値以上である場合に、前記スイッチを開状態として前記ダイナミックブレーキ回路を前記モータの端子間から切り離してもよい。

本発明によれば、ダイナミックブレーキ回路の異常発熱を回避するモータ駆動装置を提供することができる。

第１実施形態に係るモータ駆動装置の回路構成を示す図である。 第２実施形態に係るモータ駆動装置の回路構成を示す図である。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態の一例について説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るモータ駆動装置の回路構成を示す図である。図１に示すモータ駆動装置１は、工作機械、産業機械、又は、ロボットなどの機械（機器）に用いられるモータ３を駆動する装置である。

このような機械（機器）は、動作指令を生成する数値制御装置と、数値制御装置からの動作指令に基づいてモータ駆動装置１の制御信号を生成し、モータ３を制御するアンプ（例えば、サーボアンプ）とを備える。

モータ駆動装置１は、例えば機器におけるアンプからの制御信号に基づいて、商用の三相交流電源２からの三相交流電力を入力し、モータ３を駆動する。

モータ駆動装置１は、コンバータ１１と、インバータ１２と、ＤＣリンクコンデンサ１３と、ダイナミックブレーキ回路（ＤＢ回路）２０と、切離回路３０と、整流平滑化回路４０とを備える。

コンバータ１１は、交流電源２からの交流電力を直流電力に変換する。コンバータ１１は、例えば、パワー半導体素子及びパワー半導体素子に逆並列に接続されたダイオードのブリッジ回路を有するダイオード整流コンバータ又はＰＷＭコンバータで構成される。

インバータ１２は、コンバータ１１からの直流電力を交流電力に変換し、この交流電力をモータ３に供給する。インバータ１２は、例えば、パワー半導体素子及びこれに逆並列に接続されたダイオードを有するブリッジ回路から構成される。インバータ１２は、これらのパワー半導体素子を制御部（図示せず）からの指令によりオンオフ制御（例えばＰＷＭ制御）することにより、直流電圧を所望の波形及び周波数の交流電圧に変換する。

また、インバータ１２は、モータ３から回生される交流電力を直流電力に変換して、この直流電力をインバータ１２とコンバータ１１との間のＤＣリンク部に供給する。

ＤＣリンクコンデンサ１３は、コンバータ１１とインバータ１２との間のＤＣリンク部に設けられている。ＤＣリンクコンデンサ１３は、コンバータ１１からの直流電力、及び、インバータ１２からの直流電力（回生電力）を蓄える。また、ＤＣリンクコンデンサ１３は、コンバータ１１又はインバータ１２によって変換された直流電圧を平滑化する。

ダイナミックブレーキ回路２０は、機器の停止時に、モータ３を速やかに停止させるためにモータ３の制動を行う。
ダイナミックブレーキ回路２０は、モータ３の端子間（換言すれば、モータコイルの相間）にそれぞれ設けられた３個の抵抗器２１と２個のスイッチ２２とから構成される。図１では、Ｕ相端子、Ｖ相端子及びＷ相端子のうちの２つのＶ相端子及びＷ相端子にそれぞれスイッチ２２が設けられたが、Ｕ相端子、Ｖ相端子及びＷ相端子のうちの少なくとも２つの端子にそれぞれスイッチ２２が設けられればよい。すなわち、Ｕ相端子にもスイッチ２２が設けられてもよい。

スイッチ２２としては、ｂ接点の電磁接触型リレー（ノーマリクローズ：コイルに電流が流れるとオープン）等の機械接点式リレーが挙げられる。

機器の動作時におけるモータ３の駆動時、スイッチ２２は開状態となる。これにより、ダイナミックブレーキ回路２０は、モータ３の端子間を開放する。
一方、モータ３の駆動中における機器の停止時、例えばアンプからの制御信号に応じて、スイッチ２２が閉状態となる。これにより、ダイナミックブレーキ回路２０は、抵抗器２１を介してモータ３の端子間を短絡し、モータ３の回転エネルギーを熱消費させ、モータ３の制動を行う。

また、機器の停止中、例えばアンプからの制御信号に応じて、スイッチ２２が閉状態を保持する。これにより、ダイナミックブレーキ回路２０は、外部からの何らかの動力によるモータ３の発電をも制動する（モータの発電制動）。

このように、ダイナミックブレーキ回路２０は、機器の停止中、不意にモータが回転しないようにするため、スイッチ２２を閉状態にし、抵抗器２１を介してモータ３の端子間を短絡した状態を保持する。
しかし、ダイナミックブレーキ回路２０が作動している状態で、外部からの何らかの動力によりモータ３が駆動されるような異常状態が生じると、モータ３が発電機として作用し、ダイナミックブレーキ回路２０の抵抗器２１が異常発熱（過熱）する可能性がある。

そこで、本実施形態では、整流平滑化回路４０と、切離回路３０とを備える。

整流平滑化回路４０は、モータ３の端子における交流電力を整流及び平滑化して直流電力を生成する。整流平滑化回路４０は、整流回路４１とコンデンサ（平滑化素子）４２とを含む。整流回路４１は、例えばダイオードのブリッジ回路を有するダイオード整流回路で構成される。これにより、整流回路４１は、モータ３の端子における交流電力を整流する。コンデンサ４２は、整流回路４１によって整流された電力を平滑化する。

これにより、整流平滑化回路４０は、機器の停止時、外部からの何らかの動力によりモータ３が駆動されるような異常状態が生じると、モータ３で発電された交流電力を整流及び平滑化して直流電力を生成する。
なお、本実施形態の整流平滑化回路４０は、機器の動作時におけるモータ３の駆動時にもインバータ１２からモータ３に供給される交流電力を整流及び平滑化して直流電力を生成する。

切離回路３０は、整流平滑化回路４０からの直流電力（例えば、直流電圧）が所定値以上である場合に、すなわちモータ３の端子における交流電力が所定値以上である場合に、前記ダイナミックブレーキ回路を前記モータの端子間から切り離す。

切離回路３０は、ダイナミックブレーキ回路２０とモータ３との間に設けられた２個のスイッチ３１，３２と、スイッチ３１，３２と整流平滑化回路４０との間に直列に接続された抵抗器３３とを有する。図１では、Ｕ相端子、Ｖ相端子及びＷ相端子のうちの２つのＶ相端子及びＷ相端子にそれぞれスイッチ３１，３２が設けられたが、Ｕ相端子、Ｖ相端子及びＷ相端子のうちの少なくとも２つの端子にそれぞれスイッチ３１，３２が設けられればよい。すなわち、Ｕ相端子にもスイッチが設けられてもよい。

スイッチ３１，３２としては、ｂ接点の電磁接触型リレー（ノーマリクローズ：コイルに電流が流れるとオープン）等の機械接点式リレーが挙げられる。
スイッチ３１，３２のコイル側は、抵抗器３３を介して整流平滑化回路４０に接続される。スイッチ３１，３２の接点側は、ダイナミックブレーキ回路２０とモータ３との間に接続される。

機器の停止中、整流平滑化回路４０からの直流電力（例えば、直流電圧）が所定値未満である場合に、すなわちモータ３の発電電力が所定値未満である場合に、スイッチ３１，３２の接点側は閉状態となる。これにより、切離回路３０は、ダイナミックブレーキ回路２０をモータ３の端子間に接続させる。

一方、機器の停止中、整流平滑化回路４０からの直流電力（例えば、直流電圧）が所定値以上である場合に、すなわちモータ３の発電電力が所定値以上である場合に、スイッチ３１，３２の接点側は開状態となる。これにより、切離回路３０は、ダイナミックブレーキ回路２０をモータ３の端子間から切り離す。
このとき、抵抗器３３は、スイッチ３１，３２のコイル側に過電圧が印加されることを抑制する。

なお、機器の動作時におけるモータ３の駆動時、整流平滑化回路４０からの直流電力（例えば、直流電圧）によって、すなわちインバータ１２からモータ３に供給される交流電力によって、スイッチ３１，３２の接点側は開状態となる。

以上説明したように、第１実施形態のモータ駆動装置１によれば、機器の停止中、ダイナミックブレーキ回路２０が作動している状態で、外部からの何らかの動力によりモータが駆動されるような異常状態が生じた場合に、モータ３の発電電力を利用して、ダイナミックブレーキ回路２０をモータ３の端子間から切り離すことができる。そのため、ダイナミックブレーキ回路２０の抵抗器２１の異常発熱（過熱）を回避することができ、ダイナミックブレーキ回路２０を保護することができる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、モータ３の発電電力を整流平滑化回路４０で整流平滑化して利用した。第２実施形態では、ＤＣリンクコンデンサ１３にチャージされた電力を利用する。
上述したように、インバータ１２は、モータ３で発電された交流電力を直流電力に変換してＤＣリンクコンデンサ１３に供給する回生機能を有する。これにより、ＤＣリンクコンデンサ１３にチャージされた電力は、モータ３の発電電力を反映する。

図２は、第２実施形態に係るモータ駆動装置１の回路構成を示す図である。図２に示すモータ駆動装置１は、図１に示すモータ駆動装置１において、整流平滑化回路４０を備えない点で第１実施形態と異なる。

切離回路３０において、スイッチ３１，３２のコイル側は、抵抗器３３を介してＤＣリンクコンデンサ１３に接続される。

機器の停止中、ＤＣリンクコンデンサ１３の電力（例えば、電圧）が所定値未満である場合に、すなわちモータ３の発電電力が所定値未満である場合に、スイッチ３１，３２の接点側は閉状態となる。これにより、切離回路３０は、ダイナミックブレーキ回路２０をモータ３の端子間に接続させる。

一方、機器の停止中、ＤＣリンクコンデンサ１３の電力（例えば、電圧）が所定値以上である場合に、すなわちモータ３の発電電力が所定値以上である場合に、スイッチ３１，３２の接点側は開状態となる。これにより、切離回路３０は、ダイナミックブレーキ回路２０をモータの端子間から切り離す。

なお、機器の動作時におけるモータ３の駆動時、ＤＣリンクコンデンサ１３の電力（例えば、電圧）によって、すなわちコンバータ１１からＤＣリンクコンデンサ１３にチャージされる電力によって、スイッチ３１，３２の接点側は開状態となる。

以上説明したように、第２実施形態のモータ駆動装置１でも、第１実施形態のモータ駆動装置１と同様の利点を得ることができる。
すなわち、第２実施形態のモータ駆動装置１によれば、機器の停止中、ダイナミックブレーキ回路２０が作動している状態で、外部からの何らかの動力によりモータが駆動されるような異常状態が生じた場合に、ＤＣリンクコンデンサ１３にチャージされた電力を利用して、ダイナミックブレーキ回路２０をモータ３の端子間から切り離すことができる。そのため、ダイナミックブレーキ回路２０の抵抗器２１の異常発熱（過熱）を回避することができ、ダイナミックブレーキ回路２０を保護することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更及び変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、三相交流電力を入力しモータ３を駆動するモータ駆動装置１を例示した。しかし、本発明の特徴はこれに限定されず、例えば単相交流を入力しモータ３を駆動するモータ駆動装置にも適用可能である。

また、上述した実施形態では、スイッチ２２としてｂ接点の電磁接触型リレー等の機械接点式リレーを用いたダイナミックブレーキ回路２０を備えるモータ駆動装置１を例示した。本発明の特徴はこれに限定されず、例えば、半導体素子等の種々のスイッチを用いたダイナミックブレーキ回路を備えるモータ駆動装置にも適用可能である。

また、上述した実施形態では、スイッチ３１，３２としてｂ接点の電磁接触型リレー等の機械接点式リレーを用いた切離回路３０を例示した。本発明の特徴はこれに限定されず、例えば、半導体素子等の種々のスイッチを用いた切離回路にも適用可能である。

１ モータ駆動装置
２ 交流電源
３ モータ
１１ コンバータ
１２ インバータ
１３ ＤＣリンクコンデンサ
２０ ダイナミックブレーキ回路（ＤＢ回路）
２１ 抵抗器
２２ スイッチ
３０ 切離回路
３１，３２ スイッチ
３３ 抵抗器
４０ 整流平滑化回路
４１ 整流回路
４２ コンデンサ（平滑化素子）

Claims (3)

1. 電源からの交流電力を入力し、機器に用いられるモータを駆動するモータ駆動装置であって、
   前記電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
   前記コンバータからの前記直流電力を交流電力に変換して前記モータに供給するインバータと、
   前記コンバータと前記インバータとの間のＤＣリンク部に設けられたＤＣリンクコンデンサと、
   前記モータの端子間に設けられた抵抗器及びスイッチを有し、前記機器の動作時における前記モータの駆動時、前記スイッチを開状態として前記モータの端子間を開放し、前記モータの駆動中における前記機器の停止時、前記スイッチを閉状態として前記抵抗器を介して前記モータの端子間を短絡することにより、前記モータの制動を行うダイナミックブレーキ回路と、
   前記ダイナミックブレーキ回路と前記モータとの間に設けられたスイッチを有し、前記機器の停止中、前記モータの発電電力が所定値以上である場合に、前記スイッチを開状態として前記ダイナミックブレーキ回路を前記モータの端子間から切り離す切離回路と、
   を備える、モータ駆動装置。
2. 前記モータで発電された交流電力を整流及び平滑化して直流電力を生成する整流平滑化回路を更に備え、
   前記切離回路は、前記整流平滑化回路からの直流電力が所定値以上である場合に、前記スイッチを開状態として前記ダイナミックブレーキ回路を前記モータの端子間から切り離す、
   請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記インバータは、前記モータで発電された交流電力を直流電力に変換して前記ＤＣリンクコンデンサに供給する回生機能を有し、
   前記切離回路は、前記ＤＣリンクコンデンサの電力が所定値以上である場合に、前記スイッチを開状態として前記ダイナミックブレーキ回路を前記モータの端子間から切り離す、
   請求項１に記載のモータ駆動装置。

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