JP2021097473A - 保護機構を有するモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】逆起電力保護回路の異常発生に起因する主電力変換回路の破損を防ぐことができるモータ駆動装置を実現する。【解決手段】モータ駆動装置１は、電源から供給された電力をモータ３を駆動するための交流電力に変換して出力する主電力変換回路１１と、主電力変換回路１１の交流出力側とモータ３との間に設けられる逆起電力保護回路１２であって、モータ３の逆起電力に基づく交流電力を整流して直流電力を出力する整流部３１と、整流部３１の直流出力側の端子間を短絡する短絡部３２と、異常発生時にアラーム信号を出力するアラーム信号出力部３３と、を有する逆起電力保護回路１２と、アラーム信号出力部３３からアラーム信号が出力されたか否かを監視する監視部１５と、監視部１５によりアラーム信号出力部３３からアラーム信号が出力されたと判定された場合、主電力変換回路１１の損傷を防ぐための保護動作を実行する保護動作部１３とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、保護機構を有するモータ駆動装置に関する。

工作機械、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、あるいは各種ロボット内のモータの駆動を制御するモータ駆動装置においては、電源から供給された電力から変換された交流電力にてモータを駆動している。モータを駆動するための交流電力を生成する主電力変換回路は、例えばコンバータ及びインバータを有する。より詳しくは、交流電源から供給された交流電力をコンバータにて直流電力に変換してＤＣリンクへ出力し、さらにインバータにてＤＣリンクにおける直流電力を交流電力に変換して、この交流電力をモータ駆動電力としてモータに供給している。ここで、「ＤＣリンク」とは、コンバータの直流出力側とインバータの直流入力側とを電気的に接続する回路部分のことを指し、「ＤＣリンク部」、「直流リンク」、「直流リンク部」、「直流母線」あるいは「直流中間回路」などとも別称されることもある。ＤＣリンクには、ＤＣリンクコンデンサが設けられる。

モータ駆動装置、モータ駆動装置が設けられた機械、またはモータ駆動装置に電力を供給する交流電源などに異常が発生すると、モータ駆動装置はモータを緊急停止させる。その際、モータには逆起電力に基づくエネルギーが発生する。モータで発生したエネルギーは、交流電源へ回生されたり、ＤＣリンクに設けられた回生用負荷（回生用抵抗）へ回生される。しかしながら、モータが大型であったりあるいはモータが高速で回転していた場合は、モータを緊急停止させる際に発生する逆起電力に基づくエネルギーは非常に大きなものとなり、当該エネルギーを交流電源または回生用負荷へ回生できない。よって何らかの対策が必要である。

例えば、位置指令とサーボモータの有する回転角度位置検出器から送信される回転角度位置情報に応じて電流を指令する電流指令手段（１０２、１０４）と、該電流指令を受けてＰＷＭ信号を発生させる電流制御手段（１０６）と、該ＰＷＭ信号を受信して前記サーボモータへ通電する駆動電流を制御する通電制御手段（１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１２０）と、該駆動電流を検出する電流検出手段（１２４、１２６）と、該検出された駆動電流情報と前記サーボモータの回転角度位置情報とを受けて前記駆動電流の位相が該回転角度位置と対応しているか否かを判定すると共に対応していない場合には前記ＰＷＭ信号を遮断する位相監視手段（２８）とを具備し、前記電流制御手段は前記電流指令の他前記駆動電流情報とを受けて前記ＰＷＭ信号を発信させることを特徴とする異常電流に対するサーボシステム保護装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

例えば、モータに駆動電力を供給するモータ駆動回路であって、第１の入力に基準電圧が印加された差動増幅器と、該差動増幅器と前記モータ間に接続され、且つ前記モータ側が前記差動増幅器の第２の入力に接続された抵抗とからなり、前記モータに所定電圧の電力を供給するよう動作するモータ駆動回路に於いて、前記抵抗による降下電圧値を検出し、該降下電圧値が所定電圧値を越えた場合にモータに過電流が流れていることを示す信号を出力する過電流検出回路を設けたことを特徴とするモータ駆動回路が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

例えば、電源投入時に複数の検出器用受信回路の送信側接続状態を検出して実際に接続されている検出器型名を自動判別し、パラメータで指定された検出器タイプと実際に接続されている検出器が異なる場合にはパラメータ異常アラームを発生することを特徴とするサーボ制御システムの異常検出・診断方法が知られている（例えば、特許文献３参照。）。

特開平０１−１８５１８６号公報 特開平０９−１０３０８８号公報 特開２００４−１０３０３１号公報

モータを緊急停止させる際に発生する逆起電力に基づくエネルギーが大きいと、交流電源や回生用負荷にエネルギーを回生しきれず、ＤＣリンク電圧が大幅に上昇する。このため、逆起電力に基づくエネルギーを消費する逆起電力保護回路が設けられることがある。しかしながら、逆起電力保護回路が設けられた場合であっても、逆起電力保護回路が故障していると逆起電力に基づくエネルギーを消費しきれず、ＤＣリンク電圧が大幅に上昇する。ＤＣリンク電圧がＤＣリンクコンデンサの耐圧を超えると、ＤＣリンクコンデンサが破損しこれにより主電力変換回路自体も破損するので非常に危険である。したがって、逆起電力保護回路の異常発生に起因するＤＣリンクコンデンサ及び主電力変換回路の破損を防ぐことができるモータ駆動装置が望まれている。

本開示の一態様によれば、モータ駆動装置は、電源から供給された電力をモータを駆動するための交流電力に変換して出力する主電力変換回路と、主電力変換回路の交流出力側とモータとの間に設けられる逆起電力保護回路であって、モータの逆起電力に基づく交流電力を整流して直流電力を出力する整流部と、整流部の直流出力側の端子間を短絡する短絡部と、異常発生時にアラーム信号を出力するアラーム信号出力部と、を有する逆起電力保護回路と、アラーム信号出力部からアラーム信号が出力されたか否かを監視する監視部と、監視部によりアラーム信号出力部からアラーム信号が出力されたと判定された場合、主電力変換回路の損傷を防ぐための保護動作を実行する保護動作部とを備える。

本開示の一態様によれば、逆起電力保護回路の異常発生に起因するＤＣリンクコンデンサ及び主電力変換回路の破損を防ぐことができるモータ駆動装置を実現することができる。

本開示の一実施形態によるモータ駆動装置を示す図である。 三相フルブリッジ回路からなるコンバータ及びインバータを有する主電力変換回路の一例を示す回路図である。 本開示の一実施形態によるモータ駆動装置における逆起電力保護回路の動作を説明する図である。 本開示の一実施形態によるモータ駆動装置におけるアラーム信号出力部が出力するアラーム信号を例示する図である。 本開示の一実施形態によるモータ駆動装置の動作フローを示すフローチャートである。

以下図面を参照して、保護機構を有するモータ駆動装置について説明する。理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。図面に示される形態は実施をするための一つの例であり、図示された実施形態に限定されるものではない。

図１は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置を示す図である。また、図２は、三相フルブリッジ回路からなるコンバータ及びインバータを有する主電力変換回路の一例を示す回路図である。

一例として、モータ駆動装置１により、モータ３を制御する場合について示す。本実施形態においては、モータ３の種類は特に限定されず、例えば誘導モータであっても同期モータであってもよい。また、モータ３の相数は、例えば三相であっても単相であってもよい。図示の例では、モータ３を三相としている。モータ３が設けられる機械には、例えば工作機械、ロボット、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、各種電化製品、電車、自動車、航空機などが含まれる。

図１に示すように、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置１は、主電力変換回路１１と、逆起電力保護回路１２と、監視部１５と、保護動作部１３とを備える。また、モータ駆動装置１は、モータ制御部１４と、記録部１６と、表示部１７と、外部装置制御部１８とを備える。

主電力変換回路１１は、電源から供給された電力を交流電力に変換し、この交流電力をモータ３を駆動するための電力として出力する。図１に示す例では、主電力変換回路１１は、コンバータ２１と、インバータ２２と、ＤＣリンクコンデンサ２３とを有する。

コンバータ２１の交流入力側には、交流電源２が接続される。交流電源２の相数は、例えば三相であっても単相であってもよい。交流電源２の一例を挙げると、三相交流４００Ｖ電源、三相交流２００Ｖ電源、三相交流６００Ｖ電源、単相交流１００Ｖ電源などがある。図１及び図２に示す例では、交流電源２を三相としている。なお、コンバータ２１と交流電源２との間には、交流リアクトル、ＡＣラインフィルタ、電磁接触器、ブレーカなどが設けられることがあるが、ここでは図示を省略している。

コンバータ２１は、交流入力側から入力された交流電力を直流電力に変換して直流出力側であるＤＣリンクへ出力する整流器である。図１及び図２に示す例では、交流電源２を三相交流電源としたので、コンバータ２１は三相フルブリッジ回路で構成される。交流電源２から単相交流電力が供給される場合は、コンバータ２１は単相ブリッジ回路として機能する。コンバータ２１の例としては、ダイオード整流器、１２０度通電方式整流器、及びＰＷＭスイッチング制御方式整流器などがある。図２の示す例では、ダイオードのフルブリッジ回路からなるダイオード整流器を示している。また例えば、コンバータ２１が１２０度通電方式整流器及びＰＷＭスイッチング制御方式整流器である場合は、スイッチング素子及びこれに逆並列に接続されたダイオードのフルブリッジ回路からなり、モータ制御部１４から受信した駆動指令に応じて各スイッチング素子がオンオフ制御されて交直双方向に電力変換を行う。コンバータ２１が１２０度通電方式整流器及びＰＷＭスイッチング制御方式整流器である場合におけるスイッチング素子の例としては、ＩＧＢＴ、ＦＥＴ、サイリスタ、ＧＴＯ（Ｇａｔｅ Ｔｕｒｎ−ＯＦＦ ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ：ゲートターンオフサイリスタ）、トランジスタなどがあるが、その他の半導体素子であってもよい。

コンバータ２１の直流出力側とインバータ２２の直流入力側とを接続するＤＣリンクには、ＤＣリンクコンデンサ２３が設けられる。ＤＣリンクコンデンサ２３は、インバータ２２が交流電力を生成するために用いられる直流電力を蓄積する機能及びコンバータ２１の直流出力の脈動分を抑える機能を有する。ＤＣリンクコンデンサ２３の例としては、例えば電解コンデンサやフィルムコンデンサなどがある。なお、ＤＣリンクには、モータからの回生エネルギーを消費するための回生用負荷（回生用抵抗）が設けられてもよい。

インバータ２２は、ＤＣリンクを介してコンバータ２１に接続され、ＤＣリンクにおける直流電力をモータ駆動のための交流電力に変換して出力する。図１及び図２に示す例では、モータ３を三相交流モータとしたので、インバータ２２は三相フルブリッジ回路で構成される。モータ３が単相交流モータである場合は、インバータ２２は単相フルブリッジ回路で構成される。図２に示すように、三相フルブリッジ回路からなるインバータ２２において、ダイオードが逆並列に接続されたスイッチング素子が、高電位側の上アーム及び低電位側の下アームそれぞれに設けられる。スイッチング素子の例としては、ＩＧＢＴ、ＦＥＴ、サイリスタ、ＧＴＯ、トランジスタなどがあるが、その他の半導体素子であってもよい。インバータ２２は、モータ制御部１４の駆動指令に基づき例えばＰＷＭ制御方式に従いスイッチング素子がオンオフ制御されることで、ＤＣリンクにおける直流電力をモータ駆動のための交流電力に変換して出力する。モータ３は、インバータ２２から供給される交流電力に基づいて、速度、トルクまたは回転子の位置が制御される。なお、インバータ２２は、モータ制御部１４によりスイッチング素子のオンオフ動作が適切にＰＷＭ制御されることにより、モータ３で発生した電力を交流電源２またはＤＣリンクに回生することもできる。ＤＣリンクに回生する際は、ＤＣリンクに回生用負荷（回生用抵抗）が設けられ、モータ３からインバータ２２を介して回生されたエネルギーが回生用負荷で消費される。

なお、主電力変換回路１１へ電力を供給する電源を、交流電源２に代えて、バッテリなどの直流電源（図示せず）としてもよく、この場合、コンバータ２１は省略される。

モータ制御部１４は、モータ３の動作を制御する。モータ３は、主電力変換回路１１から供給される交流電力に基づいて、速度、トルク、もしくは回転子の位置が制御されるので、結局のところ、モータ制御部１４によるモータ３の制御は、主電力変換回路１１の電力変換動作を制御することで実現される。モータ制御部１４は、主電力変換回路１１内のインバータ２２のスイッチング素子をオンオフ制御する。モータ制御部１４によるインバータ２２のスイッチング素子の制御方式には、例えばＰＷＭ制御方式がある。モータ制御部１４は、モータ３の回転速度（速度フィードバック）、モータ３の電流（電流フィードバック）、所定のトルク指令、及びモータ３の動作プログラムなどに基づいて、スイッチング素子をオンオフ制御し、インバータ２２の電力変換動作を制御する。モータ３は、インバータ２２から供給される例えば電圧可変及び周波数可変の交流電力に基づいて、速度、トルクまたは回転子の位置が制御される。なお、ここで説明したモータ制御部１４の構成はあくまでも一例であって、例えば、位置指令生成部、位置制御部、速度制御部、電流制御部、トルク指令作成部、スイッチング指令生成部などの用語を含めてモータ制御部１４の構成を規定してもよい。

なお、コンバータ２１がＰＷＭスイッチング制御方式整流器である場合は、モータ制御部１４は、ＰＷＭ制御方式に従ってコンバータ２１内のスイッチング素子についてもオンオフ制御する。また、コンバータ２１が１２０度通電方式整流器である場合は、モータ制御部１４は、三相交流電源の各相の電圧が入れ替わる度に、各相のうち、三相交流電源の電圧が最大となる相の上アームにおけるスイッチング素子をオンするとともに三相交流電源の電圧が最小となる相における下アームのスイッチング素子をオンすることで、直流電力を三相交流電源に電源回生する。

逆起電力保護回路１２は、主電力変換回路１１内のインバータ２２の交流出力側とモータ３との間に設けられる。逆起電力保護回路１２は、整流部３１と、短絡部３２と、アラーム信号出力部３３と、温度検出部３４とを有する。

逆起電力保護回路１２内の整流部３１は、モータ３の逆起電力に基づく交流電力を整流して直流電力を出力する整流器である。図示の例では、モータ３を三相交流モータとしたので、整流部３１は三相フルブリッジ回路で構成される。モータ３が単相交流モータである場合は、整流部３１は単相フルブリッジ回路で構成される。整流部３１の例としては、ダイオード整流器、１２０度通電方式整流器、及びＰＷＭスイッチング制御方式整流器などがある。

逆起電力保護回路１２内の短絡部３２は、モータ３を停止させる際に発生する逆起電力に基づくエネルギーを消費する必要がある場合に整流部３１の直流出力側の端子間を短絡し、これ以外の場合（すなわち逆起電力に基づくエネルギーを消費する必要がない場合）には短絡しないスイッチ機構を有する。例えば、モータ３を緊急停止させると、発生する逆起電力に基づくエネルギーは非常に大きなものとなる。このような非常に大きな逆起電力に基づくエネルギーを消費するために、逆起電力保護回路１２内の短絡部３２は、整流部３１の直流出力側の端子間を短絡する。一般に、モータ３を緊急停止させる事態が発生する際には、外部装置から緊急停止信号が出力されるので、外部装置からの緊急停止信号の出力に連動して、逆起電力保護回路１２内の短絡部３２は、整流部３１の直流出力側の端子間を短絡するようにしてもよい。

逆起電力保護回路１２内の短絡部３２による切替え動作は、例えばモータ制御部１４により制御されてもよく、あるいは、モータ制御部１４とは別個の制御部（図示せず）を設けてもよい。短絡部３２が整流部３１の直流出力側の端子間を短絡しない場合は、整流部３１の直流出力側の端子間には何も接続されないので、整流部３１は、交流電力を整流して直流電力を出力する動作を実行しない。整流部３１は、短絡部３２により整流部３１の直流出力側の端子間が短絡された場合にのみ、交流電力を整流して直流電力を出力する動作を実行する。スイッチ機構の例としては、ＩＧＢＴ、ＦＥＴ、サイリスタ、ＧＴＯ、もしくはトランジスタなどの半導体素子、あるいはリレーなどの機械的スイッチなどがある。

図３は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置における逆起電力保護回路の動作を説明する図である。図３において、記録部１６、表示部１７、及び外部装置制御部１８については図示を省略している。整流部３１内のダイオードのうち、どの相のダイオードに電流が流れるかは、モータ３の各相の相電圧の大きさによって変わってくる。例えば図３は、ある瞬間における電流の流れを示している。

逆起電力保護回路１２が正常に動作する限りにおいては、モータ３の緊急停止時において発生する逆起電力に基づくエネルギーは、逆起電力保護回路１２内の整流部３１及び短絡部３２を介して相間が短絡状態にあるモータ巻線にて全て消費されてモータ３は停止し、ＤＣリンク電圧が大幅に上昇することはない。しかしながら、逆起電力保護回路１２に何らかの異常が発生すると短絡部３２による整流部３１の直流出力側の端子間の短絡は実行されず、逆起電力に基づくエネルギーが消費されない可能性もある。この場合、ＤＣリンク電圧が徐々に上昇し、ＤＣリンクコンデンサ２３の耐圧を超えると、ＤＣリンクコンデンサ２３が破損しこれにより主電力変換回路１１自体も破損してしまう。そこで、本実施形態では、後述する保護動作部１３により、ＤＣリンクコンデンサ２３及び主電力変換回路１１の損傷を防ぐための保護動作を実行する。

逆起電力保護回路１２内のアラーム信号出力部３３は、逆起電力保護回路１２の異常発生時にアラーム信号出力部３３はアラーム信号を出力する。ここで、逆起電力保護回路１２の異常の例をいくつか列挙する。

第１の異常として、例えば、短絡部３２内のスイッチ機構の接点故障がある。短絡部３２内のスイッチ機構の接点故障が発生すると、短絡部３２は整流部３１の直流出力側の端子間を短絡すべきときに短絡できない。アラーム信号出力部３３は、このような場合にアラーム信号を出力する。より詳細には、逆起電力保護回路１２内に、短絡部３２が整流部３１の直流出力側の端子間を短絡していると思われるときに短絡部３２内のスイッチ機構の接点端子間に微小電圧を印加する電圧印加部（図示せず）及び当該接点間に電流が流れるか否かを判定する電流判定部（図示せず）を設ける。アラーム信号出力部３３は、短絡部３２が整流部３１の直流出力側の端子間を短絡していると思われるときに電圧印加部により短絡部３２内のスイッチ機構の接点端子間に微小電圧を印加し、このとき電流判定部により当該接点間に電流が流ないと判定された場合に、アラーム信号を出力する。

第２の異常として、例えば、逆起電力保護回路１２内の部品の異常発熱がある。逆起電力保護回路１２内の部品が異常発熱すると、短絡部３２は整流部３１の直流出力側の端子間を短絡すべきときに短絡できないことがある。特に短絡部３２内のスイッチ機構が半導体スイッチング素子で構成される場合、半導体スイッチング素子は異常発熱により動作が不安定になる。アラーム信号出力部３３は、このような場合にアラーム信号を出力する。より詳細には、逆起電力保護回路１２内に、温度検出部３４及び温度検出部３４が検出した温度が温度閾値を超えたか否かを判定する温度判定部（図示せず）を設ける。アラーム信号出力部３３は、温度検出部３４が検出した温度が温度閾値を超えたと温度判定部により判定された場合、アラーム信号を出力する。温度閾値は、逆起電力保護回路１２内の部品の許容温度よりも、安全性を考慮して例えば数パーセントから十数パーセント程度低い値に設定すればよい。ここで示した数値例はあくまでも一例であって、これ以外の値であってもよい。逆起電力保護回路１２内の部品の許容温度としては、例えばスイッチ機構を構成する半導体スイッチング素子の規格表や取扱説明書などに諸元データの１つとして規定されたものを用いてもよい。なお、温度閾値については、書き換え可能な記憶部（図示せず）に記憶されて外部機器によって書き換え可能であってもよく、温度閾値を一旦設定した後であっても、必要に応じて適切な値に変更することができる。

第３の異常として、例えば、短絡部３２へ駆動電力を供給する制御電源（図示せず）の故障がある。制御電源が故障すると、短絡部３２は整流部３１の直流出力側の端子間を短絡すべきときに短絡できないことがある。アラーム信号出力部３３は、このような場合にアラーム信号を出力する。より詳細には、逆起電力保護回路１２内に、短絡部３２の駆動電力を供給する制御電源が出力する電圧を検出する電圧検出部（図示せず）及び電圧検出部から電圧が出力されているか否かを判定する電圧判定部（図示せず）を設ける。アラーム信号出力部３３は、電圧判定部により制御電源から電圧が出力されていないと判定された場合、アラーム信号を出力する。

上述のように、逆起電力保護回路１２には複数種類の異常が発生し得る。図４は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置におけるアラーム信号出力部が出力するアラーム信号を例示する図である。１周期あたりのＨ（ハイ）とＬ（ロー）との切替え回数及びパルス幅を変えた複数種類のアラーム信号を、逆起電力保護回路１２の複数種類の異常にそれぞれ割り当てることで、逆起電力保護回路１２で発生した異常の内容の判別が可能となる。例えば、図４（Ａ）に示したアラーム信号を第１の異常（短絡部３２内のスイッチ機構の接点故障）に割り当て、図４（Ｂ）に示したアラーム信号を第２の異常（逆起電力保護回路１２内の部品の異常発熱）に割り当て、図４（Ｃ）に示したアラーム信号を第３の異常（短絡部３２の駆動電力を供給する制御電源の故障）に割り当てることができる。なお、ここで示したアラーム信号の波形及び割り当ては一例であって、これ以外のアラーム信号の波形及び割り当てであってもよい。

再び説明を図１に戻す。監視部１５は、アラーム信号出力部３３からアラーム信号が出力されたか否かを監視する。監視部１５による監視結果は、保護動作部１３に送られる。また、監視部１５は、アラーム信号出力部３３から出力されたアラーム信号に基づき、逆起電力保護回路１２で発生した異常の内容を判別する。監視部１５による判定結果は、記録部１６、表示部１７、及び外部装置制御部１８に送られる。

保護動作部１３は、監視部１５によりアラーム信号出力部３３からアラーム信号が出力されたと判定された場合、ＤＣリンクコンデンサ２３及び主電力変換回路１１の損傷を防ぐための保護動作を実行する。なお、保護動作部１３は、モータ制御部１４内に設けられてもよい。ここで、保護動作部１３による保護動作の形態についていくつか列記する。

第１の形態による保護動作では、保護動作部１３は、監視部１５によりアラーム信号出力部３３からアラーム信号が出力されたと判定された場合、モータ３の加減速度が、監視部１５による当該判定前のときの値よりも小さい値になるよう主電力変換回路１１による電力変換動作を制御する。上述のように、主電力変換回路１１内のインバータ２２による電力変換動作は、モータ制御部１４によって制御される。よって、主電力変換回路１１の損傷を防ぐための保護動作は、保護動作部１３がモータ制御部１４を制御することで実現される。第１の形態による保護動作により、モータ３の加減速度は、監視部１５による当該判定前のときよりも緩やかになる。例えば、モータ制御部１４におけるモータ３の加速制御及び減速制御のための演算処理に用いられる加速度時定数及び減速度時定数を変更することで、モータ３の加減速度を変更することができる。加速度時定数及び減速度時定数は、モータ駆動装置１がモータ３を制御するために用いられるプログラム中にパラメータとして規定されている。保護動作部１３は、監視部１５によりアラーム信号出力部３３からアラーム信号が出力されたと判定された場合、モータ制御部１４の演算処理に用いられる加速度時定数及び減速度時定数を、監視部１５による当該判定前のときに設定されていたものよりも大きい値に変更する。より大きい値に設定された加速度時定数及び減速度時定数にてモータ３の加減速制御を行うと、モータ３の加速度及び減速度がより小さくなる。この結果、モータ３の速度変化が緩やかになり、モータ３を停止させる際に発生する逆起電力に基づくエネルギーが小さくなるので、ＤＣリンク電圧の上昇を抑制することができ、ＤＣリンクコンデンサ２３及び主電力変換回路１１が破損することを防ぐことができる。

第２の形態による保護動作では、保護動作部１３は、監視部１５によりアラーム信号出力部３３からアラーム信号が出力されたと判定された場合、モータ３に対する励磁をオフする制御を実行する。モータ３に対する励磁をオフすることで、モータ３は、惰性で回転して負荷や摩擦により停止するいわゆる「フリーラン停止」にて停止する。これにより、モータ３を停止させる際に発生する逆起電力に基づくエネルギーが小さくなるので、ＤＣリンク電圧の上昇を抑制することができ、ＤＣリンクコンデンサ２３及び主電力変換回路１１が破損することを防ぐことができる。

上述の第１の形態及び第２の形態による保護動作は、ＤＣリンクコンデンサ２３及び主電力変換回路１１の損傷を防ぐことを目的とするものである。この変形例として、保護動作部１３は、モータ駆動装置１が駆動するモータ３、モータ３が設けられた機械、及びモータ３が接続された部材などの損傷を防ぐための保護動作を、外部装置に実行させてもよい。

記録部１６、表示部１７、外部装置制御部１８は、逆起電力保護回路１２で発生した異常の内容を作業者に報知するために設けられるものである。上述のように、監視部１５は、アラーム信号出力部３３から出力されたアラーム信号に基づき、逆起電力保護回路１２で発生した異常の内容を判別する。よって、記録部１６、表示部１７、及び外部装置制御部１８は、監視部１５による判定結果に基づき、逆起電力保護回路１２で発生した異常の内容を記録、表示することができる。

記録部１６は、監視部１５により判別された逆起電力保護回路１２で発生した異常の内容を記録する。記録部１６は、例えば、モータ駆動装置１に付属のハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）、ＤＲＡＭ、あるいはＳＲＡＭなどがある。また例えば、記録部１６に記録された内容に基づき、後日、プリンタを用いて紙面等にプリントアウトして表示させてもよい。

表示部１７は、監視部１５により判別された逆起電力保護回路１２で発生した異常の内容を表示する。表示部１７の例としては、モータ駆動装置１に付属のディスプレイ、携帯端末及びタッチパネルなどがある。例えば、表示部１７は、「逆起電力保護回路内の短絡部に接点故障が発生しました」、「逆起電力保護回路内の部品が異常発熱しています」、及び「逆起電力保護回路内の制御電源に故障が発生しました」などといった表示を行うことができる。なお、表示部１７による上述の表示例はあくまでも一例であって、表示部１７はこの表示例以外の文字表現や絵に基づいて逆起電力保護回路１２で発生した異常の内容を表示してもよい。この代替例として、表示部１７に代えて、例えば音声、スピーカ、ブザー、チャイムなどのような音を発する音響機器にて実現してもよく、この場合、音響装置は、逆起電力保護回路１２が正常に動作している間は、無音とするのが好ましい。またあるいは、表示部１７による表示及び音響機器による音響表現を適宜組み合わせて実現してもよい。

外部装置制御部１８は、監視部１５により判別された逆起電力保護回路１２で発生した異常の内容を外部装置（図示せず）に記録または表示させるよう制御する。外部装置には、例えば、モータ駆動装置１の外部に設けられたハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、付属のディスプレイ、携帯端末及びタッチパネルなどがある。

作業者は、記録部１６による記録内容、表示部１７の表示内容、または外部装置による表示内容もしくは記録内容に基づき、逆起電力保護回路１２に異常が発生したこと及び異常の内容を容易に認識することができる。よって、作業者は、例えば、直ちに逆起電力保護回路１２の修理や交換といった作業を行うことができる。また、作業者は、例えば、記録部１６に記録された内容を演算処理装置を用いて分析し、逆起電力保護回路１２で発生した異常の傾向を把握することができる。

なお、モータ駆動装置１は、記録部１６、表示部１７、及び外部装置制御部１８を必ずしも全て同時に備える必要は無く、必要に応じて適宜備えればよい。

図５は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置の動作フローを示すフローチャートである。

ステップＳ１０１では、本実施形態によるモータ駆動装置１において、モータ制御部１４によりインバータ２２の電力変換動作を制御してモータ３の駆動を行う。

ステップＳ１０２において、モータ制御部１４は、モータ３を停止させる際に発生する逆起電力に基づくエネルギーが発生したか否かを判定する。ステップＳ１０２において、逆起電力に基づくエネルギーが発生したと判定された場合はステップＳ１０３へ進み、逆起電力に基づくエネルギーが発生したと判定されなかった場合はステップＳ１０１へ戻る。なお、ステップＳ１０２の代替例として、外部装置から出力される緊急停止信号に連動して短絡部３２に整流部３１の直流出力側の端子間を短絡させる場合は、モータ制御部１４は、外部装置から緊急停止信号が出力されたか否かを判定する。この代替例では、ステップＳ１０２において、外部装置から緊急停止信号が出力されたと判定された場合はステップＳ１０３へ進み、外部装置から緊急停止信号が出力されたと判定されなかった場合はステップＳ１０１へ戻る。

ステップＳ１０３において、逆起電力保護回路１２は、短絡部３２を動作させて整流部３１の直流出力側の端子間を短絡する。ここで、逆起電力保護回路１２が正常に動作する限りにおいては、逆起電力に基づくエネルギーは、逆起電力保護回路１２内の整流部３１及び短絡部３２を介して相間が短絡状態にあるモータ巻線にて全て消費されてモータ３は停止し、ＤＣリンク電圧が大幅に上昇することはない。しかしながら、逆起電力保護回路１２に異常が発生すると、整流部３１の直流出力側の端子間が短絡されず、ＤＣリンク電圧が徐々に上昇する。逆起電力保護回路１２に異常が発生すると、アラーム信号出力部３３は、アラーム信号を出力する。

ステップＳ１０４において、監視部１５は、アラーム信号出力部３３からアラーム信号が出力されたか否かを監視する。ステップＳ１０４においてアラーム信号出力部３３からアラーム信号が出力されたと判定された場合は、ステップＳ１０５へ進む。一方、ステップＳ１０４においてアラーム信号出力部３３からアラーム信号が出力されたと判定されなかった場合は、逆起電力に基づくエネルギーは、正常動作している逆起電力保護回路１２内の整流部３１及び短絡部３２を介して相間が短絡状態にあるモータ巻線にて全て消費されてモータ３は停止し、ＤＣリンク電圧が大幅に上昇することはないので、処理を終了する。

ステップＳ１０５において、保護動作部１３は、主電力変換回路１１の損傷を防ぐための保護動作を実行する。保護動作を実行することにより、モータ３を停止させる際に発生する逆起電力に基づくエネルギーが小さくなるので、ＤＣリンク電圧の上昇を抑制することができ、ＤＣリンクコンデンサ２３及び主電力変換回路１１が破損することを防ぐことができる。また、図５では図示していないが、記録部１６、表示部１７、または外部装置制御部１８により、逆起電力保護回路１２で発生した異常の内容を記録または表示する処理が実行される。その後、処理を終了する。

上述した保護動作部１３、モータ制御部１４、監視部１５、記録部１６、表示部１７、外部装置制御部１８、及びアラーム信号出力部３３は、例えばソフトウェアプログラム形式で構築されてもよく、あるいは各種電子回路とソフトウェアプログラムとの組み合わせで構築されてもよく、あるいは各種電子回路のみで構成されてもよい。例えばこれらをソフトウェアプログラム形式で構築する場合は、例えばＤＳＰやＦＰＧＡなどの演算処理装置をこのソフトウェアプログラムに従って動作させることで、上述の各部の機能を実現することができる。またあるいは、保護動作部１３、モータ制御部１４、監視部１５、記録部１６、表示部１７、外部装置制御部１８、及びアラーム信号出力部３３を、各部の機能を実現するソフトウェアプログラムを書き込んだ半導体集積回路として実現してもよい。またあるいは、保護動作部１３、モータ制御部１４、監視部１５、記録部１６、表示部１７、外部装置制御部１８、及びアラーム信号出力部３３を、各部の機能を実現するソフトウェアプログラムを書き込んだ記録媒体として実現してもよい。また、保護動作部１３、モータ制御部１４、監視部１５、記録部１６、表示部１７、外部装置制御部１８、及びアラーム信号出力部３３は、例えば工作機械の数値制御装置内に設けられてもよく、ロボットを制御するロボットコントローラ内に設けられてもよい。

また、温度検出部３４は、アナログ回路とディジタル回路との組み合わせで構成されてもよく、あるいは、アナログ回路のみで構成されてもよい。

また、温度閾値を記憶する記憶部は、例えばＥＥＰＲＯＭ（登録商標）などのような電気的に消去・記録可能な不揮発性メモリ、または、例えばＤＲＡＭ、ＳＲＡＭなどのような高速で読み書きのできるランダムアクセスメモリなどで構成されてもよい。

１ モータ駆動装置
２ 交流電源
３ モータ
１１ 主電力変換回路
１２ 逆起電力保護回路
１３ 保護動作部
１４ モータ制御部
１５ 監視部
１６ 記録部
１７ 表示部
１８ 外部装置制御部
２１ コンバータ
２２ インバータ
２３ ＤＣリンクコンデンサ
３１ 整流部
３２ 短絡部
３３ アラーム信号出力部
３４ 温度検出部

Claims (8)

1. 電源から供給された電力をモータを駆動するための交流電力に変換して出力する主電力変換回路と、
   前記主電力変換回路の交流出力側と前記モータとの間に設けられる逆起電力保護回路であって、前記モータの逆起電力に基づく交流電力を整流して直流電力を出力する整流部と、前記整流部の直流出力側の端子間を短絡する短絡部と、異常発生時にアラーム信号を出力するアラーム信号出力部と、を有する逆起電力保護回路と、
   前記アラーム信号出力部から前記アラーム信号が出力されたか否かを監視する監視部と、
   前記監視部により前記アラーム信号出力部から前記アラーム信号が出力されたと判定された場合、前記主電力変換回路の損傷を防ぐための保護動作を実行する保護動作部と、
   を備える、モータ駆動装置。
2. 前記監視部は、前記アラーム信号出力部から出力された前記アラーム信号に基づき、前記逆起電力保護回路で発生した異常の内容を判別する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記監視部により判別された前記異常の内容を記録する記録部をさらに備える、請求項２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記監視部により判別された前記異常の内容を表示する表示部をさらに備える、請求項２または３に記載のモータ駆動装置。
5. 前記監視部により判別された前記異常の内容を外部装置に記録または表示させるよう制御する外部装置制御部をさらに備える、請求項２〜４のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
6. 前記保護動作部は、前記監視部により前記アラーム信号出力部から前記アラーム信号が出力されたと判定された場合、前記モータの加減速度が、前記監視部による当該判定前のときの値よりも小さい値になるよう前記主電力変換回路による電力変換動作を制御する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
7. 前記保護動作部は、前記監視部により前記アラーム信号出力部から前記アラーム信号が出力されたと判定された場合、前記モータに対する励磁をオフする制御を実行する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
8. 前記主電力変換回路は、
   交流入力側から供給された交流電力を直流電力に変換して直流出力側であるＤＣリンクへ出力するコンバータと、
   前記ＤＣリンクに設けられるＤＣリンクコンデンサと、
   前記ＤＣリンクにおける直流電力を前記モータの駆動のための交流電力に変換して出力するインバータと、
   を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。

Images