JP4137652B2 - Acサーボモータ用ドライバの回生電圧処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電圧を整流・平滑化してモータ駆動用の電圧を生成するモータ駆動回路に対して回生電圧処理回路を設けたACサーボモータ用ドライバの回生電圧処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、交流電源を用いたACサーボモータ用ドライバは、例えば特開昭61−277389号公報の内容を表した図2に示されているようなモータ駆動回路を有している。本図のモータ駆動回路では、交流電源から供給される電圧Vacの3相交流電圧を整流器D1〜D6により全波整流して直流電圧に変換し、それにより得られた直流電圧をコンデンサC1により平滑化した後、パワー出力トランジスタTR1〜TR4のスイッチング動作で適宜に切り換えながらモータMに与えることにより回転駆動を行うようにしている。
【0003】
一方、このようなモータ駆動回路においては、モータMの減速時に回転エネルギーが電源側に回生されることから、その回生電力を吸収する回生電圧処理回路が設けられている。上述した図2(特開昭61−277389号公報)に開示された回生電圧処理回路では、並列配置されたコンデンサC1,C2にそれぞれチャージされた電圧を、モータの回生電圧Vdcが発生したときに、予め設定しておいた基準電圧Ecを介して比較器OPで比較し、上述した回生電圧Vdcが、上記基準電圧Ecを越えたときに比較器OPをオンさせることによってトランジスタTR5をオンさせる。その結果、回生電力吸収用抵抗R2に電流Ibが流れることとなり、そこでIb2・R2に相当する電力が消費されるようになっている。
【0004】
さらに、同公報に開示された回生電圧処理回路では、交流電源Vacが遮断されたときにコンデンサC1,C2どうしの間に生じる電位差によって回生電圧処理回路が動作することから、電源遮断時において放電を行うこととなる。このように回生電圧処理回路が電源放電機能を備えていれば、上述したモータ駆動回路のコンデンサ中に残存する電荷によって、最終のユーザーやサービスマンが作業中に感電するような危険性を防止することが可能となり、装置の安全性を確保することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した従来のACサーボモータ用ドライバの回生電圧処理装置においては、交流電源側の電圧Vacを基準として回生電圧処理が行われるように構成されているために、交流電源の電圧Vacの変動によって回生電圧処理が頻繁に行われる場合がある。特に、交流電源の電圧Vacが低いときには、回路構成上、回生電圧処理が頻繁に行われ、そのときに、回生電力吸収用抵抗R2に過負荷を生じやすいという問題がある。また、上述のように回生電圧処理回路が電源放電機能を備えていることから、電源遮断時においても、上記電源放電機能に基づく回生電圧処理が頻繁に行われる場合がある。
【0006】
また、装置に対する各種作業、例えばロボットのティーチング等を行う場合に安全のために交流電源を一瞬遮断状態とし、作業完了後に再び交流電源を再投入する場合や、数百msオーダーの瞬間的な停止(瞬停)を行う場合などにおいても、回生電圧処理回路が動作することとなるため、回生電力吸収用抵抗R2に対して同様な過負荷を発生しやすい。
【0007】
一方、特公昭56−26231号公報に開示された回生電圧処理回路を採用した場合には、交流電源からの交流電圧を整流した後の主回路直流電圧の電圧Eのみを検知し、その電圧Eが、あるスレッシュレベルDeに達したときに回生電圧処理動作を行わせるように構成されることとなる。このように電源放電機能を有さない回生電圧処理回路を採用すれば、電源放電機能に基づく回生電圧処理が行われることがないため、上述したような回生電力吸収用抵抗に対する過負荷の問題は解消することができる。しかしながら、この回生電圧処理回路には、電源放電機能を備えていないことから、ACサーボモータ用ドライバに採用するには、上述した安全性の観点から困難である。すなわち、ACサーボモータ用ドライバにおける電源放電機能は、UL等で安全規格が定められているように、装置の安全確保を行うために必要な機能となっているからである。
【0008】
そこで本発明は、必要な電源放電機能を確保しつつ、回生電力吸収用抵抗に対する過負荷を防止することができるようにしたACサーボモータ用ドライバの回生電圧処理装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の請求項1にかかるACサーボモータ用ドライバの回生電圧処理装置では、交流電源から供給される交流電圧を整流器により直流電圧に変換し、その直流電圧をコンデンサにより平滑化してモータ駆動用の電圧を生成するモータ駆動回路と、モータの減速時に上記モータ駆動回路に発生する回生電力を吸収する回生電圧処理回路と、前記モータ駆動回路のコンデンサに充電された電荷の放電を行う電源放電回路と、前記交流電源の投入以後において上記電源放電回路の動作を禁止する切換回路とを備え、前記電源放電回路及び前記回生電圧処理回路は、前記電源放電回路が停止状態になされると前記回生電圧処理回路のみが単独で動作する構成になされたものであって、前記切換回路は、前記電源放電回路及び回生電圧処理回路の一端側を直列に接続する電源線上にリレーを有し、そのリレーには、前記交流電源の遮断時から一定時間にわたって当該リレーの閉じた状態を維持するコンデンサが並列に配置されているとともに、前記コンデンサには、当該コンデンサに充電された電荷を他の回路に供給させない方向の逆バイアス整流作用を有するダイオードが直列に接続され、前記切換回路のリレーが閉じることにより前記電源放電回路が停止状態に切り換えられる一方、前記回生電圧処理回路は、前記モータ駆動回路に発生する回生電力の電圧が予め設定された基準値を越えたときに処理動作は行うが、放電機能は有しないものからなる。
このような構成を有する請求項1にかかるACサーボモータ用ドライバの回生電圧処理装置によれば、交流電源の投入以後の回転駆動時においては、切換回路の禁止動作によって電源放電回路を停止させることで、当該電源放電回路の動作を禁止し、回生電圧処理回路のみを動作させるため、回生処理動作が電源放電機能から完全に分離された状態で行われることとなり、回生電力吸収用抵抗に対する過負荷を回避することができる。また、交流電源遮断後には、上記電源放電回路を動作させることで安全性の確保に必要な放電機能を得ることができる。
【0010】
さらに、本発明の請求項1にかかるACサーボモータ用ドライバの回生電圧処理装置によれば、交流電源の遮断時や瞬停時においても、電源放電回路が一定時間にわたって動作しないことから、その場合における回生電力吸収用抵抗に対する過負荷が回避されるようになっている。
【0011】
さらにまた、本発明の請求項1にかかるACサーボモータ用ドライバの回生電圧処理装置によれば、切換回路に設けられたコンデンサに充電された電荷が切換回路の禁止動作にのみ用いられ、他の回路には供給されないことから、当該切換回路の禁止動作の維持時間を延ばすことができる。
【0012】
一方、本発明の請求項2にかかるACサーボモータ用ドライバの回生電圧処理装置では、上記請求項1における交流電源から供給される交流電圧に対して当該交流電源側から第一のブレーカと第二のブレーカが設けられ、当該第一のブレーカから当該第二のブレーカおよび上記請求項1における切換回路へ並列的に上記交流電圧が供給されるよう構成されている。
このような構成を有する請求項2にかかるACサーボモータ用ドライバの回生電圧処理装置によれば、上述した作用が第二のブレーカのオン・オフに関係なく行われることとなり、例えば、ロボットのティーティング等を行う場合に安全を確保するため、第二のブレーカが遮断状態とされたときにおいても回生電力吸収用抵抗に対する過負荷が回避されるようになっている。
【0013】
また、本発明の請求項3にかかるACサーボモータ用ドライバの回生電圧処理装置では、上記請求項1における切換回路と回生電圧処理回路とを結ぶ電源線上には、回生電圧処理回路からの出力を切換回路に供給させない方向に逆バイアス整流作用を有するダイオードが直列に接続されている。
このような構成を有する請求項3にかかるACサーボモータ用ドライバの回生電圧処理装置によれば、簡単で廉価な回路構成により、交流電源の投入以後において、上記回生電圧処理回路のみを動作させることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1に示されているように、交流電源1から出力される交流電圧は、第一のブレーカであるメインブレーカ2から、第二のブレーカであるサブブレーカ(MC)4および小信号回路3へ並列的に供給されている。すなわち、メインブレーカ2を介してモータ駆動回路側の小信号回路3に小信号用電源(SWR)として供給されるとともに、上記メインブレーカ2に直列接続されたサブブレーカ(MC)4を介して、電源放電回路5、及び回生電圧処理回路6にそれぞれ供給されている。
【0015】
このうちの上記電源放電回路5は、例えば、前述した特開昭61−277389号公報に記載されている電源放電回路と同様な構成になされていることから詳細な説明は省略することとするが、当該電源放電回路5に設けられた放電制御回路部5aからの指令によって、モータ駆動回路側のコンデンサ(図示省略)に蓄えられた電荷の放電を行う機能を備えている。
【0016】
そして、上記放電制御回路部5aの動作中においては、当該放電制御回路部5aから、上記回生電圧処理回路6を駆動する回生FET駆動回路部6aに対して、これら放電制御回路部5aと回生FET駆動回路部6aとを接続している信号線を通して回生駆動信号S1が出力され、その回生駆動信号S1を回生FET駆動回路部6aが受けている間は、上記回生電圧処理回路6と電源放電回路5とが並行して動作するように構成されている。一方、上記放電制御回路部5aの動作が停止されて電源放電回路5が停止状態になされると、動作維持信号S1の出力もなされなくなって回生電圧処理回路6のみが単独で動作する構成になされている。
【0017】
また、上述した回生電圧処理回路6は、例えば、前述した特公昭56−26237号公報に開示されたものと同様な回路構成を備えていることから、これに関しても詳細な説明は省略することとするが、放電機能を有しない回生電圧処理回路で構成されており、モータ駆動回路に生じた回生電力の電圧が予め設定された基準値を越えたときに、当該回生電圧処理回路6に設けられた回生制御回路部6bから発せられる回生駆動信号S2が、上記回生制御回路部6bと回生FET駆動回路部6aとを接続している信号線を通して出力されることによって上記回生FET駆動回路部6aが動作し、適宜の回生電力処理動作が行われるようになっている。
【0018】
さらに、上述した電源放電回路5には、前記メインブレーカ2が閉となり、前記交流電源1が投入された後において当該電源放電回路5の動作を禁止する切換回路7が付設されている。すなわち、この切換回路7は、上述した放電制御回路部5a及び回生FET駆動回路部6aの一端側を直列に接続する電源線7b上にリレー7aを有しており、そのリレー7aが閉じることにより、上記電源線7bが導通状態に切り換えられ、それによって前記放電制御回路部5aの両端電圧がゼロ電位になされて、放電制御回路部5aが停止状態に切り換えられ、放電制御回路部5aからの動作維持信号S1の出力が停止されるようになっている。この場合においても、回生FET駆動回路部6aは、回生制御回路部6bから発せられる回生駆動信号S2により動作可能となっている。回生FET駆動回路部6aは、回生制御回路部6bから回生FET駆動回路部6aに至る電源線6cから電源供給を受けことができ、しかも、電源線7b上には放電制御回路5aと回生FET駆動回路部6aの間において、回生FET駆動回路部6aからの出力を切換回路7に供給させない方向に逆バイアス整流作用を有するダイオードD12が直列に接続されているため、回生FET駆動回路部6aの両端電位はゼロ電位とはならない構成となっているからである。
【0019】
一方、上記リレー7aには、当該リレー7aの駆動電圧として、前記交流電源1からの出力電圧が前記小信号用電源(SWR)で所望の電圧に変換された後、ダイオードD11を介して印加されており、交流電源1の投入によって上記リレー7aが閉じるようになっている。従って、上記交流電源1が投入されることによりリレー7aが閉じた状態に切り換えられ、上記電源放電回路5の放電動作が禁止されるとともに、そのリレー7aの閉じた状態が保持されている間は放電停止の状態が維持され、回生電圧処理回路6のみが単独で動作されるようになっている。
【0020】
加えて、上記リレー7aには、交流電源1の遮断時から一定時間にわたって当該リレー7aの閉じた状態を維持するコンデンサC11が並列に配置されており、このコンデンサC11に電荷が蓄積されている間は、上述したリレー7aによる放電動作の禁止状態がそのままに保持されるようになっている。
【0021】
このとき、上述したダイオードD11は、上記コンデンサC11内に充電された電荷を、上述した小信号回路3等の他の回路側に供給させない方向の逆バイアス整流作用を有するように直列接続されており、そのダイオードD11の整流作用によって、上記コンデンサC11に充電された電荷はリレー7aにのみ供給される。従って、コンデンサC11に充電された電荷は切換回路7の禁止動作にのみ用いられ、他の回路には供給されないことから、切換回路7による禁止動作の維持時間を延長できるようになっている。
【0022】
また、上記回生制御回路部6bから回生FET駆動回路部6aに至る電源線6c上には、ダイオードD13が、直列に接続されている。上述のように、回生FET駆動回路6aには、電源線7bおよび電源線6cの両方から電源が供給される構成となっているため、リレー7aが閉じて電源線7bおよび電源線6cの両方から電源が供給される場合においては、電源線7bからの電源供給が電源線6cからの電源供給よりも大きくなることがある。この場合、電源線7bからの電源供給が電源線6cを通じて他の回路に供給されることがないよう上記ダイオードD13を設け、小信号回路3等の他の回路を保護する構成となっている。
【0023】
このような構成を有する本実施形態によれば、前記メインブレーカ2が閉となり、前記交流電源1が投入された後においては、切換回路7のリレー7aが閉することによって、上記電源放電回路5の動作が禁止されて停止状態になされ、それにより、放電機能を有しない回生電圧処理回路6のみが単独で動作されて、回生電圧処理回路6における過負荷が回避されるようになっている。
【0024】
一方、前記メインブレーカ2が開となり、前記交流電源1が遮断された場合には、上記リレー7aに接続されたコンデンサC11における電荷の放電とともに切換回路7のリレー7aが開いた状態になされ、放電機能を備えていない回生電圧処理回路6と並行して、電源放電回路5による放電動作が行われる。そのため、最終ユーザーやサービスマン等の安全性確保に必要な放電機能が確保されるようになっている。
【0025】
すなわち本実施形態では、上述した回生電圧処理回路6が、回生電圧が予め設定された基準値を越えたときに処理動作は行うが、放電機能は有しないものから構成されていることから、回生処理動作が電源放電機能から完全に分離された状態で行われることとなり、上述した作用が確実に得られるようになっている。
【0026】
さらに本実施形態では、上述した切換回路7に、交流電源1の遮断時から一定時間にわたって当該切換回路7の禁止動作を維持するコンデンサC11が設けられていることから、交流電源1の遮断時や瞬間停止時においても、電源放電機能が一定時間にわたって動作しないこととなり、その場合における回生電力吸収用抵抗に対する過負荷が回避されるようになっている。
【0027】
さらにまた本実施形態では、前記切換回路7に設けられたコンデンサC11に、当該コンデンサC11に充電された電荷を他の回路に供給させない方向の逆バイアス整流作用を有するダイオードD11が直列に接続されていることから、コンデンサC11に充電された電荷は切換回路7の禁止動作にのみ用いられ、他の回路には供給されないことから、切換回路7による禁止動作の維持時間を延長できるようになっている。
【0028】
一方、上述した実施形態では、交流電源1から供給される交流電圧がメインブレーカ2から、サブブレーカ(MC)4および切換回路7へ並列的に供給されるように構成されていることから、上記サブブレーカ(MC)4のオン・オフに関係なく放電機能の切換が行われることとなり、例えば、ロボットのティーチング等を行う場合に安全を確保するために上記サブブレーカ(MC)4が遮断状態になされたときにおいても、切換回路7の禁止動作は維持されているため、回生電圧処理回路6に設けられた回生電力吸収用抵抗に対する過負荷が回避されるようになっている。
【0029】
また、上述した実施形態では、前記切換回路7と回生電圧処理回路6とを結ぶ電源線7b,6c上に、回生電圧処理回路6からの出力を切換回路7に供給させない方向に逆バイアス整流作用を有するダイオードD12が直列に接続されていることから、簡単で廉価な回路構成により、交流電源1の投入以後において、回生電圧処理回路6のみを動作させることができる。
【0030】
以上、本発明者によってなされた発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であるというのはいうまでもない。
【0031】
例えば、上述した実施形態において切換回路7に採用されているリレー7aの代わりに、FETなどの半導体素子を用いることが可能である。
【0032】
また、上述した実施形態においてはサブブレーカ(MC)4を設けているが、例えばロボットのティーチング等を行う場合に安全を確保するために交流電源1を遮断する必要がない場合には、サブブレーカ(MC)4を省略することも可能である。
【0033】
また、上述した実施形態において切換回路7にはダイオードD11が用いられているが、数十ms程度の瞬停に対応する場合においては、通常、小信号用電源(SWR)に所定の電解コンデンサが設けられていることから、当該ダイオードD11を省略して構成することも可能である。
【0034】
さらに、切換回路7と回生電圧処理回路6とを結ぶ電源線7b,6c上に配置されたダイオードD12,D13は、電源放電回路5専用のFET駆動回路等を設けることなどによって省略することも可能である。
【0035】
さらにまた、上述のように、電源線7b上の、放電制御回路5aと回生FET駆動回路部6aの間においてダイオードD12を直列に接続する簡単な回路構成を用いて、交流電源1の投入以後においても回生FET駆動回路部6aの動作を可能としているが、その他の回路構成によっても、構成は複雑になるが、同様の機能を得ることは可能である。
【0036】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の請求項1記載にかかるACサーボモータ用ドライバの回生電圧処理装置は、モータの減速時にモータ駆動回路に発生する回生電力を吸収する回生電圧処理回路と、モータ駆動回路のコンデンサに充電された電荷の放電を行う電源放電回路の動作を交流電源の投入時に禁止する切換回路とを設け、交流電源の投入以後の回転駆動時においては、切換回路の禁止動作によって電源放電回路を停止させることで、当該電源放電回路の動作を禁止し、回生電圧処理回路のみを動作させる一方、交流電源遮断後には、上記電源放電回路を動作させるように構成するとともに、回生電圧処理回路を、回生電力の電圧が予め設定された基準値を越えたときに処理動作は行うが、放電機能は有しないものから構成して、回生処理動作を電源放電機能から完全に分離した状態で行うようにしたものであるから、必要な電源放電機能を確保しつつ、回生電力吸収用抵抗に対する過負荷を防止することができ、ACサーボモータ用ドライバの安全性と信頼性との双方を高めることができる。
【0037】
さらに、本発明の請求項1にかかるACサーボモータ用ドライバの回生電圧処理装置は、前記切換回路に、交流電源の遮断時から一定時間にわたって当該切換回路の禁止動作を維持するコンデンサが設けて、交流電源の遮断時や瞬間停止時においても電源放電機能を一定時間にわたって動作させないようにして、回生電力吸収用抵抗に対する過負荷を回避させるように構成したものであるから、上述した効果を更に高めることができる。
【0038】
さらにまた、本発明の請求項1にかかるACサーボモータ用ドライバの回生電圧処理装置は、前記切換回路のコンデンサに充電された電荷を他の回路に供給させない方向の逆バイアス整流作用を有するダイオードを設け、コンデンサに充電された電荷が切換回路の禁止動作にのみ用いられ、他の回路には供給されないように構成したものであるから、切換回路の禁止動作の維持時間を延ばすことができる。
【0039】
一方、本発明の請求項2にかかるACサーボモータ用ドライバの回生電圧処理装置は、上記請求項1における交流電源から供給される交流電圧に対して当該交流電源側から第一のブレーカと第二のブレーカが設けられ、当該第一のブレーカから当該第二のブレーカおよび上記請求項1における切換回路へ並列的に上記交流電圧が供給されるよう構成したものであるから、上述した作用が第二のブレーカのオン・オフに関係なく行われることとなり、例えば、ロボットのティーティング等を行う場合に安全を確保するため、第二のブレーカが遮断状態とされたときにおいても回生電力吸収用抵抗に対する過負荷を回避することができる。
【0040】
また、本発明の請求項3にかかるACサーボモータ用ドライバの回生電圧処理装置は、上記請求項1における切換回路と回生電圧処理回路とを結ぶ電源信号線上に回生電圧処理回路からの出力を切換回路に供給させない方向に逆バイアス整流作用を有するダイオードを接続するよう構成したものであるから、簡単で廉価な回路構成により、交流電源の投入以後において、回生電圧処理回路のみを動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態における回生電圧処理装置の概要を表したブロック回路図である。
【図2】従来の回生電圧処理装置の一例を表したブロック回路図である。
【符号の説明】
1 交流電源
2 メインブレーカ
3 小信号回路(モータ駆動制御回路)
4 サブブレーカ(MC)
5 電源放電回路
5a 放電制御回路部
6 回生電圧処理回路
6a 回生FET駆動回路部
6b 回生制御回路部
7 切換回路
7a リレー
D11 ダイオード
C11 コンデンサ
D12,D13 ダイオード
S1 動作維持信号
S2 回生駆動信号
Claims (3)
- 交流電源から供給される交流電圧を整流器により直流電圧に変換し、その直流電圧をコンデンサにより平滑化してモータ駆動用の電圧を生成するモータ駆動回路と、
モータの減速時に上記モータ駆動回路に発生する回生電力を吸収する回生電圧処理回路と、
前記モータ駆動回路のコンデンサに充電された電荷の放電を行う電源放電回路と、
前記交流電源の投入以後において上記電源放電回路の動作を禁止する切換回路とを備え、
前記電源放電回路及び前記回生電圧処理回路は、前記電源放電回路が停止状態になされると前記回生電圧処理回路のみが単独で動作する構成になされたものであって、
前記切換回路は、前記電源放電回路及び回生電圧処理回路の一端側を直列に接続する電源線上にリレーを有し、そのリレーには、前記交流電源の遮断時から一定時間にわたって当該リレーの閉じた状態を維持するコンデンサが並列に配置されているとともに、前記コンデンサには、当該コンデンサに充電された電荷を他の回路に供給させない方向の逆バイアス整流作用を有するダイオードが直列に接続され、
前記切換回路のリレーが閉じることにより前記電源放電回路が停止状態に切り換えられる一方、前記回生電圧処理回路は、前記モータ駆動回路に発生する回生電力の電圧が予め設定された基準値を越えたときに処理動作は行うが、放電機能は有しないものからなることを特徴とするACサーボモータ用ドライバの回生電圧処理装置。 - 前記交流電源から供給される交流電圧に対して前記交流電源側から第一のブレーカと第二のブレーカが設けられ、当該第一のブレーカから、当該第二のブレーカおよび前記切換回路へ並列的に前記交流電圧が供給されることを特徴とする請求項1記載のACサーボモータ用ドライバの回生電圧処理装置。
- 前記切換回路と前記回生電圧処理回路とを結ぶ電源線上には、前記回生電圧処理回路からの出力を前記切換回路に供給させない方向に逆バイアス整流作用を有するダイオードが直列に接続されていることを特徴とする請求項1記載のACサーボモータ用ドライバの回生電圧処理装置。
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