JP4469397B2 - サーボモータの停止方法および停止装置 - Google Patents

Description

本発明は、インバータ回路で生成される３相交流電流によって駆動されるサーボモータを、インバータ回路を制御する制御部を介することなく、あるいはパスして直接的に停止させるサーボモータの停止方法およびこの方法の実施に使用される停止装置に関するもので、限定するものではないが、工作機械、生産機械、産業機械等の安全性が要求されるサーボモータに適用して好適な、サーボモータの停止方法およびサーボモータの停止装置に関するものである。

生産機械または産業機械には、材料を加工したり搬送する、巨大な力で且つ高速度で作動する部材、すなわち作動部材が備わっている。このような作動部材に作業者が直接接触すると重大な事故が発生するので、可動防護ガードを設けて、事故を防止する安全対策が講じられている。

しかしながら、可動防護ガードだけでは十分に安全性は確保されない。更に詳しく説明すると、産業機械をメンテナンスするとき、可動防護ガードを開いて作業する必要があるが、このような作業中は可動部が駆動されないように、所要の構成部材にブレーキがかけられると共に、駆動源が油圧の場合には、リリース弁が開けられて油圧シリンダへの作動油の供給を遮断する等の安全対策が採られている。駆動源がサーボモータの場合においても、同様な安全対策が採られている。

生産機械または産業機械に採用されているサーボモータ、すなわち３相交流電流によって駆動されるサーボモータには、従来周知のように、モータ内部に設けられているＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３個の固定子巻線、それらに電圧を与える３個の端子、回転位置を検出するエンコーダ等が設けられている。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれの固定子巻線に所定の電圧をかけると磁界が生じて、永久磁石からなるサーボモータの回転子にトルクが与えられる。従って、エンコーダから検出された回転位置に応じて、Ｕ、Ｖ、Ｗ相に与える電圧の向きと、電圧をかける時間長を制御すると、任意の方向に任意のトルクで回転駆動することができる。このような電圧は、従来周知のインバータ回路で生成されるが、このインバータ回路は制御部からの信号で制御されている。特許文献１には、このようなサーボモータを停止する方法が示されている。

特開平８−１９１５９１号公報

特許文献１に記載のサーボモータの停止方法は、回転駆動するサーボモータを停止する場合、まず回転方向と逆方向に回転するように逆転トルクが生じるようにＵ、Ｖ、Ｗ相に電圧をかける。次いで、回転速度が所定の速度以下になったら、Ｕ、Ｖ、Ｗ相に所定の方向に直流電圧をかけて直流励磁させて、サーボモータを停止するようになっている。

特許文献１に記載のサーボモータの停止方法によると、最初に逆転トルクを生じさせるので、サーボモータを急速に減速させることができ、また所定の速度以下の回転速度になったら、直流励磁させて完全に停止させるので、短時間でサーボモータを停止させることはできる効果は認められる。しかしながら、生産機械等の安全対策として、サーボモータを停止させた状態に保持しておく場合に適用するには問題がある。例えば、サーボモータが停止した後に、Ｕ、Ｖ、Ｗ相にかけていた直流電圧を切ると、サーボモータには一切のトルクがかからない状態になる。そうすると、サーボモータ自体にブレーキがかからず、サーボモータに連結されている機械部材の自重による落下を防ぐことができない。一方、サーボモータの停止後に、Ｕ、Ｖ、Ｗ相に直流電圧をかけ続けると、サーボモータを停止させた状態で保持することはできるが、電力消費が大きくエネルギーの無駄であるし、固定子巻線に長時間電流が流れて大量の熱が発生して、断線等の原因にもなる。

さらには、特許文献１に記載のサーボモータの停止方法には、サーボモータが停止した後であっても、サーボモータへの電力供給が継続されサーボモータが制御部からの信号で制御され続けている点に問題がある。サーボモータへの電力供給が遮断されていないと、制御部が異常な信号を発すると、サーボモータが駆動されてしまう。

制御部は、ＣＰＵやメモリ等からなるハードウエアと、各種の指令を組み合わせたプログラム、すなわちソフトウエアとから構成されている。ハードウエアは、近年信頼性が向上してきてはいるが、故障しないという保証はなく、電磁波等のノイズを拾って誤動作、すなわち暴走する恐れもある。ソフトウエアについても、開発時に十分にテストされて品質が確保されているとしても、近年の生産機械の高性能化に伴い、高度で複雑なプログラムが組まれていることが多いので、潜在的なソフトウエアバグが混入している可能性を完全には排除できない。このようなハードウエアあるいはソフトウエアの異常によって、制御部から異常な信号が発せられることがあり、サーボモータの停止は保証されているとはいえず、したがって作業者の安全が保証されているとはいえない。

本発明は、上記したような従来の問題点あるいは課題を解決した、工作機械あるいは生産機械に適用されるサーボモータの停止方法およびサーボモータの停止装置を提供することを目的とし、具体的には生産機械等に設けられている例えば可動防護ガードが開かれたり、あるいはセンサーによって生産機械がメンテナンス中であることが検出されたら、無駄な電力を消費することもなく、確実にサーボモータを停止した状態で保持でき、制御部の暴走等でサーボモータが誤動作することもない、サーボモータの停止方法およびサーボモータの停止装置を提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するために、実施の形態に即していえば、可動防護ガードが開になった信号によりコモンから切り離されると、サーボモータを制御している制御回路をパスして、該サーボモータへのエネルギの供給を遮断すると共に、前記サーボモータを回生制動がかかる状態にするように構成される。さらに具体的には、サーボモータに３相交流電流を供給するインバータ回路を構成する各アーム回路の上下アーム回路を作動するゲートドライブ回路のうち、上アーム回路を作動する第１のゲートドライブ回路群、または下アーム回路を作動する第２のゲートドライブ回路群の、一方のゲートドライブ群を作動不能にすると、他方のゲートドライブ回路群は、制御部を介することなく直接作動して、サーボモータのＵ、Ｖ、Ｗ相の各相が短絡状態になって、サーボモータは回生制動がかかる状態になるように構成される。

すなわち、請求項１に記載の発明は、第１〜３のアーム回路からなるインバータ回路と、各アーム回路を構成する上アーム回路と下アーム回路毎に対応して設けられている６個のゲートドライブ回路と、前記６個のゲートドライブ回路に個別にゲート信号を発信する制御回路とを備え、前記制御回路から所定のゲート信号を出力すると、前記インバータ回路で３相交流電流が生成され、それによって駆動されるようになっているサーボモータにおいて、該サーボモータを停止する方法であって、前記６個のゲートドライブ回路は、前記第１〜３のアーム回路の上アーム回路に対応する第１のゲートドライブ回路群と、前記第１〜３のアーム回路の下アーム回路に対応する第２のゲートドライブ回路群とに分けられ、前記第１、２のゲートドライブ回路群のいずれか一方のゲートドライブ回路群はコモンに、他方のゲートドライブ回路群は、前記コモンにスイッチを介して遮断可能に接続されているコモン支線に、ぞれぞれ接続されて所定の電位の電圧が供給されるようになっており、前記制御回路は、制御部と、該制御部に接続されている所定の論理素子からなる論理回路とから構成され、前記論理回路からそれぞれの前記ゲートドライブ回路にゲート信号ラインが接続されており、前記制御部において制御信号を出力すると、前記論理回路で変換されて作動を意味する０Ｖのゲート信号が前記ゲート信号ラインに乗って、対応するゲートドライブ回路が作動して、前記インバータ回路の対応する上下アーム回路が作動するようになっており、前記コモン支線からは、前記コモン支線の分岐線が、所定の論理素子を介して、前記論理回路内の前記一方のゲートドライブ回路群に対応する論理素子に接続されており、前記スイッチを作動して前記コモン支線を前記コモンから切り離して前記コモン支線の電位を０Ｖにすると、前記他方のゲートドライブ回路群は作動不能になり、そして前記分岐線からの信号によって前記一方のゲートドライブ回路群に対応する前記ゲート信号ラインに０Ｖのゲート信号が乗って、前記一方のゲートドライブ回路群が作動して、それによって前記サーボモータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相が短絡状態になり、前記サーボモータは回生制動がかかる状態になるように構成される。そして、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のサーボモータの停止方法において、前記コモンの切り離しは、生産機械または産業機械に設けられている可動防護ガードの開状態の検出に連動して行われるように構成される。

請求項３に記載の発明は、サーボモータに３相交流電流を供給するインバータ回路と、前記インバータ回路を構成する第１〜３のアーム回路の各々の上アーム回路と下アーム回路に対応して設けられ、上下アーム回路を作動する６個のゲートドライブ回路と、前記６個のゲートドライブ回路のそれぞれにゲート信号を出力する制御回路と、所定の電位のコモンと、前記コモンとスイッチを介して遮断可能に接続されているコモン支線と、から構成され、前記６個のゲートドライブ回路のうち、前記第１〜３のアーム回路の上アーム回路に対応する第１のゲートドライブ回路群と、前記第１〜３のアーム回路の下アーム回路に対応する第２のゲートドライブ回路群のうち、いずれか一方のゲートドライブ回路群は前記コモンに、他方のゲートドライブ回路群は前記コモン支線にそれぞれ接続されており、前記制御回路は、制御部と、該制御部に接続されている所定の論理素子からなる論理回路とから構成され、前記論理回路からそれぞれの前記ゲートドライブ回路にゲート信号ラインが接続されており、前記制御部において制御信号が出力されると、前記論理回路で変換されて作動を意味する０Ｖのゲート信号が前記ゲート信号ラインに乗って、対応するゲートドライブ回路が作動して、前記インバータ回路の対応する上下アーム回路が作動するようになっており、前記コモン支線からは、所定の論理素子を介して、前記コモン支線の分岐線が前記論理回路内の前記一方のゲートドライブ回路群に対応する論理素子に接続されており、前記スイッチが切断され、前記コモンと前記コモン支線が遮断されると、前記コモン支線の電位が０Ｖになって、前記他方のゲートドライブ回路群は作動不能になると共に、前記分岐線からの信号によって前記一方のゲートドライブ回路群に対応する前記ゲート信号ラインに０Ｖのゲート信号が乗って、前記一方のゲートドライブ回路群が作動して、それによって前記サーボモータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相が短絡状態になり、前記サーボモータは回生制動がかかる状態になるように構成される。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のサーボモータの停止装置において、前記サーボモータは、生産機械、産業機械等に設けられているサーボモータであるように、そして請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載のサーボモータの停止装置において、前記スイッチは生産機械または産業機械に設けられている可動防護ガードの開状態を検出して切断されるように構成される。

以上のように、本発明によると、インバータ回路を構成する各アーム回路の上下アーム回路を作動するゲートドライブ回路のうち、上アーム回路を作動する第１のゲートドライブ回路群、または下アーム回路を作動する第２のゲートドライブ回路群の、一方のゲートドライブ群を作動不能にするので、サーボモータのＵ、Ｖ、Ｗ相にはプラス側電圧、もしくはマイナス側電圧がかけられることはなく、さらに、他方のゲートドライブ回路群は、制御部を介することなく作動するので、上アーム回路または下アーム回路が同時に作動して、サーボモータのＵ、Ｖ、Ｗ相が短絡されて、サーボモータを回生制動がかかる状態にすることができる。従って、サーボモータを停止させるために、無駄な電力を消費することがなく、ＣＰＵ等の制御部の暴走による誤動作の恐れもない。さらに、他の発明によると、生産機械の可動防護ガードの開状態を検出して、サーボモータを停止するので、生産機械のメンテナンス中であっても、作業者の安全を保証することができるという、本発明に特有の効果が得られる。

以下、本発明の実施形態を説明する。本発明の実施の形態に係るサーボモータの停止装置１は、従来周知のサーボモータを制御・駆動する装置に組み込まれているので、その構成の大部分は従来周知のサーボモータを制御・駆動する装置と同様に構成されている。すなわち、サーボモータの停止装置１は、図１に示されているように、サーボモータ２に電圧をかけるインバータ回路３、インバータ回路３を作動するドライブ回路４、ドライブ回路４を制御する制御回路５、サーボモータ２に関連して設けられ、回転位置を検出して制御回路５に送信するエンコーダ６、サーボモータ２を駆動可能にしたり駆動不可能にするシーケンサ７等から構成されている。

従来周知のように、サーボモータ２は図には示されてはいないが、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相からなる３個の固定子巻線の一端が互いにスター結線され、それぞれの相の他端の３個の端子はモータの外部に設けられている。したがって、Ｕ、Ｖ、Ｗ相にかける電圧の向きや時間を制御すると、任意の向きに任意のトルクで回転子を回転駆動することができる。

インバータ回路３も、三相電圧制御型インバータ回路として従来周知であり、３個のアーム回路、すなわち、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに対応する第１〜３のアーム回路Ｕ、Ｖ、Ｗから構成されている。各アーム回路Ｕ、Ｖ、Ｗは、それぞれプラスの電圧をかける上アーム回路と、マイナスの電圧をかける下アーム回路とから構成されている。すなわち、インバータ回路３は、第１〜３の上アーム回路Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋と、第１〜３の下アーム回路Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−とから構成されている。

第１〜３の上下アーム回路Ｕ＋、Ｕ−、…は、それぞれ１個の絶縁ゲートバイポーラ・トランジスタ、すなわちＩＧＢＴからなるトランジスタＱ１、Ｑ２、…と、１個のダイオードＤ１、Ｄ２、…とから構成され、ダイオードＤ１、Ｄ２、…は、それぞれトランジスタＱ１、Ｑ２、…のエミッタからコレクタの向きに電流を流すように、トランジスタＱ１、Ｑ２、…と並列逆向きに接続されている。このような上下アーム回路のうち、第１〜３の上アーム回路Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋は、トランジスタＱ１、Ｑ３、Ｑ５のコレクタがそれぞれ３００Ｖの直流駆動電源のプラス側に接続され、エミッタがそれぞれサーボモータ２のＵ、Ｖ、Ｗ相の端子に接続されている。同様に、第１〜３の下アーム回路Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−は、図２にも示されているように、トランジスタＱ２、Ｑ４、Ｑ６のコレクタがそれぞれサーボモータ２のＵ、Ｖ、Ｗ相の端子に接続され、エミッタがそれぞれ３００Ｖの直流駆動電源のマイナス側に接続されている。従って、上アーム回路Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋のトランジスタＱ１、Ｑ３、Ｑ５のゲートに電圧をかけると、トランジスタＱ１、Ｑ３、Ｑ５のコレクタ・エミッタ間が導通状態になり、サーボモータの対応する相にプラス電圧がかけられ、下アーム回路Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−のトランジスタＱ２、Ｑ４、Ｑ６のゲートに電圧をかけると、トランジスタＱ２、Ｑ４、Ｑ６のコレクタ・エミッタ間が導通状態になり、サーボモータの対応する相にマイナス電圧がかけられる。なお、ダイオードＤ１、Ｄ２、…は、フライホイールダイオードであり、サーボモータ２の停止時等に瞬間的に発生する逆起電力によってトランジスタＱ１、Ｑ２、…が破壊されないように設けられているが、後で詳しく説明するように、サーボモータ２を回生制動によって停止させるときに、回路を短絡状態にして電流をエミッタからコレクタ側に逃がす役割も果たす。

ドライブ回路４も従来周知で、インバータ回路３と制御回路５をフォトカプラで電気的に絶縁して制御回路５を駆動電源の電圧から保護すると共に、制御回路５からのゲート信号を受けて、インバータ回路３の第１〜３の上下アーム回路Ｕ＋、Ｕ−、…のトランジスタＱ１、Ｑ２、…のゲートに電圧をかけてインバータ回路３を駆動する回路である。このようなドライブ回路４は、第１〜３の上下アーム回路Ｕ＋、Ｕ−、…に対応する６個の第１〜６のゲートドライブ回路ＧＤ１、ＧＤ２、…から構成されている。

第１〜６のゲートドライブ回路ＧＤ１、ＧＤ２、…は、いずれも１個のフォトカプラＰ１、Ｐ２、…、１個のアンプＡ１、Ａ２、…等から構成され、フォトカプラＰ１、Ｐ２、…内のフォトトランジスタと発光ダイオードのうち、フォトトランジスタがインバータ回路３側に、発光ダイオードが制御回路５側に接続されている。より詳しく説明すると、フォトトランジスタのエミッタが、それぞれのアンプＡ１、Ａ２、…を介して、インバータ回路３の各上下アーム回路Ｕ＋、Ｕ−、…のトランジスタＱ１、Ｑ２、…のゲートにそれぞれ接続されており、発光ダイオードのアノード側信号ラインＳ０１、Ｓ０２、…は、プラスコモンＣＯＭ、すなわち電位が＋５Ｖのコモンに接続され、カソード側信号ライン、すなわちゲート信号ラインＳ１１、Ｓ１２、…は、制御回路５に接続されている。従って、ゲート信号ラインＳ１１、Ｓ１２、…に作動を意味する０Ｖのゲート信号が乗せられると、フォトカプラＰ１、Ｐ２、…が作動して、アンプＡ１、Ａ２、…で増幅された電圧によって、各上下アーム回路Ｕ＋、Ｕ−、…が作動することになる。

このようなゲートドライブ回路ＧＤ１、ＧＤ２、…は、第１〜３の上アーム回路Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋に対応する第１のゲートドライブ回路群ＧＤ１、ＧＤ３、ＧＤ５と、第１〜３の下アーム回路Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−に対応する第２のゲートドライブ回路群ＧＤ２、ＧＤ４、ＧＤ６とに分けられる。前記した説明では、全てのゲートドライブ回路ＧＤ１、ＧＤ２、…のフォトカプラＰ１、Ｐ２、…の発光ダイオードのアノード側信号ラインＳ０１、Ｓ０２、…は、プラスコモンＣＯＭに接続されているように説明したが、正確には第１のゲートドライブ回路群ＧＤ１、ＧＤ３、ＧＤ５に属する信号ラインＳ０１、Ｓ０３、Ｓ０５は、プラスコモンＣＯＭのコモン支線ＣＯＭ１に接続されている。

制御回路５は、ゲート信号をドライブ回路４に出力する回路であり、ＣＰＵ、メモリ等から構成されている従来周知の制御部１１、論理素子からなる論理回路等から構成されている。制御部１１は、所定の運転条件に従って、エンコーダ６で検出される回転位置に応じて、制御信号を発する。短い時間幅でかつ時間幅が可変のパルスで制御信号を与えて、サーボモータのトルクを制御する、いわゆるＰＷＭ制御の制御信号も、制御部１１で生成される。第１〜３のアーム回路Ｕ＋、Ｕ−、…を制御する制御信号は、制御部１１に接続されている信号ラインＳ２１、Ｓ２２、…により送信される。

論理回路は、制御部１１から発信される制御信号を、ドライブ回路４を作動するゲート信号に変換する回路である。３本の信号ラインＳ２１、Ｓ２３、Ｓ２５は、電圧を反転する論理素子、すなわちインバータ素子ＩＮ１、ＩＮ３、ＩＮ５を介して、第１のゲートドライブ回路群ＧＤ１、ＧＤ３、ＧＤ５のゲート信号ラインＳ１１、Ｓ１３、Ｓ１５に接続されている。他の３本の信号ラインＳ２２、Ｓ２４、Ｓ２６も、本実施の形態に係るサーボモータの停止装置１に特有の回路も含まれてはいるが、インバータ素子ＩＮ２、ＩＮ４、ＩＮ６を介して、第２のゲートドライブ回路群ＧＤ２、ＧＤ４、ＧＤ６のゲート信号ラインＳ１２、Ｓ１４、Ｓ１６に接続されている。いずれのゲート信号ラインＳ１１、Ｓ１２，…もインバータ素子ＩＮ１、ＩＮ２、…を介して接続されているのは、本実施の形態に係る装置の制御系の回路が、＋５Ｖの電位のプラスコモンで構成されているからであり、制御部１１から発信されている、０Ｖが停止で＋５Ｖが作動を意味する制御信号を、＋５Ｖが停止で０Ｖが作動を意味する制御信号すなわちゲート信号に変換するためである。

論理回路には、前記したようにサーボモータの停止装置１に特有の回路が設けられている。すなわち、信号ラインＳ２２、Ｓ２４、Ｓ２６は、それぞれ、後で説明する分岐信号ラインＳ５２、Ｓ５２、Ｓ５２と共に、論理和素子ＯＲ２、ＯＲ４、ＯＲ６で論理和が取られて、それぞれの出力がインバータ素子ＩＮ２、ＩＮ４、ＩＮ６を介して、ゲート信号ラインＳ１２、Ｓ１４、Ｓ１６に接続されている。従って、分岐信号ラインＳ５２、Ｓ５２、Ｓ５２に作動を意味する＋５Ｖの電位の制御信号が乗ると、ゲート信号ラインＳ１２、Ｓ１４、Ｓ１６に作動を意味する０Ｖの電位のゲート信号が乗る。そうすると、第２のゲートドライブ回路群ＧＤ２、ＧＤ４、ＧＤ６が作動して、第１〜３の下アーム回路Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−が同時に作動状態になる。

信号ラインＳ５１は、プラスコモンＣＯＭのコモン支線ＣＯＭ１の分岐線であり、途中にインバータ素子ＩＮ１１が設けられている。プラスコモンＣＯＭとコモン支線ＣＯＭ１が接続されている状態では、コモン支線ＣＯＭ１の電位も＋５Ｖになっているので、インバータ素子ＩＮ１１で反転されて、信号ラインＳ５１の電位は０Ｖになっている。しかし、後で説明するように、第１のリレーＡＸ１がＯＦＦされると、プラスコモンＣＯＭとコモン支線ＣＯＭ１は遮断されて、コモン支線ＣＯＭ１の電位は０Ｖになり、インバータ素子ＩＮ１で反転されて、信号ラインＳ５１の電位は＋５Ｖになる。このような信号ラインＳ５１は、前記した分岐信号ラインＳ５２、Ｓ５２、…と、分岐信号ラインＳ５３、Ｓ５４に分岐している。分岐信号ラインＳ５３は制御部１１に接続されて、コモン支線ＣＯＭ１の電位の状態が監視され、分岐信号ラインＳ５４は、フォトカプラＰ１１に接続されている。フォトカプラ１１を詳しく説明すると、内部の発光ダイオードのアノード側は電位が＋５ＶのプラスコモンＣＯＭに、カソード側は分岐信号ラインＳ５４に接続されている。そして、フォトカプラ１１内のフォトトランジスタのコレクタが第２のリレーＡＸ２に、エミッタが接地されている。フォトカプラ１１が作動していないと、すなわち、分岐信号ラインＳ５４の電位が＋５Ｖであると、第２のリレーＡＸ２はＯＦＦされているが、分岐信号ラインＳ５４の電位が０ＶになるとフォトカプラＰ１１が作動して、第２のリレーＡＸ２がＯＮされるようになっている。

シーケンサ７は、可動防護ガード１２が閉じられているときのみ、サーボモータ２を駆動可能にし、可動防護ガード１２が開かれているときには、サーボモータ２を駆動不可能にして、作業者の安全を確保する装置である。シーケンサ７には、可動防護ガード１２に設けられているセンサ１３、１３、…が、信号ラインＳ６１、Ｓ６１、…を介して接続されて、ドアの開閉状態が通知されるようになっている。また、ガードロック１５を操作する信号ラインＳ６２も接続されて、可動防護ガード１２を施錠したり解錠できるようになっている。そして、シーケンサ７からは、内部のインバータ素子ＩＮ１２を介して、信号ラインＳ６３によって第１のリレーＡＸ１が接続され、リレーをＯＮ／ＯＦＦできるようになっている。プラスコモンＣＯＭとコモン支線ＣＯＭ１は、第１のリレーＡＸ１のＡ接点に接続されており、シーケンサ７から信号ラインＳ６３を介して第１のリレーＡＸ１がＯＦＦされると、前記したようにプラスコモンＣＯＭとコモン支線ＣＯＭ１は遮断される。コモン支線ＣＯＭ１は抵抗を介して接地されているので、コモン支線ＣＯＭ１の電位は、わずかな時間だけ遅れて０Ｖになる。

シーケンサ７には内部のインバータ素子ＩＮ１３を介して信号ラインＳ６４も接続されており、この信号ラインＳ６４は、第２のリレーＡＸ２のＢ接点に接続されている。したがって、リレーの動作状態から、後で説明するように、プラスコモンＣＯＭとコモン支線ＣＯＭ１の接続状態を検出できる。さらに、制御部１１とシーケンサ７は、信号ラインＳ６５で接続されており、制御部１１で動作するソフトウエアから、サーボモータ２の動作・停止状態がシーケンサ７に直接通知されるようになっている。

次に、本実施の形態に係るサーボモータの停止装置１の作用について説明する。はじめに、サーボモータ２を駆動可能な状態にする場合を説明する。オペレータは、可動防護ガード１２を閉めて、所定の操作を行う。そうすると、シーケンサ７は、センサ１３、１３、…によって可動防護ガード１２が閉状態になっていることを確認して、ガードロック１５を操作して施錠する。その後、シーケンサ７は、第１のリレーＡＸ１をＯＮにする。第１のリレーＡＸ１がＯＮになると、プラスコモンＣＯＭとコモン支線ＣＯＭ１は接続されるので、第１のゲートドライブ群ＧＤ１、ＧＤ３、ＧＤ５に制御電圧の５Ｖが供給される。これにより、全てのゲートドライブ回路ＧＤ１、ＧＤ２、…がプラスコモンＣＯＭに接続された状態になる。信号ラインＳ５１の電位は、コモン支線ＣＯＭ１の電位＋５Ｖがインバータ素子ＩＮ１１で反転されて、０Ｖになっており、分岐信号ラインＳ５３を経由して制御部１１にサーボモータ２が駆動可能になったことを通知する。また、分岐信号ラインＳ５４の電位も０Ｖであるので、フォトカプラＰ１１が作動して、第２のリレーＡＸ２がＯＮし、信号ラインＳ６４を介してシーケンサ７は、サーボモータ２が駆動可能になっていることを検知する。制御部１１は、設定された運転条件に従って制御信号を発信し、サーボモータ２は制御信号に基づいて駆動される。

次に、サーボモータ２を駆動可能な状態から、駆動不可能な状態にする場合を説明する。サーボモータ２が駆動可能な状態では、可動防護ガード１２は閉じられて、第１、２のリレーＡＸ１、ＡＸ２は共にＯＮされている。オペレータは、所定の操作を行って、サーボモータ２を停止する停止コマンドを与える。そうすると、サーボモータ２は、制御部１１から発信される制御信号に従って制御されながら減速されて停止する。制御部１１で動作するソフトウエアは、サーボモータ２が停止されたことを確認して、信号ラインＳ６５を介してシーケンサ７に通知する。そうすると、シーケンサ７はガードロック１５を解錠する。オペレータは可動防護ガード１２を開くことが可能になる。可動防護ガード１２が開かれると、シーケンサ７には、センサ１３、１３、…によって可動防護ガード１２が開状態になったことが通知される。そうすると、シーケンサ７は、第１のリレーＡＸ１をＯＦＦする。第１のリレーＡＸ１がＯＦＦされると、コモン支線ＣＯＭ１は、プラスコモンＣＯＭから遮断されて、電位が０Ｖになる。そうすると、第１のゲートドライブ回路群ＧＤ１、ＧＤ３、ＧＤ５は、ゲート信号ラインＳ１１、Ｓ１３、Ｓ１５からゲート信号が与えられても作動せず、第１〜３の上アーム回路Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋は作動しなくなる。すなわち、サーボモータ２にはプラス側の駆動電圧はかけられなくなり、エネルギーが遮断される。

コモン支線ＣＯＭ１の電位が０Ｖになると、信号ラインＳ５１の電位は＋５Ｖになり、分岐信号ラインＳ５２、Ｓ５２、Ｓ５２の電位は作動を意味する＋５Ｖになる。そうすると、論理和素子ＯＲ２、ＯＲ４、ＯＲ６と、インバータ素子ＩＮ２、ＩＮ４、ＩＮ６を経由してゲート信号が出力されて、第２のゲートドライブ回路群ＧＤ２、ＧＤ４、ＧＤ６が作動する。第１〜３の下アーム回路Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−が同時に作動して、サーボモータ２のＵ、Ｖ、Ｗ相は全てマイナス側の直流駆動電源に接続される。

マイナス側の直流駆動電源は、共通しているので、サーボモータ２のＵ、Ｖ、Ｗ相は、図２に示されているように、下アーム回路Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−を介して互いに結線された状態になる。トランジスタＱ２、Ｑ４、Ｑ６は全てＯＮされているので、トランジスタＱ２、Ｑ４、Ｑ６のコレクタ側からエミッタ側にはほとんど抵抗無く電流を流すことができ、また、ダイオードＤ２、Ｄ４、Ｄ６の働きにより、エミッタ側からコレクタ側へも自由に電流を流すことができる。従って、下アーム回路Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−は、任意の方向に電流すことができるので、サーボモータ２のＵ、Ｖ、Ｗ相は、抵抗の小さい閉回路で互いに短絡されることになる。サーボモータ２に連結されている機械部材等が自重により落下しようとすると、サーボモータ２の回転子は回転し始めるが、回転子を構成する永久磁石によって、サーボモータ２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の固定子巻線に起電力が生じる。生じた起電力と小さい抵抗によって、電流が瞬間的に流れる。図２にはそのような電流が点線の矢印で示されている。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各固定子巻線には、そのような電流Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３によって、磁力が生じて、固定子の永久磁石と反発して、回転を止めようとする力が生じる。閉回路の抵抗値は十分に小さいので、抵抗による電力の損失は小さく、効率良くサーボモータ２は回生制動される。従って、サーボモータ２は回転し難く、作業者の安全が確保される。

制御部１１には、分岐信号ラインＳ５３を介して、プラスコモンＣＯＭとコモン支線ＣＯＭ１とが遮断されたことが通知される。さらに、分岐信号ラインＳ５４の電位も＋５Ｖになって、フォトカプラＰ１１が作動できないので、第２のリレーＡＸ２がＯＦＦになる。シーケンサ７は第２のリレーＡＸ２のＢ接点信号を受信して、作業者の安全が確保されていることを確認する。

第１のリレーＡＸ１や第２のリレーＡＸ２が、例えば溶着してしまうと、可動防護ガード１２を閉じ、センサ１３、１３、…から閉状態が検出されても、シーケンサ７において起動条件が揃わなくなるので、サーボモータ２を起動状態にすることができなくなる。従って、第１のリレーＡＸ１、ＡＸ２に故障が発生しても、作業者の安全は確保される。

本発明のサーボモータの停止装置は、上記実施の形態に限定されることなく色々な形で実施できる。例えば、本実施の形態のサーボモータの停止装置は、可動防護ガードの開状態を検出して、サーボモータを駆動不可能にするようになっているが、他の状態を検出するようにしても良い。例えば、生産機械の周囲に立ち入り禁止エリアを設けて、侵入検出用の赤外線センサによって、作業者が立ち入り禁止エリア内に入ったことを検出したら、サーボモータを駆動不可能にするように実施することもできる。

また、モータのエネルギーを遮断するとき、本実施の形態では第１〜３の上アーム回路が作動しないように、第１のゲートドライブ回路群ＧＤ１、ＧＤ３、ＧＤ５をプラスコモンから遮断するようになっているが、第１〜３の下アーム回路が作動しないように、第２のゲートドライブ回路群ＧＤ２、ＧＤ４、ＧＤ６をプラスコモンから遮断するように実施することもできる。この場合は、サーボモータを回生制動するために、同時に第１〜３の上アーム回路を全て作動させる。さらには、本実施の形態に係るサーボモータの停止装置においては、制御系の回路はプラスコモンで構成されているが、コモンをマイナス電位のマイナスコモンで実施できることは明らかである。

生産機械や産業機械に限定されることなく、他の機械に設けられている、サーボモータの停止装置にも適用可能である。

本実施の形態に係るサーボモータの停止装置の回路図である。 本実施の形態に係るサーボモータの停止装置によって、サーボモータを回生制動している様子を模式的に示す動作説明図である。

符号の説明

１ サーボモータの停止装置 ２ サーボモータ
３ インバータ回路 ４ ドライブ回路
５ 制御回路 ７ シーケンサ
１１ 制御部 １２ 可動防護ガード
１３ センサ １５ ガードロック
ＧＤ１、ＧＤ２、ＧＤ３、ＧＤ４、ＧＤ５、ＧＤ６ ゲートドライブ回路
ＡＸ１、ＡＸ２ リレー

Claims (5)

1. 第１〜３のアーム回路からなるインバータ回路と、各アーム回路を構成する上アーム回路と下アーム回路毎に対応して設けられている６個のゲートドライブ回路と、前記６個のゲートドライブ回路に個別にゲート信号を発信する制御回路とを備え、前記制御回路から所定のゲート信号を出力すると、前記インバータ回路で３相交流電流が生成され、それによって駆動されるようになっているサーボモータにおいて、該サーボモータを停止する方法であって、
   前記６個のゲートドライブ回路は、前記第１〜３のアーム回路の上アーム回路に対応する第１のゲートドライブ回路群と、前記第１〜３のアーム回路の下アーム回路に対応する第２のゲートドライブ回路群とに分けられ、
   前記第１、２のゲートドライブ回路群のいずれか一方のゲートドライブ回路群はコモンに、他方のゲートドライブ回路群は、前記コモンにスイッチを介して遮断可能に接続されているコモン支線に、ぞれぞれ接続されて所定の電位の電圧が供給されるようになっており、
   前記制御回路は、制御部と、該制御部に接続されている所定の論理素子からなる論理回路とから構成され、前記論理回路からそれぞれの前記ゲートドライブ回路にゲート信号ラインが接続されており、前記制御部において制御信号を出力すると、前記論理回路で変換されて作動を意味する０Ｖのゲート信号が前記ゲート信号ラインに乗って、対応するゲートドライブ回路が作動して、前記インバータ回路の対応する上下アーム回路が作動するようになっており、
   前記コモン支線からは、前記コモン支線の分岐線が、所定の論理素子を介して、前記論理回路内の前記一方のゲートドライブ回路群に対応する論理素子に接続されており、
   前記スイッチを作動して前記コモン支線を前記コモンから切り離して前記コモン支線の電位を０Ｖにすると、前記他方のゲートドライブ回路群は作動不能になり、そして前記分岐線からの信号によって前記一方のゲートドライブ回路群に対応する前記ゲート信号ラインに０Ｖのゲート信号が乗って、前記一方のゲートドライブ回路群が作動して、それによって前記サーボモータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相が短絡状態になり、前記サーボモータは回生制動がかかる状態になることを特徴とする、サーボモータの停止方法。
2. 請求項１に記載のサーボモータの停止方法において、前記コモンの切り離しは、生産機械または産業機械に設けられている可動防護ガードの開状態の検出に連動して行われることを特徴とする、サーボモータの停止方法。
3. サーボモータに３相交流電流を供給するインバータ回路と、
   前記インバータ回路を構成する第１〜３のアーム回路の各々の上アーム回路と下アーム回路に対応して設けられ、上下アーム回路を作動する６個のゲートドライブ回路と、
   前記６個のゲートドライブ回路のそれぞれにゲート信号を出力する制御回路と、
   所定の電位のコモンと、前記コモンとスイッチを介して遮断可能に接続されているコモン支線と、から構成され、
   前記６個のゲートドライブ回路のうち、前記第１〜３のアーム回路の上アーム回路に対応する第１のゲートドライブ回路群と、前記第１〜３のアーム回路の下アーム回路に対応する第２のゲートドライブ回路群のうち、いずれか一方のゲートドライブ回路群は前記コモンに、他方のゲートドライブ回路群は前記コモン支線にそれぞれ接続されており、
   前記制御回路は、制御部と、該制御部に接続されている所定の論理素子からなる論理回路とから構成され、前記論理回路からそれぞれの前記ゲートドライブ回路にゲート信号ラインが接続されており、前記制御部において制御信号が出力されると、前記論理回路で変換されて作動を意味する０Ｖのゲート信号が前記ゲート信号ラインに乗って、対応するゲートドライブ回路が作動して、前記インバータ回路の対応する上下アーム回路が作動するようになっており、
   前記コモン支線からは、所定の論理素子を介して、前記コモン支線の分岐線が前記論理回路内の前記一方のゲートドライブ回路群に対応する論理素子に接続されており、
   前記スイッチが切断され、前記コモンと前記コモン支線が遮断されると、前記コモン支線の電位が０Ｖになって、前記他方のゲートドライブ回路群は作動不能になると共に、前記分岐線からの信号によって前記一方のゲートドライブ回路群に対応する前記ゲート信号ラインに０Ｖのゲート信号が乗って、前記一方のゲートドライブ回路群が作動して、それによって前記サーボモータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相が短絡状態になり、前記サーボモータは回生制動がかかる状態になることを特徴とする、サーボモータの停止装置。
4. 請求項３に記載のサーボモータの停止装置において、前記サーボモータは、生産機械、産業機械等に設けられているサーボモータであることを特徴とする、サーボモータの停止装置。
5. 請求項３または４に記載のサーボモータの停止装置において、前記スイッチは生産機械または産業機械に設けられている可動防護ガードの開状態を検出して、切断されることを特徴とする、サーボモータの停止装置。

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