JP5980969B2 - ダイナミックブレーキ回路故障検出機能を備えたモータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ駆動装置に関し、特にダイナミックブレーキ回路故障検出機能を備えたモータ駆動装置に関する。

停電時やアンプが故障した際、モータの端子間を、抵抗を介して短絡し、回転エネルギーを熱消費させて速やかに停止させるためにダイナミックブレーキ回路が使用されている。また、ダイナミックブレーキ回路の故障の有無を判定するモータ駆動装置が報告されている（例えば、特許文献１）。この従来のモータ駆動装置における故障の有無の判定方法は以下の通りである。まず、ダイナミックブレーキ回路の抵抗値と直流電圧に応じて閾値を設定する。次に、ダイナミックブレーキ回路のリレーをオープンにする指令を出力し、短時間だけパワートランジスタをオンにしてダイナミックブレーキ回路に直流電圧を印加する。このとき、パワートランジスタから流れ出す電流値を検出する電流検出手段を用いて検出する。検出した電流値と閾値とを比較をすることで、ダイナミックブレーキ回路の故障の有無を判定する。ダイナミックブレーキ回路のリレーが溶着していた場合、閾値以上の電流が流れるため、溶着故障と判定する。ダイナミックブレーキ回路のリレーが溶着していなかった場合、モータのインダクタンスにより電流がゆるやかに上昇するが、閾値に到達しないため、故障なしと判定する。

図１に従来のモータ制御装置のブロック図を示す。従来のモータ制御装置１０００は、モータ駆動制御回路１０１０と、故障判定回路１０１１と、パワートランジスタユニット１００３と、電流検出回路１００６と、ダイナミックブレーキ回路１００５と、を備えている。直流電源１００２は、交流電源（図示せず）からの交流電力を整流して直流電力に変換してパワートランジスタユニット１００３に出力する。パワートランジスタＡ〜Ｆを備えたパワートランジスタユニット１００３はインバータを構成し、モータ１００４を駆動するために整流された直流電力を３相の交流電力に変換する。モータ１００４は、抵抗ｒ_u、ｒ_v、ｒ_wと、インダクタンスＬ_u、Ｌ_v、Ｌ_wを備えている。

パワートランジスタユニット１００３とモータ１００４とを接続する配線にはダイナミックブレーキ回路１００５が接続されている。ダイナミックブレーキ回路１００５は抵抗Ｒ_u、Ｒ_v、Ｒ_wを備えており、モータ１００４で発電された電力を抵抗で消費させる場合にはリレーの接点であるスイッチＳ₁及びＳ₂を閉じる。

図１に示した従来のダイナミックブレーキ回路の故障の検出方法は以下の通りである。まず、モータ駆動制御回路１０１０がダイナミックブレーキ回路制御信号を故障判定回路１０１１に出力する。故障判定回路１０１１は、パワートランジスタユニット１００３内のパワートランジスタＡ〜Ｆにパワートランジスタ制御信号を出力し、モータ１００４の駆動、停止を制御する。電流検出部１００６はパワートランジスタユニット１００３からモータ１００４に流れる電流を検出し、検出した電流値をアナログ／デジタル変換して故障判定回路１０１１に入力する。

故障判定回路１０１１はモータ駆動制御回路１０１０から出力されるダイナミックブレーキ回路制御信号と電流検出部１００６から出力される電流値を取得し、これらの信号からダイナミックブレーキ回路１００５のリレーの接点の溶着あるいは接点の動作不良、抵抗の断線、接続ケーブルの未接続等の故障を検出する。

故障判定回路１０１１は、電流検出部１００６が検出した電流値Ｉを閾値Ｉ_THと比較することにより、ダイナミックブレーキ回路の故障の有無を判定する。図１においてパワートランジスタＡ及びＦをオンさせ、その他のパワートランジスタをオフさせたときの電流Ｉ（＝Ｉ_u）は、下記の式で表される。
Ｉ≒Ｖ_DC／２Ｌ×ｔ＋Ｖ_DC／２Ｒ
ここで、Ｖ_DCは直流電流源１００２の電圧、２Ｌ（＝Ｌ_u＋Ｌ_w）はモータ１００４のインダクタンス、ｔは時間、２Ｒ（＝Ｒ_u＋Ｒ_w）はダイナミックブレーキ回路１００５の抵抗である。また、Ｖ_DC／２Ｌ×ｔはモータ１００４に流れる電流を表し、Ｖ_DC／２Ｒはダイナミックブレーキ回路１００５に流れる電流を表す。

上記の式を用いてダイナミックブレーキ回路のリレーの故障の有無を検出する方法について説明する。ダイナミックブレーキ回路１００５をモータ１００４の巻線Ｌ_u、Ｌ_v、Ｌ_wから切り離す指令を出しているにもかかわらず、パワートランジスタＡ〜Ｆに流れる電流Ｉ（Ｉ_u、Ｉ_v、Ｉ_w）が閾値より大きい場合は、ダイナミックブレーキ回路１００５を接続するリレーの接点が溶着し、故障していると判断する。

ダイナミックブレーキ回路１００５のリレーの故障（溶着）検出を行う際は、故障検出指令を出力し、ダイナミックブレーキ回路１００５のリレーＳ₁，Ｓ₂をオープン状態とし、パワートランジスタをオンにして、短時間Δｔだけダイナミックブレーキ回路１００５に直流電圧Ｖ_DCを印加する。

図２に、ダイナミックブレーキ回路の抵抗値Ｒが小さい時のリレーが溶着している場合と溶着していない場合における電流Ｉの時間的変化を示す。図２の曲線Ａに示すように、ダイナミックブレーキ回路１００５のリレーが溶着していた場合、直流電圧Ｖ_DCがダイナミックブレーキ回路に印加され、時間Δｔ以内に閾値Ｉ_THを超えた電流を電流検出回路が検出し、溶着と判定する。一方、ダイナミックブレーキ回路１００５のリレーが溶着しておらず、正常にオープンしていた場合、モータに直流電圧Ｖ_DCが印加されるが、図２の曲線Ｂに示すように、時間Δｔ以内に、電流Ｉは閾値Ｉ_THを超えることはなく、故障なしと判定される。このように、ダイナミックブレーキ回路の抵抗値Ｒが小さい場合は、閾値Ｉ_THを大きな値に設定可能なため、ダイナミックブレーキ回路のリレーの溶着／非溶着判定を正常に行うことができる。

上述のように、閾値Ｉ_THはダイナミックブレーキ回路１００５の抵抗値Ｒと、直流電圧Ｖ_DCに応じて決定され、下記の式（１）のような条件がある。
Ｖ_DC／２Ｒ＞Ｉ_TH （１）
ここで、ダイナミックブレーキ回路の抵抗値Ｒが大きい場合、閾値Ｉ_THを小さくする必要がある。図３に、ダイナミックブレーキ回路の抵抗値Ｒが大きい時のリレーが溶着している場合と溶着していない場合における電流Ｉの時間的変化を示す。図３の曲線Ｃに示すように、ダイナミックブレーキ回路のリレーが溶着している場合、時間Δｔ以内に閾値Ｉ_THを超えた電流を電流検出回路が検出し、溶着と判定する。しかし、図３の曲線Ｄに示すように、ダイナミックブレーキ回路のリレーが溶着していない場合、閾値Ｉ_THを小さくしすぎると、パワートランジスタをオンにしてモータに直流電圧Ｖ_DCを印加した時、モータのインダクタンスによりゆるやかに上昇する電流でも、閾値Ｉ_THを小さな値に設定しなければならないため、短時間Δtの間に閾値Ｉ_THを超えてしまい、ダイナミックブレーキ回路のリレーが溶着していなくとも溶着していると判定されてしまう。

特開２００９−１６５２９６号公報

従来のモータ制御装置は、ダイナミックブレーキ回路の抵抗値が大きい場合、閾値を小さくする必要があるが、小さくし過ぎると、モータのインダクタンスによりゆるやかに上昇した電流でも閾値を超えてしまい、ダイナミックブレーキ回路のリレーが溶着していなくとも溶着と判定されてしまうという問題があった。

本発明の一実施例に係るモータ駆動装置は、同期モータの励磁を遮断した際に、同期モータの発電制動によって減速トルクを発生させるためのダイナミックブレーキ回路を有するモータ駆動装置において、直流電源に接続されたパワートランジスタのスイッチングにより、同期モータの巻線とダイナミックブレーキ回路に電圧を所定時間印加するモータ駆動制御回路と、パワートランジスタから出力される電流値を検出する電流検出回路と、電流検出回路により検出された電流値と予め設定されている閾値からダイナミックブレーキ回路の故障の有無を判定する故障判定回路と、を有し、ダイナミックブレーキ回路の故障検出時において、ダイナミックブレーキ回路の抵抗値を変化させる、ことを特徴とする。

本発明の一実施例に係るモータ制御装置によれば、ダイナミックブレーキ回路の抵抗値が大きい場合でもダイナミックブレーキ回路の故障検出が可能なモータ制御装置が得られる。

従来のダイナミックブレーキ回路の故障検出機能を有するモータ制御装置のブロック図である。 ダイナミックブレーキ回路の抵抗が小さい場合における、ダイナミックブレーキ回路に流れる電流と閾値との関係を表すグラフである。 ダイナミックブレーキ回路の抵抗が大きい場合における、ダイナミックブレーキ回路に流れる電流と閾値との関係を表すグラフである。 本発明の実施例１に係るダイナミックブレーキ回路の故障検出機能を有するモータ制御装置のブロック図である。 本発明の実施例１に係るダイナミックブレーキ回路の動作手順を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施例２に係るダイナミックブレーキ回路の故障検出機能を有するモータ制御装置のブロック図である。 本発明の実施例３に係るダイナミックブレーキ回路の故障検出機能を有するモータ制御装置のブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明に係るモータ制御装置について説明する。

［実施例１］
まず、本発明の実施例１に係るモータ制御装置について図面を用いて説明する。図４に本発明の実施例１に係るモータ制御装置のブロック図を示す。本発明の実施例１に係るモータ駆動装置１０１は、同期モータ４の励磁を遮断した際に、同期モータ４の発電制動によって減速トルクを発生させるためのダイナミックブレーキ回路５１を有するモータ駆動装置において、直流電源２に接続されたパワートランジスタユニット３内のパワートランジスタＡ〜Ｆのスイッチングにより、同期モータ４の巻線（Ｌ_u，Ｌ_v，Ｌ_w）とダイナミックブレーキ回路５１に電圧を所定時間印加するモータ駆動制御回路１０と、パワートランジスタから出力される電流値を検出する電流検出回路６と、電流検出回路６により検出された電流値と予め設定されている閾値からダイナミックブレーキ回路５１の故障の有無を判定する故障判定回路１１と、を有し、ダイナミックブレーキ回路５１の故障検出時において、ダイナミックブレーキ回路の抵抗値を変化させる、ことを特徴とする。

従来のモータ制御装置では、ダイナミックブレーキ回路の抵抗値が大きい場合、閾値を小さくし過ぎると、モータのインダクタンスによりゆるやかに上昇した電流でも閾値を超えてしまうという問題があった。この問題を解決するために、本発明の実施例１に係るモータ制御装置においては、故障検出指令を出力し、パワートランジスタをオンにして、ダイナミックブレーキ回路５１に直流電圧Ｖ_DCを印加する時間（短時間Δｔ）のみ、ダイナミックブレーキ回路５１の抵抗値Ｒを変化させ、より小さい抵抗値Ｒ２とする。ダイナミックブレーキ回路５１の抵抗値Ｒをより小さい抵抗値Ｒ２にすることで、閾値Ｉ_THの上限がＶ_DC／（２Ｒ）より大きなＶ_DC／（２×Ｒ２）となるため、閾値Ｉ_THを大きな値に設定することができる。

本発明の実施例１に係るモータ制御装置においては、ダイナミックブレーキ回路５１の抵抗値を変化させるために、ダイナミックブレーキ回路５１は可変抵抗Ｒ_u1，Ｒ_v1，Ｒ_w1を含む点を特徴としている。図４においては、ダイナミックブレーキ回路５１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の抵抗５１１を全て可変抵抗Ｒ_u1、Ｒ_v1、Ｒ_w1としている場合を例にとって示したがこのような例には限られない。即ち、３つの抵抗のうちの１つのみを可変抵抗としてもよく、３つの抵抗のうちの２つを可変抵抗としてもよい。

さらに、ダイナミックブレーキ回路５１の故障検出時において、閾値Ｉ_THを、ダイナミックブレーキ回路５１の抵抗値Ｒ_u1、Ｒ_v1、Ｒ_w1、もしくは同期モータのインダクタンスＬ_u、Ｌ_v、Ｌ_wに応じて変化させるようにしてもよい。

次に本発明の実施例１に係るモータ制御装置においてダイナミックブレーキ回路の故障検出を行う場合の動作手順について説明する。図５は、本発明の実施例１に係るダイナミックブレーキ回路の動作手順を説明するためのフローチャートである。ここでは、リレーの溶着の有無を検出する場合の手順について説明する。

まず、ステップＳ１０１において、故障判定回路１１がダイナミックブレーキ回路５１の可変抵抗の値を故障検出用に変更する。即ち、ダイナミックブレーキ回路５１の通常動作時の抵抗をＲとしたとき、Ｒより小さい値Ｒ２となるように変更する。

次に、ステップＳ１０２において、故障判定回路１１がダイナミックブレーキ回路５１の故障検出のための制御信号をパワートランジスタＡ〜Ｆに出力する。例えば、ダイナミックブレーキ回路５１のＶ相及びＷ相の抵抗及びリレーの状態を検出する場合には、パワートランジスタＣ及びＦをオンさせ、他のパワートランジスタをオフさせる。また、同時に、故障判定回路１１はダイナミックブレーキ回路５１にリレーのスイッチＳ₁及びＳ₂をオープンさせる信号である故障検出指令を送信する。

次に、ステップＳ１０３において、電流検出回路６がパワートランジスタから出力される電流Ｉ（Ｉ_v，Ｉ_w）を検出する。検出した電流値は電流検出回路６から故障判定回路１１に送信される。

次に、ステップＳ１０４において、故障判定回路１１は、検出した電流値Ｉが閾値Ｉ_THを超えているか否かを判定する。電流値Ｉが閾値Ｉ_THを超えている場合は、ステップＳ１０５において、ダイナミックブレーキ回路５１は故障していると判定する。

一方、電流値Ｉが閾値Ｉ_TH以下である場合は、ステップＳ１０６において、ダイナミックブレーキ回路５１は故障していないと判定する。

以上説明したように、本発明の実施例１に係るモータ制御装置によれば、可変抵抗を用いて、ダイナミックブレーキ回路の抵抗値Ｒをより小さい抵抗値Ｒ２にすることで、ダイナミックブレーキ回路のリレーの故障を判断するための電流閾値Ｉ_THを大きな値に設定することができるためリレーの故障の有無を正確に判断することができる。

［実施例２］
次に、本発明の実施例２に係るモータ制御装置について図面を用いて説明する。図６に本発明の実施例２に係るモータ制御装置のブロック図を示す。本発明の実施例２に係るモータ駆動装置１０２は、ダイナミックブレーキ回路５２の抵抗５２１（Ｒ_u2、Ｒ_v2、Ｒ_w2）を短絡させるために、ダイナミックブレーキ回路５２の抵抗５２１（Ｒ_u2、Ｒ_v2、Ｒ_w2）と並列に設けられた短絡用スイッチＳ_u2、Ｓ_v2、Ｓ_w2を有する点を特徴とする。実施例２に係るモータ制御装置１０２の他の構成は、実施例１に係るモータ制御装置１０１における構成と同様であるので詳細な説明は省略する。

実施例２に係るモータ制御装置によればダイナミックブレーキ回路５２の故障検出時に抵抗５２１（Ｒ_u2、Ｒ_v2、Ｒ_w2）を短絡させることができるため、ダイナミックブレーキ回路５２の抵抗５２１の大きさを小さくすることができる。その結果、ダイナミックブレーキ回路５２のリレーの故障を判断するための電流閾値Ｉ_THを大きな値に設定することができるためリレーの故障の有無を正確に判断することができる。

なお、図６に示した実施例２に係るモータ制御装置１０２においては、抵抗Ｒ_u2、Ｒ_v2、Ｒ_w2の全てについて並列に短絡用スイッチＳ_u2、Ｓ_v2、Ｓ_w2を設ける例を示したが、このような例には限られない。即ち、抵抗Ｒ_u2、Ｒ_v2、Ｒ_w2のうちの１つのみと並列に短絡用スイッチを設けるようにしてもよいし、抵抗Ｒ_u2、Ｒ_v2、Ｒ_w2のうちの２つと並列に短絡用スイッチを設けるようにしてもよい。

さらに、ダイナミックブレーキ回路５２の故障検出時において、閾値Ｉ_THを、ダイナミックブレーキ回路５２の抵抗値Ｒ_u2、Ｒ_v2、Ｒ_w2、もしくは同期モータのインダクタンスＬ_u、Ｌ_v、Ｌ_wに応じて変化させるようにしてもよい。

［実施例３］
次に、本発明の実施例３に係るモータ制御装置について図面を用いて説明する。図７に本発明の実施例３に係るモータ制御装置のブロック図を示す。本発明の実施例３に係るモータ駆動装置１０３は、ダイナミックブレーキ回路５３の抵抗値を変化させるために、ダイナミックブレーキ回路５３の抵抗５３１（Ｒ_u3、Ｒ_v3、Ｒ_w3）と並列に設けられた付加抵抗Ｒ_u3´、Ｒ_v3´、Ｒ_w3´と、該付加抵抗の接続及び遮断を切り替える切替スイッチＳ_u3、Ｓ_v3、Ｓ_w3とをさらに有する点を特徴とする。実施例３に係るモータ制御装置１０３の他の構成は、実施例１に係るモータ制御装置１０１における構成と同様であるので詳細な説明は省略する。

実施例３に係るモータ制御装置によればダイナミックブレーキ回路５３の故障検出時に抵抗５３１（Ｒ_u3、Ｒ_v3、Ｒ_w3）を付加抵抗Ｒ_u3´、Ｒ_v3´、Ｒ_w3´との並列抵抗とすることができるため、ダイナミックブレーキ回路５３の抵抗５３１の大きさを小さくすることができる。その結果、ダイナミックブレーキ回路５３のリレーの故障を判断するための電流閾値Ｉ_THを大きな値に設定することができ、リレーの故障の有無を正確に判断することができる。

なお、図７に示した実施例３に係るモータ制御装置１０３においては、抵抗Ｒ_u3、Ｒ_v3、Ｒ_w3の全てについて並列に付加抵抗Ｒ_u3´、Ｒ_v3´、Ｒ_w3´と切替スイッチＳ_u3、Ｓ_v3、Ｓ_w3を設ける例を示したが、このような例には限られない。即ち、抵抗Ｒ_u3、Ｒ_v3、Ｒ_w3のうちの１つのみと並列に付加抵抗及び切替スイッチを設けるようにしてもよいし、抵抗Ｒ_u3 、Ｒ_v3 、Ｒ_w3 のうちの２つと並列に付加抵抗及び切替スイッチを設けるようにしてもよい。

さらに、ダイナミックブレーキ回路５３の故障検出時において、閾値Ｉ_THを、ダイナミックブレーキ回路５３の抵抗値Ｒ_u3 、Ｒ_v3 、Ｒ_w3 、もしくは同期モータのインダクタンスＬ_u、Ｌ_v、Ｌ_wに応じて変化させるようにしてもよい。

２ 直流電源
３ パワートランジスタユニット
４ 同期モータ
６ 電流検出回路
１０ モータ駆動制御回路
１１ 故障判定回路
５１，５２，５３ ダイナミックブレーキ回路
１０１，１０２，１０３ モータ駆動装置

Claims (5)

1. 同期モータの励磁を遮断した際に、同期モータの発電制動によって減速トルクを発生させるためのダイナミックブレーキ回路を有するモータ駆動装置において、
   直流電源に接続されたパワートランジスタのスイッチングにより、同期モータの巻線と前記ダイナミックブレーキ回路に電圧を所定時間印加する電圧印加回路と、
   前記パワートランジスタから出力される電流値を検出する電流検出回路と、
   前記電流検出回路により検出された電流値と予め設定されている閾値から前記ダイナミックブレーキ回路の故障の有無を判定する故障判定回路と、を有し、
   前記ダイナミックブレーキ回路の故障検出時において、前記ダイナミックブレーキ回路の抵抗値を通常動作時の抵抗値よりも小さい値に変化させる、
   ことを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記ダイナミックブレーキ回路の抵抗値を変化させるために、前記ダイナミックブレーキ回路は可変抵抗を含む、請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記ダイナミックブレーキ回路の抵抗を短絡させるために、前記ダイナミックブレーキ回路の抵抗と並列に設けられた短絡用スイッチを有する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
4. 前記ダイナミックブレーキ回路の抵抗値を変化させるために、前記ダイナミックブレーキ回路の抵抗と並列に設けられた付加抵抗と、該付加抵抗の接続及び遮断を切り替える切替スイッチとをさらに有する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
5. ダイナミックブレーキ回路の故障検出時において、前記閾値を、前記ダイナミックブレーキ回路の抵抗値、もしくは前記同期モータのインダクタンスに応じて変化させる、請求項１乃至４の何れか一項に記載のモータ駆動装置。

Images