JP6193937B2 - 分流器の故障を検出する機能を有するモータ駆動装置 - Google Patents

分流器の故障を検出する機能を有するモータ駆動装置 Download PDF

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Description

本発明は、電流検出部を有するモータ駆動装置に関し、特に、電流検出部を複数備えることにより分流器の故障を検出する機能を有するモータ駆動装置に関する。
モータを迅速に停止させる方法として、モータの相間を短絡もしくは抵抗を介して接続することにより、電流をモータ駆動装置から分流させる方法が知られている（例えば、特許文献１）。
また、１つの電流値を複数の電流検出回路を使用して検出することによって、１つの電流検出回路が故障した場合でも、その故障を検出し、他の電流検出回路を動作させる方法が知られている。さらに、複数の電流検出回路の検出結果の平均を取る事で電流検出回路の特性のばらつきを抑える方法が知られている。
特開２０１３−７０５６６号公報
しかしながら、モータ電流を分流させる機能を有するモータ駆動装置において、電流検出回路を複数設けたとしてもモータ電流の分流を行う部分の故障を検出することはできない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、モータに接続された動力線に流れる電流を分流する分流器と、動力線において、分流器で分流される節点の両側に配置され、電流を検出する第１電流検出部及び第２電流検出部と、分流を実行するための分流指令を分流器に与える分流指令部と、分流指令並びに第１電流検出部及び第２電流検出部の電流検出値から分流器の故障の有無を判断する判定部と、を有することを特徴とする。
本発明の一実施例に係るモータ駆動装置によれば、複数の電流検出回路を用いて、検出回路の故障や測定値の平均化によって測定回路の特性のばらつきを抑える効果を維持したまま、追加部品なしで測定電流の分流を行う部品の異常の有無を判定できる。
本発明の実施例１に係るモータ駆動装置の構成図である。 本発明の実施例１に係るモータ駆動装置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に係るモータ駆動装置の構成図である。 本発明の実施例２に係るモータ駆動装置の動作手順を説明するためのフローチャートである。
以下、図面を参照して、本発明に係るモータ駆動装置について説明する。
［実施例１］
まず、本発明の実施例１に係るモータ駆動装置について説明する。図１に本発明の実施例１に係るモータ駆動装置の構成図を示す。本発明の実施例１に係るモータ駆動装置は、分流器１と、第１電流検出部３及び第２電流検出部４と、分流指令部５と、判定部６と、を有する。
分流器１は、電源とモータ（図示せず）との間に接続された動力線Ｌ１，Ｌ２に流れる電流を分流する。図１に示すように、電源（図示せず）に接続された動力線Ｌ１とモータに接続された動力線Ｌ２は節点２において接続されている。節点２には配線Ｌ３を介して分流器１も接続されている。動力線Ｌ１に流れる電流をＩ1、動力線Ｌ２に流れる電流をＩ2、配線Ｌ３に流れる電流をＩ3とすると、Ｉ1＝Ｉ2＋Ｉ3の関係が成立する。分流器１が正常に動作している場合には、分流器１には所定の大きさの電流が流れるため、Ｉ3≠０となる。従って、分流器１が正常に動作している場合には、動力線Ｌ１に流れる電流Ｉ1は、動力線Ｌ２に流れる電流Ｉ2とは等しくならない（Ｉ1≠Ｉ2）。
第１電流検出部３及び第２電流検出部４は、動力線Ｌ１，Ｌ２において、分流器１で分流される節点２の両側に配置され、電流Ｉ1，Ｉ2を検出する。例えば、第１電流検出部３を電源と節点２との間に設け、第２電流検出部４を節点２とモータとの間に設けることができる。その場合、電源から供給される電流Ｉ1は、第１電流検出部３によって検出され、モータに供給される電流Ｉ2は、第２電流検出部４によって検出される。
分流指令部５は、分流を実行するための分流指令を分流器１に与える。このとき、分流指令部５は、分流指令を判定部６にも出力する。分流器１は、分流指令部５から分流指令を取得して分流を実行する。従って、分流器１が分流指令を取得せず、分流を実行していない状態では分流器には電流は流れない（Ｉ3＝０）。
判定部６は、分流指令並びに第１電流検出部３及び第２電流検出部４の電流検出値から分流器１の故障の有無を判断する。判定部６は分流指令を取得することによって、分流器１の状態、即ち、分流器１が動作しているか否かを知ることができる。判定部６は、分流器１が分流を実行するとき、第１電流検出部３の電流検出値Ｉ1と第２電流検出部４の電流検出値Ｉ2が同等である場合に分流器１に異常が生じているものと判定することができる。即ち、分流器１が動作していない状態では、Ｉ1とＩ2は等しくなり、分流器１が正常に動作している状態では、Ｉ1とＩ2は等しくならない。従って、分流器１が動作している状態であるにも関わらず、Ｉ1とＩ2が同等となっている場合には、分流器１に異常が生じているものと判断することができる。
なお、分流指令部５から分流指令が出力されていないときは、分流器１に異常が無い場合、分流は行われない。そのため、第１電流検出部３及び第４電流検出部４は同一の電流値を検出するはずである。ここで、分流指令部５から分流指令が出力されていないにも関わらず、第１電流検出部３が検出した電流値と第４電流検出部４が検出した電流値が大きく異なっていた場合、判定部６は第１電流検出部３及び第２電流検出部４の少なくとも一方に異常が生じているか、あるいは分流器１が誤動作していると判定することができる。
次に、図２に示したフローチャートを用いて、本発明の実施例１に係るモータ駆動装置の動作手順について説明する。まず、ステップＳ１０１において、分流指令部５が分流器１及び判定部６に分流指令を送信する。判定部６は、分流指令を取得することにより、分流器１の状態が動作中であることを知ることができる。
次に、ステップＳ１０２において、分流器１が分流を実行する。分流器１が分流を実行することにより、分流器１が正常に動作する場合には、分流器１に所定の大きさの電流Ｉ3（Ｉ3≠０）が流れる。
次に、ステップＳ１０３において、第１電流検出部３が電流Ｉ1を検出し判定部６に出力する。同様に、ステップＳ１０４において、第２電流検出部４が電流Ｉ2を検出し判定部６に出力する。
次に、ステップＳ１０５において、判定部６は、分流器１が分流を実行していることを確認したうえで、第１電流検出部３の電流検出値Ｉ1と第２電流検出部４の電流検出値Ｉ2が同等であるか否かを判断する。即ち、判定部６は、Ｉ1＝Ｉ2が成立するか否かを判断する。
第１電流検出部３の電流検出値Ｉ1と第２電流検出部４の電流検出値Ｉ2が同等である場合には、ステップＳ１０６において、判定部６は、分流器１は異常であると判定する。
一方、第１電流検出部３の電流検出値Ｉ1と第２電流検出部４の電流検出値Ｉ2が同等ではない場合には、ステップＳ１０７において、判定部６は、分流器１は正常であると判定する。
以上説明したように、本発明の実施例１に係るモータ駆動装置によれば、従来のように電流検出部を複数設けることにより可能となった、電流値の平均化による電流検出部の特性ばらつきの抑制や、電流検出部の異常判定機能を有したまま、分流器の異常を判定することができる。
［実施例２］
次に、本発明の実施例２に係るモータ駆動装置について説明する。本発明の実施例２に係るモータ駆動装置が、実施例１に係るモータ駆動装置と異なっている主要な点は、分流器１として、モータの動力線の相間を短絡させる開閉器７１，７２を使用する点である。実施例２に係るモータ駆動装置のその他の構成は、実施例１に係るモータ駆動装置と同様であるので、詳細な説明は省略する。
本発明の実施例２に係るモータ駆動装置の構成図を図３に示す。トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６及びダイオードＤ１〜Ｄ６を含むインバータ９によってモータ駆動装置が構成され、電流検出部は各相に対して２組設けられている。即ち、Ｖ相の動力線において、インバータ９と節点２の間に第１電流検出部３が設けられ、モータ１０と節点２の間に第２電流検出部４が設けられている。同様に、Ｕ相の動力線において、インバータ９と節点２１の間に第３電流検出部３１が設けられ、モータ１０と節点２１の間に第４電流検出部４１が設けられている。
分流器１として、ダイナミックブレーキ８を使用してもよい。ダイナミックブレーキ８は、モータ動力線のＵ相とＶ相との間を、開閉器７１，７２及び抵抗８１，８２，８３を介して接続することができる。開閉器７１，７２にはリレーもしくは電磁接触器を用いることができる。ダイナミックブレーキ８により、モータ１０のエネルギーを抵抗８１〜８３で消費させ、モータ１０を迅速に停止させることができる。
また、図３に示した例ではダイナミックブレーキ８において抵抗８１〜８３を用いているが、リレーもしくは電磁接触器で相間を短絡させるようにしてもよい。また、本実施例においては、Ｕ相とＶ相との間を、開閉器７１，７２を介して接続するようにした例を示したが、このような例には限られない。即ち、他の相間、例えば、Ｕ相とＷ相との間を、開閉器を介して接続するようにしてもよいし、その他の２相間を接続するようにしてもよい。
分流指令部５は、分流器として機能するダイナミックブレーキ８に分流指令を出力する。ダイナミックブレーキ８は分流指令に従って、開閉器７１，７２を動作させることによって、Ｕ相及びＶ相の動力線に流れる電流を分流することができる。
判定部６は、分流指令部５からの分流指令並びに第１電流検出部３及び第２電流検出部４の電流検出値、または第３電流検出部３１及び第４電流検出部４１の電流検出値から、ダイナミックブレーキ８の異常の有無を判定することができる。
モータ１０を非常停止させる際、分流指令部５から分流信号が出力され、開閉器７１，７２としてのリレーもしくは電磁接触器が動作してモータ電流が分流される。このとき、ダイナミックブレーキ８の前後に配置してある電流検出部の出力値が同じとみなせる値の場合、分流が正しく行われていないためダイナミックブレーキ８に異常が生じていると判定する。
また、通常動作時は分流が行われておらず、正常ならばダイナミックブレーキ８の前後に配置してある第１電流検出部３の出力値及び第２電流検出部４の出力値は同じとみなせる値となり、第３電流検出部３１の出力値及び第４電流検出部４１の出力値は同じとみなせる値となるはずである。そのため、出力値が異なっていた場合は第１〜第４電流検出部３，４，３１，４１の少なくともいずれか１つに異常が生じているか、ダイナミックブレーキ８が誤作動していると判定することができる。
分流器１による相間短絡によって、第１電流検出部３及び第２電流検出部４のうち電流が流れなくなった側の電流検出部の電流検出値を、該電流検出部のオフセットとして記録し、オフセットの補正を行うようにしてもよい。一例として、図３のモータ駆動装置での実施例を示す。モータ１０を停止させるためにインバータ９のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の全てのトランジスタをオフさせ、分流指令部５から分流信号を開閉器７１，７２に出力し、分流を行う。このとき、第１電流検出部３と第３電流検出部３１には電流が流れないので第１電流検出部３の出力値Ｉ１と第３電流検出部３１の出力値Ｉ３はそれぞれの電流検出部のオフセット値になる。このオフセット値を記録し、オフセットの補正に使用する。
次に、図４に示したフローチャートを用いて、本発明の実施例２に係るモータ駆動装置の動作手順について説明する。まず、ステップＳ２０１において、分流指令部５がダイナミックブレーキ８及び判定部６に分流指令を送信する。判定部６は、分流指令を取得することにより、ダイナミックブレーキ８の状態が分流を実行中であることを知ることができる。
次に、ステップＳ２０２において、第１開閉器７１及び第２開閉器７２が閉じて分流を実行する。具体的には、第１開閉器７１が閉じることによってＶ相電流がダイナミックブレーキ８に分流され、第２開閉器７２が閉じることによってＵ相電流がダイナミックブレーキ８に分流される。
次に、ステップＳ２０３において、第１〜第４電流検出部３，４，３１，４１が電流Ｉ1〜Ｉ4を検出し判定部６に出力する。
次に、ステップＳ２０４において、判定部６は、ダイナミックブレーキ８が分流を実行していることを確認したうえで、第１電流検出部３の電流検出値Ｉ1と第２電流検出部４の電流検出値Ｉ2が同等であるか否かを判断する。即ち、判定部６は、Ｉ1＝Ｉ2が成立するか否かを判断する。
第１電流検出部３の電流検出値Ｉ1と第２電流検出部４の電流検出値Ｉ2が同等である場合には、ステップＳ２０５において、判定部６は、ダイナミックブレーキ８の第１開閉器７１は異常と判定する。
一方、第１電流検出部３の電流検出値Ｉ1と第２電流検出部４の電流検出値Ｉ2が同等ではない場合には、ステップＳ２０６において、判定部６は、ダイナミックブレーキ８の第１開閉器７１は正常と判定する。
次に、ステップＳ２０７において、判定部６は、ダイナミックブレーキ８が分流を実行していることを確認したうえで、第３電流検出部３１の電流検出値Ｉ3と第４電流検出部４１の電流検出値Ｉ4が同等であるか否かを判断する。即ち、判定部６は、Ｉ3＝Ｉ4が成立するか否かを判断する。
第３電流検出部３１の電流検出値Ｉ3と第４電流検出部４１の電流検出値Ｉ4が同等である場合には、ステップＳ２０８において、判定部６は、ダイナミックブレーキ８の第２開閉器７２は異常と判定する。
一方、第３電流検出部３１の電流検出値Ｉ3と第４電流検出部４１の電流検出値Ｉ4が同等ではない場合には、ステップＳ２０９において、判定部６は、ダイナミックブレーキ８の第２開閉器７２は正常と判定する。
以上のように、本発明によれば、電流検出回路を多重化した場合のメリットを有したまま、分流を行う回路の異常を検出することができる。
１ 分流器
２ 節点
３ 第１電流検出部
４ 第２電流検出部
５ 分流指令部
６ 判定部
７１ 第１開閉器
７２ 第２開閉器
８ ダイナミックブレーキ
８１〜８３ 抵抗
９ インバータ
１０ モータ

Claims (5)

  1. モータに接続された動力線に流れる電流を分流する分流器と、
    前記動力線において、前記分流器で分流される節点の両側に配置され、電流を検出する第１電流検出部及び第２電流検出部と、
    分流を実行するための分流指令を前記分流器に与える分流指令部と、
    前記分流指令並びに前記第１電流検出部及び前記第２電流検出部の電流検出値から前記分流器の故障の有無を判断する判定部と、
    を有することを特徴とするモータ駆動装置。
  2. 前記判定部は、前記分流器が分流を実行するとき、前記第１電流検出部の電流検出値と前記第２電流検出部の電流検出値が同等である場合に前記分流器に異常が生じているものと判定する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
  3. 前記分流器として、モータの動力線の相間を短絡させる開閉器を使用する、請求項１または２に記載のモータ駆動装置。
  4. 前記分流器として、ダイナミックブレーキを使用し、
    前記ダイナミックブレーキは、モータ動力線の相間を、開閉器及び抵抗を介して接続する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
  5. 前記分流器による相間短絡によって、前記第１電流検出部及び第２電流検出部のうち電流が流れなくなった側の電流検出部の電流検出値を、該電流検出部のオフセットとして記録し、オフセットの補正を行う、請求項３に記載のモータ駆動装置。
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