JP6200859B2 - モータ制御装置、及びそれに用いる誤配線検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御装置に係り、特に誤配線、断線の検出に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２００９−１６５２６７号公報(特許文献1)がある。この特許文献1には、「複数組の駆動巻線を持つモータの大形機械への接続状態を配線変更することなく切換え、異常検出の運転パタンより配線異常を検出し、モータの暴走を防止することのできる制御装置を提供する。」と記載されている。

特開２００９−１６５２６７号公報

前記特許文献１には、モータ制御装置に電流レベル設定回路と励磁位相設定回路を有する誤配線検出装置を設け、誤配線検出モードに切換えて、誤配線検出用の所定の運転指令パタンでモータを電流制御運転することにより、モータの現在位置の変化や駆動巻線に流れる電流レベルから駆動巻線の配線状態を確認することが記載されている。しかし、誤配線を検出するためには誤配線検出モードに切換える必要がある。これは装置立ち上げ時の配線チェックや試運転時には有効であるが、装置稼働後に何らかの要因で配線が変わった場合や、断線した場合には、誤配線検出モードでないため検出することができないという問題があった。

そこで本発明は、通常のモータ動作中に誤配線を検出できる制御装置を提供する。

上記手段を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、モータにモータ動力線を介して接続され、モータの回転位置とモータの巻線に流れるモータ電流値をフィードバッグすることでモータの位置や速度を制御するモータ制御装置の誤配線検出方法であって、フィードバック値をモータ指令値に反映させる制御を行う運転モードにおいて、電流指令に対するモータ電流の大きさ又は電流の位相、あるいは、速度指令に対する回転位置または回転速度から、モータ制御装置のモータ動力線とモータの巻線との誤配線、断線の検出を行う。

本発明によれば、通常のモータ動作中に誤配線や断線を検出することができる。

実施例１におけるモータ制御装置の構成図である。 実施例１における単巻線モータ使用時の誤配線検出を説明する構成図である。 実施例２における複数巻線モータ使用時の誤配線検出を説明する構成図である。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

本実施例では、モータ動作中に誤配線や断線を検出し、アラームやワーニングを出力することによりユーザに通知するモータ制御装置について説明する。

図１は、本実施例における単巻線モータのモータ制御装置の構成図である。図１において、１はモータ制御装置であるサーボアンプで、主に３相交流電力を直流電力に変換する整流回路２と、整流回路２によって変換された直流電力を３相交流電力に変換しサーボモータ１０に供給するインバータ回路３と、インバータ回路３を制御するための制御回路５から構成されている。

整流回路２は６個のダイオードＤ７〜Ｄ１２で構成され、電源から供給される３相交流電力を整流し直流電圧をＰＬとＮＬを介してコンデンサＣ１にチャージするとともに、インバータ回路３に供給する。なお、電源から供給される電力は３相交流でなく単相の場合もある。

インバータ回路３は６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と、同じく６個のフライホイールダイオードＤ１〜Ｄ６からなる３相交流インバータ回路で構成されている。このインバータ回路３は制御回路５からゲートドライブ回路４を介して供給されるゲート駆動信号によりスイッチング動作し、ＰＬとＮＬの間の直流電圧を３相交流電力に変換し、モータ動力線ＵＬとＶＬ、ＷＬの間に３相交流電圧を出力する働きをする。

１０はサーボモータで、図示していないトルク伝達系を介して、同じく図示していない被駆動部に連結され、インバータ回路３から供給される３相交流電力に応じて所定の方向に、所定のトルクで、所定の回転速度で回転し、加工製造ラインなどの駆動機構を所定の速度と所定の力で動かし、位置決めする働きをする。

このとき、サーボモータ１０の回転速度と回転位置はサーボモータ内蔵のエンコーダ１１により検出され、位置検出回路７によって検出された位置検出値が線路ＣＳ３を介して制御回路５にフィードバッグされる。また、サーボモータ１０のＵ相に流れる電流ＵＬはＡＤ変換器（Ｕ相）８により、Ｗ相に流れる電流ＷＬはＡＤ変換器（Ｗ相）９により、アナログ信号からデジタル信号に変換され、電流検出回路６によって検出される。この電流検出値が線路ＣＳ２を介して制御回路５にフィードバッグされ、インバータ回路３の制御に反映される。

ここで、ＵＬ線、ＶＬ線、ＷＬ線はサーボモータの巻線に接続する順番が決まっており、接続する順番を間違えたり、接続されていない線があると、モータが動作しなかったり暴走してしまう。また、正常に動作していたとしても、何らかの理由により断線するとモータが停止したり暴走したりしてしまうことも考えられる。これらは装置の立ち上げ時や、レイアウト変更時、設備の老朽化によって発生しやすい。

そこで、本実施例では以下のようにして、通常の運転モードであるモータ動作中に誤配線や断線を検出し、アラームやワーニングを出力することによりユーザに通知する。

図２は単巻線モータ使用時の誤配線検出を説明する構成図である。図２において、１４はサーボアンプで、図１に対し整流回路２やコンデンサＣ１を省略し、インバータ回路３もインバータ回路１５のように略図とし、モータ動力線やＡＤ変換器、電流検出回路も１相分のみ図示し省略した。

制御回路１７では、ユーザが所望するサーボモータの動きを実現するために、速度指令や電流指令が生成され、ゲートドライブ回路１６を介してインバータ回路１５を動作させ、モータ動力線を介して３相交流電力がサーボモータ１２に供給され、サーボモータが駆動する。このとき、サーボモータ１２の巻線に流れた電流は、ＡＤ変換器２１によってデジタルデータに変換され、電流検出回路１９に入力され、制御回路１７にフィードバックされ、流れた電流の大きさや位相を知ることができる。

また、サーボモータ１２の回転位置は、サーボモータ内蔵のエンコーダ１３により検出され、位置検出回路２０に入力され制御回路１７にフィードバッグされ、回転位置を知ることができ、単位時間当たりの回転位置の変化から回転速度を知ることができる。このようにして、制御回路１７が得た電流の大きさ、電流の位相、回転位置、回転速度と制御回路１７が生成した電流指令と速度指令を、制御回路１７内部に設けた誤配線判定回路１８に入力する。

誤配線判定回路１８は、これらの情報から、電流及び回転速度の指令に対して実際のモータ動作が正常か判断し、モータ動作が正常でないと判断した場合、アラームまたはワーニングを出力しユーザに知らせる。特に、モータが速度指令通り回転しないなどの明らかな暴走状態の場合には、即座にモータへの通電を停止し、アラームを出力する。

例えば、モータ動力線をＵＬ、ＶＬ、ＷＬの順番で接続することが正しい接続順とすると、ケース１として、ＶＬ、ＵＬ、ＷＬのように二つの相を入れ替えて接続してしまった場合には、サーボモータ１２に回転するように電流を流しても回転しない。サーボモータ１２が指令どおり回転しなかった場合、制御回路１７は指令とフィードバックの差を埋めるために、さらに大きな電流を流す。それでもサーボモータ１２は回転しないため、さらに大きな電流を流し、これを繰り返すことでサーボモータ１２は回転しないにもかかわらず、サーボアンプ１４は自身が出力できる最大の電流を流してしまう。また、ケース２として、接続順をＷＬ、ＵＬ、ＶＬのように一つずつずらして接続してしまった場合は、サーボモータ１２は指令とは逆方向に、しかも指令とは違う速度で回転してしまう。また、ケース３として、３相のうち一つの相を接続しなかった場合は、接続しなかった相には電流は流れないが、サーボモータ１２が回転する場合もあれば、回転しない場合もある。また、ケース４として、正しく接続し正常にサーボモータ１２が回転しているときに３相のうち一つの相が断線した場合は、サーボモータ１２は回転し続ける。

これに対し、上記のいずれの場合も、誤配線判定回路１８は、制御回路１７から受け取った電流指令に対する実際に流れた電流の大きさ又は電流の位相と、速度指令に対する回転位置または回転速度から、モータが正常に動作しておらずモータ駆動線の誤配線または断線と判断し、アラームあるいはワーニングを出力することができる。なお、電流指令に対する実際に流れた電流の大きさ又は電流の位相と、速度指令に対する回転位置または回転速度は、場合によって、いずれか一方で誤配線または断線と判断しても良い。

また、誤配線を検出した場合、アラームやワーニングを出力することによりユーザに通知することができる。例えば、誤配線によりモータが暴走した場合は即座にモータを停止しアラームを出力し、モータは指令通り回転するがトルクが最大まで出力されないような誤配線を行った場合にはワーニングを出力しユーザに注意を促すことが出来る。

このように、本実施例では、通常の動作モードである、フィードバック値を指令に反映させる制御を行っている際に、電流指令値に対するモータ電流との比較、あるいは、速度指令値に対するモータ回転位置の比較を行い、誤配線、断線の検出を行うことが出来る。よって、モータを動作させて通常の動作モードでの運転稼働後に何らかの要因で配線が変わった場合や、断線した場合でも、誤配線、断線の検出を行うことが出来るという効果がある。

また、通常の動作モード時の中でも、特に、モータ始動時に、これらの誤配線の検出を行うことで、アラームあるいはワーニングを出力することでモータの暴走を未然に防ぐことが可能となる。

本実施例では、モータが複数巻線の場合の例について説明する。

近年はサーボモータの大容量化により、サーボモータ内部の巻線を複数個に分けた複数巻線モータが採用されることが多くなっている。巻線を複数個に分けることにより巻線の数だけサーボアンプが必要となるが、個々のサーボアンプの小容量化や、容量が違うモータでも同じサーボアンプを巻線の数だけ用意すれば駆動できるためサーボアンプが共通化できるメリットがある。このような利点がある反面、巻線の数だけサーボアンプが必要になり配線数が多くなるため、サーボアンプのモータ動力線とサーボモータの巻線との誤配線が起こりやすい。

そこで、本実施例では以下のようにして、通常の運転モードであるモータ動作中に誤配線や断線を検出し、アラームやワーニングを出力することによりユーザに通知する。

図３は複数巻線モータ使用時の誤配線検出を説明する構成図である。図３において、巻線の数ｎだけサーボアンプが接続される。ただしｎ台のサーボアンプは同期して動作し電流をサーボモータに流す必要があるため、１台がマスタサーボアンプとして動作し、それ以外はスレーブサーボアンプとして動作する必要がある。

図３では２４がマスタサーボアンプであり、２５、２６がスレーブサーボアンプである。マスタサーボアンプ２４は単巻線モータを駆動するときと同じで、制御回路２７、誤配線判定回路２８、ゲートドライブ回路３０、インバータ回路３１、ＡＤ変換器３２、電流検出回路３３、位置検出回路２９から構成されている。２５、２６はスレーブサーボアンプであり、それぞれ、ゲートドライブ回路３４、３８、インバータ回路３５、３９、ＡＤ変換器３６、４０、電流検出回路３７、４１から構成されている。

スレーブサーボアンプ２５、２６は制御回路及び誤配線判定回路を持っておらず、電流指令はマスタサーボアンプ２４から受け取る。また自身が検出した電流の大きさ、電流の位相はマスタサーボアンプ２４の制御回路２７に渡す。これによりマスタサーボアンプ２４は全ての巻線に流れる電流の大きさ、電流の位相を知ることができる。

複数巻線モータで誤配線をしてしまった場合も、単巻線モータと同様に、モータが回転しなかったり、指令どおり回転しなかったりしてしまう。ただし、巻線数ｎに対して一つの巻線に対してのみ誤配線を行った場合、他の巻線には正常な電流が流れるためモータは指令どおり回転してしまう。しかし、サーボモータ２２が最大トルクを出力できず、これにより誤配線判定回路２８で誤配線を検出することができる。

このように、本実施例では、モータが複数巻線の場合でも、通常の動作モードである、フィードバック値を指令に反映させる制御を行っている際に、電流指令値に対するモータ電流との比較、あるいは、速度指令値に対するモータ回転位置の比較を行い、誤配線、断線の検出を行うことが出来る。特に、配線数が多くなる複数巻線モータの場合に有効である。

また、通常の動作モード時でも、モータ始動時にこれらの誤配線の検出を行うことで、アラームあるいはワーニングを出力することでモータの暴走を未然に防ぐことが可能となる。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ、等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

以上実施例について説明したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。

１、１４：サーボアンプ
２：整流回路
３、１５、３１、３５、３９：インバータ回路
４、１６、３０、３４、３８：ゲートドライブ回路
５、１７、２７：制御回路
６、１９、３３、３７、４１：電流検出回路
７，２０、２９：位置検出回路
８：ＡＤ変換器（Ｕ相）
９：ＡＤ変換器（Ｗ相）
１０、１２、２２：サーボモータ
１１、１３、２３：エンコーダ
１８、２８：誤配線判定回路
２１、３２、３６、４０：AD変換器
２４：マスタサーボアンプ
２５、２６：スレーブサーボアンプ

Claims (11)

1. モータにモータ動力線を介して接続され、モータの回転位置とモータの巻線に流れるモータ電流値をフィードバッグすることでモータの位置や速度を制御するモータ制御装置であって、
   前記モータの回転位置を検出する位置検出回路と、
   前記モータ電流値を検出する電流検出回路と、
   制御回路と、
   インバータ回路と、
   インバータ回路からモータの巻線へ電力を供給するモータ動力線を有し、
   前記制御回路は、前記位置検出回路で検出したモータ回転位置と前記電流検出回路で検出したモータ電流値をフィードバックして前記モータへの電流指令値と速度指令値を生成し、該電流指令値と速度指令値に基づき前記モータの制御を行う運転モードにおいて、前記電流指令値に対する前記モータ電流値との比較、及び、前記速度指令値に対する前記モータ回転位置の比較を行い、モータが回転するように前記電流指令値を出力しても回転しないか、モータが前記電流指令値とは逆方向に前記速度指令値とは違う速度で回転してしまうか、前記モータ電流値が流れないか、前記電流指令値と前記速度指令値に係らず回転し続けるか、を判断し、前記モータ制御装置のモータ動力線と前記モータの巻線との誤配線、断線の検出を行うことを特徴とするモータ制御装置。
2. 請求項１に記載のモータ制御装置であって、
   前記インバータ回路からモータの巻線へ供給する電力は３相交流電力であることを特徴とするモータ制御装置。
3. 請求項１または２のいずれか１項に記載のモータ制御装置であって、
   前記モータは単巻線モータであることを特徴とするモータ制御装置。
4. 請求項１または２のいずれか１項に記載のモータ制御装置であって、
   前記モータは複数巻線モータであり、
   前記モータ制御装置は、前記電流検出回路とインバータ回路を前記巻線の数だけ有し、
   前記位置検出回路と制御回路と1つの電流検出回路と１つのインバータ回路を有するサーボアンプがマスタサーボアンプとして動作し、それ以外の電流検出回路とインバータ回路を有するサーボアンプがスレーブサーボアンプとして動作することを特徴とするモータ制御装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のモータ制御装置であって、
   前記誤配線、断線の検出時は、アラームやワーニングを出力することを特徴とするモータ制御装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のモータ制御装置であって、
   前記誤配線、断線の検出は、モータ始動時に行うことを特徴とするモータ制御装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のモータ制御装置であって、
   前記制御回路は、前記電流指令値に対する前記モータ電流値の大きさと位相を比較、あるいは、前記速度指令値に対する前記モータ回転位置と回転速度の比較を行い、前記モータ制御装置のモータ動力線と前記モータの巻線との誤配線、断線の検出を行うことを特徴とするモータ制御装置。
8. モータにモータ動力線を介して接続され、モータの回転位置とモータの巻線に流れるモータ電流値をフィードバックすることでモータの位置や速度を制御するモータ制御装置の誤配線検出方法であって、
   前記フィードバックする値をモータ指令値に反映させる制御を行う運転モードにおいて、電流指令に対するモータ電流の大きさ又は電流の位相、あるいは、速度指令に対する回転位置または回転速度から、モータが回転するように前記電流指令を出力しても回転しないか、モータが前記電流指令とは逆方向に前記速度指令とは違う速度で回転してしまうか、前記モータ電流が流れないか、前記電流指令と前記速度指令に係らず回転し続けるか、を判断し、前記モータ制御装置のモータ動力線と前記モータの巻線との誤配線、断線の検出を行うことを特徴とするモータ制御装置の誤配線検出方法。
9. 請求項８項に記載のモータ制御装置の誤配線検出方法であって、
   前記誤配線、断線の検出時は、アラームやワーニングを出力することを特徴とするモータ制御装置の誤配線検出方法。
10. 請求項８または９のいずれか１項に記載のモータ制御装置の誤配線検出方法であって、
    前記誤配線、断線の検出は、モータ始動時に行うことを特徴とするモータ制御装置の誤配線検出方法。
11. 請求項８から１０のいずれか１項に記載のモータ制御装置の誤配線検出方法であって、
    前記誤配線、断線の検出は、前記電流指令に対する前記モータ電流の大きさと位相を比較、あるいは、前記速度指令に対する前記回転位置と回転速度の比較を行い、前記モータ制御装置のモータ動力線と前記モータの巻線との誤配線、断線の検出を行うことを特徴とするモータ制御装置の誤配線検出方法。

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