JP7403687B2 - 電力変換装置、モータ駆動システム、及び信号伝送用ケーブルの断線検出方法 - Google Patents

電力変換装置、モータ駆動システム、及び信号伝送用ケーブルの断線検出方法 Download PDF

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Description

本開示は、モータの回転軸の角度情報を伝送する信号線とシールドを有する信号伝送用ケーブルの断線の有無を判定できる電力変換装置、モータ駆動システム、及び信号伝送用ケーブルの断線検出方法に関する。
工場用ロボット及び工場用工作機械では、サーボモータに電力を供給するための動力用ケーブル及びモータの回転軸の角度情報を伝送する信号線が接続されている。これらはサーボモータの可動により断線する場合があり、これらの断線を未然に防ぐために、シールドケーブルのシールドの断線を検出する方法が種々提案されている。
例えば、特許文献１には、抵抗溶接機のケーブルの断線を検出する方法として、シールドケーブルのシールド部の両端間にリレーを介して変圧器の３次巻線を接続し、リレーの開閉によりシールド線のシールド部が断線したことを検出する方法、及び直列接続された直流電源の一方の直流電源の一端とシールド線のシールド部の一端との間に、抵抗－フォトカプラ－抵抗を直列接続し、他方の直流電源の一端とシールド線のシールド部の他端との間に、抵抗－フォトカプラ－抵抗を直列接続し、それぞれの経路にサージ電流吸収用のコンデンサを接続し、経路に流れる電流の有無によりシールド線のシールド部分の断線を検出する方法が示されている。
特許文献２には、溶接ロボットに接続される一対の制御ケーブルのシールド層の両端部との間の電気的導通の有無を検知するための導通検知電路を設け、シールド層の断線検知を行う方法が示されている。
特許文献３には、電動ブレーキ用ケーブルとして、電源供給線と信号線とは別に断線検知線を複合して構成したものが示されている。
特開平７－３４４７号公報 特許第６４７３６１１号公報 特開２００５－１６６４５０号公報
特許文献１及び特許文献２に示された技術では、変圧器の３次巻線又は直流電源と抵抗とフォトカプラを、あるいは導通検知電路を、シールドケーブルのシールドの断線の有無を判定する判定部とは別に設ける必要があり、また、特許文献３では断線検知線を用意する必要があるという課題があった。
本開示は上記課題を解決するものであり、信号伝送用ケーブルのシールドの断線の有無を判定する判定部とは別に新たに、シールドの断線の有無を判定するための電源、導通検知電路、断線検知線を追加する必要がない電力変換装置を得ることを目的とする。
本開示に係る電力変換装置は、電力入力端子に入力された電力をモータへの交流電力に変換し、当該変換したモータへの交流電力を、モータに交流電力を供給するための動力用ケーブルの電力用ケーブルが接続される電力出力端子に出力する電力変換回路と、動力用ケーブルのグラウンド線が接続されるグラウンド端子と、情報入力端子に入力された信号伝送用ケーブルの信号線からの角度情報に基づきエンコーダ情報を出力するエンコーダ回路と、エンコーダ回路からのエンコーダ情報に基づき電力変換回路を制御する制御信号を出力する制御部と、動力用ケーブルのグラウンド線とモータ側で電気的に接続される、信号伝送用ケーブルのシールドが接続されるシールド端子と、シールド端子に入力された信号伝送用ケーブルのシールドに流れる電流を検出し、信号伝送用ケーブルのシールドにおける断線に対する断線検出情報を出力する判定部とを備える。
本開示によれば、シールド端子に接続された前記信号伝送用ケーブルのシールドに流れる電流を検出することにより、信号伝送用ケーブルのシールドに対する断線検出情報を得ることができる。
実施の形態１に係るモータ駆動システムを示す回路図である。 実施の形態１に係るモータ駆動システムにおける３相インバータ回路の１相分を共通的に示す回路図である。 図２に示す３相インバータ回路の１相分のコモンモード発生メカニズムを説明する簡易的な等価回路図である。 実施の形態１におけるに係るモータ駆動システムを示し、コモンモード電流の伝搬経路を示す回路図である。 図４に示す３相インバータ回路の１相分のコモンモード電流の伝搬経路を示す等価回路図である。 実施の形態１に係るモータ駆動システムにおける信号伝送ケーブルのシールドの断線を検出するフローチャートである。 実施の形態１に係るモータ駆動システムにおける信号伝送ケーブルのシールドの断線を検出する他の例を示すフローチャートである。 実施の形態２に係るモータ駆動システムを示す回路図である。 実施の形態３に係るモータ駆動システムを示す回路図である。 実施の形態４に係るモータ駆動システムを示す回路図である。 実施の形態４に係るモータ駆動システムにおけるコモンモード電流の伝搬経路を示す等価回路図である。
実施の形態１．
実施の形態１に係るモータ駆動システムを図１から図７を用いて説明する。
図１に示すように、モータ駆動システムは、電力変換装置１０と、動力用ケーブル２０と、信号伝送用ケーブル３０と、ノイズフィルタ４０を備える。
系統電源である交流電力源５０は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の３相の交流電力を供給する電力源であり、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の３相の電力線５１Ｕ、５１Ｖ、５１Ｗに接続される。
モータ６０は３相モータであり、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の３相のモータ巻線６１Ｕ、６１Ｖ、６１Ｗ及び回転軸を有するロータ（図示せず）を具備するモータ本体と、モータ本体６１における回転軸の角度情報を得るエンコーダ回路６２とを有する。
モータ６０は一般に知られている公知のサーボモータである。
エンコーダ回路６２は、サーボモータに適用される一般に知られている公知のエンコーダ回路である。
電力変換装置１０は、電力入力端子１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗと、電力出力端子１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗと、グラウンド端子１２Ｇと、情報入力端子１３ａ、１３ｂと、シールド端子１３Ｇと、電力変換回路１４と、エンコーダ回路１５と、制御部である制御回路１６と、判定部１７とを有する。電力変換回路１４とエンコーダ回路１５と制御回路１６はサーボアンプを構成する。電力変換装置１０は回路基板（図示せず）に実装される。
３相分の電力入力端子１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗはそれぞれ、ノイズフィルタ４０を介して対応した電力線５１Ｕ、５１Ｖ、５１Ｗに接続される。
ノイズフィルタ４０は、それぞれが対応した電力線５１Ｕ、５１Ｖ、５１Ｗと電力入力端子１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗとの間に接続されたコモンモードチョークコイル４１Ｕ、４１Ｖ、４１Ｗと、それぞれが対応した電力線５１Ｕ、５１Ｖ、５１Ｗに一端が接続され、他端が接地ノードに接続されたコンデンサ４２Ｕ、４２Ｖ、４２Ｗとを有する。
３相分の電力出力端子１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗはそれぞれ、対応した動力用ケーブル２０における３相分の電力用ケーブル２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗの一端が接続される。
電力用ケーブル２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗの他端はそれぞれ、対応したモータ本体６１の３相のモータ巻線６１Ｕ、６１Ｖ、６１Ｗに接続される。
グラウンド端子１２Ｇは動力用ケーブル２０のグラウンド線２１Ｇの一端が接続される。
グラウンド線２１Ｇの他端は、モータ巻線６１Ｕ、６１Ｖ、６１Ｗなどを収納するモータ本体６１のモータ筐体（図示せず）に接続される。モータ筐体は金属製である。
グラウンド端子１２Ｇは接地線８０ａを介してヒートシンク７０に接続される。ヒートシンク７０は電力変換回路１４から発生される熱を放熱する放熱フィンであり、接地される。ヒートシンク７０は整流回路１４１又はインバータ回路１４３の少なくとも一方に対する放熱用として回路基板に実装される。
動力用ケーブル２０は、モータへの交流電力を伝送する芯線である３相分の電力用ケーブル２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗと、安全確保のためのグラウンド線２１Gを有する。
グラウンド線２１Gは、電力変換回路１４から電力用ケーブル２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗを伝わってきた電磁ノイズを電力変換回路１４側にリターンさせる役割もあり、電力用ケーブル２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗから電磁ノイズが放射するのを防止する。
電力用ケーブル２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗ及びグラウンド線２１Ｇはそれぞれ周囲を被覆され、設定されたピッチ間隔により撚り線構造とされ、表面絶縁体２２により被覆される。動力用ケーブル２０は一般に知られている公知のグラウンド線を有したケーブルである。
一対の情報入力端子１３ａ、１３ｂはそれぞれ、信号伝送用ケーブル３０の信号線３１ａ、３１ｂの一端が接続される。
一対の信号線３１ａ、３１ｂの他端は、エンコーダ回路６２の出力端に接続される。
信号線３１ａ、３１ｂは、エンコーダ回路６２から出力されるモータ６０の回転軸の角度情報をフィードバック信号として一対の情報入力端子１３ａ、１３ｂへ伝送する。
シールド端子１３Ｇは、信号伝送用ケーブル３０のシールド３１Ｇの一端が接続される。
シールド３１Ｇの他端は、モータ本体６１のモータ筐体に接続される。
シールド３１Ｇはモータ本体６１のモータ筐体を介して動力用ケーブル２０のグラウンド線２１Ｇとモータ６０側で電気的に接続される。
信号伝送用ケーブル３０は、モータ６０の回転軸の角度情報を伝送する芯線である信号線３１ａ、３１ｂと、信号線３１ａ、３１ｂを被覆する層間絶縁体と、層間絶縁体の周囲を囲うように設けられ、信号線３１ａ、３１ｂに電磁ノイズが侵入するのを防止する網目状の金属からなるシールド３１Ｇを有する。シールド３１Ｇは表面絶縁体３２により被覆される。信号伝送用ケーブル３０は一般に知られている公知のシールドケーブルである。
電力入力端子１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗと、電力出力端子１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗと、グラウンド端子１２Ｇと、情報入力端子１３ａ、１３ｂと、シールド端子１３Ｇとは回路基板（図示せず）の表面の端部に設けられる。
電力変換回路１４は、電力入力端子１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗに入力された交流電力源５０からの交流電力をモータ６０への交流電力に変換し、電力出力端子１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗにモータ６０への交流電力を供給する回路である。電力変換回路１４は回路基板の表面に実装される。
電力変換回路１４は、整流回路１４１と平滑コンデンサ１４２とインバータ回路１４３を有する。
整流回路１４１は、３相分の入力端それぞれが電力入力端子１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗに接続され、入力された３相の交流電力の交流電圧を単相の直流電圧に変換して一対の出力端に出力する。整流回路１４１の出力端はそれぞれＰ母線１４４ＰとＮ母線１４４Ｎに接続される。
整流回路１４１はダイオード又はサイリスタの整流素子を用いた３相ブリッジ整流回路などの全波整流回路であり、一般に知られている公知の３相整流回路である。
平滑コンデンサ１４２はＰ母線１４４ＰとＮ母線１４４Ｎとの間に接続され、整流回路１４１の出力端から出力された単相の直流電力を平滑する。
インバータ回路１４３は、一対の入力端それぞれが整流回路１４１の一対の出力端にＰ母線１４４Ｐ及びＮ母線１４４Ｎを介して接続され、入力された直流電圧に基づき交流電圧に変換し、設定された電圧及び周波数に変換された３相の交流電力を３相分の出力端に出力する。インバータ回路１４３の３相分の出力端それぞれは電力出力端子１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗに接続され、インバータ回路１４３の出力端からのモータへの交流電力が動力用ケーブル２０の電力用ケーブル２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗを介して、モータ６０のモータ巻線６１Ｕ、６１Ｖ、６１Ｗに供給され、モータ６０は駆動される。
インバータ回路１４３は、Ｕ相、V相、及びW相のインバータ１４３Ｕ、１４３Ｖ、１４３Ｗを有する。
Ｕ相、V相、及びW相のインバータ１４３Ｕ、１４３Ｖ、１４３Ｗは、図２に３相インバータ回路の１相分を共通的に示すように、それぞれが、Ｐ母線１４４ＰとＮ母線１４４Ｎとの間に直列に接続された上アーム１４３１と下アーム１４３２を有する。
上アーム１４３１と下アーム１４３２との接続点が出力端になり、それぞれの出力端が対応した電力出力端子１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗに接続される。
上アーム１４３１と下アーム１４３２はそれぞれ、パワー半導体であるトランジスタＴｒと、トランジスタＴｒと逆並列に接続されたダイオードＤを有する。
インバータ回路１４３は、一般に知られている公知のインバータ回路である。
エンコーダ回路１５は、信号伝送用ケーブル３０の信号線３１ａ、３１ｂを介して情報入力端子１３ａ、１３ｂに入力されたエンコーダ回路６２からのモータ６０における回転軸の角度情報であるフィードバック信号に基づきエンコーダ情報を出力する。エンコーダ回路１５は回路基板の表面に実装される。
制御回路１６は電力変換回路１４を制御し、エンコーダ回路１５からのエンコーダ情報に基づき電力変換回路１４をフィードバック制御する。
制御回路１６は、設定された電圧及び周波数によりモータ本体６１が動作するように、インバータ回路１４３にスイッチング指令である制御信号を出力する。また、エンコーダ回路１５からのエンコーダ情報を演算し、インバータ回路１４３への制御信号に対してフィードバック制御する。制御信号は、インバータ回路１４３の上アーム１４３１及び下アーム１４３２におけるトランジスタＴｒの制御電極に入力される。
また、制御信号は、例えば、パルス幅変調方式の場合は、上アーム１４３１及び下アーム１４３２におけるトランジスタＴｒのオン信号及びオフ信号のタイミングを示す信号である。
制御回路１６は専用の回路により構成しても良いし、マイクロコンピュータあるいはＣＰＵにソフトウェアとして組み込まれたものでもよく、一般に知られている公知のサーボアンプに適用されたものであればよい。専用の回路による制御回路１６及びソフトウェアにより同じ機能を持つものを総称して制御部と称す。以下、説明の混乱を防ぐため、いずれの場合も制御回路１６として説明する。
判定部１７は、シールド端子１３Ｇに入力された信号伝送用ケーブル３０のシールド３１Ｇに流れる電流を検出し、信号伝送用ケーブル３０のシールド３１Ｇにおける断線に対する断線検出情報を出力する。
断線検出情報は、シールド３１Ｇが網目状の金属により構成されているので、網目の一部に断線が生じた場合、つまり、完全に断線した状態には至らない状態であるが断線の恐れがある状態である情報、又はシールド３１Ｇが完全に断線した時の情報である。
判定部１７は、電流検知部１７１と電流検出部１７２とデータ記憶部１７３と比較部１７４を有する
電流検知部１７１はシールド端子１３Ｇに一端が接続される接地線８０ｂに流れる電流を計測する、一般に知られている公知の電流センサである。
接地線８０ｂの他端はヒートシンク７０に接続される。
電流検出部１７２は、接地線８０ｂに流れる電流を検出して電流値にする。電流検出部１７２は、電流検知部１７１により計測された電流を設定値と比較するための電流値とする。
インバータ回路１４３の動作、つまり、上アーム１４３１がターンオン時、下アーム１４３２がターンオフするタイミングでは図３のような等価回路となり、スイッチングによる電力出力端子１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗの電圧変動によりコモンモードノイズ電流Ｉ０が発生する。図は省略するが上アームがターンオフ、下アームがターンオンのタイミングでも等価回路的には下アーム側に電圧源、上アーム側に浮遊容量となるが、上下反転するだけで電力出力端子１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗの電位変動によりコモンモードノイズ電流Ｉ０が発生する。
コモンモードノイズ電流Ｉ０は、動力用ケーブル２０のグラウンド線２１Ｇと信号伝送用ケーブル３０のシールド３１Ｇがモータ６０側でモータ６０のモータ筐体により電気的に接続されるため、動力用ケーブル２０のグラウンド線２１Ｇと信号伝送用ケーブル３０のシールド３１Ｇに分流される。
コモンモードノイズ電流Ｉ０は、接地線８０ａに流れる電流Ｉ１と接地線８０ｂに流れる電流Ｉ２の和である。
データ記憶部１７３は、しきい値となる設定値が記憶される。
この時の設定値は、ノイズの発生源となる電力変換回路１４と、動力用ケーブル２０と、信号伝送用ケーブル３０と、これらのケーブルの長さと配置、モータ６０の組み合わせから定まるコモンモードノイズ電流のピーク値である。
すなわち、この時の設定値は、信号伝送用ケーブル３０のシールド３１Ｇが網目の一部に断線が生じ、完全に断線には至らない状態であるが断線の恐れがある状態を示す値である。
なお、この時の設定値は、信号伝送用ケーブル３０のシールド３１Ｇが完全に断線した場合を示す値であってもよい。
比較部１７４は、電流検出部１７２により検出された電流Ｉ２とデータ記憶部１７３に記憶された設定値を比較し、当該比較結果に基づき信号伝送用ケーブル３０のシールド３１Ｇにおける断線に対する断線検出情報を出力する。
比較部１７４は、電流検出部１７２により検出された電流Ｉ２の値がデータ記憶部１７３に記憶された設定値以下であると、シールド３１Ｇにおける断線に対する断線検出情報を表示部９０に出力する。
シールド３１Ｇの一部に断線が生じると、断線部分の拡大に伴い抵抗値が大きくなるため、コモンモードノイズ電流Ｉ０から分流された接地線８０ｂに流れる電流Ｉ２は、抵抗値の増大に伴い小さい値に変化する。
データ記憶部１７３に記憶された設定値を適切に選択することにより、比較部１７４から表示部９０に出力された断線検出情報により、シールド３１Ｇの断線状態を知ることができ、シールド３１Ｇの完全な断線を未然に防ぐことができる。
なお、設定値が、信号伝送用ケーブル３０のシールド３１Ｇが断線を示す値である場合は、比較部１７４は、シールド３１Ｇに断線があることを示す断線検出情報を表示部９０に出力する。
電流検出部１７２及び比較部１７４はマイクロコンピュータあるいはＣＰＵにソフトウェアとして組み込まれたものでよく、制御回路１６が、マイクロコンピュータあるいはＣＰＵにソフトウェアとして組み込まれている場合は、同じマイクロコンピュータあるいはＣＰＵにソフトウェアにソフトとして組み込めばよい。
表示部９０は、回路基板に単独に設けられたＬＥＤランプ、又はサーボアンプに接続されるコントローラユニットのＬＥＤランプにより構成する、あるいは上位の制御用コンピュータの表示画面を表示部として利用するものである。
［モータ駆動システムの動作］
次に、実施の形態１に係るモータ駆動システムの動作について説明する。
電源スイッチを投入することにより、交流電力源５０から、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の交流電力がＵ相、Ｖ相、及びＷ相の電力線５１Ｕ、５１Ｖ、５１Ｗ、ノイズフィルタ４０、及び電力入力端子１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗを介して、電力変換装置１０に供給される。
電力変換装置１０では、まず、整流回路１４１によりＵ相、V相、及びW相の交流電力を単相の直流電圧に変換し、平滑コンデンサ１４２により直流電圧を平滑した後、平滑された直流電力を、制御回路１６からの制御信号に基づき、インバータ回路１４３により３相の交流電圧に変換して、モータ６０への交流電力として設定された電圧及び周波数に変換された３相の交流電力を電力出力端子１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗに出力する。
制御回路１６からの制御信号は、エンコーダ回路１５からのエンコーダ情報に従い、フィードバック制御される。
電力出力端子１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗに供給された３相の交流電力は、動力用ケーブル２０の電力用ケーブル２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗを介して、モータ６０のモータ巻線６１Ｕ、６１Ｖ、６１Ｗに供給され、モータ６０は回転駆動される。
一方、モータ６０が回転駆動されると、エンコーダ回路６２はモータ６０における回転軸の角度情報を得、エンコーダ回路６２から回転軸の角度情報は、信号伝送用ケーブル３０の信号線３１ａ、３１ｂ及び情報入力端子１３ａ、１３ｂを介してエンコーダ回路１５に入力される。
エンコーダ回路１５からのエンコーダ情報は、制御回路１６に入力されて、インバータ回路１４３への制御信号に対してフィードバック制御に用いられる。
［コモンモードノイズ電流Ｉ０の発生メカニズム］
インバータ回路１４３が、制御回路１６からの制御信号により、高速スイッチング動作を行うと、動力用ケーブル２０の電力用ケーブル２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗと接地との間にコモンモードノイズが発生し、電力用ケーブル２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗにコモンモードノイズ電流Ｉ０が流れる。
まず、コモンモードノイズ電流Ｉ０の発生メカニズムについて説明する。
説明を簡略するため、インバータ回路１４３におけるインバータ１４３Ｕ、１４３Ｖ、１４３Ｗの１相分について図３を用いて説明する。
図３は、上アーム１４３１のトランジスタＴｒがターンオンし、下アーム１４３２のトランジスタＴｒがターンオフした場合の簡易的な等価回路図を示している。
電力出力端子１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗの電圧は、Ｎ母線１４４Ｎの電位からＰ母線１４４Ｐの電位に変化する。この変化の過程で、動力用ケーブル２０の電力用ケーブル２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗの浮遊容量、及びモータ６０のモータ巻線６１Ｕ、６１Ｖ、６１Ｗとモータ６０のステータとの間の浮遊容量にコモンモード電圧が印加され、電力用ケーブル２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗ及びモータ巻線６１Ｕ、６１Ｖ、６１Ｗから浮遊容量６３Ｕ、６３Ｖ、６３Ｗを介してコモンモードノイズ電流Ｉ０がモータ６０のモータ筐体へ流れる。
図３に示した浮遊容量６３Ｕ、６３Ｖ、６３Ｗはそれぞれ、対応した電力用ケーブル２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗの浮遊容量と、対応したモータ巻線６１Ｕ、６１Ｖ、６１Ｗとモータ６０のステータとの間の浮遊容量との合計である。
浮遊容量６３Ｕ、６３Ｖ、６３Ｗはモータ６０に依存する値である。
コモンモード電圧はΔｔ時間の間にΔＶ変化し、浮遊容量６３Ｕ、６３Ｖ、６３Ｗの浮遊容量の値をＣとすると、コモンモードノイズ電流Ｉ０はＣ×ΔＶ／Δｔになる。
コモンモードノイズ電流Ｉ０は、モータ６０のモータ筐体に接続された動力用ケーブル２０のグラウンド線２１Ｇに流れる電流Ｉ１と信号伝送用ケーブル３０のシールド３１Ｇに流れる電流Ｉ２に分流して流れる。
電流Ｉ１はグラウンド端子１２Ｇ及び接地線８０ａを介してヒートシンク７０に流れる。
電流Ｉ２はシールド端子１３Ｇ及び接地線８０ｂを介してヒートシンク７０に流れる。
一方、上アーム１４３１のトランジスタＴｒがターンオフし、下アーム１４３２のトランジスタＴｒがターンオンした場合は、Ｐ母線１４４Ｐの電位からＮ母線１４４Ｎの電位に変化してコモンモードノイズ電流Ｉ０が流れ、電流Ｉ１と電流Ｉ２が流れる。
３相のインバータ１４３Ｕ、１４３Ｖ、１４３Ｗそれぞれに対して上記したコモンモードノイズ電流Ｉ０の発生メカニズムにより、コモンモードノイズ電流Ｉ０が流れ、電流Ｉ１と電流Ｉ２が流れる。
［コモンモードノイズ電流Ｉ０の伝搬経路］
次に、モータ駆動システムにおけるコモンモードノイズ電流Ｉ０の伝搬経路を、図４を用いて説明する。
コモンモードノイズ電流Ｉ０のうちの大部分はモータ６０のモータ筐体から動力用ケーブル２０のグラウンド線２１Ｇに流れる電流Ｉ１である。電流Ｉ１はグラウンド線２１Ｇから、接地線８０ａ－ヒートシンク７０－ノイズフィルタ４０のコンデンサ４２Ｕ、４２Ｖ、４２Ｗを通り、Ｐ母線１４４Ｐ、Ｎ母線１４４Ｎを経てノイズ源であるインバータ回路１４３まで戻る。
また、コモンモードノイズ電流Ｉ０のうちの残りの部分はモータ６０のモータ筐体から信号伝送用ケーブル３０のシールド３１Ｇに流れる電流Ｉ２である。電流Ｉ２はシールド３１Ｇから、接地線８０ｂ－ヒートシンク７０－ノイズフィルタ４０のコンデンサ４２Ｕ、４２Ｖ、４２Ｗを通り、Ｐ母線１４４Ｐ、Ｎ母線１４４Ｎを経てノイズ源であるインバータ回路１４３まで戻る。
［電流Ｉ１と電流Ｉ２の分流比］
動力ケーブルと信号伝送用ケーブル間が十分離れている場合におけるコモンモードノイズ電流Ｉ０からの電流Ｉ１と電流Ｉ２の分流比を決めるパラメータについて説明する。
説明を簡略するため、インバータ回路１４３におけるインバータ１４３Ｕ、１４３Ｖ、１４３Ｗの１相分について図５を用いて説明する。
動力用ケーブル２０の電力用ケーブル２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗはそれぞれ、ケーブル自体のインダクタンス２１ＬＵ、２１ＬＶ、２１ＬＷと、動力用ケーブル２０のグラウンド線２１Ｇとの間の相互インダクタンス２１ＭＵ、２１ＭＶ、２１ＭＷとの和である自己インダクタンスが存在する。
動力用ケーブル２０のグラウンド線２１Ｇは、ケーブル自体のインダクタンス２１ＬＧと、動力用ケーブル２０の電力用ケーブル２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗとの間の相互インダクタンス２１ＭＵ、２１ＭＶ、２１ＭＷとの和である自己インダクタンスが存在する。
信号伝送用ケーブル３０のシールド３１Ｇは自己インダクタンス３１ＬＧが存在する。
動力用ケーブル２０の電力用ケーブル２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗとモータ６０のモータ筐体に接続されたグラウンド線２１Ｇとの間に浮遊容量が存在し、モータ６０のモータ巻線６１Ｕ、６１Ｖ、６１Ｗとモータ６０のステータとの間の浮遊容量が存在する。
コモンモードノイズ電流Ｉ０の伝搬経路は図４を用いて説明したように、コモンモードノイズ電流Ｉ０が分流したグラウンド線２１Ｇを流れる電流Ｉ１とシールド３１Ｇを流れる電流Ｉ２との２つの経路がある。
電流Ｉ１と電流Ｉ２との分流比は、電流Ｉ１と電流Ｉ２の電流経路におけるインピーダンスで決まる。
電力用ケーブル２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗと動力用ケーブル２０のグラウンド線２１Ｇとの間の相互インダクタンス２１ＭＵ、２１ＭＶ、２１ＭＷが大きいと、電流Ｉ１の電流経路におけるインピーダンスが低くなるため、電流Ｉ１はコモンモードノイズ電流Ｉ０から多く分流される。
反対に結合が弱く、相互インダクタンス２１ＭＵ、２１ＭＶ、２１ＭＷが小さいと、電流Ｉ１の電流経路におけるインピーダンスが電流Ｉ２の電流経路におけるインピーダンスに比べて相対的に大きくなるため、電流Ｉ２は相対的に大きくなる。
動力用ケーブル２０の長さが長くなると、動力用ケーブル２０の電力用ケーブル２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗのインダクタンス２１ＬＵ、２１ＬＶ、２１ＬＷと、相互インダクタンス２１ＭＵ、２１ＭＶ、２１ＭＷと、動力用ケーブル２０のグラウンド線２１Ｇのインダクタンス２１ＬＧと、信号伝送用ケーブル３０のシールド３１Ｇの自己インダクタンス３１ＬＧはすべて大きくなる。
また、図４に示していないが、厳密には、電力線５１Ｕ、５１Ｖ、５１Ｗ側から漏れてからコモンモードノイズ電流Ｉ０へ還流してくる電流成分も存在する。
しかし、実施の形態１においては、電力線５１Ｕ、５１Ｖ、５１Ｗのインピーダンスをハイインピーダンスでマスクするコモンモードチョークコイル４１Ｕ、４１Ｖ、４１Ｗと十分大きな容量のコンデンサ４２Ｕ、４２Ｖ、４２Ｗを有するノイズフィルタ４０を備えているので、電力線５１Ｕ、５１Ｖ、５１Ｗ側から漏れるノイズ電流はコモンモードノイズ電流Ｉ０に対して非常に小さな値であり、電流Ｉ１及び電流Ｉ２に対しても無視できる値である。
従って、電流Ｉ１及び電流Ｉ２は、動力用ケーブル２０の長さ、信号伝送用ケーブル３０の長さ、動力用ケーブル２０の電力用ケーブル２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗ及びグラウンド線２１Ｇの線間距離、動力用ケーブル２０における撚り線構造のピッチ間隔、モータ６０の構造、ノイズフィルタ４０の特性、Ｐ母線１４４ＰとＮ母線１４４Ｎとの間の電圧により決定される。
従って、動力用ケーブル２０、信号伝送用ケーブル３０、及びノイズフィルタ４０を適切に選択することにより、断線検出情報を得るために、正常時に流れる電流Ｉ２の値を適切に設定できる。
なお、動力用ケーブル２０の線間距離及び撚り線構造のピッチ間隔は、動力用ケーブル２０における相互インダクタンス２１ＭＵ、２１ＭＶ、２１ＭＷを決定する一要因である。
［信号伝送用ケーブル３０の断線検出方法］
次に、判定部１７よる信号伝送用ケーブル３０の断線検出方法を図６に示すフローチャートにより説明する。
判定部における電流検出部１７２と比較部１７４は、機能としてマイクロコンピュータあるいはＣＰＵにソフトウェアとして組み込まれたものであり、図６に示すフローチャートにより、信号伝送用ケーブル３０の断線検出が実施される。
ステップＳＴ１において、電流検知部１７１が接地線８０ｂに流れる電流Ｉ２を検出した電流値を、電流検出部１７２が取り込む。
すなわち、ステップＳＴ１は、電流検出部１７２が、インバータ回路１４３の動作により発生したコモンモードノイズ電流Ｉ０のうちの、動力用ケーブル２０のグラウンド線２１Ｇとモータ６０側で電気的に接続される信号伝送用ケーブル３０のシールド３１Ｇに流れる電流Ｉ２を検出する検出ステップである。
ステップＳＴ２において、比較部１７４が、ステップＳＴ１において検出されたシールド３１Ｇに流れる電流Ｉ２の電流値とデータ記憶部１７３に記憶された設定値とを比較し（比較ステップ）、電流Ｉ２の電流値が設定値以下であると判定する（判定ステップ）とステップＳＴ３に進む。判定ステップにおいて、電流Ｉ２の電流値が設定値を超えていると終了する。
ステップＳＴ３に進むと、比較部１７４が信号伝送用ケーブル３０のシールド３１Ｇが断線の恐れがある状態を示す断線検出情報を表示部９０に出力する。
ステップＳＴ２及びステップＳＴ３が、比較部１７４が、検出ステップにより検出されたシールド３１Ｇに流れる電流Ｉ２の電流値とデータ記憶部１７３に記憶された設定値とを比較し、当該比較結果に基づき、信号伝送用ケーブル３０のシールド３１Ｇの断線検出を実施する断線検出ステップである。
表示部９０は、比較部１７４からの断線検出情報に基づき、ユーザに対して信号伝送用ケーブル３０のシールド３１Ｇの断線状態を警告する表示を行う。
ユーザは表示部９０の表示により、信号伝送用ケーブル３０のシールド３１Ｇが断線の恐れがあることを知ることができ、信号伝送用ケーブル３０及び動力用ケーブル２０の交換を、ケーブルの断線前に行える。
その結果、信号伝送用ケーブル３０の断線を未然に防ぐことができ、ケーブルの断線によるモータ６０を使用したラインが停止し、ラインの停止による工程遅延及びラインにおける装置、機器の修理による損失を未然に防ぐことができる。
同様に、比較部１７４からの断線検出情報に基づく表示部９０の表示により、動力用ケーブル２０と電力出力端子１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗ及びグラウンド端子１２Ｇとを接続するコネクタ、動力用ケーブル２０とモータ６０とを接続するコネクタ、信号伝送用ケーブル３０と情報入力端子１３ａ、１３ｂ及びシールド端子１３Ｇとを接続するコネクタ、信号伝送用ケーブル３０とモータ６０とを接続するコネクタの接触不良を確認することができる。
［データ記憶部１７３に記憶される設定値の設定の仕方の他の例］
実施の形態１に対する判定部１７による信号伝送用ケーブル３０の断線検出方法において、データ記憶部１７３に記憶される設定値の設定の仕方の他の例を図７に示すフローチャートにより説明する。
実施の形態１に係るモータ駆動システムにおけるデータ記憶部１７３に記憶された設定値を、電力変換回路１４と、エンコーダ回路１５と、制御回路１６と、動力用ケーブル２０と、信号伝送用ケーブル３０と、モータ６０の組み合わせから定まるコモンモードノイズ電流によって決定していたが、この他の例では、モータ駆動システムの電力変換回路の３相すべての出力電圧が０で、モータのロータを回転させるためのトルクが発生しない、ノイズ電流のみが発生する試運転（ケーブル診断用運転）により、接地線８０ｂに流れる電流Ｉ２を検出した電流値により決定した値としたものであり、その他の点については同じもしくは同様である。
すなわち、モータ駆動システムの試運転時におけるステップＳＴ０１において、インバータ回路１４３におけるインバータ１４３Ｕ、１４３Ｖ、１４３Ｗの上アーム１４３１のトランジスタＴｒが同時にターンオンし、下アーム１４３２のトランジスタＴｒが同時にターンオフさせる、もしくは反対に上アーム１４３１のトランジスタＴｒが同時にターンオフし、下アーム１４３２のトランジスタＴｒが同時にターンオンさせ、電流検知部１７１が接地線８０ｂに流れる電流Ｉ２を検出し、検出した電流Ｉ２を電流検出部１７２が取り込む。これはＰＷＭ制御において電力変換回路の出力３相すべて短絡しているため、出力電圧が０となり、ゼロベクトルとも呼ばれる状態であり、この状態を継続させると、モータを回転させるための電流も流れず、モータのロータにトルクが発生しないため、制御対象の装置は動作せず待機している状態となる。一般的なＰＷＭ制御の場合、出力電圧０の指令をだせば、上アーム１４３１のトランジスタＴｒが同時にターンオンし、下アーム１４３２のトランジスタＴｒが同時にターンオフ、次に上アーム１４３１のトランジスタＴｒが同時にターンオフし、下アーム１４３２のトランジスタＴｒが同時にターンオンするスイッチングが繰り返し行われる。
ステップＳＴ０２において、電流検出部１７２が取り込んだ電流Ｉ２の電流値に基づき、データ記憶部１７３に設定値として出力する。
データ記憶部１７３に記憶させる設定値は、電流検出部１７２が取り込んだ電流Ｉ２の電流値そのものでもよいし、電流Ｉ２の電流値を、例えば、０．８倍した電流値でもよい。
モータ駆動システムが通常運転、もしくは、上記とは異なる時刻で出力電圧が０となるように上アーム１４３１と下アーム１４３２をスイッチングさせると、図６に示した判定部１７による信号伝送用ケーブル３０の断線検出方法と同様に、ステップＳＴ１からステップＳＴ３により、電流検出部１７２が信号伝送用ケーブル３０のシールド３１Ｇに流れる電流Ｉ２を検出し、電流Ｉ２の電流値とデータ記憶部１７３に記憶された設定値とを比較し、電流Ｉ２の電流値が設定値以下であると、信号伝送用ケーブル３０のシールド３１Ｇが断線の恐れがある状態を示す断線検出情報を表示部９０に出力する。
データ記憶部１７３に記憶される設定値は、上アーム１４３１のトランジスタＴｒが同時にターンオンし、下アーム１４３２のトランジスタＴｒが同時にターンオフさせる、もしくは反対に上アーム１４３１のトランジスタＴｒが同時にターンオフし、下アーム１４３２のトランジスタＴｒが同時にターンオンさせた時の、接地線８０ｂに流れる電流Ｉ２に基づいた値としたので、モータ６０を駆動するための周波数成分の電流が流れず、さらにインバータ１４３Ｕ、１４３Ｖ、１４３Ｗによるコモンモードノイズ電流が重なりあうため、コモンモード電圧の変動による瞬時的なコモンモードノイズ電流Ｉ０が最大の条件で検出でき、測定値とした精度の高い値が得られる。その結果、信号伝送用ケーブル３０のシールド３１Ｇに対する断線検出情報を精度高く得られる。
モータ駆動システムを停止から通常運転する前に、毎回、上アーム１４３１のトランジスタＴｒが同時にターンオンし、下アーム１４３２のトランジスタＴｒが同時にターンオフさせる、もしくは反対に上アーム１４３１のトランジスタＴｒが同時にターンオフし、下アーム１４３２のトランジスタＴｒが同時にターンオンさせてノイズ測定を実施すれば、さらに診断の精度があがる。
なお、上記した例では、判定部１７による信号伝送用ケーブル３０の断線検出方法は、モータ駆動システムが通常運転時常時行うものとしているが、定期的に、電源投入後の通常運転前の出力電圧０状態のスイッチング、すなわち、上アーム１４３１のトランジスタＴｒが同時にターンオンし、下アーム１４３２のトランジスタＴｒが同時にターンオフさせる、もしくは反対に上アーム１４３１のトランジスタＴｒが同時にターンオフし、下アーム１４３２のトランジスタＴｒが同時にターンオンさせた条件で断線の検出を行うこととし、断線検出時において、上アーム１４３１のトランジスタＴｒが同時にターンオンし、下アーム１４３２のトランジスタＴｒが同時にターンオフさせる、もしくは反対に上アーム１４３１のトランジスタＴｒが同時にターンオフし、下アーム１４３２のトランジスタＴｒが同時にターンオンさせた時の、接地線８０ｂに流れる電流Ｉ２とデータ記憶部１７３に記憶された設定値とを比較することにより、断線検出情報を得るものでもよい。
この例においては、接地線８０ｂに流れる電流Ｉ２として、通常時に接地線８０ｂに流れる電流Ｉ２より大きな値となるため、信号伝送用ケーブル３０のシールド３１Ｇに対する断線検出情報をより精度高く得られる。
以上のように構成された実施の形態１に係るモータ駆動システムは、動力用ケーブル２０のグラウンド線２１Ｇと信号伝送用ケーブル３０のシールド３１Ｇをモータ６０側で電気的に接続し、電力変換装置１０における電力変換回路１４のインバータ回路１４３の動作により発生したコモンモードノイズ電流Ｉ０のうちの、信号伝送用ケーブル３０のシールド３１Ｇに流れる電流Ｉ２を検出し、信号伝送用ケーブルのシールドにおける断線に対する断線検出情報を出力するものとしたので、信号伝送用ケーブルのシールドに対する断線検出情報を得るために、モータ駆動システムに新たな電源又は信号回路を追加することなく、信号伝送用ケーブル３０の断線を未然に防ぐことができ、信号伝送用ケーブル３０の信号線３１ａ、３１ｂが断線して信号伝送できなくなる前に、信号伝送用ケーブル３０のシールド３１Ｇの断線段階で信号伝送用ケーブル３０の劣化に気づくことができ、信号伝送用ケーブル３０を交換することができる。
その結果、モータ６０を使用したラインが停止し、ラインの停止による工程遅延及びラインにおける装置、機器の修理による損失を未然に防ぐことができる。
さらに、信号伝送用ケーブル３０のシールド３１Ｇの断線が進展し、信号伝送用ケーブル３０の信号線３１ａ、３１ｂが断線したり、インバータ１４３Ｕ、１４３Ｖ、１４３Ｗからのノイズが直接信号伝送用ケーブル３０の信号線３１ａ、３１ｂに結合したり、突発的な外来ノイズが信号伝送用ケーブル３０の信号線３１ａ、３１ｂに結合することにより、信号伝送用ケーブル３０の信号線３１ａ、３１ｂによる通信エラーが生じるのを、信号伝送用ケーブル３０を交換するタイミングを事前に知ることができるため、未然に防ぐことができる。
その結果、モータ６０を使用したラインが停止し、ラインの停止による工程遅延及びラインにおける装置、機器の修理による損失を未然に防ぐことができる。
また、電力変換装置１０と交流電力源５０との間に、コモンモードチョークコイル４１Ｕ、４１Ｖ、４１Ｗとコンデンサ４２Ｕ、４２Ｖ、４２Ｗを有するノイズフィルタ４０を接続したので、信号伝送用ケーブル３０のシールド３１Ｇに流れる電流Ｉ２に占める電力線５１Ｕ、５１Ｖ、５１Ｗ側から漏れるノイズ電流を無視でき、信号伝送用ケーブルのシールドに対する断線検出情報が精度高く得られる。
実施の形態２．
実施の形態２に係るモータ駆動システムを、図８を用いて説明する。
実施の形態２に係るモータ駆動システムは、実施の形態１に係るモータ駆動システムが交流電力源５０としてＵ相、V相、及びW相の３相の交流電力を供給する電力源を用いたものであるのに対して、直流電力源５０Ａを用いたものであり、直流電力源５０Ａを用いたことにより、電力変換回路１４Ａが平滑コンデンサ１４２とインバータ回路１４３を有する構成とした点が相違し、その他の点については実施の形態１に係るモータ駆動システムと同様である。
図８中、図１に付された符号と同一符号は同一又は相当部分を示す。
すなわち、直流電力源５０Ａは、バッテリもしくは装置外部で交流を直流に変換して直流電力源であり、電力線５１ＡＰ、５１ＡＮに接続される。
電力変換装置１０Ａは、電力入力端子１１Ｐ、１１Ｎと、電力出力端子１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗと、グラウンド端子１２Ｇと、情報入力端子１３ａ、１３ｂと、シールド端子１３Ｇと、電力変換回路１４Ａと、エンコーダ回路１５と、制御部である制御回路１６と、判定部１７とを有する。電力変換回路１４Ａとエンコーダ回路１５と制御回路１６はサーボアンプを構成する。電力変換装置１０Ａは回路基板（図示せず）に実装される。
電力入力端子１１Ｐ、１１Ｎそれぞれ、ノイズフィルタ４０Ａを介して対応した電力線５１ＡＰ、５１ＡＮに接続される。
ノイズフィルタ４０Ａは、それぞれが対応した電力線５１ＡＰ、５１ＡＮに一端が接続され、他端が接地ノードに接続されたコンデンサ４２Ｐ、４２Ｎを有する。
ノイズフィルタ４０Ａは、それぞれが対応した電力線５１ＡＰ、５１ＡＮと電力入力端子１１Ｐ、１１Ｎとの間に接続されたコモンモードチョークコイルと、それぞれが対応した電力線５１ＡＰ、５１ＡＮに一端が接続され、他端が接地ノードに接続されたコンデンサを有するものでも良い。
ノイズフィルタ４０Ａを設けることにより、電力線５１ＡＰ、５１ＡＮ側から漏れるノイズ電流はコモンモードノイズ電流に対して非常に小さな値であり、無視できる値である。
また、コンデンサ４２Ｐ、４２Ｎを装置内部に設けることにより、外部ノイズの影響を受けづらくなる。
電力変換回路１４Ａは、平滑コンデンサ１４２とインバータ回路１４３を有する。
平滑コンデンサ１４２は、電力入力端子１１Ｐ、１１Ｎに接続されたＰ母線１４４ＰとＮ母線１４４Ｎとの間に接続され、直流電力源５０Ａから供給された直流電力を平滑する。
インバータ回路１４３は、一対の入力端それぞれがＰ母線１４４Ｐ及びＮ母線１４４Ｎに接続され、平滑された直流電圧に基づき交流電圧に変換し、設定された電圧及び周波数に変換された３相の交流電力を３相分の出力端に出力する。インバータ回路１４３は実施の形態１に係るモータ駆動システムにおける電力変換回路１４のインバータ回路１４３と同じである。
実施の形態２に係るモータ駆動システムは、実施の形態１に係るモータ駆動システムと電力源が直流電力源５０Ａである点が異なり、それに伴い電力変換回路１４Ａが直流電力源５０Ａに合うように変更されただけであるので、実施の形態１に係るモータ駆動システムと同様の動作をし、同様の効果が得られる。
実施の形態３．
実施の形態３に係るモータ駆動システムを、図９を用いて説明する。
実施の形態３に係るモータ駆動システムは、実施の形態１に係るモータ駆動システムに対して、整流回路１４１とインバータ回路１４３とを接続する一対の母線、つまり、Ｐ母線１４４ＰとＮ母線１４４Ｎそれぞれと接地ノードとなるヒートシンク７０との間にコンデンサ１８ａ、１８ｂを接続した点が相違し、その他の点については同様である。
図９中、図１に付された符号と同一符号は同一又は相当部分を示す。
コンデンサ１８ａをＰ母線１４４Ｐと接地ノードとの間に接続し、コンデンサ１８ｂをＮ母線１４４Ｎと接地ノードとの間に接続した。
その結果、コモンモードノイズ電流Ｉ０が流れる還流経路となる伝搬経路におけるインピーダンスが低くなるので、電力線５１Ｕ、５１Ｖ、５１Ｗ側に対してインピーダンスマスクする効果がある。
電力線５１Ｕ、５１Ｖ、５１Ｗ側からの外部ノイズによるＰ母線１４４Ｐ及びＮ母線１４４Ｎに流れるノイズ電流はコンデンサ１８ａ、１８ｂによりヒートシンク７０へ流れる。
従って、電力線５１Ｕ、５１Ｖ、５１Ｗ側からの外部ノイズの影響を抑制でき、信号伝送用ケーブル３０のシールド３１Ｇに流れる電流Ｉ２に占める外部ノイズの影響を無視でき、信号伝送用ケーブルのシールドに対する断線検出情報が精度高く得られる。
しかも、回路基板上において、コンデンサ１８ａがＰ母線１４４Ｐに、コンデンサ１８ｂがＮ母線１４４Ｎに接続されるので、電力変換装置１０の内部にノイズフィルタが実装されるため、ノイズフィルタとしての機能を十分に発揮できる。
実施の形態４．
実施の形態４に係るモータ駆動システムを、図１０及び図１１を用いて説明する。
実施の形態４に係るモータ駆動システムは、実施の形態１に係るモータ駆動システムに対して、動力用ケーブル２０と信号伝送用ケーブル３０両者を絶縁被覆２３によって内挿した点が相違し、その他の点については同様である。
図１０中、図１に付された符号と同一符号は同一又は相当部分を示す。
図１１中、図５に付された符号と同一符号は同一又は相当部分を示す。
動力用ケーブル２０と信号伝送用ケーブル３０は隣接、つまり、一部が接触して配置され、両者の周囲を絶縁被覆２３により被覆され、一体化される。
動力用ケーブル２０と信号伝送用ケーブル３０が隣接しているため、動力用ケーブル２０の電力用ケーブル２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗと、グラウンド線２１Ｇと、信号伝送用ケーブル３０のシールド３１Ｇとの間に相互インダクタンス２１Ｍ’Ｕ、２１Ｍ’Ｖ、２１Ｍ’Ｗが存在する。
動力用ケーブル２０と信号伝送用ケーブル３０は一体化されているため、別々の動力用ケーブル２０と信号伝送用ケーブル３０が近接して配置された場合に比べて、相互インダクタンス２１Ｍ’Ｕ、２１Ｍ’Ｖ、２１Ｍ’Ｗの変動が小さく、動力用ケーブル２０のグラウンド線２１Ｇに流れる電流Ｉ１の伝搬経路におけるインピーダンス及び信号伝送用ケーブル３０のシールド３１Ｇに流れる電流Ｉ２の伝搬経路におけるインピーダンスの変動がない。
その結果、モータ駆動システムの通常運転時におけるコモンモードノイズ電流Ｉ０の変動が小さいため、電流Ｉ１及び電流Ｉ２の変動も小さく、信号伝送用ケーブル３０のシールド３１Ｇに対する断線検出情報を精度高く得られる。
なお、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
本開示に係るモータ駆動システムは、工場用のロボット又は工場用工作機械に適用されるのに好適である。
１０、１０Ａ 電力変換装置、１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗ 電力入力端子、１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗ電力出力端子、１２Ｇ グラウンド端子、１３ａ、１３ｂ 情報入力端子、１３Ｇ シールド端子、１４ 電力変換回路、１４１ 整流回路、１４２ 平滑コンデンサ、１４３ インバータ回路、１４３１ 上アーム、１４３２ 下アーム、１４４Ｐ Ｐ母線、１４４Ｎ Ｎ母線、１５ エンコーダ回路、１６ 制御回路、１７ 判定部、１８ａ、１８ｂ コンデンサ、２０ 動力用ケーブル、２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗ 電力用ケーブル、２１Ｇ グラウンド線、３０ 信号伝送用ケーブル、３１ａ、３１ｂ 信号線、３１Ｇ シールド、４０ ノイズフィルタ、４１Ｕ、４１Ｖ、４１Ｗ コモンモードチョークコイル、４２Ｕ、４２Ｖ、４２Ｗ コンデンサ、５０ 交流電力源、５１Ｕ、５１ｖ、５１Ｗ 電力線、５０Ａ 直流電力源、５１ＡＰ、５１ＡＮ 電力線、６０ モータ、６１ モータ本体、６２ エンコーダ回路、９０ 表示部。

Claims (13)

  1. 電力入力端子に入力された電力をモータへの交流電力に変換し、当該変換したモータへの交流電力を、前記モータに交流電力を供給するための動力用ケーブルの電力用ケーブルが接続される電力出力端子に出力する電力変換回路と、
    前記動力用ケーブルのグラウンド線が接続されるグラウンド端子と、
    情報入力端子に入力された信号伝送用ケーブルの信号線からの角度情報に基づきエンコーダ情報を出力するエンコーダ回路と、
    前記エンコーダ回路からのエンコーダ情報に基づき前記電力変換回路を制御する制御信号を出力する制御部と、
    前記動力用ケーブルのグラウンド線と前記モータ側で電気的に接続される前記信号伝送用ケーブルのシールドが接続されるシールド端子と、
    前記シールド端子に入力された前記信号伝送用ケーブルのシールドに流れる電流を検出し、前記信号伝送用ケーブルのシールドにおける断線に対する断線検出情報を出力する判定部と、
    を備えた電力変換装置。
  2. 前記電力入力端子に入力された電力は直流電力である請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 前記電力入力端子に入力された電力は交流電力である請求項１に記載の電力変換装置。
  4. 前記電力変換回路は、入力端が前記電力入力端子に接続され、入力された交流電力の交流電圧を直流電圧に変換して出力端に出力する整流回路と、入力端が前記整流回路の出力端に接続され、入力された直流電圧に基づき交流電圧に変換して交流電力を出力端に出力し、当該出力端が前記電力出力端子に接続されるインバータ回路とを有し、
    前記判定部は、前記シールド端子に接続される接地線に流れる電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部により検出された電流と設定値を比較し、当該比較結果に基づき前記信号伝送用ケーブルのシールドの断線に対する断線検出情報を出力する比較部を有する、
    請求項３に記載の電力変換装置。
  5. 前記整流回路と前記インバータ回路とを接続する一対の母線のそれぞれと接地ノードとの間に接続されたコンデンサを備えた請求項４に記載の電力変換装置。
  6. モータへの交流電力を伝送する電力用ケーブルとグラウンド線を有する動力用ケーブルと、
    前記モータの回転軸の角度情報を伝送する信号線と、前記動力用ケーブルのグラウンド線と前記モータ側で電気的に接続されるシールドを有する信号伝送用ケーブルと、
    電力源からの電力をモータへの交流電力に変換し、前記動力用ケーブルの電力用ケーブルに前記モータへの交流電力を供給する電力変換回路、前記動力用ケーブルのグラウンド線が接続されるグラウンド端子、前記信号伝送用ケーブルの信号線からの角度情報に基づきエンコーダ情報を出力するエンコーダ回路、前記エンコーダ回路からのエンコーダ情報に基づき前記電力変換回路を制御する制御信号を出力する制御部、前記信号伝送用ケーブルのシールドに流れる電流を検出し、前記信号伝送用ケーブルのシールドの断線に対する断線検出情報を出力する判定部を有する電力変換装置と、
    を備えたモータ駆動システム。
  7. 前記電力変換回路は、入力端が前記電力源からの電力が入力される電力入力端子に接続され、入力された電源電圧に基づき交流電圧に変換して交流電力を出力端に出力し、当該出力端が前記動力用ケーブルの電力用ケーブルが接続される電力出力端子に接続されるインバータ回路とを有し、
    前記判定部は、前記信号伝送用ケーブルのシールドが接続されるシールド端子に接続される接地線に流れる電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部により検出された電流と設定値を比較し、当該比較結果に基づき前記信号伝送用ケーブルのシールドの断線に対する断線検出情報を出力する比較部を有する、
    請求項６に記載のモータ駆動システム。
  8. 前記電力変換回路は、入力端が前記電力源からの交流電力が入力される電力入力端子に接続され、入力された交流電力の交流電圧を直流電圧に変換して出力端に出力する整流回路と、入力端が前記整流回路の出力端に接続され、入力された直流電圧に基づき交流電圧に変換して交流電力を出力端に出力し、当該出力端が前記動力用ケーブルの電力用ケーブルが接続される電力出力端子に接続されるインバータ回路とを有し、
    前記判定部は、前記信号伝送用ケーブルのシールドが接続されるシールド端子に接続される接地線に流れる電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部により検出された電流と設定値を比較し、当該比較結果に基づき前記信号伝送用ケーブルのシールドの断線に対する断線検出情報を出力する比較部を有する、
    請求項６に記載のモータ駆動システム。
  9. 前記整流回路と前記インバータ回路とを接続する一対の母線のそれぞれと接地ノードとの間に接続されたコンデンサを備えた請求項８に記載のモータ駆動システム。
  10. 前記電力変換装置と前記電力源との間に、コモンモードチョークコイルとコンデンサを有するノイズフィルタが接続された請求項６から請求項９のいずれか１項に記載のモータ駆動システム。
  11. 前記動力用ケーブルと前記信号伝送用ケーブルが共通の絶縁被覆で被覆された請求項６から請求項１０のいずれか１項に記載のモータ駆動システム。
  12. 電流検出部が、モータの回転軸の角度情報を伝送する信号線、及びモータへの交流電力を伝送する動力用ケーブルのグラウンド線とモータ側で電気的に接続されるシールドを有する信号伝送用ケーブルのシールドに流れる電流を検出する検出ステップと、
    比較部が、前記検出ステップにより検出された前記シールドに流れる電流と設定値とを比較し、当該比較結果に基づき、前記信号伝送用ケーブルのシールドの断線検出を実施する断線検出ステップと、
    を備えた信号伝送用ケーブルの断線検出方法。
  13. 電流検出部が、モータの回転軸の角度情報を伝送する信号線、及び電力変換回路から供給されるモータへの３相の交流電力を伝送する動力用ケーブルのグラウンド線とモータ側で電気的に接続されるシールドを有する信号伝送用ケーブルのシールドに、前記電力変換回路の上アーム３相分すべてがターンオンし、下アーム３相分がすべてターンオフされた時、もしくは上アーム３相分すべてがターンオフし、下アーム３相分がすべてターンオンされた時に流れる電流を検出し、検出した電流値を設定値として設定する設定ステップと、
    電流検出部が、前記信号伝送用ケーブルのシールドに流れる電流を検出する検出ステップと、
    比較部が、前記検出ステップにより検出された前記シールドに流れる電流と前記設定ステップにより設定された設定値とを比較し、当該比較結果に基づき、前記信号伝送用ケーブルのシールドの断線検出を実施する断線検出ステップと、
    を備えた信号伝送用ケーブルの断線検出方法。
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