JPH1118464A

JPH1118464A - モータ制御装置

Info

Publication number: JPH1118464A
Application number: JP9166025A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Yamamoto; 哲也山本
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Denki Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Denki Co Ltd
Priority date: 1997-06-23
Filing date: 1997-06-23
Publication date: 1999-01-22

Abstract

(57)【要約】【課題】回生処理回路の回生抵抗とこの回生抵抗に回
生電流を流すスイッチング手段とを利用して、専用のブ
レーキ回路を設けることなく電源の停電時にモータにブ
レーキをかける。【解決手段】回生処理回路で用いるスイッチング手段
として、制御端子に制御信号が入力されているときには
オフ状態となり、制御端子に制御信号が入力されていな
いときにはオン状態になるノーマリーオン構造の回生用
トランジスタ７を用いる。電源で停電が発生している
間、回生用トンラジスタ７はオン状態となり、モータ１
からインバータ回路２を通して供給される回生電力は、
回生抵抗６でジュール熱となって消費され、モータにブ
レーキがかかる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回生制御が可能な
サーボモータ等のモータ制御装置に関するものであり、
特に電源で停電が発生した際に、迅速にモータの回転を
停止できるモータ制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】工作機械等で用いるサーボモータ等で
は、モータの電源（通常は商用電源）で停電が発生した
場合に、モータの回転をできるだけ速く停止させる必要
がある。モータの回転を電気的に迅速に停止させる技術
として、電源が停電状態になっているときに発電機とな
っているモータから発電される電力をブレーキ抵抗で消
費させることにより、モータにブレーキをかけるダイナ
ミックブレーキ技術が広く知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このダイナミックブレ
ーキ技術では、モータのステータ側三相巻線に常閉接点
のリレーを介してスター結線したブレーキ抵抗をそれぞ
れ接続した特別なブレーキ回路を用いる。このブレーキ
回路では、電源で停電が発生すると、リレーが閉じてブ
レーキ抵抗に回生電流が流れてモータにブレーキがかか
る。しかしながらリレーとブレーキ抵抗を用いたブレー
キ回路は、モータの制御回路とは別に設けなければなら
ず、また比較的大掛かりになる上、これらをモータの制
御回路と別に設けると全体の価格が高くなるという問題
がある。

【０００４】本発明の目的は、専用のブレーキ回路を用
いることなく、電源の停電時にモータにブレーキをかけ
ることができるモータ制御装置を提供することにある。

【０００５】また本発明の他の目的は、回生処理回路の
回生抵抗とこの回生抵抗に回生電流を流すスイッチング
手段を利用して、電源の停電時にモータにブレーキをか
けることができるモータ制御装置を提供することにあ
る。

【０００６】更に本発明の他の目的は、迅速にブレーキ
かけることができて、しかも回生処理時に回生抵抗を破
損または焼損させることのないモータ制御装置を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、電源（一般的
には商用交流電源から供給される交流電力を整流回路で
直流に整流したもの）からモータに駆動電力を供給し且
つモータから回生される電力を電源側に回生するように
構成されたインバータ回路と、インバータ回路を駆動す
るインバータ駆動回路と、インバータ回路の入力端子間
に接続されて回生電力をジュール熱に変換する回生抵抗
を含む回生処理回路とを具備するモータ制御装置を改良
の対象とする。回生電力の一部は、交流電源からの交流
電力を直流電力に整流する整流回路の出力端子間に接続
された主回路コンデンサに蓄積される。ここでモータと
しては、一般的にはサーボモータが用いられるが、この
モータは単相でもまた多相でもよい。回生される電力を
電源側に回生するように構成されたインバータ回路は、
通常ブリッジ接続された複数の半導体スイッチング素子
のそれぞれに対して逆並列にフライホーイルダイオード
が接続された回路構成を有している。

【０００８】回生処理回路は、インバータ回路の入力電
圧（主回路コンデンサの端子間電圧）を監視し、モータ
からの回生電力によってインバータ回路の端子間電圧
（主回路コンデンサの端子間電圧）が予め定めた電圧以
上になるのを防止する目的で設けられる。したがって回
生処理回路は、制御端子に制御信号が入力されて制御状
態となり、オン状態にある期間回生抵抗に電流を流し且
つオフ状態にある期間回生抵抗に流れる電流を遮断する
ように配置された制御可能なスイッチング手段と、イン
バータ回路の入力端子間の端子間電圧（主回路コンデン
サの端子間電圧）が予め定めた電圧以上になっていると
きにスイッチング手段をオン状態にし、端子間電圧が予
め定めた電圧より小さくなっているときにスイッチング
手段をオフ状態にするように制御信号を出力する制御信
号発生回路とを含んで構成される。なおスイッチング手
段のオン期間をモニタする回生モニタ手段を設け、モニ
タ結果に基づいてスイッチング手段のオン期間またはオ
フ期間を制御してもよい。

【０００９】本発明では、回生処理回路で用いるスイッ
チング手段として、制御端子に制御信号が入力されてい
るときにはオフ状態となり、制御端子に制御信号が入力
されていないときにはオン状態になるノーマリーオン構
造のスイッチング手段を用いる。このようなスイッチン
グ手段としては、常閉リレーや無接点の半導体スイッチ
ング手段を用いることができる。無接点の半導体スイッ
チング手段としては制御端子（ゲート・ソース間）に電
圧を印加するとオフ状態になる公知の静電誘導型トラン
ジスタを用いることができる。ノーマリーオン構造のス
イッチング手段を用いる場合、スイッチング手段をオン
状態にするときには制御端子に制御信号を入力せず、オ
フ状態にするときには制御端子に制御信号を入力して制
御状態にする。すなわちこのタイプのスイッチング手段
を用いる場合には、制御端子に入力する制御信号によっ
てオフ状態を制御する。電源が無くなると（制御信号の
入力がなくなると）、ノーマリーオン構造のスイッチン
グ手段はオン状態となる。したがって電源が停電状態に
ある場合には、回生処理回路のスイッチング手段はオン
状態となり、発電機になっているモータからインバータ
回路を介して供給される電力は、回生抵抗でジュール熱
となって消費されて、モータの回転（ロータの回転）に
ブレーキがかかる。よって本発明によれば、回生処理回
路の回生抵抗をブレーキ抵抗として利用して、電源が停
電状態になったときに、モータにブレーキをかけること
ができる。

【００１０】より迅速にブレーキをかける場合には、回
生抵抗の抵抗値を通常の回生処理に必要な抵抗値よりも
小さくして短時間のうちに大きな回生電流を回生抵抗に
流す必要がある（電流が流れている期間は回生抵抗の値
と逆比例の関係で短くなる）。しかしながら迅速にブレ
ーキをかける目的で、回生抵抗の抵抗値を小さく設定す
ると、回生処理の際に回生抵抗を流れる電流も大きくな
り、回生抵抗で発生する熱が多くなりすぎて、回生抵抗
の温度がその耐熱温度を超える事態が発生し、回生抵抗
が破損したり焼損するおそれがある。そこでこのような
場合には、回生処理時におけるスイッチング手段のオフ
時間を長くすることにより、このオフ時間の間に回生抵
抗の温度を下げて、回生抵抗の温度が耐熱温度以上に上
昇するのを防止すればよい。

【００１１】そのためには、スイッチング手段に制御信
号を与える制御信号発生回路を、最初に（電源投入時
に）制御信号を出力し、その後インバータ回路の入力端
子間電圧または主回路コンデンサの端子間電圧が予め定
めた電圧（回生処理の開始電圧）以上になっているか否
かを判定する第１の判定動作を実行して、この第１の判
定動作で前記端子間電圧が予め定めた電圧以上になって
いることを判定すると制御信号の出力を停止する停止動
作を実行し、その後端子間電圧が前記予め定めた電圧よ
り小さくなっているか否かを判定する第２の判定動作を
実行して、前記端子間電圧が前記予め定めた電圧より小
さくなったことを判定すると制御信号を出力する出力動
作を実行し、その後一定のタイマ時間が経過した後に前
記第１の判定動作に戻るように構成する。ここで一定の
タイマ時間は、回生抵抗に繰り返し回生電力が放電され
ても、回生抵抗の温度が耐熱温度以上に上昇するのを阻
止するように定める。一定のタイマ時間は、予め制御対
象となるモータの容量、使用する回生抵抗の抵抗値及び
耐熱温度を考慮して計算によりまたは実験により決定す
ることができる。このような制御信号発生回路を用いる
と、電源が投入された状態で、端子間電圧が前記予め定
めた電圧より小さい間は、制御信号がスイッチング手段
の制御端子に出力されて、スイッチング手段はオフ状態
に維持される。モータの回転数が急激に変化して、イン
バータ回路の入力端子間電圧（主回路コンデンサの端子
間電圧）が予め定めた電圧以上になると、制御信号発生
回路は制御信号の出力を停止し、スイッチング手段はオ
ン状態となる。スイッチング手段がオン状態になってい
る間、回生抵抗には回生電力に基づく回生電流が流れて
（回生電力が回生抵抗に放電されて）、回生電力が回生
抵抗で消費され、インバータ回路の入力端子間電圧は低
下する。インバータ回路の端子間電圧（主回路コンデン
サの端子間電圧）が予め定めた電圧より小さくなると、
制御信号発生回路は制御信号をスイッチング手段の制御
端子に出力し、スイッチング手段はオフ状態となる。ス
イッチング手段がオフ状態になった後、予め定めた一定
のタイマ時間が経過するまでは、スイッチング手段はオ
フ状態を維持する。すなわちこのタイマ時間の間は、イ
ンバータ回路の入力端子間電圧（主回路コンデンサの端
子間電圧）が再度予め定めた電圧以上になっても、スイ
ッチング手段に制御信号が出力されることはなく、スイ
ッチング手段はオフ状態にある。したがってこのタイマ
時間の間に回生抵抗は放熱する。そしてタイマ時間が経
過したときに、インバータ回路の端子間電圧（主回路コ
ンデンサの端子間電圧）がまだ予め定めた電圧より小さ
ければ、スイッチング手段のオフ状態は維持され、その
後インバータ回路の端子間電圧（主回路コンデンサの端
子間電圧）が予め定めた電圧以上になればスイッチング
手段はオン状態となって前述と同様の動作を繰り返す。

【００１２】モータが駆動する負荷の変化が少ない場合
には、前述のようにタイマ時間を一定にしてもよいが、
負荷の変動幅が大きい場合にタイマ時間を一定にする
と、オフ時間（タイマ時間）が必要以上に長くなった
り、逆にオフ時間（タイマ時間）が回生抵抗の温度低下
に必要な時間よりも短くなる場合が生じる。そこでこの
ような場合には、前述のタイマ時間を回生処理の状態に
応じて変えるようにすればよい。その場合には、制御信
号の出力を停止していた時間（スイッチング手段がオン
状態になって回生抵抗に電流が流れていた時間）に応じ
てタイマ時間を定める（決定する）ように、制御信号発
生回路を構成する。この可変のタイマ時間は、回生抵抗
に次の回生電力の放電が行われたときに、回生抵抗の温
度が耐熱温度以上に上昇するのを阻止するように定めれ
ばよい。すなわち回生電力が多い場合（スイッチング手
段のオン時間が長い場合）には、タイマ時間を長くし、
回生電力が少ない場合（スイッチング手段のオン時間が
短い場合）には、タイマ時間を短くすればよい。なお制
御信号の出力を停止していた時間（スイッチング手段が
オン状態になって回生抵抗に電流が流れていた時間）
は、回生モニタ手段を設けることにより検出することが
できる。適切なタイマ時間を決定するためには、予め計
算によってまたは試験によって制御信号の出力を停止し
ていた時間（スイッチング手段がオン状態になって回生
抵抗に電流が流れていた時間）と適切なタイマ時間との
関係を求めておき、これをテーブルまたはマップの型式
でメモリに記憶しておくか、または演算式でメモリに記
憶しておけばよい。

【００１３】なお前述のような動作をする制御信号発生
回路は、マイクロコンピュータを用いて実現することが
できる。そしてより具体的には、回生処理回路を、前述
のスイッチング手段と、インバータ回路の入力端子間の
端子間電圧を監視して端子間電圧が予め定めた電圧以上
になっているときに検出信号を出力する電圧監視回路
と、スイッチング手段がオン状態にあった時間を計数し
て回生状態をモニタする回生モニタ手段と、前述の制御
信号を出力する制御信号発生回路とを含んで構成すれば
よい。そして制御信号発生回路は、最初に制御信号を出
力し、その後電圧監視回路から検出信号が出力されるか
否かを判定する第１の判定動作を実行し、第１の判定動
作により検出信号が出力されたことを検出すると制御信
号の出力を停止する停止動作を実行し、その後電圧監視
回路からの検出信号の出力が停止するか否かを判定する
第２の判定動作を実行し、その後第２の判定動作により
検出信号の出力の停止を検出すると制御信号を出力する
出力動作を実行し、その後一定のタイマ時間または回生
モニタ手段により計数したスイッチング手段がオン状態
にあった時間に応じて定めたタイマ時間が経過した後に
第１の判定動作に戻るように構成される。

【００１４】回生抵抗とブレーキ抵抗とを完全に共用す
る場合で、しかも部品点数を増やすことなくブレーキ性
能を高めるためには、前述のように回生抵抗の抵抗値を
小さくして、しかもスイッチング手段のオフ時間を長く
する制御が必要となる。しかし部品点数を若干増加して
もよければ、次のように構成することにより、回生抵抗
とスイッチング手段を利用して回生処理とブレーキ動作
を実施することができる。すなわち回生抵抗を第１の抵
抗と第２の抵抗との直列回路により構成する。そして第
１の抵抗の抵抗値を電源が停電状態にあるときにモータ
が発電する電力を短時間に熱に変換してモータを迅速に
停止させるために必要とされる抵抗値に設定し、第２の
抵抗の抵抗値を第１の抵抗の抵抗値と加算した値が回生
処理に適した抵抗値となるように設定する。その上で第
２の抵抗に対して制御端子に制御信号が入力されて制御
状態となる短絡用スイッチング手段を並列に接続する。
そして前述のスイッチング手段と同様に、短絡用スイッ
チング手段として、制御端子に制御信号が入力されてい
るときにはオフ状態となり、制御端子に制御信号が入力
されていないときにはオン状態になるノーマリーオン構
造のスイッチング手段を用いる。制御信号発生回路は、
短絡用スイッチング手段に制御信号を常時出力するよう
に構成すればよい。このようにすると、電源で停電が発
生していないときには、第１及び第２の抵抗の抵抗値を
加算した大きな抵抗値が回生抵抗の抵抗値となるため、
従来と同様に、インバータ回路の入力端子間電圧（主回
路コンデンサの端子間電圧）が予め定めた電圧以上にな
ったときにスイッチング手段をオン状態とし、端子間電
圧が予め定めた電圧より小さくなったときにスイッチン
グ手段をオフ状態にする単純な制御を行えばよい。電源
が停電状態になると、スイッチング手段及び短絡用スイ
ッチング手段の両方がオン状態となり、第２の抵抗が短
絡され、抵抗値の小さい第１の抵抗がブレーキ抵抗とし
て利用される。その結果迅速にブレーキをかけることが
できる。このような構成を採用すると、部品点数（抵抗
体の数及びスイッチング手段の数）が増えるが、制御信
号発生回路の構成が簡単になる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態の一例を詳細に説明する。図１は、三相サーボモ
ータの制御装置に本発明を適用した実施の形態の概略回
路図である。同図において、１はステータに三相巻線が
巻装された定格７２０Ｗの三相サーボモータであり、２
はモータ１に駆動電力を供給し且つモータ１から回生さ
れる電力を電源側に回生するように構成されたインバー
タ回路である。このインバータ回路２は、トランジスタ
からなる６個の半導体スイッチング素子ＴＲ１〜ＴＲ６
がブリッジ接続され、各半導体スイッチング素子ＴＲ１
〜ＴＲ６に対してフライホイールダイオードＤ１〜Ｄ６
が逆並列接続された構成を有している。なおトランジス
タとして電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）を用いる場
合には、構造上ダイオードＤ１〜Ｄ６が各トランジスタ
に付随している。

【００１６】３は三相商用電源から供給される三相交流
電力を整流して直流電力を出力する三相全波整流回路で
ある。そして４は、三相全波整流回路３の出力を更に平
滑する機能とモータ側から回生される回生電力を蓄積す
る機能とを有する主回路コンデンサである。回生電力が
増大すると、主回路コンデンサ４の端子間（Ｐ−Ｎ間）
電圧Ｖｃすなわちインバータ回路２の入力端子間電圧が
上昇する。端子間電圧Ｖｃは、電圧監視回路５によって
監視される。電圧監視回路５は、主回路コンデンサ４の
端子間の端子間電圧Ｖｃを監視して端子間電圧Ｖｃが予
め定めた電圧Ｖref 以上になっているときに検出信号を
出力するように構成されている。電圧監視回路５は、具
体的には、抵抗分圧回路から構成され、分圧比により予
め定めた電圧を設定する。なおオペアンプを主体とした
コンパレータにより電圧監視回路５を構成してもよい。

【００１７】主回路コンデンサ４の端子間すなわちイン
バータ回路２の入力端子間には、回生抵抗６と回生用ト
ランジスタ（ノーマリーオン構造のスイッチング手段）
７の直列回路が並列に接続されている。この回生抵抗６
と回生用トランジスタ（スイッチング手段）７の直列回
路が、回生電力をジュール熱に変換する回生処理回路の
一部を構成している。この例では、回生抵抗６の抵抗値
は、三相交流電源が停電状態にあるときにモータ１が発
電する電力を短時間にジュール熱に変換してモータ１を
迅速に停止させるために必要とされる抵抗値に設定され
ている。ちなみにモータ１の定格が７２０Ｗの場合、好
ましくはこの回生抵抗６の抵抗値は１２．５Ω〜１００
Ω程度である。回生用トランジスタ７は、制御端子とし
てのゲートＧとソースＳとの間にゲート電圧（制御信
号）が加えられている制御状態のときにオフ状態とな
り、ゲートＧとソースＳとの間にゲート電圧（制御信
号）が加えられていない非制御状態のときにオン状態と
なる静電誘導型トランジスタである。

【００１８】回生用トランジスタ７は、制御回路８の内
部に構成される制御信号発生回路からの制御信号により
制御される。制御回路８の内部にはマイクロコンピュー
タが配置されている。制御回路８はこのマイクロコンピ
ュータを用いて整流回路３を構成するサイリスタ等の制
御整流素子の導通を制御する制御信号を出力し、またイ
ンバータ回路２の各トランジスタＴＲ１〜ＴＲ６に駆動
信号を発生するインバータ駆動回路９にＰＷＭ制御用の
制御信号を出力し、また回生用トランジスタ７に回生制
御用の制御信号を出力する。制御回路８の電源は、三相
商用電源からの交流を整流してマイクロコンピュータの
駆動に必要な直流電圧まで低下させる制御電源回路１０
である。制御回路８には、三相商用電源からの三相交流
の電圧を監視して、停電及び欠相を監視する電源監視回
路１１からの出力が入力されている。電源監視回路は、
三相商用電源の三相交流を三相全波整流し、この整流し
た電圧を抵抗分圧回路で分圧し、分圧した電圧を制御回
路８に出力する。制御回路８は、この電圧が予め定めた
電圧以下になったときに、停電または欠相と判定する。

【００１９】制御回路８には、回生用トランジスタ７の
制御のために、回生用トランジスタ７がオン状態にあっ
た時間を計数して回生状態をモニタするために、回生検
出回路１２の出力と電圧監視回路５の出力が入力されて
いる。回生検出回路１２は、回生用トランジスタ７がオ
ン状態になるとカウンタのカウントを開始させるカウン
ト開始指令を出力し、回生用トランジスタ７がオフ状態
になるとカウンタのカウントを停止させる停止指令を出
力するように構成されている。回生検出回路１２は、も
っとも簡単には、抵抗分圧回路により構成することがで
きるが、オペアンプを用いたコンパレータにより構成す
ることもできる。回生検出回路１２を抵抗分圧回路によ
り構成した場合、回生用トランジスタ７がオン状態にな
っている期間は抵抗分圧回路の分圧点の電圧（カウント
開始指令の出力）がゼロとなり、回生用トランジスタ７
がオフ状態になっている期間は抵抗分圧回路の分圧点に
電圧が現われる（カウント停止指令の出力）。この回生
検出回路１２と制御回路８の内部のマイクロコンピュー
タによって構成されたカウンタとにより、回生用トラン
ジスタ７がオン状態にあった時間を計数して回生状態を
モニタする回生モニタ手段が構成されている。

【００２０】制御回路８の内部に構成される回生用トラ
ンジスタ７に制御信号を与える制御信号発生回路は、電
圧監視回路５から検出信号が出力されているとき（主回
路コンデンサ４の端子間電圧が予め定めた電圧以上にな
っているとき）に回生用トランジスタ７をオン状態にし
て主回路コンデンサ４に蓄積された回生電力及びインバ
ータ回路２から供給される回生電力を回生抵抗６を通し
て放電させ、検出信号が出力されていないときに（主回
路コンデンサ４の端子間電圧が予め定めた電圧より小さ
くなっているときに）回生用トランジスタ７をオフ状態
にするように制御信号（電圧信号）を回生用トランジス
タ７のゲートＧとソースＳ間に印加する。

【００２１】この例では、制御回路８の内部のマイクロ
コンピュータによって構成される制御信号発生回路は、
電圧監視回路５の出力に応じて単純に回生用トランジス
タ７をオン・オフさせるものではない。この例では、電
源で停電が発生したときに、迅速にブレーキをかけるた
めに、回生抵抗６の抵抗値を通常の回生処理に必要な抵
抗値よりも小さくして短時間のうちに大きな電流を回生
抵抗６に流すようにしている。サーボモータ１が定格７
２０Ｗのモータである場合、回生用トランジスタ７をオ
ン状態に維持してモータを停止させる場合には、回生抵
抗６として通常５０Ω・５０Ｗの抵抗体を用いればよ
い。しかしこの例では、停止時間を短くするために、１
２．５Ω・１５０Ｗの抵抗体を回生抵抗６として用いて
いる。回生抵抗６の抵抗値をこのように小さく設定する
と、回生処理の際に回生抵抗６を流れる電流も大きくな
り、回生抵抗で発生する熱が多くなりすぎて、回生抵抗
の温度が耐熱温度を超える事態が発生し、回生抵抗が破
損するおそれがある。そこでこの例では、回生処理時に
おける回生用トランジスタ７のオフ時間を強制的に長く
することにより、このオフ時間の間に回生抵抗６の温度
を下げて、回生抵抗６の温度が耐熱温度以上に上昇する
のを防止するように、制御信号発生回路は構成されてい
る。

【００２２】３０００ｒｐｍで回転している回転定格７
２０Ｗのサーボモータを、負荷イナーシャが１０倍で、
主回路コンデンサの容量が４８０μＦで、主回路電源が
ＡＣ２００Ｖ（三相商用電源）という条件下において、
停電によりモータを停止させる実験をした。この場合
に、回生抵抗６を５０Ωとしたときの、モータ停止時間
（停電発生からモータが停止するまでの時間）は約１１
００ｍｓであり、回生抵抗６を２５Ωとしたときの、モ
ータ停止時間は約７２０ｍｓであり、回生抵抗６を１
２．５Ωとしたときの、モータ停止時間は約４６０ｍｓ
であった。ちなみに回生用トランジスタ７をノーマリオ
フのトランジスタにした場合に、停電によりモータを停
止させたとき（すなわち停電時に回生抵抗６に電流が流
れなかったとき）のモータ停止時間は、７．１４秒であ
った。

【００２３】図２は、制御回路８の内部のマイクロコン
ピュータで制御信号発生回路を構成する場合に用いるソ
フトウエアの基本アルゴリズムを示すフローチャートで
ある。このアルゴリズムでは、負荷の変化に応じて回生
用トランジスタ７がオン状態になった後のオフ時間を可
変にするようにしている。そこでこのアルゴリズムによ
って構成されて制御信号を出力する制御信号発生回路
は、まず最初すなわち電源投入時（ステップＳＴ１）
に、制御信号（回生用トランジスタ７をオフ状態にする
信号）を回生用トランジスタ７のゲートＧに出力する
（ステップＳＴ１）。その後インバータ回路２の入力端
子間電圧または主回路コンデンサ４の端子間電圧が予め
定めた電圧（回生処理の開始電圧）以上になっているか
否かを、電圧監視回路５から検出信号が出力されている
否かにより判定する第１の判定動作を実行する（ステッ
プＳＴ２）。そしてこの第１の判定動作で端子間電圧が
予め定めた電圧以上になっていることを判定すると（検
出信号があることを判定すると）、制御信号の出力を停
止する停止動作を実行する（ステップＳＴ３）。これに
より回生用トランジスタ７のゲートＧには制御信号が入
力されていない状態となり、ノーマリー・オン構造の回
生用トランジスタ７はオン状態となる。その結果、主回
路コンデンサ４に蓄積された回生電力及びインバータ回
路２を通して回生される回生電力は、回生抵抗６を通し
て放電される。回生抵抗６の抵抗値が小さいため、放電
時間は短くなり、放電電流は大きくなる。制御信号の出
力が停止されて回生用トランジスタ７がオン状態になる
と、回生検出回路１２から出力されるカウント開始指令
に基づいて時間カウンタのカウントを開始し、制御信号
の出力が停止されている時間すなわち回生用トランジス
タがオン状態になっている時間のカウントを開始する
（ステップＳＴ４）。

【００２４】その後電圧監視回路５の出力に基づいて、
主回路コンデンサ４の端子間電圧が予め定めた電圧より
小さくなったか否かを電圧監視回路５から検出信号が出
力されなくなったか否かにより判定する第２の判定動作
を実行し（ステップＳＴ５）、端子間電圧が予め定めた
電圧より小さくなったことを判定すると（検出信号が無
くなったことを判定すると）再度制御信号を回生用トラ
ンジスタ７のゲートＧに出力する出力動作を実行して
（ステップＳＴ６）、回生用トランジスタ７をオフ状態
にする。回生用トランジスタ７がオフ状態になったこと
を、回生検出回路１２が検出して回生検出回路１２から
カウント停止指令が入力されると、制御信号の出力停止
時間のカウントを停止するとともに、カウント値（制御
信号停止時間または回生用トランジスタ７のオン時間）
に基づいてタイマ時間を決定する（ステップＳＴ７）。
このタイマ時間は、回生抵抗６に次の回生電力の放電が
行われたときに、回生抵抗６の温度が耐熱温度以上に上
昇するのを阻止するように定められる。すなわち回生電
力が多い場合（回生用トランジスタ７のオン時間が長い
場合）には、タイマ時間を長くし、回生電力が少ない場
合（回生用トランジスタ７のオン時間が短い場合）に
は、タイマ時間を短くする。この例では、制御の対象と
するモータ１及びその負荷に応じた適切なタイマ時間を
決定するために、予め計算によってまたは試験によって
制御信号の出力を停止していた時間（回生用トランジス
タ７がオン状態になって回生抵抗６に電流が流れていた
時間）と適切なタイマ時間との関係を求めておき、これ
をマイクロコンピュータのＲＯＭにテーブルとして記憶
してある。したがって制御信号の停止時間のカウント値
が定まると、自動的にタイマ時間が決定される。そして
このタイマ時間をタイマ手段で計数して、タイマ時間が
経過した後に（ステップＳＴ８）、ステップＳＴ２へと
戻る。以後制御信号発生回路はステップＳＴ２〜ＳＴ８
を繰り返す。

【００２５】この例で用いる制御信号発生回路のよう
に、回生用トランジスタ７のオン時間に応じてタイマ時
間を変えると、負荷が変動する場合であっても、回生用
トランジスタ７のオフ時間が必要以上に長くなったり、
逆にオフ時間が回生抵抗６の温度低下に必要な時間より
も短くなる場合が生じるのを有効に防止できる。

【００２６】図１の例において、三相交流電源で停電が
発生した場合またはこの装置を三相交流電源に接続する
線が外れた場合には、インバータ回路２、制御回路８等
のすべての回路の電源がなくなる。そして制御回路８か
らの制御信号の出力もなくなる。しかしながら回生用ト
ランジスタ７は、ノーマリー・オン構造であるため、停
電の発生と同時にオン状態となり、発電機となったモー
タ１から回生されてくる回生電力は、オン状態にある回
生用トランジスタ７及び回生抵抗６を通して放電され、
熱として消費される。回生抵抗６の値は、短い時間で大
きな電流を流せるように小さく設定されているため、モ
ータを短い時間で停止させることができる。停電状態が
回復した後は、図２に示すフローチャートに従って制御
回路８の内部に構成される制御信号発生回路から制御信
号が出力されて、前述の通りの回生動作が実行される。

【００２７】上記例においては、回生用トランジスタ７
がオン状態になった後に強制的にオフ状態にする時間即
ちオフ時間（タイマ時間）をオン時間に応じて変えるよ
うにしたが、負荷の変動が余り無い用途に用いるモータ
を制御する場合には、このオフ時間（タイマ時間）を一
定にしてもよいし、回生抵抗６を大きくした場合にはオ
フ時間（タイマ時間）を設定しなくても良い。オフ時間
（タイマ時間）を一定にする場合、タイマ時間は回生抵
抗に繰り返し回生電力が放電されても、回生抵抗の温度
が耐熱温度以上に上昇するのを阻止するように定める必
要がある。一定のタイマ時間は、予め制御対象となるモ
ータの容量、使用する回生抵抗の抵抗値及び耐熱温度を
考慮して計算によりまたは実験により決定する。ちなみ
に図１の例の場合に、タイマ時間を一定にするとすれ
ば、２ｍｓ〜４ｍｓの範囲で設定すればよい。タイマ時
間を一定にする場合に用いる制御信号発生回路を制御回
路８の内部のマイクロコンピュータを用いて実現する場
合に用いるソフトウエアのアルゴリズムは図３に示す通
りである。

【００２８】図３のアルゴリズムのソフトウエアによっ
て構成される制御信号発生回路も、最初に（電源投入時
に）制御信号を出力し（ステップＳＴ１１）、その後イ
ンバータ回路２の入力端子間電圧または主回路コンデン
サ４の端子間電圧が予め定めた電圧（回生処理の開始電
圧）以上になっているか否かを電圧監視回路５の出力に
基づいて判定する第１の判定動作を実行して（ステップ
ＳＴ１２）、この第１の判定動作で端子間電圧が予め定
めた電圧以上になっていることを判定すると制御信号の
出力を停止する停止動作を実行する（ステップＳＴ１
３）。その後端子間電圧が予め定めた電圧より小さくな
っているか否かを電圧監視回路５の出力に基づいて判定
する第２の判定動作を実行して（ステップＳＴ１４）、
端子間電圧が予め定めた電圧より小さくなったことを判
定すると制御信号を出力する出力動作を実行する（ステ
ップＳＴ１５）。その後予めＲＯＭに記憶させた一定の
タイマ時間が経過した後にステップＳＴ１２に戻り、以
後同様の動作を繰り返す。タイマ時間を一定にしても、
負荷の変動が大きくなければ支障なく動作する。なおこ
の場合には、回生検出回路１２は不要である。

【００２９】上記例では回生検出回路１２を用いて、回
生用トランジスタ７のオン時間を検出しているが、制御
回路８の内部に制御信号を出力していない時間を計数す
るカウンタを設け、このカウンタの出力を回生用トラン
ジスタ７のオン時間としてもよいのは勿論である。

【００３０】また上記例では、スイッチング手段として
の回生用トランジスタ７をノーマリ・オン構造の半導体
スイッチング素子を用いて構成しているため、リレーを
用いてスイッチング手段を構成する場合に比べて構成が
簡単になる利点があるが、スイッチング手段をリレーで
構成してもよいのは勿論である。

【００３１】上記例は、回生抵抗６をブレーキ抵抗とし
て完全に共用する場合であるが、部品点数を若干増加し
てもよければ、図４に示すように構成することにより、
回生抵抗とスイッチング手段（回生用トランジスタ）を
利用して回生処理とブレーキ動作を実施することができ
る。すなわち回生抵抗６を第１の抵抗６ａと第２の抵抗
６ｂとの直列回路により構成する。そして第１の抵抗６
ａの抵抗値を電源が停電状態にあるときにモータ１が発
電する電力を短時間に熱に変換してモータを迅速に停止
させるために必要とされる抵抗値に設定し、第２の抵抗
６ｂの抵抗値を第１の抵抗６ａの抵抗値と加算した値が
回生処理に適した抵抗値となるように設定する。その上
で第２の抵抗６ｂに対して制御端子に制御信号が入力さ
れて制御状態となる短絡用スイッチング手段としてのト
ランジスタ１３を並列に接続する。前述の回生用トラン
ジスタ７と同様に、この短絡用スイッチング手段を構成
するトランジスタ１３も、制御端子に制御信号が入力さ
れているときにはオフ状態となり、制御端子に制御信号
が入力されていないときにはオン状態になるノーマリー
オン構造のトランジスタを用いる。このような回路を回
生処理回路の動作部に採用する場合には、制御回路８の
内部に構成する制御信号発生回路は、トランジスタ１３
に対して制御信号を常時出力するようにし、また回生用
トランジスタ７に対しては、電圧監視回路５が検出信号
を出力しているときには、制御信号の出力を停止し、電
圧監視回路５が検出信号を出力していないときには、制
御信号を出力するように構成すればよい。このようにす
ると、電源で停電が発生していないときには、第１及び
第２の抵抗６ａ及び６ｂの抵抗値を加算した大きな抵抗
値が回生抵抗６の抵抗値となるため、従来と同様に、イ
ンバータ回路の入力端子間電圧（主回路コンデンサの端
子間電圧）が予め定めた電圧以上になったときに回生用
トランジスタ７をオン状態とし、端子間電圧が予め定め
た電圧より小さくなったときに回生用トランジスタ７を
オフ状態にする単純な回生処理制御を行えばよい。電源
が停電状態になると、回生用トランジスタ７及びトラン
ジスタ１３の両方がオン状態となり、第２の抵抗６ｂが
短絡され、抵抗値の小さい第１の抵抗６ａがブレーキ抵
抗として利用される。その結果迅速にブレーキをかける
ことができる。このような構成を採用すると、部品点数
（抵抗体の数及びスイッチング手段の数）は増えるが、
制御信号発生回路の構成が簡単になる利点がある。

【００３２】上記各例では、ブレーキ抵抗として用いら
れる回生抵抗の値を小さく設定しているが、ブレーキ性
能を多少落としてもよい用途に用いる場合には、既存の
回生抵抗をそのまま利用してもよいのは勿論である。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、回生処理回路の回生抵
抗をブレーキ抵抗として利用して、電源が停電状態にな
ったときに、モータにブレーキをかけることができるの
で、専用のブレーキ回路を設ける必要がないという利点
がある。

【００３４】また回生抵抗の抵抗値を通常の回生処理に
必要な抵抗値よりも小さくして短時間のうちに大きな電
流を回生抵抗に流すことにより、迅速にブレーキをかけ
ることができるようにした場合でも、本発明では、回生
処理時におけるスイッチング手段のオフ時間を長くする
ことにより、このオフ時間において回生抵抗の温度を下
げて、回生抵抗の温度が耐熱温度以上に上昇するのを防
止しているので、回生抵抗を破損または焼損させること
がないという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】三相サーボモータの制御装置に本発明を適用し
た実施の形態の概略回路図である。

【図２】制御回路の内部のマイクロコンピュータで制御
信号発生回路を構成する場合に用いるソフトウエアの基
本アルゴリズムを示すフローチャートである。

【図３】制御回路の内部のマイクロコンピュータで他の
例の制御信号発生回路を構成する場合に用いるソフトウ
エアの基本アルゴリズムを示すフローチャートである。

【図４】本発明の他の実施の形態で用いる回生処理回路
の要部の回路図である。

【符号の説明】

１モータ２インバータ回路３整流回路４主回路コンデンサ５電圧監視回路６回生抵抗７回生用トランジスタ（スイッチング手段）８制御回路（制御信号発生回路）９インバータ駆動回路１０制御電源回路１１電源監視回路１２回生検出回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電源からモータに駆動電力を供給し且つ
前記モータから回生される電力を前記電源側に回生する
ように構成されたインバータ回路と、前記インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、
前記インバータ回路の入力端子間に接続されて前記回生
電力をジュール熱に変換する回生抵抗を含む回生処理回
路とを具備し、前記回生処理回路が、制御端子に制御信号が入力されて
制御状態となり、オン状態にある期間前記回生抵抗に電
流を流し且つオフ状態にある期間前記回生抵抗に流れる
電流を遮断するように配置された制御可能なスイッチン
グ手段と、前記入力端子間の端子間電圧が予め定めた電
圧以上になっているときに前記スイッチング手段をオン
状態にし、前記端子間電圧が前記予め定めた電圧より小
さくなっているときに前記スイッチング手段をオフ状態
にするように前記制御信号を出力する制御信号発生回路
とを含んで構成されているモータ制御装置であって、前記スイッチング手段として、前記制御端子に前記制御
信号が入力されているときにはオフ状態となり、前記制
御端子に前記制御信号が入力されていないときにはオン
状態になるノーマリーオン構造のスイッチング手段を用
いることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】前記回生抵抗の抵抗値は、前記電源が停
電状態にあるときに前記モータが発電する電力を短時間
に熱に変換して前記モータを迅速に停止させるために必
要とされる抵抗値に設定されており、前記制御信号発生回路は、最初に前記制御信号を出力
し、その後前記端子間電圧が前記予め定めた電圧以上に
なっているか否かを判定する第１の判定動作を実行し
て、前記第１の判定動作で前記端子間電圧が前記予め定
めた電圧以上になっていることを判定すると前記制御信
号の出力を停止する停止動作を実行し、その後前記端子
間電圧が前記予め定めた電圧より小さくなっているか否
かを判定する第２の判定動作を実行して、前記端子間電
圧が前記予め定めた電圧より小さくなったことを判定す
ると前記制御信号を出力する出力動作を実行し、その後
一定のタイマ時間が経過した後に前記第１の判定動作に
戻るように構成されており、前記タイマ時間は、前記回生抵抗に繰り返し回生電力が
放電されたときに、前記回生抵抗の温度が耐熱温度以上
に上昇するのを阻止するように定められていることを特
徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】前記回生抵抗の抵抗値は、前記電源が停
電状態にあるときに前記モータが発電する電力を短時間
に熱に変換して前記モータを迅速に停止させるために必
要とされる抵抗値に設定されており、前記制御信号発生回路は、最初に前記制御信号を出力
し、その後前記端子間電圧が前記予め定めた電圧以上に
なっているか否かを判定する第１の判定動作を実行し
て、前記第１の判定動作で前記端子間電圧が前記予め定
めた電圧以上になっていることを判定すると前記制御信
号の出力を停止する停止動作を実行し、その後前記端子
間電圧が前記予め定めた電圧より小さくなっているか否
かを判定する第２の判定動作を実行して、前記端子間電
圧が前記予め定めた電圧より小さくなったことを判定す
ると前記制御信号を出力する出力動作を実行し、その後
前記制御信号の出力を停止していた時間に応じて定めた
タイマ時間が経過した後に前記第１の判定動作に戻るよ
うに構成され、前記タイマ時間は、前記回生抵抗に次の回生電力の放電
が行われたときに、前記回生抵抗の温度が耐熱温度以上
に上昇するのを阻止するように定められていることを特
徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項４】交流電力を整流する整流回路と、前記整流回路の出力端子間に並列接続された主回路コン
デンサと、前記整流回路からモータに駆動電力を供給し且つ前記モ
ータから回生される電力で前記主回路コンデンサを充電
するように構成されたインバータ回路と、前記インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、前記主回路コンデンサの端子間に接続されて前記回生電
力をジュール熱に変換する回生抵抗を含む回生処理回路
とを具備し、前記回生抵抗の抵抗値は、前記交流電源が停電状態にあ
るときに前記モータが発電する電力を短時間に熱に変換
して前記モータを迅速に停止させるために必要とされる
抵抗値に設定され、前記回生処理回路が、制御端子に制御信号が入力されて
制御状態となり、オン状態にある期間前記回生抵抗に電
流を流し且つオフ状態にある期間前記回生抵抗に流れる
電流を遮断するように配置された制御可能なスイッチン
グ手段と、前記端子間の端子間電圧を監視して前記端子
間電圧が予め定めた電圧以上になっているときに検出信
号を出力する電圧監視回路と、前記スイッチング手段が
オン状態にあった時間を計数して回生状態をモニタする
回生モニタ手段と、前記電圧監視回路から前記検出信号
が出力されているときに前記スイッチング手段をオン状
態にして前記回生電力を前記回生抵抗を通して放電さ
せ、前記検出信号が出力されていないときに前記スイッ
チング手段をオフ状態にするように前記制御信号を出力
する制御信号発生回路とを含んで構成され、前記スイッチング手段として、前記制御端子に前記制御
信号が入力されているときにはオフ状態となり、前記制
御端子に前記制御信号が入力されていないときにはオン
状態になるノーマリーオン構造のスイッチング手段を用
い、前記制御信号発生回路は、最初に前記制御信号を出力
し、その後前記電圧監視回路から前記検出信号が出力さ
れるか否かを判定する第１の判定動作を実行し、前記第
１の判定動作により前記検出信号が出力されたことを検
出すると前記制御信号の出力を停止する停止動作を実行
し、その後前記電圧監視回路からの前記検出信号の出力
が停止するか否かを判定する第２の判定動作を実行し、
その後前記第２の判定動作により前記検出信号の出力の
停止を検出すると前記制御信号を出力する出力動作を実
行し、その後前記回生モニタ手段により計数した前記ス
イッチング手段がオン状態にあった時間に応じて定めた
タイマ時間が経過した後に前記第１の判定動作に戻るよ
うに構成され、前記タイマ時間は、前記回生抵抗に次の回生電力の放電
が行われたときに、前記回生抵抗の温度が耐熱温度以上
に上昇するのを阻止するように定められていることを特
徴とするモータ制御装置。
【請求項５】電源からモータに駆動電力を供給し且つ
前記モータから回生される電力を電源側に回生するよう
に構成されたインバータ回路と、前記インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、前記インバータ回路の入力端子間に接続されて前記モー
タから回生される電力を蓄積する主回路コンデンサと、前記インバータ回路の入力端子間に接続されて前記主回
路コンデンサに蓄積された回生電力をジュール熱に変換
する回生抵抗を含む回生処理回路とを具備し、前記回生処理回路が、制御端子に制御信号が入力されて
制御状態となり、オン状態にある期間前記回生抵抗に電
流を流し且つオフ状態にある期間前記回生抵抗に流れる
電流を遮断するように配置された制御可能なスイッチン
グ手段と、前記主回路コンデンサの端子間電圧が予め定
めた電圧以上になっているときに前記スイッチング手段
をオン状態にし、前記端子間電圧が前記予め定めた電圧
より小さくなっているときに前記スイッチング手段をオ
フ状態にするように前記制御信号を出力する制御信号発
生回路とを含んで構成されているモータ制御装置であっ
て、前記回生抵抗を第１の抵抗と第２の抵抗との直列回路に
より構成し、前記第１の抵抗の抵抗値を前記電源が停電状態にあると
きに前記モータが発電する電力を短時間に熱に変換して
前記モータを迅速に停止させるために必要とされる抵抗
値に設定し、前記第２の抵抗の抵抗値を前記第１の抵抗
の抵抗値と加算した値が回生処理に適した抵抗値となる
ように設定し、前記第２の抵抗に対して制御端子に制御信号が入力され
て制御状態となる短絡用スイッチング手段を並列に接続
し、前記スイッチング手段及び前記短絡用スイッチング手段
として、前記制御端子に前記制御信号が入力されている
ときにはオフ状態となり、前記制御端子に前記制御信号
が入力されていないときにはオン状態になるノーマリー
オン構造のスイッチング手段を用い、前記制御信号発生回路を前記短絡用スイッチング手段に
前記制御信号を常時出力するように構成したことを特徴
とするモータ制御装置。