JP2007097287A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】突入電流抑制処理、回生電力処理およびダイナミックブレーキ処理の各処理機能を備えた安全で安価なモータ制御装置を提供する。
【解決手段】抵抗器７に並列接続したダイオード８は、リレー６のａ端子にカソード、順変換部２の＋側にアノードとなるように接続されており、交流電源１が投入された時、リレー６は励磁されていないため、抵抗器７で突入電流を抑制しながら平滑コンデンサ３を充電する。電圧検出回路１０は、平滑コンデンサ３の端子電圧が所定値１を超えたのを検出するとスイッチ制御回路１２は、リレー６を励磁してコモン端子とｂ端子を接続（抵抗器７を短絡）する。回生電力処理時には、回生電力処理回路９がＯＮして抵抗器７を介して回生エネルギーが処理され、平滑コンデンサ３の端子電圧が所定値以下になると回生電力処理回路９がＯＦＦし、抵抗器７に残った回生エネルギーをダイオード８を介して処理する。
【選択図】図１

Description

本発明は、突入電流抑制処理、回生電力処理およびダイナミックブレーキ処理の各処理機能を備えたモータ制御装置に関する。

産業用途のモータ制御装置であるインバータ装置やサーボアンプの電源は、商用電源が一般的であり、小型軽量化、低コスト化が求められている。

一方、搭載される機器の安全確保のため、緊急時にはモータ巻線を短絡させて急停止させ、平滑コンデンサの端子電圧が所定値を超えると回生電力処理を実行する。また、停電時に外力によってモータが回転するのを防止するため、モータに電磁ブレーキを設けている。

小型低コスト化を実現するため、順変換部２の出力端に第１のスイッチング素子１３と直列に接続した平滑用コンデンサ３、および抵抗器１２と直列に接続した回生トランジスタ９をそれぞれ接続し、電動機制御機器の電源投入時に抵抗器１２を介して平滑コンデンサ３を充電する第２のスイッチング素子１４と、平滑コンデンサ３の両端の直流電圧を検出する電圧検出回路１０と、電圧検出回路１０で検出した電圧信号により第１のスイッチング素子１３と第２のスイッチング素子１４および回生トランジスタ９を個別にＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチ制御回路１１とを備え、抵抗器１２で突入電流抑制抵抗器と回生ブレーキ抵抗器を兼ねることで大型抵抗器を一つ削減することができるモータ制御装置のパワー回路が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−１３６６７４号公報（図１参照）

解決しようとする問題点は、上述したように突入電流抑制処理と回生電力処理を１つの抵抗器で兼用すると、スイッチング素子が多くなり、スイッチング動作が複雑になる。また、回生電力処理中に制御電源がオフした場合を想定すると、回生エネルギー処理ができなくなり、モータ制御装置を破壊する可能性があった。

さらに、ダイナミックブレーキ機能が必要な場合には、別途ブレーキ回路を追加する必要があり、より複雑となり大型化して高価となる。

本発明は上記の課題を解決するものであり、突入電流抑制処理、回生電力処理およびダイナミックブレーキ処理の各処理機能を備えた安全で安価なモータ制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、交流電圧をダイオードブリッジ等で直流電圧に変換する順変換部と、前記順変換部の＋側をｂ端子とし、平滑コンデンサの＋側をコモン端子とした２接点型の第１スイッチと、前記順変換部の＋側と第１スイッチのａ端子との間に並列接続された抵抗器及びダイオードと、前記スイッチのコモン端子に接続した平滑コンデンサ及びインバータ回路と、第１スイッチのａ端子と前記順変換部−側に接続した回生電力処理回路と、前記平滑コンデンサの端子電圧を監視する電圧検出回路と、第１スイッチおよび回生電力処理回路の動作を制御するスイッチ制御回路とを備え、前記スイッチ制御回路は、突入電流抑制時にはコモン端子とａ端子を接続して前記抵抗器で突入電流を
抑制し、平滑コンデンサの端子電圧が所定値を超えるとコモン端子とｂ端子を接続し、回生電力処理時には、前記回生電力処理回路がＯＮして抵抗器を介して回生エネルギーが処理され、平滑コンデンサの端子電圧が所定値以下になると回生電力処理回路がＯＦＦし、前記抵抗器とダイオードを介して回生エネルギーを処理する。

本発明のモータ制御装置によれば、電源投入時の突入電流抑制処理とモータから帰還される回生電力処理とを１つの抵抗器で兼用できる。また、電源がオフの場合にも回生エネルギーを処理することができる。

また、第２スイッチの２つのａ端子に２相巻線を接続することで、オフ時にダイナミックブレーキとして作動させることができる。

したがって、突入電流抑制処理、回生電力処理およびダイナミックブレーキ処理の各処理機能を備えた安全で安価なモータ制御装置を提供できる。

交流電圧をダイオードブリッジ等で直流電圧に変換する順変換部と、前記順変換部の＋側をｂ端子とし、平滑コンデンサの＋側をコモン端子とした２接点型の第１スイッチと、前記順変換部の＋側と第１スイッチのａ端子との間に並列接続された抵抗器及びダイオードと、前記スイッチのコモン端子に接続した平滑コンデンサ及びインバータ回路と、第１スイッチのａ端子と前記順変換部−側に接続した回生電力処理回路と、前記平滑コンデンサの端子電圧を監視する電圧検出回路と、第１スイッチおよび回生電力処理回路の動作を制御するスイッチ制御回路とを備え、前記スイッチ制御回路は、突入電流抑制時にはコモン端子とａ端子を接続して前記抵抗器で突入電流を抑制し、平滑コンデンサの端子電圧が所定値を超えるとコモン端子とｂ端子を接続し、回生電力処理時には、前記回生電力処理回路がＯＮして抵抗器を介して回生エネルギーが処理され、平滑コンデンサの端子電圧が所定値以下になると回生電力処理回路がＯＦＦし、前記抵抗器とダイオードを介して回生エネルギーを処理する。さらに、２回路２接点からなる第２スイッチを設け、前記第２スイッチのコモン端子とｂ端子を用いて第１スイッチのコモン端子とｂ端子間を開閉し、第２スイッチのａ端子には３相巻線の２相を個別に接続し、スイッチ制御回路は、突入電流抑制後、第２スイッチのコモン端子とｂ端子を接続した後、第１スイッチのコモン端子とｂ端子を接続し、第２スイッチのコモン端子と２つのａ端子を接続したときに前記２相巻線が短絡するように接続する。

図１において、１は交流電源、２は順変換部、３は平滑コンデンサ、４はインバータ回路、５はモータで、エンコーダを備えている。６は第１のスイッチで、コモン端子とａ端子およびｂ端子を備えた２接点型のリレーで、励磁コイルに通電することで、ｂ端子がコモン端子に接続される。７は抵抗器、８はダイオード、９は回生電力処理回路、１０は電圧検出回路、１１は制御回路で、エンコーダからの信号に基づきインバータ回路４のスイッチング素子の駆動を制御する。１２はスイッチ制御回路で、電圧検出回路１０が検出した電圧によりスイッチ６および回生電力処理回路９のスイッチ動作を制御する。

従来と異なるのは、リレー６、抵抗器７、ダイオード８、スイッチ制御回路１２の接続および構成であり、その構成と動作を中心に説明する。

リレー６のコモン端子は、平滑コンデンサ３およびインバータ回路４に接続され、リレー６のｂ端子は、順変換部２の＋側に接続される。抵抗器７に並列接続したダイオード８は、リレー６のａ端子にカソード、順変換部２の＋側にアノードとなるように接続されて
おり、以下に動作の詳細を示す。

まず、交流電源１が投入された時、リレー６は励磁されていないためa端子がコモン端子に接続されており、抵抗器７で突入電流を抑制しながら平滑コンデンサ３を充電する。電圧検出回路１０は、平滑コンデンサ３の端子電圧を監視しており、スイッチ制御回路１２は、平滑コンデンサ３の端子電圧が所定値１を超えると、リレー６を励磁してコモン端子とｂ端子を接続（抵抗器７を短絡）する。これにより通常動作において、抵抗器７の発熱および焼損を防ぐことができる。

次に、通常動作中にモータ５が減速動作等により回生動作を示したとき、逆にモータ５からインバータ回路４を通して回生エネルギーが平滑コンデンサ３に蓄えられる。このため、平滑コンデンサ３の端子電圧が上昇し、端子電圧が所定値２を超えるとスイッチ制御回路１２は、回生電力処理回路９のスイッチをＯＮし、抵抗器７を介して平滑コンデンサ３の電荷を放電させ、所定値２以下になると、回生電力処理回路９のスイッチをＯＦＦにする。

抵抗器７は巻線で構成されており、回生電力処理回路９のスイッチがＯＦＦしたとき、回生エネルギーが残っていると抵抗器７の巻線に電流が流れ続けようとする。この回生エネルギーを並列接続したダイオード８を介して還流させ、抵抗器７で安全に消費することができる。

ここで、平滑コンデンサ３の端子電圧を検出する電圧検出回路１０の所定値１、所定値２について補足する。例えば、所定値１には、平滑コンデンサ３がフル充電した後にリレーが動作するように定格電圧値を設定し、所定値２には、許容最大電圧値以下を設定して過充電を防止するように、所定値１＜所定値２に設定する。

このように、スイッチ制御回路１２は、電圧検出回路１０が検出する所定値１、所定値２に応じてスイッチ動作を制御し、１つの抵抗器７で突入電流抑制処理と回生電力処理の２つの機能を兼用させることが可能となり、小型軽量化および低コスト化が可能となる。また、抵抗器７に残った回生エネルギーは、電源がオフの状態でもダイオード８を介して還流させ処理できるため安全なモータ制御装置となる。

なお、実施例１では、スイッチとして２接点型のリレーで述べたが、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチで構成しても実施でき、絶縁距離の確保とリレー接点の溶着という問題も解決可能となる。

実施例２は、実施例１の構成に加えて、ダイナミックブレーキ処理のために第２のスイッチを設けたもので、第２のスイッチを中心に図２を用いて説明する。

図２において、第２のスイッチであるリレー１３は、実施例１のリレー６を２回路備えた２回路２接点型のリレーで、実施例１のリレー６と同様に、励磁しないとき２つのａ端子はコモン端子に接続されており、励磁コイルに通電することでｂ端子に接続される。

次に、リレー１３の配線について説明する。コモン端子同士を接続し、ｂ端子同士も接続する。一方、３相巻線のうち２相巻線を２つのａ端子にそれぞれ接続する。そして、リレー６のコモン端子とリレー１３のコモン端子とを接続し、リレー１３のｂ端子とリレー６のｂ端子を接続する。これにより、リレー６のコモン端子とｂ端子間に、リレー１３のコモン端子とｂ端子が接続され、２つのａ端子に２相巻線が接続される。

電源投入時には、２つのａ端子とコモン端子が接続されているため、２相巻線を短絡した形となり、リレー１３を励磁しないときにダイナミックブレーキとして作用し、モータが外力で回転するのを防止できる。

実施例２では、交流電源１の投入時にリレー６によって突入電流抑制処理を実行する際、平滑コンデンサ３の端子電圧が所定値１を超えたのを電圧検出回路１０が検出すると、スイッチ制御回路１２は、リレー６を励磁する前にリレー１３の励磁コイルを通電する。このように、リレー１３のｂ端子とコモン端子が接続された後にリレー６のｂ端子とコモン端子を接続するためリレー６の接点を保護でき、実施例１より安全なモータ制御装置となる。

本発明の実施例１におけるモータ制御装置の要部ブロック図 本発明の実施例２におけるモータ制御装置の要部ブロック図

符号の説明

１ 交流電源
２ 順変換部
３ 平滑コンデンンサ
４ インバータ回路
５ サーボモータ
６ リレー（第１のスイッチ）
７ 抵抗器
８ ダイオード
９ 回生電力処理回路
１０ 電圧検出回路
１１ 制御回路
１２ スイッチ制御回路
１３ リレー（第２のスイッチ）

Claims (2)

1. 交流電圧をダイオードブリッジ等で直流電圧に変換する順変換部と、前記順変換部の＋側をｂ端子とし、平滑コンデンサの＋側をコモン端子とした２接点型の第１スイッチと、前記順変換部の＋側と第１スイッチのａ端子との間に並列接続された抵抗器及びダイオードと、前記スイッチのコモン端子に接続した平滑コンデンサ及びインバータ回路と、第１スイッチのａ端子と前記順変換部−側に接続した回生電力処理回路と、前記平滑コンデンサの端子電圧を監視する電圧検出回路と、第１スイッチおよび回生電力処理回路の動作を制御するスイッチ制御回路とを備え、前記スイッチ制御回路は、突入電流抑制時にはコモン端子とａ端子を接続して前記抵抗器で突入電流を抑制し、平滑コンデンサの端子電圧が所定値を超えるとコモン端子とｂ端子を接続し、回生電力処理時には、前記回生電力処理回路がＯＮして抵抗器を介して回生エネルギーが処理され、平滑コンデンサの端子電圧が所定値以下になると回生電力処理回路がＯＦＦし、前記抵抗器とダイオードを介して回生エネルギーを処理することを特徴としたモータ制御装置。
2. ２回路２接点からなる第２スイッチを設け、前記第２スイッチのコモン端子とｂ端子を用いて第１スイッチのコモン端子とｂ端子間を開閉し、第２スイッチのａ端子には３相巻線の２相を個別に接続し、スイッチ制御回路は、突入電流抑制後、第２スイッチのコモン端子とｂ端子を接続した後、第１スイッチのコモン端子とｂ端子を接続し、第２スイッチのコモン端子と２つのａ端子を接続したときに前記２相巻線が短絡するように接続した請求項１に記載のモータ制御装置。