JP2011217474A - モータ制御装置とその故障検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイナミックブレーキ回路の故障検出を容易にする。
【解決手段】この発明のモータ制御装置は、第１監視信号を出力する第１故障検出回路と、故障検出用スイッチと、第２監視信号を出力する第２故障検出回路と、第１監視信号と第２監視信号を入力とする制御回路部と、を具備する。第１故障検出回路と第２故障検出回路は、フォトカプラを備え、フォトカプラが微小な故障検出電流を、故障検出のための第１監視信号と第２監視信号とに変換する。
【選択図】図１

Description

この発明は、サーボモータをインバータで駆動すると共にサーボモータのダイナミックブレーキ回路の故障検出を行うモータ制御装置と、その故障検出方法に関する。

例えばＡＣサーボモータを駆動制御するサーボアンプ（モータ制御装置）は、サーボアンプの非通電時や動作不許可時（緊急停止を含む）に可動部が自由に動いてしまうことを防止するため、一般的にダイナミックブレーキ回路を含んでいる。

何らかの異常発生によりモータを非常停止する場合に、ダイナミックブレーキ回路が故障していたとすれば、モータを正常に制動できなくなり、モータが停止するまでの制動時間が延びてしまう。その結果、モータで駆動している機械装置を破損させてしまう恐れがある。

このように、ダイナミックブレーキ機能は重要であり、ダイナミックブレーキ回路の保守点検が必要である。例えば、特許文献１に開示されたダイナミックブレーキ回路の動作を、図１５を参照して説明する。

図１５は特許文献１のモータ制御装置９００の構成図である。モータ制御装置９００は、三相電源１、コンバータ部２、平滑コンデンサ３、インバータ部２１、ダイナミックブレーキ回路２３、コンタクター２５、モータ２０、位置検出器２４、電流検出手段（検出回路）１９、制御回路部２６、インバータ制御回路部２７、を備える。

ダイナミックブレーキ回路２３は、制動抵抗器１８、リレー１７、整流ダイオード１１〜１６からなる三相全波整流回路２２、により構成される。その動作は、モータ２０の通常運転時において、リレー１７はＳＶＯＮ側にあり三相全波整流回路２２はオープン状態である。異常発生により、モータ２０を停止させる場合、リレー１７をＤＢ側に接続し、ダイナミックブレーキ回路２３をオンさせる。その時、慣性力で回転するモータ２０が発生する誘起電圧は、三相全波整流回路２２で直流電圧に変換され、その直流電圧は制動抵抗器１８によって熱エネルギーとして消費されることで、モータ２０に制動がかかる。

ダイナミックブレーキ回路２３の故障検出方法を簡単に説明する。モータ２０が駆動中であれば運転を停止し、先ず、インバータ部２１をオフしてコンタクター２５にてモータ２０をダイナミックブレーキ回路２３と切り離す。次にリレー１７をＤＢ側に閉じ、ダイナミックブレーキ回路２３をオンする。

この状態において、インバータ部２１の上側アームの半導体スイッチング素子５，７，９の何れかと、下側アームの半導体スイッチング素子６，８，１０の上側アームと対を構成しない一つの半導体スイッチング素子を動作させると、図１５中に←で示す回路でループする電流が流れる。つまり、上側アームの半導体スイッチング素子（５，７，９の何れか）→整流ダイオード（１２，１４，１６の何れか）→制動抵抗器１８→リレー１７→整流ダイオード（１１，１３，１５の何れか）→下側アームの半導体スイッチング素子（６，８，１０のうちの上側アームと対を構成しない一つ）のループで電流が流れる。

つまり、従来のダイナミックブレーキ回路２３の故障検出方法は、ダイナミックブレーキ回路２３の電流パス（ループ）に、コンバータ部２から直流電流を流して制動抵抗器１８の両端に発生する電圧降下を、検出回路１９で検出することで行っていた。

特開２００９−１４２１１５号公報

従来の方法では、モータを駆動するための高圧電源を故障検出に使用しているため、スイッチング素子がショート等すると高圧電源から大電流が流れ損傷が大きくなる。

この発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、印加電圧が低く微小な故障検出用の電流値でも故障を容易に検出することができるモータ制御装置と、その故障検出方法を提供することを目的とする。

この発明のモータ制御装置は、整流回路と、ダイナミックブレーキ回路と、インバータ部と、インバータ制御部と、を備えたモータ制御装置において、第１故障検出回路と、故障検出用スイッチと、第２故障検出回路と、制御回路部とを具備する。第１故障検出回路は、駆動電源用インバータの正電源とインバータ駆動電源の正電源との間に接続され、第１監視信号を出力する。故障検出用スイッチは、整流回路の一方の端子と駆動電源用インバータの負電源に接続される。第２故障検出回路は、整流回路の他方の端子とインバータ駆動電源の正電源間に接続され、第２監視信号を出力する。制御回路部は、制御用ロジック電源を電源としてインバータ制御部の動作を制御すると共に、リレーと故障検出スイッチのＯＮ/ＯＦＦを制御する制御信号を出力し、第１監視信号と第２監視信号を入力とする。

この発明のモータ制御装置によれば、第１故障検出回路と、故障検出用スイッチと、第２故障検出回路と、を具備することで、印加電圧が低く微小な故障検出用の電流値であってもモータ制御装置のダイナミックブレーキ回路とインバータ部の故障を容易に検出することを可能にする。

この発明のモータ制御装置１００の機能構成例を示す図。 ダイナミックブレーキ回路２３とインバータ部２１の故障検出方法の動作フローを示す図。 リレーと整流ダイオードの故障検出モードを示す図。 故障検出モードＯＰ１の時の動作を示す図。 故障検出モードＯＰ３の時の動作を示す図。 故障検出モードＯＰ９の時（整流ダイオード１６がショート故障時）の動作を示す図。 故障検出モードＯＰ６の時の動作を示す図。 故障検出モードＯＰ１２の時（整流ダイオード１５がショート故障時）の動作を示す図。 インバータ部２１（スイッチング素子）の故障検出モードを示す図。 故障検出モードＯＰ１８の時の電流経路を示す図。 故障検出モードＯＰ２１の時の電流経路を示す図。 スイッチング素子５〜１０の故障を切り分ける動作フローを示す図。 モータ接続を確認するモードを示す図。 第１故障検出回路の他の実施例を示す図。 特許文献１に開示されたモータ制御装置９００の機能構成を示す図。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。複数の図面中同一のものには同じ参照符号を付し、説明は繰り返さない。

図１にこの発明のモータ制御装置１００の機能構成例を示す。モータ制御装置１００は、従来技術で説明したモータ制御装置９００に対して、第１故障検出回路３０と、故障検出用スイッチ４０と、第２故障検出回路５０とを備える点で新しい。また、制御回路部９０は、故障検出用スイッチ４０のＯＮ/ＯＦＦを制御する制御信号を出力すると共に、第１故障検出回路３０と第２故障検出回路５０とが出力する第１監視信号と第２監視信号を入力信号とする点で新しいが、モータ制御装置９００の制御回路部２６とインバータ回路２１を制御する点で同じである。また、インバータ制御部６０もモータ２０をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する信号を生成する点で、従来のインバータ制御回路部２７と同じである。

また、ダイナミックブレーキ回路２３、駆動電源用コンバータ２、平滑コンデンサ３も、参照符号から明らかなようにモータ制御装置９００と同じものである。なお、駆動電源用コンバータ２は、モータ制御装置９００のコンバータ部２と同じものである。また、インバータ駆動電源７０と制御用ロジック電源８０は、モータ制御装置９００では単に省略されていたものであり、従来から必要な機能構成部である。なお、この発明の説明では、制動抵抗器１８を制動抵抗１８、ダイナミックブレーキ回路２３内の三相全波整流回路２２を整流回路２２と称する。

このモータ制御装置１００の電源は、三相交流電源１が漏洩遮断器８１（以降、ＥＬＢと称する）と、電磁接触器８２（以降、ＭＣと称する）を介して駆動電源用コンバータ２の一次側に接続される。また、三相交流電源１の単相が制御電源用コンバータ２８の一次側に接続される。なお、インバータ駆動電源７０と制御用ロジック電源８０は、制御電源用コンバータ２８の電源と絶縁され、またインバータ駆動電源７０と制御用ロジック電源８０も互いに絶縁された絶縁電源である。インバータ駆動電源７０の正電源は＋Ｖｐを出力し負電源はパワーグランド（ＰＧ）に接続される。制御用ロジック電源８０の正電源は＋Ｖｃｃを出力し、負電源はシグナルグランド（ＳＧ）に接続される。また、インバータ回路２１の各出力Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相は、モータ２０に接続される。モータ制御装置１００と、モータ２０、三相交流電源１、との間に記載されている長方形の記号は端子またはコネクタ等の接続部品である。

なお、スイッチング素子９に並列に接続されるダイオード９ｄはモータ２０が発生する逆起電圧を吸収する働きをする。ダイオードは、他のスイッチング素子にも並列に接続されるが、表記が煩雑になるのでその参照符号を省略している。

第１故障検出回路３０は、１次側が駆動電源用コンバータ２の正電源とインバータ駆動電源７０の正電源（＋Ｖｐ）との間、２次側が制御用ロジック電源８０の正電源（＋Ｖｃｃ）と負電源（ＳＧ）との間に接続され、第１監視信号を制御回路部９０に出力する。故障検出用スイッチ４０は、整流回路２２を構成する整流ダイオード１１，１３，１５のアノード端子と駆動電源用コンバータ２の負電源との間に接続され、そのＯＮ/ＯＦＦは制御回路部９０で制御される。故障検出用スイッチ４０は例えばリレー、あるいは半導体素子により構成される。

第２故障検出回路５０は、１次側が整流回路２２を構成する整流ダイオード１２，１４，１６のカソード端子とインバータ駆動電源７０の正電源（＋Ｖｐ）との間、２次側が制御用ロジック電源８０の正電源（＋Ｖｃｃ）と負電源（ＳＧ）との間に接続され、第２監視信号を制御回路部９０に出力する。

以上の構成によって、モータ制御装置１００は、印加電圧が低く微小な故障検出用の電流値であってもインバータ部２１、ダイナミックブレーキ回路２３の故障を容易に検出することを可能にする。次に、第１故障検出回路３０と、第２故障検出回路５０の具体的な構成を示して、実施例の動作を更に詳しく説明する。

〔第１故障検出回路〕
第１故障検出回路３０は、フォトカプラ３２と、フォトカプラ３２の一次側に直列に接続される逆電圧防止ダイオード３４と、電流制限用抵抗３３と、フォトカプラ３２の２次側に接続される負荷抵抗３１と、を備える。フォトカプラ３２の１次側のフォトダイオード３２ａのアノード端子は、インバータ駆動電源７０の正電源（＋Ｖｐ）に接続される。フォトダイオード３２ａのカソード端子は、電流制限用抵抗３３を介して逆電圧防止ダイオード３４のアノード端子に接続される。逆電圧防止用ダイオード３４のカソード端子は、駆動電源用コンバータ２の正電源に接続される。フォトカプラ３２の２次側のスイッチングトランジスタ（以降、スイッチングＴｒと称する）３２ｂのエミッタ端子は制御用ロジック電源の負電源（ＳＧ）に接続される。スイッチングＴｒ３２ｂのコレクタ端子は負荷抵抗３１を介して制御用ロジック電源８０の正電源（＋Ｖｃｃ）に接続され、フォトカプラ３２の２次側出力が故障検出のための第１監視信号とされる。第１監視信号は、制御回路部９０に入力される。

〔第２故障検出回路〕
第２故障検出回路５０の構成は、第１故障検出回路３０と同じであり、フォトカプラ５２、逆電圧防止ダイオード５４、電流制限用抵抗５３、負荷抵抗５１、を備える。フォトカプラ５２の１次側のフォトダイオード５２ａのアノード端子は、インバータ駆動電源７０の正電源（＋Ｖｐ）に接続される。フォトダイオード５２ａのカソード端子は、電流制限用抵抗５３を介して逆電圧防止ダイオード５４のアノード端子に接続される。逆電圧防止ダイオード５４のカソード端子は、整流回路２２を構成する整流ダイオード１２，１４，１６のカソード端子とリレー１７に接続される。フォトカプラ５２の２次側のスイッチングＴｒ５２ｂのエミッタ端子は制御用ロジック電源８０の負電源（ＳＧ）に接続される。スイッチングＴｒ５２ｂのコレクタ端子は負荷抵抗５１を介して制御用ロジック電源８０の正電源（＋Ｖｃｃ）に接続され、フォトカプラ５２の２次側出力が故障検出のための第２監視信号とされる。第２監視信号は、制御回路部９０に入力される。

制御回路部９０は、第１監視信号と第２監視信号を入力とし、リレー１７と故障検出用スイッチ４０のＯＮ/ＯＦＦを制御する制御信号を出力する。制御回路部９０は、リレー１７と故障検出用スイッチ４０のＯＮ/ＯＦＦを制御すると共に、第１故障検出回路３０が出力する第１監視信号と、第２故障検出回路５２が出力する第２監視信号とを監視することで、ダイナミックブレーキ回路２３とインバータ回路２１の故障検出を行う。次に、図１の機能構成例の故障検出の方法を説明する。

〔故障検出方法〕
モータ制御装置１００が故障検出する際は、駆動電源用コンバータ２に三相交流電源１からの電源供給は無く、制御電源用コンバータ２８には三相交流電源１が供給されている必要がある。この状態は、例えば、ＥＬＢ８１をＯＮ、ＭＣ８２をＯＦＦすることで設定することが出来る。以下、図２の動作フローのステップの説明をする。

〔電圧確認過程〕
電圧確認過程（ステップＳ１０）において、モータ制御装置１００は、図示しない電圧検出手段でインバータ駆動電源７０と制御用ロジック電源８０が、所定の電圧を生成しているか否かを確認する。電圧検出手段の電圧検出結果は、例えば、制御回路部９０に入力されその合否が判断され例えばＬＥＤ等で表示し、以降の確認過程に進むか否かの判断をオペレータに委ねるようにしても良い。

〔初期状態確認過程〕
初期状態確認過程（ステップＳ９０）では、制御回路部９０は、インバータ部２１を構成する全てのスイッチング素子５〜１０をＯＦＦすると共に、リレー１７、故障検出用スイッチ４０をＯＦＦする。この故障検出モードは、初期状態を確認するモードであり、例えばＯＰ０と称する。図３に、そのＯＰ０と後で説明するＯＰ１〜１４におけるリレー１７、故障検出用スイッチ４０及び各スイッチング素子の状態と、正常時の第１と第２監視信号の状態を示す。図３において×はリレー１７、故障検出用スイッチ４０及び各スイッチング素子のＯＦＦ、○はＯＮを意味する。

ＯＰ０では、リレー１７、故障検出用スイッチ４０及び各スイッチング素子がＯＦＦ状態に設定される。インバータ部２１とダイナミックブレーキ回路２３にショート故障が無ければ、第１故障検出回路３０と第２故障検出回路５０に電流が流れないため、第１監視信号はＨｉ（＋Ｖｃｃ）、第２監視信号はＨｉ（＋Ｖｃｃ）である。制御回路部９０は、ＯＰ０に設定した時の第１と第２監視信号が共にＨｉであることで、モータ制御装置１００の初期状態、すなわち以降のステップを実施できることを確認する（ステップＳ９０）。

〔モータ接続確認過程〕
モータ接続確認過程（ステップＳ９１）では、モータ２０の有無により後の工程を分岐するため、モータ２０の接続を確認する。これは、モータ２０が接続されている場合、モータ２０の巻線に電流が流れることで、後述するような検出できない故障検出モードがあるためである。

モータ２０が、モータ制御装置１００に接続されているか否かは、各巻線（Ｕ−Ｖ，Ｕ−Ｗ，Ｖ−Ｗ間）に電流を流して確認する。図１３にモータ接続確認過程の故障検出モードを示す。故障検出モードをＯＰ３１に設定することで、スイッチング素子５（Ｕ相上側アーム）と８（Ｖ相下側アーム）をＯＮさせる。モータ２０が接続されている場合、スイッチング素子５（Ｕ相上側アーム）と８（Ｖ相下側アーム）をＯＮさせると、インバータ駆動電源７０の正電源（＋Ｖｐ）から、第１故障検出回路３０の１次側、スイッチング素子５（Ｕ相上側アーム）、モータ２０のＵ巻線、Ｖ巻線、スイッチング素子８（Ｖ相下側アーム）、を経由してインバータ駆動電源７０の負電源に電流が流れ、第１監視信号がＬｏとなる。モータ２０が接続されていない場合は、電流が流れないので、第１監視信号がＨｉとなる。

ＯＰ３２は、スイッチング素子６（Ｕ相下側アーム）とスイッチング素子７（Ｖ相上側アーム）をＯＮさせるので、モータ２０が接続されている場合はＵ巻線、Ｖ巻線、を流れる電流の向きが逆方向になる。

同様の考え方で、ＯＰ３３とＯＰ３４はＵ巻線とＷ巻線、ＯＰ３５とＯＰ３６はＶ巻線とＷ巻線を確認する。このようにモータ２０の各巻線に電流を流すことで、モータ２０の有無を確認することが可能である。また、モータ２０の有無は、例えば、制御回路部９０に外部から信号として予め与えておくこともできる。なお、ＯＰ３１〜ＯＰ３６において異常が検出された場合は、モータ２０の巻線に異常があるので、この故障検出モード（ＯＰ３１〜３６）でモータ巻線が正常で有るか否かの確認をすることもできる。

モータ２０が接続されている場合、モータ２０に電流が流れる関係で、整流回路導通確認過程（ステップＳ９３）のＯＰ３〜１４が実施出来なくなる。この場合、図２に示すようにモータ接続確認過程（ステップＳ９１）の後は「アリ」に進み、リレー動作確認過程（ステップＳ９２′）、スイッチング素子導通確認過程（ステップＳ９４′）を実施する。ここで「′」は、モータ２０が「ナシ」の場合と区別するためのものであり、ステップＳ９２′とステップＳ９２、ステップＳ９４′とステップＳ９４の動作は全く同じである。よって、以下の説明では省略する。モータ２０が接続されていない場合は、図２に示すようにモータ接続確認過程（ステップＳ９１）の後は「ナシ」に進む。

なお、モータ２０が接続されている場合でも、図示しないコンタクター（図１５の２５を参照）をモータ制御装置１００とモータ２０との間に設け、故障検出に入る前に、モータ２０をモータ制御装置１００から切り離してモータ無しの過程を実施しても良い。また、故障検出前にモータ２０を切り離すのではなく、モータ接続確認過程（ステップＳ９１）によりモータの接続が確認されたら、モータ２０を自動的に切り離し、モータ無しの過程を実施する故障検出フローにしても良い。

〔リレー動作確認過程〕
リレー動作確認過程（ステップＳ９２）では、リレー１７と制動抵抗器１８の動作を確認する。先ず、故障検出モードをＯＰ１に設定する。ＯＰ１は故障検出用スイッチ４０のみがＯＮした状態である。図４にＯＰ１の状態のモータ制御装置１００の動作を示す。故障検出用スイッチ４０がＯＮしていることを、接触片を黒く塗り潰して表現している。

ＯＰ１では、リレー１７が正常にＯＦＦしていれば第２故障検出回路５０に電流が流れない。よって、第２監視信号がＨｉである。つまり、リレー１７のＯＦＦが確認できる。第１故障検出回路３０は、リレー１７のＯＦＦに関係なくＨｉのままである。制御回路部９０は、ＯＰ１における第２監視信号がＨｉであることで、リレー１７がＯＦＦされていることを確認する。

そしてＯＰ２で、リレー１７をＯＮさせると、インバータ駆動電源７０の負電源は駆動電源用コンバータ２のパワーグランド（ＰＧ）と共通電位であるため、インバータ駆動電源７０の正電源（＋Ｖｐ）から、フォトダイオード５２ａ、電流制限用抵抗５３、逆電圧防止ダイオード５４、リレー１７、制動抵抗１８、故障検出スイッチ４０、を介してインバータ駆動電源７０の負電源に電流が流れる。フォトカプラ５２の１次側に電流が流れると、フォトカプラ５２の２次側の負荷抵抗５１に電流が流れるので、第２監視信号がＬｏとなる。制御回路部９０は、ＯＰ２によりリレー１７のＯＮ状態と制動抵抗１８の導通を確認する。

このように実施例の第２故障検出回路５０のフォトカプラ５２は、１次側の小さな電流変化を、第２監視信号の大きな電圧の変化に効率よく変換する。１次側の電流は、フォトダイオード５２ａが発光するのに必要な数ｍＡのオーダーで充分である。また、第２故障検出回路５０は、電源が互いに絶縁されているインバータ駆動電源７０と制御用ロジック電源８０との間における信号伝達を、簡単な構成で実現する。この作用効果は、第１故障検出回路３０でも同じである。

〔整流回路導通確認過程〕
整流回路導通確認過程（ステップＳ９３）は、整流回路２２を構成する整流ダイオード１１〜１６の導通を個々に確認する（ステップＳ９３）。制御回路部９０は、故障検出モードをＯＰ３に設定する。ＯＰ３は、スイッチング素子５（Ｕ相上側アーム）とリレー１７と故障検出用スイッチ４０をＯＮさせる。図５に、ＯＰ３の状態の電流経路を示す。スイッチング素子５（Ｕ相上側アーム）のＯＮは、スイッチング素子５を○で囲って表している。

ＯＰ３では、第１故障検出回路３０に電流が流れる。その電流は、インバータ駆動電源７０の正電源（＋Ｖｐ）から、フォトカプラ３２のフォトダイオード３２ａ、電流制限用抵抗３３、逆電圧防止ダイオード３４、スイッチング素子５（Ｕ相上側アーム）、整流ダイオード１６、リレー１７、制動抵抗１８、故障検出用スイッチ４０、を介して駆動電源用コンバータ２の負電源であるパワーグランド（ＰＧ）に流れる。その結果、第１監視信号はＬｏになる。電流経路を図５中に太い破線で表す。ＯＰ３では、第２故障検出回路５０にも電流が流れる。その経路は、インバータ駆動電源７０の正電源（＋Ｖｐ）から、フォトカプラ５２のフォトダイオード５２ａ、電流制限用抵抗５３、逆電圧防止ダイオード５４、リレー１７、制動抵抗１８、故障検出用スイッチ４０、を経由して駆動電源用コンバータ２の負電源であるパワーグランド（ＰＧ）にいたる。よって、第２監視信号もＬｏである。制御回路部９０は、ＯＰ３における第１監視信号がＬｏであることで、整流ダイオード１６が導通状態になり、オープン故障していないことを確認する。なお、第１監視信号がＨｉのままの場合、整流ダイオード１６のオープン故障の他にスイッチング素子５がオープン故障の可能性もあるが、スイッチング素子５のオープン故障は後のスイッチング素子導通確認過程（ステップＳ９４）で判断できるので、スイッチング素子導通確認過程でスイッチング素子５が正常であれば整流ダイオード１６の故障と判断する。

ＯＰ３の故障検出モードだけでは、整流ダイオード１６がショート故障している場合を検出できないので、ＯＰ９で整流ダイオード１６がショートしていないことを確認する。図６に、整流ダイオード１６がショート故障時の動作を示す。

ＯＰ９は、スイッチング素子６（Ｕ相下側アーム）のみをＯＮさせるので、整流ダイオード１６が正常であればその逆電流は数μＡ程度である。しかし、整流ダイオード１６が何らかの異常によりショート故障（逆電流が増大する事象も含む）していた場合は、第２故障検出回路５０が接続されたインバータ駆動電源７０の正電源（＋Ｖｐ）から、フォトダイオード５２ｂ、電流制限用抵抗５３、逆電圧防止ダイオード５４、整流ダイオード１６の位置のショート箇所、スイッチング素子６（Ｕ相下側アーム）、を介してパワーグランド（ＰＧ）に電流が流れる。この結果、第２監視信号がＬｏになる。制御回路部９０は、ＯＰ９において第２監視信号がＬｏであることで、整流ダイオード１６がショートしていることを検出する。

このように、故障検出モードのＯＰ３とＯＰ９の組み合わせで、整流ダイオード１６が正常に動作しているか否かを確認することが出来る。同様に、ＯＰ４とＯＰ１０で整流ダイオード１４、ＯＰ５とＯＰ１１で整流ダイオード１２、の動作状態を確認することが出来る。図３に示すように、ＯＰ３〜ＯＰ５のリレー１７、故障検出用スイッチ４０は両者共にＯＮで共通であり、上側アームのＯＮするスイッチング素子の位置が、確認する整流ダイオードの位置によって、ＵとＶとＷと異なっている。それに対応するＯＰ９〜ＯＰ１１のリレー１７、故障検出用スイッチ４０は両者共にＯＦＦで共通であり、下側アームのＯＮするスイッチング素子の位置が異なっている。このように、ＯＮするスイッチング素子の位置が異なるだけで考え方は同じである。よって、ＯＰ３とＯＰ４とＯＰ５、及びＯＰ９とＯＰ１０とＯＰ１１の電流経路を示した説明は省略する。

整流ダイオード１１，１３，１５については、ＯＰ６〜ＯＰ８で各整流ダイオードが導通状態になることを確認し、ＯＰ１２〜ＯＰ１４で各整流ダイオードがショート故障していないことを確認する。
ＯＰ６では、リレー１７とスイッチング素子６（Ｕ相下側アーム）がＯＮされる。

図７に、ＯＰ６の状態の電流経路を示す。ＯＰ６では、第２故障検出回路５０内のインバータ駆動電源７０の正電源（＋Ｖｐ）から、フォトダイオード５２ａ、電流制限用抵抗５３、逆電圧防止ダイオード５４、リレー１７、制動抵抗１８、整流ダイオード１５、スイッチング素子６（Ｕ相下側アーム）、を経由してインバータ駆動電源７０の負電源に、電流が流れる。整流ダイオード１５が正常に動作していれば、第２監視信号のみがＬｏとなる。なお、第２監視信号が異常となった場合、整流ダイオード１５のオープン故障の他にスイッチング素子６がオープン故障の可能性もあるが、スイッチング素子６のオープン故障は後のスイッチング素子導通確認過程（ステップＳ９４）で判断できるので、スイッチング素子導通確認過程でスイッチング素子６が正常であれば整流ダイオード１５の故障と判断する。

ＯＰ１２では、整流ダイオード１５のショート故障を検出する。図８に、整流ダイオード１５がショート故障時のＯＰ１２の状態の電流経路を示す。ＯＰ１２では、故障検出用スイッチ４０とスイッチング素子５（Ｕ相上側アーム）がＯＮされる。その結果、インバータ駆動電源７０の正電源（＋Ｖｐ）から、第１故障検出回路３０の１次側、スイッチング素子５（Ｕ相上側アーム）、整流ダイオード１５の位置のショート箇所、故障検出用スイッチ４０、を経由して電流が流れる。この結果、整流ダイオード１５がショートしていれば、第１監視信号のみがＬｏになる。ＯＰ７とＯＰ１３では整流ダイオード１３、ＯＰ８とＯＰ１４では整流ダイオード１１の状態を確認する。これらの動作は、ＯＮされるスイッチング素子の位置が異なるだけで同じである。

〔スイッチング素子導通確認過程〕
スイッチング素子動作確認過程（ステップＳ９４）では、インバータ部２１を構成するスイッチング素子の動作が正常であるかを確認する。図９に、このスイッチング素子導通確認過程（ステップＳ９４）の故障検出モードの各スイッチング素子のＯＮ/ＯＦＦ状態を示す。なお、ＯＰ２１〜２３は整流回路導通確認過程（ステップＳ９３）のＯＰ６〜８と同じ操作であるので省略可能である。

まず、スイッチング素子５，６の動作確認について説明する。確認過程は原則としてＯＰの数字の順に進めて行くが、以下では、スイッチング素子５、６の動作確認を行うＯＰ１５，１８，２１について説明する。ＯＰ１５では、スイッチング素子５（Ｕ相上側アーム）のみをＯＮさせる。この場合、どこにも電流が流れないので、第１監視信号はＨｉ、第２監視信号もＨｉである。これにより、スイッチング素子６（Ｕ相下側アーム）がＯＦＦ状態となることを確認する。ＯＰ１８では、スイッチング素子５（Ｕ相上側アーム）と対を成すスイッチング素子６（Ｕ相下側アーム）がＯＮされるので、インバータ駆動電源の正電源（＋Ｖｐ）から、第１故障検出回路３０の１次側、スイッチング素子５（Ｕ相上側アーム）、スイッチング素子６（Ｕ相下側アーム）、を経由してインバータ駆動電源の負電源に電流が流れる。よって、第１監視信号がＬｏとなることで、スイッチング素子５（Ｕ相上側アーム）がＯＮ状態となることを確認する。図１０に故障検出モードＯＰ１８の時の動作を示す。

故障検出モードＯＰ２１では、スイッチング素子６（Ｕ相下側アーム）をＯＮさせたままスイッチング素子５（Ｕ相上側アーム）をＯＦＦさせると共にリレー１７をＯＮさせる。図１１に、ＯＰ２１の状態の電流経路を示す。ＯＰ２１では、第２故障検出回路５０内のインバータ駆動電源７の正電源（＋Ｖｐ）から、リレー１７、整流ダイオード１５（Ｕ相上側アーム）、スイッチング素子６（Ｕ相下側アーム）、を経由してインバータ駆動電源７の負電源に電流が流れる。また、スイッチング素子５（Ｕ相上側アーム）がＯＦＦのため、第１故障検出回路３０には電流が流れない。この結果、第２監視信号がＬｏ、第１監視信号がＨｉとなり、スイッチング素子６のＯＮ状態とスイッチング素子５のＯＦＦ状態が確認できる。

このようにＯＰ１５とＯＰ１８とＯＰ２１の組み合わせで、Ｕ相の上側アームと下側アームを構成するスイッチング素子５（Ｕ相上側アーム）と６（Ｕ相下側アーム）の動作を確認することが出来る。同様の考えで、ＯＰ１６とＯＰ１９とＯＰ２２の組み合わせでスイッチング素子７（Ｖ相上側アーム）と８（Ｖ相下側アーム）の動作が確認できる。同様にＯＰ１７とＯＰ２０とＯＰ２３の組み合わせでスイッチング素子９（Ｗ相上側アーム）と１０（Ｗ相下側アーム）の動作が確認できる。

図１２に、インバータ部２１のスイッチング素子（５〜１０）のオープン故障を検出する簡易的な方法を示す。ＯＰ１８は、スイッチング素子５（Ｕ相上側アーム）と６（Ｕ相下側アーム）をＯＮにする故障検出モードである。ＯＰ１９は、スイッチング素子７（Ｖ相上側アーム）と８（Ｖ相下側アーム）をＯＮにする故障検出モードである。ＯＰ２０は、スイッチング素子９（Ｗ相上側アーム）と１０（Ｗ相下側アーム）をＯＮにする故障検出モードである。ＯＰ１８の正常時は、第１監視信号がＬｏ、第２監視信号がＨｉである。

スイッチング素子５（Ｕ相上側アーム）またはスイッチング素子６（Ｕ相下側アーム）がオープン故障の時、ＯＰ１８が異常となる。次にＯＰ２１でスイッチング素子５（Ｕ相上側アーム）をＯＦＦにする。この故障モードで正常であればスイッチング素子６（Ｕ相下側アーム）は正常であり、この場合スイッチング素子５（Ｕ相上側アーム）が故障である。ＯＰ２１も異常な場合は、スイッチング素子６（Ｕ相下側アーム）の故障である。スイッチング素子７，８の故障を検出するＯＰ１９，２２、スイッチング素子９，１０の故障を検出するＯＰ２０，２３における動作も、ＯＦＦするスイッチング素子が異なるだけで考え方は同じである。

モータ２０が接続されている場合（ステップＳ９４′）では、ＯＰ１５〜１７の確認において全て正常と判断された場合、スイッチング素子６，８，１０が正常と判断される。スイッチング素子６，８，１０の何れかがショート故障している場合は、ＯＰ１５〜１７の結果は全て異常となり、何れかがショート故障していると判断する。ＯＰ１８〜２０では、スイッチング素子５または６のオープン故障、スイッチング素子７または８のオープン故障、スイッチング素子９または１０のオープン故障の検出をする。そして、ＯＰ２１〜２３の確認において全て正常と判断された場合、第１監視信号の結果から、スイッチング素子５，７，９のショート故障がないこと、第２監視信号の結果から、スイッチング素子６，８，１０のオープン故障はないことが確認される。

以上説明したようにこの発明のモータ制御装置１００によれば、ダイナミックブレーキ回路２３と、インバータ部２１の、各素子の状態を容易に確認することができ、モータ２０の接続の有無も容易に検出することが出来る。

なお、上記した第１故障検出回路３４の構成では、平滑コンデンサ３の充電状態によって、故障検出モードの設定に時間を要する場合が発生する。つまり、平滑コンデンサ３が、インバータ駆動電源７０の正電圧（＋Ｖｐ）で充電できないと故障検出が行えない。そこで、その充電時間を短縮できるようにした第１故障検出回路３０′を図１４に示す。

第１故障検出回路３０′は、電流制限用抵抗３３、フォトカプラ３２に並列に接続される平滑コンデンサ充電用抵抗３５を具備する。平滑用コンデンサ充電用抵抗３５の抵抗値を、電流制限用抵抗よりも小さな値にすることで、平滑コンデンサ３の充電時間を短縮することが出来る。

なお、図１に示したモータ制御装置１００は、その構成例に限定されない。例えば、第１，第２故障検出回路３０，５０内の、電流制限用抵抗３３，５３と、逆電圧防止ダイオードの配置関係も図１の構成に限定されるものではない。

以上の説明で、故障モードを表す番号に特別な意味はない。その順番も一例を示したものであり、これらの故障検出モードの順番を自由に変更して、任意な組み合わせで故障検出過程を設定することも可能である。また、スイッチング素子のＯＮ/ＯＦＦの組み合わせも同様な考え方で、他の組み合わせを使用してもよい。

Claims (5)

1. モータの誘起電圧を整流する整流回路と、その整流回路の出力端子間に直列に接続されたリレーと制動抵抗とから成るダイナミックブレーキ回路と、駆動電源用コンバータからモータ駆動信号を生成するインバータ部と、そのインバータ部を、インバータ駆動電源を電源として制御するインバータ制御部と、を備えたモータ制御装置において、
   上記駆動電源用コンバータの正電源と上記インバータ駆動電源の正電源との間に接続され第１監視信号を出力する第１故障検出回路と、
   上記整流回路の一方の端子と上記駆動電源用コンバータの負電源に接続される故障検出用スイッチと、
   上記整流回路の他方の端子と上記インバータ駆動電源の正電源間に接続され第２監視信号を出力する第２故障検出回路と、
   制御用ロジック電源を電源として上記インバータ制御部の動作を制御すると共に、上記リレーと上記故障検出スイッチのＯＮ/ＯＦＦを制御する制御信号を出力し、上記第１監視信号と第２監視信号を入力とする制御回路部と、
   を具備することを特徴とするモータ制御装置。
2. 請求項１に記載したモータ制御装置において、
   上記第１故障検出回路は、
   フォトカプラと、そのフォトカプラの１次側に直列に接続される逆電圧防止ダイオードと電流制限用抵抗と、上記フォトカプラの２次側に接続される負荷抵抗を備え、上記駆動電源用コンバータの正電源と上記インバータ駆動電源の正電源との間に直列に上記逆電圧防止ダイオードと上記フォトカプラの１次側が接続され、上記フォトカプラの２次側には一端が上記ロジック制御用電源の正電源に接続された上記負荷抵抗が接続され、その負荷抵抗の他端が上記第１監視信号の出力端とされるものであることを特徴とするモータ制御装置。
3. 請求項１又は２に記載したモータ制御装置において、
   上記第２故障検出回路は、
   フォトカプラと、そのフォトカプラの１次側に直列に接続される逆電圧防止ダイオードと電流制限用抵抗と、上記フォトカプラの２次側に接続される負荷抵抗を備え、上記フォトカプラの１次側が上記インバータ駆動電源の正電源と上記故障検出スイッチが接続される上記整流回路の端子と異なる端子間に直列に接続され、上記フォトカプラの２次側には一端が制御用ロジック電源の正電源に接続された上記負荷抵抗が接続され、その負荷抵抗の他端が上記第２監視信号の出力端とされるものであることを特徴とするモータ制御装置。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載したモータ制御装置において、
   上記第１故障検出回路は、
   フォトカプラと、そのフォトカプラの１次側に直列に接続される逆電圧防止ダイオードと電流制限用抵抗と、上記フォトカプラの２次側に接続される負荷抵抗を備え、
   更に、上記電流制限用抵抗に並列に接続される当該電流制限用抵抗よりも抵抗値が小さい平滑コンデンサ充電用抵抗を具備したものであることを特徴とするモータ制御装置。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載したモータ制御装置の故障検出方法であって、
   上記ダイナミックブレーキ回路内の上記リレーの動作を確認するリレー動作確認過程と、
   上記整流回路を構成するダイオードの動作を確認する整流回路導通確認過程と、
   上記インバータ部に含まれるスイッチング素子の動作を確認するスイッチング素子導通確認過程と、
   を含むモータ制御装置の故障検出方法。

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