(57)【要約】【課題】ダイナミックブレーキ回路の異常を検出するモータ駆動装置を提供する。【解決手段】モータ駆動装置１は、コンバータ１１と、インバータ１２と、ＤＣリンクコンデンサ１３と、モータ３の端子間に設けられた抵抗器２１及びスイッチ２２を有し、モータ３の駆動時、スイッチ２２を開状態としてモータ３の端子間を開放し、モータ３の停止時、スイッチ２２を閉状態として抵抗器２１を介してモータ３の端子間を短絡することにより、モータ３の制動を行うダイナミックブレーキ回路２０と、モータ３の駆動電流を検出する電流検出器４１，４２と、モータ３の駆動時、電流検出器４１，４２で検出されたモータ３の駆動電流の立ち上がり又は立ち下がりの傾きに基づいて、ダイナミックブレーキ回路２０の異常を検出する異常検出部３０とを備える。【選択図】図１
2020058209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源からの交流電力を入力し、機器に用いられるモータを駆動するモータ駆動装置であって、
前記電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
前記コンバータからの前記直流電力を交流電力に変換して前記モータに供給するインバータと、
前記コンバータと前記インバータとの間のＤＣリンク部に設けられたＤＣリンクコンデンサと、
前記モータの端子間に設けられた抵抗器及びスイッチを有し、前記モータの駆動時、前記スイッチを開状態として前記モータの端子間を開放し、前記モータの停止時、前記スイッチを閉状態として前記抵抗器を介して前記モータの端子間を短絡することにより、前記モータの制動を行うダイナミックブレーキ回路と、
前記モータの駆動電流を検出する電流検出器と、
前記モータの駆動時、前記電流検出器で検出された前記モータの駆動電流の立ち上がり又は立ち下がりの傾きに基づいて、前記ダイナミックブレーキ回路の異常を検出する異常検出部と、
を備える、モータ駆動装置。
【請求項２】
前記ダイナミックブレーキ回路の異常を検出するための閾値を予め記憶する記憶部を更に備え、
前記異常検出部は、前記電流検出器で検出された前記モータの駆動電流の立ち上がり又は立ち下がりの傾きの絶対値が前記閾値以上である場合に、前記ダイナミックブレーキ回路の異常を検出する、
請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記ダイナミックブレーキ回路における前記スイッチは、接点とコイルとで構成される電磁接触型リレーであり、
前記ダイナミックブレーキ回路の異常は、前記スイッチの接点の溶着、又は、前記スイッチのコイルの断線である、
請求項１又は２に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記機器は、動作指令を生成する制御装置と、前記制御装置からの動作指令に基づいて前記モータを制御するための前記モータ駆動装置の制御信号を生成するアンプとを備え、
前記異常検出部は、前記アンプに設けられる、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械、産業機械、又は、ロボットなどの機械（機器）に用いられるモータを駆動するモータ駆動装置が知られている。このようなモータ駆動装置は、機器の停止時に、モータを速やかに停止させるためのダイナミックブレーキ回路を有する（例えば、特許文献１又は２参照）。
【０００３】
ダイナミックブレーキ回路は、モータの端子間に設けられた抵抗器及びスイッチ（例えば、ｂ接点の電磁接触型リレー（ノーマリクローズ：コイルに電流が流れるとオープン））を有する。モータ駆動時、ダイナミックブレーキ回路は、スイッチを開状態としてモータの端子間を開放する。一方、モータ駆動中における機器の停止時、ダイナミックブレーキ回路は、スイッチを閉状態として抵抗器を介してモータの端子間を短絡し、モータの回転エネルギーを熱消費させることにより、モータの制動を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１６５２９６号公報
【特許文献２】特開２０１６−１４４２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
モータ駆動中における機器の停止時に、ダイナミックブレーキ回路が作動するとき、スイッチ（例えば、リレー）の接点に大きな電流が流れ、スイッチ（例えば、リレー）の接点が溶着する異常（故障）が発生することがある。又は、何らかの要因により、スイッチ（例えば、リレー）のコイルが断線する異常（故障）が発生することがある。
【０００６】
このようなダイナミックブレーキ回路の異常が発生した場合に、モータが駆動すると、スイッチが閉状態のままとなり、モータの端子間が抵抗器を介して短絡したままとなる。そのため、抵抗器にモータの駆動電流が流れ、抵抗器が破損する可能性がある。
【０００７】
本発明は、ダイナミックブレーキ回路の異常を検出するモータ駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）  本発明に係るモータ駆動装置（例えば、後述のモータ駆動装置１）は、電源（例えば、後述の交流電源２）からの交流電力を入力し、機器に用いられるモータ（例えば、後述のモータ３）を駆動するモータ駆動装置であって、前記電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ（例えば、後述のコンバータ１１）と、前記コンバータからの前記直流電力を交流電力に変換して前記モータに供給するインバータ（例えば、後述のインバータ１２）と、前記コンバータと前記インバータとの間のＤＣリンク部に設けられたＤＣリンクコンデンサ（例えば、後述のＤＣリンクコンデンサ１３）と、前記モータの端子間に設けられた抵抗器（例えば、後述の抵抗器２１）及びスイッチ（例えば、後述のスイッチ２２）を有し、前記モータの駆動時、前記スイッチを開状態として前記モータの端子間を開放し、前記モータの停止時、前記スイッチを閉状態として前記抵抗器を介して前記モータの端子間を短絡することにより、前記モータの制動を行うダイナミックブレーキ回路（例えば、ダイナミックブレーキ回路２０）と、前記モータの駆動電流を検出する電流検出器（例えば、後述の電流検出器４１，４２）と、前記モータの駆動時、前記電流検出器で検出された前記モータの駆動電流の立ち上がり又は立ち下がりの傾きに基づいて、前記ダイナミックブレーキ回路の異常を検出する異常検出部（例えば、後述の異常検出部）とを備える。
【０００９】
（２）  （１）に記載のモータ駆動装置は、前記ダイナミックブレーキ回路の異常を検出するための閾値を予め記憶する記憶部（例えば、後述の記憶部３５）を更に備えてもよく、前記異常検出部は、前記電流検出器で検出された前記モータの駆動電流の立ち上がり又は立ち下がりの傾きの絶対値が前記閾値以上である場合に、前記ダイナミックブレーキ回路の異常を検出してもよい。
【００１０】
（３）  （１）又は（２）に記載のモータ駆動装置において、前記ダイナミックブレーキ回路における前記スイッチは、接点とコイルとで構成される電磁接触型リレーであってもよく、前記ダイナミックブレーキ回路の異常は、前記スイッチの接点の溶着、又は、前記スイッチのコイルの断線であってもよい。
【００１１】
（４）  （１）から（３）のいずれかに記載のモータ駆動装置において、前記機器は、動作指令を生成する制御装置と、前記制御装置からの動作指令に基づいて前記モータを制御するための前記モータ駆動装置の制御信号を生成するアンプとを備えてもよく、前記異常検出部は、前記アンプに設けられてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ダイナミックブレーキ回路の異常を検出するモータ駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係るモータ駆動装置の回路構成を示す図である。
【図２】図１に示すモータ駆動装置におけるダイナミックブレーキ回路が正常なときのモータ駆動時のモータ駆動電流を説明するための図である。
【図３】図１に示すモータ駆動装置におけるダイナミックブレーキ回路が異常なときのモータ駆動時のモータ駆動電流を説明するための図である。
【図４】図１に示すモータ駆動装置におけるダイナミックブレーキ回路が正常なとき及び異常なときのモータ駆動時のモータ駆動電流を示す模式図である。
【図５】図１に示すモータ駆動装置におけるダイナミックブレーキ回路が正常なとき及び異常なときのモータ駆動時のモータ駆動電流を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態の一例について説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００１５】
図１は、本実施形態に係るモータ駆動装置の回路構成を示す図である。図１に示すモータ駆動装置１は、工作機械、産業機械、又は、ロボットなどの機械（機器）に用いられるモータ３を駆動する装置である。
【００１６】
このような機械（機器）は、動作指令を生成する数値制御装置と、数値制御装置からの動作指令に基づいてモータ駆動装置１の制御信号を生成し、モータ３を制御するアンプ（例えば、サーボアンプ）とを備える。
【００１７】
モータ駆動装置１は、例えば機器におけるアンプからの制御信号に基づいて、商用の三相交流電源２からの三相交流電力を入力し、モータ３を駆動する。
【００１８】
モータ駆動装置１は、コンバータ１１と、インバータ１２と、ＤＣリンクコンデンサ１３と、ダイナミックブレーキ回路（ＤＢ回路）２０と、異常検出部３０と、記憶部３５と、電流検出器４１，４２とを備える。
【００１９】
コンバータ１１は、交流電源２からの交流電力を直流電力に変換する。コンバータ１１は、例えば、パワー半導体素子及びパワー半導体素子に逆並列に接続されたダイオードのブリッジ回路を有するダイオード整流コンバータ又はＰＷＭコンバータで構成される。
【００２０】
インバータ１２は、コンバータ１１からの直流電力を交流電力に変換し、この交流電力をモータ３に供給する。インバータ１２は、例えば、パワー半導体素子及びこれに逆並列に接続されたダイオードを有するブリッジ回路から構成される。インバータ１２は、これらのパワー半導体素子を制御部（図示せず）からの指令によりオンオフ制御（例えばＰＷＭ制御）することにより、直流電圧を所望の波形及び周波数の交流電圧に変換する。
【００２１】
また、インバータ１２は、モータ３から回生される交流電力を直流電力に変換して、この直流電力をインバータ１２とコンバータ１１との間のＤＣリンク部に供給する。
【００２２】
ＤＣリンクコンデンサ１３は、コンバータ１１とインバータ１２との間のＤＣリンク部に設けられている。ＤＣリンクコンデンサ１３は、コンバータ１１からの直流電力、及び、インバータ１２からの直流電力（回生電力）を蓄える。また、ＤＣリンクコンデンサ１３は、コンバータ１１又はインバータ１２によって変換された直流電圧を平滑化する。
【００２３】
ダイナミックブレーキ回路２０は、機器の停止時に、モータ３を速やかに停止させるためにモータ３の制動を行う。
ダイナミックブレーキ回路２０は、モータ３の端子間（換言すれば、モータコイルの相間）にそれぞれ設けられた３個の抵抗器２１と２個のスイッチ２２とから構成される。図１では、Ｕ相端子、Ｖ相端子及びＷ相端子のうちの２つのＵ相端子及びＶ相端子にそれぞれスイッチ２２が設けられたが、Ｕ相端子、Ｖ相端子及びＷ相端子のうちの少なくとも２つの端子にそれぞれスイッチ２２が設けられればよい。すなわち、Ｗ相端子にもスイッチ２２が設けられてもよい。
【００２４】
スイッチ２２としては、ｂ接点の電磁接触型リレー（ノーマリクローズ：コイルに電流が流れるとオープン）等の機械接点式リレーが挙げられる。
【００２５】
モータ３の駆動時、スイッチ２２は開状態となる。これにより、ダイナミックブレーキ回路２０は、モータ３の端子間を開放する。
一方、モータ３の駆動中における機器の停止時（換言すれば、モータ３が停止する時：モータ３の停止時）、例えばアンプからの制御信号に応じて、スイッチ２２が閉状態となる。これにより、ダイナミックブレーキ回路２０は、抵抗器２１を介してモータ３の端子間を短絡し、モータ３の回転エネルギーを熱消費させ、モータ３の制動を行う。
【００２６】
また、機器の停止中（換言すれば、モータ３の停止時）、例えばアンプからの制御信号に応じて、スイッチ２２が閉状態を保持する。これにより、ダイナミックブレーキ回路２０は、外部からの何らかの動力によるモータ３の発電をも制動する（モータの発電制動）。
【００２７】
ここで、例えばモータ３の駆動中における機器の停止時に、ダイナミックブレーキ回路２０が作動するとき、スイッチ２２（例えば、リレー）の接点に大きな電流が流れ、スイッチ２２（例えば、リレー）の接点が溶着する異常（故障）が発生することがある。又は、何らかの要因により、スイッチ２２（例えば、リレー）のコイルが断線する異常（故障）が発生することがある。
【００２８】
このようなダイナミックブレーキ回路２０の異常が発生した場合に、モータ３が駆動すると、スイッチ２２が閉状態のままとなり、モータ３の端子間が抵抗器２１を介して短絡したままとなる。そのため、抵抗器２１にモータ３の駆動電流が流れ、抵抗器２１が破損する可能性がある。
【００２９】
一般に、モータ駆動装置は過電流検出機能を備えるが、ダイナミックブレーキ回路２０の抵抗器２１の抵抗値によっては、電流が過電流検出の閾値を超えない場合があり、ダイナミックブレーキ回路２０の異常（スイッチの溶接異常又はコイルの断線異常）を検出できない可能性がある。
【００３０】
そこで、本実施形態では、電流検出器４１，４２と、異常検出部３０と、記憶部３５とを備える。
【００３１】
電流検出器４１，４２は、モータ３の駆動電流を検出する。図１では、Ｕ相端子、Ｖ相端子及びＷ相端子のうちの２つのＵ相端子及びＶ相端子にそれぞれ電流検出器４１，４２が設けられたが、Ｕ相端子、Ｖ相端子及びＷ相端子のうちの少なくとも２つの端子にそれぞれ電流検出器４１，４２が設けられればよい。
【００３２】
電流検出器４１，４２は、特に限定されないが、例えばインバータ１２とモータ３との間に直列に接続されたシャント抵抗器であってもよい。この場合、シャント抵抗器の両端電圧に基づいてモータ３の駆動電流を検出する。また、モータ３の駆動電流が比較的に大きい場合、電流検出器４１，４２は、ホール素子であってもよい。
【００３３】
ここで、図２に示すように、ダイナミックブレーキ回路２０のスイッチ２２が正常に開状態となると（ＤＢ回路正常時）、モータ３の駆動電流（換言すれば、モータ３を駆動するためのインバータ１２の出力電流）はモータ３に流れる。この場合、図４に示すように、モータ３のインダクタンスにより、電流検出器４１，４２によって検出されるモータ３の駆動電流の立ち上がり（モータ３の駆動開始時等）の傾きは小さい。また、図５に示すように、電流検出器４１，４２によって検出されるモータ３の駆動電流の立ち上がり又は立ち下がり（モータ３の駆動中等、例えばモータ３の加減速時）の傾きは小さい。
【００３４】
一方、図３に示すように、ダイナミックブレーキ回路２０のスイッチ２２の接点が溶着したり、スイッチ２２のコイルが断線したりすると（ＤＢ回路異常時）、モータ３の駆動電流（換言すれば、モータ３を駆動するためのインバータ１２の出力電流）はダイナミックブレーキ回路２０に流れる。この場合、ダイナミックブレーキ回路２０のインダクタンスはモータ３のインダクタンスよりも小さいため、図４に示すように、電流検出器４１，４２によって検出されるモータ３の駆動電流の立ち上がり（モータ３の駆動開始時等）の傾きは比較的に大きい。また、図５に示すように、電流検出器４１，４２によって検出されるモータ３の駆動電流の立ち上がり又は立ち下がり（モータ３の駆動中等、例えばモータ３の加減速時）の傾きは比較的に大きい。
【００３５】
なお、ダイナミックブレーキ回路２０に流れる電流は、抵抗器２１により制限されるので、過電流検出の閾値まで上昇することはない。
【００３６】
記憶部３５は、ダイナミックブレーキ回路２０の異常を検出するための閾値を予め記憶する。より具体的には、記憶部３５は、モータ３の駆動電流の立ち上がり又は立ち下がりの傾きの閾値（絶対値）を予め記憶する。記憶部３５は、例えばＥＥＰＲＯＭ等の書き換え可能なメモリである。また、記憶部３５は、異常検出部３０の各種機能を実現するための所定のソフトウェア（プログラム）を格納する。
【００３７】
異常検出部３０は、モータの駆動時、電流検出器４１，４２で検出されたモータ３の駆動電流の立ち上がり又は立ち下がりの傾きに基づいて、ダイナミックブレーキ回路２０の異常（スイッチの溶接異常又はコイルの断線異常）を検出する。具体的には、異常検出部３０は、電流検出器４１，４２で検出されたモータ３の駆動電流の立ち上がり又は立ち下がりの傾きの絶対値が、記憶部３５に記憶された閾値以上である場合に、ダイナミックブレーキ回路２０の異常（スイッチの溶接異常又はコイルの断線異常）を検出する。
【００３８】
異常検出部３０は、例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の演算プロセッサで構成される。異常検出部３０の機能は、記憶部３５に格納された所定のソフトウェア（プログラム）を実行することで実現される。異常検出部３０の機能は、ハードウェアとソフトウェアとの協働で実現されてもよいし、ハードウェア（電子回路）のみで実現されてもよい。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態のモータ駆動装置１によれば、モータの駆動時、ダイナミックブレーキ回路２０の正常時と異常時（スイッチの溶接異常又はコイルの断線異常）とのモータ３の駆動電流の立ち上がり又は立ち下がりの傾きの違いを利用して、ダイナミックブレーキ回路２０の異常（スイッチの溶接異常又はコイルの断線異常）を検出することができる。
【００４０】
ところで、ダイナミックブレーキ回路２０の異常（スイッチの溶接異常又はコイルの断線異常）を検出する方法として、スイッチ２２としてのリレーの動作確認用接点を用いたり、抵抗器２１の温度を測定したりする方法が考えられるが、この場合、追加の回路が必要となる。
【００４１】
この点に関し、本実施形態では、異常検出部３０及び記憶部３５は、機器におけるアンプに設けられてもよい。これによれば、アンプにおける既存の演算プロセッサ及びメモリにより異常検出部３０及び記憶部３５を実現することができ、モータ駆動装置１及びアンプに追加の回路を設ける必要がない。
また、異常検出部３０及び記憶部３５が機器における数値制御装置に設けられる場合と比較して、ダイナミックブレーキ回路２０の異常を早く検出することができる。
【００４２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更及び変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、三相交流電力を入力しモータ３を駆動するモータ駆動装置１を例示した。しかし、本発明の特徴はこれに限定されず、例えば単相交流を入力しモータ３を駆動するモータ駆動装置にも適用可能である。
【００４３】
また、上述した実施形態では、スイッチ２２としてｂ接点の電磁接触型リレー等の機械接点式リレーを用いたダイナミックブレーキ回路２０を備えるモータ駆動装置１を例示した。本発明の特徴はこれに限定されず、例えば、半導体素子等の種々のスイッチを用いたダイナミックブレーキ回路を備えるモータ駆動装置にも適用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１  モータ駆動装置
２  交流電源
３  モータ
１１  コンバータ
１２  インバータ
１３  ＤＣリンクコンデンサ
２０  ダイナミックブレーキ回路（ＤＢ回路）
２１  抵抗器
２２  スイッチ
３０  異常検出部
３５  記憶部
４１，４２  電流検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2020058209.tif 000006
【図５】
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