(57)【要約】【課題】  電源電圧が上昇し，モータからの小さな回生電力でも回生回路に電流が流れ続けたり，想定以上の回生電力が発生し，回生回路に電流が流れ続けたりした場合には，従来の温度センサーによる過熱検知方法では，回生抵抗，回生トランジスタが過熱し，最悪の場合，破損してサーボモータドライブ装置の回路を保護できない場合がある。本発明の目的はそれらの場合でも回路を保護できる方法を提供する事にある。【解決手段】  上記課題を解決する為に，回生トランジスタのON/OFF状態を観測し，それらの状態から回生回路に流れる電流を計算/推定し，回生抵抗及び回生トランジスタの温度を計算/推定する事を特徴とする。【選択図】  図1
2010220371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボモータドライブ装置において
回生電力を消費する回生抵抗と，
回生抵抗に電流を流す回生トランジスタと，
回生トランジスタのON/OFFを検出するON/OFF検出回路と，
ON/OFF検出回路からの出力信号の状態を観測するCPUとを有し，
回生抵抗と回生トランジスタに流れる電流から
回生抵抗と回生トランジスタの温度をCPUで計算/推測する事を特徴とするサーボモータドライブ装置回路の保護方法。
【請求項２】
前記サーボモータドライブ装置において，過電圧保護に関しては過電圧検出回路を用いる事を特徴とする請求項1記載のサーボモータドライブ装置回路の保護方法。
【請求項３】
前記サーボモータドライブ装置において，ダイオードブリッジ  1からの出力である直流電源出力電圧を検出する請求項2の過電圧検出回路の代わりにA/D変換器を有し，過電圧検出の他に回生抵抗及び回生トランジスタに流れる電流を正確に求める為にA/D変換器のデータを用いる事を特徴とする請求項1記載のサーボモータドライブ装置回路の保護方法。
【請求項４】
請求項1記載のCPUの代わりにFPGA，CPLDを用いる事を特徴とする請求項2記載のサーボモータドライブ装置回路の保護方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はサーボモータドライブ装置の回生回路の温度上昇による回路の破損を保護する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来用いられていたサーボモータドライブ装置の直流電源回路の保護方法は，図5のような形で構成されていた。直流電源出力電圧の過電圧を検出回路を用いて検出し，停止させたり，回生回路の過熱を温度センサー(サーマル)を用いて検出し，停止させたりしていた。その中でも温度センサーによる過熱検知は応答が遅く，過電圧検出回路では検出ず，保護できない場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４１１６１１２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電源電圧が上昇し直流電源出力電圧が上昇して，モータからの小さな回生電力でも回生抵抗，回生トランジスタに電流が流れ続けたり，想定以上の回生電力が発生し，回生回路に電流が流れ続けたりした場合には，上述した従来の温度センサーによる過熱検知方法では，回生抵抗，回生トランジスタが過熱し，最悪の場合，破損して回路を保護できない場合がある。本発明の目的はそれらの場合でもサーボモータドライブ装置の回路を保護できる方法を提供する事にある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成する為に，回生トランジスタのON/OFF状態を観測し，それらの状態から回生回路(回生抵抗及び回生トランジスタ)に流れる電流を計算/推定し，回生抵抗及び回生トランジスタの温度を計算/推定する事を特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば，電源電圧が上昇し直流電源出力電圧が上昇して，モータからの小さな回生電力でも回生回路に電流が流れ続けたり，想定以上の回生電力が発生し，回生回路に電流が流れ続けたりした場合にもサーボモータドライブ装置の回路を保護できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明によるサーボモータドライブ装置の実施例1ブロック図
【図２】図1内ON/OFF検出回路実施例
【図３】回生回路動作タイミングチャート
【図４】本発明によるサーボモータドライブ装置の実施例2ブロック図
【図５】従来のサーボモータドライブ装置の実施例ブロック図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下，本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【０００９】
本発明によるサーボモータドライブ装置の直流電源出力電圧上昇による回路の破損を保護する方法の実施例1を図1，図2と図3を参照して説明する。図1は，本発明による実施例1を示すブロック図で，図2は図1にあるON/OFF検出回路  9の実施例，図3は回生回路動作についてのタイミングチャートである。図1では3相電源RSTからの正弦波電源が入力され，モータ運転時に導通になるコンタクタ  8を介してダイオードブリッジ  1で全波整流され，メインコンデンサ  2で平滑されて直流電源出力電圧が出力される。その直流電源を電源としてパワートランジスタ  6をスイッチングしてモータに電流を流し，モータを駆動している。モータが減速する時，回生電力が発生し，直流電源出力電圧が上昇し，ある一定電圧(以下ON電圧と示す)以上になると回生回路が動作して過電圧にならないように直流電源出力電圧をコントロールする。
【００１０】
直流電源出力電圧が上昇し，ON電圧を越えると回生トランジスタ  4がONし，回生回路に電流が流れ，回生抵抗  3で電力を消費し直流電源出力電圧が下降する。その時，回生回路の回生抵抗  3及び回生トランジスタ  4の温度が上昇する。直流電源出力電圧が下降し，有る一定電圧(以下OFF電圧と示す)以下になると回生トランジスタ  4がOFFし，回生回路に流れていた電流は流れなくなり，回生抵抗  3及び回生トランジスタ  4の温度は下降する。それらのタイミングチャートを図3に示す。本発明では回生トランジスタ  4のON/OFFの状態をON/OFF検出回路  9で検出し，上記動作から回生抵抗  3及び回生トランジスタ  4の温度を演算装置CPU  10で計算/推測して，ある一定温度を越えたら停止，回路を保護する。回生抵抗  3及び回生トランジスタ  4が過熱にならず，直流電源出力電圧が上昇してしまった場合は，過電圧検出回路  5で過電圧を検出し，保護する。
【００１１】
次に回生抵抗  3及び回生トランジスタ  4の温度計算/推測方法及び保護方法について示す。
最初に回生抵抗  3の温度計算/推測方法及び保護方法について示す。
計算に必要なデータを予め用意してパラメータとして準備する。以下に準備するパラメータを示す。
【００１２】
■回生抵抗  3温度上昇値Tr(単位  deg)：
回生回路動作時の電流(以下回生電流と示す)が流れ続けた時の飽和温度で，予め実測しておく。直流電源出力電圧が上昇し，ON電圧を越え，回生回路が動作して回生電流が流れ初めると，直流電源出力電圧は下降し，回生電流も減少するが，ON電圧時の回生電流とOFF電圧時の回生電流とから平均電流を求め，その平均電流で飽和温度を実測する。
【００１３】
■周囲温度Ta(単位  deg)：
周囲温度はセンサーを設けて実際に測定しても良いが，保護的には保証温度に設定しておくと良い。
■回生抵抗  3熱時定数tr(単位  秒)：
Trと一緒に予め実測しておく。
■サンプリング時間ts(単位  秒)：
CPU  10が行う計算の時間間隔。
【００１４】
以上の値からCPU  10はサンプリング毎に以下の計算を行う。
●回生トランジスタ  4がON状態の時：
【数１】
2010220371.tif 000003
【数２】
2010220371.tif 000004
【００１５】
●回生トランジスタ  4がOFF状態の時：
【数３】
2010220371.tif 000005
【数４】
2010220371.tif 000006
Tor(k)：今回のサンプリングで求められた回生抵抗  3の温度上昇値(単位  deg)
Tor(k−1)：前回のサンプリングで求められた回生抵抗  3の温度上昇値(単位  deg)
Tnwr(k)：今回のサンプリングで求められた回生抵抗  3温度(単位  deg) 
以上の計算で求められたTnwr(k)が回生抵抗  3のが破損しない温度の最大値に達しているかを判断して越してしまっておれば直ちに停止し，保護する。
【００１６】
次に回生トランジスタ  4について示す。
計算に必要なデータを予め用意してパラメータとして準備する。以下に準備するパラメータを示す。
【００１７】
■回生トランジスタ  4温度上昇値Ttr(単位  deg)：
放熱フィン−回生トランジスタ  4熱抵抗値(Rj-h(単位  deg/W))，回生電流値(Ic(単位  A))，回生トランジスタ  4動作時の単位電流当たりの損失(Pls(単位  W/A))を用いて
【数５】
2010220371.tif 000007
で求める。
■回生トランジスタ  4熱時定数ttr(単位  秒)：
予め実測しておく。
【００１８】
以上の値からCPU  10はサンプリング毎に以下の計算を行う。
●回生トランジスタ  4がON状態の時：
【数６】
2010220371.tif 000008
【数７】
2010220371.tif 000009
●回生トランジスタ  4がOFF状態の時：
【数８】
2010220371.tif 000010
【数９】
2010220371.tif 000011
【００１９】
Totr(k)：今回のサンプリングで求められた温度上昇値(単位  deg)
Totr(k−1)：前回のサンプリングで求められた温度上昇値(単位  deg)
Tnwtr(k)：今回のサンプリングで求められた回生トランジスタ  4温度(単位  deg) 
以上の計算で求められたTnwtr(k)が回生トランジスタ  4が破損しない温度の最大値に達しているかを判断して越してしまっておれば直ちに停止し，保護する。
【００２０】
回生抵抗  3若しくは回生トランジスタ  4のどちらか一方でも破損しない最大値に達した場合，停止する必要がある。
説明ではCPU  10で計算しているが，簡単な計算であるので，FPGA(field programmable gate array)やCPLD(complex programmable logic device)でも実現は可能である。
【実施例２】
【００２１】
本発明によるサーボモータドライブ装置の直流電源出力電圧上昇による回路の破損を保護する方法の実施例2を図4，図2と図3を参照して説明する。図4は，本発明による実施例2を示すブロック図で，図2は図4にあるON/OFF検出回路  9の実施例，図3は回生回路動作についてのタイミングチャートである。回路動作は実施例1と同じで有るので省略する。
【００２２】
実施例1で直流電源出力電圧が上昇してしまった場合は，過電圧検出回路  5で過電圧を検出し，保護したが，実施例2では直流電源出力電圧をA/D変換器  41を用いてCPU  10が電圧を見て過電圧を判断し保護する。
回生回路が動作して電流が流れると，直流電源出力電圧が下降するが，電圧が下降する為，電流も小さくなる。実施例1では直流電源出力電圧を測定していないので回生回路に流れる電流は平均電流の一定値として取り扱うが，実施例2では回生回路の流れる電流を計算で求める事ができるのでより正確な温度を求める事ができ，より正確な保護が可能となる。
【００２３】
次に回生抵抗  3及び回生トランジスタ  4の温度計算/推測方法及び保護方法について示す。
最初に回生抵抗  3の温度計算/推測方法及び保護方法について示す。
計算に必要なデータを予め用意してパラメータとして準備する。以下に準備するパラメータを示す。
【００２４】
■回生抵抗  3温度上昇値Tr2(単位  deg)：
予め回生回路の最大電流(ON電圧時の電流)で実測しておく。
■周囲温度Ta(単位  deg)：
周囲温度はセンサーを設けて実際に測定しても良いが，保護的には保証温度に設定しておくと良い。
【００２５】
■回生抵抗  3熱時定数tr (単位  秒)：
Tr2と一緒に予め実測しておく。
■サンプリング時間ts(単位  秒)：
CPU  10が行う計算の時間間隔。
【００２６】
以上の値からCPU  10はサンプリング毎に以下の計算を行う。
●回生トランジスタ  4がON状態の時：
【数１０】
2010220371.tif 000012
【数１１】
2010220371.tif 000013
【数１２】
2010220371.tif 000014
【００２７】
●回生トランジスタ  4がOFF状態の時：
【数１３】
2010220371.tif 000015
【数１４】
2010220371.tif 000016
Icmax：回生回路の最大電流(単位  A)  (ON電圧−Vtrth)/Rで求められる。
Ic(k)：今回のサンプリングで求められた回生回路に流れる電流値(単位  A)
Vc(k)：今回のサンプリングで求められた直流電源出力電圧値(単位  V)
Vtrth：回生トランジスタ  4がONし電流が流れている状態での回生トランジスタ  4飽和電圧値(単位  V)(一定電圧で，トランジスタのデータブック参照)
R：回生抵抗抵抗値(単位  Ω)
Tor2(k)：今回のサンプリングで求められた回生抵抗  3の温度上昇値(単位  deg)
Tor2(k−1)：前回のサンプリングで求められた回生抵抗  3の温度上昇値(単位  deg)
Tnwr2(k)：今回のサンプリングで求められた回生抵抗  3温度(単位  deg) 
以上の計算で求められたTnwr2(k)が回生抵抗  3が破損しない温度の最大値に達しているかを判断して越してしまっておれば直ちに停止し，保護する。
【００２８】
次に回生トランジスタ  4について示す。
計算に必要なデータを予め用意してパラメータとして準備する。以下に準備するパラメータを示す。
■回生トランジスタ  4温度上昇値Ttr2(単位  deg)：
放熱フィン-回生トランジスタ  4熱抵抗値(Rj-h(単位  deg/W))，回生電流の最大値(Icmax(単位  A))，回生トランジスタ  4動作時の単位電流当たりの損失(Pls(単位  W/A))を用いて
【数１５】
2010220371.tif 000017
で求める。
■回生トランジスタ  4熱時定数ttr(単位  秒)：
予め実測しておく。
【００２９】
以上の値からCPU  10はサンプリング毎に以下の計算を行う。
●回生トランジスタ  4がON状態の時：
【数１６】
2010220371.tif 000018
【数１７】
2010220371.tif 000019
【数１８】
2010220371.tif 000020
【００３０】
●回生トランジスタ  4がOFF状態の時：
【数１９】
2010220371.tif 000021
【数２０】
2010220371.tif 000022
Totr2(k)：今回のサンプリングで求められた温度上昇値(単位  deg)
Totr2(k−1)：前回のサンプリングで求められた温度上昇値(単位  deg)
Tnwtr2(k)：今回のサンプリングで求められた回生トランジスタ  4温度値(単位  deg) 
【００３１】
以上の計算で求められたTnwtr2(k)が回生トランジスタ  4が破損しない温度の最大値に達しているかを判断して越してしまっておれば直ちに停止し，保護する。
回生抵抗  3若しくは回生トランジスタ  4のどちらか一方でも破損しない最大値に達した場合，停止する必要がある。
【符号の説明】
【００３２】
1       ダイオードブリッジ
2       メインコンデンサ
3       回生抵抗
4       回生トランジスタ
5       過電圧検出回路
6       パワートランジスタモジュール
7       モータ
8       コンタクタ
9       ON/OFF検出回路
10      CPU
21      コンパレータ
22      フォトカプラ
41      A/D変換器
14      シリアル通信回路B
101     ダイオードブリッジ
102     メインコンデンサ
103     回生抵抗
104     回生トランジスタ
105     過電圧検出回路
106     パワートランジスタモジュール
107     モータ
108     コンタクタ
109     サーマル
【図１】
2010220371.tif 000023
【図２】
2010220371.tif 000024
【図３】
2010220371.tif 000025
【図４】
2010220371.tif 000026
【図５】
2010220371.tif 000027