(57)【要約】【課題】最終使用者が外部に特別な保護機能を設ける必要がなく、安価に回生抵抗器を保護できるモータ制御装置を提供する。【解決手段】平滑用電解コンデンサ３の充電電流を電源投入後の一定期間にわたり制限する充電電流制限手段６と、モータ１１からインバータ部２を介して供給される回生電力を熱で消費する回生抵抗器４と、回生抵抗器４に直列に接続され、ＯＮ動作によって回生抵抗器４で回生電力を消費させる半導体スイッチング素子５と、半導体スイッチング素子５のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御し、ＯＦＦ動作時に短絡故障を検出する故障検出手段７を備え、充電電流制限手段６は、並列接続された電流制限抵抗器６ａとリレー６ｂからなり、故障検出手段７は、半導体スイッチング素子５の短絡故障を検出すると、リレー６ｂを開放して電流制限抵抗器６ａに連続して電流を流し、電流制限抵抗器６ａを過負荷断線させ、回生抵抗器４の焼損を防止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正負直流母線間に接続された平滑用電解コンデンサの充電電流を電源投入後の一定期間にわたり制限する電流制限抵抗器とリレーの並列回路からなる充電電流制限手段と、
モータからインバータ部を介して供給される回生電力を熱で消費する回生抵抗器と、
前記回生抵抗器に直列に接続され、ＯＮ動作によって前記回生抵抗器で回生電力を消費させる半導体スイッチング素子と、
前記回生抵抗器の両端に接続され、前記半導体スイッチング素子の短絡故障を監視する故障監視手段と、
前記半導体スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御し、ＯＦＦ動作と前記故障監視手段の出力によって短絡故障を検出するマイクロプロセッサ（以下、ＣＰＵと称す）を備え、
前記ＣＰＵは、前記半導体スイッチング素子の短絡故障を検出すると、前記充電電流制限手段内のリレーを開放して電流制限抵抗器に連続して電流を流し、前記電流制限抵抗器を過負荷断線させることにより前記回生抵抗器の焼損を防止することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記電流制限抵抗器に温度ヒューズを直列接続して内蔵し、前記電流制限抵抗器より先に前記温度ヒューズを溶断させる請求項１に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電電流制限手段と回生電力処理回路を有するモータ制御装置、特に回生処理用半導体スイッチング素子の短絡故障に対する回生抵抗器の焼損保護に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、サーボアンプやインバータなどのモータ制御装置の中でも特に小型の装置などでは、モータの回生電力を消費する手段として抵抗器によって熱エネルギーに変換する方法が一般的である。
【０００３】
図３は従来のモータ制御装置の要部ブロック図である。モータ制御装置は、入力となる交流電源１０をダイオードブリッジ１で整流して直流母線に供給すると、インバータ部２は正負直流母線間に接続された平滑用の電解コンデンサ３を電源として、直流電力を交流電力に変換し、モータ１１に供給して駆動する。
【０００４】
一方、モータ制御装置の保護機能として、モータ１１からインバータ部２を介して供給される回生電力に対して、正負直流母線間に回生抵抗器４と半導体スイッチング素子５を直列接続して、半導体スイッチング素子５をＯＮ、ＯＦＦ制御することによって回生抵抗器４で熱消費させる。また、電解コンデンサ３の充電電流を電源投入後の一定期間にわたり制限する充電電流制限手段６は、並列接続された電流制限抵抗器６ａとリレー６ｂで構成されており、このリレー６ｂは、電源投入直後に開放状態で電解コンデンサ３の充電電流は電流制限抵抗器６ａを流れ、充電終了後にＣＰＵ８からの指令によりリレー６ｂを動作させて電流制限抵抗器６ａを短絡する。以後電流はリレー６ｂを流れる。
【０００５】
このように構成されたモータ制御装置において、半導体スイッチング素子５が短絡故障した場合を考えると、ダイオードブリッジ１とリレー６ｂを通じて回生抵抗器４には電流が連続して流れる。なお、半導体スイッチング素子５がオープン故障した場合には、電解コンデンサ３の両端電圧が異常に上昇するため、ＣＰＵ８によって過電圧を検出してトリップさせる。
【０００６】
一般に回生抵抗器４の使い方としては、回生電力発生時に断続的に電流を流すように設計され、それに合わせた容量の抵抗が選定されている。したがって回生抵抗器４に連続して電流を流した場合、抵抗器は過熱し最悪の場合は焼損に至る恐れがある。
【０００７】
このため、回生抵抗器の焼損防止機能について、さまざまな提案が従来よりなされている。例えば、特許文献１では半導体スイッチング素子の短絡故障の検出方法について提案されている。
【０００８】
しかしながら、特許文献１の技術では、短絡故障検出後の保護方法までは記載されておらず、一般的に想定されるのは、モータ制御装置は短絡故障の検出信号を外部に出力し、最終使用者がモータ制御装置と電源の間に設置された電磁接触器等を動作させて電源を遮断するといった使い方である。
【０００９】
一方、半導体スイッチング素子の短絡故障を検出するとともに、サイリスタ、電流ヒューズなどを追加することで、具体的に回生抵抗器の焼損を防止する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１０】
あるいは、回生抵抗器自体にヒューズやサーモスタットなどの温度検出素子を内蔵して
過熱を検出するといった方法も従来から実施されている。
【特許文献１】特開２００２-１９１１７８号公報
【特許文献２】特開平５-３３６７５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したように、半導体スイッチング素子の短絡故障に対する回生抵抗器の焼損防止について種々の方法が試みられているが、故障を検出して信号を外部に出力する方法では、電源を遮断して回生抵抗器の焼損を防止する手段は最終使用者に委ねられており、確実に保護できるかどうかは、最終使用者次第となっていた。
【００１２】
また、回生抵抗器自体に温度検出素子を内蔵する方法も、回生抵抗器を最終使用者が選定する場合は、最終使用者の判断に委ねられることになり、モータ制御装置単体では保護機能は完結しなかった。また、サイリスタ、電流ヒューズなどを追加すると、コストおよび形状の面から不利である。
【００１３】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、半導体スイッチング素子の短絡故障に対して、最終使用者が外部に特別な保護機能を設ける必要がなく、安価に回生抵抗器を保護できるモータ制御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】
【００１４】
上記の課題を解決するために請求項１に記載のモータ制御装置は、正負直流母線間に接続された平滑用電解コンデンサの充電電流を電源投入後の一定期間にわたり制限する電流制限抵抗器とリレーの並列回路からなる充電電流制限手段と、モータからインバータ部を介して供給される回生電力を熱で消費する回生抵抗器と、前記回生抵抗器に直列に接続され、ＯＮ動作によって前記回生抵抗器で回生電力を消費させる半導体スイッチング素子と、前記回生抵抗器の両端に接続され、前記半導体スイッチング素子の短絡故障を監視する故障監視手段と、前記半導体スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御し、ＯＦＦ動作と前記故障監視手段の出力によって短絡故障を検出するマイクロプロセッサ（以下、ＣＰＵと称す）を備え、前記ＣＰＵは、前記半導体スイッチング素子の短絡故障を検出すると、前記充電電流制限手段内のリレーを開放して電流制限抵抗器に連続して電流を流し、前記電流制限抵抗器を過負荷断線させることにより前記回生抵抗器の焼損を防止する。
【００１５】
また、請求項２に記載のモータ制御装置は、前記電流制限抵抗器に温度ヒューズを直列接続して内蔵し、前記電流制限抵抗器より先に前記温度ヒューズを溶断させる。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載のモータ制御装置によれば、半導体スイッチング素子の短絡故障に対して、電流制限抵抗器を断線させて回生抵抗器を保護することにより新たな部品を追加することなく実現が可能であるため、低コスト化を図ることができる。また、最終使用者の判断に依存することなく、回生抵抗器を保護できる。さらに、従来の構成、部品点数を大きく変えることなく実現できる。
【００１７】
また、請求項２に記載のモータ制御装置によれば、電流制限抵抗器より先に温度ヒューズを溶断させるため、確実に回生抵抗器を保護できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
正負直流母線間に接続された平滑用電解コンデンサの充電電流を電源投入後の一定期間にわたり制限する電流制限抵抗器とリレーの並列回路からなる充電電流制限手段と、モータからインバータ部を介して供給される回生電力を熱で消費する回生抵抗器と、前記回生
抵抗器に直列に接続され、ＯＮ動作によって前記回生抵抗器で回生電力を消費させる半導体スイッチング素子と、前記回生抵抗器の両端に接続して、前記半導体スイッチング素子の短絡故障を監視する故障監視手段と、前記半導体スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御し、ＯＦＦ動作と前記故障監視手段の出力によって短絡故障を検出するマイクロプロセッサ（以下、ＣＰＵと称す）を備え、前記ＣＰＵは、前記半導体スイッチング素子の短絡故障を検出すると、前記充電電流制限手段内のリレーを開放して電流制限抵抗器に連続して電流を流し、前記電流制限抵抗器を過負荷断線させることにより前記回生抵抗器の焼損を防止する。以下、具体的な実施の形態について説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置の要部ブロック図である。図１において、モータ制御装置は、交流電源１０を整流して直流母線に供給するダイオードブリッジ１と、直流電力を交流電力に変換するインバータ部２と、正負直流母線間に接続された平滑用の電解コンデンサ３と、モータからインバータ部２を介して供給される回生電力を消費する回生抵抗器４、この回生抵抗器４への通電を制御する半導体スイッチング素子５と、電解コンデンサ３の充電電流を電源投入後の一定期間にわたり制限する充電電流制限手段６から構成されている。
【００２０】
充電電流制限手段６は、並列接続された電流制限抵抗器６ａとリレー６ｂから成り、電源投入直後はリレー６ｂが開放状態で、電解コンデンサ３の充電電流は電流制限抵抗器６ａを流れ、充電終了後にＣＰＵ８からの指令によりリレー６ｂを閉動作させて電流制限抵抗器６ａを短絡することで、以後電流はリレー６ｂを流れる。
【００２１】
一方、モータ１１の回生電力により正負直流母線間の電圧が上昇したことを検出したＣＰＵ８からの指令によって、半導体スイッチング素子５をＯＮし回生抵抗器４に電流を流す。ここまでは従来と同様である。
【００２２】
本発明の特徴は、故障監視手段７とＣＰＵ８によって、半導体スイッチング素子５の短絡故障を検出し、充電電流制限手段６のリレー６ｂを開放状態にして、回生抵抗器４を焼損から保護する点にある。
【００２３】
本発明の故障監視手段７は、例えばフォトカプラとそのフォトカプラに流れる電流を制限する抵抗器を回生抵抗器４と並列に接続してなる構成を持ち、回生抵抗器４の両端の電位差を監視することで半導体スイッチング素子５の導通、不導通を検出してＣＰＵ８へ信号を出力する。ＣＰＵ８は、半導体スイッチング素子５にＯＮ指令を出していないにも関わらず、故障監視手段７から半導体スイッチング素子５が導通であることを示す信号を受け取った場合、半導体スイッチング素子５の短絡故障であると認識し、リレー６ｂをＯＦＦ（接点を開放）させる。これにより、回生抵抗器４に流れる電流は、リレー６ｂと並列接続された電流制限抵抗器６ａにも流れるようになる。
【００２４】
ここで、回生抵抗器４と電流制限抵抗器６ａの設計上の違いについて述べる。回生抵抗器４は、モータ１１の回生電力を消費するものであり、モータの種類、負荷の慣性、モータの運転パターンなどにもよるが、ある程度の連続的な通電にも耐えうるように設計するのが一般的である。
【００２５】
それには抵抗器内部の抵抗線の線重量を大きくしなければならず、このため半導体スイッチング素子５の短絡故障が発生して連続的に電流が流れるような状況でも抵抗線は容易に過負荷断線せず、抵抗器が異常に過熱して焼損に至る恐れが生じてしまう。
【００２６】
一方の電流制限抵抗器６ａは、電源投入時の電解コンデンサ３の充電期間のみ通電され
るため、長時間の通電に耐えうることは考慮に入れる必要がなく、連続通電に対して比較的容易に過負荷断線するように設計することが可能である。このため、回生抵抗器４は電流制限抵抗器６ａに比べて高価となる。
【００２７】
このように設計された電流制限抵抗器６ａを充電電流制限手段６に組み込んで、上記の通り半導体スイッチング素子５が短絡故障したとき、回生抵抗器４に流れる電流を電流制限抵抗器６ａにも流すことよって、電流制限抵抗器６ａを強制的に過負荷断線させる。
【００２８】
これにより、電源が正常に動作していてもリレー６ｂは開放状態なので回生抵抗器４への直流電力が遮断され、焼損から保護することができる。また、半導体スイッチング素子５が短絡故障しているため回生電力は引き続き回生抵抗器４にて消費されるため、モータ制御装置とモータとの電気的な接続を遮断する。
【００２９】
なお、上述の故障監視手段７は、回生抵抗器４の両端の電圧を観測するものであったが、直列接続された回生抵抗器４と半導体スイッチング素子５に流れる電流を検出する方法でも同様の機能は構成できる。
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２における電流制限抵抗器の説明図である。実施の形態１と異なるのは、電流制限抵抗器の構成だけである。
【００３０】
実施の形態２の電流制限抵抗器１２は、温度ヒューズ１３と抵抗器１４を直列接続して内蔵している。
【００３１】
実施の形態１と同様に、回生抵抗器４に接続された半導体スイッチング素子５が短絡故障した際に、リレー６ｂの接点が開放され、回生抵抗器４と電流制限抵抗器１２を構成する抵抗器１４と温度ヒューズ１３にも電流が流れる。このとき、抵抗器１４が過負荷で断線するより先に温度ヒューズ１３を溶断させる。
【００３２】
実施の形態１と同様に、電源が正常動作中でもリレー６ｂは開放状態であり、回生抵抗器４を保護できる。
【００３３】
実施の形態１では、電流制限抵抗器６ａが直流アークですぐに断線しない恐れがあるため、実施の形態２の電流制限抵抗器１２の構成にすれば、充電電流制限手段を溶断によって確実にオープンにできる。したがって、回生抵抗器４を保護することができる。
【００３４】
なお、実施の形態１、２は、交流電力を直流電力に変換するモータ制御装置の例で説明したが、モータ制御装置の入力が直流電源であってもよいのは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明のモータ制御装置は、サーボアンプやインバータなどの産業用機器に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置の要部ブロック図
【図２】本発明の実施の形態２における電流制限抵抗器の説明図
【図３】従来例におけるモータ制御装置の要部ブロック図
【符号の説明】
【００３７】
１  ダイオードブリッジ
２  インバータ部
３  電解コンデンサ
４  回生抵抗器
５  半導体スイッチング素子
６  充電電流制限手段
６ａ  電流制限抵抗器
６ｂ  リレー
７  故障監視手段
８  ＣＰＵ
１０  交流電源
１１  モータ
１２  電流制限抵抗器
１３  温度ヒューズ
１４  抵抗器
【図１】
2010233414.tif 000003
【図２】
2010233414.tif 000004
【図３】
2010233414.tif 000005