(57)【要約】  入力や出力にコンタクタなどの機械接点スイッチを用いないでＰＷＭ信号の遮断ができる安全停止回路を備えた電力変換装置を提供する。  直流を交流に変換するインバータ部（１２）を駆動するゲート駆動回路（１１）とゲート駆動回路（１１）に与えるＰＷＭ信号（２）を生成するＰＷＭ発生回路（１）との間に介在される安全停止回路（５０）において、外部電力遮断用端子（７）、（８）と外部電力遮断用端子（７）、（８）と連動してＰＷＭ信号（２）、（３）のいずれかを遮断するＰＷＭ信号遮断回路（５）、（６）とで構成し、外部電力遮断用端子（７）、（８）が開状態のときにＰＷＭ信号遮断回路（５）、（６）が遮断することでゲート駆動回路（１１）へのＰＷＭ信号（４）を遮断するようにした。
2008132975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流を交流に変換するインバータ部を駆動するゲート駆動回路と該ゲート駆動回路に与えるＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ発生回路との間に介在される安全停止回路を備えた電力変換装置において、
外部電力遮断用端子と該外部電力遮断用端子と連動して前記ＰＷＭ信号を遮断するＰＷＭ信号遮断回路とで構成し、前記外部電力遮断用端子が開状態のときに前記ＰＷＭ信号遮断回路が遮断することで前記ゲート駆動回路へのＰＷＭ信号を遮断することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記外部電力遮断用端子が開になった状態を保持できることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記ＰＷＭ信号の出力遮断状態を監視し、前記ＰＷＭ発生回路の停止を行うことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記ＰＷＭ信号遮断回路を２個縦列で構成し、前記外部電力遮断用端子を２個用意し、前記各ＰＷＭ信号遮断回路を前記各外部電力遮断用端子にそれぞれ接続して、前記２個の外部電力遮断用端子が共に閉状態の場合に前記ＰＷＭ信号を通過させることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記ＰＷＭ信号遮断回路を三ステートバッファで構成し、前記外部電力遮断用端子が開の場合に前記三ステートバッファのイネーブル端子をＨｉｇｈとして出力状態をハイインピーダンスとして、前記ＰＷＭ信号を遮断することを特徴とする請求項４記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記ＰＷＭ信号遮断回路は、前記第１外部電力遮断用端子が開の場合は前記第１および第２の三ステートバッファ共に開の期間ＰＷＭ信号を遮断し、前記第２外部電力遮断用端子が開の場合は前記第２の三ステートバッファだけが開期間ＰＷＭ信号を遮断することを特徴とする請求項５記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソフトウェアを介さずにハードウェアにて外部端子からゲート駆動信号を遮断できる電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電力変換装置システムでは、モータの暴走を確実に抑止するために電力変換装置とモータ間にコンタクタを設け、これを開閉することによってモータ電力を遮断している（例えば、特許文献１参照）。
図５は従来のインバータ制御モータの安全装置の構成図である。図において１００はインバータ、１０２は直流母線、１０３は平滑コンデンサ、１０４〜１０９はパワートランジスタ、１１０はコンタクタ、１１１はモータ、１１２はベース駆動回路、１１３はインバータオンオフ指令回路、１１４は電流指令器、１１５はインバータオンオフ要求信号合成回路、１１６は上位制御器、１１７はコンタクタ開閉信号生成回路である。
図５ではモータ１１１とインバータ１００の間にコンタクタ１１０が挿入されて、ロックアウトイッチからコンタクタへの開放要求があると、副インバータオンオフ要求信号をオフにして、インバータオンオフ要求信号をオフに変化させてインバータ１００をオフする。その後、コンタクタ駆動コイル駆動信号をオフにしてコンタクタ駆動コイル１１８を介してコンタクタ１１０を開きモータ電流を遮断し、フリーラン停止させている。
また、図６は従来のモータの非常停止装置の構成図であり、図６の場合はモータ２０４と３相電源２００の間に第一の電磁接触器ＭＣ１（２０１）と、第２の電磁接触器ＭＣ２（２０２）とアンプ２０３が直列接続されている。非常停止スイッチが押されると第１のコンタクタＭＣ１と第２のＭＣ２が共に開となり、モータ２０４への電源供給が遮断されモータは停止する。
もし、第１のＭＣ１が故障しても第２のＭＣ２側の連動するスイッチが動作するので、回路は開となり電源は遮断され電力変換装置であるアンプ２０３はコンデンサに蓄えられた電力を消費しモータ電力が供給されなくなって、モータはフリーラン停止される。このように図６の回路は、二重のフェールセーフを構成している（特許文献２参照）。
また、図７は、従来の３ステートバッファ１５１のロジックを介してＰＵ〜ＮＷの３相ＰＷＭ信号回路と、高圧、大電流のパワーモジュール１３５側をフォトカプラ１５２で電気的に分離して制御し、非常停止スイッチ１５５、１５６が押された時は、ＭＣ１（１５７）、ＭＣ２（１５８）を開としてフォトカプラ１５２の１次側をオフさせパワーモジュール１５３への入力を遮断している。
このように、従来の電力変換装置装置は、コンタクタなどの機械接点を電力変換装置電源もまたはモータ供給ラインに設けてこの接点を開放にすることによってモータを確実に停止するのである。
【特許文献１】特開２００１−２５１８６７号公報
【特許文献２】特開平１１−１１３２７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の安全停止回路は、電力変換装置などの入力や出力にコンタクタなどの機械接点スイッチを用いていたため、コンタククの設置スペースを必要し、省スペース化が図れなかった。また、大容量になるほど、ひとつひとつが高価となっていてコストを削減することができないので、設備費用が高くなるという問題があった。
また、機械接点であるため、寿命による接触不良や接点の溶着というような問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、コンタクタを省略できるとともに省スペース化を実現し、システムトータルコスト削減を図ることができる安全停止回路を備えた電力変換装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題を解決するため、請求項１記載の電力変換装置の発明は、直流を交流に変換するインバータ部を駆動するゲート駆動回路と該ゲート駆動回路に与えるＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ発生回路との間に介在される安全停止回路を備えた電力変換装置において、外部電力遮断用端子と該外部電力遮断用端子と連動して前記ＰＷＭ信号を遮断するＰＷＭ信号遮断回路とで構成し、前記外部電力遮断用端子が開状態のときに前記ＰＷＭ信号遮断回路が遮断することで前記ゲート駆動回路へのＰＷＭ信号を遮断することを特徴としている。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の電力変換装置において、前記外部電力遮断用端子が開になった状態を保持できることを特徴としている。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の電力変換装置において、前記ＰＷＭ信号の出力遮断状態を監視し、前記ＰＷＭ発生回路の停止を行うことを特徴としている。
請求項４記載の発明は、請求項１記載の電力変換装置において、前記ＰＷＭ信号遮断回路を２個縦列で構成し、前記外部電力遮断用端子を２個用意し、前記各ＰＷＭ信号遮断回路を前記各外部電力遮断用端子にそれぞれ接続して、前記２個の外部電力遮断用端子が共に閉状態の場合に前記ＰＷＭ信号を通過させることを特徴としている。
請求項５記載の発明は、請求項４記載の電力変換装置において、前記ＰＷＭ信号遮断回路を三ステートバッファで構成し、前記外部電力遮断用端子が開の場合に前記三ステートバッファのイネーブル端子をＨｉｇｈとして出力状態をハイインピーダンスとして、前記ＰＷＭ信号を遮断することを特徴としている。
請求項６記載の発明は、請求項５記載の電力変換装置において、前記ＰＷＭ信号遮断回路が、前記第１外部電力遮断用端子が開の場合は前記第１および第２の三ステートバッファ共に開の期間ＰＷＭ信号を遮断し、前記第２外部電力遮断用端子が開の場合は前記第２の三ステートバッファだけが開期間ＰＷＭ信号を遮断することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、電力変換装置のソフトウェアがいかなる動作状態であっても瞬時にモータ動力源を遮断することができ、安全にモータを停止することができる。
また、一旦はスイッチにて停止させた後、その状態を保持することができ、スイッチを誤って解除してもモータが再起動しないようにすることができる。
また、フォトカプラ等の部品の寿命も問題とならず部品寿命を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の実施例１に係る安全停止回路を備えた電力変換装置の構成図である。
【図２】図１に示す安全停止回路の信号のタイミングチャートである。
【図３】本発明の実施例２に係る安全停止回路を備えた電力変換装置の構成図である。
【図４】図３に示す安全停止回路の信号のタイミングチャートある。
【図５】従来のインバータ制御モータの安全装置の構成図である。
【図６】従来のモータの非常停止装置の構成図である。
【図７】従来の三ステートバッファのロジックを介してパワーモジュールへの入力を遮断する非常停止装置の構成図である。
【符号の説明】
【０００７】
１  ＰＷＭ発生回路
２  ＰＷＭ信号ａ
３  ＰＷＭ信号ｂ
４  ＰＷＭ信号ｃ
５、６  三ステートバッフア
５１、５２、６１、６２  イネーブル端子
７、８  モータ停止スイッチ
９、１０  フオトカプラ
１１  ゲート駆動回路
１２  インバータ部
１３、１４  ラッチ回路
５０  実施例１に係る安全停止回路
６０  実施例２に係る安全停止回路
１００  インバータ
１０２  直流母線
１０３  平滑コンデンサ
１０４〜１０９  パワートランジスタ  
１１０  コンタクタ
１１１  モータ
１１２  ベース駆動回路
１１３  インバータオンオフ指令回路
１１４  電流指令器
１１５  インバータオンオフ要求信号合成回路
１１６  上位制御器
１１７  コンタクタ開閉信号生成回路
１１８  コンタクタ駆動コイル
１５０  ＣＰＵ
１５１  ３ステートバッファー
１５２  フォトカプラ
１５３  パワーモジュール
１５５、１５６  非常停止スイッチ
１５７  電磁接触器ＭＣ１
１５８  電磁接触器ＭＣ２
２００  ３相電源
２０１  電磁接触器ＭＣ１
２０２  電磁接触器ＭＣ２
２０３  アンプ
２０４  モータ
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は本発明の実施例１に係る安全停止回路を備えた電力変換装置の構成図である。
図において、５０は実施例１に係る安全停止回路、１はＰＷＭ発生回路、２はＰＷＭ信号ａ、３はＰＷＭ信号ｂ、４はＰＷＭ信号ｃ、５は２のＰＷＭ信号ａを遮断するための遮断回路として機能する三ステートバッフア、６は３ＰＷＭ信号ｂを遮断するための遮断回路として機能する三ステートバッフア、５１および５２は三ステートバッフア５の２つのイネーブル端子、６１および６２は三ステートバッフア６の２つのイネーブル端子、７および８はモータ停止スイッチ、９および１０はフオトカプラ、１１はゲート駆動回路、１２はインバータ部（３相インバータ回路）である。
ＰＷＭ発生回路１は図示しない搬送波信号であるであるキャリヤとの比較等により、モータ駆動用ＰＷＭ信号２が生成され出力される。ＰＷＭ発生回路１とゲート駆動回路１１との間に２つの三ステートバッファ５、６が設けられている。この三ステートバッファ５、６はそれぞれ２つのイネーブル端子５１と５２、および６１と６２を持っており、両端子５１と５２、および６１と６２の信号レベルが共にロウ（Ｌ）のときにのみ、入力されたＰＷＭ信号２を出力できるようになっている。この２つの三ステートバッファ５、６のゲートの開閉はモータ停止スイッチ７、８と連動して構成されている。
なお、本発明が図５〜図７の従来技術と異なる部分は、電力変換装置の外部にコンタクタを装備しなくてもモータ動力源を電力変換装置ソフトウェアを介在させずに遮断することを可能とした、入力ＰＷＭ信号をモータ停止スイッチ７、８からの開閉信号を制御信号としてスイッチング出力するロジックで動作する２重三ステートバッファ５、６と、それぞれフォトカプラ９、１０を介して開閉信号を、三ステートバッファ５、６に入力するモータ停止スイッチ７、８によるスイッチングハードウェア回路と、その状態を保持できる回路を備えた部分である。【００１０】
つぎに図１に示す安全停止回路の動作について説明する。
先ず、モータ停止スッチ７が開となった場合、フオトカプラ９からの信号が切れ、三ステートトバッァ５のイネーブル（Ｅｎａｂｌｅ）端子５１がハイ（Ｈｉｇｈ）となりゲートが閉じて三ステートバッファ５の出力状態がハイインピーダンスとなり、ＰＷＭ発生回路１から入力されたＰＷＭ信号２を遮断することができる。
同様に、モータ停止スイッチ８が開となった場合は、フォトカプラ１０からの信号が切れ、３テートバッファ６のイネーブル端子６１がＨｉｇｈとなり、ゲートが閉じて三ステートバッファ６の出力状態がハイインピーダンスとなり、三ステートバッッファ５から入力されたＰＷＭ信号３を遮断することができる。と言う構成となる。【００１１】
図２は図１に示す安全停止回路の信号のタイムチャートである。
図１に示す安全停止回路の動作について、ＰＷＭ発生回路１から出力されたＰＷＭ信号２ａは、図２のモータ停止スイッチ１に該当するモータ停止スイッチ７によって、ゲートを遮断された三ステートバッファ５により遮断される。ＰＷＭ信号３はモータ停止スイッチ７が押され開となっている期間の５パルス分が遮断されている。この期間は入力が無いので三ステートバッファ６の出力ＰＷＭ信号４も遮断された状態となる。
また、同様に、スイッッチ２に該当するモータ停止スイッチ８によってゲートを遮断された三ステートバッファ６によってもＰＷＭ信号が遮断される。図２に示すように、モータ停止スイッチ８が押され開となっている期間の出力は６パルス分遮断されるので、結果的に図２は、モータ停止スイッチ７が開となった期間は、三ステートバッファ５、６の出力は共に５パルス分だけ遮断され、モータ停止スッチ８が開の期間は、三ステートバッファ６のみが６パルス分だけ遮断されている。
このように、開の期間はゲート駆動回路にＰＷＭ信号が入力されずゲートの駆動が停止し、モータ動力を遮断することができる。
従って、仮にモータ停止スイッチ７等の故障が発生しても、モータ停止スイッチ８により安全にモータを停止させることができる。また、三ステートバッファ５、６の状態をＣＰＵ端子より監視して、異常が検出されたらＰＷＭ信号の出力を停止するなどの処理を行うことができる。【００１２】
なお、図１のフォトカプラ９、１０は、モータ停止スイッチ７、８の開閉信号のみに使用されるものであって、従来例の図７に示したフォトカプラ１５２とは異なり、常時ＰＷＭ信号が通過するわけでは無く、図７のフォトカプラ１５２と比較して、寿命も遙かに長く、消耗度は問題にならない。
【実施例２】
【００１３】
次に、本発明の実施例２について説明する。
図３は本発明の実施例２に係る電力変換装置の安全停止装置の構成図である。
図３において、６０は実施例２に係る安全停止回路を備えた電力変換装置である。図１の安全停止回路５０と異なる構成は、各モータ停止スイッチ７、８の回路に状態保持のためのラッチ回路１３、１４を設けた点であり、図１にて操作される三ステートバッファ５、６のイネーブル（Ｅｎａｂｌｅ）信号がハイ（Ｈｉｇｈ）になった時にその状態を保持する回路とされている。【００１４】
つぎに動作について説明する。
図４は図３に示す安全停止装置の信号のタイムチャートである。
図４に示すように、モータ停止スイッチ７が開になると、先ず、ＰＷＭ信号３が５パルス期間オフとなり、フリップフロップ（ＦＦ）等で構成されるラッチ回路１３がオフ状態を記憶して、リセット端子からリセット入力しない限り、この状態を保持して、次のＰＷＭ信号２、３、４が共に遮断される。
また、モータ停止スイッチ８が開になると、同様にラッチ回路１４が状態を保持するので、リセットするまではＰＷＭ信号２、３、４が共に、ラッチ回路１３、１４が保持している期間、全て遮断される。
このように、停止スイッチが開になった状態を保持する構成としているので、停止スイッチを元の状態に戻してもラッチ回路１３、１４をリセットしない限り、図４のように、三ステートバッファ５、６のゲートは閉じたままの状態を維持することができ、誤動作を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
本発明は可変電圧、可変周波数の電力を供給できる電動機駆動用のインバータ装置（電力変換装置）に適用することができる。インバータのソフトウェアがいかなる動作状態であっても瞬時にモータ動力源を遮断することができ、安全にモータを停止することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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