(57)【要約】【課題】電源電圧異常および回生異常を識別できるようにする。【解決手段】力行モードでは直流電圧を交流電圧に変換してモータ１１８を駆動し回生モードではモータ１１８からの交流電圧を直流電圧に変換して回生抵抗１２２に供給するインバータ１１６と、直流電圧が閾値を超えた場合に回生抵抗１２２をインバータ１１６に接続するスイッチング部１２４と、スイッチング部１２４のオン時間とオフ時間とを検出するオンオフ時間検出部１４１と、力行モードと回生モードとで異なる閾値を用い、力行モードでスイッチング部１２２の累積通電時間が力行モードの閾値を超えた場合に電源電圧異常と判断する一方、回生モードでスイッチング部１２４の累積通電時間が回生モードの閾値を超えた場合に回生異常と判断する異常判別部１４７と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
力行モードでは直流電圧を交流電圧に変換してモータを駆動し回生モードでは前記モータからの交流電圧を直流電圧に変換して回生抵抗に供給するインバータと、
前記直流電圧が閾値を超えた場合に前記回生抵抗をインバータに接続するスイッチング部と、
前記スイッチング部のオン時間とオフ時間とを検出するオンオフ時間検出部と、
力行モードと回生モードとで異なる閾値を用い、前記力行モードで前記スイッチング部の累積通電時間が力行モードの閾値を超えた場合に電源電圧異常と判断する一方、前記回生モードで前記スイッチング部の累積通電時間が回生モードの閾値を超えた場合に回生異常と判断する判断部と、
を有することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記判断部は、
前記オンオフ時間検出部が検出した前記スイッチング部のオン時間を加算する一方、前記スイッチング部のオフ時間を減算して前記スイッチング部の累積通電時間を算出する積算処理部と、
前記累積通電時間を前記力行モードの閾値及び前記回生モードの閾値と比較する第１閾値比較部と、
前記累積通電時間が前記力行モードの閾値を超えた場合に電源電圧異常を判別し、前記累積通電時間が前記回生モードの閾値を超えた場合に回生異常を判別する異常判別部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記判断部は、さらに、
前記回生モードで前記スイッチング部の連続通電時間が閾値を超えた場合に電源電圧異常と判断することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記判断部は、
前記オンオフ時間検出部が検出した前記スイッチング部のオン状態から連続通電時間を検出する連続通電時間検出部と、
前記連続通電時間を前記閾値と比較する第２閾値比較部と、
前記回生モードで前記連続通電時間が前記閾値を超えた場合に電源電圧異常を判別する異常判別部と、
を有することを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記力行モードの閾値の大きさは前記回生モードの閾値の大きさよりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記連続通電時間を比較する閾値は、
前記スイッチング部が前記回生モードでオン、オフを繰り返している時の１回のオン時間よりも大きいことを特徴とする請求項３または４に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記モータのトルク指令と回転速度とを用いて前記力行モードと前記回生モードとを検出するモータ駆動状態判断部をさらに有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項８】
前記モータ駆動状態判断部は、
前記回生モードであることを検出した後、一定時間は回生モードの検出を維持することを特徴とする請求項７に記載のモータ制御装置。
【請求項９】
前記モータ駆動状態判断部は、
前記回生モードであることをリトリガタイプの検出によって行い、力行モードと回生モードとの検出が繰り返されるときには、回生モードとすることを特徴とする請求項８に記載のモータ制御装置。
【請求項１０】
前記モータ駆動状態判断部が力行モードと回生モードとを判断するための閾値は、前記モータの回転速度に応じて、段階的または連続的に変化させることを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項１１】
前記スイッチング部は、
前記直流電圧を検出する主回路直流電圧検出部と、
検出した直流電圧を基準値と比較する基準値比較部と、
前記回生抵抗をインバータに接続する回生トランジスタと、
前記検出した直流電圧が基準値を超えた場合に前記回生トランジスタをオンし、前記回生抵抗に通電させる回生トランジスタ駆動部と、
を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか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、電源電圧異常および回生異常を識別できるモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なモータ制御装置は、電源電圧を整流ダイオードで整流し、整流した電源電圧をインバータでスイッチングし、モータの位置、速度、トルクを制御する。
【０００３】
図６は、従来のモータ制御装置の概略構成図である。電源１０は電磁接触器１２を介して整流ダイオード１４に接続される。モータ１８はインバータ１６に接続される。整流ダイオード１４は電源１０の電圧を整流し、インバータ１６は整流ダイオード１４が整流した電圧をスイッチングしてモータ１８に出力する。
【０００４】
整流ダイオード１４とインバータ１６との間にはコンデンサ２０、回生抵抗２２、回生トランジスタ２４が接続される。回生トランジスタ２４は、回生トランジスタ駆動ブロック３０によってスイッチングが制御される。回生トランジスタ２４による回生異常は、回生異常検出ブロック４０によって検出される。
【０００５】
モータ１８にはその回転速度を検出するエンコーダ５０が接続される。エンコーダ５０には速度検出部５２が接続される。速度制御部５４は、速度指令と速度検出部５２が検出した速度検出値との差からトルク指令を出力する。トルク制御部５６は、トルク指令に基づいて、インバータ１６をスイッチングさせてモータ１８の回転位置、速度、トルクを制御する。
【０００６】
モータ１８の駆動を電力需給の側面から見ると、モータ１８に電力を供給する力行モードと、モータ１８から電力が戻ってくる回生モードとがある。力行モード時は、電源１０から整流ダイオード１４、インバータ１６、モータ１８に電力が供給される。回生モード時は、モータ１８からインバータ１６、回生抵抗２２に電力が供給される。力行モード時はモータ１８が電動機となり、回生モード時はモータ１８が発電機になり、回生モード時にモータ１８が発電した電力は回生抵抗２２が消費する。回生抵抗２２の通電制御は回生トランジスタ駆動ブロック３０によって行われる。
【０００７】
図７は、主回路直流電圧、回生トランジスタおよび回生抵抗通電時間積算値の関係を示す図である。図に示すように、主回路直流電圧検出部３２が検出する主回路直流電圧（コンデンサ２０の電圧）が基準値比較部３４で比較される基準電圧１に達すると、回生トランジスタ駆動部３６は回生トランジスタ２４をＯＮさせる。一方、主回路直流電圧が基準値比較部３４で比較される基準電圧２まで低下すると、回生トランジスタ駆動部３６は回生トランジスタ２４をＯＦＦさせる。
【０００８】
回生抵抗２２の容量が小さい場合や過酷な運転条件により回生頻度が高い場合には、回生抵抗２２の許容電力を超える平均電力が回生抵抗２２に供給されることになり、回生抵抗２２の過熱や焼損に繋がる。回生抵抗２２の回生異常検出は回生異常検出ブロック４０によって行われる。
【０００９】
回生抵抗２２を保護するため、オンオフ時間検出部４２は、回生トランジスタ２４のオンオフ時間を検出する。積算処理部４４は、図７に示すように、回生抵抗２２に電流が流れている場合には、回生トランジスタ２４がＯＮしている時間を積算し、回生抵抗２２に電流が流れていない場合には、回生トランジスタ２４がＯＦＦしている時間を減算する。閾値比較部４６は、回生トランジスタ２４がＯＮしている時間の積算値が許容値を超えたら、回生異常と判断し、インバータ１６を強制的に停止させ、回生抵抗２２の過熱や焼損を防止する。
【００１０】
以上のように、モータ制御装置は、電源電圧が正常であれば、回生の頻度が高いことを正常に検出できる。しかし、電源電圧が正常より高いときには、次のような問題を生じる。
【００１１】
電源電圧が正常よりも高いときには、回生トランジスタ駆動ブロック３０が、その電圧を回生モード時の電圧と識別できず、回生トランジスタ２４をＯＮさせる。このため、電源１０から整流ダイオード１４、回生抵抗２２に電力が供給されてしまう。回生異常検出ブロック４０では、回生トランジスタ２４がＯＮしている時間の積算値が許容値を超えた時点で、回生異常と判断し、図示していない上位コントローラを介して電磁接触器１２をオフにする。
【００１２】
このように、検出される回生異常には、電源電圧が正常よりも高い場合と、回生の頻度が高い場合の、両方の異常が含まれる。図６に示したモータ制御装置ではこれらの異常を識別することはできない。
【００１３】
サーボモータを制御するモータ制御装置は、生産機械などの生産設備に多く使用される。このため、故障が発生した場合には、速やかに復旧できないと大きな損害を被る。このため、故障の内容が即座に把握できるように、故障を細分化して検出することが求められる。
【００１４】
図６のモータ制御装置において、２つの異常状態を別々に検出するためには、電源電圧が高いことを検出する回路を別途設ける必要がある。しかし、この回路を設けると、回路が複雑になるばかりではなく、コストアップに繋がる。省資源が叫ばれる現代では、特別な回路を設けることなく、２つの異常状態を別々に検出することが求められる。
【００１５】
上記のような不具合を解決する技術として下記特許文献１に示す技術がある。特許文献１に示す技術では、制御対象のモータの加減速状態から電源回生の有無を判断し、モータが減速状態になく、かつ電源回生が行われているときに、異常であると判断するサーボ制御装置が開示されている。
【００１６】
このサーボ制御装置では、モータの減速状態を見て、異常の有無を判断している。しかし、モータが回生モードにあるのか、力行モードにあるのかは、モータの減速状態を見るだけではわからない。たとえば、垂直軸負荷をドライブする場合、重力によってモータが回され、一定速度でも回生モードになることがある。このように、モータが減速状態になくとも、回生が行われることがあるため、モータが減速状態になく、かつ電源回生が行われているときでも、電源電圧に異常があるとは限らない。正確な回生モードの判別には、モータの速度とトルクの両方を考慮する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２０００−２３４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
通常、回生異常の検出は、回生抵抗２２に流れる電流の積算値が回生抵抗２２の許容電力を超えることで検出される。回生抵抗２２の容量が小さい場合には、許容電力が小さいため、回生異常を検出するまでの時間が短いが、回生抵抗２２の容量が大きい場合には、回生異常を検出するまでの時間が長くなってしまう。
【００１９】
電源電圧が正常よりも高い場合、異常を検出してから上位コントローラに異常信号が伝送され、電磁接触器が切断されるまでには時間が掛かるため、電源電圧が正常よりも高いことをできるだけ早く検出する必要がある。
【００２０】
しかし、従来のモータ制御装置では、回生抵抗の許容電力を超えるまで回生抵抗に電流が流れて初めて回生異常の検出ができるため、電源電圧が正常よりも高い場合の検出タイミングが遅くなり、回生抵抗の過熱を招きやすく、安全性に問題がある。
【００２１】
通常のモータ制御時の回生抵抗の温度上昇は回生抵抗の許容温度よりも十分に低い温度に設定される。また、回生抵抗の過熱を検出する装置も設置されているが、その過熱を検出する装置も故障したことを考慮すると、回生抵抗の温度は異常時でもあまり高くなりすぎないようにする方が安全性は高くできる。電源事情の悪い国や地域では、電源電圧が高くなることが頻発するため、回生抵抗の温度は異常時でもあまり高くなりすぎないようにする必要がある。
【００２２】
本発明は、上記のような従来のモータ制御装置の不具合を解消するために成されたものであり、電源電圧異常および回生異常を識別できるモータ制御装置を提供することを目的とする。
【００２３】
また、本発明は、電源電圧異常の場合に、その異常の検出を高速化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】
【００２４】
上記目的を達成するための本発明に係るモータ制御装置は、インバータ、スイッチング部、オンオフ時間検出部および判断部を有する。
【００２５】
インバータは、力行モードでは直流電圧を交流電圧に変換してモータを駆動し、回生モードではモータからの交流電圧を直流電圧に変換して回生抵抗に供給する。スイッチング部は、直流電圧が閾値を超えた場合に回生抵抗をインバータに接続する。オンオフ時間検出部は、スイッチング部のオン時間とオフ時間とを検出する。判断部は、力行モードと回生モードとで異なる閾値を用い、力行モードでスイッチング部の累積通電時間が力行モードの閾値を超えた場合に電源電圧異常と判断する一方、回生モードでスイッチング部の累積通電時間が回生モードの閾値を超えた場合に回生異常と判断する。
【発明の効果】
【００２６】
力行モードで、スイッチング部の累積通電時間が力行モードの閾値を超えた場合に電源電圧異常と判断し、回生モードで、スイッチング部の累積通電時間が回生モードの閾値を超えた場合に回生異常と判断するようにしたので、電源電圧異常と回生異常とを識別して検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施形態１に係るモータ制御装置の概略構成図である。
【図２】力行モードおよび回生モードの判断に用いるチャートである。
【図３】電源電圧正常時、モータを加減速させた場合の力行、回生モード判断の動作説明に供する図である。
【図４】回生モード時に電源電圧異常を生じた場合の力行、回生モード判断の動作説明に供する図である。
【図５】実施形態２に係るモータ制御装置の概略構成図である。
【図６】従来のモータ制御装置の概略構成図である。
【図７】主回路直流電圧、回生トランジスタおよび回生抵抗通電時間積算値の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に、本発明に係るモータ制御装置の実施形態を［実施形態１］および［実施形態２］に分けて説明する。
【００２９】
［実施形態１］
図１は、実施形態１に係るモータ制御装置の概略構成図である。
【００３０】
〔モータ制御装置１００の構成〕
電源１１０は、電磁接触器１１２を介して整流ダイオード１１４に接続される。電源１１０は三相の商用交流電源である。電磁接触器１１２は電源１１０と整流ダイオード１１４とを接続および遮断する。整流ダイオード１１４は、電源１１０の交流電流を整流して直流電流に変換する。
【００３１】
モータ１１８はインバータ１１６に接続される。モータ１１８は交流サーボモータである。インバータ１１６は、整流ダイオード１１４から出力された直流電圧を、内部に設けられたスイッチングトランジスタをスイッチング動作させることによって、所定の周波数の交流電圧に変換する（力行モード）。モータ１１８は、インバータ１１６が出力する交流電圧によって回転する。一方、インバータ１１６は、モータ１１８から出力された交流電圧を、内部に設けられたスイッチングトランジスタをスイッチング動作させることによって、直流電圧に変換する（回生モード）。
【００３２】
整流ダイオード１１４とインバータ１１６との間には、平滑コンデンサ１２０、回生抵抗１２２、回生トランジスタ１２４が接続される。平滑コンデンサ１２０は、整流ダイオード１１４が出力する直流電圧のリップルを除去して平滑化された直流電圧を形成する。回生抵抗１２２は、モータ１１８の回生モード時、モータ１１８が発電する電力を熱に変換して消費する。回生トランジスタ１２４は、モータ１１８の回生モード時にオンされて回生抵抗１２２をインバータ１１６に並列に接続する。なお、回生トランジスタ１２４は、電源１１０の電圧が通常の電圧よりも高くなった時にもオンされる。
【００３３】
回生トランジスタ１２４のオンオフは回生トランジスタ駆動ブロック１３０によって制御される。回生トランジスタ駆動ブロック１３０は、主回路直流電圧検出部１３２、基準値比較部１３４、回生トランジスタ駆動部１３６を有する。なお、回生トランジスタ１２４と回生トランジスタ駆動ブロック１３０とは、スイッチング部を構成する。オンオフ時間検出部１４１を除く異常検出ブロック１４０は、判断部を構成する。
【００３４】
主回路直流電圧検出部１３２は、整流ダイオード１１４の出力側（力行モード時）およびインバータ１１６の出力側（回生モード時）の直流電圧を検出する。基準値比較部１３４は、図６に示した基準電圧１と基準電圧２とを記憶し、基準電圧１および基準電圧２と主回路直流電圧検出部１３２が検出した直流電圧とを比較する。基準値比較部１３４は、図６に示したように、主回路直流電圧検出部１３２が検出した直流電圧が基準電圧１を超えた後、基準電圧２に低下するまでは信号を出力する。回生トランジスタ駆動部１３６は、基準値比較部１３４が信号を出力している間は回生トランジスタ１２４をオンさせる。
【００３５】
電源電圧異常および回生異常は、異常検出ブロック１４０によって検出される。異常検出ブロック１４０は、オンオフ時間検出部１４１、積算処理部１４２、第１閾値比較部１４３、連続通電検出部１４４、第２閾値比較部１４５、モータ駆動状態判断部１４６、異常判別部１４７を有する。
【００３６】
オンオフ時間検出部１４１は、回生トランジスタ１２４のオン時間およびオフ時間を検出する。積算処理部１４２は、オンオフ時間検出部１４１が検出した回生トランジスタ１２４のオン時間を加算しオフ時間を減算して回生トランジスタ１２４の累積通電時間を算出する。第１閾値比較部１４３は、積算処理部１４２が積算した回生トランジスタ１２４の累積通電時間を、力行モードでは力行モードの閾値と比較する。回生モードでは回生モードの閾値と比較する。第１閾値比較部１４３に記憶させる回生モードの閾値（回生モードにおける回生異常を検出するための累積通電時間）は、回生モードで回生抵抗１２４の過熱、焼損を招かないようにするための制限時間である。また、第１閾値比較部１４３に記憶させる力行モードの閾値（力行モードにおける電源電圧異常を検出するための累積通電時間）は、力行モードで回生抵抗１２４の過熱、焼損を招かないようにするための制限時間である。力行モードの閾値の大きさは回生モードの閾値の大きさよりも小さい。電源電圧異常は回生異常よりも速く検出できるようにすることが望ましいからである。
【００３７】
連続通電検出部１４４は、オンオフ時間検出部１４１が検出した回生トランジスタ１２４の連続通電時間（回生トランジスタ１２４が連続してオンしている時間）を検出する。第２閾値比較部１４５は、連続通電検出部１４４が検出した回生トランジスタ１２４の連続通電時間を閾値（回生時に電源電圧異常を検出するための閾値）と比較する。第２閾値比較部１４５に記憶させる閾値は、回生トランジスタ１２４が回生モードでオン、オフを繰り返している時の１回のオン時間よりも長い時間（大きい）である。モータ駆動状態判断部１４６は、モータ１１８のトルク指令ＴＣと回転速度ωｍとからモータ１１８の力行モードおよび回生モードを判断する。なお、モータ駆動状態判断部１４６は、回生モードであることを検出した後、一定時間は回生モードの検出を維持する。回生モードと力行モードとの判断が頻繁に切り替わってしまうようなモータ動作の場合の、電源過電圧の誤検出を防止するためである。また、回生モードであることは、リトリガタイプの検出によって行い、力行モードと回生モードとの検出が短時間に繰り返されるときには、回生モードであるとみなす。さらに、モータ駆動状態判断部１４６が力行モードと回生モードとを判断するために設定されている閾値は、あらかじめ定めた一定の値としたが、回転速度ωｍの大きさに応じて、段階的または連続的に変化させるようにしても良い。異常判別部１４７は、モータ駆動状態判断部１４６が判断したモータ１１８の力行モードおよび回生モードと第１閾値比較部１４３、第２閾値比較部１４５の比較結果から、電源電圧異常と回生異常の両方を別々に判別する。
【００３８】
モータ１１８にはエンコーダ１５０が取り付けられ、エンコーダ１５０には速度検出部１５２が接続される。速度検出部１５２には速度制御部１５４が接続され、速度制御部１５４にはトルク制御部１５６が接続される。トルク制御部１５６にはインバータ１１６が接続される。
【００３９】
エンコーダ１５０はモータ１１８の回転位置を検出する。速度検出部１５２は、エンコーダ１５０が検出したモータ１１８の回転位置からモータ１１８の回転速度ωｍを検出する。速度制御部１５４は、速度指令と回転速度ωｍとの偏差からトルク指令ＴＣを出力する。速度検出部１５２が検出した回転速度ωｍと速度制御部１５４が出力したトルク指令ＴＣはモータ駆動状態判断部１４６にも出力される。トルク制御器１５６は、速度制御部１５４が出力したトルク指令ＴＣに基づいてモータ１１８の電流を制御し、ＰＷＭ信号を生成して、インバータ１１６にそのＰＷＭ信号を出力する。インバータ１１６は、ＰＷＭ信号に基づいて内部のトランジスタをスイッチングさせ、モータ１１６に所定の周波数の電圧を供給する。
【００４０】
〔モータ制御装置１００の動作〕
まず、速度制御部１５４が速度指令と回転速度ωｍとの偏差からトルク指令ＴＣを出力する。トルク制御部１５６はトルク指令ＴＣを入力してモータ１１８の電流を制御し、ＰＷＭ信号を生成し、インバータ１１６に出力する。インバータ１１６はトルク制御部１５６が出力したＰＷＭ信号によりモータ１１８に所定の周波数の電圧を供給する。モータ１１８は供給された電力に応じたトルクを出力する。
【００４１】
整流ダイオード１１４の出力電圧（力行モード時）およびインバータ１１６の出力電圧（回生モード時）は主回路直流電圧検出部１３２によって検出される。検出された電圧が基準値比較部１３４の閾値よりも大きければ、回生トランジスタ駆動部１３６が回生トランジスタ１２４をオンさせる。回生トランジスタ１２４には並列にフォトカプラを接続し回生抵抗１２２の通電を検出させる。
【００４２】
積算処理部１４２は回生トランジスタ１２４がオンしている間のオン時間を加算していき、オフしている間のオフ時間をオン時間の累積時間から減算する。連続通電検出部１４４は回生トランジスタ１２４がオンしている間の時間を連続オン時間として検出する。積算処理部１４２と連続通電検出部１４４を設けているのは、回生時に電源電圧異常を回生異常とは別に検出できるようにするためである。第１閾値比較部１４３には、回生モード時の回生異常を検出するための回生モードの閾値と、力行モード時の電源電圧異常を検出するための力行モードの閾値が記憶される。また、第２閾値比較部１４５には回生モード時の電源電圧異常を検出するための閾値が記憶される。第１閾値比較部１４３が記憶している閾値は、回生異常または電源電圧異常が生じたとしても回生抵抗１２２が保護できる適切な値とする。第１閾値比較部１４３は、回生モードの閾値としてはたとえば０．５ｓｅｃが、力行モードの閾値としてはたとえば０．０１ｓｅｃが記憶される。第２閾値比較部１４５が記憶している閾値は、回生モード時に電源異常電圧を検出できるようにするための閾値であり、回生トランジスタ１２４が回生モードでオン、オフを繰り返している時の１回のオン時間よりも長い時間にする。回生モード時における電源電圧異常（過電圧）と回生異常を識別するためである。
【００４３】
モータ駆動状態判断部１４６は、速度検出部１５２が出力する回転速度ωｍと速度制御部１５４が出力するトルク指令ＴＣを入力する。モータ駆動状態判断部１４６は、モータ１１８の損失やエンコーダ１５０の量子化誤差に起因する速度リップルを考慮し、回転速度ωｍとトルク指令ＴＣとから、図２に示すように閾値ωＡ、ＴＣＡを用いて、力行モードおよび回生モードを判断する。
【００４４】
図２に示すように、回転速度ωｍとトルク指令ＴＣの値が、
ωｍ≧ωＡ  かつ  ＴＣ≦−ＴＣＡ      もしくは、
ωｍ≦−ωＡ  かつ  ＴＣ≧ＴＣＡの場合には、回生モードと判断し、
回転速度ωｍとトルク指令ＴＣの値が、上記の場合以外は、力行モードと判断する。
【００４５】
なお、ωＡはエンコーダ１５０の量子化誤差を考慮して決め、モータ１１８の無負荷運転時に力行回生判断がチャタリングしないようにしている。また、ＴＣＡはモータ１１８の損失を考慮して決め、モータ１１８の回生電力とモータ損失とが等しくなる時の値を設定する。また、回生モード検出は一旦回生モードになると一定の時間、回生状態と検出するようにし、さらにリトリガタイプとし、多慣性で構成される機械系や、制御パラメータが適切でないときに生ずるトルクの振動により、力行、回生のモードを行き来する場合には、回生モードと検出するようにし、電源過電圧の誤検出を防止している。
【００４６】
図３は、電源電圧正常時、モータを加減速させた場合の力行、回生モード判断の動作説明に供する図である。図４は、モータを加減速させた場合の、回生モード時に電源電圧異常を生じた場合の力行、回生モード判断の動作説明に供する図である。
【００４７】
電源電圧正常時、回転速度ωｍが時間と共に図３の最上部の速度グラフのように変化し、トルク指令Ｔｃが時間と共にその速度グラフの下のトルク指令グラフのように変化したとする。このとき、力行、回生モードの判断は、図１に示したモータ駆動状態判断部１４６によって、図３の最下部の力行/回生判別グラフのように行われる。
【００４８】
モータ１１８が回生モードに入ったときには、回生トランジスタ１２４がオンし、図３の回生抵抗電流のグラフに示すように、回生抵抗１２２にインバータ１１６から供給される回生電流が流れる。このときには、図３の主回路直流電圧のグラフに示すように、主回路直流電圧が変動する。
【００４９】
回生モードにおいて、回生抵抗１２２の通電時間が回生モードの閾値を超えたときには、異常判別部１４７から回生異常が出力される。
【００５０】
回転速度ωｍが時間と共に図４の最上部の速度グラフのように変化し、トルク指令ＴＣが時間と共にその速度グラフの下のトルク指令グラフのように変化したとする。このとき、力行、回生モードの判断は、図１に示したモータ駆動状態判断部１４６によって、図４の最下部の力行/回生判別グラフのように行われる。
【００５１】
電源電圧が通常よりも高くなる電源電圧異常発生時は、モータ１１８が力行モードでも回生トランジスタ１２４がオンし、回生抵抗１２２に電流が流れる。回生抵抗１２２に電流が流れている時間は積算処理部１４２が検出する。この回生トランジスタ１２４の累積時間が力行モードの閾値を超えた場合には、異常判別部１４７から電源電圧異常が出力される。この場合の閾値は非常に小さな値としてあるので、電源電圧異常をいち早く検出することができ、部品の損傷を防止する。
【００５２】
モータ１１８が回生モードに入ったときには、回生トランジスタ１２４がオンし、図４の回生抵抗電流のグラフに示すように、回生抵抗１２２にインバータ１１６から供給される回生電流が流れる。このときには、図４の主回路直流電圧のグラフに示すように、主回路直流電圧が変動する。
【００５３】
回生モードにおいて、図４に示すように、一時的に電源電圧異常が発生（０．７ｓｅｃ時）すると、回生抵抗１２２の連続通電時間が閾値を超えることになるので、異常判別部１４７から電圧検出異常が出力される。
【００５４】
通常、回生抵抗１２２の抵抗値はモータ１１８の最大出力を吸収できる抵抗値とするために、回生抵抗１２２の１回ごとの連続通電時間は、図３の回生抵抗電流のグラフに示すように、微小時間になる。一方、回生モードにおいて、電源電圧が上昇した場合には、モータ１１８の回生電力に加えて電源電力も回生抵抗１２２に流れるために、回生抵抗１２２の通電は、図４の回生抵抗電流のグラフに示すように、連続する。
【００５５】
回生モードにおいて、回生抵抗１２２の連続通電が生じた場合には、電圧検出異常を検出する。連続通電を検出する閾値は回生モードにおいて回生異常を検出する閾値よりも小さな値であり、かつ、１回の回生抵抗１２２の連続通電時間よりも長い値とする。
【００５６】
以上のように、モータ１１８が力行モードであるか、回生モードであるかを判断し、回生抵抗１２２の通電時間の累積値を用いて電源電圧異常か、回生異常かを検出することによって、回生の頻度が過大であるのか、電源電圧が高いのかを別々に識別することができる。また、回生モードにおいても、回生抵抗１２２の連続通電が生じたか否かにより、電源電圧異常を検出できる。なお、トルク指令の代わりにトルクを検出する、またはトルクを推定することで、力行回生モードを判断するようにしても良い。
【００５７】
［実施形態２］
図５は、実施形態２に係るモータ制御装置の概略構成図である。モータ制御装置２００は誘導電動機の主軸ドライブに用いる。
【００５８】
〔モータ制御装置２００の構成〕
モータ制御装置２００の構成は、図１に示したモータ制御装置１００とほぼ同じである。唯一、力行回生判別用のトルクの閾値算出部２４８を備えている点だけが、実施形態１に係るモータ制御装置１００と相違する。
【００５９】
図５の、電源２１０、電磁接触器２１２、整流ダイオード２１４、インバータ２１６、モータ２１８、平滑コンデンサ２２０、回生抵抗２２２、回生トランジスタ２２４、回生トランジスタ駆動ブロック２３０、力行回生判別用のトルクの閾値算出部２４８を除く異常検出ブロック２４０、エンコーダ２５０、速度検出部２５２、速度制御部２５４、トルク制御部２５６は、図１の、電源１１０、電磁接触器１１２、整流ダイオード１１４、インバータ１１６、モータ１１８、平滑コンデンサ１２０、回生抵抗１２２、回生トランジスタ１２４、回生トランジスタ駆動ブロック１３０、異常検出ブロック１４０、エンコーダ１５０、速度検出部１５２、速度制御部１５４、トルク制御部１５６と同一である。
【００６０】
〔モータ制御装置２００の動作〕
誘導電動機の主軸ドライブでは、基底回転速度以上の回転速度で、回転速度に反比例させて磁束を弱める弱め界磁制御を採用している。このため、モータ制御装置２００は、基底速度を超えると、モータの回転速度に反比例してトルク指令を減少させる弱め界磁部をトルク制御部２５６内に設けている。
【００６１】
高速域では、モータ２１８の回生電力がモータ損失と一致するトルクＴＣの値が回転速度の上昇とともに小さくなってくる。モータ制御装置２００では、回転速度に反比例させて閾値を低減させ、その閾値に基づいてモータ２１８の力行、回生モードの判断をする。なお、磁束をモータ回転速度に反比例させるのみではなく、モータ速度に比例させて増加させた後に回転速度に比例させた場合は、同様に、閾値を回転速度に比例させて増加させた後に、回転速度に反比例させて低減させるようにする。モータ制御装置２００のそのほかの動作は、モータ制御装置１００と同一である。
【００６２】
なお、本実施例は誘導電動機のみでなく、ＩＰＭモータやリラクタンスモータを用いた主軸ドライブにも同様の考え方で適用ができる。
【００６３】
以上のように、本発明では、トルク指令とモータ速度とを用いて、モータが力行モードであるか、回生モードであるかを判別し、回生抵抗の通電状態も考慮して、電源電圧異常と回生異常とを別々に検出できるようにした。このため、特別な回路を付加することなく、従来と比較して、より早く電源過電圧を検出することができ、電源事情の悪い環境においても、モータ制御装置の安全性を高めることができる。また、アラームが発生した時に、電源に異常があるのか、回生頻度に異常があるのかを、識別することができ、アラーム発生時の復旧を迅速に行うことができる。
【符号の説明】
【００６４】
１００、２００  モータ制御装置、
１１０、２１０  電源、
１１２、２１２  電磁接触器、
１１４、２１４  整流ダイオード、
１１６、２１６  インバータ、
１１８、２１８  モータ、
１２０、２２０  平滑コンデンサ、
１２２、２２２  回生抵抗、
１２４、２２４  回生トランジスタ、
１３０、２３０  回生トランジスタ駆動ブロック、
１３２、２３２  主回路直流電圧検出部、
１３４、２３４  基準値比較部、
１３６、２３６  回生トランジスタ駆動部、
１４０、２４０  異常検出ブロック、
１４１、２４１  オンオフ時間検出部、
１４２、２４２  積算処理部、
１４３、２４３  第１閾値比較部、
１４５、２４５  第２閾値比較部、
１４４、２４４  連続通電検出部、
１４７、２４７  異常判別部、
１５０、２５０  エンコーダ、
１５２、２５２  速度検出部、
１５４、２５４  速度制御部、
１５６、２５６  トルク制御部、
２４８  力行回生判別用のトルクの閾値算出部。
【図１】
2014204633.tif 000003
【図２】
2014204633.tif 000004
【図３】
2014204633.tif 000005
【図４】
2014204633.tif 000006
【図５】
2014204633.tif 000007
【図６】
2014204633.tif 000008
【図７】
2014204633.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成26年6月4日(2014.6.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
力行モードでは直流電圧を交流電圧に変換してモータを駆動し回生モードでは前記モータからの交流電圧を直流電圧に変換して回生抵抗に供給するインバータと、
前記直流電圧が閾値を超えた場合に前記回生抵抗をインバータに接続するスイッチング部と、
前記スイッチング部のオン時間とオフ時間とを検出するオンオフ時間検出部と、
力行モードと回生モードとで異なる閾値を用い、前記力行モードで前記スイッチング部の累積通電時間が力行モードの閾値を超えた場合に電源電圧異常と判断する一方、前記回生モードで前記スイッチング部の累積通電時間が回生モードの閾値を超えた場合に回生異常と判断する判断部と、
を有することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記判断部は、
前記オンオフ時間検出部が検出した前記スイッチング部のオン時間を加算する一方、前記スイッチング部のオフ時間を減算して前記スイッチング部の累積通電時間を算出する積算処理部と、
前記累積通電時間を前記力行モードの閾値及び前記回生モードの閾値と比較する第１閾値比較部と、
前記累積通電時間が前記力行モードの閾値を超えた場合に電源電圧異常を判別し、前記累積通電時間が前記回生モードの閾値を超えた場合に回生異常を判別する異常判別部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記判断部は、さらに、
前記回生モードで前記スイッチング部の連続通電時間が閾値を超えた場合に電源電圧異常と判断することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記判断部は、
前記オンオフ時間検出部が検出した前記スイッチング部のオン状態から連続通電時間を検出する連続通電時間検出部と、
前記連続通電時間を前記閾値と比較する第２閾値比較部と、
前記回生モードで前記連続通電時間が前記閾値を超えた場合に電源電圧異常を判別する異常判別部と、
を有することを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記力行モードの閾値の大きさは前記回生モードの閾値の大きさよりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記連続通電時間を比較する閾値は、
前記スイッチング部が前記回生モードでオン、オフを繰り返している時の１回のオン時間よりも大きいことを特徴とする請求項３または４に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記モータのトルク指令と回転速度とを用いて前記力行モードと前記回生モードとを検出するモータ駆動状態判断部をさらに有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項８】
前記モータ駆動状態判断部は、
前記回生モードであることを検出した後、一定時間は回生モードの検出を維持することを特徴とする請求項７に記載のモータ制御装置。
【請求項９】
前記モータ駆動状態判断部が力行モードと回生モードとを判断するための閾値は、前記モータの回転速度に応じて、段階的または連続的に変化させることを特徴とする請求項７または８に記載のモータ制御装置。
【請求項１０】
前記スイッチング部は、
前記直流電圧を検出する主回路直流電圧検出部と、
検出した直流電圧を基準値と比較する基準値比較部と、
前記回生抵抗をインバータに接続する回生トランジスタと、
前記検出した直流電圧が基準値を超えた場合に前記回生トランジスタをオンし、前記回生抵抗に通電させる回生トランジスタ駆動部と、
を有することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のモータ制御装置。