(57)【要約】【課題】回生能力が使用条件や周囲環境に影響されず、大容量の電磁接触器やヒューズなどを用いる必要がなく、安価で誤動作の影響が少ない回生抵抗保護装置を提供する。【解決手段】直流母線間に接続されたインバータ回路１０から発生する回生電力を吸収する回生電力吸収回路１の異常を検出する異常検出手段２と、異常検出手段２により検出された異常信号によって回生電力吸収回路１の通電を停止するスイッチング素子制御手段３とを備え、回生電力吸収回路１は、回生電力を吸収する回生抵抗器４に直列接続され、回生抵抗器４への通電を制御する第一の半導体スイッチング素子５と、第二の半導体スイッチング素子６とからなり、通常時に半導体スイッチング素子の一方を開状態、他方を閉状態に設定し、スイッチング素子制御手段３は、異常信号を受けたとき２つの半導体スイッチング素子５，６を強制的に開状態に制御して回生抵抗器４への通電を停止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ回路に電力を供給する直流母線間に接続され、前記インバータ回路から発生する回生電力を吸収する回生電力吸収回路と、前記回生電力吸収回路の異常を検出する異常検出手段と、前記異常検出手段により検出された異常信号により前記回生電力吸収回路の通電を停止するスイッチング素子制御手段とを備え、前記回生電力吸収回路は、回生電力を吸収する回生抵抗器と、直列に接続された前記回生抵抗器への通電を制御する第一の半導体スイッチング素子と、前記回生抵抗器と第一の半導体スイッチング素子に直列に接続された第二の半導体スイッチング素子とからなり、前記異常信号により第一の半導体スイッチング素子と第二の半導体スイッチング素子の両方あるいはどちらかを開状態にして前記回生抵抗器への通電を停止することを特徴とする回生抵抗保護装置。
【請求項２】
第二の半導体スイッチング素子は、電源投入後の通常時は閉状態に設定されており、第一の半導体スイッチング素子は直流母線の電圧が高いときに閉状態にすることにより回生電力を吸収するものとし、異常検出手段により異常を検出した場合は、第一の半導体スイッチング素子を開状態にする請求項１記載の回生抵抗保護装置。
【請求項３】
回生抵抗器の一方は直流母線の正側に接続され、第一の半導体スイッチング素子の一方は前記回生抵抗器の他方に接続され、第二の半導体スイッチング素子は、第一の半導体スイッチング素子の他方と直流母線の負側に接続され、第一の半導体スイッチング素子を駆動する電源は、第一の半導体スイッチング素子の負側と第二の半導体スイッチング素子を駆動する電源の正側との間に整流素子を通して接続されたコンデンサにより供給される請求項１または請求項２記載の回生抵抗保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーボモータなどを駆動するモータ駆動装置のインバータ回路に接続された回生抵抗器の保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インバータ回路に接続された回生電力吸収回路のスイッチング素子が故障すると、回生抵抗器が常時通電状態となり、回生抵抗器の焼損につながる。これを防止するために、常時通電時には抵抗体が溶断するように抵抗体の耐量を選定する方法がある。
【０００３】
また、温度検出器により回生抵抗器の温度を検出して、温度が異常に高くなれば電源を遮断する構成、回生抵抗器に温度ヒューズを直列に接続し、回生抵抗器の温度が異常に高くなったときにヒューズが溶断するように設定する方法がある。
【０００４】
さらに、回生抵抗器に容量の大きな電流ヒューズを直列に接続し、異常検出時には回生抵抗器とは別回路でサイリスタにより、その電流ヒューズを強制的に作動させるという方法が考案されている(例えば、特許文献１参照)。
【特許文献１】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】
【０００５】
解決しようとする問題点は、回生電力を吸収する抵抗体の耐量選定が困難な点であり、正常な使用状況において長時間にわたって抵抗体が溶断することのないように選定するには、周囲温度などの使用環境にも考慮する必要があり、耐量選定に課題があった。
【０００６】
また、回生抵抗器の温度異常を検出して電源を遮断するものでは、主回路の電源を遮断する必要があるため、大容量の電磁接触器などが必要となり、価格の面で課題があった。
【０００７】
また、上述した回生抵抗器に温度ヒューズを直列接続するものでは、直流電流を切る必要があるため接点タイプのヒューズは使用に適さず、合金タイプの温度ヒューズは作動温度に限界があるため、どうしても回生抵抗器そのものの容量を大きくし、温度上昇を押さえるようにしなければ所用の回生能力が得られず、課題があった。
【０００８】
さらに、異常時にサイリスタで強制的にヒューズを切る方法は、直流遮断用の大きな電流ヒューズが必要になるとともに、何らかの理由でサイリスタが誤点弧した場合、瞬時に電流ヒューズが溶断するため、電流ヒューズを交換しなければならず、課題があった。
【０００９】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、回生能力が使用条件や周囲環境に影響されず、大容量の電磁接触器やヒューズなどを用いる必要がなく、安価で誤動作の影響が少ない回生抵抗保護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】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明は、インバータ回路に電力を供給する直流母線間に接続され、前記インバータ回路から発生する回生電力を吸収する回生電力吸収回路と、前記回生電力吸収回路の異常を検出する異常検出手段と、前記異常検出手段により検出された異常信号により前記回生電力吸収回路の通電を停止するスイッチング素子制御手段とを備え、前記回生電力吸収回路は、回生電力を吸収する回生抵抗器と、直列に接続された前記回生抵抗器への通電を制御する第一の半導体スイッチング素子と、前記回生抵抗器と第一
の半導体スイッチング素子に直列に接続された第二の半導体スイッチング素子とからなり、前記異常信号により第一の半導体スイッチング素子と第二の半導体スイッチング素子の両方あるいはどちらかを開状態にして前記回生抵抗器への通電を停止するもので、半導体スイッチング素子の故障により回生抵抗器が焼損するのを保護できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の回生抵抗保護装置によれば、回生電力吸収回路に２つの半導体スイッチング素子を直列に設け、少なくとも故障していない方の半導体スイッチング素子を開状態にするため、確実に回生抵抗器への通電を停止でき、焼損を防止できる。
【００１２】
また、一方の半導体スイッチング素子は正常状態で常に閉状態とし、他方の半導体スイッチング素子を直流母線の線間電圧に応じて開閉させることで、閉状態の半導体スイッチング素子の故障発生確率を低減できるとともに、スイッチング損失を減らすことができ、半導体スイッチング素子の放熱も簡易なもので実現できる。
【００１３】
また、正側半導体スイッチング素子を駆動する電源を、負側半導体スイッチング素子を駆動する電源の正側と、正側半導体スイッチング素子の負側の間に整流素子を通して接続されたコンデンサから供給することで、新たな電源を構成する必要がなく、安価に構成できる。
【００１４】
このように、半導体スイッチング素子の故障に影響されにくく、安価で確実に回生抵抗器を焼損から保護することができる回生抵抗保護装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
インバータ回路に電力を供給する直流母線間に接続され、前記インバータ回路から発生する回生電力を吸収する回生電力吸収回路と、前記回生電力吸収回路の異常を検出する異常検出手段と、前記異常検出手段により検出された異常信号により前記回生電力吸収回路の通電を停止するスイッチング素子制御手段とを備え、前記回生電力吸収回路は、回生電力を吸収する回生抵抗器と、直列に接続された前記回生抵抗器への通電を制御する第一の半導体スイッチング素子と、前記回生抵抗器と第一の半導体スイッチング素子に直列に接続された第二の半導体スイッチング素子とからなり、前記異常信号により第一の半導体スイッチング素子と第二の半導体スイッチング素子の両方あるいはどちらかを開状態にして前記回生抵抗器への通電を停止する。
【実施例１】
【００１６】
実施例１は、回生抵抗器の異常検出手段にサーマルプロテクタを用いたものである。
【００１７】
図１において、回生電力吸収回路１は、回生抵抗器４と第一の半導体スイッチング素子５と第二の半導体スイッチング素子６の直列回路で構成されている。通常、回生抵抗器４に１つの半導体スイッチング素子が接続されるところを、２つの半導体スイッチング素子を直列接続した点がポイントである。
【００１８】
この回生電力吸収回路１は、直流母線間に接続されており、後述する閾値を超えると、第一の半導体スイッチング素子５と第二の半導体スイッチング素子６を閉状態にして回生電力を吸収する。
【００１９】
異常検出手段２は、回生抵抗器４の温度の異常を検知するサーマルプロテクタ１５とその信号を処理する異常判定回路１６とで構成される。この異常判定回路１６は、異常を検出したときに異常信号をスイッチング素子制御手段３に出力する。
【００２０】
スイッチング素子制御手段３は、異常検出手段２の出力または直流電圧検出手段１４の出力を入力として、第一のゲート信号発生手段１７と第二のゲート電圧発生手段１８とにより、第一の半導体スイッチング素子５と第二の半導体スイッチング素子６のＯＮ，ＯＦＦを制御する。
【００２１】
一方、モータ駆動装置の主電源となる交流電源７を整流器８で整流し、平滑コンデンサ９で平滑した直流母線間（正側１２と負側１３）にインバータ回路１０が接続され、上下のスイチング素子をＯＮ，ＯＦＦ制御してモータ１１が駆動される。
【００２２】
一般的に直流電圧検出手段１４は、２つの閾値（第一の設定電圧値と第二の設定電圧値）を有しており、直流母線間に接続され、線間電圧の変化を監視して、スイッチング素子制御手段３に母線電圧情報を出力する。
【００２３】
ここで、通常運転から回生運転に移行するまでの通常動作について説明する。直流電圧検出手段１４により検出した電圧が、第一の設定電圧値以下（正常運転時）のときには、第一の半導体スイッチング素子５を開状態、第二の半導体スイッチング素子６は閉状態に設定する。
【００２４】
そして、直流電圧検出手段１４により検出した直流電圧が第一の設定電圧値を超えると、第一の半導体スイッチング素子５を閉状態にする。これにより、第一の半導体スイッチング素子５と第二の半導体スイッチング素子６の両方が閉状態となり、直流母線間に回生抵抗器４が直接接続された形となり、回生電力を回生抵抗器４が吸収する。回生電力の吸収によって直流電圧が第二の設定電圧より小さくなると、第一の半導体スイッチング素子５を通常運転時の開状態に戻して、回生抵抗器４への通電を停止する。
【００２５】
このように、モータ１１が回生領域で運転されれば、インバータ回路１０から発生する回生電力は正常に吸収することができる。
【００２６】
次に、回生電力吸収回路異常の検出から回生抵抗器保護までの動作について説明する。例えば、正常時には開状態の第一の半導体スイッチング素子５が、仮に短絡故障を起こして閉状態になると、第二の半導体スイチング素子は常時閉状態にしているため、回生運転ではないのに回生抵抗器４には常時電流が流れ、回生抵抗器４が高温になると異常判定回路１６から異常信号が出力される。
【００２７】
スイッチング素子制御手段３は、異常判定回路１６から異常信号を受けると、直流電圧検出手段１４による電圧情報に関係なく、強制的に第一の半導体スイッチング素子５と第二の半導体スイッチ６を両方とも開状態に制御して、回生抵抗器４への通電を停止できるため、回生抵抗器４がそれ以上高温になるのを防止できる。
【００２８】
ところで、初期設定において２つの半導体スイッチング素子をともに開状態としても実施できるが、故障発生の確率が高くなるため、片方は閉状態とする方がよい。また、第一の半導体スイッチング素子と第二の半導体スイッチング素子の開閉を逆にしても同様に実施できる。
【００２９】
しかしながら、通常において、第二の半導体スイッチング素子を閉状態に設定するとメリットがある。この点について、図２を用いて詳しく説明する。
【００３０】
第二のゲート信号発生手段１８は、電源２１と第二のゲート回路２３で構成され、第一のゲート信号発生手段１７は、第一の半導体スイッチング素子５の負側と電源２１の正側との間に、整流素子２０を通して接続された電源としてのコンデンサ１９と第一のゲート
回路２２で構成される。
【００３１】
通常において、第二の半導体スイッチング素子６を閉状態に設定することで、コンデンサ１９は第二の半導体スイッチング素子６を通して電源２１から充電される。異常時には第二の半導体スイッチング素子６を開状態にするが、このときに第一の半導体スイッチング素子５を閉状態にする必要はないため、第一のゲート信号発生手段１７に新たな電源は不要となり、簡素で安価に構成できる。
【００３２】
さらに、第二の半導体スイッチング素子６をＭＯＳＦＥＴで構成すれば、通常時に電源２１から整流素子２０の電圧降下分を差引いた値にコンデンサ１９を充電でき、第二の半導体スイッチング素子６におけるＯＮ電圧の影響を排除できる。
【００３３】
また、サーマルプロテクタ１５の動作温度を適切に設定すれば、半導体スイッチング素子の故障だけではなく、回生抵抗器４の耐量を超えて使用された場合でも、回生抵抗器４が異常に発熱するのを防止することができ、異常になる原因を取り除けば、半導体スイッチング素子などの部品を交換することなく、使用を継続することが可能となる。
【実施例２】
【００３４】
実施例２は、回生抵抗器を流れる電流から異常を検出するもので、異常検出手段の構成およびスイッチング素子制御手段における信号処理が異なる以外は、実施例１と同様であり、同じ符号を用い説明を省略する。
【００３５】
図３において、異常検出手段３１は、電流検出手段３２と、異常判定回路３３とで構成される。この電流検出手段３２により回生抵抗器４に流れる電流の有無を検出する。スイッチング素子制御手段３４は、第一の半導体スイッチング素子５のスイッチング情報信号（開状態あるいは閉状態）を異常判定回路３３に出力する。
【００３６】
異常判定回路３３は、第一の半導体スイッチング素子５のスイッチング情報信号が開状態であるにもかかわらず、電流検出値信号があるとき、第一の半導体スイッチング素子５に異常が発生していると判断し、スイッチング素子制御手段３４に異常信号を出力する。
【００３７】
スイッチング素子制御手段３４は、異常判定回路３３から異常信号を受けると、直流電圧検出手段１４による電圧情報に関係なく、強制的に第一の半導体スイッチング素子５と第二の半導体スイッチ６を両方とも開状態に制御する。これにより、回生抵抗器４への通電を停止できるため、回生抵抗器４がそれ以上高温になるのを防止できる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の回生抵抗保護装置は、半導体スイッチング素子の故障にともなう回生抵抗器の焼損を防止するモータ駆動装置に最適であり、大きな回生能力を要求される用途、周囲温度が高い用途などにも有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施例１における回生抵抗保護装置を有するモータ駆動装置のブロック構成図
【図２】本発明の実施例１における回生抵抗保護装置の説明図
【図３】本発明の実施例２における回生抵抗保護装置を有するモータ駆動装置のブロック構成図
【符号の説明】
【００４０】
１回生電力吸収回路
２，３１  異常検出手段
３，３４  スイッチング素子制御手段
４  回生抵抗器
５  第一の半導体スイッチング素子
６  第二の半導体スイッチング素子
７  交流電源
８  整流器
９  平滑コンデンサ
１０  インバータ回路
１１  サーボモータ
１２  直流母線（正側）
１３  直流母線（負側）
１４  直流電圧検出手段
１５  サーマルプロテクタ
１６，３３異常判定回路
１７  第一のゲート信号発生手段
１８  第二のゲート信号発生手段
１９  コンデンサ
２０  整流素子
２１  電源
２２  第一のゲート回路
２３  第二のゲート回路
３２  電流検出手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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