(57)【要約】【課題】従来の産業用機械として、インバータ部とモータの間の電流を検出して地絡保護を行うものが知られているが、インバータ部と電流検出器との間で地絡が起こると、検出できないあるいは時間がかかり、インバータ部を構成するスイッチング素子が破損してしまう場合がある。【解決手段】モータと、交流電力を入力して直流電力を出力するコンバータ部と、複数のスイッチング素子を有しておりコンバータ部の出力を入力してモータに供給するインバータ部と、コンバータ部とインバータ部との間に設けられた第１の電流検出器と、インバータ部とモータとの間に設けられた第２の電流検出器と、第１の電流検出器が検出した電流と第２の電流検出器が検出した電流に基づいて演算を行う演算部と、コンバータ部への交流電力の供給または停止を行うための開閉器と、演算部の演算結果に基づいて開閉器を制御する制御部を備えた。【選択図】図１
2011229322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、
交流電力を入力して直流電力を出力するコンバータ部と、
複数のスイッチング素子を有しており前記コンバータ部の出力を入力して前記モータに供給するインバータ部と、
前記コンバータ部への交流電力の供給または停止を行うための開閉器と、
前記コンバータ部と前記インバータ部との間に設けられた第１の電流検出器と、
前記インバータ部と前記モータとの間に設けられた第２の電流検出器と、
前記第１の電流検出器が検出した電流と前記第２の電流検出器が検出した電流に基づいて演算を行う演算部と、
前記演算部の演算結果に基づいて前記開閉器を制御する制御部を備えた産業用機械。
【請求項２】
複数のインバータ部と、前記複数のインバータ部と同数の複数のモータと、１つのインバータ部と１つのモータとの間に設けられた前記複数のインバータ部と同数の複数の電流検出部を備え、
演算部は、複数の電流検出部が検出した電流の合計を演算し、さらに、この合計と第１の電流検出器が検出した電流との差を算出し、この差が予め設定した所定の閾値を越えた場合には、制御部により開閉器を開としてコンバータ部への交流電力の供給を停止する請求項１記載の産業用機械。
【請求項３】
インバータ部は複数のスイッチング素子を有しており、前記インバータ部と前記モータとは複数の電線で接続されており、前記インバータ部と前記モータとの間に設けられる電流検出部は、前記複数の電線を流れる電流の合計電流を検出する請求項１または２記載の産業用機械。
【請求項４】
コンバータ部の出力電圧を検出する電圧検出器と、
前記電圧検出器が検出した電圧とモータの回生動作時に第１の電流検出器が検出した電流とに基づいて前記モータの回生時の消費電力を演算する演算部と、
前記演算部の演算結果を表示する表示部を備えた請求項１から３のいずれか１項に記載の産業用機械。
【請求項５】
モータを第１の動作速度で動作させる第１の動作モードと、前記モータを前記第１の動作速度よりも遅い第２の動作速度で動作させることにより前記モータの回生時の消費電力を前記第１の動作モード時よりも少なくする第２の動作モードとを有しており、作業者が前記第１の動作モードと前記第２の操作モードとを切り替えるための切替部を備えた請求項４記載の産業用機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用ロボットや工作機械等のモータ制御を伴う産業用機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のモータ制御を行う産業用機械は、モータが地絡した場合に機器を停止するための保護装置を有している。
【０００３】
図５は、上記従来の産業用機械の構成の一部であってモータ制御を行う主回路を示しており、産業用機械は、インバータ部１０２とインバータ部１０２に接続されたモータ１０５を有している。
【０００４】
図５において、インバータ部１０２は、複数のダイオードからなり交流を直流に整流する整流部１０９と、整流部１０９の出力を平滑する平滑コンデンサ１１０と、複数のスイッチング素子からなり平滑コンデンサ１１０の出力を入力して交流に変換するスイッチング部１０８と、スイッチング部１０８とモータ１０５との間に設けられた第１の電流検出器である電流検出器１０３と、スイッチング部１０８とモータ１０５との間に設けられた第２の電流検出器である電流検出器１０４と、電流検出器１０３と電流検出器１０４の出力を入力として地絡を判別する地絡判別付指令部１０７と、地絡判別付指令部１０７の出力を入力としてスイッチング部１０８のオン／オフ制御を行うゲートアンプ部１０６を備えている。なお、整流部１０９には、交流を出力する電源１０１が接続されている。
【０００５】
そして、産業用機械で地絡が発生し、電流検出器１０３または電流検出器１０４により地絡電流が検出された場合、地絡判別付指令部１０７において地絡と判別され、ゲートアンプ部１０６の指令によりスイッチング部１０８をオフし、インバータ部１０２を保護するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２３９３５９号公報（図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術では、インバータ部１０２のスイッチング部１０８と電流検出器１０３または電流検出器１０４の間で地絡が起こると、地絡を検出ができない、あるいは、地絡を検出するまでに時間がかかってしまい、スイッチング部１０８を構成するスイッチング素子が破損してしまう場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の産業用機械は、モータと、交流電力を入力して直流電力を出力するコンバータ部と、複数のスイッチング素子を有しており前記コンバータ部の出力を入力して前記モータに供給するインバータ部と、前記コンバータ部への交流電力の供給または停止を行うための開閉器と、前記コンバータ部と前記インバータ部との間に設けられた第１の電流検出器と、前記インバータ部と前記モータとの間に設けられた第２の電流検出器と、前記第１の電流検出器が検出した電流と前記第２の電流検出器が検出した電流に基づいて演算を行う演算部と、前記演算部の演算結果に基づいて前記開閉器を制御する制御部を備えたものである。
【０００９】
また、本発明の産業用機械は、上記に加えて、複数のインバータ部と、前記複数のインバータ部と同数の複数のモータと、１つのインバータ部と１つのモータとの間に設けられた前記複数のインバータ部と同数の複数の電流検出部を備え、演算部は、複数の電流検出部が検出した電流の合計を演算し、さらに、この合計と第１の電流検出器が検出した電流との差を算出し、この差が予め設定した所定の閾値を越えた場合には、制御部により開閉器を開としてコンバータ部への交流電力の供給を停止するものである。
【００１０】
また、本発明の産業用機械は、上記に加えて、インバータ部は複数のスイッチング素子を有しており、前記インバータ部と前記モータとは複数の電線で接続されており、前記インバータ部と前記モータとの間に設けられる電流検出部は、前記複数の電線を流れる電流の合計電流を検出するものである。
【００１１】
また、本発明の産業用機械は、上記に加えて、コンバータ部の出力電圧を検出する電圧検出器と、前記電圧検出器が検出した電圧とモータの回生動作時に第１の電流検出器が検出した電流とに基づいて前記モータの回生時の消費電力を演算する演算部と、前記演算部の演算結果を表示する表示部を備えたものである。
【００１２】
また、本発明の産業用機械は、上記に加えて、モータを第１の動作速度で動作させる第１の動作モードと、前記モータを前記第１の動作速度よりも遅い第２の動作速度で動作させることにより前記モータの回生時の消費電力を前記第１の動作モード時よりも少なくする第２の動作モードとを有しており、作業者が前記第１の動作モードと前記第２の操作モードとを切り替えるための切替部を備えたものである。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明は、スイッチング部の入力側と出力側に電流検出回路を備え、地絡が起こった場合にスイッチング素子を保護する産業用機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１における産業用機械の概要構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態２における産業用機械の概要構成を示す図
【図３】本発明の実施の形態３における産業用機械の概要構成を示す図
【図４】本発明の実施の形態４における産業用機械の概要構成を示す図
【図５】従来の産業用機械の概要を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施の形態について、図１から図４用いて説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態における産業用機械の一例である産業用ロボットの概略構成を示すブロック図である。産業用ロボットは主に、マニピュレータと、マニピュレータの動作を制御する制御装置から構成される。
【００１７】
マニピュレータは、モータ９を備えている。制御装置は、交流電力を整流するコンバータ部３と、制御装置の外部に設けられた電源１からコンバータ部３への交流電力の供給または停止を行うための開閉器２と、複数のスイッチング素子７を備えておりコンバータ部３の出力を入力して交流に変換するインバータ部６と、コンバータ部３とインバータ部６との間に設けられた第１の電流検出器４と、インバータ部６とモータ９との間に設けられた第２の電流検出器８と、第１の電流検出器４の出力と第２の電流検出器８の出力を入力として第１の電流検出器４の出力と第２の電流検出器８の出力に基づいて演算を行う演算部１０と、演算部１０の出力を入力とし演算部１０の出力に基づいて開閉器２のＯＮ／ＯＦＦ制御とインバータ部６を構成する複数のスイッチング素子７のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う制御部５を備えている。
【００１８】
なお、交流電力は３相であるため、インバータ部６とモータ９とは３本の接続線により接続されている。そして、第２の電流検出器８は、３本の接続線の合計電流を検出するものである。
【００１９】
以上のように構成された産業用ロボットについて、その動作を説明する。
【００２０】
産業用ロボットの動作中に、第１の電流検出器４により検出した電流と第２の電流検出器８により検出した電流を演算部１０に入力して演算を行う。具体的には、第１の電流検出器４により検出した電流と第２の電流検出器８により検出した電流の差を求める演算を行う。
【００２１】
モータ９やインバータ部６からモータ９に至る経路で地絡が発生した場合、第１の電流検出器４が検出した電流と第２の電流検出器８が検出した電流との差が演算部１０において演算され、さらに、演算部１０においてその差が予め設定された所定の閾値を超えた場合、演算部１０はその旨を示す信号を出力する。制御部５は演算部１０からの信号を入力し、その信号が前記所定の閾値を超えたことを示す信号である場合、インバータ部６を構成するスイッチング素子７をＯＦＦし、また、開閉器２をＯＦＦして電源１からの交流電源を遮断する。これにより、インバータ部６を構成する複数のスイッチング素子７に過大な電流が流れることを抑制し、複数のスイッチング素子７を保護することができる。
【００２２】
（実施の形態２）
本実施の形態において、実施の形態１と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。実施の形態１と異なる主な点は、マニピュレータが複数のモータを備え、制御装置が複数のインバータ部を備え、制御装置がさらに、１つのインバータ部と１つのモータとの間に設けられる電流検出器を複数備える点である。
【００２３】
なお、モータとインバータ部と電流検出部を複数設ける一例として、図２では、モータとしてモータ９とモータ１６の２つを備え、インバータ部としてインバータ部６とインバータ部１７の２つを備え、インバータ部とモータとの間に設けられる電流検出部として第２の電流検出器８と第３の電流検出器１１の２つを備える例を示している。
【００２４】
産業用ロボットの動作中において、第１の電流検出器４により検出した電流と第２の電流検出器８により検出した電流と第３の電流検出部１１で検出した電流を演算部１０に入力して演算を行う。具体的には、第２の電流検出器８で検出した電流と第３の電流検出器１１で検出した電流との合計を算出し、この合計と第１の電流検出器４により検出した電流との差を求める演算を行う。
【００２５】
モータ９やモータ１６あるいはインバータ部６からモータ９に至る経路やインバータ部１７からモータ１６に至る経路で地絡が発生した場合、第２の電流検出器８が検出した電流と第３の電流検出器１１が検出した電流の合計と第１の電流検出器４が検出した電流との差が演算部１０において演算され、さらに、演算部１０においてその差が予め設定された所定の閾値を超えた場合、演算部１０はその旨を示す信号を出力する。制御部５は演算部１０からの信号を入力し、その信号が前記所定の閾値を超えたことを示す信号である場合、インバータ部６を構成するスイッチング素子７とインバータ部１７を構成するスイッチング素子１２をＯＦＦし、また、開閉器２をＯＦＦ（開）して電源１からの交流電源を遮断する。これにより、インバータ部６を構成する複数のスイッチング素子７や、インバータ部１７を構成する複数のスイッチング素子１２に、過大な電流が流れることを抑制し、複数のスイッチング素子７や複数のスイッチング素子１２を保護することができる。
【００２６】
（実施の形態３）
本実施の形態において実施の形態１と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。実施の形態１と異なる主な点は、図３に示すように、コンバータ部３とインバータ部６との間にインバータ部６の両端間の電圧を検出する電圧検出器１３を設けた点と、表示部１４を設け、第１の電流検出器４の出力と電圧検出器１３の出力に基づいて演算部１０で電力の演算を行い、この演算結果を消費電力として表示部１４に表示するようにした点である。
【００２７】
なお、モータ９の回生動作時には、モータ９に供給される電圧以上に電圧が発生し、余分な電圧は抵抗で熱として消費される。
【００２８】
モータ９の回生動作時に、第１の電流検出器４が検出した電流と電圧検出器１３が検出した電圧とに基づいてモータ９の回生時の消費電力を演算部１０において演算し、この演算結果を表示部１４に表示する。これにより、産業用ロボットの操作者等は、産業用ロボットを構成するモータ９の回生動作時の消費電力を視認可能となり、消費電力を把握することが可能となる。
【００２９】
（実施の形態４）
本実施の形態において、実施の形態３と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。実施の形態３と異なる主な点は、インバータ部６を制御する制御部５がモータ９を第１の動作速度で動作させる第１の動作モードと、前記モータを前記第１の動作速度よりも遅い第２の動作速度で動作させることにより前記モータ９の回生時の消費電力を前記第１の動作モード時よりも少なくする第２の動作モードとを備えた点と、図４に示すように、この制御部５に対して第１の動作モードと第２の動作モードを切り替え可能とするための切替部１５を設けた点である。
【００３０】
モータ９の回生動作時には、モータ９に供給される電圧以上に電圧が発生し、余分な電圧は抵抗で熱として消費される。そして、実施の形態３に示すように、モータ９の回生動作時の消費電力を表示部１４に表示して作業者等に視認可能とすることができる。
【００３１】
第２の動作モードによるモータ９の回生動作時の消費電力は、第１の動作モードによる消費電力よりも少ない。従って、タクトタイムよりも消費電力の削減を優先したい場合、作業者は切替部１５により第２の動作モードに切り替えて産業用ロボットを動作させる。これにより、パワーロスを削減して省エネを実現することができる。
【００３２】
一方、第１の動作モードは、第２の動作モードよりも動作速度が速い。従って、省エネよりもタクトタイムを優先させたい場合には、作業者は切替部１５により第１の動作モードに切り替えて産業用ロボットを動作させる。これにより、産業用ロボットの作業性を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の産業用機械は、地絡保護機能や省エネ運転モード切替機能を有するものであり、産業用ロボットのみならず、多軸のモータを有する一般の産業用機械として産業上有用である。
【符号の説明】
【００３４】
１    電源
２    開閉器
３    コンバータ部
４    第１の電流検出器
５    制御部
６    インバータ部
７    スイッチング素子
８    第２の電流検出器
９    モータ
１０  演算部
１１  第３の電流検出器
１２  スイッチング素子
１３  電圧検出器
１４  表示部
１５  切替部
１６  モータ
１７  インバータ部
【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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