(57)【要約】【課題】地絡電流に対してインバータを保護しながらインバータの製造コストを低減できるコントローラを得る。【解決手段】コントローラ１３０は迂回回路１９及び制御回路２０を備える。インバータ１６は、ＭＯＳＦＥＴ３５と、ＭＯＳＦＥＴ３５に逆並列に接続されると共に溶断電流が第１のヒューズ１１の溶断電流より小さいダイオード４５とを有し、迂回回路１９は、溶断電流が第１のヒューズ１１及びダイオード４５のそれぞれの溶断電流より小さい第２のヒューズ１９ａ３と、第２のダイオードと、第２のヒューズ１９ａ３に流れる電流の値を、第１のヒューズ１１に流れる電流の値よりも低くする抵抗器とを直列接続した回路を備える。【選択図】図２
2019047650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が交流電源と電気的に接続される第１のヒューズと、
一端が前記第１のヒューズの他端と電気的に接続される開閉器と、
前記開閉器の他端と電気的に接続され、直流電力を交流電力に変換して出力するインバータと、
一端が前記第１のヒューズと前記開閉器との間に接続され、他端が前記開閉器と前記インバータとの間に接続される迂回回路と、
を備え、
前記インバータは、スイッチング素子と、前記スイッチング素子に逆並列に接続されると共に溶断電流が前記第１のヒューズの溶断電流より小さい第１のダイオードとを有し、
前記迂回回路は、溶断電流が前記第１のヒューズ及び前記第１のダイオードのそれぞれの溶断電流より小さい第２のヒューズと、前記インバータから前記第２のヒューズへ向かって流れる電流を通過させる第２のダイオードと、前記第２のヒューズに流れる電流の値を、前記第１のヒューズに流れる電流の値よりも低くする抵抗器とを直列接続した回路を有することを特徴とするコントローラ。
【請求項２】
前記開閉器は、前記第２のヒューズが溶断したとき、閉状態から開状態に変化することを特徴とする請求項１に記載のコントローラ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のコントローラを備えることを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動機を駆動するインバータを備えるコントローラ及びコントローラを備えるロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載されているように、従来のコントローラは、第１の交流配線、開閉器、整流器、インバータ、直流母線及び第２の交流配線を備える。第１の交流配線は、交流電源と整流器との間に設けられる配線である。第１の交流配線は交流電源に接続される。第１の交流配線には開閉器の一端が接続され、開閉器の他端には整流器の入力端が接続される。整流器の出力端には直流母線の一端が接続され、直流母線の他端にはインバータが接続される。インバータは、スイッチング素子とスイッチング素子に逆並列に接続されるダイオードとを有する。ダイオードは、整流作用を有する一方向性素子である。整流作用とは、一方向にしか電流を流さない特性をいう。第２の交流配線は、インバータと電動機との間に設けられる。一般に、このような構成のコントローラでは、第１の交流配線にヒューズが設けられる。ダイオードの破損を防止するためである。ヒューズは、過大な電流が流れると溶断して、回路を遮断する可溶合金片である。
【０００３】
このように構成された従来のコントローラは、第２の交流配線が地絡しているときに開閉器が投入された場合、第２の交流配線、ダイオード、直流母線、整流器、開閉器及びヒューズに地絡電流が流れる。地絡は、第２の交流配線と大地とが地絡抵抗を介して電気的に接続される状態である。地絡抵抗は、第２の交流配線と大地との間に形成されるインピーダンスである。地絡抵抗の抵抗値は、メガオーム単位の抵抗値を有する絶縁抵抗よりも小さい値となる。絶縁抵抗は、第２の交流配線を構成する複数の配線の内、隣接する配線内の導体間の電気抵抗である。開閉器の投入とは、開閉器の接点を開状態から閉状態に変化させることである。従来のコントローラでは、地絡電流が流れたとき、ダイオードが破損する前にヒューズが溶断することにより、地絡電流が流れなくなり、ダイオードの破損が防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０５−２２３９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ヒューズの定格電流は、電動機が最大出力で運転する定格運転時に溶断しない値に設定される。ヒューズの溶断電流は、一般的にヒューズの定格電流より大きい値に設定される。ダイオードが破損する前にヒューズを溶断させるためには、ヒューズの溶断電流がダイオードの溶断電流よりも小さい値に設定される。換言すると、ダイオードの溶断電流は、ヒューズの溶断電流よりも小さい値に設定される。但し、ダイオードの溶断電流の値が大きくなるほど、ダイオードが大型化するため、ダイオードの大型化に伴い、インバータが大型化し、またインバータの重量が増加する。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、インバータの大型化を抑制できるコントローラを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るコントローラは、一端が交流電源と電気的に接続される第１のヒューズと、一端が第１のヒューズの他端と電気的に接続される開閉器とを備える。コントローラは、開閉器の他端と電気的に接続され、直流電力を交流電力に変換して出力するインバータと、一端が第１のヒューズと開閉器との間に接続され、他端が開閉器とインバータとの間に接続される迂回回路とを備える。インバータは、スイッチング素子と、スイッチング素子に逆並列に接続されると共に溶断電流が第１のヒューズの溶断電流より小さい第１のダイオードとを有する。迂回回路は、溶断電流が第１のヒューズ及び第１のダイオードのそれぞれの溶断電流より小さい第２のヒューズと、インバータから第２のヒューズへ向かって流れる電流を通過させる第２のダイオードと、第２のヒューズに流れる電流の値を、第１のヒューズに流れる電流の値よりも低くする抵抗器とを直列接続した回路を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るコントローラは、インバータの大型化を抑制できる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態に係るロボットの斜視図
【図２】図１に示すコントローラの構成図
【図３】図２に示す第１のヒューズ、ダイオード及び第２のヒューズの溶断特性を示す図
【図４】実施の形態に係るコントローラの第２の交流配線に地絡が発生したときに流れる地絡電流の経路を表す図
【図５】実施の形態に係るコントローラに対する比較例における地絡電流の経路を表す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態に係るコントローラ及びロボットを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態．
図１は実施の形態に係るロボットの斜視図である。図１に示すように、実施の形態に係るロボット１００は、ベース１と、第１アーム２と、第２アーム３とを備える。図１に示すロボット１００は、３自由度の水平多関節型のロボットである。実施の形態に係るロボット１００は、電動機１２０で駆動されるものであればよく、３自由度の水平多関節型のものに限定されない。電動機１２０は、交流電力で駆動する回転電機である。回転電機は、電機子コイルに流れる電流と磁界との相互作用によって回転力を発生する機械である。
【００１２】
ベース１は、波動歯車装置１１０と、電動機１２０と、電動機１２０を駆動するコントローラ１３０とを備える。波動歯車装置１１０は小型、軽量、大減速比及び低反動といった特徴を有する歯車装置であり、ロボット１００を始めとする機械分野で幅広く用いられる。波動歯車装置１１０の入力軸４は、電動機１２０の不図示の回転軸に接続される。波動歯車装置１１０の出力軸５は、入力軸４と同軸上に設けられている。出力軸５は、第１アーム２の一端に接続される。波動歯車装置１１０が差動回転することにより、入力軸４の回転が減速され、減速された回転が出力軸５を介して第１アーム２に伝達される。
【００１３】
第１アーム２は、ベース１の上部に設けられる。第１アーム２は、ベース１の上部から水平に伸びる。第１アーム２の一端は、ベース１の鉛直軸線ＡＸ１の回転方向Ｄ３に揺動可能な状態で、波動歯車装置１１０の出力軸５に接続される。鉛直軸線ＡＸ１は、入力軸４及び出力軸５の中心軸に等しい。波動歯車装置１１０が差動回転することにより、第１アーム２は水平面内で揺動する。
【００１４】
第２アーム３は、第１アーム２の上部に設けられる。第２アーム３は、第１アーム２の他端の鉛直軸線ＡＸ２周りに揺動可能な状態で、第１アーム２へ連結される。図１では図示を省略しているが、第２アーム３には、ベース１に設けられる波動歯車装置１１０、電動機１２０及びコントローラ１３０と同様のものが設けられる。鉛直軸線ＡＸ２は第２アーム３に設けられる電動機１２０の中心軸に等しい。第２アーム３が備える波動歯車装置が差動回転することにより、第２アーム３が備える電動機の回転が減速されて第１アーム２に伝達される。これにより第２アーム３が水平面内で揺動する。
【００１５】
第２アーム３は、回転方向及び軸方向に移動可能な自在関節へ連結されたスプライン６を備える。スプライン６は回転方向及び軸方向への力を伝達する機構である。このように構成されたロボット１００は、ベース１と第１アーム２との接続箇所と、第１アーム２と第２アーム３との接続箇所を動作させることにより、ベース１に対するスプライン６の先端の位置及び姿勢を制御できる。これにより、不図示の部材の搬送及び組立を実現できる。
【００１６】
次に図２を参照してコントローラ１３０の構成を説明する。図２は図１に示すコントローラの構成図である。コントローラ１３０は、三相の交流電源２００から供給される交流電力を整流し、整流した電力を交流電力に変換して電動機１２０に供給する電力変換装置である。コントローラ１３０は、第１の交流配線１０、第１のヒューズ１１、開閉器１２、整流器１３、突入電流抑制回路１４、コンデンサ１５、インバータ１６、直流母線１７ａ、直流母線１７ｂ、第２の交流配線１８、迂回回路１９及び制御回路２０を備える。
【００１７】
第１の交流配線１０は、交流電源２００と第１のヒューズ１１との間に設けられる配線であり、交流電源２００から整流器１３へ交流電力を伝送するための配線である。第１の交流配線１０のＳ相は、接地線２０１を介して接地されている。
【００１８】
第１のヒューズ１１は、第１の交流配線１０と開閉器１２との間に設けられる。第１のヒューズ１１の一端は、第１の交流配線１０の一端に接続され、第１のヒューズ１１の他端は、開閉器１２の一端に接続される。第１のヒューズ１１の一端は、第１の交流配線１０を介して、交流電源２００と電気的に接続される。
【００１９】
開閉器１２は、第１のヒューズ１１と整流器１３との間に設けられる。開閉器１２の一端は、第１のヒューズ１１の他端と電気的に接続される。また開閉器１２の一端は、第１の交流配線１０及び第１のヒューズ１１を介して、交流電源２００と電気的に接続される。開閉器１２の他端は、整流器１３の入力端に接続される。開閉器１２は、整流器１３と交流電源２００とを電気的に接続する機能と、整流器１３と交流電源２００との電気的な接続を解除する機能とを備える。具体的には、開閉器１２は、制御回路２０から開閉器投入指令２０ａが出力されているときには、第１のヒューズ１１と整流器１３とを電気的に接続する。開閉器１２は、制御回路２０から開閉器投入指令２０ａが出力されていないときには、整流器１３と交流電源２００との電気的な接続を解除する。
【００２０】
整流器１３は、交流電源２００から供給される交流電力を整流する。開閉器１２が投入されているとき、整流器１３の入力端は、第１の交流配線１０、第１のヒューズ１１及び開閉器１２を介して、交流電源２００と電気的に接続される。従って、交流電源２００から出力される交流電力が第１の交流配線１０、第１のヒューズ１１及び開閉器１２を介して、整流器１３に供給される。
【００２１】
突入電流抑制回路１４は、直流母線１７ａの一端に接続される。直流母線１７ａは、整流器１３で整流された直流電力をインバータ１６へ伝送するために、整流器１３とインバータ１６との間に設けられる高電位側の配線である。直流母線１７ａの他端は、整流器１３の正側出力端子１３ａに接続される。突入電流抑制回路１４の他端は、インバータ１６の正側入力端子１６ａに接続される。コンデンサ１５に電荷が無い状態で開閉器１２が投入されたとき、コンデンサ１５を充電するために瞬間的に突入電流が流れることによって、コンデンサ１５が故障し、又は第１のヒューズ１１が溶断する場合がある。このような突入電流を抑えるために突入電流抑制回路１４が設けられる。具体的には、突入電流抑制回路１４は、制御回路２０によって開閉動作が制御される接点１４ａと、接点１４ａと並列に接続される抵抗器１４ｂとを備える。接点１４ａの一端は、直流母線１７ａを介して、整流器１３の正側出力端子１３ａと電気的に接続される。接点１４ａの他端は、インバータ１６の正側入力端子１６ａに接続される。開閉器１２が投入される前では、接点１４ａが開状態であるため、整流器１３とインバータ１６との間に抵抗器１４ｂが配置された状態となる。この状態で開閉器１２が投入されると、抵抗器１４ｂに突入電流が流れる。突入電流は抵抗器１４ｂによって減衰するため、コンデンサ１５及び第１のヒューズ１１が保護される。開閉器１２が投入された時点から一定時間経過したときに、制御回路２０から出力される接点投入指令２０ｂにより、接点１４ａは開状態から閉状態に変化する。接点１４ａが開状態から閉状態に変化すると、接点１４ａの抵抗値は、抵抗器１４ｂの抵抗値より小さいため、整流器１３から出力される電流は、接点１４ａを介してインバータ１６に供給される。そのため、抵抗器１４ｂに電流が流れる場合に比べて、接点１４ａにおける電力損失がなくなり、電力変換効率が向上する。
【００２２】
コンデンサ１５は、整流器１３で整流された電力を平滑化する。コンデンサ１５の一端は、突入電流抑制回路１４の他端とインバータ１６の正側入力端子１６ａとに電気的に接続される。コンデンサ１５の他端は、直流母線１７ｂとインバータ１６の負側入力端子１６ｂとに電気的に接続される。直流母線１７ｂは、整流器１３で整流された電力をインバータ１６へ伝送するために、整流器１３とインバータ１６との間に設けられる低電位側の配線である。直流母線１７ｂの一端は整流器１３の負側出力端子１３ｂに接続される。直流母線１７ｂの他端はインバータ１６の負側入力端子１６ｂに接続される。
【００２３】
インバータ１６は、開閉器１２の他端と電気的に接続され、直流電力を交流電力に変換して出力する。インバータ１６は、複数のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）３１から３６と、複数の第１のダイオードであるダイオード４１から４６とを備える。以下では複数のダイオード４１から４６のそれぞれを区別せずに示す場合には単にダイオードと称する。
【００２４】
ＭＯＳＦＥＴ３１は、制御回路２０から出力される駆動信号Ｘａによりスイッチング動作を行うスイッチング素子である。スイッチング動作は、ＭＯＳＦＥＴ３１のオン状態とＭＯＳＦＥＴ３１のオフ状態とを切り替える動作である。ＭＯＳＦＥＴ３１のオン状態とはドレインとソース間に電流が流れる状態である。ＭＯＳＦＥＴ３１のオフ状態とはドレインとソース間に電流が流れない状態である。ＭＯＳＦＥＴ３１のドレインは、正側入力端子１６ａに接続される。ＭＯＳＦＥＴ３１のソースはＭＯＳＦＥＴ３２のドレインに接続される。ＭＯＳＦＥＴ３２は、制御回路２０から出力される駆動信号Ｘｂによりスイッチング動作を行うスイッチング素子である。ＭＯＳＦＥＴ３１及びＭＯＳＦＥＴ３２の接続点は、インバータ１６の第１の出力端子１６ｃに接続される。第１の出力端子１６ｃには第２の交流配線１８のＵ相に接続される。第２の交流配線１８は、インバータ１６から電動機１２０へ交流電力を伝送するための配線である。
【００２５】
ＭＯＳＦＥＴ３３は、制御回路２０から出力される駆動信号Ｙａによりスイッチング動作を行うスイッチング素子である。ＭＯＳＦＥＴ３３のドレインは、正側入力端子１６ａに接続される。ＭＯＳＦＥＴ３３のソースはＭＯＳＦＥＴ３４のドレインに接続される。ＭＯＳＦＥＴ３４は、制御回路２０から出力される駆動信号Ｙｂによりスイッチング動作を行うスイッチング素子である。ＭＯＳＦＥＴ３３及びＭＯＳＦＥＴ３４の接続点は、インバータ１６の第２の出力端子１６ｄに接続される。第２の出力端子１６ｄには第２の交流配線１８のＶ相に接続される。
【００２６】
ＭＯＳＦＥＴ３５は、制御回路２０から出力される駆動信号Ｚａによりスイッチング動作を行うスイッチング素子である。ＭＯＳＦＥＴ３５のドレインは、正側入力端子１６ａに接続される。ＭＯＳＦＥＴ３５のソースはＭＯＳＦＥＴ３６のドレインに接続される。ＭＯＳＦＥＴ３６は、制御回路２０から出力される駆動信号Ｚｂによりスイッチング動作を行うスイッチング素子である。ＭＯＳＦＥＴ３５及びＭＯＳＦＥＴ３６の接続点は、インバータ１６の第３の出力端子１６ｅに接続される。第３の出力端子１６ｅには第２の交流配線１８のＷ相に接続される。
【００２７】
なおインバータ１６にはスイッチング素子にＭＯＳＦＥＴが用いられるが、スイッチング素子は、制御回路２０から出力される駆動信号ＸａからＺｂによりスイッチング動作を行う素子であればよく、ＭＯＳＦＥＴに限定されない。以下では駆動信号ＸａからＺｂのそれぞれを区別せずに示す場合には単に駆動信号と称する。
【００２８】
ダイオード４１の陰極であるカソードはＭＯＳＦＥＴ３１のドレインに接続され、ダイオード４１の陽極であるアノードはＭＯＳＦＥＴ３１のソースに接続される。すなわちダイオード４１は、ＭＯＳＦＥＴ３１に逆並列に接続される。同様にダイオード４２は、ＭＯＳＦＥＴ３２に逆並列に接続される。ダイオード４３は、ＭＯＳＦＥＴ３３に逆並列に接続される。ダイオード４４は、ＭＯＳＦＥＴ３４に逆並列に接続される。ダイオード４５は、ＭＯＳＦＥＴ３５に逆並列に接続される。ダイオード４６は、ＭＯＳＦＥＴ３６に逆並列に接続される。なおインバータ１６には一方向性素子にダイオードが用いられるが、一方向性素子は、整流作用を有する素子であればよく、ダイオードに限定されない。
【００２９】
迂回回路１９の一端は、第１のヒューズ１１と開閉器１２との間に接続される。迂回回路１９の他端は、開閉器１２とインバータ１６との間に接続される。図２では、迂回回路１９の他端は、直流母線１７ｂに接続される。迂回回路１９は、第１の直列回路１９ａ、第２の直列回路１９ｂ及び電圧監視回路１９ｃを備える。
【００３０】
第１の直列回路１９ａは、一端が直流母線１７ｂに接続され、他端が第１のヒューズ１１の他端に接続される。第１の直列回路１９ａは、抵抗器１９ａ１、第２のダイオード１９ａ２及び第２のヒューズ１９ａ３を直列接続した回路である。なお抵抗器１９ａ１、第２のダイオード１９ａ２及び第２のヒューズ１９ａ３の配列順は図示例に限定されない。抵抗器１９ａ１は、第２のヒューズ１９ａ３に流れる地絡電流の値を、第１のヒューズ１１に流れる地絡電流の値よりも低くする電流制限抵抗である。抵抗器１９ａ１の一端は、直流母線１７ｂに接続される。抵抗器１９ａ１の他端は、第２のダイオード１９ａ２のアノードに接続される。第２のダイオード１９ａ２のカソードは、第２のヒューズ１９ａ３の一端に接続される。第２のダイオード１９ａ２は、直流母線１７ｂから第２のヒューズ１９ａ３に向かって流れる電流のみ通過させる一方向性素子である。第２のヒューズ１９ａ３の他端は、第１のヒューズ１１のＴ相に接続される。第２のヒューズ１９ａ３の溶断電流は、第１のヒューズ１１の溶断電流より小さく、かつ、インバータ１６のダイオードの溶断電流より小さい。
【００３１】
第２の直列回路１９ｂは、一端が直流母線１７ｂに接続され他端が第１のヒューズ１１の他端に接続される。第２の直列回路１９ｂは、抵抗器１９ｂ１、第２のダイオード１９ｂ２及び第２のヒューズ１９ｂ３を直列接続した回路である。なお抵抗器１９ｂ１、第２のダイオード１９ｂ２及び第２のヒューズ１９ｂ３の配列順は図示例に限定されない。抵抗器１９ｂ１は、第２のヒューズ１９ｂ３に流れる電流値を、第１のヒューズ１１に流れる電流値よりも低くするための電流制限抵抗である。抵抗器１９ｂ１の一端は、直流母線１７ｂに接続される。抵抗器１９ｂ１の他端は、第２のダイオード１９ｂ２のアノードに接続される。第２のダイオード１９ｂ２のカソードは、第２のヒューズ１９ｂ３の一端に接続される。第２のダイオード１９ｂ２は、直流母線１７ｂから第２のヒューズ１９ｂ３に向かって流れる電流のみ通過させる一方向性素子である。第２のヒューズ１９ｂ３の他端は、第１のヒューズ１１のＲ相に接続される。第２のヒューズ１９ｂ３の溶断電流は、第１のヒューズ１１の溶断電流より小さく、かつ、インバータ１６のダイオードの溶断電流より小さい。
【００３２】
電圧監視回路１９ｃは、第１の直列回路１９ａと第２の直列回路１９ｂとの間に電圧が印加されているとき、制御回路２０に対して迂回回路１９が正常状態であることを示す検出信号を出力する。第１の直列回路１９ａと第２の直列回路１９ｂとの間とは、厳密には、第１の直列回路１９ａの第２のヒューズ１９ａ３から抵抗器１９ａ１までの経路と、第２の直列回路１９ｂの第２のヒューズ１９ｂ３から抵抗器１９ｂ１までの経路との間である。電圧が印加されているとは、第１の直列回路１９ａの第２のヒューズ１９ａ３から抵抗器１９ａ１までの経路と、第２の直列回路１９ｂの第２のヒューズ１９ｂ３から抵抗器１９ｂ１までの経路との間の電位差が一定値以上の状態をいう。一定値は、電圧監視回路１９ｃを構成する発光ダイオードの順方向電圧の内、当該ダイオードに順方向電流が流れ始める電圧値に相当する。当該電圧値は、発光ダイオードでは一般に２［Ｖ］から５［Ｖ］である。正常状態とは、第２のヒューズ１９ａ３及び第２のヒューズ１９ｂ３が溶断していないため、第１の直列回路１９ａと第２の直列回路１９ｂとの間に電圧が印加されている状態である。第２のヒューズ１９ａ３及び第２のヒューズ１９ｂ３の少なくとも一方が溶断した場合、第１の直列回路１９ａと第２の直列回路１９ｂとの間に電圧が印加されず、電圧監視回路１９ｃから検出信号が出力されなくなる。以下では第２のヒューズ１９ａ３及び第２のヒューズ１９ｂ３のそれぞれを区別せずに示す場合には単に第２のヒューズと称する。
【００３３】
迂回回路１９は、ダイオード及び抵抗器を直列接続することで、第２のヒューズに流れる電流を低減でき、かつ、第２のヒューズに通過させる電流を一方向に制限できる。従って、簡易な構成で第２のヒューズの定格電流を低減しつつ、製造コストの上昇を抑制できる。
【００３４】
次に図３を参照して第１のヒューズ１１、ダイオード及び第２のヒューズの溶断電流について説明する。図３は図２に示す第１のヒューズ、ダイオード及び第２のヒューズの溶断特性を示す図である。図３の横軸は溶断時間を表し、図３の縦軸は溶断電流を表す。破線は第１のヒューズ１１の溶断特性である。第１のヒューズ１１の溶断特性は、溶断時間が短くなるほど溶断電流が大きい特性を有している。一点鎖線はダイオードの溶断特性である。ダイオードの溶断特性は、第１のヒューズ１１の溶断特性と同様に、溶断時間が短くなるほど溶断電流が大きい特性を有している。ダイオードの溶断特性では、ダイオードの溶断電流が、第１のヒューズ１１の溶断電流の値よりも小さい。実線は迂回回路１９の第２のヒューズの溶断特性である。第２のヒューズの溶断特性は、第１のヒューズ１１の溶断特性と同様に、溶断時間が短くなるほど溶断電流が大きい特性を有している。第２のヒューズの溶断特性では、第２のヒューズの溶断電流が、ダイオードの溶断電流の値よりも小さい。本実施の形態に係るコントローラ１３０では、図３に示すように、第２のヒューズの溶断電流が、第１のヒューズ１１及びダイオードのそれぞれの溶断電流より小さな値に設定される。さらにダイオードの溶断電流が、第１のヒューズ１１の溶断電流より小さく、かつ、第２のヒューズの溶断電流より大きな値に設定される。
【００３５】
このようにダイオードの溶断電流の値が設定される理由を、図４及び図５を参照して説明する。図４は実施の形態に係るコントローラの第２の交流配線に地絡が発生したときに流れる地絡電流の経路を表す図である。図４では、第２の交流配線１８のＷ相が地絡している状態、すなわちＷ相と大地とが地絡抵抗５０を介して電気的に接続されている状態が示される。
【００３６】
第２の交流配線１８のＷ相が地絡している状態で、コントローラ１３０に交流電源２００から交流電力が供給されると、不図示の制御用電源が立ち上がり、制御用電源から制御回路２０に電力が供給される。制御回路２０は、電圧監視回路１９ｃから出力される検出信号を受信している場合、迂回回路１９が正常状態であると判定して、開閉器投入指令２０ａを出力する。開閉器投入指令２０ａが出力されることにより、開閉器１２が開状態から閉状態に変化する。開閉器１２が閉状態になることにより、整流器１３及び抵抗器１４ｂに突入電流が流れるが、突入電流は、抵抗器１４ｂによって減衰する。そして、整流器１３の出力電力によりコンデンサ１５が充電され、コンデンサ１５の両端電圧は不図示の電圧検出器により検出され、検出された電圧情報は制御回路２０に入力される。制御回路２０は、電圧情報が一定値以上になったとき、コンデンサ１５が充電されたと判定して接点投入指令２０ｂを出力する。接点投入指令２０ｂを受信した突入電流抑制回路１４の接点１４ａは、開状態から閉状態に変化する。接点１４ａが閉状態になることで、整流器１３から出力される電力が、接点１４ａを介して、インバータ１６に供給される。制御回路２０から出力される駆動信号によりインバータ１６が駆動し、第２の交流配線１８を介して電動機１２０への交流電力の供給が開始される。
【００３７】
電動機１２０へ交流電力が供給されると、第２の交流配線１８のＷ相が地絡しているため、第１の経路及び第２の経路に地絡電流が流れる。第１の経路は、地絡抵抗５０、第２の交流配線１８のＷ相、ダイオード４５、直流母線１７ａ、コンデンサ１５、直流母線１７ｂ、整流器１３、開閉器１２、第１のヒューズ１１、交流電源２００及び接地線２０１で形成される経路である。第２の経路は、地絡抵抗５０、第２の交流配線１８のＷ相、ダイオード４５、直流母線１７ａ、コンデンサ１５、直流母線１７ｂ、迂回回路１９、第１のヒューズ１１、交流電源２００及び接地線２０１で形成される経路である。
【００３８】
交流電源２００の電圧が２００［Ｖ］であり、地絡抵抗５０の抵抗値が１０［Ω］であると仮定すると地絡電流の値は２０［Ａ］になる。
【００３９】
ここで、第１のヒューズ１１には電動機１２０の定格運転時に電流が流れるため、第１のヒューズ１１の定格電流は、電動機１２０の定格運転時に第１のヒューズ１１が溶断しない値に設定される。一方、迂回回路１９には第２のダイオード１９ａ２及び第２のダイオード１９ｂ２が設けられているため、迂回回路１９の第２のヒューズには電動機１２０の定格運転時の電流は流れない。従って、迂回回路１９の第２のヒューズの定格電流は、第１のヒューズ１１の定格電流よりも小さい値に設定できる。第２のヒューズの定格電流が２［Ａ］である場合、第２のヒューズは、２０［Ａ］の地絡電流が流れたときに０．１秒で溶断する溶断特性を有すると仮定する。またダイオード、第１のヒューズ、第２のヒューズのそれぞれの定格電流に対する溶断電流の比率は等しいと仮定する。なお、溶断電流は、一般的に定格電流のｎ倍に設定されるため、定格電流に対する溶断電流の比率は、当該ｎに等しい。当該ｎは１を超える実数である。この場合、第１のヒューズ１１の定格電流は、第２のヒューズの定格電流よりも大きいため、第１のヒューズ１１は、２０［Ａ］の地絡電流が流れたときに０．１秒で溶断しない溶断特性を有する。ダイオード４５の定格電流は、第２のヒューズの定格電流よりも大きいため、ダイオード４５は、２０［Ａ］の地絡電流が流れたときに０．１秒で溶断しない溶断特性を有する。
【００４０】
地絡電流が流れることで第２のヒューズが溶断した場合、電圧監視回路１９ｃから検出信号が出力されなくなる。検出信号が出力されなくなると、制御回路２０は、地絡電流により第２のヒューズが溶断したと判定して、開閉器投入指令２０ａの出力を停止する。すなわち制御回路２０は、第２のヒューズが溶断したとき、開閉器１２を閉状態から開状態に変化させる。これにより、開閉器１２は、第２のヒューズが溶断したとき、閉状態から開状態に変化し、第１の経路及び第２の経路のそれぞれに地絡電流が流れなくなり、ダイオード４５の破損が防止される。
【００４１】
図５は実施の形態に係るコントローラに対する比較例における地絡電流の経路を表す図である。図５に示す比較例であるコントローラ１３０Ａでは、図４に示す迂回回路１９が省かれている。コントローラ１３０Ａに交流電源２００が供給されてから、第２の交流配線１８を介して電動機１２０への交流電力の供給が開始されるまでの動作は、図４に示すコントローラ１３０の動作と同様である。
【００４２】
電動機１２０へ交流電力が供給されると、第２の交流配線１８のＷ相が地絡しているため、第１の経路に地絡電流が流れる。第１の経路に地絡電流が流れた場合、ダイオード４５が破損する恐れがあるため、ダイオード４５が破損する前に第１のヒューズ１１を溶断させる必要がある。第１のヒューズ１１の定格電流が２０［Ａ］である場合、第１のヒューズ１１は、１００［Ａ］の地絡電流が流れたときに０．１秒で溶断する溶断特性を有すると仮定する。この場合、ダイオード４５は、１００［Ａ］の地絡電流が流れたときに０．１秒で溶断しない溶断特性を有するものでなければならない。すなわち、ダイオード４５の溶断電流は第１のヒューズ１１の溶断電流より大きな値に設定しなければならない。
【００４３】
但し、ダイオード４５の溶断電流の値が大きくなるほど、ダイオード４４が大型化し、またダイオード４５の重量が増加する傾向がある。インバータ１６には複数のダイオード４１から４６が用いられるため、複数のダイオード４１から４６のそれぞれの大型化と重量の増加に伴い、インバータ１６の大型化と重量の増加だけでなく、インバータ１６の製造コストが増加する傾向がある。そのため、複数のダイオード４１から４６のそれぞれの溶断電流の値を大きくすることが、コントローラ１３０Ａの大型化を招き、またコントローラ１３０Ａの重量の増加を招き、さらにコントローラ１３０Ａの製造コストの低減を阻害する要因になる。また、コントローラ１３０Ａの大型化と、コントローラ１３０Ａの重量の増加とにより、コントローラ１３０Ａの設置場所が制約される場合がある。
【００４４】
実施の形態に係るコントローラ１３０では、ダイオードの溶断電流が第１のヒューズ１１の溶断電流より小さい値に設定されている。またダイオードの溶断電流を第１のヒューズ１１の溶断電流より小さい値に設定しただけでは、地絡電流に対してインバータ１６を保護することができないため、コントローラ１３０は、迂回回路１９を備える。迂回回路１９には、溶断電流が第１のヒューズ１１及びダイオードのそれぞれの溶断電流より小さい第２のヒューズが用いられている。このように構成されたコントローラ１３０では、ダイオードの溶断電流が第１のヒューズ１１の溶断電流より大きい場合に比べて、ダイオードを小型化でき、ダイオードの重量を軽減できる。従って、インバータ１６及びコントローラ１３０を小型化でき、インバータ１６及びコントローラ１３０を軽量化でき、さらにインバータ１６及びコントローラ１３０の製造コストを低減できる。また第２のヒューズは第１のヒューズ１１よりも小型で安価であるため、地絡発生時に第１のヒューズ１１を交換する場合に比べて、第２のヒューズの交換作業が容易化され、また第２のヒューズの交換費用を低減できる。またコントローラ１３０によれば、電動機１２０が第２の交流配線１８が誤配線された場合でもダイオードの溶断が防止されるため、コントローラ１３０Ａに比べて信頼性が向上する。なお、コントローラ１３０は、第１のヒューズ１１、整流器１３、及びインバータ１６の仕様を変更することにより、あらゆる定格容量の電動機１２０に用いることができる。なお、実施の形態に係るコントローラ１３０を搭載する装置は、電動機１２０を内蔵する装置であればよく、ロボット１００に限定されない。
【００４５】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１  ベース、２  第１アーム、３  第２アーム、４  入力軸、５  出力軸、６  スプライン、１０  第１の交流配線、１１  第１のヒューズ、１２  開閉器、１３  整流器、１３ａ  正側出力端子、１３ｂ  負側出力端子、１４  突入電流抑制回路、１４ａ  接点、１４ｂ，１９ａ１，１９ｂ１  抵抗器、１５  コンデンサ、１６  インバータ、１６ａ  正側入力端子、１６ｂ  負側入力端子、１６ｃ  第１の出力端子、１６ｄ  第２の出力端子、１６ｅ  第３の出力端子、１７ａ，１７ｂ  直流母線、１８  第２の交流配線、１９  迂回回路、１９ａ  第１の直列回路、１９ａ２，１９ｂ２  第２のダイオード、１９ａ３，１９ｂ３  第２のヒューズ、１９ｂ  第２の直列回路、１９ｃ  電圧監視回路、２０  制御回路、２０ａ  開閉器投入指令、２０ｂ  接点投入指令、３１，３２，３３，３４，３５，３６  ＭＯＳＦＥＴ、４１，４２，４３，４４，４５，４６  ダイオード、５０  地絡抵抗、１００  ロボット、１１０  波動歯車装置、１２０  電動機、１３０，１３０Ａ  コントローラ、２００  交流電源、２０１  接地線、Ｘａ，Ｘｂ，Ｙａ，Ｙｂ，Ｚａ，Ｚｂ  駆動信号。
【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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