(57)【要約】【課題】直流電源回路の入力側における交流電源線間にコンデンサが挿入されている場合でも、交流電源の瞬時停電をより早く検出できる電源装置を提供する。【解決手段】瞬停検出回路５は、三相の商用交流電源２のうち、二相（Ｒ相、Ｓ相）の電圧波形の傾き、および二相（Ｒ相、Ｓ相）間の電位差を監視し、その傾きが何れもしきい値未満となるか、またはその電位差がしきい値未満となる状態が所定時間以上継続すると、商用交流電源２の瞬時停電を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流電源より交流電源線を介して供給される交流電力を整流して直流化する直流電源回路と、前記交流電源線間に挿入されるコンデンサとを備えた電源装置において、
前記三相のうち何れか二相について電圧波形の傾きを監視し、その傾きが双方共にしきい値未満となる状態が所定時間以上継続すると、前記交流電源の瞬時停電を検出する瞬停検出手段を備えることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記瞬停検出手段は、前記二相間の電圧差も監視し、その電圧差がしきい値未満となる状態が前記所定時間以上継続する条件が成立した場合にも、前記交流電源の瞬時停電を検出することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記所定時間を、前記交流電源周期の２周期以上に設定することを特徴とする請求項１または２記載の電源装置。
【請求項４】
前記瞬停検出手段は、前記各相の電圧レベルを所定周期毎に検出し、
前記各相毎に、現在の検出値と過去の検出値との変化量を算出する変化量算出手段と、
この変化量算出手段により算出された各相電圧の変化量が何れもしきい値未満のときにカウントを行い、何れか一方が前記しきい値以上であればカウント値をリセットするカウント手段とを備え、
前記カウント手段のカウント値が予め設定された検出値に達すると、前記瞬時停電を検出することを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の電源装置。
【請求項５】
前記カウント手段は、同一の検出タイミングにおける前記各相間の電圧検出値の差を求め、その差がしきい値未満となる条件が成立した場合にもカウントを行い、前記検出値の差が前記しきい値以上であればカウント値をリセットすることを特徴とする請求項４記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三相交流電源より交流電源線を介して供給される交流電力を整流して直流化する直流電源回路と、前記交流電源線間に挿入されるコンデンサとを備えた電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
商用交流電源より電力供給を受けている電気、電子機器においては、その電力供給が瞬間的に停止する、いわゆる瞬時停電が発生することを想定して、瞬時停電の発生を検出すると所定の処理を行うものがある。例えばマイコンを使用している機器においては、制御データが破壊されるのを防ぐためにデータを退避させるなどの処理を行う。特許文献１には、交流電源電圧を正方向側のみの波形に変換して監視し、この電圧がしきい値電圧を下回ると、運転状況を表示するＬＥＤを消灯させて電力消費を抑え、マイコンの記憶内容を保持するための電力を維持するといった無停電装置が開示されている。このものによれば、入力される交流電源電圧が基準電圧値よりも低下した場合に瞬時停電の発生を検出するようにしている。
【特許文献１】特開平１０−０８００７３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、入力側の交流電源線間には、電源線に重畳されるノイズを除去する目的でコンデンサを挿入する場合が多い。このため、瞬時停電が発生しても、交流電圧のレベルは、上記コンデンサに蓄積された電荷により直ちに低下することなく、しきい値電圧を下回るまでに比較的長い時間を要してしまう。従って、瞬時停電の検出が遅れてしまうという問題がある。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、直流電源回路の入力側における交流電源線間にコンデンサが挿入されている場合でも、交流電源の瞬時停電をより早く検出できる電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の電源装置によれば、三相交流電源のうち、何れか二相の電圧波形の傾きを監視し、これら電圧波形の傾きが双方共にしきい値未満となる状態が所定時間以上継続すると、交流電源に瞬時停電が発生したことを検出する。瞬時停電が発生すると、各相電圧は、各相間に挿入されたコンデンサの影響により緩やかに低下するが、このときの電圧波形の傾きは通常時に比べて小さくなる。瞬停検出手段は、このような電圧波形の傾きの変化に基づいて瞬時停電を検出するので、各相間にコンデンサが挿入されている場合でも瞬時停電を速やかに検出できる。
【０００６】
請求項２記載の電源装置によれば、前記二相間の電圧差も監視し、この電圧差がしきい値未満となる状態が所定時間以上継続する条件が成立した場合にも、瞬時停電が発生したことを検出する。瞬時停電が発生すれば、各相間の電圧差はほとんどなくなるので、瞬停検出手段は、この電圧差も監視して瞬時停電をより確実に検出することができる。
【０００７】
請求項３記載の電源装置によれば、請求項１および請求項２における所定時間を、交流電源周期の２周期以上に設定するので、ノイズ等の影響による一時的な電源変動に基づく誤検出を排除して、確実に瞬時停電を検出することができる。
【０００８】
請求項４記載の電源装置によれば、前記二相の電圧レベルを所定周期毎に検出し、各相間における現在の検出値と過去の検出値との変化量を算出する。そして、カウント手段は、この変化量が何れもしきい値未満のときにカウントを行い、何れか一方がしきい値以上であればカウント値をリセットし、カウント値が予め設定された検出値に達すると瞬時停電を検出する。従って、電圧波形の傾き変化が小さくなった期間をカウント手段により積算し、その積算値に基づいて瞬時停電を検出することができる。
【０００９】
請求項５記載の電源装置によれば、カウント手段は、同一の検出タイミングにおける前記二相間の電圧検出値の差を求め、その差がしきい値未満となる条件が成立した場合にもカウントを行い、この検出値の差がしきい値以上であればカウント値をリセットするので、電圧検出値の差が小さくなった場合も請求項４と同様にしてカウント手段により積算を行うことで、瞬時停電をより確実に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明をロボットのアクチュエータに電源供給を行う電源装置に適用した場合の一実施例について図面を参照しながら説明する。
図１は、電源装置の電気的構成を示している。電源装置１は、例えば三相２００Ｖの商用交流電源（三相交流電源に相当）２より供給される電力を整流および平滑して、負荷たる産業用ロボット３に供給するための直流電源回路４と、商用交流電源２における瞬時停電を検出するための瞬停検出回路（瞬停検出手段に相当）５とから構成されている。
【００１１】
直流電源回路４は、全波整流回路６および平滑用コンデンサ７を有して構成されており、商用交流電源２のＲ，Ｓ，Ｔの各相出力は、開閉器８および交流電源線９ｒ、９ｓ、９ｔを介して全波整流回路６の入力側に接続されている。各交流電源線９ｒ〜９ｔ間には、それぞれノイズ除去用のコンデンサ１０、１１、１２が接続されている。全波整流回路６より出力される直流電源は、直流電源線１３ａ，１３ｂを介してロボット３に供給されており、これら直流電源線１３ａ，１３ｂ間には平滑用コンデンサ７が接続されている。なお、全波整流回路６は、６個の整流素子を三相ブリッジ形に接続してなる周知構成のものである。
【００１２】
一方、瞬停検出回路５は、商用交流電源２の瞬時停電を検出する制御部（変化量算出手段およびカウント手段に相当）１４と、入力された電圧のレベルを制御部１４に入力可能なレベルに変換して出力するレベル変換回路１５とから構成されている。レベル変換回路１５には、交流電源線９ｒ，９ｓよりＲ相およびＳ相の交流電圧が入力されており、レベル変換回路１５は、入力された交流電圧をレベル変換した電圧信号Ｖｒ，Ｖｓとして制御部１４に出力するようになっている。
【００１３】
制御部１４は、ＣＰＵ１４ａ、Ａ／Ｄ変換器１４ｂ、メモリ１４ｃなどを有するマイクロコンピュータを主体として構成されており、詳細は後述するが、レベル変換回路１５からの電圧信号Ｖｒ，Ｖｓに基づいて商用交流電源２の瞬時停電を検出するようになっている。そして、瞬時停電を検出すると、ロボット３のアクチュエータを駆動制御するエンジンボード（図示せず）に対して瞬停検出信号Ｓａを出力する。
【００１４】
制御部１４に入力された電圧信号Ｖｒ，Ｖｓは、Ａ／Ｄ変換器１４ｂによりデジタル値に変換され、ＣＰＵ１４ａは、この変換データを所定周期、本実施例では１ｍｓ毎にサンプリングしてメモリ１４ｃに書き込むように構成されている。また、制御部１４における基準（グランド）電位は、直流電源線１３ｂと同電位であり、このため、電圧信号Ｖｒ，Ｖｓの波形は、図２に示す半波整流されたような脈流波形となる。
【００１５】
なお、図２においては、電圧信号Ｖｒの最新の変換データをnewＶｒ，１ｍｓ前の変換データをold1Ｖｒ，２ｍｓ前のデータをold2Ｖｒ，３ｍｓ前のデータをold3Ｖｒというように示している。また、電圧信号Ｖｓについても、同様にnewＶｓ，old1Ｖｓ，old2Ｖｓ，old3Ｖｓと表記している。
【００１６】
次に、上記構成の作用について図３も参照して説明する。
図３は、瞬時停電検出処理時におけるＣＰＵ１４ａの制御内容を示すフローチャートである。ＣＰＵ１４ａは、ステップＳ１にて初期設定を行うとともに、Δフラグ（delta＿flg）、比較フラグ（comp＿flg）およびカウント値（cnt）をリセットする。ステップＳ２では、サンプリング間隔である１ｍｓの経過待ちをして、１ｍｓ経過するとステップＳ３以降へと進む。
【００１７】
ステップＳ３では、下記式に基づいてその時点の電圧信号Ｖｒの最新サンプリングデータnewＶｒと３ｍｓ前のデータold3Ｖｒとの差分データΔＶｒを算出する。また電圧信号Ｖｓについても、同様にΔＶｓを算出する。
ΔＶｒ＝newＶｒ−old3Ｖｒ
ΔＶｓ＝newＶｓ−old3Ｖｓ
上記ΔＶｒおよびΔＶｓは、交流電圧波形の傾きおよび交流電圧の変化量に相当する。
【００１８】
続いて、算出したΔＶｒとΔＶｓの値を確認し、それらが何れもしきい値Ｖth（詳細は後述するが、例えば４００ｍＶ）以下の場合（ステップＳ４、Ｓ５の両方で「ＹＥＳ」）には、電圧信号Ｖｒ，Ｖｓの上昇度合が何れも小さい状態を示しているのでステップＳ６へ進み、Δフラグをセットする（delta＿flg＝１）。そして、ΔＶｒおよびΔＶｓの値のうち、何れか一方がしきい値Ｖthより大きい場合（ステップＳ４、Ｓ５の何れかで「ＮＯ」）には、交流電源電圧の上昇度合が正常である状態を示しているのでステップＳ７に進み、Δフラグをリセットする（delta＿flg＝０）。
【００１９】
ステップＳ８では、その時点における電圧データnewＶｒとnewＶｓとの差分Ａを算出する。ステップＳ９では、算出した差分データＡの値を確認してその値がしきい値Ｖth（例えば４００ｍＶ）以下の場合（「ＹＥＳ」）には、商用交流電源２の二相間電位差が小さいと判断してステップＳ１０に進み、比較フラグをセットする（comp＿flg＝１）。そして、差分データＡの値がしきい値Ｖthより大きい場合（「ＮＯ」）には、商用交流電源２の二相間電位差は正常であると判断してステップＳ１１に進み、比較フラグをリセットする（comp＿flg＝０）。
【００２０】
上記しきい値Ｖthは、交流電力の供給状態が正常である場合における、電圧信号Ｖｒ，Ｖｓが上昇している間の変化量よりも小さく、且つ、エンジンボードがロボット３のアクチュエータをＰＷＭ制御する場合に電圧信号Ｖｒ，Ｖｓに重畳されるノイズよりも大きい値に設定する必要がある。そこで、正常時におけるこれらの値を測定した結果、電圧信号上昇時（本実施例では３ｍｓ間とする）の変化量は、商用交流電源２の状態が２０７Ｖ／４７Ｈｚ（最も電圧変化量が小さくなる条件）のときに約６００ｍＶとなり、電圧信号に重畳されるノイズは、商用交流電源２の状態が２５３Ｖ／６３Ｈｚ（最もＰＷＭノイズが大きくなる条件）のときに約３２５ｍＶとなった。従って、本実施例においては、上記しきい値Ｖthを、これらの間の値である４００ｍＶに設定している。
【００２１】
さて、ステップＳ１２においてはΔフラグの状態を確認し、Δフラグがセットされている場合（「ＹＥＳ」）はステップＳ１３に進み、カウント値をインクリメントする（cnt＝cnt＋１）。また、Δフラグがリセットされている場合（「ＮＯ」）はステップＳ１４に進み、比較フラグの状態を確認する。そして、比較フラグがセットされている場合（「ＹＥＳ」）はステップＳ１３に進む。また、比較フラグがリセットされている場合（「ＮＯ」）はステップＳ１５に進み、カウント値をリセットする（cnt＝０）。
【００２２】
ステップＳ１６では、カウント値を確認し、カウント値が瞬停検出値「４５」以上（cnt≧４５）である場合（「ＹＥＳ」）には、交流電源電圧の変化が異常である状態が４５ｍｓ継続したことを示すので、エンジンボードに対して瞬停検出信号Ｓａを出力し（ステップＳ１７）処理を終了する。すると、エンジンボードは、例えばアクチュエータの駆動を停止するなどの異常処理を行う。一方、カウント値が「４５」未満である場合（「ＮＯ」）には、ステップＳ２へ戻る。
なお、上記瞬停検出値は、商用交流電源２の周波数が４７Ｈｚであると想定した場合（最も周期が長くなる条件）、その２倍の周期（１／４７Ｈｚ×２≒４３ｍｓ）よりも大きな値に設定している。
【００２３】
以上説明した本実施例によれば、次のような効果が得られる。
瞬停検出回路５は、三相の商用交流電源２のうち、二相（Ｒ相、Ｓ相）の電圧波形の傾きを監視し、その傾きが何れもしきい値未満となる状態が所定時間以上継続すると、商用交流電源２の瞬時停電を検出するようにした。具体的には、ＣＰＵ１４ａは、電圧信号Ｖｒ，Ｖｓについて、電圧波形の傾きΔＶｒ，ΔＶｓを算出し、ΔＶｒ，ΔＶｓが何れもしきい値Ｖth未満のときにカウントを行い、何れか一方がしきい値Ｖth以上であればカウント値をリセットし、カウント値が予め設定した瞬時停電検出値（所定時間）に達すると瞬時停電を検出する。すなわち、瞬時停電が発生すると、各相電圧はノイズ除去用のコンデンサ１０〜１２の影響により緩やかに低下するが、このときの電圧波形の傾きは通常に比べて小さくなる。そこで、上記したように電圧波形の傾きの変化に基づいて瞬時停電を検出することで、各相間にコンデンサ１０〜１２が挿入されている場合であっても、瞬時停電を速やかに検出することができる。
【００２４】
また、瞬停検出回路５は、三相の商用交流電源２のうち、二相（Ｒ相、Ｓ相）間の電位差も監視し、その電位差がしきい値未満となる状態が所定時間以上継続する条件が成立した場合にも、商用交流電源２の瞬時停電を検出するようにした。具体的には、ＣＰＵ１４ａは、電圧信号Ｖｒ，Ｖｓについて、同一のサンプリングタイミングにおけるデータの差分Ａも算出し、この差分Ａがしきい値Ｖth未満のときにも上記カウントを行い、しきい値Ｖth以上であればカウント値をリセットする。すなわち、瞬時停電が発生すると、各相間の電位差はほとんどなくなるので、このように二相間の電位差も併せて監視することで瞬時停電をより確実に検出することができる。
【００２５】
さらに、上記所定時間（瞬時停電検出値）を、商用交流電源２の電源周期の２周期以上となる４５ｍｓ（カウント値「４５」）に設定したので、ノイズ等の影響による一時的な電源変動に基づく誤検出を排除して、確実に瞬時停電を検出することができる。
そして、制御部１４は、上記のように瞬時停電を検出した後、速やかにエンジンボードに対して瞬停検出信号Ｓａを出力するので、エンジンボードにおいて、遅延なく瞬時停電後の各処理を実行することが可能となる。
【００２６】
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した実施例に限定されるものではなく、次のような変形又は拡張が可能である。
電圧信号Ｖｒ，Ｖｓのサンプリング間隔およびしきい値Ｖthは、商用交流電源２の電圧、周波数および重畳されるノイズなどの電源条件や、瞬時停電の検出精度に応じて適宜変更可能である。
【００２７】
瞬時停電を検出するための所定時間は、交流電源周期の２周期未満であってもよい。
同一の検出タイミングにおける電圧信号ＶｒとＶｓとの差分Ａに基づく瞬時停電状態の判断については、使用する電源の状態等に応じて設ければよい。
単相２００Ｖ、もしくは１００Ｖの交流電源を使用するものに適用してもよい。
電源装置１は、産業用ロボットに対して電源を供給するものに限らず、その他の電気、電子機器に対して電源を供給するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施例を示すもので、電源装置の電気的構成図
【図２】電圧信号Ｖｒ，Ｖｓの波形を示す図
【図３】瞬時停電検出処理時における制御内容を示すフローチャート
【符号の説明】
【００２９】
図面中、１は電源装置、２は商用交流電源（三相交流電源）、４は直流電源回路、５は瞬停検出回路（瞬停検出手段）、９ｒ，９ｓ，９ｔは交流電源線、１０〜１２はコンデンサ、１４は制御部（変化量算出手段、カウント手段）を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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