(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のモータコイルのうち単一のモータコイル（１）を選択して駆動するための主ドライバ回路（２）及び従ドライバ回路（４）と、主ドライバ回路と前記モータコイルとを接続する主リレー（６）と、従ドライバ回路と前記モータコイルとを接続する従リレー（８）と、を備え、主ドライバ回路（２）と従ドライバ回路（４）の電源は、排他的にＯＮ／ＯＦＦされ、これに対応して主リレー（６）と従リレー（８）も排他的にＯＮ／ＯＦＦされる、二重冗長ドライバ回路において、電源ＯＮのドライバ回路から電源ＯＦＦのドライバ回路に電流を供給してコンデンサ（１８）を充電することで電源ＯＦＦの電源ラインの電位をプルアップする電源バイパスライン（１０）を備える、ことを特徴とする二重冗長ドライバ回路。
【請求項２】
前記主ドライバ回路（２）及び従ドライバ回路（４）は、それぞれ、ダイオード（１１ａ）を通して電流を受け入れる電源ライン（１１）と、該電源ラインに並列接続された２つのスイッチング回路（１２，１３）と、該スイッチング回路にそれぞれ直列接続された２つのスイッチング回路（１４，１５）と、該スイッチング回路をそれぞれ接地する第１アースライン（１６）と、前記電源ラインに並列接続された抵抗（１７）とコンデンサ（１８）と、該抵抗とコンデンサを接地する第２アースライン（１９）と、からなる、ことを特徴とする請求項１に記載の二重冗長ドライバ回路。
【請求項３】
前記電源バイパスライン（１０）は、主ドライバ回路（２）の電源ライン（１１）から抵抗（２２ａ）とダイオード（２２ｂ）を通して従ドライバ回路（４）の電源ラインのダイオード（１１ａ）の下流側に電流を流す第１電源バイパスライン（１０ａ）と、従ドライバ回路（２）の電源ライン（１１）から抵抗（２２ａ）とダイオード（２２ｂ）を通して主ドライバ回路（４）の電源ラインのダイオード（１１ａ）の下流側に電流を流す第２電源バイパスライン（１０ｂ）と、からなる、ことを特徴とする請求項２に記載の二重冗長ドライバ回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運用側系統から待機側系統へのモータ駆動電流の回り込みを防止した二重冗長ドライバ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、現在開発中の国際宇宙ステーション日本モジュール（ＪＥＭ）における船外実験プラットフォーム（曝露部）への実験装置の交換状況を示している。かかる実験装置などのペイロードの取付け／取外しは、図４に示す装置交換機構（ＥＥＵ）によって行われる。
【０００３】
装置交換機構（ＥＥＵ）を駆動するドライバユニット（ＥＤＵ）は、船外実験プラットフォーム（曝露部）の制御装置（ＥＳＣ）から指令を受け、ＥＥＵに搭載されているステッピングモータを駆動する。また、ＥＥＵのアームの位置、ペイロードの着脱ステータスをモニタし、ＥＳＣに送信するようになっている。
【０００４】
ＥＥＵに搭載する各ステッピングモータを駆動するドライバとして、図５に例示する回路が考えられる。この回路は、ドライバとモータが１対１である単一系統ドライバ回路であり、バイポーラ定電流駆動型ステッピングモータの各モータコイルを４つのスイッチング回路ａ，ｂ，ｃ，ｄで駆動する。各スイッチング回路は、バイポーラトランジスタ（ｐｎｐ又はｎｐｎ）とダイオードからなり、ベースＢの電圧によりエミッタＥとコレクタＣ間を導通状態にすようになっている。
【０００５】
すなわち、この図で、スイッチング回路ｂとｃをＯＮし、スイッチング回路ａとｄをＯＦＦすると、電流は、電源→スイッチング回路ｂ→モータコイル→スイッチング回路ｃ→ＧＮＤ１の順に流れ、ステッピングモータが回転（例えば正転）する。逆に、スイッチング回路ａとｄをＯＮし、スイッチング回路ｂとｃをＯＦＦすると、電源→スイッチング回路ａ→モータコイル→スイッチング回路ｄ→ＧＮＤ１の順に電流が流れ、ステッピングモータは逆転する。従って、４つのスイッチング回路ａ，ｂ，ｃ，ｄのＯＮ／ＯＦＦ制御により、ステッピングモータの正転／逆転を制御することができる。
【０００６】
また、図５において、ｅはスイッチオフ時のサージ電圧の発生を抑制し、また、そのエネルギーを回収することでスイッチオン時にモータに電流を急速に立ち上げるポンプ回路であり、電源ＯＮ時にはスイッチオフ時のモータコイルエネルギーを回収するとともに過大電圧が作用するのを抑制し、電源ＯＦＦ時には電源ラインの電圧を確実に０にする役割を有する。なお、かかるドライバ回路はステッピングモータのドライバとして一般的に用いられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
宇宙ステーションの電子機器の故障による機能停止は、船外実験プラットフォームの運用に大きく影響を与える。そのため、上述したステッピングモータのドライバ回路に対しても、高信頼性が求められている。
この要望を満たすために、各ステッピングモータの各相毎に上述したドライバ回路を２つづつ設け、ハードワイヤＯＲで、図６に例示するように、２系統のドライバ回路をモータに接続することが考えられる。
【０００８】
しかし、かかるハードワイヤＯＲによる二重冗長ドライバ回路では、それぞれのドライバ回路をモータに接続するための一方のリレー（図でｆ）が故障により接点固着すると、その固着リレーｆを介して正常な運用側系統（図で右側）のドライバ回路から故障した待機側系統（左側）へ電流が図に破線矢印で示すように回り込んでしまい、運用側系統からモータコイルに流れるべき電流が十分に流れず、モータが正常に動作しない問題点が発生する。すなわち、故障対策として設けられるはずの二重のドライバ回路が、片系統のドライバ回路の故障により、系統切替えを行っても正常に動作しない不都合がある。
【０００９】
本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、それぞれのドライバ回路をモータに接続するリレーが故障により接点固着した場合でも、運用側系統から待機側系統へのモータ駆動電流の回り込みを防止することができ、これにより、信頼性の高い完全二重冗長性を備えることができる二重冗長ドライバ回路を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、複数のモータコイルのうち単一のモータコイル（１）を選択して駆動するための主ドライバ回路（２）及び従ドライバ回路（４）と、主ドライバ回路と前記モータコイルとを接続する主リレー（６）と、従ドライバ回路と前記モータコイルとを接続する従リレー（８）と、を備え、主ドライバ回路（２）と従ドライバ回路（４）の電源は、排他的にＯＮ／ＯＦＦされ、これに対応して主リレー（６）と従リレー（８）も排他的にＯＮ／ＯＦＦされる、二重冗長ドライバ回路において、電源ＯＮのドライバ回路から電源ＯＦＦのドライバ回路に電流を供給してコンデンサ（１８）を充電することで電源ＯＦＦの電源ラインの電位をプルアップする電源バイパスライン（１０）を備える、ことを特徴とする二重冗長ドライバ回路が提供される。
【００１１】
上述した本発明の構成によれば、冗長化されたドライバ回路（２，４）のうち、片系統が機能を喪失した場合は、運用系統／待機系統が入れ替わることにより、機能停止を未然に防ぎ、ドライバ回路の信頼性を大幅に高めることができる。
また、機能喪失の要因がモータを選択するリレーの接点固着故障の場合においても、待機系ドライバの電源電位を、電源バイパスライン（１０）を通して充電することで待機系への電流回り込みを防止し、モータへの通電を保持することができる。
すなわち、待機側ドライバの電位が運用側ドライバの電源電位と同一となることで、運用側系統から待機側系統へのモータ駆動電流の回り込みを防止することができ、運用側ドライバ出力電流はすべてモータに電流が流れ込み、モータの正常な運転を維持することができる。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記主ドライバ回路（２）及び従ドライバ回路（４）は、それぞれ、ダイオード（１１ａ）を通して電流を受け入れる電源ライン（１１）と、該電源ラインに並列接続された２つのスイッチング回路（１２，１３）と、該スイッチング回路にそれぞれ直列接続された２つのスイッチング回路（１４，１５）と、該スイッチング回路をそれぞれ接地する第１アースライン（１６）と、前記電源ラインに並列接続された抵抗（１７）とコンデンサ（１８）と、該抵抗とコンデンサを接地する第２アースライン（１９）と、からなる。
【００１３】
この構成により、スイッチング回路１２，１３，１４，１５のＯＮ／ＯＦＦ制御により、ステッピングモータ１の正転／逆転を制御することができ、かつ抵抗（１７）とコンデンサ（１８）からなるポンプ回路により、モータへの駆動電流を早期に安定させることができる。
【００１４】
また、前記電源バイパスライン（１０）は、主ドライバ回路（２）の電源ライン（１１）から抵抗（２２ａ）とダイオード（２２ｂ）を通して従ドライバ回路（４）の電源ラインのダイオード（１１ａ）の下流側に電流を流す第１電源バイパスライン（１０ａ）と、
従ドライバ回路（２）の電源ライン（１１）から抵抗（２２ａ）とダイオード（２２ｂ）を通して主ドライバ回路（４）の電源ラインのダイオード（１１ａ）の下流側に電流を流す第２電源バイパスライン（１０ｂ）と、からなる。
【００１５】
この構成により、主ドライバ回路（２）の電源がＯＮで、従ドライバ回路（４）の電源がＯＦＦの場合、第１電源バイパスライン（１０ａ）を介して従ドライバ回路（４）の電源ラインの電位をプルアップすることができる。また、逆に、従ドライバ回路（４）の電源がＯＮで、主ドライバ回路（２）の電源がＯＦＦの場合、第２電源バイパスライン（１０ｂ）を介して主ドライバ回路（２）の電源ラインの電位をプルアップすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の二重冗長ドライバ回路を備えたＥＤＵ構成図である。装置交換機構（ＥＥＵ）を駆動するドライバユニット（ＥＤＵ）は、１０年以上運用することが予想される。そのため、ＥＤＵは、全体が二重冗長設計となっている。また、故障波及防止のため、ＥＤＵは、主系のモータ機能の故障時は、主系の電源を停止し、従系の電源が起動される。主／従系のモータ駆動出力はワイヤードＯＲでＥＥＵモータに接続するが、主系故障時に従系のモータ駆動能力に影響があってはならない。
【００１７】
図２は、本発明の二重冗長ドライバ回路の回路図である。この図に示すように、本発明の二重冗長ドライバ回路は、単一のモータコイル１を駆動するための主ドライバ回路２及び従ドライバ回路４と、主ドライバ回路２とモータコイル１とを接続する主リレー６と、従ドライバ回路４とモータコイル１とを接続する従リレー８とを備える。
【００１８】
主ドライバ回路２及び従ドライバ回路４は、それぞれ、電源ライン１１、スイッチング回路１２，１３と１４，１５、第１アースライン１６、抵抗１７とコンデンサ１８及び第２アースライン１９からなる。
【００１９】
電源ライン１１はダイオード１１ａを通して電流を受け入れるようになっている。この電源ライン１１の電源は、故障波及防止のため、主系のモータ機能の故障時は、主系の電源を停止し、従系の電源が起動される。すなわち、主ドライバ回路２と従ドライバ回路４の電源は、排他的にＯＮ／ＯＦＦされる。電源ＯＮにおける電圧はこの例では２８Ｖであり、電源ＯＦＦでは、接地されてＯＶとなる。
【００２０】
２つのスイッチング回路１２，１３は、電源ライン１１に並列接続され、互いに排他的にＯＮ／ＯＦＦされる。また、２つのスイッチング回路１４，１５は、スイッチング回路１２，１３にそれぞれ直列接続され、かつスイッチング回路１２と１５、１３と１４が対応してＯＮ／ＯＦＦされる。第１アースライン１６は、スイッチング回路１４，１５のエミッタＥをそれぞれ接地している。
【００２１】
主リレー６は、主ドライバ回路２のスイッチング回路間の２点（１２と１４間と１３と１５間）とモータコイル１の両端とを接続する。従リレー８も同様に、従ドライバ回路４のスイッチング回路間の２点（１２と１４間と１３と１５間）とモータコイル１の両端とを接続している。また、この主リレー６と従リレー８は、主ドライバ回路２と従ドライバ回路４の電源の排他的ＯＮ／ＯＦＦに対応して排他的にＯＮ／ＯＦＦされる。
【００２２】
この構成により、スイッチング回路１２と１５がＯＮの時に、コイルに図で上向きの電流が流れ、逆にスイッチング回路１３と１４がＯＮの時に、コイルに図で下向きの電流が流れる。従って、４つのスイッチング回路１２，１３，１４，１５のＯＮ／ＯＦＦ制御により、ステッピングモータ１の正転／逆転を制御することができる。
【００２３】
また、図１において、抵抗１７とコンデンサ１８は、電源ライン１１に並列接続されている。更に、第２アースライン１９は、この抵抗とコンデンサを接地している。この構成により、電源ＯＮ時にはスイッチオフ時のモータコイルエネルギーを回収するとともに過大電圧が作用するのを抑制し、電源ＯＦＦ時には電源ラインの電圧を確実に０にすることができる。
【００２４】
本発明の二重冗長ドライバ回路は、更に、電源ＯＮのドライバ回路から電源ＯＦＦのドライバ回路に電流を供給して電源ＯＦＦの電源ラインの電位をプルアップする電源バイパスライン１０を備える。この電源バイパスライン１０は、この例では、第１電源バイパスライン１０ａと第２電源バイパスライン１０ｂとからなる。
【００２５】
第１電源バイパスライン１０ａは、主ドライバ回路２の電源ライン１１から抵抗２２ａとダイオード２２ｂを通して従ドライバ回路４の電源ラインのダイオード１１ａの下流側に電流を流すようになっている。従って、従ドライバ回路４の電源がＯＦＦの場合でも、主ドライバ回路２の電源ライン１１から電流を従ドライバ回路４側に流し、ダイオード１１ａの下流側の電位をプルアップするようになっている。
同様に、第２電源バイパスライン１０ｂは、従ドライバ回路２の電源ライン１１から抵抗２２ａとダイオード２２ｂを通して主ドライバ回路４の電源ラインのダイオード１１ａの下流側に電流を流し、主ドライバ回路２の電源がＯＦＦの場合でも、従ドライバ回路４の電源ライン１１から電流を主ドライバ回路２側に流し、ダイオード１１ａの下流側の電位をプルアップするようになっている。このプルアップ時の待機側の電位は、コンデンサ１８への充電完了後は、電源電圧（２８Ｖ）と一致する。
【００２６】
上述した本発明の構成によれば、冗長化されたドライバ回路２，４のうち、片系統が機能を喪失した場合は、運用系統／待機系統が入れ替わることにより、機能停止を未然に防ぎ、ドライバ回路の信頼性を大幅に高めることができる。
また、機能喪失の要因がモータを選択するリレー（６又は８）の接点固着故障の場合においても、待機系ドライバの電源電位を、電源バイパスライン１０を通して充電することによりプルアップし、待機系への電流回り込みを防止し、モータへの通電を保持することができる。
すなわち、待機側ドライバの電位が運用側ドライバの電源電位と同一となることで、運用側系統から待機側系統へのモータ駆動電流の回り込みを防止することができ、運用側ドライバ出力電流はすべてモータに電流が流れ込み、モータの正常な運転を維持することができる。
【００２７】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更できることは勿論である。
【００２８】
【発明の効果】
上述したように、本発明の二重冗長ドライバ回路は、それぞれのドライバ回路をモータに接続するリレーが故障により接点固着した場合でも、運用側系統から待機側系統へのモータ駆動電流の回り込みを防止することができ、これにより、信頼性の高い完全二重冗長性を備えることができる等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の二重冗長ドライバ回路を備えたＥＤＵ構成図である。
【図２】本発明の二重冗長ドライバ回路の回路図である。
【図３】国際宇宙ステーション日本モジュール（ＪＥＭ）における船外実験プラットフォーム（曝露部）への実験装置の交換状況を示す図である。
【図４】装置交換機構（ＥＥＵ）の構成図である。
【図５】ステッピングモータを駆動するドライバ回路の例である。
【図６】図５の回路を冗長化した二重冗長ドライバ回路の回路図である。
【符号の説明】
１  モータコイル、２  主ドライバ回路、４  従ドライバ回路、
６  主リレー、８  従リレー、
１０  電源バイパスライン、
１０ａ  第１電源バイパスライン、１０ｂ  第２電源バイパスライン、
１１  電源ライン、１１ａ  ダイオード、
１２〜１５  スイッチング回路、１６  第１アースライン、
１７  抵抗、１８  コンデンサ、１９  第２アースライン、
２２ａ  抵抗、２２ｂ  ダイオード
【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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【図６】
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