(57)【要約】【課題】  モータを駆動させていない状態でダイナミックブレーキ回路の構成部品であるリレーや整流ダイオード等の故障を検出することができるダイナミックブレーキ回路の故障検出方法を提供する。【解決手段】  三相全波整流回路２２とリレー１７と制動抵抗器１８とから成るダイナミックブレーキ回路２３と、インバータ部２１と、制動抵抗器１８に流れる電流を検出する電流検出手段１９と、モータ２０のパワーラインに設けられたコンタクター２５とを有し、モータ２０が停止中で非通電状態のときに、コンタクター２５を開放してダイナミックブレーキ回路２３をオン状態とし、インバータ部２１の上側アームの半導体スイッチング素子のいずれかをオンし、かつ下側アームの半導体スイッチング素子の一つをオンし、電流検出手段１９によって検出した電流値に基づいて、ダイナミックブレーキ回路２３の故障を検出する。【選択図】図１
2009142115.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの誘起電圧を整流する全波整流回路と該全波整流回路の出力端子間に直列接続されたリレーと抵抗器とから成るダイナミックブレーキ回路と、直流電源を交流に変換するインバータ部と、前記抵抗器に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記モータのパワーラインに設けられたコンタクターとを備えたモータ制御装置において、
前記モータが停止状態でかつ非通電状態にあるときに、前記コンタクターを開放して前記モータを前記インバータ部及び前記ダイナミックブレーキ回路から切り離し、前記全波整流回路の出力端子間を前記リレーと前記抵抗器で短絡状態とし、前記インバータ部の上側アームの半導体スイッチング素子のいずれかをオンし、かつ前記インバータ部の下側アームの半導体スイッチング素子の一つをオンしたとき、前記直流電源の電圧と前記抵抗器の抵抗によって算出した電流値と、前記電流検出手段によって検出した電流値との比較によって、前記抵抗器及び前記全波整流回路の故障を検出することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記インバータ部の上側アームの半導体スイッチング素子のオン・オフと、前記インバータ部の下側アームの半導体スイッチング素子のオン・オフの組合せを逐次変更して、前記全波整流回路を構成する整流ダイオードを介して流れる電流の経路を変え、前記電流検出手段によって通電されたことを検出することによって、前記全波整流回路を構成する前記整流ダイオードの故障を検出することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記電流検出手段によって通電されたことを検出することによって、前記抵抗器、前記全波整流回路を構成する前記整流ダイオード、及び前記リレーの直列回路のオープン故障を検出することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
モータの誘起電圧を整流する全波整流回路と該全波整流回路の出力端子間に直列接続されたリレーと抵抗器と、直流電源を交流に変換するインバータ部と、前記抵抗器の端子電圧を検出する電圧検出手段と、前記モータのパワーラインに設けられたコンタクターと、前記インバータ部に一定の直流電圧を供給する直流定電圧電源とを備えたモータ制御装置において、
前記モータが停止状態でかつ非通電状態にあるときに、前記コンタクターを開放して前記モータを前記インバータ部及び前記ダイナミックブレーキ回路から切り離し、前記全波整流回路の出力端子間を前記リレーと前記抵抗器で短絡状態とし、前記定電圧電源から前記インバータ部へ一定電圧を供給し、前記インバータ部の上側アームの半導体スイッチング素子のいずれかをオンし、かつ前記インバータ部の下側アームの半導体スイッチング素子の一つをオンしたとき、前記定電圧電源の電圧と前記半導体スイッチング素子の順方向電圧降下と前記全波整流回路の順方向電圧降下によって算出した前記抵抗器の端子電圧と、前記電圧検出手段によって検出した電圧値との比較によって、前記抵抗器及び前記全波整流回路の故障を検出することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項５】
前記インバータ部の上側アームの半導体スイッチング素子のオン・オフと、前記インバータ部の下側アームの半導体スイッチング素子のオン・オフの組合せを逐次変更して、前記全波整流回路を構成する整流ダイオードを介して流れる電流の経路を変え、前記定電圧電源の電圧と前記半導体スイッチング素子の順方向電圧降下と前記全波整流回路の順方向電圧降下によって算出した前記抵抗器の端子電圧と、前記電圧検出手段によって検出した電圧値との比較によって、前記全波整流回路の故障を検出することを特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記電圧検出手段によって前記抵抗器の端子電圧を測定して、通電されたことを検出するによって、前記抵抗器、前記全波整流回路を構成する前記整流ダイオード、及び前記リレーの直列回路のオープン故障を検出することを特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
モータの誘起電圧を整流する全波整流回路と該全波整流回路の出力端子間に直列接続されたリレーと抵抗器とから成るダイナミックブレーキ回路の故障検出方法において、
直流電源を交流に変換するインバータ部と、前記抵抗器に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記モータのパワーラインに設けられたコンタクターとを有し、
前記モータが停止状態でかつ非通電状態にあるときに、前記コンタクターを開放して前記モータを前記インバータ部及び前記ダイナミックブレーキ回路から切り離し、前記全波整流回路の出力端子間を前記リレーと前記抵抗器で短絡状態とし、前記インバータ部の上側アームの半導体スイッチング素子のいずれかをオンし、かつ前記インバータ部の下側アームの半導体スイッチング素子の一つをオンしたとき、前記直流電源の電圧と前記抵抗器の抵抗によって算出した電流値と、前記電流検出手段によって検出した電流値との比較によって、前記抵抗器及び前記全波整流回路の故障を検出することを特徴とするダイナミックブレーキ回路の故障検出方法。
【請求項８】
前記インバータ部の上側アームの半導体スイッチング素子のオン・オフと、前記インバータ部の下側アームの半導体スイッチング素子のオン・オフの組合せを逐次変更して、前記全波整流回路を構成する整流ダイオードを介して流れる電流の経路を変え、前記電流検出手段によって通電されたことを検出することによって、前記全波整流回路を構成する前記整流ダイオードの故障を検出することを特徴とする請求項７に記載のダイナミックブレーキ回路の故障検出方法。
【請求項９】
前記電流検出手段によって通電されたことを検出することによって、前記抵抗器、前記全波整流回路を構成する前記整流ダイオード、及び前記リレーの直列回路のオープン故障を検出することを特徴とする請求項７に記載のダイナミックブレーキ回路の故障検出方法。
【請求項１０】
モータの誘起電圧を整流する全波整流回路と該全波整流回路の出力端子間に直列接続されたリレーと抵抗器とから成るダイナミックブレーキ回路の故障検出方法において、
直流電源を交流に変換するインバータ部と、前記抵抗器の端子電圧を検出する電圧検出手段と、前記モータのパワーラインに設けられたコンタクターと、前記インバータ部に一定の直流電圧を供給する直流定電圧電源とを有し、
前記モータが停止状態でかつ非通電状態にあるときに、前記コンタクターを開放して前記モータを前記インバータ部及び前記ダイナミックブレーキ回路から切り離し、前記全波整流回路の出力端子間を前記リレーと前記抵抗器で短絡状態とし、前記定電圧電源から前記インバータ部へ一定電圧を供給し、前記インバータ部の上側アームの半導体スイッチング素子のいずれかをオンし、かつ前記インバータ部の下側アームの半導体スイッチング素子の一つをオンしたとき、前記定電圧電源の電圧と前記半導体スイッチング素子の順方向電圧降下と前記全波整流回路の順方向電圧降下によって算出した前記抵抗器の端子電圧と、前記電圧検出手段によって検出した電圧値との比較によって、前記抵抗器及び前記全波整流回路の故障を検出することを特徴とするダイナミックブレーキ回路の故障検出方法。
【請求項１１】
前記インバータ部の上側アームの半導体スイッチング素子のオン・オフと、前記インバータ部の下側アームの半導体スイッチング素子のオン・オフの組合せを逐次変更して、前記全波整流回路を構成する整流ダイオードを介して流れる電流の経路を変え、前記定電圧電源の電圧と前記半導体スイッチング素子の順方向電圧降下と前記全波整流回路の順方向電圧降下によって算出した前記抵抗器の端子電圧と、前記電圧検出手段によって検出した電圧値との比較によって、前記全波整流回路の故障を検出することを特徴とする請求項１０に記載のダイナミックブレーキ回路の故障検出方法。
【請求項１２】
前記電圧検出手段によって前記抵抗器の端子電圧を測定して、通電されたことを検出するによって、前記抵抗器、前記全波整流回路を構成する前記整流ダイオード、及び前記リレーの直列回路のオープン故障を検出することを特徴とする請求項１０に記載のダイナミックブレーキ回路の故障検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体スイッチング素子で構成したインバータにより駆動されるモータのダイナミックブレーキ回路の故障検出方法及びモータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石形同期電動機等によって代表されるインバータ駆動モータを非常時に停止させるためには、インバータの動作を停止させ、慣性で回転するモータの給電線に発生する電力を抵抗器で短絡し、熱エネルギーとして消費させて制動をかけるダイナミックブレーキと称される方式が用いられている。
ところで、何らかの異常発生によりモータを非常停止する場合に、ダイナミックブレーキ回路が故障していたとすれば、モータを正常に制動できなくなり、モータが停止するまでの制動距離がのびてしまう。その結果、モータによって駆動している機械装置を破損させてしまう危険性がある。また、ダイナミックブレーキ回路の構成部品の一つである整流ダイオードが未実装状態もしくは何らかの異常によりオープン破損した状態でダイナミックブレーキをオンさせた場合、モータは単相短絡によるブレーキ状態となるため、モータに流れる電流に脈動が発生して推力リップルとなり、同様に機械装置を破損させる危険性がある。従って、モータを運転する前にダイナミックブレーキ回路の故障を検出できる方法が必要とされている。
【０００３】
第一の従来例として、特開２００３−９５６０では、ダイナミックブレーキをオン・オフさせる半導体スイッチング素子と並列に接続されたスナバコンデンサの充電状態により、制動抵抗器の断線を検出している。
図４は第一の従来例の回路図を示したもので、以下に、同図を用いて第一の従来例を説明する。三相電源１を直流電源に変換するコンバータ部２、直流電源を平滑するための平滑コンデンサ３、直流電源を三相の交流に変換するインバータ部２１を構成する半導体スイッチング素子５，６，７，８，９，１０、インバータ部２１により駆動されるモータ２０、インバータ部２１とモータ２０との間にダイナミックブレーキ回路２３ａが接続されている。ダイナミックブレーキ回路２３ａは、サイリスタ２９、サイリスタ２９と並列に接続されているスナバコンデンサ３０、スナバ抵抗器３１を有するスナバ回路部、制動抵抗器１８、整流ダイオード１１，１２，１３，１４，１５，１６にて構成されている。また、サイリスタ２９のアノード側は充電抵抗器２８を介して平滑コンデンサ３の正極側に接続されている。
第一の従来例では、モータ２０を駆動する前に、半導体スイッチング素子６，８，１０のいずれかを点弧させ、充電抵抗器２８を介し、直流電源からスナバコンデンサ３０を充電させ、その充電状態により、制動抵抗器１８の断線を検出する。
【０００４】
また、第二の従来例である特開２０００−２５３６８７では、制動動作時にサーボモータの動力線に流れる電流を検出することによりダイナミックブレーキ回路の断線検出を行っている。
図５は第二の従来例のサーボ装置のブロック図を示し、同図を用いて第二の従来例を説明する。４１はサーボアンプ、４２はサーボモータ、４４はサーボモータ４２に流れる電流を各相別に検出するための電流検出用抵抗である。この電流検出用抵抗４４は３つの抵抗器から構成されている。４９は電流検出用抵抗４４の各抵抗器の両端子間の電圧降下から電流を求める電流検出回路である。５０はエンコーダ４６からの信号に基づきサーボモータ４２の速度を算出する速度演算手段、５１は電流検出回路４９と速度演算手段５０の出力からダイナミックブレーキ回路の故障を検出する故障検出手段である。４３、４８はダイナミックブレーキ回路を構成するダイナミックブレーキ抵抗（第一の従来例の制動抵抗器１８に相当）及びリレーである。
第二の従来例では、サーボモータ４２が回転中に、故障や電源の遮断が発生して、ダイナミックブレーキ状態になったとき、各相の電流検出用抵抗４４に流れる電流を電流検出回路４９により検出しダイナミックブレーキ抵抗４３が断線しているかを判別している。
【特許文献１】特開２００３−００９５６０号公報（第５頁、図１）
【特許文献２】特開２０００−２５３６８７号公報（第８頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、第一の従来例の特開２００３−９５６０では、ダイナミックブレーキをオンさせるためにサイリスタ２９、及びサイリスタ２９と並列に接続されているスナバコンデンサ３０、スナバ抵抗器３１を有するスナバ回路部を使用し、充電抵抗器２８を介してスナバコンデンサ３０を充電させる方式を取っているため、モータ２０を駆動中に充電抵抗器２８を介して点弧回路３２へノイズが混入し、点弧回路３２が誤動作して、サイリスタ２９がオンする可能性がある。このようにインバータ部２１でモータ２０を駆動中にダイナミックブレーキ回路２３ａがオンすると、インバータ部２１やダイナミックブレーキ回路２３ａを破損してしまうという問題がある。また、制動抵抗器１８及び整流ダイオード１１，１３，１５の断線を検出することはできるが、整流ダイオード１２，１４，１６の断線を検出することができないという問題点もある。
【０００６】
第二の従来例である特開２０００−２５３６８７では、図５のサーボモータ４２が回転している状態でダイナミックブレーキをオンさせ、そのときにダイナミックブレーキ抵抗４３の異常を検出しているため、ダイナミックブレーキ動作を行うことで初めて断線を検出する。そのため、ダイナミックブレーキ動作を行う前にダイナミックブレーキ回路の異常を検出することができず、ダイナミックブレーキ回路の異常がある状態でサーボモータ４２を動作させてしまい、サーボモータ４２で駆動される機械装置を破損する危険性があるという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、モータを駆動させていない状態でダイナミックブレーキ回路の構成部品であるリレーや整流ダイオード等の故障を検出することができるダイナミックブレーキ回路の故障検出方法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】
【０００８】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、モータの誘起電圧を整流する全波整流回路と該全波整流回路の出力端子間に直列接続されたリレーと抵抗器とから成るダイナミックブレーキ回路と、直流電源を交流に変換するインバータ部と、前記抵抗器に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記モータのパワーラインに設けられたコンタクターとを備えたモータ制御装置において、
前記モータが停止状態でかつ非通電状態にあるときに、前記コンタクターを開放して前記モータを前記インバータ部及び前記ダイナミックブレーキ回路から切り離し、前記全波整流回路の出力端子間を前記リレーと前記抵抗器で短絡状態とし、前記インバータ部の上側アームの半導体スイッチング素子のいずれかをオンし、かつ前記インバータ部の下側アームの半導体スイッチング素子の一つをオンしたとき、前記直流電源の電圧と前記抵抗器の抵抗によって算出した電流値と、前記電流検出手段によって検出した電流値との比較によって、前記抵抗器及び前記全波整流回路の故障を検出するものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータ制御装置において、前記インバータ部の上側アームの半導体スイッチング素子のオン・オフと、前記インバータ部の下側アームの半導体スイッチング素子のオン・オフの組合せを逐次変更して、前記全波整流回路を構成する整流ダイオードを介して流れる電流の経路を変え、前記電流検出手段によって通電されたことを検出することによって、前記全波整流回路を構成する前記整流ダイオードの故障を検出するものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のモータ制御装置において、前記電流検出手段によって通電されたことを検出することによって、前記抵抗器、前記全波整流回路を構成する前記整流ダイオード、及び前記リレーの直列回路のオープン故障を検出するものである。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、モータの誘起電圧を整流する全波整流回路と該全波整流回路の出力端子間に直列接続されたリレーと抵抗器と、直流電源を交流に変換するインバータ部と、前記抵抗器の端子電圧を検出する電圧検出手段と、前記モータのパワーラインに設けられたコンタクターと、前記インバータ部に一定の直流電圧を供給する直流定電圧電源とを備えたモータ制御装置において、
前記モータが停止状態でかつ非通電状態にあるときに、前記コンタクターを開放して前記モータを前記インバータ部及び前記ダイナミックブレーキ回路から切り離し、前記全波整流回路の出力端子間を前記リレーと前記抵抗器で短絡状態とし、前記定電圧電源から前記インバータ部へ一定電圧を供給し、前記インバータ部の上側アームの半導体スイッチング素子のいずれかをオンし、かつ前記インバータ部の下側アームの半導体スイッチング素子の一つをオンしたとき、前記定電圧電源の電圧と前記半導体スイッチング素子の順方向電圧降下と前記全波整流回路の順方向電圧降下によって算出した前記抵抗器の端子電圧と、前記電圧検出手段によって検出した電圧値との比較によって、前記抵抗器及び前記全波整流回路の故障を検出するものである。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のモータ制御装置において、前記インバータ部の上側アームの半導体スイッチング素子のオン・オフと、前記インバータ部の下側アームの半導体スイッチング素子のオン・オフの組合せを逐次変更して、前記全波整流回路を構成する整流ダイオードを介して流れる電流の経路を変え、前記定電圧電源の電圧と前記半導体スイッチング素子の順方向電圧降下と前記全波整流回路の順方向電圧降下によって算出した前記抵抗器の端子電圧と、前記電圧検出手段によって検出した電圧値との比較によって、前記全波整流回路の故障を検出するものである。
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載のモータ制御装置において、前記電圧検出手段によって前記抵抗器の端子電圧を測定して、通電されたことを検出するによって、前記抵抗器、前記全波整流回路を構成する前記整流ダイオード、及び前記リレーの直列回路のオープン故障を検出するものである。
【００１０】
請求項７に記載の発明は、モータの誘起電圧を整流する全波整流回路と該全波整流回路の出力端子間に直列接続されたリレーと抵抗器とから成るダイナミックブレーキ回路の故障検出方法において、
直流電源を交流に変換するインバータ部と、前記抵抗器に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記モータのパワーラインに設けられたコンタクターとを有し、
前記モータが停止状態でかつ非通電状態にあるときに、前記コンタクターを開放して前記モータを前記インバータ部及び前記ダイナミックブレーキ回路から切り離し、前記全波整流回路の出力端子間を前記リレーと前記抵抗器で短絡状態（ダイナミックブレーキ回路をオン状態）とし、前記インバータ部の上側アームの半導体スイッチング素子のいずれかをオンし、かつ前記インバータ部の下側アームの半導体スイッチング素子の一つをオンしたとき、前記直流電源の電圧と前記抵抗器の抵抗によって求められる電流値（計算値）と、前記電流検出手段によって検出した電流値との比較によって、前記抵抗器及び前記全波整流回路の故障を検出するものである。
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のダイナミックブレーキ回路の故障検出方法において、前記インバータ部の上側アームの半導体スイッチング素子のオン・オフと、前記インバータ部の下側アームの半導体スイッチング素子のオン・オフの組合せを逐次変更して、前記全波整流回路を構成する整流ダイオードを介して流れる電流の経路を変え、前記電流検出手段によって通電されたことを検出することによって、前記全波整流回路を構成する前記整流ダイオードの故障を検出するものである。
請求項９に記載の発明は、請求項７に記載のダイナミックブレーキ回路の故障検出方法において、前記電流検出手段によって通電されたことを検出することによって、前記抵抗器、前記全波整流回路を構成する前記整流ダイオード、及び前記リレーの直列回路のオープン故障を検出するものである。
【００１１】
請求項１０に記載の発明は、モータの誘起電圧を整流する全波整流回路と該全波整流回路の出力端子間に直列接続されたリレーと抵抗器とから成るダイナミックブレーキ回路の故障検出方法において、
直流電源を交流に変換するインバータ部と、前記抵抗器の端子電圧を検出する電圧検出手段と、前記モータのパワーラインに設けられたコンタクターと、前記インバータ部に一定の直流電圧を供給する直流定電圧電源とを有し、
前記モータが停止状態でかつ非通電状態にあるときに、前記コンタクターを開放して前記モータを前記インバータ部及び前記ダイナミックブレーキ回路から切り離し、前記全波整流回路の出力端子間を前記リレーと前記抵抗器で短絡状態（ダイナミックブレーキ回路をオン状態）とし、前記定電圧電源から前記インバータ部へ一定電圧を供給し、前記インバータ部の上側アームの半導体スイッチング素子のいずれかをオンし、かつ前記インバータ部の下側アームの半導体スイッチング素子の一つをオンしたとき、前記定電圧電源の電圧と前記半導体スイッチング素子の順方向電圧降下と前記全波整流回路の順方向電圧降下によって求められる前記抵抗器の端子電圧（計算値）と、前記電圧検出手段によって検出した電圧値との比較によって、前記抵抗器及び前記全波整流回路の故障を検出するものである。
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載のダイナミックブレーキ回路の故障検出方法において、前記インバータ部の上側アームの半導体スイッチング素子のオン・オフと、前記インバータ部の下側アームの半導体スイッチング素子のオン・オフの組合せを逐次変更して、前記全波整流回路を構成する整流ダイオードを介して流れる電流の経路を変え、前記定電圧電源の電圧と前記半導体スイッチング素子の順方向電圧降下と前記全波整流回路の順方向電圧降下によって求められる前記抵抗器の端子電圧（計算値）と、前記電圧検出手段によって検出した電圧値との比較によって、前記全波整流回路の故障を検出するものである。
請求項１２に記載の発明は、請求項１０に記載のダイナミックブレーキ回路の故障検出方法において、前記電圧検出手段によって前記抵抗器の端子電圧を測定して、通電されたことを検出するによって、前記抵抗器、前記全波整流回路を構成する前記整流ダイオード、及び前記リレーの直列回路のオープン故障を検出するものである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１乃至６に記載の発明によると、モータを停止させている状態でダイナミックブレーキ回路の故障を検出することができるので、ダイナミックブレーキ回路が故障した状態でモータを駆動して、駆動系に異常が発生した場合に非常停止ができないという危険性を回避することができる。従って、安全性を向上したモータ制御装置を提供することができる。
また、請求項２または５に記載の発明によると、インバータ部を構成する半導体スイッチング素子のオン・オフの組合せを逐次変更して制動抵抗器に流れる電流または端子電圧を検出することによって、ダイナミックブレーキ回路を構成する全波整流回路の整流ダイオードの中のどの整流ダイオードが故障しているかを特定できるので、修理交換作業が容易となる。
さらに、請求項３または６に記載の発明によると、ダイナミックブレーキ回路全体の通電テストを実施することによって、簡易に故障検出を行うことができる。
請求項７乃至１２に記載の発明によると、モータ制御装置に組み込まれた状態でのダイナミックブレーキ回路の故障検出方法であるので、特別な試験装置を用いることなく実施することができ、かつ、安全性を向上したモータ制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。実際のモータ制御装置には様々な機能や手段が内蔵されているが、図面には本発明に関係するダイナミックブレーキ回路とその故障検出に関連する主要回路部のみを記載して説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は本発明の実施例１におけるモータ制御装置の構成図である。同図において、ダイナミックブレーキ回路２３は制動抵抗器１８、リレー１７、整流ダイオード１１，１２，１３，１４，１５，１６より構成されている。
また、１は三相電源であり、２はコンバータ部、３は平滑コンデンサである。この平滑コンデンサ３と並列に２個直列接続した３組の半導体スイッチング素子５，６，７，８，９，１０とフライホイールダイオード４によりインバータ部２１を構成する。なお、フライホイールダイオードは各半導体スイッチング素子５乃至１０に逆並列に接続されているが、簡単化のため、ここでは符号４のみで代表して示している。インバータ部２１の出力はコンタクター２５を介してモータ２０の各相に接続されている。モータ２０は、半導体スイッチング素子５乃至１０のスイッチング制御により駆動される。
１９はダイナミックブレーキ回路２３の制動抵抗器１８の電流を検出するための電流検出手段、または端子電圧を検出するための電圧検出手段である。電流検出手段１９としては、制動抵抗器１８とは別に設けたシャント抵抗器を制動抵抗器１８に直列に接続して、シャント抵抗器の電圧降下より電流を検出する方法、あるいは、ＤＣＣＴを使用する方法、その他、ホール素子を用いて構成することもできる。しかし、本発明では、制動抵抗器１８をシャント抵抗器の代用としてその電圧降下によって電流を検出する方法は採用しない。また、電圧検出手段としては、図２に示すように、制動抵抗器１８の端子間電圧を測定する。
【００１５】
２４はモータの位置を検出する位置検出器であり、２６は図示しない上位コントローラからの位置指令あるいは速度指令と、位置検出器２４からのフィードバック信号に基づいて速度制御あるいは位置制御の演算処理を行う制御回路部である。本制御回路部２６は、大別すると、位置検出器２４からのフィードバック信号や電流検出手段（または電圧検出手段）１９からの電流検出信号（または電圧検出信号）を入力する入力回路や、ダイナミックブレーキ回路２３のリレー１７を駆動する出力回路等から成るインターフェース回路部と、本発明に係わるダイナミックブレーキ回路２３の故障を検出するための故障検出機能を実行するために、所定の制御アルゴリズムによってインバータ制御回路部２７に信号を送るマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）から構成されている。インバータ制御回路部２７はモータをＰＷＭ制御するための信号を生成し、半導体スイッチング素子５乃至１０をオン・オフ制御する。
【００１６】
先ず、ダイナミックブレーキ回路の動作について簡単に説明する。ダイナミックブレーキ回路はモータ駆動系に何らかの異常が発生してモータ制御装置が制御不能に至り、モータが回転中で惰走状態にあるときに、制動をかけて非常停止しようとするものである。
モータ２０の通常運転時において、図１に示すダイナミックブレーキ回路２３のリレー１７はＳＶＯＮ側にあり、整流ダイオード１１乃至１６から成る三相全波整流回路２２はオープン状態にある。異常発生により、ダイナミックブレーキ回路２３がオンすると、すなわち、リレー１７がＤＢ側に接続されると、回転中のモータの誘起電圧は三相全波整流回路２２で直流電圧に変換され、この直流電圧は制動抵抗器１８を介して短絡される。従って、モータ２０の回転エネルギーは制動抵抗器１８によって熱エネルギーとして消費されて制動がかかる。
【００１７】
次に、本発明のダイナミックブレーキ回路２３の故障検出方法の概要を説明する。図１において、モータが駆動中であれば運転を停止し、先ず、インバータ部２１をオフし、モータ２０をコンタクター２５にて、インバータ部２１及びダイナミックブレーキ回路２３から切離す。次に、ダイナミックブレーキ回路２３をオンする。すなわち、図１に示すようにリレー１７をＤＢ側に閉じる。この状態で、インバータ部２１の上側アームの半導体スイッチング素子５，７，９のいずれかと、下側アームの半導体スイッチング素子６，８，１０の上側アームとの対を構成しない一つの半導体スイッチング素子を動作させると、下記のような回路ループで電流が流れる。
上側アームの半導体スイッチング素子（５，７，９のいずれか）→整流ダイオード（１２，１４，１６のいずれか）→制動抵抗器１８→リレー１７→整流ダイオード（１１，１３，１５のいずれか）→下側アームの半導体スイッチング素子（６，８，１０のうちの上側アームと対を構成しない一つ）の順に電流が流れる。
すなわち、ダイナミックブレーキ回路２３に故障がない場合には、電流検出手段１９により制動抵抗器１８に流れる電流が検出される。
【００１８】
また、整流ダイオード１１，１２，１３，１４，１５，１６のいずれかが異常である場合に、どの整流ダイオードが異常であるかを判別することができる。一例として、半導体スイッチング素子の５と８を動作させた場合について述べる。
この場合、図１の矢印のように半導体スイッチング素子５→整流ダイオード１２→制動抵抗器１８→リレー１７→整流ダイオード１３→半導体スイッチング素子８の順に電流が流れるので、電流検出手段１９により、整流ダイオード１２，１３と制動抵抗器１８及びリレー１７の故障を検出することができる。同様に半導体スイッチング素子６，９を動作させた場合、電流検出手段１９により、整流ダイオード１１，１６と制動抵抗器１８及びリレー１７の故障を検出することができる。同様に半導体スイッチング素子７，１０を動作させた場合、電流検出手段１９により、整流ダイオード１４，１５と制動抵抗器１８及びリレー１７の故障を検出することができる。
【００１９】
図２は、上述した故障検出方法を実際のモータ制御装置に組み込んだ場合のフローチャートを示したものである。以下に、図２のフローチャートに基づいて故障検出方法を説明する。
先ず、ステップ１（図２中ではＳ１と表記している。以下、同様。）ではモータ２０の動作を確認する。モータ２０が動作中であるか停止状態にあるかは、位置検出器２４からの信号によって判断する。モータ２０が停止していればステップ２に進み、動作中であれば、ステップ３に進む。
ステップ２では、インバータ部２１の通電を遮断してステップ４に進む。また、ステップ３では、制御回路部２６よりインバータ制御回路部２７へ減速停止の指令を出してモータ２０を停止し、停止が完了したらインバータ部２１の通電を遮断してステップ４に進む。
ステップ４では、モータ２０が停止状態にあり、かつインバータ部２１が遮断状態にあることを確認した後、コンタクター２５でモータ２０をインバータ部２１及びダイナミックブレーキ回路２３から切離す。
ステップ５で、ダイナミックブレーキ回路２３のリレー１７をＤＢ側にオンし、ダイナミックブレーキ回路２３をオン状態とする。そして、上述の故障検出方法の概要で説明したように、インバータ部２１の上側アームの半導体スイッチング素子５，７，９のいずれかと、下側アームの半導体スイッチング素子６，８，１０の上側アームとの対を構成しない一つの半導体スイッチング素子をオンして、ダイナミックブレーキ回路２３に電流を流す。ただし、ダイナミックブレーキ回路２３の制動抵抗器１８の抵抗値はモータ２０の巻線抵抗と同等程度の低い値であるので、制御回路部２６のマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）が認識可能な程度の短時間、例えば、１０ｍｓｅｃ程度、通電する。このような短時間の通電によって、各部品にストレスがかからないように注意する必要がある。
【００２０】
ステップ６では、通電電流の値が所定の範囲内にあるか、または所定の範囲を外れた値であるかを判断する。ここで、所定範囲内の電流値とは、次のような値を意味する。すなわち、ダイナミックブレーキ回路２３に流れる電流は、インバータ部２１の半導体スイッチング素子５乃至１０のオン時の順方向電圧降下分と、三相全波整流回路２２の整流ダイオード１１乃至１６の順方向電圧降下分が、コンバータ部２の直流電圧に対して、無視しえる程度に小さいものとすれば、電流Ｉは次式で与えられる。
Ｉ＝Ｖｃ／Ｒｂ                                                        （１）
ここで、Ｖｃはコンバータ部２の直流出力電圧、Ｒｂは制動抵抗器１８の抵抗値を示す。
今、三相電源１の電圧変動による直流出力電圧Ｖｃの変動分を±ΔＶｃ、制動抵抗器１８の抵抗値のバラツキを±ΔＲｂとすると、電流Ｉの正常範囲は下式となる。
(Ｖｃ−ΔＶｃ)／(Ｒｂ＋ΔＲｂ)≦Ｉ≦(Ｖｃ＋ΔＶｃ)／(Ｒｂ−ΔＲｂ)    （２）
（２）式によって、ここで言う所定範囲内の電流値（計算値）を決定することができる。
電流値が所定範囲内であれば、ステップ９に進み、所定範囲を外れていればステップ７に進む。
【００２１】
ステップ７においては、電流値が所定範囲の値より、大きいか小さいかを判断し、大きい場合は、ステップ１２にて制動抵抗器１８が定数違い（正規品より抵抗値が小さい）、または短絡していると判断して故障検出を終了する。
また、電流値が小さい場合は、ステップ８に進み、さらに電流値が０（電流が流れていない）か、または０ではないかを判断して、０であれば制動抵抗器１８が断線しているか、あるいは三相全波整流回路２２の整流ダイオード１１乃至１６中の通電状態にある整流ダイオードがオープン故障であると判断する。電流が０でなければ、制動抵抗器１８が定数違い（正規品より抵抗値が大きい）と判断して（Ｓ１２）故障検出を終了する。
再びステップ６に戻り、電流値が所定範囲内であれば、この時点で、制動抵抗器１８とリレー１７は正常であると判断し、ステップ９に進む。ここでは三相全波整流回路２２の整流ダイオード１１乃至１６中の通電状態にある整流ダイオードのオープン故障を検出する。
ステップ９にて、インバータ部２１の通電パターンを変更し、ステップ１０にて、電流値が０（電流が流れていない）か、または０ではないかを判断する。電流が０であれば、ステップ１２にて三相全波整流回路２２の整流ダイオード１１乃至１６中の通電状態にある整流ダイオードがオープン故障であると判断する。電流値が０でなければ、ステップ１１で三相全波整流回路２２の全ての整流ダイオード１１乃至１６の通電パターンを完了したかどうかを判断して、完了してなければステップ９に戻り、完了していれば故障検出を終了する。
【００２２】
ここで、ステップ１２における異常内容の判定を整理すると次のようになる。
ａ：整流ダイオード１１乃至１６の中の通電状態にある整流ダイオードのオープン故障
ｂ：制動抵抗器１８の断線、または整流ダイオード１１乃至１６中の通電状態にある整流ダイオードのオープン故障
ｃ：制動抵抗器１８の定数ミス（正規品より抵抗値が大きい。）
ｄ：制動抵抗器１８の定数ミス（正規品より抵抗値が小さい。）または短絡故障
上述のようにしてダイナミックブレーキ回路２３の故障を検出することができる。
なお、整流ダイオード１１乃至１６のいずれかが短絡故障している場合は、通常のテスト運転モードにおいて、過電流アラームが発生することになるので、本ダイナミックブレーキ回路の故障検出ではオープン故障が検出できれば特に問題はない。
【実施例２】
【００２３】
本発明における実施例２は、電流検出手段の代わりに、制動抵抗器１８の端子電圧を検出する電圧検出手段１９によって故障検出を行うものである。また、実施例１での欠点を補うことができる故障検出方法である。
実施例１の場合は、制動抵抗器１８の抵抗値が小さくなると、通電電流がインバータ部２１の半導体スイッチング素子５乃至１０の過電流耐量を越える大きな値となる場合がある。また、三相全波整流回路２２の整流ダイオード１１乃至１６のオープン故障については検出できるが、極めて稀に、短絡故障に至り、廻り回路が発生しない状態で過電流アラームとならずに残存したものがあったとすれば、その短絡故障した整流ダイオードについては故障検出ができないという場合も考えられる。実施例２は実施例１におけるこのような不具合点を解消することができる故障検出方法を示すものである。
【００２４】
図１に示す三相電源１は通常の商用電源の場合、２００Ｖ系、または４００Ｖ系の交流電圧を有するので、コンバータ部２で全波整流して、平滑コンデンサ３で平滑した直流電圧は２００Ｖ（ＡＣ）の場合で約２８０Ｖ（ＤＣ）となる。従って、モータ容量が大きくなると制動抵抗器１８の値も数オーム程度となり、故障検出のための通電電流値が大きくなるという問題がある。このような問題点を考慮すると、供給電源を直流定電圧電源から供給する方がより有効である。実際上、インバータ部２１の半導体スイッチング素子５乃至１０の故障検出では、直流定電圧電源を利用するのが一般的である。
従って、平滑コンデンサ３の両端に直流定電圧電源を接続して、５Ｖ（ＤＣ）程度の低い電圧を供給して、上述の通電チェックを行った場合の電流Ｉは下式で与えられる。
Ｉ＝［Ｅ−２（ＶＣＥ＋ＶＦ）］／Ｒｂ                                    （３）
ここで、Ｅは平滑コンデンサ端子間に加えた直流定電圧電源の電圧、Ｒｂは制動抵抗器１８の抵抗値、ＶＣＥは半導体スイッチング素子５乃至１０の順方向電圧降下分、ＶＦは整流ダイオード１１乃至１６の順方向電圧降下分を示す。なお、簡単化のため半導体スイッチング素子と整流ダイオードのそれぞれの順方向電圧降下のバラツキは無視している。なお、順方向電圧降下は通電電流や温度条件によって変動するが、ここでは、説明の便宜上これらの変動分も無視する。
次に、（３）式を変形して、制動抵抗器１８の電圧降下の式で表わすと（４）式となる。
Ｉ・Ｒｂ＝Ｅ−２（ＶＣＥ＋ＶＦ）                                      （４）
実施例２では、電流Ｉが正常範囲にあるかどうかを判断する代わりに、制動抵抗器１８の電圧降下の値から正否判定する。表１は、制動抵抗器１８と整流ダイオード１１乃至１６の故障モードと電圧検出回路１９による電圧降下の測定値との関係を示したものである。
【００２５】
【表１】
2009142115.tif 000003
【００２６】
表１に示すように、実施例１で説明したダイナミックブレーキ回路への通電回路ループの中で、制動抵抗器１８が断線（オープン）していたとすれば、上述の直流定電圧電源の電圧Ｅが検出回路１９によって測定される。また、短絡状態であれば、測定電圧はゼロである。同様に、整流ダイオードの１つがオープン状態であれば、電流は流れないので、制動抵抗器１８の端子電圧はゼロである。通電回路ループの中の１本が短絡故障で１本が正常の場合と、２本共に短絡状態で故障している場合とで、電圧降下の測定値はＶＦ分の差があり、検出回路１９での測定値はそれぞれＥ−２ＶＣＥ−ＶＦ及びＥ−２ＶＣＥとなる。
ただし、実際上、整流ダイオードの２本がショートモードで壊れている場合、または１本のみが壊れている場合でも、通常のテスト運転モードで過電流アラームとなり、この過電流アラームの発生時点で交換作業が行われることになる。このような故障モードは、本ダイナミックブレーキ回路の故障検出を実施する時点ではすでに取り除かれていると考えてよい。ここでは故障検出原理を説明するために、短絡故障の検出条件を表１に示している。
【００２７】
図３は本発明の実施例２におけるダイナミックブレーキ回路の故障検出方法を示すフローチャートである。ここでは、モータはすでに停止状態にあり、モータへの通電は遮断されているものとして説明する。
先ず、ステップ２１ではコンタクター２５をオフしてモータをインバータ部２１及びダイナミックブレーキ回路２３から切離す。ステップ２２で、ダイナミックブレーキ回路２３のリレー１７をＤＢ側にオンし、ダイナミックブレーキ回路２３をオン状態とする。ステップ２３で、平滑コンデンサ３の端子間に定電圧電源から、５Ｖ（ＤＣ）程度の低い電圧を供給する。ステップ２４で、実施例１で説明したように、インバータ部２１の上側アームの半導体スイッチング素子５，７，９のいずれかと、下側アームの半導体スイッチング素子６，８，１０の上側アームとの対を構成しない一つの半導体スイッチング素子をオンして、ダイナミックブレーキ回路２３に電流を流す。
【００２８】
実施例１では短時間の通電を行う必要があったが、実施例２では、印加電圧が低いので、短時間に電圧値を測定しなければならないという制約は緩和される。しかし、実施例１の場合と比較して、測定精度が要求されるので、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）で所要精度を確保できるような測定時間に設定する必要がある。測定精度が確保できるという条件下において、測定時間は極力短時間に設定した方がよい。その理由については後述する。
ステップ２５では、（４）式に基づいて制動抵抗器１８の電圧降下が所定範囲内にあるかを判断して、所定範囲内にあれば、ステップ２８に進み、所定範囲を外れていればステップ２６に進む。
なお、ここで言う所定範囲内とは、半導体スイッチング素子５乃至１０と整流ダイオード１１乃至１６の順方向電圧降下分（ＶＣＥ＋ＶＦ）のバラツキを考慮した制動抵抗器１８の電圧降下の値を意味する。ＶＣＥやＶＦの値は電流依存性と温度依存性による変動があるので、これらによる影響もあらかじめ測定または計算しておく必要がある。これらのバラツキ要因が±ΔＶとしてあらかじめ求められているとした場合、制動抵抗器１８の電圧降下（Ｉ・Ｒｂ）の所定範囲の値は次式となる。
Ｅ−２（ＶＣＥ＋ＶＦ−ΔＶ）≦Ｉ・Ｒｂ≦Ｅ−２（ＶＣＥ＋ＶＦ＋ΔＶ）      （５）
【００２９】
ステップ２６においては、制動抵抗器１８の電圧降下の値がＥであるかを判断し、Ｅであれば、ステップ３２にて制動抵抗器１８が断線（オープン）していると判断して故障検出を終了する。また、Ｅでなければ、ステップ２７に進み、さらに制動抵抗器１８の電圧降下の値が０か、または０ではないかを判断して、０であれば制動抵抗器１８が短絡しているか、あるいは整流ダイオード１１乃至１６中の通電状態にある整流ダイオードがオープン故障であると判断する。０でなければ、制動抵抗器１８が定数違い（正規品より抵抗値が大きいまたは小さい）、あるいは整流ダイオードがショート状態にあると判断して（Ｓ３２）故障検出を終了する。
【００３０】
ステップ２５に戻り、制動抵抗器１８の電圧降下の値が所定範囲内であれば、この時点で、制動抵抗器１８とリレー１７は正常であると判断し、ステップ２８に進む。ここでは三相全波整流回路２２の整流ダイオード１１乃至１６中の通電状態にある整流ダイオードのオープン故障または短絡故障を検出する。
ステップ２８にて、インバータ部２１の通電パターンを変更し、ステップ２９にて、制動抵抗器１８の電圧降下が（５）式に示す所定範囲内にあるかどうかを判断する。所定範囲内にあれば、ステップ３１に進み、所定範囲内になければステップ３０に進む。
ステップ３０にて制動抵抗器の電圧降下が０であれば、整流ダイオードがオープン故障であると判断し、０で無ければ短絡故障と判断する（Ｓ３２）。
ステップ３１では三相全波整流回路２２の全ての整流ダイオード１１乃至１６の通電パターンを完了したかどうかを判断して、完了してなければステップ２８に戻り、完了していれば故障検出を終了する。
【００３１】
なお、短絡故障がある場合は、通電パターンを変更する過程で過電流アラームとなることが想定されるので、先に述べたように、通電時間は出来るだけ短時間に設定する。例えば、半導体スイッチング素子の５と８をオンして、
半導体スイッチング素子５→整流ダイオード１２→制動抵抗器１８→リレー１７→整流ダイオード１３→半導体スイッチング素子８、という経路で通電しようとしたとする。この時、整流ダイオード１１が短絡していれば、廻り回路によって下記の経路で短絡電流が流れる。
半導体スイッチング素子５→整流ダイオード１１→整流ダイオード１３→半導体スイッチング素子８
従って、このような廻り回路によって短絡回路が形成されることへの保護回路や警報が必要であるが、通常のモータ制御装置においては過電流検出回路による保護は必須のものとして備えられているので、新たな保護回路の追加は必要ない。なお、整流ダイオードの短絡故障は、通常のテスト運転モードで過電流アラームとなり、この過電流アラームの発生時点で交換作業が行われることになるので、本ダイナミックブレーキ回路の故障検出の中で整流ダイオードの短絡故障を検出することは極めて稀であると考えてよい。
また、他の例として、整流ダイオード１２が短絡しているものとすると、この場合廻り回路は形成されず、整流ダイオード１２の順方向電圧降下分だけ電圧検出回路１９の検出電圧が高くなる。本実施例２でのダイナミックブレーキ回路の故障検出方法では、この場合ように、廻り回路による短絡回路の発生がない場合に限られる。ただし、この場合でも、半導体スイッチング素子の７と６をオンした場合、半導体スイッチング素子７→整流ダイオード１４→整流ダイオード１２→半導体スイッチング素子６の経路で短絡回路が形成されることになる。従って、短絡故障モードの故障検出は極めて稀には可能であるが、多くの場合は、過電流検出回路による検出に依存することになる。
【００３２】
ここで、ステップ３２における異常内容の判定を整理すると次のようになる。
ａ：整流ダイオード１１乃至１６の中の通電状態にある整流ダイオードのオープン故障。
ｂ：整流ダイオード１１乃至１６の中の通電状態にある整流ダイオードの短絡故障。（ただし、短絡故障は通常、過電流検出回路によって検出される。）
ｃ：制動抵抗器１８の短絡故障、または整流ダイオード１１乃至１６中の通電状態にある整流ダイオードのオープン故障
ｄ：制動抵抗器１８の定数ミス（正規品より抵抗値が大きいまたは小さい。）か、整流ダイオード１１乃至１６の中の通電状態にある整流ダイオードの短絡故障
ｅ：制動抵抗器１８の断線（オープン）故障
実施例２によれば、上述のようにして制動抵抗器の断線とショート、及び整流ダイオード１１乃至１６のオープン故障と、特定の条件下での短絡故障の検出も可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施例１、２におけるモータ制御装置の構成図
【図２】本発明の実施例１におけるダイナミックブレーキ回路の故障検出方法を示すフローチャート
【図３】本発明の実施例２におけるダイナミックブレーキ回路の故障検出方法を示すフローチャート
【図４】第一の従来例の回路図
【図５】第二の従来例のブロック図
【符号の説明】
【００３４】
１    三相電源
２    コンバータ部
３    平滑コンデンサ
４    フライホイールダイオード
５，６，７，８，９，１０  半導体スイッチング素子
１１，１２，１３，１４，１５，１６  整流ダイオード
１７  リレー
１８  制動抵抗器
１９  電流検出手段（または電圧検出手段）
２０  モータ
２１  インバータ部
２２  三相全波整流回路
２３  ダイナミックブレーキ回路
２４  位置検出器
２５  コンタクター
２６  制御回路部
２７  インバータ制御回路部
【図１】
2009142115.tif 000004
【図２】
2009142115.tif 000005
【図３】
2009142115.tif 000006
【図４】
2009142115.tif 000007
【図５】
2009142115.tif 000008