JP4367341B2 - ダイナミックブレーキ回路保護装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御装置に設けられたダイナミックブレーキ（以下ＤＢと称す）回路に関し、ＤＢ回路が破壊することを防止するための保護装置に関する。

従来、半導体製造装置やロボット、各種工作機械などのＦＡシステム装置にはサーボモータがよく利用されている。これらＦＡ分野では異常発生時に装置の破壊や安全のために可動部を緊急停止する必要があり、一般的にサーボモータ制御装置にはＤＢ回路を内蔵している。

図６にＤＢ回路を内蔵したサーボモータ制御装置の構成図を示す。ＤＢ回路６１は整流ダイオード６６、リレー６７、ＤＢ抵抗器６８で構成され、サーボモータ５が回転時に発生する逆起電力を整流ダイオード６６で整流し、リレー６７を介してＤＢ抵抗器６８を導通させることでブレーキトルクを発生させ、逆起電力のエネルギーをＤＢ抵抗器６８で熱エネルギーに変換し消費させ停止させる。また、ＤＢ回路６１に使用されるリレー６７を無励磁時に導通するＢ接点タイプを使用することで、停電などで電源が遮断された場合でも緊急停止することができる。

ＤＢ回路６１の能力はリレー６７の電流容量、ＤＢ抵抗器６８の許容電力で制限されるが、制御手段１０で消費電力や電流値を監視してＤＢ回路６１が破壊しないように保護する方法が考案されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
特開２００２−３６９５６４号公報 特開平８−３３１９５号公報

しかし、モータ制御装置に電源が供給されておらず、外部よりサーボモータが回されているような異常な状態では、リレーは導通状態であるためにＤＢ抵抗器はサーボモータが発生するエネルギーを消費し続け、ＤＢ抵抗器の能力を超えた場合に破壊に至ってしまう。このような異常状態では上述した保護回路は動作せず、ＤＢ回路を保護することはできなかった。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、電源がＯＦＦ状態で、外力によりモータが回されているような異常な状態においてもＤＢ回路を保護できるモータ制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、モータに接続されたＤＢ整流回路にリレーを介してＤＢ抵抗器を並列接続したダイナミックブレーキ回路を有し、前記リレーの接点を閉じることでモータを緊急停止させるモータ制御装置において、前記ＤＢ整流回路に接続され、モータを外部から回転させたときに発生する逆起電力から制御用の電源を生成し、モータ制御装置に電力が供給されている場合にリレー電源と遮断するためのダイオードを有したＤＢ制御電源生成手段と、前記ＤＢ整流回路に接続され、分圧によって前記ダイナミックブレーキ回路の異常を検出するＤＢ異常検出手段と、前記ＤＢ制御電源生成手段に接続され、前記ＤＢ異常検出手段からのＤＢ異常信号を受けて前記リレーを開放させるＤＢ制
御手段とを備え、前記ＤＢ制御手段は、電源ＯＮ後のモータ起動時にはリレー電源によって前記リレーを励磁して開放し、電源ＯＦＦ時に前記ＤＢ異常信号を受けたときは、前記ＤＢ制御電源生成手段のダイオードを介して前記リレーを励磁して開放し、前記ＤＢ整流回路とＤＢ抵抗器とを非導通にする。また、ＤＢ異常検出手段に温度検出素子を用いたものである。

本発明のダイナミックブレーキ回路保護装置によれば、外力によりモータが回されてい
るような異常な状態でも、ＤＢ回路を保護することができる。

モータに接続されたＤＢ整流回路にリレーを介してＤＢ抵抗器を並列接続したダイナミックブレーキ回路を有し、前記リレーの接点を閉じることでモータを緊急停止させるモータ制御装置において、前記ＤＢ整流回路に接続され、モータを外部から回転させたときに発生する逆起電力から制御用の電源を生成し、モータ制御装置に電力が供給されている場合にリレー電源と遮断するためのダイオードを有したＤＢ制御電源生成手段と、前記ＤＢ整流回路に接続され、分圧によって前記ダイナミックブレーキ回路の異常を検出するＤＢ異常検出手段と、前記ＤＢ制御電源生成手段に接続され、前記ＤＢ異常検出手段からのＤＢ異常信号を受けて前記リレーを開放させるＤＢ制御手段とを備え、前記ＤＢ制御手段は、電源ＯＮ後のモータ起動時にはリレー電源によって前記リレーを励磁して開放し、電源ＯＦＦ時に前記ＤＢ異常信号を受けたときは、前記ＤＢ制御電源生成手段のダイオードを介して前記リレーを励磁して開放し、前記ＤＢ整流回路とＤＢ抵抗器とを非導通にすることを特徴とするダイナミックブレーキ回路保護装置である。

本発明によるダイナミックブレーキ回路保護装置について、図１、図２、図３を用いて説明する。

図１は実施例１におけるダイナミックブレーキ回路保護装置を内蔵したサーボモータ制御装置の構成図である。

電源１は、単相あるいは３相で１００Ｖと２００Ｖ仕様のものが多く、整流ダイオード２で電源１をＤＣに電力変換、電解コンデンサ３によってリップル成分が除去される。最近は小型化のために低電圧で装置を構成する場合もあり、ＤＣ２４Ｖなど低電圧のＤＣ電源を使用する場合もあり、このようなサーボモータ制御装置の場合は、整流ダイオードを省くことができる。

インバータ回路４は、３相のフルブリッジ回路からなるために６つのＩＧＢＴから構成される。サーボモータ５は、永久磁石型ＡＣサーボモータが一般的で、各巻線はインバータ回路４から電圧が供給され、ＰＷＭ制御（Ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）によって正弦波状の電圧が印加される。

次に、ダイナミックブレーキ回路保護装置の構成について説明する。ダイナミックブレーキ回路保護装置１１は従来と同様のＤＢ回路（ＤＢ整流回路６、リレー７、ＤＢ抵抗器８）に加えて、ＤＢ制御電源生成手段１５、ＤＢ制御手段１６、ＤＢ異常検出手段１７で構成される。ＤＢ抵抗器８はサーボ制御装置の容量にもよるが、数Ω〜十数Ω程度のものが使用される。ＤＢ回路１１は異常時にサーボモータを緊急停止させたいときに使用され、原理は次のようになっている。

サーボモータ５が回転すると巻線に逆起電力といわれる交流のエネルギーを発生し、ＤＢ整流回路６はこのエネルギーを直流エネルギーに変換する。リレー７はＤＢ整流回路６のプラス側とマイナス側をＤＢ抵抗器８を介して接続されるので、サーボモータ５から発生したエネルギーはＤＢ抵抗器８に全て印加されて消費し、サーボモータ５のエネルギーをゼロにするように動作してサーボモータ５にブレーキトルクを発生させ、サーボモータ５は停止する。

このリレー７はＢ接点のものが使用され、電源ＯＦＦ時はＤＢ抵抗器７が導通状態であり、電源ＯＮ後にサーボモータ５を起動させる時に非導通状態にする。また制御装置の設定で電源ＯＮ後にサーボモータ５を起動しない場合にでも非導通にするようにパラメータで設定できるようにすることも可能である。

リレー電源１９は電源１と絶縁するためにＤＣＤＣ電源回路９で生成され、リレー駆動用の電源として１２Ｖを出力するように設計されることが多い。

ここで、ダイナミックブレーキ回路保護装置１１の動作について説明する。電源１が印加されていない場合にはリレー電源１９も生成されないためリレー７は導通状態である。このとき、サーボモータ５を外部から回そうとするとブレーキトルクが発生する。このように電源１がＯＦＦ状態でも外部から更に大きいトルクでサーボモータ５を回すことは可能であり、この場合サーボモータ５の逆起電力により電圧が発生する。

発生した電圧は、ＤＢ整流回路６で直流に変換され、変換された直流電圧はＤＢ制御電源生成手段１５に印加されて、リレー電源１９、ＤＢ制御手段１６、ＤＢ異常検出手段１７に電源を供給する。

図２は、ＤＢ制御電源生成手段の回路の一例である。以下、図１を併用しながら説明する。ＤＢ制御電源生成手段１５は、ＤＣＤＣ電源回路２３、ダイオード２４で構成されている。ＤＣＤＣ電源回路２３はサーボモータ５の逆起電力が小さく３５Ｖ以下であればレギュレータで構成することができ、それ以上の場合はスイッチング電源などの構成となり、この場合ＤＢ整流回路６の電源と絶縁することもできる。ダイオード２４は電源１からサーボモータ制御装置１２に電力が供給されている場合に、ＤＢ制御電源生成手段１５からの電源を遮断して無効にするために設けられている。

次に、図３を用いてＤＢ制御手段とＤＢ異常検出手段について説明する。ＤＢ異常検出手段１７は２つの抵抗器２５、抵抗器２６で構成されており、ＤＢ整流回路６で整流された電圧を抵抗分割してＤＢ異常信号１８を出力する。ＤＢ制御手段１６はバッファＩＣ３６で構成され、ＤＢ制御電源生成手段１５から供給される電圧をＤＢ制御電源２２とし、ＤＢ異常検出手段１７からのＤＢ異常信号１８を受ける。

ＤＢ異常信号１８の値がバッファＩＣ３６のしきい値を超えた場合を異常として認識し、ＤＢ解除信号２８を出力する。このバッファＩＣ３６の入力にはフォトカプラ３３も接続されており、電源１が正常に印加されている場合には、フォトカプラ３３がＯＮ状態となるように制御手段１０でＤＢ解除信号３４が出力され、ＤＢ解除信号３５がＬレベル、バッファＩＣ３６はＬを出力し、ＤＢ回路保護装置は動作しない状態になる。

電源１が印加されていない場合にサーボモータが回転したときは、ＤＢ異常信号１８の値がバッファＩＣ３６のしきい値を超えた場合にＤＢ解除信号２８がＨとなり、トランジスタ２７をＯＮしてリレー７を非導通としてＤＢ抵抗器８やリレー７の破壊を防ぐことができる。

以上のような構成とすることで、サーボモータ制御装置に電源が供給されておらず、外部よりサーボモータが回されている異常な状態でもＤＢ回路のＤＢ抵抗器やリレーを破壊から防ぐことができる。

図４、図５を併用しながら本発明の実施例２について説明する。

実施例１と異なるのはＤＢ異常検出手段１７に温度検出手段３１を設け、温度検出手段３１の温度異常信号３７を出力してＤＢ制御手段１６に入力している点であり、この点を中心に説明する。

実施例１と同様に、電源１が印加されず、サーボモータ５が外部から回されているとき、リレー７が導通されているため、サーボモータ５で生成したエネルギーは全てＤＢ抵抗器８で消費される。

エネルギーの消費によってＤＢ抵抗器８が許容温度を超えると、ＤＢ抵抗器８を保護するため温度検出手段３１はＤＢ異常信号１８となる温度異常信号３７を出力し、制御手段１６に入力される。温度検出手段３１としては、例えばＮＥＣ／トーキン製のサーマルガードＯＨＤがあり、正常時はスイッチＯＮつまり導通状態であり、設定温度を超えた場合にスイッチがＯＦＦとなり非導通となる。

図５において、温度検出手段３１が非導通となるとＤＢ異常信号１８はＨとなり、バッファＩＣ３６の出力もＨとなる。この時、図４のトランジスタ２７はＯＮしてリレー７が非導通となり、ＤＢ抵抗器８はＤＢ整流回路６から遮断される。

なお、温度検出手段としてサーミスタ等の他の温度検出素子を用いても容易に回路構成可能である。

以上のような構成とすることで、サーボモータ制御装置に電源が供給されておらず、外部よりサーボモータが回されている異常な状態でもＤＢ抵抗を破壊から防ぐことができる。

本発明のダイナミックブレーキ回路保護装置は、サーボモータ制御装置に限らず、ＤＢ回路を保護したいモータ制御装置に有用である。

本発明の実施例１におけるダイナミックブレーキ回路保護装置を内蔵したサーボモータ制御装置の全体構成図 本発明の実施例１におけるＤＢ制御電源生成手段の構成図 本発明の実施例１におけるＤＢ制御手段とＤＢ異常検出手段の構成図 本発明の実施例２におけるダイナミックブレーキ回路保護装置を内蔵したサーボモータ制御装置の全体構成図 本発明の実施例２におけるＤＢ制御手段とＤＢ異常検出手段の構成図 従来例におけるサーボモータ制御装置の構成図

符号の説明

１ 電源
２ 整流回路
３ 電解コンデンサ
４ インバータ回路
５ サーボモータ
６ ＤＢ整流回路
７ リレー
８ ＤＢ抵抗器
９、２３ ＤＣＤＣ電源回路
１０ 制御手段
１１ ＤＢ回路
１２ サーボモータ制御装置
１４、３３ フォトカプラ
１５ ＤＢ制御電源生成手段
１６ ＤＢ制御手段
１７ ＤＢ異常検出手段
１８ ＤＢ異常信号
１９ リレー電源
２１ 制御電源
２２ ＤＢ制御電源
２４ ダイオード
２５、２６ 抵抗器
２８、２９ ＤＢ解除信号
３１ 温度検出手段
３２ トランジスタ
３４、３５ ＤＢ解除信号
３６ バッファＩＣ
３７ 温度異常信号

Claims (2)

1. モータに接続されたＤＢ整流回路にリレーを介してＤＢ抵抗器を並列接続したダイナミックブレーキ回路を有し、前記リレーの接点を閉じることでモータを緊急停止させるモータ制御装置において、前記ＤＢ整流回路に接続され、モータを外部から回転させたときに発生する逆起電力から制御用の電源を生成し、モータ制御装置に電力が供給されている場合にリレー電源と遮断するためのダイオードを有したＤＢ制御電源生成手段と、前記ＤＢ整流回路に接続され、分圧によって前記ダイナミックブレーキ回路の異常を検出するＤＢ異常検出手段と、前記ＤＢ制御電源生成手段に接続され、前記ＤＢ異常検出手段からのＤＢ異常信号を受けて前記リレーを開放させるＤＢ制御手段とを備え、前記ＤＢ制御手段は、電源ＯＮ後のモータ起動時にはリレー電源によって前記リレーを励磁して開放し、電源ＯＦＦ時に前記ＤＢ異常信号を受けたときは、前記ＤＢ制御電源生成手段のダイオードを介して前記リレーを励磁して開放し、前記ＤＢ整流回路とＤＢ抵抗器とを非導通にすることを特徴とするダイナミックブレーキ回路保護装置。
2. ＤＢ異常検出手段に温度検出素子を用いた請求項１に記載のダイナミックブレーキ回路保護装置。

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