JPH0274182A - 電動機の制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の分野） 本発明は、自動工作機械や自動組み立て機におけるマニ
ピュレータ駆動用などの電動機においてその回生電力を
制御する制御回路に関する。

（従来技術とその問題点） 第４図は、特公昭５６−２６２３１号公報に記載の従来
例の回路図である。第４図において、Ｑ１〜Ｑ４は、そ
れぞれ、パワートランジスタであり、パワートランジス
タＱｌのエミッタ側とパワートランジスタＱ２のコレク
タ側、パワートランジスタＱ３のエミッタ側とパワート
ランジスタＱ４のコレクタ側それぞれが接続されている
。パワートランジスタＱｌおよびＱ３それぞれのコレク
タ側が直流電源Ｅの一端側に接続され、パワートランジ
スタＱ２およびＱ４それぞれのエミッタ側が直流電源Ｅ
の他端側にそれぞれ接続されている。パワートランジス
タＱ＋およびＱ３の両エミッタ間に電動機Ｍとリアクト
ルＬとの直列回路が挿入接続されている。更に、各パワ
ートランジスタＱｌ〜Ｑ４のエミッターコレクタ間には
各１個ずつ逆方向に誘起電圧を逃すためのダイオードＩ
）Ｉ〜Ｄ４が接続されている。これらによりブリッジ・
トランジスタ回路が構成され、所定の２個のパワートラ
ンジスタＱｌとＱ４、あるいは、パワートランジスタＱ
２とＱ３をＯＮ’させることにより、電動機Ｍを正逆回
転させるようになっている。Ｒｄは、直流電源Ｅに接続
された比較的抵抗値の高いダミー抵抗であり、このダミ
ー抵抗Ｒｄにより前記誘起電圧を消費するようになって
いる。Ｒｓは、直流ｉｆ源Ｅに接続された比較的抵抗値
の低い異常電圧放電用の放電抵抗、Ｑ５は、前記ダミー
抵抗Ｒｄと並列でかつ放電抵抗Ｒｓと直列に接続された
スイッチング素子としてのトランジスタである。

直流電源Ｅの一端側には、予め設定した所定の電圧値を
超えたときにＯＮ信号を出力する定電圧ダイオードなど
による電圧検出器Ｄｅの入力側か接続され、そして、そ
の電圧検出器Ｄｅの出力側が前記トランジスタＱ５のベ
ース側に接続されている。これにより、ブレーキをかけ
るためにパワートランジスタＱｌとＱ４、あるいは、Ｑ
２とＱ３をＯＦＦしたときに、回生電流が流れて電圧検
出器Ｄｅで設定された所定電圧値を超える異常電圧が誘
起されても、その異常電圧を電圧検出器Ｄｅで検出し、
それに伴ない、トランジスタＱ５をＯＮし、今まで抵抗
値の高いダミー抵抗Ｒｄだけであったバイパス経路に比
較的抵抗値の低い放電抵抗Ｒｓが並列に加わり、異常電
圧による回生電力を放電抵抗Ｒｓにより消費してクリッ
プし、異常電圧を抑えてパワートランジスタを保護する
ようになっている。

ところで、電圧検出器Ｄｅは、一般にツェナーダイオー
ドが用いられるために、ツェナーダイオードの動作開始
電圧付近の動作抵抗が大きく、トランジスタＱ５を十分
に駆動できるベース電流を流すことができず、トランジ
スタＱ５が不活性領域で動作するため、トランジスタＱ
５の損失が非常に大きくなり放熱器の面積を増大さ仕る
必要がある。一般には、電圧検出器Ｄｅを用いたのちに
前置増幅器を用い、トランジスタＱ５に十分な電流を確
保できる回路が必要となる。

第５図は、特開昭５７−７８３８２号公報に記載の他の
従来例の回路図である。第５図において、１１は電動機
、Ｉ２はトランジスタブリッジ回路であり、トランジス
タ２１〜２４とダイオード２５〜２８とから構成されて
いる。電動機１１の両端子間には、放電用接点１４が並
列に接続されている。

トランジスタ２１〜２４それぞれには、ベース電流駆動
回路３１〜３４が接続されている。トランジスタブリッ
ジ回路１２の入力端子間には、放電回路１５が接続され
ている。Ｉ６は、整流用ダイオード６１〜６６によって
構成される整流回路である。７１〜７３は、電磁開閉器
である。前記放電回路５には、放電用トランジスタ５１
、電流制限抵抗５２、第１および第２コンデンサ５３．
５４、ダイオード５５および放電制御回路５６が備えら
れ、電動機１１を減速または停止するに伴なって設定以
上の回生電力か発生したときには、ダイオード５５の両
端に発生する逆方向電圧が設定以上となり、そのことを
放電制御回路５６により検出し、それに伴なってベース
電流を放電用トランジスタ５１に供給し、回生電力を電
流制限抵抗５２によりジュール熱として消費するように
なっている。また、放電用トランジスタ５１には、その
導通状態を監視する監視回路１８が接続されていて、放
電用トランジスタ５１の導通状態の継続時間が設定時間
を越えたことを検出して警報を発し、電動機１１の制御
不良や放電用トランジスタ５１の破損を招くことを防止
できるようになっている。

しかしながら、この第２従来例による場合、ダイオード
５５に電動機１１へ供給する電流が流れるため、電動機
１１へのピーク電流にも耐えることができるようにダイ
オード５５として大きなものを選定しなければならない
。また、コンデンサ５３としても、回生時の電力吸収の
役割を持たないにもかかわらず、電動機ＩＩの負荷電流
によるりップル電流値を許容できるだけの大容量のもの
を必要とする欠点があった。

（発明の目的） 本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであっ
て、電圧検出時の確実性と、停止時の確実性とをもって
回生電力を吸収するとともに、動作時の電力損失を少な
くすること、および平滑用コンデンサを小容量のものに
することを目的としている。

（発明の構成と効果） このような目的を達成するために、本発明の制御回路に
おいては、直流電源回路における平滑用コンデンサの両
端間に並列接続された回生電力消費回路と、電圧差検出
手段とからなり、前記回生電力消費回路は、第１の抵抗
と電圧制御素子との直列回路で構成され、前記電圧差検
出手段は、前記平滑用コンデンサの両端間に並列に接続
されたツェナーダイオードと第２の抵抗とからなる直列
回路と、その直列回路における第２の抵抗の両端間に接
続されて当該第２の抵抗の両端間電圧差が所定値以上の
とき？二ｍ記電圧制御素子を導通駆動する導通手段とで
構成されたことを特徴としている。

この構成によれば、電動機の減速などに伴なって回生電
力が発生するとともに、その回生電力が電源電圧よりも
高くなることにより、電圧差検出手段におけるツェナー
ダイオードに直列に接続された第２の抵抗の両端間電圧
が設定以上？こなると、導通手段が電圧制御素子を導通
駆動することになる。電圧制御素子が導通するととらに
回生電流が第１の抵抗に流れる結果、その第１の抵抗に
おいて回生電力が消費されることから、回生動作直後に
おける電圧が供給電源電圧よりも大幅に上昇することを
回避できる。

（実施例の説明） 以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図は、本発明における電動機の制御回路の第１実施
例に係る回路図である。この図において、Ｑ１〜Ｑ４は
、それぞれパワートランジスタであって、これらは直流
電動機Ｍを駆動制御する駆動回路を構成している。なお
、Ｄ１〜Ｄ４は、それぞれ誘起電圧を逃すためのダイオ
ードである。各パワートランジスタＱｌ−０４それぞれ
のベースに対しては図示省略のサーボアンプからパルス
信号が入力され、これにより、電動機Ｍは正逆方向に回
転駆動制御されるようになっている。Ｅ！は交流電源で
あり、この交流電源Ｅ１は、整流用ダイオードＤ８〜Ｄ
１１と平滑用コンデンサＣとで構成される直流電源回路
Ｅ２に接続されている。

本実施例の制御回路にあっては、この直流電源回路Ｅ２
から作動用直流電源を得られるようになっている。なお
、Ｒｄは、平滑用コンデンサＣの両端に接続された比較
的抵抗値の高いダミー抵抗である。■は直流電源回路Ｅ
２の平滑用コンデンサＣの両端間に並列に接続された回
生電力消費回路であって、回生電力消費用の低抵抗値の
抵抗Ｒｓと、スイッチング素子としての電圧制御素子Ｑ
５との直列回路から構成されている。２は、同じく直流
電源回路Ｅ２における平滑用コンデンサＣの両端間に並
列に接続された電圧差検出手段であって、ツェナーダイ
オードＺＤＯと抵抗ＲＯとからなる直列回路と、その抵
抗Ｆ１０に並列に接続された、導通手段３とで構成され
ている。

この導通手段３は、ツェナーダイオードＺＤＩと抵抗Ｒ
４，Ｒ５からなる直列回路と、同じくその抵抗ＲＯに並
列に接続された、抵抗Ｒ６、Ｒ７とツェナーダイオード
ＺＤ２とサイリスタＳＣＲとからなる直列回路と、抵抗
Ｒ５に並列に接続されたコンデンサＣＩと、抵抗Ｒ６に
ベース・エミッタを接続されたスイッチングトランジス
タＱ６と、そのスイッチングトランジスタＱ６のコレク
タに接続された抵抗Ｒ８，Ｒ９と、その抵抗Ｒ９に並列
に接続されたツェナーダイオードＺＤ３とから構成され
ている。

次に、この実施例の作用につき、第２図に示すタイムチ
ャートを用いて説明する。第２図（イ）は電動機Ｍへの
供給電流１ａとその電動機Ｍからの回生電流ｒｂとを示
す図であり、第２図（ロ）は上下方向の波高値の大きさ
で電動機Ｍの回転速度を、また電動機Ｍの回転方向にお
いて、正転方向をＣＷで、逆転方向をＣＣＷの各符号で
それぞれ示す図であり、第２図（ハ）は直流電源回路Ｅ
２の一端側における平滑用コンデンサＣの負極側に対す
る正極側（ａ）の電位の関係を示す図であり、第２図（
ニ）は抵抗ＲＯの両端の電位（ｄ）を示す図であり、第
２図（ホ）は回生電力消費回路Ｉにおける電圧制御素子
Ｑ５の入力電位（ｃ）を示す図である。

まずサーボアンプからのパルス信号により時刻ｔｏにト
ランジスタＱＩ　　Ｑ４を同時にＯＮにすると、第２図
（イ）（ロ）から明らかなように電動機Ｍには供給電流
１ａが流れて、電動機Ｍは同時刻ｔｏに正方向Ｉこ回転
（正転：　ＣＷ）Ｌ、はじめていくとともにその回転速
度を上昇させていく。

そして、時刻ｔ１において、電動機Ｍが所定の回転速度
に到達すると、該電動機Ｍはパルス信号により所定の回
転速度に回転制御される。

次に、時刻ｔ２で電動機Ｍへの電流１ａの供給を停止す
ると、それまで正転していた電動機Ｍは発電機として作
用して回生電流１ｂを発生させる。

この回生電流Ｉｂは時刻［３まで発生する。なお、時刻
ｔ４以降における電動機Ｍの逆転方向ＣＣＷについては
正転方向ＣＷと同様であるからその説明は省略する。

上記のような電動機Ｍの回転動作において、電圧差検出
手段２におけるツェナーダイオードＺＤＯのカソード側
電位（ａ）と、そのアノード側電位（Ｂとの関係を示す
第２図（ハ）（ニ）から明らかなように、まず、ツェナ
ーダイオードＺＤＯのカソード側電位（ａ）とそのアノ
ード側電位（ｂ）とは、平滑用コンデンサＣの電位から
ツェナーダイオードＺＤＯの電圧を引いた電圧関係とな
る。

電動機Ｍが回転しはじめた時刻ｔｏ以降から図示のよう
に変化して時刻ｔｌ以降は所定の電位で安定する。そし
て、時刻ｔ２で、電動機Ｍへの電流供給が停止されると
、平滑用コンデンサＣは回生電流１ｂで充電されて、そ
の電位（ａ）は時刻ｔ２〜（３のように変化し、回生電
流ｔｂが流れなくなる時刻ｔ３には一定の電位にほぼ安
定する。

回生電力の増加に伴なって、抵抗ＲＯの電位（Ｉｔ）が
設定以上に上昇して抵抗ＲＯの両端に並列接続されたツ
ェナーダイオードＺＤＩの降伏電圧Ｖｚｌよりも大にな
ったときに、そのツェナーダイオードＺＤＩが導通する
結果、サイリスタＳＣＲがＯＮＬ、これにより同時にス
イッチングトランジスタＱ６が導通し、さらに同時に電
圧制御素子Ｑ５が導通する。そして、この電圧制御素子
Ｑ５が導通すると、回生電流Ｉｃが抵抗Ｒｓを通じて流
れるようになるとともに、その回生電力は抵抗Ｒｓによ
って消費される。このようにして、本実施例では回生電
力が設定値以上に高くなることが防止される。また、時
刻ｔ４において、電動機Ｍが通電されたときには、平滑
用コンデンサＣには既に電荷が充電されているため、そ
の電位（ａ）は第２図の（ハ）のようにその初期の時刻
ｔＯにおけるよりも小さく降下するだけとなる。スイッ
チングトランジスタＱ６のコレクタ電位（Ｃ）は、第２
図（ホ）に示すように、スイッチングトランジスタＱ６
が遮断状態の時には、平滑用コンデンサＣの負極側電位
と等しく、導通に伴なって、ツェナーダイオードＺＤＯ
のアノード側電位（ｂ）とほぼ等しい電位まで上昇する
。そして、電圧制御素子Ｑ５のドレイン側電位（ｄ）は
、第２図（へ）に示すように、その導通に伴なって降下
する。また、ツェナーダイオードＺＤ２の端子電圧ＶＤ
が直流電源回路Ｅｌへの供給電圧Ｖｓとツェナーダイオ
ードＺＤ２の降伏電圧Ｖｚ２と設定電圧α（３〜５ボル
ト）との和よりも小になったときに、サイリスタ５ＣＲ
ｈ＜ＯＦＦ’するようになっていて、その動作電圧−Ｖ
ａと復帰電圧−ｖｂとの間にヒステリシスを持たせるよ
うになっている。

第３図は、本発明の電動機の制御回路の第２実施例に係
る回路図である。この第２実施例は、三相交流電力で作
動される電動機Ｍに適用したものである。Ｑ７〜ＱＩ２
は、それぞれＮＰＮ型のパワートランジスタ、Ｍは電動
機、Ｄ１２〜Ｄ１７は、それぞれ誘起電圧を逃すための
ダイオードであり、これらによりブリッジ・トランジス
タ回路が構成されている。動作については、第１実施例
と同様であり、省略する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の電動機の制御回路の第【Ｘ施例の回
路図、第２図は、第１実施例の作用を説明するタイムチ
ャート、第３図は第２実施例の回路図、第４図は第１従
来例の回路図、第５図は第２従来例の回路図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）直流電源回路における平滑用コンデンサの両端間
   に並列接続された回生電力消費回路と、電圧差検出手段
   とからなり、 前記回生電力消費回路は、第１の抵抗と電圧制御素子と
   の直列回路で構成され、 前記電圧差検出手段は、前記平滑用コンデンサの両端間
   に並列に接続されたツェナーダイオードと第２の抵抗と
   からなる直列回路と、その直列回路における第２の抵抗
   の両端間に接続されて当該第２の抵抗の両端間電圧差が
   所定値以上のときに前記電圧制御素子を導通駆動する導
   通手段とで構成されたことを特徴とする電動機の制御回
   路。