特開 2024-77192 検出回路、放電回路、制御装置およびモータシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024077192

(43)【公開日】2024-06-07

(54)【発明の名称】検出回路、放電回路、制御装置およびモータシステム

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20240531BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022189111

(22)【出願日】2022-11-28

(71)【出願人】

【識別番号】000004204

【氏名又は名称】日本精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109380

【弁理士】

【氏名又は名称】小西 恵

(74)【代理人】

【識別番号】100109036

【弁理士】

【氏名又は名称】永岡 重幸

(72)【発明者】

【氏名】藤本 岳

【テーマコード（参考）】

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H770CA02

5H770DA03

5H770FA13

5H770HA03W

(57)【要約】

【課題】外部の電源に依存せずに残留電荷を検出する。
【解決手段】 検出回路の一態様は、負荷に電力を供給する直流電源と、電源電圧を平滑化する平滑化コンデンサとの間に設けられたダイオードと、上記ダイオードのアノード側と上記直流電源との間に組み込まれ、当該アノード側の電圧で作動して当該アノード側の電圧を検出する第１検出部と、上記ダイオードのカソード側と上記負荷との間に組み込まれ、当該カソード側の電圧で作動して当該カソード側の電圧を検出する第２検出部と、を備える。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

負荷に電力を供給する直流電源と、電源電圧を平滑化する平滑化コンデンサとの間に設けられたダイオードと、
前記ダイオードのアノード側の電圧で作動して当該アノード側の電圧を検出する第１検出部と、
前記ダイオードのカソード側の電圧で作動して当該カソード側の電圧を検出する第２検出部と、
を備える検出回路。

【請求項2】

前記第１検出部は、前記アノード側の電圧の分圧を第１検出電圧として出力し、
前記第２検出部は、前記カソード側の電圧の分圧を第２検出電圧として出力し、
前記直流電源から電力が供給されている場合には前記第１検出電圧は前記第２検出電圧よりも高電圧である請求項１記載の検出回路。

【請求項3】

前記第１検出電圧が前記第２検出電圧よりも低電圧となった場合に当該第１検出電圧と当該第２検出電圧との差分電圧で動作する差分動作部を更に備える請求項２記載の検出回路。

【請求項4】

前記差分動作部は、前記平滑化コンデンサを放電させる請求項３記載の検出回路。

【請求項5】

前記差分動作部は、前記差分電圧で動作するスイッチ部と、当該スイッチ部によってオンオフされる実働部とを備える請求項３記載の検出回路。

【請求項6】

前記スイッチ部はフォトカプラである請求項５記載の検出回路。

【請求項7】

負荷に電力を供給する直流電源と、電源電圧を平滑化する平滑化コンデンサとの間に設けられたダイオードと、
前記ダイオードのアノード側と前記直流電源との間に組み込まれ、当該アノード側の電圧で作動して当該アノード側の電圧を検出する第１検出部と、
前記ダイオードのカソード側と前記負荷との間に組み込まれ、当該カソード側の電圧で作動して当該カソード側の電圧を検出する第２検出部と、
前記アノード側の検出電圧と前記カソード側の検出電圧との差分電圧で動作して前記平滑化コンデンサを放電させる放電部と、
を備える放電回路。

【請求項8】

請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の検出回路と、
前記直流電源と、
前記平滑化コンデンサと、
前記負荷である制御対象を制御する制御部と、
を備える制御装置。

【請求項9】

請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の検出回路と、
前記直流電源と、
前記平滑化コンデンサと、
前記負荷であるインバータと、
前記インバータによって駆動されるモータと、
を備えるモータシステム。

【請求項10】

請求項９に記載のモータシステムと、
前記モータシステムによって駆動される駆動機構と、
を備える機械。

【請求項11】

請求項９に記載のモータシステムと、
前記モータシステムによって駆動されて駆動力を出力する出力機構と、
を備えるアクチュエータ。

【請求項12】

請求項９に記載のモータシステムと、
前記モータシステムによって駆動される駆動機構と、
走行機構と、
を備える車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、検出回路、放電回路、制御装置、モータシステム、アクチュエータ、車両および機械に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電源から負荷への電力供給が停止したとき、平滑化コンデンサの残留電荷を放電処理する装置が知られている。
例えば特許文献１には、遮断回路が正常に通電（電荷移動）を遮断しない場合に放電抵抗の異常発熱を防止する放電制御装置が提案されている。

【0003】

また、例えば特許文献２には、車両内のコンデンサを放電する放電システムについて、車両の衝突時にコンデンサの残留電荷を適切に放電することが可能な放電システムが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０－０３１５１６号公報

【特許文献2】特許第６３６１４６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、特許文献１および特許文献２の技術では、平滑化コンデンサにおける電荷の残留を検出する検出回路や、残留電荷を放電する放電回路が、外部の電源や信号によって駆動されるため、システム全体が停止した場合などには残留電荷の検出や放電ができない。
そこで、本発明は、外部の電源に依存せずに残留電荷の検出を行うことを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明に係る検出回路の一態様は、負荷に電力を供給する直流電源と、電源電圧を平滑化する平滑化コンデンサとの間に設けられたダイオードと、上記ダイオードのアノード側と上記直流電源との間に組み込まれ、当該アノード側の電圧で作動して当該アノード側の電圧を検出する第１検出部と、上記ダイオードのカソード側と上記負荷との間に組み込まれ、当該カソード側の電圧で作動して当該カソード側の電圧を検出する第２検出部と、を備える。

【0007】

このような検出回路によれば、第１検出部および第２検出部が検出対象の電圧で動作するため外部の電源に依存せずに残留電荷を検出することができる。
上記検出回路において、上記第１検出部は、上記アノード側の電圧の分圧を第１検出電圧として出力し、上記第２検出部は、上記カソード側の電圧の分圧を第２検出電圧として出力し、上記直流電源から電力が供給されている場合には上記第１検出電圧は上記第２検出電圧よりも高電圧であることが好ましい。直流電源からの電力供給が途絶えると第１検出電圧は低下するので、電力供給時に第１検出電圧が第２検出電圧よりも高電圧であると、第１検出電圧と第２検出電圧との比較で電力供給の有無が容易に確認される。

【0008】

上記検出回路において、上記第１検出電圧が上記第２検出電圧よりも低電圧となった場合に当該第１検出電圧と当該第２検出電圧との差分電圧で動作する差分動作部を更に備えることが望ましい。差分動作部が備えられることで、電力供給が途絶えた場合に望まれる動作を、外部に頼らず差分電圧で実行することができる。

【0009】

上記差分動作部の動作としては、例えばアラート通知や平滑化コンデンサの放電などが想定され、上記差分動作部は、上記平滑化コンデンサを放電させることが好ましい。電力供給が途絶えた場合に、平滑化コンデンサの残留電荷による影響が抑制される。
上記検出回路において、上記差分動作部は、上記差分電圧で動作するスイッチ部と、当該スイッチ部によってオンオフされる実働部とを有することが望ましい。スイッチ部を介することでノイズなどによる誤動作が抑制される。上記スイッチ部がフォトカプラであると誤動作の抑制に優れている。

【0010】

また、本発明に係る放電回路の一態様は、負荷に電力を供給する直流電源と、電源電圧を平滑化する平滑化コンデンサとの間に設けられたダイオードと、上記ダイオードのアノード側と上記直流電源との間に組み込まれ、当該アノード側の電圧で作動して当該アノード側の電圧を検出する第１検出部と、上記ダイオードのカソード側と上記負荷との間に組み込まれ、当該カソード側の電圧で作動して当該カソード側の電圧を検出する第２検出部と、上記アノード側の検出電圧と上記カソード側の検出電圧との差分電圧で動作して上記平滑化コンデンサを放電させる放電部と、を備える。

【0011】

このような放電回路によれば、外部の電源や信号に依存せずに平滑化コンデンサを放電させることができる。
本発明に係る制御装置の一態様は、上記直流電源と、上記平滑化コンデンサと、いずれかの上記検出回路と、上記負荷である制御対象を制御する制御部と、を備える。このような制御装置によれば、制御部に負担を掛けずに残留電荷を検出することができる。

【0012】

本発明に係るモータシステムの一態様は、上記直流電源と、上記平滑化コンデンサと、いずれかの上記検出回路と、上記負荷であるインバータと、上記インバータによって駆動されるモータと、を備える。このようなモータシステムによれば、外部の電源に依存せずに残留電荷を検出することができるので、残留電荷による影響の抑制が可能となる。

【0013】

本発明に係る機械の一態様は、上記モータシステムと、上記モータシステムによって駆動される駆動機構と、を備える。
本発明に係るアクチュエータの一態様は、上記モータシステムと、上記モータシステムによって駆動されて駆動力を出力する出力機構と、を備える。

【0014】

本発明に係る車両の一態様は、上記モータシステムと、上記モータシステムによって駆動される駆動機構と、走行機構と、を備える。
これらの機械、アクチュエータおよび車両によれば、故障時などでも外部の電源に依存せずに残留電荷を検出することができるので、残留電荷による影響の抑制が可能となる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、外部の電源に依存せずに残留電荷を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態に相当する機械を示す概略構成図である。

【図2】電源回路の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。但し、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするため、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。また、先に説明した図に記載の要素については、後の図の説明において適宜に参照する場合がある。

【0018】

図１は、本発明の一実施形態に相当する機械を示す概略構成図である。
機械１は、制御装置１０と、インバータ２０と、モータ３０と、駆動機構４０とを備えている。制御装置１０は、電源回路１１と、制御回路１２とを備えている。電源回路１１と、インバータ２０と、モータ３０とを併せたものはモータシステムの一例である。

【0019】

制御装置１０は、インバータ２０の駆動制御により、モータ３０の駆動を制御して、延いては駆動機構４０の動作を制御する。即ち、制御装置１０の制御対象は、インバータ２０、モータ３０および駆動機構４０である。電源回路１１はインバータ２０を介してモータ３０に電力を供給する。制御回路１２は、インバータ２０の駆動を制御する。
インバータ２０は、電源回路１１から直流電圧が印加されてモータ３０に例えば３相の交流電圧を印加する。インバータ２０によって出力される交流電圧の周波数や振幅は制御回路１２によって制御される。なお、制御回路１２は電源回路１１から電力供給を受けてもよい。

【0020】

モータ３０は、インバータ２０からの交流電圧で回転駆動し、駆動機構４０を駆動させる。
駆動機構４０は、モータ３０によって駆動される機構であり、例えば工作機械における工作機構や搬送機械における搬送機構である。また、駆動機構４０は、車両を走行させる走行機構であってもよいし、駆動力を外部に出力する出力機構であってもよい。駆動機構４０が出力機構である場合は、機械１はアクチュエータの一例である。駆動機構４０が走行機構である場合は、機械１は車両の一例である。なお、駆動機構４０とは別に走行機構を備える場合も機械１は車両の一例である。

【0021】

図２は、電源回路１１の構成例を示す図である。
電源回路１１は、交流電源５１と、ダイオードブリッジ５２と、平滑化コンデンサ５３と、放電回路５４とを備えている。但し、交流電源５１は電源回路１１の外部に備えられてもよい。

【0022】

交流電源５１は、交流電圧を供給する電源であり、ダイオードブリッジ５２は、交流電源５１から供給される交流電圧を全波整流して電源電圧Ｖｉｎを生成する。交流電源５１とダイオード５２とを併せたものが、直流電源の一例として機能する。なお、電源回路１１は、直流電源としてバッテリーなどを備えてもよい。

【0023】

平滑化コンデンサ５３は、電源電圧Ｖｉｎにおける電圧変動を平滑化して、インバータ２０に印加される出力電圧Ｖｐを生成する。出力電圧Ｖｐは、平滑化コンデンサ５３に印加された電圧に等しい。電圧変動の十分な平滑化、および出力電圧Ｖｐの高出力化のために、平滑化コンデンサ５３としては大容量のコンデンサが用いられる。

【0024】

放電回路５４は、電源電圧Ｖｉｎの供給が停止した場合に平滑化コンデンサ５３の残留電荷を放電させる。例えば機械１の故障や停止などに伴って電源電圧Ｖｉｎの供給が停止した場合、平滑化コンデンサ５３に残留電荷が残っていると、平滑化コンデンサ５３の劣化など、不都合を招く虞がある。このため電源回路１１には放電回路５４が備えられている。

【0025】

放電回路５４は、ダイオード６１と、第１検出部６２と、第２検出部６３と、フォトカプラ６４と、スイッチング素子６５と、消費抵抗６６とを備えている。
第１検出部６２は、ダイオード６１のアノード側の電源電圧Ｖｉｎを検出する回路である。第１検出部６２は、第１抵抗７１と第２抵抗７２で電源電圧Ｖｉｎを分圧して第１検出電圧Ｖｍを出力する。第１検出部６２は、第１検出電圧Ｖｍをコンデンサ７３で安定化させる。第１検出部６２は、検出対象である電源電圧Ｖｉｎによって動作し、外部の電源に依存しない。

【0026】

第２検出部６３は、ダイオード６１のカソード側の出力電圧Ｖｐを検出する回路である。第２検出部６３は、第１抵抗７４と第２抵抗７５で出力電圧Ｖｐを分圧して第２検出電圧Ｖｎを出力する。第２検出部６３も、検出対象である出力電圧Ｖｐによって動作し、外部の電源に依存しない。

【0027】

第１検出部６２における第１抵抗７１と第２抵抗７２の抵抗値、および、第２検出部６３における第１抵抗７４と第２抵抗７５の抵抗値は、電源電圧Ｖｉｎが正常に供給されている場合に第１検出電圧Ｖｍが第２検出電圧Ｖｎよりも高電圧となる抵抗値に設計されている。

【0028】

ダイオード６１は、交流電源５１とダイオードブリッジ５２とを併せた直流電源と、平滑化コンデンサ５３との間に設けられ、平滑化コンデンサ５３側からダイオードブリッジ５２側への電荷移動を妨げる。従って、電源電圧Ｖｉｎの供給が停止した場合には、平滑化コンデンサ５３に蓄えられている電荷が第１検出部６２側に流れないので、第１検出電圧Ｖｍが低下して第２検出電圧Ｖｎよりも低電圧となる。

【0029】

電源電圧Ｖｉｎの正常供給時に第１検出電圧Ｖｍが第２検出電圧Ｖｎよりも高電圧であることにより、電源電圧Ｖｉｎの供給停止時には第１検出電圧Ｖｍが第２検出電圧Ｖｎと逆転するので供給停止の検出が容易である。
ダイオード６１と、第１検出部６２と、第２検出部６３とを併せたものが、検出回路の一例である。

【0030】

フォトカプラ６４は、第１検出電圧Ｖｍが第２検出電圧Ｖｎよりも低電圧となった場合にオンとなるスイッチであり、フォトカプラ６４は、第１検出電圧Ｖｍと第２検出電圧Ｖｎとの差分電圧によって駆動される。即ち、フォトカプラ６４の発光ダイオード７６は、第１検出電圧Ｖｍが第２検出電圧Ｖｎよりも低電圧となった場合に第１検出電圧Ｖｍと第２検出電圧Ｖｎとの差分電圧によって発光する。

【0031】

そして、フォトトランジスタ７７が発光ダイオード７６の光でオンとなり、フォトカプラ６４の出力から電流が流れてスイッチング素子６５のゲートがオンとなる。この結果、平滑化コンデンサ５３の残留電荷が消費抵抗６６を流れて消費されることになる。なお、フォトカプラ６４に替えてコンパレータ回路が用いられてもよいが、フォトカプラ６４の方がノイズによる誤動作抑制の点でコンパレータよりも優れている。

【0032】

フォトカプラ６４、スイッチング素子６５および消費抵抗６６を併せたものは、第１検出電圧Ｖｍが第２検出電圧Ｖｎよりも低電圧の場合における第１検出電圧Ｖｍと第２検出電圧Ｖｎとの差分電圧によって動作する差分動作部の一例である。即ち、フォトカプラ６４、スイッチング素子６５および消費抵抗６６による放電動作は、第１検出電圧Ｖｍと第２検出電圧Ｖｎとの差分電圧によって駆動される。差分動作部が備えられることで、電源電圧Ｖｉｎの供給が停止した場合に望まれる動作(例えば放電やアラート)が差分電圧で実行される。

【0033】

なお、差分動作部としては、例えばアラートを発する回路が組み込まれてもよいが、本実施形態のように平滑化コンデンサ５３の残留電荷を放電させる差分動作部が備えられると、残留電荷による影響が抑制されて好ましい。
差分動作部としては、例えば、フォトカプラ６４の出力が直接に消費抵抗６６へと流れる構成などもあり得るが、スイッチ部に相当するフォトカプラ６４と、実働部に相当するスイッチング素子６５および消費抵抗６６との２段構成により、ノイズによる誤動作などが抑制されて好ましい。

【0034】

平滑化コンデンサ５３に印加されている電圧Ｖｐが所定の電圧まで下がると、フォトカプラ６４の出力がオフとなり、平滑化コンデンサ５３の残留電荷は、消費抵抗６６よりも抵抗値の高い高抵抗６７で徐々に消費される。

【0035】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【符号の説明】

【0036】

１…機械、１０…制御装置、１１…電源回路、１２…制御回路、２０…インバータ、
３０…モータ、４０…駆動機構、５１…交流電源、５２…ダイオードブリッジ、
５３…平滑化コンデンサ、５４…放電回路、６１…ダイオード、６２…第１検出部、
６３…第２検出部、６４…フォトカプラ、６５…スイッチング素子、６６…消費抵抗、
６７…高抵抗、７１…第１検出部の第１抵抗、７２…第１検出部の第２抵抗、
７３…コンデンサ、７４…第２検出部の第１抵抗、７５…第２検出部の第２抵抗、
７６…発光ダイオード、７７…フォトトランジスタ

【図1】

【図2】