CN102187569A - 电机控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的电机控制装置至少输入两个紧急停止信号。电机控制装置包括：生成PWM信号的LSI；对该PWM信号进行传输的PWM信号传输电路；生成逆变驱动信号的驱动电路；和具有P侧电源开关元件和N侧电源开关元件的逆变电路。驱动电路具有对P侧电源开关元件进行驱动的P侧驱动电路和对N侧电源开关元件进行驱动的N侧驱动电路。而且，紧急停止信号的1个被输入到P侧驱动电路和PWM信号传输电路，紧急停止信号的另1个被输入到N侧驱动电路和PWM信号传输电路。PWM信号传输电路响应紧急停止信号使PWM信号的传输停止。驱动电路响应紧急停止信号使逆变驱动信号的输出停止。

Description

电机控制装置

技术领域

本发明涉及具有由紧急停止信号来阻断对电机的电力供给的紧急停止功能的电机控制装置。

背景技术

电机控制装置一般由对电机的速度和位置进行控制的控制电路、进行将交流转换为直流的电力转换的整流电路和向驱动电机供给电流的驱动电路而构成。另外，通过驱动电路的功率晶体管进行开关而进行对电机的电力供给。

现有技术中，在具有紧急停止功能的电机控制装置中，例如当被输入紧急停止信号时，驱动电路停止对功率晶体管的导通/断开(ON/OFF)信号的输出。由此，停止从功率晶体管向电机的电力供给，因此能够使电机紧急停止。

另一方面，在扩大至装入有电机控制装置的机械手(机器人)控制装置或设备机器的范围的情况下，进行例如以下所示的紧急停止的处理。即，当对这种机器输入紧急停止信号时，首先，机器侧的控制电路进行判断紧急停止信号的处理。然后，机器侧的控制电路根据需要对电机控制装置进行动作指令阻断由此使电机紧急停止。

另外，现有技术中，提出有降低电机控制装置内的紧急停止电路的故障风险的技术(例如参照专利文献1)。这种现有的紧急停止电路具备两个系统的紧急停止信号。各自的紧急停止信号被输入单独的CPU(中央运算装置)，在CPU之间确认信号的匹配性。紧急停止电路基于该确认对栅极驱动的信号进行阻断，使电机紧急停止。像这样，现有的紧急停止电路由于形成为具备两个系统的紧急停止信号的结构而实现了安全性的提高。

然而，即使如上述现有的紧急停止电路这样，使紧急停止信号的传达路径为两个系统，对电机的阻断功能也只有一个。因此，存在以下课题：当阻断功能自身发生故障时，有可能无法使电机紧急停止。

另外，由于上述现有的紧急停止电路为在紧急停止信号的传达电路中包括有CPU的结构，所以需要复杂的软件的处理。因此，在软件存在问题的情况下，即使输入了紧急停止信号也存在不被正常处理的可能性。

进而，由于上述现有的紧急停止电路是通过基于CPU的软件处理来对电机电力进行阻断的结构，所以需要以软件设定的时间间隔进行信号确认处理，响应有可能推迟信号处理间隔的时间。

像这样，在现有技术中，在电机控制装置内的紧急停止功能发生故障的情况下，与使用者的意图相悖，电机有可能继续动作，所以需要实现电机控制装置的进一步的安全性的提高。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-268130号公报

发明内容

本发明的电机控制装置是一种具备至少输入两个紧急停止信号的输入端口并基于生成的PWM信号对电机进行驱动控制的电机控制装置。本电机控制装置包括：生成PWM信号的LSI；对由LSI生成的PWM信号进行传输的PWM信号传输电路；基于通过PWM信号传输电路传输的PWM信号而生成逆变驱动信号的驱动电路；和逆变电路，该逆变电路具有P侧电源开关元件和N侧电源开关元件，基于逆变驱动信号，生成向电机的各相线圈施加的电机驱动信号。另外，驱动电路具有对P侧电源开关元件进行驱动的P侧驱动电路和对N侧电源开关元件进行驱动的N侧驱动电路。进而，紧急停止信号的1个被输入到P侧驱动电路和PWM信号传输电路，紧急停止信号的另1个被输入到N侧驱动电路和PWM信号传输电路。然后，PWM信号传输电路响应所输入的紧急停止信号使PWM信号的传输停止，并且，驱动电路响应所输入的紧急停止信号使逆变驱动信号的输出停止。

根据这种结构，在因具备多个输入端口而实现的紧急停止信号的多线化的基础上，对于对电机的阻断功能也能够实现多线化。即，两个紧急停止信号被分割供给P侧驱动电路和N侧驱动电路和PWM信号传达电路。另外，各个电路根据紧急停止信号而动作以阻断对电机的电力供给。因此，利用任意一方的紧急停止信号，利用任意的阻断功能，都能够阻断对电机的电力供给，能够降低电机控制装置的紧急停止动作的功能不全的风险。从而，根据本发明，能够提高电机控制装置内的紧急停止功能的可靠性，使电机控制装置的安全性提高。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的电机控制装置的结构的框图。

图2是表示本发明的实施方式2的电机控制装置的结构的框图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的电机控制装置进行说明。

(实施方式1)

图1是表示本发明的实施方式1的电机控制装置的结构的框图。

如图1所示，电机控制装置10由控制电路12、整流电路13和驱动电路14构成，与电机15连接。电机控制装置10利用这种结构，对电机15进行驱动，控制其旋转动作。控制电路12为了对电机15进行驱动控制而生成必要的信号，并进行电机控制装置10内的各种控制处理等。整流电路13将由电源16供给的交流电力转换为直流电力，并将该直流电力供给驱动电路14。驱动电路14利用来自整流电路13的直流电力，基于来自控制电路12的信号生成用于对电机15进行旋转驱动的电机驱动信号，并将该电机驱动信号输出至电机15。

在本实施方式中，列举出电机15一般被分割为如被称为U、V、W相的3相，具有与各个相对应的相线圈的一个例子进行说明。电机15由于与各相对应的波形的电机驱动信号被施加于各个相线圈而旋转。各相的这种波形以例如相位差120度这种方式在相间具有规定的相位差。

另外，电机控制装置10具备作为与外部的机器等进行信号的接收的输入端口的I/F(接口)连接器11。I/F连接器11的各引线根据被赋予该引线的功能，与控制电路12的电路部件连接。从外部向I/F连接器11输入例如表示旋转速度、旋转位置等指令的指令信号和紧急停止信号。紧急停止信号如上所述，是用于使电机15紧急停止的信号。在本实施方式中，列举输入两个紧急停止信号的一个例子进行说明。其中，紧急停止信号至少是两个紧急停止信号即可。

控制电路12包括LSI(Large Scale Integrated circuit：大规模集成电路)21、CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)22和两个紧急停止传达电路23而构成。

各个紧急停止传达电路23对被输入到I/F连接器11的紧急停止信号进行缓冲，并将缓冲的紧急停止信号通知给CPU22和驱动电路14。紧急停止传达电路23由光电耦合器、CR滤波器和缓冲器IC等构成。在本实施方式中，采用将紧急停止信号通过这种紧急停止传达电路23供给至电机控制装置10内部的结构，从而抑制噪声等的影响，提高紧急停止信号的可靠性。

CPU22是微处理器等，进行各信号的接收发送和电机控制装置10的各电路的监控等，并且监视紧急停止信号。

LSI21是将电路集成的集成电路，进行电机15的速度和位置等的旋转控制。为了进行这种旋转控制，在电机15上配置有对电机15的旋转位置进行检测的编码器51。编码器51检测到的位置信息被作为检出位置信息Pd通知给LSI21。另外，与输入到I/F连接器11的位置指令信号相对应的位置指令Ps通过CPU22被通知给LSI21。LSI21基于检出位置信息Pd和来自CPU22的位置指令Ps，进行反馈控制，以使电机15的旋转位置成为与位置指令Ps相对应的位置。另外，也可以是利用反馈控制进行电机15的速度控制的结构。

LSI21为了进行这样的反馈控制，生成具有向电机15的各相线圈施加的波形的波形信号，并且生成对该波形信号进行脉冲宽度调制(PWM)后的PWM信号。另外，LSI21将PWM信号与3相对应地进行区分，并如以下说明的这样进一步区分为P侧和N侧两个，生成合计6个PWM信号。LSI21将这样生成的6个PWM信号供给至驱动电路14。

另外，如上所述，CPU22还具备作为对两个紧急停止信号进行监视的紧急停止监视部的功能。CPU22在紧急停止信号中被通知了紧急停止时，对此进行响应，控制LSI21停止PWM信号的生成。

其次，驱动电路14包括PWM信号传输电路41、逆变驱动电路42和逆变电路44而构成。

逆变电路44生成基于PWM信号的3相的电机驱动信号，利用该电机驱动信号对电机15进行旋转驱动。逆变电路44为了生成这种电机驱动信号，具备正极和负极两个成对的3相即6个电源开关元件。在图1中，表示出了与来自整流电路13的直流电力的正极侧(P侧)连接的3个P侧电源开关元件4p、以及与直流电力的负极侧(N侧)连接的3个N侧电源开关元件4n。各电源开关元件4p、4n基于PWM信号依次进行开关动作而生成电机驱动信号，电机15根据该电机驱动信号而旋转动作。另外，为了使电源开关元件4p、4n进行开关动作，由LSI21生成的PWM信号通过PWM信号传输电路41和逆变驱动电路42传输至逆变电路44。传输的PWM信号作为逆变驱动信号从逆变驱动电路42供给电源开关元件4p、4n。

PWM信号传输电路41将从LSI21供给的PWM信号传输至逆变驱动电路42。另外，特别是从紧急停止传达电路23分别向PWM信号传输电路41供给紧急停止信号。然后，PWM信号传输电路41在这样供给的两个系统的紧急停止信号的至少任意一方中被通知了紧急停止时，对此进行响应，停止对逆变驱动电路42的PWM信号的传输。

逆变驱动电路42基于来自LSI21的PWM信号，生成使电源开关元件4p、4n进行开关动作的逆变驱动信号。逆变驱动电路42由3个用于驱动P侧电源开关元件4p的P侧驱动电路43p和3个用于驱动N侧电源开关元件4n的N侧驱动电路43n构成。而且，分别从紧急停止传达电路23，向P侧驱动电路43p供给两个紧急停止信号中的一方，向N侧驱动电路43n供给另一方的紧急停止信号。P侧驱动电路43p和N侧驱动电路43n在由紧急停止信号被通知紧急停止时，对此进行响应，停止逆变驱动信号的生成。

接着，对如以上这样构成的电机控制装置10的动作，特别是以紧急停止功能为中心进行说明。

首先，I/F连接器11将2引线(引针、pin)分配作为紧急停止信号的输入端口。被供给到I/F连接器11的两个系统的紧急停止信号通过紧急停止传达电路23独立地向驱动电路14传达。此外，CPU22监视基于各个紧急停止信号的紧急停止的通知的有无。

另一方面，两个系统的紧急停止信号与设置于驱动电路14的PWM信号传输电路41的专用端子单独连接。另外，这两个系统的紧急停止信号的一方与P侧驱动电路43p连接，另一方与N侧驱动电路43n连接。

像这样，电机控制装置10具有以下结构：紧急停止信号的一个被输入到P侧驱动电路43p和PWM信号传输电路41，紧急停止信号的另一个被输入到N侧驱动电路43n和PWM信号传输电路41。进而，CPU22监视两个紧急停止信号，对紧急停止信号进行响应，控制LSI21以停止PWM信号的生成。

此处，当I/F连接器11的两个系统的输入端口被输入紧急停止信号时，向PWM信号传输电路41、P侧驱动电路43p和N侧驱动电路43n通知紧急停止。响应该通知，P侧驱动电路43p和N侧驱动电路43n的至少一方停止逆变驱动信号的生成。于是，由于停止逆变驱动信号的生成，逆变驱动信号的输出也停止。特别是由3相的PWM控制而对电机15进行驱动的逆变电路44在当P侧电源开关元件4p和N侧电源开关元件4n中的至少任意一方开关停止时，则不再对电机15进行通电。即，当P侧驱动电路43p和N侧驱动电路43n的至少一方停止逆变驱动信号的生成时，与之对应，逆变电路44的开关也停止。于是，由于对电机15的通电也停止，所以这种动作作为对电机15的阻断功能而发挥作用，使电机15的旋转停止。

另外，PWM信号传输电路41响应紧急停止的通知而停止PWM信号的传输。当PWM信号传输电路41停止PWM信号的传输时，不再从逆变驱动电路42输出逆变驱动信号。于是，逆变电路44的开关也停止。因此，这样也会停止对电机15的通电，作为对电机15的阻断功能而发挥作用，电机15的旋转也会停止。

进而，CPU22使LSI21停止PWM信号的生成。当LSI21停止PWM信号的生成时，不再对逆变驱动电路42传输PWM信号，所以不再从逆变驱动电路42输出逆变驱动信号。于是，逆变电路44的开关也停止。因此，这样也会停止对电机15的通电，作为对电机15的阻断功能而发挥作用，电机15的旋转也会停止。

像这样，在本实施方式中，将紧急停止信号的传达路径设为两个系统，只要两个系统的紧急停止信号的任一个有效，则能够使电机紧急停止。进而，在本实施方式中，基于两个系统的紧急停止信号，能够利用LSI21中的PWM信号生成的停止、PWM信号传输电路41中的PWM信号传输的停止、和逆变驱动电路42中的逆变驱动信号生成的停止的至少任意一种使电机15紧急停止。像这样，本实施方式对于对电机15的阻断功能也实现了多线化。即，利用这种阻断功能的多线化，即使任意一个阻断功能发生故障，也能够利用其它阻断功能使电机紧急停止。因此，能够降低电机控制装置的紧急停止动作的功能不全的风险。进而，由于能够利用多个阻断功能中最快响应的阻断功能来使电机15紧急停止，所以还能够提高紧急停止功能的响应性。

另外，在本实施方式中，构成为将两个系统的紧急停止信号的一方与P侧驱动电路43p连接，将另一方与N侧驱动电路43n连接。即，如上所述，逆变电路44的P侧电源开关元件4p和N侧电源开关元件4n中的至少任意一方的开关停止则对电机15的通电也停止。因此，利用该结构，能够利用P侧驱动电路43p和N侧驱动电路43n中任意一方的快速响应来使电机15紧急停止，从而也能够提高紧急停止功能的响应性。

以上，本实施方式能够利用任意一方的紧急停止信号，利用任意的阻断功能，阻断对电机的电力供给。因此，紧急停止功能的响应性提高，并且电机控制装置的紧急停止动作的功能不全的风险也能够降低。

(实施方式2)

图2是表示本发明的实施方式2的电机控制装置的结构的框图。

本实施方式的电机控制装置10是在与实施方式1的比较中，还包括P侧电源阻断电路45p和N侧电源阻断电路45n的结构。而且，P侧电源阻断电路45p上连接P侧驱动电路47p，N侧电源阻断电路45n上连接N侧驱动电路47n。其中，对与实施方式1相同的结构要素赋予相同标记，它们的详细说明省略。

如图2所示，P侧电源阻断电路45p由晶体管构成，进行对P侧驱动电路47p的电源供给的导通/断开(ON/OFF)。在P侧电源阻断电路45p上连接一个紧急停止信号，由该紧急停止信号通知紧急停止时，P侧电源阻断电路45p停止对P侧驱动电路47p的电源供给。其中，P侧驱动电路47p与在实施方式1中说明的P侧驱动电路43p同样地具有生成逆变驱动信号的功能。此处，当利用P侧电源阻断电路45p停止对P侧驱动电路47P的电源供给时，P侧驱动电路47p停止逆变驱动信号的生成。

另外，同样地，N侧电源阻断电路45n由晶体管构成，进行对N侧驱动电路47n的电源供给的导通/断开(ON/OFF)。在N侧电源阻断电路45n上连接另一个紧急停止信号，由该紧急停止信号通知紧急停止时，N侧电源阻断电路45n停止对N侧驱动电路47n的电源供给。其中，N侧驱动电路47n与在实施方式1中说明的N侧驱动电路43n同样地具有生成逆变驱动信号的功能。此处，当利用N侧电源阻断电路45n停止对N侧驱动电路47n的电源供给时，N侧驱动电路47n停止逆变驱动信号的生成。

像这样，通过使用P侧电源阻断电路45p和N侧电源阻断电路45n，则不需要如实施方式1中说明的P侧驱动电路43p和N侧驱动电路43n那样搭载停止逆变驱动信号的生成的功能。即，不需要用于实现这种停止逆变驱动信号的生成的功能的元件等，电路结构的自由度提升。

如以上说明，本发明的电机控制装置具有紧急停止信号的1个被输入到P侧驱动电路或者P侧电源阻断电路和PWM信号传输电路，而紧急停止信号的另1个被输入到N侧驱动电路或者N侧电源阻断电路和PWM信号传输电路的结构。进而，CPU监视两个紧急停止信号，响应紧急停止信号而控制LSI以停止PWM信号的生成。像这样，本发明的电机控制装置在由具有多个输入端口而实现的紧急停止信号的多线化的基础上，对于对电机的阻断功能也实现了多线化。

因此，本发明的电机控制装置能够利用任意一方的紧急停止信号，利用任意的阻断功能，阻断对电机的电力供给，提高紧急停止功能的响应性，并且能够降低电机控制装置的紧急停止动作的功能不全的风险。从而，根据本发明能够提高电机控制装置内的紧急停止功能的可靠性，使电机控制装置的安全性提高。

产业上的可利用性

由于本发明实现了搭载电机控制装置的机器的紧急停止功能的可靠性提高和安全性提高，所以对控制例如安全性重要的产业用电机及其它电机的电机控制装置而言非常有用。

附图标记说明：

4p  P侧电源开关元件

4n  N侧电源开关元件

10  电机控制装置

11  I/F连接器

12  控制电路

13  整流电路

14  驱动电路

15  电机

16  电源

21  LSI

22  CPU

23  紧急停止传达电路

41  PWM信号传输电路

42  逆变驱动电路

43p、47p  P侧驱动电路

43n、47n  N侧驱动电路

44  逆变电路

45p P侧电源阻断电路

45n N侧电源阻断电路

51  编码器

Claims (3)

1.一种电机控制装置，其包括至少输入两个紧急停止信号的输入端口，基于生成的PWM信号对电机进行驱动控制，该电机控制装置的特征在于，包括：

生成所述PWM信号的LSI；

对由所述LSI生成的所述PWM信号进行传输的PWM信号传输电路；

基于通过所述PWM信号传输电路传输的所述PWM信号而生成逆变驱动信号的驱动电路；和

逆变电路，该逆变电路具有P侧电源开关元件和N侧电源开关元件，基于所述逆变驱动信号，生成向所述电机的各相线圈施加的电机驱动信号，

所述驱动电路具有对所述P侧电源开关元件进行驱动的P侧驱动电路和对所述N侧电源开关元件进行驱动的N侧驱动电路，

所述紧急停止信号的1个被输入到所述P侧驱动电路和所述PWM信号传输电路，所述紧急停止信号的另1个被输入到所述N侧驱动电路和所述PWM信号传输电路，

所述PWM信号传输电路响应所输入的所述紧急停止信号使所述PWM信号的传输停止，并且所述驱动电路响应所输入的所述紧急停止信号使所述逆变驱动信号的输出停止。

2.根据权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于，还包括：

监视所述紧急停止信号的紧急停止监视部，

所述紧急停止监视部响应所述紧急停止信号，控制所述LSI以使所述PWM信号的生成停止。

3.根据权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于，还包括：

响应1个所述紧急停止信号，阻断对所述P侧驱动电路的电源供给的P侧电源阻断电路；和

响应另1个所述紧急停止信号，阻断对所述N侧驱动电路的电源供给的N侧电源阻断电路。

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