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公開番号2024117096
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-29
出願番号2023022977
出願日2023-02-17
発明の名称回生電力保護回路及び駆動回路
出願人アズビル株式会社
代理人弁理士法人山王内外特許事務所
主分類H02M 7/48 20070101AFI20240822BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】従来回路に対し、回生電力の利用効率を改善可能な回生電力保護回路を提供する。
【解決手段】回生電力保護回路10は、回生電力を発生させる駆動部を含んで構成される駆動回路1に接続される回生電力保護回路であって、駆動部について予め定められた駆動パターンに基づいて、当該駆動部の力行時における駆動電力と、当該駆動部から発生する回生電力とを推定する推定部22と、駆動部から発生する回生電力の電圧を含む、駆動回路1の電圧を監視する監視部11と、回生電力が消費される可変抵抗部であって、監視部11により監視される電圧が予め定められた電圧閾値V_ref2に達した際、推定部22により推定された駆動電力と回生電力との差分に応じた値に抵抗値が変化する可変抵抗部と、を備えた。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
回生電力を発生させる駆動部を含んで構成される駆動回路に接続される回生電力保護回路であって、
前記駆動部について予め定められた駆動パターンに基づいて、当該駆動部の力行時における駆動電力と、当該駆動部から発生する回生電力とを推定する推定部と、
前記駆動部から発生する回生電力の電圧を含む、前記駆動回路の電圧を監視する監視部と、
前記回生電力が消費される可変抵抗部であって、前記監視部により監視される電圧が予め定められた電圧閾値に達した際、前記推定部により推定された駆動電力と回生電力との差分に応じた値に抵抗値が変化する可変抵抗部と、
を備えた回生電力保護回路。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記可変抵抗部は、
複数の抵抗と、
前記複数の抵抗のそれぞれの前記駆動回路に対する接続状態を切り換えるスイッチング素子と、
前記推定部により推定された駆動電力と回生電力との差分に応じて、前記駆動回路に対する前記複数の抵抗のそれぞれの接続状態を特定する特定部と、
前記監視部により監視される電圧が前記電圧閾値に達した際、前記駆動回路に対する前記複数の抵抗のそれぞれの接続状態が、前記特定部により特定された接続状態となるように、前記スイッチング素子を制御する切換制御部と、
を含んで構成されることを特徴とする請求項１記載の回生電力保護回路。
【請求項３】
前記特定部は、
前記推定部により推定された回生電力が、前記推定部により推定された駆動電力を上回る場合、当該駆動電力を上回る分の回生電力と、当該回生電力が発生したときに前記監視部により監視される電圧の推定値とに基づいて、回生抵抗の値を算出し、
前記複数の抵抗のうちの１つ以上の抵抗によりなされる抵抗値が、前記算出した回生抵抗の値に相当する値となるよう、前記駆動回路に対する前記複数の抵抗のそれぞれの接続状態を特定する
ことを特徴とする請求項２記載の回生電力保護回路。
【請求項４】
前記特定部は、
前記駆動電力を上回る分の回生電力が小さいほど、前記回生抵抗の値を大きく算出し、前記駆動電力を上回る分の回生電力が大きいほど、前記回生抵抗の値を小さく算出する
ことを特徴とする請求項３記載の回生電力保護回路。
【請求項５】
前記駆動部はモータであり、
前記推定部は、前記モータについて予め定められた駆動パターンに基づく当該モータの回転速度及びトルクを用いて、前記駆動電力及び前記回生電力を推定する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の回生電力保護回路。
【請求項６】
前記駆動回路は、前記駆動部を複数含み、
前記推定部は、前記複数の駆動部のそれぞれについて予め定められた駆動パターンに基づいて、当該複数の駆動部の力行時における駆動電力の総和と、当該複数の駆動部から発生する回生電力の総和とを推定し、
前記可変抵抗部は、前記監視部により監視される電圧が前記電圧閾値に達した際、前記推定部により推定された駆動電力の総和と回生電力の総和との差分に応じた値に抵抗値が変化する
ことを特徴とする請求項１記載の回生電力保護回路。
【請求項７】
回生電力を発生させる駆動部を含んで構成される駆動回路に接続される回生電力保護回路であって、
前記駆動部について予め定められた駆動パターンに基づいて推定された、当該駆動部の力行時における駆動電力と、当該駆動部から発生する回生電力とを取得する取得部と、
前記駆動部から発生する回生電力の電圧を含む、前記駆動回路の電圧を監視する監視部と、
前記回生電力が消費される可変抵抗部であって、前記監視部により監視される電圧が予め定められた電圧閾値に達した際、前記取得部により取得された駆動電力と回生電力との差分に応じた値に抵抗値が変化する可変抵抗部と、
を備えた回生電力保護回路。
【請求項８】
回生電力を発生させる駆動部を含んで構成される駆動回路であって、
請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の回生電力保護回路を備えたことを特徴とする駆動回路。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、回生電力保護回路及び駆動回路に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、モータなどの駆動部で発生する回生電力（回生エネルギー）を消費する回路が知られている。以下の説明では、この回路を「回生電力保護回路」という。回生電力保護回路は、例えばスマートロボットで用いられている。
【０００３】
スマートロボットでは、例えばモータの減速時に回生電力が発生するが、この回生電力は、モータを駆動するモータ駆動回路の電圧上昇を引き起こす。そのため、この回生電力を放置すると、モータ駆動回路を構成する部品の耐圧をオーバして、当該部品を破損させる可能性がある。そこで、スマートロボットでは、モータ駆動回路に回生電力保護回路を接続し、モータの減速時に発生する回生電力のほとんどを、この回生電力保護回路に設けられた抵抗（回生抵抗）で熱エネルギーとして消費する。これにより、スマートロボットでは、回生電力によるモータ駆動回路の電圧上昇を抑制し、当該モータ駆動回路を構成する部品が破損しないよう保護している。
【０００４】
このような回生電力保護回路を備えた、一般的なモータ駆動回路の構成例を図８に示す。図８において、符号５０はモータ駆動回路であり、符号６０は、モータ駆動回路５０に接続された回生電力保護回路である。
【０００５】
モータ駆動回路５０は、例えば図８に示すように、直流電源５２、電源線路Ｌ１及びＬ２、アーム制御線路Ｌ３、ダイオード５３、出力コンデンサ５４、アーム部５５、回生電力保護回路６０、及びシステム制御部６３を備えている。このうち、アーム部５５は、ｉ個のモータＭ１～Ｍｉを含んでいる。
【０００６】
直流電源５２は、プラス端子が電源線路Ｌ１に接続され、マイナス端子が電源線路Ｌ２に接続されている。直流電源５２は、所定の電圧値を有する直流電圧を発生させる。これにより、直流電源５２は、電源線路Ｌ１を介して、アーム部５５に搭載されたモータＭ１～Ｍｉを駆動するための直流電流（以下、単に「電流」ともいう。）をアーム部５５に供給する。なお、以下の説明では、直流電源５２が上記直流電圧を発生させたときの電源線路Ｌ１の電圧を「入力電圧」ともいう。
【０００７】
ダイオード５３は、電源線路Ｌ１に配置される。ダイオード５３は、アノードが直流電源５２のプラス端子に接続され、カソードが出力コンデンサ５４の一端、回生電力保護回路６０の入力端子６０
ｉｎ
、及び、アーム部５５の入力端子５５
ｉｎ
に接続されている。ダイオード５３は、モータＭ１～Ｍｉの回生時に、モータＭ１～Ｍｉ（アーム部５５）から直流電源５２に向かう方向に流れる電流が直流電源５２に流れ込むのを阻止する。以下の説明では、この電流を「回生電流」ともいう。
【０００８】
出力コンデンサ５４は、一端が電源線路Ｌ１に接続され、他端が電源線路Ｌ２に接続されている。出力コンデンサ５４は、直流電源５２からアーム部５５に供給される電流に従う電荷を充放電することにより、直流電源５２からアーム部５５に供給される電流を安定化させる。
【０００９】
アーム部５５は、スマートロボットのアームに相当する部位である。アーム部５５は、入力端子５５
ｉｎ
及び出力端子５５
ｏｕｔ
を備えている。アーム部５５は、入力端子５５
ｉｎ
が電源線路Ｌ１に接続され、出力端子５５
ｏｕｔ
が電源線路Ｌ２に接続されている。
【００１０】
例えば、スマートロボットが６軸の垂直多関節ロボットである場合、アーム部５５は、６つの軸（６つの関節）を有している。また、この場合、アーム部５５は、６つの軸（６つの関節）を動かすためのｉ個のモータＭ１～Ｍｉと、これらモータＭ１～Ｍｉのそれぞれに対応して設けられる切換部Ｋ１～Ｋｉと、を含んで構成される。この場合、ｉは例えば６以上の整数である。
（【００１１】以降は省略されています）

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