モータ駆動装置
【課題】モータが高速で空転している場合でも、自然に減速するのを待つことなく、モータを起動させることができるモータ駆動装置の提供。
【解決手段】交流電源及び整流回路１ａ間を開閉する開閉回路３００と、平滑コンデンサ２が平滑した直流電圧を周期的な電圧に変換する変換回路４が変換した電圧によりモータ１０１を駆動し、電圧判定手段２１，２１ｂ，２１ｃが直流電圧は所定電圧値以上であると判定したときは、開閉回路３００を開にするモータ駆動装置。起動時に回転子の空転速度を検出する空転速度検出手段２１と、空転速度検出手段２１が検出した空転速度が所定回転速度範囲に含まれるか否かを判定する回転速度判定手段２１と、平滑コンデンサ２を放電させる放電回路６０とを備え、回転速度判定手段２１が所定回転速度範囲に含まれないと判定したときは、開閉回路３００を開に、放電回路６０をオンにする構成である。
【解決手段】交流電源及び整流回路１ａ間を開閉する開閉回路３００と、平滑コンデンサ２が平滑した直流電圧を周期的な電圧に変換する変換回路４が変換した電圧によりモータ１０１を駆動し、電圧判定手段２１，２１ｂ，２１ｃが直流電圧は所定電圧値以上であると判定したときは、開閉回路３００を開にするモータ駆動装置。起動時に回転子の空転速度を検出する空転速度検出手段２１と、空転速度検出手段２１が検出した空転速度が所定回転速度範囲に含まれるか否かを判定する回転速度判定手段２１と、平滑コンデンサ２を放電させる放電回路６０とを備え、回転速度判定手段２１が所定回転速度範囲に含まれないと判定したときは、開閉回路３００を開に、放電回路６０をオンにする構成である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、整流回路及び平滑コンデンサが整流した直流電圧を周期的な電圧に変換すると共に、整流した直流電圧が所定値以上であるか否かを判定し、変換した周期的な電圧によりモータを駆動し、整流した直流電圧が所定値以上であると判定したときは、電源との開閉回路を開にするモータ駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は、慣性力が作用する慣性体４００を、減速機付ブラシレスＤＣモータ１００により駆動する場合の大略構成を示すブロック図である。
減速機付ブラシレスＤＣモータ１００は、モータ駆動装置２００ａにより駆動される。
減速機付ブラシレスＤＣモータ１００は、ブラシレスＤＣモータ１０１の回転速度を減速して慣性体４００に伝達する減速機１０２と、ブラシレスＤＣモータ１０１のロータ（回転子）の回転位置を検出するロータ位置検出器１０３とを備えている。ロータ位置検出器１０３は、制御用の直流電圧により作動し、少なくとも５線を有する検出器ケーブル１０５により、モータ駆動装置２００ａ内の制御部２１ａに接続されている。
【０００３】
ブラシレスＤＣモータ１０１は、３相用のモータケーブル１０４によりモータ駆動装置２００ａ内のインバータ４に接続されている。
モータ駆動装置２００ａは、電源開閉リレー接点４１ａ，４１ａを通じて与えられる交流電圧を、コンバータ１ａが整流し、整流した直流電圧を平滑コンデンサ２が平滑してインバータ４に与える。平滑コンデンサ２が平滑した直流電圧は、制御電源回路２０にも与えられる。制御電源回路２０は、与えられた直流電圧を降圧して制御用の電源電圧である制御電圧に変換し、変換した制御電圧は制御部２１ａに与えられる。制御部２１ａは、図９に示すように、３相ブリッジ回路に構成されたインバータ４の６個のトランジスタをそれぞれオン／オフ制御する。
【０００４】
このように構成された減速機付ブラシレスＤＣモータ１００及びモータ駆動装置２００ａでは、ロータ位置検出器１０３が検出した回転位置に基づき、制御部２１ａが、インバータ４の６個のトランジスタをそれぞれオン／オフ制御する。インバータ４は、６個のトランジスタがそれぞれオン／オフ制御されることにより、直流電圧を３相の例えば交流電圧に変換し、ブラシレスＤＣモータ１０１に与えて回転駆動させる。
ブラシレスＤＣモータ１０１の回転動作は、減速機１０２により減速されて慣性体４００に伝達され、慣性体４００を回転させる。
【０００５】
図７は、図６に示す従来のモータ駆動装置２００ａの構成例をより詳細に示すブロック図である。
このモータ駆動装置２００ａは、交流電源からの電圧Ｅを与えられる電源開閉部３００ａと、電源開閉部３００ａの電源開閉リレー接点４１ａが閉であるときに、交流電源からの電圧Ｅを与えられ、モータ（ブラシレスＤＣモータ）１０１を駆動するモータ駆動部２０１ａとを備えている。
電源開閉部３００ａは、直流電源６が外付けされた接続端子Ｄ１，Ｄ２間に、電源開閉リレー４１及びＮＰＮトランジスタ４４が直列接続されている。直流電源６のプラス極が外付けされた接続端子Ｄ１及び接続端子Ｄ３間に、運転スイッチ７が外付けされている。接続端子Ｄ３は、抵抗４６を通じて、トランジスタ４４のベースに接続されている。
【０００６】
交流電源が接続された電源開閉部３００ａの入力端子Ｌ１，Ｌ２には、電源開閉リレー４１のａ接点４１ａ，４１ａの各一方の端子が接続されている。各他方の端子は、それぞれ電源開閉部３００ａの出力端子Ｌ１１，Ｌ２１に接続されている。出力端子Ｌ１１，Ｌ２１は、それぞれモータ駆動部２０１ａの入力端子Ｌ１２，Ｌ２２に接続されている。
モータ駆動部２０１ａの入力端子Ｌ１２は、コンバータ１ａの一方の入力端子に、モータ駆動部２０１ａの入力端子Ｌ２２は、コンバータ１ａの他方の入力端子にそれぞれ接続されている。
【０００７】
コンバータ１ａのプラス側出力端子は（プラス）接続端子ｐに、マイナス側出力端子は（マイナス）接続端子ｎにそれぞれ接続され、接続端子ｐ及び接続端子ｎ間には平滑コンデンサ２が接続されている。コンバータ１ａ及び平滑コンデンサ２は、直流電源１を構成している。また、（プラス）接続端子ｐは、インバータ４のプラス側の入力端子ｐ１に接続され、（マイナス）接続端子ｎは、抵抗３３を通じて、インバータ４のマイナス側の入力端子ｎ１に接続されている。
【０００８】
インバータ４は、入力された直流電圧を、制御部２１ａからの制御により例えば３相交流電圧に変換して、（ブラシレスＤＣ）モータ１０１を駆動する。モータ１０１は、ロータ（回転子）の回転位置を検出するロータ位置検出器１０３を備えている。ロータ位置検出器１０３は、制御用電圧Ｖccにより作動し、その検出信号を制御部２１ａに与える。
【０００９】
インバータ４は、図９に示すように、ＮＰＮ型トランジスタが２個直列接続された回路が３つ並列に接続され、各トランジスタには、環流ダイオードが逆並列に接続され、各相電圧は、直列接続された２個のトランジスタの接続節点から取り出される構成である。
制御部２１ａは、ロータ位置検出器１０３が検出したロータ位置に基づき、インバータ４の各トランジスタにＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を伴うオン／オフ制御を行い、３相交流電圧を出力させる。制御部２１ａは、起動時には、各トランジスタのＰＷＭ制御により、モータ１０１へ供給する電圧を徐々に上昇させる。
【００１０】
接続端子ｐ，ｎ間には、制御電源回路２０が接続され、制御電源回路２０は、平滑コンデンサ２が平滑した直流電圧Ｅａを降圧して制御用電圧Ｖccを出力し、制御部２１ａ等に与える。
また、接続端子ｐ，ｎ間には、抵抗３１，３２からなる分圧回路３が接続され、その分電圧Ｅｄは、制御部２１ａが内蔵する電圧検出手段２１ｂ，２１ｃにより検出される。
モータ１０１に流れるモータ電流は、接続端子ｎ及びインバータ４の入力端子ｎ１間に接続された抵抗３３の両端電圧により、制御部２１ａが内蔵する電流検出手段２１ｃ，２１ｄで検出される。
【００１１】
以下に、このような構成のモータ駆動装置２００ａの動作を、それを示す図８のフローチャートを参照しながら説明する。
運転スイッチ７がオンである場合、トランジスタ４４がオンになって、電源開閉リレー４１が励磁され、ａ接点４１ａ，４１ａが閉になっており（Ｓ１）、コンバータ１ａに交流電圧Ｅが与えられる。コンバータ１ａに与えられた交流電圧Ｅは整流され、整流された直流電圧は、平滑コンデンサ２により平滑される。制御電源回路２０は、平滑コンデンサ２で平滑された電圧Ｅａを降圧して制御用電圧Ｖccを出力する。
【００１２】
制御部２１ａは、制御用電圧Ｖccを与えられてオンになると、電圧検出手段２１ｂ，２１ｃで分圧回路３の分電圧Ｅｄを検出することにより、平滑コンデンサ２で平滑された接続端子ｐ−ｎ間の電圧Ｅａを検出する（Ｓ３）。次いで、制御部２１ａは、平滑された電圧Ｅａが所定電圧値ｅ２２より高いか否かを判定する（Ｓ５）。所定電圧値ｅ２２は、モータ１０１の起動可能電圧に基づき定められている。
【００１３】
制御部２１ａは、平滑された電圧Ｅａが所定電圧値ｅ２２より高くなる迄、平滑された電圧Ｅａを検出し（Ｓ３）、平滑された電圧Ｅａが所定電圧値ｅ２２より高くなれば（Ｓ５）、インバータ４をオンにする（Ｓ７）。
制御部２１ａは、次に、電流検出手段２１ｃ，２１ｄでモータ１０１に流れるモータ電流を検出し（Ｓ９）、検出したモータ電流が過電流であるか否かを判定する（Ｓ１１）。制御部２１ａは、モータ電流が過電流であれば、インバータ４をオフにし（Ｓ２１）、図示しないアラームを表示して（Ｓ２３）終了する。
【００１４】
制御部２１ａは、検出したモータ電流が過電流でなければ（Ｓ１１）、平滑された電圧Ｅａを検出する（Ｓ１３）。次いで、制御部２１ａは、検出した電圧Ｅａが、平滑コンデンサ２、インバータ４又は制御電源回路２０を破損するような過電圧であるか否かを判定し（Ｓ１５）、過電圧であれば、インバータ４をオフにし（Ｓ２１）、図示しないアラームを表示して（Ｓ２３）終了する。
制御部２１ａは、検出した電圧Ｅａが過電圧でなければ（Ｓ１５）、検出した電圧Ｅａが所定電圧ｅ１６より低いか否かを判定する（Ｓ１７）。所定電圧ｅ１６は、モータ１０１の運転継続不能電圧に基づき定められている。
【００１５】
制御部２１ａは、検出した電圧Ｅａが所定電圧ｅ１６より低くなければ（Ｓ１７）、モータ１０１に流れるモータ電流を検出する（Ｓ９）。制御部２１ａは、検出した電圧Ｅａが所定電圧ｅ１６より低ければ（Ｓ１７）、インバータ４をオフにして（Ｓ１９）終了する。
【００１６】
特許文献１には、ドライブ部への直流電源の電圧を検出し、検出した電圧が所定値以下となったときに、電機子巻線間を抵抗を介して短絡して、無整流子電動機に発生する発電エネルギーを抵抗で消費する無整流子電動機の制御方法が開示されている。
特許文献２には、回転位置検出手段からの検出信号に基づく永久磁石ロータの回転数が規定値以下になった場合に、回転位置検出手段からの検出信号の磁極の切換わりが無くなったことを検知すると、各相コイルへの出力電流を一定のデューティ比の間欠電流として、コイルの焼損を防止するモータ制御回路が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平７−１８４３９０号公報
【特許文献２】特開平９−１６３７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
図１０は、ブラシレスＤＣモータ１０１の回転速度及びトルクの関係を示す特性図である。
慣性体４００に連結された減速機付ブラシレスＤＣモータ１００を従来のモータ駆動装置２００ａにより駆動する場合、起動時には加速による衝撃（反作用）を和らげる為に、モータ駆動装置２００ａは、モータ１０１へ供給する電圧をＰＷＭ制御により徐々に上昇させる。その際、時刻がｔ１，ｔ２，ｔ３と進むに従って、モータ１０１の出力トルク（回転速度を０としたときの駆動トルク）はＴ１，Ｔ２，Ｔ３と大きくなり、慣性体４００を徐々に加速する。
【００１９】
ところが、モータ１０１の停止時に慣性体４００に外力が加わって回転させられ、モータ１０１が、起動直前には既に正転方向又は逆転方向に回転（空転；駆動電源によらない回転）している場合がある。
この場合、インバータ４（図９）は、各トランジスタが当然オフになっているが、モータ１０１側から見れば、６個のダイオード（環流ダイオード）からなる３相全波整流回路になっている。その為、モータ１０１は、空転が抑制されるように起電力を発生させ、発電された電力は、３相全波整流回路（インバータ４）を通じて平滑コンデンサ２に充電される。但し、充電される電力の極性は、空転方向によらず一定であり、コンバータ１ａが作動する場合と同一である。また、発電された電力は、平滑コンデンサ２に充電され，充電電圧が上昇し制御電源回路２０（図６）の動作電圧を超えると、制御電源回路２０（図６）が動作し制御電圧を制御部２１ａ（図６）に供給し、消費されるが、消費電力は小さいので、モータ１０１の空転を抑止する制動トルクは小さい。
【００２０】
例えば、図１０において、モータ１０１が、正転方向に回転速度Ｎｆ２、駆動トルクＴｄ２で、外力により空転している場合（点Ｐ２）、時刻ｔ１において、モータ１０１への通電を開始し、トルクＴ１が出力されると、速度Ｎｆ２におけるトルクＴ１（点Ｐ２ａ）は点Ｐ２より下にあるので、慣性体４００に制動トルクが作用する。
引続き、時刻ｔ２，ｔ３で、トルクＴ２，Ｔ３が出力されるように電圧を上昇させると、図１０においてトルクは上へ推移し、その途中において、慣性体４００に作用するトルクは、減速トルクから加速トルクに切り替わり、慣性体４００を加速し、トルクＴ３を出力する電圧を示す線上の、駆動トルクＴｄ２を示す点Ｐ２ｘで釣り合う。
【００２１】
例えば、モータ１０１が、逆転方向に回転速度Ｎｒ２、制動トルクＴｄ１２で、外力により空転している場合（点Ｐ１２）、時刻ｔ１において、モータ１０１への通電を開始し、トルクＴ１が出力されると、正回転方向の駆動トルクＴｒ２が、逆回転している慣性体４００に作用する（点Ｐ１２ａ）。つまり、この場合は、逆空転速度Ｎｒ２での逆空転を抑止する方向の起電力と、トルクＴ１を発生させる電力とは極性が一致して加算されるので、トルクＴ１より大きい（正回転方向への）駆動トルクとなる。
【００２２】
逆回転している慣性体４００が、トルクＴ１より大きい（正回転方向への）駆動トルクで逆空転速度Ｎｒ１迄減速した（点Ｐ１２ｂ）時刻ｔ１ａで、トルクＴ１ａが出力されるように電圧を上昇させると、正回転方向の駆動トルクＴｒ２ａが、逆回転している慣性体４００に作用して減速して行く（点Ｐ１２ｃ）。
引続き、時刻ｔ２，ｔ３で、トルクＴ２，Ｔ３が出力されるように電圧を上昇させると、その途中において、慣性体４００の回転方向が正回転方向へ反転し、慣性体４００を加速し、トルクＴ３を出力する電圧を示す線上の、駆動トルクＴｄ２を示す点Ｐ２ｘで釣り合う。
【００２３】
ここで、モータ１０１の無通電時に、慣性体４００が外力により回転させられると、減速機付ブラシレスＤＣモータ１００の減速機１０２は、モータ１０１に対しては増速機となり、モータ１０１が高速で回転することがある。
例えば、モータ１０１が、正転方向に比較的高い回転速度Ｎｆ３、駆動トルクＴｄ２で、外力により空転しているとする（点Ｐ３）。この状態で、時刻ｔ１において、モータ１０１への通電を開始し、トルクＴ１が出力されると、トルクＴ１を出力する電圧を示す実線部分を外れた破線上で、制動トルクＴｆ３が慣性体４００に作用しようとする（点Ｐ３）。
【００２４】
しかし、この場合は、空転速度Ｎｆ３での空転を抑止する方向の起電力により発電され、平滑コンデンサ２で平滑された電圧Ｅａが過電圧となり（Ｓ１５）、制御部２１ａがインバータ４をオフにする（Ｓ１９）ので、モータ１０１への通電が停止される。
つまり、平滑コンデンサ２で平滑された電圧Ｅａが過電圧となるような起電力を発生させる高回転速度（逆回転の場合も含む）で、モータ１０１が空転している場合、モータ１０１は起動できない。
【００２５】
また、モータ１０１は、通電される電流に略比例した駆動トルクを出力するが、インバータ４の過電流による破損防止、モータ１０１の回転子に使用する永久磁石の過電流による消磁の防止、及び減速機付ブラシレスＤＣモータ１００の機械的強度以内での使用の為に、インバータ４からの通電電流に制限を設けている（Ｓ４３）。その為、モータ１０１は、最大出力トルクＴＬｍを超えるトルクは出力できない。
【００２６】
例えば、モータ１０１が、逆転方向に回転速度Ｎｒ３、制動トルクＴｄ１２で、外力により空転している場合（点Ｐ１３）、時刻ｔ１において、モータ１０１への通電を開始し、トルクＴ１が出力されると、トルクＴ１を出力する電圧を示す実線部分を外れた破線上で、駆動トルクＴｒ３が慣性体４００に作用しようとする（点Ｐ１３ａ）。
【００２７】
しかし、この場合は、駆動トルクＴｒ３が最大出力トルクＴＬｍを超えており、駆動トルクＴｒ３を出力しようとするモータ１０１に過電流が流れ（Ｓ１１）、制御部２１ａがインバータ４をオフにする（Ｓ２１）ので、モータ１０１への通電が停止される。
つまり、最大出力トルクＴＬｍを超える駆動トルクを発生させるような高い逆回転速度で、モータ１０１が空転している場合、モータ１０１は起動できない。
その為、起動直前のモータ１０１が点Ｐ３，Ｐ１３で示すような回転速度で空転している場合、従来は、慣性体４００が自然に減速して行き、モータ１０１が起動可能な回転速度範囲Ｎｒ２−Ｎｆ２に含まれる点Ｐ２，Ｐ１２で示すような回転速度に減速する迄待機しなければならないという問題があった。
【００２８】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、モータが高速で空転している場合でも、自然に減速するのを待つことなく、モータを起動させることができるモータ駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
第１発明に係るモータ駆動装置は、交流電源からの電圧を整流する整流回路及び平滑コンデンサと、前記交流電源及び整流回路間を開閉する開閉回路と、前記平滑コンデンサが平滑した直流電圧を周期的な電圧に変換する変換回路と、前記直流電圧の値が所定電圧値以上であるか否かを判定する電圧判定手段とを備え、前記変換回路が変換した周期的な電圧により、回転子又は固定子に永久磁石を有するモータを駆動し、前記電圧判定手段が所定電圧値以上であると判定したときは、前記開閉回路を開にするモータ駆動装置において、起動時に前記回転子の回転方向を含む空転速度を検出する空転速度検出手段と、該空転速度検出手段が検出した空転速度が所定回転速度範囲に含まれるか否かを判定する回転速度判定手段と、前記平滑コンデンサを放電させる放電回路とを備え、前記回転速度判定手段が所定回転速度範囲に含まれないと判定したときは、前記開閉回路を開に、前記放電回路をオンにするように構成してあることを特徴とする。
【００３０】
このモータ駆動装置では、整流回路及び平滑コンデンサが、交流電源からの電圧を整流し、開閉回路が、交流電源及び整流回路間を開閉する。変換回路が、平滑コンデンサが平滑した直流電圧を周期的な電圧に変換し、電圧判定手段が、平滑された直流電圧の値が所定電圧値以上であるか否かを判定する。変換回路が変換した周期的な電圧により、回転子又は固定子に永久磁石を有するモータを駆動し、電圧判定手段が所定電圧値以上であると判定したときは、開閉回路を開にする。
空転速度検出手段が、起動時に回転子の回転方向を含む空転速度を検出し、回転速度判定手段が、その検出した空転速度が所定回転速度範囲に含まれるか否かを判定し、放電回路が、平滑コンデンサを放電させる。回転速度判定手段が所定回転速度範囲に含まれないと判定したときは、開閉回路を開に、放電回路をオンにする。
【００３１】
第２発明に係るモータ駆動装置は、前記開閉回路を開に、前記放電回路をオンにした後、前記空転速度検出手段が検出した空転速度は所定回転速度範囲に含まれると前記回転速度判定手段が判定したときは、前記放電回路をオフに、前記開閉回路を閉にするように構成してあることを特徴とする。
【００３２】
このモータ駆動装置では、開閉回路を開に、放電回路をオンにした後、空転速度検出手段が検出した空転速度は所定回転速度範囲に含まれると回転速度判定手段が判定したときは、放電回路をオフに、開閉回路を閉にする。
【００３３】
第３発明に係るモータ駆動装置は、前記所定回転速度範囲は、前記モータの起動時に許容される空転速度に基づき定められていることを特徴とする。
【００３４】
第４発明に係るモータ駆動装置は、前記開閉回路が開であるとき、前記電圧判定手段、空転速度検出手段、回転速度判定手段及び放電回路は、前記平滑コンデンサからの電力により作動するように構成してあることを特徴とする。
【００３５】
このモータ駆動装置では、開閉回路が開であるとき、電圧判定手段、空転速度検出手段、回転速度判定手段及び放電回路は、平滑コンデンサからの電力により作動する。
【発明の効果】
【００３６】
本発明に係るモータ駆動装置によれば、モータが高速で空転している場合でも、自然に減速するのを待つことなく、モータを起動させることができるモータ駆動装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係るモータ駆動装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す放電回路の内部構成例を示す回路図である。
【図３】本発明に係るモータ駆動装置の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明に係るモータ駆動装置の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明に係るモータ駆動装置により駆動されるブラシレスＤＣモータの回転速度、ｐ−ｎ間電圧及びトルクの関係を示す特性図である。
【図６】慣性力が作用する慣性体を、減速機付ブラシレスＤＣモータにより駆動する場合の大略構成を示すブロック図である。
【図７】図６に示す従来のモータ駆動装置の構成例をより詳細に示すブロック図である。
【図８】従来のモータ駆動装置の動作の例を示すフローチャートである。
【図９】インバータの構成例を示す回路図である。
【図１０】ブラシレスＤＣモータの回転速度及びトルクの関係を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係るモータ駆動装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
このモータ駆動装置２００は、図６に示す減速機付ブラシレスＤＣモータ１００に使用されるモータ（ブラシレスＤＣモータ）１０１を、モータ駆動装置２００ａに代わって駆動する。
モータ駆動装置２００は、交流電源からの電圧Ｅを与えられる電源開閉部３００と、電源開閉部３００が閉であるときに、交流電源からの電圧Ｅを与えられ、モータ（ブラシレスＤＣモータ）１０１を駆動するモータ駆動部２０１とを備えている。
【００３９】
電源開閉部３００は、直流電源６が外付けされた接続端子Ｄ１及び（マイナス）接続端子ｎ間に、電源開閉リレー４１及びＮＰＮトランジスタ４４が直列接続されている。直流電源６のプラス極が外付けされた接続端子Ｄ１及び接続端子Ｄ３間に、運転スイッチ７が外付けされている。接続端子Ｄ３は、抵抗４６を通じて接続端子ｎに接続され、また、ＡＮＤ回路４３の一方の入力端子に接続されている。
【００４０】
ＡＮＤ回路４３の他方の入力端子は、抵抗４５を通じて接続端子ｎに接続され、また、接続端子Ｃ１に接続されている。ＡＮＤ回路４３の出力端子は、ＮＰＮトランジスタ４４のベースに接続されている。
接続端子Ｃ１は、ＮＯＴ回路５０を通じて放電回路６０の制御用端子に接続されている。放電回路６０は、また、（プラス）接続端子ｐ及び（マイナス）接続端子ｎにも接続されている。
【００４１】
交流電源が接続された電源開閉部３００の入力端子Ｌ１，Ｌ２には、電源開閉リレー４１のａ接点４１ａ，４１ａの各一方の端子が接続されている。各他方の端子は、それぞれ電源開閉部３００の出力端子Ｌ１１，Ｌ２１に接続されている。出力端子Ｌ１１，Ｌ２１は、それぞれモータ駆動部２０１の入力端子Ｌ１２，Ｌ２２に接続されている。
モータ駆動部２０１の入力端子Ｌ１２は、コンバータ（整流回路）１ａの一方の入力端子に、モータ駆動部２０１の入力端子Ｌ２２は、コンバータ１ａの他方の入力端子にそれぞれ接続されている。
【００４２】
コンバータ１ａのプラス側出力端子は（プラス）接続端子ｐに、マイナス側出力端子は（マイナス）接続端子ｎにそれぞれ接続され、接続端子ｐ及び接続端子ｎ間には平滑コンデンサ２が接続されている。コンバータ１ａ及び平滑コンデンサ２は、直流電源１を構成している。また、接続端子ｐは、インバータ（変換回路）４のプラス側の入力端子ｐ１に接続され、接続端子ｎは、抵抗３３を通じて、インバータ４のマイナス側の入力端子ｎ１に接続されている。
【００４３】
インバータ４は、入力された直流電圧を、制御部２１からの制御により例えば３相交流電圧に変換して、（ブラシレスＤＣ）モータ１０１を駆動する。モータ１０１は、ロータ（回転子）の回転位置を検出するロータ位置検出器１０３を備えている。ロータ位置検出器１０３は、制御用電圧Ｖccにより作動し、その検出信号を制御部２１に与える。
【００４４】
インバータ４は、図９に示すように、ＮＰＮ型トランジスタが２個直列接続された回路が３つ並列に接続され、各トランジスタには、環流ダイオードが逆並列に接続され、各相電圧は、直列接続された２個のトランジスタの接続節点から取り出される構成である。
制御部２１は、ロータ位置検出器１０３が検出したロータ位置に基づき、インバータ４の各トランジスタにＰＷＭ制御を伴うオン／オフ制御を行い、３相交流電圧を出力させる。制御部２１は、起動時には、各トランジスタのＰＷＭ制御により、モータ１０１へ供給する電圧を徐々に上昇させる。
【００４５】
接続端子ｐ，ｎ間には、制御電源回路２０が接続され、制御電源回路２０は、平滑コンデンサ２が平滑した直流電圧Ｅａを降圧して制御用電圧Ｖccを出力し、制御部２１等に与える。
また、接続端子ｐ，ｎ間には、抵抗３１，３２からなる分圧回路３が接続され、その分電圧Ｅｄは、制御部２１が内蔵する電圧検出手段２１ｂ，２１ｃにより検出される。
モータ１０１に流れるモータ電流は、接続端子ｎ及びインバータ４のマイナス側の入力端子ｎ１間に接続された抵抗３３の両端電圧により、制御部２１が内蔵する電流検出手段２１ｃ，２１ｄで検出される。
【００４６】
制御部２１は、ロータ位置検出器１０３が検出したロータ位置に基づき、ロータの回転方向を含む回転速度を検出しており、検出した回転速度が所定範囲に含まれるか否かを判定している。制御部２１は、検出した回転速度が所定範囲に含まれないと判定したときに作動させる空転検出回路２８を内蔵している。
空転検出回路２８は、制御リレー２８１を備えており、制御リレー２８１のｂ接点２８１ａは、接続端子Ｄ１，Ｃ１間に接続されている。
【００４７】
図２は、図１に示す放電回路６０の内部構成例を示す回路図である。
この放電回路６０は、ＮＯＴ回路５０の出力端子にゲートが接続されたＮチャネルＦＥＴ６３を備えている。ＦＥＴ６３のドレインは、抵抗６１を通じて接続端子ｐに接続されている。ＦＥＴ６３のソースは、接続端子ｎに接続されている。また、ＦＥＴ６３のゲートは、抵抗６２を通じて接続端子ｎに接続されている。
この放電回路６０では、ＮＯＴ回路５０の出力電圧Ｅ２がＨレベルになると、ＦＥＴ６３が導通する。これにより、接続端子ｐ，ｎ間に接続された平滑コンデンサ２からの放電電流Ｉｂｒが、抵抗６１を通じて接続端子ｎへ流れる。
【００４８】
以下に、このような構成のモータ駆動装置２００の動作を、それを示す図３，４のフローチャートを参照しながら説明する。
運転スイッチ７がオンである場合、制御リレー２８１がオフであれば、ＡＮＤ回路４３の出力電圧Ｅ５がＨレベルであり、トランジスタ４４がオンになって、電源開閉リレー４１が励磁され、ａ接点４１ａ，４１ａが閉になっており（Ｓ３１）、コンバータ１ａに交流電圧Ｅが与えられる。このとき、ＮＯＴ回路５０の出力電圧Ｅ２はＬレベルであり、放電回路６０はオフになっている。
【００４９】
コンバータ１ａに与えられた交流電圧Ｅは整流され、整流された直流電圧は、平滑コンデンサ２により平滑される。制御電源回路２０は、平滑コンデンサ２で平滑された電圧Ｅａを降圧して制御用電圧Ｖccを出力する。
制御部２１は、制御用電圧Ｖccを与えられてオンになると、電圧検出手段２１ｂ，２１ｃで分圧回路３の分電圧Ｅｄを検出することにより、平滑コンデンサ２で平滑された接続端子ｐ−ｎ間の電圧Ｅａを検出する（Ｓ３３）。次いで、制御部２１は、平滑された電圧Ｅａが所定電圧値ｅ２２より高いか否かを判定する（Ｓ３５）。所定電圧値ｅ２２は、モータ１０１の起動可能電圧に基づき定められている。
【００５０】
制御部２１は、平滑された電圧Ｅａが所定電圧値ｅ２２より高くなる迄、平滑された電圧Ｅａを検出する（Ｓ３３）。制御部２１は、平滑された電圧Ｅａが所定電圧値ｅ２２より高くなれば（Ｓ３５）、ロータ位置検出器１０３が検出したロータ位置に基づき、ロータの回転方向を含む回転速度Ｎを検出する（Ｓ３７）。
制御部２１は、次に、検出した回転速度Ｎ（Ｓ３７）が、正転方向であり、かつ、回転速度Ｎｆ２より高速度であるか否かを判定する（Ｓ３９）。制御部２１は、回転速度Ｎが、正転方向であり、かつ、回転速度Ｎｆ２より高速度でなければ、回転速度Ｎが、逆転方向であり、かつ、回転速度Ｎｒ２より高速度であるか否かを判定する（Ｓ４１）。ここで、Ｎｆ２は、モータ１０１の起動可能な正転回転速度であり、Ｎｒ２は、モータ１０１の起動可能な逆転回転速度である。
【００５１】
制御部２１は、回転速度Ｎが、正転方向であり、かつ、回転速度Ｎｆ２より高速度であるとき（Ｓ３９）、又は、回転速度Ｎが、逆転方向であり、かつ、回転速度Ｎｒ２より高速度であるとき（Ｓ４１）、制御リレー２８１を励磁させてｂ接点２８１ａを開にする（図４Ｓ５９）。
これにより、ＡＮＤ回路４３の出力電圧Ｅ５はＬレベルになり、トランジスタ４４がオフになって、電源開閉リレー４１が無励磁となり、ａ接点４１ａ，４１ａが開になり（Ｓ６１）、交流電圧Ｅが遮断される。また、このとき、ＮＯＴ回路５０の出力電圧Ｅ２はＨレベルとなり、放電回路６０がオンになり（Ｓ６３）、接続端子ｐ−ｎ間の電圧Ｅａが低下して行く。このとき、交流電圧Ｅは遮断されるが、平滑コンデンサ２の蓄電力により、制御電圧Ｖｃｃは維持される。
【００５２】
制御部２１は、次に、ロータ位置検出器１０３が検出したロータ位置に基づき、ロータの回転方向を含む回転速度Ｎを検出し（Ｓ６５）、検出した回転速度Ｎが、正転方向であり、かつ、回転速度Ｎｆ２以下であるか否かを判定する（Ｓ６７）。制御部２１は、回転速度Ｎが、正転方向であり、かつ、回転速度Ｎｆ２以下でなければ、回転速度Ｎが、逆転方向であり、かつ、回転速度Ｎｒ２以下であるか否かを判定する（Ｓ６９）。
制御部２１は、回転速度Ｎが、逆転方向であり、かつ、回転速度Ｎｒ２以下でなければ（Ｓ６９）、再度、ロータの回転方向を含む回転速度Ｎを検出する（Ｓ６５）。
【００５３】
制御部２１は、回転速度Ｎが、正転方向であり、かつ、回転速度Ｎｆ２以下であるとき（Ｓ６７）、又は、回転速度Ｎが、逆転方向であり、かつ、回転速度Ｎｒ２以下であるとき（Ｓ６９）、制御リレー２８１を無励磁にしてｂ接点２８１ａを閉にする（Ｓ７１）。
これにより、ＮＯＴ回路５０の出力電圧Ｅ２はＬレベルとなり、放電回路６０がオフになる（Ｓ７３）。また、ＡＮＤ回路４３の出力電圧Ｅ５はＨレベルになり、トランジスタ４４がオンになって、電源開閉リレー４１が励磁され、ａ接点４１ａ，４１ａが閉になり（Ｓ７５）、交流電圧Ｅがコンバータ１ａに与えられる。
【００５４】
制御部２１は、交流電圧Ｅがコンバータ１ａに与えられると、平滑コンデンサ２で平滑された接続端子ｐ−ｎ間の電圧Ｅａを検出する（Ｓ３３）。
制御部２１は、平滑された電圧Ｅａが所定電圧値ｅ２２より高くなれば（Ｓ３５）、ロータ位置検出器１０３が検出したロータ位置に基づき、ロータの回転方向を含む回転速度Ｎを検出する（Ｓ３７）。
【００５５】
制御部２１は、次に、検出した回転速度Ｎ（Ｓ３７）が、正転方向であり、かつ、回転速度Ｎｆ２より高速度であるか否かを判定する（Ｓ３９）。制御部２１は、回転速度Ｎが、正転方向であり、かつ、回転速度Ｎｆ２より高速度でなければ、回転速度Ｎが、逆転方向であり、かつ、回転速度Ｎｒ２より高速度であるか否かを判定し（Ｓ４１）、回転速度Ｎが、逆転方向であり、かつ、回転速度Ｎｒ２より高速度でなければ（Ｓ４１）、インバータ４をオンにする（Ｓ４３）。
制御部２１は、次に、電流検出手段２１ｃ，２１ｄでモータ１０１に流れるモータ電流を検出し（Ｓ４５）、検出したモータ電流に基づき過負荷になっているか否かを判定する（Ｓ４７）。制御部２１は、モータ１０１が過負荷であれば、インバータ４をオフにし（Ｓ５７）、図示しないアラームを表示して（Ｓ５８）終了する。
【００５６】
制御部２１は、モータ１０１が過負荷でなければ（Ｓ４７）、平滑された電圧Ｅａを検出する（Ｓ４９）。次いで、制御部２１は、検出した電圧Ｅａが、平滑コンデンサ２、インバータ４又は制御電源回路２０を破損するような過電圧であるか否かを判定し（Ｓ５１）、過電圧であれば、インバータ４をオフにし（Ｓ５７）、図示しないアラームを表示して（Ｓ５８）終了する。
制御部２１は、検出した電圧Ｅａが過電圧でなければ（Ｓ５１）、検出した電圧Ｅａが所定電圧ｅ１６より低いか否かを判定する（Ｓ５３）。所定電圧ｅ１６は、モータ１０１の運転継続不能電圧に基づき定められている。
【００５７】
制御部２１は、検出した電圧Ｅａが所定電圧ｅ１６より低くなければ（Ｓ５３）、モータ１０１に流れるモータ電流を検出する（Ｓ４５）。制御部２１は、検出した電圧Ｅａが所定電圧ｅ１６より低ければ（Ｓ５３）、インバータ４をオフにして（Ｓ５５）終了する。
【００５８】
図５は、本発明に係るモータ駆動装置２００により駆動されるブラシレスＤＣモータ１０１の回転速度及びｐ−ｎ間電圧の関係（ａ）、並びに回転速度及びトルクの関係（ｂ）を示す特性図である。
慣性体４００に連結された減速機付ブラシレスＤＣモータ１００をモータ駆動装置２００により駆動する場合、起動時には加速による衝撃（反作用）を和らげる為に、モータ駆動装置２００は、モータ１０１へ供給する電圧をＰＷＭ制御により徐々に上昇させる。その際、時刻がｔ１，ｔ２，ｔ３と進むに従って、モータ１０１の出力トルク（回転速度を０としたときの駆動トルク）はＴ１，Ｔ２，Ｔ３と大きくなり、慣性体４００を徐々に加速する。
【００５９】
ところが、上述したように、モータ１０１の停止時に慣性体４００に外力が加わって回転させられ、モータ１０１が、起動直前には既に正転方向又は逆転方向に回転（空転；駆動電源によらない回転）している場合がある。
この場合、インバータ４（図９）は、各トランジスタが当然オフになっているが、モータ１０１側から見れば、６個のダイオード（環流ダイオード）からなる３相全波整流回路になっている。その為、モータ１０１は、空転が抑制されるように起電力を発生させ、発電された電力は、３相全波整流回路（インバータ４）を通じて平滑コンデンサ２に充電される。充電される電力の極性は、空転方向によらず一定であり、コンバータ１ａが作動する場合と同一である。
【００６０】
ここで、上述したように、放電回路６０がオンになり（Ｓ６３）、接続端子ｐ−ｎ間の電圧Ｅａが低下して行く過程を、そのときのモータ１０１の回転速度を正転方向のＮｆ３（点Ｐｎ３）として説明する。
ａ接点４１ａ，４１ａが開になり（Ｓ６１）、交流電圧Ｅが遮断された時点（点Ｐｎ３）のｐ−ｎ間電圧ＥａはＥｎであり、外力により回転速度Ｎｆ３で空転しているモータ１０１からは誘起電圧Ｅｆ３が発生しており、Ｅａ＝Ｅｎ＞Ｅｆ３である。
放電回路６０がオンになり（Ｓ６３）、平滑コンデンサ２から抵抗６１を通じて放電電流Ｉｂｒが流れると、ｐ−ｎ間電圧Ｅａは、Ｅｎから低下し、Ｅａ＝Ｅｆ３になる（点Ｐｆ３）。
【００６１】
ｐ−ｎ間電圧Ｅａが、Ｅｎ＜Ｅｆ３になると、外力により回転速度Ｎｆ３で空転しているモータ１０１で発生する誘起電圧Ｅｆ３が、インバータ４のダイオードブリッジ（全波整流回路）を通じて、平滑コンデンサ２を充電する。
モータ１０１で発生する誘起電圧Ｅｆ３が平滑コンデンサ２を充電する充電電流より、放電回路６０が平滑コンデンサ２から放電させる放電電流Ｉｂｒの方が大きい場合、ｐ−ｎ間電圧Ｅａは低下して行く。即ち、モータ１０１の回転エネルギーを放電回路６０で消費する（つまり、負荷が大きい）ので、モータ１０１には制動トルクが作用し、回転速度は自然回転より速く低下して行く（点Ｐｆ３→点Ｐｆ２）。
【００６２】
モータ１０１の回転速度が低下して行き、正転方向のＮｆ２（点Ｐｎ２）迄低下すると、放電回路６０がオフになり（Ｓ７３）、ａ接点４１ａ，４１ａが閉になり（Ｓ７５）、交流電圧Ｅがコンバータ１ａに与えられ、ｐ−ｎ間電圧Ｅａは、Ｅｆ２からＥｎ迄上昇する（点Ｐｆ２→点Ｐｎ２）。
【００６３】
上述した動作は、モータ１０１が逆回転している場合でも同様であり、モータ１０１の起動時に、回転速度Ｎが、正転方向でＮｆ２より高速度、又は逆転方向でＮｒ２より高速度であれば、交流電圧Ｅを遮断し、放電回路６０で平滑コンデンサ２を放電させて、回転速度Ｎを低下させる。
回転速度Ｎが低下して行き、回転速度Ｎが、正転方向でＮｆ２以下、又は逆転方向でＮｒ２以下になれば、放電回路６０による平滑コンデンサ２の放電を停止させ、交流電圧Ｅをコンバータ１ａに与えて、モータ１０１を起動時動作に復帰させる。
【符号の説明】
【００６４】
１ 直流電源
１ａ コンバータ（整流回路）
２ 平滑コンデンサ
３ 分圧回路（電圧検出手段）
４ インバータ（変換回路）
２０ 制御電源回路
２１ 制御部（電圧判定手段、空転速度検出手段、回転速度判定手段）
２１ｂ，２１ｃ 電圧検出手段
２１ｃ，２１ｄ 電流検出手段
２８ 空転検出回路
４１ 電源開閉リレー
４１ａ ａ接点
６０ 放電回路
１００ 減速機付ブラシレスＤＣモータ
１０１ モータ（ブラシレスＤＣモータ）
１０３ ロータ位置検出器
２００ モータ駆動装置
２０１ モータ駆動部
２８１ 制御リレー
３００ 電源開閉部（開閉回路）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、整流回路及び平滑コンデンサが整流した直流電圧を周期的な電圧に変換すると共に、整流した直流電圧が所定値以上であるか否かを判定し、変換した周期的な電圧によりモータを駆動し、整流した直流電圧が所定値以上であると判定したときは、電源との開閉回路を開にするモータ駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は、慣性力が作用する慣性体４００を、減速機付ブラシレスＤＣモータ１００により駆動する場合の大略構成を示すブロック図である。
減速機付ブラシレスＤＣモータ１００は、モータ駆動装置２００ａにより駆動される。
減速機付ブラシレスＤＣモータ１００は、ブラシレスＤＣモータ１０１の回転速度を減速して慣性体４００に伝達する減速機１０２と、ブラシレスＤＣモータ１０１のロータ（回転子）の回転位置を検出するロータ位置検出器１０３とを備えている。ロータ位置検出器１０３は、制御用の直流電圧により作動し、少なくとも５線を有する検出器ケーブル１０５により、モータ駆動装置２００ａ内の制御部２１ａに接続されている。
【０００３】
ブラシレスＤＣモータ１０１は、３相用のモータケーブル１０４によりモータ駆動装置２００ａ内のインバータ４に接続されている。
モータ駆動装置２００ａは、電源開閉リレー接点４１ａ，４１ａを通じて与えられる交流電圧を、コンバータ１ａが整流し、整流した直流電圧を平滑コンデンサ２が平滑してインバータ４に与える。平滑コンデンサ２が平滑した直流電圧は、制御電源回路２０にも与えられる。制御電源回路２０は、与えられた直流電圧を降圧して制御用の電源電圧である制御電圧に変換し、変換した制御電圧は制御部２１ａに与えられる。制御部２１ａは、図９に示すように、３相ブリッジ回路に構成されたインバータ４の６個のトランジスタをそれぞれオン／オフ制御する。
【０００４】
このように構成された減速機付ブラシレスＤＣモータ１００及びモータ駆動装置２００ａでは、ロータ位置検出器１０３が検出した回転位置に基づき、制御部２１ａが、インバータ４の６個のトランジスタをそれぞれオン／オフ制御する。インバータ４は、６個のトランジスタがそれぞれオン／オフ制御されることにより、直流電圧を３相の例えば交流電圧に変換し、ブラシレスＤＣモータ１０１に与えて回転駆動させる。
ブラシレスＤＣモータ１０１の回転動作は、減速機１０２により減速されて慣性体４００に伝達され、慣性体４００を回転させる。
【０００５】
図７は、図６に示す従来のモータ駆動装置２００ａの構成例をより詳細に示すブロック図である。
このモータ駆動装置２００ａは、交流電源からの電圧Ｅを与えられる電源開閉部３００ａと、電源開閉部３００ａの電源開閉リレー接点４１ａが閉であるときに、交流電源からの電圧Ｅを与えられ、モータ（ブラシレスＤＣモータ）１０１を駆動するモータ駆動部２０１ａとを備えている。
電源開閉部３００ａは、直流電源６が外付けされた接続端子Ｄ１，Ｄ２間に、電源開閉リレー４１及びＮＰＮトランジスタ４４が直列接続されている。直流電源６のプラス極が外付けされた接続端子Ｄ１及び接続端子Ｄ３間に、運転スイッチ７が外付けされている。接続端子Ｄ３は、抵抗４６を通じて、トランジスタ４４のベースに接続されている。
【０００６】
交流電源が接続された電源開閉部３００ａの入力端子Ｌ１，Ｌ２には、電源開閉リレー４１のａ接点４１ａ，４１ａの各一方の端子が接続されている。各他方の端子は、それぞれ電源開閉部３００ａの出力端子Ｌ１１，Ｌ２１に接続されている。出力端子Ｌ１１，Ｌ２１は、それぞれモータ駆動部２０１ａの入力端子Ｌ１２，Ｌ２２に接続されている。
モータ駆動部２０１ａの入力端子Ｌ１２は、コンバータ１ａの一方の入力端子に、モータ駆動部２０１ａの入力端子Ｌ２２は、コンバータ１ａの他方の入力端子にそれぞれ接続されている。
【０００７】
コンバータ１ａのプラス側出力端子は（プラス）接続端子ｐに、マイナス側出力端子は（マイナス）接続端子ｎにそれぞれ接続され、接続端子ｐ及び接続端子ｎ間には平滑コンデンサ２が接続されている。コンバータ１ａ及び平滑コンデンサ２は、直流電源１を構成している。また、（プラス）接続端子ｐは、インバータ４のプラス側の入力端子ｐ１に接続され、（マイナス）接続端子ｎは、抵抗３３を通じて、インバータ４のマイナス側の入力端子ｎ１に接続されている。
【０００８】
インバータ４は、入力された直流電圧を、制御部２１ａからの制御により例えば３相交流電圧に変換して、（ブラシレスＤＣ）モータ１０１を駆動する。モータ１０１は、ロータ（回転子）の回転位置を検出するロータ位置検出器１０３を備えている。ロータ位置検出器１０３は、制御用電圧Ｖccにより作動し、その検出信号を制御部２１ａに与える。
【０００９】
インバータ４は、図９に示すように、ＮＰＮ型トランジスタが２個直列接続された回路が３つ並列に接続され、各トランジスタには、環流ダイオードが逆並列に接続され、各相電圧は、直列接続された２個のトランジスタの接続節点から取り出される構成である。
制御部２１ａは、ロータ位置検出器１０３が検出したロータ位置に基づき、インバータ４の各トランジスタにＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を伴うオン／オフ制御を行い、３相交流電圧を出力させる。制御部２１ａは、起動時には、各トランジスタのＰＷＭ制御により、モータ１０１へ供給する電圧を徐々に上昇させる。
【００１０】
接続端子ｐ，ｎ間には、制御電源回路２０が接続され、制御電源回路２０は、平滑コンデンサ２が平滑した直流電圧Ｅａを降圧して制御用電圧Ｖccを出力し、制御部２１ａ等に与える。
また、接続端子ｐ，ｎ間には、抵抗３１，３２からなる分圧回路３が接続され、その分電圧Ｅｄは、制御部２１ａが内蔵する電圧検出手段２１ｂ，２１ｃにより検出される。
モータ１０１に流れるモータ電流は、接続端子ｎ及びインバータ４の入力端子ｎ１間に接続された抵抗３３の両端電圧により、制御部２１ａが内蔵する電流検出手段２１ｃ，２１ｄで検出される。
【００１１】
以下に、このような構成のモータ駆動装置２００ａの動作を、それを示す図８のフローチャートを参照しながら説明する。
運転スイッチ７がオンである場合、トランジスタ４４がオンになって、電源開閉リレー４１が励磁され、ａ接点４１ａ，４１ａが閉になっており（Ｓ１）、コンバータ１ａに交流電圧Ｅが与えられる。コンバータ１ａに与えられた交流電圧Ｅは整流され、整流された直流電圧は、平滑コンデンサ２により平滑される。制御電源回路２０は、平滑コンデンサ２で平滑された電圧Ｅａを降圧して制御用電圧Ｖccを出力する。
【００１２】
制御部２１ａは、制御用電圧Ｖccを与えられてオンになると、電圧検出手段２１ｂ，２１ｃで分圧回路３の分電圧Ｅｄを検出することにより、平滑コンデンサ２で平滑された接続端子ｐ−ｎ間の電圧Ｅａを検出する（Ｓ３）。次いで、制御部２１ａは、平滑された電圧Ｅａが所定電圧値ｅ２２より高いか否かを判定する（Ｓ５）。所定電圧値ｅ２２は、モータ１０１の起動可能電圧に基づき定められている。
【００１３】
制御部２１ａは、平滑された電圧Ｅａが所定電圧値ｅ２２より高くなる迄、平滑された電圧Ｅａを検出し（Ｓ３）、平滑された電圧Ｅａが所定電圧値ｅ２２より高くなれば（Ｓ５）、インバータ４をオンにする（Ｓ７）。
制御部２１ａは、次に、電流検出手段２１ｃ，２１ｄでモータ１０１に流れるモータ電流を検出し（Ｓ９）、検出したモータ電流が過電流であるか否かを判定する（Ｓ１１）。制御部２１ａは、モータ電流が過電流であれば、インバータ４をオフにし（Ｓ２１）、図示しないアラームを表示して（Ｓ２３）終了する。
【００１４】
制御部２１ａは、検出したモータ電流が過電流でなければ（Ｓ１１）、平滑された電圧Ｅａを検出する（Ｓ１３）。次いで、制御部２１ａは、検出した電圧Ｅａが、平滑コンデンサ２、インバータ４又は制御電源回路２０を破損するような過電圧であるか否かを判定し（Ｓ１５）、過電圧であれば、インバータ４をオフにし（Ｓ２１）、図示しないアラームを表示して（Ｓ２３）終了する。
制御部２１ａは、検出した電圧Ｅａが過電圧でなければ（Ｓ１５）、検出した電圧Ｅａが所定電圧ｅ１６より低いか否かを判定する（Ｓ１７）。所定電圧ｅ１６は、モータ１０１の運転継続不能電圧に基づき定められている。
【００１５】
制御部２１ａは、検出した電圧Ｅａが所定電圧ｅ１６より低くなければ（Ｓ１７）、モータ１０１に流れるモータ電流を検出する（Ｓ９）。制御部２１ａは、検出した電圧Ｅａが所定電圧ｅ１６より低ければ（Ｓ１７）、インバータ４をオフにして（Ｓ１９）終了する。
【００１６】
特許文献１には、ドライブ部への直流電源の電圧を検出し、検出した電圧が所定値以下となったときに、電機子巻線間を抵抗を介して短絡して、無整流子電動機に発生する発電エネルギーを抵抗で消費する無整流子電動機の制御方法が開示されている。
特許文献２には、回転位置検出手段からの検出信号に基づく永久磁石ロータの回転数が規定値以下になった場合に、回転位置検出手段からの検出信号の磁極の切換わりが無くなったことを検知すると、各相コイルへの出力電流を一定のデューティ比の間欠電流として、コイルの焼損を防止するモータ制御回路が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平７−１８４３９０号公報
【特許文献２】特開平９−１６３７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
図１０は、ブラシレスＤＣモータ１０１の回転速度及びトルクの関係を示す特性図である。
慣性体４００に連結された減速機付ブラシレスＤＣモータ１００を従来のモータ駆動装置２００ａにより駆動する場合、起動時には加速による衝撃（反作用）を和らげる為に、モータ駆動装置２００ａは、モータ１０１へ供給する電圧をＰＷＭ制御により徐々に上昇させる。その際、時刻がｔ１，ｔ２，ｔ３と進むに従って、モータ１０１の出力トルク（回転速度を０としたときの駆動トルク）はＴ１，Ｔ２，Ｔ３と大きくなり、慣性体４００を徐々に加速する。
【００１９】
ところが、モータ１０１の停止時に慣性体４００に外力が加わって回転させられ、モータ１０１が、起動直前には既に正転方向又は逆転方向に回転（空転；駆動電源によらない回転）している場合がある。
この場合、インバータ４（図９）は、各トランジスタが当然オフになっているが、モータ１０１側から見れば、６個のダイオード（環流ダイオード）からなる３相全波整流回路になっている。その為、モータ１０１は、空転が抑制されるように起電力を発生させ、発電された電力は、３相全波整流回路（インバータ４）を通じて平滑コンデンサ２に充電される。但し、充電される電力の極性は、空転方向によらず一定であり、コンバータ１ａが作動する場合と同一である。また、発電された電力は、平滑コンデンサ２に充電され，充電電圧が上昇し制御電源回路２０（図６）の動作電圧を超えると、制御電源回路２０（図６）が動作し制御電圧を制御部２１ａ（図６）に供給し、消費されるが、消費電力は小さいので、モータ１０１の空転を抑止する制動トルクは小さい。
【００２０】
例えば、図１０において、モータ１０１が、正転方向に回転速度Ｎｆ２、駆動トルクＴｄ２で、外力により空転している場合（点Ｐ２）、時刻ｔ１において、モータ１０１への通電を開始し、トルクＴ１が出力されると、速度Ｎｆ２におけるトルクＴ１（点Ｐ２ａ）は点Ｐ２より下にあるので、慣性体４００に制動トルクが作用する。
引続き、時刻ｔ２，ｔ３で、トルクＴ２，Ｔ３が出力されるように電圧を上昇させると、図１０においてトルクは上へ推移し、その途中において、慣性体４００に作用するトルクは、減速トルクから加速トルクに切り替わり、慣性体４００を加速し、トルクＴ３を出力する電圧を示す線上の、駆動トルクＴｄ２を示す点Ｐ２ｘで釣り合う。
【００２１】
例えば、モータ１０１が、逆転方向に回転速度Ｎｒ２、制動トルクＴｄ１２で、外力により空転している場合（点Ｐ１２）、時刻ｔ１において、モータ１０１への通電を開始し、トルクＴ１が出力されると、正回転方向の駆動トルクＴｒ２が、逆回転している慣性体４００に作用する（点Ｐ１２ａ）。つまり、この場合は、逆空転速度Ｎｒ２での逆空転を抑止する方向の起電力と、トルクＴ１を発生させる電力とは極性が一致して加算されるので、トルクＴ１より大きい（正回転方向への）駆動トルクとなる。
【００２２】
逆回転している慣性体４００が、トルクＴ１より大きい（正回転方向への）駆動トルクで逆空転速度Ｎｒ１迄減速した（点Ｐ１２ｂ）時刻ｔ１ａで、トルクＴ１ａが出力されるように電圧を上昇させると、正回転方向の駆動トルクＴｒ２ａが、逆回転している慣性体４００に作用して減速して行く（点Ｐ１２ｃ）。
引続き、時刻ｔ２，ｔ３で、トルクＴ２，Ｔ３が出力されるように電圧を上昇させると、その途中において、慣性体４００の回転方向が正回転方向へ反転し、慣性体４００を加速し、トルクＴ３を出力する電圧を示す線上の、駆動トルクＴｄ２を示す点Ｐ２ｘで釣り合う。
【００２３】
ここで、モータ１０１の無通電時に、慣性体４００が外力により回転させられると、減速機付ブラシレスＤＣモータ１００の減速機１０２は、モータ１０１に対しては増速機となり、モータ１０１が高速で回転することがある。
例えば、モータ１０１が、正転方向に比較的高い回転速度Ｎｆ３、駆動トルクＴｄ２で、外力により空転しているとする（点Ｐ３）。この状態で、時刻ｔ１において、モータ１０１への通電を開始し、トルクＴ１が出力されると、トルクＴ１を出力する電圧を示す実線部分を外れた破線上で、制動トルクＴｆ３が慣性体４００に作用しようとする（点Ｐ３）。
【００２４】
しかし、この場合は、空転速度Ｎｆ３での空転を抑止する方向の起電力により発電され、平滑コンデンサ２で平滑された電圧Ｅａが過電圧となり（Ｓ１５）、制御部２１ａがインバータ４をオフにする（Ｓ１９）ので、モータ１０１への通電が停止される。
つまり、平滑コンデンサ２で平滑された電圧Ｅａが過電圧となるような起電力を発生させる高回転速度（逆回転の場合も含む）で、モータ１０１が空転している場合、モータ１０１は起動できない。
【００２５】
また、モータ１０１は、通電される電流に略比例した駆動トルクを出力するが、インバータ４の過電流による破損防止、モータ１０１の回転子に使用する永久磁石の過電流による消磁の防止、及び減速機付ブラシレスＤＣモータ１００の機械的強度以内での使用の為に、インバータ４からの通電電流に制限を設けている（Ｓ４３）。その為、モータ１０１は、最大出力トルクＴＬｍを超えるトルクは出力できない。
【００２６】
例えば、モータ１０１が、逆転方向に回転速度Ｎｒ３、制動トルクＴｄ１２で、外力により空転している場合（点Ｐ１３）、時刻ｔ１において、モータ１０１への通電を開始し、トルクＴ１が出力されると、トルクＴ１を出力する電圧を示す実線部分を外れた破線上で、駆動トルクＴｒ３が慣性体４００に作用しようとする（点Ｐ１３ａ）。
【００２７】
しかし、この場合は、駆動トルクＴｒ３が最大出力トルクＴＬｍを超えており、駆動トルクＴｒ３を出力しようとするモータ１０１に過電流が流れ（Ｓ１１）、制御部２１ａがインバータ４をオフにする（Ｓ２１）ので、モータ１０１への通電が停止される。
つまり、最大出力トルクＴＬｍを超える駆動トルクを発生させるような高い逆回転速度で、モータ１０１が空転している場合、モータ１０１は起動できない。
その為、起動直前のモータ１０１が点Ｐ３，Ｐ１３で示すような回転速度で空転している場合、従来は、慣性体４００が自然に減速して行き、モータ１０１が起動可能な回転速度範囲Ｎｒ２−Ｎｆ２に含まれる点Ｐ２，Ｐ１２で示すような回転速度に減速する迄待機しなければならないという問題があった。
【００２８】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、モータが高速で空転している場合でも、自然に減速するのを待つことなく、モータを起動させることができるモータ駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
第１発明に係るモータ駆動装置は、交流電源からの電圧を整流する整流回路及び平滑コンデンサと、前記交流電源及び整流回路間を開閉する開閉回路と、前記平滑コンデンサが平滑した直流電圧を周期的な電圧に変換する変換回路と、前記直流電圧の値が所定電圧値以上であるか否かを判定する電圧判定手段とを備え、前記変換回路が変換した周期的な電圧により、回転子又は固定子に永久磁石を有するモータを駆動し、前記電圧判定手段が所定電圧値以上であると判定したときは、前記開閉回路を開にするモータ駆動装置において、起動時に前記回転子の回転方向を含む空転速度を検出する空転速度検出手段と、該空転速度検出手段が検出した空転速度が所定回転速度範囲に含まれるか否かを判定する回転速度判定手段と、前記平滑コンデンサを放電させる放電回路とを備え、前記回転速度判定手段が所定回転速度範囲に含まれないと判定したときは、前記開閉回路を開に、前記放電回路をオンにするように構成してあることを特徴とする。
【００３０】
このモータ駆動装置では、整流回路及び平滑コンデンサが、交流電源からの電圧を整流し、開閉回路が、交流電源及び整流回路間を開閉する。変換回路が、平滑コンデンサが平滑した直流電圧を周期的な電圧に変換し、電圧判定手段が、平滑された直流電圧の値が所定電圧値以上であるか否かを判定する。変換回路が変換した周期的な電圧により、回転子又は固定子に永久磁石を有するモータを駆動し、電圧判定手段が所定電圧値以上であると判定したときは、開閉回路を開にする。
空転速度検出手段が、起動時に回転子の回転方向を含む空転速度を検出し、回転速度判定手段が、その検出した空転速度が所定回転速度範囲に含まれるか否かを判定し、放電回路が、平滑コンデンサを放電させる。回転速度判定手段が所定回転速度範囲に含まれないと判定したときは、開閉回路を開に、放電回路をオンにする。
【００３１】
第２発明に係るモータ駆動装置は、前記開閉回路を開に、前記放電回路をオンにした後、前記空転速度検出手段が検出した空転速度は所定回転速度範囲に含まれると前記回転速度判定手段が判定したときは、前記放電回路をオフに、前記開閉回路を閉にするように構成してあることを特徴とする。
【００３２】
このモータ駆動装置では、開閉回路を開に、放電回路をオンにした後、空転速度検出手段が検出した空転速度は所定回転速度範囲に含まれると回転速度判定手段が判定したときは、放電回路をオフに、開閉回路を閉にする。
【００３３】
第３発明に係るモータ駆動装置は、前記所定回転速度範囲は、前記モータの起動時に許容される空転速度に基づき定められていることを特徴とする。
【００３４】
第４発明に係るモータ駆動装置は、前記開閉回路が開であるとき、前記電圧判定手段、空転速度検出手段、回転速度判定手段及び放電回路は、前記平滑コンデンサからの電力により作動するように構成してあることを特徴とする。
【００３５】
このモータ駆動装置では、開閉回路が開であるとき、電圧判定手段、空転速度検出手段、回転速度判定手段及び放電回路は、平滑コンデンサからの電力により作動する。
【発明の効果】
【００３６】
本発明に係るモータ駆動装置によれば、モータが高速で空転している場合でも、自然に減速するのを待つことなく、モータを起動させることができるモータ駆動装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係るモータ駆動装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す放電回路の内部構成例を示す回路図である。
【図３】本発明に係るモータ駆動装置の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明に係るモータ駆動装置の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明に係るモータ駆動装置により駆動されるブラシレスＤＣモータの回転速度、ｐ−ｎ間電圧及びトルクの関係を示す特性図である。
【図６】慣性力が作用する慣性体を、減速機付ブラシレスＤＣモータにより駆動する場合の大略構成を示すブロック図である。
【図７】図６に示す従来のモータ駆動装置の構成例をより詳細に示すブロック図である。
【図８】従来のモータ駆動装置の動作の例を示すフローチャートである。
【図９】インバータの構成例を示す回路図である。
【図１０】ブラシレスＤＣモータの回転速度及びトルクの関係を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係るモータ駆動装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
このモータ駆動装置２００は、図６に示す減速機付ブラシレスＤＣモータ１００に使用されるモータ（ブラシレスＤＣモータ）１０１を、モータ駆動装置２００ａに代わって駆動する。
モータ駆動装置２００は、交流電源からの電圧Ｅを与えられる電源開閉部３００と、電源開閉部３００が閉であるときに、交流電源からの電圧Ｅを与えられ、モータ（ブラシレスＤＣモータ）１０１を駆動するモータ駆動部２０１とを備えている。
【００３９】
電源開閉部３００は、直流電源６が外付けされた接続端子Ｄ１及び（マイナス）接続端子ｎ間に、電源開閉リレー４１及びＮＰＮトランジスタ４４が直列接続されている。直流電源６のプラス極が外付けされた接続端子Ｄ１及び接続端子Ｄ３間に、運転スイッチ７が外付けされている。接続端子Ｄ３は、抵抗４６を通じて接続端子ｎに接続され、また、ＡＮＤ回路４３の一方の入力端子に接続されている。
【００４０】
ＡＮＤ回路４３の他方の入力端子は、抵抗４５を通じて接続端子ｎに接続され、また、接続端子Ｃ１に接続されている。ＡＮＤ回路４３の出力端子は、ＮＰＮトランジスタ４４のベースに接続されている。
接続端子Ｃ１は、ＮＯＴ回路５０を通じて放電回路６０の制御用端子に接続されている。放電回路６０は、また、（プラス）接続端子ｐ及び（マイナス）接続端子ｎにも接続されている。
【００４１】
交流電源が接続された電源開閉部３００の入力端子Ｌ１，Ｌ２には、電源開閉リレー４１のａ接点４１ａ，４１ａの各一方の端子が接続されている。各他方の端子は、それぞれ電源開閉部３００の出力端子Ｌ１１，Ｌ２１に接続されている。出力端子Ｌ１１，Ｌ２１は、それぞれモータ駆動部２０１の入力端子Ｌ１２，Ｌ２２に接続されている。
モータ駆動部２０１の入力端子Ｌ１２は、コンバータ（整流回路）１ａの一方の入力端子に、モータ駆動部２０１の入力端子Ｌ２２は、コンバータ１ａの他方の入力端子にそれぞれ接続されている。
【００４２】
コンバータ１ａのプラス側出力端子は（プラス）接続端子ｐに、マイナス側出力端子は（マイナス）接続端子ｎにそれぞれ接続され、接続端子ｐ及び接続端子ｎ間には平滑コンデンサ２が接続されている。コンバータ１ａ及び平滑コンデンサ２は、直流電源１を構成している。また、接続端子ｐは、インバータ（変換回路）４のプラス側の入力端子ｐ１に接続され、接続端子ｎは、抵抗３３を通じて、インバータ４のマイナス側の入力端子ｎ１に接続されている。
【００４３】
インバータ４は、入力された直流電圧を、制御部２１からの制御により例えば３相交流電圧に変換して、（ブラシレスＤＣ）モータ１０１を駆動する。モータ１０１は、ロータ（回転子）の回転位置を検出するロータ位置検出器１０３を備えている。ロータ位置検出器１０３は、制御用電圧Ｖccにより作動し、その検出信号を制御部２１に与える。
【００４４】
インバータ４は、図９に示すように、ＮＰＮ型トランジスタが２個直列接続された回路が３つ並列に接続され、各トランジスタには、環流ダイオードが逆並列に接続され、各相電圧は、直列接続された２個のトランジスタの接続節点から取り出される構成である。
制御部２１は、ロータ位置検出器１０３が検出したロータ位置に基づき、インバータ４の各トランジスタにＰＷＭ制御を伴うオン／オフ制御を行い、３相交流電圧を出力させる。制御部２１は、起動時には、各トランジスタのＰＷＭ制御により、モータ１０１へ供給する電圧を徐々に上昇させる。
【００４５】
接続端子ｐ，ｎ間には、制御電源回路２０が接続され、制御電源回路２０は、平滑コンデンサ２が平滑した直流電圧Ｅａを降圧して制御用電圧Ｖccを出力し、制御部２１等に与える。
また、接続端子ｐ，ｎ間には、抵抗３１，３２からなる分圧回路３が接続され、その分電圧Ｅｄは、制御部２１が内蔵する電圧検出手段２１ｂ，２１ｃにより検出される。
モータ１０１に流れるモータ電流は、接続端子ｎ及びインバータ４のマイナス側の入力端子ｎ１間に接続された抵抗３３の両端電圧により、制御部２１が内蔵する電流検出手段２１ｃ，２１ｄで検出される。
【００４６】
制御部２１は、ロータ位置検出器１０３が検出したロータ位置に基づき、ロータの回転方向を含む回転速度を検出しており、検出した回転速度が所定範囲に含まれるか否かを判定している。制御部２１は、検出した回転速度が所定範囲に含まれないと判定したときに作動させる空転検出回路２８を内蔵している。
空転検出回路２８は、制御リレー２８１を備えており、制御リレー２８１のｂ接点２８１ａは、接続端子Ｄ１，Ｃ１間に接続されている。
【００４７】
図２は、図１に示す放電回路６０の内部構成例を示す回路図である。
この放電回路６０は、ＮＯＴ回路５０の出力端子にゲートが接続されたＮチャネルＦＥＴ６３を備えている。ＦＥＴ６３のドレインは、抵抗６１を通じて接続端子ｐに接続されている。ＦＥＴ６３のソースは、接続端子ｎに接続されている。また、ＦＥＴ６３のゲートは、抵抗６２を通じて接続端子ｎに接続されている。
この放電回路６０では、ＮＯＴ回路５０の出力電圧Ｅ２がＨレベルになると、ＦＥＴ６３が導通する。これにより、接続端子ｐ，ｎ間に接続された平滑コンデンサ２からの放電電流Ｉｂｒが、抵抗６１を通じて接続端子ｎへ流れる。
【００４８】
以下に、このような構成のモータ駆動装置２００の動作を、それを示す図３，４のフローチャートを参照しながら説明する。
運転スイッチ７がオンである場合、制御リレー２８１がオフであれば、ＡＮＤ回路４３の出力電圧Ｅ５がＨレベルであり、トランジスタ４４がオンになって、電源開閉リレー４１が励磁され、ａ接点４１ａ，４１ａが閉になっており（Ｓ３１）、コンバータ１ａに交流電圧Ｅが与えられる。このとき、ＮＯＴ回路５０の出力電圧Ｅ２はＬレベルであり、放電回路６０はオフになっている。
【００４９】
コンバータ１ａに与えられた交流電圧Ｅは整流され、整流された直流電圧は、平滑コンデンサ２により平滑される。制御電源回路２０は、平滑コンデンサ２で平滑された電圧Ｅａを降圧して制御用電圧Ｖccを出力する。
制御部２１は、制御用電圧Ｖccを与えられてオンになると、電圧検出手段２１ｂ，２１ｃで分圧回路３の分電圧Ｅｄを検出することにより、平滑コンデンサ２で平滑された接続端子ｐ−ｎ間の電圧Ｅａを検出する（Ｓ３３）。次いで、制御部２１は、平滑された電圧Ｅａが所定電圧値ｅ２２より高いか否かを判定する（Ｓ３５）。所定電圧値ｅ２２は、モータ１０１の起動可能電圧に基づき定められている。
【００５０】
制御部２１は、平滑された電圧Ｅａが所定電圧値ｅ２２より高くなる迄、平滑された電圧Ｅａを検出する（Ｓ３３）。制御部２１は、平滑された電圧Ｅａが所定電圧値ｅ２２より高くなれば（Ｓ３５）、ロータ位置検出器１０３が検出したロータ位置に基づき、ロータの回転方向を含む回転速度Ｎを検出する（Ｓ３７）。
制御部２１は、次に、検出した回転速度Ｎ（Ｓ３７）が、正転方向であり、かつ、回転速度Ｎｆ２より高速度であるか否かを判定する（Ｓ３９）。制御部２１は、回転速度Ｎが、正転方向であり、かつ、回転速度Ｎｆ２より高速度でなければ、回転速度Ｎが、逆転方向であり、かつ、回転速度Ｎｒ２より高速度であるか否かを判定する（Ｓ４１）。ここで、Ｎｆ２は、モータ１０１の起動可能な正転回転速度であり、Ｎｒ２は、モータ１０１の起動可能な逆転回転速度である。
【００５１】
制御部２１は、回転速度Ｎが、正転方向であり、かつ、回転速度Ｎｆ２より高速度であるとき（Ｓ３９）、又は、回転速度Ｎが、逆転方向であり、かつ、回転速度Ｎｒ２より高速度であるとき（Ｓ４１）、制御リレー２８１を励磁させてｂ接点２８１ａを開にする（図４Ｓ５９）。
これにより、ＡＮＤ回路４３の出力電圧Ｅ５はＬレベルになり、トランジスタ４４がオフになって、電源開閉リレー４１が無励磁となり、ａ接点４１ａ，４１ａが開になり（Ｓ６１）、交流電圧Ｅが遮断される。また、このとき、ＮＯＴ回路５０の出力電圧Ｅ２はＨレベルとなり、放電回路６０がオンになり（Ｓ６３）、接続端子ｐ−ｎ間の電圧Ｅａが低下して行く。このとき、交流電圧Ｅは遮断されるが、平滑コンデンサ２の蓄電力により、制御電圧Ｖｃｃは維持される。
【００５２】
制御部２１は、次に、ロータ位置検出器１０３が検出したロータ位置に基づき、ロータの回転方向を含む回転速度Ｎを検出し（Ｓ６５）、検出した回転速度Ｎが、正転方向であり、かつ、回転速度Ｎｆ２以下であるか否かを判定する（Ｓ６７）。制御部２１は、回転速度Ｎが、正転方向であり、かつ、回転速度Ｎｆ２以下でなければ、回転速度Ｎが、逆転方向であり、かつ、回転速度Ｎｒ２以下であるか否かを判定する（Ｓ６９）。
制御部２１は、回転速度Ｎが、逆転方向であり、かつ、回転速度Ｎｒ２以下でなければ（Ｓ６９）、再度、ロータの回転方向を含む回転速度Ｎを検出する（Ｓ６５）。
【００５３】
制御部２１は、回転速度Ｎが、正転方向であり、かつ、回転速度Ｎｆ２以下であるとき（Ｓ６７）、又は、回転速度Ｎが、逆転方向であり、かつ、回転速度Ｎｒ２以下であるとき（Ｓ６９）、制御リレー２８１を無励磁にしてｂ接点２８１ａを閉にする（Ｓ７１）。
これにより、ＮＯＴ回路５０の出力電圧Ｅ２はＬレベルとなり、放電回路６０がオフになる（Ｓ７３）。また、ＡＮＤ回路４３の出力電圧Ｅ５はＨレベルになり、トランジスタ４４がオンになって、電源開閉リレー４１が励磁され、ａ接点４１ａ，４１ａが閉になり（Ｓ７５）、交流電圧Ｅがコンバータ１ａに与えられる。
【００５４】
制御部２１は、交流電圧Ｅがコンバータ１ａに与えられると、平滑コンデンサ２で平滑された接続端子ｐ−ｎ間の電圧Ｅａを検出する（Ｓ３３）。
制御部２１は、平滑された電圧Ｅａが所定電圧値ｅ２２より高くなれば（Ｓ３５）、ロータ位置検出器１０３が検出したロータ位置に基づき、ロータの回転方向を含む回転速度Ｎを検出する（Ｓ３７）。
【００５５】
制御部２１は、次に、検出した回転速度Ｎ（Ｓ３７）が、正転方向であり、かつ、回転速度Ｎｆ２より高速度であるか否かを判定する（Ｓ３９）。制御部２１は、回転速度Ｎが、正転方向であり、かつ、回転速度Ｎｆ２より高速度でなければ、回転速度Ｎが、逆転方向であり、かつ、回転速度Ｎｒ２より高速度であるか否かを判定し（Ｓ４１）、回転速度Ｎが、逆転方向であり、かつ、回転速度Ｎｒ２より高速度でなければ（Ｓ４１）、インバータ４をオンにする（Ｓ４３）。
制御部２１は、次に、電流検出手段２１ｃ，２１ｄでモータ１０１に流れるモータ電流を検出し（Ｓ４５）、検出したモータ電流に基づき過負荷になっているか否かを判定する（Ｓ４７）。制御部２１は、モータ１０１が過負荷であれば、インバータ４をオフにし（Ｓ５７）、図示しないアラームを表示して（Ｓ５８）終了する。
【００５６】
制御部２１は、モータ１０１が過負荷でなければ（Ｓ４７）、平滑された電圧Ｅａを検出する（Ｓ４９）。次いで、制御部２１は、検出した電圧Ｅａが、平滑コンデンサ２、インバータ４又は制御電源回路２０を破損するような過電圧であるか否かを判定し（Ｓ５１）、過電圧であれば、インバータ４をオフにし（Ｓ５７）、図示しないアラームを表示して（Ｓ５８）終了する。
制御部２１は、検出した電圧Ｅａが過電圧でなければ（Ｓ５１）、検出した電圧Ｅａが所定電圧ｅ１６より低いか否かを判定する（Ｓ５３）。所定電圧ｅ１６は、モータ１０１の運転継続不能電圧に基づき定められている。
【００５７】
制御部２１は、検出した電圧Ｅａが所定電圧ｅ１６より低くなければ（Ｓ５３）、モータ１０１に流れるモータ電流を検出する（Ｓ４５）。制御部２１は、検出した電圧Ｅａが所定電圧ｅ１６より低ければ（Ｓ５３）、インバータ４をオフにして（Ｓ５５）終了する。
【００５８】
図５は、本発明に係るモータ駆動装置２００により駆動されるブラシレスＤＣモータ１０１の回転速度及びｐ−ｎ間電圧の関係（ａ）、並びに回転速度及びトルクの関係（ｂ）を示す特性図である。
慣性体４００に連結された減速機付ブラシレスＤＣモータ１００をモータ駆動装置２００により駆動する場合、起動時には加速による衝撃（反作用）を和らげる為に、モータ駆動装置２００は、モータ１０１へ供給する電圧をＰＷＭ制御により徐々に上昇させる。その際、時刻がｔ１，ｔ２，ｔ３と進むに従って、モータ１０１の出力トルク（回転速度を０としたときの駆動トルク）はＴ１，Ｔ２，Ｔ３と大きくなり、慣性体４００を徐々に加速する。
【００５９】
ところが、上述したように、モータ１０１の停止時に慣性体４００に外力が加わって回転させられ、モータ１０１が、起動直前には既に正転方向又は逆転方向に回転（空転；駆動電源によらない回転）している場合がある。
この場合、インバータ４（図９）は、各トランジスタが当然オフになっているが、モータ１０１側から見れば、６個のダイオード（環流ダイオード）からなる３相全波整流回路になっている。その為、モータ１０１は、空転が抑制されるように起電力を発生させ、発電された電力は、３相全波整流回路（インバータ４）を通じて平滑コンデンサ２に充電される。充電される電力の極性は、空転方向によらず一定であり、コンバータ１ａが作動する場合と同一である。
【００６０】
ここで、上述したように、放電回路６０がオンになり（Ｓ６３）、接続端子ｐ−ｎ間の電圧Ｅａが低下して行く過程を、そのときのモータ１０１の回転速度を正転方向のＮｆ３（点Ｐｎ３）として説明する。
ａ接点４１ａ，４１ａが開になり（Ｓ６１）、交流電圧Ｅが遮断された時点（点Ｐｎ３）のｐ−ｎ間電圧ＥａはＥｎであり、外力により回転速度Ｎｆ３で空転しているモータ１０１からは誘起電圧Ｅｆ３が発生しており、Ｅａ＝Ｅｎ＞Ｅｆ３である。
放電回路６０がオンになり（Ｓ６３）、平滑コンデンサ２から抵抗６１を通じて放電電流Ｉｂｒが流れると、ｐ−ｎ間電圧Ｅａは、Ｅｎから低下し、Ｅａ＝Ｅｆ３になる（点Ｐｆ３）。
【００６１】
ｐ−ｎ間電圧Ｅａが、Ｅｎ＜Ｅｆ３になると、外力により回転速度Ｎｆ３で空転しているモータ１０１で発生する誘起電圧Ｅｆ３が、インバータ４のダイオードブリッジ（全波整流回路）を通じて、平滑コンデンサ２を充電する。
モータ１０１で発生する誘起電圧Ｅｆ３が平滑コンデンサ２を充電する充電電流より、放電回路６０が平滑コンデンサ２から放電させる放電電流Ｉｂｒの方が大きい場合、ｐ−ｎ間電圧Ｅａは低下して行く。即ち、モータ１０１の回転エネルギーを放電回路６０で消費する（つまり、負荷が大きい）ので、モータ１０１には制動トルクが作用し、回転速度は自然回転より速く低下して行く（点Ｐｆ３→点Ｐｆ２）。
【００６２】
モータ１０１の回転速度が低下して行き、正転方向のＮｆ２（点Ｐｎ２）迄低下すると、放電回路６０がオフになり（Ｓ７３）、ａ接点４１ａ，４１ａが閉になり（Ｓ７５）、交流電圧Ｅがコンバータ１ａに与えられ、ｐ−ｎ間電圧Ｅａは、Ｅｆ２からＥｎ迄上昇する（点Ｐｆ２→点Ｐｎ２）。
【００６３】
上述した動作は、モータ１０１が逆回転している場合でも同様であり、モータ１０１の起動時に、回転速度Ｎが、正転方向でＮｆ２より高速度、又は逆転方向でＮｒ２より高速度であれば、交流電圧Ｅを遮断し、放電回路６０で平滑コンデンサ２を放電させて、回転速度Ｎを低下させる。
回転速度Ｎが低下して行き、回転速度Ｎが、正転方向でＮｆ２以下、又は逆転方向でＮｒ２以下になれば、放電回路６０による平滑コンデンサ２の放電を停止させ、交流電圧Ｅをコンバータ１ａに与えて、モータ１０１を起動時動作に復帰させる。
【符号の説明】
【００６４】
１ 直流電源
１ａ コンバータ（整流回路）
２ 平滑コンデンサ
３ 分圧回路（電圧検出手段）
４ インバータ（変換回路）
２０ 制御電源回路
２１ 制御部（電圧判定手段、空転速度検出手段、回転速度判定手段）
２１ｂ，２１ｃ 電圧検出手段
２１ｃ，２１ｄ 電流検出手段
２８ 空転検出回路
４１ 電源開閉リレー
４１ａ ａ接点
６０ 放電回路
１００ 減速機付ブラシレスＤＣモータ
１０１ モータ（ブラシレスＤＣモータ）
１０３ ロータ位置検出器
２００ モータ駆動装置
２０１ モータ駆動部
２８１ 制御リレー
３００ 電源開閉部（開閉回路）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源からの電圧を整流する整流回路及び平滑コンデンサと、前記交流電源及び整流回路間を開閉する開閉回路と、前記平滑コンデンサが平滑した直流電圧を周期的な電圧に変換する変換回路と、前記直流電圧の値が所定電圧値以上であるか否かを判定する電圧判定手段とを備え、前記変換回路が変換した周期的な電圧により、回転子又は固定子に永久磁石を有するモータを駆動し、前記電圧判定手段が所定電圧値以上であると判定したときは、前記開閉回路を開にするモータ駆動装置において、
起動時に前記回転子の回転方向を含む空転速度を検出する空転速度検出手段と、該空転速度検出手段が検出した空転速度が所定回転速度範囲に含まれるか否かを判定する回転速度判定手段と、前記平滑コンデンサを放電させる放電回路とを備え、前記回転速度判定手段が所定回転速度範囲に含まれないと判定したときは、前記開閉回路を開に、前記放電回路をオンにするように構成してあることを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
前記開閉回路を開に、前記放電回路をオンにした後、前記空転速度検出手段が検出した空転速度は所定回転速度範囲に含まれると前記回転速度判定手段が判定したときは、前記放電回路をオフに、前記開閉回路を閉にするように構成してある請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記所定回転速度範囲は、前記モータの起動時に許容される空転速度に基づき定められている請求項１又は２記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記開閉回路が開であるとき、前記電圧判定手段、空転速度検出手段、回転速度判定手段及び放電回路は、前記平滑コンデンサからの電力により作動するように構成してある請求項１乃至３の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項１】
交流電源からの電圧を整流する整流回路及び平滑コンデンサと、前記交流電源及び整流回路間を開閉する開閉回路と、前記平滑コンデンサが平滑した直流電圧を周期的な電圧に変換する変換回路と、前記直流電圧の値が所定電圧値以上であるか否かを判定する電圧判定手段とを備え、前記変換回路が変換した周期的な電圧により、回転子又は固定子に永久磁石を有するモータを駆動し、前記電圧判定手段が所定電圧値以上であると判定したときは、前記開閉回路を開にするモータ駆動装置において、
起動時に前記回転子の回転方向を含む空転速度を検出する空転速度検出手段と、該空転速度検出手段が検出した空転速度が所定回転速度範囲に含まれるか否かを判定する回転速度判定手段と、前記平滑コンデンサを放電させる放電回路とを備え、前記回転速度判定手段が所定回転速度範囲に含まれないと判定したときは、前記開閉回路を開に、前記放電回路をオンにするように構成してあることを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
前記開閉回路を開に、前記放電回路をオンにした後、前記空転速度検出手段が検出した空転速度は所定回転速度範囲に含まれると前記回転速度判定手段が判定したときは、前記放電回路をオフに、前記開閉回路を閉にするように構成してある請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記所定回転速度範囲は、前記モータの起動時に許容される空転速度に基づき定められている請求項１又は２記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記開閉回路が開であるとき、前記電圧判定手段、空転速度検出手段、回転速度判定手段及び放電回路は、前記平滑コンデンサからの電力により作動するように構成してある請求項１乃至３の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−３０３３０（Ｐ２０１１−３０３３０Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７２２６９（Ｐ２００９−１７２２６９）
【出願日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【出願人】（０００１５０８００）株式会社ツバキエマソン (102)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【出願人】（０００１５０８００）株式会社ツバキエマソン (102)
【Ｆターム（参考）】
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