JP2004248488A - モーター電源供給装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 製品サイズ及び製造コストを減少させるモーター電源供給装置を提供する。
【解決手段】 第１付加ライン内に配置される抵抗と；抵抗と並列に配置される過電圧保護ダイオードと；コンデンサーの他端に接続される過電圧保護スイッチング素子と；第２付加ライン内に配置されるダイナミックブレーキング抵抗と；コンデンサーの一端を整流部の（＋）電源供給端と第１付加ラインに配置された抵抗の中でいずれか一つに選択的に連結する第１スイッチング部と；インバーター部の接続端を電源供給ラインと第２付加ラインに配置されたダイナミックブレーキング抵抗の中でいずれか一つに選択的に連結する第２スイッチング部と；第１及び第２スイッチング部を制御する制御部と；を含む。
【選択図】 図２

Description

本発明は、モーター電源供給装置にかかり、さらに詳しくは、突入電流防止回路、過電圧保護回路及びダイナミックブレーキング回路を有するモーター電源供給装置に関する。
３相モーターは、三角形状に結線されたコイルを有するモーターである。３相モーターの電源供給装置は、モーターの駆動に必要な３相電圧を得るためのとして、図１に示すように、常用交流電源（ＡＣ１１０／２２０Ｖ）を供給するＡＣ電源供給部１０１と、ＡＣ電源供給部１０１からの交流電源を整流する整流部１０３と、整流部１０３で整流された電圧を平滑するコンデンサー１１５と、コンデンサー１１５からの直流電源を様々な周波数を有する交流電源に切換して３相電圧を出力するインバーター部１１６と、を含む。
インバーター部１１６内には、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を発生させるＰＷＭ部（図示せず）とＰＷＭ部の球形波信号にしたがってオンオフされる多くのトランジスターが設けられる。また、モーター電源供給装置は、ＰＷＭ信号によりトランジスターをオンオフさせてインバーター部１１６の出力を開閉（ＯＮ／ＯＦＦ）し、モーター１１７の回転速度の調節のためにその出力周波数を調節する機能をするマイコン（図示せず）を有する。
また、前記電源供給装置は、初期電源の印加時にコンデンサー１１５への突入電流を防止する突入電流防止回路と、コンデンサー１１５を過電圧から保護するための過電圧保護回路と、３相モーター１１７の電源入力端をショットさせるダイナミックブレーキング回路と、を含むことが一般的である。
突入電流防止回路は、システムに初期電源の印加時にコンデンサー１１５の充電のためとても大きい突入電流がキャパシタ１１５に誘起されることを防止するためのとして、整流部１０３により整流された電圧が突入電流防止抵抗１０２を通じてコンデンサー１１５に伝達されるようにオフされたり整流部１０３により整流された電圧が突入電流防止抵抗を通じなくてコンデンサー１１５に伝達されるようにオンされるリレー１１１と、を含む。このような構成により、システムに初期電源が印加される時、リレー１１１をオフさせて突入電流防止抵抗１０２で電流を消耗するようにすることにより、初期電源印加時に突入電流によるコンデンサー１１５の破損を防止する。
過電圧保護回路は、コンデンサー１１５の両端にそれぞれ接続されて相互に直列に連結された過電圧保護抵抗１１２及び過電圧保護スイッチング素子１１４と、前記過電圧保護抵抗１１２と並列に連結された過電圧保護ダイオード１１３と、から構成される。過電圧保護回路は、モーター１１７の駆動時、モーター１１７からインバーター１１６を通じて回生される電圧によりコンデンサー１１５の両端の間の電圧が所定の過電圧領域に至る場合に過電圧保護スイッチング素子１１４がオンされることにより、過電圧保護抵抗１１２で熱エネルギーと消耗されて過電圧によるコンデンサー１１５の破損を防止する。
ダイナミックブレーキング回路は、モーター１１７の各電源入力端にダイナミックブレーキング抵抗１２０及びリレー１２２が連結される構成を有する。ダイナミックブレーキング回路は、モーター１１７の駆動時のモーター１１７が急停止することができるようにし、モーター１１７の停止後には外力によりモーター１１７が強制に回転することを防止する。ここで、リレー１２２は、モーター１１７の駆動時にオフされた状態を維持し、モーター１１７の停止段階やモーター１１７の停止後にオンされてモーター１１７を急停止させたり外力によるモーター１１７の回転を拘束する。
ところが、従来のモーター電源供給装置の突入電流防止回路は、システムに電源を最初に印加する時だけ機能をする。即ち、電源が印加され、コンデンサー１１５が充電された後にはその機能が回路動作上に不要になる。また、過電圧保護回路は、その動作特性上でコンデンサー１１５の電圧が安定化（十分に充電）されて、モーター１１７を制御する場合にだけその機能が必要となる。また、ダイナミックブレーキング回路は、モーター１１７の停止段階や停止後にだけその機能を行うので、電源が印加されコンデンサー１１５が充電された後、即ち定常的なモーター１１７の駆動時にはその機能が回路動作上不要となる。
しかし、従来のこのような回路はそれぞれ独立的に構成されて同一の部品が多く配置されることにより、全体回路の大きさが増加され、製造コストが増加する問題がある。
本発明の目的は、部品を供有することにより、部品数が減少し、製品サイズ及び製造コストを減らすことができるモーター電源供給装置を提供することである。
上記目的を達成するために、本発明は、一対の電源供給端を有して外部から供給される交流電源を整流する整流部と、一対の電源供給ラインを通じて前記整流部の電源供給端に接続されて前記整流部により整流された電源を平滑させるコンデンサーと、前記コンデンサーの両端にそれぞれ接続される一対の接続端を有し、前記コンデンサーから出力される直流電源を切換して複数の電源入力端を備えたモーターに供給するインバーター部と、を有するモーター電源供給装置において、前記コンデンサーへの突入電流や前記モーターから前記コンデンサーの両端に誘起される過電圧を熱エネルギーで消耗させるように、前記整流部の（＋）電源供給端から分岐されて、前記コンデンサーの一端に連結される第１付加ライン内に配置される抵抗と、前記整流部の（＋）電源供給端にカソードが連結され、前記抵抗と並列に配置される過電圧保護ダイオードと、前記過電圧保護ダイオードのアノードに連結され、前記コンデンサーの他端に接続される過電圧保護スイッチング素子と、前記インバーター部の一対の接続端を相互に連結する第２付加ライン内に配置されるダイナミックブレーキング抵抗と、前記コンデンサーの一端を前記整流部の（＋）電源供給端と前記第１付加ラインに配置された前記抵抗の中でいずれか一つに選択的に連結する第１スイッチング部と、前記インバーター部の接続端を前記電源供給ラインと前記第２付加ラインに配置された前記ダイナミックブレーキング抵抗の中でいずれか一つに選択的に連結する第２スイッチング部と、前記第１及び第２スイッチング部を制御する制御部と、を含むことを特徴とする。
ここで、前記制御部は、電源がオフされた場合、前記インバーター部の接続端を前記ダイナミックブレーキング抵抗に連結させるように前記第２スイッチング部を制御することが好ましい。
また、前記制御部は、初期電源の印加時に前記コンデンサーの一端を前記抵抗に連結させるように前記第１スイッチング部を制御することが好ましい。
また、前記制御部は、前記モーターの駆動時に前記コンデンサーの一端を前記整流部の（＋）電源供給端に連結させるように前記第１スイッチング部を制御し、前記インバーター部の接続端を前記電源供給ラインに連結させるように前記第２スイッチング部を制御することが好ましい。
また、前記モーターから発生されて前記コンデンサーの両端に誘起される電圧を感知するコンデンサー電圧感知部をさらに含み、前記コンデンサー電圧感知部の感知結果、前記コンデンサーの両端に過電圧が感知される場合、前記制御部は前記コンデンサーの一端を前記整流部の（＋）電源供給端に連結させるように前記第１スイッチング部を制御することが好ましい。
また、前記第１及び第２スイッチング部は、一つの多接点リレーからなることが好ましい。
また、前記リレーは、前記コンデンサーの一端を前記第１付加ラインに配置された前記抵抗に連結させる第１接点と、前記第１接点と相互に切り換わり前記コンデンサーの一端を前記整流部の（＋）電源供給端に連結させる第２接点と、前記第１接点と同時に動作し、前記インバーター部の接続端を前記第２付加ラインに配置された前記ダイナミックブレーキング抵抗に連結させる第３接点と、前記第２接点と同時に動作し前記第３接点と相互に切り換わり前記インバーター部の接続端を前記電源供給ラインに連結させる第４接点と、を有するが好ましい。
本発明によると、部品数が減少され、製品サイズ及び製造コストを減らすことができるモーター電源供給装置が提供される。
以下、添付の図面を参照して本発明を詳細に説明する。３相モーターを駆動するための電源供給装置に例えて説明する。また、実施形態が異なっても同一の構成要素に対しては同一の参照番号を使用し、その説明は一部を省略する。
図２は本発明によるモーター電源供給装置の突入電流防止機能及びダイナミックブレーキング機能を行うための状態を示した回路図であり、図４は本発明によるモーター電源供給装置の定常駆動時の回路図であり、図５は本発明によるモーター電源供給装置の過電圧保護機能を行うための状態を示した回路図である。この図面に示すように、本発明によるモーター電源供給装置は、ＡＣ電源供給部１から供給される電源を整流する整流部３と、一対の電源供給ラインを通じて整流部３の電源供給端に接続されて整流部３により整流された電源を平滑させるコンデンサー５と、コンデンサー５からの直流電源を様々な周波数を有する交流電源に切換して３相の電圧を出力するインバーター部９と、を含む。
また、モーター電源供給装置は、整流部３の（＋）電源供給端から分岐されてコンデンサー５の一端に連結される第１付加ライン内に配置される抵抗１５と、整流部３の（＋）電源供給端にカソードが連結され抵抗１５と並列に配置される過電圧保護ダイオード１７と、過電圧保護ダイオード１７のアノードに連結されコンデンサー５の他端に接続される過電圧保護スイッチング素子１１と、インバーター部９の一対の接続端を相互に連結する第２付加ライン内に配置されるダイナミックブレーキング抵抗１３と、コンデンサー５の一端を整流部３の（＋）電源供給端と第１付加ライン内に配置された抵抗１５の中でいずれか一つに選択的に連結し、インバーター部９の接続端を電源供給ラインと第２付加ラインに配置されたダイナミックブレーキング抵抗１３の中でいずれか一つに選択的に連結する多接点リレー１９と、多接点リレー１９を制御する制御部（図示せず）と、を含む。また、コンデンサー５に誘起された電圧を検出するコンデンサー電圧検出部（図示せず）をさらに含むことができる。
多接点リレー１９は、共通の制御コイルを有しており、第１接点Ａと第３接点Ｃに同時に接続され、第２接点Ｂ第４接点Ｄに同時に接続される。したがって、以下では、多接点リレー１９が第１接点Ａに接続される場合は、多接点リレー１９が第３接点３でも同時に接続されることを意味し、第２接点２に接続される場合には第４接点Ｄにも同時に接続されることを意味する。勿論、第３接点Ｃ及び第４接点Ｄに接続される場合も同一である（図２、４、５参照）。
抵抗１５は、多接点リレー１９が第１接点１に接続される場合コンデンサー５に流入される過度な電流を熱エネルギーに消耗させることにより突入電流防止機能を行う。
ＡＣ電源供給部１からの初期電源印加時に、制御部は整流部３から整流された電源が抵抗１５を通じてコンデンサー５に供給されるように多接点リレー１９を第１接点１に接続させる。これにより、初期電源の印加時に、抵抗１５を通じてコンデンサー５に電源を供給することにより、突入電流によるコンデンサー５の破損を防止することができる。
また、多接点リレー１９が第２接点Ｂに接続される場合、前記抵抗１５は過電圧保護ダイオード１７及び過電圧保護スイッチング素子１１とともに過電圧保護機能をする。これにより、多接点リレー１９の接続状態にしたがって、抵抗１５は突入電流防止及び過電圧保護機能を同時に使用することができる。
過電圧保護スイッチング素子１１は、モーストランジスター（ＭＯＳ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）や電界効果トランジスター（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のように、ゲートに入力される信号にしたがってスイッチングできるように設けられ、制御部は過電圧保護スイッチング素子１１のゲートに入力される信号を調節して、過電圧保護スイッチング素子１１をターンオン／ターンオフさせる。
モーター７から発生されてコンデンサー５の両端に誘起される電圧がコンデンサー電圧検出部により過電圧であると感知される場合、制御部は、多接点リレー１９が第２接点Ｂに接続されるようにし、過電圧保護スイッチング素子１１をターンオンさせる。これにより、過電圧が抵抗１５を通じて熱エネルギーと消耗されて、コンデンサー５の破損を防止することができる。また、過電圧が検出されない場合に制御部は過電圧保護スイッチング素子１１をターンオフさせて抵抗１５を通じて流れた電流を過電圧保護ダイオード１７を通じて流れるようにする。
ダイナミックブレーキング抵抗１３は、電源がオフされてモーター７の駆動が停止された場合、制御部の多接点リレー１９の制御によりインバーター部９に接続されてモーター７の巻線に流れる電流を消耗させる。これにより、モーター７の停止後に外力によりモーター７が強制に回転することを防止することができる。
このようなダイナミックブレーキング機能も従来に３相モーターの場合、各巻線にリレー及び抵抗が三つずつ連結されたことに比べて、本発明ではただ一つの抵抗と一つの多接点リレーによりその機能を具現することができる。
上述した構成により本発明によるモーター電源供給装置が突入電流防止、ダイナミックブレーキング及び過電圧保護の機能を行う過程を説明すると次の通りである。
図２は本発明によるモーター電源供給装置の突入電流防止機能及びダイナミックブレーキング機能を行うための状態を示した回路図である。この図面に示すように、モーター７の駆動時に急停止させたり電源がオフされてモーター７の駆動が停止した場合、制御部は多接点リレー１９を第３接点Ｃに接続させる。これにより、外力によりモーター７が回転しようとする時に発生される過多の電流がインバーター部９内に設けられたダイオードで抵抗１５と流れ、抵抗１５により熱で消耗されるようにして、モーター７の損傷を防止し、モーター７が回転することを防止することができる。即ち、ダイナミックブレーキング機能を行うことである。
また、ＡＣ電源供給部１から初期電源が印加されると、制御部は、多接点リレー１９を第１接点Ａに接続させる。この時、ＡＣ電源供給部１から供給される交流電圧（ＶL1-L2）は整流部３により整流され、整流部３により整流された電圧（ＶD1）は抵抗１５を通じてコンデンサー５に充電される。即ち、多接点リレー１９が第１接点Ａに接続された状態で、抵抗１５は突入電流防止機能を行う。ここで、コンデンサー５の両端の間の電圧（Ｖpn）は、コンデンサー５の充電によりゆっくり上昇される（図３の（ａ）、（ｂ）参照）。
図３の（ｃ）は、整流部３から抵抗１５に流れる電流の波形を示した図であり、図３の（ｄ）は多接点リレー１９が第１接点Ａで第２接点Ｂに接続される時点を示した図面である。コンデンサー５の両端の電圧（Ｖpn）がＶ１（充電停止電圧）になると、制御部は多接点リレー１９を第２接点Ｂに接続させる。
また、初期電源が印加された後、所定の時間が経過してコンデンサー５の両端に安定された電圧が充電された場合、制御部は多接点リレー１９を第２接点Ｂ及び第４接点Ｄに接続させる。これにより、整流部３により整流された電源がコンデンサー５により平滑されてインバーター部９に印加されて、インバーター部９ではコンデンサー５からの直流電源を様々な周波数を有する交流電源に切換してモーター７に３相電圧を提供する（図４参照）。
一方、このようにモーター７が駆動される間、モーター７の回転によりモーター７内に貯蔵されたエネルギーは一定の条件下にインバーター部９を通じてコンデンサー５に回生される。例えば、モーター７が正方向に回転する間に貯蔵されたエネルギーはモーター７が逆方向に回転する場合、インバーター部９を通じてコンデンサー５に回生される。ここで、インバーター部９を通じて回生されるエネルギー、即ち回生電圧はコンデンサー５の両端の間の電圧（Ｖpn）を上昇させることになる。このような場合、モーター電源供給装置の過電圧保護機能が行われる。
図５を参照すると、多接点リレー１９が第４接点Ｄに接続された状態で制御部は、多接点リレー１９が第２接点Ｂに同時に接続されるように制御するので、コンデンサー電圧検出部によりコンデンサー５の両端の電圧が過電圧であると感知された場合、制御部は次のようにモーター電源供給装置を制御する。
過電圧領域がヒステリシス領域（ＶH1-ＶH2）である場合、コンデンサー５の両端の電圧が過電圧上限値（ＶH2）に至ると、制御部は、多接点リレー１９が第２接点Ｂに接続された状態で過電圧保護スイッチング素子１１をターンオンさせて過電圧を抵抗１５を通じて熱エネルギーに消耗させる。これにより、コンデンサー５の両端の間の電圧が下降する。一方、コンデンサー５の両端の電圧が過電圧下限値（ＶH1）に至ると、制御部は過電圧保護スイッチング素子１１をターンオフさせる。これにより、コンデンサー５の両端の間の電圧が回生電圧により上昇される。即ち、制御部は過電圧保護スイッチング素子１１を制御し、コンデンサーの両端の電圧（Ｖpn）が過電圧領域（ＶH1-ＶH2 ヒステリシス領域）で動くようにする（図６参照）。また、ヒステリシス領域内で動作するようにすることにより、ノイズにより発生されることができる過電圧スイッチング素子１１の誤動作を減少させる。
前述した実施形態では、本発明によるモーター電源供給装置が３相モーター７に電源を供給する場合に例えて説明しているが、単相または多相モーター７に電源を供給することができるようにインバーター部９の構成を変更することもできる。
一方、前述した実施形態では第１スイッチング部及び第２スイッチング部を一つの多接点リレー１９と構成していることについて詳述したが、二つのリレーと構成することもできる。
このように、本発明は部品を共有することにより、部品数が減少され、製品サイズ及び製造コストを減らすことができる。
従来のモーター電源供給装置の回路図である。 本発明によるモーター電源供給装置の突入電流防止機能及びダイナミックブレーキング機能を行うための状態を示した回路図である。 図２のモーター電源供給装置の各接点の電圧及び電流波形図である。 本発明によるモーター電源供給装置の定常駆動時の回路図である。 本発明によるモーター電源供給装置の過電圧保護機能を行うための状態を示した回路図である。 図５のモーター電源供給装置の各接点の電圧及び電流波形図である。
符号の説明
１ ＡＣ電源供給部
３ 整流部
５ コンデンサー
７ モーター
９ インバーター部
１１ 過電圧保護スイッチング素子
１３ ダイナミックブレーキング抵抗
１５ 抵抗
１７ 過電圧保護ダイオード
１９ 多接点リレー

Claims (8)

  1. 一対の電源供給端を有して外部から供給される交流電源を整流する整流部と、一対の電源供給ラインを通じて前記整流部の電源供給端に接続されて前記整流部により整流された電源を平滑させるコンデンサーと、前記コンデンサーの両端にそれぞれ接続される一対の接続端を有し、前記コンデンサーから出力される直流電源を切換して複数の電源入力端を備えたモーターに供給するインバーター部と、を有するモーター電源供給装置において、
    前記コンデンサーへの突入電流や前記モーターから前記コンデンサーの両端に誘起される過電圧を熱エネルギーで消耗させるように、前記整流部の（＋）電源供給端から分岐されて、前記コンデンサーの一端に連結される第１付加ライン内に配置される抵抗と、
    前記整流部の（＋）電源供給端にカソードが連結され、前記抵抗と並列に配置される過電圧保護ダイオードと、
    前記過電圧保護ダイオードのアノードに連結され、前記コンデンサーの他端に接続される過電圧保護スイッチング素子と、
    前記インバーター部の一対の接続端を相互に連結する第２付加ライン内に配置されるダイナミックブレーキング抵抗と、
    前記コンデンサーの一端を前記整流部の（＋）電源供給端と前記第１付加ラインに配置された前記抵抗の中でいずれか一つに選択的に連結する第１スイッチング部と、
    前記インバーター部の接続端を前記電源供給ラインと前記第２付加ラインに配置された前記ダイナミックブレーキング抵抗の中でいずれか一つに選択的に連結する第２スイッチング部と、
    前記第１及び第２スイッチング部を制御する制御部と、
    を含むことを特徴とするモーター電源供給装置。
  2. 前記制御部は、電源がオフされた場合、前記インバーター部の接続端を前記ダイナミックブレーキング抵抗に連結させるように前記第２スイッチング部を制御することを特徴とする請求項１に記載のモーター電源供給装置。
  3. 前記制御部は、初期電源の印加時に前記コンデンサーの一端を前記抵抗に連結させるように前記第１スイッチング部を制御することを特徴とする請求項１に記載のモーター電源供給装置。
  4. 前記制御部は、前記モーターの駆動時に前記コンデンサーの一端を前記整流部の（＋）電源供給端に連結させるように前記第１スイッチング部を制御し、前記インバーター部の接続端を前記電源供給ラインに連結させるように前記第２スイッチング部を制御することを特徴とする請求項１に記載のモーター電源供給装置。
  5. 前記モーターから発生されて前記コンデンサーの両端に誘起される電圧を感知するコンデンサー電圧感知部をさらに含み、
    前記コンデンサー電圧感知部の感知結果、前記コンデンサーの両端に過電圧が感知される場合、前記制御部は前記コンデンサーの一端を前記整流部の（＋）電源供給端に連結させるように前記第１スイッチング部を制御することを特徴とする請求項１に記載のモーター電源供給装置。
  6. 前記コンデンサー電圧感知の感知結果、前記コンデンサーの両端で感知される過電圧が所定の上限値に至る場合、前記制御部は前記過電圧保護スイッチング部をターンオンさせ、前記過電圧が所定の下限値に至る場合、前記制御部は前記過電圧保護スイッチング部とターンオフさせることを特徴とする請求項５に記載のモーター電源供給装置。
  7. 前記第１及び第２スイッチング部は、一つの多接点リレーからなることを特徴とする請求項１乃至６に記載のモーター電源供給装置。
  8. 前記リレーは、前記コンデンサーの一端を前記第１付加ラインに配置された前記抵抗に連結させる第１接点と、前記第１接点と相互に切り換わり前記コンデンサーの一端を前記整流部の（＋）電源供給端に連結させる第２接点と、前記第１接点と同時に動作し、前記インバーター部の接続端を前記第２付加ラインに配置された前記ダイナミックブレーキング抵抗に連結させる第３接点と、前記第２接点と同時に動作し前記第３接点と相互に切り換わり前記インバーター部の接続端を前記電源供給ラインに連結させる第４接点と、を有するモーター電源供給装置。

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