JP2004364462A - モータ駆動装置 - Google Patents
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- H02P23/06—Controlling the motor in four quadrants
- H02P23/07—Polyphase or monophase asynchronous induction motors
Abstract
【課題】回生制御機能と、回生電流を蓄え加速時に電力をインバータ部へ供給する蓄電装置とを備えたモータ駆動装置を得る。
【解決手段】コンバータ部１とインバータ部２を接続するＤＣリンク部３に、回生開始検出手段５及び蓄電装置８が接続されている。回生開始検出手段５によりＤＣリンク部３の電圧が回生制御開始電圧に達したことが検出されるとコントローラ７はスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を制御し回生制御を開始する。また、回生電流は、ダイオード１０を介して蓄電器９に蓄えられる。モータ力行時、スイッチング素子１１をオンとし、蓄電器９の電圧をＤＣリンク部３に印加し、充電電力をモータ加速に利用する。このとき、回生開始検出手段５で検出する回生制御開始電圧を高くし、印加された蓄電器９の電圧により回生制御が動作することを防止する。蓄電装置による回生電流の有効利用も回生制御機能も利用できる。
【選択図】 図１
【解決手段】コンバータ部１とインバータ部２を接続するＤＣリンク部３に、回生開始検出手段５及び蓄電装置８が接続されている。回生開始検出手段５によりＤＣリンク部３の電圧が回生制御開始電圧に達したことが検出されるとコントローラ７はスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を制御し回生制御を開始する。また、回生電流は、ダイオード１０を介して蓄電器９に蓄えられる。モータ力行時、スイッチング素子１１をオンとし、蓄電器９の電圧をＤＣリンク部３に印加し、充電電力をモータ加速に利用する。このとき、回生開始検出手段５で検出する回生制御開始電圧を高くし、印加された蓄電器９の電圧により回生制御が動作することを防止する。蓄電装置による回生電流の有効利用も回生制御機能も利用できる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ駆動装置に関し、特に、回生電力を蓄え、モータ加速時に放電してモータ駆動電流とするモータ駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータ駆動装置においては、モータの加速（力行）期間においては、加速のために大きな駆動電流が流れ、減速期間においては、回生電流が生じる。そのため、モータの加速（力行）期間のピーク電流を考慮してモータ駆動装置を設計しなければならず、装置の大型化とコストアップを招く原因となっていた。また、減速期間において発生する回生電流は回生抵抗によって、放熱消費させており、無駄なエネルギー損失を招いていた。また、回生電流を無駄に消費させずにコンバータ部を介して交流電源に帰還させる回生制御手段を備えたモータ駆動装置も知られている。
【０００３】
さらに、回生電流の有効利用を図ると共に、駆動電流の平準化を図ることを目的として、交流電源を直流電源に変換するコンバータ（整流回路）部と直流電源を交流電源に変換するインバータ部とを結ぶＤＣリンク部に蓄電器を接続して、加速期間では、該蓄電器に蓄えられた電力をインバータ部に供給し、減速期間には回生電流を該蓄電器に蓄えるようにして、駆動電流の平準化を図り、かつ回生電流を無駄に消費させないようにした発明が知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１４１４４０号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
交流電源へ回生電流を帰還させる回生制御機能を有するモータ駆動装置においては、コンバータ部とインバータ部とを接続するＤＣコンバータ部の電圧を検出し、該電圧が回生電流により上昇し、設定された回生制御開始電圧になると回生制御を開始するようにしている。
【０００６】
一方、上述した特許文献１に記載されたような、回生電流をコンデンサ等の蓄電器に蓄えモータ加速時には、蓄電器に蓄えられた電力を放電し、この電流をインバータ部を介してモータの駆動電流として使用するようにした蓄電器を備えたモータ駆動装置においては、モータ加速時に蓄電器の電力を放電しようとしてＤＣリンク部に蓄電器の充電電圧を印加したとき、この蓄電器の充電電圧が、回生制御機能の回生制御開始電圧より高いことから、回生制御動作が開始されることになるので、回生制御機能を有するモータ駆動装置には、この蓄電器を付加することはできない。
【０００７】
また、蓄電器をコンデンサで構成する場合においては、同じエネルギーを充電する場合、高い電圧で充電する方がコンデンサの容量が小さくてすむ利点があり、コンデンサへの充電、放電回路を含めた付加回路を小型化・低コストで構成することができるという効果があることから、モータ制御装置に蓄電器（コンデンサ）を付加することはメリットがある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は回生電流の交流電源へ帰還させる回生制御機能も回生電流を蓄え、モータ加速時に放電する蓄電器を備え、両機能を実施しうるモータ駆動装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願各発明は、交流電源を整流して直流電源に変換するコンバータ部と、変換した直流電源を交流電源に変換するインバータ部と、前記コンバータ部と前記インバータ部を接続するＤＣリンク部と、該ＤＣリンク部の電圧が回生開始電圧以上になったことを検知して交流電源へ回生電流を帰還させる回生制御手段とを備え、前記インバータ部に接続された交流モータを駆動するモータ駆動装置であって、請求項１に係わる発明は、前記ＤＣリンク部に接続され、前記モータの減速駆動中の回生電力を蓄電器に充電し、モータの加速駆動中に前記蓄電器に充電された電力を放電する蓄電装置を有し、前記回生制御手段は、前記ＤＣリンク電圧より回生制御開始電圧を検出する回生開始検出回路と、前記蓄電器に蓄えられた電力を前記ＤＣリンク部に供給したときに前記回生開始検出回路が検出する回生制御開始電圧を変更し回生制御動作を回避する回生制御開始電圧変更手段を備え、力行時に蓄電装置の蓄電器から高い充電電圧がＤＣリンク部に印加されても回生制御機能が作動しないようにしたものである。
【００１０】
また、請求項２に係わる発明は前記蓄電装置が前記ＤＣリンク部に接続されたとき、前記回生開始検出回路が検出する回生制御開始電圧を高い電圧に変更する手段を前記回生制御手段に備えるようにした。請求項３に係わる発明はこの回生制御開始電圧を高い電圧に変更する手段を作動させる手段を、前記蓄電装置と前記ＤＣリンク部を接続する接続手段に設け、該接続手段が互いに接続したとき前記回生制御開始電圧を高い電圧に変更する手段を作動させるようにした。
【００１１】
請求項４に係わる発明は、蓄電装置に設けた電力供給手段を前記回生開始電圧より低い電圧でＤＣリンク部に供給するように前記蓄電器の放電を制御するものとした。そして、請求項５、６に係わる発明は、この電力供給手段をシリーズレギュレータ又はスイッチングレギュレータ等の定電圧を出力する定電圧回路で構成した。さらに、請求項７に係わる発明は、前記電力供給手段に前記蓄電器の放電開始時、出力電圧をゆるやかに上昇させる手段を備えるものとした。
【００１２】
また、請求項８に係わる発明は、前記電力供給手段を、前記蓄電器の電力を前記ＤＣリンク部に供給するスイッチング素子と、該スイッチング素子を制御する制御回路で構成し、該制御回路は、ＤＣリンク電圧を検出し該検出電圧が前記回生開始電圧より低い第１の設定電圧以上になると前記スイッチング素子をオフに制御し、検出電圧が前記第１の設定電圧よりも低い第２の設定電圧以下になると前記スイッチング素子をオンに制御するようにした。また、請求項９に係わる発明は、前記供給制御手段の前記スイッチング素子をインダクタンスを介してＤＣリンク部に接続するようにした。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明によるモータ駆動装置の第１の実施形態のブロック回路図である。
図１において、符号１は３相交流電源から直流電源に変換するコンバータ（整流回路）部であり、符号２は、直流電源を再び交流電源変換して交流モータ６を駆動するインバータ部である。コンバータ部１とインバータ部２はＤＣリンク部３で接続され、コンバータ部１からインバータ部２へ直流が供給される。符号４は、コンバータ部１の直流出力を平滑する平滑コンデンサである。
【００１４】
ＤＣリンク部３には、該ＤＣリンク部３の直流電圧を抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧し、その分圧電圧より回生制御開始電圧を検出する回生開始検出手段５を備える。コンバータ部１は、３相交流電源を直流電源に変換する整流回路としてのダイオードＤ１〜Ｄ６を備え、かつ各ダイオードＤ１〜Ｄ６と並列に回生電流を交流電源に帰還させるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が接続されており、後述するコントローラ７によって該スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオン／オフ制御することによって回生電流を交流電源に帰還させている。
【００１５】
インバータ部２では、この直流電源をコントローラ７によってインバータ部２のスイッチング素子をオン／オフ制御してモータ６に電力を供給し、該モータ６を駆動する。
【００１６】
コントローラ７は、該モータ駆動装置を制御する図示しない数値制御装置等の上位制御装置からの指令に基づいてインバータ部２のスイッチング素子をオン／オフ制御してモータ６を駆動すると共に、回生開始検出手段５から回生制御開始信号が出力されると、コンバータ部１のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオン／オフ制御して、回生電流を３相電源に帰還させるためのモータ駆動装置内のコントローラである。この実施形態においては、この回生開始検出手段５、コントローラ７、コンバータ部１のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６で回生制御手段を構成している。
【００１７】
また、上述したコンバータ部１、インバータ部２、ＤＣリンク部３、コントローラ７等は従来のモータ駆動装置と同一であり、その詳細な説明は省略する。そして、本発明においては、ＤＣリンク部３に接続された蓄電装置８を備え、また回生開始検出回路５に後述する回生制御開始電圧変更手段を備える点に特徴を有する。
【００１８】
蓄電装置８は、コンデンサ等で構成される蓄電器９、回生電流をＤＣリンク部３から該蓄電器９に流し込むダイオード１０、該蓄電器９に充電された電力をＤＣリンク部３を介してインバータ部２に供給するためのスイッチング素子１１、該スイッチング素子１１を制御する供給制御部１２で構成される電力供給手段、さらに、３相交流電源を昇圧するトランス１３、昇圧された電圧を直流に変換するコンバータ（整流回路）１４、この変換された直流電源により蓄電器９を所定充電電圧まで充電させるためのスイッチング素子１５、該スイッチング素子１５をオン／オフを制御する充電制御部１６、及び蓄電器９の充電電圧を分圧して検出する抵抗Ｒ１５，Ｒ１６で構成されている。
【００１９】
蓄電装置８の充電制御部１６，供給制御部１２はモータ制御装置のコントローラ７と接続され、該コントローラ７からの信号によって充電制御、供給制御を開始する。
【００２０】
コンバータ部１で交流電源が直流電源に変換され、図示しない上位制御装置からの指令によってコントローラ７が、インバータ部２のスイッチング素子をオン／オフ制御して交流電源に変換してモータ６を駆動する。モータ６を減速するときには、回生電流が発生し、ＤＣリンク電圧が上昇し、抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧された電圧が回生制御開始電圧を越えると、回生開始検出手段５より回生制御開始信号がコントローラ７に出力され、コントローラ７は、コンバータ部１のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオン／オフ制御して回生電流を３相交流電源に帰還させる。
【００２１】
一方、回生電流はダイオード１０をとおり、蓄電器９を充電する。モータの減速が終了するとコントローラ７は、充電制御部１６に制御開始信号を送信し、充電制御部１６はこの信号を受けてスイッチング素子１５をオンにする。該スイッチング素子１５のオンにより、コンバータ（整流回路）１４から電流が蓄電器に流入し、該蓄電器９を充電する。該蓄電器９の充電電圧が設定電圧に達すると、充電制御部１６は電圧検出手段を構成する抵抗Ｒ１５，Ｒ１６でこの電圧を分圧して検出し、スイッチング素子１５をオフにする。これによって蓄電器９は設定所定電圧まで充電されることになる。そして、モータを加速するときには、コントローラ７は、供給制御部１２に所定パルス信号を出力し、供給制御部１２はこのパルス幅だけスイッチング素子１１をオンにする。このスイッチング素子１１のオンにより、蓄電器９に蓄えられた電力は該スイッチング素子１１をとおりＤＣリンク部３、インバータ部２に供給されてモータ駆動電流としてモータ６を加速駆動する。
以下上述した動作をモータ駆動制御中実施される。
【００２２】
以上のように、モータ加速中にスイッチング素子１１がオンとなり蓄電器９の電圧がＤＣリンク部３に印加されるが、蓄電器９は、通常、回生制御開始電圧よりも高い電圧まで充電されている。そのため、モータ加速中に回生開始検出手段が回生制御開始電圧を検出し、回生制御が開始されるという不具合が生じる。そこで、本実施形態では、このモータ加速時にスイッチング素子１１をオンしてＤＣリンク部に蓄電器９の充電電圧を印加しても、回生制御動作を阻止し回避されるための回生制御開始電圧変更手段を回生開始検出手段５に設けている。
【００２３】
図２は、この実施形態における回生開始検出手段５及びＤＣリンク部３の電圧を分圧する抵抗Ｒ１，Ｒ２の詳細ブロック回路図である。
図２において、符号５１はスイッチング素子、５２はホトカプラ、５３は抵抗Ｒ５，Ｒ６，Ｒ９，Ｒ１０と共に加算回路を構成するオペアンプである。符号５４はコンパレータである。
【００２４】
スイッチング素子５１は、抵抗１３を介してホトカプラ５２の発光素子と接続され、該スイッチング素子５１、抵抗１３、ホトカプラ５２の発光素子の直列回路はライン５５に接続され電圧＋Ｅが印加されている。またスイッチング素子５１の制御端子（ベース）には、抵抗Ｒ１４を介してコントローラ７に接続されている。
【００２５】
ホトカプラ５２の受光素子には直列に抵抗Ｒ１１，Ｒ１２が接続され、この直列回路にも電圧＋Ｅが印加されている。さらに、抵抗Ｒ７，Ｒ８の直列回路にも電圧＋Ｅが印加されている。ホトカプラ５２の受光素子及び抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２によって電圧＋Ｅを分圧した電圧Ｅ１は抵抗Ｒ９を介してオペアンプ５３の一方の端子に入力され、また、抵抗Ｒ７，Ｒ８で電圧＋Ｅを分圧した電圧Ｅ２は抵抗Ｒ１０を介してオペアンプ５３の一方の端子に入力されている。またオペアンプ５３の出力を抵抗Ｒ５，Ｒ６で分圧した電圧がオペアンプの他方の端子に入力されている。このオペアンプは入力電圧Ｅ１とＥ２を加算する加算回路を形成している。
【００２６】
オペアンプ５３の出力は、抵抗Ｒ３，Ｒ４で分圧され、その分圧電圧はコンパレータ５４の一方の端子に入力され、コンパレータ５４の他方の端子には抵抗Ｒ１，Ｒ２によるによるＤＣリンク部３の電圧を分圧する分圧電圧が入力されている。
【００２７】
この実施形態では、スイッチング素子５１、ホトカプラ５２，加算器を構成するオペアンプ５３，抵抗Ｒ３〜Ｒ１４によって、回生制御開始電圧変更手段５０を構成している。そして、コンパレータ５４が回生開始電圧検出手段を構成している。従来の回生検出手段においては、上述した回生制御開始電圧変更手段５０はなく、コンパレータ５４には抵抗Ｒ１，Ｒ２によるＤＣリンク部３の分圧電圧と設定された所定の回生開始電圧が入力されて構成されていたものであるが、本実施形態では、この回生制御開始電圧変更手段５０を設けた点に特徴がある。
【００２８】
スイッチング素子５１がオフのときは、ホトカプラ５２の発光素子は発光せず、受光素子はオフである。そのため、電圧＋Ｅを分圧した抵抗Ｒ１２間の電圧Ｅ１は「０」であり、抵抗Ｒ７，Ｒ８で電圧＋Ｅを分圧した電圧Ｅ２のみが加算回路を構成するオペアンプ５３に入力されオペアンプ５３から出力される。このオペアンプ５３の出力を抵抗Ｒ３，Ｒ４で分圧した電圧、すなわち、回生制御開始電圧ＶｒｅｆとＤＣリンク部３の電圧を抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧した電圧がコンパレータ５４で比較され、ＤＣリンク部３の分圧電圧が回生制御開始電圧Ｖｒｅｆを越えるとコンパレータ５４より回生制御開始信号が出力され、回生制御がなされる。
【００２９】
一方、力行時には、コントローラ７から蓄電器９の電力を放電させるためのスイッチング素子１１をオンさせて信号とともに、スイッチング素子５１にハイレベル信号が出力される。ホトカプラ５２が作動し抵抗Ｒ１２間に電圧Ｅ１が発生し、加算器を構成するオペアンプ５３からは、この電圧Ｅ１と電圧＋Ｅを抵抗Ｒ７，Ｒ８で分圧された電圧Ｅ２を加算した電圧（Ｅ１＋Ｅ２）が出力され、この電圧を抵抗Ｒ３，Ｒ４で分圧した回生制御開始電圧Ｖｒｅｆは上昇することになる。そのため、モータ加速時にスイッチング素子１１をオンにして蓄電器９の充電電圧がＤＣリンク部３に印加されても、回生制御開始電圧Ｖｒｅｆが上昇してコンパレータ５４からは、回生制御開始信号は出力されない。これによって力行時に回生制御動作が動作することが回避される。
【００３０】
上述した回生制御開始電圧変更手段５０は、回生制御開始電圧Ｖｒｅｆの切替をスイッチング素子５１、ホトカプラ５２，オペアンプ５３からなる加算器等で構成したが、コンパレータ５４に入力される比較電圧として、予め値の異なる２つの回生制御開始電圧ＶｒｅｆＨ，ＶｒｅｆＬを用意し、切替手段によって、コンパレータ５４にはどちらか一方が入力されるように構成しておき、力行時には、コントローラ７からの信号によって、切替手段を切替えて電圧が高い方の回生制御開始電圧ＶｒｅｆＨがコンパレータ５４に入力されて抵抗Ｒ１，Ｒ２による分圧電圧と比較されるようにして、回生制御機能が実行されるのを回避するようにしてもよい。
【００３１】
上述した第１の実施形態では、コントローラ７によって、回生制御開始電圧Ｖｒｅｆの切替を行ったが、蓄電装置８をモータ駆動装置に取り付けるとき自動的に回生制御開始電圧Ｖｒｅｆを上昇させてもよい。図３はこれを適用した第２の実施形態の要部説明図である。
【００３２】
図３は、ＤＣリンク部３と蓄電装置８を接続する接続手段の説明図である。符号３０は、モータ駆動装置側のコネクタであり、符号４０は蓄電装置８側のコネクタである。コネクタ３０には、ＤＣリンク部３のライン３１ａ，３１ｂが接続されると共に、図２に示す回生開始検出手段５の電圧＋Ｅのライン５５に接続されたライン３２ａ、回生開始検出手段５のスイッチング素子５１の制御端子５１Ｔに接続されたライン３２ｂを備える。
【００３３】
またコネクタ４０には、ＤＣリンク部３のライン３１ａ，３１ｂと接続される蓄電装置のライン４１ａ，４１ｂを備える。また、前述した、コネクタ３０のライン３２ａと３２ｂを短絡するライン４２を備える。
【００３４】
よって、モータ駆動装置に蓄電装置８がこのコネクタ３０，４０で接続されて、ＤＣリンク部３のライン３１ａ，３１ｂと蓄電装置８のライン４１ａ，４１ｂが接続されたときには、ライン３２ａとライン３２ｂがライン４２で短絡され、回生開始検出手段５のスイッチング素子５１の制御端子５１Ｔには、＋Ｅの電圧が印加される。これによってスイッチング素子５１をオンとして、前述したように、回生制御開始電圧Ｖｒｅｆが自動的に上昇し、モータ加速時など蓄電器９の充電電圧がＤＣリンク部３に印加されたとしても、この充電電圧によって回生制御機能が作動することはない。
【００３５】
図４は、本発明の第３の実施形態のブロック回路図である。
前述した第１、第２の実施形態では、モータ加速時に蓄電装置の蓄電器の充電電圧をＤＣリンク部３に印加したとき、回生制御機能が作動しないように、回生制御開始電圧を高い値に変更することによって、回生制御機能が作動しないようにして回避したが、この第３の実施形態では、逆に蓄電器９の電圧をＤＣリンク部に放電する際に、回生制御開始電圧より低い電圧に制御することによって、回生制御機能を回避させるようにしたものである。
【００３６】
図４において、図１に示す第１の実施形態のブロック回路図と相違する点は、回生開始検出手段５’が相違することと、蓄電装置８’においてＤＣリンク部３に蓄電器９に蓄えられた電力を放電する放電回路６０における電力供給手段の供給制御部１２’の構成が異なり、さらに、電力供給手段を構成する蓄電器９の電力をＤＣリンク部に放電する素子１１’をスイッチング素子としてではなく増幅作用を行うトランジスタを用いている点で相違する。
【００３７】
回生開始検出手段５’は第１の実施形態とは相違し、従来の回生開始検出手段と同じように、ＤＣリンク部３の電圧を抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧した分圧電圧が設定回生制御開始電圧に達したとき回生制御開始信号を出力するようにしたものである。すなわち図２におけるコンパレータ５４で構成され、該コンパレータ５４の入力が、抵抗Ｒ１，Ｒ２による分圧電圧と予め設定された回生制御開始電圧としての基準電圧となっているものである。
【００３８】
また、放電回路６０における電力供給手段の供給制御部１２’は、出力電圧を所定値の一定に保持する定電圧回路で構成されている点が第１の実施形態と相違するものである。この点については後述する。
【００３９】
この第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、コンバータ部１で交流電源から直流電源に変換され、インバータ部２で交流電源に変換してモータ６を駆動する。このモータ駆動中において、モータ６の減速により回生電流が発生し、ＤＣリンク電圧が上昇し、抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧された電圧が回生制御開始電圧を越えると、回生開始検出手段５より回生制御開始信号が出力され、コントローラ７はスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオン／オフ制御して回生制御を行う。
【００４０】
一方、回生電流はダイオード１０をとおり、蓄電器９を充電する。モータの減速が終了するとコントローラ７は、充電制御部１６に制御開始信号を送信し、充電制御部１６はこの信号を受けてスイッチング素子１５をオンにする。該スイッチング素子１５のオンにより、コンバータ（整流回路）１４から電流が蓄電器に流入し、該蓄電器９を充電する。該蓄電器９の充電電圧が設定電圧に達すると、充電制御部１６は電圧検出手段を構成する抵抗Ｒ１５，Ｒ１６でこの電圧を分圧して検出し、スイッチング素子１５をオフにする。これによって蓄電器９は設定所定電圧まで充電されることになる。そして、モータを加速するときには、コントローラ７は、供給制御部１２に所定パルス信号を出力し、供給制御部１２’はこのパルス幅の間トランジスタ１１’を制御し、出力電圧（ＤＣリンク部３の電圧）を回生開始検出手段５’によって検出される回生制御開始電圧より低い電圧に制御する。
【００４１】
図５は、この第３の実施形態が採用した放電回路６０の電力供給手段を構成する供給制御部１２’に定電圧回路を用いた態様で、この実施形態ではこの定電圧回路をシリーズレギュレータによって構成している。
図５においてＶｉｎは、この放電回路６０の入力電圧であり、蓄電器９の充電電圧である。またＶｏｕｔは、この放電回路６０の出力電圧であり、ＤＣリンク部３の電圧である。出力電圧Ｖｏｕｔを検出する手段としての抵抗Ｒ１７，Ｒ１８で分圧して検出した電圧と、ツェナーダイオード６２によって予め設定されている電圧を差動増幅器６１に入力し、該差動増幅器６１の出力をトランジスタ１１’のベース電圧に入力することによって、トランジスタ１１’を制御して出力電圧Ｖｏｕｔを回生開始検出手段５’で検出される回生制御開始電圧より低い一定電圧に保持する。
【００４２】
この場合、ツェナーダイオードによる電圧をＶｚとすると出力電圧Ｖｏｕｔは次の１式で示されるように一定電圧となり、この電圧を回生制御開始電圧より低い電圧になるように設定しておけばよい。
【００４３】
Ｖｏｕｔ＝Ｖｚ×（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２ …（１）
この第３の実施形態では、ＤＣリンク部３に蓄電器９の高い充電電圧を印加すると、コンバータ部１からの直流電圧を平滑する平滑コンデンサ４に大きなラッシュ電流が流れるので、モータ６の起動性能に影響を与えない程度に、放電回路６０の出力電圧Ｖｏｕｔを上昇させるように、コンデンサ６３をスイッチング素子６４と並列に差動増幅器６１の出力に接続する。このコンデンサ６３と抵抗Ｒ１９によって決まる時定数によって、放電回路６０の出力電圧Ｖｏｕｔはゆっくりと立ち上がるように制御される。なお、この実施形態では、差動増幅器６１、ツェナーダイオード６２、コンデンサ６３、スイッチング素子６４等で、供給制御部１２’を構成している。
【００４４】
スイッチング素子６４は、通常、オン状態にあり、差動増幅器６１の出力は低レベルに保持され、トランジスタ１１’はオフ状態である。モータを加速するとき、すなわち力行時には、コントローラ７から、所定幅のローパルスがこのスイッチング素子６４に入力され、このスイッチング素子６４をオフ状態にする。その結果、コンデンサ６３と抵抗Ｒ１９によって決まる時定数によって差動増幅器６１の出力側の電圧、すなわちトランジスタ１１’のベース電圧が上昇し、前述したように、シリーズレギュレータの作用によってＤＣリンク部３には、回生開始検出手段５’で検出される回生制御開始電圧より低い一定電圧Ｖｏｕｔが放電回路６０より印加されることになる。
【００４５】
なお、放電回路６０としては、ＤＣリンク部３に回生開始検出手段５’で検出される回生制御開始電圧より低い一定電圧Ｖｏｕｔを印加すればよいものであるから、上述した実施形態に用いたシリーズレギュレータによる定電圧回路以外のスイッチングレギュレータ等による定電圧回路を用いてもよい。
【００４６】
図６は本発明の第４の実施形態における放電回路のブロック回路図である。この第４の実施形態は、図４における放電回路６０の代わりに図６に示す放電回路７０を用いるものであり、モータ加速（力行）中、蓄電器９からの放電をＤＣリンク部３の電圧が電圧回生開始電圧に達する前で停止させ、ＤＣリンク部３の電圧が所定電圧まで低下すると、放電を開始するようにスイッチング素子１１を制御するようにしたものである。
【００４７】
図６に示す放電回路７０において、Ｖｉｎは、この放電回路７０の入力電圧で蓄電器９の充電電圧である。また、Ｖｏｕｔは放電回路７０の出力電圧であり、ＤＣリンク部３の電圧でもある。符号７１はフリップフロップ、７２はオア回路、７３，７４はコンパレータ、７５はインダクタンス、７６はトランジスタである。この実施形態では、フリップフロップ７１、オア回路７２、コンパレータ７３，７４、インダクタンス７５、トランジスタ７６等で供給制御部１２し、スイッチング素子１１と共に電力供給手段を構成している。
【００４８】
また、図７は、この放電回路７０の動作説明図である。コンパレータ７３，７４には、出力電圧（ＤＣリンク部３の電圧）Ｖｏｕｔを抵抗Ｒ２１，Ｒ２２で分圧した分圧電圧が一方の端子に入力され、コンパレータ７３の他方の端子には、予め設定されている放電を開始させるための低レベルの基準電圧ＶｒｅｆＬが入力され、この抵抗Ｒ２１，Ｒ２２による出力電圧Ｖｏｕｔの分圧電圧がこの基準電圧ＶｒｅｆＬ以下になると信号を出力する。また、コンパレータ７４の他方の端子には、回生制御開始電圧よりも低く、コンパレータ７３に入力された基準電圧ＶｒｅｆＬよりも高い、予め設定されている放電を停止させるための基準電圧ＶｒｅｆＨが入力されており、電圧検出手段を構成する抵抗Ｒ２１，Ｒ２２により出力電圧Ｖｏｕｔを分圧して検出する検出電圧がこの基準電圧ＶｒｅｆＨ以上になるとコンパレータ７３は出力信号を出力する。
【００４９】
コンパレータ７３の出力はオア回路７２に入力され、また該オア回路７２には、コントローラ７からモータ力行（加速）開始時に出力される信号が入力され、該オア回路７２の出力はフリップフロップ７１のセット端子に入力されている。また、コンパレータ７３の出力はフリップフロップ７１のリセット端子に入力されている。フリップフロップ７１のセット出力はスイッチング素子１１に入力されている。
【００５０】
そこで、力行時（モータ加速度）に、コントローラ７から蓄電器９の電力の放電開始指令がこの放電回路７０に出力されオア回路７２を介してフリップフロップ７１をセットすると同時にトランジスタ７６をオン状態からオフ状態に変化させる。その結果、スイッチング素子１１がオンとなり、蓄電器９から放電が開始されるが、インダクタンス７５がＤＣリンク部３までの放電回路中に配設されているから、図７に示すように、出力電圧ＶｏｕｔであるＤＣリンク部３の電圧はゆっくりと立ち上がる。そして、このＤＣリンク部３の電圧Ｖｏｕｔを分圧した電圧が基準電圧ＶｒｅｆＨ以上になると、コンパレータ７４から出力信号が出され、フリップフロップ７１をリセットする。これによりスイッチング素子１１はオフとなり、放電は停止する。その結果、ＤＣリンク部３の電圧Ｖｏｕｔは低下し、抵抗Ｒ２１，Ｒ２２によるこのＤＣリンク部３の電圧Ｖｏｕｔの分圧電圧が基準電圧ＶｒｅｆＬ以下まで低下すると、コンパレータ７３から出力信号が出され、オア回路７２を介してフリップフロップ７１をセットし、スイッチング素子１１をオンとして再び蓄電器９の放電を行う。以下この繰り返しを力行終了時まで行われることになる。これによって、力行時において回生開始電圧より低い電圧にリンク部３の電圧は保持され、回生動作が開始されることはない。
放電が終了した時は、コントローラ７からトランジスタ７６をオンさせる信号を出力し、スイッチング素子１１をオフさせる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明は、力行時に蓄電器の電力を放電したとき回生制御機能が作動しないように回避できるようにしたから、回生制御機能と、回生電流を蓄電器に蓄え力行時にこの蓄電器に蓄えた電力を放電する蓄電装置とを共に備えたをモータ駆動装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるモータ駆動装置のブロック回路図である。
【図２】同実施形態における回生開始検出手段の詳細ブロック回路図である。
【図３】本発明の第２の実施形態における接続手段の説明図である。
【図４】本発明の第３の実施形態であるモータ駆動装置のブロック回路図である。
【図５】同第３の実施形態における放電回路の詳細ブロック回路図である。
【図６】本発明の第４の実施形態における放電回路の詳細ブロック回路図である。
【図７】同第４の実施形態における放電回路の動作説明図である。
【符号の説明】
１ コンバータ部
２ インバータ部
３ ＤＣリンク部
４ 平滑コンデンサ
５ 回生開始検出手段
６ モータ
７ コントローラ
８，８’ 蓄電装置
９ 蓄電器
１０ ダイオード
１１，１５ スイッチング素子
６０，７０ 放電回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ駆動装置に関し、特に、回生電力を蓄え、モータ加速時に放電してモータ駆動電流とするモータ駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータ駆動装置においては、モータの加速（力行）期間においては、加速のために大きな駆動電流が流れ、減速期間においては、回生電流が生じる。そのため、モータの加速（力行）期間のピーク電流を考慮してモータ駆動装置を設計しなければならず、装置の大型化とコストアップを招く原因となっていた。また、減速期間において発生する回生電流は回生抵抗によって、放熱消費させており、無駄なエネルギー損失を招いていた。また、回生電流を無駄に消費させずにコンバータ部を介して交流電源に帰還させる回生制御手段を備えたモータ駆動装置も知られている。
【０００３】
さらに、回生電流の有効利用を図ると共に、駆動電流の平準化を図ることを目的として、交流電源を直流電源に変換するコンバータ（整流回路）部と直流電源を交流電源に変換するインバータ部とを結ぶＤＣリンク部に蓄電器を接続して、加速期間では、該蓄電器に蓄えられた電力をインバータ部に供給し、減速期間には回生電流を該蓄電器に蓄えるようにして、駆動電流の平準化を図り、かつ回生電流を無駄に消費させないようにした発明が知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１４１４４０号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
交流電源へ回生電流を帰還させる回生制御機能を有するモータ駆動装置においては、コンバータ部とインバータ部とを接続するＤＣコンバータ部の電圧を検出し、該電圧が回生電流により上昇し、設定された回生制御開始電圧になると回生制御を開始するようにしている。
【０００６】
一方、上述した特許文献１に記載されたような、回生電流をコンデンサ等の蓄電器に蓄えモータ加速時には、蓄電器に蓄えられた電力を放電し、この電流をインバータ部を介してモータの駆動電流として使用するようにした蓄電器を備えたモータ駆動装置においては、モータ加速時に蓄電器の電力を放電しようとしてＤＣリンク部に蓄電器の充電電圧を印加したとき、この蓄電器の充電電圧が、回生制御機能の回生制御開始電圧より高いことから、回生制御動作が開始されることになるので、回生制御機能を有するモータ駆動装置には、この蓄電器を付加することはできない。
【０００７】
また、蓄電器をコンデンサで構成する場合においては、同じエネルギーを充電する場合、高い電圧で充電する方がコンデンサの容量が小さくてすむ利点があり、コンデンサへの充電、放電回路を含めた付加回路を小型化・低コストで構成することができるという効果があることから、モータ制御装置に蓄電器（コンデンサ）を付加することはメリットがある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は回生電流の交流電源へ帰還させる回生制御機能も回生電流を蓄え、モータ加速時に放電する蓄電器を備え、両機能を実施しうるモータ駆動装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願各発明は、交流電源を整流して直流電源に変換するコンバータ部と、変換した直流電源を交流電源に変換するインバータ部と、前記コンバータ部と前記インバータ部を接続するＤＣリンク部と、該ＤＣリンク部の電圧が回生開始電圧以上になったことを検知して交流電源へ回生電流を帰還させる回生制御手段とを備え、前記インバータ部に接続された交流モータを駆動するモータ駆動装置であって、請求項１に係わる発明は、前記ＤＣリンク部に接続され、前記モータの減速駆動中の回生電力を蓄電器に充電し、モータの加速駆動中に前記蓄電器に充電された電力を放電する蓄電装置を有し、前記回生制御手段は、前記ＤＣリンク電圧より回生制御開始電圧を検出する回生開始検出回路と、前記蓄電器に蓄えられた電力を前記ＤＣリンク部に供給したときに前記回生開始検出回路が検出する回生制御開始電圧を変更し回生制御動作を回避する回生制御開始電圧変更手段を備え、力行時に蓄電装置の蓄電器から高い充電電圧がＤＣリンク部に印加されても回生制御機能が作動しないようにしたものである。
【００１０】
また、請求項２に係わる発明は前記蓄電装置が前記ＤＣリンク部に接続されたとき、前記回生開始検出回路が検出する回生制御開始電圧を高い電圧に変更する手段を前記回生制御手段に備えるようにした。請求項３に係わる発明はこの回生制御開始電圧を高い電圧に変更する手段を作動させる手段を、前記蓄電装置と前記ＤＣリンク部を接続する接続手段に設け、該接続手段が互いに接続したとき前記回生制御開始電圧を高い電圧に変更する手段を作動させるようにした。
【００１１】
請求項４に係わる発明は、蓄電装置に設けた電力供給手段を前記回生開始電圧より低い電圧でＤＣリンク部に供給するように前記蓄電器の放電を制御するものとした。そして、請求項５、６に係わる発明は、この電力供給手段をシリーズレギュレータ又はスイッチングレギュレータ等の定電圧を出力する定電圧回路で構成した。さらに、請求項７に係わる発明は、前記電力供給手段に前記蓄電器の放電開始時、出力電圧をゆるやかに上昇させる手段を備えるものとした。
【００１２】
また、請求項８に係わる発明は、前記電力供給手段を、前記蓄電器の電力を前記ＤＣリンク部に供給するスイッチング素子と、該スイッチング素子を制御する制御回路で構成し、該制御回路は、ＤＣリンク電圧を検出し該検出電圧が前記回生開始電圧より低い第１の設定電圧以上になると前記スイッチング素子をオフに制御し、検出電圧が前記第１の設定電圧よりも低い第２の設定電圧以下になると前記スイッチング素子をオンに制御するようにした。また、請求項９に係わる発明は、前記供給制御手段の前記スイッチング素子をインダクタンスを介してＤＣリンク部に接続するようにした。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明によるモータ駆動装置の第１の実施形態のブロック回路図である。
図１において、符号１は３相交流電源から直流電源に変換するコンバータ（整流回路）部であり、符号２は、直流電源を再び交流電源変換して交流モータ６を駆動するインバータ部である。コンバータ部１とインバータ部２はＤＣリンク部３で接続され、コンバータ部１からインバータ部２へ直流が供給される。符号４は、コンバータ部１の直流出力を平滑する平滑コンデンサである。
【００１４】
ＤＣリンク部３には、該ＤＣリンク部３の直流電圧を抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧し、その分圧電圧より回生制御開始電圧を検出する回生開始検出手段５を備える。コンバータ部１は、３相交流電源を直流電源に変換する整流回路としてのダイオードＤ１〜Ｄ６を備え、かつ各ダイオードＤ１〜Ｄ６と並列に回生電流を交流電源に帰還させるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が接続されており、後述するコントローラ７によって該スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオン／オフ制御することによって回生電流を交流電源に帰還させている。
【００１５】
インバータ部２では、この直流電源をコントローラ７によってインバータ部２のスイッチング素子をオン／オフ制御してモータ６に電力を供給し、該モータ６を駆動する。
【００１６】
コントローラ７は、該モータ駆動装置を制御する図示しない数値制御装置等の上位制御装置からの指令に基づいてインバータ部２のスイッチング素子をオン／オフ制御してモータ６を駆動すると共に、回生開始検出手段５から回生制御開始信号が出力されると、コンバータ部１のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオン／オフ制御して、回生電流を３相電源に帰還させるためのモータ駆動装置内のコントローラである。この実施形態においては、この回生開始検出手段５、コントローラ７、コンバータ部１のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６で回生制御手段を構成している。
【００１７】
また、上述したコンバータ部１、インバータ部２、ＤＣリンク部３、コントローラ７等は従来のモータ駆動装置と同一であり、その詳細な説明は省略する。そして、本発明においては、ＤＣリンク部３に接続された蓄電装置８を備え、また回生開始検出回路５に後述する回生制御開始電圧変更手段を備える点に特徴を有する。
【００１８】
蓄電装置８は、コンデンサ等で構成される蓄電器９、回生電流をＤＣリンク部３から該蓄電器９に流し込むダイオード１０、該蓄電器９に充電された電力をＤＣリンク部３を介してインバータ部２に供給するためのスイッチング素子１１、該スイッチング素子１１を制御する供給制御部１２で構成される電力供給手段、さらに、３相交流電源を昇圧するトランス１３、昇圧された電圧を直流に変換するコンバータ（整流回路）１４、この変換された直流電源により蓄電器９を所定充電電圧まで充電させるためのスイッチング素子１５、該スイッチング素子１５をオン／オフを制御する充電制御部１６、及び蓄電器９の充電電圧を分圧して検出する抵抗Ｒ１５，Ｒ１６で構成されている。
【００１９】
蓄電装置８の充電制御部１６，供給制御部１２はモータ制御装置のコントローラ７と接続され、該コントローラ７からの信号によって充電制御、供給制御を開始する。
【００２０】
コンバータ部１で交流電源が直流電源に変換され、図示しない上位制御装置からの指令によってコントローラ７が、インバータ部２のスイッチング素子をオン／オフ制御して交流電源に変換してモータ６を駆動する。モータ６を減速するときには、回生電流が発生し、ＤＣリンク電圧が上昇し、抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧された電圧が回生制御開始電圧を越えると、回生開始検出手段５より回生制御開始信号がコントローラ７に出力され、コントローラ７は、コンバータ部１のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオン／オフ制御して回生電流を３相交流電源に帰還させる。
【００２１】
一方、回生電流はダイオード１０をとおり、蓄電器９を充電する。モータの減速が終了するとコントローラ７は、充電制御部１６に制御開始信号を送信し、充電制御部１６はこの信号を受けてスイッチング素子１５をオンにする。該スイッチング素子１５のオンにより、コンバータ（整流回路）１４から電流が蓄電器に流入し、該蓄電器９を充電する。該蓄電器９の充電電圧が設定電圧に達すると、充電制御部１６は電圧検出手段を構成する抵抗Ｒ１５，Ｒ１６でこの電圧を分圧して検出し、スイッチング素子１５をオフにする。これによって蓄電器９は設定所定電圧まで充電されることになる。そして、モータを加速するときには、コントローラ７は、供給制御部１２に所定パルス信号を出力し、供給制御部１２はこのパルス幅だけスイッチング素子１１をオンにする。このスイッチング素子１１のオンにより、蓄電器９に蓄えられた電力は該スイッチング素子１１をとおりＤＣリンク部３、インバータ部２に供給されてモータ駆動電流としてモータ６を加速駆動する。
以下上述した動作をモータ駆動制御中実施される。
【００２２】
以上のように、モータ加速中にスイッチング素子１１がオンとなり蓄電器９の電圧がＤＣリンク部３に印加されるが、蓄電器９は、通常、回生制御開始電圧よりも高い電圧まで充電されている。そのため、モータ加速中に回生開始検出手段が回生制御開始電圧を検出し、回生制御が開始されるという不具合が生じる。そこで、本実施形態では、このモータ加速時にスイッチング素子１１をオンしてＤＣリンク部に蓄電器９の充電電圧を印加しても、回生制御動作を阻止し回避されるための回生制御開始電圧変更手段を回生開始検出手段５に設けている。
【００２３】
図２は、この実施形態における回生開始検出手段５及びＤＣリンク部３の電圧を分圧する抵抗Ｒ１，Ｒ２の詳細ブロック回路図である。
図２において、符号５１はスイッチング素子、５２はホトカプラ、５３は抵抗Ｒ５，Ｒ６，Ｒ９，Ｒ１０と共に加算回路を構成するオペアンプである。符号５４はコンパレータである。
【００２４】
スイッチング素子５１は、抵抗１３を介してホトカプラ５２の発光素子と接続され、該スイッチング素子５１、抵抗１３、ホトカプラ５２の発光素子の直列回路はライン５５に接続され電圧＋Ｅが印加されている。またスイッチング素子５１の制御端子（ベース）には、抵抗Ｒ１４を介してコントローラ７に接続されている。
【００２５】
ホトカプラ５２の受光素子には直列に抵抗Ｒ１１，Ｒ１２が接続され、この直列回路にも電圧＋Ｅが印加されている。さらに、抵抗Ｒ７，Ｒ８の直列回路にも電圧＋Ｅが印加されている。ホトカプラ５２の受光素子及び抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２によって電圧＋Ｅを分圧した電圧Ｅ１は抵抗Ｒ９を介してオペアンプ５３の一方の端子に入力され、また、抵抗Ｒ７，Ｒ８で電圧＋Ｅを分圧した電圧Ｅ２は抵抗Ｒ１０を介してオペアンプ５３の一方の端子に入力されている。またオペアンプ５３の出力を抵抗Ｒ５，Ｒ６で分圧した電圧がオペアンプの他方の端子に入力されている。このオペアンプは入力電圧Ｅ１とＥ２を加算する加算回路を形成している。
【００２６】
オペアンプ５３の出力は、抵抗Ｒ３，Ｒ４で分圧され、その分圧電圧はコンパレータ５４の一方の端子に入力され、コンパレータ５４の他方の端子には抵抗Ｒ１，Ｒ２によるによるＤＣリンク部３の電圧を分圧する分圧電圧が入力されている。
【００２７】
この実施形態では、スイッチング素子５１、ホトカプラ５２，加算器を構成するオペアンプ５３，抵抗Ｒ３〜Ｒ１４によって、回生制御開始電圧変更手段５０を構成している。そして、コンパレータ５４が回生開始電圧検出手段を構成している。従来の回生検出手段においては、上述した回生制御開始電圧変更手段５０はなく、コンパレータ５４には抵抗Ｒ１，Ｒ２によるＤＣリンク部３の分圧電圧と設定された所定の回生開始電圧が入力されて構成されていたものであるが、本実施形態では、この回生制御開始電圧変更手段５０を設けた点に特徴がある。
【００２８】
スイッチング素子５１がオフのときは、ホトカプラ５２の発光素子は発光せず、受光素子はオフである。そのため、電圧＋Ｅを分圧した抵抗Ｒ１２間の電圧Ｅ１は「０」であり、抵抗Ｒ７，Ｒ８で電圧＋Ｅを分圧した電圧Ｅ２のみが加算回路を構成するオペアンプ５３に入力されオペアンプ５３から出力される。このオペアンプ５３の出力を抵抗Ｒ３，Ｒ４で分圧した電圧、すなわち、回生制御開始電圧ＶｒｅｆとＤＣリンク部３の電圧を抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧した電圧がコンパレータ５４で比較され、ＤＣリンク部３の分圧電圧が回生制御開始電圧Ｖｒｅｆを越えるとコンパレータ５４より回生制御開始信号が出力され、回生制御がなされる。
【００２９】
一方、力行時には、コントローラ７から蓄電器９の電力を放電させるためのスイッチング素子１１をオンさせて信号とともに、スイッチング素子５１にハイレベル信号が出力される。ホトカプラ５２が作動し抵抗Ｒ１２間に電圧Ｅ１が発生し、加算器を構成するオペアンプ５３からは、この電圧Ｅ１と電圧＋Ｅを抵抗Ｒ７，Ｒ８で分圧された電圧Ｅ２を加算した電圧（Ｅ１＋Ｅ２）が出力され、この電圧を抵抗Ｒ３，Ｒ４で分圧した回生制御開始電圧Ｖｒｅｆは上昇することになる。そのため、モータ加速時にスイッチング素子１１をオンにして蓄電器９の充電電圧がＤＣリンク部３に印加されても、回生制御開始電圧Ｖｒｅｆが上昇してコンパレータ５４からは、回生制御開始信号は出力されない。これによって力行時に回生制御動作が動作することが回避される。
【００３０】
上述した回生制御開始電圧変更手段５０は、回生制御開始電圧Ｖｒｅｆの切替をスイッチング素子５１、ホトカプラ５２，オペアンプ５３からなる加算器等で構成したが、コンパレータ５４に入力される比較電圧として、予め値の異なる２つの回生制御開始電圧ＶｒｅｆＨ，ＶｒｅｆＬを用意し、切替手段によって、コンパレータ５４にはどちらか一方が入力されるように構成しておき、力行時には、コントローラ７からの信号によって、切替手段を切替えて電圧が高い方の回生制御開始電圧ＶｒｅｆＨがコンパレータ５４に入力されて抵抗Ｒ１，Ｒ２による分圧電圧と比較されるようにして、回生制御機能が実行されるのを回避するようにしてもよい。
【００３１】
上述した第１の実施形態では、コントローラ７によって、回生制御開始電圧Ｖｒｅｆの切替を行ったが、蓄電装置８をモータ駆動装置に取り付けるとき自動的に回生制御開始電圧Ｖｒｅｆを上昇させてもよい。図３はこれを適用した第２の実施形態の要部説明図である。
【００３２】
図３は、ＤＣリンク部３と蓄電装置８を接続する接続手段の説明図である。符号３０は、モータ駆動装置側のコネクタであり、符号４０は蓄電装置８側のコネクタである。コネクタ３０には、ＤＣリンク部３のライン３１ａ，３１ｂが接続されると共に、図２に示す回生開始検出手段５の電圧＋Ｅのライン５５に接続されたライン３２ａ、回生開始検出手段５のスイッチング素子５１の制御端子５１Ｔに接続されたライン３２ｂを備える。
【００３３】
またコネクタ４０には、ＤＣリンク部３のライン３１ａ，３１ｂと接続される蓄電装置のライン４１ａ，４１ｂを備える。また、前述した、コネクタ３０のライン３２ａと３２ｂを短絡するライン４２を備える。
【００３４】
よって、モータ駆動装置に蓄電装置８がこのコネクタ３０，４０で接続されて、ＤＣリンク部３のライン３１ａ，３１ｂと蓄電装置８のライン４１ａ，４１ｂが接続されたときには、ライン３２ａとライン３２ｂがライン４２で短絡され、回生開始検出手段５のスイッチング素子５１の制御端子５１Ｔには、＋Ｅの電圧が印加される。これによってスイッチング素子５１をオンとして、前述したように、回生制御開始電圧Ｖｒｅｆが自動的に上昇し、モータ加速時など蓄電器９の充電電圧がＤＣリンク部３に印加されたとしても、この充電電圧によって回生制御機能が作動することはない。
【００３５】
図４は、本発明の第３の実施形態のブロック回路図である。
前述した第１、第２の実施形態では、モータ加速時に蓄電装置の蓄電器の充電電圧をＤＣリンク部３に印加したとき、回生制御機能が作動しないように、回生制御開始電圧を高い値に変更することによって、回生制御機能が作動しないようにして回避したが、この第３の実施形態では、逆に蓄電器９の電圧をＤＣリンク部に放電する際に、回生制御開始電圧より低い電圧に制御することによって、回生制御機能を回避させるようにしたものである。
【００３６】
図４において、図１に示す第１の実施形態のブロック回路図と相違する点は、回生開始検出手段５’が相違することと、蓄電装置８’においてＤＣリンク部３に蓄電器９に蓄えられた電力を放電する放電回路６０における電力供給手段の供給制御部１２’の構成が異なり、さらに、電力供給手段を構成する蓄電器９の電力をＤＣリンク部に放電する素子１１’をスイッチング素子としてではなく増幅作用を行うトランジスタを用いている点で相違する。
【００３７】
回生開始検出手段５’は第１の実施形態とは相違し、従来の回生開始検出手段と同じように、ＤＣリンク部３の電圧を抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧した分圧電圧が設定回生制御開始電圧に達したとき回生制御開始信号を出力するようにしたものである。すなわち図２におけるコンパレータ５４で構成され、該コンパレータ５４の入力が、抵抗Ｒ１，Ｒ２による分圧電圧と予め設定された回生制御開始電圧としての基準電圧となっているものである。
【００３８】
また、放電回路６０における電力供給手段の供給制御部１２’は、出力電圧を所定値の一定に保持する定電圧回路で構成されている点が第１の実施形態と相違するものである。この点については後述する。
【００３９】
この第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、コンバータ部１で交流電源から直流電源に変換され、インバータ部２で交流電源に変換してモータ６を駆動する。このモータ駆動中において、モータ６の減速により回生電流が発生し、ＤＣリンク電圧が上昇し、抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧された電圧が回生制御開始電圧を越えると、回生開始検出手段５より回生制御開始信号が出力され、コントローラ７はスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオン／オフ制御して回生制御を行う。
【００４０】
一方、回生電流はダイオード１０をとおり、蓄電器９を充電する。モータの減速が終了するとコントローラ７は、充電制御部１６に制御開始信号を送信し、充電制御部１６はこの信号を受けてスイッチング素子１５をオンにする。該スイッチング素子１５のオンにより、コンバータ（整流回路）１４から電流が蓄電器に流入し、該蓄電器９を充電する。該蓄電器９の充電電圧が設定電圧に達すると、充電制御部１６は電圧検出手段を構成する抵抗Ｒ１５，Ｒ１６でこの電圧を分圧して検出し、スイッチング素子１５をオフにする。これによって蓄電器９は設定所定電圧まで充電されることになる。そして、モータを加速するときには、コントローラ７は、供給制御部１２に所定パルス信号を出力し、供給制御部１２’はこのパルス幅の間トランジスタ１１’を制御し、出力電圧（ＤＣリンク部３の電圧）を回生開始検出手段５’によって検出される回生制御開始電圧より低い電圧に制御する。
【００４１】
図５は、この第３の実施形態が採用した放電回路６０の電力供給手段を構成する供給制御部１２’に定電圧回路を用いた態様で、この実施形態ではこの定電圧回路をシリーズレギュレータによって構成している。
図５においてＶｉｎは、この放電回路６０の入力電圧であり、蓄電器９の充電電圧である。またＶｏｕｔは、この放電回路６０の出力電圧であり、ＤＣリンク部３の電圧である。出力電圧Ｖｏｕｔを検出する手段としての抵抗Ｒ１７，Ｒ１８で分圧して検出した電圧と、ツェナーダイオード６２によって予め設定されている電圧を差動増幅器６１に入力し、該差動増幅器６１の出力をトランジスタ１１’のベース電圧に入力することによって、トランジスタ１１’を制御して出力電圧Ｖｏｕｔを回生開始検出手段５’で検出される回生制御開始電圧より低い一定電圧に保持する。
【００４２】
この場合、ツェナーダイオードによる電圧をＶｚとすると出力電圧Ｖｏｕｔは次の１式で示されるように一定電圧となり、この電圧を回生制御開始電圧より低い電圧になるように設定しておけばよい。
【００４３】
Ｖｏｕｔ＝Ｖｚ×（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２ …（１）
この第３の実施形態では、ＤＣリンク部３に蓄電器９の高い充電電圧を印加すると、コンバータ部１からの直流電圧を平滑する平滑コンデンサ４に大きなラッシュ電流が流れるので、モータ６の起動性能に影響を与えない程度に、放電回路６０の出力電圧Ｖｏｕｔを上昇させるように、コンデンサ６３をスイッチング素子６４と並列に差動増幅器６１の出力に接続する。このコンデンサ６３と抵抗Ｒ１９によって決まる時定数によって、放電回路６０の出力電圧Ｖｏｕｔはゆっくりと立ち上がるように制御される。なお、この実施形態では、差動増幅器６１、ツェナーダイオード６２、コンデンサ６３、スイッチング素子６４等で、供給制御部１２’を構成している。
【００４４】
スイッチング素子６４は、通常、オン状態にあり、差動増幅器６１の出力は低レベルに保持され、トランジスタ１１’はオフ状態である。モータを加速するとき、すなわち力行時には、コントローラ７から、所定幅のローパルスがこのスイッチング素子６４に入力され、このスイッチング素子６４をオフ状態にする。その結果、コンデンサ６３と抵抗Ｒ１９によって決まる時定数によって差動増幅器６１の出力側の電圧、すなわちトランジスタ１１’のベース電圧が上昇し、前述したように、シリーズレギュレータの作用によってＤＣリンク部３には、回生開始検出手段５’で検出される回生制御開始電圧より低い一定電圧Ｖｏｕｔが放電回路６０より印加されることになる。
【００４５】
なお、放電回路６０としては、ＤＣリンク部３に回生開始検出手段５’で検出される回生制御開始電圧より低い一定電圧Ｖｏｕｔを印加すればよいものであるから、上述した実施形態に用いたシリーズレギュレータによる定電圧回路以外のスイッチングレギュレータ等による定電圧回路を用いてもよい。
【００４６】
図６は本発明の第４の実施形態における放電回路のブロック回路図である。この第４の実施形態は、図４における放電回路６０の代わりに図６に示す放電回路７０を用いるものであり、モータ加速（力行）中、蓄電器９からの放電をＤＣリンク部３の電圧が電圧回生開始電圧に達する前で停止させ、ＤＣリンク部３の電圧が所定電圧まで低下すると、放電を開始するようにスイッチング素子１１を制御するようにしたものである。
【００４７】
図６に示す放電回路７０において、Ｖｉｎは、この放電回路７０の入力電圧で蓄電器９の充電電圧である。また、Ｖｏｕｔは放電回路７０の出力電圧であり、ＤＣリンク部３の電圧でもある。符号７１はフリップフロップ、７２はオア回路、７３，７４はコンパレータ、７５はインダクタンス、７６はトランジスタである。この実施形態では、フリップフロップ７１、オア回路７２、コンパレータ７３，７４、インダクタンス７５、トランジスタ７６等で供給制御部１２し、スイッチング素子１１と共に電力供給手段を構成している。
【００４８】
また、図７は、この放電回路７０の動作説明図である。コンパレータ７３，７４には、出力電圧（ＤＣリンク部３の電圧）Ｖｏｕｔを抵抗Ｒ２１，Ｒ２２で分圧した分圧電圧が一方の端子に入力され、コンパレータ７３の他方の端子には、予め設定されている放電を開始させるための低レベルの基準電圧ＶｒｅｆＬが入力され、この抵抗Ｒ２１，Ｒ２２による出力電圧Ｖｏｕｔの分圧電圧がこの基準電圧ＶｒｅｆＬ以下になると信号を出力する。また、コンパレータ７４の他方の端子には、回生制御開始電圧よりも低く、コンパレータ７３に入力された基準電圧ＶｒｅｆＬよりも高い、予め設定されている放電を停止させるための基準電圧ＶｒｅｆＨが入力されており、電圧検出手段を構成する抵抗Ｒ２１，Ｒ２２により出力電圧Ｖｏｕｔを分圧して検出する検出電圧がこの基準電圧ＶｒｅｆＨ以上になるとコンパレータ７３は出力信号を出力する。
【００４９】
コンパレータ７３の出力はオア回路７２に入力され、また該オア回路７２には、コントローラ７からモータ力行（加速）開始時に出力される信号が入力され、該オア回路７２の出力はフリップフロップ７１のセット端子に入力されている。また、コンパレータ７３の出力はフリップフロップ７１のリセット端子に入力されている。フリップフロップ７１のセット出力はスイッチング素子１１に入力されている。
【００５０】
そこで、力行時（モータ加速度）に、コントローラ７から蓄電器９の電力の放電開始指令がこの放電回路７０に出力されオア回路７２を介してフリップフロップ７１をセットすると同時にトランジスタ７６をオン状態からオフ状態に変化させる。その結果、スイッチング素子１１がオンとなり、蓄電器９から放電が開始されるが、インダクタンス７５がＤＣリンク部３までの放電回路中に配設されているから、図７に示すように、出力電圧ＶｏｕｔであるＤＣリンク部３の電圧はゆっくりと立ち上がる。そして、このＤＣリンク部３の電圧Ｖｏｕｔを分圧した電圧が基準電圧ＶｒｅｆＨ以上になると、コンパレータ７４から出力信号が出され、フリップフロップ７１をリセットする。これによりスイッチング素子１１はオフとなり、放電は停止する。その結果、ＤＣリンク部３の電圧Ｖｏｕｔは低下し、抵抗Ｒ２１，Ｒ２２によるこのＤＣリンク部３の電圧Ｖｏｕｔの分圧電圧が基準電圧ＶｒｅｆＬ以下まで低下すると、コンパレータ７３から出力信号が出され、オア回路７２を介してフリップフロップ７１をセットし、スイッチング素子１１をオンとして再び蓄電器９の放電を行う。以下この繰り返しを力行終了時まで行われることになる。これによって、力行時において回生開始電圧より低い電圧にリンク部３の電圧は保持され、回生動作が開始されることはない。
放電が終了した時は、コントローラ７からトランジスタ７６をオンさせる信号を出力し、スイッチング素子１１をオフさせる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明は、力行時に蓄電器の電力を放電したとき回生制御機能が作動しないように回避できるようにしたから、回生制御機能と、回生電流を蓄電器に蓄え力行時にこの蓄電器に蓄えた電力を放電する蓄電装置とを共に備えたをモータ駆動装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるモータ駆動装置のブロック回路図である。
【図２】同実施形態における回生開始検出手段の詳細ブロック回路図である。
【図３】本発明の第２の実施形態における接続手段の説明図である。
【図４】本発明の第３の実施形態であるモータ駆動装置のブロック回路図である。
【図５】同第３の実施形態における放電回路の詳細ブロック回路図である。
【図６】本発明の第４の実施形態における放電回路の詳細ブロック回路図である。
【図７】同第４の実施形態における放電回路の動作説明図である。
【符号の説明】
１ コンバータ部
２ インバータ部
３ ＤＣリンク部
４ 平滑コンデンサ
５ 回生開始検出手段
６ モータ
７ コントローラ
８，８’ 蓄電装置
９ 蓄電器
１０ ダイオード
１１，１５ スイッチング素子
６０，７０ 放電回路
Claims (9)
- 交流電源を整流して直流電源に変換するコンバータ部と、変換した直流電源を交流電源に変換するインバータ部と、前記コンバータ部とインバータ部を接続するＤＣリンク部と、該ＤＣリンク部の電圧が回生開始電圧以上になったことを検知して交流電源へ回生電流を帰還させる回生制御手段とを備え、前記インバータ部に接続された交流モータを駆動するモータ駆動装置であって、
前記ＤＣリンク部に接続され、前記モータの減速駆動中の回生電力を蓄電器に充電し、モータの加速駆動中に前記蓄電器に充電された電力を放電する蓄電装置を有し、
前記回生制御手段は、前記ＤＣリンク電圧より回生制御開始電圧を検出する回生開始検出回路と、前記蓄電器に蓄えられた電力を前記ＤＣリンク部に供給したときに前記回生開始検出回路が検出する回生制御開始電圧を変更し回生制御動作を回避する回生制御開始電圧変更手段を有することを特徴とするモータ駆動装置。 - 交流電源を整流して直流電源に変換するコンバータ部と、変換した直流電源を交流電源に変換するインバータ部と、前記コンバータ部と前記インバータ部を接続するＤＣリンク部と、該ＤＣリンク部の電圧が回生開始電圧以上になったことを検知して交流電源へ回生電流を帰還させる回生制御手段とを備え、前記インバータ部に接続された交流モータを駆動するモータ駆動装置であって、
前記ＤＣリンク部に接続され、前記モータの減速駆動中の回生電力を蓄電器に充電し、モータの加速駆動中に前記蓄電器に充電された電力を放電する蓄電装置を有し、
前記回生制御手段は、前記ＤＣリンク電圧より回生制御開始電圧を検出する回生開始検出回路と、前記蓄電装置が前記ＤＣリンク部に接続されたとき、前記回生開始検出回路が検出する回生制御開始電圧を高い電圧に変更する手段を備えたことを特徴とするモータ駆動装置。 - 前記蓄電装置と前記ＤＣリンク部を接続する接続手段に、該接続手段が互いに接続したとき前記回生制御開始電圧を高い電圧に変更する手段を作動させる手段が設けられている請求項２に記載のモータ制御装置。
- 交流電源を整流して直流電源に変換するコンバータ部と、変換した直流電源を交流電源に変換するインバータ部と、前記コンバータ部と前記インバータ部を接続するＤＣリンク部と、該ＤＣリンク部の電圧が回生開始電圧以上になったことを検知して交流電源へ回生電流を帰還させる回生制御手段とを備え、前記インバータ部に接続された交流モータを駆動するモータ駆動装置であって、
前記ＤＣリンク部に接続され、前記モータの減速駆動中の回生電力を蓄電器に充電し、モータの加速駆動中に前記蓄電器に充電された電力を放電する蓄電装置を有し、
該蓄電装置は前記蓄電器の放電により前記回生開始電圧より低い電圧をＤＣリンク部に供給する電力供給手段を備えることを特徴とするモータ駆動装置。 - 前記電力供給手段は定電圧を出力する定電圧回路で構成されている請求項４に記載のモータ駆動装置。
- 前記定電圧回路は、シリーズレギュレータ又はスイッチングレギュレータで構成されている請求項５に記載のモータ駆動装置。
- 前記電力供給手段は、前記蓄電器の放電開始時、出力電圧をゆるやかに上昇させる手段を備える請求項４乃至６の内いずれか１項に記載のモータ駆動装置。
- 前記電力供給手段は、前記蓄電器の電力を前記ＤＣリンク部に供給するスイッチング素子と、該スイッチング素子を制御する制御回路を備え、該制御回路は、ＤＣリンク電圧を検出し該検出電圧が前記回生開始電圧より低い第１の設定電圧以上になると前記スイッチング素子をオフに制御し、検出電圧が前記第１の設定電圧よりも低い第２の設定電圧以下になると前記スイッチング素子をオンに制御することを特徴とする請求項４に記載のモータ駆動装置。
- 前記スイッチング素子は、インダクタンスを介してＤＣリンク部に接続されている請求項８に記載のモータ駆動装置。
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