JP2008259353A - 多相負荷駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化できる多相負荷駆動装置を提供する。
【解決手段】モータ駆動装置１は、第１の抵抗体１５と、第２の抵抗体１６と、高電位側で第１の抵抗体１５を介し、低電位側で第２の抵抗体１６を介して入力された直流電圧を交流電圧に変換してモータＭ１に供給するインバータ１を備えている。第１の抵抗体１５は所定の基板上でパターン形成され、第２の抵抗体と比べて電力容量が小さい。よって、過電流が生じた際に第１の抵抗体１５が第２の抵抗体に比べて先に溶断に至るので、モータ駆動装置１を保護できる。また、第１の抵抗体１５としてヒューズを設ける態様に比べて、モータ駆動装置１を小型化できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、多相負荷駆動装置に関し、特に過電流から多相負荷駆動装置を保護する技術に関する。

特許文献１には、高電位側でヒューズを介し、低電位側でシャント抵抗を介して直流電圧が入力されるインバータが開示されている。

特開２００４−１９７３６号公報

しかしながら、一般的にヒューズは大きいのでインバータの外部に設けられ、若しくは装置が大型化していた。

そこで、本発明は、過電流から保護できると共に小型化できる多相負荷駆動装置を提供することを目的とする。

本発明に係る多相負荷駆動装置の第１の態様は、所定の基板上でパターン形成された第１の抵抗体（１５）と、前記第１の抵抗体と比べて電力容量が大きい第２の抵抗体（１６）と、高電位側で前記第１の抵抗体を介し、低電位側で前記第２の抵抗体を介して入力された直流電圧を交流電圧に変換して多相負荷（Ｍ）に供給する電力変換装置（１１）とを備える。

本発明に係る多相負荷駆動装置の第２の態様は、第１の抵抗体（１５）と、前記第１の抵抗体と比べて同じ電力容量で抵抗値が小さい第２の抵抗体（１６）と、高電位側で前記第１の抵抗体を介し、低電位側で前記第２の抵抗体を介して入力された直流電圧を交流電圧に変換して多相負荷（Ｍ）に供給する電力変換装置（１１）とを備える。

本発明に係る多相負荷駆動装置の第３の態様は、第１の抵抗体（Ｒ１）と、前記第１の抵抗体と比べて電力容量、及び抵抗値が同じである第２の抵抗体（Ｒ２）と、前記第２の抵抗体と並列に接続され、前記第２の抵抗体の電力容量以上の電力容量を有する第３の抵抗体（Ｒ３）と、高電位側で前記第１の抵抗体を介し、低電位側で前記第２の抵抗体及び前記第３の抵抗体を介して入力された直流電圧を交流電圧に変換して多相負荷（Ｍ）に供給する電力変換装置（１１）とを備える。

本発明に係る多相負荷駆動装置の第４の態様は、第３の態様に係る多相負荷駆動装置であって、前記第１の抵抗体及び前記第２の抵抗体及び前記第３の抵抗体は、互いに同一材料及び同一形状により構成されている。

本発明に係る多相負荷駆動装置の第５の態様は、第１乃至第４のいずれか一つの態様に係る多相負荷駆動装置であって、前記第２の抵抗体を流れる電流値を検出する電流検出部（１７）を更に備える。

本発明に係る多相負荷駆動装置の第１の態様によれば、過電流が生じた際に第１の抵抗体が第２の抵抗体に比べて先に溶断に至るので、電力変換装置に過電流が流れ続けるのを防止でき、多相負荷駆動装置を保護することができる。また、ヒューズを設ける態様に比べて多相負荷駆動装置を小型化できる。

本発明に係る多相負荷駆動装置の第２の態様によれば、過電流が生じた際に第１の抵抗体が第２の抵抗体に比べて先に溶断に至るので、電力変換装置に過電流が流れ続けるのを防止でき、多相負荷駆動装置を保護することができる。

本発明に係る多相負荷駆動装置の第３の態様によれば、第１の抵抗体に流れる電流は第２の抵抗体及び第３の抵抗体に流れる電流よりも大きい。また、第３の抵抗体は、第２の抵抗体の電力容量以上の電力容量を有しているので、過電流が流れた際に第１の抵抗体が最初に溶断に至る。よって、過電流が発生したときに電力変換装置に過電流が流れ続けるのを防止でき、以って多相負荷駆動装置を保護できる。

本発明に係る多相負荷駆動装置の第４の態様によれば、第１の抵抗体及び第２の抵抗体及び第３の抵抗体の各々の溶断特性が略同一であるので、過電流の発生パターンによらず、第１の抵抗体は第２の抵抗体及び第３の抵抗体よりも先に溶断に至る。よって、過電流の発生パターンによらず多相負荷駆動装置を保護できる。

本発明に係る多相負荷駆動装置の第５の態様によれば、低電位側の第２の抵抗体を流れる電流値を検出するため、絶縁性の低い安価な電流検出部を用いることができる。

本発明に係る実施の形態について図面を参照して説明する。なお、同一符号は同一又は相当部分を示し重畳する説明は省略する。

第１の実施の形態．
本発明に係る第１の実施の形態のモータ駆動装置の概念的な構成図を図１に示す。モータ駆動装置１は、インバータ１１と、駆動回路１３と、波形生成回路１２と、回転子位置センサー１４と、第１の抵抗体１５と、第２の抵抗体１６と、電流検出部１７とを備えており、モータＭ１を駆動することができる。

モータＭ１は例えば三相交流モータであって、Ｕ相コイルＬ１と、Ｖ相コイルＬ２と、Ｗ相コイルＬ３とを備えている。

インバータ１１は第１の抵抗体１５を介して動力用電源ＨＥと接続され、第２の抵抗体を介して接地ＧＮＤに接続されており、動力用電源ＨＥから直流電圧が入力される。そして、駆動回路１３から入力されたスイッチ信号に基づいて、この直流電圧を所望の電圧・周波数の交流電圧に変換してモータＭ１へと供給する。

即ち、第１の抵抗体１５を流れる動作電流は、インバータ１１を介して分岐され、Ｕ相コイルＬ１，Ｖ相コイルＬ２、Ｗ相コイルＬ３へと流れ、再びインバータ１１を介して合流して第２の抵抗体１６へと流れる。つまり、第１の抵抗体１５と第２の抵抗体１６を流れる動作電流は互いに等しい。

電流検出部１７は第２の抵抗体１６を流れる電流値を検出し、この電流値を波形生成回路１２に出力する。

回転子位置センサー１４はモータＭ１（より具体的には、モータＭ１が備える不図示の回転子）の回転位置及び回転速度を検出して、速度パルスＶＰとして波形生成回路１２に出力する。

波形生成回路１２は、例えばＣＰＵ等の外部から入力されたモータＭ１の回転数等を指定する出力指令Ｓと、回転子位置センサー１４から入力された速度パルスＶＰと、電流検出部１７から入力された電流値とに基づいて、例えばＰＷＭ（パルス幅変調）方式によりスイッチ信号を生成し、当該スイッチ信号を駆動回路１３に出力する。

駆動回路１３は波形生成回路１２から受け取ったスイッチ信号をインバータ１１に出力する。駆動回路１３はインバータ１１と波形生成回路１２との間で、例えばバッファや絶縁といった機能を果たす。

波形生成回路１２、駆動回路１３はそれぞれ制御用電源ＬＥが供給されて上記の動作を実行する。制御用電源ＬＥは、モータＭ１へと供給される動力用電源ＨＥよりも低電圧である。つまり、波形生成回路１２、駆動回路１３は一般的に高電圧に耐えうる仕様ではない。

このような構成のモータ駆動装置１において、例えば動力用電源ＨＥ側から過電流が流れて第２の抵抗体１６が溶断した場合、インバータ１１のスイッチ素子（図示せず）が短絡破壊し、動力用電源ＨＥから過電流（若しくは動作電流）が波形生成回路１２、駆動回路１３へと流れてこれらが故障する可能性があった。また、この場合、波形成形回路１２、駆動回路１３が故障しているので、故障原因の診断が困難になっていた。

本第１の実施の形態に係るモータ駆動装置１においては、第１の抵抗体１５は所定の基板上でパターン形成されており、第２の抵抗体１６は第１の抵抗体１５と比べて電力容量が大きい。なお、モータ駆動装置１の小型化という観点では、モータ駆動装置１が備える他の構成要素も当該基板上に実装又は形成されていることが望ましい。

なお、第１の抵抗体１５は、第２の抵抗体１６よりも電力容量が小さければ、どのようなパターン形状を有していてもよく、例えば実験により第１の抵抗体のパターン形状や材料を決定することができる。

本第１の実施の形態に係るモータ駆動装置１によれば、動力用電源ＨＥ側から過電流が流れた場合、第１の抵抗体１５が第２の抵抗体１６に比べて先に溶断に至るので、インバータ１１に当該過電流が流れ続けることを防止することができる。よって、モータ駆動装置１を過電流から保護することができる。また、故障原因の診断が容易である。

また、第１の抵抗体１５としてヒューズを採用した態様と比べて、モータ駆動装置１を小型化することができる。

また、一般的に、電流検出部１７が第１の抵抗体１５を流れる電流値を検出する態様であれば、第１の抵抗体１５には高電位が印加されるため、絶縁性を保持した高価な電流検出部１７が必要となる。さらに、第１の抵抗体１５が溶断した場合に、当該電流検出部１７を介して波形生成回路１２に高電圧が印加される可能性があった。本第１の実施の形態では、第２の抵抗体１６を流れる電流値を検出するため、安価な電流検出部１７を採用できると共に、第１の抵抗体１５が溶断した際に電流検出部１７を介して波形生成回路１２に高電位が印加されることを防止できる。

第２の実施の形態．
本発明に係る第２の実施の形態のモータ駆動装置１の概略的な構成は、図１に示すモータ駆動装置と同一である。但し、第２の抵抗体１６は、第１の抵抗体１５と比べて同じ電力容量で抵抗値が小さい。なお、第１の抵抗体１５は必ずしも所定の基板上にパターン形成されている必要はない。

第１の実施の形態と同様に第１の抵抗体１５及び第２の抵抗体１６を流れる電流値は互いに等しい。そして、第２の抵抗体１６の抵抗体値が第１の抵抗体１５の抵抗値よりも小さいので、第１の抵抗体１５の両端に印加される電圧値は、第２の抵抗体１６の両端に印加される電圧値よりも大きい。

また、第１の抵抗体１５の電力容量が第２の抵抗体１６の電力容量と等しいので、動力用電源ＨＥ側から過電流が流れた場合、第１の抵抗体１５が第２の抵抗体１６に比べて先に溶断に至る。よって、インバータ１１に当該過電流が流れる続けること防止することができ、モータ駆動装置１を保護することができる。

また、第１の実施の形態における電流検出部１７に関する効果は、本第２の実施の形態においても同様である。

第３の実施の形態．
本発明に係る第３の実施の形態のモータ駆動装置１の概念的な構成図を図２に示す。第１の実施の形態と異なる点として、第１の抵抗体１５が例えば一つの抵抗体Ｒ１を備えており、第２の抵抗体１６が例えば互いに並列に接続された２つの抵抗体Ｒ２，Ｒ３を備えている。

抵抗体Ｒ２は抵抗体Ｒ１と比べて電力容量及び抵抗値が同じである。抵抗体Ｒ３は抵抗体Ｒ３の電力容量以上の電力容量を有している。

そして、第１の抵抗体１５及び第２の抵抗体１６にそれぞれ流れる電流は等しいので、抵抗体Ｒ１を流れる電流値は、抵抗体Ｒ２，Ｒ３にそれぞれ流れる電流値よりも大きい。

そして、抵抗体Ｒ１，Ｒ２は互いに同一の電力容量を有し、抵抗体Ｒ３は抵抗体Ｒ２の電力容量以上の電力容量を執しているので、動力用電源ＨＥ側から過電流が流れた場合、抵抗体Ｒ１が抵抗体Ｒ２，Ｒ３に比べて先に溶断に至る。よって、インバータ１１に当該過電流が流れ続けることを防止することができる。

なお、本第３の実施の形態では、第１の抵抗体１５が一つの抵抗体Ｒ１を備えており、第２の抵抗体１６が２つの抵抗体Ｒ２，Ｒ３を備えているとして説明したがこれに限らない。例えば、第１の抵抗体１５は互いに並列接続された複数の抵抗体Ｒ１，Ｒ１，・・・を備え、互いに並列接続された複数の抵抗体Ｒ２，Ｒ２，・・・を備えてもよい。ただし、第２の抵抗体１６が備える抵抗体Ｒ１の数は第１の抵抗体１５が備える抵抗体Ｒ２の数よりも多く、且つこれらの各抵抗体はいずれも同一の電力容量及び抵抗値を有している。

この場合であっても、第１の抵抗体１５が備える各抵抗体Ｒ１に流れる電流値は、第２の抵抗体１６が備える各抵抗体Ｒ２に流れる電流値よりも大きく、これらの抵抗体Ｒ１，Ｒ２は同一の電力容量を有しているので、動力用電源ＨＥ側から過電流が流れた場合、第１の抵抗体１５が第２の抵抗体１６に比べて先に溶断に至る。よって、インバータ１１に当該過電流が流れ続けることを防止することができ、以ってモータ駆動装置１を保護することができる。

また、この場合、モータＭ１へと流れる動作電流の値に応じて、第１の抵抗体１５が備える抵抗体Ｒ１の数、及び第２の抵抗体１６がそれぞれ備える抵抗体Ｒ２の数を調整することで、本モータ駆動装置１を動作電流の異なる複数種類のモータＭ１へ容易に適用することができる。

また、本第３の実施の形態においては、抵抗体Ｒ１〜Ｒ３はいずれも同一材料及び同一外形形状を有していてもよい。この場合、各抵抗体Ｒ１〜Ｒ３は同一の溶断特性を有する。従って、動力用電源ＨＥからの過電流がどのようなパターン（例えば瞬時に大容量の過電流が生じるパターンや、瞬間的な過電流が繰り返し生じるパターン等）で生じたとしても、抵抗体Ｒ１は抵抗体Ｒ２，Ｒ３に比べて先に溶断に至るので、当該過電流がインバータ１１に流れることを防止することができる。つまり、過電流の発生パターンによらずモータ駆動装置を保護することができる。

また、第１の実施の形態における電流検出部１７に関する効果は、本第３の実施の形態においても同様である。

第１の実施の形態に係るモータ駆動装置の概念的な構成図である。 第２の実施の形態に係るモータ駆動装置の概念的な構成図である。

符号の説明

１ モータ駆動装置
１１ インバータ
１５ 第１の抵抗体
１６ 第２の抵抗体
Ｍ１ モータ
Ｒ１〜Ｒ３ 抵抗体

Claims (5)

1. 所定の基板上でパターン形成された第１の抵抗体（１５）と、
   前記第１の抵抗体と比べて電力容量が大きい第２の抵抗体（１６）と、
   高電位側で前記第１の抵抗体を介し、低電位側で前記第２の抵抗体を介して入力された直流電圧を交流電圧に変換して多相負荷（Ｍ）に供給する電力変換装置（１１）と
   を備える、多相負荷駆動装置（１）。
2. 第１の抵抗体（１５）と、
   前記第１の抵抗体と比べて同じ電力容量で抵抗値が小さい第２の抵抗体（１６）と、
   高電位側で前記第１の抵抗体を介し、低電位側で前記第２の抵抗体を介して入力された直流電圧を交流電圧に変換して多相負荷（Ｍ）に供給する電力変換装置（１１）と
   を備える、多相負荷駆動装置（１）。
3. 第１の抵抗体（Ｒ１）と、
   前記第１の抵抗体と比べて電力容量、及び抵抗値が同じである第２の抵抗体（Ｒ２）と、
   前記第２の抵抗体と並列に接続され、前記第２の抵抗体の電力容量以上の電力容量を有する第３の抵抗体（Ｒ３）と、
   高電位側で前記第１の抵抗体を介し、低電位側で前記第２の抵抗体及び前記第３の抵抗体を介して入力された直流電圧を交流電圧に変換して多相負荷（Ｍ）に供給する電力変換装置（１１）と
   を備える、多相負荷駆動装置（１）。
4. 前記第１の抵抗体及び前記第２の抵抗体及び前記第３の抵抗体は、互いに同一材料及び同一形状により構成されている、請求項３に記載の多相負荷駆動装置。
5. 前記第２の抵抗体を流れる電流値を検出する電流検出部（１７）
   を更に備える、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の多相負荷駆動装置。

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