JP2009213290A - モータの駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より低コストで回生電力による電圧値の上昇を抑えるモータの駆動装置を提供する。
【解決手段】ミシンモータの駆動装置１００は、交流電源１の交流を整流して直流を出力するコンバータ２と、ミシンモータ５の各相巻線に直流を通電するインバータ回路４と、インバータ回路４を制御してミシンモータ５を駆動あるいは制動するインバータ駆動回路６と、コンバータ２の直流を平滑すると共にミシンモータ５の回生電力を蓄電する平滑コンデンサ３と、コンバータ２とミシンモータ５との電気的接続について接続（ＯＮ）／切断（ＯＦＦ）を切替可能な電源切替トランジスタ７と、既知のミシンモータ５の加減速パターンに対して、減速開始タイミングよりも所定時間早いタイミングで電源切替トランジスタ７をＯＦＦにする制御装置２０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、回生電力を生ずるモータの駆動あるいは制動を行うモータの駆動装置に関する。

従来より、モータの駆動装置として、交流電源を整流して直流を出力する直流電源からのモータ各相巻線への通電を、所定の周期で断続することによりモータを駆動あるいは制動（いわゆるインバータ運転）するものが知られている。この種のモータ駆動装置によるモータの制動時には、モータが完全に停止するまでの間、モータが有する磁石の磁気エネルギーとモータの慣性による回転動作とによって電磁誘導が起こり、モータに起電力が生じる。つまり、モータによって発電が行われる。かようにして生じたモータの電力（回生電力）がそのままモータの駆動装置に流れると、モータの駆動装置にかかる電圧値が高まり、電源装置の各部位の絶縁が破壊されショートを起こしたり、あるいは駆動装置を破損させたりすることがある。このため、モータの駆動装置を構成する回路中に設けられて、直流電流を平滑する平滑コンデンサに当該回生電力を電荷として蓄電することで電圧値を抑える仕組みが知られている。また、モータの駆動装置を構成する回路中に、回生電力による電圧値の上昇が一定以上になった場合に回生電力を抵抗（いわゆる回生抵抗）に消費させる放電回路を設けて電圧値を制御する仕組みが知られている（例えば特許文献１）。
特開平４−４６５９０号公報

しかしながら、上述の従来のモータの駆動装置においては、回生電力の蓄電を平滑コンデンサが兼ねている。このため、平滑コンデンサが直流電流の平滑を行う過程で平滑コンデンサに蓄電された電荷に加え、さらに回生電力による電荷が加わり、平滑コンデンサの両端には、直流電源の電圧変動分に加えて放電回路が働くまでの回生電力（回生エネルギー）による電圧上昇分を加えた電圧が印加される。よって、容量及び許容電圧値ともに大きな平滑コンデンサを使用しなければ、回生電力の蓄電能力は小さく、平滑コンデンサによる回生電力の蓄電だけでは回生電力による電圧値の上昇の抑止が不十分となるといった問題点があった。
しかしながら、容量や許容電圧値の大きな平滑コンデンサを使用すると、コストが上がるといった問題点があるとともに、平滑コンデンサの容量や許容電圧値を大きくすれば回生電力による蓄電容量も大きくなり、放電時に用いる回生抵抗も自身が発生する発熱に耐えるように、より許容電力の大きな抵抗を用いる必要があった。
また、大型あるいは高速またはその両方であるモータを用いたモータの駆動装置でも回生電力も大きくなるため、大きな回生電力を消費するために大型の抵抗器または複数の抵抗器を用いる必要が生じ、結局、抵抗器のコストが上がることによってモータの駆動装置のコストが上がるといった問題点があった。さらに、大型の抵抗器は抵抗器自体の設置スペースも大きくなることに加えて抵抗器による発熱も大きくなるので、十分な放熱性能を確保するためにさらなるスペースや空調の仕組みが必要となり、モータの駆動装置の設計を制限する、特に装置の小型化を困難にするといった問題点があった。

本発明は、上述の問題点に鑑み、より低コストで回生電力による電圧値の上昇を抑えるモータの駆動装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、交流電源から入力した交流を整流して又は単独で直流を出力する直流電源と、前記直流電源とモータの各相巻線との接続状態を切り替え可能な通電手段と、前記通電手段の通電タイミングを制御して前記モータを駆動あるいは制動する駆動制御回路と、前記直流電源に接続され当該直流電源を平滑すると共に、前記モータの制動時に前記各相巻線に生じる回生エネルギーを電荷として蓄積する蓄電手段と、を備えるモータの駆動装置において、前記蓄電手段よりも直流電源寄りの位置で、前記モータへの前記直流電源の通電と切断とを切り替え可能な切替手段と、前記モータの加速時間と減速時間とが既知である加減速パターンに対して、前記切替手段を介して前記加減速パターンに基づく減速開始タイミングよりも所定時間早く前記直流電源からの通電を切断する制御を行う切断制御手段と、を備えることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、加減速パターンにおける加速期間（等速期間が設定されている場合には等速期間も）には駆動制御回路は、通電手段によりモータが駆動するように接続を行い、減速期間には制動状態となるように接続を行う。そして、切断制御手段が加減速パターンに対して、切替手段を介してモータの減速開始タイミングよりも所定時間早く前記直流電源からの通電を切断する。これによって、モータが減速開始するまでの所定時間は、直流電源に接続された蓄電手段に蓄積された電荷による電力でモータが駆動される。つまり、減速開始するまでの所定時間のモータの駆動によって、蓄電手段に蓄積されていた電荷が消費されるように切断制御手段が直流電源からの通電を切断する。その後、モータが減速開始するとモータが有する磁気エネルギーと慣性によるモータの回転運動とによってモータに回生電力が生じる。モータの回生電力は蓄電手段に電荷として蓄積される。このとき、蓄電手段の電荷は上述のようにあらかじめ消費され直流電源の電圧が低下しているので、例え、回生電力により発生する直流電源の電圧上昇分が同じであっても、予め低下している電圧分だけ直流電源の電圧を低下させることができる。これによって、モータの回生電力による蓄電手段の電圧値上昇を従来技術に比べて抑止することができ、蓄電手段の回生電力の蓄電能力を小さくすることが可能となる、或いは、蓄電手段による回生電力の蓄電で回生電力による電圧値の上昇をより効果的に抑止することが可能となる。よって、蓄電手段の容量低減によるコスト低減、又は、回生電力による電圧値の上昇により、モータの駆動装置の直流電源がショートを起こしたり、モータの駆動装置が破損したりすることがなくなり、モータの駆動装置の信頼性が大幅に向上する。
また、モータが減速開始するまでの所定時間は、蓄電手段に蓄積された電荷によってモータが駆動する。これによって、直流電源の直流によるモータの駆動時間が所定時間だけ減少する。つまり、直流電源からの直流をモータが消費する電力消費量を削減することができる。よって、モータの駆動装置の稼動に伴う維持コストが低減し、モータの駆動装置の経済性やエネルギー効率が大幅に向上する。
さらに、蓄電手段に加わる電圧を同一とした場合、蓄電可能な回生電力の電荷の容量は、上述のように従来技術に比べて増大させることができる。さらに、別途放電手段（例えば抵抗器等）を設けた場合であっても、放電手段によって蓄電手段の電荷を放電しなければならなくなるタイミングは従来技術に比べて遅くなる。つまり、放電手段によって回生電力を消費する頻度は従来技術に比べ低減する。よって、放電手段を小型化することができ、放電回路を構成する抵抗やトランジスタなどのコストが上がることによってモータの駆動装置のコストが上がるといった問題点を解消できる。よって、モータの駆動装置のコストが下がり、モータの駆動装置の経済性がより一層上昇する。加えて、大型の抵抗器を用いた場合、その設置スペース及び抵抗器の発熱に対する十分な放熱性能を確保するためのスペースや空調の仕組みが必要となり、モータの駆動装置の設計を制限する、特に装置の小型化を困難にするといった問題点も解消できる。よって、モータの駆動装置の設計自由度が大幅に向上する。

（本発明によるモータの駆動装置の全体構成）
以下、図を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本発明の実施の形態であるモータの駆動装置は、あらかじめ設定された縫いのパターンに従って縫いを行うミシンに設けられたミシンモータの駆動装置１００である。
図１はミシンモータの駆動装置１００の主要構成を示す回路図である。図１に示すように、ミシンモータの駆動装置１００は、交流を出力する交流電源１と、交流電源１から出力された交流を直流に変換して出力するコンバータ回路２と、ミシンの主軸（図示略）を回転駆動するミシンモータ５と、コンバータ回路２とミシンモータ５の各相巻線との接続状態を切り替え可能なインバータ回路４と、インバータ回路４によるミシンモータ５の各相巻線に対する通電のタイミングを制御することでミシンモータ５の駆動あるいは制動を行うインバータ駆動回路６と、コンバータ回路２から出力された直流電源Ａに接続され当該直流電源Ａを平滑すると共に、ミシンモータ５の回生電力を電荷として蓄電する平滑コンデンサ３と、平滑コンデンサ３よりもコンバータ２寄りの位置に設けられて後述する制御装置２０の制御に応じてコンバータ回路２とインバータ回路４との電気的接続と切断とを切り替ええて、ミシンモータ５への直流電源Ａの通電と切断とを切り替え可能な電源切替トランジスタ７と、電源切り替えトランジスタ７の切断時に当該電源切り替えトランジスタ７に逆電圧が印加されるのを防止する保護ダイオード７ａと、平滑コンデンサ３及びミシンモータ５に加えられる直流電源Ａの電圧を検出する電圧検出回路８と、平滑コンデンサ３の電荷を放電する放電回路１０と、ミシンモータの制御回路１００の各部を制御する制御装置２０と、を備えている。

また、図示しないが、ミシンは、ミシンのアーム部の延設方向に沿って配接されてミシンモータ５の駆動によって回転する主軸と、縫い針を保持して主軸の回転に応じて上下動する針棒と、主軸と針棒とを連結するよう設けられて主軸の回転運動を上下動運動に変換して針棒に伝達する上下動機構とを備え、縫いに要する針数を設定する設定手段と、各種の針数に対応したミシンモータ５の加減速パターンを記憶する記憶装置（例えばＥＥＰＲＯＭ）と、を備えている。
ミシンモータ５の駆動によって主軸が回転すると、上下動機構によって主軸の回転運動が上下動運動に変換されて針棒に伝達され、針棒が上下動する。また、上記ミシンは、針数が設定されると、当該針数に対応したミシンモータ５の加減速パターンが読み出され、これに従ってミシンモータ５の加減速制御が実行される。

（ミシンモータの駆動装置の各構成）
次に、ミシンモータの駆動装置の各構成について詳細に説明する。
交流電源１は、コンバータ２に交流を出力する。交流電源は、コンセント等から電力供給を得て交流を出力する電源装置であり、電力供給を受けるコンセントの電圧に応じた交流電源１がミシンモータの駆動装置１００に供給される。
コンバータ２は、交流電源１から出力された交流を直流に整流する所謂整流器である。コンバータ２によって整流された直流はインバータ回路４へと出力され、ミシンモータ５を駆動させる電気エネルギーとなる。

平滑コンデンサ３は、コンバータ２により整流された直流電源Ａに接続され、当該直流電源Ａを平滑する。そして、平滑コンデンサ３により平滑された直流電源Ａは、ミシンモータ５を駆動する駆動源となる。また、平滑コンデンサ３は、後述する回生電力による電圧値上昇の際に、当該回生電力の一部を電荷として蓄積することで回生電力に起因する直流電源Ａの電圧値上昇を緩和する。その詳細は後述する。

インバータ回路４は、インバータ駆動回路６の制御に応じてミシンモータ５を駆動あるいは制動する。インバータ回路４、インバータ駆動回路６によってミシンモータ５が駆動される仕組みについては後述する。

電源切替トランジスタ７は、コンバータ２とインバータ回路４とを接続する正極側の途中であって平滑コンデンサ３よりもコンバータ２側に設けられ、制御装置２０の制御に応じて、ミシンモータ５への直流電源Ａの通電（ＯＮ）と切断（ＯＦＦ）とを切り替える。つまり、電源切替トランジスタ７がＯＮのとき、コンバータ２の直流はインバータ回路４に流れ、電源切替トランジスタ７がＯＦＦのとき、コンバータ２の直流はインバータ回路４に流れない。
電圧検出回路８は、電源切替トランジスタ７よりも直流電源Ａ側に設けられ、平滑コンデンサ３及びミシンモータ５に加えられる直流電源のプラス極側（図１の上側）とマイナス極側（図１の下側）との間の電圧値を検出する。電圧検出回路８によって検出された電圧値は、制御装置２０に出力される。

放電回路１０は、直流電源Ａの正極と負極のとの間に設けられ、平滑コンデンサ３の電荷を放電する。放電回路１０は、電力を消費して熱に変化して発散させる抵抗器１１と、直流電源Ａに対する抵抗器１１の電気的接続について接続（ＯＮ）／切断（ＯＦＦ）を切り替える放電回路切替トランジスタ１２とを直列に接続してなる。制御装置２０は、電圧検出回路８から検出される直流電源Ａの電圧が所定の電圧以上となると放電回路切替トランジスタ１２にオン信号を出力し放電回路切替トランジスタ１２をＯＮさせることにより、平滑コンデンサ３に蓄積された電荷の一部が電流となって抵抗器１１に流れて消費され、平滑コンデンサ３の蓄電量が低減され、直流電源Ａが所定の電圧以上に上昇するのが防止される。

制御装置２０は、ミシンモータの駆動装置１００の各部を制御する。例えば、設定針数によって定まるミシンモータ５の加減速パターンをインバータ駆動回路６に出力し、ミシンモータ５が当該加減速パターンに応じて駆動されるようインバータ駆動回路６を制御する。また、当該加減速パターンに応じて電源切替トランジスタ７をＯＦＦに切り替える。このとき、ミシンモータ５が制動される所定時間前に電源切替トランジスタ７をＯＦＦにする。

図２はミシンモータ５の回転速度とトリガ信号Ｔｒとの関係を示す説明図である。図２上図は針数によって定められたミシンモータ５の加減速パターンの一例であり、図２下図はトリガ信号Ｔｒが出力されるタイミングを示す信号パターンの一例である。
ミシンモータ５が制動されるタイミングｔ１の所定時間前のタイミングｔ０で制御装置２０はトリガ信号Ｔｒを電源切替トランジスタ７に出力する。トリガ信号Ｔｒを受けた電源切替トランジスタ７はＯＦＦとなり、コンバータ２とインバータ回路４とは電気的に切断された状態となる。このとき、ミシンモータ５が制動されるタイミングまでの所定時間、ミシンモータ５は平滑コンデンサ３にそれまで蓄積されていた電荷によって駆動される。平滑コンデンサ３によるミシンモータ５の駆動の詳細については後述する。

制動開始からどの程度前のタイミングでトリガ信号Ｔｒを出力して電源切替トランジスタ７をＯＦＦにするかについては、当該タイミングと加減速パターンにおけるミシンモータ５の回転速度との関係を定めたタイミングテーブルが記憶装置（例えばＥＥＰＲＯＭ）に記憶されており、これを参照して決定する。また、このタイミングテーブルは事前に試験などを行い適正な値を求めて作成される。このように、制御装置２０の制御によって電源切替トランジスタ７は「切替手段」として機能する。また、制御装置２０は「切断制御手段」として機能する。また、電源切替トランジスタ７がＯＦＦの際、電圧検出回路８によって検出された電圧値に応じて放電回路切替トランジスタ１２のＯＮ／ＯＦＦを切り替える。ミシンモータの駆動装置１００における制御装置２０の各種制御については後述する。

（ミシンモータの駆動及び制動）
次に、ミシンモータの駆動装置１００においてミシンモータ５が駆動あるいは制動される仕組みについて詳細に説明する。
交流電源１から供給された交流は、コンバータ２によって直流に整流され、インバータ回路４へと流れる。このとき、コンバータ２から出力される直流は、平滑コンデンサ３によって平滑され、直流電源Ａとしてミシンモータ５に供給される。なお、平滑コンデンサ３は当該直流を平滑する作用と共に、当該直流の一部を電荷として蓄積する。

インバータ回路４は、インバータ駆動回路６の制御に従ってミシンモータ５を駆動する。
インバータ回路４は、コンバータ２とミシンモータ５との電気的接続／切断について、インバータ駆動回路６の制御に従って電気的接続（ＯＮ）／切断（ＯＦＦ）とを切替るトランジスタ４ａ〜４ｆと、インバータ回路４を流れる電流を整流するダイオード４ｇ〜４ｌと、を備えている。
また、ミシンモータ５は、ミシンモータ５内で固定されて設けられた駆動コイル５ａ，５ｂ，５ｃと、ミシンモータ５の回転軸（図示略）と連結して回転可能に設けられた円筒状のマグネットロータ５ｄと、マグネットロータ５ｄの所定の三箇所に設けられてマグネットロータ５ｄの回転角度を検出する位置検出素子５ｅ，５ｆ，５ｇとを備えている。駆動コイル５ａ，５ｂ，５ｃはそれぞれ一端部が他の駆動コイルと接続している。また、駆動コイル５ａ，５ｂ，５ｃはそれぞれが他の駆動コイルに対して120度の角度で設けられ、駆動コイル５ａ，５ｂ，５ｃはミシンモータ５の回転軸とほぼ平行に、マグネットロー５ｄの表面に対抗するようにに設けられている。また、インバータ回路４とミシンモータ５とは、導線Ｕ，Ｖ，Ｗで電気的に接続されており、駆動コイル５ａの他端部は導線Ｕと、駆動コイル５ｂの他端部は導線Ｖと、駆動コイル５ｃの他端部は導線Ｗと接続している。

インバータ回路４のトランジスタ４ａ〜４ｆは、そのいずれかふたつがインバータ駆動回路６の制御によってＯＮとなる。これによって、ミシンモータ５の駆動コイル５ａ，５ｂ，５ｃと導線Ｕ，Ｖ，Ｗによって形成される回路のいずれにコンバータ２からの直流が流れるかが決定する。例えば、導線Ｕを介して駆動コイル５ａ，５ｂに直流が流れ、導線Ｖに至るようにする場合は、トランジスタ４ａ，４ｅがＯＮとなり、他はＯＦＦとなる。このとき、駆動コイル５ａ，５ｂには流れた直流に応じた磁界が生じる。つまり、トランジスタ４ａ〜４ｆのうちいずれかふたつがＯＮとなることで駆動コイル５ａ〜５ｃのいずれかふたつに直流が流れ、直流が流れた駆動コイル５ａ〜５ｃに磁界が生じる。
マグネットロータ５ｄは、円筒状の永久磁石であり、円筒の円中心軸に沿って当該円筒を半分に分割する線（５ｈ）を境に、一方がＮ極（５ｉ）、他方がＳ極（５ｊ）の磁力を有している。上述の仕組みで駆動コイル５ａ〜５ｃに生じた磁界と、マグネットロータ５ｄの磁力とが作用して運動ベクトルが生じ、マグネットロータ５ｄはミシンモータ５の回転軸を中心として回転運動を行う。このときのマグネットロータ５ｄの回転方向は、駆動コイル５ａ〜５ｃに生じた磁界の向きに応じる。つまり、インバータ回路４のトランジスタ４ａ〜４ｆを駆動するインバータ駆動回路６の制御によって決定する。また、マグネットロータ５ｄの駆動コイル５ａ〜５ｃに対する回転角度は位置検出素子５ｅ〜５ｇによって検出され、インバータ駆動回路６に出力される。インバータ駆動回路６は位置検出素子５ｅ〜５ｇによるマグネットロータ５ｄの回転角度に応じてインバータ回路４のトランジスタ４ａ〜４ｆのＯＮ／ＯＦＦを切り替えてマグネットロータ５ｄを回転させる。マグネットロータ５ｄの回転運動はミシンモータ５の回転軸を回転させる。かようにしてミシンモータ５は駆動し、ミシンの主軸が回転する。つまり、ミシンモータ５は所謂ＤＣブラシレスモータである。

よって、ミシンモータ５は「モータ」、ミシンモータ５の駆動コイル５ａ〜５ｃに通電を行うインバータ回路４は「通電手段」、インバータ回路４を制御することでミシンモータ５を駆動あるいは制動するインバータ駆動回路６は「駆動制御回路」として機能する。
なお、インバータ駆動回路６によるミシンモータの駆動あるいは制動は、ミシンの縫製データの縫いパターンに応じて制御装置２０によって制御される。つまり、インバータ駆動回路によるミシンモータ５の制御を、制御装置２０がさらに制御している。

（回生電力）
次に、ミシンモータ５の制動時に回生電力が生じる仕組みについて詳細に説明する。ミシンモータ５が回転すると、当該回転に伴い、マグネットロータ５ｄが有する磁力による磁界の位置及び向きが駆動コイル５ａ〜５ｃに対して変化する。これによって駆動コイルには電磁誘導が生じ、起電力（回生電力）が発生する。

ミシンモータ５の回生電力は、ミシンモータ５が駆動されている場合や単にミシンモータ５への通電を遮断した場合の惰性回転の場合にも発生するが、ミシンモータ５の回転に必要とされる電力が当該回生電力より大きいので、回生電力はミシンモータ５を回転させるための電力として消費され、直流電願Ａの電圧は上昇せず当該回生電力がコンバータ２を破損させることはない。しかし、ミシンモータ５は、縫製効率の低下を防ぐために制動時に速やかに停止させる必要がある。そのため、インバータ駆動回路６は、ミシンモータ５のマグネットロータ５ｄがそれまでの回転方向と逆方向に回転する回転ベクトルを生ずるようにインバータ回路４を制御する、いわゆる逆転制動を行う。この場合、ミシンモータ５は、発電機として作用するので回生電力を発生し、この回生電力は平滑コンデンサ３に電荷として蓄積される。また、これに伴い、直流電源Ａの電圧は上昇する。

（平滑コンデンサの放電）
次に、平滑コンデンサ３の放電が行われる仕組みについて詳細に説明する。
図３はミシンモータ５の回転数Ｓと、平滑コンデンサ３の両極間の電圧値Ｖと、の関係を示すグラフである。図３上図は針数によって定められたミシンモータ５の加減速パターンの一例であり、下図は加減速パターンに従って逆転制動による加減速が行われた場合の平滑コンデンサ３の電圧（直流電源Ａの電圧）の変化を示している。
ミシンモータ５の加速開始から、減速の所定時間前のタイミング（ｔ０）までの間は、電源切替トランジスタ７はＯＮとなっている。つまり、コンバータ２による直流によってミシンモータ５は駆動される。このとき、平滑コンデンサ３の電圧値Ｖすなわち直流電源Ａの電圧は、図３に示すようにミシンモータ５の始動直後は直流電源Ａの通電経路に発生する電圧降下により一時的に下がるものの、その後はほぼ一定（電圧値Ｖｃ）となる。また、このとき放電回路１０の放電回路切替トランジスタ１２はＯＦＦである。また、制御装置２０は、インバータ駆動回路６を通じて、駆動開始から制動が始まるタイミング（ｔ１）までは、ミシンモータ５が駆動を行うようにインバータ回路４の接続切り替えを実行させる。
その後、上述のように、ミシンモータ５が制動されることで減速する所定時間前のタイミング（ｔ０）に制御装置２０によって電源切替トランジスタ７がＯＦＦとなる。一方、ミシンモータ５の制動が始まるタイミング（ｔ１）までの所定時間は、ミシンモータ５は定速（速度Ａ）で駆動される。このときミシンモータ５では電力消費が行われるが、電源切替トランジスタ７がＯＦＦとなっているので、コンバータ２による直流は供給されない。このとき、ミシンモータ５は、平滑コンデンサ３に蓄積された電荷を消費することで駆動される。つまり、ｔ０からｔ１までの所定時間は、平滑コンデンサ３がミシンモータ５の電力供給源となる。これによって、平滑コンデンサ３がコンバータ２の直流の平滑時に蓄積した電荷が放電される。つまり、平滑コンデンサ３の蓄電量が低減する。これに伴い、平滑コンデンサ３の両極間の電圧値Ｖは電圧値Ｖｄまで低下する。電圧値Ｖの低下は、電圧検出回路８によって検出される。

その後、制動開始のタイミングｔ１において、制御装置２０によりインバータ駆動回路６を介してミシンモータ５が制動を行うようにインバータ回路４の切り替え制御が行われると、電源切替トランジスタ７は既にＯＦＦなので、ミシンモータ５の回生電力によって平滑コンデンサ３に電荷が蓄積される。これに伴い、電圧値Ｖは上昇する。電圧値Ｖの上昇は、電圧検出回路８によって検出される。このとき、ミシンモータ５の減速開始後のタイミングｔ２において電圧値Ｖが電圧値Ｖａを超えたことが電圧検出回路８によって検出されると、制御装置２０は放電回路１０の放電回路切替トランジスタ１２をＯＮにする。ここで、電圧値Ｖａは平滑コンデンサ３の許容電圧である。これによって、放電回路１０の抵抗器１１がミシンモータの駆動回路１００と電気的に接続され、平滑コンデンサ３に蓄積された電荷が電流となって抵抗器１１に流れ、抵抗器１１によって当該電流は消費され、熱となる。これに伴い、電荷を放電した平滑コンデンサ３の電圧値Ｖは低下する。電圧値Ｖの低下は、電圧検出回路８によって検出される。つまり、制御装置２０が放電回路切替トランジスタ１２をＯＮにすることで平滑コンデンサ３の電荷を抵抗器１１に放電させる。よって、制御装置２０の制御によって放電回路１０は「放電手段」として機能する。また、電圧検出回路８は「判定手段」として機能する。

放電回路１０の抵抗器１１による放電に伴い、電圧値Ｖが電圧値Ｖｂを下回ったことが電圧検出回路８によって検出されると、制御装置２０は放電回路１０の放電回路切替トランジスタ１２をＯＦＦにする。つまり、ミシンモータ５の駆動装置１００に対する抵抗器１１の電気的接続が切断され、平滑コンデンサ３の電荷の放電が行われなくなる。これによって、平滑コンデンサ３にはミシンモータ５の回生電力が電荷として再度蓄積され、電圧値Ｖは上昇する。
その後、制御装置２０は電圧検出回路８によって検出された電圧値Ｖが電圧値Ｖａを超えると放電回路１０の放電回路切替トランジスタ１２をＯＮにし、電圧値Ｖｂを下回ると放電回路切替トランジスタ１２をＯＦＦにする。これによって、電圧値Ｖを基準として、平滑コンデンサ３の蓄電容量を超えた蓄電が行われないよう制御される。また、このとき、放電回路切替トランジスタ１２が一度ＯＦＦになってから再びＯＮになるまでには間があるため、抵抗器１１の熱は発散される。かようにして、ミシンモータ５が完全に停止するまでの間、平滑コンデンサ３の電圧値Ｖの制御が行われる。
なお、電圧値ＶｂはＶａ以下の値であれば良い。つまり、電圧値Ｖａを超えれば放電回路切替トランジスタ１２をＯＮにし、電圧値Ｖａを下回れば放電回路切替トランジスタ１２をＯＦＦにするよう制御しても良い。
また、ミシンモータ５の停止後は、制御装置２０は、平滑コンデンサ３が所定電圧（例えば、Ｖｂ又はＶｃ）に低減するまで、放電回路切替トランジスタ１２をＯＮ状態に維持しつつ、電源切替トランジスタ７をＯＦＦのままとする制御を行うことが望ましい。

（本発明のミシンモータの駆動装置による作用効果）
上述の実施の形態によれば、制御装置２０が縫製データの縫いパターンに応じたミシンモータ５の加減速パターンに対して、電源切替トランジスタ７をＯＦＦにしてミシンモータ５の減速開始タイミングよりも所定時間早いタイミング（ｔ０）にコンバータ２からの直流の通電を切断する。これによって、ミシンモータ５が減速開始するまでの所定時間（ｔ０からｔ１の間）は、平滑コンデンサ３に蓄積された電荷による電力供給でミシンモータ５が駆動される。このとき平滑コンデンサ３に蓄積された電荷は、コンバータ２から出力される直流を平滑コンデンサ３が平滑する際に蓄積された電荷である。つまり、減速開始するまでの所定時間のミシンモータ５の駆動によって、平滑コンデンサ３に蓄積されていた電荷が消費されるように制御装置２０がコンバータ２からの通電を切断する。その後、ミシンモータ５が減速開始するとミシンモータ５が有する磁気エネルギーとミシンモータ５の回転が停止するまでのミシンモータ５の回転運動とによってモータに回生電力が生じ、当該回生電力は平滑コンデンサ３に電荷として蓄積される。このとき、平滑コンデンサ３の電荷は上述のようにあらかじめ消費され直流電源Ａの電圧が低下しているので、例え、回生電力により発生する直流電源Ａの電圧上昇分が同じであっても、予め低下している電圧分だけ直流電源Ａの電圧を低下させることができる。つまり、図３における電圧値Ｖｃと電圧値Ｖｄとの差異分（Δe[V]）だけ平滑コンデンサ３が回生電力による直流電源Ａの電圧を低く抑えることができる。これによって、ミシンモータ５の回生電力による平滑コンデンサ３の両極間の電圧値Ｖの上昇を従来技術に比べて抑止することができる。よって、回生電力による電圧値の上昇により、ミシンモータの駆動装置１００のコンバータ２がショートを起こしたり、ミシンモータの駆動装置１００が破損したりすることはなく、ミシンモータの駆動装置１００の信頼性が大幅に向上する。
また、ミシンモータ５が減速開始するまでの所定時間（ｔ０からｔ１の間）は、平滑コンデンサ３に蓄積された電荷によってミシンモータ５が駆動する。これによって、コンバータ２の直流によるミシンモータ５の駆動時間が当該所定時間だけ減少する。つまり、コンバータ２の直流をミシンモータ５が消費する電力消費量を削減することができる。よって、ミシンモータの駆動装置１００の稼動に伴う維持コストが低減し、ミシンモータの駆動装置１００の経済性やエネルギー効率が大幅に向上する。
さらに、平滑コンデンサ３に加わる電圧を同一とした場合、平滑コンデンサ３に蓄電可能な回生電力の電荷の容量は、予め低下している電圧分だけ従来技術に比べて増大している。従って、放電回路１０によって平滑コンデンサ３の電荷を放電しなければならなくなるタイミングは従来技術に比べて遅くなる。具体的には、図３に示す従来技術における電圧値の変化を示す電圧値Ｖ１が回生電力によって電圧値Ｖａをはじめて超えるタイミングｔ３と、本発明の実施の形態において電圧値Ｖが電圧値Ｖａをはじめて超えるタイミングｔ２との間には時間Ｔの差異がある。つまり、放電回路１０によって回生電力を消費する頻度は従来技術に比べ低減する。よって、放電回路１０の小型化を計ることができ、放電回路を構成する抵抗やトランジスタなどのコストが上がることによってモータの駆動装置のコストが上がるといった問題点を解消できる。よって、ミシンモータの駆動装置１００のコストが下がり、ミシンモータの駆動装置１００の経済性がより一層上昇する。加えて、大型の抵抗器を用いた場合、その設置スペース及び抵抗器の発熱に対する十分な放熱性能を確保するためのスペースや空調の仕組みが必要となり、モータの駆動装置の設計を制限する、特に装置の小型化を困難にするといった問題点も解消できる。よって、ミシンモータの駆動装置１００の設計自由度が大幅に向上する。

（その他）
なお、上述の実施の形態では、モータの駆動装置はミシンモータ５の駆動を制御する装置であるが、本発明が駆動制御するモータはミシンモータ５に限らないことは言うまでもない。本発明によるモータの駆動装置は、モータの加減速パターンが既知である場合のように、減速の開始タイミングが予め認識可能なモータの制御を行うものであれば応用可能である。例えば、チップマウンタ等の電子部品搭載装置のアクチュエータのモータのように、ヘッドを目的地まで移動する際の加減速パターンが予め定められている場合等がこれに相当する。
また、上述の実施の形態では、ミシンモータ５はＤＣブラシレスモータであるが、インバータ制御で駆動するモータならばモータの種類を問わない。例えばＡＣサーボモータ等でもよい。
また、上述の実施の形態では、交流電源からコンバータ２を介して整流された直流により直流電源を構成しているが、電池により単独で直流電源を構成しても良い。

ミシンモータの駆動装置の主要構成を示す回路図である。 ミシンモータの回転速度とトリガ信号との関係を示す説明図である。 ミシンモータの回転数と、平滑コンデンサの両極間の電圧値と、の関係を示すグラフである。

符号の説明

２ コンバータ
３ 平滑コンデンサ
４ インバータ回路
５ ミシンモータ
６ インバータ駆動回路
７ 電源切替トランジスタ
８ 電圧検出回路
１０ 放電手段
１１ 抵抗器
１２ 放電回路切替トランジスタ
２０ 制御装置

Claims (1)

1. 交流電源から入力した交流を整流して又は単独で直流を出力する直流電源と、
   前記直流電源とモータの各相巻線との接続状態を切り替え可能な通電手段と、
   前記通電手段の通電タイミングを制御して前記モータを駆動あるいは制動する駆動制御回路と、
   前記直流電源に接続され当該直流電源を平滑すると共に、前記モータの制動時に前記各相巻線に生じる回生エネルギーを電荷として蓄積する蓄電手段と、を備えるモータの駆動装置において、
   前記蓄電手段よりも直流電源寄りの位置で、前記モータへの前記直流電源の通電と切断とを切り替え可能な切替手段と、
   前記モータの加速時間と減速時間とが既知である加減速パターンに対して、前記切替手段を介して前記加減速パターンに基づく減速開始タイミングよりも所定時間早く前記直流電源からの通電を切断する制御を行う切断制御手段と、を備えることを特徴とするモータの駆動装置。

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