JP2013099210A

JP2013099210A - モータ制御装置及びモータ制御方法

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Publication number: JP2013099210A
Application number: JP2011242832A
Authority: JP
Inventors: Keiji Wada; 啓二和田
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2011-11-04
Filing date: 2011-11-04
Publication date: 2013-05-20
Also published as: CN103095196A

Abstract

【課題】過渡的に大きな制動電流がコイルに流れてしまうことを防ぎつつ、安全かつ速やかにモータを停止させるためのブレーキ機能を簡素かつ確実に確保すること。
【解決手段】モータ制御装置は、オン状態にされたときにモータ１０７の３相のコイルを短絡させ、オフ状態にされたときに３相のコイルの短絡を解消する３個のパワー素子１０６ｄ〜１０６ｆと、３相のコイルのうちＵ相及びＷ相のコイルに流れる電流を検出する電流センサ１２０ａ、１２０ｂと、パワー素子１０６ｄ〜１０６ｆをオン状態に制御し、電流センサ１２０ａ、１２０ｂによって検出されたＵ相電流及びＷ相電流並びに電流センサ１２０ａ、１２０ｂの検出結果に基づいて算出されたＶ相電流のいずれかが所定の閾値を超えた場合に、パワー素子１０６ｄ〜１０６ｆを所定時間オフ状態に制御し、所定時間の経過後パワー素子１０６ｄ〜１０６ｆをオン状態に制御する制御部１１８と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ制御装置及びモータ制御方法に関するものである。

永久磁石型同期３相モータの制御において、モータの３相のコイルを短絡状態にし、モータの誘起電圧により３相のコイルに流れる電流を制動電流としてモータを制動するダイナミックブレーキ制御が用いられている。

ダイナミックブレーキ制御には、回転速度毎に制動力の特性が変化してしまうという問題がある。特許文献１には、この問題を解決するため、ロータの位置に応じて、モータのコイルを短絡状態とする数を選択的に制御する技術が記載されている。

また、ダイナミックブレーキ制御には、モータの３相のコイルの短絡開始時に、過渡的に大きな制動電流がコイルに流れてしまうという問題がある。特許文献２には、この問題を解決するため、３相短絡のオンオフ制御を実行する前に、ロータの磁極位置に応じて各スイッチング素子の先行オンオフ制御を実行する技術が記載されている。

特開平７―１８４３９４号公報特開平１０−２７１８８４号公報

一般にブレーキを作動させる場合は、何らかの異常（モータの速度異常、モータによって駆動される装置がリミットセンサに達してしまう等）が発生した場合が想定される。このため、モータにブレーキを作動させる場合は、通常のモータ制御機能を維持できているか否かさえ不確かなことを考慮しなければならない。そのため、特許文献１記載の技術のように、ロータの位置に応じて、モータのコイルを短絡状態とする数を選択的に制御したり、特許文献２記載の技術のように、ロータの磁極位置に応じて各スイッチング素子の先行オンオフ制御を実行したりするような繁雑な処理は避けることが望ましい。

本発明は、過渡的に大きな制動電流がコイルに流れてしまうことを防ぎつつ、安全かつ速やかにモータを停止させるためのブレーキ機能を簡素かつ確実に確保することを目的とする。

本発明は、オン状態にされたときに３相モータが有する３相のコイルを短絡させ、オフ状態にされたときに前記３相のコイルの短絡を解消する３個のスイッチング素子と、前記３個のスイッチング素子をオン状態にしているときに、前記３相のコイルのうちいずれか１相のコイルに流れる電流が所定の閾値を超えた場合には、前記３個のスイッチング素子を第１の所定時間オフ状態とし、前記第１の所定時間が経過した後に前記３個のスイッチング素子をオン状態とする制御部と、を含むことを特徴とするモータ制御装置である。

本発明において、前記制御部は、前記３個のスイッチング素子を最初にオン状態にしてから第２の所定時間が経過した後には、前記３個のスイッチング素子をオン状態とすることが好ましい。

本発明は、３相モータを制御するための３個のスイッチング素子をオン状態にするステップと、前記３相のコイルのうちいずれか１相のコイルに流れる電流が所定の閾値を超えた場合に、前記３個のスイッチング素子を第１の所定時間オフ状態にするステップと、前記第１の所定時間の経過後、前記３個のスイッチング素子をオン状態にするステップと、を含むことを特徴とするモータ制御方法である。

本発明において、前記３個のスイッチング素子を最初にオン状態にしてから第２の所定時間が経過した後には、前記３個のスイッチング素子をオン状態とすることが好ましい。

本発明は、過渡的に大きな制動電流がコイルに流れてしまうことを防ぎつつ、安全かつ速やかにモータを停止させるためのブレーキ機能を簡素かつ確実に確保することができる。

図１は、本実施形態に係るモータ制御装置を示す概略図である。図２は、比較例に係るモータ制御装置を示す概略図である。図３は、モータの３相を短絡したときのＵ相電流の例を示す図である。図４は、本実施形態に係るモータ制御装置のブレーキ制御の動作を示すフローチャートである。図５は、本実施形態によるブレーキ制御を行ったときのＵ相電流の例を示す図である。図６は、本実施形態によるブレーキ制御を行ったときにおいてモータに流れる電流の例を示す図である。

本発明を実施するための形態（以下、実施形態という）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に開示した構成は適宜組み合わせることが可能である。さらに、下記実施形態で開示した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

図１は、本実施形態に係るモータ制御装置及びモータを示す概略図である。本実施形態において、モータ１０７は、永久磁石型同期３相電動機であるが、３相の電動機であれば、これに限定されるものではない。本実施形態において、モータ１０７は、例えば、電子部品実装装置の駆動、Ｘ−Ｙテーブルの駆動又は工業用ミシン若しくは家庭用ミシン等を駆動するために用いられる。モータ１０７の用途はこれらに限定されるものではない。

モータ制御装置１は、交流電源１０１、１１１と、主電源回路部１０５と、インバータブリッジ回路部１０６と、制御電源回路部１１５と、スイッチング電源回路１１６と、ロジックコンデンサ１１７と、制御部１１８と、電流センサ１２０ａ、１２０ｂと、を含んでいる。主電源回路部１０５は、整流器１０２と、突入電流抑制回路１０３と、平滑コンデンサ１０４と、を含んでいる。制御電源回路部１１５は、整流器１１２と、突入電流抑制回路１１３と、平滑コンデンサ１１４と、を含んでいる。

交流電源１０１は、３相又は単相の電源である。整流器１０２は、交流電源１０１の交流電圧を直流電圧に変換する。突入電流抑制回路１０３は、電源投入時に整流器１０２から出力される突入電流を抑制する抵抗１０３ａと、電源が立ち上がった後該抵抗をバイパスするバイパススイッチ１０３ｂと、を備える。平滑コンデンサ１０４は、整流器１０２の出力電圧を平滑化する。

インバータブリッジ回路部１０６は、制御部１１８の制御下で、整流器１０２が出力する直流電圧を交流電圧に変換し、モータ１０７に電力を供給する。交流電圧がモータ１０７に印加されると、モータ１０７のロータが回転する。インバータブリッジ回路部１０６は、６個のパワー素子（スイッチング素子）１０６ａ〜１０６ｆを含んでいる。パワー素子１０６ａ及びパワー素子１０６ｄが、整流器１０２の高電圧側と低電圧側との間に直列に接続されている。同様に、パワー素子１０６ｂ及びパワー素子１０６ｅ、パワー素子１０６ｃ及びパワー素子１０６ｆが、整流器１０２の高電圧側と低電圧側との間にそれぞれ直列に接続されている。

パワー素子１０６ａとパワー素子１０６ｄとの接続点は、モータ１０７のＵ相に接続されている。パワー素子１０６ｂとパワー素子１０６ｅとの接続点は、モータ１０７のＶ相に接続されている。パワー素子１０６ｃとパワー素子１０６ｆとの接続点は、モータ１０７のＷ相に接続されている。パワー素子１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃが上アームを構成し、パワー素子１０６ｄ、１０６ｅ、１０６ｆが下アームを構成する。制御部１１８は、例えば、パワー素子１０６ａ〜１０６ｆのオン／オフをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御することにより、モータ１０７に交流電圧を印加することができる。

電流センサ１２０ａは、Ｕ相の電流ｉｕを検出し、電流センサ１２０ｂは、Ｗ相の電流ｉｗを検出する。なお、Ｖ相の電流ｉｖは、次式で算出可能である。また、Ｖ相にも電流センサを設けてもよい。
ｉｖ＝−ｉｕ−ｉｗ

交流電源１１１は、３相又は単相の電源である。整流器１１２は、交流電源１１１の交流電圧を直流電圧に変換する。突入電流抑制回路１１３は、電源投入時に整流器１１２から出力される突入電流を抑制する抵抗１１３ａと、電源が立ち上がった後に前記抵抗をバイパスするバイパススイッチ１１３ｂと、を含む。平滑コンデンサ１１４は、整流器１１２の出力電圧を平滑化する。

スイッチング電源１１６は、整流器１１２の直流出力電圧を昇圧又は降圧して、制御部１１８で必要とする電圧（例えば、５Ｖ又は３．３Ｖ等）を出力する。スイッチング電源回路１１６の出力電圧は、ロジックコンデンサ１１７で安定化されて制御回路１１８に入力される。次に、比較例について説明する。

図２は、比較例に係るモータ制御装置を示す概略図である。比較例のモータ制御装置２は、モータ１０７とインバータブリッジ回路部１０６との間に、ダイナミックブレーキ回路部１０８を設けている。ダイナミックブレーキ回路部１０８は、抵抗１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃと、リレースイッチ１０８ｄ、１０８ｅと、を含んでいる。抵抗１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃは、一端が共通に接続されている。抵抗１０８ｂの他端は、モータ１０７のコイルとしてのＶ相巻線に接続されている。リレースイッチ１０８ｄは、モータ１０７のコイルとしてのＵ相巻線と、パワー素子１０６ａとパワー素子１０６ｄとの接続点又は抵抗１０８ａの他端と、を接続する。リレースイッチ１０８ｅは、モータ１０７のコイルとしてのＷ相巻線と、パワー素子１０６ｃとパワー素子１０６ｆとの接続点又は抵抗１０８ｃの他端と、を接続する。

通常運転時において、リレースイッチ１０８ｄは、モータ１０７のＵ相巻線と、パワー素子１０６ａとパワー素子１０６ｄとの接続点とを接続し、リレースイッチ１０８ｅは、モータ１０７のＷ相巻線と、パワー素子１０６ｃとパワー素子１０６ｆとの接続点とを接続する。このようにすると、インバータブリッジ回路部１０６が出力する交流電圧がモータ１０７に印加され、モータ１０７のロータが回転する。

ブレーキ作動時において、リレースイッチ１０８ｄは、モータ１０７のＵ相巻線と、抵抗１０８ａの他端とを接続し、リレースイッチ１０８ｅは、モータ１０７のＷ相巻線と、抵抗１０８ｃの他端とを接続する。このようにすると、モータ１０７の３相、すなわちＵ相巻線とＶ相巻線とＷ相巻線とは、抵抗１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃを介して短絡される。このとき、モータ１０７の誘起電圧をモータ１０７自身のインピーダンスと抵抗１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃとの和で除した制動電流がＵ相巻線、Ｖ相巻線及びＷ相巻線に流れる。抵抗１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃが存在することにより、大きな制動電流が流れることはないが、モータ１０７の回転速度が低下するとともに誘起電圧が低下すると制動電流も低下し、ブレーキの作動からモータ１０７が停止するまでに要する時間が長くなるという問題がある。

上述した比較例の問題を回避し、ブレーキが作動した後にモータ１０７を速やかに停止させたい場合、インバータブリッジ回路部１０６が有する６個のパワー素子１０６ａ〜１０６ｆのうち、下アームのパワー素子１０６ｄ〜１０６ｆ又は上アームのパワー素子１０６ａ〜１０６ｃの一方を同時にオン状態にしてモータ１０７の３相を短絡することが考えられる。すると、モータ１０７の誘起電圧をモータ１０７自身のインピーダンスで除した制動電流がモータ１０７の３相に流れ、ブレーキが作動した後、短時間でモータ１０７を停止させることができる。

モータ１０７のインピーダンスＺの大きさは、式（１）で表される。式（１）中のＲはモータ１０７の抵抗、Ｌはモータ１０７のインダクタンス、ω＝２πｆ（ｆはロータの回転周波数）である。

インピーダンスＺは、周波数が高いほどインダクタンスＬが支配的であり、周波数が低いほど抵抗Ｒが支配的である。また、モータ１０７の誘起電流ｉは、式（２）で表される。ここで、Ｋ_ｅは誘起電圧係数、Ｎはロータの単位時間あたりの回転数である。

誘起電流ｉは、モータ１０７のロータの回転数が大きいほど大きく、ロータの回転数が小さいほど小さくなる。また、式（２）で、モータの電気的時定数やマグネットの極数によっては、回転数Ｎが高い領域で転流周波数ｆが高くなり、Ｒ<<ωＬ（＝２πｆＬ）になる場合がある。その場合は分母のＲ成分を無視できる。誘起電流ｉは、
ｉ≒Ｋｅ・Ｎ／ｊ（２πｆＬ）
と表される。さらに同期型モータの極数をＮとすると、誘起電流ｉは、
ｉ＝Ｋｅ・Ｎ／ｊ（２π・（Ｎ・Ｐ／120）・Ｌ）
となる。分子、分母のＮを消すと、誘起電流ｉは、
ｉ＝Ｋｅ／ｊ（２π・（Ｐ／120）・Ｌ）
と変形できる。上記式は、Ｒ<<ωＬの領域、すなわち回転数Ｎが十分高い領域（転流周波数ｆの高い領域）ではモータ１０７の誘起電流ｉ≒一定の電流値になることを意味している。

しかし、上記のブレーキ制御では、次のような問題がある。次に、この問題について説明する。

図３は、モータの３相を短絡したときのＵ相電流の例を示す図である。図３は、インバータブリッジ回路部１０６が有する６個のパワー素子１０６ａ〜１０６ｆのうち、下アームのパワー素子１０６ｄ〜１０６ｆ（又は上アームのパワー素子１０６ａ〜１０６ｃでもよい）を同時にオン状態にしてモータ１０７の３相を短絡したときにＵ相に流れる電流を検出した実験結果を示している。図３に示すように、時刻ｔ_０でブレーキ作動、つまり下アームのパワー素子１０６ｄ〜１０６ｆをオン状態にすると、Ｕ相には、時刻ｔ_１まで（数ｍｓ程度）過渡的に約４０Ａという大きな制動電流が流れている。モータのインピーダンスの値によっては、このように過渡的に大きな制動電流が流れる。時刻ｔ_１以降は、制動電流の振幅は約２０Ａとなり、その後ロータの回転速度が低下するとともに約０Ａに収束する。

このような大きな制動電流が過渡的に流れる理由は次の通りである。モータ１０７において、各相の電流は、各相の交流電圧（誘起電圧）からＬ／Ｒ（Ｌは、各相のインダクタンス、Ｒは、各相の抵抗）だけ遅れた交流電流となるべきところである。しかし、下アームのパワー素子１０６ｄ、１０６ｅ、１０６ｆをオンにした瞬間、３相すべての制動電流は０Ａで開始する。そのため、各相の電流は、０Ａから正方向又は負方向にオフセットしてしまうことになる。

上記のような大きな制動電流が流れると次のような問題が考えられる。
（１）制動電流がモータ１０７の仕様上の最大電流値を超えるとモータ１０７自体に減磁等の影響を及ぼすおそれがある。
（２）過渡的に制動方向に大トルクが発生する、あるいは過渡的にトルクが大きく変化する結果、モータ１０７の負荷にショックを与える可能性がある。
（３）インバータブリッジ回路部１０６側にも過渡的とはいえモータ１０７の仕様上の最大電流値を大幅に超える電流が流れるとパワー素子１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ等インバータブリッジ回路部１０６側に影響を与えるおそれがある。

また、モータ制御システムによっては、モータ１０７の仕様上の最大電流を超える電流が流れると過電流遮断機能が働き、ダイナミックブレーキ動作そのものをオフし、サーボフリーにするという安全動作機能が働くことも考えられ、すると、モータ１０７の回転（動作）が停止しなくなるおそれもある。

また、仮にダイナミックブレーキ動作がオフして、モータ１０７がフリーランしても安全なアプリケーションであっても、モータ１０７の仕様上の最大電流を超える電流が流れるという点で、試験規定等への抵触が考えられる。
以上のように、ブレーキが作動した一瞬とはいえ大きな制動電流が流れるという現象を抑制することが望まれる。

上記のような問題点に対して、特許文献１記載の技術では、ロータの位置に応じて、モータのコイルを短絡状態とする数を選択的に制御し、特許文献２記載の技術では、ロータの磁極位置に応じて各スイッチング素子の先行オンオフ制御を実行することとしている。しかし、ダイナミックブレーキを作動させる場合というのは、何らかの異常が発生した場合が想定されるので、そのような状況下で特許文献１、２のような繁雑な処理は避けることが望ましい。つまり、過渡的に大きな制動電流がコイルに流れてしまうことを防ぎつつ、緊急ブレーキとしての役割、すなわち安全かつ速やかにモータを停止させるために、特許文献１、２記載の技術よりも簡素で確実なブレーキ制御が望ましい。

そこで、本実施形態は、３相短絡によってブレーキを作動させる場合に、ブレーキを作動させるタイミングをまったく気にすることなく、緊急時のブレーキを遅滞なく速やかに動作させつつ、モータ１０７の各相電流が正側又は負側へオフセットする現象を抑えられる簡易なブレーキ制御を提案するものである。本実施形態に係るブレーキ制御は、下アーム又は上アームの３個のスイッチング素子をオン状態にしているときに、３相のコイルのうちいずれか１相のコイルに流れる電流が所定の閾値を超えた場合には、３個のスイッチング素子を第１の所定時間オフ状態とし、第１の所定時間が経過した後に３個のスイッチング素子をオン状態とする。次に、本実施形態のモータ制御装置１によるブレーキ制御について説明する。

図４は、本実施形態に係るモータ制御装置のブレーキ制御の動作を示すフローチャートである。ステップＳ１０として、制御部１１８は、何らかの異常（モータ１０７の速度異常又はモータ１０７によって駆動される装置がリミットセンサに達してしまう等）がモータ１０７に発生した場合（ステップＳ１０、Ｙｅｓ）、処理をステップＳ１２に進める。制御部１１８は、ステップＳ１０で何らの異常も発生していない場合（ステップＳ１０、Ｎｏ）、ステップＳ１０で待機する。

ステップＳ１０でモータ１０７に何らかの異常が発生した場合には（ステップＳ１０、Ｙｅｓ）、ステップＳ１２において、制御部１１８は、インバータブリッジ回路部１０６の下アームのパワー素子１０６ｄ、１０６ｅ、１０６ｆ（又は上アームのパワー素子１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ）をオンし、モータ１０７の３相を短絡させる。このようにすることで、モータ１０７の誘起電圧をモータ１０７自身のインピーダンスで除した制動電流がモータ１０７の３相に流れ、モータ１０７に制動力が作用する。

次に、制御部１１８は、ステップＳ１４に進み、モータ１０７のＵ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ、Ｗ相電流ｉｗのいずれかが所定の閾値を超えた場合には（ステップＳ１４、Ｙｅｓ）、ステップＳ１６に進む。モータ１０７のＵ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ、Ｗ相電流ｉｗのすべてが所定の閾値を超えていない場合には（ステップＳ１４、Ｎｏ）、ステップＳ１８に進む。

所定の閾値は、例えば、モータ１０７の仕様上の最大電流値、モータ１０７の仕様上の最大電流値から安全マージンを減じた値等である。なお、モータ１０７のＵ相電流ｉｕは電流センサ１２０ａで検出することができ、モータ１０７のＷ相電流ｉｗは電流センサ１２０ｂで検出することができ、モータ１０７のＶ相電流ｉｖはｉｖ＝−ｉｕ−ｉｗで算出することができる。なお、電流センサ１２０ａ、１２０ｂは、一般的なモータ制御装置で電流ループの制御等のために備えているものを利用することができる。このため、本実施形態のブレーキ制御のため、特に電流センサ１２０ａ、１２０ｂを設ける必要はない。

ステップＳ１４においてＹｅｓである場合、制御部１１８は、ステップＳ１６において、下アームのパワー素子１０６ｄ、１０６ｅ、１０６ｆを第１の所定時間オフし、モータ１０７の３相の短絡状態を所定時間解消する。下アームのパワー素子１０６ｄ、１０６ｅ、１０６ｆをオフした瞬間、モータ１０７の各相に流れていた各相電流は、モータ１０７のインダクタンスのエネルギーを放出し、電流の振幅を減じながら平滑コンデンサ１０４側へ回生電流として流れる。このように、一瞬下アームのパワー素子１０６ｄ、１０６ｅ、１０６ｆをオフすることで、最大電流を超えようとしていたモータ１０７の各相電流を数アンペア程度低下させることができる。なお、下アームのパワー素子１０６ｄ、１０６ｅ、１０６ｆをオフしても制動電流は流れているので、モータ１０７の制動力は生じている。

第１の所定時間は、例えばＰＷＭ制御の１周期（例えば、３００μｓ等）又はその数倍程度のごく短い時間のことである。また、制御部１１８をＣＰＵ（Central Processing Unit）とプログラムとで実現する場合、本実施形態に係るブレーキ制御を実行するブレーキ制御タスクがタスクスイッチングされる時間又はその数倍であってもよい。制御部１１８は、ステップＳ１６を実行したら、処理をステップＳ１２に進める。

ステップＳ１８においてＮｏである場合、制御部１１８は、処理をステップＳ１４に進める。ステップＳ１８において、ブレーキ開始後、第２の所定時間が経過した場合（ステップＳ１８、Ｙｅｓ）、制御部１１８は、処理をステップＳ２０に進める。

ステップＳ１８において、ブレーキ開始後、第２の所定時間が経過していない場合（ステップＳ１８、Ｎｏ）、制御部１１８は、処理をステップＳ１４に進める。すなわち、第２の所定時間が経過するまで、制御部１１８は、ステップＳ１４〜ステップＳ１８を繰り返す。

図３を用いて説明したように、制動電流が正側又は負側にオフセットして大きな制動電流が流れるのはブレーキ開始後数ｍｓ程度である。このため、第２の所定時間は、制動電流が正側又は負側にオフセットしなくなるのに必要な時間でよい。例えば、第２の所定時間は、ＰＷＭ制御の周期の整数倍（例えば５ｍｓ程度）とすればよい。また、制御部１１８をＣＰＵとプログラムとで実現する場合、本実施形態に係るブレーキ制御を実行するブレーキ制御タスクがタスクスイッチングされる時間の整数倍であってもよい。

ステップＳ１８において、ブレーキ開始後、第２の所定時間が経過した場合（ステップＳ１８、Ｙｅｓ）、制御部１１８は、ステップＳ２０に進み、下アームのパワー素子１０６ｄ〜１０６ｆのオン状態を継続させる。これにより、制御部１１８は、モータ１０７の３相の短絡状態を維持して、モータ１０７に制動力を働かせることができる。

ステップＳ１８で、ブレーキ開始後、第２の所定時間が経過した場合に、下アームのパワー素子１０６ｄ〜１０６ｆのオン状態を継続させる理由は次の通りである。ブレーキは、万一の異常事態を想定して、制御部１１８が電流センサ１２０ａ、１２０ｂの値を取得できない場合及び制御部１１８の上位の制御部（図示せず）との信号のやりとりができなくなった場合でも、安全かつ速やかにモータ１０７を停止させるものである。このため、第２の所定時間が経過した後、制動電流が流れ過ぎたか否かの監視を解除することにより、ごく短い時間、一旦３相の短絡をオフにするというステップＳ１６の処理を無効にする。このようにして、インバータブリッジ回路部１０６のパワー素子１０６ａ〜１０６ｆに突発的に不具合が発生する等の想定外の事態が起こらない限り、３相の短絡を継続し安全にモータ１０７を停止させることを優先するようにする。

ステップＳ２０が終了したら、制御部１１８はステップＳ２２に進む。ステップＳ２２において、モータ１０７が停止していない場合（ステップＳ２２、Ｎｏ）、制御部１１８はステップＳ２２で待機する。モータ１０７が停止した場合（ステップＳ２２、Ｙｅｓ）、制御部１１８は、本実施形態によるブレーキ制御を終了する。

図５は、本実施形態によるブレーキ制御を行ったときにＵ相に流れる電流を検出した実験結果を示す図である。図５に示すように、時刻ｔ_１０でブレーキが作動、すなわち下アームのパワー素子１０６ｄ、１０６ｅ、１０６ｆ（図１参照）をオン状態にしている。本実施形態のブレーキ制御によれば、Ｕ相電流はほとんどオフセットすることもなく、０Ａを中心として上下対称な相電流が流れていることがわかる。

図６は、本実施形態によるブレーキ制御を行ったときにおいてモータに流れる電流の例を示す図である。図６に示す例は、本実施形態によるブレーキ制御を行ったときに、Ｕ相電流ｉｕ及びＶ相電流ｉｖを検出した実験結果を示している。この実験では、本実施形態のブレーキ制御によるＵ相電流ｉｕ及びＶ相電流ｉｖの変化を分かり易くするため、図５に示す例よりもモータ１０７の回転速度を低くしている。図６に示すように、時刻ｔ_２０でブレーキ作動、すなわち下アームのパワー素子１０６ｄ、１０６ｅ、１０６ｆをオン状態にしたところ、時刻ｔ_２１でＷ相電流ｉｗが所定の閾値（例えば２０Ａ）を超えたので下アームのパワー素子１０６ｄ、１０６ｅ、１０６ｆを第１の所定時間（例えば３００μｓ）オフ状態にした。このため、時刻ｔ_２１の直後の所定時間、Ｕ相電流ｉｕ及びＶ相電流ｉｖが減少している。

その後、再び下アームのパワー素子１０６ｄ、１０６ｅ、１０６ｆをオン状態にしたところ、時刻ｔ_２２でＵ相電流ｉｕが所定の閾値を超えたので下アームのパワー素子１０６ｄ〜１０６ｆを所定時間オフ状態にしている。そのため、時刻ｔ_２２の直後の所定時間、Ｕ相電流ｉｕ及びＶ相電流ｉｖが減少している。その後、再び下アームのパワー素子１０６ｄ〜１０６ｆをオン状態にしたところ、時刻ｔ_２３でＶ相電流ｉｖが所定の閾値を超えたので下アームのパワー素子１０６ｄ、１０６ｅ、１０６ｆを所定時間オフ状態にした。このため、時刻ｔ_２３の直後の所定時間、Ｕ相電流ｉｕ及びＶ相電流ｉｖが減少している。その後は、３相の相電流は所定の閾値を超えることなく、モータ１０７のロータの回転速度が低下するとともに約０Ａに収束している。

本実施形態のモータ制御装置１が実行するコンピュータプログラムは、ＲＯＭ等に予め組み込まれて提供されてもよい。本実施形態のモータ制御装置１が実行するコンピュータプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するようにしてもよい。

さらに、本実施形態のモータ制御装置１が実行するコンピュータプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、本実施形態のモータ制御装置で実行されるコンピュータプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供又は配布するようにしてもよい。

以上、本実施形態によれば、次の効果が得られる。
（１）制動電流が流れるタイミングを考慮せず、遅滞なくブレーキを作動させる。ブレーキを発動させる際に計算又は磁極位置に応じて上アームのパワー素子と下アームのパワー素子とを組み合わせたオン／オフ制御を行う等といった時間的遅れを極めて低減することができる。
（２）ブレーキ時に流れるモータ相電流が、モータの仕様上の最大電流（又は所定の電流値でもよい）に達しない場合は、ブレーキ作動時に遅滞なく下アーム又は上アームの３個のパワー素子を同時オンして３相短絡するだけであるので、最短時間でモータの回転（動作）を停止させることができる。
（３）制御部の上位の制御部がパワー素子のオン／オフ制御を行ったりせず、制御部は、単にブレーキ時に流れるモータ相電流を監視して、もし相電流が流れ過ぎれば、ごく短い時間、一旦３相の短絡を解消し、その後再び３相を短絡させるという処理を繰り返すだけである。このため、単にブレーキ（３相短絡）か、下アーム又は上アームの３個のパワー素子をオフ（ごく短時間、３相の短絡を解消）かのいずれかの処理を行っているに過ぎない。このため、過渡的に大きな制動電流がコイルに流れてしまうことを防ぎつつ、安全かつ速やかにモータを停止させるためのブレーキ機能を簡素かつ確実に確保できる。

１、２モータ制御装置
１０１、１１１交流電源
１０２、１１２整流器
１０３、１１３突入電流抑制回路
１０４、１１４平滑コンデンサ
１０６インバータブリッジ回路部
１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄ、１０６ｅ、１０６ｆパワー素子（スイッチング素子）
１０７モータ
１０８ダイナミックブレーキ回路部
１１６スイッチング電源回路
１１７ロジックコンデンサ
１１８制御部
１２０ａ、１２０ｂ電流センサ

Claims

オン状態にされたときに３相モータが有する３相のコイルを短絡させ、オフ状態にされたときに前記３相のコイルの短絡を解消する３個のスイッチング素子と、
前記３個のスイッチング素子をオン状態にしているときに、前記３相のコイルのうちいずれか１相のコイルに流れる電流が所定の閾値を超えた場合には、前記３個のスイッチング素子を第１の所定時間オフ状態とし、前記第１の所定時間が経過した後に前記３個のスイッチング素子をオン状態とする制御部と、
を含むことを特徴とするモータ制御装置。
前記制御部は、前記３個のスイッチング素子を最初にオン状態にしてから第２の所定時間が経過した後には、前記３個のスイッチング素子をオン状態とする請求項１に記載のモータ制御装置。
３相モータを制御するための３個のスイッチング素子をオン状態にするステップと、
前記３相のコイルのうちいずれか１相のコイルに流れる電流が所定の閾値を超えた場合に、前記３個のスイッチング素子を第１の所定時間オフ状態にするステップと、
前記第１の所定時間の経過後、前記３個のスイッチング素子をオン状態にするステップと、
を含むことを特徴とするモータ制御方法。
前記３個のスイッチング素子を最初にオン状態にしてから第２の所定時間が経過した後には、前記３個のスイッチング素子をオン状態とする請求項３に記載のモータ制御方法。