JP2013099231A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ駆動回路の破壊により、制御電源の出力に接続される負荷が短絡して過大な故障電流が流れることにより、制御電源が破壊に至る場合がある。
【解決手段】制御電源からの電圧が入力されて、主電源からモータの駆動巻線へ電力を供給するインバータ部と、前記制御電源を電力源とし前記インバータ部への通電信号を発生する制御部を備え、前記制御電源の負荷が短絡した時に前記制御電源を保護する回路保護素子を、制御電源電力供給線に設けたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は空気調和機などの送風ファン用途に供されるモータ駆動装置に関し、特にモータ駆動装置の破壊による上位機器への故障波及を防止する技術に関する。

従来、空気調和機の送風ファン用途に供されるモータ駆動装置としては、モータの巻線への電力源である直流電源と、前記駆動装置の構成要素の各部品への電力源である制御電源と、前記モータへの運転指令とを、外部から供給されて機能し、前記モータの回転信号を外部へ出力するモータ駆動装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図１５はモータ駆動装置の従来例の全体構成図であり、制御回路１０４、パワースイッチング素子１０５、逆流防止ダイオードＤ１〜Ｄ３、モータ駆動巻線Ｌ１〜Ｌ３からなるモータ、高電圧直流電源１０１、制御電源１０２、速度制御手段１０３から構成されている。パワースイッチング素子１０５には高電圧直流電源１０１（高電圧）出力が入力される。制御回路１０４には、制御電源１０２（低電圧）と速度制御手段１０３（低電圧）の出力が逆流防止ダイオードＤ１並びに逆流防止ダイオードＤ２を介して入力され、またモータの速度信号を速度制御手段１０３（低電圧）に逆流防止ダイオードＤ３を介して出力するように構成される。

逆流防止ダイオードＤ１〜Ｄ３はモータ駆動回路破壊による高電圧の高電圧直流電源出力と低電圧の制御電源及び速度制御手段が短絡の際、図１６のように高電圧と制御電圧に対し高電圧がカソードとなるように接続され構成される。ここでモータ駆動回路１０６内部においてＶｄｃとＶＣＣが短絡すると、図１６のように制御電源１０２と逆流防止ダイオードＤ１に高電圧が印加されるが、逆流防止ダイオードＤ１のカソード側に高電圧が印加されるので逆流防止ダイオードＤ１は非導通状態にあり、高電圧は制御電源１０２に印加されることはない。

特開２００７−１１０８６７号公報

このような従来のモータ駆動装置においては、逆流防止ダイオードＤ１により制御電源１０２に高電圧は印加されないものの、破壊により制御電源の負荷である制御回路の制御電源入力端子のインピーダンスが著しく低下すると、制御電源からの故障電流が過大になり、制御電源の構成要素を破壊しうるという課題があった。本発明はモータ駆動回路の破壊により制御電源の負荷が低インピーダンスになって発生する過大な故障電流により制御電源が故障に至ることを防止することを目的とする。

上記課題を解決するために、第１の発明のモータ駆動装置は、制御電源からの電圧が入力されて、主電源からモータの駆動巻線へ電力を供給するインバータ部と、前記制御電源を電力源とし前記インバータ部への通電信号を発生する制御部を備え、前記制御電源の負荷が短絡した時に前記制御電源を保護する回路保護素子を、制御電源電力供給線に設けたことを特徴とする。

第２の発明のモータ駆動装置は、前記主電源は、商用交流電源を整流平滑して得られる直流電圧を出力するものであり、前記制御電源は、出力端子にトランジスタを備え前記主電源から電圧変換手段を介して得られる主電源より比較的低い電圧を出力するものであることを特徴とする。

第３の発明のモータ駆動装置は、前記インバータ部並びに前記制御部が短絡時の故障電流を制限する第一の抵抗を前記インバータ部への前記制御電源電力供給線に設けたことを特徴とする。

第４の発明のモータ駆動装置は、前記インバータ部並びに前記制御部の短絡時の故障電流を制限する第一の抵抗を前記制御部への前記制御電源電力供給線に設けたことを特徴とする。

第５の発明のモータ駆動装置は、前記インバータ部並びに前記制御部の短絡時の故障電流を制限する第一の抵抗を前記インバータ部と前記制御部への前記制御電源電力供給線に設けたことを特徴とする。

第６の発明のモータ駆動装置は、前記制御電源から複数の高速ダイオードを介して電力が供給されるフローティング電源と、前記主電源に対しトーテムポール接続した絶縁ゲート型トランジスタからなるスイッチ手段を備え、前記インバータ部は絶縁ゲート型トランジスタのゲート駆動用の高電圧ＩＣを含み、前記インバータ部と前記制御部の短絡時の故障電流を制限する第一の抵抗を前記フローティング電源への制御電源電力供給線に設けたことを特徴とする。

第７の発明のモータ駆動装置は、前記回路保護素子は、ヒューズもしくはマイクロヒューズもしくはヒューズ抵抗器であることを特徴とする。

第８の発明のモータ駆動装置は、前記回路保護素子は、正特性サーミスタであることを特徴とする。

第９の発明のモータ駆動装置は、主電源線に第二の抵抗を設け、制御電源線に第一のダイオードを設けたことを特徴とする。

第１０の発明のモータ駆動装置は、商用交流電源を整流平滑して得られる直流電圧を出力する主電源と、出力端子にトランジスタを備え前記主電源から電圧変換手段を介して得られる主電源より比較的低い電圧を出力する制御電源と、機能動作用電源として前記制御電源からの電圧が入力され前記主電源からモータのの駆動巻線へ電力供給するインバータ部と、前記制御電源を電力源とし、前記インバータ部への通電信号を発生する制御部を備えたモータ駆動装置であって、
前記インバータ部並びに前記制御部が短絡時に発生する故障電流を制限する第一の抵抗を前記インバータ部への前記制御電源からの電力供給線に設けたことを特徴とする。

第１１の発明のモータ駆動装置は、前記第一の抵抗を前記制御部への制御電源電力供給線に設けたことを特徴とする。

第１２の発明のモータ駆動装置は、前記第一の抵抗をインバータ部及び制御部への共通の制御電源電力供給線に設けたことを特徴とする。

第１３の発明のモータ駆動装置は、前記制御電源から複数の高速ダイオードを介して電力が供給されるフローティング電源と、前記主電源に対しトーテムポール接続した絶縁ゲート型トランジスタからなるスイッチ手段を備え、前記インバータ部は絶縁ゲート型トランジスタのゲート駆動用の高電圧ＩＣとを含み、前記第一の抵抗は前記フローティング電源への制御電源電力供給線に設けたことを特徴とする。

第１４の発明のモータ駆動装置は、主電源線に第二の抵抗を設け、制御電源線に第一のダイオードを設けたことを特徴とする。

本発明のモータ駆動装置は制御電源から制御部への制御電源電力供給線に回路保護素子を設けることで、インバータ部並びに制御部の短絡故障時には回路保護素子により故障電流を遮断し、上位機器に破壊が及ばないようにすることができる。

本発明の実施の形態１のモータ駆動装置の構成図 本発明の実施の形態１のモータ駆動装置の動作説明図 本発明の実施の形態２のモータ駆動装置の構成図 本発明の実施の形態２のモータ駆動装置の動作説明図 本発明の実施の形態３のモータ駆動装置の構成図 本発明の実施の形態３のモータ駆動装置の動作説明図 本発明の実施の形態４のモータ駆動装置の構成図 本発明の実施の形態４のモータ駆動装置の動作説明図 本発明の実施の形態５のモータ駆動装置の構成図 本発明の実施の形態５のモータ駆動装置の動作説明図 本発明の実施の形態６のモータ駆動装置の構成図 本発明の実施の形態６のモータ駆動装置の動作説明図 本発明の実施の形態７のモータ駆動装置の構成図 本発明の実施の形態７のモータ駆動装置の動作説明図 従来のモータ駆動装置の全体構成図 従来のモータ駆動装置の動作説明図

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１のモータ駆動装置の構成図である。モータ駆動回路１は、モータ駆動巻線Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３と出力端子が接続されたインバータ部２と、ＰＷＭ信号を発生してインバータ部２へ供給する制御部３を主要構成要素としており、主電源４の出力は前記インバータ部の主電源入力端子へ接続され、制御電源５の出力は前記モータ駆動回路１に設けた回路保護素子１２を介して、インバータ部２の制御電源入力端子と、制御部３の制御電源入力端子に各々接続されている。また、制御部３には制御信号入力端子Ｖ_ＳＰと、回転信号出力端子ＦＧの２つのインターフェースを有し、それぞれモータ駆動回路１の外部にあるマイコン６のポートに接続されている。

図２は本発明の実施の形態１のモータ駆動装置の動作説明図である。図２では制御電源５からの電流Ｉ_ＣＣと、回路保護素子１２の制御電源側の入力電圧Ｖ_ＣＣＩＮと、制御部３とインバータ部２への出力電圧Ｖ_{ＣＣＯＵＴ}の計時変化を示している。今、時刻ｔ＝ｔ_０の時、モータ駆動回路１は正常状態にあり、制御電源５から出力電圧Ｖ_ＣＣ＝Ｖ_ＣＣ０が前記回路保護素子１２を介して、インバータ部２および制御部３へ入力されて、電流Ｉ_ＣＣ＝Ｉ_ＣＣ０が通流している。

次に時刻ｔ＝ｔ１の時、インバータ部２及び制御部３に何らかの要因により短絡故障が発生すれば、制御電源５からのＩ_ＣＣは短絡によるインピーダンスの低下によって正常時より極めて大きな電流Ｉ_ＣＣ１が発生する。この電流Ｉ_ＣＣ１で回路保護素子１２内部に発生するジュール熱により、時刻ｔ＝ｔ_２になると、回路保護素子１２が断線し、Ｉ_ＣＣ＝０となり、故障時の電流Ｉ_ＣＣ１が遮断される。

また電流Ｉ_ＣＣ１が発生している時刻ｔ＝ｔ_１〜ｔ_２の間、制御電源５の出力電圧すなわち回路保護素子１２の入力電圧Ｖ_ＣＣＩＮは、図中Ｖ_ＣＣ１のように低下し、加えて回路保護素子１２のジュール熱によるインピーダンス増大により、Ｖ_{ＣＣＯＵＴ}はＶ_ＣＣ１’へ低下した後、時刻ｔ＝ｔ_２で０となる。

以上のように、本発明のモータ駆動回路１は故障時に制御電源に発生する大電流を回路保護素子により遮断するので制御電源は破壊に至らない。また、回路保護素子として、故障電流の損失により温度上昇すると、ある温度で大きなインピーダンスになる特性を予め有するＰＴＣサーミスタを用いて、故障時には短絡電流をわずかな値に制限する方法もある。

（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２のモータ駆動装置の構成図である。上位機器側電装基板９は、マイコン６、主電源４、制御電源５を主要構成要素とし、主電源４は、整流器１０と電解コンデンサ１１から成り、商用電源８からの交流電圧を整流平滑して直流電圧Ｖ_ＤＣを出力する。制御電源５はＤＣ／ＤＣコンバータ１３とトランジスタＱ_０からなり、前記Ｖ_ＤＣから低電圧Ｖ_ＣＣを出力する。モータ駆動回路１の構成は実施の形態１と同様であるので説明を省く。

図４は本発明の実施の形態２のモータ駆動装置の動作説明図である。主電源からの電流Ｉ_ＤＣ、制御電源からの電流Ｉ_ＣＣ、回路保護素子１２の制御電源側の入力電圧Ｖ_ＣＣＩＮ、制御部３とインバータ部２側の出力電圧Ｖ_{ＣＣＯＵＴ}の故障時の変化を示している。今、時刻ｔ＝ｔ_０の時、モータ駆動回路１は正常状態にあり、主電源４から直流電圧Ｖ_ＤＣがインバータ部２へ入力されて、モータ駆動巻線Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３へ電力供給を行っており、電流Ｉ_ＤＣ０が発生している。そして制御電源５から出力電圧Ｖ_ＣＣ＝Ｖ_ＣＣ０が回路保護素子１２を介して、インバータ部２と制御部３へ入力されて、電流Ｉ_ＣＣ＝Ｉ_ＣＣ０が通流している。

次に時刻ｔ＝ｔ_１の時、インバータ部２に何らかの要因により短絡故障が発生すれば、主電源４からのＩ_ＤＣは、Ｉ_ＤＣ１なる大電流が発生する。これによりインバータ部２の制御電源側もしくは制御部３へ故障が波及し、時刻ｔ＝ｔ_１１で、制御電源５のトランジスタＱ_０からの電流Ｉ_ＣＣは、短絡によるインピーダンスの低下によって正常時より極めて大きな電流Ｉ_ＣＣ１が発生する。Ｉ_ＣＣ１により回路保護素子１２内部において発生するジュール熱により、時刻ｔ＝ｔ_２１になると回路保護素子１２が断線し、Ｉ_ＣＣ＝０となり故障時の電流Ｉ_ＣＣ１が遮断される。

又、電流Ｉ_ＣＣ１が発生している時刻ｔ＝ｔ_１１〜ｔ_２１の間、制御電源５の出力電圧である回路保護素子１２の入力電圧Ｖ_ＣＣＩＮは、図中Ｖ_ＣＣ１のように低下し、加えて回路保護素子１２のジュール熱によるインピーダンス増大によりＶ_{ＣＣＯＵＴ}はＶ_ＣＣ１’へ低下した後、時刻ｔ＝ｔ_２１で０となる。

一方、Ｉ_ＤＣは時刻ｔ＝ｔ_２で、インバータ部２内部での断線又は図示しない回路部品の断線によりＩ_ＤＣ＝０になっている。図中ではｔ＝ｔ_２＝ｔ_１１という具合に同時発生としたが、異なるタイミングであってもよい。

以上のように、本発明のモータ駆動回路１は、故障時に制御電源に発生する大電流を回路保護素子により遮断するので、制御電源は破壊に至らない。又、回路保護素子として、故障電流の損失により温度上昇すると、ある温度で大きなインピーダンスになる特性を予め有するＰＴＣサーミスタを用いて、故障時には短絡電流をわずかな値に制限する方法もある。

（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３のモータ駆動装置の構成を示す図である。抵抗Ｒ_１をインバータ部２の制御電源入力端子に設けている以外は実施の形態２のモータ駆動装置と同じ構成である。

図６は本発明の実施の形態３のモータ駆動装置の動作説明図である。主電源からの電流Ｉ_ＤＣ、制御電源からインバータ部２へ流れる電流Ｉ_{ＣＣ（ＩＮＶ）}と、制御部３へ流れる電流Ｉ_{ＣＣ（ＩＣ）}、そして両者の総和である電流Ｉ_ＣＣ、回路保護素子１２の制御電源側の入力電圧Ｖ_ＣＣＩＮ、制御部３、インバータ部２側の出力電圧Ｖ_{ＣＣＯＵＴ}の故障時の変化を示している。

図６において、今、時刻ｔ＝ｔ_０の時、モータ駆動回路１は正常状態にあり、主電源４から直流電圧Ｖ_ＤＣがインバータ部２へ入力されて、モータ駆動巻線Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３へ電力供給を行っており電流Ｉ_ＤＣ０が発生している。そして制御電源５から出力電圧Ｖ_ＣＣ＝Ｖ_ＣＣ０が回路保護素子１２を介して、インバータ部２及び制御部３に入力されることにより、インバータ部２にはＩ_{ＣＣ（ＩＮＶ）０}が、制御部３へは、Ｉ_{ＣＣ（ＩＣ）０}が通流し、そして制御電源５からはＩ_ＣＣ＝Ｉ_ＣＣ０＝Ｉ_{ＣＣ（ＩＮＶ）０}＋Ｉ_{ＣＣ（ＩＣ）０}が通流している。

次に時刻ｔ＝ｔ_１の時、インバータ部２に何らかの要因により短絡故障が発生すれば、主電源４からのＩ_ＤＣはＩ_ＤＣ１なる大電流が発生する。これによりインバータ部２の制御電源側へ故障が波及し、時刻ｔ＝ｔ_１１で、制御電源５のトランジスタＱ_０からの電流Ｉ_{ＣＣ（ＩＮＶ）}は短絡によるインピーダンスの低下によって正常時より大きな電流Ｉ_{ＣＣ（ＩＮＶ）１}が発生する。しかしながら抵抗Ｒ_１によりＩ_{ＣＣ（ＩＮＶ）１}の値はトランジスタＱ_０の許容範囲内に収まっている。Ｉ_{ＣＣ（ＩＮＶ）１}により、Ｉ_ＣＣもＩ_ＣＣ１なる正常時に比べ比較的大きな電流が発生する。Ｉ_ＣＣ１により回路保護素子１２内部において発生するジュール熱により、時刻ｔ＝ｔ_２１になると回路保護素子１２が断線し、Ｉ_ＣＣ＝０となり故障時の電流Ｉ_ＣＣ１が遮断される。

又、短絡電流Ｉ_ＣＣ１が発生している時刻ｔ＝ｔ_１１〜ｔ_２１の間、制御電源５の出力電圧である回路保護素子１２の入力電圧Ｖ_ＣＣＩＮはＶ_ＣＣ１のように低下するが、故障時の電流値は抵抗Ｒ_１により制限を受けるので、実施の形態２のそれにくらべて低下は小さい。加えて回路保護素子１２のジュール熱によるインピーダンス増大によりＶ_{ＣＣＯＵＴ}は、Ｖ_ＣＣ１’へ低下した後、時刻ｔ＝ｔ_２１で０となる。

抵抗Ｒ_１の抵抗値は、故障時に発生するＩ_ＣＣの電流値が制御電源５のトランジスタＱ_０の許容範囲内の値で且つ回路保護素子の断線に十分な値になるよう予め設定される。

一方、Ｉ_ＤＣは時刻ｔ＝ｔ_２で、インバータ部２内部での断線又は図示しない回路部品の断線によりＩ_ＤＣ＝０になっている。図中ではｔ＝ｔ_２＝ｔ_１１という具合に同時発生としたが、異なるタイミングであってもよい。

抵抗Ｒ_１は、インバータ部２短絡故障に備え、インバータ部２の制御電源入力端子側へ設けたが、制御部３の短絡故障に備えて制御部３の制御電源入力端子側へ設けてもよいし、双方に設けてもよい。

以上のように、本発明のモータ駆動回路１は故障時に制御電源に発生する電流の上限値を抵抗Ｒ１により制限した上で、回路保護素子により遮断するので制御電源は破壊に至らない。又、回路保護素子として故障電流の損失により温度上昇すると、ある温度で大きなインピーダンスになる特性を予め有するＰＴＣサーミスタを用いて、故障時には短絡電流をわずかな値に制限する方法もある。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４のモータ駆動装置について図７および図８を用いて説明する。図７において、インバータ部２は、トーテムポール接続された絶縁ゲート型トランジスタＱ_１、Ｑ_２、Ｑ_３、Ｑ_４、Ｑ_５、Ｑ_６からなるスイッチ手段１６と、スイッチ手段１６の各トランジスタへゲート信号を出力する高電圧ＩＣ（ＨＶＩＣ）１５と、スイッチ手段１６の各トランジスタの内、主電源側、すなわち上アーム側の各トランジスタＱ_１、Ｑ_２、Ｑ_３のゲート電圧発生のためのフローティング電源１４とを主要構成要素とし、フローティング電源１４には、抵抗Ｒ_１及び並列接続されたダイオードＤ_１０１、Ｄ_１０２、Ｄ_１０３を介して、制御電源５から電力供給を受ける構成とした。その他の構成は実施の形態３と同じであり説明は省く。

図８は本発明の実施の形態４のモータ駆動装置の動作説明図である。主電源４からの電流Ｉ_ＤＣ、制御電源５からフローティング電源１４へ流れる電流Ｉ_{ＣＣ（ｂｏｏｔ）}と、ＨＶＩＣへ流れる電流Ｉ_{ＣＣ（ＩＮＶ）}と、制御部３へ流れる電流Ｉ_{ＣＣ（ＩＣ）}、そして３者の総和である電流Ｉ_ＣＣ、回路保護素子１２の制御電源側の入力電圧Ｖ_ＣＣＩＮ、制御部３とインバータ部２側の出力電圧Ｖ_{ＣＣＯＵＴ}の故障時の変化を示している。

図８において、今、時刻ｔ＝ｔ_０の時、モータ駆動回路１は正常状態にあり、主電源４から直流電圧Ｖ_ＤＣがインバータ部２へ入力されて、モータ駆動巻線Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３へ電力供給を行っており電流Ｉ_ＤＣが発生している。そして制御電源５から出力電圧Ｖ_ＣＣ＝Ｖ_ＣＣ０が回路保護素子１２を介して、フローティング電源１４、ＨＶＩＣ１５、制御部３に入力されることにより、フローティング電源１４にはＩ_{ＣＣ（ｂｏｏｔ）０}が、ＨＶＩＣ１５にはＩ_{ＣＣ（ＩＮＶ）０}が、制御部３へはＩ_{ＣＣ（ＩＣ）０}が通流し、そして制御電源５からはＩ_ＣＣ＝Ｉ_ＣＣ０＝Ｉ_{ＣＣ（ｂｏｏｔ）０}＋Ｉ_{ＣＣ（ＩＮＶ）０}＋Ｉ_{ＣＣ（ＩＣ）０}が通流している。

次に時刻ｔ＝ｔ１の時、モータ駆動回路１のスイッチ手段１６に何らかの要因により短絡故障が発生すれば、主電源４からのＩ_ＤＣはＩ_ＤＣ１なる大電流が発生する。これにより、フローティング電源１４へ故障が波及し、時刻ｔ＝ｔ１１で制御電源５のトランジスタＱ_０からの電流Ｉ_{ＣＣ（ｂｏｏｔ）}は、短絡によるインピーダンスの低下によって正常時より大きな電流Ｉ_{ＣＣ（ｂｏｏｔ）１}が発生する。しかしながら抵抗Ｒ_１によりＩ_{ＣＣ（ｂｏｏｔ）１}の値は、トランジスタＱ_０の許容範囲内に収まっている。Ｉ_{ＣＣ（ｂｏｏｔ）１}によりＩ_ＣＣもＩ_ＣＣ１なる正常時に比べ比較的大きな電流が発生する。Ｉ_ＣＣ１により回路保護素子１２内部において発生するジュール熱により、時刻ｔ＝ｔ_２１になると回路保護素子１２が断線し、Ｉ_ＣＣ＝＝０となり故障時の大電流Ｉ_ＣＣ１が遮断される。

又、短絡電流Ｉ_ＣＣ１が発生している時刻ｔ＝ｔ_１１〜ｔ_２１の間、制御電源５の出力電圧である回路保護素子１２の入力電圧Ｖ_ＣＣＩＮはＶ_ＣＣ１のように低下するが、故障時の電流値は抵抗Ｒ_１により制限を受けるので実施の形態２のそれにくらべて低下は小さい。加えて回路保護素子１２のジュール熱によるインピーダンス増大により、Ｖ_{ＣＣＯＵＴ}はＶ_ＣＣ１’へ低下した後、時刻ｔ＝ｔ_２１で０となる。

抵抗Ｒ_１の抵抗値は、故障時に発生するＩ_ＣＣの電流値が制御電源５のトランジスタＱ_０の許容範囲内の値で且つ回路保護素子の断線に十分な値になるよう予め設定される。

一方、Ｉ_ＤＣは時刻ｔ＝ｔ_２で、インバータ部２内部での断線又は図示しない回路部品の断線によりＩ_ＤＣ＝０になっている。図中ではｔ＝ｔ_２＝ｔ_１１という具合に同時発生としたが、異なるタイミングであってもよい。

以上のように、本発明のモータ駆動回路１は故障時に制御電源に発生する電流の上限値を抵抗Ｒ_１により制限した上で、回路保護素子により遮断するので制御電源は破壊に至らない。又、回路保護素子として、故障電流の損失により温度上昇すると、ある温度で大きなインピーダンスになる特性を予め有するＰＴＣサーミスタを用いて、故障時には短絡電流をわずかな値に制限する方法もある。

（実施の形態５）
本発明の実施の形態５のモータ駆動装置について、図９および図１０で説明する。本形態は、実施の形態３のモータ駆動装置における回路保護素子のみを省いた構成で、その他は同じである。

図１０は本発明の実施の形態５のモータ駆動装置の動作説明図である。図１０では、主電源からの電流Ｉ_ＤＣ、制御電源からインバータ部２へ流れる電流Ｉ_{ＣＣ（ＩＮＶ）}と、制御部３へ流れる電流_{ＩＣＣ（ＩＣ）}、そして両者の総和である電流Ｉ_ＣＣ、制御電源Ｖ_ＣＣの故障時の変化を示している。

今、時刻ｔ＝ｔ_０の時、モータ駆動回路１は正常状態にあり、主電源４から直流電圧Ｖ_ＤＣがインバータ部２へ入力されて、モータ駆動巻線Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３へ電力供給を行っており電流Ｉ_ＤＣが発生している。そして制御電源５から出力電圧Ｖ_ＣＣ＝Ｖ_ＣＣ０が出力されて、インバータ部２と制御部３へ入力されることにより、インバータ部２にはＩ_{ＣＣ（ＩＮＶ）０}が、制御部３へはＩ_{ＣＣ（ＩＣ）０}が、そして制御電源５からはＩ_ＣＣ＝Ｉ_ＣＣ０＝Ｉ_{ＣＣ（ＩＮＶ）０}＋Ｉ_{ＣＣ（ＩＣ）０}が通流している。

次に時刻ｔ＝ｔ_１の時、モータ駆動回路１のインバータ部２に何らかの要因により短絡故障が発生すれば、主電源４からのＩ_ＤＣはＩ_ＤＣ１なる大電流が発生する。これによりインバータ部２の制御電源側へ故障が波及し、時刻ｔ＝ｔ_１１で制御電源５のトランジスタＱ_０からの電流Ｉ_{ＣＣ（ＩＮＶ）}は、短絡によるインピーダンスの低下によって正常時より大きな電流Ｉ_{ＣＣ（ＩＮＶ）１}が発生する。しかしながら、抵抗Ｒ_１によりＩ_{ＣＣ（ＩＮＶ）１}の値はトランジスタＱ_０の許容範囲内に収まっている。Ｉ_{ＣＣ（ＩＮＶ）１}によりＩ_ＣＣもＩ_ＣＣ１なる正常時に比べ比較的大きな電流が発生し、以降連続してＩ_ＣＣ１が通流する。Ｉ_ＣＣ１は正常時に比べ大きな値ではあるが、Ｑ０の許容範囲に対し余裕があるので制御電源５の出力電圧Ｖ_ＣＣの電圧値には影響しない。

抵抗Ｒ_１の抵抗値は故障時に発生するＩ_ＣＣの電流値が連続して発生しても、制御電源５のトランジスタＱ_０の許容範囲内の値になるよう予め設定される。

一方、Ｉ_ＤＣは時刻ｔ＝ｔ_２で、インバータ部２内部での断線又は図示しない回路部品の断線によりＩ_ＤＣ＝０になっている。図中ではｔ＝ｔ_２＝ｔ_１１という具合に同時発生としたが、異なるタイミングであってもよい。

抵抗Ｒ_１は、インバータ部２短絡故障に備え、インバータ部２の制御電源入力端子側へ設けたが、制御部３の短絡故障に備えて制御部３の制御電源入力端子側へ設けてもよいし、双方に設けてもよい。

以上のように、本発明のモータ駆動回路１は故障時に制御電源に発生する電流の上限値を抵抗Ｒ１により制限するので制御電源は破壊に至らない。

（実施の形態６）
本発明の実施の形態６のモータ駆動装置について、図１１および図１２で説明する。本実施の形態６のモータ駆動装置は、実施の形態４のモータ駆動装置における回路保護素子のみを省いた構成でその他は同じある。

図１２は、本発明の実施の形態６のモータ駆動装置の動作説明図である。主電源４からの電流Ｉ_ＤＣ、制御電源５からフローティング電源１４へ流れる電流Ｉ_{ＣＣ（ｂｏｏｔ）}と、ＨＶＩＣへ流れる電流Ｉ_{ＣＣ（ＩＮＶ）}と、制御部３へ流れる電流Ｉ_{ＣＣ（ＩＣ）}、そして３者の総和である電流Ｉ_ＣＣ、制御電源の出力電圧Ｖ_ＣＣの故障時の変化を示している。

今、時刻ｔ＝ｔ_０の時、モータ駆動回路１は正常状態にあり、主電源４から直流電圧Ｖ_ＤＣがインバータ部２へ入力されて、モータ駆動巻線Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３へ電力供給を行っており電流Ｉ_ＤＣが発生している。そして制御電源５から出力電圧Ｖ_ＣＣ＝Ｖ_ＣＣ０が出力されて、フローティング電源１４にはＩ_{ＣＣ（ｂｏｏｔ）０}が、ＨＶＩＣ１５にはＩ_{ＣＣ（ＩＮＶ）０}が、制御部３へはＩ_{ＣＣ（ＩＣ）０}が、そしてＩ_ＣＣ＝Ｉ_ＣＣ０＝Ｉ_{ＣＣ（ｂｏｏｔ）０}＋Ｉ_{ＣＣ（ＩＮＶ）０}＋Ｉ_{ＣＣ（ＩＣ）０}が通流している。

次に時刻ｔ＝ｔ１の時、モータ駆動回路１のスイッチ手段１６に何らかの要因により短絡故障が発生したことにより、主電源４からのＩ_ＤＣはＩ_ＤＣ１なる大電流が発生する。これによりフローティング電源１４へ故障が波及し、時刻ｔ＝ｔ１１で、制御電源５のトランジスタＱ_０からの電流Ｉ_{ＣＣ（ｂｏｏｔ）}は、短絡によるインピーダンスの低下によって正常時より大きな電流Ｉ_{ＣＣ（ｂｏｏｔ）１}が発生する。しかしながら、抵抗Ｒ_１によりＩ_{ＣＣ（ｂｏｏｔ）１}の値は、トランジスタＱ_０の許容範囲内に収まっている。Ｉ_{ＣＣ（ｂｏｏｔ）１}により、Ｉ_ＣＣもＩ_ＣＣ１なる正常時に比べ比較的大きな電流が発生する。Ｉ_ＣＣ１は、正常時に比べ大きな値ではあるが、Ｑ_０の許容範囲に対し余裕があるので制御電源５の出力電圧Ｖ_ＣＣの電圧値には影響しない。

抵抗Ｒ_１の抵抗値は、故障時に発生するＩ_ＣＣの電流値が連続して発生しても、制御電源５のトランジスタＱ_０の許容範囲内の値になるよう予め設定される。

一方、ＩＤＣは時刻ｔ＝ｔ_２で、インバータ部２内部での断線又は図示しない回路部品の断線によりＩ_ＤＣ＝０になっている。図中ではｔ＝ｔ_２＝ｔ_１１という具合に同時発生としたが、異なるタイミングであってもよい。

以上のように、本発明のモータ駆動回路１は故障時に制御電源に発生する電流の上限値を抵抗Ｒ_１により制限するので制御電源は破壊に至らない。

（実施の形態７）
本発明の実施の形態７のモータ駆動装置について、図１３および図１４で説明する。本実施の形態７のモータ駆動装置は、実施の形態６のモータ駆動装置において、主電源電力供給線に抵抗Ｒ_２を、制御電源電力供給線にダイオードＤ_１を、制御信号線にダイオードＤ_２を、回転信号線にダイオードＤ_３を設けた構成とし、その他の構成は同じである。

図１４は本発明の実施の形態７のモータ駆動装置の動作説明図である。主電源４からの電流Ｉ_ＤＣ、制御電源５からフローティング電源１４へ流れる電流Ｉ_{ＣＣ（ｂｏｏｔ）}と、ＨＶＩＣへ流れる電流Ｉ_{ＣＣ（ＩＮＶ）}と、制御部３へ流れる電流Ｉ_{ＣＣ（ＩＣ）}、そして３者の総和である電流Ｉ_ＣＣ、ダイオードＤ_１のカソード側電圧Ｖ_{ＣＣ（Ｄ１Ｋ）}、回路保護素子１２の制御電源側の入力電圧Ｖ_ＣＣＩＮ、制御部３とインバータ部２側の出力電圧Ｖ_{ＣＣＯＵＴ}の故障時の変化を示している。

今、時刻ｔ＝ｔ_０の時、モータ駆動回路１は正常状態にあり、主電源４から直流電圧Ｖ_ＤＣが抵抗Ｒ_２を介してインバータ部２へ入力されて、モータ駆動巻線Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３へ電力供給を行っており電流Ｉ_ＤＣが発生している。そして制御電源５から出力電圧Ｖ_ＣＣ＝Ｖ_ＣＣ０が回路保護素子１２、ダイオードＤ_１を介して、Ｄ_１の順電圧ＶＦを減じて供給され、フローティング電源１４にはＩ_{ＣＣ（ｂｏｏｔ）０}が、ＨＶＩＣ１５にはＩ_{ＣＣ（ＩＮＶ）０}が、制御部３へはＩ_{ＣＣ（ＩＣ）０}が、そしてＩ_ＣＣ＝Ｉ_ＣＣ０＝Ｉ_{ＣＣ（ｂｏｏｔ）０}＋Ｉ_{ＣＣ（ＩＮＶ）０}＋Ｉ_{ＣＣ（ＩＣ）０}が通流している。

次に時刻ｔ＝ｔ１の時、モータ駆動回路１のスイッチ手段１６に何らかの要因により短絡故障が発生すれば、主電源４からのＩ_ＤＣはＩ_ＤＣ１なる大電流が発生する。これにより、ＨＶＩＣ、制御部３、フローティング電源１４へ故障が波及して、制御電源電力供給線のＤ_１のカソード側電圧Ｖ_{ＣＣ（Ｄ１Ｋ）}には大きな電圧Ｖ_ＤＣ０が発生するが、Ｄ_１は逆バイアス状態のためＤ_１のアノード側には高電圧は発生しない。

次に、時刻ｔ＝ｔ_２になると、Ｒ_２が断線に至り、Ｄ_１のカソード側電圧も低下しＩ_ＤＣ２＝０となる。続いて時刻ｔ＝ｔ_１１で、制御電源５のトランジスタＱ_０からの電流Ｉ_{ＣＣ（ｂｏｏｔ）}は、短絡によるインピーダンスの低下によって正常時より大きな電流Ｉ_{ＣＣ（ｂｏｏｔ）１}が発生する。しかしながら、抵抗Ｒ_１によりＩ_{ＣＣ（ｂｏｏｔ）１}の値はトランジスタＱ_０の許容範囲内に収まっている。Ｉ_{ＣＣ（ｂｏｏｔ）１}によりＩ_ＣＣもＩ_ＣＣ１なる正常時に比べ比較的大きな電流が発生する。Ｉ_ＣＣ１により回路保護素子１２内部において発生するジュール熱により、時刻ｔ＝ｔ_２１になると回路保護素子１２が断線し、Ｉ_ＣＣ＝０となり故障時の大電流Ｉ_ＣＣ１が遮断される。

又、短絡電流Ｉ_ＣＣ１が発生している時刻ｔ＝ｔ_１１〜ｔ_２１の間、回路保護素子１２のジュール熱によるインピーダンス増大により、Ｖ_{ＣＣＯＵＴ}はＶ_ＣＣ１’へ低下した後、時刻ｔ_２１でＶ_{ＣＣＯＵＴ}＝０となる。

抵抗Ｒ_１の抵抗値は、故障時に発生するＩＣＣの電流値が制御電源５のトランジスタＱ_０の許容範囲内の値で且つ回路保護素子の断線に十分な値になるよう予め設定される。

また、図中ではｔ＝ｔ_２＝ｔ_１１という具合に同時発生としたが異なるタイミングであってもよい。

また、Ｄ_２およびＤ_３は、スイッチ手段１６の短絡故障が制御部３へ波及してマイコン６のポートに過電圧が印加されて、マイコン６が故障に至ることを防ぐ目的で設けられる。

以上のように、本発明のモータ駆動回路１は故障時に制御電源に発生する電流の上限値を抵抗Ｒ１により制限した上で、回路保護素子により遮断するので制御電源は破壊に至らない。

又、回路保護素子として、故障電流の損失により温度上昇すると、ある温度で大きなインピーダンスになる特性を予め有するＰＴＣサーミスタを用いて、故障時には短絡電流をわずかな値に制限する方法もある。

本発明のモータ駆動装置は、商用電源を整流平滑などして得られる高電圧の電源と、高電圧電源を元に発生させる低電圧電源の２つにより駆動される家電用モータ駆動・制御に好適である。

１ モータ駆動回路
２ インバータ部
３ 制御部
４ 主電源
５ 制御電源
６ マイコン
８ 商用電源
９ 上位機器側電装基板
１０ 整流器
１１ 電解コンデンサ
１２ 回路保護素子
１３ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１４ フローティング電源
１５ ＨＶＩＣ
１６ スイッチ手段

Claims (14)

1. 制御電源からの電圧が入力されて、主電源からモータの駆動巻線へ電力を供給するインバータ部と、前記制御電源を電力源とし前記インバータ部への通電信号を発生する制御部を備え、前記制御電源の負荷が短絡した時に前記制御電源を保護する回路保護素子を、制御電源電力供給線に設けたことを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記主電源は、商用交流電源を整流平滑して得られる直流電圧を出力するものであり、前記制御電源は、出力端子にトランジスタを備え前記主電源から電圧変換手段を介して得られる主電源より比較的低い電圧を出力するものであることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
3. 前記インバータ部並びに前記制御部が短絡時の故障電流を制限する第一の抵抗を前記インバータ部への前記制御電源電力供給線に設けたことを特徴とする請求項２記載のモータ駆動装置。
4. 前記インバータ部並びに前記制御部の短絡時の故障電流を制限する第一の抵抗を前記制御部への前記制御電源電力供給線に設けたことを特徴とする請求項２記載のモータ駆動装置。
5. 前記インバータ部並びに前記制御部の短絡時の故障電流を制限する第一の抵抗を前記インバータ部と前記制御部への前記制御電源電力供給線に設けたことを特徴とする請求項２記載のモータ駆動装置。
6. 前記制御電源から複数の高速ダイオードを介して電力が供給されるフローティング電源と、前記主電源に対しトーテムポール接続した絶縁ゲート型トランジスタからなるスイッチ手段を備え、前記インバータ部は絶縁ゲート型トランジスタのゲート駆動用の高電圧ＩＣを含み、前記インバータ部と前記制御部の短絡時の故障電流を制限する第一の抵抗を前記フローティング電源への制御電源電力供給線に設けたことを特徴とする請求項２記載のモータ駆動装置。
7. 前記回路保護素子は、ヒューズもしくはマイクロヒューズもしくはヒューズ抵抗器であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
8. 前記回路保護素子は、正特性サーミスタであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
9. 主電源線に第二の抵抗を設け、制御電源線に第一のダイオードを設けたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
10. 商用交流電源を整流平滑して得られる直流電圧を出力する主電源と、出力端子にトランジスタを備え前記主電源から電圧変換手段を介して得られる主電源より比較的低い電圧を出力する制御電源と、機能動作用電源として前記制御電源からの電圧が入力され前記主電源からモータのの駆動巻線へ電力供給するインバータ部と、前記制御電源を電力源とし、前記インバータ部への通電信号を発生する制御部を備えたモータ駆動装置であって、
    前記インバータ部並びに前記制御部が短絡時に発生する故障電流を制限する第一の抵抗を前記インバータ部への前記制御電源からの電力供給線に設けたことを特徴とするモータ駆動装置。
11. 前記第一の抵抗を前記制御部への制御電源電力供給線に設けたことを特徴とする請求項７記載のモータ駆動装置。
12. 前記第一の抵抗をインバータ部及び制御部への共通の制御電源電力供給線に設けたことを特徴とする請求項７記載のモータ駆動装置。
13. 前記制御電源から複数の高速ダイオードを介して電力が供給されるフローティング電源と、前記主電源に対しトーテムポール接続した絶縁ゲート型トランジスタからなるスイッチ手段を備え、前記インバータ部は絶縁ゲート型トランジスタのゲート駆動用の高電圧ＩＣとを含み、前記第一の抵抗は前記フローティング電源への制御電源電力供給線に設けたことを特徴とする請求項７記載のモータ駆動装置。
14. 主電源線に第二の抵抗を設け、制御電源線に第一のダイオードを設けたことを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。

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