JP2019149916A - モータの駆動制御装置およびモータの駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータへの電源供給がない状態下でモータの負荷が増加した場合において無電源回生制動機能を担う電子部品への負担を軽減すること。【解決手段】実施形態のモータの駆動制御装置１は、３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのうち少なくとも２相のコイルに接続され、３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのうちの２つのコイルの組み合わせが互いに異なる３つの組のうち少なくとも１組のコイル間を短絡信号に応じて短絡する相間短絡部４０と、コイルＬｗと相間短絡部４０との間に接続され、制動制御信号が入力されると短絡信号を相間短絡部４０に出力する短絡信号出力部５０と、３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのうちの１相のコイルＬｗの電圧の状態に基づいて、相間短絡部４０による短絡を停止する保護動作部６０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、モータの駆動制御装置およびモータの駆動制御方法に関する。

従来、三相ブラシレスモータを例えばファンモータ用途として動作させる際に、回転停止指令を受信してから、もしくは電源供給が停止されてから回転を停止させるまでに、駆動ブリッジ回路を電気的に短絡することで、各モータコイル間を短絡する技術が一般的に使用されている。このように、各モータコイル間を短絡し、モータコイルに発生する逆起電力を短絡することで、回生ブレーキによってモータの回転を素早く停止させることができる。

その際、各モータコイル間を短絡するためには、短絡させるためのシステムを動作させるための電源供給が必要である。そのため、例えば電源シャットダウン時の制動動作においては、電源ラインの残存電荷量により制動時間が左右される。また、電源無供給時のウインドミル（外風による羽根の強制回転）現象発生時の回転抑制には機能が不足した状態となっている。

上記の課題に対して、電源供給が停止された後に、制動状態を確保して、少しでも早くモータを停止させる制動装置が知られている。

電動機の制動装置として、例えば、電動機の電源供給路に、発電制動により電動機を強制停止させるための短絡回路を設けた装置がある（例えば、特許文献１参照）。かかる装置の短絡回路には、無電圧状態で導通して短絡回路を短絡させる静電誘導型トランジスタが配備される。

また、他の制動装置として、例えばスイッチング素子によりモータを駆動制御するモータ駆動回路において、整流回路と当該整流回路に接続されたエネルギー消費手段とを備えるモータのダイナミックブレーキ装置がある（例えば、特許文献２参照）。かかる装置では、整流回路がスイッチング素子をオフした時にモータの動力線に発生する逆起電力を整流し、整流回路が整流した逆起電力をエネルギー消費手段が消費することでモータを停止する。

また、電動モータの電磁コイルに接続された整流回路と、スイッチ回路とを備える電動モータの電源遮断制御回路がある（例えば、特許文献３参照）。かかる電源遮断制御回路のスイッチ回路は、電磁コイルと整流回路とともに閉回路を形成するとともに、電動モータに対して電源が供給されている時には導通せず、電源供給が遮断された時に導通する。

特開平１−１３３５８３号公報 特開平１−２０９９７３号公報 特開２０１０−２８９９７号公報

しかしながら、上記従来の回生制動は、モータへの電源供給がない状態下でモータに外力が長時間印加または外力が大きい場合などにおいて、回生制動機能を担う電子部品への負担が高くなる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、モータへの電源供給がない状態下でモータの負荷が増加した場合において回生制動機能を担う電子部品への負担を軽減するモータの駆動制御装置およびモータの駆動制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係るモータの駆動制御装置は、モータの３相のコイルに選択的に通電するモータ駆動部と、モータ駆動部に駆動制御信号を出力することによって、モータ駆動部により通電させる３相のコイルの通電相を所定の順序で切り替えるモータ制御部と、制動制御信号を出力する制動制御部と、３相のコイルのうち少なくとも２相のコイルに接続され、３相のコイルのうちの２つのコイルの組み合わせが互いに異なる３つの組のうち少なくとも１組のコイル間を短絡信号に応じて短絡する相間短絡部と、３相のコイルのうちの１相のコイルと相間短絡部との間に接続され、制動制御信号が入力されると短絡信号を相間短絡部に出力する短絡信号出力部と、３相のコイルのうちの１相のコイルの電圧の状態に基づいて、相間短絡部による短絡を停止または短絡電流を抑制する保護動作部と、を備える。

本発明の一態様によれば、モータへの電源供給がない状態下でモータの負荷が増加した場合において回生制動機能を担う電子部品への負担を軽減することができる。

図１は、第１の実施形態に係るモータ駆動制御装置の回路構成の一例を示すブロック図（１）である。 図２は、第１の実施形態に係るモータ駆動制御装置の回路構成の一例を示すブロック図（２）である。 図３は、第１の実施形態に係るモータ駆動制御装置の動作モードを説明する図である。 図４は、第１の実施形態に係るモータ駆動制御装置の保護動作部の動作手順の一例について説明するフローチャートである。 図５は、第１の実施形態に係るモータ駆動制御装置による保護動作の効果の一例について説明するための図である。 図６は、第１の実施形態に係る相間短絡部の変形例を示す図（１）である。 図７は、第１の実施形態に係る相間短絡部の変形例を示す図（２）である。 図８は、第２の実施形態に係るモータ駆動制御装置の回路構成の一例を示すブロック図（１）である。 図９は、第２の実施形態に係るモータ駆動制御装置の回路構成の一例を示すブロック図（２）である。 図１０は、第２の実施形態に係るモータ駆動制御装置の保護動作部の動作手順の一例について説明するフローチャートである。 図１１は、第２の実施形態に係る保護動作部および相間短絡部の変形例を示す図（１）である。 図１２は、第２の実施形態に係る保護動作部および相間短絡部の変形例を示す図（２）である。

以下、実施形態に係るモータの駆動制御装置およびモータの駆動制御方法について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るモータ駆動制御装置の回路構成の一例を示すブロック図である。

図１に示されるように、第１の実施形態に係るモータ駆動制御装置１は、モータ駆動部１０と、モータ制御部２０と、制動制御部３０と、相間短絡部４０と、短絡信号出力部５０と、保護動作部６０とを有する。なお、図１に示されるモータ駆動制御装置１の構成要素は、全体の一部であり、モータ駆動制御装置１は、図１に示されたものに加えて、他の構成要素を備えていてもよい。

モータ駆動制御装置１は、その全部がパッケージ化された集積回路装置（ＩＣ）であってもよく、あるいは、モータ駆動制御装置１の一部が１つの集積回路装置としてパッケージ化されていてもよいし、他の装置と一緒にモータ駆動制御装置１の全部または一部がパッケージ化されて１つの集積回路装置が構成されていてもよい。

モータ駆動部１０は、モータ３の３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに選択的に通電する。モータ制御部２０は、モータ駆動部１０に駆動制御信号を出力することによって、モータ駆動部１０により通電させる３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗの通電相を所定の順序で切り替える。

また、制動制御部３０は、制動制御信号を出力する。相間短絡部４０は、３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのうちの２相のコイル（図１ではコイルＬｕ、Ｌｖ）に接続され、３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのうちの２つのコイルの組み合わせが互いに異なる３つの組（コイルＬｕ、Ｌｖの組、コイルＬｕ、Ｌｗの組、およびコイルＬｖ、Ｌｗの組）の各々のコイル間を短絡信号に応じて短絡する。短絡信号出力部５０は、３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのうちの２相のコイルＬｕ、Ｌｖとは異なる１相のコイルＬｗと相間短絡部４０との間に接続され、制動制御信号が入力されると短絡信号を相間短絡部４０に出力する。保護動作部６０は、３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのうちの１相のコイル（図１では、コイルＬｗ）の電圧の状態に基づいて、相間短絡部４０によるコイル間の短絡を停止する。

以上のように、第１の実施形態に係るモータ駆動制御装置１は、モータ３の３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに選択的に通電するモータ駆動部１０と、モータ駆動部１０に駆動制御信号を出力することによって、モータ駆動部１０により通電させる３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗの通電相を所定の順序で切り替えるモータ制御部２０と、制動制御信号を出力する制動制御部３０と、３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのうちの２相のコイルＬｕ、Ｌｖに接続され、３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのうちの２つのコイルの組み合わせが互いに異なる３つの組の各々のコイル間を短絡信号に応じて短絡する相間短絡部４０と、３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのうちの１相のコイルＬｗと相間短絡部４０との間に接続され、制動制御信号が入力されると短絡信号を相間短絡部４０に出力する短絡信号出力部５０と、３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのうちの１相のコイルＬｗの電圧の状態に基づいて、相間短絡部４０による短絡を停止する保護動作部６０とを備えている。また、第１の実施形態に係るモータの駆動制御方法においては、モータ駆動部１０によって、モータ３の３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに選択的に通電し、モータ制御部２０によって、モータ駆動部１０に駆動制御信号を出力することにより、モータ駆動部１０により通電させる３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗの通電相を所定の順序で切り替え、制動制御部３０によって、制動制御信号を出力し、３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのうちの２相のコイルＬｕ、Ｌｖに接続された相間短絡部４０によって、３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのうちの２つのコイルの組み合わせが互いに異なる３つの組の各々のコイル間を短絡信号に応じて短絡し、３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのうちの１相のコイルＬｗと相間短絡部４０との間に接続された短絡信号出力部５０によって、制動制御信号が入力されると短絡信号を相間短絡部４０に出力し、保護動作部６０によって、３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのうちの１相のコイルＬｗの電圧の状態に基づいて、相間短絡部４０による短絡を停止する。

これにより、モータ駆動制御装置１は、フローティング回路構成を必要とせず簡易な構成でモータの回転を制動することができる。また、モータ駆動制御装置１の短絡信号出力部５０は、１相のコイルＬｖに発生する逆起電力を用いて短絡信号を出力することができるため、モータ駆動制御装置１は完全自立型無電源制動を実現することができる。

さらに、モータ駆動制御装置１は、モータ３のコイル間に対する短絡動作を行っている状態から、３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのうちの１相のコイルＬｗの電圧の状態に基づいて、短絡動作を停止する。これにより、モータ駆動制御装置１に電源供給がない状態下でモータ３の負荷（例えば、ファンモータの羽根を回転させる外力）が増加した場合において無電源回生制動機能を担う電子部品への負担を軽減することができる。

以下、第１の実施形態に係るモータ駆動制御装置１の詳細について説明する。モータ駆動制御装置１は、モータ３を例えば正弦波駆動により駆動させるように構成される。また、モータ駆動制御装置１は、モータ３の回転を制動する。

第１の実施形態において、モータ３は、例えば３相のブラシレスモータであり、例えば不図示のファンなどを回転させるファンモータである。モータ駆動制御装置１は、モータ３の電機子のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに正弦波状の駆動電流を流すことで、モータ３を回転させる。また、モータ駆動制御装置１は、モータ３の回転を停止すると判定した場合、あるいは、電源２からの電力供給遮断時に、モータ３の回転を制動する。

モータ駆動部１０は、モータ制御部２０から出力される駆動制御信号に基づいてモータ３に駆動信号を出力し、モータ３が備える電機子のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに通電するインバータ回路である。モータ駆動部１０は、例えば電源２の両端に設けられた２つのスイッチ素子の直列回路の対（スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２の対、スイッチ素子Ｑ３、Ｑ４の対、およびスイッチ素子Ｑ５、Ｑ６の対）が、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに対してそれぞれ配置されて構成される。なお、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ６は、本実施形態では、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）である。２つのスイッチ素子の各対において、スイッチ素子同士の接続点が出力端となり、その出力端に、モータ３の各相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗにつながる端子が接続されている。具体的には、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２同士の接続点が、Ｕ相のコイルＬｕの端子につながる出力端である。また、スイッチ素子Ｑ３、Ｑ４同士の接続点が、Ｖ相のコイルＬｖの端子につながる出力端である。また、スイッチ素子Ｑ５、Ｑ６同士の接続点が、Ｗ相のコイルＬｗの端子につながる出力端である。

モータ制御部２０は、例えばマイコンで構成されており、モータ駆動制御装置１の各部を制御する。モータ制御部２０は、モータ駆動制御部２１と、モータ制動指令部２２とを有する。

モータ駆動制御部２１は、モータ駆動部１０を駆動するための駆動制御信号を生成し、モータ駆動部１０に出力する。生成される駆動制御信号としては、例えば、モータ駆動部１０のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ６のそれぞれに対応するＶｕｕ、Ｖｕｌ、Ｖｖｕ、Ｖｖｌ、ＶｗｕおよびＶｗｌである。具体的には、スイッチ素子Ｑ１には駆動制御信号Ｖｕｕが出力され、スイッチ素子Ｑ２には駆動制御信号Ｖｕｌが出力される。また、スイッチ素子Ｑ３には駆動制御信号Ｖｖｕが出力され、スイッチ素子Ｑ４には駆動制御信号Ｖｖｌが出力される。また、スイッチ素子Ｑ５には駆動制御信号Ｖｗｕが出力され、スイッチ素子Ｑ６には駆動制御信号Ｖｗｌが出力される。これらの駆動制御信号が出力されることで、それぞれの駆動制御信号に対応するスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ６がオン、オフ動作を行い、モータ３に駆動信号が出力されてモータ３の各相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに電力が供給される。モータ３の回転を停止させるときには、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ６はいずれもオフにされる。例えば、モータ駆動制御部２１は、モータ制動指令部２２によってモータ３の回転を制動する制動指令信号が出力される場合、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ６をいずれもオフする。

モータ制動指令部２２は、制動制御部３０がモータ３の回転を制動するための制動指令信号を生成し、制動制御部３０に出力する。モータ制動指令部２２は、例えばモータ３の回転を制動する場合にＬｏｗ信号である制動指令信号を生成し、例えば、モータ３の回転を制動しない場合に、Ｈｉｇｈ信号である非制動指令信号を生成する。なお、生成される制動指令信号が、Ｈｉｇｈ信号であり、非制動指令信号がＬｏｗ信号であってもよい。

制動制御部３０は、短絡信号出力部５０に制動制御信号を出力する。制動制御信号は、３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのうちの２つのコイルの組み合わせが互いに異なる３つの組の各々のコイル間を短絡する場合に出力される信号であり、後述するように制動制御信号が短絡信号出力部５０に出力されることで、短絡信号が短絡信号出力部５０から相間短絡部４０に出力され、相間短絡部４０が上述した３つの組の各々のコイル間を短絡する。

制動制御部３０は、モータ制動指令部２２がモータ３の回転を制動する制動指令信号を出力した場合、または、電源２からの電力供給が遮断された場合に、制動制御信号を出力する。

例えば、モータ制動指令部２２は、モータ駆動制御部２１がモータ３の駆動を停止した場合に制動指令信号を出力する。モータ駆動制御部２１がモータ３の駆動を停止しても、モータ３は慣性によって回転し続ける。そこで、モータ制動指令部２２は、慣性による回転を素早く停止させるために、制動指令信号を出力する。

モータ制動指令部２２が制動指令信号を出力すると、制動制御部３０は、モータ３の慣性による回転で発生する逆起電力を検知し、検知した逆起電力を用いて制動制御信号を出力する。

また、モータ３の回転駆動中に電源２からの電力供給が遮断されると、モータ駆動部１０から駆動信号が出力されなくなるが、モータ３は慣性によって回転し続ける。そこで、制動制御部３０は、慣性による回転を素早く停止させるために、逆起電力を検知し、検知した逆起電力を用いて制動制御信号を出力する。

あるいは、モータ３の回転が停止しており、かつ電源２からの電力供給が遮断された状態で、例えば外風によってファンが回転するなど、外力によるモータ３が回転することでもコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに逆起電力が発生する。制動制御部３０は、外力によるモータ３の回転を抑制するために、電力供給の遮断と外力によって発生した逆起電力とを検知し、検知した逆起電力を用いて制動制御信号を出力することにより、モータ３の回転を制動する。

制動制御部３０は、電源遮断検知回路４１と、逆起電力検知回路４２と、第１の制動制御回路４３と、第２の制動制御回路４４とを有する。詳細は後述するが、制動制御部３０は、モータ駆動部１０によるモータ３の駆動中に、電源遮断検知回路４１が電力供給の遮断を検知すると、制動制御信号を出力する。また、制動制御部３０は、モータ駆動部１０によるモータ３の駆動停止中に、電源遮断検知回路４１が電力供給の遮断を検知するとともに、コイルＬｗ（１相のコイルの一例）に発生した逆起電力を検知すると、制動制御信号を出力する。

電源遮断検知回路４１は、電源２からの電力供給の遮断を検知する。電源遮断検知回路４１は、電源２と並列に接続された抵抗素子Ｒ１、Ｒ２の直列回路と、直列回路と第１の制動制御回路４３との間に配置される抵抗素子Ｒ３とを有する。電源２の電源電圧は、抵抗素子Ｒ１、Ｒ２の抵抗値に応じて分圧される。電源遮断検知回路４１は、分圧された電圧値に応じた電源検知信号（Ｈｉｇｈ信号）を第１の制動制御回路４３に出力する。なお、電源２からの電力供給が遮断されると電源電圧値がゼロとなるため、電源遮断検知回路４１は、電源遮断を示す遮断検知信号（Ｌｏｗ信号）を出力する。

第１の制動制御回路４３は、電源遮断検知回路４１による電源２からの電力供給の遮断の検知結果、または、モータ制動指令部２２が出力する制動指令信号、非制動指令信号に応じて、モータ３の制動、非制動を切り替える。

第１の制動制御回路４３は、スイッチ素子ＳＷ１と、第１、第２ダイオード素子Ｄ１、Ｄ２とを有する。スイッチ素子ＳＷ１は、本実施形態では、トランジスタであり、スイッチ素子ＳＷ１の一端は抵抗素子Ｒ５を介して電源２に接続され、他端は抵抗素子Ｒ６を介してグランドに接地される。また、スイッチ素子ＳＷ１の一端は、第２の制動制御回路４４に接続される。第１ダイオード素子Ｄ１は、アノードが電源遮断検知回路４１に、カソードがスイッチ素子ＳＷ１の制御端子に接続される。第２ダイオード素子Ｄ２は、アノードがスイッチ素子ＳＷ１の制御端子に接続され、カソードがモータ制動指令部２２に接続される。

例えば、電源２が遮断されておらず、電源遮断検知回路４１が電源検知信号（Ｈｉｇｈ信号）を出力している場合、第１ダイオード素子Ｄ１はオンとなる。このとき、モータ制動指令部２２がモータ３の回転を制動しない非制動指令信号（Ｈｉｇｈ信号）を出力していると、第２ダイオード素子Ｄ２はオフとなるため、電源検知信号が第１ダイオード素子Ｄ１を通ってスイッチ素子ＳＷ１の制御端子に入力され、スイッチ素子ＳＷ１がオンされる。

一方、電源遮断検知回路４１が電源検知信号を出力している場合であっても、モータ制動指令部２２がモータ３の回転を制動する制動指令信号（Ｌｏｗ信号）を出力すると、第２ダイオード素子Ｄ２がオンとなり、電源検知信号が第２ダイオード素子Ｄ２側に流れ、スイッチ素子ＳＷ１の制御端子には入力されない。そのため、スイッチ素子ＳＷ１はオフとなる。

また、電源遮断検知回路４１が遮断検知信号（Ｌｏｗ信号）を出力する場合、モータ制動指令部２２の出力によらず、第１ダイオード素子Ｄ１には電流が流れないため、スイッチ素子ＳＷ１の制御端子に電流が入力されず、スイッチ素子ＳＷ１はオフとなる。

なお、詳細は後述するが、第１の制動制御回路４３のスイッチ素子ＳＷ１がオフの場合、第２の制動制御回路４４は、逆起電力検知回路４２の検知結果に応じて制動制御信号を出力する。一方、第１の制動制御回路４３のスイッチ素子ＳＷ１がオンの場合、第２の制動制御回路４４は、逆起電力検知回路４２の検知結果によらず制動制御信号を出力しない。第１の制動制御回路４３は、スイッチ素子ＳＷ１のオフ／オンを切り替えることで、第２の制動制御回路４４の出力を制御し、モータ３の制動／非制動を切り替える。

逆起電力検知回路４２は、コイルＬｗに発生する逆起電力を検知する。逆起電力検知回路４２は、抵抗素子Ｒ４と抵抗素子Ｒ７とを有する。コイルＬｗに逆起電力が発生すると、抵抗素子Ｒ７を介してスイッチ素子ＳＷ２の制御端子に電圧が印加される。これらが逆起電力を検知する動作となり、その結果、スイッチ素子ＳＷ２がオンする。電流Ｉｗの一部は、逆起電力検知回路４２の抵抗素子Ｒ４に流れ、抵抗素子Ｒ４の両端に抵抗素子Ｒ４に流れる電流の大きさと抵抗素子Ｒ４の抵抗値に応じた電圧が発生し、制動制御部３０より制動制御信号が出力される。

第２の制動制御回路４４は、第１の制動制御回路４３がモータ３の非制動から制動に切り替えている場合に、コイルＬｗに逆起電力が発生すると、発生した逆起電力を用いて制動制御信号を出力する。第２の制動制御回路４４は、スイッチ素子ＳＷ２を有する。

スイッチ素子ＳＷ２は、本実施形態では、トランジスタであり、逆起電力検知回路４２と短絡信号出力部５０との間に設けられる。スイッチ素子ＳＷ２の制御端子は、第１の制動制御回路４３に接続されるとともに、抵抗素子Ｒ７を介してコイルＬｗに接続される。

第１の制動制御回路４３のスイッチ素子ＳＷ１がオフ、すなわち電源２からの電力供給が遮断されている、または、モータ制動指令部２２が制動指令信号を出力している場合に、逆起電力検知回路４２がコイルＬｗに発生した逆起電力を検知したとする。この場合、電流Ｉｗがスイッチ素子ＳＷ２に流れ、スイッチ素子ＳＷ２がオンする。これにより、制動制御信号が第２の制動制御回路４４から短絡信号出力部５０に出力される。

一方、第１の制動制御回路４３のスイッチ素子ＳＷ１がオン、すなわち電源２から電力が供給されており、モータ制動指令部２２が非制動指令信号を出力している場合、逆起電力検知回路４２がコイルＬｗに発生した逆起電力を検知したとしても、コイルＬｗに流れる電流は、第２の制動制御回路４４を介して第１の制動制御回路４３のスイッチ素子ＳＷ１に流れる。そのため、電流Ｉｗがスイッチ素子ＳＷ２の制御端子には入力されず、スイッチ素子ＳＷ２はオフとなる。したがって、制動制御信号は第２の制動制御回路４４から短絡信号出力部５０には出力されない。

短絡信号出力部５０は、コイルＬｗと相間短絡部４０との間に接続される。短絡信号出力部５０は、第２の制動制御回路４４から制動制御信号が入力されると短絡信号を相間短絡部４０に出力する。短絡信号出力部５０は、スイッチ素子ＳＷ３を有する。スイッチ素子ＳＷ３は、本実施形態では、サイリスタであり、アノードがコイルＬｗに、カソードが相間短絡部４０に、ゲートが第２の制動制御回路４４に接続される。

第２の制動制御回路４４が出力した制動制御信号は、スイッチ素子ＳＷ３のゲートに入力される。これにより、スイッチ素子ＳＷ３がオンし、電流Ｉｗが短絡信号として相間短絡部４０に出力される。

相間短絡部４０は、コイルＬｕ、Ｌｖに接続され、３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのうちの２つのコイルの組み合わせが互いに異なる３つの組の各々のコイル間（コイルＬｕ、Ｌｖ間、コイルＬｕ、Ｌｗ間、およびコイルＬｖ、Ｌｗ間）を短絡する。相間短絡部４０は、コイルＬｕ、Ｌｖの両端に設けられた２つのスイッチ素子ＳＷ４、ＳＷ５を有する。スイッチ素子ＳＷ４、ＳＷ５は、本実施形態では、サイリスタである。スイッチ素子ＳＷ４、ＳＷ５は、アノードがコイルＬｖ、Ｌｕにそれぞれ接続され、カソードがグランドに接地される。スイッチ素子ＳＷ４、ＳＷ５のゲートは、短絡信号出力部５０（具体的には、スイッチ素子ＳＷ３のカソード）に接続され、短絡信号が入力される。短絡信号が入力されるとスイッチ素子ＳＷ４、ＳＷ５がオンし、コイルＬｕ、Ｌｖ間、コイルＬｕ、Ｌｗ間およびコイルＬｖ、Ｌｗ間が短絡する。

例えば、コイルＬｖに正の電圧が生じ、且つコイルＬｗに負の電圧が生じた場合、コイルＬｖ、Ｌｗ間が、スイッチ素子ＳＷ４とスイッチ素子Ｑ６の寄生ダイオードとによってグランドを経由して短絡される。そのため、コイルＬｖに電流Ｉｖが短絡電流として流れ、コイルＬｗに電流Ｉ６が短絡電流として流れる。また、コイルＬｖに正の電圧が生じ、且つコイルＬｕに負の電圧が生じた場合、コイルＬｖ、Ｌｕ間が、スイッチ素子ＳＷ４とスイッチ素子Ｑ２の寄生ダイオードとによってグランドを経由して短絡される。したがって、コイルＬｖに電流Ｉｖが短絡電流として流れ、コイルＬｕに電流Ｉ２が短絡電流として流れる。

また、コイルＬｕに正の電圧が生じ、且つコイルＬｗに負の電圧が生じた場合、コイルＬｕ、Ｌｗ間が、スイッチ素子ＳＷ５とスイッチ素子Ｑ６の寄生ダイオードとによってグランドを経由して短絡される。したがって、コイルＬｕに電流Ｉｕが短絡電流として流れ、コイルＬｗに電流Ｉ６が短絡電流として流れる。また、コイルＬｕに正の電圧が生じ、且つコイルＬｖに負の電圧が生じた場合、コイルＬｕ、Ｌｖ間が、スイッチ素子ＳＷ５とスイッチ素子Ｑ４の寄生ダイオードとによってグランドを経由して短絡される。したがって、コイルＬｕに電流Ｉｕが短絡電流として流れ、コイルＬｖに電流Ｉ４が短絡電流として流れる。

このように、相間短絡部４０によって、３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのうちの互いに２つのコイルの組み合わせが異なる３つの組の各々のコイル間が短絡する。また、短絡信号出力部５０によるコイル間の短絡時に、モータ駆動部１０のスイッチ素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６のそれぞれの寄生ダイオードが回生経路に含まれ回生回路の一部として動作する。そのため、自立型無電源制動を行うための回路を簡易な構成とすることができる。

また、相間短絡部４０を２つのサイリスタで構成することで、整流回路としての機能と短絡回路としての機能とを同時に実現することができ、相間短絡部４０を簡易な構成とすることができる。また、相間短絡部４０は、本実施形態のように、サイリスタのような汎用性の高い部品で構成することができる。

保護動作部６０は、制動制御部３０から制動制御信号が出力されている場合に動作状態になり、制動制御部３０から制動制御信号が出力されていない場合に非動作状態になる。これにより、モータ３への電力供給が停止された直後に保護動作部６０が動作することを回避することができ、モータ３への電力供給が停止された場合におけるモータ３の制動制御への影響を回避することができる。

保護動作部６０は、制動制御部３０から制動制御信号が出力されている状態において、コイルＬｗに発生した逆起電力の継続時間および大きさに応じた電圧が閾値電圧Ｖｔｈ以上になった場合に、制動オフ指令を制動制御部３０へ出力し、制動制御部３０からの制動制御信号の出力を停止させる。これにより、モータ３を回転させる外力が長時間印加される条件下において、無電源回生制動機能を担う相間短絡部４０およびスイッチ素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６の寄生ダイオードへの負荷を軽減することができる。

図１に示すように、保護動作部６０は、始動時間設定部６１と、保護動作始動部６２と、制動オフ指令部６３とを有する。始動時間設定部６１は、３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのうち１相のコイルＬｗに接続され、コイルＬｗに発生した逆起電力の継続時間および逆起電力に応じた電圧を出力する。保護動作始動部６２は、始動時間設定部６１から出力される電圧が予め設定された閾値電圧Ｖｔｈ１以上になった場合に保護動作（制動オフ）の始動信号を制動オフ指令部６３へ出力する。制動オフ指令部６３は、保護動作始動部６２から始動信号が出力された場合に、制動制御部３０からの制動制御信号の出力を停止させる制動オフ信号を制動制御部３０に出力する。制動制御部３０は、保護動作部６０から制動オフ信号が出力された場合、制動制御信号の出力を停止する。

図２は、第１の実施形態に係るモータ駆動制御装置の回路構成の一例を示すブロック図であり、始動時間設定部６１、保護動作始動部６２、および制動オフ指令部６３の各々の構成例を示す。図２に示すように、始動時間設定部６１は、ダイオード素子Ｄ３と、抵抗素子Ｒ８と、コンデンサＣ１とを有する。ダイオード素子Ｄ３のアノードはコイルＬｗに接続され、カソードは抵抗素子Ｒ８の一端に接続される。抵抗素子Ｒ８の他端は、コンデンサＣ１の一端に接続される。コンデンサＣ１の他端はグランドに接地される。

モータ３のコイルＬｗで発生した逆起電力はダイオード素子Ｄ３によって整流され、整流された逆起電力は抵抗素子Ｒ８とコンデンサＣ１によって構成される時定数回路へ出力される。コンデンサＣ１の両端電圧は、抵抗素子Ｒ８とコンデンサＣ１とによって決定される時定数に基づいて、上昇する。これにより、始動時間設定部６１は、コイルＬｗに発生する逆起電力の継続時間および大きさに応じた電圧を出力することができる。なお、抵抗素子Ｒ８とコンデンサＣ１とによって決定される時定数を調整することで、始動時間設定部６１から出力される電圧の上昇率を調整することができる。以下、始動時間設定部６１から出力される電圧を平滑電圧と記載する場合がある。

保護動作始動部６２は、抵抗素子Ｒ９と、スイッチ素子Ｑ７と、ツェナーダイオード素子Ｄ４とを有する。抵抗素子Ｒ９の一端は始動時間設定部６１の出力に接続され、他端はスイッチ素子Ｑ７の制御端子に接続される。スイッチ素子Ｑ７の一端は制動オフ指令部６３に接続され、他端はツェナーダイオード素子Ｄ４のカソードに接続される。ツェナーダイオード素子Ｄ４のアノードはグランドに接地される。

保護動作始動部６２は、始動時間設定部６１から出力される平滑電圧が閾値電圧Ｖｔｈ１以上になった場合、スイッチ素子Ｑ７がオンになり、スイッチ素子Ｑ７から制動オフ指令部６３へ保護動作（制動オフ）の始動信号が出力される。ここで、スイッチ素子Ｑ７のオン電圧を「Ｖ_ＢＥ」とし、ツェナーダイオード素子Ｄ４のツェナー電圧を「Ｖ_ＤＺ」とすると、Ｖｔｈ１＝Ｖ_ＢＥ＋Ｖ_ＤＺである。

制動オフ指令部６３は、スイッチ素子Ｑ８と、ダイオード素子Ｄ５とを有する。スイッチ素子Ｑ８の制御端子は保護動作始動部６２の出力に接続される。また、スイッチ素子Ｑ８の一端は始動時間設定部６１の出力に接続され、他端はダイオード素子Ｄ５のアノードに接続される。ダイオード素子Ｄ５のカソードは、第１の制動制御回路４３のスイッチ素子ＳＷ１の制御端子に接続される。

制動オフ指令部６３において、保護動作始動部６２から始動信号が出力された場合、スイッチ素子Ｑ８がオンになる。これにより、制動オフ指令部６３から制動オフ指令が第１の制動制御回路４３のスイッチ素子ＳＷ１の制御端子へ出力される。第１の制動制御回路４３は、スイッチ素子ＳＷ１の制御端子に制動オフ指令が入力されると、スイッチ素子ＳＷ１をオンする。そして、第１の制動制御回路４３のスイッチ素子ＳＷ１がオンすると、第２の制動制御回路４４は、スイッチ素子ＳＷ２をオフする。その結果、第２の制動制御回路４４は、短絡信号出力部５０への制動制御信号の出力を停止する。すなわち、制動制御部３０は、保護動作部６０から制動オフ信号が出力された場合、制動制御信号の出力を停止する。

このように、保護動作部６０は、制動制御部３０から制動制御信号が出力されている状態において、コイルＬｗに発生する逆起電力の継続時間および大きさに応じたタイミングで、制動制御部３０からの制動制御信号の出力を停止させる。これにより、例えば、モータ３を回転させる外力が長時間印加される条件下において、回生制動によって相間短絡部４０およびスイッチ素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６の寄生ダイオードに生じる負荷量が大きくなりすぎることを回避することができる。

なお、保護動作部６０は、図２に示す構成に限定されず、コイルＬｗに発生した逆起電力の継続時間および大きさに応じたタイミングで制動オフ指令を出力する構成であればよい。また、保護動作部６０は、コイルＬｗに発生した逆起電力の継続時間のみに応じたタイミングで制動オフ指令を出力する構成であってもよい。例えば、ダイオード素子Ｄ３のカソードと抵抗素子Ｒ８の一端との間に電圧を制限する回路を設けて、逆起電力の継続時間のみに応じたタイミングで制動オフ指令を出力する構成にしてもよい。

また、保護動作部６０は、上述したように、制動制御部３０から制動制御信号が出力されている場合に動作する。保護動作部６０は、コイルＬｗと始動時間設定部６１との間に不図示のスイッチ素子が設けられている。かかる不図示のスイッチ素子の制御端子は、制動制御部３０の出力に接続されており、制動制御信号が入力された場合に、コイルＬｗと始動時間設定部６１とを接続する。これにより、保護動作部６０は、制動制御部３０から制動制御信号が出力されている場合に動作する。なお、保護動作部６０は、制動制御部３０から制動制御信号が出力されている場合に動作状態になればよく、保護動作部６０の動作状態と非動作状態とを切り替える構成は上述した例に限定されない。例えば、コンデンサＣ１の両端を短絡するスイッチ素子を設け、かかるスイッチ素子を制動制御部３０から制動制御信号が出力されている場合にオフにする構成であってもよい。

次に、図１〜図３を用いて、モータ駆動制御装置１による、制動動作の動作モードについて説明する。図３は、第１の実施形態に係るモータ駆動制御装置１の動作モードを説明する図である。上述したように、モータ駆動制御装置１は、電源２からの電力供給が遮断された場合、または、モータ制動指令部２２が制動指令信号を出力した場合に、モータ３の回転を制動する。モータ駆動制御装置１の制動に関する動作は、図３に示すように動作モードＡ〜Ｃの３つに分けられる。

まず、モータ制御部２０がモータ３の制動を行わず回転させる場合（動作モードＡ）、図３に示すように、モータ駆動制御装置１には電源２からの電力供給があり、モータ制動指令部２２から非制動指令信号（Ｈｉｇｈ信号）が出力される。この場合、第１の制動制御回路４３の第１ダイオード素子Ｄ１がオン、第２ダイオード素子Ｄ２がオフとなり、スイッチ素子ＳＷ１がオンとなる。これにより、モータ３に逆起電力が発生しても、スイッチ素子ＳＷ２、ＳＷ３はいずれもオフとなり、制動制御信号、短絡信号のいずれも出力されず、モータ駆動制御装置１による制動動作は行われない（制動無し）。

また、例えば、モータ制御部２０がモータ３の回転停止を決定し、モータ駆動制御部２１がモータ３の駆動を停止するとともに、モータ制動指令部２２がモータ３の制動を行うとする（動作モードＢ）。この場合、モータ駆動制御装置１には電源２からの電力供給があり、また、モータ制動指令部２２から制動指令信号（Ｌｏｗ信号）が出力される。この場合、第１ダイオード素子Ｄ１、第２ダイオード素子Ｄ２はいずれもオンとなり、スイッチ素子ＳＷ１がオフとなる。このとき、モータ３に逆起電力が発生すると、スイッチ素子ＳＷ２がオンになり、モータ３に発生した逆起電力を用いて制動制御信号が生成され、制動制御信号によりスイッチ素子ＳＷ３がオンになり、短絡信号が生成される。これにより、相間短絡部４０のスイッチ素子ＳＷ４、ＳＷ５がオンになって、モータ３の回転を制動する（制動有り）。

このように、モータ制御部２０がモータ３の回転駆動を停止する場合に、モータ駆動制御装置１は、慣性によってモータ３に発生する逆起電力を用いてモータ３の回転を制動することができる。

また、モータ駆動制御装置１に対する電源２からの電力供給が遮断され、供給無しになった場合（動作モードＣ）、第１ダイオード素子Ｄ１、第２ダイオード素子Ｄ２のいずれもオフとなり、スイッチ素子ＳＷ１がオフとなる。このとき、モータ３に逆起電力が発生すると、スイッチ素子ＳＷ２がオンになり、モータ３に発生した逆起電力を用いて制動制御信号が生成され、制動制御信号によりスイッチ素子ＳＷ３がオンになり、短絡信号が生成される。これにより、相間短絡部４０のスイッチ素子ＳＷ４、ＳＷ５がオンになって、モータ３の回転を制動する（制動有り）。

なお、動作モードＣでは、モータ制御部２０によるモータ３の回転駆動中であっても、回転停止中であっても、電源２からの電力供給が遮断されると、モータ駆動制御装置１はモータ３の回転を制動する。すなわち、モータ駆動制御装置１は、モータ制動指令部２２から電力供給が遮断される直前に出力されている信号が非制動指令信号、制動指令信号のどちらであるかにかかわらず、電源２からの電力供給が遮断された場合に、モータ３の回転を制動する。

そのため、例えばモータ３の回転停止時であって電力供給遮断時に、外力によるモータ３の回転を制動することができる。これにより、例えばモータ３がファンモータであり、ユーザシステム内に設置した際の外風による強制回転の発生対策を実現することができる。

このように、モータ駆動制御装置１は、電源２からの電力供給遮断時にモータ３の回転を制動することができ、モータ３の回転をより素早く停止させることができる。また、モータ駆動制御装置１は、モータ３に発生する逆起電力を用いて回転を制動するため、電源２からの電力供給遮断時であっても、電源２とは別のバッテリーを備える必要がなく、完全自立型の無電源での制動動作が可能となる。また、モータ駆動制御装置１が電力供給遮断の検知、および制動指令信号の出力を行うため、電力供給遮断の検知および制動指令信号の出力を行う外部装置を別途設ける必要がなく、モータ駆動制御装置１で自立型制動システムを実現することができる。

また、モータ駆動制御装置１は、モータ３の回転の制動を開始した後、コイルＬｗに発生する逆起電力の継続時間および大きさに応じたタイミングでモータ３の回転の制動を停止して保護動作を行う。これにより、モータ３を回転させる外力が長時間印加され続けることを回避することができ、回生制動によって相間短絡部４０およびスイッチ素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６の寄生ダイオードに生じる負荷量が大きくなりすぎることを回避することができる。

また、モータ駆動制御装置１による保護動作は、上述した動作モードＢによる制動動作が終了するまでは開始しないように、保護動作部６０の保護動作開始時間が設定される。保護動作開始時間は、制動制御信号が生成されてから保護動作部６０の保護動作が開始されるまでの時間であり、例えば、始動時間設定部６１に設けられる時定数回路の時定数を調整することで適切に設定することができる。これにより、動作モードＢによる制動動作が、保護動作部６０の保護動作によって停止されないため、動作モードＢによる制動動作を適切に行うことができる。

続いて、図４を用いて、モータ駆動制御装置１の保護動作部６０の動作手順について説明する。図４は、モータ駆動制御装置１の保護動作部６０の動作手順の一例について説明するフローチャートである。図４では、モータ３への電力供給がされていない状態において、モータ３に外力が働いてモータ３が回転した場合のモータ駆動制御装置１の動作について説明する。

図４に示すように、モータ３への電力供給がされていない状態において、モータ３に外力が働いてモータ３が回転した場合、モータ３のコイルＬｗに逆起電圧（逆起電力）が発生する（ステップＳ１０１）。コイルＬｗに逆起電圧が発生すると、保護動作部６０の始動時間設定部６１は、コイルＬｗに発生した逆起電圧を整流し（ステップＳ１０２）、整流した逆起電圧を平滑する（ステップＳ１０３）。

コイルＬｗに継続して逆起電力が発生すると、始動時間設定部６１から出力される平滑電圧が上昇する（ステップＳ１０４）。保護動作始動部６２は、始動時間設定部６１から出力される平滑電圧が閾値電圧Ｖｔｈ１以上になったか否かを検出する（ステップＳ１０５）。平滑電圧が閾値電圧Ｖｔｈ１以上になっていない場合（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、保護動作始動部６２は、ステップＳ１０５の検出を続ける。

一方、始動時間設定部６１から出力される平滑電圧が閾値電圧Ｖｔｈ１以上になった場合（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、保護動作始動部６２のスイッチ素子Ｑ７がオンになり、保護動作始動部６２から保護動作（制動オフ）の始動信号が出力される（ステップＳ１０６）。保護動作始動部６２から始動信号が出力されると、制動オフ指令部６３のスイッチ素子Ｑ８がオンになり（ステップＳ１０７）、第１の制動制御回路４３のスイッチ素子ＳＷ１がオンになる（ステップＳ１０８）。これにより、制動制御部３０からの制動制御信号の出力が停止され、相間短絡部４０による短絡が停止されて制動動作がオフになる（ステップＳ１０９）。

次に、図５を用いて、モータ駆動制御装置１による保護動作の効果の具体例について説明する。図５は、モータ駆動制御装置１による保護動作の効果の一例について説明するための図であり、モータ駆動が停止中に、モータ３に取り付けられたファンに外風を強制的に当ててモータ３を強制的に回転させた場合の例を示す。図５において、制動機能オフとは、モータ駆動制御装置１の制動動作を機能させない状態（例えば、制動制御信号を出力させない状態）を示し、制動機能オンとは、モータ駆動制御装置１の制動動作が機能する状態（例えば、制動制御信号を出力可能な状態）を示す。

図５に示すように、制動機能オフ時の回転数は、外風の風量に正比例して大きくなる。一方、制動機能オフ時の回転数は、強制風量が５［ｍ^３／ｍｉｎ］付近でモータ駆動制御装置１の制動動作が開始して強制風量が１５［ｍ^３／ｍｉｎ］付近までモータ駆動制御装置１の制動動作が維持されている。かかる制動動作によって、スイッチ素子ＳＷ４、ＳＷ５に短絡電流が流れるため、スイッチ素子ＳＷ４、ＳＷ５の温度が上昇していく。

強制風量が１５［ｍ^３／ｍｉｎ］以上になると、モータ駆動制御装置１の保護動作が開始され、モータ駆動制御装置１の制動動作が停止される。そのため、スイッチ素子ＳＷ４、ＳＷ５に短絡電流が流れなくなり、スイッチ素子ＳＷ４、ＳＷ５の温度が低下する。このように、モータ３への電力供給がない状態下でモータ３の負荷が増加した場合において無電源回生制動機能を担う電子部品への負担を軽減することができる。

なお、図５において、保護動作が開始される強制風量および強制回転数は一例であり、図５に示す例に限定されない。保護動作が開始されるタイミングは、モータ３の回転数、巻線数やインペラ形状等によっても変化する。

第１の実施形態では、コイルＬｗに発生する逆起電力エネルギーを制動機能および保護動作の電源とするため、バッテリーなどの別電源を必要とせず、完全自立型の無電源動作を実現することができる。特に、制動機能および保護機能により、例えばモータ３をファンモータとしてユーザシステム内に設置した際の外風による強制回転の発生を抑制しつつ、無電源回生制動機能を担う電子部品への負荷が大きくなった場合には、制動動作を停止させる。これにより、無電源回生制動機能を担う電子部品への負担を軽減することができる。

また、本第１の実施形態では、上述した制動機能を実現するために機械リレーや機械スイッチを必要としておらず、モータ駆動制御装置１の信頼性を向上させ、かつ製品寿命をより長くすることができる。

また、図１および図２では、相間短絡部４０の２つのスイッチ素子ＳＷ４、ＳＷ５をサイリスタとしたが、これに限定されない。例えば、相間短絡部４０を１つのトライアックで実現してもよい。図６は、このような場合における相間短絡部４０の変形例を示す図である。図６に示すように、コイルＬｕ、Ｌｖ間にトライアックが配置され、トライアックのゲートには、短絡信号出力部５０から短絡信号が入力される。この場合、相間短絡部４０はグランドに接地する必要がなく、モータ駆動部１０のスイッチ素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６の寄生ダイオードを回生経路に用いる必要がない。なお、図６ではモータ駆動制御装置１の構成要素のうち説明に不要な構成要素の図示を省略している。

また、相間短絡部４０を３つのスイッチ素子ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ７で実現してもよい。この場合、図７に示すように、図１に示す相間短絡部４０の構成に加え、コイルＬｗに接続されるスイッチ素子ＳＷ７がさらに追加される。スイッチ素子ＳＷ７はサイリスタであり、スイッチ素子ＳＷ７のゲートには、短絡信号出力部５０から短絡信号が入力される。なお、電流Ｉｗ１は、逆起電力の検知および制動制御信号の出力と短絡信号の出力に用いられ、短絡電流Ｉｗ２は、コイルＬｗに正の逆起電力が発生したときにスイッチ素子ＳＷ７に流れる電流である。

したがって、図７に示す相間短絡部４０では、コイルＬｗが正の電圧になり、且つコイルＬｕ、Ｌｖのいずれかが負の電圧になった場合も、コイルＬｕ、Ｌｗ間またはコイルＬｖ、Ｌｗ間が短絡される。このように、相間短絡部４０は、３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに接続され、当該３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのうちの２つのコイルの組み合わせが互いに異なる３つの組の各々のコイル間を短絡信号に応じて短絡する構成であってもよい。この場合、３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのうちの任意の１相のコイルに、保護動作部６０が接続される。

また、図６に示す相間短絡部４０は、１つのトライアックを有する構成であるが、トライアックを３つ設けた構成であってもよい。この場合、相間短絡部４０には、コイルＬｕ、Ｌｖ間に加え、コイルＬｕ、Ｌｗ間およびコイルＬｖ、Ｌｗ間に各々トライアックが配置される。そして、３つのトライアックのゲートには、短絡信号出力部５０から短絡信号が入力される。これにより、コイルＬｕ、Ｌｖ間に加え、コイルＬｕ、Ｌｗ間およびコイルＬｖ、Ｌｗ間を短絡することができる。この場合、図７に示す構成の場合と同様に、３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのうちの任意の１相のコイルに、保護動作部６０が接続される。

（第２の実施形態）
第２の実施形態に係るモータ駆動制御装置は、３相のコイルのうち１相のコイルに発生する逆起電力の大きさが予め設定された値以上である場合にモータの制動動作が停止されず、モータの制動力が抑制される点で、第１の実施形態に係るモータ駆動制御装置１と異なる。以下においては、第１の実施形態と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、第１の実施形態のモータ駆動制御装置１と異なる点を中心に説明する。

図８は、第２の実施形態に係るモータ駆動制御装置１Ａの回路構成の一例を示すブロック図である。図８に示すように、第２の実施形態に係るモータ駆動制御装置１Ａは、モータ駆動部１０と、モータ制御部２０と、制動制御部３０と、相間短絡部４０と、短絡信号出力部５０と、保護動作部７０とを備える。

保護動作部７０は、３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのうちの１相のコイルＬｗの電圧の状態に基づいて、相間短絡部４０による短絡電流の抑制を行う。短絡電流の抑制とは、短絡信号出力部５０による短絡によって流れる電流量を低減することを意味する。

保護動作部７０は、逆起電力レベル監視部７１と、保護動作始動部７２と、制動力変更指令部７３と、制動力切替部７４とを有する。逆起電力レベル監視部７１は、３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのうち１相のコイルＬｗに接続され、コイルＬｗに発生する逆起電力の大きさに応じた電圧を出力する。保護動作始動部７２は、コイルＬｗに発生する逆起電力の大きさが予め設定された値以上であるか否かを検出する。例えば、保護動作始動部７２は、逆起電力レベル監視部７１から出力される電圧が予め設定された閾値電圧Ｖｔｈ２になった場合に保護動作（制動力変更）の始動信号を制動力変更指令部７３へ出力する。制動力変更指令部７３は、保護動作始動部７２から始動信号が出力された場合に、制動力切替部７４に短絡電流を抑制させる制動力変更信号を制動制御部３０に出力する。制動力切替部７４は、制動力変更指令部７３から制動力変更信号が出力された場合、短絡信号出力部５０による短絡によって生じる短絡電流を抑制することで、相間短絡部４０によるモータ３に対する制動力を抑制する。

図９は、第２の実施形態に係るモータ駆動制御装置１Ａの回路構成の一例を示すブロック図であり、逆起電力レベル監視部７１、保護動作始動部７２、制動力変更指令部７３、制動力切替部７４各々の構成例を示す。図９に示すように、逆起電力レベル監視部７１は、ダイオード素子Ｄ６と、コンデンサＣ２とを有する。ダイオード素子Ｄ６のアノードはコイルＬｗに接続され、カソードはコンデンサＣ２の一端に接続される。コンデンサＣ２の他端はグランドに接地される。モータ３のコイルＬｗで発生した逆起電圧（逆起電力）は、ダイオード素子Ｄ６によって整流され、コンデンサＣ２によって平滑される。コンデンサＣ２の両端電圧である平滑電圧は、逆起電圧（逆起電力）が大きいほど大きくなる。

保護動作始動部７２は、逆起電力レベル監視部７１のコンデンサＣ２と並列に接続された抵抗素子Ｒ１１、Ｒ１２の直列回路を有する。逆起電力レベル監視部７１から出力される平滑電圧は、抵抗素子Ｒ１１、Ｒ１２の抵抗値に応じて分圧される。保護動作始動部７２は、平滑電圧が閾値電圧Ｖｔｈ２以上である場合に、保護動作（制動力変更）の始動信号を出力する。

制動力変更指令部７３は、抵抗素子Ｒ１３、Ｒ１４と、スイッチ素子Ｑ９、Ｑ１０とを有する。抵抗素子Ｒ１３の一端と抵抗素子Ｒ１４の一端は各々コイルＬｗに接続される。抵抗素子Ｒ１３の他端は、スイッチ素子Ｑ９の一端に接続され、抵抗素子Ｒ１４の他端は、スイッチ素子Ｑ１０の一端に接続される。スイッチ素子Ｑ９の他端はグランドに接地され、制御端子は保護動作始動部７２に接続される。保護動作始動部７２からスイッチ素子Ｑ９の制御端子へ始動信号が出力されると、スイッチ素子Ｑ９がオンになる。なお、上述した始動信号は、スイッチ素子Ｑ９のオン電圧以上の電圧信号であり、スイッチ素子Ｑ９のオン電圧をＶ_ＢＥとすると、上述した閾値電圧Ｖｔｈ２は、Ｖｔｈ２＝Ｖ_ＢＥ×（Ｒ１１＋Ｒ１２）／Ｒ１２で表される。なお、モータ駆動部１０から最大定格の電圧が出力された場合において逆起電力レベル監視部７１から出力される平滑電圧よりも閾値電圧Ｖｔｈ２を大きくすることで、モータ駆動部１０でモータ３を駆動した場合にスイッチ素子Ｑ９がオンしないようにすることができる。

コイルＬｗに逆起電力が発生している状態でスイッチ素子Ｑ９がオフである場合、スイッチ素子Ｑ１０がオンであり、スイッチ素子Ｑ１０から非制動力変更信号が出力される。非制動力変更信号は、制動力切替部７４への電圧を印加する信号である。一方、スイッチ素子Ｑ９がオンになると、スイッチ素子Ｑ１０がオフになる。そのため、スイッチ素子Ｑ１０から制動力変更信号が出力される。制動力変更信号は、制動力切替部７４への電圧の印加を停止する信号である。

制動力切替部７４は、スイッチ素子ＳＷ８と抵抗素子Ｒ２０との並列回路と、スイッチ素子ＳＷ９と抵抗素子Ｒ２１との並列回路とを有する。スイッチ素子ＳＷ８と抵抗素子Ｒ２０との並列回路は、コイルＬｖとスイッチ素子ＳＷ４のアノードとの間に接続される。スイッチ素子ＳＷ９と抵抗素子Ｒ２１との並列回路は、コイルＬｕとスイッチ素子ＳＷ５のアノードとの間に接続される。

制動力変更指令部７３のスイッチ素子Ｑ１０から制動力変更信号が出力されるまでは、スイッチ素子Ｑ１０から非制動力変更信号が出力されており、スイッチ素子ＳＷ８、ＳＷ９はオンの状態である。そのため、短絡電流Ｉｖ、Ｉｕはスイッチ素子ＳＷ８、ＳＷ９を介して相間短絡部４０へ流れる。一方、スイッチ素子Ｑ１０から制動力変更信号が出力されると、スイッチ素子ＳＷ８、ＳＷ９がオフになり、短絡電流Ｉｖ、Ｉｕは抵抗素子Ｒ２０、Ｒ２１を介して相間短絡部４０へ流れる。そのため、スイッチ素子Ｑ１０から制動力変更信号が出力された場合、スイッチ素子Ｑ１０から制動力変更信号が出力されない場合に比べ、短絡電流Ｉｖ、Ｉｕおよび短絡電流Ｉ２、Ｉ４、Ｉ６が抑制される。そのため、相間短絡部４０によるモータ３に対する制動力が抑制される。

このように、保護動作部７０は、コイルＬｗに発生した逆起電力が予め設定された値以上になった場合に、相間短絡部４０によるモータ３に対する制動力を抑制する。これにより、例えば、モータ３を回転させる外力が大きい条件下において、回生制動によって相間短絡部４０およびスイッチ素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６の寄生ダイオードに生じる負荷量が大きくなりすぎることを回避することができる。

なお、保護動作部７０は、図９に示す構成に限定されず、コイルＬｗに発生する逆起電圧が設定された電圧以上になった場合に、制動力変更指令を出力する構成であればよい。

続いて、図１０を用いて、モータ駆動制御装置１Ａの保護動作部７０の動作手順について説明する。図１０は、第２の実施形態に係るモータ駆動制御装置１Ａの保護動作部７０の動作手順の一例について説明するフローチャートである。図１０では、モータ３への電力供給がされていない状態において、モータ３に外力が働いてモータ３が回転した場合のモータ駆動制御装置１Ａの動作について説明する。

図１０に示すように、モータ３への電力供給がされていない状態において、モータ３に外力が働いてモータ３が回転した場合、モータ３のコイルＬｗに逆起電圧（逆起電力）が発生する（ステップＳ２０１）。コイルＬｗに逆起電圧が発生すると、制動力変更指令部７３のスイッチ素子Ｑ１０がオンになる（ステップＳ２０２）。スイッチ素子Ｑ１０がオンになると、制動力切替部７４のスイッチ素子ＳＷ８、ＳＷ９がオンになる（ステップＳ２０３）。

また、モータ３のコイルＬｗに発生した逆起電圧は逆起電力レベル監視部７１で整流され平滑される（ステップＳ２０４）。保護動作始動部７２は、逆起電力レベル監視部７１から出力される平滑電圧が閾値電圧Ｖｔｈ２以上になったか否かを検出する（ステップＳ２０５）。保護動作始動部７２は、平滑電圧が閾値電圧Ｖｔｈ２まで上昇していない場合（ステップＳ２０５：Ｎｏ）、保護動作（制動力変更）の始動信号を出力しない。一方、保護動作始動部７２は、平滑電圧が閾値電圧Ｖｔｈ２まで上昇した場合（ステップＳ２０５：Ｙｅｓ）、始動信号を出力して、スイッチ素子Ｑ９をオフにする（ステップＳ２０６）。

スイッチ素子Ｑ９がオフになると、スイッチ素子Ｑ１０がオフになる（ステップＳ２０７）。そのため、制動力切替部７４のスイッチ素子ＳＷ８、ＳＷ９がオフになる（ステップＳ２０８）。そのため、コイルＬｖ、Ｌｕの短絡経路に抵抗素子Ｒ２０、Ｒ２１が接続され（ステップＳ２０９）、短絡電流Ｉｖ、Ｉｕは抵抗素子Ｒ２０、Ｒ２１を介して相間短絡部４０へ流れる。これにより、相間短絡部４０によるモータ３に対する制動力が抑制される（ステップＳ２１０）。

第２の実施形態では、コイルＬｗに発生する逆起電力エネルギーを制動機能および保護動作の電源とするため、バッテリーなどの別電源を必要とせず、完全自立型の無電源動作を実現することができる。特に、制動機能および保護機能により、例えばモータ３をファンモータとしてユーザシステム内に設置した際の外風による強制回転の発生を抑制しつつ、無電源回生制動機能を担う電子部品への負荷が大きくなった場合には、制動力を抑制させる。これにより、無電源回生制動機能を担う電子部品への負担を軽減することができる。

また、本実施形態では、上述した制動機能を実現するために機械リレーや機械スイッチを必要としておらず、モータ駆動制御装置１Ａの信頼性を向上させ、かつ製品寿命をより長くすることができる。

また、図８および図９では、相間短絡部４０の２つのスイッチ素子ＳＷ４、ＳＷ５をサイリスタとしたが、これに限定されない。例えば、図１１に示すように、相間短絡部４０を１つのトライアックで実現してもよい。図１１に示す例では、コイルＬｕ、Ｌｖ間にトライアックが配置され、トライアックのゲートに短絡信号出力部５０から短絡信号が入力される。そして、保護動作部７０の制動力切替部７４は、スイッチ素子ＳＷ１１と抵抗素子Ｒ２０との並列回路で構成される。スイッチ素子ＳＷ１１と抵抗素子Ｒ２０との並列回路は、コイルＬｖと相間短絡部４０との間に配置され、スイッチ素子ＳＷ１１はトライアックである。なお、制動力切替部７４は、コイルＬｕと相間短絡部４０との間に配置されてもよい。また、スイッチ素子ＳＷ１１はトライアックでなくてもよい。

また、相間短絡部４０を３つのスイッチ素子ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ７で実現してもよい。この場合、図１２に示すように、図８に示す相間短絡部４０の構成に加え、コイルＬｗに接続されるスイッチ素子ＳＷ７がさらに追加される。スイッチ素子ＳＷ７はサイリスタであり、スイッチ素子ＳＷ７のゲートには、短絡信号出力部５０から短絡信号が入力される。この場合、制動力切替部７４は、図８に示す構成に加え、さらに、スイッチ素子ＳＷ１０と抵抗素子Ｒ２２の並列回路とが、コイルＬｗとスイッチ素子ＳＷ７との間に配置される。図１２に示す構成の場合、３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのうちの任意の１相のコイルに、保護動作部７０が接続される。

また、図１１に示す相間短絡部４０は、１つのトライアックを有する構成であるが、第１の実施形態と同様に、トライアックを３つ設けた構成であってもよい。この場合、相間短絡部４０には、トライアックであるスイッチ素子と抵抗との並列回路が各トライアックに直列に接続される。この場合、図１２に示す構成の場合と同様に、３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのうちの任意の１相のコイルに、保護動作部７０が接続される。

また、本実施形態では、上述した制動機能を実現するために機械リレーや機械スイッチを必要としておらず、モータ駆動制御装置１Ａの信頼性を向上させ、かつ製品寿命をより長くすることができる。

また、上記実施形態のモータ駆動制御装置１、１Ａの各部の構成およびモータ３の構成は、コイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗがスター結線であるが、モータ３のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗの結線は、デルタ結線であってもよい。また、上述したトライアックは、フォトＭＯＳ（Metal-Oxide-Semiconductor）リレーや機械的リレーなどの双方向スイッチで代替してもよい。

また、上記実施形態のモータ駆動制御装置１の保護動作部６０は、制動制御部３０から制動制御信号が出力されている状態に動作する例を説明したが、これに限定されない。例えば、保護動作部６０は、動作モードＡまたは動作モードＢの状態から動作モードＣの状態へ移行してから一定期間経過した場合に動作状態になることもできる。

また、上記実施形態のモータ駆動制御装置１Ａの保護動作部７０は、モータ駆動部１０から出力される電圧では保護動作を実行しないように閾値電圧Ｖｔｈ２を設定したが、これに限定されない。例えば、保護動作部７０は、保護動作部６０と同様に、制動制御部３０から制動制御信号が出力されている状態に動作する構成、または動作モードＣの状態へ移行してから一定期間経過した場合に動作する構成にし、閾値電圧Ｖｔｈ２を上述した例の場合よりも小さくしてもよい。

また、上記実施形態のモータ駆動制御装置１の保護動作部６０は、相間短絡部４０の制動動作を停止するが、保護動作部７０と同様に、相間短絡部４０の制動動作を抑制する構成であってもよい。この場合、保護動作部６０は、制動力切替部７４と同様の回路を有し、１相のコイルに発生した逆起電力の継続時間および逆起電力に応じた電圧が閾値電圧Ｖｔｈ１以上になった場合に制動力切替部７４を制御し、モータ３と相間短絡部４０との間に流れる短絡電流量を抑制する。

また、上記実施形態のモータ駆動制御装置１Ａの保護動作部７０は、相間短絡部４０の制動力を抑制するが、保護動作部６０と同様に、相間短絡部４０の制動動作を停止する構成であってもよい。この場合、保護動作部７０は、制動力切替部７４を設けなくてよく、１相のコイルに発生した逆起電力が予め設定された値以上になった場合に制動制御部３０からの制動制御信号の出力を停止させる。

また、上記実施形態のモータ駆動制御装置１Ａは、保護動作部７０に加え、第１の実施形態に係る保護動作部６０をさらに有する構成であってもよい。これにより、モータ駆動制御装置１Ａは、モータ３を回転させる外力が長時間印加される条件下に加え、モータ３を回転させる外力が大きい条件下においても無電源回生制動機能を担う電子部品への負担を軽減することができる。

なお、上記実施形態のモータ駆動制御装置１、１Ａの各部の構成は、上述した図１、図９および図１０の構成に限定されない。例えば、制動制御部３０の構成の一部または全部を、ハードウェア、または、ソフトウェアのどちらで実現してもよい。

また、モータ駆動制御装置１、１Ａの相間短絡部４０は、コイルＬｕ、Ｌｖに接続される構成であるが、これに限定されず、相間短絡部４０は、コイルＬｖ、ＬｗあるいはコイルＬｕ、Ｌｗに接続される構成であってもよい。コイルＬｖ、Ｌｗに相間短絡部４０が接続される場合、保護動作部６０、７０は、コイルＬｕに接続される構成であってもよく、コイルＬｕ、Ｌｗに相間短絡部４０が接続される場合、保護動作部６０、７０は、コイルＬｖに接続される構成であってもよい。

また、モータ駆動制御装置１、１Ａのモータ制御部２０を電源２以外の電源で駆動させるようにしてもよい。この場合、例えばモータ制御部２０を、モータ駆動制御装置１、１Ａが搭載されるＩＣとは別のＩＣとして実装するようにしてもよい。このように、モータ制御部２０を電源２以外の電源で駆動させることで、電源２からの電力供給が遮断したとしても、モータ制御部２０が制動指令信号を出力することができるようになる。

また、上記実施形態では、モータ駆動制御装置１、１Ａのモータ制御部２０がモータ３の制動を行うか否かを決定するとしているが、これに限定されない。例えば、ユーザが非常停止ボタンを押したときにモータ３の制動を行うなど、モータ制御部２０以外の外部装置がモータ３の制動を行うように、モータ駆動制御装置１、１Ａを制御するようにしてもよい。この場合、第１の制動制御回路４３に外部装置からの制動指令を入力するための端子を追加する。これにより、例えばモータ３の緊急時停止が必要になった場合に、モータ３を素早く強制停止させることができる。

また、モータ駆動制御装置１、１Ａの短絡信号出力部５０は、本実施形態の構成に限定されない。構成要素として、サイリスタ以外の部品を含むようにしてもよい。例えば、短絡信号出力部５０を、機械的スイッチ（機械接点リレーなど）を用いて実現してもよい。この場合、接点不良対策など、長期信頼性を考慮した設計をすることが望まれる。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１，１Ａ モータ駆動制御装置、２ 電源、３ モータ、１０ モータ駆動部、２０ モータ制御部、２１ モータ駆動制御部、２２ モータ制動指令部、３０ 制動制御部、４０ 相間短絡部、４１ 電源遮断検知回路、４２ 逆起電力検知回路、４３ 第１の制動制御回路、４４ 第２の制動制御回路、５０ 短絡信号出力部、６０，７０ 保護動作部、６１ 始動時間設定部、６２，７２ 保護動作始動部、６３ 制動オフ指令部、７１ 逆起電力レベル監視部、７３ 制動力変更指令部、７４ 制動力切替部、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ コイル、Ｑ１〜Ｑ１０ スイッチ素子、Ｖｕｕ，Ｖｕｌ，Ｖｖｕ，Ｖｖｌ，Ｖｗｕ，Ｖｗｌ 駆動制御信号、Ｒ１〜Ｒ９，Ｒ１１〜Ｒ１４，Ｒ２０〜Ｒ２２ 抵抗素子、ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ６ スイッチ素子（トランジスタ）、ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ７〜ＳＷ１０ スイッチ素子（サイリスタ）、ＳＷ１１ スイッチ素子（トライアック）、Ｄ１ 第１ダイオード素子、Ｄ２ 第２ダイオード素子、Ｄ３，Ｄ５，Ｄ６ ダイオード素子、Ｄ４ ツェナーダイオード素子、Ｉｗ，Ｉｗ１ 電流、Ｉｕ,Ｉｖ，Ｉｗ２，Ｉ２，Ｉ４，Ｉ６ 短絡電流

Claims (6)

1. モータの３相のコイルに選択的に通電するモータ駆動部と、
   前記モータ駆動部に駆動制御信号を出力することによって、前記モータ駆動部により通電させる前記３相のコイルの通電相を所定の順序で切り替えるモータ制御部と、
   制動制御信号を出力する制動制御部と、
   前記３相のコイルのうち少なくとも２相のコイルに接続され、前記３相のコイルのうちの２つのコイルの組み合わせが互いに異なる３つの組のうち少なくとも１組のコイル間を短絡信号に応じて短絡する相間短絡部と、
   前記３相のコイルのうちの１相のコイルと前記相間短絡部との間に接続され、前記制動制御信号が入力されると前記短絡信号を前記相間短絡部に出力する短絡信号出力部と、
   前記３相のコイルのうちの１相のコイルの電圧の状態に基づいて、前記相間短絡部による前記短絡を停止または短絡電流を抑制する保護動作部と、
   を備えるモータの駆動制御装置。
2. 前記保護動作部は、
   前記３相のコイルのうちの１相のコイルの電圧の状態に基づいて、前記制動制御部からの前記制動制御信号の出力を停止させる
   請求項１に記載のモータの駆動制御装置。
3. 前記保護動作部は、
   前記３相のコイルのうちの１相のコイルに発生する逆起電力の継続時間および大きさに応じた電圧を出力する始動時間設定部と、
   前記始動時間設定部から出力される電圧が予め設定された電圧以上になった場合に始動信号を出力する保護動作始動部と、
   前記保護動作始動部から前記始動信号が出力された場合に、前記制動制御信号の出力を停止させる制動オフ指令を前記制動制御部へ出力する制動オフ指令部と、を備える
   請求項２に記載のモータの駆動制御装置。
4. 前記保護動作部は、
   前記３相のコイルのうちの１相のコイルの電圧の状態に基づいて、前記少なくとも２相のコイルと前記相間短絡部との間に流れる電流を低減する
   請求項１に記載のモータの駆動制御装置。
5. 前記少なくとも２相のコイルと前記相間短絡部との間に接続され、前記電流を低減する制動力切替部と、
   前記３相のコイルのうちの１相のコイルに発生する逆起電力の大きさに応じた電圧を出力する逆起電力レベル監視部と、
   前記逆起電力レベル監視部から出力される電圧が予め設定された電圧以上になった場合に始動信号を出力する保護動作始動部と、
   前記保護動作始動部から前記始動信号が出力された場合に、前記制動力切替部に前記電流を低減させる制動力変更指令を前記制動制御部へ出力する制動力変更指令部と、を備える
   請求項４に記載のモータの駆動制御装置。
6. モータ駆動部によって、モータの３相のコイルに選択的に通電し、
   モータ制御部によって、前記モータ駆動部に駆動制御信号を出力することにより、前記モータ駆動部により通電させる前記３相のコイルの通電相を所定の順序で切り替え、
   制動制御部によって、制動制御信号を出力し、
   前記３相のコイルのうち少なくとも２相のコイルに接続された相間短絡部によって、前記３相のコイルのうちの２つのコイルの組み合わせが互いに異なる３つの組のうち少なくとも１組のコイル間を短絡信号に応じて短絡し、
   前記３相のコイルのうちの１相のコイルと前記相間短絡部との間に接続された短絡信号出力部によって、前記制動制御信号が入力されると前記短絡信号を前記相間短絡部に出力し、
   保護動作部によって、前記３相のコイルのうちの１相のコイルの電圧の状態に基づいて、前記相間短絡部による前記短絡を停止または短絡電流を抑制するモータの駆動制御方法。

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