JP2020171141A - モータ保護回路およびモータ - Google Patents

Abstract

【課題】入手が容易な部品を用いた簡単な構成でモータの拘束時におけるモータの非可逆的な保護が可能なモータ保護回路を得ること。【解決手段】モータ保護回路１０１は、電源から供給された電力を巻線で構成されたコイルを備えた直流モータに供給するモータ駆動回路２００に設けられて、直流モータへの電源供給を遮断するモータ保護回路１０１である。モータ保護回路１０１は、巻線の温度を検出する温度検出素子と、モータ駆動回路２００において直流モータへの電源供給を遮断可能な回路位置に配置された電流ヒューズ７と、直流モータの拘束時における巻線の温度上昇に伴って温度検出素子の電気的特性が変化した場合に電流が流れて電流ヒューズ７が溶断されて直流モータへの電源供給を遮断するバイパス回路と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、モータ保護回路およびモータ保護回路を備えたモータに関する。

従来、直流（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ：ＤＣ）モータでは、ロータが拘束された拘束状態になったことを検出し、モータ駆動を停止させることでモータを破損から保護するモータ保護回路が用いられている。モータ保護回路として、マイクロコンピュータ等を用いた制御回路においてソフトウェアで検知して保護する保護回路がある。しかしながら、このような保護回路は、制御回路に信号を入力し、ソフトウェアで拘束状態を判断しているため、制御回路が正常な動作ができない場合は保護することができない。

このような問題を解決するための技術として、たとえば特許文献１には、ＤＣモータが異常となるときは巻線の温度が上昇することを利用し、ＤＣモータのＹ結線に接続される３相巻線の２相に、発熱を受ける感熱応答性の保護装置として温度ヒューズおよびサーマルプロテクタ等の機構部品を使用した保護回路が開示されている。

特開２００５−１７７１４８号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術によれば、温度ヒューズを用いる場合には、温度ヒューズが動作する温度、温度ヒューズに通電する電圧および温度ヒューズに通電する電流などの条件に対して適切な温度ヒューズを選定することが難しい、といった問題があった。また、所望のモータの仕様に適合した温度ヒューズが一般に流通していない場合は、専用の温度ヒューズを作らなければならず、温度ヒューズの入手性に問題がある。

また、サーマルプロテクタを使用する場合には、モータの保護状態を解除できるものであると、保護状態を解除して再通電されるおそれがある。モータの保護動作とモータの保護状態の解除による再通電と、の繰り返しによって最終的にモータが破損する可能性がある。制御回路を用いてモータの保護動作を行う場合には、モータの保護状態を制御回路に記憶することでモータへの再通電を防止することが可能である。しかしながら、制御回路を用いずにモータの保護を行う場合は、制御によってモータへの再通電を防止することができないため、モータへの再通電が防止された非可逆的な構成とされることが好ましい。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、入手が容易な部品を用いた簡単な構成でモータの拘束時におけるモータの非可逆的な保護が可能なモータ保護回路を得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、本発明にかかるモータ保護回路は、電源から供給された電力を巻線で構成されたコイルを備えた直流モータに供給するモータ駆動回路に設けられて、直流モータへの電源供給を遮断するモータ保護回路である。モータ保護回路は、巻線の温度を検出する温度検出素子と、モータ駆動回路において直流モータへの電源供給を遮断可能な回路位置に配置された電流ヒューズと、直流モータの拘束時における巻線の温度上昇に伴って温度検出素子の電気的特性が変化した場合に電流が流れて電流ヒューズが溶断されて直流モータへの電源供給を遮断するバイパス回路と、を備える。

本発明によれば、入手が容易な部品を用いた簡単な構成でモータの拘束時におけるモータの非可逆的な保護が可能である、という効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかるモータ保護回路の回路構成を示す図 本発明の実施の形態１にかかるモータ本体の一例を示す断面図 本発明の実施の形態２にかかるモータ保護回路の回路構成を示す図 本発明の実施の形態２にかかるモータ保護回路を、直流電源を入力用電源としたモータ駆動回路に適用した場合の回路構成を示す図 本発明の実施の形態３にかかるモータ保護回路の回路構成を示す図 本発明の実施の形態３にかかるモータ保護回路を、直流電源を入力用電源としたモータ駆動回路に適用した場合の回路構成を示す図 本発明の実施の形態４にかかるモータ保護回路の回路構成を示す図 本発明の実施の形態４にかかるモータ保護回路を、直流電源を入力用電源としたモータ駆動回路に適用した場合の回路構成を示す図 本発明の実施の形態５にかかるモータ保護回路の回路構成を示す図 本発明の実施の形態６にかかるモータ保護回路の回路構成を示す図 モータ駆動回路およびモータ保護回路と、モータ本体とが筐体内に内蔵されたモータを示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかるモータ保護回路およびモータを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるモータ保護回路１０１の回路構成を示す図である。本実施の形態１にかかるモータ保護回路１０１は、モータ本体４０の外部に設けられたモータ駆動回路２００に設けられている。図１には、交流電源３０およびモータ本体４０も示されている。図２は、本発明の実施の形態１にかかるモータ本体４０の一例を示す断面図である。

モータ駆動回路２００は、ＤＣモータであるモータ本体４０の制御を行う。モータ駆動回路２００は、交流入力端子１と、整流回路２と、平滑コンデンサ３と、インバータ回路４と、制御電源回路５と、制御回路６と、を備える。

交流入力端子１は、交流電源３０が接続される端子であり、一方の交流入力端子１である第１交流入力端子１ａと他方の交流入力端子１である第２交流入力端子１ｂとを有する。

整流回路２は、交流入力端子１を介して交流電源３０から供給された交流電力を全波整流して直流電力に変換する。

平滑コンデンサ３は、整流回路２から出力された直流電力を平滑化する。

インバータ回路４は、平滑コンデンサ３で平滑化された直流電力をモータ本体４０を駆動させる交流電力に変換してモータ本体４０に供給することで、モータ本体４０を駆動する。

制御電源回路５は、モータ駆動回路２００における制御系の回路の電源を生成して制御系の回路に供給する。

制御回路６は、モータ本体４０において所望の出力が得られるようにモータ駆動回路２００の外部からの信号に基づいてインバータ回路４に駆動指令を出力する。

モータ本体４０は、コイルを構成する不図示の巻線を備え、インバータ回路４から供給される交流の電力により駆動される。

また、モータ駆動回路２００は、モータ保護回路１０１を備える。モータ保護回路１０１は、電流ヒューズ７と、サーミスタ８と、分圧用抵抗９と、トランジスタ１０と、限流用抵抗１１と、リレー１２と、を備える。

電流ヒューズ７は、モータ保護回路１０１に電流ヒューズ７の定格電流値を超える電流が流れると発熱および溶断されるヒューズであり、第１交流入力端子１ａと整流回路２とを接続する経路に配置されている。

サーミスタ８は、温度によって抵抗値が変化するため、モータ本体４０の拘束時の巻線の発熱により抵抗値が変化する。サーミスタ８は、巻線の発熱を検知可能な範囲でモータ本体４０から離間した位置に配置され、一端は制御電源回路５に接続される。サーミスタ８は、サーミスタ８が配置された場所の雰囲気温度を検出する。

分圧用抵抗９は、トランジスタ１０のベース端子１０ａの電位を制御するために設けられ、一端がサーミスタ８とトランジスタ１０のベース端子１０ａとに接続され、他端が基準電位に接続されている。

トランジスタ１０は、リレー１２の駆動コイル１２ａへの通電を制御する。トランジスタ１０は、コレクタ端子がリレー１２に接続され、エミッタ端子が基準電位に接続されている。

限流用抵抗１１は、後述するリレー１２が閉じたときにリレー１２に通電される電流を制限する。

リレー１２は、制御側の駆動コイル１２ａと、可動側の接点１２ｂとを有するａ接点リレーである。駆動コイル１２ａの一端は、制御電源回路５に接続されている。駆動コイル１２ａの他端は、トランジスタ１０のコレクタ端子に接続されている。接点１２ｂの一端は、限流用抵抗１１と電流ヒューズ７を介して第１交流入力端子１ａに接続されている。接点１２ｂの他端は、第２交流入力端子１ｂに接続されている。

モータ本体４０は、図２に示すように、全体としてキャップ状に形成された金属製の筐体４１と、インシュレータ４２ａが装着され巻線４２ｂが巻装された鉄心４２ｃからなり筐体４１の筒状胴部４１ａ内に嵌合されたステータ４２と、シャフト４３ａが嵌入され前軸受４３ｂ及び後軸受４３ｃが装着され前軸受４３ｂを筐体４１の前軸受保持部４１ｂに保持させてステータ４２内に配置されるロータ４３と、を備えている。

つぎに、モータ保護回路１０１の動作について説明する。サーミスタ８は、常温では分圧用抵抗９に対して相対的に高い抵抗値を示す。このため、分圧用抵抗９は、常温ではサーミスタ８に対して相対的に低い抵抗値となる。そして、モータ本体４０が拘束されていない場合、サーミスタ８は常温となる。常温ではサーミスタ８と分圧用抵抗９との接続点の電位は、トランジスタ１０の閾値電圧よりも低い状態となる。これにより、トランジスタ１０は、常温ではオフ状態となり、リレー１２の駆動コイル１２ａは通電されず、リレー１２の接点１２ｂは解放状態となる。

モータ本体４０の拘束時、すなわちモータ本体４０のロータが拘束された状態になったときは、モータ本体４０の巻線はモータ本体４０の通常の駆動時よりも著しく発熱し、モータ本体４０の周囲の雰囲気温度が上昇する。サーミスタ８は、モータ本体４０の周囲の雰囲気温度の上昇によって抵抗値が低下する。そして、分圧用抵抗９の抵抗値が、サーミスタ８の抵抗値に対して相対的に高い状態となり、トランジスタ１０のベース端子１０ａの閾値電圧よりも高い抵抗値となる。これにより、サーミスタ８と分圧用抵抗９との間の電位、すなわちサーミスタ８と分圧用抵抗９とを接続する接続部分の電位は、トランジスタ１０のベース端子１０ａの閾値電圧よりも高い電位に上昇する。

サーミスタ８と分圧用抵抗９との間の接続部分にはトランジスタ１０のベース端子１０ａが接続されている。このため、サーミスタ８と分圧用抵抗９との間の接続部分の電位がトランジスタ１０のベース端子１０ａの閾値電圧よりも高い電位に上昇すると、トランジスタ１０がオン、すなわち導通する。トランジスタ１０がオンすることによってリレー１２が閉成状態となり、第１交流入力端子１ａ、電流ヒューズ７、限流用抵抗１１、リレー１２によるバイパス回路が形成されて導通状態となり電流が流れる。バイパス回路を流れる電流によって電流ヒューズ７が溶断されることにより、交流電源３０から整流回路２に交流電力が供給されなくなるため、モータ本体４０への電源供給が遮断される。

トランジスタ１０がオンするときのモータ本体４０の周囲の温度は、サーミスタ８と分圧用抵抗９との組み合わせによって任意に設定することができ、容易に入手可能な部品で構成することができる。すなわち、サーミスタ８の常温での抵抗値と、サーミスタ８の温度上昇時の抵抗値と、分圧用抵抗９の抵抗値とを調整することで、トランジスタ１０がオンするときのモータ本体４０の周囲の温度を調整することができる。

また、リレー１２の接点１２ｂが閉成することで形成されるバイパス回路に流れる電流は、限流用抵抗１１の抵抗値を調整することで調整可能である。そして、電流ヒューズ７は、モータ本体４０の正常な動作時には溶断せず、モータ本体４０の拘束時には確実に溶断できるように、モータ本体４０の容量に合わせて適宜選択することができる。したがって、限流用抵抗１１の抵抗値と電流ヒューズ７とを選択することにより、モータ本体４０の仕様に合わせて、モータ本体４０の拘束時には電流ヒューズ７が確実に溶断されるバイパス回路を構成することができる。

上述したように、モータ保護回路１０１は、電流ヒューズ７が、交流電源３０の一端側と整流回路２とを接続する経路に配置されている。また、モータ本体４０の拘束時に巻線の温度上昇に伴うサーミスタ８の電気的特性の変化に伴って駆動するリレー１２が、電流ヒューズ７と交流電源３０の他端側とを接続する経路に設けられている。サーミスタ８の電気的特性の変化は、サーミスタ８の抵抗値の変化である。

すなわち、リレー１２は、モータ本体４０の拘束時に、予め決められた温度以上の温度への巻線の温度上昇に伴ってサーミスタ８の抵抗値が予め決められた条件を満たした場合に駆動する。予め決められた温度は、モータ本体４０の拘束時に巻線が上昇する温度である。予め決められた条件は、サーミスタ８と分圧用抵抗９との間の接続部分の電位をトランジスタ１０のベース端子１０ａの閾値電圧よりも高い電位に上昇させるための、サーミスタ８の抵抗値である。そして、モータ本体４０の拘束時にリレー１２が閉成状態となることにより、電流ヒューズ７の定格電流値を超える電流が流れて電流ヒューズ７を溶断させるバイパス回路が形成されて導通状態となる。

このように、モータ保護回路１０１は、電流ヒューズ７およびサーミスタ８といった、選択肢が多く、モータ本体４０の仕様に合わせて種々選択可能な部品を用いている。すなわち、モータ保護回路１０１は、特別な部品を用いることなく、一般に流通している入手性の良い安価な部品を用いた簡単な構成で実現することが可能である。

さらに、モータ保護回路１０１は、電流ヒューズ７が溶断されることでモータ本体４０への電力の供給を遮断する構成であるため、電流ヒューズ７を交換しない限りはモータ本体４０の保護状態を解除することができない非可逆的なモータ保護回路が構成されている。このため、単にモータ本体４０の電源を入れ直す等の行為によってモータ本体４０の保護状態が解除されて再びモータ本体４０が駆動される、といったことがない。

単にモータ本体４０の電源を入れ直すことでモータ本体４０の保護状態を解除してモータ本体４０への再通電が可能である場合には、モータ本体４０の保護動作と、モータ本体４０の保護状態の解除によるモータ本体４０への再通電と、の繰り返しによって最終的にモータ本体４０が破損する可能性がある。

これに対して、モータ保護回路１０１では、電流ヒューズ７を交換しない限りはモータ本体４０の保護状態を解除することができない非可逆的なモータ保護回路とされているため、単にモータ本体４０の電源を入れ直してもモータ本体４０への再通電ができない。したがって、モータ保護回路１０１では、モータ本体４０の保護動作と、モータ本体４０の電源を入れ直すことによるモータ本体４０の保護状態の解除によるモータ本体４０への再通電と、の繰り返しによってモータ本体４０が破損することが防止されている。

上述したように、本実施の形態１にかかるモータ保護回路１０１は、モータ本体４０の巻線の周囲にサーミスタ８を配置し、モータ本体４０の拘束による巻線の異常過熱をサーミスタ８により検知し、モータ保護回路１０１に配置された電流ヒューズ７を溶断させるための電流を流すバイパス回路を形成することで非可逆的なモータ保護回路を実現している。

そして、本実施の形態１にかかるモータ保護回路１０１は、マイクロコンピュータ等を用いた制御回路によらず、特別な部品を用いることなく、入手が容易な部品を用いた簡単な構成で、モータ本体４０の拘束時におけるモータ本体４０の非可逆的な保護が可能なモータ保護回路を構成することが可能である。

実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２にかかるモータ保護回路１０２の回路構成を示す図である。本実施の形態２にかかるモータ保護回路１０２が上述した実施の形態１にかかるモータ保護回路１０１と異なる点は、電流ヒューズ７、限流用抵抗１１、およびリレー１２が、平滑コンデンサ３の後段の直流電力が流れる回路部分に配置されたことである。すなわち、モータ保護回路１０２は、電流ヒューズ７と、サーミスタ８と、分圧用抵抗９と、トランジスタ１０と、限流用抵抗１１と、リレー１２と、を備える。

モータ保護回路１０２は、電流ヒューズ７が、平滑コンデンサ３の一端側とインバータ回路４とを接続する経路に配置されている。また、モータ本体４０の拘束時における巻線の温度上昇に伴うサーミスタ８の電気的特性の変化に伴って駆動するリレー１２が、電流ヒューズ７と平滑コンデンサ３の他端側とを接続する経路に設けられている。

モータ保護回路１０２においてモータ本体４０の拘束時に電流ヒューズ７が溶断するに至る過程は、上述したモータ保護回路１０１と同じである。すなわち、リレー１２は、モータ本体４０の拘束時に、予め決められた温度以上の温度への巻線の温度上昇に伴ってサーミスタ８の抵抗値が予め決められた条件を満たした場合に駆動する。そして、モータ本体４０の拘束時にリレー１２が閉成状態となることにより、電流ヒューズ７の定格電流値を超える電流が流れて電流ヒューズ７を溶断させるバイパス回路が形成されて導通状態となる。

モータ本体４０の拘束時に、サーミスタ８と分圧用抵抗９との間の接続部分の電位がトランジスタ１０のベース端子１０ａの閾値電圧よりも高い電位に上昇すると、トランジスタ１０がオン、すなわち導通する。トランジスタ１０がオンすることによってリレー１２が閉成状態となり、平滑コンデンサ３の一端側から、電流ヒューズ７、限流用抵抗１１、リレー１２によるバイパス回路が導通状態とされて、バイパス回路に電流ヒューズ７の定格電流値を超える電流が流れる。バイパス回路を流れる電流によって電流ヒューズ７が溶断されることにより、平滑コンデンサ３からインバータ回路４に直流電力が供給されなくなるため、モータ本体４０への電源供給が遮断される。

本実施の形態２にかかるモータ保護回路１０２は、上述した実施の形態１にかかるモータ保護回路１０１と同様の効果を有する。

また、本実施の形態２にかかるモータ保護回路１０２は、平滑コンデンサ３に充電された電荷も電流ヒューズ７を溶断するエネルギーに充てることができ、より確実な遮断が実現可能である。

図４は、本発明の実施の形態２にかかるモータ保護回路１０２を、直流電源３１を入力用電源としたモータ駆動回路に適用した場合の回路構成を示す図である。本実施の形態２にかかるモータ保護回路１０２は、図４に示すような直流電源３１を入力用電源としたモータ駆動回路およびモータ本体４０に対しても適用可能であることは自明である。図４に示すモータ駆動回路は、図３に示すモータ駆動回路２００における交流電源３０と整流回路２との代わりに直流電源３１を備える。

実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３にかかるモータ保護回路１０３の回路構成を示す図である。本実施の形態３にかかるモータ保護回路１０３が上述した実施の形態２にかかるモータ保護回路１０２と異なる点は、モータ本体４０の拘束による巻線の異常過熱をサーミスタ８により検知した際に、電流ヒューズ７、限流用抵抗１１およびトランジスタ１０のコレクタ−エミッタ間に電流が流れて、電流ヒューズ７を溶断するためのバイパス回路が導通状態となる点である。すなわち、モータ保護回路１０３は、電流ヒューズ７と、サーミスタ８と、分圧用抵抗９と、トランジスタ１０と、限流用抵抗１１と、を備える。

モータ保護回路１０３では、電流ヒューズ７、限流用抵抗１１、およびトランジスタ１０が、平滑コンデンサ３の後段の直流電力が流れる回路部分に配置されている。モータ保護回路１０３は、電流ヒューズ７が、平滑コンデンサ３の一端側とインバータ回路４とを接続する経路に配置されている。また、モータ本体４０の拘束時における巻線の温度上昇に伴うサーミスタ８の電気的特性の変化に伴って駆動するトランジスタ１０が、電流ヒューズ７の後段に設けられている。

トランジスタ１０は、モータ本体４０の拘束時に、予め決められた温度以上の温度への巻線の温度上昇に伴ってサーミスタ８の抵抗値が予め決められた条件を満たした場合に導通する。これにより、電流ヒューズ７の定格電流値を超える電流が流れて電流ヒューズ７を溶断させるバイパス回路が形成されて導通状態となる。

モータ本体４０の拘束時に、サーミスタ８と分圧用抵抗９との間の接続部分の電位がトランジスタ１０のベース端子１０ａの閾値電圧よりも高い電位に上昇すると、トランジスタ１０がオン、すなわち導通する。トランジスタ１０がオンすることによって平滑コンデンサ３の一端側から、電流ヒューズ７、限流用抵抗１１、トランジスタ１０によるバイパス回路が導通状態となり、バイパス回路に電流ヒューズ７の定格電流値を超える電流が流れる。バイパス回路を流れる電流によって電流ヒューズ７が溶断されることにより、平滑コンデンサ３からインバータ回路４に直流電力が供給されなくなるため、モータ本体４０への電源供給が遮断される。

本実施の形態３にかかるモータ保護回路１０３は、上述した実施の形態２にかかるモータ保護回路１０２と同様の効果を有する。

また、本実施の形態３にかかるモータ保護回路１０３は、バイパス回路が平滑コンデンサ３の後段の直流電力が流れる回路部分、すなわち直流回路側に配置されることにより、リレーを用いずともトランジスタ１０を導通状態にすることによって電流ヒューズ７を溶断する回路を形成することが可能である。

したがって、本実施の形態３にかかるモータ保護回路１０３によれば、より安価にモータ保護回路を構成することが可能である。

図６は、本発明の実施の形態３にかかるモータ保護回路１０３を、直流電源３１を入力用電源としたモータ駆動回路に適用した場合の回路構成を示す図である。本実施の形態３にかかるモータ保護回路１０３は、図６に示すような直流電源３１を入力用電源としたモータ駆動回路およびモータ本体４０に対しても適用可能であることは自明である。図６に示すモータ駆動回路は、図５に示すモータ駆動回路２００における交流電源３０と整流回路２との代わりに直流電源３１を備える。

実施の形態４．
図７は、本発明の実施の形態４にかかるモータ保護回路１０４の回路構成を示す図である。本実施の形態４にかかるモータ保護回路１０４は、制御電源回路５から制御回路６に供給される制御電源を遮断することによって、モータ本体４０への電源供給を遮断する。本実施の形態４にかかるモータ保護回路１０４は、電流ヒューズ７、限流用抵抗１１およびトランジスタ１０が、制御電源回路５の制御電源出力端の後段に配置されていることが、上述した実施の形態１にかかるモータ保護回路１０１と異なる。すなわち、モータ保護回路１０４は、電流ヒューズ７と、サーミスタ８と、分圧用抵抗９と、トランジスタ１０と、限流用抵抗１１と、を備える。

モータ保護回路１０４は、電流ヒューズ７が、制御電源回路５から制御回路６への制御電源の供給経路に配置されている。また、モータ本体４０の拘束時における巻線の温度上昇に伴うサーミスタ８の電気的特性の変化に伴って駆動するトランジスタ１０が電流ヒューズ７の後段に設けられている。

トランジスタ１０は、モータ本体４０の拘束時に、予め決められた温度以上の温度への巻線の温度上昇に伴ってサーミスタ８の抵抗値が予め決められた条件を満たした場合に導通する。これにより、電流ヒューズ７の定格電流値を超える電流が流れて電流ヒューズ７を溶断させるバイパス回路が形成されて導通状態となる。

モータ本体４０の拘束時に、サーミスタ８と分圧用抵抗９との間の接続部分の電位がトランジスタ１０のベース端子１０ａの閾値電圧よりも高い電位に上昇すると、トランジスタ１０がオン、すなわち導通する。トランジスタ１０がオンすることによって制御回路６への制御電源回路５の出力端から、電流ヒューズ７、限流用抵抗１１、トランジスタ１０によるバイパス回路が導通状態とされて、バイパス回路に電流ヒューズ７の定格電流値を超える電流が流れる。バイパス回路を流れる電流によって電流ヒューズ７が溶断されることにより、制御電源回路５から制御回路６への直流電力の供給が遮断される。

そして、制御電源回路５から制御回路６への制御電源の供給が遮断されることによって、制御回路６は停止状態となる。したがって、インバータ回路４は停止状態となり、モータ本体４０への電源供給が遮断される。また、電流ヒューズ７が溶断されるので、非可逆的な保護回路であることは自明である。

制御電源は一般的にＤＣ５ＶまたはＤＣ１２Ｖといった低電圧である。したがって、電流ヒューズ７、限流用抵抗１１、トランジスタ１０は、耐圧および容量が小さいものを選定することが可能になる。

本実施の形態４にかかるモータ保護回路１０４は、制御電源回路５から制御回路６に供給される制御電源を遮断することによってモータ本体４０への電源供給を遮断する点が、上述した実施の形態１から３と異なるが、実施の形態１から３と同様効果を有する。すなわち、本実施の形態４にかかるモータ保護回路１０４は、マイクロコンピュータ等を用いた制御回路によらず、特別な部品を用いることなく、入手が容易な部品を用いた簡単な構成で、モータ本体４０の拘束時におけるモータ本体４０の非可逆的な保護が可能なモータ保護回路を構成することが可能である。

したがって、本実施の形態４にかかるモータ保護回路１０４によれば、より安価にモータ保護回路を構成することが可能である。

なお、本実施の形態４にかかるモータ保護回路１０４では、制御電源回路５の制御電源の出力を遮断する構成であるが、制御電源回路５の入力を遮断する構成としてもモータ本体４０の拘束時におけるモータ本体４０の保護は達成できる。この場合、遮断する箇所の電圧は高いが、遮断する箇所の通電電流は制御電源回路５に入力する分だけであるため、電流容量の小さな電流ヒューズ７を用いることができる。

図８は、本発明の実施の形態４にかかるモータ保護回路１０４を、直流電源３１を入力用電源としたモータ駆動回路に適用した場合の回路構成を示す図である。本実施の形態４にかかるモータ保護回路１０４は、図８に示すような直流電源３１を入力用電源としたモータ駆動回路およびモータ本体４０に対しても適用可能であることは自明である。図８に示すモータ駆動回路は、図７に示すモータ駆動回路２００における交流電源３０と整流回路２との代わりに直流電源３１を備える。

実施の形態５．
図９は、本発明の実施の形態５にかかるモータ保護回路１０５の回路構成を示す図である。本実施の形態５にかかるモータ保護回路１０５は、上述した実施の形態３にかかるモータ保護回路１０３の構成に対して、サーミスタ８と分圧用抵抗９との接続点を比較器１３の非反転入力端子１３ａに接続し、比較器１３の反転入力端子１３ｂに基準電源１４を接続し、比較器１３の出力にベース抵抗１５とトランジスタ１０のベース端子１０ａとを接続したことに特徴がある。すなわち、モータ保護回路１０５は、電流ヒューズ７と、サーミスタ８と、分圧用抵抗９と、トランジスタ１０と、限流用抵抗１１と、比較器１３と、基準電源１４と、ベース抵抗１５と、を備える。

モータ保護回路１０５では、電流ヒューズ７、限流用抵抗１１、およびトランジスタ１０が、平滑コンデンサ３の後段の直流電力が流れる回路部分に配置されている。すなわち、モータ保護回路１０５は、電流ヒューズ７が、平滑コンデンサ３の一端側とインバータ回路４とを接続する経路に配置されている。

また、比較器１３は、非反転入力端子１３ａにサーミスタ８の電気的特性の変化に伴った電圧が入力されるとともに、反転入力端子１３ｂが予め決められた基準電圧である基準電源１４の電圧で固定されている。また、比較器１３の出力端子１３ｃと、トランジスタ１０のベース端子１０ａとを接続する経路の途中に、制御電源が供給されるベース抵抗１５が接続されている。

つぎに、モータ保護回路１０５の動作について説明する。モータ本体４０が拘束されていない状態では、サーミスタ８と分圧用抵抗９との間の電位は、基準電源１４の電圧よりも低い。このとき、比較器１３の出力は、基準電位相当のＬｏｗレベル電位信号である。そして、ベース抵抗１５からの電流を比較器１３の出力端子１３ｃが吸い込む動作状態となる。トランジスタ１０のベース端子１０ａは、トランジスタ１０の閾値電圧よりも低電位に維持される。したがって、トランジスタ１０はオフ状態となり、電流ヒューズ７を溶断するためのパイバス回路は形成されない。

モータ本体４０の拘束時には、巻線が発熱してサーミスタ８の抵抗値が下がると、比較器１３の非反転入力端子１３ａの電位は、基準電源１４の電圧よりも高くなる。このとき、比較器１３の出力は、ハイインピーダンス状態となり、ベース抵抗１５を介して制御電源に接続されていることから、比較器１３の出力の電位はＨｉｇｈレベル電位信号となる。そして、ベース抵抗１５を介してトランジスタ１０のベース端子１０ａに電流が流れることでトランジスタ１０がオンして、電流ヒューズ７を溶断するためのバイパス回路が形成される。

すなわち、トランジスタ１０がオンすることによって平滑コンデンサ３の一端側から、電流ヒューズ７、限流用抵抗１１、トランジスタ１０によるバイパス回路が形成されて、バイパス回路に電流ヒューズ７の定格電流値を超える電流が流れる。バイパス回路を流れる電流によって電流ヒューズ７が溶断されることにより、平滑コンデンサ３からインバータ回路４に直流電力が供給されなくなるため、モータ本体４０への電源供給が遮断される。すなわち、モータ保護回路１０５では、比較器１３の出力に基づいてトランジスタ１０が導通してバイパス回路が形成される。

トランジスタ１０がオンしてヒューズを溶断できるような十分な電流をトランジスタのコレクタに流すためには、トランジスタ１０の閾値電圧よりも高く、相応のベース電流が必要となる。モータ保護回路１０５では、モータ本体４０の拘束時にベース抵抗１５を介してベース電流をトランジスタ１０のベース端子１０ａに供給する。そして、サーミスタ８と分圧用抵抗９とは巻線の温度変化を検知する温度検知の機能のみに特化させるように機能を分割化する。これにより、モータ保護回路１０５では、サーミスタ８および分圧用抵抗９の選択肢を更に広くすることが可能となる。

これにより、モータ保護回路１０５では、安定した保護回路動作と、コスト低減を図ることが可能となる。なお、制御電源回路５からの制御電源の出力を抵抗分圧することで基準電源１４を生成できることは自明である。また、比較器１３の出力を反転させることで、非反転入力端子１３ａと反転入力端子１３ｂとに印加する電圧を入れ替えることが可能であることは自明である。

また、モータ保護回路１０５は、上述した実施の形態３にかかるモータ保護回路１０３と同様に電流ヒューズ７、限流用抵抗１１、およびトランジスタ１０が、平滑コンデンサ３の後段の直流電力が流れる回路部分に配置された構成とされ、リレーを用いずにトランジスタ１０をオンにすることで電流ヒューズ７を溶断する回路構成とされている。一方、実施の形態１にかかるモータ保護回路１０１、実施の形態２にかかるモータ保護回路１０２、および実施の形態４にかかるモータ保護回路１０４においても、上記のように比較器１３と、基準電源１４と、ベース抵抗１５とを用いた構成とすることが可能である。この場合においても、上述したように安定した保護回路動作と、コスト低減を図ることが可能であることは自明である。

実施の形態１にかかるモータ保護回路１０１および実施の形態２にかかるモータ保護回路１０２に、比較器１３と、基準電源１４と、ベース抵抗１５とを適用した場合には、比較器１３の出力に基づいてトランジスタ１０が導通してリレー１２が閉成することで、バイパス回路が形成される。

実施の形態４にかかるモータ保護回路１０４に、比較器１３と、基準電源１４と、ベース抵抗１５とを適用した場合には、モータ保護回路１０５と同様に、比較器１３の出力に基づいてトランジスタ１０が導通することでバイパス回路が形成される。

本実施の形態５にかかるモータ保護回路１０５は、上述した実施の形態１から３と構成が異なるが、実施の形態１から３と同様の効果を有する。

また、本実施の形態５にかかるモータ保護回路１０５は、サーミスタ８および分圧用抵抗９の選択肢を更に広くすることが可能となり、安定した保護回路動作と、コスト低減を図ることが可能である。

実施の形態６．
図１０は、本発明の実施の形態６にかかるモータ保護回路１０６の回路構成を示す図である。本実施の形態６にかかるモータ保護回路１０６は、上述した実施の形態５にかかるモータ保護回路１０５の構成に対して、比較器１３の非反転入力端子１３ａと比較器１３の出力端子１３ｃとの間に帰還用抵抗１６を配置して、比較器１３の出力にヒステリシス特性を持たせたことを特徴とする。

つぎに、モータ保護回路１０６の動作について説明する。帰還用抵抗１６を配置したことにより、比較器１３の出力がＬｏｗレベル電位信号からＨｉｇｈレベル電位信号に変わるときと、比較器１３の出力がＨｉｇｈレベル電位信号からＬｏｗレベル電位信号に変わるときと、における非反転入力端子１３ａの電位を変えることが可能になる。より具体的に説明すると、比較器１３の出力がＬｏｗレベル電位信号からＨｉｇｈレベル電位信号に変わるとき、非反転入力端子１３ａの電位は、サーミスタ８、分圧用抵抗９、帰還用抵抗１６によって決定される。

一方、比較器１３の出力がＨｉｇｈレベル電位信号からＬｏｗレベル電位信号に変わるとき、非反転入力端子１３ａの電位は、サーミスタ８、分圧用抵抗９、ベース抵抗１５、帰還用抵抗１６によって決定される。このときの非反転入力端子１３ａの電位は、比較器１３の出力がＬｏｗレベル電位信号からＨｉｇｈレベル電位信号に変わるときよりも低くなる。反転入力端子１３ｂの電位は、基準電源１４の電位に固定されており一定であるため、相対的に比較器１３の出力にヒステリシス特性を持たせることが可能となる。

これにより、非反転入力端子１３ａの電位が比較器１３の出力が切り替わる閾値レベル付近となったときに、比較器１３の出力がチャタリングを起こすことを防止でき、より安定な保護動作を行うことが可能となる。なお、比較器１３の出力を反転させることで、非反転入力と反転入力に印加する電圧を入れ替えることが可能であることは自明である。

また、モータ保護回路１０６は、上述した実施の形態３にかかるモータ保護回路１０３と同様に電流ヒューズ７、限流用抵抗１１、およびトランジスタ１０が、平滑コンデンサ３の後段の直流電力が流れる回路部分に配置された構成とされ、リレーを用いずにトランジスタ１０をオンにすることで電流ヒューズ７を溶断する回路構成とされている。一方、実施の形態１にかかるモータ保護回路１０１、実施の形態２にかかるモータ保護回路１０２、および実施の形態４にかかるモータ保護回路１０４においても、上記のようにヒステリシス特性を有する比較器１３を用いた構成とすることが可能である。この場合においても、上述したようにより安定な保護動作を行うことが可能であることは自明である。

本実施の形態６にかかるモータ保護回路１０６は、上述した実施の形態５と同様の効果を有する。

また、本実施の形態６にかかるモータ保護回路１０６は、非反転入力端子１３ａの電位が比較器１３の出力が切り替わる閾値レベル付近となったときに、比較器１３の出力がチャタリングを起こすことを防止でき、より安定なモータの保護動作を行うことが可能となる。

図１１は、モータ駆動回路２００およびモータ保護回路と、モータ本体４０とが筐体５１内に内蔵されたモータ５０を示す図である。上述した実施の形態１から実施の形態６では、モータ本体４０の筐体４１の外部にモータ保護回路が配置される場合について示したが、モータ保護回路をモータ本体４０の筐体４１の中に配置して、モータ保護回路も含めて１つのモータ５０として構成することも可能であることは明らかである。すなわち、上述したモータ駆動回路２００およびモータ保護回路と、モータ本体４０とが筐体５１内に内蔵されたモータ５０を構成することが可能である。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、実施の形態の技術同士を組み合わせることも可能であるし、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 交流入力端子、１ａ 第１交流入力端子、１ｂ 第２交流入力端子、２ 整流回路、３ 平滑コンデンサ、４ インバータ回路、５ 制御電源回路、６ 制御回路、７ 電流ヒューズ、８ サーミスタ、９ 分圧用抵抗、１０ トランジスタ、１０ａ ベース端子、１１ 限流用抵抗、１２ リレー、１２ａ 駆動コイル、１２ｂ 接点、１３ 比較器、１３ａ 非反転入力端子、１３ｂ 反転入力端子、１３ｃ 出力端子、１４ 基準電源、１５ ベース抵抗、１６ 帰還用抵抗、３０ 交流電源、３１ 直流電源、４０ モータ本体、４１，５１ 筐体、４１ａ 筒状胴部、４１ｂ 前軸受保持部、４２ ステータ、４２ａ インシュレータ、４２ｂ 巻線、４２ｃ 鉄心、４３ ロータ、４３ａ シャフト、４３ｂ 前軸受、４３ｃ 後軸受、５０ モータ、１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６ モータ保護回路、２００ モータ駆動回路。

Claims (9)

1. 電源から供給された電力を巻線で構成されたコイルを備えた直流モータに供給するモータ駆動回路に設けられて、前記直流モータへの電源供給を遮断するモータ保護回路であって、
   前記巻線の温度を検出する温度検出素子と、
   前記モータ駆動回路において前記直流モータへの電源供給を遮断可能な回路位置に配置された電流ヒューズと、
   前記直流モータの拘束時における前記巻線の温度上昇に伴って前記温度検出素子の電気的特性が変化した場合に電流が流れて前記電流ヒューズが溶断されて前記直流モータへの電源供給を遮断するバイパス回路と、
   を備えることを特徴とするモータ保護回路。
2. 前記モータ駆動回路は、
   前記電源である交流電源から供給された交流電力を整流する整流回路と、
   前記整流回路の出力を平滑する平滑コンデンサと、
   前記平滑コンデンサの出力を交流電力に変換して前記直流モータに供給するインバータ回路と、
   を備え、
   前記モータ保護回路は、
   前記電流ヒューズが、前記交流電源の一端側と前記整流回路とを接続する経路に設けられ、
   予め決められた温度以上の温度への前記巻線の温度上昇に伴って前記温度検出素子の電気的特性が予め決められた条件を満たした場合に駆動するリレーが、前記電流ヒューズと前記交流電源の他端側とを接続する経路に設けられ、
   前記リレーが閉成状態となることにより、前記電流ヒューズの定格電流値を超える電流が前記電流ヒューズに流れて前記電流ヒューズが溶断されること、
   を特徴とする請求項１に記載のモータ保護回路。
3. 前記モータ駆動回路は、
   前記電源である交流電源から供給された交流電力を整流する整流回路と、
   前記整流回路の出力を平滑する平滑コンデンサと、
   前記平滑コンデンサの出力を交流電力に変換して前記直流モータに供給するインバータ回路と、
   を備え、
   前記モータ保護回路は、
   前記電流ヒューズが、前記平滑コンデンサの一端側と前記インバータ回路とを接続する経路に配置され、
   予め決められた温度以上の温度への前記巻線の温度上昇に伴って前記温度検出素子の電気的特性が予め決められた条件を満たした場合に駆動するリレーが、前記電流ヒューズと前記平滑コンデンサの他端側とを接続する経路に設けられ、
   前記リレーが閉成状態となることにより、前記電流ヒューズの定格電流値を超える電流が前記電流ヒューズに流れて前記電流ヒューズが溶断されること、
   を特徴とする請求項１に記載のモータ保護回路。
4. 前記モータ駆動回路は、
   前記電源である交流電源から供給された交流電力を整流する整流回路と、
   前記整流回路の出力を平滑する平滑コンデンサと、
   前記平滑コンデンサの出力を交流電力に変換して前記直流モータに供給するインバータ回路と、
   を備え、
   前記モータ保護回路は、
   前記電流ヒューズが、前記平滑コンデンサの一端側と前記インバータ回路とを接続する経路に配置され、
   予め決められた温度以上の温度への前記巻線の温度上昇に伴って前記温度検出素子の電気的特性が予め決められた条件を満たした場合に導通するトランジスタが前記電流ヒューズの後段に設けられ、
   前記トランジスタが導通することにより、前記電流ヒューズの定格電流値を超える電流が前記電流ヒューズに流れて前記電流ヒューズが溶断されること、
   を特徴とする請求項１に記載のモータ保護回路。
5. 前記モータ駆動回路は、
   前記電源である交流電源から供給された交流電力を整流する整流回路と、
   前記整流回路の出力を平滑する平滑コンデンサと、
   前記平滑コンデンサの出力を交流電力に変換して前記直流モータに供給するインバータ回路と、
   前記インバータ回路に駆動指令を出力する制御回路と、
   前記平滑コンデンサの出力から前記制御回路を駆動するための制御電源を生成して前記制御回路に供給する制御電源回路と、
   を備え、
   前記モータ保護回路は、
   前記電流ヒューズが、前記制御電源回路から前記制御回路への前記制御電源の供給経路に配置され、
   予め決められた温度以上の温度への前記巻線の温度上昇に伴って前記温度検出素子の電気的特性が予め決められた条件を満たした場合に駆動するトランジスタが前記電流ヒューズの後段に設けられ、
   前記トランジスタが導通することにより、前記電流ヒューズの定格電流値を超える電流が前記電流ヒューズに流れて前記電流ヒューズが溶断されること、
   を特徴とする請求項１に記載のモータ保護回路。
6. 非反転入力端子に前記温度検出素子の電気的特性の変化に伴った電圧が入力されるとともに、反転入力端子が予め決められた基準電圧で固定された比較器を備え、
   前記比較器の出力に基づいて前記リレーが閉成すること、
   を特徴とする請求項２または３に記載のモータ保護回路。
7. 非反転入力端子に前記温度検出素子の電気的特性の変化に伴った電圧が入力されるとともに、反転入力端子が基準電圧で固定された比較器を備え、
   前記比較器の出力に基づいて前記トランジスタが導通すること、
   を特徴とする請求項４または５に記載のモータ保護回路。
8. 前記比較器がヒステリシス特性を有すること、
   を特徴とする請求項６または７に記載のモータ保護回路。
9. 交流電源から供給された交流電力を巻線で構成されたコイルを備えた直流モータに供給するモータ駆動回路と、
   請求項１から８の何れか１つに記載のモータ保護回路と、
   モータ本体と、
   前記モータ駆動回路と、前記モータ保護回路と、前記モータ本体と、を内蔵する筐体と、
   を備えることを特徴とするモータ。

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