JP2020176876A - 信号変換装置、及びモータ駆動システム - Google Patents

信号変換装置、及びモータ駆動システム Download PDF

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Abstract

【課題】供給される信号を用い、制御対象の稼働状態を切り替えることができる信号変換装置、及びモータ駆動システムを提供する。【解決手段】信号変換装置は、信号源から第１交流信号が供給される第１信号入力端子３８１と、前記第１交流信号と同相の同相信号と前記第１交流信号と逆相の逆相信号を含み、前記同相信号と前記逆相信号の切り替えにより位相が切り替えられた第２交流信号が前記信号源から供給される第２信号入力端子３８４と、前記供給された第１交流信号を用いて、前記供給された第２交流信号が前記同相信号か前記逆相信号かを検出する検出部３４と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、信号変換装置、及びモータ駆動システムに関する。
制御対象のモータ等を制御するシステム（モータ駆動システム）に関する技術についての研究や開発が行われている。
これに関し、制御対象の外部に設けたスイッチで、複数の制御対象をＯＮ／ＯＦＦ制御する装置について記載されている（特許文献１参照）。
特開２０１０−４３８５４号公報
従来技術では、例えば、複数の制御対象をＯＮ／ＯＦＦ制御する際に、特定の制御対象に流れる電流の一部を装置が検出して、装置がその検出結果に基づいて他の制御対象を制御する場合がある。しかしながら、制御対象に流れる電流は、制御対象の種類、消費電力、個数、稼働状態等によってさまざまな値になることがある。このような場合に、制御対象に流れる電流の大きさを検出するための基準値（閾値）を適した値に定めることが困難であり、制御対象に電流が流れることを精度よく検出して、制御対象を制御することが困難なことがあった。
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、供給される信号を用いた、より簡易な方法で、制御対象の稼働状態を切り替えることができる信号変換装置、及びモータ駆動システムを提供することを目的とする。
本発明の第１の態様によれば、信号源から第１交流信号が供給される第１信号入力端子と、前記第１交流信号と同相の同相信号と前記第１交流信号と逆相の逆相信号を含み、前記同相信号と前記逆相信号の切り替えにより位相が切り替えられた第２交流信号が前記信号源から供給される第２信号入力端子と、前記供給された第１交流信号を用いて、前記供給された第２交流信号が前記同相信号か前記逆相信号かを検出する検出部と、を備える信号変換装置が提供される。
本発明の第２の態様によれば、モータ本体と、上記の信号変換装置と、前記信号変換装置による検出結果に基づいて前記モータ本体を制御する駆動回路とを備えるモータ駆動システムが提供される。
本発明の一つの態様によれば、供給される信号を用いた、より簡易な方法で、制御対象の稼働状態を切り替えることができる信号変換装置、及びモータ駆動システムを提供することできる。
図１は、第１の実施形態に係るモータ駆動システムの構成の一例を示す図である。 図２は、状態Ａ３における信号検出回路の動作を説明するための図である。 図３は、信号検出回路のシミュレーション結果を説明するための図である。 図４は、負荷装置を経由する漏れ電流がある状態を説明するための図である。 図５は、信号検出回路の動作を説明するための図である。 図６は、第２の実施形態に係るモータ駆動システムの構成の一例を示す図である。
＜第１の実施形態＞
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、電気信号を伝送する導体のことを、給電線、接地線、配線、制御信号線などと称して説明する。給電線と接地線は、例えば、コードであってもよく、基板上にプリントされた導体であってもよく、バスバーなど任意の形状の導体等であってもよい。実施形態における「接続する」は、電気的に接続することを含む。
＜モータ駆動システムの構成＞
図１は、第１の実施形態に係るモータ駆動システム１の構成の一例を示す図である。
モータ駆動システム１は、ＡＣ／ＤＣモータ２（図中の記載は「AC/DC MOTOR」。）と、インタフェース装置３と、スイッチ４と、負荷装置５（図中の記載は「ＬＥＤ」。）を備える。インタフェース装置３は、信号変換装置の一例である。
符号ＰＳは、交流電力をモータ駆動システム１に供給する電源である。電源ＰＳは、信号源の一例である。
負荷装置５は、モータ駆動システム１とともに電源ＰＳから交流電力の供給を受ける負荷を含む。負荷装置５は、例えば、ＬＥＤモジュールを備える照明装置であってもよい。図に示すように、電源ＰＳとスイッチ４と負荷装置５は、直列に接続される。スイッチ４がオン状態になると、閉回路が形成され負荷装置５に電源ＰＳからの電力が供給される。なお、負荷装置５は、モータ駆動システム１に含まずに、モータ駆動システム１に関連するものであってもよい。
次に、ＡＣ／ＤＣモータ２について説明する。
ＡＣ／ＤＣモータ２は、例えば、モータ本体２１（図中の記載は「ＤＣＭ」。）と、駆動回路２２と、端子２９１、２９２、２９４から２９６とを備える。
モータ本体２１は、後述の駆動回路２２に接続され、駆動回路２２から供給される電力によって回転する直流モータである。
駆動回路２２は、例えば、電源部２３と、インバータ部２４と、制御回路２５とを備える。
まず、電源部２３について説明する。
電源部２３は、例えば、コンデンサ２３１と、整流器２３２と、コンデンサ２３３と、直流電源装置２３４、２３５（図中の記載は「ＤＣ／ＤＣ」。）と、ヒューズ２３６と、サージ電圧制限素子２３７とを備える。
電源部２３の電源側端子は、ＡＣ／ＤＣモータ２に交流電力が供給される端子２９１と２９２を兼ねる。端子２９１と端子２９２には、１対の給電線を介して、整流器２３２の電源側端子と、コンデンサ２３１と、サージ電圧制限素子２３７とが夫々並列に接続される。整流器２３２の直流側端子には、直流電源装置２３４の電源側端子が並列に接続されている。直流電源装置２３４の負荷側端子には、直流電源装置２３５の電源側端子が並列に接続されている。端子２９１に接続される給電線には、ヒューズ２３６が設けられている。ヒューズ２３６が設けられている位置は、例えば、整流器２３２と、コンデンサ２３１と、サージ電圧制限素子２３７とが各々接続される接続点よりも端子２９１側である。
整流器２３２の直流側端子の負極は、駆動回路２２内の接地極２Ｇに接続される。接地極２Ｇは、直流電源装置２３の基準電位になる。以下の説明では、接地極２Ｇの電位を、駆動回路２２の基準電位として説明する。
例えば、整流器２３２は、ブリッジ接続された４つのダイオードを備え、交流を全波整流する。整流器２３２の直流側端子の正極は、モータ本体２１の動力用電力と、後述の直流電源装置２３４に制御用電力を供給する。整流器２３２の直流側端子には、コンデンサ２３３が並列に接続されている。コンデンサ２３３は、整流器２３２が出力する脈流を平滑化して、その直流電圧を電圧ＶＭと呼ぶ。直流電源装置２３４と直流電源装置２３５は、定電圧制御により互いに異なる直流電圧を生成するレギュレータである。直流電源装置２３４と直流電源装置２３５は、例えば、第１の直流電圧（例えばＤＣ１５Ｖ）と第２の直流電圧（例えばＤＣ３．３Ｖ）を生成して、それぞれを駆動回路２２に供給する。
次に、インバータ部２４について説明する。
インバータ部２４は、例えば、インバータ本体２４１（図の中の記載は「IPM」。）と、シャント抵抗２４２と、バイパスコンデンサ２４３とを備える。インバータ本体２４１は、図示しない少なくとも１つ以上のスイッチング素子を備える。インバータ本体２４１は、モータ本体２１が有するコイルと接続されている。インバータ本体２４１は、電源部２３から供給される直流電力（電圧ＶＭ、ＤＣ１５Ｖ）を用いて、モータ本体２１を駆動させる。インバータ本体２４１は、コントローラ２５７から供給された信号に応じてモータ本体２１を回転させる。シャント抵抗２４２は、インバータ本体２４１と接地極２Ｇとに接続され、モータ本体２１の駆動電流を検出する。バイパスコンデンサ２４３は、電圧ＶＭの電源端子と接地極２Ｇとに接続されている。
次に、制御回路２５について説明する。
制御回路２５は、例えば、電流検知回路２５１と、温度検知回路２５２と、バイパスコンデンサ２５３と、ＶＭ電源検知回路２５４と、プルアップ回路２５５と、コントローラ２５７とを備える。
制御回路２５には、駆動回路２２の外部回路に接続される端子として、端子２９４から２９６が割り付けられている。端子２９４は、駆動回路２２内部で接地極２Ｇに接続される。端子２９５と２９６は、駆動回路２２の制御信号の入力端子である。端子２９５と２９６には、制御信号用の信号線が接続される。なお、端子２９６は、省略してもよく、以下の説明では端子２９５に入力される制御信号を中心に説明する。
電流検知回路２５１は、インバータ部２４のシャント抵抗２４２の非接地側に接続され、シャント抵抗２４２に生じた電圧を検出する。この電圧は、シャント抵抗２４２に流れた電流を示す。温度検知回路２５２は、温度異常などを検出するための温度センサを含む。バイパスコンデンサ２５３は、電位ＤＣ３．３Ｖの電源端子と接地極２Ｇとに接続されている。ＶＭ電源検知回路２５４は、電源部２３の直流電源装置２３４の電源側端子の正極に接続され、電圧ＶＭの電源電圧を検出する。電流検知回路２５１と、温度検知回路２５２と、ＶＭ電源検知回路２５４の出力は、コントローラ２５７に接続される。
プルアップ回路２５５は、端子２９５とコントローラ２５７とに接続される信号線と、信号線をＤＣ３．３Ｖにプルアップするプルアップ抵抗と、ＲＣフィルタ回路とを含む。ＲＣフィルタ回路は、例えば信号線と接地極２Ｇに接続されるコンデンサと、信号線に設けられた抵抗を組み合わせた１次フィルタである。フィルタ回路は、図示する構成に制限されず、削除することも含めて適宜変更できる。
コントローラ２５７は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２５７０と、半導体メモリなどの記憶部２５７１と、信号入出回路２５７２を備える。なお、コントローラ２５７は、プロセッサーを備えたＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等であってもよく、ハードウエアでもよい。
コントローラ２５７は、例えば、信号取得部２５７３と、インバータ制御部２５７４とを備える。信号取得部２５７３は、信号入出回路２５７２を経て、電流検知回路２５１と、温度検知回路２５２と、ＶＭ電源検知回路２５４の各検出結果とを取得する。信号取得部２５７３は、信号入出回路２５７２を経て、インタフェース装置３から供給される制御信号の論理状態を取得する。インバータ制御部２５７４は、電流検知回路２５１と、温度検知回路２５２と、ＶＭ電源検知回路２５４とによる検出結果に基づいて、インバータ部２４を制御する。例えば、インバータ制御部２５７４は、インタフェース装置３からの制御信号がＨ（ハイ）レベルの場合には、モータ本体２１を通電させるための制御信号を、信号入出回路２５７２からインバータ部２４に対して出力させて、モータ本体２１を駆動させる。インバータ制御部２５７４は、インタフェース装置３からの制御信号がＬ（ロー）レベルの場合には、モータ本体２１への通電を中断させるための制御信号を、信号入出回路２５７２からインバータ部２４に対して出力させて、モータ本体２１の回転を停止させる。上記のように、コントローラ２５７は、インタフェース装置３からの制御信号の論理に従い、モータ本体２１に通電するか遮断するかを決定するとよい。なお、コントローラ２５７は、インタフェース装置３からの制御信号の論理に従い、モータ本体２１の駆動停止用に用いるだけでなく、モータ本体２１の駆動時の速度、トルクのパラメータなどを変更するために、コントローラ２５７の内部設定パラメータの変更することに、同制御信号を用いてもよい。
次に、インタフェース装置３について説明する。
インタフェース装置３は、例えば、ヒューズ３１と、フィルタ部３２と、ヒューズ３３と、信号検出回路３４（検出部）と、サージ電圧制限素子３５と、抵抗３６とを備える。
インタフェース装置３は、例えば、電源ＰＳ側端子として端子３８１から３８４を備え、ＡＣ／ＤＣモータ２側端子として端子３９１から３９５を備える。
まず、インタフェース装置３の電源ＰＳ側の接続について説明する。
端子３８１から３８３は、インタフェース装置３の外部に露出して設けられている電源端子と接地用端子である。端子３８４は、同じく制御信号用端子である。なお、図示する回路の場合、端子３８１は、制御信号用端子を兼ねる。
例えば、インタフェース装置３外部で、端子３８１は、配線ＰＳＬを介して電源ＰＳの第１極に接続される。端子３８２は、配線ＰＳＮを介して電源ＰＳの第２極に接続される。電源ＰＳの第２極は、接地されていることがある。端子３８３は、保安用の接地端子として利用される。例えば、図１に示す電源ＰＳの上側の極が上記の第１極であり、下側の極が上記の第２極である。
端子３８４は、制御信号線ＰＳＳを介して電源ＰＳの第１極に接続される。制御信号線ＰＳＳには、スイッチ４が設けられている。端子３８４とスイッチ４の一端を接続する制御信号線ＰＳＳには、負荷装置５の一端が接続され、負荷装置５の他端が電源ＰＳの第２極に接続されている。上記の接続によれば、スイッチ４の操作により、負荷装置５への給電制御と、ＡＣ／ＤＣモータ２の稼働状態の切り替え制御とを、連動させることができる。
次に、インタフェース装置３の内部の構成について説明する。
端子３８１から３８３には、給電線Ｌと、給電線Ｎと、接地線ＰＥの一端がそれぞれ接続される。給電線Ｌと、給電線Ｎと、接地線ＰＥの他端には、端子３９１から端子３９３がそれぞれ接続される。給電線Ｌと給電線Ｎには、フィルタ部３２が設けられている。給電線Ｌのフィルタ部３２よりも端子３８１側にヒューズ３１が設けられている。給電線Ｌにおいて、フィルタ部３２とヒューズ３１を接続する接続点を接続点ＬＰと呼ぶ。
フィルタ部３２は、例えば、コモンモードノイズとノーマルモードノイズを低減させるためのコイルと複数のコンデンサと、サージ電圧を制限するための保護素子とを備える。その一部のコンデンサは、接地線ＰＥに接続されている。なお、フィルタ部３２の内部構成は一例を示すものであり、これに制限されることなく、他の構成に変更してもよい。或いは、フィルタ部３２をインタフェース装置３内に設けなくてもよく、インタフェース装置３の外部に設けてもよい。
端子３８４は、ヒューズ３３が設けられた制御信号線を介して信号検出回路３４の入力端子に接続される。ヒューズ３３と信号検出回路３４の入力端子の間の制御信号線には、サージ電圧制限素子３５の一端が接続されている。サージ電圧制限素子３５の他端は、端子３８２に接続される。
端子３９４は、インタフェース装置３内部で接地極３Ｇに接続される。
端子３９５は、信号検出回路３４が出力する制御信号の出力端子である。
次に、信号検出回路３４について説明する。
信号検出回路３４は、例えば、ダイオード３４１と、抵抗３４２と、ダイオード３４３と、ＬＰフィルタ３４４と、比較回路３４５と、バイアス回路３４６とを備える。
信号検出回路３４の入力端子には、ダイオード３４１のアノードが接続され、ダイオード３４１のカソードには抵抗３４２の一端と、抵抗３６の一端とが接続され、抵抗３４２の他端にはダイオード３４３のアノードが接続され、ダイオード３４１のカソードにはＬＰフィルタ３４４の入力端が接続され、ＬＰフィルタ３４４の出力端には比較回路３４５の入力端が接続され、比較回路３４５の出力端には端子３９５が接続される。抵抗３６の他端は、給電線Ｎに接続されている。
上記の接続点の中で、抵抗３４２の他端とダイオード３４３のアノードが接続される接続点を接続点ＢＰと呼び、比較回路３４５の入力端をテスト端子ＴＰと呼ぶ。
ＬＰフィルタ３４４は、抵抗とコンデンサを組み合わせたローパスフィルタである。ＬＰフィルタ３４４は、ダイオード３４３によって生成された半波信号を平滑化する平滑化回路の一例である。ＬＰフィルタ３４４は、後段の比較回路３４５が誤検出しないように、上記の半波信号による脈動を低減させるとよい。例えば、抵抗とコンデンサの組み合わせを２組設けて、カスケード接続した回路を例示する。ＬＰフィルタ３４４の周波数特性として、交流の基本周波数よりも遮断周波数が低くなるように、低域通過特性のカットオフ周波数を決定する。なお、ＬＰフィルタ３４４の構成はこれに制限されることなく適宜変更してよい。例えば、平均化回路、ピークホールド回路などに代えてもよい。
比較回路３４５は、少なくとも１つのスイッチング素子を備える。図に示す比較回路３４５は、例えば、１つのトランジスタと、トランジスタのベース電位を規定するための第１の抵抗と第２の抵抗とを備えた、エミッタ接地型比較回路を含む。
例えば、比較回路３４５のトランジスタのベースには、第１の抵抗と第２の抵抗の接続点が接続されている。第１の抵抗の他端が比較回路３４５の入力端に接続されている。第２の抵抗の他端が接地極３Ｇに接続されている。トランジスタのエミッタが接地極３Ｇに接地され、コレクタが比較回路３４５の出力端、つまり端子３８５に接続されている。信号検出回路３４内の構成では、トランジスタは、オープンコレクタ出力になる。比較回路３４５の構成は、図に示したものに制限されることなく、他の種類のスイッチング素子であってもよく、所謂コンパレータであってもよい。
バイアス回路３４６は、直列に接続された、第１ダイオード３４６ａと、抵抗３４６ｂと、第２ダイオード３４６ｃとを備える。例えば、接続点ＢＰには、第１ダイオード３４６ａのアノードが接続され、第１ダイオード３４６ａのカソードには、抵抗３４６ｂの一端が接続され、抵抗３４６ｂの他端には、第２ダイオード３４６ｃのアノードが接続され、第２ダイオード３４６ｃのカソードが接続点ＬＰに接続されている。
上記のインタフェース装置３は、ＡＣ／ＤＣモータ２に接続された状態で利用される。その際、端子２９１から２９５は、端子３９３を除く端子３９１から３９５にそれぞれ接続される。端子３９３をＡＣ／ＤＣモータ２に接続しないことにより、ＡＣ／ＤＣモータ２の接地極２Ｇとインタフェース装置３の接地極３Ｇは、電源ＰＳ側の接地極に対してフィルタ部３２内のコンデンサによって容量結合される。
インタフェース装置３がＡＣ／ＤＣモータ２に接続されることにより、比較回路３４５の出力端子（端子３９５）は、制御回路２５のプルアップ回路２５５によって、ＤＣ３．３Ｖにプルアップされる。また、端子３９４の電位は、端子２９４の電位と同じになる。
例えば、端子３８４に所定の正の電圧（閾値電圧ＶＴＨという）を超える電圧が掛かると、比較回路３４５のトランジスタがこれを検出して、オン（ＯＮ）状態になる。この状態を単に、「比較回路３４５がオン信号を出力する」という。上記とは逆に、端子３８４に閾値電圧ＶＴＨ以下の電圧が掛かるか、或いは端子３８４が開放状態になると、比較回路３４５のトランジスタがオフ（ＯＦＦ）状態になる。この状態を単に、「比較回路３４５がオフ信号を出力する」という。
コントローラ２５７は、電源ＰＳから所望の交流電力が供給される状態で電源部２３からの給電により機能する。コントローラ２５７は、スイッチ４がオン状態とオフ状態の何れにあるかを、インタフェース装置３から端子３８５に供給される制御信号（オン信号又はオフ信号）の電圧に基づいて検出して、その検出結果に応じてモータ本体２１に通電して駆動させるか、通電せずに停止させるかを決定する。
＜モータ駆動システムの動作＞
以下、いくつかの典型的な利用形態を例示して、モータ駆動システム１の信号検出回路３４に関わる動作を説明する。便宜的に、その説明を、スイッチ４の状態（オン状態／オフ状態）と、交流の位相（第１位相／第２位相）との組み合わせに対応させて分ける。なお、モータ本体２１に通電する場合にスイッチ４をオン状態にして、通電しない場合にスイッチ４をオフ状態にするものと仮定する。
交流が第１の方向に流れる位相を「第１位相」と呼び、その逆方向に流れる位相を「第２位相」と呼ぶ。例えば、第１位相の場合、給電線ＰＳＬ側の極の電位が、給電線ＰＳＮ側の極の電位よりも高く、第２位相の場合には、その逆である。
（利用形態Ａ）
利用形態Ａは、負荷装置５が設けられていない構成の一例である。図１の負荷装置５が削除された場合に相当する。
（状態Ａ１：スイッチ４がオフ状態かつ交流が第１位相）
負荷装置５が設けられていないため、スイッチ４がオフ状態にあると、端子３８４に流入する電流がなく、信号検出回路３４は、オフ信号を出力する。
（状態Ａ２：スイッチ４がオフ状態かつ交流が第２位相）
状態Ａ１と同様に、信号検出回路３４は、オフ信号を出力する。
（状態Ａ３：スイッチ４がオン状態かつ交流が第１位相）
図２を参照して、状態Ａ３における信号検出回路３４の動作を説明する。図２は、実施形態の状態Ａ３における信号検出回路３４の動作を説明するための図である。
スイッチ４がオン状態にあり、端子３８４に閾値電圧ＶＴＨを超える電圧が供給されて、端子３８４にスイッチ４を経由する電流Ｉｏｎが流れる。信号検出回路３４は、これを検出してオン信号を出力する。
なお、端子３８４に閾値電圧ＶＴＨを超える電圧が供給されない期間が生じることがある。この期間は、端子３８４に電流Ｉｏｎが流れないため、信号検出回路３４は、これを検出してオフ信号を出力する。
（状態Ａ４：スイッチ４がオン状態かつ交流が第２位相）
スイッチ４がオン状態にあるため、端子３８４に供給される信号の電位が負になる。この場合、ダイオード３４１が逆バイアスされるため、端子３８４に電流が流れない。信号検出回路３４に流入する電流がないため、信号検出回路３４は、オフ信号を出力する。
図３を参照して、上記の（状態Ａ３）と（状態Ａ４）における動作を説明する。
図３は、実施形態の信号検出回路３４のシミュレーション結果を説明するための図である。図３に示す波形図は、上記の（状態Ａ３）と（状態Ａ４）に関するものである。波形図中の信号Ｓｃｏｎｔが、テスト端子ＴＰの電圧を示し、信号Ｓｏｕｔが、端子３９５の電圧を示す。初期状態は、スイッチ４がオフ状態にあり、信号ＳｏｕｔがＨ（ハイ）レベルを示す電位になっている。このとき比較回路３４５のトランジスタはオフ状態になっている。
時刻０にスイッチ４がオフ状態からオン状態に切り替わると、それに伴い信号Ｓｃｏｎｔが示す電圧が上昇する。電流Ｉｏｎの経路にインピーダンスがあり、かつＬＰフィルタ３４４があることにより信号Ｓｃｏｎｔの電圧の変化に過度応答による遅延が生じる。この時刻０から時刻ｔ１までの遅延時間は、ＬＰフィルタ３４４のコンデンサの容量と、電源ＰＳからＬＰフィルタ３４４のコンデンサまでの間に直列に設けられている回路に依存する。
端子３８４に閾値電圧ＶＴＨを超える電圧が供給されているため、時刻ｔ１になると比較回路３４５は、これを検出して出力信号の論理を反転して、信号ＳｏｕｔをＬ（ロー）レベルを示す電位を端子３９５に出力する。
時刻ｔ２にスイッチ４がオン状態からオフ状態に切り替わると、信号Ｓｃｏｎｔが示す電圧が降下する。電流Ｉｏｎ（が遮断されるが、ＬＰフィルタ３４４のコンデンサが充電されているため、号Ｓｃｏｎｔが示す電圧（コンデンサの端子電圧）が徐々に低下する。この変化率は、ＬＰフィルタ３４４のコンデンサの容量とコンデンサに並列に設けられている回路に依存する。信号Ｓｃｏｎｔの電圧が所定の電圧まで低下すると、比較回路３４５は、これを検出して出力信号の論理を反転して、信号ＳｏｕｔをＨレベルにする。
以上が、利用状態Ａの説明である。
（利用形態Ｂ）
（利用状態Ｂ）は、負荷装置５が設けられている構成の一例である。上記の（利用形態Ａ）に対してこの点が異なる。（状態Ｂ１）から（状態Ｂ４）の条件は、負荷装置５が設けられていることを除けば（状態Ａ１）から（状態Ａ４）の条件と同じである。（利用形態Ａ）との相違点を中心に説明する。
（状態Ｂ１：スイッチ４がオフ状態かつ交流が第１位相）
オフ状態にあるスイッチ４は、電流を遮断する。この（状態Ｂ１）のインタフェース装置３は、負荷装置５を経由する電流（「漏れ電流ＩＬ」と呼ぶ。）が流れる経路を有していないため、その影響を受けない。よって、信号検出回路３４は、オフ信号を出力する。
（状態Ｂ２：スイッチ４がオフ状態かつ交流が第２位相）
オフ状態にあるスイッチ４は、電流を遮断しているが、負荷装置５を経由して漏れ電流ＩＬが、インタフェース装置３（信号検出回路３４）に流れることがある。
図４を参照して、漏れ電流が信号検出回路３４に流入する場合の動作について説明する。図４は、実施形態の負荷装置５を経由する漏れ電流がある状態を説明するための図である。漏れ電流ＩＬは、その矢印に沿った経路に流れる。
この（状態Ｂ１）の信号検出回路３４は、後述する要件を満たすことで、漏れ電流ＩＬの影響を受けずにオフ信号を出力する。
（状態Ｂ３：スイッチ４がオン状態かつ交流が第１位相）
この（状態Ｂ３）の信号検出回路３４は、負荷装置５の有無に関係されずにオン信号を出力する。前述の（状態Ａ３）の説明を参照する。
（状態Ｂ４：スイッチ４がオン状態かつ交流が第２位相）
スイッチ４がオン状態にあり、ダイオード３４１が逆バイアスされるため、上記の（状態Ａ４）の場合と同様に端子３８４に電流が流れない。信号検出回路３４は、オフ信号を出力する。
図５に、信号検出回路３４の動作を整理する。図５は、実施形態の信号検出回路３４の動作を説明するための図である。同図に、信号検出回路３４に入力される交流信号（１周期）と、信号検出回路３４が出力する信号の関係を示す。スイッチ４がオン状態のときとオフ状態のときとを対比して、端子３８１に入力される交流（第１交流信号）の波形と、端子３８４に入力される交流（第２交流信号）の波形を示す。
上記の利用形態Ｂにおける信号検出回路３４は、漏れ電流ＩＬによる疑似信号を誤検出せずに、正規の制御信号を検出する。
上記の疑似信号と正規の制御信号を比較すると、その信号源が交流電源ＰＳであることは共通であるが、信号源となる交流の極が互いに異なるため、それぞれの信号の位相が逆位相になる。つまり、正規の制御信号と疑似信号とを、共通の半波整流回路（ダイオード３４１）を用いてそれぞれを半波整流すると、制限されずに残る半波の位相が互いに異なるものになる。
そこで、図５の「接続点ＢＰの電圧」に示すように、信号検出回路３４は、正規の制御信号から生成される半波を残し、疑似信号から生成される半波を残さないように、信号検出回路３４に入力される信号の振幅を、第１交流信号の負の電圧を利用して制限する。制限された後の信号には、疑似信号の正の電圧が制限されている。これにより、信号検出回路３４は、疑似信号に影響されることなく、正規の制御信号の正の電圧を検出して、その結果を端子３９５から出力する。
より具体的には、信号検出回路３４の端子３８４に疑似信号の電流（漏れ電流ＩＬ）が流入する位相で、信号検出回路３４のバイアス回路３４６は、漏れ電流ＩＬを給電線Ｌに流して電源ＰＳに還流させる。これにより、漏れ電流ＩＬが流れていても、テスト端子ＴＰの電位が比較電位（閾値電圧ＶＴＨ）よりも上昇しないように制限される。
次に、上記の（状態Ｂ２）において、漏れ電流ＩＬの影響を受けて、信号検出回路３４が疑似信号を誤検出することなく、オフ信号を出力するための要件について説明する。例えば、下記の要件を満たすように信号検出回路３４を形成するとよい。
・信号検出回路３４は、端子３８４に流入する漏れ電流ＩＬを、バイアス回路３４６を通して給電線Ｌに流す（図４参照。）。バイアス回路３４６に設けられたダイオード３４６ａ、３４６ｃは、漏れ電流ＩＬを流す方向に順方向の向きを向けて配置される。漏れ電流ＩＬが流れる経路に設けられた各ダイオードが、漏れ電流ＩＬが流れる期間に継続的に導通状態になるように各部の定数を決定するとよい。漏れ電流ＩＬが流れる期間とは、交流の半周期ほどの期間である。
例えば、抵抗３６は、負荷装置５のインピーダンスに、インピーダンス・マッチングするための抵抗であり、負荷装置５のインピーダンスと抵抗３４２との分圧を調整する。抵抗３６は、上記の各ダイオードを漏れ電流ＩＬが流れる期間に継続的に導通状態にするための回路の一例である。抵抗３６は、漏れ電流ＩＬが流れる期間に継続的にダイオード３４６ａ、３４６ｃを導通状態にするための暗電流を流す。抵抗３６が上記の暗電流を流すことによって、接続点ＢＰとテスト端子ＴＰの電位が安定する。また、抵抗３６を設けたことにより、負荷装置５の動作によって漏れ電流ＩＬが変動しても、その変動に影響されることなく上記の暗電流を流すことができる。以下の説明において、この暗電流の説明を省略することがある。
・信号検出回路３４の比較回路３４５は、端子３８４に供給された信号の位相を検出するために、平滑化後の半波信号の正の振幅を検出する。換言すれば、比較回路３４５は、平滑化後の半波信号の正の振幅を検出することで、端子３８４に供給された信号（第２交流信号）が端子３８１に供給される信号と同相信号か、或いは逆相信号かを検出する。このような比較回路３４５は、ダイオードのスイッチングに伴うサージ電圧の影響を受けにくい。さらに、信号検出回路３４は、単に第２交流信号の有無を検出するものではなく、第２交流信号の位相を、平滑化後の信号の振幅を利用して検出するものである。
・そこで、漏れ電流ＩＬが流れても、接続点ＢＰの電位が、比較回路３４５の比較電位に比べて低い電位を維持するように、ダイオード３４１と抵抗３４２とバイアス回路３４６とを構成してもよい。なお、接続点ＢＰの電位は、交流のピーク電圧の２倍の電圧を、ダイオード３４１と抵抗３４２の組と、バイアス回路３４６とによって分圧した電圧になるが、上記の条件を満たすように各部の定数を決定するとよい。比較回路３４５の比較電位は、接続点ＢＰの電位を識別するための閾値電圧ＶＴＨとは厳密には異なるが、略同一とみなしてもよい。
上記の要件を満たすように形成された信号検出回路３４は、漏れ電流ＩＬが端子３８４に流入する状況にあってもオフ信号を出力することができる。
なお、本実施形態の信号検出回路３４は、漏れ電流ＩＬを上記の動作に利用するが、流入する漏れ電流ＩＬの有無を検出するものではない。図４に示すように漏れ電流ＩＬは、負荷装置５から流入しているが、スイッチ４を経て通電されたものではない。負荷装置５の状態は、スイッチ４を経て電力が供給されて駆動されている状態でない。それゆえ、漏れ電流ＩＬは、負荷装置５を駆動するために流した電流の一部ではない。
上記の実施形態によれば、インタフェース装置３の端子３８１（第１信号入力端子）には、電源ＰＳ（信号源）から第１交流信号が供給される。端子３８４（第２信号入力端子）には、電源ＰＳから第２交流信号が供給される。第２交流信号には、第１交流信号と同相の同相信号と第１交流信号と逆相の逆相信号とが含まれる。端子３８４に供給される第２交流信号は、スイッチ４によって上記の同相信号と逆相信号とが切り替えられたものであり、スイッチ４の状態によって位相が切り替えられる。信号検出回路３４は、端子３８１に供給された第１交流信号を用いて、端子３８４に供給された第２交流信号が、第１交流信号の同相信号か逆相信号かを検出する。これにより、インタフェース装置３は、供給される信号を用いたより簡易な方法で、ＡＣ／ＤＣモータ２（制御対象）の稼働状態を切り替えることができる。なお、実施形態のＬＰフィルタ３４４と、比較回路３４５は、検出部の一例である。
例えば、インタフェース装置３において、ダイオード３４１（第１整流回路）は、端子３８４に供給された第２交流信号を半波整流した半波信号を生成する。バイアス回路３４６は、端子３８１に供給された第１交流信号が負の振幅になる期間に、ダイオード３４１によって生成された半波信号に負のバイアスを掛ける。ダイオード３４３（第２整流回路）は、バイアス回路３４６によって負のバイアスが掛けられた第２交流信号を半波整流した第２半波信号を生成する。例えば、比較回路３４５は、ダイオード３４３によって生成された第２半波信号の正の振幅を検出することで、端子３８４に供給された第２交流信号が、第１交流信号の同相信号か逆相信号かを検出してもよい。これにより、インタフェース装置３は、端子３８４に供給された第２交流信号が、漏れ電流ＩＬによる疑似信号であるか、正規の制御信号であるかを、簡易な方法で検出できる。
＜第２の実施形態＞
図６を参照して、第２の実施形態に係るモータ駆動システム１について説明する。
＜モータ駆動システムの構成＞
図６は、第２の実施形態に係るモータ駆動システム１の構成図である。第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
モータ駆動システム１のインタフェース装置３は、信号検出回路３４に代えて、信号検出回路３４Ａを備える。
信号検出回路３４Ａは、信号検出回路３４からダイオード３４１と、抵抗３４２とを削除して、バイアス回路３４６に代わる第１バイアス回路３４６Ａを備え、第２バイアス回路３４７が追加されている。
第１バイアス回路３４６Ａは、直列に接続された、第１ダイオード３４６ａと、抵抗３４６ｄと、第１定電圧ダイオード３４６ｅとを備える。例えば、接続点ＢＰには、第１ダイオード３４６ａのアノードが接続され、第１ダイオード３４６ａのカソードには、抵抗３４６ｄの一端が接続され、抵抗３４６ｄの他端には、第１定電圧ダイオード３４６ｅのカソードが接続され、第１定電圧ダイオード３４６eのアノードが接続点ＬＰに接続されている。
第２バイアス回路３４７は、直列に接続された、第３ダイオード３４７ａと、抵抗３４７ｄと、第２定電圧ダイオード３４７ｅとを備える。例えば、接続点ＢＰには、第３ダイオード３４７ａのカソードが接続され、第３ダイオード３４７ａのアノードには、抵抗３４７ｄの一端が接続され、抵抗３４７ｄの他端には、第２定電圧ダイオード３４７ｅのアノードが接続され、第２定電圧ダイオード３４７eのカソードが接地極３Ｇに接続されている。
信号検出回路３４Ａの場合、信号検出回路３４から一部の回路素子が省略されたことにより、端子３８４から接続点Ｂｐまでの間には、ヒューズ３３（回路保護素子）のみが残された形態になっている。これにより、接続点Ｂｐの電位は、接続点Ｂｐの電位は、端子３８４の電位に略一致する。また、抵抗３６の一端の信号検出回路３４Ａにおける接続先が、接続点Ｂｐになる。なお、抵抗３６は、漏れ電流ＩＬが流れる期間に継続的にダイオード３４６ａと第１定電流ダイード３４６ｅに暗電流を流す。他の抵抗３６に関する説明は、第１実施形態を参照する。
上記の通り、信号検出回路３４Ａは、接続点Ｂｐの電位を制限する回路が信号検出回路３４の回路と異なっている。
＜モータ駆動システムの動作＞
次に、モータ駆動システム１の信号検出回路３４Ａに関わる動作を、スイッチ４のオン／オフ状態と交流の位相の組み合わせによる４つの状態に分けて説明する。
なお、第２の実施形態では、前述の（利用形態Ａ）に対応する説明を省略するが、（利用形態Ａ）にも適用可能である。
（利用形態Ｂ）
（状態Ｂ１：スイッチ４がオフ状態かつ交流が第１位相）
第１の実施形態と同様に、信号検出回路３４Ａは、オフ信号を出力する。
（状態Ｂ２：スイッチ４がオフ状態かつ交流が第２位相）
スイッチ４がオフ状態にあるため、スイッチ４を経由する電流は遮断されているが、負荷装置５が設けられていることによる影響を受けることがある。
例えば、負荷装置５が漏れ電流を流さないものであれば、その影響を受けない。その場合には、利用形態Ａと同様になるため、詳細の説明を割愛する。一方で、負荷装置５には、その内部回路の構成によって、漏れ電流ＩＬを流すものがある。
次に、負荷装置５を経由する漏れ電流ＩＬが信号検出回路３４に流入する場合の動作について説明する。図６に示す矢印は、漏れ電流ＩＬとバイアス電流ＩＢを示す。その矢印に沿った経路に各電流が流れる。
バイアス電流ＩＢは、第２バイアス回路３４７と、第１バイアス回路３４６Ａとを通じて、接地極３Ｇから給電線Ｌに向けて流れる。バイアス電流ＩＢが流れている場合、接続点ＢＰの電位は、少なくとも給電線Ｌの電位から第１定電圧ダイオード３４６ｅの電圧分高い電圧を超えて、かつ、少なくとも接地極３Ｇの電位よりも第２定電圧ダイオード３４７ｅの電圧分低い電圧を超えない電圧範囲に制限される。バイアス電流ＩＢが流れる経路には、上記の定電圧ダイオードの他にも、ダイオードと抵抗などが設けられているため、さらに上記の電圧範囲は狭くなる。接続点ＢＰの電圧（動作点）は、接続点ＢＰに接続される回路の各定数と、漏れ電流ＩＬとバイアス電流ＩＢの大きさによって決定される。
この（状態Ｂ２）においても、信号検出回路３４Ａは、漏れ電流ＩＬの影響を受けずにオフ信号を出力することが要求される。信号検出回路３４Ａは、下記の要件を満たすとよい。
・信号検出回路３４Ａは、端子３８４に流入する漏れ電流ＩＬを、バイアス回路３４６Ａを通して給電線Ｌに流す。バイアス回路３４６Ａに設けられたダイオード３４６ａは、漏れ電流ＩＬを流す方向に順方向の向きを向けて配置される。漏れ電流ＩＬが流れる経路に設けられた各ダイオードが、漏れ電流ＩＬとバイアス電流ＩＢとによって導通状態になるように各部の定数を決定するとよい。
・漏れ電流ＩＬが流れても、接続点ＢＰの電位は、比較回路３４５の比較電位（閾値電位）に比べて低い電位を維持するように、第２バイアス回路３４７と、第１バイアス回路３４６Ａの各素子の定数が決定される。
上記により、信号検出回路３４Ａは、オフ信号を出力する。
（状態Ｂ３：スイッチ４がオン状態かつ交流が第１位相）
この（状態Ｂ３）の信号検出回路３４は、負荷装置５の有無に関係されずにオフ信号を出力する。前述の第１の実施形態の（状態Ａ３）の説明を参照する。
（状態Ｂ４：スイッチ４がオン状態かつ交流が第２位相）
スイッチ４がオン状態にあり、ダイオード３４３が逆バイアスされるため、端子３８４から比較回路３４５に向かう電流が流れない。信号検出回路３４は、オフ信号を出力する。
上記の実施形態によれば、バイアス回路３４６Ａとバイアス回路３４７は、端子３８１に供給された第１交流信号が負の振幅になる期間に、端子３８４に供給された第２交流信号に負のバイアスを掛ける。ダイオード３４３（整流回路）は、バイアス回路３４６とバイアス回路３４７によってバイアスが掛けられた第２交流信号を半波整流した半波信号を生成する。例えば、比較回路３４５は、ダイオード３４３によって生成された半波信号の正の振幅を検出することで、端子３８４に供給された第２交流信号が、第１交流信号の同相信号か逆相信号かを検出するとよい。このように、バイアス回路３４６Ａとバイアス回路３４７には、端子３８４に供給された第２交流信号に、端子３８１に供給された第１交流信号が負の振幅になる期間に選択的に負のバイアスを掛ける。これにより、比較回路３４５による、端子３８４に供給された第２交流信号の識別が容易になる。
以上のように、実施形態に係る信号変換装置は、信号源から第１交流信号が供給される第１信号入力端子と、前記第１交流信号と同相の同相信号と前記第１交流信号と逆相の逆相信号を含み、前記同相信号と前記逆相信号の切り替えにより位相が切り替えられた第２交流信号が前記信号源から供給される第２信号入力端子と、前記供給された第１交流信号を用いて、前記供給された第２交流信号が前記同相信号か前記逆相信号かを検出する検出部とを備える。これにより、信号変換装置は、供給される信号を用いた、より簡易な方法で、制御対象の稼働状態を切り替えることができる。
また、検出部は、供給された第２交流信号を半波整流した半波信号を生成する第１整流回路と、供給された第１交流信号が負の振幅になる期間に、生成された半波信号に負のバイアスを掛けるバイアス回路と、バイアスが掛けられた第２交流信号を半波整流した第２半波信号を生成する第２整流回路と、生成された第２半波信号の正の振幅を検出することで、供給された第２交流信号が同相信号か逆相信号かを検出する振幅検出部と、を備えてもよい。この場合、供給された第１交流信号が負の振幅になる期間に、供給された第２交流信号を第１整流回路が半波整流して、さらにその信号に負のバイアスを掛ける。第１交流信号が負の振幅になる期間に半波整流され負のバイアスが掛けられた信号を、第１交流信号の振幅によらずに第２整流回路が半波整流することで、半波整流された後の第２半波信号の正の振幅を検出することが可能になり、供給された第２交流信号が第１交流信号と同相信号か逆相信号かの検出が容易になる。
また、検出部は、供給された第１交流信号が負の振幅になる期間に、供給された第２交流信号に負のバイアスを掛けるバイアス回路と、バイアスが掛けられた第２交流信号を半波整流した半波信号を生成する整流回路と、生成された半波信号の正の振幅を検出することで、供給された第２交流信号が同相信号か逆相信号かを検出する振幅検出部と、を備えてもよい。この場合、供給された第１交流信号が負の振幅になる期間に、供給された第２交流信号を負にバイアスしてから第２整流回路が半波整流することで、半波整流された後の第２半波信号の正の振幅の検出が容易になる。
また、振幅検出部は、生成された半波信号を平滑化する平滑化回路を備え、平滑化後の半波信号の正の振幅を検出することで、供給された第２交流信号が同相信号か逆相信号かを検出してもよい。これにより、生成された半波信号の位相によらずに、平滑化後の半波信号の振幅を検出することが可能になり、供給された第１交流信号又は供給された第２交流信号に基づいた同期信号を生成する同期回路を用いることなく、供給された第２交流信号が同相信号か逆相信号かを検出できる。
また、モータは、モータ本体と、上記の信号変換装置と、信号変換装置による検出結果に基づいてモータ本体を制御する駆動回路とを備えていてもよい。このようなモータであれば、上記の信号変換装置による検出結果を、その制御に用いることが可能なる。
以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない限り、変更、置換、削除等されてもよい。
例えば、駆動回路２２を下記のように変更してもよい。駆動回路２２は、インタフェース装置３からの制御信号をリレーで受けて、リレーの接点の開閉制御によりモータ本体の駆動状態を制御してもよい。
また、保護回路として機能する各ヒューズ、サージ電圧制限素子３５、２３７などの個数、配置する位置は、これに制限されず適宜変更してよい。
１…モータ駆動システム、２…ＡＣ／ＤＣモータ、３…インタフェース装置、４…スイッチ、５負荷装置、２１…モータ本体、３４…信号検出回路（検出部）、３４１…ダイオード（第１整流回路）、３４３…ダイオード（第２整流回路、整流回路）、３４４…ＬＰフィルタ、３４５…比較回路、３４６…バイアス回路、３４６Ａ…第１バイアス回路、３４７…第２バイアス回路、３８１…端子（第１信号入力端子）、３８４…端子（第２信号入力端子）

Claims (5)

  1. 信号源から第１交流信号が供給される第１信号入力端子と、
    前記第１交流信号と同相の同相信号と前記第１交流信号と逆相の逆相信号を含み、前記同相信号と前記逆相信号の切り替えにより位相が切り替えられた第２交流信号が前記信号源から供給される第２信号入力端子と、
    前記供給された第１交流信号を用いて、前記供給された第２交流信号が前記同相信号か前記逆相信号かを検出する検出部と、
    を備える信号変換装置。
  2. 前記検出部は、
    前記供給された第２交流信号を半波整流した半波信号を生成する第１整流回路と、
    前記供給された第１交流信号が負の振幅になる期間に、前記生成された半波信号に負のバイアスを掛けるバイアス回路と、
    前記バイアスが掛けられた前記第２交流信号を半波整流した第２半波信号を生成する第２整流回路と、
    前記生成された第２半波信号の正の振幅を検出することで、前記供給された第２交流信号が前記同相信号か前記逆相信号かを検出する振幅検出部と、
    を備える請求項１記載の信号変換装置。
  3. 前記検出部は、
    前記供給された第１交流信号が負の振幅になる期間に、前記供給された第２交流信号に負のバイアスを掛けるバイアス回路と、
    前記バイアスが掛けられた前記第２交流信号を半波整流した半波信号を生成する整流回路と、
    前記生成された半波信号の正の振幅を検出することで、前記供給された第２交流信号が前記同相信号か前記逆相信号かを検出する振幅検出部と、
    を備える請求項１記載の信号変換装置。
  4. 前記振幅検出部は、
    前記生成された半波信号を平滑化する平滑化回路
    を備え、
    前記平滑化後の半波信号の正の振幅を検出することで、前記供給された第２交流信号が前記同相信号か前記逆相信号かを検出する
    請求項２又は請求項３に記載の信号変換装置。
  5. モータ本体と、
    請求項１から４の何れか1項に記載の信号変換装置と、
    前記信号変換装置による検出結果に基づいて前記モータ本体を制御する駆動回路と
    を備えるモータ駆動システム。
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