JP2021097496A

JP2021097496A - 予備充電回路を有するモータ駆動装置

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Publication number: JP2021097496A
Application number: JP2019227452A
Authority: JP
Inventors: 仁志石田; Hitoshi Ishida
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-12-17
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2021-06-24
Anticipated expiration: 2039-12-17
Also published as: JP7324140B2

Abstract

【課題】非常停止信号と非常停止解除信号とが短時間の間に交互に入力されても発熱による破損を回避できる予備充電回路を有するモータ駆動装置を実現する。【解決手段】モータ駆動装置１は、交流電力を直流電力に変換してコンデンサ１２が設けられるＤＣリンクへ出力する整流回路１１と、ＤＣリンクの直流電力をモータ駆動用の交流電力に変換して出力するインバータ１３と、充電抵抗バイパススイッチ３１と充電抵抗バイパススイッチ３１に並列接続された充電抵抗３２とを有する予備充電回路１４と、コンデンサ１２の直流電力を放電する放電動作と非放電動作とが切り替えられる放電回路１５と、充電抵抗３２の推定温度を計算する温度推定部１６と、推定温度が温度閾値を超えた場合、放電回路１５が非放電動作を維持するよう制御する制御部１７とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、予備充電回路を有するモータ駆動装置に関する。

工作機械、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、あるいは各種ロボット内のモータの駆動を制御するモータ駆動装置においては、交流電源から入力される交流電力を整流回路にて直流電力に変換してＤＣリンクへ出力し、さらにインバータにてＤＣリンクにおける直流電圧を交流電力に変換し、この交流電力をモータの駆動電力として供給している。「直流リンク部」とは、整流回路の直流出力側とインバータの直流入力側とを電気的に接続する回路部分のことを指し、「ＤＣリンク部」、「直流リンク」、「直流リンク部」、または「直流中間回路」などとも別称されることもある。

ＤＣリンクには、整流回路の直流出力の脈動分を抑える機能とともに直流電力を蓄積する機能を有するコンデンサ（ＤＣリンクコンデンサ）が設けられる。直流リンクコンデンサは平滑コンデンサとも称される。

ＤＣリンクに設けられるコンデンサは、モータ駆動装置の起動直後からモータの駆動開始前（すなわちインバータによる電力変換動作開始前）までに所定の大きさの電圧に充電しておく必要がある。この充電は、一般に予備充電（または初期充電）と称される。

コンデンサにエネルギーが蓄積されていない状態から予備充電が開始された直後は、整流回路からＤＣリンクに大きな突入電流が出力される。コンデンサの静電容量が大きいほど、より大きな突入電流が発生する。この突入電流対策として、整流回路の交流入力側または直流出力側に、予備充電回路（初期充電回路）が設けられるのが一般的である。予備充電回路は、例えば充電抵抗とこの充電抵抗に並列接続された充電抵抗バイパススイッチとを有する。コンデンサの予備充電期間中は、充電抵抗パイパススイッチが開放（オフ）されることで充電抵抗が電流経路に含まれることになる。モータ駆動装置がモータを駆動する通常動作期間中は、充電抵抗バイパススイッチが閉成（オン）されることで充電抵抗がバイパスされた電流経路が形成される。

また、ＤＣリンクに設けられたコンデンサには大容量のエネルギーが蓄積させることから、モータ駆動装置の動作終了後や異常発生時は、作業員の感電を防ぐために、ＤＣリンクに設けられたコンデンサに蓄積された電荷をできるだけ早く除去することが望まれる。このため、コンデンサに蓄積された電荷を短時間に放電させるために、モータ駆動装置のＤＣリンクには放電回路が設けられる。放電回路は、例えば放電用スイッチとこの放電用スイッチに直列接続された放電抵抗とを有する。放電用スイッチが閉成されると（閉動作）、放電抵抗とコンデンサとが電気的に接続されてＤＣリンクにおける直流電力を放電する放電動作が行われ、放電回路内のスイッチが開放されると（開動作）、放電抵抗とコンデンサとの電気的接続が切断されて放電動作は行われず、非放電動作状態となる。

予備充電動作が完了してモータ駆動装置がモータを駆動する通常動作期間中においては、充電抵抗バイパススイッチは閉成（オン）した状態を維持する。通常動作期間中に、モータ、当該モータを駆動するためのモータ駆動装置、あるいは当該モータが設けられた機械に何らかの異常が発生すると、モータ駆動装置内の制御部は、モータを非常停止させるための非常停止信号を受信する。非常停止信号を受信した制御部は、モータ駆動装置の交流電源側に設けられた開閉部である電磁接触器を開放させ、放電用スイッチを閉成させる。これにより、放電抵抗とコンデンサとが電気的に接続され、ＤＣリンクにおける直流電力が放電抵抗に流入して熱として消費される（放電動作）。その後、モータ駆動装置内の制御部がモータの非常停止を解除するための非常停止解除信号を受信すると、制御部は、電磁接触器を閉成させ、充電抵抗バイパススイッチを開放させ、放電用スイッチを開放させる。これにより、充電抵抗及び整流回路を介して流れる電流により、ＤＣリンクに設けられたコンデンサが所定の充電電圧まで充電される（予備充電動作）。コンデンサが所定の充電電圧まで充電されると、充電抵抗バイパススイッチを閉成して予備充電を完了する。

予備充電回路や放電回路を備えたモータ駆動装置として様々なものが知られている。

例えば、ｎ相（ｎは２以上の自然数）の巻線をｍ組（ｍは２以上の自然数）設けたステータと永久磁石を設けたロータとを有する交流回転機の制御装置であって、直流電源の正極側に接続される正極側のスイッチング素子と前記直流電源の負極側に接続される負極側のスイッチング素子とが直列接続され、直列接続の接続点が対応する相の前記巻線に接続される直列回路を、前記ｎ相各相に対応してｎセット設けた、前記ｍ組の電力変換器と、各組について、前記永久磁石のＮ極の向きに定めたｄ軸及び前記ｄ軸より電気角で９０°進んだ方向に定めたｑ軸からなるｄｑ軸の回転座標系上で、前記巻線に流れる電流を制御するｄｑ軸電流制御を実行して、前記スイッチング素子のそれぞれをオンオフ制御するスイッチング制御部と、前記スイッチング素子のそれぞれの短絡及び開放の故障を検出する故障検出部と、前記スイッチング素子が故障した組の前記巻線に関わる前記交流回転機の状態を検出する運転状態検出部と、を備え、前記スイッチング制御部は、前記故障検出部により前記スイッチング素子の故障が検出された場合に、前記スイッチング素子が故障した前記電力変換器の組については、前記ｄｑ軸電流制御による前記スイッチング素子のオンオフ制御を停止し、少なくとも、故障した前記スイッチング素子と同じ正極側又は負極側の各相の前記スイッチング素子を、短絡故障の場合はオンにさせ、開放故障の場合はオフにさせ、前記スイッチング素子が故障していない前記電力変換器の組については、前記ｄｑ軸電流制御による前記スイッチング素子のオンオフ制御を継続すると共に、前記運転状態検出部により検出した故障した組の前記巻線に関わる前記交流回転機の状態に応じて、前記ｄ軸の電流成分を変化させる交流回転機の制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

例えば、スイッチング素子の温度を検出する温度検出手段（ＳＤ＊＃；＊＝ｃ，ｕ，ｖ，ｗ：＃＝ｐ，ｎ）と、前記温度検出手段によって検出された温度（Ｖｆ）を入力として、前記スイッチング素子の温度に関する状態が特定の状態であるか否かの判断結果を出力する状態判断手段（３８，４０，６２）と、前記温度検出手段及び前記状態判断手段が備えられる第１の領域とは異なる第２の領域に備えられ、前記スイッチング素子を制御する制御手段（１４）と、前記状態判断手段から出力された判断結果を前記制御手段に伝達する伝達手段（１８）と、を備え、前記制御手段は、前記伝達手段を介して伝達された前記判断結果に基づき、前記スイッチング素子の制御を変更する処理を行う処理手段を備えることを特徴とするスイッチング素子の駆動装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

例えば、磁束を変化させるために磁化する永久磁石を備えたモータと、コンデンサを介して直流電源から供給される直流電力を、前記モータを駆動するための交流電力に変換するインバータと、前記インバータから前記永久磁石を磁化するための磁化電流を出力させる磁化電流出力手段と、前記コンデンサから前記直流電源に流れる電流を遮断する電流遮断手段と、前記磁化電流出力手段により前記インバータから前記磁化電流を出力するために、前記電流遮断手段による遮断をして、前記インバータを制御することにより前記インバータの直流側に印加される直流電圧を昇圧する昇圧手段と、前記コンデンサを放電させることにより、前記昇圧手段により昇圧された前記直流電圧を制御する直流電圧制御手段とを備えたことを特徴とするモータドライブ装置が知られている（例えば、特許文献３参照。）。

例えば、エネルギー蓄積要素と、固定子巻線が星形結線された交流モータと、前記エネルギー蓄積要素と前記交流モータとの間で電力を授受するように半導体スイッチがオンオフ制御される電力変換器と、によってモータ駆動装置を構成し、少なくとも２台の前記モータ駆動装置を、前記エネルギー蓄積要素を直流リンク部として並列に接続してなるモータ駆動システムにおいて、第１の電力変換器により駆動される第１の交流モータ、及び、第２の電力変換器により駆動される第２の交流モータの、各固定子巻線の中性点と前記直流リンク部の一端との間に接続された二次電池と、第１の電力変換器と第１の交流モータとの間に接続されたスイッチと、第１の電力変換器の交流側と前記スイッチとの間に接続される交流電源と、前記スイッチをオフにした状態で、第１の電力変換器を整流器動作させて前記直流リンク部に直流電力を蓄積し、かつ、第２の電力変換器を動作させて、第２の交流モータをリアクトルとして利用しつつ前記直流リンク部の直流電力により前記二次電池を充電するように制御する制御手段と、第２の交流モータの温度を検出する温度検出手段と、を備え、前記制御手段は、前記温度検出手段による温度検出値に応じて前記二次電池の充電電流を制御することを特徴とするモータ駆動システムが知られている（例えば、特許文献４参照。）。

例えば、入力交流電圧を受け交流―直流電力変換を行うコンバータと、直流電力を受電し直流−交流電力変換を行うインバータと、該コンバータと該インバータとの間のＤＣリンク部に並列接続した充放電制御回路とコンデンサとを備え、該コンデンサから該充放電制御回路を通して該ＤＣリンク部へ電気エネルギーを供給するモータ駆動装置であって、前記充放電制御回路は、前記コンデンサに蓄えられた電気エネルギーを放電する時に、コンデンサの電圧を降圧し放電する回路と昇圧し放電する回路を有する、あるいは、昇圧し放電する回路を有することを特徴とする、モータ制御装置が知られている（例えば、特許文献５参照。）。

再表２０１７／０９８５５５号公報特開２０１３−２４７４２６号公報特開２０１２−２２３０２２号公報特開２０１２−１１０１３９号公報特開２００９−２３２５３７号公報

モータを非常停止させるための非常停止信号及び非常停止を解除するための非常停止解除信号のモータ駆動装置内の制御部への入力は、モータ駆動装置の上位制御装置におけるラダープログラムによって制御され、あるいは作業者が上位制御装置の非常停止ボタンを操作することによっても制御される。ラダープログラムに不備があったり、作業者が非常停止ボタンを頻繁に操作すると、モータ駆動装置内の制御部に非常停止信号と非常停止解除信号とが短時間の間に交互に入力されることになる。この結果、予備充電回路内の充電抵抗バイパススイッチ及び放電回路内の放電用スイッチの閉成及び開放が繰り返され、予備充電回路が破損する可能性がある。例えば予備充電回路においては、充電抵抗バイパススイッチが開放されると充電抵抗には電流が流れるので充電抵抗は発熱し、温度が上昇する。充電抵抗バイパススイッチが閉成されると充電抵抗がバイパスされた電流経路が形成され、充電抵抗には電流が流れないので発熱せず、時間の経過とともに充電抵抗の温度は徐々に低下する。しかしながら、予備充電回路内の充電抵抗バイパススイッチの閉成及び開放が短時間のうちの繰り返されると、充電抵抗を十分に冷却させることができず、充電抵抗に熱が蓄積され続け、温度は上昇していく。一般に、放電回路内の放電抵抗は熱による消費を想定した抵抗であるので熱耐量が比較的大きいが、予備充電回路内の充電抵抗は、閉成及び開放の頻繁な切替えを想定していないため、熱耐量が低い。このため、非常停止信号と非常停止解除信号とが短時間の間に交互に入力されることにより充電抵抗バイパススイッチの閉成及び開放が繰り返されて充電抵抗の温度が上昇し続けると、最終的には充電抵抗が溶断し、予備充電回路の破損に至る。したがって、非常停止信号と非常停止解除信号とが短時間の間に交互に入力されても発熱による破損を回避できる予備充電回路を有するモータ駆動装置が望まれている。

本開示の一態様によれば、モータ駆動装置は、交流電源から入力された交流電力を直流電力に変換して出力する整流回路と、整流回路の直流出力側であるＤＣリンクに設けられるコンデンサと、ＤＣリンクにおける直流電力をモータの駆動のための交流電力に変換して出力するインバータと、充電抵抗バイパススイッチと充電抵抗バイパススイッチに並列接続された充電抵抗とを有する予備充電回路であって、充電抵抗バイパススイッチもしくは充電抵抗と整流回路とを介して流れる電力によりコンデンサを予備充電する予備充電回路と、ＤＣリンクに設けられる放電回路であって、放電回路とコンデンサとが電気的に接続されることでコンデンサに蓄積された直流電力を放電する放電動作と放電回路とコンデンサとの電気的接続が切断される非放電動作とが選択的に切り替えられる放電回路と、充電抵抗の推定温度を逐次計算する温度推定部と、予備充電回路及び放電回路を制御する制御部と、を備え、制御部は、推定温度が所定の温度閾値を超えた場合、放電回路が非放電動作を維持するよう制御する。

本開示の一態様によれば、非常停止信号と非常停止解除信号とが短時間の間に交互に入力されても発熱による破損を回避できる予備充電回路を有するモータ駆動装置を実現することができる。

本開示の第１及び第２の実施形態によるモータ駆動装置を示す図である。本開示の第１及び第２の実施形態によるモータ駆動装置において、予備充電回路を整流回路の直流出力側に設けた場合を示す図である。従来のモータ駆動装置における開閉部、予備充電回路及び放電回路の動作を例示する図である。本開示の第１の実施形態によるモータ駆動装置における予備充電回路、放電回路及び開閉部の動作フローを示すフローチャートである。本開示の第１〜第４の実施形態によるモータ駆動装置における温度推定部による推定温度計算処理を説明する図であって、（Ａ）は充電抵抗の推定温度を例示し、（Ｂ）は推定温度の比較に用いられる温度閾値の設定例を示す。本開示の第１の実施形態によるモータ駆動装置における開閉部、予備充電回路及び放電回路の動作を例示する図である。本開示の第２の実施形態によるモータ駆動装置における予備充電回路、放電回路及び開閉部の動作フローを示すフローチャートである。本開示の第２の実施形態によるモータ駆動装置における開閉部、予備充電回路及び放電回路の動作を例示する図である。本開示の第３及び第４の実施形態によるモータ駆動装置を示す図である。本開示の第１の実施形態にアラーム出力部をさらに設けた第３の実施形態によるモータ駆動装置における予備充電回路、放電回路、開閉部及びアラーム出力部の動作フローを示すフローチャートである。本開示の第２の実施形態にアラーム出力部をさらに設けた第３の実施形態によるモータ駆動装置における予備充電回路、放電回路、開閉部及びアラーム出力部の動作フローを示すフローチャートである。本開示の第１または第２の実施形態にアラーム出力部をさらに設けた第４の実施形態によるモータ駆動装置における予備充電回路及びアラーム出力部の動作フローを示すフローチャートである。

以下図面を参照して、予備充電回路を有するモータ駆動装置について説明する。理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。図面に示される形態は実施をするための一つの例であり、図示された実施形態に限定されるものではない。また、以下の説明において、「閉成（クローズ）」と「閉動作」と「閉状態」とは同義であり、「開放（オープン）」と「開動作」と「開状態」とは同義である。

図１は、本開示の第１及び第２の実施形態によるモータ駆動装置を示す図である。はじめに第１の実施形態によるモータ駆動装置１の構成について説明するが、図１に示す構成は、後述する第２の実施形態にも適用可能である。

一例として、交流電源２に接続されたモータ駆動装置１により、交流モータ（以下、単に「モータ」と称する。）３を制御する場合について示す。本実施形態においては、モータ３の種類は特に限定されず、例えば誘導モータであっても同期モータであってもよい。また、交流電源２及びモータ３の相数は本実施形態を特に限定するものではなく、例えば三相であっても単相であってもよい。図示の例では、交流電源２及びモータ３をそれぞれ三相としている。交流電源２の一例を挙げると、三相交流４００Ｖ電源、三相交流２００Ｖ電源、三相交流６００Ｖ電源、単相交流１００Ｖ電源などがある。モータ３が設けられる機械には、例えば工作機械、ロボット、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、各種電化製品、電車、自動車、航空機などが含まれる。

図１に示すように、モータ駆動装置１は、整流回路１１と、コンデンサ１２と、インバータ１３と、予備充電回路１４と、放電回路１５と、温度推定部１６と、制御部１７と、開閉部１９と、制御部用電源部２３とを備える。

また、本実施形態では、モータ駆動装置１は、モータ３を非常停止させるための非常停止信号及びモータ３の非常停止を解除するための非常停止解除信号を生成する信号生成部１８をさらに備える。なお、信号生成部１８については、モータ駆動装置１の外部に設けてもよく、例えばモータ駆動装置１を統括制御する上位制御装置（図示せず）に設けてもよい。信号生成部１８がモータ駆動装置１の内部あるいは外部のいずれにある場合であっても、信号生成部１８は、例えばラダープログラムに従って非常停止信号及び非常停止解除信号を生成し、あるいは作業者がモータ駆動装置１や上位制御装置などに設けられた非常停止ボタンを操作することによって生成される。信号生成部１８により生成された非常停止信号及び非常停止解除信号は、制御部１７に入力される。

整流回路１１は、交流電源２から入力された交流電力を直流電力に変換してＤＣリンクへ出力する順変換器である。整流回路１１は、交流電源２から三相交流電力が供給される場合は三相ブリッジ回路で構成され、交流電源２から単相交流電力が供給される場合は単相ブリッジ回路で構成される。整流回路１１の例としては、ダイオード整流回路、１２０度通電型整流回路、及びＰＷＭスイッチング制御方式の整流回路などがある。例えば、整流回路１１がＰＷＭスイッチング制御方式の整流回路である場合は、スイッチング素子及びこれに逆並列に接続されたダイオードのブリッジ回路からなり、上位制御装置（図示せず）から受信した駆動指令に応じて各スイッチング素子がオンオフ制御されて交直双方向に電力変換を行う。スイッチング素子の例としては、ＩＧＢＴ、ＦＥＴ、サイリスタ、ＧＴＯ、ＳｉＣ、トランジスタなどがあるが、スイッチング素子の種類自体は本実施形態を限定するものではなく、その他のスイッチング素子であってもよい。

整流回路１１の直流出力側とインバータ１３の直流入力側とを電気的に接続するＤＣリンクには、コンデンサ１２が設けられる。コンデンサ１２は、ＤＣリンクにおいてエネルギー（直流電力）を蓄積する機能及び整流回路１１の直流側の出力の脈動分を抑える機能を有する。コンデンサ１２に電荷が充電されることにより、ＤＣリンクに直流電力が蓄積されることになる。ＤＣリンクに設けられるコンデンサ１２の例としては、例えば電解コンデンサやフィルムコンデンサなどがある。

インバータ１３は、ＤＣリンクにおける直流電力をモータ３の駆動のための交流電力に変換して出力する。図示の例では、モータ３は三相交流モータであるので、インバータ１３は、三相ブリッジ回路として構成される。モータ３が単相モータである場合はインバータ１３は、単相ブリッジ回路として構成される。インバータ１３の例としては、内部に半導体スイッチング素子を備えるＰＷＭインバータなどがある。インバータ１３がＰＷＭインバータで構成される場合は、半導体スイッチング素子及びこれに逆並列に接続された還流ダイオードのブリッジ回路からなる。この場合、半導体スイッチング素子の例としては、ＩＧＢＴ、ＦＥＴ、サイリスタ、ＧＴＯ、ＳｉＣ、トランジスタなどがあるが、半導体スイッチング素子の種類自体は本実施形態を限定するものではなく、その他の半導体スイッチング素子であってもよい。

モータ駆動装置１によるモータ３の駆動開始前までにコンデンサ１２を予備充電（初期充電）するために、予備充電回路（初期充電回路）１４が設けられる。図１に示す例では、予備充電回路１４は、整流回路１１の交流入力側に設けられる。予備充電回路１４は、充電抵抗バイパススイッチ３１と充電抵抗バイパススイッチ３１に並列接続された充電抵抗３２とを有する。充電抵抗バイパススイッチ３１が開放（オフ）されると、充電抵抗３２が電流経路に含まれることになる。充電抵抗バイパススイッチ３１が閉成（オン）されると、充電抵抗３２をバイパスした電流経路（すなわち充電抵抗３２を含まない電流経路）が形成される。図１に示す例では、交流電源２は三相交流であるので、充電抵抗バイパススイッチ３１及び充電抵抗３２は、各相ごとに設けられる。充電抵抗バイパススイッチ３１の例としては、ＩＧＢＴ、ＦＥＴ、サイリスタ、ＧＴＯ、ＳｉＣ、トランジスタなどの半導体スイッチング素子や、リレーなどの機械式スイッチなどがある。充電抵抗バイパススイッチ３１の開閉は、制御部１７によって制御される。

制御部１７が信号生成部１８から非常停止解除信号を受信すると、制御部１７は、予備充電回路１４に対しては予備充電動作を実行するよう制御し、開閉部１９に対しては閉成（オン）するよう制御する。予備充電期間中、充電抵抗バイパススイッチ３１は、制御部１７から開指令を受信して開放（オフ）する。予備充電期間中は、充電抵抗バイパススイッチ３１は開状態を維持するので、充電抵抗３２が電流経路に含まれることになり、交流電源２からの交流電力は、開閉部１９及び充電抵抗３２を介して整流回路１１に入力される。整流回路１１は、入力された交流電力を直流電力に変換してＤＣリンクへ出力されてコンデンサ１２へ流れ込み、コンデンサ１２は所定の充電電圧になるまで充電される（予備充電動作）。予備充電期間中は、交流電源２から整流回路１１へ流れる電流は充電抵抗３２を流れるので、突入電流の発生を防ぐことができる。コンデンサ１２が所定の充電電圧まで充電されると、制御部１７は充電抵抗バイパススイッチ３１に対して閉指令を出力し、これを受けて充電抵抗バイパススイッチ３１は開から閉に切り替えられて充電抵抗３２をバイパスした電流経路が形成され、予備充電回路１４による予備充電動作を完了する。予備充電動作の完了後は、交流電源２からの交流電力は、共に閉状態にある開閉部１９及び充電抵抗バイパススイッチ３１を介して整流回路１１に入力される。

放電回路１５は、ＤＣリンクにおいてコンデンサ１２と並列に設けられる。放電回路１５とコンデンサ１２とが電気的に接続されてＤＣリンクにおける直流電力を放電する放電動作と、放電回路１５とコンデンサ１２との電気的接続が切断される非放電動作と、が選択的に切り替えられる。このため、放電回路１５は、放電用スイッチ３４とこの放電用スイッチ３４に直列接続された放電抵抗３３とを有する。図１に示す例では、放電回路１５内において、高電位側に放電抵抗３３、低電位側に放電用スイッチ３４を設けたが、これらは入れ替えて設けてもよい。放電用スイッチ３４の例としては、ＩＧＢＴ、ＦＥＴ、サイリスタ、ＧＴＯ、ＳｉＣ、トランジスタなどの半導体スイッチング素子や、リレーなどの機械式スイッチなどがある。図１に示す例では、放電用スイッチ３４を半導体スイッチング素子で構成している。放電回路１５の放電用スイッチ３４の開閉は、制御部１７によって制御される。制御部１７の制御により放電用スイッチ３４が閉成されると放電抵抗３３とコンデンサ１２とが電気的に接続され、ＤＣリンクにおける直流電力が放電抵抗３３に流入して熱として消費される（放電動作）。制御部１７の制御により放電用スイッチ３４が開放されると放電抵抗３３とコンデンサ１２との電気的接続が切断され、非放電動作状態となる。

開閉部１９は、電流経路を閉路もしくは開放するものとして、電磁接触器、リレー、もしくは半導体スイッチング素子のいずれかを有する。図１に示す例では、整流回路１１の交流入力側に予備充電回路１４が設けられるので、開閉部１９は、交流電源２と予備充電回路１４との間に設けられる。

温度推定部１６は、予備充電回路１４内の充電抵抗３２の推定温度を逐次計算する。温度推定部１６による充電抵抗３２の推定温度の計算処理の詳細については後述する。

制御部１７は、インバータ１３、予備充電回路１４、放電回路１５、及び開閉部１９の各動作を制御する。制御部１７は、制御部用電源部２３により供給される制御電圧によって駆動される。制御部用電源部２３は、整流回路１１の整流動作とは別に、交流電源２から供給される交流電圧を整流し、制御電圧レベル（例えば５［Ｖ］や２４[Ｖ]など）まで降圧させたものを制御部１７に供給する。

制御部１７は、インバータ１３に対して電力変換指令を出力してインバータ１３の電力変換動作を制御することで、モータ３の駆動を制御する。より詳細には次の通りである。制御部１７は、モータ３の（回転子の）回転速度、モータ３の巻線に流れる電流、所定のトルク指令、及びモータ３の動作プログラムなどに基づいて、電力変換指令を生成する。インバータ１３は、制御部１７から受信した電力変換指令に従い、モータ３を駆動するための交流電力を出力する。モータ３は、インバータ１３から供給される例えば電圧可変及び周波数可変の交流電力に基づいて、速度、トルクまたは回転子の位置が制御される。よって結局のところ、制御部１７によるモータ３の制御は、インバータ１３の電力変換動作を制御することで実現される。制御部１７は、予め規定された動作プログラムに従い、インバータ１３内の電力変換を制御することで、モータ３が所定の動作パターンに従って動作するよう制御する。

また、制御部１７は、予備充電回路１４に対して充電指令を出力して充電抵抗バイパススイッチ３１の開閉動作を制御する。より詳細には、制御部１７は、信号生成部１８から非常停止解除信号を受信した場合、充電抵抗バイパススイッチ３１を開放してコンデンサ１２が所定の充電電圧に達するまで予備充電動作を実行し、さらにコンデンサ１２が充電電圧に達した後は充電抵抗バイパススイッチ３１を閉成して予備充電動作を完了するよう、予備充電回路１４を制御する。

また、制御部１７は、放電回路１５に対して放電指令を出力して放電用スイッチ３４の開閉動作を制御する。ただし、温度推定部１６により計算された充電抵抗３２の推定温度が所定の温度閾値を超えた場合、放電回路１５が非放電動作を維持するように、すなわち放電用スイッチ３４が開状態を維持するように制御する。なお、制御部１７による放電回路１５の制御の詳細については後述する。

また、制御部１７は、開閉部１９に対して開閉指令を出力して開閉部１９の開閉動作を制御する。

上述した温度推定部１６、制御部１７、及び信号生成部１８は、例えばソフトウェアプログラム形式で構築されてもよく、あるいは各種電子回路とソフトウェアプログラムとの組み合わせで構築されてもよい。例えばこれらをソフトウェアプログラム形式で構築する場合は、モータ駆動装置１内やモータ駆動装置１が設けられた機械内にある例えばＭＰＵやＤＳＰなどの演算処理装置をこのソフトウェアプログラムに従って動作させることで、上述の各部の機能を実現することができる。またあるいは、温度推定部１６、制御部１７、及び信号生成部１８を、各部の機能を実現するソフトウェアプログラムを書き込んだ半導体集積回路として実現してもよい。またあるいは、温度推定部１６、制御部１７、及び信号生成部１８の各機能を実現するソフトウェアプログラムを記憶媒体に格納してもよい。

図１に示す例では、予備充電回路１４を整流回路１１の交流入力側に設けたが、この代替例として、予備充電回路１４を整流回路１１の直流出力側に設けてもよい。図２は、本開示の第１及び第２の実施形態によるモータ駆動装置において、予備充電回路を整流回路の直流出力側に設けた場合を示す図である。図２では第１の実施形態によるモータ駆動装置１の構成について説明するが、図２に示す構成は、後述する第２の実施形態にも適用可能である。

図２に示すように、整流回路１１の直流出力側に予備充電回路１４が設けられる場合、充電抵抗バイパススイッチ３１及び充電抵抗３２が１組設けられる。

図２において、制御部１７が信号生成部１８から非常停止解除信号を受信すると、制御部１７は、予備充電回路１４に対しては予備充電動作を実行するよう制御し、開閉部１９に対して閉成するよう制御する。予備充電期間中は、充電抵抗バイパススイッチ３１は開状態を維持するので、充電抵抗３２が電流経路に含まれることになり、整流回路１１から出力された電流は充電電流として充電抵抗３２を介してコンデンサ１２へ流れ込み、コンデンサ１２は所定の充電電圧になるまで充電される（予備充電動作）。予備充電期間中は、整流回路１１から出力される電流は充電抵抗３２を流れるので、突入電流の発生を防ぐことができる。コンデンサ１２が所定の充電電圧まで充電されると、制御部１７は充電抵抗バイパススイッチ３１に対して閉指令を出力し、これを受けて充電抵抗バイパススイッチ３１は開から閉に切り替えられて充電抵抗３２をバイパスした電流経路が形成され、予備充電回路１４による予備充電動作を完了する。予備充電動作の完了後は、整流回路１１から出力される直流で電力は、充電抵抗バイパススイッチ３１を介してインバータ１３（及びコンデンサ１２）に入力される。

続いて、本開示の第１及び第２の実施形態によるモータ駆動装置１における温度推定部１６の計算処理及びこの計算結果に基づく制御部１７による放電回路１５の選択的実行の具体例について、従来のモータ駆動装置と比較しながら説明する。

図３は、従来のモータ駆動装置における開閉部、予備充電回路及び放電回路の動作を例示する図である。ここでは、一例として、図３に示すようなタイミングでモータ駆動装置内の制御部が非常停止信号及び非常停止解除信号を受信した場合について説明する。

時刻ｔ₁までのモータ３の非常停止中は、開閉部及び予備充電回路内の充電抵抗バイパススイッチは開状態にあり、また、放電回路とコンデンサとは電気的に接続されている。時刻ｔ₁でモータ駆動装置内の制御部が非常停止解除信号を受信すると、制御部の制御により、予備充電回路による予備充電動作及び放電回路による非放電動作が実行される。すなわち、時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までの予備充電期間中は、予備充電回路内の充電抵抗バイパススイッチは開動作を実行し、開閉部は閉動作を実行し、放電回路とコンデンサとの電気的接続は切断される。この結果、予備充電期間中は充電抵抗に充電電流が流れてコンデンサが充電され、ＤＣリンク電圧が徐々に上昇する。なお、充電抵抗に流れる充電電流は、実際には正負に振動する減衰傾向を示すが、説明を簡明にするために図３では正側の包絡線で示している。また、充電抵抗に充電電流が流れるので、充電抵抗の温度は徐々に上昇する。

時刻ｔ₂でコンデンサは所定の充電電圧に到達するので、制御部の制御により、充電抵抗バイパススイッチは閉動作を実行して予備充電動作を完了する。これにより、モータ動作の準備が完了する。これ以降、充電抵抗には電流が流れないので、充電抵抗の温度はしばらくしてから上昇から低下に転じる。

時刻ｔ₃でモータ駆動装置内の制御部が非常停止信号を受信すると、制御部の制御により、開閉部及び予備充電回路内の充電抵抗バイパススイッチによる開動作が実行され、放電回路とコンデンサとが電気的に接続されて放電回路による放電動作が実行される。これにより、ＤＣリンク電圧は急激に低下して０［Ｖ］になる。また、充電抵抗には電流が流れないので、充電抵抗の温度は引き続き低下する。

時刻ｔ₄でモータ駆動装置内の制御部が非常停止解除信号を受信すると、制御部の制御により、開閉部による閉動作が実行され、放電回路による非放電動作が実行される。すなわち、時刻ｔ₄から時刻ｔ₅までの予備充電期間中は、開閉部は閉動作を実行し、予備充電回路内の充電抵抗バイパススイッチは引き続き開動作を実行し、放電回路とコンデンサとの電気的接続は切断される。この結果、予備充電期間中は充電抵抗に充電電流が流れてコンデンサが充電され、ＤＣリンク電圧が徐々に上昇する。また、充電抵抗に充電電流が流れるので、充電抵抗の温度は低下から上昇に転じる。

ここで、モータ駆動装置内の制御部が非常停止信号を受信する時刻ｔ₃と非常停止解除信号を受信する時刻ｔ₄との間が短い場合は、時刻ｔ₄の時点でも充電抵抗は十分に冷却されておらず、充電抵抗の温度は依然として高い。このように充電抵抗の温度が高い状態で時刻ｔ₄に予備充電動作が開始されると、充電抵抗において熱の蓄積がさらに進む。この結果、時刻ｔ₄以降は、時刻ｔ₄の時点における充電抵抗の温度に、さらに温度が重畳された形で上昇していく。

時刻ｔ₅でコンデンサは所定の充電電圧に到達するので、制御部の制御により、充電抵抗バイパススイッチは閉動作を実行して予備充電動作を完了する。これにより、モータ動作の準備が完了する。これ以降、充電抵抗には電流が流れないので、充電抵抗の温度はしばらくしてから上昇から低下に転じる。ただし、これより前の時刻ｔ₄の近傍で充電抵抗の熱の蓄積があったため、高い温度からの温度低下となる。例えば時刻ｔ₆以降も、モータ駆動装置内の制御部が非常停止信号及び非常停止解除信号を短い時間の間に交互に受信すると、放電回路による放電動作と予備充電回路の予備充電動作が頻繁に実行され、充電抵抗を十分に冷却しきれず充電抵抗における熱の蓄積がさらに進み、充電抵抗の温度が重畳され上昇してことになる。

このように、従来のモータ駆動装置においては、非常停止信号の受信に伴い放電回路による放電動作が実行されると、コンデンサに蓄積された電力が全て放電されＤＣリンク電圧は０［Ｖ］になる。その後、すぐに非常停止解除信号が受信されると予備充電回路により予備充電動作が行われるが、この予備充電動作は、コンデンサの電圧（すなわちＤＣリンク電圧）が０［Ｖ］から所定の充電電圧になるまで実行されるので、充電抵抗には多くの充電電流が流れる。充電抵抗に流れる充電電流が多いほど、充電抵抗に蓄積される熱量が増える。大量の熱を蓄積した充電抵抗は既に高温の状態にあり、このよう状態において非常停止解除信号の受信に伴い予備充電回路による予備充電動作が実行されてさらに充電電流が流れると、充電抵抗の温度の重畳が進む。非常停止信号と非常停止解除信号とが短時間の間に交互に入力されることにより充電抵抗バイパススイッチの閉成及び開放が繰り返されて充電抵抗の温度が上昇し続けると、最終的には充電抵抗が溶断し、予備充電回路の破損に至る。

そこで、本実施形態では、モータ駆動装置１の制御部１７が非常停止信号を受信した時点で充電抵抗３２に既に熱がある程度蓄積されていた場合には、放電回路１５は放電動作を実行せず非放電動作を実行を維持する。これにより、この次に実行される予備充電回路１４による予備充電動作において充電抵抗３２に流れる充電電流を抑制し、充電抵抗３２の大幅な温度上昇を回避する。モータ駆動装置１の制御部１７が非常停止信号を受信した時点で充電抵抗３２に熱がある程度蓄積されているか否かの判定は、モータ駆動装置１の制御部１７が非常停止信号を受信した時点において温度推定部１６により計算された充電抵抗３２の推定温度が所定の温度閾値を超えているか否かに基づいて行われる。より詳細には、制御部１７は、非常停止信号を受信したときに充電抵抗３２の推定温度が温度閾値を超えていた場合は、放電回路１５が非放電動作を維持するよう制御する。一方で、制御部１７は、非常停止信号を受信したときに充電抵抗３２の推定温度が温度閾値を超えていない場合は、放電回路１５が放電動作を実行するよう制御する。また、いずれの場合においてもその後、制御部１７が非常停止解除信号を受信したときは、制御部１７は、放電回路１５が非放電動作を実行するよう制御する。なお、設定される温度閾値の例については後述する。

図４は、本開示の第１の実施形態によるモータ駆動装置における予備充電回路、放電回路及び開閉部の動作フローを示すフローチャートである。

上述したように、モータ駆動装置１において、制御部１７は非常停止解除信号を受信した時点において温度推定部１６により計算された充電抵抗３２の推定温度が所定の温度閾値を超えているか否かを判定する。制御部１７が非常停止解除信号を受信するタイミングは特に限定されないので、温度推定部１６は、制御部１７がいつ非常停止解除信号を受信しても当該タイミングの充電抵抗３２の推定温度を制御部１７に提供できるよう、充電抵抗３２の推定温度を所定の周期で逐次計算する。温度推定部１６による推定温度の計算周期が短いほど、計算された充電抵抗３２の推定温度の精度は高い。なお、温度推定部１６による充電抵抗３２の推定温度の計算処理の詳細については後述する。

ステップＳ１０１において、制御部１７は、信号生成部１８から非常停止解除信号を受信したか否かを判定する。ステップＳ１０１において非常停止解除信号を受信したと判定された場合は、ステップＳ１０２へ進む。

ステップＳ１０２において、制御部１７は、予備充電回路１４内の充電抵抗バイパススイッチ３１を開放するよう制御する。これにより、充電抵抗３２が電流経路に含まれることになる。

ステップＳ１０３において、制御部１７は、開閉部１９を閉成するよう制御する。これにより、開閉部１９は閉状態を維持しかつ充電抵抗バイパススイッチ３１は開状態を維持した状態になるので、交流電源２からの交流電力は、開閉部１９及び充電抵抗３２を介して整流回路１１に入力される。整流回路１１は、入力された交流電力を直流電力に変換してＤＣリンクへ出力する。整流回路１１から出力された電流は充電電流としてコンデンサ１２へ流れ込み、コンデンサ１２は所定の充電電圧になるまで充電される（予備充電動作）。なお、ステップＳ１０３の実行開始時点では、制御部１７が放電回路１５内の放電用スイッチ３４を開放するよう制御することで、放電抵抗３３とコンデンサ１２との電気的接続は切断されている。

ステップＳ１０４において、制御部１７は、予備充電回路１４による予備充電動作が完了したか否かを判定する。コンデンサ１２の電圧（ＤＣリンク電圧）が所定の充電電圧に達した場合、制御部１７は、予備充電回路１４による予備充電動作が完了したと判定し、ステップＳ１０５へ進む。

ステップＳ１０５において、制御部１７は、予備充電回路１４内の充電抵抗バイパススイッチ３１を閉成するよう制御する。これにより、充電抵抗３２をバイパスした電流経路が形成され、交流電源２からの交流電力は、共に閉状態にある開閉部１９及び充電抵抗バイパススイッチ３１を介して整流回路１１に入力される。整流回路１１は、入力された交流電力を直流電力に変換してＤＣリンクへ出力し、インバータ１３は、ＤＣリンクにおける直流電力を交流電力に変換してモータ３に供給する。

ステップＳ１０６において、制御部１７は、モータ３の回転速度、モータ３の巻線に流れる電流、所定のトルク指令、及びモータ３の動作プログラムなどに基づいて、電力変換指令を生成する。インバータ１３は、制御部１７から受信した電力変換指令に従い、ＤＣリンクにおける直流電力を交流電力に変換してモータ３に供給する。モータ３は、インバータ１３から供給される交流電力に基づいて駆動される。

ステップＳ１０７において、制御部１７は、信号生成部１８から非常停止信号を受信したか否かを判定する。ステップＳ１０７において非常停止信号を受信したと判定された場合は、ステップＳ１０８へ進むとともに、制御部１７は、その時点で温度推定部１６により計算された充電抵抗３２の推定温度を、温度推定部１６から取得する。

ステップＳ１０８において、制御部１７は、開閉部１９を開放するよう制御する。

ステップＳ１０９において、制御部１７は、予備充電回路１４内の充電抵抗バイパススイッチ３１を開放するよう制御する。なお、開閉部１９は開放されているので、モータ駆動装置１は交流電源２からは電気的に切り離されており、交流電源２からの交流電力が、充電抵抗３２を介してモータ駆動装置１に流れ込むことはない。

ステップＳ１１０において、制御部１７は、非常停止信号を受信した時点（すなわちステップＳ１０７において制御部１７が非常停止信号を受信したと判定した時点）において温度推定部１６により計算された充電抵抗３２の推定温度が、所定の温度閾値を超えているか否かを判定する。ステップＳ１１０において、充電抵抗３２の推定温度が温度閾値を超えていると判定された場合はステップＳ１１１へ進み、充電抵抗３２の推定温度が温度閾値を超えていないと判定され場合はステップＳ１１２へ進む。

ステップＳ１１０において充電抵抗３２の推定温度が温度閾値を超えていたと判定された場合は、ステップＳ１１１において、制御部１７は、放電回路１５が非放電動作を維持するよう制御する。より詳細には、制御部１７は、放電回路１５内の放電用スイッチ３４の開放を維持するよう制御することで、放電抵抗３３とコンデンサ１２との電気的接続を切断し、非放電動作状態を維持する。この結果、ＤＣリンクにおける直流電力（すなわちコンデンサ１２に蓄積されていた直流電力）が放電抵抗３３に流入することはない。なお、ステップＳ１０２の実行開始時点で制御部１７が放電回路１５内の放電用スイッチ３４を開放するよう制御することで既に非放電動作状態となっているので、ステップＳ１１１における制御部１７の放電回路１５に対する制御は、この非放電動作状態を変更するものではない。したがってＤＣリンク電圧が急激に低下することはない。

ステップＳ１１１の実行後は、ステップＳ１０１へ戻る。ステップＳ１１１の実行後すぐにステップＳ１０１において非常停止解除信号を受信したと判定されてステップＳ１０３及びＳ１０４の予備充電動作が実行されても、ＤＣリンク電圧は大きく低下していない（すなわち０［Ｖ］になっていない）ので、充電抵抗３２に流れる電流はごく僅かであり、充電抵抗３２に対する熱の蓄積は少なく、充電抵抗３２の急激な温度上昇を回避することができる。

一方、ステップＳ１１０において充電抵抗３２の推定温度が温度閾値を超えていないと判定され場合は、ステップＳ１１２において、制御部１７は、放電回路１５が放電動作を実行するよう制御する。より詳細には、制御部１７は、放電回路１５内の放電用スイッチ３４を閉成するよう制御することで、放電抵抗３３とコンデンサ１２とを電気的に接続する。これにより、ステップＳ１０２から続いていた放電回路１５の非放電動作状態は放電動作状態に切り替えられ、ＤＣリンクにおける直流電力（すなわちコンデンサ１２に蓄積されていた直流電力）が放電抵抗３３に流入して熱として消費され、ＤＣリンク電圧は急激に低下して０［Ｖ］になる。

ステップＳ１１２が実行されるのはステップＳ１１０において充電抵抗３２の推定温度は温度閾値を超えていないと判定される場合であり、この場合は充電抵抗３２の熱の蓄積は軽微であると考えらえる。ステップＳ１１２の実行後は、ステップＳ１０１へ戻る。ステップＳ１１２の実行後すぐにステップＳ１０１において非常停止解除信号を受信したと判定されてステップＳ１０３及びＳ１０４の予備充電動作が実行され、充電抵抗３２に多くの充電電流が流れたとしても、この時点では充電抵抗３２の熱の蓄積は軽微であるので、充電抵抗３２が溶断するほどに温度に達することはない。

続いて、温度推定部１６による充電抵抗３２の推定温度の計算処理の詳細について説明する。

図５は、本開示の第１〜第４の実施形態によるモータ駆動装置における温度推定部による推定温度計算処理を説明する図であって、（Ａ）は充電抵抗の推定温度を例示し、（Ｂ）は推定温度の比較に用いられる温度閾値の設定例を示す。

例えばモータ駆動装置１の設計段階において、実験により、予備充電回路１４を接続したモータ駆動装置１において予備充電動作を実行し、充電抵抗３２の推定温度の計算に必要な各種パラメータを取得する。そして、取得したパラメータを用いて推定温度計算処理に用いられる計算式をソフトウェアプログラム上に規定する。このようにして作成されたソフトウェアプログラムを温度推定部１６の機能を実現する演算処理装置にインストールしておく。演算処理装置がこのソフトウェアプログラムに従って動作することで、充電抵抗３２の推定温度が算出される。

１回の予備充電動作により、充電抵抗３２の推定温度は図５（Ａ）に例示するように推移する。予備充電動作が開始される時刻ｔ₁₁までは、開閉部１９及び予備充電回路１４内の充電抵抗バイパススイッチ３１は開状態にある。時刻ｔ₁₁でモータ駆動装置１内の制御部１７の制御により、充電抵抗バイパススイッチ３１が開動作を実行し開閉部１９が閉動作を実行して予備充電回路１４による予備充電動作が開始されると、充電抵抗３２が電流経路に含まれることになるので充電抵抗３２に充電電流が流れ、充電抵抗３２の温度は、ある熱時定数にて徐々に上昇する。時刻ｔ₁₂でコンデンサ１２は所定の充電電圧に到達するので、制御部１７の制御により、充電抵抗バイパススイッチ３１は閉動作を実行して予備充電動作を完了する。時刻ｔ₁₂以降は充電抵抗３２をバイパスした電流経路が形成されているので充電抵抗３２には電流は流れないが、充電抵抗３２の温度はしばらく上昇し、時刻ｔ₁₃で充電抵抗３２の温度は低下に転じる。

時刻ｔ₁₁で予備充電動作が開始されてから予備充電動作完了後しばらく経過した時刻ｔ₁₃までの間の充電抵抗３２の温度上昇が続く時間を、「温度上昇持続時間Ｕ」と称する。すなわち、温度上昇持続時間Ｕは、「１回の予備充電動作により充電抵抗３２の温度上昇が持続する時間」として規定される。

本実施形態では、一例として、温度上昇持続時間Ｕの期間中における充電抵抗３２の推定温度Ｔ_upが下記式１に従って推移すると規定する。

温度上昇持続時間Ｕ以外の期間は、充電抵抗３２の温度は低下することになるが、本実施形態では、一例として、温度上昇持続時間Ｕ以外の期間における充電抵抗３２の推定温度Ｔ_downが下記式２に従って推移すると規定する。

式１及び式２において、Ｔ_riseは１回の予備充電動作で上昇する充電抵抗３２の最大値として規定される温度上昇値を示し、τは充電抵抗３２が有する熱時定数であり、Ｔ₀は予備充電動作開始時点の充電抵抗３２の推定温度であり、Ｔ_airはモータ駆動装置１が設置される環境の温度である。これらパラメータのうちの温度上昇値Ｔ_rise及び熱時定数τ並びに温度上昇持続時間Ｕについては、実験により、予備充電回路１４を接続したモータ駆動装置１において予備充電動作を実行し、事前に取得しておく。そして、温度推定部１６の機能を実現するソフトウェアプログラムには、取得したパラメータを用いて式１及び式２を規定する。また、このソフトウェアプログラムでは、制御部１７が信号生成部１８から非常停止解除信号を受信した時点から温度上昇持続時間Ｕが経過するまでの間は式１に従って推定温度が計算され、それ以外の時間については、式２に従って推定温度が計算されるように規定しておく。また、式１における予備充電動作開始時点の充電抵抗３２の推定温度については、初期値Ｔ₀としてモータ駆動装置１が設置される環境の温度Ｔ_airを設定しておき、それ以降は、当該予備充電動作開始時点の直前に計算された推定温度が設定されるよう、規定しておく。このようにして作成されたソフトウェアプログラムを温度推定部１６の機能を実現する演算処理装置にインストールしておく。なお、実験により取得された上記各パラメータを不揮発性メモリ（図示せず）に記憶しておき、温度推定部１６に係るソフトウェアプログラムが動作したときに、不揮発性メモリから上記各パラメータを呼び出すようにしてもよい。

なお、上述のように、推定温度の初期値Ｔ₀としてモータ駆動装置１が設置される環境の温度Ｔ_airを設定したが、モータ駆動装置１の電源を一旦オフした後、再度電源を投入した場合、充電抵抗３２の温度（推定温度）が慣用の温度Ｔ_airをよりも高い可能性もある。そこで、不揮発性メモリにリアルタイムクロックの時間と推定温度（すなわちＴ_upまたはＴ_down）とを記録しておき、モータ駆動装置１の電源の再投入の段階で式２で表されるＴ_downに、不揮発性メモリに最後に推定温度が記録された時間から現在時刻までの経過時間を代入して現在時刻における推定温度を求め、この推定温度が現在の環境温度Ｔ_airよりも高い場合は、現在時刻における推定温度を使用するようにしてもよい。

なお、充電抵抗３２の交流電源２側の電圧（換言すればモータ駆動装置１に入力される交流電圧）の大きさ如何によって、温度上昇値Ｔ_rise、熱時定数τ、及び温度上昇持続時間Ｕは変化する。そこで、充電抵抗３２の交流電源２側の種々の電圧とこれらパラメータとの関係をソフトウェアプログラム内に規定しておき、モータ駆動装置１が実際の運用される際のモータ駆動装置１に入力される交流電圧に対応した温度上昇値Ｔ_rise、熱時定数τ及び温度上昇持続時間Ｕを選択して温度推定部１６による推定温度計算処理を実行するようにしてもよい。この場合はまず、実験により、予備充電回路１４を接続したモータ駆動装置１において、充電抵抗３２の交流電源２側の種々の電圧の下で予備充電動作を実行し、各電圧と温度上昇値Ｔ_rise、熱時定数τ及び温度上昇持続時間Ｕとの関係を示すテーブルを事前に取得しておく。そして、温度推定部１６の機能を実現するソフトウェアプログラム内にこのテーブルを規定しておき、モータ駆動装置１が実際の運用される際のモータ駆動装置１に入力される交流電圧に対応した温度上昇値Ｔ_rise、熱時定数τ及び温度上昇持続時間Ｕがテーブルから選択されるよう当該ソフトウェアプログラムを規定しておけばよい。このようなソフトウェアプログラムを用いることで、温度推定部１６により高精度の推定温度を計算することができる。

モータ駆動装置１の実際の運用時において、温度推定部１６は、式１及び２に従って、充電抵抗３２の推定温度を逐次計算する。式２におけるモータ駆動装置１が設置される環境の温度Ｔ_airは、モータ駆動装置１の近傍に置かれた温度計によって測定されたものを用いてもよく、あるいは、モータ駆動装置１に既に内蔵されている温度計によって測定されたものを用いてもよく、あるいは、モータ駆動装置１が設置される環境の実際の温度に近い予め規定された一定温度（定数）を用いてもよい。制御部１７が信号生成部１８から非常停止解除信号を受信した時点から温度上昇持続時間Ｕが経過するまでの間は、温度推定部１６は式１に従って充電抵抗３２の推定温度Ｔ_upを計算し、それ以外の時間では温度推定部１６は式２に従って充電抵抗３２の推定温度Ｔ_downを計算する。制御部１７が非常停止信号を受信した時点が温度上昇持続時間Ｕの期間中に含まれる場合は、温度推定部１６が式１に従って計算した充電抵抗３２の推定温度Ｔ_upが温度閾値との比較に用いられる。一方、制御部１７が非常停止信号を受信した時点が温度上昇持続時間Ｕ以外の期間中に含まれる場合は、温度推定部１６が式２に従って計算した充電抵抗３２の推定温度Ｔ_downが温度閾値との比較に用いられる。

温度閾値は、図５（Ｂ）に示すように、例えば、充電抵抗３２が有する最大温度定格から実験で取得した充電抵抗３２の温度上昇値Ｔ_riseを減算した値に設定すればよい。またさらに、温度閾値を、充電抵抗３２が有する最大温度定格から充電抵抗３２の温度上昇値Ｔ_rise及びマージンを減算した値に設定に設定すれば、より確実に発熱による破損を回避することができる。なお、充電抵抗３２が有する最大温度定格は、例えば充電抵抗３２の諸元データが規定された規格表の値を用いればよい。

なお、式１及び式２は一例であり、他の計算式に基づいて充電抵抗３２の推定温度を計算してもよい。

また、図１に示す例では、予備充電回路１４を整流回路１１の交流入力側に設けたので充電抵抗３２が三相交流の各相ごとに設けられるが、温度推定部１６が計算した推定温度は、このうちの１相分の充電抵抗３２の推定温度に相当する。図２に示すように整流回路１１の直流出力側に予備充電回路１４が設けられる場合は、充電抵抗３２は１個だけ設けられるので、温度推定部１６が計算した推定温度は当該充電抵抗３２の推定温度に相当する。

図６は、本開示の第１の実施形態によるモータ駆動装置における開閉部、予備充電回路及び放電回路の動作を例示する図である。ここでは、一例として、モータ駆動装置１内の制御部１７が、時刻ｔ₃及びｔ₅で非常停止信号を受信し、時刻ｔ₁及びｔ₄で非常停止解除信号を受信し、特に時刻ｔ₃で非常停止信号を受信したときに充電抵抗３２の推定温度が温度閾値を超えていた場合について説明する。

時刻ｔ₁までのモータ３の非常停止中は、開閉部１９及び予備充電回路１４内の充電抵抗バイパススイッチ３１は開状態にあり、また、放電回路１５とコンデンサ１２とは電気的に接続されている。

時刻ｔ₁でモータ駆動装置１内の制御部１７が信号生成部１８から非常停止解除信号を受信すると、制御部１７の制御により、予備充電回路１４による予備充電動作及び放電回路１５による非放電動作が実行される。すなわち、時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までの予備充電期間中は、予備充電回路１４内の充電抵抗バイパススイッチ３１は開動作を実行し、開閉部１９は閉動作を実行し、放電回路１５とコンデンサ１２との電気的接続は切断される。この結果、予備充電期間中は充電抵抗３２に充電電流が流れてコンデンサ１２が充電され、ＤＣリンク電圧が徐々に上昇する。なお、充電抵抗３２に流れる充電電流は、実際には正負に振動する減衰傾向を示すが、説明を簡明にするために図６では正側の包絡線で示している。また、充電抵抗３２に充電電流が流れるので、充電抵抗３２の温度は徐々に上昇する。

時刻ｔ₂でコンデンサ１２は所定の充電電圧に到達するので、制御部１７の制御により、充電抵抗バイパススイッチ３１は閉動作を実行して予備充電動作を完了する。これにより、モータ３の動作準備が完了する。これ以降、充電抵抗３２には電流が流れないので、充電抵抗３２の温度はしばらくしてから上昇から低下に転じる。

時刻ｔ₃でモータ駆動装置１内の制御部１７が非常停止信号を受信すると、制御部１７は、時刻ｔ₃の時点で温度推定部１６により計算された充電抵抗３２の推定温度を、温度推定部１６から取得する。図６に示す例では、時刻ｔ₃の時点で温度推定部１６が計算した充電抵抗３２の推定温度が温度閾値を超えていたと判定されるとしたので、制御部１７の制御により、放電回路１５とコンデンサ１２との電気的接続が切断された状態である非放電動作が維持されるとともに、開閉部１９及び充電抵抗バイパススイッチ３１については開動作が実行される。なお、時刻ｔ₁の時点で制御部１７が放電回路１５内の放電用スイッチ３４を開放するよう制御することで既に非放電動作状態となっているので、時刻ｔ₃の時点における制御部１７の放電回路１５に対する制御は、この非放電動作状態を変更するものではない。したがってＤＣリンク電圧が急激に低下することはない。

時刻ｔ₄でモータ駆動装置１内の制御部１７が信号生成部１８から非常停止解除信号を受信すると、制御部１７の制御により、開閉部１９による閉動作が実行される。このとき、充電抵抗バイパススイッチ３１は開放されているので、充電抵抗３２には電流が流れる。しかしながら、放電回路１５による非放電動作が実行されているので、ＤＣリンク電圧は大きくは低下していない（０［Ｖ］になっていない）ので、充電抵抗３２に流れる充電電流はごく僅かであるので、充電抵抗３２に対する熱の蓄積は少なく、充電抵抗３２の急激な温度上昇はない。

時刻ｔ₅でコンデンサ１２は所定の充電電圧に到達するので、制御部１７の制御により、充電抵抗バイパススイッチ３１は閉動作を実行して予備充電動作を完了する。これにより、モータ３の動作準備が完了する。これ以降、充電抵抗３２には電流が流れないので、充電抵抗３２の温度はさらに低下する。このように、本開示の第１の実施形態によるモータ駆動装置１においては、制御部１７が非常停止信号を受信した時点で充電抵抗３２の推定温度が温度閾値を超えていたので、放電回路１５は放電動作を実行せず非放電動作を実行を維持し、この次に実行される予備充電回路１４による予備充電動作において充電抵抗３２に流れる充電電流を抑制するので、充電抵抗３２の温度上昇を回避することができる。

続いて、本開示の第２の実施形態によるモータ駆動装置について説明する。第２の実施形態は、モータ駆動装置の制御部が非常停止解除信号を受信したときにＤＣリンクの電圧が所定の電圧閾値を超えているか否かに応じて予備充電回路の動作内容を変更するという点で、第１の実施形態とは相違する。

図１または図２に示すように、本開示の第２の実施形態によるモータ駆動装置１の構成は、第１の実施形態と同様である。ただし、本開示の第２の実施形態では、制御部１７が信号生成部１８から非常停止解除信号を受信したときの動作内容が、第１の実施形態とは相違する。より詳細には次の通りである。

制御部１７は、信号生成部１８から非常停止解除信号を受信したときにＤＣリンクの電圧が所定の電圧閾値を超えていない場合は、充電抵抗バイパススイッチ３１を開放するよう予備充電回路１４を制御する。また、制御部１７は、信号生成部１８から非常停止解除信号を受信したときにＤＣリンクの電圧が電圧閾値を超えていた場合は、充電抵抗バイパススイッチ３１の閉成を維持するよう予備充電回路１４を制御する。ＤＣリンクの電圧は、コンデンサ１２の正負両極の間に印加される電圧を検出する電圧検出部（図１及び図２では図示せず）によって検出される。

既に説明した第１の実施形態では、図６に示すように時刻ｔ₃で制御部１７が非常停止信号を受信したときに充電抵抗３２の推定温度が温度閾値を超えていた場合、制御部１７の制御により、放電回路１５とコンデンサ１２との電気的接続が切断された状態である非放電動作が維持されるとともに、開閉部１９及び充電抵抗バイパススイッチ３１については開動作が実行され、さらにその後、時刻ｔ₄で制御部１７が信号生成部１８から非常停止解除信号を受信すると、制御部１７の制御により、開閉部１９による閉動作が実行される。このとき、充電抵抗バイパススイッチ３１は閉成されているので、充電抵抗３２には電流が流れる。図６に示すように第１の実施形態では時刻ｔ₄の時点では放電回路１５は非放電動作状態にあるので、コンデンサ１２の電圧は低下していないはずである。しかしながら、コンデンサ１２が自然放電してコンデンサ１２の電圧が大きく低下している可能性もある。この場合、充電抵抗３２には大きな突入電流が発生し、整流回路１１内のダイオードやコンデンサ１２が破壊される恐れがある。

そこで、第２の実施形態では、制御部１７が非常停止解除信号を受信したときにおいて、コンデンサ１２が自然放電により大きく電圧が低下しているか否かを判定する。コンデンサ１２が自然放電により大きく電圧が低下しているか否かの判定は、モータ駆動装置１の制御部１７が非常停止解除信号を受信した時点においてＤＣリンクの電圧（すなわちコンデンサ１２の正負両極の間の電圧が所定の電圧閾値を超えているか否かに基づいて行われる。電圧閾値は、例えばコンデンサ１２の電圧低下により発生する突入電流が、整流回路１１内のダイオードやコンデンサ１２の破壊をもたらすことになるような電圧以上の値に設定すればよい。そして、制御部１７は、ＤＣリンクの電圧が電圧閾値を超えていないと判定した場合は、コンデンサ１２の電圧が自然放電により大きく低下していると考えられるので、充電抵抗バイパススイッチ３１を開放するよう予備充電回路１４を制御して予備充電動作を行い、この予備充電動作によりコンデンサ１２が所定の充電電圧に達したとき、充電抵抗バイパススイッチ３１を閉成するよう予備充電回路１４を制御して予備充電動作を完了する。これにより、制御部１７がさらに次に非常停止解除信号を受信したときに実行されることになる予備充電動作において充電抵抗３２に流れる電流を抑制することができる。このように第２の実施形態によれば、充電抵抗３２の溶断による破壊並びに整流回路１１内のダイオード及びコンデンサ１２の破壊をより確実に防ぐことができる。

図７は、本開示の第２の実施形態によるモータ駆動装置における予備充電回路、放電回路及び開閉部の動作フローを示すフローチャートである。

第２の実施形態においても、第１の実施形態同様、モータ駆動装置１において、制御部１７は非常停止解除信号を受信した時点において温度推定部１６により計算された充電抵抗３２の推定温度が所定の温度閾値を超えているか否かを判定する。制御部１７が非常停止解除信号を受信するタイミングは特に限定されないので、温度推定部１６は、制御部１７がいつ非常停止解除信号を受信しても当該タイミングの充電抵抗３２の推定温度を制御部１７に提供できるよう、充電抵抗３２の推定温度を所定の周期で逐次計算する。

ステップＳ２０１において、制御部１７は、信号生成部１８から非常停止解除信号を受信したか否かを判定する。ステップＳ２０１において非常停止解除信号を受信したと判定された場合は、ステップＳ２０２へ進む。

ステップＳ２０２において、制御部１７は、非常停止解除信号を受信した時点（すなわちステップＳ２０１において制御部１７が非常停止解除信号を受信したと判定した時点）におけるＤＣリンクの電圧が、所定の電圧閾値を超えているか否かを判定する。ステップＳ２０２においてＤＣリンクの電圧が電圧閾値を超えていると判定された場合はステップＳ２０４へ進み、ＤＣリンクの電圧が電圧閾値を超えていないと判定された場合はステップＳ２０３へ進む。

ステップＳ２０２においてＤＣリンクの電圧が電圧閾値を超えていないと判定された場合は、ステップＳ２０３において、制御部１７は、予備充電回路１４内の充電抵抗バイパススイッチ３１を開放するよう制御し、その後、ステップＳ２０４へ進む。

一方、ステップＳ２０２においてＤＣリンクの電圧が電圧閾値を超えていると判定された場合は、予備充電回路１４の充電抵抗バイパススイッチ３１は閉状態を維持したまま、ステップＳ２０４へ進む。

ステップＳ２０４において、制御部１７は、開閉部１９を閉成するよう制御する。先のステップＳ２０２においてＤＣリンクの電圧が電圧閾値を超えていないと判定された場合は、充電抵抗３２を介する予備充電動作が実行される。すなわち、予備充電回路１４内の充電抵抗バイパススイッチ３１は開状態にあるので、充電抵抗３２が電流経路に含まれることになり、交流電源２からの交流電力は、開閉部１９及び充電抵抗３２を介して整流回路１１に入力される。整流回路１１は、入力された交流電力を直流電力に変換してＤＣリンクへ出力する。整流回路１１から出力された電流は充電電流としてコンデンサ１２へ流れ込み、コンデンサ１２は所定の充電電圧になるまで充電される（充電抵抗３２を介する予備充電動作）。

一方、先のステップＳ２０２においてＤＣリンクの電圧が電圧閾値を超えていると判定された場合は、充電抵抗３２を介さない予備充電動作が実行される。すなわち、予備充電回路１４の充電抵抗バイパススイッチ３１は閉状態を維持しているので、充電抵抗３２をバイパスした電流経路が形成され、交流電源２からの交流電力は、充電抵抗３２には流れず、開閉部１９及び充電抵抗バイパススイッチ３１を流れて整流回路１１に入力される。整流回路１１は、入力された交流電力を直流電力に変換してＤＣリンクへ出力する。整流回路１１から出力された電流は充電電流としてコンデンサ１２へ流れ込み、コンデンサ１２は所定の充電電圧になるまで充電される（充電抵抗３２を介さない予備充電動作）。

なお、充電抵抗３２を介する予備充電動作が行われる場合及び充電抵抗３２を介さない予備充電動作が行われる場合のいずれにおいても、ステップＳ２０４の実行開始時点では、制御部１７が放電回路１５内の放電用スイッチ３４を開放するよう制御することで、放電抵抗３３とコンデンサ１２との電気的接続は切断されている。

ステップＳ２０５において、制御部１７は、予備充電回路１４による予備充電動作が完了したか否かを判定する。コンデンサ１２の電圧（ＤＣリンク電圧）が所定の充電電圧に達した場合、制御部１７は、予備充電回路１４による予備充電動作が完了したと判定し、ステップＳ２０６へ進む。

ステップＳ２０６において、制御部１７は、予備充電回路１４の充電抵抗バイパススイッチ３１が開状態にあるか否かを判定する。ステップＳ２０６において充電抵抗バイパススイッチ３１が開状態にあると判定された場合はステップＳ２０７へ進み、充電抵抗バイパススイッチ３１が開状態にあると判定されなかった場合（すなわち充電抵抗バイパススイッチ３１が閉状態にある場合）はステップＳ２０８へ進む。

ステップＳ２０６において充電抵抗バイパススイッチ３１が開状態にあると判定された場合は、ステップＳ２０７において、制御部１７は、予備充電回路１４内の充電抵抗バイパススイッチ３１を閉成するよう制御する。先のステップＳ２０２においてＤＣリンクの電圧が電圧閾値を超えていないと判定されて充電抵抗バイパススイッチ３１が開動作し充電抵抗３２を介した予備充電動作が行われた場合は、ステップＳ２０７の処理を経ることによって、当該予備充電動作完了後は、充電抵抗バイパススイッチ３１が閉成されて充電抵抗３２をバイパスした電流経路が形成され、交流電源２からの交流電力は、共に閉状態にある開閉部１９及び充電抵抗バイパススイッチ３１を介して整流回路１１に入力されることになる。その後、ステップＳ２０８へ進む。

ステップＳ２０６において充電抵抗バイパススイッチ３１が開状態にあると判定されなかった場合は、予備充電回路１４の充電抵抗バイパススイッチ３１は閉状態を維持したまま、ステップＳ２０８へ進む。この場合も、交流電源２からの交流電力は、共に閉状態にある開閉部１９及び充電抵抗バイパススイッチ３１を介して整流回路１１に入力される。

整流回路１１は、共に閉状態にある開閉部１９及び充電抵抗バイパススイッチ３１を介して入力された交流電力を直流電力に変換してＤＣリンクへ出力し、インバータ１３は、ＤＣリンクにおける直流電力を交流電力に変換してモータ３に供給する。ステップＳ２０８において、制御部１７は、モータ３の回転速度、モータ３の巻線に流れる電流、所定のトルク指令、及びモータ３の動作プログラムなどに基づいて、電力変換指令を生成する。インバータ１３は、制御部１７から受信した電力変換指令に従い、ＤＣリンクにおける直流電力を交流電力に変換してモータ３に供給する。モータ３は、インバータ１３から供給される交流電力に基づいて駆動される。

ステップＳ２０９において、制御部１７は、信号生成部１８から非常停止信号を受信したか否かを判定する。

ステップＳ２０９において非常停止信号を受信したと判定された場合は、ステップＳ２１０へ進むとともに、制御部１７は、その時点で温度推定部１６により計算された充電抵抗３２の推定温度を、温度推定部１６から取得する。

ステップＳ２１０において、制御部１７は、開閉部１９を開放するよう制御する。

ステップＳ２１１において、制御部１７は、非常停止信号を受信した時点（すなわちステップＳ２０９において制御部１７が非常停止信号を受信したと判定した時点）において温度推定部１６により計算された充電抵抗３２の推定温度が、所定の温度閾値を超えているか否かを判定する。ステップＳ２１１において、充電抵抗３２の推定温度が温度閾値を超えていたと判定された場合はステップＳ２１２へ進み、充電抵抗３２の推定温度が温度閾値を超えていないと判定され場合はステップＳ２１３へ進む。

ステップＳ２１１において充電抵抗３２の推定温度が温度閾値を超えていたと判定された場合は、ステップＳ２１２において、制御部１７は、放電回路１５が非放電動作を維持するよう制御する。より詳細には、制御部１７は、放電回路１５内の放電用スイッチ３４の開放を維持するよう制御することで、放電抵抗３３とコンデンサ１２との電気的接続を切断し、非放電動作状態を維持する。ステップＳ２１２における放電回路１５による非放電動作は、ステップＳ２１０において充電抵抗３２の推定温度が温度閾値を超えていたと判定される限りは、予備充電回路１４の動作内容に関わらず、必ず実行される。ステップＳ２１２の実行後は、ステップＳ２０１へ戻る。

一方、ステップＳ２１１において充電抵抗３２の推定温度が温度閾値を超えていないと判定され場合は、ステップＳ２１３において、制御部１７は、放電回路１５が放電動作を実行するよう制御する。これにより、ステップＳ２０２から続いていた放電回路１５の非放電動作状態は放電動作状態に切り替えられ、ＤＣリンクにおける直流電力（すなわちコンデンサ１２に蓄積されていた直流電力）が放電抵抗３３に流入して熱として消費され、ＤＣリンク電圧は急激に低下して０［Ｖ］になる。ステップＳ２１３の実行後は、ステップＳ２０１へ戻る。

図８は、本開示の第２の実施形態によるモータ駆動装置における開閉部、予備充電回路及び放電回路の動作を例示する図である。ここでは、一例として、モータ駆動装置１内の制御部１７が、時刻ｔ₃及びｔ₅で非常停止信号を受信し、時刻ｔ₁及びｔ₄で非常停止解除信号を受信し、特に時刻ｔ₃で非常停止信号を受信したときに充電抵抗３２の推定温度が温度閾値を超えている場合について説明する。

時刻ｔ₁でモータ駆動装置１内の制御部１７が信号生成部１８から非常停止解除信号を受信すると、制御部１７は、非常停止解除信号を受信した時刻ｔ₁の時点におけるＤＣリンクの電圧が電圧閾値を超えているか否かを判定する。図８に示す例では、時刻ｔ₁の時点でＤＣリンクの電圧が０［Ｖ］であり電圧閾値を超えていないので、制御部１７は、予備充電回路１４の充電抵抗バイパススイッチ３１が開動作するよう制御する。また、制御部１７の制御により、放電回路１５による非放電動作が実行される。すなわち、時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までの予備充電期間中は、開閉部１９は閉動作を実行し、予備充電回路１４内の充電抵抗バイパススイッチ３１は開動作を実行し、放電回路１５とコンデンサ１２との電気的接続は切断される。この結果、予備充電期間中は充電抵抗３２に充電電流が流れてコンデンサ１２が充電され、ＤＣリンク電圧が徐々に上昇する。なお、充電抵抗３２に流れる充電電流は、実際には正負に振動する減衰傾向を示すが、説明を簡明にするために図８では正側の包絡線で示している。また、充電抵抗３２に充電電流が流れるので、充電抵抗３２の温度は徐々に上昇する。

時刻ｔ₃でモータ駆動装置１内の制御部１７が非常停止信号を受信すると、制御部１７は、時刻ｔ₃の時点で温度推定部１６により計算された充電抵抗３２の推定温度を温度推定部１６から取得する。図８に示す例では、時刻ｔ₃の時点で温度推定部１６が計算した充電抵抗３２の推定温度が温度閾値を超えていると判定されるとしたので、制御部１７の制御により、放電回路１５とコンデンサ１２との電気的接続が切断された状態である非放電動作が維持されるとともに、充電抵抗バイパススイッチ３１については閉動作が維持され、開閉部１９については開動作が実行される。なお、時刻ｔ₂の時点で制御部１７が充電抵抗バイパススイッチ３１を閉成するよう制御することで充電抵抗バイパススイッチ３１は既に閉動作しているので、時刻ｔ₃の時点における制御部１７の予備充電回路１４に対する制御は、充電抵抗バイパススイッチ３１による閉動作を変更するものではない。また、時刻ｔ₁の時点で制御部１７が放電回路１５内の放電用スイッチ３４を開放するよう制御することで既に非放電動作状態となっているので、時刻ｔ₃の時点における制御部１７の放電回路１５に対する制御は、この非放電動作状態を変更するものではない。したがってＤＣリンク電圧が急激に低下することもない。

時刻ｔ₄でモータ駆動装置１内の制御部１７が信号生成部１８から非常停止解除信号を受信すると、制御部１７は、非常停止解除信号を受信した時刻ｔ₁の時点におけるＤＣリンクの電圧が電圧閾値を超えているか否かを判定する。図８に示す例では、時刻ｔ₃の時点でＤＣリンクの電圧がほぼ満充電に近い電圧であることから電圧閾値を超えており、したがって、制御部１７は、予備充電回路１４の充電抵抗バイパススイッチ３１の閉動作を維持するよう制御する。また、制御部１７の制御により、開閉部１９による閉動作が実行される。このように充電抵抗バイパススイッチ３１は閉動作の実行が維持されているので、充電抵抗３２には電流が流れない。よって、充電抵抗３２に対する熱の蓄積は少なく、充電抵抗３２の温度はさらに低下する。

時刻ｔ₅でコンデンサ１２は所定の充電電圧に到達するので、予備充電動作を完了する。なお、既に、充電抵抗バイパススイッチ３１は閉動作を実行しているので、予備充電動作の完了際の予備充電回路１４の動作に変更はない。これにより、モータ３の動作準備が完了する。これ以降も、充電抵抗３２には電流が流れないので、充電抵抗３２の温度はさらに低下する。このように、本開示の第２の実施形態によるモータ駆動装置１においては、制御部１７が非常停止解除信号を受信した時点でＤＣリンクの電圧が電圧閾値を超えており充電抵抗３２の推定温度が温度閾値を超えている場合は、充電抵抗バイパススイッチ３１は閉動作の実行を維持しかつ放電回路１５は放電動作を実行しない（すなわち非放電動作を維持する）ので、この次に実行される予備充電回路１４による予備充電動作において充電抵抗３２に電流は流れないので、コンデンサ１２の自然放電があっても、充電抵抗３２の温度上昇を回避することができる。

続いて、本開示の第３及び第４の実施形態によるモータ駆動装置について説明する。第３及び第４の実施形態は、上述した第１及び第２の実施形態において、作業者に充電抵抗の温度が高くなっていることを注意喚起するためのアラームを出力するアラーム出力部をさらに備えるものである。

まず、本開示の第３の実施形態によるモータ駆動装置について、図９〜図１１を参照して説明する。第３の実施形態は、上述した第１及び第２の実施形態において、モータの非常停止を解除するための非常停止解除信号を受信したときに推定温度が温度閾値を超えていた場合にアラームを出力するアラーム出力部をさらに備えたものである。

図９は、本開示の第３及び第４の実施形態によるモータ駆動装置を示す図である。図９に示す構成は、後述する第４の実施形態にも適用可能である。

図９に示すように、第３の実施形態によるモータ駆動装置１は、制御部１７が非常停止解除信号を受信したときに充電抵抗３２の推定温度が温度閾値を超えていた場合にアラームを出力するアラーム出力部２１をさらに備える。制御部１７が非常停止解除信号を受信したときに充電抵抗３２の推定温度が温度閾値を超えていたと判定された場合は、放電回路１５は放電動作ではなく非放電動作を実行するので、コンデンサ１２に電荷が蓄積された状態が維持されるので、作業員の感電の恐れがあることから、アラーム出力部２１によりアラームを出力することで作業者に注意喚起する。例えば、アラーム出力部２１から出力されるアラームを用いて、作業者に放電回路１５が非放電動作状態にあるのでコンデンサ１２に電荷が蓄積されて感電の恐れがあることを報知するための報知部（図示せず）を設けてもよい。報知部の手段の例としては、モータ駆動装置１やその上位制御装置に付属のディスプレイ、パソコン、携帯端末及びタッチパネルなどのディスプレイなどがある。また例えば、報知部を、音声、スピーカ、ブザー、チャイムなどのような音を発する音響機器にて実現してもよい。またあるいは、プリンタを用いて紙面等にプリントアウトして表示させる形態をとってもよい。またあるいは、これらを適宜組み合わせて実現してもよい。

アラーム出力部２１は、例えばソフトウェアプログラム形式で構築されてもよく、あるいは各種電子回路とソフトウェアプログラムとの組み合わせで構築されてもよい。例えばこれらをソフトウェアプログラム形式で構築する場合は、モータ駆動装置１内やモータ駆動装置１が設けられた機械内にある例えばＭＰＵやＤＳＰなどの演算処理装置をこのソフトウェアプログラムに従って動作させることで、アラーム出力部２１の機能を実現することができる。またあるいは、アラーム出力部２１の機能を実現するソフトウェアプログラムを書き込んだ半導体集積回路として実現してもよい。またあるいは、アラーム出力部２１の機能を実現するソフトウェアプログラムを記憶媒体に格納してもよい。なお、アラーム出力部２１以外の回路構成要素については図１または図２に示す回路構成要素と同様であるので、同一の回路構成要素には同一符号を付して当該回路構成要素についての詳細な説明は省略する。

図１０は、本開示の第１の実施形態にアラーム出力部をさらに設けた第３の実施形態によるモータ駆動装置における予備充電回路、放電回路、開閉部及びアラーム出力部の動作フローを示すフローチャートである。

図１０に示すステップＳ１０１〜Ｓ１１０及びＳ１１２の各処理は、図４を参照して説明したステップＳ１０１〜Ｓ１１０及びＳ１１２の各処理とそれぞれ同様である。

ステップＳ１１０において、制御部１７は、非常停止信号を受信した時点（すなわちステップＳ１０７において制御部１７が非常停止信号を受信したと判定した時点）において温度推定部１６により計算された充電抵抗３２の推定温度が、所定の温度閾値を超えているか否かを判定する。ステップＳ１１０において、充電抵抗３２の推定温度が温度閾値を超えていると判定された場合はステップＳ３００へ進み、充電抵抗３２の推定温度が温度閾値を超えていないと判定され場合はステップＳ１１２へ進む。

ステップＳ１１０において充電抵抗３２の推定温度が温度閾値を超えていたと判定された場合は、ステップＳ３００において、次段のステップＳ１１１において放電回路１５が非放電動作を実行することを作業者に注意喚起するために、アラームを出力する。その後、モータ駆動装置１は動作を終了する。

図１１は、本開示の第２の実施形態にアラーム出力部をさらに設けた第３の実施形態によるモータ駆動装置における予備充電回路、放電回路、開閉部及びアラーム出力部の動作フローを示すフローチャートである。

図１０に示すステップＳ２０１〜Ｓ２１１及びＳ２１３の各処理は、図７を参照して説明したステップＳ２０１〜Ｓ２１１及びＳ２１３の各処理とそれぞれ同様である。

ステップＳ２１１において、制御部１７は、非常停止信号を受信した時点（すなわちステップＳ２０９において制御部１７が非常停止信号を受信したと判定した時点）において温度推定部１６により計算された充電抵抗３２の推定温度が、所定の温度閾値を超えているか否かを判定する。ステップＳ２１１において、充電抵抗３２の推定温度が温度閾値を超えていると判定された場合はステップＳ３００へ進み、充電抵抗３２の推定温度が温度閾値を超えていないと判定され場合はステップＳ２１３へ進む。

ステップＳ２１１において充電抵抗３２の推定温度が温度閾値を超えていたと判定された場合は、ステップＳ３００において、さらに後段のステップＳ２１２において放電回路１５が非放電動作を実行することを作業者に注意喚起するために、アラームを出力する。その後、モータ駆動装置１は動作を終了する。

次に、本開示の第４の実施形態によるモータ駆動装置について、図９及び図１２を参照して説明する。第４の実施形態は、上述した第１及び第２の実施形態において、所定の時間期間の間に予備充電回路により実行される予備充電動作の回数が、所定の回数閾値を超えた場合にアラームを出力するアラーム出力部をさらに備えたものである。

図９に示すように、第４の実施形態によるモータ駆動装置１は、所定の時間期間の間に予備充電回路１４により実行される予備充電動作の回数が、所定の回数閾値を超えた場合にアラームを出力するアラーム出力部２２をさらに備える。温度上昇持続時間Ｕの期間中に制御部１７に非常停止信号と非常停止解除信号とが交互に入力されると、当該温度上昇持続時間Ｕの期間中に予備充電動作が複数回実行され、充電抵抗３２に熱が蓄積されて温度が上昇し、溶断により破壊される可能性が高くなる。そこで、温度上昇持続時間Ｕの期間中に予備充電回路１４により実行される予備充電動作の回数が所定の回数閾値を超えた場合、アラーム出力部２１によりアラームを出力することで作業者に注意喚起する。

例えば、充電抵抗３２が有する最大温度定格が１５０［℃］、温度上昇持続時間Ｕが６０［秒］、充電抵抗３２の温度上昇値Ｔ_riseが１０［℃。］である場合、１３回の予備充電動作があると、７８０（＝１３×６０）［秒］で充電抵抗３２は最大温度定格１５０（＝１３×１０＋２０）［℃］に達する。

アラームを出力するか否かの判定に用いられる回数閾値Ｋ_thは、充電抵抗３２の最大定格温度をＴ_max［℃］、としたとき、下記式３のように表される。

よって、アラーム出力部２２は、「Ｕ×Ｋ_th［秒］」の間に、温度上昇持続時間Ｕの期間中に予備充電回路１４により実行される予備充電動作の回数が、所定の回数閾値を超えた場合、アラームを出力する。なお、温度上昇持続時間Ｕは、上述のように実験により予め取得されるものである。例えば、アラーム出力部２２から出力されるアラームを用いて、充電抵抗３２が溶断による破損の恐れがあることを報知するための報知部（図示せず）を設けてもよい。報知部の手段の例としては、モータ駆動装置１やその上位制御装置に付属のディスプレイ、パソコン、携帯端末及びタッチパネルなどのディスプレイなどがある。また例えば、報知部を、音声、スピーカ、ブザー、チャイムなどのような音を発する音響機器にて実現してもよい。またあるいは、プリンタを用いて紙面等にプリントアウトして表示させる形態をとってもよい。またあるいは、これらを適宜組み合わせて実現してもよい。

アラーム出力部２２は、例えばソフトウェアプログラム形式で構築されてもよく、あるいは各種電子回路とソフトウェアプログラムとの組み合わせで構築されてもよい。例えばこれらをソフトウェアプログラム形式で構築する場合は、モータ駆動装置１内やモータ駆動装置１が設けられた機械内にある例えばＭＰＵやＤＳＰなどの演算処理装置をこのソフトウェアプログラムに従って動作させることで、アラーム出力部２２の機能を実現することができる。またあるいは、アラーム出力部２２の機能を実現するソフトウェアプログラムを書き込んだ半導体集積回路として実現してもよい。またあるいは、アラーム出力部２２の機能を実現するソフトウェアプログラムを記憶媒体に格納してもよい。なお、アラーム出力部２２以外の回路構成要素については図１または図２に示す回路構成要素と同様であるので、同一の回路構成要素には同一符号を付して当該回路構成要素についての詳細な説明は省略する。

図１２は、本開示の第１または第２の実施形態にアラーム出力部をさらに設けた第４の実施形態によるモータ駆動装置における予備充電回路及びアラーム出力部の動作フローを示すフローチャートである。

第４の実施形態によるモータ駆動装置１におけるアラーム出力部２２は、図４を参照して説明した第１の実施形態または図７を参照して説明した第２の実施形態によるモータ駆動装置１における予備充電回路１４、放電回路１５、制御部１７及び開閉部１９の動作に並行して実行される。図１２では、予備充電回路１４、制御部１７、開閉部１９及びアラーム出力部２２の動作についてのみ示す。

ステップＳ４０１において、アラーム出力部２２は、予備充電回路１４による予備充電動作の回数ｉとして、初期値である０（ゼロ）を設定する。

ステップＳ４０２において、制御部１７は、信号生成部１８から非常停止解除信号を受信したか否かを判定する。ステップＳ４０２において非常停止解除信号を受信したと判定された場合は、ステップＳ４０３へ進む。

ステップＳ４０３において、制御部１７は、予備充電回路１４内の充電抵抗バイパススイッチ３１を開放するよう制御する。これにより、充電抵抗３２が電流経路に含まれることになる。

ステップＳ４０４において、制御部１７は、開閉部１９を閉成するよう制御する。これにより、開閉部１９は閉状態を維持しかつ充電抵抗バイパススイッチ３１は開状態を維持するので、交流電源２からの交流電力は、開閉部１９及び充電抵抗３２を介して整流回路１１に入力され、予備充電回路１４による予備充電動作が開始される。この後、充電抵抗３２に電流が流れて温度が上昇する温度上昇持続時間Ｕに入る。アラーム出力部２２は、ステップＳ４０４の開始時点からの経過時間を計測する。

ステップＳ４０５において、制御部１７は、予備充電回路１４による予備充電動作が完了したか否かを判定する。コンデンサ１２の電圧（ＤＣリンク電圧）が所定の充電電圧に達した場合、制御部１７は、予備充電回路１４による予備充電動作が完了したと判定し、ステップＳ４０６へ進む。

ステップＳ４０６において、制御部１７は、予備充電回路１４内の充電抵抗バイパススイッチ３１を閉成するよう制御する。これにより、充電抵抗３２をバイパスした電流経路が形成され、交流電源２からの交流電力は、共に閉状態にある開閉部１９及び充電抵抗バイパススイッチ３１を介して整流回路１１に入力される。整流回路１１は、入力された交流電力を直流電力に変換してＤＣリンクへ出力し、インバータ１３は、ＤＣリンクにおける直流電力を交流電力に変換してモータ３に供給する。

ステップＳ４０７において、制御部１７は、モータ３の回転速度、モータ３の巻線に流れる電流、所定のトルク指令、及びモータ３の動作プログラムなどに基づいて、電力変換指令を生成する。インバータ１３は、制御部１７から受信した電力変換指令に従い、ＤＣリンクにおける直流電力を交流電力に変換してモータ３に供給する。モータ３は、インバータ１３から供給される交流電力に基づいて駆動される。

ステップＳ４０８において、制御部１７は、信号生成部１８から非常停止信号を受信したか否かを判定する。ステップＳ４０８において、非常停止信号を受信したと判定された場合はステップＳ４０９へ進み、非常停止信号を受信しなかったと判定された場合はステップＳ４０７へ戻る。

ステップＳ４０９において、制御部１７は、予備充電回路１４内の充電抵抗バイパススイッチ３１を開放するよう制御する。これにより、充電抵抗３２が電流経路に含まれることになる。

ステップＳ４１０において、アラーム出力部２２は、現在、温度上昇持続時間Ｕの期間中であるか否かを判定する。上述のように、アラーム出力部２２は、ステップＳ４０４における予備充電動作開始時点からの経過時間を計測しており、この計測した経過時間が温度上昇持続時間Ｕ以内であるか否かに基づいて、温度上昇持続時間Ｕの期間中であるか否かを判定する。ステップＳ４１０において、温度上昇持続時間Ｕの期間中であると判定された場合はステップＳ４１１へ進み、温度上昇持続時間Ｕの期間中であると判定されなかったと判定された場合はステップＳ４０２へ戻る。

ステップＳ４１１において、アラーム出力部２２は、予備充電回路１４による予備充電動作の回数ｉを１だけインクリメントする。

ステップＳ４１２において、アラーム出力部２２は、予備充電回路１４による予備充電動作の回数ｉが回数閾値Ｋ_th以上であるか否かを判定する。ステップＳ４１２において、予備充電動作の回数ｉが回数閾値Ｋ_th以上であると判定された場合はステップＳ４１３へ進み、予備充電動作の回数ｉが回数閾値Ｋ_th未満であると判定された場合はステップＳ４０２へ戻る。

ステップＳ４１３において、アラーム出力部２２はアラームを出力する。その後、アラーム出力部２２の処理を終了する。

１モータ駆動装置
２交流電源
３モータ
１１整流回路
１２コンデンサ
１３インバータ
１４予備充電回路
１５放電回路
１６温度推定部
１７制御部
１８信号生成部
１９開閉部
２１、２２アラーム出力部
２３制御部用電源部
３１充電抵抗バイパススイッチ
３２充電抵抗
３３放電抵抗
３４放電用スイッチ

Claims

交流電源から入力された交流電力を直流電力に変換して出力する整流回路と、
前記整流回路の直流出力側であるＤＣリンクに設けられるコンデンサと、
前記ＤＣリンクにおける直流電力をモータの駆動のための交流電力に変換して出力するインバータと、
充電抵抗バイパススイッチと前記充電抵抗バイパススイッチに並列接続された充電抵抗とを有する予備充電回路であって、前記充電抵抗バイパススイッチもしくは前記充電抵抗と前記整流回路とを介して流れる電力により前記コンデンサを予備充電する予備充電回路と、
前記ＤＣリンクに設けられる放電回路であって、前記放電回路と前記コンデンサとが電気的に接続されることで前記コンデンサに蓄積された直流電力を放電する放電動作と前記放電回路と前記コンデンサとの電気的接続が切断される非放電動作とが選択的に切り替えられる放電回路と、
前記充電抵抗の推定温度を逐次計算する温度推定部と、
前記予備充電回路及び前記放電回路を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記推定温度が所定の温度閾値を超えた場合、前記放電回路が前記非放電動作を維持するよう制御する、モータ駆動装置。
前記制御部は、前記モータを非常停止させるための非常停止信号を受信したときに前記推定温度が所定の温度閾値を超えていた場合は、前記放電回路が前記非放電動作を維持するよう制御する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
前記制御部は、前記非常停止信号を受信したときに前記推定温度が前記温度閾値を超えていない場合は、前記放電回路が前記放電動作を実行するよう制御する、請求項２に記載のモータ駆動装置。
前記制御部は、前記モータの非常停止を解除するための非常停止解除信号を受信したときは、前記放電回路が前記非放電動作を実行するよう制御する、請求項２または３に記載のモータ駆動装置。
前記制御部は、前記モータの非常停止を解除するための非常停止解除信号を受信したときに前記ＤＣリンクの電圧が所定の電圧閾値を超えていない場合は、前記充電抵抗バイパススイッチを開放するよう前記予備充電回路を制御し、前記非常停止解除信号を受信したときに前記ＤＣリンクの電圧が所定の電圧閾値を超えていた場合は、前記充電抵抗バイパススイッチの閉成を維持するよう前記予備充電回路を制御する、請求項２〜４のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
前記制御部は、前記非常停止解除信号を受信したときに前記ＤＣリンクの電圧が所定の電圧閾値を超えていない場合において前記充電抵抗バイパススイッチを開放するよう前記予備充電回路を制御した後、さらに前記コンデンサが所定の充電電圧に達したときは、前記充電抵抗バイパススイッチを閉成するよう前記予備充電回路を制御する、請求項５に記載のモータ駆動装置。
前記モータの非常停止を解除するための非常停止解除信号を受信したときに前記推定温度が前記温度閾値を超えていた場合にアラームを出力するアラーム出力部をさらに備える、請求項２〜６のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
所定の時間期間の間に前記予備充電回路により実行される予備充電動作の回数が、所定の回数閾値を超えた場合にアラームを出力するアラーム出力部をさらに備える、請求項２〜６のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
前記非常停止信号及び前記モータの非常停止を解除するための非常停止解除信号を生成する信号生成部をさらに備える、請求項２〜８のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
前記交流電源と前記整流回路との間の電路を開閉する開閉部をさらに備え、
前記制御部は、前記モータを非常停止させるための非常停止信号を受信したときは、前記開閉部を開放するよう制御し、前記モータの非常停止を解除するための非常停止解除信号を受信したときは、前記開閉部を閉成するよう制御する、請求項１〜９のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。