JP3672472B2 - モータ駆動回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単相や多相の電動機を回転駆動するためのモータ駆動回路の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、単相の電動機を回転駆動するためのモータ駆動回路は、例えば、図３で示すように構成されている。即ち、図３において、前記モータ駆動回路は、４個のＭＯＳ型電界効果トランジスタ（以下、単に電界効果トランジスタという）ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４と、前記電界効果トランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ４のドレイン・ソース端子間に逆並列に接続したフリーホイールダイオードＦＤ１〜ＦＤ４と、前記電界効果トランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ４のゲート端子にパルス電圧（ゲートパルス）を印加する直流電源Ｖ１〜Ｖ４と、前記直流電源Ｖ１〜Ｖ４から電界効果トランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ４へのパルス電圧の印加を接・断するスイッチ（トランジスタ等のスイッチング素子であり、ここでは簡略化してスイッチとして示した）ＳＷ１〜ＳＷ４と、前記スイッチＳＷ１〜ＳＷ４と電界効果トランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ４のゲート端子との間に接続した抵抗Ｒ１〜Ｒ４と、電界効果トランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ４のゲート・ソース端子間に接続した抵抗Ｒ５〜Ｒ８とを備えて概略構成されている。
【０００３】
次に、前記モータ駆動回路において、単相の電動機Ｍを回転駆動する場合について説明する。前記電動機Ｍを回転駆動する場合は、該電動機Ｍの図示しない巻線への通電方向を所定の周期で順次切換えるようにすればよい。
【０００４】
はじめに、前記巻線に図３に実線で示す方向（以下、正方向という）に通電を行う場合は、スイッチＳＷ１，ＳＷ４をＯＮして、直流電源Ｖ１，Ｖ４から電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ４のゲート端子にパルス電圧を印加することにより、前記電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ４をＯＮさせる。この結果、直流電源Ｖ５から供給される電流は、電動機Ｍの図示しない巻線に対して正方向に通電される。
【０００５】
つづいて、巻線への通電方向を正方向から、図３に２点鎖線で示す方向（以下、負方向という）に切換える場合は、スイッチＳＷ１，ＳＷ４をＯＦＦすることによりパルス電圧の印加を停止し、電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ４をＯＦＦするとともに、スイッチＳＷ２，ＳＷ３をＯＮして、直流電源Ｖ２，Ｖ３から電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３のゲート端子にパルス電圧を印加することにより、前記電界効果トランジスタＦＥＴ２，３をＯＮさせる。この結果、直流電源Ｖ５から供給される電流は、電動機Ｍの図示しない巻線に対して負方向に通電される。
【０００６】
また、巻線への通電方向を負方向から再度正方向に切換える場合は、スイッチＳＷ２，ＳＷ３をＯＦＦすることによりパルス電圧の印加を停止し、電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３をＯＦＦするとともに、スイッチＳＷ１，ＳＷ４をＯＮすることによりパルス電圧を印加し、電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ４をＯＮさせ、直流電源Ｖ５から供給される電流を、電動機Ｍの巻線に対して正方向に通電する。以下、巻線への通電方向を切換える場合は、前記の動作を繰り返せばよい。
【０００７】
このように、電動機Ｍの図示しない巻線に、直流電源Ｖ５から供給される電流を、所定の周期で正方向，負方向に順次通電方向を切換えて通電することにより、前記電動機Ｍは回転駆動する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記構成のモータ駆動回路においては、各電界効果トランジスタをＯＮ動作させる（即ち、電界効果トランジスタのゲート端子にパルス電圧を印加する）ために、それぞれの電界効果トランジスタに直流電源を必要としていた（即ち、４個の直流電源が必要であった）。
【０００９】
また、前記モータ駆動回路において、下段側アームの電界効果トランジスタは、直流電源（Ｖ２，Ｖ４）の負電位側（以下、アース側という）にそれぞれ接続されているため、電源を共通化する（即ち、電源を１個とする）ことができるものの、上段側アームの電界効果トランジスタはアース側から浮いた状態であるため、直流電源が２個必要となり、前記構成のモータ駆動回路において、前記電界効果トランジスタをＯＮ動作させるためには、最低でも３個の直流電源が必要であった。
【００１０】
しかも、前記モータ駆動回路において、上段側及び下段側アームの電界効果トランジスタのゲート端子にパルス電圧を印加するための直流電源は、電動機を駆動する（即ち、電動機の巻線に電流を通電する）ための直流電源とは別個の電源を使用しているため、前記モータ駆動回路においては、２種類の電源（つまり、制御用の電源と電動機駆動用の電源）が必要であった。
【００１１】
本発明は、前記種々の問題に鑑み、複数の直流電源を使用することなく、電界効果トランジスタのゲート端子へのパルス電圧の印加と、電動機の巻線への通電とを行うことが可能なモータ駆動回路を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために、上段側及び下段側アームを構成する複数のスイッチング素子を有し、前記複数のスイッチング素子を順次ＯＮ，ＯＦＦ動作させることにより、電動機の巻線に直流電源からの電流を順次通電するインバータ回路と、前記複数のスイッチング素子をＯＮ，ＯＦＦ動作させる制御回路とを備えたモータ駆動回路において、前記インバータ回路の上段側及び下段側アームには、前記スイッチング素子と同数のコンデンサを、ツェナーダイオードと並列に接続して前記各スイッチング素子と対応させて配設し、前記電動機の停止時には各コンデンサに、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧の範囲で充電を行うとともに、電動機の回転駆動時には、前記各スイッチング素子のＯＮ，ＯＦＦ動作に対応して、ＯＦＦ状態のスイッチング素子に対応するコンデンサに急速に充電を行い、前記充電された各コンデンサを、各スイッチング素子をＯＮ動作させるための電源とするようにしたことを特徴とする。
【００１４】
また、前記スイッチング素子及び電動機は、共通の１個の直流電源により動作可能としたことを特徴とする。
【００１５】
本発明は、電動機の停止時には、上段側及び下段側アームを構成する各スイッチング素子と対応して配設した各コンデンサに充電を行うとともに、電動機の回転駆動時には、スイッチング素子のＯＮ，ＯＦＦ動作に対応して、ＯＦＦ状態のスイッチング素子と対応するコンデンサに急速に充電を行うように構成したので、前記充電されたコンデンサを電源として利用することにより、スイッチング素子毎に直流電源を設けることなく、前記スイッチング素子をＯＮ動作させることが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を単相の電動機Ｍ１に実施した例を図１により説明する。なお、従来と同一部材は同一符号により説明する。はじめに、図１で示す電動機Ｍ１は、図示しない固定子鉄心及びこれに巻装した固定子巻線、前記固定子鉄心に回転可能に挿通した永久磁石等からなる回転子等を備えて概略構成されている。
【００１７】
次に、図１において、１は前記電動機Ｍ１を回転駆動するためのモータ駆動回路であり、前記モータ駆動回路１は、インバータ回路２と、電源回路３と、制御回路（マイコン等）４と、ドライブ回路５とを備えて構成されている。また、前記モータ駆動回路１には、直流電源６が接続されている。
【００１８】
前記インバータ回路２は、ドレイン端子を直流電源６の正電位側に接続したＭＯＳ型電界効果トランジスタ（以下、単に電界効果トランジスタという）ＦＥＴ１，ＦＥＴ３と、ソース端子を直流電源６の負電位側に接続した電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ４とを備えて構成されており、前記電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ３により上段側アームを、電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ４により下段側アームをそれぞれ形成している。
【００１９】
なお、前記各電界効果トランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ４のドレイン・ソース端子間には、フリーホイールダイオードＦＤ１〜ＦＤ４がそれぞれ逆並列に接続されており、また、ゲート・ソース端子間には、抵抗Ｒ５〜Ｒ８がそれぞれ接続されている。
【００２０】
次に、前記上段側アームを形成する電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ３のゲート端子は、それぞれ抵抗Ｒ１，Ｒ３を介してフォトカプラＰＣ１，ＰＣ２の出力側を構成するフォトトランジスタのエミッタ端子に接続されており、また、前記フォトトランジスタのコレクタ端子には、コンデンサＣ１，Ｃ３のプラス側端子とツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ３のカソードがそれぞれ接続されいる。なお、前記フォトカプラＰＣ１，ＰＣ２の入力側を構成する発光ダイオードのカソードは、それぞれドライブ回路５の出力端に接続されており、また、アノードは抵抗Ｒ13，Ｒ14を介してそれぞれ後述する電源回路３から出力される制御用電源Ｖb に接続されている。
【００２１】
前記コンデンサＣ１のマイナス側端子及びツェナーダイオードＺＤ１のアノードは、電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ２の接続点であるａ点に、コンデンサＣ３のマイナス側端子及びツェナーダイオードＺＤ３のアノードは、電界効果トランジスタＦＥＴ３，ＦＥＴ４の接続点であるｂ点にそれぞれ接続されており、また、前記ツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ３のカソードは、それぞれ抵抗Ｒ９，Ｒ11を介してダイオードＤ１，Ｄ３のカソードに接続されており、更に、前記ダイオードＤ１，Ｄ３のアノードは、直流電源６の正電位側に接続されている。
【００２２】
つづいて、前記下段側アームを構成する電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ４のゲート端子は、それぞれ抵抗Ｒ２，Ｒ４を介してｐｎｐ型トランジスタ（以下、単にトランジスタという）Ｑ１，Ｑ２のコレクタ端子に接続されており、また、前記トランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタ端子には、コンデンサＣ２，Ｃ４のプラス側端子とツェナーダイオードＺＤ２，ＺＤ４のカソードがそれぞれ接続されている。なお、前記トランジスタＱ１，Ｑ２のベース端子は、ドライブ回路５の出力端にそれぞれ接続されている。
【００２３】
前記コンデンサＣ２，Ｃ４のマイナス側端子及びツェナーダイオードＺＤ２，ＺＤ４のアノードは、直流電源６の負電位側に接続されており、また、前記ツェナーダイオードＺＤ２，ＺＤ４のカソードはそれぞれ抵抗Ｒ10，Ｒ12を介してダイオードＤ２，Ｄ４のカソードに接続されており、更に、前記ダイオードＤ２，Ｄ４のアノードは、それぞれ上段側アームのツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ３のアノードに接続されている。
【００２４】
なお、前記電動機Ｍ１は、電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ２の接続点であるａ点及び電界効果トランジスタＦＥＴ３，ＦＥＴ４の接続点であるｂ点にそれぞれ接続されている。
【００２５】
次に、前記電源回路３は、直流電源６の端子電圧Ｖa を安定化した制御用電源Ｖb に変換して制御回路４及びフォトカプラＰＣ１，ＰＣ２の入力側を構成する発光ダイオードに供給している。また、前記ドライブ回路５は、制御回路４から出力される制御信号を受けて、その出力端に接続したフォトカプラＰＣ１，ＰＣ２及びトランジスタＱ１，Ｑ２をＯＮ，ＯＦＦさせるための信号を出力する。
【００２６】
つづいて、図１を参照しながら本発明のモータ駆動回路１の動作について説明する。はじめに、電動機Ｍ１の停止時は、電界効果トランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ４がＯＦＦしているため、コンデンサＣ１，Ｃ２及びＣ３，Ｃ４はそれぞれ直列に接続された状態となっており、直流電源６の電圧は、前記コンデンサＣ１，Ｃ２及びＣ３，Ｃ４に分圧された状態で印加されている。従って、前記コンデンサＣ１〜Ｃ４は、前記分圧された直流電源６の電圧の印加により、ツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤ４のツェナー電圧まで緩やかに充電される。
【００２７】
前記のように、電動機Ｍ１の停止時、コンデンサＣ１〜Ｃ４は、分圧された直流電源６の電圧の印加によって、ツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤ４のツェナー電圧まで充電されているので、前記電動機Ｍ１を起動させる際には、前記充電されたコンデンサＣ１〜Ｃ４を、電界効果トランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ４のゲート端子にパルス電圧を印加するための電源として利用し、所定の電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ４、または、ＦＥＴ２，ＦＥＴ３をＯＮさせることにより、前記電動機Ｍ１を起動させることができる。
【００２８】
次に、電動機Ｍ１を回転駆動する場合について説明する。前記電動機Ｍ１を回転駆動する場合は、該電動機Ｍ１の図示しない固定子巻線への通電方向を所定の周期で順次切換えるようにすればよい。
【００２９】
はじめに、前記固定子巻線に図１に実線で示す方向（以下、正方向という）に通電を行う場合は、ドライブ回路５からの出力信号によりフォトカプラＰＣ１及びトランジスタＱ２をＯＮする。前記のように、フォトカプラＰＣ１及びトランジスタＱ２がＯＮすることにより、電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ４のＯＦＦ時に充電されているコンデンサＣ１，Ｃ４から、前記電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ４のゲート端子にパルス電圧が印加され、前記電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ４をＯＮさせる。前記電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ４がＯＮすることにより、直流電源６からの電流は、電動機Ｍ１の固定子巻線（図示せず）に対して正方向に通電される。
【００３０】
また、前記電界効果トランジスタＦＥＴ１がＯＮすることにより、ａ点の電圧が直流電源６の正電位側の電圧と等しくなるとともに、電界効果トランジスタＦＥＴ４がＯＮすることにより、ｂ点の電圧は直流電源６の負電位側の電圧と等しくなるので、この結果、前記直流電源６の電圧が分圧されることなく、ＯＦＦしている電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３に接続されているコンデンサＣ２，Ｃ３に印加され、前記コンデンサＣ２，Ｃ３をツェナーダイオードＺＤ２，ＺＤ３のツェナー電圧まで急速に充電する。
【００３１】
次に、電動機Ｍ１の固定子巻線（図示せず）への通電方向を、正方向から図１に２点鎖線で示す方向（以下、負方向という）に切換える場合は、ドライブ回路５からの出力信号によりフォトカプラＰＣ１及びトランジスタＱ２をＯＦＦして、電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ４をＯＦＦするとともに、フォトカプラＰＣ２及びトランジスタＱ１をＯＮする。この結果、電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３のＯＦＦ時に充電されているコンデンサＣ２，Ｃ３から、電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３のゲート端子にパルス電圧が印加され、前記電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３をＯＮさせる。前記電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３がＯＮすることにより、直流電源６からの電流は、電動機Ｍ１の固定子巻線（図示せず）に対して負方向に通電される。
【００３２】
また、前記電界効果トランジスタＦＥＴ２がＯＮすることにより、ａ点の電圧が直流電源６の負電位側の電圧と等しくなるとともに、電界効果トランジスタＦＥＴ３がＯＮすることにより、ｂ点の電圧は直流電源６の正電位側の電圧と等しくなるので、この結果、前記直流電源６の電圧が分圧されることなく、ＯＦＦしている電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ４に接続されているコンデンサＣ１，Ｃ４に印加され、前記コンデンサＣ１，Ｃ４をツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ４のツェナー電圧まで急速に充電する。
【００３３】
つづいて、電動機Ｍ１の固定子巻線（図示せず）への通電方向を、負方向から再度正方向に切換える場合は、ドライブ回路５からの出力信号によりフォトカプラＰＣ２及びトランジスタＱ１をＯＦＦして、電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３をＯＦＦするとともに、フォトカプラＰＣ１及びトランジスタＱ２をＯＮして、電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ４のＯＦＦ時に充電されているコンデンサＣ１，Ｃ４から、前記電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ２のゲート端子にパルス電圧を印加し、前記電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３をＯＮさせ、直流電源６からの電流を、電動機Ｍ１の固定子巻線（図示せず）に対して正方向に通電する。
【００３４】
また、前記電界効果トランジスタＦＥＴ１がＯＮすることにより、ａ点の電圧が直流電源６の正電位側の電圧と等しくなるとともに、電界効果トランジスタＦＥＴ４がＯＮすることにより、ｂ点の電圧は直流電源６の負電位側の電圧と等しくなるので、この結果、前記直流電源６の電圧が分圧されることなく、ＯＦＦしている電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３に接続されているコンデンサＣ２，Ｃ３に印加され、前記コンデンサＣ２，Ｃ３をツェナーダイオードＺＤ２，ＺＤ３のツェナー電圧まで急速に充電する。以下、電動機Ｍ１の固定子巻線への通電方向を切換える場合は、前記の動作を繰り返せばよい。
【００３５】
このように、電動機Ｍ１の図示しない固定子巻線に、直流電源６から供給される電流を、その通電方向を正方向，負方向に所定の周期で順次切換えて通電することにより、前記電動機Ｍ１は回転駆動する。
【００３６】
前記のように、電動機Ｍ１の回転駆動時には、ＯＦＦしている状態の電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３（正方向通電時）、ＦＥＴ１，ＦＥＴ４（負方向通電時）に接続されたコンデンサＣ２，Ｃ３（正方向通電時）、Ｃ１，Ｃ４（負方向通電時）に、直流電源６の電圧が分圧されることなく印加されて、前記電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３、ＦＥＴ１，ＦＥＴ４がＯＦＦ→ＯＮとなる（即ち、通電方向切換時）までの間に急速に充電が行われる。従って、前記電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３、ＦＥＴ１，ＦＥＴ４をＯＮさせる時点では、確実にコンデンサＣ２，Ｃ３、Ｃ１，Ｃ４に充電が行われているため、円滑に通電方向の切換を行うことが可能となり、良好に電動機Ｍ１を回転駆動させることができる。
【００３７】
また、前記コンデンサＣ１〜Ｃ４への充電は、該コンデンサＣ１〜Ｃ４と並列に接続したツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤ４のツェナー電圧の範囲で行われるので、コンデンサＣ１〜Ｃ４に充電を行うための直流電源として電動機Ｍ１駆動用の直流電源６を使用しても、コンデンサＣ１〜Ｃ４に必要以上に電荷が充電されることは全くない。従って、電動機Ｍ１の回転駆動（巻線への通電）と、電界効果トランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ４のＯＮ動作（ゲート端子へのパルス電圧の印加）とを、電動機Ｍ１駆動用の直流電源６のみで行うことができる。
【００３８】
次に、本発明を三相の電動機Ｍ２に実施した例を図２により説明する。図２で示すインバータ回路２は、６個の電界効果トランジスタＦＥＴu 〜ＦＥＴz と、これと対応して配設した６個のコンデンサＣu 〜Ｃz 、更に、前記コンデンサＣu 〜Ｃz と並列に接続した６個のツェナーダイオードＺＤu 〜ＺＤz を備えている。なお、前記以外の回路構成部品及びその接続状態等については前記第１の実施の形態と同様であるためその説明は省略し、以下、前記構成のインバータ回路２を有するモータ駆動回路１の動作について説明する。
【００３９】
はじめに、電動機Ｍ２の停止時は、電界効果トランジスタＦＥＴu 〜ＦＥＴz がＯＦＦしているため、コンデンサＣu ，Ｃx 、コンデンサＣv ，Ｃy 、コンデンサＣw ，Ｃz はそれぞれ直列に接続された状態となっており、直流電源６の電圧は、コンデンサＣu ，Ｃx 、コンデンサＣv ，Ｃy 、コンデンサＣw ，Ｃz に分圧された状態で印加されている。従って、前記コンデンサＣu 〜Ｃz は、前記分圧された直流電源６の電圧の印加によって、ツェナーダイオードＺＤu 〜ＺＤz のツェナー電圧まで緩やかに充電される。
【００４０】
次に、前記電動機Ｍ２を回転駆動するために、該電動機Ｍ２の図示しない固定子巻線のＵ相−Ｖ相に通電を行う場合は、ドライブ回路５からの出力信号によりフォトカプラＰＣu 及びトランジスタＱy をＯＮして、電界効果トランジスタＦＥＴu ，ＦＥＴy のＯＦＦ時に充電されているコンデンサＣu ，Ｃy から、電界効果トランジスタＦＥＴu ，ＦＥＴy のゲート端子にパルス電圧を印加し、前記電界効果トランジスタＦＥＴu ，ＦＥＴy をＯＮさせる。前記電界効果トランジスタＦＥＴu ，ＦＥＴy がＯＮすることにより、直流電源６からの電流は、固定子巻線（図示せず）のＵ相−Ｖ相に通電される。
【００４１】
一方、前記電界効果トランジスタＦＥＴu がＯＮすることにより、ａ点の電圧が直流電源６の正電位側の電圧と等しくなり、かつ、電界効果トランジスタＦＥＴy がＯＮすることにより、ｂ点の電圧が直流電源６の負電位側の電圧と等しくなるため、この結果、前記直流電源６の電圧が分圧されることなく、ＯＦＦしている電界効果トランジスタＦＥＴv ，ＦＥＴx に接続されているコンデンサＣv ，Ｃx に印加され、前記コンデンサＣv ，Ｃx をツェナーダイオードＺＤv ，ＺＤx のツェナー電圧まで急速に充電する。
【００４２】
また、固定子巻線のＶ相−Ｗ相に通電を行う場合は、ドライブ回路５からの出力信号によりフォトカプラＰＣv 及びトランジスタＱz をＯＮして、電界効果トランジスタＦＥＴv ，ＦＥＴz のＯＦＦ時に充電されているコンデンサＣv ，Ｃz から、電界効果トランジスタＦＥＴv ，ＦＥＴz のゲート端子にパルス電圧を印加し、前記電界効果トランジスタＦＥＴv ，ＦＥＴz をＯＮさせる。前記電界効果トランジスタＦＥＴv ，ＦＥＴz がＯＮすることにより、直流電源６からの電流は、固定子巻線のＶ相−Ｗ相に通電される。
【００４３】
一方、前記電界効果トランジスタＦＥＴv がＯＮすることにより、ｂ点の電圧が直流電源６の正電位側の電圧と等しくなり、かつ、電界効果トランジスタＦＥＴz がＯＮすることにより、ｃ点の電圧が直流電源６の負電位側の電圧と等しくなるため、この結果、前記直流電源６の電圧が分圧されることなく、ＯＦＦしている電界効果トランジスタＦＥＴw ，ＦＥＴy に接続されているコンデンサＣw ，Ｃy に印加され、前記コンデンサＣw ，Ｃy をツェナーダイオードＺＤw ，ＺＤy のツェナー電圧まで急速に充電する。
【００４４】
更に、固定子巻線のＷ相−Ｕ相に通電を行う場合は、ドライブ回路５からの出力信号によりフォトカプラＰＣw 及びトランジスタＱx をＯＮして、電界効果トランジスタＦＥＴw ，ＦＥＴx のＯＦＦ時に充電されているコンデンサＣw ，Ｃx から、電界効果トランジスタＦＥＴw ，ＦＥＴx のゲート端子にパルス電圧を印加し、前記電界効果トランジスタＦＥＴw ，ＦＥＴx をＯＮさせる。前記電界効果トランジスタＦＥＴw ，ＦＥＴx がＯＮすることにより、直流電源６からの電流は、固定子巻線のＷ相−Ｕ相に通電される。
【００４５】
一方、前記電界効果トランジスタＦＥＴw がＯＮすることにより、ｃ点の電圧が直流電源６の正電位側の電圧と等しくなり、かつ、電界効果トランジスタＦＥＴx がＯＮすることにより、ａ点の電圧が直流電源６の負電位側の電圧と等しくなるため、この結果、前記直流電源６の電圧が分圧されることなく、ＯＦＦしている電界効果トランジスタＦＥＴu ，ＦＥＴz に接続されているコンデンサＣu ，Ｃz に印加され、前記コンデンサＣu ，Ｃz をツェナーダイオードＺＤu ，ＺＤz のツェナー電圧まで急速に充電する。
【００４６】
次に、固定子巻線のＶ相−Ｕ相に通電を行う場合は、ドライブ回路５からの出力信号によりフォトカプラＰＣv 及びトランジスタＱx をＯＮして、電界効果トランジスタＦＥＴv ，ＦＥＴx のＯＦＦ時に充電されているコンデンサＣv ，Ｃx から、電界効果トランジスタＦＥＴv ，ＦＥＴx のゲート端子にパルス電圧を印加し、前記電界効果トランジスタＦＥＴv ，ＦＥＴx をＯＮさせる。前記電界効果トランジスタＦＥＴv ，ＦＥＴx がＯＮすることにより、直流電源６からの電流は、固定子巻線のＶ相−Ｕ相に通電される。
【００４７】
一方、前記電界効果トランジスタＦＥＴv がＯＮすることにより、ｂ点の電圧が直流電源６の正電位側の電圧と等しくなり、かつ、電界効果トランジスタＦＥＴx がＯＮすることにより、ａ点の電圧が直流電源６の負電位側の電圧と等しくなるため、この結果、前記直流電源６の電圧が分圧されることなく、ＯＦＦしている電界効果トランジスタＦＥＴu ，ＦＥＴy に接続されているコンデンサＣu ，Ｃy に印加され、前記コンデンサＣu ，Ｃy をツェナーダイオードＺＤu ，ＺＤy のツェナー電圧まで急速に充電する。
【００４８】
また、固定子巻線のＷ相−Ｖ相に通電を行う場合は、ドライブ回路５からの出力信号によりフォトカプラＰＣw 及びトランジスタＱy をＯＮして、電界効果トランジスタＦＥＴw ，ＦＥＴy のＯＦＦ時に充電されているコンデンサＣw ，Ｃy から、電界効果トランジスタＦＥＴw ，ＦＥＴy のゲート端子にパルス電圧を印加し、前記電界効果トランジスタＦＥＴw ，ＦＥＴy をＯＮさせる。前記電界効果トランジスタＦＥＴw ，ＦＥＴy がＯＮすることにより、直流電源６からの電流は、固定子巻線のＷ相−Ｖ相に通電される。
【００４９】
一方、前記電界効果トランジスタＦＥＴw がＯＮすることにより、ｃ点の電圧が直流電源６の正電位側の電圧と等しくなり、かつ、電界効果トランジスタＦＥＴy がＯＮすることにより、ｂ点の電圧が直流電源６の負電位側の電圧と等しくなるため、この結果、前記直流電源６の電圧が分圧されることなく、ＯＦＦしている電界効果トランジスタＦＥＴv ，ＦＥＴz に接続されているコンデンサＣv ，Ｃz に印加され、前記コンデンサＣv ，Ｃz をツェナーダイオードＺＤv ，ＺＤz のツェナー電圧まで急速に充電する。
【００５０】
更に、固定子巻線のＵ相−Ｗ相に通電を行う場合は、ドライブ回路５からの出力信号によりフォトカプラＰＣu 及びトランジスタＱz をＯＮして、電界効果トランジスタＦＥＴu ，ＦＥＴz のＯＦＦ時に充電されているコンデンサＣu ，Ｃz から、電界効果トランジスタＦＥＴu ，ＦＥＴz のゲート端子にパルス電圧を印加し、前記電界効果トランジスタＦＥＴu ，ＦＥＴz をＯＮさせる。前記電界効果トランジスタＦＥＴu ，ＦＥＴz がＯＮすることにより、直流電源６からの電流は、固定子巻線のＵ相−Ｗ相に通電される。
【００５１】
一方、前記電界効果トランジスタＦＥＴu がＯＮすることにより、ａ点の電圧が直流電源６の正電位側の電圧と等しくなり、かつ、電界効果トランジスタＦＥＴz がＯＮすることにより、ｃ点の電圧が直流電源６の負電位側の電圧と等しくなるため、この結果、前記直流電源６の電圧が分圧されることなく、ＯＦＦしている電界効果トランジスタＦＥＴw ，ＦＥＴx に接続されているコンデンサＣw ，Ｃx に印加され、前記コンデンサＣw ，Ｃx をツェナーダイオードＺＤw ，ＺＤx のツェナー電圧まで急速に充電する。
【００５２】
前記のように、三相の電動機Ｍ２の回転駆動時においても、単相の電動機Ｍ１のときと同様、各通電時に、ＯＦＦしている電界効果トランジスタＦＥＴv ，ＦＥＴx （Ｕ相−Ｖ相通電時）、ＦＥＴw ，ＦＥＴy （Ｖ相−Ｗ相通電時）、ＦＥＴu ，ＦＥＴz （Ｗ相−Ｕ相通電時）、ＦＥＴu ，ＦＥＴy （Ｖ相−Ｕ相通電時）、ＦＥＴv ，ＦＥＴz （Ｗ相−Ｖ相通電時）、ＦＥＴw ，ＦＥＴx （Ｕ相−Ｗ相通電時）にそれぞれ接続されているコンデンサＣv ，Ｃx 、Ｃw ，Ｃy 、Ｃu ，Ｃz 、Ｃu ，Ｃy 、Ｃv ，Ｃz 、Ｃw ，Ｃx に、直流電源６の電圧が分圧されることなく印加されて、通電相を切換えるまでの間に急速に充電が行われるので、通電相の切換は、前記充電されたコンデンサＣu 〜Ｃz を電源として利用することにより、円滑に行うことが可能となり、この結果、前記電動機Ｍ２を良好に回転駆動させることができる。
【００５３】
なお、本発明のモータ駆動回路においては、下段側アームの電界効果トランジスタへコンデンサに充電された電荷を印加するためのスイッチング素子として、トランジスタを使用した例により説明したが、上段側アームと同様にフォトカプラを使用するようにしてもよいことは勿論である。また、電動機の巻線へ電流を順次通電するためのスイッチング素子は、電界効果トランジスタに限定するものではなく、例えば、バイポーラトランジスタ等のパワーデバイスを使用するようにしてもよい。
【００５４】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように、インバータ回路を構成する複数の電界効果トランジスタと対応させてコンデンサを配設し、電動機の停止時には、前記各コンデンサに、直流電源の電圧を分圧した状態で印加して、前記各コンデンサを充電するとともに、電動機の回転駆動時には、ＯＦＦしている電界効果トランジスタに接続されているコンデンサに、前記直流電源の電圧を分圧することなく印加して、前記コンデンサを急速に充電するように構成したので、前記電界効果トランジスタをＯＮさせる場合は、前記充電されたコンデンサを電源として利用すればよく、この結果、各電界効果トランジスタ毎に個別に直流電源を設けることなく、前記電界効果トランジスタをＯＮ動作させることが可能となり、利便である。
【００５５】
しかも、電動機の回転駆動時においては、ＯＦＦしている電界効果トランジスタに接続されているコンデンサが、通電方向及び通電相の切換を行うまでの間に（即ち、電界効果トランジスタがＯＦＦ→ＯＮとなるまでの間に）急速に充電されるため、通電方向及び通電相の切換を円滑に行い得、前記電動機を良好に回転駆動させることができる。
【００５６】
また、コンデンサへの充電に際しては、前記コンデンサに並列に接続したツェナーダイオードのツェナー電圧の範囲で充電を行うようにしたので、前記コンデンサへの充電を行うための直流電源として電動機の駆動用電源を共用しても、コンデンサに必要以上の電荷が充電されることは全くなく、この結果、前記コンデンサが破損したり、電界効果トランジスタのゲート端子に必要以上の電圧が印加されることにより、前記電界効果トランジスタが破損したりする等の問題を確実に回避することができる。
【００５７】
更に、本発明は、電動機の停止時には、上段側及び下段側アームを構成する各電界効果トランジスタと対応して配設した各コンデンサに充電を行うとともに、電動機の回転駆動時には、各電界効果トランジスタのＯＮ，ＯＦＦ動作に対応して、ＯＦＦ状態の各電界効果トランジスタと対応するコンデンサに急速に充電を行うように構成したので、前記電界効果トランジスタをＯＮさせるための電源として、充電されたコンデンサを利用することができるとともに、前記コンデンサに充電を行うための電源は、電動機の駆動用電源を共用することができるため、本発明のモータ駆動回路には１個の直流電源を設けるだけでよく、この結果、回路の部品点数を良好に低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のモータ駆動回路を単相の電動機に実施した例を示す回路図である。
【図２】同じく、本発明のモータ駆動回路を三相の電動機に実施した例を示す回路図である。
【図３】従来のモータ駆動回路を単相の電動機に実施した例を示す回路図である。
【符号の説明】
１ モータ駆動回路
２ インバータ回路
３ 電源回路
４ 制御回路
５ ドライブ回路
Ｃ１〜Ｃ４，Ｃu 〜Ｃz コンデンサ
ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４，ＦＥＴu 〜ＦＥＴz 電界効果トランジスタ
Ｍ１，Ｍ２ 電動機
ＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣu 〜ＰＣw フォトカプラ
Ｑ１，Ｑ２，Ｑx 〜Ｑz トランジスタ
ＺＤ１〜ＺＤ４，ＺＤu 〜ＺＤz ツェナーダイオード
【発明の属する技術分野】
本発明は、単相や多相の電動機を回転駆動するためのモータ駆動回路の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、単相の電動機を回転駆動するためのモータ駆動回路は、例えば、図３で示すように構成されている。即ち、図３において、前記モータ駆動回路は、４個のＭＯＳ型電界効果トランジスタ（以下、単に電界効果トランジスタという）ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４と、前記電界効果トランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ４のドレイン・ソース端子間に逆並列に接続したフリーホイールダイオードＦＤ１〜ＦＤ４と、前記電界効果トランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ４のゲート端子にパルス電圧（ゲートパルス）を印加する直流電源Ｖ１〜Ｖ４と、前記直流電源Ｖ１〜Ｖ４から電界効果トランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ４へのパルス電圧の印加を接・断するスイッチ（トランジスタ等のスイッチング素子であり、ここでは簡略化してスイッチとして示した）ＳＷ１〜ＳＷ４と、前記スイッチＳＷ１〜ＳＷ４と電界効果トランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ４のゲート端子との間に接続した抵抗Ｒ１〜Ｒ４と、電界効果トランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ４のゲート・ソース端子間に接続した抵抗Ｒ５〜Ｒ８とを備えて概略構成されている。
【０００３】
次に、前記モータ駆動回路において、単相の電動機Ｍを回転駆動する場合について説明する。前記電動機Ｍを回転駆動する場合は、該電動機Ｍの図示しない巻線への通電方向を所定の周期で順次切換えるようにすればよい。
【０００４】
はじめに、前記巻線に図３に実線で示す方向（以下、正方向という）に通電を行う場合は、スイッチＳＷ１，ＳＷ４をＯＮして、直流電源Ｖ１，Ｖ４から電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ４のゲート端子にパルス電圧を印加することにより、前記電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ４をＯＮさせる。この結果、直流電源Ｖ５から供給される電流は、電動機Ｍの図示しない巻線に対して正方向に通電される。
【０００５】
つづいて、巻線への通電方向を正方向から、図３に２点鎖線で示す方向（以下、負方向という）に切換える場合は、スイッチＳＷ１，ＳＷ４をＯＦＦすることによりパルス電圧の印加を停止し、電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ４をＯＦＦするとともに、スイッチＳＷ２，ＳＷ３をＯＮして、直流電源Ｖ２，Ｖ３から電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３のゲート端子にパルス電圧を印加することにより、前記電界効果トランジスタＦＥＴ２，３をＯＮさせる。この結果、直流電源Ｖ５から供給される電流は、電動機Ｍの図示しない巻線に対して負方向に通電される。
【０００６】
また、巻線への通電方向を負方向から再度正方向に切換える場合は、スイッチＳＷ２，ＳＷ３をＯＦＦすることによりパルス電圧の印加を停止し、電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３をＯＦＦするとともに、スイッチＳＷ１，ＳＷ４をＯＮすることによりパルス電圧を印加し、電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ４をＯＮさせ、直流電源Ｖ５から供給される電流を、電動機Ｍの巻線に対して正方向に通電する。以下、巻線への通電方向を切換える場合は、前記の動作を繰り返せばよい。
【０００７】
このように、電動機Ｍの図示しない巻線に、直流電源Ｖ５から供給される電流を、所定の周期で正方向，負方向に順次通電方向を切換えて通電することにより、前記電動機Ｍは回転駆動する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記構成のモータ駆動回路においては、各電界効果トランジスタをＯＮ動作させる（即ち、電界効果トランジスタのゲート端子にパルス電圧を印加する）ために、それぞれの電界効果トランジスタに直流電源を必要としていた（即ち、４個の直流電源が必要であった）。
【０００９】
また、前記モータ駆動回路において、下段側アームの電界効果トランジスタは、直流電源（Ｖ２，Ｖ４）の負電位側（以下、アース側という）にそれぞれ接続されているため、電源を共通化する（即ち、電源を１個とする）ことができるものの、上段側アームの電界効果トランジスタはアース側から浮いた状態であるため、直流電源が２個必要となり、前記構成のモータ駆動回路において、前記電界効果トランジスタをＯＮ動作させるためには、最低でも３個の直流電源が必要であった。
【００１０】
しかも、前記モータ駆動回路において、上段側及び下段側アームの電界効果トランジスタのゲート端子にパルス電圧を印加するための直流電源は、電動機を駆動する（即ち、電動機の巻線に電流を通電する）ための直流電源とは別個の電源を使用しているため、前記モータ駆動回路においては、２種類の電源（つまり、制御用の電源と電動機駆動用の電源）が必要であった。
【００１１】
本発明は、前記種々の問題に鑑み、複数の直流電源を使用することなく、電界効果トランジスタのゲート端子へのパルス電圧の印加と、電動機の巻線への通電とを行うことが可能なモータ駆動回路を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために、上段側及び下段側アームを構成する複数のスイッチング素子を有し、前記複数のスイッチング素子を順次ＯＮ，ＯＦＦ動作させることにより、電動機の巻線に直流電源からの電流を順次通電するインバータ回路と、前記複数のスイッチング素子をＯＮ，ＯＦＦ動作させる制御回路とを備えたモータ駆動回路において、前記インバータ回路の上段側及び下段側アームには、前記スイッチング素子と同数のコンデンサを、ツェナーダイオードと並列に接続して前記各スイッチング素子と対応させて配設し、前記電動機の停止時には各コンデンサに、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧の範囲で充電を行うとともに、電動機の回転駆動時には、前記各スイッチング素子のＯＮ，ＯＦＦ動作に対応して、ＯＦＦ状態のスイッチング素子に対応するコンデンサに急速に充電を行い、前記充電された各コンデンサを、各スイッチング素子をＯＮ動作させるための電源とするようにしたことを特徴とする。
【００１４】
また、前記スイッチング素子及び電動機は、共通の１個の直流電源により動作可能としたことを特徴とする。
【００１５】
本発明は、電動機の停止時には、上段側及び下段側アームを構成する各スイッチング素子と対応して配設した各コンデンサに充電を行うとともに、電動機の回転駆動時には、スイッチング素子のＯＮ，ＯＦＦ動作に対応して、ＯＦＦ状態のスイッチング素子と対応するコンデンサに急速に充電を行うように構成したので、前記充電されたコンデンサを電源として利用することにより、スイッチング素子毎に直流電源を設けることなく、前記スイッチング素子をＯＮ動作させることが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を単相の電動機Ｍ１に実施した例を図１により説明する。なお、従来と同一部材は同一符号により説明する。はじめに、図１で示す電動機Ｍ１は、図示しない固定子鉄心及びこれに巻装した固定子巻線、前記固定子鉄心に回転可能に挿通した永久磁石等からなる回転子等を備えて概略構成されている。
【００１７】
次に、図１において、１は前記電動機Ｍ１を回転駆動するためのモータ駆動回路であり、前記モータ駆動回路１は、インバータ回路２と、電源回路３と、制御回路（マイコン等）４と、ドライブ回路５とを備えて構成されている。また、前記モータ駆動回路１には、直流電源６が接続されている。
【００１８】
前記インバータ回路２は、ドレイン端子を直流電源６の正電位側に接続したＭＯＳ型電界効果トランジスタ（以下、単に電界効果トランジスタという）ＦＥＴ１，ＦＥＴ３と、ソース端子を直流電源６の負電位側に接続した電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ４とを備えて構成されており、前記電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ３により上段側アームを、電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ４により下段側アームをそれぞれ形成している。
【００１９】
なお、前記各電界効果トランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ４のドレイン・ソース端子間には、フリーホイールダイオードＦＤ１〜ＦＤ４がそれぞれ逆並列に接続されており、また、ゲート・ソース端子間には、抵抗Ｒ５〜Ｒ８がそれぞれ接続されている。
【００２０】
次に、前記上段側アームを形成する電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ３のゲート端子は、それぞれ抵抗Ｒ１，Ｒ３を介してフォトカプラＰＣ１，ＰＣ２の出力側を構成するフォトトランジスタのエミッタ端子に接続されており、また、前記フォトトランジスタのコレクタ端子には、コンデンサＣ１，Ｃ３のプラス側端子とツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ３のカソードがそれぞれ接続されいる。なお、前記フォトカプラＰＣ１，ＰＣ２の入力側を構成する発光ダイオードのカソードは、それぞれドライブ回路５の出力端に接続されており、また、アノードは抵抗Ｒ13，Ｒ14を介してそれぞれ後述する電源回路３から出力される制御用電源Ｖb に接続されている。
【００２１】
前記コンデンサＣ１のマイナス側端子及びツェナーダイオードＺＤ１のアノードは、電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ２の接続点であるａ点に、コンデンサＣ３のマイナス側端子及びツェナーダイオードＺＤ３のアノードは、電界効果トランジスタＦＥＴ３，ＦＥＴ４の接続点であるｂ点にそれぞれ接続されており、また、前記ツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ３のカソードは、それぞれ抵抗Ｒ９，Ｒ11を介してダイオードＤ１，Ｄ３のカソードに接続されており、更に、前記ダイオードＤ１，Ｄ３のアノードは、直流電源６の正電位側に接続されている。
【００２２】
つづいて、前記下段側アームを構成する電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ４のゲート端子は、それぞれ抵抗Ｒ２，Ｒ４を介してｐｎｐ型トランジスタ（以下、単にトランジスタという）Ｑ１，Ｑ２のコレクタ端子に接続されており、また、前記トランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタ端子には、コンデンサＣ２，Ｃ４のプラス側端子とツェナーダイオードＺＤ２，ＺＤ４のカソードがそれぞれ接続されている。なお、前記トランジスタＱ１，Ｑ２のベース端子は、ドライブ回路５の出力端にそれぞれ接続されている。
【００２３】
前記コンデンサＣ２，Ｃ４のマイナス側端子及びツェナーダイオードＺＤ２，ＺＤ４のアノードは、直流電源６の負電位側に接続されており、また、前記ツェナーダイオードＺＤ２，ＺＤ４のカソードはそれぞれ抵抗Ｒ10，Ｒ12を介してダイオードＤ２，Ｄ４のカソードに接続されており、更に、前記ダイオードＤ２，Ｄ４のアノードは、それぞれ上段側アームのツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ３のアノードに接続されている。
【００２４】
なお、前記電動機Ｍ１は、電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ２の接続点であるａ点及び電界効果トランジスタＦＥＴ３，ＦＥＴ４の接続点であるｂ点にそれぞれ接続されている。
【００２５】
次に、前記電源回路３は、直流電源６の端子電圧Ｖa を安定化した制御用電源Ｖb に変換して制御回路４及びフォトカプラＰＣ１，ＰＣ２の入力側を構成する発光ダイオードに供給している。また、前記ドライブ回路５は、制御回路４から出力される制御信号を受けて、その出力端に接続したフォトカプラＰＣ１，ＰＣ２及びトランジスタＱ１，Ｑ２をＯＮ，ＯＦＦさせるための信号を出力する。
【００２６】
つづいて、図１を参照しながら本発明のモータ駆動回路１の動作について説明する。はじめに、電動機Ｍ１の停止時は、電界効果トランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ４がＯＦＦしているため、コンデンサＣ１，Ｃ２及びＣ３，Ｃ４はそれぞれ直列に接続された状態となっており、直流電源６の電圧は、前記コンデンサＣ１，Ｃ２及びＣ３，Ｃ４に分圧された状態で印加されている。従って、前記コンデンサＣ１〜Ｃ４は、前記分圧された直流電源６の電圧の印加により、ツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤ４のツェナー電圧まで緩やかに充電される。
【００２７】
前記のように、電動機Ｍ１の停止時、コンデンサＣ１〜Ｃ４は、分圧された直流電源６の電圧の印加によって、ツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤ４のツェナー電圧まで充電されているので、前記電動機Ｍ１を起動させる際には、前記充電されたコンデンサＣ１〜Ｃ４を、電界効果トランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ４のゲート端子にパルス電圧を印加するための電源として利用し、所定の電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ４、または、ＦＥＴ２，ＦＥＴ３をＯＮさせることにより、前記電動機Ｍ１を起動させることができる。
【００２８】
次に、電動機Ｍ１を回転駆動する場合について説明する。前記電動機Ｍ１を回転駆動する場合は、該電動機Ｍ１の図示しない固定子巻線への通電方向を所定の周期で順次切換えるようにすればよい。
【００２９】
はじめに、前記固定子巻線に図１に実線で示す方向（以下、正方向という）に通電を行う場合は、ドライブ回路５からの出力信号によりフォトカプラＰＣ１及びトランジスタＱ２をＯＮする。前記のように、フォトカプラＰＣ１及びトランジスタＱ２がＯＮすることにより、電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ４のＯＦＦ時に充電されているコンデンサＣ１，Ｃ４から、前記電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ４のゲート端子にパルス電圧が印加され、前記電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ４をＯＮさせる。前記電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ４がＯＮすることにより、直流電源６からの電流は、電動機Ｍ１の固定子巻線（図示せず）に対して正方向に通電される。
【００３０】
また、前記電界効果トランジスタＦＥＴ１がＯＮすることにより、ａ点の電圧が直流電源６の正電位側の電圧と等しくなるとともに、電界効果トランジスタＦＥＴ４がＯＮすることにより、ｂ点の電圧は直流電源６の負電位側の電圧と等しくなるので、この結果、前記直流電源６の電圧が分圧されることなく、ＯＦＦしている電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３に接続されているコンデンサＣ２，Ｃ３に印加され、前記コンデンサＣ２，Ｃ３をツェナーダイオードＺＤ２，ＺＤ３のツェナー電圧まで急速に充電する。
【００３１】
次に、電動機Ｍ１の固定子巻線（図示せず）への通電方向を、正方向から図１に２点鎖線で示す方向（以下、負方向という）に切換える場合は、ドライブ回路５からの出力信号によりフォトカプラＰＣ１及びトランジスタＱ２をＯＦＦして、電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ４をＯＦＦするとともに、フォトカプラＰＣ２及びトランジスタＱ１をＯＮする。この結果、電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３のＯＦＦ時に充電されているコンデンサＣ２，Ｃ３から、電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３のゲート端子にパルス電圧が印加され、前記電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３をＯＮさせる。前記電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３がＯＮすることにより、直流電源６からの電流は、電動機Ｍ１の固定子巻線（図示せず）に対して負方向に通電される。
【００３２】
また、前記電界効果トランジスタＦＥＴ２がＯＮすることにより、ａ点の電圧が直流電源６の負電位側の電圧と等しくなるとともに、電界効果トランジスタＦＥＴ３がＯＮすることにより、ｂ点の電圧は直流電源６の正電位側の電圧と等しくなるので、この結果、前記直流電源６の電圧が分圧されることなく、ＯＦＦしている電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ４に接続されているコンデンサＣ１，Ｃ４に印加され、前記コンデンサＣ１，Ｃ４をツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ４のツェナー電圧まで急速に充電する。
【００３３】
つづいて、電動機Ｍ１の固定子巻線（図示せず）への通電方向を、負方向から再度正方向に切換える場合は、ドライブ回路５からの出力信号によりフォトカプラＰＣ２及びトランジスタＱ１をＯＦＦして、電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３をＯＦＦするとともに、フォトカプラＰＣ１及びトランジスタＱ２をＯＮして、電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ４のＯＦＦ時に充電されているコンデンサＣ１，Ｃ４から、前記電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ２のゲート端子にパルス電圧を印加し、前記電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３をＯＮさせ、直流電源６からの電流を、電動機Ｍ１の固定子巻線（図示せず）に対して正方向に通電する。
【００３４】
また、前記電界効果トランジスタＦＥＴ１がＯＮすることにより、ａ点の電圧が直流電源６の正電位側の電圧と等しくなるとともに、電界効果トランジスタＦＥＴ４がＯＮすることにより、ｂ点の電圧は直流電源６の負電位側の電圧と等しくなるので、この結果、前記直流電源６の電圧が分圧されることなく、ＯＦＦしている電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３に接続されているコンデンサＣ２，Ｃ３に印加され、前記コンデンサＣ２，Ｃ３をツェナーダイオードＺＤ２，ＺＤ３のツェナー電圧まで急速に充電する。以下、電動機Ｍ１の固定子巻線への通電方向を切換える場合は、前記の動作を繰り返せばよい。
【００３５】
このように、電動機Ｍ１の図示しない固定子巻線に、直流電源６から供給される電流を、その通電方向を正方向，負方向に所定の周期で順次切換えて通電することにより、前記電動機Ｍ１は回転駆動する。
【００３６】
前記のように、電動機Ｍ１の回転駆動時には、ＯＦＦしている状態の電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３（正方向通電時）、ＦＥＴ１，ＦＥＴ４（負方向通電時）に接続されたコンデンサＣ２，Ｃ３（正方向通電時）、Ｃ１，Ｃ４（負方向通電時）に、直流電源６の電圧が分圧されることなく印加されて、前記電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３、ＦＥＴ１，ＦＥＴ４がＯＦＦ→ＯＮとなる（即ち、通電方向切換時）までの間に急速に充電が行われる。従って、前記電界効果トランジスタＦＥＴ２，ＦＥＴ３、ＦＥＴ１，ＦＥＴ４をＯＮさせる時点では、確実にコンデンサＣ２，Ｃ３、Ｃ１，Ｃ４に充電が行われているため、円滑に通電方向の切換を行うことが可能となり、良好に電動機Ｍ１を回転駆動させることができる。
【００３７】
また、前記コンデンサＣ１〜Ｃ４への充電は、該コンデンサＣ１〜Ｃ４と並列に接続したツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤ４のツェナー電圧の範囲で行われるので、コンデンサＣ１〜Ｃ４に充電を行うための直流電源として電動機Ｍ１駆動用の直流電源６を使用しても、コンデンサＣ１〜Ｃ４に必要以上に電荷が充電されることは全くない。従って、電動機Ｍ１の回転駆動（巻線への通電）と、電界効果トランジスタＦＥＴ１〜ＦＥＴ４のＯＮ動作（ゲート端子へのパルス電圧の印加）とを、電動機Ｍ１駆動用の直流電源６のみで行うことができる。
【００３８】
次に、本発明を三相の電動機Ｍ２に実施した例を図２により説明する。図２で示すインバータ回路２は、６個の電界効果トランジスタＦＥＴu 〜ＦＥＴz と、これと対応して配設した６個のコンデンサＣu 〜Ｃz 、更に、前記コンデンサＣu 〜Ｃz と並列に接続した６個のツェナーダイオードＺＤu 〜ＺＤz を備えている。なお、前記以外の回路構成部品及びその接続状態等については前記第１の実施の形態と同様であるためその説明は省略し、以下、前記構成のインバータ回路２を有するモータ駆動回路１の動作について説明する。
【００３９】
はじめに、電動機Ｍ２の停止時は、電界効果トランジスタＦＥＴu 〜ＦＥＴz がＯＦＦしているため、コンデンサＣu ，Ｃx 、コンデンサＣv ，Ｃy 、コンデンサＣw ，Ｃz はそれぞれ直列に接続された状態となっており、直流電源６の電圧は、コンデンサＣu ，Ｃx 、コンデンサＣv ，Ｃy 、コンデンサＣw ，Ｃz に分圧された状態で印加されている。従って、前記コンデンサＣu 〜Ｃz は、前記分圧された直流電源６の電圧の印加によって、ツェナーダイオードＺＤu 〜ＺＤz のツェナー電圧まで緩やかに充電される。
【００４０】
次に、前記電動機Ｍ２を回転駆動するために、該電動機Ｍ２の図示しない固定子巻線のＵ相−Ｖ相に通電を行う場合は、ドライブ回路５からの出力信号によりフォトカプラＰＣu 及びトランジスタＱy をＯＮして、電界効果トランジスタＦＥＴu ，ＦＥＴy のＯＦＦ時に充電されているコンデンサＣu ，Ｃy から、電界効果トランジスタＦＥＴu ，ＦＥＴy のゲート端子にパルス電圧を印加し、前記電界効果トランジスタＦＥＴu ，ＦＥＴy をＯＮさせる。前記電界効果トランジスタＦＥＴu ，ＦＥＴy がＯＮすることにより、直流電源６からの電流は、固定子巻線（図示せず）のＵ相−Ｖ相に通電される。
【００４１】
一方、前記電界効果トランジスタＦＥＴu がＯＮすることにより、ａ点の電圧が直流電源６の正電位側の電圧と等しくなり、かつ、電界効果トランジスタＦＥＴy がＯＮすることにより、ｂ点の電圧が直流電源６の負電位側の電圧と等しくなるため、この結果、前記直流電源６の電圧が分圧されることなく、ＯＦＦしている電界効果トランジスタＦＥＴv ，ＦＥＴx に接続されているコンデンサＣv ，Ｃx に印加され、前記コンデンサＣv ，Ｃx をツェナーダイオードＺＤv ，ＺＤx のツェナー電圧まで急速に充電する。
【００４２】
また、固定子巻線のＶ相−Ｗ相に通電を行う場合は、ドライブ回路５からの出力信号によりフォトカプラＰＣv 及びトランジスタＱz をＯＮして、電界効果トランジスタＦＥＴv ，ＦＥＴz のＯＦＦ時に充電されているコンデンサＣv ，Ｃz から、電界効果トランジスタＦＥＴv ，ＦＥＴz のゲート端子にパルス電圧を印加し、前記電界効果トランジスタＦＥＴv ，ＦＥＴz をＯＮさせる。前記電界効果トランジスタＦＥＴv ，ＦＥＴz がＯＮすることにより、直流電源６からの電流は、固定子巻線のＶ相−Ｗ相に通電される。
【００４３】
一方、前記電界効果トランジスタＦＥＴv がＯＮすることにより、ｂ点の電圧が直流電源６の正電位側の電圧と等しくなり、かつ、電界効果トランジスタＦＥＴz がＯＮすることにより、ｃ点の電圧が直流電源６の負電位側の電圧と等しくなるため、この結果、前記直流電源６の電圧が分圧されることなく、ＯＦＦしている電界効果トランジスタＦＥＴw ，ＦＥＴy に接続されているコンデンサＣw ，Ｃy に印加され、前記コンデンサＣw ，Ｃy をツェナーダイオードＺＤw ，ＺＤy のツェナー電圧まで急速に充電する。
【００４４】
更に、固定子巻線のＷ相−Ｕ相に通電を行う場合は、ドライブ回路５からの出力信号によりフォトカプラＰＣw 及びトランジスタＱx をＯＮして、電界効果トランジスタＦＥＴw ，ＦＥＴx のＯＦＦ時に充電されているコンデンサＣw ，Ｃx から、電界効果トランジスタＦＥＴw ，ＦＥＴx のゲート端子にパルス電圧を印加し、前記電界効果トランジスタＦＥＴw ，ＦＥＴx をＯＮさせる。前記電界効果トランジスタＦＥＴw ，ＦＥＴx がＯＮすることにより、直流電源６からの電流は、固定子巻線のＷ相−Ｕ相に通電される。
【００４５】
一方、前記電界効果トランジスタＦＥＴw がＯＮすることにより、ｃ点の電圧が直流電源６の正電位側の電圧と等しくなり、かつ、電界効果トランジスタＦＥＴx がＯＮすることにより、ａ点の電圧が直流電源６の負電位側の電圧と等しくなるため、この結果、前記直流電源６の電圧が分圧されることなく、ＯＦＦしている電界効果トランジスタＦＥＴu ，ＦＥＴz に接続されているコンデンサＣu ，Ｃz に印加され、前記コンデンサＣu ，Ｃz をツェナーダイオードＺＤu ，ＺＤz のツェナー電圧まで急速に充電する。
【００４６】
次に、固定子巻線のＶ相−Ｕ相に通電を行う場合は、ドライブ回路５からの出力信号によりフォトカプラＰＣv 及びトランジスタＱx をＯＮして、電界効果トランジスタＦＥＴv ，ＦＥＴx のＯＦＦ時に充電されているコンデンサＣv ，Ｃx から、電界効果トランジスタＦＥＴv ，ＦＥＴx のゲート端子にパルス電圧を印加し、前記電界効果トランジスタＦＥＴv ，ＦＥＴx をＯＮさせる。前記電界効果トランジスタＦＥＴv ，ＦＥＴx がＯＮすることにより、直流電源６からの電流は、固定子巻線のＶ相−Ｕ相に通電される。
【００４７】
一方、前記電界効果トランジスタＦＥＴv がＯＮすることにより、ｂ点の電圧が直流電源６の正電位側の電圧と等しくなり、かつ、電界効果トランジスタＦＥＴx がＯＮすることにより、ａ点の電圧が直流電源６の負電位側の電圧と等しくなるため、この結果、前記直流電源６の電圧が分圧されることなく、ＯＦＦしている電界効果トランジスタＦＥＴu ，ＦＥＴy に接続されているコンデンサＣu ，Ｃy に印加され、前記コンデンサＣu ，Ｃy をツェナーダイオードＺＤu ，ＺＤy のツェナー電圧まで急速に充電する。
【００４８】
また、固定子巻線のＷ相−Ｖ相に通電を行う場合は、ドライブ回路５からの出力信号によりフォトカプラＰＣw 及びトランジスタＱy をＯＮして、電界効果トランジスタＦＥＴw ，ＦＥＴy のＯＦＦ時に充電されているコンデンサＣw ，Ｃy から、電界効果トランジスタＦＥＴw ，ＦＥＴy のゲート端子にパルス電圧を印加し、前記電界効果トランジスタＦＥＴw ，ＦＥＴy をＯＮさせる。前記電界効果トランジスタＦＥＴw ，ＦＥＴy がＯＮすることにより、直流電源６からの電流は、固定子巻線のＷ相−Ｖ相に通電される。
【００４９】
一方、前記電界効果トランジスタＦＥＴw がＯＮすることにより、ｃ点の電圧が直流電源６の正電位側の電圧と等しくなり、かつ、電界効果トランジスタＦＥＴy がＯＮすることにより、ｂ点の電圧が直流電源６の負電位側の電圧と等しくなるため、この結果、前記直流電源６の電圧が分圧されることなく、ＯＦＦしている電界効果トランジスタＦＥＴv ，ＦＥＴz に接続されているコンデンサＣv ，Ｃz に印加され、前記コンデンサＣv ，Ｃz をツェナーダイオードＺＤv ，ＺＤz のツェナー電圧まで急速に充電する。
【００５０】
更に、固定子巻線のＵ相−Ｗ相に通電を行う場合は、ドライブ回路５からの出力信号によりフォトカプラＰＣu 及びトランジスタＱz をＯＮして、電界効果トランジスタＦＥＴu ，ＦＥＴz のＯＦＦ時に充電されているコンデンサＣu ，Ｃz から、電界効果トランジスタＦＥＴu ，ＦＥＴz のゲート端子にパルス電圧を印加し、前記電界効果トランジスタＦＥＴu ，ＦＥＴz をＯＮさせる。前記電界効果トランジスタＦＥＴu ，ＦＥＴz がＯＮすることにより、直流電源６からの電流は、固定子巻線のＵ相−Ｗ相に通電される。
【００５１】
一方、前記電界効果トランジスタＦＥＴu がＯＮすることにより、ａ点の電圧が直流電源６の正電位側の電圧と等しくなり、かつ、電界効果トランジスタＦＥＴz がＯＮすることにより、ｃ点の電圧が直流電源６の負電位側の電圧と等しくなるため、この結果、前記直流電源６の電圧が分圧されることなく、ＯＦＦしている電界効果トランジスタＦＥＴw ，ＦＥＴx に接続されているコンデンサＣw ，Ｃx に印加され、前記コンデンサＣw ，Ｃx をツェナーダイオードＺＤw ，ＺＤx のツェナー電圧まで急速に充電する。
【００５２】
前記のように、三相の電動機Ｍ２の回転駆動時においても、単相の電動機Ｍ１のときと同様、各通電時に、ＯＦＦしている電界効果トランジスタＦＥＴv ，ＦＥＴx （Ｕ相−Ｖ相通電時）、ＦＥＴw ，ＦＥＴy （Ｖ相−Ｗ相通電時）、ＦＥＴu ，ＦＥＴz （Ｗ相−Ｕ相通電時）、ＦＥＴu ，ＦＥＴy （Ｖ相−Ｕ相通電時）、ＦＥＴv ，ＦＥＴz （Ｗ相−Ｖ相通電時）、ＦＥＴw ，ＦＥＴx （Ｕ相−Ｗ相通電時）にそれぞれ接続されているコンデンサＣv ，Ｃx 、Ｃw ，Ｃy 、Ｃu ，Ｃz 、Ｃu ，Ｃy 、Ｃv ，Ｃz 、Ｃw ，Ｃx に、直流電源６の電圧が分圧されることなく印加されて、通電相を切換えるまでの間に急速に充電が行われるので、通電相の切換は、前記充電されたコンデンサＣu 〜Ｃz を電源として利用することにより、円滑に行うことが可能となり、この結果、前記電動機Ｍ２を良好に回転駆動させることができる。
【００５３】
なお、本発明のモータ駆動回路においては、下段側アームの電界効果トランジスタへコンデンサに充電された電荷を印加するためのスイッチング素子として、トランジスタを使用した例により説明したが、上段側アームと同様にフォトカプラを使用するようにしてもよいことは勿論である。また、電動機の巻線へ電流を順次通電するためのスイッチング素子は、電界効果トランジスタに限定するものではなく、例えば、バイポーラトランジスタ等のパワーデバイスを使用するようにしてもよい。
【００５４】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように、インバータ回路を構成する複数の電界効果トランジスタと対応させてコンデンサを配設し、電動機の停止時には、前記各コンデンサに、直流電源の電圧を分圧した状態で印加して、前記各コンデンサを充電するとともに、電動機の回転駆動時には、ＯＦＦしている電界効果トランジスタに接続されているコンデンサに、前記直流電源の電圧を分圧することなく印加して、前記コンデンサを急速に充電するように構成したので、前記電界効果トランジスタをＯＮさせる場合は、前記充電されたコンデンサを電源として利用すればよく、この結果、各電界効果トランジスタ毎に個別に直流電源を設けることなく、前記電界効果トランジスタをＯＮ動作させることが可能となり、利便である。
【００５５】
しかも、電動機の回転駆動時においては、ＯＦＦしている電界効果トランジスタに接続されているコンデンサが、通電方向及び通電相の切換を行うまでの間に（即ち、電界効果トランジスタがＯＦＦ→ＯＮとなるまでの間に）急速に充電されるため、通電方向及び通電相の切換を円滑に行い得、前記電動機を良好に回転駆動させることができる。
【００５６】
また、コンデンサへの充電に際しては、前記コンデンサに並列に接続したツェナーダイオードのツェナー電圧の範囲で充電を行うようにしたので、前記コンデンサへの充電を行うための直流電源として電動機の駆動用電源を共用しても、コンデンサに必要以上の電荷が充電されることは全くなく、この結果、前記コンデンサが破損したり、電界効果トランジスタのゲート端子に必要以上の電圧が印加されることにより、前記電界効果トランジスタが破損したりする等の問題を確実に回避することができる。
【００５７】
更に、本発明は、電動機の停止時には、上段側及び下段側アームを構成する各電界効果トランジスタと対応して配設した各コンデンサに充電を行うとともに、電動機の回転駆動時には、各電界効果トランジスタのＯＮ，ＯＦＦ動作に対応して、ＯＦＦ状態の各電界効果トランジスタと対応するコンデンサに急速に充電を行うように構成したので、前記電界効果トランジスタをＯＮさせるための電源として、充電されたコンデンサを利用することができるとともに、前記コンデンサに充電を行うための電源は、電動機の駆動用電源を共用することができるため、本発明のモータ駆動回路には１個の直流電源を設けるだけでよく、この結果、回路の部品点数を良好に低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のモータ駆動回路を単相の電動機に実施した例を示す回路図である。
【図２】同じく、本発明のモータ駆動回路を三相の電動機に実施した例を示す回路図である。
【図３】従来のモータ駆動回路を単相の電動機に実施した例を示す回路図である。
【符号の説明】
１ モータ駆動回路
２ インバータ回路
３ 電源回路
４ 制御回路
５ ドライブ回路
Ｃ１〜Ｃ４，Ｃu 〜Ｃz コンデンサ
ＦＥＴ１〜ＦＥＴ４，ＦＥＴu 〜ＦＥＴz 電界効果トランジスタ
Ｍ１，Ｍ２ 電動機
ＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣu 〜ＰＣw フォトカプラ
Ｑ１，Ｑ２，Ｑx 〜Ｑz トランジスタ
ＺＤ１〜ＺＤ４，ＺＤu 〜ＺＤz ツェナーダイオード
Claims (2)
- 上段側及び下段側アームを構成する複数のスイッチング素子を有し、前記複数のスイッチング素子を順次ＯＮ，ＯＦＦ動作させることにより、電動機の巻線に直流電源からの電流を順次通電するインバータ回路と、前記複数のスイッチング素子をＯＮ，ＯＦＦ動作させる制御回路とを備えたモータ駆動回路において、前記インバータ回路の上段側及び下段側アームには、前記スイッチング素子と同数のコンデンサを、ツェナーダイオードと並列に接続して前記各スイッチング素子と対応させて配設し、前記電動機の停止時には各コンデンサに、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧の範囲で充電を行うとともに、電動機の回転駆動時には、前記各スイッチング素子のＯＮ，ＯＦＦ動作に対応して、ＯＦＦ状態のスイッチング素子に対応するコンデンサに急速に充電を行い、前記充電された各コンデンサを、各スイッチング素子をＯＮ動作させるための電源とするようにしたことを特徴とするモータ駆動回路。
- 前記スイッチング素子及び電動機は、共通の１個の直流電源により動作可能としたことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動回路。
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