JP3863529B2 - モーター制御装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、モーター制御装置及びその制御方法にかかり、さらに詳細には、モーターの制動時にモーターの回転速度にしたがってブレーク抵抗により消耗されるモーターで発生する過電流の量が変わるモーター制御装置及びその制御方法に関する。

３相モーター１００は、三角形状でモーター巻線を有するモーターである。モーター１００を駆動させる交流電源を供給するためのモーター制御装置３００は、図１に示すように、常用交流電源（ＡＣ１１０／２２０）を供給するＡＣ電源供給部２００から供給される交流電源を整流する整流回路部１１０と、整流回路部１１０から整流された電源を様々な周波数を有する交流電源に切換えてモーター１００に供給するインバーター部１２０と、を含む。

整流回路部１１０は、ＡＣ電源供給部２００から供給される常用交流電源（ＡＣ１１０／２２０）を直流電源に整流するダイオード整流回路１１１と、ダイオード整流回路１１１から整流された電源を所定の電圧に平滑させてインバーター部１２０に伝達するコンデンサー１１３と、を含む。

インバーター部１２０は、相互に並列に連結されたトランジスター１２１ａ，１２３ａ及びダイオード１２１ｂ，１２３ｂを有する多くのスイッチング素子１２１、１２３がブリッジ回路を構成している。

各スイッチング素子１２１、１２３は、ブリッジ回路の各ブリッジに一対づつ設けられ、各ブリッジのスイッチング素子１２１、１２３の間のタップノードがモーター１００の各電源入力端を通じて各モーター巻線に連結される。

各スイッチング素子１２１、１２３は、スイッチング制御部１４０によりターンオン及びターンオフされ、スイッチング素子１２１、１２３のターンオン及びターンオフにより様々な周波数を有する交流電源がモーター１００に供給される。

一方、従来のモーター制御装置３００は、ダイナミックブレイキング機能を行うダイナミックブレイキング回路１３０を含むこともある。ダイナミックブレイキング回路１３０は、モーター１００の各モーター巻線の間を開放及びショート（短絡）させるための一対のブレークリレー１３１と、モーター１００の制動時にモーター１００から発生する過電流を消耗するための各モーター巻線に連結される三つのブレーク抵抗１３３と、を含む。ここで、ブレークリレー１３１は、モーター１００の制動時やモーター１００が停止された状態でオンされてモーター１００のモーター巻線の間をショートさせることにより、モーター１００を急制動させたりモーター１００の停止状態で外力によりモーター１００が回転することを防止する。ブレーク抵抗１３３は、モーター１００の急制動時にモーター巻線から発生する過電流によりモーター１００やブレークリレー１３１が破損されることを防止するために過電流を熱で消耗する。

このような従来のモーター制御装置３００において、モーター１００の急制動時に発生する過電流を消耗させるためのブレーク抵抗１３３の抵抗値は、モーター１００の制動時に発生する過電流値により決定される。例えば、モーター１００の回転速度が高速である場合、制動時に発生する過電流も増加して抵抗値が大きいブレーク抵抗１３３を使用し、モーター１００の回転速度が低速である場合に制動時に発生する過電流値が小さくて相対的に抵抗値が小さいブレーク抵抗１３３を使用することになる。

ところが、ダイナミックブレイキング回路１３０がダイナミックブレイキング機能を行うためには、ブレーク抵抗１３３の容量が小さいことが有利である。これは、ダイナミックブレイキング機能がモーター１００のモーター巻線の間をショートさせる場合、即ちブレーク抵抗１３３の抵抗値が“０”に近接するほど効果が最大になるのである。したがって、大きい容量のブレーク抵抗１３３を使用する場合には、ダイナミックブレイキング機能の効果が減少され、小さい容量のブレーク抵抗１３３を使用する場合には、モーター１００の制動時に発生する過電流によりモーター１００やブレークリレー１３１が損傷される恐れが大きくなるという問題がある。

本発明の目的は、モーターの制動時にモーターの回転速度にしたがってブレーク抵抗により消耗されるモーターから発生する過電流量が変わるモーター制御装置及びその制御方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、多くのモーター巻線を有するモーターに交流電源を供給するモーター制御装置において、多くのスイッチング素子がブリッジ回路を構成し、前記モーターに交流電源を供給するインバーター部と、前記モーターの制動時にオンされて前記モーター巻線の間をショートさせるブレークリレーと、前記各モーター巻線に連結されて前記ブレークリレーが前記モーター巻線の間をショートさせる時に、前記モーターで発生する過電流を消耗させるためのブレーク抵抗と、前記ブレークが前記モーター巻線の間をショートさせる時、前記ブレーク抵抗により消耗される前記過電流量が前記モーターの回転速度に比例して変わるように前記インバーター部の両端の中でいずれか一側に設けられた前記スイッチング素子をターンオンターンオフさせるスイッチング制御部とを含むことを特徴とする。

ここで、前記各ブレーク抵抗を通じて消耗される前記過電流量は、前記スイッチング制御部によりターンオン及びターンオフされる前記スイッチング素子のデューティ比に比例して変わることが好ましい。

また、前記モーターの回転速度を検出する速度検出部をさらに含み、前記スイッチング制御部は、前記スイッチング素子のデューティ比が前記速度検出部により検出された前記モーターの回転速度に比例するように前記スイッチング素子をターンオン及びターンオフさせることが好ましい。

また、前記インバーター部の各スイッチング素子は、相互に並列に連結されたトランジスター及びダイオードを含むことが好ましい。

上記目的を達成するために、本発明は、多くのスイッチング素子がブリッジ回路を構成し、前記モーターのモータ巻線に交流電源を供給するインバーター部と前記モーターの巻線に連結されて前記モーターの制動時に前記モーターで発生する過電流を消耗するブレーク抵抗を有するモーター制御装置の制御方法において、前記モーター巻線の間をショートさせて前記モーターを制動させる段階と；前記ブレーク抵抗により消耗される前記過電流量が前記モーターの回転速度に対応して変わるように前記インバーター部の両端の中でいずれか一側に設けられた前記スイッチング素子をターンオン及びターンオフさせる段階と；を含むことを特徴とする。

ここで、前記各ブレーク抵抗により消耗される前記過電流の量は、前記スイッチング制御部によりターンオン及びターンオフされる前記スイッチング素子のデューティ比に比例して変わることが好ましい。

本発明によると、モーターの制動時にモーターの回転速度にしたがってブレーク抵抗により消耗されるモーターで発生する過電流量が変わって、ダイナミックブレイキング機能の効果が向上され、モーターの制動時に発生する過電流による破損を防止することができるモーター制御装置及びその制御方法が提供される。

以下、添付の図面を参照して３相モーターに交流電源を供給するモーター制御装置に例えて説明する。
本発明によるモーター制御装置３は、図２に示すように、ＡＣ電源供給部２から供給される常用交流電源（ＡＣ１１０／２２０）を整流する整流回路部１０と、整流回路部１０から整流された直流電源を様々な周波数を有する交流電源に切換えてモーター１に供給するインバーター部２０と、を含む。また、本発明によるモーター制御装置３は、ダイナミックブレイキング機能を行うためのブレークリレー３１及びブレーク抵抗３３を含む。

整流回路部１０は、ＡＣ電源供給部２から供給される常用交流電源を直流電源に整流するダイオード整流回路１１と、ダイオード整流回路１１から整流された電源を所定の電圧に平滑させてインバーター部２０に伝達するコンデンサー１３と、を含む。

インバーター部２０は、相互に並列に連結されたトランジスター２１ａ，２３ａ及びダイオード２１ｂ，２３ｂを有する多くのスイッチング素子２１、２３がブリッジ回路を構成している。各スイッチング素子２１、２３は、ブリッジ回路の各ブリッジに一対づつ連結されており、各ブリッジのスイッチング素子２１、２３の間のタップノードがモーター１の各電源入力端１ｂを通じて各モーター巻線１ａ（図３及び図４参照）に連結される。インバーター部２０の各スイッチング素子２１、２３は、スイッチングドライバ（図示せず）の制御信号によりターンオン及びターンオフされ、スイッチングドライバはスイッチング制御部４０の制御信号にしたがって各スイッチング素子２１、２３を制御する。スイッチング制御部４０は、各スイッチング素子２１、２３を選択的にターンオン及びターンオフさせることにより、各ブリッジのタップノードを通じてモーター１に交流電源を供給する。

ブレークリレー３１は、モーター１の制動時にオンされてモーター１のモーター巻線１ａの間をショートさせることにより、モーター１を急制動させる。また、ブレークリレー３１は、モーター１が停止状態である場合にオン状態を維持して、モーター１が外部力により回転することを防止する。

ブレーク抵抗３３は、ブレークリレー３１がオンされる場合、モーター１の各モーター巻線１ａに連結されて、モーター１の急制動時にモーター巻線１ａで発生する過電流によりモーター１やブレークリレー３１が破損されることを防止するために発生した電流を熱で消耗させる。

一方、本発明によるスイッチング制御部４０は、ブレークリレー３１及びブレーク抵抗３３とともにダイナミックスブレイキング機能を行う。スイッチング制御部４０は、ブレークリレー３１がモーター巻線１ａの間をショートさせる時、ブレーク抵抗３３により消耗される過電流量がモーター１の回転速度に比例して変わるようにインバーター部２０の両端の中でいずれか一側に設けられたスイッチング素子２１、２３をターンオン及びターンオフさせる。また、本発明によるモーター制御装置３は、モーター１の回転速度を感知する速度感知部５０をさらに含むことができ、スイッチング制御部４０は速度感知部５０により感知されたモーター１の回転速度に基づいてスイッチング素子２１、２３をターンオン及びターンオフさせる。

ここで、図３はモーター１の制動時にインバーター部２０の両端の中で上側（Ｐ端）に設けられたスイッチング素子２１がターンオン及びターンオフされる場合の回路構成を簡略に示した図面であり、図４はモーター１の制動時にインバーター部２０の両端の中で下側（Ｎ端）に設けられたスイッチング素子２３がターンオン及びターンオフされる場合の回路構成を簡略に示した図である。

図３を参照して説明すると、モーター１の制動時に整流回路部１０からインバーター部２０に供給される電源は遮断され、各ブレークリレー３１はオンされてモーター１のモーター巻線１ａの間をショートさせる。この時、モーター１の慣性によりモーター１のモーター巻線１ａでは、モーター１の回転速度に比例する大きさを有する過電流が発生され、発生された過電流はブレーク抵抗３３側に伝達される。スイッチング制御部４０は、ブレーク抵抗３３により消耗される過電流量がモーター１の回転速度に比例して変わるようにインバーター部２０の上側に設けられたスイッチング素子２１をターンオン及びターンオフさせる。即ち、速度感知部５０により感知されたモーター１の回転速度に対する情報は、スイッチング制御部４０に伝達され、スイッチング制御部４０はモーター１の回転速度に比例するデューティ比（Ｄｕｔｙ ＣｙｃｌｅまたはＤｕｔｙ Ｆａｃｔｏｒ）によりインバーター部２０の上側のスイッチング素子２１がターンオン及びターンオフされるように制御する。ここで、デューティ比は、スイッチング素子２１のターンオン時間と繰返し周期の比率として、デューティが大きくなるほどブレーク抵抗３３により消耗される過電流量が大きくなる。

例えば、モーター１の回転速度が高速である場合、モーター１で発生する過電流が大きくなるので、スイッチング制御部４０はインバーター部２０の上側のスイッチング素子２１が大きい値のデューティ比を有するように制御する。大きい値のデューティ比によりスイッチング素子２１がターンオンされる時間が減少して、ブレーク抵抗３３により消耗される過電流量が増加するので、過電流によるモーター１やブレークリレー３１の破損を防止することができる。

一方、モーター１の回転速度が低速である場合、モーター１で発生する過電流が小さくなるので、スイッチング制御部４０は、インバーター部２０の上側のスイッチング素子２１が小さい値のデューティ比を有するように制御する。小さい値のデューティ比によりスイッチング素子２１がターンオンされる時間が増加してブレーク抵抗３３により消耗される過電流量が小さくなり、スイッチング素子２１を通じて流れる過電流量が大きくなるので、ダイナミックブレイキング機能の効果が向上される。

一方、モーター１の制動時にインバーター部２０の下側に設けられたスイッチング素子２３をターンオン及びターンオフさせる場合においては、インバーター部２０の上側スイッチング素子２１をターンオン及びターンオフさせる場合とスイッチング素子２１のトランジスター２１ａ、２３ａ及びダイオード２１ｂ、２３ｂの配置のみ異なるだけ、その動作は同一なので、これに対する説明は省略する。

前記のように、本発明によりモーター１の制動時にインバーター部２０の両端の中で一側のスイッチング２１、２３をターンオン及びターンオフさせてブレーク抵抗３３により消耗される過電流の量を変えることは、図５に示すように、モーター１の各モーター巻線１ａに可変抵抗６０を連結したのと同一の効果を得ることができ、この時、可変抵抗６０の抵抗値の変化はスイッチング素子２１、２３のデューティ比に比例する。

前述した実施形態では、３相モーター１を制御するモーター制御装置３に例えて説明したが、単相または多相のモーターを制御するモーター制御装置も適用することができる。
また、前述した実施形態では、モーター制御装置３が整流回路部１０、インバーター部２０及びダイナミックブレイキング回路３０からなっているが、突入電流防止回路や過電流保護回路等様々な機能を行う回路構成が追加されることもできる。

また、前述した実施形態では、スイッチング素子２１、２３が相互に並列に連結されたトランジスター２１ａ、２３ａ及びダイオード２１ｂ，２３ｂから構成されているが、各ブリッジの両端の間を導通及び開放させることができる他の回路構成を有することもできる。

このように、ブレークリレー３１がモーター巻線１ａの間をショートさせる時、ブレーク抵抗３３により消耗される過電流量がモーター１の回転速度に比例して変わるようにインバーター部２０の両端の中のいずれか一側に設けられたスイッチング素子２１、２３をターンオン及びターンオフさせることにより、別途の可変抵抗６０を使用せずにもモーター１のモーター巻線１ａに可変抵抗６０が連結されたと同一の効果を奏することができる。これにより、モーター１の回転速度に対応してモーター１のダイナミックブレイキング機能の効果を向上させるとともに、モーター１の制動時に発生する過電流を適切に消耗させることによりモーター１やブレークリレー３１の破損を防止することができる。

従来のモーター制御装置の回路図である。 本発明によるモーター制御装置の回路図である。 本発明によるモーター制御装置がダイナミックブレイキング機能を行う時に構成される簡略回路図である。 本発明によるモーター制御装置がダイナミックブレイキング機能を行う時に構成される簡略回路図である。 図３及び図４に示した回路構成図と同一の機能を行う回路の一実施形態を示した図である。

符号の説明

１ モーター
２ ＡＣ電源供給部
３ モーター制御装置
１０ 整流回路
１１ ダイオード整流回路
１３ コンデンサー
２０ インバーター部
２１、２３ スイッチング素子
３１ ブレークリレー
３３ ブレーク抵抗
４０ スイッチング制御部
５０ 速度感知部
６０ 可変抵抗

Claims (7)

1. 多くのモーター巻線を有するモーターに交流電源を供給するモーター制御装置において、
   多くのスイッチング素子がブリッジ回路を構成し、前記モーターに交流電源を供給するインバーター部と、
   前記モーターの制動時にオンされて前記モーター巻線の間をショートさせるブレークリレーと、
   前記各モーター巻線に連結されて前記ブレークリレーが前記モーター巻線の間をショートさせる時に、前記モーターで発生する過電流を消耗させるためのブレーク抵抗と、
   前記ブレークが前記モーター巻線の間をショートさせる時、前記ブレーク抵抗により消耗される前記過電流量が前記モーターの回転速度に比例して変わるように前記インバーター部の両端の中でいずれか一側に設けられた前記スイッチング素子をターンオンターンオフさせるスイッチング制御部と、
   を含むことを特徴とするモーター制御装置。
2. 前記各ブレーク抵抗を通じて消耗される前記過電流量は、前記スイッチング制御部によりターンオン及びターンオフされる前記スイッチング素子のデューティ比に比例して変わることを特徴とする請求項１に記載のモーター制御装置。
3. 前記モーターの回転速度を検出する速度検出部をさらに含み、
   前記スイッチング制御部は、前記スイッチング素子のデューティ比が前記速度検出部により検出された前記モーターの回転速度に比例するように前記スイッチング素子をターンオン及びターンオフさせることを特徴とする請求項２に記載のモーター制御装置。
4. 前記インバーター部の各スイッチング素子は、相互に並列に連結されたトランジスター及びダイオードを含むことを特徴とする請求項１乃至３に記載のモーター制御装置。
5. 多くのスイッチング素子がブリッジ回路を構成し、前記モーターのモーター巻線に交流電源を供給するインバーター部と前記モーターの巻線に連結されて前記モーターの制動時に前記モーターで発生する過電流を消耗するブレーク抵抗を有するモーター制御装置の制御方法において、
   前記モーター巻線の間をショートさせて前記モーターを制動させる段階と、
   前記ブレーク抵抗により消耗される前記過電流量が前記モーターの回転速度に対応して変わるように前記インバーター部の両端の中でいずれか一側に設けられた前記スイッチング素子をターンオン及びターンオフさせる段階と、
   を含むことを特徴とするモーター制御装置の制御方法。
6. 前記各ブレーク抵抗により消耗される前記過電流の量は、前記スイッチング制御部によりターンオン及びターンオフされる前記スイッチング素子のデューティ比に比例して変わることを特徴とする請求項５に記載のモーター制御装置の制御方法。
7. 前記モーターの回転速度を検出する段階をさらに含み、
   前記スイッチング素子をターンオン及びターンオフさせる段階は、前記スイッチング素子が前記検出された回転速度に比例するデューティ比にしたがってターンオン及びターンオフさせることを特徴とする請求項６に記載のモーター制御装置の制御方法。
   

Images