JP5202293B2 - モータ駆動装置及びモータ装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば慣性が大きい慣性体を回転させるモータをインバータで駆動するモータ駆動装置、及び該モータ駆動装置を備えるモータ装置に関する。

例えばフライホイール等の慣性体をモータで回転させる場合、慣性が大きいときは、モータを徐々に始動／停止させることが可能なインバータ方式でモータを駆動することが望まれる。また、慣性体が一定の回転速度に達した後は、モータには小さなトルクしか必要とされないため、低負荷時にも電源の利用効率が高い永久磁石モータを用いることが想定される。このような条件に合致するモータとして、例えば、ブラシレスＤＣモータが挙げられる。

ところで、慣性が大きい慣性体を回転させる用途では、例えば、遊星歯車又は平歯若しくは斜歯の歯車を組み合わせた減速装置によりモータの回転を減速伝達して利用されることが多い。歯車を用いた場合は、回転に伴う騒音及び損耗の問題がつきまとうが、如何にしてモータを円滑に回転させるかが歯車の騒音の低減及び長寿命化の鍵となる。

一方、慣性体を回転させているモータのモータ駆動装置への電圧の供給を遮断した場合、インバータの入力側に存在する平滑コンデンサの電圧がある程度低下するまで、インバータは平滑コンデンサから通電され続ける。平滑コンデンサの電圧が更に低下して所定の閾値を下回った場合、インバータへの通電が停止され、モータが駆動されなくなった後も、慣性体のフライホイール効果によってモータは回転を継続する。この場合、ブラシレスＤＣモータに代表される永久磁石モータを用いたときは、モータが発電機となって回生電力を発生させるため、前記平滑コンデンサは電圧が上昇する方向に充電され、遂にはインバータへの通電が再開されてモータが駆動されるようになる。その後は、慣性体の回転速度が低下するまで、モータの駆動が断続的に繰り返される。

上述したように、慣性体を回転させる永久磁石モータの駆動が断続された場合、モータは駆動に伴う加速と電力回生に伴う減速とを繰り返すため、慣性体を回転させるトルクが正／負両方向に小刻みに変化して慣性体の円滑な回転が損なわれる。これにより、例えば、モータと慣性体との間に歯車を有する減速歯車装置を介在させているときは、バックラッシュを有して噛合する歯車同士が歯打ち音と振動とを発生させ、歯車の損耗が進行して寿命が短縮される虞が大きい。

図１２は、モータ側及び慣性体側の歯車が噛合する様子を具体的に示す説明図である。モータ側及び慣性体側の歯車が略等速度で回転している場合、図１２（ａ）に示すように、各歯車は歯打ちを殆ど発生させることなく噛合している。その後、モータの回転速度を減速させた場合、図１２（ｂ）に示すように、慣性体側の歯車がモータ側の歯車に対して歯打ちを発生させる。また、モータの回転速度を加速させた場合、図１２（ｃ）に示すように、モータ側の歯車が慣性体側の歯車に対して歯打ちを発生させる。このように、電力回生に起因するモータの減速及び加速が、歯車の振動及び騒音を招く原因となる。

これに対し、特許文献１では、一旦停止させた鉄道車輌駆動制御装置の運転を走行中に再開させる場合、平滑コンデンサに充電されている電圧値が電力回生による誘起電圧の尖頭値よりも大きいときに限って、永久磁石モータとインバータとの接続を開閉する開閉器を投入する技術が開示されている。この技術により、平滑コンデンサが回生電力によって充電されることがなく、回転しているモータが減速されることもないため、モータがブレーキとなって鉄道車輌の乗客へ衝撃を与える現象が防止される。
特開２００７−２８８５２号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、永久磁石モータへの電圧の供給を遮断してモータを停止させる場合に、例えば、上述した開閉器を遮断するような措置を講じない限り、モータの加速と減速との繰り返しを防止することが困難であるという問題があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、永久磁石モータを停止させる場合にインバータへ通電させないようにして、モータの駆動及び減速が繰り返されることを防止することが可能なモータ駆動装置、及び該モータ駆動装置を備えるモータ装置を提供することにある。

本発明に係るモータ駆動装置は、交流電圧を整流した直流電圧が供給されて永久磁石モータを駆動するインバータと、該インバータに供給された直流電圧を平滑化するコンデンサと、該コンデンサの電圧値を検出する第１検出手段と、該第１検出手段が検出した電圧値に基づいて前記インバータへ通電させる制御手段とを備えるモータ駆動装置において、前記交流電圧が供給されているか否かを検出する第２検出手段と、前記第１検出手段が検出した電圧値が第１電圧値より大きいか否かを判定する第１判定手段と、前記第１検出手段が検出した電圧値が、第１電圧値以下である第２電圧値より小さいか否かを判定する第２判定手段とを備え、前記第１判定手段が、第１電圧値より大きいと判定し、且つ、前記第２検出手段が、前記交流電圧が供給されていることを検出した場合、前記制御手段が前記インバータへの通電を開始させるようにしてあり、前記第２判定手段が、第２電圧値より小さいと判定した場合、又は、前記第２検出手段が、前記交流電圧が供給されていないことを検出した場合、前記制御手段が前記インバータへの通電を停止させるようにしてあることを特徴とする。

本発明にあっては、インバータに供給された直流電圧を平滑化するコンデンサの電圧値が第１電圧値より大きく、且つ直流電圧の生成元である交流電圧が供給されている場合にインバータへの通電を開始させると共に、コンデンサの電圧値が第２電圧値より小さい場合又は交流電圧が供給されていないことを検出した場合にインバータへの通電を停止させる。
これにより、交流電圧が遮断されている場合は、インバータに供給された直流電圧を平滑化するコンデンサがモータの回生電力によって充電される場合であっても、コンデンサからインバータへ通電されることがなく、モータが駆動されることもない。このため、モータの駆動及び減速が繰り返されることを防止する。

本発明に係るモータ駆動装置は、交流電圧を整流して前記インバータに直流電圧を供給する整流器を備えることを特徴とする。

本発明にあっては、供給された交流電圧をコンバータ、ダイオード等の整流器が整流してインバータに直流電圧を供給するため、上述した発明に係るモータ駆動装置の供給電圧を交流とすることができる。

本発明に係るモータ駆動装置は、前記交流電圧の電圧値を検出する手段と、該手段が検出した電圧値が所定の電圧値より小さいか否かを判定する手段と、該手段が小さいと判定する状態が継続する時間を計時する手段とを備え、該手段が所定の時間を計時したときに、前記第２検出手段が、前記交流電圧が供給されていないことを検出するようにしてあることを特徴とする。

本発明にあっては、交流電圧の電圧値が所定の電圧値を下回る状態が所定の時間継続したときに交流電圧が供給されていないことを検出するため、交流電圧に瞬時停電が発生した場合であっても、瞬時停電の継続時間が所定の時間より短くなるように所定の電圧値及び所定の時間を定めたときは、瞬時停電の前後を通じてインバータへ通電させ続けることができる。

本発明に係るモータ駆動装置は、前記インバータへの通電を停止させている場合、前記第１検出手段が検出した電圧値が、前記第２電圧値以上である第３電圧値より大きいか否かを判定する手段と、該手段が大きいと判定する状態が継続する時間を計時する手段とを備え、該手段が所定の時間を計時したときに、前記制御手段が前記インバータへ通電させるようにしてあることを特徴とする。

本発明にあっては、インバータへの通電を停止させている場合、平滑化するコンデンサの電圧値が、前記第２電圧値以上である第３電圧値を上回る状態が所定の時間継続したときにインバータへ通電させる。
これにより、第３電圧値及び所定の時間を適当に選択したときは、インバータへの通電を停止させた後にモータからの回生電力でコンデンサが充電された場合であっても、インバータへ通電されないようにすることができる。

本発明に係るモータ装置は、上述した発明の何れか１つに記載のモータ駆動装置と、該モータ駆動装置で駆動される永久磁石モータと、該永久磁石モータの回転を、駆動されるべき負荷へ伝達する減速歯車装置とを備えることを特徴とする。

本発明にあっては、上述した発明に係るモータ駆動装置で永久磁石モータを駆動し、該永久磁石モータの回転を減速歯車装置で減速して負荷へ伝達する。
これにより、永久磁石モータを停止させる場合に、モータが繰り返し駆動及び減速されることが防止され、減速歯車装置による回転の減速伝達が円滑に行われる。このため、歯車を用いた減速装置を介して慣性体を回転させているモータの回転を停止させる場合、歯車の歯打ち音及び振動が低減され、歯車の損耗が抑制されて長寿命化に貢献する。

本発明によれば、インバータに供給された直流電圧の生成元である交流電圧の供給が遮断されている場合、インバータへの通電を停止させる。
これにより、交流電圧が遮断されている場合は、インバータに供給された直流電圧を平滑化するコンデンサがモータの回生電力によって充電される場合であっても、コンデンサからインバータへ通電されることがなく、モータが駆動されることもない。従って、モータを停止させる場合にモータの駆動及び減速が繰り返されることを防止することが可能となる。

以下、本発明に係るモータ駆動装置を、ブラシレスＤＣモータが減速歯車装置を介して慣性体を回転させるモータ装置に適用した実施の形態について詳述する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るモータ装置の概略構成を示すブロック図であり、図２は、モータ装置の接続を示す回路図である。図中２００は、モータ駆動装置であり、モータ駆動装置２００は、外部の開閉器３００を介して交流電源４００から与えられた交流電圧を整流する整流器１と、該整流器１が整流し平滑コンデンサ２が平滑化した直流電圧（Ｐ−Ｎ間電圧Ｅａ）を交流電圧に変換してモータ１０１を駆動するインバータ４とを備える。モータ１０１は、ブラシレスＤＣモータであり、ロータに永久磁石を用いた永久磁石モータの一種である。

モータ駆動装置２００は、また、Ｐ−Ｎ間電圧Ｅａを安定化して、インバータ４を制御する制御部２１へ制御電源電圧Ｅｃとして供給する制御部電源２０と、整流器１に与えられた交流電圧を整流・分圧した検出電圧Ｅｂを制御部２１に与える交流電圧検出回路５とを備える。モータ１０１の図示しないロータは、慣性が大きい慣性体５００にモータ１０１の回転を減速伝達する減速歯車装置１０２へ駆動トルクを伝達するようにしてあり、前記ロータの回転位置は、ロータ位置検出部１０３により検出されて制御部２１に与えられる。

尚、本実施の形態１では、モータ１０１及び減速歯車装置１０２が一体化されており、ロータ位置検出部１０３を含めて所謂ギヤードモータと称される減速器付モータ１００を構成する。減速歯車装置が備える歯車は斜歯の歯車であるが、平歯の歯車又は遊星歯車を用いて減速するようにしてもよい。
また、モータ駆動装置２００及び減速器付モータ１００がモータ装置を構成している。

整流器１は、ダイオード１１のアノード及びダイオード１３のカソードの接続点と、ダイオード１２のアノード及びダイオード１４のカソードの接続点とが、夫々開閉器３００に接続された全波整流器である。ダイオード１１，１２のカソードが出力する直流電圧は、ダイオード１３，１４のアノードを接地電位として、点Ｐ−Ｎ間に接続された平滑コンデンサ２に与えられる。

制御部２１の中枢となるのはＣＰＵ２１１であり、ＣＰＵ２１１は、プログラム等の情報を記憶するＲＯＭ２１２、一時的に発生した情報を記憶するＲＡＭ２１３、及び時間を計時するためのタイマ２１４と互いにバス接続されている。ＣＰＵ２１１は、ＲＯＭ２１２に予め格納されている制御プログラムに従って入出力、演算等の処理を実行する。
ＣＰＵ２１１には、更に、入出力ポート２１５，２１６と、インバータ４を構成する各トランジスタのゲートをオン／オフさせるゲート制御回路２１７とがバス接続されている。

直流電圧検出回路３は、Ｐ−Ｎ間電圧Ｅａを分圧する抵抗器３１，３２からなり、抵抗器３１，３２の接続点の検出電圧Ｅｄが、入出力ポート２１５に与えられる。この検出電圧Ｅｄの電圧値を取り込むことにより、点Ｐ−Ｎ間電圧Ｅａの電圧値が検出されるようになっている。
交流電圧検出回路５は、整流器１に与えられる交流電圧を整流するダイオード５１，５２及び該ダイオード５１，５２で整流された直流電圧を分圧する抵抗器５３，５４を有し、抵抗器５３及び５４の接続点の検出電圧Ｅｂが、入出力ポート２１６に与えられる。この検出電圧Ｅｂの電圧値を取り込むことにより、交流電圧の供給の有無が検出されるようになっている。
尚、ダイオード５１，５２と、整流器１のダイオード１３，１４とで全波整流器を構成する。

インバータ４は、点Ｐ−Ｎ間に直列接続されたトランジスタＱ１及びＱ２の夫々にフリーホイールダイオードＤ１及びＤ２が並列に接続され、点Ｐ−Ｎ間に直列接続されたトランジスタＱ３及びＱ４の夫々にフリーホイールダイオードＤ３及びＤ４が並列に接続され、点Ｐ−Ｎ間に直列接続されたトランジスタＱ５及びＱ６の夫々にフリーホイールダイオードＤ５及びＤ６が並列に接続されている。トランジスタＱ１及びＱ２の接続点（即ちダイオードＤ１及びＤ２の接続点。以下同様）、トランジスタＱ３及びＱ４の接続点、及びトランジスタＱ５及びＱ６の接続点の夫々は、モータ１０１のスター結線された固定子コイル（図示せず）のＵ端子、Ｖ端子、及びＷ端子に接続されている。

ゲート制御回路２１７は、モータ１０１を駆動する電圧に対応する内部信号をパルス幅変調してＰＷＭ値指令信号を生成し、該ＰＷＭ値指令信号と、ロータ位置検出部１０３から与えられたロータの回転位置とに基づいて、トランジスタＱ１〜Ｑ６のオン／オフをＰＷＭ制御するためのゲート信号を生成してトランジスタＱ１〜Ｑ６夫々のゲートに与える。これにより、モータ１０１の固定子コイルが回転磁界を発生し、永久磁石を有するロータが前記回転磁界から回転力を受けて回転する。モータ１０１のロータによる駆動トルクは、上述したＰＷＭ値指令信号に対応して増減制御されるようになっている。

次に、モータ駆動装置２００の動作について、２つの図を対比させながら説明する。
図３は、交流電圧の供給が遮断された後にもインバータ４への通電を許容するモータ駆動装置２００の動作を示す説明図であり、図４は、本発明の実施の形態１に係るモータ駆動装置２００の動作を示す説明図である。図４では、交流電圧の供給が遮断された後は、インバータ４への通電を許容しない。図中縦軸は、上から夫々交流電圧の供給の有／無、Ｐ−Ｎ間電圧Ｅａの大きさ、インバータ４への通電（即ちモータ駆動）のオン／オフ（停止）、及び制御電源電圧Ｅｃの大きさを表し、横軸は何れも時間（ｔ）を表す。

交流電圧の供給を開始する場合、図３及び図４でモータ駆動装置２００の動作に違いがないため、図３及び図２を用いて説明する。
時刻ｔ０で開閉器３００からモータ駆動装置２００の整流器１に交流電圧の供給が開始された場合、整流器１を通じて平滑コンデンサ２が充電され、Ｐ−Ｎ間電圧Ｅａが上昇し始める。時刻ｔ１でＰ−Ｎ間電圧Ｅａの電圧値が電圧値Ｅ１まで上昇した場合、制御部電源２０が制御部２１へ供給する制御電源電圧Ｅｃが立ち上がり始める。

時刻ｔ２で制御電源電圧Ｅｃの電圧値が電圧値Ｅ１１まで上昇した場合、それまでオンされていた制御部２１のパワーオンリセット信号がオフとなり、ＣＰＵ２１１は初期化処理を開始する。その後、ＣＰＵ２１１が検出電圧Ｅｄの電圧値を取り込んでＰ−Ｎ間電圧Ｅａの監視を続ける。時刻ｔ３において、Ｐ−Ｎ間電圧Ｅａの電圧値が電圧値Ｅ３まで上昇したことをＣＰＵ２１１が検出した場合、ＣＰＵ２１１は、ゲート制御回路２１７を介してインバータ４への通電をオンさせる。これにより、モータ１０１が始動される。

ここで、慣性体５００は非常に大きい慣性を有しており、慣性体５００の回転速度を加速する際の衝撃を和らげるには、モータ１０１を駆動する電圧を徐々に上昇させることが好ましい。
図５及び図６は、モータ１０１のトルク−回転速度特性を例示したグラフである。図中縦軸は駆動トルク（正方向）又は制動トルク（負方向）の大きさを表し、横軸は回転速度の大きさを表す。一般的にＤＣモータでは、回転速度が増すに従って駆動トルクが直線的に低下することが示される。図６の詳細については後述する。

パラメータＴＮ３、ＴＮ４、ＴＮ５及びＴＮ６は、夫々図３に示された時刻ｔ３、ｔ４、ｔ５及びｔ６においてモータ１０１を駆動する電圧に対応する。この駆動電圧は、上述したゲート制御回路２１７が生成するＰＷＭ値指令信号によって増減されるものである。このようにして、モータ１０１を駆動する電圧は、時間の経過と共に徐々に増大するように制御される。図３の時刻ｔ６で慣性体５００の回転速度が一定の速度に達した場合、慣性トルクがゼロとなるため、モータ１０１の駆動トルクは負荷トルクと一致するようになる。このときのモータ１０１の回転速度は、図５の点Ｐ６に対応する回転速度Ｎ６となっている。

交流電圧の供給を遮断する場合、図３及び図４でモータ駆動装置２００の動作に違いがあるため、これらを別々に説明する。
図３及び図６に戻って、時刻ｔ１０で整流器１に対する交流電圧の供給が遮断された場合、整流器１を通じた平滑コンデンサ２への充電は速やかに停止される。この場合、インバータ４への通電が依然としてオンされており、モータ１０１の駆動が継続されているため、Ｐ−Ｎ間電圧Ｅａは低下し始める。時刻ｔ１１でＰ−Ｎ間電圧Ｅａの電圧値が電圧値Ｅ２まで低下したことをＣＰＵ２１１が検出した場合、ＣＰＵ２１１は、ゲート制御回路２１７を介してインバータ４への通電をオフさせる。このときのモータ１０１の回転速度は、図６の点Ｐ１１に対応する回転速度Ｎ１１である。

一方、慣性体５００は慣性によって回転を継続しており、そのときの回転速度に比例した誘起電圧がＰ−Ｎ間電圧Ｅａを越えるときは、インバータ４のダイオードＤ１〜Ｄ６が導通して平滑コンデンサ２を充電する。時刻ｔ１２でＰ−Ｎ間電圧Ｅａの電圧値が電圧値Ｅ３まで上昇したことをＣＰＵ２１１が検出した場合、ＣＰＵ２１１は、ゲート制御回路２１７を介してインバータ４への通電を再びオンさせ、モータ１０１を再度駆動させる。この時、図６においてモータ１０１を駆動する電圧は、図５のＴＮ３と同等であるＴＮ１２に対応する電圧であるため、慣性体５００の回転速度が殆ど低下していないと仮定すれば、モータ１０１は、点Ｐ１２が示す負のトルク、即ち制動トルクを出力する回生制動の状態にある。従って、モータ１０１の回生電力がダイオードＤ１〜Ｄ６を通じて平滑コンデンサ２を充電し続ける。

その後、モータ１０１を駆動する電圧が徐々に増大し、モータ１０１が出力するトルクが制動トルクから駆動トルクへと切り替わった場合、平滑コンデンサ２は充電される状態から放電する状態へと切り替わり、Ｐ−Ｎ間電圧Ｅａは再び低下し始める。時刻ｔ１３でＰ−Ｎ間電圧Ｅａの電圧値が電圧値Ｅ２まで低下したことをＣＰＵ２１１が検出した場合、ＣＰＵ２１１は、ゲート制御回路２１７を介してインバータ４への通電をオフさせる。このときまでにモータ１０１の回転速度は図６の点Ｐ１３に対応する回転速度Ｎ１３速度まで低下している。

以下、同様にして、時刻ｔ１４から時刻ｔ１５まで及び時刻ｔ１６からｔ１７までは、インバータ４への通電がオンされてモータ１０１が駆動されるが、モータ１０１の回転速度及び誘起電圧が徐々に低下するため、その後はＰ−Ｎ間電圧Ｅａの電圧値が電圧値Ｅ２を越えることがなく、インバータ４は通電がオフされたままとなる。そして、時刻ｔ２０において制御電源電圧Ｅｃの電圧値が電圧値Ｅ１１を下回ったときに、制御部２１のパワーオンリセット（低電圧検出リセット）信号がオンとなり、ＣＰＵ２１１は動作を停止する。

このように、交流電圧の供給が遮断された後にもインバータ４への通電を許容する場合は、モータ１０１の駆動が複数回オン／オフされ、その都度、慣性体５００の回転速度は加速及び減速を繰り返す。その際、モータ１０１の駆動トルクを慣性体５００に伝達する減速歯車装置１０２は、バックラッシュを有して噛合する歯車同士が歯打ち音及び振動を発し、場合によっては歯車の破損に至ることもある。

次に、図４に戻って、交流電圧の供給を遮断する場合を中心に説明する。交流電圧の供給を開始する場合についての時刻ｔ０から時刻ｔ６までの動作は、上述した図３の場合と比較して変わるところがない。
時刻ｔ１０で整流器１に対する交流電圧の供給が遮断された場合、図３の場合と同様に、整流器１を通じた平滑コンデンサ２への充電は速やかに停止される。一方、ＣＰＵ２１１は、交流電圧を整流・分圧した検出電圧Ｅｂの低下を監視しており、該検出電圧Ｅｂの電圧値が、交流電圧の電圧値に換算して６０Ｖを下回る状態が１００ｍｓ継続したときに、交流電圧の供給無しを検出するようにしてある。

時刻ｔ１０から約１００ｍｓの経過後にＣＰＵ２１１が交流電圧の供給無しを検出した時（図４では時刻ｔ１０と略同時刻として表示してある）、ＣＰＵ２１１は、Ｐ−Ｎ間電圧Ｅａの電圧値が電圧値Ｅ２まで下降したか否かに拘わらず、ゲート制御回路２１７を介してインバータ４への通電をオフさせ、モータ１０１の駆動を停止させる。この時より、平滑コンデンサ２が与えるＰ−Ｎ間電圧Ｅａは、制御部電源２０及び制御部２１が消費する電流によって低下し始める。

一方、慣性体５００は慣性によって回転を継続しており、モータ１０１の回転速度に比例した誘起電圧がＰ−Ｎ間電圧Ｅａを越えるときは、インバータ４のダイオードＤ１〜Ｄ６が導通して平滑コンデンサ２を充電する。但し、図３の場合とは異なってインバータ４へ通電されることがなく、平滑コンデンサ２が与えるＰ−Ｎ間電圧Ｅａがなだらかに低下するため、前記誘起電圧のうちＰ−Ｎ間電圧Ｅａを越える成分は小さい。従って、平滑コンデンサ２が図３の場合のように急激に充電されることはない。また、たとえＰ−Ｎ間電圧の電圧値が電圧値Ｅ３まで上昇した場合であっても、インバータ４への通電がオンされることはない。

このように、交流電圧の供給が遮断された後にインバータ４への通電を許容しない場合は、モータ１０１が慣性体５００の回転速度を加速することがないため、慣性体５００の回転速度は、負荷トルクによって減速され続ける。これと並行してＰ−Ｎ間電圧Ｅａも低下の一途をたどり、時刻ｔ２０において制御電源電圧Ｅｃの電圧値が電圧値Ｅ１１を下回ったときに、制御部２１のパワーオンリセット（低電圧検出リセット）信号がオンとなり、ＣＰＵ２１１は動作を停止する。その後もモータ１０１の回転速度は低下し続け、モータ１０１は停止に至る。

図７は、インバータ４への通電を制御するＣＰＵ２１１の処理手順を示すメインルーチンのフローチャートであり、図８は、電圧供給判定のサブルーチンに係るＣＰＵ２１１の処理手順を示すフローチャートである。以下の処理は、ＲＯＭ２１２に予め格納されている制御プログラムに従い、図４の時刻ｔ２で制御部２１のパワーオンリセット信号がオフとなった時に実行が開始され、時刻ｔ２０でパワーオンリセット信号がオンとなった時に実行が停止される。

メインルーチンの処理を開始するに際し、ＣＰＵ２１１は、初期化処理を行い（ステップＳ１１）、ＲＡＭ２１３、入出力ポート２１５，２１６、タイマ２１４、ゲート制御回路２１７等の周辺回路を初期化する。その後、ＣＰＵ２１１は、入出力ポート２１５を介して検出電圧Ｅｄの電圧値を取り込み（ステップＳ１２）、取り込んだ電圧値をＰ−Ｎ間電圧Ｅａの電圧値に換算して（ステップＳ１３）、換算した電圧値が電圧値Ｅ３より大きいか否かを判定する（ステップＳ１４）。電圧値Ｅ３より大きくないと判定した場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、ＣＰＵ２１１は、処理をステップＳ１２に戻す。

図４の時刻ｔ３が過ぎ、換算した電圧値が電圧値Ｅ３より大きいと判定した場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１１は、電圧供給判定に係るサブルーチンを呼び出して実行し（ステップＳ１５）、リターン値に「電圧供給有」（「電圧供給有」を意味する値。以下同様）がセットされているか否かを判定する（ステップＳ１６）。前記リターン値に「電圧供給有」がセットされていると判定した場合（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１１は、ゲート制御回路２１７を介してインバータ４への通電をオンさせる（ステップＳ１７）。即ち、交流電圧が供給されている場合にのみインバータ４への通電がオンされる。

次いで、ＣＰＵ２１１は、Ｐ−Ｎ間電圧Ｅａの電圧値が電圧値Ｅ２より小さいか否かを判定する（ステップＳ１８）。電圧値Ｅ２より小さくないと判定した場合（ステップＳ１８：ＮＯ）、ＣＰＵ２１１は、処理をステップＳ１５に戻す。電圧値Ｅ２より小さいと判定した場合（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、又はステップＳ１６で前記リターン値に「電圧供給有」がセットされていないと判定した場合（ステップＳ１６：ＮＯ）、ＣＰＵ２１１は、ゲート制御回路２１７を介してインバータ４への通電をオフさせ（ステップＳ１９）、処理をステップＳ１２に戻す。

このように、交流電圧が供給され、且つＰ−Ｎ間電圧Ｅａの電圧値が電圧値Ｅ２より小さくない場合、ＣＰＵ２１１は、ステップＳ１５，Ｓ１６，Ｓ１７，Ｓ１８を巡回してインバータ４への通電を継続させる。そして、交流電圧が供給されなくなった場合、又はＰ−Ｎ間電圧Ｅａの電圧値が電圧値Ｅ２より小さくなった場合、ＣＰＵ２１１は、ステップＳ１９でインバータ４への通電をオフさせる。その後は、ＣＰＵ２１１がインバータ４への通電をオンさせるステップＳ１７を実行することがないため、インバータ４への通電がオフされ続ける。

図８において、電圧供給判定に係るサブルーチンがメインルーチンから呼び出しされた場合、ＣＰＵ２１１は、タイマＴ１をスタートさせる（ステップＳ２１）。タイマＴ１が計時する時間は、本実施の形態１では１００ｍｓとしているが、これに限定されるものではない。
その後、ＣＰＵ２１１は、入出力ポート２１６を介して検出電圧Ｅｂの電圧値を取り込み（ステップＳ２２）、取り込んだ電圧値が所定の閾値Ｅｔｈより小さいか否かを判定する（ステップＳ２３）。本実施の形態１にあっては、前記閾値Ｅｔｈの値は、整流器１に供給されている交流電圧の電圧値に換算して６０Ｖとなるようにしているが、これに限定されるものではない。

検出電圧Ｅｂの電圧値が前記閾値Ｅｔｈより小さくないと判定した場合（ステップＳ２３：ＮＯ）、ＣＰＵ２１１は、タイマＴ１をストップさせ（ステップＳ２４）、リターン値に「電圧供給有」をセットして（ステップＳ２５）メインルーチンへリターンする。ステップＳ２３で検出電圧Ｅｂの電圧値が前記閾値Ｅｔｈより小さいと判定した場合（ステップＳ２３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１１は、タイマＴ１がタイムアップしたか否かを判定する（ステップＳ２６）。タイムアップしていないと判定した場合（ステップＳ２６：ＮＯ）、ＣＰＵ２１１は、処理をステップＳ２２に戻す。これにより、供給されている交流電圧が瞬間停電した場合に、停電時間がタイマＴ１の計時時間より短いときは、その停電の影響回避できる。

タイマＴ１がタイムアップしたと判定した場合（ステップＳ２６：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１１は、リターン値に「電圧供給無」をセットして（ステップＳ２７）、メインルーチンへリターンする。
このようにして、供給されている交流電圧の電圧値が、６０Ｖを下回る状態が１００ｍｓ継続したときに、交流電圧が供給されていないことが検出されるようになっている。

以上のように、本実施の形態１によれば、インバータに供給された直流電圧を平滑化するコンデンサの電圧値が、電圧値Ｅ２より小さい場合、又はモータ駆動装置に交流電圧が供給されていないことを検出した場合、インバータへの通電をオフさせる。
これにより、モータ駆動装置へ供給される電圧が遮断されている場合は、Ｐ−Ｎ間電圧Ｅａを平滑化する平滑コンデンサがモータの回生電力によって充電される場合であっても、インバータへ通電されることがなく、モータが駆動されることもない。従って、永久磁石モータを停止させる場合に、モータの駆動及び減速が繰り返されることを防止することが可能となる。

また、供給された交流電圧をダイオードが整流してインバータに直流電圧を供給する。
従って、本発明に係るモータ駆動装置の供給電圧を交流とすることが可能となる。

更にまた、供給された交流電圧の電圧値が６０Ｖを下回る状態が１００ｍｓ継続したときに、交流電圧が供給されていないことを検出する。
従って、電圧値が６０Ｖより小さくなる瞬間停電の継続時間が１００ｍｓより短いときは、瞬時停電の前後を通じてインバータへ通電させ続けることが可能となる。

更にまた、本発明に係るモータ駆動装置でブラシレスＤＣモータを駆動し、該ブラシレスＤＣモータの回転を斜歯の歯車を使用した減速歯車装置で減速して慣性体に伝達する。
従って、減速歯車装置を介して慣性体回転させているモータの回転を停止させる場合、歯車の歯打ち音及び振動が低減され、歯車の損耗が抑制されて長寿命化に貢献することが可能となる。

（実施の形態２）
実施の形態１は、Ｐ−Ｎ間電圧Ｅａの電圧値が電圧値Ｅ３より大きいか否かを１回で判定する形態であるのに対し、実施の形態２は、Ｐ−Ｎ間電圧Ｅａの電圧値が電圧値Ｅ３ａを上回る状態が所定時間継続したときに、電圧値Ｅ３ａより大きいと判定する形態である。また、実施の形態１と２とでは、フローチャートにおいて、交流電圧が供給されているか否かを判定するステップとインバータ４への通電をオンさせるステップとの実行順序を逆転させている。

図９は、本発明の実施の形態２に係るモータ駆動装置２００の動作を示す説明図である。図中縦軸は、上から夫々交流電圧の供給の有／無、Ｐ−Ｎ間電圧Ｅａの大きさ、インバータ４への通電（モータ駆動）のオン／オフ、及び制御電源電圧Ｅｃの大きさを表し、横軸は何れも時間（ｔ）を表す。

先ず、交流電圧の供給を開始する場合について、図３の説明と対比させながら説明する。時刻ｔ０から時刻ｔ２までの動作については、図３の場合と同様であるため、その説明を省略する。時刻ｔ３を過ぎ、Ｐ−Ｎ間電圧Ｅａの電圧値が電圧値Ｅ３ａより大きくなった場合、更に時刻ｔ４までその状態が継続したときに、ＣＰＵ２１１は、ゲート制御回路２１７を介してインバータ４への通電をオンさせる。これにより、モータ１０１が始動される。
その後、モータ１０１を駆動する電圧を徐々に上昇させる点については、図３と同様であるため、その説明を省略する。

次に、交流電圧の供給を遮断する場合について説明する。時刻ｔ１０から約１００ｍｓの経過後にＣＰＵ２１１がモータ１０１の駆動を停止させる点については図４と同様であるため、その説明を省略する。この時より、平滑コンデンサ２が与えるＰ−Ｎ間電圧Ｅａは、制御部電源２０及び制御部２１が消費する電流によって低下し始める。

その後、図４の場合と同様に、モータ１０１の回転速度に比例した誘起電圧がＰ−Ｎ間電圧Ｅａを越えるときは、インバータ４のダイオードＤ１〜Ｄ６が導通して平滑コンデンサ２をなだらかに充電する。この間、ＣＰＵ２１１は、Ｐ−Ｎ間電圧Ｅａの電圧値が電圧値Ｅ３ａを上回る状態が所定時間継続したときにインバータ４への通電をオンさせる。但し、前記所定時間は、この条件を満足しないように選択してあるため、ＣＰＵ２１１がインバータ４への通電を再びオンさせることはない。
尚、電圧値Ｅ３ａは、実施の形態１における電圧値Ｅ３と同一であっても異なっていてもよいが、電圧値Ｅ３より大きくしておくことが好ましい。

図１０は、インバータ４への通電を制御するＣＰＵ２１１の処理手順を示すメインルーチンのフローチャートであり、図１１は、Ｅａ電圧判定のサブルーチンに係るＣＰＵ２１１の処理手順を示すフローチャートである。以下の処理は、ＲＯＭ２１２に予め格納されている制御プログラムに従い、図９の時刻ｔ２で制御部２１のパワーオンリセット信号がオフとなった時に実行が開始され、時刻ｔ２０でパワーオンリセット信号がオンとなった時に実行が停止される。

メインルーチンの処理を開始するに際し、ＣＰＵ２１１は、初期化処理を行い（ステップＳ３１）、ＲＡＭ２１３、入出力ポート２１５，２１６、タイマ２１４、ゲート制御回路２１７等の周辺回路を初期化する。その後、ＣＰＵ２１１は、Ｅａ電圧判定に係るサブルーチンを呼び出して実行し（ステップＳ３２）、リターン値に「Ｅａ＞Ｅ３ａ」がセットされているか否かを判定する（ステップＳ３３）。前記リターン値に「Ｅａ＞Ｅ３ａ」がセットされていない判定した場合（ステップＳ３３：ＮＯ）、ＣＰＵ２１１は、処理をステップＳ３２に戻す。

図９の時刻ｔ４が過ぎ、前記リターン値に「Ｅａ＞Ｅ３ａ」がセットされていると判定した場合（ステップＳ３３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１１は、ゲート制御回路２１７を介してインバータ４への通電をオンさせる（ステップＳ３４）。即ち、後述するサブルーチンでＰ−Ｎ間電圧の電圧値が電圧値Ｅ３ａより大きいことを検出した場合にのみインバータ４への通電がオンされる。

次いで、ＣＰＵ２１１は、Ｐ−Ｎ間電圧Ｅａの電圧値が電圧値Ｅ２より小さいか否かを判定する（ステップＳ３５）。電圧値Ｅ２より小さくないと判定した場合（ステップＳ３５：ＮＯ）、ＣＰＵ２１１は、図８に示した電圧供給判定に係るサブルーチンを呼び出して実行し（ステップＳ３６）、リターン値に「電圧供給有」がセットされているか否かを判定する（ステップＳ３７）。前記リターン値に「電圧供給有」がセットされていると判定した場合（ステップＳ３７：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１１は、処理をステップＳ３４に戻す。

前記リターン値に「電圧供給有」がセットされていないと判定した場合（ステップＳ３７：ＮＯ）、又はステップ３５でＰ−Ｎ間電圧Ｅａの電圧値が電圧値Ｅ２より小さいと判定した場合（ステップＳ３５：ＹＥＳ），ＣＰＵ２１１は、ゲート制御回路２１７を介してインバータ４への通電をオフさせ（ステップＳ３８）、処理をステップＳ３２に戻す。

このように、交流電圧が供給され、且つＰ−Ｎ間電圧Ｅａの電圧値が電圧値Ｅ２より小さくない場合、ＣＰＵ２１１は、ステップＳ３４，Ｓ３５，Ｓ３６，Ｓ３７を巡回してインバータ４への通電を継続させる。そして、交流電圧が供給されなくなった場合、又はＰ−Ｎ間電圧Ｅａの電圧値が電圧値Ｅ２より小さくなった場合、ＣＰＵ２１１は、ステップＳ３８でインバータ４への通電をオフさせる。その後は、Ｐ−Ｎ間電圧Ｅａの電圧値が電圧値Ｅ３ａより大きいことが検出されない限り、ＣＰＵ２１１がインバータ４への通電をオンさせるステップＳ３４を実行することがないため、インバータ４への通電がオフされ続ける。

図１１において、Ｅａ電圧判定に係るサブルーチンがメインルーチンから呼び出しされた場合、ＣＰＵ２１１は、タイマＴ２をスタートさせる（ステップＳ４１）。タイマＴ２が計時する時間は、交流電圧の供給を遮断する場合にＰ−Ｎ間電圧Ｅａの電圧値が電圧値Ｅ３ａを上回る状態が継続する時間より長い時間を選択してある。
その後、ＣＰＵ２１１は、入出力ポート２１５を介して検出電圧Ｅｄの電圧値を取り込み（ステップＳ４２）、取り込んだ電圧値をＰ−Ｎ間電圧Ｅａの電圧値に換算して（ステップＳ４３）、換算した電圧値が電圧値Ｅ３ａより大きいか否かを判定する（ステップＳ４４）。

電圧値Ｅ３ａより大きくないと判定した場合（ステップＳ４４：ＮＯ）、ＣＰＵ２１１は、タイマＴ２をストップさせ（ステップＳ４５）、リターン値に「Ｅａ≦Ｅ３ａ」をセットして（ステップＳ４６）メインルーチンへリターンする。電圧値Ｅ３ａより大きいと判定した場合（ステップＳ４４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１１は、タイマＴ２がタイムアップしたか否かを判定し（ステップＳ４７）、タイムアップしていないと判定した場合（ステップＳ４７：ＮＯ）、ＣＰＵ２１１は、処理をステップＳ４２に戻す。

タイムアップしたと判定した場合（ステップＳ４７：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２１１は、リターン値に「Ｅａ＞Ｅ３ａ」をセットして（ステップＳ４８）メインルーチンへリターンする。
このようにして、Ｐ−Ｎ間電圧Ｅａの電圧値が電圧値Ｅ３ａを上回る状態が所定時間継続したときに、Ｐ−Ｎ間電圧Ｅａの電圧値が電圧値Ｅ３ａより大きいと検出されるようになっている。

その他、実施の形態１に対応する箇所には同様の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

以上のように本実施の形態２によれば、インバータへの通電をオフさせている場合、Ｐ−Ｎ間電圧Ｅａの電圧値が電圧値Ｅ３ａを上回る状態が所定の時間継続したときにインバータへの通電をオンさせる。
従って、インバータへの通電をオフさせた後にモータからの回生電力で平滑コンデンサが充電された場合であっても、インバータへ通電されないようにすることが可能となる。

本発明の実施の形態１に係るモータ装置の概略構成を示すブロック図である。 モータ装置の接続を示す回路図である。 交流電圧の供給が遮断された後にもインバータへの通電を許容するモータ駆動装置の動作を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係るモータ駆動装置の動作を示す説明図である。 モータのトルク−回転速度特性を例示したグラフである。 モータのトルク−回転速度特性を例示したグラフである。 インバータへの通電を制御するＣＰＵの処理手順を示すメインルーチンのフローチャートである。 電圧供給判定のサブルーチンに係るＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係るモータ駆動装置の動作を示す説明図である。 インバータへの通電を制御するＣＰＵの処理手順を示すメインルーチンのフローチャートである。 Ｅａ電圧判定のサブルーチンに係るＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。 モータ側及び慣性体側の歯車が噛合する様子を具体的に示す説明図である。

符号の説明

１ 整流器
２ 平滑コンデンサ（直流電圧を平滑化するコンデンサ）
２１ 制御部
２１１ ＣＰＵ（制御手段、検出手段、所定の電圧値より低いか否かを判定する手段、所定の電圧値より高いか否かを判定する手段）
２１２ ＲＯＭ
２１３ ＲＡＭ
２１４ タイマ（計時する手段）
３ 直流電圧検出回路（コンデンサの電圧値を検出する手段）
４ インバータ
５ 交流電圧検出回路（供給された電圧の電圧値を検出する手段、検出手段の一部）
１００ 減速器付モータ
１０１ モータ（永久磁石モータ）
１０２ 減速歯車装置
２００ モータ駆動装置
３００ 開閉器
４００ 交流電源
５００ 慣性体

Claims (5)

1. 交流電圧を整流した直流電圧が供給されて永久磁石モータを駆動するインバータと、該インバータに供給された直流電圧を平滑化するコンデンサと、該コンデンサの電圧値を検出する第１検出手段と、該第１検出手段が検出した電圧値に基づいて前記インバータへ通電させる制御手段とを備えるモータ駆動装置において、
   前記交流電圧が供給されているか否かを検出する第２検出手段と、
   前記第１検出手段が検出した電圧値が第１電圧値より大きいか否かを判定する第１判定手段と、
   前記第１検出手段が検出した電圧値が、第１電圧値以下である第２電圧値より小さいか否かを判定する第２判定手段とを備え、
   前記第１判定手段が、第１電圧値より大きいと判定し、且つ、前記第２検出手段が、前記交流電圧が供給されていることを検出した場合、前記制御手段が前記インバータへの通電を開始させるようにしてあり、
   前記第２判定手段が、第２電圧値より小さいと判定した場合、又は、前記第２検出手段が、前記交流電圧が供給されていないことを検出した場合、前記制御手段が前記インバータへの通電を停止させるようにしてあること
   を特徴とするモータ駆動装置。
2. 交流電圧を整流して前記インバータに直流電圧を供給する整流器を備えることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記交流電圧の電圧値を検出する手段と、
   該手段が検出した電圧値が所定の電圧値より小さいか否かを判定する手段と、
   該手段が小さいと判定する状態が継続する時間を計時する手段とを備え、
   該手段が所定の時間を計時したときに、前記第２検出手段が、前記交流電圧が供給されていないことを検出するようにしてあることを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記インバータへの通電を停止させている場合、前記第１検出手段が検出した電圧値が、前記第２電圧値以上である第３電圧値より大きいか否かを判定する手段と、
   該手段が大きいと判定する状態が継続する時間を計時する手段とを備え、
   該手段が所定の時間を計時したときに、前記制御手段が前記インバータへ通電させるようにしてあること
   を特徴とする請求項１から３までの何れか１項に記載のモータ駆動装置。
5. 請求項１から４までの何れか１項に記載のモータ駆動装置と、
   該モータ駆動装置で駆動される永久磁石モータと、
   該永久磁石モータの回転を、駆動されるべき負荷へ減速して伝達する減速歯車装置と
   を備えることを特徴とするモータ装置。

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