JP5923325B2 - モータ制御装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電力の供給が停止した時にモータに電気的なブレーキを掛けることができるモータ制御装置及びその制御方法に関する。

近年では、モータの回転を停止させる場合に、機械的なブレーキに加えて電気的なブレーキを用いる。たとえば車両を駆動するモータでは、電力回生によって電気的にブレーキを掛ける。また各種制御装置の構成部品を冷却する冷却ファンのモータでは、下記特許文献１に記載されているように、電力の供給が停止した時にモータのコイルを短絡させて電気的にブレーキを掛ける。

特許第４４５１４３１号明細書

しかし、上記の特許文献１に記載されている発明では、電力の供給が停止した時に、電力蓄積装置が蓄積していた電力を用いて、モータのコイルを短絡させる起動装置及び駆動装置を動作させなければならない。電力蓄積装置は、起動装置及び駆動装置という２つの装置を動作させる電力を蓄える必要があるため、電力蓄積装置が備えるコンデンサの容量は必然的に大きくなる。

このため、コンデンサの容量の大きさが、モータ制御装置の小型化の障害になり、また、モータ制御装置のコストダウンの障害にもなる。

本発明は、このような従来の技術の障害を軽減するために成されたものであり、電力の供給が停止した時にモータに電気的なブレーキを掛けることができる、小型化及び低コスト化が可能なモータ制御装置及びその制御方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係るモータ制御装置は、スイッチ群、コンデンサ及び電力供給停止時接続スイッチを備える。

スイッチ群はモータが備える各コイルを電源に接続する。コンデンサは電源から供給される電力を蓄積する。電力供給停止時接続スイッチは電源からの電力の供給が停止した時にコンデンサとスイッチ群を構成する一部のスイッチとを接続する。電力供給停止時接続スイッチの動作によりコンデンサが蓄積している電力でスイッチ群を構成する一部のスイッチを動作させ、一部のスイッチの動作により各コイルを短絡してモータにブレーキを掛ける。スイッチ群を構成する一部のスイッチは、電源又はコンデンサから電力が供給されているときには短絡し電力が供給されなくなると開放するタイプのスイッチである。電力供給停止時接続スイッチは、電源から電力が供給されているときには開放し電力が供給されなくなると短絡するタイプのスイッチである。電力供給停止時接続スイッチは、機械的リレーのＢ接点を前記電源から供給される電力で自己保持させる回路を有し、電源から電力が供給されなくなると自己保持を解除して、Ｂ接点を介して、コンデンサと、スイッチ群を構成する一部のスイッチとを接続する。

上記目的を達成するための本発明に係るモータ制御装置の制御方法は、モータが備える各コイルを電源に接続するスイッチ群と、電源から供給される電力を蓄積するコンデンサと、電源からの電力の供給が停止した時に、コンデンサと、スイッチ群を構成する一部のスイッチとを接続する電力供給停止時接続スイッチと、を有するモータ制御装置の制御方法であって、スイッチ群を構成する一部のスイッチは、電源又はコンデンサから電力が供給されているときには短絡し電力が供給されなくなると開放するタイプのスイッチであり、電力供給停止時接続スイッチは、電源から電力が供給されているときには開放し電力が供給されなくなると短絡するタイプのスイッチであり、電力供給停止時接続スイッチは、機械的リレーのＢ接点を電源から供給される電力で自己保持させる回路を有し、電源から電力が供給されなくなると自己保持を解除して、Ｂ接点を介して、コンデンサと、スイッチ群を構成する一部のスイッチとを接続するものであり、スイッチ群を動作させて各コイルを順番に電源に接続し前記モータを回転させる段階と、電源からの電力の供給が停止した時に、電力供給停止時接続スイッチが動作してコンデンサが蓄積している電力でスイッチ群を構成する一部のスイッチを動作させ、一部のスイッチの動作により各コイルを短絡してモータにブレーキを掛ける段階と、を含む。

本発明によれば、電源からの電力の供給が停止した時にスイッチ群を構成する一部のスイッチを動作させるコンデンサの容量は、前記一部のスイッチを動作させるだけの電力を蓄積できる容量の小さなもので良い。

したがって、モータ制御装置をさらに小型化及び低コスト化することができる。

本実施形態に係るモータ制御装置のブロック図である。 図１のモータ制御装置の動作フローチャートである。

以下に、本発明に係るモータ制御装置及びその制御方法の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。

［モータ制御装置の構成］
図１は、本実施形態に係るモータ制御装置のブロック図である。

モータ制御装置１００が備える第１スイッチ１１、第２スイッチ１２、第３スイッチ１３、第４スイッチ１４、第５スイッチ１５、第６スイッチ１６は、モータが備えるコイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３を電源２０に接続する。第１スイッチ１１、第２スイッチ１２、第３スイッチ１３、第４スイッチ１４、第５スイッチ１５、第６スイッチ１６はスイッチ群を構成する。本実施形態で例示するモータは、各種制御装置の構成部品を冷却する冷却ファンを駆動する、スター結線された３つのコイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３を有する三相モータである。

第１スイッチ１１、第２スイッチ１２、第３スイッチ１３の一端は、ダイオード３６を介して電源２０に接続される。第１スイッチ１１、第２スイッチ１２、第３スイッチ１３のそれぞれの他端は、第４スイッチ１４、第５スイッチ１５、第６スイッチ１６のそれぞれの一端に接続される。第４スイッチ１４、第５スイッチ１５、第６スイッチ１６の他端は接地される。

第１スイッチ１１と第４スイッチ１４を結ぶラインにはコイルＬ１が接続される。第２スイッチ１２と第５スイッチ１５を結ぶラインにはコイルＬ２が接続される。第３スイッチ１３と第６スイッチ１６を結ぶラインにはコイルＬ３が接続される。

第１スイッチ１１、第２スイッチ１２、第３スイッチ１３、第４スイッチ１４、第５スイッチ１５、第６スイッチ１６は、駆動回路３０に接続される。駆動回路３０は、電源２０から電力が供給されているときは、第１スイッチ１１、第２スイッチ１２、第３スイッチ１３、第４スイッチ１４、第５スイッチ１５、第６スイッチ１６のＯＮ、ＯＦＦを個別に制御する。駆動回路３０は、第１スイッチ１１、第２スイッチ１２、第３スイッチ１３、第４スイッチ１４、第５スイッチ１５、第６スイッチ１６を決められた組み合わせ及びタイミングでＯＮ、ＯＦＦさせることによって、コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３を順番に電源２０に接続する。コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３に流れる電流はモータを回転させ、冷却ファンを回転させる。

駆動回路３０は、定電圧回路４０に接続され、定電圧回路４０はダイオード３５を介して電源２０に接続される。定電圧回路４０は電源２０の電圧を定電圧化して駆動回路３０に供給する。

定電圧回路４０はダイオード３７を介して第７スイッチ１７に接続される。ダイオード３７と第７スイッチ１７との間にはコンデンサＣを接続してある。

コンデンサＣは電源２０から電力が供給されているときには定電圧回路４０から供給される電力を蓄積する。コンデンサＣの容量は、第４スイッチ１４、第５スイッチ１５、第６スイッチ１６を一定時間動作させる電力が蓄積できる程度の容量で良い。第４スイッチ１４、第５スイッチ１５、第６スイッチ１６を１秒程度の短時間一斉にＯＮさせるための電力は非常に小さい。したがって、コンデンサＣの容量が小さくて済み、モータ制御装置１００の小型化と低コスト化が可能になる。

第７スイッチ１７は、ダイオード３６を介して電源２０に接続される。第７スイッチ１７はダイオード２４を介して第４スイッチ１４に、ダイオード２５を介して第５スイッチ１５に、ダイオード２６を介して第６スイッチ１６に、それぞれ接続される。第４スイッチ１４、第５スイッチ１５、第６スイッチ１６はスイッチ群を構成する一部のスイッチである。

コンデンサＣは電源２０に接続された定電圧回路４０から供給される電力を蓄積する。第７スイッチ１７は電源２０からの電力の供給が停止した時に、コンデンサＣと第４スイッチ１４、第５スイッチ１５、第６スイッチ１６とを接続する。第７スイッチ１７は電力供給停止時接続スイッチとして機能する。

第４スイッチ１４、第５スイッチ１５、第６スイッチ１６は、半導体で形成されるスイッチであり、電源２０又はコンデンサＣから電力が供給されているときには短絡し電力が供給されなくなると開放するタイプのスイッチである。

第７スイッチ１７は、機械的リレーのＢ接点を電源２０から供給される電力で自己保持させる回路を有する。第７スイッチ１７は電源２０から電力が供給されているときには開放し電力が供給されなくなると短絡するタイプのスイッチである。

したがって、電源２０から電力が供給されているときには、第７スイッチ１７は定電圧回路４０及びコンデンサＣを第４スイッチ１４、第５スイッチ１５、第６スイッチ１６には接続しない。

第７スイッチ１７は、電源２０から電力が供給されなくなると、自己保持を解除してＢ接点を介してコンデンサＣと第４スイッチ１４、第５スイッチ１５、第６スイッチ１６とを接続する。

したがって、電源２０から電力が供給されなくなると、コンデンサＣが蓄積している電力で第４スイッチ１４、第５スイッチ１５、第６スイッチ１６を短時間ではあるが一定の時間動作させ、第４スイッチ１４、第５スイッチ１５、第６スイッチ１６が一斉にＯＮしてコイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３を短絡する。コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３の短絡によってモータにブレーキが掛かり、冷却ファンが急停止する。

［モータ制御装置の動作］
図２は、図１のモータ制御装置の動作フローチャートである。この動作フローチャートは、図１のモータ制御装置の動作を示すとともに、モータ制御装置の制御方法の手順も示す。

まず、電源２０をＯＮすると（ステップＳ１）、電源２０から第７スイッチ１７に電力が供給され、第７スイッチ１７がＯＮし、接点が開いて、定電圧回路４０、ダイオード３７、コンデンサＣを第４スイッチ１４、第５スイッチ１５、第６スイッチ１６に接続する回路を遮断する（ステップＳ２）。

また、電源２０から定電圧回路４０に電力が供給され、定電圧回路４０から一定電圧の電力が駆動回路３０に供給される。駆動回路３０はあらかじめ決められているタイミングで第１スイッチ１１−第６スイッチ１６のＯＮ、ＯＦＦを制御する。

たとえば、第１スイッチ１１と第５スイッチ１５が同一のタイミングでＯＮされ、他の第２スイッチ１２、第３スイッチ１３、第４スイッチ１４、第６スイッチ１６がＯＦＦになっているときには、電源２０からコイルＬ１、Ｌ２に電力が供給されてモータ内で磁界を形成する。また、第２スイッチ１２と第６スイッチ１６が同一のタイミングでＯＮされ、他の第１スイッチ１１、第３スイッチ１３、第４スイッチ１４、第５スイッチ１５がＯＦＦになっているときには、電源２０からコイルＬ２、Ｌ３に電力が供給されてモータ内で磁界を形成する。さらに、第１スイッチ１１と第６スイッチ１６が同一のタイミングでＯＮされ、他の第２スイッチ１２、第３スイッチ１３、第４スイッチ１４、第５スイッチ１５がＯＦＦになっているときには、電源２０からコイルＬ１、Ｌ３に電力が供給されてモータ内で磁界を形成する。上記のように第１スイッチ１１−第６スイッチ１６のＯＮ、ＯＦＦを連続的に制御することでモータが回転する（ステップＳ３）。

電源２０から電力が供給されているときには、定電圧回路４０からコンデンサＣに電力が蓄積される（ステップＳ４）。

電源２０がＯＦＦされるまでは（ステップＳ５：ＮＯ）、ステップＳ２からＳ５の動作が繰り返され、モータが冷却ファンを回転させる。また、コンデンサＣの充電が継続される。

電源２０がＯＦＦされると（ステップＳ５：ＹＥＳ）、定電圧電源回路４０及び駆動回路３０の動作が停止し、第１スイッチ１１−第６スイッチ１６がＯＦＦする。第１スイッチ１１−第６スイッチ１６がＯＦＦしたときには、第１スイッチ１１−第６スイッチ１６は電源２０とコイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３との接続を遮断する（ステップＳ６）。

電源２０がＯＦＦとなったことによって第７スイッチ１７がＯＦＦし、接点が閉じて、第７スイッチ１７はコンデンサＣを第４スイッチ１４、第５スイッチ１５、第６スイッチ１６に接続する回路を形成する（ステップＳ７）。

コンデンサＣと第４スイッチ１４、第５スイッチ１５、第６スイッチ１６が接続されると、コンデンサＣが放電し、コンデンサＣの蓄積していた電力が、ダイオード２４を介して第４スイッチ１４に、ダイオード２５を介して第５スイッチ１５に、ダイオード２６を介して第６スイッチ１６に供給される。（ステップＳ８）。

コンデンサＣの蓄積していた電力によって第４スイッチ１４、第５スイッチ１５、第６スイッチ１６が一時的にＯＮし、コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３を短絡する。第４スイッチ１４、第５スイッチ１５、第６スイッチ１６がＯＮしている時間はコンデンサＣの蓄積していた電力（充電量）によって決まる。コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３が短絡されると、モータの回転によって自己発電していた電流がコイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３に流れ、この電流がブレーキ力を発生させる。このため、モータは電源２０がＯＦＦされると同時に停止する（ステップＳ９）。

このように、本実施形態に係るモータ制御装置及びその制御方法では、たとえば、冷却ファンを活線状態で電源に挿抜する作業をするときに、冷却ファンにフィンガーガードがなくとも、作業者の怪我の発生を防止することができる。

通常は、電源がＯＦＦされてしまうとモータに電気的にブレーキを掛けることが難しい。また、モータに電気的にブレーキを掛けることができる機能を備えていたとしても、電源がＯＦＦしたときに、その機能を働かせるだけの電力が蓄積できる非常に大きな容量のコンデンサが必要となる。

本実施形態では、電源がＯＦＦされたときに無電力で回路を形成できる第７スイッチを設け、第４スイッチ１４、第５スイッチ１５、第６スイッチ１６が一時的にＯＮできるだけの電力を蓄積できる小容量のコンデンサを設けている。このため、上記のように、モータに電気的にブレーキを掛ける駆動回路に電力を供給することなく、ブレーキ機能を発揮せることができる。

したがって、本発明によれば、コンデンサの容量を小さくできた分、モータ制御装置をさらに小型化及び低コスト化することができる。また、ブレーキ機能を発揮させるために必要となる電力は非常に小さくて良いので、省電力化にも貢献できる。

１１ 第１スイッチ（スイッチ群）、
１２ 第２スイッチ（スイッチ群）、
１３ 第３スイッチ（スイッチ群）、
１４ 第４スイッチ（スイッチ群）、
１５ 第５スイッチ（スイッチ群）、
１６ 第６スイッチ（スイッチ群）、
１７ 第７スイッチ（電力供給停止時接続スイッチ）、
２０ 電源、
２４、２５、２６ ダイオード、
３０ 駆動回路、
３５、３６、３７ ダイオード、
４０ 定電圧回路、
１００ モータ制御装置、
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ コイル。

Claims (5)

1. モータが備える各コイルを電源に接続するスイッチ群と、
   前記電源から供給される電力を蓄積するコンデンサと、
   前記電源からの電力の供給が停止した時に前記コンデンサと前記スイッチ群を構成する一部のスイッチとを接続する電力供給停止時接続スイッチと、を有し、
   前記スイッチ群を構成する一部のスイッチは、前記電源又は前記コンデンサから電力が供給されているときには短絡し前記電力が供給されなくなると開放するタイプのスイッチであり、
   前記電力供給停止時接続スイッチは、前記電源から電力が供給されているときには開放し前記電力が供給されなくなると短絡するタイプのスイッチであり、
   前記電力供給停止時接続スイッチは、機械的リレーのＢ接点を前記電源から供給される電力で自己保持させる回路を有し、前記電源から電力が供給されなくなると前記自己保持を解除して、前記Ｂ接点を介して、前記コンデンサと、前記スイッチ群を構成する一部のスイッチとを接続し、
   前記電力供給停止時接続スイッチの動作により前記コンデンサが蓄積している電力で前記スイッチ群を構成する一部のスイッチを動作させ、前記一部のスイッチの動作により前記各コイルを短絡して前記モータにブレーキを掛けることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記電源から電力が供給されているときは、前記スイッチ群の各スイッチを個別に動作させる駆動回路によって前記スイッチ群の動作が制御され、前記スイッチ群の動作により前記各コイルが順番に前記電源に接続されて前記モータを回転させることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記コンデンサの容量は、前記スイッチ群を構成する一部のスイッチを一定時間動作させる電力が蓄積できる容量であることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。
4. 前記モータは、各種制御装置の構成部品を冷却する冷却ファンを駆動するモータであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のモータ制御装置。
5. モータが備える各コイルを電源に接続するスイッチ群と、
   前記電源から供給される電力を蓄積するコンデンサと、
   前記電源からの電力の供給が停止した時に前記コンデンサと前記スイッチ群を構成する一部のスイッチとを接続する電力供給停止時接続スイッチと、を有するモータ制御装置の制御方法であって、
   前記スイッチ群を構成する一部のスイッチは、前記電源又は前記コンデンサから電力が供給されているときには短絡し前記電力が供給されなくなると開放するタイプのスイッチであり、
   前記電力供給停止時接続スイッチは、前記電源から電力が供給されているときには開放し前記電力が供給されなくなると短絡するタイプのスイッチであり、
   前記電力供給停止時接続スイッチは、機械的リレーのＢ接点を前記電源から供給される電力で自己保持させる回路を有し、前記電源から電力が供給されなくなると前記自己保持を解除して、前記Ｂ接点を介して、前記コンデンサと、前記スイッチ群を構成する一部のスイッチとを接続するものであり、
   前記スイッチ群を動作させて前記各コイルを順番に前記電源に接続し前記モータを回転させる段階と、
   前記電源からの電力の供給が停止した時に、前記電力供給停止時接続スイッチが動作して前記コンデンサが蓄積している電力で前記スイッチ群を構成する一部のスイッチを動作させ、前記一部のスイッチの動作により前記各コイルを短絡して前記モータにブレーキを掛ける段階と、
   を含むことを特徴とするモータ制御装置の制御方法。

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