JP6215982B2 - 初期充電部を有するモータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、交流電源から供給された交流電流を直流電流に変換してＤＣリンクへ出力したのちさらにモータ駆動のための交流電流に変換してモータへ供給するモータ駆動装置に関し、特に、ＤＣリンクに設けられた平滑コンデンサを初期充電する初期充電部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を駆動するモータ駆動装置においては、交流電源側から入力された交流電力を直流電力に一旦変換したのちさらに交流電力に変換し、この交流電力を駆動軸ごとに設けられたモータの駆動電力として用いている。このようなモータ駆動装置は、三相交流入力電源のある交流電源側から供給された交流電力を整流して直流電力を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（直流リンク）に接続され、ＤＣリンクの直流電力とモータの駆動電力もしくは回生電力である交流電力とを相互電力変換するインバータ部と、を備え、当該逆変換器の交流出力側に接続されたモータの速度、トルク、もしくは回転子の位置を制御する。インバータ部は、複数の駆動軸に対応してそれぞれ設けられる各モータに個別に駆動電力を供給してモータを駆動制御するために、モータの個数と同数個だけ設けられる。一方、整流回路は、モータ駆動装置のコストや占有スペースを低減する目的で、複数のインバータ部に対して１個が設けられることが多い。

インバータ部の、整流回路が接続されるＤＣリンク側には、平滑コンデンサ（「ＤＣリンクコンデンサ」とも称する。）が設けられている。平滑コンデンサは、順変換器の直流出力の脈動分を抑える機能を有するとともに、直流電力を蓄積し得るものである。平滑コンデンサは、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部による電力変換動作開始前）までに初期充電（「予備充電」とも称される。）しておく必要があるので、このための初期充電部が設けられるのが一般的である（例えば、特許文献１参照。）。

図８は、一般的なモータ駆動装置の構成を示す図である。モータ駆動装置１０００は、商用三相の交流電源３からの交流電力を整流して直流電力を出力する整流回路１１１と、整流回路１１１の直流側であるＤＣリンクに接続され、整流回路１１１から出力された直流電力をモータ２の駆動電力として供給される所望の電圧および所望の周波数の交流電力に変換しまたはモータ２から回生される交流電力を直流電力に変換するインバータ部１１２と、を備え、当該インバータ部１１２の交流側に接続されたモータ２の速度、トルク、もしくは回転子の位置を制御する。

インバータ部１１２は、複数の駆動軸に対応してそれぞれ設けられる各モータ２に個別に駆動電力を供給してモータ２を駆動制御するために、モータ２の個数と同数個、並列接続される。各インバータ部１１２の直流入力側には平滑コンデンサ２２１がそれぞれ設けられる。つまり、平滑コンデンサ２２１は、インバータ部１１２の、整流回路１１１が接続されるＤＣリンク側に位置することになる。なお、図８では一例としてモータ２の個数を３個としており、したがって、インバータ部１１２は３個である。一方、整流回路１１１は、モータ駆動装置１０００のコストや占有スペースを低減する目的で、複数のインバータ部１１２に対して１個が設けられることが多い。

平滑コンデンサ２２１は、モータ駆動装置１０００の起動直後（すなわち開閉部１１６を閉路（オン）した直後）からモータ２の駆動開始前（すなわちインバータ部１１２による電力変換動作開始前）までに初期充電しておく必要がある。平滑コンデンサ２２１にエネルギーが蓄積されていない状態から初期充電が開始された直後は、整流回路１１１に大きな突入電流が流れる。特に平滑コンデンサ２２１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、モータ駆動装置１０００には、整流回路１１１とインバータ部１１２内の平滑コンデンサ２２１との間に、初期充電部１１３が設けられるのが一般的である。例えば図８に示すように、インバータ部１１２が複数並列接続される場合はこれに応じて平滑コンデンサ２２１についても互いに並列接続された関係を有することになるが、整流回路１１１とこれら平滑コンデンサ２２１との間に初期充電部１１３は１個設けられる。

初期充電部１１３は、スイッチ２２２とこのスイッチ２２２に並列接続された充電抵抗２２３とを有する。スイッチ２２２は、モータ駆動装置１０００の起動直後の平滑コンデンサ２２１の初期充電期間中のみ開放（オフ）され、モータ駆動装置１０００がモータ２を駆動する通常動作期間中は閉路（オン）した状態を維持する。スイッチ２２２の例としては、例えばサイリスタがある。より具体的にいえば、モータ駆動装置１０００の起動直後からモータ２の駆動開始前までの初期充電期間中は、スイッチ２２２を開放（オフ）することで、整流回路１１１から出力された直流電流が充電抵抗２２３を通じて平滑コンデンサ２２１に流れ込み、平滑コンデンサ２２１が充電される。そして、平滑コンデンサ２２１が所定の電圧まで充電されると、スイッチ２２２を閉路（オン）して充電抵抗２２３の両端を短絡し、初期充電動作を完了する。この後、インバータ部１１２は電力変換動作を開始してモータ２に駆動電力を供給し、この駆動電力に基づきモータ２が駆動される。

上述のように平滑コンデンサ２２１の初期充電期間中は、スイッチ２２２が開放（オフ）されることで整流回路１１１から出力された直流電力は充電抵抗２２３を流れ、充電抵抗２２３にて熱として消費されるので、初期充電期間中における過大な突入電流の発生は抑制される。ただし、充電抵抗２２３は、溶断に耐え得る熱量として定義される瞬時負荷耐量（以下、単に「負荷耐量」と称する。）を有しており、充電抵抗２２３に電流が流れることにより発生する熱量が負荷耐量を超えると、充電抵抗２２３は溶断してしまう。

初期充電期間中に充電抵抗２２３に流れる直流電流は平滑コンデンサ２２１の静電容量に依存し、充電抵抗２２３に発生する熱量は充電抵抗２２３流れる直流電流に依存するので、モータ駆動装置１０００に設置可能な充電抵抗２２３の負荷耐量は、平滑コンデンサ２２１の最大静電容量に応じて決定される。例えば、平滑コンデンサ２２１の静電容量が大きいシステムの場合には、定格電力の大きな充電抵抗２２３を使用する必要がある。図８に示すようにインバータ部１１２が複数並列接続される場合はこれに応じて複数個の平滑コンデンサ２２１についても互いに並列接続された関係を有することになるが、この場合は全ての平滑コンデンサ２２１の静電容量の合成容量に応じて、充電抵抗２２３の負荷耐量が決定される。したがって設計者は、モータ駆動装置の設計に際し、充電抵抗の負荷耐量と当該負荷耐量の下で設置可能な平滑コンデンサの最大静電容量との関係性を考慮し、平滑コンデンサの最大静電容量に応じて、モータ駆動装置に設置可能な充電抵抗を選定するのが通常である。

特開平６−３１１６３９号公報

平滑コンデンサの静電容量に応じて、モータ駆動装置に設置可能な充電抵抗が選定された場合であっても、何らかの理由により平滑コンデンサを初期充電するのに要する時間が長くなると、充電抵抗に電流が流れることにより発生する熱量が負荷耐量を超えて充電抵抗が溶断してしまう可能性がある。特に、インバータ部が複数並列接続される場合は平滑コンデンサも複数並列接続されることになるが、このような場合は、平滑コンデンサを初期充電するのに要する時間が長くなる傾向があり、充電抵抗が溶断する可能性が高い。

また、上述のように、設計者は、モータ駆動装置の設計に際し、平滑コンデンサの最大静電容量に応じて、モータ駆動装置に設置可能な充電抵抗を選定する。したがって、例えばインバータ部が複数並列接続されて平滑コンデンサも複数並列接続される場合など、平滑コンデンサの最大静電容量が大きくなる場合は、負荷耐量の大きい充電抵抗を選定する必要があるので、モータ駆動装置のコストが増大し大型化する問題がある。

また例えば、その後のメンテナンスや設計変更などを理由に、より静電容量の大きい平滑コンデンサを有するインバータ部に交換したりあるいはさらにインバータ部を追加したりする場合、複数の平滑コンデンサの静電容量の合成容量が、既に用いられている充電抵抗の負荷耐量に応じて決定される平滑コンデンサの最大容量を超えてしまうことがある。この場合も、平滑コンデンサを初期充電するのに要する時間が長くなり、充電抵抗に電流が流れることにより発生する熱量が負荷耐量を超えて充電抵抗が溶断してしまう可能性がある。

従って本発明の目的は、上記問題に鑑み、ＤＣリンクに設けられた平滑コンデンサの初期充電に用いられる初期充電部を確実に保護することができる、小型で低コストのモータ駆動装置を提供することにある。

上記目的を実現するために、本発明においては、モータ駆動装置は、交流電源側から供給された交流電流を整流し、直流側であるＤＣリンクに直流電流を出力する整流回路と、整流回路が接続されるＤＣリンク側に平滑コンデンサを有し、整流回路からの直流電流を変換してモータ駆動のための交流電流を出力するインバータ部と、ＤＣリンクに設けられ、スイッチとスイッチに並列接続された充電抵抗とを有する初期充電部であって、モータ駆動開始前の初期充電期間中、スイッチが開放されることで充電抵抗を介して流れる整流回路からの直流電流により、平滑コンデンサが所定の電圧になるまで初期充電する初期充電部と、充電抵抗の抵抗値と充電抵抗を溶断させる電力量として予め規定された負荷耐量を記憶する記憶部と、整流回路からの直流電流が流れることにより充電抵抗で発生するある時間区間における平均電力量を算出する電力算出部と、初期充電期間中、電力算出部により算出された平均電力量が負荷耐量に達した場合は、整流回路からの直流電流が平滑コンデンサに流入することを遮断し、前記の遮断後、電力算出部により算出された平均電力量が所定の閾値以下になった場合は、整流回路からの直流電流が前記平滑コンデンサに流入するようにする開閉部と、を備える。

また、モータ駆動装置は、ＤＣリンクの直流電圧値を検出する直流電圧検出部をさらに備え、電力算出部は、直流電圧検出部によって検出された直流電圧値と充電抵抗の抵抗値とに基づいて、充電抵抗で発生する平均電力量を算出するようにしてもよい。

また、モータ駆動装置は、ＤＣリンクの直流電流値を検出する直流電流検出部をさらに備え、電力算出部は、直流電流検出部によって検出された電流値と充電抵抗の抵抗値とに基づいて、充電抵抗で発生する平均電力量を算出するようにしてもよい。

また、モータ駆動装置は、整流回路の交流電源側の交流電圧値を検出する交流電圧検出部をさらに備え、電力算出部は、交流電圧検出部によって検出された交流電圧値と充電抵抗の抵抗値と平滑コンデンサの静電容量とに基づいて、充電抵抗で発生する平均電力量を算出するようにしてもよい。

ここで、開閉部は、整流回路の交流電源側の入力端に設けられ、初期充電期間中、電力算出部により算出された平均電力量が負荷耐量に達した場合は、交流電源と整流回路との間の電流経路を開放して交流電源側から整流回路へ供給される交流電流を遮断することで、整流回路からの直流電流が平滑コンデンサに流入することを遮断し、前記の遮断後、電力算出部により算出された平均電力量が所定の閾値以下になった場合は、交流電源と整流回路との間の電流経路を閉路して交流電源側から交流電流が整流回路へ供給されるようにすることで、整流回路からの直流電流が平滑コンデンサに流入するようにしてもよい。

またあるいは、開閉部は、整流回路と初期充電部との間の電流経路上に設けられ、初期充電期間中、電力算出部により算出された平均電力量が負荷耐量に達した場合は、整流回路と初期充電部との間の電流経路を開放することで、整流回路からの直流電流が平滑コンデンサに流入することを遮断し、前記の遮断後、電力算出部により算出された平均電力量が所定の閾値以下になった場合は、整流回路と初期充電部との間の電流経路を閉路することで、整流回路からの直流電流が平滑コンデンサに流入するようにしてもよい。

またあるいは、開閉部は、初期充電部とインバータ部との間の電流経路上に設けられ、初期充電期間中、電力算出部により算出された平均電力量が負荷耐量に達した場合は、初期充電部とインバータ部との間の電流経路を開放することで、整流回路からの直流電流が平滑コンデンサに流入することを遮断し、前記の遮断後、電力算出部により算出された平均電力量が所定の閾値以下になった場合は、初期充電部とインバータ部との間の電流経路を閉路することで、整流回路からの直流電流が平滑コンデンサに流入するようにしてもよい。

ここで、開閉部は、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ようにしてもよい。

本発明によれば、ＤＣリンクに設けられた平滑コンデンサの初期充電に用いられる初期充電部を確実に保護することができる、小型で低コストのモータ駆動装置を実現することができる。

本発明の第１の実施例によるモータ駆動装置の原理ブロック図である。 本発明の第１の実施例によるモータ駆動装置における開閉部の動作の一例を説明する図であって、（Ａ）はスイッチのオンオフ状態を示し、（Ｂ）は電力算出部により算出される平均電力量を示し、（Ｃ）は直流電圧検出部により検出されるＤＣリンクの直流電圧値を示す。 本発明の第１の実施例における直流電圧検出部の一例を示す図である。 本発明の第２の実施例によるモータ駆動装置の原理ブロック図である。 本発明の第３の実施例によるモータ駆動装置の原理ブロック図である。 本発明の第１の実施例によるモータ駆動装置の変形例（その１）の原理ブロック図である。 本発明の第１の実施例によるモータ駆動装置の変形例（その２）の原理ブロック図である。 一般的なモータ駆動装置の構成を示す図である。

図１は、本発明の第１の実施例によるモータ駆動装置の構成を示す図である。モータ駆動装置１の商用三相の交流入力側には交流電源３が接続され、モータ駆動装置１の交流モータ側には三相交流のモータ２が接続される。ここでは３個のモータ２を駆動制御するモータ駆動装置１について説明するが、モータ駆動装置１により駆動制御するモータ２の個数は、本発明を特に限定するものではなく、１個でも複数個でもよい。また、以下で説明する実施例では、モータ駆動装置１に接続される交流電源３および交流モータ２をともに三相としたが、相数は本発明を特に限定するものではなく、例えば単相であってもよい。また、モータ駆動装置１によって駆動されるモータ２の種類についても本発明を特に限定するものではなく、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。

図１に示すように、本発明の第１の実施例によるモータ駆動装置１は、整流回路１１と、平滑コンデンサ２１を有するインバータ部１２と、スイッチ２２と充電抵抗２３とを有する初期充電部１３と、記憶部１４と、電力算出部１５と、開閉部１６と、直流電圧検出部１７とを備える。

整流回路１１は、交流電源３側から供給された交流電流を整流し、直流側であるＤＣリンクに直流電流を出力する。本発明では、用いられる整流回路１１の実施形態は特に限定されず、例えばダイオード整流回路、あるいは内部に半導体スイッチング素子を備えるＰＷＭ制御方式の整流回路などがある。整流回路１１がＰＷＭ制御方式の整流回路である場合は、半導体スイッチング素子およ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る。この場合、半導体スイッチング素子の例としては、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＧＴＯ（Ｇａｔｅ Ｔｕｒｎ−ＯＦＦ ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ：ゲートターンオフサイリスタ）、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発明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。

インバータ部１２は、整流回路１１からの直流電流を変換してモータ駆動のための交流電流を出力する。インバータ部１２は、例えばＰＷＭインバータなどのような、スイッチング素子およ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る。スイッチング素子の例としては、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＧＴＯ（Ｇａｔｅ Ｔｕｒｎ−ＯＦＦ ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ：ゲートターンオフサイリスタ）、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発明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。インバータ部１２は、ＤＣリンク側から供給される直流電力を、上位制御装置（図示せず）から受信したモータ駆動指令に基づき内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、モータ２を駆動するための所望の電圧および所望の周波数の三相交流電力に変換する。モータ２は、供給された電圧可変および周波数可変の三相交流電力に基づいて動作することになる。また、モータ２の減速時には回生電力が発生するが、上位制御装置から受信したモータ駆動指令に基づき、モータ２で発生した交流の回生電力を直流電力へ変換してＤＣリンクへ戻す。インバータ部１２は、整流回路１１が接続されるＤＣリンク側に、平滑コンデンサ２１を有する。

初期充電部１３は、整流回路１１の直流出力側とインバータ部１２の直流入力側を接続するＤＣリンクに設けられ、スイッチ２２とこのスイッチ２２に並列接続された充電抵抗２３とを有する。モータ駆動開始前の初期充電期間中、初期充電部１３は、スイッチ２２が開放されることで充電抵抗２３を介して流れる整流回路１１からの直流電流により、平滑コンデンサ２１が所定の電圧になるまで初期充電する。より具体的にいえば、スイッチ２２は、モータ駆動装置１が起動した後の平滑コンデンサ２１の初期充電期間中のみ開放（オフ）され、モータ駆動装置１がモータ２を駆動する通常動作期間中は閉路（オン）した状態を維持する。スイッチ２２の例としては、例えばサイリスタがある。より具体的にいえば、モータ駆動装置１が起動してからモータ２の駆動を開始する前までの初期充電期間中は、スイッチ２２を開放（オフ）することで、整流回路１１から出力された直流電流が充電抵抗２３を通じて平滑コンデンサ２１に流れ込み、平滑コンデンサ２１が充電される。そして、平滑コンデンサ２１が所定の電圧まで充電されると、スイッチ２２を閉路（オン）して充電抵抗２３の両端を短絡し、初期充電動作を完了する。その後、インバータ部１２は電力変換動作を開始してモータ２に駆動電力を供給し、この駆動電力に基づきモータ２が駆動される。

記憶部１４は、充電抵抗２３を溶断させる熱量（電力量）として予め規定された負荷耐量を記憶する。負荷耐量は、充電抵抗２３が溶断に耐え得る熱量（電力量）として定義されるものであり、充電抵抗２３に電流が流れることにより発生する熱量が負荷耐量を超えると、充電抵抗２３は溶断する。また、記憶部１４は、充電抵抗２３の抵抗値を記憶する。

電力算出部１５は、整流回路１１からの直流電流が流れることにより充電抵抗２３で発生するある時間区間における平均電力量を算出する。平均電力量は例えば単純移動平均（Ｓｉｍｐｌｅ Ｍｏｖｉｎｇ Ａｖｅｒａｇｅ：ＳＭＡ）により算出される。電力算出部１５による平均電力量の算出処理の具体例については後述する。

開閉部１６は、初期充電期間中、電力算出部１５により算出された平均電力量が記憶部１４に記憶された負荷耐量に達した場合は、整流回路１１からの直流電流が平滑コンデンサ２１に流入することを遮断し、この遮断後、電力算出部１５により算出された平均電力量が所定の閾値以下になった場合は整流回路１１からの直流電流が平滑コンデンサ２１に流入するようにする。本発明の第１の実施例では、開閉部１６は、図１に示すように、整流回路１１の交流電源３側の入力端に設けられ、例えば三相の電流経路のうちの二相分を遮断するようにスイッチが構成される。

電力算出部１５により算出された平均電力量が記憶部１４に記憶された負荷耐量に達したか否かおよび所定の閾値以下になったか否かの判別は、開閉部１６内のスイッチ制御部２４によって行われる。スイッチ制御部２４は、判別の結果に応じて、電流経路を閉路もしくは開放する。開閉部１６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。

初期充電期間中、開閉部１６は、電力算出部１５により算出された平均電力量が記憶部１４に記憶された負荷耐量に達した場合は、交流電源３と整流回路１１との間の電流経路を開放して交流電源３側から整流回路１１へ供給される交流電流を遮断する。これにより、整流回路１１には交流電流が流れ込まず、整流動作が行われなくなるので、結果として、整流回路１１から直流電流が平滑コンデンサ２１に流入することはなくなる。また、この遮断後、電力算出部１５により算出された平均電力量が所定の閾値以下になった場合は、開閉部１６は、交流電源３と整流回路１１との間の電流経路を閉路して交流電源３側から交流電流が整流回路１１へ供給されるようにする。これにより、整流回路１１の整流動作により直流電流が出力され、整流回路１１から直流電流が平滑コンデンサ２１に流入し、平滑コンデンサ２１は充電されることになる。

図２は、本発明の第１の実施例によるモータ駆動装置における開閉部の動作の一例を説明する図であって、（Ａ）はスイッチのオンオフ状態を示し、（Ｂ）は電力算出部により算出される平均電力量を示し、（Ｃ）は直流電圧検出部により検出されるＤＣリンクの直流電圧値を示す。例えば図２（Ａ）に示すように時刻０（ゼロ）の初期充電開始時点は開閉部１６のスイッチはオンされて交流電源３と整流回路１１との間の電流経路は閉路されており、整流回路１１の整流動作により直流電流が出力され、整流回路１１から直流電流が平滑コンデンサ２１に流入して平滑コンデンサ２１が充電される。この結果、ＤＣリンクの直流電圧値は上昇する。時刻ｔ₁で電力算出部１５により算出された平均電力量が記憶部１４に記憶された負荷耐量を超えると、スイッチ制御部２４の制御により開閉部１６のスイッチはオフされて交流電源３と整流回路１１との間の電流経路を開放される。この結果、整流回路１１には交流電流が流れ込まなくなり、したがって整流動作が行われなくなるので、充電抵抗２３には直流電流は流れない。遮断後、時刻ｔ₂で電力算出部１５により算出された平均電力量が所定の閾値を下回ると、スイッチ制御部２４の制御により開閉部１６のスイッチはオンされて交流電源３と整流回路１１との間の電流経路が閉路される。この結果、整流回路１１には交流電流が流れ込み、整流回路１１の整流動作により直流電流が出力され、整流回路１１から直流電流が平滑コンデンサ２１に流入して平滑コンデンサ２１が充電される。

なお、本発明の第１の実施例では、開閉部１６を整流回路１１の交流電源３側の入力端に設けたが、この変形例として、開閉部１６を、整流回路１１と初期充電部１３との間の電流経路上に設けてもよく、あるいは、初期充電部１３とインバータ部１２との間の電流経路上に設けてもよい。これらについては後述する。

直流電圧検出部１７は、ＤＣリンクの直流電圧値（すなわち平滑コンデンサ２１の両端に印加される電圧の値）を検出する。図３は、本発明の第１の実施例における直流電圧検出部の一例を示す図である。直流電圧検出部として、例えば絶縁アンプ１７−１を用いる。すなわち、ＤＣリンクの電圧を抵抗で分圧し、絶縁アンプ１７−１に分圧した電圧を入力する。そして、絶縁アンプ１７−１の出力信号からＤＣリンクの直流電圧値を検出する。

ここで、本発明の第１の実施例における電力算出部１５による平均電力量の算出処理について説明する。本発明の第１の実施例では、直流電圧検出部１７によって検出された直流電圧値と記憶部１４に記憶された充電抵抗２３の抵抗値とに基づいて、充電抵抗２３で発生するある時間区間における平均電力量を算出する。

平滑コンデンサ２１の静電容量をＣ、平滑コンデンサ２１に蓄積された電荷量をＱ、時刻ｔにおいて直流電圧検出部１７によって検出された直流電圧値をＶ_dc（ｔ）、時刻ｔにおいて平滑コンデンサ２１に流れる電流ｉ（ｔ）としたとき、時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までの時間区間を微小時間に平滑コンデンサ２１に流れる電流ｉ（ｔ）は式１で表される。

平滑コンデンサ２１と充電抵抗２３とは直列接続されているので、充電抵抗２３に流れる電流は、式１で表される平滑コンデンサ２１に流れる電流ｉ（ｔ）に等しい。よって、時刻Ｔ₁から時刻Ｔ₂までの時間区間において、充電抵抗２３で発生する平均電力量Ｐは式２で表される。

電力算出部１５は、直流電圧検出部１７によって検出された直流電圧値Ｖ_dcと充電抵抗２３の抵抗値Ｒとに基づいて、充電抵抗２３で発生する平均電力量Ｐを式２を用いて算出する。

続いて、本発明の第２の実施例について説明する。本発明の第２の実施例では、充電抵抗で発生する平均電力量を、直流電流検出部によって検出されたＤＣリンクの直流電流値と充電抵抗の抵抗値とに基づいて算出する。

図４は、本発明の第２の実施例によるモータ駆動装置の構成を示す図である。本発明の第２の実施例では、モータ駆動装置１は、ＤＣリンクの直流電流値を検出する直流電流検出部１８をさらに備える。電力算出部１５は、直流電流検出部１８によって検出された直流電流値と記憶部１４に記憶された充電抵抗２３の抵抗値とに基づいて、充電抵抗２３で発生するある時間区間における平均電力量を算出する。

時刻ｔにおいて直流電流検出部１８によって検出された直流電流値をｉ（ｔ）、記憶部１４に記憶された充電抵抗２３の抵抗値をＲとしたとき、時刻Ｔ₁から時刻Ｔ₂までの時間区間において、充電抵抗２３で発生する平均電力量Ｐは式３で表される。

電力算出部１５は、直流電流検出部１８によって検出された直流電圧値Ｉと充電抵抗２３の抵抗値Ｒとに基づいて、充電抵抗２３で発生する平均電力量Ｐを式３に従って算出する。

直流電流検出部１８を、例えばホール素子で構成してもよい。ホール素子によれば、設置した箇所の直流電流を検出することができる。またあるいは、直流電流検出部１８を、充電抵抗２３の両端の直流電圧値を直流電圧検出部（図示せず）にて検出し、検出された直流電圧値を記憶された充電抵抗２３の抵抗値で除算することにより直流電流値を算出するものとして構成してもよい。なお、本発明の第２の実施例において、上述した以外の回路構成要素については図１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。

続いて、本発明の第３の実施例について説明する。本発明の第３の実施例では、充電抵抗で発生するある時間区間における平均電力量を、整流回路の交流電源側の交流電圧値と充電抵抗の抵抗値と平滑コンデンサの静電容量とに基づいて算出する。

図５は、本発明の第３の実施例によるモータ駆動装置の構成を示す図である。本発明の第３の実施例では、モータ駆動装置１は、整流回路１１の交流電源３側の交流電圧値を検出する交流電圧検出部１９をさらに備える。電力算出部１５は、交流電圧検出部１９によって検出された交流電圧値と記憶部１４に記憶された充電抵抗２３の抵抗値と平滑コンデンサ２１の静電容量とに基づいて、充電抵抗２３で発生する平均電力量を算出する。

時刻ｔにおいて交流電圧検出部１９によって検出された交流電圧値（線間電圧）をｖ（ｔ）、線間電圧実効値をＶ、記憶部１４に記憶された充電抵抗２３の抵抗値をＲ、平滑コンデンサ２１の静電容量をＣとしたとき、時刻ｔにおいて充電抵抗２３に印加される電圧ｖ（ｔ）は式４で表される。

よって、時刻ｔにおいて充電抵抗２３で発生する平均電力量Ｐは式５で表される。

電力算出部１５は、交流電圧検出部１９によって検出された交流電圧値ｖと充電抵抗２３の抵抗値Ｒと平滑コンデンサ２１の静電容量Ｃとに基づいて、充電抵抗２３で発生する平均電力量Ｐを式５に従って算出する。なお、本発明の第３の実施例において、上述した以外の回路構成要素については図１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。

上述した第１〜第３の実施例では、開閉部１６を、図１、図４および図５に示すように整流回路１１の交流電源３側の入力端に設けたが、この変形例として、開閉部１６を、整流回路１１と初期充電部１３との間の電流経路上に設けてもよく、あるいは、初期充電部１３とインバータ部１２との間の電流経路上に設けてもよい。これについて、第１の実施例を例にとり説明する。

図６は、本発明の第１の実施例によるモータ駆動装置の変形例（その１）の原理ブロック図である。図６に示すように開閉部１６を整流回路１１と初期充電部１３との間の電流経路上に設ける場合は、開閉部１６は、初期充電期間中、電力算出部１５により算出された平均電力量が負荷耐量に達した場合は、整流回路１１と初期充電部１３との間の電流経路を開放することで、整流回路１１からの直流電流が平滑コンデンサ２１に流入することを遮断する。この遮断後、電力算出部１５により算出された平均電力量が所定の閾値以下になった場合は、開閉部１６は、整流回路１１と初期充電部１３との間の電流経路を閉路することで、整流回路１１からの直流電流が平滑コンデンサ２１に流入するようにする。

図７は、本発明の第１の実施例によるモータ駆動装置の変形例（その２）の原理ブロック図である。図７に示すように開閉部１６を初期充電部１３とインバータ部１２との間の電流経路上に設ける場合は、開閉部１６は、初期充電期間中、電力算出部１５により算出された平均電力量が負荷耐量に達した場合は、初期充電部１３とインバータ部１２との間の電流経路を開放することで、整流回路１１からの直流電流が平滑コンデンサ２１に流入することを遮断する。この遮断後、電力算出部１５により算出された平均電力量が所定の閾値以下になった場合は、開閉部１６は、初期充電部１３とインバータ部１２との間の電流経路を閉路することで、整流回路１１からの直流電流が平滑コンデンサ２１に流入するようにする。

なお、開閉部１６の設置場所に関する変形例として、第１の実施例を例にとり図６および図７を参照して説明したが、第２および第３の実施例も同様に適用可能である。

１ モータ駆動装置
２ モータ
３ 交流電源
１１ 整流回路
１２ インバータ部
１３ 初期充電部
１４ 記憶部
１５ 電力算出部
１６ 開閉部
１７ 直流電圧検出部
１７−１ 絶縁アンプ
１８ 直流電流検出部
１９ 交流電圧検出部
２１ 平滑コンデンサ
２２ スイッチ
２３ 充電抵抗
２４ スイッチ制御部

Claims (8)

1. 交流電源側から供給された交流電流を整流し、直流側であるＤＣリンクに直流電流を出力する整流回路と、
   前記整流回路が接続される前記ＤＣリンク側に平滑コンデンサを有し、前記整流回路からの直流電流を変換してモータ駆動のための交流電流を出力するインバータ部と、
   前記ＤＣリンクに設けられ、スイッチと前記スイッチに並列接続された充電抵抗とを有する初期充電部であって、モータ駆動開始前の初期充電期間中、前記スイッチが開放されることで前記充電抵抗を介して流れる前記整流回路からの直流電流により、前記平滑コンデンサが所定の電圧になるまで初期充電する初期充電部と、
   前記充電抵抗の抵抗値と前記充電抵抗を溶断させる電力量として予め規定された負荷耐量とを記憶する記憶部と、
   前記整流回路からの直流電流が流れることにより前記充電抵抗で発生するある時間区間における平均電力量を算出する電力算出部と、
   前記初期充電期間中、前記電力算出部により算出された平均電力量が前記負荷耐量に達した場合は、前記整流回路からの直流電流が前記平滑コンデンサに流入することを遮断し、前記の遮断後、前記電力算出部により算出された平均電力量が所定の閾値以下になった場合は、前記整流回路からの直流電流が前記平滑コンデンサに流入するようにする開閉部と、
   を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記ＤＣリンクの直流電圧値を検出する直流電圧検出部をさらに備え、
   前記電力算出部は、前記直流電圧検出部によって検出された直流電圧値と前記充電抵抗の抵抗値とに基づいて、前記充電抵抗で発生する平均電力量を算出する請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記ＤＣリンクの直流電流値を検出する直流電流検出部をさらに備え、
   前記電力算出部は、前記直流電流検出部によって検出された直流電流値と前記充電抵抗の抵抗値とに基づいて、前記充電抵抗で発生する平均電力量を算出する請求項１に記載のモータ駆動装置。
4. 前記整流回路の交流電源側の交流電圧値を検出する交流電圧検出部をさらに備え、
   前記電力算出部は、前記交流電圧検出部によって検出された交流電圧値と前記充電抵抗の抵抗値と前記平滑コンデンサの静電容量とに基づいて、前記充電抵抗で発生する平均電力量を算出する請求項１に記載のモータ駆動装置。
5. 前記開閉部は、前記整流回路の交流電源側の入力端に設けられ、
   前記初期充電期間中、前記電力算出部により算出された平均電力量が前記負荷耐量に達した場合は、交流電源と整流回路との間の電流経路を開放して交流電源側から前記整流回路へ供給される交流電流を遮断することで、前記整流回路からの直流電流が前記平滑コンデンサに流入することを遮断し、前記の遮断後、前記電力算出部により算出された平均電力量が前記所定の閾値以下になった場合は、交流電源と整流回路との間の電流経路を閉路して交流電源側から交流電流が前記整流回路へ供給されるようにすることで、前記整流回路からの直流電流が前記平滑コンデンサに流入するようにする請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
6. 前記開閉部は、前記整流回路と前記初期充電部との間の電流経路上に設けられ、
   前記初期充電期間中、前記電力算出部により算出された平均電力量が前記負荷耐量に達した場合は、前記整流回路と前記初期充電部との間の電流経路を開放することで、前記整流回路からの直流電流が前記平滑コンデンサに流入することを遮断し、前記の遮断後、前記電力算出部により算出された平均電力量が前記所定の閾値以下になった場合は、前記整流回路と前記初期充電部との間の電流経路を閉路することで、前記整流回路からの直流電流が前記平滑コンデンサに流入するようにする請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
7. 前記開閉部は、前記初期充電部と前記インバータ部との間の電流経路上に設けられ、
   前記初期充電期間中、前記電力算出部により算出された平均電力量が前記負荷耐量に達した場合は、前記初期充電部と前記インバータ部との間の電流経路を開放することで、前記整流回路からの直流電流が前記平滑コンデンサに流入することを遮断し、前記の遮断後、前記電力算出部により算出された平均電力量が前記所定の閾値以下になった場合は、前記初期充電部と前記インバータ部との間の電流経路を閉路することで、前記整流回路からの直流電流が前記平滑コンデンサに流入するようにする請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
8. 前記開閉部は、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請求項１〜７のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。

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