JP6567223B1 - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

モータ制御装置（２）は、上アームもしくは下アームのいずれか一方に、第１のスイッチング素子を有する上下アームから構成され、交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路（５）と、第２のスイッチング素子および第２のスイッチング素子に直列接続された抵抗を有し、第１のスイッチング素子に並列接続された突入電流抑制回路（４）と、コンバータ回路（５）の出力側においてコンバータ回路（５）と並列接続されたコンデンサ（８）と、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子を制御するための制御回路（７）と、を備える。

Description

本発明は、突入電流を抑制する機能を備えたモータ制御装置に関する。

ビルまたは工場等で非常時の排煙に用いる機械装置は、非常時にだけモータを動作させて排煙を行うことが求められる。一般に、このような機械装置に内蔵されるモータ制御装置には、コンバータとコンバータの出力側にコンデンサを備える電力変換装置が使用される。ここで、電力変換装置を起動するとき、すなわち、交流電源の投入時には突入電流が流れるのを防止するために、突入電流抑制回路を備えていることが多い。

特許文献１に記載の電力変換装置においては、交流電源と電力変換装置のコンバータ回路との間に、互いに直列接続されたダイオードおよび抵抗器から構成された突入電流抑制回路が接続されている。

特開２００１−２３８４５９号公報

しかし、突入電流抑制回路を備えた、特許文献１に記載のモータ制御装置では、非常時以外の待機状態において突入電流抑制回路で通電が継続されるために待機電力が発生してしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、突入電流抑制回路での待機電力の発生を抑制可能なモータ制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、上アームもしくは下アームのいずれか一方に、第１のスイッチング素子を有する上下アームから構成され、交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、第１のスイッチング素子に並列に接続された第２のスイッチング素子と、を備える。さらに、本発明は、コンバータ回路の出力側においてコンバータ回路と並列接続されたコンデンサと、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子を制御するための制御回路と、を備える。さらに、本発明は、制御回路は、平常時には前記第２のスイッチング素子および前記コンバータ回路をオフにし、非常時には前記第２のスイッチング素子および前記コンバータ回路をオンにするよう制御し、かつ第２のスイッチング素子のゲート電圧の振幅を制御することで、第２のスイッチング素子の導通電流を調整する。

本発明にかかるモータ制御装置は、突入電流抑制回路での待機電力の発生を抑制できるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる機械装置の構成を示す図 本発明の実施の形態２にかかる機械装置の構成を示す図 本発明の実施の形態３にかかる機械装置の構成を示す図 本発明の実施の形態４にかかる機械装置の構成を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかるモータ制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる機械装置１の構成を示す図である。機械装置１の具体例は、排煙用の機械装置である。機械装置１は、交流電源から供給された電力を変換するモータ制御装置２と、モータ制御装置２が駆動するモータ３とを備える。すなわち、モータ制御装置２の入力端に三相または単相の交流電源が接続され、モータ制御装置２の出力端にモータ３が接続される。

モータ制御装置２は、突入電流抑制回路４と、交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路５と、直流電力を交流電力に変換してモータ３を駆動するインバータ回路６と、制御回路７と、電解コンデンサである平滑用のコンデンサ８と、コンデンサ８の電圧を計測する電圧計測部３０と、を有する。なお、以下では、コンバータ回路５は三相の交流電力を直流電力に変換するとして説明するが、単相の交流電力を直流電力に変換するものであってもかまわない。

突入電流抑制回路４は、交流電源の電源投入直後にコンデンサ８へ流れる充電時の突入電流を抑制するための回路である。制御回路７は、突入電流抑制回路４、コンバータ回路５およびインバータ回路６を制御する。また、後述するように、制御回路７は、機械装置１の外部に設けられた上位コントローラ１７から、排煙開始が必要であるとの非常信号を受け取ると、突入電流抑制回路４およびコンバータ回路５に制御信号を伝達する。ここで、制御回路７がコンデンサ８の充電完了を判断するために、電圧計測部３０が計測した電圧値を利用する。

次に、モータ制御装置２の回路接続の詳細を説明する。コンバータ回路５の入力端子１０１，１０２，１０３は、交流電源のＲ相，Ｓ相，Ｔ相の各相に対応して設けられている。そして、交流電源のＲ相，Ｓ相，Ｔ相の信号は、入力端子１０１，１０２，１０３にそれぞれ入力される。

ここで、コンバータ回路５は、第１のスイッチング素子であるスイッチング素子１１，１２，１３により構成された上アームと、ダイオード素子１４，１５，１６により構成された下アームを有する。図１において、Ｒ相上下アームは、スイッチング素子１１であるＲ相上アームおよびダイオード素子１４であるＲ相下アームから構成され、Ｒ相上アームとＲ相下アームとは互いに直列接続されており、Ｒ相上アームとＲ相下アームとの電気的接続点に入力端子１０１が接続されている。Ｓ相上下アームおよびＴ相上下アームも同様の構成であり、Ｒ相上下アーム、Ｓ相上下アームおよびＴ相上下アームが互いに並列に接続されて三相上下アームが構成される。

突入電流抑制回路４は、第２のスイッチング素子であるスイッチング素子９と、スイッチング素子９に直列接続された抵抗である抵抗器１０とから構成される。また、突入電流抑制回路４は、交流電源に接続される端子と、コンバータ回路５の正極側出力端子２０１との間に接続される。つまり、コンバータ回路５の上アームのスイッチング素子と並列に突入電流抑制回路４が接続されている。なお、突入電流抑制回路４の一方の端子は、物理的には、正極側出力端子２０１自体ではなく、正極側出力端子２０１と電気的に同電位となる接続点に接続されていればよい。図１では、Ｒ相上アームのスイッチング素子１１と並列に突入電流抑制回路４が接続されているが、Ｓ相上アームのスイッチング素子１２に並列接続されてもよいし、Ｔ相上アームのスイッチング素子１３に並列接続されてもよい。すなわち、Ｒ相に限らず、コンバータ回路５を構成する上アームのスイッチング素子に並列に突入電流抑制回路４が接続されていればよい。コンバータ回路５の正極側出力端子２０１および負極側出力端子２０２には、インバータ回路６の入力端子６１および６２と、平滑用のコンデンサ８の両端子がそれぞれ接続される。すなわち、コンデンサ８は、コンバータ回路５の出力側においてコンバータ回路５と並列接続されている。そして、インバータ回路６の出力端子にモータ３が接続される。

モータ制御装置２においては、交流電源投入直後にコンデンサ８へ流れる突入電流が突入電流抑制回路４により抑制される。そして、コンバータ回路５は、交流電源より入力端子１０１，１０２，１０３に入力される第１の交流電力を直流電力に変換して、当該直流電力を正極側出力端子２０１および負極側出力端子２０２から出力する。インバータ回路６は、コンバータ回路５が正極側出力端子２０１および負極側出力端子２０２に出力した直流電力を第２の交流電力に変換し、第２の交流電力をモータ３に供給する。制御回路７は、インバータ回路６が生成する第２の交流電力の周波数を可変に制御することができる。

制御回路７は、突入電流抑制回路４のスイッチング素子９のゲート電極に制御信号を送信することにより、突入電流抑制回路４の通電を制御する。すなわち、スイッチング素子９をオン動作させる制御信号を送信すれば突入電流抑制回路４は通電状態となり、スイッチング素子９をオフ動作させる制御信号を送信すれば突入電流抑制回路４は電気的に遮断状態となる。例えば、オン動作のための制御としては、スイッチング素子９のゲート電極に制御信号として正電圧を印加すればよく、オフ動作のための制御としては、スイッチング素子９のゲート電極に印加する制御信号をオン動作時の正電圧から０Ｖに変更すればよい。

排煙動作開始時に、突入電流抑制回路４のスイッチング素子９は、制御回路７からオン動作に対応する制御信号を受けて導通する。スイッチング素子９が導通することにより、交流電源とコンデンサ８との間に、スイッチング素子９および抵抗器１０を介した通電経路が形成され、コンデンサ８への充電が可能となり、充電が開始される。

図１においては、スイッチング素子９としてサイリスタ素子を用いた場合を示している。サイリスタ素子は、制御回路７からサイリスタ素子のゲート電極にオフ動作に対応する制御信号が送信されたときからサイリスタ素子の電気特性から定まる導通維持時間を経て遮断状態となる。

制御回路７は、コンバータ回路５を構成する第１のスイッチング素子であるスイッチング素子１１，１２，１３および突入電流抑制回路４を構成する第２のスイッチング素子であるスイッチング素子９を制御対象としている。そして、制御回路７は、平常時において、突入電流抑制回路４およびコンバータ回路５の電気的な導通を遮断する。具体的には、スイッチング素子９，１１，１２，１３は制御信号により電気的な導通を遮断することが可能な素子なので、平常時に制御回路７は、オフ動作のための制御信号をスイッチング素子９，１１，１２，１３のゲート電極に印加している。そして、非常時に上位コントローラ１７から排煙開始が必要であるとの非常信号を受けると、制御回路７は、通電のための制御信号すなわちオン動作のための制御信号をスイッチング素子９，１１，１２，１３のゲート電極に印加する。なお、制御回路７は常時稼働させる必要があるため、図示していないが、モータ制御装置２の内部に制御回路７の専用電源が備えられている。

以下、排煙用の機械装置１に用いられるモータ制御装置２の動作を平常時と非常時とに分けて説明する。

機械装置１が排煙動作を実施しない平常時においては、制御回路７は、突入電流抑制回路４およびコンバータ回路５にオフ動作のための制御信号を出力し、スイッチング素子９およびスイッチング素子１１，１２，１３を遮断状態に制御する。その結果、突入電流抑制回路４およびコンバータ回路５のいずれにも通電経路は形成されず、交流電源からコンデンサ８およびインバータ回路６に通電されない状態になる。

機械装置１が排煙動作を実施する非常時においては、制御回路７は、突入電流抑制回路４にオン動作のための制御信号を出力して、スイッチング素子９を導通状態にして、スイッチング素子９および抵抗器１０を介してコンデンサ８への電流を流す。制御回路７は、電圧計測部３０の計測結果に基づいて、コンデンサ８の充電が完了したと判断した後、コンバータ回路５にオン動作のための制御信号を出力してスイッチング素子１１，１２，１３を導通状態にする。これにより、コンバータ回路５は、入力された交流電圧を直流電圧に変換して出力することが可能となる。このように、コンデンサ８の充電完了後に、コンバータ回路５を介して交流電源からコンデンサ８およびインバータ回路６に通電を行う。

なお 、コンバータ回路５にオン動作のための制御信号を出力してスイッチング素子１１，１２，１３が導通状態になると、突入電流抑制回路４は導通していなくとも交流電源からコンデンサ８およびインバータ回路６に通電可能となるため、スイッチング素子１１，１２，１３が導通状態になった後にスイッチング素子９を遮断状態に制御して突入電流抑制回路４を遮断してもよい。この場合、コンバータ回路５がオン動作している間に突入電流抑制回路４で発生する待機電力をさらに削減することができる。

実施の形態１にかかるモータ制御装置２は、突入電流抑制機能を備えた上で待機電力の削減を図るために、コンバータ回路５の上下アームを構成するスイッチング素子１１，１２，１３に並列に、スイッチング素子９を有する突入電流抑制回路４を備えることとした。その結果、モータ運転開始時はコンバータ回路５のスイッチング素子１１をオフにした状態で突入電流抑制回路４のスイッチング素子９をオンにすることでコンデンサ８への突入電流を抑制でき、モータ非運転時は、コンバータ回路５のスイッチング素子１１，１２，１３と突入電流抑制回路４のスイッチング素子９を両方オフにすることで、コンバータ回路５および突入電流抑制回路４のへの通電が遮断されるので、待機電力の発生を抑制できる。つまり、モータ３を動作させる必要がある時だけ交流電源から突入電流抑制回路４に通電させて、不要なときは突入電流抑制回路４を電気的に遮断することが可能となる。

ここで、実施の形態１にかかるモータ制御装置２を用いない場合、例えば突入電流抑制回路４の抵抗と互いに直列接続された、スイッチング素子ではないダイオードでモータ制御装置が構成されている場合を考える。この場合、モータ非運転時でも突入電流抑制回路４の通電が継続されるため、待機電力発生により部品温度が上昇し、部品の寿命低下につながる。本実施の形態１にかかるモータ制御装置２を用いれば、モータ非運転時に突入電流抑制回路４の待機電力発生を抑制できるため、部品温度上昇を抑制することができる。その結果、部品温度上昇による部品劣化を防ぎ、長寿命化を実現できる。

また、待機電力による電力消費および温度上昇による部品劣化を抑制するために、電源からモータ制御装置へ必要な時にだけ通電させるためには、従来、電磁接触器、すなわちコンタクタと、コンタクタ制御用の上位コントローラを用いる場合があった。この場合、コンタクタへの配線接続の作業のための工数が必要であった。また、コンタクタのための設置スペースも必要になるが、コンタクタは大型であるので設置スペースが増大するという問題点があった。しかし、実施の形態１にかかるモータ制御装置２によれば、コンタクタを用いることなく平常時に通電を遮断することが可能な排煙用の機械装置を構成できることから、工数の削減、小型化および低コスト化が可能となる。

実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２にかかる機械装置１Ａの構成を示す図である。機械装置１Ａの具体例は、排煙用の機械装置である。実施の形態２にかかる機械装置１Ａは、実施の形態１にかかる機械装置１とモータ制御装置の構成が異なる。実施の形態２にかかるモータ制御装置２Ａと、実施の形態１にかかるモータ制御装置２とでは、突入電流抑制回路４の構成が異なる。実施の形態２にかかるモータ制御装置２Ａの突入電流抑制回路４は、スイッチング素子１８に抵抗が内蔵されている。すなわち、実施の形態１の突入電流抑制回路４の抵抗器１０は、本実施の形態２では、スイッチング素子１８のオン抵抗に対応する。それ以外の構成については、実施の形態１と同様であり、同様な構成要素には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

実施の形態２にかかる第２のスイッチング素子であるスイッチング素子１８は、ゲート電圧を指示するゲート信号によって電流を遮断することが可能であると共に、ゲート電圧の値を変化させることによりオン抵抗を調整することができる素子を用いる。図２では、スイッチング素子１８にＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）素子を用いた例を示している。すなわち、本実施の形態２における突入電流抑制回路４は、スイッチング素子１８であるＩＧＢＴと、このＩＧＢＴのオン抵抗で構成される。

以下、排煙用の機械装置１Ａに用いられるモータ制御装置２Ａの動作を平常時と非常時とに分けて説明する。

機械装置１Ａが排煙動作を実施しない平常時においては、制御回路７は、突入電流抑制回路４およびコンバータ回路５にオフ動作のための制御信号を出力し、スイッチング素子１８およびスイッチング素子１１，１２，１３を遮断状態に制御する。その結果、突入電流抑制回路４およびコンバータ回路５のいずれにも通電経路は形成されず、交流電源からコンデンサ８およびインバータ回路６に通電されない状態になる。

機械装置１Ａが排煙動作を実施する非常時においては、制御回路７は、突入電流抑制回路４にオン動作のための制御信号を出力して、スイッチング素子１８を導通状態にする。スイッチング素子１８が導通することにより、交流電源とコンデンサ８との間に、スイッチング素子１８を介した通電経路が形成され、スイッチング素子１８のオン抵抗によって抑制された電流によってコンデンサ８への充電が可能となる。スイッチング素子１８にＩＧＢＴ素子を用いている場合、ＩＧＢＴ素子はゲートに入力される電圧により、オン抵抗が変動する特性を有しているので、ゲート電圧を調整することでコンデンサ８への充電時の突入電流を抑制することが可能である。すなわち、実施の形態２にかかるモータ制御装置２Ａは、実施の形態１に記載のスイッチング素子９と抵抗器１０が直列に接続された構成のモータ制御装置２と同様の突入電流抑制効果を得ることができる。

そして、スイッチング素子１８にＩＧＢＴ素子を用いている場合、制御回路７がゲート電圧をパルス状に出力することにより、ＩＧＢＴ素子を流れる電流もパルス状になるので、平均導通電流を低減することができる。その結果、ＩＧＢＴ素子の温度上昇を抑制することができる。また、ゲート電圧の電圧振幅の大小をＩＧＢＴ素子の電気特性に合わせて調整することによりＩＧＢＴ素子の平均導通電流を調整することができる。その結果、ＩＧＢＴ素子の温度を制御することができる。なお、スイッチング素子１８は、ゲート信号でオン抵抗を調整することが可能であれば、ＩＧＢＴ素子以外の素子を用いてもかまわない。

なお、本実施の形態においては、突入電流抑制回路４をＩＧＢＴ素子のみで構成した場合を開示したが、ＩＧＢＴ素子に直列接続された抵抗を突入電流抑制回路４が備えていてもよいことは言うまでもない。

また、スイッチング素子１８が逆導通することで過電流破壊を起こさないようにするためには、スイッチング素子１８に逆耐圧特性を持たせるか、もしくは、ダイオードを代表とする逆導通を防止できる素子をスイッチング素子１８と直列に接続する必要がある。

以上説明したように、実施の形態２にかかるモータ制御装置２Ａにおいては、交流電源の電源投入直後にコンデンサ８へ流れる突入電流を抑制するための突入電流抑制回路４を構成するスイッチング素子１８のゲート電圧を変化させることによりスイッチング素子１８のオン抵抗を調整することができる。また、ゲート電圧をパルス状に出力することにより温度上昇を抑制したり、ゲート電圧の電圧振幅調整により素子の温度を制御したりすることも可能になる。なお、本実施の形態２には、スイッチング素子１８としてＩＧＢＴ素子を記載したが、スイッチング素子１８はＭＯＳＦＥＴ（Metal−Oxide−Semiconductor Field−Effect Transistor）であってもよい。すなわち、スイッチング素子１８は制御回路７からの制御信号によりオン抵抗の抵抗値が調整されるスイッチング素子であればよい。

実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３にかかる機械装置１Ｂの構成を示す図である。機械装置１Ｂの具体例は、排煙用の機械装置である。実施の形態３にかかる機械装置１Ｂは、実施の形態１にかかる機械装置１とモータ制御装置の構成が異なる。実施の形態３にかかるモータ制御装置２Ｂと、実施の形態１にかかるモータ制御装置２とでは、コンバータ回路の構成、突入電流抑制回路の構成および接続箇所が異なる。モータ制御装置２Ｂでは、コンバータ回路５がコンバータ回路５Ｂへ、突入電流抑制回路４が突入電流抑制回路１９へそれぞれ置き換わっており、それ以外の構成については、実施の形態１と同様であり、同様な構成要素には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

モータ制御装置２Ｂは、突入電流抑制回路１９と、コンバータ回路５Ｂと、インバータ回路６と、制御回路７と、平滑用のコンデンサ８と、電圧計測部３０と、を有する。

コンバータ回路５Ｂは、ダイオード素子２２，２３，２４により構成された上アームと、第１のスイッチング素子であるスイッチング素子２５，２６，２７により構成された下アームを有する。図３において、Ｒ相上下アームは、互いに直列接続されたダイオード素子２２であるＲ相上アームおよびスイッチング素子２５であるＲ相下アームから構成され、Ｒ相上アームとＲ相下アームとの電気的接続点に入力端子１０１が接続されている。Ｓ相上下アームおよびＴ相上下アームも同様の構成であり、Ｒ相上下アーム、Ｓ相上下アームおよびＴ相上下アームが互いに並列に接続されて三相上下アームが構成される。

制御回路７は、突入電流抑制回路１９、コンバータ回路５Ｂおよびインバータ回路６を制御する。また、後述するように、制御回路７は、機械装置１Ｂの外部に設けられた上位コントローラ１７から、排煙開始が必要であるとの非常信号を受け取ると、突入電流抑制回路１９およびコンバータ回路５Ｂに制御信号を伝達する。ここで、制御回路７がコンデンサ８の充電完了を判断するために、電圧計測部３０が計測した電圧値を利用する。

次に、モータ制御装置２Ｂの回路接続の詳細を説明する。コンバータ回路５Ｂの入力端子１０１，１０２，１０３は、交流電源の各相に対応して設けられている。突入電流抑制回路１９は、第２のスイッチング素子であるスイッチング素子２０と、スイッチング素子２０に直列接続された抵抗である抵抗器２１とから構成される。図３においては、スイッチング素子２０をサイリスタ素子で示している。また、突入電流抑制回路１９は、交流電源に接続される端子とコンバータ回路５Ｂの負極側出力端子２０２との間に接続される。つまり、コンバータ回路５Ｂの下アームのスイッチング素子と並列に突入電流抑制回路１９が接続されている。なお、突入電流抑制回路１９の一方の端子は、物理的には、負極側出力端子２０２自体ではなく、負極側出力端子２０２と電気的に同電位となる接続点に接続されていればよい。図３では、Ｔ相下アームのスイッチング素子２７と並列に突入電流抑制回路１９が接続されているが、Ｒ相下アームのスイッチング素子２５に並列接続されてもよいし、Ｓ相下アームのスイッチング素子２６に並列接続されてもよい。すなわち、Ｔ相に限らず、コンバータ回路５Ｂを構成する下アームのスイッチング素子に並列に突入電流抑制回路１９が接続されていればよい。コンバータ回路５Ｂの正極側出力端子２０１および負極側出力端子２０２には、インバータ回路６の入力端子６１および６２と、平滑用のコンデンサ８の両端子がそれぞれ接続される。そして、インバータ回路６の出力端子にモータ３が接続される。

モータ制御装置２Ｂにおいては、交流電源投入直後にコンデンサ８へ流れる突入電流が突入電流抑制回路１９により抑制される。排煙動作開始時に、突入電流抑制回路１９のスイッチング素子２０は、制御回路７からのオン動作に対応する制御信号を受けて導通する。スイッチング素子２０が導通することにより、交流電源とコンデンサ８との間に、スイッチング素子２０および抵抗器２１を介した通電経路が形成され、コンデンサ８への充電が可能となり、充電が開始される。

制御回路７は、コンバータ回路５Ｂを構成する第１のスイッチング素子であるスイッチング素子２５，２６，２７および突入電流抑制回路１９を構成する第２のスイッチング素子であるスイッチング素子２０を制御対象としている。そして、制御回路７は、平常時において、突入電流抑制回路１９およびコンバータ回路５Ｂの電気的な導通を遮断する。具体的には、スイッチング素子２０，２５，２６，２７は制御信号により電気的な導通を遮断することが可能な素子なので、平常時に制御回路７は、オフ動作のための制御信号をスイッチング素子２０，２５，２６，２７のゲート電極に印加している。そして、非常時に上位コントローラ１７から排煙開始が必要であるとの非常信号を受けると、制御回路７は、通電のための制御信号すなわちオン動作のための制御信号をスイッチング素子２０，２５，２６，２７のゲート電極に印加する。

以下、排煙用の機械装置１Ｂに用いられるモータ制御装置２Ｂの動作を平常時と非常時とに分けて説明する。

機械装置１Ｂが排煙動作を実施しない平常時においては、制御回路７は、突入電流抑制回路１９およびコンバータ回路５Ｂにオフ動作のための制御信号を出力し、スイッチング素子２０およびスイッチング素子２５，２６，２７を遮断状態に制御する。その結果、突入電流抑制回路１９およびコンバータ回路５Ｂのいずれにも通電経路は形成されず、交流電源からコンデンサ８およびインバータ回路６に通電されない状態になる。

機械装置１Ｂが排煙動作を実施する非常時においては、制御回路７は、突入電流抑制回路１９にオン動作のための制御信号を出力して、スイッチング素子２０を導通状態にして、スイッチング素子２０および抵抗器２１を介してコンデンサ８への電流を流す。制御回路７は、電圧計測部３０の計測結果に基づいて、コンデンサ８の充電が完了したと判断した後、コンバータ回路５Ｂにオン動作のための制御信号を出力してスイッチング素子２５，２６，２７を導通状態にする。これにより、コンバータ回路５Ｂは、入力された交流電圧を直流電圧に変換して出力することが可能となる。このように、コンデンサ８の充電完了後に、コンバータ回路５Ｂを介して交流電源からコンデンサ８およびインバータ回路６に通電を行う。

以上説明したように、実施の形態３にかかるモータ制御装置２Ｂは、突入電流抑制回路を下アームのスイッチング素子と並列に接続する構成としたことにより、突入電流抑制機能を備えた上で、実施の形態１とは別の小型かつ簡易な構成により交流電源からの通電および電気的遮断が可能となる。

実施の形態４．
図４は、本発明の実施の形態４にかかる機械装置１Ｃの構成を示す図である。機械装置１Ｃの具体例は、排煙用の機械装置である。実施の形態４にかかる機械装置１Ｃは、実施の形態１にかかる機械装置１とモータ制御装置の構成が異なる。実施の形態４にかかるモータ制御装置２Ｃと、実施の形態１にかかるモータ制御装置２とでは、コンバータ回路の構成が異なる。モータ制御装置２Ｃでは、コンバータ回路５がコンバータ回路５Ｃへ置き換わっており、それ以外の構成については、実施の形態１と同様であり、同様な構成要素には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

モータ制御装置２Ｃは、突入電流抑制回路４と、コンバータ回路５Ｃと、インバータ回路６と、制御回路７と、平滑用のコンデンサ８と、電圧計測部３０と、ノイズ対策のための静電容量を有する容量素子２８と、を有する。容量素子２８は、インバータ回路６の入力端子６１とグランドとの間の容量素子およびインバータ回路６の入力端子６２とグランドとの間の容量素子が並列接続された構成である。したがって、容量素子２８はコンデンサ８に接続されている。

制御回路７は、突入電流抑制回路４、コンバータ回路５Ｃおよびインバータ回路６を制御する。また、後述するように、制御回路７は、機械装置１Ｃの外部に設けられた上位コントローラ１７から、排煙開始が必要であるとの非常信号を受け取ると、突入電流抑制回路４およびコンバータ回路５Ｃに制御信号を伝達する。ここで、制御回路７がコンデンサ８の充電完了を判断するために、電圧計測部３０が計測した電圧値を利用する。

次に、モータ制御装置２Ｃの回路接続の詳細を説明する。コンバータ回路５Ｃの入力端子１０１，１０２，１０３は、交流電源の各相に対応して設けられている。また、交流電源のＲ相の信号が入力される入力端子１０１とコンバータ回路５Ｃの正極側出力端子２０１との間に突入電流抑制回路４が接続される。突入電流抑制回路４の交流電源に接続される方の端子は、入力端子１０１に代えて、または入力端子１０１に加えて入力端子１０２，入力端子１０３に接続されていてもかまわない。すなわち、Ｒ相に限らず、交流電源の少なくとも一相に対応する入力端子と正極側出力端子２０１との間に突入電流抑制回路４が接続される。コンバータ回路５Ｃの正極側出力端子２０１および負極側出力端子２０２には、インバータ回路６の入力端子６１および６２と、平滑用のコンデンサ８の両端子がそれぞれ接続される。そして、インバータ回路６の出力端子にモータ３が接続される。突入電流抑制回路４は、互いに直列接続されたスイッチング素子９および抵抗器１０から構成される。

コンバータ回路５Ｃは、第１のスイッチング素子であるスイッチング素子１１，１２，１３により構成された上アームと、第３のスイッチング素子であるスイッチング素子２５，２６，２７により構成された下アームを有する。図４において、Ｒ相上下アームは、互いに直列接続されたスイッチング素子１１であるＲ相上アームおよびスイッチング素子２５であるＲ相下アームから構成され、Ｒ相上アームとＲ相下アームとの電気的接続点に入力端子１０１が接続されている。Ｓ相上下アームおよびＴ相上下アームも同様の構成であり、Ｒ相上下アーム、Ｓ相上下アームおよびＴ相上下アームが互いに並列に接続されて三相上下アームが構成される。

なお、図４においては、Ｒ相上アームのスイッチング素子１１と並列に突入電流抑制回路４が接続されている。ここで、突入電流抑制回路４は、前述したように、入力端子１０１，１０２，１０３の中の少なくとも一つの入力端子と正極側出力端子２０１との間に接続されていればよいので、突入電流抑制回路４は、Ｒ相上アーム、Ｓ相上アームおよびＴ相上アームの中の少なくとも一相の上アームのスイッチング素子と並列接続されればよい。

制御回路７は、コンバータ回路５Ｃを構成する第１、第３のスイッチング素子であるスイッチング素子１１，１２，１３，２５，２６，２７および突入電流抑制回路４を構成する第２のスイッチング素子であるスイッチング素子９を制御対象としている。そして、制御回路７は、平常時において、突入電流抑制回路４およびコンバータ回路５Ｃの電気的な導通を遮断する。具体的には、スイッチング素子９，１１，１２，１３，２５，２６，２７は制御信号により電気的な導通を遮断することが可能な素子なので、平常時に制御回路７は、オフ動作のための制御信号をスイッチング素子９，１１，１２，１３，２５，２６，２７のゲート電極に印加している。そして、非常時に上位コントローラ１７から排煙開始が必要であるとの非常信号を受けると、制御回路７は、通電のための制御信号すなわちオン動作のための制御信号をスイッチング素子９およびスイッチング素子１１，１２，１３，２５，２６，２７のゲート電極に印加する。

ノイズ対策として容量素子２８がコンデンサ８に接続されている場合、交流電源から突入電流抑制回路４、コンデンサ８および容量素子２８を介してグランドに向かう電流経路と、交流電源からコンバータ回路５Ｃの上アーム、コンデンサ８および容量素子２８を介してグランドに向かう電流経路と、交流電源からコンバータ回路５Ｃの下アーム、コンデンサ８および容量素子２８を介してグランドに向かう電流経路と、が存在する。

機械装置１Ｃが排煙動作を実施しない平常時においては、コンデンサ８の電荷が消費されないため、上記した電流経路によりコンデンサ８が充電される可能性がある。モータ３を動作させない平常時にコンデンサ８が充電されて意図していない電圧を有することは、モータ制御装置２Ｃの誤動作または破壊の原因となり得る。したがって、モータ制御装置２Ｃは、平常時においてコンデンサ８が充電されないように動作する必要がある。

以下、排煙用の機械装置１Ｃに用いられるモータ制御装置２Ｃの動作を平常時と非常時とに分けて説明する。

機械装置１Ｃが排煙動作を実施しない平常時においては、制御回路７は、突入電流抑制回路４およびコンバータ回路５Ｃにオフ動作のための制御信号を出力し、スイッチング素子９およびスイッチング素子１１，１２，１３，２５，２６，２７を遮断状態に制御する。その結果、突入電流抑制回路４およびコンバータ回路５Ｃのいずれにも通電経路は形成されず、交流電源からコンデンサ８およびインバータ回路６に通電されない状態になる。

機械装置１Ｃが排煙動作を実施する非常時においては、制御回路７は、突入電流抑制回路４にオン動作のための制御信号を出力して、スイッチング素子９を導通状態にして、スイッチング素子９および抵抗器１０を介してコンデンサ８への電流を流す。制御回路７は、電圧計測部３０の計測結果に基づいて、コンデンサ８の充電が完了したと判断した後、突入電流抑制回路４への制御信号を停止してスイッチング素子９を遮断状態にすると共に、コンバータ回路５Ｃにオン動作のための制御信号を出力してスイッチング素子１１，１２，１３，２５，２６，２７を導通状態にする。これにより、コンバータ回路５Ｃは、入力された交流電圧を直流電圧に変換して出力することが可能となる。このように、コンデンサ８の充電完了後に、コンバータ回路５Ｃを介して交流電源からコンデンサ８およびインバータ回路６に通電を行う。

なお、交流電源とモータ制御装置２Ｃとの間にＡＣリアクトルが接続されている場合、または、コンバータ回路５Ｃに位相制御または力率制御が適用される場合においても、上記した交流電源からコンデンサ８およびインバータ回路６への通電動作は問題なく実施可能である。

また、上記では、モータ制御装置２Ｃにおいて、突入電流抑制回路４が接続されるのは、交流電源の少なくとも一相に対応する入力端子と正極側出力端子２０１との間として説明したが、突入電流抑制回路４をこの箇所に接続しないで、実施の形態３のモータ制御装置２Ｂのように交流電源の少なくとも一相に対応する入力端子と負極側出力端子２０２との間に突入電流抑制回路１９を設ける構成にしてもかまわない。なお、この場合は、突入電流抑制回路１９と並列接続されるスイッチング素子２５，２６，２７を第１のスイッチング素子とし、コンバータ回路５Ｃの残りのスイッチング素子１１，１２，１３を第３のスイッチング素子とする。さらに、上記の突入電流抑制回路４または突入電流抑制回路１９を実施の形態２のようにゲート信号に基づいてオン抵抗が調整できるスイッチング素子１８を用いて構成してもかまわない。

以上説明したように、実施の形態４にかかるモータ制御装置２Ｃによれば、ノイズ対策用の容量素子２８が設けられている場合にも、突入電流抑制機能を備えた上で、小型かつ簡易な構成により交流電源からの通電および電気的遮断が可能となる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 機械装置、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ モータ制御装置、３ モータ、４，１９ 突入電流抑制回路、５，５Ｂ，５Ｃ コンバータ回路、６ インバータ回路、７ 制御回路、８ コンデンサ、９，１１，１２，１３，１８，２０，２５，２６，２７ スイッチング素子、１０，２１ 抵抗器、１４，１５，１６，２２，２３，２４ ダイオード素子、１７ 上位コントローラ、２８ 容量素子、３０ 電圧計測部。

Claims (2)

1. 上アームもしくは下アームのいずれか一方に、第１のスイッチング素子を有する上下アームから構成され、交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、
   前記第１のスイッチング素子に並列に接続された第２のスイッチング素子と、
   前記コンバータ回路の出力側において前記コンバータ回路と並列接続されたコンデンサと、
   前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子を制御するための制御回路と、
   を備え、
   前記制御回路は、平常時には前記第２のスイッチング素子および前記コンバータ回路をオフにし、非常時には前記第２のスイッチング素子および前記コンバータ回路をオンにするよう制御し、かつ前記第２のスイッチング素子のゲート電圧の振幅を制御することで、前記第２のスイッチング素子の導通電流を調整することを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記第２のスイッチング素子と直列に抵抗を接続したことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。

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