JP6622764B2 - モータの駆動制御装置およびモータの駆動制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータの駆動制御装置およびモータの駆動制御方法に関する。

従来、三相ブラシレスモータを例えばファンモータ用途として動作させる際に、回転停止指令を受信してから、もしくは電源供給が停止されてから回転を停止させるまでに、駆動ブリッジ回路を電気的に短絡することで、各モータコイル間を短絡する技術が一般的に使用されている。このように、各モータコイル間を短絡し、モータコイルに発生する逆起電力を短絡することで、回生ブレーキによってモータの回転を素早く停止させることができる。

その際、各モータコイル間を短絡するためには、短絡させるためのシステムを動作させるための電源供給が必要である。そのため、例えば電源シャットダウン時の制動動作においては、電源ラインの残存電荷量により制動時間が左右される。また、電源無供給時のウインドミル（外風による羽根の強制回転）現象発生時の回転抑制には機能が不足した状態となっている。

上記の課題に対して、電源供給が停止された後に、制動状態を確保して、少しでも早くモータを停止させる制動装置が知られている。

電動機の制動装置として、例えば、電動機の電源供給路に、発電制動により電動機を強制停止させるための短絡回路を設けた装置がある（例えば、特許文献１参照）。かかる装置の短絡回路には、無電圧状態で導通して短絡回路を短絡させる静電誘導型トランジスタが配備される。

また、他の制動装置として、例えばスイッチング素子によりモータを駆動制御するモータ駆動回路において、整流回路と当該整流回路に接続されたエネルギー消費手段とを備えるモータのダイナミックブレーキ装置がある（例えば、特許文献２参照）。かかる装置では、整流回路がスイッチング素子をオフした時にモータの動力線に発生する逆起電力を整流し、整流回路が整流した逆起電力をエネルギー消費手段が消費することでモータを停止する。

また、電動モータの電磁コイルに接続された整流回路と、スイッチ回路とを備える電動モータの電源遮断制御回路がある（例えば、特許文献３参照）。かかる電源遮断制御回路のスイッチ回路は、電磁コイルと整流回路とともに閉回路を形成するとともに、電動モータに対して電源が供給されている時には導通せず、電源供給が遮断された時に導通する。

特開平１−１３３５８３号公報 特開平１−２０９９７３号公報 特開２０１０−２８９９７号公報

上述した従来の電動機の制動装置は、静電誘導型トランジスタの導通状態を制御するために、フォトカプラで構成されたスイッチ素子を用いており、フローティング回路構成を必要とする。また、かかる装置は、静電誘導型トランジスタを機能させるためにバッテリーを必要とする。さらに、発電制動を行うには、モータ駆動用電源供給遮断時でも制御回路が電源供給を受けて動作することが前提となっている。

また、上述した従来のダイナミックブレーキ装置では、停電時又は非常時にダイナミックブレーキをかけるためのトランジスタをオンさせるために、フォトカプラによるフローティング回路構成を必要とする。

また、上述した電源遮断制御回路は、ブリッジ回路に接続される全波整流回路を必要とする。また、かかる回路は、電源供給遮断時にモータを発電ブレーキとして機能させるために、光学アイソレータによるフローティング回路構成を必要とする。

このように、上述した従来の制動装置は、いずれも簡素な回路構成とはいえない。また、従来の制動装置では、制動のための外部信号や電源が必要な構成となっており、実用的には高価になる等の課題が存在する。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡素な回路構成で、完全自立型無電源制動を実現することができるモータの駆動制御装置及びモータの駆動制御方法を提供す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、本発明の一態様に係るモータの駆動制御装置は、モータの３相のコイルに選択的に通電するモータ駆動部と、前記モータ駆動部に駆動制御信号を出力することによって、前記モータ駆動部により通電させる前記３相のコイルの通電相を所定の順序で切り替えるモータ制御部と、制動制御信号を出力する制動制御部と、前記３相のコイルのうちの２相のコイル間に接続され、短絡信号に応じて当該２相のコイル間を短絡する相間短絡部と、前記３相のコイルのうちの前記２相のコイルとは異なる１相のコイルと前記相間短絡部との間に接続され、前記制動制御信号が入力されると前記短絡信号を前記相間短絡部に出力する短絡信号出力部と、を備える。

本発明の一態様によれば、簡素な回路構成で、完全自立型無電源制動を実現することができる。

図１は、実施形態に係るモータ駆動制御装置の回路構成の一例を示すブロック図である。 図２は、実施形態に係るモータ駆動制御装置の動作モードを説明する図である。 図３は、実施形態に係るモータ駆動制御装置の動作手順の一例について説明するフローチャート（１）である。 図４は、実施形態に係るモータ駆動制御装置の動作手順の一例について説明するフローチャート（２）である。 図５は、実施形態に係るモータ駆動制御装置の動作手順の一例について説明するフローチャート（３）である。 図６は、実施形態に係るモータ駆動制御装置による制動動作の効果について説明するための図（１）である。 図７は、実施形態に係るモータ駆動制御装置による制動動作の効果について説明するための図（２）である。 図８は、実施形態に係るモータ駆動制御装置による制動動作の効果について説明するための図（３）である。 図９は、実施形態に係る相間短絡部の変形例を示す図である。 図１０は、実施形態に係る制動制御部の変形例を示す図である。

以下、実施形態に係るモータの駆動制御装置及びモータの駆動制御方法について図面を参照して説明する。

（実施形態）
図１は、実施形態に係るモータ駆動制御装置の回路構成の一例を示すブロック図である。

図１に示されるように、実施形態に係るモータ駆動制御装置１は、モータ駆動部１０と、モータ制御部２０と、制動制御部３０と、相間短絡部４０と、短絡信号出力部５０とを有する。なお、図１に示されるモータ駆動制御装置１の構成要素は、全体の一部であり、モータ駆動制御装置１は、図１に示されたものに加えて、他の構成要素を備えていてもよい。

モータ駆動制御装置１は、その全部がパッケージ化された集積回路装置（ＩＣ）であってもよく、あるいは、モータ駆動制御装置１の一部が１つの集積回路装置としてパッケージ化されていてもよいし、他の装置と一緒にモータ駆動制御装置１の全部又は一部がパッケージ化されて１つの集積回路装置が構成されていてもよい。

モータ駆動部１０は、モータ３の３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに選択的に通電する。モータ制御部２０は、モータ駆動部１０に駆動制御信号を出力することによって、モータ駆動部１０により通電させる３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗの通電相を所定の順序で切り替える。

また、制動制御部３０は、制動制御信号を出力する。相間短絡部４０は、３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのうちの２相のコイル（図１ではコイルＬｕ、Ｌｖ）間に接続され、短絡信号に応じて当該２相のコイルＬｕ、Ｌｖ間を短絡する。短絡信号出力部５０は、３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのうちの２相のコイルＬｕ、Ｌｖとは異なる１相のコイルＬｗと相間短絡部４０との間に接続され、制動制御信号が入力されると短絡信号を相間短絡部４０に出力する。

以上のように、実施形態に係るモータ駆動制御装置１は、モータの３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに選択的に通電するモータ駆動部１０と、モータ駆動部１０に駆動制御信号を出力することによって、モータ駆動部１０により通電させる３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗの通電相を所定の順序で切り替えるモータ制御部２０と、制動制御信号を出力する制動制御部３０と、３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのうちの２相のコイルＬｕ、Ｌｖ間に接続され、短絡信号に応じて２相のコイルＬｕ、Ｌｖ間を短絡する相間短絡部４０と、３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのうちの２相のコイルＬｕ、Ｌｖとは異なる１相のコイルＬｗと相間短絡部４０との間に接続され、制動制御信号が入力されると短絡信号を相間短絡部４０に出力する短絡信号出力部５０とを備えている。また、実施形態に係るモータの駆動制御方法においては、モータ駆動部１０によって、モータ３の３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに選択的に通電し、モータ制御部２０によって、モータ駆動部１０に駆動制御信号を出力することにより、モータ駆動部１０により通電させる３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗの通電相を所定の順序で切り替え、制動制御部３０によって、制動制御信号を出力し、３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのうちの２相のコイルＬｕ、Ｌｖ間に接続された相間短絡部４０によって、短絡信号に応じて２相のコイルＬｕ、Ｌｖ間を短絡し、３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのうちの２相のコイルＬｕ、Ｌｖとは異なる１相のコイルＬｗと相間短絡部４０との間に接続された短絡信号出力部５０によって、制動制御信号が入力されると短絡信号を相間短絡部４０に出力する。

これにより、モータ駆動制御装置１は、フローティング回路構成を必要とせず簡易な構成でモータの回転を制動することができる。また、モータ駆動制御装置１の短絡信号出力部５０は、１相のコイルＬｖに発生する逆起電力を用いて短絡信号を出力することができるため、モータ駆動制御装置１は完全自立型無電源制動を実現することができる。

以下、実施形態に係るモータ駆動制御装置１の詳細について説明する。モータ駆動制御装置１は、モータ３を例えば正弦波駆動により駆動させるように構成される。また、モータ駆動制御装置１は、モータ３の回転を制動する。

実施形態において、モータ３は、例えば３相のブラシレスモータであり、例えば図示しないファンなどを回転させるファンモータである。モータ駆動制御装置１は、モータ３の電機子のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに正弦波状の駆動電流を流すことで、モータ３を回転させる。また、モータ駆動制御装置１は、モータ３の回転を停止すると判定した場合、あるいは、電源２からの電力供給遮断時に、モータ３の回転を制動する。

モータ駆動部１０は、モータ制御部２０から出力される駆動制御信号に基づいてモータ３に駆動信号を出力し、モータ３が備える電機子のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに通電するインバータ回路である。モータ駆動部１０は、例えば電源２の両端に設けられた２つのスイッチ素子の直列回路の対（スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２の対、スイッチ素子Ｑ３、Ｑ４の対、およびスイッチ素子Ｑ５、Ｑ６の対）が、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに対してそれぞれ配置されて構成される。なお、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ６は、本実施形態では、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）である。２つのスイッチ素子の各対において、スイッチ素子同士の接続点が出力端となり、その出力端に、モータ３の各相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗにつながる端子が接続されている。具体的には、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２同士の接続点が、Ｕ相のコイルＬｕの端子につながる出力端である。また、スイッチ素子Ｑ３、Ｑ４同士の接続点が、Ｖ相のコイルＬｖの端子につながる出力端である。また、スイッチ素子Ｑ５、Ｑ６同士の接続点が、Ｗ相のコイルＬｗの端子につながる出力端である。

モータ制御部２０は、例えばマイコンで構成されており、モータ駆動制御装置１の各部を制御する。モータ制御部２０は、モータ駆動制御部２１と、モータ制動指令部２２とを有する。

モータ駆動制御部２１は、モータ駆動部１０を駆動するための駆動制御信号を生成し、モータ駆動部１０に出力する。生成される駆動制御信号としては、例えば、モータ駆動部１０のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ６のそれぞれに対応するＶｕｕ、Ｖｕｌ、Ｖｖｕ、Ｖｖｌ、ＶｗｕおよびＶｗｌである。具体的には、スイッチ素子Ｑ１には駆動制御信号Ｖｕｕが出力され、スイッチ素子Ｑ２には駆動制御信号Ｖｕｌが出力される。また、スイッチ素子Ｑ３には駆動制御信号Ｖｖｕが出力され、スイッチ素子Ｑ４には駆動制御信号Ｖｖｌが出力される。また、スイッチ素子Ｑ５には駆動制御信号Ｖｗｕが出力され、スイッチ素子Ｑ６には駆動制御信号Ｖｗｌが出力される。これらの駆動制御信号が出力されることで、それぞれの駆動制御信号に対応するスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ６がオン、オフ動作を行い、モータ３に駆動信号が出力されてモータ３の各相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに電力が供給される。モータ３の回転を停止させるときには、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ６はいずれもオフにされる。例えば、モータ駆動制御部２１は、モータ制動指令部２２によってモータ３の回転を制動する制動指令信号が出力される場合、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ６をいずれもオフする。

モータ制動指令部２２は、制動制御部３０がモータ３の回転を制動するための制動指令信号を生成し、制動制御部３０に出力する。モータ制動指令部２２は、例えばモータ３の回転を制動する場合にＬｏｗ信号である制動指令信号を生成し、例えば、モータ３の回転を制動しない場合に、Ｈｉｇｈ信号である非制動指令信号を生成する。なお、生成される制動指令信号が、Ｈｉｇｈ信号であり、非制動指令信号がＬｏｗ信号であってもよい。

制動制御部３０は、短絡信号出力部５０に制動制御信号を出力する。制動制御信号は、コイルＬｕ、Ｌｖ間を短絡する場合に出力される信号であり、後述するように制動制御信号が短絡信号出力部５０に出力されることで、短絡信号が短絡信号出力部５０から相間短絡部４０に出力され、相間短絡部４０がコイルＬｕ、Ｌｖ間を短絡する。

制動制御部３０は、モータ制動指令部２２がモータ３の回転を制動する制動指令信号を出力した場合、又は、電源２からの電力供給が遮断された場合に、制動制御信号を出力する。

例えば、モータ制動指令部２２は、モータ駆動制御部２１がモータ３の駆動を停止した場合に制動指令信号を出力する。モータ駆動制御部２１がモータ３の駆動を停止しても、モータ３は慣性によって回転し続ける。そこで、モータ制動指令部２２は、慣性による回転を素早く停止させるために、制動指令信号を出力する。

モータ制動指令部２２が制動指令信号を出力すると、制動制御部３０は、モータ３の慣性による回転で発生する逆起電力を検知し、検知した逆起電力を用いて制動制御信号を出力する。

また、モータ３の回転駆動中に電源２からの電力供給が遮断されると、モータ駆動部１０から駆動信号が出力されなくなるが、モータ３は慣性によって回転し続ける。そこで、制動制御部３０は、慣性による回転を素早く停止させるために、逆起電力を検知し、検知した逆起電力を用いて制動制御信号を出力する。

あるいは、モータ３の回転が停止しており、かつ電源２からの電力供給が遮断された状態で、例えば外風によってファンが回転するなど、外力によるモータ３が回転することでもコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに逆起電力が発生する。制動制御部３０は、外力によるモータ３の回転を抑制するために、電力供給の遮断と外力によって発生した逆起電力とを検知し、検知した逆起電力を用いて制動制御信号を出力することにより、モータ３の回転を制動する。

制動制御部３０は、電源遮断検知回路４１と、逆起電力検知回路４２と、第１の制動制御回路４３と、第２の制動制御回路４４とを有する。詳細は後述するが、制動制御部３０は、モータ駆動部１０によるモータ３の駆動中に、電源遮断検知回路４１が電力供給の遮断を検知すると、制動制御信号を出力する。また、制動制御部３０は、モータ駆動部１０によるモータ３の駆動停止中に、電源遮断検知回路４１が電力供給の遮断を検知するとともに、コイルＬｗ（１相のコイルの一例）に発生した逆起電力を検知すると、制動制御信号を出力する。

電源遮断検知回路４１は、電源２からの電力供給の遮断を検知する。電源遮断検知回路４１は、電源２と並列に接続された抵抗素子Ｒ１、Ｒ２の直列回路と、直列回路と第１の制動制御回路４３との間に配置される抵抗素子Ｒ３とを有する。電源２の電源電圧は、抵抗素子Ｒ１、Ｒ２の抵抗値に応じて分圧される。電源遮断検知回路４１は、分圧された電圧値に応じた電源検知信号（Ｈｉｇｈ信号）を第１の制動制御回路４３に出力する。なお、電源２からの電力供給が遮断されると電源電圧値がゼロとなるため、電源遮断検知回路４１は、電源遮断を示す遮断検知信号（Ｌｏｗ信号）を出力する。

第１の制動制御回路４３は、電源遮断検知回路４１による電源２からの電力供給の遮断の検知結果、又は、モータ制動指令部２２が出力する制動指令信号、非制動指令信号に応じて、モータ３の制動、非制動を切り替える。

第１の制動制御回路４３は、スイッチ素子ＳＷ１と、第１、第２ダイオード素子Ｄ１、Ｄ２とを有する。スイッチ素子ＳＷ１は、本実施形態では、トランジスタであり、スイッチ素子ＳＷ１の一端は抵抗素子Ｒ５を介して電源２に接続され、他端は抵抗素子Ｒ６を介してグランドに接地される。また、スイッチ素子ＳＷ１の一端は、第２の制動制御回路４４に接続される。第１ダイオード素子Ｄ１は、アノードが電源遮断検知回路４１に、カソードがスイッチ素子ＳＷ１の制御端子に接続される。第２ダイオード素子Ｄ２は、アノードがスイッチ素子ＳＷ１の制御端子に接続され、カソードがモータ制動指令部２２に接続される。

例えば、電源２が遮断されておらず、電源遮断検知回路４１が電源検知信号（Ｈｉｇｈ信号）を出力している場合、第１ダイオード素子Ｄ１はオンとなる。このとき、モータ制動指令部２２がモータ３の回転を制動しない非制動指令信号（Ｈｉｇｈ信号）を出力していると、第２ダイオード素子Ｄ２はオフとなるため、電源検知信号が第１ダイオード素子Ｄ１を通ってスイッチ素子ＳＷ１の制御端子に入力され、スイッチ素子ＳＷ１がオンされる。

一方、電源遮断検知回路４１が電源検知信号を出力している場合であっても、モータ制動指令部２２がモータ３の回転を制動する制動指令信号（Ｌｏｗ信号）を出力すると、第２ダイオード素子Ｄ２がオンとなり、電源検知信号が第２ダイオード素子Ｄ２側に流れ、スイッチ素子ＳＷ１の制御端子には入力されない。そのため、スイッチ素子ＳＷ１はオフとなる。

また、電源遮断検知回路４１が遮断検知信号（Ｌｏｗ信号）を出力する場合、モータ制動指令部２２の出力によらず、第１ダイオード素子Ｄ１には電流が流れないため、スイッチ素子ＳＷ１の制御端子に電流が入力されず、スイッチ素子ＳＷ１はオフとなる。

なお、詳細は後述するが、第１の制動制御回路４３のスイッチ素子ＳＷ１がオフの場合、第２の制動制御回路４４は、逆起電力検知回路４２の検知結果に応じて制動制御信号を出力する。一方、第１の制動制御回路４３のスイッチ素子ＳＷ１がオンの場合、第２の制動制御回路４４は、逆起電力検知回路４２の検知結果によらず制動制御信号を出力しない。第１の制動制御回路４３は、スイッチ素子ＳＷ１のオフ／オンを切り替えることで、第２の制動制御回路４４の出力を制御し、モータ３の制動／非制動を切り替える。

逆起電力検知回路４２は、コイルＬｗに発生する逆起電力を検知する。逆起電力検知回路４２は、抵抗素子Ｒ４と抵抗素子Ｒ７とを有する。コイルＬｗに逆起電力が発生すると、コイルＬｗに電流Ｉｗが流れる。電流Ｉｗは、逆起電力検知回路４２の抵抗素子Ｒ４に流れ、抵抗素子Ｒ４の両端に電流Ｉｗの大きさと抵抗素子Ｒ４の抵抗値に応じた電圧が発生し、スイッチ素子ＳＷ２のコレクタに印加される。また、抵抗素子Ｒ７を介してスイッチ素子ＳＷ２の制御端子に電圧が印加される。これらが逆起電力を検知する動作となり、その結果、スイッチ素子ＳＷ２がオンする。

第２の制動制御回路４４は、第１の制動制御回路４３がモータ３の非制動から制動に切り替えている場合に、コイルＬｗに逆起電力が発生すると、発生した逆起電力を用いて制動制御信号を出力する。第２の制動制御回路４４は、スイッチ素子ＳＷ２を有する。

スイッチ素子ＳＷ２は、本実施形態では、トランジスタであり、逆起電力検知回路４２と短絡信号出力部５０との間に設けられる。スイッチ素子ＳＷ２の制御端子は、第１の制動制御回路４３に接続されるとともに、抵抗素子Ｒ７を介してコイルＬｗに接続される。

第１の制動制御回路４３のスイッチ素子ＳＷ１がオフ、すなわち電源２からの電力供給が遮断されている、又は、モータ制動指令部２２が制動指令信号を出力している場合に、逆起電力検知回路４２がコイルＬｗに発生した逆起電力を検知したとする。この場合、コイルＬｗに流れる電流Ｉｗがスイッチ素子ＳＷ２に流れ、スイッチ素子ＳＷ２がオンする。これにより、制動制御信号が第２の制動制御回路４４から短絡信号出力部５０に出力される。

一方、第１の制動制御回路４３のスイッチ素子ＳＷ１がオン、すなわち電源２から電力が供給されており、モータ制動指令部２２が非制動指令信号を出力している場合、逆起電力検知回路４２がコイルＬｗに発生した逆起電力を検知したとしても、コイルＬｗに流れる電流は、第２の制動制御回路４４を介して第１の制動制御回路４３のスイッチ素子ＳＷ１に流れる。そのため、電流Ｉｗがスイッチ素子ＳＷ２の制御端子には入力されず、スイッチ素子ＳＷ２はオフとなる。したがって、制動制御信号は第２の制動制御回路４４から短絡信号出力部５０には出力されない。

短絡信号出力部５０は、コイルＬｗと相間短絡部４０との間に接続される。短絡信号出力部５０は、第２の制動制御回路４４から制動制御信号が入力されると短絡信号を相間短絡部４０に出力する。短絡信号出力部５０は、スイッチ素子ＳＷ３を有する。スイッチ素子ＳＷ３は、本実施形態では、サイリスタであり、アノードがコイルＬｗに、カソードが相間短絡部４０に、ゲートが第２の制動制御回路４４に接続される。

第２の制動制御回路４４が出力した制動制御信号は、スイッチ素子ＳＷ３のゲートに入力される。これにより、スイッチ素子ＳＷ３がオンし、コイルＬｗに流れる電流Ｉｗが短絡信号として相間短絡部４０に出力される。

相間短絡部４０は、コイルＬｕ、Ｌｖ間に接続され、短絡信号に応じてコイルＬｕ、Ｌｖ間を短絡する。相間短絡部４０は、コイルＬｕ、Ｌｖの両端に設けられた２つのスイッチ素子ＳＷ４、ＳＷ５を有する。スイッチ素子ＳＷ４、ＳＷ５は、本実施形態では、サイリスタである。スイッチ素子ＳＷ４、ＳＷ５は、アノードがコイルＬｖ、Ｌｕにそれぞれ接続され、カソードがグランドに接地される。スイッチ素子ＳＷ４、ＳＷ５のゲートは、短絡信号出力部５０（具体的には、スイッチ素子ＳＷ３のカソード）に接続され、短絡信号が入力される。短絡信号が入力されるとスイッチ素子ＳＷ４、ＳＷ５がオンし、コイルＬｕ、Ｌｖ間が短絡する。また、スイッチ素子ＳＷ４、ＳＷ５のカソードは、グランドを介してモータ駆動部１０のスイッチ素子Ｑ２、Ｑ４と接続するため、スイッチ素子ＳＷ４、ＳＷ５から流れる短絡電流がスイッチ素子Ｑ２、Ｑ４の寄生ダイオードにも流れる（図１のＩ２、Ｉ４）。すなわち、短絡信号出力部５０によるコイルＬｕ、Ｌｖ（２相のコイルの一例）間の短絡時に、モータ駆動部１０のスイッチ素子Ｑ２、Ｑ４のそれぞれの寄生ダイオードが回生回路の一部として動作する。このように、モータ駆動部１０のスイッチ素子Ｑ２、Ｑ４を流れる短絡電流Ｉ２、Ｉ４の回生経路に利用することができる。

また、相間短絡部４０を２つのサイリスタで構成することで、整流回路としての機能と短絡回路としての機能とを同時に実現することができ、相間短絡部４０を簡易な構成とすることができる。また、相間短絡部４０は、本実施形態のように、サイリスタのような汎用性の高い部品で構成することができる。

次に、図１、図２を用いて、モータ駆動制御装置１による、制動動作の動作モードについて説明する。図２は、実施形態に係るモータ駆動制御装置１の動作モードを説明する図である。上述したように、モータ駆動制御装置１は、電源２からの電力供給が遮断された場合、又は、モータ制動指令部２２が制動指令信号を出力した場合に、モータ３の回転を制動する。モータ駆動制御装置１の制動に関する動作は、図２に示すように動作モードＡ〜Ｃの３つに分けられる。

まず、モータ制御部２０がモータ３の制動を行わず回転させる場合（動作モードＡ）、図２に示すように、モータ駆動制御装置１には電源２からの電力供給があり、モータ制動指令部２２から非制動指令信号（Ｈｉｇｈ信号）が出力される。この場合、第１の制動制御回路４３の第１ダイオード素子Ｄ１がオン、第２ダイオード素子Ｄ２がオフとなり、スイッチ素子ＳＷ１がオンとなる。これにより、モータ３に逆起電力が発生しても、スイッチ素子ＳＷ２〜ＳＷ５はいずれもオフとなり、制動制御信号、短絡信号のいずれも出力されず、モータ駆動制御装置１による制動動作は行われない（制動無し）。

また、例えば、モータ制御部２０がモータ３の回転停止を決定し、モータ駆動制御部２１がモータ３の駆動を停止するとともに、モータ制動指令部２２がモータ３の制動を行うとする（動作モードＢ）。この場合、モータ駆動制御装置１には電源２からの電力供給があり、また、モータ制動指令部２２から制動指令信号（Ｌｏｗ信号）が出力される。この場合、第１ダイオード素子Ｄ１、第２ダイオード素子Ｄ２はいずれもオンとなり、スイッチ素子ＳＷ１がオフとなる。このとき、モータ３に逆起電力が発生すると、スイッチ素子ＳＷ２〜ＳＷ５がオンになり、モータ３に発生した逆起電力を用いて制動制御信号、短絡信号が生成される。これにより、相間短絡部４０が短絡し、モータ３の回転を制動する（制動有り）。

このように、モータ制御部２０がモータ３の回転駆動を停止する場合に、モータ駆動制御装置１は、慣性によってモータ３に発生する逆起電力を用いてモータ３の回転を制動することができる。

また、モータ駆動制御装置１に対する電源２からの電力供給が遮断され、供給無しになった場合（動作モードＣ）、第１ダイオード素子Ｄ１、第２ダイオード素子Ｄ２のいずれもオフとなり、スイッチ素子ＳＷ１がオフとなる。このとき、モータ３に逆起電力が発生すると、スイッチ素子ＳＷ２〜ＳＷ５がオンになり、モータ３に発生した逆起電力を用いて制動制御信号、短絡信号が生成される。これにより、相間短絡部４０が短絡し、モータ３の回転を制動する（制動有り）。

なお、動作モードＣでは、モータ制御部２０によるモータ３の回転駆動中であっても、回転停止中であっても、電源２からの電力供給が遮断されると、モータ駆動制御装置１はモータ３の回転を制動する。すなわち、モータ駆動制御装置１は、モータ制動指令部２２から電力供給が遮断される直前に出力されている信号が非制動指令信号、制動指令信号のどちらであるかにかかわらず、電源２からの電力供給が遮断された場合に、モータ３の回転を制動する。

そのため、例えばモータ３の回転停止時であって電力供給遮断時に、外力によるモータ３の回転を制動することができる。これにより、例えばモータ３がファンモータであり、ユーザシステム内に設置した際の外風による強制回転の発生対策を実現することができる。

このように、モータ駆動制御装置１は、電源２からの電力供給遮断時にモータ３の回転を制動することができ、モータ３の回転をより素早く停止させることができる。また、モータ駆動制御装置１は、モータ３に発生する逆起電力を用いて回転を制動するため、電源２からの電力供給遮断時であっても、電源２とは別のバッテリーを備える必要がなく、完全自立型の無電源での制動動作が可能となる。また、モータ駆動制御装置１が電力供給遮断の検知、及び制動指令信号の出力を行うため、電力供給遮断の検知及び制動指令信号の出力を行う外部装置を別途設ける必要がなく、モータ駆動制御装置１で自立型制動システムを実現することができる。

続いて、図３〜図５を用いて、モータ駆動制御装置１の動作手順について説明する。図３〜図５は、モータ駆動制御装置１の動作手順の一例について説明するフローチャートである。図３では、モータ駆動制御装置１によってモータ３が回転駆動中に電源２からの電力供給が遮断された場合のモータ駆動制御装置１の動作について説明する。

図３に示すように、モータ駆動制御装置１の電源遮断検知回路４１が電力供給の遮断を検知しない場合（ステップＳ１０１、Ｎｏ）、電源遮断検知回路４１は、ステップＳ１０１の、電力供給の遮断の検知を続ける。

一方、電源遮断検知回路４１が電力供給の遮断を検知すると（ステップＳ１０１、Ｙｅｓ）、第１の制動制御回路４３の第１ダイオード素子Ｄ１がオフになり（ステップＳ１０２）、スイッチ素子ＳＷ１がオフになる（ステップＳ１０３）。

続いて、逆起電力検知回路４２が逆起電力を検知しない場合（ステップＳ１０４、Ｎｏ）、逆起電力検知回路４２は、ステップＳ１０４の、逆起電力の検知を続ける。

一方、逆起電力検知回路４２がコイルＬｗの逆起電力を検知すると（ステップＳ１０４、Ｙｅｓ）、第２の制動制御回路４４のスイッチ素子ＳＷ２がオンし、制動制御信号が出力される（ステップＳ１０５）。これにより、短絡信号出力部５０のスイッチ素子ＳＷ３がオンし、短絡信号が出力される（ステップＳ１０６）。短絡信号が相間短絡部４０に入力されると、相間短絡部４０のスイッチ素子ＳＷ４、ＳＷ５がオンし、コイルＬｕ、Ｌｖ間（２相のコイル間）が短絡される（ステップＳ１０７）。

これにより、モータ駆動部１０のスイッチ素子Ｑ２、Ｑ４の寄生ダイオードを含む回生経路に短絡電流Ｉ２、Ｉ４が流れ、モータ駆動制御装置１による回生制動動作が開始され（ステップＳ１０８）、モータ３の回転が制動される（ステップＳ１０９）。これにより、モータ３の回転数が低下し（ステップＳ１１０）、モータ３に発生する逆起電力が低下する（ステップＳ１１１）ため、スイッチ素子ＳＷ２の出力電圧が低下し（ステップＳ１１２）、スイッチ素子ＳＷ３がオフの状態に維持され（ステップＳ１１３）、スイッチ素子ＳＷ４、ＳＷ５がオフの状態に維持される（ステップＳ１１４）。

続いて、図４を用いて、モータ駆動制御装置１がモータ３の回転駆動停止中に、電源２から電力が供給されている状態で、モータ３の制動を行う場合のモータ駆動制御装置１の動作について説明する。なお、図３と同じ動作については同一符号を付し、説明を省略する。

図４に示すように、モータ駆動制御装置１の電源遮断検知回路４１が電源２からの電力供給の遮断を検知していない場合（ステップＳ１０１、Ｎｏ）であって、モータ制動指令部２２が制動指令信号を出力していない場合（ステップＳ２０１、Ｎｏ）、第１の制動制御回路４３は、ステップＳ２０１の処理を継続し、制動指令信号の入力を待つ。一方、制動指令信号が出力された場合（ステップＳ２０１、Ｙｅｓ）、第１の制動制御回路４３の第２ダイオード素子Ｄ２がオンし（ステップＳ２０２）、スイッチ素子ＳＷ１がオフする（ステップＳ２０３）。その後は、図３と同様に、モータ駆動制御装置１がモータ３の回転を制動することで、モータ３の回転が低下する。

次に、図５を用いて、モータ駆動制御装置１がモータ３の回転駆動を停止しており、モータ３が回転していない状態、又は、電源２からの電力供給が遮断された状態で、外力によりモータ３に強制的に回転が生じた場合のモータ駆動制御装置１の動作について説明する。すなわち、モータ３の回転が停止している状態で、外風等の外力によりモータ３が強制的に回転させられた場合のモータ駆動制御装置１の動作について説明する。
この場合、モータ制動指令部２２が制動指令信号を出力している、又は、電源遮断検知回路４１が電力遮断を検知しているため、図５に示すように、スイッチ素子ＳＷ１がオフになっている（ステップＳ３０１）。その後、ステップＳ１０４で逆起電力検知回路４２が逆起電力を検知すると、モータ駆動制御装置１は、図３のステップＳ１０５以降の動作と同様にして、モータ３の回転を制動する。

次に、図６〜図８を用いて、モータ駆動制御装置１による制動動作の効果について説明する。図６〜図８は、モータ駆動制御装置１による制動動作の効果について説明するための図である。

図６、図７では、モータ駆動制御装置１がモータ３を回転駆動させた状態で、電源２からの電力供給が遮断された場合について説明する。

図６に示すように、時刻ｔ１で電源２からの電力供給が遮断されると、モータ３の慣性による回転によって逆起電力が発生し、相間短絡部４０がコイルＬｕ、Ｌｖ間を短絡する。これにより、時刻ｔ１以降で、図６の実線で示すように相間短絡部４０に短絡電流が流れるが、その後、時刻ｔ２で短絡電流がほぼゼロに低下する。これは、モータ３の回転数が低下し、逆起電力が低下したためである。この場合、時刻ｔ１から時刻ｔ２までのＴ１が制動時間となる。

ここで、図７の一点鎖線で示すように、時刻ｔ１で電源２からの電力供給が遮断された後に、モータ駆動制御装置１による制動が行われなかった場合、慣性によってモータ３が回転を続け、例えばｔ１から４０秒後に停止する。なお、図７では、電力遮断時からの経過時間を横軸に示している。そのため、図７の横軸のゼロが時刻ｔ１に相当する。

一方、図７の実線で示すように、モータ駆動制御装置１による制動が行われた場合、時刻ｔ１からＴ１の期間でモータ３の制動が行われる。これにより、モータ３の回転数が時刻ｔ２までに大幅に低下する。その後、モータ３の回転数低下により、モータ３に発生する逆起電力が低下するため、モータ駆動制御装置１による制動動作は行われなくなり、モータ３は慣性により回転を続けるが、回転数が低いため、例えば、ｔ１から１０秒後には回転を停止する。

このように、モータ駆動制御装置１が電力供給遮断時でも制動動作を行うことで、制動を行わない場合に比べてモータ３が停止するまでの時間を削減することができる。

なお、図７に示す経過時間は一例であり、図７に示す時間に限定されない。モータ３が停止するまでの時間は、モータ３の回転数、巻線数やインペラ形状等によっても変化する。

続いて、図８を用いて、モータ３の回転停止時に、ファンに外風が当たり、モータ３に外力が加わった場合の制動効果の具体例について説明する。

図８の横軸は外風の風量を示し、縦軸はモータ３の回転数を示す。図８の点線で示すように、モータ駆動制御装置１による制動動作が行われない場合、外風の風量が大きくなるとモータ３の回転数も増加する。

一方、図８の実線で示すように、モータ駆動制御装置１による制動動作が行われる場合、外風の風量が大きくなっても、モータ３の回転数の増加を大幅に抑制することができる。このように、モータ駆動制御装置１がモータ３の回転停止中に制動動作を行うことで、外風が強い場合でもモータ３の回転、すなわちファンの回転を抑制することができる。

本実施形態では、上述した制動機能により、コイルＬｗに発生する逆起電力エネルギーを制動動作の電源とするため、バッテリーなどの別電源を必要とせず、完全自立型の無電源動作を実現することができる。特に、電源２からの電力供給遮断時に、モータ３の回転停止を確実に実現することができ、また、モータ制御部２０によるモータ３の回転停止動作時にも制動制御部３０によって制動動作を行うことができる。また、上述した制動機能により、例えばモータ３をファンモータとしてユーザシステム内に設置した際の外風による強制回転の発生を抑制することができ、ファンモータのバックフロー（逆流風による強制回転）対策としても利用することができる。また、相間短絡部４０は、整流回路としての機能と短絡回路としての機能を同時に実現するよう構成されているため、コイルＬｕ、Ｌｖ間の短絡（制動）のために必要な部品構成が簡素であり、また汎用性の高い部品で構成することができる。また、モータ駆動部１０が有するスイッチ素子Ｑ２、Ｑ４（ＭＯＳＦＥＴ）の寄生ダイオードを短絡電流の回生経路の一部として利用する（共有する）ため、短絡電流回生経路を構成する回路を簡素化することができる。また、これに伴い、プリント基板上のパターンレイアウトもモータ駆動部１０と短絡電流回生経路とで共用可能となり、モータ駆動制御装置１を小型化することができる。

また、本実施形態では、上述した制動機能を実現するために機械リレーやスイッチを必要としておらず、モータ駆動制御装置１の信頼性を向上させ、かつ製品寿命をより長くすることができる。

なお、上記実施形態のモータ駆動制御装置１の各部の構成及びモータの構成は、図１の例に限定されない。

図１ではモータ３のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗの結線がスター結線である場合について示したが、デルタ結線であってもよい。

また、図１では、相間短絡部４０の２つのスイッチ素子ＳＷ４、ＳＷ５をサイリスタとしたが、これに限定されない。例えば、相間短絡部４０を１つのトライアックで実現してもよい。この場合、図９に示すように、コイルＬｕ、Ｌｖ間にトライアックが配置され、トライアックのゲートには、短絡信号出力部５０から短絡信号が入力される。この場合、相間短絡部４０はグランドに接地する必要がなく、モータ駆動部１０のスイッチ素子Ｑ２、Ｑ４の寄生ダイオードを回生経路に用いる必要がない。

なお、図９は、相間短絡部４０の変形例を示す図であり、図９ではモータ駆動制御装置１の構成要素のうち説明に不要な構成要素の図示を省略している。

また、上記実施形態のモータ駆動制御装置１では、制動制御部３０が電源２からの電力遮断を検知するとしたがこれに限定されない。例えば、モータ制御部２０が電力遮断を検知するようにしてもよい。この場合、図１０に示すように、モータ駆動制御装置１は、電源遮断検知回路４１、第１、第２の制動制御回路４３、４４の代わりに、第３の制動制御回路４５を有する。以下に記述するように、第３の制動制御回路４５は、モータ制動指令部２２から出力された制動指令信号を受信するとともに、逆起電力検知回路４２が逆起電力を検知すると、当該逆起電力を用いて制動制御信号を出力する。

なお、図１０は、制動制御部３０の変形例を示す図であり、図１０ではモータ駆動制御装置１の構成要素のうち説明に不要な構成要素の図示を省略している。

図１０に示すように、第３の制動制御回路４５は、スイッチ素子ＳＷ６を有する。スイッチ素子ＳＷ６は、例えば、トランジスタであり、逆起電力検知回路４２とグランドとの間に配置され、制御端子にモータ制動指令部２２から非制動指令信号又は制動指令信号が入力される。

モータ制動指令部２２は、モータ３を回転駆動させる場合に非制動指令信号（Ｈｉｇｈ信号）を出力する。これにより、第３の制動制御回路４５のスイッチ素子ＳＷ６がオンになり、逆起電力検知回路４２が逆起電力を検知しても、コイルＬｗに流れる電流ＩｗはスイッチＳＷ６を介してグランドに流れるため、第３の制動制御回路４５は制動制御信号を出力しない。

一方、モータ制動指令部２２は、例えば電源２の電力遮断を検知した場合など、モータ３の回転を停止する場合に、制動指令信号（Ｌｏｗ信号）を出力する。これにより、第３の制動制御回路４５のスイッチ素子ＳＷ６がオフになる。この状態で、逆起電力検知回路４２が逆起電力を検知すると、コイルＬｗに流れる電流Ｉｗは、スイッチ素子ＳＷ６に流れず、第３の制動制御回路４５は制動制御信号を短絡信号出力部５０に出力する。

このように、モータ制御部２０が電源２からの電力供給遮断を検出することで、制動制御部３０の回路構成を簡略化することができる。

なお、上記実施形態のモータ駆動制御装置１の各部の構成は、上述した図１、図９及び図１０の構成に限定されない。例えば、制動制御部３０の構成の一部又は全部を、ハードウェア、又は、ソフトウェアのどちらで実現してもよい。

また、上記実施形態では、相間短絡部４０は、コイルＬｕ、Ｌｖ間に接続されて当該２相のコイル間を短絡するものとしているが、これに限定されず、相間短絡部４０は、コイルＬｖ、Ｌｗ間あるいはコイルＬｗ、Ｌｖ間に接続され、それぞれの２相のコイル間を短絡するようにしてもよい。

また、モータ制御部２０を電源２以外の電源で駆動させるようにしてもよい。この場合、例えばモータ制御部２０を、モータ駆動制御装置１が搭載されるＩＣとは別のＩＣとして実装するようにしてもよい。このように、モータ制御部２０を電源２以外の電源で駆動させることで、電源２からの電力供給が遮断したとしても、モータ制御部２０が制動指令信号を出力することができるようになる。

また、上記実施形態では、モータ制御部２０がモータ３の制動を行うか否かを決定するとしているが、これに限定されない。例えば、ユーザが非常停止ボタンを押したときにモータ３の制動を行うなど、モータ制御部２０以外の外部装置がモータ３の制動を行うように、モータ駆動制御装置１を制御するようにしてもよい。この場合、第１の制動制御回路４３に外部装置からの制動指令を入力するための端子を追加する。これにより、例えばモータ３の緊急時停止が必要になった場合に、モータ３を素早く強制停止させることができる。

また、短絡信号出力部５０は、本実施形態の構成に限定されない。構成要素として、サイリスタ以外の部品を含むようにしてもよい。例えば、短絡信号出力部５０を、機械的スイッチ（機械接点リレーなど）を用いて実現してもよい。この場合、接点不良対策など、長期信頼性を考慮した設計をすることが望まれる。

また、上記実施形態のモータ駆動制御装置１の動作は、図３〜図５を用いて説明した動作に限定されない。図３〜図５に示す動作以外の動作が含まれていてもよく、また、図３〜図５に示す動作を部分的に並列に行うようにしてもよい。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１ モータ駆動制御装置、２ 電源、３ モータ、１０ モータ駆動部、２０ モータ制御部、２１ モータ駆動制御部、２２ モータ制動指令部、３０ 制動制御部、４０ 相間短絡部、４１ 電源遮断検知回路、４２ 逆起電力検知回路、４３ 第１の制動制御回路、４４ 第２の制動制御回路、４５ 第３の制動制御回路、５０ 短絡信号出力部、Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ コイル、Ｑ１〜Ｑ６ スイッチ素子、Ｖｕｕ，Ｖｕｌ，Ｖｖｕ，Ｖｖｌ，Ｖｗｕ，Ｖｗｌ 駆動制御信号、Ｒ１〜Ｒ７ 抵抗素子、ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ６ スイッチ素子（トランジスタ）、ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５ スイッチ素子（サイリスタ）、Ｄ１ 第ダイオード素子、Ｄ２ 第２ダイオード素子、Ｉｗ 電流、Ｉ２，Ｉ４ 短絡電流

Claims (11)

1. モータの３相のコイルに選択的に通電するモータ駆動部と、
   前記モータ駆動部に駆動制御信号を出力することによって、前記モータ駆動部により通電させる前記３相のコイルの通電相を所定の順序で切り替えるモータ制御部と、
   制動制御信号を出力する制動制御部と、
   前記３相のコイルのうちの２相のコイル間に接続され、短絡信号に応じて当該２相のコイル間を短絡する相間短絡部と、
   前記３相のコイルのうちの前記２相のコイルとは異なる１相のコイルと前記相間短絡部との間に接続され、前記制動制御信号が入力されると前記短絡信号を前記相間短絡部に出力する短絡信号出力部と、
   を備えるモータの駆動制御装置。
2. 前記制動制御部は、
   前記モータに電力を供給する電源からの電力供給の遮断を検知する電源遮断検知回路を有し、
   前記モータ駆動部によるモータ駆動中に、前記電源遮断検知回路が前記電力供給の遮断を検知すると、前記制動制御信号を出力する
   請求項１に記載のモータの駆動制御装置。
3. 前記制動制御部は、
   前記モータ駆動部によるモータ駆動の停止中に、前記電源遮断検知回路が前記電力供給の遮断を検知するとともに、前記１相のコイルに発生した逆起電力を検知すると、前記制動制御信号を出力する
   請求項２に記載のモータの駆動制御装置。
4. 前記制動制御部は、
   前記１相のコイルに発生する逆起電力を検知する逆起電力検知回路と、
   前記電源遮断検知回路による前記電力供給の遮断の検知結果に応じて前記モータの制動および非制動を切り替える第１の制動制御回路と、
   前記逆起電力検知回路が検知した前記逆起電力を用いて制動制御信号を出力する第２の制動制御回路と、
   をさらに有する請求項２または３に記載のモータの駆動制御装置。
5. 前記モータ制御部は、
   モータ駆動部によるモータ駆動の停止中に、前記モータの回転を制動する制動指令信号を出力し、
   前記制動制御部は、
   前記制動指令信号を受信すると、前記制動制御信号を出力する
   請求項１に記載のモータの駆動制御装置。
6. 前記制動制御部は、
   前記１相のコイルに発生する逆起電力を検知する逆起電力検知回路と、
   前記制動指令信号を受信するとともに、前記逆起電力検知回路が前記逆起電力を検知すると、当該逆起電力を用いて前記制動制御信号を出力する第３の制動制御回路と、
   をさらに有する請求項５に記載のモータの駆動制御装置。
7. 前記短絡信号出力部は、
   サイリスタを含む請求項１〜６のいずれか一項に記載のモータの駆動制御装置。
8. 前記相間短絡部は、
   ２つのサイリスタを含む請求項１〜７のいずれか一項に記載のモータの駆動制御装置。
9. 前記モータ駆動部は、
   前記短絡信号出力部による前記２相のコイルの短絡時に、寄生ダイオードが回生回路の一部として動作するスイッチ素子を有する請求項８に記載のモータの駆動制御装置。
10. 前記相間短絡部は、
    トライアックを含む請求項１〜７のいずれか一項に記載のモータの駆動制御装置。
11. モータ駆動部によって、モータの３相のコイルに選択的に通電し、
    モータ制御部によって、前記モータ駆動部に駆動制御信号を出力することにより、前記モータ駆動部により通電させる前記３相のコイルの通電相を所定の順序で切り替え、
    制動制御部によって、制動制御信号を出力し、
    前記３相のコイルのうちの２相のコイル間に接続された相間短絡部によって、短絡信号に応じて当該２相のコイル間を短絡し、
    前記３相のコイルのうちの前記２相のコイルとは異なる１相のコイルと前記相間短絡部との間に接続された短絡信号出力部によって、前記制動制御信号が入力されると前記短絡信号を前記相間短絡部に出力するモータの駆動制御方法。

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