(57)【要約】【課題】複数のスイッチング素子を有するインバータ回路の高電位側に抵抗体が接続されるとともに、該インバータ回路の低電位側にシャント抵抗が接続されるモータの制御回路において、安価な抵抗体を用いても、インバータ回路内に異常電流が発生したときに該抵抗体を確実に溶断できるような構成を得る。【解決手段】インバータ回路１１内で所定以上の異常電流が発生した場合に、該異常電流が上記インバータ回路１１の低電位側（直流電源２の負極側）に接続されたシャント抵抗１４を流れるのを抑制するように、該シャント抵抗１４をバイパスするバイパス回路１６を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧を交流電圧に変換しつつ巻線に対して所定のタイミングで通電するようにスイッチング制御される複数のスイッチング素子を有するインバータ回路と、該インバータ回路の高電位側に接続されて該インバータ回路内で所定以上の異常電流が発生した場合に溶断する抵抗体と、該インバータ回路の低電位側に接続されたシャント抵抗と、を備えたモータの制御回路であって、
上記シャント抵抗を上記異常電流が流れるのを抑制するように、上記インバータ回路内で該異常電流が発生した場合に上記シャント抵抗をバイパスするバイパス回路を備えていることを特徴とするモータの制御回路。
【請求項２】
請求項１において、
上記バイパス回路は、上記シャント抵抗のインバータ回路側にカソード側が接続されるツェナーダイオードを備えていて、
上記ツェナーダイオードは、カソード側に上記異常電流に対応する電圧が印加された場合に逆方向電流が流れるように構成されていることを特徴とするモータの制御回路。
【請求項３】
請求項１において、
上記バイパス回路は、上記シャント抵抗のインバータ回路側にカソード側が接続されるツェナーダイオードを備えていて、
上記ツェナーダイオードは、カソード側に上記異常電流に対応する電圧が印加された場合に、内部で短絡破壊が生じてカソード側からアノード側へ電流が流れるように構成されていることを特徴とするモータの制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のスイッチング素子を有するインバータ回路の高電位側に保護用の抵抗体が接続され、該インバータ回路の低電位側にシャント抵抗が接続されているモータの制御回路に関し、特に、モータ保護の技術分野に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、様々な装置の駆動源としてモータが用いられており、該モータの回転駆動を制御するために複数のスイッチング素子を備えた制御回路も知られている。具体的には、一般的な構成のモータは、複数の相の巻線を有する略円筒状の固定子と、複数の磁石を有していて、該固定子に対して回転可能に構成された回転子と、を備えている。このような構成のモータにおいて、上記制御回路が、スイッチング素子のスイッチング動作によって上記固定子の複数の相の巻線に順に通電し、該固定子内に回転磁界を形成することにより、上記磁石を備えた回転子を回転駆動させている。
【０００３】
また、上述のような制御回路として、例えば特許文献１に開示されるように、該制御回路に流れる電流を検出するためのシャント抵抗や、スイッチング素子などの短絡故障によって該制御回路内に異常電流が発生した場合に電源側から制御回路へ供給される電力を遮断する回路開閉手段が設けられている構成が知られている。詳しくは、上記特許文献１では、複数のスイッチング素子がブリッジ結線されてなるインバータ回路に対し、高電位（直流電源の正極）側に、該インバータ回路に所定以上の異常電流が流れた場合に電力供給を遮断する回路開閉手段が接続されている一方、上記インバータ回路の低電位（直流電源の負極）側に、上記シャント抵抗が接続されている。上記回路開閉手段は、上記インバータ回路内に異常電流が流れて上記シャント抵抗が断線した場合に、上記インバータ回路への電力供給を遮断するように構成されている。
【０００４】
一方、上記制御回路の別の構成として、例えば図３に示すように、上記回路開閉手段の代わりに、上記インバータ回路１１１内に異常電流が発生した場合に溶断する抵抗体１１５を用いたものも知られている。具体的には、複数のスイッチング素子１１２を備えたインバータ回路１１１の高電位側（直流電源１０３の正極側）に、該インバータ回路１１１内に所定以上の異常電流が発生した場合に溶断する抵抗体１１５が接続されているとともに、該インバータ回路１１１の低電位側（直流電源１０３の負極側）に、上記シャント抵抗１１４が接続されている。
【特許文献１】特開２００８−１９０７４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１の構成のように、インバータ回路内で発生した異常電流によりシャント抵抗が断線した後に回路開閉手段によって該インバータ回路への電力供給を遮断する構成の場合、上記シャント抵抗の断線を検出する必要があるとともに、その検出結果に応じて回路開閉手段を動作させる必要がある。そうすると、制御回路全体の構成が複雑になるとともに、上記回路開閉手段をスイッチで構成する必要があり、上記図３に示す従来例のように、電力供給の遮断を安価なヒューズなどの抵抗体を用いて行う場合には適用できない。
【０００６】
一方、上記図３に示す従来例は、上記特許文献１の構成に比べて安価で簡単な構成であるが、インバータ回路内に発生した異常電流がシャント抵抗にも流れる（図中の矢印参照）ため、該シャント抵抗が異常電流によって焼損（断線）すると、本来は低抵抗であるシャント抵抗が高抵抗になる可能性がある。そうすると、インバータ回路内では異常電流の原因が解消されていないのに、上記シャント抵抗によってインバータ回路の高電位側から低電位側への電流の流れが阻害され、該インバータ回路の高電位側（直流電源の正極側）に接続されている抵抗体に該抵抗体を溶断するような電流が流れなくなり、該抵抗体が溶断されない状態が続くことになる。すなわち、上記インバータ回路内で発生する異常電流によって上記シャント抵抗が焼損すると、上記抵抗体が溶断することなく上記インバータ回路内に異常電流が発生するような電圧が印加し続けることになり、該インバータ回路の構成部品やモータ等に損傷を与える可能性がある。
【０００７】
本発明は、斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数のスイッチング素子を有するインバータ回路の高電位側に抵抗体が接続されるとともに、該インバータ回路の低電位側にシャント抵抗が接続されるモータの制御回路において、安価な抵抗体を用いても、インバータ回路内に異常電流が発生したときに該抵抗体を確実に溶断できるような構成を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係るモータの制御回路では、インバータ回路の低電位側に接続されるシャント抵抗に対して並列に、該インバータ回路に所定異常の異常電流が流れた場合に該シャント抵抗をバイパスするバイパス回路を設け、該シャント抵抗が焼損して高抵抗にならないようにした。
【０００９】
具体的には、第１の発明は、直流電圧を交流電圧に変換しつつ巻線に対して所定のタイミングで通電するようにスイッチング制御される複数のスイッチング素子を有するインバータ回路と、該インバータ回路の高電位側に接続されて該インバータ回路内で所定以上の異常電流が発生した場合に溶断する抵抗体と、該インバータ回路の低電位側に接続されたシャント抵抗と、を備えたモータの制御回路を対象とする。
【００１０】
そして、上記シャント抵抗を上記異常電流が流れるのを抑制するように、上記インバータ回路内で該異常電流が発生した場合に上記シャント抵抗をバイパスするバイパス回路を備えているものとする。
【００１１】
以上の構成により、複数のスイッチング素子を有するインバータ回路内で、該スイッチング素子の短絡故障等によって所定以上の異常電流が発生した場合、該インバータ回路の低電位側に接続されたシャント抵抗をバイパスするバイパス回路に電流が流れるため、該シャント抵抗が上記異常電流によって焼損するのを防止できる。このように、上記インバータ回路内で発生した異常電流による上記シャント抵抗の焼損を防止することで、該シャント抵抗が高抵抗になるのを防止でき、これにより、該シャント抵抗によって上記インバータ回路の高電位側から低電位側への異常電流の流れが阻害されるのを防止することができる。よって、上記インバータ回路で発生した異常電流によって該インバータ回路の高電位側に設けられた抵抗体を溶断することができ、該インバータ回路を電源側から確実に遮断して、該インバータ回路の構成部品やモータなどに異常な電圧がかかるのを防止することができる。
【００１２】
したがって、上述の構成により、インバータ回路の高電位側に安価な抵抗体が接続された構成でも、該インバータ回路内で異常電流が発生したときには、該異常電流によって上記抵抗体を確実に溶断することができ、該インバータ回路内の構成部品やモータを確実に保護することができる。
【００１３】
ここで、上記所定以上の異常電流とは、上記インバータ回路内が正常動作している際に流れる電流値とは異なり、該インバータ回路内で短絡等が発生して電流が流れた場合に、該インバータ回路内の構成部品に損傷や性能劣化などの影響を与える可能性がある電流値を意味する
上述の構成において、上記バイパス回路は、上記シャント抵抗のインバータ回路側にカソード側が接続されるツェナーダイオードを備えていて、上記ツェナーダイオードは、カソード側に上記異常電流に対応する電圧が印加された場合に逆方向電流が流れるように構成されているのが好ましい（第２の発明）。
【００１４】
このように、シャント抵抗のインバータ回路側にカソード側を接続して、該カソード側に上記異常電流に対応する電圧が印加された場合に逆方向電流が流れるように、ツェナーダイオードを設けることで、簡単且つ安価な構成により、上記インバータ回路内で所定以上の異常電流が発生した場合にのみ上記シャント抵抗をバイパスして電流が流れるバイパス回路を構成することができる。
【００１５】
また、上記バイパス回路は、上記シャント抵抗のインバータ回路側にカソード側が接続されるツェナーダイオードを備えていて、上記ツェナーダイオードは、カソード側に上記異常電流に対応する電圧が印加された場合に、内部で短絡破壊が生じてカソード側からアノード側へ電流が流れるように構成されていてもよい（第３の発明）。
【００１６】
これにより、上記第２の発明の構成のように、ツェナーダイオードがインバータ回路内に所定以上の異常電流が発生した場合に逆方向電流が流れるように構成されていなくても、該異常電流によって上記ツェナーダイオードが短絡破壊してバイパス回路側に電流が流れる構成であれば、上記第２の発明と同様、異常電流からシャント抵抗を保護できるようなバイパス回路を構成することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上より、本発明に係るモータの制御回路によれば、複数のスイッチング素子を有するインバータ回路の低電位側に接続されたシャント抵抗に対し、該インバータ回路内に所定以上の異常電流が流れた際に該シャント抵抗をバイパスするバイパス回路を並列に設けたため、上記インバータ回路に所定以上の異常電流が発生した際に、該インバータ回路の高電位側に接続された抵抗体を確実に溶断することができ、該インバータ回路内の構成部品やモータの保護を確実に図れる。
【００１８】
また、第２の発明によれば、上記バイパス回路は、上記異常電流に対応する電圧が印加された場合に逆方向電流が流れるように構成されたツェナーダイオードを備えているため、簡単且つ低コストな構成によって、上記シャント抵抗に対して異常電流を確実にバイパスさせることができる。また、第３の発明のように、ツェナーダイオードを異常電流によって短絡破壊するように構成しても、上記バイパス回路を構成することができ、異常電流から上記シャント抵抗を保護することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【００２０】
図１及び図２に、本発明の実施形態に係るモータの制御回路を示す。本実施形態に係るモータ１は、制御回路１０によって所定のタイミングで固定子の巻線２，２，…に電力を供給することにより、該固定子に対して図示しない回転子を回転駆動させる、いわゆるブラシレスＤＣモータである。また、本実施形態に係るモータ１は、そのケーシング内部に、上記制御回路１０が内蔵された、いわゆる駆動回路内蔵モータである。上記モータ１の構成は、一般的なモータと同様の構成なので、詳しい説明については省略する。
【００２１】
上記巻線２，２，…は、特に図示しないが、軸線の周りに略環状に位置するように、固定子の鉄心上に巻回されていて、それぞれの巻線がＵ相、Ｖ相及びＷ相の３相の巻線を構成するように互いに接続されている。そして、上記図１及び図２に示すように、上記Ｕ相、Ｖ相及びＷ相を構成する巻線２，２，…は、その一端側で互いに接続されて中性点Ｎを構成する一方、他端側が上記制御回路１０に接続されている。
【００２２】
上記制御回路１０は、固定子内で回転子を所定の回転数で回転させるように、該回転子の回転位置に基づいて固定子の各巻線２に所定のタイミングで通電するよう構成されている。具体的には、上記制御手段１０は、上記３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線２，２，２に対する通電のＯＮ／ＯＦＦを行う複数のスイッチング素子１２，１２，…（図の例では６個のスイッチング素子）が三相ブリッジ結線されたインバータ回路１１と、回転位置検出回路２２で検出された回転子の回転位置に基づいて上記各スイッチング素子１２の駆動を制御するための制御部２１とを備えている。
【００２３】
上記インバータ回路１１は、２つのスイッチング素子１２，１２を直列に接続してなる３つのスイッチングレグ１３ａ，１３ｂ，１３ｃが、互いに並列に接続されたもので、各スイッチングレグ１３ａ，１３ｂ，１３ｃにおいて、スイッチング素子１２，１２間の中点が固定子の各相の巻線２，２，２に接続されている。なお、この実施形態では、上記インバータ回路１１において、上記各スイッチング素子１２は、エンハンスメント形のＭＯＳＦＥＴであり、該各スイッチング素子１２に対して逆並列に保護用ダイオードが設けられている。
【００２４】
また、上記インバータ回路１１は、上記スイッチングレグ１３ａ，１３ｂ，１３ｃの一端側が直流電源３の正極側（高電位側）に接続されている一方、該スイッチングレグ１３ａ，１３ｂ，１３ｃの他端側が直流電源３の負極側（低電位側）に接続されている。以下の説明において、上記スイッチング素子１２のうち、上記直流電源３の正極側に接続され且つ巻線２の上流側に位置するスイッチング素子を上流側スイッチング素子、上記直流電源３の負極側に接続され且つ巻線２の下流側に位置するスイッチング素子を下流側スイッチング素子という。
【００２５】
上記制御部２１は、上記インバータ回路１１内の各スイッチング素子１２を、入力される指令信号及び上記回転位置検出回路２２で検出された回転子の回転位置に基づいて駆動制御するように構成されている。詳しくは、上記制御部２１は、いわゆるＰＷＭ制御を行うように構成されていて、上記指令信号に基づいて生成されるＰＷＭ信号と、上記回転子の回転位置信号とに基づいて、上記上流側スイッチング素子及び下流側スイッチング素子の通電タイミングを決定し、各スイッチング素子１２を駆動するように構成されている。
【００２６】
具体的には、上記制御部２１は、上記インバータ回路１１において、上流側スイッチング素子を、電気角で１２０度ごとに通電する相が変化するようにスイッチング制御するとともに、下流側スイッチング素子も、電気角で１２０度ごとに、上記上流側スイッチング素子のスイッチング動作によって通電していない相の一つに通電するようにスイッチング制御する。これにより、上記モータ１の固定子内に回転磁界を生成して、該固定子内で回転子を回転させることができる。なお、上記図１中において、上記制御回路１０内の電流の流れの一例を矢印で示す。
【００２７】
また、上記制御回路１０は、上記インバータ回路１１の直流電源３の負極側（低電位側）に接続されたシャント抵抗１４と、該インバータ回路１１の直流電源３の正極側（高電位側）に接続された抵抗体１５とを備えている。上記シャント抵抗１４は、上記インバータ回路１１内の電流を検出するためのもので、通電時に発生する損失を抑えるために比較的、低抵抗（例えば１Ω以下）になるように構成されている。上記抵抗体１４も、通電時に発生する損失を抑えるように低抵抗に構成されているとともに、上記インバータ回路１１内に所定以上の異常電流が発生した場合に溶融するように構成されている。ここで、所定以上の異常電流とは、上記インバータ回路１１内が正常動作している際に流れる電流値とは異なり、該インバータ回路１１内で短絡等が発生して電流が流れた場合に、該インバータ回路１１内の構成部品に損傷や性能劣化などの影響を与える可能性がある電流値を意味する。なお、上記抵抗体としては、ヒューズなどのように溶断する部材も含まれる。
【００２８】
ところで、上述のような構成のモータ１において、上記スイッチング素子１２の故障等によってインバータ回路１１内で短絡状態になった場合、該インバータ回路１１内には通常の電流値よりも大きい所定以上の異常電流が発生する。そうすると、図３に示すような従来構成の場合には、上記シャント抵抗１４に異常電流が流れて該シャント抵抗１４が焼損する可能性があり、該シャント抵抗１４が焼損すると、該シャント抵抗１４での抵抗が大きくなって、該焼損したシャント抵抗が上記インバータ回路１１の高電位側から低電位側への異常電流の流れを抑制してしまう。
【００２９】
上述のように、焼損して抵抗が大きくなったシャント抵抗１４によって異常電流が抑制されると、上記抵抗体１５を流れる電流値も小さくなり、上記インバータ回路１１内では異常電流が発生している状態であるにもかかわらず上記抵抗体１５は溶断しない、という状態になる。そうすると、上記インバータ回路１１内の構成部品やモータ１などに高い電圧が印加された状態が続いて、該構成部材やモータ１などに損傷を与える可能性がある。
【００３０】
これに対して、本発明では、上記図１及び図２に示すように、上記シャント抵抗１４をバイパスするようなバイパス回路１６を設けて、該バイパス回路１６に、上記シャント抵抗１４のインバータ回路１１側にカソード側が接続されるようにツェナーダイオード１７を設ける。このツェナーダイオード１７は、上記インバータ回路１１内に発生する所定以上の異常電流に対応する電圧が上記カソード側に印加されると、逆方向電流（カソード側からアノード側へ流れる電流）が流れるように構成されている。すなわち、上記ツェナーダイオード１７は、そのツェナー電圧が上記所定以上の異常電流に対応する電圧に設定されており、上記シャント抵抗１４に所定以上の異常電流が流れて、該シャント抵抗１４の両端の電圧が上記ツェナーダイオード１７のツェナー電圧に達した場合に、該ツェナーダイオード１７に上記逆方向電流が流れるように構成されている。これにより、上記図２中に矢印で示すように、上記インバータ回路１１内で異常電流が発生すると、上記ツェナーダイオード１７に逆方向電流が流れて、上記シャント抵抗１４をバイパスするように電流が流れる。
【００３１】
したがって、以上の構成により、上記インバータ回路１１内で発生した異常電流によって上記シャント抵抗１４が焼損するのを防止でき、焼損したシャント抵抗が大きな抵抗になって上記抵抗体１５での電流の流れを阻害することなく、該抵抗体１５を異常電流によって確実に溶断させることができる。
【００３２】
なお、この実施形態では、上記ツェナーダイオード１７を、上記インバータ回路１１内で所定以上の異常電流が発生した場合に逆方向電流が流れるように構成しているが、この限りではなく、該インバータ回路１１内で所定以上の異常電流が発生した場合に、上記ツェナーダイオード１７内で短絡破壊が生じて逆方向（カソード側からアノード側）に電流が流れるように構成してもよい。
【００３３】
−実施形態の効果−
以上より、この実施形態によれば、複数のスイッチング素子１２，１２，…を有するインバータ回路１１の低電位側（直流電源３の負極側）に接続されるシャント抵抗１４に対し、該シャント抵抗１４のインバータ回路１１側にカソード側が接続されるツェナーダイオード１７を有するバイパス回路１６を並列に設けるとともに、該ツェナーダイオード１７を、そのカソード側に上記インバータ回路１１内で発生する所定以上の異常電流に対応する電圧が印加された場合に逆方向電流が流れるように構成することで、上記インバータ回路１１内で所定以上の異常電流が発生しても、該異常電流は上記ツェナーダイオード１７を流れて上記シャント抵抗１４をバイパスするため、該シャント抵抗１４が焼損するのを防止できる。
【００３４】
したがって、上記インバータ回路１１内で所定以上の異常電流が発生すると、上記インバータ回路１１の高電位側（直流電源３の正極側）に接続される抵抗体１５に、該抵抗体１５を溶断するような電流が確実に流れるため、上記インバータ回路１１内の構成部品やモータ１の損傷を確実に防止できる。
【００３５】
《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
【００３６】
上記実施形態では、シャント抵抗１４のバイパス回路１６にツェナーダイオード１７を設けているが、この限りではなく、インバータ回路１１に所定以上の異常電流が発生したときに上記シャント抵抗１４をバイパスして上記バイパス回路１６側に電流が流れるような構成であれば、どのような回路構成であってもよい。
【００３７】
また、上記実施形態では、インバータ回路１１を直流電源３に対して接続しているが、この限りではなく、交流電源、コンバータ回路及び平滑コンデンサを備えた電源装置に接続してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上説明したように、本発明は、複数のスイッチング素子を有するインバータ回路に対し、その高電位側に、該インバータ回路に所定以上の異常電流が発生したときに溶断する抵抗体が設けられているとともに、低電位側に、シャント抵抗が設けられているモータの制御回路に特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に係るモータの制御回路の概略構成を示す図である。
【図２】インバータ回路内で異常電流が発生した場合に制御回路内を該異常電流が流れる様子を示す図である。
【図３】従来のモータの制御回路の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１        モータ
２        巻線
３        直流電源
１０      制御回路
１１      インバータ回路
１２      スイッチング素子
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ  スイッチングレグ
１４      シャント抵抗
１５      抵抗体
１６      バイパス回路
１７      ツェナーダイオード
２１      制御部
２２      回転位置検出回路
１０３    直流電源
１１１    インバータ回路
１１２    スイッチング素子
１１４    シャント抵抗
１１５    抵抗体
Ｎ        中性点
【図１】
2010088233.tif 000003
【図２】
2010088233.tif 000004
【図３】
2010088233.tif 000005