(57)【要約】【課題】電圧の降下を抑制して、効率よくモータを駆動・制御できるモータの制御装置を提供する。【解決手段】モータ制御装置（１）は、インバータ回路（６）とコンデンサ（８ｕ、８ｖ、８ｗ）とバイパス回路（９ｕ、９ｖ、９ｗ）とから構成する。インバータ回路（６）から出力される三相交流電圧線（Ｕ、Ｖ、Ｗ）のそれぞれにコンデンサ（８ｕ、８ｖ、８ｗ）を直列に接続し、これをモータ（２）に接続する。コンデンサ（８ｕ、８ｖ、８ｗ）には、これを迂回するバイパス回路（９ｕ、９ｖ、９ｗ）を設け、バイパス回路（９ｕ、９ｖ、９ｗ）にはスイッチ（１０ｕ、１０ｖ、１０ｗ）を介装する。モータ（２）を低速回転するときにはスイッチ（１０ｕ、１０ｖ、１０ｗ）をＯＮし、高速回転するときはスイッチ（１０ｕ、１０ｖ、１０ｗ）をＯＦＦする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ回路を備え、該インバータ回路において生成した三相交流電圧によってモータを駆動・制御するモータ制御装置において、
前記インバータ回路から前記モータに接続されている三相交流電圧線には、コンデンサが直列に設けられていることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ制御装置において、前記三相交流電圧線には前記コンデンサを迂回して前記インバータ回路と前記モータとを直接接続するバイパス回路が設けられ、該バイパス回路にはスイッチが介装されていることを特徴とするモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータを駆動する三相交流電圧を供給するモータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
三相交流電圧によって駆動されるモータは、生産機械、電気自動車、家電製品等、色々な分野で利用されている。このようなモータはインバータ回路に接続され、インバータ回路において生成された三相交流電圧によって駆動される。図２には、一般的なモータ制御装置５０とこれによって駆動・制御されるモータ５１とが模式的に示されている。モータ制御装置５０は、工場等の電源５２から供給される三相交流電圧を変換して一定の直流電圧に変換してこれを直流電圧線ＰＮに供給するコンバータ５４と、この直流電圧を三相交流電圧に変換するインバータ回路５５とから構成され、直流電圧線ＰＮ間には、直流電圧を平滑化する平滑化コンデンサ５６が設けられている。モータ５１はこのようなインバータ回路５５の三相交流電圧線ＵＶＷに接続されている。インバータ回路５５は、複数個のトランジスタからなるスイッチとダイオードとから構成され、図示されないコントローラによってこれらのスイッチがＯＮ／ＯＦＦされて所望の電圧で所望の周波数の三相交流電圧が生成されるようになっている。モータ５１はこのようにして生成された三相交流電圧によって駆動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１１９２５３号公報
【０００４】
本発明と目的が異なる発明ではあるが、、モータ駆動回路を切り替えることを特徴とする発明が特許文献１に記載されている。すなわちこの文献には、モータから回生した電力のうち余剰な電力を消費する回生エネルギー処理回路と、モータを強制的に停止させるダイナミックブレーキ回路とを備えたモータ制御装置が示されている。このモータ制御装置においては、回生エネルギー処理回路とダイナミックブレーキ回路とは電気素子の一部を共通化して簡略化されている。従って、モータ制御装置を小型化し、コストを小さくできる効果が得られる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のモータ制御装置５０によっても、所望の周波数で所望の電圧の三相交流電圧を生成することができるので、モータ５１を制御することができる。従ってモータ５１の駆動・制御に関しては格別に問題はない。しかしながらモータの高速回転時における効率の点で問題が見受けられる。モータ５１には、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相のコイル５７ｕ、５７ｖ、５７ｗが設けられ、これらが中性点５８で結線されている。つまりモータ５１には、これらのコイル５７ｕ、５７ｖ、５７ｗにって抵抗ＲとインダクタンスＬを有することになる。仮に抵抗ＲとインダクタンスＬとが直列に接続されているとしてＲＬ直列回路として見ると、交流電流に対するインピーダンスＺの絶対値は１式によって与えられる。
【０００６】
【数１】
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【０００７】
そうすると三相交流電圧の周波数が高くなるとインピーダンスＺが大きくなりその分だけ電圧が降下してモータ５１の出力を大きくとることができないことが分かる。特にモータ５１を高速に回転させる場合には高い周波数の三相交流電圧を供給しなければならないので電圧降下の影響はより大きくなる。したがって、本発明は電圧の降下を抑制して、高速回転時のモータ出力を効率よく引き出すことができるモータの制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために、インバータ回路とモータとを接続している三相交流電圧線に、コンデンサを直列に設けるようにする。そして三相交流電圧線には、このコンデンサを迂回するバイパス回路も設け、バイパス回路にはスイッチを介装させる。
【０００９】
すなわち、請求項１に記載の発明は、前記目的を達成するために、インバータ回路を備え、該インバータ回路において生成した三相交流電圧によってモータを駆動・制御するモータ制御装置において、前記インバータ回路から前記モータに接続されている三相交流電圧線には、コンデンサが直列に設けられていることを特徴とするモータ制御装置として構成される。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータ制御装置において、前記三相交流電圧線には前記コンデンサを迂回して前記インバータ回路と前記モータとを直接接続するバイパス回路が設けられ、該バイパス回路にはスイッチが介装されていることを特徴とするモータ制御装置として構成される。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように本発明は、インバータ回路を備え、該インバータ回路において生成した三相交流電圧によってモータを駆動・制御するモータ制御装置において、インバータ回路からモータに接続されている三相交流電圧線には、コンデンサが直列に設けられているので、モータのインダクタンスＬと抵抗Ｒとコンデンサの静電容量ＣとによっていわゆるＲＬＣ直列回路が形成されることになる。そうすると三相交流電圧の周波数を高くしたときに生じるインダクタンスＬによるインピーダンスの上昇を抑制することが可能になる。これによってインダクタンスＬによる電圧降下を抑制することができ、高速回転時でもモータを効率よく駆動することができる。また他の発明によると、三相交流電圧線にはコンデンサを迂回してインバータ回路と前記モータとを直接接続するバイパス回路が設けられ、該バイパス回路にはスイッチが介装されている。ＲＬＣ直列回路においては、三相交流電圧の周波数によってインピーダンスが変化するし、周波数が小さいときには、コンデンサが設けられているとかえってインピーダンスが大きくなってしまう。本発明においては、スイッチを操作することによってコンデンサを迂回できるので、低周波数のときにはコンデンサを迂回し、高周波数のときにはコンデンサを接続することができ、モータの回転数に応じてインピーダンスを抑制してモータの駆動の効率が高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係るモータの制御装置の回路図である。
【図２】従来のモータの制御装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態に係るモータ制御装置について説明する。本実施の形態に係るモータ制御装置１は、図１に示されているように、三相交流電圧で駆動されるモータ２を駆動・制御する制御装置である。このモータ制御装置１も従来のモータ制御装置と同様に、工場等の電源３からの三相交流電圧を直流電圧に変換して直流電圧線Ｐ、Ｎに供給するコンバータ回路５と、直流電圧線Ｐ、Ｎからの直流電圧を所望の周波数で電圧の三相交流電圧に変換するインバータ回路６とを備えている。コンバータ回路５は周知であり、詳しくは説明しないが、ＰＷＭコンバータ、ダイオードコンバータ等からなる整流回路から構成されている。またインバータ回路６も周知であり、詳しくは説明しないが、６個のトランジスタＴ１、Ｔ２、…と６個のダイオードＤ１、Ｄ２、…とから構成され、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の上下アーム回路から構成されている。従って、図示されないコントローラからの制御によってトランジスタＴ１、Ｔ２、…を適切にＯＮ／ＯＦＦすると、直流電圧から三相交流電圧を生成して三相交流電圧線Ｕ、Ｖ、Ｗに出力することができる。また、反対に三相交流電圧線Ｕ、Ｖ、Ｗからの三相交流電圧を直流電圧に変換して直流電圧線Ｐ、Ｎに回生することもできる。本実施の形態においても、直流電圧線Ｐ、Ｎ間には直流電圧を平滑化する平滑化コンデンサ７が設けられている。
【００１３】
本実施の形態に係るモータ制御装置１は、インバータ回路６の出力側に特徴がある。すなわちインバータ回路６の出力である三相交流電圧の各線Ｕ、Ｖ、Ｗには、それぞれコンデンサ８ｕ、８ｖ、８ｗが直列に設けられ、コンデンサ８ｕ、８ｖ、８ｗから引き出された三相交流電圧線Ｕ、Ｖ、Ｗがモータ２に接続されている。また、これらのコンデンサ８ｕ、８ｖ、８ｗには、コンデンサ８ｕ、８ｖ、８ｗを迂回するバイパス回路９ｕ、９ｖ、９ｗも設けられ、バイパス回路９ｕ、９ｖ、９ｗにはスイッチ１０ｕ、１０ｖ、１０ｗが介装されている。
【００１４】
本実施の形態に係るモータ制御装置１の作用を説明する。本実施の形態においては、モータ２の回転数に応じてスイッチ１０ｕ、１０ｖ、１０ｗを操作する。モータ２を低速回転で駆動する場合、スイッチ１０ｕ、１０ｖ、１０ｗを全てＯＮする。そうするとコンデンサ８ｕ、８ｖ、８ｗの両端の端子は短絡されて、三相交流電圧はバイパス回路９ｕ、９ｖ、９ｗを流れることになる。インバータ回路６から見ると、モータ２の抵抗ＲとインダクタンスＬとから、いわゆるＲＬ直列回路が形成されることになるので、インピーダンスＺの絶対値は次のようになる。
【００１５】
【数２】
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【００１６】
モータ２を低速回転するときには、インバータ回路６から供給する三相交流電圧の周波数ｆは小さいのでインピーダンスＺに対するインダクタンスＬの影響は小さい。従って、電圧降下の影響はほとんどなくモータ２は効率よく回転する。
【００１７】
モータ２を高速回転で駆動するときには、スイッチ１０ｕ、１０ｖ、１０ｗをＯＦＦする。そうするとインバータ回路６から見あて、モータ２の抵抗ＲとインダクタンスＬと、コンデンサ８ｕ、８ｖ、８ｗの静電容量Ｃとから、いわゆるＲＬＣ直列回路が形成されることになるので、インピーダンスＺの絶対値は次の２式のようになる。
【００１８】
【数３】
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【００１９】
モータ２を高速回転するときには、インバータ回路６から供給する三相交流電圧の周波数ｆは大きいが、インピーダンスＺに対するインダクタンスＬの影響は、コンデンサの静電容量Ｃによって減じられることになる。従ってインピーダンスＺの増大は抑制されて電圧降下の影響はほとんどなくモータ２は効率よく回転する。特に３式で与えられる共振周波数ｆｃにおいてはインダクタンスＬによる成分とコンデンサＣによる成分が相殺されてインピーダンスＺの絶対値は抵抗Ｒの大きさに等しくなり、モータ２は最も効率よく回転する。
【００２０】
本実施の形態においては、モータ制御装置１にはバイパス回路９ｕ、９ｖ、９ｗとスイッチ１０ｕ、１０ｖ、１０ｗが設けられているように説明したが、例えば、モータ２の回転速度に下限が設けられ三相交流電圧の周波数が所定の値以上になることが保証されている場合には、これらは設けられていなくてもよい。コンデンサによるインピーダンスの増大を心配する必要がないからである。また、明細書においては、モータ２は三相交流電圧で駆動される一般的なモータとして説明しているが、サーボモータもそのようなモータの一種である。従ってサーボモータ用のモータ制御装置、すなわちサーボアンプに関しても同様に本発明を実施できる。さらに、コンデンサ８ｕ、８ｖ、８ｗは、本実施の形態においてはモータ制御装置１に設けられているように説明したが、モータ２内に設けられるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００２１】
１      モータ制御装置          ２      モータ
５      コンバータ回路          ６      インバータ回路
７      平滑化コンデンサ        ８      コンデンサ
９      バイパス回路          １０      スイッチ
【図１】
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【図２】
2015116046.tif 000007