(57)【要約】【課題】本発明は上記課題に鑑み、インバータ回路における回路構成の簡素化を図り、高コスト化を回避し得る制御モータ駆動装置の提供を第１の目的とする。また、また、設置場所が寒冷地等の低温環境下とされる場合であっても、制御モータの安定動作を実現し得る制御モータ駆動装置の提供を第２の目的とする。【解決手段】制御モータ駆動装置１００を構成するインバータ回路２４０は、ドライブ回路１４１と複数のスイッチ回路２４２ａ〜２４２ｆと電流検出回路１４３とを備えている。そして、インバータ回路２４０に配備されるそれぞれのスイッチ回路２４２ａ〜２４２ｆは、ゲートＧに接続される調整抵抗Ｒｇａ〜Ｒｇｆと、エミッタＥ−コレクタＣ間に接続される帰還ダイオードＤ１ａ〜Ｄ１ｆとを備えるスイッチング素子Ｔｒａ〜Ｔｒｆから構成され、かかる調整抵抗Ｒｇａ〜Ｒｇｆは抵抗値がそれぞれ２００Ω以下の範囲に設定されている。【選択図】図１
2008178175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流回路を介して交流電源に接続される力率改善回路と、前記力率改善回路及び制御モータのそれぞれに接続されるインバータ回路とから成り、前記インバータ回路は制御マイコンに接続されたドライブ回路と前記ドライブ回路にそれぞれ接続された複数のスイッチ回路と前記ドライブ回路に接続された電流検出回路とを備え、前記複数のスイッチ回路のそれぞれは調整抵抗とゲートに前記調整抵抗を接続させたスイッチング素子とを少なくとも備え、前記調整抵抗は抵抗値が２００Ω以下の範囲に設定されていることを特徴とする制御モータ駆動装置。
【請求項２】
前記制御モータ駆動装置は、摂氏マイナス１０度以下の環境で用いられることを特徴とする請求項１に記載の制御モータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御モータ駆動装置に関し、特にインバータ回路内に流れる電流のノイズによって発生する制御モータの誤作動を解消させる際に用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、制御モータの駆動の騒音又はトルク斑を解消させる技術として、制御モータをインバータ制御によって駆動させる制御モータ駆動装置の研究及び開発が進められている。かかる制御モータ駆動装置は、例えば、空調装置に設けられるコンプレッサ、洗濯機に設けられるドラム駆動モータ、車両用駆動モータ等、広範な技術分野に亘り広く利用されている。
【０００３】
特開２００７−００７５３９（特許文献１）では、制御モータ駆動装置に係る技術の一例が示されている。図６を参照して特許文献１に係る制御モータ駆動装置の構成を説明する。図示の如く、制御モータ駆動装置１００は、交流電源１１０と整流回路１２０と力率改善回路１３０とインバータ回路１４０と制御モータ１５０とから構成されている。かかる整流回路１２０は交流電源１１０の負の成分を正の成分に変換しリップル電圧を生成する。力率改善回路１３０はリップル電圧を平滑化すると供に波形制御部の指令に基づいてＰＷＭ波形制御を行う。インバータ回路１４０は、ドライブ回路１４１と複数のスイッチ回路１４２ａ〜１４２ｆと電流検出回路１４３とから構成され、制御モータ１５０及び外設される制御マイコン１０にそれぞれ接続される。
【０００４】
図７ではインバータ回路に配備されるスイッチ回路の構成が示されている。尚、それぞれのスイッチ回路１４２ａ〜１４２ｆにおける構成部品は、本来ａ〜ｆと標記されるべき部分を一般化してｎと標記する。図示の如く、スイッチ回路１４２ｎはスイッチング素子Ｔｒｎと調整抵抗Ｒｇｎと帰還ダイオードＤ１ｎと吸収ダイオードＤ２ｎとから構成されている。具体的に説明すると、スイッチング素子Ｔｒｎは、ゲートＧとコレクタＣとエミッタＥとを具備するＩＧＢＴから成り、ゲートＧに入力された信号に応じて駆動される。また、調整抵抗Ｒｇｎは、スイッチング素子ＴｒｎのゲートＧに設けられ、一端がドライブ回路１４１の出力ポートに導通され他端がスイッチング素子ＴｒｎのゲートＧに導通されている。また、帰還ダイオードＤ１ｎは、当該帰還ダイオードＤ１ｎのアノードがスイッチング素子ＴｒｎのエミッタＥに接続されカソードがコレクタＣに接続されている。更に、吸収ダイオードＤ２ｎは、当該吸収ダイオードＤ２ｎのアノードがトランジスタＴｒｎのエミッタＥに接続され、カソードがゲートＧと調整抵抗Ｒｇｎとの間に接続されている。尚、調整抵抗Ｒｇｎは、コモンモードノイズ等の発生を抑制させるため、例えば、抵抗値が６８０Ω程度の比較的大きな値に設定されている。
【０００５】
ドライブ回路１４１は、制御マイコン１０からの指令信号に基づいて、スイッチ回路１４２ａ〜１４２ｆに対してＨｉｇｈ−Ｌｏｗ信号から成るスイッチング素子駆動信号ＳＧａ〜ＳＧｆをそれぞれ出力する。具体的にはスイッチング素子駆動信号ＳＧａ〜ＳＧｆの出力パターンが複数規定されており、このうち、第１の駆動状態では、スイッチング素子駆動信号ＳＧａ及びＳＧｅのみＨｉｇｈ信号を出力し、スイッチ回路１４２ａ〜１４２ｆのうちスイッチ回路１４２ａ及びスイッチ回路１４２ｅのみを駆動状態とさせる。また、第２の駆動状態では、スイッチ回路１４０ａとスイッチ回路１４０ｆを駆動状態とさせる。更に、第３の駆動状態では、スイッチ回路１４０ｆとスイッチ回路１４０ｂを駆動状態とさせる。加えて、第４の駆動状態では、スイッチ回路１４０ｂとスイッチ回路１４０ｄを駆動状態とさせ、第５の駆動状態では、スイッチ回路１４０ｃとスイッチ回路１４０ｄを駆動状態とさせ、第６の駆動状態では、スイッチ回路１４０ｃとスイッチ回路１４０ｅを駆動状態とさせる。そして、ドライブ回路１４１は、第１の駆動状態から順次切換操作を行い、第６の駆動状態とされた後に再び第１の駆動状態へ復帰させ、これにより、インバータ回路１４０の循環制御を行う。
【０００６】
図８には制御モータ駆動装置１００の一部拡大図が示されている。図８（ａ）を参照して、第１の駆動状態とされたインバータ回路１４０を流れる電流経路について説明する。上述の如く第１の駆動状態では、スイッチ回路１４２ａ及びスイッチ回路１４２ｅが駆動状態とされている。この場面では、インバータ回路１４０には力率改善回路１３０から電位Ｖｍが印加されている。従って、図８（ａ）で示される様に、インバータ回路１４０を流れる電流は、当該電流の値を変えつつ、起点ａ→スイッチング素子Ｔｒａ→制御モータ１５０→スイッチング素子Ｔｒｅ→電流検出回路１４３→終点ｂへと導かれる。このとき、スイッチング素子Ｔｒａで出力電流Ｉｈを出力する際、当該出力電流Ｉｈにノイズが重畳されると、出力電流Ｉｈのノイズ成分によって生じる吸収電流ＩｘがダイオードＤ２ａを流れて吸収されるので、スイッチング素子ＴｒａのゲートＧに印加されるゲート電位が増加し、これにより、出力電流Ｉｈに重畳されたノイズが同期的に低下する。また同様に、スイッチング素子Ｔｒｅで出力電流ＩＬを出力する際、当該出力電流ＩＬにノイズが重畳されると、吸収電流ＩｘがゲートＧに向かって吸収ダイオードＤ２ｅを流れ、出力電流ＩＬのノイズが同期的に低下される。従って、電流検出回路１４３では、ノイズ成分が適正値に抑えられた出力電流ＩＬを検出するので、ドライブ回路１４１は、かかるノイズ成分に起因する不要な停止指令信号ＳＧｓを出力することなく、制御モータ１５０を安定的に駆動させる。
【０００７】
これに対し、図８（ｂ）ではインバータ回路１４０に係る第２の駆動状態が説明されている。制御モータ１５０は、図示しない内部コイルが慣性によって回転運動を持続させ、Ｕ相電源ラインｕとＶ相電源ラインｖとの間に回生起電力を生じさせている。従って、図８（ｂ）で示される様に、インバータ回路１４０を流れる電流Ｉｒは、制御モータ１５０からスイッチ回路１４０ｂへと導かれ、帰還ダイオードＤ１ｂを通過する。このとき、帰還ダイオードＤ１ｂには回生起電力に応じてキャリアが注入される。そして、当該キャリアがダイオードの内部に注入された状態では、循環制御によってスイッチング素子Ｔｒａ〜Ｔｒｆが再び第１の駆動状態に切替えられると、帰還ダイオードＤ１ｂでは、内部に注入されたキャリアが拡散しリカバリ電流Ｉｃを発生させる。このとき、スイッチング素子Ｔｒｅでは、リカバリ電流Ｉｃが出力電流Ｉｈと供にコレクタＣに流れ込み、リカバリ電流Ｉｃの変動状態に応じてエミッタＥで出力される出力電流ＩＬにノイズを重畳させてしまう場合がある。しかし、このような場合であっても、リカバリ電流Ｉｃに起因して出力電流ＩＬにノイズが重畳されると、上述の如く、スイッチング素子Ｔｒｅでは、吸収ダイオードＤ２ｅの作用によって吸収電流Ｉｘがゲートへ流れ込み、出力電流ＩＬのノイズが同期的に低下される。
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−００７５３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１の制御モータ駆動装置において、スイッチング素子の機能を備える半導体素子の外部に吸収ダイオードを構成する半導体素子を実装させると、回路基板の複雑化及び多素子化に伴い、制御モータ駆動装置の高コスト化を招くとの問題が生じる。また、かかる如く、半導体素子が実装される回路基板が高密度化または多素子化されて複雑な構成とされると、動作の安定性を維持できなくなるとの問題も懸念される。
【００１０】
また、出力電流にノイズが重畳される現象は、調整抵抗の抵抗値が２００Ω以上に設定された場合に摂氏マイナス１０度以下の環境で顕著に現れると発明者より報告されており、特許文献１の制御モータ駆動装置がこの様な環境下に設置されると、スイッチング素子で出力される出力電流のノイズ値が著しく上昇し、これによる吸収ダイオードのノイズ抑制機能の低下に伴い、制御モータを安定的に駆動できなくなるとの問題が懸念される。
【００１１】
本発明は上記課題に鑑み、インバータ回路における回路構成の簡素化を図り、高コスト化を回避し得る制御モータ駆動装置の提供を第１の目的とする。また、設置場所が寒冷地等の低温環境下とされる場合であっても、制御モータの安定動作を実現し得る制御モータ駆動装置の提供を第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明では次のような制御モータ駆動装置の構成とする。すなわち、整流回路を介して交流電源に接続される力率改善回路と、前記力率改善回路及び制御モータのそれぞれに接続されるインバータ回路とから成り、前記インバータ回路は制御マイコンに接続されたドライブ回路と前記ドライブ回路にそれぞれ接続された複数のスイッチ回路と前記ドライブ回路に接続された電流検出回路とを備え、前記複数のスイッチ回路のそれぞれは調整抵抗とゲートに前記調整抵抗を接続させたスイッチング素子とを少なくとも備え、前記調整抵抗は抵抗値が２００Ω未満の範囲に設定されていることを必要とする。また、前記制御モータ駆動装置は、摂氏マイナス１０度以下の環境で用いられる場合に好適である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、インバータ回路はスイッチ回路に設けられる吸収ダイオードを排除した構成とされるので、簡素化されたインバータ回路を具備する制御モータ駆動装置は、設計コスト及び製造コストに伴う高コスト化を回避し得て、且つ、回路動作に係る安定性の維持が図られる。また、調整抵抗の抵抗値を２００Ω以下に設定することが可能とされるので、制御モータ駆動装置は、設置温度に影響されることなく、低温環境下に設置される場合であっても、制御モータの安定的な駆動状態を維持することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る実施の形態につき図面を参照して説明する。図１では本実施の形態に係る制御モータ駆動装置２００の構成が示されている。図１に示す如く、制御モータ駆動装置２００は、整流回路１２０を介して交流電源１１０に接続される力率改善回路１３０と、力率改善回路１２０及び制御モータ１５０のそれぞれに接続されるインバータ回路２４０とから構成されている。
【００１５】
図示の如く、整流回路１２０は、ブリッジ回路部１２２とコンデンサＣｄとから構成されている。ブリッジ回路部１２２では複数のダイオードによってブリッジ回路部が形成されている。また、コンデンサＣｄはブリッジ回路部１２２の接点ａと接点ｃとに並列接続されている。このとき同時に、接点ａと接点ｃとの間には交流電源１１０が接続されている。更に、ブリッジ回路部１２２の接点ｂと接点ｄには力率改善回路１３０が接続されている。かかる構成により、コンデンサＣｄによって交流電源１１０のノイズ成分がフィルタリングされた後、ブリッジ回路部１２２の整流作用によって、交流電源１１０の供給電圧のうち正弦波の負成分が正成分に変換される。これにより、整流回路１２０では脈動波となるリップル電圧が生成され、かかるリップル電圧は力率改善回路１３０へ印加される。
【００１６】
力率改善回路１３０は、チョークコイルＬｗとダイオードＤｗとスイッチング素子ＴｒｗとコンデンサＣｗと波形制御部１３１とから構成されている。また、力率改善回路１３０にはブリッジ回路部１２２の接点ｄに接続された高電源ラインｈｃｌと接点ｂに接続された低電源ラインｌｃｌとが配備されている。図示の如く、チョークコイルＬｗ及びダイオードＤｗは高電源ラインｈｃｌに設けられている。このとき、チョークコイルＬｗ及びダイオードＤｗは互いに直列に接続され、これによって配置されたダイオードＤｗはカソードがインバータ回路２４０へと導通される。波形制御部１３１は、チョークコイルＬｗとダイオードＤｗとの両端に並列接続され、同時に、スイッチング素子Ｔｒｗのゲートにも接続されている。かかるスイッチング素子Ｔｒｗには、電気的にＯＮ／ＯＦＦ制御を行うトランジスタが用いられ、例えば、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ等が一般的に用いられており、本実施の形態では、ＩＧＢＴを採用することとする。スイッチング素子Ｔｒｗは、チョークコイルＬｗとダイオードＤｗとの間にコレクタが接続され、低電源ラインｌｃｌにエミッタが接続される。また、コンデンサＣｗは、一方がダイオードＤｗのカソードと波形制御部１３１に導かれる配線接続部Ｘとの間に接続され、他方が低電源ラインｌｃｌに接続されている。即ち、スイッチング素子Ｔｒｗのコレクタ−エミッタ間とコンデンサＣｗの各々は、ブリッジ回路部１２２の接点ｂ−ｄ間に並列接続される。かかる構成により、整流回路１２０から印加されたリップル電圧は、昇圧されると供に平滑化され、高電源ラインｈｃｌと低電源ラインｌｃｌとの両端において、略一定値の直流電圧に変換される。一方、波形制御部１３１では、入力されたリップル電圧と出力させる直流電圧とを比較し、ＰＷＭ波形制御を伴って制御モータ１５０を駆動させる際に必要な電力を供給できるように力率を調整する。ここで、ＰＷＭ（Pulse  Wide  Modulation）波形制御とは、波形制御部１３１からスイッチング素子Ｔｒｗのゲートに駆動信号を出力し、スイッチング素子Ｔｒｗを数ＫＨｚ程度の高周波で駆動させる。そして、スイッチング素子Ｔｒｗの断続的なＯＮ／ＯＦＦ駆動によって、直流電圧をパルス波状の変調電位Ｖｍに変換させる制御を言う。このとき、パルス波状の変調電位Ｖｍは、ＰＷＭ波形制御によって以下の如く変調され、インバータ回路２４０に印加される。即ち、制御モータ１５０を円滑な駆動状態とさせるために、変調電位Ｖｍのパルス幅を電位の印加時間に対して連続的に増減させ、それぞれの単位パルス幅に対応する等価電位が正弦波状に分布する様にスイッチング素子Ｔｒｗを駆動させる。このとき、変調電位Ｖｍにおけるパルス波のデューティー比を変更することで正弦波に相当する電圧値が制御される。また、変調電位Ｖｍにおけるパルス波のピッチを変更することで正弦波に相当する周波数成分が制御される。
【００１７】
インバータ回路２４０は、制御マイコン１０に接続されたドライブ回路１４１と、ドライブ回路１４１にそれぞれ接続された複数のスイッチ回路２４２ａ〜２４２ｆと、ドライブ回路１４１に接続された電流検出回路１４３とを備えている。また、力率改善回路１３０に配備される高電源ラインｈｃｌと低電源ラインｌｃｌとが各々延長して設けられている。更に、制御モータ１５０に接続されるＵ相電源ラインｕ及びＶ相電源ラインｖ及びＷ相電源ラインｗが設けられ、この他、部品間を導通させる信号ライン及び電源ラインが適宜配線されている。
【００１８】
図１に示す如く、ドライブ回路１４１には、出力ポートＰａ〜Ｐｆが配備されている。そして、制御マイコン１０から送信されるインバータ駆動信号ＳＧｍに応じて、出力ポートＰａ〜Ｐｆからスイッチング素子駆動信号ＳＧａ〜ＳＧｆを出力させる。また、ドライブ回路１４１は、電流検出回路１４３によって検出された出力電流ＩＬの電流値を検出する。ドライブ回路１４１では、当該ドライブ回路１４１に格納される限界電流値と検出された電流値とを比較し、出力電流ILの電流値が限界電流値より大きい場合には、ドライブ回路１４１から制御マイコン１０に向けて停止指令信号ＳＧｓを出力する。かかる場合、制御マイコン１０では、停止指令信号ＳＧｓを受信し、予め規定された停止モードに準えて制御モータ１５０の制御を行う。尚、本実施の形態における、電流検出回路１４３の具体的な構成を示すと、例えば、所定の抵抗値を有する検出抵抗を配置させ、かかる検出抵抗の両端部をドライブ回路１４１の所定のポートへ接続させる構成により、電流検出回路１４３では、検出抵抗を通過する出力電流ＩＬの電流値を検出することが可能となる。
【００１９】
図２ではインバータ回路に複数配備されるスイッチ回路の単位構成が示されている。スイッチ回路２４２ｎは、調整抵抗Ｒｇｎと、調整抵抗Ｒｇｎを介してゲートＧをドライブ回路１４１に接続させたスイッチング素子Ｔｒｎと、スイッチング素子ＴｒｎのエミッタＥ−コレクタＣ間に接続される帰還ダイオードＤ１ｎとを備えている。尚、スイッチ回路２４２ａ〜２４２ｆは、それぞれ同一の構成とされるため、同図では、本来ａ〜ｆと標記されるべき部分を一般化して単にｎと標記し、スイッチ回路２４２ｎと便宜的に示している。これに伴い、スイッチ回路２４２ｎの構成部品についても、スイッチング素子Ｔｒｎ及び調整抵抗Ｒｇｎ及び帰還ダイオードＤ１ｎと一般化して標記する。図示の如く、スイッチング素子Ｔｒｎは、ゲートＧとコレクタＣとエミッタＥとを具備し、ゲートＧに入力されたスイッチング素子駆動信号ＳＧｎに応じて駆動される。また、調整抵抗Ｒｇｎは、スイッチング素子ＴｒｎのゲートＧに設けられ、信号ラインを介して一端がドライブ回路１４１の出力ポートに導通され他端がスイッチング素子ＴｒｎのゲートＧに導通されている。また、帰還ダイオードＤ１ｎは、当該帰還ダイオードＤ１ｎのアノードがスイッチング素子ＴｒｎのエミッタＥに接続されカソードがコレクタＣに接続されている。尚、スイッチング素子Ｔｒｎには、電気的に駆動状態が制御されるＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ等のトランジスタ、又は、ＧＴＯ等のサイリスタ等が適宜用いられる。本実施の形態では、インバータ回路２４０に数百（Ｖ）程度の両端電圧が印加されるため、高電力を制御する際に好適なＩＧＢＴを用いるのが好ましい。また、調整抵抗Ｒｇｎは、出力電流Ｉｈ又はＩＬに重畳されるノイズを低下させるべく、抵抗値が以下に記す許容範囲内において設定されるのが好ましい。先ず、許容範囲の上限となる抵抗値を少なくとも２００Ω以下に設定させることとする。これにより、スイッチング素子Ｔｒｎでは駆動されるために十分なゲート電位が供給され、出力電流Ｉｈ又はＩＬのノイズ成分が有効に抑えられ且つ安定化される。次に、スイッチング素子の帰還容量Ｃｒｅｓは当該スイッチング素子Ｔｒｎの駆動性能を定める寄生容量の一つであるが、かかる帰還容量Ｃｒｅｓの値は調整抵抗Ｒｇｎの抵抗値によって規定され、互いの関係によって許容範囲の下限抵抗値が定められる。従って、調整抵抗Ｒｇｎの抵抗値は、上記の如く定められた許容範囲において、設計条件と照合させて最適値を設定されるのが好ましい。尚、かかる抵抗値のより好ましい設定範囲については、図４によって後述する。
【００２０】
上述の如く構成されたスイッチ回路２４２ａ〜２４２ｆは、インバータ回路２４０において以下の様に適用される。図１に示す如く、スイッチ回路２４２ａ〜２４２ｆのそれぞれは、出力ポートＰａ〜Ｐｆに対応して設けられている。このとき、スイッチング素子ＴｒａのエミッタＥとスイッチング素子ＴｒｄのコレクタＣとが電源ラインＬｕで結線される。一方、スイッチング素子ＴｒａのコレクタＣには高電源ラインｈｃｌが接続され、他方、スイッチング素子ＴｒｄのエミッタＥには低電源ラインｌｃｌが接続される。これと同じくして、スイッチ回路２４２ｂとスイッチ回路２４２ｅ、及び、スイッチ回路２４２ｃとスイッチ回路２４２ｆとがそれぞれ電源ラインＬｖ〜Ｌｗ等によって配線される。また、インバータ回路２４０には、Ｕ相電源ラインｕとＶ相電源ラインｖとＷ相電源ラインｗとが設けられ、一方では電源ラインＬｕ〜Ｌｗにそれぞれ接続され、他方では制御モータ１５０の図示されない端子部にそれぞれ接続される。このとき、ドライブ回路１４１は、インバータ駆動信号ＳＧｍに基づいてスイッチング素子駆動信号ＳＧａ〜ＳＧｆをそれぞれ出力する。具体的には、ドライブ回路１４１においてスイッチング素子駆動信号ＳＧａ〜ＳＧｆの出力パターンが複数規定されている。このうち、第１の駆動状態では、出力ポートＰａ及び出力ポートＰｅから、スイッチング素子駆動信号ＳＧａ及びスイッチング素子駆動信号ＳＧｅをＨｉｇｈ状態とさせて出力し、その他の出力ポートではスイッチング素子駆動信号ＳＧｎの波形をＬｏｗ状態に維持させる。即ち、スイッチ回路２４２ａ及びスイッチ回路２４２ｅのみを駆動状態とさせる。また、第２の駆動状態では、スイッチ回路２４２ａの駆動状態を維持させたまま、スイッチ回路２４２ｅの替わりにスイッチ回路２４２ｆを駆動状態とさせる。更に、第３の駆動状態では、スイッチ回路２４２ｆの駆動状態を維持させ、スイッチ回路２４２ａの替わりにスイッチ回路２４２ｂを駆動状態とさせる。以降、上述の如く切換動作を行い、第４の駆動状態では、スイッチ回路２４２ｂとスイッチ回路２４２ｄを駆動状態とさせ、第５の駆動状態では、スイッチ回路２４２ｃとスイッチ回路２４２ｄを駆動状態とさせ、第６の駆動状態では、スイッチ回路２４２ｃとスイッチ回路ｅを駆動状態とさせる。そして、ドライブ回路１４１は、第１の駆動状態から順次切換操作を行い、第６の駆動状態とされた後に再び第１の駆動状態へ復帰させ、これにより、インバータ回路２４０の循環制御を行う。尚、かかる切換動作は、制御モータ１５０を駆動させる一例であって、本実施の形態におけるドライブ回路１４１では、この他、種々のインバータ回路２４０のスイッチング操作を適用できる。
【００２１】
かかる構成により、制御モータ駆動装置２００は以下の如く動作する。即ち、交流電源１１０から供給された正弦波状の電圧は、整流回路１２０にてリップル電圧に変換される。かかるリップル電圧は、力率改善回路１３０に印加され脈動成分が除去されるとともにＰＷＭ波形制御され、制御モータ１５０の制御状態に適合した変調電位Ｖｍに変換される。その後、変調電位Ｖｍはインバータ回路２４０に印加される。かかる状態において、インバータ回路２４０は、制御マイコン１０から送信されるインバータ駆動信号ＳＧｍに基づいて、出力部Ｐａ〜Ｐｆにてスイッチング素子駆動信号ＳＧａ〜ＳＧｆを出力させ、所望のスイッチ回路２４２ａ〜２４２ｆを駆動状態とさせる。
【００２２】
ここで例えば、スイッチ回路２４２ａ〜２４２ｆの駆動パターンが第１の駆動状態とされる場合、図３（ａ）に示す如く、スイッチ回路２４２ａ及びスイッチ回路２４２ｅが駆動状態とされる。この場面では、先ず、出力電流Iｈがスイッチング素子ＴｒａのエミッタＥから出力される。出力電流Ｉｈは、エミッタＥを起点としＵ相電源ラインｕを介して制御モータ１５０へと導かれ、その後、Ｖ相電源ラインｖを介しスイッチング素子ＴｒｅのコレクタＣへと導かれる。そして、スイッチング素子Ｔｒｅでは、ゲートＧ−コレクタＣ間に生じた電位差に応じて出力電流ＩＬを出力させる。更に、出力電流ＩＬは、電流検出回路１４３に導かれ電流値が検出される。
【００２３】
図３（ｂ）に示す如く、かかる第１の駆動状態が終了した後、スイッチ回路２４２ｎの駆動パターンが第２の駆動状態へと切り替えられる場合、制御モータ１５０では、図示しない内部コイルの回転運動が持続される。そして、Ｕ相電源ラインｕとＶ相電源ラインｖとの間に回生起電力を生じさせ、これによって生じた電流Ｉｒがインバータ回路２４０の内部を循環する。このとき、スイッチング素子Ｔｒｂに導かれた電流Ｉｒは、帰還ダイオードＤ１ｂによってバイパスされて、スイッチング素子ＴｒｂのエミッタＥ−コレクタＣ間を通過する。従って、回生起電力が生じている状態では、電流Ｉｒによってキャリアが帰還ダイオードＤ１ｂに注入され続ける。その後、駆動パターンが切り替わり、帰還ダイオードＤｂ１に注入されたキャリアが拡散される時に、スイッチング素子Ｔｒｂへ直列接続されたスイッチング素子Ｔｒｅが駆動すると、スイッチング素子Ｔｒｅではリカバリ電流Ｉｃによって駆動状態が不安定とされ、出力電流ＩＬにノイズを重畳させる現象が見られる。但し、本実施の形態において、かかるリカバリ電流Ｉｃは、調整抵抗Ｒｇａ〜Ｒｇｆの抵抗値を適宜に設定することにより、電流検出回路１４３へ導かれる出力電流ＩＬのノイズ成分が適正値に抑えられる。以下、調整抵抗Ｒｇａ〜Ｒｇｆに係る抵抗値について説明する。
【００２４】
図４を参照して、調整抵抗Ｒｇａ〜Ｒｇｆの値とドライブ回路１４１の動作について説明する。同図では、ドライブ回路１４１の動作を解析するために、インバータ回路２４０の制御を簡素化して、以下の如く実験が行われる。即ち、インバータ回路２４０に接続される制御マイコン１０は、全てのスイッチング素子Ｔｒａ〜ＴｒｆをＯＦＦ状態とさせる初期状態の制御モードと、スイッチング素子Ｔｒａ及びＴｒｅのみをＯＮ状態とさせるターンオン状態の制御モードと、ターンオン状態の後にスイッチング素子Ｔｒａ及びＴｒｅを含む全てのスイッチング素子ＴｒｎをＯＦＦ状態とさせるターンオフ状態の制御モードとを実行させる。また、制御マイコン１０は、ドライブ回路１４１の出力信号に基づき、初期状態→ターンオン状態→ターンオフ状態へとスイッチング素子Ｔｒｎを駆動させる。その後、リカバリ電流に起因しドライブ回路１４１の誤動作が生じる場合、コレクタ電流が限界電流値へ到達されないにも関わらず、制御マイコン１０は、全てのスイッチング素子ＴｒｎをＯＦＦ状態とさせる。このとき、かかる動作モードを誤動作時の強制停止モードと呼ぶ。また、リカバリ電流が生じてもドライブ回路１４１の誤動作が生じない場合、制御マイコン１０は、所定時間経過後、再びスイッチング素子Ｔｒａ及びＴｒｅをターンオン状態とさせ、スイッチング素子Ｔｒｅのコレクタ電流が限界電流値に到達するのを待ち、ＯＣＰ（Over Current Protector）機能によって全てのスイッチング素子Ｔｒｎを強制停止させる。このとき、かかる動作モードを正常時の制御モードと呼ぶ。ここで、本実験では、インバータ回路２４０におけるＶ相電源ラインｖのプロービングを行い、スイッチング素子Ｔｒｅが１９Ａに到達する際、制御マイコン１０が一時的にスイッチング素子Ｔｒｎをターンオフ状態とさせる。また、限界電流値とは、スイッチング素子Ｔｒｅの出力電流ＩＬに係る上限の臨界値をコレクタ電流に換算した電流値であって、本実験では４８Ａと規定される。更に、本実験では、電流値を測定する際の環境温度Ｔａをマイナス２０℃にて実施する。そして、本実験では、調整抵抗Ｒｇｎの抵抗値が、１５０Ω、２００Ω、３３０Ω、４７０Ω、６８０Ωの場合についてそれぞれ実験を行い、それぞれの抵抗値についてドライブ回路１４１の動作を解析する。尚、同図では、図４（ａ）に抵抗値が４７０Ωとされた実験結果１と、また、図４（ｂ）に抵抗値が２００Ωの実験結果２とが代表的に示されている。
【００２５】
図４（ａ）を参照して、調整抵抗Ｒｇｎの抵抗値が４７０Ωに設定された場合について説明する。尚、前述した初期状態では、負荷とされる制御モータ１５０は、停止状態とされ、内蔵されるコイルにエネルギーが蓄積されていない状態とされる。図示の如く、スイッチング素子Ｔｒｅに流れるコレクタ電流は、スイッチング素子Ｔｒａ及びＴｒｅの駆動状態に応じて以下の如く発生する。即ち、グラフの原点部からａ点迄の区間では、制御マイコン１０の制御モードが初期状態とされるので、全てのスイッチング素子ＴｒｎがＯＦＦ状態とされている。このとき、Ｖ相電源ラインｖでは、電流の変化が一切観測されず、コレクタ電流は検出されない。その後、ａ点からｂ点迄の区間では、制御マイコン１０の制御モードがターンオン状態とされるので、スイッチング素子Ｔｒａ及びＴｒｅがＯＮ状態とされる。このとき、スイッチング素子Ｔｒｅのコレクタ電流は、コイルのインダクタンスに応じて一定の勾配を維持させ増加する。かかる後、コレクタ電流は、増加を続けてターンオフ値とされる１９Ａに到達する。このとき、インバータ回路２４０は、ターンオフ状態とされるので、スイッチング素子Ｔｒａ及びＴｒｅも併せてＯＦＦ状態とされる。これにより、ｂ点からｃ点迄の区間では、制御モータ１５０の回生動作によってコイルに蓄積されたエネルギーが開放され、コレクタ電流が一定勾配にて減少する。然る後、制御マイコン１０がインバータ回路２４０を再びターンオン状態とさせる制御モードへと移行する。しかし、図示の如く、ｃ点直後には、高周波のリカバリ電流が一定時間ｔａ発生する。このとき、かかるリカバリ電流の状態如何によってドライブ回路１４１の誤動作を誘発させるか否かが画定する。調整抵抗Ｒｇｅの抵抗値が４７０Ωの場合のリカバリ電流では、リカバリ電流に起因するノイズ状態がドライブ回路１４１を誤動作させる程度に影響を及ぼす。従って、ｃ点からｄ点迄の区間では、ドライブ回路１４１が誤動作を起こし、制御マイコン１０が誤動作時の強制停止モードに移行するので、全てのスイッチング素子Ｔｒａ〜ＴｒｆをＯＦＦ状態とさせる。このとき、コレクタ電流は、ｂ点からｃ点迄の減少勾配より大きな勾配にて減少する。かかる如く、調整抵抗Ｒｇｅの抵抗値が３３０Ωの場合、リカバリ電流に起因するノイズが顕著に現れ、ドライブ回路１４１の誤動作を伴って、インバータ回路２４０の動作が安定的に行われないことが解る。
【００２６】
図４（ｂ）を参照して、調整抵抗Ｒｇｎの抵抗値が２００Ωに設定された場合について説明する。先ず、グラフの原点部からａ点迄の区間では、インバータ回路２４０が初期状態とされるので、コレクタ電流は一切検出されない。その後、ａ点からｂ点迄の区間では、インバータ回路２４０がターンオン状態とされ、コレクタ電流は一定の勾配にて増加する。かかる後、コレクタ電流は増加を続けて１９Ａに到達する。このとき、インバータ回路２４０は、インバータ回路２４０がターンオフ状態とされるので、スイッチング素子Ｔｒａ及びＴｒｅを一時的にＯＦＦ状態とさせる。かかるスイッチング状態が一定時間維持されるため、ｂ点からｃ点迄の区間では、制御モータ１５０の回生動作によって、コレクタ電流が一定勾配にて減少していく。然る後、ｃ点直後では、前述の如くインバータ回路２４０がターンオン状態へと移行するため、スイッチング素子Ｔｒａ及びＴｒｅが再びＯＮ状態とされる。抵抗値を２００Ωとした本実験の場合であっても、ｃ点直後にはリカバリ電流に起因するノイズが重畳される。但し、かかるリカバリ電流は、ノイズの発生値又は発生時間ｔｂが抑制され、コレクタ電流に重畳されるノイズ成分がドライブ回路１４１を誤動作させない程度にまで改善される。従って、ｃ点からｃ’点迄の区間では、スイッチング素子Ｔｒａ及びＴｒｅのＯＮ状態が維持され、コレクタ電流が一定の勾配にて増加する。そして、コレクタ電流が限界電流値まで到達するｃ’点では、制御マイコン１０が正常時の強制停止モードへ移行するので、これにより、ｃ’点以後では、スイッチング素子Ｔｒｅのコレクタ電流が一定勾配にて減少し始める。かかる如く、調整抵抗Ｒｇｎの抵抗値が２００Ωの場合、リカバリ電流が多少発生しても、コレクタ電流に重畳されるノイズの状態が抑制されているので、ドライブ回路１４１が誤動作することなく、インバータ回路２４０の動作の安定化が図られる。
【００２７】
図５には、上述の如く実施された実験結果を参照し、調整抵抗Ｒｇｎを１５０Ω、２００Ω、３３０Ω、４７０Ω、６８０Ωのそれぞれの抵抗値に対応させ、スイッチング素子Ｔｒｅにおけるコレクタ電流の最大値をプロットさせた集計結果が示されている。図示の如く、抵抗値６８０Ωに対応するｒ１点及び抵抗値４７０Ωに対応するｒ２点では、コレクタ電流の最大値がターンオフ値とされる１９Ａを示している。即ち、調整抵抗Ｒｇｎの抵抗値が４７０Ω以上の場合、図４（ａ）に示される如く、ドライブ回路１４１が誤動作を起こすため、ｃ点以後が誤動作時の強制停止モードに移行し、その結果、かかる場合のコレクタ電流は、一時的にターンオフさせたｂ点の電流値が最大値とされる。一方、図５の抵抗値２００Ωに対応するｒ４点及び抵抗値１５０Ωに対応するｒ５点では、コレクタ電流の最大値が限界電流値とされる４８Ａを示している。即ち、調整抵抗Ｒｇｎの抵抗値が２００Ω以下の場合、図４（ｂ）に示される如く、ドライブ回路１４１は安定的に動作されるので、ｃ点以後のターンオン状態が維持され、その結果、かかる場合のコレクタ電流は、限界電流値とされるｃ’点の電流値が最大値とされる。尚、図５に示される如く、抵抗値３３０Ωの場合には、リカバリ電流によるノイズがドライブ回路１４１に若干影響し、コレクタ電流の最大値がターンオフ値と限界電流値とに対する遷移的な電流値を示す。かかる如く示された集計結果では、調整抵抗Ｒｇｎの抵抗値が４８０Ω以上の場合には、ドライブ回路１４１の誤動作を明らかに確認できる。また、かかる抵抗値が２００Ω以上であって４８０Ω以下の場合には、ドライブ回路１４１の誤動作が徐々に改善されていく様子が確認できる。更に、抵抗値が２００Ω以下の場合、ドライブ回路１４１は、リカバリ電流に起因する誤動作を生じさせることなく、安定的な動作を維持している様子が確認できる。従って、本実施の形態に用いるべき最善の調整抵抗Ｒｇｎには、抵抗値を２００Ω以下の範囲に設定させるのが好ましい。尚、前述の如く、本実験では、環境温度Ｔａをマイナス２０℃とした測定結果がそれぞれ示されているので、本実施の形態に係る制御モータ駆動装置２００は、低温環境下における使用場面であっても、リカバリ電流に起因して生じるノイズの状態が十分に抑えられ、制御モータ１５０を安定的に駆動させていることが解る。
【００２８】
本実施の形態によれば、インバータ回路２４０は、スイッチ回路２４２ａ〜２４２ｆに設けられる吸収ダイオードを排除した構成とされるので、簡素化されたインバータ回路２４０を具備する制御モータ駆動装置２００は、設計コスト及び製造コストに伴う高コスト化を回避し得て、且つ、回路動作に係る安定性の維持が図られる。また、調整抵抗Ｒｇａ〜Ｒｇｆの抵抗値を２００Ω以下に設定することが可能とされるので、制御モータ駆動装置２００は、設置温度に影響されることなく、低温環境下に設置される場合であっても、制御モータ１５０の安定的な駆動状態を維持することが可能となる。
【００２９】
以上の如く記された実施の形態はあくまでも本発明の一つの実施形態であって、本発明はこれに限らず他の実施の形態を適用させることが可能である。例えば、本実施の形態では供給させる電源を商用の交流電源１１０としているが、これに限らず、供給電源を車両に搭載されるバッテリー等に置き換え、これにより、整流回路１３０を省略させた新たな制御モータ駆動装置としても良い。また、本実施例における制御モータ駆動装置１３０では、力率改善回路１３０においてＰＷＭ波形制御を実施させているが、これに限らず、ドライブ回路１４１から直接ＰＷＭ波形制御を行う構成としても良い。
【００３０】
尚、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、上述した実施の形態に記載されたものに限られるものではない。例えば、本実施の形態では、力率改善回路１３０に設けられる波形制御部１３１は、ＰＷＭ波形制御に基づいてスイッチング素子Ｔｒｗを駆動させるようにしているが、これに限らず、ＰＡＭ（Pulse  Amplitude  Modulation）波形制御に基づいてスイッチング素子Ｔｒｗを駆動させるようにしても良く、この他あらゆる波形制御法が適用される。また、制御モータ１５０とは、インバータ制御によって駆動されるモータ全般を指し、本実施の形態に記される三相交流モータに限らず、多層交流モータ又は単層モータ、この他、様々な種類のモータが用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施の形態に係る制御モータ駆動装置の構成を示す図
【図２】実施の形態に係るスイッチ回路の単位構成を示す図
【図３】実施の形態に係る制御モータ駆動装置の動作状態を示す図
【図４】スイッチング素子のコレクタ電流を示す図
【図５】コレクタ電流の最大値を抵抗値毎に示す図
【図６】従来例に係る制御モータ駆動装置の構成を示す図
【図７】従来例に係るスイッチ回路の単位構成を示す図
【図８】従来例に係る制御モータ駆動装置の動作状態を示す図
【符号の説明】
【００３２】
１０    制御マイコン
１１０    交流電源
１２０    整流回路
１３０    力率改善回路
２００    制御モータ駆動装置
２４０    インバータ回路
１４１    ドライブ回路
１５０    制御モータ
２４２ｎ  スイッチ回路
Ｔｒｎ  スイッチング素子
Ｇ    ゲート
Ｃ    コレクタ
Ｅ    エミッタ
Ｒｇｎ  調整抵抗
Ｄ１ｎ  帰還ダイオード
１４３    電流検出回路
【図１】
2008178175.tif 000003
【図２】
2008178175.tif 000004
【図３】
2008178175.tif 000005
【図４】
2008178175.tif 000006
【図５】
2008178175.tif 000007
【図６】
2008178175.tif 000008
【図７】
2008178175.tif 000009
【図８】
2008178175.tif 000010