(57)【要約】【課題】  本発明は３相モータ制御装置に関するものであって、より詳しくはインバータとブレーキを有する３相モータ制御装置に関する。【解決手段】  本発明は３相モータの各位相端子に連結されたインバータと前記３相モータを制動するブレーキとを有する３相モータ制御装置において、所定の同期信号に基づいて前記ブレーキの駆動電源と前記インバータの電源を同時に供給する電源供給部と、前記インバータを制御するインバータ制御信号と前記電源供給部が前記ブレーキ及び前記インバータに電源を供給するようにする電源制御信号とを出力する制御部とを含むことを特徴とする３相モータ制御装置である。【選択図】  図３
2005033988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相モータの各位相端子に連結されたインバータと前記３相モータを制動するブレーキとを有する３相モータ制御装置において、
所定の同期信号に基づいて前記ブレーキの駆動電源と前記インバータの電源とを同時に供給する電源供給部と、
前記インバータを制御するインバータ制御信号と、前記電源供給部が前記ブレーキと前記インバータに電源を供給するようにする電源制御信号とを出力する制御部と
を含むことを特徴とする３相モータ制御装置。
【請求項２】
前記電源供給部は前記ブレーキに電源を供給するブレーキ電源部と、前記インバータに電源を供給するインバータ電源部とを有し、
前記ブレーキ電源部と前記インバータ電源部は前記同期信号にトリガーされて電源を供給することを特徴とする、請求項１に記載の３相モータ制御装置。
【請求項３】
前記制御部から前記電源供給部に出力する電源制御信号は前記ブレーキ電源部と前記インバータ電源部をトリガーする前記同期信号であることを特徴とする、請求項２に記載の３相モータ制御装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は３相モータ制御装置(device for controlling 3-phase motor)に関するものであって、より詳しくは、インバータとブレーキを有する３相モータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、エネルギー効率を高めるために家電製品（エアコン、洗濯機、冷蔵庫など）にインバータによって制御される３相モータを使用する場合が多くなっている。このようなサーボモータシステムの設計時に移動体の制動のためにモータと一体化したブレーキが一般的に多く使用されている。
【０００３】
モータと一体化したブレーキの電源はシステムとの絶縁などの理由で別途の電源装置を使用しており、制御のためにリレーを用いるのが一般的である。
【０００４】
図１は従来の３相モータ制御装置の回路図である。
図１に示したように、３相サーボモータ制御装置は３相モータ１００、インバータ１１０、ブレーキ電源部１２０、電源供給部１３０及びマイコン１４０を有する。
【０００５】
３相モータ１００はモータ制動のためのブレーキ１０１及びブレーキコイル１０２と一体形に構成されている。ブレーキコイル１０２に電流が流れないと、ブレーキ１０１はモータ１００を制動した状態を維持し、ブレーキコイル１０２に電流が印加されると、モータ１００の制動を中止する。
【０００６】
インバータ１１０は６個のスイッチ用トランジスタとトランジスタ駆動回路１１１を有する。
【０００７】
トランジスタは３相モータ１００の各位相端子と直流電源の陽の端子Ｐとの間に連結される３個の第１スイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３と、前記３相モータ１００の各位相端子と直流電源の陰の端子Ｎとの間に連結される第２スイッチＱ４、Ｑ５、Ｑ６とに区別できる。また、それぞれのトランジスタはフリーホイーリングダイオードＤｆ１と並列に連結されている。
【０００８】
トランジスタ駆動回路１１１はゲートドライブＩＣ１１２で構成されており、トランジスタのゲート端子に連結されてトランジスタのスイッチングを制御する。ゲートドライブＩＣ１１２は所定の入力電源Ｖｄｕ、Ｖｄｖ、Ｖｄｗ、Ｖｄｎ（以下、“インバータ電源Ｖｄ”という）の供給を受け、入力される制御信号によってトランジスタのゲート端子をバイアスする。
【０００９】
ブレーキ電源部１２０はスイッチングモード電源供給制御機（ＳＭＰＳ）１２１、ブレーキ制御リレー１２２、フォートカプラー１２３、ダイオードＤｂ、Ｄｆ及びコンデンサーＣｂを有する。
【００１０】
ブレーキ電源部１２０はＳＭＰＳ制御ＩＣ１２１から所定のブレーキ電源をサーボモータに一体に形成されたブレーキコイル１０２に供給する。ブレーキ制御リレー１２２は外部から入力される制御信号によってＳＭＰＳ制御ＩＣ１２１からサーボモータに供給される電源をスイッチングする。ダイオードＤｆはフリーホイーリングダイオードであり、その他のダイオードＤｂは電流の逆流を防止するためのものである。フォートカプラー１２３は発光ダイオードＬＥＤ１とトランジスタＱ７とが絶縁結合されたものであって、発光ダイオードＬＥＤ１に電流が導通すると発光し、トランジスタＱ７のベース端子がバイアスされてオン（ＯＮ）状態にスイッチングされる素子である。
【００１１】
ブレーキ電源部１２０はＳＭＰＳ制御ＩＣ１２１から出力される電圧がコンデンサーＣｂに充電され、フォートカプラー１２３が導通されてブレーキ制御リレー１２２がオン（ＯＮ）状態にスイッチングされると、ブレーキコイル１０２に電源が供給される。
【００１２】
電源供給部１３０はＳＭＰＳ制御ＩＣ１３１、変圧器１３２、ダイオードＤｒ及びコンデンサーＣ１を有する。
【００１３】
ＳＭＰＳ制御ＩＣ１３１は所定の電圧を変圧器１３２の第１次誘導コイルに印加する。変圧器１３２は第１次誘導コイル１３３に対して相対的に小さい巻線比を有する第２次誘導コイル１３４の両端に第１次誘導コイル１３３に印加された電圧より小さい電圧を誘導する。
【００１４】
各第２次誘導コイル１３４に印加された電圧は逆電流防止用ダイオードＤｒを経てコンデンサーＣ１に充電される。この時、各コンデンサーＣ１に充電された充電電圧はゲートドライブＩＣ１１２の入力電源に供給される。
【００１５】
マイコン１４０はインバータ１１０のゲートドライブＩＣ１１２の制御信号を出力してサーボモータ１００の動作を制御し、ブレーキ電源部１２０のフォートカプラー１２３に所定のブレーキ制御信号を出力して発光ダイオードＬＥＤ１をスイッチングすることによって、ブレーキ１０１の制動有無を制御する。
【００１６】
図２は従来の３相モータ制御回路のタイミング図面である。
図１及び図２を参照すると、サーボモータ１００は一般的に電源が消えた状態であるかブレーキ制御信号が０（０Ｖ）である時にブレーキ１０１によって拘束されて制動状態になる。つまり、ブレーキ制御信号が０である時、ブレーキ制御リレー１２２は開放状態になり、反対に、ブレーキ制御信号が１である時、ブレーキ制御リレー１２２は短絡状態になることにより、ブレーキ１０１は解放される。従って、図２(a)及び図２(b)に示したように、ブレーキ制御信号が０である時にはフリーホイーリングダイオードＤｆ１の両端間電圧（以下、“ブレーキ電圧Ｖｂ”という）は０であり、ブレーキ制御信号が１である時にブレーキ電圧Ｖｂは所定の電圧に増加する。
【００１７】
図２(b)において、ブレーキ制御信号が１になった後にもブレーキ電圧Ｖｂが安定化されブレーキ１０１が解放される状態になるためには時間遅延を有するのを見ることができる。このような時間遅延はリレー１２２が駆動コイルによって動作するまでかかる時間遅延ｔｒと、ブレーキ制御リレー１２２のスペックで決定されるバウンス（bounce）時間による時間遅延ｔｂとに区別できる。
【００１８】
一般的なモータ制御において、ブレーキ１０１がかけられた状態ではモータ制御ができない。万一そうでなければ、モータ１００の軸でブレーキ１０１によってかけられた部分とインバータの制御によって発生したモータ１００の軸上のトルクによってねじれが発生する。このようなねじれが激しい場合、ブレーキ、モータの軸またはインバータ１１０に損傷を与えることがある。したがって、ブレーキ１０１が完全に解放された状態でインバータ１１０の出力信号が３相モータ１００の各相に印加され、制動時にはインバータ１１０の出力信号が無くなった後にブレーキ１０１が拘束されなければならない。このような時間関係は図２(ｂ)と図２(ｃ)を通じて確認することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
従来の３相モータ制御装置はインバータ駆動用（ゲートドライブＩＣ１１２の入力電源）電源以外にブレーキ電源１２０のための別途の電源装置を利用し、ブレーキ制御リレー１２２を使用している。
【００２０】
このリレー１２２はブレーキ１０１の制動容量が大きくなるほどこれを制御するための電流がさらに大きくなるため、リレー１２２の大きさ及びブレーキコイル１０２も大きくなる。これによって制御回路が複雑になり、製造単価及び製品の大きさが大きくなる問題がある。
【００２１】
また、エネルギー効率面においても、ブレーキ１０１に拘束されてモータ１００の駆動が行われていない状態でもブレーキ電源とインバータの電源が続けて出力されていて一定の電力消耗を誘発する問題があった。
【００２２】
リレー１２２を使用することによって生成されるブレーキ制御信号及びインバータ制御信号が発生した後にモータの反応時間が遅延される問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的は本発明によって、３相モータの各位相端子に連結されたインバータと前記３相モータを制動するブレーキを有する３相モータ制御装置において、所定の同期信号に基づいて前記ブレーキの駆動電源と前記インバータの電源を同時に供給する電源供給部と、前記インバータを制御するインバータ制御信号と前記電源供給部が前記ブレーキと前記インバータに電源を供給するようにする電源制御信号とを出力する制御部とを含むことを特徴とする３相モータ制御装置によって達成できる。前記電源供給部は前記ブレーキに電源を供給するブレーキ電源部と、前記インバータに電源を供給するインバータ電源部とを有し、前記ブレーキ電源部と前記インバータ電源部は前記同期信号にトリガーされて電源を供給するものとすることもできる。
【００２４】
ここで、前記制御部から前記電源供給部に出力する電源制御信号は前記ブレーキ電源部と前記インバータ電源部をトリガーする前記同期信号であるのが好ましい。
【００２５】
図３は本発明の第１実施例による３相モータ制御装置のブロック図である。
図３に示したように、３相モータ制御装置は３相モータ１、ブレーキ１０、インバータ２０、電源供給部３０及び制御部４０を有する。
【００２６】
３相モータ１はブレーキ１０及びインバータ２０によって各々制動及び駆動される。
【００２７】
電源供給部３０は同期信号５０にトリガーされてインバータ２０及びブレーキ１０に同時に電源を供給する。制御部４０はインバータ２０に３相モータ１を駆動することに必要なインバータ制御信号を出力し、電源供給部３０がインバータ２０及びブレーキ１０に電源を供給するようにする電源制御信号を電源供給部３０に出力する。
【００２８】
ブレーキ１０に電源が供給されない間には、ブレーキ１０は３相モータ１を制動し、電源供給部３０からブレーキ１０に電源が供給されると、３相モータ１はブレーキ１０が解放されるようになる。
【００２９】
制御部４０が電源供給部３０にインバータ２０及びブレーキ１０に電源を供給するようにする電源制御信号を出力すると、電源供給部３０は同期信号５０によってトリガーされてインバータ２０及びブレーキ１０に同時に電源を供給し、ブレーキ１０が解放されると同時にインバータ２０は電源の供給を受けて３相モータ１を駆動する。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によって制御信号に対して３相モータの応答速度を速くすることができ、リレー及び別途のブレーキ電源供給装置を使用しないことによって製品の原価節減及び製品の大きさを小さくすることができ、電力損失を減らしてシステム効率も向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図４は本発明の第２実施例による３相モータ制御装置のブロック図である。
図４に示された３相モータ制御装置は、図３に示された制御装置と比較する時、電源供給部３０がインバータ電源部３１とブレーキ電源部３２とに区別されている。
【００３２】
図３の電源供給部３０は一つの電源供給装置を駆動してインバータ２０及びブレーキ１０に電源を供給するが、図４に示された第２実施例ではインバータ２０及びブレーキ１０を別個の電源で各々駆動し、但し、同一な同期信号５０を印加して同じ時点で電源が供給されるように構成されている。
【００３３】
制御部４０はインバータ電源部３１とブレーキ電源部３２に各々インバータ制御信号と電源制御信号を印加する。
【００３４】
図５は本発明の第３実施例による３相モータ制御装置の回路図である。
図５に示したように、３相モータ制御装置は３相モータ１、ブレーキ１０、インバータ２０、電源供給部３０及び制御部４０を有する。
【００３５】
３相モータ１はＵ、Ｖ、Ｗの３個の相を有しブレーキ１０と一体に形成されており、ブレーキ１０はブレーキコイル１１に電流が導通する時に解放される。
【００３６】
インバータ２０は６個のスイッチ用トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６とトランジスタ駆動回路２１を有する。
【００３７】
トランジスタは３相モータ１の各位相端子と直流電源の陽の端子Ｐとの間に連結される３個の第１スイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３と、前記３相モータ１の各位相端子と直流電源の陰の端子Ｎとの間に連結される第２スイッチＱ４、Ｑ５、Ｑ６とに区別できる。また、それぞれのトランジスタはフリーホイーリングダイオードＤｆ１と並列に連結されている。
【００３８】
トランジスタ駆動回路２１はゲートドライブＩＣ２２で構成されおり、トランジスタのゲート端子に連結されてトランジスタのスイッチングを制御する。ゲートドライブＩＣ２２は所定の入力電源の供給を受け、入力される制御信号によってトランジスタのゲート端子をバイアスする。
【００３９】
電源供給部３０はＳＭＰＳ制御ＩＣ３３、変圧器３４、ダイオードＤ１及びコンデンサーＣ１を有する。
【００４０】
ＳＭＰＳ制御ＩＣ３３の電圧出力端子は変圧器３４の第１次誘導コイル３５に所定の電圧を出力し、第１次誘導コイル３５に比べて巻線比が低い第２次誘導コイル３６に第１次誘導コイル３５に印加された電圧より低い電圧が誘導される。変圧器３４の第２次誘導コイル３６に誘導された電圧はコンデンサーＣ１に充電されてゲートドライブＩＣ２２に入力電源として提供され、同時にブレーキ１０にブレーキ電源Ｖｂを供給する。
【００４１】
制御部４０はマイコン４１で構成されており、マイコン４１では電源供給部３０からインバータ２０及びブレーキ１０に電源供給をするようにするイネーブル信号Ｂｒを出力する。また、マイコン４１はインバータ２０に制御信号を出力してサーボモータ１を駆動する。
【００４２】
したがって、制御部４０が電源供給が可能なようにするイネーブル信号Ｂｒを電源供給部３０に出力すると、ブレーキ電源Ｖｂ及びインバータ電源Ｖｄが出力される。ブレーキ電源Ｖｂが供給されると、ブレーキ１０は解放状態になり、同時にインバータ２０に供給される電源はサーボモータ１に制御信号が出力されるようにしてサーボモータ１を駆動することができる。
【００４３】
電源供給部３０に出力されるイネーブル信号Ｂｒはブレーキ遮断信号であると同時に駆動信号の役割を果たすだけでなく、電源供給部３０からブレーキ及びインバータに提供される電源供給の同期信号としての役割を果たす。
【００４４】
図６は本発明の実施例による３相モータ１制御回路のタイミング図面である。
図６(a)は制御部４０から電源供給部３０に提供されるイネーブル信号Ｂｒであると同時にブレーキオン／オフ信号Ｂｒの波形図である。ブレーキオフ信号が電源供給部３０に出力されると、ブレーキ電源Ｖｂとインバータ電源Ｖｄが供給される。図６(b)と図６(c)の波形はブレーキオフ信号によって徐々に増加するブレーキ電源Ｖｂとインバータ電源Ｖｄを示す。図６(d)を参照すると、ブレーキ電源Ｖｂが所定の基準値（ＶＢ_ＴＨ）に到達するとインバータの制御信号が３相モータ１の各位相端子に出力されるが、インバータ２０の各素子及びＩＣのファンアウト時間によって若干の時間遅延を有するようになる。
【００４５】
図６(a)においてブレーキオン信号が電源供給部３０に出力されると、ブレーキ電源Ｖｂは０Ｖになる。この場合、図６(b)に示されているように、ブレーキコイル１１に流れていた電流がフリーホイーリングダイオードＤｂを通じてフリーホイーリングして消耗されるので、ブレーキ電源Ｖｂは徐々に減少する。また、インバータ２０に供給されるインバータ電源ＶｄがコンデンサーＣ１によって徐々に減少することを図６ｃを通じて確認することができる。しかし、図６ｄに示されているように、ブレーキオン信号が発生すると、インバータの出力信号はインバータ電源Ｖｄが所定の基準電圧以下に減少することにより出力されないようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】従来の３相モータ制御装置の回路図である。
【図２】従来３相モータ制御回路のタイミング図であリ、(a)はブレーキ制御信号の波形図、(b)はブレーキ制御信号によるブレーキ電源の波形図、(c)はブレーキ制御信号によるインバータ出力信号の波形図である。
【図３】本発明の第１実施例による３相モータ制御装置のブロック図である。
【図４】本発明の第２実施例による３相モータ制御装置のブロック図である。
【図５】本発明の第３実施例による３相モータ制御装置の回路図である。
【図６】本発明の実施例による３相モータ制御回路のタイミング図面であり、(a)は制御部から電源供給部に提供されるブレーキオン／オフ信号の波形図、(b)はブレーキ制御信号によるブレーキ電源の波形図、(c)はブレーキ制御信号によるインバータ電源の波形図、(d)はブレーキ制御信号によるインバータ出力信号の波形図である。
【符号の説明】
【００４７】
１      ３相モータ
１０      ブレーキ
１１      ブレーキコイル
２０      インバータ
２１      トランジスタ駆動回路
２２      ゲートドライブＩＣ
３０      電源供給部
３１      インバータ電源部
３２      ブレーキ電源部
３３      ＳＭＰＳ制御ＩＣ
３４      変圧器
３５      第１次誘導コイル
３６      第２次誘導コイル
４０      制御部
４１      マイコン
５０      同期信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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