(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用交流電源を整流して得られる直流電圧を生成する電源回路と、前記直流電圧をスイッチングすることにより駆動電流を生成するスイッチング回路と、前記スイッチング回路とモータの巻線との間を接続する給電ラインの途中に挿入されたヒューズと、前記ヒューズが溶断したことを検出する断線検出回路と、前記断線検出回路の検出信号に基づいて前記スイッチング動作を制御する制御回路とを有し、前記断線検出回路は、前記ヒューズと並列に接続されるとともに、前記ヒューズに対して前記スイッチング回路側の給電ラインに接続された前記断線検出回路を作動する直流電源と、前記直流電源に直列に接続された発光ダイオードと前記検出信号を前記制御回路に出力するフォトトランジスタからなるフォトカプラと、前記発光ダイオードの出力端子に直列に接続された抵抗と、前記抵抗に直列に接続されカソード側が前記ヒューズに対して前記モータの巻線側の給電ラインに接続されたダイオードとを有することを特徴とするモータ用ドライブ回路。
【請求項２】
前記モータの巻線が３相巻線を有するリニアモータの各相の巻線であり、前記スイッチング回路と前記各相の巻線との間を接続する各給電ラインに前記断線検出回路を接続することを特徴とする請求項1に記載のモータ用ドライブ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスＤＣリニアモータなどのモータの過負荷保護及び地絡保護機能を有するモータ用ドライブ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータに過負荷が加わることにより、大きな異常電流が流れて、モータの巻線が焼損するのを防止する過負荷保護や大地電位にない線路の電位が大地電位に落ちる地絡事故により、接地極を通して過電流が流れるのを防止する地絡保護のために、ドライブ回路の出力部とモータの負荷（巻線）間に、不平衡電流により遮断する保護回路が設けられている。
【０００３】
例えば、図３に示すモータ用ドライブ回路では、モータを過負荷から保護するために、主電源１から供給された直流電圧を半導体スイッチ素子により所定周波数の駆動電流に変換するスイッチング回路２とこの駆動電流をモータ６の巻線に供給する給電ライン３の途中に警報接点を有する警報用ヒューズ４０を挿入し、ヒューズが溶断するとヒューズホルダの内部に設けたスプリングが展開し、警報接点（補助接点）がメイクされることにより、検出回路５０でヒューズの断線を検出し、その検出信号を制御回路７０に入力することにより、スイッチング動作を中断するように構成されている。しかしながら警報用ヒューズは価格が高く、大型で、さらに容量の制限もあるので、小型で安価な警報接点をもたないヒューズを使用することが考えられる。
【０００４】
また図４に示すように、主電源１に接続されたスイッチング回路２とモータ６の巻線とを接続する給電ライン３の途中に容器入りヒューズ４１を設け、ヒューズの前段と制御回路７０との間に断線検出回路５１を接続し、この検出回路５１でモータの駆動を行う電流制御信号と給電ラインを流れる電流（実電流）との差を基準値と比較し、差電圧が基準値を超えた場合は、ヒューズ４１が溶断したことを示す溶断検出信号を制御回路７０に出力する方式が考えられる。しかるに、このような検出方式では、初期設定駆動時などの電流が小さい場合には、差電圧は常に基準値を下回るので、過電流でヒューズ切れ（ヒューズの溶断）が生じた後にモータを再起動すると、過電流を検出することができないため、モータを異常状態で動作させて破損するという問題がある。 
【０００５】
警報用ヒューズを使用しない断線検出回路は、上記以外にも、例えば特許文献１〜３に記載されている。
【０００６】
特許文献１に記載された電動機駆動装置は、商用電源を直流電力に変換するコンバータ部で変換された直流電圧の変動を吸収する平滑回路部と、直流電圧をＰＷＭ方式で所望の周波数の交流電力に変換するインバータ部と、電動機に過電流が流れないようにするためのヒューズと、ヒューズに並列に接続された断線検出回路と、インバータ部を制御するＣＰＵを備え、ヒューズ断線検出回路は、ヒューズの断線を検出するためのＡＣ入力フォトカプラと、そのダイオード８〜１０に流れる電流を制限するための抵抗をシリーズに接続した構成を有する。
【０００７】
特許文献２に記載された電力変換装置は、主回路ヒューズに並列に主回路ヒューズ溶断検出用抵抗を接続し、この抵抗の両端間電圧の変化を示す信号を、制御用マイコン部において、フォトカプラ等により構成された絶縁回路部を介して主回路ヒューズ溶断検出信号として制御用マイコンに取り入れ、主回路ヒューズの溶断を検出するように構成されている。
【０００８】
特許文献３に記載されたヒューズ断検出回路は、二次側回路では、電源オン状態のときＬ出力となっており、またヒューズが断線したとき、第１，第２フォトカプラ３，４のフォトトランジスタ間で電位差が生じるものの、その電位差をなくすことでトランジスタがオンするのを防ぐので、出力端子では電源がオン状態のときと同じＬ出力状態となり、これによってアイソレーション信号が発生しないままでＬ出力するようにしている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２５２１７０号公報（第４頁、図１）
【特許文献２】特開２００３−３３３８６０号公報（第４頁、図１）
【特許文献３】特開２００３−２８１９９０号公報（第２〜３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した従来のヒューズ断線検出回路は、警報用ヒューズを使用せずに、ヒューズの溶断を検出できるものの、次の点で改善が望まれる。特許文献１に記載された断線検出回路は、フォトカプラがインバータ部を介して主電源（高電圧）に接続されており（主電源からの電流で作動する）、高電圧のため過電流によりヒューズ切れが生じた後にインバータ部を動作させるのは感電など２次被害を伴い危険であるが、インバータ部を動作させない場合は過電流によるヒューズの断線を検出することができない。またインバータ部が動作していてもヒューズが全て断線もしくは電源プラグの抜けや緩みなどによりモータの巻線への給電ラインが全て遮断された場合、フォトカプラのダイオードに電流が流れず断線検出回路が作動しないので、ヒューズの断線を検出できないという問題がある。    
【００１１】
特許文献２に記載された断線検出回路は、整流器とインバータ部との間に主回路ヒューズが接続されているので、インバータ部とモータとの間の断線を検出することができないという問題がある。
【００１２】
特許文献３に記載された断線検出回路は、ヒューズの前段と後段にフォトカプラを設けるので、コストが上昇するという問題がある。
【００１３】
従って本発明の目的は、断線検出機能をもたないヒューズを使用して、ヒューズの断線を確実に検出することができるモータ用ドライブ回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明のモータ用ドライブ回路は、商用交流電源を整流して得られる直流電圧をスイッチングすることにより駆動電流を生成するスイッチング回路と、前記スイッチング回路とモータの巻線との間を接続する給電ラインの途中に挿入された容器入りヒューズと、前記ヒューズと並列に接続された断線検出回路と、前記断線検出回路の検出信号に基づいて前記駆動スイッチの動作を制御する制御回路を有するモータ用ドライブ回路において、前記断線検出回路は、直流電源と、この直流電源に接続された発光ダイオードと検出信号を制御回路に出力するフォトトランジスタからなるフォトカプラと、発光ダイオードの出力端子に直列に接続された抵抗とカソード側が給電ラインに接続されたダイオードとを有することを特徴とするものである。
【００１５】
本発明において、３相巻線を有するリニアモータの各巻線に前記スイッチング回路が接続され、各給電ラインの途中に挿入されたヒューズと並列に前記断線検出回路を設けることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、断線検出回路は、直流電源と、この直流電源に接続された発光ダイオードと検出信号を制御回路に出力するフォトトランジスタからなるフォトカプラと、発光ダイオードの出力端子に直列に接続された抵抗とカソード側が給電ラインに接続されたダイオードとを有するので、過電流でヒューズが溶断した場合にのみ断線検出信号を出力することができ、もって断線検出回路の信頼性を向上することができる。また複数の負荷（多相コイル）を有するリニアモータに適用した場合には、各給電ラインに設けられた全てのヒューズが溶断した場合でも、過電流を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の詳細を添付図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るドライブ回路を示す図、図２は、本発明の第２の実施の形態に係るドライブ回路を示す図である。
【００１９】
［第１の実施の形態］
図１に示すように、ドライブ回路は、商用交流電源から供給された交流電圧（例えば３相２００Ｖ）を全波整流後平滑化して直流電圧を得る電源回路１(コンバータ)と、この直流電圧を所定の周波数の交流電圧（駆動電流）に変換するスイッチング回路２と、この駆動電流を負荷（モータ６の巻線）に供給する給電ライン３と、給電ライン３の途中に接続されたヒューズ４と、それが溶断したことを検出する断線検出回路５と、断線検出回路５から出力された検出信号をスイッチング回路２に出力する制御回路７を有する。
【００２０】
ドライブ回路の各部は、例えば次のように構成することができる。ヒューズ４としては、導体部をガラス管やセラミック管などの絶縁性容器に収容した市販の容器入りヒューズを使用することができる。
【００２１】
スイッチング回路２は、電源回路１から出力された直流によりオンオフされるスイッチング素子、例えばＭＯＳＦＥＴ２１、２２を含み、直流を所定又は可変周波数の交流に変換して駆動電流を生成するインバータである。
【００２２】
断線検出回路５は、ヒューズ４と並列に接続され、ヒューズ４の前段に接続された直流電源８と、発光ダイオード９１及びフォトトランジスタ９２からなるフォトカプラ９と、抵抗１０と、ヒューズ４の後段にカソード側が接続されたダイオード１１を有し、これらの部品は直列に接続されている。
【００２３】
制御回路７は、断線検出回路５から出力された断線検出信号を、スイッチング回路２に印加して、その動作を制御するものである。すなわち制御回路７は、正常な駆動電流がモータに供給されている場合は、ＭＯＳＦＥＴのソースに対して正電圧がゲートに印加されドレインからソースに向って電流が流れる（駆動電流が給電ラインに流れる）のに対し、断線検出信号が入力されると、ＭＯＳＦＥＴ２１、２２のゲートに電圧が印加されず、駆動電流が給電ラインに流れないように構成される。
【００２４】
上記の断線検出回路５の動作は次の通りである。
【００２５】
ヒューズ４が溶断していない場合は、ヒューズ４の両端の電位は同電位となるので、発光ダイオード９１に電流が流れ、フォトトランジスタ９２はオンとなってフォトカプラ９は作動して、制御回路７には断線検出信号（Ｈレベルの電圧）が出力されない。したがってスイッチング回路２から出力された駆動電流は、そのまま給電ライン３からモータ６に供給される。
【００２６】
駆動電流が過大となり、ヒューズ４が溶断した場合は、直流電源８から発光ダイオード９１への電流が遮断されるので、発光ダイオード９１が消灯し、フォトトランジスタ９２がオフされる。したがってフォトトランジスタ９２から断線検出信号が出力される。この断線検出信号が制御回路７に入力されると、スイッチング回路２のスイッチング動作が中断されるので、モータ６を停止することができる。ここで、直流電源８のプラス（＋）側からの電流は、発光ダイオード９１のアノードからカソードへ流れ抵抗１０を介して電流を制限し、ダイオード１１のアノード側に接続されてカソード側からヒューズ４を介して直流電源８のマイナス（−）側へ戻るため、モータの動作に支障をきたすことはない。
【００２７】
上記の断線検出回路５は、警報接点をもたない安価でコンパクトなヒューズを使用するので、ドライブ回路の低コスト化及び小型化を図ることができる。特に、モータに駆動電流を供給するための電源回路とは別の直流電源で作動するので、配線系統の接続不良（例えばプラグとソケットとの接触不良又はプラグ外れ）などに起因して、モータが停止した場合には、ヒューズの溶断を検出する断線検出信号を出力せず、過電流でヒューズが溶断した場合にのみ断線検出信号を出力することができるので、断線検出回路の信頼性を向上することができる。
【００２８】
また、モータの運転を停止した（スイッチング回路が動作しない）場合にも、断線を検出することができ、安全性を高めることができる。さらに初期設定駆動時における駆動電流が小さい状態でも、断線検出回路５が作動してヒューズが溶断したことを確実に検出することができるという利点を有する。
【００２９】
［第２の実施の形態］
上記のドライブ回路を複数の可動子（多相コイル）を有するブラシレスＤＣリニアモータに適用した例を図２により説明する。図２において、図１と同一の機能を有する部品は、添え字（アルファベット）以外が同一の参照符号で示す。このリニアモータは、例えば、永久磁石を界磁とし、多相コイル（例えば３相コイル）を有する電機子を可動子とした可動コイル形リニアモータとしたもので、正弦波（例えば位相差１２０度の正弦波）で駆動されるように構成されている。
【００３０】
図２に示すドライブ回路は、電源回路１に接続されたスイッチング回路２ａ、２ｂ、２ｃとモータの各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイルを接続する給電ライン３ａ、３ｂ、３ｃの途中に接続されたヒューズ４ａ、４ｂ、４ｃと、断線検出回路５ａ、５ｂ、５ｃと、モータの駆動を制御する制御回路７を有する。
【００３１】
［スイッチング回路］
スイッチング回路２ａは、商用交流電源から供給された交流（例えば３相２００Ｖ）を全波整流後平滑化して得られた直流によりオンオフされるスイッチング素子、例えばＭＯＳＦＥＴ２１ａ、２２ａを含む。スイッチング回路２ａは、例えば、キャリア信号（のこぎり波や三角波など）をコンパレータで基準電圧と比較し、その差電圧によりＰＷＭ信号（パルス幅変調された制御信号）を生成し、このＰＷＭ信号により、ＭＯＳＦＥＴ２１ａ、２２ｂを交互にオンオフすることにより、所定周波数の駆動電流が得られるように構成することができる。他のスイッチング回路２ｂ、２ｃは、スイッチング回路２ａと同様の構成を有するので、その説明を省略する。
【００３２】
［断線検出回路］
断線検出回路５ａは、ヒューズ４の前段に接続された直流電源８ａと、発光ダイオード９１ａ及びフォトトランジスタ９２ａを含むフォトカプラ９ａと、抵抗１０ａ及びそれと直列に接続されたダイオード１１ａを有し、ヒューズ４ａの後段にダイオード１１ａのカソード側が接続されている。他の断線検出回路５ｂ、５ｃは断線検出回路５ａと同様の構成を有するので、その説明を省略する。
【００３３】
この断線検出回路５ａの動作（５ｂ、５ｃも同様）は、次の通りである。
【００３４】
ヒューズ４ａが溶断していない場合は、ヒューズ４ａの両端の電位は同電位となるので、発光ダイオード９１ａには電流が流れ、フォトトランジスタ９ｂはオンとなり、フォトカプラ９は作動し、制御回路７には断線検出信号（Ｈレベルの電圧）が出力されない。したがってスイッチング回路２ａから出力された駆動電流は、そのまま給電ライン３ａから負荷６０ａに供給される。
【００３５】
駆動電流が過大となり、例えばヒューズ４ａが溶断した場合は、直流電源８ａから発光ダイオード９１ａの電流が遮断されるので、発光ダイオード９１ａが消灯し、フォトトランジスタ９２ｂがオフされる。したがってフォトトランジスタ９１ｂから断線検出信号が出力される。この断線検出信号が制御回路７に入力されると、スイッチング回路２ａのスイッチング動作が中断されるので、モータを停止することができる。
【００３６】
このように、図２に示す断線検出回路は、ヒューズ４ａ、４ｂ、４ｃのいずれかが溶断した場合に限らず、全てのヒューズが溶断した場合でも、それを確実に検出することが可能であり、異常動作によるモータの破損を防止することができる。また初期設定駆動時における駆動電流が小さい状態でも、ヒューズが溶断したことを確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るモータ用ドライブ回路を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るモータ用ドライブ回路を示す図である。
【図３】従来のモータ用ドライブ回路の例を示す図である。
【図４】従来のモータ用ドライブ回路の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１：電源回路、２、２ａ、２ｂ、２ｃ：スイッチング回路、２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ：ＭＯＳＦＥＴ、３：給電ライン、４：容器入りヒューズ、５：断線検出回路、６：モータ、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ：コイル、７：制御回路、８：直流電源、９、９ａ、９ｂ、９ｃ：フォトカプラ、９１、９１ａ、９１ｂ、９１ｃ：フォトダイオード、９２、９２ａ、９２ｂ、９２ｃ：フォトトランジスタ、１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ：抵抗、１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ：ダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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