特許 6390811 モータ駆動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6390811

(24)【登録日】2018年8月31日

(45)【発行日】2018年9月19日

(54)【発明の名称】モータ駆動装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 27/06 20060101AFI20180910BHJP

   H02P 29/032 20160101ALI20180910BHJP

【ＦＩ】

   H02P27/06

   H02P29/032

【請求項の数】7

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2018-106830(P2018-106830)

(22)【出願日】2018年6月4日

(62)【分割の表示】特願2016-23568(P2016-23568)の分割

【原出願日】2014年5月9日

(65)【公開番号】特開2018-139492(P2018-139492A)

(43)【公開日】2018年9月6日

【審査請求日】2018年7月4日

(31)【優先権主張番号】特願2013-273558(P2013-273558)

(32)【優先日】2013年12月27日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000002853

【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000202

【氏名又は名称】新樹グローバル・アイピー特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 俊彰

(72)【発明者】

【氏名】矢吹 俊生

(72)【発明者】

【氏名】田口 泰貴

(72)【発明者】

【氏名】畑山 敬之

【審査官】 池田 貴俊

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−５０３３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１２４７２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１１３２８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２０３９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ ２７／０６

Ｈ０２Ｐ ２９／０３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータの複数の相それぞれに対応する複数の上下アームそれぞれが、２つのスイッチング素子（Ｑ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂ、Ｄ３ａ、Ｄ３ｂ、Ｄ４ａ、Ｄ４ｂ、Ｄ５ａ、Ｄ５ｂ）を直列に接続することによって構成され、それによって形成された接続点（ＮＵ，ＮＶ，ＮＷ）それぞれから対応する前記相へ電圧を出力するモータ駆動装置であって、
商用電源（９１）から出力される交流電圧を整流する整流部（２１）と前記整流部（２１）によって整流された電圧を平滑する平滑コンデンサ（２２）とを有し、前記上下アームに直流電圧（Ｖｄｃ）を供給する電源供給部（２０）と、
前記電源供給部（２０）から前記上下アームに供給される前記直流電圧を検出する電圧検出部（２３）と、
前記スイッチング素子（Ｑ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂ）をオンオフ動作させる制御部（４０）と、
を備え、
前記制御部（４０）は、前記商用電源（９１）の電源電圧の変動により過大電圧が発生し、前記電圧検出部（２３）の検出値が所定の過大電圧の閾値を超えたとき、前記過大電圧が前記スイッチング素子の耐圧に至る前に全ての前記上下アームの両方の前記スイッチング素子（Ｑ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂ）をオフにすることによって、前記過大電圧を直列接続された前記スイッチング素子それぞれに分圧させる、
モータ駆動装置（１０）。

【請求項2】

前記上下アームの上アーム側スイッチング素子（Ｑ３ａ，Ｑ４ａ，Ｑ５ａ）の駆動電源のために、前記スイッチング素子（Ｑ３ａ，Ｑ４ａ，Ｑ５ａ）の低電位側よりも高い電位を生成するブートストラップ回路（３１）をさらに備える、
請求項１に記載のモータ駆動装置（１０）。

【請求項3】

前記モータのブレーキ回路（６１）をさらに備え、
前記制御部（４０）は、前記上下アームの両方の前記スイッチング素子（Ｑ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂ）をオフした後、前記モータにブレーキをかける、
請求項１又は請求項２に記載のモータ駆動装置（１０）。

【請求項4】

抵抗負荷（７１）と、
前記接続点（ＮＵ，ＮＶ，ＮＷ）と前記抵抗負荷（７１）との間を接続又は遮断する抵抗負荷接続手段（７３）と、
をさらに備え、
前記制御部（４０）は、前記上下アームの両方の前記スイッチング素子（Ｑ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂ）をオフした後、前記接続点（ＮＵ，ＮＶ，ＮＷ）と前記抵抗負荷（７１）とを接続し、前記モータにブレーキをかける、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のモータ駆動装置（１０）。

【請求項5】

前記モータの回転軸に着脱可能な機械的ブレーキ（８１）をさらに備え、
前記制御部（４０）は、前記上下アームの両方の前記スイッチング素子（Ｑ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂ）をオフした後、前記モータに機械的なブレーキをかける、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のモータ駆動装置（１０）。

【請求項6】

前記制御部（４０）は、前記電圧検出部（２３）の検出値が前記閾値を超えたとき以外は、前記モータに前記ブレーキをかけない、
請求項３から請求項５のいずれか１項に記載のモータ駆動装置（１０）。

【請求項7】

前記上下アームの上アーム側スイッチング素子（Ｑ３ａ，Ｑ４ａ，Ｑ５ａ）の駆動に利用される絶縁電源（３６）をさらに備える、
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のモータ駆動装置（１０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータ駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

交流電圧を整流して直流電圧を得る機器においては、直流電圧は交流電圧に応じて変動する。特に、電源電圧の変動が起こり易い地域で使用される機器は、電圧上昇時の対策如何によっては、機器の故障を招く虞がある。それゆえ、特許文献１（特開２００７−１６６８１５号公報）に開示されているような過電圧保護手段が設けられる。この過電圧保護手段は、入力変圧器を負荷時タップ切換器付き変圧器とし、インバータに閾値以上の電圧が所定時間を越えて入力されたときに、負荷時タップ切換器付き変圧器のタップを低圧側に切り換えている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

しかしながら、上記のような負荷時タップ切換器付き変圧器は大規模な電気設備向けとしては適しているが、家電製品などのインバータ制御されるモータの駆動装置に適用することは容易ではない。

【0004】

また、電源電圧が過大となるのに要する時間は極めて短く、上記のようなタップ切換は時間がかかり過ぎるので、そのようなモータ駆動装置を確実に保護することは困難である。さらに、半導体素子のような、過電圧に耐えうる時間が短いものについては、リレーによる遮断では保護ができない。かといって瞬間的な過大電圧のためだけに半導体素子などの耐圧を高くすることは高コスト化、大型化を招来する。

【0005】

そこで、本発明の課題は、瞬間的な過大電圧から機器を保護する小型・低コストの過電圧保護手段を備えたモータ駆動装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１観点に係るモータ駆動装置は、モータの複数の相それぞれに対応する複数の上下アームそれぞれが、２つのスイッチング素子を直列に接続することによって構成され、それによって形成された接続点それぞれから対応する前記相へ電圧を出力するモータ駆動装置であって、電源供給部と、電圧検出部と、制御部とを備えている。電源供給部は、商用電源から出力される交流電圧を整流する整流部と当該整流部によって整流された電圧を平滑する平滑コンデンサとを有し、上下アームに直流電圧Ｖｄｃを供給する。電圧検出部は、電源供給部から上下アームに供給される直流電圧を検出する。制御部は、スイッチング素子をオンオフ動作させる。また、制御部は、商用電源の電源電圧の変動により過大電圧が発生し、電圧検出部の検出値が所定の過大電圧の閾値を超えたとき、過大電圧がスイッチング素子の耐圧に至る前に全ての上下アームの両方のスイッチング素子をオフにすることによって、過大電圧を直列接続されたスイッチング素子それぞれに分圧させる。

【0007】

このモータ駆動装置では、上下アームのいずれかのスイッチング素子が動作している間は、直流電圧Ｖｄｃは上下アームのオフしているスイッチング素子にかかるので、過大電圧になったときはオフしている１つのスイッチング素子にその過大電圧がかかり破壊される可能性が高い。

【0008】

そこで、過大電圧発生時に上下アームの両方のスイッチング素子をオフすることによって、過大電圧は直列接続された２つのスイッチング素子それぞれの両端に分圧され、１つのスイッチング素子にかかる過大電圧はどちらか一方が動作していた時の半分に低減されるので、スイッチング素子を破壊から保護することができる。

【0009】

本発明の第２観点に係るモータ駆動装置は、第１観点に係るモータ駆動装置であって、ブートストラップ回路をさらに備えている。ブートストラップ回路は、上下アームの上アーム側スイッチング素子の駆動電源のために、そのスイッチング素子の低電位側よりも高い電位を生成する。

【0010】

このモータ駆動装置では、過大電圧発生時に上下アームの両方のスイッチング素子をオフすることによって、過大電圧は直列接続された２つのスイッチング素子それぞれの両端に分圧され、１つのスイッチング素子にかかる過大電圧はどちらか一方が動作していた時の半分に低減されるので、スイッチング素子を破壊から保護することができる。言い換えれば、直列接続された２つのスイッチング素子のそれぞれが素子耐圧まで耐え得るため、直流電圧部（以下、ＤＣ部と略す）の電圧としては、一素子耐圧の倍の電圧まで耐え得ることになる。

【0011】

このとき、上下アームの中点電位は最大でも一素子耐圧程度である（それ以上であれば素子が破壊してしまうため考慮の必要がない）ので、ブートストラップ回路については、その回路構成上、ＤＣ部の通常の定格電圧（すなわち一素子耐圧）に耐え得る設計で十分である。

【0012】

本発明の第３観点に係るモータ駆動装置は、第１観点又は第２観点に係るモータ駆動装置であって、モータのブレーキ回路をさらに備えている。制御部は、上下アームの両方のスイッチング素子をオフした後、モータにブレーキをかける。

【0013】

このモータ駆動装置では、過大電圧発生時に上下アームの両方のスイッチング素子をオフすることによって、過大電圧は直列接続された２つのスイッチング素子それぞれの両端に分圧され、１つのスイッチング素子にかかる過大電圧はどちらか一方が動作していた時の半分に低減されるので、スイッチング素子を破壊から保護することができる。

【0014】

また、モータのインダクタンス成分が持つエネルギー及びモータの回転による誘起電圧によってスイッチング素子がオンする可能性が高いが、上下アームの両方のスイッチング素子をオフした後、モータに電気的ブレーキをかけて素早く停止させることによって、インダクタンス成分のエネルギーを素早く消費すると共に、モータの回転エネルギーを素早く減衰させ、スイッチング素子がオンしている時間を短くすることができる。

【0015】

本発明の第４観点に係るモータ駆動装置は、第１観点から第３観点のいずれか１つに係るモータ駆動装置であって、抵抗負荷と、抵抗負荷接続手段とをさらに備えている。抵抗負荷接続手段は、２つのスイッチング素子の接続点と抵抗負荷との間を接続又は遮断する。制御部は、上下アームの両方のスイッチング素子をオフした後、その接続点と抵抗負荷とを接続し、モータにブレーキをかける。

【0016】

このモータ駆動装置では、過大電圧発生時に上下アームの両方のスイッチング素子をオフすることによって、過大電圧は直列接続された２つのスイッチング素子それぞれの両端に分圧され、１つのスイッチング素子にかかる過大電圧はどちらか一方が動作していた時の半分に低減されるので、スイッチング素子を破壊から保護することができる。

【0017】

また、モータのインダクタンス成分が持つエネルギー及びモータの回転による誘起電圧によってスイッチング素子がオンする可能性が高いが、上下アームの両方のスイッチング素子をオフした後、モータの各相に抵抗負荷を連結し、モータのインダクタンス成分がもつエネルギーを抵抗負荷で短時間に消費させることによって、スイッチング素子がオンしている時間を短くすることができる。

【0018】

本発明の第５観点に係るモータ駆動装置は、第１観点から第４観点のいずれか１つに係るモータ駆動装置であって、モータの回転軸に着脱可能な機械的ブレーキをさらに備えている。制御部は、上下アームの両方のスイッチング素子をオフした後、モータに機械的なブレーキをかける。

【0019】

このモータ駆動装置では、過大電圧発生時に上下アームの両方のスイッチング素子をオフすることによって、過大電圧は直列接続された２つのスイッチング素子それぞれの両端に分圧され、１つのスイッチング素子にかかる過大電圧はどちらか一方が動作していた時の半分に低減されるので、スイッチング素子を破壊から保護することができる。

【0020】

また、モータのインダクタンス成分が持つエネルギー及びモータの回転による誘起電圧によってスイッチング素子がオンする可能性が高いが、上下アームの両方のスイッチング素子をオフした後、モータに機械的ブレーキをかけて素早く停止させることによって、モータの回転エネルギーを減衰させ、スイッチング素子がオンしている時間を短くすることができる。

【0021】

本発明の第６観点に係るモータ駆動装置は、第３観点から第５観点のいずれか１つに係るモータ駆動装置であって、制御部は、電圧検出部の検出値が閾値を超えたとき以外は、前記モータに前記ブレーキをかけない。

【0022】

このモータ駆動装置では、ブレーキの稼動を過電圧時のみに限定することによって、不必要なモータ停止を抑制する。

【0023】

本発明の第７観点に係るモータ駆動装置は、第１観点から第６観点のいずれか１つに係るモータ駆動装置であって、絶縁電源をさらに備えている。絶縁電源は、上下アームの上アーム側スイッチング素子の駆動に利用される。

【0024】

このモータ駆動装置では、過大電圧発生時に上下アームの両方のスイッチング素子をオフすることによって、過大電圧は直列接続された２つのスイッチング素子それぞれの両端に分圧され、１つのスイッチング素子にかかる過大電圧はどちらか一方が動作していた時の半分に低減されるので、スイッチング素子を破壊から保護することができる。

【0025】

このとき、過大電圧発生時に上下アームの両方のスイッチング素子をオフすることによって、上下アームの中点電位は最大でも一素子耐圧程度までとなる（それ以上は素子が破壊する）ので、絶縁電源については、ＤＣ部の通常の定格電圧（すなわち一素子耐圧）に耐え得る設計で十分である。

【発明の効果】

【0026】

本発明の第１観点に係るモータ駆動装置では、過大電圧発生時に上下アームの両方のスイッチング素子をオフすることによって、過大電圧は直列接続された２つのスイッチング素子それぞれの両端に分圧され、１つのスイッチング素子にかかる過大電圧はどちらか一方が動作していた時の半分に低減されるので、スイッチング素子を破壊から保護することができる。

【0027】

本発明の第２観点に係るモータ駆動装置では、過大電圧発生時に上下アームの両方のスイッチング素子をオフすることによって、上下アームの中点電位は最大でも一素子耐圧程度までとなるので、ブートストラップ回路については、ＤＣ部の通常の定格電圧（すなわち一素子耐圧）に耐え得る設計で十分である。

【0028】

本発明の第３観点に係るモータ駆動装置では、上下アームの両方のスイッチング素子をオフしたとき、モータのインダクタンス成分が持つエネルギー及びモータの回転による誘起電圧によってスイッチング素子がオンする可能性が高いが、上下アームの両方のスイッチング素子をオフした後、モータに電気的ブレーキをかけて素早く停止させることによって、スイッチング素子がオンしている時間を短くすることができる。

【0029】

本発明の第４観点に係るモータ駆動装置では、上下アームの両方のスイッチング素子をオフしたとき、モータのインダクタンス成分が持つエネルギー及びモータの回転による誘起電圧によってスイッチング素子がオンする可能性が高いが、上下アームの両方のスイッチング素子をオフした後、モータの各相に抵抗負荷を連結し、モータのインダクタンス成分がもつエネルギーを抵抗負荷で短時間に消費させることによって、スイッチング素子がオンしている時間を短くすることができる。

【0030】

本発明の第５観点に係るモータ駆動装置では、上下アームの両方のスイッチング素子をオフしたとき、モータのインダクタンス成分が持つエネルギー及びモータの回転による誘起電圧によってスイッチング素子がオンする可能性が高いが、上下アームの両方のスイッチング素子をオフした後、モータに機械的ブレーキをかけて素早く停止させることによって、スイッチング素子がオンしている時間を短くすることができる。

【0031】

本発明の第６観点に係るモータ駆動装置では、ブレーキの稼動を過電圧時のみに限定することによって、不必要なモータ停止を抑制する。

【0032】

本発明の第７観点に係るモータ駆動装置は、過大電圧発生時に上下アームの両方のスイッチング素子をオフすることによって、上下アームの中点電位は最大でも一素子耐圧程度までとなるので、絶縁電源については、ＤＣ部の通常の定格電圧（すなわち一素子耐圧）に耐え得る設計で十分である。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】本発明の第１実施形態に係るモータ駆動装置が採用されているシステムの全体構成と、モータ駆動装置の回路構成とを示すブロック図。

【図2A】モータ駆動装置の運転時における上下アームへの電圧のかかり方を示す図。

【図2B】モータ駆動装置の停止時における上下アームへの電圧のかかり方を示す図。

【図3】本発明の第２実施形態に係るモータ駆動装置が採用されるシステムの全体構成と、モータ駆動装置の回路構成とを示すブロック図。

【図4】本発明の第３実施形態に係るモータ駆動装置が採用されるシステムの全体構成と、モータ駆動装置の回路構成とを示すブロック図。

【図5】本発明の他の実施形態に係るモータ駆動装置が採用されているシステムの全体構成と、モータ駆動装置の内部構成とを示すブロック図。

【図6】電解コンデンサの両端にかかる電圧と電解コンデンサに流れる電流との関係を示す電圧・電流特性のグラフ。

【図7A】直流電圧Ｖｄｃの変化に対する制御を示すグラフ。

【図7B】図７Ａの直流電圧Ｖｄｃの変化に対する制御を示すグラフに、アバランシェ領域を持つ半導体素子の両端の電圧Ｖｄｓの変化を載せたグラフ。

【図8】ブートストラップ回路を備えたモータ駆動装置の主要部の回路図。

【図9】絶縁電源を備えたモータ駆動装置の主要部の回路図。

【図10】チャージポンプ回路を備えたモータ駆動装置の主要部の回路図。

【発明を実施するための形態】

【0034】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

【0035】

＜第１実施形態＞
（１）概要
図１は、本発明の第１実施形態に係るモータ駆動装置１０が採用されているシステム１００の全体構成と、モータ駆動装置１０の内部構成とを示すブロック図である。図１において、システム１００は、モータ駆動装置１０とモータ５１とで構成されている。

【0036】

（１−１）モータ５１
モータ５１は、３相のブラシレスＤＣモータであって、ステータ５２と、ロータ５３とを備えている。ステータ５２は、スター結線されたＵ相、Ｖ相及びＷ相の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗを含む。各駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの一方端は、それぞれインバータ２５から延びるＵ相、Ｖ相及びＷ相の各配線の駆動コイル端子ＴＵ，ＴＶ，ＴＷに接続されている。各駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの他方端は、互いに端子ＴＮとして接続されている。これら３相の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗは、ロータ５３が回転することによりその回転速度とロータ５３の位置に応じた誘起電圧を発生させる。

【0037】

ロータ５３は、Ｎ極及びＳ極からなる複数極の永久磁石を含み、ステータ５２に対し回転軸を中心として回転する。

【0038】

なお、モータ５１は、例えばヒートポンプ式空気調和機の圧縮機モータ、ファンモータである。

【0039】

（１−２）モータ駆動装置１０
モータ駆動装置１０は、図１に示すように、整流部２１と、平滑コンデンサ２２と、電圧検出部２３と、電流検出部２４と、インバータ２５と、ゲート駆動回路２６と、制御部４０とを備えている。これらは、例えば１枚のプリント基板上に実装されてもよい。

【0040】

（２）モータ駆動装置１０の詳細構成
（２−１）整流部２１
整流部２１は、４つのダイオードＤ１ａ，Ｄ１ｂ，Ｄ２ａ，Ｄ２ｂによってブリッジ状に構成されている。具体的には、ダイオードＤ１ａとＤ１ｂ、Ｄ２ａとＤ２ｂは、それぞれ互いに直列に接続されている。ダイオードＤ１ａ，Ｄ２ａの各カソード端子は、共に平滑コンデンサ２２のプラス側端子に接続されており、整流部２１の正側出力端子として機能する。ダイオードＤ１ｂ，Ｄ２ｂの各アノード端子は、共に平滑コンデンサ２２のマイナス側端子に接続されており、整流部２１の負側出力端子として機能する。

【0041】

ダイオードＤ１ａ及びダイオードＤ１ｂの接続点は、商用電源９１の一方の極に接続されている。ダイオードＤ２ａ及びダイオードＤ２ｂの接続点は、商用電源９１の他方の極に接続されている。整流部２１は、商用電源９１から出力される交流電圧を整流して直流電源を生成し、これを平滑コンデンサ２２へ供給する。

【0042】

（２−２）平滑コンデンサ２２
平滑コンデンサ２２は、一端が整流部２１の正側出力端子に接続され、他端が整流部２１の負側出力端子に接続されている。平滑コンデンサ２２は、整流部２１によって整流された電圧を平滑する。以下、説明の便宜上、平滑コンデンサ２２による平滑後の電圧を直流電圧Ｖｄｃという。

【0043】

直流電圧Ｖｄｃは、平滑コンデンサ２２の出力側に接続されるインバータ２５へ印加される。つまり、整流部２１及び平滑コンデンサ２２は、インバータ２５に対する電源供給部２０を構成している。

【0044】

なお、コンデンサの種類としては、電解コンデンサやフィルムコンデンサ、タンタルコンデンサ等が挙げられるが、本実施形態においては、平滑コンデンサ２２としてフィルムコンデンサが採用される。

【0045】

（２−３）電圧検出部２３
電圧検出部２３は、平滑コンデンサ２２の出力側に接続されており、平滑コンデンサ２２の両端電圧、即ち直流電圧Ｖｄｃの値を検出するためのものである。電圧検出部２３は、例えば、互いに直列に接続された２つの抵抗が平滑コンデンサ２２に並列接続され、直流電圧Ｖｄｃが分圧されるように構成される。それら２つの抵抗同士の接続点の電圧値は、制御部４０に入力される。

【0046】

（２−４）電流検出部２４
電流検出部２４は、平滑コンデンサ２２及びインバータ２５の間であって、かつ平滑コンデンサ２２の負側出力端子側に接続されている。電流検出部２４は、モータ５１の起動後、モータ５１に流れるモータ電流Ｉｍを三相分の電流の合計値として検出する。

【0047】

電流検出部２４は、例えば、シャント抵抗及び該抵抗の両端の電圧を増幅させるオペアンプを用いた増幅回路で構成されてもよい。電流検出部２４によって検出されたモータ電流は、制御部４０に入力される。

【0048】

（２−５）インバータ２５
インバータ２５は、モータ５１のＵ相、Ｖ相及びＷ相の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗそれぞれに対応する３つの上下アームが互いに並列に、且つ平滑コンデンサ２２の出力側に接続されている。

【0049】

図１において、インバータ２５は、複数のＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ、以下、単にトランジスタという）Ｑ３ａ，Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ，Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ，Ｑ５ｂ及び複数の還流用のダイオードＤ３ａ，Ｄ３ｂ，Ｄ４ａ，Ｄ４ｂ，Ｄ５ａ，Ｄ５ｂを含む。

【0050】

トランジスタＱ３ａとＱ３ｂ、Ｑ４ａとＱ４ｂ、Ｑ５ａとＱ５ｂは、それぞれ互いに直列に接続されることによって各上下アームを構成しており、それによって形成された接続点ＮＵ，ＮＶ，ＮＷそれぞれから対応する相の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに向かって出力線が延びている。

【0051】

各ダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂは、各トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂに、トランジスタのコレクタ端子とダイオードのカソード端子が、また、トランジスタのエミッタ端子とダイオードのアノード端子が接続されるよう、並列接続されている。このそれぞれ並列接続されたトランジスタとダイオードにより、スイッチング素子が構成される。

【0052】

インバータ２５は、平滑コンデンサ２２からの直流電圧Ｖｄｃが印加され、かつゲート駆動回路２６により指示されたタイミングで各トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂがオン及びオフを行うことによって、モータ５１を駆動する駆動電圧ＳＵ，ＳＶ，ＳＷを生成する。この駆動電圧ＳＵ，ＳＶ，ＳＷは、各トランジスタＱ３ａとＱ３ｂ、Ｑ４ａとＱ４ｂ、Ｑ５ａとＱ５ｂの各接続点ＮＵ，ＮＶ，ＮＷからモータ５１の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに出力される。

【0053】

なお、本実施形態のインバータ２５は、電圧形インバータであるが、それに限定されるものではなく、電流形インバータでもよい。

【0054】

（２−６）ゲート駆動回路２６
ゲート駆動回路２６は、制御部４０からの指令電圧Ｖｐｗｍに基づき、インバータ２５の各トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂのオン及びオフの状態を変化させる。具体的には、ゲート駆動回路２６は、制御部４０によって決定されたデューティを有するパルス状の駆動電圧ＳＵ，ＳＶ，ＳＷがインバータ２５からモータ５１に出力されるように、各トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂのゲートに印加するゲート制御電圧Ｇｕ，Ｇｘ，Ｇｖ，Ｇｙ，Ｇｗ，Ｇｚを生成する。生成されたゲート制御電圧Ｇｕ，Ｇｘ，Ｇｖ，Ｇｙ，Ｇｗ，Ｇｚは、それぞれのトランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂのゲート端子に印加される。

【0055】

（２−７）制御部４０
制御部４０は、電圧検出部２３、電流検出部２４、及びゲート駆動回路２６と接続されている。本実施形態では、制御部４０は、モータ５１をロータ位置センサレス方式にて駆動させている。なお、ロータ位置センサレス方式に限定されるものではないので、センサ方式で行なってもよい。

【0056】

ロータ位置センサレス方式とは、モータ５１の特性を示す各種パラメータ、モータ５１起動後の電圧検出部２３の検出結果、電流検出部２４の検出結果、及びモータ５１の制御に関する所定の数式モデル等を用いて、ロータ位置及び回転数の推定、回転数に対するＰＩ制御、モータ電流に対するＰＩ制御等を行い駆動する方式である。モータ５１の特性を示す各種パラメータとしては、使用されるモータ５１の巻線抵抗、インダクタンス成分、誘起電圧、極数などが挙げられる。なお、ロータ位置センサレス制御については多くの特許文献が存在するので、詳細はそれらを参照されたい（例えば、特開２０１３−１７２８９号公報）。

【0057】

また、制御部４０は、電圧検出部２３の検出値を監視し、電圧検出部２３の検出値が所定の閾値を超えたとき、トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂをオフにする保護制御も行っている。

【0058】

（２−８）ブレーキ回路６１
図１において、ブレーキ回路６１は、３つのトランジスタ６１ｕ、６１ｖ、６１ｗで構成されている。トランジスタ６１ｕは、Ｕ相の駆動コイルＬｕと共通接続点Ｎとを結ぶ配線途中に接続されている。トランジスタ６１ｖは、Ｖ相の駆動コイルＬｖと共通接続点Ｎとを結ぶ配線途中に接続されている。トランジスタ６１ｗは、Ｗ相の駆動コイルＬｗと共通接続点Ｎとを結ぶ配線途中に接続されている。また、トランジスタ６１ｕ〜６１ｗには、それぞれ還流用のダイオードが接続されている。

【0059】

３つのトランジスタ６１ｕ、６１ｖ、６１ｗの各ベースは信号線を介して制御部４０に接続されている。

【0060】

モータ５１が正常に回転している間、制御部４０は３つのトランジスタ６１ｕ，６１ｖ，６１ｗの各ベースに駆動信号を出力していないので、３つのトランジスタ６１ｕ，６１ｖ，６１ｗの各コレクタ−エミッタ間は非導通状態である。

【0061】

しかし、制御部４０が３つのトランジスタ６１ｕ，６１ｖ，６１ｗの各ベースに駆動信号を出力すると、各コレクタ−エミッタ間が導通状態となり、駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗが接続され、モータ５１にブレーキがかかる。

【0062】

（３）モータ駆動装置１０の動作
以下、モータ駆動装置１０の動作について説明する。図１において、制御部４０は、ゲート駆動回路２６への波形出力を行なうと共に、その波形出力状態を制御して、モータ５１を所定回転数で駆動する。

【0063】

図２Ａはモータ駆動装置１０の運転時における上下アームへの電圧のかかり方を示す図であり、図２Ｂはモータ駆動装置１０の停止時における上下アームへの電圧のかかり方を示す図である。

【0064】

図２Ａに示すように、運転中、駆動コイルＬｕに対応する上アームのトランジスタＱ３ａ、駆動コイルＬｖに対応する下アームのトランジスタＱ４ｂ、及び駆動コイルＬｗに対応する下アームのトランジスタＱ５ｂがオン動作している間は、直流電圧Ｖｄｃは各上下アームのオフしているスイッチング素子（トランジスタＱ３ｂ、Ｑ４ａ、Ｑ５ａ、ダイオードＤ３ｂ、Ｄ４ａ、Ｄ５ａ）にかかっている。

【0065】

このとき、直流電圧Ｖｄｃが過大電圧になった場合、オフしているスイッチング素子のトランジスタとダイオードにその過大電圧がかかる。一つのスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂ、及びダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂ）の素子耐圧をＶｒとすると、直流電圧Ｖｄｃ＞素子耐圧Ｖｒとなったときにスイッチング素子のトランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂもしくはダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂが破壊される可能性が高い。

【0066】

そこで、制御部４０は、電圧検出部２３の検出値が所定の閾値を超えたと判断したとき、上下アームの両方のトランジスタＱ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂをオフする。

【0067】

これによって、図２Ｂに示すように、過大電圧は直列接続された２つのスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂ、ダイオードＤ３ａ，Ｄ３ｂ，Ｄ４ａ，Ｄ４ｂ，Ｄ５ａ，Ｄ５ｂ）それぞれの両端に分圧される。例えば、上アームのスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ、Ｑ４ａ、Ｑ５ａ、ダイオードＤ３ａ，Ｄ４ａ，Ｄ５ａ）の両端には分圧値Ｖ１がかかり、下アームのスイッチング素子（トランジスタＱ３ｂ、Ｑ４ｂ、Ｑ５ｂ、ダイオードＤ３ｂ，Ｄ４ｂ，Ｄ５ｂ）の両端には分圧値Ｖ２がかかる。理想的には各スイッチング素子のインピーダンスが等しければＶ１＝Ｖ２となるので、１つのスイッチング素子にかかる過大電圧はどちらか一方が動作していた時の半分にまで低減され、各スイッチング素子を破壊から保護することができる。

【0068】

さらに、制御部４０は、トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂをオフした後、ブレーキ回路６１の３つのトランジスタ６１ｕ，６１ｖ，６１ｗの各ベースに駆動信号を出力し、各コレクタ−エミッタ間を導通状態にする。その結果、モータ５１にブレーキがかかる。

【0069】

モータ５１にブレーキをかける目的は、モータ５１のインダクタンス成分が持つエネルギー及びモータ５１の回転による誘起電圧によってスイッチング素子のダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂがオンする可能性が高いためである。仮に、ダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂがオンしても、モータ５１に電気的ブレーキをかけて素早く停止させることによって、ダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂがオンしている時間を短くすることができる。

【0070】

なお、本実施形態では、制御部４０は、電圧検出部２３の検出値が閾値を超えたとき以外は、モータ５１にブレーキをかけないようにしている。つまり、ブレーキの稼動を過電圧時のみに限定することによって、不必要なモータ停止を抑制している。

【0071】

（４）第１実施形態の特徴
（４−１）
モータ駆動装置１０では、過大電圧発生時に上下アームの両方のトランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂをオフすることによって、過大電圧は直列接続された２つのスイッチング素子それぞれの両端に分圧され、１つのスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂ、ダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂ）にかかる過大電圧はどちらか一方が動作していた時の半分に低減されるので、スイッチング素子を破壊から保護することができる。

【0072】

（４−２）
モータ駆動装置１０では、モータ５１のインダクタンス成分が持つエネルギー及びモータ５１の回転による誘起電圧によってダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂがオンする可能性が高いが、上下アームの両方のトランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂをオフした後、モータ５１に電気的ブレーキをかけて素早く停止させることによって、ダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂがオンしている時間を短くすることができる。

【0073】

＜第２実施形態＞
（１）概要
図３は、本発明の第２実施形態に係るモータ駆動装置１０が採用されているシステム１００の全体構成と、モータ駆動装置１０の内部構成とを示すブロック図である。

【0074】

図３おいて、第２実施形態に係るモータ駆動装置１０は、図１で示された第１実施形態におけるブレーキ回路６１に替えて、抵抗負荷７１及びリレー回路７３が設けられている。したがって、ここでは抵抗負荷７１及びリレー回路７３について説明し、それ以外の要素は第１実施形態（ブレーキ回路６１を除いた構成）と同様であるので、同じ名称及び符号を付して詳細な説明を省略する。

【0075】

（２）モータ駆動装置１０の詳細構成
（２−１）抵抗負荷７１
図３において、抵抗負荷７１は、３つの抵抗素子７１ｕ、７１ｖ、７１ｗで構成されている。抵抗素子７１ｕは、Ｕ相の駆動コイルＬｕと共通接続点Ｎとを結ぶラインの途中に接続されている。抵抗素子７１ｖは、Ｖ相の駆動コイルＬｖと共通接続点Ｎとを結ぶラインの途中に接続されている。抵抗素子７１ｗは、Ｗ相の駆動コイルＬｗと共通接続点Ｎとを結ぶラインの途中に接続されている。通常、上記各ラインはリレー回路７３によって遮断されている。

【0076】

（２−２）リレー回路７３
リレー回路７３は、モータ５１の各相の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗと、それらに対応する各抵抗素子７１ｕ，７１ｖ，７１ｗを結ぶラインを電気的に開閉するリレー接点７３ａと、リレー接点７３ａを動作させるリレーコイル７３ｂと、リレーコイル７３ｂへの通電と非通電とを行うトランジスタ７３ｃとを含んでいる。リレーコイル７３ｂの一端は、駆動用電源Ｖｂの正極に接続され、他端はトランジスタ７３ｃのコレクタ側に接続されている。制御部４０は、トランジスタ７３ｃのベース電流の有無を切り換えて、コレクタとエミッタ間をオンオフし、リレーコイル７３ｂへの通電と非通電を行う。

【0077】

（３）モータ駆動装置１０の動作
以下、モータ駆動装置１０の動作について説明する。なお、制御部４０が、電圧検出部２３の検出値が所定の閾値を超えたと判断したとき、上下アームの両方のトランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂをオフするところまでは、第１実施形態と同じであるので、説明を省略する。

【0078】

制御部４０は、トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂをオフした後、リレー回路７３のトランジスタ７３ｃのベースに駆動信号を出力し、各コレクタ−エミッタ間を導通状態にする。このとき、リレーコイル７３ｂが励磁され、リレー接点７３ａが閉じて、抵抗素子７１ｕとＵ相の駆動コイルＬｕとを、また抵抗素子７１ｖとＶ相の駆動コイルＬｖとを、さらに抵抗素子７１ｗとＷ相の駆動コイルＬｗとを結び、モータ５１のインダクタンス成分がもつエネルギーを抵抗素子７１ｕ，７１ｖ，７１ｗで短時間に消費させ、電気的ブレーキをかける。

【0079】

モータ５１のインダクタンス成分が持つエネルギー及び誘起電圧によってダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂがオンする可能性が高いが、仮に、ダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂがオンしても、モータ５１のインダクタンス成分がもつエネルギーを抵抗素子７１ｕ，７１ｖ，７１ｗで短時間に消費させることによって、ダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂがオンしている時間を短くすることができる。

【0080】

（４）第２実施形態の特徴
（４−１）
モータ駆動装置１０では、過大電圧発生時に上下アームの両方のトランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂをオフすることによって、過大電圧は直列接続された２つのスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂ、ダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂ）それぞれの両端に分圧され、１つのスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂ、ダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂ）にかかる過大電圧はどちらか一方が動作していた時の半分に低減されるので、スイッチング素子のトランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂ及びダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂを破壊から保護することができる。

【0081】

（４−２）
モータ駆動装置１０では、モータ５１のインダクタンス成分が持つエネルギー及びモータの回転による誘起電圧によってダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂがオンする可能性が高いが、上下アームの両方のトランジスタをオフした後、モータ５１のインダクタンス成分がもつエネルギーを抵抗素子７１ｕ，７１ｖ，７１ｗで短時間に消費させることによって、ダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂがオンしている時間を短くすることができる。

【0082】

＜第３実施形態＞
（１）概要
図４は、本発明の第３実施形態に係るモータ駆動装置１０が採用されているシステム１００の全体構成と、モータ駆動装置１０の内部構成とを示すブロック図である。

【0083】

図４おいて、第３実施形態に係るモータ駆動装置１０は、図１で示された第１実施形態における電気的なブレーキ回路６１が取り外された構成において、モータ５１の出力軸に着脱可能な機械的なブレーキ８１が新たに設けられている。したがって、ここではブレーキ８１について説明し、それ以外の要素は第１実施形態（ブレーキ回路６１を除いた構成）と同様であるので、同じ名称及び符号を付して詳細な説明を省略する。

【0084】

（２）モータ駆動装置１０の構成
ブレーキ８１は、機械的ブレーキであって、電磁クラッチ８３と、モータ５１の回転軸に電磁クラッチ８３を介して接続される負荷８５とで構成されている。電磁クラッチ８３は、制御部４０からの駆動信号によって、モータ５１の回転軸と負荷８５とを連結又は解除する。

【0085】

負荷８５は、ロータ５３の回転力を減衰させるため、モータ５１のロータ５３よりも十分に大きい慣性モーメントを有する回転盤、或いは、ロータリーダンパで構成されている。もちろん、回転盤及びロータリーダンパに限定されるものではなく、負荷８５はロータ５３の回転力を減衰することができるものであればよい。

【0086】

（３）モータ駆動装置１０の動作
以下、モータ駆動装置１０の動作について説明する。なお、制御部４０が、電圧検出部２３の検出値が所定の閾値を超えたと判断したとき、上下アームの両方のトランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂをオフするところまでは、第１実施形態と同じであるので、説明を省略する。

【0087】

制御部４０は、トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂをオフした後、電磁クラッチ８３を動作させて、モータ５１の回転軸と負荷８５とを連結する。

【0088】

このとき、モータ５１のインダクタンス成分がもつエネルギーとモータ５１の回転エネルギーとが、負荷８５を回転させようとするエネルギーとして短時間に消費される。

【0089】

モータ５１のインダクタンス成分が持つエネルギー及び回転による誘起電圧によってダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂがオンする可能性が高いが、仮に、ダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂがオンしても、モータ５１のインダクタンス成分がもつエネルギーとモータ５１の回転エネルギーとを負荷８５を回転させようとするエネルギーとして短時間に消費させることによって、ダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂがオンしている時間を短くすることができる。

【0090】

（４）第３実施形態の特徴
（４−１）
モータ駆動装置１０では、過大電圧発生時に上下アームの両方のトランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂをオフすることによって、過大電圧は直列接続された２つのスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂ、ダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂ）それぞれの両端に分圧され、１つのスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂ、ダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂ）にかかる過大電圧はどちらか一方が動作していた時の半分に低減されるので、スイッチング素子のトランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂ、及びダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂを破壊から保護することができる。

【0091】

（４−２）
モータ駆動装置１０では、モータ５１のインダクタンス成分が持つエネルギー及び回転による誘起電圧によってダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂがオンする可能性が高いが、上下アームの両方のトランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂをオフした後、モータ５１のインダクタンス成分がもつエネルギー及びモータ５１の回転エネルギーを機械的なブレーキ８１で短時間に消費させることによって、ダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂがオンしている時間を短くすることができる。

【0092】

＜その他＞
（Ａ）
第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態では、電気的ブレーキ又は機械的ブレーキを設けて、モータ５１のインダクタンス成分がもつエネルギーとモータ５１の回転エネルギーとをモータ５１にブレーキをかけることによって短時間に消費させ、スイッチング素子（ダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂ）がオンしている時間を短くする、というものである。

【0093】

しかし、コスト的、構造的な観点からブレーキ回路又は機械的ブレーキを設けることができない場合もある。このような場合は、以下のような制御を行うと効果的である。

【0094】

例えば、制御部４０が電圧検出部２３の検出値が閾値を超えたと判断したとき、全ての上下アームの２つのトランジスタＱ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂのいずれか片方のアームのトランジスタ全てをオンにした後、全てのトランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂをオフにする。

【0095】

全ての上下アームの２つのトランジスタＱ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂのいずれか片方のアームのトランジスタ全てをオンにすることによって、モータ５１からの電流を還流させ、モータ５１の回転エネルギーの回生による直流電圧の昇圧を防止しながら、モータ５１内部インピーダンスで電流を減衰させて０とする。

【0096】

その後、全ての上下アームのトランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂをオフにし、仮にモータ５１のインダクタンス成分が持つエネルギー及びモータ５１の誘起電圧によってダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂがオンしても、そのオンしている時間を短くすることができる。

【0097】

（Ｂ）
（Ｂ−１）概要
図５は、本発明の他の実施形態に係るモータ駆動装置１０が採用されているシステム１００の全体構成と、モータ駆動装置１０の内部構成とを示すブロック図である。

【0098】

図５おいて、本実施形態に係るモータ駆動装置１０は、図１で示された第１実施形態からブレーキ回路６１を取り外した構成において、電源ラインを遮断するリレー回路７５が新たに設けられている。また、平滑コンデンサを、電解コンデンサ７７としている。したがって、ここではリレー回路７５及び電解コンデンサ７７について説明し、それ以外の要素は第１実施形態（ブレーキ回路６１を除いた構成）と同様であるので、同じ名称及び符号を付して詳細な説明を省略する。

【0099】

（Ｂ−２）モータ駆動装置１０の構成
（Ｂ−２−１）リレー回路７５
図５において、リレー回路７５は電源ライン８０１を開閉する。ここで、電源ライン８０１を開閉するとは、電源ライン８０１を導通又は遮断して非導通にすることである。

【0100】

図５に示すように、リレー回路７５は、電源ライン８０１を開閉するリレー接点７５ａと、リレー接点７５ａを動作させるリレーコイル７５ｂと、リレーコイル７５ｂへの通電と非通電とを行うトランジスタ７５ｃとを含んでいる。

【0101】

リレーコイル７５ｂの一端は、駆動用電源Ｖｂの正極に接続され、他端はトランジスタ７５ｃのコレクタ側に接続されている。制御部４０は、トランジスタ７５ｃのベース電流の有無を切り換えて、コレクタとエミッタ間をオンオフし、リレーコイル７５ｂへの通電と非通電を行う。

【0102】

通常、リレー回路７５は電源ライン８０１を閉、つまり導通状態にしている。他方、過電圧時には、制御部４０からの信号出力を受けて、リレー回路７５が電源ライン８０１を遮断する。

【0103】

（Ｂ−２−２）電解コンデンサ７７
電解コンデンサ７７は、インバータ２５と並列接続される、電解コンデンサである。ここで、リレー回路７５が制御部４０から信号出力を受けてから電源ライン８０１を遮断するまでに１０ｍｓｅｃ程度の期間は、電解コンデンサ７７に過電圧が印加された状態が継続する。つまり、電圧検出部２３が過電圧を検出してからリレー回路７５が電源ライン８０１を遮断するまでの間に、過電圧値が電解コンデンサ７７の耐圧を超える可能性が想定される。

【0104】

図６は、電解コンデンサ７７の両端にかかる電圧と電解コンデンサ７７に流れる電流との関係を示す電圧・電流特性のグラフである。

【0105】

図６において、電解コンデンサであるコンデンサ７７の場合、酸化皮膜の耐圧よりも高い電圧がかかると、酸化皮膜が形成される化成が行われ（このときの電圧を化成電圧という）、電解コンデンサ７７内に流れる電流は増加する。

【0106】

但し、電解コンデンサ７７が１０ｍｓｅｃ程度で破壊されることはなく、その両端電圧が化成電圧でクランプされる。

【0107】

（Ｂ−３）モータ駆動装置１０の動作
図７Ａは、直流電圧Ｖｄｃの変化に対する制御を示すグラフである。図５及び図７Ａにおいて、直流電圧Ｖｄｃが上昇し、電圧検出部２３の検出値が過電圧閾値を超えたとき、制御部４０はリレー回路７５を介して電源ライン８０１を遮断する。

【0108】

リレー回路７５のリレー接点７５ａが電源ライン８０１を遮断するまでの１０ｍｓｅｃ程度の間に直流電圧Ｖｄｃはコンデンサ耐圧を超えるが、化成電圧（一般にコンデンサ耐圧の１．３〜１．５倍程度）にクランプされる。ここで、半導体スイッチング素子（トランジスタ、ダイオード）の素子耐圧を、コンデンサの化成電圧よりも高い値としておけば、その電圧クランプ期間中にリレー接点７５ａが電源ライン８０１を遮断するので、直流電圧Ｖｄｃは半導体素子耐圧まで至らない。

【0109】

したがって、電解コンデンサ７７の両端電圧が化成電圧でクランプされている期間は、インバータ２５に印加される過電圧を電解コンデンサ７７の化成電圧に抑えることができ、その期間内にリレー回路７５が電源ライン８０１を遮断することによって、電解コンデンサ７７を破壊から防止し、且つ、インバータ２５のトランジスタ（ＩＧＢＴ）のようなアバランシェ領域を持たない半導体素子へのストレスを低減することができる。

【0110】

なお、アバランシェ領域とは、半導体のある耐圧を超えてキャリアが急激に流れる現象を起す領域である。

【0111】

次に、図７Ｂは、図７Ａの直流電圧Ｖｄｃの変化に対する制御を示すグラフに、アバランシェ領域を持つ半導体素子の両端の電圧Ｖｄｓの変化を載せたグラフである。図７Ｂにおいて、例えば、インバータ２５のトランジスタをＩＧＢＴに替えてＭＯＳＦＥＴを採用した場合、ＭＯＳＦＥＴ両端の電圧Ｖｄｓは配線インダクタンスによる発生サージもしくは昇圧動作などによって、一般に直流電圧Ｖｄｃよりも高くなる。そして、電圧Ｖｄｓは、電源電圧の上昇に伴う直流電圧Ｖｄｃの上昇に従って上昇する。

【0112】

この場合には、仮に、ＭＯＳＦＥＴの半導体素子耐圧が電解コンデンサの化成電圧よりも低い場合であって、電解コンデンサ７７の両端電圧が化成電圧でクランプされる前に電圧Ｖｄｓが半導体素子耐圧を超えたときでも、アバランシェ電圧でクランプされるので、その間に電解コンデンサ７７の両端電圧が化成電圧でクランプされ、その後、リレー接点７５ａが電源ライン８０１を遮断する。

【0113】

以上のように、電源ライン８０１が遮断されるまでの１０ｍｓｅｃ程度の期間は、アバランシェ動作で過電圧に耐えるので、ＭＯＳＦＥＴを高耐圧品にする必要がなくなる。

【0114】

また、コンデンサ７７（電解コンデンサ）の両端電圧が化成電圧でクランプされることにより、ＭＯＳＦＥＴのアバランシェエネルギーを抑制することもできる。

【0115】

（Ｃ）
第３実施形態では機械的ブレーキのみを用いているが、第１実施形態や第２実施形態のようなブレーキ（電気的ブレーキ）を併用してもよい。

【0116】

（Ｄ）
（Ｄ−１）チャージポンプ回路４６採用時の課題
上記第１、第２及び第３実施形態では、上下アームのスイッチング素子の過電圧保護を重点に説明してきた。しかし、実使用においては、過電圧はスイッチング素子に限らず、ゲート駆動回路２６の出力回路にも及ぶ。

【0117】

特に、上アーム側スイッチング素子の駆動用電源を作成する（変動する上下アーム接続点電位に対応してゲート電位を高める）方式として、チャージポンプ方式が採用されている場合、チャージポンプ回路を構成するスイッチ等の耐圧は一般に一スイッチング素子の耐圧程度（すなわち通常時の直流電圧Ｖｄｃ程度）に設計されているため、最終的な耐圧実力がチャージポンプ回路（図１０参照）を構成するスイッチ等の耐圧実力に制限されてしまう。

【0118】

図１０において、チャージポンプ回路４６では、第１スイッチ素子４６５がオンし、第２スイッチ素子４６６がオフすることによって、第１コンデンサ４６１が充電される。その後、第１スイッチ素子４６５がオフし、第２スイッチ素子４６６がオンすることによって第１コンデンサ４６１に溜まった電荷が第２コンデンサ４６２に移される。この動作を繰り返すことで、上アーム駆動用電源（充電された第２コンデンサ４６２）を作成することができる。第１コンデンサ４６１及び第２コンデンサ４６２への充電は発振回路４６４によって行われる。

【0119】

第２コンデンサ４６２はＶｂまで充電されるが、第２コンデンサ４６２の低電位側がＶｄｃに接続されているので、第２コンデンサ４６２の高電位側はＶｂ＋Ｖｄｃとなる。

【0120】

したがって、チャージポンプ回路４６では、第１スイッチ素子４６５及び第２スイッチ素子４６６ともにＶｂ＋Ｖｄｃ以上の耐圧が必要となり、通常はスイッチング素子一素子分程度の耐圧（すなわち通常時の直流電圧Ｖｄｃ程度）で設計される。そのため、過電圧時の耐圧が第１スイッチ素子４６５及び第２スイッチ素子４６６の耐圧に制限されるという問題が残る。

【0121】

（Ｄ−２）ブートストラップ回路３１の採用
それゆえ、上アーム側スイッチング素子の駆動用電源を作成する（変動する上下アーム接続点電位に対応してゲート電位を高める）方式としてブートストラップ方式を用いることが好ましい。

【0122】

図８は、ブートストラップ回路３１を備えたモータ駆動装置１０の主要部の回路図である。図８において、上アーム側スイッチング素子のゲート電位を高めるため、ブートストラップ回路３１が設けられている。ここでは、ゲート駆動回路２６とブートストラップ回路３１について説明する。

【0123】

（Ｄ−２−１）ゲート駆動回路２６の構成
ゲート駆動回路２６は、内部に、上アーム側のトランジスタＱ３ａ，Ｑ４ａ，Ｑ５ａを駆動する上アーム側駆動回路２６ａと、下アーム側のトランジスタＱ３ｂ，Ｑ４ｂ，Ｑ５ｂを駆動する下アーム側駆動回路２６ｂとを有し、外部にはＶｃｃ、Ｖｄｄ、Ｈｉｎ、Ｌｉｎ、Ｖｓｓ、Ｖｂｏ、Ｈｏ、Ｖｓ、ＬｏおよびＣＯＭの１０個の端子を有している。

【0124】

ゲート駆動回路２６では、トランジスタを駆動する駆動用電源Ｖｂの正極が端子Ｖｃｃに接続され、ロジック用電源Ｖｃの正極が端子Ｖｄｄに接続されている。制御部４０からの信号線は端子Ｈｉｎ、端子Ｌｉｎに接続され、駆動用電源Ｖｂおよびロジック用電源Ｖｃの負極は端子Ｖｓｓに接続されるとともに、モータ用電源（直流電圧Ｖｄｃ）の負極と接続されている。

【0125】

また、ブートストラップ回路３１のコンデンサ３１１の高電位側の極から分岐したラインは端子Ｖｂｏと接続され、トランジスタＱ３ａ，Ｑ４ａ，Ｑ５ａの各エミッタが端子Ｖｓに接続され、トランジスタＱ３ｂ，Ｑ４ｂ，Ｑ５ｂの各エミッタが端子ＣＯＭに接続されている。さらに、トランジスタＱ３ａ，Ｑ４ａ，Ｑ５ａのゲートは端子Ｈｏに接続され、トランジスタＱ３ｂ，Ｑ４ｂ，Ｑ５ｂのゲートは端子Ｌｏに接続されている。

【0126】

トランジスタＱ３ａ，Ｑ４ａ，Ｑ５ａ，Ｑ３ｂ，Ｑ４ｂ，Ｑ５ｂのオン／オフは、ゲート駆動回路２６が端子Ｈｏおよび端子Ｌｏを介してゲート電位を制御することによって行われる。ゲート駆動回路２６の動作は、制御部４０から端子Ｈｉｎおよび端子Ｌｉｎに入力されるデューティ比制御信号に基づいて制御される。

【0127】

（Ｄ−２−２）ブートストラップ回路３１の構成
ゲート駆動回路２６は、上アーム側のトランジスタＱ３ａ，Ｑ４ａ，Ｑ５ａに適切にゲート電位を入力するために、端子Ｖｃｃに接続された駆動用電源Ｖｂの正極と、トランジスタＱ３ａ，Ｑ４ａ，Ｑ５ａの各エミッタとの間に、ブートストラップ回路３１が設けられている。

【0128】

図８には、上下アームのトランジスタＱ３ａ，Ｑ３ｂに対応したゲート駆動回路２６と、ゲート駆動回路２６に対応するブートストラップ回路３１とだけを記載しているが、実際には３組の上下アームそれぞれに対応してゲート駆動回路とブートストラップ回路とが設けられている。

【0129】

ブートストラップ回路３１はコンデンサ３１１、抵抗３１２及びダイオード３１３で構成されている。コンデンサ３１１の一端は、上アーム側のトランジスタＱ３ａのエミッタと下アーム側のトランジスタＱ３ｂのコレクタとの接続点ＮＵに繋がっている。コンデンサ３１１の他端は、抵抗３１２とダイオード３１３を介して駆動用電源Ｖｂの正極と繋がっている。

【0130】

抵抗３１２はコンデンサ３１１の充電電流を制限するために設けられ、ダイオード３１３は抵抗３１２を介してコンデンサ３１１が放電されないよう、また、Ｖｓ電位の変動時もＶｂに電流が流れないように、その順方向を駆動用電源Ｖｂの正極側からコンデンサ３１１側へと向けている。

【0131】

ゲート駆動回路２６内部の上アーム側駆動回路２６ａは、トランジスタＱ３ａのオンオフを制御するため、コンデンサ３１１から高電位を取り入れる。なお、ゲート駆動回路２６内部の下アーム側駆動回路２６ｂは、トランジスタＱ３ｂのオンオフを制御するが、トランジスタＱ３ｂのエミッタ側が接地されているので、端子Ｖｃｃに接続された駆動用電源Ｖｂの正極の電位だけで制御することができる。

【0132】

下アーム側駆動回路２６ｂにより下アーム側のトランジスタＱ３ｂをオンすることによって、駆動用電源Ｖｂ（正極）−ダイオード３１３−抵抗３１２−コンデンサ３１１−下アーム側トランジスタＱ３ｂ−駆動用電源Ｖｂ（負極）の経路で電流が流れる。このとき、コンデンサ３１１が充電されるので、上アーム側駆動用電源として用いることが可能となる。Ｖｓ電位は、上下アームのトランジスタのスイッチングによってＶｄｃ〜０の間で変化するが、ダイオード３１３により、Ｖｂ側に電流が流れることはない。ここでダイオード３１３の耐圧は、通常、ＤＣ部の通常の定格電圧（すなわち一素子耐圧）に耐え得る値に設計される。

【0133】

（Ｄ−３）ブートストラップ回路３１採用時の効果
モータ駆動装置１０では、過大電圧発生時に上下アームの両方のトランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂをオフすることによって、過大電圧は直列接続された２つのスイッチング素子それぞれの両端に分圧され、１つのスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂ、ダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂ）にかかる過大電圧はどちらか一方が動作していた時の半分に低減されるので、スイッチング素子を破壊から保護することができる。言い換えれば、直列接続された２つのスイッチング素子のそれぞれが素子耐圧まで耐え得るため、ＤＣ部の電圧としては、一素子耐圧の倍の電圧まで耐え得ることになる。

【0134】

このとき、上下アームの中点電位は最大でも一素子耐圧程度である（それ以上であれば素子が破壊してしまうため考慮の必要がない）ので、ブートストラップ回路３１については、その回路構成上、ＤＣ部の通常の定格電圧（すなわち一素子耐圧）に耐え得る設計で十分である。

【0135】

（Ｅ）
上記（Ｄ）では、上アーム側スイッチング素子のゲート電位を高める方式として、チャージポンプ方式に替えてブートストラップ回路３１（図８参照）を推奨しているが、それに限定されるものではない。

【0136】

図９は、絶縁電源３６を備えたモータ駆動装置１０の主要部の回路図である。図９において、上アームのゲートごとに絶縁電源３６が設けられている。図９には、上下アームのトランジスタＱ３ａ，Ｑ３ｂに対応したゲート駆動回路２６と、ゲート駆動回路２６に対応する絶縁電源３６とだけを記載しているが、実際には３組の上下アームそれぞれに対応してゲート駆動回路と絶縁電源とが設けられている。

【0137】

上記、ブートストラップ回路で説明したのと同様に、モータ駆動装置１０では、過大電圧発生時に上下アームの両方のトランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂをオフすることによって、上下アームの中点電位は最大でも一素子耐圧程度までとなる（それ以上は素子が破壊する）ので、絶縁電源３６については、ＤＣ部の通常の定格電圧（すなわち一素子耐圧）に耐え得る設計で十分である。

【産業上の利用可能性】

【0138】

本願発明は、上下アームの各トランジスタを過電圧から保護することができるので、モータ駆動装置だけに限らす、インバータを用いた他の駆動装置に有用である。

【符号の説明】

【0139】

１０ モータ駆動装置
２０ 電源供給部
２３ 電圧検出部
３１ ブートストラップ回路
３６ 絶縁電源
４０ 制御部
５１ モータ
６１ ブレーキ回路
７１ 抵抗負荷
７３ リレー回路（抵抗負荷接続手段）
８１ ブレーキ（機械的ブレーキ）
Ｑ３ａ トランジスタ（スイッチング素子）
Ｑ３ｂ トランジスタ（スイッチング素子）
Ｑ４ａ トランジスタ（スイッチング素子）
Ｑ４ｂ トランジスタ（スイッチング素子）
Ｑ５ａ トランジスタ（スイッチング素子）
Ｑ５ｂ トランジスタ（スイッチング素子）
Ｄ３ａ ダイオード（スイッチング素子）
Ｄ３ｂ ダイオード（スイッチング素子）
Ｄ４ａ ダイオード（スイッチング素子）
Ｄ４ｂ ダイオード（スイッチング素子）
Ｄ５ａ ダイオード（スイッチング素子）
Ｄ５ｂ ダイオード（スイッチング素子）
ＮＵ 接続点
ＮＶ 接続点
ＮＷ 接続点
Ｖｄｃ 直流電圧

【先行技術文献】

【特許文献】

【0140】

【特許文献1】特開２００７−１６６８１５号公報

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10】