特許 7605994 過電圧保護回路を有するモータ駆動装置

(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】

(24)【登録日】2024-12-16

(45)【発行日】2024-12-24

(54)【発明の名称】過電圧保護回路を有するモータ駆動装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 3/18 20060101AFI20241217BHJP

   H02P 3/12 20060101ALI20241217BHJP

   H02H 7/12 20060101ALI20241217BHJP

   H02H 7/122 20060101ALI20241217BHJP

   H02H 9/04 20060101ALI20241217BHJP

【ＦＩ】

H02P3/18 101D

H02P3/12 F

H02H7/12 D

H02H7/122

H02H9/04 B

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2023538204

(86)(22)【出願日】2021-07-30

(86)【国際出願番号】 JP2021028495

(87)【国際公開番号】W WO2023007747

(87)【国際公開日】2023-02-02

【審査請求日】2024-02-06

(73)【特許権者】

【識別番号】390008235

【氏名又は名称】ファナック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100112357

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 繁樹

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 拓

【審査官】安池 一貴

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－０６２０３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２００３３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１５３３２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０５０３３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２００４９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ３／１８

Ｈ０２Ｐ ３／１２

Ｈ０２Ｈ ７／１２

Ｈ０２Ｈ ７／１２２

Ｈ０２Ｈ ９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

同期モータに動力線を介して交流電力を供給することで前記同期モータを駆動するモータ駆動回路と、
前記同期モータと前記モータ駆動回路との間に設けられ、前記モータ駆動回路による前記同期モータの駆動が停止した時に半導体スイッチをオンすることで前記動力線の相間を短絡し、前記同期モータの端子間における逆起電力による過電圧の発生を防止する過電圧保護回路と、
前記同期モータに係るイナーシャ及び逆起電力定数のうち少なくとも１つを含むモータ定数と、前記半導体スイッチに係るオン抵抗、熱抵抗及び熱時定数を含む半導体スイッチ定数と、を用いて、前記半導体スイッチをオンすることで上昇してその後下降する前記半導体スイッチの温度推定値を計算する温度推定部と、
を備える、モータ駆動装置。

【請求項2】

前記温度推定部により計算された下降中の前記半導体スイッチの前記温度推定値が第１の温度閾値を下回ったとき、前記モータ駆動回路による前記同期モータの駆動開始を許可する信号を出力する許可信号出力部をさらに備える、請求項１に記載のモータ駆動装置。

【請求項3】

前記動力線に流れる電流の値を検出する電流センサと、
前記電流センサにより検出された電流の値に基づいて前記同期モータの回転速度を計算する回転速度計算部と、
をさらに備え、
前記温度推定部は、前記モータ定数と、前記半導体スイッチ定数と、前記回転速度計算部により計算された前記同期モータの回転速度と、を用いて、前記半導体スイッチの前記温度推定値を計算する、請求項１または２に記載のモータ駆動装置。

【請求項4】

前記同期モータの回転速度を検出する速度センサをさらに備え、
前記温度推定部は、前記モータ定数と、前記半導体スイッチ定数と、前記速度センサにより検出された前記同期モータの回転速度と、を用いて、前記半導体スイッチの前記温度推定値を計算する、請求項１または２に記載のモータ駆動装置。

【請求項5】

前記温度推定部により計算された上昇中の前記半導体スイッチの前記温度推定値が第２の温度閾値を上回ったとき、前記モータ駆動回路内のインバータのブリッジ回路における上アームに設けられた正側スイッチング素子の全てまたは下アームに設けられた負側スイッチング素子の全てがオンにされる、請求項１～４のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。

【請求項6】

前記温度推定部により計算された上昇中の前記半導体スイッチの前記温度推定値が第３の温度閾値を超えた回数をカウントするカウント部と、
前記カウント部によりカウントされた回数が所定の回数閾値を上回ったときアラームを出力するアラーム出力部と、
をさらに備える、請求項１～５のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。

【請求項7】

前記過電圧保護回路は、前記動力線が接続される交流端子と前記半導体スイッチが接続される直流端子とを有するダイオード整流回路を備える、請求項１～６のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、過電圧保護回路を有するモータ駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

同期モータを駆動するモータ駆動装置においては、モータ駆動装置の制御不能やモータ駆動装置による非常停止などといった要因で同期モータに対する駆動が停止すると、同期モータから逆起電力（逆起電圧）に基づくエネルギーが発生する。同期モータで発生したエネルギーは、交流電源へ回生されたり、ＤＣリンクに設けられた回生用負荷（回生用抵抗）へ回生される。しかしながら、同期モータが大型であったりあるいは同期モータが高速で回転していた場合は、同期モータの駆動が停止した際に発生する逆起電力に基づくエネルギーは非常に大きなものとなり、モータ駆動装置に過電圧が発生する。このため、同期モータの減速時に発生する逆起電力からモータ駆動装置を保護するための過電圧保護回路（逆起電圧保護回路）が設けられる。

【0003】

例えば、回生エネルギー放出手段とコンデンサ放電手段と電圧検出手段と過電圧制御手段とを有し、直流電源に接続されるコンデンサに接続され上記直流電源の電力を交流に変換して同期電動機の電機子巻線に供給して上記同期電動機を駆動する電力変換器を有する電力変換装置における過電圧を抑制する過電圧保護装置であって、上記電圧検出手段は、上記電力変換器が停止したときに上記同期電動機の電機子巻線の電圧を検出するものであり、上記過電圧制御手段は、上記電機子巻線の電圧が第１の所定値を越えたとき上記回生エネルギー放出手段を制御して上記電機子巻線間を短絡して上記同期電動機の回転エネルギーを放出させることにより上記電機子巻線の電圧を低下させ、上記電機子巻線の電圧が上記第１の所定値よりも小さい第２の所定値にまで低下したときに上記回生エネルギー放出手段による上記電機子巻線間の短絡を解除し、上記電機子巻線の電圧が上記第１の所定値よりも小さい第３の所定値に低下したときに上記コンデンサ放電手段を制御して上記コンデンサの電荷を放電させるものである過電圧保護装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

【0004】

例えば、直流電源の直流電圧を入力とし、永久磁石同期モータに電圧を出力するインバータと、前記インバータの入力側に現れる直流の回生電圧を検出する直流電圧検出手段と、前記インバータが出力する電圧を制御するインバータ制御手段を備え、前記インバータ制御手段は、回生運転時に、前記直流電圧検出手段が検出した増大する回生電圧に基づいて前記インバータと前記永久磁石同期モータの線間を短絡するように前記インバータを制御する短絡手段と、前記直流電圧検出手段が検出する減少する回生電圧に基づいて前記インバータと前記永久磁石同期モータの線間を開放するように前記インバータを制御する開放手段と、前記直流電圧検出手段が検出する増大する回生電圧に基づいて前記インバータと前記永久磁石同期モータの線間を開放と短絡を交互に行うように前記インバータを制御する間欠短絡手段と、を備えたことを特徴とする永久磁石同期モータの駆動装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１０－２００４９０号公報

【文献】特開２０１２－０５０３３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

過電圧保護装置は、同期モータに対する駆動が停止して逆起電力が発生した場合に、モータ駆動装置と同期モータとの間の動力線の相間を短絡することで、モータ駆動装置への過電圧印加を防止する。過電圧保護装置内での短絡には、その動作速度の速さから、サイリスタなどの半導体スイッチが用いられることが多い。半導体スイッチをオンして短絡電流が流れると半導体スイッチの温度が上昇するため、モータ駆動装置で同期モータを再度駆動するにあたっては、半導体スイッチの温度が低下するのを待つ必要がある。このため、過電圧保護装置内に、半導体スイッチを監視するための温度センサを設けなければならず、コストがかかるという問題があった。また、温度センサが故障すると、半導体スイッチの温度を監視することができないことからモータ駆動装置の再駆動の適切なタイミングを把握することができず、モータ駆動装置の効率的な運用に支障をきたし、さらには過電圧保護回路の故障につながることもある。したがって、同期モータに対する駆動の停止時に発生する逆起電力からモータ駆動装置を保護するための過電圧保護回路に設けられた半導体スイッチの温度を、低コストで正確に把握することができる技術が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

モータ駆動装置は、同期モータに動力線を介して交流電力を供給することで同期モータを駆動するモータ駆動回路と、同期モータとモータ駆動回路との間に設けられ、モータ駆動回路による同期モータの駆動が停止した時に半導体スイッチをオンすることで動力線の相間を短絡し、同期モータの端子間における逆起電力による過電圧の発生を防止する過電圧保護回路と、同期モータに係るイナーシャ及び逆起電力定数のうち少なくとも１つを含むモータ定数と、半導体スイッチに係るオン抵抗、熱抵抗及び熱時定数を含む半導体スイッチ定数と、を用いて、半導体スイッチをオンすることで上昇してその後下降する半導体スイッチの温度推定値を計算する温度推定部と、を備える。

【発明の効果】

【0008】

本開示の一態様によれば、同期モータに対する駆動の停止時に発生する逆起電力からモータ駆動装置を保護するための過電圧保護回路に設けられた半導体スイッチの温度を低コストで正確に把握することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の一実施形態によるモータ駆動装置を示す図である。

【図2】本開示の一実施形態によるモータ駆動装置の動作フローを示すフローチャートである。

【図3】本開示の一実施形態によるモータ駆動装置における温度推定部により計算される半導体スイッチの推定温度の推移を例示する図である。

【図4】本開示の一実施形態によるモータ駆動装置の第１の変形例を示す図である。

【図5】本開示の一実施形態によるモータ駆動装置の第５の変形例の動作フローを示すフローチャートである。

【図6】本開示の一実施形態によるモータ駆動装置の第６の変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下図面を参照して、過電圧保護回路を有するモータ駆動装置について説明する。各図面において、同様の部材には同様の参照符号が付けられている。また、理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。図示される形態は実施をするための１つの例であり、これらの形態に限定されるものではない。

【0011】

図１は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置を示す図である。

【0012】

一例として、モータ駆動装置１により同期モータ２を駆動する場合について示す。なお、本実施形態においては、同期モータ２の相数は本実施形態を特に限定するものではなく、例えば三相であっても単相であってもよい。同期モータ２が設けられる機械には、例えば工作機械、ロボット、鍛圧機械、射出成形機、産業機械などが含まれる。

【0013】

本開示の一実施形態によるモータ駆動装置１は、モータ制御部１０と、モータ駆動回路１１と、過電圧保護回路１２と、温度推定部１３と、許可信号出力部１４と、電流センサ２１と、回転速度計算部２２と、速度センサ２３と、を備える。

【0014】

モータ駆動回路１１と同期モータ２とは動力線を介して接続されている。モータ駆動回路１１は、同期モータ２に動力線を介して交流電力を供給することで同期モータ２を駆動する。このため、モータ駆動回路１１は、例えばインバータ１０１を有する。インバータ１０１は、スイッチング素子及びこれに逆並列に接続されたダイオードのブリッジ回路からなる。インバータ１０１は、同期モータ２が三相モータである場合は三相ブリッジ回路で構成され、同期モータ２が単相モータである場合は単相ブリッジ回路で構成される。図示の例では、同期モータ２を三相同期モータとしたので、インバータ１０１は三相インバータとして構成される。インバータ１０１において、Ｕ相上アームには正側スイッチング素子ＳＵ_Uが設けられ、Ｕ相下アームには負側スイッチング素子ＳＵ_Lが設けられる。Ｖ相上アームには正側スイッチング素子ＳＶ_Uが設けられ、Ｖ相下アームには負側スイッチング素子ＳＶ_Lが設けられる。Ｗ相上アームには正側スイッチング素子ＳＷ_Uが設けられ、Ｗ相下アームには負側スイッチング素子ＳＷ_Lが設けられる。インバータ１０１において、例えばＰＷＭスイッチング制御方式に従って各スイッチング素子がオンオフ制御される。スイッチング素子の例としては、ＦＥＴなどのユニポーラトランジスタ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＧＴＯなどがあるが、スイッチング素子の種類自体は本実施形態を限定するものではなく、その他のスイッチング素子であってもよい。

【0015】

インバータ１０１の直流側には平滑コンデンサ３及び直流電源Ｖ_dcが設けられており、インバータ１０１は、スイッチング素子がオンオフ制御されることで、直流電源Ｖ_dcから入力された直流電力を交流電力に変換して動力線を介して同期モータ２へ供給する。直流電源Ｖ_dcは、例えば交流電源が接続された整流回路、または直流電力を蓄積するバッテリなどで構成される。

【0016】

モータ制御部１０は、モータ駆動回路１１内のインバータ１０１の各スイッチング素子をオンオフ制御する。モータ制御部１０は、速度センサ２３により検出された同期モータ２の回転速度（速度フィードバック）、電流センサ２１により検出された動力線に流れる電流（電流フィードバック）、所定のトルク指令、及び同期モータ２の動作プログラムなどに基づいて、インバータ１０１の電力変換動作を制御する。同期モータ２は、インバータ１０１から供給される交流電力に基づいて、速度、トルクまたは回転子の位置が制御される。なお、ここで説明したモータ制御部１０の構成はあくまでも一例であって、例えば、位置指令生成部、位置制御部、速度制御部、電流制御部、トルク指令作成部などの用語を含めてモータ制御部１０の構成を規定してもよい。

【0017】

同期モータ２とモータ駆動回路１１とを結ぶ動力線には、過電圧保護回路１２が接続される。過電圧保護回路１２は、半導体スイッチ１０３と、動力線が接続される交流端子と半導体スイッチ１０３が接続される直流端子とを有するダイオード整流回路１０２と、を備える。

【0018】

過電圧保護回路１２内のダイオード整流回路１０２は、同期モータ２の逆起電力に基づく交流電力を整流して直流電力を出力する整流器である。図示の例では、同期モータ２を三相モータとしたので、ダイオード整流回路１０２は三相フルブリッジ回路で構成されるが、同期モータ２が単相モータである場合はダイオード整流回路１０２は単相フルブリッジ回路で構成される。

【0019】

過電圧保護回路１２内の半導体スイッチ１０３は、オンすることでダイオード整流回路１０２の直流出力側の端子間を短絡し、オフすることでダイオード整流回路１０２の直流出力側の端子間を短絡しない短絡切替え機能を有する。半導体スイッチ１０３の例としては、サイリスタ、ＩＧＢＴ、ＦＥＴ、ＧＴＯ、もしくはトランジスタなどがある。過電圧保護回路１２内の半導体スイッチ１０３によるオンオフ動作は、例えばモータ制御部１０により制御されてもよく、あるいは、モータ制御部１０とは別個の制御部（図示せず）を設けてもよい。モータ駆動装置１の制御不能やモータ駆動装置１による非常停止などといった要因で同期モータ２に対する駆動が停止すると、同期モータ２は減速して逆起電力が発生し、モータ駆動回路１１に大きな過電圧が印加される。例えばモータ駆動回路１１内の平滑コンデンサ３に耐圧を超える電圧が印加されると、平滑コンデンサ３は破損し、最悪火災に至る。よって、同期モータ２に対する駆動が停止された時、過電圧保護回路１２内の半導体スイッチ１０３をオンすることでダイオード整流回路１０２の直流出力側の端子間を短絡する。例えば、モータ駆動装置１が制御不能に陥ったことを示すアラームをモータ制御部１０が受信した時、モータ制御部１０は半導体スイッチ１０３に対してオンを指令する。また例えば、モータ駆動装置１に対して非常停止信号が入力された場合、モータ制御部１０は半導体スイッチ１０３に対してオンを指令する。また例えば、モータ駆動回路１１と同期モータ２とを結ぶ動力線の線間電圧が所定の電圧を超えた場合、モータ制御部１０がこれを検知して半導体スイッチ１０３に対してオンを指令する。

【0020】

半導体スイッチ１０３は、オフ時にはダイオード整流回路１０２の直流出力側の端子間を短絡せず、すなわちダイオード整流回路１０２の直流出力側の端子間には何も接続されない状態となる。また、半導体スイッチ１０３は、オン時にはダイオード整流回路１０２の直流出力側の端子間を短絡する。ダイオード整流回路１０２は、半導体スイッチ１０３がオンしてダイオード整流回路１０２の直流出力側の端子間が短絡された場合にのみ、「同期モータ２の逆起電力」に基づく交流電力を整流して直流電力を出力する動作を実行する。逆起電力に基づくエネルギーは、過電圧保護回路１２内のダイオード整流回路１０２及び半導体スイッチ１０３を介して全て消費されるので、モータ駆動装置１を逆起電力から保護することができる。半導体スイッチ１０３がオンすると、同期モータ２は徐々に減速し、完全に停止するまで（すなわち同期モータ２の回転エネルギーがゼロになるまで）、半導体スイッチ１０３には短絡電流が流れ続けることから、半導体スイッチ１０３の温度は上昇する。その後、同期モータ２が停止した後は、オン状態にある半導体スイッチ１０３は電流が流れないので温度が徐々に下降する。半導体スイッチ１０３の温度が十分に下がりきる前に、モータ駆動装置１による同期モータ２の駆動を開始して再びモータ駆動装置１による同期モータ２の駆動が停止されて過電圧保護回路１２の半導体スイッチ１０３がオンされると、半導体スイッチ１０３に熱が蓄積され、破壊されるおそれがある。このような半導体スイッチ１０３の破壊を回避するために、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置１では、半導体スイッチ１０３のオン後の温度を温度センサを用いずに計算により推定し、温度推定値が所定の温度閾値以下になるまでは同期モータ２の駆動開始を許可せず、温度推定値が所定の温度閾値以下になったときに同期モータ２の駆動開始を許可する。

【0021】

温度推定部１３は、同期モータ２に係るイナーシャ及び逆起電力定数を含むモータ定数と、半導体スイッチ１０３に係るオン抵抗、熱抵抗及び熱時定数を含む半導体スイッチ定数と、を用いて、半導体スイッチ１０３の温度推定値を計算する。温度推定部１３による計算処理の詳細については後述する。半導体スイッチ１０３がオンすると、同期モータ２は徐々に減速し、完全に停止するまで（すなわち同期モータ２の回転エネルギーがゼロになるまで）、半導体スイッチ１０３には短絡電流が流れ続け、半導体スイッチ１０３の温度は上昇する。半導体スイッチ１０３の温度が上昇して最高温度に到達した後は、半導体スイッチ１０３の温度は下降する。本開示の一実施形態では、半導体スイッチをオンすることで上昇してその後下降する半導体スイッチ１０３の温度に関する情報を、温度センサで取得するのではなく、温度推定部１３の計算による推定値として取得する。

【0022】

許可信号出力部１４は、半導体スイッチ１０３の温度推定値が最高温度に到達した後において下降中の半導体スイッチ１０３の温度推定値が第１の温度閾値を下回ったとき、モータ駆動回路１１による同期モータ２の駆動開始を許可する信号をモータ制御部１０に対して出力する。

【0023】

図２は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置の動作フローを示すフローチャートである。

【0024】

モータ駆動装置１により同期モータ２をある回転数で駆動している状態において、ステップＳ１０１において、モータ制御部１０は、同期モータ２の駆動が停止したか否かを判定する。モータ駆動装置１の制御不能やモータ駆動装置１による非常停止などといった要因で同期モータ２に対する駆動が停止すると、同期モータ２は減速して逆起電力が発生する。例えば、モータ制御部１０は、モータ駆動装置１が制御不能に陥ったことを示すアラームを受信した時、あるいは、モータ駆動装置１に対する非常停止信号を受信した時、同期モータ２の駆動が停止したと判定する。あるいはまた、モータ制御部１０は、モータ駆動回路１１と同期モータ２とを結ぶ動力線の線間電圧が所定の電圧を超えた時、同期モータ２の駆動が停止したと判定してもよい。ステップＳ１０１において、同期モータ２の駆動が停止したと判定した場合は、モータ制御部１０は過電圧保護回路１２内の半導体スイッチ１０３に対してオンするよう指令し、これによりダイオード整流回路１０２の直流出力側の端子間が短絡され、ステップＳ１０２へ進む。

【0025】

ステップＳ１０２において、温度推定部１３は、同期モータ２に係るイナーシャ及び逆起電力定数を含むモータ定数と、半導体スイッチ１０３に係るオン抵抗、熱抵抗及び熱時定数を含む半導体スイッチ定数と、を用いて、半導体スイッチ１０３の温度推定値を計算する。半導体スイッチ１０３がオンすると、同期モータ２は徐々に減速し、完全に停止するまで（すなわち同期モータ２の回転エネルギーがゼロになるまで）、半導体スイッチ１０３には短絡電流が流れ続け、温度推定部１３により計算される半導体スイッチ１０３の温度推定値は上昇する。半導体スイッチ１０３の温度推定値が最高温度に到達した後は、温度推定部１３により計算される半導体スイッチ１０３の温度推定値は下降する。

【0026】

ステップＳ１０３において、許可信号出力部１４は、温度推定部１３により計算された下降中の半導体スイッチ１０３の温度推定値が第１の温度閾値を下回ったか否かを判定する。温度推定値が上昇して最高温度に到達するまでの間は、ステップＳ１０２及びステップＳ１０３の処理が繰り返し実行され、温度推定部１３による温度推定値の計算は継続する。温度推定値が最高温度に到達した後は、時間の経過ととともに温度推定値は徐々に下降していき、ある時点で温度推定値は第１の温度閾値を下回ることになる。温度推定部１３により計算された下降中の半導体スイッチ１０３の温度推定値が第１の温度閾値を下回ったと許可信号出力部１４が判定した時点で、ステップＳ１０４へ進む。なお、温度推定値が最高温度に到達した後はある時定数をもって温度が下降していくので、温度推定値の最高温度到達後から第１の温度閾値を下回るまでに要する時間を予測計算することができる。よって、温度推定部１３は、半導体スイッチ１０３がオンしてから温度推定値が上昇して最高温度に到達するまでの間は、温度推定値の計算を継続的に実行し、推定温度が最高温度に到達した後は、温度推定値が最高温度に到達した時点を始点とし温度推定値が第１の温度閾値を下回る時点を終点とする時間を「駆動待機時間」として予測計算し、温度推定値が最高温度に到達してから駆動待機時間が経過した時点をもって、許可信号出力部１４は、温度推定部１３により計算された下降中の半導体スイッチ１０３の温度推定値が第１の温度閾値を下回った時点と判定する。

【0027】

このように、温度推定部１３は、同期モータ２の駆動停止（ステップＳ１０１）に伴い半導体スイッチがオンしてから温度推定値が最高温度に到達するまでは、温度推定値を逐次計算し、温度推定値が最高温度に到達した後は、温度推定値は指数関数的に減少していくので、温度推定値が最高温度に到達した時点を始点とし温度推定値が第１の温度閾値を下回る時点を終点とする「駆動待機時間」を予測計算する

【0028】

なお、第１の温度閾値については、例えば、半導体スイッチ１０３の耐熱温度から過電圧保護回路１２の１回の動作で上昇する最高温度を引いた値程度に設定すればよく、例えば半導体スイッチ１０３の規格表や取扱説明書などに規定された耐熱温度を参考にして設定すればよい。好ましくは、第１の温度閾値については、短期間の間に半導体スイッチ１０３が複数回オンして短絡電流が流れて熱が蓄積されることになっても破壊されることがないよう、半導体スイッチ１０３の耐熱温度よりもさらに低い温度に設定されてもよい。なお、第１の温度閾値については、書き換え可能な記憶部（図示せず）に記憶されて外部機器によって書き換え可能であってもよく、第１の温度閾値を一旦設定した後であっても必要に応じて適切な値に変更してもよい。

【0029】

ステップＳ１０４において、許可信号出力部１４は、モータ駆動回路１１による同期モータ２の駆動開始を許可する信号をモータ制御部１０に対して出力する。これにより、モータ制御部１０は、同期モータ２の駆動制御をいつでも再開できるようスタンバイ状態に入る。作業者は、ステップＳ１０１における同期モータ２の駆動停止の原因が、例えばモータ駆動装置１の制御不能であった場合には当該制御不能の原因を取り除く作業を行い、例えばモータ駆動装置１による非常停止であった場合には当該非常停止の原因を取り除く作業を行うといったように、同期モータ２の再駆動に向けた準備作業を行うのが好ましい。過電圧保護回路１２が起動して半導体スイッチ１０３がオンした後は、ステップＳ１０４において許可信号出力部１４によりモータ駆動回路１１による同期モータ２の駆動開始が許可されない限りは、モータ制御部１０は同期モータ２の駆動制御をできないので、モータ駆動装置１の安全を確保することができる。ステップＳ１０４において許可信号出力部１４によりモータ駆動回路１１による同期モータ２の駆動開始が許可された後、作業員が同期モータ２の駆動停止の原因を除去したうえで、同期モータ２の実際の駆動が行われることになる。

【0030】

続いて、温度推定部１３による計算処理の詳細について説明する。

【0031】

図３は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置における温度推定部により計算される半導体スイッチの推定温度の推移を例示する図である。

【0032】

温度推定部１３は、同期モータ２に係るイナーシャ及び逆起電力定数を含むモータ定数と、半導体スイッチ１０３に係るオン抵抗、熱抵抗及び熱時定数を含む半導体スイッチ定数と、を用いて、半導体スイッチ１０３の温度推定値を計算する。

【0033】

温度推定値の計算に用いられるモータ定数のうち、同期モータ２に係るイナーシャ（慣性モーメント）をＡ［ｋｇｍ²］とする。イナーシャＡ［ｋｇｍ²］には、同期モータ２自体が有するイナーシャと同期モータ２の回転軸に接続された物体のイナーシャとが含まれる。また、同期モータ２の逆起電力係数をＶ_k［Ｖ／（ｒａｄ／ｓｅｃ）］とし、同期モータ２の極数をＮとする。

【0034】

温度推定値の計算に用いられる半導体スイッチ定数のうち、半導体スイッチ１０３に係るオン抵抗をＲ_t［Ω］、熱抵抗をＢ［℃／Ｗ］、温度上昇時の熱時定数をτ₁［ｓｅｃ］、温度下降時の熱時定数をτ₂［ｓｅｃ］とする。

【0035】

なお、モータ巻線の損失及びダイオード整流回路１０２の損失は半導体スイッチ１０３の損失に比べて十分に小さいので、モータ巻線の損失及びダイオード整流回路１０２の損失については、以下の説明では無視しているが、これら損失を含めて温度推定値を計算してもよい。

【0036】

モータ駆動装置１により同期モータ２をある回転数で駆動している状態において、モータ駆動回路１１による同期モータ２の駆動が停止して同期モータ２がフリーラン状態になった直後に過電圧保護回路１２内の半導体スイッチ１０３がオンして動力線を短絡すると、半導体スイッチ１０３には電流が流れ、最高温度に達するまで温度上昇が続く。温度推定部１３では、半導体スイッチ１０３の上昇する温度推定値を、微小時間Δｔ［ｓｅｃ］間ずつに分けて、次のように計算する。すなわち、時刻ｔ₀を半導体スイッチ１０３をオンした直後の時刻とし、時刻ｔ_i-1から時刻ｔ_i（ただし、ｉは１以上の自然数）までの間の時間を微小時間Δｔ［ｓｅｃ］とする。

【0037】

ここで、下記の計算に用いられる各パラメータを表１のように定義する。

【0038】

【表1】

【0039】

半導体スイッチ１０３のオン直後の時刻ｔ₀から時刻ｔ₁までの微小時間Δｔ［ｓｅｃ］における半導体スイッチ１０３の損失Ｐ_{t_1}［Ｗ］及び消費エネルギーΔＥ₁は、次のように求められる。

【0040】

半導体スイッチ１０３のオン直後の時刻ｔ₀における同期モータ２の回転速度ω₁［ｒａｄ／ｓｅｃ］は、半導体スイッチ１０３のオン直前に電流センサ２１により検出された電流の基本波の電気角周波数Ｆ_I1［ｒａｄ／ｓｅｃ］、同期モータ２の極数Ｎを用いて、式１に従って求めることができる。なお、半導体スイッチ１０３がオンした後は、電流センサ２１によって電流は検出されなくなるので、モータ駆動装置１の通常の動作時においては常に電流センサ２１による電流検出を実行し、半導体スイッチ１０３のオン直前の電流を確実に検出できるようにする。

【0041】

【数1】

【0042】

回転速度計算部２２は、式１に従って、電流センサ２１により検出された電流の値に基づいて、半導体スイッチ１０３のオン直後の時刻ｔ₀における同期モータ２の回転速度ω₁［ｒａｄ／ｓｅｃ］を計算する。

【0043】

半導体スイッチ１０３のオン直後の時刻ｔ₀における回転エネルギーＥ₁［Ｊ］は、イナーシャＡ［ｋｇｍ²］及び時刻ｔ₀における同期モータ２の回転速度ω₁［ｒａｄ／ｓｅｃ］を用いて、式２に従って求めることができる。

【0044】

【数2】

【0045】

半導体スイッチ１０３のオン直後の時刻ｔ₀における逆起電力Ｖ_{bemf_1}［Ｖ］は、逆起電力係数Ｖ_k［Ｖ／（ｒａｄ／ｓｅｃ）］を用いて、式３に従って求めることができる。

【0046】

【数3】

【0047】

ここで、実効値Ｖ［Ｖ］、角周波数ω［ｒａｄ／ｓｅｃの］三相交流電圧ｖ_a［Ｖ］、ｖ_b［Ｖ］、及びｖ_c［Ｖ］は、式４のように表される。

【0048】

【数4】

【0049】

式４で表される三相交流電圧ｖ_a［Ｖ］、ｖ_b［Ｖ］、及びｖ_c［Ｖ］を入力とするダイオード整流回路１０２から出力される直流電圧の平均値Ｅ_d［Ｖ］は、式５のように表される。

【0050】

【数5】

【0051】

式５を整理すると、式６が得られる。

【0052】

【数6】

【0053】

半導体スイッチ１０３のオン直後の時刻ｔ₀における逆起電力Ｖ_{bemf_1}［Ｖ］が発生したときの半導体スイッチ１０３の両端に印加される直流電圧の平均値Ｖ₁［Ｖ］は、式６を用いて式７のように表される。

【0054】

【数7】

【0055】

半導体スイッチ１０３のオン直後の時刻ｔ₀における半導体スイッチ１０３の損失Ｐ_{t_1}［Ｗ］は、式７で表される直流電圧の平均値Ｖ₁［Ｖ］を用いて、式８のように表される。

【0056】

【数8】

【0057】

半導体スイッチ１０３のオン直後の時刻ｔ₀からの微小時間Δｔ［ｓｅｃ］間における半導体スイッチ１０３における消費エネルギーΔＥ₁［Ｊ］は、式８の半導体スイッチ１０３の損失Ｐ_{t_1}［Ｗ］を用いて、式９のように表される。

【0058】

【数9】

【0059】

時刻ｔ₀から微小時間Δｔ［ｓｅｃ］だけ経過した時刻ｔ₁で始まる次の微小時間Δｔ［ｓｅｃ］間の同期モータ２の回転エネルギーＥ₂［Ｊ］は、式１０のように表される。

【0060】

【数10】

【0061】

時刻ｔ₁の同期モータ２の回転速度ω₂［ｒａｄ／ｓｅｃ］と同期モータ２の回転エネルギーＥ₂［Ｊ］との間には、式１１で示される関係式が成り立つ。

【0062】

【数11】

【0063】

式１０及び式１１から時刻ｔ₁の同期モータ２の回転速度ω₂［ｒａｄ／ｓｅｃ］を求めると式１２のようになる。

【0064】

【数12】

【0065】

時刻ｔ₂以降についても、上記同様の処理を実行する。

【0066】

式１～式１２に基づき、各時刻ｔ_iにおける各パラメータを求めると、次のようになる。

【0067】

半導体スイッチ１０３のオン後において、時刻ｔ_iにおける同期モータ２の回転速度ω_i+1［ｒａｄ／ｓｅｃ］は式１３のように表される。

【0068】

【数13】

【0069】

時刻ｔ_iにおける逆起電力Ｖ_{bemf_i+1}［Ｖ］は式１４のように表される。

【0070】

【数14】

【0071】

時刻ｔ_iにおける逆起電力Ｖ_{bemf_i+1}［Ｖ］が発生したときの半導体スイッチ１０３の両端に印加される直流電圧の平均値Ｖ_i+1［Ｖ］は式１５のように表される。

【0072】

【数15】

【0073】

時刻ｔ_iにおける半導体スイッチ１０３の損失Ｐ_{t_i+1}［Ｗ］は式１６のように表される。

【0074】

【数16】

【0075】

時刻ｔ_iからの微小時間Δｔ［ｓｅｃ］間における消費エネルギーΔＥ_i+1［Ｊ］は式１７のように求められる。

【0076】

【数17】

【0077】

時刻ｔ_i+1からの微小時間Δｔ［ｓｅｃ］間における同期モータ２の回転エネルギーＥ_i+2［Ｊ］は式１８のように求められる。

【0078】

【数18】

【0079】

時刻ｔ_iからの微小時間Δｔ［ｓｅｃ］間における半導体スイッチ１０３の温度上昇ΔＴ_i+1［℃］は、半導体スイッチ１０３の損失Ｐ_{t_i+1}［Ｗ］及び熱抵抗Ｂ［℃／Ｗ］を用いて式１９のように表される。

【0080】

【数19】

【0081】

同期モータ２が停止した時点で、半導体スイッチ１０３は最高温度Ｔ_peak［℃］に達する。同期モータ２が停止するまで（すなわち同期モータ２の回転速度ω_i［ｒａｄ／ｓｅｃ］が０になるまで、あるいは、同期モータ２の回転速度ω_i［ｒａｄ／ｓｅｃ］がある微小な閾値以下となるまで）に要する時間Ｐ［ｓｅｃ］は、上記各漸化式を解くことで求めることができる。時刻ｔ_nに同期モータ２が停止するとすると、半導体スイッチ１０３をオンした後の時刻ｔ_nに到達する半導体スイッチ１０３の最高温度Ｔ_peak［℃］は、式２０で表される。ここで、モータ駆動装置１または過電圧保護回路１２の周囲温度をＴ_a［℃］としている。周囲温度Ｔ_a［℃］は、モータ駆動装置１または過電圧保護回路１２の周囲の温度が定温であるとみなして予め決められた一定値を用いてもよく、あるいはモータ駆動装置１または過電圧保護回路１２の近傍に設置された温度センサによって測定された温度を用いてもよい。

【0082】

【数20】

【0083】

同期モータ２が停止して半導体スイッチ１０３の温度が最高温度Ｔ_peak［℃］に達した後は、半導体スイッチ１０３の温度は、熱時定数をτ₂［ｓｅｃ］として指数関数的に下降していき、時刻Ｑの時点で、下降中の半導体スイッチ１０３の温度が第１の温度閾値Ｔ_thを下回ることになる。同期モータ２が停止して半導体スイッチ１０３の温度が最高温度Ｔ_peak［℃］に達した時刻ｔ_nを始点とし半導体スイッチ１０３の温度が第１の温度閾値Ｔ_thを下回る時刻Ｑを終点として画定される時間である駆動待機時間ｔ_Q［ｓｅｃ］は、式２１を解くことで求めることができる。

【0084】

【数21】

【0085】

なお、上述の時刻ｔ_i-1からの微小時間Δｔ［ｓｅｃ］間における消費エネルギーΔＥ_i［Ｊ］及び温度上昇ΔＴ_i［℃］の計算にあたっては、当該微小時間Δｔ［ｓｅｃ］の間は同期モータ２の回転速度ω_i［ｒａｄ／ｓｅｃ］、同期モータ２の回転エネルギーＥ_i［Ｊ］、逆起電力Ｖ_{bemf_i}［Ｖ］、半導体スイッチ１０３両端の直流電圧の平均値Ｖ_i［Ｖ］、及び、半導体スイッチの損失Ｐ_{t_i}［Ｗ］は一定とみなしている。また、微小時間Δ［ｓｅｃ］は、例えば１ミリ秒に設定されるが、これ以外の値を設定してもよい。一般に同期モータ２の停止までには数秒から数十秒を要するので、例えば１ミリ秒に設定した微小時間Δｔ［ｓｅｃ］の間は同期モータ２の回転速度ω_i［ｒａｄ／ｓｅｃ］、同期モータ２の回転エネルギーＥ_i［Ｊ］、逆起電力Ｖ_{bemf_i}［Ｖ］、半導体スイッチ１０３両端の直流電圧の平均値Ｖ_i［Ｖ］、及び、半導体スイッチの損失Ｐ_{t_i}［Ｗ］は一定とみなしたとしても、算出された当該微小時間Δｔ［ｓｅｃ］間における消費エネルギーΔＥ_i［Ｊ］及び温度上昇ΔＴ_i［℃］の誤差は無視できる程度の大きさである。

【0086】

温度推定部１３は、上記各式に基づいて、同期モータ２に係るイナーシャＡ［ｋｇｍ²］及び逆起電力定数を含むモータ定数Ｖ_k［Ｖ／（ｒａｄ／ｓｅｃ）］と、半導体スイッチ１０３に係るオン抵抗Ｒ_t［Ω］、熱抵抗Ｂ［℃／Ｗ］、温度上昇時の熱時定数τ₁［ｓｅｃ］、及び温度下降時の熱時定数τ₂［ｓｅｃ］を含む半導体スイッチ定数と、回転速度計算部２２により検出された同期モータ２の回転速度ω_i［ｒａｄ／ｓｅｃ］とを用いて、半導体スイッチ１０３の温度推定値を計算する。半導体スイッチ１０３をオンしてから半導体スイッチ１０３が最高温度Ｔ_peak［℃］に到達するまでの間は、温度推定部１３は、式１３～式２０に従って半導体スイッチ１０３の温度推定値を計算し、温度推定値が最高温度Ｔ_peak［℃］に到達した後は、温度推定値は、式２１に従って最高温度Ｔ_peak［℃］に達した時刻ｔ_nから半導体スイッチ１０３の温度が第１の温度閾値Ｔ_thを下回る時刻Ｑまでに要する時間ｔ_Q［ｓｅｃ］を計算する。温度推定部１３は、温度推定部１３により半導体スイッチ１０３の最高温度Ｔ_peak［℃］を計算した後、半導体スイッチ１０３の温度推定値が当該最高温度Ｔ_peak［℃］に到達した時刻ｔ_nから半導体スイッチ１０３の温度が第１の温度閾値Ｔ_thを下回る時刻Ｑまでに要する駆動待機時間ｔ_Q［ｓｅｃ］を計算する。許可信号出力部１４は、温度推定部１３により計算された半導体スイッチ１０３の温度推定値が当該最高温度Ｔ_peak［℃］に到達した時刻ｔ_nから駆動待機時間ｔ_Q［ｓｅｃ］を経過した時点をもって半導体スイッチ１０３の温度推定値が第１の温度閾値を下回った時点と判定し、モータ駆動回路１１による同期モータ２の駆動開始を許可する信号をモータ制御部１０に対して出力する。

【0087】

続いて、本開示の一実施形態による変形例について、いくつか列記する。

【0088】

本開示の一実施形態による第１の変形例は、温度推定部１３による温度推定値の計算に用いられる微小時間Δｔ［ｓｅｃ］における同期モータ２の回転速度を、電流センサ２１により検出された電流の値に基づいて算出された値ではなく、同期モータ２に取り付けられた速度センサ２３により検出された値を用いるものである。図４は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置の第１の変形例を示す図である。第１の変形例では、微小時間Δｔ［ｓｅｃ］における同期モータ２の回転速度ω_i［ｒａｄ／ｓｅｃ］を、同期モータ２に取り付けられた速度センサ２３により検出する。これにより、図１に示した回転速度計算部２２よる式１に基づく計算並びに温度推定部１３による式１２及び式１３に基づく計算を省略することができるので、計算負荷が軽減される。

【0089】

本開示の一実施形態による第２の変形例は、温度推定部１３による温度推定値の計算に用いられる半導体スイッチ１０３のオン直後の時刻ｔ₀の同期モータ２の回転速度を、同期モータ２の定格回転数ω_rate［ｒａｄ／ｓｅｃ］とするものである。第２の変形例は、同期モータ２を定格回転数ω_rate［ｒａｄ／ｓｅｃ］で常時駆動するような運用で特に有効である。第２の変形例によれば、半導体スイッチ１０３のオン直後の時刻ｔ₀の同期モータ２の回転速度を定格回転数ω_rate［ｒａｄ／ｓｅｃ］にするので、図１に示した回転速度計算部２２よる式１に基づく計算並びに温度推定部１３による式１２及び式１３に基づく計算を省略することができるので、計算負荷が軽減される。

【0090】

本開示の一実施形態による第３の変形例は、半導体スイッチ１０３のオン直後の時刻ｔ₀の同期モータ２の回転速度と、半導体スイッチ１０３をオンしてから半導体スイッチ１０３の温度が第１の温度閾値以下になるまでの時間と、の関係を示すテーブルを事前に作成しておくものである。半導体スイッチ１０３のオン直後の時刻ｔ₀の同期モータ２の回転速度と、同期モータ２が到達し得る最高温度とは一対一で対応するので、半導体スイッチ１０３のオン直後の時刻ｔ₀の同期モータ２の回転速度と、半導体スイッチ１０３をオンしてから半導体スイッチ１０３の温度が第１の温度閾値以下になるまでの時間とは、一対一で対応する。そこで、半導体スイッチ１０３のオン直後の時刻ｔ₀の同期モータ２の回転速度を回転速度計算部２２による計算または速度センサ２３による測定により取得し、取得した同期モータ２の回転速度に対応する「半導体スイッチ１０３をオンしてから半導体スイッチ１０３の温度が第１の温度閾値以下になるまでの時間」をテーブルから読み出す。第３の変形例によれば、過電圧保護回路１２の稼働ごとに複雑な計算を実行する必要はないので、計算負荷が軽減される。

【0091】

本開示の一実施形態による第４の変形例は、式８で示される半導体スイッチ１０３のオン直後の時刻ｔ₀の半導体スイッチ１０３の損失Ｐ_{t_1}［Ｗ］を、同期モータ２の停止まで一定であるとみなし、計算負荷を軽減するものである。半導体スイッチ１０３のオン直後の時刻ｔ₀の時点が、同期モータ２の回転速度が最も高いので、半導体スイッチ１０３の流れる短絡電流は最も大きく、したがって半導体スイッチ１０３の損失も最も大きい。したがって、半導体スイッチ１０３のオン直後の時刻ｔ₀の半導体スイッチ１０３の損失Ｐ_{t_1}［Ｗ］を、その後の微小時間Δｔ［ｓｅｃ］に係る計算で用いると、半導体スイッチ１０３の温度推定値が実際の温度よりも高くなってしまう可能性があるが、計算負荷を軽減できる利点がある。

【0092】

本開示の一実施形態による第５の変形例は、過電圧保護回路１２が動作しているときに発生する短絡電流が予想外に長く続いて流れる場合に備えて、短絡電流のさらなる還流ルートを設けるものである。

【0093】

図５は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置の第５の変形例の動作フローを示すフローチャートである。

【0094】

同期モータ２に予想外に大きなイナーシャがついていた場合に同期モータ２の駆動が停止して逆起電力が発生すると、半導体スイッチ１０３に短絡電流が流れる時間が予想外に長くなり、半導体スイッチ１０３に熱が蓄積され続けることで半導体スイッチ１０３の温度上昇が半導体スイッチ１０３の許容値を超えてしまい、半導体スイッチ１０３が破損してしまう可能性がある。そこで、第５の変形例では、温度推定部１３により計算された上昇中の半導体スイッチの温度推定値が第２の温度閾値を上回ったとき、モータ駆動回路１１内のインバータ１０１のブリッジ回路における上アームに設けられた正側スイッチング素子ＳＵ_U、ＳＶ_U、及びＳＷ_Uの全てまたは下アームに設けられた負側スイッチング素子ＳＵ_L、ＳＶ_L、及びＳＷ_Lの全てをオンにすることで、短絡電流が、過電圧保護回路１２に加え、モータ駆動回路１１内のインバータ１０１のオンしているスイッチング素子にも流れるようにする。これにより、逆起電力に基づくエネルギーは、過電圧保護回路１２内のダイオード整流回路１０２及び半導体スイッチ１０３を介してモータ駆動回路１１内のインバータ１０１にて消費されることになるので、半導体スイッチ１０３に短絡電流が流れる時間を短縮することができ、半導体スイッチ１０３の温度上昇を抑制することができる。

【0095】

なお、第２の温度閾値については、半導体スイッチ１０３の耐熱温度よりも低い温度に設定すればよく、例えば半導体スイッチ１０３の規格表や取扱説明書などに規定された耐熱温度を参考にして設定すればよい。なお、第２の温度閾値については、書き換え可能な記憶部（図示せず）に記憶されて外部機器によって書き換え可能であってもよく、第２の温度閾値を一旦設定した後であっても必要に応じて適切な値に変更してもよい。

【0096】

モータ駆動装置１により同期モータ２をある回転数で駆動している状態において、図５に示すステップＳ２０１において、モータ制御部１０は、同期モータ２の駆動が停止したか否かを判定する。モータ駆動装置１の制御不能やモータ駆動装置１による非常停止などといった要因で同期モータ２に対する駆動が停止すると、同期モータ２は減速して逆起電力が発生する。例えば、モータ制御部１０は、モータ駆動装置１が制御不能に陥ったことを示すアラームを受信した時、あるいは、モータ駆動装置１に対する非常停止信号を受信した時、同期モータ２の駆動が停止したと判定する。あるいはまた、モータ制御部１０は、モータ駆動回路１１と同期モータ２とを結ぶ動力線の線間電圧が所定の電圧を超えた時、同期モータ２の駆動が停止したと判定してもよい。ステップＳ２０１において、同期モータ２の駆動が停止したと判定した場合は、モータ制御部１０は過電圧保護回路１２内の半導体スイッチ１０３に対してオンするよう指令し、これによりダイオード整流回路１０２の直流出力側の端子間が短絡され、ステップＳ２０２へ進む。

【0097】

ステップＳ２０２において、温度推定部１３は、同期モータ２に係るイナーシャ及び逆起電力定数のうちの少なくとも１つを含むモータ定数と、半導体スイッチ１０３に係るオン抵抗、熱抵抗及び熱時定数を含む半導体スイッチ定数と、を用いて、半導体スイッチ１０３の温度推定値を計算する。なお、速度センサ２３により検出された値を用いて半導体スイッチ１０３の温度推定値を計算する場合は、ステップＳ２０２における温度推定部１３による温度推定値の計算にはイナーシャの値は不要である。半導体スイッチ１０３がオンすると、同期モータ２は徐々に減速し、完全に停止するまで（すなわち同期モータ２の回転エネルギーがゼロになるまで）、半導体スイッチ１０３には短絡電流が流れ続け、温度推定部１３により計算される半導体スイッチ１０３の温度推定値は上昇する。半導体スイッチ１０３の温度推定値が最高温度に到達した後は、温度推定部１３により計算される半導体スイッチ１０３の温度推定値は下降する。温度推定値が上昇して最高温度に到達するまでの間は、ステップＳ２０２及びステップＳ２０３の処理が繰り返し実行され、温度推定部１３による温度推定値の計算は継続する。

【0098】

ステップＳ２０３において、モータ制御部１０は、温度推定部１３により計算された温度推定値が上昇中であるか否かを判定する。半導体スイッチ１０３がオンしてから半導体スイッチ１０３の温度推定値が最高温度に到達するまでの間は、温度推定値は上昇し続けているので、半導体スイッチ１０３がオンしてから半導体スイッチ１０３の温度推定値が最高温度に到達するまでの間はステップＳ２０３において温度推定値は上昇中であると判定され、ステップＳ２０４へ進む。半導体スイッチ１０３の温度推定値が最高温度に到達した後は、温度推定値は下降するので、ステップＳ２０３において温度推定値は上昇中ではないと判定され、ステップＳ２０６へ進む。

【0099】

ステップＳ２０４において、モータ制御部１０は、温度推定部１３により計算された上昇中の半導体スイッチの温度推定値が第２の温度閾値を上回ったか否かを判定する。温度推定値が第２の温度閾値を上回ったと判定された場合はステップＳ２０５へ進み、温度推定値が第２の温度閾値を上回ったと判定されなかった場合はステップＳ２０２へ戻る。

【0100】

ステップＳ２０５において、モータ制御部１０は、モータ駆動回路１１内のインバータ１０１のブリッジ回路における下アームに設けられた負側スイッチング素子ＳＵ_L、ＳＶ_L、及びＳＷ_Lの全てをオンするよう、モータ駆動回路１１内のインバータ１０１を制御する。これにより、短絡電流が、過電圧保護回路１２に加え、モータ駆動回路１１内のインバータ１０１のオンしているスイッチング素子にも流れるようになる。なお、ステップ２０５においては、モータ制御部１０は、モータ駆動回路１１内のインバータ１０１のブリッジ回路における上アームに設けられた正側スイッチング素子ＳＵ_U、ＳＶ_U、及びＳＷ_Uの全てをオンするよう、モータ駆動回路１１内のインバータ１０１を制御してもよい。ステップＳ２０５を実行すると、電流が過電圧保護回路１２及びモータ駆動回路１１の両方に流れるので、半導体スイッチ１０３の温度推定値を正確に計算することができないことから、例えばアラーム出力などのような異常処理を実行して処理を終了する。

【0101】

ステップＳ２０６において、許可信号出力部１４は、温度推定部１３により計算された下降中の半導体スイッチ１０３の温度推定値が第１の温度閾値を下回ったか否かを判定する。温度推定値が最高温度に到達した後は、時間の経過ととともに温度推定値は徐々に下降していき、ある時点で温度推定値は第１の温度閾値を下回ることになる。温度推定部１３により計算された下降中の半導体スイッチ１０３の温度推定値が第１の温度閾値を下回ったと許可信号出力部１４が判定した時点で、ステップＳ２０７へ進む。なお、温度推定値が最高温度に到達した後はある時定数をもって温度が下降していくので、温度推定値の最高温度到達後から第１の温度閾値を下回るまでに要する時間を予測計算することができる。よって、温度推定部１３は、半導体スイッチ１０３がオンしてから温度推定値が上昇して最高温度に到達するまでの間は、温度推定値の計算を継続的に実行し、推定温度が最高温度に到達した後は、温度推定値が最高温度に到達した時点を始点とし温度推定値が第１の温度閾値を下回る時点を終点とする時間を「駆動待機時間」として予測計算し、温度推定値が最高温度に到達してから駆動待機時間が経過した時点をもって、許可信号出力部１４は、温度推定部１３により計算された下降中の半導体スイッチ１０３の温度推定値が第１の温度閾値を下回った時点と判定する。

【0102】

ステップＳ２０７において、許可信号出力部１４は、モータ駆動回路１１による同期モータ２の駆動開始を許可する信号をモータ制御部１０に対して出力する。これにより、モータ制御部１０は、同期モータ２の駆動制御をいつでも再開できるようスタンバイ状態に入る。作業者は、ステップＳ２０１における同期モータ２の駆動停止の原因が、例えばモータ駆動装置１の制御不能であった場合には当該制御不能の原因を取り除く作業を行い、例えばモータ駆動装置１による非常停止であった場合には当該非常停止の原因を取り除く作業を行うといったように、同期モータ２の再駆動に向けた準備作業を行うのが好ましい。過電圧保護回路１２が起動して半導体スイッチ１０３がオンした後は、ステップＳ２０６において許可信号出力部１４によりモータ駆動回路１１による同期モータ２の駆動開始が許可されない限りは、モータ制御部１０は同期モータ２の駆動制御をできないので、モータ駆動装置１の安全を確保することができる。ステップＳ２０７において許可信号出力部１４によりモータ駆動回路１１による同期モータ２の駆動開始が許可された後、作業員が同期モータ２の駆動停止の原因を除去したうえで、同期モータ２の実際の駆動が行われることになる。

【0103】

本開示の一実施形態による第６の変形例は、半導体スイッチ１０３の温度の上昇及び下降からなる温度変化のうち、特に半導体スイッチ１０３に負担がかかる温度変化の回数をカウントし、カウントされた回数が所定の回数閾値を上回った場合は、半導体スイッチ１０３に破損の恐れがあるとしてアラームを出力することで予防保全に役立てるようにしたものである。

【0104】

図６は、本開示の一実施形態によるモータ駆動装置の第６の変形例を示す図である。

【0105】

一般的に、半導体スイッチ１０３は、大きな温度変化を繰り返すと、半導体スイッチ１０３内において熱収縮率の異なる部材の間でストレスがかかり、寿命が短くなる。上述のように、半導体スイッチ１０３がオンすると、半導体スイッチ１０３の温度推定値は徐々に上昇し、最高温度に到達した後は徐々に減少する。例えば、半導体スイッチ１０３がオンした時点における同期モータ２の回転速度が低い場合は、半導体スイッチ１０３の温度推定値の最高温度は低くなるので半導体スイッチ１０３には負担がかからないが、半導体スイッチ１０３がオンした時点における同期モータ２の回転速度が高い場合は、半導体スイッチ１０３の温度推定値の最高温度は高くなるので半導体スイッチ１０３に負担がかかる。そこで、第６の変形例では、半導体スイッチ１０３の温度の上昇及び下降からなる温度変化のうち特に半導体スイッチ１０３に負担がかかるような温度変化を、温度推定部１３により計算された温度推定値を第３の温度閾値と比較することをもって抽出してカウントし、カウントされた回数が所定の回数閾値を上回った場合は、半導体スイッチ１０３に破損の恐れがあるとしてアラームを出力する。

【0106】

なお、第３の温度閾値については、半導体スイッチ１０３の耐熱温度よりも低い温度に設定すればよく、例えば半導体スイッチ１０３の規格表や取扱説明書などに規定された耐熱温度を参考にして設定すればよい。なお、第３の温度閾値については、書き換え可能な記憶部（図示せず）に記憶されて外部機器によって書き換え可能であってもよく、第３の温度閾値を一旦設定した後であっても必要に応じて適切な値に変更してもよい。

【0107】

また、回数閾値については、半導体スイッチ１０３に非常に大きな短絡電流が流れることを想定して、例えば半導体スイッチ１０３の規格表や取扱説明書などに規定された半導体スイッチ１０３の耐用動作回数に比べて小さい値に設定すればよい。なお、回数閾値については、書き換え可能な記憶部（図示せず）に記憶されて外部機器によって書き換え可能であってもよく、回数閾値を一旦設定した後であっても必要に応じて適切な値に変更してもよい。

【0108】

図６に示すように、モータ駆動装置１は、図１または図４を参照して説明したモータ駆動装置１の構成に加えて、カウント部２４及びアラーム出力部２５をさらに備える。

【0109】

カウント部２４は、温度推定部１３により計算された上昇中の半導体スイッチ１０３の温度推定値が第３の温度閾値を超えた回数をカウントする。過電圧保護回路１２の１回の動作において半導体スイッチ１０３の温度の上下回数は１回であるので、過電圧保護回路１２の１回の動作において半導体スイッチ１０３の温度推定値が第３の温度閾値を超える回数は１回を超えることはない。すなわち、半導体スイッチ１０３の温度推定値が第３の温度閾値を超える回数は、必ず、過電圧保護回路１２の動作回数以下となる。

【0110】

アラーム出力部２５は、カウント部２４によりカウントされた回数が所定の回数閾値を上回ったときアラームを出力する。アラーム出力部２５から出力されたアラームは、表示部（図示せず）に送られ、表示部は、半導体スイッチ１０３の交換を促す表示を行う。表示部の例としては、単体のディスプレイ装置、モータ駆動装置１に付属のディスプレイ装置、上位制御装置（図示せず）に付属のディスプレイ装置、並びに、パソコン及び携帯端末に付属のディスプレイ装置、ＬＥＤやランプなどの発光機器などがある。例えば表示部がＬＥＤやランプなどの発光機器で構成される場合は、発光機器はアラーム受信時に発光することで、作業者に半導体スイッチ１０３の交換を促す。また例えば、アラーム出力部から出力されたアラームは、例えば音響機器（図示せず）に送られ、音響機器はアラーム受信時に例えば音声、スピーカ、ブザー、チャイムなどのような音を発することで、作業者に半導体スイッチ１０３の交換を促す。これにより、作業者は、半導体スイッチ１０３の劣化を確実かつ容易に把握することができ、半導体スイッチ１０３を交換するといった対応も容易にとることができる。

【0111】

以上説明した本開示の一実施形態及び各変形例において温度推定部１３により計算された温度推定値は、例えば半導体スイッチ１０３の近傍に温度センサを設置して半導体スイッチ１０３の実際の温度を測定し、温度推定部１３による計算処理に較正を適宜加えてもよい。温度推定部１３により計算された温度推定値が、温度センサにより測定された半導体スイッチ１０３の実際の温度と大きく異なる場合は、温度推定部１３を含む演算処理装置に故障があると判定してもよく、その場合は当該演算処理装置を交換するといった対応をとることができる。

【0112】

モータ制御部１０、温度推定部１３、許可信号出力部１４、カウント部２４、及びアラーム出力部２５は、例えばソフトウェアプログラム形式で構築されてもよく、あるいは各種電子回路とソフトウェアプログラムとの組み合わせで構築されてもよく、あるいは各種電子回路のみで構成されてもよい。例えばこれらをソフトウェアプログラム形式で構築する場合は、例えばＤＳＰやＦＰＧＡなどの演算処理装置をこのソフトウェアプログラムに従って動作させることで、上述の各部の機能を実現することができる。またあるいは、モータ制御部１０、温度推定部１３、許可信号出力部１４、カウント部２４、及びアラーム出力部２５を、各部の機能を実現するソフトウェアプログラムを書き込んだ半導体集積回路として実現してもよい。またあるいは、モータ制御部１０、温度推定部１３、許可信号出力部１４、カウント部２４、及びアラーム出力部２５を、各部の機能を実現するソフトウェアプログラムを書き込んだ記録媒体として実現してもよい。また、モータ制御部１０、温度推定部１３、許可信号出力部１４、カウント部２４、及びアラーム出力部２５は、例えば工作機械の数値制御装置内に設けられてもよく、ロボットを制御するロボットコントローラ内に設けられてもよい。

【0113】

また、モータ制御部１０、温度推定部１３、許可信号出力部１４、カウント部２４、及びアラーム出力部２５は、アナログ回路とディジタル回路との組み合わせで構成されてもよく、あるいは、ソフトウェアプログラム形式で構築された演算処理装置にて実現されてもよく、あるいは、アナログ回路のみで構成されてもよい。なお、電流センサ２１及び速度センサ２３については、モータ駆動装置１に一般的に設けられるものを流用してもよい。

【0114】

また、第１の温度閾値、第２の温度閾値、第３の温度閾値、及び回数閾値を記憶する記憶部は、例えばＥＥＰＲＯＭ（登録商標）などのような電気的に消去・記録可能な不揮発性メモリ、または、例えばＤＲＡＭ、ＳＲＡＭなどのような高速で読み書きのできるランダムアクセスメモリなどで構成されてもよい。

【符号の説明】

【0115】

１ モータ駆動装置
２ 同期モータ
３ 平滑コンデンサ
１０ モータ制御部
１１ モータ駆動回路
１２ 過電圧保護回路
１３ 温度推定部
１４ 許可信号出力部
２１ 電流センサ
２２ 回転速度計算部
２３ 速度センサ
２４ カウント部
２５ アラーム出力部
１０１ インバータ
１０２ ダイオード整流回路
１０３ 半導体スイッチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】