JP2010104173A - モータ駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】実装スペースを確保し、コストを抑えて、モータの動作に影響を与えないように回生動作及び力行動作を実現する。
【解決手段】回生電力蓄積放電部５０は、回生動作のときには、トランジスタ駆動回路７０が、第１及び第２トランジスタ電流制限回路５４，６０により電流制限がされている回生電力充電トランジスタ５２を活性領域から飽和領域に変化させつつ、該回生電力充電トランジスタ５２により回生電力蓄積コンデンサ５１に充電する制御をし、力行動作のときには、回生電力蓄積コンデンサ５１に蓄えた電荷を、回生電力放電ダイオード５３を経てインバータ３０へ放電する制御をする。
【選択図】図１
【解決手段】回生電力蓄積放電部５０は、回生動作のときには、トランジスタ駆動回路７０が、第１及び第２トランジスタ電流制限回路５４，６０により電流制限がされている回生電力充電トランジスタ５２を活性領域から飽和領域に変化させつつ、該回生電力充電トランジスタ５２により回生電力蓄積コンデンサ５１に充電する制御をし、力行動作のときには、回生電力蓄積コンデンサ５１に蓄えた電荷を、回生電力放電ダイオード５３を経てインバータ３０へ放電する制御をする。
【選択図】図１
Description
本発明は、モータを駆動するためのモータ駆動装置に関する。
図４は、インバータ回路を使用したモータ駆動装置の一般的な構成を示している。図４において、３０１は、三相又は単相の交流電源であり、３０２は、交流電圧を直流電圧に変換する整流器であり、３０３は、突入電流抑制回路であり、３０４は、直流電圧を平滑する平滑コンデンサである。整流器３０２、突入電流抑制回路３０３及び平滑コンデンサ３０４によりコンバータ部３０５を構成している。また、３１１は、インバータであり、３１２は、モータ制御部であり、３１３は、モータである。インバータ３１１は、直流電圧を交流電圧に変換して、モータ制御部３１２によって制御を行い、モータ３１３へ必要な電力を供給する。また、３２１は、回生吸収抵抗であり、３２２は、サージ吸収ダイオードであり、３２３は、回生吸収スイッチである。
この図４に示すようなインバータ３１１を用いてモータ３１３を駆動する場合には、一般的には、ＰＷＭスイッチング方式を採用することで、インバータ回路における電力の損失を低く抑えようとしている。
このモータ駆動装置では、モータ３１３を駆動する際に、モータ３１３へ電力を供給して駆動する力行運転と、モータ３１３を減速する際に、モータ３１３から電力（回生電力）が戻ってくる回生運転とを繰り返して行う。力行運転を行う場合、急峻な加速を行うために大電流が必要とされ、インバータ３１１での消費電力も大きくなる。また、回生運転を行うと、インバータ３１１を介してモータ３１３から平滑コンデンサ３０４へ回生電力が戻ってくる。ここで、高速回転から急峻な減速を行うほどモータ３１３からの回生電力が大きくなることが知られている。そのため、平滑コンデンサ３０４の直流電圧が上昇していき、インバータ３１１のパワー素子の耐圧を超える可能性があるため、何らかの回生吸収対策が必要となる。
このモータ駆動装置では、モータ３１３を駆動する際に、モータ３１３へ電力を供給して駆動する力行運転と、モータ３１３を減速する際に、モータ３１３から電力（回生電力）が戻ってくる回生運転とを繰り返して行う。力行運転を行う場合、急峻な加速を行うために大電流が必要とされ、インバータ３１１での消費電力も大きくなる。また、回生運転を行うと、インバータ３１１を介してモータ３１３から平滑コンデンサ３０４へ回生電力が戻ってくる。ここで、高速回転から急峻な減速を行うほどモータ３１３からの回生電力が大きくなることが知られている。そのため、平滑コンデンサ３０４の直流電圧が上昇していき、インバータ３１１のパワー素子の耐圧を超える可能性があるため、何らかの回生吸収対策が必要となる。
このようなことから、このモータ駆動装置のように、一般的に、回生吸収対策として、回生吸収抵抗３２１及び回生吸収スイッチ３２３を設けている。これにより、平滑コンデンサ３０４の直流電圧がインバータ３１１のパワー素子の耐圧に対して余裕のある、適当なしきい値よりも大きくなる場合に回生吸収スイッチ３２３をオンして、回生吸収抵抗３２１で回生電力を消費させている。これにより、平滑コンデンサ３０４の直流電圧の上昇を防いでいる。なお、サージ吸収ダイオード３２２は、回生吸収スイッチ３２３がターンオフする際、回生吸収抵抗のインダクタンス成分等によるノイズを防ぐために必要に応じて設けられる。
図５は、抵抗を使用した一般的な回生吸収回路の動作例を示し、斜線部分は、回生吸収抵抗による電力損失である。図５に示すように、一般的な回生吸収回路では、電力損失は少なくない。
また、近年、省電力化の要求が強まりつつある。そのため、モータ３１３からの回生電力を回生吸収抵抗３２１で無駄に消費させることなく、平滑コンデンサ３０４に蓄えることで省電力化を図る工夫もなされている。
また、近年、省電力化の要求が強まりつつある。そのため、モータ３１３からの回生電力を回生吸収抵抗３２１で無駄に消費させることなく、平滑コンデンサ３０４に蓄えることで省電力化を図る工夫もなされている。
図６は、そのような省電力化を図った特許文献１に開示のモータ駆動装置を示す。図６に示すように、このモータ駆動装置では、図４に示した突入電流抑制回路３０３を力率改善用のコイル３０６で置き換えている。さらに、このモータ駆動装置では、図４に示した回生吸収抵抗３２１に代えて逆阻止ダイオード３３２を備えている。逆阻止ダイオード３３２は、インバータ３１１に繋がる部分に、回生吸収直列コンデンサ３３１の逆方向の充電を防止するように設けられている。これにより、このモータ駆動装置では、減速時に、回生吸収直列コンデンサ３３１に回生電力を蓄積している。そして、力行運転時には、回生吸収切替スイッチ３３３を切り替えることで、平滑コンデンサ３０４と回生吸収直列コンデンサ３３１とを直列に接続し、回生吸収直列コンデンサ３３１に蓄えた電荷を有効利用している。このような構成を採用することで、図４のような回生吸収抵抗３２１による電力損失をなくし、省電力化を図っている。
図７は、特許文献２に開示のモータ駆動装置を示す。このモータ駆動装置では、省電力効果の高い回生電力吸収方法として、充電用コンバータ３４１を介して回生電力蓄積コンデンサ３４２を充電する方式を採用している。
このモータ駆動装置は、電流検出手段として、入力電流を検出する第１電流検出手段３４３、及び回生電力蓄積コンデンサ３４２を充電する電流を検出する第２電流検出手段３４４を備えている。また、このモータ駆動装置は、電圧検出手段として、平滑コンデンサ３０４の電圧を検出する第１電圧検出手段３４５、及び回生電力蓄積コンデンサ３４２の電圧を検出する第２電圧検出手段３４６を備えている。このモータ駆動装置は、制御回路３４７及びメモリ３４８により、入力電力容量を計算しながら充電用コンバータ３４１を制御し、回生電力の蓄積や放電を制御している。このように、このモータ駆動装置は、複雑な構成により、比較的大容量の負荷に適した構成を実現している。
特許３６７８５８２号
特開平１１−２９９２７５号公報
このモータ駆動装置は、電流検出手段として、入力電流を検出する第１電流検出手段３４３、及び回生電力蓄積コンデンサ３４２を充電する電流を検出する第２電流検出手段３４４を備えている。また、このモータ駆動装置は、電圧検出手段として、平滑コンデンサ３０４の電圧を検出する第１電圧検出手段３４５、及び回生電力蓄積コンデンサ３４２の電圧を検出する第２電圧検出手段３４６を備えている。このモータ駆動装置は、制御回路３４７及びメモリ３４８により、入力電力容量を計算しながら充電用コンバータ３４１を制御し、回生電力の蓄積や放電を制御している。このように、このモータ駆動装置は、複雑な構成により、比較的大容量の負荷に適した構成を実現している。
ところで、特許文献１に開示のモータ駆動装置（前記図６）では、回生吸収直列コンデンサ３３１を用いて回生電力を蓄え、力行時にその蓄えた電荷を利用できるため、省電力効果は大きくなる。しかし、特許文献１に開示のモータ駆動装置には、実際に使用するのにいくつかの課題がある。
先ず、直列に挿入される回生吸収直列コンデンサ３３１には、力行運転時及び回生運転時ともに、常時スイッチング電流が流れる。そのため、回生吸収直列コンデンサ３３１は、低インピーダンスのコンデンサとされる必要がある。そのうえ、回生吸収直列コンデンサ３３１が平滑コンデンサ３０４に直列に挿入されるために、インバータ３１１のパワー素子の耐圧破損を招かないように、回生吸収直列コンデンサ３３１を大容量にする必要がある。しかし、回生吸収直列コンデンサ３３１が大容量になると、該回生吸収直列コンデンサ３３１又は他の回路等の配置スペースの制約が増大し、又コストも拡大し、実用上の障害となる。
先ず、直列に挿入される回生吸収直列コンデンサ３３１には、力行運転時及び回生運転時ともに、常時スイッチング電流が流れる。そのため、回生吸収直列コンデンサ３３１は、低インピーダンスのコンデンサとされる必要がある。そのうえ、回生吸収直列コンデンサ３３１が平滑コンデンサ３０４に直列に挿入されるために、インバータ３１１のパワー素子の耐圧破損を招かないように、回生吸収直列コンデンサ３３１を大容量にする必要がある。しかし、回生吸収直列コンデンサ３３１が大容量になると、該回生吸収直列コンデンサ３３１又は他の回路等の配置スペースの制約が増大し、又コストも拡大し、実用上の障害となる。
さらに、特許文献１に開示のモータ駆動装置では、回生運転時（減速時）に回生吸収切替スイッチ３３３を切り替えて、回生吸収直列コンデンサ３３１のマイナス側をゼロ電位に接続している。そのため、回生運転時にインバータ３１１の直流電圧が大幅に低くなり、そのために、指令に対するモータの動きが変化することとなり、モータの動作が好ましくないものになる。
また、特許文献２に開示のモータ駆動装置（前記図７）では、大容量の回生電力蓄積コンデンサ３４２を設けて回生電力を蓄積している。そして、その蓄積した回生電力を力行運転時に放電できるよう充電用コンバータ３４１を制御している。このような構成は、入力電力を計算し、確実な回生電力の蓄積と放電ができることを狙いとしたものであり、回生によって蓄積した電荷を停電等にも有効に使えることが特色となっている。しかし、このモータ駆動装置では、２つの電流検知手段３４３，３４４と２つの電圧検出手段３４５，３４６とを設けて、制御回路３４７のメモリ３４８に取り込み、入力電力を演算して制御を行うなど、複雑な処理が必要になる。そのため、このモータ駆動装置は、実現するのにかなりのコストアップが見込まれ、数ｋＷ程度の中小容量の用途にはコスト面で実用化しづらいものとなる。
また、省電力化を図る上で最も重要と考えられる充電用コンバータ３４１の方式に関しては、充電用コンバータ３４１に流れる電流・電圧と電力損失、入力電源を投入した直後の回生電力蓄積放電部３４０の初期動作、回生電力蓄積放電部３４０の入力電源部やコンバータ部３０５に与える影響、といった動作上の重要な事項が不明である。しかし、それらの方式次第で、回生電力を蓄積及び放電する能力や性能が左右されるようになる。そして、コストや実装スペースも変わってしまうことになる。
本発明の課題は、実装スペースを確保し易く、コストを抑えて、モータの動作に影響を与えないような回生動作及び力行動作を実現することである。
本発明の課題は、実装スペースを確保し易く、コストを抑えて、モータの動作に影響を与えないような回生動作及び力行動作を実現することである。
前記課題を解決するために、本発明に係る請求項１に記載のモータ駆動装置は、交流電源と、整流器で前記交流電源が出力する交流電圧を直流電圧に変換し、変換した直流電圧により突入電流抑制回路を経由して平滑コンデンサを充電するコンバータと、前記コンバータが出力する直流電圧を交流電圧に変換して前記モータを駆動するインバータと、モータが減速するときに発生する回生電力を蓄積する回生電力蓄積放電手段と、を備え、前記回生電力蓄積放電手段は、前記回生電力を蓄積する回生電力蓄積コンデンサと、前記回生電力蓄積コンデンサに充電電流を流す電流電圧制御素子と、前記電流電圧制御素子の電流を制限する電流制限手段と、前記平滑コンデンサの電圧値と前記回生電力蓄積コンデンサの電圧値との電位差を基に、前記電流電圧制御素子を駆動する素子駆動手段と、力行動作のときに、前記回生電力蓄積コンデンサの電荷を前記インバータに放出するための径路を実現する回生電力放電素子と、を備え、前記回生電力蓄積放電手段は、回生動作のときには、前記素子駆動手段が、前記平滑コンデンサの電圧値と前記回生電力蓄積コンデンサの電圧値との電位差を基に、前記電流制限手段により電流制限がされている前記電流電圧制御素子を活性領域から飽和領域に変化させつつ、該電流電圧制御素子により前記回生電力蓄積コンデンサに回生電力を蓄積する制御をし、力行動作のときには、前記回生電力蓄積コンデンサに蓄えた電荷を、前記回生電力放電素子を経て前記インバータに放出する制御をすることを特徴とする。
また、本発明に係る請求項２に記載のモータ駆動装置は、請求項１に記載のモータ駆動装置において、前記素子駆動手段は、前記平滑コンデンサの電圧値と前記回生電力蓄積コンデンサの電圧値との電位差が、第１のしきい値を超える場合、前記回生電力蓄積コンデンサへの回生電力の蓄積を開始する制御をし、前記第１のしきい値未満であり第２のしきい値未満の場合、前記回生電力蓄積コンデンサへの回生電力の蓄積を中止する制御をするものであり、前記電位差が前記第１のしきい値を超える場合に前記回生電力蓄積コンデンサへの回生電力の蓄積を開始するときに、前記電流制限手段により電流制限がされている前記電流電圧制御素子を活性領域から飽和領域に変化させていることを特徴とする。
また、本発明に係る請求項３に記載のモータ駆動装置は、請求項２に記載のモータ駆動装置において、前記電流制限手段は、前記平滑コンデンサの電圧値と前記回生電力蓄積コンデンサの電圧値との電位差が、前記第１のしきい値を超え第３のしきい値を超える場合、前記電流電圧制御素子に流れる電流を制限する度合いを高めることを特徴とする。
また、本発明に係る請求項３に記載のモータ駆動装置は、請求項２に記載のモータ駆動装置において、前記電流制限手段は、前記平滑コンデンサの電圧値と前記回生電力蓄積コンデンサの電圧値との電位差が、前記第１のしきい値を超え第３のしきい値を超える場合、前記電流電圧制御素子に流れる電流を制限する度合いを高めることを特徴とする。
本発明によれば、電流制限手段により電流制限がされている電流電圧制御素子を活性領域から飽和領域に変化させつつ、該電流電圧制御素子により前記回生電力蓄積コンデンサに回生電力を蓄積することで、インバータの直流電圧が急激に低下するのを防止して、モータの傾きの変化を抑制できる。
また、本発明によれば、唯一の電流電圧制御素子により回生電力蓄積コンデンサを充電することで、実装スペースを確保し易く、コストを抑えることができる。
また、本発明によれば、唯一の電流電圧制御素子により回生電力蓄積コンデンサを充電することで、実装スペースを確保し易く、コストを抑えることができる。
また、請求項２の発明によれば、第１のしきい値及び第２のしきい値により監視することで、回生電力蓄積コンデンサへの回生電力の蓄積の開始及び中止する際の平滑コンデンサの電圧値と回生電力蓄積コンデンサの電圧値との電位差を適切に制御することができる。
また、請求項３の発明によれば、第３のしきい値により監視することで、電流電圧制御素子を適切に動作させることができる。
また、請求項３の発明によれば、第３のしきい値により監視することで、電流電圧制御素子を適切に動作させることができる。
本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という。）を図面を参照しながら詳細に説明する。
（第１の実施形態）
（構成）
第１の実施形態は、モータを駆動するためのモータ駆動装置である。
図１は、第１の実施形態のモータ駆動装置の構成を示す。図１に示すモータ駆動装置は、インバータ回路を使用したモータ駆動装置である。
図１に示すように、モータ駆動装置は、コンバータ部１０、インバータ３０、回生電力蓄積放電部５０、モータ１０１及びモータ制御部（モータ制御回路）１０２を備える。
（第１の実施形態）
（構成）
第１の実施形態は、モータを駆動するためのモータ駆動装置である。
図１は、第１の実施形態のモータ駆動装置の構成を示す。図１に示すモータ駆動装置は、インバータ回路を使用したモータ駆動装置である。
図１に示すように、モータ駆動装置は、コンバータ部１０、インバータ３０、回生電力蓄積放電部５０、モータ１０１及びモータ制御部（モータ制御回路）１０２を備える。
コンバータ部１０は、電源１１、整流器１２、突入電流抑制回路２０及び平滑コンデンサ１４を備える。電源１１は、三相又は単相の交流電源である。例えば、電源１１は、ＡＣ１００Ｖ±１５％又はＡＣ２００Ｖ±１５％で、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの三相又は単相の交流電圧である。整流器１２は、電源１１が出力する交流電圧を直流電圧に変換する。突入電流抑制回路２０は、電源投入時に電源１１からの突入電流を抑制する抵抗２１と、電源１１が立ち上がった後、抵抗２１をバイパスする入力電流バイパススイッチ２２とを備える。抵抗２１は、数Ωから数十Ωを有している。平滑コンデンサ１４は、直流電圧を平滑にする平滑コンデンサである。
インバータ３０は、半導体素子（電力用半導体素子）と受動素子とが組み合わされて構成されている。インバータ３０は、コンバータ部１０又は回生電力蓄積放電部５０からの直流電圧を交流電圧に変換し、モータ１０１に必要な電力を供給する。このとき、モータ制御部１０２がインバータ３０を制御して、モータ１０１に必要な電力を供給する。
回生電力蓄積放電部５０は、平滑コンデンサ１４やインバータ３０等が接続されるライン１１１，１１２に接続されている。回生電力蓄積放電部５０は、回生電力蓄積コンデンサ５１、回生電力充電トランジスタ５２、回生電力放電ダイオード５３、第１トランジスタ電流制限回路５４、ＤＩＳＡＢＬＥ５５、第２トランジスタ電流制限回路６０、トランジスタ駆動回路７０及び放電部８０を備える。
回生電力蓄積放電部５０は、平滑コンデンサ１４やインバータ３０等が接続されるライン１１１，１１２に接続されている。回生電力蓄積放電部５０は、回生電力蓄積コンデンサ５１、回生電力充電トランジスタ５２、回生電力放電ダイオード５３、第１トランジスタ電流制限回路５４、ＤＩＳＡＢＬＥ５５、第２トランジスタ電流制限回路６０、トランジスタ駆動回路７０及び放電部８０を備える。
回生電力蓄積コンデンサ５１は、主に、回生動作時（減速動作時）の回生電力を蓄積するコンデンサである。回生電力充電トランジスタ５２は、回生電力蓄積コンデンサ５１の充電電流を流すための電流電圧制御素子である。回生電力充電トランジスタ５２は、電流電圧を制御できる電流電圧制御素子であれば良く、例えばＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ等である。
回生電力放電ダイオード５３は、力行動作時に回生電力蓄積コンデンサ５１の電荷をインバータ３０に放出するための径路となる。すなわち、回生電力放電ダイオード５３は、回生電力を放出する径路を構成する素子である。回生電力放電ダイオード５３は、単独のダイオードでも良いが、回生電力充電トランジスタ５２の寄生ダイオードでも良い。
第１トランジスタ電流制限回路５４は、主に電源１１の投入時の回生電力充電トランジスタ５２の電流を制限するためのものである。第１トランジスタ電流制限回路５４は、例えば抵抗である。
第１トランジスタ電流制限回路５４は、主に電源１１の投入時の回生電力充電トランジスタ５２の電流を制限するためのものである。第１トランジスタ電流制限回路５４は、例えば抵抗である。
第２トランジスタ電流制限回路６０は、第１トランジスタ電流制限回路５４と協働して、回生電力充電トランジスタ５２の電流を制限する。例えば、第２トランジスタ電流制限回路６０は、３つの抵抗６１，６２，６３、ヒステリシスコンパレータ６４及びスイッチ６５を備える。
トランジスタ駆動回路７０は、平滑コンデンサ１４の電圧値と回生電力蓄積コンデンサ５１の電圧値との電位差を監視し、その電位差を基に、回生電力充電トランジスタ５２を駆動する。回生電力充電トランジスタ５２の駆動により、回生電力蓄積コンデンサ５１に充電電流が流れるようになる。例えば、トランジスタ駆動回路７０は、２つの抵抗７１，７２、及びヒステリシスコンパレータ７３を備える。
トランジスタ駆動回路７０は、平滑コンデンサ１４の電圧値と回生電力蓄積コンデンサ５１の電圧値との電位差を監視し、その電位差を基に、回生電力充電トランジスタ５２を駆動する。回生電力充電トランジスタ５２の駆動により、回生電力蓄積コンデンサ５１に充電電流が流れるようになる。例えば、トランジスタ駆動回路７０は、２つの抵抗７１，７２、及びヒステリシスコンパレータ７３を備える。
放電部８０は、電源１１を遮断したときに、平滑コンデンサ１４及び回生電力蓄積コンデンサ５１の電荷を放電するためのものである。例えば、放電部８０は、放電抵抗８１及び放電スイッチ８２を備える。
ヒステリシスコンパレータ７３の制御ゲート７３ｓは、モータ１０１のモータ回転数が低い場合、モータ制御部１０２からの指令で、回生電力充電トランジスタ５２をオフすることができるように構成されている。なお、図１及び図３では、モータ制御部１０２と制御ゲート７３ｓとは、接続されていないが、実際は接続されており、制御ゲート７３ｓは、モータ制御部１０２により制御される。
ヒステリシスコンパレータ７３の制御ゲート７３ｓは、モータ１０１のモータ回転数が低い場合、モータ制御部１０２からの指令で、回生電力充電トランジスタ５２をオフすることができるように構成されている。なお、図１及び図３では、モータ制御部１０２と制御ゲート７３ｓとは、接続されていないが、実際は接続されており、制御ゲート７３ｓは、モータ制御部１０２により制御される。
以上のような構成の接続状態は、次のようになる。
ライン１１１とライン１１２との間を接続したライン１１３上に、回生電力蓄積コンデンサ５１、回生電力充電トランジスタ５２及び第１トランジスタ電流制限回路（抵抗）５４を、それらの順番で直列に接続している。ここで、回生電力充電トランジスタ５２のコレクタ（Ｃ）に回生電力蓄積コンデンサ５１を接続し、回生電力充電トランジスタ５２のエミッタ（Ｅ）に第１トランジスタ電流制限回路５４を接続している。
ライン１１１とライン１１２との間を接続したライン１１３上に、回生電力蓄積コンデンサ５１、回生電力充電トランジスタ５２及び第１トランジスタ電流制限回路（抵抗）５４を、それらの順番で直列に接続している。ここで、回生電力充電トランジスタ５２のコレクタ（Ｃ）に回生電力蓄積コンデンサ５１を接続し、回生電力充電トランジスタ５２のエミッタ（Ｅ）に第１トランジスタ電流制限回路５４を接続している。
また、トランジスタ駆動回路７０では、回生電力蓄積コンデンサ５１と回生電力充電トランジスタ５２との間のライン１１３ａとライン１１２とを接続したライン１１４上に、２つの抵抗７１，７２を直列に接続している。そして、トランジスタ駆動回路７０では、その２つの抵抗７１，７２の間のライン１１４ａの電圧（分圧）を測定すべく、該ライン１１４ａにヒステリシスコンパレータ７３を接続している。また、ヒステリシスコンパレータ７３を回生電力充電トランジスタ５２（ベース（Ｂ））に接続している。
また、第２トランジスタ電流制限回路６０では、回生電力蓄積コンデンサ５１と回生電力充電トランジスタ５２との間のライン１１３ａとライン１１２とを接続したライン１１５上に、２つの抵抗６１，６２を直列に接続している。ここで、第２トランジスタ電流制限回路６０が有する２つの抵抗６１，６２それぞれの抵抗値は、トランジスタ駆動回路７０が有する２つの抵抗７１，７２それぞれの抵抗値と同一値である。
また、第２トランジスタ電流制限回路６０では、回生電力充電トランジスタ５２と第１トランジスタ電流制限回路５４との間のライン１１３ｂとライン１１２とを接続したライン１１６上に、抵抗６３及びスイッチ６５を直列に接続している。第２トランジスタ電流制限回路６０では、２つの抵抗６１，６２の間のライン１１５ａの電圧（分圧）を測定すべく、該ライン１１５ａにヒステリシスコンパレータ６４を接続している。また、ヒステリシスコンパレータ６４でスイッチ６５をオン及びオフしている。
また、回生電力蓄積コンデンサ５１と回生電力充電トランジスタ５２との間のライン１１３ａとライン１１２とを接続したライン１１７に回生電力放電ダイオード５３を配置している。回生電力放電ダイオード５３は、アノードがライン１１２に接続され、カソードがライン１１３ａに接続されている。また、放電部８０では、ライン１１１と回生電力蓄積コンデンサ５１と回生電力充電トランジスタ５２との間のライン１１３ａとを接続したライン１１８上に放電抵抗８１及び放電スイッチ８２を直列に接続している。
以上のような構成を、モータ駆動装置の動作に沿って次に説明する。モータ駆動装置の動作には、大別して、（１）電源投入直後の初期充電動作、（２）モータ運転動作（力行動作）がある（図２の（V）、（VI）参照）。さらに、（２）モータ運転動作を、（２−１）加速動作（図２の（V）参照）、（２−２）加速動作終了、一定速動作（図２の（VI）参照）、（２−３）減速動作（回生動作）（図２の（I）、（II）、（III）参照）、及び（２−４）停止状態（図２の（IV）参照）、に分けることができる。これらの動作に沿って、以上の各構成の動作を説明する。
（１）電源投入直後の初期充電動作
電源１１は、整流器１２に交流電圧を供給する。整流器１２では、電源１１から供給される交流電圧を全波整流し、直流電圧に変換する。全波整流された直流電圧は、必要に応じて突入電流抑制回路２０及び図示しないチョークコイル等の力率補正回路を経るとともに、平滑コンデンサ１４を経て、インバータ３０に供給される。インバータ３０は、直流電圧を交流電圧に変換して、モータ制御部１０２により制御されて、モータ１０１に電力を供給する。
電源１１は、整流器１２に交流電圧を供給する。整流器１２では、電源１１から供給される交流電圧を全波整流し、直流電圧に変換する。全波整流された直流電圧は、必要に応じて突入電流抑制回路２０及び図示しないチョークコイル等の力率補正回路を経るとともに、平滑コンデンサ１４を経て、インバータ３０に供給される。インバータ３０は、直流電圧を交流電圧に変換して、モータ制御部１０２により制御されて、モータ１０１に電力を供給する。
ここで、電源１１の投入直後に、平滑コンデンサ１４及び回生電力蓄積コンデンサ５１の電圧値が零の状態であったとする。すると、平滑コンデンサ１４及び回生電力蓄積コンデンサ５１は、突入電流抑制回路２０により入力電流が抑えられて、徐々に充電される。このとき、最初に平滑コンデンサ１４が充電を開始する。そして、平滑コンデンサ１４の充電電圧が数十Ｖ程度に達すると、回生電力蓄積コンデンサ５１が充電を開始する。具体的には次のような動作により、平滑コンデンサ１４及び回生電力蓄積コンデンサ５１が充電を開始する。
トランジスタ駆動回路７０（ヒステリシスコンパレータ７３）は、２つの抵抗７１，７２の間のライン１１４ａにおける電圧値を監視している。これにより、平滑コンデンサ１４の電圧値と回生電力蓄積コンデンサ５１の電圧値との電位差（落差）を、分圧値で監視している。そして、トランジスタ駆動回路７０（ヒステリシスコンパレータ７３）は、その監視する値（分圧値）が所定の第１のしきい値（平滑コンデンサ１４の充電電圧が数十Ｖ程度）を超えると、回生電力充電トランジスタ５２を駆動する。この回生電力充電トランジスタ５２の駆動により、回生電力蓄積コンデンサ５１に充電電流が流れ始め、回生電力蓄積コンデンサ５１が充電を開始する。
さらに、第２トランジスタ電流制限回路６０でも、２つの抵抗６１，６２の間のライン１１５ａにおける電圧値を監視している。これにより、トランジスタ駆動回路７０と同様に、平滑コンデンサ１４の電圧値と回生電力蓄積コンデンサ５１の電圧値との電位差を、分圧値（トランジスタ駆動回路７０における分圧値と同値）で監視している。そして、第２トランジスタ電流制限回路６０は、その監視する値が所定の第３のしきい値を超えると、回生電力充電トランジスタ５２を通る充電電流に、より強い制限を加える。すなわち、第２トランジスタ電流制限回路６０では、その監視する値（分圧値）が所定の第３のしきい値を超えると、ヒステリシスコンパレータ６４が、スイッチ６５をオフにして、回生電力充電トランジスタ５２のエミッタ側で第１トランジスタ電流制限回路５４（抵抗５４）だけを動作させるようにする。つまり、回生電力充電トランジスタ５２のエミッタ側に対して並列に接続している抵抗５４，６３のうち、一方の抵抗５４だけを通電状態にする。これにより、回生電力充電トランジスタ５２とライン１１２との間の抵抗を大きくし、回生電力充電トランジスタ５２を通る充電電流に、より強い制限を加える。ここで、第３のしきい値は、第１のしきい値よりも大きい値である。
これにより、第２トランジスタ電流制限回路６０が、その監視する値が所定の第３のしきい値を超えるまでは、スイッチ６５のオン状態を維持することで、回生電力充電トランジスタ５２を通る充電電流は、２つの抵抗５４，６３により制限される。さらに、第２トランジスタ電流制限回路６０が、その監視する値が所定の第３のしきい値を超えたときに、スイッチ６５をオフにすることで、回生電力充電トランジスタ５２を通る充電電流は、一方の抵抗５４のみの接続により、さらに強く制限されるようになる。すなわち、第３のしきい値を超える電位が平滑コンデンサ１４と回生電力蓄積コンデンサ５１との間に生じたときには、回生電力充電トランジスタ５２を通る充電電流を、さらに強く制限している。
このように、第１及び第２トランジスタ電流制限回路５４，６０（抵抗５４及び抵抗６３の両方又は抵抗５４のみ）により、回生電力充電トランジスタ５２に流れる電流を常に制限し、回生電力充電トランジスタ５２に大きな負荷が加わらないようにしている。この結果、電源１１の投入直後の回生電力蓄積コンデンサ５１の初期充電時に、回生電力充電トランジスタ５２を安全に動作させることができる。
そして、平滑コンデンサ１４及び回生電力蓄積コンデンサ５１の充電が終わり、回生電力充電トランジスタ５２に充電電流が流れなくなると、回生電力充電トランジスタ５２は、オフになる。これにより、回生電力蓄積コンデンサ５１は、そのときの電圧を保持したまま、次にモータ１０１が駆動（力行動作）されるのを待つようになる。
そして、平滑コンデンサ１４及び回生電力蓄積コンデンサ５１の充電が終わり、回生電力充電トランジスタ５２に充電電流が流れなくなると、回生電力充電トランジスタ５２は、オフになる。これにより、回生電力蓄積コンデンサ５１は、そのときの電圧を保持したまま、次にモータ１０１が駆動（力行動作）されるのを待つようになる。
（２）モータ運転動作
モータ運転動作中の各構成の動作について、図２を用いて説明する。
（２−１）加速動作（図２の（V）の区間の動作）
平滑コンデンサ１４及び回生電力蓄積コンデンサ５１からインバータ３０を介して、負荷であるモータ１０１に電流が流れる。これにより、平滑コンデンサ１４及び回生電力蓄積コンデンサ５１では、電圧が小さくなっていく。そして、平滑コンデンサ１４及び回生電力蓄積コンデンサ５１の電圧が電源１１から供給される直流電圧（整流器１２の出力相当）よりも小さくなると、インバータ３０に、電源１１からの電流も流れるようになる。このように、モータ１０１の加速動作時には、平滑コンデンサ１４及び回生電力蓄積コンデンサ５１、並びに電源１１に基づく電力をモータ１０１で消費することになる。
モータ運転動作中の各構成の動作について、図２を用いて説明する。
（２−１）加速動作（図２の（V）の区間の動作）
平滑コンデンサ１４及び回生電力蓄積コンデンサ５１からインバータ３０を介して、負荷であるモータ１０１に電流が流れる。これにより、平滑コンデンサ１４及び回生電力蓄積コンデンサ５１では、電圧が小さくなっていく。そして、平滑コンデンサ１４及び回生電力蓄積コンデンサ５１の電圧が電源１１から供給される直流電圧（整流器１２の出力相当）よりも小さくなると、インバータ３０に、電源１１からの電流も流れるようになる。このように、モータ１０１の加速動作時には、平滑コンデンサ１４及び回生電力蓄積コンデンサ５１、並びに電源１１に基づく電力をモータ１０１で消費することになる。
また、回生電力蓄積コンデンサ５１については、その放電電流が、該回生電力蓄積コンデンサ５１と直列に接続されている回生電力放電ダイオード５３を介して放出されるようになる。そのため、回生電力蓄積コンデンサ５１が放電していき、回生電力蓄積コンデンサ５１の電圧が電源１１の電圧よりも小さくなったとき、回生電力蓄積コンデンサ５１の放電が自然に停止する。これにより、回生電力蓄積コンデンサ５１の電圧は、加速動作中に最も低い値で保持される。
（２−２）加速動作終了、一定速動作（図２の（VI）の区間の動作）
インバータ３０に電源１１からの電力を供給し続ける。このとき、回生電力蓄積コンデンサ５１は、最も低い電圧値で待機した状態であり、減速動作（図２の（II）の区間の動作）が開始され、回生電力が戻ってくるのを待っている状態である。一方、平滑コンデンサ１４では、電源１１により充電される。そのため、回生電力蓄積コンデンサ５１の電圧は、平滑コンデンサ１４の電圧に比べて低い値となっている。具体的には、図２の（VI）の区間のように、回生電力蓄積コンデンサ５１の電圧は、平滑コンデンサ１４の電圧に比べて、１０Ｖ程度低い値となる。
インバータ３０に電源１１からの電力を供給し続ける。このとき、回生電力蓄積コンデンサ５１は、最も低い電圧値で待機した状態であり、減速動作（図２の（II）の区間の動作）が開始され、回生電力が戻ってくるのを待っている状態である。一方、平滑コンデンサ１４では、電源１１により充電される。そのため、回生電力蓄積コンデンサ５１の電圧は、平滑コンデンサ１４の電圧に比べて低い値となっている。具体的には、図２の（VI）の区間のように、回生電力蓄積コンデンサ５１の電圧は、平滑コンデンサ１４の電圧に比べて、１０Ｖ程度低い値となる。
（２−３）減速動作（回生動作）
減速動作（回生動作）については、次のように、（２−３−１）一定速動作終了後の減速動作の初期動作（力行動作後の減速動作開始時動作）、（２−３−２）減速動作の中期動作、及び（２−３−３）減速動作の終期動作、に分けることができる。
（２−３−１）一定速動作終了後の減速動作の初期動作（図２の（I）の区間の動作）
インバータ３０を介してモータ１０１から平滑コンデンサ１４に回生電力が戻ってくる。これにより、平滑コンデンサ１４の電圧は、増加し始める。しかし、この減速動作の初期動作状態では、回生電力蓄積放電回路５０はまだ動作しない。
減速動作（回生動作）については、次のように、（２−３−１）一定速動作終了後の減速動作の初期動作（力行動作後の減速動作開始時動作）、（２−３−２）減速動作の中期動作、及び（２−３−３）減速動作の終期動作、に分けることができる。
（２−３−１）一定速動作終了後の減速動作の初期動作（図２の（I）の区間の動作）
インバータ３０を介してモータ１０１から平滑コンデンサ１４に回生電力が戻ってくる。これにより、平滑コンデンサ１４の電圧は、増加し始める。しかし、この減速動作の初期動作状態では、回生電力蓄積放電回路５０はまだ動作しない。
（２−３−２）減速動作の中期動作（図２の（II）の区間の動作）
平滑コンデンサ１４の電圧が増加し、減速開始前の状態から数十Ｖ持ち上がると、回生電力蓄積放電回路５０が動作を開始し、回生電力充電トランジスタ５２を介して、回生電力蓄積コンデンサ５１に充電電流が流れ始める。すなわち、トランジスタ駆動回路７０（ヒステリシスコンパレータ７３）は、平滑コンデンサ１４の電圧値と回生電力蓄積コンデンサ５１の電圧値との電位差が数十Ｖ程度となり、監視する値が第１のしきい値を超えると、回生電力充電トランジスタ５２を駆動する。これにより、回生電力蓄積コンデンサ５１に充電電流が流れ始める。なお、このような回生電力蓄積コンデンサ５１への充電動作は、一般的な回生吸収抵抗（図４）で見られるような平滑コンデンサの電圧が、予め決められたしきい電圧を超えたら回生吸収（回生吸収抵抗による蓄電）を開始する場合とは全く異なる動作である。
平滑コンデンサ１４の電圧が増加し、減速開始前の状態から数十Ｖ持ち上がると、回生電力蓄積放電回路５０が動作を開始し、回生電力充電トランジスタ５２を介して、回生電力蓄積コンデンサ５１に充電電流が流れ始める。すなわち、トランジスタ駆動回路７０（ヒステリシスコンパレータ７３）は、平滑コンデンサ１４の電圧値と回生電力蓄積コンデンサ５１の電圧値との電位差が数十Ｖ程度となり、監視する値が第１のしきい値を超えると、回生電力充電トランジスタ５２を駆動する。これにより、回生電力蓄積コンデンサ５１に充電電流が流れ始める。なお、このような回生電力蓄積コンデンサ５１への充電動作は、一般的な回生吸収抵抗（図４）で見られるような平滑コンデンサの電圧が、予め決められたしきい電圧を超えたら回生吸収（回生吸収抵抗による蓄電）を開始する場合とは全く異なる動作である。
また、このとき、第２トランジスタ電流制限回路６０では、通常は、スイッチ６５をオンにしている。そのため、抵抗５４，６３により回生電力充電トランジスタ５２を通る充電電流を制限した状態にある。そのような状態の下、回生電力充電トランジスタ５２の両端には、平滑コンデンサ１４と回生電力蓄積コンデンサ５１との電位差分の電圧がかかり、さらには、回生電力充電トランジスタ５２には、やや大きな充電電流（図２の例では１０（Ａ）を超える充電電流）が流れる。そのため、回生電力充電トランジスタ５２は、瞬間的に大きな電力（図２の例ではピークで約２４０（Ｗ））を背負い、いわゆる活性領域で動作するようになる。しかし、回生電力蓄積コンデンサ５１の充電が短時間で進み、回生電力蓄積コンデンサ５１の電圧レベルは、短時間で平滑コンデンサ１４の電圧レベルに近くなる。図２の例では、活性領域で動作する時間（（２）の動作期間）は、わずか１０ｍｓであり、加減速時間に対して、十分に短い時間となる。
（２−３−３）減速動作の終期動作（図２の（III）の区間の動作）
平滑コンデンサ１４の電圧値と回生電力蓄積コンデンサ５１の電圧値との電位差は、わずか数Ｖとなる。このとき、回生電力充電トランジスタ５２の動作は、活性領域から飽和領域に移行する。そのため、減速動作の終期動作中の回生電力充電トランジスタ５２の電力損失は、飽和損失によるごく僅かなものとなる。
平滑コンデンサ１４の電圧値と回生電力蓄積コンデンサ５１の電圧値との電位差は、わずか数Ｖとなる。このとき、回生電力充電トランジスタ５２の動作は、活性領域から飽和領域に移行する。そのため、減速動作の終期動作中の回生電力充電トランジスタ５２の電力損失は、飽和損失によるごく僅かなものとなる。
ここで、トランジスタ駆動回路７０（ヒステリシスコンパレータ７３）は、平滑コンデンサ１４の電圧値と回生電力蓄積コンデンサ５１の電圧値との電位差を、その分圧値で監視していて、その値（分圧値）が所定の第２のしきい値未満になるまで、充電状態を維持している。ここで、第２のしきい値は、第１のしきい値未満の値である。すなわち、トランジスタ駆動回路７０は、監視する値（分圧値）が第１のしきい値以下と第２のしきい値以上の間にある期間、回生電力充電トランジスタ５２の駆動を維持している。これにより、平滑コンデンサ１４の電圧値と回生電力蓄積コンデンサ５１の電圧値との電位差が数Ｖである期間、回生電力充電トランジスタ５２の駆動が維持される。
（２−４）停止状態（図２の（IV）の区間の動作）
モータ１０１やインバータ３０の電力消費も僅かであり、回生電力充電トランジスタ５２に電流が流れなくなった時点で、回生電力充電トランジスタ５２はオフになる。すなわち、トランジスタ駆動回路７０（ヒステリシスコンパレータ７３）は、平滑コンデンサ１４の電圧値と回生電力蓄積コンデンサ５１の電圧値との電位差が所定の数Ｖよりも小さくなり、監視する値（分圧値）が第２のしきい値未満になると、回生電力充電トランジスタ５２をオフにしている。
モータ１０１やインバータ３０の電力消費も僅かであり、回生電力充電トランジスタ５２に電流が流れなくなった時点で、回生電力充電トランジスタ５２はオフになる。すなわち、トランジスタ駆動回路７０（ヒステリシスコンパレータ７３）は、平滑コンデンサ１４の電圧値と回生電力蓄積コンデンサ５１の電圧値との電位差が所定の数Ｖよりも小さくなり、監視する値（分圧値）が第２のしきい値未満になると、回生電力充電トランジスタ５２をオフにしている。
ここで、以上の減速動作時（回生動作時）における回生電力充電トランジスタ５２の一連の動作の要約は次のようになる。
トランジスタ駆動回路７０が、減速動作時（回生動作時）に、平滑コンデンサ１４の電圧値と回生電力蓄積コンデンサ５１の電圧値との電位差を監視している。具体的には、その電位差を分圧値として監視している。そして、トランジスタ駆動回路７０が、その監視する値が第１のしきい値を超えると、回生電力充電トランジスタ５２を駆動する。これにより、回生電力蓄積コンデンサ５１に充電電流が流れる。このとき、同時に、回生電力充電トランジスタ５２の電流の上限を第１及び第２トランジスタ電流制限回路５４，６０により制限している。すなわち、並列に接続した２つの抵抗５４，６３により回生電力充電トランジスタ５２の電流値の上限を制限している。これにより、回生電力充電トランジスタ５２は、そのような電流値上限の電流を流しながら、活性領域から飽和領域で動作するようになる。また、回生電力充電トランジスタ５２に電流が一度流れ始めると、第２のしきい値未満になるまで、その充電状態は保持される。
トランジスタ駆動回路７０が、減速動作時（回生動作時）に、平滑コンデンサ１４の電圧値と回生電力蓄積コンデンサ５１の電圧値との電位差を監視している。具体的には、その電位差を分圧値として監視している。そして、トランジスタ駆動回路７０が、その監視する値が第１のしきい値を超えると、回生電力充電トランジスタ５２を駆動する。これにより、回生電力蓄積コンデンサ５１に充電電流が流れる。このとき、同時に、回生電力充電トランジスタ５２の電流の上限を第１及び第２トランジスタ電流制限回路５４，６０により制限している。すなわち、並列に接続した２つの抵抗５４，６３により回生電力充電トランジスタ５２の電流値の上限を制限している。これにより、回生電力充電トランジスタ５２は、そのような電流値上限の電流を流しながら、活性領域から飽和領域で動作するようになる。また、回生電力充電トランジスタ５２に電流が一度流れ始めると、第２のしきい値未満になるまで、その充電状態は保持される。
図２の示す例では、活性領域となる（２）の期間（減速動作開始後の中期動作期間）は、約１０ｍｓと短くなっている。また、飽和領域となる（３）の期間（減速動作開始後の終期動期間）では、平滑コンデンサ１４の電圧値と回生電力蓄積コンデンサ５１の電圧値との電位差は小さくなるが、なおも第２のしきい値を超える電圧に保たれているため、回生電力充電トランジスタ５２の電流は流れ続ける。
なお、初期充電動作時に限らず、減速動作時（回生動作時）にも、第２トランジスタ電流制限回路６０は、その監視する値が第３のしきい値を超えると、回生電力充電トランジスタ５２を通る充電電流に、より強い制限を加えることもできる（抵抗５４のみの接続にすることもできる）。これにより、例えば、初期充電動作時以外にも、過渡的に平滑コンデンサ１４の電圧値と回生電力蓄積コンデンサ５１の電圧値との電位差が大きくなるような場合（例えば停電時）に、回生電力充電トランジスタ５２の充電電流に、より強い制限を加えることができる。
（３）その他の動作
（３−１）モータ１０１の回転数が低いときの動作
ヒステリシスコンパレータ７３の制御ゲート７３ｓは、モータ１０１の回転数が低いとき、モータ制御部１０２からの指令により回生電力蓄積放電部５０を停止させる。具体的には、トランジスタ駆動回路７０（具体的にはヒステリシスコンパレータ７３）をオン状態からオフ状態へ切り替える。これにより、モータ１０１の回転数が所定の回転数より低い場合、モータ１０１からの回生電力が小さいため、回生電力蓄積放電部５０を稼動させる必要がないので、回生電力蓄積放電部５０を稼動させないようにすることで、回生電力蓄積放電部５０による無駄な電力損失を抑えることができる。
（３−１）モータ１０１の回転数が低いときの動作
ヒステリシスコンパレータ７３の制御ゲート７３ｓは、モータ１０１の回転数が低いとき、モータ制御部１０２からの指令により回生電力蓄積放電部５０を停止させる。具体的には、トランジスタ駆動回路７０（具体的にはヒステリシスコンパレータ７３）をオン状態からオフ状態へ切り替える。これにより、モータ１０１の回転数が所定の回転数より低い場合、モータ１０１からの回生電力が小さいため、回生電力蓄積放電部５０を稼動させる必要がないので、回生電力蓄積放電部５０を稼動させないようにすることで、回生電力蓄積放電部５０による無駄な電力損失を抑えることができる。
（３−２）電源１１が遮断した判断したときの動作
電源１１が遮断（オフ）したと判断したとき、放電スイッチ８２をオンにする。例えば、電源１１の遮断の判断は、電源１１の出力電圧を監視して行う。これにより、放電スイッチ８２がオンになると、放電抵抗８１を介して回生電力蓄積コンデンサ５１が放電を開始する。その結果、平滑コンデンサ１４と回生電力蓄積コンデンサ５１とに電位差が生じて、監視する値が第１のしきい値に達し、回生電力充電トランジスタ５２が始動し、回生電力蓄積動作を開始する。これにより、平滑コンデンサ１４が放電するようになり、平滑コンデンサ１４と回生電力蓄積コンデンサ５１とがそれらの電位が平衡状態になるように動作する。一方、放電スイッチ８２をオンに維持しているために、回生電力蓄積コンデンサ５１が放電抵抗８１を介して放電し続けていることで、再び平滑コンデンサ１４と回生電力蓄積コンデンサ５１とに電位差が生じ、監視する値が第１のしきい値になり、平滑コンデンサ１４が電荷を放出するようになる。このような繰り返しの動作により、電源１１の遮断後に、平滑コンデンサ１４及び回生電力蓄積コンデンサ５１が速やかに放電を完了できるようになる。
電源１１が遮断（オフ）したと判断したとき、放電スイッチ８２をオンにする。例えば、電源１１の遮断の判断は、電源１１の出力電圧を監視して行う。これにより、放電スイッチ８２がオンになると、放電抵抗８１を介して回生電力蓄積コンデンサ５１が放電を開始する。その結果、平滑コンデンサ１４と回生電力蓄積コンデンサ５１とに電位差が生じて、監視する値が第１のしきい値に達し、回生電力充電トランジスタ５２が始動し、回生電力蓄積動作を開始する。これにより、平滑コンデンサ１４が放電するようになり、平滑コンデンサ１４と回生電力蓄積コンデンサ５１とがそれらの電位が平衡状態になるように動作する。一方、放電スイッチ８２をオンに維持しているために、回生電力蓄積コンデンサ５１が放電抵抗８１を介して放電し続けていることで、再び平滑コンデンサ１４と回生電力蓄積コンデンサ５１とに電位差が生じ、監視する値が第１のしきい値になり、平滑コンデンサ１４が電荷を放出するようになる。このような繰り返しの動作により、電源１１の遮断後に、平滑コンデンサ１４及び回生電力蓄積コンデンサ５１が速やかに放電を完了できるようになる。
なお、この第１の実施形態では、コンバータ部１０は、整流器で前記交流電源が出力する交流電圧を直流電圧に変換し、変換した直流電圧により突入電流抑制回路を経由して平滑コンデンサを充電するコンバータを実現している。また、インバータ３０は、前記コンバータが出力する直流電圧を交流電圧に変換して前記モータを駆動するインバータを実現している。また、回生電力蓄積放電部５０は、前記モータが減速するときに発生する回生電力を蓄積する回生電力蓄積放電手段を実現している。また、回生電力蓄積コンデンサ５１は、前記回生電力を蓄積する回生電力蓄積コンデンサを実現している。また、回生電力充電トランジスタ５２は、前記回生電力蓄積コンデンサに充電電流を流す電流電圧制御素子を実現している。また、第１及び第２トランジスタ電流制限回路５４，６０は、前記電流電圧制御素子の電流を制限する電流制限手段を実現している。また、トランジスタ駆動回路７０は、前記平滑コンデンサの電圧値と前記回生電力蓄積コンデンサの電圧値との電位差を基に、前記電流電圧制御素子を駆動する素子駆動手段を実現している。また、回生電力放電ダイオード５３は、力行動作のときに、前記回生電力蓄積コンデンサの電荷を前記インバータに放出するための径路を実現する回生電力放電素子を実現している。そして、この第１の実施形態では、前記回生電力蓄積放電手段は、回生動作のときには、前記素子駆動手段が、前記平滑コンデンサの電圧値と前記回生電力蓄積コンデンサの電圧値との電位差を基に、前記電流制限手段により電流制限がされている前記電流電圧制御素子を活性領域から飽和領域に変化させつつ、該電流電圧制御素子により前記回生電力蓄積コンデンサに回生電力を蓄積する制御をし、力行動作のときには、前記回生電力蓄積コンデンサに蓄えた電荷を、前記回生電力放電素子を経て前記インバータに放出する制御をすることを実現している。
（作用及び効果）
（１）回生電力蓄積コンデンサ５１には、電源１１を投入した瞬間だけ電源１１側から電流が流れ、電源１１が立ち上がった後は、電源１１側から電流がほとんど流れない。これにより、回生電力蓄積コンデンサ５１は、回生電力の蓄積用のコンデンサとして機能し、電源１１側からみて、容量成分とはみなされないものとなる。つまり、回生電力蓄積コンデンサ５１は、電源１１及び整流器１２、突入電流抑制回路２０等に影響を与えない構成となる。そのため、回生電力蓄積放電部５０では、電源１１の電力をほとんど消費することはない。
（１）回生電力蓄積コンデンサ５１には、電源１１を投入した瞬間だけ電源１１側から電流が流れ、電源１１が立ち上がった後は、電源１１側から電流がほとんど流れない。これにより、回生電力蓄積コンデンサ５１は、回生電力の蓄積用のコンデンサとして機能し、電源１１側からみて、容量成分とはみなされないものとなる。つまり、回生電力蓄積コンデンサ５１は、電源１１及び整流器１２、突入電流抑制回路２０等に影響を与えない構成となる。そのため、回生電力蓄積放電部５０では、電源１１の電力をほとんど消費することはない。
よって、回生電力蓄積放電部５０の他の部分を変更することなく、必要に応じて回生電力蓄積コンデンサ５１の値だけを変更することが可能になる。これにより、回生電力蓄積放電部５０は、回生電力の処理回路として柔軟性が高いものとなる。また、回生電力蓄積コンデンサ５１は、電源１１等の他の構成の制約を受けず、配置スペースを確保し易く、コストを抑えることもできる。
（２）回生動作時（減速動作時）には、第１及び第２トランジスタ電流制限回路５４，６０により回生電力充電トランジスタ５２を通る充電電流を制限して、回生電力充電トランジスタ５２を活性領域から飽和領域に動作させている。これにより、回生動作時における回生電力蓄積コンデンサ５１への回生電力の蓄積の際に、インバータ３０の直流電圧が急激に低下するのを防止して、モータの傾きの変化を抑制できる。
（３）回生動作時には回生電力充電トランジスタ５２を動作させて、回生電力充電トランジスタ５２に回生電力を蓄積している。また、力行動作時には、回生電力充電トランジスタ５２に蓄積した電荷を回生電力放電ダイオード５３を介して放出している。このように、簡単な構成で回生動作及び力行動作を実現できる。
（４）第１のしきい値及び第２のしきい値による監視で、平滑コンデンサ１４の電圧値と回生電力蓄積コンデンサ５１の電圧値との電位差を、回生電力蓄積動作の開始時（減速動作の初期動作時）では数十Ｖ、回生電力蓄積動作の終了時（減速制御の終期動作時）では数Ｖ程度と低く抑えることができる。すなわち、第１のしきい値及び第２のしきい値により監視することで、回生電力蓄積コンデンサ５１への回生電力の蓄積の開始及び中止する際の平滑コンデンサ１４の電圧値と回生電力蓄積コンデンサ５１の電圧値との電位差を適切に制御することができる。例えば、これにより、大電力を消費する回生吸収抵抗（図４の回生吸収抵抗３２１）を備える必要がなくなる。
（４）第１のしきい値及び第２のしきい値による監視で、平滑コンデンサ１４の電圧値と回生電力蓄積コンデンサ５１の電圧値との電位差を、回生電力蓄積動作の開始時（減速動作の初期動作時）では数十Ｖ、回生電力蓄積動作の終了時（減速制御の終期動作時）では数Ｖ程度と低く抑えることができる。すなわち、第１のしきい値及び第２のしきい値により監視することで、回生電力蓄積コンデンサ５１への回生電力の蓄積の開始及び中止する際の平滑コンデンサ１４の電圧値と回生電力蓄積コンデンサ５１の電圧値との電位差を適切に制御することができる。例えば、これにより、大電力を消費する回生吸収抵抗（図４の回生吸収抵抗３２１）を備える必要がなくなる。
（５）第３のしきい値による監視で、回生電力充電トランジスタ５２を通る充電電流に、より強い制限をかけている。これにより、回生電力充電トランジスタ５２を適切に動作させることができる。
（６）回生電力充電トランジスタ５２は、極短時間（１０ｍｓ程度）での活性領域の動作の後、飽和領域の動作に移行している。これにより、回生電力充電トランジスタ５２での電力消費を抑制できる。この結果、回生電力充電トランジスタ５２の放熱設計を容易にし、回生電力充電トランジスタ５２を省スペースで実装できる。
（６）回生電力充電トランジスタ５２は、極短時間（１０ｍｓ程度）での活性領域の動作の後、飽和領域の動作に移行している。これにより、回生電力充電トランジスタ５２での電力消費を抑制できる。この結果、回生電力充電トランジスタ５２の放熱設計を容易にし、回生電力充電トランジスタ５２を省スペースで実装できる。
（７）従来では、平滑コンデンサ３０４の両端、すなわち高い直流電圧の両端に、定常的に抵抗を設けていた（前記図７参照）。これに対して、本実施形態では、そのような抵抗を設けていない。これは、本実施形態では、平滑コンデンサ１４の両端の直流電圧値を検出する必要がないからである。これにより、分圧抵抗等による定常的な電力損失を防ぐことができ、待機電力を低減し、省電力化を図ることができる。
（８）モータ１０１が加速動作を終了し、一定速動作になると、回生電力蓄積コンデンサ５１は、最も低い電圧で待機した状態となる。そのときの回生電力蓄積コンデンサ５１の電圧は、平滑コンデンサ１４の電圧に比べて、１０Ｖ程度低い値となる。このことは、回生動作時の回生電力の蓄積能力が向上したことと等価である。よって、単純に回生電力蓄積コンデンサを平滑コンデンサに並列に追加するような場合に比べて、本実施形態では、回生電力蓄積能力を１０％程度向上できる。これにより、回生電力蓄積コンデンサ５１を小容量化することができる。
（９）電源１１の遮断時には、放電スイッチ８２をオンするだけで、平滑コンデンサ１４及び回生電力蓄積コンデンサ５１の電荷を放電している。これにより、放電抵抗８１による定常損失を零にできる。そのため、待機電力を削減でき、省電力化を図ることができる。
（１０）回生動作時に回生電力充電トランジスタ５２に流れる電流は、従来のような抵抗（前記図４）を用いた一般的な回生吸収時の電流に比べて、１/３〜１/２程度で済む結果を得ている（シミュレーション結果）。これにより、回生電力充電トランジスタ５２を用いた場合でも、基板や素子、ノイズ等に対する負担を軽減できる。
（１０）回生動作時に回生電力充電トランジスタ５２に流れる電流は、従来のような抵抗（前記図４）を用いた一般的な回生吸収時の電流に比べて、１/３〜１/２程度で済む結果を得ている（シミュレーション結果）。これにより、回生電力充電トランジスタ５２を用いた場合でも、基板や素子、ノイズ等に対する負担を軽減できる。
（１１）従来例を示す図４及び図５に示す回生吸収抵抗３２１を使用した場合と、本実施形態である図１及び図２の回生電力蓄積放電による方式とで、同一条件でのシミュレーションを実施し、電力損失を算出した。その結果、従来例を示す図４及び図５に示す回生吸収抵抗３２１では、電力損失が約１８４（Ｗ）であった。これに対して、本実施形態である図１及び図２の回生電力蓄積放電による方式では、回生電力充電トランジスタ５２の電力損失は、約４（Ｗ）と十分に低い値に収まる。さらに、その他の構成である回生電力放電ダイオード５３の放電区間の損失等を含めても、回生電力蓄積放電部５０としての電力損失は、約７（Ｗ）と低い値となる。このように、シミュレーションでも、本実施形態が省電力効果があることを確認できた。
以上のように、本実施形態は、コストを抑えながら、回生電力を有効に回収して再利用することができる。また、本実施形態は、入力電力容量を計算する等の特別な演算を必要とせず、図７に示す充電用コンバータ３４１のように電圧変換も行わずに、回生電力充電トランジスタ５２である１個の電流電圧制御素子を利用して、その目的を実現している。本実施形態は、特に数ｋＷ程度までの中小容量の負荷に適したものになる。
（第２の実施形態）
（構成）
第２の実施形態は、モータを駆動するためのモータ駆動装置である。
図３は、第２の実施形態のモータ駆動装置を示す。図３に示すように、第２の実施形態では、前記第１の実施形態の突入電流抑制回路２０及び放電部８０の構成を変更している。すなわち、第２の実施形態では、突入電流抑制回路２０は、抵抗２１及び入力電流バイパススイッチ２２の他に、突入ダイオード２３を備える。また、第２の実施形態では、前記第１の実施形態における放電抵抗８１を無くし、抵抗２１に放電スイッチ８２を接続した構成となる。また、放電スイッチ８２と抵抗２１との間のライン１１８とライン１１１とを接続するように突入ダイオード２３を設けている。突入ダイオード２３は、アノードがライン１１８に接続されており、カソードがライン１１１に接続されている。
（構成）
第２の実施形態は、モータを駆動するためのモータ駆動装置である。
図３は、第２の実施形態のモータ駆動装置を示す。図３に示すように、第２の実施形態では、前記第１の実施形態の突入電流抑制回路２０及び放電部８０の構成を変更している。すなわち、第２の実施形態では、突入電流抑制回路２０は、抵抗２１及び入力電流バイパススイッチ２２の他に、突入ダイオード２３を備える。また、第２の実施形態では、前記第１の実施形態における放電抵抗８１を無くし、抵抗２１に放電スイッチ８２を接続した構成となる。また、放電スイッチ８２と抵抗２１との間のライン１１８とライン１１１とを接続するように突入ダイオード２３を設けている。突入ダイオード２３は、アノードがライン１１８に接続されており、カソードがライン１１１に接続されている。
このような構成により、突入電流抑制回路２０では、通常通り、電源１１の投入時に電源１１からの突入電流を抵抗２１により抑制できる。このとき、突入ダイオード２３により、電源１１の電流が抵抗２１を介して平滑コンデンサ１４に流れる経路を確保している。また、電源１１が立ち上がった後には、入力電流バイパススイッチ２２により抵抗２１をバイパスすることができる。
また、電源１１の投入後に、平滑コンデンサ１４及び回生電力蓄積コンデンサ５１への充電が完了すると、突入電流抑制回路２０の突入電流バイパススイッチ２２をオンし、抵抗２１をバイパスさせる。そのため、通常の動作状態（電源１１の投入後）では、抵抗２１に電流が流れなくなるため、抵抗２１は電力損失を発生させることはない。
また、電源１１の投入後に、平滑コンデンサ１４及び回生電力蓄積コンデンサ５１への充電が完了すると、突入電流抑制回路２０の突入電流バイパススイッチ２２をオンし、抵抗２１をバイパスさせる。そのため、通常の動作状態（電源１１の投入後）では、抵抗２１に電流が流れなくなるため、抵抗２１は電力損失を発生させることはない。
一方、電源１１を遮断したと判断したときには、平滑コンデンサ１４及び回生電力蓄積コンデンサ５１に溜まった電荷を放電する回路として、放電抵抗として機能する抵抗２１と放電スイッチ８２とを使用する。すなわち、放電スイッチ８２をオンにして、抵抗２１を介して回生電力蓄積コンデンサ５１の放電を開始させる。このとき、突入電流抑制回路２０の入力電流バイパススイッチ２２のダイオード及び抵抗２１を経由して回生電力蓄積コンデンサ５１の電流が流れる経路が確保されている。
このように、回生電力蓄積コンデンサ５１が放電を開始する結果、平滑コンデンサ１４と回生電力蓄積コンデンサ５１とに電位差が生じて、監視する値が第１のしきい値を超えると、回生電力充電トランジスタ５２が始動し、回生電力蓄積動作を開始する。これにより、平滑コンデンサ１４が放電するようになり、平滑コンデンサ１４と回生電力蓄積コンデンサ５１とがそれらの電位が平衡となるように動作する。一方、放電スイッチ８２をオンに維持しているために、回生電力蓄積コンデンサ５１が放電抵抗として機能する抵抗２１を介して放電し続けていることで、再び平滑コンデンサ１４と回生電力蓄積コンデンサ５１とに電位差が生じ、監視する値が第１のしきい値を超えると、平滑コンデンサ１４が電荷を放出するようになる。このような繰り返しの動作により、電源１１の遮断後に、平滑コンデンサ１４及び回生電力蓄積コンデンサ５１が速やかに放電を完了できるようになる。
（作用及び効果）
抵抗２１は、電源１１の投入時の突入電流抑制回路２０の突入電流を抑制するための抵抗、並びに電源１１の遮断後に平滑コンデンサ１４及び回生電力蓄積コンデンサ５１の放電をするための放電抵抗として機能し、２つの機能を併有している。これにより、もともとコストが高く、実装スペースが大きい突入電流抑制回路２０の電力抵抗を有効に活用できる。
抵抗２１は、電源１１の投入時の突入電流抑制回路２０の突入電流を抑制するための抵抗、並びに電源１１の遮断後に平滑コンデンサ１４及び回生電力蓄積コンデンサ５１の放電をするための放電抵抗として機能し、２つの機能を併有している。これにより、もともとコストが高く、実装スペースが大きい突入電流抑制回路２０の電力抵抗を有効に活用できる。
１０ コンバータ部、１１ 電源、１２ 整流器、１４ 平滑コンデンサ、２０ 突入電流抑制回路、２１ 抵抗、２２ 入力電流バイパススイッチ、３０ インバータ、５０ 回生電力蓄積放電部、５１ 回生電力蓄積コンデンサ、５２ 回生電力充電トランジスタ、５３ 回生電力放電ダイオード、５４ 第１トランジスタ電流制限回路、６０ 第２トランジスタ電流制限回路、７０ トランジスタ駆動回路、７３ｓ 制御ゲート、８０ 放電部、８１ 放電抵抗、８２ 放電スイッチ、１０１ モータ、１０２ モータ制御部
Claims (3)
- 交流電源と、
整流器で前記交流電源が出力する交流電圧を直流電圧に変換し、変換した直流電圧により突入電流抑制回路を経由して平滑コンデンサを充電するコンバータと、
前記コンバータが出力する直流電圧を交流電圧に変換して前記モータを駆動するインバータと、
モータが減速するときに発生する回生電力を蓄積する回生電力蓄積放電手段と、を備え、
前記回生電力蓄積放電手段は、
前記回生電力を蓄積する回生電力蓄積コンデンサと、
前記回生電力蓄積コンデンサに充電電流を流す電流電圧制御素子と、
前記電流電圧制御素子の電流を制限する電流制限手段と、
前記平滑コンデンサの電圧値と前記回生電力蓄積コンデンサの電圧値との電位差を基に、前記電流電圧制御素子を駆動する素子駆動手段と、
力行動作のときに、前記回生電力蓄積コンデンサの電荷を前記インバータに放出するための径路を実現する回生電力放電素子と、を備え、
前記回生電力蓄積放電手段は、
回生動作のときには、前記素子駆動手段が、前記平滑コンデンサの電圧値と前記回生電力蓄積コンデンサの電圧値との電位差を基に、前記電流制限手段により電流制限がされている前記電流電圧制御素子を活性領域から飽和領域に変化させつつ、該電流電圧制御素子により前記回生電力蓄積コンデンサに回生電力を蓄積する制御をし、
力行動作のときには、前記回生電力蓄積コンデンサに蓄えた電荷を、前記回生電力放電素子を経て前記インバータに放出する制御をすることを特徴とするモータ駆動装置。 - 前記素子駆動手段は、前記平滑コンデンサの電圧値と前記回生電力蓄積コンデンサの電圧値との電位差が、第１のしきい値を超える場合、前記回生電力蓄積コンデンサへの回生電力の蓄積を開始する制御をし、前記第１のしきい値未満であり第２のしきい値未満の場合、前記回生電力蓄積コンデンサへの回生電力の蓄積を中止する制御をするものであり、前記電位差が前記第１のしきい値を超える場合に前記回生電力蓄積コンデンサへの回生電力の蓄積を開始するときに、前記電流制限手段により電流制限がされている前記電流電圧制御素子を活性領域から飽和領域に変化させていることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
- 前記電流制限手段は、前記平滑コンデンサの電圧値と前記回生電力蓄積コンデンサの電圧値との電位差が、前記第１のしきい値を超え第３のしきい値を超える場合、前記電流電圧制御素子に流れる電流を制限する度合いを高めることを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動装置。
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