电机驱动装置的制造方法
【专利摘要】本发明的课题在于提供电机驱动装置，该电机驱动装置具有保护设备不遭受瞬间的过大电压的小型且低成本的过电压保护单元。在电机驱动装置(10)中，当产生过大电压时，通过使上下臂双方的晶体管(Q3a～Q5b)截止，使得过大电压被串联连接的2个晶体管各自的两端分压，施加至1个晶体管的过大电压被降低至任意一方进行动作时的一半，因此能够保护晶体管免受破坏。此外，虽然由于电机(51)的电感成分所具有的能量以及电机51的感应电压而导致开关元件(二极管D3a～D5b)导通的可能性大，但是，在使上下臂双方的晶体管截止后，通过对电机(51)进行电气制动来很快地使其停止，能够缩短开关元件(二极管)导通的时间。
【专利说明】
电机驱动装置
技术领域
[0001 ]本发明涉及电机驱动装置。
【背景技术】
[0002]在对交流电压进行整流而获得直流电压的设备中，直流电压根据交流电压进行变动。特别是，在电源电压容易产生变动的地域中使用的设备无论电压上升时的对策怎样，都有可能导致设备的故障。因此，设有如专利文献1(日本特开2007-166815号公报)所公开的过电压保护单元。该过电压保护单元将输入变压器作为附带有载分接开关(負荷時夕5/7°切換器)的变压器，当阈值以上的电压被输入至逆变器超过规定时间时，将附带有载分接开关的变压器的抽头(tap)转换至低压侧。
【发明内容】
[0003]发明要解决的课题
[0004]可是，虽然上述那样的附带有载分接开关的变压器作为面向大规模的电气设备的变压器是适合的，但是却难以应用于家电产品等的被逆变器控制的电机的驱动装置。
[0005]此外，电源电压变得过大所需的时间极短，上述那样的抽头转换过于花费时间，因此，难以可靠地保护那样的电机驱动装置。更者，对于半导体元件那样的、可承受过电压的时间较短的元件，通过基于继电器的切断无法进行保护。虽说如此，但仅仅为了瞬间的过大电压而提高半导体元件等的耐压会导致高成本化和大型化。
[0006]因此，本发明的课题在于提供具有保护设备不遭受瞬间的过大电压的小型且低成本的过电压保护单元的电机驱动装置。
[0007]用于解决问题的手段
[0008]本发明的第I观点的电机驱动装置是如下的电机驱动装置:由与电机的多个相分别对应的多个上下臂分别和2个开关元件串联连接而构成，从由此形成的连接点分别向对应的所述相输出电压，其中，具有电源供给部、电压检测部和控制部。电源供给部向上下臂提供直流电压Vdc。电压检测部与上下臂并联连接。控制部使开关元件进行导通截止动作。此外，控制部在电压检测部的检测值超过了规定的阈值时，使上下臂双方的开关元件截止。
[0009]在该电机驱动装置中，在上下臂中的任意一个臂的开关元件动作期间，直流电压Vdc会施加至上下臂中截止的开关元件，因此，当变成过大电压时，该过大电压施加至截止的I个开关元件而破坏该开关元件的可能性大。
[0010]因此，当产生过大电压时，通过使上下臂双方的开关元件截止，使得过大电压被串联连接的2个开关元件各自的两端分压，施加至I个开关元件的过大电压被降低至任意一方进行动作时的一半，因此能够保护开关元件免受破坏。
[0011]本发明的第2观点的电机驱动装置在第I观点的电机驱动装置的基础上，还具有电机的制动电路。控制部在使上下臂双方的开关元件截止后，对电机进行制动。
[0012]在该电机驱动装置中，当产生过大电压时，通过使上下臂双方的开关元件截止，使得过大电压被串联连接的2个开关元件各自的两端分压，施加至I个开关元件的过大电压被降低至任意一方进行动作时的一半，因此能够保护开关元件免受破坏。
[0013]此外，虽然由于电机的电感成分所具有的能量以及由于电机的旋转引起的感应电压而导致开关元件导通的可能性大，但是，在使上下臂双方的开关元件截止后，通过对电机进行电气制动来很快地使其停止，能够很快地消耗电感成分的能量，并且，能够很快地使电机的旋转能量衰减，缩短开关元件导通的时间。
[0014]本发明的第3观点的电机驱动装置在第I观点或第2观点的电机驱动装置的基础上，还具有电阻负载和电阻负载连接单元。电阻负载连接单元将两个开关元件的连接点与电阻负载之间进行连接、或将两个开关元件的连接点与电阻负载之间的连接切断。控制部在使上下臂双方的开关元件截止后，将该连接点与电阻负载连接。
[0015]在该电机驱动装置中，当产生过大电压时，通过使上下臂双方的开关元件截止，使得过大电压被串联连接的2个开关元件各自的两端分压，施加至I个开关元件的过大电压被降低至任意一方进行动作时的一半，因此能够保护开关元件免受破坏。
[0016]此外，虽然由于电机的电感成分所具有的能量以及由于电机的旋转引起的感应电压而导致开关元件导通的可能性大，但是，在使上下臂双方的开关元件截止后，通过使电阻负载与电机的各相连结，利用电阻负载在短时间内消耗电机的电感成分所具有的能量，能够缩短开关元件导通的时间。
[0017]本发明的第4观点的电机驱动装置在第I观点至第3观点的任意一个观点的电机驱动装置的基础上，还具有能够相对于电机的旋转轴进行拆装的机械制动器。控制部在使上下臂双方的开关元件截止后，对电机进行机械制动。
[0018]在该电机驱动装置中，当产生过大电压时，通过使上下臂双方的开关元件截止，使得过大电压被串联连接的2个开关元件的各自的两端分压，施加至I个开关元件的过大电压被降低至任意一方进行动作时的一半，因此能够保护开关元件免受破坏。
[0019]此外，虽然由于电机的电感成分所具有的能量以及基于电机的旋转的感应电压而导致开关元件导通的可能性大，但是，在使上下臂双方的开关元件截止后，通过对电机进行机械制动来很快地使其停止，能够使电机的旋转能量衰减，缩短开关元件导通的时间。
[0020]本发明的第5观点的电机驱动装置在第I观点至第4观点的任意一个观点的电机驱动装置的基础上，其中，控制部在电压检测部的检测值超过了阈值时，在使所有的上下臂的2个开关元件中的任意一个臂的开关元件全部导通后，使所有的开关元件截止。
[0021]在该电机驱动装置中，通过使所有的上下臂的2个开关元件中的任意一个臂的开关元件全部导通，能够使来自电机的电流回流，在防止由于电机的旋转能量的再生而导致的直流电压升压的同时，利用电机的内部阻抗使电流衰减为O。然后，使所有的上下臂的开关元件截止，即使假设由于电机的电感成分所具有的能量以及基于电机的旋转的感应电压而导致开关元件导通，也能够缩短其导通的时间。
[0022]本发明的第6观点的电机驱动装置在第2观点至第5观点的任意一个观点的电机驱动装置的基础上，其中，除了电压检测部的检测值超过阈值时以外，控制部不对所述电机进行所述制动。
[0023]在该电机驱动装置中，通过将制动的运转限定为仅在过电压时，从而抑制了不必要的电机停止。
[0024]本发明的第7观点的电机驱动装置在第I观点至第6观点的任意一个观点的电机驱动装置的基础上，还具有自举电路。自举电路为了上下臂的上臂侧开关元件的驱动电源而生成高于该开关元件的低电位侧的电位。
[0025]在该电机驱动装置中，当产生过大电压时，通过使上下臂双方的开关元件截止，使得过大电压被串联连接的2个开关元件各自的两端分压，施加至I个开关元件的过大电压被降低至任意一方进行动作时的一半，因此能够保护开关元件免受破坏。换而言之，作为直流电压部(以下，省略为DC部)的电压，要可承受达到一个元件耐压的一倍的电压，以使串联连接的2个开关元件分别能够承受元件耐压(素子耐圧)。
[0026]此时，上下臂的中点电位最大为一个元件耐压左右(如果在这之上则元件会破坏，因而无需考虑)，因此，对于自举电路，在其电路结构上，可承受DC部的通常的额定电压(SP，一个元件耐压)的设计就足够。
[0027]本发明的第8观点的电机驱动装置在第I观点至第6观点的任意一个观点的电机驱动装置的基础上，还具有绝缘电源。绝缘电源被用于驱动上下臂的上臂侧开关元件。
[0028]在该电机驱动装置中，当产生过大电压时，通过使上下臂双方的开关元件截止，使得过大电压被串联连接的2个开关元件各自的两端分压，施加至I个开关元件的过大电压被降低至任意一方进行动作时的一半，因此能够保护开关元件免受破坏。
[0029]此时，在产生过大电压时，通过使上下臂双方的开关元件截止，使得上下臂的中点电位最大至一个元件耐压左右为止(在这之上就会破坏元件)，因此，对于绝缘电源，可承受DC部的通常的额定电压(S卩，一个元件耐压)的设计就足够。
[0030]本发明的第9观点的电机驱动装置在第I观点的电机驱动装置的基础上，还具有平衡电路。平衡电路配置在连接电源供给部和上下臂的一对DC总线与上述连接点之间。控制部使开关元件进行导通截止动作。此外，当电压检测部的检测值超过了规定的阈值时，控制部使上下臂双方的开关元件截止。
[0031]在上下臂中的任意一个的开关元件动作期间，直流电压Vdc会施加至上下臂中的截止的开关元件，因此，当变成过大电压时，该过大电压施加至截止的I个开关元件而破坏该开关元件的可能性大。
[0032]在该电机驱动装置中，当产生过大电压时，通过使上下臂双方的开关元件截止，使得过大电压被串联连接的2个开关元件各自的两端分压，施加至I个开关元件的过大电压被降低至任意一方进行动作时的一半，因此能够保护开关元件免受破坏。
[0033]但是，直流电压Vdc由于2个开关元件的阻抗的差异而不会被均等地分压，因此，通过连接平衡电路，使得直流电压Vdc被2个开关元件的两端大致均等地分压。
[0034]本发明的第10观点的电机驱动装置在第9观点的电机驱动装置的基础上，其中，平衡电路被配置成与多个上下臂的开关元件分别对应。
[0035]在该电机驱动装置中，例如在逆变器电路的情况下，3对上下臂被并联连接，因此，通过将平衡电路与各个上下臂连接，使得在过电压时直流电压Vdc被各个上下臂的2个开关元件的两端大致均等地分压，因此能够保护开关元件免受破坏。
[0036]本发明的第11观点的过电压保护电路在第9观点或第10观点的电机驱动装置的基础上，具有开关。开关用于将串联连接的两个开关元件的连接点和与所述两个开关元件对应的一对平衡电路的中间点之间进行连接、或将两个开关元件的连接点和与所述两个开关元件对应的一对平衡电路的中间点之间的连接切断。控制部在电压检测部的检测值超过了规定的阈值时，连接平衡电路。
[0037]在该电机驱动装置中，通过在连接点NU、NV、NW和与所述连接点NU、NV、NW对应的一对平衡电路的中间点之间配置开关并仅在逆变器截止时连接平衡电路，能够抑制平衡电路的电力消耗。
[0038]本发明的第12观点的电机驱动装置在第9观点至第11观点的任意一个观点的电机驱动装置的基础上，其中，平衡电路由电阻元件构成。
[0039]在该电机驱动装置中，由于电阻元件比较廉价，因此，能够抑制由于设置平衡电路而导致的成本增加。
[0040]发明的效果
[0041]在本发明的第I观点的电机驱动装置中，当产生过大电压时，通过使上下臂双方的开关元件截止，使得过大电压被串联连接的2个开关元件各自的两端分压，施加至I个开关元件的过大电压被降低至任意一方进行动作时的一半，因此能够保护开关元件免受破坏。
[0042]在本发明的第2观点的电机驱动装置中，当使上下臂双方的开关元件截止时，虽然由于电机的电感成分所具有的能量以及由于电机的旋转引起的感应电压而导致开关元件导通的可能性大，但是，在使上下臂双方的开关元件截止后，通过对电机进行电气制动来很快地使其停止，能够缩短开关元件导通的时间。
[0043]在本发明的第3观点的电机驱动装置中，当使上下臂双方的开关元件截止时，虽然由于电机的电感成分所具有的能量以及由于电机的旋转引起的感应电压而导致开关元件导通的可能性大，但是，在使上下臂双方的开关元件截止后，通过使电阻负载与电机的各相连结，利用电阻负载在短时间内消耗电机的电感成分所具有的能量，能够缩短开关元件导通的时间。
[0044]在本发明的第4观点的电机驱动装置中，当使上下臂双方的开关元件截止时，虽然由于电机的电感成分所具有的能量以及由于电机的旋转引起的感应电压而导致开关元件导通的可能性大，但是，在使上下臂双方的开关元件截止后，通过对电机进行机械制动来很快地使其停止，能够缩短开关元件导通的时间。
[0045]在本发明的第5观点的电机驱动装置中，通过使所有的上下臂的2个开关元件中的任意一个臂的开关元件全部导通，能够使来自电机的电流回流，在防止由于电机的旋转能量的再生而导致的直流电压升压的同时，利用电机的内部阻抗使电流衰减为O。然后，使所有的上下臂的开关元件截止，即使假设由于电机的电感成分所具有的能量以及感应电压而导致开关元件导通，也能够缩短其导通的时间。
[0046]在本发明的第6观点的电机驱动装置中，通过将制动的运转限定为仅在过电压时，从而抑制了不必要的电机停止。
[0047]在本发明的第7观点的电机驱动装置中，在产生过大电压时，通过使上下臂双方的开关元件截止，使得上下臂的中点电位最大达到一个元件耐压的程度，因此，对于自举电路，可承受DC部的通常的额定电压(S卩，一个元件耐压)的设计就足够。
[0048]在本发明的第8观点的电机驱动装置中，在产生过大电压时，通过使上下臂双方的开关元件截止，使得上下臂的中点电位最大达到一个元件耐压的程度，因此，对于绝缘电源，可承受DC部的通常的额定电压(S卩，一个元件耐压)的设计就足够。
[0049]在本发明的第9观点的电机驱动装置中，在上下臂中的任意一个的开关元件进行动作的期间，直流电压Vdc会施加至上下臂的截止的开关元件，因此，当变成过大电压时，该过大电压施加至截止的I个开关元件而破坏该开关元件的可能性大。
[0050]因此，当产生过大电压时，通过使上下臂双方的开关元件截止，使得过大电压被串联连接的2个开关元件各自的两端分压，施加至I个开关元件的过大电压被降低至任意一方进行动作时的一半左右，因此能够保护开关元件免受破坏。
[0051]但是，直流电压Vdc由于2个开关元件的阻抗的差异而不会被均等地分压，因此，通过连接平衡电路，使得直流电压Vdc被2个开关元件的两端大致均等地分压。
[0052]在本发明的第10观点的电机驱动装置中，在逆变器电路的情况下，3对上下臂被并联连接，因此，通过将平衡电路与各个上下臂连接，使得在过电压时直流电压Vdc被各个上下臂的2个开关元件的两端大致均等地分压，因此能够保护开关元件免受破坏。
[0053 ]在本发明的第11观点的电机驱动装置中，通过在连接点NU、NV、NW和与所述连接点NU、NV、NW对应的一对平衡电路的中间点之间配置开关并仅在逆变器截止时连接平衡电路，能够抑制平衡电路的电力消耗。
[0054]在本发明的第12观点的电机驱动装置中，由于电阻元件比较廉价，因此，能够抑制由于设置平衡电路而导致的成本增加。
【附图说明】
[0055]图1是示出采用了本发明的第I实施方式的电机驱动装置的系统的整体结构和电机驱动装置的电路结构的框图。
[0056]图2A是示出电机驱动装置运转时对上下臂施加电压的方式的图。
[0057]图2B是示出电机驱动装置停止时对上下臂施加电压的方式的图。
[0058]图3是示出采用了本发明的第2实施方式的电机驱动装置的系统的整体结构和电机驱动装置的电路结构的框图。
[0059]图4是示出采用了本发明的第3实施方式的电机驱动装置的系统的整体结构和电机驱动装置的电路结构的框图。
[0060]图5是示出采用了本发明的其它实施方式的电机驱动装置的系统的整体结构和电机驱动装置的内部结构的框图。
[0061]图6是示出施加至电解电容器两端的电压与流过电解电容器的电流之间的关系的电压/电流特性的曲线图。
[0062 ]图7A是示出针对直流电压Vdc的变化的控制的曲线图。
[0063 ]图7B是在图7A的表示针对直流电压Vdc的变化的控制的曲线图中载入具有雪崩区域的半导体元件的两端的电压Vds的变化的曲线图。
[0064]图8是具有自举电路的电机驱动装置的主要部分的电路图。
[0065]图9是具有绝缘电源的电机驱动装置的主要部分的电路图。
[0066]图10是具有电荷栗电路的电机驱动装置的主要部分的电路图。
[0067]图11是示出本发明的第4实施方式的电机驱动装置的电路结构的框图。
[0068]图12A是示出电机驱动装置运转时对上下臂施加电压的方式的图。
[0069]图12B是示出电机驱动装置停止时对上下臂施加电压的方式的图。
[0070]图12C是示出电机驱动装置停止后、连接了平衡电路时对上下臂施加电压的方式的图。
[0071]图13是示出本发明的第5实施方式的电机驱动装置的电路结构的框图。
[0072]图14是示出其它实施方式的电机驱动装置停止后、连接了平衡电路时对上下臂施加电压的方式的图。
【具体实施方式】
[0073]以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，以下实施方式为本发明的具体例，并不限定本发明的技术范围。
[0074](第丨实施方式)
[0075](I)概要
[0076]图1是示出采用了本发明的第I实施方式的电机驱动装置10的系统100的整体结构和电机驱动装置10的内部结构的框图。图1中，系统100由电机驱动装置10和电机51构成。
[0077](1-1)电机 51
[0078]电机51是三相无刷DC电机，具有定子52和转子53。定子52包括星形接线的U相、V相、W相的驱动线圈Lu、Lv、Lw。各驱动线圈Lu、Lv、Lw的一端分别与从逆变器25延伸的U相、V相、W相各自的布线的驱动线圈端子TU、TV、TW连接。各驱动线圈Lu、Lv、Lw的另一端作为端子TN相互连接。这三相的驱动线圈Lu、Lv、Lw通过转子53旋转而使得产生与其旋转速度和转子5 3的位置对应的感应电压。
[0079]转子53包括由N极和S极构成的多个极的永久磁铁，以旋转轴为中心相对于定子52进行旋转。
[0080]此外，电机51例如是热栗式空调机的压缩机电机、风扇电机。
[0081 ] (1-2)电机驱动装置10
[0082]如图1所示，电机驱动装置10具有:整流部21 ；平滑电容器22 ；电压检测部23 ；电流检测部24;逆变器25;栅极驱动电路26;以及控制部40。上述部分也可以例如被安装在I个印刷基板上。
[0083](2)电机驱动装置10的详细结构
[0084](2-1)整流部 21
[0085]整流部21由4个二极管Dla、Dlb、D2a、D2b构成为桥状。具体而言，二极管Dla与Dlb、D2a与D2b彼此相互串联连接。二极管Dla、D2a各自的阴极端子都与平滑电容器22的正侧端子连接，作为整流部21的正侧输出端子发挥作用。二极管Dlb、D2b各自的阳极端子都与平滑电容器22的负侧端子连接，作为整流部21的负侧输出端子发挥作用。
[0086]二极管Dla和二极管Dlb的连接点与商用电源91的一个极连接。二极管D2a和二极管D2b的连接点与商用电源91的另一个极连接。整流部21对从商用电源91输出的交流电压进行整流而生成直流电，并将直流电提供给平滑电容器22。
[0087](2-2)平滑电容器22
[0088]平滑电容器22的一端与整流部21的正侧输出端子连接，另一端与整流部21的负侧输出端子连接。平滑电容器22对由整流部21整流后的电压进行平滑处理。以下，为了便于说明，将被平滑电容器22平滑后的电压称作直流电压Vdc。
[0089]将直流电压Vdc施加给与平滑电容器22的输出侧连接的逆变器25。即，整流部21和平滑电容器22构成对于逆变器25的电源供给部20。
[0090]另外，作为电容器的种类，可以举出电解电容器和薄膜电容器、钽质电容器等，在本实施方式中，采用薄膜电容器作为平滑电容器22。
[0091](2-3)电压检测部23
[0092]电压检测部23与平滑电容器22的输出侧连接，用于检测平滑电容器22的两端电压即直流电压Vdc的值。电压检测部23例如构成为将被相互串联连接的两个电阻与平滑电容器22并联连接，对直流电压Vdc进行分压。这两个电阻彼此之间的连接点的电压值被输入控制部40。
[0093](2-4)电流检测部24
[0094]电流检测部24连接在平滑电容器22和逆变器25之间，并且是与平滑电容器22的负侧输出端子侧连接。电流检测部24在电机51起动后将流过电机51的电机电流Im作为三相的电流的合计值检测出。
[0095]电流检测部24也可以例如由使用了分流电阻和将该电阻的两端电压放大的运算放大器的放大电路构成。由电流检测部24检测出的电机电流被输入控制部40。
[0096](2_5)逆变器 25
[0097]逆变器25与分别与电机51的U相、V相及W相的驱动线圈Lu、Lv、Lw对应的3个上下臂相互并联，且与平滑电容器22的输出侧连接。
[0098]图1中，逆变器25包括多个IGBT(绝缘栅型双极晶体管，下面简称为晶体管)Q3a、Q3b、Q4a、Q4b、Q5a、Q5b、和多个回流用二极管 D3a、D3b、D4a、D4b、D5a、D5b。
[0099]晶体管Q3a和Q3b、Q4a和Q4b、Q5a和Q5b通过分别相互串联连接而构成各个上下臂，并且，输出线从由此形成的连接点NU、NV、NW分别朝向所对应的相的驱动线圈Lu、Lv、Lw延伸。
[0100]各个二极管D3a?D5b以如下方式与各个晶体管Q3a?Q5b并联连接:晶体管的集电极端子和二极管的阴极端子连接，晶体管的发射极端子和二极管的阳极端子连接。由这分别并联连接的晶体管和二极管构成了开关元件。
[0101]逆变器25经由DC总线(电源线801、802)被施加来自平滑电容器22的直流电压Vdc，并且各个晶体管Q3a?Q5b在由栅极驱动电路26指示的定时进行导通及截止，由此生成用于驱动电机51的驱动电压SU、SV、SW。该驱动电压SU、SV、SW从各个晶体管Q3a和Q3b、Q4a和Q4b、Q5a和Q5b的各连接点NU、NV、NW输出给电机51的驱动线圈Lu、Lv、Lw。
[0102]此外，虽然本实施方式的逆变器25是电压型逆变器，但并不限定于此，也可以是电流型逆变器。
[0103](2-6)栅极驱动电路26
[0104]栅极驱动电路26根据来自控制部40的指令电压Vpwm，使逆变器25的各个晶体管Q3a?Q5b的导通和截止的状态变化。具体而言，栅极驱动电路26生成向各个晶体管Q3a?Q5b的栅极施加的栅极控制电压Gu、Gx、Gv、Gy、Gw、Gz，使得从逆变器25向电机51输出具有由控制部40确定的占空比的脉冲状的驱动电压SU、SV、SW。所生成的栅极控制电压Gu、Gx、Gv、67、6￥、62被施加给各个晶体管033?0513的栅极端子。
[0105](2-7)控制部 40
[0106]控制部40与电压检测部23、电流检测部24和栅极驱动电路26连接。在本实施方式中，控制部40是以无转子位置传感器方式驱动电机51的部分。此外，并不限定于无转子位置传感器方式，因此也可以以传感器方式来进行。
[0107]无转子位置传感器方式是指如下方式:使用表示电机51的特性的各种参数、电机51起动后的电压检测部23的检测结果、电流检测部24的检测结果、与电机51的控制相关的规定的数学模型等，进行转子位置及转速的估计、针对转速的PI控制、针对电机电流的PI控制等来进行驱动的方式。作为表示电机51的特性的各种参数，可以举出所使用的电机51的绕组电阻、电感成分、感应电压、极数等。此外，关于无转子位置传感器控制存在许多专利文献，因此，详细情况请参照这些专利文献(例如，日本特开2013-17289号公报)。
[0108]此外，控制部40监视电压检测部23的检测值，当电压检测部23的检测值超过规定的阈值时，还进行保护控制，使晶体管Q3a?Q5b截止。
[0109](2-8)制动电路 61
[0110]图1中，制动电路61由3个晶体管61u、61V、61w构成。晶体管61u连接于将U相的驱动线圈Lu与共用连接点N连接的布线的中途。晶体管61v连接于将V相的驱动线圈Lv与共用连接点N连接的布线的中途。晶体管6 Iw连接于将W相的驱动线圈Lw与共用连接点N连接的布线的中途。此外，晶体管61u?61w分别与回流用二极管连接。
[0111]3个晶体管61u、61v、61w各自的基极经由信号线与控制部40连接。
[0112]在电机51正常旋转的期间，控制部40对3个晶体管61u、61v、61w各自的基极不输出驱动信号，因此，3个晶体管61u、61v、61w各自的集电极-发射极之间为非导通状态。
[0113]但是，当控制部40对3个晶体管61u、61v、61w各自的基极输出驱动信号时，各个集电极-发射极之间成为导通状态，驱动线圈Lu、Lv、Lw被连接，从而对电机51进行制动。
[0114](3)电机驱动装置10的动作
[0115]以下，对电机驱动装置10的动作进行说明。图1中，控制部40向栅极驱动电路26进行波形输出，并且，控制该波形输出的状态，以规定转速来驱动电机51。
[0116]图2A是示出电机驱动装置10运转时对上下臂施加电压的方式的图，图2B是示出电机驱动装置10停止时对上下臂施加电压的方式的图。
[0117]如图2A所示，运转中，在与驱动线圈Lu对应的上臂的晶体管Q3a、与驱动线圈Lv对应的下臂的晶体管Q4b、以及与驱动线圈Lw对应的下臂的晶体管Q5b进行导通动作的期间，直流电压Vdc施加至各个上下臂的截止的开关元件(晶体管Q3b、Q4a、Q5a、二极管D3b、D4a、D5a) ο
[0118]此时，在直流电压Vdc成为过大电压的情况下，该过大电压会施加至截止的开关元件的晶体管和二极管。如果将一个开关元件(晶体管Q3a?Q5b和二极管D3a?D5b)的元件耐压设定为Vr，则当直流电压Vdc>元件耐压Vr时，开关元件的晶体管Q3a?Q5b或二极管D3a?D5b被破坏的可能性大。
[0119]因此，当控制部40判断为电压检测部23的检测值超过了规定的阈值时，使上下臂双方的晶体管Q3a、Q3b、Q4a、Q4b、Q5a、Q5b截止。
[0120]由此，如图2B所示，过大电压被串联连接的2个开关元件(晶体管Q3a、Q3b、Q4a、Q4b、Q5a、Q5b、二极管D3a、D3b、D4a、D4b、D5a、D5b)各自的两端分压。例如，分压值Vl施加至上臂的开关元件(晶体管Q3a、Q4a、Q5a、二极管D3a、D4a、D5a)的两端，分压值V2施加至下臂的开关元件(晶体管Q3b、Q4b、Q5b、二极管D3b、D4b、D5b)的两端。在理想情况下，如果各开关元件的阻抗相等，则Vl= V2，因此，施加至I个开关元件的过大电压被降低至任意一方进行动作时的一半，从而能够保护各个开关元件免受破坏。
[0121]进而，控制部40使晶体管Q3a?Q5b截止后，向制动电路61的3个晶体管61u、61v、61w各自的基极输出驱动信号，使各个集电极-发射极之间成为导通状态。其结果是，电机51被进行制动。
[0122]对电机51进行制动的目的是因为，由于电机51的电感成分所具有的能量以及基于电机51的旋转的感应电压而导致开关元件的二极管D3a?D5b导通的可能性大。即使假设二极管D3a?D5b导通，通过对电机51进行电气制动来很快地使其停止，也能够缩短二极管D3a?D5b导通的时间。
[0123]此外，在本实施方式中，除了电压检测部23的检测值超过阈值时以外，控制部40不对电机51进行制动。即，通过将制动的运转限定为仅在过电压时，从而抑制了不必要的电机停止。
[0124](4)第I实施方式的特征
[0125](4-1)
[0126]在电机驱动装置10中，当产生过大电压时，通过使上下臂双方的晶体管Q3a?Q5b截止，使得过大电压被串联连接的2个开关元件的各自的两端分压，施加至I个开关元件(晶体管Q3a?Q5b、二极管D3a?D5b)的过大电压被降低至任意一方进行动作时的一半，因此能够保护开关元件免受破坏。
[0127](4-2)
[0128]在电机驱动装置10中，虽然由于电机51的电感成分所具有的能量以及由于电机51的旋转引起的感应电压而导致二极管D3a?D5b导通的可能性大，但是，在使上下臂双方的晶体管Q3a?Q5b截止后，通过对电机51进行电气制动来很快地使其停止，能够缩短二极管D3a?D5b导通的时间。
[0129](第2实施方式)
[0130](I)概要
[0131]图3是示出采用了本发明的第2实施方式的电机驱动装置10的系统100的整体结构和电机驱动装置10的内部结构的框图。
[0132]图3中，第2实施方式的电机驱动装置10中设有电阻负载71和继电器电路73以取代图1所示的第I实施方式中的制动电路61。因此，此处，对电阻负载71和继电器电路73进行说明，除此之外的要素由于与第I实施方式(除制动电路61外的结构)相同，因此，标记相同的名称和标号，并省略其详细的说明。
[0133](2)电机驱动装置10的详细结构
[0134](2-1)电阻负载 71
[0135]图3中，电阻负载71由3个电阻元件71u、71v、71w构成。电阻元件71u连接于将U相的驱动线圈Lu与共用连接点N连接的线路的中途。电阻元件71v连接于将V相的驱动线圈Lv与共用连接点N连接的线路的中途。电阻元件71w连接于将W相的驱动线圈Lw与共用连接点N连接的线路的中途。通常，上述各个线路被继电器电路73切断。
[0136](2-2)继电器电路73
[0137]继电器电路73包括电机51的各相的驱动线圈Lu、Lv、Lw、使连接与它们对应的各个电阻元件71u、71v、71w的线路电气地断开及闭合的继电器接点73a、使继电器接点73a进行动作的继电器线圈73b、和对继电器线圈73b进行通电及不通电的晶体管73c。继电器线圈73b的一端与驱动用电源Vb的正极连接，另一端与晶体管73c的集电极侧连接。控制部40切换晶体管73c的基极电流的有无，使集电极和发射极之间导通及截止，进行对继电器线圈73b的通电及不通电。
[0138](3)电机驱动装置10的动作
[0139 ]以下，对电机驱动装置1的动作进行说明。此外，至当控制部40判断为电压检测部23的检测值超过了规定的阈值时使上下臂双方的晶体管Q3a?Q5b截止处为止与第I实施方式相同，因此省略说明。
[0140]控制部40使晶体管Q3a?Q5b截止后，向继电器电路73的晶体管73c的基极输出驱动信号，使各个集电极-发射极之间成为导通状态。此时，继电器线圈73b被激励，继电器接点73a闭合，连接电阻元件71u和U相的驱动线圈Lu或者电阻元件71V和V相的驱动线圈Lv，进而连接电阻元件71 w和W相的驱动线圈Lw，利用电阻元件7 Iu、71V、7 Iw在短时间内消耗电机51的电感成分所具有的能量，以进行电气制动。
[0141]虽然由于电机51的电感成分所具有的能量以及感应电压而导致二极管D3a?D5b导通的可能性大，但是，即使假设二极管D3a?D5b导通，通过利用电阻元件71u、71v、71w在短时间内消耗电机51的电感成分所具有的能量，也能够缩短二极管D3a?D5b导通的时间。
[0142](4)第2实施方式的特征
[0143](4-1)
[0144]在电机驱动装置10中，当产生过大电压时，通过使上下臂双方的晶体管Q3a?Q5b截止，使得过大电压被串联连接的2个开关元件(晶体管Q3a?Q5b，二极管D3a?D5b)各自的两端分压，施加至I个开关元件(晶体管Q3a?Q5b、二极管D3a?D5b)的过大电压被降低至任意一方进行动作时的一半，因此能够保护开关元件的晶体管Q3a?Q5b和二极管D3a?D5b免受破坏。
[0145](4-2)
[0146]在电机驱动装置10中，虽然由于电机51的电感成分所具有的能量以及由于电机的旋转引起的感应电压而导致二极管D3a?D5b导通的可能性大，但是，在使上下臂双方的晶体管截止后，通过利用电阻元件71u、71v、71w在短时间内消耗电机51的电感成分所具有的能量，能够缩短二极管D3a?D5b导通的时间。
[0147](第3实施方式)
[0148](I)概要
[0149]图4是示出采用了本发明的第3实施方式的电机驱动装置10的系统100的整体结构和电机驱动装置10的内部结构的框图。
[0150]图4中，第3实施方式的电机驱动装置10中，在将图1中所示的第I实施方式中的电制动电路61卸下后的结构中，新设置了能够相对于电机51的输出轴进行拆装的机械制动器81。因此，此处，对制动器81进行说明，除此之外的要素由于与第I实施方式(除制动电路61外的结构)相同，因此，标记相同的名称和标号，并省略其详细的说明。
[0151](2)电机驱动装置10的结构
[0152]制动器81是机械制动器，由电磁离合器83和负载85构成，其中，负载85经由电磁离合器83与电机51的旋转轴连接。电磁离合器83根据来自控制部40的驱动信号，将电机51的旋转轴和负载85连结起来或解除电机51的旋转轴和负载85的连结。
[0153]由于负载85要使转子53的旋转力衰减，因此由相比电机51的转子53具有足够大的转动惯量的旋转盘或旋转阻尼器构成。当然，并不限定于旋转盘和旋转阻尼器，负载85只要能够使转子53的旋转力衰减即可。
[0154](3)电机驱动装置10的动作
[0155]以下，对电机驱动装置10的动作进行说明。此外，直至当控制部40判断为电压检测部23的检测值超过了规定的阈值时使上下臂双方的晶体管Q3a?Q5b截止处为止与第I实施方式相同，因此省略说明。
[0156]控制部40在使晶体管Q3a?Q5b截止后，使电磁离合器83进行动作，将电机51的旋转轴和负载85连接起来。
[0157]此时，电机51的电感成分所具有的能量和电机51的旋转能量作为要使负载85旋转的能量而在短时间内被消耗。
[0158]虽然由于电机51的电感成分所具有的能量以及由于旋转引起的感应电压而导致二极管D3a?D5b导通的可能性大，但是，即使假设二极管D3a?D5b导通，通过使电机51的电感成分所具有的能量和电机51的旋转能量作为要使负载85旋转的能量而在短时间内被消耗，也能够缩短二极管D3a?D5b导通的时间。
[0159](4)第3实施方式的特征
[0160](4-1)
[0161]在电机驱动装置10中，当产生过大电压时，通过使上下臂双方的晶体管Q3a?Q5b截止，使得过大电压被串联连接的2个开关元件(晶体管Q3a?Q5b，二极管D3a?D5b)各自的两端分压，施加至I个开关元件(晶体管Q3a?Q5b、二极管D3a?D5b)的过大电压被降低至任意一方进行动作时的一半，因此能够保护开关元件的晶体管Q3a?Q5b和二极管D3a?D5b免受破坏。
[0162](4-2)
[0163]在电机驱动装置10中，虽然由于电机51的电感成分所具有的能量以及由于旋转引起的感应电压而导致二极管D3a?D5b导通的可能性大，但是，在使上下臂的双方的晶体管Q3a?Q5b截止后，通过利用机械制动器81在短时间内消耗电机51的电感成分所具有的能量以及电机51的旋转能量，能够缩短二极管D3a?D5b导通的时间。
[0164]< 其它 >
[0165](A)
[0166]在第I实施方式、第2实施方式及第3实施方式中，是下述这样的结构:设置电制动器或机械制动器，通过对电机51进行制动而在短时间内消耗电机51的电感成分所具有的能量以及电机51的旋转能量，以缩短开关元件(二极管D3a?D5b)导通的时间。
[0167]但是，从成本及结构上的观点出发，还存在无法设置制动电路或机械制动器的情况。这样的情况下，进行以下那样的控制是有效的。
[0168]例如，当控制部40判断为电压检测部23的检测值超过了阈值时，在使所有的上下臂的2个晶体管038、(>)313、(>)43、(>)413、(>)53、(>)513中的任意一个臂的晶体管全部导通后，使所有的晶体管Q3a?Q5b截止。
[0169]通过使所有的上下臂的2个晶体管Q3a、Q3b、Q4a、Q4b、Q5a、Q5b中的任意一个臂的晶体管全部导通，能够使来自电机51的电流回流，在防止由于电机51的旋转能量的再生而导致的直流电压升压的同时，利用电机51的内部阻抗使电流衰减为O。
[0170]然后，使所有的上下臂的晶体管Q3a?Q5b截止，即使假设由于电机51的电感成分所具有的能量以及电机51的感应电压而导致二极管D3a?D5b导通，也能够缩短其导通的时间。
[0171](B)
[0172](B-1)概要
[0173]图5是示出采用了本发明的其它实施方式的电机驱动装置10的系统100的整体结构和电机驱动装置1的内部结构的框图。
[0174]图5中，本实施方式的电机驱动装置10中，在从图1中所示的第I实施方式中将制动电路61卸下后的结构中，新设置了用于切断电源线的继电器电路75。此外，将平滑电容器作为电解电容器77。因此，此处，对继电器电路75和电解电容器77进行说明，除此之外的要素由于与第I实施方式(除制动电路61外的结构)相同，因此，标记相同的名称和标号，并省略其详细的说明。
[0175](B-2)电机驱动装置10的结构
[0176](B-2-1)继电器电路75
[0177]图5中，继电器电路75使电源线801断开及闭合。此处，使电源线801断开及闭合是指，对电源线801进行导通、或者切断使其成为非导通。
[0178]如图5所示，继电器电路75包括使电源线801断开及闭合的继电器接点75a、使继电器接点75a进行动作的继电器线圈75b、和对继电器线圈75b进行通电及不通电的晶体管75c0
[0179]继电器线圈75b的一端与驱动用电源Vb的正极连接，另一端与晶体管75c的集电极侧连接。控制部40切换晶体管75c的基极电流的有无，使集电极和发射极之间导通及截止，进行对继电器线圈75b的通电及不通电。
[0180]通常，继电器电路75使电源线801闭合，即成为导通状态。另一方面，在过电压时，继电器电路75接收来自控制部40的信号输出从而切断电源线801。
[0181](B-2-2)电解电容器77
[0182]电解电容器77是与逆变器25并联连接的电解电容器。此处，在继电器电路75从控制部40接收到信号输出后至切断电源线801为止的1msec左右的期间，电解电容器77被施加过电压的状态持续。即，假定这样的可能性:在电压检测部23检测出过电压后至继电器电路75切断电源线801为止的期间，过电压值超过电解电容器77的耐压。
[0183]图6是施加至电解电容器77的两端的电压与流过电解电容器77的电流之间的关系的电压/电流特性的曲线图。
[0184]图6中，电解电容器77的情况下，当施加高于氧化覆膜的耐压的电压时，实施形成氧化覆膜的化成处理(将此时的电压称作化成电压(化成電圧))，流过电解电容器77内的电流增加。
[0185]其中，电解电容器77在1msec左右不会被破坏，其两端电压被钳位在化成电压。
[0186](B-3)电机驱动装置10的动作
[0187]图7A是示出针对直流电压Vdc的变化的控制的曲线图。图5和图7A中，当直流电压Vdc上升、电压检测部23的检测值超过过电压阈值时，控制部40经由继电器电路75将电源线801切断。
[0188]虽然在至继电器电路75的继电器接点75a切断电源线801为止的1msec左右的期间直流电压Vdc会超过电容器耐压，但直流电压Vdc被钳位在化成电压(一般为电容器耐压的1.3?1.5倍左右)。此处，如果将半导体开关元件(晶体管、二极管)的元件耐压预先设定为高于电容器的化成电压的值，则在该电压钳位期间内，继电器接点75a会将电源线801切断，因此，直流电压Vdc不会达到半导体元件耐压。
[0189]因此，在电解电容器77的两端电压被钳位在化成电压的期间，能够将对逆变器25施加的过电压抑制在电解电容器77的化成电压，在该期间内，继电器电路75将电源线801切断，由此，能够防止电解电容器77遭受破坏，并且能够减小对逆变器25的晶体管(IGBT)那样的不具有雪崩区域的半导体元件的应力。
[0190]此外，雪崩区域是指，半导体的超过某一耐压而使得载流子急剧流动的现象的区域。
[0191]接下来，图7B是在表示图7A的针对直流电压Vdc的变化的控制的曲线图中载入具有雪崩区域的半导体元件两端的电压Vds的变化的曲线图。图7B中，例如，在将逆变器25的晶体管替代为IGBT并采用MOSFET的情况下，MOSFET两端的电压Vds由于基于布线电感的产生冲击或升压动作等而一般会变得高于直流电压Vdc。并且，电压Vds随着伴随着电源电压的上升的直流电压Vdc的上升而上升。
[0192]该情况下，即使假设在MOSFET的半导体元件耐压低于电解电容器的化成电压的情况下，在电解电容器77的两端电压被钳位在化成电压之前电压Vds就超过了半导体元件耐压时，由于电压Vds会被钳位在雪崩电压，因此，在该期间，电解电容器77的两端电压也会被钳位在化成电压，然后，继电器接点75a将电源线801切断。
[0193]如上所述，在至电源线801被切断为止的1msec左右的期间，利用雪崩动作来承受过电压，因此，无需使MOSFET为高耐压部件。
[0194]此外，通过使电解电容器77的两端电压被钳位在化成电压，能够抑制MOSFET的雪崩能量。
[0195](C)
[0196]在第3实施方式中，虽然仅使用了机械制动器，但也可以一并使用第I实施方式、第2实施方式那样的制动器(电制动器)。
[0197](D)
[0198](D-1)采用电荷栗电路46时的课题
[0199]在上述第1、第2和第3实施方式中，以上下臂的开关元件的过电压保护为重点进行了说明。但是，在实际使用中，过电压不限于开关元件，还涉及栅极驱动电路26的输出电路。
[0200]特别是，采用电荷栗方式作为制作上臂侧开关元件的驱动用电源(与进行变动的上下臂连接点电位对应地来提高栅极电位)的方式的情况下，构成电荷栗电路的开关等的耐压一般被设计成一个开关元件的耐压程度(即，通常时的直流电压Vdc的程度)，因此，最终的耐压实力被限制在构成电荷栗电路(参照图10)的开关等的耐压实力。
[0201]图10中，在电荷栗电路46中，使第I开关元件465导通、第2开关元件466截止，由此对第I电容器461进行充电。然后，使第I开关元件465截止、第2开关元件466导通，由此将第I电容器461中积存的电荷转移至第2电容器462。通过重复该动作，能够制作上臂驱动用电源(充电后的第2电容器462)。对第I电容器461和第2电容器462进行的充电由振荡电路464来进行。
[0202]虽然第2电容器462被充电至Vb，但由于第2电容器462的低电位侧与Vdc连接，因此，第2电容器462的高电位侧为Vb+Vdc。
[0203]因此，在电荷栗电路46中，第I开关元件465和第2开关元件466都需要Vb+Vdc以上的耐压，一般被设计为与开关元件的一个元件对应的程度的耐压(即，通常时的直流电压Vdc的程度)。因此，存在过电压时的耐压被限制在第I开关元件465和第2开关元件466的耐压这样的问题。
[0204](D-2)采用自举电路31
[0205]因此，优选的是，采用自举方式作为制作上臂侧开关元件的驱动用电源(与进行变动的上下臂连接点电位对应地提高栅极电位)的方式。
[0206]图8是具有自举电路31的电机驱动装置10的主要部分的电路图。图8中，设有自举电路31以提高上臂侧开关元件的栅极电位。此处，对栅极驱动电路26和自举电路31进行说明。
[0207](D-2-1)栅极驱动电路26的结构
[0208]栅极驱动电路26在内部具有用于驱动上臂侧的晶体管Q3a、Q4a、Q5a的上臂侧驱动电路26a和用于驱动下臂侧的晶体管Q3b、Q4b、Q5b的下臂侧驱动电路26b，在外部具有Vcc、Vdd、Hin、Lin、Vss、Vbo、Ho、Vs、Lo 和COM这 1 个端子。
[0209]在栅极驱动电路26中，用于驱动晶体管的驱动用电源Vb的正极与端子Vcc连接，逻辑用电源Vc的正极与端子Vdd连接。来自控制部40的信号线与端子Hin、端子Lin连接，驱动用电源Vb和逻辑用电源Vc的负极与端子Vss连接，并且与电机用电源(直流电压Vdc)的负极连接。
[0210]此外，从自举电路31的电容器311的高电位侧一极分支的线路与端子Vbo连接，晶体管Q3a、Q4a、Q5a各自的发射极与端子Vs连接，晶体管Q3b、Q4b、Q5b各自的发射极与端子COM连接。此外，晶体管Q3a、Q4a、Q5a的栅极与端子Ho连接，晶体管Q3b、Q4b、Q5b的栅极与端子Lo连接。
[0211]晶体管Q3a、Q4a、Q5a、Q3b、Q4b、Q5b的导通/截止通过栅极驱动电路26经由端子Ho、端子Lo控制栅极电位来进行。由控制部40根据输入至端子Hin、端子Lin的占空比控制信号来控制栅极驱动电路26的动作。
[0212](D-2-2)自举电路31的结构
[0213]栅极驱动电路26中，在与端子Vcc连接的驱动用电源Vb的正极与晶体管Q3a、Q4a、Q5a各自的发射极之间设有自举电路31，以适当地向上臂侧的晶体管Q3a、Q4a、Q5a输入栅极电位。
[0214]图8中，仅记述了与上下臂的晶体管Q3a、Q3b对应的栅极驱动电路26以及与栅极驱动电路26对应的自举电路31，但实际上，分别与3组上下臂的各个臂对应地设有栅极驱动电路和自举电路。
[0215]自举电路31由电容器311、电阻312和二极管313构成。电容器311的一端与上臂侧的晶体管Q3a的发射极和下臂侧的晶体管Q3b的集电极的连接点NU连接。电容器311的另一端经由电阻312、二极管313而与驱动用电源Vb的正极连接。
[0216]电阻312是为了限制电容器311的充电电流而设置的，二极管313的正向从驱动用电源Vb的正极侧朝向电容器311侧，以便通过电阻312使电容器311不放电，并且使得在Vs电位进行变动时电流也不会流过Vb。
[0217]栅极驱动电路26内部的上臂侧驱动电路26a从电容器311取高电位，以便控制晶体管Q3a的导通截止。此外，栅极驱动电路26内部的下臂侧驱动电路26b虽然控制晶体管Q3b的导通截止，但由于晶体管Q3b的发射极侧接地，因此，仅通过与端子Vcc连接的驱动用电源Vb的正极的电位就能够进行控制。
[0218]通过利用下臂侧驱动电路26b使下臂侧的晶体管Q3b导通，从而使得电流在驱动用电源Vb(正极)-二极管313-电阻312-电容器311-下臂侧晶体管Q3b-驱动用电源Vb(负极)的路径中流动。此时，由于电容器311被充电，因此，可用作为上臂侧驱动用电源。虽然利用上下臂的晶体管的开关来使Vs电位在Vdc?O之间变化，但由于二极管313而使得电流不会流向Vb侧。此处，二极管313的耐压通常被设计成可承受DC部的通常的额定电压(S卩，一个元件耐压)的值。
[0219](D-3)采用自举电路31时的效果
[0220]在电机驱动装置10中，当产生过大电压时，通过使上下臂双方的晶体管Q3a?Q5b截止，使得过大电压被串联连接的2个开关元件各自的两端分压，施加至I个开关元件(晶体管Q3a?Q5b、二极管D3a?D5b)的过大电压被降低至任意一方进行动作时的一半，因此能够保护开关元件免受破坏。换而言之，作为DC部的电压，要可承受达到一个元件耐压的一倍的电压，以使串联连接的2个开关元件的各个开关元件能够承受元件耐压。
[0221]此时，上下臂的中点电位最大为一个元件耐压的程度(如果在这之上则元件会破坏，因此无需考虑)，因此，对于自举电路31，在其电路结构上，可承受DC部的通常的额定电压(即，一个元件耐压)的设计就足够。
[0222](E)
[0223]在上述(D)中，作为提高上臂侧开关元件的栅极电位的方式，推荐自举电路31(参照图8)来代替电荷栗方式，但并不限定于此。
[0224]图9是具有绝缘电源36的电机驱动装置10的主要部分的电路图。图9中，每个上臂的栅极设有一个绝缘电源36。图9中，仅记述了与上下臂的晶体管Q3a、Q3b对应的栅极驱动电路26以及与栅极驱动电路26对应的绝缘电源36，但实际上，与3组上下臂的各个臂分别对应地设有栅极驱动电路和绝缘电源。
[0225]与上述的在自举电路中进行了说明的相同，电机驱动装置10中，当产生过大电压时，通过使上下臂双方的晶体管Q3a?Q5b截止，而使得上下臂的中点电位最大达到一个元件耐压的程度(在这之上则会破坏元件)，因此，对于绝缘电源36，可承受DC部的通常的额定电压(g卩，一个元件耐压)的设计就足够。
[0226](第4实施方式)
[0227](I)概要
[0228]图11是示出本发明的第4实施方式的电机驱动装置1的电路结构的框图。图11中，系统100整体由电机驱动装置10和电机51构成。
[0229]图11中，第4实施方式的电机驱动装置10中，在形成为从图1中所示的第I实施方式将制动电路61卸下的结构的基础上，还新设置了平衡电路33a、33b、34a、34b、35a、35b，此夕卜，采用电解电容器作为平滑电容器22。
[0230]在本实施方式中，将由电压检测部23、电流检测部24和平衡电路33a、33b、34a、34b、35a、35b构成的部分称作过电压保护电路50。
[0231]对进行说明，除此之外的要素由于与第I实施方式(除制动电路61外的结构)相同，因此，标记相同的名称和标号，并省略其详细的说明。
[0232](2)平衡电路 33a、33b、34a、34b、35a、35b
[0233]平衡电路33a?35b由电阻元件构成。一对平衡电路33a、33b与构成上下臂的一对开关元件(晶体管Q3a、Q3b和二极管D3a、D3b)对应。同样地，一对平衡电路34a、34b与一对开关元件(晶体管Q4a、Q4b和二极管D4a、D4b)对应，一对平衡电路35a、35b与一对开关元件(晶体管Q5a、Q5b和二极管D5a、D5b)对应。
[0234]平衡电路33a和33b、34a和34b、35a和35b分别相互串联连接，由此而形成的连接点MU、MV、MW与通过晶体管Q3a和Q3b、Q4a和Q4b、Q5a和Q5b分别相互串联连接而形成的连接点
NU、NV、NW 连接。
[0235]为了便于说明，将连接连接点MU和连接点NU的布线设为线路47u，将连接连接点MV和连接点NV的布线设为线路47v，将连接连接点Mff和连接点NW的布线设为线路47w。
[0236](3)电机驱动装置10的动作
[0237]以下，对电机驱动装置1的动作进行说明。图11中，控制部40向栅极驱动电路26进行波形输出，并且，控制该波形输出的状态，从而以规定转速来驱动电机51。
[0238]图12A是示出电机驱动装置10运转时对上下臂施加电压的方式的图，图12B是示出电机驱动装置10停止时对上下臂施加电压的方式的图。
[0239]如图12A所示，运转中，在与驱动线圈Lu对应的上臂的晶体管Q3a、与驱动线圈Lv对应的下臂的晶体管Q4b、以及与驱动线圈Lw对应的下臂的晶体管Q5b进行导通动作的期间，直流电压Vdc施加至各个上下臂的截止的晶体管。
[0240]此时，在直流电压Vdc成为过大电压的情况下，该过大电压会施加至截止的开关元件的晶体管Q3b、Q4a、Q5a和二极管D3b、D4a、D5a。如果将一个开关元件(晶体管Q3a?Q5b和二极管D3a?D5b)的元件耐压设定为Vr，则当直流电压Vdc >元件耐压Vr时，开关元件的晶体管Q3a?Q5b或二极管D3a?D5b被破坏的可能性大。
[0241]因此，当控制部4O判断为电压检测部23的检测值超过了规定的阈值时，使上下臂双方的晶体管Q3a、Q3b、Q4a、Q4b、Q5a、Q5b截止。
[0242]由此，如图2B所示，过大电压被串联连接的2个开关元件(晶体管Q3a、Q3b、Q4a、Q4b、Q5a、Q5b、二极管D3a、D3b、D4a、D4b、D5a、D5b)各自的两端分压。例如，分压值Vl施加至上臂的开关元件(晶体管Q3a、Q4a、Q5a、二极管D3a、D4a、D5a)的两端，分压值V2施加至下臂的开关元件(晶体管Q3b、Q4b、Q5b、二极管D3b、D4b、D5b)的两端。在理想情况下，如果各开关元件的阻抗相等，则Vl= V2，因此，施加至I个开关元件的过大电压被降低至任意一方进行动作时的一半，从而能够保护各个开关元件(晶体管Q3a?Q5b、二极管D3a?D5b)免受破坏。
[0243]但是，实际上，与上下臂双方的开关元件(晶体管Q3a、Q3b、Q4a、Q4b、Q5a、Q5b、二极管03&、03以04&、0413、05&、0513)的内部电阻(漏电流)以及元件的容量成分相对应地被分压，因此不会成为均等的分压。
[0244]因此，如图1那样，以使平衡电路33a、33b与开关元件(晶体管Q3a、Q3b、二极管D3a、D3b)对应、平衡电路34a、34b与开关元件(晶体管Q4a、Q4b、二极管D4a、D4b)对应、平衡电路35a、35b与开关元件(晶体管Q5a、Q5b、二极管D5a、D5b)对应的方式进行连接。
[0245]由此，能够使施加至上臂的开关元件(晶体管Q3a、Q4a、Q5a、二极管D3a、D4a、D5a)两端的分压值Vl与施加至下臂的开关元件(晶体管Q3b、Q4b、Q5b、二极管D3b、D4b、D5b)两端的分压值V2均等。
[0246](4)第I实施方式的特征
[0247](4-1)
[0248]在电机驱动装置10中，当产生过大电压时，控制部40通过使上下臂双方的晶体管Q3a、Q3b、Q4a、Q4b、Q5a、Q5b截止，使得过大电压被串联连接的2个开关元件各自的两端分压，施加至I个开关元件(晶体管Q3a?Q5b、二极管D3a?D5b)的过大电压被降低至任意一方进行动作时的一半，因此能够保护开关元件(晶体管Q3a?Q5b、二极管D3a?D5b)免受破坏。
[0249](4-2)
[0250]以使平衡电路33a、33b与晶体管Q3a、Q3b和二极管D3a、D3b对应、平衡电路34a、34b与晶体管Q4a、Q4b和二极管D4a、D4b对应、平衡电路35a、35b与晶体管Q5a、Q5b和二极管D5a、D5b对应的方式进行连接，因此，能够使施加至上臂的开关元件(晶体管Q3a、Q4a、Q5a、二极管D3a、D4a、D5a)两端的分压值Vl与施加至下臂的开关元件(晶体管Q3b、Q4b、Q5b、二极管D3b、D4b、D5b)两端的分压值V2均等，能够防止因不均等的分压所引起的开关元件(晶体管Q3a?Q5b和二极管D3a?D5b)破坏。
[0251](第5实施方式)
[0252](I)概要
[0253 ]图13是示出本发明的第2实施方式的电机驱动装置1的电路结构的框图。图13中，系统100整体由电机驱动装置10和电机51构成。
[0254]图13中，第2实施方式的电机驱动装置10中，除了图11中所示的第4实施方式外，还设有继电器电路43、44、45。因此，此处，对继电器电路43、44、45进行说明，除此之外的要素由于与第I实施方式相同，因此，标记相同的名称和标号，并省略其详细的说明。
[0255](2)电机驱动装置10的详细结构
[0256](2-1)继电器电路 43、44、45
[0257]继电器电路43、44、45用于使线路47u、47v、47w断开及闭合。此处，使线路47u、47v、47w断开及闭合是指，将连接点MU与连接点NU之间、连接点MV与连接点NV之间、连接点丽与连接点NW之间进行连接、或者将连接点MU与连接点NU之间、连接点MV与连接点NV之间、连接点丽与连接点NW之间的连接切断。
[0258]继电器电路43、44、45包括继电器接点43a、44a、45a、继电器线圈43b、44b、45b以及晶体管 43c、44c、45c。
[0259]继电器接点43a、44a、45a使线路47u、47v、47w断开及闭合。继电器线圈43b、44b、45b使继电器接点43a、44a、45a进行动作。
[0260]晶体管43c、44c、45c对继电器线圈43b、44b、45b进行通电及不通电。
[0261]继电器线圈43b、44b、45b的一端与驱动用电源Vb的正极连接，另一端与晶体管43c、44c、45c的集电极侧连接。
[0262]控制部40切换晶体管43c、44c、45c的基极电流的有无，使集电极和发射极之间导通及截止，进行对继电器线圈43b、44b、45b的通电及不通电。
[0263]通常时，继电器电路43、44、45将线路47u、47v、47w维持在非导通状态。并且，当从控制部40对各继电器电路43、44、45的晶体管43c、44c、45c各自的基极输出驱动信号时，各个继电器线圈43b、44b、45b被激励，而使得继电器接点43a、44a、45a向使线路47u、47v、47w导通的方向进行动作。
[0264](3)电机驱动装置10的动作
[0265]以下，对电机驱动装置1的动作进行说明。此外，至当控制部40判断为电压检测部23的检测值超过了规定的阈值时使上下臂双方的晶体管Q3a?Q5b截止处为止与第I实施方式相同，因此省略说明。
[0266]控制部40当使上下臂双方的晶体管Q3a、Q3b、Q4a、Q4b、Q5a、Q5b截止时，经由继电器电路43、44、45，以使平衡电路33a、33b与晶体管Q3a、Q3b和二极管D3a、D3b对应、平衡电路34a、34b与晶体管Q4a、Q4b和二极管D4a、D4b对应、平衡电路35a、35b与晶体管Q5a、Q5b和二极管D5a、D5b对应的方式进行连接。
[0267]由此，能够使施加至上臂的开关元件(晶体管Q3a、Q4a、Q5a、二极管D3a、D4a、D5a)两端的分压值Vl与施加至下臂的开关元件(晶体管Q3b、Q4b、Q5b、二极管D3b、D4b、D5b)两端的分压值V2均等。
[0268](4)第5实施方式的特征
[0269](4-1)
[0270]在电机驱动装置10中，当产生过大电压时，通过使上下臂双方的晶体管Q3a?Q5b截止，使得过大电压被串联连接的2个开关元件(晶体管Q3a?Q5b，二极管D3a?D5b)各自的两端分压，施加至I个开关元件(晶体管Q3a?Q5b、二极管D3a?D5b)的过大电压被降低至任意一方进行动作时的一半，因此能够保护开关元件的晶体管Q3a?Q5b和二极管D3a?D5b免受破坏。
[0271](4-2)
[0272]控制部40当使上下臂双方的晶体管Q3a、Q3b、Q4a、Q4b、Q5a、Q5b截止时，经由继电器电路43、44、45，以使平衡电路33a、33b与晶体管Q3a、Q3b和二极管D3a、D3b对应、平衡电路34a、34b与晶体管Q4a、Q4b和二极管D4a、D4b对应、平衡电路35a、35b与晶体管Q5a、Q5b和二极管D5a、D5b对应的方式进行连接，因此，能够使施加至上臂的开关元件(晶体管Q3a、Q4a、Q5a、二极管D3a、D4a、D5a)两端的分压值Vl与施加至下臂的开关元件(晶体管Q3b、Q4b、Q5b、二极管D3b、D4b、D5b)两端的分压值V2均等，能够防止因不均等的分压所引起的开关元件(晶体管Q3a?Q5b和二极管D3a?D5b)破坏。
[0273](4-3)
[0274]通过在连接点NU、NV、NW和与所述连接点NU、NV、NW对应的一对平衡电路的中间点之间配置开关并仅在逆变器截止时连接平衡电路，能够抑制平衡电路的电力消耗。
[0275]S卩，在不具有开关且平衡电路总是被连接的情况下，当逆变器的开关元件导通时，由于对一个臂侧的平衡电路施加直流电压Vdc，因此，如果例如将平衡电路的电阻值设定为R的话，则平衡电路的电力消耗为(Vdc)2/R，但是，在未连接平衡电路的状态下，平衡电路的电力消耗为(Vdc) 2/2R，因此能够将电力消耗抑制在I /2。
[0276]<其他实施方式>
[0277](A)
[0278]开关也可以不是继电器，而使用MOSFET等半导体开关。该情况下，能够更高速地连接平衡电路，因此，能够很快摆脱分压不均匀的状态。
[0279](B)
[0280]为了比第2实施方式进一步减少电力消耗，还可以设置用于连接/切断平衡电路自身的第2开关。
[0281]图14是示出其它实施方式的电机驱动装置10停止后、连接了平衡电路33a、33b时对上下臂施加电压一方的图。图14中，第2开关47—般预先将接点47a设为断开(打开)，并使继电器电路43的继电器接点43a接通，同时，第2开关47使接点47a接通(关闭)，由此能够使通常状态下的平衡电路的电力消耗为零。
[0282]产业上的可利用性
[0283]本申请发明能够保护上下臂各自的晶体管不遭受过电压，因此，并不仅限于电机驱动装置，对使用了逆变器的其他驱动装置也是有用的。
[0284]标号说明
[0285]10:电机驱动装置；
[0286]20:电源供给部；
[0287]23:电压检测部；
[0288]31:自举电路；
[0289]33a:平衡电路；
[0290]33b:平衡电路；
[0291]34a:平衡电路；
[0292]34b:平衡电路；
[0293]35a:平衡电路；
[0294]35b:平衡电路；
[0295]36:绝缘电源；
[0296]40:控制部；
[0297]43:继电器电路(开关)；
[0298]44:继电器电路(开关)；
[0299]45:继电器电路(开关)；
[0300]50:过电压保护电路；
[0301]51:电机；
[0302]61:制动电路；
[0303]71:电阻负载；
[0304]73:继电器电路(电阻负载连接单元)；
[0305]81:制动器(机械制动器)；
[0306]Q3a:晶体管(开关元件)；
[0307]Q3b:晶体管(开关元件)；
[0308]Q4a:晶体管(开关元件)；
[0309]Q4b:晶体管(开关元件)；
[0310]Q5a:晶体管(开关元件)；
[0311]Q5b:晶体管(开关元件)；
[0312]D3a: 二极管(开关元件)；
[0313]D3b: 二极管(开关元件)；
[0314]Ma: 二极管(开关元件)；
[0315]D4b: 二极管(开关元件)；
[0316]D5a: 二极管(开关元件)；
[0317]D5b: 二极管(开关元件)；
[0318]NU:连接点；
[0319]NV:连接点；
[0320]NW:连接点；
[0321]Vdc:直流电压。
[0322]现有技术文献
[0323]专利文献
[0324]专利文献I:日本特开2007-166815号公报
【主权项】
1.一种电机驱动装置(10)，其由与电机的多个相分别对应的多个上下臂分别与2个开关元件(Q3a、Q3b、Q4a、Q4b、Q5a、Q5b、D3a、D3b、D4a、D4b、D5a、D5b)串联连接而构成，从由此形成的连接点(NU、NV、NW)分别向对应的所述相输出电压，其中， 所述电机驱动装置(10)具有: 电源供给部(20)，其向所述上下臂提供直流电压(Vdc); 电压检测部(23)，其与所述上下臂并联连接；以及 控制部(40)，其使所述开关元件(Q3a、Q3b、Q4a、Q4b、Q5a、Q5b)进行导通截止动作， 所述控制部(40)在所述电压检测部(23)的检测值超过了规定的阈值时，使所述上下臂双方的所述开关元件(Q3a、Q3b、Q4a、Q4b、Q5a、Q5b)截止。2.根据权利要求1所述的电机驱动装置(10)，其中， 所述电机驱动装置(10)还具有所述电机的制动电路(61)， 所述控制部(40)在使所述上下臂双方的所述开关元件(Q3a、Q3b、Q4a、Q4b、Q5a、Q5b)截止后，对所述电机进行制动。3.根据权利要求1或2所述的电机驱动装置(10)，其中，所述电机驱动装置(10)还具有: 电阻负载(71);和 电阻负载连接单元(73)，其将所述连接点(NU、NV、NW)与所述电阻负载(71)之间进行连接、或将所述连接点(NU、NV、NW)与所述电阻负载(71)之间的连接切断， 所述控制部(40)在使所述上下臂双方的所述开关元件(Q3a、Q3b、Q4a、Q4b、Q5a、Q5b)截止后，将所述连接点(NU、NV、NW)与所述电阻负载(71)连接。4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的电机驱动装置(10)，其中， 所述电机驱动装置(10)还具有机械制动器(81)，其能够相对于所述电机的旋转轴进行拆装， 所述控制部(40)在使所述上下臂双方的所述开关元件(Q3a、Q3b、Q4a、Q4b、Q5a、Q5b)截止后，对所述电机进行机械制动。5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的电机驱动装置(10)，其中， 所述控制部(40)在所述电压检测部(23)的检测值超过了所述阈值时，在使所有的所述上下臂的2个所述开关元件(Q3a、Q3b、Q4a、Q4b、Q5a、Q5b)中的任意一个臂的所述开关元件全部导通后，使所有的所述开关元件(Q3a、Q3b、Q4a、Q4b、Q5a、Q5b)截止。6.根据权利要求2至5中的任意一项所述的电机驱动装置(10)，其中， 除了所述电压检测部(23)的检测值超过所述阈值时以外，所述控制部(40)不对所述电机进行所述制动。7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的电机驱动装置(10)，其中， 所述电机驱动装置(10)还具有自举电路(31)，该自举电路(31)为了所述上下臂的上臂侧开关元件(Q3a、Q4a、Q5a)的驱动电源而生成高于所述开关元件(Q3a、Q4a、Q5a)的低电位侧的电位。8.根据权利要求1至6中的任意一项所述的电机驱动装置(10)，其中， 所述电机驱动装置(10)还具有绝缘电源(36)，该绝缘电源(36)被用于所述上下臂的上臂侧开关元件(Q3a、Q4a、Q5a)的驱动。9.根据权利要求1所述的电机驱动装置(10)，其中， 所述电机驱动装置(10)还具有平衡电路(33&、3315、34&、3413、35&、3513)，所述平衡电路(33a、33b、34a、34b、35a、35b)配置在连接所述电源供给部(20)和所述上下臂的一对DC总线与所述连接点(NU、NV、NW)之间。10.根据权利要求9所述的电机驱动装置(10)，其中， 所述平衡电路(33a、33b、34a、34b、35a、35b)被配置成与多个所述上下臂的各开关元件(Q3a、Q3b、Q4a、Q4b、Q5a、Q5b)分别对应。11.根据权利要求9或权利要求10所述的电机驱动装置(10)，其中， 所述电机驱动装置(10)还具有开关(43、44、45)，所述开关(43、44、45)将所述连接点(NU、NV、NW)和与所述连接点(NU、NV、NW)对应的一对所述平衡电路(33a、33b、34a、34b、35a、35b)的中间点之间进行连接、或者将所述连接点(NU、NV、NW)和与所述连接点(NU、NV、NW)对应的一对所述平衡电路(33a、33b、34a、34b、35a、35b)的中间点之间的连接切断， 所述控制部(40)在所述电压检测部(23)的检测值超过了规定的阈值时，连接所述平衡电路(33a、33b、34a、34b、35a、35b)。12.根据权利要求9至11中的任意一项所述的电机驱动装置(10)，其中， 所述平衡电路(33a、33b、34a、34b、35a、35b)由电阻元件构成。
【文档编号】H02M7/48GK105850031SQ201480070191
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2014年12月24日
【发明人】佐藤俊彰, 矢吹俊生, 田口泰贵, 畑山敬之
【申请人】大金工业株式会社