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JP2017093190A - 主電源電圧の異常判定機能を有するモータ駆動装置 - Google Patents

主電源電圧の異常判定機能を有するモータ駆動装置 Download PDF

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JP2017093190A JP2015222107A JP2015222107A JP2017093190A JP 2017093190 A JP2017093190 A JP 2017093190A JP 2015222107 A JP2015222107 A JP 2015222107A JP 2015222107 A JP2015222107 A JP 2015222107A JP 2017093190 A JP2017093190 A JP 2017093190A
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康之 松本
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Abstract

【課題】誤った電源が接続されても、内部の構成部品の破損を確実に防ぐことができるモータ駆動装置を実現する。
【解決手段】電磁接触器4を介してモータ駆動に用いられる主電源が供給されるモータ駆動装置1は、電磁接触器4の接点が開離している状態において、電磁接触器4の交流電源入力側における主電源電圧を監視する監視部11と、監視部11により監視された主電源電圧が正常であるか否かを判定する判定部12と、電磁接触器4の接点の開閉を制御する指令を出力する電磁接触器制御部13と、を備え、判定部12により主電源電圧が異常であると判定された場合、電磁接触器制御部13は、電磁接触器4の接点が開離するよう制御する開指令の出力を維持する。
【選択図】図1

Description

本発明は、電磁接触器を介してモータ駆動に用いられる主電源が供給されるモータ駆動装置に関する。
工作機械、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、あるいは各種ロボット内のモータを駆動するモータ駆動装置においては、モータを駆動するために用いられる主電源が、電磁接触器を介して交流電源側から供給される。モータを駆動する際には電磁接触器の接点が閉成(オン)されることで、モータ駆動装置に電源が投入される。これにより、モータ駆動装置には交流電源側から主電源としての交流電力が電磁接触器を介して供給され、モータ駆動装置はこれをモータの駆動に適した電力に変換してモータへ供給する。
一般に、駆動すべきモータの種類や用途あるいはモータ駆動装置の性能や構造などといった種々の要因に応じて、モータ駆動装置に許容される主電源電圧の大きさ(例えば定格電圧)が予め設定されている。しかしながら、モータ駆動装置に対してその定格を超える不適切な交流電源が誤って接続されると、許容される主電源電圧よりも大きな値の電圧がモータ駆動装置に印加されて、モータ駆動装置を構成する部品やモータ自体が破損してしまうことがある。
例えば、電源が誤って接続された場合でも、過電圧が印加されて部品及び負荷が破損または劣化することを防止する電源装置として、開閉回路が閉にされてから所定時間を計時する間に、整流回路が交流電源から整流した直流電圧を平滑する平滑コンデンサの充電電圧を監視し、充電電圧が所定電圧を超えたとき、開閉回路を開にする電源装置がある(例えば、特許文献1参照。)。
また例えば、モータ駆動装置内のインバータのスイッチ素子の動作を制御するスイッチ制御手段に過電圧保護機能を備え、スイッチ素子に定格以上の電圧が印加されたとき保護機能が働いてゲート電圧を遮断することで、スイッチ素子を損傷しないようにするモータ駆動装置がある(例えば、特許文献2参照。)。
特開2010−226893号公報 特開2003−061384号公報
上述のように、モータ駆動装置の定格に対して過大な交流電源が誤って接続されると、許容される主電源電圧よりも大きな値の電圧がモータ駆動装置に印加されて、モータ駆動装置を構成する部品やモータ自体が破損してしまうことがある。
従って本発明の目的は、上記問題に鑑み、誤った電源が接続されても、内部の構成部品の破損を確実に防ぐことができるモータ駆動装置を提供することにある。
上記目的を実現するために、本発明においては、電磁接触器を介してモータ駆動に用いられる主電源が供給されるモータ駆動装置は、電磁接触器の接点が開離している状態において、電磁接触器の交流電源入力側における主電源電圧を監視する監視部と、監視部により監視された主電源電圧が正常であるか否かを判定する判定部と、電磁接触器の接点の開閉を制御する指令を出力する電磁接触器制御部と、を備え、判定部により主電源電圧が異常であると判定された場合、電磁接触器制御部は、電磁接触器の接点が開離するよう制御する開指令の出力を維持する。
ここで、判定部は、主電源電圧が、予め設定された第1の基準電圧より高い場合、主電源電圧は異常であると判定するようにしてもよい。
また、判定部は、主電源電圧が、第1の基準電圧より低い値として予め設定された第2の基準電圧より低い場合、主電源電圧は異常であると判定するようにしてもよい。
また、判定部により主電源電圧が異常であると判定された場合、電磁接触器制御部は、さらに、当該電磁接触器制御部を有する当該モータ駆動装置とは異なる他のモータ駆動装置に接続された電磁接触器の接点の開離を維持するよう制御してもよい。
また、モータ駆動装置は、電磁接触器制御部から出力される開指令を、上記他のモータ駆動装置に接続された電磁接触器へ出力する出力部をさらに備え、上記他のモータ駆動装置に接続された電磁接触器は、出力部から開指令を受信したとき、その接点が開離されるようにしてもよい。
本発明によれば、誤った電源が接続されても、内部の構成部品の破損を確実に防ぐことができるモータ駆動装置を実現することができる。
本発明によれば、モータ駆動装置に不適切な交流電源が誤って接続されても、モータ駆動装置と交流電源との間に接続された電磁接触器の開状態(オフ状態)を維持するので、モータ駆動装置の構成部品やモータ自体が破損してしまうことを防ぐことができる。また、複数のモータ駆動装置を制御する場合にも、本発明によるモータ駆動装置を少なくとも1つ設けるだけで、各モータを駆動するモータ駆動装置すべてについて、その構成部品やモータ自体が破損してしまうことを防ぐことができる。
本発明の実施例によるモータ駆動装置を示すブロック図である。 図1に示すモータ駆動装置における異常判定処理および電磁接触器開閉制御の動作フローを示すフローチャートである。 図2に示す異常判定処理および電磁接触器開閉制御の動作フローの変形例を示すフローチャートである。 複数個のモータ駆動装置を制御する場合に本発明を適用した実施例を示すブロック図である。
図1は、本発明の実施例によるモータ駆動装置を示すブロック図である。以降、異なる図面において同じ参照符号が付されたものは同じ機能を有する構成要素であることを意味するものとする。
本発明の実施例によるモータ駆動装置1は、モータ3を駆動するために用いられる主電源が、電磁接触器4を介して交流電源2側から供給される。モータ3を駆動する際には電磁接触器4の接点が閉成(オン)されることで、モータ駆動装置1に電源が投入され、これにより、モータ駆動装置1には交流電源2側から主電源としての交流電力が電磁接触器4を介して供給され、モータ駆動装置1はこの交流電力をモータ3の駆動に適した電力に変換してモータ3へ供給する。なお、電磁接触器4の種類や構造は、本発明を特に限定するものではない。
モータ駆動装置1によって駆動されるモータ3の種類および数量は、本発明を限定するものではなく、誘導モータや同期モータのような交流モータであっても、あるいは直流モータであってもよい。モータ3が交流モータである場合、モータ駆動装置1は、交流電源3側から入力された交流電力を整流器(図示せず)により直流電力に一旦変換したのち逆変換器(図示せず)によりさらに交流電力に変換してこれをモータ3へ供給する。また、モータ3が直流モータである場合、モータ駆動装置1は、交流電源3側から入力された交流電力を整流器(図示せず)により直流電力に変換してこれをモータ3へ供給する。いずれの場合にも、モータ駆動装置1には交流の主電源が電磁接触器4を介して供給される。なお、図1では、モータ3の駆動制御に直接かかわる主回路系およびそれの制御系については図示を省略している。モータ3は、例えば工作機械の送り軸や主軸、あるいは産業機械、産業用ロボットのアーム等の駆動源として用いられる。
また、図示の例では、交流電源2の相数を三相としたが、相数も本発明を特に限定するものではなく、三相の他に、例えば単相やその他の多相の交流電源であってもよい。交流電源2の一例を挙げると、三相交流400V電源、三相交流200V電源、三相交流600V電源、単相交流100V電源などがある。また、モータ駆動装置1と電源2との間に変圧器が設けられてもよく、この場合は変圧器にて昇圧もしくは降圧された電圧がモータ駆動装置1に印加される。
本発明の実施例よるモータ駆動装置1は、監視部11と、判定部12と、電磁接触器制御部13とを備える。
電磁接触器制御部13は、電磁接触器4の接点の開閉(オンオフ)を制御する指令として、電磁接触器4の接点の開離を指令する開指令(オフ指令)および電磁接触器4の接点の閉成を指令する閉指令(オン指令)を出力する。
監視部11は、電磁接触器4の接点が開離している状態において、電磁接触器4の交流電源3が入力される側における主電源電圧を監視し、検出する。監視部11により監視された主電源電圧は、次段の判定部12による処理が可能な値まで降圧された後、判定部12に入力される。一般に、作業者によるモータ駆動装置1と交流電源2とを電気的に接続する作業は、電磁接触器4がオフした状態(すなわち接点が開離している状態)で行われるが、監視部11は、このときの電磁接触器4の交流電源3が入力される側における主電源電圧を監視するものである。
判定部12は、監視部11により監視された主電源電圧が正常であるか否かを判定する。判定部12による判定結果は、電磁接触器制御部13へ送られる。判定部12は例えばLSI(大規模集積回路)によって構成される。より詳細的には、判定部12は、監視部11により監視された主電源電圧が、予め設定された第1の基準電圧Vref1より高い場合、主電源電圧は異常であると判定する。第1の基準電圧Vref1の一例を挙げると、モータ駆動装置1の主電源電圧(すなわちモータ駆動装置1に入力される交流電圧)が三相交流200Vである場合、200Vに20%程度のマージンを加算した290Vに設定される。例えば、第1の基準電圧Vref1が290Vに設定されたモータ駆動装置1に、三相交流400Vの交流電源2が誤って接続されると、監視部11により監視された主電源電圧440Vは、第1の基準電圧Vref1である290Vよりも高いので、判定部12は、主電源電圧は異常であると判定することになる。
判定部12により主電源電圧が異常であると判定された場合、電磁接触器制御部13は、電磁接触器4の接点が開離(オフ)するよう制御する開指令(オフ指令)の出力を維持する。すなわち、主電源電圧が異常であると判定された場合は、電磁接触器4の接点の閉成(オン)は許可されず、電磁接触器4は開状態(オフ状態)を維持し、モータ駆動装置1には交流電源2から主電源電圧が印加されることはない。一方、判定部12により主電源電圧は正常であると判定された場合、電磁接触器制御部13は、電磁接触器4の接点が閉成(オン)するよう制御する閉指令(オン指令)を出力する。すなわち、主電源電圧は正常であると判定された場合は、電磁接触器4の接点は閉成され、電磁接触器4は閉状態(オン状態)に遷移し、モータ駆動装置1には交流電源2から主電源電圧が印加されることになる。
例えば、第1の基準電圧Vref1が290Vに設定されたモータ駆動装置1に、三相交流400Vの交流電源2が誤って接続されると、監視部11により監視された主電源電圧440Vは、第1の基準電圧Vref1である290Vよりも高いので、判定部12は主電源電圧が異常であると判定し、これを受けて電磁接触器制御部13は電磁接触器4の接点が開離するよう制御する開指令の出力を維持する。その結果、電磁接触器4はオフしたままとなり、モータ駆動装置1には交流電源2から主電源電圧400Vが印加されず、モータ駆動装置の構成部品やモータ自体が破損してしまうことを防ぐことができる。
図2は、図1に示すモータ駆動装置における異常判定処理および電磁接触器開閉制御の動作フローを示すフローチャートである。
まず初期状態として、電磁接触器制御部13は、電磁接触器4の接点の開離を指令する開指令(オフ指令)を出力し続けており、電磁接触器4の接点が開離されている状態すなわち電磁接触器4が開状態(オフ状態)にあるものとする(ステップS101)。
ステップS102では、監視部11は、電磁接触器4の接点が開離している状態において、電磁接触器4の交流電源3が入力される側における主電源電圧を監視し、検出する。監視部11により監視された主電源電圧は、次段の判定部12による処理が可能な値まで降圧された後、判定部12に入力される。
ステップS103において、判定部12は、監視部11により監視された主電源電圧が第1の基準電圧Vref1より高いか否かを判定することで、主電源電圧が正常か否かを判定する。判定部12により主電源電圧が第1の基準電圧Vref1より高いと判定された場合、主電源電圧は異常であるのでステップS104へ進む。一方、判定部12により主電源電圧が第1の基準電圧Vref1より低いと判定された場合、主電源電圧は正常であるのでステップS105へ進む。
ステップS104では、電磁接触器制御部13は、電磁接触器4の接点が開離(オフ)するよう制御する開指令(オフ指令)の出力を維持する。これにより、電磁接触器4の接点の閉成(オン)は許可されず、電磁接触器4は開状態(オフ状態)を維持し、モータ駆動装置1には交流電源2から主電源電圧が印加されることはない。この結果、モータ駆動装置を構成する部品やモータ自体が破損してしまうことを防ぐことができる。
ステップS105では、電磁接触器制御部13は、電磁接触器4の接点が閉成(オン)するよう制御する閉指令(オン指令)を出力する。これにより、主電磁接触器4の接点は閉成され、電磁接触器4は閉状態(オン状態)に遷移し、モータ駆動装置1には交流電源2から主電源電圧が印加されることになる。
以上説明したように、本実施例では、モータ駆動装置の定格に対して過大な交流電源が誤って接続されると、判定部12は主電源電圧が異常であると判定し、電磁接触器制御部13は電磁接触器4の接点が開離(オフ)するよう制御する開指令(オフ指令)の出力を維持する。これにより電磁接触器4は開状態(オフ状態)を維持し、モータ駆動装置1には交流電源2から主電源電圧が印加されることはない。この結果、モータ駆動装置の構成部品やモータ自体が破損してしまうことを防ぐことができる。
上述の実施例の変形例として、判定部12は、監視部11により監視された主電源電圧が正常であるか否かを、主電源電圧が第1の基準電圧Vref1より高いか否かという判定基準だけではなく、主電源電圧が「第1の基準電圧より低い値として予め設定された第2の基準電圧」より低いか否かという判定基準によって判定するようにしてもよい。図3は、図2に示す異常判定処理および電磁接触器開閉制御の動作フローの変形例を示すフローチャートである。
図3のステップS101において、まず初期状態として、電磁接触器制御部13は、電磁接触器4の接点の開離を指令する開指令(オフ指令)を出力し、電磁接触器4の接点が開離されている状態すなわち電磁接触器4が開状態(オフ状態)にあるものとする。
ステップS102において、監視部11は、電磁接触器4の接点が開離している状態において、電磁接触器4の交流電源3が入力される側における主電源電圧を監視し、検出する。監視部11により監視された主電源電圧は、次段の判定部12による処理が可能な値まで降圧された後、判定部12に入力される。
ステップS103において、判定部12は、監視部11により監視された主電源電圧が第1の基準電圧Vref1より高いか否かを判定することで、主電源電圧が正常か否かを判定する。判定部12により主電源電圧が第1の基準電圧Vref1より高いと判定された場合、主電源電圧は異常であるのでステップS104へ進む。一方、判定部12により主電源電圧が第1の基準電圧Vref1より低いと判定された場合、ステップS106へ進む。
ステップS106において、判定部12は、監視部11により監視された主電源電圧が第2の基準電圧Vref2より低いか否かを判定することで、主電源電圧が正常か否かを判定する。第2の基準電圧Vref2は、第1の基準電圧Vref1より低い値として予め設定される値であり、例えば、モータ駆動装置1がモータ3を駆動制御するには不十分なほど低い値に設定される。一例を挙げると、モータ駆動装置1の主電源電圧(すなわちモータ駆動装置1に入力される交流電圧)が三相交流200Vである場合、第2の基準電圧Vref2は100Vに設定される。判定部12により主電源電圧が第2の基準電圧Vref2より低いと判定された場合、主電源電圧は異常であるのでステップS104へ進む。一方、判定部12により主電源電圧が第2の基準電圧Vref2より高いと判定された場合、主電源電圧は正常であるのでステップS105へ進む。
ステップS104では、電磁接触器制御部13は、電磁接触器4の接点が開離(オフ)するよう制御する開指令(オフ指令)の出力を維持する。これにより、電磁接触器4の接点の閉成(オン)は許可されず、電磁接触器4は開状態(オフ状態)を維持し、モータ駆動装置1には交流電源2から主電源電圧が印加されることはない。
ステップS105では、電磁接触器制御部13は、電磁接触器4の接点が閉成(オン)するよう制御する閉指令(オン指令)を出力する。これにより、主電磁接触器4の接点は閉成され、電磁接触器4は閉状態(オン状態)に遷移し、モータ駆動装置1には交流電源2から主電源電圧が印加されることになる。
上述の実施例およびその変形例では、1個のモータ駆動装置を制御する場合について説明したが、モータ駆動装置が複数個の場合であっても、本発明を適用することができる。図4は、複数個のモータ駆動装置を制御する場合に本発明を適用した実施例を示すブロック図である。図示の例では、一例としてモータ3−1をモータ駆動装置1を用いて駆動しモータ3−2をモータ駆動装置101を用いて駆動する場合について説明する。なお、モータ3−1およびモータ3−2の種類は、本発明を限定するものではなく、誘導モータや同期モータのような交流モータであっても、あるいは直流モータであってもよい。また、モータ駆動装置1およびモータ駆動装置101はともに交流電源2から主電源が供給される。モータ駆動装置1と交流電源2との間には電磁接触器4−1が接続され、モータ駆動装置1と交流電源2との間には電磁接触器4−2が接続される。なお、電磁接触器4−1および4−2の種類や構造は、本発明を特に限定するものではない。
図示の例では、モータ3−1は、監視部11、判定部12および電磁接触器制御部13を備えるモータ駆動装置1によって駆動制御される。一方、モータ3−2は、電磁接触器制御部21を備える一般的なモータ駆動装置101によって駆動制御される。モータ駆動装置101内に設けられる電磁接触器制御部21は、電磁接触器4の接点の開閉(オンオフ)を制御する指令として、電磁接触器4−2の接点の開離を指令する開指令(オフ指令)および電磁接触器4の接点の閉成を指令する閉指令(オン指令)を出力する。ただし、電磁接触器制御部21から出力される開閉指令は、モータ駆動装置1内の電磁接触器13から出力される開閉指令と合わされて電磁接触器4−2の開閉動作に作用する。すなわち、本実施例によれば、モータ駆動装置1内の判定部12により主電源電圧が異常であると判定された場合、電磁接触器制御部13は、モータ駆動装置1に接続された電磁接触器4−1の接点の開離を維持するよう制御するとともに、さらに、当該電磁接触器制御部13を有する当該モータ駆動装置1とは異なる他のモータ駆動装置101に接続された電磁接触器4−2の接点の開離を維持するよう制御する。
この制御を実現するために、本実施例では、モータ駆動装置1は、監視部11、判定部12および電磁接触器制御部13に加え、電磁接触器制御部13から出力される開指令および閉指令を、モータ駆動装置に接続された電磁接触器へ出力する出力部14をさらに備える。そして、モータ駆動装置1内の出力部14から出力される指令と、モータ駆動装置101内の電磁接触器制御部21から出力される指令とが入力されるANDゲート(論理積回路)15を設け、ANDゲート15にてこれら指令の論理積を計算してその出力を電磁接触器4−2の開閉指令として用いる。なお、図示の例では、ANDゲート15について、モータ駆動装置1の外部に設けたが、モータ駆動装置1内に含めて実現してもよい。
出力部14および電磁接触器制御部21のそれぞれから出力される開指令(オフ指令)を「L(ロー)」、閉指令(オン指令)を「H(ハイ)」で表したとき、ANDゲート15からの出力が「H(閉指令)」となるのは、電磁接触器制御部13および電磁接触器制御部21から出力される指令がともに「H(閉指令)」のときであり、ANDゲート15からの出力が「L(開指令)」となるのは、電磁接触器制御部13および電磁接触器制御部21から出力される指令の少なくとも1が「L(開指令)」のときである。図1〜3を参照して説明したように、モータ駆動装置1において定部12により主電源電圧が異常であると判定された場合は、電磁接触器制御部13は開指令(オフ指令)の出力を維持するので、ANDゲート15からの出力は開指令(オフ指令)となる。したがって、モータ駆動装置1内の判定部12によって主電源電圧が異常であると判定されれば、電磁接触器4−1および電磁接触器4−2の接点の閉成(オン)は両方とも許可されず、電磁接触器4−1および電磁接触器4−2は開状態(オフ状態)を維持し、モータ駆動装置1およびモータ駆動装置101には交流電源2から主電源電圧が印加されることはない。モータ駆動装置1およびモータ駆動装置101はともに交流電源2から主電源が供給されるが、このことは、モータ駆動装置1およびモータ駆動装置101に不適切な交流電源2が誤って接続されれば、モータ駆動装置1およびモータ駆動装置101の両方に影響を及ぼす可能性があることを意味する。しかし、本発明によれば、モータ駆動装置1内の判定部12による異常判定処理および電磁接触器制御部13の開閉制御により、モータ駆動装置1に接続された電磁接触器4−1のみならず、モータ駆動装置101に接続された電磁接触器4−2についてもその開閉動作を制御することができる。
これ以外の回路構成要素については図1に示す回路構成要素と同様であるので、同一の回路構成要素には同一符号を付して当該回路構成要素についての詳細な説明は省略する。
なお、図4ではモータの数を2個としたが、これ以外の複数個(3個以上)であっても同様に適用することができる。複数個のモータを駆動制御するためにはモータ駆動装置も複数個設けなければならない場合があるが、少なくとも1個のモータ駆動装置について、上述した監視部11、判定部12、電磁接触器制御部13および出力部14を備えるモータ駆動装置1を構成し、この出力部14からの出力と、他のモータ駆動装置内の電磁接触器制御部からの出力とを、ANDゲート15に入力し、ANDゲート15から出力される指令を用いて各電磁接触器の開閉動作を制御すれば、各モータ駆動装置の構成部品や各モータ自体が破損してしまうことを防ぐことができる。
なお、上述した監視部11、判定部12、電磁接触器制御部13、出力部14およびANDゲート15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、モータ駆動装置1の制御装置内にある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、監視部11、判定部12、電磁接触器制御部13、出力部14およびANDゲート15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。
1 モータ駆動装置
2 交流電源
3、3−1、3−2 モータ
4 電磁接触器
11 監視部
12 判定部
13 電磁接触器制御部
14 出力部
15 ANDゲート

Claims (5)

  1. 電磁接触器を介してモータ駆動に用いられる主電源が供給されるモータ駆動装置であって、
    前記電磁接触器の接点が開離している状態において、前記電磁接触器の交流電源入力側における主電源電圧を監視する監視部と、
    前記監視部により監視された前記主電源電圧が正常であるか否かを判定する判定部と、
    前記電磁接触器の接点の開閉を制御する指令を出力する電磁接触器制御部と、
    を備え、
    前記判定部により前記主電源電圧が異常であると判定された場合、前記電磁接触器制御部は、前記電磁接触器の接点が開離するよう制御する開指令の出力を維持することを特徴とするモータ駆動装置。
  2. 前記判定部は、前記主電源電圧が、予め設定された第1の基準電圧より高い場合、前記主電源電圧は異常であると判定する請求項1に記載のモータ駆動装置。
  3. 前記判定部は、前記主電源電圧が、前記第1の基準電圧より低い値として予め設定された第2の基準電圧より低い場合、前記主電源電圧は異常であると判定する請求項2に記載のモータ駆動装置。
  4. 前記判定部により前記主電源電圧が異常であると判定された場合、前記電磁接触器制御部は、さらに、当該電磁接触器制御部を有する当該モータ駆動装置とは異なる他のモータ駆動装置に接続された電磁接触器の接点の開離を維持するよう制御する請求項1〜3のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
  5. 前記電磁接触器制御部から出力される前記開指令を、前記他のモータ駆動装置に接続された電磁接触器へ出力する出力部をさらに備え、
    前記他のモータ駆動装置に接続された電磁接触器は、前記出力部から前記開指令を受信したとき、その接点が開離される請求項4に記載のモータ駆動装置。
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