JP5421049B2 - サージ電圧抑制装置およびモータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、インバータによりモータが駆動される際に、そのモータ端にて発生するサージ電圧を抑制するサージ電圧抑制装置およびこのサージ電圧抑制装置を備えたモータ制御装置に関する。

電圧形ＰＷＭ方式のインバータは、矩形波状（パルス状）の電圧を出力する。このような出力電圧は、電圧変化率（ｄＶ／ｄｔ）が高いため、非常に高い周波数成分を含んでいる。また、インバータの出力電圧は、ケーブルを介してモータに供給される。このようなことから、ケーブルとモータのインピーダンスの相違による反射共振などが原因で、モータ端においてサージ電圧が発生する。このサージ電圧は、上記ケーブルの長さや種類（インピーダンス）、布設方法などに依存しており、その最大値はインバータの出力端における電圧の２倍以上になることが知られている。上記サージ電圧が原因で、モータの巻線のうち、特にインバータに近い側の巻線部分の絶縁が劣化してしまう。モータ巻線の絶縁劣化が進むと、最悪の場合には絶縁破壊に至る可能性もあり、その場合には非常に危険な状態となる。

そこで、インバータ出力端またはモータ端に、交流リアクトル、サージ電圧抑制フィルタなどを付加し、サージ電圧の発生を抑制することが広く行われている。ただし、一般にこれらの付加装置は価格が高い上、大きく且つ重い。このため、その設置に多大な労力を要するとともに設置スペースを広くとらなければならない。
一方、特許文献１には、サージ吸収用の半導体素子を用いてサージ電圧を抑制する技術が開示されている。このものによれば、所定の電圧を超えるサージ電圧が印加されると、半導体素子が電流を流し、その電圧を所定値にクランプする。このような動作によってサージ電圧が抑制される。

特許第３７４２６３６号公報 特開昭６１−１２２０号公報

一般的に使用されるサージ吸収用の半導体素子としては、例えばツェナーダイオードが挙げられる。現状、ツェナーダイオードの定格電圧（ツェナー電圧の定格値）は、最大でも４００Ｖ程度である。一方、モータに生じるサージ電圧の電圧値は、少なくとも１０００Ｖ程度となる。このことから、特許文献１記載の半導体素子を、前述したインバータにより駆動されるモータ端の例えば各相間に接続してサージ電圧を抑制しようとする場合、次のような問題が生じる。

すなわち、モータ端に生じるサージ電圧を抑制するためには、各相間に複数の上記半導体素子を直列に接続することで単体でのクランプ電圧よりも高いクランプ電圧を実現する必要がある。しかし、このように複数の半導体素子を直列接続して用いると、各素子の特性のばらつきに起因して各半導体素子が分担する電圧が不平等になってしまう。分担電圧が不平等になると、高い電圧を分担している素子が故障してしまう可能性が生じる。

半導体素子の故障には、大きく分けて短絡モードと開放モードとがあるが、開放モードで故障する場合でも、まず短絡故障が発生し、それに伴い流れる過大な電流により素子内部の最も弱い部分が溶断して最終的に開放モードになる。つまり、半導体素子が故障する際、必ず最初に短絡状態が生じる。このことから、直列接続された半導体素子の１つが故障すると、その半導体素子は必ず短絡状態となる。そして、この故障した半導体素子が分担していた電圧が残りの半導体素子に印加されることで、これらが連鎖的に故障するおそれがある。全ての半導体素子が故障状態になると、モータの各相間が短絡状態になる。

通常、モータの各相間が短絡状態になると、インバータ側において、出力電流の過電流保護機能が動作してインバータ出力が遮断されるようになっている。しかし、この保護機能が動作する前に、故障した半導体素子が開放モードに移行した場合、モータの短絡状態が解消される。このようになると、半導体素子の故障によりサージ電圧抑制のための機能が無効化しているにもかかわらず、それに気付かずに運転が継続されてしまい、前述したサージ電圧による問題が生じるおそれがある。一方、上記保護機能が動作してインバータ出力が遮断された場合であっても、遮断される前の一時的な短絡状態において過大な電流が流れ、主系統の他の機器に悪影響を及ぼす可能性がある。

そこで、このような半導体素子の故障を検出するための構成を付加することが考えられる。例えば、特許文献２には、サージ電圧吸収用の半導体素子と直列に発光ダイオードまたはフォトカプラの発光素子を接続し、半導体素子が完全な短絡状態となる前の低インピーダンス状態を発光ダイオードの発光状態またはフォトカプラの受光素子の駆動状態により検出する技術が開示されている。

この特許文献２の技術を用いて、上記モータの各相間に接続したサージ吸収用の半導体素子の故障を検出しようとすると、以下のような問題が生じる。すなわち、素子が上述した低インピーダンス状態である期間は長いとは限らない。従って、この低インピーダンス状態を検出して何らかの保護動作を実行する前に、半導体素子が完全な短絡状態になる可能性がある。このようになると、短絡電流が流れることにより半導体素子および発光ダイオードなどの検出素子も故障する可能性があり、有効な故障検出ができないことになる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、サージ電圧を抑制するために用いる半導体素子の特性のばらつきに起因した故障を防ぐとともに、半導体素子の故障状態を直ちに検出することができるサージ電圧抑制装置およびこのサージ電圧抑制装置を備えたモータ制御装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、本発明のサージ電圧抑制装置は、電圧形ＰＷＭ方式のインバータによりモータが駆動される際に、そのモータ端にて発生するサージ電圧を抑制するサージ電圧抑制装置であって、前記モータ端の各相に対応して設けられ、当該各相の電圧が所定のクランプ電圧を超えて上昇しようとすると当該モータ端から電流を流すことで、当該各相の電圧を前記クランプ電圧に制限するクランプ部と、前記クランプ部に対応して設けられ、対応する前記クランプ部が短絡故障すると、直ちに当該クランプ部が介在する通電経路を遮断する保護動作を行う保護部と、前記保護部に対応して設けられ、対応する前記保護部による前記保護動作を検出する検出部と、前記検出部により前記保護部の保護動作が検出されると、前記クランプ部が故障状態であることを示す表示を行う表示部とを備え、前記クランプ部は、ドレイン・ソース間に内蔵されたボディダイオードを有する第１および第２のパワーＭＯＳＦＥＴを備え、前記第１および第２のパワーＭＯＳＦＥＴのゲート・ソース間をそれぞれ短絡するとともに、前記第１のパワーＭＯＳＦＥＴと前記第２のパワーＭＯＳＦＥＴとを前記ボディダイオードによる整流方向が互いに逆向きとなるように直列に接続して構成されていることを特徴とする。

上記構成によれば、従来はサージ吸収用途に用いられることがなかったパワーＭＯＳＦＥＴによりクランプ部が構成されている。なお、このパワーＭＯＳＦＥＴは、ドレイン・ソース間の耐圧実力値の高いものまで広く流通しており、所定のクランプ電圧に合わせて耐圧実力値を選定することが可能である。そして、第１および第２のパワーＭＯＳＦＥＴは、各相の電圧の極性に応じていずれか一方のみがアバランシェ動作し、そのドレイン・ソース間電圧は耐圧実力値に制限され、これにより、モータ端におけるサージ電圧が所定のクランプ値に制限される。そして、このクランプ部が故障した場合、保護部によりその通電経路を遮断する保護動作が行われる。表示部は、検出部により保護部の保護動作が検出されると、クランプ部が故障状態であることを示す表示を行う。このように、装置内において故障状態の報知動作が完結するため、例えば故障状態を示す信号を外部に出力するための配線などを省くことができる。

本発明によれば、クランプ部を構成する第１および第２のパワーＭＯＳＦＥＴは、各相の電圧の極性に応じていずれか一方のみがクランプ動作を行うので、各半導体素子の特性のばらつきに起因する故障が発生することはない。また、保護部による保護動作を検出すると、クランプ部が故障状態であることを表示する表示部を備えているので、例えば故障状態を示す信号を外部に出力するための配線を設けることなく、クランプ部の故障を使用者に知らせることが可能となる。従って、サージ電圧を抑制することができない状態で、インバータの運転が継続されることを確実に防止することができる。

本発明の第１の実施形態を示すモータ制御装置の概略構成図 サージ電圧抑制装置の電気構成を示す図 本発明の第２の実施形態を示すクランプ部の構成図 本発明の第３の実施形態を示す図２相当図 本発明の第４の実施形態を示す図２相当図 本発明の第５の実施形態を示す図２相当図 本発明の第６の実施形態を示す図１相当図 本発明の第７の実施形態を示す図２相当図 図１相当図

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１および図２を参照しながら説明する。
図１は、モータ制御装置の電気構成を概略的に示している。図１に示すモータ制御装置１は、汎用の電圧形インバータ２によりモータ３をＰＷＭ駆動して制御するものである。インバータ２の各出力端子には、電圧供給線４ｕ、４ｖ、４ｗ（ケーブルに相当）を介してモータ３の各相端子が接続されている。モータ３は、例えば三相の交流モータである。

インバータ２は、直流電源回路、インバータ主回路、ゲート駆動回路、制御部（いずれも図示せず）などから構成されている。直流電源回路は、交流電源より供給される交流を整流および平滑して出力する。インバータ主回路は、スイッチング素子を三相フルブリッジ接続して構成されたものであり、直流電源回路から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換する。この三相交流電圧は、インバータ２の負荷であるモータ３に供給される。制御部は、インバータ主回路からパルス幅変調された指定周波数の三相交流電圧が出力されるようにインバータ主回路の各スイッチング素子の駆動をゲート駆動回路を介して制御する。

電圧供給線４ｕ−４ｖ間、電圧供給線４ｖ−４ｗ間および電圧供給線４ｕ−４ｗ間には、それぞれサージ電圧抑制装置７、８および９が接続されている。サージ電圧抑制装置７〜９は、モータ３端において発生するサージ電圧を抑制するものであり、クランプ部１０、保護部１１、検出部１２、表示部１３および端子Ｐ１、Ｐ２を備えている。

クランプ部１０は、端子Ｐ１、Ｐ２間の電圧を所定のクランプ電圧ＶCPに制限する。保護部１１は、クランプ部１０が短絡故障した場合に、端子Ｐ１、Ｐ２間の通電経路を遮断する保護動作を行う。検出部１２は、保護部１１による保護動作が行われたことを検出する。表示部１３は、検出部１２により保護動作が検出されると、クランプ部１０が故障状態であることを示す表示を行う。

図２は、サージ電圧抑制装置の具体的な構成を示している。なお、図２には、サージ電圧抑制装置７の構成のみを示すが、サージ電圧抑制装置８、９についても同様に構成されている。クランプ部１０は、トランジスタＭ１、Ｍ２を備えている。トランジスタＭ１、Ｍ２は、Ｎチャネル型のパワーＭＯＳＦＥＴであり、それぞれドレイン・ソース間に接続されたボディダイオードＢＤ１、ＢＤ２を備えている。トランジスタＭ１、Ｍ２は、ドレイン・ソース間の耐圧実力値（実力耐圧）が１０００Ｖ程度のものを選定して使用している。これにより、詳細の動作は後述するが、クランプ部１０のクランプ電圧ＶCPは、約１０００Ｖとなっている。

トランジスタＭ１、Ｍ２（第１、第２のパワーＭＯＳＦＥＴに相当）は、いずれもゲート・ソース間が短絡されており、通常はオフ状態に固定されている。トランジスタＭ１、Ｍ２は、各ソースが互いに接続されている。トランジスタＭ１のドレインはノードＮａに接続され、トランジスタＭ２のドレインはノードＮｂに接続されている。

保護部１１は、速断型のヒューズＦ１を備えている。ヒューズＦ１の両端子は、それぞれノードＮｃ、Ｎｄに接続されている。保護部１１とクランプ部１０とは、端子Ｐ１と端子Ｐ２の間に直列に接続されている。すなわち、端子Ｐ１とノードＮｃが接続され、ノードＮｄとノードＮａが接続され、ノードＮｂが端子Ｐ２に接続されている。

検出部１２は、ダイオードＤ１、Ｄ２および抵抗Ｒ１を備えている。ノードＮｅとノードＮｆの間には、ダイオードＤ１および抵抗Ｒ１が直列に接続されている。また、ノードＮｇとノードＮｆの間には、ダイオードＤ２および抵抗Ｒ１が直列に接続されている。表示部１３は、発光ダイオードＬＤ１（発光素子に相当）を備えている。発光ダイオードＬＤ１は、アノードがノードＮｈに接続され、カソードがノードＮｉに接続されている。

表示部１３のノードＮｈは端子Ｐ１に接続され、ノードＮｉは検出部１２のノードＮｅに接続されている。検出部１２のノードＮｆは端子Ｐ２に接続され、検出部１２のノードＮｇは、クランプ部１０のノードＮａと保護部１１のノードＮｄと共通に接続されている。抵抗Ｒ１は、端子Ｐ１と端子Ｐ２の間の通電経路に流れる電流を制限するものであり、高抵抗値のものが使用される。ダイオードＤ１、Ｄ２は、その整流作用により、端子Ｐ１、Ｐ２間における逆流を阻止する。また、ダイオードＤ２は、ダイオードＤ１と抵抗Ｒ１の相互接続点であるノードＮｊの電位を、ヒューズＦ１が導通している状態且つ後述する特定の条件下において、端子Ｐ１の電圧からダイオードＤ２の順方向電圧ＶＦを減じた電圧に固定する。

発光ダイオードＬＤ１は、サージ電圧抑制装置７において、その点灯状態が外部から視認可能な態様で設けられている。詳細は作用説明にて後述するが、本実施形態のサージ電圧抑制装置７は、この発光ダイオードＬＤ１を点灯させることで、クランプ部１０が故障状態であることを使用者に報知するようになっている。

次に、上記構成のサージ電圧抑制装置の動作について説明する。
以下では、電圧供給線４ｕ−４ｖ間に接続されたサージ電圧抑制装置７の動作を例にして説明を行うが、サージ電圧抑制装置８、９についても同様の動作となる。なお、以下では、端子Ｐ１の電圧をＶP1とし、端子Ｐ２の電圧をＶP2として表す。まず、トランジスタＭ１、Ｍ２がいずれも故障していない状態の動作について説明する。

（１）「クランプ電圧ＶCP＞電圧ＶP1−電圧ＶP2＞０」であるときの動作
この場合には、モータ３端においてクランプ電圧ＶCPを超えるサージ電圧が発生していない。このとき、トランジスタＭ１、Ｍ２はいずれも通常のオフ状態である。このため、端子Ｐ１、ヒューズＦ１、ダイオードＤ２、抵抗Ｒ１、端子Ｐ２という経路で電流が流れる。なお、ノードＮｊの電位が、「電圧ＶP1−順方向電圧ＶＦ」に固定されるので、発光ダイオードＬＤ１が介在する経路に電流は流れず、発光ダイオードＬＤ１は消灯した状態である。

（２）「クランプ電圧ＶCP＞電圧ＶP2−電圧ＶP1＞０」であるときの動作
この場合にも、モータ３端においてクランプ電圧ＶCPを超えるサージ電圧が発生していない。このとき、トランジスタＭ１、Ｍ２はいずれも通常のオフ状態である。ただし、この場合、ダイオードＤ１、Ｄ２の整流作用により、端子Ｐ１、Ｐ２間には電流は流れない。従って、発光ダイオードＬＤ１は消灯した状態である。

（３）「電圧ＶP1−電圧ＶP2＞クランプ電圧ＶCP」であるときの動作
端子Ｐ２の電位を基準とした端子Ｐ１、Ｐ２間の電圧がクランプ電圧ＶCPを超えて上昇しようとすると、トランジスタＭ１がアバランシェ動作を行う。すなわち、ゲート・ソース間が短絡されたトランジスタＭ１のドレイン・ソース間に電流が流れ、そのドレイン・ソース間電圧が耐圧実力値（＝クランプ電圧ＶCP）で安定する。この際、トランジスタＭ１のドレイン電流は、ボディダイオードＢＤ２を通じて端子Ｐ２へと流れる。このような動作により、端子Ｐ１、Ｐ２間の電圧、つまり、電圧供給線４ｕ、４ｖ間の電圧は、約１０００Ｖのクランプ電圧ＶCPに制限される。この際にも、発光ダイオードＬＤ１が介在する経路に電流は流れず、発光ダイオードＬＤ１は消灯した状態である。

（４）「電圧ＶP2−電圧ＶP1＞クランプ電圧ＶCP」であるときの動作
端子Ｐ１の電位を基準とした端子Ｐ２、Ｐ１間の電圧がクランプ電圧ＶCPを超えて上昇しようとすると、トランジスタＭ２がアバランシェ動作を行う。すなわち、ゲート・ソース間が短絡されたトランジスタＭ２のドレイン・ソース間に電流が流れ、そのドレイン・ソース間電圧が耐圧実力値（＝クランプ電圧ＶCP）で安定する。この際、トランジスタＭ２のドレイン電流は、ボディダイオードＢＤ１を通じて端子Ｐ１へと流れる。このような動作により、端子Ｐ２、Ｐ１間の電圧、つまり電圧供給線４ｖ、４ｕ間の電圧は、約１０００Ｖのクランプ電圧ＶCPに制限される。この際にも、発光ダイオードＬＤ１が介在する経路に電流は流れず、発光ダイオードＬＤ１は消灯した状態である。

続いて、トランジスタＭ１、Ｍ２の少なくともいずれか一方が故障した場合の動作について説明する。トランジスタＭ１、Ｍ２は、故障する場合には必ず短絡状態を伴う。トランジスタＭ１が短絡状態になると、上記した（１）、（３）の状態において、端子Ｐ１から端子Ｐ２へと過大な短絡電流が流れる。また、トランジスタＭ２が短絡状態になると、上記した（２）、（４）の状態において、端子Ｐ２から端子Ｐ１へと過大な短絡電流が流れる。このように過大な電流が流れると、直ちにヒューズＦ１が溶断し、端子Ｐ１、Ｐ２間の通電経路が遮断される。このように、故障したクランプ部１０が主系統から素早く遮断される。

ただし、このままでは、電圧供給線４ｕ、４ｖ間において生じるサージ電圧を抑制できない状態のまま、インバータ２の運転が継続されてしまう可能性がある。そこで、本実施形態では、以下のようにしてクランプ部１０が故障状態であることを検出し、それを使用者に知らせるようにしている。すなわち、ヒューズＦ１が溶断すると、ダイオードＤ２によるノードＮｊの電位固定状態が解除される。

ノードＮｊの電位固定状態が解除されると、上記した（１）、（３）の状態（正確には、電圧ＶP1−電圧ＶP2が、発光ダイオードＬＤ１の順方向電圧にダイオードＤ１の順方向電圧を加えた電圧よりも高い状態）において、端子Ｐ１、発光ダイオードＬＤ１、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ１、端子Ｐ２という経路で電流が流れる。これにより、発光ダイオードＬＤ１は点灯した状態となる。一方、上記した（２）、（４）の状態（正確には、電圧ＶP1−電圧ＶP2が、発光ダイオードＬＤ１の順方向電圧にダイオードＤ１の順方向電圧を加えた電圧よりも低い状態）においては、発光ダイオードＬＤ１が介在する経路に電流は流れない。これにより、発光ダイオードＬＤ１は消灯した状態となる。

このような動作により、電圧供給線４ｕ、４ｖから発光ダイオードＬＤ１に対し断続的に順方向の電流が供給され、発光ダイオードＬＤ１が点灯および消灯を繰り返す（点滅状態）。この発光ダイオードＬＤ１の点滅周波数は、インバータ２のキャリア周波数に応じて決定される。通常、インバータ２のキャリア周波数は、数ｋＨｚ（例えば１ｋＨｚや２ｋＨｚ）〜十数ｋＨｚ（例えば１６ｋＨｚ）の範囲で可変となっている。このため、発光ダイオードＬＤ１の点滅周波数も数ｋＨｚ〜十数ｋＨｚとなる。このように高速で点滅する発光ダイオードＬＤ１は、人の目では常時点灯しているように見える。

従って、使用者は、発光ダイオードＬＤ１が点灯していると認識し、クランプ部１０が故障状態であると判断することができる。通常、使用者は、クランプ部１０が故障している状態、つまりサージ抑制機能が無効化している状態であると判断した場合には、例えばインバータ２の運転を停止させるなどの対応を行う。このため、サージ電圧が抑制されない状態のまま、インバータ２の運転が継続されてしまう事態を防止できる。

以上説明したように、本実施形態のモータ制御装置１は、電圧供給線４ｕ、４ｖ間、電圧供給線４ｖ、４ｗ間、電圧供給線４ｕ、４ｗ間にそれぞれサージ電圧抑制装置７〜９を設けた構成であるので、モータ３端の各相間に発生するサージ電圧をクランプ電圧ＶCPに制限することができる。そして、サージ電圧抑制装置７〜９は、従来はサージ吸収用途として用いられることがなかったパワーＭＯＳＦＥＴからなるトランジスタＭ１、Ｍ２により構成されたクランプ部１０を備えている。なお、このパワーＭＯＳＦＥＴは、ドレイン・ソース間の耐圧実力値の低いものから高いものまで広く流通している。

クランプ部１０は、これらトランジスタＭ１、Ｍ２として耐圧実力値が高いパワーＭＯＳＦＥＴを用いるとともに、各相電圧の極性に応じていずれか一方のみが動作するような接続形態として構成し、これによりサージ電圧の抑制動作を実現している。従って、本実施形態の構成によれば、複数の半導体素子を直列接続し、それら全ての動作によりクランプ動作を実現する構成の従来技術において問題であった各半導体素子の特性のばらつきに起因する故障が発生することはない。

サージ電圧抑制装置７〜９は、クランプ部１０が故障した場合に、端子Ｐ１、Ｐ２間の通電経路を遮断する保護動作を行う保護部１１を備えている。これにより、トランジスタＭ１、Ｍ２が短絡状態となって各相間に過大な短絡電流が流れ続けてしまう事態を防止できる。さらに、保護部１１が速断型のヒューズＦ１により構成されているので、故障したクランプ部１０が主系統から素早く遮断され、短絡電流によって主系統に及ぼす影響を小さくすることができる。

サージ電圧抑制装置７〜９は、保護部１１の保護動作を検出する検出部１２と、その保護動作が検出されると点灯する発光ダイオードＬＤ１から構成された表示部１３とを備えている。この発光ダイオードＬＤ１は、サージ電圧抑制装置７〜９において、その点灯状態が外部から視認可能な態様で設けられている。このため、使用者は、発光ダイオードＬＤ１の点灯状態によってクランプ部１０の故障状態を知ることができる。そして、クランプ部１０が故障状態であると判断した場合にインバータ２の運転を停止するなど適切な対応をとれば、モータ３端の各相間において生じるサージ電圧を抑制することができない状態で、インバータ２の運転が継続されることを確実に防止することができる。

クランプ部１０の故障状態を表示するための表示部をサージ電圧抑制装置７〜９に設けたので、サージ電圧抑制装置７〜９内においてクランプ部１０の故障状態の報知動作が完結する。このため、例えば、故障状態を示す検出信号をインバータ２などの外部機器に出力するための配線などを省くことができる。このように、検出信号用の配線が不要となることで以下のような効果が得られる。

例えば、検出用の配線を設けた場合には、その配線におけるノイズ対策を行う必要が生じる。本実施形態によれば、配線分のコストが低減されることは勿論であるが、検出用の配線そのものが存在しないので上記ノイズ対策を行う必要がない。また、前述したサージ電圧による問題は、インバータ２の設置場所とモータ３の設置場所とが離れるほど、つまり電圧供給線４ｕ〜４ｗの配線距離が長くなるほど顕著化する。このような場合に、さらに検出信号用の配線を設けることは、その設置作業が煩雑化する上、配線が短い場合に比べて上記ノイズ対策が難しくなる。本実施形態によれば、上記した配線に関する種々の問題が発生すること自体を無くすことができる。

（第２の実施形態）
以下、第１の実施形態に対し、クランプ部の構成を変更した第２の実施形態について図３を参照しながら説明する。
図３は、本実施形態のクランプ部を示している。図３に示すように、トランジスタＭ２１、Ｍ２２は、Ｐチャネル型のパワーＭＯＳＦＥＴであり、それぞれドレイン・ソース間に接続されたボディダイオードＢＤ２１、ＢＤ２２を備えている。トランジスタＭ２１、Ｍ２２は、ドレイン・ソース間の耐圧実力値（実力耐圧）が１０００Ｖ程度のものを選定して使用している。

トランジスタＭ２１、Ｍ２２は、いずれもゲート・ソース間が短絡されており、通常はオフ状態に固定されている。トランジスタＭ２１、Ｍ２２は、各ドレインが互いに接続されている。トランジスタＭ２１のソースはノードＮａに接続され、トランジスタＭ２２のソースはノードＮｂに接続されている。このような構成のクランプ部２１をサージ電圧抑制装置７〜９におけるクランプ部１０に代えて用いた場合であっても、第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。

（第３の実施形態）
以下、第１の実施形態に対し、検出部の構成を変更した第３の実施形態について図４を参照しながら説明する。
図４は、第１の実施形態における図２相当図であり、上記各実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。本実施形態の検出部３１は、第１の実施形態の検出部１２に対し、ダイオードＤ２が省略されている点が異なる。また、表示部１３の発光ダイオードＬＤ１と、ダイオードＤ１および抵抗Ｒ１との接続状態が変更されている。すなわち、ノードＮｈとノードＮｇの間に、発光ダイオードＬＤ１、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ１が直列に接続されている。

このような構成によれば、トランジスタＭ１、Ｍ２が故障して短絡状態となり、ヒューズＦ１が溶断すると、端子Ｐ１、発光ダイオードＬＤ１、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ１、トランジスタＭ１、ボディダイオードＢＤ２、端子Ｐ２という経路で電流が流れ得る状態となる。従って、上記構成では、このような場合においてはクランプ部１０の故障状態を検出して、発光ダイオードＬＤ１を点灯できるので、検出部３１の構成を簡素化しつつ、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

上記構成では、以下のような場合にはクランプ部１０の故障状態を検出することができない。すなわち、トランジスタＭ１、Ｍ２が故障して一旦短絡状態となり、ヒューズＦ１が溶断する前に開放モードでの故障に移行した場合には、発光ダイオードＬＤ１を通じた経路に電流を流すことができない。従って、クランプ部１０が開放状態で故障しているにもかかわらず、その状態を検出することができない。ただし、本実施形態における上記問題点については、ヒューズＦ１として、一層早く溶断するタイプのものを用いることで解消可能である。

（第４の実施形態）
以下、第１の実施形態に対し、サージ電圧抑制装置の構成を変更した第４の実施形態について図５を参照しながら説明する。
図５は、本実施形態のサージ電圧抑制装置４１の構成を示しており、上記各実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。本実施形態のサージ電圧抑制装置４１は、図２に示した第１の実施形態のサージ電圧抑制装置７に対し、保護部１１に代えて保護部４２を備えている点と、検出部１２に代えて検出部４３を備えている点とが異なる。

保護部４２は、内部接点（警報接点）付きのヒューズ４４により構成されている。ヒューズ４４は、速断型のものであり、ヒューズ部４４ａが溶断すると、接点部４４ｂが作動するようになっている。この接点部４４ｂは常開形の接点（Ａ接点）である。ヒューズ部４４ａの両端子は、それぞれノードＮｃ、Ｎｄに接続されている。検出部４３は、ノードＮｅとノードＮｆの間に直列に接続されたヒューズ４４の接点部４４ｂ、ダイオードＤ１および抵抗Ｒ１により構成されている。

上記構成のサージ電圧抑制装置４１をサージ電圧抑制装置７〜９に代えて用いた場合には以下のような検出動作となる。すなわち、トランジスタＭ１、Ｍ２の故障に起因してヒューズ部４４ａが溶断すると、接点部４４ｂが閉じる。これにより、端子Ｐ１、発光ダイオードＬＤ１、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ１、端子Ｐ２という経路で断続的に電流が流れ、発光ダイオードＬＤ１は高速で点滅される。従って、上記構成のサージ電圧抑制装置４１によっても、第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。

（第５の実施形態）
以下、第１の実施形態に対し、サージ電圧抑制装置の構成を変更した第５の実施形態について図６を参照しながら説明する。
図６は、本実施形態のサージ電圧抑制装置５１の構成を示しており、上記各実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。本実施形態のサージ電圧抑制装置５１は、図５に示した第４の実施形態のサージ電圧抑制装置４１に対し、検出部４３に代えて検出部５２を備えている点と、表示部１３に代えて表示部５３を備えている点と、新たに電源回路５４を備えている点とが異なる。

検出部５２は、ノードＮｅとノードＮｆの間に接続されたヒューズ４４の接点部４４ｂにより構成されている。表示部５３は、ノードＮｈとノードＮｉの間に接続されたランプ表示器５５により構成されている。ランプ表示器５５（発光素子に相当）は、その両端に直流電圧が印加されることで電流が流れて点灯する。電源回路５４は、端子Ｐ１、Ｐ２を介して与えられる電圧（電圧供給線４ｕ〜４ｗの電圧）を入力とし、所定の直流電圧を生成して出力する。電源回路５４から出力される直流電圧は、ノードＮｈ、Ｎｆ間に印加される。

ランプ表示器５５は、サージ電圧抑制装置５１において、その点灯状態が外部から視認可能な態様で設けられている。本実施形態のサージ電圧抑制装置５１は、このランプ表示器５５を点灯させることで、クランプ部１０が故障状態であることを使用者に報知するようになっている。

上記構成のサージ電圧抑制装置５１をサージ電圧抑制装置７〜９に代えて用いた場合には以下のような検出動作となる。すなわち、トランジスタＭ１、Ｍ２の故障に起因してヒューズ部４４ａが溶断すると、接点部４４ｂが閉じる。これにより、電源回路５４から出力される直流電圧がランプ表示器５５の両端に印加され、ランプ表示器５５が点灯される。従って、上記構成のサージ電圧抑制装置５１によっても、第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。

（第６の実施形態）
以下、サージ電圧抑制装置を複数の分離可能なユニットから構成する第６の実施形態について図７を参照しながら説明する。
図７は、本実施形態のモータ制御装置の構成を示しており、上記各実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。モータ制御装置６１は、図１に示した第１の実施形態のモータ制御装置１に対し、サージ電圧抑制装置７〜９に代えてサージ電圧抑制装置７Ａ〜９Ａを備えている点が異なる。

サージ電圧抑制装置７Ａは、クランプ部１０、端子Ｐ１および端子Ｐ２からなる第１ユニット６２と、保護部１１、検出部１２および表示部１３からなる第２ユニット６３とから構成されている。第１ユニット６２において、端子Ｐ１はノードＮｋに接続されている。第１ユニット６２のノードＮｋと、第２ユニット６３の保護部１１のノードＮｃおよび表示部１３のノードＮｈとは着脱自在に接続される。第１ユニット６２におけるクランプ部１０のノードＮａと、第２ユニット６３における保護部１１のノードＮｄおよび検出部１２のノードＮｇとは着脱自在に接続される。第１ユニット６２におけるクランプ部１０のノードＮｂと、第２ユニット６３における検出部１２のノードＮｆとは着脱自在に接続される。このように、第１ユニット６２と第２ユニット６３とは、分離可能な状態で接続されている。なお、図７では、サージ電圧抑制装置８Ａ、９Ａの構成についての図示は省略しているが、サージ電圧抑制装置７Ａと同様に構成されている。

上記したように、クランプ部１０からなる第１ユニット６２と、保護部１１、検出部１２および表示部１３からなる第２ユニット６３とによってサージ電圧抑制装置７Ａ〜９Ａを構成した場合であっても、第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。さらに、第１ユニット６２および第２ユニット６３を分離可能な状態で接続するように構成したので、以下のような効果が得られる。

例えば、上記各実施形態における所定の構成のクランプ部を備えた第１ユニット６２を１種類の基本ユニットとして準備する。そして、上記各実施形態における保護部、検出部および表示部にそれぞれ対応した構成の第２ユニット６３を複数種類のオプションユニットとして準備する。このようにすれば、使用者は、複数種類のオプションユニットの中から希望する構成を備えたものを選択することができる。さらに、第１ユニットを１種類とすることで、クランプ部について使用部品および組立作業が共通化され、その結果、サージ電圧抑制装置のシリーズ全体としての製造コストを低減することができる。

（第７の実施形態）
以下、第１の実施形態に対し、サージ電圧抑制装置の構成等を変更した第７の実施形態について図８および図９を参照しながら説明する。
図８および図９は、本実施形態のサージ電圧抑制装置およびそれを用いたモータ制御装置の構成を示しており、上記各実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。図８に示すように、サージ電圧抑制装置７１は、図２に示した第１の実施形態のサージ電圧抑制装置７に対し、端子Ｐ２に代えて端子Ｐａ、Ｐｂを備えている点と、新たに端子Ｐｃを備えている点とが異なる。端子ＰａにはノードＮｂが接続され、端子ＰｂにはノードＮｆが接続され、端子ＰｃにはノードＮａ、Ｎｄが接続されている。

上記構成のサージ電圧抑制装置７１およびそれと同様に構成されたサージ電圧抑制装置７２、７３を、第１の実施形態のサージ電圧抑制装置７〜９に代えて用いる場合、図９に示すような接続形態となる。なお、図９では、検出部１２および表示部１３を１つのブロックとして示している。この図９に示すモータ制御装置７４に設けられるサージ電圧抑制装置７１〜７３は、モータ３端において各相間に発生するサージ電圧を抑制する。

サージ電圧抑制装置７１において、端子Ｐ１は電圧供給線４ｕに接続され、端子Ｐａはサージ電圧抑制装置７２の端子Ｐｃに接続され、端子Ｐｂは電圧供給線４ｖに接続され、端子Ｐｃはサージ電圧抑制装置７３の端子Ｐａに接続されている。サージ電圧抑制装置７２において、端子Ｐ１は電圧供給線４ｖに接続され、端子Ｐａはサージ電圧抑制装置７３の端子Ｐｃに接続され、端子Ｐｂは電圧供給線４ｗに接続されている。サージ電圧抑制装置７３において、端子Ｐ１は電圧供給線４ｗに接続され、端子Ｐｂは電圧供給線４ｕに接続されている。

上記接続形態によれば、サージ電圧抑制装置７１〜７３の各クランプ部１０は、以下のようにモータ３端において各相間に発生するサージ電圧を抑制する。電圧供給線４ｕ、４ｖ間には、サージ電圧抑制装置７１の保護部１１およびクランプ部１０、サージ電圧抑制装置７２の保護部１１が、この順に直列接続されている。従って、サージ電圧抑制装置７１のクランプ部１０は、電圧供給線４ｕ、４ｖ間に発生するサージ電圧を抑制するように機能する。また、サージ電圧抑制装置７１、７２の各保護部１１により、サージ電圧抑制装置７１のクランプ部１０の短絡故障に対する保護が図られている。

電圧供給線４ｖ、４ｗ間には、サージ電圧抑制装置７２の保護部１１およびクランプ部１０、サージ電圧抑制装置７３の保護部１１が、この順に直列接続されている。従って、サージ電圧抑制装置７２のクランプ部１０は、電圧供給線４ｖ、４ｗ間に発生するサージ電圧を抑制するように機能する。また、サージ電圧抑制装置７２、７３の各保護部１１により、サージ電圧抑制装置７２のクランプ部１０の短絡故障に対する保護が図られている。

電圧供給線４ｗ、４ｕ間には、サージ電圧抑制装置７３の保護部１１およびクランプ部１０、サージ電圧抑制装置７１の保護部１１が、この順に直列接続されている。従って、サージ電圧抑制装置７３のクランプ部１０は、電圧供給線４ｗ、４ｕ間に発生するサージ電圧を抑制するように機能する。また、サージ電圧抑制装置７１、７３の各保護部１１により、サージ電圧抑制装置７３のクランプ部１０の短絡故障に対する保護が図られている。

このように、本実施形態のサージ電圧抑制装置７１〜７３によっても、モータ３端において各相間に発生するサージ電圧を抑制できる。また、サージ電圧抑制装置７１〜７３の各クランプ部１０は、それぞれが２つの保護部１１により保護される形態となっている。換言すると、サージ電圧抑制装置７１〜７３の各保護部１１は、それぞれが２つのクランプ部１０の短絡故障に対する保護動作を行うようになっている。さらに、サージ電圧抑制装置７１〜７３の各検出部１２がそれぞれに対応する保護部１１による保護動作を検出し、各表示部１３は対応する検出部１２により保護動作が検出されると、検出対象の保護部１１に対応するクランプ部１０が故障状態であることを表示する。従って、本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
クランプ部１０を構成するトランジスタＭ１、Ｍ２の接続位置を入れ替えてもよい。また、クランプ部２１を構成するトランジスタＭ２１、Ｍ２２の接続位置を入れ替えてもよい。すなわち、トランジスタＭ１（Ｍ２１）とＭ２（Ｍ２２）とは、それぞれのボディダイオードによる整流方向が互いに逆向きとなるように直列に接続されていればよい。
各相に対応して設けた３つのサージ電圧抑制装置を、１つのユニットとしてまとめて構成してもよい。
保護部を構成するヒューズとして、溶断時に溶断したことを示す所定の表示を行う溶断表示部を備えたものを用いてもよい。この場合、溶断表示部の表示状態が外部から視認し易い形態でヒューズを配置する。このようにすれば、クランプ部の故障に起因してヒューズが溶断すると、溶断表示部が所定の表示を行う。使用者は、この表示に基づいてクランプ部が故障状態であると判断することができる。上記構成によれば、ヒューズが備える溶断表示部が検出部および表示部として機能するので、サージ電圧抑制装置を構成するための部品点数を大幅に削減することができる。

第５の実施形態において、ランプ表示器５５は、その両端に交流電圧が印加されることで点灯するものでもよい。その場合、電源回路５４は、端子Ｐ１、Ｐ２を介して与えられる電圧を入力とし、所定の交流電圧を生成して出力する構成とすればよい。また、３つのサージ電圧抑制装置内にそれぞれ電源回路５４を設けていたが、各サージ電圧抑制装置とは独立して１つの電源回路５４を設け、その電源回路５４から３つのサージ電圧抑制装置内の各ランプ表示器５５に対する電圧供給を行うようにしてもよい。また、３つのサージ電圧抑制装置内にそれぞれランプ表示器５５を設けていたが、各サージ電圧抑制装置のいずれか１つだけにランプ表示器５５を設け、３つの接点部４４ｂの両端を互いに並列に接続する構成としてもよい。このようにすれば、３つのクランプ部１０のうち少なくともいずれか１つが故障すると、ランプ表示器５５が点灯されることになる。従って、３つのサージ電圧抑制装置の故障状態をＯＲ条件で検出することができる。
第６の実施形態では、クランプ部１０を備えた第１ユニット６２と、保護部１１、検出部１２および表示部１３を備えた第２ユニット６３とに分離したが、これに限らずともよい。例えば、クランプ部１０および保護部１１を備えた第１ユニットと、検出部１２および表示部１３を備えた第２ユニットとに分離してもよい。すなわち、クランプ部１０、保護部１１、検出部１２および表示部１３のうち一部を着脱可能な構成とすればよい。
上記各実施形態では、３つのサージ電圧抑制装置をモータ３の各相間に接続したが、これに代えて或いはこれに加えて、サージ電圧抑制装置をモータ３の各相と接地との間に接続してもよい。このようにすれば、モータ３端において各相と接地との間に発生するサージ電圧を抑制することができる。

図面中、１、６１、７４はモータ制御装置、２はインバータ、３はモータ、４ｕ、４ｖ、４ｗは電圧供給線（ケーブル）、７〜９、４１、５１、７Ａ〜９Ａ、７１〜７３はサージ電圧抑制装置、１０、２１はクランプ部、１１、４２は保護部、１２、３１、４３、５２は検出部、１３、５３は表示部、４４ｂは接点部（内部接点）、５５はランプ表示器（発光素子）、ＢＤ１、ＢＤ２、ＢＤ２１、ＢＤ２２はボディダイオード、Ｆ１、４４はヒューズ、ＬＤ１は発光ダイオード（発光素子）、Ｍ１、Ｍ２１はトランジスタ（第１のパワーＭＯＳＦＥＴ）、Ｍ２、Ｍ２２はトランジスタ（第２のパワーＭＯＳＦＥＴ）を示す。

Claims (11)

1. 電圧形ＰＷＭ方式のインバータによりモータが駆動される際に、そのモータ端にて発生するサージ電圧を抑制するサージ電圧抑制装置であって、
   前記モータ端の各相に対応して設けられ、当該各相の電圧が所定のクランプ電圧を超えて上昇しようとすると当該モータ端から電流を流すことで、当該各相の電圧を前記クランプ電圧に制限するクランプ部と、
   前記クランプ部に対応して設けられ、対応する前記クランプ部が短絡故障すると、直ちに当該クランプ部が介在する通電経路を遮断する保護動作を行う保護部と、
   前記保護部に対応して設けられ、対応する前記保護部による前記保護動作を検出する検出部と、
   前記検出部により前記保護部の保護動作が検出されると、前記クランプ部が故障状態であることを示す表示を行う表示部とを備え、
   前記クランプ部は、
   ドレイン・ソース間に内蔵されたボディダイオードを有する第１および第２のパワーＭＯＳＦＥＴを備え、
   前記第１および第２のパワーＭＯＳＦＥＴのゲート・ソース間をそれぞれ短絡するとともに、前記第１のパワーＭＯＳＦＥＴと前記第２のパワーＭＯＳＦＥＴとを前記ボディダイオードによる整流方向が互いに逆向きとなるように直列に接続して構成されていることを特徴とするサージ電圧抑制装置。
2. 前記表示部は、
   前記検出部に対応して設けられ、
   対応する前記検出部により前記保護部の保護動作が検出されると、その保護部に対応する前記クランプ部が故障状態であることを示す表示を行うことを特徴とする請求項１記載のサージ電圧抑制装置。
3. 前記クランプ部は、前記モータ端の各相間に接続されていることを特徴とする請求項１または２記載のサージ電圧抑制装置。
4. 前記クランプ部は、前記モータ端の各相と接地との間に接続されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のサージ電圧抑制装置。
5. 前記表示部は、所定の電流を流すと発光する発光素子により構成され、
   前記検出部は、前記保護動作を検出すると前記モータ端から所定の電流を前記発光素子に供給することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のサージ電圧抑制装置。
6. 前記発光素子は、発光ダイオードであり、
   前記検出部は、前記保護動作を検出すると前記モータ端から順方向の電流を前記発光ダイオードに断続的に供給することを特徴とする請求項５記載のサージ電圧抑制装置。
7. 前記保護部は、前記通電経路に直列に接続された速断型のヒューズであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のサージ電圧抑制装置。
8. 前記ヒューズは、溶断時に作動する内部接点を備え、
   前記検出部は、前記内部接点を含んで構成され、当該内部接点の動作に応じて前記保護動作の検出を行うことを特徴とする請求項７記載のサージ電圧抑制装置。
9. 前記ヒューズは、溶断時に溶断したことを示す表示を行う溶断表示部を備え、
   前記検出部および前記表示部は、前記溶断表示部により構成されることを特徴とする請求項７記載のサージ電圧抑制装置。
10. 前記クランプ部、前記保護部、前記検出部および前記表示部のうち一部を着脱可能な構成としたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のサージ電圧抑制装置。
11. ケーブルを介してモータを駆動する電圧形ＰＷＭ方式のインバータと、
    請求項１ないし１０のいずれかに記載のサージ電圧抑制装置とを備えていることを特徴とするモータ制御装置。

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