JPH10243675A - モータ停止回路 - Google Patents

モータ停止回路

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JPH10243675A
JPH10243675A JP9057157A JP5715797A JPH10243675A JP H10243675 A JPH10243675 A JP H10243675A JP 9057157 A JP9057157 A JP 9057157A JP 5715797 A JP5715797 A JP 5715797A JP H10243675 A JPH10243675 A JP H10243675A
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power failure
motor
circuit
voltage
regenerative
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JP9057157A
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Shinichi Kono
新一 河野
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Fanuc Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 停電時における停止時間を短くすることがで
きるモータ停止回路を提供し、また、停電時における過
電圧や過電流の発生を防止することができるモータ停止
回路を提供する。 【解決手段】 電源回生制御を行うモータにおいて、モ
ータの回生エネルギーを消費する回生放電回路30と、
電源の停電を検出し、その停電検出に基づいて減速制御
指令および回生放電指令を出力する停電検出回路20と
を備えた構成とし、減速制御手段に基づいて停止動作を
行い、回生放電回路は回生放電指令に基づいて回生放電
を行うものであり、停電検出回路がこの電源の電圧低下
から停電を検出すると、減速制御指令と回生放電指令を
出力する。減速制御指令によってモータを減速制御して
停止動作を行って停止時間を短縮し、回生放電指令によ
ってモータの余剰エネルギーを回生して消費して過電圧
あるいは過電流の発生を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の主軸や
送り軸の停電時の停止方法に関し、特に停電時のモータ
停電回路に関する。
【0002】
【従来の技術】通常、工作機械の主軸には誘導電動機等
の主軸モータが用いられ、送り軸には永久磁石式同期電
動機、誘導電流型三相同期電動機の等のサーボモータが
使用されている。この主軸モータやサーボモータの制御
は、一般にPWM(パルス幅変調)制御等によって各相
の巻線に流す電流の制御を行っている。
【0003】図11は従来のモータの駆動を説明するた
めの概略ブロック図である。図11は主軸モータ3aと
サーボモータ3bを駆動する場合を示しており、それぞ
れインバータ2aおよびインバータ2bによる、電圧の
スイッチング制御で駆動を行っている。なお、DC電圧
は三相の入力電源をコンバータ1で交流直流変換するこ
とにより得ることができる。
【0004】コンバータ1で整流されたDC電圧はイン
バータ2に供給され、制御回路4によってスイッチング
制御が行われる。この制御回路4には、CNC6からの
移動指令あるいは速度指令が与えられると共に、図示し
ないロータ位置検出器からロータ位置がフィードバック
され、これによってインバータ2の各スイッチング素子
のオンオフ制御を行い、モータのU,V,W相の巻線電
流の制御を行っている。
【0005】上記モータにおいて電源回生方式による制
御が知られている。この電源回生方式は、モータ側の運
動エネルギーを電源側に回生するものであり、これによ
って、モータの減速制御等を行っている。
【0006】また、非常時にモータに制動をかける場
合、モータを発電器として動作させ、発生した電力を負
荷に供給させて消費させることによって制動を行うダイ
ナミックブレーキが知られている。従来、このダイナミ
ックブレーキ回路5は、インバータ2を制御する制御回
路4とは独立した回路によって構成し、モータの動力線
を短絡させることによって、モータに流れる電流を抵抗
に流して熱変換を行っている。
【0007】図12はダイナミックブレーキ回路の一構
成例を示す図である。図12において、ダイナミックブ
レーキ回路5は各相はスイッチング素子52を介して放
電抵抗51で短絡するよう接続され、該スイッチング素
子52は外部の非常停止装置からの非常停止信号あるい
はアラーム装置からのアラーム信号によって制御され
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記した電源回生方式
のモータ制御では、以下の説明のように停電時において
停止時間が長くなりまた制動距離が長くなるという問題
点がある。また、停電時において過電圧や過電流が発生
するいう問題点がある。
【0009】電源回生方式のモータ制御において、電源
が停電すると、減速制御停止を行うことができず、ま
た、電源側に電力を回生することができないため回生制
御を行うことができない。そのため、主軸モータは大き
なイナーシャによって惰走(フリ−ラン)し、停止まで
に長時間を要することになる。通常、主軸モータを再始
動させるには、停止状態で始動のための初期条件を設定
する必要があるため、停電復帰後にモータを再起動させ
るには、モータが停止するまで待つ必要があり、再起動
までに長時間を要することになる。また、サーボモータ
では、ダイナミックブレーキによる制動を行うが、この
ダイナミックブレーキの制動力は小さいため、制動距離
は減速制御停止の場合よりも長くなる。そのため、テー
ブルの位置によっては、制動制動距離が長くなって、テ
ーブルとの干渉が発生する場合がある。
【0010】また、電源停電の場合には、減速停止を行
おうとしても、電源停電によって回生エネルギーを電源
側に返すことができないため、電源側が開放している場
合には過電圧となり、また電源側が短絡している場合に
は過電流となって、制御を行うことができない。
【0011】そこで、本発明は前記した従来のモータ制
御の持つ問題点を解決し、停電時における停止時間を短
くすることができるモータ停止回路を提供することを目
的とし、また、停電時における過電圧や過電流の発生を
防止することができるモータ停止回路を提供することを
目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明のモータ停止回路
は、停電検出回路によって電源の停電を検出する、この
停電検出によってモータを減速制御することによって、
停止時間の短縮化をはかり、また、停電検出によって、
モータの余剰エネルギーを回生放電で消費させることに
よって、停電時における過電圧や過電流の発生を防止す
ると共に、停止時間の短縮化をはかるものである。
【0013】本発明のモータ停止回路は、上記動作を行
うための第1の構成では、電源回生制御を行うモータに
おいて、電源の停電を検出し、その停電検出に基づいて
減速制御指令を出力する停電検出手段を備えた構成と
し、減速制御指令に基づいて停止動作を行うものであ
る。この構成によれば、電源が停電し、停電検出回路が
この電源の電圧低下から停電を検出すると、減速制御指
令を出力する。この減速制御指令は、モータのインバー
タ制御部に、直接あるいはモータが設置されたCNCを
介して送られ、モータを減速制御して停止する。減速制
御することによって、停止時間を短縮することができる
(請求項1に対応)。
【0014】本発明のモータ停止回路の第2の構成は、
電源回生制御を行うモータにおいて、モータの回生エネ
ルギーを消費する回生放電手段と、電源の停電を検出し
その停電検出に基づいて回生放電指令を出力する停電検
出手段とを備えた構成とし、回生放電手段は回生放電指
令に基づいて回生放電を行うものである。この構成によ
れば、電源が停電し、停電検出回路がこの電源の電圧低
下から停電を検出すると、回生放電指令を出力する。こ
の回生放電指令は、回生放電手段に送られ、モータの余
剰エネルギーを回生して消費し、過電圧あるいは過電流
の発生を防止する(請求項2に対応)。
【0015】また、本発明のモータ停止回路の第3の構
成は、第1の構成要素と第2の構成要素を組み合わせた
構成であり、電源回生制御を行うモータにおいて、モー
タの回生エネルギーを消費する回生放電手段と、電源の
停電を検出しその停電検出に基づいて減速制御指令およ
び回生放電指令を出力する停電検出手段とを備えた構成
とし、減速制御指令に基づいて停止動作を行い、回生放
電手段は回生放電指令に基づいて回生放電を行うもので
ある。この構成によれば、電源が停電し、停電検出回路
がこの電源の電圧低下から停電を検出すると、減速制御
指令と回生放電指令を出力する。減速制御指令は、モー
タのインバータ制御部に、直接あるいはモータが設置さ
れたCNCを介して送られ、モータを減速制御して停止
動作を行って停止時間を短縮し、回生放電指令は、回生
放電手段に送られ、モータの余剰エネルギーを回生して
消費して過電圧あるいは過電流の発生を防止する(請求
項3に対応)。
【0016】本発明の停電検出手段は、電源の入力電圧
あるいはDCリンク電圧と、停電を検出するための基準
電圧とを比較する比較手段を備えた構成とすることがで
き、電源の停電によって、電源の入力電圧あるいはDC
リンク電圧が低下し、基準電圧よりも低下した場合に
は、比較回路はこの電圧低下を検出して減速制御指令お
よび又は回生放電指令を出力する(請求項4,5に対
応)。
【0017】本発明の回生放電手段は、DCリンク電圧
と放電開始のための基準電圧とを比較する比較手段を備
えた構成とすることができ、電源の停電によってモータ
側の電圧が上昇し、放電開始するための基準電圧を越え
ると、比較回路はこの電圧上昇を検出して回生放電手段
が備える放電抵抗に電流を流して、余剰エネルギーの回
生を行う(請求項6に対応)。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照しながら詳細に説明する。本発明の実施の形態の構
成例について、図1,2,3の本発明のモータ停止回路
を説明するための概略ブロック線図、および図4,5,
6のフローチャートを用いて説明する。図1,4,5は
モータ停止回路の第1の構成例の構成図およびその動作
を説明するためのフローチャートである。なお、図4の
フローチャートは減速制御指令をインバータに直接入力
する場合であり、図5のフローチャートは減速制御指令
をCNCを介してインバータに入力する場合である。第
1の構成例は、入力電源の三相交流電圧をコンバータ1
でDC電圧に変換した後、インバータ2によるスイッチ
ング制御によってモータ3の駆動制御を行うもので、通
常行われるモータ駆動制御の構成である。また、コンバ
ータ1は電源回生機能を備えて、モータ3側の余剰エネ
ルギーを電源側に回生することができる。なお、このモ
ータ3は誘導電動機等による主軸モータ、あるいは同期
電動機等によるサーボモータとすることができる。
【0019】第1の構成例のモータ停止回路は、上記モ
ータの駆動制御の構成において、電源の停電を検出し、
その停電検出に基づいて減速制御指令を出力する停電検
出回路20を備え、この減速制御指令をインバータ2の
制御回路に与えることによって停止動作を行うものであ
る。停電検出回路20は、三相電源の相間電圧あるいは
コンバータ1の出力であるDC電圧を入力し、この電圧
と停電検出のための基準電圧と比較することによって電
源電圧の監視を行う(ステップS1,S11)。なお、
図1では、停電検出回路20に対して三相電源電圧およ
びDC電圧の両電圧が入力する構成を示しているが、い
ずれか一方を入力する構成とすることもできる。両電圧
を入力する構成の場合には、いずれかの電圧を選択して
監視を行う構成、または、両電圧で監視を行う構成とす
ることができる。
【0020】インバータによる減速制御は、停電検出回
路20からの減速制御指令をインバータ2に直接入力す
るか(ステップS2)、あるいはモータが設置されたC
NC(図示していない)を介して入力し(ステップS1
2)、これによって、モータを減速制御して停止させる
(ステップS3,13)。
【0021】図2,6はモータ停止回路の第2の構成例
の構成図およびその動作を説明するためのフローチャー
トである。1の構成例を説明するための構成図である。
図2に示す構成は前記第1の構成と同様に、入力電源の
三相交流電圧をコンバータ1でDC電圧に変換した後、
インバータ2によるスイッチング制御によってモータ3
の駆動制御を行うものであり、コンバータ1は電源回生
機能を備える。
【0022】第2の構成例のモータ停止回路は、上記モ
ータの駆動制御の構成において、電源の停電を検出し、
その停電検出に基づいて回生放電指令を出力する停電検
出回路20と、モータの余剰エネルギーを回生して放電
する回生放電回路30とを備え、この回生放電回路30
は回生放電指令に基づいて回生放電を行うものである。
【0023】停電検出回路20は、三相電源の相間電圧
あるいはコンバータ1の出力であるDC電圧を入力し、
この電圧と停電検出のための基準電圧と比較することに
よって電源電圧の監視を行う。なお、図1と同様に、図
2では停電検出回路20に対して三相電源電圧およびD
C電圧の両電圧が入力する構成を示しているが、いずれ
か一方を入力する構成とすることもでき、両電圧を入力
する構成の場合には、いずれかの電圧を選択して監視を
行う構成、または、両電圧で監視を行う構成とすること
ができる。
【0024】電源が停電すると、停電検出回路20はこ
の電源の電圧低下から停電を検出して(ステップS2
1)、回生放電指令を出力する(ステップS22)。こ
の回生放電指令は、回生放電回路30に送られる。回生
放電回路30は、回生放電指令を受けた状態で、DCリ
ンク電圧を監視し、放電開始レベルを越えた時点で(ス
テップS23)、インバータ2から電源側に流れる電流
を回生して放電抵抗等によって消費する(ステップS2
4)。これによって、電源停電によって生じる過電圧あ
るいは過電流の発生を防止することができる。
【0025】図3はモータ停止回路の第3の構成例であ
る。図3に示す構成も前記第1,2構成と同様に、入力
電源の三相交流電圧をコンバータ1でDC電圧に変換し
た後、インバータ2によるスイッチング制御によってモ
ータ3の駆動制御を行うものであり、コンバータ1は電
源回生機能を備える。
【0026】第3の構成例のモータ停止回路は、上記モ
ータの駆動制御の構成において、電源の停電を検出し、
その停電検出に基づいて回生放電指令を出力する停電検
出回路20と、モータの余剰エネルギーを回生して放電
する回生放電回路30とを備え、減速制御指令をインバ
ータ2の制御回路に与えることによって停止動作を行
い、回生放電回路30は回生放電指令に基づいて回生放
電を行うものであって、前記第1の構成と第2の構成と
を組み合わせたものである。
【0027】停電検出回路20は、三相電源の相間電圧
あるいはコンバータ1の出力であるDC電圧を入力し、
この電圧と停電検出のための基準電圧と比較することに
よって電源電圧の監視を行う。なお、図1、2と同様
に、図3では停電検出回路20に対して三相電源電圧お
よびDC電圧の両電圧が入力する構成を示しているが、
いずれか一方を入力する構成とすることもでき、両電圧
を入力する構成の場合には、いずれかの電圧を選択して
監視を行う構成、または、両電圧で監視を行う構成とす
ることができる。
【0028】電源が停電すると、停電検出回路20はこ
の電源の電圧低下から停電を検出して、インバータ2に
減速制御指令を与える。停電検出回路20からの減速制
御指令は、インバータ2に直接入力するか、あるいはモ
ータが設置されたCNC(図示していない)を介して入
力することができ、インバータ2はこの減速制御指令を
受けて、モータを減速制御し停止させる。また、停電検
出回路20は、停電を検出すると回生放電指令を回生放
電回路30に与える。回生放電回路30はこの回生放電
指令を受けると、インバータ2から電源側に流れる電流
を回生して放電抵抗等によって消費する。これによっ
て、電源停電によって生じる過電圧あるいは過電流の発
生を防止することができる。
【0029】次に、本発明のモータ停止回路の詳細な構
成について図7の概略ブロック図を用いて説明する。図
7において、主軸モータ3aとサーボモータ3bを駆動
する場合を示しており、それぞれインバータ2aおよび
インバータ2bによる、電圧のスイッチング制御で駆動
を行っている。なお、DC電圧は三相の入力電源を回生
機能付きのコンバータ1で交流直流変換することにより
得ることができる。
【0030】コンバータ1で整流されたDC電圧はイン
バータ2に供給され、制御回路4によってスイッチング
制御が行われる。主軸モータ2aを制御する制御回路4
aには、CNC6から移動指令が与えらると共に、図示
ないロータ位置検出器からロータ位置がフィードバック
され、これによってインバータ2aの各スイッチング素
子のオンオフ制御が行われ、モータ3aのU,V,W相
の巻線電流の制御が行われる。
【0031】また、サーボモータ3bを制御する制御回
路4bには、CNC6から速度指令が与えられると共
に、図示ないロータ位置検出器からロータ位置がフィー
ドバックされ、これによってインバータ2bの各スイッ
チング素子のオンオフ制御を行い、モータ3bのU,
V,W相の巻線電流の制御を行っている。
【0032】上記モータにおいて電源回生方式による制
御を行う場合には、ダイオードと並列接続したスイッチ
ング素子によって構成することができる回生機能付きコ
ンバータ1を用いることができる。この電源回生方式
は、モータ側の運動エネルギーを電源側に回生するもの
であり、これによって、モータの減速制御等を行ってい
る。
【0033】また、非常時にモータに制動をかける場
合、モータを発電器として動作させ、発生した電力を負
荷に供給させて消費させることによる制動を行うダイナ
ミックブレーキ回路5を設ける。このダイナミックブレ
ーキ回路5は、インバータ2を制御する制御回路4とは
独立した回路によって構成し、モータの動力線を短絡さ
せることによって、モータに流れる電流を抵抗に流して
熱変換させ、モータの余剰エネルギーを消費することが
できる。
【0034】停電検出回路20は、入力電源の相間電圧
を入力して停電を検出し、停電検出時に減速制御指令お
よび回生放電指令を出力する。減速制御指令は、制御回
路4a,4bに直接入力することも、CNC6を介して
入力することもできる。回生放電指令は、回生放電回路
30に入力される。回生放電回路30は、コンバータ1
の出力であるDCリンク電圧を入力して、内蔵した放電
抵抗等によって回生放電を行う。
【0035】CNC6および制御回路4a,4bは、整
流回路およびスイッチングレギュレータ7等で構成され
る電源回路によって電力供給が行われる。この電力供給
は、通常の動作では、入力電源側からの交流を整流回路
で整流したDC電圧を用い、停電時には、DCリンク電
圧を用いて行うことができる。
【0036】次に、図8、9,10を用いて停電検出回
路および回生放電回路の構成例について説明する。な
お、図8は入力電源の電圧を監視して停電検出を行う構
成例であり、図9はDCリンク電圧を監視して停電検出
を行う構成例である。
【0037】図8は停電検出回路の一構成例を示す回路
図である。図8において、停電検出回路20は三相の入
力電源を整流する整流回路21と基準電圧との比較を行
うための比較回路とを備える。整流回路21は、例えば
直並列接続したダイオードとノイズ除去用のコンデンサ
および分圧抵抗等によって構成することができる。ま
た、比較回路は、停電検出レベルの電圧を形成するため
の回路と、該停電検出レベルを一方の端子に入力し前記
整流回路21の出力を他方の端子に入力するコンパレー
タ22aとを備える。この構成によって、停電によって
入力電源の電圧が低下すると、コンパレータ22aはこ
の電圧低下を検出し、停電検出信号として出力する。な
お、停電検出レベルの電圧値は、電源の電圧変動等を考
慮して説明することができる。
【0038】また、図9は停電検出回路の他の一構成例
を示す回路図である。図9において、停電検出回路20
は、停電検出レベルの電圧を形成するための回路と、該
停電検出レベルを一方の端子に入力し、ノイズ除去用の
コンデンサおよび分圧抵抗を通してDCリンク電圧を他
方の端子に入力するコンパレータ22bとを備える。こ
の構成によって、停電によって入力電源の電圧が低下す
ると、コンパレータ22bはこの電圧低下を検出し、停
電検出信号として出力する。減速制御指令および回生放
電指令は、この停電検出信号に基づいて出力される。
【0039】なお、停電検出レベルの電圧値は、電源の
電圧変動等を考慮して説明することができる。
【0040】図10は回生放電回路の構成例を示す回路
図である。図10において、回生放電回路30は、DC
リンク電圧間を放電抵抗31およびスイッチング素子3
4で接続する閉回路を備え、停電検出回路20から回生
放電指令を受け、かつDCリンク電圧が放電開始レベル
以上となった時点で、前記閉回路が閉じて放電抵抗31
に放電電流を流すものである。
【0041】DCリンク電圧が放電開始レベルより上昇
したことを検出する回路は、放電開始レベルの電圧を形
成するための回路と、該放電開始レベルを一方の端子に
入力し、ノイズ除去用のコンデンサおよび分圧抵抗を通
してDCリンク電圧を他方の端子に入力するコンパレー
タ32とによって構成することができ、該コンパレータ
32の出力をスイッチング素子34の制御端子に接続
し、DCリンク電圧が放電開始レベル以上となったとき
の出力でスイッチング素子34を閉動作させる。また、
コンパレータ32とスイッチング素子34の制御端子の
接続点と、DCリンクの―電圧との間にはスイッチング
素子33が接続され、回生放電指令によって開閉制御が
行われる。スイッチング素子33は、回生放電指令が入
力されていないときには閉状態として、コンパレータ3
2の出力にかかわらず回生放電動作を起こさないように
制御し、他方回生放電指令が入力されているときには、
開状態として、コンパレータ32の出力によって回生放
電動作が可能なように制御する。
【0042】従って、図10の回生放電回路は、回生放
電指令が出力され、かつDCリンク電圧が放電開始レベ
ル以上に上昇したときに、DCリンク電圧からの電流を
放電抵抗に流して、回生放電動作を行わせることができ
る。
【0043】本発明の実施態様によれば、停電時におい
て主軸モータをすみやかに停止することができ、安全性
を向上させることができ、また、主軸モータの迅速な停
止動作によって主軸モータを備えた機械装置の復旧を早
めることができる。
【0044】本発明の実施態様によれば、テーブルの制
動距離を短縮することによって、衝突を防止することが
できる。また、本発明のモータ停止回路と機械的ブレー
キとの併用によって、より効果的にも制動距離を短縮す
ることができる。
【0045】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のモータ停
止回路によれば、停電時における停止時間を短くするこ
とができ、また、停電時における過電圧や過電流の発生
を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のモータ停止回路の第1の構成例の構成
図である。
【図2】本発明のモータ停止回路の第2の構成例の構成
図である。
【図3】本発明のモータ停止回路の第3の構成例の構成
図である。
【図4】本発明のモータ停止回路による減速制御の動作
を説明するためのフローチャートである。
【図5】本発明のモータ停止回路による減速制御の動作
を説明するためのフローチャートである。
【図6】本発明のモータ停止回路による回生放電の動作
を説明するためのフローチャートである。
【図7】本発明のモータ停止回路のより詳細な構成図で
ある。
【図8】本発明の停電検出回路の一構成例を示す回路図
である。
【図9】本発明の停電検出回路の他の一構成例を示す回
路図である。
【図10】本発明の回生放電回路の構成例を示す回路図
である。
【図11】従来のモータの駆動を説明するための概略ブ
ロック図である。
【図12】ダイナミックブレーキ回路の一構成例を示す
図である。
【符号の説明】
1 コンパレータ 2 インバータ 3 モータ 4 制御回路 5 ダイナミックブレーキ 6 CNC 7 スイッチングレギュレータ 20 停電検出回路 21 整流回路 22,32 コンパレータ 30 回生放電回路 31 放電抵抗 33,34 スイッチング素子

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電源回生制御を行うモータにおいて、電
    源の停電を検出し、該停電検出に基づいて減速制御指令
    を出力する停電検出手段を備え、前記減速制御指令に基
    づいて停止動作を行うことを特徴とするモータ停止回
    路。
  2. 【請求項2】 電源回生制御を行うモータにおいて、モ
    ータの回生エネルギーを消費する回生放電手段と、電源
    の停電を検出し、該停電検出に基づいて回生放電指令を
    出力する停電検出手段とを備え、前記回生放電手段は回
    生放電指令に基づいて回生放電を行うことを特徴とする
    モータ停止回路。
  3. 【請求項3】 電源回生制御を行うモータにおいて、モ
    ータの回生エネルギーを消費する回生放電手段と、電源
    の停電を検出し、該停電検出に基づいて減速制御指令お
    よび回生放電指令を出力する停電検出手段とを備え、前
    記減速制御指令に基づいて停止動作を行い、回生放電手
    段は回生放電指令に基づいて回生放電を行うことを特徴
    とするモータ停止回路。
  4. 【請求項4】 前記停電検出手段は、停電検出を行うた
    めの基準電圧と電源の入力電圧とを比較する比較手段を
    備えることを特徴とする請求項1,2,又は3記載のモ
    ータ停止回路。
  5. 【請求項5】 前記停電検出手段は、停電検出を行うた
    めの基準電圧とDCリンク電圧とを比較する比較手段を
    備えることを特徴とする請求項1,2,又は3記載のモ
    ータ停止回路。
  6. 【請求項6】 前記回生放電手段は、DCリンク電圧と
    放電開始のための基準電圧とを比較する比較手段を備え
    ることを特徴とする請求項1,2,3,4又は5記載の
    モータ停止回路。
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