JP2017225236A

JP2017225236A - 電動機駆動装置

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Publication number: JP2017225236A
Application number: JP2016118446A
Authority: JP
Inventors: 平形　政樹; Masaki Hirakata; 政樹平形; 小高　章弘; Akihiro Odaka; 章弘小高
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2016-06-15
Filing date: 2016-06-15
Publication date: 2017-12-21
Anticipated expiration: 2036-06-15
Also published as: JP6697181B2

Abstract

【課題】インバータの故障検出時に、過電流保護機能によって巻線短絡制御による過電圧保護機能が毀損されるのを防止した電動機駆動装置を提供する。【解決手段】インバータＩＮＶの出力電流が過電流閾値を超えたことを出力過電流検出手段１６ｕ〜１６ｗにより検出して過電流保護を行う第１の保護手段と、インバータＩＮＶの故障時に全相の上アームまたは下アームのスイッチング素子をオンさせて電動機巻線を短絡し過電圧保護を行う第２の保護手段と、を有する電動機駆動装置において、故障検出時に電動機巻線を短絡させるためのアーム選択指令及び短絡制御指令を出力する短絡制御手段１５と、短絡制御の開始直後に、通常時閾値をこれより大きい短絡制御時閾値に変更する閾値変更手段１６１と、を備え、出力過電流検出手段１６ｕ〜１６ｗは、過電流検出閾値として通常時閾値または短絡制御時閾値を出力電流と比較する。【選択図】図１

Description

本発明は、電動機駆動用のインバータを過電圧及び過電流から保護するための技術に関するものである。

図６は、特許文献１に記載された電気機械用インバータの構成図であり、例えばハイブリッド車両に搭載されるインバータを示している。
図６において、１Ａは電動機を含む電気機械、２は電気機械１Ａを駆動する三相のインバータ、３は三相各相に対応して設けられた出力段ユニット、４は制御ユニット、５は給電ユニット、６は蓄電要素を備えたエネルギー供給網、７はメインスイッチ、８はバッテリー等のエネルギー蓄積器である。

図７は、一相分の出力段ユニット３の構成を示している。
図７において、３ａは相給電ユニット、３ｂはエネルギー供給網６に接続された緊急動作時給電部、３ｃは緊急動作時制御部、３ｄは相給電ユニット３ａの出力電圧を閾値Ａと比較する比較ユニット、３ｅは緊急動作時給電部３ｂの出力電圧を閾値Ｂと比較する比較ユニット、３ｆは出力段駆動制御部、３ｇは、制御ユニット４からの通常時制御信号と緊急時制御信号Ｃとの何れかを比較ユニット３ｅの出力により選択する切替スイッチ、３ｈは、切替スイッチ３ｇからの制御信号に従って駆動指令を生成する駆動部、３ｉは、駆動指令によりオン・オフして直流／交流変換を行う複数の半導体スイッチング素子からなる出力段であり、この出力段３ｉから図５の電気機械１Ａに交流電力が供給される。

この従来技術では、制御ユニット４や給電ユニット５等に故障が発生すると、比較ユニット３ｅの出力により切替スイッチ３ｇが緊急時制御信号Ｃ側に切り替わると共に、緊急動作時給電部３ｂから給電された駆動部３ｈが、全相の上アームまたは下アームのスイッチング素子をオンさせて電気機械１Ａ内の電動機巻線を短絡させるように各相の出力段３ｉを制御する。このため、電動機の誘起電圧によりエネルギー供給網６（蓄電要素）が過電圧になるのを防止してインバータ２を保護することができる。

ここで、図８は、前述した出力段３ｉを三相分備えたインバータの主回路構成図であり、例えば、永久磁石同期電動機１を駆動する駆動装置を示している。
図８において、Ｅは直流電源、Ｃは平滑コンデンサ、Ｒｙ_ｐ，Ｒｙ_ｎはリレー、Ｑ_ｕ，Ｑ_ｖ，Ｑ_ｗ，Ｑ_ｘ，Ｑ_ｙ，Ｑ_ｚはＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子、Ｆ_ｕ，Ｆ_ｖ，Ｆ_ｗ，Ｆ_ｘ，Ｆ_ｙ，Ｆ_ｚはスイッチング素子Ｑ_ｕ〜Ｑ_ｚのセンスエミッタに接続された異常検出回路である。

図８の回路では、異常検出回路Ｆ_ｕ〜Ｆ_ｚの何れかにより、制御回路や電源回路、スイッチング素子等の異常を検出すると、リレーＲｙ_ｐまたはＲｙ_ｎを開放して直流電源Ｅからの給電を停止する。そして、リレーＲｙ_ｐまたはＲｙ_ｎの開放を検出したら、全相の上アームのスイッチング素子Ｑ_ｕ，Ｑ_ｖ，Ｑ_ｗまたは下アームのスイッチング素子Ｑ_ｘ，Ｑ_ｙ，Ｑ_ｚをオンさせて電動機１の巻線を短絡させ、電動機１の誘起電圧により直流母線電圧（平滑コンデンサＣの電圧）が過大になるのを防止している。

特開２０１３−１８３５２２号公報（段落［００１９］〜［００２６］、図１等）

特許文献１に記載された電気機械用インバータや図８の回路では、インバータの故障発生に伴う電動機巻線の短絡制御時に、電動機の過渡時定数によって決まる一定期間にわたり、電動機の誘起電圧及び過渡リアクタンスに応じて大きな電流が流れる。
図９は、インバータの各相の出力電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗ及び平滑コンデンサＣの電圧の時間的な変化を示した波形図であり、ｔ_０は故障検出によりリレーを開放した時刻、ｔ_１は例えば全相の上アームのスイッチング素子Ｑ_ｕ，Ｑ_ｖ，Ｑ_ｗをオンさせて電動機巻線の短絡制御を開始した時刻である。
図９によれば、出力電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗは時刻ｔ_１以後の期間Δｔにわたって大きな値となり、その後、永久短絡電流として収束する。特に、破線で囲んだ部分Ｐから明らかなように、短絡制御の開始直後には出力電流が著しく大きくなる。

一方、この種のインバータは、通常、出力電流が過大になったことを検出して全てのスイッチング素子をオフ（いわゆる全ゲートオフ）させる過電流保護機能を備えている。このため、図９に示したごとく、時刻ｔ_１以後に出力電流が過大になって所定の過電流閾値を超えると、全ゲートオフ動作が実行されて短絡制御がキャンセルされることになり、結果として、インバータを過電圧から保護する機能が働かなくなるおそれがあった。

そこで、本発明の解決課題は、インバータに対する過電流保護機能と、インバータの故障時に電動機巻線を短絡して直流回路への過電圧印加を防止する過電圧保護機能とを備えた電動機駆動装置において、過電流閾値の大きさやその有効期間等を調整することにより、短絡制御による過電圧保護機能を毀損することがないようにした電動機駆動装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、インバータにより電動機を駆動する電動機駆動装置であって、
前記インバータの出力電流が過電流閾値を超えたことを出力過電流検出手段により検出して前記インバータの過電流保護動作を行う第１の保護手段と、前記インバータの故障時に全相の上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子をオンさせて前記電動機の巻線を短絡することにより前記インバータの過電圧保護動作を行う第２の保護手段と、を有する電動機駆動装置において、
前記インバータの故障検出時に、前記電動機の巻線を短絡させるためのアーム選択指令及び短絡制御指令を出力する短絡制御手段と、
前記短絡制御指令が出力された直後に、前記過電流閾値としての通常時閾値を当該過電流閾値より大きい短絡制御時閾値に変更する閾値変更手段と、を備え、
前記出力過電流検出手段は、
前記短絡制御指令の有無に応じて、前記短絡制御時閾値または前記通常時閾値を前記インバータの出力電流と比較するものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載した電動機駆動装置において、前記閾値変更手段は、前記短絡制御指令が出力された直後に、前記通常時閾値を一定期間にわたり前記短絡制御時閾値に変更し、前記一定期間の経過後に前記通常時閾値に復帰させるものである。

請求項３に係る発明は、インバータにより電動機を駆動する電動機駆動装置であって、
前記インバータの出力電流が過電流閾値を超えたことを出力過電流検出手段により検出して前記インバータの過電流保護動作を行う第１の保護手段と、前記インバータの故障時に全相の上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子をオンさせて前記電動機の巻線を短絡することにより前記インバータの過電圧保護動作を行う第２の保護手段と、を有する電動機駆動装置において、
前記インバータの故障検出時に、前記電動機の巻線を短絡させるためのアーム選択指令及び短絡制御指令を出力する短絡制御手段と、
前記短絡制御指令により前記第２の保護手段が動作している間に、前記第１の保護手段の動作を一定期間、無効にする手段と、
を備えたものである。

請求項４に係る発明は、請求項１または請求項２に記載した電動機駆動装置において、前記インバータの出力電流が前記短絡制御時閾値を超えた時に保護動作異常信号を出力する手段を備えたものである。

請求項５に係る発明は、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載した電動機駆動装置において、前記インバータの直流電圧が過電圧閾値を超えた時に保護動作異常信号を出力する手段を備えたものである。

請求項６に係る発明は、請求項１，請求項２または請求項４に記載した電動機駆動装置において、前記短絡制御時閾値を、少なくとも、前記第２の保護手段による短絡制御の開始時における前記電動機の端子電圧及び過渡リアクタンスに基づいて設定するものである。

請求項７に係る発明は、請求項２または請求項４に記載した電動機駆動装置において、前記閾値変更手段により変更される短絡制御時閾値の有効期間を、少なくとも前記電動機の短絡過渡時定数に基づいて設定するものである。

請求項８に係る発明は、請求項３に記載した電動機駆動装置において、前記第１の保護手段の動作を無効にする一定期間を、少なくとも前記電動機の短絡過渡時定数に基づいて設定するものである。

請求項９に係る発明は、請求項４または請求項５に記載した電動機駆動装置において、前記保護動作異常信号に基づいて、前記第２の保護手段によりオンさせる全相の半導体スイッチング素子が属するアームを切り替えるものである。

本発明によれば、インバータの故障時に電動機巻線を短絡制御する場合には過電流閾値の大きさを調整し、または過電流閾値をマスクすることにより、インバータのスイッチング素子の動作による短絡制御を有効にしてインバータの直流回路に過電圧が印加されるのを防止し、過電圧保護を確実に実行することができる。

本発明の実施形態を示す回路構成図である。本発明の実施例１におけるインバータの出力電流及び平滑コンデンサの電圧を示す波形図である。本発明の実施例２におけるインバータの出力電流及び平滑コンデンサの電圧を示す波形図である。本発明の実施例３におけるインバータの出力電流及び平滑コンデンサの電圧を示す波形図である。本発明の他の実施形態を示す回路構成図である。特許文献１に記載された電気機械用インバータの構成図である。図６における出力段ユニットの構成図である。特許文献１における出力段（三相分）を含むインバータの主回路構成図である。図８の主回路を対象とした短絡制御時の動作波形図である。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、本実施形態に係る駆動装置の構成図である。この駆動装置は、例えば、三相のインバータ（電圧形インバータ）ＩＮＶにより永久磁石同期電動機等の電動機１を駆動するためのものである。

インバータＩＮＶの主回路において、直流電源Ｅの両極間には、リレーＲｙ_ｐ，Ｒｙ_ｎを介して平滑コンデンサＣが接続されている。平滑コンデンサＣの両端には、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子Ｑ_ｕ，Ｑ_ｖ，Ｑ_ｗ，Ｑ_ｘ，Ｑ_ｙ，Ｑ_ｚが三相ブリッジ接続され、その交流出力端には電動機１が接続されている。なお、２_ｕ，２_ｖ，２_ｗはインバータＩＮＶの各相の出力電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗを検出する電流検出器である。

リレーＲｙ_ｐ，Ｒｙ_ｎの両端にはリレー状態検出器３_ｐ，３_ｎがそれぞれ接続され、リレーＲｙ_ｐ，Ｒｙ_ｎの開放時にリレー状態検出器３_ｐ，３_ｎからリレー開放信号Ｆ_ｐ，Ｆ_ｎが出力されるようになっている。ここで、リレーＲｙ_ｐ，Ｒｙ_ｎは、電源電圧の異常や制御装置の故障、スイッチング素子Ｑ_ｕ〜Ｑ_ｚの故障等が発生した場合に開放され、直流電源Ｅからの給電を停止する。

一方、スイッチング素子Ｑ_ｕ〜Ｑ_ｚの駆動信号（ゲート信号）を生成する制御装置は、電動機制御手段１１、ＰＷＭ（パルス幅変調）生成手段１２、駆動信号制御手段１３、故障検出手段１４、短絡制御手段１５、及び、各相に対応する出力過電流検出手段１６_ｕ，１６_ｖ，１６_ｗを備えている。
以下、上述した各手段の機能について説明する。

まず、電動機制御手段１１は、電動機１を所定の速度、トルクにて駆動するための制御指令を生成する。ＰＷＭ生成手段１２は、上記制御指令とキャリア信号とを用いてＰＷＭ信号を生成する。
駆動信号制御手段１３は、ＰＷＭ信号と後述する各指令とに基づいてスイッチング素子Ｑ_ｕ，Ｑ_ｖ，Ｑ_ｗ，Ｑ_ｘ，Ｑ_ｙ，Ｑ_ｚをオン・オフする駆動信号を生成し、出力する。

故障検出手段１４は、リレー開放信号Ｆ_ｐ，Ｆ_ｎに基づいてインバータＩＮＶに故障が発生したことを検出し、故障検出信号Ｆを短絡制御手段１５に出力する。
短絡制御手段１５は、故障検出信号Ｆに応じて、全相の上アームのスイッチング素子Ｑ_ｕ，Ｑ_ｖ，Ｑ_ｗを短絡させる上アーム選択指令Ｓ_ｐ、または、全相の下アームのスイッチング素子Ｑ_ｘ，Ｑ_ｙ，Ｑ_ｚを短絡させる下アーム選択指令Ｓ_ｎの何れかを駆動信号制御手段１３に送出する。同時に、短絡制御手段１５は、上記選択指令Ｓ_ｐまたはＳ_ｎにより短絡させるアームに応じて、上アームまたは下アームに対する短絡制御を開始する旨の短絡制御指令Ｓ_ｓを生成し、各相の出力過電流検出手段１６_ｕ，１６_ｖ，１６_ｗに送出する。

出力過電流検出手段１６_ｕ，１６_ｖ，１６_ｗの構成は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の何れも同一であるため、ここでは、Ｕ相の出力過電流検出手段１６_ｕについて説明する。
出力過電流検出手段１６_ｕは、短絡制御指令Ｓ_ｓが入力される閾値変更手段１６１と、その出力によって直流電圧、すなわち過電流閾値が変化する可変電源１６２と、可変電源１６２による正の過電流閾値の極性を反転させて負の過電流閾値を得る極性反転手段１６３と、可変電源１６２による正の過電流閾値が正入力端子に印加され、Ｕ相出力電流ｉ_ｕに相当する電圧が負入力端子に印加される第１の比較手段１６４と、極性反転手段１６３から出力される負の過電流閾値が負入力端子に印加され、Ｕ相出力電流ｉ_ｕに相当する電圧が正入力端子に印加される第２の比較手段１６５と、を備えている。そして、第１，第２の比較手段１６４，１６５の出力信号の論理和がＵ相遮断指令Ｓ_ｕｏｆｆとして駆動信号制御手段１３に送出される。

他のＶ相，Ｗ相の出力過電流検出手段１６_ｖ，１６_ｗにおいては、第１，第２の比較手段１６４，１６５への入力信号がＶ相，Ｗ相出力電流ｉ_ｖ，ｉ_ｗに相当する電圧にそれぞれ変わるだけであり、Ｕ相の出力過電流検出手段１６_ｕと構成、機能は同一である。これらのＶ相，Ｗ相の出力過電流検出手段１６_ｖ，１６_ｗによって生成されるＶ相遮断指令Ｓ_ｖｏｆｆ，Ｗ相遮断指令Ｓ_ｗｏｆｆも、駆動信号制御手段１３に送出される。
なお、Ｕ相遮断指令Ｓ_ｕｏｆｆ，Ｖ相遮断指令Ｓ_ｖｏｆｆ，Ｗ相遮断指令Ｓ_ｗｏｆｆは、例えば「Ｌｏｗ」レベルであるときに、対応する相の上アームまたは下アームのスイッチング素子をオフさせるものとする。

駆動信号制御手段１３は、インバータＩＮＶに故障が発生していない通常時には、ＰＷＭ生成手段１２からのＰＷＭ信号に従ってスイッチング素子Ｑ_ｕ〜Ｑ_ｚの駆動信号を生成する。そして、通常時においてインバータＩＮＶの出力電流が過電流閾値を超えた場合には、出力過電流検出手段１６_ｕ，１６_ｖ，１６_ｗから出力される遮断指令Ｓ_ｕｏｆｆ，Ｓ_ｖｏｆｆ，Ｓ_ｗｏｆｆに従って全相の上下アームのスイッチング素子Ｑ_ｕ〜Ｑ_ｚをオフさせ、インバータＩＮＶに故障が発生した場合には、上アーム選択指令Ｓ_ｐまたは下アーム選択指令Ｓ_ｎにより選択された一方のアームの全相のスイッチング素子をオンさせて電動機巻線の短絡制御を行うように動作する。

上記の構成において、主として出力過電流検出手段１６_ｕ，１６_ｖ，１６_ｗ、駆動信号制御手段１３は、請求項における第１の保護手段を構成し、故障検出手段１４、短絡制御手段１５、駆動信号制御手段１３は、同じく第２の保護手段を構成している。

次に、出力過電流検出手段１６_ｕ，１６_ｖ，１６_ｗの動作を、実施例１〜実施例３として図２〜図４を参照しつつ詳細に説明する。

図２は、実施例１におけるインバータＩＮＶの出力電流及び平滑コンデンサＣの電圧を示す波形図である。
前述したように、インバータＩＮＶの故障検出に伴い時刻ｔ_０でリレーを開放し、直後の時刻ｔ_１で、例えば上アーム選択指令Ｓ_ｐに基づき全相の上アームのスイッチング素子Ｑ_ｕ，Ｑ_ｖ，Ｑ_ｗをオンさせて電動機巻線の短絡制御を開始すると、図２の上段に示すようにインバータＩＮＶの出力電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗは過大になる。

この時、図１における出力過電流検出手段１６_ｕ，１６_ｖ，１６_ｗの閾値変更手段１６１には、短絡制御手段１５からの短絡制御指令Ｓ_ｓが入力されている。これにより、各相の閾値変更手段１６１は、可変電源１６２を操作して通常時の正側過電流閾値（正側の通常時閾値）ＴＨ_０ ^＋をそれよりも大きい正側過電流閾値（正側の短絡制御時閾値）ＴＨ_１ ^＋に変更すると共に、極性反転手段１６３を介して、通常時の負側過電流閾値（負側の通常時閾値）ＴＨ_０ ⁻をＴＨ_１ ^＋の極性反転信号である負側過電流閾値ＴＨ_１ ⁻（負側の短絡制御時閾値）に変更する。

ここで、正側，負側の短絡制御時閾値ＴＨ_１ ^＋，ＴＨ_１ ⁻の大きさを、図２に破線で囲んだ部分Ｐに示す短絡電流の最大値よりも大きい値に設定することにより、出力過電流検出手段１６_ｕ，１６_ｖ，１６_ｗの比較手段１６４，１６５の出力の論理和、言い換えれば各相の遮断指令Ｓ_ｕｏｆｆ，Ｓ_ｖｏｆｆ，Ｓ_ｗｏｆｆは「Ｈｉｇｈ」レベルとなる。
従って、スイッチング素子Ｑ_ｕ〜Ｑ_ｚが強制的にオフされることはなく、例えば全相の上アームのスイッチング素子Ｑ_ｕ，Ｑ_ｖ，Ｑ_ｗをオンさせた状態の短絡制御はそのまま維持されることになる。なお、図示するように、平滑コンデンサＣの電圧は時刻ｔ_０〜ｔ_１の期間に若干増加するが、時刻ｔ_１以後は徐々に低下していき、インバータＩＮＶの直流回路に設定される過電圧閾値を超える恐れはない。

なお、正側，負側の短絡制御時閾値ＴＨ_１ ^＋，ＴＨ_１ ⁻の大きさを決定するために考慮する短絡電流の最大値は、短絡直前の電動機１の速度（角速度）言い換えれば電動機１の端子電圧（誘起電圧）、過渡電流及び過渡時定数によって決まり、過渡電流及び過渡時定数は電動機１の初期過渡リアクタンスや過渡リアクタンス等によって決まることが知られている（例えば、加賀貞広，鈴木正材，「同期機」，ｐ．９９〜ｐ．１０５，東京電機大学出版局，昭和４２年１２月２０日，初版発行、あるいは、「電気機器工学II（電気学会大学講座）」，ｐ．５９〜ｐ．６３，社団法人電気学会，昭和５３年２月２０日，第２１版発行）。なお、短絡の種類（三相短絡、線間短絡、一相／中性点短絡）に応じて流れる短絡電流の大きさは異なるが、この実施例における短絡制御は三相短絡によるものと考えて良い。

従って、電動機１の短絡電流の最大値は、電動機１の速度検出値（速度推定値または速度指令値）、過渡リアクタンス等に基づいて算出可能であるから、閾値変更手段１６１は、これらに基づいて算出した短絡電流の最大値よりも大きい値を正側，負側の短絡制御時閾値ＴＨ_１ ^＋，ＴＨ_１ ⁻に設定すれば良い。
なお、短絡制御によりオンされるスイッチング素子には一時的に過大な短絡電流が流れることになるが、各スイッチング素子には上記短絡電流に対する過電流耐性を有するものを選定することは言うまでもない。

以上のように、この実施例１によれば、インバータＩＮＶの故障時に過電流保護のための通常時閾値を短絡制御時閾値に変更することによって短絡制御が支障なく行われるようにしているため、平滑コンデンサＣの電圧が上昇するのを防いで適切な過電圧保護を行うことができる。

次に、図３は、実施例２におけるインバータＩＮＶの出力電流及び平滑コンデンサＣの電圧を示す波形図である。
実施例２では、閾値変更手段１６１、可変電源１６２及び極性反転手段１６３の動作により、時刻ｔ_１以後は、実施例１と同様に正側，負側の通常時閾値ＴＨ_０ ^＋，ＴＨ_０ ⁻を正側，負側の短絡制御時閾値ＴＨ_１ ^＋，ＴＨ_１ ⁻にそれぞれ変更し、短絡電流が過大である期間Δｔ_ａの経過後に、通常時閾値ＴＨ_０ ^＋，ＴＨ_０ ⁻に復帰させる処理を行う。
上記の期間Δｔ_ａは、短絡電流が十分に減衰する時間とするために、例えば、電動機１の短絡時過渡時定数の３倍程度の時間とし、閾値変更手段１６１にタイマ機能を持たせて期間Δｔ_ａを設定すれば良い。

実施例２によれば、期間Δｔ_ａでは、実施例１と同様に短絡制御により平滑コンデンサＣの電圧上昇を抑制して過電圧保護を行い、また、期間Δｔ_ａの経過後は、通常時閾値ＴＨ_０ ^＋，ＴＨ_０ ⁻を用いた過電流保護を行うことができる。

更に、実施例１または実施例２において、インバータＩＮＶの出力電流が短絡制御時閾値ＴＨ_１ ^＋，ＴＨ_１ ⁻を超えるような場合には、通常の過電流保護動作では対応できないことを示す保護動作異常信号を出力させても良い。
このような事態が発生した時は、例えば一方のアームのスイッチング素子のオン・オフ制御が不能になっている可能性があり、その場合には、上記の保護動作異常信号を用いて、他方のアームの全相のスイッチング素子をオンさせることにより短絡制御を行っても良い。つまり、保護動作異常信号から一方のアームのスイッチング素子の故障を検出した時に、図１の短絡制御手段１５がアーム選択指令Ｓ_ｐまたはＳ_ｎを切り替え、他方のアームの全相のスイッチング素子をオンさせて短絡制御を行うことができる。

次いで、図４は、実施例３におけるインバータＩＮＶの出力電流及び平滑コンデンサＣの電圧を示す波形図である。
実施例３では、閾値変更手段１６１が、時刻ｔ_１以後も正側，負側の通常時閾値ＴＨ_０ ^＋，ＴＨ_０ ⁻を維持する（閾値変更機能を働かせずに閾値を固定する）一方で、出力過電流検出手段１６_ｕ，１６_ｖ，１６_ｗが、時刻ｔ_１から時刻ｔ_２までの期間Δｔ_ｂにわたって過電流検出機能（過電流保護機能）をマスクして無効とする。具体的には、期間Δｔ_ｂにわたり比較手段１６４，１６５の動作を停止するものである。

上記のマスク期間Δｔ_ｂは、少なくとも図４に破線で囲んだ部分Ｐを含み、過大な短絡電流が正側過電流閾値ＴＨ_０ ^＋または負側過電流閾値ＴＨ_０ ⁻を超える可能性のある期間である。このマスク期間Δｔ_ｂについても、電動機１の短絡時過渡時定数に基づいて設定することができ、実施例３における期間Δｔ_ａと等しくしても良い。

図４に示すように、上アーム選択指令Ｓ_ｐまたは下アーム選択指令Ｓ_ｎは、時刻ｔ_０以前はオフであり、時刻ｔ_１以後はオンとなる。また、各相の遮断指令Ｓ_ｕｏｆｆ，Ｓ_ｖｏｆｆ，Ｓ_ｗｏｆｆは、マスク期間Δｔ_ｂを含んでその前後にわたり、オフ（「Ｈｉｇｈ」レベル）となっている。
この実施例３によれば、過電流閾値を固定しておくことができるため、出力過電流検出手段１６_ｕ，１６_ｖ，１６_ｗの構成を簡略化することができる。

次に、図５は本発明の他の実施形態に係る駆動装置の構成図である。
この実施形態では、図１の構成に、インバータＩＮＶの直流回路の過電圧検出・保護機能が追加されている。
図５において、主回路の平滑コンデンサＣの両端には電圧検出器１７が接続されている。この電圧検出器１７による直流電圧検出値Ｖ_ｄｃは過電圧検出手段１８に入力され、その出力信号は短絡制御手段１５に入力されている。また、出力過電流検出手段１６_ｕ，１６_ｖ，１６_ｗから出力される全相の遮断指令Ｓ_ｕｏｆｆ，Ｓ_ｖｏｆｆ，Ｓ_ｗｏｆｆがＡＮＤゲート１９に入力され、その出力信号が短絡制御手段１５に入力されている。

ここで、過電圧検出手段１８は、直流電圧検出値Ｖ_ｄｃが図２〜図４に示す過電圧閾値を超えた時に過電圧検出信号を出力する機能を有し、請求項５における保護動作異常信号（過電圧に関する保護動作異常信号）を出力する手段に相当する。また、ＡＮＤゲート１９は、インバータＩＮＶの全ゲートオフを検出することにより、請求項４における保護動作異常信号（過電流に関する保護動作異常信号）を出力する手段に相当する。

この実施形態においては、インバータＩＮＶの故障検出時に短絡制御を行っても平滑コンデンサＣの電圧が低下しないような異常時に、短絡制御手段１５を介してアーム選択指令Ｓ_ｐまたはＳ_ｎを切り替えて短絡制御を再度行わせる動作が可能である。また、全ゲートオフ時には、ＡＮＤゲート１９の出力信号を用いて短絡制御を停止させる動作を行うことができる。

本発明は、車両用電動機や産業機械用電動機等をインバータにより駆動する駆動装置であって、インバータの過電流保護機能、及び、電動機の巻線短絡による過電圧保護機能を備えた各種の電動機駆動装置として利用することができる。

ＩＮＶ：インバータ
Ｅ：直流電源
Ｃ：平滑コンデンサ
Ｒｙ_ｐ，Ｒｙ_ｎ：リレー
Ｆ_ｐ，Ｆ_ｎ：リレー開放信号
Ｑ_ｕ，Ｑ_ｖ，Ｑ_ｗ，Ｑ_ｘ，Ｑ_ｙ，Ｑ_ｚ：半導体スイッチング素子
１：電動機
２_ｕ，２_ｖ，２_ｗ：電流検出器
３_ｐ，３_ｎ：リレー状態検出器
１１：電動機制御手段
１２：ＰＷＭ生成手段
１３：駆動信号制御手段
１４：故障検出手段
１５：短絡制御手段
１６_ｕ，１６_ｖ，１６_ｗ：出力過電流検出手段
１６１：閾値変更手段
１６２：可変電源
１６３：極性反転手段
１６４，１６５：比較手段
１７：電圧検出器
１８：過電圧検出手段
１９：ＡＮＤゲート

Claims

インバータにより電動機を駆動する電動機駆動装置であって、
前記インバータの出力電流が過電流閾値を超えたことを出力過電流検出手段により検出して前記インバータの過電流保護動作を行う第１の保護手段と、前記インバータの故障時に全相の上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子をオンさせて前記電動機の巻線を短絡することにより前記インバータの過電圧保護動作を行う第２の保護手段と、を有する電動機駆動装置において、
前記インバータの故障検出時に、前記電動機の巻線を短絡させるためのアーム選択指令及び短絡制御指令を出力する短絡制御手段と、
前記短絡制御指令が出力された直後に、前記過電流閾値としての通常時閾値を当該過電流閾値より大きい短絡制御時閾値に変更する閾値変更手段と、を備え、
前記出力過電流検出手段は、
前記短絡制御指令の有無に応じて、前記短絡制御時閾値または前記通常時閾値を前記インバータの出力電流と比較することを特徴とする電動機駆動装置。
請求項１に記載した電動機駆動装置において、
前記閾値変更手段は、前記短絡制御指令が出力された直後に、前記通常時閾値を一定期間にわたり前記短絡制御時閾値に変更し、前記一定期間の経過後に前記通常時閾値に復帰させることを特徴とする電動機駆動装置。
インバータにより電動機を駆動する電動機駆動装置であって、
前記インバータの出力電流が過電流閾値を超えたことを出力過電流検出手段により検出して前記インバータの過電流保護動作を行う第１の保護手段と、前記インバータの故障時に全相の上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子をオンさせて前記電動機の巻線を短絡することにより前記インバータの過電圧保護動作を行う第２の保護手段と、を有する電動機駆動装置において、
前記インバータの故障検出時に、前記電動機の巻線を短絡させるためのアーム選択指令及び短絡制御指令を出力する短絡制御手段と、
前記短絡制御指令により前記第２の保護手段が動作している間に、前記第１の保護手段の動作を一定期間、無効にする手段と、
を備えたことを特徴とする電動機駆動装置。
請求項１または請求項２に記載した電動機駆動装置において、
前記インバータの出力電流が前記短絡制御時閾値を超えた時に保護動作異常信号を出力する手段を備えたことを特徴とする電動機駆動装置。
請求項１〜請求項４の何れか１項に記載した電動機駆動装置において、
前記インバータの直流電圧が過電圧閾値を超えた時に保護動作異常信号を出力する手段を備えたことを特徴とする電動機駆動装置。
請求項１，請求項２または請求項４に記載した電動機駆動装置において、
前記短絡制御時閾値を、少なくとも、前記第２の保護手段による短絡制御の開始時における前記電動機の端子電圧及び過渡リアクタンスに基づいて設定することを特徴とする電動機駆動装置。
請求項２または請求項４に記載した電動機駆動装置において、
前記閾値変更手段により変更される短絡制御時閾値の有効期間を、少なくとも前記電動機の短絡過渡時定数に基づいて設定することを特徴とする電動機駆動装置。
請求項３に記載した電動機駆動装置において、
前記第１の保護手段の動作を無効にする一定期間を、少なくとも前記電動機の短絡過渡時定数に基づいて設定することを特徴とする電動機駆動装置。
請求項４または請求項５に記載した電動機駆動装置において、
前記保護動作異常信号に基づいて、前記第２の保護手段によりオンさせる全相の半導体スイッチング素子が属するアームを切り替えることを特徴とする電動機駆動装置。