JP2022053559A - Power conversion device - Google Patents
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- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
Abstract
Description
本発明は、電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device.
本技術分野の背景技術として、下記特許文献1が知られている。特許文献1には、直流電圧発生手段と、インバータ装置と、前記インバータ装置の負荷と、前記直流電圧発生手段、前記インバータ装置、前記負荷との間を電気接続するシールド線と、出力の一端が接地された電源とを備え、前記シールド線のシールド部は、前記インバータ装置以外の箇所では接地されて、前記電源より前記シールド部へ通電し前記シールド線の接続を診断する電気接続診断方法が開示されている。
The following
特許文献1の技術では、インバータ装置側ではシールド線がコンデンサを介して接地されている一方で、負荷側ではシールド線がコンデンサを介さずに直接接地されている。そのため、インバータ装置側でコンデンサに電荷が溜まると、インバータ装置と負荷の間を等電位に保てず、シールド線に電圧が印加された状態となる場合がある。この場合、シールド線が断線している状態で人が触れると感電の危険性がある。
In the technique of
本発明は、上記課題を解決するため、インバータと負荷の間に接続される交流配線の接続状態を安全に診断することを目的とする。 An object of the present invention is to safely diagnose the connection state of the AC wiring connected between the inverter and the load in order to solve the above problems.
本発明による電力変換装置は、高電圧電源から供給される直流電力を交流電力に変換し、心線がシールド線で囲われて形成された交流配線を介して前記交流電力を負荷に出力するものであって、前記シールド線の一端側は、前記負荷のフレームグランドと電気的に接続されており、前記電力変換装置は、前記シールド線の他端側と診断用電源との間の導通状態を切り替える第1スイッチング素子と、前記シールド線の他端側と前記電力変換装置のフレームグランドとの間の導通状態を切り替える第2スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子により前記シールド線の他端側と前記診断用電源との間が導通され、かつ、前記第2スイッチング素子により前記シールド線の他端側と前記電力変換装置のフレームグランドとの間が遮断されているときの前記シールド線の通電状態に基づいて、前記交流配線の状態を診断する制御回路と、を備える。 The power conversion device according to the present invention converts DC power supplied from a high-voltage power supply into AC power, and outputs the AC power to a load via an AC wiring formed by surrounding a core wire with a shielded wire. One end side of the shielded wire is electrically connected to the frame ground of the load, and the power conversion device keeps the conduction state between the other end side of the shielded wire and the diagnostic power supply. The first switching element to be switched, the second switching element for switching the conduction state between the other end side of the shielded wire and the frame ground of the power conversion device, and the other end side of the shielded wire by the first switching element. The energized state of the shielded wire when the current is conducted between the diagnostic power supply and the other end side of the shielded wire and the frame ground of the power conversion device are cut off by the second switching element. A control circuit for diagnosing the state of the AC wiring based on the above.
本発明によれば、インバータと負荷の間に接続される交流配線の接続状態を安全に診断することができる。 According to the present invention, it is possible to safely diagnose the connection state of the AC wiring connected between the inverter and the load.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係るモータ駆動システムの構成図である。図1に示すモータ駆動システムは、例えば自動車等の車両に搭載されて使用されるものであり、インバータ1とモータ2が交流配線3を介して接続されることにより構成されている。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram of a motor drive system according to the first embodiment of the present invention. The motor drive system shown in FIG. 1 is mounted on a vehicle such as an automobile and used, and is configured by connecting an
インバータ1は、本発明の一実施形態に係る電力変換装置に相当し、電源回路11、電力変換制御回路12、診断制御回路13、平滑コンデンサ14、電力変換用スイッチング素子15U,15V,15W,16U,16Vおよび16W、診断用スイッチング素子17U,17Vおよび17W、接地用スイッチング素子18U,18Vおよび18W、電流検出器19U,19Vおよび19Wを有している。
The
電源回路11は、低電圧バッテリ4と接続されており、低電圧バッテリ4から供給される直流電力を用いて、インバータ1において使用される複数種類の電源を生成する。この電源回路11により生成される電源には、電力変換制御回路12や診断制御回路13の動作電源とともに、診断用スイッチング素子17U~17Wを介して交流配線3と接続される診断用電源10が含まれる。この診断用電源10は、診断制御回路13が交流配線3の診断を行う際に利用される電源であり、診断用スイッチング素子17U~17Wの切り替え動作に応じて交流配線3との接続状態が切り替えられる。なお、短絡保護のため、電源回路11に電流制限機能を持たせるとともに、いずれかの電源が短絡したときには所定の安全動作を電源回路11に実行させることが好ましい。
The
電力変換制御回路12は、電源回路11からの電源供給を受けて動作し、電力変換用スイッチング素子15U~16Wのスイッチング状態をそれぞれ制御して直流電力から交流電力への電力変換を行うための駆動信号を生成する。電力変換制御回路12は、例えば不図示の上位コントローラから入力されるトルク要求値に基づくPWM制御により、電力変換用スイッチング素子15U~16Wをそれぞれオンおよびオフさせるタイミングを決定し、そのタイミングに従って駆動信号を生成する。電力変換制御回路12により生成された駆動信号は、電力変換用スイッチング素子15U~16Wにそれぞれ出力される。
The power
診断制御回路13は、電源回路11からの電源供給を受けて動作し、診断用スイッチング素子17U~17Wおよび接地用スイッチング素子18U~18Wの切り替え状態をそれぞれ制御するための切替信号を生成するとともに、交流配線3の状態を診断する。診断制御回路13により生成された切替信号は、診断用スイッチング素子17U~17Wおよび接地用スイッチング素子18U~18Wにそれぞれ出力される。診断制御回路13は、例えば所定のプログラムを実行するマイクロコンピュータや、FPGA等を用いて構成される。なお、診断制御回路13による切替信号の生成方法および交流配線3の診断方法については、後で詳細に説明する。
The
電力変換用スイッチング素子15U~16Wは、電力変換制御回路12から入力される駆動信号に応じてスイッチング動作を行うことにより、高電圧バッテリ5から供給される直流電力を三相交流電力に変換し、交流配線3を介して負荷であるモータ2に出力する。電力変換用スイッチング素子15Uおよび16Uは三相交流電力のU相に、電力変換用スイッチング素子15Vおよび16Vは三相交流電力のV相に、電力変換用スイッチング素子15Wおよび16Wは三相交流電力のW相に、それぞれ対応している。なお、電力変換用スイッチング素子15U~16Wには、例えばIGBTやMOSFETを用いることができる。
The power
高電圧バッテリ5は、コンタクタ6を介して電力変換用スイッチング素子15U~16Wと接続されている。不図示の上位コントローラによってコンタクタ6がオンされることで、高電圧バッテリ5からの直流電力の供給が開始される。高電圧バッテリ5には電力変換用スイッチング素子15U~16Wと並列に平滑コンデンサ14が接続されており、この平滑コンデンサ14によって高電圧バッテリ5からの直流電力が平滑化される。
The
交流配線3は、U相、V相、W相にそれぞれ対応するケーブル31U,31V,31Wによって構成される。U相のケーブル31Uは、電力変換用スイッチング素子15Uおよび16Uと接続されており、これらのスイッチング動作によって直流電力から変換されて生成されたU相交流電力をインバータ1からモータ2に伝達する。V相のケーブル31Vは、電力変換用スイッチング素子15Vおよび16Vと接続されており、これらのスイッチング動作によって直流電力から変換されて生成されたV相交流電力をインバータ1からモータ2に伝達する。W相のケーブル31Wは、電力変換用スイッチング素子15Wおよび16Wと接続されており、これらのスイッチング動作によって直流電力から変換されて生成されたW相交流電力をインバータ1からモータ2に伝達する。
The
ケーブル31Uは、電力変換用スイッチング素子15U,16Uとモータ2が有する不図示のU相巻線との間に接続されている心線32Uと、心線32Uを囲むシールド線33Uとを有する。シールド線33Uの一端側、すなわちモータ2側は、モータ2のフレームグランド8と電気的に接続されている。シールド線33Uの他端側、すなわちインバータ1側は、診断用スイッチング素子17Uおよび電流検出器19Uを介して診断用電源10に接続されるとともに、接地用スイッチング素子18Uを介してインバータ1のフレームグランド7と電気的に接続されている。
The
ケーブル31Vは、電力変換用スイッチング素子15V,16Vとモータ2が有する不図示のV相巻線との間に接続されている心線32Vと、心線32Vを囲むシールド線33Vとを有する。シールド線33Vの一端側、すなわちモータ2側は、モータ2のフレームグランド8と電気的に接続されている。シールド線33Vの他端側、すなわちインバータ1側は、診断用スイッチング素子17Vおよび電流検出器19Vを介して診断用電源10に接続されるとともに、接地用スイッチング素子18Vを介してインバータ1のフレームグランド7と電気的に接続されている。
The
ケーブル31Wは、電力変換用スイッチング素子15W,16Wとモータ2が有する不図示のW相巻線との間に接続されている心線32Wと、心線32Wを囲むシールド線33Wとを有する。シールド線33Wの一端側、すなわちモータ2側は、モータ2のフレームグランド8と電気的に接続されている。シールド線33Wの他端側、すなわちインバータ1側は、診断用スイッチング素子17Wおよび電流検出器19Wを介して診断用電源10に接続されるとともに、接地用スイッチング素子18Wを介してインバータ1のフレームグランド7と電気的に接続されている。
The
なお、インバータ1のフレームグランド7と、モータ2のフレームグランド8とは、互いに電気的に接続されていることが好ましい。例えば、図1のモータ駆動システムが車両に搭載されて使用される場合、車両のボディにこれらを接続することで、これらを互いに電気的に接続することができる。これにより、シールド線33U~33Wの一端側をモータ2のフレームグランド8に接続し、他端側をインバータ1のフレームグランド7に接続したときに、シールド線33U~33Wにおいて電位差が生じるのを防止できる。
It is preferable that the frame ground 7 of the
診断用スイッチング素子17U、接地用スイッチング素子18Uおよび電流検出器19Uは、シールド線33Uに対応してそれぞれ設けられている。診断用スイッチング素子17Uは、診断制御回路13から入力される切替信号に応じてシールド線33Uの他端側と診断用電源10との間の導通状態を切り替える。接地用スイッチング素子18Uは、診断制御回路13から入力される切替信号に応じてシールド線33Uの他端側とインバータ1のフレームグランド7との間の導通状態を切り替える。電流検出器19Uは、シールド線33Uと診断用電源10が導通状態のときに診断用スイッチング素子17Uを介してシールド線33Uに流れる電流を検出し、検出結果を診断制御回路13に出力する。診断制御回路13は、この電流検出器19Uによる電流検出結果に基づいて、U相のケーブル31Uの状態を診断する。
The
診断用スイッチング素子17V、接地用スイッチング素子18Vおよび電流検出器19Vは、シールド線33Vに対応してそれぞれ設けられている。診断用スイッチング素子17Vは、診断制御回路13から入力される切替信号に応じてシールド線33Vの他端側と診断用電源10との間の導通状態を切り替える。接地用スイッチング素子18Vは、診断制御回路13から入力される切替信号に応じてシールド線33Vの他端側とインバータ1のフレームグランド7との間の導通状態を切り替える。電流検出器19Vは、シールド線33Vと診断用電源10が導通状態のときに診断用スイッチング素子17Vを介してシールド線33Vに流れる電流を検出し、検出結果を診断制御回路13に出力する。診断制御回路13は、この電流検出器19Vによる電流検出結果に基づいて、V相のケーブル31Vの状態を診断する。
The
診断用スイッチング素子17W、接地用スイッチング素子18Wおよび電流検出器19Wは、シールド線33Wに対応してそれぞれ設けられている。診断用スイッチング素子17Wは、診断制御回路13から入力される切替信号に応じてシールド線33Wの他端側と診断用電源10との間の導通状態を切り替える。接地用スイッチング素子18Wは、診断制御回路13から入力される切替信号に応じてシールド線33Wの他端側とインバータ1のフレームグランド7との間の導通状態を切り替える。電流検出器19Wは、シールド線33Wと診断用電源10が導通状態のときに診断用スイッチング素子17Wを介してシールド線33Wに流れる電流を検出し、検出結果を診断制御回路13に出力する。診断制御回路13は、この電流検出器19Wによる電流検出結果に基づいて、W相のケーブル31Wの状態を診断する。
The
モータ2は、インバータ1から交流配線3を介して伝達される交流電力を受けて不図示の回転子を回転駆動させることにより、インバータ1の負荷として作用する。モータ2の回転駆動は、例えば車両を走行駆動させるための駆動力として利用される。
The
インバータ1とモータ2の間には、電流センサ9U、9V,9Wが配置される。電流センサ9Uは、ケーブル31Uに流れるU相交流電流を検出し、検出結果を電力変換制御回路12に出力する。電流センサ9Vは、ケーブル31Vに流れるV相交流電流を検出し、検出結果を電力変換制御回路12に出力する。電流センサ9Wは、ケーブル31Wに流れるW相交流電流を検出し、検出結果を電力変換制御回路12に出力する。電力変換制御回路12では、これらの検出結果を用いて、電力変換用スイッチング素子15U~16Wに出力する駆動信号の生成を行う。
次に、診断制御回路13による切替信号の生成方法および交流配線3の診断方法について、図2および図3を参照して説明する。図2および図3は、交流配線3の診断に係る各信号のタイミングチャートの一例を示す図である。図2では交流配線3が正常状態である場合の例を示し、図3では交流配線3が異常状態である場合の例を示している。
Next, a method of generating a switching signal by the
図2および図3において、(a)は車両のイグニッション信号を示し、(b)はコンタクタ6のオン/オフ状態を示し、(c)は高電圧バッテリ5からインバータ1に供給される直流電力の電圧を示している。(d)はインバータ1においてシールド線33U~33Wがそれぞれ接続されている上側スイッチ、すなわち診断用スイッチング素子17U~17Wのオン/オフ状態を示し、(e)はインバータ1においてシールド線33U~33Wがそれぞれ接続されている下側スイッチ、すなわち接地用スイッチング素子18U~18Wのオン/オフ状態を示している。(f)はシールド線33U~33Wにそれぞれ流れるシールド電流を示し、(g)は診断制御回路13から交流配線3の診断結果として出力されるステータス信号を示している。
In FIGS. 2 and 3, (a) shows the ignition signal of the vehicle, (b) shows the on / off state of the contactor 6, and (c) shows the DC power supplied from the
交流配線3が正常状態である場合、図2において(a)に示すように時刻t1でイグニッション信号がオフからオンに変化すると、これに応じてインバータ1の電源が投入され、電源回路11によって診断用電源10の生成が開始される。このとき、(d)に示すように診断用スイッチング素子17U~17Wはオフ状態であり、シールド線33U~33Wと診断用電源10との間は遮断されている。一方、(e)に示すように接地用スイッチング素子18U~18Wはオン状態であり、シールド線33U~33Wとインバータ1のフレームグランド7との間は導通されている。
When the
時刻t1で診断用電源10の生成が開始されると、時刻t2において診断制御回路13は、(e)に示すように接地用スイッチング素子18U~18Wをオンからオフに切り替えることで、シールド線33U~33Wとインバータ1のフレームグランド7との間を遮断する。その後、さらに(d)に示すように、診断用スイッチング素子17U~17Wをオフからオンに切り替えることで、シールド線33U~33Wと診断用電源10との間を導通する。このとき診断制御回路13は、接地用スイッチング素子18U~18Wをオフにしてから診断用スイッチング素子17U~17Wをオンにするまでの間に、これらをともにオフ状態とする所定のデッドタイム期間tdを設けて、診断用スイッチング素子17U~17Wおよび接地用スイッチング素子18U~18Wに対する切替信号を生成して出力する。
When the generation of the
上記のようにして診断用スイッチング素子17U~17Wおよび接地用スイッチング素子18U~18Wの切り替え制御を行うとともに、診断制御回路13は、電流検出器19U~19Wを用いて、シールド線33U~33Wにそれぞれ流れるシールド電流を検出する。このとき、交流配線3が正常状態であり、インバータ1およびモータ2においてシールド線33U~33Wが正常に接続されている場合は、診断用電源10からシールド線33U~33Wを介してモータ2のフレームグランド8に電流が流れるため、図2(f)に示すようなシールド電流が検出される。
As described above, switching control of the
診断制御回路13は、診断用スイッチング素子17U~17Wがオンであるタイミングに対応して、(f)に示すように所定の診断判定期間tjを設定する。そして、この診断判定期間tjにおいて検出されたシールド電流を所定の判定閾値thと比較することで、交流配線3の診断を行う。図2の場合、診断判定期間tjにおけるシールド電流が判定閾値th以上であるため、診断制御回路13は交流配線3が正常であると診断する。この場合、診断制御回路13は、図2(g)に示すようにステータス信号をLレベルのままで変化させずに、不図示の上位コントローラに出力する。
The
また診断制御回路13は、診断用スイッチング素子17U~17Wをオンにしてから所定のオン期間tnを経過すると、(d)に示すように、診断用スイッチング素子17U~17Wをオンからオフに切り替えることで、シールド線33U~33Wと診断用電源10との間を再び遮断する。その後、所定のデッドタイム期間tdを経過した時刻t3において、(e)に示すように接地用スイッチング素子18U~18Wをオフからオンに切り替えることで、シールド線33U~33Wとインバータ1のフレームグランド7との間を再び導通する。
Further, the
診断制御回路13から上記のステータス信号を受けると、上位コントローラは交流配線3の診断結果が正常であると判断し、図2(b)に示すように時刻t4においてコンタクタ6をオフからオンに切り替える。これにより、(c)に示すように高電圧バッテリ5からインバータ1へ供給される直流電力の電圧が上昇し、インバータ1による直流電力から交流電力への電力変換動作が開始される。
Upon receiving the above status signal from the
一方、交流配線3が異常状態である場合、図3において(a)に示すように時刻t1でイグニッション信号がオフからオンに変化すると、これに応じてインバータ1の電源が投入され、電源回路11によって診断用電源10の生成が開始される。このときの診断用スイッチング素子17U~17Wおよび接地用スイッチング素子18U~18Wの切替状態は、図2と同様である。すなわち、(d)に示すように診断用スイッチング素子17U~17Wはオフ状態であり、シールド線33U~33Wと診断用電源10との間は遮断されている。一方、(e)に示すように接地用スイッチング素子18U~18Wはオン状態であり、シールド線33U~33Wとインバータ1のフレームグランド7との間は導通されている。
On the other hand, when the
時刻t1で診断用電源10の生成が開始されると、診断制御回路13は、診断用スイッチング素子17U~17Wおよび接地用スイッチング素子18U~18Wを、図2と同様のタイミングでそれぞれ切り替える。すなわち、時刻t2において接地用スイッチング素子18U~18Wをオンからオフに切り替え、所定のデッドタイム期間tdの経過後に、診断用スイッチング素子17U~17Wをオフからオンに切り替える。そして、電流検出器19U~19Wを用いて、シールド線33U~33Wにそれぞれ流れるシールド電流を検出する。また、診断用スイッチング素子17U~17Wをオンにしてから所定のオン期間tnを経過すると、診断用スイッチング素子17U~17Wをオンからオフに切り替えることで、シールド線33U~33Wと診断用電源10との間を再び遮断する。その後、所定のデッドタイム期間tdを経過した時刻t3において、接地用スイッチング素子18U~18Wをオフからオンに切り替えることで、シールド線33U~33Wとインバータ1のフレームグランド7との間を再び導通する。
When the generation of the
ここで、交流配線3においてシールド線33U~33Wのいずれか少なくとも一つがモータ2のフレームグランド8と電気的に接続されていない場合は、診断用スイッチング素子17U~17Wをオンにしても、診断用電源10から当該シールド線を介してモータ2のフレームグランド8に電流が流れない。そのため、図3(f)に示すように0のままで変化しないシールド電流が検出される。
Here, when at least one of the shielded
なお、シールド線33U~33Wがモータ2のフレームグランド8と電気的に接続されていない場合とは、例えば、U相、V相、W相の各ケーブル31U,31V,31Wに取り付けられたコネクタがインバータ1やモータ2から外れた場合や、インバータ1やモータ2にコネクタが固定されたままの状態で、各ケーブルのシールド線33U~33Wがコネクタから抜け出た場合などが該当する。また、各ケーブルが完全に断線した場合、すなわち心線32U~32Wおよびシールド線33U~33Wがともに破断した場合なども該当する。このような異常状態が交流配線3において生じていると、診断用スイッチング素子17U~17Wによってシールド線33U~33Wと診断用電源10との間を導通させても、図3(f)に示すようにシールド電流は流れない。
When the shielded
診断制御回路13は、図2において説明したのと同様に、予め設定された所定の診断判定期間tjにおいて検出されたシールド電流を所定の判定閾値thと比較することで、交流配線3の診断を行う。図3の場合、(f)に示すように診断判定期間tjにおけるシールド電流が判定閾値th未満であるため、診断制御回路13は交流配線3が異常であると診断する。この場合、診断制御回路13は、(g)に示すようにステータス信号をLレベルからHレベルに変化させ、不図示の上位コントローラに出力する。
The
診断制御回路13から上記のステータス信号を受けると、上位コントローラは交流配線3の診断結果が異常であると判断し、図3(b)に示すようにコンタクタ6をオフのままとする。これにより、(c)に示すように高電圧バッテリ5からインバータ1への直流電力の供給を事前に防止して、インバータ1やモータ2を高電圧が印加されていない安全な状態に保つことができる。
Upon receiving the above status signal from the
また、診断制御回路13による交流配線3の診断の終了後には、診断用スイッチング素子17U~17Wによってシールド線33U~33Wと診断用電源10との間が遮断されるとともに、接地用スイッチング素子18U~18Wによってシールド線33U~33Wがインバータ1のフレームグランド7と電気的に接続される。そのため、インバータ1のフレームグランド7やモータ2のフレームグランド8に対するシールド線33U~33Wの電圧を0にできるため、シールド線33U~33Wが断線している状態で人が触れたとしても、感電の危険性を回避することができる。
Further, after the diagnosis of the
なお、上記のように交流配線3の診断時には、診断用スイッチング素子17U~17Wをオンにすることで、診断用スイッチング素子17U~17Wを介してシールド線33U~33Wにシールド電流が流れる。したがって、過大なシールド電流が流れるのを防止するため、診断用スイッチング素子17U~17Wは、オン状態のときにある程度の抵抗値を有する必要がある。一方、交流配線3の診断時以外では、接地用スイッチング素子18U~18Wをオンにすることで、接地用スイッチング素子18U~18Wを介してシールド線33U~33Wがインバータ1のフレームグランド7と電気的に接続される。したがって、接地抵抗を小さくするため、接地用スイッチング素子18U~18Wは、オン状態でなるべく小さな抵抗値を有することが好ましく、少なくとも診断用スイッチング素子17U~17Wよりもオン状態での抵抗値が小さいことが好ましい。
As described above, when the
図4は、本発明の第1の実施形態に係る交流配線3の構造例を示す断面図である。本実施形態において、交流配線3を構成するケーブル31U、31V,31Wは、それぞれ図4に示すような構造を有している。すなわち、導体が絶縁層で覆われた中心部分が心線32U,32V,32Wに相当し、これをシールド線33U,33V,33Wに相当する電気シールド層が囲んでいる。電気シールド層の外側は、各ケーブルを保護および絶縁するためのシースで覆われている。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a structural example of the
以上説明した本発明の第1の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。 According to the first embodiment of the present invention described above, the following effects are exhibited.
(1)インバータ1は、高電圧バッテリ5から供給される直流電力を交流電力に変換し、心線32U~32Wがシールド線33U~33Wで囲われて形成された交流配線3を介して交流電力を負荷であるモータ2に出力する。シールド線33U~33Wの一端側は、モータ2のフレームグランド8と電気的に接続されている。インバータ1は、シールド線33U~33Wの他端側と診断用電源10との間の導通状態を切り替える診断用スイッチング素子17U~17Wと、シールド線33U~33Wの他端側とインバータ1のフレームグランド7との間の導通状態を切り替える接地用スイッチング素子18U~18Wと、診断制御回路13とを備える。診断制御回路13は、診断用スイッチング素子17U~17Wによりシールド線33U~33Wの他端側と診断用電源10との間が導通され、かつ、接地用スイッチング素子18U~18Wによりシールド線33U~33Wの他端側とインバータ1のフレームグランド7との間が遮断されているときのシールド線33U~33Wの通電状態に基づいて、交流配線3の状態を診断する。このようにしたので、交流配線3の診断時以外には、インバータ1のフレームグランド7やモータ2のフレームグランド8に対するシールド線33U~33Wの電圧を0にできるため、シールド線33U~33Wが断線している状態で人が触れたとしても、感電の危険性を回避することができる。したがって、インバータ1とモータ2の間に接続される交流配線3の接続状態を安全に診断することができる。
(1) The
(2)交流配線3は、U相、V相、W相の交流電力のそれぞれを伝達する複数の心線32U~32Wと、心線32U~32Wのそれぞれを囲む複数のシールド線33U~33Wとを有する。診断用スイッチング素子17U~17Wおよび接地用スイッチング素子18U~18Wは、シールド線33U~33W毎にそれぞれ設けられる。このようにしたので、交流配線3を構成するケーブル31U,31Vおよび31Wのそれぞれについて、接続状態を安全に診断することができる。
(2) The
(3)診断制御回路13は、診断用スイッチング素子17U~17Wおよび接地用スイッチング素子18U~18Wをともにオフ状態とするデッドタイム期間tdを設けて、診断用スイッチング素子17U~17Wおよび接地用スイッチング素子18U~18Wの切り替え制御を行う。このようにしたので、インバータ1において診断用電源10とフレームグランド7の間が短絡されるのを防止し、安全性を向上させることができる。
(3) The
(4)インバータ1は、診断用電源10を生成する電源回路11をさらに備える。診断制御回路13は、図2、図3で説明したように、電源回路11が診断用電源10の生成を開始してから高電圧バッテリ5が直流電力の供給を開始するまでの間、すなわち時刻t1から時刻t4までの間に、シールド線33U~33Wの他端側と診断用電源10との間が導通され(診断用スイッチング素子17U~17Wがオン)、かつ、シールド線33U~33Wの他端側とインバータ1のフレームグランド7との間が遮断される(接地用スイッチング素子18U~18Wがオフ)ように、診断用スイッチング素子17U~17Wおよび接地用スイッチング素子18U~18Wの切り替え制御を行って、交流配線3の診断を行う。このようにしたので、交流配線3の接続状態が異常である場合に、高電圧バッテリ5からインバータ1への直流電力の供給を事前に防止できる。そのため、インバータ1やモータ2を高電圧が印加されていない安全な状態に保つことができる。
(4) The
(5)また、診断制御回路13は、電源回路11が診断用電源10の生成を開始する時刻t1より前、および、高電圧バッテリ5が直流電力の供給を開始した時刻t4の後では、シールド線33U~33Wの他端側と診断用電源10との間が遮断され(診断用スイッチング素子17U~17Wがオフ)、かつ、シールド線33U~33Wの他端側とインバータ1のフレームグランド7との間が導通される(接地用スイッチング素子18U~18Wがオン)ように、診断用スイッチング素子17U~17Wおよび接地用スイッチング素子18U~18Wの切り替え制御を行う。このようにしたので、交流配線3の診断時以外には、インバータ1のフレームグランド7やモータ2のフレームグランド8に対するシールド線33U~33Wの電圧を確実に0として、感電の危険性を回避することができる。
(5) Further, the
(6)接地用スイッチング素子18U~18Wは、診断用スイッチング素子17U~17Wよりもオン状態での抵抗値が小さいことが好ましい。このようにすれば、交流配線3の診断時にシールド線33U~33Wにおいて過大なシールド電流が流れるのを防止するとともに、シールド線33U~33Wの接地抵抗を小さくすることができる。
(6) It is preferable that the
(第2の実施形態)
図5は、本発明の第2の実施形態に係るモータ駆動システムの構成図である。図5に示すモータ駆動システムは、第1の実施形態で説明した図1のモータ駆動システムと同様に、例えば自動車等の車両に搭載されて使用されるものであり、インバータ1Aとモータ2が交流配線3Aを介して接続されることにより構成されている。
(Second embodiment)
FIG. 5 is a block diagram of a motor drive system according to a second embodiment of the present invention. The motor drive system shown in FIG. 5 is mounted on, for example, a vehicle such as an automobile and used in the same manner as the motor drive system of FIG. 1 described in the first embodiment, and the inverter 1A and the
交流配線3Aは、第1の実施形態で説明した交流配線3と比較して、U相、V相、W相にそれぞれ対応する心線32U,32V,32Wが一つのケーブル31にまとめられており、このケーブル31に一つのシールド線33が設けられている点が異なっている。また、インバータ1Aは、第1の実施形態で説明したインバータ1と比較して、図1の診断用スイッチング素子17U~17W、接地用スイッチング素子18U~18Wおよび電流検出器19U~19Wに替えて、診断用スイッチング素子17、接地用スイッチング素子18および電流検出器19が一つのシールド線33に対してそれぞれ一つずつ設けられている点が異なっている。
In the
診断制御回路13は、第1の実施形態で説明したのと同様の手順により、診断用スイッチング素子17および接地用スイッチング素子18の切り替え制御を所定のタイミングで実施するとともに、電流検出器19を用いてシールド線33に流れるシールド電流を検出する。そして、検出したシールド電流を所定の判定閾値thと比較することで、交流配線3が正常であるか異常であるかを診断し、その診断結果を不図示の上位コントローラに出力する。これにより、第1の実施形態と同様に、インバータ1Aとモータ2の間に接続される交流配線3Aの接続状態を安全に診断することができる。
The
図6は、本発明の第2の実施形態に係る交流配線3Aの構造例を示す断面図である。本実施形態において、交流配線3Aを構成するケーブル31は、図6に示すような構造を有している。すなわち、導体が絶縁層で覆われてそれぞれ形成された三つの心線32U,32V,32Wを、シールド線33に相当する一つの電気シールド層がまとめて囲んでいる。この電気シールド層の外側は、ケーブル31を保護および絶縁するためのシースで覆われている。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a structural example of the
以上説明した本発明の第2の実施形態によれば、交流配線3は、U相、V相、W相の交流電力のそれぞれを伝達する複数の心線32U~32Wと、心線32U~32Wをまとめて囲む一つのシールド線33とを有する。診断用スイッチング素子17および接地用スイッチング素子18は、一つのシールド線33に対してそれぞれ設けられる。このようにしたので、診断用スイッチング素子や接地用スイッチング素子の個数を減らしつつ、交流配線3の接続状態を安全に診断することができる。
According to the second embodiment of the present invention described above, the
以上説明した各実施形態や各種変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。 The embodiments and various modifications described above are merely examples, and the present invention is not limited to these contents as long as the features of the invention are not impaired. Further, although various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these contents. Other aspects considered within the scope of the technical idea of the present invention are also included within the scope of the present invention.
1,1A:インバータ
2:モータ
3,3A:交流配線
4:低電圧バッテリ
5:高電圧バッテリ
6:コンタクタ
7:フレームグランド
8:フレームグランド
9U,9V,9W:電流センサ
10:診断用電源
11:電源回路
12:電力変換制御回路
13:診断制御回路
14:平滑コンデンサ
15U,15V,15W,16U,16V,16W:電力変換用スイッチング素子
17,17U,17V,17W:診断用スイッチング素子
18,18U,18V,18W:接地用スイッチング素子
19,19U,19V,19W:電流検出器
31,31U,31V,31W:ケーブル
32U,32V,32W:心線
33,33U,33V,33W:シールド線
1,1A: Inverter 2:
Claims (7)
前記シールド線の一端側は、前記負荷のフレームグランドと電気的に接続されており、
前記電力変換装置は、
前記シールド線の他端側と診断用電源との間の導通状態を切り替える第1スイッチング素子と、
前記シールド線の他端側と前記電力変換装置のフレームグランドとの間の導通状態を切り替える第2スイッチング素子と、
前記第1スイッチング素子により前記シールド線の他端側と前記診断用電源との間が導通され、かつ、前記第2スイッチング素子により前記シールド線の他端側と前記電力変換装置のフレームグランドとの間が遮断されているときの前記シールド線の通電状態に基づいて、前記交流配線の状態を診断する制御回路と、を備える電力変換装置。 A power conversion device that converts DC power supplied from a high-voltage power supply into AC power and outputs the AC power to a load via AC wiring formed by surrounding a core wire with a shielded wire.
One end side of the shielded wire is electrically connected to the frame ground of the load.
The power converter is
A first switching element that switches the conduction state between the other end of the shielded wire and the diagnostic power supply,
A second switching element that switches the conduction state between the other end of the shielded wire and the frame ground of the power conversion device, and
The other end side of the shielded wire and the diagnostic power supply are conducted by the first switching element, and the other end side of the shielded wire and the frame ground of the power conversion device are connected by the second switching element. A power conversion device comprising a control circuit for diagnosing the state of the AC wiring based on the energized state of the shielded wire when the space is cut off.
前記交流配線は、複数相の前記交流電力のそれぞれを伝達する複数の心線と、前記複数の心線のそれぞれを囲む複数のシールド線とを有し、
前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子は、前記複数のシールド配線毎にそれぞれ設けられる電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1.
The AC wiring has a plurality of core wires for transmitting each of the plurality of phases of the AC power, and a plurality of shielded wires surrounding each of the plurality of core wires.
The first switching element and the second switching element are power conversion devices provided for each of the plurality of shielded wirings.
前記交流配線は、複数相の前記交流電力のそれぞれを伝達する複数の心線と、前記複数の心線をまとめて囲む一つのシールド線とを有し、
前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子は、前記一つのシールド配線に対してそれぞれ設けられる電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1.
The AC wiring has a plurality of core wires for transmitting each of the plurality of phases of the AC power, and one shielded wire that collectively surrounds the plurality of core wires.
The first switching element and the second switching element are power conversion devices provided for the one shielded wiring, respectively.
前記制御回路は、前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子をともにオフ状態とするデッドタイム期間を設けて、前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子の切り替え制御を行う電力変換装置。 The power conversion device according to any one of claims 1 to 3.
The control circuit is a power conversion device that controls switching between the first switching element and the second switching element by providing a dead time period in which both the first switching element and the second switching element are turned off.
前記診断用電源を生成する電源回路をさらに備え、
前記制御回路は、前記電源回路が前記診断用電源の生成を開始してから前記高電圧電源が前記直流電力の供給を開始するまでの間に、前記シールド線の他端側と前記診断用電源との間が導通され、かつ、前記シールド線の他端側と前記電力変換装置のフレームグランドとの間が遮断されるように、前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子の切り替え制御を行って、前記交流配線の診断を行う電力変換装置。 The power conversion device according to any one of claims 1 to 3.
Further equipped with a power supply circuit for generating the diagnostic power supply,
The control circuit includes the other end of the shielded wire and the diagnostic power supply between the time when the power supply circuit starts generating the diagnostic power supply and the time when the high voltage power supply starts supplying the DC power. The switching control between the first switching element and the second switching element is performed so that the connection between the first switching element and the frame ground of the power conversion device is cut off from the other end side of the shielded wire. A power conversion device that diagnoses the AC wiring.
前記制御回路は、前記電源回路が前記診断用電源の生成を開始する前、および、前記高電圧電源が前記直流電力の供給を開始した後では、前記シールド線の他端側と前記診断用電源との間が遮断され、かつ、前記シールド線の他端側と前記電力変換装置のフレームグランドとの間が導通されるように、前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子の切り替え制御を行う電力変換装置。 The power conversion device according to claim 5.
The control circuit includes the other end of the shielded wire and the diagnostic power supply before the power supply circuit starts generating the diagnostic power supply and after the high voltage power supply starts supplying the DC power. The switching control between the first switching element and the second switching element is performed so that the space between the two is cut off and the other end side of the shielded wire and the frame ground of the power conversion device are conducted. Power converter.
前記第2スイッチング素子は、前記第1スイッチング素子よりもオン状態での抵抗値が小さい電力変換装置。 The power conversion device according to any one of claims 1 to 3.
The second switching element is a power conversion device having a smaller resistance value in the on state than the first switching element.
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