JP2015128358A - 電力変換装置、及びモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、瞬間的な過大電圧から機器を保護する小型・低コストの過電圧保護手段を備えた、電力変換装置及びモータ駆動装置を提供することにある。【解決手段】モータ駆動装置１０では、制御部４０が過大電圧発生時に上下アームの両方のスイッチング素子をオフすることによって、過大電圧は直列接続された２つのスイッチング素子それぞれの両端に分圧され、１つのトランジスタにかかる過大電圧はどちらか一方が動作していた時の半分に低減されるので、スイッチング素子を破壊から保護することができる。また、制御部４０が上下アームの両方のスイッチング素子をオフした後、リレー回路２７を介してインバータ２５とモータ５１との間の接続を遮断するので、モータ５１から流れてくる電流によって上下アームいずれかのスイッチング素子がオンしてしまうことを防止し、或いは既にオンしていたときにはそのオンしている時間を短くすることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、電力変換装置、及びモータ駆動装置に関し、特にそれらの過電圧保護手段に関する。

交流電圧を整流して直流電圧を得る機器においては、直流電圧は交流電圧に応じて変動する。特に、電源電圧の変動が起こり易い地域で使用される機器は、電圧上昇時の対策如何によっては、機器の故障を招く虞がある。それゆえ、特許文献１（特開２００７−１６６８１５号公報）に開示されているような過電圧保護手段が設けられる。この過電圧保護手段は、入力変圧器を負荷時タップ切換器付き変圧器とし、インバータに閾値以上の電圧が所定時間を越えて入力されたときに、負荷時タップ切換器付き変圧器のタップを低圧側に切り換えている。

しかしながら、上記のような負荷時タップ切換器付き変圧器は大規模な電気設備向けとしては適しているが、家電製品などのインバータ制御されるモータの駆動装置などに適用することは容易ではない。

また、電源電圧が過大となるのに要する時間は極めて短く、上記のようなタップ切換は時間がかかり過ぎるので、そのようなモータ駆動装置を確実に保護することは困難である。さらに、半導体素子のような、過電圧に耐えうる時間が短いものについては、リレーによる遮断では保護ができない。かといって瞬間的な過大電圧のためだけに半導体素子などの耐圧を高くすることは高コスト化、大型化を招来する。

そこで、本発明の課題は、瞬間的な過大電圧から機器を保護する小型・低コストの過電圧保護手段を備えた、電力変換装置及びモータ駆動装置を提供することにある。

本発明の第１観点に係る電力変換装置は、上下アームが２つのスイッチング素子を直列に接続することによって構成され、それによって形成された接続点それぞれから対応する負荷へ電圧を出力する電力変換装置であって、電源供給部と、電圧検出部と、開閉器と、制御部とを備えている。電源供給部は、上下アームに直流電圧Ｖｄｃを供給する。電圧検出部は、上下アームに並列に接続されている。開閉器は、上記接続点と負荷との間を接続又は遮断する。制御部は、スイッチング素子をオンオフ動作させる。また、制御部は、電圧検出器の検出値が所定の閾値を超えたとき、上下アームの両方のスイッチング素子をオフにし、さらに開閉器を介して上記接続点と負荷との間を遮断する。

上下アームのいずれかのスイッチング素子が動作している間は、直流電圧Ｖｄｃは上下アームのオフしているスイッチング素子にかかるので、過大電圧になったときはオフしている１つのスイッチング素子にその過大電圧がかかり破壊される可能性が高い。

この電力変換装置では、過大電圧発生時に上下アームの両方のスイッチング素子をオフすることによって、過大電圧は直列接続された２つのスイッチング素子それぞれの両端に分圧され、１つのスイッチング素子にかかる過大電圧はどちらか一方が動作していた時の半分に低減されるので、スイッチング素子を破壊から保護することができる。

但し、負荷のインダクタンス成分がある場合は、そのインダクタンス成分が持つエネルギーによってスイッチング素子がオンする可能性が高い。

それゆえ、上下アームの両方のスイッチング素子をオフした後、負荷とそれに対応する上下アームとの接続を遮断することによって、スイッチング素子がオンすることを防止し、或いは既にオンしていたときにはスイッチング素子をオフさせることができる。

本発明の第２観点に係る電力変換装置は、第１観点に係る電力変換装置であって、負荷同士の間に接続されるエネルギー消費回路をさらに備えている。

この電力変換装置では、上下アームの両方のスイッチング素子をオフしたとき、各負荷とそれに対応する上下アームとの接続を遮断した後の負荷のインダクタンス成分が持つエネルギーは、エネルギー消費回路において短時間で消費される。

本発明の第３観点に係る電力変換装置は、第２観点に係る電力変換装置であって、第２開閉器をさらに備えている。第２開閉器は、負荷とエネルギー消費回路との間を接続又は遮断する。また、第２開閉器は、通常時は負荷とエネルギー消費回路との間を遮断している。さらに、第２開閉器は、電圧検出部による検出値が所定の閾値を超えたときに負荷とエネルギー消費回路との間を接続する。

この電力変換装置では、負荷とエネルギー消費回路との間は、通常時は遮断されており、過電圧が検出されたときだけ接続されるので、通常時のエネルギー消費回路での電力消費はなく、通常時の電力消費の増大は防止される。

本発明の第４観点に係るモータ駆動装置は、モータの複数の相それぞれに対応する複数の上下アームそれぞれが、２つのスイッチング素子を直列に接続することによって構成され、それによって形成された接続点それぞれから対応する相へ電圧を出力するモータ駆動装置であって、電源供給部と、電圧検出部と、開閉器と、制御部とを備えている。電源供給部は、上下アームに直流電圧Ｖｄｃを供給する。電圧検出部は、上下アームに並列に接続されている。開閉器は、上記接続点と相との間を接続又は遮断する。制御部は、スイッチング素子をオンオフ動作させる。また、制御部は、電圧検出部の検出値が所定の閾値を超えたとき、上下アームの両方のスイッチング素子をオフにし、さらに開閉器を介して上記接続点と相との間を遮断する。

上下アームのいずれかのスイッチング素子が動作している間は、直流電圧Ｖｄｃは上下アームのオフしているスイッチング素子にかかるので、過大電圧になったときはオフしている１つのスイッチング素子にその過大電圧がかかり破壊される可能性が高い。

このモータ駆動装置では、過大電圧発生時に上下アームの両方のスイッチング素子をオフすることによって、過大電圧は直列接続された２つのスイッチング素子それぞれの両端に分圧され、１つのスイッチング素子にかかる過大電圧はどちらか一方が動作していた時の半分に低減されるので、スイッチング素子を破壊から保護することができる。

但し、モータのインダクタンス成分が持つエネルギー及びモータの回転による誘起電圧によってスイッチング素子がオンする可能性が高い。

それゆえ、上下アームの両方のスイッチング素子をオフした後、モータの各相とそれに対応する上下アームとの接続を遮断することによって、スイッチング素子がオンすることを防止し、或いは既にオンしていたときにはスイッチング素子をオフさせることができる。

本発明の第５観点に係るモータ駆動装置は、第４観点に係るモータ駆動装置であって、相同士の間に接続されるエネルギー消費回路をさらに備えている。

このモータ駆動装置では、上下アームの両方のスイッチング素子をオフしたとき、モータの各相とそれに対応する上下アームとの接続を遮断した後のモータのインダクタンス成分が持つエネルギーは、エネルギー消費回路において短時間で消費される。

本発明の第６観点に係るモータ駆動装置は、第５観点に係るモータ駆動装置であって、第２開閉器をさらに備えている。第２開閉器は、相とエネルギー消費回路との間を接続又は遮断する。また、第２開閉器は、通常時は相とエネルギー消費回路との間を遮断する。さらに、第２開閉器は、電圧検出部による検出値が所定の閾値を超えたときに相とエネルギー消費回路との間を接続する。

この電力変換装置では、相とエネルギー消費回路との間は、通常時は遮断されており、過電圧が検出されたときだけ接続されるので、通常時のエネルギー消費回路での電力消費はなく、通常時の電力消費の増大は防止される。

本発明の第１観点に係る電力変換装置では、過大電圧発生時に上下アームの両方のスイッチング素子をオフすることによって、過大電圧は直列接続された２つのスイッチング素子それぞれの両端に分圧され、１つのスイッチング素子にかかる過大電圧はどちらか一方が動作していた時の半分に低減されるので、スイッチング素子を破壊から保護することができる。

また、上下アームの両方のスイッチング素子をオフした後、負荷とそれに対応する上下アームとの接続を遮断することによって、スイッチング素子がオンすることを防止し、或いは既にオンしていたときにはスイッチング素子をオフさせることができる。

本発明の第２観点に係る電力変換装置では、上下アームの両方のスイッチング素子をオフしたとき、各負荷とそれに対応する上下アームとの接続を遮断した後の負荷のインダクタンス成分が持つエネルギーは、エネルギー消費回路において短時間で消費される。

本発明の第３観点に係る電力変換装置では、負荷とエネルギー消費回路との間は、通常時は遮断されており、過電圧が検出されたときだけ接続されるので、通常時のエネルギー消費回路での電力消費はなく、通常時の電力消費の増大は防止される。

本発明の第４観点に係るモータ駆動装置では、過大電圧発生時に上下アームの両方のスイッチング素子をオフすることによって、過大電圧は直列接続された２つのスイッチング素子それぞれの両端に分圧され、１つのスイッチング素子にかかる過大電圧はどちらか一方が動作していた時の半分に低減されるので、スイッチング素子を破壊から保護することができる。

また、上下アームの両方のスイッチング素子をオフした後、モータの各相とそれに対応する上下アームとの接続を遮断することによって、スイッチング素子がオンすることを防止し、或いは既にオンしていたときにはスイッチング素子をオフさせることができる。

本発明の第５観点に係るモータ駆動装置では、上下アームの両方のスイッチング素子をオフしたとき、モータの各相とそれに対応する上下アームとの接続を遮断した後のモータのインダクタンス成分が持つエネルギーは、エネルギー消費回路において短時間で消費される。

本発明の第６観点に係るモータ駆動装置では、相とエネルギー消費回路との間は、通常時は遮断されており、過電圧が検出されたときだけ接続されるので、通常時のエネルギー消費回路での電力消費はなく、通常時の電力消費の増大は防止される。

本発明の一実施形態に係るモータ駆動装置が採用されているシステムの全体構成と、モータ駆動装置の回路構成とを示すブロック図。 モータ駆動装置の運転時における上下アームへの電圧のかかり方を示す図。 モータ駆動装置の停止時における上下アームへの電圧のかかり方を示す図。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

（１）概要
図１は、本発明の第１実施形態に係るモータ駆動装置１０が採用されているシステム１００の全体構成と、モータ駆動装置１０の内部構成とを示すブロック図である。図１において、システム１００は、モータ駆動装置１０とモータ５１とで構成されている。

（１−１）モータ５１
モータ５１は、３相のブラシレスＤＣモータであって、ステータ５２と、ロータ５３とを備えている。ステータ５２は、スター結線されたＵ相、Ｖ相及びＷ相の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗを含む。各駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの一方端は、それぞれインバータ２５から延びるＵ相、Ｖ相及びＷ相の各配線の駆動コイル端子ＴＵ，ＴＶ，ＴＷに接続されている。各駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの他方端は、互いに端子ＴＮとして接続されている。これら３相の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗは、ロータ５３が回転することによりその回転速度とロータ５３の位置に応じた誘起電圧を発生させる。

ロータ５３は、Ｎ極及びＳ極からなる複数極の永久磁石を含み、ステータ５２に対し回転軸を中心として回転する。

なお、モータ５１は、例えばヒートポンプ式空気調和機の圧縮機モータ、ファンモータである。

（１−２）モータ駆動装置１０
モータ駆動装置１０は、図１に示すように、整流部２１と、平滑コンデンサ２２と、電圧検出部２３と、電流検出部２４と、インバータ２５と、ゲート駆動回路２６と、制御部４０とを備えている。これらは、例えば１枚のプリント基板上に実装されてもよい。

（２）モータ駆動装置１０の詳細構成
（２−１）整流部２１
整流部２１は、４つのダイオードＤ１ａ，Ｄ１ｂ，Ｄ２ａ，Ｄ２ｂによってブリッジ状に構成されている。具体的には、ダイオードＤ１ａとＤ１ｂ、Ｄ２ａとＤ２ｂは、それぞれ互いに直列に接続されている。ダイオードＤ１ａ，Ｄ２ａの各カソード端子は、共に平滑コンデンサ２２のプラス側端子に接続されており、整流部２１の正側出力端子として機能する。ダイオードＤ１ｂ，Ｄ２ｂの各アノード端子は、共に平滑コンデンサ２２のマイナス側端子に接続されており、整流部２１の負側出力端子として機能する。

ダイオードＤ１ａ及びダイオードＤ１ｂの接続点は、商用電源９１の一方の極に接続されている。ダイオードＤ２ａ及びダイオードＤ２ｂの接続点は、商用電源９１の他方の極に接続されている。整流部２１は、商用電源９１から出力される交流電圧を整流して直流電源を生成し、これを平滑コンデンサ２２へ供給する。

（２−２）平滑コンデンサ２２
平滑コンデンサ２２は、一端が整流部２１の正側出力端子に接続され、他端が整流部２１の負側出力端子に接続されている。平滑コンデンサ２２は、整流部２１によって整流された電圧を平滑する。以下、説明の便宜上、平滑コンデンサ２２による平滑後の電圧を直流電圧Ｖｄｃという。

直流電圧Ｖｄｃは、平滑コンデンサ２２の出力側に接続されるインバータ２５へ印加される。つまり、整流部２１及び平滑コンデンサ２２は、インバータ２５に対する電源供給部２０を構成している。

なお、コンデンサの種類としては、電解コンデンサやフィルムコンデンサ、タンタルコンデンサ等が挙げられるが、本実施形態においては、平滑コンデンサ２２として電解コンデンサが採用される。

（２−３）電圧検出部２３
電圧検出部２３は、平滑コンデンサ２２の出力側に接続されており、平滑コンデンサ２２の両端電圧、即ち直流電圧Ｖｄｃの値を検出するためのものである。電圧検出部２３は、例えば、互いに直列に接続された２つの抵抗が平滑コンデンサ２２に並列接続され、直流電圧Ｖｄｃが分圧されるように構成される。それら２つの抵抗同士の接続点の電圧値は、制御部４０に入力される。

（２−４）電流検出部２４
電流検出部２４は、平滑コンデンサ２２及びインバータ２５の間であって、かつ平滑コンデンサ２２の負側出力端子側に接続されている。電流検出部２４は、モータ５１の起動後、モータ５１に流れるモータ電流Ｉｍを三相分の電流の合計値として検出する。

電流検出部２４は、例えば、シャント抵抗及び該抵抗の両端の電圧を増幅させるオペアンプを用いた増幅回路で構成されてもよい。電流検出部２４によって検出されたモータ電流は、制御部４０に入力される。

（２−５）インバータ２５
インバータ２５は、モータ５１のＵ相、Ｖ相及びＷ相の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗそれぞれに対応する３つの上下アームが互いに並列に、且つ平滑コンデンサ２２の出力側に接続されている。

図１において、インバータ２５は、複数のＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ、以下、単にトランジスタという）Ｑ３ａ，Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ，Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ，Ｑ５ｂ及び複数の還流用のダイオードＤ３ａ，Ｄ３ｂ，Ｄ４ａ，Ｄ４ｂ，Ｄ５ａ，Ｄ５ｂを含む。

トランジスタＱ３ａとＱ３ｂ、Ｑ４ａとＱ４ｂ、Ｑ５ａとＱ５ｂは、それぞれ互いに直列に接続されることによって各上下アームを構成しており、それによって形成された接続点ＮＵ，ＮＶ，ＮＷそれぞれから対応する相の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに向かって出力線が延びている。

各ダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂは、各トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂに、トランジスタのコレクタ端子とダイオードのカソード端子が、また、トランジスタのエミッタ端子とダイオードのアノード端子が接続されるよう、並列接続されている。このそれぞれ並列接続されたトランジスタとダイオードにより、スイッチング素子が構成される。

インバータ２５は、平滑コンデンサ２２からの直流電圧Ｖｄｃが印加され、かつゲート駆動回路２６により指示されたタイミングで各トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂがオン及びオフを行うことによって、モータ５１を駆動する駆動電圧ＳＵ，ＳＶ，ＳＷを生成する。この駆動電圧ＳＵ，ＳＶ，ＳＷは、各トランジスタＱ３ａとＱ３ｂ、Ｑ４ａとＱ４ｂ、Ｑ５ａとＱ５ｂの各接続点ＮＵ，ＮＶ，ＮＷからモータ５１の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに出力される。

なお、本実施形態のインバータ２５は、電圧形インバータであるが、それに限定されるものではなく、電流形インバータでもよい。

（２−６）ゲート駆動回路２６
ゲート駆動回路２６は、制御部４０からの指令電圧Ｖｐｗｍに基づき、インバータ２５の各トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂのオン及びオフの状態を変化させる。具体的には、ゲート駆動回路２６は、制御部４０によって決定されたデューティを有するパルス状の駆動電圧ＳＵ，ＳＶ，ＳＷがインバータ２５からモータ５１に出力されるように、各トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂのゲートに印加するゲート制御電圧Ｇｕ，Ｇｘ，Ｇｖ，Ｇｙ，Ｇｗ，Ｇｚを生成する。生成されたゲート制御電圧Ｇｕ，Ｇｘ，Ｇｖ，Ｇｙ，Ｇｗ，Ｇｚは、それぞれのトランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂのゲート端子に印加される。

（２−７）リレー回路２７
リレー回路２７は、リレー接点２７ａと、リレーコイル２７ｂと、トランジスタ２７ｃとを含んでいる。リレー接点２７ａは、トランジスタＱ３ａとＱ３ｂ、Ｑ４ａとＱ４ｂ、Ｑ５ａとＱ５ｂの各接続点ＮＵ，ＮＶ，ＮＷと、モータ５１の各相の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗとを結ぶラインを電気的に開閉する。

リレーコイル２７ｂは、リレー接点２７ａを動作させる。トランジスタ２７ｃは、リレーコイル２７ｂへの通電と非通電とを行う。リレーコイル２７ｂの一端は、駆動用電源Ｖｂの正極に接続され、他端はトランジスタ２７ｃのコレクタ側に接続されている。制御部４０は、トランジスタ２７ｃのベース電流の有無を切り換えて、コレクタとエミッタ間をオンオフし、リレーコイル２７ｂへの通電と非通電を行う。

具体的には、通常時は、リレー接点２７ａは、各接続点ＮＵ，ＮＶ，ＮＷと各駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗとの間を導通状態に維持する。そして、トランジスタ２７ｃのベースに対して駆動信号が出力されたときにコレクタとエミッタ間が導通し、リレーコイル２７ｂが励磁され、リレー接点２７ａが各接続点ＮＵ，ＮＶ，ＮＷと各駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗとの間を遮断する方向に動作する。

（２−８）制御部４０
制御部４０は、電圧検出部２３、電流検出部２４、及びゲート駆動回路２６と接続されている。本実施形態では、制御部４０は、モータ５１をロータ位置センサレス方式にて駆動させている。なお、ロータ位置センサレス方式に限定されるものではないので、センサ方式で行なってもよい。

ロータ位置センサレス方式とは、モータ５１の特性を示す各種パラメータ、モータ５１起動後の電圧検出部２３の検出結果、電流検出部２４の検出結果、及びモータ５１の制御に関する所定の数式モデル等を用いて、ロータ位置及び回転数の推定、回転数に対するＰＩ制御、モータ電流に対するＰＩ制御等を行い駆動する方式である。モータ５１の特性を示す各種パラメータとしては、使用されるモータ５１の巻線抵抗、インダクタンス成分、誘起電圧、極数などが挙げられる。なお、ロータ位置センサレス制御については多くの特許文献が存在するので、詳細はそれらを参照されたい（例えば、特開２０１３−１７２８９号公報）。

また、制御部４０は、電圧検出部２３の検出値を監視し、電圧検出部２３の検出値が所定の閾値を超えたとき、トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂをオフにする保護制御も行っている。

（２−９）抵抗負荷回路６１
図３において、抵抗負荷回路６１は、３つの抵抗素子６１ｕ、６１ｖ、６１ｗで構成されている。抵抗素子６１ｕは、Ｕ相の駆動コイルＬｕとＧＮＤとを結ぶラインの途中に接続されている。抵抗素子６１ｖは、Ｖ相の駆動コイルＬｖとＧＮＤとを結ぶラインの途中に接続されている。抵抗素子６１ｗは、Ｗ相の駆動コイルＬｗとＧＮＤとを結ぶラインの途中に接続されている。通常、上記各ラインは第２リレー回路６３によって遮断されている。

（２−１０）第２リレー回路６３
第２リレー回路６３は、リレー接点６３ａと、リレーコイル６３ｂと、トランジスタ６３ｃとを含んでいる。リレー接点６３ａは、モータ５１の各相の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗと、それらに対応する各抵抗素子６１ｕ，６１ｖ，６１ｗを結ぶラインを電気的に開閉する。

リレーコイル６３ｂは、リレー接点６３ａを動作させる。トランジスタ６３ｃは、リレーコイル６３ｂへの通電と非通電とを行う。

リレーコイル６３ｂの一端は、駆動用電源Ｖｂの正極に接続され、他端はトランジスタ６３ｃのコレクタ側に接続されている。制御部４０は、トランジスタ６３ｃのベース電流の有無を切り換えて、コレクタとエミッタ間をオンオフし、リレーコイル６３ｂへの通電と非通電を行う。

具体的には、通常時は、リレー接点６３ａは、各駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗと各抵抗素子６１ｕ，６１ｖ，６１ｗとの間を非導通状態に維持する。そして、トランジスタ６３ｃのベースに対して駆動信号が出力されたときにコレクタとエミッタ間が導通し、リレーコイル６３ｂが励磁され、リレー接点６３ａが、各駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗと各抵抗素子６１ｕ，６１ｖ，６１ｗとの間を導通させる方向に動作する。

（３）モータ駆動装置１０の動作
以下、モータ駆動装置１０の動作について説明する。図１において、制御部４０は、ゲート駆動回路２６への波形出力を行なうと共に、その波形出力状態を制御して、モータ５１を所定回転数で駆動する。

図２Ａはモータ駆動装置１０の運転時における上下アームへの電圧のかかり方を示す図であり、図２Ｂはモータ駆動装置１０の停止時における上下アームへの電圧のかかり方を示す図である。

図２Ａに示すように、運転中、駆動コイルＬｕに対応する上アームのトランジスタＱ３ａ、駆動コイルＬｖに対応する下アームのトランジスタＱ４ｂ、及び駆動コイルＬｗに対応する下アームのトランジスタＱ５ｂがオン動作している間は、直流電圧Ｖｄｃは各上下アームのオフしているスイッチング素子のトランジスタ及びダイオードにかかっている。

このとき、直流電圧Ｖｄｃが過大電圧になった場合、オフしている１つのスイッチング素子のトランジスタＱ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ５ａ及びダイオードＤ３ｂ，Ｄ４ａ，Ｄ５ａにその過大電圧がかかる。一つのスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂ、ダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂ）の素子耐圧をＶｒとすると、直流電圧Ｖｄｃ＞素子耐圧Ｖｒとなったときにスイッチング素子のトランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂもしくはダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂが破壊される可能性が高い。

そこで、制御部４０は、電圧検出部２３の検出値が所定の閾値を超えたと判断したとき、上下アームの両方のトランジスタＱ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂをオフする。

これによって、図２Ｂに示すように、過大電圧は直列接続された２つのスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂ、ダイオードＤ３ａ，Ｄ３ｂ，Ｄ４ａ，Ｄ４ｂ，Ｄ５ａ，Ｄ５ｂ）それぞれの両端に分圧される。例えば、上アームのスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ、Ｑ４ａ、Ｑ５ａ、ダイオードＤ３ａ，Ｄ４ａ，Ｄ５ａ）の両端には分圧値Ｖ１がかかり、下アームのスイッチング素子（トランジスタＱ３ｂ、Ｑ４ｂ、Ｑ５ｂ、ダイオードＤ３ｂ，Ｄ４ｂ，Ｄ５ｂ）の両端には分圧値Ｖ２がかかる。理想的には各スイッチング素子のインピーダンスが等しければＶ１＝Ｖ２となるので、１つのスイッチング素子にかかる過大電圧はどちらか一方が動作していた時の半分にまで低減され、各スイッチング素子（トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂ、ダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂ）を破壊から保護することができる。

また、制御部４０は、トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂをオフした後、トランジスタ２７ｃのベースに対して駆動信号を出力し、コレクタとエミッタ間を導通させ、リレーコイル２７ｂを励磁して、リレー接点２７ａが各接続点ＮＵ，ＮＶ，ＮＷと各駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗとの間を遮断する方向に動作させる。これによって、インバータ２５とモータ５１との間の接続が遮断されるので、モータ５１のインダクタンスから流れてくる電流によって上下アームいずれかのダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂがオンしてしまうことを防止し、或いは既にオンしていたときにはそのオンしている時間を短くすることができる。

さらに、制御部４０は、トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂをオフした後、第２リレー回路６３のトランジスタ６３ｃのベースに対して駆動信号を出力し、各コレクタ−エミッタ間を導通状態にする。このとき、リレーコイル６３ｂが励磁され、リレー接点６３ａが閉じて、抵抗素子６１ｕとＵ相の駆動コイルＬｕとを、また抵抗素子６１ｖとＶ相の駆動コイルＬｖとを、さらに抵抗素子６１ｗとＷ相の駆動コイルＬｗとを結び、モータ５１のインダクタンス成分がもつエネルギーを抵抗素子６１ｕ，６１ｖ，６１ｗで短時間に消費させる。

（４）特徴
（４−１）
モータ駆動装置１０では、制御部４０が過大電圧発生時に上下アームの両方のトランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂをオフすることによって、過大電圧は直列接続された２つのスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂ及びダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂ）それぞれの両端に分圧され、１つのスイッチング素子（トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂ及びダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂにかかる過大電圧はどちらか一方が動作していた時の半分に低減されるので、スイッチング素子（トランジスタＱ３ａ〜Ｑ５ｂ及びダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂ）を破壊から保護することができる。

（４−２）
モータ駆動装置１０では、モータ５１のインダクタンス成分が持つエネルギー及びモータの回転による誘起電圧によってスイッチング素子（ダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂ）がオンする可能性が高いが、制御部４０が上下アームの両方のトランジスタをオフした後、リレー回路２７を介してインバータ２５とモータ５１との間の接続を遮断するので、モータ５１のインダクタンスにより流れ続ける電流によって上下アームいずれかのスイッチング素子（ダイオードＤ３ａ〜Ｄ５ｂ）がオンしてしまうことを防止し、或いは既にオンしていたときにはそのオンしている時間を短くすることができる。

（４−３）
モータ駆動装置１０では、制御部４０が上下アームの両方のトランジスタをオフした後、第２リレー回路６３を介してモータ５１と抵抗負荷回路６１とを接続するので、モータ５１のインダクタンス成分がもつエネルギーを抵抗素子６１ｕ，６１ｖ，６１ｗで短時間に消費させる。

＜その他＞
上記実施形態では、モータ駆動装置１０を例に本願発明の詳細な説明を行ったが、本願発明の適用はモータ駆動装置１０に限ったものではなく、他の負荷装置にも適用可能である。

例えば、モータ駆動装置１０の駆動装置部分を電磁誘導加熱コイルに対する電力変換装置として利用することによって、電磁誘導加熱装置として成立する。

本願発明は、上下アームの各トランジスタを過電圧から保護することができるので、モータ駆動装置だけに限らす、インバータを用いた他の駆動装置にも有用である。

１０ モータ駆動装置
２０ 電源供給部
２３ 電圧検出部
２７ リレー回路（開閉器）
４０ 制御部
５１ モータ
６１ 抵抗負荷回路（エネルギー消費回路）
６３ 第２リレー回路（第２開閉器）
Ｑ３ａ トランジスタ（スイッチング素子）
Ｑ３ｂ トランジスタ（スイッチング素子）
Ｑ４ａ トランジスタ（スイッチング素子）
Ｑ４ｂ トランジスタ（スイッチング素子）
Ｑ５ａ トランジスタ（スイッチング素子）
Ｑ５ｂ トランジスタ（スイッチング素子）
ＮＵ 接続点
ＮＶ 接続点
ＮＷ 接続点
Ｖｄｃ 直流電圧

特開２００７−１６６８１５号公報

Claims (6)

1. 上下アームが２つのスイッチング素子（Ｑ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂ）を直列に接続することによって構成され、それによって形成された接続点（ＮＵ，ＮＶ，ＮＷ）それぞれから対応する負荷へ電圧を出力する電力変換装置であって、
   前記上下アームに直流電圧（Ｖｄｃ）を供給する電源供給部（２０）と、
   前記上下アームに並列に接続された電圧検出部（２３）と、
   前記接続点（ＮＵ，ＮＶ，ＮＷ）と前記負荷との間を接続又は遮断する開閉器（２７）と、
   前記スイッチング素子（Ｑ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂ）をオンオフ動作させる制御部（４０）と、
   を備え、
   前記制御部（４０）は、前記電圧検出部（２３）の検出値が所定の閾値を超えたとき、前記上下アームの両方の前記スイッチング素子（Ｑ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂ）をオフにし、さらに前記開閉器（２７）を介して前記接続点（ＮＵ，ＮＶ，ＮＷ）と前記負荷との間を遮断する、
   電力変換装置。
2. 前記負荷同士の間に接続されるエネルギー消費回路（６１）をさらに備える、
   請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記負荷と前記エネルギー消費回路（６１）との間を接続又は遮断する第２開閉器（６３）をさらに備え、
   前記第２開閉器（６３）は、
   通常時は前記負荷と前記エネルギー消費回路（６１）との間を遮断し、
   前記電圧検出部（２３）による検出値が所定の閾値を超えたときに前記負荷と前記エネルギー消費回路（６１）との間を接続する、
   請求項２に記載の電力変換装置。
4. モータの複数の相それぞれに対応する複数の上下アームそれぞれが、２つのスイッチング素子（Ｑ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂ）を直列に接続することによって構成され、それによって形成された接続点（ＮＵ，ＮＶ，ＮＷ）それぞれから対応する前記相へ電圧を出力するモータ駆動装置であって、
   前記上下アームに直流電圧（Ｖｄｃ）を供給する電源供給部（２０）と、
   前記上下アームに並列に接続された電圧検出部（２３）と、
   前記接続点（ＮＵ，ＮＶ，ＮＷ）と前記相との間を接続又は遮断する開閉器（２７）と、
   前記スイッチング素子（Ｑ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂ）をオンオフ動作させる制御部（４０）と、
   を備え、
   前記制御部（４０）は、前記電圧検出部（２３）の検出値が所定の閾値を超えたとき、前記上下アームの両方の前記スイッチング素子（Ｑ３ａ、Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ、Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ、Ｑ５ｂ）をオフにし、さらに前記開閉器（２７）を介して前記接続点（ＮＵ，ＮＶ，ＮＷ）と前記相との間を遮断する、
   モータ駆動装置（１０）。
5. 前記相同士の間に接続されるエネルギー消費回路（６１）をさらに備える、
   請求項４に記載のモータ駆動装置（１０）。
6. 前記相と前記エネルギー消費回路（６１）との間を接続又は遮断する第２開閉器（６３）をさらに備え、
   前記第２開閉器（６３）は、
   通常時は前記相と前記エネルギー消費回路（６１）との間を遮断し、
   前記電圧検出部（２３）による検出値が所定の閾値を超えたときに前記相と前記エネルギー消費回路（６１）との間を接続する、
   請求項５に記載のモータ駆動装置（１０）。

Images