JP2016116364A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】その目的は、インバータ回路に故障が発生した際にもロボットの稼働を継続できるインバータ装置を提供する。【解決手段】ロボットの関節軸を構成する１つのＡＣモータ３に対して並列に接続される２つのインバータ回路２Ａ，２Ｂを備え、電流検出回路１０により、インバータ回路２ＡでＡＣモータ３を駆動制御する際に、インバータ回路２Ａに流れる電流を検出する。ＭＣＵ５は、電流検出回路１０を介して検出される電流が異常値を示すと、インバータ回路２Ａの通電パターンに基づいて、インバータ回路２Ａの内部で故障が発生したＩＧＢＴ６を特定する。ＭＣＵ５は、故障が発生したＩＧＢＴ６が属する上下アームの何れかを、インバータ回路２Ｂにおける対応するアームのＩＧＢＴ６に置き換えてＡＣモータ３を駆動制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットの関節軸を構成するモータをインバータ回路により駆動制御するインバータ装置に関する。

例えば特許文献１には、駆動中にモータ側回路にショート故障が生じた場合でも、そのショート故障を検出できるブラシレスモータ駆動装置が開示されている。

特開２０１１−１２５１１３号公報

ところで、例えば医療器具の分野に用いられるロボットを構成しているモータが制御対象である場合、特に手術用メスの操作を行うためのロボット等では、インバータ回路に故障が発生した際に動作を直ちに停止することなく、稼働を継続できることが望ましい。また、人間の生活環境において共存する例えばコンパニオンロボットや介護作業をアシストするためのロボット等も同様であり、インバータ回路に故障が発生しても稼働を継続して、安全な状況下で確実に動作を停止できることが望ましい。

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、インバータ回路に故障が発生した際にもロボットの稼働を継続できるインバータ装置を提供することにある。

請求項１記載のインバータ装置によれば、ロボットの関節軸を構成する１つのモータに対して並列に接続される複数のインバータ回路を備え、何れかのインバータ回路によりモータを駆動制御する際に、電流検出手段により前記インバータ回路に流れる電流を検出する。故障素子特定手段は、電流検出手段を介して検出される電流が異常値を示すと、インバータ回路の通電パターンに基づいて、前記インバータ回路の内部で故障が発生したスイッチング素子を特定する。そして、制御手段は、故障が発生したスイッチング素子が属する上下アームの何れかを、その他のインバータ回路における対応するアームのスイッチング素子に置き換えてモータを駆動制御する。

すなわち、ロボットにおいては、インバータ回路の故障を判断するためのデータサンプリング時間は、モータを駆動制御するためのサンプリング時間に対して極めて短い。また、ロボットの関節軸には減速機が介在しているので、多くのギアによる機械的な誤差が最初から存在する。これらの前提から、インバータ回路の制御に用いる波形のデータが特定のサンプリング時間で乱れたとしても、サンプリング周期内でその乱れを吸収して機械的な誤差に包含できる。

したがって、現在使用中のインバータ回路を構成する何れかのスイッチング素子に故障が発生した場合でも、その時点で直ちにモータの駆動制御を停止させる必要が無く、故障したスイッチング素子を特定して異なるインバータ回路のスイッチング素子を使用するように切り替えることで、故障が発生する以前との連続性がある稼動状態を継続できる。

請求項２記載のインバータ装置によれば、電流検出手段を１つだけ設け、故障素子特定手段は、電流検出手段を介して検出される電流が異常値を示した時点における前記インバータ回路の通電パターンと、その次に切り換えられる通電パターンにおいて電流検出手段を介して検出される電流の値を参照することで、故障が発生したスイッチング素子を特定する。したがって、１つの電流検出手段を使用するだけで故障が発生したスイッチング素子を特定できる。

請求項３記載のインバータ装置によれば、故障素子特定手段は、検出される電流値が上限値を超えた通電パターンが２回継続すると、それら２つの通電パターンで共通して通電対象であったスイッチング素子が短絡故障したことを検出する。また、故障素子特定手段は、検出される電流値が下限値を下回った通電パターンが２回継続すると、それら２つの通電パターンで共通して通電対象であったスイッチング素子が開放故障したことを検出する。つまり、過電流状態の通電パターンが２回連続した際に短絡故障したスイッチング素子を検出し、無通電状態の通電パターンが２回連続すると開放故障したスイッチング素子を検出する。このように、短絡，開放の何れの故障についても検出が可能である。

また、請求項４記載のインバータ装置によれば、故障素子特定手段は、検出される電流値が上限値を上回った第１通電パターンに続く第２通電パターンにおいて電流値が正常値であれば、第１通電パターンのみで通電対象であったスイッチング素子が短絡故障したことを検出する。この場合も短絡故障したスイッチング素子を検出できる。

また、請求項５記載のインバータ装置によれば、故障素子特定手段は、検出される電流値が下限値を下回った第１通電パターンに続く第２通電パターンにおいて電流値が正常値であれば、第１通電パターンのみで通電対象であったスイッチング素子が開放故障したことを検出する。この場合も開放故障したスイッチング素子を検出できる。

請求項６記載のインバータ装置によれば、制御手段は、検出される電流が正常値を示す状態において、モータを駆動制御するインバータ回路を所定の条件で切り換える。このように構成すれば、複数のインバータ回路を備え、常時それらを切替えて使用することで、特定のインバータ回路を使用し続ける状態に比較して故障が発生する確率が低下するので信頼性を向上させることができる。

第１実施形態であり、インバータ装置を含むモータ駆動システムの全体構成を示す図 インバータ回路の通電パターン（フェーズ）の遷移状態を示す図 ＭＣＵにより実行されるメインループ部の処理内容を示すフローチャート ショート破壊判定処理を示すフローチャート オープン破壊判定処理を示すフローチャート 各フェーズの遷移に対応してショート破壊が検出可能な素子の一覧を示す図 各フェーズの遷移に対応してオープン破壊が検出可能な素子の一覧を示す図 各素子が正常な状態でのフェーズ１の電流経路を示す図 各素子が正常な状態でのフェーズ２の電流経路を示す図 Ｕ相下アームの素子がショート破壊された場合のフェーズ１の電流経路を示す図 Ｗ相上アームの素子がショート破壊された場合のフェーズ１の電流経路を示す図 Ｕ相下アームの素子がショート破壊された場合のフェーズ２の電流経路を示す図 Ｗ相上アームの素子がショート破壊された場合のフェーズ２の電流経路を示す図 Ｕ相上アームの素子がオープン破壊された場合のフェーズ１の状態を示す図 Ｗ相下アームの素子がオープン破壊された場合のフェーズ１の状態を示す図 Ｕ相上アームの素子がオープン破壊された場合のフェーズ２の電流経路を示す図 Ｗ相下アームの素子がオープン破壊された場合のフェーズ２の状態を示す図 インバータ回路２Ｂの下アーム側の素子を使用してＡＣモータを駆動する状態を示す図 インバータ回路２Ｂの上アーム側の素子を使用してＡＣモータを駆動する状態を示す図 ２つのインバータ回路について、上下アームを切替えて使用する状態の一覧を示す図 第２実施形態であり、ＭＣＵにより実行されるメインループ部の処理内容を示すフローチャート 第３実施形態であり、インバータ装置を含むモータ駆動システムの全体構成を示す図 ３つのインバータ回路について、上下アームを切替えて使用する状態の一覧を示す図

（第１実施形態）
以下、第１実施形態について図１から図２０を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態のインバータ装置１は２つのインバータ回路２Ａ，２Ｂを備えており、インバータ回路２Ａ，２Ｂの各相出力端子は何れも、ＡＣモータ３の各相固定子巻線４Ｕ，４Ｖ，４Ｗに接続されている。ＡＣモータ３は、ロボットの関節軸を構成するものである。インバータ回路２Ａ，２Ｂのスイッチング制御は、ＭＣＵ（Micro Control Unit）５によって行われる。

インバータ回路２Ａ，２Ｂは、それぞれ６個のスイッチング素子，例えばＩＧＢＴ６Ｕ，６Ｖ，６Ｗ（上アーム側），６Ｘ，６Ｙ，６Ｚ（下アーム側）を３相ブリッジ接続して構成されており、各ＩＧＢＴ６のコレクタ，エミッタ間にはフリーホイールダイオード７が接続されている。ここで、スイッチング素子やダイオードを用いて電流のスイッチングを行う回路の総称をアーム回路と定義している。インバータ回路２は、３相のアーム回路である。そして、インバータ回路のハイサイド側のスイッチング素子を上アームと定義し、ローサイド側のスイッチング素子をしたアームと定義している。

また、インバータ回路２Ａ，２Ｂは、例えばそれぞれ各ＩＧＢＴ６及びフリーホイールダイオード７を１つにまとめてパッケージ化したモジュール（主回路モジュール）で構成されている（これに限らず、ディスクリート製品のスイッチング素子を組み合わせてインバータ回路２を構成しても良い）。尚、図中に示すスイッチング素子は、種類を特定しない抽象的なシンボルで示している。

インバータ回路２Ａ，２Ｂの正側電源線８Ａ，８Ｂは、それぞれ電源側スイッチ９Ａ，９Ｂ（例えばＰチャネルＭＯＳＦＥＴ）を介して電源に接続されている。また、電源と電源側スイッチ９Ａ，９Ｂとの間には、電流センサ等を含む電流検出回路１０（電流検出手段）が介挿されており、電流検出回路１０が出力する電流検出信号は、ＭＣＵ５に入力されている。そして、インバータ回路２Ａ，２Ｂの負側電源線１１Ａ，１１Ｂは、それぞれグランド側スイッチ１２Ａ，１２Ｂ（例えばＮチャネルＭＯＳＦＥＴ）を介してグランドに接続されている。

ＭＣＵ５（故障素子特定手段，制御手段）は、電源側スイッチ９Ａ，９Ｂ及びグランド側スイッチ１２Ａ，１２Ｂを制御して正側電源線８Ａ，８Ｂ及び負側電源線１１Ａ，１１Ｂの何れを電源，グランドに接続するかを制御する。また、インバータ回路２Ａ，２Ｂを構成する各ＩＧＢＴ６の何れか一方にゲート信号を出力するように切り換える。

次に、本実施形態の作用について図２から図２０を参照して説明する。ＭＣＵ５は、最初は電源側スイッチ９Ａ及びグランド側スイッチ１２Ａをオンしてインバータ回路２Ａに電源を供給し、インバータ回路２Ａを使用してＡＣモータ３を回転駆動する。ＭＣＵ５はその際に、図２に示すように、通電パターンをフェーズ１〜６に順次移行させることを繰り返す。各フェーズでオンする対象となるＩＧＢＴ６は、以下の通りである。
上アーム 下アーム
フェーズ１ Ｕ相 Ｗ相
フェーズ２ Ｖ相 Ｗ相
フェーズ３ Ｖ相 Ｕ相
フェーズ４ Ｗ相 Ｕ相
フェーズ５ Ｗ相 Ｖ相
フェーズ６ Ｕ相 Ｖ相
図８，図９は、それぞれフェーズ１，２に対応して、電源からインバータ回路２Ａを介してグランドに流れる電流の経路を示している。

そして、ＭＣＵ５は、各フェーズで電流検出回路１０が出力する電流検出信号を監視しており、連続する２つのフェーズにおける電流量の変化によってショート又はオープン破壊されたＩＧＢＴ６を特定する。すなわち、図３に示すように、メインループでは、ステップＳ１からＳ５の間で各フェーズＸ（＝１〜６）に対応した処理を実行する。駆動（オン）する素子（ＩＧＢＴ６）を各フェーズＸに対応して切り替え（Ｓ２）、ショート破壊判定（Ｓ３）とオープン破壊判定（Ｓ４）とを行う。

＜ショート破壊判定＞
以下、ショート破壊判定について、図４，図６，図８〜図１３を参照して説明する。例えば図１０に示すように、フェーズ１においてＵ相下アームのＩＧＢＴ６Ｘがショート破壊（短絡故障）しているとＵ相アームに短絡電流が流れるので、電流検出回路１０が出力する電流検出信号は上限値を超える過電流レベル（異常値）となる。しかしながら、図１１に示すように、フェーズ１においてＷ相上アームのＩＧＢＴ６Ｗがショート破壊した場合もＷ相アームに短絡電流が流れるので、電流検出回路１０が出力する電流検出信号は過電流レベルとなる。したがって、フェーズ１で過電流が検出された場合は、Ｕ相下アーム，Ｗ相上アームの何れかがショート破壊している。

これらの何れがショート破壊したのかを特定するため、フェーズ１に連続する１つ前のフェーズ６及び次のフェーズ２での電流検出結果も利用する。図４は、ステップＳ３におけるフェーズ１についてのショート破壊判定を示す。先ず、過電流を検知したか否かを判断し（Ｓ１１）、検知しなければ（ＮＯ）Ｕ相下アームショートフラグを「０」にリセットしてから（Ｓ１６）ステップＳ１２ｖに移行する。

一方、過電流を検知すると（Ｓ１１：ＹＥＳ）、その時点でＵ相下アームショートフラグが「１」にセットされているか否かを判断する（Ｓ１２ｕ）。ここで、Ｕ相下アームのＩＧＢＴ６Ｘがショート破壊していれば、フェーズ６のショート破壊判定において上記フラグが「１」にセットされている（ＹＥＳ）。したがって、ここでＵ相下アームのショート破壊が確定する（Ｓ１３ｕ）。すると、以降はインバータ回路２Ａ（モジュールＡ）の下アーム側ＩＧＢＴ６Ｘ〜６Ｚを使用せず、インバータ回路２Ｂ（モジュールＢ）の下アーム側ＩＧＢＴ６Ｘ〜６Ｚを使用する（Ｓ１４ｕ，図１８参照）。そのため、グランド側スイッチ１２Ａをオフし、グランド側スイッチ１２Ｂをオンさせる。それから、ステップＳ１６と同様にＵ相下アームショートフラグを「０」にリセットして（Ｓ１５ｕ）処理を終了する。

また、ステップＳ１２ｕにおいて、Ｕ相下アームショートフラグが「０」であれば（ＮＯ）、Ｗ相上アーム又はＵ相下アームがショート破壊している可能性がある。そこで、Ｗ相上アーム及びＵ相下アームショートフラグを「１」にセットして（Ｓ１７，Ｓ１８）、次のフェーズ２におけるショート破壊判定に委ねる。

ステップＳ１２ｖでは、その時点でＶ相上アームショートフラグが「１」にセットされているか否かを判断する。ここで、Ｖ相上アームのＩＧＢＴ６Ｖがショート破壊していれば、フェーズ６のショート破壊判定において上記フラグが「１」にセットされている（ＹＥＳ）。したがって、ここでＶ相上アームのショート破壊が確定する（Ｓ１３ｖ）。すると、以降はインバータ回路２Ａの上アーム側ＩＧＢＴ６Ｕ〜６Ｗを使用せず、インバータ回路２Ｂの下アーム側ＩＧＢＴ６Ｕ〜６Ｗを使用する（Ｓ１４ｖ）。そのため、グランド側スイッチ１２Ａをオフし、グランド側スイッチ１２Ｂをオンさせる。それから、Ｖ相上アームショートフラグを「０」にリセットして（Ｓ１５ｖ）処理を終了する。

例えばＵ相下アームのＩＧＢＴ６Ｘがショート破壊しており、フェーズ１で過電流が検出されても（第１通電パターン）、図１２に示すように、フェーズ２においてコイル４Ｖに流入した電流はコイル４Ｕ，４Ｗに分流し、ＩＧＢＴ６Ｘ，６Ｗの双方を介してグランドに流れる。したがって、この時に短絡電流は流れず過電流状態にならないので（第２通電パターン）、Ｕ相下アームのショート破壊が特定できる。

一方、図１３に示すように、Ｗ相上アームのＩＧＢＴ６Ｗがショート破壊していれば、フェーズ２でも短絡電流が流れる。したがって、Ｗ相上アームのショート破壊が特定できる。図６は、各フェーズへの移行に伴いショート破壊が特定可能なＩＧＢＴ６の一覧を示している。

＜オープン破壊判定＞
以下、オープン破壊（開放故障）判定について、図５，図７，図１４〜図１７を参照して説明する。例えば図１４に示すように、フェーズ１においてＵ相上アームのＩＧＢＴ６Ｕがオープン破壊していると電流が流れないので、電流検出回路１０が出力する電流検出信号は下限値を下回るゼロレベル（異常値）となる。しかしながら、図１５に示すように、フェーズ１においてＷ相下アームのＩＧＢＴ６Ｚがオープン破壊した場合も同様に電流が流れない。したがって、フェーズ１で電流が流れなければ、Ｕ相上アーム，Ｗ相下アームの何れかがオープン破壊している。

これらの何れがオープン破壊したのかを特定するため、ショート破壊の場合と同様に、フェーズ１に連続するフェーズ６及びフェーズ２での電流検出結果も利用する。図５は、ステップＳ４におけるフェーズ１についてのオープン破壊判定を示す。先ず、電流ゼロレベルを検知したか否かを判断し（Ｓ２１）、検知しなければ（ＮＯ）Ｕ相上アームオープンフラグを「０」にリセットして（Ｓ２６）ステップＳ２２ｖに移行する。

一方、電流ゼロレベルを検知すると（Ｓ２１：ＹＥＳ）、その時点でＵ相上アームオープンフラグが「１」にセットされているか否かを判断する（Ｓ２２ｕ）。ここで、Ｕ相上アームのＩＧＢＴ６Ｕがオープン破壊していれば、フェーズ６のオープン破壊判定において上記フラグが「１」にセットされている（ＹＥＳ）。したがって、ここでＵ相上アームのオープン破壊が確定する（Ｓ２３ｕ）。すると、以降はインバータ回路２Ａの上アーム側ＩＧＢＴ６Ｕ〜６Ｗを使用せず、インバータ回路２Ｂの上アーム側ＩＧＢＴ６Ｕ〜６Ｗを使用する（Ｓ２４ｕ，図１９参照）。そのため、電源側スイッチ９Ａをオフし、電源側スイッチ９Ｂをオンさせる。それから、ステップＳ２６と同様にＵ相上アームオープンフラグを「０」にリセットして（Ｓ２５ｕ）処理を終了する。

また、ステップＳ２２ｕにおいて、Ｕ相上アームオープンフラグが「０」であれば（ＮＯ）、Ｗ相下アーム又はＵ相上アームがオープン破壊している可能性がある。そこで、Ｗ相下アーム及びＵ相上アームオープンフラグを「１」にセットして（Ｓ２７，Ｓ２８）次のフェーズ２におけるオープン破壊判定に委ねる。

ステップＳ２２ｖでは、その時点でＶ相下アームオープンフラグが「１」にセットされているか否かを判断する。ここで、Ｖ相下アームのＩＧＢＴ６Ｙがオープン破壊していれば、フェーズ６のオープン破壊判定において上記フラグが「１」にセットされている（ＹＥＳ）。したがって、ここでＶ相下アームのショート破壊が確定する（Ｓ２３ｖ）。すると、以降はインバータ回路２Ａの下アーム側ＩＧＢＴ６Ｘ〜６Ｚを使用せず、インバータ回路２Ｂの下アーム側ＩＧＢＴ６Ｘ〜６Ｚを使用する（Ｓ２４ｖ）。そのため、グランド側スイッチ１２Ａをオフし、グランド側スイッチ１２Ｂをオンさせる。それから、Ｖ相下アームオープンフラグを「０」にリセットして（Ｓ２５ｖ）処理を終了する。

図１６に示すように、フェーズ２においてＵ相上アームのＩＧＢＴ６Ｕがオープン破壊しており、Ｗ相下アームのＩＧＢＴ６Ｚが健全であれば、電流は、電源→ＩＧＢＴ６Ｖ→コイル４Ｖ→コイル４Ｗ→ＩＧＢＴ６Ｚの経路でグランドに流れる（第２通電パターン）。したがって、フェーズ１においてＵ相上アームオープンフラグがセットされていれば（第１通電パターン）、Ｕ相上アームのオープン破壊が特定できる。また、フェーズ６→１における２回連続の電流ゼロレベル検出でもＵ相上アームのオープン破壊が特定できる。

一方、Ｗ相下アームのＩＧＢＴ６Ｚがオープン破壊していれば、フェーズ１に続いて、図１７に示すようにフェーズ２でも電流は流れない。したがって、フェーズ１→２でＷ相下アームのオープン破壊が特定できる。図７は、各フェーズへの移行に伴いオープン破壊が特定可能なＩＧＢＴ６の一覧を示している。

＜ステップＳ１５，Ｓ２５の破壊素子置き換え処理＞
図１８は、インバータ回路２ＡのＩＧＢＴ６Ｘがショート又はオープン破壊した場合に、インバータ回路２Ｂの下アーム側素子（ＩＧＢＴ６Ｚ）を使用してフェーズ１の通電パターンを実行した場合を示している。また、図１９は、インバータ回路２ＡのＩＧＢＴ６Ｗがショート又はオープン破壊した場合に、インバータ回路２Ｂの上アーム側素子（ＩＧＢＴ６Ｕ）を使用して同じくフェーズ１の通電パターンを実行した場合を示している。

また、図２０に一覧を示すように、例えばインバータ回路２Ａ（モジュールＡ）の上アーム側素子の何れか１つ以上が破壊された場合は前記上アーム側素子の使用を停止し（ＯＦＦ）、それに替えてインバータ回路２Ｂ（モジュールＢ）の上アーム側素子を使用する（ＯＮ）。それの状態に加えて、インバータ回路２Ａの下アーム側素子の何れか１つ以上も破壊されると前記下アーム側素子の使用を停止し、下アーム側素子もインバータ回路２Ｂの素子を使用する。

以上のように本実施形態によれば、１つのＡＣモータ３に対して並列に接続される２つのインバータ回路２Ａ，２Ｂを備え、インバータ回路２ＡでＡＣモータ３を駆動制御する際に、電流検出回路１０によりインバータ回路２Ａに流れる電流を検出する。ＭＣＵ５は、電流検出回路１０を介して検出される電流が異常値を示すと、インバータ回路２Ａの通電パターンに基づいて、インバータ回路２Ａの内部で故障が発生したＩＧＢＴ６を特定する。そして、ＭＣＵ５は、故障が発生したＩＧＢＴ６が属する上下アームの何れかを、インバータ回路２Ｂにおける対応するアームのＩＧＢＴ６に置き換えてＡＣモータ３を駆動制御する。

すなわち、ロボットにおいては、インバータ回路２Ａの故障を判断するためのデータサンプリング時間は、ＡＣモータ３を駆動制御するためのサンプリング時間に対して極めて短い。また、ロボットの関節軸には減速機が介在しているので、多くのギアによる機械的な誤差が最初から存在する。これらの前提から、インバータ回路２Ａの制御に用いる波形のデータが特定のサンプリング時間で乱れたとしても、サンプリング周期内でその乱れを吸収して機械的な誤差に包含できる。

したがって、現在使用中のインバータ回路２Ａを構成する何れかのＩＧＢＴ６に故障が発生した場合でも、その時点で直ちにＡＣモータ３の駆動制御を停止させる必要が無く、故障したＩＧＢＴ６を特定してインバータ回路２ＢのＩＧＢＴ６を使用するように切り替えることで、故障が発生する以前との連続性がある稼動状態を継続できる。

そして、ＭＣＵ５は、電流検出回路１０を介して検出される電流が異常値を示した時点におけるインバータ回路２Ａの通電パターンと、その次に切り替えられる通電パターンにおいて電流検出回路１０を介して検出される電流の値を参照することで故障が発生したＩＧＢＴ６を特定する。したがって、１つの電流検出回路１０を使用するだけで故障が発生したＩＧＢＴ６を特定できる。

また、ＭＣＵ５は、検出される電流値が上限値を超えた通電パターンが２回継続すると、それら２つの通電パターンで共通して通電対象であったＩＧＢＴ６がショート破壊されたことを検出する。また、検出される電流値が下限値を下回った通電パターンが２回継続すると、それら２つの通電パターンで共通して通電対象であったＩＧＢＴ６がオープン破壊されたことを検出する。つまり、電流値が過電流状態となる通電パターンが２回連続した際にショート破壊されたＩＧＢＴ６を検出し、電流値がゼロレベルとなる通電パターンが２回連続するとオープン破壊されたＩＧＢＴ６を検出する。このように、ショート，オープンの何れの破壊についても検出できる。

またＭＣＵ５は、検出される電流値が上限値を超えた第１通電パターンに続く第２通電パターンにおいて電流値が正常値であれば、第１通電パターンのみで通電対象であったＩＧＢＴ６がショート破壊されたことを検出する。また、検出される電流値がゼロレベルとなった第１通電パターンに続く第２通電パターンにおいて電流値が正常値であれば、第１通電パターンのみで通電対象であったＩＧＢＴ６がオープン破壊されたことを検出する。これらの場合もショート破壊，オープン破壊を検出できる。

（第２実施形態）
図２１は第２実施形態を示す図３相当図であり、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。第１実施形態では、ＭＣＵ５は当初から、ＩＧＢＴ６に故障が発生しない限りはインバータ回路２Ａのみを使用し続け、ＩＧＢＴ６に故障が発生すると、上下アームの何れかをインバータ回路２Ｂに置き換えて使用する。これに対して第２実施形態では、ＩＧＢＴ６に故障が発生しない状態でも、インバータ回路２Ａ，２Ｂを随時置き換えて使用する。

すなわち、図２１に示すように、ステップＳ４の実行後にＡＣモータ３の静止条件（所定の条件）が成立したか否かを判断し（Ｓ６）、静止条件が成立すれば（ＹＥＳ）その時使用しているインバータ回路２を他方のインバータ回路２に切替えて使用する（Ｓ７）。例えば、現在使用しているのがインバータ回路２Ａであればインバータ回路２Ｂを使用するように切替え、現在使用しているのがインバータ回路２Ｂであればインバータ回路２Ａを使用するように交互に切替える。

ステップＳ６における静止条件は、例えばＡＣモータ３がロボットの関節軸を駆動するものである場合、関節軸を回転駆動させずにＡＣモータ３を停止させた状態が一定時間継続した場合等である。また、ステップＳ３，Ｓ４において、インバータ回路２Ａ，２Ｂの何れにもＩＧＢＴ６の故障が発生していない状態が前提である。

以上のように第２実施形態によれば、ＭＣＵ５は、電流検出回路１０により検出される電流が正常値を示す状態でも、ＡＣモータ３を駆動制御するインバータ回路２Ａ，２Ｂを所定の条件で切替える。このように構成すれば、特定のインバータ回路２を使用し続ける状態に比較して、発熱を低減したりＩＧＢＴ６の劣化を抑制できる。したがって、インバータ装置１の寿命を延ばすことができる。また、故障が発生する確率が低下するのでインバータ装置１の信頼性を向上させることができる。

（第３実施形態）
図２２及び図２３は第３実施形態を示す。第３実施形態のインバータ装置２１は、第１実施形態のインバータ装置１に更に１つのインバータ回路２Ｃ（モジュールＣ）を並列に接続して３並列構成とし、ＭＣＵ２２により３つのインバータ回路２Ａ〜２Ｃを切替えて使用可能としたものである。そのため、電源側スイッチ９Ｃ及びグランド側スイッチ１２Ｃが追加されている。

図２３は図２０相当図である。第３実施形態では、例えば第１実施形態のようにインバータ回路２Ａの上アーム側ＩＧＢＴ６が故障してインバータ回路２Ｂの上アーム側素子を使用するように切替えた後、インバータ回路２Ｂの上アーム側素子が故障しても、インバータ回路２Ｃの上アーム側素子を使用するように切替えてＡＣモータ３の駆動制御を継続できる。

例えば、図２３に示す「モジュールＡ上アーム破損」の２段目のケースでは、インバータ回路２Ａの下アーム側素子とインバータ回路２Ｃの上アーム側素子とを使用している。また、「モジュールＡ下アーム破損」の４段目のケースでは、インバータ回路２Ｂの下アーム側素子とインバータ回路２Ｃの上アーム側素子とを使用している。
以上のように第３実施形態によれば、インバータ回路２を３並列構成にしたので、インバータ装置２１の信頼性をより向上させることができる。

本発明は上記した、又は図面に記載した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
第２実施形態において、ステップＳ７にてインバータ回路２Ａ，２Ｂの使用を切替えるための条件は、その他、例えば一方のインバータ回路２を継続使用した時間が所定時間に達したこと等を条件としても良い。
第３実施形態において、第２実施形態のように各素子が正常な状態でインバータ回路２Ａ〜２Ｃを随時切替えて使用しても良い。
インバータ回路２を４並列以上接続しても良い。

特許文献１のように、電流検出回路をインバータ回路の上アーム用と下アーム用とで２つ設けて、１つの通電パターンでスイッチング素子の故障を検出しても良い。
電流検出手段による電流の検出は、複数個所の電圧を検出することで行っても良い。
スイッチング素子はＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴに限らず、バイポーラトランジスタを用いても良い。

図面中、１はインバータ装置、２Ａ，２Ｂ，２Ｃはインバータ回路、３はＡＣモータ、５はＭＣＵ（故障素子特定手段，制御手段）、６はＩＧＢＴ（スイッチング素子）、１０は電流検出回路（電流検出手段）、２１はインバータ装置、２２はＭＣＵ（故障素子特定手段，制御手段）を示す。

Claims (6)

1. ロボットの関節軸を構成する１つのモータに対して並列に接続され、それぞれが複数のスイッチング素子で構成される複数のインバータ回路と、
   前記複数のうち、何れかのインバータ回路により前記モータを駆動制御する際に、前記インバータ回路に流れる電流を検出する電流検出手段と、
   この電流検出手段を介して検出される電流が異常値を示すと、前記インバータ回路の通電パターンに基づいて、前記インバータ回路の内部で故障が発生したスイッチング素子を特定する故障素子特定手段と、
   前記故障が発生したスイッチング素子が属する上下アームの何れかを、その他のインバータ回路における対応するアームのスイッチング素子に置き換えて、前記モータを駆動制御する制御手段とを備えるインバータ装置。
2. 前記電流検出手段は１つだけ設けられており、
   前記故障素子特定手段は、前記電流検出手段を介して検出される電流が異常値を示した時点における前記インバータ回路の通電パターンと、前記通電パターンの次に切り替えられる通電パターンにおいて前記電流検出手段を介して検出される電流の値を参照することで前記故障が発生したスイッチング素子を特定する請求項１記載のインバータ装置。
3. 前記故障素子特定手段は、前記電流検出手段を介して検出される電流値が上限値を超えた通電パターンが２回継続すると、それら２つの通電パターンで共通して通電対象であったスイッチング素子が短絡故障したことを検出し、
   前記電流検出手段を介して検出される電流値が下限値を下回った通電パターンが２回継続すると、それら２つの通電パターンで共通して通電対象であったスイッチング素子が開放故障したことを検出する請求項２記載のインバータ装置。
4. 前記故障素子特定手段は、前記電流検出手段を介して検出される電流値が上限値を上回った第１通電パターンに続く第２通電パターンにおいて、前記電流検出手段を介して検出される電流値が正常値であれば、前記第１通電パターンのみで通電対象であったスイッチング素子が短絡故障したことを検出する請求項３記載のインバータ装置。
5. 前記故障素子特定手段は、前記電流検出手段を介して検出される電流値が下限値を下回った第１通電パターンに続く第２通電パターンにおいて、前記電流検出手段を介して検出される電流値が正常値であれば、前記第１通電パターンのみで通電対象であったスイッチング素子が開放故障したことを検出する請求項３又は４記載のインバータ装置。
6. 前記制御手段は、前記電流検出手段を介して検出される電流が正常値を示す状態において、前記モータを駆動制御するインバータ回路を所定の条件で切り替える請求項１から５の何れか一項に記載のインバータ装置。

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