JP2021100351A - モータ駆動装置およびモータ駆動装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ駆動装置に含まれる回路部品に不具合が起きることを抑制する。【解決手段】モータ駆動装置１は、電源１０と、３相交流モータ３０と、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を有するインバータ２０と、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のスイッチング動作を制御する制御回路４０と、を備える。制御回路４０は、電源１０とインバータ２０との間に流れる電流の電流値が既定電流値Ｉａを超えたときに、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のうちインバータ２０の一方のアームのスイッチング素子を全てオフにするとともに、一方のアームと異なる他方のアームのスイッチング素子のスイッチング動作を継続する。そして、上記電流値が既定電流値Ｉａを超えてから所定期間のＴ１経過後においても既定電流値Ｉａを超えている場合に、一方のアームのスイッチング素子および他方のアームのスイッチング素子を全てオフにすることで、３相交流モータ３０の回転を停止させる。【選択図】図１

Description

この開示は、モータを回転駆動するモータ駆動装置、および、モータ駆動装置の制御方法に関する。

従来、電源と３相交流モータとインバータとを備えるモータ駆動装置が知られている。その種のモータ駆動装置の一例として、特許文献１には、インバータに過電流が流れたときに、インバータに含まれるスイッチング素子の全てをオフにすることで、スイッチング素子などの回路部品を保護する技術が開示されている。

特開２００４−１７３４４５号公報

しかし、特許文献１に記載されたモータ駆動装置のように、インバータに過電流が流れたときにスイッチング素子の全てを一度にオフにすると、オフ後に発生する回生電圧によってモータ駆動装置に含まれる回路部品に耐電圧以上の電圧が印加され、回路部品に不具合が起きることがある。

本開示では、モータ駆動装置に含まれる回路部品に不具合が起きることを抑制するモータ駆動装置等を提供する。

この開示のモータ駆動装置は、電源と、３相交流モータと、前記電源および前記３相交流モータのそれぞれに電気的に接続され、複数のスイッチング素子を有するインバータと、前記インバータと電気的に接続され、前記複数のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記電源と前記インバータとの間に流れる電流の電流値が既定電流値を超えたときに、前記複数のスイッチング素子のうち前記インバータの下アームおよび上アームのいずれか一方のアームのスイッチング素子を全てオフにするとともに、前記一方のアームと異なる他方のアームのスイッチング素子のスイッチング動作を継続し、前記電流値が前記既定電流値を超えてから所定期間の経過後においても前記既定電流値を超えている場合に、前記一方のアームのスイッチング素子および前記他方のアームのスイッチング素子を全てオフにすることで、前記３相交流モータの回転を停止させる。

この開示のモータ駆動装置の制御方法は、電源と、３相交流モータと、前記電源および前記３相交流モータのそれぞれに電気的に接続され、複数のスイッチング素子を有するインバータと、前記インバータと電気的に接続され、前記複数のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路と、を備えるモータ駆動装置の制御方法であって、前記電源と前記インバータとの間に流れる電流の電流値が既定電流値を超えたときに、前記複数のスイッチング素子のうち前記インバータの下アームおよび上アームのいずれか一方のアームのスイッチング素子を全てオフにするとともに、前記一方のアームと異なる他方のアームのスイッチング素子のスイッチング動作を継続し、前記電流値が前記既定電流値を超えてから所定期間の経過後においても前記既定電流値を超えている場合に、前記一方のアームのスイッチング素子および前記他方のアームのスイッチング素子を全てオフにすることで、前記３相交流モータの回転を停止させる。

本開示の一態様によるモータ駆動装置等は、モータ駆動装置に含まれる回路部品に不具合が起きることを抑制できる。

図１は、実施の形態によるモータ駆動装置を示す回路図である。 図２は、実施の形態によるモータ駆動装置の制御回路が備えるハードウェア回路を示す図である。 図３は、実施の形態によるモータ駆動装置のインバータの駆動制御を決めるハードウェア回路の真理値表である。 図４は、図２に示すハードウェア回路における信号の信号レベルを示すタイミングチャートである。 図５は、実施の形態によるモータ駆動装置の動作を示すフローチャートである。

本開示の一態様によるモータ駆動装置は、電源と、３相交流モータと、前記電源および前記３相交流モータのそれぞれに電気的に接続され、複数のスイッチング素子を有するインバータと、前記インバータと電気的に接続され、前記複数のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路と、を備える。前記制御回路は、前記電源と前記インバータとの間に流れる電流の電流値が既定電流値を超えたときに、前記複数のスイッチング素子のうち前記インバータの下アームおよび上アームのいずれか一方のアームのスイッチング素子を全てオフにするとともに、前記一方のアームと異なる他方のアームのスイッチング素子のスイッチング動作を継続する。また、前記制御回路は、前記電流値が前記既定電流値を超えてから所定期間の経過後においても前記既定電流値を超えている場合に、前記一方のアームのスイッチング素子および前記他方のアームのスイッチング素子を全てオフにすることで、前記３相交流モータの回転を停止させる。

この構成によれば、インバータにおける回生電圧の上昇を抑制することができ、モータ駆動装置に含まれる回路部品に不具合が起きることを抑制できる。

また、前記制御回路は、前記電流値が前記既定電流値を超えたときに、前記一方のアームのスイッチング素子を全てオフにするとともに前記他方のアームのスイッチング動作を継続し、前記所定期間の経過後においても前記電流値が前記既定電流値を超えている場合に、前記一方のアームのスイッチング素子および前記他方のアームのスイッチング素子を全てオフにするハードウェア回路を有していてもよい。

これによれば、例えば制御回路のメモリに保存されているプログラムソフトを用いて上記ハードウェア回路と同様な制御を行う場合に比べて、応答性良く回生電圧の上昇を抑制することができ、モータ駆動装置に含まれる回路部品に不具合が起きることを抑制できる。

また、前記ハードウェア回路は、前記所定期間を設定する遅延回路を有していてもよい。

これによれば、遅延回路によって上記所定期間を適切に設定することができるので、所定期間の経過後においても電流値が既定電流値を超えている場合に、モータ駆動装置に含まれる回路部品に不具合が起きることを抑制できる。

また、前記所定期間は、前記電流値が前記既定電流値を超えてから、前記電源と前記インバータとを結ぶ配線経路上に配置されるヒューズが溶断するまでの期間として前記制御回路に設定されてもよい。

この所定期間の設定によれば、例えば、インバータの下アームのスイッチング素子を全てオフにした際に、下アームにショート不良等の不具合があった場合であっても、回生電圧の上昇を抑えることができる。これにより、配線経路上に配置されたヒューズが切れることを抑制できる。

また、前記制御回路は、前記所定期間の経過後に前記電流値が前記既定電流値を超えていない場合に、前記３相交流モータに供給される電力が徐々に小さくなるように他方のアームのスイッチング素子のスイッチング動作を制御することで、前記３相交流モータの回転を停止させてもよい。

これによれば、３相交流モータにかかる負荷を抑制しながら３相交流モータを停止させることができる。

また、前記既定電流値は、前記スイッチング素子の耐電圧値に基づいて導出される値であってもよい。

この既定電流値の設定によれば、モータ駆動装置に含まれるスイッチング素子に不具合が起きることを抑制できる。

また、前記電源と前記インバータとの間に流れる電流値は、前記電源と前記インバータとを結ぶ配線経路上に配置された電流検出部によって検出されてもよい。

これによれば、電流検出部によって上記電流値を適切に検出することができるので、適切なタイミングで回生電圧を抑制することができ、モータ駆動装置に含まれる回路部品に不具合が起きることを抑制できる。

また、前記他方のアームのスイッチング素子のスイッチング動作は、前記制御回路のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御によるスイッチング動作であってもよい。

これによれば、スイッチング素子のスイッチング動作によって、インバータにおける回生電圧の上昇を確実に抑制することができ、モータ駆動装置に含まれる回路部品に不具合が起きることを抑制できる。

また、モータ駆動装置は、前記複数のスイッチング素子のそれぞれに並列接続された複数の還流ダイオードと、前記インバータに並列接続されたコンデンサと、を備えていてもよい。

これによれば、インバータにおける回生電圧の上昇をさらに抑制することができ、モータ駆動装置に含まれる回路部品に不具合が起きることを抑制できる。

本開示の一態様によるモータ駆動装置の制御方法は、電源と、３相交流モータと、前記電源および前記３相交流モータのそれぞれに電気的に接続され、複数のスイッチング素子を有するインバータと、前記インバータと電気的に接続され、前記複数のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路と、を備えるモータ駆動装置の制御方法である。この制御方法では、前記電源と前記インバータとの間に流れる電流の電流値が既定電流値を超えたときに、前記複数のスイッチング素子のうち前記インバータの下アームおよび上アームのいずれか一方のアームのスイッチング素子を全てオフにするとともに、前記一方のアームと異なる他方のアームのスイッチング素子のスイッチング動作を継続し、前記電流値が前記既定電流値を超えてから所定期間の経過後においても前記既定電流値を超えている場合に、前記一方のアームのスイッチング素子および前記他方のアームのスイッチング素子を全てオフにすることで、前記３相交流モータの回転を停止させる。

この方法によれば、インバータにおける回生電圧の上昇を抑制することができ、モータ駆動装置に含まれる回路部品に不具合が起きることを抑制できる。

以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の一形態に係る実現形態を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。本開示の実現形態は、現行の独立請求項に限定されるものではなく、他の独立請求項によっても表現され得る。

なお、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化される場合がある。

（実施の形態）
［１．モータ駆動装置］
本実施の形態によるモータ駆動装置について、図１および図２を参照しながら説明する。

図１は、実施の形態によるモータ駆動装置１を示す回路図である。

モータ駆動装置１は、電源１０と、複数のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を有するインバータ２０と、３相交流モータ３０と、制御回路４０とを備えている。

３相交流モータ３０は、例えば、気体を圧送する圧縮機（コンプレッサ）の羽根車またはロータを回転させるために用いられる。３相交流モータ３０は、例えば、埋込磁石同期モータまたは表面磁石同期モータなどである。以下、３相交流モータ３０をモータ３０と呼ぶ場合がある。

電源１０は、モータ３０に電力を供給するための電源である。電源１０は、例えば、リチウムイオン電池などの直流電源である。電源１０は、交流電源を直流電源に変換する電源回路であってもよい。

インバータ２０は、電源１０とモータ３０との間に配置され、電源１０、モータ３０および制御回路４０のそれぞれに電気的に接続されている。具体的には、インバータ２０は、電力の入力側が電源１０に接続され、電力の出力側がモータ３０に接続されている。またインバータ２０は、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のスイッチング動作を制御するための制御信号の入力側が制御回路４０に接続されている。

インバータ２０は、３相ブリッジ回路によって構成され、電源１０から供給された直流電力をスイッチング動作によって３相の交流電力に変換し、その交流電力をモータ３０に供給してモータ３０を回転させる。なお、電源１０とインバータ２０とを結ぶ配線経路上にはヒューズ７０が配置されている。具体的には、ヒューズ７０は、電源１０の正極と後述するノード２３との間に直列挿入されている。

インバータ２０と電源１０との間には、インバータ２０に並列接続されたコンデンサＣ１が設けられている。コンデンサＣ１は、インバータ２０に印加される電圧を平滑化する平滑コンデンサである。コンデンサＣ１の一方の端子は、電源１０の正極に接続された電源線Ｌｐ上のノード２３に接続され、他方の端子は、電源１０の負極に接続された接地線Ｌｇ上のノード２４に接続されている。

インバータ２０は、ブリッジ回路の上側に位置する上アーム（ハイサイド）２１のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３と、ブリッジ回路の下側に位置する下アーム（ローサイド）２２のスイッチング素子Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６とを備えている。例えば、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）または電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）などによって構成される。また、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６は、ワイドバンドギャップ半導体を用いて構成されてもよい。

スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の各電圧端子は電源線Ｌｐに接続され、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の各出力端子はモータ３０の３つの端子から引き出された３つの引き出し線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗに１対１で対応するように接続され、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の各制御入力端子は制御回路４０に接続されている。スイッチング素子Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の各電圧端子は引き出し線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗに１対１で対応するように接続され、スイッチング素子Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の各出力端子は接地線Ｌｇに接続され、スイッチング素子Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の各制御入力端子は制御回路４０に接続されている。また、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のそれぞれには、還流ダイオードが並列接続されている。還流ダイオードは、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６に寄生する寄生ダイオードであってもよい。

各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６は、制御回路４０ら出力された信号によって駆動する。モータ３０は、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の駆動に基づいて回転駆動される。

制御回路４０は、各種演算を行うマイクロプロセッサと、マイクロプロセッサを動作させるためのプログラムソフトおよび情報を記憶するメモリと、によって構成される。

制御回路４０は、上位制御装置（ＥＣＵ）の指令を受け、インバータ２０をＰＷＭ制御することで、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のスイッチング動作を制御する。また、制御回路４０は、インバータ２０に想定外の大きな電流が流れた場合に、モータ駆動装置１に含まれる回路部品（スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６、還流ダイオード、コンデンサＣ１、ヒューズ７０など）を保護するため、以下に示す第１の制御および第２の制御を順に実行する。

制御回路４０は、第１の制御として、電源１０とインバータ２０との間に流れる電流の電流値が既定電流値Ｉａ（図４参照）を超えたときに、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のうち、インバータ２０の下アーム２２および上アーム２１のいずれか一方のアームのスイッチング素子を全てオフ（開放）にするとともに、一方のアームと異なる他方のアームのスイッチング素子のスイッチング動作を継続する。例えば、制御回路４０は、上記電流値が既定電流値Ｉａを超えたときに、下アーム２２のスイッチング素子Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６を全てオフにするとともに、上アーム２１のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３のスイッチング動作を継続する。

例えば、電源１０とインバータ２０との間に流れる電流の電流値が既定電流値Ｉａを超えたときに、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の全てを一度にオフすると、モータ３０、上アーム２１内の還流ダイオード、コンデンサＣ１、下アーム２２内の還流ダイオードを経てモータ３０に戻る電流ループが形成される。その結果、モータ３０の回生エネルギーの多くがコンデンサＣ１に蓄積され、インバータ２０に発生する回生電圧が高くなり、モータ駆動装置１に含まれる回路部品に耐電圧以上の電圧が印加されることがある。

それに対して、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の全てをオフするのでなく、第１の制御のように、他方のアームのスイッチング素子のスイッチング動作を継続すると、スイッチング素子がオン（短絡）になっている間は、モータ３０、一方のアーム内の還流ダイオード、一方のアームにてオンしているスイッチング素子を経てモータ３０に戻る電流ループが形成される。これにより、スイッチング素子がオンになっている間は、モータ３０の回生エネルギーはコンデンサＣ１に蓄積されず、モータ３０のインダクタ成分等によって消費される。これによれば、インバータ２０に発生する回生電圧が必要以上に高くなることを抑制でき、モータ駆動装置１に含まれる回路部品に不具合が起きることを抑制できる。

なお、電源１０とインバータ２０との間に流れる電流の電流値は、電源１０とインバータ２０とを結ぶ配線経路上に配置された電流検出部６０によって検出される。電流検出部６０は、インバータ２０に流れる過電流を検出する回路であり、例えばシャント抵抗またはホール素子を含む。電流検出部６０によって検出された検出電流は、制御回路４０に出力される。図１に示す電流検出部６０は、前述したノード２４と、インバータ２０との間の接地線Ｌｇ上に直列挿入されているが、必ずしも接地線Ｌｇ上に配置されている必要はなく、ノード２３とインバータ２０との間の電源線Ｌｐ上に直列挿入されてもよい。

既定電流値Ｉａは、例えば、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の耐電圧値に基づいて導出される値である。既定電流値Ｉａは、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の耐電圧値よりも大きな値であり、例えば、耐電圧値の１．５倍以上３倍以下の値に決定される。既定電流値Ｉａは、後述するハードウェア回路４１の比較器４２にて設定されるが、それに限られず、プログラムソフトに設定されてもよい。

上記第１の制御によって、インバータ２０における回生電圧の上昇を抑えることが可能であるが、インバータ２０の下アーム２２のスイッチング素子Ｓ４〜Ｓ６を全てオフにした際に、例えば他方のアームにショート不良等の不具合があると、回生電圧の上昇を抑えることができず、ヒューズ７０が切れてしまうという事態が起こり得る。そこで制御回路４０は、ヒューズ７０の切れを回避するため、以下に示す第２の制御を実行する。

制御回路４０は、第２の制御として、電源１０とインバータ２０との間に流れる電流の電流値が既定電流値Ｉａを超えてから所定期間Ｔ１（図４参照）の経過後においても既定電流値Ｉａを超えている場合に、一方のアームのスイッチング素子および他方のアームのスイッチング素子を全てオフにする。例えば、制御回路４０は、所定期間Ｔ１の経過後においても電流値が既定電流値Ｉａを超えている場合に、上アーム２１のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３および下アーム２２のスイッチング素子Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６を全てオフにする。すなわち制御回路４０は、インバータ２０の全てのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６をオフにすることで、モータ３０の回転を停止させる。

所定期間Ｔ１は、電源１０とインバータ２０との間に流れる電流の電流値が既定電流値Ｉａを超えてから、ヒューズ７０が溶断するまでの期間として制御回路４０に設定される。所定期間Ｔ１は、上記電流値およびヒューズ７０の種類によって異なる時間に設定されるが、例えば、１秒以上１０秒以下の時間に設定される。所定期間Ｔ１は、後述するハードウェア回路４１の遅延回路４５にて設定されるが、それに限られず、プログラムソフトに設定されてもよい。

一方、制御回路４０は、第２の制御として、所定期間Ｔ１の経過後において電流値が既定電流値Ｉａを超えていない場合に、モータ３０に供給される電力が徐々に小さくなるように他方のアームのスイッチング素子のスイッチング動作を制御する。例えば制御回路４０は、前述した第１の制御にて下アーム２２のスイッチング素子Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６を全てオフにした後、この第２の制御にて、モータ３０に供給される電力が徐々に小さくなるように上アーム２１のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３のスイッチング動作を制御して、モータ３０の回転を停止させる。この第２の制御において制御回路４０は、所定期間Ｔ１の経過後にモータ３０に供給される電力が所定期間Ｔ１の経過前にモータ３０に供給されていた電力よりも小さくなるように、他方のアームのスイッチング素子のスイッチング動作を制御してもよい。

第１の制御および第２の制御は、制御回路４０のメモリに保存されたプログラムソフトによって実行されてもよいし、制御回路４０に設けられたハードウェア回路４１によって実行されてもよい。

［２．ハードウェア回路］
次に、第１の制御および第２の制御を行うためのハードウェア回路４１について説明する。

図２は、モータ駆動装置１の制御回路４０が備えるハードウェア回路４１を示す図である。

ハードウェア回路４１は、モータ駆動装置１に含まれる回路部品を保護するための保護回路である。本実施の形態のハードウェア回路４１は、電源１０とインバータ２０との間に流れる電流の電流値が既定電流値Ｉａを超えたときに、一方のアームのスイッチング素子を全てオフにするとともに他方のアームのスイッチング動作を継続し、所定期間Ｔ１の経過後においても電流値が既定電流値Ｉａを超えている場合に、一方のアームのスイッチング素子および他方のアームのスイッチング素子を全てオフにする。また、ハードウェア回路４１は、所定期間Ｔ１の経過後に電流値が既定電流値Ｉａを超えていない場合に、一方のアームのスイッチング素子を全てオフにした状態で、他方のアームのスイッチング動作を所定のＰＷＭ制御で制御可能な状態とする。

上記動作を実現する一例として、ハードウェア回路４１は、比較器４２、ラッチ回路４３、４６、４９、反転回路４４、４８、遅延回路４５、ＡＮＤ回路４７、５１、５２、および、ゲート駆動回路５３を備える。

図２に示すように、比較器４２の出力配線は、ラッチ回路４３、遅延回路４５およびＡＮＤ回路４７のそれぞれに接続されている。

ラッチ回路４３の出力配線は、反転回路４４に接続され、反転回路４４の出力配線は、ＡＮＤ回路５２に接続されている。遅延回路４５の出力配線は、ラッチ回路４６に接続され、ラッチ回路４６の出力配線は、ＡＮＤ回路４７に接続されている。ＡＮＤ回路４７の出力配線は、反転回路４８に接続され、反転回路４８の出力配線は、ＡＮＤ回路５１に接続されている。

ＡＮＤ回路５１、５２のそれぞれには、マイクロプロセッサから出力されたＰＷＭ信号が入力される。ＡＮＤ回路５１、５２のそれぞれの出力配線は、ゲート駆動回路５３に接続されている。

この図２において、比較器３２の出力配線における信号を信号Ａと呼び、反転回路４４の出力配線における信号を信号Ｂと呼び、遅延回路４５の出力配線における信号を信号Ｃと呼び、反転回路４８の出力配線における信号を信号Ｄと呼び、ラッチ回路４９の出力配線における信号を信号Ｅと呼ぶ。

まず、ＡＮＤ回路５１、５２およびゲート駆動回路５３について説明する。なお、図２では、ＡＮＤ回路５１、５２が１つずつ示されているが、実際はスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３に対応して３つのＡＮＤ回路５１が設けられ、スイッチング素子Ｓ４〜Ｓ６に対応して３つのＡＮＤ回路５２が設けられている。

ＡＮＤ回路５１は、上アーム２１のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３のオンオフ（短絡開放）を決める論理回路である。ＡＮＤ回路５１の２つの入力端子には、ＰＷＭ信号および信号Ｅが入力される。例えば、信号Ｅがハイレベルであるとき、ＡＮＤ回路５１から出力される信号ＹはＰＷＭ信号と同様となり、信号Ｅがローレベルであるとき、ＡＮＤ回路５１から出力される信号Ｙはローレベルとなる。

ＡＮＤ回路５２は、下アーム２２のスイッチング素子Ｓ４〜Ｓ６のオンオフを決める論理回路である。ＡＮＤ回路５２の２つの入力端子には、ＰＷＭ信号および信号Ｂが入力される。例えば、信号Ｂがハイレベルであるとき、ＡＮＤ回路５２から出力される信号ＸはＰＷＭ信号と同様となり、信号Ｂがローレベルであるとき、ＡＮＤ回路５２から出力される信号Ｙはローレベルとなる。

ここでスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６がどのような条件でオンまたはオフとなるのかを図３を参照して説明する。

図３は、インバータ２０の駆動制御を決めるハードウェア回路４１の真理値表である。この真理値表において「１」は信号がハイレベルであることを示し、「０」は信号がローレベルであることを示している。ＡＮＤ回路５１から出力される信号Ｙは、図３の（ａ）に示すＡＮＤ回路５１の真理値表によって決定される。ＡＮＤ回路５２から出力される信号Ｘは、図３の（ｂ）に示すＡＮＤ回路５２の真理値表によって決定される。これらの真理値表によって決定された信号Ｙ、Ｘは、ゲート駆動回路５３に入力される。

ゲート駆動回路５３は、入力側がＡＮＤ回路５１、５２に接続され、出力側がスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の各制御入力端子に接続されている。ゲート駆動回路５３は、ＡＮＤ回路５１、５２から出力された信号Ｙ、Ｘに基づいて、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のオンオフを制御する。

次に、比較器４２、ラッチ回路４３、４６、４９、反転回路４４、４８、遅延回路４５、ＡＮＤ回路４７を含むハードウェア回路４１の構成および動作について、図２および図４を参照しながら説明する。

図４は、ハードウェア回路４１における信号Ａ〜Ｅの信号レベルを示すタイミングチャートである。図４の（ａ）には、所定期間Ｔ１内に過電流が収まった場合のチャートが示され、図４の（ｂ）には、所定期間Ｔ１を経過しても過電流が流れ続けている場合のチャートが示されている。

モータ駆動装置１では、電流検出部６０によって電源１０とインバータ２０との間に流れる電流が常時検出されている。

このハードウェア回路４１では、過電流が検出されていない状態である通常運転時において、信号Ｂおよび信号Ｅは、ともにハイレベルの信号となっている。そのため、ＡＮＤ回路５１、５２から出力される信号Ｙ、Ｘ、および、ゲート駆動回路５３から出力される信号は、マイクロプロセッサに基づくＰＷＭ信号と同様の信号となる。したがって通常運転時では、インバータ２０のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６は、マイクロプロセッサに基づくＰＷＭ信号によって駆動制御される。

まず、過電流が発生し、第１の制御が実行される場合について説明する。

比較器４２は、電流検出部６０によって検出した検出電流値と既定電流値Ｉａとを比較し、検出電流値が既定電流値Ｉａよりも大きい場合に、比較器４２から出力される信号Ａをハイレベルにする。比較器４２から出力された信号Ａは、３つの信号Ａに分岐される。

１つ目の信号Ａは、ラッチ回路４３に入力され、ラッチ回路４３によって保持される。ラッチ回路４３から出力された信号は、反転回路４４によって反転され、ローレベルの信号ＢとしてＡＮＤ回路５２に出力される。ＡＮＤ回路５２にローベレルの信号Ｂが入力されると、ＡＮＤ回路５２から出力される信号Ｘ、および、ゲート駆動回路５３から下アーム２２に出力される信号はローレベルとなり、下アーム２２のスイッチング素子Ｓ４〜Ｓ６は、全てオフとなる。

すなわち、電源１０とインバータ２０との間に流れる電流の電流値が既定電流値Ｉａよりも大きい場合、下アーム２２のスイッチング素子Ｓ４〜Ｓ６は、全てオフとなる。

２つ目の信号Ａは、ＡＮＤ回路４７に入力され、３つ目の信号Ａは、遅延回路４５に入力される。遅延回路４５は、入力された信号を所定期間Ｔ１遅延させて出力する。具体的には遅延回路４５は、過電流の検出時刻から所定期間Ｔ１経過したときに信号Ｃをラッチ回路４６に出力する。なお信号Ｃのパルス幅は、信号Ａがハイレベルとなっている時間と同じ時間のパルス幅に設定される。ラッチ回路４６は、入力された信号を保持してＡＮＤ回路４７に出力する。ＡＮＤ回路４７は、ラッチ回路４６から入力された信号および比較器４２から入力された信号Ａに基づいて、ハイレベルまたはローレベルの信号を出力する。

例えば、図４の（ａ）および（ｂ）に示すように過電流を検出している最中であって所定期間Ｔ１を経過する前は、比較器４２から出力される信号Ａはハイレベルとなる。しかし、遅延回路４５から出力された信号Ｃに基づいてラッチ回路４６から出力される信号はローレベルとなり、ＡＮＤ回路４７はローレベルの信号を反転回路４８に出力する。反転回路４８は、入力された信号を反転してハイレベルの信号Ｄをラッチ回路４９に出力する。ラッチ回路４９は、ハイレベルの信号Ｄを保持してＡＮＤ回路５１に出力する。ハイレベルの信号Ｄが入力されたＡＮＤ回路５１は、ＡＮＤ回路５１に入力されたＰＷＭ信号と同様の信号Ｙをゲート駆動回路５３に出力する。

すなわち、電源１０とインバータ２０との間に流れる電流値が既定電流値Ｉａよりも大きくなった場合であって、かつ、所定期間Ｔ１を経過する前は、上アーム２１のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３は、マイクロプロセッサに基づくＰＷＭ信号によって駆動制御される。

このように、電源１０とインバータ２０との間に流れる電流値が既定電流値Ｉａを超えた場合であって、かつ、所定期間Ｔ１を経過する前は、下アーム２２のスイッチング素子Ｓ４〜Ｓ６は、全てオフとなり、上アーム２１のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３は、ＰＷＭ信号によって駆動制御される。これにより、前述した第１の制御が実行される。

次に第２の制御が実行される場合について説明する。

例えば、図４の（ｂ）に示すように所定期間Ｔ１の経過後においても過電流が流れ続けている場合、所定期間Ｔ１の経過後において信号Ａはハイレベルとなり、信号Ｃもハイレベルになるので、ＡＮＤ回路４７はハイレベルの信号を反転回路４８に出力する。反転回路４８は、入力された信号を反転してローレベルの信号Ｄをラッチ回路４９に出力する。ラッチ回路４９は、ローレベルの信号Ｄを保持してＡＮＤ回路５１に出力する。ローレベルの信号Ｄが入力されたＡＮＤ回路５１は、ＰＷＭ信号の有無にかかわらず、ローレベルの信号Ｙをゲート駆動回路５３に出力する。

すなわち、電源１０とインバータ２０との間に流れる電流の電流値が既定電流値Ｉａよりも大きくなり、さらに、所定期間Ｔ１の経過後においても上記電流値が既定電流値Ｉａよりも大きくなっている場合は、上アーム２１のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３は、全てオフになる。

また例えば、図４の（ａ）に示すように所定期間Ｔ１内に過電流が収まった場合、所定期間Ｔ１の経過後における信号Ａはローレベルとなる。したがって、遅延した信号Ｃがハイレベルになったとしても、ＡＮＤ回路４７はローレベルの信号を反転回路４８に出力する。反転回路４８は、入力された信号を反転してハイレベルの信号Ｄをラッチ回路４９に出力する。ラッチ回路４９は、ハイレベルの信号Ｄを保持してＡＮＤ回路５１に出力する。ハイレベルの信号Ｄが入力されたＡＮＤ回路５１は、ＡＮＤ回路５１に入力されたＰＷＭ信号と同様の信号Ｙをゲート駆動回路５３に出力する。

すなわち、電源１０とインバータ２０との間に流れる電流値が既定電流値Ｉａよりも一旦大きくなったが、所定期間Ｔ１の経過後に上記電流値が既定電流値Ｉａよりも大きくなっていない場合は、上アーム２１のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３は、マイクロプロセッサに基づくＰＷＭ信号によって駆動制御される。

このように、電源１０とインバータ２０との間に流れる電流値が既定電流値Ｉａを超え、さらに、所定期間Ｔ１の経過後においても上記電流値が既定電流値Ｉａを超えている場合は、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６は、全てオフになる。一方、所定期間Ｔ１の経過後に上記電流値が既定電流値Ｉａを超えていない場合は、上アーム２１のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３は、マイクロプロセッサに基づくＰＷＭ信号によって駆動制御される。これにより、前述した第２の制御が実行される。

本実施の形態のモータ駆動装置１の制御回路４０は、電源１０とインバータ２０との間に流れる電流の電流値が既定電流値Ｉａを超えたときに、複数のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のうちインバータ２０の下アーム２２および上アーム２１のいずれか一方のアームのスイッチング素子を全てオフにするとともに、一方のアームと異なる他方のアームのスイッチング素子のスイッチング動作を継続する。そして、制御回路４０は、電流値が既定電流値Ｉａを超えてから所定期間Ｔ１の経過後においても上記電流値が既定電流値Ｉａを超えている場合に、一方のアームのスイッチング素子および他方のアームのスイッチング素子を全てオフにすることで、モータ３０の回転を停止させる。

このモータ駆動装置１によれば、インバータ２０における回生電圧の上昇を抑制することができ、モータ駆動装置１に含まれる回路部品に不具合が起きることを抑制できる。

なお、上記の第１制御および第２制御では、上記電流値が既定電流値Ｉａを超えたときに、下アーム２２のスイッチング素子Ｓ４〜Ｓ６を全てオフにするとともに、上アーム２１のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３のスイッチング動作を継続する例を示したが、それに限られず、下アーム２２と上アーム２１とで逆の駆動制御が行われてもよい。すなわち、制御回路４０は、上記電流値が既定電流値Ｉａを超えたときに、上アーム２１のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３を全てオフにするとともに、下アーム２２のスイッチング素子Ｓ４〜Ｓ６のスイッチング動作を継続するような制御を行ってもよい。そして、制御回路４０は、上記電流値が既定電流値Ｉａを超えてから所定期間Ｔ１の経過後においても上記電流値が既定電流値を超えている場合に、インバータ２０の全てのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６をオフにすることで、モータ３０の回転を停止させてもよい。

［３．モータ駆動装置の動作］
次に、実施の形態のモータ駆動装置１の動作について説明する。

図５は、モータ駆動装置１の動作を示すフローチャートである。

通常運転時において、制御回路４０は、ＰＷＭ制御により全てのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のスイッチング動作を制御する（ステップＳ１０）。これにより、制御回路４０は、モータ３０の回転を制御する。

一方で、電流検出部６０は、電源１０とインバータ２０との間に流れる電流の電流値を常時検出し、制御回路４０は、電流検出部６０で検出した電流の電流値が既定電流値Ｉａを超えたか否かを常時判断する（ステップＳ２０）。上記電流値が既定電流値Ｉａを超えていない場合は（Ｓ２０にてＮｏ）、ステップＳ１０に戻り、制御回路４０によるＰＷＭ制御が実行される。

上記電流値が既定電流値Ｉａを超えている場合（Ｓ２０によてＹｅｓ）、制御回路４０は、複数のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のうちインバータ２０の下アーム２２および上アーム２１のいずれか一方のアームのスイッチング素子を全てオフにするとともに、一方のアームと異なる他方のアームのスイッチング素子のスイッチング動作を継続する（ステップＳ３０）。例えば、制御回路４０は、下アーム２２のスイッチング素子Ｓ４〜Ｓ６を全てオフにするとともに、上アーム２１のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３をＰＷＭ制御する。この制御により、インバータ２０における回生電圧の上昇を抑制する。

次に、制御回路４０は、所定期間Ｔ１が経過したときに、上記電流値が既定電流値Ｉａを超えているか否かを判断する（ステップＳ４０）。

所定期間Ｔ１の経過後においても上記電流値が既定電流値Ｉａを超えている場合（Ｓ４０にてＹｅｓ）、一方のアームのスイッチング素子および他方のアームのスイッチング素子を全てオフにする（ステップＳ５０）。例えば、制御回路４０は、所定期間Ｔ１の経過後においても電流値が既定電流値Ｉａを超えている場合に、上アーム２１および下アーム２２のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を全てオフにすることで、モータ３０の回転を停止させる。この制御により、例えば、下アーム２２にショート不良等の不具合があった場合であっても、回生電圧の上昇を抑えることができ、ヒューズ７０が切れることを抑制できる。

一方、上記電流値が既定電流値Ｉａを超えていない場合（Ｓ４０にてＮｏ）、すなわち電流検出部６０にて過電流が検出されなくなった場合、モータ３０に供給される電力が徐々に小さくなるように他方のアームのスイッチング素子のスイッチング動作を制御する（ステップＳ５１）。具体的には、モータ３０に供給される電力が所定期間Ｔ１の経過前よりも小さくなるように、上アーム２１のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３のスイッチング動作を制御し、モータ３０の回転を停止する。この制御により、モータ３０にかかる負荷を抑制しながらモータ３０を停止させることができる。

これにより、モータ駆動装置１の制御を終了する。

（その他の実施の形態）
以上の実施の形態は、本質的に好ましい例示であって、この開示、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

例えば、モータ駆動装置１は、モータ駆動装置１を構成する構成要素の１つとして電流検出部６０を備えていてもよい。また、モータ駆動装置１は、モータ駆動装置１を構成する回路部品の１つとしてヒューズ７０を備えていてもよい。

例えば、インバータ２０は、インバータ２０を構成する回路部品の１つとして、コンデンサＣ１を備えていてもよい。

例えば、モータ駆動装置１は、ランプまたはブザーなどの報知部を備え、報知部を用いて、上記電流値が既定電流値Ｉａを超えたことを外部に報知してもよい。

例えば、制御回路４０は、図４の（ａ）に示すように所定期間Ｔ１内に過電流が収まった場合、その後は通常運転によってインバータ２０をＰＷＭ制御し、モータ３０を回転させてもよい。

その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、又は、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。

この開示は、例えば圧縮機に用いられるモータ駆動装置として有用である。

１ モータ駆動装置
１０ 電源
２０ インバータ
２１ 上アーム
２２ 下アーム
２３、２４ ノード
３０ ３相交流モータ
４０ 制御回路
４１ ハードウェア回路
４２ 比較器
４３、４６、４９ ラッチ回路
４４、４８ 反転回路
４５ 遅延回路
４７、５１、５２ ＡＮＤ回路
５３ ゲート駆動回路
６０ 電流検出部
７０ ヒューズ
Ｃ１ コンデンサ
Ｉａ 既定電流値
Ｌｐ 電源線
Ｌｇ 接地線
Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗ 引き出し線
Ｓ１〜Ｓ６ スイッチング素子
Ｔ１ 所定期間

Claims (10)

1. 電源と、
   ３相交流モータと、
   前記電源および前記３相交流モータのそれぞれに電気的に接続され、複数のスイッチング素子を有するインバータと、
   前記インバータと電気的に接続され、前記複数のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路と、
   を備え、
   前記制御回路は、
   前記電源と前記インバータとの間に流れる電流の電流値が既定電流値を超えたときに、前記複数のスイッチング素子のうち前記インバータの下アームおよび上アームのいずれか一方のアームのスイッチング素子を全てオフにするとともに、前記一方のアームと異なる他方のアームのスイッチング素子のスイッチング動作を継続し、
   前記電流値が前記既定電流値を超えてから所定期間の経過後においても前記既定電流値を超えている場合に、前記一方のアームのスイッチング素子および前記他方のアームのスイッチング素子を全てオフにすることで、前記３相交流モータの回転を停止させる
   モータ駆動装置。
2. 前記制御回路は、
   前記電流値が前記既定電流値を超えたときに、前記一方のアームのスイッチング素子を全てオフにするとともに前記他方のアームのスイッチング動作を継続し、前記所定期間の経過後においても前記電流値が前記既定電流値を超えている場合に、前記一方のアームのスイッチング素子および前記他方のアームのスイッチング素子を全てオフにするハードウェア回路を有する
   請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記ハードウェア回路は、前記所定期間を設定する遅延回路を有する
   請求項２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記所定期間は、前記電流値が前記既定電流値を超えてから、前記電源と前記インバータとを結ぶ配線経路上に配置されるヒューズが溶断するまでの期間として前記制御回路に設定される
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
5. 前記制御回路は、前記所定期間の経過後に前記電流値が前記既定電流値を超えていない場合に、前記３相交流モータに供給される電力が徐々に小さくなるように他方のアームのスイッチング素子のスイッチング動作を制御することで、前記３相交流モータの回転を停止させる
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
6. 前記既定電流値は、前記スイッチング素子の耐電圧値に基づいて導出される値である
   請求項１〜５のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
7. 前記電源と前記インバータとの間に流れる電流値は、前記電源と前記インバータとを結ぶ配線経路上に配置された電流検出部によって検出される
   請求項１〜６のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
8. 前記他方のアームのスイッチング素子のスイッチング動作は、前記制御回路のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御によるスイッチング動作である
   請求項１〜７のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
9. 前記複数のスイッチング素子のそれぞれに並列接続された複数の還流ダイオードと、
   前記インバータに並列接続されたコンデンサと、
   を備える
   請求項１〜８のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
10. 電源と、３相交流モータと、前記電源および前記３相交流モータのそれぞれに電気的に接続され、複数のスイッチング素子を有するインバータと、前記インバータと電気的に接続され、前記複数のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路と、を備えるモータ駆動装置の制御方法であって、
    前記電源と前記インバータとの間に流れる電流の電流値が既定電流値を超えたときに、前記複数のスイッチング素子のうち前記インバータの下アームおよび上アームのいずれか一方のアームのスイッチング素子を全てオフにするとともに、前記一方のアームと異なる他方のアームのスイッチング素子のスイッチング動作を継続し、
    前記電流値が前記既定電流値を超えてから所定期間の経過後においても前記既定電流値を超えている場合に、前記一方のアームのスイッチング素子および前記他方のアームのスイッチング素子を全てオフにすることで、前記３相交流モータの回転を停止させる
    モータ駆動装置の制御方法。

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