JP5277504B2

JP5277504B2 - 電力変換装置の検査方法、および、検査装置

Info

Publication number: JP5277504B2
Application number: JP2009123798A
Authority: JP
Inventors: 浩司入江; 哲山田; 仁斉藤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-05-22
Filing date: 2009-05-22
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2029-05-22
Also published as: EP2254234A2; EP2254234A3; KR101158996B1; CN101893666B; US8310273B2; KR20100126213A; US20100295573A1; CN101893666A; JP2010273464A

Description

本発明は、モーターを駆動する電力変換装置を検査する電力変換装置の検査方法、および、検査装置に関する。

外部の電源から供給される電力を変換して、モーターに駆動電力を出力する電力変換装置が知られている。この種の電力変換装置が良品であるか否かを検査する場合、従来は、実際にモーターを接続して通電して、検査を行っていた。また、モーターを使用しないで検査を行うため、電力変換装置の出力側に、モーターと同一の電気的負荷となる負荷装置を接続するとともに、電力変換装置の入力側に、外部電源を模した模擬電源装置を接続することもあった（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１６０２８２号公報

ところで、電力変換装置がモーターに出力する電流及び電圧は、モーターに求められる駆動条件（出力トルク、回転数）によって様々な値となる。このため、電力変換装置の検査では、モーターの様々な駆動条件に対応した出力が行えるかどうかを検査するため、複数の駆動条件の一つ一つに対応する出力を行わせて、良否を判定していた。このため、検査に時間がかかり、作業負担が大きいという問題があった。

そこで本発明は、外部の電源から供給される電力を変換してモーターに出力する電力変換装置の良否の検査を速やかに行うことを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、外部電源から供給される電力を複数の素子により変換してモーターに出力する電力変換装置を検査する電力変換装置の検査方法において、前記電力変換装置に前記モーターが接続された状態で、前記モーターの出力トルク及び回転数を規定する駆動条件に従って前記電力変換装置の各素子の通電状態を切り替えて動作させ、この動作中の電気角一周期の間に検査対象の前記素子に流れる相電流及び該素子の端子間電圧から該素子の動作領域を求める動作領域算出工程と、前記動作領域算出工程で求めた前記素子の動作領域全体に対応する検査用の駆動条件を設定する駆動条件設定工程と、前記電力変換装置に前記モーターに代えて検査用負荷が接続された状態で、前記駆動条件設定工程で設定された検査用の駆動条件に従って、検査対象の前記素子の通電状態を切り替える検査工程と、前記検査工程において検査対象の前記素子に流れる相電流及び前記素子の端子間電圧に基づいて、該素子のオン時間と相電流値との相関を求める出力値演算工程と、を備えることを特徴とする電力変換装置の検査方法を提供する。

この方法によれば、電力変換装置に検査用負荷が接続された状態で、検査対象の素子の動作領域全体に対応する検査用の駆動条件に従って該素子の通電状態を切り替え、検査対象の素子に流れる相電流及び該素子の端子間電圧を検出することにより、電力変換装置の素子を検査するので、一つの検査用の駆動条件を用いて素子の良否を速やかに検査できる。また、モーターを使用せずに、モーターに電力を出力する場合と実質的に等しい動作環境で検査を行うことができるので、コストダウンが可能になる。さらに、検査用の駆動条件を設定する場合に、検査対象の素子の動作領域を、実際にモーターを駆動する複数の駆動条件に従って電力変換装置の各素子の通電状態を切り替えて動作させた場合に検査対象の素子に流れる相電流及び該素子の端子間電圧から求め、この動作領域を包含するように検査用の駆動条件を設定するので、検査対象の素子の動作領域全体における良否を正確に判定できる。

また、本発明は、外部電源から供給される電力を複数の素子により変換してモーターに出力する電力変換装置に接続され、前記モーターの出力トルク及び回転数を規定する駆動条件に従って前記電力変換装置の各素子の通電状態を切り替え可能に構成され、前記電力変換装置に検査用負荷が接続された状態で、検査用の駆動条件に従って前記電力変換装置が備える検査対象の前記素子の通電状態を切り替える通電制御部と、検査対象の前記素子に流れる相電流及び該素子の端子間電圧を検出する検出部と、前記通電制御部が検査用の駆動条件に従って制御を行う間に前記検出部により検出された電流及び電圧に基づいて、検査対象の前記素子のオン時間と相電流値との相関を求める出力値演算部と、を備え、前記検査用の駆動条件は、検査対象の前記素子の動作領域全体に対応する条件であること、を特徴とする検査装置を提供する。

この構成によれば、検査対象の素子の動作領域全体に対応する検査用の駆動条件に従って該素子の通電状態を切り替え、検査対象の素子に流れる相電流及び該素子の端子間電圧を検出することにより、電力変換装置の素子を検査するので、一つの検査用の駆動条件を用いて素子の良否を速やかに検査できる。

上記構成において、前記検査用の駆動条件として、前記通電制御部が前記モーターを駆動する複数の駆動条件に従って前記電力変換装置の各素子の通電状態を切り替えて動作させた場合の、電気角一周期の間に検査対象の前記素子に流れる相電流及び該素子の端子間電圧から得られる該素子の動作領域を包含する駆動条件が設定されてもよい。
この場合、検査対象の素子の動作領域を、実際にモーターを駆動する複数の駆動条件に従って電力変換装置の各素子の通電状態を切り替えて動作させた場合に検査対象の素子に流れる相電流及び該素子の端子間電圧から求め、この動作領域を包含するように定められた検査用の駆動条件を用いて検査を行うので、検査対象の素子の動作領域全体における良否を、一つの検査用の駆動条件によってより正確に判定できる。

ここで、検査対象の前記素子の動作領域は、複数の駆動条件を用いて前記通電制御部が前記電力変換装置を動作させた場合に、該素子に流れる相電流及び該素子の端子間電圧から検査対象の前記素子のオン時間と相電流値との相関を求め、求めた全ての相関を包含する領域であり、前記素子のオン時間に対応する相電流値として規定されたものとすることができる。この場合には、素子に流れる相電流及び素子の端子間電圧から素子のオン時間と相電流値との相関を求めて、この相関に基づいて動作領域が規定されるため、複数の駆動条件に対応する素子の動作領域の総和として全動作領域を正確に求めることができる。このため、この動作領域を用いれば、検査用の駆動条件を適切に設定でき、より正確な検査を行うことが可能になる。

また、前記検査用負荷は、前記モーターに代えて前記モーターのステーターを備えた構成とすることができる。この場合には、モーターのステーターのみを備えた検査用負荷を用いることで、実際にモーターを動作させることなく検査を行うことができ、検査時の作業負担を軽減できるとともにコストダウンが可能になる。また、モーターを使用せずに、モーターに電力を出力する場合と実質的に等しい動作環境で電力変換装置の検査を行うことができる。

上記構成において、前記出力値演算部により求められた検査対象の前記素子のオン時間と相電流値との相関を視覚的情報として出力してもよい。この場合、検査中における検査対象の素子の動作状態をわかりやすく出力でき、直感的に検査対象の電力変換装置の状態を理解できる。また、素子のオン時間と相電流値との相関として視覚化することにより、素子に流れる電流値と電圧値を監視するだけでは発見しにくい動作不良等を容易に発見できる。

上記構成において、前記通電制御部は、前記検査用の駆動条件に従って、検査対象の前記素子に流れる相電流の電流値がゼロから連続的に増大するよう該素子の通電状態を切り替えてもよい。この場合、検査用の駆動条件に従って相電流の電流値がゼロから連続的に増大するよう検査対象の素子の通電状態を切り替えることで、検査対象の素子の動作領域の全体で漏れなく検査を行うことができる。

上記構成において、前記通電制御部は、検査対象の前記素子に流れる相電流と前記素子の相電圧との位相差がπ／２となるように該素子の通電状態を切り替えてもよい。この場合、相電流と相電圧との位相差をπ／２とすることで素子のオン時間を様々に変化させることが可能になるので、検査用の駆動条件通りに確実に検査を行うことができる。

本発明によれば、検査対象の素子の動作領域全体に対応する検査用の駆動条件に従って該素子の通電状態を切り替え、検査対象の素子に流れる相電流及び該素子の端子間電圧を検出することにより、電力変換装置の素子を検査するので、一つの検査用の駆動条件を用いて素子の良否を速やかに検査できる。
また、本発明によれば、検査対象の素子の動作領域全体における良否を、一つの検査用の駆動条件によってより正確に判定できる。
本発明によれば、素子のオン時間と相電流値との相関として視覚化することにより、素子に流れる電流と電圧のみからは発見しにくい動作不良等を発見しやすくなる。
本発明によれば、検査用の駆動条件に従って相電流の電流値がゼロから連続的に増大するよう検査対象の素子の通電状態を切り替えることで、検査対象の素子の動作領域の全体で漏れなく検査を行うことができる。
本発明によれば、相電流と相電圧との位相差をπ／２とすることで素子のオン時間を様々に変化させることが可能になるので、検査用の駆動条件通りに確実に検査を行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るインバーター回路１００の構成を示す回路図である。また、図２はインバーター回路１００からモーター５に出力される出力電流を示す図表であり、縦軸は電流値、横軸は時間の経過を示す。
インバーター回路１００の入力側の高圧側入力端子１３１と低圧側入力端子１３２には直流電圧源である電圧源２（外部電源）が接続され、出力側には負荷としての三相交流モーター５が接続されている。インバーター回路１００は、電圧源２から供給される直流電圧を、６個のスイッチング素子を用いて三相交流電圧に変換し、Ｕ相出力端子１４１、Ｖ相出力端子１４２、及びＷ相出力端子１４３から三相交流モーター５に出力する三相出力インバーター回路である。インバーター回路１００は、図２に示すように、１２０°ずつ位相がずれたＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電流を出力する。

図１のインバーター回路１００は、スイッチング素子としての６個のＩＧＢＴ１０１〜１０６を備えている。ＩＧＢＴ１０１〜１０６のゲート端子にはゲートドライブ（ＧＤ）基板３が接続され、ＧＤ基板３はＩＧＢＴ１０１〜１０６の各々にゲート電圧を供給可能であり、ＩＧＢＴ１０１〜１０６へのゲート電圧をオン／オフすることで、ＩＧＢＴ１０１〜１０６をスイッチングさせる。

検査用ＥＣＵ４は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を有し、ＣＰＵがＲＯＭに記憶したプログラムを実行することにより、ＧＤ基板３を制御して、インバーター回路１００の各素子のスイッチングを行わせる検査用のコンピューターである。検査用ＥＣＵ４は、ＧＤ基板３によりＩＧＢＴ１０１〜１０６のオン時間とオフ時間のデューティを制御して、モーター５のＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）制御を行う。検査用ＥＣＵ４には、モーター５を動作させる駆動条件として、少なくともモーター５の回転数及び出力トルクを含む情報が入力され、或いは予め設定されている。検査用ＥＣＵ４は、モーター５の回転数と出力トルクが駆動条件に一致するように、ＰＷＭ制御を行う。
この検査用ＥＣＵ４は、ＧＤ基板３とともに、本願の検査装置として機能する。この場合に、検査用ＥＣＵ４は、通電制御部及び出力値演算部に相当する。

インバーター回路１００のＩＧＢＴ１０１は、高圧側入力端子１３１とＵ相出力端子１４１との間に接続され、Ｕ相出力端子１４１と低圧側入力端子１３２との間にＩＧＢＴ１０２が接続され、これらＩＧＢＴ１０１、１０２によりＵ相電流が出力される。また、ＩＧＢＴ１０３は、高圧側入力端子１３１とＶ相出力端子１４２との間に接続され、Ｖ相出力端子１４２と低圧側入力端子１３２との間にはＩＧＢＴ１０４が接続されており、これらＩＧＢＴ１０３、１０４によりＶ相電流が出力される。ＩＧＢＴ１０５は、高圧側入力端子１３１とＷ相出力端子１４３との間に接続され、Ｗ相出力端子１４３と低圧側入力端子１３２との間にはＩＧＢＴ１０６が接続されており、ＩＧＢＴ１０５、１０６によりＷ相電流がモーター５に出力される。

ＩＧＢＴ１０１〜１０６の各々のコレクタ−エミッタ間には転流ダイオード（Free Wheeling Diode）（以下、ＦＷＤとする）１１１〜１１６が接続されている。ＦＷＤ１１１〜１１６には、ＩＧＢＴがオフの間に、ＩＧＢＴのエミッタ側からコレクタ側に電流が流れる。ＦＷＤ１１１〜１１６は、ＩＧＢＴ１０１〜１０６とともに本願の素子として機能する。
また、電圧源２に接続される高圧側入力端子１３１と低圧側入力端子１３２との間には、平滑コンデンサー１２１が接続されている。

検査用ＥＣＵ４は、HIアームのコレクタ−エミッタ間電圧及び相電流、LOアームのコレクタ−エミッタ間電圧及び相電流、HIアームのゲート−エミッタ間電圧及び相電流、LOアームのゲート−エミッタ間電圧及び相電流の４つの組み合わせの中から、任意の値を選択して取得できる。図１には、一例として、HIアームのコレクタ−エミッタ間電圧及び相電流を取得する場合の回路構成を示す。
図１に示す構成では、ＩＧＢＴ１０５のコレクタ−エミッタ間に電圧検出部１１が接続され、Ｗ相出力端子１４３とモーター５との間に電流検出部１２が接続されている。電圧検出部１１は、ＩＧＢＴ１０５及びＦＷＤ１１５の両端電圧値を検出し、電流検出部１２は、Ｗ相出力端子１４３とモーター５との間に流れる相電流値を検出する。電圧検出部１１及び電流検出部１２は検査用ＥＣＵ４に接続され、その検出値は、検査用ＥＣＵ４によって取得される。電圧検出部１１及び電流検出部１２は、本願の検出部に相当する。
なお、図１に示した構成のほか、インバーター回路１００の他の箇所に電圧検出部１１及び電流検出部１２を設けて、ＩＧＢＴ１０５のゲート−エミッタ間電圧・相電流を取得してもよいし、ＩＧＢＴ１０１〜１０４、１０６のコレクタ−エミッタ間電圧・相電流あるいはゲート−エミッタ間電圧・相電流を取得することも可能である。具体的には、ＩＧＢＴ１０１〜１０４、１０６に、コレクタ−エミッタ間の電圧或いはゲート−エミッタ間の電圧を検出する電圧検出部１１を設けてもよく、また、Ｕ相出力端子１４１とモーター５との間、及び、Ｖ相出力端子１４２とモーター５との間に、電流検出部１２を設けてもよく、これらの電圧検出部１１及び電流検出部１２は検査用ＥＣＵ４に接続される。

本実施形態では、検査用ＥＣＵ４の制御によってインバーター回路１００を構成する各素子の検査を行う。
まず、検査条件を設定するまでの工程について説明する。

図３は、モーター５の駆動時におけるＩＧＢＴ１０１〜１０６のスイッチング状態を示す図であり、一例として、Ｗ相電流を出力するＩＧＢＴ１０５、１０６のスイッチング状態を示す。Ｕ相電流を出力するＩＧＢＴ１０１、１０２、ＦＷＤ１１１、１１２及びＶ相電流を出力するＩＧＢＴ１０３、１０４、ＦＷＤ１１３、１１４も同様に動作する。
図３（ａ）、（ｂ）は、インバーター回路１００からモーター５に相電流が流れる状態を示し、図３（ｃ）、（ｄ）はモーター５からインバーター回路１００へ電流が流れる状態を示す。

図３（ａ）、（ｂ）に示す状態では、インバーター回路１００からモーター５へ流れるＷ相の相電流＞０である。同図（ａ）、（ｂ）に示すように、HIアームのＩＧＢＴ１０５がオンの間はＩＧＢＴ１０５からモーター５へ相電流が流れ、ＩＧＢＴ１０５がオフの間は、LOアームのＩＧＢＴ１０６に接続されたＦＷＤ１１６を通ってモーター５へＷ相電流が流れる。これに対し、モーター５から電流が流れる間、すなわちインバーター回路１００からモーター５へ流れる相電流＜０の間は、図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、LOアームのＩＧＢＴ１０６がオンの間はＩＧＢＴ１０６からモーター５へ相電流が流れ、ＩＧＢＴ１０６がオフの間はHIアームのＦＷＤ１１５からモーター５へ電流が流れる。
相電流の電気角一周期（０°〜３６０°）の間には相電流＞０の期間と相電流＜０の期間とがあり、相電流＞０の期間には図３（ａ）、（ｂ）のように電流が流れ、相電流＜０の期間は図３（ｃ）、（ｄ）のように電流が流れる。つまり、電気角一周期分の期間にＩＧＢＴ１０５、１０６及びＦＷＤ１１５、１１６が逐次切り替わって動作する。

図４は、モーター５の駆動時に各素子に流れる相電流値とパルス幅との対応をプロットした図表であり、一例として、Ｗ相電流を出力するＩＧＢＴ１０５、１０６及びＦＷＤ１１５、１１６における相電流値を示す。
図４中のグラフ（ａ）〜（ｄ）は、モーター５を所定の駆動条件で駆動する間に、ＩＧＢＴ１０５、１０６のコレクタ−エミッタ間に接続された電圧検出部１１（図１）により検出された電圧値と、電流検出部１２（図１）によって検出されたＷ相出力端子１４３とモーター５との間を流れる相電流値とに基づいて、パルス幅に対する電気角一周期分の相電流値の相関を求め、プロットしたものである。横軸は、キャリア周期に対するパルス幅の割合（％）である。相電流値は、Ｗ相出力端子１４３からモーター５へ流れる駆動電流を正の値で示し、モーター５からインバーター回路１００へ流れる電流を負の値で示す。

図４中、（ａ）はＩＧＢＴ１０５に流れる相電流を示し、（ｂ）はＦＷＤ１１５に流れる相電流を示し、（ｃ）はＩＧＢＴ１０６に流れる相電流を示し、（ｄ）はＦＷＤ１１６に流れる相電流を示す。
グラフ（ａ）〜（ｄ）は、モーター５の所定の駆動条件に対応する、電気角一周期におけるＩＧＢＴ１０５、１０６、ＦＷＤ１１５、１１６の動作領域を示している。例えば、上記所定の駆動条件でモーター５を駆動する場合、ＩＧＢＴ１０５には、図４（ａ）のグラフで囲まれる領域のパルス幅で、少なくともグラフ（ａ）線上の電流値を出力する性能が要求される。ＩＧＢＴ１０６、ＦＷＤ１１５、１１６についても同様である。
このように、電気角一周期における電圧検出部１１及び電流検出部１２の検出値に基づいて、モーター５の駆動条件毎に、インバーター回路１００の各素子（ＩＧＢＴ１０１〜１０６、ＦＷＤ１１１〜１１６）の動作領域を求めることができる。

図５は、検査用ＥＣＵ４が電圧検出部１１及び電流検出部１２の検出値から各素子のスイッチング状態を求める動作を示すフローチャートである。また、図６は、各素子に流れる相電流値とパルス幅との対応を求める動作を示すフローチャートである。
ここでは、Ｗ相電流を出力するＩＧＢＴ１０５、１０６，ＦＷＤ１１５、１１６の各素子を対象とした場合を例示するが、Ｕ相電流、Ｖ相電流を出力する素子についても同様の動作が実行される。

検査用ＥＣＵ４は、電圧検出部１１により検出されたＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間電圧（Vce）及び電流検出部１２により検出された相電流値（Ic）を、所定のサンプリング周波数に従って周期的に取り込む（ステップＳ１１）。
検出電圧及び相電流値を取り込んだ検査用ＥＣＵ４は、検出電圧（Vce）が閾値より低い値か否かを判別し（ステップＳ１２）、検出電圧（Vce）が閾値より低い場合（ステップＳ１２；Ｔｒｕｅ）、相電流値（Ic）が正の値か負の値かを判別する（ステップＳ１３）。相電流値（Ic）が正の値である場合（ステップＳ１３；Ｔｒｕｅ）、検査用ＥＣＵ４は、HIアームのＩＧＢＴ１０５がオンであると判別し（ステップＳ１４）、相電流値（Ic）が負の値である場合には（ステップＳ１３；Ｆａｌｓｅ）、LOアームのＩＧＢＴ１０６がオンであると判別する（ステップＳ１５）。
また、検出電圧（Vce）が閾値以上である場合（ステップＳ１２；Ｆａｌｓｅ）、相電流値（Ic）が正の値か負の値かを判別する（ステップＳ１６）。相電流値（Ic）が正の値である場合（ステップＳ１６；Ｔｒｕｅ）、検査用ＥＣＵ４は、LOアームのＦＷＤ１１６がオンであると判別し（ステップＳ１７）、相電流値（Ic）が負の値である場合には（ステップＳ１６；Ｆａｌｓｅ）、HIアームのＦＷＤ１１５がオンであると判別する（ステップＳ１８）。
図３（ａ）〜（ｄ）に示したように、ＩＧＢＴ１０５、１０６、ＦＷＤ１１５、１１６の各素子は相補的に動作するので、図５の動作により、電圧検出部１１が検出した電圧値と電流検出部１２が検出した相電流値とに基づいて、その検出値を検出したタイミングでオンになっている素子を特定できる。

図６に示す動作は、図５の動作に続いて実行される。この図６の動作は一つの素子について実行され、実際には、インバーター回路１００が備える６個のＩＧＢＴ１０１〜１０６及び６個のＦＷＤ１１１〜１１６の各々について、図６の動作が独立して実行される。ここではＩＧＢＴ１０５に係る動作を例に挙げて説明する。

検査用ＥＣＵ４は、図５の動作でＩＧＢＴ１０５がオンと判別されたか否かを判定し（ステップＳ２１）、ＩＧＢＴ１０５がオンの場合はカウント値（Count）をインクリメント（＋１）して（ステップＳ２２）、図５のステップＳ１１で取り込まれた電流値を電流積算値に加算して、ステップＳ２１に戻る。ステップＳ２１〜Ｓ２３の動作により、図５の動作が所定のサンプリング周期で繰り返し実行される間に、連続してＩＧＢＴ１０５がオンと判別されている期間は、カウント値がサンプリング毎にカウントアップされ、電流積算値が加算されていく。

そして、ＩＧＢＴ１０５がオンであると判別されなかった場合（ステップＳ２１；Ｎｏ）、検査用ＥＣＵ４は、ＩＧＢＴ１０５の動作についてカウントしていたカウント値（Count）にサンプリング周期を乗算して、ＩＧＢＴ１０５が連続してオンであった期間、すなわちパルス幅を算出する（ステップＳ２４）。続いて検査用ＥＣＵ４は、電流積算値をカウント値で除算することで電流値の平均値を求め（ステップＳ２５）、求めたパルス幅と電流値の平均値を、表示装置（図示略）や外部接続された装置（図示略）等に出力し（ステップＳ２６）、電流積算値とカウント値をクリアして（ステップＳ２７）、本処理を終了する。なお、本処理を終了した後は、ＩＧＢＴ１０５に関する図６の処理がステップＳ２１から繰り返し実行される。

検査用ＥＣＵ４は、モーター５を所定の駆動条件で駆動させる間に、電圧検出部１１及び電流検出部１２の検出値を電気角一周期分取得して図５及び図６の動作を行うことにより、電気角一周期に各素子に流れる電流とパルス幅とのプロットを得る。この検査用ＥＣＵ４の機能により得られるプロットを、図７に示す。

図７は、複数の駆動条件でモーター５を駆動した場合にＩＧＢＴ１０５に流れる相電流値とパルス幅との対応を、駆動条件毎にプロットした図表である。横軸のパルス幅は、キャリア周期に対するパルス幅の割合（％）として示す。図７に示す図表は、インバーター回路１００が備える他の各素子についても素子ごとに作成可能であり、ここでは一例としてＩＧＢＴ１０５に関する図表を示す。後述する図８及び図９も同様である。

図７に示すように、パルス幅と電流値との相関はモーター５の駆動条件毎に様々である。ＩＧＢＴ１０５には、モーター５の各種の駆動条件で正常に動作することが求められるので、図７のプロットを全て含む領域で正常動作する必要がある。
このＩＧＢＴ１０５の動作領域で検査を行うため、主要なモーター５の駆動条件に従ってインバーター回路１００を動作させた場合のパルス幅と電流値との相関を図７に示すようにプロットし、全プロットを含む範囲を、ＩＧＢＴ１０５の動作領域として求める。

図８は、ＩＧＢＴ１０５に流れる相電流値とパルス幅との対応からＩＧＢＴ１０５の動作領域を求める様子を示す図表である。
モーター５の主要な駆動条件に従ってインバーター回路１００を動作させた場合のパルス幅と電流値との相関を、パルス幅−相電流値のグラフにプロットして、これらのプロットの全てを囲む領域を求めると、この領域がＩＧＢＴ１０５の動作領域に相当する。図８の例では、パルス幅毎の最大電流値を結んで最大電流値ライン（図中符号Ａ）を引くと、この最大電流値ラインＡより下側の領域をＩＧＢＴ１０５とすることができる。

図９は、ＩＧＢＴ１０５の動作領域に基づき決定された検査条件の例を示す図表である。
検査対象の素子（ここではＩＧＢＴ１０５）を、その動作領域全体で正常に機能するかどうか検査する場合、動作領域のパルス幅の全域で最大電流値ラインＡを超える電流を流し、素子の挙動を検査できればよい。図９の例では、キャリア周期に対するパルス幅の割合０［％］〜１００［％］の全域で最大電流値ラインＡを上回る駆動条件Ｂ、Ｃは、いずれもＩＧＢＴ１０５の検査用の駆動条件として適している。

図７〜図９で説明したように検査用の駆動条件を求める工程を、ＩＧＢＴ１０６、ＦＷＤ１１５、１１６についても行い、これらの各素子の検査条件の全てを満たす共通の検査用の駆動条件が求められ、検査用ＥＣＵ４に設定される。例えば、ＩＧＢＴ１０５、１０６及びＦＷＤ１１５、１１６の各素子は互いに関連して動作するので、一つの検査条件に基づいてこれら各素子に電流を流し、同時に検査を行うことになる。このため、上記の４つの素子の動作領域をそれぞれカバーする４つの検査用の駆動条件を求めた後で、これら４つの検査用の駆動条件を満たす駆動条件が、Ｗ相の検査用の駆動条件として設定される。同様に、インバーター回路１００のＵ相電流を出力する４つの素子、Ｖ相電流を出力する４つの素子についても、それぞれ検査条件が決定される。

この工程で設定される駆動条件は、モーター５の回転速度及び出力トルクを含む情報の形態となっている。このため、検査時には、検査用の駆動条件に基づいて、検査用ＥＣＵ４がモーター５を駆動する場合と同じようにインバーター回路１００を制御できる。

次に、上記の検査用の駆動条件に従って行われる検査について、説明する。
図１０は、本発明を適用してインバーター回路１００を検査する場合の構成を示す回路図である。
検査時には、インバーター回路１００の入力側に電圧源２が接続される一方、出力側には、モーター５に代えて検査用負荷５０が接続される。検査用負荷５０は、モーター５のステーター５１、５２、５３のみを備えた回路であり、これらステーター５１、５２、５３は、インバーター回路１００のＵ相出力端子１４１、Ｖ相出力端子１４２、及びＷ相出力端子１４３にそれぞれ接続される。
また、インバーター回路１００には、ＩＧＢＴ１０５のコレクタ−エミッタ間の電圧値を検出する電圧検出部１１と、Ｗ相出力端子１４３と検査用負荷５０との間に流れる相電流値を検出する電流検出部１２とが配設される。
検査用ＥＣＵ４は、ＧＤ基板３を駆動してＩＧＢＴ１０１〜１０６をスイッチングすることにより、設定された検査用の駆動条件に従って各素子に相電流を流し、インバーター回路１００の各素子の検査を行うとともに、検査中の電圧検出部１１及び電流検出部１２の検出値に基づいて、各素子の良否を判定するための検査結果を出力する。

図１１は、検査時の相電流の変化を示す図表である。
検査用ＥＣＵ４は、設定された検査用の駆動条件に従ってＧＤ基板３を制御し、検査対象の相（ここではＷ相）の相電流が流れるよう制御する。ここで、検査用ＥＣＵ４は、図１１に示すように、インバーター回路１００に流れる検査対象の相電流の振幅（電流値）を、０から徐々に増大させる。

また、検査用ＥＣＵ４は、検査用の駆動条件に従って相電流を流す間、検査用負荷５０に出力される検査対象の相電流の位相と相電圧の位相とが、ほぼπ／２だけずれるように、ＧＤ基板３を制御する。検査対象の相電流が出力される検査用負荷５０のステーター（ここではステーター５３）のインダクタンスをＬ、抵抗値をＲ、相電流の角周波数をωとすると、ステーター通電時の位相差θは下記式（１）により求められる。ここでのステーター通電とは、インバーター回路１００に接続される負荷を、ローターを除いた三相のＬ負荷のみ（例えば、検査用負荷５０）とした状態で、電力変換を行うことを指す。
θ［ｒａｄ］＝ｔａｎ^−１（ωＬ／Ｒ） …（１）

上記式（１）のステーター通電時における位相差θのとり得る値は０〜π／２であり、ωすなわち相電流の角周波数が増大するにつれてπ／２に収束する。このため、検査用ＥＣＵ４は、ＧＤ基板３を制御して相電流の周波数を高めることで、相電流と相電圧の位相差をほぼπ／２にする。なお、モーター５をインバーター回路１００により駆動する場合、相電圧と相電流の位相差は検査用ＥＣＵ４の指令により０〜２πまで操作でき、位相差がπ／２となる状態は、ローターの磁極位置に対してｄ軸方向に電流が流れる状態に相当する。
位相差がπ／２よりも０に近づいた場合はＩＧＢＴに電流が流れる期間が長くなり、π／２よりもπに近づいた場合にはＦＷＤに電流が流れる期間が長くなる。このため、位相差をπ／２とすることで、ＩＧＢＴとＦＷＤの双方に様々な電流値とパルス幅で相電流を流し、検査を行うことが可能になるので、検査用の駆動条件に従って、ステーター通電でインバーター回路１００を動作させる間は上記のように角周波数を高めて、位相差をπ／２に近い状態を保つことが望ましい。

図１２には、検査時の相電流の変化と各素子のスイッチング状態を示す。この図１２において塗りつぶされた期間が、各素子がオンになっている期間を示している。
検査用ＥＣＵ４は、ＧＤ基板３を制御して、検査対象の相電流が流れる素子をスイッチングして、各素子がオンになる時間（パルス幅）を様々な長さで切り替える。図１２に示す例では、相電流の電流値が正の期間ではHIアームのＩＧＢＴ１０５のオン期間が様々な長さになるようオン／オフが切り替えられ、電流値が負の期間ではLOアームのＩＧＢＴ１０６のオン／オフが同様に切り替えられ、これによりＩＧＢＴ１０５、１０６、ＦＷＤ１１５、１１６のオン期間の長さ（パルス幅）が、様々な長さに設定される。

図１３は、検査結果を視覚的に出力した例を示す図である。
この図１３に示す例は、検査対象の相電流（ここではＷ相）が各素子に流れたときの相電流値とパルス幅との対応をプロットした図表であり、図４に対応する。
図４と同様、図１３中のグラフ（ａ）〜（ｄ）は、電圧検出部１１（図１０）と電流検出部１２（図１０）の検出値からパルス幅に対する電気角一周期分の相電流値の相関を求め、プロットしたものである。図中、（ａ）はＩＧＢＴ１０５に流れる相電流を示し、（ｂ）はＦＷＤ１１５に流れる相電流を示し、（ｃ）はＩＧＢＴ１０６に流れる相電流を示し、（ｄ）はＦＷＤ１１６に流れる相電流を示す。

電圧検出部１１及び電流検出部１２の検出値から、ＩＧＢＴ１０５、１０６及びＦＷＤ１１５、１１６の各素子のパルス幅と各素子の相電流値は、例えば、図５及び図６に示した処理と同様の処理により求めることができる。
この図１３の例を図４と比較すると、グラフ（ａ）、（ｄ）の高電流域において、符号Ｅで示す部分に正常な範囲を逸脱したプロットが確認できる。これらのプロットはパルス幅が非常に小さい微少パルスを示している。このような微少パルスは、相電流値と相電厚地とを個別に監視しても発見しにくく、例えば図２に示したように各相の相電流の変化を視覚化しても現れにくい。本実施形態のように、電圧検出部１１及び電流検出部１２の検出値からパルス幅に対する電気角一周期分の相電流値を求め、プロットして視覚的に出力すれば、図１３に示したように明らかな異常として発見できる。
なお、図１３に示す図表は、例えば、検査用ＥＣＵ４に接続された表示装置（図示略）や、検査用ＥＣＵ４と通信可能に構成された他の機器が備える表示状態（図示略）に表示され、或いは、紙等に印刷出力される。

以上説明したように、本発明を適用した実施形態に係る検査用ＥＣＵ４は、ＧＤ基板３とともに検査装置として機能し、電圧源２から供給される電力を複数の素子により変換してモーター５に出力するインバーター回路１００に接続され、モーター５の出力トルク及び回転数を規定する駆動条件に従ってインバーター回路１００の各素子の通電状態を切り替え可能であり、図１０に示すように、インバーター回路１００に検査用負荷５０が接続された状態で、検査対象の素子の動作領域全体に対応する条件である検査用の駆動条件に従って該素子の通電状態を切り替え、電圧検出部１１及び電流検出部１２によって該素子に流れる相電流及び該素子の端子間電圧を検出し、検査用の駆動条件に従って制御を行う間に検出された電流及び電圧に基づいて、検査対象の素子のオン時間と相電流値との相関を求めるので、一つの検査用の駆動条件を用いてインバーター回路１００の各素子の良否を速やかに検査できる。

また、検査対象の素子の動作領域を、実際にモーター５を駆動する複数の駆動条件に従ってインバーター回路１００の各素子の通電状態を切り替えて動作させた場合に検査対象の素子に流れる相電流及び該素子の端子間電圧から求め、この動作領域を包含するように定められた検査用の駆動条件を用いて検査を行うので、検査対象の素子の動作領域全体における良否を、一つの検査用の駆動条件によってより正確に判定できる。

この検査対象の素子の動作領域は、複数の駆動条件を用いて通電制御部がインバーター回路１００を動作させた場合に、該素子に流れる相電流及び該素子の端子間電圧から検査対象の素子のオン時間と相電流値との相関を図７及び図８に示すように求め、求めた全ての相関を包含する領域であり、素子のオン時間に対応する相電流値として規定されたものとすることができる。このため、複数の駆動条件に対応する素子の動作領域の総和として全動作領域を正確に求めることができるので、検査用の駆動条件を適切に設定でき、より正確な検査を行うことが可能になる。
また、検査用負荷５０は、モーター５に代えてモーター５のステーター５１、５２、５３を備えた構成であるため、モーター５の使用を省くことによりコストダウンを可能とし、モーター５に電力を出力する場合と実質的に等しい動作環境でインバーター回路１００の検査を行うことができる。

さらに、検査用ＥＣＵ４は、検査用の駆動条件に従って検査対象の素子の通電を制御する間に該素子に流れる相電流及び該素子の端子間電圧から、検査対象の素子のオン時間と相電流値との相関を求め、これを図１３に示したように視覚化して出力するので、素子に流れる電流と電圧を監視するだけでは発見しにくい動作不良等を発見しやすくなる。
また、検査用ＥＣＵ４は、検査用の駆動条件に従って、相電流の電流値がゼロから連続的に増大するよう検査対象の素子の通電状態を切り替えるので、検査対象の素子の動作領域の全体で漏れなく検査を行うことができる。
また、検査用ＥＣＵ４は、検査用の駆動条件に従ってインバーター回路１００を動作させる間、相電流と相電圧との位相差がπ／２となるように検査対象のＩＧＢＴをスイッチングさせる。

本実施形態のインバーター回路１００の検査方法は、インバーター回路１００にモーター５が接続された状態で、モーター５の出力トルク及び回転数を規定する駆動条件に従ってインバーター回路１００の各素子の通電状態を切り替えて動作させ、この動作中の電気角一周期の間に検査対象の素子（上記の例ではＩＧＢＴ１０５、１０６）に流れる相電流及び該素子の端子間電圧から該素子の動作領域を求める動作領域算出工程と、動作領域算出工程で求めた素子の動作領域全体に対応する検査用の駆動条件を設定する駆動条件設定工程と、インバーター回路１００にモーター５に代えてモーター５のステーター５１、５２、５３を備えた検査用負荷５０が接続された状態で、駆動条件設定工程で設定された検査用の駆動条件に従って、検査対象の素子の通電状態を切り替える検査工程と、検査工程において検査対象の素子に流れる相電流及び素子の端子間電圧に基づいて、該素子のオン時間と相電流値との相関を求める出力値演算工程と、を含む。これにより、上述したように、一つの検査用の駆動条件を用いて素子の良否を速やかに検査できる。また、モーター５を使用せずに、モーター５に電力を出力する場合と実質的に等しい動作環境で検査を行うことができる。さらに、検査用の駆動条件を設定する場合に、検査対象の素子の動作領域を、実際にモーター５を駆動する複数の駆動条件に従ってインバーター回路１００の各素子の通電状態を切り替えて動作させた場合の相電流及び該素子の端子間電圧から求め、この動作領域を包含するように検査用の駆動条件を設定するので、検査対象の素子の動作領域全体における良否を正確に判定できる。

なお、上記実施の形態は本発明を適用した一態様を示すものであって、本発明は上記実施の形態に限定されない。
上記実施の形態では、電圧検出部１１がＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間に接続される構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ゲート−エミッタ間に接続しても良い。また、上記実施形態では、スイッチング素子としてＩＧＢＴを備えたインバーター回路１００の検査を行う場合を例に挙げて説明したが、例えば、スイッチング素子としてＦＥＴを用いる構成としても良い。また、インバーター回路１００を動作させる場合の駆動条件は、モーター５の回転数及び出力トルクによって規定されるものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、インバーター回路１００が出力する相電流の周波数、電流値、電圧値等により規定されるものであってもよい。また、上記実施形態では、ブリッジ型の三相出力インバーター回路１００が備える各素子の検査を行う場合を例に挙げて説明したが、本発明は、他のタイプのインバーター回路にも適用可能であり、その他の細部構成についても任意に変更可能であることは勿論である。

実施形態に係るインバーター回路の構成を示す回路図である。インバーター回路に流れる相電流を示す図である。モーター駆動時におけるインバーター回路の各素子のスイッチング状態を示す図である。モーター駆動時に各素子に流れる相電流値とパルス幅との対応をプロットした図表である。電流値と電圧値から各素子のスイッチング状態を求める動作を示すフローチャートである。各素子に流れる相電流値とパルス幅との対応を求める動作を示すフローチャートである。複数の駆動条件でモーターを駆動した場合に素子に流れる相電流値とパルス幅との対応をプロットした図表である。相電流値とパルス幅との対応から動作領域を求める様子を示す図表である。動作領域に基づき決定された検査条件の例を示す図表である。本発明を適用してインバーター回路を検査する場合の構成を示す回路図である。検査時の相電流の変化を示す図表である。検査対象の各素子のスイッチング状態を示す図表である。検査結果を視覚的に出力した例を示す図である。

２電圧源（外部電源）
３ＧＤ基板（検査装置、通電制御部）
４検査用ＥＣＵ（検査装置、通電制御部、出力値演算部）
５モーター
１１電圧検出部（検出部）
１２電流検出部（検出部）
５０検査用負荷
５１、５２、５３ステーター
１００インバーター回路（電力変換装置）
１０１〜１０６ＩＧＢＴ（素子）
１１１〜１１６ＦＷＤ（素子）

Claims

外部電源から供給される電力を複数の素子により変換してモーターに出力する電力変換装置を検査する電力変換装置の検査方法において、
前記電力変換装置に前記モーターが接続された状態で、前記モーターの出力トルク及び回転数を規定する駆動条件に従って前記電力変換装置の各素子の通電状態を切り替えて動作させ、この動作中の電気角一周期の間に検査対象の前記素子に流れる相電流及び該素子の端子間電圧から該素子の動作領域を求める動作領域算出工程と、
前記動作領域算出工程で求めた前記素子の動作領域全体に対応する検査用の駆動条件を設定する駆動条件設定工程と、
前記電力変換装置に検査用負荷が接続された状態で、前記駆動条件設定工程で設定された検査用の駆動条件に従って、検査対象の前記素子の通電状態を切り替える検査工程と、
前記検査工程において検査対象の前記素子に流れる相電流及び前記素子の端子間電圧に基づいて、該素子のオン時間と相電流値との相関を求める出力値演算工程と、
を備えることを特徴とする電力変換装置の検査方法。
外部電源から供給される電力を複数の素子により変換してモーターに出力する電力変換装置に接続され、
前記モーターの出力トルク及び回転数を規定する駆動条件に従って前記電力変換装置の各素子の通電状態を切り替え可能に構成され、前記電力変換装置に検査用負荷が接続された状態で、検査用の駆動条件に従って前記電力変換装置が備える検査対象の前記素子の通電状態を切り替える通電制御部と、
検査対象の前記素子に流れる相電流及び該素子の端子間電圧を検出する検出部と、
前記通電制御部が検査用の駆動条件に従って制御を行う間に前記検出部により検出された電流及び電圧に基づいて、検査対象の前記素子のオン時間と相電流値との相関を求める出力値演算部と、を備え、
前記検査用の駆動条件は、検査対象の前記素子の動作領域全体に対応する条件であること、
を特徴とする検査装置。
前記検査用の駆動条件として、前記通電制御部が前記モーターを駆動する複数の駆動条件に従って前記電力変換装置の各素子の通電状態を切り替えて動作させた場合の、電気角一周期の間に検査対象の前記素子に流れる相電流及び該素子の端子間電圧から得られる該素子の動作領域を包含する駆動条件が設定されたこと、
を特徴とする請求項２記載の検査装置。
前記出力値演算部により求められた検査対象の前記素子のオン時間と相電流値との相関を視覚的情報として出力すること、
を特徴とする請求項２または３記載の検査装置。
前記通電制御部は、前記検査用の駆動条件に従って、検査対象の前記素子に流れる相電流の電流値がゼロから連続的に増大するよう該素子の通電状態を切り替えること、
を特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の検査装置。
前記通電制御部は、検査対象の前記素子に流れる相電流と前記素子の相電圧との位相差がπ／２となるように該素子の通電状態を切り替えること、
を特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の検査装置。