JP5495867B2 - モータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明はインバータ回路を備えるモータ駆動装置に関し、特に、異常検出機能を備えるモータ駆動装置に関する。

従来のモータ駆動装置の異常検出方法では、例えば特許文献１に開示されているように、インバータ回路の上下アームを所定のパターンで順次スイッチングし、電流が想定通りにオン／オフされるかを確認することにより異常を検出している。モータおよび動力ケーブルを含むモータ駆動装置全体の異常が検出された場合、モータ駆動装置からモータを取り外し、インピーダンスが既知である治具を代わりに接続することにより、動力線を含むモータの異常と、モータ駆動装置の異常とを判別していた。

また、モータ回転時に何らかの要因で主回路が電源オフされた場合に、エネルギーの抵抗消費による停止促進のためのダイナミックブレーキが備えられている場合には、一般には、インバータ回路の上下アームの短絡を防止するために、ダイナミックブレーキ有効時にはアームのゲートをオンすることが禁止されていた。

特開２００５−２１０８３０号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、異常発生箇所がモータ側にあるのか、あるいは、モータ駆動装置側にあるのかを識別するために、モータを取り外して、代わりに治具を取り付ける必要がある。このため、治具のコストが発生する上、モータを取り外して治具を取り付ける作業が必要となり、工数の増大を招くという問題があった。また、治具の取付作業により動力線の状態が変わり、異常発生原因が動力線の不完全接触であった場合には、原因が不明となることがあった。

また、上記従来の技術によれば、インバータ回路の上下アームのスイッチングにより電流が流れるか流れないかの２値で異常検出しているため、故障後の検出および原因箇所の判別にしか用いることができず、故障に至る途中段階での予防保全に用いることができなという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、インバータ回路からモータを取り外すことなくインバータ回路およびモータの異常を検出することが可能なモータ駆動装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のモータ駆動装置は、インバータ回路の３相分の出力側を短絡する異常チェック用短絡スイッチと、前記インバータ回路の３相分の上アームおよび下アームまたはそれらの組み合わせを順次オンさせる異常検出ゲート制御部と、前記インバータ回路の２相分の出力電流を検出する電流検出部と、前記異常チェック用短絡スイッチがオンされた状態で、前記インバータ回路の３相分の上アームおよび下アームまたはそれらの組み合わせが順次オンされた時に前記電流検出部にて検出された電流検出値に基づいて、前記インバータ回路の異常を判定すると共に、前記異常チェック用短絡スイッチがオフされた状態で、前記インバータ回路の３相分の上アームおよび下アームまたはそれらの組み合わせが順次オンされた時に前記電流検出部にて検出された電流検出値に基づいて、前記インバータ回路にて駆動されるモータの異常を判定する異常判定部とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、インバータ回路からモータを取り外すことなくインバータ回路およびモータの異常を検出することが可能という効果を奏する。

図１は、本発明に係るモータ駆動装置の実施の形態１の概略構成を示すブロック図である。 図２は、図１のモータ駆動装置の異常検出処理を示すフローチャートである。 図３は、図１のインバータ回路４の短絡故障チェックの手順を説明する模式図である。 図４は、図１のインバータ回路４の短絡故障箇所の特定方法を説明する模式図である。 図５は、図１のインバータ回路４の開放故障チェックの手順を説明する模式図である。 図６は、図１の電力線９あるいはモータ１０の開放故障チェックの手順を説明する模式図である。 図７は、本発明に係るモータ駆動装置の実施の形態２の概略構成を示すブロック図である。 図８は、本発明に係るモータ駆動装置の実施の形態３の概略構成を示すブロック図である。 図９は、図８のモータ駆動装置の異常検出処理を示すフローチャートである。 図１０は、本発明に係るモータ駆動装置の実施の形態３におけるインバータ回路４の短絡故障チェック時の電流検出値を時系列的に示す図である。 図１１は、本発明に係るモータ駆動装置の実施の形態３におけるインバータ回路４、電力線９あるいはモータ１０の開放故障チェック時の電流検出値を時系列的に示す図である。

以下に、本発明に係るモータ駆動装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明に係るモータ駆動装置の実施の形態１の概略構成を示すブロック図である。図１において、モータ駆動装置１には、コンバータ回路２およびインバータ回路４が設けられている。そして、コンバータ回路２を駆動する電源として交流電源８が設けられ、インバータ回路４の外部負荷としてモータ１０が設けられている。ここで、モータ１０には、Ｕ相巻線Ｕ、Ｖ相巻線ＶおよびＷ相巻線Ｗが設けられている。そして、インバータ回路４とモータ１０とは動力線９を介して各相ごとに接続されている。

コンバータ回路２には、整流ダイオード２ａ〜２ｆおよび平滑コンデンサ３が設けられ、整流ダイオード２ａ、２ｂは互いに直列接続され、整流ダイオード２ｃ、２ｄは互いに直列接続され、整流ダイオード２ｅ、２ｆは互いに直列接続されている。そして、整流ダイオード２ａ、２ｂの接続点、整流ダイオード２ｃ、２ｄの接続点および整流ダイオード２ｅ、２ｆの接続点には、交流電源８が接続されている。平滑コンデンサ３は、整流ダイオード２ａ、２ｂの直列回路、整流ダイオード２ｃ、２ｄの直列回路および整流ダイオード２ｅ、２ｆの直列回路に並列に接続されている。

インバータ回路４には、上アーム４ａ、４ｃ、４ｅおよび下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆが設けられ、上アーム４ａと下アーム４ｂとが直列接続されることでＵ相分のアームが構成され、上アーム４ｃと下アーム４ｄとが直列接続されることでＶ相分のアームが構成され、上アーム４ｅと下アーム４ｆとが直列接続されることでＷ相分のアームが構成されている。

なお、上アーム４ａ、４ｃ、４ｅおよび下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆにはそれぞれスイッチング素子を設けることができる。このスイッチング素子としては、ＩＧＢＴを用いるようにしてもよいし、バイポーラトランジスタを用いるようにしてもよいし、電界効果トランジスタを用いるようにしてもよい。また、各スイッチング素子には還流ダイオードを逆並列接続するようにしてもよい。

また、モータ駆動装置１には、電流検出部５ａ、５ｂ、異常チェック用短絡スイッチ６、異常検出ゲート制御部７および異常判定部２１が設けられている。電流検出部５ａ、５ｂは、インバータ回路４の２相分の出力電流を検出することができる。なお、図１の例では、Ｕ相電流とＶ相電流を検出する方法について説明したが、Ｕ相電流とＷ相電流を検出するようにしてもよいし、Ｖ相電流とＷ相電流を検出するようにしてもよい。

異常チェック用短絡スイッチ６は、異常チェック時にインバータ回路４の３相分の出力側を短絡することができる。異常検出ゲート制御部７は、インバータ回路４の上アーム４ａ、４ｃ、４ｅまたは下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆまたはそれらの組み合わせを順次オンさせることができる。

異常判定部２１は、インバータ回路４の上アーム４ａ、４ｃ、４ｅおよび下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆまたはそれらの組み合わせが順次オンされた時に電流検出部５ａ、５ｂにて検出された電流検出値に基づいて、インバータ回路４またはモータ１０の異常を判定することができる。なお、図１の例では、異常判定部２１は、モータ駆動装置１に内蔵する方法について説明したが、モータ駆動装置１とは別個に設けるようにしてもよい。

ここで、異常判定部２１には、インバータ側短絡故障判定部２２、インバータ側開放故障判定部２３およびモータ側開放故障判定部２４が設けられている。

インバータ側短絡故障判定部２２は、異常チェック用短絡スイッチ６がオンされた状態で、インバータ回路４の上アーム４ａ、４ｃ、４ｅおよび下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆが異常検出ゲート制御部７にて個別にオンされた時に電流検出部５ａ、５ｂにて検出された電流検出値に基づいて、インバータ回路４の短絡故障を判定することができる。

具体的には、インバータ側短絡故障判定部２２は、上アーム４ａ、４ｃ、４ｅおよび下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆが異常検出ゲート制御部７にて個別にオンされた時に電流検出値が０でない場合、その時の電流経路上でオフされている上アーム４ａ、４ｃ、４ｅまたは下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆに短絡故障があると判定することができる。

インバータ側開放故障判定部２３は、異常チェック用短絡スイッチ６がオンされた状態で、インバータ回路４の互いに異なる相の１相分の上アーム４ａ、４ｃ、４ｅおよび１相分の下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆが異常検出ゲート制御部７にて同時にオンされた時に電流検出部５ａ、５ｂにて検出された電流検出値に基づいて、インバータ回路４の開放故障を判定することができる。

具体的には、インバータ側開放故障判定部２３は、インバータ回路４の互いに異なる相の１相分の上アーム４ａ、４ｃ、４ｅおよび１相分の下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆが異常検出ゲート制御部７にて同時にオンされた時に電流検出値が基準値を下回る場合、その時にオンされている上アーム４ａ、４ｃ、４ｅまたは下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆに開放故障があると判定することができる。

モータ側開放故障判定部２４は、異常チェック用短絡スイッチ６がオフされた状態で、インバータ回路４の互いに異なる相の１相分の上アーム４ａ、４ｃ、４ｅおよび１相分の下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆが異常検出ゲート制御部７にて同時にオンされた時に電流検出部５ａ、５ｂにて検出された電流検出値に基づいて、モータ１０または動力線９の開放故障を判定することができる。

具体的には、モータ側開放故障判定部２４は、インバータ回路４の互いに異なる相の１相分の上アーム４ａ、４ｃ、４ｅおよび１相分の下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆが異常検出ゲート制御部７にて同時にオンされた時に電流検出値が基準値を下回る場合、その時にオンされている上アーム４ａ、４ｃ、４ｅおよび下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆにて形成される電流経路上にあるＵ相巻線Ｕ、Ｖ相巻線ＶおよびＷ相巻線Ｗまたは動力線９に開放故障があると判定することができる。

そして、交流電源８から供給される電源は、コンバータ回路２によって直流に変換され、平滑コンデンサ３によって平滑化される。平滑化された直流電源は、インバータ回路４によって任意の周波数の３相交流に変換され、モータ１０の駆動に用いられる。なお、インバータ回路４にてモータ１０を駆動する場合、異常チェック用短絡スイッチ６はオフされる。また、図１の例では、説明を簡略化するため、突入電流抑制回路は省略している。

以下、モータ駆動装置１の異常チェックを行う方法について説明する。
図２は、図１のモータ駆動装置の異常検出処理を示すフローチャートである。なお、ステップＳ１０では、異常チェック用短絡スイッチ６がオンされた状態（ステップＳ１）で、インバータ回路４の短絡故障チェックが行われ、ステップＳ２０では、インバータ回路４の開放故障チェックが行われ、ステップＳ３０では、異常チェック用短絡スイッチ６がオフされた状態（ステップＳ２９）で、モータ１０の開放故障チェックが行われる。

図３は、図１のインバータ回路４の短絡故障チェックの手順を説明する模式図である。図２および図３のステップＳ１１において、異常検出ゲート制御部７からゲート信号を上アーム４ａに出力し、上アーム４ａのみを短時間だけオンさせる。そして、その時の電流検出部５ａ、５ｂにおける電流検出値を記録する。

次に、ステップＳ１２において、異常検出ゲート制御部７からゲート信号を下アーム４ｂに出力し、下アーム４ｂのみを短時間だけオンさせる。そして、その時の電流検出部５ａ、５ｂにおける電流検出値を記録する。

次に、ステップＳ１３において、異常検出ゲート制御部７からゲート信号を上アーム４ｃに出力し、上アーム４ｃのみを短時間だけオンさせる。そして、その時の電流検出部５ａ、５ｂにおける電流検出値を記録する。

次に、ステップＳ１４において、異常検出ゲート制御部７からゲート信号を下アーム４ｄに出力し、下アーム４ｄのみを短時間だけオンさせる。そして、その時の電流検出部５ａ、５ｂにおける電流検出値を記録する。

次に、ステップＳ１５において、異常検出ゲート制御部７からゲート信号を上アーム４ｅに出力し、上アーム４ｅのみを短時間だけオンさせる。そして、その時の電流検出部５ａ、５ｂにおける電流検出値を記録する。

次に、ステップＳ１６において、異常検出ゲート制御部７からゲート信号を下アーム４ｆに出力し、下アーム４ｆのみを短時間だけオンさせる。そして、その時の電流検出部５ａ、５ｂにおける電流検出値を記録する。

なお、以上のステップＳ１１〜Ｓ１６の工程の順序はこの順序である必要はなく、任意で構わない。

次に、ステップＳ１７において、ステップＳ１１〜Ｓ１６において記録された電流検出値が全て０あるいは所定の値以下であるかどうかを判定し、‘Ｙｅｓ’であればインバータ回路４の短絡故障はないものと判定する。‘Ｎｏ’である場合は、インバータ回路４で短絡故障が発生しているものと判断し、ステップＳ１８において短絡故障箇所（アーム）を特定する。

図４は、図１のインバータ回路４の短絡故障箇所の特定方法を説明する模式図である。図４において、例えば、下アーム４ｄが短絡故障した場合には、ステップＳ１１において、上アーム４ａがオンされた時に本来流れないはずの電流が電流検出部５ａ、５ｂを経由して下アーム４ｄに流れる。

そのため、電流検出部５ａ、５ｂによる電流検出値が共に０でなくなる。また、ステップＳ１５において、上アーム４ｅがオンされた時にも本来流れないはずの電流が電流検出部５ａ、５ｂを経由して下アーム４ｄに流れる。そのため、電流検出部５ｂによる電流検出値が共に０でなくなる。

以上を整理すると、ステップＳ１１において電流検出部５ａ、５ｂが共に電流を検出し、ステップ１５において電流検出部５ｂのみが電流を検出し、他のステップＳ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１６では電流を検出しない場合は、下アーム４ｄの短絡故障として特定される。他のアームが短絡故障している場合も、下アーム４ｄの短絡故障の場合と同様に、０でない電流が検出されるパターン（上アーム４ａ、４ｃ、４ｅおよび下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆのオン／オフパターン）から特定可能である。

なお、短絡故障している場合には上アーム４ａ、４ｃ、４ｅおよび下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆをオンすることにより、大きな電流が流れてインバータ回路４の素子が損傷する恐れがある。そのため、異常検出ゲート制御部７は、上アーム４ａ、４ｃ、４ｅおよび下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆをオンするゲート信号のパルス幅を制御し、過大な電流が流れることを防止するようにしてもよい。

例えば、ゲート信号のパルス幅を０．５μｓ単位で設定可能とし、パルス幅を０から１ｍｓの間で制御することが好ましい。また、異常検出ゲート制御部７は、電流検出部５ａ、５ｂで検出される電流値を監視し、過大電流が検出された場合は上アーム４ａ、４ｃ、４ｅおよび下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆを瞬時にオフしてインバータ回路４の損傷を防止するようにしてもよい。あるいは、異常検出ゲート制御部７は、インバータ回路４に用いられるパワーモジュールに備わっている過電流検出機能を利用することで上アーム４ａ、４ｃ、４ｅおよび下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆをオフし、インバータ回路４の損傷を防止するようにしてもよい。

以上のステップＳ１０では、始めにステップＳ１１〜Ｓ１６において電流検出を実施してから、ステップＳ１７において故障の有無を判断しているが、ステップＳ１１〜Ｓ１６の各ステップ毎に電流検出値がゼロかどうかを判断して即時に異常を検出し、関連する残りのステップを実施して短絡箇所を特定するようにしてもよい。

ステップＳ１１において電流検出部５ａ、５ｂの双方で０でない電流値が検出された場合は、ステップＳ１２〜Ｓ１４、Ｓ１６を省略して、ステップＳ１５のみ実行して下アーム４ｄの短絡故障を検出してもよい。

ステップＳ１０のインバータ回路４の短絡故障チェックの結果、異常が検出されない場合は、ステップＳ２０のインバータ回路４の開放故障チェックを実施する。

図５は、図１のインバータ回路４の開放故障チェックの手順を説明する模式図である。図２および図５のステップＳ２１において、異常検出ゲート制御部７からゲート信号を上アーム４ａと下アーム４ｄに出力し、上アーム４ａと下アーム４ｄのみを短時間だけ同時にオンさせる。そして、その時の電流検出部５ａ、５ｂにおける電流検出値を記録する。

次に、ステップＳ２２において、異常検出ゲート制御部７からゲート信号を上アーム４ａと下アーム４ｆに出力し、上アーム４ａと下アーム４ｆのみを短時間だけ同時にオンさせる。そして、その時の電流検出部５ａ、５ｂにおける電流検出値を記録する。

次に、ステップＳ２３において、異常検出ゲート制御部７からゲート信号を上アーム４ｃと下アーム４ｂに出力し、上アーム４ｃと下アーム４ｂのみを短時間だけ同時にオンさせる。そして、その時の電流検出部５ａ、５ｂにおける電流検出値を記録する。

次に、ステップＳ２４において、異常検出ゲート制御部７からゲート信号を上アーム４ｃと下アーム４ｆに出力し、上アーム４ｃと下アーム４ｆのみを短時間だけ同時にオンさせる。そして、その時の電流検出部５ａ、５ｂにおける電流検出値を記録する。

次に、ステップＳ２５において、異常検出ゲート制御部７からゲート信号を上アーム４ｅと下アーム４ｂに出力し、上アーム４ｅと下アーム４ｂのみを短時間だけ同時にオンさせる。そして、その時の電流検出部５ａ、５ｂにおける電流検出値を記録する。

次に、ステップＳ２６において、異常検出ゲート制御部７からゲート信号を上アーム４ｅと下アーム４ｄに出力し、上アーム４ｅと下アーム４ｄのみを短時間だけ同時にオンさせる。そして、その時の電流検出部５ａ、５ｂにおける電流検出値を記録する。

なお、以上のステップＳ２１〜Ｓ２６までの順序は上記の通りである必要はなく、任意でよい。

次に、ステップＳ２７において、ステップＳ２１〜Ｓ２６において記録された電流検出値が所定の値以上であるかどうかを判定し、‘Ｙｅｓ’であればインバータ回路４の開放故障はないものと判定する。‘Ｎｏ’である場合は、インバータ回路４で開放故障が発生しているものと判断し、ステップＳ２８において開放故障箇所（アーム）を特定する。

例えば、上アーム４ａが開放故障した場合には、図５のステップＳ２１において、上アーム４ａと下アーム４ｄがオンされた時に本来流れるはずの電流が流れず、電流検出部５ａ、５ｂによる電流検出値が共に０となる。また、ステップＳ２２においても同様に、上アーム４ａと下アーム４ｆがオンされた時に本来流れるはずの電流が流れず、電流検出部５ｂによる電流検出値が０となる。

以上を整理すると、ステップＳ２１において電流検出部５ａ、５ｂが共に電流を検出せず、ステップ２２において電流検出部５ｂが電流を検出せず、他のステップＳ２３〜Ｓ２６では想定通りの電流を検出する場合は、上アーム４ａの開放故障として特定される。他のアームが短絡故障している場合も、上アーム４ａの開放故障の場合と同様に、本来検出されるべき電流値が０となる場合のパターンから開放故障したアームを特定できる。

また、ステップＳ２８においては、電流検出部５ａ、５ｂの開放故障も検出可能である。例えば、電流検出部５ａが開放故障した場合には、ステップＳ２１〜Ｓ２３、Ｓ２５で流れるはずの電流が検出されず、ステップＳ２４、Ｓ２６では電流が検出される。従って、ステップＳ２１〜Ｓ２３、Ｓ２５で電流が検出されず、ステップＳ２４、Ｓ２６で電流が検出される場合は、電流検出部５ａの開放故障であることが特定される。電流検出部５ｂが開放故障した場合にも、同様に特定可能である。

なお、開放故障チェックにおいても短絡故障チェックと同様に、上アーム４ａ、４ｃ、４ｅおよび下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆをオンすることにより、大きな電流が流れてインバータ回路４の素子が損傷するおそれがある。そのため、異常検出ゲート制御部７は上アーム４ａ、４ｃ、４ｅおよび下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆをオンするゲート信号のパルス幅を制御し、過大な電流が流れることを防止するようにしてもよい。また、異常検出ゲート制御部７は、電流検出部５で検出される電流値を監視し、過大電流が検出された場合は瞬時に上アーム４ａ、４ｃ、４ｅおよび下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆをオフし、インバータ回路４の損傷を防止するようにしてもよい。あるいは、異常検出ゲート制御部７は、インバータ回路４に用いられるパワーモジュールに備わっている過電流検出機能を利用することで上アーム４ａ、４ｃ、４ｅおよび下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆをオフし、インバータ回路４の損傷を防止するようにしてもよい。

図２において、ステップＳ２０のインバータ回路４の開放故障チェックで異常が検出されない場合は、ステップＳ２９で異常チェック用短絡スイッチ６をオフしてから、ステップＳ３０のモータ側開放故障チェックを実施する。

図６は、図１の電力線９あるいはモータ１０の開放故障チェックの手順を説明する模式図である。図２および図６のステップＳ３１において、異常検出ゲート制御部７からゲート信号を上アーム４ａと下アーム４ｄに出力し、上アーム４ａと下アーム４ｄのみを短時間だけ同時にオンさせる。そして、その時の電流検出部５ａ、５ｂにおける電流検出値を記録する。

次に、ステップＳ３２において、異常検出ゲート制御部７からゲート信号を上アーム４ａと下アーム４ｆに出力し、上アーム４ａと下アーム４ｆのみを短時間だけ同時にオンさせる。そして、その時の電流検出部５ａ、５ｂにおける電流検出値を記録する。

次に、ステップＳ３３において、異常検出ゲート制御部７からゲート信号を上アーム４ｃと下アーム４ｂに出力し、上アーム４ｃと下アーム４ｂのみを短時間だけ同時にオンさせる。そして、その時の電流検出部５ａ、５ｂにおける電流検出値を記録する。

次に、ステップＳ３４において、異常検出ゲート制御部７からゲート信号を上アーム４ｃと下アーム４ｆに出力し、上アーム４ｃと下アーム４ｆのみを短時間だけ同時にオンさせる。そして、その時の電流検出部５ａ、５ｂにおける電流検出値を記録する。

次に、ステップＳ３５において、異常検出ゲート制御部７からゲート信号を上アーム４ｅと下アーム４ｂに出力し、上アーム４ｅと下アーム４ｂのみを短時間だけ同時にオンさせる。そして、その時の電流検出部５ａ、５ｂにおける電流検出値を記録する。

次に、ステップＳ３６において、異常検出ゲート制御部７からゲート信号を上アーム４ｅと下アーム４ｄに出力し、上アーム４ｅと下アーム４ｄのみを短時間だけ同時にオンさせる。そして、その時の電流検出部５ａ、５ｂにおける電流検出値を記録する。

なお、以上のステップＳ３１〜Ｓ３６までの順序は上記の通りである必要はなく、任意でよい。

次に、ステップＳ３７において、ステップＳ３１〜Ｓ３６において記録された電流検出値が所定の値以上であるかどうかを判定し、‘Ｙｅｓ’であれば電力線９およびモータ１０の開放故障はないものと判定する。‘Ｎｏ’である場合は、電力線９あるいはモータ１０で開放故障が発生しているものと判断し、ステップＳ３８において開放故障相（ＵＶＷのいずれか）を特定する。

例えば、電力線９あるいはモータ１０のＵ相が開放故障した場合には、図６のステップＳ３１〜Ｓ３３、Ｓ３５で流れるはずの電流が検出されず、ステップＳ３４、Ｓ３６では電流が検出される。従って、ステップＳ３１〜Ｓ３３、Ｓ３５で電流が検出されず、ステップＳ３４、Ｓ３６で電流が検出される場合は、電力線９あるいはモータ１０のＵ相の開放故障であることが特定される。電力線９あるいはモータ１０のＶ相あるいはＷ相が開放故障した場合にも、同様に特定可能である。

以上のように、この発明の実施の形態１によれば、異常検出用短絡スイッチ６をオンしてから、異常検出ゲート制御部７からのゲート信号によりインバータ回路４の上下アームを所定のパターンでスイッチングし、そのとき電流検出部５で検出される電流検出値から異常を検出しているため、モータ１０を取り外すことなく、モータ駆動装置１側に異常箇所があるかどうかを判別することができる。

そのため、異常検出用の治具を用意する必要がなく、また、モータ１０を取り外して治具を取り付ける作業も不要である。また、動力線９の接触状態が悪いために異常が検出される場合でも、動力線９を触る必要がないため接触状態に変化がなく、動力線９を含むモータ１０側に異常原因があることが特定可能である。

実施の形態２．
図７は、本発明に係るモータ駆動装置の実施の形態２の概略構成を示すブロック図である。図７において、このモータ駆動装置１´には、図１の異常チェック用短絡スイッチ６の代替としてダイナミックブレーキ６´が設けられている。なお、ダイナミックブレーキ６´は、モータ回転時に何らかの要因で主回路が電源オフされた場合に、エネルギーの抵抗消費による停止促進を図ることができる。他の部分は実施の形態１と同じであるため、説明を省略する。

この発明の実施の形態２における異常検出方法は、実施の形態１における異常チェック用短絡スイッチ６の代わりに、ダイナミックブレーキ６´を用いること以外は実施の形態１と同じであり、説明を省略する。

以上のように、この発明の実施の形態２によれば、図１の異常チェック用短絡スイッチ６としてモータ駆動装置１に元来備わっているダイナミックブレーキ６´を流用している。そのため、異常チェック用の短絡スイッチ６を別途設ける必要がなくなり、コスト低減や省スペース化を実現することができる。

実施の形態３．
図８は、本発明に係るモータ駆動装置の実施の形態３の概略構成を示すブロック図である。図８において、このモータ駆動装置１３には、図１のモータ駆動装置１の異常判定部２１代わりに電流検出値記録部１１、電流検出値比較部１２および異常判定部３１が設けられている。

電流検出値記録部１１は、異常検出ゲート制御部７によりインバータ回路４を所定のパターンでオン／オフ動作させた場合の電流検出部５による電流検出値を記録することができる。電流検出値比較部１２は、電流検出値記録部１１に記録されている過去の電流検出値と、今回の電流検出値を比較することができる。

異常判定部３１は、電流検出値比較部１２による比較結果に基づいて、インバータ回路４またはモータ１０の異常を判定することができる。なお、図８の例では、異常判定部３１は、モータ駆動装置１３に内蔵する方法について説明したが、モータ駆動装置１３とは別個に設けるようにしてもよい。

ここで、異常判定部３１には、インバータ側短絡異常判定部３２、インバータ側開放異常判定部３３およびモータ側開放異常判定部３４が設けられている。

インバータ側短絡異常判定部３２は、異常チェック用短絡スイッチ６がオンされた状態で、インバータ回路４の上アーム４ａ、４ｃ、４ｅおよび下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆが異常検出ゲート制御部７にて個別にオンされた時に電流検出部５ａ、５ｂにて検出された過去の電流検出値と今回の電流検出値との比較結果に基づいて、インバータ回路４の短絡異常を判定することができる。

具体的には、インバータ側短絡異常判定部３２は、上アーム４ａ、４ｃ、４ｅおよび下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆが異常検出ゲート制御部７にて個別にオンされた時に過去の電流検出値と今回の電流検出値の差分が所定値を超える場合、その時の電流経路上でオフされている上アーム４ａ、４ｃ、４ｅまたは下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆに短絡異常があると判定することができる。

インバータ側開放異常判定部３３は、異常チェック用短絡スイッチ６がオンされた状態で、インバータ回路４の互いに異なる相の１相分の上アーム４ａ、４ｃ、４ｅおよび１相分の下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆが異常検出ゲート制御部７にて同時にオンされた時に電流検出部５ａ、５ｂにて検出された過去の電流検出値と今回の電流検出値との比較結果に基づいて、インバータ回路４の開放異常を判定することができる。

具体的には、インバータ側開放異常判定部３３は、インバータ回路４の互いに異なる相の１相分の上アーム４ａ、４ｃ、４ｅおよび１相分の下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆが異常検出ゲート制御部７にて同時にオンされた時に過去の電流検出値と今回の電流検出値の差分が所定値を超える場合、その時にオンされている上アーム４ａ、４ｃ、４ｅまたは下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆに開放異常があると判定することができる。

モータ側開放異常判定部３４は、異常チェック用短絡スイッチ６がオフされた状態で、インバータ回路４の互いに異なる相の１相分の上アーム４ａ、４ｃ、４ｅおよび１相分の下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆが異常検出ゲート制御部７にて同時にオンされた時に電流検出部５ａ、５ｂにて検出された過去の電流検出値と今回の電流検出値との比較結果に基づいて、モータ１０または動力線９の開放異常を判定することができる。

具体的には、モータ側開放異常判定部３４は、インバータ回路４の互いに異なる相の１相分の上アーム４ａ、４ｃ、４ｅおよび１相分の下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆが異常検出ゲート制御部７にて同時にオンされた時に過去の電流検出値と今回の電流検出値の差分が所定値を超える場合、その時にオンされている上アーム４ａ、４ｃ、４ｅおよび下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆにて形成される電流経路上にあるＵ相巻線Ｕ、Ｖ相巻線ＶおよびＷ相巻線Ｗまたは動力線９に開放異常があると判定することができる。

なお、他の部分は実施の形態１と同じであるため、説明を省略する。また、異常チェック用短絡スイッチ６については、実施の形態２と同様にダイナミックブレーキ６´で代用してもよい。

図９は、図８のモータ駆動装置の異常検出処理を示すフローチャートである。図９において、図２のステップＳ１０、Ｓ２０、Ｓ３０の代わりにステップＳ１０´、Ｓ２０´、Ｓ３０´が設けられている。そして、ステップＳ１０´、Ｓ２０´、Ｓ３０´には、図２のステップＳ１７、Ｓ２７、Ｓ３７の代わりに、過去の電流検出値と今回の電流検出値の比較処理を行うステップＳ１７´、Ｓ２７´、Ｓ３７´がそれぞれ設けられている。なお、それ以外のステップは、実施の形態１と同じである。

すなわち、ステップＳ１における異常チェック用短絡スイッチ６のオン、ステップＳ１１〜Ｓ１６における上アーム４ａ、４ｃ、４ｅおよび下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆのオン／オフとその時の電流検出値の記録は実施の形態１と同じである。

次に、ステップＳ１７´において、過去に蓄積した電流検出値と今回検出した電流検出値を比較して、有意な差異があるかどうかを判断する。ステップＳ１８の異常が検出された場合の故障箇所特定は実施の形態１と同じである。

図１０は、本発明に係るモータ駆動装置の実施の形態３におけるインバータ回路４の短絡故障チェック時の電流検出値を時系列的に示す図である。図１０において、今回検出した電流値が予め設定された警告上限を超えた場合は警告表示を行う。さらに、今回検出した電流値がアラーム上限を超えた場合は、故障と判断してサーボを停止させる。

あるいは、図８には図示されていないネットワーク等の通信手段を介して電流検出値を図示されていない上位コントローラに送信し、上位コントローラに接続されたモニタ画面に図１０に相当する電流検出値の変化を表示して、オペレータが異常かどうかを判断するようにしてもよい。

ステップＳ１０´の短絡故障チェックで異常が検出されない場合は、ステップＳ２０´でインバータ回路４の開放故障チェックを実施する。ステップＳ２１〜Ｓ２６における上アーム４ａ、４ｃ、４ｅおよび下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆのオン／オフおよびその時の電流検出値の記録は実施の形態１と同じである。

次に、ステップＳ２７´において、過去に蓄積した電流検出値と今回検出した電流検出値を比較して、有意な差異が有るかどうかを判断する。ステップＳ２８の異常が検出された場合の故障箇所特定は実施の形態１と同じである。

図１１は、本発明に係るモータ駆動装置の実施の形態３におけるインバータ回路４、電力線９あるいはモータ１０の開放故障チェック時の電流検出値を時系列的に示す図である。図１１において、今回検出した電流値が予め設定された警告上限あるいは警告下限を超えた場合は警告表示を行う。さらに、今回検出した電流値がアラーム上限あるいはアラーム下限を超えた場合は、故障と判断してサーボを停止させる。なお、警告上下限およびアラーム上下限は、蓄積した検出電流値の平均値に所定の値を加減算することで設定することができる。

あるいは、ネットワーク等の通信手段を介して電流検出値を上位コントローラに送信し、上位コントローラに接続されたモニタ画面に図１１に相当する電流検出値の変化を表示して、オペレータが異常かどうかを判断するようにしてもよい。

ステップＳ２０´の開放故障チェックで異常が検出されない場合は、ステップＳ３０´で動力線９およびモータ１０の開放故障チェックを実施する。ステップＳ３１〜Ｓ３６における上アーム４ａ、４ｃ、４ｅおよび下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆのオン／オフおよびその時の電流検出値の記録は実施の形態１と同じである。

次に、ステップＳ３７´において、過去に蓄積した電流検出値と今回検出した電流検出値を比較して、有意な差異が有るかどうかを判断する。この判定は、インバータ回路４の開放故障チェックにおける異常判定であるステップＳ２７´の処理と同じである。ステップＳ３８の異常が検出された場合の故障箇所特定は実施の形態１と同じである。

ステップＳ１７´、Ｓ２７´、Ｓ３７´の異常判定においては、蓄積した過去の電流検出値を用いて統計学的に閾値を設定することができる。具体的には、（１）式および（２）に示すように、過去の電流検出値から平均値ｉ_ｂと標準偏差σを計算し、例えば今回の電流検出値ｉｋが平均値ｉ_ｂから±３σ以上逸脱した場合に警告とし、±５σ逸脱した場合にアラームとすることができる。

以上のようにこの発明の実施の形態３によれば、モータ駆動装置１のインバータ回路４の短絡故障チェック、インバータ回路４の開放故障チェックおよび電力線９あるいはモータ１０の開放故障チェックにおいて、特定のパターンで上アーム４ａ、４ｃ、４ｅおよび下アーム４ｂ、４ｄ、４ｆをオン／オフした場合の検出電流値を、過去の検出電流値と比較している。このため、電流が流れるか流れないかの２値ではなく、電流値の大小で異常を検出することができ、完全な短絡故障や完全な開放故障だけでなく、故障に至る過程における異常の予兆を検出することができる。この結果、休日などの工場停止時に予防的にモータ駆動装置１３を交換することが可能となり、故障による生産システム全体への影響を防止したり軽減したりできる。

また、モータ駆動装置１３が稼働した時点から、異常検出用のゲートパターンでインバータ回路４をスイッチングさせた時の電流検出値を電流検出値記録部１１に蓄積し、蓄積した電流検出値のバラツキを計算して、検出された現在の電流検出値が異常かどうかの判定に用いることができる。このため、電流検出値の変動範囲が環境変動などによるバラツキの範囲内にあるのかどうかを、電流検出値の統計学的変動量に基づいて判断することができるため、正確な異常判別が可能となる。

以上のように本発明に係るモータ駆動装置は、インバータ回路の上下アームを所定のパターンでスイッチングし、その時のインバータ回路の出力電流の検出値から異常を検出することができ、インバータ回路からモータを取り外すことなくインバータ回路およびモータの異常を検出方法に適している。

１、１´、１３ モータ駆動装置
２ コンバータ回路
２ａ〜２ｆ 整流ダイオード
３ 平滑コンデンサ
４ インバータ回路
４ａ、４ｃ、４ｅ 上アーム
４ｂ、４ｄ、４ｆ 下アーム
５ａ、５ｂ 電流検出部
６ 異常チェック用短絡スイッチ
６´ ダイナミックブレーキ
７ 異常検出ゲート制御部
８ 交流電源
９ 動力線
１０ モータ
Ｕ Ｕ相巻線
Ｖ Ｖ相巻線
Ｗ Ｗ相巻線
１１ 電流検出値記録部
１２ 電流検出値比較部
２１、３１ 異常判定部
２２ インバータ側短絡故障判定部
２３ インバータ側開放故障判定部
２４ モータ側開放故障判定部
３２ インバータ側短絡異常判定部
３３ インバータ側開放異常判定部
３４ モータ側開放異常判定部

Claims (12)

1. インバータ回路の３相分の出力側を短絡する異常チェック用短絡スイッチと、
   前記インバータ回路の３相分の上アームおよび下アームまたはそれらの組み合わせを順次オンさせる異常検出ゲート制御部と、
   前記インバータ回路の２相分の出力電流を検出する電流検出部と、
   前記異常チェック用短絡スイッチがオンされた状態で、前記インバータ回路の３相分の上アームおよび下アームまたはそれらの組み合わせが順次オンされた時に前記電流検出部にて検出された電流検出値に基づいて、前記インバータ回路の異常を判定すると共に、前記異常チェック用短絡スイッチがオフされた状態で、前記インバータ回路の３相分の上アームおよび下アームまたはそれらの組み合わせが順次オンされた時に前記電流検出部にて検出された電流検出値に基づいて、前記インバータ回路にて駆動されるモータの異常を判定する異常判定部とを備えることを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記異常判定部は、
   前記異常チェック用短絡スイッチがオンされた状態で、前記インバータ回路の３相分の上アームおよび下アームが前記異常検出ゲート制御部にて個別にオンされた時に前記電流検出部にて検出された電流検出値に基づいて、前記インバータ回路の短絡故障を判定するインバータ側短絡故障判定部と、
   前記異常チェック用短絡スイッチがオンされた状態で、前記インバータ回路の互いに異なる相の１相分の上アームおよび１相分の下アームが前記異常検出ゲート制御部にて同時にオンされた時に前記電流検出部にて検出された電流検出値に基づいて、前記インバータ回路の開放故障を判定するインバータ側開放故障判定部と、
   前記異常チェック用短絡スイッチがオフされた状態で、前記インバータ回路の互いに異なる相の１相分の上アームおよび１相分の下アームが前記異常検出ゲート制御部にて同時にオンされた時に前記電流検出部にて検出された電流検出値に基づいて、前記モータまたは前記モータと前記インバータ回路を接続する動力線の開放故障を判定するモータ側開放故障判定部とを備えることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記インバータ側短絡故障判定部は、前記インバータ回路の３相分の上アームおよび下アームが前記異常検出ゲート制御部にて個別にオンされた時に前記電流検出値が０でない場合、その時の電流経路上でオフされている上アームまたは下アームに短絡故障があると判定することを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記インバータ側開放故障判定部は、前記インバータ回路の互いに異なる相の１相分の上アームおよび１相分の下アームが前記異常検出ゲート制御部にて同時にオンされた時に前記電流検出値が基準値を下回る場合、その時にオンされている上アームまたは下アームに開放故障があると判定することを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動装置。
5. 前記モータ側開放故障判定部は、前記インバータ回路の互いに異なる相の１相分の上アームおよび１相分の下アームが前記異常検出ゲート制御部にて同時にオンされた時に前記電流検出値が基準値を下回る場合、その時にオンされている上アームおよび下アームにて形成される電流経路上にある前記モータの巻線または前記動力線に開放故障があると判定することを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動装置。
6. 異常チェック時にインバータ回路の３相分の出力側を短絡する異常チェック用短絡スイッチと、
   前記インバータ回路の３相分の上アームおよび下アームまたはそれらの組み合わせを順次オンさせる異常検出ゲート制御部と、
   前記インバータ回路の２相分の出力電流を検出する電流検出部と、
   前記電流検出部にて検出された過去の電流検出値を記憶する電流検出値記録部と、
   前記インバータ回路の３相分の上アームおよび下アームまたはそれらの組み合わせが順次オンされた時に前記電流検出部にて検出された過去の電流検出値と今回の電流検出値とを比較する電流検出値比較部と、
   前記電流検出値比較部による比較結果に基づいて、前記インバータ回路または前記インバータ回路にて駆動されるモータの異常を判定する異常判定部とを備えることを特徴とするモータ駆動装置。
7. 前記異常判定部は、
   前記異常チェック用短絡スイッチがオンされた状態で、前記インバータ回路の３相分の上アームおよび下アームが前記異常検出ゲート制御部にて個別にオンされた時に前記電流検出部にて検出された過去の電流検出値と今回の電流検出値との比較結果に基づいて、前記インバータ回路の短絡異常を判定するインバータ側短絡異常判定部と、
   前記異常チェック用短絡スイッチがオンされた状態で、前記インバータ回路の互いに異なる相の１相分の上アームおよび１相分の下アームが前記異常検出ゲート制御部にて同時にオンされた時に前記電流検出部にて検出された過去の電流検出値と今回の電流検出値との比較結果に基づいて、前記インバータ回路の開放異常を判定するインバータ側開放異常定部と、
   前記異常チェック用短絡スイッチがオフされた状態で、前記インバータ回路の互いに異なる相の１相分の上アームおよび１相分の下アームが前記異常検出ゲート制御部にて同時にオンされた時に前記電流検出部にて検出された過去の電流検出値と今回の電流検出値との比較結果に基づいて、前記モータまたは前記モータと前記インバータ回路を接続する動力線の開放異常を判定するモータ側開放異常判定部とを備えることを特徴とする請求項６に記載のモータ駆動装置。
8. 前記インバータ側短絡異常判定部は、前記インバータ回路の３相分の上アームおよび下アームが前記異常検出ゲート制御部にて個別にオンされた時に過去の電流検出値と今回の電流検出値の差分が所定値を超える場合、その時の電流経路上でオフされている上アームまたは下アームに短絡異常があると判定することを特徴とする請求項７に記載のモータ駆動装置。
9. 前記インバータ側開放異常判定部は、前記インバータ回路の互いに異なる相の１相分の上アームおよび１相分の下アームが前記異常検出ゲート制御部にて同時にオンされた時に過去の電流検出値と今回の電流検出値の差分が所定値を超える場合、その時にオンされている上アームまたは下アームに開放異常があると判定することを特徴とする請求項７に記載のモータ駆動装置。
10. 前記モータ側開放異常判定部は、前記インバータ回路の互いに異なる相の１相分の上アームおよび１相分の下アームが前記異常検出ゲート制御部にて同時にオンされた時に過去の電流検出値と今回の電流検出値の差分が所定値を超える場合、その時にオンされている上アームおよび下アームにて形成される電流経路上にある前記モータの巻線または前記動力線に開放異常があると判定することを特徴とする請求項７に記載のモータ駆動装置。
11. 前記異常判定部は、前記電流検出部にて検出された過去の電流検出値のバラツキを参照することにより、前記インバータ回路または前記モータの異常を判定することを特徴とする請求項６から１０のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
12. 前記異常チェック用短絡スイッチはダイナミックブレーキであることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。

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