JP6763196B2 - インバータ装置 - Google Patents

Description

本発明は、インバータ装置に関する。

インバータ装置でモータを駆動する際、制御用の電源回路が正常に動作していない状態で過電圧が生じた場合であっても、過電圧を抑制する電力変換装置が提案されている（特許文献１）。この装置では、インバータに、１２Ｖ電源からの制御電源が供給されない場合でも、電源回路から供給される電力により各ドライバ回路が動作してＩＧＢＴの３相全ての上アーム又は下アームをオンにし、下アーム又は上アームをオフにするショート制御を行うことにより、過電圧を抑制することができる。

特開２０１２−１８６８７１号公報

特許文献１では、３相全ての上アーム又は３相全ての下アームをオンにしてショートブレーキを行うことはできる。しかし、制御電源が故障した場合ショートブレーキを行うことはできない虞がある。

本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、電源異常が発生してもショートブレーキを行うことができ、上アーム及び下アームのうち電源異常がない方のアームをオンにしてショートブレーキを行うことができるインバータ装置を提供することにある。

上記課題を解決するインバータ装置は、複数の上アームスイッチと複数の下アームスイッチとを有し、モータを駆動させるインバータ装置である。そして、前記上アームスイッチに絶縁状態で駆動電力を供給する上アーム電源回路と、前記上アーム電源回路の電力を監視する上アーム電源監視回路と、前記下アームスイッチに絶縁状態で駆動電力を供給する下アーム電源回路と、前記下アーム電源回路の電力を監視する下アーム電源監視回路と、前記上アーム電源監視回路及び前記下アーム電源監視回路のうちの一方の電源監視回路が異常と判断すると、正常側のアームのスイッチを全てＯＮ、異常側のアームのスイッチを全てＯＦＦとする制御回路とを備える。

この構成によれば、上アーム及び下アームに対してそれぞれ独立に電源が設けられ、それぞれの電源が正常か否かが電源監視回路により監視される。そして、どちらかの電源が異常となった場合、正常側のアームにてショートブレーキを行う。したがって、電源異常が発生してもショートブレーキを行うことができ、上アーム及び下アームのうち電源異常がない方のアームをオンにしてショートブレーキを行うことができる。

前記上アーム電源回路及び前記下アーム電源回路は、それぞれ１つのトランスで駆動電力を各スイッチに供給する。この構成によれば、それぞれ各相のスイッチに個別のトランスで駆動電力を供給する場合と異なり、トランスを１個ずつ製造せずに既存のトランスを使用することができる。

前記上アーム電源回路及び前記下アーム電源回路は、それぞれ各相のスイッチに個別のトランスで駆動電力を供給してもよい。この構成によれば、それぞれ１つのトランスで駆動電力を各スイッチに供給する場合に比べてトランス全体が占める大きさを小さくできる。

前記モータは、走行用モータである。電源異常の際、モータへの電力供給を停止してモータの停止を行うと電力供給が停止されてもモータが慣性で回り続けるが、ショートブレーキでモータを停止させれば、モータが慣性で回り続けることを防止できる。そのため走行用モータに適用すれば、惰性走行を抑制して素早く停止することができる。

本発明によれば、電源異常が発生してもショートブレーキを行うことができ、上アーム及び下アームのうち電源異常がない方のアームをオンにしてショートブレーキを行うことができる。

インバータ装置の電気的構成を示すブロック図。 （ａ）は上アームの各相の駆動部へ電力供給を行うトランスの例を示す模式図、（ｂ）は下アームの各相の駆動部へ電力供給を行うトランスの例を示す模式図。 別の実施形態のトランスの例を示す模式図。

以下、本発明を車載用のインバータ装置に具体化した一実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。
図１に示すように、車両走行用のモータ（３相交流モータ）１０を制御するインバータ装置１１は、複数の上アームスイッチとしての３個のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５と、複数の下アームスイッチとしての３個のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６とを有する。各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６は、バッテリ１２に接続され、バッテリ１２から供給される直流電力（直流電流）を３相交流電力（３相交流電流）に変換してモータ１０に供給する。バッテリ１２と並列にコンデンサ１３が接続されている。

インバータ装置１１は、上アーム電源回路１４と、上アーム電源制御回路１５と、上アーム電源監視回路１６と、下アーム電源回路１７と、下アーム電源制御回路１８と、下アーム電源監視回路１９と、制御回路２０とを有する。

上アーム電源回路１４は、上アームスイッチとしてのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５に絶縁状態で駆動電力を供給する。上アーム電源回路１４は、各スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５を駆動する電力をそれぞれ独立して供給する。上アーム電源回路１４は、各駆動部２１ａ，２１ｂ，２１ｃへの電力供給を、トランスを用いて行う。

図２（ａ）に示すように、上アーム電源回路１４は、電源２２に接続されるトランス２３と、トランス２３用のスイッチング素子Ｓｕとを備えている。トランス２３は、１つの一次巻線２４と、３つの二次巻線２５ａ，２５ｂ，２５ｃとを有する。３つの二次巻線２５ａ，２５ｂ，２５ｃのうち二次巻線２５ａが駆動部２１ａに、二次巻線２５ｂが駆動部２１ｂに、二次巻線２５ｃが駆動部２１ｃにそれぞれ整流回路を介して接続される。

図１に示すように、下アーム電源回路１７は、下アームスイッチとしてのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６に絶縁状態で駆動電力を供給する。下アーム電源回路１７は、各スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６を駆動する電力をそれぞれ独立して供給する。下アーム電源回路１７は、各駆動部２６ａ，２６ｂ，２６ｃへの電力供給を、トランスを用いて行う。

図２（ｂ）に示すように、下アーム電源回路１７は、電源２７に接続されるトランス２８と、トランス２８用のスイッチング素子Ｓｄとを備えている。トランス２８は、１つの一次巻線２９と、３つの二次巻線３０ａ，３０ｂ，３０ｃとを有する。３つの二次巻線３０ａ，３０ｂ，３０ｃのうち二次巻線３０ａが駆動部２６ａに、二次巻線３０ｂが駆動部２６ｂに、二次巻線３０ｃが駆動部２６ｃにそれぞれ整流回路を介して接続される。

上アーム電源監視回路１６及び下アーム電源監視回路１９は、それぞれ上アーム電源制御回路１５及び下アーム電源制御回路１８のフィードバック電圧を監視して電源異常の有無を判断する。電源異常の判断は、例えば、過電圧状態となり電源電圧と基準電圧との差が、予め設定された値より大きくなった場合に電源異常とする。

制御回路２０は、上アーム電源監視回路１６及び下アーム電源監視回路１９の監視信号を入力し、一方の電源監視回路が異常と判断すると、正常側のアームのスイッチを全てＯＮ、異常側のアームのスイッチを全てＯＦＦとすることにより、ショートブレーキを行う。

制御回路２０は、スイッチング素子Ｓｕのオン、オフ制御により、上アーム電源回路１４のトランス２３を駆動して駆動部２１ａ，２１ｂ，２１ｃに電力を供給し、駆動部２１ａ，２１ｂ，２１ｃのオン、オフ制御により各スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５を駆動する。

制御回路２０は、スイッチング素子Ｓｄのオン、オフ制御により、下アーム電源回路１７のトランス２８を駆動して駆動部２６ａ，２６ｂ，２６ｃに電力を供給し、駆動部２６ａ，２６ｂ，２６ｃのオン、オフ制御により各スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６を駆動する。

制御回路２０は、角度センサ３１の検出信号を入力してモータ１０の回転速度を検出する。制御回路２０は、電流センサ３２の検出信号を入力し、モータ１０に目標電流が流れるように、モータ１０を駆動制御する。

次に前記のように構成されたインバータ装置１１の作用を説明する。
制御回路２０は、上アーム電源監視回路１６及び下アーム電源監視回路１９の両者から異常信号が入力されない状態では、モータ１０に走行状態に対応した目標電力が供給されるように、トランス２３のスイッチング素子Ｓｕ、トランス２８のスイッチング素子Ｓｄ、上アームのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５、下アームのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６を駆動する。その結果、上アームの各駆動部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ及び下アームの各駆動部２６ａ，２６ｂ，２６ｃに駆動電力が供給され、モータ１０が所望の速度で回転駆動される。

制御回路２０は、上アーム電源監視回路１６及び下アーム電源監視回路１９のいずれか一方から電源異常の信号を入力すると、正常側のアームにてショートブレーキを行う。例えば、上アーム電源監視回路１６から電源異常の信号が入力されると、制御回路２０は、下アームの全てのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６をオンにし、上アームの全てのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５をオフにするように制御信号を出力する。

電源異常の場合、上アーム及び下アームの全てのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６をオフにすると、慣性でモータ１０が回り続け、逆起電力が発生する。しかし、上アーム側の電源異常の場合、電源が正常な下アームの全てのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６をオンにすれば、モータ１０の電機子巻線に流れる電流がショートし、モータ１０にブレーキが掛かり、全てのスイッチング素子をオフにする場合より早くモータ１０が停止する。

この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）インバータ装置１１は、複数の上アームスイッチ（スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５）と複数の下アームスイッチ（スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６）とを有し、モータ１０を駆動させるインバータ装置である。そして、上アームスイッチに絶縁状態で駆動電力を供給する上アーム電源回路１４と、上アーム電源回路１４の電力を監視する上アーム電源監視回路１６と、下アームスイッチに絶縁状態で駆動電力を供給する下アーム電源回路１７と、下アーム電源回路１７の電力を監視する下アーム電源監視回路１９とを備える。また、インバータ装置１１は、上アーム電源監視回路１６及び下アーム電源監視回路１９のうちの一方の電源監視回路が異常と判断すると、正常側のアームのスイッチを全てＯＮ、異常側のアームのスイッチを全てＯＦＦとする制御回路２０を備える。

この構成によれば、上アーム側と下アーム側のどちらかの電源が異常となった場合、正常側のアームにてショートブレーキを行う。したがって、電源異常が発生しても上アーム及び下アームのうち電源異常がない方のアームのスイッチング素子をオンにしてショートブレーキを行うことができる。

（２）上アーム電源回路１４及び下アーム電源回路１７は、それぞれ１つのトランス２３及びトランス２８で駆動電力を各スイッチに供給する。この構成によれば、それぞれ各相のスイッチに個別のトランスで駆動電力を供給する場合と異なり、既存のトランスを使用することができる。

（３）モータ１０は、走行用モータである。電源異常の際、モータへの電力供給を停止してモータの停止を行うと、電力供給が停止されてもモータが慣性で回り続けるが、ショートブレーキでモータを停止させれば、モータが慣性で回り続けることを防止できる。そのため走行用モータに適用すれば、惰性走行を抑制して素早く停止することができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 上アーム電源回路１４及び下アーム電源回路１７は、それぞれ各相のスイッチに個別のトランスで駆動電力を供給する構成としてもよい。例えば、図３に示すように、上アーム電源回路１４を、３個のトランス４１、４２，４３で構成する。各トランス４１、４２，４３の一次巻線４１ａ，４２ａ，４３ａは、それぞれ共通の電源４５に並列に接続されている。各トランス４１、４２，４３は、それぞれスイッチング素子４１ｂ，４２ｂ，４３ｂを備える。トランス４１の二次巻線４１ｃは、駆動部２１ａに整流回路を介して接続され、トランス４２の二次巻線４２ｃは、駆動部２１ｂに整流回路を介して接続され、トランス４３の二次巻線４３ｃは、駆動部２１ｃに整流回路を介して接続される。そして、各スイッチング素子４１ｂ，４２ｂ，４３ｂは制御回路２０によりオン、オフ制御され、各駆動部２１ａ，２１ｂ，２１ｃに電力が供給される。すなわち、トランス４１の二次巻線４１ｃが前記実施形態の二次巻線２５ａに相当し、トランス４２の二次巻線４２ｃが前記実施形態の二次巻線２５ｂに相当し、トランス４３の二次巻線４３ｃが前記実施形態の二次巻線２５ｃに相当する。

下アーム電源回路１７も同様に構成された３個のトランスを備え、各トランスから各駆動部２６ａ，２６ｂ，２６ｃに電力が供給される。このように、上アーム電源回路１４及び下アーム電源回路１７は、それぞれ各相のスイッチに個別のトランスで駆動電力を供給してもよい。この構成によれば、それぞれ１つのトランスで駆動電力を各スイッチに供給する場合に比べてトランス全体が占める大きさを小さくできる。

○ 電源電圧の監視は、それぞれ上アーム電源制御回路１５及び下アーム電源制御回路１８のフィードバック電圧を監視して行う構成に限らず、例えば、電源電圧を直接検出する構成であってもよい。

○ 電源電圧の監視は、トランスの一次側に限らず、二次側の電圧で監視してもよい。
○ 電源異常の検出は、電源電圧の監視ではなく、電流の監視で行ってもよい。

上アームスイッチとしてのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５、下アームスイッチとしてのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６、１０…モータ、１１…インバータ装置、１４…上アーム電源回路、１６…上アーム電源監視回路、１７…下アーム電源回路、１９…下アーム電源監視回路、２０…制御回路、２３，２８，４１，４２，４３…トランス。

Claims (3)

1. 複数の上アームスイッチと複数の下アームスイッチとを有し、モータを駆動させるインバータ装置であって、
   前記上アームスイッチに絶縁状態で駆動電力を供給する上アーム電源回路と、
   前記上アーム電源回路の電力を監視し、過電圧状態となり電源電圧から基準電圧を引いた差が予め設定された値より大きくなった場合に異常と判断する上アーム電源監視回路と、
   前記下アームスイッチに絶縁状態で駆動電力を供給する下アーム電源回路と、
   前記下アーム電源回路の電力を監視し、過電圧状態となり電源電圧から基準電圧を引いた差が予め設定された値より大きくなった場合に異常と判断する下アーム電源監視回路と、
   前記上アーム電源監視回路及び前記下アーム電源監視回路のうちの一方の電源監視回路が異常と判断すると、正常側のアームのスイッチを全てＯＮ、異常側のアームのスイッチを全てＯＦＦとする制御回路とを備えることを特徴とするインバータ装置。
2. 前記上アーム電源回路及び前記下アーム電源回路は、それぞれ１つのトランスで駆動電力を各スイッチに供給する請求項１に記載のインバータ装置。
3. 前記上アーム電源回路及び前記下アーム電源回路は、それぞれ各相のスイッチに個別のトランスで駆動電力を供給する請求項１に記載のインバータ装置。

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