JP7842212B2 - モータ駆動装置、モータ駆動方法およびモータ駆動プログラム - Google Patents

Description

この出願で言及する実施例は、モータ駆動装置、モータ駆動方法およびモータ駆動プログラムに関する。

近年、工作機械、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、或いは、各種ロボット内の交流モータを駆動するモータ駆動装置においては、交流電源から供給される交流電力を直流電力に一旦変換したのちさらに交流電力へ変換し、この交流電力を駆動軸ごとに設けられたモータに駆動電力としてモータ動力線を介して供給している。

そのため、モータ駆動装置は、交流電源側から入力された交流電力を直流電力に変換(整流)するコンバータ(整流器)、および、コンバータの直流側であるＤＣリンクにおける直流電力を交流電力に変換するインバータを備える。

従来、インバータにおいて、短絡による過電流を検出した場合、その過電流を早期に遮断するために、過電流を検出したら直ちに短絡経路上のスイッチング素子を遮断(オフ)するのが一般的である。

しかしながら、例えば、多相交流モータを駆動するインバータにおいて、過電流を検出した短絡経路上のスイッチング素子を直ちにオフすると、回路によっては電流オフ時のターンオフのエネルギーにより、ＤＣリンク上に電圧振動が発生する。さらに、短絡箇所や回路構成によっては、電圧振動の反射や重ね合わせ等により、過電流を検出した相よりも大きな電圧振動が他のスイッチング素子に印加される事態が発生する。そのため、過電流を遮断した相の電圧に問題がなくても他の相が過電圧となって、短絡経路外のスイッチング素子が過電圧破壊する虞がある。

従来、多相交流モータを駆動するインバータにおける短絡に注目し、短絡による過電流が発生した場合におけるスイッチング素子の過電圧破壊を低減するようにした様々な提案がなされている。

特開２００８－１１８８３４号公報 特開２０１３－１９８１８２号公報

前述したように、例えば、多相交流モータを駆動するインバータにおいて、過電流を検出した短絡経路上のスイッチング素子を直ちにオフすると、過電流を検出した相よりも大きな電圧振動が他のスイッチング素子に印加されて過電圧破壊が生じる虞がある。

さらに、例えば、過電流を検出した後、スイッチング素子に対して全相同時に遮断の指令を入れたとしても、実際にスイッチング素子が完全にオフするまでに時間を要するため、電圧の振動が一対のスイッチング素子の一方のみにかかって過電圧破壊が生じる虞がある。

本発明が解決しようとする課題は、インバータにおけるパワー素子の短絡が生じてもパワー素子の過電圧破壊を防止できるモータ駆動装置、モータ駆動方法およびモータ駆動プログラムの提供にある。

本発明に係る一実施形態によれば、多相交流モータを駆動する複数のスイッチング素子を含むインバータからの複数相の出力電流を検出して取得する取得部と、前記取得部が取得した前記複数相の出力電流に基づいて前記複数のスイッチング素子における過電流を判定する判定部と、前記判定部の判定に基づいてスイッチング指令を生成して前記複数のスイッチング素子に出力する生成部と、を備えるモータ駆動装置が提供される。

前記生成部は、前記判定部により過電流が流れていると判定されたとき、前記判定部により過電流が流れていないと判定された相における少なくとも１つのスイッチング素子に対してオフ指令を出力した後、前記判定部により過電流が流れていると判定された相における少なくとも１つのスイッチング素子に対してオフ指令を出力する。

本発明の目的および効果は、特に請求項において指摘される構成要素および組み合わせを用いることによって認識され且つ得られるであろう。前述の一般的な説明および後述の詳細な説明の両方は、例示的および説明的なものであり、請求の範囲に記載されている本発明を制限するものではない。

図１は、本実施形態に係るモータ駆動装置の一例を概略的に示すブロック図である。 図２は、本実施形態に係るモータ駆動装置の第１実施例を従来例と比較して説明するための図である。 図３は、本実施形態に係るモータ駆動装置の第１実施例を説明するための図である。 図４は、本実施形態に係るモータ駆動装置の第２実施例を説明するための図である。 図５は、本実施形態に係るモータ駆動装置の第３実施例を説明するための図である。 図６は、本実施形態に係るモータ駆動装置の第４実施例を説明するための図である。 図７は、本実施形態に係るモータ駆動装置の第５実施例を説明するための図である。 図８は、本実施形態に係るモータ駆動装置の第６実施例を説明するための図である。 図９は、本実施形態に係るモータ駆動装置の第１変形例を説明するための図である。 図１０は、本実施形態に係るモータ駆動装置の第２変形例を説明するための図である。

以下、本実施形態に係るモータ駆動装置、モータ駆動方法およびモータ駆動プログラムの実施例を、添付図面を参照して詳述する。図１は、本実施形態に係るモータ駆動装置の一例を概略的に示すブロック図である。図１において、参照符号１は交流電源、３はモータ(多相交流モータ)、４は制御部、そして、１００はモータ駆動装置を示す。ここで、交流電源１の相数は、三相でも単相でもよく、例えば、三相交流４００Ｖ電源、三相交流２００Ｖ電源、三相交流６００Ｖ電源、単相交流１００Ｖ電源等である。なお、以下の記述では、一例として、交流電源１を三相交流電源とし、モータ３を三相交流モータとして説明する。

図１に示されるように、モータ駆動装置１００は、三相交流電源１からの電力を入力とし、三相モータ３の各相(Ｕ相、Ｖ相およびＷ相)の駆動電力を出力するもので、コンバータ２１，インバータ２２，ＤＣリンクコンデンサ２３および制御部４を備える。コンバータ２１は、例えば、三相フルブリッジ回路として構成され、交流入力側から入力された交流電力を直流電力に変換して直流出力側のＤＣリンクに出力する整流器である。ＤＣリンクコンデンサ２３は、コンバータ２１の直流出力の脈動分を平滑すると共に、インバータ２２に出力する直流電力を蓄積する。

インバータ２２は、ＤＣリンクを介してコンバータ２１に接続され、ＤＣリンクにおける直流電力をモータ駆動のための交流電力に変換して出力する。すなわち、インバータ２２は、コンバータ２１の出力をＤＣリンクコンデンサ２３で平滑および蓄積した直流電力を受け取り、制御部４からの制御信号(制御指令)に基いて三相交流モータ３を駆動制御する。

図１に示す例では、モータ３を三相交流モータとしたので、インバータ２２は三相フルブリッジ回路として構成されている。すなわち、インバータ２２は、三相交流モータ３のＵ相，Ｖ相およびＷ相に対して、それぞれ高電位電源線および低電位電源線に接続されたパワー半導体(パワー素子)Ｔ1，Ｔ4、Ｔ2，Ｔ5およびＴ3，Ｔ6、並びに、各パワー半導体に対して逆並列に接続された還流ダイオード(ＦＷＤ：Free Wheeling Diode)Ｄ1，Ｄ4、Ｄ2，Ｄ5およびＤ3，Ｄ6を含む。

ここで、パワー半導体Ｔ1，Ｔ4、Ｔ2，Ｔ5，Ｔ3，Ｔ6としては、例えば、ＩＧＢＴ(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)が適用されるが、ＩＧＢＴに限定されず、ＦＥＴ(Field-Effect Transistor)、サイリスタ、ＧＴＯ(Gate Turn-Off thyristor)、ＳiＣ－ＭＯＳＦＥＴ(Silicon Carbide Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：シリコンカーバイド金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ)およびＧaＮ(窒化ガリウム)を用いたパワー半導体など様々なパワー素子を適用することができる。

図１において、参照符号Ｕaは、Ｕ相のプルアップ側スイッチング素子(Ｔ1およびＤ1)を示し、Ｕbは、Ｕ相のプルダウン側スイッチング素子(Ｔ4およびＤ4)を示す。同様に、参照符号Ｖaは、Ｖ相のプルアップ側スイッチング素子(Ｔ2およびＤ2)を示し、Ｖbは、Ｖ相のプルダウン側スイッチング素子(Ｔ5およびＤ5)を示す。さらに、参照符号Ｗaは、Ｗ相のプルアップ側スイッチング素子(Ｔ3およびＤ3)を示し、Ｗbは、Ｗ相のプルダウン側スイッチング素子(Ｔ6およびＤ6)を示す。なお、以下の説明では、一例として、インバータ２２は三相交流モータ３を駆動するものとしているが、本実施形態のモータ駆動装置１００は、三相交流モータを駆動制御するものに限定されず、例えば、４相，６相，１２相といった様々な多相交流モータを駆動制御するものであってもよいのはもちろんである。

［第１実施例］
図２は、本実施形態に係るモータ駆動装置の第１実施例を従来例と比較して説明するための図である。ここで、図２(A)は、高電位電源線(プルアップ側)から低電位電源線(プルダウン側)に過電流(短絡電流)が流れる一例、および、その時のスイッチング素子の遮断処理の一例を説明するための図である。図２(B)は、図２(A)のように過電流が流れたときにおける本第１実施のモータ駆動装置によるスイッチング素子の遮断処理の一例を説明するための図である。

三相交流モータ３を駆動制御するインバータ２２は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相に設けられた一対のスイッチング素子Ｕa，Ｕb，Ｖa，ＶbおよびＷa，Ｗb(例えば、６個のスイッチング素子)を備え、三相交流モータ３の駆動時には、それら一対のスイッチング素子の一方(例えば、３個のスイッチング素子)がオンして他方(例えば、３個のスイッチング素子)がオフする。

具体的に、図２(A)に示されるように、例えば、一方のスイッチング素子Ｕa，Ｖb，Ｗaがオンして、他方のスイッチング素子Ｕb，Ｖa，Ｗbがオフするとき、Ｕ相とＶ相の間に短絡(相間短絡)が生じ、過電流が、高電位電源線からスイッチング素子ＵaおよびＶbを経由して低電位電源線に流れる場合を考える。このとき、従来例としては、一般的に、短絡経路上のスイッチング素子ＵaおよびＶbに対してオフ指令を出力して遮断(ＯＮ→ＯＦＦへ制御)する。

ここで、Ｗ相の一対のスイッチング素子Ｗa，Ｗbにおいて、一方のスイッチング素子Ｗaがオンして他方のスイッチング素子Ｗbがオフしている。そのため、例えば、短絡経路上のスイッチング素子ＵaおよびＶbがオンからオフになると、過電流を検出したＵ相およびＶ相よりも大きな電圧振動がＷ相のスイッチング素子Ｗbの両端に印加され、スイッチング素子Ｗbに過電圧破壊が生じる虞がある。

このような場合、本第１実施例のモータ駆動装置によれば、図２(B)に示されるように、短絡経路上のスイッチング素子Ｕa，Ｖbをオンからオフに切り替える前に、例えば、Ｗ相におけるスイッチング素子Ｗaをオンからオフに切り替える。これにより、図２(A)におけるスイッチング素子Ｗbの両端に印加された電圧振動(過電圧，サージ電圧)を、スイッチング素子Ｗa，Ｗbで分圧して過電圧破壊を防止(低減)することができる。すなわち、本第１実施例によれば、過電流が流れていない(短絡経路ではない)Ｗ相におけるスイッチング素子Ｗaに対してオフ指令を出力した後、過電流が流れている(短絡経路上に存在する)スイッチング素子Ｕa，Ｖbに対してオフ指令を出力する。

図３は、本実施形態に係るモータ駆動装置の第１実施例を説明するための図である。ここで、図３(A)は、第１実施例における短絡およびその時の動作を説明するための回路図であり、図３(B)は、第１実施例における制御処理(モータ駆動プログラムの処理)の一例を説明するためのフローチャートである。なお、図３(A)および図３(B)は、上述した図２(A)および図２(B)と同様に、Ｕ相とＶ相の間に短絡(相間短絡)が生じ、過電流が高電位電源線からスイッチング素子ＵaおよびＶbを経由して低電位電源線に流れる場合を示す。

図３(A)に示されるように、第１実施例のモータ駆動装置１００(制御部４)は、取得部４１，判定部４２および生成部４３を備える。取得部４１は、三相交流モータ３を駆動する６個のスイッチング素子Ｕa，Ｕb，Ｖa，Ｖb，Ｗa，Ｗbを含むインバータ２２からの三相の出力電流を検出して取得する。判定部４２は、取得部４１が取得した三相の出力電流に基づいて６個のスイッチング素子Ｕa，Ｕb，Ｖa，Ｖb，Ｗa，Ｗbにおける過電流を判定する。生成部４３は、判定部４２の判定に基づいてスイッチング指令を生成して６個のスイッチング素子Ｕa，Ｕb，Ｖa，Ｖb，Ｗa，Ｗbに出力する。

ここで、参照符号Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3，Ｃ4，Ｃ5，Ｃ6は、それぞれ生成部４３から出力される制御指令(制御信号)を受け取って対応するスイッチング素子Ｕa，Ｕb，Ｖa，Ｖb，Ｗa，Ｗbのオン／オフを制御する駆動部を示す。なお、駆動部Ｃ1～Ｃ6としては、知られている様々な構成を適用することができるのは言うまでもない。

生成部４３は、例えば、判定部４２がＵ相およびＶ相(Ｕ相およびＶ相におけるスイッチング素子Ｕa，Ｖｂ)に過電流が流れていると判定したとき、判定部４２により過電流が流れていないと判定されたＷ相(Ｗ相におけるスイッチング素子Ｗa：Ｐ１１)に対してオフ指令を出力する。その後、判定部４２により過電流が流れていると判定されたＵ相およびＶ相におけるスイッチング素子Ｕa，Ｖb(Ｐ１２)に対してオフ指令を出力する。

すなわち、図３(B)に示されるように、第１実施例におけるモータ駆動プログラムの処理の一例が開始すると、ステップＳＴ１１において、取得部４１がインバータ２２から三相交流モータ３を駆動する各相の電流(Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の駆動電流)を取得し、ステップＳＴ１２に進む。ステップＳＴ１２では、判定部４２が各相の過電流の有無を判定し、過電流が「無」と判定するとステップＳＴ１１に戻り、過電流が「有」と判定するとステップＳＴ１３に進む。

ステップＳＴ１３では、生成部４３が以下の順序でスイッチング素子を遮断するためにオフ指令を生成する。すなわち、生成部４３は、1. 過電流と判定されていない相におけるスイッチング素子Ｗaをオフするためのオフ指令を出力(Ｐ１１)し、その後、2. 過電流と判定された相におけるスイッチング素子Ｕa，Ｖｂをオフするためのオフ指令を出力(Ｐ１２)する。そして、ステップＳＴ１４に進んで、上記生成部４３の生成のタイミングに従ってスイッチング素子を遮断する。すなわち、駆動部Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3，Ｃ4，Ｃ5，Ｃ6が、それぞれ生成部４３から出力される制御指令を受け取って、対応するスイッチング素子Ｕa，Ｕb，Ｖa，Ｖb，Ｗa，Ｗbのオン／オフを制御する。

このように、本第１実施例によれば、例えば、判定部４２によりＵ相およびＶ相(Ｕ相およびＶ相におけるスイッチング素子)に過電流が流れていると判定されたとき、生成部４３は、判定部４２により過電流が流れていないと判定されたＷ相における少なくとも１つのスイッチング素子Ｗaに対してオフ指令を出力(Ｐ１１)する。その後、生成部４３は、判定部４２により過電流が流れていると判定されたＵ相およびＶ相における少なくとも１つのスイッチング素子Ｕa，Ｖｂに対してオフ指令を出力(Ｐ１２)する。これにより、例えば、図２(A)および図２(B)を参照して説明したように、Ｗ相におけるスイッチング素子Ｗｂの過電圧破壊を防ぐことができる。

［第２実施例］
図４は、本実施形態に係るモータ駆動装置の第２実施例を説明するための図である。ここで、図４(A)は、第２実施例における短絡およびその時の動作を説明するための回路図であり、図４(B)は、第２実施例におけるモータ駆動プログラムの処理の一例を説明するためのフローチャートである。図４(A)および図４(B)は、上述した図３(A)および図３(B)と同様に、Ｕ相とＶ相の間に短絡が生じ、過電流が高電位電源線からスイッチング素子ＵaおよびＶbを経由して低電位電源線に流れる場合を示す。

図４(A)および図４(B)と、上述した図３(A)および図３(B)の比較から明らかなように、本第２実施例では、Ｕ相におけるスイッチング素子ＵaとＶ相におけるスイッチング素子Ｖｂを時間差を設けて遮断する。すなわち、判定部４２がＵ相とＶ相の間に短絡が生じたと判定したとき、生成部４３は、第１実施例のように、スイッチング素子ＵaおよびＶｂに対して同時にオフ指令を出力(図３(A)におけるＰ１２)するのではなく、本第２実施例において、生成部４３は、例えば、スイッチング素子Ｕaに対してオフ指令を出力(Ｐ２２)し、時間差を設けてスイッチング素子Ｖｂに対してオフ指令を出力(Ｐ２３)する。

図４(B)に示されるように、第２実施例におけるモータ駆動プログラムの処理の一例が開始すると、ステップＳＴ２１において、取得部４１がインバータ２２から出力される三相交流モータ３のＵ相，Ｖ相およびＷ相の駆動電流を取得し、ステップＳＴ２２に進む。ステップＳＴ２２では、判定部４２が各相の過電流の有無を判定し、過電流が「無」と判定するとステップＳＴ２１に戻り、過電流が「有」と判定するとステップＳＴ２３に進む。

ステップＳＴ２３では、生成部４３が以下の順序でスイッチング素子を遮断するためにオフ指令を生成する。すなわち、生成部４３は、1. 過電流と判定されていない相におけるスイッチング素子Ｗaをオフするためのオフ指令を出力(Ｐ２１)する。その後、2. 過電流と判定された相における少なくとも１つの相(Ｕ相におけるスイッチング素子Ｕa)をオフするためのオフ指令を出力(Ｐ２２)する。さらに、時間差を設けて、3. 過電流と判定された残りの相(Ｖ相におけるスイッチング素子Ｖb)をオフするためのオフ指令を出力(Ｐ２３)する。そして、ステップＳＴ２４に進んで、上記生成部４３の生成のタイミングに従って、例えば、駆動部(Ｃ1～Ｃ6)を介してスイッチング素子を遮断(遮断制御)する。

このように、本第２実施例によれば、図４(A)に示されるように、生成部４３は、例えば、判定部４２により過電流が流れていないと判定された少なくとも１つの相(Ｗ相)におけるスイッチング素子Ｗa(Ｗa，Ｗb)に対してオフ指令を出力(Ｐ２１)する。その後、判定部４２により過電流が流れていると判定された残りの相(Ｕ相)におけるスイッチング素子Ｕaに対してオフ指令を出力(Ｐ２２)し、さらに、時間差を設けて、判定部４２により過電流が流れていると判定された残りの相(Ｖ相)におけるスイッチング素子Ｖbに対してオフ指令を出力(Ｐ２３)する。

すなわち、本第２実施例によれば、過電流が流れていると判定された相におけるスイッチング素子Ｕa，Ｖbを時間差を設けて遮断することで瞬間的に印加される電圧レベルを低減し、より一層スイッチング素子の過電圧破壊を防止することが可能になる。

［第３実施例］
図５は、本実施形態に係るモータ駆動装置の第３実施例を説明するための図である。ここで、図５(A)は、第３実施例における短絡およびその時の動作を説明するための回路図であり、図５(B)は、第３実施例における制御処理の一例を説明するためのフローチャートである。なお、図５(A)および図５(B)は、Ｕ相と低電位電源線(接地線)の間に短絡(地絡)が生じ、過電流が高電位電源線からスイッチング素子Ｕaを経由して低電位電源線に流れる場合を示す。

図５(A)に示されるように、例えば、Ｕ相に地絡が生じた場合、生成部４３は、判定部４２により過電流が流れていないと判定されたＶ相およびＷ相におけるスイッチング素子Ｖa，Ｖb，Ｗa，Ｗbに対してオフ指令を出力(Ｐ３１)する。その後、判定部４２により過電流が流れていると判定されたＵ相におけるスイッチング素子Ｕaに対してオフ指令を出力(Ｐ３２)する。

図５(B)に示されるように、第３実施例におけるモータ駆動プログラムの処理の一例が開始すると、ステップＳＴ３１において、取得部４１がインバータ２２から出力される三相交流モータ３のＵ相，Ｖ相およびＷ相の駆動電流を取得し、ステップＳＴ３２に進む。ステップＳＴ３２では、判定部４２が各相の過電流の有無を判定し、過電流が「無」と判定するとステップＳＴ３１に戻り、過電流が「有」と判定するとステップＳＴ３３に進む。

ステップＳＴ３３では、生成部４３が以下の順序でスイッチング素子を遮断するためにオフ指令を生成する。すなわち、生成部４３は、1. 過電流と判定されていない複数の相(Ｖ相，Ｗ相)におけるスイッチング素子を遮断するためのオフ指令を出力する。その後、2. 過電流と判定された相(Ｕ相)におけるスイッチング素子を遮断するためにオフ指令を出力する。そして、ステップＳＴ３４に進んで、上記生成部４３の生成のタイミングに従ってスイッチング素子を遮断する。

すなわち、図５(A)に示されるように、本第３実施例によれば、生成部４３は、例えば、判定部４２により過電流が流れていないと判定された複数の相(Ｖ相，Ｗ相)におけるスイッチング素子Ｖa，Ｖb，Ｗa，Ｗbに対してオフ指令を出力(Ｐ３１)する。その後、判定部４２により過電流が流れていると判定された少なくとも１つの相(Ｕ相)におけるスイッチング素子Ｕaに対してオフ指令を出力(Ｐ３２)する。

［第４実施例］
図６は、本実施形態に係るモータ駆動装置の第４実施例を説明するための図である。ここで、図６(A)は、第４実施例における短絡およびその時の動作を説明するための回路図であり、図６(B)は、第４実施例における制御処理の一例を説明するためのフローチャートである。図６(A)および図６(B)は、上述した図５(A)および図５(B)と同様に、Ｕ相に地絡が生じ、過電流が高電位電源線からスイッチング素子Ｕaを経由して接地線(低電位電源線)に流れる場合を示す。

図６(A)に示されるように、本第４実施例は、判定部４２により過電流が流れていないと判定されたＶ相，Ｗ相におけるスイッチング素子Ｖa，Ｖb，Ｗa，Ｗbを同時に遮断するのではなく、タイミングをずらして遮断するものである。

図６(B)に示されるように、第４実施例におけるモータ駆動プログラムの処理の一例が開始すると、ステップＳＴ４１において、取得部４１がインバータ２２から出力される三相交流モータ３のＵ相，Ｖ相およびＷ相の駆動電流を取得し、ステップＳＴ４２に進む。ステップＳＴ４２では、判定部４２が各相の過電流の有無を判定し、過電流が「無」と判定するとステップＳＴ４１に戻り、過電流が「有」と判定するとステップＳＴ４３に進む。

ステップＳＴ４３では、生成部４３が以下の順序でスイッチング素子を遮断するためにオフ指令を生成する。すなわち、生成部４３は、1. 過電流と判定されていない複数の相(Ｖ相，Ｗ相)のうち、一部の相(Ｗ相)におけるスイッチング素子に対してオフ指令を出力する。その後、2. 判定部４２により過電流が流れていないと判定された複数の相の残りの相(Ｖ相)におけるスイッチング素子に対してオフ指令を出力する。さらにその後、3. 判定部４２により過電流と判定された相(Ｕ相)におけるスイッチング素子に対してオフ指令を出力する。そして、ステップＳＴ４４に進んで、上記生成部４３の生成のタイミングに従ってスイッチング素子を遮断する。

すなわち、図６(A)に示されるように、本第４実施例によれば、生成部４３は、例えば、判定部４２により過電流が流れていないと判定された複数の相(Ｖ相，Ｗ相)のうち、一部の相(Ｗ相)におけるスイッチング素子Ｗa，Ｗbに対してオフ指令を出力(Ｐ４１)する。その後、判定部４２により過電流が流れていないと判定された複数の相(Ｖ相，Ｗ相)の残りの相(Ｖ相)におけるスイッチング素子Ｖa，Ｖbに対してオフ指令を出力(Ｐ４２)する。さらにその後、判定部４２により過電流と判定された相(Ｕ相)におけるスイッチング素子Ｕaに対してオフ指令を出力(Ｐ４３)する。

［第５実施例］
図７は、本実施形態に係るモータ駆動装置の第５実施例を説明するための図である。ここで、図７(A)は、第５実施例における短絡およびその時の動作を説明するための回路図であり、図７(B)は、第５実施例における制御処理の一例を説明するためのフローチャートである。なお、図７(A)および図７(B)は、Ｕ相，Ｖ相およびＷ相のすべてに短絡(三相短絡)が生じ、過電流が高電位電源線からスイッチング素子Ｕa，Ｖb，Ｗbを経由して低電位電源線に流れる場合を示す。

図７(A)に示されるように、生成部４３は、判定部４２により全相(Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相)で過電流が流れていると判定されたとき、少なくとも１つの相(Ｗ相)におけるスイッチング素子Ｗbに対してオフ指令を出力(Ｐ５１)し、その後、少なくとも１つの相以外の残りの相(Ｖ相)におけるスイッチング素子(Ｖb)に対してオフ指令(Ｐ５２)を出力する。さらにその後、少なくとも１つの相以外の残りの相(Ｕ相)におけるスイッチング素子(Ｕa)に対してオフ指令(Ｐ５３)を出力する。

図７(B)に示されるように、第５実施例におけるモータ駆動プログラムの処理の一例が開始すると、ステップＳＴ５１において、取得部４１がインバータ２２から出力される三相交流モータ３のＵ相，Ｖ相およびＷ相の駆動電流を取得し、ステップＳＴ５２に進む。ステップＳＴ５２では、判定部４２が全相すべてでの過電流の有無を判定し、全相すべてでの過電流が「有」と判定するとステップＳＴ５３に進み、全相すべてでの過電流が「無」と判定すると、ステップＳＴ５１に戻る。

ステップＳＴ５３では、生成部４３が以下の順序でスイッチング素子を遮断するためにオフ指令を生成する。すなわち、生成部４３は、1. 少なくとも１つの相におけるスイッチング素子に対してオフ指令を出力する。その後、2. 残りの相におけるスイッチング素子に対してオフ指令を出力する。そして、ステップＳＴ５４に進んで、上記生成部４３の生成のタイミングに従ってスイッチング素子を遮断する。

すなわち、図７(A)に示されるように、本第５実施例によれば、生成部４３は、例えば、判定部４２が全相すべてに過電流が流れて三相短絡が生じていると判定すると、少なくとも１つの相(Ｗ相)におけるスイッチング素子Ｗbに対してオフ指令を出力(Ｐ５１)する。その後、Ｗ相以外のＶ相におけるスイッチング素子Ｖbに対してオフ指令を出力(Ｐ５２)する。さらにその後、Ｗ相以外のＵ相におけるスイッチング素子Ｕaに対してオフ指令を出力(Ｐ５３)する。ここで、スイッチング素子Ｗbに対してオフ指令を出力(Ｐ５１)した後、スイッチング素子ＶbおよびＵaに対して同時にオフ指令を出力することもできる。

［第６実施例］
図８は、本実施形態に係るモータ駆動装置の第６実施例を説明するための図である。ここで、図８(A)は、第６実施例における短絡およびその時の動作を説明するための回路図であり、図８(B)は、第６実施例における制御処理の一例を説明するためのフローチャートである。ここで、図８(A)は、実質的に上述した図７(A)と同様のものである。

図８(A)に示されるように、生成部４３は、判定部４２により全相(Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相)で過電流が流れていると判定されたとき、構造上端にある相におけるスイッチング素子に対してオフ指令を出力し、その後、残りの相におけるスイッチング素子に対してオフ指令を出力する。すなわち、本第６実施例は、上述した第５実施例において、構造上端にある相(Ｗ相：回路構成において、配線端に位置するＷ相)におけるスイッチング素子Ｗbに対して最初にオフ指令を出力(Ｐ６１)する。その後は、実質的に第５実施例と同様である。

図８(B)に示されるように、第６実施例におけるモータ駆動プログラムの処理の一例が開始すると、ステップＳＴ６１において、取得部４１がインバータ２２から出力される三相交流モータ３のＵ相，Ｖ相およびＷ相の駆動電流を取得し、ステップＳＴ６２に進む。ステップＳＴ６２では、判定部４２が全相すべてでの過電流の有無を判定し、全相すべてでの過電流が「有」と判定するとステップＳＴ６３に進み、全相すべてでの過電流が「無」と判定すると、ステップＳＴ６１に戻る。

ステップＳＴ６３では、生成部４３が以下の順序でスイッチング素子を遮断するためにオフ指令を生成する。すなわち、生成部４３は、1. 構造上端にある相におけるスイッチング素子に対してオフ指令を出力する。その後、2. 残りの相におけるスイッチング素子に対してオフ指令を出力する。そして、ステップＳＴ６４に進んで、上記生成部４３の生成のタイミングに従って(駆動部Ｃ1～Ｃ6を介して)スイッチング素子を遮断制御する。

すなわち、図８(A)に示されるように、本第６実施例によれば、生成部４３は、例えば、判定部４２が全相すべてに過電流が流れて三相短絡が生じていると判定すると、構造上配線の端に存在するＷ相におけるスイッチング素子Ｗbに対して最初にオフ指令を出力(Ｐ６１)する。その後、Ｗ相以外のＶ相におけるスイッチング素子Ｖbに対してオフ指令を出力(Ｐ６２)する。さらにその後、Ｗ相以外のＵ相におけるスイッチング素子Ｕaに対してオフ指令を出力(Ｐ６３)する。ここで、スイッチング素子Ｗbに対して最初にオフ指令を出力(Ｐ６１)した後、スイッチング素子ＶbおよびＵaに対して同時にオフ指令を出力することもできる。

このように、第１実施例～第６実施例のモータ駆動装置によれば、例えば、インバータにおける相間短絡、地絡および三相短絡といった様々な過電流が流れる場合において、スイッチング素子における過電圧破壊を防止することが可能になる。

［第１変形例］
図９は、本実施形態に係るモータ駆動装置の第１変形例を説明するための図である。ここで、図９(A)は、第１変形例における短絡およびその時の動作を説明するための回路図であり、図９(B)は、第１変形例における制御処理の一例を説明するためのフローチャートである。

図９(A)と、前述した図３(A)の比較から明らかなように、本第１変形例において、取得部４１は、モータ３を駆動するすべての相(Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相)の出力電流ではなく、インバータ２２における少なくとも１つの相(Ｗ相)の出力電流を除く複数相(Ｕ相，Ｖ相)の出力電流を検出して取得する。すなわち、Ｗ相の出力電流は、取得部４１により取得されたＵ相およびＶ相の出力電流に基づいて、推定部４４が推定するようになっている。

このように、本第１変形例は、前述した第１実施例～第６実施例に対して適用することができる。なお、推定部４４により推定する出力電流は、１つの相に限定されるものではなく、例えば、交流モータ３の相数が増加し、それに伴ってインバータ２２の電流出力の数も増加する場合には、２つ以上の場合もあり得るのは言うまでもない。ここで、図９(A)および図９(B)は、本第１変形例を、図３(A)および図３(B)を参照して説明した第１実施例に適用したものを示すが、第２実施例～第６実施例に対しても適用可能なのは、前述した通りである。

図９(B)に示されるように、第１変形例におけるモータ駆動プログラムの処理の一例が開始すると、ステップＳＴ７１において、取得部４１がインバータ２２から出力される三相交流モータ３のＵ相およびＶ相の駆動電流を取得し、ステップＳＴ７２に進む。ステップＳＴ７２では、取得部４１が取得したＵ相およびＶ相の駆動電流等に基づいてＷ相の駆動電流を推定し、ステップＳＴ７３に進む。

ステップＳＴ７３では、判定部４２が全相すべてでの過電流の有無(各相の過電流の有無)を判定し、全相すべてでの過電流が「有」と判定するとステップＳＴ７４に進み、全相すべてでの過電流が「無」と判定すると、ステップＳＴ７１に戻る。ステップＳＴ７４では、生成部４３が以下の順序でスイッチング素子を遮断するためにオフ指令を生成する。すなわち、生成部４３は、1. 過電流と判定されていない相(Ｗ相)におけるスイッチング素子Ｗa(Ｗa，Ｗb)に対してオフ指令を出力する。その後、2. 過電流と判定されていない相(Ｕ相，Ｖ相)におけるスイッチング素子Ｕa，Ｖbに対してオフ指令を出力する。ここで、図９(A)では、スイッチング素子Ｖb(Ｖa，Ｖb)に対してオフ指令を出力(Ｐ７２)した後、スイッチング素子Ｕa(Ｕa，Ｕb)に対してオフ指令を出力(Ｐ７３)しているが、スイッチング素子Ｕa，Ｖb(Ｕa，Ｕb，Ｖa，Ｖb)に対して同時にオフ指令を出力することもできる。

［第２変形例］
図１０は、本実施形態に係るモータ駆動装置の第２変形例を説明するための図である。ここで、図１０(A)は、第２変形例における短絡およびその時の動作を説明するための回路図であり、図１０(B)は、第２変形例における制御処理の一例を説明するためのフローチャートである。なお、図１０(A)および図１０(B)は、図９(A)および図９(B)を参照して説明した第１変形例を適用したものを示し、図１０(A)は、上述した図９(A)と同様のものである。すなわち、本第２変形例は、第１変形例を適用した第１実施例～第６実施例に対して適用することができるが、第１変形例を適用しない第１実施例～第６実施例に対して適用することもできる。換言すると、第１変形例および第２変形例は、第１実施例～第６実施例に対して任意に(適宜)適用することができる。

図１０(B)に示されるように、第２変形例におけるモータ駆動プログラムの処理の一例が開始すると、ステップＳＴ８１において、取得部４１がインバータ２２から出力される三相交流モータ３のＵ相およびＶ相の駆動電流を取得し、ステップＳＴ８２に進む。ステップＳＴ８２では、取得部４１が取得したＵ相およびＶ相の駆動電流等に基づいてＷ相の駆動電流を推定し、ステップＳＴ８３に進む。

ステップＳＴ８３では、判定部４２が各相の電流とその時間変化(ｄｉ／ｄｔ)から過電流の流れていない相をあらかじめオフする必要が有るかどうかを判定する。そして、ステップＳＴ８３において、過電流が流れてオフする必要が「有｝と判定すると、ステップＳＴ８４に進み、上述した実施例１～実施例６(変形例１を適用した実施例１～実施例６)と同一の動作で遮断(同一の処理)を行う。ここで、判定部４２によるオフする必要が有るかどうかの判定は、例えば、ｄｉ／ｄｔ(時間当たりの電流変化)が、あらかじめ定めた所定値を超えるかどうかにより決めることができる。

第２変形例のように、例えば、ｄｉ／ｄｔと、あらかじめ定めた所定値の比較を行って過電流が流れた相であるか否かを決めることにより、不必要な処理を低減してモータ３の駆動を継続することが可能になる。なお、ｄｉ／ｄｔと比較する所定値は、適用する多相交流モータ３の容量や規格、並びに、モータ３が使用されるロボット等の仕様に基づいて最適な値が選択されることになる。

以上において、上述した第１実施例～第６実施例のモータ駆動装置、或いは、第１変形例および／または第２変形例が適用された第１実施例～第６実施例のモータ駆動装置は、モータ駆動方法、並びに、例えば、モータ駆動装置における演算装置に実行させるモータ駆動プログラムとして実施することもできる。

なお、前述した本実施形態に係るモータ駆動プログラムは、コンピュータ読み取り可能な非一時的記録媒体や不揮発性半導体記憶装置に記録して提供してもよく、また、有線または無線を介して提供してもよい。ここで、コンピュータ読み取り可能な非一時的記録媒体としては、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ(Compact Disc Read Only Memory)やＤＶＤ－ＲＯＭ等の光ディスク、或いは、ハードディスク装置等が考えられる。また、不揮発性半導体記憶装置としては、ＰＲＯＭ(Programmable Read Only Memory)やフラッシュメモリ(Flash Memory)等が考えられる。さらに、サーバ装置からの配信としては、有線または無線によるＷＡＮ(Wide Area Network)、ＬＡＮ(Local Area Network)またはインターネット等を介した提供が考えられる。

以上、詳述したように、本実施形態に係るモータ駆動装置、モータ駆動方法およびモータ駆動プログラムによれば、インバータにおけるパワー素子の短絡が生じてもパワー素子の過電圧破壊を防止することが可能になる。

本開示の実施形態について詳述したが、本開示は上述した個々の実施形態に限定されるものではない。これらの実施形態は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、または、特許請求の範囲に記載された内容とその均等物から導き出される本発明の思想および趣旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、置き換え、変更、部分的削除等が可能である。例えば、上述した実施形態において、各動作の順序や各処理の順序は、一例として示したものであり、これらに限定されるものではない。また、上述した実施形態の説明に数値または数式が用いられている場合も同様である。

１ 交流電源(三相交流電源)
３ モータ(三相交流モータ)
４ 制御部
２１ コンバータ
２２ インバータ
２３ ＤＣリンクコンデンサ
４１ 取得部
４２ 判定部
４３ 生成部
４４ 推定部
１００ モータ駆動装置

Claims (12)

1. 多相交流モータを駆動する複数のスイッチング素子を含むインバータからの複数相の出力電流を検出して取得する取得部と、
   前記取得部が取得した前記複数相の出力電流に基づいて前記複数のスイッチング素子における過電流を判定する判定部と、
   前記判定部の判定に基づいてスイッチング指令を生成して前記複数のスイッチング素子に出力する生成部と、を備え、
   前記生成部は、前記判定部により過電流が流れていると判定されたとき、
   前記判定部により過電流が流れていないと判定された相における少なくとも１つのスイッチング素子に対してオフ指令を出力した後、
   前記判定部により過電流が流れていると判定された相における少なくとも１つのスイッチング素子に対してオフ指令を出力する、モータ駆動装置。
2. 前記生成部は、
   前記判定部により過電流が流れていないと判定された少なくとも１つの相におけるスイッチング素子に対してオフ指令を出力した後、
   前記判定部により過電流が流れていると判定された残りの相におけるスイッチング素子に対して、時間差を設けてオフ指令を出力する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記生成部は、
   前記判定部により過電流が流れていないと判定された複数の相におけるスイッチング素子に対してオフ指令を出力した後、
   前記判定部により過電流が流れていると判定された少なくとも１つの相におけるスイッチング素子に対してオフ指令を出力する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
4. 前記生成部は、
   前記判定部により過電流が流れていないと判定された複数の相のうち、一部の相におけるスイッチング素子に対してオフ指令を出力し、その後、
   前記判定部により過電流が流れていないと判定された複数の相の残りの相におけるスイッチング素子に対してオフ指令を出力し、さらにその後、
   前記判定部により過電流が流れていると判定された少なくとも１つの相におけるスイッチング素子に対してオフ指令を出力する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
5. 前記生成部は、
   前記判定部により全相で過電流が流れていると判定されたとき、少なくとも１つの相におけるスイッチング素子に対してオフ指令を出力し、その後、
   前記少なくとも１つの相以外の残りの相におけるスイッチング素子に対してオフ指令を出力する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
6. 前記生成部は、
   前記判定部により全相で過電流が流れていると判定されたとき、構造上配線の端に存在するスイッチング素子に対して最初にオフ指令を出力する、請求項５に記載のモータ駆動装置。
7. 前記取得部は、前記インバータにおける少なくとも１つの相の出力電流を除く複数相の出力電流を検出して取得し、
   さらに、前記取得部が取得した前記複数相の出力電流に基づいて、除かれた前記少なくとも１つの相の出力電流を推定する推定部を備え、
   前記判定部は、前記取得部が取得した前記複数相の出力電流および前記推定部が推定した前記少なくとも１つの相の出力電流に基づいて、前記複数のスイッチング素子における過電流を判定する、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
8. 前記判定部は、前記取得部が取得した前記複数相の出力電流により、前記複数相の出力電流の時間変化に基づいて、前記複数のスイッチング素子における過電流を判定する、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
9. さらに、
   前記生成部から出力される指令に基づいて、前記複数のスイッチング素子を駆動制御する駆動部を備える、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
10. 前記多相交流モータは、三相交流モータであり、
    前記判定部は、前記三相交流モータにおけるＵ相、Ｖ相およびＷ相の少なくとも１つの相における少なくとも１つのスイッチング素子における過電流を判定する、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
11. 多相交流モータを駆動する複数のスイッチング素子を含むインバータからの複数相の出力電流を検出して取得し、
    取得した前記複数相の出力電流に基づいて前記複数のスイッチング素子における過電流を判定し、
    判定された前記複数のスイッチング素子における過電流に基づいてスイッチング指令を生成し、
    前記スイッチング指令を前記複数のスイッチング素子に出力するモータ駆動方法であって、
    過電流が流れていると判定されたとき、
    過電流が流れていないと判定された相における少なくとも１つのスイッチング素子に対してオフ指令を出力した後、
    過電流が流れていると判定された相における少なくとも１つのスイッチング素子に対してオフ指令を出力する、モータ駆動方法。
12. 演算処理装置に、
    多相交流モータを駆動する複数のスイッチング素子を含むインバータからの複数相の出力電流を検出して取得し、
    取得した前記複数相の出力電流に基づいて前記複数のスイッチング素子における過電流を判定し、
    判定された前記複数のスイッチング素子における過電流に基づいてスイッチング指令を生成し、
    前記スイッチング指令を前記複数のスイッチング素子に出力する、処理を実行させるモータ駆動プログラムであって、
    過電流が流れていると判定されたとき、前記演算処理装置に、
    過電流が流れていないと判定された相における少なくとも１つのスイッチング素子に対してオフ指令を出力した後、
    過電流が流れていると判定された相における少なくとも１つのスイッチング素子に対してオフ指令を出力する、処理を実行させるモータ駆動プログラム。