JPWO2018078824A1 - 駆動装置、モータシステムおよび空気調和機 - Google Patents

Abstract

本発明にかかる駆動装置は、並列に接続されるインバータユニット（１０１ａ，１０１ｂ）と、インバータユニット（１０１ａ，１０１ｂ）にそれぞれ並列に接続される整流器（３ａ，３ｂ）と、を備え、インバータユニット（１０１ａ，１０１ｂ）は、それぞれ平滑コンデンサ（４ａ，４ｂ）と平滑コンデンサ（４ａ，４ｂ）に並列に接続されるインバータ回路（１８ａ，１８ｂ）とを備え、インバータユニット（１０１ａ）は、平滑コンデンサ（４ａ）の正電極とモータ（２３）との間に接続される電流検出素子（２０ａ）と、平滑コンデンサ（４ａ）の負電極とモータ（２３）との間に接続される電流検出素子（２１ａ）と、を備える。

Description

本発明は、負荷を駆動する駆動装置、モータシステムおよび空気調和機に関する。

従来のモータ駆動装置は、インバータ回路から平滑コンデンサのマイナス側すなわち平滑コンデンサの負の電極に流れ込む電流を計測して過電流を検出していた。

特開平０５−１１１１４５号公報

従来のモータ駆動装置は、インバータ回路の上アームのスイッチング素子に流れる電流の総和である第１の総和と、下アームのスイッチング素子に流れる電流の総和である第２の総和とが等しい場合、上アームおよび下アームのスイッチング素子を、過電流から保護することができる。

しかしながら、第１の総和と第２の総和とが等しく無い場合、インバータ回路から平滑コンデンサの負極側に流れ込む電流を検出しても、上アームのスイッチング素子の過電流を正確に検出できない場合がある。特に、複数のインバータ回路を並列に接続して１つの負荷に電力を供給する場合、各インバータ回路間でのスイッチング素子のオンまたはオフのタイミングのずれおよび各スイッチング素子の特性のバラツキにより、各インバータ回路における第１の総和と第２の総和とは必ずしも等しくならない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、インバータ回路を構成するスイッチング素子に生じる過電流の検出精度を向上させることができる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、本発明にかかる駆動装置は、負荷へ電力を出力する第１のインバータユニットと、第１のインバータユニットに並列に接続され、負荷へ電力を出力する第２のインバータユニットと、を備える。駆動装置は、さらに、第１のインバータユニットに並列に接続され、第１のインバータユニットに第１の直流電力を出力する第１の整流器と、第２のインバータユニットに並列に接続され、第２のインバータユニットに第２の直流電力を出力する第２の整流器と、を備える。第１のインバータユニットは、第１の整流器と並列に接続され、複数のスイッチング素子を備える第１のインバータ回路と、第１のインバータ回路と第１の整流器との間に配置され、第１のインバータ回路に並列に接続され、第１の正電極および第１の負電極を備える第１のコンデンサと、を備える。第１のインバータユニットは、さらに、第１の正電極と負荷との間に接続された第１の電流検出素子と、第１の負電極と負荷との間に接続された第２の電流検出素子と、を備える。

本発明にかかる駆動装置は、インバータ回路を構成するスイッチング素子に生じる過電流の検出精度を向上させることができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかるモータシステムの構成例を示す図 スイッチング素子６ａ，６ｂ，１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂがオンとなっている状態の電流の流れの一例を示す図 スイッチング素子１０ｂが短絡故障している状態で、スイッチング素子７ａ，７ｂ，９ａ，９ｂ，１１ａ，１１ｂがオンとなっている状態の電流の流れの一例を示す図 実施の形態１の制御器におけるインバータ回路の異常判定処理の一例を示すフローチャート 実施の形態１の制御回路の構成例を示す図 実施の形態２にかかるモータシステムの構成例を示す図 実施の形態３にかかるモータシステムの構成例を示す図 実施の形態４の空気調和機の構成例を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる駆動装置、モータシステムおよび空気調和機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、本発明の実施の形態１にかかるモータシステムの構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態のモータシステム５０は、モータ２３とモータ駆動装置１００とを備える。駆動装置であるモータ駆動装置１００は、交流電源１から供給される交流電力を用いてモータ２３を駆動する。以下では、本実施の形態の駆動装置が負荷であるモータを駆動する例を説明するが、本実施の形態の駆動装置により駆動される負荷はモータに限定されない。

モータ駆動装置１００は、モジュール１０２ａと、モジュール１０２ａに並列に接続されるモジュール１０２ｂとを備える。モジュール１０２ａは、交流電源１に接続される３つのコイル２ａと、３つのコイル２ａに接続される整流器３ａと、整流器３ａに並列に接続されるコンデンサである平滑コンデンサ４ａと、平滑コンデンサ４ａに並列に接続されるインバータ回路１８ａとを備える。さらに、モジュール１０２ａは、インバータ回路１８ａを制御する制御器１９ａと、電流検出素子２０ａ，２１ａとを備える。電流検出素子２０ａは、平滑コンデンサ４ａの正側すなわち正電極とインバータ回路１８ａとの間に配置され、平滑コンデンサ４ａからインバータ回路１８ａへ流れ込む電流を検出する。電流検出素子２１ａは、平滑コンデンサ４ａの負側すなわち負電極とインバータ回路１８ａとの間に配置され、インバータ回路１８ａから平滑コンデンサ４ａの負側へ流れ込む電流を検出する。

モジュール１０２ｂは、交流電源１に接続される３つのコイル２ｂと、３つのコイル２ｂに接続される整流器３ｂと、整流器３ｂに並列に接続されるコンデンサである平滑コンデンサ４ｂと、平滑コンデンサ４ｂに並列に接続されるインバータ回路１８ｂとを備える。さらに、モジュール１０２ｂは、インバータ回路１８ｂを制御する制御器１９ｂと、電流検出素子２０ｂ，２１ｂとを備える。電流検出素子２０ｂは、平滑コンデンサ４ｂの正側すなわち正電極とインバータ回路１８ｂとの間に配置され、平滑コンデンサ４ｂからインバータ回路１８ｂへ流れ込む電流を検出する。電流検出素子２１ｂは、平滑コンデンサ４ｂの負側すなわち負電極とインバータ回路１８ｂとの間に配置され、インバータ回路１８ｂから平滑コンデンサ４ｂの負側へ流れ込む電流を検出する。

コイル２ａは、整流器３ａと交流電源１との間に配置されればよく、モジュール１０２ａ内ではなく、モジュール１０２ａ外であってもよい。同様に、コイル２ｂは、整流器３ｂと交流電源１との間に配置されればよく、モジュール１０２ｂ内ではなく、モジュール１０２ｂ外であってもよい。

また、モジュール１０２ａのうち、コイル２ａおよび整流器３ａを除いた部分、すなわち平滑コンデンサ４ａ、インバータ回路１８ａ、制御器１９ａおよび電流検出素子２０ａ，２１ａは第１のインバータユニットであるインバータユニット１０１ａを構成する。同様に、モジュール１０２ｂのうち、コイル２ｂおよび整流器３ｂを除いた部分、すなわち平滑コンデンサ４ｂ、インバータ回路１８ｂ、制御器１９ｂおよび電流検出素子２０ｂ，２１ｂは、第２のインバータユニットであるインバータユニット１０１ｂを構成する。

整流器３ａは、直列に接続された２つのダイオードを３組備える。直列に接続された２つのダイオードの各組は互いに並列に接続される。整流器３ａを構成する各組のダイオードの間の接続点は、それぞれ異なるコイル２ａに接続される。同様に、整流器３ｂは、直列に接続された２つのダイオードを３組備える。直列に接続された２つのダイオードの各組は互いに並列に接続される。整流器３ｂを構成する各組のダイオードの間の接続点は、それぞれ異なるコイル２ｂに接続される。なお、整流器３ａ，３ｂの構成は上述した例に限定されない。

インバータ回路１８ａは、直列接続されたスイッチング素子対であるスイッチング素子６ａ，９ａと、直列接続されたスイッチング素子対であるスイッチング素子７ａ，１０ａと、直列接続されたスイッチング素子対であるスイッチング素子８ａ，１１ａとを備える。スイッチング素子６ａおよびスイッチング素子９ａ、スイッチング素子７ａおよびスイッチング素子１０ａ、スイッチング素子８ａおよびスイッチング素子１１ａの各スイッチング素子対をそれぞれアームと呼ぶ。各アームは並列に接続される。インバータ回路１８ａの各アームの中点は、モータ２３の対応する相の端子にそれぞれ接続される。スイッチング素子６ａとスイッチング素子９ａとの間の中点はモータ２３のＵ相の端子に接続され、スイッチング素子７ａとスイッチング素子１０ａとの間の中点はモータ２３のＶ相の端子に接続され、スイッチング素子８ａとスイッチング素子１１ａとの間の中点はモータ２３のＷ相の端子に接続される。

インバータ回路１８ｂは、直列接続されたスイッチング素子対であるスイッチング素子６ｂ，９ｂと、直列接続されたスイッチング素子対であるスイッチング素子７ｂ，１０ｂと、直列接続されたスイッチング素子対であるスイッチング素子８ｂ，１１ｂとを備える。スイッチング素子６ｂおよびスイッチング素子９ｂ、スイッチング素子７ｂおよびスイッチング素子１０ｂ、スイッチング素子８ｂおよびスイッチング素子１１ｂの各スイッチング素子対をそれぞれアームと呼ぶ。各アームは並列に接続される。インバータ回路１８ｂの各アームの中点は、モータ２３の対応する相の端子にそれぞれ接続される。スイッチング素子６ｂとスイッチング素子９ｂとの間の中点はモータ２３のＵ相の端子に接続され、スイッチング素子７ｂとスイッチング素子１０ｂとの間の中点はモータ２３のＶ相の端子に接続され、スイッチング素子８ｂとスイッチング素子１１ｂとの間の中点はモータ２３のＷ相の端子に接続される。

スイッチング素子６ａ〜１１ａ，６ｂ〜１１ｂは、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）またはＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）である。スイッチング素子６ａ〜１１ａ，６ｂ〜１１ｂには、それぞれ並列に還流ダイオード１２ａ〜１７ａ，１２ｂ〜１７ｂが接続される。

スイッチング素子６ａ〜１１ａ，６ｂ〜１１ｂは、ワイドギャップ半導体により構成されてもよい。また、還流ダイオード１２ａ〜１７ａ，１２ｂ〜１７ｂは、ワイドギャップ半導体により構成されてもよい。スイッチング素子６ａ〜１１ａ，６ｂ〜１１ｂ、および還流ダイオード１２ａ〜１７ａ，１２ｂ〜１７ｂはワイドバンドギャップ半導体に限定されない。ワイドバンドギャップ半導体としては、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド：炭化珪素）、ダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体を用いることができる。ワイドバンドギャップ半導体を用いることで耐電圧性が高く、許容電流密度も高くなるため、モジュールの小型化が可能となる。ワイドバンドギャップ半導体は、耐熱性も高いため、放熱部の放熱フィンの小型化も可能になる。

図１に示すように、スイッチング素子６ａとスイッチング素子９ａとの間の中点と、スイッチング素子６ｂとスイッチング素子９ｂとの間の中点とは接続されている。また、スイッチング素子７ａとスイッチング素子１０ａとの間の中点と、スイッチング素子７ｂとスイッチング素子１０ｂとの間の中点とは接続されている。また、スイッチング素子８ａとスイッチング素子１１ａとの間の中点と、スイッチング素子８ｂとスイッチング素子１１ｂとの間の中点とは接続されている。すなわち、インバータ回路１８ａから出力される信号を伝送する配線と、インバータ回路１８ｂから出力される信号を伝送する配線とは接続されている。なお、インバータ回路１８ａから出力される信号を伝送する配線と、インバータ回路１８ｂから出力される信号を伝送する配線との間にリアクタをはじめとした素子が接続されていてもよい。

以下では、各アームの正側のスイッチング素子、すなわち平滑コンデンサ４ａ，４ｂの正電極に接続されるスイッチング素子を上側スイッチング素子と呼び、各アームの負側のスイッチング素子、すなわち平滑コンデンサ４ａ，４ｂの負電極に接続されるスイッチング素子を下側スイッチング素子とも呼ぶ。

以上のように、モータ駆動装置１００は、モータ２３へ電力を出力するインバータユニット１０１ａと、インバータユニット１０１ａに並列に接続され、モータ２３へ電力を出力するインバータユニット１０１ｂと、を備える。また、モータ駆動装置１００は、インバータユニット１０１ａに並列に接続され、インバータユニット１０１ａに第１の直流電力を出力する第１の整流器である整流器３ａと、インバータユニット１０１ｂに並列に接続され、インバータユニット１０１ｂに第２の直流電力を出力する第２の整流器である整流器３ｂと、を備える。

インバータユニット１０１ａは、整流器３ａと並列に接続され、複数のスイッチング素子を備える第１のインバータ回路であるインバータ回路１８ａと、インバータ回路１８ａと整流器３ａとの間に配置され、インバータ回路１８ａに並列に接続され、第１の正電極および第１の負電極を備える第１のコンデンサである平滑コンデンサ４ａと、を備える。インバータユニット１０１ａは、さらに、第１の正電極とモータ２３との間に接続された第１の電流検出素子である電流検出素子２０ａと、第１の負電極とモータ２３との間に接続された第２の電流検出素子である電流検出素子２１ａと、を備える。

具体的には、本実施の形態では、電流検出素子２０ａは、平滑コンデンサ４ａの正電極とインバータ回路１８ａとの間に接続され、電流検出素子２１ａは、平滑コンデンサ４ａの負電極とインバータ回路１８ａとの間に接続される。また、本実施の形態では、モータ駆動装置１００により駆動される負荷は複数の相端子を有するモータ２３であり、インバータ回路１８ａは、モータ２３の複数の相端子に接続される。

インバータ回路１８ａ内のスイッチング素子６ａ〜１１ａは、制御器１９ａから出力されるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号によりオンまたはオフとなるよう制御される。インバータ回路１８ｂ内のスイッチング素子６ｂ〜１１ｂは、制御器１９ｂから出力されるＰＷＭ信号によりオンまたはオフとなるよう制御される。例えば、制御器１９ａは、図示しないモータ電流計測部により計測されたモータ電流と速度指令とに基づいてベクトル制御により出力電圧を算出し、算出した出力電圧と図示しない電圧計測部により計測された平滑コンデンサ４ａの両端電圧とに基づいて各スイッチング素子に対応するＰＷＭ信号を生成する。制御器１９ｂも同様にＰＷＭ信号を生成する。制御器１９ａ，１９ｂにおけるＰＷＭ信号の生成方法については、上述した方法に限らずどのような方法を用いてもよい。

ここで、インバータ回路における過電流の検出について説明する。本実施の形態では、制御器１９ａは、電流検出素子２０ａ，２１ａによる電流の検出値に基づいてインバータ回路１８ａにおける過電流を検出する。同様に、制御器１９ｂは、電流検出素子２０ｂ，２１ｂによる電流の検出値に基づいてインバータ回路１８ｂにおける過電流を検出する。図２は、スイッチング素子６ａ，６ｂ，１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂがオンとなっている状態の電流の流れの一例を示す図である。電流検出素子２０ａを流れる電流をＩａ１とし、スイッチング素子６ａ，１０ａ，１１ａを流れる電流をそれぞれＩａ２，Ｉａ３，Ｉａ４とし、電流検出素子２１ａを流れる電流をＩａ５とする。電流検出素子２０ｂを流れる電流をＩｂ１とし、スイッチング素子６ｂ，１０ｂ，１１ｂを流れる電流をそれぞれＩｂ２，Ｉｂ３，Ｉｂ４とし、電流検出素子２１ｂを流れる電流をＩｂ５とする。

Ｉａ２＝Ｉａ３＋Ｉａ４が成り立つ場合には、過電流検出のための電流検出素子に電流検出素子２１ａだけを用いても、スイッチング素子６ａを過電流から保護することができる。しかしながら、スイッチング素子の特性バラツキおよび各スイッチング素子のオンおよびオフのタイミングのずれなどの影響により、Ｉａ２≠Ｉａ３＋Ｉａ４となることがある。Ｉａ２＞Ｉａ３＋Ｉａ４となった場合、電流検出素子２１ａだけを用いて過電流を検出すると、スイッチング素子６ａの保護ができないことがある。そこで、本実施の形態では、インバータ回路１８ａの過電流検出のために、インバータ回路１８ａに流れ込む電流を検出する電流検出素子２０ａとインバータ回路１８ａから流れ出す電流を検出する電流検出素子２１ａとを設けており、これにより過電流によるスイッチング素子の故障を防止する。

同様に、インバータ回路１８ｂの過電流検出のために、インバータ回路１８ｂに流れ込む電流を検出する電流検出素子２０ｂとインバータ回路１８ｂから流れ出す電流を検出する電流検出素子２１ｂとを設け、過電流によるスイッチング素子の故障を防止する。

特に、本実施の形態のように、２つのインバータ回路１８ａ，１８ｂを並列に接続して駆動する場合、一方のインバータ回路から他方のインバータ回路へ電流が流れ込む場合がある。このような場合、インバータ回路から流れ出す電流を検出する電流検出素子だけでは過電流が検出できないことがある。

図３は、スイッチング素子１０ｂが短絡故障している状態で、スイッチング素子７ａ，７ｂ，９ａ，９ｂ，１１ａ，１１ｂがオンとなっている状態の電流の流れの一例を示す図である。スイッチング素子７ｂを流れる電流は、本来はスイッチング素子９ｂおよびスイッチング素子１１ｂに流れるはずであるが、スイッチング素子１０ｂが短絡故障している場合、スイッチング素子１０ｂへ流れる。また、スイッチング素子７ａを流れる電流は、本来はスイッチング素子９ａおよびスイッチング素子１１ａに流れるはずであるが、スイッチング素子１０ｂが短絡故障している場合、インバータ回路１８ｂへ回り込みスイッチング素子１０ｂに流れる。このように、スイッチング素子１０ｂが短絡故障している場合、スイッチング素子９ａ，１１ａがオンであるにも関わらず、スイッチング素子９ａ，１１ａには電流が流れない。したがって、インバータ回路１８ａの電流検出素子２１ａには電流が流れず、電流検出素子２０ａに電流が流れる。このため、電流検出素子２０ａがない場合、制御器１９ａは過電流を検出することができず、インバータ回路１８ａには過電流による故障が生じる。本実施の形態では、電流検出素子２０ａを設けることにより、上述した例においても、過電流を検出することができる。したがって、制御器１９ａは、過電流を検出するとインバータ回路１８ａを停止させることで過電流による破壊を防止することができる。ここで電流検出素子２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂの入力電流に対する、検出信号電圧の応答時間、すなわち電流を検出して検出値として電流値に対応する電圧の信号を出力するまでに時間は１０μｓ以内とする。

また、図２に示した各スイッチング素子の状態においてスイッチング素子６ａがオープン故障したとする。この場合の応急運転として、スイッチング素子６ｂを用いてモータの一相、この例ではＵ相の上アームを制御する場合、電流検出素子２０ｂによってスイッチング素子６ａの過電流保護を実施することができる。

図４は、本実施の形態の制御器１９ａにおけるインバータ回路１８ａの異常判定処理の一例を示すフローチャートである。制御器１９ａは、例えば、モータ駆動装置１００の運転開始前に異常判定処理を実施する。また、制御器１９ａは、運転中に一定周期ごとに図４に示す異常判定処理を実施してもよい。一定周期は、例えば、制御器１９ａが用いる基準クロックのクロック周期とすることができる。制御器１９ａは、電流検出素子２０ａによる電流の検出値である第１の電流検出値が第１の閾値より大きいか否かを判断する（ステップＳ１）。第１の電流検出値が第１の閾値より大きい場合（ステップＳ１ Ｙｅｓ）、第１のインバータ回路であるインバータ回路１８ａを停止させ（ステップＳ３）、異常判定処理を終了する。具体的には、ステップＳ３では、制御器１９ａは、インバータ回路１８ａへのＰＷＭ信号の出力を停止させる。

第１の電流検出値が第１の閾値以下の場合（ステップＳ１ Ｎｏ）、制御器１９ａは、電流検出素子２１ａによる電流の検出値である第２の電流検出値が第２の閾値より大きいか否かを判断する（ステップＳ２）。第２の閾値は、第１の閾値と同じであってよいし、第１の閾値と異なっていてもよい。第２の電流検出値が第２の閾値より大きい場合（ステップＳ２ Ｙｅｓ）、制御器１９ａは、処理をステップＳ３へ進める。

第２の電流検出値が第２の閾値以下の場合（ステップＳ２ Ｎｏ）、第１の電流検出値および第２の電流検出値が第３の閾値未満であるか否かを判断する（ステップＳ４）。第１の電流検出値および第２の電流検出値が第３の閾値未満である場合、制御器１９ａは、第３の閾値は、第１の閾値より小さく、第２の閾値より小さい値であり、電流が流れていないことを示す小さい値に設定される。

第１の電流検出値および第２の電流検出値が第３の閾値未満である場合（ステップＳ４ Ｙｅｓ）、制御器１９ａは、各スイッチング素子の駆動信号すなわちＰＷＭ信号が、電流が流れる設定であるか否かを判断する（ステップＳ５）。電流が流れない設定とは、インバータ回路１８ａの全てのスイッチング素子のＰＷＭ信号がオフであることを示す値である場合である。電流が流れる設定とは、上側スイッチング素子のうちの１つ以上と下側スイッチング素子のうちの１つ以上とがオンとなるようにＰＷＭ信号が設定されている状態である。

各スイッチング素子の駆動信号すなわちＰＷＭ信号が、電流が流れる設定である場合（ステップＳ５ Ｙｅｓ）、制御器１９ａは、オンとなるべきスイッチング素子のいずれかがオープン故障であると判断し（ステップＳ６）、異常判定処理を終了する。オンとなるべきスイッチング素子とは、対応するＰＷＭ信号がオンの値を示しているスイッチング素子である。なお、オープン故障であると判断した後、制御器１９ａは、オンとするスイッチング素子を変更して第１の電流検出値および第２の電流検出値が第３の閾値未満であるか否かを判断することを繰り返してオープン故障しているスイッチング素子を特定するようにしてもよい。

第１の電流検出値および第２の電流検出値が第３の閾値以上の場合（ステップＳ４ Ｎｏ）、制御器１９ａは、異常判定処理を終了する。制御器１９ｂも制御器１９ａと同様に、インバータ回路１８ｂの異常判定処理を実施する。

また、制御器１９ａは、過電流を検出した場合、制御器１９ｂへその旨通知してもよい。制御器１９ｂは、この通知を受けるとインバータ回路１８ｂを停止させてもよい。また、制御器１９ａは、オープン故障を検出した場合、制御器１９ｂへその旨通知してもよい。制御器１９ｂも同様に、過電流を検出した場合、制御器１９ａへその旨通知してもよく、オープン故障を検出した場合、制御器１９ａへその旨通知してもよい。

ここで、本実施の形態の制御器１９ａ，１９ｂのハードウェア構成について説明する。制御器１９ａ，１９ｂは、処理回路により実現される。この処理回路は、専用のハードウェアである処理回路であってもよいし、プロセッサを備える制御回路であってもよい。また、複数の処理回路により構成されてもよい。専用のハードウェアである場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせたものである。

制御器１９ａ，１９ｂを実現する処理回路がプロセッサを備える制御回路で実現される場合、この制御回路は例えば図５に示す構成の制御回路２００である。図５は、本実施の形態の制御回路２００の構成例を示す図である。制御回路２００は、プロセッサ２０１とメモリ２０２を備える。プロセッサは、ＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）ともいう）等である。メモリは、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリー、等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク等が該当する。

制御器１９ａ，１９ｂを実現する処理回路がプロセッサを備える制御回路２００である場合、プロセッサ２０１が、メモリ２０２に記憶された制御部１２の処理が記述されたプログラムを読み出して実行することにより実現される。また、メモリ２０２は、プロセッサ２０１が実施する各処理における一時メモリとしても使用される。

なお、制御器１９ａ，１９ｂは１つの制御器により実現されてもよい。また、図１に示した構成例では、インバータユニット１０１ａおよびインバータユニット１０１ｂが、それぞれ平滑コンデンサの正側と負側の両方に電流検出素子を備えるようにした。しかしながら、これに限定されず、インバータユニット１０１ａおよびインバータユニット１０１ｂのうち一方が平滑コンデンサの正側と負側の両方に電流検出素子を備え、他方が平滑コンデンサの正側と負側のうちのいずれか一方を備えてもよい。また、以上の例では、３相のインバータ回路を例に説明したが、インバータ回路の相数は３相に限定されない。

なお、図１に示した例では、モジュールを２つとしているが、３つ以上のモジュールが並列に接続されていてもよい。３つ以上のモジュールの全てが、平滑コンデンサの正側とモータ２３との間と、平滑コンデンサの負側とモータ２３との間の両方に電流検出素子を備えていてもよいし、一部のモジュールが、平滑コンデンサの正側とモータ２３との間と、平滑コンデンサの負側とモータ２３との間うちいずれか一方に電流検出素子を備えていてもよい。例えば、モジュールが３つの場合、少なくとも２つのモジュールが、平滑コンデンサの正側とモータ２３との間と、平滑コンデンサの負側とモータ２３との間の両方に電流検出素子を備えていればよい。

本実施の形態では、整流器をインバータユニットごとに備えている。複数のインバータユニットで整流器を共用する場合、インバータユニットを増設した場合に整流器自体を交換する必要がある。本実施の形態では、インバータユニットごとに整流器を備えているため、インバータユニットを増設する場合、既存の整流器およびインバータユニットはそのまま用いて新たに整流器およびインバータユニットを追加すればよい。特に、整流器とインバータユニットをモジュール化しておけば、インバータユニットの増設が容易となる。また、インバータユニットが故障した場合、モジュール単位で新たなものを入れ替えればよいため、保守のための費用および工数を抑制することができる。

以上のように、本実施の形態では、並列に接続される複数のインバータユニットのうちの少なくとも１つが平滑コンデンサの正側とモータ２３との間と、平滑コンデンサの負側とモータ２３との間の両方に電流検出素子を備え、他のインバータユニットは平滑コンデンサの負側とモータ２３との間または平滑コンデンサの正側とモータ２３の間のうち少なくとも１か所に電流検出素子を備えるようにした。このため、インバータ回路を構成するスイッチング素子に生じる過電流の検出精度を向上させることができる。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２にかかるモータシステム５０ａの構成例を示す図である。図６に示すように、モータシステム５０ａは、モータ駆動装置１００ａとモータ２３とを備える。モータ駆動装置１００ａは、モジュール１０５ａおよび１０５ｂを備える。モジュール１０５ａは、整流器３ａに並列に接続される。モジュール１０５ａは、電流検出素子２０ａの替わりに電流検出素子２６ａ，２７ａ，２８ａを備え、制御器１９ａの替わりに制御器２９ａを備える以外は、実施の形態１のモジュール１０２ｂと同様である。モジュール１０５ｂは、電流検出素子２０ｂの替わりに電流検出素子２６ｂ，２７ｂ，２８ｂを備え、制御器１９ｂの替わりに制御器２９ｂを備える以外は、実施の形態１のモジュール１０２ａと同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、図６ではモジュールを２つとしているが、３つ以上のモジュールが並列に接続されていてもよい。以下、実施の形態１と異なる点を説明する。

電流検出素子２６ａは、スイッチング素子６ａとスイッチング素子９ａとの間の中点とモータ２３との間に設けられる。電流検出素子２７ａは、スイッチング素子７ａとスイッチング素子１０ａとの間の中点とモータ２３との間に設けられる。電流検出素子２８ａは、スイッチング素子８ａとスイッチング素子１１ａとの間の中点とモータ２３との間に設けられる。電流検出素子２６ｂは、スイッチング素子６ｂとスイッチング素子９ｂとの間の中点とモータ２３との間に設けられる。電流検出素子２７ｂは、スイッチング素子７ｂとスイッチング素子１０ｂとの間の中点とモータ２３との間に設けられる。電流検出素子２８ｂは、スイッチング素子８ｂとスイッチング素子１１ｂとの間の中点とモータ２３との間に設けられる。

すなわち、本実施の形態の第１の電流検出素子である電流検出素子２６ａ，２７ａ，２８ａは、インバータ回路１８ａとモータ２３との間に接続され、第２の電流検出素子である電流検出素子２１ａは、平滑コンデンサ４ａの負電極とインバータ回路１８ａとの間に接続される。

これにより、インバータ回路１８ａのスイッチング素子６ａおよびスイッチング素子９ａのいずれか一方とモータ２３とに電流が流れる場合、電流検出素子２６ａにより電流を検出することができる。スイッチング素子７ａおよびスイッチング素子１０ａのいずれか一方とモータ２３とに電流が流れる場合、電流検出素子２７ａにより電流を検出することができる。スイッチング素子８ａおよびスイッチング素子１１ａのいずれか一方とモータ２３とに電流が流れる場合、電流検出素子２８ａにより電流を検出することができる。

同様に、インバータ回路１８ｂのスイッチング素子６ｂおよびスイッチング素子９ｂのいずれか一方とモータ２３とに電流が流れる場合、電流検出素子２６ｂにより電流を検出することができる。スイッチング素子７ｂおよびスイッチング素子１０ｂのいずれか一方とモータ２３とに電流が流れる場合、電流検出素子２７ｂにより電流を検出することができる。スイッチング素子８ｂおよびスイッチング素子１１ｂのいずれか一方とモータ２３とに電流が流れる場合、電流検出素子２８ｂにより電流を検出することができる。

制御器２９ａは、実施の形態１の電流検出素子２０ａによる検出値の替わりに、電流検出素子２６ａ，２７ａ，２８ａによる検出値を用いて、実施の形態１の制御器１９ａと同様に異常検出処理を実施する。制御器２９ｂは、実施の形態１の電流検出素子２０ｂによる検出値の替わりに、電流検出素子２６ｂ，２７ｂ，２８ｂによる検出値を用いて、実施の形態１の制御器１９ｂと同様に異常検出処理を実施する。電流検出素子２６ａ，２７ａ，２８ａおよび電流検出素子２６ｂ，２７ｂ，２８ｂをモータ側電流検出素子とも呼ぶ。

なお、インバータユニット１０４ａおよびインバータユニット１０４ｂのうちの１つはモータ側電流検出素子を設けなくてもよい。その場合、モータ側電流検出素子を設けないインバータユニットは、平滑コンデンサの正側とモータ２３との間と、平滑コンデンサの負側とモータ２３との間のうちの少なくとも一方に電流検出素子を備える。また、インバータユニットが３つ以上の場合には、少なくとも２つは、モータ側電流検出素子と平滑コンデンサの正側とモータ２３との間と、平滑コンデンサの負側とモータ２３との間のうちの少なくとも一方に電流検出素子を備える。

インバータ回路１８ａのスイッチング素子６ａおよびスイッチング素子９ａの両方が同時にオンになると短絡電流が流れるため、制御器２９ａは、正常時においてはスイッチング素子６ａおよびスイッチング素子９ａが同時にオンとならないように制御する。しかしながら、スイッチング素子６ａおよびスイッチング素子９ａのうちいずれか一方が短絡故障した場合に、他方のスイッチング素子がオンとなった場合は過電流が流れることになる。この場合、電流検出素子２６ａ，２７ａ，２８ａにより過電流を検出することができないが、平滑コンデンサ４ａの負側にインバータ回路１８ａから流れ込む電流を計測する電流検出素子２１ａにより過電流を検出することができる。図６では、平滑コンデンサ４ａの負側にインバータ回路１８ａから流れ込む電流を計測する電流検出素子２１ａを設けているが、電流検出素子２１ａの替わりに図１の電流検出素子２０ａすなわち平滑コンデンサ４ａの正側からインバータ回路１８ａへ流れる電流を検出する電流検出素子を備えてもよい。

また、制御器２９ａ，２９ｂが、モータ電流に基づいてＰＷＭ信号を生成する場合、モータ電流を計測する電流検出素子が電流検出素子２６ａ，２７ａ，２８ａ、電流検出素子２６ｂ，２７ｂ，２８ｂの機能を兼ねるようにしてもよい。過電流検出用の電流検出素子を兼ねることができる。ここで電流検出素子２６ａ，２７ａ，２８ａ、電流検出素子２６ｂ，２７ｂ，２８ｂの入力電流に対する、検出信号電圧の応答時間は１０μｓ以内とする。制御器２９ａ，２９ｂのハードウェア構成は、実施の形態１の制御器１９ａ，１９ｂのハードウェア構成と同様である。

以上のように、本実施の形態では、インバータ回路の各アームの中点とモータ２３との間に電流検出素子を設けるとともに、平滑コンデンサ４ａの負側にインバータ回路１８ａから流れ込む電流を計測する電流検出素子を備えるようにした。これにより、実施の形態１と同様に、インバータ回路を構成するスイッチング素子に生じる過電流の検出精度を向上させることができる。

実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態２にかかるモータシステム５０ｂの構成例を示す図である。図７に示すように、モータシステム５０ｂは、モータ駆動装置１００ｂとモータ２３とを備える。図７に示すように、モータ駆動装置１００ｂは、モジュール１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃを備える。モジュール１０２ｃの構成は、モジュール１０２ａ、モジュール１０２ｂと同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して重複する説明を省略する。以下、実施の形態１と異なる点を説明する。なお、図７では、制御器の図示を省略しているが、モータ駆動装置１００ｂは制御器を備える。

図７に示すように、本実施の形態のモータシステム５０ｂでは、インバータ回路１８ａの各アームの中点に接続される配線を短絡させて、モータ２３のＵ相に接続し、インバータ回路１８ｂの各アームの中点に接続される配線を短絡させて、モータ２３のＶ相に接続し、インバータ回路１８ｃの各アームの中点に接続される配線を短絡させて、モータ２３のＷ相に接続する。

制御器は、Ｕ相に対応するＰＷＭ信号をインバータ回路１８ａのスイッチング素子へ出力し、Ｖ相に対応するＰＷＭ信号をインバータ回路１８ｂのスイッチング素子へ出力し、Ｗ相に対応するＰＷＭ信号をインバータ回路１８ｃのスイッチング素子へ出力する。

このような構成のモータ駆動装置１００ｂにおいても、制御器は、実施の形態１と同様に、平滑コンデンサの正側とモータ２３との間と、平滑コンデンサの負側とモータ２３との間の両方に電流検出素子を備えることにより、インバータ回路を構成するスイッチング素子に生じる過電流の検出精度を向上させることができる。なお、３つのモジュールのうち、２つが実施の形態１と同様に、平滑コンデンサの正側とモータ２３との間と、平滑コンデンサの負側とモータ２３との間の両方に電流検出素子を備えればよく、他のモジュールは、平滑コンデンサの正側とモータ２３との間と、平滑コンデンサの負側とモータ２３との間のうち少なくとも１か所に電流検出素子を備えればよい。

実施の形態４．
図８は、本発明の実施の形態４の空気調和機の構成例を示す図である。本実施の形態の空気調和機は、実施の形態１で述べたモータ２３およびモータ駆動装置１００を備える。なお、空気調和機は、実施の形態１で述べたモータ駆動装置１００の替わりに実施の形態２で述べたモータ駆動装置１００ａまたは実施の形態３で述べたモータ駆動装置１００ｂを備えてもよい。本実施の形態の空気調和機は、実施の形態２のモータ２３を内蔵した圧縮機８１、四方弁８２、室外熱交換器８３、膨張弁８４、室内熱交換器８５が冷媒配管８６を介して取り付けられた冷凍サイクルすなわち冷凍サイクル装置を有して、セパレート形空気調和機を構成している。モータ２３は、モータ駆動装置１００により制御される。

圧縮機８１内部には冷媒を圧縮する圧縮機構８７とこれを動作させるモータ２３が設けられ、圧縮機８１から室外熱交換器８３と室内熱交換器８５間を冷媒が循環することで冷暖房などを行う冷凍サイクルが構成されている。なお、図８に示した構成は、空気調和機だけでなく、冷蔵庫、冷凍庫等の冷凍サイクルを備える機器に適用可能である。

また、上述した実施の形態では、圧縮機のモータとしてモータ２３を用い、モータ２３をモータ駆動装置１００により駆動する例を説明したが、空気調和機における送風機のモータとしてモータ２３を用い、モータ２３をモータ駆動装置１００により駆動してもよい。また、送風機およびモータ駆動装置１００の両方のモータとしてモータ２３を用い、モータ２３をモータ駆動装置１００により駆動してもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 交流電源、２ａ，２ｂ，２ｃ コイル、３ａ，３ｂ，３ｃ 整流器、４ａ，４ｂ，４ｃ 平滑コンデンサ、６ａ〜１１ａ，６ｂ〜１１ｂ，６ｃ〜１１ｃ スイッチング素子、１２ａ〜１７ａ，１２ｂ〜１７ｂ，１２ｃ〜１７ｃ 還流ダイオード、２３ モータ、１８ａ，１８ｂ，１８ｃ インバータ回路、１９ａ，１９ｂ，２９ａ，２９ｂ 制御器、２０ａ，２１ａ，２０ｂ，２１ｂ，２０ｃ，２１ｃ，２６ａ〜２８ａ，２６ｂ〜２８ｂ 電流検出素子、５０，５０ａ，５０ｂ モータシステム、１００，１００ａ，１００ｂ モータ駆動装置、１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０５ａ，１０５ｂ モジュール、１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０４ａ，１０４ｂ インバータユニット。

Claims (7)

1. 負荷を駆動させる駆動装置であって、
   前記負荷へ電力を出力する第１のインバータユニットと、
   前記第１のインバータユニットに並列に接続され、前記負荷へ電力を出力する第２のインバータユニットと、
   前記第１のインバータユニットに並列に接続され、前記第１のインバータユニットに第１の直流電力を出力する第１の整流器と、
   前記第２のインバータユニットに並列に接続され、前記第２のインバータユニットに第２の直流電力を出力する第２の整流器と、
   を備え、
   前記第１のインバータユニットは、
   前記第１の整流器と並列に接続され、複数のスイッチング素子を備える第１のインバータ回路と、
   前記第１のインバータ回路と前記第１の整流器との間に配置され、前記第１のインバータ回路に並列に接続され、第１の正電極および第１の負電極を備える第１のコンデンサと、
   前記第１の正電極と前記負荷との間に接続された第１の電流検出素子と、
   前記第１の負電極と前記負荷との間に接続された第２の電流検出素子と、
   を備えた駆動装置。
2. 前記負荷は、複数の相端子を有するモータであり、
   前記第１のインバータ回路は、前記モータの前記複数の相端子に接続される請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記第１の電流検出素子は、前記第１のコンデンサの正電極と前記第１のインバータ回路との間に接続され、
   前記第２の電流検出素子は、前記第１のコンデンサの負電極と前記第１のインバータ回路との間に接続される請求項１または２に記載の駆動装置。
4. 前記第１の電流検出素子は、前記第１のインバータ回路と前記負荷との間に接続され、
   前記第２の電流検出素子は、前記第１のコンデンサの負電極と前記第１のインバータ回路との間に接続される請求項１または２に記載の駆動装置。
5. 前記複数のスイッチング素子は、ワイドバンドギャップ素子により形成される請求項１から４のいずれか１つに記載の駆動装置。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載の駆動装置と、
   前記駆動装置により駆動されるモータと、
   を備えるモータシステム。
7. 請求項１から５のいずれか１つに記載の駆動装置と、
   前記駆動装置により駆動されるモータを備えた圧縮機と、
   を備える空気調和機。

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