JPWO2023079672A5

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Publication number: JPWO2023079672A5
Application number: JP2023557532A
Authority: JP
Publication date: 2024-05-24

Description

本開示のモータ駆動装置は、直流電源から直流電圧が入力され、モータに電圧を出力するインバータと、前記インバータの故障を検知し、検知された前記故障に基づいて前記インバータを制御する制御部と、を有し、前記インバータは、前記直流電源のプラス側と前記モータとの間に接続された、上アームの複数の第１のスイッチング素子と、前記複数の第１のスイッチング素子にそれぞれ並列に接続された複数の第１の還流ダイオードと、前記直流電源のマイナス側と前記モータとの間に接続された、下アームの複数の第２のスイッチング素子と、前記複数の第２のスイッチング素子にそれぞれ並列に接続された複数の第２の還流ダイオードと、を有し、前記制御部は、前記モータの駆動停止のために前記複数の第１のスイッチング素子のすべて及び前記複数の第２のスイッチング素子のすべてをオフ状態に制御している期間中に、前記インバータの前記上アームのいずれかの第１のスイッチング素子の開放故障を検出した場合には、前記下アームの前記複数の第２のスイッチング素子のすべてをオン状態にする制御信号を出力し、前記インバータの前記下アームのいずれかの第２のスイッチング素子の開放故障を検出した場合には、前記上アームの前記複数の第１のスイッチング素子のすべてをオン状態にする制御信号を出力する、制御動作を実行する。

本開示の他のモータ駆動装置は、直流電源から直流電圧が入力され、モータに出力される電圧を生成するインバータと、前記インバータの故障を検知し、検知された前記故障に基づいて前記インバータを制御する制御部と、を有し、前記インバータは、前記直流電源のプラス側と前記モータとの間に接続された、上アームの複数の第１のスイッチング素子と、前記複数の第１のスイッチング素子にそれぞれ並列に接続された複数の第１の還流ダイオードと、前記直流電源のマイナス側と前記モータとの間に接続された、下アームの複数の第２のスイッチング素子と、前記複数の第２のスイッチング素子にそれぞれ並列に接続された複数の第２の還流ダイオードと、を有し、前記制御部は、前記モータの駆動停止のために前記複数の第１のスイッチング素子のすべて及び前記複数の第２のスイッチング素子のすべてをオフ状態に制御している期間中に、前記インバータの前記上アームのいずれかの第１のスイッチング素子の短絡故障を検出した場合には、前記上アームの前記複数の第１のスイッチング素子のすべてをオン状態にする制御信号を出力し、前記インバータの前記下アームのいずれかの第２のスイッチング素子の短絡故障を検出した場合には、前記下アームの前記複数の第２のスイッチング素子のすべてをオン状態にする制御信号を出力する、制御動作を実行する。

実施の形態１に係るモータ駆動装置の構成を概略的に示す図である。図１のインバータの構成を示す回路図である。図１のインバータのスイッチング素子のすべてをオフ状態にしたときにおける回生電圧発生時の電流の経路の例を太線で示す図である。（Ａ）は、図１のインバータの下アームのスイッチング素子のすべてをオン状態にしたときにおける回生電流の経路を太線で示す図であり、（Ｂ）は、図１のインバータの上アームのスイッチング素子のすべてをオン状態にしたときにおける回生電流の経路を太線で示す図である。図１のインバータの下アームのスイッチング素子に開放故障が発生したときにおける回生電流の経路の例を太線で示す図である。図５の開放故障が発生したときにおける直流電圧、ｄ軸・ｑ軸電流、相電流、及び永久磁石同期モータの回転速度を示す波形図である。図１のインバータの下アームのスイッチング素子及び還流ダイオードに開放故障が発生したときにおける回生電流の経路の例を太線で示す図である。図７の開放故障が発生したときにおける直流電圧、ｄ軸・ｑ軸電流、相電流、及び永久磁石同期モータの回転速度を示す波形図である。モータ駆動装置のインバータの故障検知及び動作を示すフローチャートである。（Ａ）及び（Ｂ）は、故障検知を行う際の電流の経路を示す回路図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、故障検知を行う際の電流の経路を示す回路図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、故障検知を行う際の電流の経路を示す回路図である。モータ駆動装置のインバータの故障検知及び動作を示すフローチャートである。実施の形態２に係るモータ駆動装置の構成を概略的に示す図である。実施の形態３に係るモータ駆動装置の構成を概略的に示す図である。実施の形態４に係る冷凍サイクル適用機器としての空気調和機の構成を示す図である。

図４（Ａ）は、図１のインバータ５０の下アーム５０ｂのスイッチング素子５４、５５、５６のすべてをオン状態にし、上アーム５０ａのスイッチング素子５１、５２、５３のすべてをオフ状態にしたときにおける回生電流の経路を太線で示す図である。図４（Ｂ）は、図１のインバータ５０の上アーム５０ａのスイッチング素子５１、５２、５３のすべてをオン状態にし、下アーム５０ｂのスイッチング素子５４、５５、５６のすべてをオン状態にしたときにおける回生電流の経路を太線で示す図である。図４（Ａ）又は図４（Ｂ）に示される状態では、モータ３０で発生した回生電圧をモータ３０内で減衰させることができる。このため、図４（Ａ）又は図４（Ｂ）に示される状態では、図４（Ａ）又は図４（Ｂ）に太線で示される経路で回生電流が流れるので、回生電圧が直流電源１０及び直流電源１０の端子間に接続された平滑コンデンサ２１に印加されない。

図７は、図１のインバータ５０の下アーム５０ｂのスイッチング素子５４及び還流ダイオード５４ａに開放故障が発生したときにおける回生電流の経路の例を太線で示す図である。図８は、図７の開放故障が発生したときにおける直流電圧Ｖｄｃ［Ｖ］、ｄ軸・ｑ軸電流ＩｄＲ及びＩｑＲ［Ａ］、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ［Ａ］、及びモータ３０の回転速度［ｒｐｍ］の例を示す波形図である。この場合に、下アーム５０ｂのスイッチング素子５４、５５、５６のすべてをオン状態としようとすると、図７に太線で示される電流経路が形成される。下アーム５０ｂのスイッチング素子５４及び還流ダイオード５４ａの開放状態により、本来、下アーム５０ｂ内に閉じ込められるはずの回生電流は、上アーム５０ａの還流ダイオード５１ａを通って直流電源１０側へと流れ込む。これにより、直流電圧が直流電源１０に印加され回生電圧を抑制することができなくなる。また、開放故障したスイッチング素子５４及び還流ダイオード５４ａの両端には負電圧が発生し、この電圧が絶対最大定格を超えると、インバータ５０の誤動作を引き起こす可能性がある。ここで述べている負電圧は、開放故障に起因して発生するスイッチング素子間の電圧のことを指し示し、スイッチング素子のＯＮ電圧など素子の特性により生じる電圧降下と比較して、非常に大きい電圧である。図８に示されるように、直流電源１０に印加される直流電圧Ｉｄｃは、時間の経過に伴って徐々に上昇する。

次のステップＳ２において、制御部７０は、インバータ５０を構成するスイッチング素子５１～５６及び還流ダイオード５１ａ～５６ａの故障の有無を検知する。ステップＳ２で故障が検知されず、母線電圧が予め定められた閾値Ｖｔｈよりも大きい場合（ステップＳ８）、上アーム５０ａのスイッチング素子５１、５２、５３を短絡（オン）にする（ステップＳ９）。なお、故障がなく、母線電圧が閾値より大きい場合には、上アーム又は下アームのいずれを短絡（オン）動作させてもよい。

次のステップＳ２において、制御部７０は、インバータ５０を構成するスイッチング素子５１～５６及び還流ダイオード５１ａ～５６ａの故障が検知されたが、ステップＳ３において、上アーム５０ａに開放故障が検知されず（すなわち、下アーム５０ｂに故障があると推定され）、母線電圧が閾値Ｖｔｈよりも大きい場合（ステップＳ６）、上アーム５０ａのスイッチング素子５１、５２、５３を短絡（オン）にする（ステップＳ７）。

次のステップＳ３において、制御部７０は、上アーム５０ａに開放故障が検知され、母線電圧が閾値Ｖｔｈよりも大きい場合（ステップＳ４）、下アーム５０ｂのスイッチング素子５４、５５、５６を短絡（オン）にする（ステップＳ５）。

次に、図１１（Ｂ）に示されるように、スイッチング素子５２及び５６（又は、スイッチング素子５２及び５４）を同時にオン状態とする。スイッチング素子５２が正常な場合には、直流電源１０からモータ３０の巻線を介して電流が流れ、開放故障している場合には電流は、流れない。

なお、この故障検知動作は、モータ３０による回生電圧が低い、つまり回転数（回転速度）が低い状態で実施することが望ましい。モータ３０による回生電圧が高く、かつスイッチング素子が開放故障している場合には、過大な負電圧が開放故障したスイッチング素子間に発生する。例えば、スイッチング素子を駆動するための周辺回路などが存在すると、負電圧による影響により不具合が発生するおそれがある。そのため、負電圧が低い回生電圧が低い状態で故障検知を行うことが望ましい。ただし、直流電源１０から直流電力が供給されていない状態においては、モータ３０の回生電圧により直流電力が生成される。故障検知部を動作させるためには、直流電源１０により生成された制御電力が必要となるため、一定量の回生電圧の供給が必要となる。そのため、負電圧が許容できる範囲で回生電圧により直流電力を生成し、それにより得た制御電力を用いて故障検知部を動作させる。その後、スイッチング素子の開放故障が検出された際には、故障がない側のアームの三相スイッチング素子をオン状態とすることで負電圧による故障を防止することが可能となる。

次のステップＳ２において、制御部７０は、インバータ５０を構成するスイッチング素子５１～５６及び還流ダイオード５１ａ～５６ａの故障の有無を検知する。ステップＳ２で故障が検知されず、母線電圧が予め定められた閾値Ｖｔｈよりも大きい場合（ステップＳ２６）、下アーム５０ｂのスイッチング素子５４、５５、５６を短絡（オン）にする（ステップＳ２７）。なお、故障がなく、母線電圧が閾値より大きい場合には、上アーム又は下アームのいずれを短絡（オン）動作させてもよい。

次のステップＳ２において、制御部７０は、インバータ５０を構成するスイッチング素子５１～５６及び還流ダイオード５１ａ～５６ａの故障が検知されたが、ステップＳ２１において、上アーム５０ａに短絡故障が検知されず（すなわち、下アーム５０ｂに故障があると推定され）、母線電圧が閾値Ｖｔｈよりも大きい場合（ステップＳ２４）、下アーム５０ｂのスイッチング素子５４、５５、５６を短絡（オン）にする（ステップＳ２５）。

次のステップＳ２１において、制御部７０は、上アーム５０ａに短絡故障が検知され、母線電圧が閾値Ｖｔｈよりも大きい場合（ステップＳ２２）、上アーム５０ａのスイッチング素子５１、５２、５３を短絡（オン）にする（ステップＳ２３）。

さらに、制御部７０は、直流電源１０により電力が供給されない場合、動作できない問題がある。しかし、モータ３０が強制的に回転させられた場合に生じる回生電圧が予め定められた値以上になると直流電源１０により電源が供給されたものと同じ効果が得られるため、動作することが可能となる。

《変形例》
上記実施の形態１～３における制御部７０～７２は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）又はＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）、マイクロコンピュータ（マイコン）などで構成可能である。例えば、制御部７０、７１、７２は、アナログ回路又はデジタル回路などの電気回路などで構成された制御回路であってもよい。

Claims

直流電源から直流電圧が入力され、モータに電圧を出力するインバータと、
前記インバータの故障を検知し、検知された前記故障に基づいて前記インバータを制御する制御部と、
を有し、
前記インバータは、
前記直流電源のプラス側と前記モータとの間に接続された、上アームの複数の第１のスイッチング素子と、前記複数の第１のスイッチング素子にそれぞれ並列に接続された複数の第１の還流ダイオードと、
前記直流電源のマイナス側と前記モータとの間に接続された、下アームの複数の第２のスイッチング素子と、前記複数の第２のスイッチング素子にそれぞれ並列に接続された複数の第２の還流ダイオードと、
を有し、
前記制御部は、前記モータの駆動停止のために前記複数の第１のスイッチング素子のすべて及び前記複数の第２のスイッチング素子のすべてをオフ状態に制御している期間中に、
前記インバータの前記上アームのいずれかの第１のスイッチング素子の開放故障を検出した場合には、前記下アームの前記複数の第２のスイッチング素子のすべてをオン状態にする制御信号を出力し、前記インバータの前記下アームのいずれかの第２のスイッチング素子の開放故障を検出した場合には、前記上アームの前記複数の第１のスイッチング素子のすべてをオン状態にする制御信号を出力する、制御動作を実行する
モータ駆動装置。
直流電源から直流電圧が入力され、モータに出力される電圧を生成するインバータと、
前記インバータの故障を検知し、検知された前記故障に基づいて前記インバータを制御する制御部と、
を有し、
前記インバータは、
前記直流電源のプラス側と前記モータとの間に接続された、上アームの複数の第１のスイッチング素子と、前記複数の第１のスイッチング素子にそれぞれ並列に接続された複数の第１の還流ダイオードと、
前記直流電源のマイナス側と前記モータとの間に接続された、下アームの複数の第２のスイッチング素子と、前記複数の第２のスイッチング素子にそれぞれ並列に接続された複数の第２の還流ダイオードと、
を有し、
前記制御部は、前記モータの駆動停止のために前記複数の第１のスイッチング素子のすべて及び前記複数の第２のスイッチング素子のすべてをオフ状態に制御している期間中に、
前記インバータの前記上アームのいずれかの第１のスイッチング素子の短絡故障を検出した場合には、前記上アームの前記複数の第１のスイッチング素子のすべてをオン状態にする制御信号を出力し、前記インバータの前記下アームのいずれかの第２のスイッチング素子の短絡故障を検出した場合には、前記下アームの前記複数の第２のスイッチング素子のすべてをオン状態にする制御信号を出力する、制御動作を実行する
モータ駆動装置。
前記制御部は、前記モータの駆動停止のために前記複数の第１のスイッチング素子のすべて及び前記複数の第２のスイッチング素子のすべてをオフ状態に制御している期間中に、
前記インバータの前記上アームのいずれかの第１のスイッチング素子の短絡故障を検出した場合には、前記上アームの前記複数の第１のスイッチング素子のすべてをオン状態にする制御信号を出力し、前記インバータの前記下アームのいずれかの第２のスイッチング素子の短絡故障を検出した場合には、前記下アームの前記複数の第２のスイッチング素子のすべてをオン状態にする制御信号を出力する、制御動作を実行する
請求項１に記載のモータ駆動装置。
前記制御部には、前記モータによって生成される回生電圧が入力され、
前記制御部は、前記回生電圧によって、前記制御動作を実行する、
請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
前記インバータの入力側の電圧を検出して、電圧検出信号を出力する直流電圧検出部をさらに有し、
前記制御部は、前記電圧検出信号に基づいて前記インバータを制御する、
請求項１から４のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
前記インバータの出力側の電圧を検出して、電圧検出信号を出力する交流電圧検出部をさらに有し、
前記制御部は、前記電圧検出信号に基づいて前記インバータを制御する、
請求項１から４のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
前記モータの回転速度を検出して、回転速度信号を出力する回転速度検出部をさらに有し、
前記制御部は、前記回転速度信号に基づいて前記インバータを制御する、
請求項１から４のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
請求項１から７のいずれか１項に記載のモータ駆動装置と、
前記モータ駆動装置によって駆動されるモータを有する、冷凍サイクル装置と、
を有する冷凍サイクル適用機器。