WO2005015727A1

WO2005015727A1 - 電動機駆動用インバータ装置

Info

Publication number: WO2005015727A1
Application number: PCT/JP2004/010816
Authority: WO
Inventors: Yujiro Mizuguchi; Shinichi Ishii; Michito Yamashita; Toshiya Aoyama
Original assignee: Fuji Electric Fa Components & Systems Co., Ltd.; Suzuki Motor Corporatiom
Priority date: 2003-08-07
Filing date: 2004-07-29
Publication date: 2005-02-17
Also published as: CN1813395A; JPWO2005015727A1; JP4607018B2; CN100508349C

Abstract

　　【課題】ファン，ポンプ用電動機や車両駆動用電動機に好適な電動機駆動用インバータ装置を提供する。　　【解決手段】電動機駆動用インバータ装置４をインバータ１とインバータ２の２組と、電磁接触器４３，４４の２組と、１組の交互運転制御回路４５で構成し、通常は、交互運転制御回路４５からの指令に基づきインバータ１，電磁接触器４３とインバータ２，電磁接触器４４とを起動スイッチ４５ａ，停止スイッチ４５ｂが押される度に交互に運転するか、または、例えば、２４時間毎に自動的に交互運転するようにして、前記双方の運転時間がほぼ等しくなるようにして、この電動機駆動用インバータ装置５全体の動作信頼性を向上させると共に、万一、何れか一方に不具合が発生したときにも、電動機３への給電を継続する。

Description

技術分野

[0001] この発明は、可変電圧可変周波数の交流電力を発生し、この交流電力により電動機、特に、ファン，ポンプなどの駆動に供される電動機を可変速駆動する電動機駆動用インバータ装置に関する。背景技術

明

[0002] 図 6は、この種のインバータ装置の従来例を示す回路構成図である。この図におい田

て、 1は商用電源などの交流電源、 2は電動機駆動用インバータ装置、 3は電動機駆動用インバータ装置 2により可変速駆動される誘導電動機などの電動機である。

[0003] 電動機駆動用インバータ装置 2は、交流電源 1の商用の定電圧、定周波数の商用電力を、その出力電圧 Vと周波数 fの比 (V/f)をほぼ一定に保ちつつ可変電圧、可変周波数の交流電力に変換する汎用的に使用されている汎用インバータ 21と、切換スィッチを構成する電磁接触器 22、 23と、シーケンス制御回路 24とから構成されている。電磁接触器 22， 23は、電動機 3を交流電源 1の出力と汎用インバータ 21の出力に切換接続するように開閉制御される。

汎用インバータ 21が正常に運転されている通常時は、シーケンス制御回路 24から電磁接触器 22の接点をオン、電磁接触器 23の接点をオフにする操作信号 S22、 S 23がそれぞれ電磁接触器 22、 23に与えられる。これにより、汎用インバータ 21が出力する所望の電圧および周波数の交流電力が電動機 3に供給され、電動機 3の負荷としての図示しない例えばポンプやファンなどが駆動される。

[0004] このようなインバータ装置おいて、運転中の汎用インバータ 21に何らかの不具合が発生すると、この汎用インバータ 21は交流電力の発生を停止すると共に、シーケンス制御回路 24に故障信号 Eを送出する。この故障信号 Eに基づレ、てシーケンス制御回路 24は、電磁接触器 22， 23へ与える操作信号 S22, S23を切り換え、電磁接触器 2 2がオフ、電磁接触器 23がオンとなるようにする。この結果、電動機 3は、交流電源 1 から直接電力が供給されて、運転を継続するようになる。 [0005] し力ながら、このような従来の電動機駆動装置においては、電動機 3が汎用インバータ 21で駆動されている状態と、交流電源 1で直接駆動されている状態とでは電動機 3の回転数が異なることから、例えば、電動機 3の負荷がポンプやファンなどの場合は、その能力が変わってしまうという問題があった。

[0006] このような問題の解決策として、例えば、下記特許文献 1には、一つの給水系に対して 2組のインバータと誘導電動機とポンプとを用いて、交互に運転する方法が開示されている。

特許文献 1 :特開昭 61-38182号公報（第 3— 4頁、第 1図）

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] 図 6に示した従来の電動機駆動用インバータ装置 2においては、汎用インバータ 2 1力組しか設けられていないので、このインバータに何らかの不具合が発生し、電動機 3に交流電源 1の電力が供給される状態になると、上述の如ぐ電動機の負荷のフアンやポンプの動作状態が変わる恐れがあった。そしてまた、長期間（例えば、数年以上)汎用インバータ 21を正常に運転した後に、この汎用インバータ 21に何らかの不具合が発生した場合、交流電源 1からの給電に切り換えるときに、電磁接触器 22、 23の接点の溶着などによる動作不良が原因で、交流電源 1からの給電への切り換えが不能になる恐れもあった。

[0008] また、上記特許文献 1に開示されているように、一つの給水系に対して 2組のインバータと誘導電動機とポンプとを用いて交互に運転する構成では、より広い設置スぺースを必要とし、また、この装置全体が高価格になるという問題があった。

[0009] この発明の課題は、上記問題点を解決するこのできる電動機駆動用インバータ装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0010] 前記の課題を解決するため、この第 1の発明は、可変電圧可変周波数の交流電力を発生するインバータ装置により電動機を可変速駆動する電動機駆動用インバータ装置において、前記インバータ装置を構成するそれぞれの構成要素のうち、少なくとも交流電力を発生するためのインバータ主回路構成部を 2組備え、通常時は各組のインバータ主回路構成部を 1組ずつ交互に運転して交流電力を発生させ、この運転中の組のインバータ主回路構成部に不具合が検知されたときには、他方の組のインバータ主回路構成部に運転を切り換えて交流電力の発生を継続させることを特徴とする。

[0011] また第 2の発明は前記第 1の発明のインバータ装置において、前記 2組のインバータ主回路構成部を一体化したヒートシンクに搭載したことを特徴とする。

[0012] さらに第 3の発明は前記第 2の発明のインバータ装置において、前記ヒートシンクを冷却するファンを 2組設け、通常時は各組のファンを 1組ずつ交互に運転を行い、この運転中の組のファンに不具合が検知されたときには、他方の組のファンに運転を切り換えることを特徴とする。

発明の効果

[0013] この発明によれば、電動機駆動用インバータ装置における交流電力変換部を構成するインバータ主回路構成部を 2組設け、各組のインバータ主回路構成部を交互に切り換えて運転するようにしているので、 1組のインバータ主回路構成部が故障して他方の組のインバータ主回路構成部により条件を変えずに電動機の運転を継続すること力 Sでき、したがって電動機の負荷機器を含む装置全体の動作信頼性が改善される。そして、この場合、電動機およびこれによって駆動されるポンプやファンなどの負荷は 1組設けるだけであるので、装置全体の小型化および低価格化が可能となる。また、インバータ装置における 1組のインバータ主回路構成部を運転しつつ、停止中の他方の組のインバータ主回路構成部については、保守，点検作業を行うことができる。さらに、各組のインバータ主回路構成部を交互に運転することにより、双方のインバータ主回路構成部の稼働時間をほぼ等しくできるので、万一、運転中のインバータ主回路構成部に不具合が発生したときにも、その原因が経年性の劣化によるものであれば、他方の健全なインバータ主回路構成部も交換時期に来ていることを知ること力 Sでき、予防的に保全を図ることができる。

発明を実施するための最良の形態

[0014] 以下にこの発明を図に示す実施例について説明する。

図 1は、この発明による電動機駆動用インバータ装置の第 1の実施例を示す回路構成図であり、図 6に示した従来例の構成要素と同一機能を有するものには同一符号を付している。

[0015] すなわち、図 1に示した電動機駆動用インバータ装置 4は、個々に独立して可変電圧可変周波数の交流電力を発生することができるように汎用インバータのような完全にユニット化された 2組のインバータユニット 41、 42と、 2組の電磁接触器 43、 44と、 1組の交互運転制御回路 45とを備える。電磁接触器 43、 44は、動作中の一方のィンバータユニットに接続された側がオンし、停止中のインバータュニットに接続された側がオフすることにより、電動機 3とインバータュニット 41、 41の接続の切換を行うとともに、動作中の一方のインバータュニットの出力が停止中の他方のインバータュニットへ回り込むのを防止し、さらに、停止中のインバータユニットを主回路力、ら切り離して保守、点検作業をより安全に行うために設置されてレ、る。

[0016] また、交互運転制御回路 45は、起動スィッチ 45aおよび停止スィッチ 45bの操作に基づいて、インバータユニット 41とインバータユニット 42とを個別に運転または停止させるための入切信号 P41、 P42を送出するために、図 2のフローチャートに示す制御動作を行う。さらに交互運転制御回路 45は、このインバータュニット 41と 42に対し、この電動機駆動用インバータ装置 4として所望の電圧，周波数の交流電圧を発生させるための共通の設定信号 Dを送出する。

さらにまた、この交互運転制御回路 45は、インバータユニット 41から故障信号 E41 を受け取ることにより対応した故障表示ランプ 45cを点灯させつつ、共通の警報ブザ一 45eを鳴動させ、インバータユニット 42から故障信号 E42を受け取ることによりこれに対応した故障表示ランプ 45dを点灯させつつ、共通の警報ブザー 45eを鳴動させる。また、運転中のインバータユニット 41からの故障信号 E41に基づいて停止中のィンバータユニット 42にこれを起動させる入切信号 P42を送出し、その後、電磁接触器 43をオフ、電磁接触器 44をオンにする操作信号 S43、 S44を送出する。また、運転中のインバータユニット 42からの故障信号 E42に基づいてインバータユニット 41を起動させる入切信号 P41を送出し、その後、電磁接触器 44をオフ、電磁接触器 43をォンにする操作信号 S44， S43を送出するなどのシーケンス制御動作を行う。

[0017] 図 2は、起動スィッチ 45aおよび停止スィッチ 45bの操作に基づく交互運転制御回路 45の通常時の制御動作を説明するフローチャートである。

[0018] 先ず、初期状態として、インバータユニット 41,インバータユニット 42が停止し、電磁接触器 43、 44がオフにされ、後述のタイマが「0」に設定されており、起動スィッチ 45aが押され、起動指令が加わるのを待つ状態にある (ステップ Sl，分岐 N)。ここで起動スィッチ 45aが押され起動指令が加わると、ステップ S1において分岐 Yが選択され、ステップ S2に移り、インバータユニット 41への入切信号 P41を「入り」として送出することにより、インバータユニット 41が運転を開始し、設定信号 Dに基づいた電圧、周波数の交流電力を発生させつつ、電磁接触器 43へオンの操作信号 S43を与え、これをオンにし、インバータユニット 41から電動機 3への給電を開始して、ステップ S3 に移る。ステップ S3において、交互運転制御回路 45に内蔵されたインバータュニットの運転時間をカウントするタイマが起動され、このタイマにより、インバータユニット 41の運転時間のカウントが開始される。

[0019] 次に、ステップ S4では停止スィッチ 45bが押されて停止指令が加わるのを待つ状態にあり、未だ押されていないときには、ステップ S4の分岐 Nから、ステップ S5に移り、前記タイマのカウント値力予め設定された時間、例えば、 24時間以上になっているか否かをチェックし、設定値の 24時間未満であればステップ S5の分岐 Nからステツプ S4に戻る。

また、停止スィッチ 45bが押されて、停止指令が与えられると、ステップ S4で分岐 Y が選択され、ステップ S6へ移る。ステップ 6ではインバータュニット 41を停止させるため、これへの入切信号 P41を「切り」として送出することにより、インバータュニット 41 の運転を停止させ、電磁接触器 43をオフにした後、ステップ S7に移り、前記タイマのカウントを停止させ、そのカウント値を「0」に戻す。

[0020] 次のステップ S8では再び起動スィッチ 45aが押されて起動指令が加わるのを待つ状態 (ステップ S8、分岐 N)にあり、起動スィッチ 45aが押されて起動指令が加わると、ステップ S8の分岐 Yから、ステップ S9に移る。ステップ S9では、インバータユニット 42への入切信号 P42を「入り」として送出することにより、インバータユニット 42の運転を開始させ、設定信号 Dに基づいた電圧、周波数の交流電力を発生させつつ、電磁接触器 44へオンさせる操作信号 S44与え、これをオンにし、インバータユニット 42 力電動機 3へ給電を開始して、ステップ S10に移り、タイマを再び起動させ、このタイマにより、インバータユニット 42の運転時間のカウントを開始する。

[0021] 次に、ステップ S11では停止スィッチ 45bが押されて停止指令が加わるのを待つ状態にあり、未だ押されていなレ、ときには、ステップ S11の分岐 Nから、ステップ S12に移り、タイマのカウント値が設定値の 24時間以上になっているか否かをチェックし、 2 4時間未満であれば、ステップ S 12の分岐 Nから、ステップ S 11に戻る。また、停止スイッチ 45bが押されて停止指令が加わると、ステップ S11の分岐 Yから、ステップ S13 に移り、インバータユニット 42への入切信号 P42を「切り」として送出することにより、ィンバータユニット 42の運転を停止させるとともに、電磁接触器 44へオフする操作信号 S44を与え、これをオフにして、ステップ S14に移る。ステップ S14では、タイマを再び停止させ、そのカウント値を「0」にして、ステップ S1に戻る。

[0022] 一方、ステップ S5において、タイマのカウント値が設定値の 24時間以上になったときにはステップ S5の分岐 Yから、ステップ S15に移り、インバータュニット 41への入切信号 P41を「切り」として送出することにより、インバータユニット 41の運転を停止させ、電磁接触器 43への操作信号 S43をオフにして、これをオフさせて、ステップ S 16に移る。ステップ S16では、タイマを停止させ、そのカウント値を「0」にして、ステップ S9 へ移る。

[0023] また、ステップ S12において、タイマのカウント値が設定値の 24時間以上になったときには、ステップ S12の分岐 Yから、ステップ S17へ移り、インバータユニット 42への入切信号 P42を「切り」として送出することにより、インバータユニット 42の動作を停止させ、電磁接触器 44への操作信号 S44をオフにしてこれをオフさせて、ステップ S18 に移る。ステップ S18では、タイマを停止させ、そのカウント値を「0」にしてからステツプ S 2へ移る。

[0024] このように、交互運転制御回路 45により、電動機駆動用インバータ装置 4を図 2のフローチャートに示すとおりに制御を行うことにより、起動スィッチ 45aと停止スィッチ 45 bとを、予め設定された時間、例えば 24時間以内に交互に押すことにより、インバータユニット 41とインバータュニット 42とが交互に運転されるようになり、また、一旦、起動スィッチ 45aが押された後は、何も操作をしなくても自動的に、設定した 24時間毎にインバータユニット 41とインバータユニット 42とが交互に運転されることになる。その結果、電磁接触器 43、 44も比較的短時間で交互に操作されることとなり、その動作信頼性を向上させることができる。

[0025] 一方、運転中のインバータュニット 41またはインバータユニット 42に不具合が発生したときには、それぞれ、故障信号 E41または E42が交互運転制御回路 45に割り込み信号として与えられる。交互運転制御回路 45がこのような故障信号 E41または E4 2を受け取ると、交互運転制御回路 45は、図 3に示すように、自動的に健全なインバータユニット 42若しくはインバータユニット 41に運転を切り換えるとともに、電磁接触器 43と 44のオン、オフを状態を切り換えて、電動機 3への給電を継続するようにするまた、運転中のインバータユニット 41またはインバータユニット 42に不具合が発生したときは、故障信号 E41または E42により対応の故障表示ランプ 45cまたは 45dが点灯され、警報ブザー 45eが鳴動することにより、故障の発生を検知できるので、一且その運転中のインバータの運転を自動または手動的に停止させて、電動機 3への給電を停止し、故障の発生を確認の上、新たに起動スィッチ 45aを押すことにより、他方の健全な待機中のインバータユニット 42若しくはインバータュニット 41の運転を開始し、この運転を開始したインバータから給電を再開するようにすることができる。

[0026] 図 4は、この発明の電動機駆動用インバータ装置の第 2の実施例を示す回路構成図であり、図 6に示した従来例の構成要素と同一機能を有するものには同一符号を付している。

[0027] 図 4における電動機駆動用インバータ装置 5は、ダイオード整流回路，電解コンデンサ，インバータ回路などからそれぞれ形成された交流電力変換部を構成する 2組のインバータ主回路構成部 51、 52と、このインバータ主回路構成部 51またはインバータ主回路構成部 52から可変電圧可変周波数の交流電力を発生させるための制御を行う 2組のインバータ主回路構成部 51、 52に共通に 1組のインバータ制御回路 53 と、 2組の電磁接触器 54、 55と、 1組の交互運転制御回路 56と、インバータ主回路構成部 51またはインバータ主回路構成部 52からの発熱を放熱する 1組のヒートシンク 57と、ヒートシンク 57を冷去 Pする 2組のファン 57aと 57bと、ヒートシンク 57の温度を検知する 1組の温度センサ 58とから構成されている。前記の電磁接触器 54、 55は電動機 3のインバータ主回路構成部 51および 52の出力への接続を切り換えるととともに、動作中の一方のインバータ主回路構成部 51または 52の出力が停止中の他方のインバータ主回路構成部 52または 51への回り込みを防止する。さらに停止中のインバータ主回路構成部 51またはインバータ主回路構成部 52を運転回路から切り離して保守，点検作業をより安全に行うために設置されてレ、る。

交互運転制御回路 56は、起動スィッチ 56aおよび停止スィッチ 56bの操作に基づいて、インバータ制御回路 53を介してインバータ主回路構成部 51とインバータ主回路構成部 52とを個別に運転または停止させるための切換信号 Cを送出するために、先述の電動機駆動用インバータ装置 4における図 2に示したフローチャートと同様の制御動作を行う。インバータ制御回路 53は、交互運転制御回路 56から与えられる切換信号 Cに基づいて、インバータ主回路構成部 51または 52へ選択的に設定信号 D に応じて制御信号を与え、 2組のインバータ主回路構成部に対して共通に作用するまた、交互運転制御回路 56は、インバータ制御回路 53を介してインバータ主回路構成部 51とインバータ主回路構成部 52に対し、この電動機駆動用インバータ装置 5 が所望の電圧，周波数の交流電力を発生させるための設定信号 Dを送出する。さらに、交互運転制御回路 56には、電磁接触器 54、 55の接点を介して電動機 3に供給されるインバータ主回路構成部 51または 52出力電圧を取込み、その電圧の状態から運転中のインバータ主回路構成部の故障を検知し、検知されたときには運転中のインバータ主回路構成部に対応した故障表示ランプ 56cまたは 56dを点灯させつつ、警報ブザー 56eを鳴動させて故障の発生を報知する。

さらにまた、運転中のインバータ主回路構成部 51に故障が発生したことが検知された場合は、これに基づいてインバータ主回路構成部 52を動作させるようにする切換信号 Cをインバータ制御回路 53に送出し、その後、電磁接触器 54をオフ、電磁接触器 55をオンにする操作信号 S54， S55を送出する。そしてインバータ主回路構成部 52を運転中に、故障の発生を検知した場合には、これに基づいてインバータ主回路構成部 51を動作させるようにする切換信号 Cをインバータ制御回路 53に送出し、その後、電磁接触器 55をオフ、電磁接触器 54をオンにする操作信号 S55, S54を送出するなどの一連のシーケンス制御動作を行う。

したがって、この実施例における、インバータ主回路構成部 51と 52は、前記の実施例におけるインバータユニット 41と 42と全く同様に交互に切換運転されるので、その詳細な運転の説明は省略する。

[0029] 図 5は、図 4に示したヒートシンク 57とファン 57aとファン 57bの模式的概念構成図であり、この図においては、共通のヒートシンク 57上に 2組のインバータ主回路構成部 51とインバータ主回路構成部 52とが搭載され、 2組のファン 57aとファン 57bと図示の冷却フィン 57cとにより、インバータ主回路構成部 51またはインバータ主回路構成部 52の冷却装置を構成する。

2組のインバータ主回路構成部 51， 52が運転中に発生した熱力ヒートシンク 57に伝達され、この熱が、冷却用ファン 57a、 57bから送られる冷却風によって冷却される冷却フィン 57cから放熱される。なお、このとき、交互運転制御回路 56では、通常、ィンバータ主回路構成部 51が動作中にはファン 57aを回転させ、ファン 57bを停止させ、また、インバータ主回路構成部 52が動作中にはファン 57bを回転させ、ファン 57 aを停止させるようにする。しかし、インバータ主回路構成部 51が正常に交流電力を出力中と判定されている状態で、温度センサ 58で検知されたヒートシンク 57の温度が予め定めた上限値を越えたときには、ファン 57aが故障したと判定し、故障表示ランプ 56c,ブザー 56eを動作させると共に、健全なファン 57bを運転するようにしている。

[0030] すなわち、図 4に示したインバータ主回路構成部 51及びインバータ主回路構成部 52においては、インバータ主回路構成部の構成要素のうち経年劣化による寿命時間が数年程度と比較的短い電解コンデンサと、瞬時の過電圧，過電流またはノイズでも損傷する恐れのある電力用半導体素子などの大きなダメージを受ける主回路要素を含むインバータ主回路構成部を 2組設け、また、この 2組のインバータ主回路構成部を共通に搭載する図 5に示したヒートシンク 57を冷却する 2組のファン 57a、 57b を設け、さらに、これらのインバータ主回路構成部を交互に運転することにより、電動機駆動用インバータ装置全体の動作信頼性を向上させている。 [0031] 一方、運転中のインバータ主回路構成部 51またはインバータ主回路構成部 52に不具合が発生したときには、自動的に健全なインバータ主回路構成部 52若しくはィンバータ主回路構成部 51に切り換えて、電動機 3への給電を継続するようにしているが、運転中のインバータ主回路構成部 51またはインバータ主回路構成部 52に不具合が発生したときには、一旦、電動機 3への給電を停止し、新たに起動スィッチ 56a が押されたことにより、健全なインバータ主回路構成部 52若しくはインバータ主回路構成部 51による給電を再開するようにすることもできる。

[0032] なお、上述の図 1または図 4に示した回路構成では電動機 3の負荷として、図示しないポンプ，ファンなどを駆動する例について説明をした力 S、この発明の電動機駆動装置は、交流電源に代えて、蓄電池などを入力電源とする電気自動車など車両駆動用電動機の駆動装置としても利用可能で、この場合には、駆動装置の信頼性が高まり、電気自動車が走行不能に陥ることを極力回避できる。

図面の簡単な説明

[0033] [図 1]この発明の第 1の実施例を示す電動機駆動用インバータ装置の回路構成図 [図 2]図 1の動作を説明するフローチャート

[図 3]図 1の動作を説明する回路構成図

[図 4]この発明の第 2の実施例を示す電動機駆動用インバータ装置の回路構成図

[図 5]図 4の構成を説明する模式的概念構成図

[図 6]従来例を示す電動機駆動用インバータ装置の回路構成図

符号の説明

[0034] 1…交流電源、 2， 4， 5…電動機駆動用インバータ装置、 3…電動機、 21…汎用ィンバータ、 22, 23…電磁接触器、 24…シーケンス回路、 41 , 42…インバータユニット 42、 43, 44…電磁接触器、 45…交互運転制御回路、 51、 52…インバータ主回路構成部、 53…インバータ制御回路、 54， 55…電磁接触器、 56…交互運転制御回路、 57…ヒートシンク、 57a, 57b…ファン、 58…温度センサ。

Claims

請求の範囲

[1] 可変電圧可変周波数の交流電力を発生し、この発生した交流電力により電動機を可変速駆動する電動機駆動用インバータ装置において、前記インバータ装置を構成するそれぞれの構成要素のうち、少なくとも交流電力を発生するための主回路構成部を 2組備え、通常時は各組の主回路構成部を交互に運転して交流電力を発生させ、この運転中の組の主回路構成部に不具合が検知されたときには、他方の組の主回路構成部に運転を切り換えて交流電力の発生を継続させることを特徴とする電動機駆動用インバータ装置。

[2] 請求項 1に記載の電動機駆動用インバータ装置において、前記 2組の主回路構成部を共通のヒートシンクに搭載したことを特徴とする電動機駆動用インバータ装置。

[3] 請求項 2に記載の電動機駆動用インバータ装置において、前記ヒートシンクを冷却するファンを 2組設け、通常時は各組のファンを 1組ずつ交互に運転し、この運転中の組のファンに不具合が検知されたときには、他方の組のファンに運転を切り換えることを特徴とする電動機駆動用インバータ装置。