WO2018078824A1 - 駆動装置、モータシステムおよび空気調和機 - Google Patents

駆動装置、モータシステムおよび空気調和機 Download PDF

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WO2018078824A1
WO2018078824A1 PCT/JP2016/082168 JP2016082168W WO2018078824A1 WO 2018078824 A1 WO2018078824 A1 WO 2018078824A1 JP 2016082168 W JP2016082168 W JP 2016082168W WO 2018078824 A1 WO2018078824 A1 WO 2018078824A1
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current detection
motor
switching element
inverter circuit
inverter
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Application number
PCT/JP2016/082168
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English (en)
French (fr)
Inventor
酒井 顕
有澤 浩一
慎也 豊留
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三菱電機株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters

Definitions

  • the present invention relates to a drive device for driving a load, a motor system, and an air conditioner.
  • the conventional motor drive device detects an overcurrent by measuring the current flowing from the inverter circuit to the negative side of the smoothing capacitor, that is, the negative electrode of the smoothing capacitor.
  • the overcurrent of the switching element of the upper arm may not be accurately detected even if the current flowing from the inverter circuit to the negative side of the smoothing capacitor is detected.
  • each inverter circuit is affected by a difference in switching element on / off timing and a variation in characteristics of each switching element.
  • the first sum and the second sum in the circuit are not necessarily equal.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a drive device capable of improving the detection accuracy of overcurrent generated in switching elements constituting an inverter circuit.
  • a drive device is connected in parallel to a first inverter unit that outputs power to a load and the first inverter unit, and supplies power to the load.
  • the driving device is further connected in parallel to the first inverter unit, connected in parallel to the first rectifier that outputs the first DC power to the first inverter unit, and to the second inverter unit, And a second rectifier that outputs second DC power to the inverter unit.
  • the first inverter unit is connected in parallel with the first rectifier and is arranged between the first inverter circuit including a plurality of switching elements, the first inverter circuit and the first rectifier, A first capacitor connected in parallel to the inverter circuit and including a first positive electrode and a first negative electrode.
  • the first inverter unit further includes a first current detection element connected between the first positive electrode and the load, and a second current detection connected between the first negative electrode and the load. An element.
  • the drive device has an effect of improving the detection accuracy of overcurrent generated in the switching elements constituting the inverter circuit.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a control circuit according to the first embodiment.
  • FIG. 3 shows the structural example of the motor system concerning Embodiment 3.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a motor system according to the first embodiment of the present invention.
  • the motor system 50 of the present embodiment includes a motor 23 and a motor driving device 100.
  • the motor drive device 100 that is a drive device drives the motor 23 using AC power supplied from the AC power supply 1.
  • the drive device of the present embodiment drives a motor that is a load
  • the load driven by the drive device of the present embodiment is not limited to a motor.
  • the motor drive device 100 includes a module 102a and a module 102b connected in parallel to the module 102a.
  • the module 102a includes three coils 2a connected to the AC power source 1, a rectifier 3a connected to the three coils 2a, a smoothing capacitor 4a that is a capacitor connected in parallel to the rectifier 3a, and a parallel to the smoothing capacitor 4a.
  • an inverter circuit 18a connected to the.
  • the module 102a includes a controller 19a for controlling the inverter circuit 18a and current detection elements 20a and 21a.
  • the current detection element 20a is disposed between the positive side of the smoothing capacitor 4a, that is, between the positive electrode and the inverter circuit 18a, and detects a current flowing from the smoothing capacitor 4a into the inverter circuit 18a.
  • the current detection element 21a is disposed between the negative side of the smoothing capacitor 4a, that is, between the negative electrode and the inverter circuit 18a, and detects a current flowing from the inverter circuit 18a to the negative side of the smoothing capacitor 4a.
  • the module 102b includes three coils 2b connected to the AC power supply 1, a rectifier 3b connected to the three coils 2b, a smoothing capacitor 4b that is a capacitor connected in parallel to the rectifier 3b, and a parallel to the smoothing capacitor 4b. And an inverter circuit 18b connected to the. Furthermore, the module 102b includes a controller 19b that controls the inverter circuit 18b, and current detection elements 20b and 21b.
  • the current detection element 20b is disposed between the positive side of the smoothing capacitor 4b, that is, between the positive electrode and the inverter circuit 18b, and detects a current flowing from the smoothing capacitor 4b to the inverter circuit 18b.
  • the current detection element 21b is disposed between the negative side of the smoothing capacitor 4b, that is, between the negative electrode and the inverter circuit 18b, and detects a current flowing from the inverter circuit 18b to the negative side of the smoothing capacitor 4b.
  • the coil 2a may be disposed between the rectifier 3a and the AC power source 1, and may be outside the module 102a, not inside the module 102a.
  • the coil 2b should just be arrange
  • the portion excluding the coil 2a and the rectifier 3a, that is, the smoothing capacitor 4a, the inverter circuit 18a, the controller 19a, and the current detection elements 20a and 21a constitute an inverter unit 101a that is a first inverter unit.
  • a part of the module 102b excluding the coil 2b and the rectifier 3b, that is, the smoothing capacitor 4b, the inverter circuit 18b, the controller 19b, and the current detection elements 20b and 21b are provided with the inverter unit 101b that is the second inverter unit.
  • the rectifier 3a includes three sets of two diodes connected in series. Each set of two diodes connected in series is connected in parallel to each other. A connection point between each pair of diodes constituting the rectifier 3a is connected to a different coil 2a.
  • the rectifier 3b includes three sets of two diodes connected in series. Each set of two diodes connected in series is connected in parallel to each other. A connection point between each pair of diodes constituting the rectifier 3b is connected to a different coil 2b.
  • the configuration of the rectifiers 3a and 3b is not limited to the above-described example.
  • the inverter circuit 18a includes switching elements 6a and 9a that are a pair of switching elements connected in series, switching elements 7a and 10a that are a pair of switching elements connected in series, and a switching element 8a that is a pair of switching elements connected in series. 11a.
  • Each switching element pair of switching element 6a and switching element 9a, switching element 7a and switching element 10a, switching element 8a and switching element 11a is called an arm. Each arm is connected in parallel. The midpoint of each arm of the inverter circuit 18 a is connected to the corresponding phase terminal of the motor 23.
  • the midpoint between switching element 6a and switching element 9a is connected to the U-phase terminal of motor 23, and the midpoint between switching element 7a and switching element 10a is connected to the V-phase terminal of motor 23, A midpoint between the switching element 8 a and the switching element 11 a is connected to a W-phase terminal of the motor 23.
  • the inverter circuit 18b includes switching elements 6b and 9b that are series-connected switching element pairs, switching elements 7b and 10b that are series-connected switching element pairs, and switching elements 8b that are series-connected switching element pairs. 11b.
  • Each switching element pair of switching element 6b and switching element 9b, switching element 7b and switching element 10b, switching element 8b and switching element 11b is called an arm. Each arm is connected in parallel. The midpoint of each arm of the inverter circuit 18b is connected to the corresponding phase terminal of the motor 23, respectively.
  • the midpoint between switching element 6b and switching element 9b is connected to the U-phase terminal of motor 23, and the midpoint between switching element 7b and switching element 10b is connected to the V-phase terminal of motor 23, A midpoint between switching element 8b and switching element 11b is connected to a W-phase terminal of motor 23.
  • the switching elements 6a to 11a and 6b to 11b are, for example, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) or MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors). Freewheeling diodes 12a to 17a and 12b to 17b are connected in parallel to the switching elements 6a to 11a and 6b to 11b, respectively.
  • the switching elements 6a to 11a and 6b to 11b may be formed of wide gap semiconductors. Further, the freewheeling diodes 12a to 17a and 12b to 17b may be formed of wide gap semiconductors.
  • the switching elements 6a to 11a, 6b to 11b and the free wheel diodes 12a to 17a and 12b to 17b are not limited to wide band gap semiconductors.
  • the wide band gap semiconductor a wide band gap semiconductor such as GaN (gallium nitride), SiC (silicon carbide: silicon carbide), diamond, or the like can be used.
  • GaN gallium nitride
  • SiC silicon carbide
  • diamond or the like
  • the withstand voltage is high and the allowable current density is also high, so that the module can be miniaturized. Since the wide band gap semiconductor has high heat resistance, it is possible to reduce the size of the radiating fin of the radiating portion.
  • the midpoint between the switching element 6a and the switching element 9a and the midpoint between the switching element 6b and the switching element 9b are connected.
  • the midpoint between the switching element 7a and the switching element 10a is connected to the midpoint between the switching element 7b and the switching element 10b.
  • the midpoint between the switching element 8a and the switching element 11a is connected to the midpoint between the switching element 8b and the switching element 11b. That is, the wiring that transmits the signal output from the inverter circuit 18a and the wiring that transmits the signal output from the inverter circuit 18b are connected.
  • An element such as a reactor may be connected between a wiring that transmits a signal output from the inverter circuit 18a and a wiring that transmits a signal output from the inverter circuit 18b.
  • the switching element connected to the positive electrode of each arm that is, the positive electrode of the smoothing capacitors 4a and 4b
  • the negative switching element of each arm that is, the smoothing capacitors 4a and 4b.
  • the switching element connected to the negative electrode is also called a lower switching element.
  • the motor driving apparatus 100 includes the inverter unit 101a that outputs electric power to the motor 23 and the inverter unit 101b that is connected in parallel to the inverter unit 101a and outputs electric power to the motor 23.
  • the motor drive device 100 is connected in parallel to the inverter unit 101a, connected in parallel to the rectifier 3a, which is the first rectifier that outputs the first DC power to the inverter unit 101a, and the inverter unit 101b. 101b, and a rectifier 3b that is a second rectifier that outputs the second DC power.
  • the inverter unit 101a is connected in parallel with the rectifier 3a and is arranged between the inverter circuit 18a, which is a first inverter circuit including a plurality of switching elements, between the inverter circuit 18a and the rectifier 3a, and in parallel with the inverter circuit 18a. And a smoothing capacitor 4a that is a first capacitor that is connected and includes a first positive electrode and a first negative electrode.
  • the inverter unit 101 a is further connected between the first negative electrode and the motor 23, and the current detection element 20 a, which is a first current detection element connected between the first positive electrode and the motor 23.
  • a current detection element 21a which is a second current detection element.
  • the current detection element 20a is connected between the positive electrode of the smoothing capacitor 4a and the inverter circuit 18a, and the current detection element 21a is connected to the negative electrode of the smoothing capacitor 4a and the inverter circuit 18a.
  • the load driven by motor drive device 100 is motor 23 having a plurality of phase terminals, and inverter circuit 18 a is connected to the plurality of phase terminals of motor 23.
  • the switching elements 6a to 11a in the inverter circuit 18a are controlled to be turned on or off by a PWM (Pulse Width Modulation) signal output from the controller 19a.
  • the switching elements 6b to 11b in the inverter circuit 18b are controlled to be turned on or off by a PWM signal output from the controller 19b.
  • the controller 19a calculates an output voltage by vector control based on a motor current measured by a motor current measurement unit (not shown) and a speed command, and smoothes measured by the calculated output voltage and a voltage measurement unit (not shown).
  • a PWM signal corresponding to each switching element is generated based on the voltage across the capacitor 4a.
  • the controller 19b similarly generates a PWM signal.
  • the method for generating the PWM signal in the controllers 19a and 19b is not limited to the method described above, and any method may be used.
  • the controller 19a detects an overcurrent in the inverter circuit 18a based on the detected current value by the current detection elements 20a and 21a.
  • the controller 19b detects an overcurrent in the inverter circuit 18b based on the detected current value by the current detection elements 20b and 21b.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a current flow in a state where the switching elements 6a, 6b, 10a, 10b, 11a, and 11b are turned on.
  • the current flowing through the current detection element 20a is Ia1, the currents flowing through the switching elements 6a, 10a, and 11a are Ia2, Ia3, and Ia4, respectively, and the current flowing through the current detection element 21a is Ia5.
  • the current flowing through the current detection element 20b is Ib1, the currents flowing through the switching elements 6b, 10b, and 11b are Ib2, Ib3, and Ib4, respectively, and the current flowing through the current detection element 21b is Ib5.
  • Ia2 Ia3 + Ia4 holds, the switching element 6a can be protected from overcurrent even if only the current detection element 21a is used as a current detection element for overcurrent detection.
  • Ia2 ⁇ Ia3 + Ia4 may occur due to the influence of variations in the characteristics of the switching elements and deviations in the on and off timings of the switching elements.
  • Ia2> Ia3 + Ia4 if the overcurrent is detected using only the current detection element 21a, the switching element 6a may not be protected.
  • a current detection element 20a for detecting a current flowing into the inverter circuit 18a and a current detection element 21a for detecting a current flowing out of the inverter circuit 18a are provided.
  • a current detection element 20b for detecting a current flowing into the inverter circuit 18b and a current detection element 21b for detecting a current flowing out of the inverter circuit 18b are provided, and a switching element due to the overcurrent is provided. To prevent malfunction.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a current flow in a state in which the switching elements 7a, 7b, 9a, 9b, 11a, and 11b are turned on in a state in which the switching element 10b is short-circuited.
  • the current flowing through the switching element 7b should originally flow through the switching element 9b and the switching element 11b, but flows into the switching element 10b when the switching element 10b is short-circuited.
  • the current flowing through the switching element 7a should originally flow through the switching element 9a and the switching element 11a, but when the switching element 10b is short-circuited, the current flows into the inverter circuit 18b and flows into the switching element 10b.
  • the response time of the detection signal voltage with respect to the input current of the current detection elements 20a, 20b, 21a, and 21b that is, the time required to detect the current and output a voltage signal corresponding to the current value as the detection value is within 10 ⁇ s.
  • the switching element 6a has an open failure in the state of each switching element shown in FIG.
  • the switching element 6b is used to control one phase of the motor, in this example, the upper arm of the U phase, overcurrent protection of the switching element 6a can be performed by the current detection element 20b.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of an abnormality determination process of the inverter circuit 18a in the controller 19a of the present embodiment.
  • the controller 19a performs an abnormality determination process before starting the operation of the motor drive device 100.
  • the controller 19a may implement the abnormality determination process shown in FIG. 4 for every fixed period during a driving
  • the fixed period can be the clock period of the reference clock used by the controller 19a.
  • the controller 19a determines whether or not the first current detection value, which is the current detection value by the current detection element 20a, is larger than the first threshold value (step S1).
  • step S3 When the first current detection value is larger than the first threshold value (step S1, Yes), the inverter circuit 18a that is the first inverter circuit is stopped (step S3), and the abnormality determination process ends. Specifically, in step S3, the controller 19a stops the output of the PWM signal to the inverter circuit 18a.
  • step S1 When the first current detection value is equal to or smaller than the first threshold (No in step S1), the controller 19a determines whether the second current detection value that is a current detection value by the current detection element 21a is larger than the second threshold. It is determined whether or not (step S2).
  • the second threshold value may be the same as the first threshold value, or may be different from the first threshold value.
  • step S2 Yes the controller 19a advances the process to step S3.
  • Step S4 it is determined whether or not the first current detection value and the second current detection value are less than the third threshold value. ).
  • the controller 19a indicates that the third threshold value is smaller than the first threshold value and smaller than the second threshold value. , Set to a small value indicating that no current is flowing.
  • step S4 When the first current detection value and the second current detection value are less than the third threshold value (step S4, Yes), the controller 19a is set so that the driving signal of each switching element, that is, the PWM signal flows. Whether or not (step S5).
  • the setting in which no current flows is a value indicating that the PWM signals of all the switching elements of the inverter circuit 18a are off.
  • the setting in which the current flows is a state in which the PWM signal is set so that one or more of the upper switching elements and one or more of the lower switching elements are turned on.
  • the controller 19a determines that any of the switching elements that should be turned on has an open failure (step S6). Then, the abnormality determination process is terminated.
  • the switching element to be turned on is a switching element in which the corresponding PWM signal indicates an on value.
  • the controller 19a changes the switching element to be turned on to determine whether or not the first current detection value and the second current detection value are less than the third threshold value. You may make it identify the switching element which has an open failure by repeating determination.
  • the controller 19a ends the abnormality determination process.
  • the controller 19b performs an abnormality determination process for the inverter circuit 18b.
  • the controller 19a may notify the controller 19b accordingly.
  • the controller 19b may stop the inverter circuit 18b.
  • the controller 19a may notify the controller 19b accordingly.
  • the controller 19b may notify the controller 19a, and when an open failure is detected, the controller 19b may notify the controller 19a.
  • the controllers 19a and 19b are realized by a processing circuit.
  • This processing circuit may be a processing circuit that is dedicated hardware, or may be a control circuit including a processor. Further, it may be constituted by a plurality of processing circuits.
  • the processing circuit is, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a processor programmed in parallel, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field Programmable Gate Array), or these Is a combination.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of the control circuit 200 according to the present embodiment.
  • the control circuit 200 includes a processor 201 and a memory 202.
  • the processor is a CPU (Central Processing Unit, central processing unit, processing unit, arithmetic unit, microprocessor, microcomputer, processor, DSP (Digital Signal Processor)) or the like.
  • the memory corresponds to, for example, a non-volatile or volatile semiconductor memory such as a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a flash memory, or a magnetic disk.
  • the processing circuit that implements the controllers 19a and 19b is the control circuit 200 including a processor
  • the processor 201 reads and executes a program describing the processing of the control unit 12 stored in the memory 202.
  • the memory 202 is also used as a temporary memory in each process executed by the processor 201.
  • the controllers 19a and 19b may be realized by a single controller.
  • the inverter unit 101a and the inverter unit 101b are each provided with current detection elements on both the positive side and the negative side of the smoothing capacitor.
  • the present invention is not limited to this.
  • One of the inverter unit 101a and the inverter unit 101b includes a current detection element on both the positive side and the negative side of the smoothing capacitor, and the other one of the positive side and the negative side of the smoothing capacitor. Either one may be provided.
  • a three-phase inverter circuit has been described as an example, but the number of phases of the inverter circuit is not limited to three.
  • All of the three or more modules may include current detecting elements both between the positive side of the smoothing capacitor and the motor 23 and between the negative side of the smoothing capacitor and the motor 23.
  • the module may include a current detection element either between the positive side of the smoothing capacitor and the motor 23 or between the negative side of the smoothing capacitor and the motor 23.
  • at least two modules include current detection elements both between the positive side of the smoothing capacitor and the motor 23 and between the negative side of the smoothing capacitor and the motor 23.
  • a rectifier is provided for each inverter unit.
  • a rectifier is shared by a plurality of inverter units, it is necessary to replace the rectifier itself when the number of inverter units is increased.
  • each inverter unit is provided with a rectifier, when adding an inverter unit, the existing rectifier and inverter unit may be used as they are, and a new rectifier and inverter unit may be added.
  • the rectifier and the inverter unit are modularized, it is easy to add an inverter unit. Further, when the inverter unit breaks down, it is only necessary to replace a new one in units of modules, so that maintenance costs and man-hours can be suppressed.
  • At least one of the plurality of inverter units connected in parallel is between the positive side of the smoothing capacitor and the motor 23, and between the negative side of the smoothing capacitor and the motor 23.
  • the other inverter unit is provided with a current detection element at least at one position between the negative side of the smoothing capacitor and the motor 23 or between the positive side of the smoothing capacitor and the motor 23. did. For this reason, the detection accuracy of the overcurrent generated in the switching elements constituting the inverter circuit can be improved.
  • FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of a motor system 50a according to the second embodiment of the present invention.
  • the motor system 50 a includes a motor driving device 100 a and a motor 23.
  • the motor drive device 100a includes modules 105a and 105b.
  • the module 105a is connected in parallel to the rectifier 3a.
  • the module 105a is the same as the module 102b of the first embodiment except that it includes current detection elements 26a, 27a, and 28a instead of the current detection element 20a and a controller 29a instead of the controller 19a.
  • the module 105b is the same as the module 102a of the first embodiment except that it includes current detection elements 26b, 27b, and 28b instead of the current detection element 20b, and a controller 29b instead of the controller 19b.
  • Components having the same functions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and redundant description is omitted. In FIG. 6, two modules are used, but three or more modules may be connected in parallel.
  • differences from the first embodiment will be described.
  • the current detection element 26a is provided between the midpoint between the switching element 6a and the switching element 9a and the motor 23.
  • the current detection element 27 a is provided between the motor 23 and the midpoint between the switching element 7 a and the switching element 10 a.
  • the current detection element 28 a is provided between the midpoint between the switching element 8 a and the switching element 11 a and the motor 23.
  • the current detection element 26 b is provided between the midpoint between the switching element 6 b and the switching element 9 b and the motor 23.
  • the current detection element 27 b is provided between the midpoint between the switching element 7 b and the switching element 10 b and the motor 23.
  • the current detection element 28 b is provided between the midpoint between the switching element 8 b and the switching element 11 b and the motor 23.
  • the current detection elements 26a, 27a, and 28a that are the first current detection elements of the present embodiment are connected between the inverter circuit 18a and the motor 23, and the current detection elements 21a that are the second current detection elements. Is connected between the negative electrode of the smoothing capacitor 4a and the inverter circuit 18a.
  • the current detection element 26a When a current flows through either the switching element 6a or the switching element 9a of the inverter circuit 18a and the motor 23, the current can be detected by the current detection element 26a.
  • the current detection element 27a When a current flows through either the switching element 8a or the switching element 11a and the motor 23, the current can be detected by the current detection element 28a.
  • the current detection element 26b when a current flows through either the switching element 6b or the switching element 9b of the inverter circuit 18b and the motor 23, the current can be detected by the current detection element 26b.
  • the current detection element 27b When a current flows through either the switching element 8b and the switching element 11b and the motor 23, the current can be detected by the current detection element 28b.
  • the controller 29a uses the detection values of the current detection elements 26a, 27a, and 28a instead of the detection values of the current detection element 20a of the first embodiment, and performs abnormality detection processing in the same manner as the controller 19a of the first embodiment.
  • the controller 29b uses the detection values of the current detection elements 26b, 27b, and 28b instead of the detection value of the current detection element 20b of the first embodiment, and performs abnormality detection processing in the same manner as the controller 19b of the first embodiment.
  • the current detection elements 26a, 27a, 28a and the current detection elements 26b, 27b, 28b are also referred to as motor-side current detection elements.
  • one of the inverter unit 104a and the inverter unit 104b may not include a motor-side current detection element.
  • the inverter unit that does not include the motor-side current detection element includes a current detection element at least one of between the positive side of the smoothing capacitor and the motor 23 and between the negative side of the smoothing capacitor and the motor 23.
  • at least two of the motor-side current detection element, the positive side of the smoothing capacitor and the motor 23, and the negative side of the smoothing capacitor and the motor 23 At least one of these is provided with a current detection element.
  • the current detection element 21a for measuring the current flowing from the inverter circuit 18a is provided on the negative side of the smoothing capacitor 4a.
  • the current detection element 20a of FIG. You may provide the electric current detection element which detects the electric current which flows into the inverter circuit 18a from the side.
  • the current detection elements that measure the motor current have the functions of the current detection elements 26a, 27a, and 28a and the current detection elements 26b, 27b, and 28b. You may make it also serve. It can also serve as a current detection element for overcurrent detection.
  • the response time of the detection signal voltage with respect to the input current of the current detection elements 26a, 27a, 28a and the current detection elements 26b, 27b, 28b is set to be within 10 ⁇ s.
  • the hardware configuration of the controllers 29a and 29b is the same as the hardware configuration of the controllers 19a and 19b of the first embodiment.
  • a current detection element is provided between the midpoint of each arm of the inverter circuit and the motor 23, and a current for measuring the current flowing from the inverter circuit 18a to the negative side of the smoothing capacitor 4a.
  • a detection element is provided.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of a motor system 50b according to the second embodiment of the present invention.
  • the motor system 50 b includes a motor driving device 100 b and a motor 23.
  • the motor drive device 100b includes modules 102a, 102b, and 102c.
  • the configuration of the module 102c is the same as that of the module 102a and the module 102b.
  • Components having the same functions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and redundant description is omitted.
  • the controller is not shown, but the motor driving device 100b includes a controller.
  • the wiring connected to the midpoint of each arm of the inverter circuit 18a is short-circuited and connected to the U phase of the motor 23, and each of the inverter circuits 18b is connected.
  • the wiring connected to the middle point of the arm is short-circuited and connected to the V phase of the motor 23, and the wiring connected to the middle point of each arm of the inverter circuit 18c is short-circuited and connected to the W phase of the motor 23.
  • the controller outputs a PWM signal corresponding to the U phase to the switching element of the inverter circuit 18a, outputs a PWM signal corresponding to the V phase to the switching element of the inverter circuit 18b, and outputs the PWM signal corresponding to the W phase to the inverter circuit. It outputs to the switching element of 18c.
  • the controller is both between the positive side of the smoothing capacitor and the motor 23, and between the negative side of the smoothing capacitor and the motor 23.
  • the current detection element in the above, it is possible to improve the detection accuracy of the overcurrent generated in the switching element constituting the inverter circuit.
  • two are provided with current detection elements both between the positive side of the smoothing capacitor and the motor 23 and between the negative side of the smoothing capacitor and the motor 23, as in the first embodiment.
  • the other module may be provided with a current detection element at least at one position between the positive side of the smoothing capacitor and the motor 23 and between the negative side of the smoothing capacitor and the motor 23.
  • FIG. FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of an air conditioner according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the air conditioner of the present embodiment includes the motor 23 and the motor driving device 100 described in the first embodiment.
  • the air conditioner may include the motor drive device 100a described in the second embodiment or the motor drive device 100b described in the third embodiment instead of the motor drive device 100 described in the first embodiment.
  • the compressor 81 incorporating the motor 23 of the second embodiment, the four-way valve 82, the outdoor heat exchanger 83, the expansion valve 84, and the indoor heat exchanger 85 are connected via the refrigerant pipe 86. It has a refrigeration cycle attached, that is, a refrigeration cycle apparatus, and constitutes a separate air conditioner.
  • the motor 23 is controlled by the motor driving device 100.
  • the compressor 81 includes a compression mechanism 87 for compressing the refrigerant and a motor 23 for operating the compressor.
  • the refrigerant circulates between the outdoor heat exchanger 83 and the indoor heat exchanger 85 from the compressor 81 to perform cooling and heating.
  • the refrigeration cycle to perform is comprised.
  • the structure shown in FIG. 8 is applicable not only to an air conditioner but also to a device having a refrigeration cycle such as a refrigerator or a freezer.
  • the motor 23 is used as the motor of the compressor and the motor 23 is driven by the motor driving device 100 has been described.
  • the motor 23 is used as the motor of the blower in the air conditioner. May be driven by the motor driving device 100.
  • the motor 23 may be used as the motor of both the blower and the motor driving device 100, and the motor 23 may be driven by the motor driving device 100.
  • the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.

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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

駆動装置、モータシステムおよび空気調和機
 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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