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

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WO2018078824A1
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current detection
motor
switching element
inverter circuit
inverter
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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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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements 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
    • H02P27/06—Arrangements 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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