WO2020166254A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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WO2020166254A1
WO2020166254A1 PCT/JP2020/000948 JP2020000948W WO2020166254A1 WO 2020166254 A1 WO2020166254 A1 WO 2020166254A1 JP 2020000948 W JP2020000948 W JP 2020000948W WO 2020166254 A1 WO2020166254 A1 WO 2020166254A1
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WO
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power
diagnostic
switching element
shield
power supply
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Ceased
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PCT/JP2020/000948
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English (en)
French (fr)
Inventor
龍太郎 中里
遼一 稲田
良輔 横山
哲 重田
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Astemo Ltd
Original Assignee
Hitachi Automotive Systems Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a power conversion device.
  • Patent Document 1 discloses that a DC voltage generating means, an inverter device, a load of the inverter device, a shield wire electrically connecting the DC voltage generating means, the inverter device, and the load, and one end of an output.
  • an electrical connection diagnosis method comprising a grounded power supply, wherein the shield part of the shielded wire is grounded at a location other than the inverter device, and the connection of the shielded wire is diagnosed by energizing the shield part from the power supply. Has been done.
  • the shield wire is grounded via a capacitor on the inverter device side, while the shield wire is grounded directly on the load side without a capacitor. Therefore, if electric charges are accumulated in the capacitor on the side of the inverter device, the voltage between the inverter device and the load may not be maintained at the same potential, and a voltage may be applied to the shield wire. In this case, there is a risk of electric shock if a person touches it while the shield wire is broken.
  • the present invention aims to safely diagnose the connection state of the AC wiring connected between the inverter and the load.
  • the power converter according to the present invention converts DC power supplied from a high-voltage power supply into AC power, and outputs the AC power to a load through an AC wiring formed by surrounding a core wire with a shield wire.
  • the one end side of the shield wire is electrically connected to the frame ground of the load, and the power conversion device establishes a conduction state between the other end side of the shield wire and the diagnostic power supply.
  • the conduction state of the shield wire when the diagnosis power source is electrically connected and the second switching element disconnects the other end side of the shield wire from the frame ground of the power conversion device.
  • a control circuit for diagnosing the state of the AC wiring based on the above.
  • connection state of the AC wiring connected between the inverter and the load can be safely diagnosed.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a motor drive system according to a first embodiment of the present invention.
  • the motor drive system shown in FIG. 1 is used by being mounted in a vehicle such as an automobile, and is configured by connecting an inverter 1 and a motor 2 via an AC wiring 3.
  • the inverter 1 corresponds to the power converter according to the embodiment of the present invention, and includes a power supply circuit 11, a power conversion control circuit 12, a diagnostic control circuit 13, a smoothing capacitor 14, and power conversion switching elements 15U, 15V, 15W, 16U. , 16V and 16W, switching elements 17U, 17V and 17W for diagnosis, switching elements 18U, 18V and 18W for grounding, and current detectors 19U, 19V and 19W.
  • the power supply circuit 11 is connected to the low voltage battery 4, and uses the DC power supplied from the low voltage battery 4 to generate a plurality of types of power supplies used in the inverter 1.
  • the power source generated by the power source circuit 11 includes the operating power source of the power conversion control circuit 12 and the diagnostic control circuit 13, and the diagnostic power source 10 connected to the AC wiring 3 via the diagnostic switching elements 17U to 17W. Be done.
  • the diagnostic power supply 10 is used when the diagnostic control circuit 13 diagnoses the AC wiring 3, and the connection state with the AC wiring 3 is switched according to the switching operation of the diagnostic switching elements 17U to 17W.
  • the power supply circuit 11 has a current limiting function for short-circuit protection and that the power supply circuit 11 perform a predetermined safety operation when any of the power supplies is short-circuited.
  • the power conversion control circuit 12 operates by receiving power supply from the power supply circuit 11, and controls the switching states of the power conversion switching elements 15U to 16W to perform power conversion from DC power to AC power. Generate a signal.
  • the power conversion control circuit 12 determines timings for turning on and off the power conversion switching elements 15U to 16W, respectively, by PWM control based on a torque request value input from a higher-order controller (not shown), and drives signals according to the timings. To generate.
  • the drive signal generated by the power conversion control circuit 12 is output to each of the power conversion switching elements 15U to 16W.
  • the diagnostic control circuit 13 operates by receiving power supply from the power supply circuit 11 and generates switching signals for controlling switching states of the diagnostic switching elements 17U to 17W and the ground switching elements 18U to 18W, respectively.
  • the state of the AC wiring 3 is diagnosed.
  • the switching signal generated by the diagnostic control circuit 13 is output to the diagnostic switching elements 17U to 17W and the ground switching elements 18U to 18W, respectively.
  • the diagnostic control circuit 13 is configured using, for example, a microcomputer that executes a predetermined program, an FPGA, or the like. The method of generating the switching signal by the diagnostic control circuit 13 and the method of diagnosing the AC wiring 3 will be described in detail later.
  • the power conversion switching elements 15U to 16W perform a switching operation in accordance with a drive signal input from the power conversion control circuit 12 to convert the DC power supplied from the high-voltage battery 5 into three-phase AC power. It outputs to the motor 2 which is a load through the AC wiring 3.
  • the power conversion switching elements 15U and 16U are for the U phase of the three-phase AC power
  • the power conversion switching elements 15V and 16V are for the V phase of the three-phase AC power
  • the power conversion switching elements 15W and 16W are for the three-phase AC power. Each corresponds to the W phase.
  • IGBT or MOSFET can be used for the power conversion switching elements 15U to 16W.
  • the high-voltage battery 5 is connected to the power conversion switching elements 15U to 16W via the contactor 6.
  • the contactor 6 When the contactor 6 is turned on by a host controller (not shown), the supply of DC power from the high voltage battery 5 is started.
  • a smoothing capacitor 14 is connected to the high-voltage battery 5 in parallel with the power conversion switching elements 15U to 16W, and the DC power from the high-voltage battery 5 is smoothed by the smoothing capacitor 14.
  • the AC wiring 3 is composed of cables 31U, 31V, 31W corresponding to the U phase, V phase, and W phase, respectively.
  • the U-phase cable 31U is connected to the power conversion switching elements 15U and 16U, and transmits the U-phase AC power generated by being converted from the DC power by the switching operation from the inverter 1 to the motor 2.
  • the V-phase cable 31V is connected to the power conversion switching elements 15V and 16V, and transmits V-phase AC power generated by being converted from DC power by the switching operation of the inverter 1 to the motor 2.
  • the W-phase cable 31W is connected to the power conversion switching elements 15W and 16W, and transmits W-phase AC power generated by being converted from DC power by the switching operation of these to the motor 2.
  • the cable 31U has a core wire 32U connected between the power conversion switching elements 15U and 16U and a U-phase winding (not shown) of the motor 2, and a shield wire 33U surrounding the core wire 32U.
  • One end side of the shield wire 33U, that is, the motor 2 side is electrically connected to the frame ground 8 of the motor 2.
  • the other end side of the shield wire 33U, that is, the inverter 1 side is connected to the diagnostic power source 10 via the diagnostic switching element 17U and the current detector 19U, and is also connected to the frame ground of the inverter 1 via the ground switching element 18U. 7 is electrically connected.
  • the cable 31V has a core wire 32V connected between the power conversion switching elements 15V and 16V and a V-phase winding (not shown) of the motor 2, and a shield wire 33V surrounding the core wire 32V.
  • One end side of the shield wire 33V, that is, the motor 2 side is electrically connected to the frame ground 8 of the motor 2.
  • the other end of the shielded wire 33V, that is, the inverter 1 side is connected to the diagnostic power source 10 via the diagnostic switching element 17V and the current detector 19V, and is connected to the frame ground of the inverter 1 via the ground switching element 18V. 7 is electrically connected.
  • the cable 31W has a core wire 32W connected between the power conversion switching elements 15W and 16W and a W-phase winding (not shown) included in the motor 2, and a shield wire 33W surrounding the core wire 32W.
  • One end side of the shield wire 33W, that is, the motor 2 side is electrically connected to the frame ground 8 of the motor 2.
  • the other end side of the shield wire 33W, that is, the inverter 1 side is connected to the diagnostic power source 10 via the diagnostic switching element 17W and the current detector 19W, and is also connected to the frame ground of the inverter 1 via the ground switching element 18W. 7 is electrically connected.
  • the frame ground 7 of the inverter 1 and the frame ground 8 of the motor 2 are preferably electrically connected to each other.
  • these can be electrically connected to each other by connecting them to the body of the vehicle.
  • the switching element 17U for diagnosis, the switching element 18U for grounding, and the current detector 19U are provided corresponding to the shield wire 33U.
  • the diagnostic switching element 17U switches the conduction state between the other end of the shielded wire 33U and the diagnostic power source 10 in response to a switching signal input from the diagnostic control circuit 13.
  • the grounding switching element 18U switches the conduction state between the other end of the shielded wire 33U and the frame ground 7 of the inverter 1 according to the switching signal input from the diagnostic control circuit 13.
  • the current detector 19U detects a current flowing through the shield wire 33U via the diagnostic switching element 17U when the shield wire 33U and the diagnostic power supply 10 are in a conductive state, and outputs the detection result to the diagnostic control circuit 13.
  • the diagnostic control circuit 13 diagnoses the state of the U-phase cable 31U based on the current detection result by the current detector 19U.
  • the switching element for diagnosis 17V, the switching element for grounding 18V, and the current detector 19V are provided corresponding to the shield wire 33V.
  • the diagnostic switching element 17V switches the conduction state between the other end of the shielded wire 33V and the diagnostic power supply 10 in response to a switching signal input from the diagnostic control circuit 13.
  • the grounding switching element 18V switches the conduction state between the other end of the shielded wire 33V and the frame ground 7 of the inverter 1 according to the switching signal input from the diagnostic control circuit 13.
  • the current detector 19V detects a current flowing through the shield line 33V via the diagnostic switching element 17V when the shield line 33V and the diagnostic power supply 10 are in a conductive state, and outputs the detection result to the diagnostic control circuit 13.
  • the diagnosis control circuit 13 diagnoses the state of the V-phase cable 31V based on the current detection result by the current detector 19V.
  • the diagnostic switching element 17W, the ground switching element 18W, and the current detector 19W are provided corresponding to the shield wire 33W.
  • the diagnostic switching element 17W switches the conduction state between the other end side of the shielded wire 33W and the diagnostic power source 10 according to the switching signal input from the diagnostic control circuit 13.
  • the grounding switching element 18W switches the conduction state between the other end of the shielded wire 33W and the frame ground 7 of the inverter 1 according to the switching signal input from the diagnostic control circuit 13.
  • the current detector 19W detects a current flowing through the shield line 33W via the diagnostic switching element 17W when the shield line 33W and the diagnostic power supply 10 are in a conductive state, and outputs the detection result to the diagnostic control circuit 13.
  • the diagnosis control circuit 13 diagnoses the state of the W-phase cable 31W based on the current detection result by the current detector 19W.
  • the motor 2 acts as a load of the inverter 1 by receiving AC power transmitted from the inverter 1 through the AC wiring 3 and rotatingly driving a rotor (not shown).
  • the rotational drive of the motor 2 is used as a driving force for driving the vehicle, for example.
  • Current sensors 9U, 9V, 9W are arranged between the inverter 1 and the motor 2.
  • the current sensor 9U detects the U-phase AC current flowing through the cable 31U and outputs the detection result to the power conversion control circuit 12.
  • the current sensor 9V detects the V-phase AC current flowing through the cable 31V and outputs the detection result to the power conversion control circuit 12.
  • the current sensor 9W detects the W-phase AC current flowing through the cable 31W and outputs the detection result to the power conversion control circuit 12.
  • the power conversion control circuit 12 uses these detection results to generate drive signals to be output to the power conversion switching elements 15U to 16W.
  • FIGS. 2 and 3 are diagrams showing an example of a timing chart of each signal related to the diagnosis of the AC wiring 3.
  • FIG. 2 shows an example in which the AC wiring 3 is in a normal state
  • FIG. 3 shows an example in which the AC wiring 3 is in an abnormal state.
  • (a) shows an ignition signal of the vehicle
  • (b) shows an on/off state of the contactor 6, and (c) shows DC power supplied from the high-voltage battery 5 to the inverter 1. It shows the voltage.
  • (D) shows the on/off state of the upper switches to which the shield wires 33U to 33W are connected in the inverter 1, that is, the diagnostic switching elements 17U to 17W
  • (e) shows the shield wires 33U to 33W in the inverter 1.
  • the ON/OFF states of the connected lower switches, that is, the ground switching elements 18U to 18W are shown.
  • (F) shows a shield current flowing through each of the shield wires 33U to 33W
  • (g) shows a status signal output from the diagnosis control circuit 13 as a diagnosis result of the AC wiring 3.
  • the power of the inverter 1 is turned on accordingly and the power supply circuit 11 performs the diagnosis.
  • Generation of the power supply 10 for use is started.
  • the diagnostic switching elements 17U to 17W are in the off state, and the shield lines 33U to 33W and the diagnostic power source 10 are disconnected.
  • the ground switching elements 18U to 18W are in the ON state, and the shield lines 33U to 33W and the frame ground 7 of the inverter 1 are electrically connected.
  • the diagnostic control circuit 13 switches the ground switching elements 18U to 18W from on to off at time t2, thereby shielding the shield wire 33U. ⁇ 33 W is cut off from the frame ground 7 of the inverter 1. Then, as shown in (d), the switching elements 17U to 17W for diagnosis are switched from off to on, so that the shield wires 33U to 33W and the diagnostic power supply 10 are electrically connected. At this time, the diagnostic control circuit 13 sets a predetermined dead time period td for turning off the ground switching elements 18U to 18W and turning on the diagnostic switching elements 17U to 17W together. It is provided to generate and output switching signals for the diagnostic switching elements 17U to 17W and the ground switching elements 18U to 18W.
  • the diagnostic control circuit 13 sets a predetermined diagnostic determination period tj as shown in (f) corresponding to the timing when the diagnostic switching elements 17U to 17W are turned on. Then, the AC wiring 3 is diagnosed by comparing the shield current detected in the diagnosis determination period tj with a predetermined determination threshold th. In the case of FIG. 2, since the shield current in the diagnosis determination period tj is equal to or greater than the determination threshold th, the diagnostic control circuit 13 diagnoses that the AC wiring 3 is normal. In this case, the diagnostic control circuit 13 outputs the status signal to the host controller (not shown) without changing the L level as shown in FIG.
  • the diagnostic control circuit 13 switches the diagnostic switching elements 17U to 17W from ON to OFF as shown in (d) when a predetermined ON period tn elapses after the diagnostic switching elements 17U to 17W are turned ON. Then, the shield lines 33U to 33W and the diagnostic power source 10 are disconnected again. After that, at a time t3 when a predetermined dead time period td has elapsed, the ground switching elements 18U to 18W are switched from OFF to ON as shown in (e), so that the shield wires 33U to 33W and the frame ground 7 of the inverter 1 are switched. Conducts again between and.
  • the host controller Upon receiving the above status signal from the diagnostic control circuit 13, the host controller determines that the diagnostic result of the AC wiring 3 is normal, and switches the contactor 6 from off to on at time t4 as shown in FIG. 2(b). .. As a result, as shown in (c), the voltage of the DC power supplied from the high-voltage battery 5 to the inverter 1 rises, and the inverter 1 starts the power conversion operation from the DC power to the AC power.
  • the AC wiring 3 is in an abnormal state
  • the ignition signal changes from off to on at time t1 as shown in FIG. 3A
  • the power of the inverter 1 is turned on accordingly and the power supply circuit 11
  • the generation of the diagnostic power supply 10 is started.
  • the switching states of the diagnostic switching elements 17U to 17W and the ground switching elements 18U to 18W at this time are the same as those in FIG. That is, as shown in (d), the diagnostic switching elements 17U to 17W are in the off state, and the shield lines 33U to 33W and the diagnostic power source 10 are disconnected.
  • the ground switching elements 18U to 18W are in the ON state, and the shield lines 33U to 33W and the frame ground 7 of the inverter 1 are electrically connected.
  • the diagnostic control circuit 13 switches the diagnostic switching elements 17U to 17W and the ground switching elements 18U to 18W at the same timing as in FIG. That is, the ground switching elements 18U to 18W are switched from on to off at time t2, and the diagnostic switching elements 17U to 17W are switched from off to on after the lapse of a predetermined dead time period td. Then, the current detectors 19U to 19W are used to detect the shield currents flowing through the shield wires 33U to 33W, respectively.
  • the diagnostic switching elements 17U to 17W are switched from ON to OFF, so that the shield wires 33U to 33W and the diagnostic power source 10 are connected. Shut off again.
  • the ground switching elements 18U to 18W are switched from off to on, so that the shield lines 33U to 33W and the frame ground 7 of the inverter 1 are electrically connected again. ..
  • the connectors attached to the U-phase, V-phase, and W-phase cables 31U, 31V, 31W are The case corresponds to the case where it is disconnected from the inverter 1 or the motor 2, or the case where the shield wires 33U to 33W of each cable come out from the connector while the connector is fixed to the inverter 1 or the motor 2.
  • each cable is completely broken, that is, when both the core wires 32U to 32W and the shield wires 33U to 33W are broken.
  • the diagnostic switching elements 17U to 17W connect the shield wires 33U to 33W and the diagnostic power source 10 as shown in FIG. 3(f). No shield current flows through.
  • the diagnostic control circuit 13 compares the shield current detected in the preset predetermined diagnostic determination period tj with a predetermined determination threshold th, as described in FIG. 2, to diagnose the AC wiring 3. To do. In the case of FIG. 3, since the shield current in the diagnosis determination period tj is less than the determination threshold th as shown in (f), the diagnostic control circuit 13 diagnoses that the AC wiring 3 is abnormal. In this case, the diagnostic control circuit 13 changes the status signal from the L level to the H level as shown in (g), and outputs the status signal to a host controller (not shown).
  • the host controller determines that the diagnostic result of the AC wiring 3 is abnormal and keeps the contactor 6 off as shown in FIG. 3(b).
  • the host controller determines that the diagnostic result of the AC wiring 3 is abnormal and keeps the contactor 6 off as shown in FIG. 3(b).
  • the diagnostic switching elements 17U to 17W disconnect the shield wires 33U to 33W from the diagnostic power source 10, and the ground switching element 18U to The shield wires 33U to 33W are electrically connected to the frame ground 7 of the inverter 1 by 18W. Therefore, the voltage of the shield wires 33U to 33W with respect to the frame ground 7 of the inverter 1 and the frame ground 8 of the motor 2 can be set to 0, and even if a person touches the shield wires 33U to 33W in a disconnected state, an electric shock may occur. The danger can be avoided.
  • the diagnostic switching elements 17U to 17W When the AC wiring 3 is diagnosed as described above, by turning on the diagnostic switching elements 17U to 17W, a shield current flows through the shield wires 33U to 33W via the diagnostic switching elements 17U to 17W. Therefore, in order to prevent an excessive shield current from flowing, the diagnostic switching elements 17U to 17W need to have a certain resistance value in the ON state.
  • the ground switching elements 18U to 18W are turned on so that the shield wires 33U to 33W are electrically connected to the frame ground 7 of the inverter 1 via the ground switching elements 18U to 18W. Connected to.
  • the grounding switching elements 18U to 18W have a resistance value as small as possible in the ON state, and at least the resistance value in the ON state is smaller than that of the diagnostic switching elements 17U to 17W. Is preferred.
  • FIG. 4 is a sectional view showing a structural example of the AC wiring 3 according to the first embodiment of the present invention.
  • the cables 31U, 31V, 31W forming the AC wiring 3 each have a structure as shown in FIG. That is, the central portion where the conductor is covered with the insulating layer corresponds to the core wires 32U, 32V, 32W, and this is surrounded by the electric shield layer corresponding to the shield wires 33U, 33V, 33W. The outside of the electric shield layer is covered with a sheath for protecting and insulating each cable.
  • the inverter 1 converts DC power supplied from the high-voltage battery 5 into AC power, and AC power is supplied via the AC wiring 3 formed by surrounding the core wires 32U to 32W with the shield wires 33U to 33W. Is output to the motor 2, which is a load. One ends of the shield wires 33U to 33W are electrically connected to the frame ground 8 of the motor 2.
  • the inverter 1 includes a diagnostic switching element 17U to 17W that switches a conduction state between the other end side of the shielded wires 33U to 33W and the diagnostic power supply 10, and the other end side of the shielded wires 33U to 33W and the frame ground of the inverter 1.
  • the grounding switching elements 18U to 18W for switching the conduction state between the diagnostic control circuit 13 and the control circuit 7 are provided.
  • the diagnostic control circuit 13 connects the other ends of the shield wires 33U to 33W to the diagnostic power source 10 by the diagnostic switching elements 17U to 17W, and shields the shield wires 33U to 33W by the ground switching elements 18U to 18W.
  • the state of the AC wiring 3 is diagnosed based on the energized state of the shielded wires 33U to 33W when the other end side and the frame ground 7 of the inverter 1 are cut off.
  • the voltage of the shield wires 33U to 33W with respect to the frame ground 7 of the inverter 1 and the frame ground 8 of the motor 2 can be set to 0 except when diagnosing the AC wiring 3, so that the shield wires 33U to 33W are disconnected. Even if a person touches it while operating, the risk of electric shock can be avoided. Therefore, the connection state of the AC wiring 3 connected between the inverter 1 and the motor 2 can be safely diagnosed.
  • the AC wiring 3 includes a plurality of core wires 32U to 32W for transmitting U-phase, V-phase, and W-phase AC power, and a plurality of shield wires 33U to 33W surrounding the core wires 32U to 32W.
  • the diagnostic switching elements 17U to 17W and the ground switching elements 18U to 18W are provided respectively for the shield lines 33U to 33W. Since it did in this way, the connection state can be safely diagnosed about each of the cables 31U, 31V, and 31W which comprise the alternating current wiring 3.
  • the diagnostic control circuit 13 provides a dead time period td in which both the diagnostic switching elements 17U to 17W and the ground switching elements 18U to 18W are turned off, and the diagnostic switching elements 17U to 17W and the ground switching element are provided. Switching control from 18U to 18W is performed. Since it did in this way, it can prevent that the diagnostic power supply 10 and the frame ground 7 are short-circuited in the inverter 1, and can improve safety.
  • the inverter 1 further includes a power supply circuit 11 that generates the diagnostic power supply 10. As described with reference to FIGS. 2 and 3, the diagnostic control circuit 13 operates from the time when the power supply circuit 11 starts generating the diagnostic power supply 10 to the time when the high-voltage battery 5 starts supplying DC power, that is, the time.
  • the other ends of the shield wires 33U to 33W and the diagnostic power supply 10 are electrically connected (the diagnostic switching elements 17U to 17W are turned on), and the shield wires 33U to 33W are Switching control of the diagnostic switching elements 17U to 17W and the ground switching elements 18U to 18W is performed so that the end side is disconnected from the frame ground 7 of the inverter 1 (the ground switching elements 18U to 18W are turned off). Then, the AC wiring 3 is diagnosed. Since it did in this way, when the connection state of the alternating current wiring 3 is abnormal, the supply of direct-current power from the high voltage battery 5 to the inverter 1 can be prevented in advance. Therefore, the inverter 1 and the motor 2 can be kept in a safe state where high voltage is not applied.
  • the diagnostic control circuit 13 shields the power supply circuit 11 before time t1 when the power supply circuit 11 starts generating the diagnostic power supply 10 and after time t4 when the high-voltage battery 5 starts supplying DC power.
  • the other ends of the lines 33U to 33W and the diagnostic power supply 10 are disconnected (the diagnostic switching elements 17U to 17W are turned off), and the other ends of the shield lines 33U to 33W and the frame ground 7 of the inverter 1 are connected to each other.
  • the switching control of the diagnostic switching elements 17U to 17W and the ground switching elements 18U to 18W is performed so that the electrical connection is established between them (the ground switching elements 18U to 18W are turned on).
  • the voltage of the shield wires 33U to 33W with respect to the frame ground 7 of the inverter 1 and the frame ground 8 of the motor 2 is surely set to 0 except when diagnosing the AC wiring 3, and the risk of electric shock is avoided. be able to.
  • the grounding switching elements 18U to 18W have a smaller resistance value in the ON state than the diagnostic switching elements 17U to 17W. By doing so, it is possible to prevent an excessive shield current from flowing through the shield wires 33U to 33W when diagnosing the AC wiring 3, and reduce the ground resistance of the shield wires 33U to 33W.
  • FIG. 5 is a configuration diagram of a motor drive system according to the second embodiment of the present invention.
  • the motor drive system shown in FIG. 5 is used by being mounted in a vehicle such as an automobile, for example, similarly to the motor drive system of FIG. 1 described in the first embodiment, and the inverter 1A and the motor 2 are AC. It is configured by being connected via the wiring 3A.
  • the AC wiring 3A has core wires 32U, 32V, 32W respectively corresponding to the U phase, the V phase, and the W phase, which are gathered in one cable 31.
  • the difference is that one shield wire 33 is provided on the cable 31.
  • the inverter 1A is different from the inverter 1 described in the first embodiment in that the diagnostic switching elements 17U to 17W, the ground switching elements 18U to 18W, and the current detectors 19U to 19W in FIG. The difference is that one diagnostic switching element 17, one ground switching element 18, and one current detector 19 are provided for each shield line 33.
  • the diagnostic control circuit 13 performs switching control of the diagnostic switching element 17 and the grounding switching element 18 at a predetermined timing and uses the current detector 19 by the same procedure as described in the first embodiment.
  • the shield current flowing through the shield wire 33 is detected.
  • a host controller not shown.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a structural example of the AC wiring 3A according to the second embodiment of the present invention.
  • the cable 31 forming the AC wiring 3A has a structure as shown in FIG. That is, one electric shield layer corresponding to the shield wire 33 collectively surrounds the three core wires 32U, 32V, 32W formed by covering the conductor with the insulating layer. The outside of this electric shield layer is covered with a sheath for protecting and insulating the cable 31.
  • the AC wiring 3 includes the plurality of core wires 32U to 32W and the core wires 32U to 32W that respectively transmit the U-phase, V-phase, and W-phase AC power. And one shield wire 33 that collectively surrounds.
  • the diagnostic switching element 17 and the ground switching element 18 are provided for each shield line 33. Since this is done, it is possible to safely diagnose the connection state of the AC wiring 3 while reducing the number of diagnostic switching elements and ground switching elements.

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Abstract

インバータと負荷の間に接続される交流配線の接続状態を安全に診断することを目的とする。　インバータ（１）は、高電圧バッテリ（５）から供給される直流電力を交流電力に変換し、交流配線（３）を介して交流電力を負荷であるモータ（２）に出力する。交流配線（３）のシールド線（３３Ｕ～３３Ｗ）の一端側は、モータ（２）のフレームグランド（８）と電気的に接続されている。診断制御回路（１３）は、診断用スイッチング素子（１７Ｕ～１７Ｗ）によりシールド線（３３Ｕ～３３Ｗ）の他端側と診断用電源（１０）との間が導通され、かつ、接地用スイッチング素子（１８Ｕ～１８Ｗ）によりシールド線（３３Ｕ～３３Ｗ）の他端側とインバータ（１）のフレームグランド（７）との間が遮断されているときのシールド線（３３Ｕ～３３Ｗ）の通電状態に基づいて、交流配線（３）の状態を診断する。

Description

電力変換装置
　本発明は、電力変換装置に関する。
　本技術分野の背景技術として、下記特許文献１が知られている。特許文献１には、直流電圧発生手段と、インバータ装置と、前記インバータ装置の負荷と、前記直流電圧発生手段、前記インバータ装置、前記負荷との間を電気接続するシールド線と、出力の一端が接地された電源とを備え、前記シールド線のシールド部は、前記インバータ装置以外の箇所では接地されて、前記電源より前記シールド部へ通電し前記シールド線の接続を診断する電気接続診断方法が開示されている。
特開２００６－２１５９３号公報
　特許文献１の技術では、インバータ装置側ではシールド線がコンデンサを介して接地されている一方で、負荷側ではシールド線がコンデンサを介さずに直接接地されている。そのため、インバータ装置側でコンデンサに電荷が溜まると、インバータ装置と負荷の間を等電位に保てず、シールド線に電圧が印加された状態となる場合がある。この場合、シールド線が断線している状態で人が触れると感電の危険性がある。
　本発明は、上記課題を解決するため、インバータと負荷の間に接続される交流配線の接続状態を安全に診断することを目的とする。
　本発明による電力変換装置は、高電圧電源から供給される直流電力を交流電力に変換し、心線がシールド線で囲われて形成された交流配線を介して前記交流電力を負荷に出力するものであって、前記シールド線の一端側は、前記負荷のフレームグランドと電気的に接続されており、前記電力変換装置は、前記シールド線の他端側と診断用電源との間の導通状態を切り替える第１スイッチング素子と、前記シールド線の他端側と前記電力変換装置のフレームグランドとの間の導通状態を切り替える第２スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子により前記シールド線の他端側と前記診断用電源との間が導通され、かつ、前記第２スイッチング素子により前記シールド線の他端側と前記電力変換装置のフレームグランドとの間が遮断されているときの前記シールド線の通電状態に基づいて、前記交流配線の状態を診断する制御回路と、を備える。
　本発明によれば、インバータと負荷の間に接続される交流配線の接続状態を安全に診断することができる。
本発明の第１の実施形態に係るモータ駆動システムの構成図である。 交流配線が正常状態である場合の各信号のタイミングチャートの一例を示す図である。 交流配線が異常状態である場合の各信号のタイミングチャートの一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る交流配線の構造例を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るモータ駆動システムの構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る交流配線の構造例を示す断面図である。
（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態に係るモータ駆動システムの構成図である。図１に示すモータ駆動システムは、例えば自動車等の車両に搭載されて使用されるものであり、インバータ１とモータ２が交流配線３を介して接続されることにより構成されている。
　インバータ１は、本発明の一実施形態に係る電力変換装置に相当し、電源回路１１、電力変換制御回路１２、診断制御回路１３、平滑コンデンサ１４、電力変換用スイッチング素子１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ，１６Ｕ，１６Ｖおよび１６Ｗ、診断用スイッチング素子１７Ｕ，１７Ｖおよび１７Ｗ、接地用スイッチング素子１８Ｕ，１８Ｖおよび１８Ｗ、電流検出器１９Ｕ，１９Ｖおよび１９Ｗを有している。
　電源回路１１は、低電圧バッテリ４と接続されており、低電圧バッテリ４から供給される直流電力を用いて、インバータ１において使用される複数種類の電源を生成する。この電源回路１１により生成される電源には、電力変換制御回路１２や診断制御回路１３の動作電源とともに、診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗを介して交流配線３と接続される診断用電源１０が含まれる。この診断用電源１０は、診断制御回路１３が交流配線３の診断を行う際に利用される電源であり、診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗの切り替え動作に応じて交流配線３との接続状態が切り替えられる。なお、短絡保護のため、電源回路１１に電流制限機能を持たせるとともに、いずれかの電源が短絡したときには所定の安全動作を電源回路１１に実行させることが好ましい。
　電力変換制御回路１２は、電源回路１１からの電源供給を受けて動作し、電力変換用スイッチング素子１５Ｕ～１６Ｗのスイッチング状態をそれぞれ制御して直流電力から交流電力への電力変換を行うための駆動信号を生成する。電力変換制御回路１２は、例えば不図示の上位コントローラから入力されるトルク要求値に基づくＰＷＭ制御により、電力変換用スイッチング素子１５Ｕ～１６Ｗをそれぞれオンおよびオフさせるタイミングを決定し、そのタイミングに従って駆動信号を生成する。電力変換制御回路１２により生成された駆動信号は、電力変換用スイッチング素子１５Ｕ～１６Ｗにそれぞれ出力される。
　診断制御回路１３は、電源回路１１からの電源供給を受けて動作し、診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗおよび接地用スイッチング素子１８Ｕ～１８Ｗの切り替え状態をそれぞれ制御するための切替信号を生成するとともに、交流配線３の状態を診断する。診断制御回路１３により生成された切替信号は、診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗおよび接地用スイッチング素子１８Ｕ～１８Ｗにそれぞれ出力される。診断制御回路１３は、例えば所定のプログラムを実行するマイクロコンピュータや、ＦＰＧＡ等を用いて構成される。なお、診断制御回路１３による切替信号の生成方法および交流配線３の診断方法については、後で詳細に説明する。
　電力変換用スイッチング素子１５Ｕ～１６Ｗは、電力変換制御回路１２から入力される駆動信号に応じてスイッチング動作を行うことにより、高電圧バッテリ５から供給される直流電力を三相交流電力に変換し、交流配線３を介して負荷であるモータ２に出力する。電力変換用スイッチング素子１５Ｕおよび１６Ｕは三相交流電力のＵ相に、電力変換用スイッチング素子１５Ｖおよび１６Ｖは三相交流電力のＶ相に、電力変換用スイッチング素子１５Ｗおよび１６Ｗは三相交流電力のＷ相に、それぞれ対応している。なお、電力変換用スイッチング素子１５Ｕ～１６Ｗには、例えばＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴを用いることができる。
　高電圧バッテリ５は、コンタクタ６を介して電力変換用スイッチング素子１５Ｕ～１６Ｗと接続されている。不図示の上位コントローラによってコンタクタ６がオンされることで、高電圧バッテリ５からの直流電力の供給が開始される。高電圧バッテリ５には電力変換用スイッチング素子１５Ｕ～１６Ｗと並列に平滑コンデンサ１４が接続されており、この平滑コンデンサ１４によって高電圧バッテリ５からの直流電力が平滑化される。
　交流配線３は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ対応するケーブル３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗによって構成される。Ｕ相のケーブル３１Ｕは、電力変換用スイッチング素子１５Ｕおよび１６Ｕと接続されており、これらのスイッチング動作によって直流電力から変換されて生成されたＵ相交流電力をインバータ１からモータ２に伝達する。Ｖ相のケーブル３１Ｖは、電力変換用スイッチング素子１５Ｖおよび１６Ｖと接続されており、これらのスイッチング動作によって直流電力から変換されて生成されたＶ相交流電力をインバータ１からモータ２に伝達する。Ｗ相のケーブル３１Ｗは、電力変換用スイッチング素子１５Ｗおよび１６Ｗと接続されており、これらのスイッチング動作によって直流電力から変換されて生成されたＷ相交流電力をインバータ１からモータ２に伝達する。
　ケーブル３１Ｕは、電力変換用スイッチング素子１５Ｕ，１６Ｕとモータ２が有する不図示のＵ相巻線との間に接続されている心線３２Ｕと、心線３２Ｕを囲むシールド線３３Ｕとを有する。シールド線３３Ｕの一端側、すなわちモータ２側は、モータ２のフレームグランド８と電気的に接続されている。シールド線３３Ｕの他端側、すなわちインバータ１側は、診断用スイッチング素子１７Ｕおよび電流検出器１９Ｕを介して診断用電源１０に接続されるとともに、接地用スイッチング素子１８Ｕを介してインバータ１のフレームグランド７と電気的に接続されている。
　ケーブル３１Ｖは、電力変換用スイッチング素子１５Ｖ，１６Ｖとモータ２が有する不図示のＶ相巻線との間に接続されている心線３２Ｖと、心線３２Ｖを囲むシールド線３３Ｖとを有する。シールド線３３Ｖの一端側、すなわちモータ２側は、モータ２のフレームグランド８と電気的に接続されている。シールド線３３Ｖの他端側、すなわちインバータ１側は、診断用スイッチング素子１７Ｖおよび電流検出器１９Ｖを介して診断用電源１０に接続されるとともに、接地用スイッチング素子１８Ｖを介してインバータ１のフレームグランド７と電気的に接続されている。
　ケーブル３１Ｗは、電力変換用スイッチング素子１５Ｗ，１６Ｗとモータ２が有する不図示のＷ相巻線との間に接続されている心線３２Ｗと、心線３２Ｗを囲むシールド線３３Ｗとを有する。シールド線３３Ｗの一端側、すなわちモータ２側は、モータ２のフレームグランド８と電気的に接続されている。シールド線３３Ｗの他端側、すなわちインバータ１側は、診断用スイッチング素子１７Ｗおよび電流検出器１９Ｗを介して診断用電源１０に接続されるとともに、接地用スイッチング素子１８Ｗを介してインバータ１のフレームグランド７と電気的に接続されている。
　なお、インバータ１のフレームグランド７と、モータ２のフレームグランド８とは、互いに電気的に接続されていることが好ましい。例えば、図１のモータ駆動システムが車両に搭載されて使用される場合、車両のボディにこれらを接続することで、これらを互いに電気的に接続することができる。これにより、シールド線３３Ｕ～３３Ｗの一端側をモータ２のフレームグランド８に接続し、他端側をインバータ１のフレームグランド７に接続したときに、シールド線３３Ｕ～３３Ｗにおいて電位差が生じるのを防止できる。
　診断用スイッチング素子１７Ｕ、接地用スイッチング素子１８Ｕおよび電流検出器１９Ｕは、シールド線３３Ｕに対応してそれぞれ設けられている。診断用スイッチング素子１７Ｕは、診断制御回路１３から入力される切替信号に応じてシールド線３３Ｕの他端側と診断用電源１０との間の導通状態を切り替える。接地用スイッチング素子１８Ｕは、診断制御回路１３から入力される切替信号に応じてシールド線３３Ｕの他端側とインバータ１のフレームグランド７との間の導通状態を切り替える。電流検出器１９Ｕは、シールド線３３Ｕと診断用電源１０が導通状態のときに診断用スイッチング素子１７Ｕを介してシールド線３３Ｕに流れる電流を検出し、検出結果を診断制御回路１３に出力する。診断制御回路１３は、この電流検出器１９Ｕによる電流検出結果に基づいて、Ｕ相のケーブル３１Ｕの状態を診断する。
　診断用スイッチング素子１７Ｖ、接地用スイッチング素子１８Ｖおよび電流検出器１９Ｖは、シールド線３３Ｖに対応してそれぞれ設けられている。診断用スイッチング素子１７Ｖは、診断制御回路１３から入力される切替信号に応じてシールド線３３Ｖの他端側と診断用電源１０との間の導通状態を切り替える。接地用スイッチング素子１８Ｖは、診断制御回路１３から入力される切替信号に応じてシールド線３３Ｖの他端側とインバータ１のフレームグランド７との間の導通状態を切り替える。電流検出器１９Ｖは、シールド線３３Ｖと診断用電源１０が導通状態のときに診断用スイッチング素子１７Ｖを介してシールド線３３Ｖに流れる電流を検出し、検出結果を診断制御回路１３に出力する。診断制御回路１３は、この電流検出器１９Ｖによる電流検出結果に基づいて、Ｖ相のケーブル３１Ｖの状態を診断する。
　診断用スイッチング素子１７Ｗ、接地用スイッチング素子１８Ｗおよび電流検出器１９Ｗは、シールド線３３Ｗに対応してそれぞれ設けられている。診断用スイッチング素子１７Ｗは、診断制御回路１３から入力される切替信号に応じてシールド線３３Ｗの他端側と診断用電源１０との間の導通状態を切り替える。接地用スイッチング素子１８Ｗは、診断制御回路１３から入力される切替信号に応じてシールド線３３Ｗの他端側とインバータ１のフレームグランド７との間の導通状態を切り替える。電流検出器１９Ｗは、シールド線３３Ｗと診断用電源１０が導通状態のときに診断用スイッチング素子１７Ｗを介してシールド線３３Ｗに流れる電流を検出し、検出結果を診断制御回路１３に出力する。診断制御回路１３は、この電流検出器１９Ｗによる電流検出結果に基づいて、Ｗ相のケーブル３１Ｗの状態を診断する。
　モータ２は、インバータ１から交流配線３を介して伝達される交流電力を受けて不図示の回転子を回転駆動させることにより、インバータ１の負荷として作用する。モータ２の回転駆動は、例えば車両を走行駆動させるための駆動力として利用される。
　インバータ１とモータ２の間には、電流センサ９Ｕ、９Ｖ，９Ｗが配置される。電流センサ９Ｕは、ケーブル３１Ｕに流れるＵ相交流電流を検出し、検出結果を電力変換制御回路１２に出力する。電流センサ９Ｖは、ケーブル３１Ｖに流れるＶ相交流電流を検出し、検出結果を電力変換制御回路１２に出力する。電流センサ９Ｗは、ケーブル３１Ｗに流れるＷ相交流電流を検出し、検出結果を電力変換制御回路１２に出力する。電力変換制御回路１２では、これらの検出結果を用いて、電力変換用スイッチング素子１５Ｕ～１６Ｗに出力する駆動信号の生成を行う。
　次に、診断制御回路１３による切替信号の生成方法および交流配線３の診断方法について、図２および図３を参照して説明する。図２および図３は、交流配線３の診断に係る各信号のタイミングチャートの一例を示す図である。図２では交流配線３が正常状態である場合の例を示し、図３では交流配線３が異常状態である場合の例を示している。
　図２および図３において、（ａ）は車両のイグニッション信号を示し、（ｂ）はコンタクタ６のオン／オフ状態を示し、（ｃ）は高電圧バッテリ５からインバータ１に供給される直流電力の電圧を示している。（ｄ）はインバータ１においてシールド線３３Ｕ～３３Ｗがそれぞれ接続されている上側スイッチ、すなわち診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗのオン／オフ状態を示し、（ｅ）はインバータ１においてシールド線３３Ｕ～３３Ｗがそれぞれ接続されている下側スイッチ、すなわち接地用スイッチング素子１８Ｕ～１８Ｗのオン／オフ状態を示している。（ｆ）はシールド線３３Ｕ～３３Ｗにそれぞれ流れるシールド電流を示し、（ｇ）は診断制御回路１３から交流配線３の診断結果として出力されるステータス信号を示している。
　交流配線３が正常状態である場合、図２において（ａ）に示すように時刻ｔ１でイグニッション信号がオフからオンに変化すると、これに応じてインバータ１の電源が投入され、電源回路１１によって診断用電源１０の生成が開始される。このとき、（ｄ）に示すように診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗはオフ状態であり、シールド線３３Ｕ～３３Ｗと診断用電源１０との間は遮断されている。一方、（ｅ）に示すように接地用スイッチング素子１８Ｕ～１８Ｗはオン状態であり、シールド線３３Ｕ～３３Ｗとインバータ１のフレームグランド７との間は導通されている。
　時刻ｔ１で診断用電源１０の生成が開始されると、時刻ｔ２において診断制御回路１３は、（ｅ）に示すように接地用スイッチング素子１８Ｕ～１８Ｗをオンからオフに切り替えることで、シールド線３３Ｕ～３３Ｗとインバータ１のフレームグランド７との間を遮断する。その後、さらに（ｄ）に示すように、診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗをオフからオンに切り替えることで、シールド線３３Ｕ～３３Ｗと診断用電源１０との間を導通する。このとき診断制御回路１３は、接地用スイッチング素子１８Ｕ～１８Ｗをオフにしてから診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗをオンにするまでの間に、これらをともにオフ状態とする所定のデッドタイム期間ｔｄを設けて、診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗおよび接地用スイッチング素子１８Ｕ～１８Ｗに対する切替信号を生成して出力する。
　上記のようにして診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗおよび接地用スイッチング素子１８Ｕ～１８Ｗの切り替え制御を行うとともに、診断制御回路１３は、電流検出器１９Ｕ～１９Ｗを用いて、シールド線３３Ｕ～３３Ｗにそれぞれ流れるシールド電流を検出する。このとき、交流配線３が正常状態であり、インバータ１およびモータ２においてシールド線３３Ｕ～３３Ｗが正常に接続されている場合は、診断用電源１０からシールド線３３Ｕ～３３Ｗを介してモータ２のフレームグランド８に電流が流れるため、図２（ｆ）に示すようなシールド電流が検出される。
　診断制御回路１３は、診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗがオンであるタイミングに対応して、（ｆ）に示すように所定の診断判定期間ｔｊを設定する。そして、この診断判定期間ｔｊにおいて検出されたシールド電流を所定の判定閾値ｔｈと比較することで、交流配線３の診断を行う。図２の場合、診断判定期間ｔｊにおけるシールド電流が判定閾値ｔｈ以上であるため、診断制御回路１３は交流配線３が正常であると診断する。この場合、診断制御回路１３は、図２（ｇ）に示すようにステータス信号をＬレベルのままで変化させずに、不図示の上位コントローラに出力する。
　また診断制御回路１３は、診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗをオンにしてから所定のオン期間ｔｎを経過すると、（ｄ）に示すように、診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗをオンからオフに切り替えることで、シールド線３３Ｕ～３３Ｗと診断用電源１０との間を再び遮断する。その後、所定のデッドタイム期間ｔｄを経過した時刻ｔ３において、（ｅ）に示すように接地用スイッチング素子１８Ｕ～１８Ｗをオフからオンに切り替えることで、シールド線３３Ｕ～３３Ｗとインバータ１のフレームグランド７との間を再び導通する。
　診断制御回路１３から上記のステータス信号を受けると、上位コントローラは交流配線３の診断結果が正常であると判断し、図２（ｂ）に示すように時刻ｔ４においてコンタクタ６をオフからオンに切り替える。これにより、（ｃ）に示すように高電圧バッテリ５からインバータ１へ供給される直流電力の電圧が上昇し、インバータ１による直流電力から交流電力への電力変換動作が開始される。
　一方、交流配線３が異常状態である場合、図３において（ａ）に示すように時刻ｔ１でイグニッション信号がオフからオンに変化すると、これに応じてインバータ１の電源が投入され、電源回路１１によって診断用電源１０の生成が開始される。このときの診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗおよび接地用スイッチング素子１８Ｕ～１８Ｗの切替状態は、図２と同様である。すなわち、（ｄ）に示すように診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗはオフ状態であり、シールド線３３Ｕ～３３Ｗと診断用電源１０との間は遮断されている。一方、（ｅ）に示すように接地用スイッチング素子１８Ｕ～１８Ｗはオン状態であり、シールド線３３Ｕ～３３Ｗとインバータ１のフレームグランド７との間は導通されている。
　時刻ｔ１で診断用電源１０の生成が開始されると、診断制御回路１３は、診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗおよび接地用スイッチング素子１８Ｕ～１８Ｗを、図２と同様のタイミングでそれぞれ切り替える。すなわち、時刻ｔ２において接地用スイッチング素子１８Ｕ～１８Ｗをオンからオフに切り替え、所定のデッドタイム期間ｔｄの経過後に、診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗをオフからオンに切り替える。そして、電流検出器１９Ｕ～１９Ｗを用いて、シールド線３３Ｕ～３３Ｗにそれぞれ流れるシールド電流を検出する。また、診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗをオンにしてから所定のオン期間ｔｎを経過すると、診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗをオンからオフに切り替えることで、シールド線３３Ｕ～３３Ｗと診断用電源１０との間を再び遮断する。その後、所定のデッドタイム期間ｔｄを経過した時刻ｔ３において、接地用スイッチング素子１８Ｕ～１８Ｗをオフからオンに切り替えることで、シールド線３３Ｕ～３３Ｗとインバータ１のフレームグランド７との間を再び導通する。
　ここで、交流配線３においてシールド線３３Ｕ～３３Ｗのいずれか少なくとも一つがモータ２のフレームグランド８と電気的に接続されていない場合は、診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗをオンにしても、診断用電源１０から当該シールド線を介してモータ２のフレームグランド８に電流が流れない。そのため、図３（ｆ）に示すように０のままで変化しないシールド電流が検出される。
　なお、シールド線３３Ｕ～３３Ｗがモータ２のフレームグランド８と電気的に接続されていない場合とは、例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各ケーブル３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗに取り付けられたコネクタがインバータ１やモータ２から外れた場合や、インバータ１やモータ２にコネクタが固定されたままの状態で、各ケーブルのシールド線３３Ｕ～３３Ｗがコネクタから抜け出た場合などが該当する。また、各ケーブルが完全に断線した場合、すなわち心線３２Ｕ～３２Ｗおよびシールド線３３Ｕ～３３Ｗがともに破断した場合なども該当する。このような異常状態が交流配線３において生じていると、診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗによってシールド線３３Ｕ～３３Ｗと診断用電源１０との間を導通させても、図３（ｆ）に示すようにシールド電流は流れない。
　診断制御回路１３は、図２において説明したのと同様に、予め設定された所定の診断判定期間ｔｊにおいて検出されたシールド電流を所定の判定閾値ｔｈと比較することで、交流配線３の診断を行う。図３の場合、（ｆ）に示すように診断判定期間ｔｊにおけるシールド電流が判定閾値ｔｈ未満であるため、診断制御回路１３は交流配線３が異常であると診断する。この場合、診断制御回路１３は、（ｇ）に示すようにステータス信号をＬレベルからＨレベルに変化させ、不図示の上位コントローラに出力する。
　診断制御回路１３から上記のステータス信号を受けると、上位コントローラは交流配線３の診断結果が異常であると判断し、図３（ｂ）に示すようにコンタクタ６をオフのままとする。これにより、（ｃ）に示すように高電圧バッテリ５からインバータ１への直流電力の供給を事前に防止して、インバータ１やモータ２を高電圧が印加されていない安全な状態に保つことができる。
　また、診断制御回路１３による交流配線３の診断の終了後には、診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗによってシールド線３３Ｕ～３３Ｗと診断用電源１０との間が遮断されるとともに、接地用スイッチング素子１８Ｕ～１８Ｗによってシールド線３３Ｕ～３３Ｗがインバータ１のフレームグランド７と電気的に接続される。そのため、インバータ１のフレームグランド７やモータ２のフレームグランド８に対するシールド線３３Ｕ～３３Ｗの電圧を０にできるため、シールド線３３Ｕ～３３Ｗが断線している状態で人が触れたとしても、感電の危険性を回避することができる。
　なお、上記のように交流配線３の診断時には、診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗをオンにすることで、診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗを介してシールド線３３Ｕ～３３Ｗにシールド電流が流れる。したがって、過大なシールド電流が流れるのを防止するため、診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗは、オン状態のときにある程度の抵抗値を有する必要がある。一方、交流配線３の診断時以外では、接地用スイッチング素子１８Ｕ～１８Ｗをオンにすることで、接地用スイッチング素子１８Ｕ～１８Ｗを介してシールド線３３Ｕ～３３Ｗがインバータ１のフレームグランド７と電気的に接続される。したがって、接地抵抗を小さくするため、接地用スイッチング素子１８Ｕ～１８Ｗは、オン状態でなるべく小さな抵抗値を有することが好ましく、少なくとも診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗよりもオン状態での抵抗値が小さいことが好ましい。
　図４は、本発明の第１の実施形態に係る交流配線３の構造例を示す断面図である。本実施形態において、交流配線３を構成するケーブル３１Ｕ、３１Ｖ，３１Ｗは、それぞれ図４に示すような構造を有している。すなわち、導体が絶縁層で覆われた中心部分が心線３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗに相当し、これをシールド線３３Ｕ，３３Ｖ，３３Ｗに相当する電気シールド層が囲んでいる。電気シールド層の外側は、各ケーブルを保護および絶縁するためのシースで覆われている。
　以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
（１）インバータ１は、高電圧バッテリ５から供給される直流電力を交流電力に変換し、心線３２Ｕ～３２Ｗがシールド線３３Ｕ～３３Ｗで囲われて形成された交流配線３を介して交流電力を負荷であるモータ２に出力する。シールド線３３Ｕ～３３Ｗの一端側は、モータ２のフレームグランド８と電気的に接続されている。インバータ１は、シールド線３３Ｕ～３３Ｗの他端側と診断用電源１０との間の導通状態を切り替える診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗと、シールド線３３Ｕ～３３Ｗの他端側とインバータ１のフレームグランド７との間の導通状態を切り替える接地用スイッチング素子１８Ｕ～１８Ｗと、診断制御回路１３とを備える。診断制御回路１３は、診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗによりシールド線３３Ｕ～３３Ｗの他端側と診断用電源１０との間が導通され、かつ、接地用スイッチング素子１８Ｕ～１８Ｗによりシールド線３３Ｕ～３３Ｗの他端側とインバータ１のフレームグランド７との間が遮断されているときのシールド線３３Ｕ～３３Ｗの通電状態に基づいて、交流配線３の状態を診断する。このようにしたので、交流配線３の診断時以外には、インバータ１のフレームグランド７やモータ２のフレームグランド８に対するシールド線３３Ｕ～３３Ｗの電圧を０にできるため、シールド線３３Ｕ～３３Ｗが断線している状態で人が触れたとしても、感電の危険性を回避することができる。したがって、インバータ１とモータ２の間に接続される交流配線３の接続状態を安全に診断することができる。
（２）交流配線３は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電力のそれぞれを伝達する複数の心線３２Ｕ～３２Ｗと、心線３２Ｕ～３２Ｗのそれぞれを囲む複数のシールド線３３Ｕ～３３Ｗとを有する。診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗおよび接地用スイッチング素子１８Ｕ～１８Ｗは、シールド線３３Ｕ～３３Ｗ毎にそれぞれ設けられる。このようにしたので、交流配線３を構成するケーブル３１Ｕ，３１Ｖおよび３１Ｗのそれぞれについて、接続状態を安全に診断することができる。
（３）診断制御回路１３は、診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗおよび接地用スイッチング素子１８Ｕ～１８Ｗをともにオフ状態とするデッドタイム期間ｔｄを設けて、診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗおよび接地用スイッチング素子１８Ｕ～１８Ｗの切り替え制御を行う。このようにしたので、インバータ１において診断用電源１０とフレームグランド７の間が短絡されるのを防止し、安全性を向上させることができる。
（４）インバータ１は、診断用電源１０を生成する電源回路１１をさらに備える。診断制御回路１３は、図２、図３で説明したように、電源回路１１が診断用電源１０の生成を開始してから高電圧バッテリ５が直流電力の供給を開始するまでの間、すなわち時刻ｔ１から時刻ｔ４までの間に、シールド線３３Ｕ～３３Ｗの他端側と診断用電源１０との間が導通され（診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗがオン）、かつ、シールド線３３Ｕ～３３Ｗの他端側とインバータ１のフレームグランド７との間が遮断される（接地用スイッチング素子１８Ｕ～１８Ｗがオフ）ように、診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗおよび接地用スイッチング素子１８Ｕ～１８Ｗの切り替え制御を行って、交流配線３の診断を行う。このようにしたので、交流配線３の接続状態が異常である場合に、高電圧バッテリ５からインバータ１への直流電力の供給を事前に防止できる。そのため、インバータ１やモータ２を高電圧が印加されていない安全な状態に保つことができる。
（５）また、診断制御回路１３は、電源回路１１が診断用電源１０の生成を開始する時刻ｔ１より前、および、高電圧バッテリ５が直流電力の供給を開始した時刻ｔ４の後では、シールド線３３Ｕ～３３Ｗの他端側と診断用電源１０との間が遮断され（診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗがオフ）、かつ、シールド線３３Ｕ～３３Ｗの他端側とインバータ１のフレームグランド７との間が導通される（接地用スイッチング素子１８Ｕ～１８Ｗがオン）ように、診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗおよび接地用スイッチング素子１８Ｕ～１８Ｗの切り替え制御を行う。このようにしたので、交流配線３の診断時以外には、インバータ１のフレームグランド７やモータ２のフレームグランド８に対するシールド線３３Ｕ～３３Ｗの電圧を確実に０として、感電の危険性を回避することができる。
（６）接地用スイッチング素子１８Ｕ～１８Ｗは、診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗよりもオン状態での抵抗値が小さいことが好ましい。このようにすれば、交流配線３の診断時にシールド線３３Ｕ～３３Ｗにおいて過大なシールド電流が流れるのを防止するとともに、シールド線３３Ｕ～３３Ｗの接地抵抗を小さくすることができる。
（第２の実施形態）
　図５は、本発明の第２の実施形態に係るモータ駆動システムの構成図である。図５に示すモータ駆動システムは、第１の実施形態で説明した図１のモータ駆動システムと同様に、例えば自動車等の車両に搭載されて使用されるものであり、インバータ１Ａとモータ２が交流配線３Ａを介して接続されることにより構成されている。
　交流配線３Ａは、第１の実施形態で説明した交流配線３と比較して、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ対応する心線３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗが一つのケーブル３１にまとめられており、このケーブル３１に一つのシールド線３３が設けられている点が異なっている。また、インバータ１Ａは、第１の実施形態で説明したインバータ１と比較して、図１の診断用スイッチング素子１７Ｕ～１７Ｗ、接地用スイッチング素子１８Ｕ～１８Ｗおよび電流検出器１９Ｕ～１９Ｗに替えて、診断用スイッチング素子１７、接地用スイッチング素子１８および電流検出器１９が一つのシールド線３３に対してそれぞれ一つずつ設けられている点が異なっている。
　診断制御回路１３は、第１の実施形態で説明したのと同様の手順により、診断用スイッチング素子１７および接地用スイッチング素子１８の切り替え制御を所定のタイミングで実施するとともに、電流検出器１９を用いてシールド線３３に流れるシールド電流を検出する。そして、検出したシールド電流を所定の判定閾値ｔｈと比較することで、交流配線３が正常であるか異常であるかを診断し、その診断結果を不図示の上位コントローラに出力する。これにより、第１の実施形態と同様に、インバータ１Ａとモータ２の間に接続される交流配線３Ａの接続状態を安全に診断することができる。
　図６は、本発明の第２の実施形態に係る交流配線３Ａの構造例を示す断面図である。本実施形態において、交流配線３Ａを構成するケーブル３１は、図６に示すような構造を有している。すなわち、導体が絶縁層で覆われてそれぞれ形成された三つの心線３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗを、シールド線３３に相当する一つの電気シールド層がまとめて囲んでいる。この電気シールド層の外側は、ケーブル３１を保護および絶縁するためのシースで覆われている。
　以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、交流配線３は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電力のそれぞれを伝達する複数の心線３２Ｕ～３２Ｗと、心線３２Ｕ～３２Ｗをまとめて囲む一つのシールド線３３とを有する。診断用スイッチング素子１７および接地用スイッチング素子１８は、一つのシールド線３３に対してそれぞれ設けられる。このようにしたので、診断用スイッチング素子や接地用スイッチング素子の個数を減らしつつ、交流配線３の接続状態を安全に診断することができる。
　以上説明した各実施形態や各種変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
　１，１Ａ：インバータ
　２：モータ
　３，３Ａ：交流配線
　４：低電圧バッテリ
　５：高電圧バッテリ
　６：コンタクタ
　７：フレームグランド
　８：フレームグランド
　９Ｕ，９Ｖ，９Ｗ：電流センサ
　１０：診断用電源
　１１：電源回路
　１２：電力変換制御回路
　１３：診断制御回路
　１４：平滑コンデンサ
　１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ，１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗ：電力変換用スイッチング素子
　１７，１７Ｕ，１７Ｖ，１７Ｗ：診断用スイッチング素子
　１８，１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗ：接地用スイッチング素子
　１９，１９Ｕ，１９Ｖ，１９Ｗ：電流検出器
　３１，３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗ：ケーブル
　３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗ：心線
　３３，３３Ｕ，３３Ｖ，３３Ｗ：シールド線

Claims (7)

  1. 　高電圧電源から供給される直流電力を交流電力に変換し、心線がシールド線で囲われて形成された交流配線を介して前記交流電力を負荷に出力する電力変換装置であって、
    　前記シールド線の一端側は、前記負荷のフレームグランドと電気的に接続されており、
    　前記電力変換装置は、
    　前記シールド線の他端側と診断用電源との間の導通状態を切り替える第１スイッチング素子と、
    　前記シールド線の他端側と前記電力変換装置のフレームグランドとの間の導通状態を切り替える第２スイッチング素子と、
    　前記第１スイッチング素子により前記シールド線の他端側と前記診断用電源との間が導通され、かつ、前記第２スイッチング素子により前記シールド線の他端側と前記電力変換装置のフレームグランドとの間が遮断されているときの前記シールド線の通電状態に基づいて、前記交流配線の状態を診断する制御回路と、を備える電力変換装置。
  2. 　請求項１に記載の電力変換装置であって、
    　前記交流配線は、複数相の前記交流電力のそれぞれを伝達する複数の心線と、前記複数の心線のそれぞれを囲む複数のシールド線とを有し、
    　前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子は、前記複数のシールド配線毎にそれぞれ設けられる電力変換装置。
  3. 　請求項１に記載の電力変換装置であって、
    　前記交流配線は、複数相の前記交流電力のそれぞれを伝達する複数の心線と、前記複数の心線をまとめて囲む一つのシールド線とを有し、
    　前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子は、前記一つのシールド配線に対してそれぞれ設けられる電力変換装置。
  4. 　請求項１ないし３に記載のいずれかの電力変換装置であって、
    　前記制御回路は、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子をともにオフ状態とするデッドタイム期間を設けて、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の切り替え制御を行う電力変換装置。
  5. 　請求項１ないし３に記載のいずれかの電力変換装置であって、
    　前記診断用電源を生成する電源回路をさらに備え、
    　前記制御回路は、前記電源回路が前記診断用電源の生成を開始してから前記高電圧電源が前記直流電力の供給を開始するまでの間に、前記シールド線の他端側と前記診断用電源との間が導通され、かつ、前記シールド線の他端側と前記電力変換装置のフレームグランドとの間が遮断されるように、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の切り替え制御を行って、前記交流配線の診断を行う電力変換装置。
  6. 　請求項５に記載の電力変換装置であって、
    　前記制御回路は、前記電源回路が前記診断用電源の生成を開始する前、および、前記高電圧電源が前記直流電力の供給を開始した後では、前記シールド線の他端側と前記診断用電源との間が遮断され、かつ、前記シールド線の他端側と前記電力変換装置のフレームグランドとの間が導通されるように、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の切り替え制御を行う電力変換装置。
  7. 　請求項１ないし３に記載のいずれかの電力変換装置であって、
    　前記第２スイッチング素子は、前記第１スイッチング素子よりもオン状態での抵抗値が小さい電力変換装置。
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