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JP2011223788A - Motor drive device - Google Patents

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JP2011223788A
JP2011223788A JP2010091994A JP2010091994A JP2011223788A JP 2011223788 A JP2011223788 A JP 2011223788A JP 2010091994 A JP2010091994 A JP 2010091994A JP 2010091994 A JP2010091994 A JP 2010091994A JP 2011223788 A JP2011223788 A JP 2011223788A
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Masao Morita
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  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor drive device that prevents the wiring of an electric motor from burning if a switching element of an inverter fails by a short-circuit.SOLUTION: The motor drive device comprises an AC motor 1, an inverter 2 with a fuse 26 for overcurrent protection, a DC power source 3 which supplies DC electric power to the inverter 2, and a controller 4 which supplies a driving signal to the inverter 2 to control the AC motor 1. The controller 4 includes a short-circuit detection unit 47 which specifies which of the switching elements of the inverter 2 fails by a short-circuit in accordance with the size and polarity of a load current in a state in which the inverter 2 is stopped if the inverter 2 gets out of order, and a fuses blowing control unit 48 which blows the fuse 26 by turning on a predetermined switching element in a predetermined timing in accordance with the detection result of the short-circuit detection unit 47.

Description

本発明は電動機駆動装置に係り、特に、インバータのスイッチング素子が短絡故障した場合に電動機の巻線焼損を防止することが可能な電動機駆動装置に関する。   The present invention relates to an electric motor drive device, and more particularly to an electric motor drive device capable of preventing winding burnout of an electric motor when a switching element of an inverter is short-circuited.

近年、永久磁石を界磁として回転子に用いた同期電動機をインバータ駆動する事例が増加してきている。界磁付きの電動機は、外力により回転することで誘起電圧が発生する。界磁が電磁石形の場合、励磁をオフすれば誘起電圧は発生しないが、界磁が永久磁石形の場合、励磁をオフできずに誘起電圧は発生する。インバータのスイッチング素子が短絡故障した場合、全スイッチング素子にオフ信号を与えても、電動機が外力あるいは自身の慣性によって回転していると、電動機で発生する誘起電圧によって短絡故障したスイッチング素子と還流ダイオードを介して短絡電流が流れる。誘起電圧は電動機の速度に比例して発生するため、速度が高いほど短絡電流は大きくなる。この短絡電流が電動機の巻線の最大許容電流よりも大きければ、過熱により電動機巻線の焼損の原因となる。   In recent years, there have been increasing cases in which a synchronous motor using a permanent magnet as a field for a rotor is driven by an inverter. An electric motor with a field generates an induced voltage by rotating with an external force. When the field is an electromagnet type, no induced voltage is generated if the excitation is turned off. However, when the field magnet is a permanent magnet type, the excitation cannot be turned off and an induced voltage is generated. When the switching element of the inverter has a short circuit failure, even if an OFF signal is given to all the switching elements, if the motor rotates due to external force or its own inertia, the switching element and the free wheel diode that are short-circuited due to the induced voltage generated in the motor A short-circuit current flows through Since the induced voltage is generated in proportion to the speed of the motor, the higher the speed, the larger the short circuit current. If this short-circuit current is larger than the maximum allowable current of the motor windings, overheating will cause the motor windings to burn out.

このため、スイッチング素子の短絡故障が生じたときに、当該スイッチング素子を含まない正常な回路に属し、かつ当該スイッチング素子が構成するアームとは異なるアームを構成するスイッチング素子をスイッチング動作させることにより、短絡故障した回路の通過電流が増大するのを抑える技術が提案されている(例えば特許文献1参照。)。   For this reason, when a short circuit failure of the switching element occurs, by performing a switching operation of the switching element that belongs to a normal circuit that does not include the switching element and that constitutes an arm different from the arm that the switching element constitutes, A technique for suppressing an increase in the passing current of a short-circuited circuit has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開2008−11683号公報(全体)JP 2008-11683 A (Overall)

特許文献1に示された手法は、短絡故障した回路の通過電流が増大するのを抑え、場合によってはこの状態で運転を継続しようとするものである。しかしながら、上述したように電動機の運転速度が高いときにスイッチング素子の短絡故障が生じたときには、短絡電流は大きくなり、他のアームへ事故波及、あるいは電動機巻線の焼損等を防止することができなくなる恐れがある。このため、回路にヒューズを挿入し、スイッチング素子の短絡故障が生じたときはヒューズを溶断させて保護を行うことが考えられるが、この場合、電動機の回転速度等の運転条件によっては、短絡電流が比較的小さくなって、ヒューズが溶断せず、電動機巻線の焼損を防止できない恐れがある。   The method disclosed in Patent Document 1 suppresses an increase in the passing current of a short-circuited circuit, and in some cases, attempts to continue the operation in this state. However, as described above, when a short circuit failure of the switching element occurs when the motor operating speed is high, the short circuit current becomes large, and it is possible to prevent the accident from spreading to other arms or the burning of the motor winding. There is a risk of disappearing. For this reason, it is conceivable to insert a fuse into the circuit and blow the fuse to protect it when a short circuit failure occurs in the switching element. In this case, depending on the operating conditions such as the rotation speed of the motor, the short circuit current May become relatively small, the fuse will not blow, and the motor windings may not be burned out.

ヒューズの代わりにコンタクタのような開閉器を用いる方法もあるが、外形が大きく、コストの面でも不利である。   There is a method of using a switch such as a contactor instead of a fuse, but it has a large outer shape and is disadvantageous in terms of cost.

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、スイッチング素子の短絡故障が生じたとき確実にヒューズを溶断でき、電動機の巻線の焼損を防止できる電動機駆動装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an electric motor drive device that can surely blow a fuse when a short circuit failure of a switching element occurs and can prevent the winding of an electric motor from burning out. With the goal.

上記目的を達成するために、本発明の電動機駆動装置は、交流電動機と、出力側に電流検出器及び過電流保護用のヒューズを備え、前記交流電動機を駆動するインバータと、前記インバータに直流電力を供給する直流電源と、前記インバータを構成するスイッチング素子に駆動信号を与え、前記交流電動機を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記インバータが故障したとき、前記インバータを停止させた状態で、前記電流検出器の検出電流の大きさと極性に応じて前記スイッチング素子のうちどのスイッチング素子が短絡故障したのかを特定する短絡検出部と、前記短絡検出部の検出結果に応じて、前記インバータを構成するスイッチング素子のうち所定のスイッチング素子を所定のタイミングでオンすることによって前記ヒューズを溶断するように制御するヒューズ溶断制御部とを有することを特徴としている。   In order to achieve the above object, an electric motor driving device of the present invention comprises an AC motor, an output side provided with a current detector and an overcurrent protection fuse, an inverter that drives the AC motor, and a DC power supply to the inverter. And a control device for supplying a drive signal to a switching element constituting the inverter and controlling the AC motor, and the control device stops the inverter when the inverter fails. In the state, according to the detection result of the short-circuit detection unit, a short-circuit detection unit that identifies which switching element among the switching elements according to the magnitude and polarity of the detection current of the current detector, and the detection result of the short-circuit detection unit, By turning on a predetermined switching element at a predetermined timing among the switching elements constituting the inverter, It is characterized by having a blown fuse control unit for controlling to blow the's.

本発明によれば、スイッチング素子の短絡故障が生じたとき、確実にヒューズを溶断でき、電動機の巻線の焼損を防止できる電動機駆動装置を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when the short circuit failure of a switching element arises, the electric motor drive device which can blow a fuse reliably and can prevent the burning of the winding of an electric motor can be provided.

本発明の実施例1に係る電動機駆動装置の基本構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing a basic configuration of an electric motor drive device according to Embodiment 1 of the present invention. 3相インバータのスイッチング素子が短絡故障したときの短絡電流が流れる経路を説明する図。The figure explaining the path | route through which a short circuit current flows, when the switching element of a three-phase inverter carries out a short circuit failure. 3相インバータのスイッチング素子が短絡故障したときの各相の誘起電圧と電流の概略波形を示す図。The figure which shows the schematic waveform of the induced voltage and electric current of each phase when the switching element of a three-phase inverter has a short circuit failure. 電流の極性と3相インバータの短絡故障したスイッチング素子との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the polarity of an electric current, and the switching element which the short circuit failure of the three-phase inverter. 実施例1においてスイッチング素子が短絡故障したときのヒューズ溶断制御を説明する図。The figure explaining fuse fusing control when a switching element fails in a short circuit in Example 1. FIG. 3相インバータのスイッチング素子が短絡故障した場合のヒューズ溶断制御時の誘起電圧と電流の概略波形を示す図。The figure which shows the schematic waveform of the induced voltage and electric current at the time of fuse blow control when the switching element of a three-phase inverter has a short circuit failure. 実施例1において短絡したスイッチング素子とヒューズ溶断制御によりオン信号を与えるスイッチング素子との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the switching element which short-circuited in Example 1, and the switching element which gives an ON signal by fuse blowing control. 実施例1に係る電動機駆動装置の制御を説明するためのフローチャート。5 is a flowchart for explaining control of the electric motor drive device according to the first embodiment. 本発明の実施例2に係る電動機駆動装置の基本構成を示すブロック図。The block diagram which shows the basic composition of the electric motor drive device which concerns on Example 2 of this invention. 本発明の実施例3に係る電動機駆動装置の基本構成を示すブロック図。The block diagram which shows the basic composition of the electric motor drive device which concerns on Example 3 of this invention. 単相インバータのスイッチング素子が短絡故障したときの短絡電流が流れる経路を説明する図。The figure explaining the path | route through which a short circuit current flows, when the switching element of a single phase inverter carries out a short circuit failure. 単相インバータのスイッチング素子が短絡故障したときの各相の誘起電圧と電流の概略波形を示す図。The figure which shows the schematic waveform of the induced voltage and electric current of each phase when the switching element of a single phase inverter carries out a short circuit failure. 電流の極性と単相インバータの短絡故障したスイッチング素子との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the polarity of an electric current, and the switching element by which the short circuit failure of the single phase inverter. 実施例3においてスイッチング素子が短絡故障したときのヒューズ溶断制御を説明する図。The figure explaining fuse fusing control when a switching element fails in a short circuit in Example 3. 単相インバータのスイッチング素子が短絡故障した場合のヒューズ溶断制御時の誘起電圧と電流の概略波形を示す図。The figure which shows the schematic waveform of the induced voltage at the time of fuse blowing control at the time of the short circuit failure of the switching element of a single phase inverter, and an electric current. 実施例3において短絡したスイッチング素子とヒューズ溶断制御によりオン信号を与えるスイッチング素子との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the switching element which short-circuited in Example 3, and the switching element which gives an ON signal by fuse blowing control. 実施例3に係る電動機駆動装置の制御を説明するためのフローチャート。9 is a flowchart for explaining control of an electric motor drive device according to a third embodiment.

以下、本発明による電動機駆動装置の実施例について図面を参照して説明する。   Embodiments of an electric motor driving device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

以下、本発明の実施例1に係る電動機駆動装置を図1乃至図8を参照して説明する。   Hereinafter, an electric motor drive device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8.

図1は本発明の実施例1に係る電動機駆動装置の基本構成を示すブロック図である。3相同期電動機1は、3相インバータ2の交流出力で駆動される。3相インバータ2は直流電源3から給電され、制御装置4によって制御させる。3相同期電動機1には、制御用として回転位置検出器5が取り付けられている。   FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of an electric motor drive device according to Embodiment 1 of the present invention. The three-phase synchronous motor 1 is driven by the AC output of the three-phase inverter 2. The three-phase inverter 2 is supplied with power from the DC power source 3 and is controlled by the control device 4. A rotational position detector 5 is attached to the three-phase synchronous motor 1 for control purposes.

3相同期電動機1の電機子巻線はU相、V相及びW相の3相の巻線から成る。3相インバータ2は、入力に入力ヒューズ21を備え、平滑コンデンサ22によって直流電圧を平滑する。この直流電圧は、スイッチング素子23U、23V、23W、23X、23Y及び23Zをブリッジ接続し、各スイッチング素子に夫々還流ダイオード24U、24V、24W、24X、24Y、及び24Zを逆並列接続して構成されたインバータ主回路に給電される。インバータ主回路は交流電圧を発生し、電流検出器25とヒューズ26を介して3相同期電動機1を駆動する。ヒューズ26の各相分はヒューズFU、FV及びFWである。スイッチング素子はIGBTの記号で図示しているが、MOS−FET等の他のスイッチング素子であっても良い。   The armature winding of the three-phase synchronous motor 1 includes three-phase windings of U phase, V phase, and W phase. The three-phase inverter 2 includes an input fuse 21 at an input, and smoothes a DC voltage by a smoothing capacitor 22. This DC voltage is formed by bridge-connecting switching elements 23U, 23V, 23W, 23X, 23Y and 23Z, and by connecting free-wheeling diodes 24U, 24V, 24W, 24X, 24Y and 24Z to each switching element in reverse parallel. Power is supplied to the inverter main circuit. The inverter main circuit generates an alternating voltage and drives the three-phase synchronous motor 1 through the current detector 25 and the fuse 26. Each phase of the fuse 26 is a fuse FU, FV and FW. The switching element is illustrated with an IGBT symbol, but may be another switching element such as a MOS-FET.

以下、制御装置4の内部構成について説明する。   Hereinafter, the internal configuration of the control device 4 will be described.

回転位置検出器5は、電動機の回転位置を検出し、位相角検出部41において位相角に変換し、速度検出部42において速度に変換する。速度制御部43は、電動機の速度が外部から与えられた速度指令と一致するように速度制御をおこない、電流制御部44に電流指令を与える。電流検出部45は、電流検出器25が検出したU相の電流IU、W相の電流IWにより、V相の電流IVを算出する。電流制御部42は、検出された電流が電流指令と一致するように電流制御をおこない、3相インバータ2が所望の電圧を出力するように駆動信号発生部46にスイッチング動作の指令を与える。駆動信号発生部46は、与えられたスイッチング動作の指令に基づき、スイッチング素子23U、23V、23W、23X、23Y及び23Zにオン信号またはオフ信号を与える。尚、駆動信号発生部46は、通常、3相インバータ2の故障を検出している間は全スイッチング素子にオフ信号を与えて停止させる。   The rotational position detector 5 detects the rotational position of the electric motor, converts it into a phase angle at the phase angle detector 41, and converts it into a speed at the speed detector 42. The speed control unit 43 performs speed control so that the speed of the motor matches the speed command given from the outside, and gives a current command to the current control unit 44. The current detector 45 calculates a V-phase current IV based on the U-phase current IU and the W-phase current IW detected by the current detector 25. The current control unit 42 performs current control so that the detected current matches the current command, and gives a switching operation command to the drive signal generating unit 46 so that the three-phase inverter 2 outputs a desired voltage. The drive signal generator 46 gives an ON signal or an OFF signal to the switching elements 23U, 23V, 23W, 23X, 23Y, and 23Z based on the given switching operation command. Note that the drive signal generator 46 normally stops all the switching elements by supplying an OFF signal while detecting a failure of the three-phase inverter 2.

界磁付きの電動機は、外力により回転することによって誘起電圧が発生する特徴がある。界磁が電磁石形の場合、励磁をオフすれば誘起電圧は発生しないが、界磁が永久磁石形の場合、励磁をオフできずに誘起電圧は発生する。3相同期電動機1は界磁が永久磁石形である。3相インバータ2の何れかのスイッチング素子が短絡故障した場合、全スイッチング素子にオフ信号を与えても、3相同期電動機1が外力あるいは自身の慣性によって回転していると、後述するように3相同期電動機1で発生する誘起電圧によって短絡故障したスイッチング素子と還流ダイオードを介して短絡電流が流れる。誘起電圧は3相同期電動機1の速度に比例して発生するため、速度が高いほど短絡電流は大きくなる。この短絡電流が3相同期電動機1の巻線の最大許容電流よりも大きければ、過熱により電動機巻線の焼損の原因となる。各相に設けられたヒューズ26は、この短絡電流を遮断するためである。   An electric motor with a field has a feature that an induced voltage is generated by rotating by an external force. When the field is an electromagnet type, no induced voltage is generated if the excitation is turned off. However, when the field magnet is a permanent magnet type, the excitation cannot be turned off and an induced voltage is generated. The three-phase synchronous motor 1 has a permanent magnet type field. If any switching element of the three-phase inverter 2 is short-circuited, if the three-phase synchronous motor 1 is rotated by an external force or its own inertia even if an OFF signal is given to all the switching elements, as described later, 3 A short-circuit current flows through the switching element and the return diode that are short-circuited due to the induced voltage generated in the phase-synchronous motor 1. Since the induced voltage is generated in proportion to the speed of the three-phase synchronous motor 1, the higher the speed, the larger the short-circuit current. If this short circuit current is larger than the maximum allowable current of the windings of the three-phase synchronous motor 1, overheating will cause the motor windings to burn out. The fuse 26 provided in each phase is for interrupting this short circuit current.

図2はスイッチング素子23Uが短絡故障したときの短絡電流が流れる経路を説明する図である。3相同期電動機1で発生する誘起電圧によって短絡故障したスイッチング素子23Uと還流ダイオード24V、24Wを介して矢印で示したような短絡電流が流れる。この短絡電流はU相に集中するため、U相の電流IUはV相の電流IVやW相の電流IWよりも大きくなる。このとき、U相の電流IUが十分大きければ、ヒューズ26のU相分FUが溶断することによって短絡電流は遮断されることになる。   FIG. 2 is a diagram illustrating a path through which a short-circuit current flows when the switching element 23U has a short-circuit failure. A short-circuit current as indicated by an arrow flows through the switching element 23U and the free-wheeling diodes 24V and 24W that are short-circuited due to the induced voltage generated in the three-phase synchronous motor 1. Since this short-circuit current is concentrated in the U phase, the U phase current IU is larger than the V phase current IV and the W phase current IW. At this time, if the U-phase current IU is sufficiently large, the U-phase portion FU of the fuse 26 is melted to cut off the short-circuit current.

図3はスイッチング素子23Uが短絡故障したときの各相の誘起電圧と電流の概略波形を示す図である。全スイッチング素子にはオフ信号を与え、外力等により3相同期電動機1が正転方向に回転している状態とする。誘起電圧の相順はU相、V相、W相の順とする。位相角はU相の誘起電圧の相電圧を基準とする。電流は3相同期電動機1に流れ込む方向を正とする。図示したように、スイッチング素子23Uが短絡故障したときには、電流IUは正電流で、電流IV、IWは負電流となる。   FIG. 3 is a diagram showing a schematic waveform of the induced voltage and current of each phase when the switching element 23U has a short circuit failure. An off signal is given to all the switching elements so that the three-phase synchronous motor 1 is rotating in the forward direction by an external force or the like. The phase order of the induced voltage is the order of U phase, V phase, and W phase. The phase angle is based on the phase voltage of the U-phase induced voltage. The direction in which the current flows into the three-phase synchronous motor 1 is positive. As illustrated, when the switching element 23U has a short circuit failure, the current IU is a positive current, and the currents IV and IW are negative currents.

図4は電流の極性と短絡故障したスイッチング素子との関係を一般的に示す図である。スイッチング素子が1個短絡故障した場合には、各相の電流は正電流あるいは負電流の何れかとなるので、各相の電流の極性に基づいて短絡故障したスイッチング素子を特定することができる。尚、スイッチング素子が2個以上短絡故障した場合には、正電流と負電流の両方を含んだ電流となるため、スイッチング素子が1個短絡故障した場合と区別することができる。   FIG. 4 is a diagram generally showing the relationship between the polarity of the current and the short-circuited switching element. When one of the switching elements is short-circuited, the current of each phase is either a positive current or a negative current. Therefore, the switching element that is short-circuited can be identified based on the polarity of the current of each phase. When two or more switching elements have a short circuit failure, the current includes both a positive current and a negative current. Therefore, it can be distinguished from a case where one switching element has a short circuit failure.

短絡検出部47は、全スイッチング素子にオフ信号を与えた状態で規定値以上の電流が流れた場合に、上述の方法で各相の電流IU、IV、IWの極性に基づいて短絡故障したスイッチング素子を特定する。   The short-circuit detecting unit 47 performs switching in which a short-circuit failure has occurred based on the polarities of the currents IU, IV, and IW of each phase by the above-described method when a current exceeding a specified value flows when an OFF signal is applied to all switching elements. Identify the element.

図5はスイッチング素子23Uが短絡故障したときのヒューズ溶断制御を説明する図である。スイッチング素子23Yと23Zにオン信号を与えると、図1に示した直流電源3から短絡故障したスイッチング素子23U、3相同期電動機1、スイッチング素子23Y、スイッチング素子23Zを介して電流が流れる。このとき3相同期電動機1のV相とW相は並列接続となるため、各相のインピーダンスが同一であれば、V相の電流IVおよびW相の電流IWは同一となり、U相の電流IUはその2倍となる。この電流によりヒューズ26のU相分FUを溶断させることが可能となる。   FIG. 5 is a diagram illustrating fuse blow control when the switching element 23U has a short circuit failure. When an ON signal is given to the switching elements 23Y and 23Z, a current flows from the DC power source 3 shown in FIG. 1 through the switching element 23U, the three-phase synchronous motor 1, the switching element 23Y, and the switching element 23Z that are short-circuited. At this time, since the V phase and the W phase of the three-phase synchronous motor 1 are connected in parallel, if the impedance of each phase is the same, the V-phase current IV and the W-phase current IW are the same, and the U-phase current IU Is twice that. This current makes it possible to blow the FU for the U phase of the fuse 26.

図6はスイッチング素子23Uが短絡故障した場合のヒューズ溶断制御時の誘起電圧と電流の概略波形を示す図である。図示したようにヒューズ溶断制御によりスイッチング素子23Y、23Zにオン信号を与えると、U相の電流が急増し、ヒューズ26のU相分FUが溶断し、短絡電流が遮断される。ヒューズ溶断制御によるスイッチング素子へオン信号を与えるタイミングは、より迅速で確実なヒューズ溶断のためにヒューズに流れる電流がなるべく多くなるよう、短絡したスイッチング素子を含む相の電流、すなわち誘起電圧による短絡電流がピークとなる位相とすることが好ましい。スイッチング素子23Uが短絡故障した場合、誘起電圧による短絡電流によるU相の電流IUは、位相角−90°付近でピークとなる。そのため、位相角−90°のタイミングでスイッチング素子23Y、23Zにオン信号を与える。尚、本実施例で示す位相角は、電動機巻線のインピーダンスによる電流の遅れが十分に小さい場合を想定している。誘起電圧による電流のピークとなる位相は電動機の巻線のインピーダンスによって異なるため、都度調整すれば良い。   FIG. 6 is a diagram showing schematic waveforms of induced voltage and current during fuse blow control when the switching element 23U has a short circuit failure. As shown in the figure, when an ON signal is given to the switching elements 23Y and 23Z by the fuse blowing control, the U-phase current rapidly increases, the U-phase FU of the fuse 26 is blown, and the short-circuit current is cut off. The timing to give the ON signal to the switching element by the fuse blow control is the current of the phase including the shorted switching element, that is, the short circuit current due to the induced voltage, so that the current flowing through the fuse is increased as much as possible for faster and more reliable fuse blow. It is preferable that the phase has a peak. When the switching element 23U is short-circuited, the U-phase current IU due to the short-circuit current due to the induced voltage peaks at a phase angle of about −90 °. Therefore, an ON signal is given to the switching elements 23Y and 23Z at the timing of the phase angle of −90 °. Note that the phase angle shown in the present embodiment assumes that the current delay due to the impedance of the motor winding is sufficiently small. Since the phase at which the current peaks due to the induced voltage differs depending on the impedance of the winding of the motor, it may be adjusted each time.

上述のヒューズ溶断制御の説明では、健全なスイッチング素子23Yと23Zの両方にオン信号を与える方法を説明したが、誘起電圧による電流のピークに合わせたタイミングでオン信号を与える等の方法を用いれば短絡した相のヒューズ26を溶断できるので、健全なスイッチング素子23Yと23Zの何れか一方にオン信号を与える方法を用いても良い。   In the description of the fuse blow control described above, the method of giving the on signal to both the healthy switching elements 23Y and 23Z has been described. However, if a method of giving the on signal at a timing according to the current peak due to the induced voltage is used. Since the short-circuited phase fuse 26 can be blown, a method of giving an ON signal to any one of the healthy switching elements 23Y and 23Z may be used.

図7は短絡したスイッチング素子とヒューズ溶断制御によりオン信号を与えるスイッチング素子との関係を示す図である。短絡したスイッチング素子、及び短絡したスイッチング素子を含まない健全なアームに属し、且つ短絡したスイッチング素子とは逆極性に位置するスイッチング素子にオン信号を与える。尚、短絡したスイッチング素子には必ずしもオン信号を与える必要はない。スイッチング素子にオン信号を与えるタイミングは、短絡したスイッチング素子を含む相の電流、すなわち誘起電圧による短絡電流がピークとなるタイミングとする。誘起電圧による短絡電流がピークとなるタイミングは、短絡故障したスイッチング素子および電動機の回転方向によって異なるため、図示したように短絡故障したスイッチング素子および電動機の速度の極性に応じてオン信号を与える。これにより、短絡したスイッチング素子を含む相のヒューズを溶断させることが可能となる。   FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a short-circuited switching element and a switching element that gives an ON signal by fuse fusing control. An ON signal is given to a switching element that belongs to a short-circuited switching element and a healthy arm that does not include the short-circuited switching element, and that has a polarity opposite to that of the short-circuited switching element. It is not always necessary to give an ON signal to the shorted switching element. The timing at which the ON signal is given to the switching element is a timing at which the phase current including the short-circuited switching element, that is, the short-circuit current due to the induced voltage peaks. The timing at which the short-circuit current due to the induced voltage reaches its peak differs depending on the rotation direction of the short-circuit faulty switching element and the motor, so that an ON signal is given according to the polarity of the speed of the short-circuit faulty switching element and motor as shown in the figure. As a result, the fuse of the phase including the shorted switching element can be blown.

ヒューズ溶断制御部48は、短絡検出部47で検出された短絡したスイッチング素子と、位相角検出器41の出力である位相角と、速度検出部42の出力である電動機速度の極性に基づいて、上述の方法で所定のスイッチング素子に所定のタイミングでオン信号を与える。   The fuse blowing control unit 48 is based on the short-circuited switching element detected by the short-circuit detection unit 47, the phase angle that is the output of the phase angle detector 41, and the polarity of the motor speed that is the output of the speed detection unit 42. An ON signal is given to a predetermined switching element at a predetermined timing by the method described above.

尚、図7のオン信号を与える位相角は、正側アームが短絡故障した場合には、短絡した相の誘起電圧が最小となるタイミングに相当し、負側アームが短絡故障した場合には、短絡した相の誘起電圧が最大となるタイミングに相当することが分かる。   The phase angle that gives the ON signal in FIG. 7 corresponds to the timing at which the induced voltage of the short-circuited phase is minimized when the positive arm has a short circuit failure, and when the negative arm has a short circuit failure, It can be seen that this corresponds to the timing at which the induced voltage of the short-circuited phase becomes maximum.

図8は本実施例に係る電動機駆動装置の制御を説明するためのフローチャートである。まず、3相インバータが故障を検出したかどうかを判断し(S01)、故障検出中の場合は3相インバータの運転を停止する(S02)。停止中の3相インバータで電流が所定値以上かどうか判断し(S03)、所定値未満であればそのまま終了する。電流が所定値以上のとき、各相の電流IU、IV、IWが正電流または負電流であるかを判断し(S04)、正負双方向の電流の場合はシステム停止し(S07)、終了する。正電流または負電流の場合は各相の電流IU、IV、IWの極性に基づいて短絡故障したスイッチング素子を特定する(S05)。そして特定されたスイッチング素子に基づいてヒューズ溶断制御を行い(S06)、終了する。尚、ステップS03において電流が所定値未満の場合は、既にヒューズが溶断しているか、または速度が低いため誘起電圧が小さい場合であるので、そのまま終了して問題ない。   FIG. 8 is a flowchart for explaining the control of the electric motor drive device according to this embodiment. First, it is determined whether or not the three-phase inverter has detected a failure (S01). If a failure is being detected, the operation of the three-phase inverter is stopped (S02). It is determined whether the current is greater than or equal to a predetermined value in the stopped three-phase inverter (S03). When the current is greater than or equal to a predetermined value, it is determined whether the currents IU, IV, and IW of each phase are positive currents or negative currents (S04). If the currents are both positive and negative, the system is stopped (S07) and the process ends. . In the case of a positive current or a negative current, a switching element having a short circuit failure is specified based on the polarities of the currents IU, IV, and IW of each phase (S05). Then, fuse fusing control is performed based on the identified switching element (S06), and the process ends. If the current is less than the predetermined value in step S03, the fuse is already blown or the induced voltage is small because the speed is low.

このように本発明の実施例1によれば、短絡故障したスイッチング素子を速やかに特定し、短絡故障したスイッチング素子、及び短絡故障したスイッチング素子とは逆極性の他アームに属するスイッチング素子のゲートにオン信号を与えて、直流電源側からヒューズにできるだけ多く電流を流すことによって、短絡したスイッチング素子を含む相のヒューズを確実に溶断することができる。これにより、外力により電動機が回転しても短絡電流が流れないため、過熱による電動機巻線の焼損を防止できる。   As described above, according to the first embodiment of the present invention, the switching element having the short-circuit fault is quickly identified, and the switching element having the short-circuit fault and the gate of the switching element belonging to the other arm having the opposite polarity to the switching element having the short-circuit fault are provided. By supplying an ON signal and supplying as much current as possible to the fuse from the DC power supply side, the phase fuse including the shorted switching element can be surely blown. Thereby, even if the electric motor rotates due to an external force, a short-circuit current does not flow, so that the motor windings can be prevented from being burned out due to overheating.

図9は本発明の実施例2に係る電動機駆動装置の基本構成を示すブロック図である。この実施例2の各部について、図1の実施例1のブロック図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例2が実施例1と異なる点は、3相同期電動機1を多重同期電動機1Aとして3相巻線を2組設ける構成とした点、2組目の3相巻線にも、制御装置4Aによって制御される3相インバータ2Aから交流電圧を加える構成とした点である。   FIG. 9 is a block diagram showing a basic configuration of an electric motor drive device according to Embodiment 2 of the present invention. In the second embodiment, the same parts as those in the block diagram of the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The second embodiment is different from the first embodiment in that the three-phase synchronous motor 1 is a multiple synchronous motor 1A and two sets of three-phase windings are provided. This is a point in which an AC voltage is applied from the three-phase inverter 2A controlled by 4A.

このような多重同期電動機の電動機駆動装置は、3相インバータの内の1台が故障しても、残りの健全な3相インバータだけで電動機を駆動することができる特徴がある。なお、本実施例では2重の多重同期電動機を2台のインバータで駆動する構成としているが、3重以上であっても同様に構成できる。   Such a motor drive device for a multiple synchronous motor has a feature that even if one of the three-phase inverters fails, the motor can be driven only by the remaining healthy three-phase inverters. In the present embodiment, the double multiplex synchronous motor is driven by two inverters, but the same configuration can be achieved even when there are three or more.

3相インバータ2Aは3相インバータ2と基本的に同一構成であり、直流電源3から給電された直流を交流に変換して多重同期電動機1Aの2組目の3相巻線に給電する。制御装置4Aは、基本的に制御装置4と同一構成であるが、図9に示したように、制御装置4から同期指令を与えられ、例えば3相インバータ2と3相インバータ2Aの負荷分担が同一となるようなマスタースレーブ制御を行うことができる。但しこの場合、マスター側の3相インバータ2が故障するとスレーブ側の3相インバータ2Aの制御が困難となるので、
制御装置4Aの制御を制御装置4と同レベルとして何れか一方の3相インバータが故障しても他方で運転継続可能なようにすることが好ましい。
The three-phase inverter 2A has basically the same configuration as the three-phase inverter 2, and converts the direct current fed from the direct current power source 3 into alternating current and feeds power to the second set of three-phase windings of the multiple synchronous motor 1A. The control device 4A has basically the same configuration as that of the control device 4, but as shown in FIG. 9, a synchronization command is given from the control device 4, for example, the load sharing of the three-phase inverter 2 and the three-phase inverter 2A is Master-slave control can be performed so as to be the same. However, in this case, if the master-side three-phase inverter 2 fails, it becomes difficult to control the slave-side three-phase inverter 2A.
It is preferable to control the control device 4A at the same level as the control device 4 so that even if any one of the three-phase inverters fails, the operation can be continued on the other side.

この実施例2においても、3相インバータ2のスイッチング素子の1個が短絡故障したとき、短絡したスイッチング素子を含む相のヒューズが溶断しなかった場合、短絡故障したスイッチング素子を速やかに特定し、短絡故障したスイッチング素子、及び短絡故障したスイッチング素子とは逆極性の他アームに属するスイッチング素子のゲートにオン信号を与えて、直流電源3側からヒューズにできるだけ多く電流を流すことによって、短絡したスイッチング素子を含む相のヒューズを溶断する。これにより、短絡故障した3相インバータと電動機の巻線には短絡電流が流れず、健全な3相インバータだけで多重同期電動機1Aの駆動を継続することができる。   Also in the second embodiment, when one of the switching elements of the three-phase inverter 2 is short-circuited, if the phase fuse including the shorted switching element is not blown, the short-circuited switching element is quickly identified, Short-circuited switching element and switching circuit short-circuited by applying an ON signal to the gate of the switching element belonging to the other arm having the opposite polarity to that of the short-circuit-failed switching element, and flowing as much current as possible from the DC power supply 3 to the fuse. Fuse the phase fuse that contains the element. As a result, the short-circuit current does not flow in the windings of the short-circuited three-phase inverter and the motor, and the drive of the multiple synchronous motor 1A can be continued with only a sound three-phase inverter.

以下、本発明の実施例3に係る電動機駆動装置を図10乃至図17を参照して説明する。   Hereinafter, an electric motor driving apparatus according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 to 17.

図10は本発明の実施例3に係る電動機駆動装置の基本構成を示すブロック図である。この実施例3の各部について、図1の実施例1のブロック図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例3が実施例1と異なる点は、3相同期電動機1を各巻線が独立の多相同期電動機1Bに置き換えた点、3相インバータ2を単相インバータ2Bに置き換えて多相同期電動機1Bの第1相の巻線に給電し、これを制御装置4Bで制御する構成とした点、また多相同期電動機1Bの第2乃至第5相の巻線を夫々単相インバータ2C乃至2Fで駆動するようにし、単相インバータ2C乃至2Fの制御を夫々制御装置4C乃至4Fで行う構成とした点である。   FIG. 10 is a block diagram showing a basic configuration of an electric motor drive device according to Embodiment 3 of the present invention. In the third embodiment, the same parts as those in the block diagram of the first embodiment shown in FIG. The third embodiment differs from the first embodiment in that the three-phase synchronous motor 1 is replaced with a multi-phase synchronous motor 1B in which each winding is independent, and the three-phase inverter 2 is replaced with a single-phase inverter 2B. The first phase winding of 1B is fed and controlled by the control device 4B, and the second to fifth phase windings of the multiphase synchronous motor 1B are respectively connected by single-phase inverters 2C to 2F. The control is performed by the control devices 4C to 4F, respectively, so that the single-phase inverters 2C to 2F are controlled.

このような多相同期電動機の駆動装置は、単相インバータの内の1台が故障しても、残りの健全な単相インバータだけで電動機を駆動することができる特徴がある。なお、本実施形態では5相の多相同期電動機1Bを5台の単相インバータ2B乃至2Fで駆動する構成としているが、他の相数の多相同期電動機であっても同様に構成できる。   Such a multi-phase synchronous motor drive device has a feature that even if one of the single-phase inverters fails, the motor can be driven only by the remaining healthy single-phase inverter. In the present embodiment, the five-phase multiphase synchronous motor 1B is driven by the five single-phase inverters 2B to 2F, but a multiphase synchronous motor having another number of phases can be similarly configured.

単相インバータ2Bは、3相インバータ2を単相に変更した構成であり、そのインバータ回路はスイッチング素子23U、23V、23X及び23Yの単相ブリッジ構成となっている。スイッチング素子はIGBTで図示しているが、MOS−FET等の他のスイッチング素子でも良い。電流検出器25は相の電流IUを検出し、ヒューズ26はU相分のみで構成される。尚、単相インバータ2C、2D、2E及び2Fは単相インバータ2Bと同一の構成である。   The single-phase inverter 2B has a configuration in which the three-phase inverter 2 is changed to a single phase, and the inverter circuit has a single-phase bridge configuration of switching elements 23U, 23V, 23X, and 23Y. Although the switching element is illustrated as an IGBT, other switching elements such as a MOS-FET may be used. The current detector 25 detects the phase current IU, and the fuse 26 is configured only for the U phase. The single-phase inverters 2C, 2D, 2E, and 2F have the same configuration as the single-phase inverter 2B.

制御装置4Bの内部構成の図示を省略しているが、内部構成は基本的に図1に示した制御装置4と同一である。但しこの場合駆動信号発生部が発生するゲートパルスはスイッチング素子4個分となる。   Although illustration of the internal configuration of the control device 4B is omitted, the internal configuration is basically the same as that of the control device 4 shown in FIG. However, in this case, the gate pulse generated by the drive signal generator is equivalent to four switching elements.

制御装置4C乃至4Fは、基本的に制御装置4Bと同一構成であるが、図10に示したように、制御装置4Bから同期指令を与えられ、例えば単相インバータ2Bと他の単相インバータの負荷分担が同一となるようなマスタースレーブ制御を行うことができる。但しこの場合、マスター側の単相インバータ2Bが故障するとスレーブ側の単相インバータ2C乃至2Fの制御が困難となるので、制御装置4C乃至4Fの制御を制御装置4Bと同レベルとして何れかの単相インバータが故障しても残りの健全な単相インバータで運転継続可能なようにすることが好ましい。   The control devices 4C to 4F have basically the same configuration as that of the control device 4B. However, as shown in FIG. 10, the control device 4B is given a synchronization command, and for example, the single-phase inverter 2B and other single-phase inverters Master-slave control can be performed so that the load sharing is the same. However, in this case, if the master-side single-phase inverter 2B fails, it becomes difficult to control the slave-side single-phase inverters 2C to 2F. Therefore, the control of the control devices 4C to 4F is set to the same level as that of the control device 4B. Even if the phase inverter breaks down, it is preferable that the operation can be continued with the remaining healthy single-phase inverter.

図11は単相インバータ2Bのスイッチング素子23Uが短絡故障したときの短絡電流が流れる経路を説明する図である。尚、短絡故障した単相インバータのみを図示し、他の健全な単相インバータは図示していない。多相同期電動機1Bで発生する誘起電圧によって短絡故障したスイッチング素子23Uと還流ダイオード24Vを介して短絡電流が流れる。相の電流IUが十分大きければ、ヒューズ26が溶断することによって短絡電流は遮断される。   FIG. 11 is a diagram illustrating a path through which a short-circuit current flows when the switching element 23U of the single-phase inverter 2B has a short-circuit failure. Only a single-phase inverter that has a short-circuit failure is illustrated, and other healthy single-phase inverters are not illustrated. A short-circuit current flows through the switching element 23U and the free-wheeling diode 24V that are short-circuited due to the induced voltage generated in the multiphase synchronous motor 1B. If the phase current IU is sufficiently large, the fuse 26 is blown to cut off the short-circuit current.

図12は単相インバータ2Bのスイッチング素子23Uが短絡故障したときの誘起電圧と電流の概略波形を示す図である。全スイッチング素子にはオフ信号を与え、外力等により電動機が正転方向に回転している状態とする。位相角は誘起電圧の相電圧を基準とする。スイッチング素子23Uが短絡故障したときには、電流IUは正電流となる。   FIG. 12 is a diagram showing schematic waveforms of induced voltage and current when the switching element 23U of the single-phase inverter 2B has a short circuit failure. An off signal is given to all the switching elements so that the motor is rotating in the forward direction by an external force or the like. The phase angle is based on the phase voltage of the induced voltage. When the switching element 23U has a short circuit failure, the current IU becomes a positive current.

図13は電流の極性と短絡故障したスイッチング素子との関係を示す図である。スイッチング素子が1個短絡故障した場合には、相の電流は正電流あるいは負電流のいずれかとなり、相の電流の極性に基づいて短絡故障したスイッチング素子を特定することができる。ここで、図13による短絡故障したスイッチング素子の特定は、2つのスイッチング素子のうち何れかとなっているが、後述するようにヒューズ溶断制御部48の動作は何れの場合も同一となるのでこの検出方法で問題ない。また、スイッチング素子が2個以上短絡故障した場合には、正電流と負電流の両方を含んだ電流となるため、スイッチング素子が1個短絡故障した場合と区別することができる。   FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the polarity of the current and the switching element in which a short circuit has occurred. When one short-circuit failure occurs in the switching element, the phase current is either a positive current or a negative current, and the short-circuited switching element can be identified based on the polarity of the phase current. Here, the short-circuit faulty switching element shown in FIG. 13 is specified as one of the two switching elements. However, as will be described later, the operation of the fuse blow control unit 48 is the same in any case, so this detection is performed. There is no problem with the method. Further, when two or more switching elements are short-circuited, the current includes both a positive current and a negative current. Therefore, it can be distinguished from a case where one switching element is short-circuited.

この実施例3においても、実施例1と同様、短絡検出部47は、全スイッチング素子にオフ信号を与えた状態で規定値以上の電流が流れた場合に、上述の方法で相の電流IUの極性に基づいて短絡故障したスイッチング素子を特定する。   Also in the third embodiment, as in the first embodiment, the short-circuit detection unit 47 detects the phase current IU by the above-described method when a current exceeding a specified value flows in a state where an OFF signal is applied to all the switching elements. A switching element having a short circuit failure is identified based on the polarity.

図14はスイッチング素子23Uが短絡故障したときのヒューズ溶断制御を説明する図である。スイッチング素子23Yにオン信号を与えると、図1の直流電源3から短絡故障したスイッチング素子23U、多相同期電動機1Bの第1相巻線、スイッチング素子23Yを介して電流が流れる。この電流によりヒューズ26は溶断する。   FIG. 14 is a diagram for explaining the fuse blowing control when the switching element 23U has a short circuit failure. When an ON signal is given to the switching element 23Y, a current flows from the DC power supply 3 of FIG. 1 via the switching element 23U that has a short circuit failure, the first phase winding of the multiphase synchronous motor 1B, and the switching element 23Y. The fuse 26 is blown by this current.

図15はスイッチング素子23Uが短絡故障した場合のヒューズ溶断制御時の誘起電圧と電流の概略波形を示す図である。ヒューズ溶断制御によりスイッチング素子23Yにオン信号を与えると、相の電流が急増し、ヒューズ26が溶断することによって短絡電流が遮断される。ヒューズ溶断制御によるスイッチング素子にオン信号を与えるタイミングは、より迅速で確実なヒューズ溶断のためにヒューズに流れる電流がなるべく多くなるよう、誘起電圧による短絡電流がピークとなる位相とすることが好ましい。スイッチング素子23Uが短絡故障した場合、誘起電圧による短絡電流による相の電流IUは、位相角−90°付近でピークとなる。そのため、位相角−90°のタイミングでスイッチング素子23Yにオン信号を与える。本実施形態で示す位相角は、電動機巻線のインピーダンスによる電流の遅れが十分に小さい場合を想定している。誘起電圧による電流のピークとなる位相は電動機の巻線のインピーダンスによって異なるため、都度調整すれば良い。   FIG. 15 is a diagram showing a schematic waveform of induced voltage and current during fuse blowing control when the switching element 23U has a short circuit failure. When an ON signal is given to the switching element 23Y by the fuse blow control, the phase current increases rapidly, and the fuse 26 is blown to cut off the short-circuit current. The timing at which the ON signal is given to the switching element by the fuse blowing control is preferably set to a phase in which the short-circuit current due to the induced voltage peaks so as to increase the current flowing through the fuse as much as possible for faster and more reliable fuse blowing. When the switching element 23U is short-circuited, the phase current IU due to the short-circuit current due to the induced voltage has a peak near the phase angle of −90 °. Therefore, an ON signal is given to the switching element 23Y at the timing of the phase angle −90 °. The phase angle shown in the present embodiment assumes that the current delay due to the impedance of the motor winding is sufficiently small. Since the phase at which the current peaks due to the induced voltage differs depending on the impedance of the winding of the motor, it may be adjusted each time.

図16は短絡したスイッチング素子とヒューズ溶断制御によりオン信号を与えるスイッチング素子との関係を示す図である。短絡したスイッチング素子、及び短絡したスイッチング素子を含まない健全なアームに属し、且つ短絡したスイッチング素子とは逆極性に位置するスイッチング素子にオン信号を与える。例えば短絡検出部47による短絡したスイッチング素子の特定がスイッチング素子23Uまたは23Yであったときには、ヒューズ溶断制御部48はスイッチング素子23U及び23Yの両者にオン信号を与える。また、スイッチング素子にオン信号を与えるタイミングは、誘起電圧による短絡電流がピークとなるタイミングとする。誘起電圧による短絡電流がピークとなるタイミングは、短絡故障したスイッチング素子および電動機の回転方向によって異なるため、短絡故障したスイッチング素子および電動機の速度の極性に応じてオン信号を与える。これによりヒューズが溶断する。   FIG. 16 is a diagram showing a relationship between a short-circuited switching element and a switching element that gives an ON signal by fuse fusing control. An ON signal is given to a switching element that belongs to a short-circuited switching element and a healthy arm that does not include the short-circuited switching element, and that has a polarity opposite to the short-circuited switching element. For example, when the short-circuiting detection unit 47 specifies the short-circuited switching element as the switching element 23U or 23Y, the fuse blow control unit 48 gives an ON signal to both the switching elements 23U and 23Y. Further, the timing for giving the ON signal to the switching element is the timing at which the short-circuit current due to the induced voltage peaks. Since the timing at which the short-circuit current due to the induced voltage reaches a peak differs depending on the switching direction of the short-circuit faulty switching element and the motor, an ON signal is given according to the polarity of the speed of the short-circuit faulty switching element and motor. This blows the fuse.

ヒューズ溶断制御部48は、短絡検出部47で特定した短絡したスイッチング素子と、位相角検出部41の出力である位相角と、速度検出部42の出力である電動機速度の極性に基づいて、上述の方法で所定のスイッチング素子に所定のタイミングでオン信号を与える。   The fuse blowing control unit 48 is based on the short-circuited switching element specified by the short-circuit detection unit 47, the phase angle that is the output of the phase angle detection unit 41, and the polarity of the motor speed that is the output of the speed detection unit 42. In this way, an ON signal is given to a predetermined switching element at a predetermined timing.

上述の短絡検出とヒューズ溶断制御は、制御装置4B、4C、4D、4E、4Fにおいて個別に行うものとする。   The short circuit detection and the fuse blow control described above are individually performed in the control devices 4B, 4C, 4D, 4E, and 4F.

図17は本実施例による電動機駆動装置の制御を説明するためのフローチャートである。単相インバータが故障検出したかどうかを判断し(S01)、故障検出中の場合は単相インバータの運転を停止する(S02)。停止中の単相インバータで電流が所定値以上かどうかを判断し(S03)、所定値未満であればそのまま終了する。電流が所定値以上の場合には、相の電流IUが正電流または負電流であるかを判断し(S04)、正負双方向の電流の場合はシステム停止し(S07)、終了する。正電流または負電流の場合は相の電流IUの極性に基づいて短絡故障したスイッチング素子を特定する(S05)。特定されたスイッチング素子に基づいてヒューズ溶断制御を行い(S06)、終了する。   FIG. 17 is a flowchart for explaining the control of the electric motor drive device according to this embodiment. It is determined whether or not a failure has been detected in the single-phase inverter (S01). If a failure is being detected, the operation of the single-phase inverter is stopped (S02). It is determined whether or not the current is greater than or equal to a predetermined value in the stopped single-phase inverter (S03). If the current is equal to or greater than the predetermined value, it is determined whether the phase current IU is a positive current or a negative current (S04). If the current is a positive / negative bidirectional current, the system is stopped (S07) and the process is terminated. In the case of a positive current or a negative current, the short-circuited switching element is specified based on the polarity of the phase current IU (S05). The fuse blow control is performed based on the identified switching element (S06), and the process ends.

このように実施例3によれば、短絡故障したスイッチング素子を速やかに特定し、短絡故障したスイッチング素子、及び短絡故障したスイッチング素子と逆極性で他アームのスイッチング素子のゲートにオン信号を与えて、直流電源3側からヒューズ26にできるだけ多く電流を流すことによって、短絡したスイッチング素子を含む相のヒューズを確実に溶断することができる。これにより、外力により電動機が回転しても短絡電流が流れないため、過熱による電動機巻線の焼損を防止できる。また、短絡故障した単相インバータと電動機の巻線には短絡電流が流れず、健全な単相インバータだけで電動機の駆動を継続することが可能となる。   As described above, according to the third embodiment, the switching element having the short-circuit failure is quickly identified, and the ON signal is given to the gate of the switching element of the other arm with the reverse polarity to the switching element having the short-circuit failure and the switching element having the short-circuit failure. By flowing as much current as possible from the DC power supply 3 to the fuse 26, the phase fuse including the shorted switching element can be surely blown. Thereby, even if the electric motor rotates due to an external force, a short-circuit current does not flow, so that the motor windings can be prevented from being burned out due to overheating. In addition, a short-circuit current does not flow through the single-phase inverter and the motor winding that are short-circuited, and it is possible to continue driving the motor with only a healthy single-phase inverter.

なお上述の実施例1乃至実施例3の説明では、対象となる交流電動機は同期電動機として説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、残留誘起電圧が時間とともに減少するような誘導電動機等の交流電動機も含めることができる。   In the description of the first to third embodiments, the target AC motor is described as a synchronous motor. However, the present invention is not limited to this, and the induction motor in which the residual induced voltage decreases with time. AC motors such as can also be included.

また上述の実施例1乃至実施例3の説明では、回転位置検出器で検出した位相によるヒューズ溶断制御を説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、ヒューズ溶断制御にてスイッチング素子にオン信号を与えるタイミングを決める手段は問わない。従って、各相の電流を検出し、短絡故障したスイッチング素子に流れる相電流が最大となるタイミングを推定するようにしても良い。尚、ここでの最適なタイミングとは、短絡電流が最大となるタイミングであるが、タイミングが多少ずれても短絡電流の大きさの変化は少ないので最適なタイミングの近傍であれば良い。   In the description of the first to third embodiments, the fuse blowing control based on the phase detected by the rotational position detector has been described. However, the present invention is not limited to this, and the fuse blowing control is applied to the switching element. There is no limitation on the means for determining the timing for applying the ON signal. Therefore, the current of each phase may be detected, and the timing at which the phase current flowing through the switching element in which the short circuit has failed may be estimated. The optimum timing here is the timing at which the short-circuit current is maximized, but even if the timing is slightly shifted, the change in the magnitude of the short-circuit current is small, so that it may be in the vicinity of the optimum timing.

1 3相同期電動機
1A 多重同期電動機
1B 多相同期電動機
2、2A 3相インバータ
2B、2C、2D、2E、2F 単相インバータ
3 直流電源
4、4A、4B、4C、4D、4E、4F 制御装置
5 回転位置検出器
21 入力ヒューズ
22 平滑コンデンサ
23U、23V、23W、23X、23Y、23Z スイッチング素子
24U、24V、24W、24X、24Y、24Z 還流ダイオード
25 電流検出器
26、FU ヒューズ
41 位相角検出部
42 速度検出部
43 速度制御部
44 電流制御部
45 電流検出部
46 駆動信号発生部
47 短絡検出部
48 ヒューズ溶断制御部
1 three-phase synchronous motor 1A multiple synchronous motor 1B multi-phase synchronous motor 2, 2A three-phase inverter 2B, 2C, 2D, 2E, 2F single-phase inverter 3 DC power supply 4, 4A, 4B, 4C, 4D, 4E, 4F 5 rotational position detector 21 input fuse 22 smoothing capacitor 23U, 23V, 23W, 23X, 23Y, 23Z switching element 24U, 24V, 24W, 24X, 24Y, 24Z freewheeling diode 25 current detector 26, FU fuse 41 phase angle detector 42 Speed detector 43 Speed controller 44 Current controller 45 Current detector 46 Drive signal generator 47 Short-circuit detector 48 Fuse blow controller

Claims (8)

交流電動機と、
出力側に電流検出器及び過電流保護用のヒューズを備え、前記交流電動機を駆動するインバータと、
前記インバータに直流電力を供給する直流電源と、
前記インバータを構成するスイッチング素子に駆動信号を与え、前記交流電動機を制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置は、
前記インバータか故障したとき、前記インバータを停止させた状態で、前記電流検出器の検出電流の大きさと極性に応じて前記スイッチング素子のうちどのスイッチング素子が短絡故障したのかを特定する短絡検出部と、
前記短絡検出部の検出結果に応じて、前記インバータを構成するスイッチング素子のうち所定のスイッチング素子を所定のタイミングでオンすることによって前記ヒューズを溶断するように制御するヒューズ溶断制御部と
を有することを特徴とする電動機駆動装置。
AC motor,
An inverter on the output side, provided with a current detector and a fuse for overcurrent protection, and driving the AC motor;
A DC power supply for supplying DC power to the inverter;
A control device for giving a drive signal to the switching elements constituting the inverter and controlling the AC motor;
The controller is
A short-circuit detecting unit that identifies which switching element among the switching elements has a short-circuit failure according to the magnitude and polarity of the detection current of the current detector in a state where the inverter is stopped when the inverter fails ,
A fuse blow control unit for controlling the fuse to blow by turning on a predetermined switching element at a predetermined timing among the switching elements constituting the inverter according to a detection result of the short circuit detection unit. An electric motor drive device.
前記交流電動機は3相交流電動機であると共に、前記インバータは正及び負の各3アームから構成される3相インバータであり、
前記ヒューズ溶断制御部は、
前記短絡検出部によって検出された短絡故障したスイッチング素子と逆極性の他アームに属するスイッチング素子の一方または両方をオンすることを特徴とする請求項1に記載の電動機駆動装置。
The AC motor is a three-phase AC motor, and the inverter is a three-phase inverter composed of three positive and negative three arms.
The fuse blow control unit is:
2. The electric motor drive device according to claim 1, wherein one or both of a switching element detected by the short-circuit detecting unit and a switching element belonging to another arm having a reverse polarity are turned on.
前記ヒューズ溶断制御部は、
前記短絡検出部によって検出された短絡故障したスイッチング素子と逆極性の他アームに属するスイッチング素子の一方または両方、及び前記短絡故障したスイッチング素子をオンすることを特徴とする請求項2に記載の電動機駆動装置。
The fuse blow control unit is:
3. The electric motor according to claim 2, wherein one or both of the switching element belonging to another arm having the opposite polarity to the switching element detected by the short-circuit detecting unit and the switching element having the short-circuit fault are turned on. Drive device.
前記3相交流電動機は複数個の1次巻線を有する多重交流電動機であり、
前記3相インバータは前記複数個の1次巻線の夫々をヒューズを介して駆動する複数台の3相インバータから成り、
前記複数台の3相インバータの各々を制御する各々の制御装置は、
当該3相インバータの出力電流の大きさと極性に応じて前記スイッチング素子のうちどのスイッチング素子が短絡故障したのかを特定する短絡検出部と、
前記短絡検出部の検出結果に応じて、当該3相インバータを構成するスイッチング素子のうち所定の健全なスイッチング素子をオンすることによって前記ヒューズを溶断するように制御するヒューズ溶断制御部と
を有することを特徴とする請求項2または請求項3に記載の電動機駆動装置。
The three-phase AC motor is a multiple AC motor having a plurality of primary windings;
The three-phase inverter comprises a plurality of three-phase inverters that drive each of the plurality of primary windings via fuses,
Each control device that controls each of the plurality of three-phase inverters,
A short-circuit detection unit that identifies which switching element among the switching elements has a short-circuit failure according to the magnitude and polarity of the output current of the three-phase inverter;
A fuse blow control unit for controlling the fuse to blow by turning on a predetermined healthy switching element among the switching elements constituting the three-phase inverter according to the detection result of the short circuit detection unit. The electric motor drive device according to claim 2 or 3, wherein
前記交流電動機は複数個の1次巻線を有する多相交流電動機であり、
前記インバータは、前記複数個の1次巻線の夫々をヒューズを介して駆動する複数台の単相インバータから成り、
前記複数台の単相インバータの各々を制御する各々の制御装置は、
当該単相インバータの出力電流の大きさと極性に応じて前記スイッチング素子のうちどのスイッチング素子が短絡故障したのかを特定する短絡検出部と、
前記短絡検出部の検出結果に応じて、当該単相インバータを構成するスイッチング素子のうち短絡故障したスイッチング素子、及び短絡故障したスイッチング素子とは逆極性の他アームに属するスイッチング素子をオンすることによって前記ヒューズを溶断するように制御するヒューズ溶断制御部と
を有することを特徴とする請求項1に記載の電動機駆動装置。
The AC motor is a multiphase AC motor having a plurality of primary windings;
The inverter comprises a plurality of single-phase inverters that drive each of the plurality of primary windings via a fuse,
Each control device that controls each of the plurality of single-phase inverters,
A short-circuit detection unit that identifies which switching element among the switching elements has a short-circuit failure according to the magnitude and polarity of the output current of the single-phase inverter;
According to the detection result of the short-circuit detection unit, by switching on a switching element that has a short circuit failure among switching elements that constitute the single-phase inverter, and a switching element that belongs to another arm having a reverse polarity to the switching element that has a short circuit failure The electric motor drive device according to claim 1, further comprising a fuse blow control unit that controls the fuse to blow.
前記交流電動機の回転位置を検出する回転位置検出手段及びこの回転位置から電動機速度を検出する速度検出手段を備え、
前記ヒューズ溶断制御部は、
前記電動機速度から得られる回転方向と、前記前記回転位置から得られる位相角によって前記短絡故障したスイッチング素子に流れる電流がほぼ最大となるように前記所定のタイミングを決定するようにしたことを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載の電動機駆動装置。
Rotation position detection means for detecting the rotation position of the AC motor, and speed detection means for detecting the motor speed from the rotation position,
The fuse blow control unit is:
The predetermined timing is determined so that the current flowing through the short-circuited switching element is substantially maximized by the rotational direction obtained from the motor speed and the phase angle obtained from the rotational position. The electric motor drive device according to any one of claims 1 to 5.
前記ヒューズ溶断制御部は、
前記短絡故障したスイッチング素子が正側アームのとき、短絡した相の誘起電圧がほぼ最小となるように、前記短絡故障したスイッチング素子が負側アームのとき、短絡した相の誘起電圧がほぼ最大となるように前記所定のタイミングを決定するようにしたことを特徴とする請求項6に記載の電動機駆動装置。
The fuse blow control unit is:
When the short-circuited switching element is the positive arm, the induced voltage of the short-circuited phase is substantially minimized, so that when the short-circuited switching element is the negative arm, the induced voltage of the short-circuited phase is substantially maximum. The motor driving apparatus according to claim 6, wherein the predetermined timing is determined as follows.
前記ヒューズ溶断制御部は、
検出した電流によって前記短絡故障したスイッチング素子に流れる電流がほぼ最大となるように前記所定のタイミングを決定するようにしたことを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載の電動機駆動装置。
The fuse blow control unit is:
The predetermined timing is determined so that a current flowing through the switching element having a short circuit failure is substantially maximized by a detected current. Electric motor drive device.
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