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JP7196525B2 - Permanent magnet synchronous motor drive system - Google Patents

Permanent magnet synchronous motor drive system Download PDF

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JP7196525B2 JP2018195013A JP2018195013A JP7196525B2 JP 7196525 B2 JP7196525 B2 JP 7196525B2 JP 2018195013 A JP2018195013 A JP 2018195013A JP 2018195013 A JP2018195013 A JP 2018195013A JP 7196525 B2 JP7196525 B2 JP 7196525B2
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Description

本発明は、インバータにより永久磁石同期モータを駆動する駆動システムに関し、詳しくは、インバータを構成する半導体スイッチング素子の短絡故障や開放故障等を含む異常発生時に、異常発生部位を特定しながら同期モータの巻線を短絡して安全側への退避動作を行うフェイルセーフ技術に関するものである。 The present invention relates to a drive system for driving a permanent magnet synchronous motor using an inverter. It relates to a fail-safe technology that short-circuits windings to perform a retraction operation to the safe side.

図11は、永久磁石同期モータの駆動システムの主回路構成図である。
図11において、10は直流電源、20はIGBTやMOSFET等の半導体スイッチング素子Q,Q,Q,Q,Q,Qからなる三相の電圧型インバータ、PMSMは永久磁石同期モータである。以下では、永久磁石同期モータPMSMを単に同期モータとも言い、固定子巻線のみを図示する。
FIG. 11 is a main circuit configuration diagram of a drive system for a permanent magnet synchronous motor.
In FIG. 11, 10 is a DC power supply, 20 is a three-phase voltage type inverter composed of semiconductor switching elements Qu , Qv , Qw , Qx , Qy , Qz such as IGBTs and MOSFETs, PMSM is a permanent magnet synchronous is the motor. In the following, the permanent magnet synchronous motor PMSM is also simply referred to as a synchronous motor, and only the stator windings are illustrated.

上記の駆動システムにおいて、外的要因により同期モータの回転子が強制的に駆動されると、発電機動作により発生する回生電圧が過大になってスイッチング素子を破壊したり、人体に危険を及ぼす恐れがある。
このため、従来より、インバータの直流電圧等の異常を検出してフェイルセーフ動作を行う発明が種々提供されている。
In the drive system described above, if the rotor of the synchronous motor is forcibly driven by an external factor, the regenerative voltage generated by the operation of the generator may become excessive, destroying the switching elements and causing danger to the human body. There is
For this reason, various inventions have heretofore been provided in which an abnormality such as a DC voltage of an inverter is detected and a fail-safe operation is performed.

例えば、図12は、特許文献1に記載されたインバータのフェイルセーフ装置を示している。図12において、30は駆動切替回路であり、インバータ20の一相分のレグを構成するスイッチング素子Q,Qの駆動信号(ゲート信号)を生成する。この駆動切替回路30は、三相PWM駆動回路32と、過電圧検出回路31に接続された三相短絡駆動回路33と、各駆動回路32,33の出力信号に応じてスイッチング素子Q,Qの駆動信号を生成するアンド回路34及びオア回路35と、を備えている。
なお、過電圧検出回路31及び各駆動回路32,33は、他相のスイッチング素子に対する駆動信号の生成にも用いられる。
For example, FIG. 12 shows an inverter fail-safe device described in Patent Document 1. In FIG. In FIG. 12, reference numeral 30 denotes a drive switching circuit that generates drive signals (gate signals) for switching elements Q u and Q x that constitute one phase leg of the inverter 20 . This drive switching circuit 30 includes a three-phase PWM drive circuit 32, a three-phase short-circuit drive circuit 33 connected to an overvoltage detection circuit 31, and switching elements Q u and Q x according to the output signals of the drive circuits 32 and 33. and an AND circuit 34 and an OR circuit 35 for generating a drive signal of .
The overvoltage detection circuit 31 and the drive circuits 32 and 33 are also used to generate drive signals for switching elements of other phases.

上記従来技術において、正常時には、三相PWM駆動回路32からのPWM信号により、アンド回路34及びオア回路35を介してスイッチング素子Q,Qが駆動される。
また、インバータ20の直流電圧が過電圧検出回路31による設定電圧を超えると、三相短絡駆動回路33の出力信号がオア回路35を介してスイッチング素子Qに入力され、このスイッチング素子Qを他相のスイッチング素子Q,Qと共に短絡させる。これにより、同期モータの回転数を低下させてインバータ20の直流電圧を正常値にまで低下させることができる。
In the conventional technology described above, the switching elements Q u and Q x are driven through the AND circuit 34 and the OR circuit 35 by the PWM signal from the three-phase PWM drive circuit 32 in normal operation.
Further, when the DC voltage of the inverter 20 exceeds the voltage set by the overvoltage detection circuit 31, the output signal of the three-phase short-circuit drive circuit 33 is input to the switching element Qx via the OR circuit 35, and the switching element Qx is It is short-circuited together with the switching elements Q y and Q z of the phase. As a result, the rotation speed of the synchronous motor can be decreased, and the DC voltage of the inverter 20 can be decreased to a normal value.

更に、図13は、特許文献2に記載されたインバータのフェイルセーフ装置を示している。図13において、36は制御装置、37は直流電圧検出手段、38はフェイルセーフ機能を備えたインバータ駆動回路、38aはインバータ20のスイッチング素子をONさせる短絡手段、38bはスイッチング素子を間欠的にONさせる間欠短絡手段、38cはスイッチング素子をOFFさせる開放手段である。 Further, FIG. 13 shows an inverter fail-safe device described in Patent Document 2. As shown in FIG. 13, 36 is a control device, 37 is a DC voltage detection means, 38 is an inverter drive circuit having a fail-safe function, 38a is a short-circuiting means for turning on the switching element of the inverter 20, and 38b is for intermittently turning on the switching element. 38c is an intermittent short circuit means for turning off the switching element.

この従来技術では、図14に示すように、直流電圧検出手段37が検出した直流電圧と短絡閾値及びそれより小さい開放閾値との大小関係に応じて、短絡手段38aによる短絡動作(ステップS51,S52)、開放手段38cによる開放動作(ステップS53,S54)、または、間欠短絡手段38bによる間欠短絡動作を選択する。これにより、インバータ20の全相下アームの短絡(線間短絡)、全相上下アームの開放(線間開放)、または間欠的な短絡を行い、直流電圧上昇時のフェイルセーフ動作を行っている。
なお、特許文献2では、インバータの交流電圧やモータの回転速度に対しても、それぞれ所定の閾値との比較結果に基づく短絡動作、開放動作等を可能にしている。
In this prior art, as shown in FIG. 14, the short-circuiting operation by the short-circuiting means 38a (steps S51 and S52) is performed according to the magnitude relationship between the DC voltage detected by the DC voltage detecting means 37, the short-circuit threshold value, and the smaller open threshold value. ), the opening operation by the opening means 38c (steps S53 and S54), or the intermittent short-circuiting operation by the intermittent short-circuiting means 38b. As a result, the lower arm of all phases of the inverter 20 is short-circuited (line-to-line short circuit), the upper and lower arms of all phases are opened (line-to-line open), or intermittently short-circuited, thereby performing a fail-safe operation when the DC voltage rises. .
In addition, in Patent Document 2, it is possible to perform a short-circuit operation, an open operation, etc., based on the result of comparison with a predetermined threshold for the AC voltage of the inverter and the rotational speed of the motor.

上述した特許文献1,2に記載された従来技術は、主にインバータの直流電圧が過電圧になった時のフェイルセーフ技術に関するものである。
これに対し、インバータを構成するスイッチング素子の短絡故障等を検出し、短絡した相(レグ)や上下アームを特定して退避動作を行う従来技術が、特許文献3~5に開示されている。
The prior art described in Patent Documents 1 and 2 mentioned above mainly relates to fail-safe technology when the DC voltage of the inverter becomes overvoltage.
On the other hand, Patent Documents 3 to 5 disclose conventional techniques for detecting a short-circuit failure or the like of a switching element that constitutes an inverter, specifying a short-circuited phase (leg) or upper and lower arms, and performing a retraction operation.

例えば、特許文献3には、インバータの異常を検出して上下アームを全てオフしたにも関わらず一定値以上の相電流が流れる場合に、各相電流をスムージングした信号に基づく差電流と一相短絡、二相短絡(二相の同アーム短絡)、三相短絡(三相の同アーム短絡)の各電流レベルとをそれぞれ比較して短絡相数、短絡相及び上下アームを特定し、全相を短絡させた後に他のインバータによる退避運転を行う発明が開示されている。
なお、図15(a)は一相(U相)短絡時、図15(b)は二相(U相,V相)短絡時、図15(c)は三相短絡時の各相電流波形である。
For example, in Patent Document 3, when a phase current of a certain value or more flows even though an abnormality of an inverter is detected and all upper and lower arms are turned off, a difference current based on a signal obtained by smoothing each phase current and a one-phase current Identify the number of short-circuited phases, short-circuited phases and upper and lower arms by comparing each current level of short-circuit, two-phase short-circuit (two-phase same arm short-circuit), and three-phase short-circuit (three-phase same arm short-circuit). is disclosed in which the evacuation operation is performed by another inverter after short-circuiting.
Note that FIG. 15(a) shows the current waveform of each phase when one phase (U phase) is shorted, FIG. 15(b) shows the waveform when two phases (U phase and V phase) are shorted, and FIG. 15(c) shows the current waveform when three phases are shorted. is.

また、特許文献4には、同期モータの逆起電力により発生する三相交流電流がゼロクロスする相の有無及び相数に基づいて、一相,二相,三相短絡を判別し、一相または二相短絡時には短絡相の電流の向きに応じて上アームまたは下アームを短絡して安全動作を行う技術が開示されている。
更に、特許文献5には、一相短絡故障が発生した時に三相短絡制御を行い、その状態で一相開放故障(他の二相の短絡)が発生したことを検出して安全動作に移行する技術が開示されている。
Further, in Patent Document 4, a one-phase, two-phase, or three-phase short-circuit is determined based on the presence or absence of a phase where the three-phase alternating current generated by the back electromotive force of a synchronous motor crosses zero and the number of phases, and one-phase or three-phase short circuit is determined. A technique is disclosed for performing safe operation by short-circuiting an upper arm or a lower arm according to the direction of the current of the short-circuited phase when two phases are short-circuited.
Furthermore, in Patent Document 5, three-phase short-circuit control is performed when one-phase short-circuit fault occurs, and in that state, it is detected that one-phase open-circuit fault (short-circuit of the other two phases) has occurred, and safe operation is performed. A technique for doing so is disclosed.

特許第5813167号公報(段落[0011]~[0019]、図1,図2等)Japanese Patent No. 5813167 (paragraphs [0011] to [0019], FIGS. 1, 2, etc.) 特許第5398815号公報(段落[0008]~[0013]、図1,図5等)Japanese Patent No. 5398815 (paragraphs [0008] to [0013], FIGS. 1, 5, etc.) 特許第5003589号公報(段落[0024]~[0033]、図3,図4等)Japanese Patent No. 5003589 (paragraphs [0024] to [0033], FIGS. 3, 4, etc.) 特開2016-123141号公報(段落[0040]~[0043]、図8等)JP 2016-123141 A (paragraphs [0040] to [0043], FIG. 8, etc.) 特許第5277817号公報(段落[0101]~[0120]、図7等)Japanese Patent No. 5277817 (paragraphs [0101] to [0120], FIG. 7, etc.)

特許文献1,2に記載された従来技術は、スイッチング素子の短絡固着や開放固着等を対象としたものではなく、これらの故障発生時には同期モータを駆動できなくなる場合がある。
また、特許文献1~5に記載された従来技術では、インバータの全相の上アームまたは下アームのスイッチング素子をONさせてフェイルセーフ動作を行う際に、反対側アームのスイッチング素子に短絡固着や開放固着等が生じていると、例えば上下アームの短絡等により二次故障を招く恐れがある。
The prior arts described in Patent Documents 1 and 2 do not deal with short-circuit fixation or open-fixation of switching elements, and the synchronous motor may not be driven when these failures occur.
Further, in the conventional techniques described in Patent Documents 1 to 5, when the switching elements of the upper arm or the lower arm of all phases of the inverter are turned ON to perform the fail-safe operation, the switching elements of the opposite arm are short-circuited or fixed. If open fixation or the like occurs, there is a risk of causing a secondary failure due to, for example, short-circuiting of the upper and lower arms.

そこで、本発明の解決課題は、インバータの各相出力電流のバランス状態に着目してスイッチング素子の短絡固着や開放固着等を検出し、上下アーム短絡を回避しつつ同期モータの固定子巻線を短絡させてフェイルセーフ動作を行うようにした永久磁石同期モータの駆動システムを提供することにある。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to focus on the balance state of each phase output current of the inverter, detect the short-circuit sticking or open sticking of the switching element, avoid the short-circuit of the upper and lower arms, and rotate the stator winding of the synchronous motor. To provide a drive system for a permanent magnet synchronous motor which is short-circuited to perform fail-safe operation.

上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、三相の永久磁石同期モータを駆動する三相のインバータと、前記インバータを構成する半導体スイッチング素子の駆動信号を生成する制御装置と、を有する永久磁石同期モータの駆動システムにおいて、
前記制御装置は、
前記インバータの異常を検知する第1機能と、
前記インバータの各相出力電流を検出する第2機能と、
前記第1機能により異常を検知した際に前記永久磁石同期モータの固定子巻線を短絡させるために、前記第2機能により検出した各相出力電流のバランス状態に応じて、前記インバータの上下アームの短絡を回避しつつ全相の上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子をONさせるように前記駆動信号を生成する第3機能と、
を備え
前記駆動信号を生成する駆動回路が前記第1機能を備え、
前記第3機能は、更に、前記駆動回路により異常を検知した際に、前記インバータの全ての半導体スイッチング素子をOFFさせると共に、各相出力電流のバランス状態に応じて、前記インバータの上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子の短絡固着の有無を判断し、かつ、前記インバータの上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子に短絡固着無しと判断した時に、前記インバータの全てのレグについて上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子をONさせて前記固定子巻線を短絡し、各相出力電流のバランス状態に応じて上アームまたは下アームの何れに開放固着が有るかを判断し、または固着故障が無いと判断することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 includes a three-phase inverter for driving a three-phase permanent magnet synchronous motor, and a control device for generating drive signals for semiconductor switching elements that constitute the inverter. In a permanent magnet synchronous motor drive system comprising:
The control device is
a first function for detecting an abnormality in the inverter;
a second function for detecting each phase output current of the inverter;
In order to short-circuit the stator windings of the permanent magnet synchronous motor when an abnormality is detected by the first function, the upper and lower arms of the inverter are controlled according to the balance state of each phase output current detected by the second function. a third function of generating the drive signal so as to turn on the semiconductor switching elements of the upper arm or the lower arm of all phases while avoiding a short circuit;
with
A drive circuit that generates the drive signal has the first function,
The third function further turns off all the semiconductor switching elements of the inverter when an abnormality is detected by the drive circuit, and switches between the upper arm or the lower arm of the inverter according to the balance state of each phase output current. When it is determined whether or not the semiconductor switching elements of the arms are stuck to a short circuit, and when it is determined that the semiconductor switching elements of the upper arm or the lower arm of the inverter are not stuck to a short circuit, the upper arm or the lower arm of all the legs of the inverter is determined. The semiconductor switching element is turned on to short-circuit the stator windings, and it is determined whether the upper arm or the lower arm has open sticking according to the balance state of each phase output current, or it is determined that there is no sticking failure. characterized by

請求項2に係る発明は、請求項1に記載した永久磁石同期モータの駆動システムにおいて、
前記第3機能は、更に、前記インバータの上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子に短絡固着有りと判断した時に、前記インバータの異常発生レグ以外のレグについて上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子をONさせて前記固定子巻線を短絡し、各相出力電流のバランス状態に応じて上アームまたは下アームの何れに短絡固着が有るかを判断することを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the permanent magnet synchronous motor drive system according to claim 1,
The third function further turns on the semiconductor switching elements of the upper arm or the lower arm of the inverter for legs other than the abnormal leg when it is determined that the semiconductor switching elements of the upper arm or the lower arm of the inverter are stuck. and the stator winding is short-circuited, and whether the upper arm or the lower arm has the short-circuit fixation is determined according to the balance state of the output currents of the respective phases .

請求項3に係る発明は、三相の永久磁石同期モータを駆動する三相のインバータと、前記インバータを構成する半導体スイッチング素子の駆動信号を生成する制御装置と、を有する永久磁石同期モータの駆動システムにおいて、
前記制御装置は、
前記インバータの異常を検知する第1機能と、
前記インバータの各相出力電流を検出する第2機能と、
前記第1機能により異常を検知した際に前記永久磁石同期モータの固定子巻線を短絡させるために、前記第2機能により検出した各相出力電流のバランス状態に応じて、前記インバータの上下アームの短絡を回避しつつ全相の上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子をONさせるように前記駆動信号を生成する第3機能と、
を備え、
前記第1機能を、前記駆動信号を生成する駆動回路以外の部分が備えており、
前記第3機能は、更に、前記第1機能により異常を検知した際に、前記各相出力電流のバランス状態に応じて、前記インバータの上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子の開放固着の有無を判断し、または固着故障が無いと判断することを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a drive for a permanent magnet synchronous motor having a three-phase inverter for driving a three-phase permanent magnet synchronous motor, and a control device for generating drive signals for semiconductor switching elements forming the inverter. In the system
The control device is
a first function for detecting an abnormality in the inverter;
a second function for detecting each phase output current of the inverter;
In order to short-circuit the stator windings of the permanent magnet synchronous motor when an abnormality is detected by the first function, the upper and lower arms of the inverter are controlled according to the balance state of each phase output current detected by the second function. a third function of generating the drive signal so as to turn on the semiconductor switching elements of the upper arm or the lower arm of all phases while avoiding a short circuit;
with
The first function is provided by a portion other than the drive circuit that generates the drive signal,
The third function further determines whether or not the semiconductor switching elements of the upper arm or the lower arm of the inverter are open-fixed according to the balance state of the output currents of the respective phases when an abnormality is detected by the first function. It is characterized by judging that there is no sticking failure .

請求項4に係る発明は、三相の永久磁石同期モータを駆動する三相のインバータと、前記インバータを構成する半導体スイッチング素子の駆動信号を生成する制御装置と、を有する永久磁石同期モータの駆動システムにおいて、
前記制御装置は、
前記インバータの異常を検知する第1機能と、
前記インバータの各相出力電流を検出する第2機能と、
前記第1機能により異常を検知した際に前記永久磁石同期モータの固定子巻線を短絡させるために、前記第2機能により検出した各相出力電流のバランス状態に応じて、前記インバータの上下アームの短絡を回避しつつ全相の上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子をONさせるように前記駆動信号を生成する第3機能と、
を備え、
前記駆動信号を生成する駆動回路が前記第1機能を備え、
前記第3機能は、更に、前記駆動回路により異常を検知した際に、前記インバータの全ての半導体スイッチング素子をOFFさせると共に、各相出力電流のバランス状態に応じて、前記インバータの上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子の短絡固着の有無を判断し、
前記第3機能は、更に、前記インバータの上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子に短絡固着有りと判断した時に、前記インバータの異常発生レグ以外のレグについて上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子の一方側の素子をONさせて前記固定子巻線を短絡し、各相出力電流のバランス状態に応じて上アームまたは下アームの何れに短絡固着が有るかを判断し、短絡固着が有ると判断した時は、前記一方側の素子に代えて、他方側の素子をONさせることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a drive for a permanent magnet synchronous motor having a three-phase inverter for driving a three-phase permanent magnet synchronous motor, and a control device for generating drive signals for semiconductor switching elements constituting the inverter. In the system
The control device is
a first function for detecting an abnormality in the inverter;
a second function for detecting each phase output current of the inverter;
In order to short-circuit the stator windings of the permanent magnet synchronous motor when an abnormality is detected by the first function, the upper and lower arms of the inverter are controlled according to the balance state of each phase output current detected by the second function. a third function of generating the drive signal so as to turn on the semiconductor switching elements of the upper arm or the lower arm of all phases while avoiding a short circuit;
with
A drive circuit that generates the drive signal has the first function,
The third function further turns off all the semiconductor switching elements of the inverter when an abnormality is detected by the drive circuit, and switches between the upper arm or the lower arm of the inverter according to the balance state of each phase output current. Judge the presence or absence of short-circuit fixation of the semiconductor switching element of the arm,
Further, the third function is, when it is determined that the semiconductor switching element of the upper arm or the lower arm of the inverter has a short-circuit fixation , the semiconductor switching element of the upper arm or the lower arm of the leg other than the abnormal leg of the inverter. The side element is turned ON to short-circuit the stator winding, and it is determined whether the short- circuit is stuck in the upper arm or the lower arm according to the balance state of the output current of each phase, and it is determined that the short-circuit is stuck. The time is characterized in that the element on the other side is turned on instead of the element on the one side .

請求項1に係る発明によれば、インバータの異常発生時に最終的に同期モータの巻線短絡を行う場合に、上下アーム短絡等の二次故障を回避しながら確実にフェイルセーフ動作を行うことができ、故障が発生したレグ(相)を特定してスイッチング素子の短絡固着の有無を判断することができる。
また、請求項またはに係る発明によれば、短絡固着または開放固着が発生したアームを特定し、または固着故障の有無を判断することができる。
更に、請求項に係る発明によれば、駆動回路以外の部分が異常を検知した場合に、開放固着が発生したアームを特定し、または固着故障の有無を判断することが可能である。
また、請求項4に係る発明によれば、インバータの上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子の短絡固着が有りと判断した時に、インバータの異常発生レグ以外のレグについて上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子の一方側の素子をONさせ、固定子巻線の短絡が成功した場合に、異常発生レグの上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子が短絡固着していると判断することができる。
According to the first aspect of the invention, when the windings of the synchronous motor are finally short-circuited when an abnormality occurs in the inverter, the fail-safe operation can be reliably performed while avoiding secondary failures such as short-circuiting of the upper and lower arms. It is possible to identify the leg (phase) in which the failure has occurred and determine whether or not the switching element is short-circuited.
Further , according to the invention of claim 1 or 2 , it is possible to specify the arm in which short-circuit sticking or open sticking has occurred, or to determine the presence or absence of sticking failure.
Furthermore, according to the third aspect of the invention, when an abnormality is detected in a portion other than the drive circuit, it is possible to identify the arm in which the open fixation has occurred, or to determine whether or not there is a fixation failure.
Further, according to the fourth aspect of the invention, when it is determined that the semiconductor switching element of the upper arm or the lower arm of the inverter is stuck to a short circuit, the semiconductor switching device of the upper arm or the lower arm of the leg other than the abnormal leg of the inverter is detected. When the element on one side of the element is turned ON and the stator winding is successfully short-circuited, it can be determined that the semiconductor switching element on the upper arm or the lower arm of the abnormal leg is short-circuited and fixed.

本発明の実施形態に係る駆動システムの主回路構成図である。1 is a main circuit configuration diagram of a drive system according to an embodiment of the present invention; FIG. 図1におけるインバータの制御装置の機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram of a control device for the inverter in FIG. 1; 本発明の実施形態において異常を検知した時の制御シーケンスを示すフローチャートである。4 is a flow chart showing a control sequence when an abnormality is detected in the embodiment of the present invention; 全ゲート遮断時の各相電流の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of each phase current when all gates are cut off; 正常な巻線短絡時の各相電流の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of each phase current during a normal winding short circuit; 上アームのスイッチング素子の短絡固着時における各相電流の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of each phase current when a switching element of an upper arm is short-circuited and stuck; 下アームのスイッチング素子の短絡固着時における各相電流の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of each phase current when a switching element of a lower arm is short-circuited and stuck; 上アームのスイッチング素子の開放固着時における各相電流の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of each phase current when the switching element of the upper arm is stuck open; 下アームのスイッチング素子の開放固着時における各相電流の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of each phase current when the switching element of the lower arm is stuck open; 本発明の実施形態において、その他の異常を検知した時の制御シーケンスを示すフローチャートである。4 is a flow chart showing a control sequence when another abnormality is detected in the embodiment of the present invention; 永久磁石同期モータの駆動システムの主回路構成図である。1 is a main circuit configuration diagram of a drive system for a permanent magnet synchronous motor; FIG. 特許文献1に記載された従来技術の構成図である。1 is a configuration diagram of a conventional technology described in Patent Document 1; FIG. 特許文献2に記載された従来技術の構成図である。1 is a configuration diagram of a conventional technology described in Patent Document 2; FIG. 特許文献2に記載されたフェイルセーフ動作を示すフローチャートである。4 is a flow chart showing a fail-safe operation described in Patent Document 2; 一相,二相,三相短絡時の各相電流を示す波形図である。FIG. 4 is a waveform diagram showing phase currents at one-phase, two-phase, and three-phase short-circuits;

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図1は、この実施形態に係る駆動システムの主回路構成図である。図1において、10は直流電源、20はIGBT等の半導体スイッチング素子Q,Q,Q,Q,Q,Qからなる三相の電圧型インバータ、PMSMは永久磁石同期モータである。なお、スイッチング素子Q,Q,Q,Q,Q,Qには、MOSFETやパワトランジスタ等を用いても良い。
インバータ20の各相(U,V,W相)の出力線には、電流検出器40u,40v,40wが設けられ、各相の電流検出値は、図2に示す制御装置内の制御演算部52に入力されている。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a main circuit configuration diagram of a drive system according to this embodiment. In FIG. 1, 10 is a DC power supply, 20 is a three-phase voltage inverter composed of semiconductor switching elements Qu , Qv , Qw , Qx , Qy , Qz such as IGBTs, and PMSM is a permanent magnet synchronous motor. be. MOSFETs, power transistors, or the like may be used as the switching elements Qu , Qv , Qw , Qx , Qy , and Qz .
Current detectors 40u, 40v, and 40w are provided in the output lines of the respective phases (U, V, and W phases) of the inverter 20, and the current detection values of the respective phases are obtained by the control calculation unit in the control device shown in FIG. 52 is entered.

図2は、インバータ20の制御装置の機能ブロック図である。この制御装置は、スイッチング素子Q(i=u~z)のゲート信号を生成するゲート駆動回路51と、主としてソフトウェアからなる制御演算部52とを備えている。
制御演算部52は、電流検出器40u,40v,40wによる検出信号が入力される相電流検出機能52aと、スイッチング素子Qの短絡故障や開放故障等を含むインバータの異常を検知する異常検知機能52bと、相電流検出機能52a及び異常検知機能52bに基づいて後述の制御シーケンスを実行する制御シーケンス処理機能52cと、正常運転時にインバータ20をPWM制御するためにスイッチング素子Qに対するPWM信号を出力するPWM出力機能52dと、異常発生時にスイッチング素子Qを強制的にONさせるためのポート出力機能52eと、これらの出力機能52d,52eを切り替える切替機能52fと、を有する。
また、ゲート駆動回路51は、切替機能52fの出力に応じてスイッチング素子QをON/OFFさせるゲート信号を生成する。
FIG. 2 is a functional block diagram of a control device for inverter 20. As shown in FIG. This control device includes a gate drive circuit 51 that generates gate signals for switching elements Q i (i=u to z), and a control operation section 52 that is mainly composed of software.
The control calculation unit 52 has a phase current detection function 52a to which detection signals from the current detectors 40u, 40v, and 40w are input, and an abnormality detection function that detects inverter abnormalities including short-circuit failures and open-circuit failures of the switching elements Qi. 52b, a control sequence processing function 52c that executes a control sequence to be described later based on the phase current detection function 52a and the abnormality detection function 52b, and a PWM signal for the switching element Qi for PWM-controlling the inverter 20 during normal operation. A PWM output function 52d for switching, a port output function 52e for forcibly turning on the switching element Qi when an abnormality occurs, and a switching function 52f for switching between these output functions 52d and 52e.
Further, the gate drive circuit 51 generates a gate signal for turning ON/OFF the switching element Qi according to the output of the switching function 52f .

次に、この実施形態の動作を説明する。
制御シーケンス処理機能52cは、例えば、スイッチング素子の短絡故障や開放故障等の異常発生時に図3の制御シーケンスを実行し、最終的に同期モータPMSMの固定子巻線を短絡させてフェイルセーフ動作を行う。
Next, the operation of this embodiment will be described.
The control sequence processing function 52c executes the control sequence of FIG. 3 when an abnormality such as a short-circuit failure or an open-circuit failure of a switching element occurs, and finally short-circuits the stator winding of the synchronous motor PMSM to perform a fail-safe operation. conduct.

ここで、ゲート駆動回路51が有する異常検知機能としては、上下アームの瞬間的な短絡を検出してゲートを遮断するDESAT機能やセンス電流の過電流検知機能が知られている。しかし、これらの異常検知機能では異常発生レグの特定は可能であるが、アームの上下を特定できないと共に、異常が一過性のものか継続するもの(スイッチング素子の短絡固着や開放固着等)かの判別も不可能である。
そこで、本実施形態では、制御シーケンス処理機能52cにより、異常発生時の三相電流のバランスに着目してインバータの異常発生レグやアームの上下を特定しながら巻線短絡を行わせるようにした。
Here, as the abnormality detection function of the gate drive circuit 51, a DESAT function for detecting a momentary short circuit between the upper and lower arms to cut off the gate and an overcurrent detection function for the sense current are known. However, although these anomaly detection functions can identify the leg where the anomaly has occurred, it is not possible to identify the top and bottom of the arm. is also impossible to discriminate.
Therefore, in the present embodiment, the control sequence processing function 52c focuses on the balance of the three-phase current at the time of occurrence of an abnormality, and the winding short-circuit is performed while identifying the upper and lower sides of the inverter leg or arm where the abnormality occurs.

以下、図3のフローチャート及び図4~図10を参照しつつ異常発生時の制御シーケンスを説明する。
図3は、ゲート駆動回路51が有するDESAT機能等によってインバータ20の異常を検知した場合に、同期モータPMSMの固定子巻線を短絡するようにスイッチング素子を制御してフェイルセーフ動作を行うための制御シーケンスである。
The control sequence when an abnormality occurs will be described below with reference to the flow chart of FIG. 3 and FIGS. 4 to 10. FIG.
FIG. 3 shows a circuit for performing fail-safe operation by controlling switching elements so as to short-circuit the stator windings of the synchronous motor PMSM when an abnormality in the inverter 20 is detected by the DESAT function or the like of the gate drive circuit 51. control sequence.

まず、インバータ20による同期モータPMSMの運転中に異常が検知されると、全てのスイッチング素子Q(i=u~z)に対するゲート信号を遮断し(ステップS1)、次にインバータ20の各相電流のバランスを判断する(ステップS2)。
スイッチング素子Qが正常である場合、全ゲート遮断によってOFFされたスイッチング素子Qは還流ダイオードのみに通流可能であるから、同期モータPMSMの固定子巻線の誘起電圧の極性に応じて、図4(a),(b),(c)に示す方向に回生電流が流れる。この時の各相電流I,I,Iの位相は図4(d)のように互いに120[°]ずつずれており、バランスが保たれている(ステップS2 OK)。
First, when an abnormality is detected during the operation of the synchronous motor PMSM by the inverter 20, gate signals to all the switching elements Q i (i=u to z) are cut off (step S1), and then each phase of the inverter 20 is turned off. A current balance is determined (step S2).
When the switching elements Qi are normal, the switching elements Qi that are turned off by blocking all gates can conduct current only through the freewheeling diodes. A regenerative current flows in the directions shown in FIGS. At this time, the phases of the phase currents Iu , Iv , and Iw are out of phase with each other by 120[°] as shown in FIG. 4(d), and the balance is maintained (step S2 OK).

この場合、全ゲート遮断指令に従って全てのスイッチング素子が正常にOFFしているため、短絡固着していないと判断することができる。
そこで、図2のポート出力機能52e、切替機能52f及びゲート駆動回路51を介して、全相の一方のアーム、例えば上アームのスイッチング素子をONすることにより巻線短絡を試みる(ステップS3)。
In this case, since all the switching elements are normally turned off according to the all-gate cutoff command, it can be determined that the short circuit is not fixed.
Therefore, the winding short-circuit is attempted by turning on the switching elements of one arm, for example, the upper arm of all phases via the port output function 52e, the switching function 52f and the gate drive circuit 51 of FIG. 2 (step S3).

次に、インバータ20の各相電流のバランスを再び判断する(ステップS4)。上アームのスイッチング素子が開放固着していなければ、全相の上アームのスイッチング素子はステップS3によりONしているので、各相電流I,I,Iはバランスしているはずである。
つまり、各相電流I,I,Iがバランスしている時には(ステップS4 OK)、少なくとも上アームのスイッチング素子は短絡固着または開放固着しておらず、上アームのスイッチング素子のONによる巻線短絡は正常に行われている。なお、図5(a)は上アームのスイッチング素子のONによって巻線短絡が正常に行われた時の電流経路であり、図5(b)は各相電流I,I,Iの波形図である。
Next, the balance of each phase current of inverter 20 is determined again (step S4). If the switching elements of the upper arm are not stuck open, the switching elements of the upper arm of all phases are turned ON in step S3, so the phase currents Iu , Iv , and Iw should be balanced. .
That is, when the phase currents Iu , Iv , and Iw are in balance (step S4 OK), at least the upper arm switching element is not stuck in a short circuit or open, and the ON state of the upper arm switching element Winding short circuit is working normally. FIG. 5(a) shows the current paths when the windings are normally short- circuited by turning ON the switching element of the upper arm, and FIG. It is a waveform diagram.

次に、下アームのスイッチング素子について固着故障の有無の確認が不要であれば(ステップS5 Yes)、上アームのスイッチング素子のONによる巻線短絡が成功したものとして処理を終了する(ステップS31)。 Next, if it is not necessary to confirm whether or not there is a sticking failure in the switching element of the lower arm (step S5 Yes), it is determined that the winding short-circuit has been successfully completed by turning on the switching element of the upper arm, and the process ends (step S31). .

また、ステップS2において各相電流I,I,Iがアンバランスである場合(ステップS2 NG)、上アームまたは下アームのスイッチング素子に短絡固着が発生していると判断できる。
ここで、図6(a),(b),(c)は、例えばU相上アームのスイッチング素子Qが短絡固着している場合の、固定子巻線の誘起電圧の極性に応じた電流経路を示している。前記ステップS1によって全ゲートが遮断されているので、誘起電圧による電流は、図6(a),(b)のようにインバータ20の還流ダイオードのみを介して流れる。しかし、例えばあるレグのスイッチング素子が短絡固着していると、このスイッチング素子を介して、他の二相を流れる電流の和の逆極性の電流が流れるため、各相の電流波形に基づいて短絡固着しているレグを特定することができる。
例えば、スイッチング素子Qに短絡固着が発生している場合には、図6(c)のようにスイッチング素子Qを介した電流経路が存在し、図6(d)に示す波形のU相電流I=-(I+I)が観察される。
Also, if the phase currents Iu , Iv , and Iw are unbalanced in step S2 (step S2 NG), it can be determined that the switching element of the upper arm or the lower arm is short-circuited.
Here, FIGS. 6A, 6B, and 6C show the current corresponding to the polarity of the induced voltage in the stator winding when, for example, the switching element Qu of the U-phase upper arm is short-circuited and stuck. showing the route. Since all the gates are cut off by the step S1, the current due to the induced voltage flows only through the free wheel diode of the inverter 20 as shown in FIGS. 6(a) and 6(b). However, if, for example, a switching element in a certain leg is short-circuited and fixed, a current with the opposite polarity to the sum of the currents flowing through the other two phases will flow through this switching element. A sticking leg can be identified.
For example, when a short-circuit sticking occurs in the switching element Qu , a current path exists via the switching element Qu as shown in FIG. A current I u =−(I v +I w ) is observed.

従って、短絡固着による異常発生レグはU相と判断し、他の二相(V相,W相)について、例えば上アームのスイッチング素子をONすることによって全相の上アームのスイッチング素子をON状態とし、巻線短絡を試行する(ステップS6)。
その結果、各相電流I,I,Iがバランスしていれば(ステップS7 OK)、上アームのスイッチング素子のONによる巻線短絡は成功し、異常発生レグであるU相の上アームのスイッチング素子が短絡固着していると判断して処理を終了する(ステップS32)。
Therefore, it is determined that the abnormal leg due to the short-circuit sticking is the U phase, and for the other two phases (V phase, W phase), for example, by turning ON the upper arm switching elements of all phases, the upper arm switching elements are turned ON. , and attempt to short-circuit the windings (step S6).
As a result, if the phase currents Iu , Iv , and Iw are in balance (step S7 OK), the winding short-circuit due to the turning on of the switching element of the upper arm is successful, and the upper arm of the U phase, which is the abnormal leg. It is determined that the switching element of the arm is short-circuited and stuck, and the process is terminated (step S32).

更に、図3のステップS7において各相電流I,I,Iがアンバランスであれば(ステップS7 NG)、異常発生レグであるU相の下アームのスイッチング素子Qが短絡固着している可能性がある。
ここで、図7(a),(b)は、スイッチング素子Qが短絡固着している場合に全ゲート遮断(ステップS1)を行って各相電流がアンバランスである場合(ステップS2 NG)の電流経路であり、図7(c),(d)はU相以外のV相,W相の上アームのスイッチング素子をONして巻線短絡を試行し(ステップS6)、各相電流がアンバランスである場合(ステップS7 NG)の電流経路である。
図7(e)は、異常発生レグであるU相以外のV相,W相について、下アームのスイッチング素子をONして巻線短絡を試行し、これが成功した場合(ステップS8,S33)の電流経路であり、U相の下アームのスイッチング素子Qが短絡固着していると判断して処理を終了する。
Further, if the phase currents Iu , Iv , and Iw are unbalanced in step S7 of FIG. 3 (step S7 NG), the switching element Qx in the lower arm of the U phase, which is the abnormal leg, is short-circuited and fixed. There is a possibility that
Here, FIGS. 7(a) and 7(b) show a case where all gates are cut off (step S1) when the switching element Qx is short-circuited and each phase current is unbalanced (step S2 NG). 7(c) and (d), turning on the upper arm switching elements of the V and W phases other than the U phase to try to short-circuit the windings (step S6), each phase current is This is the current path in the case of imbalance (step S7 NG).
FIG. 7(e) shows the case where the switching element of the lower arm is turned on to try to short-circuit the windings of the V and W phases other than the U phase, which is the abnormal leg (steps S8 and S33). It is a current path, and it is determined that the U-phase lower arm switching element Qx is short-circuited and fixed, and the process ends.

また、図3のステップS4において各相電流I,I,Iがアンバランスであれば(ステップS4 NG)、上アームのスイッチング素子が開放固着しているため全相の上アームのスイッチング素子をONさせて巻線短絡を行うことができない可能性がある。そこで、全相の下アームのスイッチング素子をONさせて巻線短絡を行い、上アームにスイッチング素子の開放固着が発生していると判断して処理を終了する(ステップS9,S34)。 If the phase currents I u , I v , and I w are unbalanced in step S4 of FIG. 3 (step S4 NG), the upper arm switching elements of all phases are stuck open and fixed. It may not be possible to turn on the element to short the windings. Therefore, the switching elements of the lower arm of all phases are turned on to short-circuit the windings, and it is determined that the switching elements are stuck open in the upper arm, and the process is terminated (steps S9 and S34).

図8(a)は、例えば上アームのスイッチング素子Qが開放固着している場合に、全ゲート遮断(ステップS1)を行って各相電流がバランスしている場合(ステップS2 OK)、の電流経路、図8(b),(c)は、全相の上アームのスイッチング素子をONして巻線短絡を試行し(ステップS3)、各相電流がアンバランスである場合(ステップS4 NG)の電流経路である。また、図8(d)は、その後に下アームのスイッチング素子をONして巻線短絡が成功し、上アームのスイッチング素子Qが開放固着していると判断した場合(ステップS9,S34)の電流経路である。 FIG. 8(a) shows, for example, when the switching element Qu of the upper arm is fixed open and all the gates are cut off (step S1) and each phase current is balanced (step S2 OK). The current paths in FIGS. 8(b) and 8(c) are those in which the upper arm switching elements of all phases are turned on to attempt winding short-circuiting (step S3), and when each phase current is unbalanced (step S4 NG ) is the current path. FIG. 8(d) shows the case where it is determined that the switching element of the lower arm is turned on after that, the winding short-circuit is successful, and the switching element Qu of the upper arm is stuck open (steps S9 and S34). is the current path of

更に、ステップS5において、下アームのスイッチング素子について固着故障の有無を確認する必要がある場合(ステップS5 No)、全相の下アームのスイッチング素子をONして巻線短絡を試行し(ステップS10)、その後に各相電流のバランスを再び判断する(ステップS11)。
そして、各相電流がバランスしていれば(ステップS11 OK)、巻線短絡が成功し、下アームのスイッチング素子に固着故障がないと判断する(ステップS35)。また、各相電流がアンバランスである場合(ステップS11 NG)、上アームのスイッチング素子を再度ONして巻線短絡を完了し、下アームのスイッチング素子が開放固着していると判断して処理を終了する(ステップS12,S36)。
Furthermore, in step S5, if it is necessary to check whether or not there is a sticking failure in the lower arm switching elements (step S5 No), the lower arm switching elements of all phases are turned on to attempt winding short-circuiting (step S10). ), and then the balance of each phase current is judged again (step S11).
Then, if the phase currents are balanced (step S11 OK), it is determined that the winding short-circuit has succeeded and there is no sticking failure in the switching element of the lower arm (step S35). If the phase currents are unbalanced (step S11 NG), the upper arm switching element is turned ON again to complete the winding short circuit, and it is determined that the lower arm switching element is stuck open. is terminated (steps S12, S36).

図9(a)は、例えばU相の下アームのスイッチング素子Qが開放固着している場合に、全ゲート遮断(ステップS1)を行って各相電流がバランスしている場合(ステップS2 OK)、の電流経路、図9(b)は、上アームのスイッチング素子をONして巻線短絡を試行し(ステップS3)、各相電流がバランスしている場合(ステップS4 OK)の電流経路である。
また、図9(c),(d)は、下アームのスイッチング素子について固着故障の有無の確認が必要な場合に(ステップS5 No)、下アームのスイッチング素子をONして巻線短絡を試行した結果、各相電流がアンバランスとなり(ステップS10,S11 NG)、その後に全相の上アームのスイッチング素子を再度ONして巻線短絡が成功した場合(ステップS12,S36)の電流経路である。
FIG. 9(a) shows, for example, when the switching element Qx in the lower arm of the U phase is fixed open, all the gates are cut off (step S1) and each phase current is balanced (step S2 OK ), FIG. 9(b) is the current path when the upper arm switching element is turned ON to attempt winding short-circuiting (step S3), and each phase current is balanced (step S4 OK). is.
9(c) and (d), when it is necessary to check whether there is a sticking failure in the switching element of the lower arm (step S5 No), the switching element of the lower arm is turned on to try winding short circuit. As a result, each phase current becomes unbalanced (steps S10, S11 NG), and then the upper arm switching elements of all phases are turned ON again, and the winding short circuit is successful (steps S12, S36). be.

なお、この種のモータ駆動システムでは、ゲート駆動回路51により検知される異常以外にも、インバータの各相電流の過電流や直流入力電圧の過電圧など様々な異常が発生し得る。これらの異常に対しても、不要な励磁電圧や回生トルクの発生を抑制するために、同期モータPMSMの巻線短絡によるフェイルセーフ動作を行うことが有効である。
上記の点に鑑み、ゲート駆動回路51の異常検知機能以外によって検知される異常(ここでは、その他の異常という)が発生した場合には、図10の制御シーケンスに従って最終的に巻線短絡を行うことが望ましい。
In addition, in this type of motor drive system, in addition to the abnormality detected by the gate drive circuit 51, various abnormalities such as overcurrent in each phase current of the inverter and overvoltage in the DC input voltage may occur. For these abnormalities as well, it is effective to perform a fail-safe operation by short-circuiting the windings of the synchronous motor PMSM in order to suppress the generation of unnecessary excitation voltage and regenerative torque.
In view of the above points, when an abnormality detected by a function other than the abnormality detection function of the gate drive circuit 51 (here, referred to as other abnormality) occurs, the windings are finally short-circuited according to the control sequence of FIG. is desirable.

図10において、その他の異常が検知されると、ゲート駆動回路51により検知される短絡固着は発生していないと想定し、例えば全相の上アームのスイッチング素子をONして巻線短絡を試行し(ステップS21)、その後に各相電流のバランスを判断する(ステップS22)。
以後の各ステップ(S23~S27及びS41~S44)は、図3における各ステップ(S5,S9~S12及びS31,S35,S36,S34)とそれぞれ同一であるため、詳述を省略する。
In FIG. 10, when other abnormalities are detected, it is assumed that the short-circuit fixation detected by the gate drive circuit 51 has not occurred. (step S21), and then the balance of each phase current is determined (step S22).
The subsequent steps (S23-S27 and S41-S44) are the same as the steps (S5, S9-S12 and S31, S35, S36, S34) in FIG.

なお、上述したその他の異常が発生した場合でも、スイッチング素子の開放固着の可能性は残るため、各相電流がアンバランスであって(ステップS22 NGまたはステップS26 NG)巻線短絡の成功時には、それぞれ上アームまたは下アームに開放固着が発生していると判断する(ステップS44,S43)。
この場合、開放固着が発生しているレグ(相)を特定することはできないが、電流波形に顕著な特徴があることは明白なため、波形の特徴を更に分析して固着発生レグを特定することも可能である。
It should be noted that even if the other abnormalities described above occur, the possibility of the switching element being stuck open remains. It is determined that the upper arm or the lower arm is stuck open (steps S44, S43).
In this case, it is not possible to identify the leg (phase) where open sticking occurs, but since it is clear that the current waveform has remarkable characteristics, the waveform characteristics are further analyzed to identify the sticking leg. is also possible.

10:直流電源
20:インバータ
40u,40v,40w:電流検出器
51:ゲート駆動回路
52:制御演算部
52a:相電流検出機能
52b:異常検知機能
52c:制御シーケンス処理機能
52d: PWM出力機能
52e:ポート出力機能
52f:切替機能
,Q,Q,Q,Q,Q,Q:半導体スイッチング素子
PMSM:永久磁石同期モータ
10: DC power supply 20: Inverters 40u, 40v, 40w: Current detector 51: Gate drive circuit 52: Control calculation unit 52a: Phase current detection function 52b: Abnormality detection function 52c: Control sequence processing function 52d: PWM output function 52e: Port output function 52f: Switching functions Qu , Qv , Qw , Qx , Qy , Qz , Qi : Semiconductor switching elements PMSM: Permanent magnet synchronous motor

Claims (4)

三相の永久磁石同期モータを駆動する三相のインバータと、前記インバータを構成する半導体スイッチング素子の駆動信号を生成する制御装置と、を有する永久磁石同期モータの駆動システムにおいて、
前記制御装置は、
前記インバータの異常を検知する第1機能と、
前記インバータの各相出力電流を検出する第2機能と、
前記第1機能により異常を検知した際に前記永久磁石同期モータの固定子巻線を短絡させるために、前記第2機能により検出した各相出力電流のバランス状態に応じて、前記インバータの上下アームの短絡を回避しつつ全相の上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子をONさせるように前記駆動信号を生成する第3機能と、
を備え
前記駆動信号を生成する駆動回路が前記第1機能を備え、
前記第3機能は、更に、前記駆動回路により異常を検知した際に、前記インバータの全ての半導体スイッチング素子をOFFさせると共に、各相出力電流のバランス状態に応じて、前記インバータの上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子の短絡固着の有無を判断し、かつ、前記インバータの上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子に短絡固着無しと判断した時に、前記インバータの全てのレグについて上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子をONさせて前記固定子巻線を短絡し、各相出力電流のバランス状態に応じて上アームまたは下アームの何れに開放固着が有るかを判断し、または固着故障が無いと判断することを特徴とした永久磁石同期モータの駆動システム。
In a permanent magnet synchronous motor drive system comprising a three-phase inverter for driving a three-phase permanent magnet synchronous motor and a control device for generating drive signals for semiconductor switching elements constituting the inverter,
The control device is
a first function for detecting an abnormality in the inverter;
a second function for detecting each phase output current of the inverter;
In order to short-circuit the stator windings of the permanent magnet synchronous motor when an abnormality is detected by the first function, the upper and lower arms of the inverter are controlled according to the balance state of each phase output current detected by the second function. a third function of generating the drive signal so as to turn on the semiconductor switching elements of the upper arm or the lower arm of all phases while avoiding a short circuit;
with
A drive circuit that generates the drive signal has the first function,
The third function further turns off all the semiconductor switching elements of the inverter when an abnormality is detected by the drive circuit, and switches between the upper arm or the lower arm of the inverter according to the balance state of each phase output current. When it is determined whether or not the semiconductor switching elements of the arms are stuck to a short circuit, and when it is determined that the semiconductor switching elements of the upper arm or the lower arm of the inverter are not stuck to a short circuit, the upper arm or the lower arm of all the legs of the inverter is determined. The semiconductor switching element is turned on to short-circuit the stator windings, and it is determined whether the upper arm or the lower arm has open sticking according to the balance state of each phase output current, or it is determined that there is no sticking failure. A driving system for a permanent magnet synchronous motor characterized by:
請求項1に記載した永久磁石同期モータの駆動システムにおいて、
前記第3機能は、更に、前記インバータの上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子に短絡固着有りと判断した時に、前記インバータの異常発生レグ以外のレグについて上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子をONさせて前記固定子巻線を短絡し、各相出力電流のバランス状態に応じて上アームまたは下アームの何れに短絡固着が有るかを判断することを特徴とした永久磁石同期モータの駆動システム。
In the permanent magnet synchronous motor drive system according to claim 1,
The third function further turns on the semiconductor switching elements of the upper arm or the lower arm of the inverter for legs other than the abnormal leg when it is determined that the semiconductor switching elements of the upper arm or the lower arm of the inverter are stuck. 1. A drive system for a permanent magnet synchronous motor, characterized in that the stator windings are short-circuited by allowing the stator windings to rotate, and it is determined in which of the upper arm or the lower arm there is the short-circuit fixation according to the balance state of the output currents of the respective phases .
三相の永久磁石同期モータを駆動する三相のインバータと、前記インバータを構成する半導体スイッチング素子の駆動信号を生成する制御装置と、を有する永久磁石同期モータの駆動システムにおいて、
前記制御装置は、
前記インバータの異常を検知する第1機能と、
前記インバータの各相出力電流を検出する第2機能と、
前記第1機能により異常を検知した際に前記永久磁石同期モータの固定子巻線を短絡させるために、前記第2機能により検出した各相出力電流のバランス状態に応じて、前記インバータの上下アームの短絡を回避しつつ全相の上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子をONさせるように前記駆動信号を生成する第3機能と、
を備え、
前記第1機能を、前記駆動信号を生成する駆動回路以外の部分が備えており、
前記第3機能は、更に、前記第1機能により異常を検知した際に、前記各相出力電流のバランス状態に応じて、前記インバータの上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子の開放固着の有無を判断し、または固着故障が無いと判断することを特徴とした永久磁石同期モータの駆動システム。
In a permanent magnet synchronous motor drive system comprising a three-phase inverter for driving a three-phase permanent magnet synchronous motor and a control device for generating drive signals for semiconductor switching elements constituting the inverter ,
The control device is
a first function for detecting an abnormality in the inverter;
a second function for detecting each phase output current of the inverter;
In order to short-circuit the stator windings of the permanent magnet synchronous motor when an abnormality is detected by the first function, the upper and lower arms of the inverter are controlled according to the balance state of each phase output current detected by the second function. a third function of generating the drive signal so as to turn on the semiconductor switching elements of the upper arm or the lower arm of all phases while avoiding a short circuit;
with
The first function is provided by a portion other than the drive circuit that generates the drive signal,
The third function further determines whether or not the semiconductor switching elements of the upper arm or the lower arm of the inverter are open-fixed according to the balance state of the output currents of the respective phases when an abnormality is detected by the first function. A drive system for a permanent magnet synchronous motor, characterized in that it judges that there is no sticking failure .
三相の永久磁石同期モータを駆動する三相のインバータと、前記インバータを構成する半導体スイッチング素子の駆動信号を生成する制御装置と、を有する永久磁石同期モータの駆動システムにおいて、
前記制御装置は、
前記インバータの異常を検知する第1機能と、
前記インバータの各相出力電流を検出する第2機能と、
前記第1機能により異常を検知した際に前記永久磁石同期モータの固定子巻線を短絡させるために、前記第2機能により検出した各相出力電流のバランス状態に応じて、前記インバータの上下アームの短絡を回避しつつ全相の上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子をONさせるように前記駆動信号を生成する第3機能と、
を備え、
前記駆動信号を生成する駆動回路が前記第1機能を備え、
前記第3機能は、更に、前記駆動回路により異常を検知した際に、前記インバータの全ての半導体スイッチング素子をOFFさせると共に、各相出力電流のバランス状態に応じて、前記インバータの上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子の短絡固着の有無を判断し、
前記第3機能は、更に、前記インバータの上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子に短絡固着有りと判断した時に、前記インバータの異常発生レグ以外のレグについて上アームまたは下アームの半導体スイッチング素子の一方側の素子をONさせて前記固定子巻線を短絡し、各相出力電流のバランス状態に応じて上アームまたは下アームの何れに短絡固着が有るかを判断し、短絡固着が有ると判断した時は、前記一方側の素子に代えて、他方側の素子をONさせることを特徴とした永久磁石同期モータの駆動システム。
In a permanent magnet synchronous motor drive system comprising a three-phase inverter for driving a three-phase permanent magnet synchronous motor and a control device for generating drive signals for semiconductor switching elements constituting the inverter ,
The control device is
a first function for detecting an abnormality in the inverter;
a second function for detecting each phase output current of the inverter;
In order to short-circuit the stator windings of the permanent magnet synchronous motor when an abnormality is detected by the first function, the upper and lower arms of the inverter are controlled according to the balance state of each phase output current detected by the second function. a third function of generating the drive signal so as to turn on the semiconductor switching elements of the upper arm or the lower arm of all phases while avoiding a short circuit;
with
A drive circuit that generates the drive signal has the first function,
The third function further turns off all the semiconductor switching elements of the inverter when an abnormality is detected by the drive circuit, and switches between the upper arm or the lower arm of the inverter according to the balance state of each phase output current. Judge the presence or absence of short-circuit fixation of the semiconductor switching element of the arm,
Further, the third function is, when it is determined that the semiconductor switching element of the upper arm or the lower arm of the inverter has a short-circuit fixation , the semiconductor switching element of the upper arm or the lower arm of the leg other than the abnormal leg of the inverter. The side element is turned ON to short-circuit the stator winding, and it is determined whether the short- circuit is stuck in the upper arm or the lower arm according to the balance state of the output current of each phase, and it is determined that the short-circuit is stuck. A driving system for a permanent magnet synchronous motor, characterized in that, when time, an element on the other side is turned ON instead of the element on the one side .
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