(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
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と
を備え、
前記制御装置は、
前記インバータが故障し、且つ前記インバータを停止させた状態で前記インバータの出力電流が所定値以上のとき、前記電流検出器の検出電流の各相の極性の組合せ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、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
を有し、
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電動機駆動装置。
【請求項２】
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相インバータであることを特徴とする請求項１に記載の電動機駆動装置。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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各相の極性の組合せ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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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１に記載の電動機駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１１６８３号公報（全体）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、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とを備え、前記制御装置は、前記インバータが故障し、且つ前記インバータを停止させた状態で前記インバータの出力電流が所定値以上のとき、前記電流検出器の検出電流の各相の極性の組合せ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、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し、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している。
【発明の効果】
【０００９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】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。
【図１５】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。
【図１６】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。
【図１７】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。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【実施例１】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
以下、制御装置４の内部構成について説明する。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【実施例２】
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【実施例３】
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【符号の説明】
【００５３】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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