(57)【要約】【課題】ＤＣリンクコンデンサの短絡故障を早期に検知して安全が確保されるモータ駆動装置を実現する。【解決手段】モータ駆動装置１は、交流電源２の交流電力を直流電力に変換してＤＣリンクへ出力するコンバータ１１と、ＤＣリンクの直流電力をモータ駆動用の交流電力に変換して出力するインバータ１２と、互いに直列接続された複数のＤＣリンクコンデンサ１３と、複数のＤＣリンクコンデンサ１３と並列接続される、互いに直列接続された複数の抵抗１４と、ＤＣリンク電圧検出部１５と、ＤＣリンクコンデンサ１３同士を接続する接続点のうちのいずれか１つと抵抗１４同士を接続する接続点のうちのいずれか１つとの間に接続され、印加電圧が所定値を超えた場合に通電する通電素子１６と、ＤＣリンク電圧値が上限値を超えた場合または下限値を下回った場合、複数のＤＣリンクコンデンサ１３のうち少なくとも１つが短絡したと判定する短絡判定部１７とを備える。【選択図】図１
2019213283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源から入力された交流電力を直流電力に変換してＤＣリンクへ出力するコンバータと、
前記ＤＣリンクにおける直流電力をモータの駆動のための交流電力に変換して出力するインバータと、
前記ＤＣリンクに設けられる互いに直列接続された複数のＤＣリンクコンデンサと、
前記複数のＤＣリンクコンデンサと並列接続される、互いに直列接続された複数の抵抗と、
前記複数の抵抗のうちのいずれか１つに印加される電圧に基づき、前記ＤＣリンクの正負両極端子に印加される電圧の値であるＤＣリンク電圧値を検出するＤＣリンク電圧検出部と、
前記ＤＣリンクコンデンサ同士を接続する接続点のうちのいずれか１つと前記抵抗同士を接続する接続点のうちのいずれか１つとの間に接続され、印加される電圧が所定値を超えた場合にのみ通電する通電素子と、
前記ＤＣリンク電圧値が所定の上限値を超えた場合または所定の下限値を下回った場合、前記複数のＤＣリンクコンデンサのうち少なくとも１つが短絡したと判定する短絡判定部と、
を備える、モータ駆動装置。
【請求項２】
前記短絡判定部が前記複数のコンデンサのうち少なくとも１つが短絡したと判定した場合、前記交流電源から前記コンバータへの交流電力の流入を遮断する遮断部をさらに備える、請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記通電素子は、逆バイアスとなる方向が互いに逆向きになるように直列接続された２つのツェナーダイオードからなり、
前記所定値は、前記ツェナーダイオードの降伏電圧値である請求項１または２に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記通電素子は、印加される電圧が前記所定値以下の場合は所定の抵抗値を示し、前記所定値を超えた場合は前記所定の抵抗値よりも低い抵抗値を示すバリスタからなる、請求項１または２に記載のモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣリンクコンデンサの短絡判定部を有するモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、あるいは各種ロボット内のモータを駆動するモータ駆動装置においては、交流電源から供給される交流電力をコンバータにて直流電力に変換してＤＣリンクへ出力し、さらにインバータにてＤＣリンクにおける直流電力を交流電力に変換して、この交流電力を駆動軸ごとに設けられたモータに駆動電力として供給している。
【０００３】
ＤＣリンクには、コンバータの直流出力の脈動分を抑える機能とともに直流電力を蓄積する機能を有するＤＣリンクコンデンサが設けられる。ＤＣリンクコンデンサは平滑コンデンサとも称される。一般にＤＣリンクコンデンサには耐圧があることから、ＤＣリンクにおける大きな直流電圧に耐えられるよう、複数のＤＣリンクコンデンサが直列接続されることが多い。
【０００４】
例えば、特許文献１に記載されているように、モータを駆動するインバータ回路に、前記モータの回生電力を充電可能な蓄電部を有するＤＣリンクを介して接続されるとともに、電源から供給される交流電力を直流電力に変換して、前記ＤＣリンクを介して前記インバータ回路に供給するコンバータ装置において、前記ＤＣリンクのＤＣリンク電圧を検出する電圧検出部と、前記蓄電部による前記回生電力の充電開始時に検出されるＤＣリンク電圧を保持する電圧保持部と、現在検出されたＤＣリンク電圧が、前記電圧保持部に保持されているＤＣリンク電圧に所定の電位差を加えた上限電圧を超えるとき、前記蓄電部への充電を停止する充電停止部と、を備えることを特徴とするコンバータ装置が知られている。
【０００５】
例えば、特許文献２に記載されているように、主電源から入力される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、前記コンバータ部から出力される直流電圧を整流するＤＣリンク部と、前記ＤＣリンク部により整流された直流電圧を半導体スイッチング素子によりモータを駆動するための交流電圧に変換するインバータ部と、主電源とは独立して設けられ、前記ＤＣリンク部に電圧を印加する電圧印加部と、前記電圧印加部により電圧を印加した後の前記ＤＣリンク部の電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部により検出された電圧の所定時間に渡って測定した値、および電圧の時間的変化率に基づいて、前記ＤＣリンク部の異常の有無を判定する異常判定部と、を有することを特徴とするモータ駆動装置が知られている。
【０００６】
例えば、特許文献３に記載されているように、交流電源（7）からの電圧を整流するコンバータ回路（2）と、上記コンバータ回路（2）の出力に並列に接続され複数のスイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）のスイッチング動作により上記コンバータ回路（2）からの電力を所定の電圧及び周波数の交流電力に変換し、該交流電力をモータ（8）に出力するインバータ回路（6）と、上記複数のスイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）のスイッチング動作を制御するインバータ回路制御部（13）と、上記インバータ回路（6）の入力に並列に接続され上記複数のスイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）のスイッチング動作により生じる電圧の脈動を平滑するための第１コンデンサ（3a）を有し、上記コンバータ回路（2）とインバータ回路（6）とを接続する直流リンク部（3）と、直列に接続される第２コンデンサ（4c）及びスイッチ（5a）を有し、上記第１コンデンサ（3a）に並列に接続される直列回路（5）と、上記直流リンク部（3）の過電圧を抑制するように上記スイッチ（5a）の開閉を制御するスイッチ制御部（14）とを備えることを特徴とする電力変換装置が知られている。
【０００７】
例えば、特許文献４に記載されているように、三相交流入力電圧を直流電圧に変換するコンバータ部(１)と、上記コンバータ部(１)により変換された上記直流電圧を所定の三相交流出力電圧に変換するインバータ部(２)と、上記コンバータ部(１)と上記インバータ部(２)とを接続する正極側の第１直流リンク部(Ｌ１)および負極側の第２直流リンク部(Ｌ２)と、上記第１直流リンク部(Ｌ１)と上記第２直流リンク部(Ｌ２)との間に接続され、少なくとも２つのキャパシタンス素子(Ｃ１,Ｃ２,Ｃ３)を有するクランプ回路(３,１３,２３)とを備え、上記クランプ回路(３,１３,２３)は、上記第１直流リンク部(Ｌ１)と上記第２直流リンク部(Ｌ２)との間に上記各キャパシタンス素子(Ｃ１,Ｃ２,Ｃ３)が直列に接続された状態で、上記インバータ部(２)からの回生電流により上記各キャパシタンス素子(Ｃ１,Ｃ２,Ｃ３)に充電される一方、上記第１直流リンク部(Ｌ１)と上記第２直流リンク部(Ｌ２)との間に上記各キャパシタンス素子(Ｃ１,Ｃ２,Ｃ３)が並列に接続された状態で上記キャパシタンス素子(Ｃ１,Ｃ２,Ｃ３)から放電されることを特徴とする直接形交流電力変換装置が知られている。
【０００８】
例えば、特許文献５に記載されているように、直列接続された複数のＤＣリンクコンデンサのそれぞれに短絡検出機構を設けて短絡故障を検知することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第４０２１４３１号公報
【特許文献２】特許第５６８９４９７号公報
【特許文献３】特開２０１４−１３１４４６号公報
【特許文献４】特開２００７−２９５６８６号公報
【特許文献５】英国特許第２５２０１２１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
モータ駆動装置内のコンバータとインバータとの間のＤＣリンクに設けられた直列接続された複数のＤＣリンクコンデンサのうちのいずれかに短絡故障が発生すると、短絡故障していない正常なＤＣリンクコンデンサには、これまでよりも高電圧が印加されることになる。正常な（すなわち当初は短絡故障していなかった）ＤＣリンクコンデンサに耐圧以上の過電圧が長時間にわたって続くと破損したり、発火したりすることがある。その結果、モータ、当該モータを駆動するモータ駆動装置、当該モータ駆動装置が駆動するモータが組み込まれた機械やシステムなどが、破損したり変形するなどといった何らかの障害が発生してしまうという問題がある。このため、ＤＣリンクコンデンサの短絡故障を早期に検知することは非常に重要である。例えば、直列接続された複数のＤＣリンクコンデンサのそれぞれに短絡検出部を設けて短絡故障を検知することも考えられる。しかしながら、ＤＣリンクコンデンサごとに短絡検出部を設けることは、回路実装面積の増加、部品点数の増加、コストの増加を招き、好ましくない。したがって、モータ駆動装置内のコンバータとインバータとの間のＤＣリンクに設けられた直列接続された複数のＤＣリンクコンデンサの短絡故障を低コストで早期に検知して安全を確保することができる技術が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本開示の一態様によれば、モータ駆動装置は、交流電源から入力された交流電力を直流電力に変換してＤＣリンクへ出力するコンバータと、ＤＣリンクにおける直流電力をモータの駆動のための交流電力に変換して出力するインバータと、ＤＣリンクに設けられる互いに直列接続された複数のＤＣリンクコンデンサと、複数のＤＣリンクコンデンサと並列接続される、互いに直列接続された複数の抵抗と、複数の抵抗のうちのいずれか１つに印加される電圧に基づき、ＤＣリンクの正負両極端子に印加される電圧の値であるＤＣリンク電圧値を検出するＤＣリンク電圧検出部と、ＤＣリンクコンデンサ同士を接続する接続点のうちのいずれか１つと抵抗同士を接続する接続点のうちのいずれか１つとの間に接続され、印加される電圧が所定値を超えた場合にのみ通電する通電素子と、ＤＣリンク電圧値が所定の上限値を超えた場合または所定の下限値を下回った場合、複数のＤＣリンクコンデンサのうち少なくとも１つが短絡したと判定する短絡判定部と、を備える。
【発明の効果】
【００１２】
本開示の一態様によれば、コンバータとインバータとの間のＤＣリンクに設けられた直列接続された複数のＤＣリンクコンデンサの短絡故障を低コストで早期に検知して安全が確保されるモータ駆動装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の実施形態によるモータ駆動装置を示す図である。
【図２】本開示の実施形態によるモータ駆動装置において、通電素子をツェナーダイオードで構成する場合を示す図である。
【図３】本開示の実施形態によるモータ駆動装置において、通電素子をバリスタで構成する場合を示す図である。
【図４】本開示の実施形態によるモータ駆動装置において、２個のＤＣリンクコンデンサのうち下側のＤＣリンクコンデンサが短絡故障したときにおける電流の流れを示す図である。
【図５】本開示の実施形態によるモータ駆動装置において、２個のＤＣリンクコンデンサのうち上側のＤＣリンクコンデンサが短絡故障したときにおける電流の流れを示す図である。
【図６】本開示の実施形態によるモータ駆動装置の動作フローを示すフローチャートである。
【図７】本開示の実施形態によるモータ駆動装置において、分圧抵抗をｎ個とした場合を示す図である。
【図８】従来のモータ駆動装置におけるＤＣリンクコンデンサの短絡検出方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下図面を参照して、ＤＣリンクコンデンサの短絡判定部を有するモータ駆動装置について説明する。理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。図面に示される形態は実施するための一つの例であり、図示された実施形態に限定されるものではない。
【００１５】
図１は、本開示の実施形態によるモータ駆動装置を示す図である。
【００１６】
一例として、交流電源２に接続されたモータ駆動装置１により、１巻線タイプの交流モータ（以下、単に「モータ」と称する。）３を１個制御する場合について説明する。モータ３の個数は本実施形態を特に限定するものではなくこれ以外の個数であってもよい。なお、交流電源２及びモータ３の相数は本実施形態を特に限定するものではなく、例えば三相であっても単相であってもよい。交流電源２の一例を挙げると、三相交流４００Ｖ電源、三相交流２００Ｖ電源、三相交流６００Ｖ電源、単相交流１００Ｖ電源などがある。また、モータ３の種類についても本実施形態を特に限定するものではなく、例えば誘導モータであっても同期モータであってもよい。ここで、モータ３が設けられる機械には、例えば工作機械、ロボット、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、各種電化製品、電車、自動車、航空機などが含まれる。
【００１７】
モータ駆動装置１は、一般的なモータ駆動装置と同様、ＤＣリンクにおける直流電力とモータ３の駆動電力もしくは回生電力である交流電力との間で電力変換を行うインバータ１２を制御することで、モータ３の駆動を制御する。モータ駆動装置１内のモータ制御部２０は、速度検出器３１によって検出されたモータ３の（回転子の）回転速度（速度フィードバック）、電流検出器３２によって検出されたモータ３の巻線に流れる電流（電流フィードバック）、所定のトルク指令、及びモータ３の動作プログラムなどに基づいて、モータ３の速度、トルク、もしくは回転子の位置を制御するためのスイッチング指令を生成する。モータ制御部２０によって作成されたスイッチング指令に基づいて、インバータ１２による電力変換動作が制御される。
【００１８】
図１に示すように、モータ駆動装置１は、コンバータ１１と、インバータ１２と、複数のＤＣリンクコンデンサ１３と、複数の抵抗１４と、ＤＣリンク電圧検出部１５と、通電素子１６と、短絡判定部１７と、遮断部１８と、モータ制御部２０とを備える。
【００１９】
コンバータ１１は、交流電源２から入力された交流電力を直流電力に変換して直流側であるＤＣリンクへ出力する。コンバータ１１の例としては、ダイオード整流回路、１２０度通電型整流回路、あるいは内部にスイッチング素子を備えるＰＷＭスイッチング制御方式の整流回路などがある。コンバータ１１は、交流電源２が三相である場合は三相のブリッジ回路として構成され、交流電源２が単相である場合は単相ブリッジ回路で構成される。コンバータ１１がダイオード整流回路である場合は、交流電源２から入力された交流電流を整流し、ＤＣリンクへ直流電流を出力する。コンバータ１１が１２０度通電型整流回路やＰＷＭスイッチング制御方式の整流回路である場合は、コンバータ１１は、交流電源２から入力された交流電力を直流電力に変換してＤＣリンクへ出力するとともに電源回生時にはＤＣリンクにおける直流電力を交流電力に変換して交流電源２側へ戻すことができる交直双方向に変換可能である電力変換器として実現される。コンバータ１１がＰＷＭスイッチング制御方式の整流回路である場合は、スイッチング素子及びこれに逆並列に接続されたダイオードのブリッジ回路からなる。この場合、スイッチング素子の例としては、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＧＴＯ（Ｇａｔｅ  Ｔｕｒｎ−ＯＦＦ  ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ：ゲートターンオフサイリスタ）、トランジスタなどがあるが、スイッチング素子の種類自体は本実施形態を限定するものではなく、その他のスイッチング素子であってもよい。コンバータ１１の直流出力側とインバータ１２の直流入力側とは、ＤＣリンクを介して並列接続される。なお、コンバータ１１の交流入力側には交流リアクトルやＡＣラインフィルタ等が設けられるが、ここでは図示を省略している。
【００２０】
インバータ１２は、ＤＣリンクにおける直流電力をモータ３の駆動のための交流電力に変換して出力する。インバータ１２は、スイッチング素子及びこれに逆並列に接続されたダイオードのブリッジ回路からなる。インバータ１２は、モータ３が三相である場合は三相のブリッジ回路として構成され、モータ３が単相である場合は単相ブリッジ回路で構成される。インバータ１２は、モータ制御部２０から受信したスイッチング指令に基づき各スイッチング素子がオンオフ制御されることにより、ＤＣリンクにおける直流電力とモータ３の駆動電力もしくは回生電力である交流電力との間で電力変換する。より具体的には、インバータ１２は、モータ制御部２０から受信したスイッチング指令に基づき内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、ＤＣリンクを介してコンバータ１１から供給される直流電力を、モータ３を駆動するための所望の電圧及び所望の周波数の交流電力に変換し、出力する（逆変換動作）。これにより、モータ３は、供給された電圧可変及び周波数可変の交流電力に基づいて動作することになる。また、モータ３の減速時には回生電力が発生するが、モータ制御部２０から受信したスイッチング指令に基づき内部のスイッチング素子をスイッチング動作させ、モータ３で発生した交流の回生電力を直流電力へ変換し、ＤＣリンクへ戻す（順変換動作）。スイッチング素子の例としては、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＧＴＯ、トランジスタなどがあるが、スイッチング素子の種類自体は本実施形態を限定するものではなく、その他のスイッチング素子であってもよい。
【００２１】
ＤＣリンクには、互いに直列接続された複数のＤＣリンクコンデンサ１３が設けられる。ＤＣリンクコンデンサ１３は、コンバータ１１の直流出力の脈動分を抑える機能とともに直流電力を蓄積する機能を有する。ＤＣリンクコンデンサ１３の例としては、例えば電解コンデンサやフィルムコンデンサなどがある。一般にＤＣリンクコンデンサには耐圧があることから、ＤＣリンクにおける大きな直流電圧に耐えられるよう、複数のコンデンサが直列接続される。図示の例では、一例として２個のＤＣリンクコンデンサＣ1及びＣ2が直列接続される。ＤＣリンクコンデンサ１３の個数は３個以上であってもよい。
【００２２】
また、ＤＣリンクには、互いに直列接続された複数の抵抗（以下、「分圧抵抗」と称することがある。）１４が設けられる。ＤＣリンクにおいて、互いに直列接続された複数の抵抗１４と互いに直列接続された複数のＤＣリンクコンデンサ１３とは、並列接続される。図示の例では、一例として３つの抵抗（Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3）が直列接続される。このうち抵抗Ｒ1は、ＤＣリンク電圧を検出するための電圧検出抵抗として用いられる。各抵抗値の一例を挙げると、Ｒ1＝１００Ω、Ｒ2＝５００ｋΩ、Ｒ3＝５００ｋΩであるが、ここで例示した以外の抵抗値であってもよい。
【００２３】
ＤＣリンク電圧検出部１５は、ＤＣリンクの正負両極端子に印加される電圧（すなわち、コンバータ１１の直流出力側の電圧またはインバータ１２の直流入力側の電圧）の値であるＤＣリンク電圧値を検出するものであり、モータ駆動装置１においてＤＣリンク電圧の一定制御を行うために一般的に設けられるものである。ＤＣリンクにおける直流電圧は大電圧であり、ＤＣリンク電圧検出部１５の検出端子間にそのまま印加することはできない。そこで、一般に、ＤＣリンクの正負両極端子に印加される電圧を直列接続された複数の抵抗１４にて分圧し、これら複数の抵抗１４のうちのいずれか１つの抵抗（図１の例では抵抗Ｒ1）に印加される電圧をＤＣリンク電圧検出部１５にて検出する。ＤＣリンク電圧検出部１５は、検出した電圧値をオームの法則に従って換算した値を、ＤＣリンク電圧値として出力する。図１に示す例では、ＤＣリンク電圧値は下記式１に従って計算される。
【００２４】
ＤＣリンク電圧値＝抵抗Ｒ1に印加される電圧値×（抵抗Ｒ1の抵抗値＋抵抗Ｒ2の抵抗値＋抵抗Ｒ3の抵抗値）／抵抗Ｒ1の抵抗値                ・・・（１）
【００２５】
ＤＣリンク電圧検出部１５から出力されたＤＣリンク電圧値は、モータ制御部２０に送られてＤＣリンク電圧の一定制御に利用されるとともに、本実施形態では、後述する短絡判定部１７における短絡判定処理に利用される。
【００２６】
通電素子１６は、ＤＣリンクコンデンサ同士を接続する接続点のうちのいずれか１つと抵抗同士を接続する接続点のうちのいずれか１つとの間に接続される。通電素子１６は、印加される電圧が所定値を超えた場合にのみ通電するものであり、例えば、ツェナーダイオードやバリスタ（Ｖａｒｉｓｔｏｒ）などがある。通電素子１６の詳細については後述する。
【００２７】
短絡判定部１７は、ＤＣリンク電圧検出部１５が検出したＤＣリンク電圧値が所定の上限値を超えた場合または所定の下限値を下回った場合、複数のＤＣリンクコンデンサ１３のうち少なくとも１つが短絡したと判定する。短絡判定部１７の判定結果は、遮断部１８に送られる。短絡判定部１７の短絡判定処理の詳細については後述する。
【００２８】
遮断部１８は、短絡判定部１７が複数のコンデンサ１３のうち少なくとも１つが短絡したと判定した場合、交流電源２からコンバータ１１への交流電力の流入を遮断する。遮断部１８の例としては、電磁接触器、リレー、パワー半導体スイッチング素子などがある。例えば、遮断部１８が電磁接触器で構成される場合、短絡判定部１７により複数のコンデンサ１３のうち少なくとも１つが短絡したと判定されると、短絡判定部１７は遮断部１８に対して遮断指令（開指令）を出力して、電磁接触器の接点を開離させ、交流電源２からコンバータ１１への電力供給を遮断する。これにより、交流電源２からＤＣリンクへのコンバータ１１を介した電力の流れを確実に断ち切られ、短絡故障していない正常なコンデンサには電流が流れ込まず、電圧が印加されないので破壊に至ることはなく、安全が確保される。遮断部１８による遮断動作は、短絡判定部１７により複数のコンデンサ１３のうち少なくとも１つが短絡したと判定されてからできるだけ早く実行されるのが好ましい。遮断部１８の遮断処理の詳細については後述する。
【００２９】
続いて、通電素子１６の詳細について説明する。
【００３０】
図２は、本開示の実施形態によるモータ駆動装置において、通電素子をツェナーダイオードで構成する場合を示す図である。図２に示すように、通電素子１６は、逆バイアスとなる方向が互いに逆向きになるように直列接続された２個のツェナーダイオードＤ1及びＤ2で構成することができる。ツェナーダイオードは、定電圧ダイオード（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｄｉｏｄｅ）とも称される。ツェナーダイオードは、順バイアス方向に電圧が印加される場合は通常のダイオードとほぼ同様の特性を示すが、逆バイアス方向に印加される電圧が降伏電圧（ツェナー電圧）を超える場合はアバランシェ降伏により急激に電流が流れる特性を示す。通電素子１６は、ツェナーダイオードＤ1とツェナーダイオードＤ2とを逆バイアスとなる方向が互いに逆向きになるように直列接続して構成される。このような構成により、抵抗Ｒ2と抵抗Ｒ3との接続点からＤＣリンクコンデンサＣ1とＤＣリンクコンデンサＣ2との接続点へ向かう方向及びその逆方向のいずれにおいても、印加される電圧が所定値（ツェナーダイオードの降伏電圧値）を超える場合にのみ、通電することになる。例えば、通電素子１６に対し、抵抗Ｒ2と抵抗Ｒ3との接続点が正となりＤＣリンクコンデンサＣ1とＤＣリンクコンデンサＣ2との接続点が負となる向きに印加される電圧は、ツェナーダイオードＤ1に対しては逆バイアスとなり、ツェナーダイオードＤ2に対しては順バイアスとなる。当該電圧がツェナーダイオードＤ1の降伏電圧を超えると、ツェナーダイオードＤ1（すなわち通電素子１６）は通電し、抵抗Ｒ2と抵抗Ｒ3との接続点からＤＣリンクコンデンサＣ1とＤＣリンクコンデンサＣ2との接続点へ向かう向きに電流が流れる。逆に、通電素子１６に対し、抵抗Ｒ2と抵抗Ｒ3との接続点が負となりＤＣリンクコンデンサＣ1とＤＣリンクコンデンサＣ2との接続点が正となる向きに印加される電圧は、ツェナーダイオードＤ1に対しては順バイアスとなり、ツェナーダイオードＤ2に対しては逆バイアスとなる。当該電圧がツェナーダイオードＤ2の降伏電圧を超えると、ツェナーダイオードＤ2（すなわち通電素子１６）は通電し、ＤＣリンクコンデンサＣ1とＤＣリンクコンデンサＣ2との接続点から抵抗Ｒ2と抵抗Ｒ3との接続点へ向かう向きに電流が流れる。
【００３１】
図３は、本開示の実施形態によるモータ駆動装置において、通電素子をバリスタで構成する場合を示す図である。図３に示すように、通電素子１６は、印加される電圧が所定値以下の場合は所定の抵抗値を示し、所定値を超えた場合は所定の抵抗値よりも低い抵抗値を示すバリスタＲvで構成することができる。バリスタＲvは、「Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｒｅｓｉｓｔｏｒ」とも称され、電圧によって抵抗値が変化する非線形抵抗である。バリスタＲvの素材としては、酸化亜鉛、チタン酸ストロンチウム、炭化ケイ素（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ）などがある。例えば、バリスタＲvで構成される通電素子１６に対し、印加される電圧が所定値を超えると、通電素子１６は通電する。
【００３２】
続いて、短絡判定部１７の短絡判定処理及び遮断部１８の遮断処理について、図４及び図５を参照してより詳細に説明する。
【００３３】
図４は、本開示の実施形態によるモータ駆動装置において、２個のＤＣリンクコンデンサのうち下側のＤＣリンクコンデンサが短絡故障したときにおける電流の流れを示す図である。ＤＣリンクコンデンサＣ1及びＣ2のいずれも短絡故障がない正常な状態では、抵抗Ｒ2と抵抗Ｒ3との接続点と、ＤＣリンクコンデンサＣ1とＤＣリンクコンデンサＣ2との接続点とは、略同電位であり、したがって通電素子１６には電圧はほとんど印加されない。下側のＤＣリンクコンデンサＣ2に短絡故障が発生すると、ＤＣリンクコンデンサＣ2の両端電圧はゼロとなってＤＣリンクコンデンサＣ1とＤＣリンクコンデンサＣ2との接続点の電位はゼロとなる。つまり、抵抗Ｒ2と抵抗Ｒ3との接続点が高電位となりＤＣリンクコンデンサＣ1とＤＣリンクコンデンサＣ2との接続点が低電位（ゼロ電位）となるような電位差が、通電素子１６の両端に発生する。通電素子１６に印加される電圧が所定値（例えば通電素子１６がツェナーダイオードＤ1及びＤ2で構成される場合は降伏電圧）を超えると通電素子１６は通電し、その結果、コンバータ１１から流れ出た電流は、図中太線の破線で示されように、抵抗Ｒ1、抵抗Ｒ2、通電素子１６、及び短絡したＤＣリンクコンデンサＣ2を介して流れる。このとき、ＤＣリンク電圧検出部１５が検出したＤＣリンク電圧値は上限値を超えるので、短絡判定部１７は、２個のコンデンサＣ1及びＣ2のうちの１つ（すなわち下側のコンデンサＣ2）が短絡したと判定する。
【００３４】
図５は、本開示の実施形態によるモータ駆動装置において、２個のＤＣリンクコンデンサのうち上側のＤＣリンクコンデンサが短絡故障したときにおける電流の流れを示す図である。ＤＣリンクコンデンサＣ1及びＣ2のいずれも短絡故障がない正常な状態では、抵抗Ｒ2と抵抗Ｒ3との接続点と、ＤＣリンクコンデンサＣ1とＤＣリンクコンデンサＣ2との接続点とは、略同電位であり、したがって通電素子１６には電圧はほとんど印加されない。上側のＤＣリンクコンデンサＣ1に短絡故障が発生すると、ＤＣリンクコンデンサＣ1の両端電圧はゼロとなってＤＣリンクコンデンサＣ1とＤＣリンクコンデンサＣ2との接続点の電位はＤＣリンクにおける正極側と同電位となる。つまり、抵抗Ｒ2と抵抗Ｒ3との接続点が低電位となりＤＣリンクコンデンサＣ1とＤＣリンクコンデンサＣ2との接続点が高電位となるような電位差が、通電素子１６の両端に発生する。通電素子１６に印加される電圧が所定値（例えば通電素子１６がツェナーダイオードで構成される場合は降伏電圧）を超えると通電素子１６は通電し、その結果、コンバータ１１から流れ出た電流は、図中太線の破線で示されように、短絡したＤＣリンクコンデンサＣ1、通電素子１６、及び抵抗Ｒ3を介して流れる。このとき、ＤＣリンク電圧検出部１５が検出したＤＣリンク電圧値は下限値を下回るので、短絡判定部１７は、２個のコンデンサＣ1及びＣ2のうちの１つ（すなわち上側のコンデンサＣ1）が短絡したと判定する。
【００３５】
ここで、短絡判定部１７の短絡判定処理に用いられる上限値及び下限値について説明する。複数のＤＣリンクコンデンサ１３のいずれもが正常の場合、ＤＣリンク電圧値は、理想的には一定値であるが、実際にはコンバータ１１及びインバータ１２の電力変換動作（スイッチング動作）などに起因して小さな変動（リプル）が発生する。すなわち、複数のＤＣリンクコンデンサ１３のいずれもが正常の場合におけるＤＣリンク電圧値は、最大値及び最小値で画定される所定の範囲内に収まるように変動する。しかしながら、複数のＤＣリンクコンデンサ１３のうち少なくとも１つが短絡すると、上述のようにＤＣリンク電圧値は上記所定の範囲から外れた値となる。そこで、本実施形態では、短絡判定部１７の短絡判定処理に用いられる上限値を、複数のＤＣリンクコンデンサ１３のいずれもが正常の場合にとり得るＤＣリンク電圧値の上記所定の範囲のうちの最大値よりも大きい値に設定し、短絡判定部１７の短絡判定処理に用いられる下限値を、複数のＤＣリンクコンデンサ１３のいずれもが正常の場合にとり得るＤＣリンク電圧値の上記所定の範囲のうちの最小値よりも小さい値に設定する。短絡判定部１７は、ＤＣリンク電圧値がこのように設定された上限値を超えた場合または下限値を下回った場合、複数のＤＣリンクコンデンサ１３のうち少なくとも１つが短絡したと判定する。
【００３６】
図６は、本開示の実施形態によるモータ駆動装置の動作フローを示すフローチャートである。
【００３７】
本実施形態によるモータ駆動装置１において、モータ制御部２０によりインバータ１２の電力変換動作を制御してモータ３の駆動を行っている場合において、ステップＳ１０１では、短絡判定部１７は、ＤＣリンク電圧検出部１５が検出したＤＣリンク電圧値と所定の上限値とを比較し、ＤＣリンク電圧が上限値を超えたか否かを判定する。ステップＳ１０１において短絡判定部１７によりＤＣリンク電圧値が上限値を超えたと判定された場合はステップＳ１０３へ進み、そうでない場合はステップＳ１０２へ進む。
【００３８】
ステップＳ１０２において、短絡判定部１７は、ＤＣリンク電圧検出部１５が検出したＤＣリンク電圧値と所定の下限値とを比較し、ＤＣリンク電圧が下限値を下回ったか否かを判定する。ステップＳ１０２において短絡判定部１７によりＤＣリンク電圧値が下限値を下回ったと判定された場合はステップＳ１０３へ進み、そうでない場合はステップＳ１０１へ戻る。
【００３９】
なお、ステップＳ１０１におけるＤＣリンク電圧が上限値を超えたか否かの判定処理と、ステップＳ１０２におけるＤＣリンク電圧が下限値を下回ったか否かの判定処理とは入れ替えて実行してもよい。
【００４０】
ステップＳ１０３において、短絡判定部１７は、複数のＤＣリンクコンデンサ１３のうち少なくとも１つが短絡したと判定する。短絡判定部１７の判定結果は、遮断部１８に送られる。
【００４１】
ステップＳ１０４において、遮断部１８は、短絡判定部１７による短絡判定を受けて、交流電源２からコンバータ１１への交流電力の流入を遮断する。これにより、交流電源２からＤＣリンクへのコンバータ１１を介した電力の流れを確実に断ち切られ、短絡故障していない正常なコンデンサには電流が流れ込まず、電圧が印加されないので破壊に至ることはなく、安全が確保される。
【００４２】
図１〜図６に示した例では、一例として３つの分圧抵抗（Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3）が直列接続された場合を示したが、分圧抵抗の個数は複数個であればいくつでもよい。
【００４３】
図７は、本開示の実施形態によるモータ駆動装置において、分圧抵抗をｎ個とした場合を示す図である。図７に示す例において、ｎを２以上の正の整数としたとき、ｋは２以上ｎ以下の整数となる。図７に示す例では、電圧検出抵抗を一例として抵抗Ｒ1としているが、上述のように電圧検出抵抗はｎ個の分圧抵抗のうちのいずれか１つであればよい。通電素子１６は、ＤＣリンクコンデンサＣ1とＤＣリンクコンデンサＣ2とを接続する接続点と抵抗Ｒk-1と抵抗Ｒkとを接続する接続点との間に接続される。なお、図８において、上述した以外の回路構成要素については図１に示す回路構成要素と同様であるので、同一の回路構成要素には同一符号を付して当該回路構成要素についての詳細な説明は省略する。
【００４４】
図８は、従来のモータ駆動装置におけるＤＣリンクコンデンサの短絡検出方法を説明する図である。図８において、従来のモータ駆動装置１０１は、交流電源２から入力された交流電力を直流電力に変換してＤＣリンクへ出力するコンバータ１１１と、ＤＣリンクにおける直流電力をモータ３の駆動のための交流電力に変換して出力するインバータ１１２と、ＤＣリンクに設けられる互いに直列接続された複数のＤＣリンクコンデンサＣ1及びＣ2と、互いに直列接続された複数の抵抗Ｒ1及びＲ2と、抵抗Ｒ1に印加される電圧に基づきＤＣリンク電圧値を検出するＤＣリンク電圧検出部１１３とを備える。モータ駆動装置１０１内のモータ制御部１２０は、速度検出器１３１によって検出されたモータ３の回転速度、電流検出器１３２によって検出されたモータ３の巻線に流れる電流、所定のトルク指令、及びモータ３の動作プログラムなどに基づいて、モータ３の速度、トルク、もしくは回転子の位置を制御するためのスイッチング指令を生成する。モータ制御部１２０によって作成されたスイッチング指令に基づいて、インバータ１１２による電力変換動作が制御される。従来のモータ駆動装置１０１では、例えば、ＤＣリンクコンデンサＣ1及びＣ2のそれぞれに短絡検出部１１４−１及び１１４−２を設けて短絡故障を検知していた。しかしながら、ＤＣリンクコンデンサＣ1及びＣ2ごとに、短絡検出専用のハードウェアである短絡検出部１１４−１及び１１４−２を設けることは、回路実装面積の増加、部品点数の増加、コストの増加を招く。
【００４５】
これに対し、本開示の実施形態によるモータ駆動装置１は、ＤＣリンクコンデンサ１３の短絡故障の検出に用いられるために設けられるハードウェアは、通電素子１６のみであり、従来のようにＤＣリンクコンデンサ１３の各々に短絡検出専用のハードウェアを設ける必要がないので、回路実装面積及び部品点数の増加を最小限に抑えることができ、低コストである。また、短絡判定部１７による短絡判定処理に用いられるＤＣリンク電圧を検出するＤＣリンク電圧検出部１５は、モータ駆動装置１においてＤＣリンク電圧の一定制御を行うために一般的に設けられる電圧検出器を流用することができ、新規の短絡検出用の測定器を別途設ける必要がないので、低コストでコンデンサの短絡故障を検知することができる。
【００４６】
上述した短絡判定部１７及びモータ制御部２０は、例えばソフトウェアプログラム形式で構築されてもよく、あるいは各種電子回路とソフトウェアプログラムとの組み合わせで構築されてもよい。この場合、例えばＡＳＩＣやＤＳＰなどの演算処理装置にこのソフトウェアプログラムを動作させて各部の機能を実現することができる。あるいは、短絡判定部１７及びモータ制御部２０の機能を実現するソフトウェアプログラムを書き込んだ半導体集積回路として実現してもよい。また、短絡判定部１７はモータ制御部２０内に設けてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１    モータ駆動装置
２    交流電源
３    モータ
１１    コンバータ
１２    インバータ
１３、Ｃ1、Ｃ2    ＤＣリンクコンデンサ
１４、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒk-1、Ｒk、Ｒn    抵抗（分圧抵抗）
１５    ＤＣリンク電圧検出部
１６    通電素子
１７    短絡判定部
１８    遮断部
２０    モータ制御部
３１    速度検出器
３２    電流検出器
Ｄ1、Ｄ2    ツェナーダイオード
Ｒv    バリスタ
【図１】
2019213283.tif 000003
【図２】
2019213283.tif 000004
【図３】
2019213283.tif 000005
【図４】
2019213283.tif 000006
【図５】
2019213283.tif 000007
【図６】
2019213283.tif 000008
【図７】
2019213283.tif 000009
【図８】
2019213283.tif 000010