(57)【要約】【課題】モーター駆動を行うインバーター内の電力素子を過熱から保護するための方法を提供する。【解決手段】本発明による電力素子の保護方法は、電力素子の接合部最大許容温度及び電力素子と放熱板のケース温度を検出し、モーターの駆動による駆動速度絶対値を算出した後、算出されたモーターの駆動速度絶対値によって異なるパターン利得を適用する第１段階、モータートルク指令及びモーター速度から、モーターの駆動によるインバーター損失を算出する第２段階、第１段階及び第２段階で算出された値を演算し、インバーター内の電力素子の接合部温度とケース温度との差を算出する第３段階、第３段階で算出された温度差のフィードバックを受けるＰＩ制御器の出力を制限する第４段階、及び第４段階のＰＩ制御器の出力と、入力されるモータートルク指令によって、モーターの駆動トルク出力を制限する第５段階、からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力素子を有してモーターを駆動するインバーターにおいて、
前記電力素子の接合部最大許容温度及び前記電力素子と放熱板のケース温度を検出し、前記モーターの駆動による駆動速度絶対値を算出した後、算出された前記モーターの駆動速度絶対値によって異なるパターン利得を適用する第１段階、
モータートルク指令及びモーター速度から、前記モーターの駆動によるインバーター損失を算出する第２段階、
前記第１段階及び第２段階で算出された値を演算し、前記インバーター内の電力素子の接合部温度とケース温度との差を算出する第３段階、
前記第３段階で算出された温度差のフィードバックを受けるＰＩ制御器の出力を制限する第４段階、及び
前記第４段階の前記ＰＩ制御器の出力と、入力される前記モータートルク指令によって、前記モーターの駆動トルク出力を制限する第５段階、からなることを特徴とするモーター拘束時のインバーター内の電力素子保護方法。
【請求項２】
前記第１段階で、前記算出された温度差と、前記モーターの駆動速度絶対値を演算する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のモーター拘束時のインバーター内の電力素子保護方法。
【請求項３】
前記モーターの駆動速度絶対値を算出した後、それに相当するパターン利得は、前記モーターの拘束時のパターン利得が、既設定の低速運転領域を外れる場合のパターン利得より小さく設定されることを特徴とする請求項１または２に記載のモーター拘束時のインバーター内の電力素子保護方法。
【請求項４】
前記第２段階で、前記モータートルク指令及び前記モーター速度は、それぞれの該当電流マップを利用することを特徴とする請求項１に記載のモーター拘束時のインバーター内の電力素子保護方法。
【請求項５】
前記算出されたインバーター損失に前記電力素子の熱抵抗を論理積演算して、前記電力素子接合部での接合熱時定数を算出する段階をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載のモーター拘束時のインバーター内の電力素子保護方法。
【請求項６】
前記第３段階で、前記インバーター内の電力素子の接合部温度とケース温度との差を算出する方法は、前記電力素子の接合部最大許容温度と、前記電力素子と放熱板のゲート温度との差を算出した後、前記算出された温度差とパターン利得が反映された前記モーターの駆動速度絶対値を演算した後、前記演算された値と前記インバーター損失を利用して前記算出された接合熱時定数を演算することにより、前記電力素子の接合部温度とケース温度との差を算出することを特徴とする請求項１に記載のモーター拘束時のインバーター内の電力素子保護方法。
【請求項７】
前記第４段階で、ＰＩ制御器の出力制限は、前記モーターの駆動が既設定の定格速度以上に駆動される時、既設定の定格速度以内で駆動速度の制限を行うことを特徴とする請求項１に記載のモーター拘束時のインバーター内の電力素子保護方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモーター拘束時のインバーター内の電力素子保護方法に係り、より詳しくはモーターの拘束の時、または低速領域での運転の時、出力可能なモータートルクを制限することで、インバーター内の電力素子を過熱から保護するようにした電力素子の保護方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、インバーター（ｉｎｖｅｒｔｅｒ）は、直流電源から可変電圧／可変周波数の３相交流電源を発生させて交流モーターを駆動する装置を指す。通常、インバーター装置の内部には、スイッチの役目をする電力素子がブリッジ形に配置される。このような、インバーター駆動の時、内部電力素子では熱が発生することになるが、前記電力素子の半導体接合（ｊｕｎｃｔｉｏｎ）部分で限界温度を超過すれば、それによって電力素子の寿命が短縮し、よって電力素子が焼損するので、適切な放熱構造が必要である。
【０００３】
このようなインバーターの放熱構造は、モーターの短時間及び連続定格負荷を満足させるように設計される。このような放熱構造設計の時、電力素子の発熱量は各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）ごとに均等になることを前提とする（図３参照）。しかし、モーターが高速条件または低速領域で運転する時、各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）での発熱量は偏差が発生することになり、特に拘束状態では、最悪の場合、１相での発熱量が均等時の２倍に至ることがある。このような場合、接合部の温度が限界条件を超過するなら、電力素子の焼損をもたらすとことになる。
【０００４】
詳細には、インバーターの放熱構造は、通常の運転条件では各相の電力素子の損失及び発熱量が均等である。なお、Ｐｌｏｓｓは電力損失を表す（図４参照）。しかし、拘束状態では、いずれか一つの相の電力素子に発熱が集中されることによって（図５参照）、該当半導体電力素子の過熱が避けられないことになり、この場合、該当半導体電力素子の接合部の温度が限界条件を超過することになり、結局素子の焼損をもたらすとの問題がある。
【０００５】
従来の対応は、モーター拘束条件の時、過負荷によるインバーター内の電力素子を保護するために、図６に示すように、電力ケース（Ｔｃ）または放熱板（Ｔｓ）上にセンサーを装着して温度を測定し、印加された負荷によって発生する温度上昇推定値を合算する。そして、電力素子接合部での温度を算出した後、一定温度超過の時、既設定の出力減少パターン（図７参照）によって減少割合を決定し、これをトルク指令（Ｔｒｑ＊）に掛ける方法によって、過負荷による電力素子を過熱から保護するものである（図８参照）。なお、図８において、‘Ｔｃ’はケース温度を意味するものとする。
【０００６】
しかし、前記のような出力減少パターンを利用してインバーター内の電力素子を過熱から保護する従来の方法は、モーターの拘束時または低速運転条件下で、電力素子の各相で温度不均衡が発生することができ、いずれか１相で検出温度が限界温度を超過する場合、電力素子が焼損するおそれがあるとの問題点がある。
【特許文献１】特開２００１−１０３６０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は前記従来技術の問題点を解決するためになされたもので、本発明の目的は、モーターの拘束時または低速領域での運転時、出力可能なトルクを制限してインバーター内の電力素子を過熱から保護する電力素子保護方法を提供することにある。すなわち、電力素子の制限温度値とケース温度間の差から計算された最大インバーター損失と熱抵抗の乗算で計算された接合部−ケースの温度差をフィードバックした値をＰＩ制御器で入力値として受けて出力可能なトルクを制限するようにしたモーター拘束時のインバーター内の電力素子保護方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明によるインバーター内の電力素子保護方法は、電力素子を有してモーターを駆動するインバーターにおいて、前記電力素子の接合部最大許容温度及び前記電力素子と放熱板のケース温度を検出し、前記モーターの駆動による駆動速度絶対値を算出した後、算出された前記モーターの駆動速度絶対値によって異なるパターン利得を適用する第１段階、モータートルク指令及びモーター速度から、前記モーターの駆動によるインバーター損失を算出する第２段階、前記第１段階及び第２段階で算出された値を演算し、前記インバーター内の電力素子の接合部温度とケース温度との差を算出する第３段階、前記第３段階で算出された温度差のフィードバックを受けるＰＩ制御器の出力を制限する第４段階、及び前記第４段階の前記ＰＩ制御器の出力と、入力される前記モータートルク指令によって、前記モーターの駆動トルク出力を制限する第５段階、からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によるインバーター内の電力素子の保護方法は、次のような効果がある。一つには、モーター拘束の時または低速運転の時、インバーター内の電力素子が過熱されないことにより、インバーターの損傷を防止することができる。二つには、過大な放熱構造の設計が不要で材料費の節減ができる。三つには、モーター駆動の時、許容温度範囲内で最大トルクを出力することができるので、動力性能が改善できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付図面に基づいて本発明による好適な実施例を説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明による電力素子の過熱保護のためのブロックダイアグラム図である。図２は、本発明による電力素子の加熱保護のためのフローチャートである。モーターの拘束時、または低速領域及び高速領域全体の運転区間において、モーター駆動によるインバーター内の電力素子を過熱から保護する方法を説明する。
【００１２】
図１及び図２に示すように、本実施例においては、モーター駆動の時、特にモーター拘束時または低速運転領域でのインバーター内の電力素子を過熱から保護するために、まずモーターの駆動によるインバーター内の電力素子の接合部最大許容温度（ＴＭＡＸ）及び電力素子と放熱板間のケース温度（Ｔｃ）を検出した（Ｓ１０２）後、インバーター内の電力素子の接合部最大許容温度から電力素子と放熱板間のケース温度を減算する（Ｓ１０４）。そして、モーターの駆動速度（Ｓｐｅｅｄ）の絶対値を求めた後（Ｓ１０６）、それによるパターン利得を算出する（Ｓ１０８）。本実施例では、モーターの駆動状態によって、モーター拘束時にはパターン利得が０．３３であり、既設定の低速運転領域を外れれば、パターン利得が１に設定される。
【００１３】
前記において、モーターの駆動速度によるパターン利得を算出した後には、Ｓ１０４段階で算出された温度差と、Ｓ１０８段階で算出されたパターン利得を論理積演算する（Ｓ１１０）。そして、モータートルク指令（Ｔｅ＊）及びモーター速度（Ｎ）それぞれに相当する電流マップ、すなわち２Ｄ  Ｍａｐ−ｌｄと２Ｄ  Ｍａｐ−ｌｑを利用して、モーター駆動による最大許容インバーター損失（Ｌｏｓｓ）を算出する（Ｓ１１２）。その後、算出されたインバーター損失に電力素子の熱抵抗（Ｒｊｃ）を論理積演算して、接合熱時定数を算出する（Ｓ１１４）。
【００１４】
前記において、接合熱時定数を算出した後には、Ｓ１１０段階における演算値と、算出された接合熱時定数を減算して（Ｓ１１６）、電力接合部温度とケース温度間の差を算出する（Ｓ１１８）。Ｓ１１８段階で算出された温度差はＰＩ制御器に入力される（Ｓ１２０）。その後、算出された温度差によるＰＩ制御器の出力を制限する（Ｓ１２２）。すなわち、本実施例では、ＰＩ制御器の出力を制限するにあたって、パワーリミット（Ｐｏｗｅｒ  ｌｉｍｉｔ）部によって、モーターの駆動が既設定の定格速度以上に駆動される時、既設定の定格速度以内で駆動されるように速度制限を置くことになる。
【００１５】
パワーリミット部によってモーターの駆動が定格速度以内で駆動されるようにする制限値（３、４）が、ＰＩ制御器の出力に反映される。ＰＩ制御器の出力（１）は、Ｓ１１２段階で入力されるモータートルク指令（Ｔｅ＊）を反映して、出力可能なトルクに調節される（Ｓ１２４）。
【００１６】
このように、本発明では、インバーター内の電力素子の許容制限温度値とケース温度間の差とインバーター損失に熱抵抗を論理積演算して、算出した接合熱時定数を論理演算した後、これをＰＩ制御器でフィードバックした後、出力されるトルク値で入力されるモータートルク指令を調節することで、モーターの拘束時または低速領域での運転時、モーター駆動のために出力されるトルクを制限することで、電力素子を過熱から保護するようにしたものである。
【００１７】
本発明は、この実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲を超えない範囲での変更が含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明は、インバーターの電力素子の保護方法として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による電力素子の過熱保護のためのブロックダイアグラム図である。（実施例１）
【図２】本発明による電力素子の加熱保護のためのフローチャートである。（実施例１）
【図３】一般的なインバーターの構造図である。
【図４】従来の電力素子の通常の運転時の発熱分布を示す図である。
【図５】従来の電力素子のモーター拘束または低速運転時の発熱分布を示す図である。
【図６】一般的なインバーター内の電力素子の放熱構造図である。
【図７】従来の電力素子の過熱保護のためのモーターのトルク出力減少パターン図である。
【図８】従来の電力素子の過熱保護のためのブロックダイアグラム図である。
【符号の説明】
【００２０】
Ｔｅ＊    モータートルク指令
Ｎ    モーター速度
Ｔｃ    ケース温度
ＴＭＡＸ    電力素子の接合部最大許容温度
Ｓｐｅｅｄ    モーターの駆動速度
Ｒｊｃ    電力素子の熱抵抗
【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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