(57)【要約】【課題】電磁接触器の動作不良を検出し、信頼性の高いインバータシステムを実現する。【解決手段】直流電源とインバータとを接続する直流母線の正極または負極に、複数の電磁接触器接点を並列に接続してなる第1の電磁接触手段と、抵抗器と電磁接触器接点とを直列接続してなる第2の電磁接触手段と、をそれぞれ並列に接続したインバータシステムにおいて、第1の電磁接触手段を構成する複数の電磁接触器接点の投入順序を記憶する記憶手段と、記憶手段により記憶された投入順序と異なる投入順序を生成する投入順序生成手段と、を備え、投入順序生成手段が生成した投入順序に従い、第1の電磁接触手段を構成する複数の電磁接触器接点を順次投入する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源とインバータとを接続する直流母線の正極または負極に、
複数の電磁接触器接点を並列に接続してなる第1の電磁接触手段と、抵抗器と電磁接触器接点とを直列接続してなる第2の電磁接触手段と、をそれぞれ並列に接続して介挿し、
前記第2の電磁接触手段の電磁接触器接点を投入した後、前記第1の電磁接触手段の電磁接触器接点を投入することで、前記直流電源の電力をインバータに供給するようにしたインバータシステムであって、
前記第1の電磁接触手段を構成する複数の電磁接触器接点の投入順序を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段により記憶された投入順序と異なる投入順序を生成する投入順序生成手段と、を備え、
前記投入順序生成手段が生成した投入順序に従い、前記第1の電磁接触手段を構成する複数の電磁接触器接点を順次投入することを特徴とするインバータシステム。
【請求項２】
前記第1の電磁接触手段の接触不良を検出する接触不良検出手段と、
前記インバータの出力を制限するインバータ出力制限手段と、を備え、
前記接触不良検出手段が接触不良を検出した際、前記インバータ出力制限手段を起動させることを特徴とする請求項１に記載のインバータシステム。
【請求項３】
前記第1及び第2の電磁接触手段とインバータとの間に直流電圧貯蔵手段を前記インバータに対し並列に備え、
前記接触不良検出手段は、前記第2の電磁接触手段の電磁接触器接点を投入した後、前記第1の電磁接触手段を構成する複数の電磁接触器接点のうちの１つを投入したときの、前記直流電圧貯蔵手段の電圧値に基づいて、接触不良の検出を行うことを特徴とする請求項２に記載のインバータシステム。
【請求項４】
前記インバータ出力制限手段は、第1の電磁接触手段を構成する電磁接触器接点数に対して、接触不良を検出した電磁接触器接点が占める割合に応じて、インバータ出力を制限することを特徴とする請求項２または３に記載のインバータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電磁接触器を備えたインバータシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータシステムに備えた電磁接触器の動作不良を検出する従来技術として、例えば以下の特許文献１がある。
特許文献１に記載の技術によれば、直流電源側電圧と直流母線が電磁接触器で接続されたインバータ側の直流母線電圧を比較することで、当該電磁接触器の動作不良を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2003−102101号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この技術では、当該電磁接触器が複数並列により構成された場合、１つでも健全な電磁接触器が存在すると、動作不良となった電磁接触器を個別に検出できない、という問題がある。ここでいう動作不良とは、電磁接触器を駆動する励磁回路の故障や電磁接触器の接点不良等を意味する。電磁接触器が動作不良である状態で、インバータ出力を低減せずにインバータ運転を行うと、残りの健全な電磁接触器に負担がかかり、健全な電磁接触器の故障を誘発し、インバータの運転が不能な状態に陥る可能性がある。
【０００５】
また、当該電磁接触器が、複数の電磁接触器が並列に接続されて構成された場合において、複数の電磁接触器を同時に励磁した場合、接点接触タイミングのばらつきから投入時の電流はアンバランスを起こし、毎回特定の電磁接触器に投入電流が偏ることが考えられる。この結果、投入電流が流れない電磁接触器が発生してしまい、この電磁接触器は開閉アークによる接点面洗浄が行われないので、接点寿命が低下する可能性がある。
そこで、本発明では、複数並列に接続された電磁接触器の動作不良を確実に検出し、健全動作の電磁接触器に偏る電流による電磁接触器の故障を防ぎつつ、インバータ運転を継続させるインバータシステムの達成を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、直流電源とインバータとを接続する直流母線の正極または負極に、複数の電磁接触器接点を並列に接続してなる第1の電磁接触手段と、抵抗器と電磁接触器接点とを直列接続してなる第2の電磁接触手段と、をそれぞれ並列に接続して介挿し、前記第2の電磁接触手段の電磁接触器接点を投入した後、前記第1の電磁接触手段の電磁接触器接点を投入することで、前記直流電源の電力をインバータに供給するようにしたインバータシステムであって、前記第1の電磁接触手段を構成する複数の電磁接触器接点の投入順序を記憶する記憶手段と、前記記憶手段により記憶された投入順序と異なる投入順序を生成する投入順序生成手段と、を備え、前記投入順序生成手段が生成した投入順序に従い、前記第1の電磁接触手段を構成する複数の電磁接触器接点を順次投入する。
【０００７】
さらに、本発明のインバータシステムにおいては、前記第1の電磁接触手段の接触不良を検出する接触不良検出手段と、前記インバータの出力を制限するインバータ出力制限手段と、を備え、前記接触不良検出手段が接触不良を検出した際、前記インバータ出力制限手段を起動させて、インバータの出力を制限することもできる。
また、本発明のインバータシステムにおいては、前記第1及び第2の電磁接触手段とインバータとの間に前記インバータに対し並列に直流電圧貯蔵手段を備え、前記接触不良検出手段は、前記第2の電磁接触手段の電磁接触器接点を投入した後、前記第1の電磁接触手段を構成する複数の電磁接触器接点のうちの１つを投入したときの、前記直流電圧貯蔵手段の電圧値に基づいて、接触不良の検出を行ってもよい。
また、前記インバータ出力制限手段は、第1の電磁接触手段を構成する電磁接触器接点数に対する、接触不良を検出した電磁接触器接点が占める割合に応じて、インバータ出力を制限するようにしてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、複数並列された電磁接触器を個々に動作不良を検出することにより、健全な電磁接触器の個体とその個数を検知することが可能となる。この結果、電磁接触器の動作不良による故障停止を回避する信頼性の高いインバータシステムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明におけるインバータシステムを示す図。
【図２】本発明におけるインバータの制御回路図。
【図３】本発明における動作波形を示す図。
【図４】本発明におけるフローを示す図。
【図５】本発明におけるメモリを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１に本発明の実施形態を示す。図1は、電池を直流電源とし、入力されたトルク指令信号に基づきモータを可変速させる電気自動車を負荷としてのシステム構成例である。この例では、直流電源である電池１と、直流中間部に接続されたキャパシタの初期充電回路２と、IGBTと逆並列ダイオードからなる３相インバータ回路３と３相誘導電動機４及び、これらを制御する制御回路５から構成されている。この制御回路５は不揮発メモリーを含むマイクロコンピュータを含む電子回路にて実現する。ここで、初期充電回路におけるMC11とMC12は同スペックの電磁接触器接点である。
【００１１】
図２に制御回路５の詳細を示す。以下、この図について説明する。外部I/O処理部６は、外部より入力される運転指令（FWD）、トルク指令値（τ*）を検出し、後段の制御ブロックへ伝達する。また、後段の故障検出処理部７にて生成された故障信号を外部へ出力する機能を有する。運転シーケンス処理部８は、外部I/O処理部６より入力される運転指令および、初期充電処理部９と故障検出処理部７より入力される運転許可信号をもとに運転信号を生成し、ベクトル制御演算部１０へ出力する機能を有する。ベクトル制御演算部１０は、モータが指令どおりのトルク（τ*）を発生させるよう電流を制御する機能を有する。この制御方式は速度センサ付きベクトル制御方式とする。これは広く一般に周知されているモータ制御方式であるので、説明を省略する。
【００１２】
故障検出処理部７は、電流検出手段より得られる電流検出値（iu_det,iw_det）、電圧検出値(Va_det,Vb_det)および、初期充電処理部９より入力される故障信号から故障状態を判断し、故障情報を外部I/O処理部６へ出力し、その故障内容により運転シーケンス処理部８やPWM生成部１１へ信号を出力し運転停止や出力電圧遮断を行う。PWM生成部１１は、ベクトル制御演算部から入力された電圧指令にもとづき、IGBTを駆動するPWM信号を生成する。
【００１３】
次に、本実施形態にかかわる初期充電処理部９の動作を説明する。初期状態において、キャパシタ（C）の電荷は零である。ここで、初期状態とは電池１をインバータに接続する前の状態と定義する。電池１をインバータに直接接続するとキャパシタCを充電する充電電流が過大に発生し、構成部品を劣化させるので、初期充電回路２を用いて充電電流を制限して充電を行いその後、電池１を直接接続するのが一般的である。
【００１４】
図３に本実施形態の動作波形を示す。まず、時刻（ｔ）＝ｔ１においてMC2を投入する。この結果、充電抵抗（R）とキャパシタ（C）で決まる時定数でキャパシタ電圧は上昇する。次に、時刻（ｔ）＝ｔ２において、前回初期充電時において電磁接触器接点（MC12）を最初に投入した場合、今回は電磁接触器接点（MC11）を最初に投入する。電磁接触器接点（MC11）を投入するタイミング（ｔ２）は、MC11投入電流がMC11の定格投入電流以下となるように設定する。
【００１５】
MC11が正常動作を行った場合、この時刻（ｔ）＝ｔ２において、キャパシタ（C）の電圧であるVbは瞬時に上昇する。一方、MC11が動作不良を起こした場合、MC11によるキャパシタ（C）の充電が起きない。この結果、破線で示したようにキャパシタ（C）の電圧であるVbは瞬時に上昇しない。以上の動作波形の違いから、MC11投入直後の電池電圧とキャパシタ（C）電圧を比較することでMC11の動作不良を検出することが出来る。すなわち、MC11投入直後に検出した電圧値の差分（Va−Vb）＞Vthの場合、MC11を動作不良と判断するのである。ここで、Vthは動作不良検出閾値であり、正常動作時の電圧値の差分（Va−Vb）をもとに設定する。
【００１６】
このようにしてMC11は動作不良と判断された場合、トルクリミタを通常時の1/2に設定し、MC11動作不良信号を出力し、減力運転を行う。モータ出力は、モータ速度とモータトルクの積であるため、トルクを1/2にすることで出力を通常時の1/2にできる。なお、動作不良時のトルクリミタ設定値は一般的には、以下数１に通常時のリミタ値をかけた値となる。ただし、電磁接触器群を構成する電磁接触器接点はすべて同スペックとする。
【００１７】
【数１】
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【００１８】
前述の説明とは逆に、前回の初期充電時、MC11が最初に投入された場合は、時刻（ｔ）＝ｔ２において、MC12を先に投入し同様な手順により、MC12の動作不良を確認する。制御装置５における以上の処理のステップを図４に示す。
まず、初期充電を開始し（S1）、初期充電開始後の時間を計時し、この時間が所定時間t2を超えたか否かを判定する（S2）。t2を超えた場合にはS3にて前回初期充電時にMC11を先に投入したか否かを判定する。S3にて、前回初期充電時にMC11を投入した場合には、MC12を投入し(S4a)、VaとVbを検出する（S5a）。ここで、Va−VbがVthより大きいか否かを判定する（S6a）。S6aにてVa−VbがVthより大きい場合、MC11を投入し（S7a）、トルクリミタを半分に設定し（S8a）、MC12故障信号を出力し（S9a）、インバータ３の運転準備完了とする（S10a）。なお、S6aにてVa−VbがVthより大きくない場合は、MC11を投入して（S11a）、そのままインバータ運転準備完了とする（S12a）。
【００１９】
S3にて、前回初期充電時にMC11を投入していない場合には、MC11を投入し(S4b)、VaとVbを検出する（S5b）。ここで、Va−VbがVthより大きいか否かを判定する（S6b）。S6bにてVa−VbがVthより大きい場合、MC12を投入し（S7b）、トルクリミタを半分に設定し（S8b）、MC11故障信号を出力し（S9b）、インバータの運転準備完了とする（S10b）。なお、S6bにてVa−VbがVthより大きくない場合は、MC12を投入して（S11b）、そのままインバータ運転準備完了とする（S12b）。
【００２０】
以上のような動作を行うことによって、この電磁接触器接点は、開閉アークによる接点面洗浄が交互に行われることになり、接点寿命の低下を避けることが出来る。
なお、本実施形態では、直流電源側電圧と直流母線が電磁接触器で接続されたインバータ側の直流母線電圧を比較することで、当該電磁接触器の動作不良を検出した例を示したが、電磁接触手段の接触不良を検出する接触不良検出手段については、本実施形態に限定されるものではない。また、本実施形態では、MC11と MC12というように、抵抗を持たない電磁接触器接点の個数が２個の場合で説明したが、３個以上であっても同様である。
【００２１】
抵抗を持たない電磁接触器接点の個数が３以上におけるインバータシステムにおいて、最初に投入する電磁接触器接点の決定は図５に示すような不揮発性のリングメモリを適用し、最下位を最初に投入する電磁接触器接点とし、このメモリをインバータを起動する毎にシフトさせることで電磁接触器接点の個体ごとの不良検出が循環的に行われる。また、動作不良検出を行うのは最初の電磁接触器接点が投入されてから２番目のそれが投入される期間であるため、２番目以降の電磁接触器接点の投入タイミングは問わない。
【符号の説明】
【００２２】
１…電池、２…初期充電回路、３…インバータ、４…誘導電動機、５…制御装置、６…外部I/O処理部、７…故障検出処理部、８…運転シーケンス処理部、９…初期充電処理部、１０…ベクトル制御演算部、１１…PWM生成部
【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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