(57)【要約】【課題】インバータ制御装置のそれぞれのスイッチング素子の故障検査を行う方法を提供する。【解決手段】上側素子及び下側素子が直列に接続した上下アームと、上下アームの電圧を検出する電圧検出部と、下側素子を流れる電流を検出する電流検出部と、を有するインバータ制御装置であって、以下の（１）に加えて、（２）及び／又は（３）に基づいて、上側素子及び／又は下側素子が故障しているかの判定結果を出力する。  （１）上側素子及び下側素子に出力するＯＮ／ＯＦＦ信号の情報  （２）電圧検出部の検知する電圧情報  （３）電流検出部の検知する電流情報【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上側素子及び下側素子が直列に接続した上下アームと、
該上下アームの電圧を検出する電圧検出部と、
前記下側素子を流れる電流を検出する電流検出部と、を有するインバータ制御装置であって、
以下の（１）に加えて、（２）及び／又は（３）に基づいて、前記上側素子及び／又は下側素子が故障しているかの判定結果を出力することを特徴とするインバータ制御装置。
（１）前記上側素子及び前記下側素子に出力するＯＮ／ＯＦＦ信号の情報
（２）前記電圧検出部の検知する電圧情報
（３）前記電流検出部の検知する電流情報
【請求項２】
前記電圧検出部は、抵抗成分を有し、
該抵抗成分に接続した故障検査用信号出力部を備え、
該故障検査用信号出力部が前記抵抗成分及び前記電流検出部に対して信号を出力する場合、前記（１）及び前記（３）に基づいて、前記上側素子及び／又は下側素子が故障しているかの判定結果を出力することを特徴とする請求項１に記載のインバータ制御装置。
【請求項３】
前記上下アームを複数有し、
前記電流検出部は、前記上下アームに属する下側素子それぞれに流れる電流情報を検知することを特徴とする請求項１又は２に記載のインバータ制御装置。
【請求項４】
第一及び第二の上下アームを有するインバータ制御装置を用いたモータの短絡検査方法であって、
前記インバータ制御装置として、請求項１乃至３何れか一項に記載のインバータ制御装置を準備するステップと、
前記モータの第一コイルが前記第一上下アームに接続されており、前記モータの第二コイルが前記第二上下アームに接続されているシステムを準備するステップと、
前記第一上下アームの上側素子にＯＮ信号を出力するステップと、
前記第二上下アームの電圧情報を取得するステップと、を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ制御装置、及びモータの短絡検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータ制御装置が故障した際、故障箇所が特定できれば保守や修理を容易に行うことができる。例えば、特許文献１に記載のような技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２５４０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の手段では、インバータ制御装置とモータとが電気的に接続されている必要がある。よって、インバータ制御装置の故障の検査を行いたい場合、モータが故障していても、インバータ制御装置の故障との区別がつかないという課題がある。また、逆に、モータの故障の検査を行いたい場合、インバータ制御装置が故障していても、モータの故障との区別がつかないという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記事情に鑑みてなされた本発明に係るインバータ制御装置は、上側素子及び下側素子が直列に接続した上下アームと、該上下アームの電圧を検出する電圧検出部と、前記下側素子を流れる電流を検出する電流検出部と、を有するインバータ制御装置であって、以下の（１）に加えて、（２）及び／又は（３）に基づいて、前記上側素子及び／又は下側素子が故障しているかの判定結果を出力することを特徴とする。
（１）前記上側素子及び前記下側素子に出力するＯＮ／ＯＦＦ信号の情報
（２）前記電圧検出部の検知する電圧情報
（３）前記電流検出部の検知する電流情報
また、本発明に係るモータの短絡検査方法は、第一及び第二の上下アームを有するインバータ制御装置を用いたモータの短絡検査方法であって、本発明に係るインバータ制御装置を準備するステップと、前記モータの第一コイルが前記第一上下アームに接続されており、前記モータの第二コイルが前記第二上下アームに接続されているシステムを準備するステップと、前記第一上下アームの上側素子にＯＮ信号を出力するステップと、前記第二上下アームの電圧情報を取得するステップと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施例１のインバータ制御装置の構成例
【図２】実施例１の上側素子の１つであるＳＷ１にＯＮ信号を、ＳＷ１と同一の上下アームに属する下側素子ＳＷ２にＯＦＦ信号を出力した際のインバータ制御装置の回路図
【図３】実施例１の下側素子の１つであるＳＷ２にＯＮ信号を、ＳＷ２と同一の上下アームに属する上側素子ＳＷ１にＯＦＦ信号を出力した際のインバータ制御装置の回路図
【図４】実施例１の故障検査結果の判定表
【図５】実施例１のインバータスイッチング素子の経時的な駆動パターン例
【図６】実施例２のインバータ制御装置の構成例
【図７】実施例２のインバータスイッチング素子の経時的な駆動パターン例
【図８】実施例３の上側スイッチング素子の１つであるＳＷ１にＯＮ信号を出力した場合の動作例
【図９】実施例３の上側スイッチング素子を駆動した場合の動作例
【図１０】実施例３の上側スイッチング素子を駆動した場合の故障検出パターン例
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明の実施例を添付の図面を参照しつつ説明する。同様の構成要素には同様の符号を付し、また、同一の説明は繰り返さない。
【実施例１】
【０００８】
［インバータ制御装置１］
図１は実施例１におけるインバータ制御装置１及びモータ２の回路図である。インバータ制御装置１は、電源電圧を供給するインバータ直流電源９と、６個のスイッチング素子７から構成される３相のインバータ回路部８と、各スイッチング素子７のＯＮ−ＯＦＦ状態を決定するための駆動信号を出力する演算器３と、インバータ直流電源９に流れる電流を検出する電流検出回路５と、モータの誘起電圧を検出するための電圧検出回路４とから構成される。インバータ制御装置１には、負荷としてモータ２が接続される。
【０００９】
インバータ直流電源９は、インバータ回路部８に直流電圧を印加する。インバータ直流電源９の低電位側は接地している。インバータ回路部８は、２つのスイッチング素子７が直列に接続した上下アームが、３つ並列に接続した構造である。上下アームの上側素子（ＳＷ１、ＳＷ３、ＳＷ５）には、インバータ直流電源９の高電位側が、下側素子（ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ６）には、インバータ直流電源９の低電位側が、それぞれ接続している。各スイッチング素子７には、還流ダイオードが並列に接続されている。また、インバータ直流電源９の低電位側及びインバータ回路部８の間には、電流検出回路５が設けられている。
【００１０】
各上下アームの上側素子及び下側素子の間には、３相のモータ２が有する３つのコイルそれぞれに接続する導線の一端が接続されている。以下では、第一上下アーム（ＳＷ１，ＳＷ２）にＵ相コイルが、第二上下アーム（ＳＷ３，ＳＷ４）にＶ相コイルが、第三上下アーム（ＳＷ５，ＳＷ６）にＷ相コイルが、接続しているとして説明する。各相のコイルは、それぞれの上側素子及び下側素子の間に一端が、中性点に他端が接続している。
【００１１】
各上下アーム及びコイルを接続する導線には、電圧検出回路４がそれぞれ接続されている。電圧検出回路４は、導線側から順に、分圧抵抗を形成する２つの抵抗１０，１１を有し、抵抗１１の一端は接地している。電流検出回路５により検出された電流値及び電圧検出回路４により検出された電圧値は、それぞれ演算器３に送られる。
【００１２】
［各スイッチング素子７の故障］
スイッチング素子７が、演算器３からのＯＮ信号を受けても開放（オープン）状態となり短絡（ショート）状態に移行しないことをオープン故障と呼ぶ。また、スイッチング素子７が、演算器３からのＯＦＦ信号を受けても短絡状態となり開放状態に移行しないことをショート故障と呼ぶ。以下、各スイッチング素子７の故障検査方法について説明する。これらスイッチング素子７の故障を検査する際は、モータ２はインバータ制御装置１に接続していてもいなくてもよい。
【００１３】
＜上側素子（ＳＷ１、ＳＷ３、ＳＷ５）のオープン故障の検査＞
上側素子のうち、例えばＳＷ１のオープン故障検査を行う場合を説明する。図２は、上側素子の１つであるＳＷ１にＯＮ信号を、ＳＷ１と同一の上下アームに属する下側素子ＳＷ２にＯＦＦ信号を出力した際のインバータ制御装置１の回路図である。まず、演算器３からＳＷ１にＯＮ信号を出力させ、ＳＷ１と同一の上下アームに属する下側素子ＳＷ２にＯＦＦ信号を出力させる。このとき、その他の上下アームの素子であるＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６はＯＦＦにしておくと好ましい。
【００１４】
ＳＷ１が正常にＯＮになっていれば、図２（ａ）に例示するように、電圧検出回路４のうち、第一上下アームに接続された抵抗１０、抵抗１１及びグラウンドを含むループを形成する。このため、演算器３は、第一上下アームについて、電圧検出回路４によりグラウンド電位より高い電圧情報を検出する。検出電圧の大きさは、電圧検出回路４を構成する分圧抵抗の大きさにより決定される。例えば、抵抗１０と抵抗１１の大きさが同じであり、ＳＷ１が正常にＯＮしていれば、検出電圧の大きさはインバータ直流電圧９の約半分の大きさとなる。
【００１５】
一方、ＳＷ１がオープン故障している結果、ＯＦＦのままであった場合は、インバータ直流電源９の電圧が印加されないため、検出電圧の大きさはＧＮＤ電位相当となる。
【００１６】
このように、上側素子については、駆動信号をＯＮとした場合の検出電圧の大きさを確認することによって、この上側素子のオープン故障が生じているか否かを検査することができる。ＳＷ３，ＳＷ５についても上記と同様に行うことができる。
【００１７】
＜下側素子（ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ６）のショート故障の検査＞
下側素子のうち、例えば第一上下アームの下側素子であるＳＷ２のショート故障検査を行う場合を説明する。まず、演算器３からＳＷ２にＯＦＦ信号を出力させる。このとき、第二及び第三上下アームの素子であるＳＷ３及びＳＷ５をＯＦＦにしておくと好ましい。その後、第一上下アームの上側素子であるＳＷ１をＯＮにする。
【００１８】
ＳＷ２がＯＦＦ信号に応じて開放（ＯＦＦ）していた場合、電流検出回路５には、電流が流れない。一方、ＳＷ２がショート故障して短絡（ＯＮ）していた場合、図２（ｂ）に例示するように、ＳＷ１をＯＮした際にＳＷ１とＳＷ２が短絡状態となり電流検出回路５には過大な電流が流れる。このため、演算器３には、第一上下アームについて大電流が流れている情報が送られる。このように、下側素子については、この下側素子への駆動信号をＯＦＦとし、この下側素子と同一の上下アームに属する上側素子への駆動信号をＯＮとした場合の検出電流の大きさを確認する、具体的には短絡相当の大電流が流れているかを判断することによって、ショート故障が生じているか否かを検査することができる。なお、ＳＷ４，ＳＷ６についても上記と同様に行うことができる。
【００１９】
＜上側オープン故障と下側ショート故障との区別＞
図４は、故障検査結果の判定表である。表中、「上側スイッチング素子」及び「下側スイッチング素子」は、検査実行時に演算器３が上側素子及び下側素子に出力するＯＮ／ＯＦＦ信号を示す。「故障検査用信号」は、演算器３が非ＧＮＤ電圧の故障検査用信号の出力／非出力を示す（後述）。「電圧情報」は、電圧検出回路４が検出する電圧情報が接地電圧より大きいか（＞ＧＮＤ）、接地電圧程度（ＧＮＤ）か、電圧情報を観測する必要がないか（−）、を示す。「電流情報」は、電流検出回路５が検出する電流情報が短絡時程度の大電流か（有（短絡））、故障検査用信号の電圧程度か（有（Ｃ相当））、電流を殆ど検出しないか（無）、電流情報を観測する必要がないか（−）、を示す。「判定項目」は、故障を検査するスイッチング素子（上側／下側）及び故障の種類（オープン／ショート）を示す。「判定結果」は、「判定項目」に記載された故障が発生していない（正常）か発生している（故障）かを示す。
【００２０】
ここで、「判定項目」が上側オープン又は下側ショートの際、「上側スイッチング素子」及び「下側スイッチング素子」の信号（ＯＮ／ＯＦＦ）並びに「故障検査用信号」の出力／非出力の組合せは、いずれも同一である（上側スイッチング素子＝ＯＮ、下側スイッチング素子＝ＯＦＦ、故障検査用信号＝非出力）。このため、故障の判定基準（電圧情報及び電流情報）が同一であると、判定ミスを生じるおそれがある。しかし、図４から読み取れるように、上側オープン故障であるか否かの判定基準は電圧情報であり、下側ショート故障であるか否かの判定基準は電流情報である。具体的には、電圧情報が「＞ＧＮＤ」であれば上側スイッチング素子はオープンについて正常であり、「ＧＮＤ」であれば故障である。また、電流情報が「無」ならば下側スイッチング素子はショートについて正常であり、「有（短絡）」であれば故障である。このように、各判定項目の結果判定の基準がそれぞれ互いに異なるため、これら故障を混同してしまうことを抑制できる。
【００２１】
＜上側素子のショート故障の検査＞
上側素子のショート故障の検査方法について、ＳＷ１がショート故障していた場合を例として説明する。図３は、下側素子の１つであるＳＷ２にＯＮ信号を、ＳＷ２と同一の上下アームに属する上側素子ＳＷ１にＯＦＦ信号を出力した際のインバータ制御装置１の回路図である。まず、ＳＷ１にＯＦＦ信号を送るとともに、ＳＷ１と同一の上下アームに属する下側素子であるＳＷ２にＯＮ信号を送る。その他のスイッチング素子７はＯＦＦにしておくと好ましい。
【００２２】
ＳＷ１が正常にＯＦＦとなっていれば、電流検出回路５には電流が流れない。一方、ＳＷ１がショート故障してＯＮとなっていれば、図３（ａ）に例示するように、ＳＷ１とＳＷ２が短絡状態となり電流検出回路５には過大な電流が流れる。よって、電流検出回路５によって検出される電流の大きさが短絡相当の過大なものであるか否かを検出することによって、上側素子のショート故障を検査可能である。
【００２３】
また、上側素子のショート故障は、故障検査用信号を用いることでも判定できる。故障検査用信号とは、演算器３が電圧検出回路４に対して出力する電圧信号である。この電圧は直流電源９の低電位側と異なる電圧であれば特に制限されず、本実施例では接地電位と異なる電圧信号、例えば５Ｖ信号にすることができる。演算器３からＳＷ１に対してＯＦＦ信号を、ＳＷ２に対してＯＮ信号を出力した状態で、検査する上下アームと同一である第一上下アームについての電圧検出回路４に故障検査用信号を出力すると、ＳＷ１が正常にＯＦＦとなっていれば、図３（ｂ）に例示するように、故障検査用信号の電圧に相当する電流が検出される。ＳＷ１がショート故障していれば、短絡相当の電流が検出される。ＳＷ３，５についても同様にショート故障を検査できる。
【００２４】
＜下側素子のオープン故障の検査＞
下側素子ＳＷ１のオープン故障を検査する場合、演算器３は、電圧検出回路４に対して故障検査用信号を出力する。
【００２５】
検査方法について説明する。まず、検査対象である下側素子ＳＷ２をＯＮとし、ＳＷ２と同一の上下アームに属する上側素子ＳＷ１をＯＦＦとする。その後、演算器３から検査する上下アームと同一である第一上下アームについての電圧検出回路４に故障検査用信号を出力する。
【００２６】
ＳＷ２が正常に動作しＯＮ状態となっていれば、図３（ｂ）に例示するように、出力された故障検査用信号によって、抵抗１０、ＳＷ２及び電流検出回路５に電流が流れる。また、ＳＷ２が正常動作せずＯＦＦのままであった場合は、電流検出回路５には電流が流れない。このように、下側素子については、駆動信号をＯＮとした状態で演算器３から故障検査用信号を出力した場合の電流情報を確認することによって、オープン故障を検査することができる。ＳＷ４，６についても同様にオープン故障を検査できる。
【００２７】
＜上側ショート故障と下側オープン故障との区別＞
図４に示すように、上側ショート又は下側オープン故障の検査の際、上側及び下側素子に出力する信号の組合せは同一である。しかし、下側オープン故障の検査は故障検査用信号を出力して行われるため、上側ショート故障の判定を行いたい場合は、故障検査用信号を非出力とし、電流情報に着目することで判定が可能である。このときの結果は、電流情報が「無」のとき正常、「有（短絡）」のとき故障と判定でき、判定基準は互いに異なるので、結果の混同を抑制できている。
【００２８】
一方、故障検査用信号を出力する場合、上側ショート故障の正常判定と下側オープン故障の正常判定の判定基準が同一（電流情報が有（Ｃ相当））であるところ、これは、検査結果が示す素子の状態も同一（全素子が正常）であるため、検査結果を混同しても不利益ではない。
【００２９】
なお、故障検査用信号を出力する場合の上側ショート故障の故障判定「有（短絡）」で得られる電流値は、下側オープン故障の故障判定「有（Ｃ相当）」で得られる電流値と大きく異なるため、区別は容易に行える。したがって、検査結果の混同による不利益を抑制できる。
【００３０】
［検査の効率的な実行］
図２および図３に示したように電流検出回路５がインバータ回路８の母線電流を検出する１シャント方式の場合、図５に示すように各スイッチング素子をそれぞれ単独で動作させることで故障検出が可能である。図５はスイッチング素子７の経時的な駆動パターン例を示す図である。検査を効率的に実行するには、例えばまず上側素子のオープン故障及び下側素子のショート故障を検査する。具体的には、上側素子ＳＷ１にＯＮ信号を、下側素子ＳＷ２にＯＦＦ信号を送るとともに、故障検査用信号を非出力とする。その他の素子ＳＷ３−ＳＷ６にはＯＦＦ信号を送ると好ましい。その後、電圧情報を観察することでＳＷ１の上側オープン故障を、電流情報を観察することでＳＷ２のショート故障を、それぞれ検査できる。
【００３１】
同様に、ＳＷ３にＯＮ信号を、その他の素子にＯＦＦ信号を送ることで、ＳＷ３の上側オープン故障及びＳＷ４のショート故障を検査できる。ＳＷ５にＯＮ信号を、その他の素子にＯＦＦ信号を送ることで、ＳＷ５の上側オープン故障及びＳＷ６のショート故障を検査できる。
【００３２】
次に、上側素子のショート故障及び下側素子のオープン故障を検査する。例えばまずＳＷ１にＯＦＦ信号を、ＳＷ２にＯＮ信号を送るとともに、故障検査用信号を非出力にする。その他の阻止ＳＷ３−ＳＷ６にはＯＦＦ信号を送るとこのましい。そして電流情報を観察することで、ＳＷ１のショート故障を検査できる。その後故障検査用信号を出力することで、ＳＷ２のオープン故障を検査できる。同様にして残りの素子の検査も実行できる。このようにすると、上側ショート故障及び下側オープン故障の検査結果エラー率をさらに低減できる。
【００３３】
上記に代えて、ＳＷ１にＯＦＦ信号を、ＳＷ２にＯＮ信号を送るとともに、故障検査用信号を出力するようにしてもよい。この場合、検査時間を低減することができる。
【００３４】
［検査結果の出力］
インバータ制御装置１は、上述の検査結果を出力する出力部（不図示）を有する又は出力部を有する機器（不図示）に接続可能である。出力部としては、例えば、検査結果を示す文字列や色等を表示する表示部、検査結果を音声により報知する発声部、を適用できる。
【実施例２】
【００３５】
実施例２は、以下の点を除き実施例１と同様に構成できる。
図６は、本実施例のインバータ制御装置１及びモータ２の回路図、図７は本実施例のスイッチング素子７の経時的な駆動パターン例を示す図である。本実施例では、インバータ回路８の下側素子それぞれのインバータ直流電源９の低電位側に、電流検出回路５０を設けている。これにより、それぞれの下側素子に流れる電流を電流検出回路５０で個別に検出できる。
【００３６】
本実施例によっても、実施例１と同様の効果を奏することができる。また、本実施例によれば、各上下アームの下側素子に流れる電流を個別に検出可能であるから、図７に示すように各上下アームの上側素子のオープン故障検査と下側素子のショート故障検査とを同時に行うことができる。同様に、各上下アームの上側素子のショート故障検査と下側素子のオープン故障検査とを同時に行うことができる。すなわち、検査時間をさらに低減することができる。
【実施例３】
【００３７】
図８は、本実施例の上側素子の１つであるＳＷ１にＯＮ信号を出力した場合の動作例を示す図である。インバータ制御装置１には、負荷としてモータ２が接続されている。本実施例によれば、モータ２の故障により２つのコイル間が短絡１５の状態となったコイル間短絡故障検査が可能である。ここでは、Ｕ相及びＶ相のコイル間が短絡した場合を例として説明する。
【００３８】
まず、Ｕ相コイルに接続している上側素子ＳＷ１にＯＮ信号を、ＳＷ１と同一の上下アームに属する下側素子ＳＷ２にＯＦＦ信号を出力する。その他の素子ＳＷ３−ＳＷ６にはＯＦＦ信号を出力しておくことが好ましい。このときの電圧検出回路４の回路状態の簡略図を図９に示す。モータが停止しており、モータの誘起電圧が発生していない場合において、短絡が生じていない正常動作時は、Ｕ相に接続する抵抗１０と抵抗１１により分圧された電圧情報のみが、演算器３で検出することができる。しかし、短絡が生じている場合は、さらにＶ相に接続する抵抗１３と抵抗１４で分圧された電圧情報についても演算器３で検出することができる。
【００３９】
すなわち、Ｕ相アームＳＷ１をＯＮした際にＵ相の電圧情報（ここでは抵抗１０と抵抗１１での分圧された電圧値）以外の相の電圧情報が検出された場合、電圧情報が検出された相との間が短絡していると判断することができる。
【００４０】
図１０は、モータ２のコイル間の短絡の検査結果判定表である。例えば、Ｖ相と他相のコイルが短絡しているかを確認したい場合は、Ｖ相に接続されている上側素子ＳＷ３をＯＮとし、その他の素子をＯＦＦとする。このとき、Ｖ相に接続されている分圧抵抗１３、１４以外の分圧抵抗から電圧情報が検出された場合、電圧情報が検出された分圧抵抗が接続されている相とＶ相が短絡していることがわかる。尚、上側素子がオープン故障している場合は、この上側素子が属する相の分圧抵抗で分圧された電圧情報と、他の相の分圧抵抗で分圧された電圧情報のどちらもＧＮＤ相当の大きさとなるため、コイル間がショートしている場合においても上側素子の検査は可能である。
【００４１】
本実施例の故障検査を行う場合は、ＯＮ信号が出力される上側素子の属する上下アーム以外の上下アームについては、上側素子をＯＦＦ、下側素子をＯＮにすると好ましい。こうすることで、これら上下アームの電圧情報は、正常時であればＧＮＤを維持する。すなわち、電圧情報がＧＮＤである場合、図１０中の電圧情報「なし」であると判定できる。
【００４２】
各実施例の故障検査方法によれば、上下アームを二つ以上有するインバータ制御装置１を用いて、コイルを２つ以上有するモータ２の検査を行うことができる。
【符号の説明】
【００４３】
１・・・インバータ制御装置
２・・・モータ
３・・・演算器
４・・・電圧検出回路
５・・・電流検出回路
６・・・コイル
７・・・スイッチング素子（上側（スイッチング）素子、下側（スイッチング）素子）
８・・・インバータ回路
９・・・インバータ直流電源
１０，１１・・・抵抗
１２・・・電流検出回路
１３，１４・・・抵抗
１５・・・短絡部
１６，１７・・・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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【図９】
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【図１０】
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