(57)【要約】【課題】本発明は、ＤＣリンク電流が過電流であることを検出した後、パワー素子をオフすることで、パワー素子の保護を行うモータ制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明のモータ駆動装置は、複数のパワー素子のスイッチングにより、直流電流を交流電流に変換してモータに供給するインバータ回路と、複数のパワー素子のスイッチングを制御する駆動回路と、ＤＣリンク部の端子とインバータ回路の端子との間に導体を介して直列に接続されたヒューズと、ヒューズの両端の電圧、ヒューズ及び導体の一部を含む回路の両端の電圧、並びに、導体の一部の両端の電圧のうちの少なくとも１つの電圧に基づいて、ＤＣリンク電流を検出するＤＣリンク電流検出回路と、ＤＣリンク電流が所定の電流値を超えた場合に、過電流を検出し、複数のパワー素子の少なくとも１つをオフするパワー素子オフ指令を出力するＤＣリンク過電流検出回路と、を有する。【選択図】図１
2017051070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のパワー素子のスイッチングにより、ＤＣリンク部の端子から供給される直流電流を交流電流に変換してモータに供給するインバータ回路と、
前記インバータ回路の前記複数のパワー素子のスイッチングを制御する駆動回路と、
前記ＤＣリンク部の端子のうちの１つの端子と前記インバータ回路の１つの端子との間に導体を介して直列に接続されたヒューズと、
前記ヒューズの両端の電圧、前記ヒューズ及び前記導体の一部を含む回路の両端の電圧、並びに、前記導体の一部の両端の電圧のうちの少なくとも１つの電圧に基づいて、前記ＤＣリンク部の端子から前記インバータ回路へ流れるＤＣリンク電流を検出するＤＣリンク電流検出回路と、
検出された前記ＤＣリンク電流が所定の電流値を超えた場合に、前記ＤＣリンク電流が過電流であることを検出し、前記駆動回路に前記複数のパワー素子の少なくとも１つをオフするためのパワー素子オフ指令を出力するＤＣリンク過電流検出回路と、
を有することを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
前記複数のパワー素子の少なくとも２つをオンさせた時に、モータに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出回路と、
前記モータ電流の値と前記ＤＣリンク電流の値が等しくなるように、前記ＤＣリンク電流の値を補正するＤＣリンク電流補正回路と、
をさらに有する、請求項１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、モータ駆動装置に関し、特に、ＤＣリンク電流検出機能を有するモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスＤＣモータは、ロータを永久磁石とし、ステータをコイルとしており、コイルへ流す電流の切り替えをモータの回転に合わせて、インバータ回路で制御するインバータ制御が採用されている。インバータ回路には、直流電流が供給される。直流電源とインバータ回路の間には、配線基板の発煙等を防止するためにヒューズが設けられている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
上記の従来技術においては、直流電力を供給するＤＣリンク部に設置されたヒューズの両端の電圧を利用して、過電流を検出し、ＰＷＭ制御を行いながらモータの回転を停止または減速させている。しかしながら、過電流検出時にパワー素子を即座にオフしていないため、パワー素子を過電流から保護することができない場合が生じるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３０４１４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、ＤＣリンク部からインバータ回路へ流れるＤＣリンク電流が過電流状態であることを検出した後、即座にインバータ回路を構成するパワー素子に対しオフ信号を与え、パワー素子をオフすることによって、パワー素子の保護を行うことができるモータ制御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】
【０００６】
本発明の一実施例に係るモータ駆動装置は、複数のパワー素子のスイッチングにより、ＤＣリンク部の端子から供給される直流電流を交流電流に変換してモータに供給するインバータ回路と、インバータ回路の複数のパワー素子のスイッチングを制御する駆動回路と、ＤＣリンク部の端子のうちの１つの端子とインバータ回路の１つの端子との間に導体を介して直列に接続されたヒューズと、ヒューズの両端の電圧、ヒューズ及び導体の一部を含む回路の両端の電圧、並びに、導体の一部の両端の電圧のうちの少なくとも１つの電圧に基づいて、ＤＣリンク部の端子からインバータ回路へ流れるＤＣリンク電流を検出するＤＣリンク電流検出回路と、検出されたＤＣリンク電流が所定の電流値を超えた場合に、ＤＣリンク電流が過電流であることを検出し、駆動回路に複数のパワー素子の少なくとも１つをオフするためのパワー素子オフ指令を出力するＤＣリンク過電流検出回路と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一実施例に係るモータ駆動装置によれば、ＤＣリンク部からインバータ回路へ流れるＤＣリンク電流が過電流であることを検出した後、インバータ回路のＰＷＭ制御を行うのではなく、即座にインバータ回路のパワー素子に対しオフ信号を与え、パワー素子をオフすることで、パワー素子の保護を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例１に係るモータ駆動装置の構成図である。
【図２】本発明の実施例１に係るモータ駆動装置の第１の変形例の構成図である。
【図３】本発明の実施例１に係るモータ駆動装置の第２の変形例の構成図である。
【図４】本発明の実施例１に係るモータ駆動装置の動作手順を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の実施例２に係るモータ駆動装置の構成図である。
【図６】本発明の実施例２に係るモータ駆動装置の動作手順を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明に係るモータ駆動装置について説明する。
【００１０】
［実施例１］
まず、本発明の実施例１に係るモータ駆動装置について図面を用いて説明する。図１に本発明の実施例１に係るモータ駆動装置１０１の構成図を示す。本発明の実施例１に係るモータ駆動装置１０１は、インバータ回路１と、駆動回路２と、ヒューズ３と、ＤＣリンク電流検出回路４と、ＤＣリンク過電流検出回路５と、を有する。
【００１１】
インバータ回路１は、複数のパワー素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６と、ダイオードＤ１〜Ｄ６を備えており、複数のパワー素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６のスイッチングにより、ＤＣリンク部（図示せず）の端子Ａ，Ｂから供給される直流電流を交流電流に変換してモータ２０に供給する。例えば、三相モータでは、インバータ回路１は、６個のパワー素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６と、６個のダイオードＤ１〜Ｄ６から構成される。パワー素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６には、トランジスタ、ＦＥＴ、ＩＧＢＴ 等を用いることができる。
【００１２】
６個のパワー素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６のうち、Ｔｒ１はＵ相の上アームトランジスタであり、Ｔｒ２はＵ相の下アームトランジスタであり、両者は節点Ｊで接続されている。また、節点Ｊからモータ２０へＵ相電流ｉUが供給される。Ｕ相電流ｉUは、第１電流検出部７１で検出される。第１電流検出部７１が検出したＵ相電流ｉUの電流値はモータ電流検出回路７へ出力される。
【００１３】
また、６個のパワー素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６のうち、Ｔｒ３はＶ相の上アームトランジスタであり、Ｔｒ４はＶ相の下アームトランジスタであり、両者は節点Ｋで接続されている。また、節点Ｋからモータ２０へＶ相電流ｉVが供給される。Ｖ相電流ｉVは、第２電流検出部７２で検出される。第２電流検出部７２が検出したＶ相電流ｉVの電流値はモータ電流検出回路７へ出力される。
【００１４】
また、６個のパワー素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６のうち、Ｔｒ５はＷ相の上アームトランジスタであり、Ｔｒ６はＷ相の下アームトランジスタであり、両者は節点Ｌで接続されている。また、節点Ｌからモータ２０へＷ相電流ｉWが供給される。
【００１５】
駆動回路２は、ＰＷＭ制御回路９からのＰＷＭ信号に基づいて、インバータ回路１の複数のパワー素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６のスイッチングを制御する。ＰＷＭ制御回路９は位置指令または速度指令、及び位置フィードバックまたは速度フィードバックに基づいてＰＷＭ信号を生成する。
【００１６】
ヒューズ３は、ＤＣリンク部の端子Ａ，Ｂのうちの１つの端子Ｂとインバータ回路１の１つの端子Ｄとの間に導体６１，６２を介して直列に接続されている。ただし、ヒューズ３は、ＤＣリンク部の端子Ａ，Ｂのうちの他の１つの端子Ａとインバータ回路１の他の１つの端子Ｃとの間に導体を介して直列に接続されるようにしてもよい。
【００１７】
ＤＣリンク電流検出回路４は、ヒューズ３の両端の電圧に基づいて、ＤＣリンク部の端子Ａ，Ｂからインバータ回路１へ流れるＤＣリンク電流ｉDCを検出する。具体的にはヒューズ３の端子Ｅ，Ｆ間の端子間電圧を測定し、測定した電圧値をヒューズ３の抵抗値で除算することによりＤＣリンク電流ｉDCを算出する。
【００１８】
ＤＣリンク電流ｉDCの算出方法は、上記のような例には限られず、図２に示す本発明の実施例１の第１の変形例に係るモータ駆動装置１０２のように、ヒューズ３及び導体の一部６１１，６２１を含む回路の両端の電圧に基づいて、ＤＣリンク部の端子Ａ，Ｂからインバータ回路１へ流れるＤＣリンク電流ｉDCを検出するようにしてもよい。具体的にはヒューズ３及び導体の一部６１１，６２１を含む回路の端子Ｇ，Ｈ間の端子間電圧を測定し、測定した電圧値をヒューズ３及び導体の一部６１１，６２１の抵抗値で除算することによりＤＣリンク電流ｉDCを算出する。
【００１９】
さらに、ＤＣリンク電流ｉDCの算出方法は、上記のような例には限られず、図３に示す本発明の実施例１の第２の変形例に係るモータ駆動装置１０３のように、導体の一部６１１の両端の電圧に基づいて、ＤＣリンク部の端子Ａ，Ｂからインバータ回路１へ流れるＤＣリンク電流ｉDCを検出するようにしてもよい。具体的には導体の一部６１１の端子Ｇとヒューズ３の端子Ｅとの間の端子間電圧を測定し、測定した電圧値を導体の一部６１１の抵抗値で除算することによりＤＣリンク電流ｉDCを算出する。なお、図３に示した例では、ＤＣリンク部の端子Ｂとヒューズ３の端子Ｅとの間の導体の一部６１１の端子間電圧に基づいてＤＣリンク電流ｉDCを算出する例を示したが、このような例には限られず、図２に示したインバータ回路１の端子Ｄとヒューズ３の端子Ｆとの間の導体の一部６２１の端子間電圧に基づいてＤＣリンク電流ｉDCを算出するようにしてもよい。
【００２０】
このようにして、ＤＣリンク電流検出回路４は、ヒューズ３の両端の電圧、ヒューズ３及び導体６１，６２の一部６１１，６２１を含む回路の両端の電圧、並びに、導体６１，６２の一部６１１，６１２の両端の電圧のうちの少なくとも１つの電圧に基づいて、ＤＣリンク部の端子Ａ，Ｂからインバータ回路１へ流れるＤＣリンク電流ｉDCを検出する。
【００２１】
ＤＣリンク過電流検出回路５は、検出されたＤＣリンク電流ｉDCが所定の電流値ｉTHを超えた場合に、ＤＣリンク電流ｉDCが過電流であることを検出し、駆動回路２に複数のパワー素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６の少なくとも１つをオフするためのパワー素子オフ指令を出力する。ここで、所定の電流値ｉTHは複数のパワー素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６の少なくとも１つが故障する電流値より小さい値に設定することが好ましい。また、所定の電流値ｉTHをヒューズ３が溶断する電流値より小さい値に設定してもよい。
【００２２】
駆動回路２は、ＤＣリンク過電流検出回路５からのパワー素子オフ指令に従って、パワー素子のＰＷＭ制御を行わずに、即座にパワー素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６のうちのオン状態のパワー素子に対しオフ信号を与え、パワー素子をオフする。その結果、パワー素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６を過電流から保護することができる。
【００２３】
次に、本発明の実施例１に係るモータ駆動装置の駆動方法について説明する。図４に、本発明の実施例１に係るモータ駆動装置の動作手順を説明するためのフローチャートを示す。まず、ステップＳ１０１において、モータ駆動装置１０１がモータ２０（図１参照）を駆動する。このとき、パワー素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６のうちのいずれか（例えば、Ｔｒ１とＴｒ４の２つ）がオン状態となり、ＤＣリンク部の端子Ａからインバータ回路１へ向かって端子Ｃを介してＤＣリンク電流ｉDCが流れる。
【００２４】
次に、ステップＳ１０２において、ＤＣリンク電流検出回路４が、インバータ回路１の端子ＤからＤＣリンク部の端子Ｂへ流れるＤＣリンク電流ｉDCを検出する。ここでは、ＤＣリンク電流ｉDCはパワー素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６のうちのいずれかに流れる電流と等しいものと仮定する。検出したＤＣリンク電流ｉDCの電流値に関するデータはＤＣリンク過電流検出回路５に出力される。
【００２５】
次に、ステップＳ１０３において、ＤＣリンク過電流検出回路５が、ＤＣリンク電流ｉDCが所定の電流値ｉTHを超えているか否かを判断する。所定の電流値ｉTHは記憶部（図示せず）に予め記憶しておくことができる。
【００２６】
ＤＣリンク過電流検出回路５が、ＤＣリンク電流ｉDCが所定の電流値ｉTHを超えていると判断した場合は、ＤＣリンク電流ｉDCが過電流の状態であると判定し、複数のパワー素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６のうちオン状態である少なくとも１つのパワー素子をオフするためのパワー素子オフ指令を駆動回路２へ出力する。
【００２７】
一方、ＤＣリンク過電流検出回路５が、ＤＣリンク電流ｉDCが所定の電流値ｉTH以下であると判断した場合は、ＤＣリンク電流ｉDCは過電流の状態ではないと判定し、ステップＳ１０２に戻って、モータ２０の駆動を継続し、ＤＣリンク電流ｉDCの検出を行う。
【００２８】
以上のように、本発明の実施例１に係るモータ駆動装置によれば、ＤＣリンク電流が過電流であることを検出した後、パワー素子のＰＷＭ制御を行わずに、即座にパワー素子に対しオフ信号を与え、パワー素子をオフするようにしているので、パワー素子を過電流から保護することができる。
【００２９】
［実施例２］
次に、本発明の実施例２に係るモータ駆動装置について図面を用いて説明する。図５に本発明の実施例２に係るモータ駆動装置１０４の構成図を示す。本発明の実施例２に係るモータ駆動装置１０４が、実施例１に係るモータ駆動装置１０１と異なっている点は、モータ電流検出回路７と、ＤＣリンク電流補正回路８と、をさらに有する点である。本発明の実施例２に係るモータ駆動装置１０４のその他の構成は、実施例１に係るモータ駆動装置１０１における構成と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００３０】
モータ電流検出回路７は、モータ駆動（制御）の前段階（テストモード）において、複数のパワー素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６の少なくとも２つをオンさせた時に、モータ２０に流れるモータ電流ｉMを検出する。例えば、図５に示した例では、モータ電流検出回路７は、Ｕ相の上アームトランジスタＴｒ１及びＶ相の下アームトランジスタＴｒ４をオンさせ、その他のトランジスタをオフさせたときにモータ２０に流れるモータ電流ｉMを検出する。
【００３１】
図５に示した例では、Ｕ相の上アームトランジスタＴｒ１がオンしており、Ｕ相の下アームトランジスタＴｒ２がオフしている。そのため、インバータ回路１の端子Ｃから流れるＤＣリンク電流ｉDCは、矢印で示すように、Ｕ相の上アームトランジスタＴｒ１を通り、節点ＪからＵ相のモータ電流ｉMとしてモータ２０へ供給される。このＵ相のモータ電流ｉMは、第１電流検出部７１で検出され、検出結果はモータ電流検出回路７へ出力される。
【００３２】
また、図５に示した例では、Ｖ相の上アームトランジスタＴｒ３がオフしており、Ｖ相の下アームトランジスタＴｒ４がオンしている。そのため、モータ２０からＶ相のモータ電流ｉMとして、矢印で示すように、節点Ｋを介して、Ｖ相の下アームトランジスタＴｒ４を通り、インバータ回路１の端子Ｄへ流れる。この電流は、ＤＣリンク部の端子Ｂとインバータ回路１の端子Ｄとの間に設けられたＤＣリンク電流検出回路４によって、ＤＣリンク電流ｉDCとして検出される。
【００３３】
ＤＣリンク電流補正回路８は、モータ電流ｉMの値とＤＣリンク電流ｉDCの値が等しくなるように、ＤＣリンク電流ｉDCの値を補正する。具体的には、ＤＣリンク電流補正回路８は、モータ電流検出回路７からモータ電流ｉMの値に関するデータを取得すると共に、ＤＣリンク電流検出回路４からＤＣリンク電流ｉDCの値に関するデータを取得し、モータ電流検出回路７からのモータ電流ｉMの値に関するデータを基準として、ＤＣリンク電流検出回路４からのＤＣリンク電流ｉDCの値に関するデータに対する補正量を計算する。モータ電流検出回路７からのモータ電流ｉMの値に関するデータを基準とするのは、ＤＣリンク電流検出回路４からのＤＣリンク電流ｉDCの値に関するデータよりも、実際の電流により近いデータであることによる。
【００３４】
例えば、モータ電流検出回路７からのモータ電流ｉMの値に関するデータが１００［Ａ］であり、かつ、ＤＣリンク電流検出回路４からのＤＣリンク電流ｉDCの値に関するデータが１０１［Ａ］であった場合、補正量を１００／１０１とし、ＤＣリンク電流検出回路４からのＤＣリンク電流ｉDCの値に関するデータに１００／１０１を乗じた値をＤＣリンク電流ｉDCとし、ＤＣリンク電流補正回路８は、ＤＣリンク過電流検出回路５に、補正したＤＣリンク電流ｉDCの値を出力する。
【００３５】
その後、ＤＣリンク過電流検出回路５は、補正されたＤＣリンク電流ｉDCが所定の電流値を超えた場合に、ＤＣリンク電流ｉDCが過電流であることを検出し、駆動回路２に複数のパワー素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６のうちオン状態である少なくとも１つのパワー素子をオフするためのパワー素子オフ指令を出力する。
【００３６】
駆動回路２は、ＤＣリンク過電流検出回路５からのパワー素子オフ指令に従って、パワー素子のＰＷＭ制御を行わずに、即座にパワー素子に対しオフ信号を与え、パワー素子をオフする。その結果、パワー素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６を過電流から保護することができる。
【００３７】
次に、本発明の実施例２に係るモータ駆動装置のＤＣリンク電流の補正方法について説明する。図６に、本発明の実施例２に係るモータ駆動装置の動作手順を説明するためのフローチャートを示す。まず、ステップＳ２０１において、複数のパワー素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６の少なくとも２つをオンさせる。例えば、図５に示すようにインバータ回路１のＵ相の上アームトランジスタＴｒ１及びＶ相の下アームトランジスタＴｒ４がオンしているため、ＤＣリンク部の端子Ａからインバータ回路１へ向かってＤＣリンク電流ｉDCが流れる。
【００３８】
次に、ステップＳ２０２において、第１電流検出部７１が、インバータ回路１からモータ２０へ流れるモータ電流ｉMを検出する。検出したモータ電流ｉMの電流値に関するデータはモータ電流検出回路７を介してＤＣリンク電流補正回路８に出力される。
【００３９】
同時に、ＤＣリンク電流検出回路４が、インバータ回路１の端子ＤからＤＣリンク部の端子Ｂへ流れる電流をヒューズ３の端子Ｅ，Ｆ間の電圧に基づいて、ＤＣリンク電流ｉDCを検出する。検出したＤＣリンク電流ｉDCの電流値に関するデータはＤＣリンク電流補正回路８に出力される。
【００４０】
次に、ステップＳ２０３において、モータ電流検出回路７からのモータ電流ｉMの値に関するデータを基準として、ＤＣリンク電流検出回路４からのＤＣリンク電流ｉDCの値に関するデータに対する補正量の計算を行う。この時、補正量は、ＤＣリンク電流補正回路８内に記憶される。
【００４１】
次に、ステップＳ２０４において、モータの駆動を開始する。
【００４２】
次に、ステップＳ２０５において、ＤＣリンク過電流検出回路５へ送られるＤＣリンク電流ｉDCは、ＤＣリンク電流検出回路４で検出されたデータに、ＤＣリンク電流補正回路８において、上記の補正量を乗じたデータとし、検出したＤＣリンク電流ｉDCが所定の電流値ｉTHを超えているか否かを判断する。ＤＣリンク電流ｉDCの値が、所定の電流値ｉTHを超えていると判断した場合は、ステップＳ２０６において、ＤＣリンク電流ｉDCが過電流の状態であると判定し、複数のパワー素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６のうちオン状態である少なくとも１つのパワー素子をオフするためのパワー素子オフ指令を駆動回路２へ出力する。
【００４３】
一方、ＤＣリンク過電流検出回路５が、ＤＣリンク電流ｉDCが所定の電流値ｉTH以下であると判断した場合は、ステップＳ２０４とステップＳ２０５の間に戻って、モータ２０の駆動を継続し、ＤＣリンク電流ｉDCの検出を行う。
【００４４】
以上のように、本発明の実施例２に係るモータ駆動装置によれば、検出したＤＣリンク電流ｉDCの値と実際にモータに流れるモータ電流ｉMの値とを比較し、検出したＤＣリンク電流ｉDCがモータ電流ｉMと等しくなるように補正したうえで、ＤＣリンク電流ｉDCが過電流の状態であるか否かを判断しているので、過電流状態の有無を正確に判断することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１    インバータ回路
２    駆動回路
３    ヒューズ
４    ＤＣリンク電流検出回路
５    ＤＣリンク過電流検出回路
６１，６２    導体
７    モータ電流検出回路
７１    第１電流検出部
７２    第２電流検出部
８    ＤＣリンク電流補正回路
９    ＰＷＭ制御回路
Ｔｒ１〜Ｔｒ６    パワー素子
【図１】
2017051070.tif 000003
【図２】
2017051070.tif 000004
【図３】
2017051070.tif 000005
【図４】
2017051070.tif 000006
【図５】
2017051070.tif 000007
【図６】
2017051070.tif 000008