(57)【要約】【課題】初期充電回路の異常発熱の発生を正確に検出することができ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３側から供給された交流電力を変換してＤＣリンクに直流電力を出力する順変換器１１と、ＤＣリンクに設けられるＤＣリンクコンデンサ１３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する逆変換器１２と、ＤＣリンクコンデンサ１３を充電する初期充電回路１４と、初期充電回路１４の両端の電位差の有無を判定する電位差発生判定部１５と、初期充電回路１４に供給される直流電流を検出する直流電流検出部１６と、モータ２に供給される交流電流を検出する交流電流検出部１７と、初期充電回路１４の両端に電位差が発生した場合に、交流電流検出部１７が交流電流の発生を検出しかつ直流電流検出部１６が直流電流の発生を検出したとき、初期充電回路１４に異常発熱が発生したと判定する異常判定部１８とを備える。【選択図】図１
2017017805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源側から供給された交流電力を変換して直流電力を出力する順変換器と、
前記順変換器の直流出力側であるＤＣリンクに設けられるＤＣリンクコンデンサと、
前記ＤＣリンクにおける直流電力を変換してモータ駆動のための交流電力を出力する逆変換器と、
前記ＤＣリンクに設けられ、前記順変換器が出力する直流電力により前記ＤＣリンクコンデンサを充電する初期充電回路と、
前記初期充電回路の両端に電位差が発生したか否かを判定する電位差発生判定部と、
前記順変換器から前記初期充電回路に供給される直流電流を検出する直流電流検出部と、
前記逆変換器からモータに供給される交流電流を検出する交流電流検出部と、
前記電位差発生判定部が前記初期充電回路の両端に電位差が発生したと判定した場合において、前記直流電流検出部が直流電流の発生を検出しかつ前記交流電流検出部が交流電流の発生を検出したとき、前記初期充電回路に異常発熱が発生したと判定する異常判定部と、
を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
前記初期充電回路は、
充電抵抗と、閉路したときに前記充電抵抗の両端を短絡するよう前記充電抵抗に並列接続されるスイッチと、を備え、
前記スイッチを開放することで前記充電抵抗を介して流れる前記順変換器からの直流電流により、前記ＤＣリンクコンデンサを充電する請求項１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、交流電源側から供給された交流電力を直流電力に変換してＤＣリンクへ出力したのちさらにモータの駆動のための交流電力に変換してモータへ供給するモータ駆動装置に関し、特に、ＤＣリンクコンデンサを充電する初期充電回路の異常発熱の発生を検出することができ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、交流電源側から供給された交流電力を直流電力に一旦変換したのちさらに交流電力に変換し、この交流電力を駆動軸ごとに設けられたモータの駆動電力として用いている。このようなモータ駆動装置は、交流電源側から供給された交流電力を変換（整流）して直流電力を出力する順変換器（整流器）と、順変換器の直流出力側であるＤＣリンクに接続され、ＤＣリンクの直流電力とモータ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逆変換器（インバータ）とを備え、当該逆変換器の交流側に接続されたモータの速度、トルク、もしくは回転子の位置を制御する。
【０００３】
順変換器の直流出力側と逆変換器の直流入力側とを接続するＤＣリンクには、ＤＣリンクコンデンサが設けられている。このＤＣリンクコンデンサは、順変換器の直流出力の脈動分を抑えるための平滑コンデンサとしての機能と、直流電力を蓄積し得る蓄電器としての機能とを有する。
【０００４】
ＤＣリンクコンデンサは、モータ駆動装置の起動直後からモータの駆動開始前（すなわち逆変換器部による電力変換動作開始前）までに初期充電（「予備充電」とも称される。）しておく必要があるので、このための初期充電回路が設けられるのが一般的である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
図４は、一般的なモータ駆動装置の構成を示す図である。モータ駆動装置１０００は、商用三相の交流電源３から供給された交流電力を変換して直流電力を出力する順変換器１１１と、順変換器１１１の直流出力側であるＤＣリンクに接続され、順変換器１１１から出力された直流電力をモータ２の駆動電力として供給される交流電力に変換しまたはモータ２から回生される交流電力を直流電力に変換する逆変換器１１２と、を備え、当該逆変換器１１２の交流側に接続されたモータ２の速度、トルク、もしくは回転子の位置を制御する。
【０００６】
逆変換器１１２は、複数の駆動軸に対応してそれぞれ設けられる各モータ２に個別に駆動電力を供給してモータ２を駆動制御するために、モータ２の個数と同数個、並列接続される。各逆変換器１１２の直流入力側にはＤＣリンクコンデンサ１１３がそれぞれ設けられる。つまり、ＤＣリンクコンデンサ１１３は、逆変換器１１２の、順変換器１１１が接続されるＤＣリンク側に位置することになる。なお、図４では一例としてモータ２の個数を３個としており、したがって、逆変換器１１２は３個である。一方、順変換器１１１は、モータ駆動装置１０００のコストや占有スペースを低減する目的で、複数の逆変換器１１２に対して１個が設けられることが多い。
【０００７】
ＤＣリンクコンデンサ１１３にエネルギーが蓄積されていない状態から初期充電が開始された直後は、順変換器１１１に大きな突入電流が流れる。特にＤＣリンクコンデンサ１１３の静電容量が大きいほど、より大きな突入電流が発生する。この突入電流対策として、モータ駆動装置１０００には、順変換器１１１と逆変換器１１２内のＤＣリンクコンデンサ１１３との間に、初期充電回路１１４が設けられる。
【０００８】
初期充電回路１１４は、充電抵抗１２２と、閉路したときに充電抵抗１２２の両端を短絡するよう充電抵抗１２２に並列接続されるスイッチ１２１とで構成される。スイッチ１２１は、モータ駆動装置１０００の起動直後のＤＣリンクコンデンサ１１３の初期充電期間中のみ開放（オフ）され、モータ駆動装置１０００がモータ２を駆動する通常動作期間中は閉路（オン）した状態を維持する。より具体的にいえば、モータ駆動装置１０００の起動直後からモータ２の駆動開始前までの初期充電期間中は、スイッチ１２１を開放（オフ）することで、順変換器１１１から出力された直流電流が充電抵抗１２２を通じてＤＣリンクコンデンサ１１３に流れ込み、ＤＣリンクコンデンサ１１３が充電されていく。そして、ＤＣリンクコンデンサ１１３が所定の電圧まで充電されると、スイッチ１２１を閉路（オン）して充電抵抗１２２の両端を短絡し、初期充電動作を完了する。この後、逆変換器１１２は電力変換動作を開始してモータ２に駆動電力を供給し、この駆動電力に基づきモータ２が駆動されることになる。
【０００９】
ＤＣリンクコンデンサ１１３の初期充電期間中は、スイッチ１２１が開放（オフ）されることで順変換器１１１から出力された直流電力は充電抵抗１２２を流れ、充電抵抗１２２にて熱として消費されるので、初期充電期間中における過大な突入電流の発生は抑制される。しかしながら、充電抵抗１２２は、溶断に耐え得る熱量として定義される負荷耐量を有しており、充電抵抗１２２に負荷耐量を超えた過大な電流が流れると充電抵抗１２２は異常発熱して溶断してしまう。したがって、充電抵抗１２２を保護するために、充電抵抗１２２に流れる電流を監視し、異常発熱を検出することは重要である。
【００１０】
例えば、ＤＣリンクコンデンサの初期充電期間中において、充電抵抗に流れる電流そのものを検出する電流センサを備え、この電流センサによって検出された電流が所定の大きさを超えた場合に異常と判定し充電抵抗を保護する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１１】
また例えば、ＤＣリンクコンデンサの初期充電期間中において、充電抵抗の両端の電位差を監視して、この電位差が規定値以下にならない状態が一定時間を超えた場合に異常と判定し充電抵抗を保護する技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【００１２】
図５は、図４に示すモータ駆動装置がモータを正常に駆動している場合における充電抵抗両端の電位差とＤＣリンクコンデンサ両端の電位差との関係を説明する図であって、（Ａ）は充電抵抗両端の電位差を示し、（Ｂ）はＤＣリンクコンデンサ両端の電位差を示す。ＤＣリンクコンデンサ１１３の初期充電完了後に、モータ駆動装置１０００が、ＤＣリンクコンデンサ１１３の静電容量に対して適切な大きさのモータ供給電流を用いて時刻ｔ1から時刻ｔ2の間でモータ２を加速させた場合、初期充電回路１１４内のスイッチ１２１が閉路されて充電抵抗１２２の両端が短絡されていることから、充電抵抗１１２には直流電流は流れないので図５（Ａ）に示すように充電抵抗１１２の両端には電位差は発生せず、図５（Ｂ）に示すように順変換器１１の直流出力側の直流電圧がそのままＤＣリンクコンデンサ１１３に印加された状態になる。以下、「静電容量に対して適切な大きさのモータ供給電流」とは、「設定されたＤＣリンクコンデンサ静電容量を用いた場合に、モータを正確に駆動制御することができるモータ供給電流」を意味するものとする。このように、ＤＣリンクコンデンサ１１３の静電容量に対して適切な大きさのモータ供給電流を用いてモータ２を正常に駆動した場合は、充電抵抗１１２に直流電流は流れず、充電抵抗１１２の発熱はない。
【００１３】
図６は、図４に示す初期充電回路内のスイッチが故障してモータの通常駆動動作期間中においてもスイッチが開放されているモータ駆動装置を示す図である。また、図７は、図６に示すスイッチが故障したモータ駆動装置において、ＤＣリンクコンデンサの静電容量に対して適切な大きさのモータ供給電流を用いてモータを正常に駆動した場合における充電抵抗両端の電位差とＤＣリンクコンデンサ両端の電位差との関係を説明する図であって、（Ａ）は充電抵抗両端の電位差を示し、（Ｂ）はＤＣリンクコンデンサ両端の電位差を示す。ＤＣリンクコンデンサ１１３の初期充電完了後にモータ駆動装置１０００がモータ２を駆動する通常動作期間中において、図６に示すように何らかの原因により初期充電回路１１４内のスイッチ１２１が故障して開放してしまった場合は、モータ２の通常駆動動作期間中にもかかわらず充電抵抗１２２には直流電流が流れる。この場合、ＤＣリンクコンデンサ１１３の静電容量に対して適切な大きさのモータ供給電流を用いて時刻ｔ1から時刻ｔ2の間でモータ２を加速させると、図７（Ａ）に示すように充電抵抗１１２の両端に電位差が発生して、図７（Ｂ）に示すようにＤＣリンクコンデンサ１１３の両端の電圧は急激に低下し、モータ駆動装置１０００はすぐにアラーム停止する（時刻ｔ3）。通常、アラーム停止する前の時間（すなわち時刻ｔ1から時刻ｔ3の間）はごく短時間であるので、充電抵抗１２２に異常発熱が発生することはない。
【００１４】
図８は、図６に示すスイッチが故障したモータ駆動装置において、ＤＣリンクコンデンサの静電容量に対して小さなモータ供給電流を用いてモータを駆動した場合における充電抵抗両端の電位差とＤＣリンクコンデンサ両端の電位差との関係を説明する図であって、（Ａ）は充電抵抗両端の電位差を示し、（Ｂ）はＤＣリンクコンデンサ両端の電位差を示す。ＤＣリンクコンデンサ１１３の初期充電完了後にモータ駆動装置１０００がモータ２を駆動する通常動作期間中において、図６に示すように何らかの原因により初期充電回路１１４内のスイッチ１２１が故障して開放してしまった場合は、ＤＣリンクコンデンサの静電容量に対して小さなモータ供給電流を時刻ｔ1から時刻ｔ2の間でモータ２を加速させると、充電抵抗１２２に直流電流が流れて図８（Ａ）に示すように充電抵抗１１２の両端に電位差が発生し、図８（Ｂ）に示すようにＤＣリンクコンデンサ１１３の両端の電圧は急激に低下する。時刻ｔ1から時刻ｔ2の間のモータ加速期間中、モータ駆動装置１０００はアラーム停止せず、通常の駆動動作を行うが、特許文献２（特開平０８−３１７６６０号公報）に記載された技術によれば、充電抵抗１１２の両端に電位差が発生した状態が一定時間経過したときに、異常が発生したと判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平０９−１４００５１号公報
【特許文献２】特開平０８−３１７６６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
特許文献１（特開平０９−１４００５１号公報）に記載された技術のように、初期充電回路内の充電抵抗の異常発熱を検出するために、充電抵抗を流れる電流を監視する電流センサを設けならければならず、その分コストが増大する欠点がある。
【００１７】
また、特許文献２（特開平０８−３１７６６０号公報）に記載された技術によると、ＤＣリンクコンデンサの初期充電完了後にモータ駆動装置がモータを駆動する通常動作期間中において、初期充電回路内のスイッチが閉路されて充電抵抗の両端が短絡されている場合であっても、モータに供給される交流電流（以下、単に「モータ供給電流」と称する。）の大きさとＤＣリンクコンデンサの静電容量との組み合わせによっては初期充電回路内の充電抵抗の両端に電位差が生じてしまい、この結果、充電抵抗に電流が流れていないにもかかわらず「充電抵抗に異常発熱が発生」と誤検出してしまう可能性がある。これについて、図９を参照してより詳しく説明する。
【００１８】
図９は、図４に示すスイッチが故障していないモータ駆動装置において、ＤＣリンクコンデンサの静電容量に対して大きなモータ供給電流を用いてモータを駆動した場合における充電抵抗両端の電位差とＤＣリンクコンデンサ両端の電位差との関係を説明する図であって、（Ａ）は充電抵抗両端の電位差を示し、（Ｂ）はＤＣリンクコンデンサ両端の電位差を示す。ＤＣリンクコンデンサ１１３の初期充電完了後に、モータ駆動装置１０００が、ＤＣリンクコンデンサ１１３の静電容量に対して大きなモータ供給電流を用いて時刻ｔ1から時刻ｔ2の間でモータ２を加速させた場合、初期充電回路１１４内のスイッチ１２１が閉路されて充電抵抗１２２の両端が短絡されていることから、充電抵抗１１２には直流電流は流れず、したがって充電抵抗１１２には異常発熱は発生しない。しなしながら、逆変換器１１２がモータ２の加速のために大きなモータ供給電流をモータ２へ供給するためには、小さい静電容量のＤＣリンクコンデンサ１１３から大きな直流電力を放電させてこれを逆変換器１１２へ供給する必要がある。このため、図９（Ｂ）に示すようにＤＣリンクコンデンサ１１３の両端の電圧は低下する。キルヒホッフの法則に従い、ＤＣリンクコンデンサ１１３の電圧低下分は、充電抵抗１２２の両端に電位差となって現れる。この結果、充電抵抗１２２の両端に電位差に基づいて異常判定を行う特許文献２（特開平０８−３１７６６０号公報）に記載された技術によれば、充電抵抗１１２に直流電流が流れていないにもかかわらず、「充電抵抗に異常発熱が発生」と誤検出してしまう。
【００１９】
従って本発明の目的は、上記問題に鑑み、ＤＣリンクコンデンサを充電する初期充電回路の異常発熱の発生を正確に検出することができるモータ駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を実現するために、本発明においては、モータ駆動装置は、交流電源側から供給された交流電力を変換して直流電力を出力する順変換器と、順変換器の直流出力側であるＤＣリンクに設けられるＤＣリンクコンデンサと、ＤＣリンクにおける直流電力を変換してモータ駆動のための交流電力を出力する逆変換器と、ＤＣリンクに設けられ、順変換器が出力する直流電力によりＤＣリンクコンデンサを充電する初期充電回路と、初期充電回路の両端に電位差が発生したか否かを判定する電位差発生判定部と、順変換器から初期充電回路に供給される直流電流を検出する直流電流検出部と、逆変換器からモータに供給される交流電流を検出する交流電流検出部と、電位差発生判定部が初期充電回路の両端に電位差が発生したと判定した場合において、直流電流検出部が直流電流の発生を検出しかつ交流電流検出部が交流電流の発生を検出したとき、初期充電回路に異常発熱が発生したと判定する異常判定部と、を備える。
【００２１】
ここで、初期充電回路は、充電抵抗と、閉路したときに充電抵抗の両端を短絡するよう充電抵抗に並列接続されるスイッチと、を備え、スイッチを開放することで充電抵抗を介して流れる順変換器からの直流電流により、ＤＣリンクコンデンサを充電する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ＤＣリンクコンデンサを充電する初期充電回路の異常発熱の発生を正確に検出することができるモータ駆動装置を実現することができる。すなわち、本発明によれば、初期充電回路の充電抵抗の両端の電位差と順変換器から初期充電回路に流れる直流電流とモータ供給電流とを監視し、充電抵抗の両端に電位差が発生した場合において、順変換器から初期充電回路に流れる直流電流の発生とモータ供給電流の発生とを同時に検出したときに初期充電回路に異常発熱が発生したと判定するので、モータに供給される交流電流の大きさとＤＣリンクコンデンサの静電容量との組み合わせに関係なく初期充電回路の異常発熱の発生を正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例によるモータ駆動装置の原理ブロック図である。
【図２】本発明の実施例によるモータ駆動装置における異常判定部の動作原理を説明する図であって、（Ａ）はＤＣリンクコンデンサ両端の電位差を示し、（Ｂ）はスイッチが故障したモータ駆動装置においてＤＣリンクコンデンサの静電容量に対して小さなモータ供給電流を用いてモータを駆動した場合における直流電流とモータ供給電流との関係を示し、（Ｃ）はスイッチが故障していないモータ駆動装置においてＤＣリンクコンデンサの静電容量に対して大きなモータ供給電流を用いてモータを駆動した場合における直流電流とモータ供給電流との関係を示す。
【図３】本発明の実施例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４】一般的なモータ駆動装置の構成を示す図である。
【図５】図４に示すモータ駆動装置がモータを正常に駆動している場合における充電抵抗両端の電位差とＤＣリンクコンデンサ両端の電位差との関係を説明する図であって、（Ａ）は充電抵抗両端の電位差を示し、（Ｂ）はＤＣリンクコンデンサ両端の電位差を示す。
【図６】図４に示す初期充電回路内のスイッチが故障してモータの通常駆動動作期間中においてもスイッチが開放されているモータ駆動装置を示す図である。
【図７】図６に示すスイッチが故障したモータ駆動装置において、ＤＣリンクコンデンサの静電容量に対して適切な大きさのモータ供給電流を用いてモータを正常に駆動した場合における充電抵抗両端の電位差とＤＣリンクコンデンサ両端の電位差との関係を説明する図であって、（Ａ）は充電抵抗両端の電位差を示し、（Ｂ）はＤＣリンクコンデンサ両端の電位差を示す。
【図８】図６に示すスイッチが故障したモータ駆動装置において、ＤＣリンクコンデンサの静電容量に対して小さなモータ供給電流を用いてモータを駆動した場合における充電抵抗両端の電位差とＤＣリンクコンデンサ両端の電位差との関係を説明する図であって、（Ａ）は充電抵抗両端の電位差を示し、（Ｂ）はＤＣリンクコンデンサ両端の電位差を示す。
【図９】図４に示すスイッチが故障していないモータ駆動装置において、ＤＣリンクコンデンサの静電容量に対して大きなモータ供給電流を用いてモータを駆動した場合における充電抵抗両端の電位差とＤＣリンクコンデンサ両端の電位差との関係を説明する図であって、（Ａ）は充電抵抗両端の電位差を示し、（Ｂ）はＤＣリンクコンデンサ両端の電位差を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、本発明の実施例によるモータ駆動装置の原理ブロック図である。なお、ここでは１個の三相モータ２を駆動制御するモータ駆動装置１について説明するが、モータ駆動装置１により駆動制御するモータ２の個数は、本発明を特に限定するものではなく、複数個であってもよい。また、モータ駆動装置によって駆動されるモータ２の種類についても本発明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。また、相数も本発明を特に限定するものではなく、三相の他に、例えば単相やその他の多相であってもよい。
【００２５】
本発明によるモータ駆動装置１は、順変換器１１と、逆変換器１２と、ＤＣリンクコンデンサ１３と、初期充電回路１４と、電位差発生判定部１５と、直流電流検出部１６と、交流電流検出部１７と、異常判定部１８とを備える。モータ駆動装置１の交流入力側には交流電源３が接続され、モータ駆動装置１の交流モータ側にはモータ２が接続される。なお、図１では、説明を簡明にするために、モータ２を駆動するための制御系については図示を省略している。
【００２６】
順変換器１１は、交流電源３のある交流入力側から供給された交流電力を変換（整流）し、直流出力側であるＤＣリンクへ直流電力を出力する。本発明では、用いられる順変換器１１の実施形態は特に限定されず、例えばダイオード整流回路、あるいは内部に半導体スイッチング素子を備えるＰＷＭ制御方式の整流回路などがある。順変換器１１がＰＷＭ制御方式の整流回路である場合は、順変換器１１は半導体スイッチング素子およ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。半導体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、半導体スイッチング素子の種類自体は本発明を限定するものではなく、その他の半導体スイッチング素子であってもよい。
【００２７】
逆変換器１２は、順変換器１１に対してＤＣリンクを介して接続され、逆変換器１２は、例えばＰＷＭインバータなどのような、半導体スイッチング素子およ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。逆変換器１２は、ＤＣリンクにおける直流電力を変換してモータ駆動のための交流電力を出力する。より具体的には、逆変換器１２は、ＤＣリンク側から供給される直流電力を、上位制御装置（図示せず）から受信したモータ駆動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２を駆動するための所望の電圧および所望の周波数の交流電力に変換する。モータ２は、供給された電圧可変およ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２の制動時には回生電力が発生するが、この場合は、上位制御装置から受信したモータ駆動指令に基づき、モータ２で発生した回生電力である交流電力を、直流電力へ変換してＤＣリンクへ戻すことができる。なお、モータ制御装置１で複数のモータ２を駆動制御する場合には、各モータ２に個別に駆動電力を供給してモータ２を駆動制御するために、逆変換器１２は、モータ２の個数と同数個、並列接続される。逆変換器１２内のブリッジ回路を構成する半導体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、半導体スイッチング素子の種類自体は本発明を限定するものではなく、その他の半導体スイッチング素子であってもよい。
【００２８】
ＤＣリンクコンデンサ１３は、順変換器１１の直流出力側と逆変換器１２の直流入力側とを接続するＤＣリンクに設けられる。ＤＣリンクコンデンサ１３は、順変換器１１もしくは逆変換器１２の直流出力の脈動分を抑える機能とともに、順変換器１１もしくは逆変換器１２から出力される直流電力を一時的に蓄積する機能も有する。ＤＣリンクコンデンサ１３は、モータ制御装置１の起動後から実際にモータを駆動する制御を開始する前までの間に、初期充電回路１４によって、順変換器１１から出力された直流電力で初期充電される。なお、図１では逆変換器１２を１個設けた例を示したが、例えば逆変換器１２が複数個並列接続される場合は、各逆変換器１２の直流入力側にＤＣリンクコンデンサ１３がそれぞれ設けられ、したがって、ＤＣリンクコンデンサ１３についても互いに並列接続された関係を有することになる。
【００２９】
また、ＤＣリンクには初期充電回路１４も設けられる。初期充電回路１４は、充電抵抗２２と、閉路したときに充電抵抗２２の両端を短絡するよう充電抵抗２２に並列接続されるスイッチ２１と、を備え、モータ２の駆動開始前（すなわち逆変換器１２による電力変換動作開始前）までに、スイッチ２１を開放することで充電抵抗２２を介して流れる順変換器１１からの直流電流により、ＤＣリンクコンデンサ１４を充電する。すなわち、スイッチ２１は、モータ駆動装置１の起動直後のＤＣリンクコンデンサ１３の初期充電期間中のみ開放（オフ）され、モータ駆動装置１がモータ２を駆動する通常動作期間中は閉路（オン）した状態を維持する。より具体的にいえば、モータ駆動装置１の起動直後からモータ２の駆動開始前までの初期充電期間中は、スイッチ２１を開放（オフ）することで、順変換器１１から出力された直流電流が充電抵抗２２を通じてＤＣリンクコンデンサ１３に流れ込み、ＤＣリンクコンデンサ１３が充電されていく。そして、ＤＣリンクコンデンサ１３が所定の電圧まで充電されると、スイッチ２１を閉路（オン）して充電抵抗２２の両端を短絡し、初期充電動作を完了する。この後、逆変換器１２は電力変換動作を開始してモータ２に駆動電力を供給し、この駆動電力に基づきモータ２が駆動されることになる。スイッチ２１の例としては、例えばＦＥＴ、トランジスタもしくはＩＧＢＴなどのような半導体スイッチや、電磁接触器もしくはリレーなどのような機械式スイッチがある。
【００３０】
電位差発生判定部１５は、初期充電回路１４の両端すなわち充電抵抗２２の両端に電位差が発生したか否かを判定する。初期充電回路１４の両端の電位差は、電圧センサによって直接的に測定してもよく、あるいは、順変換器１１の交流入力側である商用三相の交流電源３の線間電圧（もしくは相電圧）から計算によって得られる順変換器１１の直流出力側の直流電圧と電圧センサによって測定されたＤＣリンクコンデンサ１３の電圧との差分から求めてもよい。電位差発生判定部１５は、充電抵抗２２の両端に電位差を具体的な数値として得る必要はなく、充電抵抗２２の両端の電位差の発生の有無の判定結果を抽出できればよい。得られた判定結果は異常判定部１８へ送られる。
【００３１】
直流電流検出部１６は、順変換器１１から初期充電回路１４に供給される直流電流を検出する。順変換器１１から初期充電回路１４に供給される直流電流は、電流センサによって直接的に測定してもよく、あるいは、順変換器１１の交流入力側である商用三相の交流電源３から順変換器に流れ込む交流の電源電流に基づいて計算により求めてもよい。直流電流検出部１６は、順変換器１１から初期充電回路１４に供給される直流電流を具体的な数値として得る必要はなく、順変換器１１から初期充電回路１４に供給される直流電流が発生していることが検出できればよい。得られた検出結果は異常判定部１８へ送られる。
【００３２】
交流電流検出部１７は、逆変換器１２からモータ２に供給される交流電流（すなわちモータ供給電流）を検出する。モータ供給電流は例えば電流センサによって測定すればよい。交流電流検出部１７は、モータ供給電流を具体的な数値として得る必要はなく、モータ供給電流が発生していることが検出できればよい。得られた検出結果は異常判定部１８へ送られる。
【００３３】
異常判定部１８は、電位差発生判定部１５が初期充電回路１４の両端（すなわち充電抵抗２２の両端）に電位差が発生したと判定した場合において、直流電流検出部１６が直流電流の発生を検出しかつ交流電流検出部１７が交流電流の発生を検出したとき、初期充電回路１４（すなわち充電抵抗２２）に異常発熱が発生したと判定する。ここで、異常判定部１８の動作原理について、図２を参照して説明する。
【００３４】
図２は、本発明の実施例によるモータ駆動装置における異常判定部の動作原理を説明する図であって、（Ａ）はＤＣリンクコンデンサ両端の電位差を示し、（Ｂ）はスイッチが故障したモータ駆動装置においてＤＣリンクコンデンサの静電容量に対して小さなモータ供給電流を用いてモータを駆動した場合における直流電流とモータ供給電流との関係を示し、（Ｃ）はスイッチが故障していないモータ駆動装置においてＤＣリンクコンデンサの静電容量に対して大きなモータ供給電流を用いてモータを駆動した場合における直流電流とモータ供給電流との関係を示す。
【００３５】
図８と図９とを比較して分かるように、スイッチ１２１が故障したモータ駆動装置１０００においてＤＣリンクコンデンサ１１３の静電容量に対して小さなモータ供給電流を用いてモータ２を駆動した場合と、スイッチ１２１が故障していないモータ駆動装置１０００においてＤＣリンクコンデンサ１３の静電容量に対して大きなモータ供給電流を用いてモータ２を駆動した場合とでは、時刻ｔ1から時刻ｔ2までのモータ加速期間中の充電抵抗２２の両端の電位差を表す波形自体は同じである。しかしながら、既に説明したように図８の場合は順変換器１１２から出力された直流電流は充電抵抗１２２を流れるので充電抵抗１２２は異常発熱が発生するが、図９の場合は順変換器１１２から出力された直流電流は閉路したスイッチ１２１を流れて充電抵抗１２２には電流が流れず、異常発熱は発生しない。特許文献２（特開平０８−３１７６６０号公報）に記載された技術によると、図９の場合においても異常が発生したと誤検出してしまうことは上述した通りである。
【００３６】
本発明の実施例によるモータ駆動装置１における異常判定部１８によれば、図９のような場合であっても異常が発生したと誤検出することはない。例えば、モータ駆動装置１のスイッチ２１が故障して通常駆動動作期間においてスイッチ２１が開放している場合は、時刻ｔ1から時刻ｔ2までのモータ加速期間中は、図２（Ａ）に示すようにＤＣリンクコンデンサの両端の電圧は低下するので、キルヒホッフの法則に従って初期充電回路１４の両端（すなわち充電抵抗２２の両端）には電位差が発生し、図２（Ｂ）に示すようにモータ供給電流が流れると同時に充電抵抗２２にも順変換器１１から出力された直流電流が流れる。すなわち、電位差発生判定部１５が初期充電回路１４の両端（すなわち充電抵抗２２の両端）に電位差が発生したと判定し、なおかつ、直流電流検出部１６が直流電流の発生を検出しこれと同時に交流電流検出部１７がモータ供給電流（交流電流）の発生を検出したので、異常判定部１８は、初期充電回路１４（すなわち充電抵抗２２）に異常発熱が発生したと判定する。一方、モータ駆動装置１のスイッチ２１が故障しておらず通常駆動動作期間においてスイッチ２１が閉路している場合は、時刻ｔ1から時刻ｔ2までのモータ加速期間中は、図３（Ａ）に示すようにＤＣリンクコンデンサの両端の電圧は低下するので、キルヒホッフの法則に従って初期充電回路１４の両端（すなわち充電抵抗２２の両端）には電位差が発生するが、図３（Ｂ）に示すようにモータ供給電流が流れるものの充電抵抗２２には順変換器１１から出力された直流電流は流れない。すなわち、電位差発生判定部１５が初期充電回路１４の両端（すなわち充電抵抗２２の両端）に電位差が発生したと判定したが、直流電流検出部１６が直流電流の発生を検出していないので、異常判定部１８は、初期充電回路１４（すなわち充電抵抗２２）に異常発熱が発生したとは判定しない。このように、本発明の実施例によれば、特許文献２（特開平０８−３１７６６０号公報）に記載された技術にあったような異常の誤検出はない。
【００３７】
図３は、本発明の実施例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。
【００３８】
初期充電回路１４によるＤＣリンクコンデンサ１３の初期充電動作が完了した後、モータ制御装置１が実際にモータ２を駆動する制御を開始すると、まずステップＳ１０１において、電位差発生判定部１５は、初期充電回路１４の両端すなわち充電抵抗２２の両端に電位差が発生したか否かを判定する。初期充電回路１４の両端に電位差が発生したと判定された場合、ステップＳ１０２へ進む。
【００３９】
ステップＳ１０２では、異常判定部１８は、直流電流検出部１６が直流電流の発生と交流電流検出部１７がモータ供給電流の発生とを同時に検出したか否かを判定する。直流電流検出部１６が直流電流の発生と交流電流検出部１７がモータ供給電流の発生とが同時に検出された場合、ステップＳ１０３へ進む。
【００４０】
ステップＳ１０３では、異常判定部１８は、初期充電回路１４（すなわち充電抵抗２２）に異常発熱が発生したと判定する。
【００４１】
このように、本発明の実施例によれば、モータ２に供給される交流電流の大きさとＤＣリンクコンデンサ１３の静電容量との組み合わせに関係なく初期充電回路１４の異常発熱の発生を正確に検出することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１    モータ駆動装置
２    モータ
３    交流電源
１１    順変換器
１２    逆変換器
１３    ＤＣリンクコンデンサ
１４    初期充電回路
１５    電位差発生判定部
１６    直流電流検出部
１７    交流電流検出部
１８    異常判定部
２１    スイッチ
２２    充電抵抗
【図１】
2017017805.tif 000003
【図２】
2017017805.tif 000004
【図３】
2017017805.tif 000005
【図４】
2017017805.tif 000006
【図５】
2017017805.tif 000007
【図６】
2017017805.tif 000008
【図７】
2017017805.tif 000009
【図８】
2017017805.tif 000010
【図９】
2017017805.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成28年9月8日(2016.9.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
図５は、図４に示すモータ駆動装置がモータを正常に駆動している場合における充電抵抗両端の電位差とＤＣリンクコンデンサ両端の電位差との関係を説明する図であって、（Ａ）は充電抵抗両端の電位差を示し、（Ｂ）はＤＣリンクコンデンサ両端の電位差を示す。ＤＣリンクコンデンサ１１３の初期充電完了後に、モータ駆動装置１０００が、ＤＣリンクコンデンサ１１３の静電容量に対して適切な大きさのモータ供給電流を用いて時刻ｔ1から時刻ｔ2の間でモータ２を加速させた場合、初期充電回路１１４内のスイッチ１２１が閉路されて充電抵抗１２２の両端が短絡されていることから、充電抵抗１２２には直流電流は流れないので図５（Ａ）に示すように充電抵抗１２２の両端には電位差は発生せず、図５（Ｂ）に示すように順変換器１１１の直流出力側の直流電圧がそのままＤＣリンクコンデンサ１１３に印加された状態になる。以下、「静電容量に対して適切な大きさのモータ供給電流」とは、「設定されたＤＣリンクコンデンサ静電容量を用いた場合に、モータを正確に駆動制御することができるモータ供給電流」を意味するものとする。このように、ＤＣリンクコンデンサ１１３の静電容量に対して適切な大きさのモータ供給電流を用いてモータ２を正常に駆動した場合は、充電抵抗１２２に直流電流は流れず、充電抵抗１２２の発熱はない。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
図６は、図４に示す初期充電回路内のスイッチが故障してモータの通常駆動動作期間中においてもスイッチが開放されているモータ駆動装置を示す図である。また、図７は、図６に示すスイッチが故障したモータ駆動装置において、ＤＣリンクコンデンサの静電容量に対して適切な大きさのモータ供給電流を用いてモータを正常に駆動した場合における充電抵抗両端の電位差とＤＣリンクコンデンサ両端の電位差との関係を説明する図であって、（Ａ）は充電抵抗両端の電位差を示し、（Ｂ）はＤＣリンクコンデンサ両端の電位差を示す。ＤＣリンクコンデンサ１１３の初期充電完了後にモータ駆動装置１０００がモータ２を駆動する通常動作期間中において、図６に示すように何らかの原因により初期充電回路１１４内のスイッチ１２１が故障して開放してしまった場合は、モータ２の通常駆動動作期間中にもかかわらず充電抵抗１２２には直流電流が流れる。この場合、ＤＣリンクコンデンサ１１３の静電容量に対して適切な大きさのモータ供給電流を用いて時刻ｔ1から時刻ｔ2の間でモータ２を加速させると、図７（Ａ）に示すように充電抵抗１２２の両端に電位差が発生して、図７（Ｂ）に示すようにＤＣリンクコンデンサ１１３の両端の電圧は急激に低下し、モータ駆動装置１０００はすぐにアラーム停止する（時刻ｔ3）。通常、アラーム停止する前の時間（すなわち時刻ｔ1から時刻ｔ3の間）はごく短時間であるので、充電抵抗１２２に異常発熱が発生することはない。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
図８は、図６に示すスイッチが故障したモータ駆動装置において、ＤＣリンクコンデンサの静電容量に対して小さなモータ供給電流を用いてモータを駆動した場合における充電抵抗両端の電位差とＤＣリンクコンデンサ両端の電位差との関係を説明する図であって、（Ａ）は充電抵抗両端の電位差を示し、（Ｂ）はＤＣリンクコンデンサ両端の電位差を示す。ＤＣリンクコンデンサ１１３の初期充電完了後にモータ駆動装置１０００がモータ２を駆動する通常動作期間中において、図６に示すように何らかの原因により初期充電回路１１４内のスイッチ１２１が故障して開放してしまった場合は、ＤＣリンクコンデンサ１１３の静電容量に対して小さなモータ供給電流を時刻ｔ1から時刻ｔ2の間でモータ２を加速させると、充電抵抗１２２に直流電流が流れて図８（Ａ）に示すように充電抵抗１２２の両端に電位差が発生し、図８（Ｂ）に示すようにＤＣリンクコンデンサ１１３の両端の電圧は急激に低下する。時刻ｔ1から時刻ｔ2の間のモータ加速期間中、モータ駆動装置１０００はアラーム停止せず、通常の駆動動作を行うが、特許文献２（特開平０８−３１７６６０号公報）に記載された技術によれば、充電抵抗１２２の両端に電位差が発生した状態が一定時間経過したときに、異常が発生したと判定する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
図９は、図４に示すスイッチが故障していないモータ駆動装置において、ＤＣリンクコンデンサの静電容量に対して大きなモータ供給電流を用いてモータを駆動した場合における充電抵抗両端の電位差とＤＣリンクコンデンサ両端の電位差との関係を説明する図であって、（Ａ）は充電抵抗両端の電位差を示し、（Ｂ）はＤＣリンクコンデンサ両端の電位差を示す。ＤＣリンクコンデンサ１１３の初期充電完了後に、モータ駆動装置１０００が、ＤＣリンクコンデンサ１１３の静電容量に対して大きなモータ供給電流を用いて時刻ｔ1から時刻ｔ2の間でモータ２を加速させた場合、初期充電回路１１４内のスイッチ１２１が閉路されて充電抵抗１２２の両端が短絡されていることから、充電抵抗１２２には直流電流は流れず、したがって充電抵抗１２２には異常発熱は発生しない。しなしながら、逆変換器１１２がモータ２の加速のために大きなモータ供給電流をモータ２へ供給するためには、小さい静電容量のＤＣリンクコンデンサ１１３から大きな直流電力を放電させてこれを逆変換器１１２へ供給する必要がある。このため、図９（Ｂ）に示すようにＤＣリンクコンデンサ１１３の両端の電圧は低下する。キルヒホッフの法則に従い、ＤＣリンクコンデンサ１１３の電圧低下分は、充電抵抗１２２の両端に電位差となって現れる。この結果、充電抵抗１２２の両端に電位差に基づいて異常判定を行う特許文献２（特開平０８−３１７６６０号公報）に記載された技術によれば、充電抵抗１２２に直流電流が流れていないにもかかわらず、「充電抵抗に異常発熱が発生」と誤検出してしまう。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
また、ＤＣリンクには初期充電回路１４も設けられる。初期充電回路１４は、充電抵抗２２と、閉路したときに充電抵抗２２の両端を短絡するよう充電抵抗２２に並列接続されるスイッチ２１と、を備え、モータ２の駆動開始前（すなわち逆変換器１２による電力変換動作開始前）までに、スイッチ２１を開放することで充電抵抗２２を介して流れる順変換器１１からの直流電流により、ＤＣリンクコンデンサ１３を充電する。すなわち、スイッチ２１は、モータ駆動装置１の起動直後のＤＣリンクコンデンサ１３の初期充電期間中のみ開放（オフ）され、モータ駆動装置１がモータ２を駆動する通常動作期間中は閉路（オン）した状態を維持する。より具体的にいえば、モータ駆動装置１の起動直後からモータ２の駆動開始前までの初期充電期間中は、スイッチ２１を開放（オフ）することで、順変換器１１から出力された直流電流が充電抵抗２２を通じてＤＣリンクコンデンサ１３に流れ込み、ＤＣリンクコンデンサ１３が充電されていく。そして、ＤＣリンクコンデンサ１３が所定の電圧まで充電されると、スイッチ２１を閉路（オン）して充電抵抗２２の両端を短絡し、初期充電動作を完了する。この後、逆変換器１２は電力変換動作を開始してモータ２に駆動電力を供給し、この駆動電力に基づきモータ２が駆動されることになる。スイッチ２１の例としては、例えばＦＥＴ、トランジスタもしくはＩＧＢＴなどのような半導体スイッチや、電磁接触器もしくはリレーなどのような機械式スイッチがある。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
本発明の実施例によるモータ駆動装置１における異常判定部１８によれば、図９のような場合であっても異常が発生したと誤検出することはない。例えば、モータ駆動装置１のスイッチ２１が故障して通常駆動動作期間においてスイッチ２１が開放している場合は、時刻ｔ1から時刻ｔ2までのモータ加速期間中は、図２（Ａ）に示すようにＤＣリンクコンデンサの両端の電圧は低下するので、キルヒホッフの法則に従って初期充電回路１４の両端（すなわち充電抵抗２２の両端）には電位差が発生し、図２（Ｂ）に示すようにモータ供給電流が流れると同時に充電抵抗２２にも順変換器１１から出力された直流電流が流れる。すなわち、電位差発生判定部１５が初期充電回路１４の両端（すなわち充電抵抗２２の両端）に電位差が発生したと判定し、なおかつ、直流電流検出部１６が直流電流の発生を検出しこれと同時に交流電流検出部１７がモータ供給電流（交流電流）の発生を検出したので、異常判定部１８は、初期充電回路１４（すなわち充電抵抗２２）に異常発熱が発生したと判定する。一方、モータ駆動装置１のスイッチ２１が故障しておらず通常駆動動作期間においてスイッチ２１が閉路している場合は、時刻ｔ1から時刻ｔ2までのモータ加速期間中は、図２（Ａ）に示すようにＤＣリンクコンデンサの両端の電圧は低下するので、キルヒホッフの法則に従って初期充電回路１４の両端（すなわち充電抵抗２２の両端）には電位差が発生するが、図２（Ｃ）に示すようにモータ供給電流が流れるものの充電抵抗２２には順変換器１１から出力された直流電流は流れない。すなわち、電位差発生判定部１５が初期充電回路１４の両端（すなわち充電抵抗２２の両端）に電位差が発生したと判定したが、直流電流検出部１６が直流電流の発生を検出していないので、異常判定部１８は、初期充電回路１４（すなわち充電抵抗２２）に異常発熱が発生したとは判定しない。このように、本発明の実施例によれば、特許文献２（特開平０８−３１７６６０号公報）に記載された技術にあったような異常の誤検出はない。