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JP2022070477A - Fault detection device for detecting fault of power conversion apparatus and motor driving device - Google Patents

Fault detection device for detecting fault of power conversion apparatus and motor driving device Download PDF

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JP2022070477A
JP2022070477A JP2020179565A JP2020179565A JP2022070477A JP 2022070477 A JP2022070477 A JP 2022070477A JP 2020179565 A JP2020179565 A JP 2020179565A JP 2020179565 A JP2020179565 A JP 2020179565A JP 2022070477 A JP2022070477 A JP 2022070477A
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Abstract

To provide a fault detection device which promptly and accurately detects a fault location and a fault content of a power conversion apparatus, and a motor driving device comprising the same.SOLUTION: A fault detection device 1 for detecting a fault of a power conversion apparatus 2 for performing a power conversion from DC to AC or a power conversion from AC to DC by turning-on and turning-off operations of a plurality of switching elements constituting a bridge circuit, comprises: a command generation unit 11 for generating a plurality of command patterns consisting of combinations of ON commands and OFF commands for the respective switching elements; a current acquisition unit 12 for acquiring a detection value of a current flowing in the bridge circuit; and a fault determination unit 13 for determining the fault of the power conversion apparatus 2 on the basis of the combination of the ON command and the OFF command for each switching element and the detection value of the current which is acquired by the current acquisition unit 12 when the command pattern is commanded for each switching element in a state where a DC voltage is applied to a DC side of the power conversion apparatus 2 and a load circuit 3 is connected to an AC side of the power conversion apparatus 2.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電力変換装置の故障を検出する故障検出装置及びモータ駆動装置に関する。 The present invention relates to a failure detection device and a motor drive device for detecting a failure of a power conversion device.

PWM制御方式のインバータ並びにPWM制御方式及び120度通電方式のコンバータは、ブリッジ回路の上アーム及び下アームの各々に設けられたスイッチング素子のオンオフ動作により直流から交流への電力変換または交流から直流への電力変換を行う電力変換装置である。例えば、工作機械内やロボット内に設けられるモータの駆動を制御するモータ駆動装置では、交流電源から入力される交流電力をPWM制御方式または120度通電方式のコンバータにて直流電力に変換してDCリンクへ出力し、さらにPWM制御方式のインバータにてDCリンクにおける直流電圧を交流電力に変換し、この交流電力をモータの駆動電力として出力している。DCリンクとは、コンバータの直流出力側とインバータの直流入力側とを電気的に接続する回路部分のことを指し、「DCリンク部」、「直流リンク」、「直流リンク部」または「直流中間回路」などとも称されることもある。 Inverters with PWM control and converters with PWM control and 120-degree energization are converted from direct current to alternating current or from alternating current to direct current by turning on and off switching elements provided on each of the upper and lower arms of the bridge circuit. It is a power conversion device that performs power conversion. For example, in a motor drive device that controls the drive of a motor installed in a machine tool or a robot, AC power input from an AC power supply is converted into DC power by a PWM control method or a 120-degree energization type converter and DC. It is output to the link, and the DC voltage in the DC link is converted into AC power by a PWM control type inverter, and this AC power is output as the drive power of the motor. The DC link refers to the circuit part that electrically connects the DC output side of the converter and the DC input side of the inverter, and is the "DC link section", "DC link", "DC link section", or "DC intermediate". It is also called "circuit".

電力変換装置において発生し得る故障には、例えば、スイッチング素子に関係するオープン故障、スイッチング素子に関係するショート故障、電力変換装置に設けられた電流検出部に関係する故障、スイッチング素子に対応して設けられた過電流検出部に関係する故障などがある。 The failures that can occur in the power conversion device correspond to, for example, an open failure related to the switching element, a short failure related to the switching element, a failure related to the current detection unit provided in the power conversion device, and a switching element. There is a failure related to the provided overcurrent detector.

このうち、オープン故障は、スイッチング制御部がスイッチング素子に対してオン指令(クローズ指令)を行ったにもかかわらずスイッチング素子がクローズせずにオープンしたままとなる故障である。また、ショート故障は、スイッチング制御部がスイッチング素子に対してオフ指令(オープン指令)を行ったにもかかわらずスイッチング素子がオープンせずにクローズしたままとなる故障である。これらオープン故障及びショート故障は、スイッチング素子自体が正常に機能しなくなることに起因する場合と、当該スイッチング素子をオンオフするためのゲート電圧を印加するドライブ回路が正常に機能しなくなることに起因する場合と、ドライブ回路を制御するスイッチング制御部が正常に機能しなくなることに起因する場合などがある。以下、スイッチング素子自体、ドライブ回路、及びスイッチング制御部のうちのいずれかに起因してスイッチング素子に発生するオープン故障を、まとめて「スイッチング素子に関係するオープン故障」と称する。同様に、スイッチング素子自体、ドライブ回路、及びスイッチング制御部のうちのいずれかに起因してスイッチング素子に発生するショート故障を、まとめて「スイッチング素子に関係するショート故障」と称する。 Of these, an open failure is a failure in which the switching element does not close and remains open even though the switching control unit issues an on command (close command) to the switching element. Further, a short-circuit failure is a failure in which the switching element does not open and remains closed even though the switching control unit issues an off command (open command) to the switching element. These open failures and short-circuit failures are caused by the fact that the switching element itself does not function normally, and the case where the drive circuit that applies the gate voltage for turning the switching element on and off does not function normally. This may be due to the fact that the switching control unit that controls the drive circuit does not function normally. Hereinafter, open failures that occur in the switching element due to any one of the switching element itself, the drive circuit, and the switching control unit are collectively referred to as "open failure related to the switching element". Similarly, short-circuit failures that occur in the switching element due to any one of the switching element itself, the drive circuit, and the switching control unit are collectively referred to as "short-circuit failure related to the switching element".

電力変換装置に発生する故障を検出する方法として様々なものが知られている。 Various methods are known as methods for detecting a failure that occurs in a power conversion device.

例えば、直流電圧を交流電圧に変換して交流機に出力するインバータ装置であって、直列接続された上アームスイッチ素子及び下アームスイッチ素子を有し、前記交流機に結線されるインバータ回路と、前記インバータ回路を流れる電流を検出する電流検出手段と、前記インバータ回路の異常、及び、前記交流機又は前記結線の異常を診断する診断装置とを備え、前記診断装置は、前記上アームスイッチ素子及び前記下アームスイッチ素子のON/OFFを制御して前記交流機に単パルス電圧を出力して、前記電流検出手段により得られた電流値から前記交流機又は前記結線の短絡故障を診断するものであり、前記インバータ装置は、前記下アームスイッチ素子がONされることにより前記上アームスイッチ素子を駆動するための電圧が充電されるコンデンサを有し、当該コンデンサに充電された電圧により前記上アームスイッチ素子を駆動するブートストラップ回路と、前記ブートストラップ回路のコンデンサに充電された電圧を検出するコンデンサ電圧検出手段とを更に備え、前記診断装置は、前記上アームスイッチ素子及び前記下アームスイッチ素子のON/OFFを制御して、前記コンデンサ電圧検出手段により得られた電圧値を用いて、前記インバータ回路の異常、及び、前記交流機又は前記結線の異常を診断する、インバータ装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 For example, an inverter device that converts a DC voltage into an AC voltage and outputs it to an AC machine, and has an upper arm switch element and a lower arm switch element connected in series, and an inverter circuit connected to the AC machine. A current detecting means for detecting a current flowing through the inverter circuit and a diagnostic device for diagnosing an abnormality in the inverter circuit and an abnormality in the AC machine or the connection are provided, and the diagnostic device includes the upper arm switch element and the upper arm switch element. The ON / OFF of the lower arm switch element is controlled to output a single pulse voltage to the AC machine, and a short-circuit failure of the AC machine or the connection is diagnosed from the current value obtained by the current detecting means. The inverter device has a capacitor in which a voltage for driving the upper arm switch element is charged by turning on the lower arm switch element, and the upper arm switch is charged by the voltage charged in the capacitor. The diagnostic device further includes a bootstrap circuit for driving the element and a capacitor voltage detecting means for detecting the voltage charged in the capacitor of the bootstrap circuit, and the diagnostic device turns on the upper arm switch element and the lower arm switch element. An inverter device is known that controls / OFF and uses the voltage value obtained by the capacitor voltage detecting means to diagnose an abnormality in the inverter circuit and an abnormality in the AC machine or the connection (the AC device or the connection). For example, see Patent Document 1).

例えば、複数相の上下アームを構成するスイッチング素子(70)としてのハイサイドのスイッチング素子(700H,701H)及びローサイドのスイッチング素子(700L,701L)とともに半導体モジュール(40)を構成し、前記スイッチング素子の駆動を制御する制御装置であって、各アームを構成する前記スイッチング素子の主電極間の電圧、又は、各相上下アームの相電圧を検出する電圧検出部(82)と、前記電圧検出部により検出された電圧値に基づいて、前記スイッチング素子にショート故障が生じているか否かを判定する判定部(84)と、前記判定部により故障が生じたと判定されると、故障が生じた前記スイッチング素子をオフさせるとともに、故障した前記スイッチング素子とは別の相であって同じサイドの前記スイッチング素子をオンさせる駆動部(85)と、を備える制御装置が知られている(例えば、特許文献2参照。)。 For example, the semiconductor module (40) is configured together with the high-side switching element (700H, 701H) and the low-side switching element (700L, 701L) as the switching element (70) constituting the upper and lower arms of a plurality of phases, and the switching element is described. A voltage detection unit (82) for detecting the voltage between the main electrodes of the switching element constituting each arm or the phase voltage of each phase upper and lower arm, and the voltage detection unit. A determination unit (84) that determines whether or not a short-circuit failure has occurred in the switching element based on the voltage value detected by the determination unit, and a determination unit that determines that a failure has occurred, the failure has occurred. A control device including a drive unit (85) that turns off the switching element and turns on the switching element on the same side as the phase different from the failed switching element is known (for example, Patent Document). See 2.).

例えば、モータに電力を供給するためのインバータ回路(20)と、前記インバータ回路を駆動するドライブ回路(30)と、前記ドライブ回路を制御する制御素子(40)と、前記インバータ回路に流れる電流を検出して検出結果を前記制御素子に出力する電流検出部(70)と、を備え、前記インバータ回路は、検査モードにおいて、所定の負荷(90)に接続され、前記制御素子は、前記検査モードにおいて、前記所定の負荷に応じた検査用信号を前記ドライブ回路に出力して前記インバータ回路を動作させ、前記検査用信号によって動作した前記インバータ回路の電流値適正判定及び電流保護の故障検出のうちの少なくとも一方を前記電流検出部の検出結果を用いて行い、前記インバータ回路の故障の有無を判定して故障検出の判定結果を外部に出力する、インバータ基板が知られている(例えば、特許文献3参照。)。 For example, an inverter circuit (20) for supplying power to a motor, a drive circuit (30) for driving the inverter circuit, a control element (40) for controlling the drive circuit, and a current flowing through the inverter circuit are used. The inverter circuit includes a current detection unit (70) that detects and outputs the detection result to the control element, the inverter circuit is connected to a predetermined load (90) in the inspection mode, and the control element is in the inspection mode. In the above, among the current value appropriateness determination and the current protection failure detection of the inverter circuit operated by the inspection signal by outputting the inspection signal corresponding to the predetermined load to the drive circuit and operating the inverter circuit. There is known an inverter board that performs at least one of the above using the detection result of the current detection unit, determines the presence or absence of a failure in the inverter circuit, and outputs the failure detection determination result to the outside (for example, Patent Document). See 3.).

例えば、エミッタ電極と、前記エミッタ電極に流れる電流に応じたセンス電流を出力するエミッタセンス端子とを有し、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換するためのスイッチング動作を行うパワー半導体素子と、前記センス電流に基づいて、前記パワー半導体素子に流れる過電流を検知する過電流検知回路と、前記過電流を模擬した模擬信号を前記過電流検知回路に出力する過電流模擬回路と、を備える電力変換装置が知られている(例えば、特許文献4参照。)。 For example, a power semiconductor having an emitter electrode and an emitter sense terminal that outputs a sense current corresponding to the current flowing through the emitter electrode, and performing a switching operation for converting DC power supplied from a DC power supply into AC power. An element, an overcurrent detection circuit that detects an overcurrent flowing through the power semiconductor element based on the sense current, and an overcurrent simulation circuit that outputs a simulated signal simulating the overcurrent to the overcurrent detection circuit. A power conversion device comprising the above is known (see, for example, Patent Document 4).

特開2020-080645号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2020-08645 特開2019-075959号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-075959 特開2018-061328号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-061328 国際公開第2016/021329号International Publication No. 2016/021329

モータ駆動装置内に設けられる電力変換装置においては、スイッチング素子、電流検出部、及び過電流検出部など様々な箇所で故障が発生し得る。特にスイッチング素子については、電力変換装置内に複数設けられることからその故障箇所も様々であり、また故障の種類もオープン故障とショート故障とで分かれる。このため、電力変換装置の故障箇所及び故障内容の特定には、時間と手間がかかる。また例えばモータ駆動装置の出荷試験時においては、モータ駆動装置によりモータを実際に駆動させてモータ回転数やモータ電流を検出し、これら各値に異常があれば一律に不良品と判定している。このため、モータ駆動装置内に設けられる電力変換装置の故障箇所及び故障内容を特定することはできない。したがって、モータ駆動装置内に設けられる電力変換装置の故障箇所及び故障内容を迅速かつ正確に検出することができる技術の開発が望まれている。 In the power conversion device provided in the motor drive device, a failure may occur in various places such as a switching element, a current detection unit, and an overcurrent detection unit. In particular, since a plurality of switching elements are provided in the power conversion device, the failure points are various, and the types of failures are divided into open failures and short failures. Therefore, it takes time and effort to identify the failure location and the failure content of the power conversion device. For example, at the time of shipping test of a motor drive device, the motor is actually driven by the motor drive device to detect the motor rotation speed and the motor current, and if there is an abnormality in each of these values, it is uniformly determined to be a defective product. .. Therefore, it is not possible to specify the failure location and the failure content of the power conversion device provided in the motor drive device. Therefore, it is desired to develop a technique capable of quickly and accurately detecting the failure location and the failure content of the power conversion device provided in the motor drive device.

本開示の一態様によれば、ブリッジ回路を構成する複数のスイッチング素子のオンオフ動作により直流から交流への電力変換または交流から直流への電力変換を行う電力変換装置の故障を検出する故障検出装置は、各スイッチング素子に対するオン指令及びオフ指令の組み合わせからなる指令パターンを複数生成する指令生成部であって複数の指令パターンの各々は互いに異なるオン指令及びオフ指令の組み合わせを有する指令生成部と、ブリッジ回路に流れる電流の検出値を取得する電流取得部と、指令パターンにおける各スイッチング素子に対するオン指令及びオフ指令の組み合わせと電力変換装置の直流側に直流電圧が印加されかつ電力変換装置の交流側に負荷回路が接続された状態において各スイッチング素子に対して指令パターンを指令して各スイッチング素子を動作させたときに電流取得部が取得した電流の検出値とに基づいて電力変換装置の故障を判定する故障判定部と、を備える。 According to one aspect of the present disclosure, a failure detection device that detects a failure of a power conversion device that converts DC to AC power or AC to DC power by turning on and off a plurality of switching elements constituting a bridge circuit. Is a command generation unit that generates a plurality of command patterns consisting of a combination of on-command and off-command for each switching element, and each of the plurality of command patterns has a command generation unit having different combinations of on-command and off-command. A combination of an on command and an off command for each switching element in the command pattern, a current acquisition unit that acquires the detected value of the current flowing through the bridge circuit, and a DC voltage applied to the DC side of the power conversion device and the AC side of the power conversion device. A failure of the power conversion device is caused based on the current detection value acquired by the current acquisition unit when each switching element is operated by commanding a command pattern to each switching element while the load circuit is connected to. It is provided with a failure determination unit for determination.

また、本開示の一態様によれば、モータ駆動装置は、ブリッジ回路を構成する複数のスイッチング素子のオンオフ動作により直流から交流への電力変換または交流から直流への電力変換を行うことで、モータの駆動に用いられる電力を生成する電力変換装置と、電力変換装置の故障を検出する上記故障検出装置と、を備える。 Further, according to one aspect of the present disclosure, the motor drive device performs power conversion from direct current to alternating current or power conversion from alternating current to direct current by on / off operation of a plurality of switching elements constituting the bridge circuit. A power conversion device that generates power used for driving the power converter and the above-mentioned failure detection device that detects a failure of the power conversion device are provided.

本開示の一態様によれば、モータ駆動装置内に設けられる電力変換装置の故障箇所及び故障内容を迅速かつ正確に検出することができる。 According to one aspect of the present disclosure, it is possible to quickly and accurately detect the failure location and the failure content of the power conversion device provided in the motor drive device.

本開示の一実施形態による三相の電力変換装置の故障を検出する故障検出装置及びこれを備えるモータ駆動装置を示す図である。It is a figure which shows the failure detection apparatus which detects the failure of the three-phase power conversion apparatus by one Embodiment of this disclosure, and the motor drive apparatus provided with the failure detection apparatus. 本開示の一実施形態による三相の電力変換装置内のスイッチング素子に関係するオープン故障及びショート故障を検出するために用いられる第1の故障判定用指令パターンを示す図である。It is a figure which shows the 1st failure determination command pattern used for detecting the open failure and the short-circuit failure which are related to the switching element in the three-phase power conversion apparatus by one Embodiment of this disclosure. 本開示の一実施形態による三相の電力変換装置の故障を検出する故障検出装置及びこれを備えるモータ駆動装置におけるスイッチング素子に関係するオープン故障またはショート故障の検出処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detection process of the open failure or the short-circuit failure which concerns on the switching element in the failure detection apparatus which detects the failure of the three-phase power conversion apparatus by one Embodiment of this disclosure, and the motor drive apparatus provided with the failure detection apparatus. 本開示の一実施形態による三相の電力変換装置内のスイッチング素子に対して第1の故障判定用指令パターンが指令されたときに形成される閉回路を例示する図である。It is a figure which illustrates the closed circuit formed when the 1st failure determination command pattern is commanded to the switching element in the three-phase power conversion apparatus by one Embodiment of this disclosure. 本開示の一実施形態による三相の電力変換装置の故障を検出する故障検出装置及びこれを備えるモータ駆動装置におけるオープン故障が発生しているスイッチング素子と第1の故障判定用指令パターンとの関係を示す図である。Relationship between a switching element in which an open failure has occurred in a failure detection device for detecting a failure in a three-phase power conversion device according to an embodiment of the present disclosure and a motor drive device including the failure detection device and a first failure determination command pattern. It is a figure which shows. 本開示の一実施形態による三相の電力変換装置の故障を検出する故障検出装置及びこれを備えるモータ駆動装置におけるショート故障が発生しているスイッチング素子と第1の故障判定用指令パターンとの関係を示す図である。Relationship between a switching element in which a short-circuit failure has occurred in a failure detection device for detecting a failure in a three-phase power conversion device according to an embodiment of the present disclosure and a motor drive device including the failure detection device, and a first failure determination command pattern. It is a figure which shows. 本開示の一実施形態による単相の電力変換装置の故障を検出する故障検出装置及びこれを備えるモータ駆動装置を示す図である。It is a figure which shows the failure detection apparatus which detects the failure of the single-phase power conversion apparatus by one Embodiment of this disclosure, and the motor drive apparatus provided with the failure detection apparatus. 本開示の一実施形態による単相の電力変換装置内のスイッチング素子に関係するオープン故障及びショート故障を検出するために用いられる第1の故障判定用指令パターンを示す図である。It is a figure which shows the 1st failure determination command pattern used for detecting the open failure and the short-circuit failure which are related to the switching element in the single-phase power conversion apparatus by one Embodiment of this disclosure. 本開示の一実施形態による単相の電力変換装置の故障を検出する故障検出装置及びこれを備えるモータ駆動装置におけるスイッチング素子に関係するオープン故障またはショート故障の検出処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detection process of the open failure or the short-circuit failure which concerns on the switching element in the failure detection apparatus which detects the failure of the single-phase power conversion apparatus by one Embodiment of this disclosure, and the motor drive apparatus provided with the failure detection apparatus. 本開示の一実施形態による単相の電力変換装置の故障を検出する故障検出装置及びこれを備えるモータ駆動装置におけるオープン故障が発生しているスイッチング素子と第1の故障判定用指令パターンとの関係を示す図である。Relationship between a switching element in which an open failure has occurred in a failure detection device for detecting a failure in a single-phase power conversion device according to an embodiment of the present disclosure and a motor drive device including the failure detection device and a first failure determination command pattern. It is a figure which shows. 本開示の一実施形態による単相の電力変換装置の故障を検出する故障検出装置及びこれを備えるモータ駆動装置におけるショート故障が発生しているスイッチング素子と第1の故障判定用指令パターンとの関係を示す図である。Relationship between a switching element in which a short-circuit failure has occurred in a failure detection device for detecting a failure in a single-phase power conversion device according to an embodiment of the present disclosure and a motor drive device including the failure detection device, and a first failure determination command pattern. It is a figure which shows. 電力変換装置のブリッジ回路内のスイッチング素子を流れる電流と、当該スイッチング素子のオン時間との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the current flowing through the switching element in the bridge circuit of a power conversion apparatus, and the on-time of the switching element. 本開示の一実施形態による三相の電力変換装置の故障を検出する故障検出装置及びこれを備えるモータ駆動装置におけるスイッチング素子に関係するオープン故障及びショート故障並びに電流検出部の故障の検出処理を示すフローチャートである。Disclosed is a failure detection process for detecting a failure of a three-phase power conversion device according to an embodiment of the present disclosure, an open failure and a short-circuit failure related to a switching element in a motor drive device including the failure detection device, and a failure detection process of a current detection unit. It is a flowchart. 本開示の一実施形態による三相の電力変換装置内のスイッチング素子の各々に対応して設けられた過電流検出部の故障を検出するために用いられる第2の故障判定用指令パターンを示す図である。The figure which shows the 2nd failure determination command pattern used for detecting the failure of the overcurrent detection part provided corresponding to each of the switching elements in the three-phase power conversion apparatus by one Embodiment of this disclosure. Is. 本開示の一実施形態による三相の電力変換装置の故障を検出する故障検出装置及びこれを備えるモータ駆動装置におけるスイッチング素子の各々に対応して設けられた過電流検出部の故障の検出処理を示すフローチャートである。The failure detection process of the overcurrent detection unit provided corresponding to each of the failure detection device for detecting the failure of the three-phase power conversion device and the switching element in the motor drive device including the failure detection device according to the embodiment of the present disclosure. It is a flowchart which shows. 本開示の一実施形態による三相の電力変換装置内のスイッチング素子に対して第2の故障判定用指令パターンが指令されたときに形成される閉回路を例示する図である。It is a figure which illustrates the closed circuit formed when the 2nd failure determination command pattern is commanded to the switching element in the three-phase power conversion apparatus by one Embodiment of this disclosure. 本開示の一実施形態による三相の電力変換装置の故障を検出する故障検出装置及びこれを備えるモータ駆動装置における過電流検出部と第2の故障判定用指令パターンとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the overcurrent detection part and the 2nd failure determination command pattern in the failure detection device which detects the failure of the three-phase power conversion device by one Embodiment of this disclosure, and the motor drive device provided with the failure detection device. .. 本開示の一実施形態による三相の電力変換装置の故障を検出する故障検出装置及びこれを備えるモータ駆動装置におけるスイッチング素子に関係するオープン故障及びショート故障、電流検出部の故障、並びにスイッチング素子に対応して設けられる過電流検出部の故障の検出処理を示すフローチャート(その1)である。In the failure detection device for detecting the failure of the three-phase power conversion device according to one embodiment of the present disclosure, an open failure and a short-circuit failure related to a switching element in a motor drive device including the failure detection device, a failure of a current detection unit, and a switching element. It is a flowchart (the 1) which shows the failure detection process of the overcurrent detection part provided correspondingly. 本開示の一実施形態による三相の電力変換装置の故障を検出する故障検出装置及びこれを備えるモータ駆動装置におけるスイッチング素子に関係するオープン故障及びショート故障、電流検出部の故障、並びにスイッチング素子に対応して設けられる過電流検出部の故障の検出処理を示すフローチャート(その2)である。In the failure detection device for detecting the failure of the three-phase power conversion device according to one embodiment of the present disclosure, an open failure and a short-circuit failure related to a switching element in a motor drive device including the failure detection device, a failure of a current detection unit, and a switching element. It is a flowchart (the 2) which shows the failure detection process of the overcurrent detection part provided correspondingly. 本開示の一実施形態による三相の電力変換装置の故障を検出する故障検出装置及びこれを備えるモータ駆動装置におけるスイッチング素子に関係するオープン故障及びショート故障、電流検出部の故障、並びにスイッチング素子に対応して設けられる過電流検出部の故障の検出処理を示すフローチャート(その3)である。In the failure detection device for detecting the failure of the three-phase power conversion device according to one embodiment of the present disclosure, an open failure and a short-circuit failure related to a switching element in a motor drive device including the failure detection device, a failure of a current detection unit, and a switching element. It is a flowchart (3) which shows the failure detection process of the overcurrent detection part provided correspondingly.

以下図面を参照して、電力変換装置の故障を検出する故障検出装置及びモータ駆動装置について説明する。理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。図面に示される形態は実施をするための一つの例であり、図示された実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, a failure detection device and a motor drive device for detecting a failure of the power conversion device will be described with reference to the drawings. These drawings have been scaled accordingly for ease of understanding. The embodiment shown in the drawings is an example for carrying out, and is not limited to the illustrated embodiment.

まず、三相のブリッジ回路からなる電力変換装置の故障を検出する故障検出装置及びこれを備えるモータ駆動装置について説明する。 First, a failure detection device for detecting a failure of a power conversion device including a three-phase bridge circuit and a motor drive device including the failure detection device will be described.

図1は、本開示の一実施形態による三相の電力変換装置の故障を検出する故障検出装置及びこれを備えるモータ駆動装置を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a failure detection device for detecting a failure of a three-phase power conversion device according to an embodiment of the present disclosure and a motor drive device including the failure detection device.

本開示の一実施形態によるモータ駆動装置100は、三相のブリッジ回路を構成する6つのスイッチング素子のオンオフ動作により直流から交流への電力変換または交流から直流への電力変換を行うことでモータ(図示せず)の駆動に用いられる電力を生成する電力変換装置2と、電力変換装置2の故障を検出する故障検出装置1とを備える。 The motor drive device 100 according to the embodiment of the present disclosure is a motor (power conversion from direct current to alternating current or power conversion from alternating current to direct current by on / off operation of six switching elements constituting a three-phase bridge circuit. A power conversion device 2 that generates power used for driving (not shown) and a failure detection device 1 that detects a failure of the power conversion device 2 are provided.

三相の電力変換装置2は、三相のブリッジ回路と、スイッチング制御部21と、ドライブ回路22と、電流検出部23と、電圧検出部24とを備える。電力変換装置2の直流側には正極端子25及び負極端子26が設けられる。 The three-phase power conversion device 2 includes a three-phase bridge circuit, a switching control unit 21, a drive circuit 22, a current detection unit 23, and a voltage detection unit 24. A positive electrode terminal 25 and a negative electrode terminal 26 are provided on the DC side of the power conversion device 2.

電力変換装置2の例としては、例えばPWM制御方式のインバータ、PWM制御方式のコンバータ(整流器)、及び120度通電方式のコンバータ(整流器)などがある。電力変換装置2がインバータである場合は、電力変換装置2の交流側には交流モータなどの交流負荷回路が接続され、直流側にはコンデンサを介してコンバータが接続されるかあるいは直流電源が接続される。電力変換装置2がコンバータである場合は、電力変換装置2の交流側には交流電源が接続され、直流側にはコンデンサを介してインバータが接続されるかあるいは直流モータなどの直流負荷回路が接続されるかあるいは直流電源が接続される。詳細については後述するが、故障検出装置1にて電力変換装置2の故障を検出する際には、電力変換装置2の交流側には故障検出用の負荷回路3が接続され、電力変換装置2の直流側には故障検出用の直流電源が接続されて直流電圧が印加される。 Examples of the power conversion device 2 include, for example, a PWM control type inverter, a PWM control type converter (rectifier), and a 120-degree energization type converter (rectifier). When the power conversion device 2 is an inverter, an AC load circuit such as an AC motor is connected to the AC side of the power conversion device 2, and a converter is connected to the DC side via a capacitor or a DC power supply is connected. Will be done. When the power conversion device 2 is a converter, an AC power supply is connected to the AC side of the power conversion device 2, and an inverter is connected to the DC side via a capacitor, or a DC load circuit such as a DC motor is connected. Or a DC power supply is connected. Although the details will be described later, when the failure detection device 1 detects the failure of the power conversion device 2, the load circuit 3 for failure detection is connected to the AC side of the power conversion device 2 and the power conversion device 2 is connected. A DC power supply for fault detection is connected to the DC side of the unit, and a DC voltage is applied.

電力変換装置2内の三相のブリッジ回路は、三相の各相に対応する3つのレグを有する。各レグは、上アーム及び下アームを有する。各上アーム及び各下アームには、スイッチング素子とこのスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードとからなるパワー素子が設けられる。ここでは、各上アームに設けられるスイッチング素子をS1、S2及びS3とし、各下アームに設けられるスイッチング素子をS4、S5及びS6とする。スイッチング素子の例としては、IGBT、FET、サイリスタ、GTO、トランジスタなどがある。IGBTはその端子としてゲート、エミッタ及びコレクタを有する。FETはその端子としてゲート、ドレイン及びソースを有する。サイリスタ及びGTOはその端子としてゲート、アノード及びカソードを有する。トランジスタはその端子としてベース、エミッタ及びコレクタを有する。なお、スイッチング素子としてトランジスタを用いる場合は、「ベース」は「ゲート」に読み替えられて本開示による実施形態が適用される。 The three-phase bridge circuit in the power converter 2 has three legs corresponding to each of the three phases. Each leg has an upper arm and a lower arm. Each upper arm and each lower arm are provided with a power element including a switching element and a diode connected in antiparallel to the switching element. Here, the switching elements provided on each upper arm are referred to as S 1 , S 2 and S 3 , and the switching elements provided on each lower arm are referred to as S 4 , S 5 and S 6 . Examples of switching elements include IGBTs, FETs, thyristors, GTOs, transistors and the like. The IGBT has a gate, an emitter and a collector as its terminals. The FET has a gate, a drain and a source as its terminals. Thyristors and GTOs have gates, anodes and cathodes as their terminals. The transistor has a base, an emitter and a collector as its terminals. When a transistor is used as the switching element, "base" is read as "gate" and the embodiment according to the present disclosure is applied.

スイッチング制御部21は、上位制御部(図示せず)から受信した駆動指令または後述する指令生成部11から受信した指令パターンに基づき、各スイッチング素子に対するオン指令及びオフ指令を生成する。生成されたオン指令及びオフ指令は、ドライブ回路22に送られる。ドライブ回路22は、オン指令及びオフ指令に応じてスイッチング素子をオンオフするためのゲート電圧を各スイッチング素子に印加する。 The switching control unit 21 generates an on command and an off command for each switching element based on a drive command received from a higher-level control unit (not shown) or a command pattern received from a command generation unit 11 described later. The generated on-command and off-command are sent to the drive circuit 22. The drive circuit 22 applies a gate voltage to each switching element to turn on / off the switching element in response to the on command and the off command.

なお、ここで説明したスイッチング制御部21及びドライブ回路22の構成はあくまでも一例である。例えば、スイッチング制御部21を、位置指令生成部、位置制御部、速度制御部、電流制御部、トルク指令作成部などのうちのいくつかを含めて規定してもよい。また例えば、スイッチング制御部21とドライブ回路22とを一体化して構成してもよい。また例えば、スイッチング素子及びダイオードからなるパワー素子を、IPM(インテリジェントパワーモジュール)にて構成してもよく、この場合、IPMはドライブ回路22の機能や過電流検出機能などの機能を有する。また、ドライブ回路22として、DESAT検出回路とよばれる過電流検出機能を有するドライバICが使用してもよい。DESAT検出回路は、スイッチング素子ごとに設けられる。例えば、DESAT検出回路にて駆動されるIGBTにおいて、オンされたスイッチング素子に過電流が流れた際にコレクタ-エミッタ間の電圧が正常時のオンの場合よりも上昇することをDESAT検出回路にて検出することで、過電流を検出することができる。 The configuration of the switching control unit 21 and the drive circuit 22 described here is merely an example. For example, the switching control unit 21 may be defined by including some of a position command generation unit, a position control unit, a speed control unit, a current control unit, a torque command creation unit, and the like. Further, for example, the switching control unit 21 and the drive circuit 22 may be integrated and configured. Further, for example, a power element composed of a switching element and a diode may be configured by an IPM (intelligent power module), and in this case, the IPM has functions such as a drive circuit 22 function and an overcurrent detection function. Further, as the drive circuit 22, a driver IC having an overcurrent detection function called a DESAT detection circuit may be used. The DESAT detection circuit is provided for each switching element. For example, in an IGBT driven by a DESAT detection circuit, when an overcurrent flows through an turned on switching element, the voltage between the collector and the emitter rises more than when it is normally turned on by the DESAT detection circuit. By detecting, the overcurrent can be detected.

電力変換装置2のブリッジ回路の交流側の三相の電力線のうちの少なくとも二相分にはプローブ(図1に示す例では2つのプローブT1及びT2)が設けられ、電流検出部23は、プローブT1及びT2を介して電力変換装置2のブリッジ回路の交流側の電流を検出する。また、電力変換装置2のブリッジ回路の直流側の正負の電力線のうちの少なくとも1つにはプローブ(図1に示す例では正側の電力線にプローブT3)が設けられ、電流検出部23は、プローブT3を介して電力変換装置2のブリッジ回路の直流側の電流(特に過電流)を検出する。電流検出部23による電力変換装置2のブリッジ回路の直流側の電流の検出処理に代えて、スイッチング素子及びダイオードからなるパワー素子をIPMにて構成する場合はIPMの過電流検出機能を用いてもよく、あるいは、ドライブ回路22がDESAT検出回路を有するドライバICにて構成される場合はDESAT検出回路の過電流検出機能を用いてもよい。 Probes (two probes T 1 and T 2 in the example shown in FIG. 1) are provided on at least two phases of the three-phase power lines on the AC side of the bridge circuit of the power conversion device 2, and the current detection unit 23 is used. , The current on the AC side of the bridge circuit of the power conversion device 2 is detected via the probes T 1 and T 2 . Further, at least one of the positive and negative power lines on the DC side of the bridge circuit of the power conversion device 2 is provided with a probe (probe T 3 on the positive power line in the example shown in FIG. 1), and the current detection unit 23 is provided with a probe. , The DC side current (particularly overcurrent) of the bridge circuit of the power conversion device 2 is detected via the probe T 3 . When the power element consisting of a switching element and a diode is configured by IPM instead of the current detection process on the DC side of the bridge circuit of the power conversion device 2 by the current detection unit 23, the overcurrent detection function of IPM may be used. Alternatively, if the drive circuit 22 is composed of a driver IC having a DESAT detection circuit, the overcurrent detection function of the DESAT detection circuit may be used.

また、電圧検出部24は電力変換装置2のブリッジ回路の直流側の電圧を検出する。電流検出部23によって検出された電流の検出値及び電圧検出部24によって検出された電圧の検出値は、電力変換装置2における電力変換制御や電力変換装置2を有するモータ駆動装置100におけるモータ駆動制御に用いられるとともに、故障検出装置1の故障検出処理にも用いられる。 Further, the voltage detection unit 24 detects the voltage on the DC side of the bridge circuit of the power conversion device 2. The current detection value detected by the current detection unit 23 and the voltage detection value detected by the voltage detection unit 24 are the power conversion control in the power conversion device 2 and the motor drive control in the motor drive device 100 having the power conversion device 2. It is also used in the failure detection process of the failure detection device 1.

本開示の一実施形態による故障検出装置1は、指令生成部11と、電流取得部12と、故障判定部13とを備える。また、故障検出装置1が検出すべき故障内容に応じて、故障検出装置1は、電圧取得部14と、電流推定部15とを備える。故障検出装置1は、モータ駆動装置100内に内蔵されてもよく、電力変換装置2と取り外し可能に接続されてもよい。また、故障検出装置1を既存の電力変換装置2に接続することもできる。 The failure detection device 1 according to the embodiment of the present disclosure includes a command generation unit 11, a current acquisition unit 12, and a failure determination unit 13. Further, the failure detection device 1 includes a voltage acquisition unit 14 and a current estimation unit 15 according to the details of the failure to be detected by the failure detection device 1. The failure detection device 1 may be built in the motor drive device 100, or may be detachably connected to the power conversion device 2. Further, the failure detection device 1 can be connected to the existing power conversion device 2.

指令生成部11は、三相のブリッジ回路における各スイッチング素子に対するオン指令及びオフ指令の組み合わせからなる指令パターンを6つ生成する。6つの指令パターンの各々は、互いに異なるオン指令及びオフ指令の組み合わせを有する。なお、詳細については後述するが、指令生成部11は、スイッチング素子に関係するオープン故障及びショート故障を検出するために第1の故障判定用指令パターンを生成し、スイッチング素子の各々に対応して設けられた過電流検出部(図示せず)の故障を検出するために第2の故障判定用指令パターンを生成する。すなわち、指令生成部11により生成された指令パターンは、故障を検出するために用いられるものであり、上位制御部(図示せず)から指令される電力変換装置2の通常の電力変換制御やモータ駆動装置100の通常のモータ駆動制御に用いられる指令パターンとは異なる。指令生成部11により生成された指令パターンは、故障判定部13及びスイッチング制御部21に送られる。スイッチング制御部21は、指令生成部11により生成された指令パターンに基づいて、各スイッチング素子に対するオン指令及びオフ指令を生成する。 The command generation unit 11 generates six command patterns including a combination of an on command and an off command for each switching element in a three-phase bridge circuit. Each of the six command patterns has different combinations of on and off commands. Although the details will be described later, the command generation unit 11 generates a first failure determination command pattern in order to detect an open failure and a short failure related to the switching element, and corresponds to each of the switching elements. A second failure determination command pattern is generated in order to detect a failure of the provided overcurrent detection unit (not shown). That is, the command pattern generated by the command generation unit 11 is used for detecting a failure, and is a normal power conversion control of the power conversion device 2 or a motor commanded by a higher-level control unit (not shown). It is different from the command pattern used for the normal motor drive control of the drive device 100. The command pattern generated by the command generation unit 11 is sent to the failure determination unit 13 and the switching control unit 21. The switching control unit 21 generates an on command and an off command for each switching element based on the command pattern generated by the command generation unit 11.

故障検出装置1にて電力変換装置2の故障を検出する際には、電力変換装置2の交流側には故障検出用の負荷回路3を接続するとともに、電力変換装置2の直流側には正極端子25及び負極端子26を介して故障検出用の直流電源(図示せず)を接続して直流電圧を印加する。故障検出用の直流電源は、バッテリであってもよく、交流電源に接続されたコンバータ(整流器)であってもよい。 When the failure detection device 1 detects a failure of the power conversion device 2, a load circuit 3 for failure detection is connected to the AC side of the power conversion device 2, and a positive voltage is connected to the DC side of the power conversion device 2. A DC power supply (not shown) for failure detection is connected via the terminal 25 and the negative electrode terminal 26, and a DC voltage is applied. The DC power source for failure detection may be a battery or a converter (rectifier) connected to an AC power source.

負荷回路3は、誘導性負荷または抵抗性負荷であり、例えば交流モータ、リアクトル、及び抵抗などがある。電力変換装置2の交流側への負荷回路3の接続及び当該接続の解除は、電路を開閉するスイッチ部(図示せず)を介して行われてもよい。電力変換装置2やモータ駆動装置100の出荷時やメンテナンス時にはスイッチ部を閉動作させて電力変換装置2の交流側に負荷回路3を接続し、電力変換装置2やモータ駆動装置100の通常の運転時にはスイッチ部を開動作させて電力変換装置2の交流側と負荷回路3との接続を解除してもよい。 The load circuit 3 is an inductive load or a resistant load, such as an AC motor, a reactor, and a resistor. The connection of the load circuit 3 to the AC side of the power conversion device 2 and the disconnection of the connection may be performed via a switch unit (not shown) that opens and closes the electric circuit. At the time of shipment or maintenance of the power conversion device 2 or the motor drive device 100, the switch unit is closed to connect the load circuit 3 to the AC side of the power conversion device 2, and the power conversion device 2 or the motor drive device 100 is normally operated. Occasionally, the switch unit may be opened to disconnect the AC side of the power conversion device 2 from the load circuit 3.

電流取得部12は、電流検出部23による電流の検出値を取得する。 The current acquisition unit 12 acquires the current detection value by the current detection unit 23.

故障判定部13は、指令パターンにおける各スイッチング素子に対するオン指令及びオフ指令の組み合わせの内容と、電力変換装置2の直流側に直流電圧が印加されかつ電力変換装置2の交流側に負荷回路3が接続された状態において各スイッチング素子に対して指令パターンを指令して各スイッチング素子を動作させたときに電流取得部12が取得した電流の検出値とに基づいて、電力変換装置2の故障を判定する。すなわち、図1に示す例では、三相の電力変換装置2の故障を検出するため、互いに異なる6つの指令パターンのそれぞれを指令して各スイッチング素子を動作させる。6つの指令パターンの各々に対応して、電流取得部12は電流の検出値を6種類取得する。スイッチング素子にオープン故障またはショート故障が発生していたりスイッチング素子に対応して設けられた過電流検出部が故障していた場合には、電流取得部12が取得した電流の検出値に何らかの変化が現れる。そこで、本開示の一実施形態では、故障判定部13は、指令パターンにおける各スイッチング素子に対するオン指令及びオフ指令の組み合わせと電流取得部12が取得した電流の検出値との対応関係に基づき、三相の電力変換装置2の故障の発生箇所及び故障の内容を判定する。 In the failure determination unit 13, the content of the combination of the on command and the off command for each switching element in the command pattern, the DC voltage is applied to the DC side of the power conversion device 2, and the load circuit 3 is on the AC side of the power conversion device 2. A failure of the power conversion device 2 is determined based on the current detection value acquired by the current acquisition unit 12 when a command pattern is commanded to each switching element in the connected state to operate each switching element. do. That is, in the example shown in FIG. 1, in order to detect a failure of the three-phase power conversion device 2, each switching element is operated by commanding each of six different command patterns. The current acquisition unit 12 acquires six types of current detection values corresponding to each of the six command patterns. If an open failure or short-circuit failure has occurred in the switching element, or if the overcurrent detection unit provided corresponding to the switching element has failed, there is some change in the current detection value acquired by the current acquisition unit 12. appear. Therefore, in one embodiment of the present disclosure, the failure determination unit 13 is based on the correspondence between the combination of the on command and the off command for each switching element in the command pattern and the detected value of the current acquired by the current acquisition unit 12. The location where the failure of the phase power conversion device 2 occurs and the content of the failure are determined.

故障判定部13による判定結果は、故障検出装置1の検出結果として外部へ出力される。故障検出装置1の検出結果は、例えば表示部(図示せず)に表示される。表示部の例としては、単体のディスプレイ装置、上位制御部に付属のディスプレイ装置、電力変換装置2に付属のディスプレイ装置、モータ駆動装置100に付属のディスプレイ装置、並びに、パソコン及び携帯端末に付属のディスプレイ装置などがある。またあるいは、表示部に代えて、故障検出装置1で検出した検出結果報を、例えば音声、スピーカ、ブザー、チャイムなどのような音を発する音響機器にて出力させてもよい。これにより、作業者は、電力変換装置2の温度を迅速かつ正確に実に把握することができる。よって、作業者は、例えば、電力変換装置2またはモータ駆動装置100を緊急停止させたり、電力変換装置2内の故障箇所に係る部品を交換または修理するといった対応をとることが容易となる。 The determination result by the failure determination unit 13 is output to the outside as the detection result of the failure detection device 1. The detection result of the failure detection device 1 is displayed, for example, on a display unit (not shown). Examples of the display unit include a single display device, a display device attached to the upper control unit, a display device attached to the power conversion device 2, a display device attached to the motor drive device 100, and a personal computer and a mobile terminal. There is a display device and so on. Alternatively, instead of the display unit, the detection result report detected by the failure detection device 1 may be output by an audio device that emits a sound such as a voice, a speaker, a buzzer, or a chime. As a result, the operator can quickly and accurately grasp the temperature of the power conversion device 2. Therefore, it becomes easy for the operator to take measures such as urgently stopping the power conversion device 2 or the motor drive device 100, or replacing or repairing the parts related to the failed portion in the power conversion device 2.

電圧取得部14は、電圧検出部24が検出した電力変換装置の直流側の電圧の検出値を取得する。取得された電圧の検出値は、電流推定部15に送られる。 The voltage acquisition unit 14 acquires the detected value of the voltage on the DC side of the power conversion device detected by the voltage detection unit 24. The detected value of the acquired voltage is sent to the current estimation unit 15.

電流推定部15は、電圧取得部14が取得した電圧の検出値と、スイッチング素子がオン指令されている時間と、負荷回路3のインピーダンスとに基づいて、各スイッチング素子に流れる電流の推定値を計算する。算出された電流の推定値は、故障判定部13に送られる。 The current estimation unit 15 determines the estimated value of the current flowing through each switching element based on the voltage detection value acquired by the voltage acquisition unit 14, the time when the switching element is commanded to be ON, and the impedance of the load circuit 3. calculate. The calculated estimated value of the current is sent to the failure determination unit 13.

図2は、本開示の一実施形態による三相の電力変換装置内のスイッチング素子に関係するオープン故障及びショート故障を検出するために用いられる第1の故障判定用指令パターンを示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing a first failure determination command pattern used for detecting an open failure and a short failure related to a switching element in a three-phase power conversion device according to an embodiment of the present disclosure.

図1に示す三相の電力変換装置2のオープン故障及びショート故障を検出するための第1の故障判定用指令パターンとして、互いに異なる6つの指令パターンが指令生成部11によって生成される。6つの第1の故障判定用指令パターンの各々を、識別番号N(ただし、Nは1~6の自然数)を用いて識別する。6つの第1の故障判定用指令パターンPNの各々は、ブリッジ回路を構成するいずれか1つの上アームのスイッチング素子と当該上アームが属するレグとは異なるいずれか1つのレグ内の下アームのスイッチング素子とに対するオン指令と、当該オン指令されたスイッチング素子以外のスイッチング素子に対するオフ指令と、の組み合わせからなる。より詳細には次の通りである。 As a first failure determination command pattern for detecting an open failure and a short failure of the three-phase power conversion device 2 shown in FIG. 1, six different command patterns are generated by the command generation unit 11. Each of the six first failure determination command patterns is identified by using the identification number N (where N is a natural number of 1 to 6). Each of the six first failure determination command patterns PN switches between the switching element of any one upper arm constituting the bridge circuit and the lower arm in any one leg different from the leg to which the upper arm belongs. It consists of a combination of an on-command for an element and an off-command for a switching element other than the on-commanded switching element. More details are as follows.

第1の故障判定用指令パターンP1は、上アームのスイッチング素子S1と当該上アームが属するレグとは異なるレグ内の下アームのスイッチング素子S5とに対するオン指令と、当該オン指令されたスイッチング素子S1及びS5以外のスイッチング素子S2、S3、S4及びS6に対するオフ指令と、の組み合わせからなる。 The first failure determination command pattern P1 is an on-command for the switching element S 1 of the upper arm and the switching element S 5 of the lower arm in a leg different from the leg to which the upper arm belongs, and the on-commanded switching. It consists of a combination of an off command for switching elements S 2 , S 3 , S 4 and S 6 other than the elements S 1 and S 5 .

第1の故障判定用指令パターンP2は、上アームのスイッチング素子S1と当該上アームが属するレグとは異なるレグ内の下アームのスイッチング素子S6とに対するオン指令と、当該オン指令されたスイッチング素子S1及びS6以外のスイッチング素子S2、S3、S4及びS5に対するオフ指令と、の組み合わせからなる。 The first failure determination command pattern P2 is an on-command for the switching element S 1 of the upper arm and the switching element S 6 of the lower arm in a leg different from the leg to which the upper arm belongs, and the on-commanded switching. It consists of a combination of an off command for switching elements S 2 , S 3 , S 4 and S 5 other than the elements S 1 and S 6 .

第1の故障判定用指令パターンP3は、上アームのスイッチング素子S2と当該上アームが属するレグとは異なるレグ内の下アームのスイッチング素子S6とに対するオン指令と、当該オン指令されたスイッチング素子S2及びS6以外のスイッチング素子S1、S3、S4及びS5に対するオフ指令と、の組み合わせからなる。 The first failure determination command pattern P3 is an on-command for the switching element S 2 of the upper arm and the switching element S 6 of the lower arm in a leg different from the leg to which the upper arm belongs, and the on-commanded switching. It consists of a combination of an off command for switching elements S 1 , S 3 , S 4 and S 5 other than the elements S 2 and S 6 .

第1の故障判定用指令パターンP4は、上アームのスイッチング素子S2と当該上アームが属するレグとは異なるレグ内の下アームのスイッチング素子S4とに対するオン指令と、当該オン指令されたスイッチング素子S2及びS4以外のスイッチング素子S1、S3、S5及びS6に対するオフ指令と、の組み合わせからなる。 The first failure determination command pattern P4 is an on-command to the switching element S 2 of the upper arm and the switching element S 4 of the lower arm in a leg different from the leg to which the upper arm belongs, and the on-commanded switching. It consists of a combination of an off command for switching elements S 1 , S 3 , S 5 and S 6 other than the elements S 2 and S 4 .

第1の故障判定用指令パターンP5は、上アームのスイッチング素子S3と当該上アームが属するレグとは異なるレグ内の下アームのスイッチング素子S4とに対するオン指令と、当該オン指令されたスイッチング素子S3及びS4以外のスイッチング素子S1、S2、S5及びS6に対するオフ指令と、の組み合わせからなる。 The first failure determination command pattern P5 is an on-command to the switching element S 3 of the upper arm and the switching element S 4 of the lower arm in a leg different from the leg to which the upper arm belongs, and the on-commanded switching. It consists of a combination of an off command for switching elements S 1 , S 2 , S 5 and S 6 other than the elements S 3 and S 4 .

第1の故障判定用指令パターンP6は、上アームのスイッチング素子S3と当該上アームが属するレグとは異なるレグ内の下アームのスイッチング素子S5とに対するオン指令と、当該オン指令されたスイッチング素子S3及びS5以外のスイッチング素子S1、S2、S4及びS6に対するオフ指令と、の組み合わせからなる。 The first failure determination command pattern P6 is an on-command for the switching element S 3 of the upper arm and the switching element S 5 of the lower arm in a leg different from the leg to which the upper arm belongs, and the on-commanded switching. It consists of a combination of an off command for switching elements S 1 , S 2 , S 4 and S 6 other than the elements S 3 and S 5 .

図3は、本開示の一実施形態による三相の電力変換装置の故障を検出する故障検出装置及びこれを備えるモータ駆動装置におけるスイッチング素子に関係するオープン故障またはショート故障の検出処理を示すフローチャートである。 FIG. 3 is a flowchart showing a failure detection device for detecting a failure of a three-phase power conversion device according to an embodiment of the present disclosure and an open failure or short failure detection process related to a switching element in a motor drive device including the failure detection device. be.

故障検出装置1及びこれを備えるモータ駆動装置100におけるスイッチング素子に関係するオープン故障またはショート故障の検出処理は、三相の電力変換装置2の直流側に直流電圧が印加されかつ電力変換装置2の交流側に負荷回路3が接続された状態で実行される。 In the detection process of open failure or short failure related to the switching element in the failure detection device 1 and the motor drive device 100 including the failure detection device 1, a DC voltage is applied to the DC side of the three-phase power conversion device 2 and the power conversion device 2 has a DC voltage. It is executed with the load circuit 3 connected to the AC side.

まず、ステップS101において、指令生成部11は、初期設定として、第1の故障判定用指令パターンの識別番号Nを1に設定する。ステップS101における第1の故障判定用指令パターンの識別番号Nの1の設定は、例えば、作業者の故障検出装置1への入力装置を用いた入力操作によって行われてもよく、あるいは故障検出装置1による故障検出処理の開始時に自動的に行われてもよく、あるいは故障検出装置1の電源投入時に自動的に行われてもよい。 First, in step S101, the command generation unit 11 sets the identification number N of the first failure determination command pattern to 1 as an initial setting. The setting of the identification number N of the first failure determination command pattern in step S101 may be performed, for example, by an input operation using an input device to the failure detection device 1 of the operator, or the failure detection device. It may be automatically performed at the start of the failure detection process according to 1, or may be automatically performed when the power of the failure detection device 1 is turned on.

ステップS102において、指令生成部11は、スイッチング制御部21に対して第1の故障判定用指令パターンPNを指令する。スイッチング制御部21は、指令生成部11から受信した第1の故障判定用指令パターンPNに基づき、各スイッチング素子に対するオン指令及びオフ指令を生成する。生成されたオン指令及びオフ指令は、ドライブ回路22に送られる。ドライブ回路22は、オン指令及びオフ指令に応じてスイッチング素子をオンオフするためのゲート電圧を各スイッチング素子に印加する。三相の電力変換装置2の直流側には直流電圧が印加されかつ電力変換装置2の交流側には負荷回路3が接続されているので、6つのスイッチング素子のうちオン指令された2つのスイッチング素子が正常にオン動作していれば、当該オン動作している2つのスイッチング指令を介して電力変換装置2の直流側の正極端子25、負荷回路3及び電力変換装置2の直流側の負極端子26に閉回路が形成される。なお、指令生成部11により生成された第1の故障判定用指令パターンPNは、故障判定部13にも送られる。 In step S102, the command generation unit 11 commands the switching control unit 21 for the first failure determination command pattern PN. The switching control unit 21 generates an on command and an off command for each switching element based on the first failure determination command pattern PN received from the command generation unit 11. The generated on-command and off-command are sent to the drive circuit 22. The drive circuit 22 applies a gate voltage to each switching element to turn on / off the switching element in response to the on command and the off command. Since a DC voltage is applied to the DC side of the three-phase power conversion device 2 and a load circuit 3 is connected to the AC side of the power conversion device 2, two of the six switching elements are switched on. If the element is normally on-operating, the DC-side positive terminal 25 of the power conversion device 2, the load circuit 3, and the DC-side negative-negative terminal of the power conversion device 2 are passed through the two on-operation switching commands. A closed circuit is formed at 26. The first failure determination command pattern PN generated by the command generation unit 11 is also sent to the failure determination unit 13.

ステップS103において、電流取得部12は、第1の故障判定用指令パターンPNに対応する電流検出部23による電流の検出値を取得する。電流取得部12により取得された電流の検出値は、故障判定部13に送られる。故障判定部13は、電流取得部12から送られてきた電流の検出値と、当該電流の検出値の取得の際に用いられていた第1の故障判定用指令パターンPNとを対応付けて記憶する。 In step S103, the current acquisition unit 12 acquires the current detection value by the current detection unit 23 corresponding to the first failure determination command pattern PN. The detected value of the current acquired by the current acquisition unit 12 is sent to the failure determination unit 13. The failure determination unit 13 stores the detected value of the current sent from the current acquisition unit 12 in association with the first failure determination command pattern PN used when acquiring the detected value of the current. do.

ステップS104において、指令生成部11は、第1の故障判定用指令パターンPNの識別番号Nが6であるか否かを判定する。第1の故障判定用指令パターンPNの識別番号Nが6であると判定された場合はステップS106へ進み、第1の故障判定用指令パターンPNの識別番号Nが6であると判定されなかった場合はステップS105へ進む。 In step S104, the command generation unit 11 determines whether or not the identification number N of the first failure determination command pattern PN is 6. If it is determined that the identification number N of the first failure determination command pattern PN is 6, the process proceeds to step S106, and it is not determined that the identification number N of the first failure determination command pattern PN is 6. In that case, the process proceeds to step S105.

ステップS105において、指令生成部11は、第1の故障判定用指令パターンPNの識別番号Nを1つインクリメントする。その後、ステップS102へ戻る。 In step S105, the command generation unit 11 increments the identification number N of the first failure determination command pattern PN by one. After that, the process returns to step S102.

ステップS106において、故障判定部13は、6つの第1の故障判定用指令パターンPNにおける各スイッチング素子に対するオン指令及びオフ指令の組み合わせと電流取得部12が取得した電流の検出値との対応関係に基づき、三相の電力変換装置2のオープン故障またはショート故障の発生箇所を判定する。その後、一連の故障検出処理を終了する。 In step S106, the failure determination unit 13 determines the correspondence between the combination of the on command and the off command for each switching element in the six first failure determination command patterns PN and the detected value of the current acquired by the current acquisition unit 12. Based on this, the location where the open failure or short failure of the three-phase power conversion device 2 occurs is determined. After that, a series of failure detection processes are terminated.

上述した第1の故障判定用指令パターンPNは、三相の電力変換装置2内のスイッチング素子に関係するオープン故障及びショート故障を検出するために用いられる。続いて、第1の故障判定用指令パターンを用いて三相の電力変換装置2内のスイッチング素子に関係するオープン故障を検出する場合について説明する。 The first failure determination command pattern PN described above is used to detect an open failure and a short failure related to the switching element in the three-phase power conversion device 2. Subsequently, a case where an open failure related to the switching element in the three-phase power conversion device 2 is detected by using the first failure determination command pattern will be described.

故障判定部13は、6つの第1の故障判定用指令パターンPNにおける各スイッチング素子に対するオン指令及びオフ指令の組み合わせと電流取得部12が取得した6つの電流の検出値との対応関係に基づき、三相の電力変換装置2のオープン故障の発生箇所を判定する。より具体的には、故障判定部13は、6つの第1の故障判定用指令パターンPNのそれぞれに基づいて各スイッチング素子を動作させたときに電流取得部12が取得した6つの電流の検出値のうち、少なくとも2つの第1の故障判定用指令パターンPNの下で電流取得部12が取得した電流の検出値が第1の閾値未満である場合、当該少なくとも2つの第1の故障判定用指令パターンPNのうちの2つにおいてオン指令されていたスイッチング素子に関係するオープン故障が発生していると判定する。 The failure determination unit 13 is based on the correspondence between the combination of the on command and the off command for each switching element in the six first failure determination command patterns PN and the detected values of the six currents acquired by the current acquisition unit 12. The location where the open failure of the three-phase power conversion device 2 occurs is determined. More specifically, the failure determination unit 13 detects the six currents acquired by the current acquisition unit 12 when each switching element is operated based on each of the six first failure determination command patterns PN. Of these, when the detected value of the current acquired by the current acquisition unit 12 under at least two first failure determination command patterns PN is less than the first threshold value, the at least two first failure determination commands are used. It is determined that an open failure related to the switching element ordered to be turned on in two of the pattern PNs has occurred.

図4は、本開示の一実施形態による三相の電力変換装置内のスイッチング素子に対して第1の故障判定用指令パターンが指令されたときに形成される閉回路を例示する図である。三相の電力変換装置2の直流側に直流電圧が印加されかつ電力変換装置2の交流側に負荷回路3が接続された状態において、一例として、図4(A)では、各スイッチング素子に対して第1の故障判定用指令パターンP1が指令されたときに形成され得る閉回路を例示し、図4(B)では、各スイッチング素子に対して第1の故障判定用指令パターンP2が指令されたときに形成され得る閉回路を例示している。なお、図4においては、故障検出装置1については図示を省略している。 FIG. 4 is a diagram illustrating a closed circuit formed when a first failure determination command pattern is commanded to a switching element in a three-phase power conversion device according to an embodiment of the present disclosure. In a state where a DC voltage is applied to the DC side of the three-phase power conversion device 2 and the load circuit 3 is connected to the AC side of the power conversion device 2, as an example, in FIG. 4A, for each switching element. Illustrates a closed circuit that can be formed when the first failure determination command pattern P1 is commanded. In FIG. 4B, the first failure determination command pattern P2 is commanded to each switching element. Illustrates a closed circuit that can be formed when In FIG. 4, the failure detection device 1 is not shown.

図4(A)に示すように、第1の故障判定用指令パターンP1では、上アームのスイッチング素子S1及び当該上アームが属するレグとは異なるレグ内の下アームのスイッチング素子S5に対してオン指令され、当該オン指令されたスイッチング素子S1及びS5以外のスイッチング素子S2、S3、S4、S6に対してはオフ指令される。したがって、仮に6つのスイッチング素子が全て正常に機能していれば、正極端子25、スイッチング素子S1、負荷回路3、スイッチング素子S5、及び負極端子26からなる閉回路が形成される。 As shown in FIG. 4A, in the first failure determination command pattern P1, for the switching element S1 of the upper arm and the switching element S5 of the lower arm in a leg different from the leg to which the upper arm belongs. Is commanded to be turned on, and is commanded to be turned off for switching elements S 2 , S 3 , S 4 , and S 6 other than the switching elements S 1 and S 5 ordered to be turned on. Therefore, if all six switching elements are functioning normally, a closed circuit including a positive electrode terminal 25, a switching element S 1 , a load circuit 3, a switching element S 5 , and a negative electrode terminal 26 is formed.

図4(B)に示すように、第1の故障判定用指令パターンP2では、上アームのスイッチング素子S1及び当該上アームが属するレグとは異なるレグ内の下アームのスイッチング素子S6に対してオン指令され、当該オン指令されたスイッチング素子S1及びS6以外のスイッチング素子S2、S3、S4、S5に対してはオフ指令される。したがって、仮に6つのスイッチング素子が全て正常に機能していれば、正極端子25、スイッチング素子S1、負荷回路3、スイッチング素子S6、及び負極端子26からなる閉回路が形成される。 As shown in FIG. 4B, in the first failure determination command pattern P2, for the switching element S1 of the upper arm and the switching element S6 of the lower arm in a leg different from the leg to which the upper arm belongs. Is commanded to be turned on, and is commanded to be turned off for switching elements S 2 , S 3 , S 4 , and S 5 other than the switching elements S 1 and S 6 ordered to be turned on. Therefore, if all six switching elements are functioning normally, a closed circuit including a positive electrode terminal 25, a switching element S 1 , a load circuit 3, a switching element S 6 , and a negative electrode terminal 26 is formed.

このように、第1の故障判定用指令パターンP1及び第1の故障判定用指令パターンP2のいずれにおいても、スイッチング素子S1に対してはオン指令されている。したがって、スイッチング素子S1が正常に機能していれば、図4(A)及び図4(B)のいずれにおいても、スイッチング素子S1を介して閉回路に電流が流れ、電流取得部12が取得した電流の検出値はゼロよりも大きい正常値となる。しかしながら、仮にスイッチング素子S1がオープン故障していたとすると、第1の故障判定用指令パターンP1及び第1の故障判定用指令パターンP2の下でスイッチング素子S1に対してオン指令されていたとしてもスイッチング素子S1はクローズせずにオープンしたままとなるので閉回路には電流が流れず、電流取得部12が取得した電流の検出値はゼロに近い値となる。他の第1の故障判定用指令パターンとスイッチング素子に対しても同様のことがいえる。そこで、本開示の一実施形態では、この現象を使用してオープン故障の発生を検出する。 As described above, in both the first failure determination command pattern P1 and the first failure determination command pattern P2, the switching element S1 is instructed to be ON. Therefore, if the switching element S 1 is functioning normally, a current flows through the closed circuit via the switching element S 1 in both FIGS. 4 (A) and 4 (B), and the current acquisition unit 12 causes the current acquisition unit 12. The detected value of the acquired current is a normal value larger than zero. However, if the switching element S 1 has an open failure, it is assumed that the switching element S 1 is on-commanded under the first failure determination command pattern P1 and the first failure determination command pattern P2. However, since the switching element S 1 is not closed but remains open, no current flows in the closed circuit, and the detected value of the current acquired by the current acquisition unit 12 is close to zero. The same can be said for the other first failure determination command pattern and the switching element. Therefore, in one embodiment of the present disclosure, this phenomenon is used to detect the occurrence of an open failure.

故障判定部13は、6つの第1の故障判定用指令パターンPNの各々に対応して電流取得部12が取得した6つの電流の検出値のうち、2つの第1の故障判定用指令パターンP1及びP2の下で電流取得部12が取得した電流の検出値がゼロに近い値となった場合には、当該2つの第1の故障判定用指令パターンP1及びP2においてオン指令されていたスイッチング素子S1に関係するオープン故障が発生していると判定する。なお、ゼロに近くかつゼロより大きい第1の閾値(例えば数十ミリアンペア)を予め設定して故障判定部13内に記憶しておく。電流取得部12が取得した電流の検出値がゼロに近い値であるか否かの判定は、電流取得部12が取得した電流の検出値と第1の閾値との比較結果に基づき行えばよい。すなわち、故障判定部13は、電流取得部12が取得した電流の検出値が第1の閾値未満であることをもって、電流取得部12が取得した電流の検出値がゼロに近い値であると判定する。 The failure determination unit 13 has two first failure determination command patterns P1 among the six current detection values acquired by the current acquisition unit 12 corresponding to each of the six first failure determination command patterns PN. And when the detected value of the current acquired by the current acquisition unit 12 under P2 becomes a value close to zero, the switching element ordered to be turned on in the two first failure determination command patterns P1 and P2. It is determined that an open failure related to S 1 has occurred. A first threshold value close to zero and larger than zero (for example, several tens of milliamperes) is set in advance and stored in the failure determination unit 13. Whether or not the detected value of the current acquired by the current acquisition unit 12 is close to zero may be determined based on the comparison result between the detected value of the current acquired by the current acquisition unit 12 and the first threshold value. .. That is, the failure determination unit 13 determines that the current detection value acquired by the current acquisition unit 12 is close to zero when the current detection value acquired by the current acquisition unit 12 is less than the first threshold value. do.

6つの第1の故障判定用指令パターンPNの各々に対応して電流取得部12が取得した6つの電流の検出値のうち、3つ以上の第1の故障判定用指令パターンの下で電流取得部12が取得した電流の検出値が第1の閾値未満である場合も、同様に当該3つ以上第1の故障判定用指令パターンのうちの「2つ」においてオン指令されていたスイッチング素子に関係するオープン故障が発生していると判定することができる。 Of the six current detection values acquired by the current acquisition unit 12 corresponding to each of the six first failure determination command patterns PN, current acquisition is performed under three or more first failure determination command patterns. Even when the detected value of the current acquired by the unit 12 is less than the first threshold value, the switching element that has been on-commanded in "two" of the three or more first failure determination command patterns is similarly used. It can be determined that a related open failure has occurred.

図5は、本開示の一実施形態による三相の電力変換装置の故障を検出する故障検出装置及びこれを備えるモータ駆動装置におけるオープン故障が発生しているスイッチング素子と第1の故障判定用指令パターンとの関係を示す図である。図5において、第1の故障判定用指令パターンP1~P6に関して、電流取得部12が取得した電流の検出値が第1の閾値未満(すなわちゼロに近い値)である場合を「×」で示し、第1の閾値以上(すなわちゼロよりも十分に大きい正常値)である場合を「〇」で示す。また、図5において、各スイッチング素子S1~S6に関して、オープン故障が発生していると判定される場合を「×」で示す。故障判定部13は、三相の電力変換装置2内のスイッチング素子S1~S6のオープン故障を図5に示す対応関係に基づき検出する。 FIG. 5 shows a failure detection device for detecting a failure of a three-phase power conversion device according to an embodiment of the present disclosure, a switching element in which an open failure has occurred in a motor drive device including the failure detection device, and a first failure determination command. It is a figure which shows the relationship with a pattern. In FIG. 5, with respect to the first failure determination command patterns P1 to P6, the case where the detected value of the current acquired by the current acquisition unit 12 is less than the first threshold value (that is, a value close to zero) is indicated by “x”. , The case where the value is equal to or higher than the first threshold value (that is, a normal value sufficiently larger than zero) is indicated by “◯”. Further, in FIG. 5 , the case where it is determined that an open failure has occurred for each of the switching elements S1 to S6 is indicated by “x”. The failure determination unit 13 detects an open failure of the switching elements S1 to S6 in the three -phase power conversion device 2 based on the correspondence shown in FIG.

例えば、第1の故障判定用指令パターンP1~P6の下で電流取得部12が取得した電流の検出値の全てが第1の閾値以上である場合、故障判定部13は、全てのスイッチング素子S1~S6はオープン故障していないと判定する。 For example, when all the detected values of the current acquired by the current acquisition unit 12 under the first failure determination command patterns P1 to P6 are equal to or higher than the first threshold value, the failure determination unit 13 is used for all switching elements S. 1 to S 6 are judged not to have an open failure.

例えば、第1の故障判定用指令パターンP1~P6の下で電流取得部12が取得した電流の検出値のうち、2つの第1の故障判定用指令パターンP5及びP6の下で電流取得部12が取得した電流の検出値が第1の閾値未満である場合、故障判定部13は、当該2つの第1の故障判定用指令パターンP5及びP6においてオン指令されていたスイッチング素子S3に関係するオープン故障が発生していると判定する。 For example, among the current detection values acquired by the current acquisition unit 12 under the first failure determination command patterns P1 to P6, the current acquisition unit 12 under the two first failure determination command patterns P5 and P6. When the detected value of the current acquired by is less than the first threshold value, the failure determination unit 13 relates to the switching element S3 that has been on-commanded in the two first failure determination command patterns P5 and P6. It is determined that an open failure has occurred.

例えば、第1の故障判定用指令パターンP1~P6の下で電流取得部12が取得した電流の検出値のうち、3つの第1の故障判定用指令パターンP4~P6の下で電流取得部12が取得した電流の検出値が第1の閾値未満である場合、故障判定部13は、当該3つの第1の故障判定用指令パターンP4~P6のうちの、2つの第1の故障判定用指令パターンP4及びP5の下でオン指令されていたスイッチング素子S4に関係するオープン故障と、2つの第1の故障判定用指令パターンP5及びP6の下でオン指令されていたスイッチング素子S3に関係するオープン故障とが発生していると判定する。 For example, among the current detection values acquired by the current acquisition unit 12 under the first failure determination command patterns P1 to P6, the current acquisition unit 12 under the three first failure determination command patterns P4 to P6. When the detected value of the current acquired by is less than the first threshold value, the failure determination unit 13 has two first failure determination commands among the three first failure determination command patterns P4 to P6. It is related to the open failure related to the switching element S 4 which is on-commanded under the patterns P4 and P5, and the switching element S 3 which is on-commanded under the two first failure determination command patterns P5 and P6. It is determined that an open failure has occurred.

例えば、第1の故障判定用指令パターンP1~P6の下で電流取得部12が取得した電流の検出値のうち、4つの第1の故障判定用指令パターンP3~P6の下で電流取得部12が取得した電流の検出値が第1の閾値未満である場合、故障判定部13は、当該4つの第1の故障判定用指令パターンP3~P6のうちの、2つの第1の故障判定用指令パターンP3及びP4の下でオン指令されていたスイッチング素子S2に関係するオープン故障と、2つの第1の故障判定用指令パターンP4及びP5の下でオン指令されていたスイッチング素子S4に関係するオープン故障と、2つの第1の故障判定用指令パターンP5及びP6の下でオン指令されていたスイッチング素子S3に関係するオープン故障とが発生していると判定する。 For example, among the current detection values acquired by the current acquisition unit 12 under the first failure determination command patterns P1 to P6, the current acquisition unit 12 under the four first failure determination command patterns P3 to P6. When the detected value of the current acquired by is less than the first threshold value, the failure determination unit 13 has two first failure determination commands among the four first failure determination command patterns P3 to P6. It is related to the open failure related to the switching element S 2 ordered under the patterns P3 and P4 and the switching element S 4 related to the switching element S 4 ordered to be turned on under the two first failure determination command patterns P4 and P5. It is determined that an open failure to be performed and an open failure related to the switching element S3 to be turned on under the two first failure determination command patterns P5 and P6 have occurred.

例えば、第1の故障判定用指令パターンP1~P6の下で電流取得部12が取得した電流の検出値の全てが第1の閾値未満である場合、「上アームのスイッチング素子S1、S2及びS3に関するオープン故障」のみが発生、「上アームのスイッチング素子S1、S2及びS3に関するオープン故障」に加えて「下アームのスイッチング素子S4、S5及びS6の少なくとも1つに関するオープン故障」が発生、「下アームのスイッチング素子S4、S5及びS6に関するオープン故障」のみが発生、並びに、「下アームのスイッチング素子S4、S5及びS6に関するオープン故障」に加えて「上アームのスイッチング素子S1、S2及びS3の少なくとも1つに関するオープン故障」のうち、いずれかのオープン故障が発生している。そこで、第1の故障判定用指令パターンP1~P6の下で電流取得部12が取得した電流の検出値の全てが第1の閾値未満である場合、故障判定部13は、少なくとも、「上アームのスイッチング素子S1、S2及びS3に関するオープン故障」または「下アームのスイッチング素子S4、S5及びS6に関するオープン故障」が発生していると判定する。 For example, when all the detected values of the current acquired by the current acquisition unit 12 under the first failure determination command patterns P1 to P6 are less than the first threshold value, "upper arm switching elements S 1 and S 2 ". And S 3 open faults only, and in addition to the upper arm switching elements S 1 , S 2 and S 3 open faults, at least one of the lower arm switching elements S 4 , S 5 and S 6 . "Open failure related to lower arm switching elements S 4 , S 5 and S 6 " occurred, and "Open failure related to lower arm switching elements S 4 , S 5 and S 6 " occurred. In addition, one of the "open failures related to at least one of the switching elements S 1 , S 2 and S 3 of the upper arm" has occurred. Therefore, when all the detected values of the current acquired by the current acquisition unit 12 under the first failure determination command patterns P1 to P6 are less than the first threshold value, the failure determination unit 13 is at least "upper arm". It is determined that "an open failure related to the switching elements S 1 , S 2 and S 3 of the lower arm" or "an open failure related to the switching elements S 4 , S 5 and S 6 of the lower arm" has occurred.

続いて、第1の故障判定用指令パターンを用いて三相の電力変換装置2内のスイッチング素子に関係するショート故障を検出する場合について説明する。 Subsequently, a case where a short-circuit failure related to the switching element in the three-phase power conversion device 2 is detected by using the first failure determination command pattern will be described.

図4(A)に示すように、第1の故障判定用指令パターンP1では、上アームのスイッチング素子S1及び当該上アームが属するレグとは異なるレグ内の下アームのスイッチング素子S5に対してオン指令され、当該オン指令されたスイッチング素子S1及びS5以外のスイッチング素子S2、S3、S4、S6に対してはオフ指令される。したがって、仮に6つのスイッチング素子が全て正常に機能していれば、正極端子25、スイッチング素子S1、負荷回路3、スイッチング素子S5、及び負極端子26からなる閉回路が形成される。 As shown in FIG. 4A, in the first failure determination command pattern P1, for the switching element S1 of the upper arm and the switching element S5 of the lower arm in a leg different from the leg to which the upper arm belongs. Is commanded to be turned on, and is commanded to be turned off for switching elements S 2 , S 3 , S 4 , and S 6 other than the switching elements S 1 and S 5 ordered to be turned on. Therefore, if all six switching elements are functioning normally, a closed circuit including a positive electrode terminal 25, a switching element S 1 , a load circuit 3, a switching element S 5 , and a negative electrode terminal 26 is formed.

図4(B)に示すように、第1の故障判定用指令パターンP2では、上アームのスイッチング素子S1及び当該上アームが属するレグとは異なるレグ内の下アームのスイッチング素子S6に対してオン指令され、当該オン指令されたスイッチング素子S1及びS6以外のスイッチング素子S2、S3、S4、S5に対してはオフ指令される。したがって、仮に6つのスイッチング素子が全て正常に機能していれば(すなわちオープン故障が発生していないのであれば)、正極端子25、スイッチング素子S1、負荷回路3、スイッチング素子S6、及び負極端子26からなる閉回路が形成される。 As shown in FIG. 4B, in the first failure determination command pattern P2, for the switching element S1 of the upper arm and the switching element S6 of the lower arm in a leg different from the leg to which the upper arm belongs. Is commanded to be turned on, and is commanded to be turned off for switching elements S 2 , S 3 , S 4 , and S 5 other than the switching elements S 1 and S 6 ordered to be turned on. Therefore, if all six switching elements are functioning normally (that is, if an open failure has not occurred), the positive electrode terminal 25, the switching element S 1 , the load circuit 3, the switching element S 6 , and the negative electrode A closed circuit consisting of terminals 26 is formed.

このように、第1の故障判定用指令パターンP1及び第1の故障判定用指令パターンP2のいずれにおいても、スイッチング素子S1に対してはオン指令されている。したがって、スイッチング素子S1が正常に機能していれば、図4(A)及び図4(B)のいずれにおいても、スイッチング素子S1を介して閉回路に正常な電流が流れ、電流検出部23はプローブT3を介してこの正常な電流を検出する。すなわち、電流取得部12が電流検出部23から取得した電流の検出値は正常値となる。しかしながら、仮にスイッチング素子S4がショート故障していたとするとスイッチング素子S4はオフ指令したままにもかかわらずクローズしたままとなる。第1の故障判定用指令パターンP1及び第1の故障判定用指令パターンP2の下でスイッチング素子S1に対してオン指令されるとスイッチング素子S1はクローズするので、電力変換装置2のブリッジ回路の直流側からみて、正極端子25と同一のレグに属するスイッチング素子S1及びスイッチング素子S4と負極端子26とからなるショート回路が構成される。その結果、電力変換装置2のブリッジ回路の直流側に直流電圧が印加されると、正極端子25とスイッチング素子S1とスイッチング素子S4と負極端子26とからなるショート回路に過電流が流れる。他の第1の故障判定用指令パターンとスイッチング素子に対しても同様のことがいえる。そこで、本開示の一実施形態では、この過電流の発生に基づきショート故障の発生を検出する。 As described above, in both the first failure determination command pattern P1 and the first failure determination command pattern P2, the switching element S1 is instructed to be ON. Therefore, if the switching element S 1 is functioning normally, in both FIGS. 4 (A) and 4 (B), a normal current flows through the switching element S 1 in the closed circuit, and the current detection unit 23 detects this normal current via probe T3 . That is, the detected value of the current acquired by the current acquisition unit 12 from the current detection unit 23 becomes a normal value. However, if the switching element S 4 has a short-circuit failure, the switching element S 4 remains closed even though the off command remains. When an ON command is given to the switching element S 1 under the first failure determination command pattern P1 and the first failure determination command pattern P2, the switching element S 1 closes, so that the bridge circuit of the power conversion device 2 A short circuit including a switching element S 1 and a switching element S 4 belonging to the same leg as the positive terminal 25 and a negative terminal 26 is configured when viewed from the DC side of the above. As a result, when a DC voltage is applied to the DC side of the bridge circuit of the power conversion device 2, an overcurrent flows in the short circuit including the positive electrode terminal 25, the switching element S 1 , the switching element S 4 , and the negative electrode terminal 26. The same can be said for the other first failure determination command pattern and the switching element. Therefore, in one embodiment of the present disclosure, the occurrence of a short-circuit failure is detected based on the occurrence of this overcurrent.

電流検出部23はプローブT3を介してこの過電流を検出する。電流検出部23から取得した過電流の検出値は電流取得部12によって取得される。故障判定部13は、6つの第1の故障判定用指令パターンPNの各々に対応して電流取得部12が取得した6つの電流の検出値のうち、2つの第1の故障判定用指令パターンP1及びP2の下で電流取得部12が取得した2つの電流の検出値がともに過電流を示した場合、当該2つの第1の故障判定用指令パターンP1及びP2においてオン指令されていたスイッチング素子S1が属するレグ内においてオフ指令されていたスイッチング素子S4に関係するショート故障が発生していると判定する。なお、正常値(例えば定格値)よりも大きい値(例えば定格値の1.2倍程度)である第2の閾値を予め設定して故障判定部13内に記憶しておく。電流取得部12が取得した電流の検出値が過電流を示すか否かの判定は、電流取得部12が取得した電流の検出値と第2の閾値との比較結果に基づき行えばよい。すなわち、故障判定部13は、電流取得部12が取得した電流の検出値が第2の閾値より大きい値であることをもって、電流取得部12が取得した電流の検出値が過電流を示すと判定する。 The current detection unit 23 detects this overcurrent via the probe T 3 . The overcurrent detection value acquired from the current detection unit 23 is acquired by the current acquisition unit 12. The failure determination unit 13 has two first failure determination command patterns P1 among the six current detection values acquired by the current acquisition unit 12 corresponding to each of the six first failure determination command patterns PN. When the detected values of the two currents acquired by the current acquisition unit 12 under P2 and P2 both indicate an overcurrent, the switching element S that is on-commanded in the two first failure determination command patterns P1 and P2. It is determined that a short-circuit failure related to the switching element S 4 that has been instructed to be off has occurred in the leg to which 1 belongs. A second threshold value (for example, about 1.2 times the rated value) larger than the normal value (for example, the rated value) is set in advance and stored in the failure determination unit 13. Whether or not the detected value of the current acquired by the current acquisition unit 12 indicates an overcurrent may be determined based on the comparison result between the detected value of the current acquired by the current acquisition unit 12 and the second threshold value. That is, the failure determination unit 13 determines that the current detection value acquired by the current acquisition unit 12 indicates an overcurrent when the current detection value acquired by the current acquisition unit 12 is larger than the second threshold value. do.

なお、正極端子25とスイッチング素子S1とスイッチング素子S4と負極端子26とからなるショート回路に流れる過電流は、プローブT3を介して電流検出部23によって検出される。電流検出部23による電力変換装置2のブリッジ回路の直流側の電流の検出処理(プローブT3を介した電流検出処理)に代えて、スイッチング素子及びダイオードからなるパワー素子をIPMにて構成する場合はIPMの過電流検出機能を用いて過電流を検出するようにしてもよく、あるいはドライブ回路22がDESAT検出回路を有するドライバICにて構成される場合はDESAT検出回路の過電流検出機能を用いて過電流を検出するようにしてもよい。 The overcurrent flowing in the short circuit including the positive electrode terminal 25, the switching element S 1 , the switching element S 4 , and the negative electrode terminal 26 is detected by the current detection unit 23 via the probe T 3 . When a power element consisting of a switching element and a diode is configured by IPM instead of the current detection process on the DC side of the bridge circuit of the power converter 2 by the current detection unit 23 (current detection process via the probe T 3 ). May detect the overcurrent using the overcurrent detection function of the IPM, or if the drive circuit 22 is composed of a driver IC having a DESAT detection circuit, the overcurrent detection function of the DESAT detection circuit is used. The overcurrent may be detected.

6つの第1の故障判定用指令パターンPNの各々に対応して電流取得部12が取得した6つの電流の検出値のうち、3つ以上の第1の故障判定用指令パターンの下で電流取得部12が取得した電流の検出値が第2の閾値より大きい値となった場合についてもこれに類似してスイッチング素子に関係するショート故障が発生していると判定することができる。 Of the six current detection values acquired by the current acquisition unit 12 corresponding to each of the six first failure determination command patterns PN, current acquisition is performed under three or more first failure determination command patterns. Even when the detected value of the current acquired by the unit 12 is larger than the second threshold value, it can be determined that a short-circuit failure related to the switching element has occurred in the same manner.

図6は、本開示の一実施形態による三相の電力変換装置の故障を検出する故障検出装置及びこれを備えるモータ駆動装置におけるショート故障が発生しているスイッチング素子と第1の故障判定用指令パターンとの関係を示す図である。図6において、第1の故障判定用指令パターンP1~P6に関して、電流取得部12が取得した電流の検出値が第2の閾値より大きい値である場合(すなわち過電流を示す場合)を「×」で示し、第2の閾値以下(すなわち正常値)である場合を「〇」で示す。また、図6において、各スイッチング素子S1~S6に関して、ショート故障が発生していると判定される場合を「×」で示し、ショート故障が発生している可能性があると判定される場合を「△」で示す。故障判定部13は、三相の電力変換装置2内のスイッチング素子S1~S6のショート故障を図6に示す対応関係に基づき検出する。 FIG. 6 shows a failure detection device for detecting a failure of a three-phase power conversion device according to an embodiment of the present disclosure, a switching element in which a short-circuit failure has occurred in a motor drive device including the failure detection device, and a first failure determination command. It is a figure which shows the relationship with a pattern. In FIG. 6, regarding the first failure determination command patterns P1 to P6, the case where the detected value of the current acquired by the current acquisition unit 12 is larger than the second threshold value (that is, the case of indicating an overcurrent) is “x”. , And the case where the value is equal to or less than the second threshold value (that is, the normal value) is indicated by “◯”. Further, in FIG. 6 , for each of the switching elements S1 to S6, the case where it is determined that a short-circuit failure has occurred is indicated by “x”, and it is determined that a short-circuit failure may have occurred. The case is indicated by "△". The failure determination unit 13 detects a short - circuit failure of the switching elements S1 to S6 in the three -phase power conversion device 2 based on the correspondence shown in FIG.

例えば、第1の故障判定用指令パターンP1~P6のそれぞれに基づいて各スイッチング素子を動作させたときに電流取得部12が取得したブリッジ回路の直流側の電流の検出値のうち、2つの第1の故障判定用指令パターンP4及びP5の下で電流取得部が取得した2つの電流の検出値が第2の閾値より大きい場合、故障判定部13は、当該2つの第1の故障判定用指令パターンP4及びP5においてオン指令されていたスイッチング素子S4が属するレグ内においてオフ指令されていたスイッチング素子S1に関係するショート故障が発生していると判定する。 For example, of the two second current detection values on the DC side of the bridge circuit acquired by the current acquisition unit 12 when each switching element is operated based on each of the first failure determination command patterns P1 to P6. When the detection values of the two currents acquired by the current acquisition unit under the failure determination command patterns P4 and P5 of 1 are larger than the second threshold value, the failure determination unit 13 causes the two first failure determination commands. It is determined that a short failure related to the switching element S 1 that has been commanded off has occurred in the leg to which the switching element S 4 that has been commanded to be turned on in patterns P4 and P5 belongs.

例えば、第1の故障判定用指令パターンP1~P6のそれぞれに基づいて各スイッチング素子を動作させたときに電流取得部12が取得したブリッジ回路の直流側の電流の検出値のうち、3つの第1の故障判定用指令パターンP3~P5の下で電流取得部が取得した3つの電流の検出値が第2の閾値より大きい場合、故障判定部13は、当該3つの第1の故障判定用指令パターンP3~P5のうちの2つの第1の故障判定用指令パターンP3及び4においてオン指令されていたスイッチング素子S2が属するレグ内においてオフ指令されていたスイッチング素子S5に関係するショート故障と、当該3つの第1の故障判定用指令パターンP3~P5のうちの2つの第1の故障判定用指令パターンP4及び5においてオン指令されていたスイッチング素子S4が属するレグ内においてオフ指令されていたスイッチング素子S1に関係するショート故障とが発生していると判定する。 For example, among the detected values of the current on the DC side of the bridge circuit acquired by the current acquisition unit 12 when each switching element is operated based on each of the first failure determination command patterns P1 to P6, the third third. When the detection values of the three currents acquired by the current acquisition unit under the failure determination command patterns P3 to P5 of 1 are larger than the second threshold value, the failure determination unit 13 causes the three first failure determination commands. A short-circuit failure related to the switching element S 5 to which the switching element S 2 to which the switching element S 2 has been ordered to be turned on in the first failure determination command patterns P3 and P5 of the patterns P3 to P5 belongs has been ordered to be off. , Off-commanded in the leg to which the switching element S4, which was on-commanded in the two first failure-determining command patterns P4 and 5 of the three first failure-determining command patterns P3 to P5, belongs. It is determined that a short-circuit failure related to the switching element S 1 has occurred.

例えば、第1の故障判定用指令パターンP1~P6のそれぞれに基づいて各スイッチング素子を動作させたときに電流取得部12が取得したブリッジ回路の直流側の電流の検出値のうち、4つの第1の故障判定用指令パターンP1~P3及びP6の下で電流取得部が取得した4つの電流の検出値が第2の閾値より大きい場合、故障判定部13は、当該4つの第1の故障判定用指令パターンP1~P3及びP6のうちの2つの第1の故障判定用指令パターンP1及びP6においてオン指令されていたスイッチング素子S5が属するレグ内においてオフ指令されていたスイッチング素子S2に関係するショート故障と、当該4つの第1の故障判定用指令パターンP1~P3及びP6のうちの2つの第1の故障判定用指令パターンP2及びP3においてオン指令されていたスイッチング素子S6が属するレグ内においてオフ指令されていたスイッチング素子S3に関係するショート故障とが発生していると判定する。 For example, among the detected values of the current on the DC side of the bridge circuit acquired by the current acquisition unit 12 when each switching element is operated based on each of the first failure determination command patterns P1 to P6, the fourth ones. When the detection values of the four currents acquired by the current acquisition unit under the failure determination command patterns P1 to P3 and P6 of 1 are larger than the second threshold value, the failure determination unit 13 determines the four first failures. Related to the switching element S 2 that was commanded off in the leg to which the switching element S 5 that was commanded on in the first failure determination command patterns P1 and P6 of the command patterns P1 to P3 and P6 belongs. The short failure to be performed and the leg to which the switching element S 6 to which the switching element S 6 has been on-commanded in the two first failure determination command patterns P2 and P3 of the four first failure determination command patterns P1 to P3 and P6 belong. It is determined that a short-circuit failure related to the switching element S3 , which has been instructed to be off, has occurred.

このように、スイッチング素子S2のショート故障の検出に用いた第1の故障判定用指令パターンの組み合わせP1及びP6と、スイッチング素子S3のショート故障の検出に用いた第1の故障判定用指令パターンの組み合わせP2及びP3とで、4つの第1の故障判定用指令パターンP1~P3及びP6の全てを、ショート故障の判定処理で「使い切った」ことになる。しかしながら、当該ショート故障が発生していると判定した際に用いられた2つの第1の故障判定用指令パターンの組み合わせ「P1及びP6」並びに「P2及びP3」以外に、スイッチング素子S1をオン指令する2つの第1の故障判定用指令パターンP1及びP2の組み合わせも存在する。4つの第1の故障判定用指令パターンP1~P3及びP6の全てをショート故障の判定処理で使い切っていることから、第1の故障判定用指令パターンP1及びP2については、「スイッチング素子S1をオン指令するもの」としてたまたま表れているにすぎず、実際にはスイッチング素子S1が属するレグ内においてオフ指令されていたスイッチング素子S4に関係するショート故障が実際には発生していない可能性がある。一方で、スイッチング素子S1が属するレグ内においてオフ指令されていたスイッチング素子S4に関係するショート故障が実際に発生している可能性も残されている。そこで、故障判定部13は、当該ショート故障が発生していると判定した際に用いられた2つの第1の故障判定用指令パターンの組み合わせ「P1及びP6」並びに「P2及びP3」とは異なる組み合わせを有する2つの第1の故障判定用指令パターンP1及びP2においてオン指令されてスイッチング素子S1が属するレグ内においてオフ指令されていたスイッチング素子S4については、「ショート故障が発生している」とは確定せず、「ショート故障が発生している可能性がある」といったような推定にとどめた判定を行う。 As described above, the combination P1 and P6 of the first failure determination command pattern used for detecting the short failure of the switching element S 2 and the first failure determination command used for detecting the short failure of the switching element S 3 are used. With the combination of patterns P2 and P3, all of the four first failure determination command patterns P1 to P3 and P6 are "used up" in the short failure determination process. However, in addition to the combination "P1 and P6" and "P2 and P3" of the two first failure determination command patterns used when it is determined that the short failure has occurred, the switching element S 1 is turned on. There is also a combination of two first failure determination command patterns P1 and P2 to be commanded. Since all of the four first failure determination command patterns P1 to P3 and P6 are used up in the short failure determination process, the first failure determination command patterns P1 and P2 are described as "switching element S1. It just happens to appear as "on command", and there is a possibility that the short failure related to the switching element S 4 that was actually commanded off in the leg to which the switching element S 1 belongs has not actually occurred. There is. On the other hand, there is a possibility that a short-circuit failure related to the switching element S 4 that has been instructed to be off in the leg to which the switching element S 1 belongs actually occurs. Therefore, the failure determination unit 13 is different from the combination “P1 and P6” and “P2 and P3” of the two first failure determination command patterns used when it is determined that the short failure has occurred. Regarding the switching element S 4 which was on-commanded in the two first failure determination command patterns P1 and P2 having a combination and was instructed to be off in the leg to which the switching element S 1 belongs, "a short-circuit failure has occurred. "Is not confirmed, and the judgment is limited to the estimation such as" there is a possibility that a short failure has occurred ".

上記と同様に「ショート故障が発生している」とは確定せずに「ショート故障が発生している可能性がある」にとどめた判定を行う第1の故障判定用指令パターンの組み合わせとしては、「P1及びP4~P6」、「P2~P5」、「P1~P4」、「P1、P2、P5及びP6」、並びに「P3~P6」がある。 Similar to the above, as a combination of the first failure judgment command pattern that makes a judgment only "there is a possibility that a short failure has occurred" without confirming that "a short failure has occurred". , "P1 and P4 to P6", "P2 to P5", "P1 to P4", "P1, P2, P5 and P6", and "P3 to P6".

例えば、第1の故障判定用指令パターンP1~P6のそれぞれに基づいて各スイッチング素子を動作させたときに電流取得部12が取得したブリッジ回路の直流側の電流の検出値のうち、4つの第1の故障判定用指令パターンP1及びP4~P6の下で電流取得部が取得した4つの電流の検出値が第2の閾値より大きい場合、故障判定部13は、当該4つの第1の故障判定用指令パターンP1及びP4~P6のうちの2つの第1の故障判定用指令パターンP4及びP5においてオン指令されていたスイッチング素子S4が属するレグ内においてオフ指令されていたスイッチング素子S1に関係するショート故障と、当該4つの第1の故障判定用指令パターンP1及びP4~P6のうちの2つの第1の故障判定用指令パターンP1及びP6においてオン指令されていたスイッチング素子S5が属するレグ内においてオフ指令されていたスイッチング素子S2に関係するショート故障とが発生していると判定する。故障判定部13は、当該ショート故障が発生していると判定した際に用いられた2つの第1の故障判定用指令パターンの組み合わせ「P4及びP5」並びに「P1及びP6」とは異なる組み合わせを有する2つの第1の故障判定用指令パターンP5及びP6においてオン指令されてスイッチング素子S3が属するレグ内においてオフ指令されていたスイッチング素子S6に関するショート故障が発生している可能性があると判定する。 For example, among the detected values of the current on the DC side of the bridge circuit acquired by the current acquisition unit 12 when each switching element is operated based on each of the first failure determination command patterns P1 to P6, the fourth ones. When the detection values of the four currents acquired by the current acquisition unit under the failure determination command patterns P1 and P4 to P6 of 1 are larger than the second threshold value, the failure determination unit 13 determines the four first failures. Related to the switching element S 1 that was commanded off in the leg to which the switching element S 4 that was commanded on in the first failure determination command patterns P4 and P5 of the command patterns P1 and P4 to P6 belongs. The short failure to be performed and the leg to which the switching element S 5 to which the switching element S5 has been on-commanded in the two first failure determination command patterns P1 and P6 of the four first failure determination command patterns P1 and P4 to P6 belong. It is determined that a short-circuit failure related to the switching element S 2 that has been instructed to be turned off has occurred. The failure determination unit 13 uses a combination different from the combinations “P4 and P5” and “P1 and P6” of the two first failure determination command patterns used when determining that the short failure has occurred. There is a possibility that a short failure has occurred with respect to the switching element S 6 which has been commanded on in the two first failure determination command patterns P5 and P6 and has been commanded off in the leg to which the switching element S 3 belongs. judge.

例えば、第1の故障判定用指令パターンP1~P6のそれぞれに基づいて各スイッチング素子を動作させたときに電流取得部12が取得したブリッジ回路の直流側の電流の検出値のうち、4つの第1の故障判定用指令パターンP2~P5の下で電流取得部が取得した4つの電流の検出値が第2の閾値より大きい場合、故障判定部13は、当該4つの第1の故障判定用指令パターンP2~P5のうちの2つの第1の故障判定用指令パターンP2及びP3においてオン指令されていたスイッチング素子S6が属するレグ内においてオフ指令されていたスイッチング素子S3に関係するショート故障と、当該4つの第1の故障判定用指令パターンP2~P5のうちの2つの第1の故障判定用指令パターンP4及びP5においてオン指令されていたスイッチング素子S4が属するレグ内においてオフ指令されていたスイッチング素子S1に関係するショート故障とが発生していると判定する。故障判定部13は、当該ショート故障が発生していると判定した際に用いられた2つの第1の故障判定用指令パターンの組み合わせ「P2及びP3」並びに「P4及びP5」とは異なる組み合わせを有する2つの第1の故障判定用指令パターンP3及びP4においてオン指令されてスイッチング素子S2が属するレグ内においてオフ指令されていたスイッチング素子S5に関するショート故障が発生している可能性があると判定する。 For example, among the detected values of the current on the DC side of the bridge circuit acquired by the current acquisition unit 12 when each switching element is operated based on each of the first failure determination command patterns P1 to P6, the fourth ones. When the detection values of the four currents acquired by the current acquisition unit under the failure determination command patterns P2 to P5 of 1 are larger than the second threshold value, the failure determination unit 13 causes the four first failure determination commands. A short-circuit failure related to the switching element S 3 to which the switching element S 6 to which the switching element S 6 has been ordered to be turned on in the first failure determination command patterns P2 and P3 of the patterns P2 to P5 belongs has been ordered to be off. , The off command is given in the leg to which the switching element S 4 commanded on in the two first failure judgment command patterns P4 and P5 of the four first failure judgment command patterns P2 to P5 belongs. It is determined that a short-circuit failure related to the switching element S 1 has occurred. The failure determination unit 13 uses a combination different from the combinations “P2 and P3” and “P4 and P5” of the two first failure determination command patterns used when determining that the short failure has occurred. There is a possibility that a short failure has occurred with respect to the switching element S 5 which has been commanded on in the two first failure determination command patterns P3 and P4 and has been commanded off in the leg to which the switching element S 2 belongs. judge.

例えば、第1の故障判定用指令パターンP1~P6のそれぞれに基づいて各スイッチング素子を動作させたときに電流取得部12が取得したブリッジ回路の直流側の電流の検出値のうち、4つの第1の故障判定用指令パターンP1~P4の下で電流取得部が取得した4つの電流の検出値が第2の閾値より大きい場合、故障判定部13は、当該4つの第1の故障判定用指令パターンP1~P4のうちの2つの第1の故障判定用指令パターンP1及びP2においてオン指令されていたスイッチング素子S1が属するレグ内においてオフ指令されていたスイッチング素子S4に関係するショート故障と、当該4つの第1の故障判定用指令パターンP1~P4のうちの2つの第1の故障判定用指令パターンP3及びP4においてオン指令されていたスイッチング素子S2が属するレグ内においてオフ指令されていたスイッチング素子S5に関係するショート故障とが発生していると判定する。故障判定部13は、当該ショート故障が発生していると判定した際に用いられた2つの第1の故障判定用指令パターンの組み合わせ「P1及びP2」並びに「P3及びP4」とは異なる組み合わせを有する2つの第1の故障判定用指令パターンP2及びP3においてオン指令されてスイッチング素子S6が属するレグ内においてオフ指令されていたスイッチング素子S3に関するショート故障が発生している可能性があると判定する。 For example, among the detected values of the current on the DC side of the bridge circuit acquired by the current acquisition unit 12 when each switching element is operated based on each of the first failure determination command patterns P1 to P6, the fourth ones. When the detection values of the four currents acquired by the current acquisition unit under the failure determination command patterns P1 to P4 of 1 are larger than the second threshold value, the failure determination unit 13 causes the four first failure determination commands. A short failure related to the switching element S 4 to which the switching element S 1 to which the switching element S 1 has been ordered to be turned on in the first failure determination command patterns P1 and P2 of the patterns P1 to P4 belongs has been ordered to be off. , The off command is given in the leg to which the switching element S 2 that has been on-commanded in the two first failure-determining command patterns P3 and P4 of the four first failure-determining command patterns P1 to P4 belongs. It is determined that a short-circuit failure related to the switching element S 5 has occurred. The failure determination unit 13 uses a combination different from the combinations “P1 and P2” and “P3 and P4” of the two first failure determination command patterns used when determining that the short failure has occurred. There is a possibility that a short failure has occurred with respect to the switching element S 3 which has been commanded on in the two first failure determination command patterns P2 and P3 and has been commanded off in the leg to which the switching element S 6 belongs. judge.

例えば、第1の故障判定用指令パターンP1~P6のそれぞれに基づいて各スイッチング素子を動作させたときに電流取得部12が取得したブリッジ回路の直流側の電流の検出値のうち、4つの第1の故障判定用指令パターンP1、P2、P5及びP6の下で電流取得部が取得した4つの電流の検出値が第2の閾値より大きい場合、故障判定部13は、当該4つの第1の故障判定用指令パターンP1、P2、P5及びP6のうちの2つの第1の故障判定用指令パターンP1及びP2においてオン指令されていたスイッチング素子S1が属するレグ内においてオフ指令されていたスイッチング素子S4に関係するショート故障と、当該4つの第1の故障判定用指令パターンP1、P2、P5及びP6のうちの2つの第1の故障判定用指令パターンP5及びP6においてオン指令されていたスイッチング素子S3が属するレグ内においてオフ指令されていたスイッチング素子S6に関係するショート故障とが発生していると判定する。故障判定部13は、当該ショート故障が発生していると判定した際に用いられた2つの第1の故障判定用指令パターンの組み合わせ「P1及びP2」並びに「P5及びP6」とは異なる組み合わせを有する2つの第1の故障判定用指令パターンP1及びP6においてオン指令されてスイッチング素子S5が属するレグ内においてオフ指令されていたスイッチング素子S2に関するショート故障が発生している可能性があると判定する。 For example, among the detected values of the current on the DC side of the bridge circuit acquired by the current acquisition unit 12 when each switching element is operated based on each of the first failure determination command patterns P1 to P6, the fourth ones. When the detection values of the four currents acquired by the current acquisition unit under the failure determination command patterns P1, P2, P5 and P6 of 1 are larger than the second threshold value, the failure determination unit 13 is the first of the four. The switching element that was commanded off in the leg to which the switching element S1 that was commanded on in the first failure judgment command pattern P1 and P2 of the fault determination command patterns P1, P2, P5 and P6 belongs. A short failure related to S4 and switching on-commanded in two first failure determination command patterns P5 and P6 of the four first failure determination command patterns P1, P2, P5 and P6. It is determined that a short-circuit failure related to the switching element S 6 that has been instructed to be off has occurred in the leg to which the element S 3 belongs. The failure determination unit 13 uses a combination different from the combinations “P1 and P2” and “P5 and P6” of the two first failure determination command patterns used when determining that the short failure has occurred. There is a possibility that a short failure has occurred with respect to the switching element S 2 which has been commanded on in the two first failure determination command patterns P1 and P6 and has been commanded off in the leg to which the switching element S 5 belongs. judge.

例えば、第1の故障判定用指令パターンP1~P6のそれぞれに基づいて各スイッチング素子を動作させたときに電流取得部12が取得したブリッジ回路の直流側の電流の検出値のうち、4つの第1の故障判定用指令パターンP3~P6の下で電流取得部が取得した4つの電流の検出値が第2の閾値より大きい場合、故障判定部13は、当該4つの第1の故障判定用指令パターンP3~P6のうちの2つの第1の故障判定用指令パターンP3及びP4においてオン指令されていたスイッチング素子S2が属するレグ内においてオフ指令されていたスイッチング素子S5に関係するショート故障と、当該4つの第1の故障判定用指令パターンP3~P6のうちの2つの第1の故障判定用指令パターンP5及びP6においてオン指令されていたスイッチング素子S3が属するレグ内においてオフ指令されていたスイッチング素子S6に関係するショート故障とが発生していると判定する。故障判定部13は、当該ショート故障が発生していると判定した際に用いられた2つの第1の故障判定用指令パターンの組み合わせ「P3及びP4」並びに「P5及びP6」とは異なる組み合わせを有する2つの第1の故障判定用指令パターンP4及びP5においてオン指令されてスイッチング素子S4が属するレグ内においてオフ指令されていたスイッチング素子S1に関するショート故障が発生している可能性があると判定する。 For example, among the detected values of the current on the DC side of the bridge circuit acquired by the current acquisition unit 12 when each switching element is operated based on each of the first failure determination command patterns P1 to P6, the fourth ones. When the detection values of the four currents acquired by the current acquisition unit under the failure determination command patterns P3 to P6 of 1 are larger than the second threshold value, the failure determination unit 13 causes the four first failure determination commands. A short-circuit failure related to the switching element S 5 to which the switching element S 2 to which the switching element S 2 has been ordered to be turned on in the first failure determination command patterns P3 and P4 of the patterns P3 to P6 belongs has been ordered to be off. , Off-commanded in the leg to which the switching element S3 , which was on-commanded in the two first failure-determining command patterns P5 and P6 of the four first failure-determining command patterns P3 to P6, belongs. It is determined that a short-circuit failure related to the switching element S 6 has occurred. The failure determination unit 13 uses a combination different from the combinations “P3 and P4” and “P5 and P6” of the two first failure determination command patterns used when determining that the short failure has occurred. There is a possibility that a short failure has occurred with respect to the switching element S 1 that has been commanded on in the two first failure determination command patterns P4 and P5 and has been commanded off in the leg to which the switching element S 4 belongs. judge.

例えば、6つの第1の故障判定用指令パターンP1~P6のそれぞれに基づいて各スイッチング素子を動作させたときに電流取得部12が取得したブリッジ回路の直流側の電流の検出値の全てが第2の閾値より大きい場合、1つのスイッチング素子をオン指令する2つの第1の故障判定用指令パターンの組み合わせは、「P4及びP5、P1及びP6、P2及びP3」と、「P1及びP2、P3及びP4、P5及びP6」との2種類ある。このうち、第1の故障判定用指令パターンの「P4及びP5、P1及びP6、P2及びP3」の組み合わせについていえば、スイッチング素子に関係するショート故障が、2つの第1の故障判定用指令パターンP4及びP5においてオン指令されていたスイッチング素子S4が属するレグ内においてオフ指令されていたスイッチング素子S1、2つの第1の故障判定用指令パターンP1及びP6においてオン指令されていたスイッチング素子S5が属するレグ内においてオフ指令されていたスイッチング素子S2、2つの第1の故障判定用指令パターンP2及びP3においてオン指令されていたスイッチング素子S6が属するレグ内においてオフ指令されていたスイッチング素子S3、で発生している。第1の故障判定用指令パターンの「P1及びP2、P3及びP4、P5及びP6」の組み合わせについていえば、スイッチング素子に関係するショート故障が、2つの第1の故障判定用指令パターンP1及びP2においてオン指令されていたスイッチング素子S1が属するレグ内においてオフ指令されていたスイッチング素子S4、2つの第1の故障判定用指令パターンP3及びP4においてオン指令されていたスイッチング素子S2が属するレグ内においてオフ指令されていたスイッチング素子S5、2つの第1の故障判定用指令パターンP5及びP6においてオン指令されていたスイッチング素子S3が属するレグ内においてオフ指令されていたスイッチング素子S6、で発生している。そこで、故障判定部13は、スイッチング素子に関係するショート故障が、ブリッジ回路の上アームのスイッチング素子S1、S2及びS3の全て、またはブリッジ回路の下アームのスイッチング素子S4、S5及びS6の全てについて発生していると判定する。 For example, all the detected values of the current on the DC side of the bridge circuit acquired by the current acquisition unit 12 when each switching element is operated based on each of the six first failure determination command patterns P1 to P6 are the first. When it is larger than the threshold value of 2, the combination of the two first failure determination command patterns for on-commanding one switching element is "P4 and P5, P1 and P6, P2 and P3" and "P1 and P2, P3". And P4, P5 and P6 ”. Of these, regarding the combination of the first failure determination command patterns "P4 and P5, P1 and P6, P2 and P3", the short failure related to the switching element is the two first failure determination command patterns. The switching element S1 that was commanded off in the leg to which the switching element S4 that was commanded on in P4 and P5 belongs, and the switching element S that was commanded to be turned on in the two first failure determination command patterns P1 and P6. Switching element S 2 that was commanded off in the leg to which 5 belongs, and switching that was commanded off in the leg to which the switching element S 6 that was commanded on in the two first failure determination command patterns P2 and P3 belong. It is generated in the element S3 . Regarding the combination of the first failure determination command patterns "P1 and P2, P3 and P4, P5 and P6", the short failure related to the switching element is the two first failure determination command patterns P1 and P2. The switching element S4 that was ordered to be off in the leg to which the switching element S1 that was commanded to be turned on belongs to the switching element S4 that was commanded to be turned off in the two first failure determination command patterns P3 and P4. The switching element S 5 that was commanded off in the leg, and the switching element S 6 that was commanded off in the leg to which the switching element S 3 that was commanded on in the two first failure determination command patterns P5 and P6 belong. It is occurring in. Therefore, in the failure determination unit 13, a short failure related to the switching element is caused by all of the switching elements S 1 , S 2 and S 3 in the upper arm of the bridge circuit, or the switching elements S 4 and S 5 in the lower arm of the bridge circuit. And it is determined that all of S 6 have occurred.

このように、本開示の一実施形態による故障検出装置1及びこれを備えるモータ駆動装置100によれば、第1の故障判定用指令パターンを用いて、三相の電力変換装置2内のスイッチング素子に関係するオープン故障及びショート故障の発生箇所を迅速かつ正確に検出することができる。 As described above, according to the failure detection device 1 according to the embodiment of the present disclosure and the motor drive device 100 including the failure detection device 1, the switching element in the three-phase power conversion device 2 is used by using the first failure determination command pattern. It is possible to quickly and accurately detect the location of an open failure or short failure related to the above.

続いて、単相のブリッジ回路からなる電力変換装置の故障を検出する故障検出装置及びこれを備えるモータ駆動装置について説明する。 Subsequently, a failure detection device for detecting a failure of a power conversion device including a single-phase bridge circuit and a motor drive device including the failure detection device will be described.

図7は、本開示の一実施形態による単相の電力変換装置の故障を検出する故障検出装置及びこれを備えるモータ駆動装置を示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing a failure detection device for detecting a failure of a single-phase power conversion device according to an embodiment of the present disclosure and a motor drive device including the failure detection device.

本開示の一実施形態によるモータ駆動装置100は、単相のブリッジ回路を構成する4つのスイッチング素子のオンオフ動作により直流から交流への電力変換または交流から直流への電力変換を行うことでモータ(図示せず)の駆動に用いられる電力を生成する電力変換装置2と、電力変換装置2の故障を検出する故障検出装置1とを備える。 The motor drive device 100 according to the embodiment of the present disclosure is a motor (power conversion from direct current to alternating current or power conversion from alternating current to direct current by on / off operation of four switching elements constituting a single-phase bridge circuit. A power conversion device 2 that generates electric power used for driving (not shown) and a failure detection device 1 that detects a failure of the power conversion device 2 are provided.

単相の電力変換装置2は、単相のブリッジ回路と、スイッチング制御部21と、ドライブ回路22と、電流検出部23と、電圧検出部24とを備える。電力変換装置2の直流側には正極端子25及び負極端子26が設けられる。 The single-phase power conversion device 2 includes a single-phase bridge circuit, a switching control unit 21, a drive circuit 22, a current detection unit 23, and a voltage detection unit 24. A positive electrode terminal 25 and a negative electrode terminal 26 are provided on the DC side of the power conversion device 2.

単相の電力変換装置2の例としては、例えばPWM制御方式のインバータ、PWM制御方式のコンバータ(整流器)、及び120度通電方式のコンバータ(整流器)などがある。単相の電力変換装置2の交流側及び直流側に接続される各種回路の例については、三相の電力変換装置に関する説明において挙げたものと同様である。 Examples of the single-phase power conversion device 2 include, for example, a PWM control type inverter, a PWM control type converter (rectifier), and a 120-degree energization type converter (rectifier). Examples of various circuits connected to the AC side and the DC side of the single-phase power conversion device 2 are the same as those given in the description of the three-phase power conversion device.

電力変換装置2内の単相のブリッジ回路は、単相の各相に対応する2つのレグを有する。各レグは、上アーム及び下アームを有する。各上アーム及び各下アームには、スイッチング素子とこのスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードとからなるパワー素子が設けられる。ここでは、各上アームに設けられるスイッチング素子をS1及びS2とし、各下アームに設けられるスイッチング素子をS3及びS4とする。スイッチング素子の例については、三相の電力変換装置に関する説明において挙げたものと同様である。 The single-phase bridge circuit in the power converter 2 has two legs corresponding to each phase of the single phase. Each leg has an upper arm and a lower arm. Each upper arm and each lower arm are provided with a power element including a switching element and a diode connected in antiparallel to the switching element. Here, the switching elements provided on each upper arm are referred to as S 1 and S 2 , and the switching elements provided on each lower arm are referred to as S 3 and S 4 . Examples of switching elements are the same as those given in the description of the three-phase power conversion device.

電力変換装置2の単相のブリッジ回路の交流側の電力線のうちの少なくとも一相分にはプローブ(図7に示す例ではプローブT1)が設けられ、電流検出部23は、プローブT1を介して電力変換装置2(のブリッジ回路)の交流側の電流を検出する。また、電力変換装置2のブリッジ回路の直流側の正負の電力線のうちの少なくとも1つにはプローブ(図1に示す例では正側の電力線にプローブT3)が設けられ、電流検出部23は、プローブT3を介して電力変換装置2のブリッジ回路の直流側の電流(特に過電流)を検出する。電流検出部23による電力変換装置2のブリッジ回路の直流側の電流の検出処理に代えて、スイッチング素子及びダイオードからなるパワー素子をIPMにて構成する場合はIPMの過電流検出機能を用いてもよく、あるいは、ドライブ回路22がDESAT検出回路を有するドライバICにて構成される場合はDESAT検出回路の過電流検出機能を用いてもよい。 A probe (probe T 1 in the example shown in FIG. 7) is provided for at least one phase of the power lines on the AC side of the single-phase bridge circuit of the power conversion device 2, and the current detection unit 23 uses the probe T 1 as a probe. The current on the AC side of the power conversion device 2 (bridge circuit) is detected via the current. Further, at least one of the positive and negative power lines on the DC side of the bridge circuit of the power conversion device 2 is provided with a probe (probe T 3 on the positive power line in the example shown in FIG. 1), and the current detection unit 23 is provided with a probe. , The DC side current (particularly overcurrent) of the bridge circuit of the power conversion device 2 is detected via the probe T 3 . When the power element consisting of a switching element and a diode is configured by IPM instead of the current detection process on the DC side of the bridge circuit of the power conversion device 2 by the current detection unit 23, the overcurrent detection function of IPM may be used. Alternatively, if the drive circuit 22 is composed of a driver IC having a DESAT detection circuit, the overcurrent detection function of the DESAT detection circuit may be used.

単相の電力変換装置2におけるスイッチング制御部21、ドライブ回路22、電圧検出部24、正極端子25及び負極端子26については、三相の電力変換装置2に関して説明したものと同様である。電流検出部23によって検出された電流の検出値及び電圧検出部24によって検出された電圧の検出値は、電力変換装置2における電力変換制御や電力変換装置2を有するモータ駆動装置100におけるモータ駆動制御に用いられるとともに、故障検出装置1の故障検出処理にも用いられる。 The switching control unit 21, drive circuit 22, voltage detection unit 24, positive electrode terminal 25, and negative electrode terminal 26 in the single-phase power conversion device 2 are the same as those described for the three-phase power conversion device 2. The current detection value detected by the current detection unit 23 and the voltage detection value detected by the voltage detection unit 24 are the power conversion control in the power conversion device 2 and the motor drive control in the motor drive device 100 having the power conversion device 2. It is also used in the failure detection process of the failure detection device 1.

本開示の一実施形態による故障検出装置1は、指令生成部11と、電流取得部12と、故障判定部13とを備える。また、故障検出装置1が検出すべき故障内容に応じて、故障検出装置1は、電圧取得部14と電流推定部15とを備える。故障検出装置1は、モータ駆動装置100内に内蔵されてもよく、電力変換装置2と取り外し可能に接続されてもよい。故障検出装置1を既存の電力変換装置2に接続することもできる。 The failure detection device 1 according to the embodiment of the present disclosure includes a command generation unit 11, a current acquisition unit 12, and a failure determination unit 13. Further, the failure detection device 1 includes a voltage acquisition unit 14 and a current estimation unit 15 according to the failure content to be detected by the failure detection device 1. The failure detection device 1 may be built in the motor drive device 100, or may be detachably connected to the power conversion device 2. The failure detection device 1 can also be connected to the existing power conversion device 2.

指令生成部11は、単相のブリッジ回路のスイッチング素子に対して指令パターンを生成するので、互いに異なる4つの指令パターンを生成する。なお、指令生成部11は、スイッチング素子に関係するオープン故障及びショート故障を検出するために第1の故障判定用指令パターンを生成し、スイッチング素子の各々に対応して設けられた過電流検出部(図示せず)の故障を検出するために第2の故障判定用指令パターンを生成する。すなわち、指令生成部11により生成された指令パターンは、故障を検出するために用いられるものであり、上位制御部(図示せず)から指令される電力変換装置2の通常の電力変換制御やモータ駆動装置100の通常のモータ駆動制御に用いられる指令パターンとは異なる。指令生成部11により生成された指令パターンは、故障判定部13及びスイッチング制御部21に送られる。スイッチング制御部21は、指令生成部11により生成された指令パターンに基づいて、各スイッチング素子に対するオン指令及びオフ指令を生成する。 Since the command generation unit 11 generates a command pattern for the switching element of the single-phase bridge circuit, four command patterns different from each other are generated. The command generation unit 11 generates a first failure determination command pattern in order to detect an open failure and a short failure related to the switching element, and an overcurrent detection unit provided corresponding to each of the switching elements. A second failure determination command pattern is generated in order to detect a failure (not shown). That is, the command pattern generated by the command generation unit 11 is used for detecting a failure, and is a normal power conversion control of the power conversion device 2 or a motor commanded by a higher-level control unit (not shown). It is different from the command pattern used for the normal motor drive control of the drive device 100. The command pattern generated by the command generation unit 11 is sent to the failure determination unit 13 and the switching control unit 21. The switching control unit 21 generates an on command and an off command for each switching element based on the command pattern generated by the command generation unit 11.

故障検出装置1にて電力変換装置2の故障を検出する際には、電力変換装置2の交流側には故障検出用の負荷回路3を接続するとともに、電力変換装置2の直流側には正極端子25及び負極端子26を介して故障検出用の直流電源(図示せず)を接続して直流電圧を印加する。負荷回路3の例については、三相の電力変換装置に関する説明において挙げたものと同様である。 When the failure detection device 1 detects a failure of the power conversion device 2, a load circuit 3 for failure detection is connected to the AC side of the power conversion device 2, and a positive voltage is connected to the DC side of the power conversion device 2. A DC power supply (not shown) for failure detection is connected via the terminal 25 and the negative electrode terminal 26, and a DC voltage is applied. The example of the load circuit 3 is the same as that given in the description of the three-phase power conversion device.

電流取得部12については、三相の電力変換装置2に関する説明において挙げたものと同様である。 The current acquisition unit 12 is the same as that mentioned in the description of the three-phase power conversion device 2.

故障判定部13は、指令パターンにおける各スイッチング素子に対するオン指令及びオフ指令の組み合わせの内容と、電力変換装置2の直流側に直流電圧が印加されかつ電力変換装置2の交流側に負荷回路3が接続された状態において各スイッチング素子に対して指令パターンを指令して各スイッチング素子を動作させたときに電流取得部12が取得した電流の検出値とに基づいて、電力変換装置2の故障を判定する。すなわち、図7に示す例では、単相の電力変換装置2の故障を検出するため、互いに異なる4つの指令パターンのそれぞれを指令して各スイッチング素子を動作させる。4つの指令パターンの各々に対応して、電流取得部12は電流の検出値を4種類取得する。スイッチング素子にオープン故障またはショート故障が発生していたりスイッチング素子に対応して設けられた過電流検出部が故障していた場合には、電流取得部12が取得した電流の検出値に何らかの変化が現れる。そこで、本開示の一実施形態では、故障判定部13は、指令パターンにおける各スイッチング素子に対するオン指令及びオフ指令の組み合わせと電流取得部12が取得した電流の検出値との対応関係に基づき、単相の電力変換装置2の故障の発生箇所及び故障の内容を判定する。故障判定部13による判定結果は、故障検出装置1の検出結果として外部へ出力される。故障検出装置1の検出結果は、例えば表示部(図示せず)に表示される。表示部の例については、三相の電力変換装置に関する説明において挙げたものと同様である。 In the failure determination unit 13, the content of the combination of the on command and the off command for each switching element in the command pattern, the DC voltage is applied to the DC side of the power conversion device 2, and the load circuit 3 is on the AC side of the power conversion device 2. A failure of the power conversion device 2 is determined based on the current detection value acquired by the current acquisition unit 12 when a command pattern is commanded to each switching element in the connected state to operate each switching element. do. That is, in the example shown in FIG. 7, in order to detect the failure of the single-phase power conversion device 2, each of the four different command patterns is commanded to operate each switching element. The current acquisition unit 12 acquires four types of current detection values corresponding to each of the four command patterns. If an open failure or short-circuit failure has occurred in the switching element, or if the overcurrent detection unit provided corresponding to the switching element has failed, there is some change in the current detection value acquired by the current acquisition unit 12. appear. Therefore, in one embodiment of the present disclosure, the failure determination unit 13 simply bases on the correspondence between the combination of the on command and the off command for each switching element in the command pattern and the detected value of the current acquired by the current acquisition unit 12. The location where the failure of the phase power conversion device 2 occurs and the content of the failure are determined. The determination result by the failure determination unit 13 is output to the outside as the detection result of the failure detection device 1. The detection result of the failure detection device 1 is displayed, for example, on a display unit (not shown). The example of the display unit is the same as that given in the description of the three-phase power conversion device.

図8は、本開示の一実施形態による単相の電力変換装置内のスイッチング素子に関係するオープン故障及びショート故障を検出するために用いられる第1の故障判定用指令パターンを示す図である。 FIG. 8 is a diagram showing a first failure determination command pattern used for detecting an open failure and a short failure related to a switching element in a single-phase power conversion device according to an embodiment of the present disclosure.

図7に示す単相の電力変換装置2のオープン故障及びショート故障を検出するための第1の故障判定用指令パターンとして、互いに異なる4つの指令パターンが指令生成部11によって生成される。4つの第1の故障判定用指令パターンの各々を、識別番号N(ただし、Nは1~4の自然数)を用いて識別する。4つの第1の故障判定用指令パターンPNの各々は、ブリッジ回路を構成するいずれか1つの上アームのスイッチング素子といずれか1つの下アームのスイッチング素子とに対するオン指令と、当該オン指令されたスイッチング素子以外のスイッチング素子に対するオフ指令と、の組み合わせからなる。より詳細には次の通りである。 As a first failure determination command pattern for detecting an open failure and a short failure of the single-phase power conversion device 2 shown in FIG. 7, four different command patterns are generated by the command generation unit 11. Each of the four first failure determination command patterns is identified by using the identification number N (where N is a natural number of 1 to 4). Each of the four first failure determination command patterns PN is an on-command for any one upper arm switching element and any one lower arm switching element constituting the bridge circuit, and the on-command. It consists of a combination of an off command for switching elements other than the switching element. More details are as follows.

第1の故障判定用指令パターンP1は、上アームのスイッチング素子S1と下アームのスイッチング素子S4とに対するオン指令と、当該オン指令されたスイッチング素子S1及びS4以外のスイッチング素子S2及びS3に対するオフ指令と、の組み合わせからなる。 The first failure determination command pattern P1 includes an on-command for the switching element S 1 of the upper arm and the switching element S 4 of the lower arm, and a switching element S 2 other than the on-commanded switching elements S 1 and S 4 . It consists of a combination of and an off command for S3 .

第1の故障判定用指令パターンP2は、上アームのスイッチング素子S2と下アームのスイッチング素子S3とに対するオン指令と、当該オン指令されたスイッチング素子S2及びS3以外のスイッチング素子S1及びS4に対するオフ指令と、の組み合わせからなる。 The first failure determination command pattern P2 includes an on-command for the switching element S 2 of the upper arm and the switching element S 3 of the lower arm, and a switching element S 1 other than the on-commanded switching elements S 2 and S 3 . It consists of a combination of and an off command for S4 .

第1の故障判定用指令パターンP3は、上アームのスイッチング素子S1と下アームのスイッチング素子S3とに対するオン指令と、当該オン指令されたスイッチング素子S1及びS3以外のスイッチング素子S2及びS4に対するオフ指令と、の組み合わせからなる。 The first failure determination command pattern P3 includes an on-command for the switching element S 1 of the upper arm and the switching element S 3 of the lower arm, and a switching element S 2 other than the on-commanded switching elements S 1 and S 3 . It consists of a combination of and an off command for S4 .

第1の故障判定用指令パターンP4は、上アームのスイッチング素子S2と下アームのスイッチング素子S4とに対するオン指令と、当該オン指令されたスイッチング素子S2及びS4以外のスイッチング素子S1及びS3に対するオフ指令と、の組み合わせからなる。 The first failure determination command pattern P4 includes an on-command for the switching element S 2 of the upper arm and the switching element S 4 of the lower arm, and a switching element S 1 other than the on-commanded switching elements S 2 and S 4 . It consists of a combination of and an off command for S3 .

図9は、本開示の一実施形態による単相の電力変換装置の故障を検出する故障検出装置及びこれを備えるモータ駆動装置におけるスイッチング素子に関係するオープン故障またはショート故障の検出処理を示すフローチャートである。 FIG. 9 is a flowchart showing a failure detection device for detecting a failure of a single-phase power conversion device according to an embodiment of the present disclosure and an open failure or short failure detection process related to a switching element in a motor drive device including the failure detection device. be.

故障検出装置1及びこれを備えるモータ駆動装置100におけるスイッチング素子に関係するオープン故障またはショート故障の検出処理は、単相の電力変換装置2の直流側に直流電圧が印加されかつ電力変換装置2の交流側に負荷回路3が接続された状態で実行される。 In the detection process of open failure or short failure related to the switching element in the failure detection device 1 and the motor drive device 100 including the failure detection device 1, a DC voltage is applied to the DC side of the single-phase power conversion device 2 and the power conversion device 2 has a DC voltage. It is executed with the load circuit 3 connected to the AC side.

まず、ステップS201において、指令生成部11は、初期設定として、第1の故障判定用指令パターンの識別番号Nを1に設定する。ステップS201における第1の故障判定用指令パターンの識別番号Nの1の設定は、例えば、作業者の故障検出装置1への入力装置を用いた入力操作によって行われてもよく、あるいは故障検出装置1による故障検出処理の開始時に自動的に行われてもよく、あるいは故障検出装置1の電源投入時に自動的に行われてもよい。 First, in step S201, the command generation unit 11 sets the identification number N of the first failure determination command pattern to 1 as an initial setting. The setting of the identification number N of the first failure determination command pattern in step S201 may be performed, for example, by an input operation using an input device to the failure detection device 1 of the operator, or the failure detection device. It may be automatically performed at the start of the failure detection process according to 1, or may be automatically performed when the power of the failure detection device 1 is turned on.

ステップS202において、指令生成部11は、スイッチング制御部21に対して第1の故障判定用指令パターンPNを指令する。スイッチング制御部21は、指令生成部11から受信した第1の故障判定用指令パターンPNに基づき、各スイッチング素子に対するオン指令及びオフ指令を生成する。生成されたオン指令及びオフ指令は、ドライブ回路22に送られる。ドライブ回路22は、オン指令及びオフ指令に応じてスイッチング素子をオンオフするためのゲート電圧を各スイッチング素子に印加する。なお、指令生成部11により生成された第1の故障判定用指令パターンPNは、故障判定部13にも送られる。 In step S202, the command generation unit 11 commands the switching control unit 21 for the first failure determination command pattern PN. The switching control unit 21 generates an on command and an off command for each switching element based on the first failure determination command pattern PN received from the command generation unit 11. The generated on-command and off-command are sent to the drive circuit 22. The drive circuit 22 applies a gate voltage to each switching element to turn on / off the switching element in response to the on command and the off command. The first failure determination command pattern PN generated by the command generation unit 11 is also sent to the failure determination unit 13.

ステップS203において、電流取得部12は、第1の故障判定用指令パターンPNに対応する電流検出部23による電流の検出値を取得する。電流取得部12により取得された電流の検出値は、故障判定部13に送られる。故障判定部13は、電流取得部12から送られてきた電流の検出値と、当該電流の検出値の取得の際に用いられていた第1の故障判定用指令パターンPNとを対応付けて記憶する。 In step S203, the current acquisition unit 12 acquires the current detection value by the current detection unit 23 corresponding to the first failure determination command pattern PN. The detected value of the current acquired by the current acquisition unit 12 is sent to the failure determination unit 13. The failure determination unit 13 stores the detected value of the current sent from the current acquisition unit 12 in association with the first failure determination command pattern PN used when acquiring the detected value of the current. do.

ステップS204において、指令生成部11は、第1の故障判定用指令パターンPNの識別番号Nが4であるか否かを判定する。第1の故障判定用指令パターンPNの識別番号Nが4であると判定された場合はステップS206へ進み、第1の故障判定用指令パターンPNの識別番号Nが4であると判定されなかった場合はステップS205へ進む。 In step S204, the command generation unit 11 determines whether or not the identification number N of the first failure determination command pattern PN is 4. If it is determined that the identification number N of the first failure determination command pattern PN is 4, the process proceeds to step S206, and it is not determined that the identification number N of the first failure determination command pattern PN is 4. In that case, the process proceeds to step S205.

ステップS205において、指令生成部11は、第1の故障判定用指令パターンPNの識別番号Nを1つインクリメントする。その後、ステップS202へ戻る。 In step S205, the command generation unit 11 increments the identification number N of the first failure determination command pattern PN by one. After that, the process returns to step S202.

ステップS206において、故障判定部13は、4つの第1の故障判定用指令パターンPNにおける各スイッチング素子に対するオン指令及びオフ指令の組み合わせと電流取得部12が取得した電流の検出値との対応関係に基づき、単相の電力変換装置2のオープン故障またはショート故障の発生箇所を判定する。その後、一連の故障検出処理を終了する。 In step S206, the failure determination unit 13 corresponds to the combination of the on command and the off command for each switching element in the four first failure determination command patterns PN and the detected value of the current acquired by the current acquisition unit 12. Based on this, the location where the open failure or short failure of the single-phase power conversion device 2 occurs is determined. After that, a series of failure detection processes are terminated.

上述した第1の故障判定用指令パターンは、単相の電力変換装置2内のスイッチング素子に関係するオープン故障及びショート故障を検出するために用いられる。続いて、第1の故障判定用指令パターンを用いて単相の電力変換装置2内のスイッチング素子に関係するオープン故障を検出する場合について説明する。 The first failure determination command pattern described above is used to detect an open failure and a short failure related to the switching element in the single-phase power conversion device 2. Subsequently, a case where an open failure related to the switching element in the single-phase power conversion device 2 is detected by using the first failure determination command pattern will be described.

故障検出装置1にて単相の電力変換装置2内のスイッチング素子に関係するオープン故障を検出する場合、故障判定部13は、4つの第1の故障判定用指令パターンPNにおける各スイッチング素子に対するオン指令及びオフ指令の組み合わせと電流取得部12が取得した4つの電流の検出値との対応関係に基づき、単相の電力変換装置2のオープン故障の発生箇所を判定する。 When the failure detection device 1 detects an open failure related to the switching element in the single-phase power conversion device 2, the failure determination unit 13 is turned on for each switching element in the four first failure determination command patterns PN. Based on the correspondence between the combination of the command and the off command and the detected values of the four currents acquired by the current acquisition unit 12, the location where the open failure of the single-phase power conversion device 2 occurs is determined.

図10は、本開示の一実施形態による単相の電力変換装置の故障を検出する故障検出装置及びこれを備えるモータ駆動装置におけるオープン故障が発生しているスイッチング素子と第1の故障判定用指令パターンとの関係を示す図である。図10において、第1の故障判定用指令パターンP1~P4に関して、電流取得部12が取得した電流の検出値が第1の閾値未満(すなわちゼロに近い値)である場合を「×」で示し、第1の閾値以上(すなわちゼロよりも十分に大きい正常値)である場合を「〇」で示す。また、図10において、各スイッチング素子S1~S4に関して、オープン故障が発生していると判定される場合を「×」で示す。故障判定部13は、単相の電力変換装置2内のスイッチング素子S1~S4のオープン故障を図10に示す対応関係に基づき検出する。 FIG. 10 shows a failure detection device for detecting a failure of a single-phase power conversion device according to an embodiment of the present disclosure, a switching element in which an open failure has occurred in a motor drive device including the failure detection device, and a first failure determination command. It is a figure which shows the relationship with a pattern. In FIG. 10, with respect to the first failure determination command patterns P1 to P4, the case where the detected value of the current acquired by the current acquisition unit 12 is less than the first threshold value (that is, a value close to zero) is indicated by “x”. , The case where the value is equal to or higher than the first threshold value (that is, a normal value sufficiently larger than zero) is indicated by “◯”. Further, in FIG. 10 , the case where it is determined that an open failure has occurred for each of the switching elements S1 to S4 is indicated by “x”. The failure determination unit 13 detects an open failure of the switching elements S1 to S4 in the single -phase power conversion device 2 based on the correspondence shown in FIG.

故障判定部13は、4つの第1の故障判定用指令パターンのそれぞれに基づいて各スイッチング素子を動作させたときに電流取得部12が取得した4つの電流の検出値のうち、2つまたは3つの第1の故障判定用指令パターンの下で電流取得部12が取得した2つまたは3つの電流の検出値が第1の閾値未満である場合は、当該2つまたは3つの第1の故障判定用指令パターンのうちの2つにおいてオン指令されていたスイッチング素子に関係するオープン故障が発生していると判定する。なお、単相の電力変換装置2の場合も、三相の電力変換装置と同様、ゼロに近くかつゼロより大きい第1の閾値(例えば数十ミリアンペア)を予め設定して故障判定部13内に記憶しておく。電流取得部12が取得した電流の検出値がゼロに近い値であるか否かの判定は、電流取得部12が取得した電流の検出値と第1の閾値との比較結果に基づき行えばよい。すなわち、故障判定部13は、電流取得部12が取得した電流の検出値が第1の閾値未満であることをもって、電流取得部12が取得した電流の検出値がゼロに近い値であると判定する。 The failure determination unit 13 has two or three of the four current detection values acquired by the current acquisition unit 12 when each switching element is operated based on each of the four first failure determination command patterns. If the detected values of the two or three currents acquired by the current acquisition unit 12 under the first failure determination command pattern are less than the first threshold value, the two or three first failure determinations are made. It is determined that an open failure related to the switching element that was on-commanded in two of the command patterns has occurred. In the case of the single-phase power conversion device 2, as in the case of the three-phase power conversion device, a first threshold value (for example, several tens of milliamperes) that is close to zero and larger than zero is set in advance in the failure determination unit 13. Remember. Whether or not the detected value of the current acquired by the current acquisition unit 12 is close to zero may be determined based on the comparison result between the detected value of the current acquired by the current acquisition unit 12 and the first threshold value. .. That is, the failure determination unit 13 determines that the current detection value acquired by the current acquisition unit 12 is close to zero when the current detection value acquired by the current acquisition unit 12 is less than the first threshold value. do.

例えば、第1の故障判定用指令パターンP1~P4の下で電流取得部12が取得した電流の検出値のうち、2つの第1の故障判定用指令パターンP1及びP3の下で電流取得部12が取得した電流の検出値が第1の閾値未満である場合、故障判定部13は、当該2つの第1の故障判定用指令パターンP1及びP3においてオン指令されていたスイッチング素子S1に関係するオープン故障が発生していると判定する。 For example, among the detected values of the current acquired by the current acquisition unit 12 under the first failure determination command patterns P1 to P4, the current acquisition unit 12 under the two first failure determination command patterns P1 and P3. When the detected value of the current acquired by is less than the first threshold value, the failure determination unit 13 relates to the switching element S1 that has been on-commanded in the two first failure determination command patterns P1 and P3. It is determined that an open failure has occurred.

例えば、第1の故障判定用指令パターンP1~P4の下で電流取得部12が取得した電流の検出値のうち、3つの第1の故障判定用指令パターンP2~P4の下で電流取得部12が取得した電流の検出値が第1の閾値未満である場合、故障判定部13は、当該3つの第1の故障判定用指令パターンP2~P4のうちの、2つの第1の故障判定用指令パターンP2及びP3の下でオン指令されていたスイッチング素子S3に関係するオープン故障と、2つの第1の故障判定用指令パターンP2及びP4の下でオン指令されていたスイッチング素子S2に関係するオープン故障とが発生していると判定する。 For example, among the current detection values acquired by the current acquisition unit 12 under the first failure determination command patterns P1 to P4, the current acquisition unit 12 under the three first failure determination command patterns P2 to P4. When the detected value of the current acquired by is less than the first threshold value, the failure determination unit 13 has two first failure determination commands among the three first failure determination command patterns P2 to P4. It is related to the open failure related to the switching element S3 which was on - commanded under the patterns P2 and P3, and the switching element S2 which was on-commanded under the two first failure determination command patterns P2 and P4. It is determined that an open failure has occurred.

故障判定部13は、4つの第1の故障判定用指令パターンのそれぞれに基づいて各スイッチング素子を動作させたときに電流取得部12が取得した4つの電流の検出値が第1の閾値未満である場合、1つのスイッチング素子をオン指令する2つの第1の故障判定用指令パターンの組み合わせは、「P1及びP3」、「P2及びP4」、「P2及びP3」、並びに「P1及びP4」の4種類ある。これら4種類のうちの少なくとも2種類を、1つのスイッチング素子をオン指令する第1の故障判定用指令パターンとして採用すれば、4つの第1の故障判定用指令パターンP1~P6の全てを、オープン故障の判定処理で使い切ることができる。ここで、第1の故障判定用指令パターンP1及びP3は、スイッチング素子S1をオン指令している。第1の故障判定用指令パターンP2及びP4は、スイッチング素子S2をオン指令している。第1の故障判定用指令パターンP2及びP3は、スイッチング素子S3をオン指令している。第1の故障判定用指令パターンP1及びP4は、スイッチング素子S4をオン指令している。そこで、故障判定部13は、4つの第1の故障判定用指令パターンのそれぞれに基づいて各スイッチング素子を動作させたときに電流取得部12が取得した4つの電流の検出値が第1の閾値未満である場合は、4つのスイッチング素子のうちの少なくとも2つのスイッチング素子に関係するオープン故障が発生していると判定する。 When the failure determination unit 13 operates each switching element based on each of the four first failure determination command patterns, the detection values of the four currents acquired by the current acquisition unit 12 are less than the first threshold value. In some cases, the combination of the two first failure determination command patterns that command one switching element on is of "P1 and P3", "P2 and P4", "P2 and P3", and "P1 and P4". There are four types. If at least two of these four types are adopted as the first failure determination command pattern for on-commanding one switching element, all four first failure determination command patterns P1 to P6 are open. It can be used up in the failure judgment process. Here, the first failure determination command patterns P1 and P3 turn on the switching element S1. The first failure determination command patterns P2 and P4 turn on the switching element S 2 . The first failure determination command patterns P2 and P3 turn on the switching element S3. The first failure determination command patterns P1 and P4 turn on the switching element S 4 . Therefore, in the failure determination unit 13, the detection values of the four currents acquired by the current acquisition unit 12 when each switching element is operated based on each of the four first failure determination command patterns is the first threshold value. If it is less than, it is determined that an open failure related to at least two of the four switching elements has occurred.

なお、第1の故障判定用指令パターンP3及びP4はいずれも、同一のレグ内の上アーム及び下アームのスイッチング素子をオフ指令して強制的にショートさせるものであるので、第1の故障判定用指令パターンP1及びP2の下で電流取得部12により取得された電流の検出値が第1の閾値以上(すなわちゼロよりも十分に大きい正常値)である場合は、第1の故障判定用指令パターンP3及びP4の下での電流取得部12による電流の検出値の取得処理を省略してもよい。 Since the first failure determination command patterns P3 and P4 both command the switching elements of the upper arm and the lower arm in the same leg to be turned off and forcibly short-circuit them, the first failure determination is made. When the detected value of the current acquired by the current acquisition unit 12 under the command patterns P1 and P2 is equal to or higher than the first threshold value (that is, a normal value sufficiently larger than zero), the first failure determination command is used. The process of acquiring the current detection value by the current acquisition unit 12 under the patterns P3 and P4 may be omitted.

続いて、第1の故障判定用指令パターンを用いて単相の電力変換装置2内のスイッチング素子に関係するショート故障を検出する場合について説明する。 Subsequently, a case where a short-circuit failure related to the switching element in the single-phase power conversion device 2 is detected by using the first failure determination command pattern will be described.

故障検出装置1にて単相の電力変換装置2内のスイッチング素子に関係するショート故障を検出する場合、故障判定部13は、2つの第1の故障判定用指令パターンPNにおける各スイッチング素子に対するオン指令及びオフ指令の組み合わせと電流取得部12が取得した2つの電流の検出値との対応関係に基づき、単相の電力変換装置2のショート故障の発生箇所を判定する。 When the failure detection device 1 detects a short-circuit failure related to the switching element in the single-phase power conversion device 2, the failure determination unit 13 turns on each switching element in the two first failure determination command patterns PN. Based on the correspondence between the combination of the command and the off command and the detected values of the two currents acquired by the current acquisition unit 12, the location where the short-circuit failure of the single-phase power conversion device 2 occurs is determined.

図11は、本開示の一実施形態による単相の電力変換装置の故障を検出する故障検出装置及びこれを備えるモータ駆動装置におけるショート故障が発生しているスイッチング素子と第1の故障判定用指令パターンとの関係を示す図である。図11において、第1の故障判定用指令パターンP1及びP2に関して、電流取得部12が取得した電流の検出値が第2の閾値より大きい値である場合(すなわち過電流を示す場合)を「×」で示し、第2の閾値以下(すなわち正常値)である場合を「〇」で示す。また、図11において、各スイッチング素子S1~S4に関して、ショート故障が発生していると判定される場合を「×」で示す。故障判定部13は、単相の電力変換装置2内のスイッチング素子S1~S4のショート故障を図11に示す対応関係に基づき検出する。なお、第1の故障判定用指令パターンP3及びP4はいずれも、同一のレグ内の上アーム及び下アームのスイッチング素子をオフ指令して強制的にショートさせるものであるので、スイッチング素子に関係するショート故障の判定には用いられない。 FIG. 11 shows a failure detection device for detecting a failure of a single-phase power conversion device according to an embodiment of the present disclosure, a switching element in which a short-circuit failure has occurred in a motor drive device including the failure detection device, and a first failure determination command. It is a figure which shows the relationship with a pattern. In FIG. 11, regarding the first failure determination command patterns P1 and P2, the case where the detected value of the current acquired by the current acquisition unit 12 is larger than the second threshold value (that is, the case of indicating an overcurrent) is “x”. , And the case where the value is equal to or less than the second threshold value (that is, the normal value) is indicated by “◯”. Further, in FIG. 11, the case where it is determined that a short - circuit failure has occurred in each of the switching elements S1 to S4 is indicated by “x”. The failure determination unit 13 detects a short - circuit failure of the switching elements S1 to S4 in the single -phase power conversion device 2 based on the correspondence shown in FIG. It should be noted that the first failure determination command patterns P3 and P4 are related to the switching element because they both command the switching elements of the upper arm and the lower arm in the same leg to be turned off and forcibly short-circuit them. It is not used to determine short faults.

仮にスイッチング素子S4がショート故障していたとするとスイッチング素子S4はオフ指令したままにもかかわらずクローズしたままとなる。第1の故障判定用指令パターンP2の下でスイッチング素子S2及びS3に対してオン指令されるとスイッチング素子S2及びS3はクローズするので、電力変換装置2のブリッジ回路の直流側からみて、正極端子25と同一のレグに属するスイッチング素子S2及びスイッチング素子S4と負極端子26とからなるショート回路が構成される。その結果、電力変換装置2のブリッジ回路の直流側に直流電圧が印加されると、正極端子25とスイッチング素子S2とスイッチング素子S4と負極端子26とからなるショート回路に過電流が流れる。また、仮にスイッチング素子S1がショート故障していたとするとスイッチング素子S1はオフ指令したままにもかかわらずクローズしたままとなる。第1の故障判定用指令パターンP2の下でスイッチング素子S2及びS3に対してオン指令されるとスイッチング素子S2及びS3はクローズするので、電力変換装置2のブリッジ回路の直流側からみて、正極端子25と同一のレグに属するスイッチング素子S1及びスイッチング素子S3と負極端子26とからなるショート回路が構成される。その結果、電力変換装置2のブリッジ回路の直流側に直流電圧が印加されると、正極端子25とスイッチング素子S1とスイッチング素子S3と負極端子26とからなるショート回路に過電流が流れる。また、仮にスイッチング素子S1及びS4の両方がショート故障していたとしても、電力変換装置2のブリッジ回路の直流側に直流電圧が印加されると、同様に、正極端子25とスイッチング素子S1とスイッチング素子S3と負極端子26とからなるショート回路及び正極端子25とスイッチング素子S2とスイッチング素子S3と負極端子26とからなるショート回路に過電流が流れる。他の第1の故障判定用指令パターンとスイッチング素子に対しても同様のことがいえる。そこで、本開示の一実施形態では、この過電流の発生に基づきショート故障の発生を検出する。なお、正常値(例えば定格値)よりも大きい値(例えば定格値の1.2倍程度)である第2の閾値を予め設定して故障判定部13内に記憶しておく。電流取得部12が取得した電流の検出値が過電流を示すか否かの判定は、電流取得部12が取得した電流の検出値と第2の閾値との比較結果に基づき行えばよい。すなわち、故障判定部13は、電流取得部12が取得した電流の検出値が第2の閾値より大きい値であることをもって、電流取得部12が取得した電流の検出値が過電流を示すと判定する。 If the switching element S 4 has a short-circuit failure, the switching element S 4 remains closed even though the off command remains. When an ON command is given to the switching elements S 2 and S 3 under the first failure determination command pattern P2, the switching elements S 2 and S 3 are closed, so that the DC side of the bridge circuit of the power conversion device 2 is used. As seen, a short circuit including a switching element S 2 belonging to the same leg as the positive terminal 25, a switching element S 4 , and a negative terminal 26 is configured. As a result, when a DC voltage is applied to the DC side of the bridge circuit of the power conversion device 2, an overcurrent flows in the short circuit including the positive electrode terminal 25, the switching element S 2 , the switching element S 4 , and the negative electrode terminal 26. Further, if the switching element S 1 has a short-circuit failure, the switching element S 1 remains closed even though the off command remains. When an ON command is given to the switching elements S 2 and S 3 under the first failure determination command pattern P2, the switching elements S 2 and S 3 are closed, so that the DC side of the bridge circuit of the power conversion device 2 is used. As seen, a short circuit including a switching element S 1 and a switching element S 3 belonging to the same leg as the positive terminal 25 and a negative terminal 26 is configured. As a result, when a DC voltage is applied to the DC side of the bridge circuit of the power conversion device 2, an overcurrent flows in the short circuit including the positive electrode terminal 25, the switching element S 1 , the switching element S 3 , and the negative electrode terminal 26. Further, even if both the switching elements S1 and S4 are short - circuited, when the DC voltage is applied to the DC side of the bridge circuit of the power conversion device 2 , the positive electrode terminal 25 and the switching element S are similarly subjected to. An overcurrent flows through a short circuit including 1 and a switching element S 3 and a negative electrode terminal 26, and a short circuit including a positive electrode terminal 25, a switching element S 2 , a switching element S 3 and a negative electrode terminal 26. The same can be said for the other first failure determination command pattern and the switching element. Therefore, in one embodiment of the present disclosure, the occurrence of a short-circuit failure is detected based on the occurrence of this overcurrent. A second threshold value (for example, about 1.2 times the rated value) larger than the normal value (for example, the rated value) is set in advance and stored in the failure determination unit 13. Whether or not the detected value of the current acquired by the current acquisition unit 12 indicates an overcurrent may be determined based on the comparison result between the detected value of the current acquired by the current acquisition unit 12 and the second threshold value. That is, the failure determination unit 13 determines that the current detection value acquired by the current acquisition unit 12 indicates an overcurrent when the current detection value acquired by the current acquisition unit 12 is larger than the second threshold value. do.

電流検出部23はプローブT3を介してこの過電流を検出する。電流検出部23から取得した過電流の検出値は電流取得部12によって取得される。第1の故障判定用指令パターンP1及びP2のそれぞれに基づいて各スイッチング素子を動作させたときに電流取得部12が取得したブリッジ回路の直流側の電流の検出値のうち、第1の故障判定用指令パターンP2の下で電流取得部が取得した電流の検出値が第2の閾値より大きい場合(過電流を示す場合)、故障判定部13は、第1の故障判定用指令パターンP2においてオン指令が指令されていたスイッチング素子S2及びS3の各々属するレグ内においてそれぞれオフ指令されていた2つのスイッチング素子S4及びS1のうちのいずれかに関係するショート故障が発生していると判定する。すなわちこの場合、故障判定部13は、スイッチング素子S4に関係するショート故障またはスイッチング素子S1に関係するショート故障のうちのいずれかが発生していると判定する。 The current detection unit 23 detects this overcurrent via the probe T 3 . The overcurrent detection value acquired from the current detection unit 23 is acquired by the current acquisition unit 12. Among the detected values of the current on the DC side of the bridge circuit acquired by the current acquisition unit 12 when each switching element is operated based on each of the first failure determination command patterns P1 and P2, the first failure determination When the detected value of the current acquired by the current acquisition unit under the command pattern P2 is larger than the second threshold value (when an overcurrent is indicated), the failure determination unit 13 is turned on in the first failure determination command pattern P2. It is assumed that a short-circuit failure related to one of the two switching elements S 4 and S 1 to which the command was ordered to be turned off has occurred in the leg to which the switching elements S 2 and S 3 to which the command was commanded belong. judge. That is, in this case, the failure determination unit 13 determines that either a short failure related to the switching element S 4 or a short failure related to the switching element S 1 has occurred.

同様に、例えば、第1の故障判定用指令パターンP1及びP2のそれぞれに基づいて各スイッチング素子を動作させたときに電流取得部12が取得したブリッジ回路の直流側の電流の検出値のうち、第1の故障判定用指令パターンP1の下で電流取得部が取得した電流の検出値が第2の閾値より大きい場合(過電流を示す場合)、故障判定部13は、第1の故障判定用指令パターンP1においてオン指令が指令されていたスイッチング素子S1及びS4の各々属するレグ内においてそれぞれオフ指令されていた2つのスイッチング素子S3及びS2のうちのいずれかに関係するショート故障が発生していると判定する。すなわちこの場合、故障判定部13は、スイッチング素子S3に関係するショート故障またはスイッチング素子S2に関係するショート故障のうちのいずれかが発生していると判定する。 Similarly, for example, among the detected values of the current on the DC side of the bridge circuit acquired by the current acquisition unit 12 when each switching element is operated based on each of the first failure determination command patterns P1 and P2. When the detected value of the current acquired by the current acquisition unit under the first failure determination command pattern P1 is larger than the second threshold value (when an overcurrent is indicated), the failure determination unit 13 is used for the first failure determination. A short-circuit failure related to one of the two switching elements S 3 and S 2 to which the on command was commanded in the command pattern P1 to be turned off in the leg to which each of the switching elements S 1 and S 4 to which the on command was commanded belongs. Judge that it has occurred. That is, in this case, the failure determination unit 13 determines that either a short failure related to the switching element S 3 or a short failure related to the switching element S 2 has occurred.

また例えば、第1の故障判定用指令パターンP1及びP2のそれぞれに基づいて各スイッチング素子を動作させたときに電流取得部12が取得したブリッジ回路の直流側の電流の検出値の全てが第2の閾値より大きい場合、第1の故障判定用指令パターンP1においてオン指令が指令されていたスイッチング素子S1及びS4の各々属するレグ内においてそれぞれオフ指令されていた2つのスイッチング素子S3及びS2のうちのいずれかに関係するショート故障が発生している可能性と、第1の故障判定用指令パターンP2においてオン指令が指令されていたスイッチング素子S2及びS3の各々属するレグ内においてそれぞれオフ指令されていた2つのスイッチング素子S4及びS1のうちのいずれかに関係するショート故障が発生している可能性と、スイッチング素子S1、S2、S3及びS4に関係するショート故障が発生している可能性とがある。このうち、同一のレグにおけるスイッチング素子S1及びS3のショート故障が同時に発生する場合、及び、同一のレグにおけるスイッチング素子S2及びS4のショート故障が同時に発生する場合は、電力変換装置2の直流側が既にショートしている状態にあるので電力変換装置2はそもそも動作せず、すなわち「電力変換装置2が動作しない」ことをもってスイッチング素子S1、S2、S3及びS4に関係するショート故障が発生していることを作業者は把握することができ、故障検出装置1による故障検出処理を実行するまでもない。そこで、スイッチング素子S1、S2、S3及びS4に関係するショート故障は故障検出装置1のショート故障検出対象から除外する。故障判定部13は、スイッチング素子に関係するショート故障が、ブリッジ回路の上アームのスイッチング素子S1及びS2の全てまたはブリッジ回路の下アームのスイッチング素子S3及びS4の全てについて発生していると判定するようにする。 Further, for example, all the detected values of the current on the DC side of the bridge circuit acquired by the current acquisition unit 12 when each switching element is operated based on each of the first failure determination command patterns P1 and P2 are the second. When it is larger than the threshold value of, the two switching elements S 3 and S, which are instructed to be off in the legs to which the switching elements S 1 and S 4 to which the on command is instructed in the first failure determination command pattern P1 belong, respectively. There is a possibility that a short failure related to any of 2 has occurred, and in the leg to which each of the switching elements S 2 and S 3 to which the on command was commanded in the first failure determination command pattern P2 belongs. The possibility of a short failure related to one of the two switching elements S 4 and S 1 that were instructed to be off, respectively, and related to the switching elements S 1 , S 2 , S 3 and S 4 . There is a possibility that a short failure has occurred. Of these, when short-circuit failures of switching elements S 1 and S 3 in the same leg occur at the same time, or when short-circuit failures of switching elements S 2 and S 4 in the same leg occur at the same time, the power conversion device 2 Since the DC side of the power converter 2 is already short-circuited, the power conversion device 2 does not operate in the first place, that is, "the power conversion device 2 does not operate" is related to the switching elements S 1 , S 2 , S 3 and S 4 . The operator can grasp that a short-circuit failure has occurred, and it is not necessary to execute the failure detection process by the failure detection device 1. Therefore, short failures related to the switching elements S 1 , S 2 , S 3 and S 4 are excluded from the short failure detection target of the failure detection device 1. In the failure determination unit 13, a short failure related to the switching element occurs in all of the switching elements S 1 and S 2 in the upper arm of the bridge circuit or in all of the switching elements S 3 and S 4 in the lower arm of the bridge circuit. Try to determine that it is.

以上説明したように、本開示の一実施形態による故障検出装置1及びこれを備えるモータ駆動装置100は、スイッチング素子に関係するオープン故障またはショート故障を検出することができる。 As described above, the failure detection device 1 according to the embodiment of the present disclosure and the motor drive device 100 including the failure detection device 1 can detect an open failure or a short failure related to the switching element.

続いて、本開示の一実施形態による故障検出装置1及びこれを備えるモータ駆動装置100において、さらに電流検出部23の故障を検出する例について説明する。 Subsequently, an example of detecting a failure of the current detection unit 23 in the failure detection device 1 according to the embodiment of the present disclosure and the motor drive device 100 including the failure detection device 1 will be described.

図12は、電力変換装置のブリッジ回路内のスイッチング素子を流れる電流と、当該スイッチング素子のオン時間との関係を示す図である。 FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the current flowing through the switching element in the bridge circuit of the power conversion device and the on-time of the switching element.

電力変換装置2の交流側には故障検出用の負荷回路3が接続され、電力変換装置2の直流側には故障検出用の直流電源が接続されて直流電圧が印加されている状態において、第1の故障判定用指令パターンのいずれかに従ってスイッチング素子を時刻t1から時刻t2までのΔtにわたってオンすると、オン時間(ゲート電圧印加時間)の経過に合わせて、当該スイッチング素子と負荷回路3とを含む閉回路に流れる電流が徐々に増加する。負荷回路3は、誘導性負荷または抵抗性負荷であり、例えば交流モータ、リアクトル、及び抵抗などがある。スイッチング素子と負荷回路3とを含む閉回路についてキルヒホッフの法則を適用すると、式1に表されるようなスイッチング素子のオンが終了する時刻t2におけるスイッチング素子に流れる電流の推定値Iestが得られる。式1において、電圧検出部24により検出される電圧の検出値をVdc、スイッチング素子のオン時間をΔt、負荷回路3のインピーダンスのうち抵抗成分をR、インダクタンス成分をLとする。 A load circuit 3 for failure detection is connected to the AC side of the power conversion device 2, and a DC power supply for failure detection is connected to the DC side of the power conversion device 2, and a DC voltage is applied. When the switching element is turned on over Δt from time t 1 to time t 2 according to any one of the failure determination command patterns of 1, the switching element and the load circuit 3 are arranged according to the passage of the on time (gate voltage application time). The current flowing through the closed circuit, including, gradually increases. The load circuit 3 is an inductive load or a resistant load, such as an AC motor, a reactor, and a resistor. When Kirchhoff's law is applied to a closed circuit including a switching element and a load circuit 3, an estimated value I est of the current flowing through the switching element at the time t 2 at which the switching element is turned on as represented by Equation 1 is obtained. Be done. In Equation 1, the voltage detection value detected by the voltage detection unit 24 is V dc , the on-time of the switching element is Δt, the resistance component of the impedance of the load circuit 3 is R, and the inductance component is L.

Figure 2022070477000002
Figure 2022070477000002

負荷回路3のインピーダンスについては事前に取得して電流推定部15内の記憶部に格納しておく。また、電流推定部15は、電圧検出部24によって検出された電圧の検出値を電圧取得部14から取得する。また、電流推定部15は、スイッチング素子のオン時間に関する情報を、指令生成部11が生成した第1の故障判定用指令パターンから取得する。三相の電力変換装置2では、6つの第1の故障判定用指令パターンのいずれかを用いれば、6つのスイッチング素子のオン時間に関する情報を取得することができる。同様に、単相の電力変換装置2では、4つの第1の故障判定用指令パターンのいずれかを用いれば、4つのスイッチング素子のオン時間に関する情報を取得することができる。電流推定部15は、電圧取得部14が取得した電圧の検出値Vdcと、スイッチング素子がオン指令されている時間Δtと、負荷回路3のインピーダンスとに基づいて、各スイッチング素子に流れる電流の推定値Iestを計算する。算出された各スイッチング素子に流れる電流の推定値は、故障判定部13に送られる。 The impedance of the load circuit 3 is acquired in advance and stored in the storage unit in the current estimation unit 15. Further, the current estimation unit 15 acquires the detected value of the voltage detected by the voltage detection unit 24 from the voltage acquisition unit 14. Further, the current estimation unit 15 acquires information on the on-time of the switching element from the first failure determination command pattern generated by the command generation unit 11. In the three-phase power conversion device 2, information regarding the on-time of the six switching elements can be acquired by using any one of the six first failure determination command patterns. Similarly, in the single-phase power conversion device 2, information regarding the on-time of the four switching elements can be acquired by using any one of the four first failure determination command patterns. The current estimation unit 15 determines the current flowing through each switching element based on the voltage detection value V dc acquired by the voltage acquisition unit 14, the time Δt in which the switching element is instructed to be turned on, and the impedance of the load circuit 3. Calculate the estimated value I est . The calculated estimated value of the current flowing through each switching element is sent to the failure determination unit 13.

電力変換装置2の交流側には故障検出用の負荷回路3が接続され、電力変換装置2の直流側には故障検出用の直流電源が接続されて直流電圧が印加されている状態において、第1の故障判定用指令パターンに従ってスイッチング素子をオンしているときに当該スイッチング素子に流れる電流は、プローブT1、T2またはT3を介して電流検出部23によって検出される電流と同じである。電力変換装置2内の各部が正常に機能していれば、電流検出部23によって検出される電流の検出値は電流推定部15によって計算された電流の推定値Iestとほぼ同じである。一方、電力変換装置2内に何らかの異常が発生すると、電流検出部23によって検出される電流の検出値と電流推定部15によって計算された電流の推定値Iestとの間にずれが生じる。電力変換装置2において発生し得る故障には、例えば、スイッチング素子に関係するオープン故障、スイッチング素子に関係するショート故障、電力変換装置2に設けられた電流検出部23に関係する故障があるが、スイッチング素子に関係するオープン故障及びショート故障の判定処理を行ったにもかかわらずこれらオープン故障及びショート故障が検出されなかった場合には、電流検出部23が故障していると考えられる。 A load circuit 3 for failure detection is connected to the AC side of the power conversion device 2, and a DC power supply for failure detection is connected to the DC side of the power conversion device 2 to apply a DC voltage. The current flowing through the switching element when the switching element is turned on according to the failure determination command pattern of 1 is the same as the current detected by the current detection unit 23 via the probes T 1 , T 2 or T 3 . .. If each part in the power conversion device 2 is functioning normally, the current detection value detected by the current detection unit 23 is substantially the same as the current estimation value I est calculated by the current estimation unit 15. On the other hand, when some abnormality occurs in the power conversion device 2, a deviation occurs between the current detection value detected by the current detection unit 23 and the current estimation value I est calculated by the current estimation unit 15. Failures that can occur in the power conversion device 2 include, for example, an open failure related to the switching element, a short failure related to the switching element, and a failure related to the current detection unit 23 provided in the power conversion device 2. If these open failures and short failures are not detected even though the open failure and short failure determination processes related to the switching element have been performed, it is considered that the current detection unit 23 has failed.

そこで、故障判定部13は、まず複数の第1の故障判定用指令パターンの下で電流検出部23によって検出される電流の検出値が電流推定部15によって計算された電流の推定値Iestを比較し、電流の検出値と電流の推定値Iestとの間にずれがあるか否かを判定する。電流の検出値と電流の推定値Iestとの間にずれがあるか否かは、電流の検出値と電流の推定値との差が所定の範囲外であるか否か、あるいは電流の検出値と電流の推定値との割合が所定の範囲外であるか否かに基づいて、判定すればよい。例えば、電流の検出値と電流の推定値との差が所定の範囲外である場合(例えば±数アンペアの範囲に収まらない場合)、電流の検出値が電流の推定からずれていると判定する。また例えば、電流の検出値と電流の推定値との割合(電流の検出値を電流の推定値で除算した値)が所定の範囲外である場合(例えば80%から120%の範囲に収まらない場合)、電流の検出値が電流の推定からずれていると判定する。なお、ここで挙げた数値はあくまでも一例であって、それ以外の数値であってもよい。故障判定部13は、電流の検出値と電流の推定値Iestとの間にずれがあると判定した場合は、次にスイッチング素子に関係するオープン故障及びショート故障が発生しているか否かを判定する。そして、故障判定部13は、オープン故障及びショート故障が検出されないのであれば、電流検出部23に関係する故障が発生していると判定する。例えば、図2に示す第1の故障判定用指令パターンP1の下でオープン故障及びショート故障を検出しなかった場合には、スイッチング素子S1を含む電流経路に設けられるプローブT1またはT3が故障していたと特定することができる。例えば、図2に示す第1の故障判定用指令パターンP1、P2、P4及びP5の下でオープン故障及びショート故障のいずれも検出しなかった場合には、スイッチング素子S1を含む電流経路に設けられるプローブT1またはT3が故障していたと特定することができる。また例えば、図2に示す第1の故障判定用指令パターンP1、P3、P4及びP6の下でオープン故障及びショート故障のいずれも検出しなかった場合には、スイッチング素子S1を含む電流経路に設けられるプローブT2またはT3が故障していたと特定することができる。 Therefore, the failure determination unit 13 first determines the current estimation value I est calculated by the current estimation unit 15 as the current detection value detected by the current detection unit 23 under the plurality of first failure determination command patterns. By comparison, it is determined whether or not there is a discrepancy between the detected current value and the estimated current value I est . Whether or not there is a discrepancy between the current detected value and the current estimated value I est is whether or not the difference between the current detected value and the current estimated value is out of the predetermined range, or whether or not the current is detected. The determination may be made based on whether or not the ratio between the value and the estimated value of the current is out of the predetermined range. For example, if the difference between the detected current value and the estimated current value is outside the specified range (for example, if it does not fall within the range of ± several amperes), it is determined that the detected current value deviates from the estimated current value. .. Further, for example, when the ratio between the detected current value and the estimated current value (the value obtained by dividing the detected current value by the estimated current value) is out of the predetermined range (for example, it does not fall within the range of 80% to 120%). Case), it is determined that the detected value of the current deviates from the estimated current. It should be noted that the numerical values given here are merely examples, and other numerical values may be used. When the failure determination unit 13 determines that there is a discrepancy between the current detection value and the current estimated value I est , the failure determination unit 13 next determines whether or not an open failure or short failure related to the switching element has occurred. judge. Then, if the open failure and the short failure are not detected, the failure determination unit 13 determines that a failure related to the current detection unit 23 has occurred. For example, when an open failure and a short failure are not detected under the first failure determination command pattern P1 shown in FIG. 2, the probes T 1 or T 3 provided in the current path including the switching element S 1 are used. It can be identified that it was out of order. For example, when neither an open failure nor a short failure is detected under the first failure determination command patterns P1, P2, P4 and P5 shown in FIG. 2, the current path including the switching element S 1 is provided. It can be identified that the probe T 1 or T 3 to be mounted has failed. Further, for example, when neither an open failure nor a short failure is detected under the first failure determination command patterns P1, P3, P4 and P6 shown in FIG. 2, the current path including the switching element S 1 is used. It can be identified that the provided probe T 2 or T 3 has failed.

図13は、本開示の一実施形態による三相の電力変換装置の故障を検出する故障検出装置及びこれを備えるモータ駆動装置におけるスイッチング素子に関係するオープン故障及びショート故障並びに電流検出部の故障の検出処理を示すフローチャートである。ここでは、一例として、三相の電力変換装置2についての故障検出理処理について説明するが、この説明は識別番号Nの最大値を6から4に変更することによって単相の電力変換装置2についての故障検出理処理にも同様に適用可能である。 FIG. 13 shows a failure detection device for detecting a failure of a three-phase power conversion device according to an embodiment of the present disclosure, an open failure and a short-circuit failure related to a switching element in a motor drive device including the failure detection device, and a failure of a current detection unit. It is a flowchart which shows the detection process. Here, as an example, the failure detection processing for the three-phase power conversion device 2 will be described, but this description describes the single-phase power conversion device 2 by changing the maximum value of the identification number N from 6 to 4. It can also be applied to the failure detection processing of.

故障検出装置1及びこれを備えるモータ駆動装置100におけるスイッチング素子に関係するオープン故障及びショート故障並びに電流検出部の検出処理は、三相の電力変換装置2の直流側に直流電圧が印加されかつ電力変換装置2の交流側に負荷回路3が接続された状態で実行される。 In the open failure and short-circuit failure related to the switching element in the failure detection device 1 and the motor drive device 100 including the failure detection device 1 and the detection process of the current detection unit, a DC voltage is applied to the DC side of the three-phase power conversion device 2 and power is applied. This is executed with the load circuit 3 connected to the AC side of the conversion device 2.

まず、ステップS301において、指令生成部11は、初期設定として、第1の故障判定用指令パターンの識別番号Nを1に設定する。ステップS301における第1の故障判定用指令パターンの識別番号Nの1の設定は、例えば、作業者の故障検出装置1への入力装置を用いた入力操作によって行われてもよく、あるいは故障検出装置1による故障検出処理の開始時に自動的に行われてもよく、あるいは故障検出装置1の電源投入時に自動的に行われてもよい。 First, in step S301, the command generation unit 11 sets the identification number N of the first failure determination command pattern to 1 as an initial setting. The setting of the identification number N of the first failure determination command pattern in step S301 may be performed, for example, by an input operation using an input device to the failure detection device 1 of the operator, or the failure detection device. It may be automatically performed at the start of the failure detection process according to 1, or may be automatically performed when the power of the failure detection device 1 is turned on.

ステップS302において、指令生成部11は、スイッチング制御部21に対して第1の故障判定用指令パターンPNを指令する。スイッチング制御部21は、指令生成部11から受信した第1の故障判定用指令パターンPNに基づき、各スイッチング素子に対するオン指令及びオフ指令を生成する。生成されたオン指令及びオフ指令は、ドライブ回路22に送られる。ドライブ回路22は、オン指令及びオフ指令に応じてスイッチング素子をオンオフするためのゲート電圧を各スイッチング素子に印加する。なお、指令生成部11により生成された第1の故障判定用指令パターンPNは、故障判定部13にも送られる。 In step S302, the command generation unit 11 commands the switching control unit 21 for the first failure determination command pattern PN. The switching control unit 21 generates an on command and an off command for each switching element based on the first failure determination command pattern PN received from the command generation unit 11. The generated on-command and off-command are sent to the drive circuit 22. The drive circuit 22 applies a gate voltage to each switching element to turn on / off the switching element in response to the on command and the off command. The first failure determination command pattern PN generated by the command generation unit 11 is also sent to the failure determination unit 13.

ステップS303において、電流取得部12は、第1の故障判定用指令パターンPNに対応する電流検出部23による電流の検出値を取得する。電流取得部12により取得された電流の検出値は、故障判定部13に送られる。故障判定部13は、電流取得部12から送られてきた電流の検出値と、当該電流の検出値の取得の際に用いられていた第1の故障判定用指令パターンPNとを対応付けて記憶する。 In step S303, the current acquisition unit 12 acquires the current detection value by the current detection unit 23 corresponding to the first failure determination command pattern PN. The detected value of the current acquired by the current acquisition unit 12 is sent to the failure determination unit 13. The failure determination unit 13 stores the detected value of the current sent from the current acquisition unit 12 in association with the first failure determination command pattern PN used when acquiring the detected value of the current. do.

ステップS304において、電圧取得部14は、電圧検出部24が検出した電力変換装置の直流側の電圧の検出値を取得する。取得された電圧の検出値は、電流推定部15に送られる。 In step S304, the voltage acquisition unit 14 acquires the detected value of the voltage on the DC side of the power conversion device detected by the voltage detection unit 24. The detected value of the acquired voltage is sent to the current estimation unit 15.

ステップS305において、ステップS304において電圧取得部14が取得した電圧の検出値と、ステップS302において第1の故障判定用指令パターンPNに従いスイッチング素子がオン指令されている時間と、負荷回路3のインピーダンスとに基づいて、各スイッチング素子に流れる電流の推定値を計算する。算出された電流の推定値は、故障判定部13に送られる。 In step S305, the detection value of the voltage acquired by the voltage acquisition unit 14 in step S304, the time when the switching element is on-commanded according to the first failure determination command pattern PN in step S302, and the impedance of the load circuit 3. Based on, the estimated value of the current flowing through each switching element is calculated. The calculated estimated value of the current is sent to the failure determination unit 13.

ステップS306において、指令生成部11は、第1の故障判定用指令パターンPNの識別番号Nが6であるか否かを判定する。第1の故障判定用指令パターンPNの識別番号Nが6であると判定された場合はステップS308へ進み、第1の故障判定用指令パターンPNの識別番号Nが6であると判定されなかった場合はステップS307へ進む。なお、図13に示す例では、一例として、三相の電力変換装置2についての故障検出理処理について説明したのでステップS306において「第1の故障判定用指令パターンPNの識別番号Nが6であるか否か」を判定したが、単相の電力変換装置2についての故障検出理処理についての場合は、「第1の故障判定用指令パターンPNの識別番号Nが4であるか否か」を判定すればよい。 In step S306, the command generation unit 11 determines whether or not the identification number N of the first failure determination command pattern PN is 6. If it is determined that the identification number N of the first failure determination command pattern PN is 6, the process proceeds to step S308, and it is not determined that the identification number N of the first failure determination command pattern PN is 6. In that case, the process proceeds to step S307. In the example shown in FIG. 13, the failure detection processing for the three-phase power conversion device 2 has been described as an example. Therefore, in step S306, “the identification number N of the first failure determination command pattern PN is 6. "Whether or not" was determined, but in the case of failure detection processing for the single-phase power conversion device 2, "whether or not the identification number N of the first failure determination command pattern PN is 4" is determined. You just have to judge.

ステップS307において、指令生成部11は、第1の故障判定用指令パターンPNの識別番号Nを1つインクリメントする。その後、ステップS302へ戻る。 In step S307, the command generation unit 11 increments the identification number N of the first failure determination command pattern PN by one. After that, the process returns to step S302.

ステップS308において、故障判定部13は、電流取得部12が取得した6つの電流の検出値の各々とこれに対応する電流推定部15が算出した6つの電流の推定値の各々との割合(すなわち電流の検出値を電流の推定値で除算した値)のうち、少なくとも1つの電流の検出値と電流の推定値との割合が所定の範囲外であるか否かを判定する。電流の検出値と電流の推定値との割合が所定の範囲内であると判定された場合は、ステップS309へ進み、電流の検出値と電流の推定値との割合が所定の範囲内であると判定されなかった場合は、ステップS310へ進む。なお、ステップS308においては、「電流の検出値と電流の推定値との割合」に代えて「電流の検出値と電流の推定値との差」を判定処理に用いてもよい。 In step S308, the failure determination unit 13 has a ratio (that is,) between each of the six current detection values acquired by the current acquisition unit 12 and each of the six current estimation values calculated by the corresponding current estimation unit 15. It is determined whether or not the ratio between the detected value of at least one current and the estimated current value among the detected value of the current divided by the estimated current value is out of the predetermined range. If it is determined that the ratio between the detected current value and the estimated current value is within the predetermined range, the process proceeds to step S309, and the ratio between the detected current value and the estimated current value is within the predetermined range. If is not determined, the process proceeds to step S310. In step S308, the "difference between the detected current value and the estimated current" may be used for the determination process instead of the "ratio of the detected current and the estimated current".

ステップS309において、故障判定部13は、電力変換装置2は正常であるという判定結果を出力し、処理を終了する。 In step S309, the failure determination unit 13 outputs a determination result that the power conversion device 2 is normal, and ends the process.

ステップS310において、故障判定部13は、スイッチング素子に関するオープン故障が発生したか否かを判定する。オープン故障が発生したと判定された場合はステップS311へ進み、オープン故障が発生したと判定されなかった場合はステップS312へ進む。オープン故障の判定処理の詳細については、図1~図5を参照して説明した通りである。 In step S310, the failure determination unit 13 determines whether or not an open failure related to the switching element has occurred. If it is determined that an open failure has occurred, the process proceeds to step S311. If it is not determined that an open failure has occurred, the process proceeds to step S312. The details of the open failure determination process are as described with reference to FIGS. 1 to 5.

ステップS311において、故障判定部13は、オープン故障が発生したスイッチング素子に関する情報を出力し、処理を終了する。 In step S311, the failure determination unit 13 outputs information regarding the switching element in which the open failure has occurred, and ends the process.

ステップS312において、故障判定部13は、スイッチング素子に関するショート故障が発生したか否かを判定する。ショート故障が発生したと判定された場合はステップS313へ進み、ショート故障が発生したと判定されなかった場合はステップS314へ進む。ショート故障の判定処理の詳細については、図1~図4及び図6を参照して説明した通りである。 In step S312, the failure determination unit 13 determines whether or not a short-circuit failure related to the switching element has occurred. If it is determined that a short failure has occurred, the process proceeds to step S313, and if it is not determined that a short failure has occurred, the process proceeds to step S314. The details of the short-circuit failure determination process are as described with reference to FIGS. 1 to 4 and 6.

ステップS313において、故障判定部13は、ショート故障が発生したスイッチング素子に関する情報を出力し、処理を終了する。 In step S313, the failure determination unit 13 outputs information regarding the switching element in which the short-circuit failure has occurred, and ends the process.

なお、ステップS310~S314におけるオープン故障判定とショート故障判定とは順序を入れ替えて実行してもよい。 The order of the open failure determination and the short failure determination in steps S310 to S314 may be changed.

ステップS314において、故障判定部13は、電力変換装置2に設けられた電流検出部23に故障が発生したとの判定を出力し、処理を終了する。 In step S314, the failure determination unit 13 outputs a determination that a failure has occurred to the current detection unit 23 provided in the power conversion device 2, and ends the process.

このように、本開示の一実施形態による故障検出装置1及びこれを備えるモータ駆動装置100によれば、第1の故障判定用指令パターンを用いて、三相の電力変換装置2内のスイッチング素子に関係するオープン故障及びショート故障並びに電流検出部の故障の発生箇所及び故障内容を迅速かつ正確に検出することができる。 As described above, according to the failure detection device 1 according to the embodiment of the present disclosure and the motor drive device 100 provided with the failure detection device 1, the switching element in the three-phase power conversion device 2 is used by using the first failure determination command pattern. It is possible to quickly and accurately detect the location and details of an open failure, a short-circuit failure, and a failure of the current detection unit related to the above.

続いて、図1に示す三相の電力変換装置2内のスイッチング素子の各々に対応して設けられた過電流検出部の故障を検出する場合について説明する。 Subsequently, a case of detecting a failure of the overcurrent detection unit provided corresponding to each of the switching elements in the three-phase power conversion device 2 shown in FIG. 1 will be described.

ドライブ回路22として、DESAT検出回路とよばれる過電流検出機能を有するドライバICが使用されることがある。DESAT検出回路は、スイッチング素子ごとに設けられる。また、スイッチング素子及びダイオードからなるパワー素子を、過電流検出機能を有するIPMにて構成することができる。このように、DESAT検出回路及びIPMのいずれの場合においても、過電流検出部がスイッチング素子ごとに設けられることになるが、この過電流検出部も、何らかの原因により故障することがある。本開示の一実施形態では、過電流検出部の故障を、オン指令及びオフ指令の組み合わせからなる第2の故障判定用指令パターンを用いて検出する。 As the drive circuit 22, a driver IC having an overcurrent detection function called a DESAT detection circuit may be used. The DESAT detection circuit is provided for each switching element. Further, the power element including the switching element and the diode can be configured by the IPM having the overcurrent detection function. As described above, in both the DESAT detection circuit and the IPM, an overcurrent detection unit is provided for each switching element, but this overcurrent detection unit may also fail for some reason. In one embodiment of the present disclosure, a failure of the overcurrent detection unit is detected by using a second failure determination command pattern including a combination of an on command and an off command.

図14は、本開示の一実施形態による三相の電力変換装置内のスイッチング素子の各々に対応して設けられた過電流検出部の故障を検出するために用いられる第2の故障判定用指令パターンを示す図である。 FIG. 14 shows a second failure determination command used for detecting a failure of the overcurrent detection unit provided corresponding to each of the switching elements in the three-phase power conversion device according to the embodiment of the present disclosure. It is a figure which shows the pattern.

図1に示す三相の電力変換装置2内のスイッチング素子の各々に対応して設けられた過電流検出部の故障を検出するための第2の故障判定用指令パターンとして、互いに異なる6つの指令パターンが指令生成部11によって生成される。6つの第2の故障判定用指令パターンの各々を、識別番号N(ただし、Nは1~6の自然数)を用いて識別する。6つの第2の故障判定用指令パターンQNの各々は、ブリッジ回路を構成する上側または下側のアームのうちのいずれか1つのアームのスイッチング素子と当該アームが属するレグとは異なるレグ内の当該アームとは異なる側のアームのスイッチング素子とに対するオン指令と、当該オン指令されたスイッチング素子以外のスイッチング素子に対するオフ指令と、の組み合わせからなる。より詳細には次の通りである。 Six different commands are used as a second failure determination command pattern for detecting a failure of the overcurrent detection unit provided corresponding to each of the switching elements in the three-phase power conversion device 2 shown in FIG. The pattern is generated by the command generation unit 11. Each of the six second failure determination command patterns is identified using the identification number N (where N is a natural number from 1 to 6). Each of the six second failure determination command patterns QN is the switching element of any one of the upper or lower arms constituting the bridge circuit and the relevant leg in a leg different from the leg to which the arm belongs. It consists of a combination of an on command for a switching element of an arm on a side different from the arm and an off command for a switching element other than the on-commanded switching element. More details are as follows.

第2の故障判定用指令パターンQ1は、ブリッジ回路を構成する上アームのスイッチング素子S1と当該上アームが属するレグとは異なるレグ内の下アームのスイッチング素子S5及びS6とに対するオン指令と、当該オン指令されたスイッチング素子S1、S5及びS6以外のスイッチング素子S2、S3及びS4に対するオフ指令と、の組み合わせからなる。 The second failure determination command pattern Q1 is an on -command for the switching element S1 of the upper arm constituting the bridge circuit and the switching elements S5 and S6 of the lower arm in a leg different from the leg to which the upper arm belongs. It consists of a combination of and an off command for switching elements S 2 , S 3 and S 4 other than the on-commanded switching elements S 1 , S 5 and S 6 .

第2の故障判定用指令パターンQ2は、ブリッジ回路を構成する上アームのスイッチング素子S2と当該上アームが属するレグとは異なるレグ内の下アームのスイッチング素子S4及びS6とに対するオン指令と、当該オン指令されたスイッチング素子S2、S4及びS6以外のスイッチング素子S1、S3及びS5に対するオフ指令と、の組み合わせからなる。 The second failure determination command pattern Q2 is an on-command for the switching element S 2 of the upper arm constituting the bridge circuit and the switching elements S 4 and S 6 of the lower arm in a leg different from the leg to which the upper arm belongs. It is composed of a combination of an on command and an off command for switching elements S 1 , S 3 and S 5 other than the switching elements S 2 , S 4 and S 6 instructed to be on.

第2の故障判定用指令パターンQ3は、ブリッジ回路を構成する上アームのスイッチング素子S3と当該上アームが属するレグとは異なるレグ内の下アームのスイッチング素子S4及びS5とに対するオン指令と、当該オン指令されたスイッチング素子S3、S4及びS5以外のスイッチング素子S1、S2及びS6に対するオフ指令と、の組み合わせからなる。 The second failure determination command pattern Q3 is an on-command for the switching element S 3 of the upper arm constituting the bridge circuit and the switching elements S 4 and S 5 of the lower arm in a leg different from the leg to which the upper arm belongs. It consists of a combination of and an off command for switching elements S 1 , S 2 and S 6 other than the on-commanded switching elements S 3 , S 4 and S 5 .

第2の故障判定用指令パターンQ4は、ブリッジ回路を構成する下アームのスイッチング素子S4と当該上アームが属するレグとは異なるレグ内の下アームのスイッチング素子S2及びS3とに対するオン指令と、当該オン指令されたスイッチング素子S2、S3及びS4以外のスイッチング素子S1、S5及びS6に対するオフ指令と、の組み合わせからなる。 The second failure determination command pattern Q4 is an on-command for the lower arm switching element S 4 constituting the bridge circuit and the lower arm switching elements S 2 and S 3 in a leg different from the leg to which the upper arm belongs. It consists of a combination of and an off command for switching elements S 1 , S 5 and S 6 other than the on-commanded switching elements S 2 , S 3 and S 4 .

第2の故障判定用指令パターンQ5は、ブリッジ回路を構成する下アームのスイッチング素子S5と当該上アームが属するレグとは異なるレグ内の下アームのスイッチング素子S1及びS3とに対するオン指令と、当該オン指令されたスイッチング素子S1、S3及びS5以外のスイッチング素子S2、S4及びS6に対するオフ指令と、の組み合わせからなる。 The second failure determination command pattern Q5 is an on-command for the lower arm switching element S 5 constituting the bridge circuit and the lower arm switching elements S 1 and S 3 in a leg different from the leg to which the upper arm belongs. It consists of a combination of and an off command for switching elements S 2 , S 4 and S 6 other than the on-commanded switching elements S 1 , S 3 and S 5 .

第2の故障判定用指令パターンQ6は、ブリッジ回路を構成する下アームのスイッチング素子S6と当該上アームが属するレグとは異なるレグ内の下アームのスイッチング素子S1及びS2とに対するオン指令と、当該オン指令されたスイッチング素子S1、S2及びS6以外のスイッチング素子S3、S4及びS5に対するオフ指令と、の組み合わせからなる。 The second failure determination command pattern Q6 is an on-command for the lower arm switching element S 6 constituting the bridge circuit and the lower arm switching elements S 1 and S 2 in a leg different from the leg to which the upper arm belongs. It consists of a combination of and an off command for switching elements S 3 , S 4 and S 5 other than the on-commanded switching elements S 1 , S 2 and S 6 .

図15は、本開示の一実施形態による三相の電力変換装置の故障を検出する故障検出装置及びこれを備えるモータ駆動装置におけるスイッチング素子の各々に対応して設けられた過電流検出部の故障の検出処理を示すフローチャートである。 FIG. 15 shows a failure of the overcurrent detection unit provided corresponding to each of the failure detection device for detecting the failure of the three-phase power conversion device according to the embodiment of the present disclosure and the switching element in the motor drive device including the failure detection device. It is a flowchart which shows the detection process of.

故障検出装置1及びこれを備えるモータ駆動装置100におけるスイッチング素子の各々に対応して設けられた過電流検出部の故障の検出処理は、三相の電力変換装置2の直流側に直流電圧が印加されかつ電力変換装置2の交流側に負荷回路3が接続された状態で実行される。 In the failure detection process of the overcurrent detection unit provided corresponding to each of the failure detection device 1 and the switching element in the motor drive device 100 including the failure detection device 1, a DC voltage is applied to the DC side of the three-phase power conversion device 2. It is executed in a state where the load circuit 3 is connected to the AC side of the power conversion device 2.

まず、ステップS401において、指令生成部11は、初期設定として、第2の故障判定用指令パターンの識別番号Nを1に設定する。ステップS401における第2の故障判定用指令パターンの識別番号Nの1の設定は、例えば、作業者の故障検出装置1への入力装置を用いた入力操作によって行われてもよく、あるいは故障検出装置1による故障検出処理の開始時に自動的に行われてもよく、あるいは故障検出装置1の電源投入時に自動的に行われてもよい。 First, in step S401, the command generation unit 11 sets the identification number N of the second failure determination command pattern to 1 as an initial setting. The setting of the identification number N of the second failure determination command pattern in step S401 may be performed, for example, by an input operation using an input device to the failure detection device 1 of the operator, or the failure detection device. It may be automatically performed at the start of the failure detection process according to 1, or may be automatically performed when the power of the failure detection device 1 is turned on.

ステップS402において、指令生成部11は、スイッチング制御部21に対して第2の故障判定用指令パターンQNを指令する。スイッチング制御部21は、指令生成部11から受信した第2の故障判定用指令パターンQNに基づき、各スイッチング素子に対するオン指令及びオフ指令を生成する。生成されたオン指令及びオフ指令は、ドライブ回路22に送られる。ドライブ回路22は、オン指令及びオフ指令に応じてスイッチング素子をオンオフするためのゲート電圧を各スイッチング素子に印加する。三相の電力変換装置2の直流側には直流電圧が印加されかつ電力変換装置2の交流側には負荷回路3が接続されているので、6つのスイッチング素子のうちオン指令された3つのスイッチング素子を介して電力変換装置2の直流側の正極端子25、負荷回路3及び電力変換装置2の直流側の負極端子26に閉回路が形成される。なお、指令生成部11により生成された第2の故障判定用指令パターンQNは、故障判定部13にも送られる。 In step S402, the command generation unit 11 commands the switching control unit 21 for the second failure determination command pattern QN. The switching control unit 21 generates an on command and an off command for each switching element based on the second failure determination command pattern QN received from the command generation unit 11. The generated on-command and off-command are sent to the drive circuit 22. The drive circuit 22 applies a gate voltage to each switching element to turn on / off the switching element in response to the on command and the off command. Since a DC voltage is applied to the DC side of the three-phase power conversion device 2 and a load circuit 3 is connected to the AC side of the power conversion device 2, three of the six switching elements are switched on. A closed circuit is formed at the positive current terminal 25 on the DC side of the power conversion device 2, the load circuit 3, and the negative negative terminal 26 on the DC side of the power conversion device 2 via the element. The second failure determination command pattern QN generated by the command generation unit 11 is also sent to the failure determination unit 13.

ステップS403において、電流取得部12は、第2の故障判定用指令パターンQNに従いオン指令されたスイッチング素子に流れる電流の検出値に関する情報として、当該オン指令されたスイッチング素子に過電流が流れたか否かを示す情報を取得する。例えば、電流取得部12は、スイッチング素子に流れる電流の検出値そのものを電流検出部23から取得する場合は、当該電流の検出値が第3の閾値(過電流検出レベル)より大きいときは過電流が流れた子を示す情報を生成し、当該電流の検出値が第3の閾値(過電流検出レベル)以下であるときは過電流が流れなかったことを示す情報を生成する。また例えば、ドライブ回路22としてDESAT検出回路とよばれる過電流検出機能を有するドライバICが使用される場合は、当該オン指令されたスイッチング素子に対応するDESAT検出回路から、当該オン指令されたスイッチング素子に流れる電流の検出値に関する情報として、過電流が流れたか否かを示す情報を取得する。また例えば、スイッチング素子及びダイオードからなるパワー素子をIPMにて構成する場合は、当該オン指令されたスイッチング素子に係るIPMから、当該オン指令されたスイッチング素子に流れる電流の検出値として、過電流が流れたか否かを示す情報を取得する。電流取得部12により取得された電流の検出値に関する情報(過電流が流れたか否かを示す情報)は、故障判定部13に送られる。故障判定部13は、電流取得部12から送られてきた電流の検出値に関する情報(過電流が流れたか否かを示す情報)と、当該電流の検出値の取得の際に用いられていた第2の故障判定用指令パターンQNとを対応付けて記憶する。 In step S403, the current acquisition unit 12 determines whether or not an overcurrent has flowed in the on-commanded switching element as information regarding the detected value of the current flowing in the on-commanded switching element according to the second failure determination command pattern QN. Get the information that indicates. For example, when the current acquisition unit 12 acquires the detected value of the current flowing through the switching element itself from the current detection unit 23, the overcurrent is overcurrent when the detected value of the current is larger than the third threshold value (overcurrent detection level). Generates information indicating that the child has flowed, and when the detected value of the current is equal to or less than the third threshold value (overcurrent detection level), information indicating that no overcurrent has flowed is generated. Further, for example, when a driver IC having an overcurrent detection function called a DESAT detection circuit is used as the drive circuit 22, the ON-commanded switching element is transmitted from the DESAT detection circuit corresponding to the ON-commanded switching element. As information on the detected value of the current flowing through the circuit, information indicating whether or not an overcurrent has flowed is acquired. Further, for example, when a power element composed of a switching element and a diode is configured by an IPM, an overcurrent is detected as a detection value of a current flowing from the IPM related to the on-commanded switching element to the on-commanded switching element. Acquires information indicating whether or not it has flowed. Information regarding the detected value of the current acquired by the current acquisition unit 12 (information indicating whether or not an overcurrent has flowed) is sent to the failure determination unit 13. The failure determination unit 13 is used when acquiring the information regarding the detected value of the current sent from the current acquisition unit 12 (information indicating whether or not an overcurrent has flowed) and the detected value of the current. It is stored in association with the failure determination command pattern QN of 2.

ステップS404において、指令生成部11は、第2の故障判定用指令パターンQNの識別番号Nが6であるか否かを判定する。第2の故障判定用指令パターンQNの識別番号Nが6であると判定された場合はステップS406へ進み、第2の故障判定用指令パターンQNの識別番号Nが6であると判定されなかった場合はステップS405へ進む。 In step S404, the command generation unit 11 determines whether or not the identification number N of the second failure determination command pattern QN is 6. If it is determined that the identification number N of the second failure determination command pattern QN is 6, the process proceeds to step S406, and it is not determined that the identification number N of the second failure determination command pattern QN is 6. In the case, the process proceeds to step S405.

ステップS405において、指令生成部11は、第2の故障判定用指令パターンQNの識別番号Nを1つインクリメントする。その後、ステップS402へ戻る。 In step S405, the command generation unit 11 increments the identification number N of the second failure determination command pattern QN by one. Then, the process returns to step S402.

ステップS406において、故障判定部13は、第2の故障判定用指令パターンQNにおける各スイッチング素子に対するオン指令及びオフ指令の組み合わせと電流取得部12が取得した電流の検出値に関する情報(過電流が流れたか否かを示す情報)との対応関係に基づき、三相の電力変換装置2内のスイッチング素子の各々に対応して設けられた過電流検出部の故障の発生箇所(すなわち、どのスイッチング素子に対応する過電流検出部が故障しているか)を判定する。その後、一連の故障検出処理を終了する。 In step S406, the failure determination unit 13 provides information regarding the combination of the on command and the off command for each switching element in the second failure determination command pattern QN and the detected value of the current acquired by the current acquisition unit 12 (overcurrent flows). Based on the correspondence with the information indicating whether or not the current is present), the location where the failure of the overcurrent detection unit provided corresponding to each of the switching elements in the three-phase power conversion device 2 occurs (that is, which switching element). Whether the corresponding overcurrent detector is out of order) is determined. After that, a series of failure detection processes are terminated.

ここで、ステップS406における過電流検出部の故障の判定処理について、より詳細に説明する。 Here, the failure determination process of the overcurrent detection unit in step S406 will be described in more detail.

図16は、本開示の一実施形態による三相の電力変換装置内のスイッチング素子に対して第2の故障判定用指令パターンが指令されたときに形成される閉回路を例示する図である。一例として、図16では、各スイッチング素子に対して第1の故障判定用指令パターンQ1が指令されたときに形成され得る閉回路を例示している。なお、図16においては、故障検出装置1については図示を省略している。 FIG. 16 is a diagram illustrating a closed circuit formed when a second failure determination command pattern is commanded to a switching element in a three-phase power conversion device according to an embodiment of the present disclosure. As an example, FIG. 16 illustrates a closed circuit that can be formed when a first failure determination command pattern Q1 is commanded to each switching element. In FIG. 16, the failure detection device 1 is not shown.

図16に示すように、三相の電力変換装置2の直流側に直流電圧が印加されかつ電力変換装置2の交流側に負荷回路3が接続された状態において、第2の故障判定用指令パターンQ1では、上アームのスイッチング素子S1と当該上アームが属するレグとは異なるレグ内の下アームのスイッチング素子S5及びS6に対してオン指令され、当該オン指令されたスイッチング素子S1、S5及びS6以外のスイッチング素子S2、S3及びS4に対してオフ指令される。これにより、第2の故障判定用指令パターンQ1の下では、正極端子25、スイッチング素子S1、負荷回路3、スイッチング素子S5、及び負極端子26からなる閉回路(以下、「第1の閉回路」と称する)と、正極端子25、スイッチング素子S1、負荷回路3、スイッチング素子S6、及び負極端子26からなる閉回路(以下、「第2の閉回路」と称する)とが形成される。仮に6つのスイッチング素子が全て正常に機能していれば(すなわちオープン故障及びショート故障のいずれも発生していないのであれば)、第1の閉回路及び第2の閉回路に共通して含まれるスイッチング素子S1には、第1の閉回路のみに含まれるスイッチング素子S5及び第2の閉回路のみに含まれるスイッチング素子S6のそれぞれに流れる電流の約2倍の電流が流れるはずである。例えば、スイッチング素子S1に流れる電流の値とスイッチング素子S5またはスイッチング素子S6に流れる電流の値との間に、スイッチング素子S1に対応して設けられた過電流検出部の過電流検出レベルが設定されている場合、第2の故障判定用指令パターンQ1の下で各スイッチング素子を動作させることによってスイッチング素子S1に流れる電流の値は当該過電流検出レベルを超えるので、スイッチング素子S1に対応して設けられた過電流検出部が正常に機能していれば過電流の発生を検出することができる。一方、スイッチング素子S1に流れる電流の値とスイッチング素子S5またはスイッチング素子S6に流れる電流の値との間に、スイッチング素子S1に対応して設けられた過電流検出部の過電流検出レベルが設定されている場合であっても、当該過電流検出部が故障していたときには、「スイッチング素子S1に流れる電流の値は当該過電流検出レベルを超えている」と判定することはできない。第2の故障判定用指令パターンQ2~Q6のそれぞれの下で各スイッチング素子を動作させた場合においても、スイッチング素子S2~スイッチング素子S6のそれぞれについて、同様のことがいえる。そこで、本開示の一実施形態による故障検出装置1及びこれを備えるモータ駆動装置100においては、上述の性質を利用してスイッチング素子ごとに設けられた過電流検出部の故障を検出する。より詳細には次の通りである。 As shown in FIG. 16, in a state where a DC voltage is applied to the DC side of the three-phase power conversion device 2 and the load circuit 3 is connected to the AC side of the power conversion device 2, a second failure determination command pattern is used. In Q1, the switching element S 1 of the upper arm and the switching elements S 5 and S 6 of the lower arm in a leg different from the leg to which the upper arm belongs are on-commanded, and the on-commanded switching element S 1 , Off command is given to switching elements S 2 , S 3 and S 4 other than S 5 and S 6 . As a result, under the second failure determination command pattern Q1, a closed circuit including a positive electrode terminal 25, a switching element S 1 , a load circuit 3, a switching element S 5 , and a negative electrode terminal 26 (hereinafter, “first closed circuit”). A circuit (referred to as "circuit") and a closed circuit (hereinafter referred to as "second closed circuit") including a positive electrode terminal 25, a switching element S 1 , a load circuit 3, a switching element S 6 , and a negative electrode terminal 26 are formed. To. If all six switching elements are functioning normally (ie, neither open failure nor short failure has occurred), they are commonly included in the first closed circuit and the second closed circuit. The switching element S 1 should have about twice the current flowing through each of the switching element S 5 included only in the first closed circuit and the switching element S 6 included only in the second closed circuit. .. For example, the overcurrent detection of the overcurrent detection unit provided corresponding to the switching element S1 between the value of the current flowing through the switching element S1 and the value of the current flowing through the switching element S5 or the switching element S6 . When the level is set, the value of the current flowing through the switching element S1 by operating each switching element under the second failure determination command pattern Q1 exceeds the overcurrent detection level, so that the switching element S If the overcurrent detection unit provided corresponding to 1 is functioning normally, the occurrence of overcurrent can be detected. On the other hand, the overcurrent detection of the overcurrent detection unit provided corresponding to the switching element S1 between the value of the current flowing through the switching element S1 and the value of the current flowing through the switching element S5 or the switching element S6 . Even if the level is set, when the overcurrent detection unit is out of order, it is possible to determine that "the value of the current flowing through the switching element S 1 exceeds the overcurrent detection level". Can not. The same can be said for each of the switching elements S2 to S6 even when each switching element is operated under each of the second failure determination command patterns Q2 to Q6. Therefore, in the failure detection device 1 according to the embodiment of the present disclosure and the motor drive device 100 including the failure detection device 1, the failure of the overcurrent detection unit provided for each switching element is detected by utilizing the above-mentioned properties. More details are as follows.

過電流検出部が有する過電流検出レベルを第3の閾値として設定する。また、第1の閉回路及び第2の閉回路に共通して含まれるスイッチング素子に流れる電流の値と、第1の閉回路のみに含まれるスイッチング素子または第2の閉回路のみに含まれるスイッチング素子に流れる電流の値との間に、第3の閾値(すなわち過電流検出レベル)が存在することになるよう、電力変換装置2のブリッジ回路の直流側から印加すべき直流電圧の値及びブリッジ回路の交流側に接続すべき負荷回路3のインピーダンスの各値を事前に調整しておく。またあるいは、負荷回路3が誘導性負荷(例えば交流モータまたはリアクトル)の場合は、スイッチング素子のオン時間を調整することによっても、第1の閉回路及び第2の閉回路に共通して含まれるスイッチング素子に流れる電流の値と、第1の閉回路のみに含まれるスイッチング素子または第2の閉回路のみに含まれるスイッチング素子に流れる電流の値との間に、第3の閾値(すなわち過電流検出レベル)が設定されるように調整することもできる。 The overcurrent detection level of the overcurrent detection unit is set as a third threshold value. Further, the value of the current flowing through the switching element commonly included in the first closed circuit and the second closed circuit, and the switching included only in the first closed circuit or the switching element included only in the second closed circuit. The value of the DC voltage to be applied from the DC side of the bridge circuit of the power converter 2 and the bridge so that a third threshold value (that is, the overcurrent detection level) exists between the value of the current flowing through the element. Adjust each value of the impedance of the load circuit 3 to be connected to the AC side of the circuit in advance. Alternatively, when the load circuit 3 is an inductive load (for example, an AC motor or a reactor), it is also commonly included in the first closed circuit and the second closed circuit by adjusting the on-time of the switching element. A third threshold (ie, overcurrent) is between the value of the current flowing through the switching element and the value of the current flowing through the switching element contained only in the first closed circuit or the switching element contained only in the second closed circuit. It can also be adjusted so that the detection level) is set.

また、電流検出部23については各スイッチング素子を流れる電流を検出できるように構成し、電流取得部12は、電流検出部23による電流の検出値を取得する。電流取得部12により取得された電流の検出値は、故障判定部13に送られる。 Further, the current detection unit 23 is configured to be able to detect the current flowing through each switching element, and the current acquisition unit 12 acquires the current detection value by the current detection unit 23. The detected value of the current acquired by the current acquisition unit 12 is sent to the failure determination unit 13.

故障判定部13は、第2の故障判定用指令パターンQ1~Q6のそれぞれの下で各スイッチング素子を動作させたときに電流取得部12が取得した情報に基づき、オン指令されたスイッチング素子に過電流が流れたものがあるか否かを判定する。スイッチング素子に過電流が流れたものがあるか否かの判定は、電流取得部12が取得した電流の検出値と第3の閾値(過電流検出レベル)との比較結果に基づき行えばよい。すなわち、故障判定部13は、電流取得部12が取得した電流の検出値が第3の閾値より大きい値であることをもって、電流取得部12が取得した電流の検出値が過電流を示すと判定する。 The failure determination unit 13 passes the on-commanded switching element based on the information acquired by the current acquisition unit 12 when each switching element is operated under each of the second failure determination command patterns Q1 to Q6. Determine if there is any current flowing through it. Whether or not there is an overcurrent flowing through the switching element may be determined based on the comparison result between the current detection value acquired by the current acquisition unit 12 and the third threshold value (overcurrent detection level). That is, the failure determination unit 13 determines that the current detection value acquired by the current acquisition unit 12 indicates an overcurrent when the current detection value acquired by the current acquisition unit 12 is larger than the third threshold value. do.

なお、例えば、ドライブ回路22がDESAT検出回路からなる場合は、電流取得部12は、ドライブ回路22を介してスイッチング素子に過電流が流れたか否かを示す情報を取得してもよい。また例えば、スイッチング素子及びダイオードからなるパワー素子をIPMにて構成する場合は、電流取得部12は、IPMの過電流検出機能を用いて当該スイッチング素子に過電流が流れたか否かを示す情報を取得してもよい。これらいずれの場合においても、故障判定部13は、電流取得部12が取得した「スイッチング素子に過電流が流れたか否かを示す情報」を過電流検出部の故障判定に利用する。 For example, when the drive circuit 22 is composed of a DESAT detection circuit, the current acquisition unit 12 may acquire information indicating whether or not an overcurrent has flowed to the switching element via the drive circuit 22. Further, for example, when a power element composed of a switching element and a diode is configured by an IPM, the current acquisition unit 12 uses the overcurrent detection function of the IPM to provide information indicating whether or not an overcurrent has flowed through the switching element. You may get it. In any of these cases, the failure determination unit 13 uses the "information indicating whether or not an overcurrent has flowed in the switching element" acquired by the current acquisition unit 12 for the failure determination of the overcurrent detection unit.

故障判定部13は、過電流が流れたスイッチング素子があると判定した場合、当該第2の故障判定用指令パターンの下でオン指令されていたスイッチング素子のうち過電流が流れたと判定されたスイッチング素子に対応する過電流検出部は正常であると判定する。

When the failure determination unit 13 determines that there is a switching element in which an overcurrent has flowed, the switching determined that an overcurrent has flowed among the switching elements instructed to be on under the second failure determination command pattern. The overcurrent detector corresponding to the element is determined to be normal.

図17は、本開示の一実施形態による三相の電力変換装置の故障を検出する故障検出装置及びこれを備えるモータ駆動装置における過電流検出部と第2の故障判定用指令パターンとの関係を示す図である。図17において、第2の故障判定用指令パターンQ1~Q6に関して、オン指令されたスイッチング素子に過電流が流れたものがある場合(電流取得部12が取得した電流の検出値に第3の閾値より大きいものがある場合)を「〇」で示し、オン指令されたスイッチング素子のいずれにも過電流が流れなかった場合(電流取得部12が取得した電流の検出値がいずれも第3の閾値以下である場合)を「×」で示す。また、図17において、各スイッチング素子S1~S6に関して、対応する過電流検出部に故障が発生していると判定されるスイッチング素子を「×」で示す。故障判定部13は、三相の電力変換装置2内のスイッチング素子S1~S6に対応して設けられる過電流検出部の故障を図17に示す対応関係に基づき検出する。 FIG. 17 shows the relationship between the failure detection device for detecting the failure of the three-phase power conversion device according to the embodiment of the present disclosure, the overcurrent detection unit in the motor drive device including the failure detection device, and the second failure determination command pattern. It is a figure which shows. In FIG. 17, with respect to the second failure determination command patterns Q1 to Q6, when an overcurrent has flowed through the switching element instructed to be turned on (a third threshold value is set in the detected value of the current acquired by the current acquisition unit 12). (When there is a larger one) is indicated by "○", and when no overcurrent flows in any of the switching elements instructed to be turned on (the detected value of the current acquired by the current acquisition unit 12 is the third threshold value). (In the following cases) is indicated by "x". Further, in FIG. 17, for each of the switching elements S1 to S6 , the switching element determined to have a failure in the corresponding overcurrent detection unit is indicated by “x”. The failure determination unit 13 detects a failure of the overcurrent detection unit provided corresponding to the switching elements S1 to S6 in the three - phase power conversion device 2 based on the correspondence relationship shown in FIG.

例えば、第2の故障判定用指令パターンQ1~Q6の全てについて、オン指令されたスイッチング素子に過電流が流れたものがある場合(第2の故障判定用指令パターンQ1~Q6の下で電流取得部12が取得した電流の検出値の全てについて、第3の閾値より大きいものがある場合)、故障判定部13は、スイッチング素子S1~S6のそれぞれに対応する過電流検出部は全て正常であると判定する。 For example, for all of the second failure determination command patterns Q1 to Q6, when an overcurrent has flowed through the switching element instructed to be turned on (current acquisition under the second failure determination command patterns Q1 to Q6). (When all the current detection values acquired by the unit 12 are larger than the third threshold value), the failure determination unit 13 has normal overcurrent detection units corresponding to each of the switching elements S1 to S6. Is determined to be.

例えば、第2の故障判定用指令パターンQ1の下でオン指令されたスイッチング素子に過電流が流れたものがなかった場合(第2の故障判定用指令パターンQ1の下で電流取得部12が取得した電流の検出値について第3の閾値より大きいものがなかった場合)、故障判定部13は、スイッチング素子S1に対応して設けられていた過電流検出部が故障していると判定する。 For example, when no overcurrent has flowed in the switching element instructed to be turned on under the second failure determination command pattern Q1 (acquired by the current acquisition unit 12 under the second failure determination command pattern Q1). (When none of the detected currents is larger than the third threshold value), the failure determination unit 13 determines that the overcurrent detection unit provided corresponding to the switching element S 1 has failed.

例えば、第2の故障判定用指令パターンQ2の下でオン指令されたスイッチング素子に過電流が流れたものがなかった場合(第2の故障判定用指令パターンQ2の下で電流取得部12が取得した電流の検出値について第3の閾値より大きいものがなかった場合)、故障判定部13は、スイッチング素子S2に対応して設けられていた過電流検出部が故障していると判定する。 For example, when no overcurrent has flowed in the switching element instructed to be turned on under the second failure determination command pattern Q2 (acquired by the current acquisition unit 12 under the second failure determination command pattern Q2). (When there is no current detection value larger than the third threshold value), the failure determination unit 13 determines that the overcurrent detection unit provided corresponding to the switching element S 2 has failed.

例えば、第2の故障判定用指令パターンQ3の下でオン指令されたスイッチング素子に過電流が流れたものがなかった場合(第2の故障判定用指令パターンQ3の下で電流取得部12が取得した電流の検出値について第3の閾値より大きいものがなかった場合)、故障判定部13は、スイッチング素子S3に対応して設けられていた過電流検出部が故障していると判定する。 For example, when no overcurrent has flowed in the switching element instructed to be turned on under the second failure determination command pattern Q3 (acquired by the current acquisition unit 12 under the second failure determination command pattern Q3). (When there is no current detection value larger than the third threshold value), the failure determination unit 13 determines that the overcurrent detection unit provided corresponding to the switching element S 3 has failed.

例えば、第2の故障判定用指令パターンQ4の下でオン指令されたスイッチング素子に過電流が流れたものがなかった場合(第2の故障判定用指令パターンQ4の下で電流取得部12が取得した電流の検出値について第3の閾値より大きいものがなかった場合)、故障判定部13は、スイッチング素子S4に対応して設けられていた過電流検出部が故障していると判定する。 For example, when no overcurrent has flowed in the switching element instructed to be turned on under the second failure determination command pattern Q4 (acquired by the current acquisition unit 12 under the second failure determination command pattern Q4). (When there is no current detection value larger than the third threshold value), the failure determination unit 13 determines that the overcurrent detection unit provided corresponding to the switching element S 4 has failed.

例えば、第2の故障判定用指令パターンQ5の下でオン指令されたスイッチング素子に過電流が流れたものがなかった場合(第2の故障判定用指令パターンQ5の下で電流取得部12が取得した電流の検出値について第3の閾値より大きいものがなかった場合)、故障判定部13は、スイッチング素子S5に対応して設けられていた過電流検出部が故障していると判定する。 For example, when no overcurrent has flowed in the switching element instructed to be turned on under the second failure determination command pattern Q5 (acquired by the current acquisition unit 12 under the second failure determination command pattern Q5). (When there is no current detection value larger than the third threshold value), the failure determination unit 13 determines that the overcurrent detection unit provided corresponding to the switching element S 5 has failed.

例えば、第2の故障判定用指令パターンQ6の下でオン指令されたスイッチング素子に過電流が流れたものがなかった場合(第2の故障判定用指令パターンQ6の下で電流取得部12が取得した電流の検出値について第3の閾値より大きいものがなかった場合)、故障判定部13は、スイッチング素子S6に対応して設けられていた過電流検出部が故障していると判定する。 For example, when no overcurrent has flowed in the switching element instructed to be turned on under the second failure determination command pattern Q6 (acquired by the current acquisition unit 12 under the second failure determination command pattern Q6). (When there is no current detection value larger than the third threshold value), the failure determination unit 13 determines that the overcurrent detection unit provided corresponding to the switching element S 6 has failed.

このように、本開示の一実施形態による故障検出装置1及びこれを備えるモータ駆動装置100によれば、第2の故障判定用指令パターンを用いて、三相の電力変換装置2内のスイッチング素子に対応して設けられる過電流検出部の故障の発生箇所を迅速かつ正確に検出することができる。 As described above, according to the failure detection device 1 according to the embodiment of the present disclosure and the motor drive device 100 provided with the failure detection device 1, the switching element in the three-phase power conversion device 2 is used by using the second failure determination command pattern. It is possible to quickly and accurately detect the location where a failure occurs in the overcurrent detection unit provided in response to the above.

図18~図20は、本開示の一実施形態による三相の電力変換装置の故障を検出する故障検出装置及びこれを備えるモータ駆動装置におけるスイッチング素子に関係するオープン故障及びショート故障、電流検出部の故障、並びにスイッチング素子に対応して設けられる過電流検出部の故障の検出処理を示すフローチャートである。 18 to 20 show an open failure, a short-circuit failure, and a current detection unit related to a failure detection device for detecting a failure of a three-phase power conversion device according to an embodiment of the present disclosure and a switching element in a motor drive device including the failure detection device. It is a flowchart which shows the failure detection process of the failure, and the failure of the overcurrent detection unit provided corresponding to the switching element.

故障検出装置1及びこれを備えるモータ駆動装置100におけるスイッチング素子に関係するオープン故障及びショート故障、電流検出部23の故障、並びにスイッチング素子に対応して設けられる過電流検出部の故障の検出処理は、三相の電力変換装置2の直流側に直流電圧が印加されかつ電力変換装置2の交流側に負荷回路3が接続された状態で実行される。 The detection processing of the open failure and short-circuit failure related to the switching element in the failure detection device 1 and the motor drive device 100 including the failure detection device 1, the failure of the current detection unit 23, and the failure of the overcurrent detection unit provided corresponding to the switching element is performed. , The DC voltage is applied to the DC side of the three-phase power conversion device 2, and the load circuit 3 is connected to the AC side of the power conversion device 2.

まず、ステップS501において、指令生成部11は、初期設定として、第1の故障判定用指令パターンの識別番号Nを1に設定する。ステップS501における第1の故障判定用指令パターンの識別番号Nの1の設定は、例えば、作業者の故障検出装置1への入力装置を用いた入力操作によって行われてもよく、あるいは故障検出装置1による故障検出処理の開始時に自動的に行われてもよく、あるいは故障検出装置1の電源投入時に自動的に行われてもよい。 First, in step S501, the command generation unit 11 sets the identification number N of the first failure determination command pattern to 1 as an initial setting. The setting of the identification number N of the first failure determination command pattern in step S501 may be performed, for example, by an input operation using an input device to the failure detection device 1 of the operator, or the failure detection device. It may be automatically performed at the start of the failure detection process according to 1, or may be automatically performed when the power of the failure detection device 1 is turned on.

ステップS502において、指令生成部11は、スイッチング制御部21に対して第1の故障判定用指令パターンPNを指令する。スイッチング制御部21は、指令生成部11から受信した第1の故障判定用指令パターンPNに基づき、各スイッチング素子に対するオン指令及びオフ指令を生成する。生成されたオン指令及びオフ指令は、ドライブ回路22に送られる。ドライブ回路22は、オン指令及びオフ指令に応じてスイッチング素子をオンオフするためのゲート電圧を各スイッチング素子に印加する。なお、指令生成部11により生成された第1の故障判定用指令パターンPNは、故障判定部13にも送られる。 In step S502, the command generation unit 11 commands the switching control unit 21 for the first failure determination command pattern PN. The switching control unit 21 generates an on command and an off command for each switching element based on the first failure determination command pattern PN received from the command generation unit 11. The generated on-command and off-command are sent to the drive circuit 22. The drive circuit 22 applies a gate voltage to each switching element to turn on / off the switching element in response to the on command and the off command. The first failure determination command pattern PN generated by the command generation unit 11 is also sent to the failure determination unit 13.

ステップS503において、電流取得部12は、第1の故障判定用指令パターンPNに対応する電流検出部23による電流の検出値を取得する。電流取得部12により取得された電流の検出値は、故障判定部13に送られる。故障判定部13は、電流取得部12から送られてきた電流の検出値と、当該電流の検出値の取得の際に用いられていた第1の故障判定用指令パターンPNとを対応付けて記憶する。 In step S503, the current acquisition unit 12 acquires the current detection value by the current detection unit 23 corresponding to the first failure determination command pattern PN. The detected value of the current acquired by the current acquisition unit 12 is sent to the failure determination unit 13. The failure determination unit 13 stores the detected value of the current sent from the current acquisition unit 12 in association with the first failure determination command pattern PN used when acquiring the detected value of the current. do.

ステップS504において、電圧取得部14は、電圧検出部24が検出した電力変換装置の直流側の電圧の検出値を取得する。取得された電圧の検出値は、電流推定部15に送られる。 In step S504, the voltage acquisition unit 14 acquires the detected value of the voltage on the DC side of the power conversion device detected by the voltage detection unit 24. The detected value of the acquired voltage is sent to the current estimation unit 15.

ステップS505において、ステップS504において電圧取得部14が取得した電圧の検出値と、ステップS502において第1の故障判定用指令パターンPNに従いスイッチング素子がオン指令されている時間と、負荷回路3のインピーダンスとに基づいて、各スイッチング素子に流れる電流の推定値を計算する。算出された電流の推定値は、故障判定部13に送られる。 In step S505, the detection value of the voltage acquired by the voltage acquisition unit 14 in step S504, the time when the switching element is on-commanded according to the first failure determination command pattern PN in step S502, and the impedance of the load circuit 3. Based on, the estimated value of the current flowing through each switching element is calculated. The calculated estimated value of the current is sent to the failure determination unit 13.

ステップS506において、指令生成部11は、第1の故障判定用指令パターンPNの識別番号Nが6であるか否かを判定する。第1の故障判定用指令パターンPNの識別番号Nが6であると判定された場合はステップS508へ進み、第1の故障判定用指令パターンPNの識別番号Nが6であると判定されなかった場合はステップS507へ進む。 In step S506, the command generation unit 11 determines whether or not the identification number N of the first failure determination command pattern PN is 6. If it is determined that the identification number N of the first failure determination command pattern PN is 6, the process proceeds to step S508, and it is not determined that the identification number N of the first failure determination command pattern PN is 6. If so, the process proceeds to step S507.

ステップS507において、指令生成部11は、第1の故障判定用指令パターンPNの識別番号Nを1つインクリメントする。その後、ステップS502へ戻る。 In step S507, the command generation unit 11 increments the identification number N of the first failure determination command pattern PN by one. Then, the process returns to step S502.

ステップS508において、故障判定部13は、電流取得部12が取得した6つの電流の検出値の各々とこれに対応する電流推定部15が算出した6つの電流の推定値の各々との割合(すなわち電流の検出値を電流の推定値で除算した値)のうち、少なくとも1つの電流の検出値と電流の推定値との割合が所定の範囲外であるか否かを判定する。電流の検出値と電流の推定値との割合が所定の範囲内であると判定された場合は、ステップS509へ進み、電流の検出値と電流の推定値との割合が所定の範囲内であると判定されなかった場合は、ステップS514へ進む。なお、ステップS509においては、「電流の検出値と電流の推定値との割合」に代えて「電流の検出値と電流の推定値との差」を判定処理に用いてもよい。 In step S508, the failure determination unit 13 has a ratio (that is,) between each of the six current detection values acquired by the current acquisition unit 12 and each of the six current estimation values calculated by the corresponding current estimation unit 15. It is determined whether or not the ratio between the detected value of at least one current and the estimated current value among the detected value of the current divided by the estimated current value is out of the predetermined range. If it is determined that the ratio between the detected current value and the estimated current value is within the predetermined range, the process proceeds to step S509, and the ratio between the detected current value and the estimated current value is within the predetermined range. If is not determined, the process proceeds to step S514. In step S509, the "difference between the detected current value and the estimated current" may be used for the determination process instead of the "ratio of the detected current and the estimated current".

ステップS509において、故障判定部13は、スイッチング素子に関するオープン故障が発生したか否かを判定する。オープン故障が発生したと判定された場合はステップS510へ進み、オープン故障が発生したと判定されなかった場合はステップS511へ進む。オープン故障の判定処理の詳細については、図1~図5を参照して説明した通りである。 In step S509, the failure determination unit 13 determines whether or not an open failure related to the switching element has occurred. If it is determined that an open failure has occurred, the process proceeds to step S510, and if it is not determined that an open failure has occurred, the process proceeds to step S511. The details of the open failure determination process are as described with reference to FIGS. 1 to 5.

ステップS510において、故障判定部13は、オープン故障が発生したスイッチング素子に関する情報を出力し、処理を終了する。 In step S510, the failure determination unit 13 outputs information regarding the switching element in which the open failure has occurred, and ends the process.

ステップS511において、故障判定部13は、スイッチング素子に関するショート故障が発生したか否かを判定する。ショート故障が発生したと判定された場合はステップS512へ進み、ショート故障が発生したと判定されなかった場合はステップS513へ進む。オープン故障の判定処理の詳細については、図1~図4及び図6を参照して説明した通りである。 In step S511, the failure determination unit 13 determines whether or not a short-circuit failure related to the switching element has occurred. If it is determined that a short failure has occurred, the process proceeds to step S512, and if it is not determined that a short failure has occurred, the process proceeds to step S513. The details of the open failure determination process are as described with reference to FIGS. 1 to 4 and 6.

ステップS512において、故障判定部13は、ショート故障が発生したスイッチング素子に関する情報を出力し、処理を終了する。 In step S512, the failure determination unit 13 outputs information about the switching element in which the short-circuit failure has occurred, and ends the process.

なお、ステップS509~S512におけるオープン故障判定とショート故障判定とは順序を入れ替えて実行してもよい。 The order of the open failure determination and the short failure determination in steps S509 to S512 may be changed.

ステップS513において、故障判定部13は、電力変換装置2に設けられた電流検出部23に故障が発生したとの判定を出力し、処理を終了する。 In step S513, the failure determination unit 13 outputs a determination that a failure has occurred to the current detection unit 23 provided in the power conversion device 2, and ends the process.

ステップS514において、指令生成部11は、第2の故障判定用指令パターンの識別番号Nを1に設定する。 In step S514, the command generation unit 11 sets the identification number N of the second failure determination command pattern to 1.

ステップS515において、指令生成部11は、スイッチング制御部21に対して第2の故障判定用指令パターンQNを指令する。スイッチング制御部21は、指令生成部11から受信した第2の故障判定用指令パターンQNに基づき、各スイッチング素子に対するオン指令及びオフ指令を生成する。生成されたオン指令及びオフ指令は、ドライブ回路22に送られる。ドライブ回路22は、オン指令及びオフ指令に応じてスイッチング素子をオンオフするためのゲート電圧を各スイッチング素子に印加する。三相の電力変換装置2の直流側には直流電圧が印加されかつ電力変換装置2の交流側には負荷回路3が接続されているので、6つのスイッチング素子のうちオン指令された3つのスイッチング素子を介して電力変換装置2の直流側の正極端子25、負荷回路3及び電力変換装置2の直流側の負極端子26に閉回路が形成される。なお、指令生成部11により生成された第2の故障判定用指令パターンQNは、故障判定部13にも送られる。 In step S515, the command generation unit 11 commands the switching control unit 21 for the second failure determination command pattern QN. The switching control unit 21 generates an on command and an off command for each switching element based on the second failure determination command pattern QN received from the command generation unit 11. The generated on-command and off-command are sent to the drive circuit 22. The drive circuit 22 applies a gate voltage to each switching element to turn on / off the switching element in response to the on command and the off command. Since a DC voltage is applied to the DC side of the three-phase power conversion device 2 and a load circuit 3 is connected to the AC side of the power conversion device 2, three of the six switching elements are commanded to be switched on. A closed circuit is formed at the positive current terminal 25 on the DC side of the power conversion device 2, the load circuit 3, and the negative negative terminal 26 on the DC side of the power conversion device 2 via the element. The second failure determination command pattern QN generated by the command generation unit 11 is also sent to the failure determination unit 13.

ステップS516において、電流取得部12は、第2の故障判定用指令パターンQNに従いオン指令されたスイッチング素子に流れる電流の検出値に関する情報として、当該オン指令されたスイッチング素子に過電流が発生したか否かを示す情報を取得する。例えば、電流取得部12は、スイッチング素子に流れる電流の検出値そのものを電流検出部23から取得する場合は、当該電流の検出値が第3の閾値(過電流検出レベル)より大きいときは過電流が流れた子を示す情報を生成し、当該電流の検出値が第3の閾値(過電流検出レベル)以下であるときは過電流が流れなかったことを示す情報を生成する。また例えば、ドライブ回路22としてDESAT検出回路とよばれる過電流検出機能を有するドライバICが使用される場合は、当該オン指令されたスイッチング素子に対応するDESAT検出回路から、当該オン指令されたスイッチング素子に流れる電流の検出値に関する情報として、過電流が流れたか否かを示す情報を取得する。また例えば、スイッチング素子及びダイオードからなるパワー素子をIPMにて構成する場合は、当該オン指令されたスイッチング素子に係るIPMから、当該オン指令されたスイッチング素子に流れる電流の検出値に関する情報として、過電流が流れたか否かを示す情報を取得する。電流取得部12により取得された電流の検出値は、故障判定部13に送られる。故障判定部13は、電流取得部12から送られてきた電流の検出値と、当該電流の検出値の取得の際に用いられていた第2の故障判定用指令パターンQNとを対応付けて記憶する。 In step S516, the current acquisition unit 12 indicates whether an overcurrent has occurred in the on-commanded switching element as information regarding the detected value of the current flowing through the on-commanded switching element according to the second failure determination command pattern QN. Obtain information indicating whether or not. For example, when the current acquisition unit 12 acquires the detected value of the current flowing through the switching element itself from the current detection unit 23, the overcurrent is overcurrent when the detected value of the current is larger than the third threshold value (overcurrent detection level). Generates information indicating that the child has flowed, and when the detected value of the current is equal to or less than the third threshold value (overcurrent detection level), information indicating that no overcurrent has flowed is generated. Further, for example, when a driver IC having an overcurrent detection function called a DESAT detection circuit is used as the drive circuit 22, the ON-commanded switching element is transmitted from the DESAT detection circuit corresponding to the ON-commanded switching element. As information on the detected value of the current flowing through the circuit, information indicating whether or not an overcurrent has flowed is acquired. Further, for example, when a power element composed of a switching element and a diode is configured by an IPM, the information regarding the detected value of the current flowing from the IPM related to the on-commanded switching element to the on-commanded switching element is excessive. Acquires information indicating whether or not a current has flowed. The detected value of the current acquired by the current acquisition unit 12 is sent to the failure determination unit 13. The failure determination unit 13 stores the detected value of the current sent from the current acquisition unit 12 in association with the second failure determination command pattern QN used when acquiring the detected value of the current. do.

ステップS517において、指令生成部11は、第2の故障判定用指令パターンQNの識別番号Nが6であるか否かを判定する。第2の故障判定用指令パターンQNの識別番号Nが6であると判定された場合はステップS519へ進み、第2の故障判定用指令パターンQNの識別番号Nが6であると判定されなかった場合はステップS518へ進む。 In step S517, the command generation unit 11 determines whether or not the identification number N of the second failure determination command pattern QN is 6. If it is determined that the identification number N of the second failure determination command pattern QN is 6, the process proceeds to step S519, and it is not determined that the identification number N of the second failure determination command pattern QN is 6. If so, the process proceeds to step S518.

ステップS518において、指令生成部11は、第2の故障判定用指令パターンQNの識別番号Nを1つインクリメントする。その後、ステップS515へ戻る。 In step S518, the command generation unit 11 increments the identification number N of the second failure determination command pattern QN by one. Then, the process returns to step S515.

ステップS519において、故障判定部13は、第2の故障判定用指令パターンQNにおける各スイッチング素子に対するオン指令及びオフ指令の組み合わせと電流取得部12が取得した電流の検出値に関する情報(過電流が流れたか否かを示す情報)との対応関係に基づき、三相の電力変換装置2内のスイッチング素子の各々に対応して設けられた過電流検出部の故障が発生したか否かを判定する。過電流検出部の故障が発生したと判定された場合はステップS520へ進み、過電流検出部の故障が発生したと判定されなかった場合はステップS521へ進む。過電流検出部の故障の判定処理の詳細については、図14~図17を参照して説明した通りである。 In step S519, the failure determination unit 13 provides information regarding the combination of the on command and the off command for each switching element in the second failure determination command pattern QN and the detection value of the current acquired by the current acquisition unit 12 (overcurrent flows). Based on the correspondence with the information indicating whether or not the current is present), it is determined whether or not a failure has occurred in the overcurrent detection unit provided corresponding to each of the switching elements in the three-phase power conversion device 2. If it is determined that a failure of the overcurrent detection unit has occurred, the process proceeds to step S520, and if it is not determined that a failure of the overcurrent detection unit has occurred, the process proceeds to step S521. The details of the failure determination process of the overcurrent detection unit are as described with reference to FIGS. 14 to 17.

ステップS520において、故障判定部13は、過電流検出部の故障に関する情報を出力し、処理を終了する。 In step S520, the failure determination unit 13 outputs information regarding the failure of the overcurrent detection unit and ends the process.

ステップS521において、故障判定部13は、電力変換装置2は正常であるという判定結果を出力し、処理を終了する。 In step S521, the failure determination unit 13 outputs a determination result that the power conversion device 2 is normal, and ends the process.

このように、本開示の一実施形態による故障検出装置1及びこれを備えるモータ駆動装置100によれば、第1の故障判定用指令パターンを用いて、三相の電力変換装置2内のスイッチング素子に関係するオープン故障及びショート故障、電流検出部の故障並びに過電流検出部の故障の発生箇所及び故障内容を迅速かつ正確に検出することができる。 As described above, according to the failure detection device 1 according to the embodiment of the present disclosure and the motor drive device 100 provided with the failure detection device 1, the switching element in the three-phase power conversion device 2 is used by using the first failure determination command pattern. It is possible to quickly and accurately detect the location and details of the failure of the open failure and short-circuit failure, the failure of the current detection unit, and the failure of the overcurrent detection unit related to the above.

上述した指令生成部11、電流取得部12、故障判定部13、電圧取得部14、電流推定部15、スイッチング制御部21、ドライブ回路22、及び上位制御部(図示せず)は、演算処理装置のみで構成されてもよく、あるいはアナログ回路と演算処理装置との組み合わせで構成されてもよく、あるいはアナログ回路のみで構成されてもよい。指令生成部11、電流取得部12、故障判定部13、電圧取得部14、電流推定部15、スイッチング制御部21、ドライブ回路22、及び上位制御部(図示せず)を構成し得る演算処理装置には、例えばIC、LSI、CPU、MPU、DSPなどがある。例えば、指令生成部11、電流取得部12、故障判定部13、電圧取得部14、電流推定部15、スイッチング制御部21、ドライブ回路22、及び上位制御部(図示せず)をソフトウェアプログラム形式で構築する場合は、演算処理装置をこのソフトウェアプログラムに従って動作させることで、指令生成部11、電流取得部12、故障判定部13、電圧取得部14、電流推定部15、スイッチング制御部21、ドライブ回路22、及び上位制御部(図示せず)の各機能を実現することができる。またあるいは、指令生成部11、電流取得部12、故障判定部13、電圧取得部14、電流推定部15、スイッチング制御部21、ドライブ回路22、及び上位制御部(図示せず)を、各部の機能を実現するソフトウェアプログラムを書き込んだ半導体集積回路として実現してもよい。またあるいは、指令生成部11、電流取得部12、故障判定部13、電圧取得部14、電流推定部15、スイッチング制御部21、ドライブ回路22、及び上位制御部(図示せず)を、各部の機能を実現するソフトウェアプログラムを書き込んだ記録媒体として実現してもよい。また、指令生成部11、電流取得部12、故障判定部13、電圧取得部14、電流推定部15、スイッチング制御部21、ドライブ回路22、及び上位制御部(図示せず)は、例えば工作機械の数値制御装置内に設けられてもよく、ロボットを制御するロボットコントローラ内に設けられてもよい。 The above-mentioned command generation unit 11, current acquisition unit 12, failure determination unit 13, voltage acquisition unit 14, current estimation unit 15, switching control unit 21, drive circuit 22, and higher-level control unit (not shown) are arithmetic processing devices. It may be composed of only an analog circuit, it may be composed of a combination of an analog circuit and an arithmetic processing device, or it may be composed of only an analog circuit. An arithmetic processing unit that can configure a command generation unit 11, a current acquisition unit 12, a failure determination unit 13, a voltage acquisition unit 14, a current estimation unit 15, a switching control unit 21, a drive circuit 22, and an upper control unit (not shown). Examples include ICs, LSIs, CPUs, MPUs, DSPs, and the like. For example, the command generation unit 11, the current acquisition unit 12, the failure determination unit 13, the voltage acquisition unit 14, the current estimation unit 15, the switching control unit 21, the drive circuit 22, and the upper control unit (not shown) are in software program format. When constructing, by operating the arithmetic processing device according to this software program, the command generation unit 11, the current acquisition unit 12, the failure determination unit 13, the voltage acquisition unit 14, the current estimation unit 15, the switching control unit 21, and the drive circuit. 22 and each function of the upper control unit (not shown) can be realized. Alternatively, the command generation unit 11, the current acquisition unit 12, the failure determination unit 13, the voltage acquisition unit 14, the current estimation unit 15, the switching control unit 21, the drive circuit 22, and the upper control unit (not shown) are included in each unit. It may be realized as a semiconductor integrated circuit in which a software program that realizes a function is written. Alternatively, the command generation unit 11, the current acquisition unit 12, the failure determination unit 13, the voltage acquisition unit 14, the current estimation unit 15, the switching control unit 21, the drive circuit 22, and the upper control unit (not shown) are included in each unit. It may be realized as a recording medium in which a software program that realizes a function is written. Further, the command generation unit 11, the current acquisition unit 12, the failure determination unit 13, the voltage acquisition unit 14, the current estimation unit 15, the switching control unit 21, the drive circuit 22, and the upper control unit (not shown) are, for example, machine tools. It may be provided in the numerical control device of the above, or may be provided in the robot controller that controls the robot.

電流検出部23及び電圧検出部24は、アナログ回路と演算処理装置との組み合わせで構成されてもよく、あるいは演算処理装置のみで構成されてもよく、あるいはアナログ回路のみで構成されてもよい。電流検出部23及び電圧検出部24については、電力変換装置2またはモータ駆動装置100に一般的に設けられるものを流用してもよい。 The current detection unit 23 and the voltage detection unit 24 may be configured by a combination of an analog circuit and an arithmetic processing device, may be composed of only an arithmetic processing device, or may be composed of only an analog circuit. As the current detection unit 23 and the voltage detection unit 24, those generally provided in the power conversion device 2 or the motor drive device 100 may be diverted.

1 故障検出装置
2 電力変換装置
3 負荷回路
11 指令生成部
12 電流取得部
13 故障判定部
14 電圧取得部
15 電流推定部
21 スイッチング制御部
22 ドライブ回路
23 電流検出部
24 電圧検出部
25 正極端子
26 負極端子
100 モータ駆動装置
1 Failure detection device 2 Power conversion device 3 Load circuit 11 Command generation unit 12 Current acquisition unit 13 Failure determination unit 14 Voltage acquisition unit 15 Current estimation unit 21 Switching control unit 22 Drive circuit 23 Current detection unit 24 Voltage detection unit 25 Positive electrode terminal 26 Negative electrode terminal 100 Motor drive

Claims (15)

ブリッジ回路を構成する複数のスイッチング素子のオンオフ動作により直流から交流への電力変換または交流から直流への電力変換を行う電力変換装置の故障を検出する故障検出装置であって、
各前記スイッチング素子に対するオン指令及びオフ指令の組み合わせからなる指令パターンを複数生成する指令生成部であって、複数の前記指令パターンの各々は、互いに異なるオン指令及びオフ指令の組み合わせを有する、指令生成部と、
前記ブリッジ回路に流れる電流の検出値を取得する電流取得部と、
前記指令パターンにおける各前記スイッチング素子に対するオン指令及びオフ指令の組み合わせと、前記電力変換装置の直流側に直流電圧が印加されかつ前記電力変換装置の交流側に負荷回路が接続された状態において各前記スイッチング素子に対して前記指令パターンを指令して各前記スイッチング素子を動作させたときに前記電流取得部が取得した前記電流の検出値とに基づいて、前記電力変換装置の故障を判定する故障判定部と、
を備える、故障検出装置。
A failure detection device that detects a failure of a power conversion device that converts DC to AC power or AC to DC power by turning on and off a plurality of switching elements that make up a bridge circuit.
A command generation unit that generates a plurality of command patterns consisting of a combination of an on command and an off command for each of the switching elements, and each of the plurality of command patterns has a different combination of the on command and the off command. Department and
A current acquisition unit that acquires the detected value of the current flowing through the bridge circuit,
Each of the above is a combination of an on command and an off command for each of the switching elements in the command pattern, and a state in which a DC voltage is applied to the DC side of the power conversion device and a load circuit is connected to the AC side of the power conversion device. Failure determination to determine the failure of the power conversion device based on the current detection value acquired by the current acquisition unit when the command pattern is commanded to the switching element to operate each switching element. Department and
A failure detection device.
前記ブリッジ回路は、三相ブリッジ回路であり、
前記指令生成部は、6つの前記指令パターンの各々として、前記ブリッジ回路を構成するいずれか1つの上アームの前記スイッチング素子と当該上アームが属するレグとは異なるいずれか1つのレグ内の下アームの前記スイッチング素子とに対するオン指令と、当該オン指令されたスイッチング素子以外の前記スイッチング素子に対するオフ指令と、の組み合わせからなる第1の故障判定用指令パターンを生成する、請求項1に記載の故障検出装置。
The bridge circuit is a three-phase bridge circuit.
The command generation unit, as each of the six command patterns, has the switching element of any one of the upper arms constituting the bridge circuit and the lower arm in any one leg different from the leg to which the upper arm belongs. The failure according to claim 1, wherein a first failure determination command pattern including a combination of an on command for the switching element and an off command for the switching element other than the on-commanded switching element is generated. Detection device.
前記故障判定部は、6つの前記第1の故障判定用指令パターンのそれぞれに基づいて各前記スイッチング素子を動作させたときに前記電流取得部が取得した前記電流の検出値のうち、少なくとも2つの前記第1の故障判定用指令パターンの下で前記電流取得部が取得した前記電流の検出値が第1の閾値未満である場合、当該少なくとも2つの第1の故障判定用指令パターンのうちの2つにおいてオン指令されていたスイッチング素子に関係するオープン故障が発生していると判定する、請求項2に記載の故障検出装置。 The failure determination unit has at least two of the current detection values acquired by the current acquisition unit when each of the switching elements is operated based on each of the six failure determination command patterns. When the detected value of the current acquired by the current acquisition unit under the first failure determination command pattern is less than the first threshold value, two of the at least two first failure determination command patterns The failure detection device according to claim 2, wherein it is determined that an open failure related to the switching element that has been instructed to be turned on has occurred. 前記故障判定部は、6つの前記第1の故障判定用指令パターンのそれぞれに基づいて各前記スイッチング素子を動作させたときに前記電流取得部が取得した前記ブリッジ回路の直流側の前記電流の検出値のうち、2つの前記第1の故障判定用指令パターンの下で前記電流取得部が取得した2つの前記電流の検出値が第2の閾値より大きい場合、当該2つの第1の故障判定用指令パターンにおいてオン指令されていたスイッチング素子が属するレグ内においてオフ指令されていたスイッチング素子に関係するショート故障が発生していると判定する、請求項2または3に記載の故障検出装置。 The failure determination unit detects the current on the DC side of the bridge circuit acquired by the current acquisition unit when each switching element is operated based on each of the six failure determination command patterns. When the detected values of the two currents acquired by the current acquisition unit under the two first failure determination command patterns are larger than the second threshold value, the two first failure determination values are used. The failure detection device according to claim 2 or 3, wherein it is determined that a short-circuit failure related to the switching element that has been commanded off has occurred in the leg to which the switching element that has been commanded to be turned on in the command pattern belongs. 前記故障判定部は、6つの前記第1の故障判定用指令パターンのそれぞれに基づいて各前記スイッチング素子を動作させたときに前記電流取得部が取得した前記ブリッジ回路の直流側の前記電流の検出値のうち、3つの前記第1の故障判定用指令パターンの下で前記電流取得部が取得した3つの前記電流の検出値が第2の閾値より大きい場合、当該3つの第1の故障判定用指令パターンのうちの2つにおいてオン指令されていたスイッチング素子が属するレグ内においてオフ指令されていたスイッチング素子に関係するショート故障が発生していると判定する、請求項2~4のいずれか一項に記載の故障検出装置。 The failure determination unit detects the current on the DC side of the bridge circuit acquired by the current acquisition unit when each switching element is operated based on each of the six failure determination command patterns. When the detected values of the three currents acquired by the current acquisition unit under the three first failure determination command patterns are larger than the second threshold value, the three first failure determination values are used. Any one of claims 2 to 4 for determining that a short failure related to the switching element that has been commanded off has occurred in the leg to which the switching element that has been commanded on in two of the command patterns belongs. The failure detection device described in the section. 前記故障判定部は、6つの前記第1の故障判定用指令パターンのそれぞれに基づいて各前記スイッチング素子を動作させたときに前記電流取得部が取得した前記ブリッジ回路の前記直流側の前記電流の検出値のうち、4つの前記第1の故障判定用指令パターンの下で前記電流取得部が取得した4つの前記電流の検出値が第2の閾値より大きい場合、当該4つの第1の故障判定用指令パターンのうちの2つにおいてオン指令されていた2つのスイッチング素子の各々が属するレグ内の各々においてオフ指令されていたスイッチング素子に関係するショート故障が発生していると判定するとともに、当該ショート故障が発生していると判定した際に用いられた2つの第1の故障判定用指令パターンの組み合わせとは異なる組み合わせを有する2つの第1の故障判定用指令パターンにおいてオン指令されていたスイッチング素子が属するレグ内においてオフ指令されていたスイッチング素子に関係するショート故障が発生している可能性があると判定する、請求項2~5のいずれか一項に記載の故障検出装置。 The failure determination unit has the current on the DC side of the bridge circuit acquired by the current acquisition unit when each of the switching elements is operated based on each of the six failure determination command patterns. When the detected values of the four currents acquired by the current acquisition unit under the four first failure determination command patterns among the detected values are larger than the second threshold value, the four first failure determinations are made. It is determined that a short failure related to the switching element that has been commanded off has occurred in each of the legs to which each of the two switching elements that have been commanded on in two of the command patterns belongs. Switching that was on-commanded in two first failure judgment command patterns having a combination different from the combination of the two first failure judgment command patterns used when it was determined that a short failure has occurred. The failure detection device according to any one of claims 2 to 5, which determines that a short-circuit failure related to a switching element that has been ordered to be turned off may have occurred in the leg to which the element belongs. 前記故障判定部は、6つの前記第1の故障判定用指令パターンのそれぞれに基づいて各前記スイッチング素子を動作させたときに前記電流取得部が取得した前記ブリッジ回路の直流側の前記電流の検出値の全てが第2の閾値より大きい場合、前記スイッチング素子に関係するショート故障が、前記ブリッジ回路の前記上アームの前記スイッチング素子の全てまたは前記ブリッジ回路の前記下アームの前記スイッチング素子の全てについて発生していると判定する、請求項2~6のいずれか一項に記載の故障検出装置。 The failure determination unit detects the current on the DC side of the bridge circuit acquired by the current acquisition unit when each of the switching elements is operated based on each of the six first failure determination command patterns. If all of the values are greater than the second threshold, the short fault associated with the switching element is for all of the switching elements in the upper arm of the bridge circuit or all of the switching elements in the lower arm of the bridge circuit. The failure detection device according to any one of claims 2 to 6, which is determined to have occurred. 前記ブリッジ回路は、単相ブリッジ回路であり、
前記指令生成部は、4つの前記指令パターンの各々として、前記ブリッジ回路を構成するいずれか1つの上アームの前記スイッチング素子といずれか1つの下アームの前記スイッチング素子とに対するオン指令と、当該オン指令されたスイッチング素子以外の前記スイッチング素子に対するオフ指令と、の組み合わせからなる第1の故障判定用指令パターンを生成する、請求項1に記載の故障検出装置。
The bridge circuit is a single-phase bridge circuit.
As each of the four command patterns, the command generation unit gives an on command to the switching element of any one upper arm and the switching element of any one lower arm constituting the bridge circuit, and the on command. The failure detection device according to claim 1, which generates a first failure determination command pattern including a combination of an off command for the switching element other than the commanded switching element.
前記故障判定部は、4つの前記第1の故障判定用指令パターンのそれぞれに基づいて各前記スイッチング素子を動作させたときに前記電流取得部が取得した前記電流の検出値のうち、2つまたは3つの前記第1の故障判定用指令パターンの下で前記電流取得部が取得した2つまたは3つの前記電流の検出値が第1の閾値未満である場合は、当該2つまたは3つの第1の故障判定用指令パターンのうちの2つにおいてオン指令されていたスイッチング素子に関係するオープン故障が発生していると判定し、4つの前記第1の故障判定用指令パターンの下で前記電流取得部が取得した4つの前記電流の検出値が前記第1の閾値未満である場合は、4つの前記スイッチング素子のうちの少なくとも2つのスイッチング素子に関係するオープン故障が発生していると判定する、請求項8に記載の故障検出装置。 The failure determination unit has two or more of the current detection values acquired by the current acquisition unit when each of the switching elements is operated based on each of the four failure determination command patterns. If the detected values of the two or three currents acquired by the current acquisition unit under the three first failure determination command patterns are less than the first threshold value, the two or three firsts. It is determined that an open failure related to the switching element that was on-commanded in two of the failure determination command patterns of the above has occurred, and the current is acquired under the four first failure determination command patterns. When the detected values of the four currents acquired by the unit are less than the first threshold value, it is determined that an open failure related to at least two of the four switching elements has occurred. The failure detection device according to claim 8. 前記故障判定部は、2つの前記第1の故障判定用指令パターンのそれぞれに基づいて各前記スイッチング素子を動作させたときに前記電流取得部が取得した前記ブリッジ回路の直流側の前記電流の検出値のうち、1つの前記第1の故障判定用指令パターンの下で前記電流取得部が取得した前記電流の検出値が第2の閾値より大きい場合、当該1つの第1の故障判定用指令パターンにおいてオン指令が指令されていたスイッチング素子の各々が属するレグ内においてそれぞれオフ指令されていた2つのスイッチング素子のうちのいずれかに関係するショート故障が発生していると判定する、請求項8または9に記載の故障検出装置。 The failure determination unit detects the current on the DC side of the bridge circuit acquired by the current acquisition unit when each switching element is operated based on each of the two first failure determination command patterns. Among the values, when the detected value of the current acquired by the current acquisition unit under one of the first failure determination command patterns is larger than the second threshold value, the one first failure determination command pattern is used. 8. It is determined that a short failure related to one of the two switching elements to which the on command has been commanded has occurred in the leg to which each of the switching elements to which the on command has been commanded belongs. 9. The failure detection device according to 9. 前記故障判定部は、2つの前記第1の故障判定用指令パターンのそれぞれに基づいて各前記スイッチング素子を動作させたときに前記電流取得部が取得した前記ブリッジ回路の直流側の前記電流の検出値の全てが第2の閾値より大きい場合、前記スイッチング素子に関係するショート故障が、前記ブリッジ回路の前記上アームの前記スイッチング素子の全てまたは前記ブリッジ回路の前記下アームの前記スイッチング素子の全てについて発生していると判定する、請求項8~10のいずれか一項に記載の故障検出装置。 The failure determination unit detects the current on the DC side of the bridge circuit acquired by the current acquisition unit when each switching element is operated based on each of the two first failure determination command patterns. If all of the values are greater than the second threshold, the short fault associated with the switching element is for all of the switching elements in the upper arm of the bridge circuit or all of the switching elements in the lower arm of the bridge circuit. The failure detection device according to any one of claims 8 to 10, wherein it is determined that the current has occurred. 前記電力変換装置の直流側の電圧の検出値を取得する電圧取得部と、
前記電圧取得部が取得した前記電圧の検出値と、前記スイッチング素子がオン指令されている時間と、前記負荷回路のインピーダンスとに基づいて、各前記スイッチング素子に流れる電流の推定値を計算する電流推定部と、
を備え、
前記故障判定部は、前記電流取得部が取得した前記電流の検出値の各々とこれに対応する前記電流推定部が算出した前記電流の推定値の各々との差または割合のうち、少なくとも1つの差または割合が所定の範囲外である場合、前記電力変換装置に設けられた電流検出部に故障が発生していると判定する、請求項1~11のいずれか一項に記載の故障検出装置。
A voltage acquisition unit that acquires a detected value of the voltage on the DC side of the power converter, and
A current that calculates an estimated value of the current flowing through each of the switching elements based on the detected value of the voltage acquired by the voltage acquisition unit, the time when the switching element is commanded to be turned on, and the impedance of the load circuit. Estimator and
Equipped with
The failure determination unit is at least one of the differences or ratios between each of the detected values of the current acquired by the current acquisition unit and each of the estimated values of the current calculated by the corresponding current estimation unit. The failure detection device according to any one of claims 1 to 11, wherein when the difference or ratio is out of the predetermined range, it is determined that a failure has occurred in the current detection unit provided in the power conversion device. ..
前記ブリッジ回路は、三相ブリッジ回路であり、
前記指令生成部は、6の前記指令パターンの各々として、前記ブリッジ回路を構成する上側または下側のアームのうちのいずれか1つのアームの前記スイッチング素子と当該アームが属するレグとは異なるレグ内の当該アームとは異なる側のアームの前記スイッチング素子とに対するオン指令と、当該オン指令されたスイッチング素子以外の前記スイッチング素子に対するオフ指令と、の組み合わせからなる第2の故障判定用指令パターンを生成し、
前記故障判定部は、前記電力変換装置において前記スイッチング素子の各々に対応して設けられた過電流検出部の故障を判定する、請求項1~7のいずれか一項に記載の故障検出装置。
The bridge circuit is a three-phase bridge circuit.
As each of the command patterns of 6, the command generation unit is in a leg different from the switching element of any one of the upper or lower arms constituting the bridge circuit and the leg to which the arm belongs. Generates a second failure determination command pattern consisting of a combination of an on command for the switching element of an arm on a side different from the arm and an off command for the switching element other than the on-commanded switching element. death,
The failure detection device according to any one of claims 1 to 7, wherein the failure determination unit determines a failure of an overcurrent detection unit provided corresponding to each of the switching elements in the power conversion device.
前記故障判定部は、前記第2の故障判定用指令パターンの下でオン指令されたスイッチング素子に過電流が流れたものがある場合、当該第2の故障判定用指令パターンの下でオン指令されていたスイッチング素子のうち過電流が流れたと判定されたスイッチング素子に対応する前記過電流検出部は正常であると判定する、請求項13に記載の故障検出装置。 When an overcurrent has flowed through the switching element ordered on under the second failure determination command pattern, the failure determination unit is on-commanded under the second failure determination command pattern. The failure detection device according to claim 13, wherein the overcurrent detection unit corresponding to the switching element for which it is determined that an overcurrent has flowed among the switching elements has been determined to be normal. ブリッジ回路を構成する複数のスイッチング素子のオンオフ動作により直流から交流への電力変換または交流から直流への電力変換を行うことで、モータの駆動に用いられる電力を生成する電力変換装置と、
前記電力変換装置の故障を検出する、請求項1~14のいずれか一項に記載の故障検出装置と、
を備えるモータ駆動装置。
A power conversion device that generates power used to drive a motor by converting DC to AC power or AC to DC power by turning on and off multiple switching elements that make up a bridge circuit.
The failure detection device according to any one of claims 1 to 14, which detects a failure of the power conversion device, and the failure detection device.
A motor drive device.
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