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1、(10)申请公布号 CN 102570936 A (43)申请公布日 2012.07.11 C N 1 0 2 5 7 0 9 3 6 A *CN102570936A* (21)申请号 201110412437.2 (22)申请日 2011.12.12 2010-276522 2010.12.13 JP H02P 6/00(2006.01) H02P 27/06(2006.01) G01R 19/165(2006.01) B60L 3/04(2006.01) (71)申请人株式会社日立制作所 地址日本东京都 (72)发明人岩路善尚 金子大吾 望月健人 筱宫健志 郡大佑 增田诚吉 (74)专利代。
2、理机构北京银龙知识产权代理有限 公司 11243 代理人许静 郭凤麟 (54) 发明名称 旋转机的控制装置、旋转机系统、车辆、电动 汽车及发电系统 (57) 摘要 本发明提供一种旋转机的控制装置、旋转机 系统、车辆、电动汽车及发电系统。目的在于防 止永久磁铁同步旋转机的减磁。本发明的旋转 机(5)的控制装置具备针对每相在正极侧以及负 极侧配置了开关部(SupSwn)的电力变换器、 和检测开关部(SupSwn)的短路的短路检测器 (36)，其中，在短路检测单元(35)检测出短路时， 发出将开关部(SupSwn)的多个相的正极侧以 及负极侧开关一起导通的指令。 (30)优先权数据 (51)Int.。
3、Cl. 权利要求书3页 说明书9页 附图12页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 3 页 说明书 9 页 附图 12 页 1/3页 2 1.一种旋转机的控制装置，具备在各相正极侧以及负极侧配置了开关部的电力变换 器、和检测该开关部的短路的短路检测单元，所述旋转机的控制装置的特征在于， 在所述短路检测单元检测出短路时，发出将所述开关部的多个相的正极侧以及负极侧 开关一起接通的指令。 2.根据权利要求1所述的旋转机的控制装置，其特征在于， 具备：旋转机的过电流检测单元、和被输入来自所述短路检测单元的信号的异常检测 器， 该异常检测器发出将所述开关部的多个相的正。
4、极侧以及负极侧开关一起接通的指令。 3.根据权利要求2所述的旋转机的控制装置，其特征在于， 所述异常检测器，在被输入来自所述短路检测单元的信号、或者检测出旋转机的过电 流时，发出将所述开关部的多个相的正极侧以及负极侧开关一起接通的指令。 4.根据权利要求3所述的旋转机的控制装置，其特征在于， 所述异常检测器具备： 过电流水平设定器，其决定过电流阈值； 比较器，其比较旋转机的相电流和所述过电流阈值的大小，当相电流大于所述阈值时 检测出旋转机的过电流，输出异常信号；以及 或电路，其在被输入来自所述比较器的异常信号或来自所述短路检测单元的信号时， 输出异常信号， 所述异常检测器通过由该或电路输出异常。
5、信号，在被输入来自所述短路检测单元的信 号、或者检测出旋转机的过电流时，发出将所述开关部的多个相的正极侧以及负极侧开关 一起接通的指令。 5.根据权利要求2所述的旋转机的控制装置， 所述异常检测器仅在被输入来自所述短路检测单元的信号、或者检测出旋转机的过电 流中的某一种情况发生时，发出将所述开关部的多个相的正极侧以及负极侧开关一起断开 的指令， 在被输入来自所述短路检测单元的信号并且检测出旋转机的过电流时，发出将所述开 关部的多个相的正极侧以及负极侧开关一起接通的指令。 6.根据权利要求5所述的旋转机的控制装置，其特征在于， 所述异常检测器具备： 过电流水平设定器，其决定过电流阈值； 比较器，。
6、其比较旋转机的相电流和所述过电流阈值的大小，当相电流大于所述阈值时 检测出旋转机的过电流，输出异常信号； 或电路，其在被输入来自所述比较器的异常信号时输出异常信号； 与电路，其在被一起输入来自该或电路的异常信号和来自所述短路检测单元的信号时 输出异常信号；以及 加法器，其被输入来自该与电路的信号以及来自所述短路检测单元的信号， 该加法器仅在被输入来自所述短路检测单元的信号、或检测出旋转机的过电流中的某 一种情况发生时输出第一异常信号， 在被输入来自所述短路检测单元的信号并且检测出旋转机的过电流时输出第二异常 权 利 要 求 书CN 102570936 A 2/3页 3 信号， 所述异常检测器在。
7、该加法器输出第一异常信号时发出将所述开关部的多个相的正极 侧以及负极侧开关一起断开的指令，在该加法器输出第二异常信号时发出将所述开关部的 多个相的正极侧以及负极侧开关一起接通的指令。 7.根据权利要求1至6中任意一项所述的旋转机的控制装置，其特征在于， 所述异常检测器发出将全部三相的正极侧以及负极侧开关一起接通的指令。 8.一种旋转机的控制装置，其特征在于， 具备在各相正极侧以及负极侧配置了开关部的电力变换器、旋转机的过电流检测单 元、以及检测该开关部的短路的短路检测单元，还具备被输入来自所述短路检测单元的信 号的异常检测器， 该异常检测器，当被输入来自所述短路检测单元的信号，未检测出旋转机的。
8、过电流时， 发出将所述开关部的三相的正极侧以及负极侧开关一起断开的指令， 当被输入来自所述短路检测单元的信号，并且检测出旋转机的过电流时，发出将来自 异常时栅极信号发生器的信号传输到所述开关部的三相的正极侧以及负极侧开关的指令， 该异常时栅极信号发生器， 对于检测出旋转机的过电流的时刻的所述旋转机的相电流为正的相，输出断开正极侧 开关并且接通负极侧开关的信号， 对于检测出旋转机的过电流的时刻的所述旋转机的相电流为负的相，输出接通正极侧 开关并且断开负极侧开关的信号。 9.根据权利要求8所述的旋转机的控制装置，其特征在于， 所述异常检测器具备： 过电流水平设定器，其决定过电流阈值； 比较器，其比。
9、较旋转机的相电流和所述过电流阈值的大小，当相电流大于所述阈值时 检测出旋转机的过电流，输出异常信号； 或电路，其在被输入来自所述比较器的异常信号时输出异常信号； 与电路，其在被一起输入来自该或电路的异常信号和来自所述短路检测单元的信号时 输出异常信号；以及 加法器，其被输入来自该与电路的信号以及来自所述短路检测单元的信号， 该加法器仅在被输入来自所述短路检测单元的信号或者检测出旋转机的过电流中的 某一种情况发生时，输出第一异常信号， 在被输入来自所述短路检测单元的信号并且检测出旋转机的过电流时，输出第二异常 信号， 所述异常检测器，在该加法器输出第一信号时，发出将所述开关部的三相的正极侧以 及。
10、负极侧开关一起断开的指令， 在该加法器输出第二信号时，发出将来自异常时栅极信号发生器的信号传输到所述开 关部的三相的正极侧以及负极侧开关的指令， 对该异常时栅极信号发生器输入来自所述或电路的异常信号，该异常时栅极信号发生 器保持被输入了来自该或电路的异常信号的时刻的旋转机的各相的电流，在此基础上判定 极性， 权 利 要 求 书CN 102570936 A 3/3页 4 对相电流为正的相输出断开正极侧开关并且接通负极侧开关的信号， 对相电流为负的相输出接通正极侧开关并且断开负极侧开关的信号。 10.根据权利要求2至9中任意一项所述的旋转机的控制装置，其特征在于， 在从所述电力变换器连接旋转机的配。
11、线部中，还设置有可将该配线全部短路的短路开 关， 该短路开关，在被输入来自所述短路检测单元的信号或者检测出旋转机的过电流时， 将所述配线全部短路。 11.一种旋转机系统，其特征在于， 具备转子以及以预定的间隙与该转子相对配置的定子，并且具备： 在所述转子中配置了永久磁铁的永久磁铁式旋转机、和权利要求110中任意一项所 述的旋转机的控制装置。 12.根据权利要求11所述的旋转机系统，其特征在于， 在所述旋转机与所述旋转机的控制装置之间具备断路器， 在所述断路器的断路动作完成前，发出将所述开关部的多个相的正极侧以及负极侧开 关一起接通的指令。 13.一种电动车辆或电动汽车，其特征在于， 搭载权利要。
12、求11或12所述的旋转机系统，并且将所述旋转机作为电动机来使用。 14.一种发电系统，其特征在于， 搭载权利要求11或12所述的旋转机系统，并且将所述旋转机作为发电机来使用。 权 利 要 求 书CN 102570936 A 1/9页 5 旋转机的控制装置、 旋转机系统、 车辆、 电动汽车及发电系 统 技术领域 0001 本发明涉及旋转机的控制装置、旋转机系统、车辆、电动汽车及发电系统。 背景技术 0002 旋转机作为电动机或发电机被广泛普遍地使用，其中，小型/高效率的永久磁铁 型同步旋转机被广泛应用于从家电到工业领域。并且，与近年的节能、地球环境保护的世界 的动向相关联，促进了永久磁铁型同步电。
13、动机(以及永久磁铁型同步发电机)的大容量化， 也被从数百kW到数MW级的系统采用。作为新的应用产品，列举出电气化铁路车辆或风力 发电系统等。 0003 这些永久磁铁同步旋转机(是包含电动机motor和发电机的意思，记为旋转 机)，难以通过工频电源直接驱动，需要使用逆变器或变换器等电力变换器。并且，该电力变 换器被连接在旋转机的交流电力和作为电源的直流电源之间，进行旋转机的控制。在电力 变换器中对于直流电源具有正极侧和负极侧的半导体的开关元件，它们与旋转机的相数对 应地设置。 0004 但是，当该电力变换器本身故障时，与电力变换器连接的旋转机也受到影响。作为 针对电力变换器的故障的技术，例如有在。
14、专利文献1至4中记载的技术。 0005 在专利文献1中，在电力变换器发生故障时，出于保护被损坏的开关元件以外的 元件的目的，将与发生了故障的元件同极侧的元件全部导通，使旋转机的端子短路，抑制电 流增加。 0006 在专利文献2中表示了减磁保护方式。在该文献中，检测与直流母线连接的熔断 器的熔断，此后，将电力变换器的上臂全相或者下臂全相接通，针对不可逆减磁进行保护。 0007 在专利文献3中提出了作为永久磁铁同步发电机的电气制动装置，在发电机的连 接线上设置外部短路电路的方式。 0008 在专利文献4中表示了在永久磁铁同步电动机空转时开始逆变器驱动时的过电 流防止方法。 0009 但是，在专利文。
15、献1所记载的方式中，前提是旋转机的减磁耐量足够大，取故障时 的电流波形的平均，判别正负哪个元件发生了短路故障，在此基础上决定导通的元件。因 此，在将减磁耐量设计得较低的高密度的旋转机中，有可能在实施保护前达到减磁电流，直 接应用该方法是有问题的。 0010 另外，在专利文献2中，必须向直流母线导入熔断器，但是，在数百k数千kW级 的大容量变换机中难以导入熔断器。特别是直流母线需要减小配线的电感，难以像专利文 献2那样在母线的途中插入熔断器。另外，也存在在熔断器断开前的时间内，旋转机的电流 有可能增大而达到减磁的问题。 0011 另外，在专利文献3中，在故障时能够通过使该外部短路电路工作来抑制过。
16、电流， 但是未记载从该故障检测到保护为止的手段。 说 明 书CN 102570936 A 2/9页 6 0012 另外，专利文献4是启动次序(sequence)中的大电流引起的减磁的防止对策，以 逆变器(电力变换机)正常工作为前提。因此，通过该方法无法防止电力变换机故障时的 异常电流。 0013 【专利文献1】日本特开2008-220045号公报 0014 【专利文献2】日本特开2007-189763号公报 0015 【专利文献3】日本特开2002-339856号公报 0016 【专利文献4】日本特开平10-12396号公报 发明内容 0017 如上所述，从有益于信息公开的观点出发积极地公开了。
17、可知的公知技术，并且分 别谈到了现有技术中可能存在的问题，但是，本发明的直接的课题是防止永久磁铁同步旋 转机的减磁。 0018 为了解决上述课题，本发明的旋转机的控制装置，具备针对每相在正极侧以及负 极侧配置了开关部的电力变换器、和检测该开关部的短路的短路检测单元，其中，在所述短 路检测单元检测出短路时，发出将所述开关部的多个相的正极侧以及负极侧开关一起接通 的指令。 0019 另外，本发明的旋转机系统，具备转子以及以预定的间隙与该转子相对配置的定 子，并且具备在所述转子中配置了永久磁铁的永久磁铁式旋转机、和上述旋转机的控制装 置。 0020 另外，本发明的电动车辆或电动汽车，搭载上述旋转机系。
18、统，并且将所述旋转机作 为电动机来使用。 0021 另外，本发明的发电系统，搭载旋转机系统，并且将所述旋转机作为发电机来使 用。 0022 根据本发明，能够防止永久磁铁同步旋转机的减磁。 附图说明 0023 图1表示电动机驱动系统的结构(实施例1)。 0024 图2表示各开关元件的栅极信号1(实施例1)。 0025 图3表示各开关元件的栅极信号2(实施例1)。 0026 图4表示控制器2B的结构(实施例2)。 0027 图5表示异常检测器9的结构(实施例2)。 0028 图6表示控制器2C的结构(实施例3)。 0029 图7表示异常检测器9C的结构(实施例3)。 0030 图8表示各开关元件的。
19、栅极信号(实施例3)。 0031 图9表示控制器2D的结构(实施例4)。 0032 图10表示异常检测器9D的结构(实施例4)。 0033 图11表示异常时栅极信号发生器8D(实施例4)。 0034 图12表示各开关元件的栅极信号以及电流波形(实施例4)。 0035 图13表示各开关元件的动作1(实施例4)。 说 明 书CN 102570936 A 3/9页 7 0036 图14表示各开关元件的动作21(实施例4)。 0037 图1 5表示电动机驱动系统的结构(实施例5)。 0038 图16表示电动机驱动系统的结构(其它实施例)。 0039 图17表示电气化铁路车辆(其它实施例)。 0040 。
20、图1 8表示风力发电系统(其它实施例)。 0041 图19表示逆变器的开关元件的故障状态(课题的说明)。 0042 图20表示单侧短路故障时的电流波形(课题的说明)。 0043 符号说明 0044 1指令发生器 0045 2控制器 0046 3逆变器 0047 4电流检测器 0048 5三相永久磁铁型电动机(PM电动机) 0049 6旋转机控制器 0050 7栅极信号切换开关 0051 8异常时栅极信号发生器 0052 31逆变器主电路部 0053 32输出预驱动器 0054 33直流电源 0055 34滤波电容器 0056 35直流断路器 0057 36短路检测器 具体实施方式 0058 本。
21、申请的发明人在研究后得到以下见解。 0059 在永久磁铁型同步旋转机的运转中，电力变换器的开关元件中的某一个有时违背 开关元件的控制信号，发生持续成为导通状态的短路故障。此外，在本说明书中，所谓开关 元件的短路故障，意味着相应开关元件的两端短路，双向流过电流的状态。 0060 针对直流电源在正极侧和负极侧具备开关元件。因此，即使在其一方发生了短路 故障时仍对另一方的开关元件施加作为正常的开关动作的导通(ON)信号，由此发生直流 电源的短路。由于该直流间的短路，瞬间产生大电流，导致损坏已短路的开关元件。 0061 该短路电流导致的开关元件的损坏，根据此时的状态(元件电流、施加电压、元件 温度、随。
22、时间的变化状态、过渡现象等)有各种损坏方式。将这些状态分类为下述3种模式。 0062 (A)正极侧和负极侧的双方的开关元件断开，作为开关在开放状态下被损坏的情 况(“开放故障”、图19(A)、 0063 (B)正极侧和负极侧的开关元件的某一方断开/开放，另一方在导通状态(固定状 态)下被损坏的情况(“单侧短路故障”、图19(B)、 0064 (C)正极侧和负极侧的开关元件的双方成为导通状态(固定状态)的情况(“上 下短路故障”、图19(C)。 说 明 书CN 102570936 A 4/9页 8 0065 当这种故障发生时，直流电源瞬间大幅度降低，因此，作为变换器的异常被检 测出来，一般在此瞬。
23、间将全部开关元件的栅极信号设为截止(OFF)(栅极抑制(gate suppress)。 0066 图19表示上述(A)(C)的损坏状态。由于该各种状态持续而流过旋转机的电流 值有很大不同。例如在(A)的状态下，旋转机的电流通过栅极抑制被切断，逐渐自然衰减。 另外，若是(C)的状态，则等价于旋转机的端子全部被短路，持续地流过由旋转机的阻抗决 定的电流值。在(B)的损坏状态下，正极侧或负极侧的某一方的开关元件为短路状态，因 此，经由其它相的二极管(与开关元件连接的续流二极管)流过将旋转机的起电电压整流 而得的整流电流。该电流具有直流偏差(offset)。图20表示此时的电流波形的例子(该 现象也记。
24、载在专利文献1的图5中)。该条件(B)下的直流电流，根据旋转机具有的直流 电阻的大小来决定其量。即，若旋转机的线圈电阻值小，则通过极小的直流电压持续流过很 大的电流。特别是在铁路电动车辆或风力发电机等中使用的数百k数千kW的旋转机的 线圈电阻值小，具有大的直流偏差。其结果，有可能使旋转机的永久磁铁不可逆地减磁。通 常，永久磁铁的不可逆减磁发生的原因，根据磁铁的温度条件、和由电流形成的磁通量密度 的大小而决定。仅在电力变换器发生了上述(B)的单侧短路故障的情况下，有可能在旋转 机中流过大电流，有可能造成不可逆减磁。为了在旋转机侧防止减磁，也考虑增加磁铁本身 的厚度来提高减磁耐量，但是在这种情况下。
25、会导致旋转机主体的大型化。另外，本来设想在 实际运转中不会流过的大电流来设计旋转机，在系统的结构方面不是好办法。 0067 另外，假如在发生了减磁的情况下，该旋转机的修理需要巨大的作业。特别是数百 k数千kW级的大型旋转机的替换/修复的作业不容易。 0068 另外，也发生减磁以外的问题。当流过包含直流偏差的大电流时，它直接成为旋转 脉动(转矩变化)，使得与旋转机连接的机械振动。若把旋转机作为发电机来使用，则对作 为其驱动源的风车或柴油引擎等给予大的机械振动，由于该振动，也可能对机械造成损坏。 0069 根据所述见解，以下说明适于实施本发明的实施例。以下只不过是实施例，并非将 本发明限定于下述具。
26、体形态。 0070 【实施例1】 0071 使用图1图3说明本发明的第一实施方式。 0072 图1是作为永久磁铁同步旋转机，驱动三相永久磁铁型电动机(以下简称为PM电 动机)5的电动机驱动系统。图1的构成要素由以下各部构成：发生PM电动机5的转矩指令 Tm*的指令发生器1；运算对PM电动机的施加电压，生成向逆变器的脉冲宽度调制波(PWM) 信号的控制器2；接受控制器2的PWM信号，从直流电源产生交流电压的逆变器3；以及由它 们控制的PM电动机5。 0073 另外，逆变器3由以下各部构成：由6个开关元件SupSwn构成，进行直流交 流间的电力变换的逆变器主电路部31；直接驱动逆变器主电路31的输。
27、出预驱动器32；向 逆变器供给电力的直流电源33；滤波电容器34；直流断路器35；作为检测直流电压的异常 (短路)的单元的短路检测器36。 0074 指令发生器1是发生PM电动机5的转矩指令Tm*的、位于控制器2的上位的控制 器。上位控制器，例如若是风扇式泵系统，则有时作为指令而输出转速指令。或者，若是发 电机系统，则有时输出功率指令，但是不管是哪种指令都没有问题。 说 明 书CN 102570936 A 5/9页 9 0075 在旋转机控制器6中，根据来自上位的指令(在图1中为转矩指令Tm*)和通过PM 电动机5的电流检测器4检测出的PM电动机5的相电流Iu、Iv、Iw，运算应该对PM电动机。
28、 5施加的电压，为了通过逆变器3输出该电压，输出PWM(脉冲宽度调制)信号，驱动输出预 驱动器32。此外，电流检测器4检测全部三相的电流，但是即使仅检测两相，通过运算求出 剩余的一相也没有问题。 0076 以下，对作为本实施例的特征部分的栅极信号切换开关7、异常时栅极信号发生器 8进行说明。通过对逆变器3配备的短路检测器36检测短路，并将其信号(在图1中为“F” 信号)提供给栅极信号切换开关7。在栅极信号切换开关7中接受短路信号F，将开关从图 1的“0”切换为“1”。由此，根据PM电动机5的通常驱动用的信号，异常时栅极信号发生器 8的信号被提供给输出预驱动器32。 0077 图2表示该切换的情。
29、况。作为逆变器的开关元件SupSwn的导通信号的Pup Pwn，由于短路信号F变为“1”而全部被切换至导通。其结果，损坏的开关元件以外的全部元 件一起导通，强制地使逆变器主电路的直流电压变为零。作为结果，故意地形成与图19(C) 相同的上下短路状态(臂短路)，可以防止PM电动机的电流增大。此外，从逆变器3的直流 电源33流入大电流，但此时直流断路器35动作，防止电流增大。 0078 另外，难以设想多相同时发生短路故障。因此，若假定短路故障在1相中发生，最 低假定将2相的上下开关元件同时导通，则可以实现直流电源的短路。例如，如图3所示， 作为异常时的开关动作，若仅对U相以及V相的2相赋予上下导通。
30、信号，则可以形成直流的 短路电路，可以保护PM电动机不发生不可逆减磁。 0079 这样，根据本发明的第一实施例，即使在逆变器的开关元件发生了短路故障时，也 能够避免PM电动机的不可逆减磁。此外，在本发明中，使用在逆变器故障时正常动作的元 件，通过发生臂短路来进行保护，这些元件自身也进行保护动作，由此有可能发生过电流损 坏。但是，如前所述，变换机自身的更换作业比较容易，与此相对，PM电动机(特别是大容 量的PM电动机)的替换作业、修复作业不容易。另外，即使考虑过大电流对系统整体造成 的影响，将逆变器主电路作为保护装置来使用的方法也是上策。 0080 短路检测器36作为观测直流电压值来检测有无短路。
31、的单元而进行了说明，但是 其它方法，例如使用观测元件的端子电压、预驱动器的输出来检测短路的单元也完全没有 问题。 0081 【实施例2】 0082 使用图4、图5说明本发明中的第二实施方式。 0083 在第一实施方式中，检测短路故障，根据其故障信号将逆变器的直流电压短路，抑 制PM电动机的过大电流，防止负荷逆减磁。在该实施方式中，要求短路故障的检测的可靠 性。短路检测器36当提高灵敏度时有可能误动作，另外若过度降低灵敏度则有可能漏检测 出故障。第二实施方式解决此问题。此外，省略与实施例1重复的说明。 0084 图4表示控制器2B，通过代替第一实施方式(图1)中的控制器2使用控制器2B 而构成第。
32、二实施方式。 0085 在图4中，旋转机控制器6、栅极信号切换开关7、异常时栅极信号发生器8与图1 中相同。异常检测器9是新追加的部件，图5表示其结构。 0086 在图5中，异常检测器9由以下各部构成：对于三相电流的检测值运算绝对值的绝 说 明 书CN 102570936 A 6/9页 10 对值运算器91；输出过电流的设定值阈值的过电流水平设定器92(表示为IMAX1)；比 较两个输入端子的大小关系，当“+”端子比“-”端子的值大时，输出“1”(异常信号)，反之 输出“0”(正常信号)的比较器93；运算输入信号的“OR(或)”的或电路94；根据输入信 号的上升沿将输出设置为“1”的锁存电路9。
33、5。 0087 该异常检测器9的动作如下。 0088 当发生来自短路检测器36的故障信号“F”时，来自或电路94的信号也变为 “1”(异常信号)，锁存电路95的输出也被设置为“1”(异常信号)，直接将栅极信号切换开 关7切换到“1”侧。该动作与第一实施方式相同。 0089 除此以外，输入PM电动机的相电流Iu、Iv、Iw的检测值，并通过绝对值运算器91 运算其绝对值，通过比较器93针对每相来与过电流的设定值“IMAX1”进行大小比较。IMAX1 以达到不可逆减磁的电流值为基准，取余量而设定得比其低。若根据图5的模块，则当Iu、 Iv、Iw的任意一相电流的大小超过IMAX时，或电路94的输出变为。
34、“1”(异常信号)，F1也 变为“1”(异常信号)。 0090 因此，在第一实施方式中，仅根据短路检测器36的输出检测异常状态，但是在本 实施方式中，若进行基于短路检测器36的短路检测或上述基于过电流检测单元的过电流 检测的至少某一方，则可以检测异常状态。 0091 因此，根据第二实施方式，不仅根据来自短路检测器36的信号，根据相电流的大 小也能够进行保护动作，可以更可靠地防止PM电动机的不可逆减磁。 0092 另外，在本实施例中，在异常检测器9内部进行过电流的检测，但是在内部进行这 本身当然不是必须的，当然也可以仅把过电流检测信号输入异常检测器9。 0093 【实施例3】 0094 使用图6。
35、图8来说明本发明的第三实施方式。 0095 在第二实施方式中，根据直流电源的短路和相电流的过电流的至少一方的检测， 对逆变器的故障进行保护动作，在能够进行更可靠的保护方面是有益的，但是也有可能由 于误动作而损坏开关元件。因此，在第三实施方式中考虑到这一点，尽可能不受误动作/误 检测的影响地进行不可逆减磁的保护。此外，省略与上述各实施例重复的说明。 0096 图6表示控制器2C，通过代替第一实施方式(图1)中的控制器2来使用控制器 2C，构成第三实施方式。 0097 在图6中，旋转机控制器6、异常时栅极信号发生器8与图1、图4中相同。栅极信 号切换开关7C的接点有“0”、“1”、“2”这三个接点。
36、，通过“F2”的信号来切换接点。当F2 0(正常状态的信号)时，将通常的旋转机控制器的输出作为栅极信号来发送，当F21时， 全部信号变为“0”(即，全部开关元件一起截止的栅极抑制状态)，另外，当F22时，相反 地全部信号变为“1”(即，全部开关元件一起导通的上下短路状态)。异常检测器9C是新 的结构模块，图7表示其细节。 0098 在图7中，绝对值运算器91、过电流水平设定器92、比较器93、锁存电路95与图5 中的相同。或电路94C是输入端子为来自比较器93的三个逻辑或电路。而且，与(AND)电 路96中追加了加法器97。 0099 该异常检测器9C的动作如下。 0100 当来自短路检测器3。
37、6的信号F变为“1”时，加法器97也输出“1”(第一异常信 说 明 书CN 102570936 A 10 7/9页 11 号)，输入对栅极信号切换开关7C的控制信号，将开关的接点切换为“1”。此时，全部开关 元件的栅极信号全部变为“0”(一起截止)，成为栅极抑制状态。假如逆变器的故障为图 19(A)或(C)的状态，则继续维持该状态。在这些故障中，不需要特别产生臂短路，PM电动 机就可以防止不可逆减磁。但是，在图19(B)的故障的情况下，如图20所示，相电流增大。 其结果，三相中的某一相达到过电流水平，从达到该过电流水平的相的比较器93向或电路 94c输出“1”(异常信号)，与第二实施方式同样地。
38、，图7的或电路94C的输出变为“1”(异 常信号)。接受该变化后，锁存电路95的输出变为“1”。此时，短路检测信号F为“1”，由 此，与电路96的输出也变为“1”，加法器97的输出F2变为“2”(第二异常信号)。其结果， 栅极信号切换开关7C将接点切换到“2”，从栅极抑制变化为全栅极信号导通，最终通过开 关元件实施上下短路。 0101 图8表示这些情况。各开关元件的栅极信号根据F2的值而变化为通常PWM、栅极 抑制(全相截止)、全相导通。 0102 如上所述，根据本发明的第三实施方式，可以实现与开关元件的故障状态相对应 的保护。即使在误检测出短路故障信号时，也在栅极抑制状态下暂时停止逆变器，可。
39、以防 止错误地引起臂短路而导致不需要的元件的损坏。另外，即使元件发生了故障，若不是图 19(B)的单侧短路故障的模式，则也能够不进行直流电压的臂短路地快速地停止逆变器。 0103 【实施例4】 0104 使用图9图14说明本发明的第四实施方式。 0105 在第三实施方式中表示了根据逆变器的故障状态进行保护动作的方式。在第四实 施方式中也同样地进行与逆变器的故障状态对应的保护动作，但是通过针对每个相控制恰 当的元件的导通/截止，一边避免臂短路，一边抑制导致不可逆减磁的过电流。在此前的实 施例中，在单侧短路故障(图19(B)那样的故障)中仅进行基于上下短路的保护，但是不进 行该保护动作地进行保护。。
40、由此，不需要白白损坏本来不发生故障的开关元件。此外，省略 与上述各实施例重复的说明。 0106 图9表示控制器2D，通过代替第一实施方式(图1)中的控制器2而使用控制器 2D，构成第四实施方式。 0107 在图9中，旋转机控制器6、栅极信号切换开关7C、零发生器10与第三实施方式 (图6)中所示的相同。在此，异常时栅极信号发生器8D以及异常检测器9D是新结构的模 块，图11、图10中分别表示其细节。 0108 异常检测器9D(图10)与第三实施方式中的异常检测器9C(图7)大致相同，区别 仅在于将锁存电路95的输出H输出到外部这一点。因此，省略与异常检测器9D的动作有 关的说明。 0109 异。
41、常时栅极信号发生器8D成为图11那样的结构。在图中，作为相电流检测值的 Iu、Iv、Iw通过采样保持电路81对值进行采样。该采样的定时，根据来自异常检测器9C的 信号H来进行。该信号H是当三相电流的任意一个到达过电流水平时生成的信号。即，对 发生了过电流的瞬间的各相电流值进行采样保持。 0110 被采样的电流值通过比较器103与零(零发生器10的输出)比较，若比零大则从 比较器103输出“0”，若比零小则从比较器103输出“1”。这些来自比较器103的信号直接 成为各相的上侧开关元件的栅极信号而被输出，另外，其反转信号作为下侧开关元件的栅 说 明 书CN 102570936 A 11 8/9页。
42、 12 极信号而被输出。这样，根据第四实施方式，不产生上下0臂短路的状态。 0111 图12表示这些动作波形。在检测出短路故障，信号F3变为“1”的同时，成为栅极 抑制状态(全部开关元件截止)。此时，若故障状态为开放故障(图19(A)或者上下短路 故障(图19(C)，则继续维持该栅极抑制状态。如果为单侧短路故障(图19(B)，则相电 流开始增大，不久某一个相达到过电流水平。在达到该过电流的瞬间对各相电流进行采样 并保持。通过图11的采样保持电路81来进行该动作。在图12的情况下，Iu达到过电流， 将Iu保持为正的值，将Iv和Iw保持为负的值。其结果，栅极信号成为图12的PupPwn 所示的波形。
43、。 0112 当使用逆变器主电路来说明基于这些栅极信号的开关动作时，成为图13那样。首 先，假定在U相的上侧(正极侧)开关元件(Sup)中发生了单侧短路故障。暂时如图13(a) 那样成为栅极抑制，全部开关元件一起截止。 0113 但是，仅Sup为短路故障状态，因此导通。于是，PM电动机5的电流，Iu向正的方 向、Iv和Iw向负的方向增大电流值。不久Iu达到过电流水平，结果成为图13(b)那样的 栅极信号(它们是与图12相同的状态)。U相的栅极信号使下侧(负极侧)开关元件Sun 导通，使上侧(正极侧)开关元件Sup截止，但是，Sun已经断开，无法导通。另一方面，其它 正常的两相是使上侧(正极侧)。
44、开关元件Svp、Swp导通，使下侧(负极侧)开关元件Sup 截止的信号，正常的上侧(正极侧)开关元件Svp、Swp导通。其结果，包含发生了短路故障 的Sup在内，Svp、Swp的全部的正极侧元件成为导通状态，PM电动机5的端子完全被短路。 0114 因此，可以不产生相电流的直流成分地避免不可逆减磁。另外，由于也不发生上下 开关元件的短路，因此不可能损坏正常动作的元件。 0115 另外，作为单侧短路故障，在下侧开关元件发生短路故障的情况下，从图14(a)迁 移到(b)那样的状态，形成使用了下侧的开关元件Sun、Svn、Swn的短路路径。 0116 此外，在本实施例中，前提是首先检测出短路故障，此。
45、后进行过电流检测，在仅发 生过电流检测时，F3的信号维持“1”，在栅极抑制状态下维持。对于防止误检测来说这没有 问题，但是为了可靠地抑制不可逆减磁，需要若干的电路变更。例如组合根据短路故障检出 或过电流检出暂时将F3设为“1”，此后在再次检测出过电流的情况下将F3设为“2”的次序 即可。为此，若将图10中的加法器97、与电路96、锁存电路95的部分替换为对脉冲的上升 沿进行计数的计数器等来构建逻辑电路，根据检测出短路故障的次数和检测出过电流的次 数输出F3信号，则可以实现。 0117 如上所述，根据本发明的第四实施方式，在逆变器的故障时，可以不损坏正常动作 的开关元件地防止PM电动机的不可逆减。
46、磁。而且，可以根据电流的瞬时判断出设置为哪种 开关状态较好，处理算法也极为简单明了。 0118 【实施例5】 0119 使用图15说明本发明的第五实施方式。 0120 在第一第四实施方式中，作为针对PM电动机的不可逆减磁的保护，通过控制的 结构实现了保护功能。特别是可以不追加大的部件，仅通过信号处理来实现针对减磁的保 护。但是，为了更可靠地进行保护，最好设置专用的旋转机短路电路。本发明的第五实施方 式，作为PM电动机的不可逆减磁保护，表示了在外部设置短路电路的例子。此外，省略与上 述各实施例重复的说明。 说 明 书CN 102570936 A 12 9/9页 13 0121 图15表示驱动PM。
47、电动机5的电动机驱动系统，各部件中与图1的实施方式相同 的号码表示相同的部件。在图15中，作为新的部件追加了外部短路电路11，除此之外与图 1相同。控制器2E与控制器2同样地动作，但是存在以下区别，当短路检测信号F变为“1” 时，根据来自零指令发生器10的信号选择栅极抑制。控制器2E的动作仅此而已，省略说明。 0122 另外，短路检测信号F被输入外部短路电路11，在F1(故障发生)的状态下将 PM电动机的连接线短路。外部短路电路11是由二极管整流器和晶闸管开关构成的短路电 路，但只要是可以瞬间将三相短路的元件，无论怎样的结构都没有问题。在此所谓的瞬间， 取决于PM电动机的相电流的过渡现象，是数。
48、ms数十ms的数量级。 0123 若是图15的结构，则在逆变器的故障发生时，逆变器主电路被栅极抑制，即使故 障状态为单侧短路状态，也通过外部短路电路将PM电动机5的端子短路，避免不可逆减磁。 0124 此外，作为使外部短路电路导通的信号，使用此前的实施例中所使用的其它控制 器(控制器2B2D)的F1F3也没有问题。即，当检测出上述短路检测信号F或过电流 检测信号中的至少任意一种时，能够使外部短路电路导通。例如，即使做成在F22的条 件下使外部短路电路11导通的结构也能够避免不可逆减磁。 0125 【其它实施例】 0126 以下，说明与上述不同的能够实施本发明的各种实施例。 0127 图16是与。
49、图1或图15相同的电动机驱动系统的结构。在大容量的PM电动机(PM 发电机)中，如图所示在旋转机的前方插入断路器12。在故障发生时，同时进行将该断路 器12开放(断开)的次序，但是通常大容量的断路器的动作时间非常久，需要0.1s左 右。与此相对，PM电动机的异常电流由于由电动机的电气时间常数决定的过渡现象而急剧 增加，因此认为在断路器12断开以前达到不可逆减磁。因此，此前说明的实施方式在图16 所示的断路器12被断开之前的期间被实施。特别是在第一至第三实施方式中，在断路器断 开之前的期间维持逆变器的上下短路状态，可以抑制PM电动机的过大电流即可。 0128 图17是在铁路电动车辆中采用了本发明的实施例。在铁。