特許 7326440 コンバータ装置、産業機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-04

(45)【発行日】2023-08-15

(54)【発明の名称】コンバータ装置、産業機械

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20230807BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20230807BHJP

【ＦＩ】

H02M3/155 B

H02M3/155 C

H02M7/48 M

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021522797

(86)(22)【出願日】2020-05-27

(86)【国際出願番号】 JP2020020833

(87)【国際公開番号】W WO2020241659

(87)【国際公開日】2020-12-03

【審査請求日】2022-11-16

(31)【優先権主張番号】P 2019099083

(32)【優先日】2019-05-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100116274

【弁理士】

【氏名又は名称】富所 輝観夫

(72)【発明者】

【氏名】久保 孝平

【審査官】柳下 勝幸

(56)【参考文献】

【文献】特開平３－２４５７７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５３－１２３１３９（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ３／１５５

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

コンバータ装置であって、
入力ラインに直流電圧を受け、出力ラインがコンデンサと接続されるスイッチングコンバータと、
前記入力ラインに直列に設けられる突入電流防止抵抗および開閉器と、
（i）前記開閉器をオンした後、所定時間内に前記コンデンサの電圧がしきい値に達しないとき、または（ii）前記突入電流防止抵抗の温度が所定の第１しきい値より高いときに、前記開閉器を強制的にオフして前記コンバータ装置を異常停止させるコントローラと、
を備えることを特徴とするコンバータ装置。

【請求項2】

前記コントローラは、前記突入電流防止抵抗の温度が、前記第１しきい値より低い第２しきい値より高いときに、前記コンバータ装置の再起動を禁止することを特徴とする請求項１に記載のコンバータ装置。

【請求項3】

前記コントローラは、前記突入電流防止抵抗に流れる電流にもとづいて、前記突入電流防止抵抗の温度を計算することを特徴とする請求項１または２に記載のコンバータ装置。

【請求項4】

エンジン発電機と、
前記エンジン発電機の出力を整流する整流器と、
ＤＣリンクバスと、
前記ＤＣリンクバスと接続されるコンデンサと、
モータと、
蓄電手段と、
前記コンデンサの電圧にもとづいて前記モータを駆動するインバータと、
入力が前記整流器の出力と接続され、出力が前記ＤＣリンクバスと接続される第１コンバータ装置と、
入力が前記蓄電手段と接続され、出力が前記ＤＣリンクバスと接続される第２コンバータ装置と、
を備え、
前記第１コンバータ装置および前記第２コンバータ装置はそれぞれ、請求項１から３のいずれかに記載のコンバータ装置であることを特徴とする産業機械。

【請求項5】

門型クレーンであることを特徴とする請求項４に記載の産業機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コンバータ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

パワーエレクトロニクスの分野において、直流電圧のレベルを変換するＤＣ／ＤＣコンバータ、トランスで絶縁された１次側と２次側の間で電力を授受する双方向コンバータ、直流電力を交流電力に変換するインバータなど、さまざまな電力変換装置が用いられる。

【0003】

コンバータ装置は、ＤＣリンクバスと、ＤＣリンクバスに接続される平滑コンデンサを備える。またコンバータ装置には、その起動時に平滑コンデンサに突入電流が流れるのを防止するために、突入電流防止抵抗と、突入電流防止抵抗と直列な開閉器が設けられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１５－７７０２８号公報

【文献】特開２０１３－１３０９２号公報

【文献】特開２０１５－２２８４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

コンバータ装置の起動時に、二本のＤＣリンク間の短絡や、いずれかのＤＣリンクの地絡などの異常が発生していたとする。そうすると、突入電流防止抵抗には電流が流れるにもかかわらず、平滑コンデンサが充電されないため、いつまで経っても初期充電が完了しないという状況に陥り、突入電流防止抵抗の温度が上昇する。突入電流防止抵抗の温度が高くなりすぎると、突入電流防止抵抗自体の信頼性が損なわれ、また周囲の素子にも悪影響を及ぼす。

【0006】

本発明は係る状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、突入電流防止抵抗やその他の素子を保護可能なコンバータ装置の提供にある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のある態様は、コンバータ装置に関する。コンバータ装置は、入力ラインに直流電圧を受け、出力ラインがＤＣリンクバスを介してコンデンサと接続されるコンバータと、入力ラインに直列に設けられる突入電流防止抵抗および開閉器と、（i）開閉器をオンした後、所定時間内にＤＣリンクバスの電圧がしきい値に達しないとき、または（ii）突入電流防止抵抗の温度が所定の第１しきい値より高いときに、開閉器を強制的にオフしてコンバータ装置を停止させるコントローラと、を備える。

【0008】

この態様によれば、コンバータ装置の出力側において、ＤＣリンクバスの地絡等の異常が発生している場合に、起動、再起動を繰り返すのを防止でき、ひいては突入電流防止抵抗の温度が上がり続けるのを防止でき、信頼性を高めることができる。

【0009】

コントローラは、突入電流防止抵抗の温度が、第１しきい値より低い第２しきい値より高いときに、コンバータ装置の再起動を禁止してもよい。

【0010】

コントローラは、突入電流防止抵抗に流れる電流にもとづいて、突入電流防止抵抗の温度を計算してもよい。これにより温度センサが不要となる。

【0011】

本発明の別の態様は産業機械に関する。産業機械は、エンジン発電機と、エンジン発電機の出力を整流する整流器と、ＤＣリンクバスと、ＤＣリンクバスと接続されるコンデンサと、モータと、蓄電手段と、ＤＣリンクバスの電圧にもとづいてモータを駆動するインバータと、入力が整流器の出力と接続され、出力がＤＣリンクバスと接続される第１コンバータ装置と、入力が蓄電手段と接続され、出力がＤＣリンクバスと接続される第２コンバータ装置と、を備えてもよい。第１コンバータ装置および第２コンバータ装置はそれぞれ、上述のいずれかのコンバータ装置であってもよい。

【0012】

産業機械は、門型クレーンであってもよい。

【0013】

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

【0014】

さらに、この項目（課題を解決するための手段）の記載は、すべての欠くべからざる特徴を説明するものではなく、したがって、記載されるこれらの特徴のサブコンビネーションも、本発明たり得る。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、突入電流防止抵抗やその他の素子を保護できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施の形態に係るコンバータ装置の回路図である。

【図2】図１のコンバータ装置の起動動作を説明する図である。

【図3】図１のコンバータ装置のＤＣリンクの短絡時の動作を説明する図である。

【図4】異常状態における温度上昇を説明する図である。

【図5】図１のコンバータ装置の温度異常にもとづく強制終了を説明する動作波形図である。

【図6】変形例１に係るコンバータ装置の動作を説明する図である。

【図7】変形例３に係るスイッチングコンバータの回路図である。

【図8】コンバータ装置を備える産業機械のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

【0018】

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

【0019】

同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

【0020】

本明細書において参照する波形図やタイムチャートの縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化され、あるいは誇張もしくは強調されている。

【0021】

図１は、実施の形態に係るコンバータ装置１００の回路図である。コンバータ装置１００は、突入電流防止抵抗１０４、開閉器ＭＣ１，ＭＣ２、電流センサ１０８、スイッチングコンバータ１３０およびコントローラ２００を備える。

【0022】

コンバータ装置１００には、図示しない直流電源から直流電圧Ｖ_ＩＮを受ける。直流電源は、電池やキャパシタなどの蓄電手段、あるいはエンジン発電機と整流器の組み合わせである。あるいは直流電源は、エンジンにより駆動される発電機と整流器の組み合わせを含んでもよい。直流電圧Ｖ_ＩＮは、スイッチ６を介してコンバータ装置１００の入力端子Ｐ_１に供給される。

【0023】

コンバータ装置１００は、直流の入力電圧Ｖ_ＩＮを昇圧し、出力端子Ｐ_２，Ｎ_２に接続されるＤＣリンクバスＬ_Ｐ，Ｌ_Ｎの間に、ＤＣリンク電圧（出力電圧）Ｖ_ＤＣを発生する。

【0024】

Ｎ極ラインＬ_Ｎは、Ｎ極側の入力端子Ｎ_１とＮ極側の出力端子Ｎ_２の間を接続する。またＰ極ラインＬ_Ｐは、出力端子Ｐ_２と接続されている。平滑コンデンサ１０２は、Ｐ極ラインＬ_ＰとＮ極ラインＬ_Ｎの間に設けられる。平滑コンデンサ１０２は直列に接続される２個のコンデンサＣ_１１，Ｃ_１２を含む。放電抵抗１１０は、平滑コンデンサ１０２と並列に接続されており、コンバータ装置１００の停止状態において、平滑コンデンサ１０２の電荷を放電する。放電抵抗１１０はコンデンサＣ_１１，Ｃ_１２それぞれと並列に接続される抵抗Ｒ_１１，Ｒ_１２を含む。ダイオードＤ_１１，Ｄ_１２は回路保護のために設けられる。

【0025】

スイッチングコンバータ１３０は昇圧コンバータ（Boostコンバータ）であり、入力電圧Ｖ_ＩＮを昇圧し、直流電圧Ｖ_ＤＣを発生する。スイッチングコンバータ１３０は、リアクトルＬ_１～Ｌ_３、スイッチング素子Ｍ_Ｈ１～Ｍ_Ｈ３，Ｍ_Ｌ１～Ｍ_Ｌ３、平滑コンデンサ１０２を含む。

【0026】

電流センサ１０８は、コンバータ装置１００の動作時において、入力ラインおよびリアクトルＬ_１～Ｌ_３に流れるリアクトル電流Ｉ_Ｌを検出するために設けられる。コントローラ２００は、ＤＣリンク電圧Ｖ_ＤＣが所定の目標電圧と一致するように、ＤＣリンク電圧Ｖ_ＤＣの検出値およびリアクトル電流Ｉ_Ｌの検出値にもとづいてスイッチングコンバータ１３０をフィードバック制御する。

【0027】

突入電流防止抵抗１０４および開閉器ＭＣ２，ＭＣ１は、コンバータ装置１００の起動時の突入電流を抑制するために設けられる。起動直後の初期充電状態において、開閉器ＭＣ１がオフされ、開閉器ＭＣ２がオンとなり、突入電流防止抵抗１０４および保護回路であるダイオードＤ_１１，Ｄ_１２を介して、平滑コンデンサ１０２が充電される。これにより突入電流を抑制しつつ、平滑コンデンサ１０２を充電し、入力電圧Ｖ_ＩＮの近傍までＤＣリンク電圧Ｖ_ＤＣを上昇させる。

【0028】

そしてＤＣリンク電圧Ｖ_ＤＣが入力電圧Ｖ_ＩＮ付近まで上昇すると、初期充電状態が終了し、開閉器ＭＣ２がオフ、開閉器ＭＣ１がオンされ、突入電流防止抵抗１０４がバイパスされる。そしてスイッチングコンバータ１３０の動作が開始し、ＤＣリンク電圧Ｖ_ＤＣがその目標電圧に安定化される。

【0029】

電流センサ１０８は、たとえばカレントトランスであり、フィードバック制御において参照されるリアクトル電流Ｉ_Ｌの経路であって、かつ初期充電状態における平滑コンデンサ１０２への充電電流Ｉ_ＣＨＧの経路の上に設けられる。電流センサ１０８は、センス抵抗とセンス抵抗の電圧降下を増幅するアンプを含むセンサであってもよい。電流センサ１０８が生成する電流検出値Ｄ_ＣＳは、スイッチングコンバータ１３０の動作状態において、リアクトル電流Ｉ_Ｌの検出値Ｉ_{Ｌ（ＭＥＡＳ）}を示し、初期充電状態において充電電流Ｉ_ＣＨＧの測定値Ｉ_{ＣＨＧ（ＭＥＡＳ）}を示す。

【0030】

またコントローラ２００には、平滑コンデンサ１０２の電圧（ＤＣリンク電圧）Ｖ_ＤＣに応じた電圧検出値Ｄ_ＶＳが入力されている。コントローラ２００は、電圧検出値Ｄ_ＶＳにもとづくフィードバック制御により、ＤＣリンク電圧Ｖ_ＤＣを目標電圧に安定化させる。

【0031】

開閉器ＭＣ１およびＭＣ２は、電磁接触器（ＭＣ：Electromagnetic Contactor）や電磁開閉器（ＭＳ：Electromagnetic Switch）、電磁リレーなどの機械的な接点を有するスイッチ素子である。

【0032】

図２は、図１のコンバータ装置１００の起動動作を説明する図である。時刻ｔ_１に、コンバータ装置１００の起動が指示される。起動指示に応答して、開閉器ＭＣ２がオンとなる。これにより開閉器ＭＣ２および突入電流防止抵抗１０４を介して充電電流Ｉ_ＣＨＧが流れ、平滑コンデンサ１０２が充電され、ＤＣリンク電圧Ｖ_ＤＣが上昇する。時刻ｔ_２にＤＣリンク電圧Ｖ_ＤＣが、入力電圧Ｖ_ＩＮ付近のしきい値Ｖ_ＴＨに達すると、初期充電が完了し、開閉器ＭＣ２がオフとなる。そして開閉器ＭＣ１がオンとなり、スイッチングコンバータ１３０の動作が開始すると、スイッチングコンバータ１３０の昇圧動作によって、ＤＣリンク電圧Ｖ_ＤＣが上昇し、その後、目標電圧Ｖ_ＲＥＦに維持される。

【0033】

図３は、図１のコンバータ装置１００のＤＣリンクの短絡時の動作を説明する図である。

【0034】

時刻ｔ_１に、コンバータ装置１００の起動が指示され、開閉器ＭＣ２がオンとなる。これにより開閉器ＭＣ２および突入電流防止抵抗１０４を介して充電電流Ｉ_ＣＨＧが流れるが、ＤＣリンクが地絡していると、平滑コンデンサ１０２が充電されず、ＤＣリンク電圧Ｖ_ＤＣが０Ｖ付近を維持する。

【0035】

正常時においてＤＣリンク電圧Ｖ_ＤＣがしきい値Ｖ_ＴＨに到達するはずの時刻ｔ_２を過ぎても、ＤＣリンク電圧Ｖ_ＤＣは０Ｖを維持し続ける。突入電流防止抵抗１０４の両端間には、Ｖ_ＩＮが印加されるため、突入電流防止抵抗１０４には、電流Ｉ_ＣＨＧ＝Ｖ_ＩＮ／Ｒが流れ続ける。Ｒは突入電流防止抵抗１０４の抵抗値である。

【0036】

初期充電状態が長引いて、開閉器ＭＣ２がオンし続けると、突入電流防止抵抗１０４に、電流が流れ続けると、異常発熱を引き起こす。突入電流防止抵抗１０４の温度Ｔが高くなりすぎると、突入電流防止抵抗１０４自体の信頼性が損なわれ、また周囲の素子にも悪影響を及ぼす。

【0037】

この問題を解決するために、コンバータ装置１００には、起動開始から（あるいは開閉器ＭＣ２のオンから）所定時間τ経過しても、ＤＣリンク電圧Ｖ_ＤＣがしきい値Ｖ_ＴＨに到達しない場合（タイムアウト）、システムをシャットダウン（異常終了）させる保護機能が実装される。

【0038】

この保護機能によって、突入電流防止抵抗１０４に流れる電流を遮断することで、温度Ｔが上昇し続けるのを防止することができる。突入電流防止抵抗１０４の温度Ｔは、時間とともに低下していく。

【0039】

ところがユーザが、異常終了の時刻ｔ_３から十分な時間が経過する前、すなわち突入電流防止抵抗１０４の温度Ｔが十分低くなる前の時刻ｔ_４に、再びコンバータ装置１００を起動したとする。そうすると、同じ動作が繰り返され、突入電流防止抵抗１０４の温度Ｔはさらに上昇する。

【0040】

図４は、異常状態における温度上昇を説明する図である。時刻ｔ_０に起動指示が発生する。突入電流防止抵抗１０４に電流が流れることにより突入電流防止抵抗１０４の温度Ｔが上昇する。

【0041】

時刻ｔ_１に、タイムアウトとなり、異常停止する。停止期間の間、温度Ｔは緩和する。そして温度Ｔが十分に緩和するより前の時刻ｔ_２にユーザが装置をリセットし、再起動する。そうすると突入電流防止抵抗１０４に再度、電流が流れることにより温度Ｔが上昇する。そして時刻ｔ_３にタイムアウトとなり、異常停止する。

【0042】

タイムアウトによる異常停止から再起動までのインターバルが短いと、図４に示すように温度Ｔは上昇し続け、やがて突入電流防止抵抗１０４自体あるいは周辺の素子の信頼性に悪影響を及ぼす可能性がある。以下、図４の動作モードに陥るのを防止するための技術を説明する。

【0043】

図１に戻る。コントローラ２００は、制御部２１０、異常判定器２２０、表示装置２３０、シーケンサ２４０、操作部２５０、温度監視部２６０を備える。

【0044】

異常判定器２２０、シーケンサ２４０、パルス発生器２１２等は、コンピュータやプロセッサなどのハードウェアとソフトウェアの組み合わせで実装してもよいし、ＦＰＧＡやロジック回路などのハードウェアで実装してもよい。

【0045】

操作部２５０は、ユーザからの起動指示ＳＴＡＲＴ、終了指示ＳＨＴＤＷＮ、リセット指示ＲＳＴなどを受け付けるインタフェースである。操作部２５０が受け付けた指示ＳＴＡＲＴ，ＳＨＴＤＷＮ，ＲＳＴは、シーケンサ２４０に入力される。

【0046】

シーケンサ２４０は、操作部２５０からの入力に応じて、コンバータ装置１００の起動シーケンスや終了シーケンスを制御する。たとえばシーケンサ２４０は、起動指示ＳＴＡＲＴを受けると、開閉器ＭＣ２をオンし、入力電圧Ｖ_ＩＮによって平滑コンデンサ１０２を充電する（初期充電状態）。そしてＤＣリンク電圧Ｖ_ＤＣがあるしきい値に達すると、初期充電状態を終了し、通常動作状態に移行する。通常状態では開閉器ＭＣ１がオンとなり、スイッチングコンバータ１３０によってＤＣリンク電圧Ｖ_ＤＣが目標電圧に安定化される。

【0047】

またシーケンサ２４０は、終了指示ＳＨＴＤＷＮを受けると、スイッチングコンバータ１３０の動作を停止させ、開閉器ＭＣ１、開閉器ＭＣ２をオフとする。

【0048】

制御部２１０は、通常状態において電圧検出値Ｄ_ＶＳおよび電流検出値Ｄ_ＣＳにもとづいてスイッチングコンバータ１３０を制御する。制御部２１０は、パルス発生器２１２およびドライバ２１４を含む。パルス発生器２１２はたとえばパルス幅変調器あるいはパルス周波数変調器を含む。パルス発生器２１２の構成は特に限定されず、公知技術を用いて構成すればよい。

【0049】

一例としてパルス発生器２１２は、電圧制御器と、電流制御器と、パルス変調器と、を含んでもよい。電圧制御器は、ＰＩ（比例・積分）コントローラやＰＩＤ（比例・積分・微分）コントローラであり、ＤＣリンク電圧Ｖ_ＤＣの検出値Ｄ_ＶＳと目標値の誤差に応じた電流指令値を生成する。電流制御器は、電流検出値Ｉ_{Ｌ（ＭＥＡＳ）}と電流指令値Ｉ_ＲＥＦの誤差に応じたデューティ指令値を生成する。パルス変調器は、デューティ指令値に応じたデューティ比を有するパルス信号Ｓ_ＰＷＭを生成する。

【0050】

ドライバ２１４は、パルス信号Ｓ_ＰＷＭに応じて、スイッチングコンバータ１３０のスイッチング素子Ｍ_Ｈ１～Ｍ_Ｈ３，Ｍ_Ｌ１～Ｍ_Ｌ３を駆動する。

【0051】

表示装置２３０は、ユーザに対して、コンバータ装置１００の動作状態や異常の有無を視覚的に提示する。

【0052】

温度監視部２６０は、突入電流防止抵抗１０４の温度Ｔを監視する。温度監視部２６０は、突入電流防止抵抗１０４に流れる電流Ｉ（すなわち電流検出値Ｄ_ＣＳ）を監視し、電流にもとづいて突入電流防止抵抗１０４の温度Ｔを推定してもよい。温度Ｔは、突入電流防止抵抗１０４における発熱と放熱のバランスで決まる。突入電流防止抵抗１０４の発熱は、ジュール熱であり、Ｒ×Ｉ^２で与えられる。一方、突入電流防止抵抗１０４の放熱は、突入電流防止抵抗１０４の熱環境をモデル化することにより計算することができる。コンバータ装置１００は、温度管理された環境下に設置される場合、突入電流防止抵抗１０４の初期温度は、管理温度となる。この管理温度を初期値として、発熱量と放熱量を時々刻々と計算することにより、突入電流防止抵抗１０４の温度Ｔをトレースすることができる。温度監視部２６０により検出される温度Ｔは、表示装置２３０に表示してもよい。

【0053】

異常判定器２２０は、コンバータ装置１００の異常を検出する。本実施の形態において、異常判定器２２０は、コンバータ装置１００の回路異常と、温度異常の二種類の異常を検出可能に構成される。回路異常は、ＤＣリンクバスのショートなどの異常である。温度異常は、突入電流防止抵抗１０４の温度が高温となる異常である。

【0054】

回路異常について説明する。異常判定器２２０は、起動指示に応じて開閉器ＭＣ２をオンしたにもかかわらず、ＤＣリンク電圧Ｖ_ＤＣが上昇しないときに回路異常と判定する。たとえばシーケンサ２４０は、起動開始からの経過時間を測定し、所定時間の経過後に、ＤＣリンク電圧Ｖ_ＤＣがしきい値より低いときに、回路異常と判定してもよい（タイムアウト）。異常判定器２２０が回路異常を検出すると、表示装置２３０にその旨を表示してもよい。

【0055】

回路異常の情報は、シーケンサ２４０に与えられる。シーケンサ２４０は、回路異常が検出されると、コンバータ装置１００の動作を強制終了する。

【0056】

異常判定器２２０は、温度監視部２６０が検出した温度Ｔが、所定のしきい値Ｔａを超えると、温度異常と判定する。温度異常が検出されると、表示装置２３０にその旨を表示してもよい。

【0057】

温度異常の情報はシーケンサ２４０に与えられる。シーケンサ２４０は、温度異常が検出されたときも、コンバータ装置１００の動作を強制終了する。

【0058】

以上がコンバータ装置１００の構成である。続いてその動作を説明する。図５は、図１のコンバータ装置１００の温度異常にもとづく強制終了を説明する動作波形図である。時刻ｔ_０～ｔ_３までの動作は図４と同様である。時刻ｔ_４にリセットおよび再起動がかかると、温度Ｔが上昇し始める。

【0059】

時刻ｔ_５に温度Ｔがしきい値Ｔａに達すると、温度異常が検出され、強制終了する。その後、時刻ｔ_６に再びリセットおよび再起動がかかると、温度Ｔが上昇し始め、時刻ｔ_７に再度、温度異常が検出され、強制終了する。

【0060】

このように実施の形態に係るコンバータ装置１００によれば、温度異常を検出すると、強制終了することにより、温度Ｔが、しきい値Ｔａを超えて上昇し続けるのを防止することができる。

【0061】

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例を説明する。

【0062】

（変形例１）
実施の形態では、温度異常あるいは回路異常（タイムアウト）により強制終了した後は、ユーザが異常のリセットＲＳＴを行った後に、起動指示ＳＴＡＲＴを与えることにより、再起動が可能であった。これに対して変形例１において、シーケンサ２４０は、温度異常が検出されている間は、リセットＲＳＴによる異常解除を禁止し、再起動不能とする。

【0063】

上述の温度異常の判定しきい値Ｔａを、第１しきい値と称する。異常判定器２２０には、第１しきい値Ｔａより低い第２しきい値Ｔｂが定められている。そして異常判定器２２０は、突入電流防止抵抗１０４の温度Ｔが、第２しきい値Ｔｂより高い状態において、コンバータ装置１００の再起動を禁止する。

【0064】

図６は、変形例１に係るコンバータ装置１００の動作を説明する図である。時刻ｔ_０～ｔ_３は、図５と同様である。

【0065】

温度Ｔは、第２しきい値Ｔｂと比較され、Ｔ＞Ｔｂのときがリセット禁止である。Ｔ＞Ｔｂである時刻ｔ_４に、ユーザがリセットおよび再起動を試みるが、シーケンサ２４０により禁止され、停止状態が維持される。時刻ｔ_５に温度Ｔが第２しきい値Ｔｂより低くなると、再起動可能な状態となる。そして、時刻ｔ_６にユーザがリセットおよび再起動を行うと、コンバータ装置１００が再起動を始める。そして時刻ｔ_７に温度Ｔが第１しきい値Ｔａに達すると、温度異常となり停止する。

【0066】

この変形例によれば、温度Ｔを、第２しきい値Ｔｂまで確実に低下させることができる。図５の場合は、リセット・再起動のインターバルが短くなると、温度Ｔの平均値がしきい値Ｔａに近づくことになるが、変形例１の制御を行うと、平均温度を下げることができる。

【0067】

（変形例２）
実施の形態では、突入電流防止抵抗１０４に流れる電流にもとづいて、突入電流防止抵抗１０４の温度を推定したが、より直接的に突入電流防止抵抗１０４の温度を検出してもよい。たとえば突入電流防止抵抗１０４の近傍に、サーミスタや熱電対などの温度センサを配置し、温度センサの出力を監視してもよい。

【0068】

（変形例３）
スイッチングコンバータ１３０の構成は、図１のそれに限定されない。図７は、変形例３に係るスイッチングコンバータ１３０Ａの回路図である。スイッチングコンバータ１３０Ａは、１個のリアクトルＬ_１と、１組のハイサイドトランジスタＭ_Ｈ１，ローサイドトランジスタＭ_Ｌ１、平滑コンデンサ１０２を備える。

【0069】

スイッチングコンバータ１３０や１３０Ａにおいて、ハイサイドトランジスタＭ_ＨおよびローサイドトランジスタＭ_Ｌは、バイポーラトランジスタに限定されず、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＦＥＴを用いることができる。

【0070】

（用途）
続いて、コンバータ装置１００の用途を説明する。図８は、コンバータ装置１００を備える産業機械のブロック図である。産業機械は、作業機械、工作機械、作業車両、建設機械であり、各種クレーンやショベル、二次電池の充放電検査装置などが例示される。

【0071】

産業機械３００は、バッテリと油圧のハイブリッド型であり、エンジン発電機３０２、スイッチ３０４、整流器３０６、エンジンコンバータ３０８、蓄電手段３１２、スイッチ３１４、バッテリコンバータ３１６、インバータ３１８、モータ３２０を備える。

【0072】

エンジン発電機３０２はエンジンによって駆動される発電機であり、三相交流電力を発生する。整流器３０６は、スイッチ３０４を介して三相交流電力を受け、直流電圧Ｖ_ＩＮ１に変換する。エンジンコンバータ３０８は直流電圧Ｖ_ＩＮ１を受け、それを昇圧した電圧Ｖ_ＤＣをＤＣリンクバス３１０に発生させ、その電圧レベルを安定化する。

【0073】

蓄電手段３１２は、バッテリあるいはキャパシタであり、直流電圧Ｖ_ＩＮ２を生成する。バッテリコンバータ３１６の出力は、エンジンコンバータ３０８の出力と共通のＤＣリンクバス３１０と接続される。バッテリコンバータ３１６は、スイッチ３１４を介して直流電圧Ｖ_ＩＮ２を受け、それを昇圧して、ＤＣリンクバス３１０の直流電圧Ｖ_ＤＣを安定化する。インバータ３１８は、ＤＣリンクバス３１０のＤＣリンク電圧Ｖ_ＤＣを受け、交流電力に変換し、モータ３２０を駆動する。

【0074】

モータ３２０が回生動作する際には、モータ３２０からの回生電流が、インバータ３１８を介してＤＣリンクバス３１０に流れ込む。バッテリコンバータ３１６は、モータ３２０の回生動作時には充電モードとなり、ＤＣリンクバス３１０側を入力、蓄電手段３１２側を出力とする降圧コンバータとして動作する。これにより余った電力を、蓄電手段３１２に回収することができる。

【0075】

エンジンコンバータ３０８およびバッテリコンバータ３１６はそれぞれ、上述のコンバータ装置１００と同様の構成を有する。これにより、突入電流防止抵抗１０４の温度上昇を抑制し、信頼性を高めることができる。

【0076】

産業機械３００は、たとえば門型クレーンである。門形クレーンは、コンテナを昇降させ、あるいは水平方向に移動させる。コンテナを上昇させるときには、モータが力行動作となり、エンジンの出力をアシストする。コンテナを下降させるときには、モータが回生動作となり、バッテリコンバータ３１６は、モータ３２０の回生電流を、蓄電手段３１２に回収する。

【0077】

実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

【産業上の利用可能性】

【0078】

本発明は、コンバータ装置に関する。

【符号の説明】

【0079】

１００ コンバータ装置
１０２ 平滑コンデンサ
１０４ 突入電流防止抵抗
ＭＣ１，ＭＣ２ 開閉器
１０８ 電流センサ
１１０ 放電抵抗
１２０ 保護回路
１３０ スイッチングコンバータ
２００ コントローラ
２１０ 制御部
２１２ パルス発生器
２１４ ドライバ
２２０ 異常判定器
２３０ 表示装置
２４０ シーケンサ
２５０ 操作部
２６０ 温度監視部
Ｐ_１ 入力端子
Ｐ_２ 出力端子
Ｃ_１１，Ｃ_１２ コンデンサ
Ｒ_１１，Ｒ_１２ 抵抗
３００ 産業機械
３０２ エンジン発電機
３０４ スイッチ
３０６ 整流器
３０８ エンジンコンバータ
３１０ ＤＣリンクバス
３１２ 蓄電手段
３１４ スイッチ
３１６ バッテリコンバータ
３１８ インバータ
３２０ モータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】