(57)【要約】【課題】切換指令を発行するタイミングに誤差が生じてもサージ電圧を防止できるようにする。【解決手段】複数の巻線と切換指令に応答して巻線接点切換を行う接点切換構造とを相別に有するモータと、直流電源からの直流電力を交流電力に変換し当該交流電力をモータに供給することでモータを駆動するインバータと、モータの接点切換構造に切換指令を発行することを各相について行う制御部とを備えるモータ駆動システムにおいて、制御部は、各相について、当該相に対応した複数の巻線への電流が所定値以下となっている期間である該当期間を特定し、当該特定された該当期間において前記切換指令を発行する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の巻線と切換指令に応答して巻線接点切換を行う接点切換構造とを相別に有するモータと、直流電源からの直流電力を交流電力に変換し当該交流電力を前記モータに供給することで前記モータを駆動するインバータと、前記モータの前記接点切換構造に切換指令を発行することを各相について制御部とを備えるモータ駆動システムにおいて、
前記制御部は、各相について、当該相に対応した前記複数の巻線への電流が所定値以下となっている期間である該当期間を特定し、当該特定された該当期間において前記切換指令を発行する、
ことを特徴とするモータ駆動システム。
【請求項２】
前記インバータは、相別に、二つ以上のスイッチング素子で構成されたレグを有し、
前記制御部は、相別に、当該相に対応したレグに属する各スイッチング素子について、当該スイッチング素子をON/OFFするタイミングを制御し、
各相について、前記該当期間は、少なくとも一つの全OFF期間の全部または一部の期間であり、
各相について、前記全OFF期間とは、当該相に対応したレグに属する全てのスイッチング素子がOFFである期間である、
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動システム。
【請求項３】
前記制御部は、相別に、当該相に対応した前記複数の巻線への電流に基づいて、当該相に対応したレグにおける少なくとも一つのスイッチング素子をON/OFFするタイミングを調整することで、当該相に対応した前記該当期間を延長する、
ことを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動システム。
【請求項４】
前記制御部は、各相について、180度通電方式あるいは120度通電方式で前記インバータが駆動される間に、前記切換指令を発行する、
ことを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動システム。
【請求項５】
各相について、基本波周期の1/6よりも前記全OFF期間の方が長く、
前記制御部は、各相について、180度通電方式で前記インバータが駆動される間に、前記切換指令を発行する、
ことを特徴とする請求項４に記載のモータ駆動システム。
【請求項６】
各相について、前記全OFF期間よりも基本波周期の1/6の方が短く、
前記制御部は、各相について、120度通電方式で前記インバータが駆動される間に、前記切換指令を発行する、
ことを特徴とする請求項４に記載のモータ駆動システム。
【請求項７】
各相について、前記接点切換構造が前記巻線接点切換に要する時間は前記全OFF期間よりも短く、
前記制御部は、各相について、180度通電方式で前記インバータが駆動される間に、前記切換指令を発行する、
ことを特徴とする請求項４に記載のモータ駆動システム。
【請求項８】
各相について、前記接点切換構造が前記巻線接点切換に要する時間は前記全OFF期間以上であり、
前記制御部は、各相について、120度通電方式で前記インバータが駆動される間に、前記切換指令を発行する、
ことを特徴とする請求項４に記載のモータ駆動システム。
【請求項９】
前記制御部は、各相について、
前記巻線接点切換後の前記複数の巻線の誘導起電力を推定し、
前記推定された誘導起電力が前記インバータの受電電圧以下である場合に限り、前記切換指令を発行する、
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動システム。
【請求項１０】
前記制御部は、各相について、前記複数の巻線の接続が直列接続であるか並列接続であるかに応じて、前記インバータの当該相の出力電圧を違える、
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動システム。
【請求項１１】
前記制御部は、各相について、前記インバータの当該相の出力電圧と、出力電圧を入力とし推定電流を出力とした情報であり前記モータの特性を表す情報であるモータモデルとを用いて、当該相に対応した前記複数の巻線への電流を推定し、
各相について、前記該当期間は、当該相について前記推定された電流が前記所定値以下となっている期間である、
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動システム。
【請求項１２】
前記制御部は、入力されたd軸電流指令が表す電流とq軸電流指令が表す電流を二相三相座標変換することで、三相の各々について電流を推定し、
各相について、前記該当期間は、当該相について前記推定された電流が前記所定値以下となっている期間である、
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動システム。
【請求項１３】
複数のモータ群を構成する複数の前記モータがあり、
前記複数のモータ群の各々は、一つ以上のモータであり、
前記制御部は、前記複数のモータの各々についての各相の前記接点切換構造を制御する対象のモータ群を、順次に切り替える、
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動システム。
【請求項１４】
複数の巻線と切換指令に応答して巻線接点切換を行う接点切換構造とを相別に有し直流電源からの直流電力がインバータにより変換された交流電力を受けることで駆動するモータのモータ駆動方法において、
各相について、
当該相に対応した前記複数の巻線への電流が所定値以下となっている期間である該当期間を特定し、
当該特定された該当期間において前記切換指令を発行する、
ことを特徴とするモータ駆動方法。
【請求項１５】
請求項１乃至１３のうちのいずれか１項に記載のモータ駆動システムを備えたことを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、複数の巻線と巻線接点の切り換えを行う接点切換構造とを有するモータの駆動技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のモータを利用する場合、回転速度またはトルクに応じて巻線接点切換を行うことでモータ効率を高められる。一方、巻線接点切換の直後では、トルクが脈動する問題がある。
【０００３】
特許文献１に開示の技術は、ＰＷＭ変調のオフ期間、すなわちモータ電流がダイオードを還流している期間に巻線接点切換を行うことでトルク脈動を低減する。しかし、モータ電流が流れたまま巻線接点切換を行うため、サージ電圧が発生する懸念がある。
【０００４】
特許文献２に開示の技術は、サージ電圧を防止するため、相電流がゼロになったタイミングでスイッチをOFFにする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2010-17055号公報
【特許文献２】特開2017-17953号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２では、相電流がゼロになったかどうかに関わらずにOFF指令がスイッチに発行される。スイッチが当該OFF指令を受けても、相電流がゼロでない間、スイッチはONのままであり、モータ電流がゼロになったタイミングで、スイッチはOFFになる。
【０００７】
しかし、モータが有する巻線接点切換構造としては、OFF指令のような切換指令に応答して巻線接点切換を行う構造がある。このような巻線接点切換構造を有するモータの駆動に特許文献２に開示の技術を適用した場合、交流であるモータ電流がゼロになったタイミングで巻線接点切換が行われるよう切換指令の発行タイミングを制御する必要がある。特許文献２では、切換指令を発行するタイミングの誤差が許容されず、そのような誤差があると、サージ電圧は防止されない。
【０００８】
本発明の課題は、切換指令を発行するタイミングに誤差が生じてもサージ電圧を防止できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
複数の巻線と切換指令に応答して巻線接点切換を行う接点切換構造とを相別に有するモータと、直流電源からの直流電力を交流電力に変換し当該交流電力をモータに供給することでモータを駆動するインバータと、モータの接点切換構造に切換指令を発行することを各相について行う制御部とを備えるモータ駆動システムにおいて、制御部は、各相について、当該相に対応した複数の巻線への電流が所定値以下となっている期間である該当期間を特定し、当該特定された該当期間において前記切換指令を発行する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、制御部は、相別に、当該相に対応した複数の巻線への電流が所定値以下となっている期間である該当期間内に巻線接点切換が行われるように、当該相について切換指令を発行すればよい。つまり、切換指令を発行するタイミングの誤差が許容されている。これにより、切換指令を発行するタイミングに誤差が生じてもサージ電圧を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１におけるモータ駆動システムの構成図。
【図２】モータの構成図。
【図３】U相巻線部の構成図。
【図４】三相交流電流Iu、IvおよびIwと接点切換信号Su、SvおよびSwの波形図。
【図５】インバータを180度通電方式で駆動した場合の波形図のうち、U相ゲート信号（U相に属する各スイッチング素子の状態）、U相電流およびU相接点切換信号の波形図。
【図６】インバータを120度通電方式で駆動した場合の波形図。
【図７】インバータ出力電圧が相ごとに異なる場合の波形図。
【図８】実施例２におけるモータ駆動システムに備えられる電流推定部の構成図。
【図９】実施例３におけるモータ駆動システムが適用された列車の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を用いて本発明の各実施例を説明する。なお、以下の説明では、各相について、巻線接点切換は、直列接続（三相で見ると1Y結線）と並列接続（三相で見ると2Y結線）の切り替えであるが、本発明は、そのような切り換えに限られない。例えば、上記とは異なる並列接続数のY結線を切り替える構成や、Δ結線の並列接続数を切り替える構成や、Y結線とΔ結線を切り替える構成にも本発明が適用されてもよい。また、モータは誘導機でもよいし永久磁石同期機でもよいし巻線型同期機でもよいし、シンクロナスリラクタンスモータでもよい。また、巻線方式は集中巻でもよいし分布巻でもよい。また、モータの制御方式として、速度検出部や電圧検出部を使用しないベクトル制御を採用することができるが、速度検出部や電圧検出部を使用した制御方式にも本発明は適用されてもよい。
【実施例１】
【００１３】
実施例１の構成要素について説明する。
【００１４】
図１は、実施例１におけるモータ駆動システムの構成図である。
【００１５】
モータ駆動システムは、複数の巻線とそれらの直列接続と並列接続とを切り換える巻線接点切換を行う接点切換構造とを相別に有するモータ5と、直流電源1からの直流電力を交流電力に変換し当該交流電力をモータ5に供給することでモータ5を駆動するインバータ2と、モータ5の接点切換構造に切換指令を発行することを各相について行う制御部150とを備える。本実施例では、モータ駆動システムは、更に、電流検出部4を備える。制御部150は、スイッチング制御部3と、接点切換制御部6とを備える。制御部150は、マイコンとFPGA（Field-Programmable Gate Array）との組合せのような物理リソースを基に実現されてよい。すなわち、制御部150（スイッチング制御部3および接点切換制御部6）のような機能は、一つ以上のコンピュータプログラムがプロセッサユニット（一つ以上のプロセッサ）によって実行されることで実現されてもよいし、一つ以上のハードウェア回路（例えばFPGAまたはASIC（Application Specific Integrated Circuit））によって実現されてもよい。各機能の説明は一例であり、複数の機能が一つの機能にまとめられたり、一つの機能が複数の機能に分割されたりしてもよい。
【００１６】
インバータ2は、直流電源1より受電し、スイッチング素子Q1〜Q6、ダイオードD1〜D6を備える。ここで、直流電源1の出力電圧はEcfとする。また、スイッチング素子Q1〜Q6（または、それぞれがスイッチング素子QとダイオードDとを含んだ一つ以上のパワーモジュール（例えば、IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）））は、一つ以上のスイッチング素子の一例である。インバータ2は、相毎に、レグを有する。各相について、レグは、一つまたは複数のスイッチング素子を含む。例えば、U相に対応したレグは、スイッチング素子Q1およびQ2（および、ダイオードD1およびD2）を含む。V相に対応したレグは、スイッチング素子Q3およびQ4（および、ダイオードD3およびD4）を含む。W相に対応したレグは、スイッチング素子Q5およびQ6（および、ダイオードD5およびD6）を含む。
【００１７】
電流検出部4は、ホールCT（Current Transformer）等のような装置であり、U相、V相、W相の三相の電流波形Iu、Iv、Iwを検出している。ただし、必ずしも三相全ての電流を検出する必要はない。例えば、いずれか二相が検出され、三相電流が平衡状態であると仮定して他の一相を演算により求める構成が採用されてもよい。
【００１８】
スイッチング制御部3は、三相・二相座標変換部31、ベクトル制御部32、二相・三相座標変換部33、および、ゲート信号出力部34を備える。
【００１９】
三相・二相座標変換部31は、電流検出部4で検出した三相交流電流Iu、IvおよびIwをd軸電流Idおよびq軸電流Iqに変換する。
【００２０】
ベクトル制御部32は、外部から入力されるd軸電流指令Id*およびq軸電流指令Iq*とIdおよびIqとの偏差をゼロにするためのd軸電圧Vdおよびq軸電圧Vqを出力する。
【００２１】
二相・三相座標変換部33は、VdおよびVqを三相交流電圧Vu、VvおよびVwに変換する。
【００２２】
ゲート信号出力部34は、Vu、VvおよびVwに基づいて、スイッチング素子Q1〜Q6にそれぞれゲート信号G1〜G6を出力する。つまり、ゲート信号出力部34は、スイッチング素子Q1〜Q6のON/OFFのスイッチングを制御する。これによってインバータ2の可変電圧可変周波数制御が実現され、モータ5が駆動される。
【００２３】
接点切換制御部6は、Iu、IvおよびIwに基づいて各相の接点切換信号Su、Sv、Swを出力し、モータ5の内部に備わる巻線接点を切り換える。この点について以下説明する。
【００２４】
図２は、モータ5の構成図である。
【００２５】
モータ5は、U相巻線部5u、V相巻線部5v、および、W相巻線部5wを備え、それらは中性点5bで接続されている。また、U相巻線部5uは、インバータ2と接点5aを介して接続されており、図示は省略するが、V相、W相についても同様である。
【００２６】
図３は、U相巻線部5uの構成図である。なお、V相巻線部5vおよびW相巻線部5wについても同様の構成が採用されている。
【００２７】
U相巻線部5uは、巻線5u1および5u2（複数の巻線の一例）と、接点切換構造5u3とから構成されている。巻線5u1の両端は、接点U1およびU2に接続されており、巻線5u2の両端は、接点U2およびU4に接続されている。巻線設定切換により、巻線5u1および5u2の接続は、並列接続(a)および直列接続(b)のうちの一方から他方に切り替えられる。
【００２８】
並列接続(a)では、U1とU2が接続され、U3とU4が接続される。結果として、巻線5u1および5u2の並列接続(a)が実現される。並列接続のため、巻線5u1および5u2の各々のインダクタンスをLとすると、合成インダクタンスは、L/2となる。
【００２９】
直列接続(b)では、U3とU2が接続される。結果として、巻線5u1および5u2の直列接続が実現される。このため、合成インダクタンスは2Lとなる。
【００３０】
このように接点切換構造5u3を備えることで、合成インダクタンスを変更することが可能となる。この結果、以下のようにモータ5のNT特性を変更することが可能となる。
並列接続(a)：合成インダクタンスは、増加。NT特性は、高速かつ低トルク。
直列接続(b)：合成インダクタンスは、低減。NT特性は、低速かつ高トルク。
【００３１】
例えば、モータ5が自動車や鉄道車両のような車両に搭載されている場合、制御部150は、各相について、発進時では、並列接続を実現する巻線接点切換のために切換指令を発行し（モータ5の回転及びトルクを低速域かつ高トルク域に変更し）、巡航時では、直列接続を実現する巻線設定切換のために切換指令を発行する（モータ5の回転及びトルクを高速域かつ低トルク域に変更する）。これにより、接点切換構造5u3を備えない場合に比べて、モータ5の効率を高められる。
【００３２】
しかし、Iuが所定値を超えている間に接点切換構造5u3が巻線接点切換が行った場合、接点切換構造5u3を構成する電気部品にサージ電圧が掛かり、電気部品の寿命が縮まる。そして、接点切換構造5u3は、切換指令に応答して巻線接点切換を行うようになっている。この点は、U相に限らず、V相およびW相についても同様である。
【００３３】
そこで、本実施例では、制御部150は、各相について、当該相についての電流が所定値以下となっている期間である該当期間を特定し、当該特定された該当期間において切換指令を発行する。制御部150は、相別に、当該相に対応した複数の巻線への電流が所定値以下となっている期間である該当期間に、当該相について切換指令を発行すればよい。つまり、切換指令を発行するタイミングの誤差が、該当期間の範囲で許容されている。これにより、切換指令を発行するタイミングに誤差が生じてもサージ電圧を防止できる。
【００３４】
以下、サージ電圧の防止に関する詳細を説明する。なお、巻線を流れる電流と比較される「所定値」は、本実施例では、ゼロであるが、ここで言う「ゼロ」は、厳密なゼロでなくてもよい。また、「所定値」は、モータ5の定格電流をベースに決定された電流値でもよいし、Iu、IvおよびIwの誤差範囲をベースに決定された電流値でもよい。Iu、IvおよびIwの各々は、本実施例では、電流検出部４により検出された値であり、この場合、Iu、IvおよびIwの誤差は、検出誤差でよい。Iu、IvおよびIwの各々は、電流検出部４により検出された値に代えて、実施例２で説明するような推定された値でもよい。
【００３５】
図４は、Iu、IvおよびIwとSu、SvおよびSwの波形図である。
【００３６】
図４によれば、U相、V相およびW相の各々について、電流がゼロになった場合に、切換指令が発行される。具体的には、下記の通りである。
・図４の時刻t3において、Iuがゼロになり（符号45u）、故に、接点切換制御部6が、U相に対応した接点切換構造5u3に、切換指令を発行する（SuをHレベルに変更する）。
・図４の時刻t4において、Iwがゼロになり（符号45w）、故に、接点切換制御部6が、W相に対応した接点切換構造に、切換指令を発行する（SwをHレベルに変更する）。
・図４の時刻t5において、Ivがゼロになり（符号45v）、故に、接点切換制御部6が、V相に対応した接点切換構造に、切換指令を発行する（SvをHレベルに変更する）。
【００３７】
ここで、U相、V相およびW相の各々について、波形を詳細に検討すると、当該相に対応したレグに属するスイッチング素子毎のON/OFFとそのタイミングから、電流が瞬間的にゼロになる時刻の他に、電流がゼロである状態が続く期間を実現することができる。以下、U相を例にとり図５を参照して説明する。
【００３８】
図５は、図４のIuが正から負へ変化する期間についてのG1およびG2（Q1およびQ2の状態）、IuおよびSuの波形図の拡大図である。
【００３９】
スイッチング制御部3は、U相に対応したレグに属する各スイッチング素子をON/OFFするタイミングを制御するようになっている。Q1およびQ2の各々は、周期的に、ONにされ、かつ、OFFにされる。レグに属する全てのスイッチング素子Q1およびQ2は、短絡防止のために同時にONにされることはないが、全てのスイッチング素子Q1およびQ2がOFFである状態が重複する期間が存在する。Q1およびQ2の全てがOFFである期間をTdで表しており、これはデッドタイム（全OFF期間の一例）とよばれる。Iuの正方向をインバータ2からモータ5へ流れる方向として定義すると、Iuの変化方向は以下のように表される。
(a) Q1のみON：Iuは増加。
(b) Q2のみON：Iuは減少。
(c) Q1およびQ2ともにOFF：Iuはゼロ方向に変化し、ゼロを維持。
【００４０】
上記(c)について説明する。仮にデッドタイム中に「Iu < 0」であれば、Iuは、モータ5、ダイオードD1、直流電源1の正側の順に流れる。つまり、図２の接点5aは直流電源1の正側と同電位になり、Iuは増加方向となる。一方、「Iu > 0」であれば、Iuは減少方向となり、まとめると「Iuはゼロ方向に変化する」といえる。また、「Iu = 0」となった時点では、図２の接点5aの電位は不定であるが、何らかの外乱によって「Iu ≠ 0」となった場合には、いずれ「Iu → 0」となる。
【００４１】
図５ではデッドタイムTdの内、期間t1および期間t2が「Iu = 0」の期間である。期間t1および期間t2の各々は、デッドタイムTdの一部の期間であり、該当期間の一例である。接点切換制御部6は、例えばスイッチング制御部3との通信により、期間t1を特定し、この期間t1内で巻線接点切換が行われるよう当該期間内で切換指令を発行する（例えばSuをHレベルにする）。図５では、デッドタイムの一例である期間t1内で接点を切り換える場合について示しており、t1内でSuが変化している。期間t2内で接点を切り換えても同様である。「Iu = 0」は、期間t1あるいは期間t2だけ連続するため、接点切換タイミングの誤差は最大で期間t1あるいは期間t2許容される。
【００４２】
なお、U相について、巻線設定切換のための切換指令を発行する条件として、U相に対応したレグに属する全てのスイッチング素子Q1およびQ2がOFFであることが無い場合には、「Iu = 0」の期間以外のときに、具体的には、例えば、図５のt5という瞬間的な時刻ぴったりに切換指令を発行することになる（当該時刻で巻線接点切換が行われることになる）。つまり、接点切換タイミングの誤差は全く許容されない。
【００４３】
以下、本実施例の変形例を説明する。
【００４４】
Iu、Iv、Iwの各々は、モータ5の回転速度あるいは回転位置から推定された電流値であってもよいし、ベクトル制御部32、二相・三相座標変換部33、三相・二相座標変換部31はV/f制御部に置き換えられてもよい。モータ5のトルク変化や速度変化が少ない場合では、スイッチング制御部３に対する入力は省かれ、ベクトル制御部32、二相・三相座標変換部33および三相・二相座標変換部31がフィードフォワード制御部に置き換えられてもよい。
【００４５】
また、電流検出部4には検出誤差があるため、上述したように、Iuが比較される上記「所定値」は、上述したように、検出誤差範囲をベースに決定された値でよい。また、「所定値」は、モータ5の定格電流をベースに決定された電流値でもよい。
【００４６】
また、インバータ2は、2レベルインバータであるが、3レベル以上のインバータにも本発明は適用されてよい。また、モータ5は、三相スター結線を有するモータであるが、多相、デルタ結線であるモータにも本発明は適用されてよい。同様に、接点切換構造が図３に例示の構造以外の構造であっても本発明は適用されてよい。
【００４７】
また、スイッチング制御部3は、Iuに基づいて、Q1およびQ2の少なくとも一つをON/OFFするタイミングを調整してもよい。例えば、図５においては、期間t3および期間t4（Tdの開始からIu = 0の開始までの期間）のうちの少なくとも一つをゼロにするようにQ2をOFFするタイミングを延期する。すなわち、スイッチング制御部3は、IuがゼロになるタイミングにおいてQ2をOFFする。これによって、「t1 = Td」または「t2 = Td」となり、期間t1あるいは期間t2が延長されるため、接点切換タイミングの許容誤差が広がる。同様に、スイッチング制御部3は、Q1をONするタイミングを延期し、Tdを延長してもよい。V相、W相についても同様である。
【００４８】
スイッチング制御部3は、180度通電方式あるいは120度通電方式でインバータ2を駆動し、接点切換制御部6は、インバータ2が180度通電方式で駆動される間に代えて、インバータ2が120度通電方式で駆動される間に、切換指令を発行してもよい。
【００４９】
図６は、インバータ2を120度通電方式で駆動した場合の波形図である。
【００５０】
図４の180度通電方式と異なり、Iu、Iv、Iwの通電期間は120度である。例えば、Iuの通電期間は、期間t2および期間t3と、期間t5と期間t6である。期間t1および期間t4では、Q1およびQ2はスイッチングしておらず、Iuは流れない。期間t1および期間t4の期間は、Iuの基本波周期の1/6であり、これは一般に図５のTdよりも大きい。そこで、制御部150は、インバータ2が120度通電方式で駆動される間に切換指令を発行する（接点を切り換える）ことで、接点切換タイミングの許容誤差が広がる。
【００５１】
なお、180度通電方式と120度通電方式のいずれの方式でインバータ2が駆動されているときに接点切換を行うかの一例は、下記の通りとすることができる。下記は、通電方式が180度通電方式と120度通電方式の一方のみであるケースと、180度通電方式と120度通電方式が選択的に切り替えられるケースとのいずれのケースに適用されてもよい。
・180度通電方式と120度通電方式のいずれの方式でインバータ2が駆動されているときに接点切換を行うかが、デッドタイムと、基本波周期の1/6との関係に依存する。具体的には、例えば、各相について、基本波周期の1/6よりもデッドタイムの方が長い場合、180度通電方式でインバータ2が駆動される間に、切換指令が発行される。一方、各相について、デッドタイムよりも基本波周期の1/6の方が短い場合、120度通電方式でインバータ2が駆動される間に、切換指令が発行される。これにより、接点切換タイミングの許容誤差が広がる。
・180度通電方式と120度通電方式のいずれの方式でインバータ2が駆動されているときに接点切換を行うかが、デッドタイムと、接点切換構造が巻線接点切換に要する時間との関係に依存する。具体的には、例えば、各相について、接点切換構造が巻線接点切換に要する時間がデッドタイムよりも短い場合、180度通電方式でインバータ2が駆動される間に、切換指令が発行される。一方、各相について、接点切換構造が巻線接点切換に要する時間はデッドタイム以上の場合、120度通電方式でインバータ2が駆動される間に、切換指令が発行される。これにより、接点切換タイミングの許容誤差が広がる。接点切換構造として、半導体スイッチ素子を含んだ構造と、機械式のスイッチを含んだ構造とが考えられる。前者の構造の場合、180度通電方式でインバータ2が駆動される間に切換指令が発行されることが好ましく、後者の構造の場合、120度通電方式でインバータ2が駆動される間に切換指令が発行されることが好ましい。
【００５２】
さて、接点切換制御部6は、各相について、巻線接点切換後の巻線の誘導起電力を推定（算出）してよい。接点切換制御部6は、推定された誘導起電力がインバータ2の受電電圧（すなわちEcf）以下である場合に限り、切換指令を発行してもよい。言い換えれば、Iuが所定値以下であっても、巻線接点切換後の誘導起電力がEcfを超える場合には、接点切換制御部6は、切換指令を発行しないでよい（接点切換を中止してもよい）。誘導起電力がEcfを超えると、モータ5から直流電源1への回生電流が流れ、サージ電圧の原因となるためである。例えば、図３を例に取れば、並列接続(a)から直列接続(b)への切り換えがされると、合成インダクタンスが4倍になることから、誘導起電力も4倍になり、これがEcfを超える可能性はある。
【００５３】
また、スイッチング制御部3は、各相について、接点切換状態に応じて（複数の巻線の接続が直列接続であるか並列接続であるかに応じて）、インバータ2の当該相の出力電圧を違えてもよい（すなわち、インバータ2の当該相の出力電圧に差を設けてもよい）。図７は、120度通電方式でのVu、VvおよびVwとSu、SvおよびSwの波形図である。説明を簡略化するため、Vu、VvおよびVwが矩形波となる120度通電方式について図示したが、180度通電方式でも動作原理および効果は同様である。また、説明の都合上、図６と図７では、Suの変化タイミングが異なり、図７のSuは期間t4内で変化する。このとき、期間t4以降のVuの振幅（つまり、U相についてのインバータ出力電圧）は、接点切換前よりも増加する。これは、接点切換によって合成インダクタンスがL/2から2Lに増加するためである。すなわち、このように合成インダクタンスの増減に合わせて出力電圧の増減を調整することで、モータ5のトルクを一定に保持できる効果が得られる。ただし、電圧変化のタイミングは、接点切換タイミングに依存することから、相ごとに異なる。このため、例えば期間t3においては、Vuの振幅とVwの振幅には差が発生するが、このように差を設けた方がモータ5のトルクを一定に保持でき、振動および騒音を防止できる。なお、接点切換によって合成インダクタンスが減少する場合には、そのタイミングで出力電圧を減少させればよい。
【実施例２】
【００５４】
実施例２を説明する。その際、実施例１との相違点を主に説明し、実施例１との共通点については説明を省略または簡略する。
【００５５】
図８は、実施例２におけるモータ駆動システムの構成図である。ただし、実施例１と同じ構成については図示を省略している。
【００５６】
制御部150が、Iu、IvおよびIwを推定しIu、IvおよびIwの推定値としてIue、Ive、Iweを出力する電流推定部7を備える。
【００５７】
図８の(a)によれば、電流推定部7は、Vu、VvおよびVwと、モータ5の特性を表すモータモデル71とに基づいて、三相交流電流推定値Iue、IveおよびIweを出力する。モータモデル71は、Vu、VvおよびVwを入力としIue、IveおよびIweを出力とした情報の一例であり、テーブルでもよいし、ニューラルネットワークのようなモデルでもよい。図８の(a)のような推定が可能な理由は、上述したように、モータモデル71は図１のモータ5の特性を表しているためである。
【００５８】
図８の(b)によれば、電流推定部7は、Id*およびIq*と二相・三相座標変換部72（機能は、図１の二相・三相座標変換部33と同じ）とに基づいて、Iue、IveおよびIweを出力する。図８の(b)のような推定が可能な理由は、インバータ2は、Id*およびIq*とIdおよびIqが一致するように可変電圧可変周波数制御されるためである。
【００５９】
図８の(a)および(b)のどちらにおいても、接点切換制御部6は、Iue、IveおよびIweが所定値以下である期間に切換指令を発行する。すなわち、実施例２では、Iu、IvおよびIwの各々は、検出された値ではなく、推定された値である。
【００６０】
実施例２によれば、Iu、IvおよびIwとしてIue、IveおよびIweを利用することによって、電流検出部4の検出誤差あるいは検出遅延などの影響を除去できる。また、電流検出部4そのものを省くことも可能となる。
【実施例３】
【００６１】
実施例２を説明する。その際、実施例１との相違点を主に説明し、実施例１との共通点については説明を省略または簡略する。
【００６２】
図９は、実施例３におけるモータ駆動システムが適用された列車の例を示す図である。ただし、実施例１と同じ構成については図示を省略している。
【００６３】
図９では、モータ駆動システムが搭載された鉄道車両8は、複数のモータ5を備え、接点切換制御部6は、複数のモータ5の接点切換タイミングの時刻差を調整する。図９のSu1〜Su4、Sv1〜Sv4、および、Sw1〜Sw4は、独立した接点切換信号を表している。
【００６４】
図９の(a)によれば、モータ5ごとに電流検出部4が備わり、モータ5ごとに接点切換タイミングが調整される。
【００６５】
図９の(b)によれば、鉄道車両8ごとに電流検出部4が備わり、鉄道車両8ごとに接点切換タイミングが調整される。図９の(b)では、複数の鉄道車両8にまたがる情報通信が必要となるが、例えば、これはワイヤレス通信によって実現できる。
【００６６】
実施例３によれば、接点切換時の鉄道車両8の振動を低減できることである。接点切換タイミングに時刻差を設けることで、接点切換によるモータ5のトルク脈動が同時に発生することを防止することができる。
【００６７】
このように、モータ駆動システムは、N両編成（Nは自然数）の列車に適用可能である。N両の鉄道車両のうちの少なくとも一つにモータ駆動システムが搭載されればよい。
【００６８】
列車に限らず、複数のモータ群を構成する複数のモータ5が存在するケースがある（複数のモータ群の各々は、一つ以上のモータ5である）。制御部150は、複数のモータ5の各々についての各相の接点切換構造を制御する対象のモータ群を、順次に切り替える（すなわち、接点切換タイミングに時刻差を設ける）。これにより、接点切換によるモータ5のトルク脈動が同時に発生することを防止することができる。ここで言う「モータ群」は、実施例３では、N両編成の列車に関し、下記の少なくとも一つである。
・図９の(a)の通り、個々の鉄道車両8内の個々のモータ5。この場合、モータ単位での脈動抑制が行われる。すなわち、個々の鉄道車両8について、接点切換によるモータ5のトルク脈動が同時に発生することを防止することができる。
・図９の(b)の通り、個々の鉄道車両8内の全てのモータ5。この場合、鉄道車両単位での脈動抑制が行われる。すなわち、列車全体について、接点切換によるモータ5のトルク脈動が同時に発生することを防止することができる。
【００６９】
以上、幾つかの実施例及び変形例を説明したが、これらは本発明の説明のための例示であって、本発明の範囲をこれらの実施例及び変形例にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、他の種々の形態でも実行することが可能である。例えば、モータ駆動システムは、鉄道車両以外の車両（例えば自動車）に搭載されてもよいし、車両以外のシステムに搭載されてもよい。
【符号の説明】
【００７０】
2…インバータ
5…モータ
150…制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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