(57)【要約】【課題】主電力変換器及び補助電力変換器に使用されるスイッチング素子の耐圧を等しくして素子の選定を容易にし、コストを低減する。【解決手段】補助モータＭ１，Ｍ２を駆動する補助電力変換器Ｃｏｎｖ１，Ｃｏｎｖ２のうち少なくとも一部は電源電圧を昇圧してその直流中間回路に供給する昇圧機能を備え、前記直流中間回路を含む任意の正，負極間の直流中間回路に主電力変換器ＩＮＶを接続して主モータＭを駆動するシステムにおいて、主電力変換器ＩＮＶの直流中間回路の両端を、補助電力変換器Ｃｏｎｖ１，Ｃｏｎｖ２の直流中間回路の直列回路の両端に接続し、主電力変換器ＩＮＶの各相において直列接続された半導体スイッチング素子の個数を、補助電力変換器Ｃｏｎｖ１，Ｃｏｎｖ２の直流中間回路の直列回路の各相において直列接続されたスイッチング素子の個数と等しくする。【選択図】図１２
2010252546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流側に補助負荷がそれぞれ接続された複数台の補助電力変換器を備え、各補助負荷の中性点と当該補助負荷を駆動する補助電力変換器の直流中間回路の正極または負極との間に電源が接続されると共に、各補助電力変換器の直流中間回路が直列に接続されてなる負荷駆動システムであって、
複数台の補助電力変換器のうちの少なくとも一部は半導体スイッチング素子のオンオフにより電源電圧を昇圧して当該補助電力変換器の直流中間回路に供給する昇圧機能を備え、
この昇圧機能を有する補助電力変換器の直流中間回路を含む任意の正極，負極間の直流中間回路に主電力変換器を接続し、この主電力変換器によりその交流側に接続された主負荷を駆動する負荷駆動システムにおいて、
前記主電力変換器の直流中間回路の両端を、各補助電力変換器の直流中間回路の直列回路の両端に接続し、前記主電力変換器の各相において直列接続された半導体スイッチング素子の個数を、各補助電力変換器の直流中間回路の直列回路の各相において直列接続された半導体スイッチング素子の個数と等しくしたことを特徴とする負荷駆動システム。
【請求項２】
請求項１に記載した負荷駆動システムにおいて、
前記主電力変換器を、３以上のレベルの電圧を出力可能な電力変換器により構成したことを特徴とする負荷駆動システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載した負荷駆動システムにおいて、
各補助電力変換器の直流中間回路の電圧をそれぞれ検出する電圧検出手段を備え、これらの電圧検出手段により検出した各直流中間回路の電圧が等しくなるように各補助電力変換器の動作を制御することを特徴とする負荷駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ等からなる複数台の電力変換器によりモータ等の負荷を個別に駆動する負荷駆動システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１６は、第１の従来技術を示しており、三相インバータからなる電力変換器Ｃｏｎｖにより電動機等の負荷Ｍを駆動するシステムである。図１６において、Ｂは直流電源（その電圧をＶｄとする）、Ｃｄは直流中間コンデンサ（その電圧、つまり直流中間電圧をＥｄとする）、Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚは半導体スイッチング素子、Ｕ，Ｖ，Ｗは電力変換器Ｃｏｎｖの出力端子であり、これらの出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗには三相コイルで表した負荷Ｍが接続されている。
この従来技術では、電力変換器Ｃｏｎｖのスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚを任意にオンオフさせることで、直流電源Ｂの直流電力を三相交流電力に変換して負荷Ｍに供給している。
【０００３】
ここで、直流中間コンデンサＣｄは直流電源Ｂに直結されているため、電源電圧Ｖｄの変動がそのまま直流中間電圧Ｅｄの変動として現れる。これにより、電力変換器Ｃｏｎｖの三相交流出力が変動してしまうので、直流中間電圧Ｅｄの変動分を補償した電力変換器Ｃｏｎｖの出力制御が必要となる。
【０００４】
図１７は、図１６の回路に通常の昇圧チョッパＣｈｏｐを付加した第２の従来技術である。
この従来技術では、直流電源Ｂと直流中間コンデンサＣｄとの間に、半導体スイッチング素子Ｑｐ，ＱｎとリアクトルＬｃとからなる昇圧チョッパＣｈｏｐが接続されている。この回路において、スイッチング素子Ｑｐ，Ｑｎを交互にオンオフすることにより、直流中間電圧Ｅｄを電源電圧Ｖｄよりも高く調整することができ、例えばバッテリにより構成される直流電源Ｂの電圧低下時にも、昇圧チョッパＣｈｏｐにより三相インバータの直流中間電圧Ｅｄを一定にして、三相インバータの出力を安定させることができる。
【０００５】
図１８は、第３の従来技術であり、例えば特許文献１に記載されているものである。この従来技術では、負荷Ｍの中性点と電力変換器Ｃｏｎｖの直流中間コンデンサＣｄの一端との間に、直流電源Ｂが接続されている。
この従来技術は、図１７に示した昇圧チョッパＣｈｏｐを用いずに、スイッチング素子Ｑｕ〜Ｑｚのうち上アームまたは下アームのスイッチング素子を全てオンさせて零電圧ベクトルを出力させると共に、負荷Ｍのインダクタンスを利用することにより、直流中間電圧Ｅｄを電源電圧Ｖｄよりも高い値に調整可能としたものである。また、三相交流電流を負荷Ｍに供給することで、例えば負荷Ｍを電動機とした場合、電源電圧Ｖｄを昇圧して直流中間コンデンサＣｄに供給すると同時に、電動機を駆動することも可能である。
【０００６】
この従来技術によれば、図１７に示した昇圧チョッパＣｈｏｐが不要になるため、部品点数の削減、コストの低減に寄与することができる。
なお、図１８（ａ）と（ｂ）は、直流電源Ｂの接続位置が異なるだけで基本的な動作は変わらないことも特許文献１に記載されている。
また、この従来技術の応用例は、例えば特許文献２〜４に記載されている。
【０００７】
次に、図１９は第４の従来技術を示しており、三相交流電源Ｖｓが電力変換器Ｃｏｎｖ内の整流回路に接続され、電力変換器Ｃｏｎｖ内の三相インバータの出力端子に主モータＭが接続されている例である。
ＣＴＲＬは電力変換器Ｃｏｎｖを制御する制御装置であり、三相インバータを構成するＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子を冷却する冷却ファンＦ１及び補助モータＭ１には、前記制御装置ＣＴＲＬから電源が供給されている。また、主モータＭを冷却する冷却ファンＦ２及び補助モータＭ２は、三相交流電源Ｖｓにより直接駆動されるようになっている。
【０００８】
図２０は第５の従来技術を示しており、図１６と同様に、直流電源Ｂが電力変換器Ｃｏｎｖの直流中間回路に接続されている例である。
この従来技術では、制御装置ＣＴＲＬ内の電力変換器Ｍｃｏｎにより電源電圧Ｖｄを直流電圧または交流電圧に変換して補助モータＭ１，Ｍ２に供給し、冷却ファンＦ１，Ｆ２を駆動している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３２１９０３９号公報（図２２等）
【特許文献２】特許第３７２１１１６号公報（図１，図８等）
【特許文献３】特開２００２−１０６７０号公報（図１，図５等）
【特許文献４】特開２００４−１１２９０３号公報（図２，図４等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図２０に示した従来技術では、主モータＭの定格電圧が高い場合に、直流電源Ｂとしても大きな定格電圧を持つものが必要になる。
また、図１９や図２０に示した如く、インバータ等の電力変換器を用いて主モータＭを駆動するシステムでは、主モータＭを冷却する冷却ファンＦ２やスイッチング素子を冷却するための冷却ファンＦ１等の周辺部品が必要である。これらの冷却ファンＦ１，Ｆ２は、前述したように補助モータＭ１，Ｍ２によってそれぞれ駆動されるものであり、適切なファン及びモータを選定するために各モータＭ１，Ｍ２の定格等の仕様も異なっている。そして、これらの補助モータＭ１，Ｍ２を駆動するために電力が必要であることから、駆動システム全体で見ると、効率低下の原因ともなる。
駆動システム全体の効率を向上させるには、主モータＭやスイッチング素子の温度に応じて冷却ファンＦ１，Ｆ２を入り切りすることにより、補助モータＭ１，Ｍ２の消費電力を節減することが考えられるが、冷却ファンを起動するたびに突入電流が流れる等の問題も発生する。
【００１１】
そこで、本発明の解決課題は、電力変換器の昇圧機能を利用することで直流電源の高電圧化を防止すると共に、補助モータ等の周辺回路の消費電力を減少させてシステム全体の高効率化を可能にした負荷駆動システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、交流側に補助負荷がそれぞれ接続された複数台の補助電力変換器を備え、各補助負荷の中性点と当該補助負荷を駆動する補助電力変換器の直流中間回路の正極または負極との間に電源が接続されると共に、各補助電力変換器の直流中間回路が直列に接続されてなる負荷駆動システムであって、
複数台の補助電力変換器のうちの少なくとも一部は半導体スイッチング素子のオンオフにより電源電圧を昇圧して当該補助電力変換器の直流中間回路に供給する昇圧機能を備え、
この昇圧機能を有する補助電力変換器の直流中間回路を含む任意の正極，負極間の直流中間回路に主電力変換器を接続し、この主電力変換器によりその交流側に接続された主負荷を駆動する負荷駆動システムにおいて、
前記主電力変換器の直流中間回路の両端を、各補助電力変換器の直流中間回路の直列回路の両端に接続し、前記主電力変換器の各相において直列接続された半導体スイッチング素子の個数を、各補助電力変換器の直流中間回路の直列回路の各相において直列接続された半導体スイッチング素子の個数と等しくしたものである。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載した負荷駆動システムにおいて、
前記主電力変換器を、３以上のレベルの電圧を出力可能な電力変換器により構成したものである。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載した負荷駆動システムにおいて、
各補助電力変換器の直流中間回路の電圧をそれぞれ検出する電圧検出手段を備え、これらの電圧検出手段により検出した各直流中間回路の電圧が等しくなるように各補助電力変換器の動作を制御するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、昇圧機能を有する補助電力変換器の直流中間回路を含む任意の正極，負極間の直流中間回路に主電力変換器を接続し、この主電力変換器によってモータ等の主負荷を駆動するため、直流電源電圧が低い場合でも定格電圧の高い主負荷を駆動することができる。
また、周辺回路に使用される補助モータ等の補助負荷に対しては、その中性点を利用して補助電力変換器により駆動可能であると共に、主負荷や電力変換器の温度に応じて補助負荷の出力や補助電力変換器の昇圧動作を調整することにより、消費電力を低減して駆動システム全体の効率を向上させることができる。
更に、主電力変換器を構成する個々の半導体スイッチング素子と補助変換器を構成する個々の半導体スイッチング素子とに印加される電圧が同じ大きさになるように回路を構成することにより、素子の選定が容易になり、コストの低減にも寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１参考形態を示す回路構成図である。
【図２】第１参考形態に係る負荷駆動システムの概略構成図である。
【図３】第１参考形態における各モータの電圧指令及びキャリアを示す図である。
【図４】本発明の第２参考形態に係る負荷駆動システムの概略構成図である。
【図５】第２参考形態における各モータに対する電圧指令を示す図である。
【図６】冷却ファンの二乗逓減特性を示す図である。
【図７】本発明の第３参考形態に係る負荷駆動システムの回路構成図である。
【図８】各参考形態における直流電源の説明図である。
【図９】各参考形態における各モータの電圧指令及びキャリアの説明図である。
【図１０】本発明の第４参考形態に係る負荷駆動システムの回路構成図である。
【図１１】本発明の第５参考形態に係る負荷駆動システムの概略構成図である。
【図１２】本発明の第１実施形態に係る負荷駆動システムの回路構成図である。
【図１３】第１実施形態において電圧アンバランスを防止するための概略構成図である。
【図１４】第１実施形態における各モータの電圧指令及びキャリアの説明図である。
【図１５】本発明の第２実施形態に係る負荷駆動システムの回路構成図である。
【図１６】第１の従来技術を示す回路構成図である。
【図１７】第２の従来技術を示す回路構成図である。
【図１８】第３の従来技術を示す回路構成図である。
【図１９】第４の従来技術を示す回路構成図である。
【図２０】第５の従来技術を示す回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は本発明の前提となる第１参考形態を示す回路構成図であり、Ｃｏｎｖ１，Ｃｏｎｖ２は図１８に示した昇圧機能を有する補助電力変換器である。これらの補助電力変換器Ｃｏｎｖ１，Ｃｏｎｖ２は、直流中間コンデンサＣｄ１（電圧をＥｄ１とする），Ｃｄ２（同じくＥｄ２とする）及び半導体スイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｖ１，Ｑｗ１，Ｑｘ１，Ｑｙ１，Ｑｚ１、Ｑｕ２，Ｑｖ２，Ｑｗ２，Ｑｘ２，Ｑｙ２，Ｑｚ２から構成されており、直流中間回路（直流中間コンデンサＣｄ１，Ｃｄ２）が直列になるように接続されている。なお、Ｐ１，Ｐ２は各直流中間回路の正極、Ｎ１，Ｎ２は負極、Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１、Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２は交流出力端子であり、これらの交流出力端子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１、Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２には補助負荷としての補助モータＭ１，Ｍ２がそれぞれ接続されている。
補助モータＭ１の固定子コイルの中性点と前記負極Ｎ１との間には直流電源Ｂ１（電圧をＶｄ／２とする）が接続され、補助モータＭ２の固定子コイルの中性点と前記正極Ｐ２との間には直流電源Ｂ２（電圧をＶｄ／２とする）が接続されている。
【００１８】
なお、補助電力変換器Ｃｏｎｖ１，Ｃｏｎｖ２の昇圧機能は、前述した特許文献１等に記載されているためここでは詳述しないが、各電力変換器Ｃｏｎｖ１，Ｃｏｎｖ２のスイッチング素子のうち上アームまたは下アームのスイッチング素子を全てオンさせて零電圧ベクトルを出力させると共に補助モータＭ１，Ｍ２のコイルのインダクタンスを利用することにより、各電力変換器Ｃｏｎｖ１，Ｃｏｎｖ２を昇圧チョッパとして動作させるものである。
【００１９】
一方、前記正極Ｐ１と負極Ｎ２とにそれぞれ接続された正極Ｐ，負極Ｎ間には、半導体スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚからなる三相インバータとしての主電力変換器ＩＮＶが接続されており、その交流出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗには主負荷としての主モータＭが接続されている。なお、正極Ｐ，負極Ｎ間の電圧はＥｄ（＝Ｅｄ１＋Ｅｄ２）である。
ここで、補助電力変換器Ｃｏｎｖ１，Ｃｏｎｖ２のうち何れか一方のみが昇圧機能を有する場合には、その電力変換器の直流中間回路の正極，負極間に主電力変換器ＩＮＶを接続すれば良い。
【００２０】
図２は、図１の回路を用いた負荷駆動システムの概略構成図であり、図１と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。
主モータＭは、主電力変換器ＩＮＶの運転状態に応じて軸出力する。また、一方の補助モータＭ１は電力変換器ＩＮＶ，Ｃｏｎｖ１，Ｃｏｎｖ２を構成するスイッチング素子等を冷却するための冷却ファンＦ１の駆動に用いられ、他方の補助モータＭ２は、主モータＭを冷却するための冷却ファンＦ２の駆動に用いられている。
【００２１】
この形態によれば、前述した如く、直流電源Ｂ１，Ｂ２による各電源電圧Ｖｄ／２を補助電力変換器Ｃｏｎｖ１，Ｃｏｎｖ２によりそれぞれ昇圧した直流中間電圧をそれぞれＥｄ１，Ｅｄ２とすると、主電力変換器ＩＮＶの直流中間電圧ＥｄはＥｄ１＋Ｅｄ２となるので、直流電源Ｂ１，Ｂ２全体の電圧Ｖｄよりも高い定格電圧を持つ主モータＭを駆動することができる。
【００２２】
例えば、図３に示すように、補助モータＭ１，Ｍ２の直流電圧変調率をそれぞれｄ１，ｄ２とすると、直流中間コンデンサＣｄ１，Ｃｄ２の電圧（直流中間電圧）Ｅｄ１，Ｅｄ２は、それぞれ数式１，数式２となる。
［数式１］
Ｅｄ１＝（Ｖｄ／２）／ｄ１
［数式２］
Ｅｄ２＝（Ｖｄ／２）／ｄ２
【００２３】
従って、主電力変換器ＩＮＶの直流中間電圧Ｅｄは、数式３によって表される。
［数式３］
Ｅｄ＝Ｅｄ１＋Ｅｄ２＝（Ｖｄ／２）ｄ１＋（Ｖｄ／２）ｄ２
すなわち、主電力変換器ＩＮＶは、数式３で表される直流中間電圧Ｅｄに基づいて直流−交流変換を行い、交流電圧を出力することができる。
【００２４】
ここで、図３のように正弦波変調を行う場合の正相分変調率をλとすれば、主電力変換器ＩＮＶの出力電圧Ｖｏは、一般に数式４によって表される。
［数式４］
Ｖｏ＝√３・Ｅｄ／（２・√２）・λ
＝√３・（Ｅｄ１＋Ｅｄ２）／（２・√２）・λ
＝√３・｛（Ｖｄ／２）／ｄ１＋（Ｖｄ／２）／ｄ２｝／（２・√２）・λ
また、一般的な台形波変調では数式５となる。
［数５］
Ｖｏ＝（Ｅｄ／√２）・λ
＝｛（Ｅｄ１＋Ｅｄ２）／√２｝・λ
｛（Ｖｄ／２）／ｄ１＋（Ｖｄ／２）／ｄ２｝／√２・λ
よって、何れの場合にも、主電力変換器ＩＮＶの直流中間電圧がＶｄである場合に比べて高圧のモータを駆動することができる。
【００２５】
次に、図４は第２参考形態に係る負荷駆動システムの概略構成図である。
この形態は、図２に示した回路構成において、主モータＭの温度を検出する温度検出センサＴｓ１と、主電力変換器ＩＮＶの温度を検出する温度検出センサＴｓ２とを設け、これらの温度検出値を制御装置ＣＴＲＬに取り込む手段を付加したものである。
なお、温度検出センサＴｓ２は、冷却対象である電力変換器（スイッチング素子）の温度を検出するものであるから、必要に応じて補助電力変換器Ｃｏｎｖ１，Ｃｏｎｖ２の温度を検出しても良い。
【００２６】
上記温度検出センサＴｓ１，Ｔｓ２による温度検出値に基づいて補助電力変換器Ｃｏｎｖ１，Ｃｏｎｖ２の運転を制御することにより、例えば図５に示すように、補助電力変換器Ｃｏｎｖ１，Ｃｏｎｖ２の出力周波数（モータＭ１，Ｍ２の回転数）を異ならせて冷却ファンＦ１，Ｆ２の風量を変化させるといった動作を行うことができる。
一般的に冷却ファンは、図６に示される二乗逓減特性を有しており、風量を低下させると二乗特性で圧力が減少する。従って、温度検出センサＴｓ１，Ｔｓ２による温度検出値が低い場合に冷却ファンＦ１，Ｆ２の風量を低減させるように補助モータＭ１，Ｍ２を運転すれば、冷却ファンＦ１，Ｆ２の消費電力を下げることができ、結果として駆動システム全体の高効率化を図ることができる。
すなわち、冷却ファンＦ１，Ｆ２を頻繁に入り切りして補助モータＭ１，Ｍ２の消費電力を節減する方法をとる必要がないため、突入電流が流れる心配はない。
【００２７】
なお、図１の回路において、主電力変換器ＩＮＶの直流中間電圧Ｅｄは、コンデンサＣｄ１，Ｃｄ２の電圧の和（Ｅｄ１＋Ｅｄ２）になるが、一般の倍電圧整流回路に見られるように、図７の第３参考形態に示す如く、別のコンデンサＣｄをコンデンサＣｄ１，Ｃｄ２の直列回路と並列に接続しても問題ないのは言うまでもない。
また、以上の各形態では直流電源Ｂ１，Ｂ２の電圧を等しくＶｄ／２として説明してきたが、補助モータＭ１，Ｍ２の定格電圧に見合った直流電源電圧に分配しても良い。特に、直流電源Ｂ１，Ｂ２がバッテリ等によって構成される場合には、数Ｖ程度のセルを複数直列に接続して使用する場合が多く、例えば図８に示すように、直流電源Ｂ１，Ｂ２の電圧が何れもＶｄ／２（Ｖｄ１＝Ｖｄ２）の状態からＶｄ１＜Ｖｄ２の状態となるように任意の直列接続点から端子を引き出すことは容易である。
【００２８】
更に、図３や図５では、同一キャリア上に各モータＭ，Ｍ１，Ｍ２に対する電圧指令を与えているが、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、モータＭ，Ｍ１，Ｍ２ごとに異なる周波数のキャリアを用いて個別に制御しても良い。
また、設置スペースの点から直流電源Ｂ１，Ｂ２等を分散して複数配置できる場合には、図１０に示す第４参考形態のように、補助モータＭ１及び直流電源Ｂ１が接続される補助電力変換器Ｃｏｎｖ１と、補助モータＭ２及び直流電源Ｂ２が接続される補助電力変換器Ｃｏｎｖ２とを、直流中間回路側で直列に接続してもよい。
当然のことながら、各形態において直列接続される補助電力変換器は２台に限らず、一般にｎ（ｎは複数）台の補助電力変換器を直列に接続して各電力変換器により個別に補助モータを駆動するようにしても良い。
【００２９】
次いで、図１１は第５参考形態を示すもので、ｎ台の補助電力変換器Ｃｏｎｖ１，Ｃｏｎｖ２，……，Ｃｏｎｖｎを直流中間回路側で直列に接続すると共に、補助電力変換器Ｃｏｎｖ１，Ｃｏｎｖ２については直流電源Ｂ１２を二分割した電源Ｂ１，Ｂ２を利用し、補助電力変換器Ｃｏｎｖｎについては単独の直流電源Ｂｎを用いることによって図１及び図１０を組み合わせたような回路構成にしても何ら問題ない。
この場合、主モータＭを駆動する主電力変換器ＩＮＶの直流中間回路は、ｎ台の補助電力変換器Ｃｏｎｖ１，Ｃｏｎｖ２，……，Ｃｏｎｖｎの直列接続点の任意の正極及び負極から取り出すことができるが、直流中間回路を主電力変換器ＩＮＶと共有する補助電力変換器は前述した昇圧機能を有することが必要である。
【００３０】
次に、図１２は本発明の第１実施形態を示す回路構成図である。
図１，図７，図１０等に示した形態では、補助電力変換器Ｃｏｎｖ１，Ｃｏｎｖ２の直流中間電圧値と主電力変換器ＩＮＶの直流中間電圧値とが異なるので、補助電力変換器Ｃｏｎｖ１，Ｃｏｎｖ２を構成する半導体スイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｚ１及びＱｕ２〜Ｑｚ２と、主電力変換器ＩＮＶを構成する半導体スイッチング素子Ｑｕ〜Ｑｚとにそれぞれ印加される電圧が異なり、電力変換器の種類（主または補助）に応じて耐圧を考慮しながら半導体スイッチング素子を選定しなくてはならない。また、主電力変換器ＩＮＶは補助電力変換器Ｃｏｎｖ１，Ｃｏｎｖ２に比べて高圧となるため、主電力変換器ＩＮＶ側で発生する損失が大きくなってしまい、キャリア周波数を減少させてスイッチング損失を低減させる等の対策が必要になる。
そこで、本発明は上記の点に鑑みてなされたものである。
【００３１】
本発明の第１実施形態における補助電力変換器Ｃｏｎｖ１，Ｃｏｎｖ２、補助モータＭ１，Ｍ２及び直流電源Ｂ１，Ｂ２の接続構成は図１と同様であり、以下では異なる部分を中心に説明する。
図１２の主電力変換器ＩＮＶにおいて、半導体スイッチング素子Ｑｕ１１，Ｑｕ１２，Ｑｕ１３，Ｑｕ１４の直列回路と、同じくＱｖ１１，Ｑｖ１２，Ｑｖ１３，Ｑｖ１４の直列回路と、同じくＱｗ１１，Ｑｗ１２，Ｑｗ１３，Ｑｗ１４の直列回路と、が並列に接続され、スイッチング素子Ｑｕ１２，Ｑｕ１３同士の接続点と、同じくＱｖ１２，Ｑｖ１３同士の接続点と、同じくＱｗ１２，Ｑｗ１３同士の接続点とが、それぞれ交流出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗを介して主モータＭに接続されている。また、上述した３つの直列回路の両端は、主電力変換器ＩＮＶの正極Ｐ及び負極Ｎとして補助電力変換器Ｃｏｎｖ１，Ｃｏｎｖ２側の正極Ｐ１及び負極Ｎ２にそれぞれ接続されている。
【００３２】
更に、スイッチング素子Ｑｕ１２，Ｑｕ１３の直列回路にはダイオードＤｕ１，Ｄｕ２の直列回路が並列に接続され、同じくＱｖ１２，Ｑｖ１３の直列回路にはダイオードＤｖ１，Ｄｖ２の直列回路が並列に接続され、同じくＱｗ１２，Ｑｗ１３の直列回路にはダイオードＤｗ１，Ｄｗ２の直列回路が並列に接続されている。そして、ダイオードＤｕ１，Ｄｕ２同士の接続点と、同じくＤｖ１，Ｄｖ２同士の接続点と、同じくＤｗ１，Ｄｗ２同士の接続点とは、中性点ｍ、補助電力変換器Ｃｏｎｖ１の負極Ｎ１及び補助電力変換器Ｃｏｎｖ２の正極Ｐ２を介して直流電源Ｂ１，Ｂ２同士の接続点に接続されている。
【００３３】
ここで、主電力変換器ＩＮＶは、３つのレベルの電圧を出力可能な３レベルインバータを構成しており、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の半導体スイッチング素子の直列回路は、何れも４個のスイッチング素子により構成されている。また、この主電力変換器ＩＮＶの直流中間回路の電圧（正極Ｐと負極Ｎとの間の電圧）は、補助電力変換器Ｃｏｎｖ１の直流中間回路の電圧（正極Ｐ１と負極Ｎ１との間の電圧）Ｅｄ１と、補助電力変換器Ｃｏｎｖ２の直流中間回路の電圧（正極Ｐ２と負極Ｎ２との間の電圧）Ｅｄ２との和に等しい。更に、補助電力変換器Ｃｏｎｖ１，Ｃｏｎｖ２は、それぞれの直流中間回路に、２個の半導体スイッチング素子の直列回路を三相分並列に接続して構成されている。
【００３４】
このため、主電力変換器ＩＮＶを構成する個々のスイッチング素子と補助電力変換器Ｃｏｎｖ１，Ｃｏｎｖ２を構成する個々のスイッチング素子には、同じ大きさの電圧が印加されることになり、全てのスイッチング素子Ｑｕ１１〜Ｑｗ１４，Ｑｕ１〜Ｑｚ１，Ｑｕ２〜Ｑｚ２に同じ耐圧を有する素子を使用することができるので、素子選定の煩雑さを解消し、素子の耐圧が異なることによるコストの増加を回避することができる。
また、主モータＭには補助モータＭ１，Ｍ２よりも高い電圧が印加されるが、主電力変換器ＩＮＶを３レベルインバータとすることにより、主モータＭの端子に発生するサージ電圧は補助電力変換器Ｃｏｎｖ１，Ｃｏｎｖ２側とほぼ同等になり、主電力変換器ＩＮＶ側の損失が増加する恐れもない。
【００３５】
なお、この第１実施形態において、補助電力変換器Ｃｏｎｖ１，Ｃｏｎｖ２の直流中間電圧Ｅｄ１，Ｅｄ２がアンバランスになるのを防止するため、図１３に示す如く、上記電圧Ｅｄ１，Ｅｄ２の差がゼロとなるように制御装置ＣＴＲＬ内の演算部１０が直流電圧変調率ｄ１，ｄ２（図１４参照）を調整することが望ましい。
また、図１４では同一のキャリア上に主モータＭ及び補助モータＭ１，Ｍ２の電圧指令を与えているが、図９に示したように各モータＭ，Ｍ１，Ｍ２に個別のキャリアを与えても良い。
【００３６】
図１５は、本発明の第２実施形態を示す回路構成図である。
この実施形態は、図１２に示した回路を２つ直列に接続し、４台の補助電力変換器Ｃｏｎｖ１〜Ｃｏｎｖ４によって補助モータＭ１〜Ｍ４をそれぞれ駆動するようにしたものである。なお、図１２に示した回路の直列接続数は更に多くしても良い。
本実施形態でも、主電力変換器ＩＮＶを構成する個々のスイッチング素子と補助電力変換器Ｃｏｎｖ１〜Ｃｏｎｖ４を構成する個々のスイッチング素子には、同一の電圧が印加されることになり、全てのスイッチング素子に同じ耐圧の素子を使用することができる。
また、図１３と同様に補助電力変換器Ｃｏｎｖ１〜Ｃｏｎｖ４の直流中間電圧Ｅｄ１〜Ｅｄ４が等しくなるように制御することにより、補助モータＭ１〜Ｍ４を安定して駆動することが可能である。
【００３７】
上述した第１，第２実施形態においても、補助電力変換器の昇圧動作により、直流電源電圧が低い場合でも定格電圧の高い主モータを駆動することができる。そして、上記昇圧動作は、補助電力変換器の上アームまたは下アームを構成する全ての半導体スイッチング素子をオンして零電圧ベクトルを出力すると共に、補助モータのインダクタンスを利用して電源電圧を昇圧することにより実現可能である。
また、第２参考形態と同様に、主モータ及び主電力変換器の温度を検出して補助電力変換器の運転を制御し、補助モータの回転数を調整するようにしても良い。更に、補助モータを、主モータや主電力変換器または補助電力変換器を冷却する冷却ファンの駆動用モータとすることもできる。
【００３８】
上述した各実施形態では、電源電圧を昇圧するために必要なインダクタンスを三相モータのコイルによって得ているが、電力変換器内部のゲート電源用の絶縁トランス等、単相トランス等を利用しても良く、直流電源に関しては、ＤＣ−ＤＣコンバータ等により生成された直流電圧を電源として利用しても良い。
【符号の説明】
【００３９】
ＩＮＶ：主電力変換器
Ｃｏｎｖ１，Ｃｏｎｖ２，Ｃｏｎｖ３，Ｃｏｎｖ４，Ｃｏｎｖｎ：補助電力変換器
Ｍ：主モータ
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍｎ：補助モータ
Ｃｄ，Ｃｄ１，Ｃｄ２：直流中間コンデンサ
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ１２，Ｂｎ：直流電源
Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚ，Ｑｕ１，Ｑｖ１，Ｑｗ１，Ｑｘ１，Ｑｙ１，Ｑｚ１、Ｑｕ２，Ｑｖ２，Ｑｗ２，Ｑｘ２，Ｑｙ２，Ｑｚ２，Ｑｕ１１，Ｑｖ１１，Ｑｗ１１，Ｑｕ１２，Ｑｖ１２，Ｑｗ１２，Ｑｕ１３，Ｑｖ１３，Ｑｗ１３，Ｑｕ１４，Ｑｖ１４，Ｑｗ１４：半導体スイッチング素子
Ｄｕ１，Ｄｖ１，Ｄｗ１，Ｄｕ２，Ｄｖ２，Ｄｗ２：ダイオード
Ｔｓ１，Ｔｓ２：温度検出センサ
ＣＴＲＬ：制御装置
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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