(57)【要約】【課題】複数の巻線群を備えた多重巻線型電動機を、電力変換器で発生するスイッチングに伴う騒音と損失を抑えて駆動制御する。【解決手段】複数の電力変換器８、９をそれぞれＰＷＭ制御するための複数のキャリア信号７ａ、７ｂを等しい周波数で生成するキャリア生成部７を備えて各電力変換器８、９をＰＷＭ制御する。そして、キャリア生成部７は、多重巻線型電動機１０の回転速度ωｅに基づいて、多重巻線型電動機１０の低速運転時にはキャリア信号７ａ、７ｂに９０度の位相差を与え、高速運転時にはキャリア信号７ａ、７ｂに１８０度の位相差を与える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の巻線群を備えた多重巻線型電動機を駆動するために上記複数の巻線群にそれぞれ電力供給する複数の電力変換器をＰＷＭ制御する電力変換器制御装置において、
上記多重巻線型電動機の回転子の磁極位置を検出する位置検出手段と、
与えられたトルク指令および上記位置検出器からの磁極位置信号に基づいて上記各電力変換器の三相電圧指令を生成する電圧指令演算部と、
上記複数の電力変換器をそれぞれＰＷＭ制御するための複数のキャリア信号を等しい周波数で生成するキャリア生成部と、
上記各電力変換器毎に上記三相電圧指令と上記キャリア信号とを比較してＰＷＭ処理されたスイッチングパルス信号を生成するキャリア比較部とを備え、
上記キャリア生成部は、上記磁極位置信号に基づく上記多重巻線型電動機の回転速度、上記トルク指令、あるいは上記回転速度と上記トルク指令とから演算される変調率のいずれか１である位相差基準信号に基づいて決定される位相差を与えて上記複数のキャリア信号を生成することを特徴とする電力変換器制御装置。
【請求項２】
上記キャリア生成部は、上記位相差基準信号の値が低い領域では上記位相差を９０度とし、上記位相差基準信号の値が高い領域では上記位相差を１８０度とすることを特徴とするし、請求項１に記載の電力変換器制御装置。
【請求項３】
上記位置検出器からの磁極位置信号から上記多重巻線型電動機の上記回転速度を演算する速度演算部を備え、
上記キャリア生成部は、上記回転速度を上記位相差基準信号として、上記回転速度が所定値以下の時は上記位相差を９０度とし、上記回転速度が所定値を超えると上記位相差を１８０度として上記複数のキャリア信号を生成することを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換器制御装置。
【請求項４】
上記キャリア生成部は、上記トルク指令を上記位相差基準信号として、上記トルク指令が所定値以下の時は上記位相差を９０度とし、上記トルク指令が所定値を超えると上記位相差を１８０度として上記複数のキャリア信号を生成することを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換器制御装置。
【請求項５】
上記位置検出器からの磁極位置信号から上記多重巻線型電動機の上記回転速度を演算する速度演算部と、上記回転速度と上記トルク指令とから上記変調率を演算する変調率演算部とを備え、
上記キャリア生成部は、上記変調率を上記位相差基準信号として、上記変調率が所定値以下の時は上記位相差を９０度とし、上記変調率が所定値を超えると上記位相差を１８０度として上記複数のキャリア信号を生成することを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換器制御装置。
【請求項６】
複数の巻線群を備えた多重巻線型電動機の上記複数の巻線群にそれぞれ電力供給する複数の電力変換器と、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換器制御装置とを備え、該電力変換器制御装置が上記複数の電力変換器をＰＷＭ制御して上記多重巻線型電動機を駆動することを特徴とする多重巻線型電動機駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電機子巻線が複数の巻線群として多重化された多重巻線型電動機を駆動する複数の電力変換器を制御する電力変換器制御装置およびそれを備えた多重巻線型電動機駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電動機をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御された電力変換器によって駆動するとき、電流高調波が発生して損失、騒音などの悪影響を与える。
多重巻線型電動機を駆動するための複数の電力変換器を制御する場合には、各々の電力変換器のスイッチングタイミングに一定の時間差を与えることにより電流高調波を低減する方法が知られている。スイッチングタイミングが同時に発生しないようにするため、キャリア比較するための各々のキャリア信号に所定の位相差を与えてＰＷＭ処理するようスイッチングタイミングを制御する装置が開示されている。
【０００３】
従来の多重巻線型電動機駆動装置（電力変換器制御装置）として、以下に示すＰＷＭ制御モータ装置がある。ＰＷＭ制御モータ装置は、三角波発生回路により三角波信号を発生し、第１系統のコイルのＵ、Ｖ、Ｗ各相に対する電圧指令と三角波発生回路の出力とを第１のＰＷＭ変換回路に入力してＰＷＭ変換し、第１のＰＷＭ変換回路の出力に基づき第１系統のコイルへの電力供給を第１のインバータにより制御する。また、三角波発生回路の出力をずらし手段により所定位相だけずらし、第２系統のコイルのＵ、Ｖ、Ｗ各相に対する電圧指令とずらし手段の出力とを第２のＰＷＭ変換回路に入力してＰＷＭ変換し、第２のＰＷＭ変換回路の出力に基づき第２系統のコイルへの電力供給を第２のインバータにより制御する（例えば特許文献１）。
【０００４】
また、従来の多重巻線型電動機駆動装置（電力変換器制御装置）の別例である負荷駆動装置では、第１の三相インバータの第１キャリア周波数と、第２の三相インバータの第２キャリア周波数とは互いに略等しく、第１の三相インバータのデューティ値と、第２の三相インバータのデューティ値とは互いに略等しく、第１の三相インバータと第２の三相インバータとは同じスイッチングパターンで動作し、第１キャリア信号と第２キャリア信号との位相差ｄが１１７．５度〜２４２．５度の範囲にある（例えば特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１９７５９３号公報
【特許文献２】特開２０１０−２８８３２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１記載の装置では、複数のインバータのＰＷＭ制御に用いる三角波信号を所定位相だけずらし、各コイルに流れる電流によって生じる磁束の波形が合成することにより、合成磁束の波形のリップル幅を小さくして鉄損を低減する。これにより高調波損失を低減できるが、運転条件に拘わらず同じ位相差を与えるため騒音低減に対して十分な効果が得られないという問題点があった。
また、上記特許文献２記載の制御では、複数のキャリア信号間の位相差は可変であるが、操作者が位相差を主観的に変更するものであり、安定的な騒音低減効果は得られないものであった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、複数の巻線群を備えた多重巻線型電動機を、電力変換器で発生するスイッチングに伴う騒音と損失を抑え、運転条件に応じて最適な環境で駆動可能な電力変換器制御装置および多重巻線型電動機駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の請求項１に係る電力変換器制御装置は、複数の巻線群を備えた多重巻線型電動機を駆動するために上記複数の巻線群にそれぞれ電力供給する複数の電力変換器をＰＷＭ制御するものであって、上記多重巻線型電動機の回転子の磁極位置を検出する位置検出手段と、与えられたトルク指令および上記位置検出器からの磁極位置信号に基づいて上記各電力変換器の三相電圧指令を生成する電圧指令演算部と、上記複数の電力変換器をそれぞれＰＷＭ制御するための複数のキャリア信号を等しい周波数で生成するキャリア生成部と、上記各電力変換器毎に上記三相電圧指令と上記キャリア信号とを比較してＰＷＭ処理されたスイッチングパルス信号を生成するキャリア比較部とを備える。そして、上記キャリア生成部は、上記磁極位置信号に基づく上記多重巻線型電動機の回転速度、上記トルク指令、あるいは上記回転速度と上記トルク指令とから演算される変調率のいずれか１である位相差基準信号に基づいて決定される位相差を与えて上記複数のキャリア信号を生成するものである。
【０００９】
この発明の請求項６に係る多重巻線型電動機駆動装置は、複数の巻線群を備えた多重巻線型電動機の上記複数の巻線群にそれぞれ電力供給する複数の電力変換器と、請求項１に係る上記電力変換器制御装置とを備え、該電力変換器制御装置が上記複数の電力変換器をＰＷＭ制御して上記多重巻線型電動機を駆動するものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係る電力変換器制御装置は上記キャリア生成部が、上記磁極位置信号に基づく上記多重巻線型電動機の回転速度、上記トルク指令、あるいは上記回転速度と上記トルク指令とから演算される変調率のいずれか１である位相差基準信号に基づいて決定される位相差を与えて上記複数のキャリア信号を生成するため、複数の巻線群を備えた多重巻線型電動機を、電力変換器で発生するスイッチングに伴う騒音と損失を抑え、運転条件に応じて最適な環境で駆動できる。
【００１１】
また、この発明に係る多重巻線型電動機駆動装置は、複数の巻線群を備えた多重巻線型電動機を、電力変換器で発生するスイッチングに伴う騒音と損失を抑え、運転条件に応じて最適な環境で駆動できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１による電力変換器制御装置および多重巻線型電動機駆動装置の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による電力変換器制御装置に係るキャリア信号のタイミングチャート図である。
【図３】この発明の実施の形態１による電力変換器制御装置に係るキャリア信号の位相差によるスイッチングタイミングの第１の説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１による電力変換器制御装置に係るキャリア信号の位相差によるスイッチングタイミングの第２の説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１による電力変換器制御装置に係るキャリア信号の位相差の制御特性の説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１による電力変換器制御装置に係るキャリア生成部の詳細ブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態２による電力変換器制御装置および多重巻線型電動機制御システム構成図である。
【図８】この発明の実施の形態２による電力変換器制御装置に係る位相差の制御特性の説明図である。
【図９】この発明の実施の形態３による電力変換器制御装置および多重巻線型電動機制御システム構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態３による電力変換器制御装置に係る位相差の制御特性の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による電力変換器制御装置および多重巻線型電動機駆動装置について、図１〜図６に基づいて以下に説明する。図１は、この発明の実施の形態１による電力変換器制御装置および多重巻線型電動機駆動装置の構成図である。図２は、電力変換器制御装置におけるキャリア信号のタイミングチャート図である。図３はキャリア信号の位相差によるスイッチングタイミングを示す第１の説明図、図４はキャリア信号の位相差によるスイッチングタイミングを示す第２の説明図である。図５はキャリア信号の位相差の制御特性の説明図であり、図６はキャリア生成部の詳細ブロック図である。
【００１４】
図１は、例えば２つの巻線群を有する多重巻線型電動機１０に対応する二重化した電力変換器制御装置を用いた多重巻線型電動機駆動装置の構成を示している。多重巻線型電動機１０は、電動機を構成する巻線が２つの巻線群として多重化された多重巻線型電動機であり、多重巻線型電動機１０を駆動するため、第１の巻線群に第１電力変換器８が接続され、第２の巻線群に第２電力変換器９が接続されている。多重巻線型電動機駆動装置は、複数の電力変換器（第１電力変換器８、第２電力変換器９）とこれらを制御する電力変換器制御装置にて構成され、電力変換器制御装置は、第１電力変換器８および第２電力変換器９を制御することにより、第１電力変換器８から第１の巻線群に電力供給し、第２電力変換器９から第２の巻線群に電力供給して多重巻線型電動機１０を駆動する。
【００１５】
図１に示すように、電力変換器制御装置は、第１電圧指令演算部２および第２電圧指令演算部３と、速度演算部４と、第１キャリア比較部５および第２キャリア比較部６と、キャリア生成部７とを備える。また電力変換器制御装置は、多重巻線型電動機１０の回転子の磁極位置を検出するための位置検出器１１、例えば、インクリメンタルエンコーダやレゾルバを備える。なお、多重巻線型電動機１０が位置検出器１１を備えても良く、その場合、電力変換器制御装置は、位置検出器１１からの出力を得て回転子の磁極位置を検出する。また、位置検出手段として、位置検出器１１の代わりに回転検出器を備えても良い。
【００１６】
位置検出器１１で検出された多重巻線型電動機１０の回転子の磁極位置信号（電気角位置信号）θｅは、速度演算部４に出力されるとともに、第１電圧指令演算部２および第２電圧指令演算部３にも出力される。
電力変換器制御装置の入力端子１に外部からトルク指令Ｎが入力され、第１電圧指令演算部２では、このトルク指令Ｎと、位置検出器１１で検出された多重巻線型電動機１０の回転子の磁極位置信号θｅとに基づき、三相交流で表された第１の電圧指令ｖ１＊を生成し、第１キャリア比較部５に出力する。同様に第２電圧指令演算部３では、トルク指令Ｎが入力され、このトルク指令Ｎと、位置検出器１１で検出された多重巻線型電動機１０の回転子の磁極位置信号θｅとに基づき、三相交流で表された第２の電圧指令ｖ２＊を生成し、第２キャリア比較部６に出力する。
なお、多重巻線型電動機１０では、構造上、各巻線群間に一定の位相差が発生するため、この位相差を考慮した電圧指令ｖ＊（第１の電圧指令ｖ１＊、第２の電圧指令ｖ２＊）の演算を行う。
【００１７】
速度演算部４では、多重巻線型電動機１０の回転子の磁極位置信号θｅから、位相差基準信号となる多重巻線型電動機１０の回転速度ωｅを演算し、キャリア生成部７に出力する。キャリア生成部７は、速度演算部４からの回転速度ωｅに基づいて位相差を決定し、この位相差を有する等しい周波数の２つのキャリア信号７ａ、７ｂ（第１のキャリア信号７ａ、第２のキャリア信号７ｂ）を出力する。なお、キャリア信号７ａ、７ｂには、三角波が用いられるのが一般的である。
第１キャリア比較部５では、第１電圧指令演算部２からの第１の電圧指令ｖ１＊と、キャリア生成部７が生成する第１のキャリア信号７ａとを振幅比較することにより、ＰＷＭ処理されたパルス信号である第１のスイッチングパルス５ａを第１電力変換器８に出力する。第２キャリア比較部６では、第２電圧指令演算部３からの第２の電圧指令ｖ２＊と、キャリア生成部７が生成する第２のキャリア信号７ｂとを振幅比較することにより、ＰＷＭ処理されたパルス信号である第２のスイッチングパルス５ｂを第２電力変換器９に出力する。
【００１８】
次に、電力変換器制御装置の動作の詳細について説明する。
第１電圧指令演算部２、第２電圧指令演算部３では、上位の外部手段から入力されるトルク指令Ｎと位置検出器１１からの磁極位置信号θeとから三相電圧指令ｖ＊（第１の電圧指令ｖ１＊、第２の電圧指令ｖ２＊）を演算して出力する。
三相電圧指令ｖ＊（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）の生成方法を以下に説明する。
なお、誘導電動機や同期電動機の制御を考える場合、三相交流座標系でなく直交二相座標系（回転座標系）であるｄｑ座標で行われるのが一般的である。
【００１９】
三相交流座標系からｄｑ座標系への変換を行う行列式は、以下の式（１）で表される。式（１）において、ｉｄはｄ軸上で、ｉｑはｑ軸上で表された電流値である。磁極位置信号θは、回転子の界磁磁束の方向をｄ軸としたときの、ｄ軸の磁極位置を示している。この場合、θには電気角の磁極位置信号θｅが用いられる。
【００２０】
【数１】
2014003783.tif 000003
【００２１】
式（１）より、ｉｄ、ｉｑは、以下の式（２）にて求められる。
【数２】
2014003783.tif 000004
なお、ｉｗ＝−ｉｕ−ｉｖとすれば、三相交流座標系の２つの相電流からｄｑ座標系へ変換可能である。
【００２２】
まず、外部からのトルク指令Ｎに基づき、ｄｑ座標系で表された電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊を生成する。多重化された複数の電力変換器（第１電力変換器８、第２電力変換器９）と多重巻線型電動機１０との間に流れる電流ｉを電流センサを用いて検出し、電流制御ループを構成して電流（値）ｉを電流指令値ｉ＊どおりに流れるよう制御する。
即ち、電流センサで検出した相電流値ｉ（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）を、上記式（２）を用いてｄｑ座標系で表された電流検出値ｉｄ、ｉｑに変換した後、電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊との電流偏差をＰＩ制御することにより電圧指令ｖｄ＊、ｖｑ＊を生成する。
さらに電圧指令ｖｄ＊、ｖｑ＊を、以下の式（３）を用いて座標変換することにより、三相電圧指令ｖ＊（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）に変換する。
【００２３】
一般に、ｄｑ座標系から三相交流座標系へ座標変換は以下の式（３）で表される。
【数３】
2014003783.tif 000005
【００２４】
以上のように、第１、第２電圧指令演算部２、３では、三相電圧指令ｖ＊（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）である第１の電圧指令ｖ１＊、第２の電圧指令ｖ２＊をそれぞれ生成して出力する。なお、必要に応じて各巻線群の機械的な位相差を磁極位置信号θｅにおいて考慮し、第１の電圧指令ｖ１＊、第２の電圧指令ｖ２＊を生成する。
【００２５】
速度演算部４は、位置検出器１１からの回転子の磁極位置信号θｅに基づき、以下の式（４）を用いて、回転速度ωｅを演算する。
【数４】
2014003783.tif 000006
【００２６】
第１の電圧指令ｖ１＊、第２の電圧指令ｖ２＊は、第１キャリア比較部５、第２キャリア比較部６において、キャリア生成部７にて生成された第１のキャリア信号７ａ、第２のキャリア信号７ｂと振幅比較され、ＰＷＭ処理された第１、第２のスイッチングパルス５ａ、５ｂが生成される。
図２に各巻線群の三角波のキャリア信号である第１のキャリア信号７ａと第２のキャリア信号７ｂのタイミングの関係を示す。図２に示すように、実線で示した第１のキャリア信号７ａと、点線で示した第２のキャリア信号７ｂとは、一定タイミングずらす処理がされている。この場合、キャリア信号７ａ、７ｂの位相差（以下、キャリア位相差と称す）は９０度である。
【００２７】
図３は、キャリア位相差が９０度の場合の、第１、第２のスイッチングパルス５ａ、５ｂのスイッチングタイミングを示した図である。なお、キャリア位相差に比して第１の電圧指令ｖ１＊と第２の電圧指令ｖ２＊との位相差は僅かであるため、便宜上、第１の電圧指令ｖ１＊と第２の電圧指令ｖ２＊とは等しい電圧指令ｖ＊として表した。この例では、電圧指令ｖ＊の振幅が小さい場合であり、キャリア位相差が９０度のときの各々のスイッチングパルス５ａ、５ｂ、スイッチングタイミング、およびスイッチングノイズの関係を示している。
【００２８】
キャリア位相差が９０度のときは、第１のスイッチングパルス５ａと第２のスイッチングパルス５ｂの関係は、キャリア周期の１周期の１／４期間ずれた関係となる。また、第１のスイッチングタイミングと第２のスイッチングタイミングがちょうど１周期の１／４期間ごとに交互に来ることになり、多重巻線型電動機１０の巻線群間の結合等に起因して発生するスイッチングノイズなどの騒音周波数はちょうど２倍となって発生する。
例えば、キャリア信号７ａ、７ｂが５ＫＨｚの周波数とすると、それぞれのスイッチングパルス５ａ、５ｂは１０ＫＨｚの周波数で発生し、このときキャリア信号間に９０度の位相差を設定すると、スイッチングパルス５ａ、５ｂによる騒音を２０ＫＨｚの周波数に変化させることができ、人間の耳には聞こえにくい帯域に移動することができる。
【００２９】
図４は、キャリア位相差が１８０度の場合の、第１、第２のスイッチングパルス５ａ、５ｂのスイッチングタイミングを示した図である。第１のスイッチングパルス５ａと第２のスイッチングパルス５ｂの関係は１周期の１／２期間ずれた関係となる。この結果、第１のスイッチングタイミングと第２のスイッチングタイミングがほほ同じタイミングで発生することとなり、９０度の場合のようなスイッチングパルスの周波数の変化は起こらない。従って、キャリア位相差を１８０度に設定したときには、騒音の低減効果は得られない。しかし、第１のスイッチングパルス５ａと第２のスイッチングパルス５ｂの山谷の関係が反転しているため、各コイルに流れる電流によって生じる磁束の波形が合成された合成磁束の波形のリップル幅を小さくして鉄損を低減できるため、高調波損失を低減できる。
【００３０】
上述したように、キャリア生成部７は、速度演算部４からの回転速度ωｅに基づいてキャリア位相差を決定して、第１のキャリア信号７ａ、第２のキャリア信号７ｂを出力する。この際、回転速度ωｅが低い条件では、キャリア位相差を９０度に設定して低騒音効果を優先し、回転速度ωｅが大きくなると、キャリア位相差を１８０度に設定して低損失効果を優先して制御する。
図５は、回転速度ωｅとキャリア位相差の関係の一例を示したものである。回転速度ωｅが所定値以下の時はキャリア位相差を９０度に設定し、回転速度ωｅが所定値を超えるとキャリア位相差を１８０度に切り換える。なお、この場合、キャリア位相差を９０度から１８０度まで連続的に切り換えられているが、ステップ的に切り換えても良い。
【００３１】
キャリア位相差を決定して第１のキャリア信号７ａ、第２のキャリア信号７ｂを出力するキャリア生成部７の構成および詳細動作を、図６に基づき説明する。なお、キャリア位相差を有する複数のキャリア信号の生成方法は、これに限らず他の構成でも可能である。
図６に示すように、速度演算部４からの回転速度ωｅが入力端子１２に入力される。位相差演算部１３は入力された回転速度ωｅに応じて、第１のキャリア信号７ａと第２のキャリア信号７ｂとの位相差を演算する。このとき、メモリマップを用いて出力を求めることや、回転速度を入力とする近似式から位相差の設定量を演算することも可能である。
【００３２】
比較回路１４はキャリア比較用の一方のキャリア信号（第１のキャリア信号７ａ）を後述するアップ／ダウンカウンタ１６により生成するときのアップ／ダウンカウンタ１６の最大値と最小値の比較を行う。アップ／ダウンカウンタ１６では、アップ／ダウンカウンタ１６がアップカウント動作中に最大値まで進むと、ダウンカウント動作に切り換わり、ダウンカウント動作中に最小値まで進むとアップカウント動作に切り換わる。その結果、一定周期でアップカウント動作とダウンカウント動作を交互に繰り返されて三角波の形をした第１のキャリア信号７ａを出力端子１８から出力する。
【００３３】
位相差設定回路１５は、アップ／ダウンカウンタ１６の出力にキャリア位相差に相当する一定値の加算を行うことにより、第１のキャリア信号７ａの出力と第２のキャリア信号７ｂの出力にタイミングの差を設定する。例えば、アップ／ダウンカウンタ１６の出力が、ゼロ〜５０００までのカウント値で動作する場合、２５００の値を加算すると、１／４周期の位相差を与えることができる。
リミッタ回路１７は、出力の振幅を所望の範囲に調整する。上記の例で、位相差設定回路１５がカウント値に２５００の値を加算すると、その結果は、２５００〜７５００の値を変化することになるので、５０００を越えたカウント値については、５０００を減算して０〜５０００の値が出力されるようにリミッタ処理を行う。リミッタ処理された第２のキャリア信号７ｂは出力端子１９から出力される。
【００３４】
以上のように、この実施の形態では、多重巻線型電動機１０の回転速度ωｅが低い条件では、キャリア位相差を９０度に設定して低騒音効果を優先し、回転速度ωｅが大きくなると、キャリア位相差を１８０度に設定して低損失効果を優先して制御する。一般的に電動機で発生する騒音は、電動機の低速運転時には大きく感じられ、高速運転時には小さく感じられる。この実施の形態では、騒音が大きく感じられる時に低騒音効果を優先し、それ以外の時は低損失効果を優先して制御することになり、電力変換器８、９で発生するスイッチングに伴う騒音と損失を抑え、運転条件に応じて最適な環境で多重巻線型電動機１０を制御することができる。
またキャリア位相差を９０度に設定する制御では、スイッチングに起因して発生するスイッチングノイズを高周波化できるので、多重巻線型電動機１０の制御に及ぼす影響を低減することができる。
【００３５】
また、多重化された複数の電力変換器を用いて多重巻線型電動機を駆動するときには、同じスイッチングタイミングでスイッチング素子を駆動すると高調波が増加することが知られている。この実施の形態では、各巻線群のＵ相同士など同じ相の電圧のスイッチングが同方向で同時に起こることがなく、低騒音効果を優先して制御している時も、高調波の増加が抑制できる。
【００３６】
なお、多重巻線型電動機の駆動の際に発生する騒音と損失は基本周波数に依存し、また周波数における電動機の動作は電動機の電気的特性に依存する。このため、キャリア位相差の切り換え方は電動機特性によって変更しても良い。また、キャリア位相差についても、電動機特性によっては、９０度と１８０度で切り換えるのが必ずしも最良ではなく、この値に限定されるものではない。
【００３７】
また、この実施の形態では、多重巻線型電動機１０として２つの巻線群を有する三相交流電動機を用いたが、特に相数や巻線群の数が限定されるものではない。また対象となる多重巻線型電動機は永久磁石型同期電動機でも誘導電動機でもいずれの電動機でもよい。
【００３８】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２による電力変換器制御装置および多重巻線型電動機駆動装置について、図７、図８に基づいて以下に説明する。図７は、この発明の実施の形態２による電力変換器制御装置および多重巻線型電動機駆動装置の構成図である。図８は、電力変換器制御装置におけるキャリア信号の位相差の制御特性の説明図である。
図７において、図１と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付している。図７は、実施の形態１と同様、例として２つの巻線群を有する多重巻線型電動機１０に対応する二重化した電力変換器制御装置を用いた多重巻線型電動機駆動装置の構成を示している。
【００３９】
図７に示すように、キャリア生成部２０は、入力された位相差基準信号としてのトルク指令Ｎに基づいてキャリア位相差を決定し、このキャリア位相差を有する等しい周波数の２つのキャリア信号２０ａ、２０ｂ（第１のキャリア信号２０ａ、第２のキャリア信号２０ｂ）を出力する。
この実施の形態２では、実施の形態１とは異なり、速度演算部がなく、回転速度でなくトルク指令Ｎに基づいてキャリア位相差を決定する。その他の構成は上記実施の形態１と同様である。
図８は、トルク指令Ｎとキャリア位相差の関係の一例を示したものである。トルク指令Ｎが所定値以下の時はキャリア位相差を９０度に設定し、トルク指令Ｎが所定値を超えるとキャリア位相差を１８０度に切り換える。
【００４０】
このように、トルク指令Ｎが低い条件では、キャリア位相差を９０度に設定して低騒音効果を優先し、トルク指令Ｎが大きくなると、キャリア位相差を１８０度に設定して低損失効果を優先して制御する。
一般的に電動機で発生する騒音は、電動機の低トルク運転時には大きくなり、高トルク運転時には小さくなる傾向がある。この実施の形態では、騒音が大きい時に低騒音効果を優先し、それ以外の時は低損失効果を優先して制御することになり、電力変換器８、９で発生するスイッチングに伴う騒音と損失を抑え、運転条件に応じて最適な環境で多重巻線型電動機１０を制御することができる。実施の形態１に比較して、低トルクの際に騒音が大きく発生する傾向が大きい多重巻線型電動機１０の場合に、特に有効である。その他の効果については上記実施の形態１と同様である。
【００４１】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３による電力変換器制御装置および多重巻線型電動機駆動装置について、図９、図１０に基づいて以下に説明する。図９は、この発明の実施の形態３による電力変換器制御装置および多重巻線型電動機駆動装置の構成図である。図１０は、電力変換器制御装置におけるキャリア信号の位相差の制御特性の説明図である。
図９において、図１と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付している。図９は、実施の形態１と同様、例として２つの巻線群を有する多重巻線型電動機１０に対応する二重化した電力変換器制御装置を用いた多重巻線型電動機駆動装置の構成を示している。
【００４２】
図９に示すように、変調率演算部２１は、トルク指令Ｎと速度演算部４で求めた回転速度ωｅとから位相差基準信号としての変調率ｐを演算する。
変調率演算部２１では、まず、トルク指令Ｎからｄｑ軸上の電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊を求め、さらに電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊と回転速度ωｅから、ｄｑ軸上の電圧指令値ｖｄ＊、ｖｑ＊を以下の式（５）を用いて計算する。このとき、Ｒは抵抗値、Ｌｄ、Ｌｑはｄｑ座標系で表されたインダクタンス値、φは誘起電圧定数である。
【００４３】
【数５】
2014003783.tif 000007
【００４４】
さらに、電力変換器８、９に入力される直流母線電圧Ｖｄｃを用い、以下の式（６）から変調率ｐを求める。
【数６】
2014003783.tif 000008
【００４５】
キャリア生成部２２は、入力された変調率ｐに基づいてキャリア位相差を決定し、このキャリア位相差を有する等しい周波数の２つのキャリア信号２２ａ、２２ｂ（第１のキャリア信号２２ａ、第２のキャリア信号２２ｂ）を出力する。
この実施の形態３では、回転速度ωｅとトルク指令Ｎとを用いて演算された変調率ｐに基づいてキャリア位相差を決定する。その他の構成は上記実施の形態１と同様である。
図１０は、変調率ｐとキャリア位相差の関係の一例を示したものである。変調率ｐが所定値以下の時はキャリア位相差を９０度に設定し、変調率ｐが所定値を超えるとキャリア位相差を１８０度に切り換える。
【００４６】
このように、変調率ｐが低い条件では、キャリア位相差を９０度に設定して低騒音効果を優先し、変調率ｐが大きくなると、キャリア位相差を１８０度に設定して低損失効果を優先して制御する。
一般的に電動機で発生する騒音は、電動機制御の変調率が低い時には大きくなり、変調率が高い時には小さくなる傾向がある。この実施の形態では、騒音が大きい時に低騒音効果を優先し、それ以外の時は低損失効果を優先して制御することになり、電力変換器８、９で発生するスイッチングに伴う騒音と損失を抑え、運転条件に応じて最適な環境で多重巻線型電動機１０を制御することができる。実施の形態１、２に比較して、変調率が低い際に騒音が大きく発生する傾向が大きい多重巻線型電動機１０の場合に、特に有効である。その他の効果については上記実施の形態１と同様である。
【００４７】
なお、この発明は、発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００４８】
２  第１電圧指令演算部、３  第２電圧指令演算部、４  速度演算部、
５  第１キャリア比較部、６  第２キャリア比較部、７  キャリア生成部、
７ａ  第１のキャリア信号、７ｂ  第２のキャリア信号、８  第１電力変換器、
９  第２電力変換器、１０  多重巻線型電動機、１１  位置検出器、
１５  位相差設定回路、２０  キャリア生成部、２０ａ  第１のキャリア信号、
２０ｂ  第２のキャリア信号、２１  変調率演算部、２２  キャリア生成部、
２２ａ  第１のキャリア信号、２２ｂ  第２のキャリア信号。
【図１】
2014003783.tif 000009
【図２】
2014003783.tif 000010
【図３】
2014003783.tif 000011
【図４】
2014003783.tif 000012
【図５】
2014003783.tif 000013
【図６】
2014003783.tif 000014
【図７】
2014003783.tif 000015
【図８】
2014003783.tif 000016
【図９】
2014003783.tif 000017
【図１０】
2014003783.tif 000018