(57)【要約】【課題】電力変換装置の発熱を抑えつつ、複数の多相巻線に流れる電流を適切に制御できる回転電機システムを提供する。【解決手段】回転電機１０は３相巻線１００、１０１を有する。電力変換装置１３、１４は３相巻線１００、１０１毎に設けられる。そのため、電流が電力変換装置１３、１４に分散して流れる。電力変換装置１３は、降圧コンバータ回路１３０と、電圧形インバータ回路１３１を備え、降圧コンバータ回路１３０の直流を電圧形インバータ回路１３１で交流に変換する、電力変換装置１４は、降圧コンバータ回路１４０と、電圧形インバータ回路１４１を備え、降圧コンバータ回路１４０の直流を電圧形インバータ回路１４１で交流に変換する。そのため、電圧形インバータ回路１３１の動作が、３相巻線１０１に供給される電流に影響を与えない。また、電圧形インバータ回路１４１の動作が、３相巻線１００に供給される電流に影響を与えない。【選択図】図１
2018061396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相が異なるように配置された複数の多相巻線（１００、１０１）を有する回転電機（１０）と、
直流電源（１１、１１ａ）と、
前記多相巻線毎に設けられ、前記直流電源から供給される直流を交流に変換して前記多相巻線に供給する電力変換装置（１３、１４）と、
それぞれの前記電力変換装置を制御する制御装置（１７）と、
を備えた回転電機システムであって、
前記電力変換装置は、
前記直流電源から供給される直流を降圧する降圧コンバータ回路（１３０、１４０）と、
前記降圧コンバータ回路から供給される直流を交流に変換して前記多相巻線に供給する電圧形インバータ回路（１３１、１４１）と、
前記降圧コンバータ回路の出力端から入力端に電流を流すダイオード（１３２、１４２）と、
を有し、
前記制御装置は、それぞれの前記降圧コンバータ回路の出力電流が所定電流になるとともに、それぞれの前記降圧コンバータ回路が前記直流電源から供給される直流を降圧するようにそれぞれの前記降圧コンバータ回路を制御し、それぞれの前記電圧形インバータ回路が前記降圧コンバータ回路から供給される直流を交流に変換するとともに、それぞれの前記電圧形インバータ回路によって変換された交流の位相差がそれぞれの前記電圧形インバータ回路に接続される前記多相巻線に対応した所定位相差になるようにそれぞれの前記電圧形インバータ回路を制御する回転電機システム。
【請求項２】
前記降圧コンバータ回路は、コンバータ用スイッチング素子（１３０ａ、１３０ｂ、１４０ａ、１４０ｂ）を有し、前記コンバータ用スイッチング素子がスイッチングすることで前記直流電源から供給される直流を降圧し、
前記制御装置は、少なくともいずれかの前記降圧コンバータ回路の前記コンバータ用スイッチング素子を、他の前記降圧コンバータ回路とは位相が異なる同一周波数でＰＷＭ駆動する請求項１に記載の回転電機システム。
【請求項３】
前記制御装置は、それぞれの前記降圧コンバータ回路の前記コンバータ用スイッチング素子を、互いに位相が異なる同一周波数でＰＷＭ駆動する請求項２に記載の回転電機システム。
【請求項４】
前記降圧コンバータ回路は、コンバータ用スイッチング素子（１３０ａ、１３０ｂ、１４０ａ、１４０ｂ）を有し、前記コンバータ用スイッチング素子がスイッチングすることで前記直流電源から供給される直流を降圧し、
前記制御装置は、少なくともいずれかの前記降圧コンバータ回路の前記コンバータ用スイッチング素子を、他の前記降圧コンバータ回路とは異なる周波数でＰＷＭ駆動する請求項１に記載の回転電機システム。
【請求項５】
前記制御装置は、それぞれの前記降圧コンバータ回路の前記コンバータ用スイッチング素子を、互いに異なる周波数でＰＷＭ駆動する請求項４に記載の回転電機システム。
【請求項６】
前記電圧形インバータ回路は、インバータ用スイッチング素子（１３１ａ〜１３１ｆ、１４１ａ〜１４１ｆ）を有し、前記インバータ用スイッチング素子がスイッチングすることで前記降圧コンバータ回路から供給される直流を交流に変換し、
前記制御装置は、それぞれの前記電圧形インバータ回路の前記インバータ用スイッチング素子を１２０度矩形波通電になるようにＰＷＭ駆動する請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機システム。
【請求項７】
前記多相巻線の相数は、３の倍数である請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転電機システム。
【請求項８】
前記直流電源（１１）は１つである請求項１〜７のいずれか１項に記載の回転電機システム。
【請求項９】
前記回転電機は、誘導電動機である請求項１〜８のいずれか１項に記載の回転電機システム。
【請求項１０】
全ての前記電力変換装置及び前記制御装置は、前記回転電機に固定されている請求項１〜９のいずれか１項に記載の回転電機システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機と、直流を交流に変換して回転電機に供給する電力変換装置とを備えた回転電機システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転電機と、直流を交流に変換して回転電機に供給する電力変換装置とを備えた回転電機システムとして、例えば以下の特許文献１に開示されている回転電機システムがある。
【０００３】
特許文献１の回転電機システムは、ブラシレスＤＣモータと、１つの降圧コンバータ回路と、１つの電圧形インバータ回路と、ダイオードとを備えている。ブラシレスＤＣモータが、回転電機に相当する。降圧コンバータ回路、電圧形インバータ回路及びダイオードが、電力変換装置に相当する。
【０００４】
ブラシレスＤＣモータは、１つの３相巻線を有している。降圧コンバータ回路は、出力電流が所定電流になるように制御され、直流電源から供給される直流を降圧して出力する。電圧形インバータ回路は、降圧コンバータ回路から供給される直流を３相交流に変換して３相巻線に供給する。ダイオードは、降圧コンバータ回路の出力端の電圧が入力端の電圧より大きくなった場合、出力端から入力端に電流を流す。つまり、降圧コンバータ回路、電圧形インバータ回路及びダイオードは、電流形インバータ回路として機能し、直流電源から供給される直流を３相交流に変換して回転電機に供給する。そのため、３相巻線のインピーダンスが非常に小さく、３相巻線に供給する電圧を制御することによって流れる電流を制御することが困難な場合であっても、３相巻線に流れる電流を適切に制御することができる。
【０００５】
ところで、特許文献１に開示されている回転電機システムの電力変換装置は、１つの降圧コンバータ回路と、１つの電圧形インバータ回路とを備えている。そのため、ブラシレスＤＣモータに大電流を供給する場合、降圧コンバータ回路及び電圧形インバータ回路を構成する電子部品に電流が集中して流れることになる。従って、電力変換装置が発熱しやすくなってしまう。
【０００６】
これに対し、電力変換装置の発熱を抑えることができる回転電機システムとして、例えば以下の特許文献２に開示されている回転電機システムがある。
【０００７】
特許文献２の回転電機システムは、２つの３相巻線を有するモータと、２つの３相巻線に３相交流を供給する２つの電圧形インバータ回路を備えている。そのため、電流が、２つの電圧形インバータ回路に分散して流れることになる。従って、１つの電圧形インバータ回路によってブラシレスＤＣモータに交流を供給する特許文献１の回転電機システムに比べ、電圧形インバータ回路の発熱を抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３２７８１８８号公報
【特許文献２】特許第３６６１５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
電力変換装置の発熱を抑えるため、特許文献１の回転電機システムに対して、特許文献２の回転電機システムの構成を適用した場合、特許文献１の回転電機システムにおけるブラシレスＤＣモータが、２つの３相巻線を有することになる。それに伴って、特許文献１の回転電機システムにおける電圧形インバータ回路が１つから２つになる。
【００１０】
このように構成された回転電機システムにおいて、２つの３相巻線を、位相をずらして配置し、ずらした位相に対応した所定位相差を有する同一振幅の３相交流を２つの電圧形インバータ回路を介して２つの３相巻線にそれぞれ供給すると、２つの３相巻線の発生する合成磁束を正弦波状にすることができる。その結果、ブラシレスＤＣモータのトルクリプルを抑えることができる。しかし、この場合、１つの降圧コンバータ回路から供給される直流を、２つの電圧形インバータ回路によって所定位相差の３相交流に変換することになる。そのため、一方の電圧形インバータ回路の動作が、他方の電圧形インバータ回路を介して３相巻線に供給される電流に影響を与える。従って、２つの３相巻線に供給される電流を適切に制御できなくなってしまう。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、電力変換装置の発熱を抑えつつ、複数の多相巻線に流れる電流を適切に制御することができる回転電機システム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】
【００１２】
上記課題を解決するためになされた本発明は、位相が異なるように配置された複数の多相巻線を有する回転電機と、直流電源と、多相巻線毎に設けられ、直流電源から供給される直流を交流に変換して多相巻線に供給する電力変換装置と、それぞれの電力変換装置を制御する制御装置と、を備えた回転電機システムであって、電力変換装置は、直流電源から供給される直流を降圧する降圧コンバータ回路と、降圧コンバータ回路から供給される直流を交流に変換して多相巻線に供給する電圧形インバータ回路と、降圧コンバータ回路の出力端から入力端に電流を流すダイオードと、を有し、制御装置は、それぞれの降圧コンバータ回路の出力電流が所定電流になるとともに、それぞれの降圧コンバータ回路が直流電源から供給される直流を降圧するようにそれぞれの降圧コンバータ回路を制御し、それぞれの電圧形インバータ回路が降圧コンバータ回路から供給される直流を交流に変換するとともに、それぞれの電圧形インバータ回路によって変換された交流の位相差がそれぞれの電圧形インバータ回路に接続される多相巻線に対応した所定位相差になるようにそれぞれの電圧形インバータ回路を制御する。
【００１３】
この構成によれば、回転電機は、複数の多相巻線を有している。電力変換装置は、多相巻線毎に設けられている。そのため、電流が、それぞれの電力変換装置に分散して流れることになる。従って、電力変換装置の発熱を抑えることができる。また、電力変換装置は、それぞれ、降圧コンバータ回路と、電圧形インバータ回路とを備えている。そのため、それぞれ、１つの降圧コンバータ回路から供給される直流を、１つの電圧形インバータ回路によって交流に変換することになる。従って、ある電圧形インバータ回路の動作が、他の電圧形インバータ回路を介して多相巻線に供給される電流に影響を与えることはない。これにより、複数の多相巻線に流れる電流を適切に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】回転電機システムの回路図である。
【図２】変形形態における回転電機システムの回路図である。
【図３】別の変形形態における回転電機システムの回路図である。
【図４】さらに別の変形形態におけるＦＥＴの構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。まず、図１を参照して本実施形態の回転電機システムについて説明する。
【００１６】
図１に示す回転電機システム１は、バッテリ１１から供給される直流を交流に変換して回転電機１０に供給し、回転電機１０にトルクを発生させるシステムである。回転電機システム１は、回転電機１０と、バッテリ１１と、コンデンサ１２と、電力変換装置１３、１４と、電流センサ１５、１６と、制御装置１７とを備えている。
【００１７】
回転電機１０は、交流が供給されることでトルクを発生する機器である。回転電機１０は、３相巻線１００、１０１と、回転角センサ１０２とを備えている。
【００１８】
３相巻線１００は、３相交流が供給されることで磁束を発生する部材である。３相巻線１００は、相巻線１００ａ〜１００ｃをＹ結線して構成されている。相巻線１００ａ〜１００ｃの一端は共通接続され、他端は電力変換装置１３にそれぞれ接続されている。図示を省略しているが、３相巻線１００は、回転電機１０の固定子に設けられている。
【００１９】
３相巻線１０１は、３相交流が供給されることで磁束を発生する部材である。３相巻線１０１は、相巻線１０１ａ〜１０１ｃをＹ結線して構成されている。相巻線１０１ａ〜１０１ｃの一端は共通接続され、他端は電力変換装置１４にそれぞれ接続されている。図示を省略しているが、３相巻線１０１は、回転電機１０の固定子に設けられている。
【００２０】
３相巻線１００と３相巻線１０１は、位相が異なるように配置されている。３相巻線１００と３相巻線１０１は、１２０度矩形波通電による所定位相差を有する同一振幅の３相交流電流が供給された場合に、発生する合成磁束が正弦波状になる。例えば、３相巻線１００と３相巻線１０１は、電気角で約３０度位相をずらして配置されており、電気角で約３０度の位相差を有する３相交流が供給された場合、合成磁束が正弦波状になる。ここで、１２０度矩形波通電とは、電気角で１２０度の区間が正負交互に矩形波状に通電される周知の通電方式のことである。約３０度とは、３０度を含む３０度近傍の所定範囲内の角度のことである。
【００２１】
回転角センサ１０２は、回転電機１０の回転角度を検出センサである。図示を省略しているが、回転電機１０の回転子の回転角度を検出するセンサである。回転角センサ１０２は、回転子の回転角度を検出できるように配置されている。回転角センサ１０２の出力端は、制御装置１７に接続されている。
【００２２】
バッテリ１１は、直流を供給する直流電源である。バッテリ１１の正極端及び負極端は、コンデンサ１２にそれぞれ接続されている。
【００２３】
コンデンサ１２は、バッテリ１１から供給される直流を平滑化する素子である。コンデンサ１２の一端はバッテリ１１の正極端に、他端はバッテリ１１の負極端にそれぞれ接続されている。
【００２４】
電力変換装置１３、１４は、コンデンサ１２を介してバッテリ１１から供給される直流を降圧し、さらに３相交流に変換して３相巻線１００、１０１に供給する装置である。
【００２５】
電力変換装置１３は、降圧コンバータ回路１３０と、電圧形インバータ回路１３１と、ダイオード１３２とを備えている。
【００２６】
降圧コンバータ回路１３０は、コンデンサ１２を介してバッテリ１１から供給される直流を降圧する回路である。降圧コンバータ回路１３０は、ＦＥＴ１３０ａ、１０３ｂと、リアクトル１３０ｃと、コンデンサ１３０ｄとを備えている。
【００２７】
ＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂは、相補的にスイッチングすることでリアクトル１３０ｃにエネルギーを蓄積又は蓄積したエネルギーをリアクトル１３０ｃから放出させるコンバータ用スイッチング素子である。ＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂは、直列接続されている。具体的には、ＦＥＴ１３０ａのソースが、ＦＥＴ１３０ｂのドレインに接続されている。ＦＥＴ１３０ａのドレインはコンデンサ１２の一端に、ＦＥＴ１３０ｂのソースはコンデンサ１２の他端にそれぞれ接続されている。ＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂの直列接続点は、リアクトル１３０ｃに接続されている。ＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂのゲートは、制御装置１７にそれぞれ接続されている。
【００２８】
リアクトル１３０ｃは、エネルギーを蓄積又は放出する素子である。リアクトル１３０ｃの一端はＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂの直列接続点に、他端はコンデンサ１３０ｄにそれぞれ接続されている。
【００２９】
コンデンサ１３０ｄは、降圧された直流を平滑化する素子である。コンデンサ１３０ｄの一端はリアクトル１３０ｃの他端に、他端はＦＥＴ１３０ｂのソースにそれぞれ接続されている。
【００３０】
電圧形インバータ回路１３１は、降圧コンバータ回路１３０から供給される降圧された直流を３相交流に変換して３相巻線１００に供給する回路である。電圧形インバータ回路１３１は、ＦＥＴ１３１ａ〜１３１ｆを備えている。
【００３１】
ＦＥＴ１３１ａ〜１３１ｆは、スイッチングすることで直流を３相交流に変換するインバータ用スイッチング素子である。ＦＥＴ１３１ａ、１３１ｂ、ＦＥＴ１３１ｃ、１３１ｄ及びＦＥＴ１３１ｅ、１３１ｆは、それぞれ直列接続されている。具体的には、ＦＥＴ１３１ａ、１３１ｃ、１３１ｅのソースが、ＦＥＴ１３１ｂ、１３１ｄ、１３１ｆのドレインにそれぞれ接続されている。ＦＥＴ１３１ａ、１３１ｃ、１３１ｅのドレインはコンデンサ１３０ｄの一端に、ＦＥＴ１３１ｂ、１３１ｄ、１３１ｆのソースはコンデンサ１３０ｄの他端にそれぞれ接続されている。直列接続された３組のＦＥＴ１３１ａ、１３１ｂ、ＦＥＴ１３１ｃ、１３１ｄ及びＦＥＴ１３１ｅ、１３１ｆの直列接続点は、３相巻線１００にそれぞれ接続されている。具体的には、相巻線１００ａ、１００ｂ、１００ｃの他端にそれぞれ接続されている。
【００３２】
ダイオード１３２は、降圧コンバータ回路１３０の出力端から入力端に電流を流す素子である。ダイオード１３２のアノードは降圧コンバータ回路１３０の出力端であるコンデンサ１３０ｄの一端に、カソードは降圧コンバータ回路１３０の入力端であるＦＥＴ１３０ａのドレインにそれぞれ接続されている。
【００３３】
電力変換装置１４は、降圧コンバータ回路１４０と、電圧形インバータ回路１４１と、ダイオード１４２とを備えている。
【００３４】
降圧コンバータ回路１４０は、コンデンサ１２を介してバッテリ１１から供給される直流を降圧する回路である。降圧コンバータ回路１４０は、ＦＥＴ１４０ａ、１４０ｂと、リアクトル１４０ｃと、コンデンサ１４０ｄとを備えている。ＦＥＴ１４０ａ、１４０ｂ、リアクトル１４０ｃ及びコンデンサ１４０ｄは、ＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂ、リアクトル１３０ｃ及びコンデンサ１３０ｄと同一の素子であり、同様に構成されている。
【００３５】
電圧形インバータ回路１４１は、降圧コンバータ回路１４０から供給される降圧された直流を３相交流に変換して３相巻線１０１に供給する回路である。電圧形インバータ回路１４１は、ＦＥＴ１４１ａ〜１４１ｆを備えている。ＦＥＴ１４１ａ〜１４１ｆは、ＦＥＴ１３１ａ〜１３１ｆと同一の素子であり、同様に構成されている。
【００３６】
ダイオード１４２は、降圧コンバータ回路１４０の出力端から入力端に電流を流す素子である。ダイオード１４２は、ダイオード１３２と同一の素子であり、同様に構成されている。
【００３７】
電流センサ１５、１６は、降圧コンバータ回路１３０、１４０の出力電流を検出するセンサである。電流センサ１５、１６は、降圧コンバータ回路１３０、１４０と電圧形インバータ回路１３１、１４１を接続する配線に設けられている。具体的には、電流センサ１５は、コンデンサ１３０ｄとＦＥＴ１３１ａ、１３１ｃ、１３１ｅを接続する配線に設けられている。電流センサ１６は、コンデンサ１４０ｄとＦＥＴ１４１ａ、１４１ｃ、１４１ｅを接続する配線に設けられている。電流センサ１５、１６の出力端は、制御装置１７にそれぞれ接続されている。
【００３８】
制御装置１７は、外部装置から入力される指令、回転角センサ１０２及び電流センサ１５、１６の検出結果に基づいて、降圧コンバータ回路１３０、１４０及び電圧形インバータ回路１３１、１４１を制御する装置である。制御装置１７は、外部装置から入力される指令及び電流センサ１５、１６の検出結果に基づいて、降圧コンバータ回路１３０、１４０の出力電流が所定電流になるとともに、降圧コンバータ回路１３０、１４０がバッテリ１１から供給される直流を降圧して出力するように降圧コンバータ回路１３０、１４０を制御する。具体的には、ＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂと、ＦＥＴ１４０ａ、１４０ｂのスイッチングを制御する。より具体的には、降圧コンバータ回路１３０のＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂと降圧コンバータ回路１４０のＦＥＴ１４０ａ、１４０ｂを、互いに位相が異なる同一周波数でＰＷＭ駆動する。さらに、外部装置から入力される指令及び回転角センサ１０２の検出結果に基づいて、電圧形インバータ回路１３１、１４１が降圧コンバータ回路１３０、１４０から供給される降圧された直流を回転電機１０の回転角度に応じた３相交流に変換するように電圧形インバータ回路１３１、１４１を制御する。具体的には、ＦＥＴ１３１ａ〜１３１ｆと、ＦＥＴ１４１ａ〜１４１ｆのスイッチングを制御する。より具体的には、電圧形インバータ回路１３１のＦＥＴ１３１ａ〜１３１ｆと電圧形インバータ回路１４１のＦＥＴ１４１ａ〜１４１ｆを、１２０度矩形波通電になるようにＰＷＭ駆動する。その際、電圧形インバータ回路１３１、１４１によって変換された３相交流の位相差が３相巻線１００、１０１に対応した所定位相差になるように電圧形インバータ回路１３１、１４１を制御する。具体的には、ＦＥＴ１３１ａ〜１３１ｆと、ＦＥＴ１４１ａ〜１４１ｆのスイッチングのタイミングを制御する。制御装置１７は、回転角センサ１０２の出力端及び電流センサ１５、１６の出力端にそれぞれ接続されている。また、降圧コンバータ回路１３０、１４０及び電圧形インバータ回路１３１、１４１に接続されている。具体的には、ＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂ、１４０ａ、１４０ｂ、１３１ａ〜１３１ｆ、１４１ａ〜１４１ｆのゲートにそれぞれ接続されている。
【００３９】
全ての電力変換装置１３、１４及び制御装置１７は、回転電機１０に固定され、一体化されている。
【００４０】
次に、図１を参照して本実施形態における回転電機システムの動作について説明する。
【００４１】
図１に示す制御装置１７は、外部装置から入力される指令及び電流センサ１５、１６の検出結果に基づいて、降圧コンバータ回路１３０、１４０の出力電流が同一の所定電流になるとともに、降圧コンバータ回路１３０、１４０がバッテリ１１から供給される直流を降圧して出力するように、ＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂとＦＥＴ１４０ａ、１４０ｂを、互いに位相が異なる同一周波数でＰＷＭ駆動する。その結果、降圧コンバータ回路１３０、１４０は、同一の所定電流を出力するとともに、バッテリ１１から供給される直流を降圧して出力する。
【００４２】
さらに、制御装置１７は、外部装置から入力される指令及び回転角センサ１０２の検出結果に基づいて、電圧形インバータ回路１３１、１４１が降圧コンバータ回路１３０、１４０から供給される降圧された直流を回転電機１０の回転角度に応じた３相交流に変換するように、ＦＥＴ１３１ａ〜１３１ｆとＦＥＴ１４１ａ〜１４１ｆをＰＷＭ駆動する。具体的には、１２０度矩形波通電になるようにＰＷＭ駆動する。その際、電圧形インバータ回路１３１、１４１によって変換された３相交流の位相差が３相巻線１００、１０１に対応した所定位相差になるように、ＦＥＴ１３１ａ〜１３１ｆとＦＥＴ１４１ａ〜１４１ｆのスイッチングのタイミングを制御する。その結果、電圧形インバータ回路１３１は、回転電機１０の回転角度に応じた、１２０度矩形波通電による３相交流電流を３相巻線１００に供給する。電圧形インバータ回路１４１は、回転電機１０の回転角度に応じた、１２０度矩形波通電による、電圧形インバータ回路１３１の３相交流に対して所定位相差を有する同一振幅の３相交流電流を３相巻線１０１に供給する。
【００４３】
ダイオード１３２、１４２は、降圧コンバータ回路１３０、１４０の出力電圧が入力電圧より高くなった場合、降圧コンバータ回路１３０、１４０の出力端から入力端に電流を流して出力電圧の上昇を抑える。
【００４４】
３相巻線１００、１０１は、回転電機１０の回転角度に応じた、１２０度矩形波通電による所定位相差を有する同一振幅の３相交流電流が供給されることで、正弦波状の合成磁束を発生する。その結果、回転電機１０は、リプルの少ないトルクを発生する。
【００４５】
次に、本実施形態における回転電機システムの効果について説明する。
【００４６】
本実施形態によれば、回転電機１０は、２つ３相巻線１００、１０１を有している。電力変換装置１３、１４は、３相巻線１００、１０１毎に設けられている。そのため、電流が、それぞれの電力変換装置１３、１４に分散して流れることになる。つまり、電力変換装置１３と電力変換装置１４に分散して流れることになる。具体的には、電力変換装置１３から３相巻線１００に流れるとともに、電力変換装置１４から３相巻線１０１に流れる。従って、電力変換装置１３、１４の発熱を抑えることができる。また、電力変換装置１３は、１つの降圧コンバータ回路１３０と、１つの電圧形インバータ回路１３１とを備え、降圧コンバータ回路１３０から供給される直流を電圧形インバータ回路１３１によって３相交流に変換する。電力変換装置１４は、１つの降圧コンバータ回路１４０と、１つの電圧形インバータ回路１４１とを備え、降圧コンバータ回路１４０から供給される直流を電圧形インバータ回路１４１によって３相交流に変換する。そのため、電圧形インバータ回路１３１の動作が、電圧形インバータ回路１４１を介して３相巻線１０１に供給される電流に影響を与えることはない。また、電圧形インバータ回路１４１の動作が、電圧形インバータ回路１３１を介して３相巻線１００に供給される電流に影響を与えることもない。これにより、２つの３相巻線１００、１０１に流れる電流を適切に制御することができる。
【００４７】
本実施形態によれば、降圧コンバータ回路１３０はＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂを、降圧コンバータ回路１４０はＦＥＴ１４０ａ、１４０ｂをそれぞれ有している。降圧コンバータ回路１３０はＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂがスイッチングすることで、降圧コンバータ回路１４０はＦＥＴ１４０ａ、１４０ｂがスイッチングすることで、それぞれバッテリ１１から供給される直流を降圧する。制御装置１７は、降圧コンバータ回路１３０のＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂと降圧コンバータ回路１４０のＦＥＴ１４０ａ、１４０ｂを、互いに位相が異なる同一周波数でＰＷＭ駆動する。そのため、降圧コンバータ回路１３０のＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂと降圧コンバータ回路１４０のＦＥＴ１４０ａ、１４０ｂが異なるタイミングでスイッチングすることになる。従って、同一位相、同一周波数でＰＷＭ駆動する場合に比べ、降圧コンバータ回路１３０、１４０の入力電流リプルを抑えることができる。
【００４８】
本実施形態によれば、電圧形インバータ回路１３１はＦＥＴ１３１ａ〜１３１ｆを、電圧形インバータ回路１４１はＦＥＴ１４１ａ〜１４１ｆをそれぞれ有している。電圧形インバータ回路１３１はＦＥＴ１３１ａ〜１３１ｆがスイッチングすることで降圧コンバータ回路１３０から供給される直流を３相交流に変換し、電圧形インバータ回路１４１はＦＥＴ１４１ａ〜１４１ｆがスイッチングすることで降圧コンバータ回路１４０から供給される直流を３相交流に変換する。制御装置１７は、電圧形インバータ回路１３１のＦＥＴ１３１ａ〜１３１ｆを１２０度矩形波通電になるようにＰＷＭ駆動するとともに、電圧形インバータ回路１４１のＦＥＴ１４１ａ〜１４１ｆを１２０度矩形波通電になるようにＰＷＭ駆動する。そのため、正弦波通電になるようにＰＷＭ駆動する場合に比べ、制御を簡素化することができる。制御に関する負荷を軽減することができる。また、１８０度矩形波通電になるようＰＷＭ駆動する場合に比べ、電流をより適切に制御することができる。
【００４９】
本実施形態によれば、回転電機１０は、３相巻線１００、１０１を備えている。そのため、電力変換装置を構成する電圧形インバータ回路として、一般的に広く用いられている３相の電圧形インバータ回路を利用することができる。従って、相数が３の倍数でない多相巻線を複数有している場合に比べ、電力変換装置を容易に構成することができる。
【００５０】
本実施形態によれば、回転電機システム１は、１つのバッテリ１１を有している。バッテリ１１は、全ての電力変換装置１３、１４に直流を供給する。そのため、回転電機システム１の構成を簡素化することができる。
【００５１】
本実施形態によれば、全ての電力変換装置１３、１４及び制御装置１７は、回転電機１０に固定されている。そのため、回転電機システム１を小型化することができる。
【００５２】
なお、本実施形態では、回転電機１０が２つの３相巻線１００、１０１を有する例を挙げているが、これに限られるものではない。回転電機１０は、複数の多相巻線を有していればよい。また、多相巻線の相数は、３の倍数であるとさらによい。電力変換装置を構成する電圧形インバータ回路として、一般的に広く用いられている３相の電圧形インバータ回路を利用することができる。
【００５３】
本実施形態では、回転電機システム１が１つのバッテリ１１を有し、この１つのバッテリ１１から全ての電力変換装置１３、１４に直流を供給する例を挙げているが、これに限られるものではない。図２に示すように、回転電機システム１は、バッテリ１１とは別にもう１つのバッテリ１１ａを有し、バッテリ１１から電力変換装置１３に直流を供給し、バッテリ１１ａから電力変換装置１４に直流を供給するようにしてもよい。この場合、バッテリ１１ａから供給される直流を平滑化するコンデンサ１２ａを設けるとよい。回転電機システム１は、少なくとも１つのバッテリを有していればよい。
【００５４】
本実施形態では、制御装置１７が、降圧コンバータ回路１３０のＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂと降圧コンバータ回路１４０のＦＥＴ１４０ａ、１４０ｂを、互いに位相が異なる同一周波数でＰＷＭ駆動する例を挙げているが、これに限られるものではない。制御装置１７は、降圧コンバータ回路１３０のＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂと降圧コンバータ回路１４０のＦＥＴ１４０ａ、１４０ｂを、互いに異なる周波数でＰＷＭ駆動してもよい。互いに位相が異なる同一周波数でＰＷＭ駆動する場合に比べ効果は劣るが、降圧コンバータ回路１３０、１４０の入力電流リプルを抑えることができる。
【００５５】
また、回転電機が３つ以上の多相巻線を有している場合、電力変換装置も多相巻線毎に設けられることになる。この場合、制御装置は、少なくともいずれかの降圧コンバータ回路のＦＥＴを、他の降圧コンバータ回路とは位相が異なる同一周波数でＰＷＭ駆動してもよい。また、少なくともいずれかの降圧コンバータ回路のＦＥＴを、他の降圧コンバータ回路とは異なる周波数でＰＷＭ駆動してもよい。この場合も同様に、降圧コンバータ回路１３０、１４０の入力電流リプルを抑えることができる。
【００５６】
本実施形態では、回転電機１０が、３相巻線１００、１０１を有し、交流が供給されることでトルクを発生する機器である例を挙げているが、これに限られるものではない。回転電機１０は、同期電動機や誘導電動機であってもよい。複数の多相巻線を有していればよい。
【００５７】
本実施形態では、降圧コンバータ回路１３０がＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂ、リアクトル１３０ｃ及びコンデンサ１３０ｄによって構成され、降圧コンバータ回路１４０がＦＥＴ１４０ａ、１４０ｂ、リアクトル１４０ｃ及びコンデンサ１４０ｄによって構成されている例を挙げているが、これに限られるものではない。降圧コンバータ回路１３０、１４０は、それぞれ複数の小容量降圧コンバータ回路を並列接続して構成されていてもよい。図３に示すように、降圧コンバータ回路１３０は、ＦＥＴ１３０ｅ、１３０ｆ、リアクトル１３０ｇ及びコンデンサによって構成される小容量降圧コンバータ回路と、ＦＥＴ１３０ｉ、１３０ｊ、リアクトル１３０ｋ及びコンデンサによって構成される小容量降圧コンバータ回路とを並列接続して構成されていてもよい。ここで、コンデンサ１３０ｈは、２つの小容量降圧コンバータ回路のコンデンサの容量を合成したものである。降圧コンバータ回路１４０は、ＦＥＴ１４０ｅ、１４０ｆ、リアクトル１４０ｇ及びコンデンサによって構成される小容量降圧コンバータ回路と、ＦＥＴ１４０ｉ、１４０ｊ、リアクトル１４０ｋ及びコンデンサによって構成される小容量降圧コンバータ回路とを並列接続して構成されていてもよい。ここで、コンデンサ１４０ｈは、２つの小容量降圧コンバータ回路のコンデンサの容量を合成したものである。この場合、電流が、それぞれの小容量コンバータ回路に分散して流れることで、降圧コンバータ回路の発熱を抑えることができる。
【００５８】
本実施形態では、電圧形インバータ回路１３１、１４１のＦＥＴ１３１ａ〜１３１ｆ、１４１ａ〜１４１ｆが１つの素子で構成されている例を挙げているが、これに限られるものではない。図４に示すように、ＦＥＴ１３１ａは、小容量ＦＥＴ１３１ｇ、１３１ｈを並列接続して構成してもよい。具体的には、小容量ＦＥＴ１３１ｇ、１３１ｈのドレイン、ソース及びゲートをそれぞれ共通接続してＦＥＴ１３１ａのドレイン、ソース及びゲートを構成してもよい。他のＦＥＴ１３１ｂ〜１３１ｆ、１４１ａ〜１４１ｆも同様に構成すればよい。また、降圧コンバータ回路１３０、１４０のＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂ、１４０ａ、１４０ｂも同様に構成してもよい。この場合、電流が、それぞれの小容量ＦＥＴに分散して流れることで、ＦＥＴの発熱を抑えることができる。つまり、電圧形インバータ回路の発熱を抑えることができる。
【符号の説明】
【００５９】
１・・・回転電機システム、１０・・・回転電機、１００、１０１・・・３相巻線、１１・・・バッテリ、１３、１４・・・電力変換装置、１３０、１４０・・・降圧コンバータ回路、１３１、１４１・・・電圧形インバータ回路、１３２、１４２・・・ダイオード、１７・・・制御装置
【図１】
2018061396.tif 000003
【図２】
2018061396.tif 000004
【図３】
2018061396.tif 000005
【図４】
2018061396.tif 000006