(57)【要約】【課題】巻線が多重化された回転電気機械のトルクリプルを抑制する。【解決手段】並列接続された複数の電力変換器で単一の負荷を並列駆動する電力変換装置であって、前記各電力変換器のスイッチング素子をスイッチング制御することで前記各電力変換器の電力変換を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、前記スイッチング素子をスイッチングするタイミングを、前記各電力変換器間で互いに異なるように制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列接続された複数の電力変換器で単一の負荷を並列駆動する電力変換装置であって、
前記各電力変換器のスイッチング素子をスイッチング制御することで前記各電力変換器の電力変換を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記スイッチング素子をスイッチングするタイミングを、前記各電力変換器間で互いに異なるように制御することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記各電力変換器にＰＷＭ信号を出力することで前記スイッチング制御し、
前記各電力変換器に出力されるＰＷＭ信号は、互いに位相が異なることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記各ＰＷＭ信号の位相差は、前記電力変換器の数に応じて設定されることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記各ＰＷＭ信号の位相差は、３６０度を前記電力変換器の数で除算した値に設定されることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の電力変換装置と、
前記電力変換装置により並列駆動される前記単一の負荷としての回転電気機械と、
を備え、
前記回転電気機械は、前記各電力変換器に電気的に接続された複数の巻線群を備え、
前記複数の巻線群は、前記回転電気機械の単一のステータにそれぞれ独立して巻回されていることを特徴とする回転電気機械システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置及び回転電気機械システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、一のステータに複数の巻線群がそれぞれ独立して巻回されることで多重化された電動モータと、当該電動モータの駆動を制御する制御装置とを備えた電動モータ制御システムが開示されている。
【０００３】
この電動モータ制御システムには、上記電動モータを駆動するために、各巻線群に対応した電力変換器がそれぞれ並列接続されており、上記制御装置は、各電力変換器を構成するスイッチング素子がスイッチング制御することで、各巻線群に駆動電流を供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１７／１５８６８１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記各電力変換器が制御装置によりスイッチング制御されると、各巻線群に流れる駆動電流にリプルが発生する。そのため、巻線が多重化された電動モータでは、各電力変換器のスイッチングによって、トルクリプルが増大し、電動モータの効率が低下したり、電動モータの騒音が増大する等の問題を引き起こす場合がある。
なお、このような問題は電動モータに限られた問題ではなく、巻線が多重化された回転電気機械に共通する問題である。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、巻線が多重化された回転電気機械のトルクリプルを抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、並列接続された複数の電力変換器で単一の負荷を並列駆動する電力変換装置であって、前記各電力変換器のスイッチング素子をスイッチング制御することで前記各電力変換器の電力変換を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、前記スイッチング素子をスイッチングするタイミングを、前記各電力変換器間で互いに異なるように制御することを特徴とする電力変換装置である。
【０００８】
本発明の一態様は、上述の電力変換装置であって、前記制御装置は、前記各電力変換器にＰＷＭ信号を出力することで前記スイッチング制御し、前記各電力変換器に出力されるＰＷＭ信号は、互いに位相が異なる。
【０００９】
本発明の一態様は、上述の電力変換装置であって、前記各ＰＷＭ信号の位相差は、前記電力変換器の数に応じて設定される。
【００１０】
本発明の一態様は、上述の電力変換装置であって、前記各ＰＷＭ信号の位相差は、３６０度を前記電力変換器の数で除算した値に設定される。
【００１１】
本発明の一態様は、上述の電力変換装置と、記電力変換装置により並列駆動される前記単一の負荷としての回転電気機械と、を備え、前記回転電気機械は、前記各電力変換器に電気的に接続された複数の巻線群を備え、前記複数の巻線群は、前記回転電気機械の単一のステータにそれぞれ独立して巻回されていることを特徴とする回転電気機械システムと、を備えることを特徴とする回転電気機械システムである。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、巻線が多重化された回転電気機械のトルクリプルを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る回転電気機械システムＡの概略構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る電力変換器５ａの構成を説明する図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る制御装置７の構成を説明する図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るキャリア波ＣＷａ〜キャリア波ＣＷｃを説明する図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る回転電気機械２で発生するトルクリプルについて説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態に係る電力変換装置及びその電力変換装置を備えた回転電気機械システムを、図面を用いて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る回転電気機械システムＡの概略構成の一例を示す図である。図１に示すように、回転電気機械システムＡは、電源装置１、回転電気機械２、回転角センサ３、及び電力変換装置４を備える。
【００１６】
電源装置１は、直流電源であって、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、電源装置１は、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることもできる。
【００１７】
回転電気機械２は、多相の巻線から成る巻線群２１を複数備えている。すなわち、回転電気機械２は、ステータに巻回される巻線が複数の巻線群２１に分割されて多重化されている。
なお、本実施形態では、回転電気機械２がモータである場合について説明するが、本発明はこれに限定されず、多相の巻線から成る巻線群２１を複数備えていれば特に限定されない。例えば、回転電気機械２は、発電機であってもよいし、モータ及び発電機の双方の機能を有するものであってもよい。
【００１８】
なお、本実施形態では、回転電気機械２は、多相の巻線から成る巻線群２１を３つ備える構成とするが、本発明はこれに限定されず、複数の巻線群２１を備えていればよい。さらに、本実施形態では、巻線群２１を構成する多相の巻線の相数を三相とするが、本実施形態ではこれに限定されず、単相でもよいし、三相以外の複数相であってもよい。
以下に、本実施形態における回転電気機械２の構成について具体的に説明する。
【００１９】
回転電気機械２は、永久磁石を有するロータと、３つの巻線群２１（巻線群２１ａ〜２１ｃ）がそれぞれ独立して巻回されている単一のステータを備える。ここで、独立とは、電気的に互いに絶縁されている状態を示す。
【００２０】
巻線群２１ａは、三相の各相に対応した巻線であるＵ相巻線Ｌｕ１、Ｖ相巻線Ｌｖ１、及びＷ相巻線Ｌｗ１を備える。このＵ相巻線Ｌｕ１、Ｖ相巻線Ｌｖ１、及びＷ相巻線Ｌｗ１の一端は、それぞれ中性点Ｐ１に接続されている。さらに、Ｕ相巻線Ｌｕ１、Ｖ相巻線Ｌｖ１、及びＷ相巻線Ｌｗ１の他端は、それぞれ電力変換装置４に接続されている。
【００２１】
巻線群２１ｂは、三相の各相に対応した巻線であるＵ相巻線Ｌｕ２、Ｖ相巻線Ｌｖ２、及びＷ相巻線Ｌｗ２を備える。このＵ相巻線Ｌｕ２、Ｖ相巻線Ｌｖ２、及びＷ相巻線Ｌｗ２の一端は、それぞれ中性点Ｐ２に接続されている。さらに、Ｕ相巻線Ｌｕ２、Ｖ相巻線Ｌｖ２、及びＷ相巻線Ｌｗ２の他端は、それぞれ電力変換装置４に接続されている。
【００２２】
巻線群２１ｃは、三相の各相に対応した巻線であるＵ相巻線Ｌｕ３、Ｖ相巻線Ｌｖ３、及びＷ相巻線Ｌｗ３を備える。このＵ相巻線Ｌｕ３、Ｖ相巻線Ｌｖ３、及びＷ相巻線Ｌｗ３の一端は、それぞれ中性点Ｐ３に接続されている。さらに、Ｕ相巻線Ｌｕ３、Ｖ相巻線Ｌｖ３、及びＷ相巻線Ｌｗ３の他端は、それぞれ電力変換装置４に接続されている。
【００２３】
なお、巻線群２１ａ〜２１ｃのそれぞれを区別しない場合には、単に「巻線群２１」と標記する。
【００２４】
回転角センサ３は、回転電気機械２のロータの回転位置を示す電気角θを検出する。そして、回転角センサ３は、検出した電気角θを電力変換装置４に出力する。例えば、回転角センサ３は、レゾルバである。ただし、回転角センサ３は、レゾルバに限定されず、電気角θを検出するものであればよい。さらに、電気角θを推定可能であれば、回転角センサ３を用いないセンサレス方式でもよい。
【００２５】
電力変換装置４は、並列接続された複数の電力変換器で単一の負荷（回転電気機械２）を並列駆動する。すなわち、電力変換装置４は、電源装置１から供給される直流電力を各電力変換器で交流電力に変換し、当該交流電力を巻線群２１ａ〜２１ｃのそれぞれに供給する。以下に、本発明の一実施形態に係る電力変換装置４の構成について説明する。
【００２６】
電力変換装置４は、複数の電力変換器５（電力変換器５ａ〜５ｃ）、複数の電流検出部６（電流検出部６ａ〜６ｃ）、及び制御装置７を備える。
【００２７】
複数の電力変換器５は、それぞれ並列に接続されている。すなわち、複数の電力変換器５は並列に接続されることで多重化されている。本実施形態では、巻線群２１ａ〜２１ｃのそれぞれに交流電力を供給するため、その巻線群２１ａ〜２１ｃのそれぞれに対応した電力変換器５ａ〜５ｃがそれぞれ並列に接続されている。すなわち、回転電気機械２を構成する巻線群２１の数と同数の電力変換器５が並列に接続されている。
【００２８】
なお、本実施形態における電力変換器５ａ〜５ｃのそれぞれは、同一の構成を備える。電力変換器５ａ〜５ｃのそれぞれを区別しない場合には、単に「電力変換器５」と標記する。
以下に、本発明の一実施形態に係る電力変換器５ａの構成について、図２を用いて説明する。なお、電力変換器５ｂ，５ｃは、電力変換器５ａと同様な構成を備えるため、電力変換器５ｂ，５ｃの詳細な説明は省略する。
【００２９】
電力変換器５ａは、複数のスイッチング素子ＳＷを有し、このスイッチング素子のオン状態とオフ状態とが制御装置７によりスイッチング制御されることで電源装置１からの直流電力を交流電力に変換して巻線群２１ａに出力する。なお、本実施形態では、６つのスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６がＦＥＴ（Field Effective Transistor）である場合について説明するが、これに限定されず、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated gate bipolar transistor）、及びＢＪＴ（bipolar junction transistor）であってもよい。また、電力変換器５ａは、スイッチング素子ＳＷの個数には特に限定されない。
【００３０】
具体的には、直列に接続されたスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２と、直列に接続されたスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４と、直列に接続されたスイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６とは、電源装置１の正極端子と、電源装置１の負極端子との間に並列に接続されている。
【００３１】
スイッチング素子ＳＷ１のドレイン端子は、電源装置１の正極端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ２のソース端子は、電源装置１の負極端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ１のソース端子と、スイッチング素子ＳＷ２のドレイン端子との接続点Ｎ１は、Ｕ相巻線Ｌｕ１の他端に接続されている。
【００３２】
スイッチング素子ＳＷ３のドレイン端子は、スイッチング素子ＳＷ１のドレイン端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ４のソース端子は、スイッチング素子ＳＷ２のソース端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ３のソース端子と、スイッチング素子ＳＷ４のドレイン端子との接続点Ｎ２は、Ｖ相巻線Ｌｖ１の他端に接続されている。
【００３３】
スイッチング素子ＳＷ５のドレイン端子は、スイッチング素子ＳＷ１のドレイン端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ６のソース端子は、スイッチング素子ＳＷ２のソース端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ５のソース端子と、スイッチング素子ＳＷ６のドレイン端子との接続点Ｎ３は、Ｗ相巻線Ｌｗ１の他端に接続されている。
【００３４】
また、各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のゲート端子は、制御装置７に接続されている。
【００３５】
電力変換器５ｂは、電力変換器５ａと同様にスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６を備え、接続点Ｎ１がＵ相巻線Ｌｕ２の他端に接続され、接続点Ｎ２がＶ相巻線Ｌｖ２の他端に接続され、接続点Ｎ３がＷ相巻線Ｌｗ２の他端に接続されている。
【００３６】
電力変換器５ｃは、電力変換器５ａと同様にスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６を備え、接続点Ｎ１がＵ相巻線Ｌｕ３の他端に接続され、接続点Ｎ２がＶ相巻線Ｌｖ３の他端に接続され、接続点Ｎ３がＷ相巻線Ｌｗ３の他端に接続されている。
【００３７】
電流検出部６は、電力変換器５ごとに設けられている。具体的には、電流検出部６ａは、電力変換器５ａに対応して設けられており、巻線群２１ａの各相の巻線、すなわちＵ相巻線Ｌｕ１、Ｖ相巻線Ｌｖ１、及びＷ相巻線Ｌｗ１のそれぞれに流れる相電流値を検出する。そして、電流検出部６ａは、検出したＵ相巻線Ｌｕ１の相電流値であるＵ相電流値Ｉｕ１、Ｖ相巻線Ｌｖ１の相電流値であるＶ相電流値Ｉｖ１、及びＷ相巻線Ｌｗ１の相電流値であるＷ相電流値Ｉｗ１のそれぞれを制御装置７に出力する。
【００３８】
例えば、図２に示すように、電流検出部６ａは、複数の電流センサ６０を備え、各電流センサ６０をスイッチング素子ＳＷ２のソース端子と電源装置１の負極端子との間、スイッチング素子ＳＷ４のソース端子と電源装置１の負極端子との間、スイッチング素子ＳＷ６のソース端子と電源装置１の負極端子との間、のそれぞれに設けることで、Ｕ相電流値Ｉｕ１、Ｖ相電流値Ｉｖ１、及びＷ相電流値Ｉｗ１を検出してもよい。また、電流センサ６０は、接続点Ｎ１とＵ相巻線Ｌｕ１の他端、接続点Ｎ２とＶ相巻線Ｌｖ１の他端、接続点Ｎ３とＷ相巻線Ｌｗ１の他端、のそれぞれに設けられてもよい。
【００３９】
なお、電流センサ６０は、相電流を検出する構成であれば特に限定されないが、例えば、トランスを備えたカレントトランス（ＣＴ）やホール素子を備えた電流センサである。また、電流センサ６０は、シャント抵抗を備え、当該シャント抵抗の両端の電圧から相電流を検出してもよい。
【００４０】
電流検出部６ｂは、電力変換器５ｂに対応して設けられており、巻線群２１ｂの各相の巻線、すなわちＵ相巻線Ｌｕ２、Ｖ相巻線Ｌｖ２、及びＷ相巻線Ｌｗ２のそれぞれに流れる相電流値を検出する。そして、電流検出部６ｂは、検出したＵ相巻線Ｌｕ２の相電流値であるＵ相電流値Ｉｕ２、Ｖ相巻線Ｌｖ２の相電流値であるＶ相電流値Ｉｖ２、及びＷ相巻線Ｌｗ２の相電流値であるＷ相電流値Ｉｗ２のそれぞれを制御装置７に出力する。なお、電流検出部６ｂは、電流検出部６ａと同様の構成を有してもよい。
【００４１】
電流検出部６ｃは、電力変換器５ｃに対応して設けられており、巻線群２１ｃの各相の巻線、すなわちＵ相巻線Ｌｕ３、Ｖ相巻線Ｌｖ３、及びＷ相巻線Ｌｗ３のそれぞれに流れる相電流値を検出する。そして、電流検出部６ｃは、検出したＵ相巻線Ｌｕ３の相電流値であるＵ相電流値Ｉｕ３、Ｖ相巻線Ｌｖ３の相電流値であるＶ相電流値Ｉｖ３、及びＷ相巻線Ｌｗ３の相電流値であるＷ相電流値Ｉｗ３のそれぞれを制御装置７に出力する。なお、電流検出部６ｃは、電流検出部６ａと同様の構成を有してもよい。
【００４２】
制御装置７は、各電力変換器５のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６をスイッチング制御することで各電力変換器５の電力変換を制御する。以下に、本発明の一実施形態に係る制御装置７の構成について、図３を用いて説明する。
【００４３】
制御装置７は、複数のＰＷＭ制御部８ａ〜８ｃ、及びキャリア波生成部９を備える。
【００４４】
ＰＷＭ制御部８ａは、目標値設定部８１ａ、三相／二軸変換部８２ａ、電流制御部８３ａ、及びＰＷＭ信号生成部８４ａを備える。
【００４５】
目標値設定部８１ａは、外部から取得した指令値を取得し、その取得した指令値に応じて、巻線群２１ａのｄ軸電流の目標値である目標ｄ軸電流値Ｉｄ１ｒｅｆと、巻線群２１ａのｑ軸電流の目標値である目標ｑ軸電流値Ｉｑ１ｒｅｆと、を設定する。目標値設定部８１ａは、設定した目標ｄ軸電流値Ｉｄ１ｒｅｆ及び目標ｑ軸電流値Ｉｑ１ｒｅｆを電流制御部８３ａに出力する。なお、目標値設定部８１ａは、目標ｄ軸電流値Ｉｄ１ｒｅｆ及び目標ｑ軸電流値Ｉｑ１ｒｅｆの設定に、電気角θを用いてもよい。
【００４６】
三相／二軸変換部８２ａは、電流検出部６ａが検出したＵ相電流値Ｉｕ１、Ｖ相電流値Ｉｖ１及びＷ相電流値Ｉｗ１を取得する。そして、三相／二軸変換部８２ａは、その取得したＵ相電流値Ｉｕ１、Ｖ相電流値Ｉｖ１及びＷ相電流値Ｉｗ１を、回転角センサ３から取得した電気角θを用いて、ｄ軸電流値Ｉｄ１及びｑ軸電流値Ｉｑ１に変換する。そして、三相／二軸変換部８２ａは、ｄ軸電流値Ｉｄ１及びｑ軸電流値Ｉｑ１を電流制御部８３ａに出力する。
【００４７】
電流制御部８３ａは、目標値設定部８１ａから取得した目標ｄ軸電流値Ｉｄ１ｒｅｆと、三相／二軸変換部８２ａから取得したｄ軸電流値Ｉｄ１との偏差Δｄ１に対してＰＩ演算を実行することで、偏差Δｄ１をゼロに近づけるためのｄ軸の電圧であるｄ軸電圧指令値Ｖｄ１を算出する。また、電流制御部８３ａは、目標値設定部８１ａから取得した目標ｑ軸電流値Ｉｑ１ｒｅｆと、三相／二軸変換部８２ａから取得したｑ軸電流値Ｉｑ１との偏差Δｑ１に対してＰＩ演算を実行することで、偏差Δｑ１をゼロに近づけるためのｑ軸の電圧であるｑ軸電圧指令値Ｖｑ１を算出する。
【００４８】
次に、電流制御部８３ａは、算出したｄ軸電圧指令値Ｖｄ１及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ１を、回転角センサ３から取得した電気角θを用いて、巻線群２１ａにおけるＵＶＷ相の各相の電圧指令値であるＵ相電圧指令値Ｖｕ１、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ１、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ１に変換する。そして、電流制御部８３ａは、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ１、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ１、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ１をそれぞれ変調波ＭａとしてＰＷＭ信号生成部８４ａに出力する。
【００４９】
ＰＷＭ信号生成部８４ａは、電流制御部８３ａから変調波Ｍａを取得する。また、ＰＷＭ信号生成部８４ａは、キャリア波生成部９からキャリア波ＣＷａを取得する。
【００５０】
ＰＷＭ信号生成部８４ａは、変調波Ｍａ及びキャリア波ＣＷａを比較することで、電力変換器５ａのスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６をスイッチングするためのＰＷＭ（パルス幅変調）信号Ｓａを生成する。例えば、ＰＷＭ信号生成部８４ａは、変調波Ｍａ及びキャリア波ＣＷａの大小を比較して、キャリア波ＣＷａより変調波Ｍａの振幅が大きい期間にＰＷＭ信号Ｓａを生成して、当該ＰＷＭ信号Ｓａを電力変換器５ａに出力する。
【００５１】
ＰＷＭ制御部８ｂは、目標値設定部８１ｂ、三相／二軸変換部８２ｂ、電流制御部８３ｂ、及びＰＷＭ信号生成部８４ｂを備える。
【００５２】
目標値設定部８１ｂは、外部から取得した指令値を取得し、その取得した指令値に応じて、巻線群２１ｂのｄ軸電流の目標値である目標ｄ軸電流値Ｉｄ２ｒｅｆと、巻線群２１ｂのｑ軸電流の目標値である目標ｑ軸電流値Ｉｑ２ｒｅｆと、を設定する。目標値設定部８１ｂは、設定した目標ｄ軸電流値Ｉｄ２ｒｅｆ及び目標ｑ軸電流値Ｉｑ２ｒｅｆを電流制御部８３ｂに出力する。なお、目標値設定部８１ｂは、目標ｄ軸電流値Ｉｄ２ｒｅｆ及び目標ｑ軸電流値Ｉｑ２ｒｅｆの設定に、電気角θを用いてもよい。
【００５３】
三相／二軸変換部８２ｂは、電流検出部６ｂが検出したＵ相電流値Ｉｕ２、Ｖ相電流値Ｉｖ２及びＷ相電流値Ｉｗ２を取得する。そして、三相／二軸変換部８２ｂは、その取得したＵ相電流値Ｉｕ２、Ｖ相電流値Ｉｖ２及びＷ相電流値Ｉｗ２を、回転角センサ３から取得した電気角θを用いて、ｄ軸電流値Ｉｄ２及びｑ軸電流値Ｉｑ２に変換する。そして、三相／二軸変換部８２ｂは、ｄ軸電流値Ｉｄ２及びｑ軸電流値Ｉｑ２を電流制御部８３ｂに出力する。
【００５４】
電流制御部８３ｂは、目標値設定部８１ｂから取得した目標ｄ軸電流値Ｉｄ２ｒｅｆと、三相／二軸変換部８２ｂから取得したｄ軸電流値Ｉｄ２との偏差Δｄ２に対してＰＩ演算を実行することで、偏差Δｄ２をゼロに近づけるためのｄ軸の電圧であるｄ軸電圧指令値Ｖｄ２を算出する。また、電流制御部８３ｂは、目標値設定部８１ｂから取得した目標ｑ軸電流値Ｉｑ２ｒｅｆと、三相／二軸変換部８２ｂから取得したｑ軸電流値Ｉｑ２との偏差Δｑ２に対してＰＩ演算を実行することで、偏差Δｑ２をゼロに近づけるためのｑ軸の電圧であるｑ軸電圧指令値Ｖｑ２を算出する。
【００５５】
次に、電流制御部８３ｂは、算出したｄ軸電圧指令値Ｖｄ２及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ２を、回転角センサ３から取得した電気角θを用いて、巻線群２１ｂにおけるＵＶＷ相の各相の電圧指令値であるＵ相電圧指令値Ｖｕ２、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ２、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ２に変換する。そして、電流制御部８３ｂは、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ２、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ２、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ２をそれぞれ変調波ＭｂとしてＰＷＭ信号生成部８４ｂに出力する。
【００５６】
ＰＷＭ信号生成部８４ｂは、電流制御部８３ｂから変調波Ｍｂを取得する。また、ＰＷＭ信号生成部８４ｂは、キャリア波生成部９からキャリア波ＣＷｂを取得する。
【００５７】
ＰＷＭ信号生成部８４ｂは、変調波Ｍｂ及びキャリア波ＣＷｂを比較することで、電力変換器５ｂのスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６をスイッチングするためのＰＷＭ信号Ｓｂを生成する。例えば、ＰＷＭ信号生成部８４ｂは、変調波Ｍｂ及びキャリア波ＣＷｂの大小を比較して、キャリア波ＣＷｂより変調波Ｍｂの振幅が大きい期間にＰＷＭ信号Ｓｂを生成して、当該ＰＷＭ信号Ｓｂを電力変換器５ｂに出力する。
【００５８】
ＰＷＭ制御部８ｃは、目標値設定部８１ｃ、三相／二軸変換部８２ｃ、電流制御部８３ｃ、及びＰＷＭ信号生成部８４ｃを備える。
【００５９】
目標値設定部８１ｃは、外部から取得した指令値を取得し、その取得した指令値に応じて、巻線群２１ｃのｄ軸電流の目標値である目標ｄ軸電流値Ｉｄ３ｒｅｆと、巻線群２１ｃのｑ軸電流の目標値である目標ｑ軸電流値Ｉｑ３ｒｅｆと、を設定する。目標値設定部８１ｃは、設定した目標ｄ軸電流値Ｉｄ３ｒｅｆ及び目標ｑ軸電流値Ｉｑ３ｒｅｆを電流制御部８３ｃに出力する。なお、目標値設定部８１ｃは、目標ｄ軸電流値Ｉｄ３ｒｅｆ及び目標ｑ軸電流値Ｉｑ３ｒｅｆの設定に、電気角θを用いてもよい。
【００６０】
三相／二軸変換部８２ｃは、電流検出部６ｃが検出したＵ相電流値Ｉｕ３、Ｖ相電流値Ｉｖ３及びＷ相電流値Ｉｗ３を取得する。そして、三相／二軸変換部８２ｃは、その取得したＵ相電流値Ｉｕ３、Ｖ相電流値Ｉｖ３及びＷ相電流値Ｉｗ３を、回転角センサ３から取得した電気角θを用いて、ｄ軸電流値Ｉｄ３及びｑ軸電流値Ｉｑ３に変換する。そして、三相／二軸変換部８２ｃは、ｄ軸電流値Ｉｄ３及びｑ軸電流値Ｉｑ３を電流制御部８３ｃに出力する。
【００６１】
電流制御部８３ｃは、目標値設定部８１ｃから取得した目標ｄ軸電流値Ｉｄ３ｒｅｆと、三相／二軸変換部８２ｃから取得したｄ軸電流値Ｉｄ３との偏差Δｄ３に対してＰＩ演算を実行することで、偏差Δｄ３をゼロに近づけるためのｄ軸の電圧であるｄ軸電圧指令値Ｖｄ３を算出する。また、電流制御部８３ｃは、目標値設定部８１ｃから取得した目標ｑ軸電流値Ｉｑ３ｒｅｆと、三相／二軸変換部８２ｃから取得したｑ軸電流値Ｉｑ３との偏差Δｑ３に対してＰＩ演算を実行することで、偏差Δｑ３をゼロに近づけるためのｑ軸の電圧であるｑ軸電圧指令値Ｖｑ３を算出する。
【００６２】
次に、電流制御部８３ｃは、算出したｄ軸電圧指令値Ｖｄ３及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ３を、回転角センサ３から取得した電気角θを用いて、巻線群２１ｃにおけるＵＶＷ相の各相の電圧指令値であるＵ相電圧指令値Ｖｕ３、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ３、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ３に変換する。そして、電流制御部８３ｃは、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ３、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ３、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ３をそれぞれ変調波ＭｃとしてＰＷＭ信号生成部８４ｃに出力する。
【００６３】
ＰＷＭ信号生成部８４ｃは、電流制御部８３ｃから変調波Ｍｃを取得する。また、ＰＷＭ信号生成部８４ｃは、キャリア波生成部９からキャリア波ＣＷｃを取得する。
【００６４】
ＰＷＭ信号生成部８４ｃは、変調波Ｍｃ及びキャリア波ＣＷｃを比較することで、電力変換器５ｃのスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６をスイッチングするためのＰＷＭ信号Ｓｃを生成する。例えば、ＰＷＭ信号生成部８４ｃは、変調波Ｍｃ及びキャリア波ＣＷｃの大小を比較して、キャリア波ＣＷｃより変調波Ｍｃの振幅が大きい期間にＰＷＭ信号Ｓｃを生成して、当該ＰＷＭ信号Ｓｃを電力変換器５ｃに出力する。
【００６５】
キャリア波生成部９は、所定の周波数の周期的な信号（例えば、正弦波信号）であって、互いに位相が異なる３つのキャリア波ＣＷａ〜キャリア波ＣＷｃを生成する。
【００６６】
具体的には、キャリア波生成部９は、３つのキャリア波を生成し、そのキャリア波をそれぞれαだけ位相をシフトさせることで、キャリア波ＣＷａ〜キャリア波ＣＷｃを生成する。例えば、図４に示すように、キャリア波生成部９は、キャリア波ＣＷｂ（図４の点線）の位相を、キャリア波ＣＷａ（図４の実線）の位相に対してαだけシフトさせる。また、キャリア波生成部９は、キャリア波ＣＷｃの位相を、キャリア波ＣＷｂ（図４の１点鎖線）の位相に対してαだけシフトさせる。したがって、キャリア波ＣＷｃは、キャリア波ＣＷａの位相に対して２αだけ位相がシフトした状態となる。
【００６７】
ここで、上記位相差αは、電力変換器５（巻線群２１）の数に応じて設定される。例えば、位相差αは、３６０度を電力変換器５（巻線群２１）の数で徐算した値に設定される。本実施形態では、電力変換器５（巻線群２１）の数が「３」であるため、位相差α＝３６０度／３＝１２０度となる。
【００６８】
次に、本発明の実施形態に係る電力変換装置４の動作について、説明する。
【００６９】
電力変換装置４は、巻線群２１ａから巻線群２１ｃのそれぞれに交流電力を供給する。より具体的には、ＰＷＭ制御部８ａは、変調波Ｍａ及びキャリア波ＣＷａに基づいてＰＷＭ信号Ｓａを生成して、電力変換器５ａのスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のゲート端子に出力する。これにより、電力変換器５ａのスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６がスイッチング制御され、電源装置１から電力変換器５ａに供給された直流電力は、交流電力に変換され巻線群２１ａの各相の巻線に供給される。したがって、回転電気機械２が駆動し、トルクが発生する。
【００７０】
同様に、ＰＷＭ制御部８ｂは、変調波Ｍｂ及びキャリア波ＣＷｂに基づいてＰＷＭ信号Ｓｂを生成して、電力変換器５ｂのスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のゲート端子に出力する。これにより、電力変換器５ｂのスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６がスイッチング制御され、電源装置１から電力変換器５ｂに供給された直流電力は、交流電力に変換され巻線群２１ｂの各相の巻線に供給される。したがって、回転電気機械２が駆動し、トルクが発生する。
【００７１】
同様に、ＰＷＭ制御部８ｃは、変調波Ｍｃ及びキャリア波ＣＷｃに基づいてＰＷＭ信号Ｓｃを生成して、電力変換器５ｃのスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のゲート端子に出力する。これにより、電力変換器５ｃのスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６がスイッチング制御され、電源装置１から電力変換器５ｃに供給された直流電力は、交流電力に変換され巻線群２１ｃの各相の巻線に供給される。したがって、回転電気機械２が駆動し、トルクが発生する。
【００７２】
ここで、キャリア波ＣＷａ〜キャリア波ＣＷｃは、それぞれα（例えば、１２０度）ずつ位相がずれている。したがって、ＰＷＭ信号Ｓａ〜ＰＷＭ信号Ｓｃも同様にそれぞれαずつ位相がずれることになる。これは、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６がスイッチングするタイミングが、各電力変換器５間で互いに異なることを意味する。すなわち、制御装置７は、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６をスイッチングするタイミングを、各電力変換器５間で互いに異なるように制御する。
【００７３】
これにより、上記スイッチングによって巻線群２１ａ〜巻線群２１ｃの各巻線群に発生する相電流のリプル（以下、「電流リプル」という。）は、互いにαだけ位相がずれる。したがって、図５に示すように、巻線群２１ａの電流リプルにより回転電気機械２に発生するトルクリプルＴ１（図５の実線）、巻線群２１ｂの電流リプルにより回転電気機械２に発生するトルクリプルＴ２（図５の点線）、巻線群２１ｃの電流リプルにより回転電気機械２に発生するトルクリプルＴ３（図５の１点鎖線）も同様に位相がずれ、互いにそのリプルを打ち消し合う。したがって、回転電気機械２の高効率化、低騒音化、低振動化、信頼性向上などの効果を得ることができる。
【００７４】
さらに、制御装置７は、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６をスイッチングするタイミングを、各電力変換器５間で互いに異なるように制御することで、電源装置１と電力変換装置４との間の接続ラインの直流電圧のリプルも打ち消すことができる。これにより、直流電源である電源装置１の品質向上及び上記接続ラインに設けられるバイパスコンデンサの小型化等の効果を得ることができる。
【００７５】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【００７６】
（変形例１）
上記実施形態では、制御装置７は、ＰＷＭ制御部８ａ〜８ｃに出力するキャリア波ＣＷａ〜ＣＷｃのそれぞれ位相を互いにずらすことで、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６をスイッチングするタイミング（以下、「スイッチングタイミング」という。）を、各電力変換器５間で互いに異なるように制御したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、本発明では、スイッチングタイミングが、各電力変換器５間で互いに異なっていればよく、その方法には特定に限定されない。
【００７７】
例えば、ＰＷＭ制御部８ａ〜８ｃの各々は、キャリア波を生成するキャリア波生成部９´を備える。そして、各キャリア波生成部９´のうち、一つのキャリア波生成部９´をマスターとし、他のキャリア波生成部９´をスレーブとする。これにより、各キャリア波生成部９´間でキャリア波の位相の情報を送受して、各キャリア波生成部９´で生成するキャリア波の位相をそれぞれずらすことができる。これにより、制御装置７は、スイッチングタイミングを、各電力変換器５間で互いに異なるように制御することができる。
【００７８】
また、例えば、制御装置７は、キャリア波ＣＷａ〜ＣＷｃを同一の位相とし、各ＰＷＭ制御部８ａ〜８ｃで生成されたＰＷＭ信号の位相をαだけ直接ずらしてもよい。すなわち、各ＰＷＭ制御部８ａ〜８ｃで生成されるＰＷＭ信号の位相をそれぞれずらせれば、どのような構成であってもよい。
【００７９】
（変形例２）
上記実施形態では、回転電気機械２がモータである場合を例として説明したが、回転電気機械２が発電機である場合では、電力変換装置４は、回転電気機械２で発電した交流の発電電力を直流に変換して電源装置１に供給することになる。すなわち、回転電気機械２が発電することで巻線群２１ａに誘起された交流電力は、電力変換器５ａがスイッチングすることで直流に変換され電源装置１に供給される。また、回転電気機械２が発電することで巻線群２１ｂに誘起された交流電力は、電力変換器５ｂがスイッチングすることで直流に変換され電源装置１に供給される。さらに、回転電気機械２が発電することで巻線群２１ｃに誘起された交流電力は、電力変換器５ｃがスイッチングすることで直流に変換され電源装置１に供給される。なお、回転電気機械２が発電機であっても、電力変換装置４の構成は上記実施形態で説明した構成から特に変更がない。すなわち、回転電気機械２が発電機である場合であっても、制御装置７は、スイッチングタイミングを、各電力変換器５ａ〜５ｂ間で互いに異なるように制御することで、回転電気機械２のトルクリプルを低減することができる。
【００８０】
（変形例３）
制御装置７に含まれる構成要素の少なくとも一部がソフトウエアにより実現される場合、当該構成要素は、一般的な構成の情報処理装置において、当該構成要素に関する動作を規定したソフトウエア又はプログラムを起動することにより実現されてよい。上記制御装置７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサ、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random access memory）を有して構成されてもよい。
【００８１】
（変形例４）
上記実施形態において、目標ｄ軸電流値Ｉｄ１ｒｅｆ、Ｉｄ２ｒｅｆ及びＩｄ３ｒｅｆはそれぞれ同一の値でもよい、異なる値でもよい。また、目標ｑ軸電流値Ｉｑ１ｒｅｆ、Ｉｑ２ｒｅｆ、及びＩｑ３ｒｅｆは、それぞれ同一の値でもよい、異なる値でもよい。
【００８２】
以上、説明したように、本発明の一実施形態に係る電力変換装置４は、並列接続された複数の電力変換器５で単一の負荷を並列駆動する。そして、電力変換装置４は、各電力変換器５のスイッチング素子ＳＷをスイッチング制御することで各電力変換器５の電力変換を制御する制御装置７を備える。この制御装置７は、スイッチング素子ＳＷをスイッチングするタイミングを、各電力変換器５間で互いに異なるように制御する。
【００８３】
このような構成によれば、巻線が多重化された回転電気機械２のトルクリプルを抑制することができる。
【００８４】
より具体的には、制御装置７は、各電力変換器に出力するＰＷＭ信号Ｓａ〜Ｓｃの位相を互いにすらすことで、スイッチング素子ＳＷをスイッチングするタイミングを、各電力変換器５間で互いに異なるように制御してもよい。
【００８５】
また、上記ＰＷＭ信号Ｓａ〜Ｓｃの位相差は、電力変換器５の数に応じて均等に設定されてもよい。例えば、上記ＰＷＭ信号Ｓａ〜Ｓｃの位相差は、３６０度を電力変換器５の数で除算した値に設定されてもよい。これにより、効率良くトルクリプルを抑制することができる。
【符号の説明】
【００８６】
Ａ  回転電気機械システム
１  電源装置
２  回転電気機械
３  回転角センサ
４  電力変換装置
５  電力変換器
６  電流検出部
７  制御装置
【図１】
2019161995.tif 000003
【図２】
2019161995.tif 000004
【図３】
2019161995.tif 000005
【図４】
2019161995.tif 000006
【図５】
2019161995.tif 000007