(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機に、その２つのロータを各々独立に駆動するための複合電流を供給するためのインバータであって、複合電流がｍ相とｎ相とからなり、ｍ相電流のうち少なくとも２つの相電流の相対位相が１８０°で、ｎ相電流のうち少なくとも２つの相電流の相対位相が０°であるとき、ＰＷＭ駆動パルス信号を得るために用いる、互いに所定の位相差を持つ三角波を出力可能な、２つのロータそれぞれに対応して独立に設けられた三角波発生手段と、回転電機のそれぞれのロータの駆動を制御するための相電流振幅、力率、変調率を検出する運転状態検出手段と、を備え、前記三角波発生手段は、前記運転状態検出手段で検出された相電流振幅、力率、変調率に基づき前記三角波の相対的位相差を上限または下限に近づけて、三角波の位相差を切り替えることで、発生するリプル電流が最小となるよう位相差を制御するよう構成したことを特徴とするインバータ。
【請求項２】
コンデンサに温度センサを取り付けることにより、コンデンサ温度が所定の温度を超えた場合に、請求項１に記載の制御を行うことを特徴とするインバータ。
【請求項３】
前記三角波の相対的な位相を変えるため、少なくとも一相の三角波の振幅変動を一定時間止め、その後、三角波の振幅変動を再開し、少なくとも１つの台形波を作ることで、所望の位相差を得ることを特徴とする請求項１に記載のインバータ。
【請求項４】
前記三角波の相対的な位相を変えるため、少なくとも一相の三角波周波数を一時的に変化させることにより、所望の位相差を得ることを特徴とする請求項１に記載のインバータ。
【請求項５】
前記三角波の相対的な位相を変えるため、少なくとも一相の三角波振幅を一時的に変化させることにより、所望の位相差を得ることを特徴とする請求項１に記載のインバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に、その２つのロータを各々独立に駆動するための複合電流を供給するためのインバータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２つの３相ブリッジ回路を持ち、それぞれ独立したＰＷＭ信号を備えて電力変換を行う電力変換装置の一例としてのインバータにおいて、三角波を発生する三角波発生手段を設け、該三角波発生手段は２つの３相ブリッジ回路のＰＷＭ信号作成手段に対して所定の位相差を有する２つの三角波を出力可能な構成が知られている。前記２つの３相ブリッジ回路の負荷がモータであり、両モータがともに力行運転または回生運転の場合、前記三角波の位相差を４５°〜１３５°とする。一方のモータが力行運転で他方のモータが回生運転の場合は前記位相差を０°とする。三角波の位相差により、各ブリッジ回路で発生するリプル電流の位相差は１８０°ずれ、互いに打ち消しあって電流平滑用コンデンサに流れるリプル電流を小さく抑えることができる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３００８００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような従来のインバータにおいては、２つのモータの相数は同じであったため、両モータの力行運転、回生運転の状況に合わせて三角波の位相差を制御すればリプル電流を小さく抑えることができた。しかし、インバータにより発生させる複合電流がｍ相とｎ相からなりｍ相電流のうち少なくとも２つの電流の相対位相が１８０°で、ｎ相電流のうち少なくとも２つの電流の相対位相が０°である場合、リプル電流の低減効果を最大にする三角波の位相差は、相電流振幅、力率、変調率に依存する。したがって、従来の方法である力行運転、回生運転状態だけから三角波の位相差を制御するやり方では、リプル電流の低減効果を最大にすることが困難であった。
【０００４】
本発明の目的は上述した課題を解消して、発生させる複合電流がｍ相とｎ相と異なっていても、リプル電流の低減効果を最大にすることができるインバータを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のインバータは、回転電機に、その２つのロータを各々独立に駆動するための複合電流を供給するためのインバータであって、より具体的には、２つのロータを多相インバータからの複合電流によって各々独立に駆動する回転電機と前記回転電機のステータコイルを各々の電流総和がゼロになる組みに分割し、各組内の前記ステータコイルの中性点を互いに接続し、各々の組のステータコイルへ通電する前記多相インバータのインバータアームと、他の組のステータコイルへ通電するインバータアームへのＰＷＭ駆動パルス信号が互いに独立であり、三角波を発生する三角波発生手段も互いに独立であり、１つの組のステータコイルに接続されたブリッジ回路と他の組のステータコイルに接続されたブリッジ回路が互いにその直流端が並列に直流電源に接続されたインバータであって、複合電流がｍ相とｎ相とからなり、ｍ相電流のうち少なくとも２つの相電流の相対位相が１８０°で、ｎ相電流のうち少なくとも２つの相電流の相対位相が０°であるとき、ＰＷＭ駆動パルス信号を得るために用いる、互いに所定の位相差を持つ三角波を出力可能な、２つのロータそれぞれに対応して独立に設けられた三角波発生手段と、回転電機のそれぞれのロータの駆動を制御するための相電流振幅、力率、変調率を検出する運転状態検出手段と、を備え、前記三角波発生手段は、前記運転状態検出手段で検出された相電流振幅、力率、変調率に基づき前記三角波の相対的位相差を上限または下限に近づけて、三角波の位相差を切り替えることで、発生するリプル電流が最小となるよう位相差を制御するよう構成したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明では、三角波発生手段が所定の位相差を有する２つの三角波を発生するので、独立したＰＷＭ信号発生手段はそれぞれ位相の異なる三角波に基づいてＰＷＭ信号を作成し、それぞれのスイッチング回路が動作時に生じるリプル電流の位相差をずらすことができる。これによって、それぞれのリプル電流が打ち消され、電流平滑用コンデンサに流れるリプル電流は小さくなる。したがって、定格リプル電流の小さいコンデンサが使え、装置の小型化と低コスト化を図ることができる。また、リプル電流低減によりコンデンサ内で生じるジュール熱が減少し、コンデンサ温度が低く抑えられることで電解コンデンサの長寿命化がなされる。
【０００７】
なお、本発明のインバータの好適例として、前記回転電機と前記インバータの運転状態を検出する運転状態検出手段を有しており、前記三角波発生手段は、検出された運転状態に基づいて三角波の位相差を切り替えるよう構成することができる。このように構成することで、ｍ相電流、ｎ相電流の給電状態に応じて、ＰＷＭ信号作成に用いる三角波の位相を切り替えるようにしたため、ｍ相電流、ｎ相電流の給電状態が変わっても適正にリプル電流の位相をずらすことが可能となり、リプル電流を低減できる。
【０００８】
また、本発明のインバータの好適例として、前記運転状態検出手段は、それぞれのモータを制御するための相電流、力率、変調率を検出するよう構成することができる。このように構成することで、２つのロータを駆動するための相電流、力率、変調率だけを検出すればよいので、容易にモータの運転状態を判断できる。
【０００９】
さらに、本発明のインバータの好適例として、インバータがｍ相電流のみ、またはｎ相電流のみを生成する場合は、前記三角波の位相差を下限０°、上限１８０°として、０〜１８０のうち任意の相対的位相差にするよう構成することができる。このように構成することで、インバータがｍ相電流のみ、またはｎ相電流のみを生成する場合は、三角波の位相を０°〜１８０°ずらすことにより、リプル電流を低減できる。これによって、電流平滑用コンデンサとして定格リプル電流の小さいものが使え、装置の小型化と低コスト化を図ることができる。また、リプル電流低減によりコンデンサ内で生じるジュール熱が減少し、コンデンサ温度が低く抑えられることで電解コンデンサの長寿命化がなされる。
【００１０】
さらにまた、本発明のインバータの好適例として、インバータがｍ相とｎ相の複合電流をモータに供給する場合は、相電流振幅、力率、変調率に基づき前記三角波の相対的位相差を上限または下限に近づけるよう構成することができる。このように構成することで、インバータがｍ相とｎ相の複合電流をモータに供給する場合は、相電流振幅、力率、変調率から三角波の位相差を決定することでリプル電流を低減できる。これによって、電流平滑用コンデンサとして定格リプル電流の小さいものが使え、装置の小型化と低コスト化を図ることができる。また、リプル電流低減によりコンデンサ内で生じるジュール熱が減少し、コンデンサ温度が低く抑えられることで電界コンデンサの長寿命化がなされる。
【００１１】
また、本発明のインバータの好適例として、コンデンサに温度センサを取り付けることにより、コンデンサ温度が所定の温度を超えた場合に、上述した制御を行うよう構成することができる。このように構成することで、制御系の負荷を軽減し、なおかつリプル電流による電解コンデンサの温度上昇を防ぐことで、電解コンデンサの寿命低減を防止することができる。
【００１２】
さらに、本発明のインバータの好適例として、前記三角波の相対的な位相を変えるため、少なくとも一相の三角波の振幅変動を一定時間止め、その後、三角波の振幅変動を再開し、少なくとも１つの台形波を作ることで、所望の位相差を得るよう構成することができる。このように構成することで、三角波の位相差を好適に作り出すことができる。
【００１３】
さらにまた、本発明のインバータの好適例として、前記三角波の相対的な位相を変えるため、少なくとも一相の三角波周波数を一時的に変化させることにより、所望の位相差を得るよう構成することができる。このように構成することで、三角波の位相差を好適に作り出すことができる。
【００１４】
また、本発明のインバータの好適例として、前記三角波の相対的な位相を変えるため、少なくとも一相の三角波振幅を一時的に変化させることにより、所望の位相差を得るよう構成することができる。このように構成することで、三角波の位相差を好適に作り出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、この発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。
複合電流によって独立に駆動される２つのロータを同軸に配した回転電機（例えば、特許文献２参照）を例として、本発明のインバータを説明する。
【特許文献２】特開２００１−１０３７１７号公報
【００１６】
この例において、アウターロータが３相かつ６極対、インナーロータが６相かつ３極対とする。ステータコイルの各々は６相インバータに接続されている。ステータコイルに接続された給電線は１〜６の合計６本である。このとき、各給電線を通る電流の位相は以下の表１のようになる。給電線１、３、５の組と給電線２、４、６の組の電流総和はそれぞれ０であり、中性点を分割しても電気的に問題はない。
【００１７】
【表１】
0004715449.tif 000002
【００１８】
表１に示すように、複合電流の片方が３相（アウターロータ）、もう片方が６相（インナーロータ）の場合、６相電流は給電線１と給電線４の位相が１８０°異なるので、給電線１と給電線４から生じるリプル電流の位相は１８０°異なり、インナーロータ側ではリプル電流は打ち消しあう。一方、３相電流は給電線１と給電線４の位相が同じなので、給電線１と給電線４から生じるリプル電流は同位相となり、アウターロータ側ではリプル電流は重ね合わされる。
【００１９】
給電線１を含む組（給電線１、３、５）のＰＷＭ信号を作成する際に用いる三角波の位相と、給電線４を含む組（給電線２、４、６）のＰＷＭ信号を作成する際に用いる三角波の位相とを１８０°ずらすと、給電線１から生じるリプル電流の位相と給電線４から生じるリプル電流の位相も１８０°ずれる。従って、この場合は、６相電流（インナーロータ側）の給電線１と給電線４から生じるリプル電流は重ね合わされ、３相電流（アウターロータ側）の給電線１と給電線４から生じるリプル電流は打ち消し合う。
【００２０】
以上の例の場合は、本発明では、アウターロータ側の３相電流（アウター電流）に起因するリプル電流の方が、インナーロータ側の６相電流（インナー電流）に起因するリプル電流より大きい場合、三角波の相互位相を１８０°とし、アウター電流に起因するリプル電流が打ち消しあうようにする。この結果、インナー電流に起因したリプル電流が打ち消しあうようにした場合より多くのリプル電流を打ち消すことができる。逆に、インナー電流に起因するリプル電流の方が、アウター電流に起因するリプル電流より大きい場合、三角波の相互位相を０°とし、インナー電流に起因するリプル電流が打ち消しあうようにする。この結果、アウター電流に起因するリプル電流が打ち消しあうようにした場合より多くのリプル電流を打ち消すことができる。このようにして、２つのロータに供給される複合電流に起因するリプル電流が最小となるよう位相差を制御している。
【００２１】
ここで、アウター電流に起因するリプル電流の大きさは、アウター相電流振幅とアウターの力率、アウターの変調率に依存している。同様に、インナー電流に起因するリプル電流の大きさは、インナー相電流振幅とインナーの力率、インナーの変調率に依存している。
【００２２】
次に、アウターロータが３相かつ６極対でインナーロータが６相かつ３極対である上述した例における、インバータの構成について説明する。
【００２３】
図１及び図２はそれぞれ駆動パルスを生成する駆動パルス生成器の一例を説明するための図である。図１に示す例において、駆動パルス生成器１９は、信号波７と三角波８とを比較器９で比較して、給電線１、３、５に駆動パルスを生成する。同様に、図２に示す例においては、駆動パルス生成器２０は、信号波１０と三角波１１とを比較器１２で比較して、給電線２、４、６に駆動パルスを生成する。
【００２４】
図３は本発明のインバータを実現する駆動システムの６相インバータを用いた場合の構成の一例を示すブロック図である。図３に示す例において、駆動システム２１は上位コントローラ１３から目標トルク、目標回転数を受ける。駆動システム２１は、変調率を作成するマイコン１４と、駆動パルスを生成するマイコン１６及び１７と、マイコン１４とマイコン１６及びマイコン１７との間で通信する通信手段１５と、三角波の位相差を指令するマイコン１８と、を備える。
【００２５】
前記目標トルク及び目標回転数は、まず、マイコン１４に入力される。また、マイコン１４には直流電源電圧、相電流が取り込まれる。マイコン１４は目標トルク及び目標回転数を達成するための変調率を生成する。次に、生成された変調率及び取り込まれた相電流の振幅は通信手段１５に送られ、マイコン１８がこれを取り込む。マイコン１８には運転状態から力率が送られる。マイコン１６、１７には通信手段１５から変調率が送られる。
【００２６】
マイコン１８には、例えば図４に示すような関係が記憶されている。図４に示す例において、Ｘ軸はアウター相電流振幅、Ｙ軸はインナー相電流振幅、Ｚ軸はアウター変調率を示している。複数の曲面は、インナー変調率一定の曲面である。インナー変調率がＡのとき、アウター変調率がインナー変調率Ａの曲面より下ならば、三角波の相対位相を０°とし、上ならば相対位相を１８０°とすることで、２つのロータに発生するリプル電流が最小となるよう位相差を制御することができる。この曲面は、シミュレーションなどを用いて作成する。この例では、インナー変調率の曲面をＡ、２Ａ、３Ａ、４Ａと不連続に示したが、曲面間を補間することで、さらに制御の効果を高めることができる。また、上述した例では、三角波の相対位相を０°と１８０°で切り替えるとしたが、さらに細かく相対位相の角度を制御することにより、リプル電流をさらに低減することができる。
【００２７】
力率も考慮して制御を行う場合は、インナー変調率一定の曲面を各力率に対して予め準備しておく。
【００２８】
次に、実際に三角波の相対位相をずらす方法について説明する。
図５はマイコン１８で三角波の相対位相をずらす一方法を説明するための図である。図５では、三角波２２に対して三角波２３の位相をずらしたい場合、三角波２３の振幅変化を一定時間止め、その後、再開する。この結果、三角波２２と三角波２３との位相はずれることになる。図６はマイコン１８で三角波の相対位相をずらす他の方法を説明するための図である。図６では、三角波２４に対して三角波２５の位相をずらしたい場合、三角波２３の周波数を一時的に変化させる。この結果、三角波２４と三角波２５との位相はずれることになる。図７はマイコン１８で三角波の相対位相をずらすさらに他の方法を説明するための図である。図７では、三角波２６に対して三角波２７の位相をずらしたい場合、三角波２７の振幅を一時的に変化させる。この結果、三角波２６と三角波２７の位相はずれることになる。
【００２９】
図４に示すような方法で、マイコン１８はインナーとアウターの相電流振幅、力率、変調率から三角波の相対位相を決定する。決定された位相差を生成するために、マイコン１８はマイコン１６またはマイコン１７に送られる三角波の位相を図５、図６または図７の方法により所定の角度だけずらす。これにより、２つのロータに発生するリプル電流が最小となるよう位相差を制御することができる。
【００３０】
次に、アウターロータが３相かつ６極対でインナーロータが６相かつ３極対である上述した例以外の例について説明する。
【００３１】
表２は、複合電流の片方が４相、もう片方が８相の場合を示している。この場合、４相の給電線１と給電線３、給電線２と給電線４、給電線５と給電線７、給電線６と給電線８は位相が１８０°異なり、各給電線に送られる三角波の位相差が同じならば、組み分けされた給電線のリプル電流は打ち消しあう。８相の給電線１と給電線５等も位相が１８０°異なり、各給電線に送られる三角波の位相差が同じならば、給電線１と給電線５等から生じるリプル電流は打ち消しあう。従って、本例では、各給電線に送られる三角波が同位相のときリプル電流の打ち消し量が最も多くなり、２つのロータに発生するリプル電流が最小となるよう位相差を制御することができる。なお、本例では、三角波の相対位相制御のリプル電流低減効果はないか少ない。複合電流の片方が奇数相、もう片方が偶数相の場合、三角波の相対位相制御の効果が大きくなる。
【００３２】
【表２】
0004715449.tif 000003
【００３３】
表３は、複合電流の片方が３相、もう片方が１２相の場合を示している。この場合も、３相と６相のように片方の相数がもう片方の相数の２倍となっているときと同様に、給電線１と給電線７に流れる電流を生成する際に用いる三角波の相対位相を０°、１８０°と変化させることで、リプル電流を打ち消しあうようにしたり、重ね合うようにしたりすることができ、２つのロータに発生するリプル電流が最小となるよう位相差を制御することができる。
【００３４】
【表３】
0004715449.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明のインバータによれば、複合電流がｍ相とｎ相からなり、ｍ相電流のうち少なくとも２つの電流の相対位相が１８０°で、ｎ相電流のうち少なくとも２つの電流の相対位相が０°であるとき、ＰＷＭ駆動パルス信号を得るために用いる、互いに所定の位相差を持つ三角波を出力可能な、独立に設けられた三角波発生手段を備えることで、２つのロータに発生するリプル電流が最小となるよう位相差を制御する用途に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明のインバータにおいて駆動パルスを生成する駆動パルス生成器の一例を説明するための図である。
【図２】本発明のインバータにおいて駆動パルスを生成する駆動パルス生成器の他の例を説明するための図である。
【図３】本発明のインバータを実現する駆動システムの６相インバータを用いた場合の構成の一例を示すブロック図である。
【図４】本発明のインバータにおいて、インナー相電流振幅、インナー変調率、アウター相電流振幅、アウター変調率を変数として、２つの三角波の相対位相を０°とするか１８０°とするかを判定するためのグラフの一例である。
【図５】本発明のインバータにおいて、マイコンで三角波の相対位相をずらす一方法を説明するための図である。
【図６】本発明のインバータにおいて、マイコンで三角波の相対位相をずらす他の方法を説明するための図である。
【図７】本発明のインバータにおいて、マイコンで三角波の相対位相をずらすさらに他の方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３７】
７、１０  信号波
８、１１、２２、２３、２４、２５、２６、２７  三角波
９、１２  比較器
１３  上位コントローラ
１４、１６、１７、１８  マイコン
１５  通信手段
１９、２０  駆動パルス生成器
【図１】
0004715449.tif 000005
【図２】
0004715449.tif 000006
【図３】
0004715449.tif 000007
【図４】
0004715449.tif 000008
【図５】
0004715449.tif 000009
【図６】
0004715449.tif 000010
【図７】
0004715449.tif 000011