(57)【要約】  複数のインバータ電力回路を具備した多相電動機を開示する。これにより、ＤＣ電源で動作する多相モータに要求されるコンデンサバンクの容量を減少させる。これは、個別のインバータ電力回路を電力源とする相のグループを形成することによって実現される。インバータ電力回路は、コンデンサバンクを具備した同一のＤＣ電源に接続され、コンデンサバンクの容量がより少なくて済むように、互いの位相オフセットをコントロールされる。
2010528572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが少なくとも２つの相の少なくとも２つのグループにグループ化された巻線と、バッテリ及びコンデンサバンクから成るＤＣ電源とを具備した多相電動機のための駆動回路であって、
少なくとも２つの相の個々のグループにそれぞれ関連し、前記ＤＣ電源から電力を供給される少なくとも２つのインバータ回路と、
前記少なくとも２つのインバータ回路を独立してコントロールするように前記少なくとも２つのインバータ回路に接続され、それによって、前記少なくとも２つのインバータ回路間に位相差を作り出す制御部と
を具備することを特徴とする駆動回路。
【請求項２】
前記多相電動機が、３つの相の３つのグループを有し、
前記少なくとも２つのインバータ回路が、３つのインバータ回路であることを特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
【請求項３】
前記制御部が、前記３つのインバータ回路間の位相差をコントロールし、それによって、前記３つのインバータ回路間に１２０度の位相差を作り出すことを特徴とする請求項２に記載の駆動回路。
【請求項４】
バッテリ及びコンデンサバンクから成るＤＣ電源から電力を供給される多相電動機であって、
相を有する複数の巻線を具備した固定子と、
前記固定子と同軸配置された回転子と、
駆動回路と
を具備し、
前記複数の巻線は、少なくとも２つの相の少なくとも２つのグループにグループ化され、
前記駆動回路は、
少なくとも２つの相の個々のグループにそれぞれ関連し、前記ＤＣ電源から電力を供給される少なくとも２つのインバータ回路と、
前記少なくとも２つのインバータ回路を独立してコントロールするように前記少なくとも２つのインバータ回路に接続され、それによって、前記少なくとも２つのインバータ回路間に位相差を作り出す制御部と
を具備することを特徴とする多相電動機。
【請求項５】
前記多相電動機が、３つの相の３つのグループを有し、
前記少なくとも２つのインバータ回路が、３つのインバータ回路であることを特徴とする請求項４に記載の多相電動機。
【請求項６】
前記制御部が、前記３つのインバータ回路間の位相差をコントロールし、それによって、前記３つのインバータ回路間に１２０度の位相差を作り出すことを特徴とする請求項５に記載の多相電動機。
【請求項７】
前記３つの相の３つのグループのそれぞれが、前記固定子の外周をそれぞれ１２０度ずつカバーするように前記固定子に配置されることを特徴とする請求項５に記載の多相電動機。
【請求項８】
前記回転子が、前記固定子の外側に配置されることを特徴とする請求項９に記載の多相電動機。
【請求項９】
バッテリ及びコンデンサバンクから成るＤＣ電源と、
相を有する複数の巻線を具備した固定子と、
前記固定子と同軸配置された回転子と、
駆動回路と
を具備し、
前記複数の巻線は、少なくとも２つの相の少なくとも２つのグループにグループ化され、
前記駆動回路は、
少なくとも２つの相の個々のグループにそれぞれ関連し、電力を供給されるように前記ＤＣ電源に接続された少なくとも２つのインバータ回路と、
前記少なくとも２つのインバータ回路を独立してコントロールするように前記少なくとも２つのインバータ回路に接続され、それによって、前記少なくとも２つのインバータ回路間に位相差を作り出す制御部と
を具備することを特徴とする多相電動機システム。
【請求項１０】
前記多相電動機が、３つの相の３つのグループを有し、
前記少なくとも２つのインバータ回路が、３つのインバータ回路であることを特徴とする請求項９に記載の多相電動機。
【請求項１１】
前記制御部が、前記３つのインバータ回路間の位相差をコントロールし、それによって、前記３つのインバータ回路間に１２０度の位相差を作り出すことを特徴とする請求項１０に記載の多相電動機。
【請求項１２】
前記３つの相の３つのグループのそれぞれが、前記固定子の外周をそれぞれ１２０度ずつカバーするように前記固定子に配置されることを特徴とする請求項１０に記載の多相電動機。
【請求項１３】
前記回転子が、前記固定子の外側に配置されることを特徴とする請求項９に記載の多相電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機及び電動機のための駆動装置に関する。より詳細には、異なる複数の変換器に接続されたグループ化された相を有した多相電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
多相電動機は、当技術分野ではよく知られたものである。多くの場合、それらは、インバータ電力回路を介した、例えば、バッテリなどからの直流（ＤＣ）電力で動作する。このとき、インバータ電力回路は、電流のフローをさまざまな位相にコントロールする。このような場合、慣習的に、ＤＣソースとインバータ電力回路との間にコンデンサバンクが用いられる。
【０００３】
中ないし大出力の電動機では、一般に、コンデンサバンクの容量、サイズ、及びコストが大となり、不利益が生じる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の例示的な実施態様によれば、上記駆動回路は、それぞれが少なくとも２つの相の少なくとも２つのグループにグループ化された巻線と、バッテリ及びコンデンサバンクから成るＤＣ電源とを具備した多相電動機のための駆動回路が提供される。上記駆動回路は、少なくとも２つの相の個々のグループにそれぞれ関連し、上記ＤＣ電源から電力を供給される少なくとも２つのインバータ回路と、上記少なくとも２つのインバータ回路を独立してコントロールするように上記少なくとも２つのインバータ回路に接続され、それによって、上記少なくとも２つのインバータ回路間に位相差を作り出す制御部とを具備する。
【０００５】
本発明の別の態様によれば、バッテリ及びコンデンサバンクから成るＤＣ電源から電力を供給される多相電動機が提供される。上記多相電動機は、相を有する複数の巻線を具備した固定子と、該固定子と同軸配置された回転子と、駆動回路とを具備する。上記複数の巻線は、少なくとも２つの相の少なくとも２つのグループにグループ化される。上記駆動回路は、少なくとも２つの相の個々のグループにそれぞれ関連し、上記ＤＣ電源から電力を供給される少なくとも２つのインバータ回路と、上記少なくとも２つのインバータ回路を独立してコントロールするように上記少なくとも２つのインバータ回路に接続され、それによって、上記少なくとも２つのインバータ回路間に位相差を作り出す制御部とを具備する。
【０００６】
本発明の別の態様によれば、多相電動機システムが提供される。上記多相電動機システムは、バッテリ及びコンデンサバンクから成るＤＣ電源と、相を有する複数の巻線を具備した固定子と、該固定子と同軸配置された回転子と、駆動回路とを具備する。上記複数の巻線は、少なくとも２つの相の少なくとも２つのグループにグループ化される。上記駆動回路は、少なくとも２つの相の個々のグループにそれぞれ関連し、電力を供給されるように上記ＤＣ電源に接続された少なくとも２つのインバータ回路と、上記少なくとも２つのインバータ回路を独立してコントロールするように上記少なくとも２つのインバータ回路に接続され、それによって、上記少なくとも２つのインバータ回路間に位相差を作り出す制御部とを具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】位相が３つずつグループ化され、かつ各グループが異なるインバータ電力回路に接続された９相電動機及び駆動回路の構成図である。
【図２】図１の電動機のさらに詳細な構成図である。
【図３】図１の電動機の内部固定子及び外部回転子の概略図である。
【図４】１つ、２つ、及び３つの３相システムについて、そのコンデンサバンクの電流を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
特許請求の範囲及び明細書中で、「１つの（a or an）」という言葉が用語「具備する、有する、含む（comprising）」と共に使用されている場合、それは「１つの(one)」を意味するが、「１つ以上の（one or more）」、「少なくとも１つの（at least one）」、及び「１つの又は２つ以上の（one or more than one）」の意味も持ち合わせる。同様に、「別の（another）」という言葉は、少なくとも第２の又はそれ以上の数のものを意味する。
【０００９】
この明細書及び１つ又は複数の請求項で使用される言葉「具備する（comprising）」（及び、そのあらゆる活用形（comprise and comprises））、「有する（having）」（及び、そのあらゆる活用形（have and has））、「含む（including）」（及び、そのあらゆる活用形（include and includes））、又は「包含する（containing）」（及び、そのあらゆる活用形（contain and contains））は、包括的又は可換的であり、列挙されていない追加的な要素又はプロセスステップを排除しない。
【００１０】
本発明のその他の目的、利点、及び特徴は、例示的な実施形態の非限定的記載と例示のみを目的として与えられた添付の図面との参照によってさらに明らかとなる。
【００１１】
概説するならば、本発明の実施形態の目的は、ＤＣ電源で動作する多相モータに要求されるコンデンサバンクの容量を減少させることにある。これは、個別のインバータ電力回路によって動作する相のグループを形成することによって実現される。インバータ電力回路は、コンデンサバンクを具備した同一のＤＣ電源に接続され、コンデンサバンクの容量がより小さくて済むように、互いの位相オフセットをコントロールされる。
【００１２】
添付の複数の図面のうち、図１は、９相電動機１０をその駆動回路１２及びＤＣ電源１４とともに構成図として概略的に示す。電動機１０の９つの相は、３つの３相部１６，１８，２０に分割されており、そのそれぞれは、個別の異なるインバータ電力回路２２，２４，２６に関連している。３つのインバータ電力回路２２，２４，２６は、共通のＤＣ電源１４に接続されている。ここで、駆動回路１２が制御部２７も具備していることに留意されたい。制御部２７は、以下に記載されるように、インバータ電力回路２２〜２６を制御するために用いられる。
【００１３】
続いて図２を参照すると、ＤＣ電源１４は、高電圧バッテリ２８と、コンデンサバンク３０とを具備している。３つのインバータ電力回路２２，２４，２６は同一のものであるため、かつ３相電動機部１６，１８，２０は同一のものであるため、図２には、各々１つだけが示されている。以下にその説明がなされる。
【００１４】
慣習的に、概略的に示された３相インバータ電力回路２２は、６つのトランジスタ３２と、６つのダイオード３４とを具備する。そのようなインバータ電力回路２２は、当技術分野では既知であると思われる。したがって、対応する３相モータ部１６に供給する電流をコントロールするためのインバータ電力回路２２の動作は、明細書中には詳細に記載されない。しかしながら、複数の電力回路２２〜２６の互いの位相を正確に調整するように、トランジスタ３２が制御部２７によってコントロールされることに留意されたい。
【００１５】
３相モータ部１６は、３つの相３６，３８，４０を有し、各相は、マシンの固定子に取り付けられた少なくとも１つの巻線をそれぞれ具備する。
【００１６】
次に、添付の複数の図面のうちの図３を参照すると、電動機１０の概略的な機械的構成が簡単に記載されている。電動機１０は、内部固定子４２と、外部回転子４４とを具備する。内部固定子４２には、３つの３相モータ部１６，１８，２０が設けられており、各部は、固定子４２の外周の１２０度分をカバーしている。この場合、外部回転子４４は、永久磁石（図示せず）を具備している。
【００１７】
図３に示されたように３つの３相モータ部に区分する代わりに、固定子４２の外周全体に９つの相のそれぞれが広がるようにしてよいことに留意されたい。しかしながら、これは、複数の相間の結合を生成することとなる。一般に、この結合は、より大きい電流が相に要求されることを意味する。
【００１８】
コンデンサバンク３０の容量を削減するために、３つのインバータ電力回路２２〜２６は、互いに１２０度位相がずれたスイッチング周波数で動作する。これは、制御部２７によって容易にコントロールされうる。
【００１９】
そのようにしてインバータ電力回路２２〜２６をコントロールすることによって、コンデンサバンク３０の容量は、１つのインバータ電力回路だけしか存在しない場合の要求量と同程度となり、コンデンサバンク容量を約６６％削減できる。
【００２０】
添付の複数の図面のうちの図４は、コンデンサに流れる電流と、１つ、２つ、又は３つの３相システム（モータ部及びインバータ電力回路）が使用される場合のモータの回転速度との関係を示す。
【００２１】
図４の値は用いられるモータ及びインバータのトポロジーに大きく依存するということに留意されたい。したがって、これらの値は例示にすぎない。電流の振幅は、ＲＭＳ位相電流に関係している。
【００２２】
１つのシステムが用いられる場合（ライン４６参照）、コンデンサの電流は、回転速度がモータの最大速度の約６０％に達したとき、極大レベルに達する。回転速度のさらなる増大は、コンデンサの電流の減少をもたらす。これは、モータのさまざまな位相のコントロールするトランジスタのデューティサイクルが速度の増大に応じて増大することに起因すると考えられる。バッテリによってコンデンサバンクに供給される電流に対するコンデンサバンクを通過することなくモータ部の相に直接移動するＤＣ電流の割合が、トランジスタの一定のデューティサイクルを超えることによって、コンデンサの全電流が減少する。
【００２３】
２つのシステムが用いられる場合（ライン４８参照）、第２システムのスイッチング周波数は、第１システムのスイッチング周波数に対して１８０度位相がずれたものとなる。回転速度がモータの極大速度の約３０％に達したとき、すなわち、１つのシステムだけが用いられていた場合に要求される速度の半分の速度で、コンデンサの電流が極大値に達するということが図４から分かる。次いで、コンデンサの電流は、さらなる速度増大に対して減少し、回転速度が極大速度の約３０％に達したときと同じ大きさになることはない。
【００２４】
３つのシステムが用いられる場合（ライン５０参照）も同様である。第２システムのスイッチング周波数は、第１システムのスイッチング周波数に対して１２０度位相がずれたものであり、かつ第３システムのスイッチング周波数は、第２システムのスイッチング周波数に対して１２０度位相がずれたものである。この場合、回転速度がモータの極大速度の約２０％に達したとき、すなわち、１つのシステムだけが用いられる場合に要求される速度の３分の１の速度で、コンデンサの電流が極大値に達する。
【００２５】
ここで、コンデンサバンクの電流は、下端点に達し、次いで、再び増大し始めるが、極大値に達することはないということに留意されたい。これは、モータ部のさまざまな位相の電流がかみ合う（mesh）ことに起因する。
【００２６】
明細書中に記載されかつ添付の図面に示された各実施形態はそれぞれが３相の３つのグループ有していたが、グループの数及び相の数は、本発明の精神及び本質から逸脱しない範囲の応用例に従って修正可能であるということに留意されたい。
【００２７】
また、３相モータ部はスター結線として明細書中に記載されたが、本発明の精神及び本質から逸脱することなく、デルタ結線も使用できる。
【００２８】
明細書中には内部固定子／外部回転子型の電動機が記載されたが、本発明はこのモータ構成に限定されず、よりありふれた外部固定子構造が使用されてよいということを、当業者は理解する。さらに、明細書中に記載された電動機は永久磁石モータであったが、その他のモータ技術が使用されてよい。
【００２９】
当然ながら、発明は、添付の図面に示されたかつ明細書中に記載された詳細な構成及び部位にその応用を限定されない。発明は、その他の実施形態であってよく、さまざまな方法で実施されてよい。また、当然ながら、明細書中で用いられた表現及び用語は、説明を目的としたものであって、限定を目的としない。故に、明細書中には本発明がその例示的な複数の実施形態を用いて記載されたが、特許請求の範囲に定義された主となる発明の精神、範囲、及び本質を逸脱することなく、それらを修正可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  ９相電動機
１２  駆動回路
１４  ＤＣ電源
１６  第１ ３相モータ部
１８  第２ ３相モータ部
２０  第３ ３相モータ部
２２  第１インバータ電力回路
２４  第２インバータ電力回路
２６  第３インバータ電力回路
２７  制御部
２８  高電圧バッテリ
３０  コンデンサバンク
３２  トランジスタ
３４  ダイオード
３６  第１相
３８  第２相
４０  第３相
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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