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JP7091885B2 - Motor drive - Google Patents
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JP7091885B2 - Motor drive - Google Patents

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Description

この発明は、複数相の交流の電力を出力する複数個のインバータユニットを備える電動機駆動装置に関する。 The present invention relates to an electric motor drive device including a plurality of inverter units that output a plurality of phases of alternating current power.

従来、複数相の交流の電力を出力する複数個のインバータユニットを備える電動機駆動装置が知られている(たとえば、特許文献1参照)。 Conventionally, there is known an electric motor drive device including a plurality of inverter units that output a plurality of phases of AC power (see, for example, Patent Document 1).

上記特許文献1には、複数相の交流の電力を出力する複数個の単相パルス幅変調方式インバータ(以下、「単相インバータ」という)を備える多相電動機駆動装置が開示されている。この多相電動機駆動装置の各単相インバータには、直流電源に接続されている単相フルブリッジ回路と、単相フルブリッジ回路の直流電源側の端子に接続された平滑コンデンサとが設けられている。そして、各単相インバータは、それぞれ、単相フルブリッジ回路と平滑コンデンサとにより、直流電源からの直流の電力を交流の電力に変換して、電動機の巻線に交流の電力を出力するように構成されている。これにより、多相電動機駆動装置は、複数相の交流の電力を電動機に出力するように構成されている。 Patent Document 1 discloses a multi-phase motor drive device including a plurality of single-phase pulse width modulation type inverters (hereinafter, referred to as "single-phase inverters") that output power of a plurality of phases of alternating current. Each single-phase inverter of this multi-phase motor drive unit is provided with a single-phase full bridge circuit connected to a DC power supply and a smoothing capacitor connected to the terminal on the DC power supply side of the single-phase full bridge circuit. There is. Then, each single-phase inverter converts the DC power from the DC power supply into AC power by the single-phase full bridge circuit and the smoothing capacitor, and outputs the AC power to the winding of the motor. It is configured. As a result, the multi-phase motor drive device is configured to output a plurality of phases of alternating current power to the motor.

特開2009-268277号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-268277

ここで、上記特許文献1に記載のような多相電動機駆動装置では、各単相インバータにおいて、出力電力(基本波出力電圧と基本波出力電流とを乗算したもの)は、基本波出力電圧の角周波数の2倍の角周波数(2ω)で振動する波形となる。すなわち、出力電力をp、振幅をVとする基本波出力電圧をv、振幅をIとする基本波出力電流をi、力率をcosθ、角周波数をω、および、時間をtとすると、下記の式(1)~(3)のように表すことができる。

Figure 0007091885000001
すなわち、出力電力pの波形には、一般的に、振幅がVIの2分の1の大きさの脈動成分が重畳する。ここで、単相インバータのフルブリッジ回路にはエネルギー蓄積要素がないことから、単相インバータ内の損失を無視すれば、この出力電力pと、入力電力とは、等しくなるので、単相フルブリッジ回路に流入する直流電流id1も、出力電力pと略相似の波形となる。なお、平滑コンデンサの電圧が一定ならば、完全に相似な波形となるが、実際には、この電圧は変動するため、完全な相似ではない。また、直流電流id1は、単相インバータの入力端子から流入する電流id1aと平滑コンデンサC1から流れる電流ic1とを加えたものであり、以下の式(4)のように表せる。
Figure 0007091885000002
ここで、単相インバータの直流入力端子のインピーダンスが、略0で、平滑コンデンサのインピーダンスより充分小さければ、上記の周波数2ωの電流成分は、平滑コンデンサにはほとんど流れず、この直流入力端子間で打ち消される。すなわち、周波数2ωの電流成分のほとんどは、電流id1aに流れる。しかしながら、大容量機では、直流入力端子間のインピーダンスが無視できない程度に大きくなるので、平滑コンデンサに分流する周波数2ωの電流が比較的大きくなる。ここで、上記特許文献1に記載されているような、多巻線交流電動機を駆動するための電動機駆動装置は、大容量のものが多く、単相インバータ自体も大型化し、単相インバータの直流入力端子や直流電源の出力端子の間を接続する配線も長くなり、無視できないインピーダンスとなるため、平滑コンデンサに流れる周波数2ωの電流が比較的大きくなる。また、この平滑コンデンサには、単相インバータのPWM制御などに伴う大きな高調波のリプル電流が流れるため、この平滑コンデンサの温度上昇や寿命などに影響を及ぼす。ここで更に、上記のように、比較的大きな周波数2ωの電流(上記高調波の全リプル電流実効値の数十%にも及ぶ場合がある)が平滑コンデンサに流れるため、周波数2ωの電流(脈動成分)が平滑コンデンサの損失増加、寿命短縮や容量増加による大型化などに拍車をかけるという問題点があった。なお、単相インバータおよび電動機の巻線を複数群に分割した場合にも、各単相インバータの構成は上記と同様であるため、上記と同様の課題があった。 Here, in the polyphase electric motor drive device as described in Patent Document 1, in each single-phase inverter, the output power (the product of the fundamental wave output voltage and the fundamental wave output current) is the fundamental wave output voltage. The waveform oscillates at an angular frequency (2ω) that is twice the angular frequency. That is, assuming that the output power is p, the fundamental wave output voltage whose amplitude is V is v, the fundamental wave output current whose amplitude is I is i, the power factor is cosθ, the angular frequency is ω, and the time is t, the following Can be expressed as the equations (1) to (3) of.
Figure 0007091885000001
That is, in general, a pulsating component having an amplitude of half that of VI is superimposed on the waveform of the output power p. Here, since the full-bridge circuit of the single-phase inverter has no energy storage element, if the loss in the single-phase inverter is ignored, the output power p and the input power are equal to each other, so that the single-phase full bridge The direct current id1 flowing into the circuit also has a waveform substantially similar to the output power p. If the voltage of the smoothing capacitor is constant, the waveforms are completely similar, but in reality, this voltage fluctuates, so the waveforms are not completely similar. Further, the direct current id1 is the sum of the current id1a flowing in from the input terminal of the single-phase inverter and the current ic1 flowing from the smoothing capacitor C1, and can be expressed by the following equation (4).
Figure 0007091885000002
Here, if the impedance of the DC input terminal of the single-phase inverter is approximately 0 and is sufficiently smaller than the impedance of the smoothing capacitor, the current component of the frequency 2ω described above hardly flows through the smoothing capacitor, and the current component of the frequency 2ω hardly flows between the DC input terminals. It will be canceled. That is, most of the current components having a frequency of 2ω flow in the current id1a. However, in a large-capacity machine, the impedance between the DC input terminals becomes so large that it cannot be ignored, so that the current having a frequency of 2ω shunted to the smoothing capacitor becomes relatively large. Here, many of the motor drive devices for driving a multi-winding AC motor as described in Patent Document 1 have a large capacity, the single-phase inverter itself is also enlarged, and the direct current of the single-phase inverter is increased. The wiring connecting the input terminal and the output terminal of the DC power supply is also long, and the impedance is not negligible, so the current with a frequency of 2ω flowing through the smoothing capacitor becomes relatively large. Further, since a large harmonic ripple current due to PWM control of the single-phase inverter flows through this smoothing capacitor, it affects the temperature rise and the life of the smoothing capacitor. Here, further, as described above, a relatively large current with a frequency of 2ω (which may reach several tens of percent of the effective value of the total ripple current of the harmonics) flows through the smoothing capacitor, so that a current with a frequency of 2ω (pulsation). There is a problem that the component) accelerates the increase in the loss of the smoothing capacitor, the shortening of the life, and the increase in size due to the increase in capacity. Even when the windings of the single-phase inverter and the motor are divided into a plurality of groups, the configuration of each single-phase inverter is the same as the above, so that there is a problem similar to the above.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、コンデンサに流れる脈動成分を低減することができ、コンデンサの責務を低減することが可能な電動機駆動装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and one object of the present invention is to reduce the pulsating component flowing through the capacitor and to reduce the responsibility of the capacitor. It is to provide a motor drive device.

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による電動機駆動装置は、直流電源から入力された直流の電力を交流の電力に変換して、互いに絶縁されておりn個(nは以上の整数)の巻線を有する電動機に、複数相の交流の電力を出力するm個(mは3以上の整数)のインバータユニットと、制御部とを備え、m個のインバータユニットには、それぞれ、n個の巻線のうちの第1の巻線に接続された第1単相フルブリッジ回路と、第2の巻線に接続された第2単相フルブリッジ回路と、第1単相フルブリッジ回路および第2単相フルブリッジ回路の直流電源側の端子に接続されている共通コンデンサとが設けられており、制御部は、第1単相フルブリッジ回路から第1の巻線に出力される第1電力と、第2単相フルブリッジ回路から第2の巻線に出力される第2電力との共通コンデンサにおける合成波形の脈動成分が、第1電力または第2電力のいずれか一方の脈動成分の振幅以下となるように、第1単相フルブリッジ回路および第2単相フルブリッジ回路を制御する。
In order to achieve the above object, the motor drive device according to one aspect of the present invention converts the DC power input from the DC power source into AC power and is isolated from each other (n is 6 or more). A motor having windings of) is equipped with m (m is an integer of 3 or more) inverter units that output multi-phase AC power and a control unit, and each of the m inverter units is equipped with a control unit. , The first single-phase full bridge circuit connected to the first winding of the n windings, the second single-phase full bridge circuit connected to the second winding, and the first single-phase full. A common capacitor connected to the terminal on the DC power supply side of the bridge circuit and the second single-phase full bridge circuit is provided, and the control unit is output from the first single-phase full bridge circuit to the first winding. The pulsating component of the combined waveform in the common capacitor of the first power and the second power output from the second single-phase full bridge circuit to the second winding is either the first power or the second power. The first single-phase full bridge circuit and the second single-phase full bridge circuit are controlled so as to be equal to or less than the amplitude of the pulsating component.

この発明の一の局面による電動機駆動装置では、上記のように、m個のインバータユニットには、それぞれ、第1単相フルブリッジ回路と第2単相フルブリッジ回路と共通コンデンサ(好ましくは、単一の共通コンデンサ)とを設けることにより、単一の単相フルブリッジ回路と平滑コンデンサとを備えたm個のインバータユニットを2組以上設ける場合に比べて、部品点数を低減することができる。そして、第1電力と第2電力との共通コンデンサにおける合成波形の脈動成分の振幅を、第1電力または第2電力のいずれか一方の脈動成分の振幅以下にすることができる。ここで、m個のインバータユニットのうちの第1のインバータユニットにおいて、第1単相フルブリッジ回路から第1の巻線に出力される第1基本波出力電圧をva1-1、第1基本波出力電流をia1-1とし、第2単相フルブリッジ回路から第2の巻線に出力される第2基本波出力電圧をva2-1、第2基本波出力電流をia2-1とし、基本波力率をcosθとし、第1基本波出力電圧va1-1および第2基本波出力電圧va2-1の位相差をαとすると、以下の式(5)~(8)のように表すことができる。なお、以下の式では、高調波は無視するものとして記載している。なお、以下の記載では、第1のインバータユニットの作用および効果について説明するが、第2~第mのインバータユニットにおいても、第1のインバータユニットと同様の作用および効果を奏する。

Figure 0007091885000003
ここで、Vは、第1基本波出力電圧および第2基本波出力電圧の振幅であり、Iは、第1基本波出力電流および第2基本波出力電流の振幅であり、ωは角周波数であり、tは時間である。そして、第1単相フルブリッジ回路から出力される第1電力p1-1は以下の式(9)のように表すことができる。
Figure 0007091885000004
式(9)によれば、第1電力p1-1の波形には、それぞれ、角周波数2ωでかつVIの2分の1の振幅の脈動成分が含まれている。また、第2電力p2-1の波形にも、同様に、角周波数2ωでかつVIの2分の1の振幅の脈動成分が含まれる。ここで、第1電力p1-1と第2単相フルブリッジ回路から出力される第2電力p2-1とを合成すると、式(10)のように表すことができる。
Figure 0007091885000005
この場合、合成した電力「(p1-1)+(p2-1)」は、一定値VIcosθに、角周波数2ωの脈動成分の波形が重畳する波形となる。ここで、第1単相フルブリッジ回路および第2単相フルブリッジ回路には、エネルギー蓄積要素がないことから、回路内の損失を無視すれば、第1単相フルブリッジ回路および第2単相フルブリッジ回路の出力電力「(p1-1)+(p2-1)」と、入力電力とは等しくなる。ここで、第1単相フルブリッジ回路に流入する電流をid1-1とし、第2単相フルブリッジ回路に流入する電流をid2-1とする(図1参照)と、電流「(id1-1)+(id2-1)」は、出力電力「(p1-1)+(p2-1)」と略相似の波形となる。また、電流「(id1-1)+(id2-1)」は、入力端子から流入する電流id1aと共通コンデンサから流れる電流ic1とを加えたものであり、以下の式(11)のように表せる。
Figure 0007091885000006
ここで、入力端子のインピーダンスが略0で、共通コンデンサのインピーダンスより充分小さければ,周波数2ωの脈動成分は、共通コンデンサにはほとんど流れず、この端子間で打ち消される。すなわち、2ωの脈動成分は、ほとんど電流id1aに流れる。しかし、大容量機では、端子間のインピーダンスが無視できない程度に大きくなるので、共通コンデンサに分流する周波数2ωの電流が比較的大きくなる。これに対して、本発明では、上記のように構成することにより、共通コンデンサにおける合成波形の脈動成分の振幅を、第1電力または第2電力のいずれか一方の脈動成分の振幅以下にすることができるので、コンデンサを第1単相フルブリッジ回路および第2単相フルブリッジ回路の各々に設ける場合と異なり、この電力脈動によって生じる共通コンデンサの責務増加を抑制することができる。この結果、共通コンデンサにおける損失増加、寿命短縮や容量増加を抑制することができる。 In the motor drive device according to one aspect of the present invention, as described above, the m inverter units have a first single-phase full bridge circuit, a second single-phase full bridge circuit, and a common capacitor (preferably a single capacitor), respectively. By providing one common capacitor), the number of parts can be reduced as compared with the case where two or more sets of m inverter units equipped with a single single-phase full bridge circuit and a smoothing capacitor are provided. Then, the amplitude of the pulsating component of the combined waveform in the common capacitor of the first power and the second power can be made equal to or less than the amplitude of the pulsating component of either the first power or the second power. Here, in the first inverter unit among the m inverter units, the output voltage of the first fundamental wave output from the first single-phase full bridge circuit to the first winding is va1-1 and the first fundamental wave. The output current is ia1-1, the second fundamental wave output voltage output from the second single-phase full bridge circuit to the second winding is va2-1, and the second fundamental wave output current is ia2-1. Assuming that the force factor is cosθ and the phase difference between the first fundamental wave output voltage va1-1 and the second fundamental wave output voltage va2-1 is α, it can be expressed as the following equations (5) to (8). .. In the following equation, harmonics are described as being ignored. In the following description, the operation and effect of the first inverter unit will be described, but the second to mth inverter units also have the same operation and effect as the first inverter unit.
Figure 0007091885000003
Here, V is the amplitude of the first fundamental wave output voltage and the second fundamental wave output voltage, I is the amplitude of the first fundamental wave output current and the second fundamental wave output current, and ω is the angular frequency. Yes, t is the time. The first power p1-1 output from the first single-phase full bridge circuit can be expressed by the following equation (9).
Figure 0007091885000004
According to the equation (9), each waveform of the first power p1-1 contains a pulsating component having an angular frequency of 2ω and an amplitude of 1/2 of VI. Further, the waveform of the second power p2-1 also contains a pulsating component having an angular frequency of 2ω and an amplitude of 1/2 of VI. Here, when the first power p1-1 and the second power p2-1 output from the second single-phase full bridge circuit are combined, it can be expressed as the equation (10).
Figure 0007091885000005
In this case, the combined power “(p1-1) + (p2-1)” is a waveform in which the waveform of the pulsating component having an angular frequency of 2ω is superimposed on the constant value VIcosθ. Here, since the first single-phase full bridge circuit and the second single-phase full bridge circuit do not have an energy storage element, the first single-phase full bridge circuit and the second single-phase can be ignored if the loss in the circuit is ignored. The output power "(p1-1) + (p2-1)" of the full bridge circuit is equal to the input power. Here, when the current flowing into the first single-phase full bridge circuit is set to id1-1 and the current flowing into the second single-phase full bridge circuit is set to id2-1 (see FIG. 1), the current "(id1-1)". ) + (Id2-1) ”has a waveform substantially similar to the output power“ (p1-1) + (p2-1) ”. Further, the current "(id1-1) + (id2-1)" is the sum of the current id1a flowing from the input terminal and the current ic1 flowing from the common capacitor, and can be expressed by the following equation (11). ..
Figure 0007091885000006
Here, if the impedance of the input terminal is substantially 0 and is sufficiently smaller than the impedance of the common capacitor, the pulsating component having a frequency of 2ω hardly flows to the common capacitor and is canceled between the terminals. That is, most of the pulsating component of 2ω flows in the current id1a. However, in a large-capacity machine, the impedance between the terminals becomes so large that it cannot be ignored, so that the current having a frequency of 2ω shunted to the common capacitor becomes relatively large. On the other hand, in the present invention, the amplitude of the pulsating component of the synthetic waveform in the common capacitor is set to be equal to or less than the amplitude of the pulsating component of either the first power or the second power by configuring as described above. Therefore, unlike the case where the capacitor is provided in each of the first single-phase full bridge circuit and the second single-phase full bridge circuit, it is possible to suppress the increase in the duty of the common capacitor caused by this power pulsation. As a result, it is possible to suppress an increase in loss, shortening of life, and increase in capacity of the common capacitor.

上記一の局面による電動機駆動装置において、好ましくは、制御部は、同一のインバータユニット内において、第1単相フルブリッジ回路から第1の巻線に出力される第1基本波出力電圧の位相と、第2単相フルブリッジ回路から第2の巻線に出力される第2基本波出力電圧の位相との位相差が、60度以上120度以下となるように、第1単相フルブリッジ回路および第2単相フルブリッジ回路を制御する。ここで、本出願の発明者は、上記式(10)の内容に着目して、下記の構成を見出した。すなわち、本出願の発明者は、合成した電力「(p1-1)+(p2-1)」の脈動成分について、以下の式(12)および(13)が成り立つことを見出した。

Figure 0007091885000007
式(13)によると、合成した電力「(p1-1)+(p2-1)」の脈動成分の振幅VIcosα(最大値がVIの2分の1)が、式(9)に示す第1電力p1-1のみの脈動成分の振幅(VIの2分の1)以下または第2電力p2-1のみの脈動成分の振幅以下になる。すなわち、制御部により、同一のインバータユニット内において、第1基本波出力電圧の位相と第2基本波出力電圧の位相との位相差(α)が、60度以上120度以下となるように、第1単相フルブリッジ回路および第2単相フルブリッジ回路を制御すれば、脈動成分を、VIの2分の1以下に抑制することができる。 In the motor drive device according to the above one aspect, preferably, the control unit has the phase of the first fundamental wave output voltage output from the first single-phase full bridge circuit to the first winding in the same inverter unit. , The first single-phase full bridge circuit so that the phase difference from the phase of the second fundamental wave output voltage output from the second single-phase full bridge circuit to the second winding is 60 degrees or more and 120 degrees or less. And controls the second single phase full bridge circuit. Here, the inventor of the present application has found the following configuration by paying attention to the content of the above formula (10). That is, the inventor of the present application has found that the following equations (12) and (13) hold for the pulsating component of the synthesized electric power "(p1-1) + (p2-1)".
Figure 0007091885000007
According to the equation (13), the amplitude VIcosα (maximum value is half of VI) of the pulsating component of the combined electric power “(p1-1) + (p2-1)” is the first expressed in the equation (9). The amplitude of the pulsating component of the power p1-1 only (half of VI) or less or the amplitude of the pulsating component of the second power p2-1 only. That is, the control unit ensures that the phase difference (α) between the phase of the first fundamental wave output voltage and the phase of the second fundamental wave output voltage is 60 degrees or more and 120 degrees or less in the same inverter unit. By controlling the first single-phase full bridge circuit and the second single-phase full bridge circuit, the pulsation component can be suppressed to less than half of the VI.

また、位相差αが90度の場合、下記の式(14)に示すように、cosαを0にすることができるので、αを90度に最も近い値にすることにより、脈動成分の振幅を0に近い値に低減することができる。

Figure 0007091885000008
上記一の局面による電動機駆動装置において、好ましくは、制御部は、第1基本波出力電圧の位相と第2基本波出力電圧の位相との位相差が、n個の巻線に出力される基本波出力電圧同士の位相差のうちの最も90度に近い位相差に対応する状態となるように、第1単相フルブリッジ回路および第2単相フルブリッジ回路を制御する。このように構成すれば、同一のインバータユニットにおいて、第1基本波出力電圧の位相と第2基本波出力電圧の位相との位相差が略90度となるように、第1単相フルブリッジ回路と第2単相フルブリッジ回路とを制御することができる。この結果、共通コンデンサに流れる脈動成分の振幅をより一層低減することができるので、共通コンデンサの責務を低減することができる。また、共通コンデンサに流れる脈動成分の振幅をより一層低減することができることにより、共通コンデンサの温度上昇を抑制することができ、共通コンデンサの長寿命化を図ることができる。そして、共通コンデンサに流れる脈動成分の振幅をより一層低減することができるので、共通コンデンサの容量を小さくすることができ、共通コンデンサをより一層小型化することができる。 Further, when the phase difference α is 90 degrees, cosα can be set to 0 as shown in the following equation (14). Therefore, by setting α to the value closest to 90 degrees, the amplitude of the pulsating component can be increased. It can be reduced to a value close to 0.
Figure 0007091885000008
In the motor drive device according to the above one aspect, preferably, the control unit outputs the phase difference between the phase of the first fundamental wave output voltage and the phase of the second fundamental wave output voltage to n windings. The first single-phase full bridge circuit and the second single-phase full bridge circuit are controlled so as to correspond to the phase difference closest to 90 degrees among the phase differences between the wave output voltages. With this configuration, in the same inverter unit, the first single-phase full bridge circuit so that the phase difference between the phase of the first fundamental wave output voltage and the phase of the second fundamental wave output voltage is approximately 90 degrees. And the second single-phase full bridge circuit can be controlled. As a result, the amplitude of the pulsating component flowing through the common capacitor can be further reduced, so that the responsibility of the common capacitor can be reduced. Further, since the amplitude of the pulsating component flowing through the common capacitor can be further reduced, the temperature rise of the common capacitor can be suppressed, and the life of the common capacitor can be extended. Since the amplitude of the pulsating component flowing through the common capacitor can be further reduced, the capacity of the common capacitor can be further reduced, and the common capacitor can be further miniaturized.

この場合、好ましくは、mは、nの半数であり、制御部は、m個のインバータユニットから出力され、m個の第1基本波出力電圧の電圧ベクトルである第1電圧ベクトルと、m個のインバータユニットから出力されるm個の第2基本波出力電圧の電圧ベクトルである第2電圧ベクトルとを含む、所定角度ずつ互いに位相が異なるn個の基本波出力電圧ベクトルを構成するように、第1単相フルブリッジ回路および第2単相フルブリッジ回路を制御する。このように構成すれば、n相(nは偶数)の電力が供給される電動機を駆動する際に、電動機を駆動させるため全てのインバータユニットから出力される電力の脈動成分の振幅を低減することができるので、電動機駆動装置に配置される全ての共通コンデンサにおいて、損失増加、寿命短縮や容量増加を抑制することができる。 In this case, preferably, m is a half of n, and the control unit has m first voltage vectors output from m inverter units and is a voltage vector of m first fundamental wave output voltages. N fundamental wave output voltage vectors having different phases by predetermined angles, including the second voltage vector which is the voltage vector of the m second fundamental wave output voltage output from the inverter unit of the above. It controls the first single-phase full bridge circuit and the second single-phase full bridge circuit. With this configuration, when driving an electric motor to which n-phase (n is an even number) electric power is supplied, the amplitude of the pulsating component of the electric power output from all the inverter units is reduced in order to drive the electric motor. Therefore, it is possible to suppress an increase in loss, shortening of life, and increase in capacity in all common capacitors arranged in the motor drive device.

上記位相差を90度に近い位相差になるように制御する電動機駆動装置において、好ましくは、mは、nの半数でかつ奇数であり、制御部は、m個のインバータユニットから出力されるm個の第1基本波出力電圧の電圧ベクトルである第1電圧ベクトルからなる第1の基本波出力電圧ベクトル群を構成するとともに、m個のインバータユニットから出力されるm個の第2基本波出力電圧の電圧ベクトルである第2電圧ベクトルからなる第2の基本波出力電圧ベクトル群を構成するように、第1単相フルブリッジ回路および第2単相フルブリッジ回路を制御する。このように構成すれば、奇数であるm相の電力が供給される電動機を駆動させる場合でも、奇数のm個のうちの1つの第1単相フルブリッジ回路と、奇数のm個のうちの1つの第2単相フルブリッジ回路とを同一のインバータユニットに設けて、駆動させることができる。この結果、奇数であるm相の電力が供給される電動機を駆動させる場合にも、電動機を駆動させるため全てのインバータユニットから出力される電力の脈動成分の振幅を低減することができるので、電動機駆動装置に配置される全ての共通コンデンサにおいて、損失増加、寿命短縮や容量増加を抑制することができることができる。 In the electric motor drive device that controls the phase difference so as to have a phase difference close to 90 degrees, preferably m is half of n and an odd number, and the control unit is m output from m inverter units. The first fundamental wave output voltage vector group consisting of the first voltage vector which is the voltage vector of the first fundamental wave output voltage is formed, and the m second fundamental wave outputs output from the m inverter units are output. The first single-phase full bridge circuit and the second single-phase full bridge circuit are controlled so as to form a second fundamental wave output voltage vector group consisting of a second voltage vector which is a voltage vector of voltage. With this configuration, even when driving an electric motor to which odd-numbered m-phase power is supplied, one of the odd-numbered m first single-phase full-bridge circuits and the odd-numbered m-phase can be driven. One second single-phase full bridge circuit can be provided in the same inverter unit and driven. As a result, even when driving an electric motor to which an odd number of m-phase electric power is supplied, the amplitude of the pulsating component of the electric power output from all the inverter units can be reduced because the electric motor is driven, so that the electric motor can be driven. In all the common capacitors arranged in the drive device, it is possible to suppress an increase in loss, a shortening of life, and an increase in capacity.

上記一の局面による電動機駆動装置において、好ましくは、m個のインバータユニットには、それぞれ、単一の共通コンデンサが設けられている。このように構成すれば、複数の共通コンデンサを設ける場合に比べて、部品点数を低減することができる。 In the motor drive device according to the above one aspect, preferably, each of the m inverter units is provided with a single common capacitor. With this configuration, the number of parts can be reduced as compared with the case where a plurality of common capacitors are provided.

上記一の局面による電動機駆動装置において、好ましくは、第1単相フルブリッジ回路および第2単相フルブリッジ回路は、それぞれ、スイッチング素子とスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードとを有し、共通コンデンサは、第1単相フルブリッジ回路の正負の両端子および第2単相フルブリッジ回路の正負の両端子に接続されている。このように構成すれば、第1電力と第2電力との共通コンデンサにおける合成波形の脈動成分が、第1電力または第2電力のいずれか一方の脈動成分の振幅以下となるように、第1の巻線に第1単相フルブリッジ回路を容易に接続することができるとともに、第2の巻線に第2単相フルブリッジ回路を容易に接続することができる。 In the electric motor drive device according to the above one aspect, preferably, the first single-phase full bridge circuit and the second single-phase full bridge circuit have a switching element and a diode connected to the switching element in antiparallel, respectively. The common capacitor is connected to both the positive and negative terminals of the first single-phase full bridge circuit and both the positive and negative terminals of the second single-phase full bridge circuit. With this configuration, the pulsating component of the combined waveform in the common capacitor of the first power and the second power is equal to or less than the amplitude of the pulsating component of either the first power or the second power. The first single-phase full-bridge circuit can be easily connected to the winding of, and the second single-phase full-bridge circuit can be easily connected to the second winding.

この場合、好ましくは、スイッチング素子およびダイオードの少なくとも一方は、炭化珪素を含む。このように構成すれば、スイッチング素子およびダイオードの両方を、シリコンにより構成される素子により構成する場合に比べて、電力損失を低減することができる。この結果、第1単相フルブリッジ回路および第2単相フルブリッジ回路の冷却機構部を小型化することができるので、第1単相フルブリッジ回路および第2単相フルブリッジ回路を同一のインバータユニットに容易に配置(単一のユニットとして容易に構成)することができる。 In this case, preferably at least one of the switching element and the diode contains silicon carbide. With this configuration, it is possible to reduce the power loss as compared with the case where both the switching element and the diode are configured by the element composed of silicon. As a result, the cooling mechanism portion of the first single-phase full bridge circuit and the second single-phase full bridge circuit can be miniaturized, so that the first single-phase full bridge circuit and the second single-phase full bridge circuit are the same inverter. It can be easily placed in a unit (easily configured as a single unit).

本発明によれば、上記のように、コンデンサに流れる脈動成分を低減することができ、コンデンサの責務を低減することができる。 According to the present invention, as described above, the pulsating component flowing through the capacitor can be reduced, and the duty of the capacitor can be reduced.

本発明の第1実施形態による電動機駆動装置の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the motor drive device by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による基本波出力電圧(電圧ベクトル)を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the fundamental wave output voltage (voltage vector) by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による各インバータユニットの基本波出力電圧ベクトルを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the fundamental wave output voltage vector of each inverter unit according to 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による第1のインバータユニットにおける基本波出力電圧の波形および基本波出力電流の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the fundamental wave output voltage and the waveform of the fundamental wave output current in the 1st inverter unit by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による第1電力と第2電力との合成された波形(合成波形)を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the combined waveform (composite waveform) of the 1st electric power and the 2nd electric power according to 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態による電動機駆動装置の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the motor drive device by 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態による第1単相フルブリッジ回路における基本波出力電圧(電圧ベクトル)を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the fundamental wave output voltage (voltage vector) in the 1st single phase full bridge circuit by 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態による第2単相フルブリッジ回路における基本波出力電圧(電圧ベクトル)を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the fundamental wave output voltage (voltage vector) in the 2nd single phase full bridge circuit by 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態による各インバータユニットの基本波出力電圧ベクトルを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the fundamental wave output voltage vector of each inverter unit according to 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態による第1電力と第2電力との合成された波形(合成波形)を示す図である。It is a figure which shows the combined waveform (composite waveform) of the 1st electric power and the 2nd electric power by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第1および第2実施形態の変形例による電動機駆動装置の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the electric motor drive device by the modification of 1st and 2nd Embodiment of this invention.

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described with reference to the drawings.

[第1実施形態]
(電動機駆動装置の構成)
図1~図5を参照して、第1実施形態による電動機駆動装置100の構成について説明する。
[First Embodiment]
(Composition of motor drive device)
The configuration of the motor drive device 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5.

図1に示すように、電動機駆動装置100は、直流電源101からの直流の電力を、複数相(n相:nは3以上の整数)の交流の電力に変換するとともに、複数相の交流の電力を電動機102(負荷)に出力するように構成されている。直流電源101は、好ましくは、単一の直流電源装置として構成されている。 As shown in FIG. 1, the motor drive device 100 converts the DC power from the DC power supply 101 into a multi-phase (n-phase: n is an integer of 3 or more) AC power, and also converts the multi-phase AC power. It is configured to output electric power to the motor 102 (load). The DC power supply 101 is preferably configured as a single DC power supply device.

電動機102は、好ましくは、複数相(多相)巻線交流電動機(モーター)として構成されている。たとえば、電動機102は、船舶を推進させるためのプロペラを回転させるモータとして構成されている。具体的には、電動機102には、互いに絶縁されたn個の巻線120が設けられている。n個の巻線120は、複数の第1巻線121と複数の第2巻線122とを含む。複数の第1巻線121は、互いに絶縁されており、m個(mは3以上の整数)設けられている。複数の第2巻線122は、互いに絶縁されており、m個(mは3以上の整数)設けられている。ここで、mは、nの半数である。そして、m個の第1巻線121には、それぞれ、異なる相の交流の電力が供給される。また、m個の第2巻線122には、それぞれ、異なる相の交流の電力が供給される。すなわち、電動機102は、n相のモータとして構成されている。 The electric motor 102 is preferably configured as a multi-phase (multi-phase) winding AC motor (motor). For example, the electric motor 102 is configured as a motor for rotating a propeller for propelling a ship. Specifically, the motor 102 is provided with n windings 120 that are insulated from each other. The n windings 120 include a plurality of first windings 121 and a plurality of second windings 122. The plurality of first windings 121 are insulated from each other, and m pieces (m is an integer of 3 or more) are provided. The plurality of second windings 122 are isolated from each other, and m pieces (m is an integer of 3 or more) are provided. Here, m is half of n. Then, AC power of different phases is supplied to each of the m first windings 121. Further, AC power of different phases is supplied to each of the m second windings 122. That is, the electric motor 102 is configured as an n-phase motor.

電動機駆動装置100は、電動機102に複数相の交流の電力を出力するm個のインバータユニット1を備える。なお、図1では、m個のインバータユニット1に、順に、符号「U1」、「U2」、・・・、「Um」を付すことにより互いに区別して図示している。また、各インバータユニット1と電動機102とは、たとえば、配線103(符号W11、W12、・・・、W1m、W21、W22、・・・、W2m)により接続されている。具体的には、第1(U1)のインバータユニット1と電動機102とは、配線103(W11およびW21)を介して接続されている。また、第m(Um)のインバータユニット1と電動機102とは、配線103(W1mおよびW2m)を介して接続されている。 The motor drive device 100 includes m inverter units 1 that output a plurality of phases of alternating current power to the motor 102. In addition, in FIG. 1, the m inverter units 1 are sequentially illustrated by assigning reference numerals “U1”, “U2”, ..., “Um” to distinguish them from each other. Further, each inverter unit 1 and the electric motor 102 are connected by, for example, wiring 103 (reference numerals W11, W12, ..., W1m, W21, W22, ..., W2m). Specifically, the first (U1) inverter unit 1 and the electric motor 102 are connected via wiring 103 (W11 and W21). Further, the m (Um) inverter unit 1 and the electric motor 102 are connected to each other via wiring 103 (W1m and W2m).

m個のインバータユニット1には、それぞれ、第1巻線121に接続された第1単相フルブリッジ回路10と、第2巻線122に接続された第2単相フルブリッジ回路20と、第1単相フルブリッジ回路10の直流電源101側の電源側正極端子11および電源側負極端子12に接続されているとともに、第2単相フルブリッジ回路20の直流電源101側の電源側正極端子21および電源側負極端子22に接続されている共通コンデンサ30と、筐体40とが設けられている。たとえば、第1単相フルブリッジ回路10と第2単相フルブリッジ回路20と共通コンデンサ30とは、共通の筐体40に配置(実装)されている。また、直流電源101の正極端子P(P1、P2、・・・、Pm)と、負極端子N(N1、N2、・・・、Nm)とは、第1単相フルブリッジ回路10および第2単相フルブリッジ回路20に、それぞれ、接続されている。また、直流電源101から正極端子P1に入力される電流をid1aとする。また、第1単相フルブリッジ回路10に流入する電流をid1-1とし、第2単相フルブリッジ回路20に流入する電流をid2-1する。また、共通コンデンサ30から流れる電流をic1とすると、上記式(11)が成り立つ。なお、第1のインバータユニット1に限らず、第2~第mのインバータユニット1においても、上記式(11)と同様の関係が成り立つ。 The m inverter units 1 have a first single-phase full bridge circuit 10 connected to the first winding 121, a second single-phase full bridge circuit 20 connected to the second winding 122, and a second, respectively. 1 Connected to the power supply side positive terminal 11 on the DC power supply 101 side of the single-phase full bridge circuit 10 and the power supply side negative terminal 12, and the power supply side positive terminal 21 on the DC power supply 101 side of the second single-phase full bridge circuit 20. A common capacitor 30 connected to the power supply side negative terminal terminal 22 and a housing 40 are provided. For example, the first single-phase full bridge circuit 10, the second single-phase full bridge circuit 20, and the common capacitor 30 are arranged (mounted) in a common housing 40. Further, the positive electrode terminals P (P1, P2, ..., Pm) of the DC power supply 101 and the negative electrode terminals N (N1, N2, ..., Nm) are the first single-phase full bridge circuit 10 and the second. Each is connected to the single-phase full bridge circuit 20. Further, the current input from the DC power supply 101 to the positive electrode terminal P1 is defined as id1a. Further, the current flowing into the first single-phase full bridge circuit 10 is set to id1-1, and the current flowing into the second single-phase full bridge circuit 20 is set to id2-1. Further, assuming that the current flowing from the common capacitor 30 is ic1, the above equation (11) holds. It should be noted that not only the first inverter unit 1 but also the second to mth inverter units 1 have the same relationship as the above equation (11).

m個のインバータユニット1の各第1単相フルブリッジ回路10は、電圧va1-1、va1-2、・・・、va1-m(以下、特に区別しない場合、「電圧va1」とする)を出力し、各第2単相フルブリッジ回路20は、電圧va2-1、va2-2、・・・、va2-m(以下、特に区別しない場合、「電圧va2」とする)を出力する。以下、m個のインバータユニット1のうちの第1(U1)のインバータユニット1について説明するが、第2(U2)~第m(Um)のインバータユニット1は、第1のインバータユニット1と同様に構成されているため、説明を省略する。なお、電圧va1は、特許請求の範囲の「第1基本波出力電圧」の一例であり、電圧va2は、特許請求の範囲の「第2基本波出力電圧」の一例である。 Each of the first single-phase full bridge circuits 10 of the m inverter units 1 has voltages va1-1, va1-2, ..., Va1-m (hereinafter, referred to as "voltage va1" unless otherwise specified). Each second single-phase full bridge circuit 20 outputs voltages va2-1, va2-2, ..., Va2-m (hereinafter, referred to as "voltage va2" unless otherwise specified). Hereinafter, the first (U1) inverter unit 1 of the m inverter units 1 will be described, but the second (U2) to m (Um) inverter units 1 are the same as the first inverter unit 1. Since it is configured in, the description is omitted. The voltage va1 is an example of the "first fundamental wave output voltage" in the claims, and the voltage va2 is an example of the "second fundamental wave output voltage" in the claims.

ここで、第1実施形態では、電動機駆動装置100は、m=6として、n=12として構成されている。すなわち、電動機駆動装置100は、12相の交流の電力を出力するように構成されている。また、電動機102は、12相の交流電動機として構成されている。 Here, in the first embodiment, the motor drive device 100 is configured with m = 6 and n = 12. That is, the motor drive device 100 is configured to output 12-phase alternating current power. Further, the motor 102 is configured as a 12-phase AC motor.

第1単相フルブリッジ回路10および第2単相フルブリッジ回路20は、それぞれ、単相インバータ動作を行う回路として構成されている。具体的には、第1単相フルブリッジ回路10では、複数(たとえば、4個)のスイッチング素子13と、複数のスイッチング素子13のそれぞれに逆並列に接続されたダイオード14とにより、フルブリッジ回路が構成されている。第2単相フルブリッジ回路20においても、第1単相フルブリッジ回路10と同様に、スイッチング素子23およびダイオード24からなるフルブリッジ回路が構成されている。 The first single-phase full bridge circuit 10 and the second single-phase full bridge circuit 20 are respectively configured as circuits that perform single-phase inverter operation. Specifically, in the first single-phase full bridge circuit 10, a full bridge circuit is provided by a plurality of (for example, four) switching elements 13 and diodes 14 connected in antiparallel to each of the plurality of switching elements 13. Is configured. Similarly to the first single-phase full-bridge circuit 10, the second single-phase full-bridge circuit 20 also comprises a full-bridge circuit including a switching element 23 and a diode 24.

ここで、第1実施形態では、スイッチング素子13および23、および、ダイオード14および24、のうちの少なくとも一方、好ましくは両方が、炭化珪素(SiC)を含む。スイッチング素子13および23は、たとえば、炭化珪素を含む電界効果型の半導体素子(SiC-MOSFET)として構成されている。ダイオード14および24は、たとえば、炭化珪素を含むフリーホイールダイオード(SiC-FWD)である。 Here, in the first embodiment, at least one of the switching elements 13 and 23 and the diodes 14 and 24, preferably both, contains silicon carbide (SiC). The switching elements 13 and 23 are configured as, for example, a field effect type semiconductor element (SiC-PWM) containing silicon carbide. Diodes 14 and 24 are, for example, freewheel diodes (SiC-FWD) containing silicon carbide.

そして、第1単相フルブリッジ回路10の出力側端子15aおよび15bは、対応する第1巻線121に配線103(符号W11)を介して接続されている。第1単相フルブリッジ回路10は、電圧va1-1を出力する。その結果、第1巻線121には基本波出力電流ia1-1(以下「電流ia1-1」とする)が流れる。このとき、第1単相フルブリッジ回路10から出力される電力を第1電力p1-1とする。 The output side terminals 15a and 15b of the first single-phase full bridge circuit 10 are connected to the corresponding first winding 121 via wiring 103 (reference numeral W11). The first single-phase full bridge circuit 10 outputs the voltage va1-1. As a result, the fundamental wave output current ia1-1 (hereinafter referred to as "current ia1-1") flows through the first winding 121. At this time, the power output from the first single-phase full bridge circuit 10 is defined as the first power p1-1.

また、第2単相フルブリッジ回路20の出力側端子25aおよび25bは、対応する第2巻線122に配線103(符号W21)を介して接続されている。第2単相フルブリッジ回路20は、電圧va2-1を出力する。その結果、第2巻線122には、基本波出力電流ia2-1(以下「電流ia2-1」とする)が流れる。このとき、第2単相フルブリッジ回路20から出力される電力を第2電力p2-1とする。 Further, the output side terminals 25a and 25b of the second single-phase full bridge circuit 20 are connected to the corresponding second winding 122 via the wiring 103 (reference numeral W21). The second single-phase full bridge circuit 20 outputs the voltage va2-1. As a result, the fundamental wave output current ia2-1 (hereinafter referred to as “current ia2-1”) flows through the second winding 122. At this time, the power output from the second single-phase full bridge circuit 20 is defined as the second power p2-1.

電動機駆動装置100には、制御部50が設けられている。制御部50は、第1単相フルブリッジ回路10に設けられている各スイッチング素子13、および、第2単相フルブリッジ回路20に設けられている各スイッチング素子23に制御信号(ゲート駆動信号)を伝達することにより、各スイッチング素子13および各スイッチング素子23を駆動させる(オンオフさせる)ように構成されている。 The motor drive device 100 is provided with a control unit 50. The control unit 50 controls signals (gate drive signals) to each switching element 13 provided in the first single-phase full bridge circuit 10 and each switching element 23 provided in the second single-phase full bridge circuit 20. Is configured to drive (turn on / off) each switching element 13 and each switching element 23 by transmitting the above.

また、第1単相フルブリッジ回路10の電源側正極端子11と、第2単相フルブリッジ回路20の電源側正極端子21とは、直流電源101の正極端子P(P1)に接続されている。また、第1単相フルブリッジ回路10の電源側負極端子12と、第2単相フルブリッジ回路20の電源側負極端子22とは、直流電源101の負極端子N(N1)に接続されている。 Further, the power supply side positive electrode terminal 11 of the first single-phase full bridge circuit 10 and the power supply side positive electrode terminal 21 of the second single-phase full bridge circuit 20 are connected to the positive electrode terminal P (P1) of the DC power supply 101. .. Further, the power supply side negative electrode terminal 12 of the first single-phase full bridge circuit 10 and the power supply side negative electrode terminal 22 of the second single-phase full bridge circuit 20 are connected to the negative electrode terminal N (N1) of the DC power supply 101. ..

ここで、第1実施形態では、共通コンデンサ30は、たとえば、単一のコンデンサC1として構成されている。具体的には、共通コンデンサ30は、直流電源101と、第1単相フルブリッジ回路10および第2単相フルブリッジ回路20との間に配置されており、インバータユニット1における平滑コンデンサ(直流コンデンサ)として機能する。具体的には、共通コンデンサ30の正極端子31は、第1単相フルブリッジ回路10の電源側正極端子11および第2単相フルブリッジ回路20の電源側正極端子21と、正極端子P(P1)に接続されている。また、共通コンデンサ30の負極端子32は、第1単相フルブリッジ回路10の電源側負極端子12および第2単相フルブリッジ回路20の電源側負極端子22と、負極端子N(N1)に接続されている。 Here, in the first embodiment, the common capacitor 30 is configured as, for example, a single capacitor C1. Specifically, the common capacitor 30 is arranged between the DC power supply 101 and the first single-phase full bridge circuit 10 and the second single-phase full bridge circuit 20, and is a smoothing capacitor (DC capacitor) in the inverter unit 1. ) Functions. Specifically, the positive electrode terminal 31 of the common capacitor 30 includes the power supply side positive electrode terminal 11 of the first single-phase full bridge circuit 10, the power supply side positive electrode terminal 21 of the second single-phase full bridge circuit 20, and the positive electrode terminal P (P1). )It is connected to the. Further, the negative electrode terminal 32 of the common capacitor 30 is connected to the power supply side negative electrode terminal 12 of the first single-phase full bridge circuit 10 and the power supply side negative electrode terminal 22 of the second single-phase full bridge circuit 20 and the negative electrode terminal N (N1). Has been done.

(制御部の構成)
制御部50は、たとえば、中央処理装置(CPU:Central Processing Unit)からなり、制御プログラムに基づいて、m個のインバータユニット1の各第1単相フルブリッジ回路10から出力される電圧va1-1、va1-2、・・・、va1-mおよび各第2単相フルブリッジ回路20から出力される電圧va2-1、va2-2、・・・、va2-mの振幅、周波数および位相を制御するように構成されている。また、制御部50には、ゲート駆動回路が設けられており、ゲート駆動回路は各スイッチング素子13および各スイッチング素子23にゲート駆動信号を伝達するように構成されている。
(Structure of control unit)
The control unit 50 is composed of, for example, a central processing unit (CPU: Central Processing Unit), and is a voltage va1-1 output from each first single-phase full bridge circuit 10 of m inverter units 1 based on a control program. , Va1-2, ..., va1-m and the amplitude, frequency and phase of the voltages va2-1, va2-2, ..., va2-m output from each second single-phase full bridge circuit 20. It is configured to do. Further, the control unit 50 is provided with a gate drive circuit, and the gate drive circuit is configured to transmit a gate drive signal to each switching element 13 and each switching element 23.

ここで、第1実施形態では、制御部50は、第1(U1)のインバータユニット1において、第1巻線121に出力される電力p1-1と、第2巻線122に出力される電力p2-1との共通コンデンサ30における合成波形の脈動成分の振幅が、電力p1-1または電力p2-1のいずれか一方の脈動成分の振幅VIの2分の1以下となるように、第1単相フルブリッジ回路10と第2単相フルブリッジ回路20とを制御するように構成されている。 Here, in the first embodiment, the control unit 50 receives the electric power p1-1 output to the first winding 121 and the electric power output to the second winding 122 in the first (U1) inverter unit 1. First, the amplitude of the pulsating component of the combined waveform in the common capacitor 30 with p2-1 is less than half of the amplitude VI of the pulsating component of either the power p1-1 or the power p2-1. It is configured to control the single-phase full bridge circuit 10 and the second single-phase full bridge circuit 20.

具体的には、第1のインバータユニット1において、第2単相フルブリッジ回路20は、第1単相フルブリッジ回路10が接続される第1巻線121との位相差が60度以上120度以下となる第2巻線122に接続されている。そして、第2単相フルブリッジ回路20は、第1単相フルブリッジ回路10が第1巻線121に対して出力する第1電圧va1-1に対して60度以上120度以下の位相差となる第2電圧va2-1を出力する。 Specifically, in the first inverter unit 1, the second single-phase full bridge circuit 20 has a phase difference of 60 degrees or more and 120 degrees from the first winding 121 to which the first single-phase full bridge circuit 10 is connected. It is connected to the following second winding 122. The second single-phase full bridge circuit 20 has a phase difference of 60 degrees or more and 120 degrees or less with respect to the first voltage va1-1 output by the first single-phase full bridge circuit 10 to the first winding 121. The second voltage v2-1 is output.

好ましくは、第1実施形態では、同一のインバータユニット1において、第1単相フルブリッジ回路10は第1巻線121に接続されており、図2に示すように、第2単相フルブリッジ回路20は第1巻線121と最も90度に近い位相差となる第2巻線122に接続されている。したがって、第2単相フルブリッジ回路20は、第1単相フルブリッジ回路10が出力する第1電圧va1の位相に対して最も90度に近い位相差である第2電圧va2を出力する。 Preferably, in the first embodiment, in the same inverter unit 1, the first single-phase full bridge circuit 10 is connected to the first winding 121, and as shown in FIG. 2, the second single-phase full bridge circuit 20 is connected to the second winding 122, which has a phase difference closest to 90 degrees with the first winding 121. Therefore, the second single-phase full bridge circuit 20 outputs the second voltage va2, which has a phase difference closest to 90 degrees with respect to the phase of the first voltage va1 output by the first single-phase full bridge circuit 10.

すなわち、制御部50は、同一のインバータユニット1において、第1電圧va1の位相と、第2電圧va2の位相との位相差が、60度以上120度以下(好ましくは、略90度)となるように、第1単相フルブリッジ回路10および第2単相フルブリッジ回路20を制御するように構成されている。 That is, in the same inverter unit 1, the control unit 50 has a phase difference between the phase of the first voltage va1 and the phase of the second voltage va2 of 60 degrees or more and 120 degrees or less (preferably about 90 degrees). As described above, it is configured to control the first single-phase full bridge circuit 10 and the second single-phase full bridge circuit 20.

具体的には、図2に示すように、制御部50は、m個のインバータユニット1の第1単相フルブリッジ回路10からm個の第1巻線121に出力される電圧va1-1、va1-2、・・・、va1-mを制御するとともに、m個のインバータユニット1の第2単相フルブリッジ回路20からm個の第2巻線122に出力される電圧va2-1、va2-2、・・・、v2-mを制御するように構成されている。 Specifically, as shown in FIG. 2, the control unit 50 has a voltage va1-1, which is output from the first single-phase full bridge circuit 10 of the m inverter units 1 to the first winding 121 of the m pieces. While controlling va1-2, ..., Va1-m, the voltages va2-1 and va2 output from the second single-phase full bridge circuit 20 of the m inverter units 1 to the second winding 122 of the m pieces. -2, ..., It is configured to control v2-m.

すなわち、制御部50は、m個のインバータユニット1から電動機102のn相(12相)の巻線に対して出力され、基本波出力電圧ベクトルvb1、vb2、・・・、vbn(12)(以下、「電圧ベクトルvb」とする)が等角度間隔で(基本波出力電圧が等しい位相差をもって)出力されるように、各インバータユニット1の出力電圧を制御するように構成されている。詳細には、制御部50は、電圧ベクトルvb同士の位相差が、360度をnにより除した角度分ずれるように各第1単相フルブリッジ回路10および各第2単相フルブリッジ回路20の出力電圧を制御するように構成されている。なお、360度をnにより除した角度は、特許請求の範囲の「所定角度」の一例である。また、電圧ベクトルvbx(xは奇数)は、特許請求の範囲の「第1電圧ベクトル」の一例である。また、電圧ベクトルvby(yは偶数)は、特許請求の範囲の「第2電圧ベクトル」の一例である。 That is, the control unit 50 is output from the m inverter units 1 to the windings of the n-phase (12-phase) of the electric motor 102, and the fundamental wave output voltage vectors vb1, vb2, ..., Vbn (12) ( Hereinafter, the output voltage of each inverter unit 1 is controlled so that the "voltage vector vb") is output at equal angular intervals (with the same phase difference in the fundamental wave output voltage). Specifically, the control unit 50 of each first single-phase full bridge circuit 10 and each second single-phase full bridge circuit 20 so that the phase difference between the voltage vectors vb is deviated by an angle obtained by dividing 360 degrees by n. It is configured to control the output voltage. The angle obtained by dividing 360 degrees by n is an example of the "predetermined angle" in the claims. Further, the voltage vector vbx (x is an odd number) is an example of the "first voltage vector" in the claims. Further, the voltage vector vby (y is an even number) is an example of the "second voltage vector" in the claims.

図2に示すように、m=6とすると、制御部50は、電圧va1-1、va1-2、および、va1-3の位相が順に30度ずつずれるように、かつ、電圧va1-4、va1-5、および、va1-6の位相が順に30度ずつずれるように、さらに電圧va1-1と電圧va1-4の位相差が180度となるように、各第1単相フルブリッジ回路10を制御するように構成されている。また、制御部50は、電圧va2-1、va2-2、および、va2-3の位相が順に30度ずつずれるように、かつ、電圧va2-4、va2-5、および、va2-6の位相が順に30度ずつずれるように、さらに電圧va2-1と電圧va2-4の位相差が180度となるように、各第2単相フルブリッジ回路20を制御するように構成されている。 As shown in FIG. 2, when m = 6, the control unit 50 shifts the phases of the voltages va1-1, va1-2, and va1-3 by 30 degrees in order, and the voltage va1-4, Each first single-phase full bridge circuit 10 so that the phases of va1-5 and va1-6 are shifted by 30 degrees in order, and the phase difference between the voltage va1-1 and the voltage va1-4 is 180 degrees. Is configured to control. Further, the control unit 50 arranges that the phases of the voltages va2-1, va2-2, and va2-3 are sequentially shifted by 30 degrees, and the phases of the voltages va2-4, va2-5, and va2-6. Is configured to control each second single-phase full bridge circuit 20 so that the voltage is shifted by 30 degrees in order and the phase difference between the voltage va2-1 and the voltage va2-4 is 180 degrees.

たとえば、図2の例では、第1のインバータユニット1において、第1単相フルブリッジ回路10が第1巻線121に接続されており、第2単相フルブリッジ回路20は第1巻線121と90度の位相差となる第2巻線122に接続されている。この場合、第1単相フルブリッジ回路10が出力する電圧va1-1(電圧ベクトルvb1)の位相と第2単相フルブリッジ回路20が出力する電圧va2-1(電圧ベクトルvb4)の位相との位相差は、90度である。第2のインバータユニット1~第6のインバータユニット1においても、第1のインバータユニット1と同様に、第1単相フルブリッジ回路10が出力する電圧va1-2~1-6の位相と第2単相フルブリッジ回路20が出力する電圧va2-2~2-6の位相との位相差は、それぞれ、90度である。 For example, in the example of FIG. 2, in the first inverter unit 1, the first single-phase full bridge circuit 10 is connected to the first winding 121, and the second single-phase full bridge circuit 20 is the first winding 121. It is connected to the second winding 122 which has a phase difference of 90 degrees. In this case, the phase of the voltage va1-1 (voltage vector vb1) output by the first single-phase full bridge circuit 10 and the phase of the voltage va2-1 (voltage vector vb4) output by the second single-phase full bridge circuit 20. The phase difference is 90 degrees. In the second inverter units 1 to 6, as in the first inverter unit 1, the phase of the voltage va1-2 to 1-6 output by the first single-phase full bridge circuit 10 and the second phase. The phase difference from the phase of the voltage va2-2 to 2-6 output by the single-phase full bridge circuit 20 is 90 degrees, respectively.

これにより、図4に示すように、電圧va1-1の波形(正弦波)の位相と、電圧va2-1の波形(正弦波)の位相とは、90度(=π/2)の位相差となる。電流ia1-1の波形(正弦波)の位相と、電流ia2-1の波形(正弦波)の位相とは、90度(=π/2)の位相差となる。なお、図4では、力率がcosθ=0.8となる例を示している。また、電圧va1-1の振幅および電圧va2-1の波形の振幅を、Vとし、電流ia1-1の振幅および電流ia2-1を、Iとした場合、電力p1-1の波形は、以下の式(15)により表され、電力p2-1の波形は、以下の式(16)により表される。

Figure 0007091885000009
As a result, as shown in FIG. 4, the phase of the waveform (sine wave) of the voltage va1-1 and the phase of the waveform (sine wave) of the voltage va2-1 have a phase difference of 90 degrees (= π / 2). Will be. The phase of the waveform (sine wave) of the current ia1-1 and the phase of the waveform (sine wave) of the current ia2-1 have a phase difference of 90 degrees (= π / 2). Note that FIG. 4 shows an example in which the power factor is cos θ = 0.8. When the amplitude of the voltage va1-1 and the amplitude of the waveform of the voltage va2-1 are V, and the amplitude of the current ia1-1 and the current ia2-1 are I, the waveform of the power p1-1 is as follows. It is represented by the formula (15), and the waveform of the power p2-1 is represented by the following formula (16).
Figure 0007091885000009

この場合、図5に示すように、電力p1-1と電力p2-1とが合成された電力(p1-1+p2-1)の波形は、0.8VIとなり、一定値となる。すなわち、電力(p1-1+p2-1)は、以下式(17)により表される。

Figure 0007091885000010
In this case, as shown in FIG. 5, the waveform of the electric power (p1-1 + p2-1) in which the electric power p1-1 and the electric power p2-1 are combined becomes 0.8VI, which is a constant value. That is, the electric power (p1-1 + p2-1) is expressed by the following equation (17).
Figure 0007091885000010

これにより、第1実施形態では、第1のインバータユニット1において、電力(p1-1+p2-1)の脈動成分は、略0(高調波成分等を無視した場合、0)となる。したがって、第1のインバータユニット1において、共通コンデンサ30に流れる電流の脈動成分が低減される。そして、第2(U2)~第6(U6)のインバータユニット1においても、第1のインバータユニット1と同様に、共通コンデンサ30に流れる電流の脈動成分が低減される。 As a result, in the first embodiment, in the first inverter unit 1, the pulsating component of the electric power (p1-1 + p2-1) becomes substantially 0 (0 when the harmonic component and the like are ignored). Therefore, in the first inverter unit 1, the pulsating component of the current flowing through the common capacitor 30 is reduced. Further, in the second (U2) to sixth (U6) inverter units 1, the pulsating component of the current flowing through the common capacitor 30 is reduced as in the first inverter unit 1.

[第1実施形態の効果]
第1実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
[Effect of the first embodiment]
In the first embodiment, the following effects can be obtained.

第1実施形態では、上記のように、m個のインバータユニット1には、それぞれ、第1単相フルブリッジ回路10と第2単相フルブリッジ回路20および単一の共通コンデンサ30を設ける。これにより、単相フルブリッジ回路と平滑コンデンサとを備えたm個のインバータユニットを2組設ける場合に比べて、部品点数を低減することができる。 In the first embodiment, as described above, the m inverter units 1 are provided with a first single-phase full bridge circuit 10, a second single-phase full bridge circuit 20, and a single common capacitor 30, respectively. As a result, the number of parts can be reduced as compared with the case where two sets of m inverter units equipped with a single-phase full bridge circuit and a smoothing capacitor are provided.

また、第1実施形態では、上記のように、制御部50を、同一のインバータユニット1において、第1電圧va1と第2電圧va2との位相差が60度以上120度以下となるように、第1単相フルブリッジ回路10と第2単相フルブリッジ回路20とを制御するように構成する。これにより、共通コンデンサ30に流れる電流の脈動成分の振幅を、1つの単相フルブリッジ回路のみがコンデンサに接続されている場合の振幅の2分の1以下に抑制することができる。これにより、共通コンデンサ30に流れる脈動成分を低減することができ、共通コンデンサ30の責務を低減することができる。 Further, in the first embodiment, as described above, in the same inverter unit 1, the phase difference between the first voltage va1 and the second voltage va2 is 60 degrees or more and 120 degrees or less. It is configured to control the first single-phase full bridge circuit 10 and the second single-phase full bridge circuit 20. As a result, the amplitude of the pulsating component of the current flowing through the common capacitor 30 can be suppressed to less than half of the amplitude when only one single-phase full bridge circuit is connected to the capacitor. As a result, the pulsating component flowing through the common capacitor 30 can be reduced, and the responsibility of the common capacitor 30 can be reduced.

また、第1実施形態では、上記のように、制御部50を、第1電圧va1と第2電圧va2との位相差が、基本波出力電圧同士の位相差のうちの最も90度に近い位相差に対応する状態となるように、第1単相フルブリッジ回路10および第2単相フルブリッジ回路20を制御するように構成する。これにより、インバータユニット1において、第1電圧va1と第2電圧va2との位相差が略90度となるように、第1単相フルブリッジ回路10と第2単相フルブリッジ回路20とを制御することができる。この結果、共通コンデンサ30に流れる脈動成分をより一層低減することができる。これにより、共通コンデンサ30における電力損失を大幅に低減することができ、インバータユニット1の効率を向上することができる。また、共通コンデンサ30に流れる脈動成分をより一層低減することができることにより、共通コンデンサ30の温度上昇を抑制することができ、共通コンデンサ30の長寿命化を図ることができる。そして、共通コンデンサ30に流れる脈動成分をより一層低減することができるので、共通コンデンサ30の容量を小さくすることができ、共通コンデンサ30をより一層小型化することができる。 Further, in the first embodiment, as described above, in the control unit 50, the phase difference between the first voltage va1 and the second voltage va2 is close to 90 degrees among the phase differences between the fundamental wave output voltages. The first single-phase full bridge circuit 10 and the second single-phase full bridge circuit 20 are configured to be controlled so as to be in a state corresponding to the phase difference. As a result, in the inverter unit 1, the first single-phase full bridge circuit 10 and the second single-phase full bridge circuit 20 are controlled so that the phase difference between the first voltage va1 and the second voltage va2 is approximately 90 degrees. can do. As a result, the pulsating component flowing through the common capacitor 30 can be further reduced. As a result, the power loss in the common capacitor 30 can be significantly reduced, and the efficiency of the inverter unit 1 can be improved. Further, since the pulsating component flowing through the common capacitor 30 can be further reduced, the temperature rise of the common capacitor 30 can be suppressed, and the life of the common capacitor 30 can be extended. Since the pulsating component flowing through the common capacitor 30 can be further reduced, the capacity of the common capacitor 30 can be further reduced, and the common capacitor 30 can be further miniaturized.

また、第1実施形態では、上記のように、スイッチング素子13(23)およびダイオード14(24)の少なくとも一方は、炭化珪素を含む。これにより、スイッチング素子13(23)およびダイオード14(24)の両方を、シリコンにより構成される素子により構成する場合に比べて、電力損失を低減することができる。この結果、第1単相フルブリッジ回路10および第2単相フルブリッジ回路20の冷却機構部を小型化することができるので、第1単相フルブリッジ回路10および第2単相フルブリッジ回路20を同一のインバータユニット1に容易に配置(単一のユニットとして容易に構成)することができる。 Further, in the first embodiment, as described above, at least one of the switching element 13 (23) and the diode 14 (24) contains silicon carbide. As a result, the power loss can be reduced as compared with the case where both the switching element 13 (23) and the diode 14 (24) are configured by the element made of silicon. As a result, the cooling mechanism portion of the first single-phase full bridge circuit 10 and the second single-phase full bridge circuit 20 can be miniaturized, so that the first single-phase full bridge circuit 10 and the second single-phase full bridge circuit 20 can be miniaturized. Can be easily arranged in the same inverter unit 1 (easily configured as a single unit).

[第2実施形態]
次に、図6~図10を参照して、第2実施形態の電動機駆動装置200の構成について説明する。第2実施形態による電動機駆動装置200では、mが偶数として構成されていた第1実施形態による電動機駆動装置100と異なり、mが奇数として構成され、奇数のm相の交流の電力が電動機302に供給されるように構成されている。なお、上記第1実施形態と同一の構成については、図中において同じ符号を付して図示し、その説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, the configuration of the motor drive device 200 of the second embodiment will be described with reference to FIGS. 6 to 10. In the motor drive device 200 according to the second embodiment, unlike the motor drive device 100 according to the first embodiment in which m is configured as an even number, m is configured as an odd number, and an alternating current power of an odd number of m phases is transmitted to the motor 302. It is configured to be supplied. The same configuration as that of the first embodiment is shown with the same reference numerals in the drawings, and the description thereof will be omitted.

図6に示すように、第2実施形態では、電動機駆動装置200は、奇数のm個のインバータユニット201と、各インバータユニット201の駆動を制御する制御部250とを含む。m個の各インバータユニット201には、第1単相フルブリッジ回路210と第2単相フルブリッジ回路220と、第1単相フルブリッジ回路210と第2単相フルブリッジ回路220とに接続されている共通コンデンサ30とが設けられている。また、電動機302には、n個(mの2倍)の巻線320が設けられている。そして、第1単相フルブリッジ回路210は、巻線320のうちの第1巻線321に接続されている。第2単相フルブリッジ回路220は、巻線320のうちの第2巻線322に接続されている。 As shown in FIG. 6, in the second embodiment, the motor drive device 200 includes an odd number of m inverter units 201 and a control unit 250 that controls the drive of each inverter unit 201. Each of the m inverter units 201 is connected to a first single-phase full bridge circuit 210 and a second single-phase full bridge circuit 220, and a first single-phase full bridge circuit 210 and a second single-phase full bridge circuit 220. A common capacitor 30 is provided. Further, the electric motor 302 is provided with n windings 320 (twice m). The first single-phase full bridge circuit 210 is connected to the first winding 321 of the windings 320. The second single-phase full bridge circuit 220 is connected to the second winding 322 of the winding 320.

第2実施形態では、制御部250は、m個のインバータユニット201において、図7に示す第1巻線321に出力されるm相の電圧va11-1~va11-m(以下、特に区別しない場合、「電圧va11」とする)と、図8に示す第2巻線322に出力されるm相の電圧va12-1~va12-m(以下、特に区別しない場合、「電圧va12」とする)とが同期するように第1単相フルブリッジ回路210および第2単相フルブリッジ回路220を制御する。 In the second embodiment, the control unit 250 has m-phase voltages va11-1 to va11-m (hereinafter, when not particularly distinguished) output to the first winding 321 shown in FIG. 7 in the m inverter units 201. , "Voltage va11") and the m-phase voltages va12-1 to va12-m (hereinafter, "voltage va12" unless otherwise specified) output to the second winding 322 shown in FIG. Control the first single-phase full bridge circuit 210 and the second single-phase full bridge circuit 220 so that they are synchronized with each other.

具体的には、制御部250は、各インバータユニット201の第1単相フルブリッジ回路210の電圧ベクトルvb11-1~vb11-mを、360度をmにより除した位相差になるように制御するように構成されている。また、制御部250は、各インバータユニット201の第2単相フルブリッジ回路220の電圧ベクトルvb12-1~vb12-mを、360度をmにより除した位相差になるように制御するように構成されている。なお、360度をmにより除した位相差は、特許請求の範囲の「所定角度」の一例である。また、電圧ベクトルvb11-1~vb11-mは、特許請求の範囲の「第1の基本波出力電圧ベクトル群」の一例であり、電圧ベクトルvb12-1~vb12-mは、特許請求の範囲の「第2の基本波出力電圧ベクトル群」の一例である。 Specifically, the control unit 250 controls the voltage vectors vb11-1 to vb11-m of the first single-phase full bridge circuit 210 of each inverter unit 201 so as to have a phase difference obtained by dividing 360 degrees by m. It is configured as follows. Further, the control unit 250 is configured to control the voltage vectors vb12-1 to vb12-m of the second single-phase full bridge circuit 220 of each inverter unit 201 so as to have a phase difference obtained by dividing 360 degrees by m. Has been done. The phase difference obtained by dividing 360 degrees by m is an example of the "predetermined angle" in the claims. Further, the voltage vectors vb11-1 to vb11-m are examples of the "first fundamental wave output voltage vector group" in the claims, and the voltage vectors vb12-1 to vb12-m are in the claims. This is an example of the “second fundamental wave output voltage vector group”.

そして、制御部250は、電圧va11-1(電圧ベクトルvb11-1)と電圧va12-1(電圧ベクトルvb12-1)とが同一の位相になるように、電圧va11-2と電圧va12-2とが同一の位相になるように、・・・、電圧va11-mと電圧va12-mとが同一の位相になるように各インバータユニット201の駆動を制御するように構成されている。すなわち、電圧va11-1~va11-mが印加される第1巻線321は、m相の第1の群の巻線を構成する。また、電圧va12-1~va12-mが印加される第2巻線322は、m相の第2の群の巻線を構成する。 Then, the control unit 250 sets the voltage va11-2 and the voltage va12-2 so that the voltage va11-1 (voltage vector vb11-1) and the voltage va12-1 (voltage vector vb12-1) have the same phase. ..., The drive of each inverter unit 201 is controlled so that the voltage va11-m and the voltage vah12-m have the same phase. That is, the first winding 321 to which the voltages va11-1 to va11-m are applied constitutes the winding of the first group of m-phase. Further, the second winding 322 to which the voltages va12-1 to va12-m are applied constitutes the winding of the second group of m-phase.

ここで、第2実施形態では、制御部250は、同一のインバータユニット201において、電圧va11の位相と、電圧va12の位相との位相差が、第1巻線321に出力されるm相の電圧va11-1~va11-mと、第2巻線322に出力されるm相の電圧va12-1~va12-mとの位相差のうちの最も90度に近い位相差(電圧ベクトルの組み合わせとなる)となるように、第1単相フルブリッジ回路210と第2単相フルブリッジ回路220とを制御する。 Here, in the second embodiment, in the same inverter unit 201, the phase difference between the phase of the voltage va11 and the phase of the voltage va12 is the m-phase voltage output to the first winding 321. Of the phase differences between va11-1 to va11-m and the m-phase voltages va12-1 to va12-m output to the second winding 322, the phase difference closest to 90 degrees (combination of voltage vectors). ), The first single-phase full bridge circuit 210 and the second single-phase full bridge circuit 220 are controlled.

たとえば、m=11の場合、11個のインバータユニット201は、図7に示す第1巻線321に出力される11相の電圧va11-1~va11-11と、図8に示す第2巻線322に出力される11相の電圧va12-1~va12-11とが同期するように交流の電力が出力されるように構成されている。詳細には、制御部250は、電圧va11-1(電圧ベクトルvb11-1)と電圧va12-1(電圧ベクトルvb12-1)とが同一の位相になるように、電圧va11-2と電圧va12-2とが同一の位相になるように、・・・、電圧va11-11と電圧va12-11とが同一の位相になるように各インバータユニット201の駆動を制御するように構成されている。 For example, when m = 11, the 11 inverter units 201 have 11-phase voltages va11-1 to va11-11 output to the first winding 321 shown in FIG. 7 and the second winding shown in FIG. The AC power is configured to be synchronized with the 11-phase voltages va12-1 to va12-11 output to 322. Specifically, the control unit 250 sets the voltage va11-2 and the voltage va12- so that the voltage va11-1 (voltage vector vb11-1) and the voltage va12-1 (voltage vector vb12-1) have the same phase. It is configured to control the drive of each inverter unit 201 so that the voltage v11-11 and the voltage v a12-11 have the same phase so that the voltage 2 and the voltage va11-11 have the same phase.

この場合、電圧ベクトルvb11-1と位相差が最も90度に近い値となるのは、電圧ベクトルvb11-4(vb12-4)および電圧ベクトルvb11-9(vb12-9)であり、98.2度(6π/11)となる。この場合、第2実施形態では、第1(U1)のインバータユニット201では、第1単相フルブリッジ回路210には、電圧ベクトルvb11-1に対応する電圧va11-1が印加されるとともに、第2単相フルブリッジ回路220には、電圧ベクトルvb12-4に対応する電圧va12-4が印加されるように、制御部により制御される。図9に示すように、第1のインバータユニット201以外の各インバータユニット201においても、第1単相フルブリッジ回路210に印加される電圧と、第2単相フルブリッジ回路220に印加される電圧との位相差が、98.2度(6π/11)となるように、制御部250により制御される。 In this case, it is the voltage vector vb11-4 (vb12-4) and the voltage vector vb11-9 (vb12-9) that have the phase difference closest to 90 degrees with the voltage vector vb11-1 and 98.2. Degree (6π / 11). In this case, in the second embodiment, in the first (U1) inverter unit 201, the voltage va11-1 corresponding to the voltage vector vb11-1 is applied to the first single-phase full bridge circuit 210, and the first one is The two-single-phase full bridge circuit 220 is controlled by the control unit so that the voltage va12-4 corresponding to the voltage vector vb12-4 is applied. As shown in FIG. 9, in each inverter unit 201 other than the first inverter unit 201, the voltage applied to the first single-phase full bridge circuit 210 and the voltage applied to the second single-phase full bridge circuit 220. The phase difference with and from is controlled by the control unit 250 so as to be 98.2 degrees (6π / 11).

そして、図10に、力率cosθを、第1実施形態と同様に、0.8を例とした場合に、電圧v11-1に対応する第1単相フルブリッジ回路210から出力される電力である第1電力p11-1と、電圧v12-4に対応する第2単相フルブリッジ回路220から出力される電力である第2電力p12-4と、第1電力p11-1と第2電力p12-4とが合成された波形(電力(p11-1+p12-4))を示す。この合成された波形は、上記式(17)において、α=6π/11(98.2度)とした波形に相当する。この場合、合成された波形の振幅は、約0.07×VIとなり、第1電力p11-1または第2電力p12-4の一方の振幅0.5×VIに比べて小さくなる。また、第2実施形態のその他の構成は、第1実施形態の構成と同様である。 Then, in FIG. 10, the power factor cos θ is the power output from the first single-phase full bridge circuit 210 corresponding to the voltage v11-1 when 0.8 is taken as an example, as in the first embodiment. A certain first power p11-1, a second power p12-4 which is a power output from a second single-phase full bridge circuit 220 corresponding to a voltage v12-4, a first power p11-1 and a second power p12. The waveform (power (p11-1 + p12-4)) in which -4 is combined is shown. This synthesized waveform corresponds to the waveform in which α = 6π / 11 (98.2 degrees) in the above equation (17). In this case, the amplitude of the combined waveform is about 0.07 × VI, which is smaller than the amplitude of either the first power p11-1 or the second power p12-4, 0.5 × VI. Further, the other configurations of the second embodiment are the same as the configurations of the first embodiment.

[第2実施形態の効果]
第2実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
[Effect of the second embodiment]
In the second embodiment, the following effects can be obtained.

第2実施形態では、上記のように、mは、nの半数でかつ奇数であり、制御部250を、m個のインバータユニット201から出力され、互いに360度をmにより除した位相差となるm個の電圧ベクトルvb11-1~11-mの群を構成するとともに、互いに360度をmにより除した位相差となるm個の電圧ベクトルvb12-1~12-mの群を構成ように、第1単相フルブリッジ回路210および第2単相フルブリッジ回路220を制御するように構成する。これにより、奇数であるm相の電力が供給される電動機302を駆動させる場合でも、奇数のm個のうちの1つの第1単相フルブリッジ回路210と、奇数のm個のうちの1つの第2単相フルブリッジ回路220とを同一のインバータユニット201に設けて、駆動させることができる。この結果、奇数であるm相の電力が供給される電動機302を駆動させる場合にも、電動機302を駆動させるため全てのインバータユニット201から出力される電力の脈動成分の振幅を低減することができるので、電動機駆動装置200に配置される全ての共通コンデンサ30において、電力損失の低減、温度上昇の抑制および長寿命化を行うことができる。なお、第2実施形態のその他の効果は、第1実施形態の効果と同様である。 In the second embodiment, as described above, m is a half of n and an odd number, and the control unit 250 is output from the m inverter units 201, and the phase difference is obtained by dividing 360 degrees by m. A group of m voltage vectors vb11-1 to 11-m is formed, and a group of m voltage vectors vb12-1 to 12-m having a phase difference obtained by dividing 360 degrees by m is formed. It is configured to control the first single-phase full bridge circuit 210 and the second single-phase full bridge circuit 220. As a result, even when driving the electric motor 302 to which the odd-numbered m-phase electric power is supplied, the first single-phase full bridge circuit 210 of one of the odd-numbered m and one of the odd-numbered m are driven. The second single-phase full bridge circuit 220 can be provided in the same inverter unit 201 and driven. As a result, even when the electric motor 302 to which the odd-numbered m-phase electric power is supplied is driven, the amplitude of the pulsating component of the electric power output from all the inverter units 201 can be reduced because the electric motor 302 is driven. Therefore, in all the common capacitors 30 arranged in the motor drive device 200, it is possible to reduce the power loss, suppress the temperature rise, and extend the life. The other effects of the second embodiment are the same as the effects of the first embodiment.

[変形例]
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。
[Modification example]
It should be noted that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and are not considered to be restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the description of the above-described embodiment, and further includes all modifications (modifications) within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

たとえば、上記第1および第2実施形態では、同一のインバータユニットに、2つの単相フルブリッジ回路(第1単相フルブリッジ回路および第2単相フルブリッジ回路)を設ける例を示したが、本発明はこれに限られない。すなわち、同一のインバータユニットに、3つ以上の単相フルブリッジ回路を設けてもよい。 For example, in the first and second embodiments, two single-phase full-bridge circuits (first single-phase full-bridge circuit and second single-phase full-bridge circuit) are provided in the same inverter unit. The present invention is not limited to this. That is, three or more single-phase full bridge circuits may be provided in the same inverter unit.

たとえば、図11に示す変形例によるインバータユニット401では、第1単相フルブリッジ回路402および第2単相フルブリッジ回路403に加えて、第3単相フルブリッジ回路404が設けられている。そして、インバータユニット401に設けられている共通コンデンサ430は、第1単相フルブリッジ回路402、第2単相フルブリッジ回路403、および、第3単相フルブリッジ回路404の平滑コンデンサとして機能する。そして、同一のインバータユニット401において、第1単相フルブリッジ回路402の電圧va21の位相と、第2単相フルブリッジ回路403の電圧va22の位相との位相差が、60度に近い値(たとえば、60度)となるとともに、電圧va22の位相と第3単相フルブリッジ回路404の電圧va23の位相との位相差が、60度に近い値(たとえば、60度)となるとともに、電圧va23の位相と電圧va21の位相との位相差が、60度に近い値(たとえば、60度)となるように、第1単相フルブリッジ回路402と第2単相フルブリッジ回路403と第3単相フルブリッジ回路404とが、制御部450により制御されるように構成されている。 For example, in the inverter unit 401 according to the modification shown in FIG. 11, a third single-phase full bridge circuit 404 is provided in addition to the first single-phase full bridge circuit 402 and the second single-phase full bridge circuit 403. The common capacitor 430 provided in the inverter unit 401 functions as a smoothing capacitor for the first single-phase full bridge circuit 402, the second single-phase full bridge circuit 403, and the third single-phase full bridge circuit 404. Then, in the same inverter unit 401, the phase difference between the phase of the voltage va21 of the first single-phase full bridge circuit 402 and the phase of the voltage va22 of the second single-phase full bridge circuit 403 is a value close to 60 degrees (for example). , 60 degrees), and the phase difference between the phase of the voltage va22 and the phase of the voltage va23 of the third single-phase full bridge circuit 404 becomes a value close to 60 degrees (for example, 60 degrees), and the voltage va23 The first single-phase full bridge circuit 402, the second single-phase full bridge circuit 403, and the third single phase so that the phase difference between the phase and the phase of the voltage va21 is close to 60 degrees (for example, 60 degrees). The full bridge circuit 404 is configured to be controlled by the control unit 450.

また、上記第1および第2実施形態では、同一のインバータユニットにおいて、電圧va1(電圧va11)の位相と電圧va2(電圧va12)の位相との位相差が90度(98.2度)とする例を示したが、本発明は、これに限られない。すなわち、同一のインバータユニットに2つの単相フルブリッジ回路を設ける場合、位相差を60度以上120度以下の範囲内において、90度および98.2度以外の大きさになるように、電動機駆動装置を構成してもよい。 Further, in the first and second embodiments, the phase difference between the phase of the voltage va1 (voltage va11) and the phase of the voltage va2 (voltage va12) is 90 degrees (98.2 degrees) in the same inverter unit. Although an example is shown, the present invention is not limited to this. That is, when two single-phase full bridge circuits are provided in the same inverter unit, the motor is driven so that the phase difference is in the range of 60 degrees or more and 120 degrees or less and has a size other than 90 degrees and 98.2 degrees. The device may be configured.

また、上記第1実施形態では、mを6とするとともに、nを12とする例を、上記第2実施形態では、mを11とするともに、nを22とする例を示したが、本発明は、これに限られない。すなわち、mを6および11以外の3以上の整数として、nを12および22以外の3以上の整数として電動機駆動装置を構成してもよい。 Further, in the first embodiment, an example in which m is 6 and n is 12, and in the second embodiment, m is 11 and n is 22. The invention is not limited to this. That is, the motor drive device may be configured with m as an integer of 3 or more other than 6 and 11 and n as an integer of 3 or more other than 12 and 22.

また、上記第1および第2実施形態では、スイッチング素子およびダイオードのうちの少なくとも一方を、炭化珪素を含むように構成する例を示したが、本発明は、これに限られない。スイッチング素子およびダイオードにおける損失の増大および大型化が問題なければ、スイッチング素子およびダイオードの両方を、シリコンからなる素子により構成してもよい。 Further, in the first and second embodiments, an example in which at least one of the switching element and the diode is configured to contain silicon carbide has been shown, but the present invention is not limited to this. If there is no problem in increasing the loss and the size of the switching element and the diode, both the switching element and the diode may be composed of an element made of silicon.

また、上記第1および第2実施形態では、共通コンデンサを単一のコンデンサにより構成する例を示したが、本発明は、これに限られない。すなわち、共通コンデンサを複数のコンデンサにより構成してもよい。 Further, in the first and second embodiments, the example in which the common capacitor is composed of a single capacitor is shown, but the present invention is not limited to this. That is, the common capacitor may be composed of a plurality of capacitors.

1、201、401 インバータユニット
10、210、402 第1単相フルブリッジ回路
11、21 電源側正極端子(直流電源側の端子、単相フルブリッジ回路の端子)
12、22 電源側負極端子(直絵電源側の端子、単相フルブリッジ回路の端子)
13、23 スイッチング素子
14、24 ダイオード
20、220、403 第2単相フルブリッジ回路
30、430 共通コンデンサ
50、250、450 制御部
100、200 電動機駆動装置
101 直流電源
102、302 電動機
120、320 巻線
121、321 第1巻線(第1の巻線)
122、322 第2巻線(第2の巻線)
1,201,401 Inverter unit 10,210,402 1st single-phase full bridge circuit 11,21 Power supply side positive electrode terminal (DC power supply side terminal, single-phase full bridge circuit terminal)
12, 22 Power supply side negative electrode terminal (direct picture power supply side terminal, single-phase full bridge circuit terminal)
13, 23 Switching elements 14, 24 Diodes 20, 220, 403 Second single-phase full bridge circuit 30, 430 Common capacitors 50, 250, 450 Control unit 100, 200 Motor drive device 101 DC power supply 102, 302 Motor 120, 320 volumes Wires 121, 321 1st winding (1st winding)
122, 322 Second winding (second winding)

Claims (8)

直流電源から入力された直流の電力を交流の電力に変換して、互いに絶縁されておりn個(nは以上の整数)の巻線を有する電動機に、複数相の前記交流の電力を出力するm個(mは3以上の整数)のインバータユニットと、制御部とを備え、
前記m個のインバータユニットには、それぞれ、前記n個の巻線のうちの第1の前記巻線に接続された第1単相フルブリッジ回路と、第2の前記巻線に接続された第2単相フルブリッジ回路と、前記第1単相フルブリッジ回路および前記第2単相フルブリッジ回路の前記直流電源側の端子に接続されている共通コンデンサとが設けられており、
前記制御部は、前記第1単相フルブリッジ回路から前記第1の巻線に出力される第1電力と、前記第2単相フルブリッジ回路から前記第2の巻線に出力される第2電力との前記共通コンデンサにおける合成波形の脈動成分の振幅が、前記第1電力または前記第2電力のいずれか一方の脈動成分の振幅以下となるように、前記第1単相フルブリッジ回路および前記第2単相フルブリッジ回路を制御する、電動機駆動装置。
The DC power input from the DC power supply is converted into AC power, and the AC power of multiple phases is output to an electric motor that is isolated from each other and has n windings (n is an integer of 6 or more). It is equipped with m inverter units (m is an integer of 3 or more) and a control unit.
The m inverter units each have a first single-phase full bridge circuit connected to the first winding of the n windings and a second connected to the second winding. A two-single-phase full-bridge circuit and a common capacitor connected to the terminal on the DC power supply side of the first single-phase full-bridge circuit and the second single-phase full-bridge circuit are provided.
The control unit has a first power output from the first single-phase full bridge circuit to the first winding and a second power output from the second single-phase full bridge circuit to the second winding. The first single-phase full bridge circuit and the said so that the amplitude of the pulsating component of the combined waveform in the common capacitor with the electric power is equal to or less than the amplitude of the pulsating component of either the first electric power or the second electric power. An electric power drive that controls the second single-phase full bridge circuit.
前記制御部は、同一の前記インバータユニット内において、前記第1単相フルブリッジ回路から前記第1の巻線に出力される第1基本波出力電圧の位相と、前記第2単相フルブリッジ回路から前記第2の巻線に出力される第2基本波出力電圧の位相との位相差が、60度以上120度以下となるように、前記第1単相フルブリッジ回路および前記第2単相フルブリッジ回路を制御する、請求項1に記載の電動機駆動装置。 In the same inverter unit, the control unit has the phase of the first fundamental wave output voltage output from the first single-phase full bridge circuit to the first winding, and the second single-phase full bridge circuit. The first single-phase full bridge circuit and the second single-phase so that the phase difference from the phase of the second fundamental wave output voltage output from the second winding to the second winding is 60 degrees or more and 120 degrees or less. The motor drive device according to claim 1, which controls a full bridge circuit. 前記制御部は、前記第1基本波出力電圧の位相と前記第2基本波出力電圧の位相との位相差が、前記n個の巻線に出力される基本波出力電圧同士の位相差のうちの最も90度に近い位相差に対応する状態となるように、前記第1単相フルブリッジ回路および前記第2単相フルブリッジ回路を制御する、請求項2に記載の電動機駆動装置。 In the control unit, the phase difference between the phase of the first fundamental wave output voltage and the phase of the second fundamental wave output voltage is the phase difference between the fundamental wave output voltages output to the n windings. The motor drive device according to claim 2, wherein the first single-phase full bridge circuit and the second single-phase full bridge circuit are controlled so as to be in a state corresponding to the phase difference closest to 90 degrees. 前記mは、前記nの半数であり、
前記制御部は、前記m個のインバータユニットから出力され、m個の前記第1基本波出力電圧の電圧ベクトルである第1電圧ベクトルと、前記m個のインバータユニットから出力されるm個の前記第2基本波出力電圧の電圧ベクトルである第2電圧ベクトルとを含む、所定角度ずつ互いに位相が異なる前記n個の基本波出力電圧ベクトルを構成するように、前記第1単相フルブリッジ回路および前記第2単相フルブリッジ回路を制御する、請求項3に記載の電動機駆動装置。
The m is half of the n and is
The control unit has a first voltage vector that is output from the m inverter units and is a voltage vector of the first fundamental wave output voltage, and m outputs from the m inverter units. The first single-phase full bridge circuit and the so as to form the n fundamental wave output voltage vectors having different phases by predetermined angles, including the second voltage vector which is the voltage vector of the second fundamental wave output voltage. The motor drive device according to claim 3, which controls the second single-phase full bridge circuit.
前記mは、前記nの半数でかつ奇数であり、
前記制御部は、前記m個のインバータユニットから出力され、所定角度ずつ互いに位相が異なるm個の前記第1基本波出力電圧の電圧ベクトルである第1電圧ベクトルからなる第1の基本波出力電圧ベクトル群を構成するとともに、前記m個のインバータユニットから出力され、前記所定角度ずつ互いに位相が異なるm個の前記第2基本波出力電圧の電圧ベクトルである第2電圧ベクトルからなる第2の基本波出力電圧ベクトル群を構成するように、前記第1単相フルブリッジ回路および前記第2単相フルブリッジ回路を制御する、請求項3に記載の電動機駆動装置。
The m is half of the n and is an odd number.
The control unit is a first fundamental wave output voltage that is output from the m inverter units and is composed of a first voltage vector that is a voltage vector of m first fundamental wave output voltages whose phases are different from each other by predetermined angles. A second basic consisting of a second voltage vector which is a voltage vector of m second fundamental wave output voltages which are output from the m inverter units and whose phases are different from each other by predetermined angles while forming a vector group. The electric motor drive device according to claim 3, which controls the first single-phase full bridge circuit and the second single-phase full bridge circuit so as to form a wave output voltage vector group.
前記m個のインバータユニットには、それぞれ、単一の前記共通コンデンサが設けられている、請求項1~5のいずれか1項に記載の電動機駆動装置。 The motor drive device according to any one of claims 1 to 5, wherein each of the m inverter units is provided with a single common capacitor. 前記第1単相フルブリッジ回路および前記第2単相フルブリッジ回路は、それぞれ、スイッチング素子と前記スイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードとを有し、
前記共通コンデンサは、前記第1単相フルブリッジ回路の正負の両端子および前記第2単相フルブリッジ回路の正負の両端子に接続されている、請求項1~6のいずれか1項に記載の電動機駆動装置。
The first single-phase full-bridge circuit and the second single-phase full-bridge circuit each have a switching element and a diode connected to the switching element in antiparallel.
The one according to any one of claims 1 to 6, wherein the common capacitor is connected to both positive and negative terminals of the first single-phase full bridge circuit and both positive and negative terminals of the second single-phase full bridge circuit. Electric drive device.
前記スイッチング素子および前記ダイオードの少なくとも一方は、炭化珪素を含む、請求項7に記載の電動機駆動装置。 The motor drive device according to claim 7, wherein at least one of the switching element and the diode contains silicon carbide.
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