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JP7724599B2 - Polyphase Motor Drive - Google Patents
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JP7724599B2 - Polyphase Motor Drive - Google Patents

Polyphase Motor Drive

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JP7724599B2 JP2019219377A JP2019219377A JP7724599B2 JP 7724599 B2 JP7724599 B2 JP 7724599B2 JP 2019219377 A JP2019219377 A JP 2019219377A JP 2019219377 A JP2019219377 A JP 2019219377A JP 7724599 B2 JP7724599 B2 JP 7724599B2
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Description

本発明の実施形態は、多相電動機駆動装置に関する。 An embodiment of the present invention relates to a polyphase motor drive device.

多相電動機駆動装置は、複数の電力変換ユニット(インバータ)を用いて多相電動機を駆動する。多相電動機は、互いに電気的に絶縁された複数の巻線を備える。
多相電動機駆動装置には、複数の電力変換ユニットが一つの直流リンクに並列に接続されているものがある。複数の電力変換ユニットには、その直流リンクから直流電力を夫々受け、直流電力から変換した交流電力を生成し、多相電動機の複数の巻線の夫々に交流電力を夫々供給することによって多相電動機を駆動させるものがある。このような多相電動機駆動装置において、直流リンクの直流電圧をより高めたいという要求があった。
A polyphase motor drive uses multiple power conversion units (inverters) to drive a polyphase motor, which has multiple windings that are electrically isolated from one another.
Some polyphase motor drive devices have multiple power conversion units connected in parallel to a single DC link. Each of the multiple power conversion units receives DC power from the DC link, converts the DC power to generate AC power, and supplies the AC power to each of the multiple windings of the polyphase motor, thereby driving the polyphase motor. In such polyphase motor drive devices, there has been a demand for a higher DC voltage in the DC link.

特開平11-127593号公報Japanese Patent Application Publication No. 11-127593

本発明が解決しようとする課題は、多相電動機に交流電力を供給する複数の電力変換ユニットが接続されている直流リンクの直流電圧をより高めことができる多相電動機駆動装置を提供することである。 The problem that this invention aims to solve is to provide a multi-phase motor drive device that can further increase the DC voltage of a DC link to which multiple power conversion units that supply AC power to a multi-phase motor are connected.

実施形態の多相電動機駆動装置は、第1列のM個の単相インバータと、第2列のM個の単相インバータと、を備える。第1列のM個の単相インバータは、直流電源側が互いに直列に接続されて第1列を成すM個の単相インバータであって、2M個の単相巻線を備える多相電動機の第1群の各巻線に、直流電源から直流リンクに供給される直流電力から変換した単相交流の交流電力をそれぞれ供給する。第2列のM個の単相インバータ、前記直流電源側が互いに直列に接続されて第2列を成すM個の単相インバータであって、前記多相電動機の第2群の各巻線に、前記直流リンクに供給される直流電力から変換した単相交流の交流電力をそれぞれ供給する。前記第1列を成すM個の単相インバータの電源側が、互いに直列に接続され、前記直列に接続された前記第1列を成すM個の単相インバータが前記直流リンクの両極間に接続され、前記第2列を成すM個の単相インバータの電源側が、互いに直列に接続され、前記直列に接続された前記第2列を成すM個のインバータが前記直流リンクの両極間に接続されていて、前記第1列のM個の単相インバータは第1組のインバータ群を成し、前記第2列のM個の単相インバータは第2組のインバータ群を成し、前記第1列のM個の単相インバータのうちの2つの単相インバータを互いに接続する第1接続点と、前記第2列のM個の単相インバータのうちの2つの単相インバータを互いに接続する第2接続点とが等電位になる接続点同士が互いに接続されていて、前記等電位になる接続点同士が前記互いに接続されることにより互いに並列接続された2つの単相インバータから、90度の位相差を設けた交流を出力させて、Mが2以上の自然数であり、前記第1列と前記第2列のM個の単相インバータの列数が2である。
A polyphase motor drive device according to an embodiment includes a first row of M single-phase inverters and a second row of M single-phase inverters. The M single-phase inverters in the first row are M single-phase inverters connected in series at their DC power supply sides to form a first row, and supply single-phase AC power converted from DC power supplied to a DC link from a DC power supply to each of a first group of windings of a polyphase motor having 2M single-phase windings. The M single-phase inverters in the second row are M single-phase inverters connected in series at their DC power supply sides to form a second row, and supply single-phase AC power converted from DC power supplied to the DC link to each of a second group of windings of the polyphase motor . power supply sides of the M single-phase inverters forming the first column are connected in series with each other, and the M single-phase inverters forming the first column connected in series are connected between both poles of the DC link; power supply sides of the M single-phase inverters forming the second column are connected in series with each other, and the M inverters forming the second column connected in series are connected between both poles of the DC link; the M single-phase inverters of the first column form a first set of inverter groups; the M single-phase inverters of the second column form a second set of inverter groups; a first connection point connecting two single-phase inverters of the M single-phase inverters of the first column to each other and a second connection point connecting two single-phase inverters of the M single-phase inverters of the second column to each other are connected to each other at equipotential connection points; and AC currents with a phase difference of 90 degrees are output from the two single-phase inverters connected in parallel with each other by connecting the equipotential connection points to each other; M is a natural number equal to or greater than 2, and the number of columns of the M single-phase inverters in the first column and the second column is two.

実施形態の多相電動機駆動装置の構成図。1 is a configuration diagram of a multi-phase motor drive device according to an embodiment; 実施形態の単相インバータの構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of a single-phase inverter according to an embodiment. 実施形態の単相インバータの構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of a single-phase inverter according to an embodiment. 実施形態の実施形態の多相電動機と各単相インバータとの関係を説明するための図。3A and 3B are diagrams for explaining the relationship between a polyphase motor and each single-phase inverter according to the embodiment;

以下、実施形態の多相電動機駆動装置を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、同一または類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それらの構成の重複する説明は省略する場合がある。なお、電気的に接続されることを、単に「接続される」ということがある。以下の説明に示す「直交する」とは、略直交する場合を含む。なお、「大きさが等しい」場合には、略等しい場合も含む。 The following describes a polyphase motor drive device according to an embodiment, with reference to the drawings. In the following description, components having the same or similar functions are assigned the same reference numerals. Duplicate descriptions of these components may be omitted. Electrically connected may simply be referred to as "connected." In the following description, "orthogonal" includes cases where the components are approximately orthogonal. In addition, "equal in size" also includes cases where the components are approximately equal.

図1は、実施形態の多相電動機駆動装置の構成図である。
図1には、多相電動機1と、多相電動機駆動装置2と、速度制御装置4とが示されている。
FIG. 1 is a configuration diagram of a polyphase motor drive device according to an embodiment.
FIG. 1 shows a polyphase motor 1, a polyphase motor drive device 2, and a speed control device 4.

多相電動機駆動装置2は、単相インバータ21、22、・・・、2Mと、単相インバータ31、32、・・・、3Mと、を備える。単相インバータ21、22、・・・、2Mを纏めて単相インバータ群20(第1組のインバータ群)と呼ぶ。単相インバータ31、32、・・・、3Mを纏めて単相インバータ群30(第2組のインバータ群)と呼ぶ。Mは、例えば2以上の自然数である。多相電動機駆動装置2は、単相インバータ群20と単相インバータ群30とを夫々稼働させることにより多相電動機1を駆動する。上記の単相インバータ21等の説明を後述する。 The multi-phase motor drive device 2 includes single-phase inverters 21, 22, ..., 2M and single-phase inverters 31, 32, ..., 3M. The single-phase inverters 21, 22, ..., 2M are collectively referred to as single-phase inverter group 20 (first set of inverter group). The single-phase inverters 31, 32, ..., 3M are collectively referred to as single-phase inverter group 30 (second set of inverter group). M is, for example, a natural number greater than or equal to 2. The multi-phase motor drive device 2 drives the multi-phase motor 1 by operating the single-phase inverter group 20 and the single-phase inverter group 30, respectively. The single-phase inverter 21 and other inverters will be described later.

多相電動機駆動装置2は、例えば図示されない整流器の直流側に接続される直流リンクLPとLNとを備える。例えば、直流リンクLPが正極であり、直流リンクLNが負極である。直流リンクLPと直流リンクLNは、図示されない直流電源装置、整流装置、電池、電力用コンデンサなどに接続されている。 The multi-phase motor drive device 2 includes DC links LP and LN connected to the DC side of a rectifier (not shown), for example. For example, the DC link LP is positive and the DC link LN is negative. The DC links LP and LN are connected to a DC power supply device, rectifier, battery, power capacitor, etc. (not shown).

単相インバータ群20に含まれる単相インバータ21、22、・・・、2Mは、夫々の電源側が、互いに直列に接続されている。直列に接続された単相インバータ21、22、・・・、2Mが直流リンクLPとLNの両極間に接続され、直流リンクLPとLN側から直流電力の供給を受ける。 The power supply sides of the single-phase inverters 21, 22, ..., 2M included in the single-phase inverter group 20 are connected to each other in series. The serially connected single-phase inverters 21, 22, ..., 2M are connected between the poles of the DC links LP and LN, and receive DC power from the DC links LP and LN.

単相インバータ群30についても同様に、単相インバータ群30に含まれる単相インバータ31、32、・・・、3Mは、夫々の電源側が、互いに直列に接続されている。直列に接続された単相インバータ31、32、・・・、3Mが直流リンクLPとLNの両極間に接続され、直流リンクLPとLN側から直流電力の供給を受ける。 Similarly, the power supply sides of the single-phase inverters 31, 32, ..., 3M included in the single-phase inverter group 30 are connected in series with each other. The serially connected single-phase inverters 31, 32, ..., 3M are connected between the poles of the DC links LP and LN, and receive DC power from the DC links LP and LN.

多相電動機1は、各相に対応する複数個の巻線(図4参照)を備えており、各巻線の相互間が電気的に絶縁されている。各巻線は、単相インバータ21、22、・・・、2Mの出力と、単相インバータ31、32、・・・、3Mの出力とに夫々接続されている。多相電動機1は、単相インバータ21、22、・・・、2Mと、単相インバータ31、32、・・・、3Mとから交流電力が各巻線に供給されることによって駆動する。以下、多相電動機1の界磁が永久磁石型であるものを例示して説明するが、これに代えて電磁石型であってもよく、その場合には励磁の磁極方向を永久磁石型の磁石方向に置き換えるとよい。多相電動機1の軸には、図示されない回転角度検出器が取り付けられている。回転角度検出器の出力は、速度制御装置4の入力に接続されている。回転角度検出器は、多相電動機1の軸の機械角を検出し、検出結果である機械角を速度制御装置4に供給する。 The multi-phase motor 1 has multiple windings (see Figure 4) corresponding to each phase, and the windings are electrically insulated from one another. Each winding is connected to the output of single-phase inverters 21, 22, ..., 2M and the output of single-phase inverters 31, 32, ..., 3M, respectively. The multi-phase motor 1 is driven by AC power supplied to each winding from single-phase inverters 21, 22, ..., 2M and single-phase inverters 31, 32, ..., 3M. The following description will be given using a multi-phase motor 1 with a permanent magnet field as an example. However, an electromagnet field may also be used, in which case the magnetic pole direction of the excitation should be changed to that of a permanent magnet. A rotation angle detector (not shown) is attached to the shaft of the multi-phase motor 1. The output of the rotation angle detector is connected to the input of the speed control device 4. The rotation angle detector detects the mechanical angle of the shaft of the multi-phase motor 1 and supplies the detected mechanical angle to the speed control device 4.

速度制御装置4は、各単相インバータ21、22、・・・、2Mと、単相インバータ31、32、・・・、3Mとに共通に設けられ、図示されない上位制御装置から送信される速度指令を受ける。この速度指令は、時間的に変化するものであってよい。速度制御装置4は、基本波電流指令ICOMを各単相インバータ21、22、・・・、2Mと、単相インバータ31、32、・・・、3Mとに送る。各単相インバータ21、22、・・・、2Mと、単相インバータ31、32、・・・、3Mは、基本波電流指令ICOMに応じた交流電流を多相電動機1の巻線に流す。 The speed control device 4 is provided in common to each of the single-phase inverters 21, 22, ..., 2M and the single-phase inverters 31, 32, ..., 3M, and receives a speed command transmitted from a higher-level control device (not shown). This speed command may vary over time. The speed control device 4 transmits a fundamental wave current command ICOM to each of the single-phase inverters 21, 22, ..., 2M and the single-phase inverters 31, 32, ..., 3M. Each of the single-phase inverters 21, 22, ..., 2M and the single-phase inverters 31, 32, ..., 3M passes an AC current corresponding to the fundamental wave current command ICOM through the windings of the multi-phase motor 1.

図2と図3は、実施形態の単相コンバータセルの構成図である。
図2と図3に、少なくとも1つの半導体素子を備える単相インバータ21を示す。単相インバータ21は、例えば図3に示すように複数の半導体素子を組み合わせた単相フルブリッジ型であってもよい。図3に例示する半導体素子は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。半導体素子は、IGBTに限らず、FETなど他の種類のものでもよい。図2に示す単相インバータ21の記載は、例えば、図3に示す単相インバータ21を省略して記載したものであるが、これに制限されることなく、図3以外のチョッパ型の単相インバータを適用してもよい。
2 and 3 are configuration diagrams of a single-phase converter cell according to an embodiment.
2 and 3 show a single-phase inverter 21 including at least one semiconductor element. The single-phase inverter 21 may be, for example, a single-phase full-bridge type that combines multiple semiconductor elements as shown in FIG. 3. The semiconductor element shown in FIG. 3 is an insulated gate bipolar transistor (IGBT). The semiconductor element is not limited to an IGBT, and other types of semiconductor elements such as field effect transistors (FETs) may also be used. The single-phase inverter 21 shown in FIG. 2 is not limited to the single-phase inverter 21 shown in FIG. 3, but a chopper-type single-phase inverter other than that shown in FIG. 3 may also be used.

図4を参照して、多相電動機1と各単相インバータとの関係について説明する。
図4は、実施形態の多相電動機1と各単相インバータとの関係を説明するための図である。各相の巻線に対応して単相インバータが配置されている。実施形態の場合、M個の単相インバータが直列に接続された単相インバータ群20と単相インバータ群30とが並列に接続されている。それゆえ、単相インバータの総数は、2M個になる。図4に示す巻線の総数Wは、単相インバータの総数に等しく2M個になる。なお、多相電動機1の各相の巻線は電気的には接続されていないが、異なる相の巻線による磁路がオーバラップするため磁気的に結合されていてもよい。
The relationship between the polyphase motor 1 and each single-phase inverter will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the multi-phase motor 1 and each single-phase inverter according to the embodiment. A single-phase inverter is arranged corresponding to each phase winding. In this embodiment, a single-phase inverter group 20, in which M single-phase inverters are connected in series, and a single-phase inverter group 30 are connected in parallel. Therefore, the total number of single-phase inverters is 2M. The total number W of windings shown in FIG. 4 is 2M, which is equal to the total number of single-phase inverters. Note that although the windings of each phase of the multi-phase motor 1 are not electrically connected, they may be magnetically coupled because the magnetic paths of the windings of different phases overlap.

多相電動機1は、各相の巻線に対応して設けられた各単相インバータによって駆動される。 The multi-phase motor 1 is driven by single-phase inverters provided corresponding to the windings of each phase.

多相電動機駆動装置2は、例えば、下記の構成を有するとよい。 The multi-phase motor drive device 2 may have, for example, the following configuration:

第1の構成として、単相インバータ21、22、・・・、2Mと、単相インバータ31、32、・・・、3Mとのそれぞれが同じ仕様を有するものとする。この場合、各単相インバータの直流電圧の定格値をVINで表すと、M個の単相インバータを直列にした単相インバータ群20の直流電圧の定格値は、(Vin x M)になる。言い換えれば、単相インバータ単品の直流電圧の定格値のM倍になる。つまり、直流リンクの電圧VDCを、(Vin x M)まで高めることができる。先に直流リンクの電圧VDCで規定した場合には、各単相インバータの直流電圧の定格値VINは、(VDC/M)になる。各単相インバータの仕様を揃える第1の構成をとることにより、次の第2の構成が可能になる。 In the first configuration, single-phase inverters 21, 22, ..., 2M and single-phase inverters 31, 32, ..., 3M each have the same specifications. In this case, if the rated DC voltage of each single-phase inverter is represented by VIN, the rated DC voltage of single-phase inverter group 20, which consists of M single-phase inverters connected in series, is (Vin x M). In other words, it is M times the rated DC voltage of a single single-phase inverter. In other words, the DC link voltage VDC can be increased to (Vin x M). If the DC link voltage VDC is specified first, the rated DC voltage VIN of each single-phase inverter is (VDC/M). By adopting the first configuration, which aligns the specifications of each single-phase inverter, the following second configuration becomes possible.

第2の構成として、単相インバータ21、22、・・・、2Mの直流電源側の接続点と、単相インバータ31、32、・・・、3Mの直流電源側の接続点とについて、互いに等電位になる接続点同士を接続する。例えば、単相インバータ21と単相インバータ22の直流電源側が互いに直列に接続されていることにより、単相インバータ21の直流電源の負極側と単相インバータ22の直流電源の正極側とが接続されている。この接続点を接続点212と呼ぶ。単相インバータ31と単相インバータ32とが互いに直列に接続されていることにより、単相インバータ31の直流電源の負極側と単相インバータ32の直流電源の正極側とが接続されている。この接続点を接続点312と呼ぶ。 In a second configuration, the connection points on the DC power supply sides of single-phase inverters 21, 22, ..., 2M and the connection points on the DC power supply sides of single-phase inverters 31, 32, ..., 3M are connected at equipotential points. For example, the DC power supply sides of single-phase inverter 21 and single-phase inverter 22 are connected in series, so that the negative side of the DC power supply of single-phase inverter 21 is connected to the positive side of the DC power supply of single-phase inverter 22. This connection point is called connection point 212. The single-phase inverters 31 and 32 are connected in series, so that the negative side of the DC power supply of single-phase inverter 31 is connected to the positive side of the DC power supply of single-phase inverter 32. This connection point is called connection point 312.

例えば、直流リンクLPとLN間の電圧を電圧VDCで示し、単相インバータ群20内のインバータの個数(直列数)がMである場合には、接続点212の電位は、(VDCx(1-1/M))になる。同様に接続点312の電位も、(VDCx(1-1/M))になる。上記の計算の結果から、接続点212の電位と、接続点312の電位とが、等電位になるため、接続点212と接続点312を接続するとよい。 For example, if the voltage between DC links LP and LN is represented by voltage VDC and the number of inverters (number of series connections) in single-phase inverter group 20 is M, then the potential at node 212 is (VDC x (1-1/M)). Similarly, the potential at node 312 is also (VDC x (1-1/M)). From the results of the above calculation, the potential at node 212 and the potential at node 312 are equipotential, so it is advisable to connect node 212 and node 312.

上記の接続点212と接続点312の接続と同様に、単相インバータ群20内のインバータ同士の接続点と、これに対応する単相インバータ群30内のインバータ同士の接続点とについて、互いに等電位になる接続点同士をそれぞれ接続するとよい。上記のように等電位になる接続点同士を接続することにより、単相インバータ21、22、・・・、2Mと、単相インバータ31、32、・・・、3Mとが稼働した時の直流入力側の電位変動の影響を低減させることが可能になる。 Similar to the connection between connection point 212 and connection point 312 described above, it is preferable to connect the connection points between inverters in single-phase inverter group 20 and the corresponding connection points between inverters in single-phase inverter group 30 such that the connection points are at the same potential. By connecting the connection points at the same potential as described above, it is possible to reduce the impact of potential fluctuations on the DC input side when single-phase inverters 21, 22, ..., 2M and single-phase inverters 31, 32, ..., 3M are operating.

第3の構成として、単相インバータ21、22、・・・、2Mと、単相インバータ31、32、・・・、3Mとのそれぞれの電源側には、コンデンサがそれぞれ設けられている。各コンデンサは、それぞれに最寄りの単相インバータの稼働状態によって生じる電圧変動の影響を低減させることに寄与する。 In a third configuration, a capacitor is provided on the power supply side of each of single-phase inverters 21, 22, ..., 2M and single-phase inverters 31, 32, ..., 3M. Each capacitor helps to reduce the effects of voltage fluctuations caused by the operating state of the nearest single-phase inverter.

例えば、上記の第1の構成から第3の構成までを組み合わせることにより、単相インバータ群20側のコンデンサと、単相インバータ群30側のコンデンサの内で、互いに等電位になるもの同士をそれぞれ並列に接続することができ、より直流電源変動を抑制することに寄与する。 For example, by combining the first to third configurations described above, it is possible to connect the capacitors on the single-phase inverter group 20 side and the capacitors on the single-phase inverter group 30 side that are at the same potential in parallel, thereby further contributing to suppressing fluctuations in the DC power supply.

上記の実施形態によれば、多相電動機駆動装置2が備える単相インバータ21、22、・・・、2Mは、複数の巻線を備える多相電動機1の各巻線に、直流リンクに供給される直流電力から変換した交流電力をそれぞれ供給する。単相インバータ21、22、・・・、2Mの直流電源側が、互いに直列に接続され、その両端が、直流リンクの両極間に接続されることにより、単相インバータ21、22、・・・、2Mが接続されている直流リンクの直流電圧をより高めことができる。 In the above embodiment, the single-phase inverters 21, 22, ..., 2M provided in the multi-phase motor drive device 2 supply AC power converted from DC power supplied to the DC link to each winding of the multi-phase motor 1, which has multiple windings. The DC power supply sides of the single-phase inverters 21, 22, ..., 2M are connected in series with each other, and both ends are connected between the poles of the DC link, thereby further increasing the DC voltage of the DC link to which the single-phase inverters 21, 22, ..., 2M are connected.

単相インバータ21、22、・・・、2Mの出力は、多相電動機1の各巻線にそれぞれ接続されていてよい。これにより、単相インバータ21、22、・・・、2Mがそれぞれ変換した交流電力を利用して多相電動機1を駆動させることが可能になる。 The outputs of single-phase inverters 21, 22, ..., 2M may be connected to each winding of polyphase motor 1. This makes it possible to drive polyphase motor 1 using the AC power converted by each of single-phase inverters 21, 22, ..., 2M.

多相電動機駆動装置2は、単相インバータ群20(第1列を成す第1組のインバータ群)の他に単相インバータ群30(第2列を成す第2組のインバータ群)を更に含めて構成してもよい。この場合、単相インバータ群20と単相インバータ群30が互いに並列に接続されるとよい。これにより、単相インバータ群の並列数を増やすことにより、直流リンクの電圧を過剰に高めることなく、直流リンクの電圧を高めることができる。 The multi-phase motor drive device 2 may be configured to further include a single-phase inverter group 30 (a second set of inverters forming a second row) in addition to the single-phase inverter group 20 (a first set of inverters forming a first row). In this case, the single-phase inverter group 20 and the single-phase inverter group 30 are preferably connected in parallel with each other. This allows the DC link voltage to be increased without excessively increasing the DC link voltage by increasing the number of single-phase inverter groups connected in parallel.

(実施形態の第1変形例)
実施形態の第1変形例について説明する。本変形例の多相電動機1に巻線は、各相の順に、電気角の位相差が略90度になるように駆動される。
(First Modification of the Embodiment)
A first modification of the embodiment will be described below. The windings of the polyphase motor 1 of this modification are driven in order of the phases so that the phase difference in electrical angle is approximately 90 degrees.

多相電動機1は、単相インバータ群20の各インバータ(第1インバータ)が供給する第1交流電力に基づいて第1トルクを生成し、単相インバータ群30の各インバータ(第2インバータ)が供給する第2交流電力に基づいて第2トルクを生成する。このとき、速度制御装置4は、上記の第1トルクにより生じる第1トルク変動と、第2トルクにより生じる第2トルク変動とが互いに打ち消し合うように、単相インバータ群20と単相インバータ群30とを制御することにより、トルク変動を抑制することができる。 The polyphase motor 1 generates a first torque based on the first AC power supplied by each inverter (first inverter) in the single-phase inverter group 20, and generates a second torque based on the second AC power supplied by each inverter (second inverter) in the single-phase inverter group 30. At this time, the speed control device 4 can suppress torque fluctuations by controlling the single-phase inverter group 20 and the single-phase inverter group 30 so that the first torque fluctuations caused by the first torque and the second torque fluctuations caused by the second torque cancel each other out.

例えば、単相インバータ群20の各インバータが出力する第1交流電圧の位相と、単相インバータ群30の各インバータが出力する第2交流電圧の位相とが、上記の第1トルク変動と第2トルク変動とが互いに打ち消し合うように決定されている。速度制御装置4は、第1交流電圧の位相と第2交流電圧の位相との差が、所望の位相差になるように、単相インバータ群20の各インバータと、単相インバータ群30の各インバータの夫々を制御する。 For example, the phase of the first AC voltage output by each inverter in the single-phase inverter group 20 and the phase of the second AC voltage output by each inverter in the single-phase inverter group 30 are determined so that the first torque fluctuation and the second torque fluctuation cancel each other out. The speed control device 4 controls each inverter in the single-phase inverter group 20 and each inverter in the single-phase inverter group 30 so that the difference between the phase of the first AC voltage and the phase of the second AC voltage becomes the desired phase difference.

より具体的には、単相インバータ群20の各インバータが出力する第1交流電圧に係る第1電気角と、単相インバータ群30の各インバータが出力する第2交流電圧に係る第2電気角とが略直交するように決定されているとよい。 More specifically, the first electrical angle associated with the first AC voltage output by each inverter in the single-phase inverter group 20 and the second electrical angle associated with the second AC voltage output by each inverter in the single-phase inverter group 30 are preferably determined to be approximately orthogonal.

上記の第1変形例によれば、単相インバータ群20の各インバータが多相電動機1の各巻線に供給する第1交流電力に基づいて、多相電動機1に第1トルク変動が発生する。単相インバータ群30の各インバータが多相電動機1の各巻線に供給する第2交流電力に基づいて、多相電動機1に第2トルク変動が発生する。速度制御装置4は、第1トルク変動と第2トルク変動とが互いに打ち消し合うように、単相インバータ群20の各インバータと単相インバータ群30の各インバータとをそれぞれ制御することにより、直流リンクの直流電圧をより高めるとともに、多相電動機1をより安定に駆動させることができる。 According to the first modified example described above, a first torque fluctuation occurs in the polyphase motor 1 based on the first AC power supplied by each inverter of the single-phase inverter group 20 to each winding of the polyphase motor 1. A second torque fluctuation occurs in the polyphase motor 1 based on the second AC power supplied by each inverter of the single-phase inverter group 30 to each winding of the polyphase motor 1. The speed control device 4 controls each inverter of the single-phase inverter group 20 and each inverter of the single-phase inverter group 30 so that the first torque fluctuation and the second torque fluctuation cancel each other out, thereby further increasing the DC voltage of the DC link and enabling the polyphase motor 1 to be driven more stably.

さらに、多相電動機1の巻線の仕様に合わせて、単相インバータ群20の各インバータが出力する第1交流電圧の位相と、単相インバータ群30の各インバータが出力する第2交流電圧の位相とが、第1トルク変動と第2トルク変動とが互いに打ち消し合うように決定されていることで、多相電動機1をより安定に駆動させることができる。 Furthermore, the phase of the first AC voltage output by each inverter in the single-phase inverter group 20 and the phase of the second AC voltage output by each inverter in the single-phase inverter group 30 are determined in accordance with the specifications of the windings of the multi-phase motor 1 so that the first torque fluctuation and the second torque fluctuation cancel each other out, thereby enabling the multi-phase motor 1 to be driven more stably.

上記の場合、単相インバータ群20の各インバータが出力する第1交流電圧に係る第1電気角と、単相インバータ群30の各インバータが出力する第2交流電圧に係る第2電気角とが、略直交するように決定されている。例えば、多相電動機1が位相が90°ずれた第1群の巻線と第2群の巻線を有しているならば、単相インバータ群20の各単相インバータを第1群の巻線に接続して、単相インバータ群30の各単相インバータを第2群の巻線に接続する。そして、速度制御装置4は、単相インバータ群20と単相インバータ群30が出力する交流の位相が90°ずれるように、各単相インバータを制御することで、単相インバータ群20が生成する電力脈動と単相インバータ群30がが生成する電力脈動とを互いに打ち消し合わせることができる。 In the above case, the first electrical angle associated with the first AC voltage output by each inverter in the single-phase inverter group 20 and the second electrical angle associated with the second AC voltage output by each inverter in the single-phase inverter group 30 are determined to be approximately orthogonal. For example, if the multi-phase motor 1 has a first group of windings and a second group of windings that are 90° out of phase with each other, each single-phase inverter in the single-phase inverter group 20 is connected to the first group of windings, and each single-phase inverter in the single-phase inverter group 30 is connected to the second group of windings. The speed control device 4 then controls each single-phase inverter so that the AC signals output by the single-phase inverter group 20 and the single-phase inverter group 30 are out of phase with each other by 90°, thereby allowing the power pulsation generated by the single-phase inverter group 20 and the single-phase inverter group 30 to cancel each other out.

(実施形態の第2変形例)
実施形態の第2変形例について説明する。第1変形例は、インバータ群の並列数を2にした事例の説明である。並列数をPNに一般化する場合には、上記の電気角の位相差φを次の式(1)を用いて算出するとよい。
(Second Modification of the Embodiment)
A second modification of the embodiment will be described. The first modification describes a case where the number of parallel inverter groups is set to two. When the number of parallel inverter groups is generalized to PN, the phase difference φ of the electrical angle may be calculated using the following equation (1).

φ=180°/PN ・・・(1) φ=180°/PN...(1)

上記の第2変形例によれば、インバータ群の並列数を増やしても、各インバータ群が生成する電力脈動を互いに打ち消し合わせることができる。 According to the second variant described above, even if the number of parallel inverter groups is increased, the power pulsations generated by each inverter group can be canceled out.

少なくとも上記の実施形態によれば、多相電動機駆動装置2は、単相インバータ群20に含まれる単相インバータ21、22、・・・、2Mを備える。単相インバータ21、22、・・・、2Mは、複数の巻線を備える多相電動機1の各巻線に、直流リンクに供給される直流電力から変換した交流電力をそれぞれ供給する。単相インバータ21、22、・・・、2Mの直流電源側が、互いに直列に接続され、直列に接続された単相インバータ21、22、・・・、2Mが、直流リンクの両極間に接続されることにより、多相電動機1に交流電力を供給する単相インバータ21、22、・・・、2Mが接続されている直流リンクの直流電圧をより高めことができる。 According to at least the above embodiment, the multi-phase motor drive device 2 includes single-phase inverters 21, 22, ..., 2M included in the single-phase inverter group 20. The single-phase inverters 21, 22, ..., 2M supply AC power converted from DC power supplied to a DC link to each winding of the multi-phase motor 1, which has multiple windings. The DC power supply sides of the single-phase inverters 21, 22, ..., 2M are connected to each other in series, and the serially connected single-phase inverters 21, 22, ..., 2M are connected across both poles of the DC link, thereby further increasing the DC voltage of the DC link to which the single-phase inverters 21, 22, ..., 2M that supply AC power to the multi-phase motor 1 are connected.

上記の速度制御装置4は、その少なくとも一部を、CPUなどのプロセッサがプログラムを実行することにより機能するソフトウェア機能部で実現してもよく、全てをLSI等のハードウェア機能部で実現してもよい。 The speed control device 4 may be realized, at least in part, by a software function unit that functions when a processor such as a CPU executes a program, or may be realized entirely by a hardware function unit such as an LSI.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 While several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments may be embodied in a variety of other forms, and various omissions, substitutions, and modifications may be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their variations are within the scope of the invention and its equivalents as defined in the claims, as well as the scope and spirit of the invention.

例えば、上記の実施形態の説明では、多相電動機駆動装置2と、速度制御装置4とを分けて構成した事例について説明したが、多相電動機駆動装置2と、速度制御装置4とを一体化することを制限することはなく、多相電動機駆動装置2と、速度制御装置4とを一体化してもよい。 For example, in the above embodiment, an example was described in which the polyphase motor drive device 2 and the speed control device 4 were configured separately, but there is no restriction on integrating the polyphase motor drive device 2 and the speed control device 4, and the polyphase motor drive device 2 and the speed control device 4 may also be integrated.

また、上記の説明の多相電動機1の相数に合わせて、多相電動機駆動装置2内の単相インバータ群の並列数と、単相インバータ群内の単相インバータの直列数とを、任意に決めることができる。 In addition, the number of single-phase inverter groups connected in parallel within the polyphase motor drive device 2 and the number of single-phase inverters connected in series within the single-phase inverter group can be determined arbitrarily to match the number of phases of the polyphase motor 1 described above.

1…多相電動機、2…多相電動機駆動装置、4…速度制御装置(制御部)、20、30…単相インバータ群(インバータ群)、21、22、・・・、2M、31、32、・・・、3M…単相インバータ(インバータ)、LP、LN…直流リンク 1... Multi-phase motor, 2... Multi-phase motor drive device, 4... Speed control device (control unit), 20, 30... Single-phase inverter group (inverter group), 21, 22, ..., 2M, 31, 32, ..., 3M... Single-phase inverter (inverter), LP, LN... DC link

Claims (2)

直流電源側が互いに直列に接続されて第1列を成すM個の単相インバータであって、2M個の単相巻線を備える多相電動機の第1群の各巻線に、直流電源から直流リンクに供給される直流電力から変換した単相交流の交流電力をそれぞれ供給する第1列のM個の単相インバータと、
前記直流電源側が互いに直列に接続されて第2列を成すM個の単相インバータであって、前記多相電動機の第2群の各巻線に、前記直流リンクに供給される直流電力から変換した単相交流の交流電力をそれぞれ供給する第2列のM個の単相インバータと、
を備え、
前記第1列を成すM個の単相インバータの電源側が、互いに直列に接続され、前記直列に接続された前記第1列を成すM個の単相インバータが前記直流リンクの両極間に接続され、
前記第2列を成すM個の単相インバータの電源側が、互いに直列に接続され、前記直列に接続された前記第2列を成すM個の単相インバータが前記直流リンクの両極間に接続されていて、
前記第1列のM個の単相インバータは第1組のインバータ群を成し、
前記第2列のM個の単相インバータは第2組のインバータ群を成し、
前記第1列のM個の単相インバータのうちの2つの単相インバータを互いに接続する第1接続点と、
前記第2列のM個の単相インバータのうちの2つの単相インバータを互いに接続する第2接続点とが等電位になる接続点同士が互いに接続されていて、
前記等電位になる接続点同士が前記互いに接続されることにより互いに並列接続された2つの単相インバータから、90度の位相差を設けた交流を出力させて、
Mが2以上の自然数であり、前記第1列と前記第2列のM個の単相インバータの列数が2である
多相電動機駆動装置。
M single-phase inverters in the first column are connected in series on the DC power supply side to form a first column, and supply single-phase AC power converted from DC power supplied to a DC link from the DC power supply to each of the first group of windings of a polyphase electric motor having 2M single-phase windings;
M single-phase inverters in a second row, the DC power supply sides of which are connected in series to each other, and which supply single-phase AC power converted from DC power supplied to the DC link to each of the second group of windings of the polyphase motor;
Equipped with
power supply sides of the M number of single-phase inverters forming the first row are connected in series with each other, and the M number of single-phase inverters forming the first row connected in series are connected between both poles of the DC link;
power supply sides of the M number of single-phase inverters forming the second row are connected in series with each other, and the M number of single-phase inverters forming the second row connected in series are connected between both poles of the DC link,
the M single-phase inverters in the first column form a first set of inverters;
the M single-phase inverters in the second column form a second set of inverters;
a first connection point connecting two single-phase inverters of the M single-phase inverters in the first column to each other;
a second connection point connecting two of the M single-phase inverters in the second column to each other and a connection point at which the two single-phase inverters are equipotential are connected to each other,
The two single-phase inverters are connected in parallel by connecting the equipotential connection points to each other, and outputting alternating currents with a phase difference of 90 degrees,
The polyphase motor drive device, wherein M is a natural number equal to or greater than 2, and the number of columns of the M single-phase inverters in the first column and the second column is two.
直流電源側が互いに直列に接続されて第1組のインバータ群を成し、2M個の単相巻線を備える多相電動機の第1群の各巻線に、直流電源から直流リンクに供給される直流電力から変換した単相交流の交流電力をそれぞれ供給する第1列のM個の単相インバータと、
前記直流電源側が互いに直列に接続されて第2組のインバータ群を成し、前記多相電動機の第2群の各巻線に、前記直流リンクに供給される直流電力から変換した単相交流の交流電力をそれぞれ供給する第2列のM個の単相インバータと、
前記第1組のインバータ群の第1インバータが出力する第1交流電圧の位相と、前記第2組のインバータ群の第2インバータが出力する第2交流電圧の位相とに90度の位相差設けたことで、前記第1組のインバータ群の第1インバータが供給する第1交流電力の第1電力脈動と、前記第2組のインバータ群の第2インバータが供給する第2交流電力の第2電力脈動とを互いに打ち消し合うように制御する制御部
を備え、
前記第1列を成すM個の単相インバータの電源側が、互いに直列に接続され、前記直列に接続された前記第1列を成すM個の単相インバータが前記直流リンクの両極間に接続され、
前記第2列を成すM個の単相インバータの電源側が、互いに直列に接続され、前記直列に接続された前記第2列を成すM個の単相インバータが前記直流リンクの両極間に接続されていて、
Mが2以上の自然数であり、前記第1列と前記第2列のM個の単相インバータの列数が2である
多相電動機駆動装置。
a first row of M single-phase inverters, each having a DC power supply side connected in series to form a first inverter group, for supplying single-phase AC power converted from DC power supplied to a DC link from the DC power supply to each winding of the first group of a polyphase electric motor having 2M single-phase windings;
a second column of M single-phase inverters, the DC power sources of which are connected in series to form a second set of inverter groups, and which supply single-phase AC power converted from DC power supplied to the DC link to each winding of the second group of the polyphase motor;
a control unit that provides a phase difference of 90 degrees between a phase of a first AC voltage output by a first inverter of the first inverter group and a phase of a second AC voltage output by a second inverter of the second inverter group, thereby controlling a first power pulsation of the first AC power supplied by the first inverter of the first inverter group and a second power pulsation of the second AC power supplied by the second inverter of the second inverter group to cancel each other out,
power supply sides of the M number of single-phase inverters forming the first row are connected in series with each other, and the M number of single-phase inverters forming the first row connected in series are connected between both poles of the DC link;
power supply sides of the M number of single-phase inverters forming the second row are connected in series with each other, and the M number of single-phase inverters forming the second row connected in series are connected between both poles of the DC link,
The polyphase motor drive device, wherein M is a natural number equal to or greater than 2, and the number of columns of the M single-phase inverters in the first column and the second column is two.
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