CN104579108A - 电流型逆变器装置 - Google Patents

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CN104579108A
CN104579108A CN201410392559.3A CN201410392559A CN104579108A CN 104579108 A CN104579108 A CN 104579108A CN 201410392559 A CN201410392559 A CN 201410392559A CN 104579108 A CN104579108 A CN 104579108A
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winding
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久米常生
原英则
山中克利
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Abstract

本发明提供一种能够扩大对交流电动机的速度控制范围的电流型逆变器装置。本发明实施方式涉及的电流型逆变器装置具备：对每个相具有m个(m为2以上的整数)绕组的n台(n为1以上的整数)的交流电动机供给交流电的逆变器部；以及控制逆变器部和交流电动机的控制部。逆变器部具有开关部，该开关部的n×m+1个开关元件与交流电动机的每个相串联连接，且开关元件之间的n×m个连接点分别与n台交流电动机的绕组之中同一相的不同的n×m个绕组连接。控制部具有基于交流电动机的转速从n×m个绕组中选择一个以上绕组作为交流电的供给对象的模式选择器。

Description

电流型逆变器装置
技术领域
本发明涉及电流型逆变器装置。
背景技术
以往，已知当交流电动机的转速为高速时，通过绕组切换部将交流电动机的定子绕组从低速用绕组切换为高速用绕组的技术。
该技术通过从低速用绕组向高速用绕组切换来减小高速时在交流电动机中产生的反电动势，由此，扩大速度控制范围使得从低速区域至高速区域的大范围的运行能够实现(例如，专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3948009号公报
发明内容
本发明要解决的技术问题
然而，在切换交流电动机的绕组状态的以往技术中，例如，需要绕组切换电路，另外，由于设置有用于连接交流电动机与绕组切换电路的多个端子、配线，因此在交流电动机的小型化、轻量化方面存在问题。
本发明实施方式的一个方式是鉴于上述问题而做出的，其目的是提供在不切换交流电动机的绕组状态的情况下选择在逆变器装置内进行供电的绕组，由此能够扩大针对交流电动机的速度控制范围的电流型逆变器装置。
为解决技术问题的方法
本发明实施方式的一个方式涉及的电流型逆变器装置具备逆变器部和控制部。逆变器部对每个相具有m个(m为2以上的整数)的绕组的n台(n为1以上的整数)的交流电动机供给交流电。控制部控制所述逆变器部和所述交流电动机。另外，所述逆变器部具有开关部，所述开关部的n×m+1个开关元件与所述交流电动机的每个相串联连接，且所述开关元件之间的n×m个连接点分别与所述n台交流电动机的绕组之中同一相的不同的n×m个绕组连接。另外，所述控制部具有选择部，所述选择部基于所述交流电动机的转速从所述n×m个绕组中选择一个以上绕组作为所述交流电的供给对象。
附图说明
图1是具备第一实施方式涉及的电流型逆变器装置的电机驱动系统的结构图。
图2是电机驱动系统的其他的结构图。
图3是表示图1所示的控制部的结构例的图。
图4是表示具备具有三相桥的逆变器部的电流型逆变器装置的图。
图5是将9种电流路径的电流作为电流矢量并用空间矢量来表示的图。
图6是门信号的逻辑值和电流矢量之间的关系图。
图7是表示门信号输出器的具体结构的一例的图。
图8是表示各相信号输出器的具体结构的其他例子的图。
图9是表示在第一控制模式中从U相流向V相的电流的流动的图。
图10是表示图9所示的状态下的电动机内的电流路径的图。
图11是表示第一控制模式下的空间矢量的图。
图12是表示在第二控制模式下从U相流向V相的电流的流动的图。
图13是第二实施方式涉及的电机驱动系统的控制部的结构图。
图14是图13所示的模式选择器的结构图。
图15是转速与调制信号的大小之间的关系图。
图16是表示载波信号、调制信号、第一模式信号以及第二模式信号的波形的一例的图。
图17是将电动机加速时的第一控制模式的时间比率和第二控制模式的时间比率的关系图。
图18是电动机的转速与有效输出功率之间的关系图。
图19是第三实施方式涉及的电机驱动系统的结构图。
图20是表示图19所示的控制部的结构例的图。
图21是表示图19所示的驱动输出生成器的具体结构的一例的图。
图22是第四实施方式涉及的电机驱动系统的结构图。
图23是表示图22所示的控制部的结构例的图。
图24是第五实施方式涉及的电机驱动系统的结构图。
图25是表示图24所示的控制部的结构例的图。
附图标记说明：
1、1A～1D：电机驱动系统，
2、2A～2D、100：电流型逆变器装置，
3、3B～3E：三相交流电动机，       4、15：直流电流源，
11、11C：逆变器部，               12：开关部，
13～15、13C～15C：开关元件部，    20、20A～20D：控制部，
21：速度运算器，                  22、22A～22C：模式选择器，
24、24A～24C：速度控制器，        27、27A～27C：恒功率控制器，
28、28B、28C：电机常数切换器，    29：门信号生成器，
30、30B、30C：门信号输出器。
具体实施方式
以下，参照附图，对本申请公开的电流型逆变器装置的实施方式进行详细说明。此外，本发明不限于以下所示的实施方式。
[1.第一实施方式]
[1.1.电机驱动系统]
图1是具备第一实施方式涉及的电流型逆变器装置的电机驱动系统的结构图。图1所示的电机驱动系统1具备电流型逆变器装置2、三相交流电动机3(以下，简单记载为电动机3)、直流电流源4、以及位置检测器10。
电流型逆变器装置2将从直流电流源4供给的直流电转换成期望的交流电并向电动机3输出。此外，电流型逆变器装置2不限于图1所示的结构。例如，如图2所示，电流型逆变器装置2也可以具备将从三相交流电源4A供给的交流电转换成直流电的整流器部17以及电抗器Ldc来作为直流电流源。图2是电机驱动系统1的其他的结构图。
如图1所示，电流型逆变器装置2具备端子TP、TN、TU1、TU2、TV1、TV2、TW1、TW2、逆变器部11、以及控制部20。
端子TU1、TV1、TW1与电动机3所具备的第一三相绕组5连接。另外，端子TP、TN与直流电流源4的正极和负极分别连接。另外，端子TU2、TV2、TW2与电动机3所具有的第二三相绕组6连接。
逆变器部11经由端子TP、TN与直流电流源4连接。另外，逆变器部11经由端子TU1、TV1、TW1以及端子TU2、TV2、TW2与电动机3连接。
控制部20与位置检测器10连接。控制部20控制逆变器部11以及电动机3。控制部20分别针对电动机3的U相、V相以及W相的各相，基于电动机3的转速，在第一三相绕组5和第二三相绕组6中选择一个或者两个三相绕组，并作为交流电的供给对象。由此，能够在不切换电动机3的绕组状态的情况下，扩大针对电动机3的速度控制范围。关于逆变器部11和控制部20的详细结构，在后面进行叙述。
电动机3具备第一三相绕组5、第二三相绕组6、以及转子9。例如，电动机3是具有由定子绕组相互绝缘的双绕组构成的三相双绕组的电动机、例如是感应电动机、永久磁铁式同步电动机。第一三相绕组5的各绕组5a、5b、5c和第二三相绕组6的各绕组6a、6b、6c的绕组数是分别相同的。绕组5a的一端与电流型逆变器装置2所具备的端子TU1连接，绕组5b的一端与端子TV1连接，绕组5c的一端与端子TW1连接。另外，绕组6a的一端与端子TU2连接，绕组6b的一端与端子TV2连接，绕组6c的一端与端子TW2连接。
第一三相绕组5的各绕组5a、5b、5c被配置为相对于第二三相绕组6的各绕组6a、6b、6c呈相反极性。具体而言，与电动机3的各相相对应的两个绕组插入到定子的同一槽中并相互以电磁方式紧密结合，绕组方向为相互相反极性。在图1中，黑圆点表示绕组方向的极性。
转子9隔着规定的间隙与定子(第一三相绕组5和第二三相绕组6)相对置地被配置。此外，绕组5a、5b、5c的另一端相互连接。另外，绕组6a、6b、6c的另一端相互连接。
在图1中，示出了第一和第二三相绕组5、6以Y形接线构成的例子，但也可以以三角形接线构成。此外，为了便于说明，关于电动机3的U相、V相和W相，对于第一三相绕组5，表示为U1相、V1相、W1相，对于第二三相绕组6，表示为U2相、V2相、W2相。
位置检测器10与电动机3的输出轴连接。位置检测器10检测电动机3的转子9的相位θ(以下，记载为转子相位θ)，并输出到控制部20。位置检测器10例如是编码器、解析器。
[1.2.电流型逆变器装置2的详细结构]
[1.2.1.逆变器部]
如图1所示，逆变器部11具备开关部12、以及滤波器16a、16b。开关部12具备开关元件部13～15。开关元件部13、14、15分别与电动机3的U相、V相、W相相对应。
开关元件部13～15分别具有串联连接的三个开关元件。具体而言，开关元件部13的三个开关元件Q1u、Q2u、Q3u串联连接。开关元件部14的三个开关元件Q1v、Q2v、Q3v串联连接。开关元件部15的三个开关元件Q1w、Q2w、Q3w串联连接。
开关元件Q1u～Q3u、Q1v～Q3v、Q1w～Q3w(以下，有时统称为开关元件Qs)例如是反向阻断型的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)。在图1中，开关元件Qs用晶体管和二极管的串联连接来表示。此外，开关元件Qs可以是IGBT与二极管串联连接的结构，此外，也可以是MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)和二极管串联连接的结构。另外，开关元件Qs也可以是下一代半导体开关元件的SiC、GaN和二极管串联连接的结构。
开关元件部13～15中，开关元件Qs之间的两个连接点分别与电动机3的同一相的不同的两个绕组的各绕组连接。具体而言，在开关元件部13中，开关元件Q1u、Q2u之间的连接点N1u与电动机3的U1相连接，开关元件Q2u、Q3u之间的连接点N2u与电动机3的U2相连接。
另外，在开关元件部14中，开关元件Q1v、Q2v之间的连接点N1v与电动机3的V1相连接，开关元件Q2v、Q3v之间的连接点N2v与电动机3的V2相连接。另外，在开关元件部15中，开关元件Q1w、Q2w之间的连接点N1w与电动机3的W1相连接，开关元件Q2w、Q3w之间的连接点N2w与电动机3的W2相连接。
滤波器16a的电容器的一端分别与U1相端子TU1、V1相端子TV1以及W1相端子TW1连接，这些电容器的另一端连接在一起。另外，滤波器16b的电容器的一端分别与U2相端子TU2、V2相端子TV2以及W2相端子TW2连接，这些电容器的另一端连接在一起。所述滤波器16a、16b具有除去从各相的开关元件部13～15中输出的电流的高频成分的功能。
[1.2.2.控制部20]
控制部20在控制电动机3时，以与电动机3的转速相应的控制模式来生成门信号并输出到逆变器部11。即，控制部20利用逆变器部11将从直流电流源4供给的直流电转换成交流电之后，输出到电动机3并控制电动机3。
控制部20根据电动机3的转速切换两个控制模式，并控制逆变器部11。控制部20在电动机3的转速较低的低速区域中选择第一控制模式，在电动机3的转速较高的高速区域中选择第二控制模式。控制部20当选择了第一控制模式时，向第一以及第二三相绕组5、6各自以串联方式供给交流电，当选择了第二控制模式时，仅向第一以及第二三相绕组5、6中的一方供给交流电。关于在电动机3中产生的反电动势，如果电动机3的转速相同，则与第一控制模式相比，第二控制模式下的该反电动势更低。
由于进行如此控制，所以电流型逆变器装置2能够进行从低速区域至高速区域的广泛范围的运行。关于这些控制模式，依次进行说明。此外，在下面，将能够通过d轴电流(励磁电流或磁通电流)和q轴电流(转矩电流)正交的二轴电流来进行控制的同步电动机作为模型，对由控制部20控制电动机3的例子进行说明，但是控制部20能够通过其他模型(控制方式)控制电动机3。例如，当控制部20是以基于U、V、W的相电流进行控制的方式构成的V/f控制、以及电动机3为比较容易获得恒功率特性的感应电动机时，能够以基于这些模型的控制方式来实施。
图3是表示控制部20的结构例的图。如图3所示，控制部20具备速度运算器21、模式选择器22(选择部和第一选择指令器的一例)、减法器23、速度控制器24、d轴电流指令生成器25、减法器26、恒功率控制器27、电机常数切换器28、门信号生成器29、以及门信号输出器30。以下，对它们进行具体说明。
[1.2.2.1.速度运算器21]
速度运算器21基于从位置检测器10输出的转子相位θ计算转子9的转速Ndet，并向模式选择器22、减法器23以及恒功率控制器27输出。速度运算器21例如通过转子相位θ的每单位时间的变化量来求出转速Ndet。
[1.2.2.2.模式选择器22]
模式选择器22基于转速Ndet选择第一控制模式和第二控制模式中的任一控制模式。例如，模式选择器22在转速Ndet小于设定值Ns1的情况下选择第一控制模式，在转速Ndet为设定值Ns1以上的情况下选择第二控制模式。模式选择器22将所选择的控制模式的信息输出到速度控制器24、恒功率控制器27、电机常数切换器28以及门信号输出器30。
表示是第一控制模式的信息例如是逻辑值为“1”的第一模式信号SA以及逻辑值为“0”的第二模式信号SB。另外，表示是第二控制模式的信息是逻辑值为“0”的第一模式信号SA以及逻辑值为“1”的第二模式信号SB。此外，第一模式信号SA以及第二模式信号SB是控制模式的信息的一例，但不限于这些信号。在下面，将第一模式信号SA以及第二模式信号SB统称并记载为模式信号SX1。
此外，在图3所示的模式选择器22的例子中，对基于转速Ndet进行控制模式的选择的选择器进行了说明，但模式选择器22只要是根据电动机3的速度信息来选择控制模式的选择器即可。例如，当电流型逆变器装置2进行速度控制时，模式选择器22也可以基于速度指令选择控制模式。
[1.2.2.3.减法器23以及速度控制器24]
减法器23从由上位装置(未图示)输出的速度指令N*中减去转速Ndet，并将减法结果输出到速度控制器24。
速度控制器24以使速度指令N*与转速Ndet之间的差为零的方式生成q轴电流指令Iq*，并输出到门信号生成器29。此外，q轴电流指令Iq*是与转子相位θ同步的d－q轴旋转坐标系的q轴成分的电流指令。
另外，速度控制器24还能够以使有效输出功率Pe在第一控制模式与第二控制模式之间的切换前后不发生改变的方式，控制q轴电流(转矩电流)。例如，速度控制器24在从第一控制模式向第二控制模式切换时将q轴电流指令Iq*限制在Nbase/Ns1倍，防止在控制模式的切换前后有效输出功率Pe的变化。
另一方面，速度控制器24在从第二控制模式向第一控制模式切换时将q轴电流指令Iq*设为Ns1/Nbase倍，防止在控制模式的切换前后有效输出功率Pe的变化。此外，速度控制器24通过模式信号SX1的逻辑值的变化，检测出第一控制模式和第二控制模式之间的切换时刻。
[1.2.2.4.d轴电流指令生成器25以及减法器26]
d轴电流指令生成器25生成d轴电流指令Id**，并输出到减法器26。当电动机3为同步电动机时，d轴电流指令Id**例如为零，当电动机3为感应电动机时，d轴电流指令Id**例如为正的规定值。减法器26从d轴电流指令Id**中减去从恒功率控制器27输出的d轴磁场削弱电流指令值Idrc，并将作为减法结果的d轴电流指令Id*输出到门信号生成器29。
[1.2.2.5.恒功率控制器27]
恒功率控制器27生成与来自速度运算器21的转速Ndet以及来自模式选择器22的模式信号SX1的逻辑值相应的磁场削弱电流指令值Idrc，并输出到减法器26。此外，也可以使用来自后述的电机常数切换器28的电机常数来生成磁场削弱电流指令值Idrc。
磁场削弱电流指令值Idrc为大致零，直至电动机3的转速Ndet达到基本转速值Nbase为止。当转速Ndet超过基本转速值Nbase时，恒功率控制器27根据转速Ndet的增加而使磁场削弱电流指令值Idrc向削弱电动机3的磁场的方向变化。
另外，当电动机3的转速Ndet成为设定值Ns1、且从第一控制模式切换为第二控制模式时，恒功率控制器27使磁场削弱电流指令值Idrc大致为零。当电动机3的转速Ndet超过设定值Ns1时，恒功率控制器27根据转速Ndet的增加而使磁场削弱电流指令值Idrc向削弱电动机3的磁场的方向变化。
此外，有时将转速Ndet小于基本转速值Nbase的区域称作恒转矩区域，将转速Ndet为基本转速值Nbase以上的区域称作恒功率区域。另外，磁场削弱控制的方法不限于基于磁场削弱电流指令值Idrc的方法，也可以通过其他的公知技术进行磁场削弱控制。
[1.2.2.6.电机常数切换器28]
电机常数切换器28按照来自模式选择器22的模式信号SX1，将与控制模式相对应的电机常数输出到速度控制器24以及恒功率控制器27。在此，第一控制模式用的电机常数以及第二控制模式用的电机常数之中、与控制模式相对应的电机常数根据模式信号SX被选择。由此，能够适当切换速度控制器24中的q轴电流指令Iq*的生成、以及恒功率控制器27中的磁场削弱电流指令值Idrc的生成中所使用的电机常数的信息。电机常数的信息与每个控制模式相对应，例如，有转矩－电流换算系数、定子电阻、d轴电感、q轴电感、定子交链磁通等。
[1.2.2.7.门信号生成器29]
门信号生成器29基于来自速度控制器24的q轴电流指令Iq*和来自减法器26的d轴电流指令Id*，生成门信号G1～G6，并输出到门信号输出器30。
具体而言，门信号生成器29基于q轴电流指令Iq*、d轴电流指令Id*以及转子相位θ，生成Ｕ相、V相以及W相的电流指令Iu*、Iv*、Iw*。例如，门信号生成器29通过下述式（1）～（5）的运算，生成电流指令Iu*、Iv*、Iw*。
【数1】
I 1 = Id * 2 + Iq * 2 . . . ( 1 )
θi＝tan-1(Iq*/Id*)…(2)
Iu*＝I1×sin(θ+θi)…(3)
Iv*＝I1×sin(θ+θi-120)…(4)
Iw*＝I1×sin(θ+θi-240)…(5)
门信号生成器29根据电流指令Iu*、Iv*、Iw*生成线电流指令Iuw*、Ivu*、Iwv*。例如，门信号生成器29通过下式（6）～（8）的运算，生成线电流指令Iuw*、Ivu*、Iwv*。
【数2】
Iuw * = 1 3 ( Iu * - Iw * ) . . . ( 6 )
Ivu * = 1 3 ( Iv * - Iu * ) . . . ( 7 )
Iwv * = 1 3 ( Iw * - Iv * ) . . . ( 8 )
门信号生成器29基于线电流指令Iuw*、Ivu*、Iwv*生成门信号G1～G6，并输出到门信号输出器30。此外，基于线电流指令Iuw*、Ivu*、Iwv*的门信号G1～G6的生成是公知的技术，例如，使用在日本特开2012－196119号公报中公开的技术。
在此，对门信号G1～G6进行说明。门信号生成器29生成与对三相桥（参照图4）进行PWM控制并进行驱动的信号相同的门信号G1～G6，并输出到门信号输出器30，在该三相桥中，各相两个开关元件与逆变器部11串联连接。图4是表示具备具有三相桥的逆变器部的电流型逆变器装置的图。
图4所示的电流型逆变器装置100具备与正的直流母线P连接的三个开关元件Qpu、Qpv、Qpw以及与负的直流母线N连接的三个开关元件Qnu、Qnv、Qnw。以下，有时将开关元件Qpu、Qpv、Qpw记载为上级的开关元件Qp，有时将开关元件Qnu、Qnv、Qnw记载为下级的开关元件Qn。
在此，对门信号G1～G6和流经电动机3的电流路径的关系进行说明。门信号G1～G6是以使上级的开关元件Qp和下级的开关元件Qn各自的各一个同时导通的方式生成的门信号。门信号G1～G6接通的开关元件Qp、Qn的组合可以如下依次转移。
(Qpu、Qnv)→(Qpu、Qnw)→(Qpv、Qnw)→(Qpv、Qnu)→(Qpw、Qnu)→(Qpw、Qnv)
与该依次转移相对应地，流经电动机3的电流的路径如下转移。
Iuv→Iuw→Ivw→Ivu→Iwu→Iwv
此外，例如，Iuv表示沿正的直流母线P→电动机3的U相→电动机3的V相→负的直流母线N的电流路径流动的电流。另外，例如，Ivu表示沿正的直流母线P→电动机3的V相→电动机3的U相→负的直流母线N的电流路径流动的电流。
另外，在(Qpu、Qnu)、(Qpv、Qnv)以及(Qpw、Qnw)的组合中，形成将正的直流母线P和负的直流母线N之间短路的电流路径。该电流路径分别是电流Iuu、Ivv、Iww，电动机3中没有电流流动。
接下来，对上述的9种电流路径和空间矢量法中的电流矢量的关系进行说明。图5是将上述的9种电流路径的电流Iuv、Iuw、Ivw、Ivu、Iwu、Iwv、Iuu、Ivv、Iww作为电流矢量并用空间矢量来表示的图。
另外，图6是门信号G1～G6的逻辑值与电流矢量Iuv、Iuw、Ivw、Ivu、Iwu、Iwv、Iuu、Ivv、Iww之间的关系图。当门信号G1～G6的逻辑值为“1”时，开关元件Qpu、Qpv、Qpw、Qnu、Qnv、Qnw接通，当门信号G1～G6的逻辑值为“0”时，开关元件Qpu、Qpv、Qpw、Qnu、Qnv、Qnw断开。门信号G1～G6例如当逻辑值为“0”时是低电平的信号，当逻辑值为“1”时是高电平的信号。
门信号生成器29基于由上述式(6)～(8)所示的线电流指令Iuw*、Ivu*、Iwv*，来生成使电流矢量按照Iuv→Iuw→Ivw→Ivu→Iwu→Iwv依次转移的门信号G1～G6。门信号G1～G6是使用相邻的三种矢量并通过空间矢量法合成的信号。此外，相邻的三种矢量的组合例如是(Iuw、Ivw、Iww)、(Iwv、Iuv、Ivv)等。此外，空间矢量法是公知的，因此省略其详细的说明。
[1.2.2.8.门信号输出器30]
门信号输出器30基于门信号G1～G6，生成驱动逆变器部11的开关元件Qs的门信号G1u、G2u、G3u、G1v、G2v、G3v、G1w、G2w、G3w(以下，有时统称为门信号Gs)。门信号G1u～G3u、G1v～G3v、G1w～G3w分别驱动开关元件Q1u～Q3u、Q1v～Q3v、Q1w～Q3w。
通过从门信号输出器30输出的门信号Gs，在第一控制模式下，第一和第二三相绕组5B、6B中的一者成为交流电的供给对象，在第二控制模式下，第一和第二三相绕组5B、6B两者成为交流电的供给对象。以下，对门信号输出器30的具体结构的一例、基于门信号Gs的逆变器部11的控制依次进行说明。
(门信号输出器30的具体结构)
图7是表示门信号输出器30的具体结构的一例的图。如图7所示，门信号输出器30具备U相信号输出器31、V相信号输出器32、以及W相信号输出器33。
U相信号输出器31生成控制U相开关元件Q1u、Q2u、Q3u的门信号G1u、G2u、G3u。V相信号输出器32生成控制V相开关元件Q1v、Q2v、Q3v的门信号G1v、G2v、G3v。W相信号输出器33生成控制W相开关元件Q1w、Q2w、Q3w的门信号G1w、G2w、G3w。
U相信号输出器31具备逻辑乘法器(“与”电路)41、42、以及逻辑加法器(“或”电路)43。逻辑乘法器41输出门信号G1和第一模式信号SA的逻辑积。逻辑乘法器42输出门信号G4和第二模式信号SB的逻辑积。逻辑加法器43输出逻辑乘法器41的输出和逻辑乘法器42的输出的逻辑和。
在第一控制模式的情况下，第一模式信号SA的逻辑值为“1”，第二模式信号SB的逻辑值为“0”，因此U相信号输出器31将与门信号G1相同的信号作为门信号G1u、G3u输出，并将与门信号G4相同的信号作为门信号G2u输出。
另外，在第二控制模式的情况下，第一模式信号SA的逻辑值为“0”，第二模式信号SB的逻辑值为“1”，因此U相信号输出器31将与门信号G1相同的信号作为门信号G1u输出，将与门信号G4相同的信号作为门信号G2u、G3u输出。
V相信号输出器32为与U相信号输出器31相同的结构，在第一控制模式的情况下，将与门信号G2相同的信号作为门信号G1v、G3v输出，将与门信号G5相同的信号作为门信号G2v输出。另外，V相信号输出器32在第二控制模式的情况下，将与门信号G2相同的信号作为门信号G1v输出，将与门信号G5相同的信号作为门信号G2v、G3v输出。
W相信号输出器33也为与U相信号输出器31相同的结构，在第一控制模式的情况下，将与门信号G3相同的信号作为门信号G1w、G3w输出，将与门信号G6相同的信号作为门信号G2w输出。另外，W相信号输出器33在第二控制模式的情况下，将与门信号G3相同的信号作为门信号G1w输出，将与门信号G6相同的信号作为门信号G2w、G3w输出。
此外，在上述实施方式中，在第二控制模式下，向第一三相绕组5供给电流，但也可以向第二三相绕组6供给电流而不向第一三相绕组5供给电流。该情况下，例如，U相信号输出器31、V相信号输出器32以及W相信号输出器33如图8所示地构成。
图8是表示U相信号输出器31的具体结构的其他例子的图。此外，V相信号输出器32和W相信号输出器33也为与图8所示的U相信号输出器31相同的结构。如图12所示，U相信号输出器31具备逻辑乘法器44、45以及逻辑加法器46。逻辑乘法器44输出门信号G1与第一模式信号SA的逻辑积。逻辑乘法器45输出门信号G4与第二模式信号SB的逻辑积。逻辑加法器46输出逻辑乘法器44的输出和逻辑乘法器45的输出的逻辑和。
在第一控制模式的情况下，例如，图8所示的U相信号输出器31将与门信号G1相同的信号作为门信号G1u、G2u输出，将与门信号G4相同的信号作为门信号G3u输出。另外，在第二控制模式的情况下，例如，图8所示的U相信号输出器31将与门信号G1相同的信号作为门信号G2u输出，将与门信号G4相同的信号作为门信号G1u、G3u输出。此外，门信号输出器30不限于图7和图8所示的结构。
(基于门信号Gs的逆变器部11的控制)
当由模式选择器22选择了第一控制模式时，门信号输出器30生成从逆变器部11向第一和第二三相绕组5、6各自以串联方式供给交流电的门信号Gs，并输出到逆变器部11。
在第一控制模式中，上级和下级的开关元件Qp、Qn的一对(Q1u、Q3u)、(Q1v、Q3v)、(Q1w、Q3w)分别由门信号G1、G2、G3驱动，并且，中级的开关元件Q2u、Q2v、Q2w分别由门信号G4、G5、G6驱动。
图9是表示从U相流向V相的电流Iuv的流动的图。如图9所示，电流Iuv从正的直流母线P经由开关元件Q1u、U1端子TU1，从电流型逆变器装置2流向第一三相绕组5。电流Iuv在第一三相绕组5中经由U1相的绕组5a和V1相的绕组5b，流向电流型逆变器装置2的V1端子TV1。
电流Iuv经由V1端子TV1、开关元件Q2v、V2端子TV2，从电流形逆变器装置2流向第二三相绕组6。电流Iuv在第二三相绕组6中经由V2相的绕组6b和U2相的绕组6a，流向电流型逆变器装置2的U2端子TU2。电流Iuv经由U2端子TU2、开关元件Q3u流向负的直流母线N。
图10是表示电动机3内的电流Iuv的路径的图。如图10所示，在第一三相绕组5中，电流从U1相流向V1相，相对于此，在第二三相绕组6中，电流从V2相流向U2相。第一三相绕组5和第二三相绕组6被配置成绕组的极性相互相反，因此流经这些三相绕组5、6的电流产生以相同极性合成的磁动势。因此，如图11所示，在电流型逆变器装置2中，相对于电流型逆变器装置100(参照图4)中的电流矢量(参照图5)，能够输出最大值为2倍的合成电流矢量。图11是表示电流型逆变器装置2的空间矢量的图。
如此，在第一控制模式中，从逆变器部11向第一和第二三相绕组5、6的各自以串联的方式供给交流电。因此，在电流型逆变器装置2中，与电流型逆变器装置100相比，在低速区域中，能够产生相对较高的反电动势，并且能够获得相对较高的转矩。
此外，门信号输出器30在第一控制模式下从电流矢量Iuv的状态向电流矢量Iuu转移时，将门信号G2v的逻辑值设为“0”，将门信号G2u的逻辑值设为“1”。由此，开关元件Q2v断开，开关元件Q3u接通，不进行从电流型逆变器装置2向电动机3的电流供给。
另一方面，当由模式选择器22选择第二控制模式时，门信号输出器30以仅向第一和第二三相绕组5、6中的一个三相绕组供给交流电的方式生成门信号Gs并输出到逆变器部11。
在第二控制模式下，上级的开关元件Q1u、Q1v、Q1w分别由门信号G1、G2、G3驱动，中级和下级的开关元件Qp、Qn的一对(Q2u、Q3u)、(Q2v、Q3v)、(Q2w、Q3w)分别由门信号G4、G5、G6驱动。
图12是表示从U相向V相通电的电流Iuv的流动的图。如图12所示，电流Iuv从正的直流母线P经由开关元件Q1u、U1端子TU1，从电流型逆变器装置2流向第一三相绕组5。电流Iuv在第一三相绕组5中经由U1相的绕组5a和V1相的绕组5b流向电流型逆变器装置2的V1端子TV1。电流Iuv经由V1端子TV1、开关元件Q2v、Q3v流向负的直流母线N。
如此，在第二控制模式下，从逆变器部11仅向第一三相绕组5供给交流电。因此，与第一控制模式相比，电动机3的反电动势为一半。由此，在第二控制模式下，与第一控制模式相比，能够扩大速度范围。
如此，在电流型逆变器装置2中，根据电动机3的转速Ndet来切换控制模式。由此，能够扩大针对电动机3的速度控制范围。
如上所述，在第一实施方式涉及的电流型逆变器装置2中，逆变器部11针对电动机3的U相、V相以及W相的每个相串联连接2+1个开关元件Qs，开关元件Qs之间的两个连接点的各自与电动机3的绕组之中同一相的不同的两个绕组连接。控制部20具有模式选择器22，该模式选择器22针对每个相具有的两个绕组，基于电动机3的转速来选择两个绕组中的一个或两个绕组，并选择作为交流电的供给对象。由此，在电流型逆变器装置2中，在高速区域中，能够减小在电动机3中产生的感应电压，与以往的绕组切换方式同样地，能够扩大速度控制范围。
[2.第二实施方式]
接下来，对第二实施方式涉及的电流型逆变器装置进行说明。第二实施方式涉及的电流型逆变器装置与第一实施方式涉及的电流型逆变器装置2的不同之处在于，具有第一控制模式和第二控制模式的开关模式。此外，在下文中，以与第一实施方式涉及的电机驱动系统1不同之处为中心进行说明，对具有与第一实施方式相同功能的构成要素标注相同的附图标记并省略说明。
[2.1.电机驱动系统]
图13是第二实施方式涉及的电机驱动系统的控制部的结构图。第二实施方式涉及的电流型逆变器装置2A以与电动机3的转速相应的时间比率，进行反复切换对电动机3的每个相供给交流电的绕组的数目的开关控制。由此，能够扩大速度控制范围并且能够扩大高效区域。此外，在第二实施方式涉及的电机驱动系统1A中，电流型逆变器装置2A的控制部20A以外的结构与电机驱动系统1相同，因此，在下文中，对控制部20A进行详细叙述。
[2.2.电流型逆变器装置2A的控制部20A]
如图13所示，第二实施方式涉及的电流型逆变器装置2A的控制部20A具备速度运算器21、模式选择器22A(选择部、第一及第二选择指令器的一例)、减法器23、速度控制部24A、d轴电流指令生成器25、减法器26、恒功率控制器27A、电机常数切换器28、门信号生成器29、以及门信号输出器30。以下，对模式选择器22A、速度控制部24A以及恒功率控制器27A进行具体说明。
[2.2.1.模式选择器22A]
模式选择器22A生成与从速度运算器21输出的转速Ndet相应的接通比率的第一模式信号SA和第二模式信号SB，并输出到门信号输出器30。该模式选择器22A作为第一选择指令器，当Ndet＜Nbase时，选择第一控制模式，当Ns1＜Ndet时，选择第二控制模式。此外，接通比率是指在规定单位时间(例如，后述的载波周期Tc)中逻辑值为“1”的比例。
另外，当Nbase≤Ndet＜Ns1时，模式选择器22A作为第二选择指令器，以与转速Ndet相应的时间比率交替地切换第一控制模式和第二控制模式。此外，在模式选择器22A中，利用相同的结构实现第一选择指令器和第二选择指令器，但是第一选择指令器和第二选择指令器也可以是相互不同的结构或者一部分共同的结构。此外，时间比率是指在规定单位时间(例如，后述的载波周期Tc)中分别选择第一控制模式和第二控制模式的时间上的比例。
图14是模式选择器22A的结构图。如图14所示，模式选择器22A具备载波信号生成器51、调制信号生成器52、比较器53、以及逻辑非运算器(“非”电路)54。
载波信号生成器51生成并输出规定周期的载波信号Sc。该载波信号Sc例如是三角波状的信号或锯齿波状的信号。另外，关于载波信号Sc的周期，例如，考虑到开关元件Qs的接通期间和断开期间，优选是由门信号生成器29输出的门信号G1～G6的生成周期的p倍(p为自然数)并且与门信号G1～G6同步的周期。
调制信号生成器52生成与从速度运算器21输出的转速Ndet相应的大小的调制信号Sm。图15是转速Ndet与调制信号Sm的大小之间的关系图。如图15所示，当Ndet＜Nbase时，调制信号Sm的大小为“0”，当Ns1＜Ndet时，调制信号Sm的大小为“1”。另一方面，当Nbase≤Ndet＜Ns1时，调制信号Sm的大小为“0”与“1”之间的(Ndet－Nbase)/(Ns1－Nbase)。
比较器53对载波信号Sc与调制信号Sm进行比较，并生成第二模式信号SB。具体而言，比较器53当调制信号Sm小于载波信号Sc时，输出逻辑值为“1”的第一模式信号SA，当调制信号Sm为载波信号Sc以上时，输出逻辑值为“0”的第二模式信号SB。逻辑非运算器54输入第一模式信号SA，并输出使第一模式信号SA的逻辑值颠倒的第二模式信号SB。
图16是表示Nbase≤Ndet＜Ns1时的、载波信号Sc、调制信号Sm、第一模式信号SA以及第二模式信号SB的波形的一例的图。如图16所示，关于第一模式信号SA，针对每个载波周期Tc，在第一期间T1中逻辑值为“1”，在第二期间T2中逻辑值为“0”。另外，关于第二模式信号SB，针对每个载波周期Tc，在第一期间T1中逻辑值为“0”，在第二期间T2中逻辑值为“1”。
因此，当Nbase≤Ndet＜Ns1时，第一模式信号SA的逻辑值为“1”的时间比率由T1/Tc表示，第二模式信号SB的逻辑值为“1”的时间比率由T2/Tc表示。由此，当Nbase≤Ndet＜Ns1时，电流型逆变器装置2A在载波周期Tc中执行第一控制模式和第二控制模式交替地接通和断开的开关模式。
另一方面，当Ndet＜Nbase时，调制信号Sm的大小为“0”，当Ns1≤Ndet时，调制信号Sm的大小为“1”。因此，电流型逆变器装置2A当Ndet＜Nbase时，在第一控制模式下动作，当Ns1≤Ndet时，在第二控制模式下动作。
图17是将电动机3加速时的第一控制模式的时间比率以及第二控制模式的时间比率的关系图。如图17所示，当将电动机3加速减速时，第一控制模式的时间比率和第二控制模式的时间比率在0％与100％之间连续地变化。
[2.2.2.速度控制部24A]
速度控制部24A(图13)能够在Nbase≤Ndet＜Ns1的范围内，例如，将q轴电流指令Iq*限制为(Nbase+Ns1)/(2Ns1)倍。另外，速度控制部24A当转速Ndet达到设定值Ns1时，与第一实施方式同样，能够将q轴电流指令Iq*限制为Nbase/Ns1倍。
[2.2.3.恒功率控制器27A]
恒功率控制器27A(图13)在Nbase≤Ndet＜Ns1的范围内，例如，将磁场削弱电流指令值Idrc设为在第一实施方式中转速Ndet增加而即将达到设定值Ns1之前的d轴电流指令的一半。另外，恒功率控制器27A在转速Ndet达到设定值Ns1时，与第一实施方式同样，解除磁场削弱控制，使磁场削弱电流指令值Idrc大致为零。
通过这样的控制，在电流型逆变器装置2A中，能够使电动机3与特性如图18所示地发生变化的电动机虚拟运转的情况相同地进行运转。图18是转速Ndet和有效输出功率Pe之间的关系图。
如此，电流型逆变器装置2A通过以与电动机3的转速相应的时间比率，进行切换针对电动机3的每个相供给交流电的绕组的数目的开关控制，能够扩大速度控制范围并且能够扩大高效区域。
[3.第三实施方式]
接下来，对第三实施方式涉及的电流型逆变器装置进行说明。第一和第二实施方式涉及的电流型逆变器装置2、2A是在第一和第二控制模式下进行动作的装置，而第三实施方式涉及的电流型逆变器装置除了第一和第二控制模式以外，还在第三控制模式下进行动作。此外，在下文中，以与第一实施方式涉及的电机驱动系统1不同之处为中心进行说明，对具有与第一实施方式相同功能的构成要素标注相同的附图标记并省略说明。
[3.1.电机驱动系统]
图19是第三实施方式涉及的电机驱动系统1B的结构图。如图19所示，第三实施方式涉及的电机驱动系统1B具备电流型逆变器装置2B、电动机3B、以及直流电流源4。
电流型逆变器装置2B具备逆变器部11和控制部20B。逆变器部11为与第一实施方式涉及的逆变器部11相同的结构。另一方面，控制部20B除了第一和第二控制模式以外，还执行第三控制模式，这一点与控制部20不同。
另外，电动机3B与电动机3的不同之处在于，第一三相绕组5B的绕组数为第二三相绕组6B的绕组数的2倍。即，绕组5Ba～5Bc是绕组6Ba～6Bc的2倍的绕组数。
[3.2.控制部20B]
控制部20B在第一控制模式下对第一和第二三相绕组5B、6B进行电力供给。控制部20B在第二控制模式下对第一三相绕组5B进行电力供给。控制部20B在第三控制模式下对第二三相绕组6B进行电力供给。
由此，当电动机3B中流动相同值的电流时，第二控制模式与第一控制模式相比，感应电压为2/3，第三控制模式与第一控制模式相比，感应电压为1/3。因此，电流型逆变器装置2B与电流型逆变器装置2相比，能够进一步扩大速度控制范围。
图20是表示控制部20B的结构例的图。如图20所示，控制部20B具备速度运算器21、模式选择器22B(选择部和第一选择指令器的一例)、减法器23、速度控制器24B、d轴电流指令生成器25、减法器26、恒功率控制器27B、电机常数切换器28B、门信号生成器29、以及门信号输出器30B。在下面，对模式选择器22B、速度控制器24B、恒功率控制器27B、电机常数切换器28B以及门信号输出器30B进行具体说明。
[3.2.1.模式选择器22B]
模式选择器22B基于转速Ndet和设定值Ns1、Ns2，选择第一至第三控制模式的任一控制模式。具体而言，模式选择器22B当Ndet＜Ns1时选择第一控制模式，当Ns1≤Ndet＜Ns2时选择第二控制模式，当Ns2≤Ndet时选择第三控制模式。模式选择器22B将所选择的控制模式的信息输出到速度控制器24B、恒功率控制器27B、电机常数切换器28B以及门信号输出器30B。
表示是第一控制模式的信息例如是逻辑值为“1”的第一模式信号SA、以及逻辑值为“0”的第二和第三模式信号SB、SC。另外，表示是第二控制模式的信息是逻辑值为“0”的第一和第三模式信号SA、SC、以及逻辑值为“1”的第二模式信号SB。另外，表示是第三控制模式的信息是逻辑值为“1”的第三模式信号SC、以及逻辑值为“0”的第一和第二模式信号SA、SB。
此外，第一至第三模式信号SA、SB、SC是控制模式的信息的一例，并不限于这些信号。在下文中，将第一至第三模式信号SA、SB、SC统称并记载为模式信号SX2。
[3.2.2.速度控制器24B]
速度控制器24B以使速度指令N*和转速Ndet之差为零的方式生成q轴电流指令Iq*，并输出到门信号生成器29。速度控制器24B与速度控制器24同样地，当由恒功率控制器27B进行磁场削弱控制时，将q轴电流指令Iq*维持恒定。另外，速度控制器24B与速度控制器24同样地，还能够以使有效输出功率Pe在控制模式的切换前后不发生变化的方式，控制q轴电流(转矩电流)。
[3.2.3.恒功率控制器27B]
恒功率控制器27B生成与来自速度运算器21的转速Ndet和来自模式选择器22B的模式信号SX2的逻辑值相应的磁场削弱电流指令值Idrc，并输出到减法器26。例如，恒功率控制器27B在从第一控制模式向第二控制的切换、以及从第二控制模式向第三控制模式的切换中，将磁场削弱电流指令值Idrc设为大致零。恒功率控制器27B根据转速Ndet的增加而使磁场削弱电流指令值Idrc向削弱电动机3B的磁场的方向变化。
[3.2.4.电机常数切换器28B]
电机常数切换器28B按照来自模式选择器22B的模式信号SX2，选择第一～第三控制模式用的电机常数中的与模式信号SX2相应的控制模式的电机常数，并输出到速度控制器24B和恒功率控制器27B。由此，能够适当切换速度控制器24B中的q轴电流指令Iq*的生成、恒功率控制器27B中的磁场削弱电流指令值Idrc的生成中所使用的电机常数的信息。
[3.2.5.门信号输出器30B]
门信号输出器30B按照来自模式选择器22B的模式信号SX2，根据门信号G1～G6生成门信号Gs。根据该门信号Gs，在第一控制模式下，第一三相绕组5B成为交流电的供给对象，在第二控制模式下，第二三相绕组6B成为交流电的供给对象，在第三控制模式下，第一和第二三相绕组5B、6B成为交流电的供给对象。
图21是表示门信号输出器30B的具体结构的一例的图。如图21所示，门信号输出器30B具备U相信号输出器31B、V相信号输出器32B、以及W相信号输出器33B。U相信号输出器31B生成门信号G1u、G2u、G3u，V相信号输出器32B生成门信号G1v、G2v、G3v，W相信号输出器33B生成门信号G1w、G2w、G3w。
U相信号输出器31B具备逻辑乘法器61～66和“或”电路67、68。逻辑乘法器61、64输出门信号G1和第一模式信号SA的逻辑积。逻辑乘法器62输出门信号G1和第二模式信号SB的逻辑积。逻辑乘法器63输出门信号G4和第三模式信号SC的逻辑积。
逻辑乘法器65输出门信号G4和第二模式信号SB的逻辑积。逻辑乘法器66输出门信号G1和第三模式信号SC的逻辑积。“或”电路67输出逻辑乘法器61～63的输出的逻辑和。“或”电路68输出逻辑乘法器64～66的输出的逻辑和。
在第一控制模式的情况下，第一～第三模式信号SA～SC的逻辑值分别为“1”、“0”、“0”。因此，U相信号输出器31B将与门信号G1相同的信号作为门信号G1u、G3u进行输出，将与门信号G4相同的信号作为门信号G2u进行输出。
另外，在第二控制模式的情况下，第一～第三模式信号SA～SC的逻辑值分别为“0”、“1”、“0”。因此，U相信号输出器31B将与门信号G1相同的信号作为门信号G1u进行输出，将与门信号G4相同的信号作为门信号G2u、G3u进行输出。
另外，在第三控制模式的情况下，第一～第三模式信号SA～SC的逻辑值分别为“0”、“0”、“1”。因此，U相信号输出器31B将与门信号G1相同的信号作为门信号G3u进行输出，将与门信号G4相同的信号作为门信号G1u、G2u进行输出。
V相信号输出器32B为与U相信号输出器31B相同的结构，在第一控制模式的情况下，将与门信号G2相同的信号作为门信号G1v、G3v进行输出，将与门信号G5相同的信号作为门信号G2v进行输出。另外，在第二控制模式的情况下，V相信号输出器32B将与门信号G2相同的信号作为门信号G1v进行输出，将与门信号G5相同的信号作为门信号G2v、G3v进行输出。另外，在第三控制模式的情况下，V相信号输出器32B将与门信号G2相同的信号作为门信号G3v进行输出，将与门信号G5相同的信号作为门信号G1v、G2v进行输出。
W相信号输出器33B也为与U相信号输出器31B相同的结构，在第一控制模式的情况下，将与门信号G3相同的信号作为门信号G1w、G3w进行输出，将与门信号G6相同的信号作为门信号G2w进行输出。另外，在第二控制模式的情况下，W相信号输出器33B将与门信号G3相同的信号作为门信号G1w进行输出，将与门信号G6相同的信号作为门信号G2w、G3w进行输出。另外，在第三控制模式的情况下、W相信号输出器33B将与门信号G3相同的信号作为门信号G3w进行输出，将与门信号G6相同的信号作为门信号G1w、G2w进行输出。
如上所述，第三实施方式涉及的电机驱动系统1B具备具有绕组数相互不同的第一和第二三相绕组5B、6B的电动机3B。控制部20B基于电动机3B的速度来针对每个相选择交流电的供给对象。即，控制部20B在第一控制模式下将交流电的供给对象设为第一三相绕组5B，在第二控制模式下，将交流电的供给对象设为第二三相绕组6B，在第三控制模式下，将交流电的供给对象设为第一和第二三相绕组5B、6B。由此，在电流型逆变器装置2B中，能够分两个阶段减小在电动机3B中产生的感应电压，能够进一步扩大速度控制范围。
[4.第四实施方式]
接下来，对第四实施方式涉及的电流型逆变器装置进行说明。第一～第三实施方式涉及的电流型逆变器装置2、2A、2B是使每个相具有两个绕组的电动机3、3B动作的装置，第四实施方式涉及的电流型逆变器装置是使每个相具有四个绕组的电动机动作的装置。在下文中，以与第一实施方式涉及的电机驱动系统1不同之处为中心进行说明，对具有与第一实施方式相同的功能的构成要素标注相同的附图标记，并省略说明。
[4.1.电机驱动系统]
图22是第四实施方式涉及的电机驱动系统的结构图。如图22所示，第四实施方式涉及的电机驱动系统1C具备电流型逆变器装置2C、电动机3C、以及直流电流源4。
电动机3C是由定子绕组相互绝缘的四绕组构成的三相四绕组电动机，并具有第一～第四三相绕组5C～8C。各三相绕组5C～8C彼此的绕组数相同，但也可以如第三实施方式涉及的电动机3B那样，使绕组数相互不同。
第一三相绕组5C的各绕组5Ca、5Cb、5Cc和第三三相绕组7C的各绕组7Ca、7Cb、7Cc为相互相同极性，并被配置成相对于第二三相绕组6C的各绕组6Ca、6Cb、6Cc以及第四三相绕组8C的各绕组8Ca、8Cb、8Cc呈相反极性。具体而言，与电动机3C的各相对应的四个绕组被插入到定子的同一槽中并相互以电磁方式紧密结合，并且被配置成绕组方向交替地呈相反极性。在图22中，黑圆点表示绕组方向的极性。
电流型逆变器装置2C具备端子TU1、TU2、TV1、TV2、TW1、TW2、TU3、TU4、TV3、TV4、TW3、TW4、逆变器部11C、以及控制部20C。
端子TU1、TV1、TW1与电动机3C所具备的第一三相绕组5C连接，端子TU2、TV2、TW2与电动机3C所具备的第二三相绕组6C连接。另外，端子TU3、TV3、TW3与电动机3C所具备的第三三相绕组7C连接，端子TU4、TV4、TW4与电动机3C所具备的第四三相绕组8C连接。
逆变器部11C具备开关元件部13C～15C和滤波器16a～16d。开关元件部13C与电动机3C的U相相对应地被设置，开关元件部14C与电动机3C的V相相对应地被设置，开关元件部15C与电动机3C的W相相对应地被设置。
开关元件部13C～15C分别具有串联连接的五个开关元件。具体而言，开关元件部13C构成为五个开关元件Q1u～Q5u串联连接，开关元件部14C构成为五个开关元件Q1v～Q5v串联连接。另外，开关元件部15C构成为五个开关元件Q1w～Q5w串联连接。
开关元件Q4u、Q5u、Q4v、Q5v、Q4w、Q5w为与开关元件Q1u等相同的结构，在下面，有时将这些开关元件统称为开关元件Qs。
在开关元件部13C～15C中，开关元件Qs之间的四个连接点分别与电动机3C的同一相的不同的四个绕组的各绕组连接。具体而言，在开关元件部13C中，连接点N1u、N2u、N3u、N4u分别与电动机3C的U1相、U2相、U3相、U4相连接。在开关元件部14C中，连接点N1v、N2v、N3v、N4v分别与电动机3C的V1相、V2相、V3相、V4相连接。在开关元件部15C中，连接点N1w、N2w、N3w、N4w分别与电动机3C的W1相、W2相、W3相、W4相连接。
滤波器16a和滤波器16b为与第一实施方式相同的结构。另外，滤波器16c的电容器的一端分别与端子TU3、TV3、TW3连接，这些电容器的另一端连接在一起。另外，滤波器16d的电容器的一端分别与端子TU4、TV4、TW4连接，这些电容器的另一端连接在一起。通过该滤波器16a～16d，除去从各相的开关元件部13C～15C输出的电流的高频成分。
[4.2.控制部20C]
控制部20C在第一～第四控制模式中的与电动机3C的转速相应的控制模式下生成门信号并输出到逆变器部11C。控制部20C在第一控制模式下按电动机3C的每个相来对四个绕组供给交流电，在第二控制模式下按电动机3C的每个相来对三个绕组供给交流电。另外，控制部20C在第三控制模式下按电动机3C的每个相来对两个绕组供给交流电，在第四控制模式下按电动机3C的每个相来对一个绕组供给交流电。
控制部20C通过随着电动机3C的转速提高，按第一控制模式→第二控制模式→第三控制模式→第四控制模式进行切换，从而进行减小电动机3C的感应电压的切换。由此，电流型逆变器装置2C能够扩大速度控制范围。
图23是表示控制部20C的结构例的图。如图23所示，控制部20C具备速度运算器21、模式选择器22C(选择部和第一选择指令器的一例)、减法器23、速度控制器24C、d轴电流指令生成器25、减法器26、恒功率控制器27C、电机常数切换器28C、门信号生成器29、以及门信号输出器30C。以下，对模式选择器22C、速度控制器24C、恒功率控制器27C、电机常数切换器28C以及门信号输出器30C进行具体说明。
[4.2.1.模式选择器22C]
模式选择器22C基于转速Ndet和设定值Ns1、Ns2、Ns3，来选择第一～第四控制模式中的任一控制模式。具体而言，模式选择器22C在Ndet＜Ns1时选择第一控制模式，在Ns1≤Ndet＜Ns2时选择第二控制模式。另外，模式选择器22C在Ns2≤Ndet＜Ns3时选择第三控制模式，在Ns3≤Ndet时选择第四控制模式。
表示是第一控制模式的信息例如是逻辑值为“1”的第一模式信号SA以及逻辑值为“0”的第二～第四模式信号SB、SC、SD。另外，表示是第二控制模式的信息是逻辑值为“1”的第二模式信号SB以及逻辑值为“0”的第一、第三和第四模式信号SA、SC、SD。另外，表示是第三控制模式的信息是逻辑值为“1”的第三模式信号SC以及逻辑值为“1”的第一、第二和第四模式信号SA、SB、SD。另外，表示是第四控制模式的信息是逻辑值为“1”的第四模式信号SD以及逻辑值为“1”的第一～第三模式信号SA、SB、SC。
此外，第一～第四模式信号SA、SB、SC、SD是控制模式的信息的一例，并不限于这些信号。在下文中，将第一～第四模式信号SA、SB、SC、SD统称并记载为模式信号SX3。
在图23所示的模式选择器22C的例子中，对基于转速Ndet进行控制模式的选择的情况进行了说明，但模式选择器22C与模式选择器22的情况同样地，根据电动机3C的转速来选择控制模式即可。
[4.2.2.速度控制器24C]
速度控制器24C以使速度指令N*和转速Ndet之差为零的方式生成q轴电流指令Iq*，并输出到门信号生成器29。速度控制器24C与速度控制器24同样地，当通过恒功率控制器27C进行磁场削弱控制时，将q轴电流指令Iq*维持恒定。另外，速度控制器24C与速度控制器24同样地，还能够以使有效输出功率Pe在控制模式的切换前后不发生变化的方式，控制q轴电流(转矩电流)。
[4.2.3.恒功率控制器27C]
恒功率控制器27C生成与来自速度运算器21的转速Ndet和来自模式选择器22C的模式信号SX3的逻辑值相应的磁场削弱电流指令值Idrc，并输出到减法器26。例如，恒功率控制器27C在从第一控制模式向第二控制模式的切换、从第二控制模式向第三控制模式的切换、以及从第三控制模式向第四控制模式的切换中，使磁场削弱电流指令值Idrc为大致零。恒功率控制器27C根据转速Ndet的增加来使磁场削弱电流指令值Idrc向削弱电动机3的磁场的方向变化。
[4.2.4.电机常数切换器28C]
电机常数切换器28C按照来自模式选择器22C的模式信号SX3，从第一～第四控制模式用的电机常数中选择相对应的控制模式的电机常数，并输出到速度控制器24C和恒功率控制器27C。由此，能够适当切换速度控制器24C中的q轴电流指令Iq*的生成、恒功率控制器27C中的磁场削弱电流指令值Idrc的生成中所使用的电机常数的信息。
[4.2.5.门信号输出器30C]
门信号输出器30C按照来自模式选择器22B的模式信号SX3，生成驱动逆变器部11C的开关元件Qs的门信号G1u～G5u、G1v～G5v、G1w～G5w(以下，有时统称为门信号Gs)。门信号G1u～G5u、G1v～G5v、G1w～G5w分别驱动开关元件Q1u～Q5u、Q1v～Q5v、Q1w～Q5w。
门信号输出器30C在由模式选择器22C选择了第一控制模式时，以从逆变器部11C向第一～第四三相绕组5C～8C的各自以串联方式供给交流电的方式，生成门信号Gs并输出到逆变器部11C。
在第一控制模式中，中上级和中下级的开关元件Q2u、Q2v、Q2w、Q4u、Q4v、Q4w分别由门信号G4、G5、G6驱动，另外，除此以外的开关元件Qs分别由门信号G1、G2、G3驱动。由此，从逆变器部11C向第一～第四三相绕组5C～8C供给交流电。例如，门信号输出器30C在第一控制模式下，在电流Iuv流动的情况下，将门信号G1u、G2v、G3u、G4v、G5u的逻辑值设为“1”并进行输出，将除此以外的门信号Gs的逻辑值设为“0”并进行输出。
另外，在第二控制模式中，中上级、中下级以及最下级的开关元件Q2u、Q2v、Q2w、Q4u、Q4v、Q4w、Q5u、Q5v、Q5w分别由门信号G4、G5、G6驱动，另外，除此以外的开关元件Qs分别由门信号G1、G2、G3驱动。由此，从逆变器部11C仅向第一～第三三相绕组5C～7C供给交流电。例如，门信号输出器30C在第二控制模式下，在电流Iuv流动的情况下，将门信号G1u、G2v、G3u、G4v、G5v的逻辑值设为“1”并进行输出，将除此以外的门信号Gs的逻辑值设为“0”并进行输出。
另外，在第三控制模式中，中上级的开关元件Q2u、Q2v、Q2w分别由门信号G4、G5、G6驱动，另外，除此以外的开关元件Qs分别由门信号G1、G2、G3驱动。由此，从逆变器部11C仅向第一和第二三相绕组5C、6C供给交流电。例如，门信号输出器30C在第三控制模式下，在电流Iuv流动的情况下，将门信号G1u、G2v、G3u～G5u的逻辑值设为“1”并进行输出，将除此以外的门信号Gs的逻辑值设为“0”并进行输出。
在第四控制模式中，最上级的开关元件Q1u、Q1v、Q1w分别由门信号G1、G2、G3驱动，另外，除此以外的开关元件Qs分别由门信号G4、G5、G6驱动。由此，从逆变器部11C仅向第一三相绕组5C供给交流电。例如，门信号输出器30C在第四控制模式下，在电流Iuv流动的情况下，将门信号G1u、G2v～G5v的逻辑值设为“1”并进行输出，将除此以外的门信号Gs的逻辑值设为“0”并进行输出。
此外，门信号输出器30C能够向与控制模式相应的个数的绕组供给交流电即可，并不限于上述的结构。例如，门信号输出器30C在第四控制模式下，也可以将最下级以外的开关元件Q1u～Q4u、Q1v～Q4v、Q1w～Q4w分别由门信号G1、G2、G3驱动，将最下级的开关元件Q5u、Q5v、Q5w分别由门信号G4、G5、G6驱动。
如此，电流型逆变器装置2C通过随着电动机3C的转速提高，按第一控制模式→第二控制模式→第三控制模式→第四控制模式进行切换，从而进行减小电动机3C的感应电压的切换。由此，电流型逆变器装置2C能够扩大速度控制范围。
此外，通过对每个相串联连接n+1个(n为2以上的整数)开关元件Qs来构成开关部，由此能够控制每个相具有m个绕组的电动机，而且并不限于控制每个相具有两个或四个绕组的电动机3、3C，也可以控制每个相具有三个或五个以上的绕组的电动机。
[5.第五实施方式]
接下来，对第五实施方式涉及的电流型逆变器装置进行说明。上述实施方式涉及的电流型逆变器装置2、2A～2C使每个相具有m个(m为2以上的整数)以上的绕组的电动机3、3B、3C动作，但第五实施方式涉及的电流型逆变器装置使每个相具有m个绕组的n台(n为2以上的整数)电动机动作。以下，设m＝4、n＝2，以与第四实施方式涉及的电机驱动系统1C不同之处为中心进行说明，对具有与第四实施方式相同的功能的构成要素标注相同的附图标记，并省略说明。
[5.1.电机驱动系统]
图24是第五实施方式涉及的电机驱动系统的结构图。如图24所示，第五实施方式涉及的电机驱动系统1D具备电流型逆变器装置2D、电动机3D、3E、以及直流电流源4。电动机3D、3E分别是与电动机3相同的结构。另外，在图24所示的例子中，位置检测器10检测出电动机3E的转速，但也可以检测出电动机3D的转速。
电流型逆变器装置2D以同一速度同步地控制两个电动机3D、3E。电流型逆变器装置2D对各电动机3D、3E的控制与电流型逆变器装置2对电动机3的控制相同。
具备逆变器部11C和控制部20D。逆变器部11C是与第四实施方式涉及的逆变器部11C相同的结构。控制部20D在第一和第二控制模式中的一个动作模式下控制逆变器部11C。
[5.2.控制部]
图25是表示控制部20D的结构例的图。如图25所示，控制部20D具备速度运算器21、模式选择器22(选择部和第一选择指令器的一例)、减法器23、速度控制器24、d轴电流指令生成器25、减法器26、恒功率控制器27、电机常数切换器28、门信号生成器29、以及门信号输出器30D。
门信号输出器30D在由模式选择器22选择了第一控制模式时，以从逆变器部11C向两个电动机3D、3E的三相绕组5、6的各自以串联方式供给交流电的方式生成门信号Gs并输出到逆变器部11C。
在第一控制模式中，中上级和中下级的开关元件Q2u、Q2v、Q2w、Q4u、Q4v、Q4w分别由门信号G4、G5、G6驱动，另外，除此以外的开关元件Qs分别由门信号G1、G2、G3驱动。由此，从逆变器部11C向各电动机3D、3E的两个三相绕组5、6供给交流电。例如，门信号输出器30D在第一控制模式下，在电流Iuv流动的情况下，将门信号G1u、G2v、G3u、G4v、G5u的逻辑值设为“1”并进行输出，将除此以外的门信号Gs的逻辑值设为“0”并进行输出。
另外，在第二控制模式中，上中级和中级的开关元件Q2u、Q2v、Q2w、Q3u、Q3v、Q3w分别由门信号G4、G5、G6驱动，另外，除此以外的开关元件Qs分别由门信号G1、G2、G3驱动。由此，从逆变器部11C仅向各电动机3D、3E的第一三相绕组5供给交流电。例如，门信号输出器30D在第三控制模式中，在电流Iuv流动的情况下，将门信号G1u、G2v、G3v、G4u、G5u的逻辑值设为“1”并进行输出，将除此以外的门信号Gs的逻辑值设为“0”并进行输出。
此外，门信号输出器30D在第二控制模式下，还能够以从逆变器部11C仅向各电动机3D、3E的第二三相绕组6供给交流电的方式，生成门信号G1u～G5u、G1v～G5v、G1w～G5w。
如此，第五实施方式涉及的电流型逆变器装置2D能够使每个相具有两个绕组的2台电动机3D、3E动作，并且能够扩大速度控制范围。此外，通过对每个相串联连接n×m+1个(n、m为2以上的整数)开关元件来构成开关部，能够控制每个相具有m个绕组的n台电动机，但并不限于控制每个相具有两个绕组的2台电动机3D、3E。
此外，在第五实施方式涉及的电机驱动系统1D中，电流型逆变器装置2D还能够每隔规定期间交替地切换电动机3D的三相绕组和电动机3E的三相绕组作为交流电的供给对象。由此，能够使两个电动机3D、3E的电流和转矩平衡，并通过增减作为交流电的供给对象而选择的三相绕组的数目，能够在广泛的范围进行转矩控制和速度控制。
例如，在第五实施方式涉及的电机驱动系统1D中，电流型逆变器装置2D还能够每隔规定期间交替地切换组合不同的三个三相绕组作为交流电的供给对象。例如，控制部20D在第一控制模式下向电动机3D的第一和第二三相绕组5、6以及电动机3E的第一三相绕组5供给交流电，在第二控制模式下向电动机3D的第一三相绕组5和电动机3E的第一和第二三相绕组5、6供给交流电。控制部20D通过每隔规定期间交替地切换第一控制模式和第二控制模式，使2台流经电动机3D、3E的平均电流和平均转矩相等。此外，该情况下，在控制部20D中，门信号输出器30D根据控制模式切换组合不同的三个三相绕组作为交流电的供给对象。另外，在控制部20D中，模式选择器22在接通比率为50％的状态下输出第一模式信号SA和第二模式信号SB。
另外，在第五实施方式涉及的电机驱动系统1D中，电流型逆变器装置2D还能够每隔规定期间交替地切换电动机3D和电动机3E作为交流电的供给对象。控制部20D例如在第一控制模式下向电动机3D的第一和第二三相绕组5、6供给交流电，在第二控制模式下向电动机3E的第一和第二三相绕组5、6供给交流电。控制部20D通过每隔规定期间交替地切换第一控制模式和第二控制模式，能够使流经两台电动机3D、3E的平均电流和平均转矩相等。此外，该情况下，在控制部20D中，门信号输出器30D根据控制模式切换电动机3D和电动机3E作为交流电的供给对象。另外，在控制部20D中，模式选择器22在接通比率为50％的状态下输出第一模式信号SA和第二模式信号SB。
另外，在第五实施方式涉及的电机驱动系统1D中，电流型逆变器装置2D还能够每隔规定期间交替地切换电动机3D的一个三相绕组和电动机3E的一个三相绕组作为交流电的供给对象。控制部20D例如在第一控制模式下向电动机3D的第一三相绕组5供给交流电，在第二控制模式下向电动机3E的第一三相绕组5供给交流电。控制部20D通过每隔规定期间交替地切换第一控制模式和第二控制模式，使流经两台电动机3D、3E的平均电流和平均转矩相等。此外，该情况下，在控制部20D中，门信号输出器30D根据控制模式切换电动机3D的一个三相绕组和电动机3E的一个三相绕组作为交流电的供给对象。另外，在控制部20D中，模式选择器22在接通比率为50％的状态下输出第一模式信号SA和第二模式信号SB。
此外，在第三～第五实施方式的上述例中，对从第一实施方式涉及的电流型逆变器装置2进行的变更点进行了说明，但通过进行与第二实施方式涉及的电流型逆变器装置2A相同的处理，能够扩大高效率区域。
另外，在上述内容中，对控制部20、20A～20D在恒转矩区域和恒功率区域中控制电动机3的情况进行了说明，但也能够仅进行在恒转矩区域的控制。该情况下，例如，控制部20、20A～20D能够以必须兼具低速或停止时的大转矩、以及高速运转能力的用途对电动机3进行控制。
本领域的技术人员能够容易地导出本发明的进一步效果和变形例。因此，本发明的更广范围的方式不限于如上表示且记述的特定的详细和典型的实施方式。因此，在不脱离由所附权利要求书及其等同物定义的总的发明概念的精神或范围的情况下，能够进行各种变更。

Claims (7)

1.一种电流型逆变器装置，其特征在于，具备：
逆变器部，其对每个相具有m个绕组的n台交流电动机供给交流电，其中m为2以上的整数且n为1以上的整数；以及
控制部，其控制所述逆变器部和所述交流电动机，
所述逆变器部具有开关部，所述开关部的n×m+1个开关元件与所述交流电动机的每个相串联连接，且所述开关元件之间的n×m个连接点分别与所述n台交流电动机的绕组之中同一相的不同的n×m个绕组连接，
所述控制部具有模式选择器，所述模式选择器基于所述交流电动机的转速，从所述n×m个绕组中选择一个以上绕组作为所述交流电的供给对象。
2.根据权利要求1所述的电流型逆变器装置，其特征在于，
所述模式选择器具有第一选择指令器，所述第一选择指令器以根据所述交流电动机的转速的变化，来增减所述供给对象或成为所述供给对象的所述绕组的数目的方式，选择所述供给对象。
3.根据权利要求1或2所述的电流型逆变器装置，其特征在于，
所述模式选择器具有第二选择指令器，所述第二选择指令器以与所述交流电动机的转速相应的时间比率，每隔规定期间改变所述供给对象或成为所述供给对象的所述绕组的数目，以此方式来选择所述供给对象。
4.根据权利要求1或2所述的电流型逆变器装置，其特征在于，
所述控制部具有恒功率控制器，所述恒功率控制器在根据所述交流电动机的转速来改变所述供给对象或成为所述供给对象的所述绕组的数目时，控制所述交流电动机的磁场。
5.根据权利要求1或2所述的电流型逆变器装置，其特征在于，
所述控制部具有速度控制器，所述速度控制器在根据所述交流电动机的转速来改变所述供给对象或成为所述供给对象的所述绕组的数目时，控制所述交流电动机的转矩电流。
6.根据权利要求5所述的电流型逆变器装置，其特征在于，
所述速度控制器以使所述交流电在所述供给对象或成为所述供给对象的所述绕组的数目的变更前后不发生改变的方式，控制所述交流电动机的转矩电流。
7.根据权利要求1或2所述的电流型逆变器装置，其特征在于，
所述控制部具有电机常数切换器，所述电机常数切换器在根据所述交流电动机的转速来改变所述供给对象或成为所述供给对象的所述绕组的数目时，切换所述交流电动机的控制中所使用的电机常数。
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