JP2001145387A - 電動機駆動装置，電動機駆動方法及びインバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の課題は、各相が負担する電流を適切に
分配し、その分担電流に応じて各相の電力半導体を適切
に冷却することにより、過電流による電力半導体の熱損
傷を抑制しつつ駆動可能な直流電動機の容量を増加す
る。 【解決手段】上記課題を解決するために、本発明の電動
機駆動装置は、３相インバータ回路２１のうちの２相
（Ｕ相及びＷ相）の電力半導体ＵＰ，ＵＮと電力半導体
ＷＰ，ＷＮが互いに並列に直流電動機２４の一極に接続
され、３相インバータ回路２１のうちの残りの１相（Ｖ
相）の電力半導体ＶＰ，ＶＮが直流電動機２４の他極に
接続され、電力半導体ＶＰ，ＶＮが、電力半導体ＵＰ，
ＵＮ又は電力半導体ＷＰ，ＷＮの少なくとも一方より、
低温側に位置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインバータ回路を用
いて直流電動機を駆動する電動機駆動装置，電動機駆動
方法及び直流電動機を駆動するインバータ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の直流電動機の駆動システムの駆動
電源は図２のサイリスタレオナード装置や図３の発電機
を用いたワードレオナード装置がある。

【０００３】図２の構成は電源トランス３１の二次側電
圧をサイリスタ変換器３２を用いて可変直流電圧を作成
し、電流センサ２２，接触器２３を経由して直流電動機
２４に印加する。直流電動機の電流制御は公知の事実な
のでここでは省略する。図３は図２の電源トランス３１
とサイリスタ変換器３２を直流発電機３３とその界磁巻
線３４を置き換えた従来技術のワードレオナード装置で
ある。

【０００４】長年の稼働により、整備の更新を実施する
場合には電子部品を使用した前記サイリスタレオナード
装置や回転体である発電機の更新が必要になる。この場
合に直流電動機をそのまま使用する場合は、新規製作の
サイリスタレオナード装置に更新していた。

【０００５】しかしながら、老朽化した直流電動機を交
流電動機に更新する場合は、このサイリスタレオナード
装置を再度交流電動機用の駆動装置に更新する必要があ
り、経済的に困難であった。あるいは、直流電動機を交
流電動機に更新すると同時に、駆動電源を交流電動機駆
動用インバータ装置に更新すると、更新設備費用が集中
するので経済的に無理があった。

【０００６】インバータ回路を用いて直流電動機を駆動
する従来技術として、特開平8− 256497号公報には、
三相電圧形インバータの交流出力線のうち第１相の出力
線と第２相の出力線との間に直流電動機の電気子巻線を
接続し、第３相の出力線とインバータの直流入力側の一
端との間に直流電動機の界磁巻線を接続する電動機駆動
方法が記載されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平8−256
497 号公報に記載された発明は、直流電動機の制御性向
上と界磁用直流電源を不要とすることを目的にしてお
り、過電流による電力半導体の熱損傷や駆動可能な直流
電動機の容量については考慮されていない。よって、特
開平8−256497 号公報に記載された発明は、３相電圧形
インバータの交流出力線のうち第１相の出力線と第２相
の出力線との間に直流電動機の電気子巻線を接続してい
るため、直流電動機の電流が１相（第１相又は第２相）
に集中し、駆動可能な直流電動機の容量が１相の電力半
導体の電流許容量に制限される。

【０００８】本発明の目的は、過電流による電力半導体
の熱損傷を抑制しつつ駆動可能な直流電動機の容量を増
加した電動機駆動装置，電動機駆動方法及びインバータ
装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の３相インバータ回路の各相の電力半導体の
パルス幅を変調して直流電動機に流れる電流を制御する
電動機駆動装置は、前記３相インバータ回路のうち前記
直流電動機の電機子巻線の一端に互いに並列に接続され
た２相の電力半導体より、前記３相インバータ回路のう
ち前記直流電動機の電機子巻線の他端に接続された残り
の１相の電力半導体が、低温側に位置する。

【００１０】そして、好ましくは、前記直流電動機の電
機子巻線の一端に互いに並列に接続された２相の電力半
導体の出力電圧と前記直流電動機の電機子巻線の他端に
接続された１相の電力半導体の出力電圧との差分電圧を
制御して、前記直流電動機に流れる電流を制御するＰＷ
Ｍ制御器を備える。

【００１１】また、好ましくは、前記直流電動機の電機
子巻線の一端に互いに並列に接続された２相の電力半導
体のパルス幅を互いに同期して変調するＰＷＭ制御器を
備える。

【００１２】又は、上記目的を達成するために、本発明
の３相インバータ回路を用いて直流電動機を駆動する電
動機駆動装置は、前記３相インバータ回路の第１相の出
力端子と前記直流電動機の一方の出力端子とが接続さ
れ、前記３相インバータ回路の第２相の出力端子と前記
直流電動機の他方の出力端子とが接続され、前記３相イ
ンバータ回路の第３相の出力端子と前記直流電動機の一
方の出力端子とが接続され、前記第２相の電力半導体
が、前記第１相の電力半導体又は前記第３相の電力半導
体の少なくとも一方より、低温側に位置する。

【００１３】又は、上記目的を達成するために、本発明
の３相インバータ回路を用いて直流電動機の回転数を制
御する電動機駆動装置は、前記３相インバータ回路の第
１相の電力半導体と前記直流電動機の一極とが接続さ
れ、前記３相インバータ回路の第２相の電力半導体と前
記直流電動機の他極とが接続され、前記３相インバータ
回路の第３相の電力半導体と前記直流電動機の一極とが
接続され、前記第１相の電力半導体又は前記第３相の電
力半導体の少なくとも一方より、前記第２相の電力半導
体を強く冷却する冷却器を備える。

【００１４】又は、上記目的を達成するために、本発明
の３相インバータ回路を用いて直流電動機のトルクを制
御する電動機駆動装置は、前記３相インバータ回路のう
ちの２相の電力半導体が互いに並列に前記直流電動機の
一極に接続され、前記３相インバータ回路のうちの残り
の１相の電力半導体が前記直流電動機の他極に接続さ
れ、前記直流電動機の一極に接続された２相の電力半導
体より、前記直流電動機の他極に接続された１相の電力
半導体を強く冷却する冷却器を備える。

【００１５】又は、上記目的を達成するために、本発明
の３相の電力半導体のパルス幅を変調して直流電動機に
流れる電流を制御するインバータ装置は、前記３相の電
力半導体を冷却する冷却媒体を流す冷却器を備え、前記
３相の電力半導体のうち、分担電流の大きい相の電力半
導体が、分担電流の小さい相の電力半導体によりも、前
記冷却媒体の流れの上流側に位置する。

【００１６】又は、上記目的を達成するために、本発明
の３相の電力半導体のパルス幅を変調して直流電動機に
流れる電流を制御するインバータ装置は、前記３相の電
力半導体を支持しかつ前記３相の電力半導体を冷却する
冷却器を備え、前記３相の電力半導体のうち、分担電流
の大きい第２相の電力半導体が、分担電流の小さい第１
相の電力半導体と分担電流の小さい第３相の電力半導体
との間に位置するように前記冷却器に支持される。

【００１７】上記目的を達成するために、本発明の３相
インバータ回路を用いて直流電動機の回転数を制御する
電動機駆動装置は、前記３相インバータ回路の第１相の
出力端子と前記直流電動機の一方の出力端子とが接続さ
れ、前記３相インバータ回路の第２相の出力端子と前記
直流電動機の他方の出力端子とが接続され、前記３相イ
ンバータ回路の第３相の出力端子と前記直流電動機の一
方の出力端子とが接続され、前記第２相の電力半導体の
ＯＮ状態が、前記第１相の電力半導体のＯＮ状態又は前
記第３相の電力半導体のＯＮ状態の少なくとも一方より
長時間となるように、前記第１相の電力半導体のパルス
幅及び前記第２相の電力半導体のパルス幅及び前記第３
相の電力半導体のパルス幅を変調するＰＷＭ制御器を備
える。

【００１８】又は、上記目的を達成するために、本発明
の３相インバータ回路を用いて直流電動機を駆動する電
動機駆動装置は、前記３相インバータ回路の第１相の電
力半導体と前記直流電動機の電機子巻線の一端とが接続
され、前記３相インバータ回路の第２相の電力半導体と
前記直流電動機の電機子巻線の他端とが接続され、前記
３相インバータ回路の第３相の電力半導体と前記直流電
動機の電機子巻線の一端とが接続され、前記第２相の電
力半導体のＯＮ／ＯＦＦスイッチング回数が、前記第１
相の電力半導体のＯＮ／ＯＦＦスイッチング回数又は前
記第３相の電力半導体のＯＮ／ＯＦＦスイッチング回数
の少なくとも一方より少なくなるように、前記第１相の
電力半導体のパルス幅及び前記第２相の電力半導体のパ
ルス幅及び前記第３相の電力半導体のパルス幅を変調す
るＰＷＭ制御器を備える。

【００１９】又は、上記目的を達成するために、本発明
の電動機駆動装置は、直流電動機に接続されかつ３相の
電力半導体を有する３相インバータ回路と、前記直流電
動機に流れる電流を検出する電流センサと、前記電流セ
ンサからの電流帰還信号と要求される電流指令信号との
偏差に応じたＰＷＭ電圧指令信号を演算する電流制御器
と、前記電流制御器から出力されたＰＷＭ電圧指令信号
に基づいて前記電力半導体のゲート駆動信号を演算する
ＰＷＭ制御器とを備え、前記３相インバータ回路の第１
相の電力半導体と前記直流電動機の一極とが接続され、
前記３相インバータ回路の第２相の電力半導体と前記直
流電動機の他極とが接続され、前記３相インバータ回路
の第３相の電力半導体と前記直流電動機の一極とが接続
され、さらに、前記電流制御器から出力されたＰＷＭ電
圧指令信号からバイアス電圧指令信号を減算する減算器
を備える。

【００２０】そして、好ましくは、前記ＰＷＭ制御器
は、前記第１相の電力半導体のＯＮ／ＯＦＦ動作と前記
第３相の電力半導体のＯＮ／ＯＦＦ動作とが同一となる
ようにゲート駆動信号を演算する。

【００２１】又は、上記目的を達成するために、３相イ
ンバータ回路を用いて、直流電動機の電流又は前記直流
電動機のトルク又は前記直流電動機の回転数の少なくと
も１つを制御する電動機駆動方法は、前記３相インバー
タ回路の第１相の電力半導体と前記直流電動機の一極と
を接続し、前記３相インバータ回路の第２相の電力半導
体と前記直流電動機の他極とを接続し、前記３相インバ
ータ回路の第３相の電力半導体と前記直流電動機の一極
とを接続し、前記第１相の電力半導体のＯＮ／ＯＦＦス
イッチング回数又は前記第３相の電力半導体のＯＮ／Ｏ
ＦＦスイッチング回数の少なくとも一方より、前記第２
相の電力半導体のＯＮ／ＯＦＦスイッチング回数を少な
くする。

【００２２】又は、上記目的を達成するために、３相イ
ンバータ回路を用いて直流電動機を駆動する電動機駆動
方法は、前記３相インバータ回路のうちの２相の電力半
導体を互いに並列に前記直流電動機の電機子巻線の一端
に接続し、前記３相インバータ回路のうちの残りの１相
の電力半導体を前記直流電動機の電機子巻線の他端に接
続し、前記直流電動機の他極に接続された１相の電力半
導体を常時ＯＮ状態又は常時ＯＦＦ状態にする。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。

【００２４】先ず、本発明の第１の実施例を説明する。

【００２５】図１に、本発明の電動機駆動装置の構成図
を示す。図１中、１は直流電動機に電流を供給する直流
電源装置、２はコンデンサ、１１は電流帰還信号と電流
指令信号との偏差に応じたＰＷＭ電圧指令信号を演算す
る電流制御器、１２は電流指令信号から電流帰還信号を
減算して電流指令信号と電流帰還信号の偏差を演算する
減算器、１３は電力半導体のゲート駆動信号のパルス幅
を変調するＰＷＭ制御器（パルス幅変調制御器）、１４
はＰＷＭ電圧指令信号の極性（プラス極／マイナス極）
を反転する極性反転器、１８は電流指令信号、１９は電
流帰還信号、２１はＵ相とＶ相とＷ相の電力半導体を有
する３相インバータ回路、２２は直流電動機に流れる電
流の値を検出する電流センサ、２３は接触器、２４は直
流電動機（直流モータ）、２５は直流電動機２４の界磁
巻線、２６は界磁巻線２５に電流を供給する界磁電源装
置、ＵＰ，ＵＮ，ＶＰ，ＶＮ，ＷＰ，ＷＮは電力半導
体、Ｖｕ^*，Ｖｖ^*はＰＷＭ電圧指令信号、Ｖｃ^* は予め
定められた搬送波信号、ｕｐ，ｕｎ，ｖｐ，ｖｎ，ｗ
ｐ，ｗｎは電力半導体のゲートを駆動する（電力半導体
をＯＮ／ＯＦＦ動作させる）ゲート駆動信号、Ｖｕは３
相インバータ回路２１のＵ相及びＷ相の出力電圧、Ｖｖ
は３相インバータ回路２１のＶ相の出力電圧、ＶＤＣＭ
は出力電圧Ｖｕと出力電圧Ｖｖとの差分電圧（直流電動
機２４の両端の電圧）を示す。

【００２６】直流電動機２４の電流制御を実施するに
は、直流電動機２４の誘起電圧(EMF)分と電流制御に必
要な電圧（ＶＤＣＭ）分を発生させる電源装置が必要に
なる。この電圧ＶＤＣＭを３相インバータ回路２１のＰ
ＷＭ制御で可変直流電圧を発生させることにより直流電
動機２４の電流制御を実現する。

【００２７】電力半導体ＵＰ，ＵＮ，ＶＰ，ＶＮ，Ｗ
Ｐ，ＷＮは、半導体スイッチ素子（例えば、トランジス
タ，ＢＴ（バイポーラトランジスタ），ＩＧＢＴ（ゲー
ト絶縁型バイポーラトランジスタ），サイリスタ，ＧＴ
Ｏサイリスタ（ゲートターンオフ・サイリスタ）等）と
ダイオードとを備える。３相インバータ回路２１は、電
力半導体ＵＰ，ＵＮを１組としてＵ相を形成し、電力半
導体ＶＰ，ＶＮを１組としてＶ相を形成し、電力半導体
ＷＰ，ＷＮを１組としてＷ相を形成する。

【００２８】３相インバータ回路２１のうち、Ｕ相（電
力半導体ＵＰ，ＵＮ）の出力端子とＷ相（電力半導体Ｗ
Ｐ，ＷＮ）の出力端子とが互いに並列に、直流電動機２
４の電機子巻線の一端（直流電動機２４の一極）に接続
されている。一方、３相インバータ回路２１のうち、Ｖ
相（電力半導体ＶＰ，ＶＮ）の出力端子が、直流電動機
２４の電機子巻線の他端（直流電動機２４の他極）に接
続されている。そして、直流電源装置１から３相インバ
ータ回路２１を経由して直流電動機２４に電源が供給さ
れる。即ち、電流は、直流電源装置１から３相インバー
タ回路２１のＵ相及びＷ相を経由して直流電動機２４の
電機子巻線の一端に流れ、直流電動機２４の電機子巻線
内を流れて磁界を発生し、直流電動機２４の電機子巻線
の他端から３相インバータ回路２１のＶ相を経由して直
流電源装置１に流れる。

【００２９】界磁電源装置２６から界磁巻線２５に電源
が供給される。即ち、電流は、界磁電源装置２６から界
磁巻線２５の一端に流れ、直流電動機２４の界磁巻線２
５内を流れて磁界を発生し、界磁巻線２５の他端から界
磁電源装置２６に流れる。尚、直流電動機２４の電機子
巻線を流れる電流と直流電動機２４の界磁巻線２５を流
れる電流との比は、１０：１程度である。よって、直流
電動機２４の電機子巻線を流れる電流に比較して、直流
電動機２４の界磁巻線を流れる電流は小さい。電流セン
サ２２において、直流電動機２４を流れる電流を検出
し、電流帰還信号１９として出力する。減算器１２にお
いて、要求される電流指令信号１８から電流センサ２２
からの電流帰還信号１９を減算処理し、電流帰還信号１
９と電流指令信号１８との偏差を演算する。電流制御器
１１において、電流帰還信号１９と電流指令信号１８と
の偏差に基づき、電流帰還信号１９と電流指令信号１８
との偏差に応じたＰＷＭ電圧指令信号Ｖｕ^* を演算す
る。電流帰還信号１９が電流指令信号１８より小さい場
合、即ち、電流指令信号１８と電流帰還信号１９との偏
差（減算器１２の出力信号）がプラスの場合、ＰＷＭ電
圧指令信号Ｖｕ^* 及びＰＷＭ電圧指令信号Ｖｖ^* の値を
大きくする。電流帰還信号１９が電流指令信号１８より
大きい場合、即ち、電流指令信号１８と電流帰還信号１
９との偏差がマイナスの場合、ＰＷＭ電圧指令信号Ｖｕ
^*及びＰＷＭ電圧指令信号Ｖｖ^*の値を小さくする。電流
帰還信号１９と電流指令信号１８とが等しい場合、即
ち、電流指令信号１８と電流帰還信号１９との偏差がゼ
ロの場合、ＰＷＭ電圧指令信号Vu^*及びＰＷＭ電圧指令
信号Ｖｖ^* の値を保持する。

【００３０】ＰＷＭ制御器１３において、電圧指令信号
Ｖｕ^* に基づいて３相インバータ回路２１の電力半導体
ＵＰ，ＵＮ，ＷＰ，ＷＮのゲート駆動信号ｕｐ，ｕｎ，
ｗｐ，ｗｎを演算する。また、極性反転器１４におい
て、ＰＷＭ電圧指令信号Ｖｕ^*の極性を反転し、ＰＷＭ
電圧指令信号Ｖｖ^*（ＰＷＭ電圧指令信号Ｖｕ^*に対し値
が同じでプラス／マイナスが反対の信号）を演算する。
ＰＷＭ制御器１３において、ＰＷＭ電圧指令信号Ｖｖ^*
基づいて３相インバータ回路２１の電力半導体ＶＰ，Ｖ
Ｎのゲート駆動信号ｖｐ，ｖｎを演算する。そして、こ
れらのゲート駆動信号ｕｐ，ｕｎ，ｖｐ，ｖｎ，ｗｐ，
ｗｎによって、電力半導体ＵＰ，ＵＮ，ＶＰ，ＶＮ，Ｗ
Ｐ，ＷＮをＯＮ／ＯＦＦ動作させ、３相インバータ回路
２１から出力された電圧Ｖｕと電圧Ｖｖとの差分電圧Ｖ
ＤＣＭを得、その差分電圧VDCMを電流センサ２２，接触
器２３を経由して直流電動機２４に印加する。ＰＷＭ制
御により、この差分電圧差ＶＤＣＭを可変することによ
り、直流電動機２４に流れる電流を制御する。

【００３１】以下、ゲート駆動信号の演算方法を説明す
る。

【００３２】図４に、本発明の電動機駆動装置のＰＷＭ
制御の説明図を示す。図４（ｂ）は、図４（ａ）に対
し、ＰＷＭ電圧指令信号Ｖｕ^*及びＰＷＭ電圧指令信号
Ｖｖ^*の値が大きい場合を示す。図４（ｃ）は、図４
（ａ）に対し、ＰＷＭ電圧指令信号Ｖｕ^*及びＰＷＭ電
圧指令信号Ｖｖ^*のプラスマイナスが反対、即ち、ＰＷ
Ｍ電圧指令信号Ｖｕ^*がマイナスでＰＷＭ電圧指令信号
Ｖｖ^*がプラスの場合を示す。

【００３３】ＰＷＭ制御器１３において、電流制御器１
１から出力されたＰＷＭ電圧指令信号Ｖｕ^*と搬送波信
号Ｖｃ^*(固定値)とを比較し、ゲート駆動信号ｕｐを演
算する。即ち、ＰＷＭ電圧指令信号Ｖｕ^*と搬送波信号
Ｖｃ^*とを比較し、ＰＷＭ電圧指令信号Ｖｕ^*が搬送波信
号Ｖｃ^*を超過した場合又はＰＷＭ電圧指令信号Ｖｕ^*
が搬送波信号Ｖｃ^* 以上の場合は、ゲート駆動信号ｕｐ
をＯＮ状態にする。一方、ＰＷＭ電圧指令信号Ｖｕ^*と
搬送波信号Ｖｃ^*とを比較し、ＰＷＭ電圧指令信号Ｖｕ^*
が搬送波信号Ｖｃ^*未満の場合又はＰＷＭ電圧指令信号
Ｖｕ^* が搬送波信号Ｖｃ^* 以下の場合は、ゲート駆動信
号ｕｐをＯＦＦ状態にする。このゲート駆動信号のＯＮ
状態の時間とＯＦＦ状態の時間との関係がパルス幅信号
となる。

【００３４】一方、ＰＷＭ制御器１３において、電流制
御器１１から出力されたＰＷＭ電圧指令信号Ｖｕ^*と搬
送波信号Ｖｃ^*(固定値)とを比較し、ゲート駆動信号ｕ
ｎを演算する。ゲート駆動信号ｕｎは、ゲート駆動信号
ｕｐと反対のＯＮ／ＯＦＦ動作をさせ、かつ直流電源装
置１の短絡防止を目的として、ゲート駆動信号ｕｐに対
して非ラップ処理を施す。即ち、ＰＷＭ電圧指令信号Ｖ
ｕ^* と搬送波信号Ｖｃ^*とを比較し、ＰＷＭ電圧指令信
号Ｖｕ^*が搬送波信号Ｖｃ^*未満の場合又はＰＷＭ電圧指
令信号Ｖｕ^*が搬送波信号Ｖｃ^*以下の場合は、ゲート駆
動信号ｕｎをＯＮ状態にする。一方、ＰＷＭ電圧指令信
号Ｖｕ^*と搬送波信号Ｖc^* とを比較し、ＰＷＭ電圧指令
信号Ｖｕ^*が搬送波信号Ｖｃ^*を超過した場合又はＰＷＭ
電圧指令信号Ｖｕ^*が搬送波信号Ｖｃ^*以上の場合は、ゲ
ート駆動信号ｕｎをＯＦＦ状態にする。但し、非ラップ
処理により、ゲート駆動信号ｕｎのＯＮ／ＯＦＦ動作
(ＯＮ／ＯＦＦスイッチング)のタイミングとゲート駆動
信号ｕｐのＯＮ／ＯＦＦ動作（ＯＮ／ＯＦＦスイッチン
グ）のタイミングとは、時間的に前後にずれており、ゲ
ート駆動信号ｕｎのパルス幅とゲート駆動信号ｕｐのパ
ルス幅とは、非同期である。

【００３５】同様にして、ＰＷＭ制御器１３において、
電流制御器１１から出力されたPWM電圧指令信号Ｖｕ^*と
搬送波信号Ｖｃ^*(固定値)とを比較し、ゲート駆動信号
ｗｐを演算する。そして、ゲート駆動信号ｗｐは、ゲー
ト駆動信号ｕｐと同一のＯＮ／ＯＦＦ動作をする。即
ち、ゲート駆動信号ｕｐのパルス幅とゲート駆動信号ｗ
ｐのパルス幅とは同期する。よって、電力半導体ＵＰと
電力半導体ＷＰとが、同一のＯＮ／ＯＦＦ動作をする。
また、ＰＷＭ制御器１３において、電流制御器１１から
出力されたＰＷＭ電圧指令信号Ｖｕ^*と搬送波信号Ｖｃ^*
（固定値）とを比較し、ゲート駆動信号ｗｎを演算す
る。そして、ゲート駆動信号ｗｎは、ゲート駆動信号ｕ
ｎと同一のＯＮ／ＯＦＦ動作をする。即ち、ゲート駆動
信号ｕｎのパルス幅とゲート駆動信号ｗｎのパルス幅と
は同期する。よって、電力半導体ＵＮと電力半導体ＷＮ
とが、同一のＯＮ／ＯＦＦ動作をする。従って、ゲート
駆動信号ｗｎは、ゲート駆動信号ｗｐと反対のＯＮ／Ｏ
ＦＦ動作をする。但し、ゲート駆動信号ｕｎとゲート駆
動信号ｕｐとは非ラップ処理が施されているので、ゲー
ト駆動信号ｗｎのＯＮ／ＯＦＦ動作（ＯＮ／ＯＦＦスイ
ッチング）のタイミングとゲート駆動信号ｗｐのＯＮ／
ＯＦＦ動作(ＯＮ／ＯＦＦスイッチング)のタイミングと
は、時間的に前後にずれており、ゲート駆動信号ｗｎの
パルス幅とゲート駆動信号ｗｐのパルス幅とは、非同期
である。

【００３６】一方、ＰＷＭ制御器１３において、極性反
転器１４から出力されたＰＷＭ電圧指令信号Ｖｖ^*と搬
送波信号Ｖｃ^*（固定値）とを比較し、ゲート駆動信号
ｖｐを演算する。即ち、ＰＷＭ電圧指令信号Ｖｖ^*と搬
送波信号Ｖｃ^*とを比較し、PWM電圧指令信号Ｖｖ^*が搬
送波信号Ｖｃ^*を超過した場合又はＰＷＭ電圧指令信号
Ｖｖ^*が搬送波信号Ｖｃ^*以上の場合は、ゲート駆動信号
ｖｐをＯＮ状態にする。一方、ＰＷＭ電圧指令信号Ｖｖ
^*と搬送波信号Ｖｃ^*とを比較し、ＰＷＭ電圧指令信号Ｖ
ｖ^*が搬送波信号Ｖｃ^*未満の場合又はＰＷＭ電圧指令信
号Ｖｖ^* が搬送波信号Ｖｃ^* 以下の場合は、ゲート駆動
信号ｖｐをＯＦＦ状態にする。

【００３７】また、ＰＷＭ制御器１３において、極性反
転器１４から出力されたＰＷＭ電圧指令信号Ｖｖ^*と搬
送波信号Ｖｃ^*（固定値）とを比較し、ゲート駆動信号
ｖｎを演算する。ゲート駆動信号ｖｎは、ゲート駆動信
号ｖｐと反対のＯＮ／ＯＦＦ動作をさせ、かつ直流電源
装置１の短絡防止を目的として、ゲート駆動信号ｖｐに
対して非ラップ処理を施す。即ち、ＰＷＭ電圧指令信号
Ｖｖ^*と搬送波信号Ｖｃ^*とを比較し、ＰＷＭ電圧指令信
号Ｖｖ^*が搬送波信号Ｖｃ^*未満の場合又はＰＷＭ電圧指
令信号Ｖｖ^*が搬送波信号Ｖｃ^*以下の場合は、ゲート駆
動信号ｖｎをＯＮ状態にする。一方、ＰＷＭ電圧指令信
号Ｖｖ^*と搬送波信号Ｖｃ^*とを比較し、ＰＷＭ電圧指令
信号Ｖｖ^*が搬送波信号Ｖｃ^*を超過した場合又はＰＷＭ
電圧指令信号Ｖｖ^*が搬送波信号Ｖｃ^*以上の場合は、ゲ
ート駆動信号ｖｎをＯＦＦ状態にする。但し、非ラップ
処理により、ゲート駆動信号ｖｎのＯＮ／ＯＦＦ動作
(ＯＮ／ＯＦＦスイッチング)のタイミングとゲート駆動
信号ｖｐのＯＮ／ＯＦＦ動作（ＯＮ／ＯＦＦスイッチン
グ）のタイミングとは、時間的に前後にずれており、ゲ
ート駆動信号ｖｎのパルス幅とゲート駆動信号ｖｐのパ
ルス幅とは、非同期である。

【００３８】この３相インバータ回路２１のＵ相及びＷ
相の出力電圧ＶｕとＶ相の出力電圧Ｖｖとの差で、図４
に示す差分電圧ＶＤＣＭが得られる。図４に示すよう
に、ＰＷＭ電圧指令信号Ｖｕ^*の値及びＰＷＭ電圧指令
信号Ｖｖ^*の値により差分電圧ＶＤＣＭの値が変化し、
搬送波信号Ｖｃ^*の動作周波数(キャリア周波数）の周期
毎の平均値を変化させることができる。即ち、図４
（ａ）に示すように、ＰＷＭ電圧指令信号Ｖｕ^*の値及
びＰＷＭ電圧指令信号Ｖｖ^*の値が小さい場合は、ゲー
ト駆動信号ｕｐのプラス状態及びゲート駆動信号ｗｐの
プラス状態が短時間になり（ゲート駆動信号ｕｐのパル
ス幅及びゲート駆動信号ｗｐのパルス幅が小さくな
り）、Ｕ相及びＷ相の出力電圧Ｖｕが小さくなると共
に、ゲート駆動信号ｖｐのプラス状態が長時間になり
（ゲート駆動信号ｖｐのパルス幅が大きくなり）、Ｖ相
の出力電圧Ｖｖが大きくなるため、差分電圧ＶＤＣＭが
小さくなる。また、図４（ｂ）に示すように、ＰＷＭ電
圧指令信号Ｖｕ^* の値及びＰＷＭ電圧指令信号Ｖｖ^* の
値が大きい場合は、ゲート駆動信号ｕｐのプラス状態及
びゲート駆動信号ｗｐのプラス状態が長時間になり（ゲ
ート駆動信号ｕｐのパルス幅及びゲート駆動信号ｗｐの
パルス幅が大きくなり）、Ｕ相及びＷ相の出力電圧Ｖｕ
が大きくなると共に、ゲート駆動信号ｖｐのプラス状態
が短時間になり（ゲート駆動信号ｖｐのパルス幅が小さ
くなり）、Ｖ相の出力電圧Ｖｖが小さくなるため、差分
電圧ＶＤＣＭが大きくなる。また、図４（ｃ）のよう
に、ＰＷＭ電圧指令信号Ｖｕ^*及びＰＷＭ電圧指令信号
Ｖｖ^*のプラス／マイナスが反転した場合は、ゲート駆
動信号ｖｐのプラス状態が、ゲート駆動信号ｕｐのプラ
ス状態及びゲート駆動信号ｗｐのプラス状態に比較して
長時間になり（ゲート駆動信号ｖｐのパルス幅が、ゲー
ト駆動信号ｕｐのパルス幅及びゲート駆動信号ｗｐのパ
ルス幅に比較して大きくなり）、差分電圧ＶＤＣＭがマ
イナスとなる。

【００３９】以上の動作により、３相インバータ回路２
１の差分電圧ＶＤＣＭを制御することにより、直流電動
機２４の誘起電圧ＥＭＦとの差で、直流電動機２４の電
流制御が可能になる。この電流制御機能を利用して、直
流電動機２４のトルクを制御し、さらに直流電動機２４
の回転数（回転速度）の制御も可能になる。また、差分
電圧ＶＤＣＭを反転した場合、直流電動機２４に流れる
電流の向きを反転でき、直流電動機２４の回転方向が逆
向き（逆回転）となる。

【００４０】直流電動機２４の一極に対し３相インバー
タ回路２１のＵ相とＷ相とが互いに並列に接続されてお
り、直流電動機２４の他極に対し３相インバータ回路２
１のＶ相のみが接続されており、さらに、直流電動機２
４の一極に流れる電流の値と直流電動機２４の他極に流
れる電流の値とが等しいため、Ｖ相の電流をＵ相とＷ相
との２相で負担する。即ち、Ｕ相が負担する電流の値と
Ｖ相が負担する電流の値とＷ相が負担する電流の値との
比は、１：２：１となる。例えば、直流電動機２４に流
れる電流が１００Ａのとき、Ｕ相（電力半導体ＵＰ，Ｕ
Ｎ）及びＷ相（電力半導体ＷＰ，ＷＮ）には、各々５０
Ａの電流が流れ、Ｖ相（電力半導体ＶＰ，ＶＮ）には、
１００Ａの電流が流れる。従って、Ｕ相の分担電流又は
Ｖ相の分担電流に比較して、Ｖ相の分担電流の方が大き
くなるため、電力半導体ＵＰ，ＵＮの発熱量又は電力半
導体ＷＰ，ＷＮの発熱量に比較して、電力半導体ＶＰ，
ＶＮの発熱量の方が大きくなる。仮に、電力半導体Ｕ
Ｐ，ＵＮ，ＶＰ，ＶＮ，ＷＰ，ＷＮが同程度の温度雰囲
気にあるとすると、電力半導体ＵＰ，ＵＮ，ＷＰ，ＷＮ
が許容熱量までに余裕があるにもかかわらず、電力半導
体ＶＰ，ＶＮが許容熱量に達してしまい、直流電動機２
４に流せる電流が電力半導体ＶＰ，ＶＮの許容熱量に相
当する許容電流に制限される。そこで、発熱量の大きい
（分担電流の大きい）電力半導体ＶＰ，ＶＮを、発熱量
の小さい（分担電流の小さい）電力半導体ＵＰ，ＵＮ，
ＷＰ，ＷＮよりも低温側に配置し、又は強く冷却する。
換言すれば、発熱量の小さい（分担電流の小さい）電力
半導体ＵＰ，ＵＮ，ＷＰ，ＷＮを、発熱量の大きい（分
担電流の大きい）電力半導体ＶＰ，ＶＮよりも高温側に
配置し、又は弱く冷却する。

【００４１】以下、電力半導体ＵＰ，ＵＮ，ＶＰ，Ｖ
Ｎ，ＷＰ，ＷＮの配置及び冷却方法について説明する。

【００４２】図５に、本発明の電動機駆動装置の電力半
導体の配置図を示す。図５中、４１は電力半導体ＵＰ，
ＵＮ，ＶＰ，ＶＮ，ＷＰ，ＷＮを支持しかつ電力半導体
ＵＰ，ＵＮ，ＶＰ，ＶＮ，ＷＰ，ＷＮを冷却する冷却基
板、４２は熱を放出する放熱フィン、４３は放熱フィン
を支持する支持材を示す。電力半導体を冷却する冷却器
は、冷却基板４１，放熱フィン４２，支持材４３から成
る。

【００４３】冷却基板４１，放熱フィン４２，支持材４
３は、高熱伝導率材料（例えば、銅，アルミニウム等）
から成る。そして、冷却基板４１は、絶縁材料を介し
て、電力半導体ＵＰ，ＵＮ，ＶＰ，ＶＮ，ＷＰ，ＷＮを
支持する。また、冷却基板４１には、支持材４２が固着
する。さらに、支持材４２には多数の放熱フィンが固着
する。そして、電力半導体ＵＰ，ＵＮ，ＶＰ，ＶＮ，Ｗ
Ｐ，ＷＮの熱量は、冷却基板４１及び支持材４３を経
て、放熱フィン４２に伝導し、放熱フィン４２において
放熱される。

【００４４】上記の説明に示す動作では、直流電動機２
４の電流の片側はＵ相とＷ相に分流し、もう片側はＶ相
に流れる。よって、電力半導体を効率よく冷却できる電
力半導体の配置は、分担電流の大きいＶ相の電力半導体
ＶＰ，ＶＮを、分担電流の小さい電力半導体ＵＰ，ＵＮ
と分担電流の小さい電力半導体ＷＰ，ＷＮとの間（好ま
しくは中央）に配置すればよい。電力半導体ＶＰ，ＶＮ
の冷却効率が相対的に向上すると、電力半導体ＶＰ，Ｖ
Ｎの許容熱量に相当する許容電流値が高くなり、直流電
動機２４に流せる電流が高くなるため、電動機駆動装置
が駆動可能な直流電動機２４の容量が大きくできる。よ
って、直流電動機の駆動範囲を広くできる、例えば、電
力半導体ＵＰ，ＵＮ，ＶＰ，ＶＮ，ＷＰ，ＷＮの許容熱
量に相当する許容電流値が１００Ａであり、冷却効率の
向上により電力半導体ＶＰ，ＶＮの許容熱量に相当する
許容電流値が１２０Ａとなったとき、直流電動機２４の
許容電流値が１２０Ａとなる。このとき、電力半導体Ｕ
Ｐ，ＵＮ及び電力半導体ＷＰ，ＷＮの冷却効率が相対的
に低下して、電力半導体ＵＰ，ＵＮ，ＷＰ，ＷＮの許容
熱量に相当する許容電流値が８０Ａになったとしても、
電力半導体ＵＰ，ＵＮ，ＷＰ，ＷＮの分担電流値が６０
Ａ（電力半導体ＶＰ，ＶＮの許容電流値１２０Ａの１／
２）であるため、分担電流値６０Ａが許容電流値８０Ａ
に対し未だ余裕があり、電力半導体ＵＰ，ＵＮ，ＷＰ，
ＷＮが熱損傷を受けることがない。

【００４５】次に、電力半導体ＵＰ，ＵＮ，ＶＰ，Ｖ
Ｎ，ＷＰ，ＷＮの他の配置及び冷却方法について説明す
る。

【００４６】図６に、本発明の電動機駆動装置の電力半
導体の配置図を示す。図６中、４４は冷却空気を流す冷
却ファンを示す。

【００４７】電力半導体ＵＰ，ＵＮ、電力半導体ＶＰ，
ＶＮ、電力半導体ＷＰ，ＷＮの各相に対応して冷却基板
４１を備える。冷却ファン４４が回転すると、冷却空気
が吸引される。そして、その冷却空気の流路に、放熱フ
ィン４２が形成されるように、冷却基板４１を配置す
る。このとき、冷却空気の流れに沿って、電力半導体Ｖ
Ｐ，ＶＮ、電力半導体ＵＰ，ＵＮ、電力半導体ＷＰ，Ｗ
Ｎの順に、各々の冷却基板４１を配置する。即ち、電力
半導体ＶＰ，ＶＮの冷却基板４１を冷却空気の最上流に
配置し、電力半導体ＷＰ，ＷＮの冷却基板４１を冷却空
気の最下流に配置し、電力半導体ＶＰ，ＶＮの冷却基板
４１と電力半導体ＷＰ，ＷＮの冷却基板４１との間に電
力半導体ＵＰ，ＵＮの冷却基板４１を配置する。尚、分
担電流の大きいＶ相の電力半導体ＶＰ，ＶＮの冷却基板
４１が、分担電流の小さいＵ相の電力半導体ＵＰ，ＵＮ
の冷却基板４１又は分担電流の小さいＶ相の電力半導体
ＶＰ，ＶＮの冷却基板４１よりも、冷却効率が高い位置
である冷却空気の上流側に配置されていればよい。よっ
て、電力半導体ＵＰ，ＵＮの冷却基板４１と電力半導体
ＷＰ，ＷＮの冷却基板４１との配置関係が逆、即ち電力
半導体ＷＰ，ＷＮの冷却基板４１が冷却空気の上流側で
電力半導体ＵＰ，ＵＮの冷却基板４１が冷却空気の下流
側であってもよいし、電力半導体ＵＰ，ＵＮと電力半導
体ＷＰ，ＷＮとが同一の冷却基板４１に支持されていて
もよい。尚、冷却媒体として、冷却空気の他、冷却液
（冷却ファン４４の代わりにポンプが必要）でもよい。
そして、電力半導体ＶＰ，ＶＮの冷却効率が相対的に向
上すると、電力半導体ＶＰ，ＶＮの許容熱量に相当する
許容電流値が高くなり、直流電動機２４に流せる電流が
高くなるため、電動機駆動装置が駆動可能な直流電動機
２４の容量を大きくできる。よって、直流電動機２４の
駆動範囲を広くできる。

【００４８】以上により、本発明の第１の実施例によれ
ば、３相インバータ回路２１のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相
が負担する電流を、Ｖ相を大きくしＵ相及びＷ相を小さ
くして適切に分配し、分担電流の大きいＶ相を強く冷却
（低温側に配置）し分担電流の小さいＵ相及びＷ相を弱
く冷却（高温側に配置）してその分担電流に応じて各相
の電力半導体を適切に冷却することにより、過電流によ
る電力半導体の熱損傷を抑制しつつ駆動可能な直流電動
機の容量を増加するという効果を奏する。

【００４９】次に、本発明の第２の実施例を説明する。

【００５０】図７に、本発明の電動機駆動装置の構成図
を示す。図７中、１５はバイアス電圧指令信号、１６は
ＰＷＭ電圧指令信号Ｖ^* からバイアス電圧指令信号１５
を減算してＰＷＭ電圧指令信号Ｖｕ^*（ＰＷＭ電圧指令
信号Ｖ^*とバイアス電圧指令信号１５との偏差）を演算
する減算器、１７はＰＷＭ電圧指令信号Ｖ^* の極性反転
信号からバイアス電圧指令信号１５を減算してＰＷＭ電
圧指令信号Ｖｖ^*(ＰＷＭ電圧指令信号Ｖ^*の極性反転信
号とバイアス電圧指令信号１５との偏差)を演算する減
算器を示す。図１の電動機駆動装置の構成図に対し、バ
イアス電圧指令１５と減算器１６，１７を付加したもの
である。

【００５１】電力半導体の発生損失は、ＯＮ／ＯＦＦ動
作によるスイッチング損失とＯＮ状態損失の和で、その
割合は通常半々である。そして、電力半導体は、発生損
失に起因して発熱するため、電力半導体の発生損失を減
少すれば、電力半導体の発熱量を減少することができ
る。よって、分担電流の大きい電力半導体ＶＰ，ＶＮの
発生損失、即ち、電力半導体ＶＰ，ＶＮのＯＮ／ＯＦＦ
動作の回数又はＯＮ状態の時間の少なくとも１つを減少
すれば、電力半導体ＶＰ，ＶＮの発熱量を低下できる。

【００５２】そこで、ＰＷＭ電圧指令信号Ｖ^*及びＰＷ
Ｍ電圧指令信号Ｖ^*の極性反転信号の各々からバイアス
電圧指令信号１５を減算する。バイアス電圧の働きによ
り、電流制御器１１の出力のＰＷＭ電圧指令Ｖ^*の値
が、搬送波信号Ｖｃ^*(固定値)の片振幅とバイアス電圧
指令信号１５との偏差より大きくなると、ゲート駆動信
号ｖｐが常時ＯＦＦ状態となる。このとき、前述したよ
うに、ゲート駆動信号ｖｐとゲート駆動信号ｖｎとが反
対の動作をするため、ゲート駆動信号ｖｎは常時ＯＮ状
態になる。そして、電力半導体ＶＰ，ＶＮが、常時ＯＮ
状態あるいは常時ＯＦＦ状態になると、ＯＮ／ＯＦＦス
イッチングがなくなり、スイッチング損失がなくなるの
で、電力半導体ＶＰ，ＶＮの発生損失が約１／２にな
る。

【００５３】図８に、本発明の電動機駆動装置のＰＷＭ
制御の説明図を示す。図８（ｂ）は、図９（ａ）に対
し、ＰＷＭ電圧指令信号Ｖｕ^*及びＰＷＭ電圧指令信号
Ｖｖ^*の値が大きい場合を示す。図９（ｂ）に示すよう
に、ＰＷＭ電圧指令信号Ｖｕ^* 及びＰＷＭ電圧指令信号
Ｖｖ^* の値が大きくなった場合、ゲート駆動信号ｖｐが
常時ＯＦＦ状態とするには、搬送波信号Ｖｃ^* の片振幅
とバイアス電圧指令信号１５との偏差が小さくてよい。
即ち、ＰＷＭ電圧指令信号Ｖｕ^* 及びＰＷＭ電圧指令信
号Ｖｖ^* の値が大きいは場合、バイアス電圧指令信号１
５の値を大きくし、ＰＷＭ電圧指令信号Ｖｕ^*及びＰＷ
Ｍ電圧指令信号Ｖｖ^*の値が小さい場合は、バイアス電
圧指令信号１５の値を小さくするのが好ましい。但し、
バイアス電圧指令信号１５は一定値であってもよい。

【００５４】分担電流の大きいＶ相の電力半導体ＶＰの
ＯＦＦ状態時間と、分担電流の小さいＵ相の電力半導体
ＵＰのＯＦＦ状態時間又は分担電流の小さいＷ相の電力
半導体ＷＰのＯＦＦ状態時間とを相対的に比較すると、
（電力半導体ＶＰのＯＦＦ状態時間）＞（電力半導体Ｕ
ＰのＯＦＦ状態時間）ｏｒ（電力半導体ＷＰのＯＦＦ状
態時間）となる。また、分担電流の大きいＶ相の電力半
導体ＶＮのＯＮ状態時間と、分担電流の小さいＵ相の電
力半導体ＵＮのＯＮ状態時間又は分担電流の小さいＷ相
の電力半導体ＷＮのＯＮ状態時間とを相対的に比較する
と、（電力半導体ＶＮのＯＮ状態時間）＞（電力半導体
ＵＮのＯＮ状態時間）ｏｒ（電力半導体ＷＮのＯＮ状態
時間）となる。また、分担電流の大きいＶ相の電力半導
体ＶＰ，ＶＮのＯＮ／ＯＦＦスイッチング回数と、分担
電流の小さいＵ相の電力半導体ＵＰ，ＵＮのＯＮ／ＯＦ
Ｆスイッチング回数又は分担電流の小さいＷ相の電力半
導体ＷＰ，ＷＮのＯＮ／ＯＦＦスイッチング回数とを相
対的に比較すると、（電力半導体ＶＰ，ＶＮのＯＮ／Ｏ
ＦＦスイッチング回数）＜（電力半導体ＵＰ，ＵＮのＯ
Ｎ／ＯＦＦスイッチング回数）ｏｒ（電力半導体ＷＰ，
ＷＮのＯＮ／ＯＦＦスイッチング回数）となる。

【００５５】尚、直流電動機２４のトルクが小さい場合
又は直流電動機２４の回転数が低い場合は、直流電動機
２４に流す電流が小さくなり、電力半導体ＶＰ，ＶＮに
流れる電流も小さくなるため、電力半導体ＶＰ，ＶＮが
ＯＮ／ＯＦＦスイッチングをしてもよい。よって、本発
明の第２実施例は、直流電動機２４のトルクが大きい場
合、又は直流電動機２４の回転数が高い場合、又は直流
電動機２４に流れる電流が大きい場合に好適である。ま
た、直流電動機２４のトルクが大きい場合、又は直流電
動機２４の回転数が高い場合、又は直流電動機２４に流
れる電流が大きい場合に、バイアス電圧指令信号１５を
大きくし、直流電動機２４のトルクが小さい場合、又は
直流電動機２４の回転数が低い場合、又は直流電動機２
４に流れる電流が小さい場合に、バイアス電圧指令信号
１５を小さく又はゼロにして、直流電動機２４のトルク
又は直流電動機２４の回転数又は直流電動機２４に流れ
る電流に応じて、バイアス電圧指令信号１５を変化させ
てもよい。

【００５６】以上により、本発明の第２の実施例によれ
ば、３相インバータ回路２１のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相
が負担する電流を、Ｖ相を大きくしＵ相及びＷ相を小さ
くして適切に分配し、分担電流の大きいＶ相のＯＮ／Ｏ
ＦＦスイッチング回数を減少し、Ｖ相の電力半導体のス
イッチング損失を低下することにより、過電流による電
力半導体の熱損傷を抑制しつつ駆動可能な直流電動機の
容量を増加するという効果を奏する。

【００５７】又は、本発明の第２の実施例によれば、Ｖ
相のＯＮ／ＯＦＦスイッチング回数を減少し、Ｖ相の電
力半導体ＶＰ，ＶＮのスイッチング損失を低下すること
により、３相インバータ回路２１の効率を向上するとい
う効果を奏する。

【００５８】次に、本発明の第３の実施例を説明する。

【００５９】図９に、本発明の電動機駆動装置の構成図
を示す。図９中、３は直流電流が流れる直流電源母線で
ある。図１の電動機駆動装置の構成図に対して、直流電
源を共用したものであり、他の装置の回生運転している
インバータ回路の電力を、直流電源母線３を介して供給
する。これにより、他の装置の回生運転しているインバ
ータ回路の電力を、有効利用できるという効果を奏す
る。

【００６０】また、本発明の第１の実施例及び第２の実
施例及び第３の実施例によれば、後に老朽化した直流電
動機を交流電動機に更新する時に、当該電動機駆動装置
を流用することにより、設備更新が簡略化されるという
効果を奏する。

【００６１】本発明は、製鉄所のプロセッシングライン
に使用される直流電動機のように、回転数や回転方向が
変化する直流電動機を駆動する電動機駆動装置，電動機
駆動方法及びインバータ装置として利用するのに好適で
あるが、家庭用電気製品（例えば、エアーコンディショ
ナー，掃除機，洗濯機，冷蔵庫等）や電車や電気自動車
の直流電動機を駆動する電動機駆動装置，電動機駆動方
法及びインバータ装置としても利用できる。

【００６２】

【発明の効果】本発明の電動機駆動装置，電動機駆動方
法及びインバータ装置によれば、過電流による電力半導
体の熱損傷を抑制しつつ駆動可能な直流電動機の容量を
増加するという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電動機駆動装置の構成図。

【図２】従来のサイリスタレオナード装置の構成図。

【図３】従来の発電機の構成図。

【図４】本発明の電動機駆動装置のＰＷＭ制御の説明
図。

【図５】本発明の電動機駆動装置の電力半導体の配置
図。

【図６】本発明の電動機駆動装置の電力半導体の配置
図。

【図７】本発明の電動機駆動装置の構成図。

【図８】本発明の電動機駆動装置のＰＷＭ制御の説明
図。

【図９】本発明の電動機駆動装置の構成図。

【符号の説明】

１…直流電源装置、２…コンデンサ、３…直流電源母
線、１１…電流制御器、１２…減算器、１３…ＰＷＭ制
御器、１４…極性反転器、１５…バイアス電圧指令信
号、１６，１７…減算器、１８…電流指令信号、１９…
電流帰還信号、２１…３相インバータ回路、２２…電流
センサ、２３…接触器、２４…直流電動機、２５，３４
…界磁巻線、２６…界磁電源装置、３１…電源トラン
ス、３２…サイリスタ変換器、３３…直流発電機、４１
…冷却基板、４２…放熱フィン、４３…支持材、４４…
冷却ファン、ＵＰ，ＵＮ，ＶＰ，ＶＮ，ＷＰ，ＷＮ…電
力半導体、Ｖｕ^*，Ｖｖ^*…ＰＷＭ電圧指令信号、Ｖｃ^*
…搬送波信号、ｕｐ，ｕｎ,ｖｐ，ｖｎ，ｗｐ，ｗｎ…
ゲート駆動信号、Ｖｕ，Ｖｖ…出力電圧、ＶＤＣＭ…差
分電圧。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片山 敏男 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか事業所内 Ｆターム(参考） 5H007 AA06 BB06 CA01 CA03 CB05 DC02 EA06 EA08 FA03 HA06 5H571 AA01 AA02 AA05 GG04 HA08 HA10 HA11 HA16 HD02 LL22 MM02 MM06 PP10

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】３相インバータ回路の各相の電力半導体の
   パルス幅を変調して直流電動機に流れる電流を制御する
   電動機駆動装置において、 前記３相インバータ回路のうち前記直流電動機の電機子
   巻線の一端に互いに並列に接続された２相の電力半導体
   より、前記３相インバータ回路のうち前記直流電動機の
   電機子巻線の他端に接続された残りの１相の電力半導体
   が、低温側に位置することを特徴とする電動機駆動装
   置。
2. 【請求項２】前記直流電動機の電機子巻線の一端に互い
   に並列に接続された２相の電力半導体の出力電圧と前記
   直流電動機の電機子巻線の他端に接続された１相の電力
   半導体の出力電圧との差分電圧を制御して、前記直流電
   動機に流れる電流を制御するＰＷＭ制御器を備えたこと
   を特徴とする請求項１に記載の電動機駆動装置。
3. 【請求項３】前記直流電動機の電機子巻線の一端に互い
   に並列に接続された２相の電力半導体のパルス幅を互い
   に同期して変調するＰＷＭ制御器を備えたことを特徴と
   する請求項１に記載の電動機駆動装置。
4. 【請求項４】３相インバータ回路を用いて直流電動機を
   駆動する電動機駆動装置において、 前記３相インバータ回路の第１相の出力端子と前記直流
   電動機の一方の出力端子とが接続され、前記３相インバ
   ータ回路の第２相の出力端子と前記直流電動機の他方の
   出力端子とが接続され、前記３相インバータ回路の第３
   相の出力端子と前記直流電動機の一方の出力端子とが接
   続され、 前記第２相の電力半導体が、前記第１相の電力半導体又
   は前記第３相の電力半導体の少なくとも一方より、低温
   側に位置することを特徴とする電動機駆動装置。
5. 【請求項５】３相インバータ回路を用いて直流電動機の
   回転数を制御する電動機駆動装置において、 前記３相インバータ回路の第１相の電力半導体と前記直
   流電動機の一極とが接続され、前記３相インバータ回路
   の第２相の電力半導体と前記直流電動機の他極とが接続
   され、前記３相インバータ回路の第３相の電力半導体と
   前記直流電動機の一極とが接続され、 前記第１相の電力半導体又は前記第３相の電力半導体の
   少なくとも一方より、前記第２相の電力半導体を強く冷
   却する冷却器を備えたことを特徴とする電動機駆動装
   置。
6. 【請求項６】３相インバータ回路を用いて直流電動機の
   トルクを制御する電動機駆動装置において、 前記３相インバータ回路のうちの２相の電力半導体が互
   いに並列に前記直流電動機の一極に接続され、前記３相
   インバータ回路のうちの残りの１相の電力半導体が前記
   直流電動機の他極に接続され、 前記直流電動機の一極に接続された２相の電力半導体よ
   り、前記直流電動機の他極に接続された１相の電力半導
   体を強く冷却する冷却器を備えたことを特徴とする電動
   機駆動装置。
7. 【請求項７】３相の電力半導体と前記３相の電力半導体
   を冷却する冷却媒体を流す冷却器とを備え、前記電力半
   導体のパルス幅を変調して直流電動機に流れる電流を制
   御するインバータ装置において、 前記３相の電力半導体のうち、分担電流の大きい相の電
   力半導体が、分担電流の小さい相の電力半導体よりも、
   前記冷却媒体の流れの上流側に位置することを特徴とす
   るインバータ装置。
8. 【請求項８】３相の電力半導体と前記３相の電力半導体
   を支持しかつ前記３相の電力半導体を冷却する冷却器と
   を備え、前記電力半導体のパルス幅を変調して直流電動
   機に流れる電流を制御するインバータ装置において、 前記３相の電力半導体のうち、分担電流の大きい第２相
   の電力半導体が、分担電流の小さい第１相の電力半導体
   と分担電流の小さい第３相の電力半導体との間に位置す
   るように前記冷却器に支持されたことを特徴とするイン
   バータ装置。
9. 【請求項９】３相インバータ回路を用いて直流電動機の
   回転数を制御する電動機駆動装置において、 前記３相インバータ回路の第１相の出力端子と前記直流
   電動機の一方の出力端子とが接続され、前記３相インバ
   ータ回路の第２相の出力端子と前記直流電動機の他方の
   出力端子とが接続され、前記３相インバータ回路の第３
   相の出力端子と前記直流電動機の一方の大力端子とが接
   続され、 前記第２相の電力半導体のＯＮ状態が、前記第１相の電
   力半導体のＯＮ状態又は前記第３相の電力半導体のＯＮ
   状態の少なくとも一方より長時間となるように、前記第
   １相の電力半導体のパルス幅及び前記第２相の電力半導
   体のパルス幅及び前記第３相の電力半導体のパルス幅を
   変調するＰＷＭ制御器を備えたことを特徴とする電動機
   駆動装置。
10. 【請求項１０】３相インバータ回路を用いて直流電動機
    を駆動する電動機駆動装置において、 前記３相インバータ回路の第１相の電力半導体と前記直
    流電動機の電機子巻線の一端とが接続され、前記３相イ
    ンバータ回路の第２相の電力半導体と前記直流電動機の
    電機子巻線の他端とが接続され、前記３相インバータ回
    路の第３相の電力半導体と前記直流電動機の電機子巻線
    の一端とが接続され、 前記第２相の電力半導体のＯＮ／ＯＦＦスイッチング回
    数が、前記第１相の電力半導体のＯＮ／ＯＦＦスイッチ
    ング回数又は前記第３相の電力半導体のＯＮ／ＯＦＦス
    イッチング回数の少なくとも一方より少なくなるよう
    に、前記第１相の電力半導体のパルス幅及び前記第２相
    の電力半導体のパルス幅及び前記第３相の電力半導体の
    パルス幅を変調するＰＷＭ制御器を備えたことを特徴と
    する電動機駆動装置。
11. 【請求項１１】直流電動機に接続されかつ３相の電力半
    導体を有する３相インバータ回路と、前記直流電動機に
    流れる電流を検出する電流センサと、前記電流センサか
    らの電流帰還信号と要求される電流指令信号との偏差に
    応じたＰＷＭ電圧指令信号を演算する電流制御器と、前
    記電流制御器から出力されたＰＷＭ電圧指令信号に基づ
    いて前記電力半導体のゲート駆動信号を演算するＰＷＭ
    制御器とを備えた電動機駆動装置において、 前記３相インバータ回路の第１相の電力半導体と前記直
    流電動機の一極とが接続され、前記３相インバータ回路
    の第２相の電力半導体と前記直流電動機の他極とが接続
    され、前記３相インバータ回路の第３相の電力半導体と
    前記直流電動機の一極とが接続され、 前記電流制御器から出力されたＰＷＭ電圧指令信号から
    バイアス電圧指令信号を減算する減算器を備えたことを
    特徴とする電動機駆動装置。
12. 【請求項１２】前記ＰＷＭ制御器は、前記第１相の電力
    半導体のＯＮ／ＯＦＦ動作と前記第３相の電力半導体の
    ＯＮ／ＯＦＦ動作とが同一となるようにゲート駆動信号
    を演算することを特徴とする請求項１１に記載の電動機
    駆動装置。
13. 【請求項１３】３相インバータ回路を用いて、直流電動
    機の電流又は前記直流電動機のトルク又は前記直流電動
    機の回転数の少なくとも１つを制御する電動機駆動方法
    において、 前記３相インバータ回路の第１相の電力半導体と前記直
    流電動機の一極とを接続し、前記３相インバータ回路の
    第２相の電力半導体と前記直流電動機の他極とを接続
    し、前記３相インバータ回路の第３相の電力半導体と前
    記直流電動機の一極とを接続し、 前記第１相の電力半導体のＯＮ／ＯＦＦスイッチング回
    数又は前記第３相の電力半導体のＯＮ／ＯＦＦスイッチ
    ング回数の少なくとも一方より、前記第２相の電力半導
    体のＯＮ／ＯＦＦスイッチング回数を少なくすることを
    特徴とする電動機駆動方法。
14. 【請求項１４】３相インバータ回路を用いて直流電動機
    を駆動する電動機駆動方法において、 前記３相インバータ回路のうちの２相の電力半導体を互
    いに並列に前記直流電動機の電機子巻線の一端に接続
    し、前記３相インバータ回路のうちの残りの１相の電力
    半導体を前記直流電動機の電機子巻線の他端に接続し、 前記直流電動機の他極に接続された１相の電力半導体を
    常時ＯＮ状態又は常時ＯＦＦ状態にすることを特徴とす
    る電動機駆動方法。