JP2009232672A - モータ駆動システム - Google Patents
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Abstract
【課題】電力変換器及びモータを介しコンデンサとバッテリ間で電力を授受させてバッテリの充電及びモータ駆動を同時に行うと共に、モータの固定子巻線をリアクトルとして利用し、回転トルクを発生させずにバッテリを充電する。
【解決手段】直流側にコンデンサ１４が接続された電力変換器３０により交流電力が供給され、かつ、中性点５１と電力変換器３０の一方の直流母線との間にバッテリ６０が接続されたモータ５０と、コンデンサ１４が直流側に接続され、交流側に交流電源１０が接続された他の電力変換器２０と、この電力変換器２０にスイッチ１２を介して接続されるモータ４０と、を備え、モータ４０，５０の中性点を共通接続し、電力変換器２０を整流器動作させてコンデンサ１４に直流電力を蓄積すると共に、電力変換器３０に零電圧ベクトルを出力させるように制御してモータ５０の固定子巻線を降圧用リアクトルとして作用させ、バッテリ６０を充電する。
【選択図】図１
【解決手段】直流側にコンデンサ１４が接続された電力変換器３０により交流電力が供給され、かつ、中性点５１と電力変換器３０の一方の直流母線との間にバッテリ６０が接続されたモータ５０と、コンデンサ１４が直流側に接続され、交流側に交流電源１０が接続された他の電力変換器２０と、この電力変換器２０にスイッチ１２を介して接続されるモータ４０と、を備え、モータ４０，５０の中性点を共通接続し、電力変換器２０を整流器動作させてコンデンサ１４に直流電力を蓄積すると共に、電力変換器３０に零電圧ベクトルを出力させるように制御してモータ５０の固定子巻線を降圧用リアクトルとして作用させ、バッテリ６０を充電する。
【選択図】図１
Description
本発明は、電力変換器によりモータを駆動するモータ駆動装置を複数台備えたモータ駆動システムにおいて、特に専用の充電装置を用いることなくバッテリを充電可能としたモータ駆動システムに関するものである。
モータを効率よく運転するために、モータの入力電流を低減させることを目的として、電源電圧を昇圧して電力変換器によりモータを駆動する方法が知られている。この種のモータ駆動システムは、例えば特許文献１に記載されており、その概要は図７に示す通りである。
すなわち、図７において、１０１，１０２はインバータ、１０３はコンデンサ、２０１，２０２は各インバータの交流側に接続された同期電動機等のモータ、１０４は一方のモータ２０２の固定子巻線の中性点と負側直流母線との間に接続された直流電源としてのバッテリ、１０５は制御ユニットである。
上記構成において、一方のインバータ１０２はコンデンサ１０３の電圧がバッテリ１０４の電圧よりも高くなるように昇圧動作しながら交流電圧を出力してモータ２０２を駆動すると共に、他方のインバータ１０１は昇圧動作を行うことなく交流電圧を出力してモータ２０１をモータ２０２とは独立して駆動制御している。
上記構成において、一方のインバータ１０２はコンデンサ１０３の電圧がバッテリ１０４の電圧よりも高くなるように昇圧動作しながら交流電圧を出力してモータ２０２を駆動すると共に、他方のインバータ１０１は昇圧動作を行うことなく交流電圧を出力してモータ２０１をモータ２０２とは独立して駆動制御している。
上記従来技術では、バッテリ１０４に蓄えられた直流電力を用いてモータ２０１，２０２を駆動するので、これらのモータの力行、回生動作に伴ってバッテリ１０４は放電、充電を繰り返す。しかし、モータ２０１，２０２の運動エネルギーを全て回生することはできず、また、種々の損失や電装部品の電力消費によってバッテリ１０４の蓄電量は徐々に減少してくる。
このため、バッテリ１０４を充電するための充電装置が必要になるが、専用の充電装置を設けるとすると、装置全体が大型化したり、部品点数の増加によってコストが高くなるという問題がある。
このため、バッテリ１０４を充電するための充電装置が必要になるが、専用の充電装置を設けるとすると、装置全体が大型化したり、部品点数の増加によってコストが高くなるという問題がある。
この問題を解決するため、特許文献２には、モータの固定子巻線を昇圧用リアクトルとして用い、モータを駆動するインバータのスイッチング素子をオンオフ制御することにより、モータを回転させるトルクを発生させずに商用電源からバッテリを充電するようにした車載充電装置が開示されている。
図８は、上記車載充電装置の概要を示しており、１０６，１０７はインバータ、１０８はコンデンサ、１０９はバッテリ、１１０はブレーカ、１１１は極性判定部、１１２は制御部、１１３はスイッチ、２０３，２０４はモータ、３００は単相の商用電源である。
上記構成において、商用電源３００の両端をブレーカ１１０を介して２個のモータ２０３，２０４の固定子巻線の中性点に接続し、これらのモータ２０３，２０４の各相巻線に等しい電流が流れるようにインバータ１０６，１０７のスイッチング素子をオンオフ制御する。
これにより、前記巻線に発生する磁界を相殺してモータ２０３，２０４を回転させることなく、商用電源３００からモータ２０３，２０４、インバータ１０６，１０７及びスイッチ１１３を介してバッテリ１０９を充電している。
上記構成において、商用電源３００の両端をブレーカ１１０を介して２個のモータ２０３，２０４の固定子巻線の中性点に接続し、これらのモータ２０３，２０４の各相巻線に等しい電流が流れるようにインバータ１０６，１０７のスイッチング素子をオンオフ制御する。
これにより、前記巻線に発生する磁界を相殺してモータ２０３，２０４を回転させることなく、商用電源３００からモータ２０３，２０４、インバータ１０６，１０７及びスイッチ１１３を介してバッテリ１０９を充電している。
しかしながら、図８（特許文献２）に記載された従来技術は、バッテリ１０９に電力を供給する商用電源３００がモータ２０３，２０４の中性点に接続される回路構成を対象とした充電装置であるため、図７（特許文献１）のように、モータの中性点と直流母線との間にバッテリが接続されている回路構成の駆動システムには適用することができない。
そこで、本発明の解決課題は、特許文献１の如くモータの中性点と直流母線との間にバッテリが接続されている回路構成において、電力変換器によりバッテリとコンデンサとの間で電力を授受させてバッテリの充電及びモータの駆動を同時に行うと共に、特許文献２と同様にモータの固定子巻線をリアクトルとして利用し、しかも、バッテリの充電時にはモータの回転トルクを発生させないようにした、構成簡単なモータ駆動システムを提供することにある。
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、直流側にエネルギー蓄積要素が接続された１台の電力変換器と、
この電力変換器から出力される交流電力により駆動され、かつ、固定子巻線の中性点と前記電力変換器の一方の直流母線との間にバッテリが接続された１台のモータと、
前記エネルギー蓄積要素が直流側に接続され、かつ、交流側に交流電源が接続された他の電力変換器と、
この電力変換器の交流側に切り離し手段を介して接続された他のモータと、
を備えたモータ駆動システムにおいて、
前記他のモータの固定子巻線の中性点と前記１台のモータの固定子巻線の中性点とを接続し、
前記切り離し手段により前記他の電力変換器と他のモータとを切り離した状態で前記他の電力変換器を整流器動作させて前記エネルギー蓄積要素に直流電力を蓄積すると共に、前記１台の電力変換器の零電圧ベクトル出力時に、降圧用リアクトルとして作用する前記１台のモータの固定子巻線を介して前記バッテリを充電するものである。
また、請求項２に係る発明は、請求項１における他のモータの中性点を、バッテリの一端（前記１台のモータの中性点）に接続しないように構成したものである。
なお、請求項５に記載するように、前記切り離し手段は、前記他の電力変換器と他のモータとの接続を入切するスイッチ手段によって構成される。
この電力変換器から出力される交流電力により駆動され、かつ、固定子巻線の中性点と前記電力変換器の一方の直流母線との間にバッテリが接続された１台のモータと、
前記エネルギー蓄積要素が直流側に接続され、かつ、交流側に交流電源が接続された他の電力変換器と、
この電力変換器の交流側に切り離し手段を介して接続された他のモータと、
を備えたモータ駆動システムにおいて、
前記他のモータの固定子巻線の中性点と前記１台のモータの固定子巻線の中性点とを接続し、
前記切り離し手段により前記他の電力変換器と他のモータとを切り離した状態で前記他の電力変換器を整流器動作させて前記エネルギー蓄積要素に直流電力を蓄積すると共に、前記１台の電力変換器の零電圧ベクトル出力時に、降圧用リアクトルとして作用する前記１台のモータの固定子巻線を介して前記バッテリを充電するものである。
また、請求項２に係る発明は、請求項１における他のモータの中性点を、バッテリの一端（前記１台のモータの中性点）に接続しないように構成したものである。
なお、請求項５に記載するように、前記切り離し手段は、前記他の電力変換器と他のモータとの接続を入切するスイッチ手段によって構成される。
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載したモータ駆動システムにおいて、
前記１台の電力変換器から前記１台のモータの固定子巻線に直流電流を流し、このモータを回転させるトルクを発生させずに前記バッテリを充電するものである。
前記１台の電力変換器から前記１台のモータの固定子巻線に直流電流を流し、このモータを回転させるトルクを発生させずに前記バッテリを充電するものである。
請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載したモータ駆動システムにおいて、
前記他の電力変換器を制御して前記交流電源の電圧に対し力率１の正弦波電流を流すようにしたものである。
前記他の電力変換器を制御して前記交流電源の電圧に対し力率１の正弦波電流を流すようにしたものである。
請求項６に係る発明は、請求項１〜５の何れか１項に記載したモータ駆動システムであって、前記他の電力変換器と前記交流電源との間に電源スイッチが接続されたモータ駆動システムにおいて、
前記電源スイッチの投入により前記他の電力変換器に交流電源電圧を印加する前に、前記１台の電力変換器により前記バッテリの電圧を昇圧して前記エネルギー蓄積要素を所定の電圧値まで充電するものである。
なお、この場合のエネルギー蓄積要素の充電電圧値は、請求項７に記載したように、交流電源電圧のピーク値付近とすることが望ましい。
前記電源スイッチの投入により前記他の電力変換器に交流電源電圧を印加する前に、前記１台の電力変換器により前記バッテリの電圧を昇圧して前記エネルギー蓄積要素を所定の電圧値まで充電するものである。
なお、この場合のエネルギー蓄積要素の充電電圧値は、請求項７に記載したように、交流電源電圧のピーク値付近とすることが望ましい。
本発明によれば、電力変換器により、バッテリとコンデンサとの間の昇圧動作及びモータ駆動を同時に行うモータ駆動装置と、他のモータ駆動装置とが並列接続されているモータ駆動システムにおいて、モータの固定子巻線等、既存の部品を利用することによってバッテリを効率よく充電することができる。このため、専用の充電装置を設ける必要がなく、構成の簡略化、コストの低減に寄与することができる。
また、電力変換器を制御してモータに直流電流を流すことにより、モータを回転させるトルクを発生させずにバッテリを充電可能であり、この駆動システムを搭載した車両等が予期せずに移動するのを防止することができる。更に、交流電源と接続された他の電力変換器を制御することで、交流電源電圧に対して力率１の正弦波電流を流すことも可能である。
更に、他の電力変換器の交流電源側に電源スイッチが接続される場合には、この電源スイッチにより交流電源を投入する前に、バッテリから一方の電力変換器を介してエネルギー蓄積要素を所定の電圧値まで充電しておくことにより、交流電源投入時におけるエネルギー蓄積要素への突入電流を抑制することができる。
また、電力変換器を制御してモータに直流電流を流すことにより、モータを回転させるトルクを発生させずにバッテリを充電可能であり、この駆動システムを搭載した車両等が予期せずに移動するのを防止することができる。更に、交流電源と接続された他の電力変換器を制御することで、交流電源電圧に対して力率１の正弦波電流を流すことも可能である。
更に、他の電力変換器の交流電源側に電源スイッチが接続される場合には、この電源スイッチにより交流電源を投入する前に、バッテリから一方の電力変換器を介してエネルギー蓄積要素を所定の電圧値まで充電しておくことにより、交流電源投入時におけるエネルギー蓄積要素への突入電流を抑制することができる。
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、請求項１，５に係る本発明の第１実施形態を示す回路構成図である。この実施形態に係るモータ駆動システムは、商用電源である三相交流電源１０と、この交流電源１０と後述する電力変換器２０との間に接続された中継回路１１と、星形結線された固定子巻線を持つ２台の交流モータ（以下、単にモータという）４０，５０と、前記中継回路１１及び電力変換器２０の接続点とモータ４０の固定子巻線との間に配置された切り離し手段としてのスイッチ１２と、トランジスタ及びダイオードを逆並列接続した半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６及びＴｒ７〜Ｔｒ１２からなる２台の電力変換器２０，３０と、モータ４０，５０の固定子巻線の中性点４１，５１と電力変換器２０，３０の直流入力端子（負側入力端子）の一端との間に接続されたバッテリ６０と、電力変換器２０，３０の直流入力端子間に接続されたエネルギー蓄積要素としての電解コンデンサ１４と、その電圧を検出する電圧検出器１５と、バッテリ６０の電圧を検出する電圧検出器１６と、バッテリ６０に流入する電流を検出する電流検出器１７と、前記各検出器１５，１６，１７による検出値Ｖｄｃ，Ｖｂ，Ｉｂに基づいて電力変換器２０，３０を制御するための駆動信号（ＰＷＭパルス）ＰＷＭ１，ＰＷＭ２を生成し出力する制御装置７０とから構成されている。
図１は、請求項１，５に係る本発明の第１実施形態を示す回路構成図である。この実施形態に係るモータ駆動システムは、商用電源である三相交流電源１０と、この交流電源１０と後述する電力変換器２０との間に接続された中継回路１１と、星形結線された固定子巻線を持つ２台の交流モータ（以下、単にモータという）４０，５０と、前記中継回路１１及び電力変換器２０の接続点とモータ４０の固定子巻線との間に配置された切り離し手段としてのスイッチ１２と、トランジスタ及びダイオードを逆並列接続した半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６及びＴｒ７〜Ｔｒ１２からなる２台の電力変換器２０，３０と、モータ４０，５０の固定子巻線の中性点４１，５１と電力変換器２０，３０の直流入力端子（負側入力端子）の一端との間に接続されたバッテリ６０と、電力変換器２０，３０の直流入力端子間に接続されたエネルギー蓄積要素としての電解コンデンサ１４と、その電圧を検出する電圧検出器１５と、バッテリ６０の電圧を検出する電圧検出器１６と、バッテリ６０に流入する電流を検出する電流検出器１７と、前記各検出器１５，１６，１７による検出値Ｖｄｃ，Ｖｂ，Ｉｂに基づいて電力変換器２０，３０を制御するための駆動信号（ＰＷＭパルス）ＰＷＭ１，ＰＷＭ２を生成し出力する制御装置７０とから構成されている。
既に明らかなように、２組のモータ駆動装置を構成する電力変換器２０，３０は、直流入力端子間のコンデンサ１４を共通にして並列に接続されており、電力変換器２０の交流出力端子にスイッチ１２を介して接続されたモータ４０の中性点４１、及び、電力変換器３０の交流出力端子に直接接続されたモータ５０の中性点５１は、バッテリ６０を介して負側直流母線に接続されている。
ここで、電力変換器３０は請求項における「１台の電力変換器」に、モータ５０は「１台のモータ」に、電力変換器２０は「他の電力変換器」に、モータ４０は「他のモータ」に、それぞれ相当している。
ここで、電力変換器３０は請求項における「１台の電力変換器」に、モータ５０は「１台のモータ」に、電力変換器２０は「他の電力変換器」に、モータ４０は「他のモータ」に、それぞれ相当している。
次に、この実施形態におけるバッテリ６０の充電動作について説明する。
まず、スイッチ１２をオフして一方の電力変換器２０とモータ４０とを切り離した状態で、交流電源１０の三相交流電力を、初期充電回路及びスイッチ等（図示せず）からなる中継回路１１を介して電力変換器２０の交流側に供給する。
中継回路１１を介して供給された交流電力は、電力変換器２０によりＡＣ／ＤＣ変換され、直流電力がコンデンサ１４に蓄えられる。このとき、電力変換器２０の半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６には制御装置７０から駆動信号ＰＷＭ１としてオフ信号が入力されるため、電力変換器２０は実質的にダイオードブリッジとなって通常のダイオード整流器と同様の動作となる。
まず、スイッチ１２をオフして一方の電力変換器２０とモータ４０とを切り離した状態で、交流電源１０の三相交流電力を、初期充電回路及びスイッチ等（図示せず）からなる中継回路１１を介して電力変換器２０の交流側に供給する。
中継回路１１を介して供給された交流電力は、電力変換器２０によりＡＣ／ＤＣ変換され、直流電力がコンデンサ１４に蓄えられる。このとき、電力変換器２０の半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６には制御装置７０から駆動信号ＰＷＭ１としてオフ信号が入力されるため、電力変換器２０は実質的にダイオードブリッジとなって通常のダイオード整流器と同様の動作となる。
前記コンデンサ１４に蓄えられた直流電力は、他方の電力変換器３０によりＤＣ／ＤＣ変換され、その交流出力端子からモータ５０の固定子巻線を介してバッテリ６０に供給されてバッテリ６０を充電する。
このとき、電力変換器３０は、全ての上アームまたは下アームをオン（他方のアームをオフ）とする二種類の零電圧ベクトルを用いてＰＷＭ制御を行うことにより、ＤＣ／ＤＣ変換を行う。以下、その動作を詳述する。
このとき、電力変換器３０は、全ての上アームまたは下アームをオン（他方のアームをオフ）とする二種類の零電圧ベクトルを用いてＰＷＭ制御を行うことにより、ＤＣ／ＤＣ変換を行う。以下、その動作を詳述する。
図２は、電力変換器３０の動作説明図である。
零電圧ベクトル出力時は、上アームの半導体スイッチ同士、及び下アームの半導体スイッチ同士は何れも同時にオンまたはオフするので、ここでは、図１における電力変換器３０の上アームの半導体スイッチＴｒ７，Ｔｒ９，Ｔｒ１１を単一の半導体スイッチＴｒｐ、下アームの半導体スイッチＴｒ８，Ｔｒ１０，Ｔｒ１２を単一の半導体スイッチＴｒｎとして説明する。
図２（ａ）は半導体スイッチＴｒｐがオンのときの回路動作を、図２（ｂ）は半導体スイッチＴｒｎがオンのときの回路動作を、図２（ｃ）はこの回路における電圧波形，電流波形をそれぞれ示している。なお、図２（ａ），（ｂ）では、オン状態の半導体スイッチを○で囲んである。
零電圧ベクトル出力時は、上アームの半導体スイッチ同士、及び下アームの半導体スイッチ同士は何れも同時にオンまたはオフするので、ここでは、図１における電力変換器３０の上アームの半導体スイッチＴｒ７，Ｔｒ９，Ｔｒ１１を単一の半導体スイッチＴｒｐ、下アームの半導体スイッチＴｒ８，Ｔｒ１０，Ｔｒ１２を単一の半導体スイッチＴｒｎとして説明する。
図２（ａ）は半導体スイッチＴｒｐがオンのときの回路動作を、図２（ｂ）は半導体スイッチＴｒｎがオンのときの回路動作を、図２（ｃ）はこの回路における電圧波形，電流波形をそれぞれ示している。なお、図２（ａ），（ｂ）では、オン状態の半導体スイッチを○で囲んである。
図２（ｃ）における半導体スイッチＴｒｐのオン期間Ｔｐｏｎでは、バッテリ６０を流れる電流Ｉｂはモータ５０の固定子巻線等によるリアクトルを介して指数関数的に増加する。一方、半導体スイッチＴｒｎのオン期間Ｔｎｏｎでは、バッテリ６０に流れる電流Ｉｂは、上記リアクトルに蓄えられたエネルギーにより半導体スイッチＴｒｎのダイオードを通じて還流し、指数関数的に減衰する。なお、図２（ａ），（ｂ）における破線は、電流Ｉｂの経路である。
これらの動作により、半導体スイッチＴｒｐ，Ｔｒｎを期間Ｔｐｏｎ，Ｔｎｏｎのデューティ比によってオンオフさせることにより、電力変換器３０を一般的な昇降圧チョッパとして動作させながらバッテリ６０を充電することができる。
これらの動作により、半導体スイッチＴｒｐ，Ｔｒｎを期間Ｔｐｏｎ，Ｔｎｏｎのデューティ比によってオンオフさせることにより、電力変換器３０を一般的な昇降圧チョッパとして動作させながらバッテリ６０を充電することができる。
図１に示した制御装置７０は、電圧検出器１５により検出したコンデンサ１４の電圧検出値Ｖｄｃと、電圧検出器１６によるバッテリ６０の電圧検出値Ｖｂと、電流検出器１７によるバッテリ６０の電流検出値Ｉｂとを用いて駆動信号ＰＷＭ２を生成し、電力変換器３０の半導体スイッチＴｒ７〜Ｔｒ１２をオンオフさせて零電圧ベクトルを出力させることにより、バッテリ６０に一定の充電電流が流れるように制御する。そして、制御装置７０は電圧検出値Ｖｂに基づいてバッテリ６０の満充電状態を検出したら、電力変換器３０による充電動作を終了する。
なお、電力変換器３０が零電圧ベクトルを出力する時以外は、通常の三相電圧形インバータとして動作することにより、電力変換器３０からモータ５０に三相交流電力を供給してモータ５０を駆動する。
なお、電力変換器３０が零電圧ベクトルを出力する時以外は、通常の三相電圧形インバータとして動作することにより、電力変換器３０からモータ５０に三相交流電力を供給してモータ５０を駆動する。
ここで、請求項２に記載するように、モータ４０の中性点４１とバッテリ６０の正極との間は接続しなくても良い。この場合にも、上述した電力変換器３０の動作によりバッテリ６０の充電が可能である。
また、請求項３に記載するごとく、電力変換器３０によりバッテリ６０を充電している間、モータ５０の各相コイルには直流電流が流れるため回転磁界が発生せず、トルクは発生しない。従って、モータ５０を回転させることなくバッテリ６０を充電することができ、この駆動システムを搭載した車両等が予期せずに移動するのを防止することができる。
また、請求項３に記載するごとく、電力変換器３０によりバッテリ６０を充電している間、モータ５０の各相コイルには直流電流が流れるため回転磁界が発生せず、トルクは発生しない。従って、モータ５０を回転させることなくバッテリ６０を充電することができ、この駆動システムを搭載した車両等が予期せずに移動するのを防止することができる。
次に、請求項４に係る本発明の第２実施形態を説明する。
図３は第２実施形態を示す回路構成図であり、図１と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、以下では異なる部分を中心に説明する。
図３は第２実施形態を示す回路構成図であり、図１と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、以下では異なる部分を中心に説明する。
本実施形態では、三相交流電源１０に電源電圧検出器１３を設け、電力変換器２０と中継回路１１との間に電流検出器２１，２２，２３を設けてある。電源電圧検出器１３による各相電圧検出値Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔと、電流検出器２１，２２，２３による各相電流検出値Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔと、電圧検出器１５による電圧検出値Ｖｄｃとを制御装置７０に入力し、制御装置７０は、電力変換器２０をＰＷＭ整流器として動作させるように駆動信号ＰＷＭ１を生成して出力する。
ＰＷＭ整流器の制御方法は種々あるため、ここではその一例を図４に基づいて説明する。
ＰＷＭ整流器の制御方法は種々あるため、ここではその一例を図４に基づいて説明する。
制御装置７０の機能を示す図４において、直流リンク電圧指令Ｖｄｃ ＊と電圧検出値Ｖｄｃとの偏差を電圧調整器７１に入力し、交流電流振幅指令を生成する。一方、各相電圧検出値Ｖｒ，Ｖｓ，ＶｔをＰＬＬ回路７２に入力して、三相交流電源１０と同位相の基準正弦波を得る。この基準正弦波と前記交流電流振幅指令とを乗算することで各相電流指令Ｉｒ ＊，Ｉｓ ＊，Ｉｔ ＊を生成する。そして、この各相電流指令Ｉｒ ＊，Ｉｓ ＊，Ｉｔ ＊と各相電流検出値Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔとの偏差を電流調整器７３に入力し、各相電圧指令Ｖｒ ＊，Ｖｓ ＊，Ｖｔ ＊を得る。この各相電圧指令Ｖｒ ＊，Ｖｓ ＊，Ｖｔ ＊と三角波キャリア発生器７４から出力される三角波キャリアとをＰＷＭパルス発生器７５に入力して駆動信号（ＰＷＭパルス）ＰＷＭ１を生成し、この駆動信号ＰＷＭ１を電力変換器２０に出力する。
上記のように電力変換器２０をＰＷＭ整流器として運転することにより、電源電圧に対して力率１の正弦波電流を流すことができる。
上記のように電力変換器２０をＰＷＭ整流器として運転することにより、電源電圧に対して力率１の正弦波電流を流すことができる。
次に、請求項６，７に係る本発明の第３実施形態を説明する。
前述した第１実施形態では、三相交流電源１０の交流電力を、中継回路１１を介して、電力変換器２０を構成する半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６のダイオードにより整流してコンデンサ１４を充電している。しかし、図５（ａ）に示すように、中継回路１１を例えば電源スイッチ１１ａにより構成した場合、この電源スイッチ１１ａの投入タイミングによってはコンデンサ１４の充電電流Ｉｃｈが大きな値となる。
前述した第１実施形態では、三相交流電源１０の交流電力を、中継回路１１を介して、電力変換器２０を構成する半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６のダイオードにより整流してコンデンサ１４を充電している。しかし、図５（ａ）に示すように、中継回路１１を例えば電源スイッチ１１ａにより構成した場合、この電源スイッチ１１ａの投入タイミングによってはコンデンサ１４の充電電流Ｉｃｈが大きな値となる。
一般に、電力変換器２０を構成する半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６に逆並列されたダイオード（環流ダイオード）は、インバータとしての動作する際のスイッチング特性が重視されており、電源投入時にコンデンサ１４を充電する突入電流に耐え得る能力が一般的な整流ダイオードに比べて劣っている。
このため、図５（ｂ）に示すように、電源スイッチ１１ａの投入時に流れるコンデンサ１４の充電電流（突入電流）Ｉｃｈによって半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６を破壊する恐れがある。また、この突入電流Ｉｃｈにより、図５（ｂ）に破線で示す如く電源電圧が瞬時低下したり、ブレーカが誤動作してしまう恐れもある。
これらの不都合を防止するためには、中継回路１１に抵抗等を備えた初期充電回路を取り付けることが考えられるが、部品数の増加によるコスト上昇や装置の大型化を招いてしまう。
このため、図５（ｂ）に示すように、電源スイッチ１１ａの投入時に流れるコンデンサ１４の充電電流（突入電流）Ｉｃｈによって半導体スイッチＴｒ１〜Ｔｒ６を破壊する恐れがある。また、この突入電流Ｉｃｈにより、図５（ｂ）に破線で示す如く電源電圧が瞬時低下したり、ブレーカが誤動作してしまう恐れもある。
これらの不都合を防止するためには、中継回路１１に抵抗等を備えた初期充電回路を取り付けることが考えられるが、部品数の増加によるコスト上昇や装置の大型化を招いてしまう。
そこで、本発明の第３実施形態は、部品数の増加を招くことなく、三相交流電源１０の投入時における突入電流Ｉｃｈを抑制するようにしたものである。
なお、第３実施形態の回路構成は図１の第１実施形態と同様であるが、図５に示したように、三相交流電源１０と電力変換器２０との間に接続される中継回路１１として電源スイッチ１１ａを用いている。
なお、第３実施形態の回路構成は図１の第１実施形態と同様であるが、図５に示したように、三相交流電源１０と電力変換器２０との間に接続される中継回路１１として電源スイッチ１１ａを用いている。
この第３実施形態の動作を説明すると、バッテリ６０の充電時には、図５のスイッチ１２を予めオフして電力変換器２０とモータ４０とを切り離してから、電源スイッチ１１ａを投入する点は第１実施形態と同様であるが、本実施形態では、電源スイッチ１１ａを投入する前に電力変換器３０をＰＷＭ動作させる。
図６は、第３実施形態の動作説明図である。電力変換器２０，３０が動作を停止している状態では、コンデンサ１４の電圧Ｖｄｃはバッテリ６０の電圧Ｖｂとほぼ等しい。図６の時刻ｔ０で制御装置７０から充電開始指令が発せられると、電力変換器３０の半導体スイッチＴｒ７〜Ｔｒ１２に駆動信号ＰＷＭ２が与えられ、電力変換器３０は全ての上アームまたは下アームをオンとする二種類の零電圧ベクトルを出力してＤＣ／ＤＣ変換を行う。これにより、コンデンサ１４はその電圧Ｖｄｃが電源電圧Ｖｓのピーク値付近になるまで充電され、昇圧される。ここで、上記駆動信号ＰＷＭ２は、電力変換器３０の容量（許容電流、熱責務等）に応じて適宜作成すればよい。
なお、電力変換器３０の上アームの半導体スイッチＴｒ７，Ｔｒ９，Ｔｒ１１（Ｔｒｐ）がオンしたときの回路動作、下アームの半導体スイッチＴｒ８，Ｔｒ１０，Ｔｒ１２（Ｔｒｎ）がオンしたときの回路動作は、前述した図２（ａ），（ｂ）と同様であり、電力変換器３０は一般的な昇降圧チョッパとして動作する。
図６は、第３実施形態の動作説明図である。電力変換器２０，３０が動作を停止している状態では、コンデンサ１４の電圧Ｖｄｃはバッテリ６０の電圧Ｖｂとほぼ等しい。図６の時刻ｔ０で制御装置７０から充電開始指令が発せられると、電力変換器３０の半導体スイッチＴｒ７〜Ｔｒ１２に駆動信号ＰＷＭ２が与えられ、電力変換器３０は全ての上アームまたは下アームをオンとする二種類の零電圧ベクトルを出力してＤＣ／ＤＣ変換を行う。これにより、コンデンサ１４はその電圧Ｖｄｃが電源電圧Ｖｓのピーク値付近になるまで充電され、昇圧される。ここで、上記駆動信号ＰＷＭ２は、電力変換器３０の容量（許容電流、熱責務等）に応じて適宜作成すればよい。
なお、電力変換器３０の上アームの半導体スイッチＴｒ７，Ｔｒ９，Ｔｒ１１（Ｔｒｐ）がオンしたときの回路動作、下アームの半導体スイッチＴｒ８，Ｔｒ１０，Ｔｒ１２（Ｔｒｎ）がオンしたときの回路動作は、前述した図２（ａ），（ｂ）と同様であり、電力変換器３０は一般的な昇降圧チョッパとして動作する。
図６の時刻ｔ１において、電圧検出器１５によりコンデンサ１４の電圧Ｖｄｃが電源電圧Ｖｓのピーク値付近に達したことを検出したら、駆動信号ＰＷＭ２をオフし、その後、時刻ｔ２において電源スイッチ１１ａを投入する。このとき、三相交流電源１０とコンデンサ１４との間には電位差が殆どないため、電力変換器２０のダイオードを介してコンデンサ１４に流入する電流は最小限に抑えることができる。
以後は、第１実施形態により説明した方法によりバッテリ６０を充電すれば良い。
以後は、第１実施形態により説明した方法によりバッテリ６０を充電すれば良い。
なお、コンデンサ１４の昇圧電圧値は、電源スイッチ１１ａの投入時間遅れやコンデンサ１４の電圧垂下特性により、電源電圧Ｖｓのピーク値より高く設定しても問題はない。また、三相交流電源１０と電源スイッチ１１ａとの間に昇圧または降圧変圧器が挿入される場合には、コンデンサ１４の電圧をこれらの変圧器の二次側電圧のピーク値付近まで昇圧しておけば良い。
上記のように、第３実施形態によれば、初期充電回路を別個に設けることなくコンデンサ１４への突入電流を抑制することができるので、部品点数の増加に伴うコストの増加や装置全体の大型化を防ぐことができる。
また、この第３実施形態は、第２実施形態の回路構成にも適用可能である。
上記のように、第３実施形態によれば、初期充電回路を別個に設けることなくコンデンサ１４への突入電流を抑制することができるので、部品点数の増加に伴うコストの増加や装置全体の大型化を防ぐことができる。
また、この第３実施形態は、第２実施形態の回路構成にも適用可能である。
以上の各実施形態では、２台のモータ４０，５０を個別の電力変換器２０，３０によりそれぞれ駆動するモータ駆動システム（２台のモータ駆動装置からなるシステム）について説明した。
しかし、本発明は、電力変換器３０により駆動されるモータ５０のように、その中性点５１と電力変換器３０の一方の直流母線との間にバッテリ６０が接続され、電力変換器３０のエネルギー蓄積要素としてのコンデンサ１４を交流電源１０から充電する他の電力変換器（例えば電力変換器２０）を備えていれば良く、これらの他の電力変換器２０及びその負荷としてのモータ４０の台数（言い換えれば他のモータ駆動装置の台数）は何ら限定されない。すなわち、本発明は複数台のモータ駆動装置からなるシステムに適用可能である。
しかし、本発明は、電力変換器３０により駆動されるモータ５０のように、その中性点５１と電力変換器３０の一方の直流母線との間にバッテリ６０が接続され、電力変換器３０のエネルギー蓄積要素としてのコンデンサ１４を交流電源１０から充電する他の電力変換器（例えば電力変換器２０）を備えていれば良く、これらの他の電力変換器２０及びその負荷としてのモータ４０の台数（言い換えれば他のモータ駆動装置の台数）は何ら限定されない。すなわち、本発明は複数台のモータ駆動装置からなるシステムに適用可能である。
１０：三相交流電源
１１：中継回路
１１ａ：電源スイッチ
１２：スイッチ
１３：電源電圧検出器
１４：コンデンサ（エネルギー蓄積要素）
１５，１６：電圧検出器
１７：電流検出器
２０，３０：電力変換器
２１，２２，２３：電流検出器
４０，５０：モータ
４１，５１：中性点
６０：バッテリ
７０：制御装置
７１：電圧調整器
７２：ＰＬＬ回路
７３：電流調整器
７４：三角波キャリア発生器
７５：ＰＷＭパルス発生器
Ｔｒ１〜Ｔｒ１２：半導体スイッチ
１１：中継回路
１１ａ：電源スイッチ
１２：スイッチ
１３：電源電圧検出器
１４：コンデンサ（エネルギー蓄積要素）
１５，１６：電圧検出器
１７：電流検出器
２０，３０：電力変換器
２１，２２，２３：電流検出器
４０，５０：モータ
４１，５１：中性点
６０：バッテリ
７０：制御装置
７１：電圧調整器
７２：ＰＬＬ回路
７３：電流調整器
７４：三角波キャリア発生器
７５：ＰＷＭパルス発生器
Ｔｒ１〜Ｔｒ１２：半導体スイッチ
Claims (7)
- 直流側にエネルギー蓄積要素が接続された１台の電力変換器と、
この電力変換器から出力される交流電力により駆動され、かつ、固定子巻線の中性点と前記電力変換器の一方の直流母線との間にバッテリが接続された１台のモータと、
前記エネルギー蓄積要素が直流側に接続され、かつ、交流側に交流電源が接続された他の電力変換器と、
この電力変換器の交流側に切り離し手段を介して接続された他のモータと、
を備えたモータ駆動システムにおいて、
前記他のモータの固定子巻線の中性点と前記１台のモータの固定子巻線の中性点とを接続し、
前記切り離し手段により前記他の電力変換器と他のモータとを切り離した状態で前記他の電力変換器を整流器動作させて前記エネルギー蓄積要素に直流電力を蓄積すると共に、前記１台の電力変換器の零電圧ベクトル出力時に、降圧用リアクトルとして作用する前記１台のモータの固定子巻線を介して前記バッテリを充電することを特徴とするモータ駆動システム。 - 直流側にエネルギー蓄積要素が接続された１台の電力変換器と、
この電力変換器から出力される交流電力により駆動され、かつ、固定子巻線の中性点と前記電力変換器の一方の直流母線との間にバッテリが接続された１台のモータと、
前記エネルギー蓄積要素が直流側に接続され、かつ、交流側に交流電源が接続された他の電力変換器と、
この電力変換器の交流側に切り離し手段を介して接続された他のモータと、
を備えたモータ駆動システムにおいて、
前記切り離し手段により前記他の電力変換器と他のモータとを切り離した状態で前記他の電力変換器を整流器動作させて前記エネルギー蓄積要素に直流電力を蓄積すると共に、前記１台の電力変換器の零電圧ベクトル出力時に、降圧用リアクトルとして作用する前記１台のモータの固定子巻線を介して前記バッテリを充電することを特徴とするモータ駆動システム。 - 請求項１または２に記載したモータ駆動システムにおいて、
前記１台の電力変換器から前記１台のモータの固定子巻線に直流電流を流し、このモータを回転させるトルクを発生させずに前記バッテリを充電することを特徴とするモータ駆動システム。 - 請求項１〜３の何れか１項に記載したモータ駆動システムにおいて、
前記他の電力変換器を制御して前記交流電源の電圧に対し力率１の正弦波電流を流すことを特徴とするモータ駆動システム。 - 請求項１〜４の何れか１項に記載したモータ駆動システムにおいて、
前記切り離し手段は、前記他の電力変換器と他のモータとの接続を入切するスイッチ手段であることを特徴とするモータ駆動システム。 - 請求項１〜５の何れか１項に記載したモータ駆動システムであって、前記他の電力変換器と前記交流電源との間に電源スイッチが接続されたモータ駆動システムにおいて、
前記電源スイッチの投入により前記他の電力変換器に交流電源電圧を印加する前に、前記１台の電力変換器により前記バッテリの電圧を昇圧して前記エネルギー蓄積要素を所定の電圧値まで充電することを特徴とするモータ駆動システム。 - 請求項６に記載したモータ駆動システムにおいて、
前記所定の電圧値が、前記交流電源の電圧のピーク値付近であることを特徴とするモータ駆動システム。
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