JP2019161927A - 電力変換装置及び回転電気機械システム - Google Patents

Abstract

【課題】並列に接続された複数の電力変換器の寿命のばらつきを低減することができる電力変換装置及び回転電気機械システムを提供する。【解決手段】並列接続された複数の電力変換器４ａ〜４ｃで単一の負荷を並列駆動する電力変換装置３であって、各電力変換器の温度に応じて、各電力変換器の負荷分担を調整する制御装置７を備える。制御装置は、各電力変換器の負荷分担比率に従って各電力変換器の出力を制御することで各電力変換器の負荷分担を調整し、温度が低い電力変換器の負荷分担比率を、温度が高い電力変換器の負荷分担比率よりも高くなるよう設定する。【選択図】図１

Description

本発明は、電力変換装置及び回転電気機械システムに関する。

下記特許文献１には、一のステータに複数の巻線群がそれぞれ独立して巻回されることで多重化された電動モータと、当該電動モータの駆動を制御する制御装置とを備えた電動モータ制御システムが開示されている。

この電動モータ制御システムには、上記電動モータを駆動するために、各巻線群に対応した電力変換器がそれぞれ並列接続されており、上記制御装置は、各電力変換器を構成するスイッチング素子をスイッチング制御することで、各巻線群に駆動電流を供給する。

国際公開第２０１７／１５８６８１号

ところで、上記並列に接続された各電力変換器では、スイッチング素子の特性ばらつき等により、各電力変換器の発熱温度にばらつきが生じる。したがって、各電力変換器の寿命にもばらつきが生じ、電力変換装置全体としての低寿命化やメンテナンス性の低下等の問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、並列に接続された複数の電力変換器の寿命のばらつきを低減することである。

本発明の一態様は、並列接続された複数の電力変換器で単一の負荷を並列駆動する電力変換装置であって、前記各電力変換器の温度に応じて、前記各電力変換器の負荷分担を調整する制御装置を備えることを特徴とする電力変換装置である。

本発明の一態様は、上述の電力変換装置であって、前記制御装置は、前記各電力変換器の負荷分担比率に従って前記各電力変換器の出力を制御することで前記各電力変換器の負荷分担を調整し、前記制御装置は、前記温度が低い前記電力変換器の負荷分担比率を、温度が高い前記電力変換器の負荷分担比率よりも高くなるよう設定する。

本発明の一態様は、上述の電力変換装置であって、前記制御装置は、前記各電力変換器の温度に応じて、前記各電力変換器の前記負荷分担比率を設定する。

本発明の一態様は、上述の電力変換装置であって、前記制御装置は、複数の前記電力変換器のうち、いずれかの前記電力変換器の動作が停止した場合には、前記動作が停止した前記電力変換器の負荷分担比率をゼロに設定するとともに、当該電力変換器の温度を除外して他の前記電力変換器の負荷分担率を設定する。

本発明の一態様は、上述の電力変換装置と、前記電力変換装置により並列駆動される前記単一の負荷としての回転電機と、を備え、前記回転電機は、前記各電力変換器に電気的に接続された複数の巻線群を備え、前記複数の巻線群は、前記回転電機の単一のステータにそれぞれ独立して巻回されていることを特徴とする回転電気機械システムである。

以上説明したように、本発明によれば、並列に接続された複数の電力変換器の寿命のばらつきを低減することができる。

本発明の一実施形態に係る回転電気機械システムＡの概略構成の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電力変換器４ａの構成を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る制御装置７の構成を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る各電力変換器４の温度Ｔによる負荷分担比率Ｆの変化の一例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係る電力変換装置及び回転電気機械システムを、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る回転電気機械システムＡの概略構成の一例を示す図である。図１に示すように、回転電気機械システムＡは、電源装置１、回転電機２、及び電力変換装置３を備える。

電源装置１は、直流電源であって、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、電源装置１は、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることもできる。

回転電機２は、多相の巻線から成る巻線群２１を複数備えている。すなわち、回転電機２は、ステータに巻回される巻線が複数の巻線群２１に分割されて多重化されている。
なお、本実施形態では、回転電機２がモータである場合について説明するが、本発明はこれに限定されず、多相の巻線から成る巻線群２１を複数備えていれば特に限定されない。例えば、回転電機２は、発電機であってもよいし、モータ及び発電機の双方の機能を有するものであってもよい。

なお、本実施形態では、回転電機２は、多相の巻線から成る巻線群２１を３つ備える構成とするが、本発明はこれに限定されず、複数の巻線群２１を備えていればよい。さらに、本実施形態では、巻線群２１を構成する多相の巻線の相数を三相とするが、本実施形態ではこれに限定されず、単相でもよいし、三相以外の複数相であってもよい。
以下に、本実施形態における回転電機２の構成について具体的に説明する。

回転電機２は、永久磁石を有するロータと、３つの巻線群２１（巻線群２１ａ〜２１ｃ）がそれぞれ独立して巻回されているステータを備える。ここで、独立とは、電気的に互いに絶縁されている状態である。

巻線群２１ａは、三相の各相に対応した巻線であるＵ相巻線Ｌｕ１、Ｖ相巻線Ｌｖ１、及びＷ相巻線Ｌｗ１を備える。このＵ相巻線Ｌｕ１、Ｖ相巻線Ｌｖ１、及びＷ相巻線Ｌｗ１の一端は、それぞれ中性点Ｐ１に接続されている。さらに、Ｕ相巻線Ｌｕ１、Ｖ相巻線Ｌｖ１、及びＷ相巻線Ｌｗ１の他端は、それぞれ電力変換装置３に接続されている。

巻線群２１ｂは、三相の各相に対応した巻線であるＵ相巻線Ｌｕ２、Ｖ相巻線Ｌｖ２、及びＷ相巻線Ｌｗ２を備える。このＵ相巻線Ｌｕ２、Ｖ相巻線Ｌｖ２、及びＷ相巻線Ｌｗ２の一端は、それぞれ中性点Ｐ２に接続されている。さらに、Ｕ相巻線Ｌｕ２、Ｖ相巻線Ｌｖ２、及びＷ相巻線Ｌｗ２の他端は、それぞれ電力変換装置３に接続されている。

巻線群２１ｃは、三相の各相に対応した巻線であるＵ相巻線Ｌｕ３、Ｖ相巻線Ｌｖ３、及びＷ相巻線Ｌｗ３を備える。このＵ相巻線Ｌｕ３、Ｖ相巻線Ｌｖ３、及びＷ相巻線Ｌｗ３の一端は、それぞれ中性点Ｐ３に接続されている。さらに、Ｕ相巻線Ｌｕ３、Ｖ相巻線Ｌｖ３、及びＷ相巻線Ｌｗ３の他端は、それぞれ電力変換装置３に接続されている。

なお、巻線群２１ａ〜２１ｃのそれぞれを区別しない場合には、単に「巻線群２１」と標記する。

電力変換装置３は、電源装置１から供給される直流電力を交流電力に変換する。そして、電力変換装置３は、変換した交流電力を、巻線群２１ａ〜２１ｃのそれぞれに供給する。以下に、本発明の一実施形態に係る電力変換装置３の構成について説明する。

電力変換装置３は、複数の電力変換器４（電力変換器４ａ〜４ｃ）、複数の電流検出部５（電流検出部５ａ〜５ｃ）、複数の温度センサ６（温度センサ６ａ〜６ｃ）、及び制御装置７を備える。

複数の電力変換器４は、それぞれ並列に接続されている。すなわち、複数の電力変換器４は並列に接続されることで多重化されている。本実施形態では、巻線群２１ａ〜２１ｃのそれぞれに交流電力を供給するため、その巻線群２１ａ〜２１ｃのそれぞれに対応した電力変換器４ａ〜４ｃが互いに並列に接続されている。すなわち、回転電機２を構成する巻線群２１の数と同数の電力変換器４が並列に接続されている。

なお、本実施形態における電力変換器４ａ〜４ｃのそれぞれは、同一の構成を備える。電力変換器４ａ〜４ｃのそれぞれを区別しない場合には、単に「電力変換器４」と標記する。以下に、本発明の一実施形態に係る電力変換器４ａの構成について、図２を用いて説明する。なお、電力変換器４ｂ，４ｃは、電力変換器４ａと同様な構成を備えるため、電力変換器４ｂ，４ｃの詳細な説明は省略する。

電力変換器４ａは、複数のスイッチング素子ＳＷを有し、このスイッチング素子のオン状態とオフ状態とが制御装置７によりスイッチング制御されることで電源装置１からの直流電力を交流電力に変換して巻線群２１ａに出力する。なお、本実施形態では、６つのスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６がＦＥＴ（Field Effective Transistor）である場合について説明するが、これに限定されず、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated gate bipolar transistor）、及びＢＪＴ（bipolar junction transistor）であってもよい。また、電力変換器４ａは、スイッチング素子ＳＷの個数には特に限定されない。

具体的には、直列に接続されたスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２と、直列に接続されたスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４と、直列に接続されたスイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６とは、電源装置１の正極端子と、電源装置１の負極端子との間に並列に接続されている。

スイッチング素子ＳＷ１のドレイン端子は、電源装置１の正極端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ２のソース端子は、電源装置１の負極端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ１のソース端子と、スイッチング素子ＳＷ２のドレイン端子との接続点Ｎ１は、Ｕ相巻線Ｌｕ１の他端に接続されている。

スイッチング素子ＳＷ３のドレイン端子は、スイッチング素子ＳＷ１のドレイン端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ４のソース端子は、スイッチング素子ＳＷ２のソース端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ３のソース端子と、スイッチング素子ＳＷ４のドレイン端子との接続点Ｎ２は、Ｖ相巻線Ｌｖ１の他端に接続されている。

スイッチング素子ＳＷ５のドレイン端子は、スイッチング素子ＳＷ１のドレイン端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ６のソース端子は、スイッチング素子ＳＷ２のソース端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ５のソース端子と、スイッチング素子ＳＷ６のドレイン端子との接続点Ｎ３は、Ｗ相巻線Ｌｗ１の他端に接続されている。

また、各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のゲート端子は、制御装置７に接続されている。

電力変換器４ｂは、電力変換器４ａと同様にスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６を備え、接続点Ｎ１がＵ相巻線Ｌｕ２の他端に接続され、接続点Ｎ２がＶ相巻線Ｌｖ２の他端に接続され、接続点Ｎ３がＷ相巻線Ｌｗ２の他端に接続されている。

電力変換器４ｃは、電力変換器４ａと同様にスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６を備え、接続点Ｎ１がＵ相巻線Ｌｕ３の他端に接続され、接続点Ｎ２がＶ相巻線Ｌｖ３の他端に接続され、接続点Ｎ３がＷ相巻線Ｌｗ３の他端に接続されている。

電流検出部５は、電力変換器４ごとに設けられている。具体的には、電流検出部５ａは、電力変換器４ａに対応して設けられており、巻線群２１ａの各相の巻線、すなわちＵ相巻線Ｌｕ１、Ｖ相巻線Ｌｖ１、及びＷ相巻線Ｌｗ１のそれぞれに流れる相電流値Ｉ１を検出する。そして、電流検出部５ａは、その検出した相電流値Ｉ１を制御装置７に出力する。

例えば、図２に示すように、電流検出部５ａは、複数の電流センサ５０を備え、各電流センサ５０をスイッチング素子ＳＷ２のソース端子と電源装置１の負極端子との間、スイッチング素子ＳＷ４のソース端子と電源装置１の負極端子との間、スイッチング素子ＳＷ６のソース端子と電源装置１の負極端子との間、のそれぞれに設けることで、Ｕ相電流値Ｉｕ１、Ｖ相電流値Ｉｖ１、及びＷ相電流値Ｉｗ１を検出してもよい。また、電流センサ５０は、接続点Ｎ１とＵ相巻線Ｌｕ１の他端、接続点Ｎ２とＶ相巻線Ｌｖ１の他端、接続点Ｎ３とＷ相巻線Ｌｗ１の他端、のそれぞれに設けられてもよい。

なお、電流センサ５０は、相電流を検出する構成であれば特に限定されないが、例えば、トランスを備えたカレントトランス（ＣＴ）やホール素子を備えた電流センサである。また、電流センサ５０は、シャント抵抗を備え、当該シャント抵抗の両端の電圧から相電流を検出してもよい。

電流検出部５ｂは、電力変換器４ｂに対応して設けられており、巻線群２１ｂの各相の巻線、すなわちＵ相巻線Ｌｕ２、Ｖ相巻線Ｌｖ２、及びＷ相巻線Ｌｗ２のそれぞれに流れる相電流値Ｉ２を検出する。そして、電流検出部５ｂは、その検出した相電流値Ｉ２を制御装置７に出力する。なお、電流検出部５ｂは、電流検出部５ａと同様の構成を有してもよい。

電流検出部５ｃは、電力変換器４ｃに対応して設けられており、巻線群２１ｃの各相の巻線、すなわちＵ相巻線Ｌｕ３、Ｖ相巻線Ｌｖ３、及びＷ相巻線Ｌｗ３のそれぞれに流れる相電流値Ｉ３を検出する。そして、電流検出部５ｂは、その検出した相電流値Ｉ３を制御装置７に出力する。なお、電流検出部５ｃは、電流検出部５ａと同様の構成を有してもよい。

温度センサ６は、各電力変換器４に対応して設けられ、その対応する電力変換器４の温度Ｔを測定する。本実施形態では、温度センサ６ａは、電力変換器４ａの温度Ｔ_１を測定し、その測定した温度Ｔ_１を制御装置７に出力する。温度センサ６ｂは、電力変換器４ｂの温度Ｔ_２を測定し、その測定した温度Ｔ_２を制御装置７に出力する。温度センサ６ｃは、電力変換器４ｃの温度Ｔ_３を測定し、その測定した温度Ｔ_３を制御装置７に出力する。

ここで、電力変換器４の温度Ｔは、その電力変換器４が備えるスイッチング素子ＳＷの温度が支配的である。したがって、温度センサ６は、対応する電力変換器４の温度Ｔとして、スイッチング素子ＳＷの温度を測定してもよい。ただし、各電力変換器４には、本実施形態のように複数のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６が設けられることがある。そのため、例えば、温度センサ６は、半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ６の温度のうち、代表点の温度を電力変換器４の温度Ｔとして測定してもよい。また、温度センサ６は、半導体スイッチＳＷ１〜ＳＷ６の温度のうち、各温度の平均値や中央値を電力変換器４の温度Ｔとして検出してもよい。さらに、温度センサ６は、スイッチング素子ＳＷの温度の代わりにスイッチング素子ＳＷのヒートシンクの温度や冷却冷媒温度を、電力変換器４の温度Ｔとして測定してもよい。すなわち、温度センサ６は、対応する電力変換器４の温度Ｔを直接又は間接的に測定できればよく、その方法や測定箇所には特に限定されない。

制御装置７は、並列接続された複数の電力変換器４で単一の負荷（回転電機２）を並列駆動する。すなわち、制御装置７は、各電力変換器４のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６をスイッチング制御することで、単一の回転電機２を駆動する。この場合において、制御装置７は、その各電力変換器４の温度に応じて、各電力変換器４の負荷分担を調整する。
以下に、本発明の一実施形態に係る制御装置７の構成について、図３を用いて説明する。

制御装置７は、目標値設定部８及び複数のＰＷＭ制御部９ａ〜９ｃを備える。

目標値設定部８は、外部から取得した指令値を取得し、その取得した指令値に応じて、相電流として回転電機２に供給する電流値の目標値（以下、「目標電流値」という。）Ｉｒｅｆを設定する。そして、目標値設定部８は、設定した目標電流値Ｉｒｅｆを、ＰＷＭ制御部９ａ〜９ｃのそれぞれに出力する。

ＰＷＭ制御部９ａは、負荷分担設定部９１ａ、電流制御部９２ａ、及びＰＷＭ信号生成部９３ａを備える。

負荷分担設定部９１ａは、温度センサ６ａ〜６ｃから取得した各電力変換器４ａ〜４ｃの温度Ｔ_１〜Ｔ_３に応じて、電力変換器４ａの負荷分担を設定する。この負荷分担とは、並列に接続されている複数の電力変換器４ａ〜４ｃが駆動している場合において各電力変換器４ａ〜４ｃが負担する負荷の配分を示すものであり、負荷分担比率で表される。

具体的には、負荷分担設定部９１ａは、温度センサ６ａ〜６ｃから取得した温度Ｔ_１〜Ｔ_３に基づいて電力変換器４ａの負荷分担比率Ｆ１を設定する。そして、負荷分担設定部９１ａは、その設定した負荷分担比率Ｆ１を用いて、目標値設定部８から取得した目標電流値Ｉｒｅｆから巻線群２１ａの相電流の目標値Ｉｒｅｆ１を算出する。この目標値Ｉｒｅｆ１は、電力変換器４ａが分担する負荷を示すものである。すなわち、目標値Ｉｒｅｆ１は、電力変換装置３が相電流として回転電機２に供給する電流値（目標値Ｉｒｅｆ）のうち、電力変換器４ａが回転電機２に供給する電流値を規定するものである。

以下に、負荷分担設定部９１ａにおける負荷分担比率Ｆ１の設定方法について、説明する。

まず、負荷分担設定部９１ａは、温度センサ６ａ〜６ｃから取得した温度Ｔ_１〜Ｔ_３に基づいて、電力変換器４ａ〜４ｃのそれぞれについて第１の設定値Ｋａ_ｋ及び第２の設定値Ｋｂ_ｋを算出する。なお、添え字ｋは、電力変換器４ａ〜４ｃのそれぞれの第１の設定値Ｋａ及び第２の設定値Ｋｂを区別するためのものであり、ｋ＝１が電力変換器４ａを示し、ｋ＝２が電力変換器４ｂを示し、ｋ＝３が電力変換器４ｃを示す。

この第１の設定値Ｋａ_ｋは、以下の式（１）で算出される。

Ｋａ_ｋ＝（ΔＴ_ｋ／Ｔrange）×１００ …（１）

上記Ｋａ_ｋは、Ｔrangeに対するΔＴの割合をパーセント表示したものである。ここで、Ｔrangeは、スイッチング素子ＳＷの温度変化の最大幅を示すものであって定数である。また、ΔＴ_ｋは、電力変換器４の温度Ｔ_ｋと所定値Ｔ_ｔｈとの差分（Ｔ_ｋ−Ｔ_ｔｈ）を示す。例えば、所定値Ｔ_ｔｈは、Ｔrangeの最小値に設定される。そのため、ΔＴ_ｋは、所定値Ｔ_ｔｈから電力変換器４の温度Ｔ_ｋへの変化量を示すものである。

また、この第２の設定値Ｋｂ_ｋは、以下の式（２）で算出される通り、１００（％）からＫａ_ｋを差し引いた値である。したがって、式（２）に式（１）を代入すると、第２の設定値Ｋｂ_ｋは、以下の式（３）で表すことができる。

Ｋｂ_ｋ＝１００−Ｋａ_ｋ …（２）
＝１００−（ΔＴ_ｋ／Ｔrange）×１００ …（３）

負荷分担設定部９１ａは、第２の設定値Ｋｂ_ｋを、温度Ｔ_１〜Ｔ_３ごとに求める。すなわち、負荷分担設定部９１ａは、式（３）に従って、以下の３つの式（４）〜（６）を求めることになる。

Ｋｂ_１＝１００−（ΔＴ_１／Ｔrange）×１００
＝１００−（（Ｔ₁−Ｔ_ｔｈ）／Ｔrange）×１００…（４）

Ｋｂ_２＝１００−（ΔＴ_２／Ｔrange）×１００
＝１００−（（Ｔ_２−Ｔ_ｔｈ）／Ｔrange）×１００…（５）

Ｋｂ_３＝１００−（ΔＴ_３／Ｔrange）×１００
＝１００−（（Ｔ_３−Ｔ_ｔｈ）／Ｔrange）×１００…（６）

そして、負荷分担設定部９１ａは、式（４）〜（６）で求めた第２の設定値Ｋｂ_１，Ｋｂ_２，Ｋｂ_３に基づいて、電力変換器４ａの負荷分担比率Ｆ１を算出する。具体的には、負荷分担設定部９１ａは、式（４）〜（６）で求めた第２の設定値Ｋｂ_１，Ｋｂ_２，Ｋｂ_３から、以下に示す式（７）を用いて電力変換器４ａの負荷分担比率Ｆ１を算出する。

Ｆ１＝Ｋｂ_１／（Ｋｂ_１＋Ｋｂ_２＋Ｋｂ_３）…（７）

そして、負荷分担設定部９１ａは、例えば、目標値設定部８から取得した目標電流値Ｉｒｅｆに、上記式（７）で求めた負荷分担比率Ｆ１を乗算することで、目標値Ｉｒｅｆ１を算出して、電流制御部９２ａに出力する。

電流制御部９２ａは、負荷分担設定部９１ａから取得した目標値Ｉｒｅｆ１と電流検出部５ａから取得した相電流値Ｉ１との偏差ΔＩ１を算出する。電流制御部９２ａは、その算出した偏差ΔＩ１に対してＰＩ演算を実行することで、偏差ΔＩ１をゼロに近づけるための制御指令値を算出する。そして、電流制御部９２ａは、算出した制御指令値をＰＷＭ信号生成部９３ａに出力する。

ＰＷＭ信号生成部９３ａは、電流制御部９２ａから取得した制御指令値に基づいてＰＷＭ（パルス幅変調）信号Ｓａを生成する。例えば、ＰＷＭ信号生成部９３ａは、電流制御部９２ａから取得した制御指令値と、所定の周波数の周期的な信号（例えば、正弦波信号であるキャリア波とを比較し、キャリア波より制御指令値の振幅が大きい期間にＰＷＭ信号Ｓａを生成して、当該ＰＷＭ信号Ｓａを電力変換器４ａのスイッチング素子ＳＷに出力する。

ＰＷＭ制御部９ｂは、負荷分担設定部９１ｂ、電流制御部９２ｂ、及びＰＷＭ信号生成部９３ｂを備える。

負荷分担設定部９１ｂは、温度センサ６ａ〜６ｃから取得した各電力変換器４ａ〜４ｃの温度Ｔ_１〜Ｔ_３に応じて、電力変換器４ｂの負荷分担を設定する。

具体的には、負荷分担設定部９１ｂは、温度センサ６ａ〜６ｃから取得した温度Ｔ_１〜Ｔ_３に基づいて電力変換器４ｂの負荷分担比率Ｆ２を設定する。そして、負荷分担設定部９１ｂは、その設定した負荷分担比率Ｆ２を用いて、目標値設定部８から取得した目標電流値Ｉｒｅｆから巻線群２１ｂの相電流の目標値Ｉｒｅｆ２を算出する。この目標値Ｉｒｅｆ２は、電力変換器４ｂが分担する負荷を示すものである。すなわち、目標値Ｉｒｅｆ２は、電力変換装置３が相電流として回転電機２に供給する電流値（目標値Ｉｒｅｆ）のうち、電力変換器４ｂが回転電機２に供給する電流値を規定するものである。

以下に、負荷分担設定部９１ｂにおける負荷分担比率Ｆ２の設定方法について、説明する。

まず、負荷分担設定部９１ｂは、上述した方法と同様に、第２の設定値Ｋｂ_ｋを、温度Ｔ_１〜Ｔ_３ごとに求める。すなわち、負荷分担設定部９１ｂは、式（３）に従って、上記式（４）〜（６）から第２の設定値Ｋｂ_１，Ｋｂ_２，Ｋｂ_３を求める。

そして、負荷分担設定部９１ｂは、式（４）〜（６）で求めた第２の設定値Ｋｂ_１，Ｋｂ_２，Ｋｂ_３に基づいて、電力変換器４ｂの負荷分担比率Ｆ２を算出する。具体的には、負荷分担設定部９１ｂは、式（４）〜（６）で求めた第２の設定値Ｋｂ_１，Ｋｂ_２，Ｋｂ_３から、以下に示す式（８）を用いて電力変換器４ｂの負荷分担比率Ｆ２を算出する。

Ｆ２＝Ｋｂ_２／（Ｋｂ_１＋Ｋｂ_２＋Ｋｂ_３）…（８）

そして、負荷分担設定部９１ｂは、例えば、目標値設定部８から取得した目標電流値Ｉｒｅｆに、上記式（８）で求めた負荷分担比率Ｆ２を乗算することで、目標値Ｉｒｅｆ２を算出して、電流制御部９２ｂに出力する。

電流制御部９２ｂは、負荷分担設定部９１ｂから取得した目標値Ｉｒｅｆ２と電流検出部５ｂから取得した相電流値Ｉ２との偏差ΔＩ２を算出する。電流制御部９２ｂは、その算出した偏差ΔＩ２に対してＰＩ演算を実行することで、偏差ΔＩ２をゼロに近づけるための制御指令値を算出する。そして、電流制御部９２ｂは、算出した制御指令値をＰＷＭ信号生成部９３ｂに出力する。

ＰＷＭ信号生成部９３ｂは、電流制御部９２ｂから取得した制御指令値に基づいてＰＷＭ（パルス幅変調）信号Ｓｂを生成する。例えば、ＰＷＭ信号生成部９３ｂは、電流制御部９２ｂから取得した制御指令値と、上記キャリア波とを比較し、そのキャリア波より制御指令値の振幅が大きい期間にＰＷＭ信号Ｓｂを生成して、当該ＰＷＭ信号Ｓｂを電力変換器４ｂのスイッチング素子ＳＷに出力する。

ＰＷＭ制御部９ｃは、負荷分担設定部９１ｃ、電流制御部９２ｃ、及びＰＷＭ信号生成部９３ｃを備える。

負荷分担設定部９１ｃは、温度センサ６ａ〜６ｃから取得した各電力変換器４ａ〜４ｃの温度Ｔ_１〜Ｔ_３に応じて、電力変換器４ｃの負荷分担を設定する。

具体的には、負荷分担設定部９１ｃは、温度センサ６ａ〜６ｃから取得した温度Ｔ_１〜Ｔ_３に基づいて電力変換器４ｃの負荷分担比率Ｆ３を設定する。そして、負荷分担設定部９１ｃは、その設定した負荷分担比率Ｆ３を用いて、目標値設定部８から取得した目標電流値Ｉｒｅｆから巻線群２１ｃの相電流の目標値Ｉｒｅｆ３を算出する。この目標値Ｉｒｅｆ３は、電力変換器４ｃが分担する負荷を示すものである。すなわち、目標値Ｉｒｅｆ３は、電力変換装置３が相電流として回転電機２に供給する電流値（目標値Ｉｒｅｆ）のうち、電力変換器４ｃが回転電機２に供給する電流値を規定するものである。

以下に、負荷分担設定部９１ｃにおける負荷分担比率Ｆ３の設定方法について、説明する。

まず、負荷分担設定部９１ｃは、上述した方法と同様に、第２の設定値Ｋｂ_ｋを、温度Ｔ_１〜Ｔ_３ごとに求める。すなわち、負荷分担設定部９１ｃは、式（３）に従って、上記式（４）〜（６）から第２の設定値Ｋｂ_１，Ｋｂ_２，Ｋｂ_３を求める。

そして、負荷分担設定部９１ｃは、式（４）〜（６）で求めた第２の設定値Ｋｂ_１，Ｋｂ_２，Ｋｂ_３に基づいて、電力変換器４ｃの負荷分担比率Ｆ３を算出する。具体的には、負荷分担設定部９１ｃは、式（４）〜（６）で求めた第２の設定値Ｋｂ_１，Ｋｂ_２，Ｋｂ_３から、以下に示す式（９）を用いて電力変換器４ｃの負荷分担比率Ｆ３を算出する。

Ｆ３＝Ｋｂ_３／（Ｋｂ_１＋Ｋｂ_２＋Ｋｂ_３）…（９）

そして、負荷分担設定部９１ｃは、例えば、目標値設定部８から取得した目標電流値Ｉｒｅｆに、上記式（９）で求めた負荷分担比率Ｆ３を乗算することで、目標値Ｉｒｅｆ３を算出して、電流制御部９２ｃに出力する。

電流制御部９２ｃは、負荷分担設定部９１ｃから取得した目標値Ｉｒｅｆ３と電流検出部５ｃから取得した相電流値Ｉ３との偏差ΔＩ３を算出する。電流制御部９２ｃは、その算出した偏差ΔＩ３に対してＰＩ演算を実行することで、偏差ΔＩ３をゼロに近づけるための制御指令値を算出する。そして、電流制御部９２ｃは、算出した制御指令値をＰＷＭ信号生成部９３ｃに出力する。

ＰＷＭ信号生成部９３ｃは、電流制御部９２ｃから取得した制御指令値に基づいてＰＷＭ（パルス幅変調）信号Ｓｃを生成する。例えば、ＰＷＭ信号生成部９３ｃは、電流制御部９２ｃから取得した制御指令値と、上記キャリア波とを比較し、そのキャリア波より制御指令値の振幅が大きい期間にＰＷＭ信号Ｓｃを生成して、当該ＰＷＭ信号Ｓｃを電力変換器４ｃのスイッチング素子ＳＷに出力する。

次に、本発明の実施形態に係る回転電機２の駆動時における電力変換装置３の動作について、図４を用いて説明する。

例えば、図４（ａ）に示すように、各温度センサ６ａ〜６ｃで測定された温度Ｔが、それぞれ１００℃であったとする（温度Ｔ_１＝１００℃、温度Ｔ_２＝１００℃、温度Ｔ_３＝１００℃）。そして、Ｔrangeが２００℃（−５０℃〜１５０℃）、Ｔ_ｔｈが−５０℃であるとの条件のもと、式（１）より、第１の設定値Ｋａ_１＝Ｋａ_２＝Ｋａ_３＝７５となる。したがって、式（４）〜（６）から、第２の設定値Ｋｂ_１＝Ｋｂ_２＝Ｋｂ_３＝２５となる。

これにより、負荷分担設定部９１ａは、式（４）〜（６）で求めた第２の設定値Ｋｂ_１，Ｋｂ_２，Ｋｂ_３を上記式（７）に代入することで電力変換器４ａの負荷分担比率Ｆ１＝１／３を得る。また、負荷分担設定部９１ｂは、式（４）〜（６）で求めた第２の設定値Ｋｂ_１，Ｋｂ_２，Ｋｂ_３を上記式（８）に代入することで電力変換器４ｂの負荷分担比率Ｆ２＝１／３を得る。さらに、負荷分担設定部９１ｃは、式（４）〜（６）で求めた第２の設定値Ｋｂ_１，Ｋｂ_２，Ｋｂ_３を上記式（９）に代入することで電力変換器４ｃの負荷分担比率Ｆ３＝１／３を得る。これにより、電力変換器４ａ〜４ｃの各負荷分担は全て１/３となる。すなわち、各電力変換器４ａ〜４ｃは、均等に１／３ずつ回転電機２に供給する電流を分担する。

具体的には、電力変換器４ａは、回転電機２に相電流として供給する電流のうち、１／３を分担した電流（分担電流）を巻線群２１ａに供給する。また、電力変換器４ｂは、回転電機２に相電流として供給する電流のうち、１／３を分担した電流（分担電流）を巻線群２１ｂに供給する。さらに、電力変換器４ｃは、回転電機２に相電流として供給する電流のうち、１／３を分担した電流（分担電流）を巻線群２１ｃに供給する。

次に、図４（ｂ）に示すように、３つの電力変換器４ａ〜４ｃのうち、電力変換器４ｃの温度Ｔ_３が５０℃で、温度Ｔ_１及びＴ_２がそれぞれ１００℃であったとする（温度Ｔ_１＝１００℃、温度Ｔ_２＝１００℃、温度Ｔ_３＝５０℃）。そして、Ｔrangeが２００℃（−５０℃〜１５０℃）、Ｔ_ｔｈが−５０℃であるとの条件のもと、式（１）より、第１の設定値Ｋａ_１＝７５、Ｋａ_２＝７５、Ｋａ_３＝５０となる。したがって、式（４）〜（６）から、第２の設定値Ｋｂ_１＝２５、Ｋｂ_２＝２５、Ｋｂ_３＝５０となる。

これにより、負荷分担設定部９１ａは、式（４）〜（６）で求めた第２の設定値Ｋｂ_１，Ｋｂ_２，Ｋｂ_３を上記式（７）に代入することで電力変換器４ａの負荷分担比率Ｆ１＝１／４を得る。また、負荷分担設定部９１ｂは、式（４）〜（６）で求めた第２の設定値Ｋｂ_１，Ｋｂ_２，Ｋｂ_３を上記式（８）に代入することで電力変換器４ｂの負荷分担比率Ｆ２＝１／４を得る。さらに、負荷分担設定部９１ｃは、式（４）〜（６）で求めた第２の設定値Ｋｂ_１，Ｋｂ_２，Ｋｂ_３を上記式（９）に代入することで電力変換器４ｃの負荷分担比率Ｆ３＝１／２を得る。これにより、電力変換器４ａ及び電力変換器４ｂよりも温度Ｔが低い電力変換器４ｃの負荷分担が１/２となり、他の２つの電力変換器４ａ，４ｂの負荷分担がそれぞれ１/４となる。すなわち、電力変換器４ｃが回転電機２に供給する電流のうち１/２を負担し、他の２つの電力変換器４ａ，４ｂは、電力変換器４ｃよりも負荷分担が低い１/４ずつ分担する。

具体的には、電力変換器４ａは、回転電機２に相電流として供給する電流のうち、１／４を分担した分担電流を巻線群２１ａに供給する。また、電力変換器４ｂは、回転電機２に相電流として供給する電流のうち、１／４を分担した分担電流を巻線群２１ｂに供給する。さらに、電力変換器４ｃは、回転電機２に相電流として供給する電流のうち、１／２を分担した分担電流を巻線群２１ｃに供給する。

このように、電力変換器４ａ〜４ｃの温度が等しければ、負荷分担も等しくなり、電力変換器４ａ〜４ｃの温度に偏りが生じれば、その温度が高い電力変換器ほど、負荷分担が低くなる。すなわち、制御装置７は、各電力変換器４ａ〜４ｃの負荷分担比率Ｆ１〜Ｆ３に従って各電力変換器４ａ〜４ｃの出力を制御することで各電力変換器４ａ〜４ｃの負荷分担を調整し、温度Ｔが低い電力変換器４の負荷分担比率Ｆが、温度が高い電力変換器４の負荷分担比率よりも高くなるよう設定する。これにより、各電力変換器４ａ〜４ｃの温度は、同等の値に保持されることになり、寿命のばらつきが低減される。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

（変形例１）
上記実施形態において、制御装置７は、複数の電力変換器４ａ〜４ｃのうち、いずれかの電力変換器の動作が停止した場合には、その動作が停止した電力変換器の負荷分担比率Ｆをゼロに設定するとともに、当該電力変換器の温度を除外して他の電力変換器の負分担率Ｆを設定してもよい。

より具体的には、制御装置７は、複数の電力変換器４ａ〜４ｃのうち、電力変換器４ａに異常が発生して動作が停止した場合には、その動作が停止した電力変換器４ａに対応する第２の設定値Ｋｂ_１を強制的にゼロに設定する。そして、負荷分担設定部９１ａ〜９１ｃは、第２の設定値Ｋｂ_１＝０として、各負荷分担比率Ｆを計算する。これにより、制御装置７は、異常が発生して動作が停止した電力変換器４を負荷分担から除外することができ、より正確な負荷分担を設定することができる。

（変形例２）
上記実施形態では、制御装置７は、式（１）〜（９）を用いて、第２の設定値Ｋｂから負荷分担比率Ｆを算出したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、本発明は、負荷分担比率Ｆ１〜Ｆ３が算出できればよく、その算出方法には特に限定されない。
例えば、負荷分担設定部９１ａは、以下に示す式（１０）を用いることで、温度Ｔ_１〜Ｔ_３をそのまま使用して負荷分担比率Ｆ１を算出してもよい。

Ｆ１＝（Ｔ_２・Ｔ_３）／（Ｔ_１・Ｔ_２＋Ｔ_２・Ｔ_３＋Ｔ_３・Ｔ_１）…（１０）

また、負荷分担設定部９１ｂは、以下に示す式（１１）を用いることで、温度Ｔ_１〜Ｔ_３をそのまま使用して負荷分担比率Ｆ２を算出してもよい。

Ｆ２＝（Ｔ_３・Ｔ_１）／（Ｔ_１・Ｔ_２＋Ｔ_２・Ｔ_３＋Ｔ_３・Ｔ_１）…（１１）

さらに、負荷分担設定部９１ｃは、以下に示す式（１２）を用いることで、温度Ｔ_１〜Ｔ_３をそのまま使用して負荷分担比率Ｆ３を算出してもよい。

Ｆ３＝（Ｔ_１・Ｔ_２）／（Ｔ_１・Ｔ_２＋Ｔ_２・Ｔ_３＋Ｔ_３・Ｔ_１）…（１２）

なお、変形例２の場合においても、制御装置７は、複数の電力変換器４ａ〜４ｃのうち、いずれかの電力変換器の動作が停止した場合には、その動作が停止した電力変換器の負荷分担比率Ｆをゼロに設定するとともに、当該電力変換器の温度を除外して他の電力変換器の負荷分担率Ｆを設定してもよい。ただし、この場合には、制御装置７は、異常が発生して動作が停止した電力変換器の温度Ｔの逆数（１／Ｔ）をゼロとして、各負荷分担比率Ｆを計算する。これにより、制御装置７は、異常が発生して動作が停止した電力変換器４を負荷分担から除外することができ、より正確な負荷分担を設定することができる。

（変形例３）
上記実施形態では、制御装置７は、負荷分担比率Ｆに応じて電流制御における分担電流の比を調整する場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、制御装置７は、単一の回転電機２を電力制御し、当該電力制御における各電力変換器４の分担電力の比を負荷分担比率Ｆに応じて算出してもよい。その場合には、目標値設定部８は、外部から取得した指令値を取得し、その取得した指令値に応じて、回転電機２に供給する電力の目標値を設定することになる。

さらに、制御装置７は、単一の回転電機２を電圧制御し、当該電圧制御における各電力変換器４の分担電圧の比を負荷分担比率Ｆに応じて算出してもよい。その場合には、目標値設定部８は、外部から取得した指令値を取得し、その取得した指令値に応じて、回転電機２に供給する電圧の目標値を設定することになる。

（変形例４）
上記実施形態において、制御装置７は、回転電機２に流れる相電流の電流制御として、ベクトル制御を適用し、ｄｑ座標上で実施してもよい。

（変形例５）
上記実施形態では、回転電機２がモータである場合を例として説明したが、回転電機２が発電機である場合では、各電力変換器４は、回転電機２で発電された発電電力をスイッチングすることで直流に変換して電源装置１に供給する。その場合には、目標値設定部８は、外部から取得した指令値を取得し、その取得した指令値に応じて、回転電機２で発電する発電電流や発電電圧、又は発電電力の目標値を設定することになる。

（変形例６）
上記実施形態において、負荷分担設定部９１ａ〜９１ｃのそれぞれが第２の設定値Ｋｂ_１，Ｋｂ_２，Ｋｂ_３を算出しなくてもよい。例えば、負荷分担設定部９１ａ〜９１ｃの少なくともいずれかの負荷分担設定部９１が第２の設定値Ｋｂ_１，Ｋｂ_２，Ｋｂ_３を算出し、その他の負荷分担設定部９１に送信してもよい。また、負荷分担設定部９１ａ〜９１ｃは、第２の設定値Ｋｂ_１，Ｋｂ_２，Ｋｂ_３を、制御装置７が備える他の機能部から取得してもよい。

（変形例７）
制御装置７に含まれる構成要素の少なくとも一部がソフトウエアにより実現される場合、当該構成要素は、一般的な構成の情報処理装置において、当該構成要素に関する動作を規定したソフトウエア又はプログラムを起動することにより実現されてよい。上記制御装置７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサ、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random access memory）を有して構成されてもよい。

以上、説明したように、本発明の一実施形態に係る電力変換装置３は、並列接続された複数の電力変換器４で単一の負荷を並列駆動する装置であって、各電力変換器４の温度Ｔに応じて、各電力変換器４の負荷分担を調整する。

このような構成によれば、各電力変換器４の温度を同等の値に維持することができる。すなわち、電力変換装置３は、各電力変換器４間において、スイッチング素子の温度ストレスの偏りを抑制し、各電力変換器４の寿命のばらつきを抑制することができる。したがって、電力変換装置３は、電力変換装置３全体としての寿命や信頼性、メンテナンス性を向上させることができる。

具体的には、制御装置７は、各電力変換器４の負荷分担比率Ｆに従って各電力変換器４の出力を制御することで各電力変換器４の負荷分担を調整する。そして、制御装置７は、温度Ｔが低い電力変換器４の負荷分担比率Ｆを、温度Ｔが高い電力変換器４の負荷分担比率Ｆよりも高くなるよう設定する。

このような構成によれば、他の電力変換器４と比べて温度Ｔが低い電力変換器４の負荷分担を相対的に小さくすることができ、各電力変換器４の寿命のばらつきを抑制することができる。

Ａ 回転電気機械システム
１ 電源装置
２ 回転電機
３ 電力変換装置
４（４ａ〜４ｃ） 電力変換器
５（５ａ〜５ｃ） 電流検出部
６（６ａ〜６ｃ） 温度センサ
７ 制御装置

Claims (5)

1. 並列接続された複数の電力変換器で単一の負荷を並列駆動する電力変換装置であって、
   前記各電力変換器の温度に応じて、前記各電力変換器の負荷分担を調整する制御装置を備えることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記制御装置は、前記各電力変換器の負荷分担比率に従って前記各電力変換器の出力を制御することで前記各電力変換器の負荷分担を調整し、
   前記制御装置は、前記温度が低い前記電力変換器の負荷分担比率を、温度が高い前記電力変換器の負荷分担比率よりも高くなるよう設定することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記制御装置は、前記各電力変換器の温度に応じて、前記各電力変換器の前記負荷分担比率を設定することを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記制御装置は、複数の前記電力変換器のうち、いずれかの前記電力変換器の動作が停止した場合には、前記動作が停止した前記電力変換器の負荷分担比率をゼロに設定するとともに、当該電力変換器の温度を除外して他の前記電力変換器の負荷分担率を設定することを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の電力変換装置と、
   前記電力変換装置により並列駆動される前記単一の負荷としての回転電機と、
   を備え、
   前記回転電機は、前記各電力変換器に電気的に接続された複数の巻線群を備え、
   前記複数の巻線群は、前記回転電機の単一のステータにそれぞれ独立して巻回されていることを特徴とする回転電気機械システム。

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