JP2023182329A

JP2023182329A - 駆動装置

Info

Publication number: JP2023182329A
Application number: JP2022095863A
Authority: JP
Inventors: 覚平野; Satoru Hirano
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2022-06-14
Filing date: 2022-06-14
Publication date: 2023-12-26
Also published as: WO2023243320A1

Abstract

【課題】従来よりも大きな出力を得ることができる駆動装置を提供する。【解決手段】本発明に係る駆動装置は、固定子巻線が設けられた固定子１５を有する三相電動機１と、第１及び第２のインバータ３、５を備える。第１～第３の固定子巻線１１、１２、１３は、他の固定子巻線と電気的に離間している。第１のインバータ３からの三相交流のＵ相、Ｖ相、及びＷ相が、第１～第３の固定子巻線１１、１２、１３の第１の端子１１ａ、１２ａ、１３ａに電気的に接続可能に構成され、第２のインバータ５からの三相交流のＵ相、Ｖ相、及びＷ相が、第３の固定子巻線１３の第２の端子１３ｂ、第１の固定子巻線１１の第２の端子１１ｂ、及び第２の固定子巻線１２の第２の端子１２ｂに電気的に接続可能に構成される。第１及び第２のインバータ３、５は、互いに位相がπ／３だけずれた三相交流を供給可能に構成される。【選択図】図３

Description

本発明は、三相電動機を備える駆動装置に関する。

電気自動車やハイブリッド電気自動車用の動力源として、三相誘導電動機等の三相電動機が用いられている。従来の三相誘導電動機として、例えば下記特許文献１、２に記載のものが知られている。特許文献１、２には、三相電動機が、３相で６つの引き出し端子を持つ固定子巻線を備え、２台の三相インバータによって運転され、この電動機の定出力範囲内で且つ所定回転数以下の低速運転範囲では両インバータの出力を同相にした制御をし、該所定回転数を越えた高速運転範囲では一方のインバータの出力位相を１８０度反転することが記載されている。

特開２００２－１３６１８４特開平７－３３６９７１

特許文献１、２に記載のような従来の三相電動機においては、その３つの固定子巻線とインバータとがスター結線又はデルタ結線されている。これらがスター結線されている場合、三相交流の電圧が線間で２系統に分圧されるため、１相当たりの相電圧が１／√３に低下する。また、これらがデルタ結線されている場合、三相交流の電流が回路の枝分かれに起因して分流するため、一相当たりの相電流が１／√３に低下する。そのため、インバータに入力される直流の電圧及び電流をそれぞれＶ（Ｖ）、Ｉ（Ａ）とし、力率をcosθとすると、スター結線及びデルタ結線の場合の電力Ｐは、３ＶＩcosθ（Ｗ）ではなく、√３ＶＩcosθ（Ｗ）に低下してしまう。また、デルタ結線においては、デルタ形状の閉回路内に制御困難な循環電流が生じる場合があり、さらに電力が低下する場合がある。これらの理由により、従来の三相電動機を備える駆動装置では、本来期待し得る出力を得ることができなかった。

本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、従来よりも大きな出力を得ることができる三相電動機を備える駆動装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明に係る駆動装置は、三相の固定子巻線が設けられた固定子を有する三相電動機と、三相電力を供給するための第１のインバータ及び第２のインバータと、を備え、上記三相の固定子巻線の第１の固定子巻線、第２の固定子巻線、及び第３の固定子巻線は、それぞれ第１のインバータ及び第２のインバータと結線されていない状態では他の固定子巻線と電気的に離間するように上記固定子内に設けられており、第１のインバータから供給される三相交流のＵ相、Ｖ相、及びＷ相が、それぞれ第１の固定子巻線の第１の端子、第２の固定子巻線の第１の端子、及び第３の固定子巻線の第１の端子に電気的に接続可能に構成され、第２のインバータから供給される三相交流のＵ相、Ｖ相、及びＷ相が、それぞれ第３の固定子巻線の第２の端子、第１の固定子巻線の第２の端子、及び第２の固定子巻線の第２の端子に電気的に接続可能に構成され、第１のインバータ及び第２のインバータは、同一の周波数、かつ、互いに位相がπ／３だけずれた三相交流を供給可能に構成されている。

本発明に係る駆動装置によれば、各固定子巻線の第１の端子に第１のインバータで交流電流を供給し、各固定子巻線の第２の端子に第２のインバータで交流電流を供給することが可能であり、この際、それらの交流電流は逆位相となるため、各固定子巻線に流れる電流は時間平均で０となる。そして、上記固定子において、上記三相の固定子巻線の第１の固定子巻線、第２の固定子巻線、及び第３の固定子巻線は、第１のインバータ及び第２のインバータと結線されていない状態ではそれぞれ他の固定子巻線と電気的に離間している上に、第１～第３の固定子巻線と、第１及び第２のインバータとの間の結線は、三相交流の各相が独立するように、即ち、第１～第３の固定子巻線が回路的に互いに独立するようになされている。そのため、当該結線において、三相交流の電圧が第１～第３の固定子巻線の線間で分圧されたり、三相交流の電流が回路の枝分かれに起因して分流されたり、閉回路が形成されたりすることはない。その結果、従来よりも大きな出力を得ることが可能となる。

さらに、本発明に係る駆動装置は、第１の固定子巻線、第２の固定子巻線、及び第３の固定子巻線と、第１のインバータ及び第２のインバータとの間の結線状態を、第１の結線状態、第２の結線状態、及び第３の結線状態の間で可逆的に変更する切り替え器をさらに備えることができ、第１の結線状態では、第１の固定子巻線、第２の固定子巻線、及び第３の固定子巻線は、第１のインバータ又は前記第２のインバータとスター結線され、第２の結線状態では、第１の固定子巻線、第２の固定子巻線、及び第３の固定子巻線は、第１のインバータ又は前記第２のインバータとデルタ結線され、第３の結線状態では、第１のインバータから供給される三相交流のＵ相、Ｖ相、及びＷ相が、それぞれ第１の固定子巻線の第１の端子、第２の固定子巻線の第１の端子、及び第３の固定子巻線の第１の端子に電気的に接続され、かつ、第２のインバータから供給される三相交流のＵ相、Ｖ相、及びＷ相が、それぞれ第３の固定子巻線の第２の端子、第１の固定子巻線の第２の端子、及び第２の固定子巻線の第２の端子に電気的に接続される。

これにより、当該切り替え器による切り替え動作のみで第１の固定子巻線、第２の固定子巻線、及び第３の固定子巻線と、第１のインバータ及び第２のインバータとの間の結線状態を、第１の結線状態、第２の結線状態、及び第３の結線状態のうちのいずれかに可逆的に変更することができる。

本発明によれば、従来よりも大きな出力を得ることができる三相電動機を備える駆動装置が提供される。

本発明の実施形態に係る駆動装置の構成を示す模式図である。第１のインバータ及び第２のインバータの回路構成の例を示す図である。切り替え器及び三相電動機の回路構成の詳細を示す図である。第１のインバータ及び第２のインバータが供給する三相交流の電流波形の例を示す図である。第１の結線状態での第１の固定子巻線、第２の固定子巻線、第３の固定子巻線の結線状態を示す図である。第２の結線状態での第１の固定子巻線、第２の固定子巻線、第３の固定子巻線の結線状態を示す図である。第３の結線状態での第１の固定子巻線、第２の固定子巻線、第３の固定子巻線の結線状態を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、各図面において、可能な場合には同一要素には同一符号を用いる。また、図面中の構成要素内及び構成要素間の寸法比は、図面の見易さのため、それぞれ任意となっている。

図１は、本発明の実施形態に係る駆動装置の構成を示す模式図である。図１に示すように本実施形態の駆動装置Ｄは、三相電動機１と、第１のインバータ３と、第２のインバータ５と、切り替え器７と、制御部９を備える。

三相電動機１は、三相電力によって動作する電動機であり、例えば誘導電動機又は同期電動機である。三相電動機１は、例えば電気自動車やハイブリッド電気自動車用の動力源として使用される。

第１のインバータ３及び第２のインバータ５は、それぞれ直流電源Ｖから入力された直流を、所定の態様の三相交流に変換して出力する機能を有する三相インバータである。制御部９は、第１のインバータ３及び第２のインバータ５の当該機能に基づく動作等を制御する。切り替え器７は、第１のインバータ３及び第２のインバータ５から出力された三相交流が切り替え器７を介して三相電動機１に供給され得るように構成されている。直流電源Ｖは、例えば電気自動車やハイブリッド電気自動車に搭載された直流バッテリーである。直流電源Ｖは、第１のインバータ３及び第２のインバータ５に電気的に接続され、これらに直流電流を供給する。

図２は、第１のインバータ及び第２のインバータの回路構成の例を示す図である。第１のインバータ３及び第２のインバータ５はそれぞれ、並列に接続されたトランジスタとダイオードの対を６対有し、図２に示すように直流電源Ｖの正極と接続された上部配線と、直流電源Ｖの負極と接続された下部配線との間に当該対が２対直列に接続されている。

第１のインバータ３は、Ｕ相出力端子３Ｕ、Ｖ相出力端子３Ｖ、及びＷ相出力端子３Ｗを有する。Ｕ相出力端子３Ｕ、Ｖ相出力端子３Ｖ、Ｗ相出力端子３Ｗはそれぞれ、上記上部配線と、上記下部配線との間に接続されたトランジスタとダイオードの２対の間に接続されている。同様に、第２のインバータ５は、Ｕ相出力端子５Ｕ、Ｖ相出力端子５Ｖ、及びＷ相出力端子５Ｗを有する。Ｕ相出力端子３Ｕ、Ｖ相出力端子３Ｖ、Ｗ相出力端子３Ｗはそれぞれ、上記上部配線と、上記下部配線との間に接続されたトランジスタとダイオードの２対の間に接続されている。

これらのトランジスタとして、パワートランジスタを用いることができる。これらのトランジスタのオン・オフを制御部９（図１参照）で適切に制御することによって、第１のインバータ３及び第２のインバータ５は、三相電流を出力することができる。第１のインバータ３は、Ｕ相出力端子３Ｕから三相交流のＵ相を出力し、Ｖ相出力端子３Ｖから三相交流のＶ相を出力し、Ｗ相出力端子３Ｗから三相交流のＷ相を出力する。同様に、第２のインバータ５は、Ｕ相出力端子５Ｕから三相交流のＵ相を出力し、Ｖ相出力端子５Ｖから三相交流のＶ相を出力し、Ｗ相出力端子５Ｗから三相交流のＷ相を出力する。

図３は、切り替え器及び三相電動機の回路構成の詳細を示す図である。図３に示すように、切り替え器７は、第１のインバータ３のＵ相出力端子３Ｕ、Ｖ相出力端子３Ｖ、及びＷ相出力端子３Ｗとそれぞれ接続された、Ｕ相入力端子７Ｕ１、Ｖ相入力端子７Ｖ１、及びＷ相入力端子７Ｗ１を有する。また、切り替え器７は、第２のインバータ５のＵ相出力端子５Ｕ、Ｖ相出力端子５Ｖ、及びＷ相出力端子５Ｗとそれぞれ接続された、Ｕ相入力端子７Ｕ２、Ｖ相入力端子７Ｖ２、及びＷ相入力端子７Ｗ２を有する。

また、切り替え器７は、６つの出力端子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆを有する。Ｕ相入力端子７Ｕ２は、配線Ｅ１によって出力端子７ｆに接続され、Ｗ相入力端子７Ｗ２は、配線Ｅ２によって出力端子７ｅに接続され、Ｖ相入力端子７Ｖ２は、配線Ｅ３によって出力端子７ｄに接続されている。配線Ｅ２は、スイッチＳ１を介して配線Ｅ５によって出力端子７ｃに接続され、配線Ｅ３は、スイッチＳ２を介して配線Ｅ６によって出力端子７ｂに接続され、配線Ｅ１は、スイッチＳ３を介して配線Ｅ４によって出力端子７ａに接続されている。

また、Ｗ相入力端子７Ｗ１は、スイッチＳ４及びスイッチＳ７を介して配線Ｅ７によって配線Ｅ５に接続されており、Ｖ相入力端子７Ｖ１は、スイッチＳ５及びスイッチＳ８を介して配線Ｅ８によって配線Ｅ６に接続されており、Ｕ相入力端子７Ｕ１は、スイッチＳ６及びスイッチＳ９を介して配線Ｅ９によって配線Ｅ４に接続されている。また、配線Ｅ７と配線Ｅ８の間にはスイッチＳ１０が設けられており、配線Ｅ８と配線Ｅ９の間にはスイッチＳ１１が設けられている。

三相電動機１は、三相の固定子巻線が設けられた固定子１５を有する。三相の固定子巻線は、第１の固定子巻線１１、第２の固定子巻線１２、及び第３の固定子巻線１３を有する。第１の固定子巻線１１、第２の固定子巻線１２、及び第３の固定子巻線１３は、三相交流が供給された際に、固定子１５内の回転子（図示せず）を回転させるための回転磁場を発生するように、互いに１２０°位相をずらして固定子１５内に設けられている。

第１の固定子巻線１１、第２の固定子巻線１２、及び第３の固定子巻線１３は、それぞれ第１のインバータ３及び第２のインバータ５と結線されていないと仮定した状態では他の固定子巻線と電気的に離間するように、固定子１５内に設けられている。即ち、第１の固定子巻線１１の一対の端子（第１の端子１１ａ及び第２の端子１１ｂ）、第２の固定子巻線１２の一対の端子（第１の端子１２ａ及び第２の端子１２ｂ）、及び第３の固定子巻線１３の一対の端子（第１の端子１３ａ及び第２の端子１３ｂ）は、固定子１５の構成要素のみで見た場合、互いに電気的に接続されていない。このような電気的な離間は、例えば各固定子巻線の一対の端子と、他の固定子巻線の一対の端子との間に、物理的なギャップを設けたり、絶縁材料を設けたりすることによって実現することができる。

各固定子巻線の一対の端子は、それぞれ切り替え器７の６つの出力端子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆのいずれかに接続されている。具体的には、第１の固定子巻線１１の第１の端子１１ａは切り替え器７の出力端子７ａに接続され、第１の固定子巻線１１の第２の端子１１ｂは切り替え器７の出力端子７ｄに接続され、第２の固定子巻線１２の第１の端子１２ａは切り替え器７の出力端子７ｂに接続され、第２の固定子巻線１２の第２の端子１２ｂは切り替え器７の出力端子７ｅに接続され、第３の固定子巻線１３の第１の端子１３ａは切り替え器７の出力端子７ｃに接続され、第３の固定子巻線１３の第２の端子１３ｂは切り替え器７の出力端子７ｆに接続されている。

図１の第１のインバータ３及び第２のインバータ５は、同一の周波数、かつ、互いに位相がπ／３だけずれた三相交流を供給可能に構成されている。図４は、そのような場合の第１のインバータ及び第２のインバータが供給する三相交流の電流波形の例を示す図である。図４の（ａ）は、第１のインバータ３が供給する三相交流を示しており、実線で示される波形は、Ｕ相出力端子３Ｕ（図１参照）から出力されるＵ相電流Ｉ３Ｕを表し、破線で示される波形は、Ｖ相出力端子３Ｖ（図１参照）から出力されるＶ相電流Ｉ３Ｖを表し、一点鎖線で示される波形は、Ｗ相出力端子３Ｗ（図１参照）から出力されるＷ相電流Ｉ３Ｗを表している。

また、図４の（ｂ）は、図４の（ａ）の第１のインバータ３と同じタイミングで第２のインバータ５が供給する三相交流を示しており、実線で示される波形は、Ｕ相出力端子５Ｕ（図１参照）から出力されるＵ相電流Ｉ５Ｕを表し、破線で示される波形は、Ｖ相出力端子５Ｖ（図１参照）から出力されるＶ相電流Ｉ５Ｖを表し、一点鎖線で示される波形は、Ｗ相出力端子５Ｗ（図１参照）から出力されるＷ相電流Ｉ５Ｗを表している。本実施形態では、図４に示されるように、第２のインバータ５から供給される三相電流の位相は、第１のインバータ３から供給される三相電流の位相よりもπ／３だけ進んでいる。

図３に示される切り替え器７は、スイッチＳ１～Ｓ１１のオン・オフの切り替えによって、第１の固定子巻線１１、第２の固定子巻線１２、及び第３の固定子巻線１３と、第１のインバータ３及び第２のインバータ５との間の結線状態を、第１の結線状態、第２の結線状態、及び第３の結線状態の間で可逆的に変更する機能を有する。

（第１の結線状態、スター結線）
第１の結線状態では、図３に示す切り替え器７のスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６をオフにし、スイッチＳ７、Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１０、Ｓ１１をオンにする。図５は、第１の結線状態での第１の固定子巻線、第２の固定子巻線、第３の固定子巻線の結線状態を示す図である。図５に示すように、この結線状態では、第１の固定子巻線１１、第２の固定子巻線１２、及び第３の固定子巻線１３と、第２のインバータ５とが、スター結線される。

即ち、第１の固定子巻線１１の第１の端子１１ａ、第２の固定子巻線１２の第１の端子１２ａ、及び第３の固定子巻線１３の第１の端子１３ａが電気的に接続されるため、出力端子７ａ、７ｂ、７ｃが中性点となる。第１の固定子巻線１１の第２の端子１１ｂは、出力端子７ｄ及びＶ相入力端子７Ｖ２を介して第２のインバータ５のＶ相出力端子５Ｖと電気的に接続されるため、第２のインバータ５から供給されるＶ相と電気的に接続される。第２の固定子巻線１２の第２の端子１２ｂは、出力端子７ｅ及びＷ相入力端子７Ｗ２を介して第２のインバータ５のＷ相出力端子５Ｗと電気的に接続されるため、第２のインバータ５から供給されるＷ相と電気的に接続される。第３の固定子巻線１３の第２の端子１３ｂは、出力端子７ｆ及びＵ相入力端子７Ｕ２を介して第２のインバータ５のＵ相出力端子５Ｕと電気的に接続されるため、第２のインバータ５から供給されるＵ相と電気的に接続される。

このようにして、第１の結線状態では、第１の固定子巻線１１、第２の固定子巻線１２、及び第３の固定子巻線１３と、第２のインバータ５とをスター結線させて、第２のインバータ５から第１の固定子巻線１１、第２の固定子巻線１２、及び第３の固定子巻線１３に三相交流を供給することによって、三相電動機１を動作させることができる。

（第２の結線状態、デルタ結線）
第２の結線状態では、図３に示す切り替え器７のスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３をオンにし、スイッチＳ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１０、Ｓ１１をオフにする。図６は、第２の結線状態での第１の固定子巻線、第２の固定子巻線、第３の固定子巻線の結線状態を示す図である。図６に示すように、この結線状態では、第１の固定子巻線１１、第２の固定子巻線１２、及び第３の固定子巻線１３と、第２のインバータ５とが、デルタ結線される。

即ち、第１の固定子巻線１１の第１の端子１１ａと第３の固定子巻線１３の第２の端子１３ｂが、互いに電気的に接続されて出力端子７ａ、７ｆ及びＵ相入力端子７Ｕ２を介して第２のインバータ５のＵ相出力端子５Ｕと電気的に接続されるため、第２のインバータ５から供給されるＵ相と電気的に接続される。また、第１の固定子巻線１１の第２の端子１１ｂと第２の固定子巻線１２の第１の端子１２ａが、互いに電気的に接続されて出力端子７ｂ、７ｄ及びＶ相入力端子７Ｖ２を介して第２のインバータ５のＶ相出力端子５Ｖと電気的に接続されるため、第２のインバータ５から供給されるＶ相と電気的に接続される。また、第２の固定子巻線１２の第２の端子１２ｂと第３の固定子巻線１３の第１の端子１３ａが、互いに電気的に接続されて出力端子７ｃ、７ｅ及びＷ相入力端子７Ｗ２を介して第２のインバータ５のＷ相出力端子５Ｗと電気的に接続されるため、第２のインバータ５から供給されるＷ相と電気的に接続される。

このようにして、第２の結線状態では、第１の固定子巻線１１、第２の固定子巻線１２、及び第３の固定子巻線１３と、第２のインバータ５とをデルタ結線させて、第２のインバータ５から第１の固定子巻線１１、第２の固定子巻線１２、及び第３の固定子巻線１３に三相交流を供給することによって、三相電動機１を動作させることができる。

（第３の結線状態、スプリット結線）
第２の結線状態では、図３に示す切り替え器７のスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ１０、Ｓ１１をオフにし、スイッチＳ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８、Ｓ９をオンにする。図７は、第３の結線状態での第１の固定子巻線、第２の固定子巻線、第３の固定子巻線の結線状態を示す図である。図７に示すように、この結線状態では、第１の固定子巻線１１、第２の固定子巻線１２、及び第３の固定子巻線１３と、第２のインバータ５とが、本明細書中でスプリット結線と表現される態様で結線される。

即ち、第１の固定子巻線１１の第１の端子１１ａは、出力端子７ａ、Ｕ相入力端子７Ｕ１を介して第１のインバータ３のＵ相出力端子３Ｕと電気的に接続されるため、第１のインバータ３から供給されるＵ相と電気的に接続される。また、第１の固定子巻線１１の第２の端子１１ｂは、出力端子７ｄ、Ｖ相入力端子７Ｖ２を介して第２のインバータ５のＶ相出力端子５Ｖと電気的に接続されるため、第２のインバータ５から供給されるＶ相と電気的に接続される。

また、第２の固定子巻線１２の第１の端子１２ａは、出力端子７ｂ、Ｖ相入力端子７Ｖ１を介して第１のインバータ３のＶ相出力端子３Ｖと電気的に接続されるため、第１のインバータ３から供給されるＶ相と電気的に接続される。また、第２の固定子巻線１２の第２の端子１２ｂは、出力端子７ｅ、Ｗ相入力端子７Ｗ２を介して第２のインバータ５のＷ相出力端子５Ｗと電気的に接続されるため、第２のインバータ５から供給されるＷ相と電気的に接続される。

また、第３の固定子巻線１３の第１の端子１３ａは、出力端子７ｃ、Ｗ相入力端子７Ｗ１を介して第１のインバータ３のＷ相出力端子３Ｗと電気的に接続されるため、第１のインバータ３から供給されるＷ相と電気的に接続される。また、第３の固定子巻線１３の第２の端子１３ｂは、出力端子７ｆ、Ｕ相入力端子７Ｕ２を介して第２のインバータ５のＵ相出力端子５Ｕと電気的に接続されるため、第２のインバータ５から供給されるＵ相と電気的に接続される。

そのため、第１の固定子巻線１１の第１の端子１１ａには、第１のインバータ３からＵ相交流が供給され、第１の固定子巻線１１の第２の端子１１ｂには、第２のインバータ５からＶ相交流が供給され、第２の固定子巻線１２の第１の端子１２ａには、第１のインバータ３からＶ相交流が供給され、第２の固定子巻線１２の第２の端子１２ｂには、第２のインバータ５からＷ相交流が供給され、第３の固定子巻線１３の第１の端子１３ａには、第１のインバータ３からＷ相交流が供給され、第３の固定子巻線１３の第２の端子１３ｂには、第２のインバータ５からＵ相交流が供給される。

そして、第３の結線状態では、第１のインバータ３及び第２のインバータ５は、同一振幅及び同一周波数の三相交流を第１の固定子巻線１１、第２の固定子巻線１２、及び第３の固定子巻線１３に供給するが、第２のインバータ５から供給される三相電流の位相は、第１のインバータ３から供給される三相電流の位相よりもπ／３だけ進んでいる（図４参照）。そのため、各固定子巻線の第１の端子と第２の端子には、互いに逆位相の交流が印加される。例えば、上述のように第１の固定子巻線１１の第１の端子１１ａには第１のインバータ３からＵ相交流が供給され、第１の固定子巻線１１の第２の端子１１ｂには、第２のインバータ５からＶ相交流が供給されるが、Ｖ相はＵ相よりも１２０°位相が進んでいることに加えて、第２のインバータ５から供給される三相電流の位相は、第１のインバータ３から供給される三相電流の位相よりもπ／３だけ進んでいるため、これらの交流の位相差は１８０°となる。第２の固定子巻線１２及び第３の固定子巻線１３についても、同様となる。

このようにして、第３の結線状態では、第１の固定子巻線１１、第２の固定子巻線１２、及び第３の固定子巻線１３と、第２のインバータ５とをスプリット結線させて、三相電動機１を動作させることができる。

上述のような本実施形態に係る駆動装置Ｄによれば、第３の結線状態にすることによって、各固定子巻線１１、１２、１３の第１の端子１１ａ、１２ａ、１３ａに第１のインバータ３で交流電流を供給し、各固定子巻線１１、１２、１３の第２の端子１１ｂ、１２ｂ、１３ｂに第２のインバータ５で交流電流を供給することが可能であり、この際、それらの交流電流は逆位相となるため、各固定子巻線１１、１２、１３に流れる電流は時間平均で０となる（図４及び図７参照）。

そして、固定子１５において、第１の固定子巻線１１、第２の固定子巻線１２、及び第３の固定子巻線１３は、第１のインバータ３及び第２のインバータ５と結線されていない状態ではそれぞれ他の固定子巻線と電気的に離間している上に、第１～第３の固定子巻線１１、１２、１３と、第１及び第２のインバータ３、５との間の結線は、三相交流の各相が独立するように、即ち、第１～第３の固定子巻線１１、１２、１３が回路的に互いに独立するようになされている（図７参照）。そのため、当該結線において、三相交流の電圧が第１～第３の固定子巻線１１、１２、１３の線間で分圧されたり、三相交流の電流が回路の枝分かれに起因して分流されたり、閉回路が形成されたりすることはない。その結果、従来よりも大きな出力を得ることが可能となる。具体的には、インバータに入力される直流の電圧及び電流をそれぞれＶ（Ｖ）、Ｉ（Ａ）とし、力率をcosθとすると、第１の結線状態（スター結線）及び第２の結線状態（デルタ結線）の場合の第１の固定子巻線１１、第２の固定子巻線１２、及び第３の固定子巻線１３の電力Ｐは、√３ＶＩcosθ（Ｗ）であるのに対して、第３の結線状態（スプリット結線）の場合の第１の固定子巻線１１、第２の固定子巻線１２、及び第３の固定子巻線１３の電力Ｐは、３ＶＩcosθ（Ｗ）となる。

また、上述のような本実施形態に係る駆動装置Ｄは、上述のような切り替え器７を備えている（図７参照）。これにより、切り替え器７による切り替え動作のみで第１の固定子巻線１１、第２の固定子巻線１２、及び第３の固定子巻線１３と、第１のインバータ３及び第２のインバータ５との間の結線状態を、第１の結線状態（スター結線）、第２の結線状態（デルタ結線）、及び第３の結線状態（スプリット結線）のうちのいずれかに可逆的に変更することができる。

本発明は上述の実施形態に限定されず、様々な変形態様が可能である。

例えば、上述の実施形態では、第１の結線状態（スター結線）において、第１の固定子巻線１１、第２の固定子巻線１２、及び第３の固定子巻線１３と、第２のインバータ５とが、スター結線されるが（図７参照）、これに加えて、１の固定子巻線１１、第２の固定子巻線１２、及び第３の固定子巻線１３と、第１のインバータ３とが、スター結線され得るように切り替え器７が構成されていてもよい。この場合、第１のインバータ３及び第２のインバータ５の一方が故障した場合であっても、他方のインバータと、第１の固定子巻線１１、第２の固定子巻線１２、及び第３の固定子巻線１３とをスター結線させて三相電動機１を動作させることができる。

また、上述の実施形態では、第２の結線状態（デルタ結線）において、第１の固定子巻線１１、第２の固定子巻線１２、及び第３の固定子巻線１３と、第２のインバータ５とが、デルタ結線されるが（図７参照）、これに加えて、１の固定子巻線１１、第２の固定子巻線１２、及び第３の固定子巻線１３と、第１のインバータ３とが、デルタ結線され得るように切り替え器７が構成されていてもよい。この場合、第１のインバータ３及び第２のインバータ５の一方が故障した場合であっても、他方のインバータと、第１の固定子巻線１１、第２の固定子巻線１２、及び第３の固定子巻線１３とをデルタ結線させて三相電動機１を動作させることができる。

また、上述の実施形態では、第３の結線状態（スプリット結線）において、第２のインバータ５から供給される三相電流の位相は、第１のインバータ３から供給される三相電流の位相よりもπ／３だけ進んでいるが（図４参照）、第２のインバータ５から供給される三相電流の位相は、第１のインバータ３から供給される三相電流の位相よりもπ／３だけ遅れていてもよい。

１…三相電動機、３…第１のインバータ、５…第２のインバータ、７…切り替え器、１１…第１の固定子巻線、１１ａ…第１の固定子巻線の第１の端子、１１ｂ…第１の固定子巻線の第２の端子、１２…第２の固定子巻線、１２ａ…第２の固定子巻線の第１の端子、１２ｂ…第２の固定子巻線の第２の端子、１３…第３の固定子巻線、１３ａ…第３の固定子巻線の第１の端子、１３ｂ…第３の固定子巻線の２の端子、１５…固定子。

Claims

三相の固定子巻線が設けられた固定子を有する三相電動機と、
三相電力を供給するための第１のインバータ及び第２のインバータと、
を備える駆動装置であって、
前記三相の固定子巻線の第１の固定子巻線、第２の固定子巻線、及び第３の固定子巻線は、それぞれ前記第１のインバータ及び前記第２のインバータと結線されていない状態では他の固定子巻線と電気的に離間するように前記固定子内に設けられており、
前記第１のインバータから供給される三相交流のＵ相、Ｖ相、及びＷ相が、それぞれ前記第１の固定子巻線の第１の端子、前記第２の固定子巻線の第１の端子、及び前記第３の固定子巻線の第１の端子に電気的に接続可能に構成され、
前記第２のインバータから供給される三相交流のＵ相、Ｖ相、及びＷ相が、それぞれ前記第３の固定子巻線の第２の端子、前記第１の固定子巻線の第２の端子、及び前記第２の固定子巻線の第２の端子に電気的に接続可能に構成され、
前記第１のインバータ及び前記第２のインバータは、同一の周波数、かつ、互いに位相がπ／３だけずれた三相交流を供給可能に構成されている、駆動装置。
前記第１の固定子巻線、前記第２の固定子巻線、及び前記第３の固定子巻線と、前記第１のインバータ及び前記第２のインバータとの間の結線状態を、第１の結線状態、第２の結線状態、及び第３の結線状態の間で可逆的に変更する切り替え器をさらに備え、
前記第１の結線状態では、前記第１の固定子巻線、前記第２の固定子巻線、及び前記第３の固定子巻線は、前記第１のインバータ又は前記第２のインバータとスター結線され、
前記第２の結線状態では、前記第１の固定子巻線、前記第２の固定子巻線、及び前記第３の固定子巻線は、前記第１のインバータ又は前記第２のインバータとデルタ結線され、
前記第３の結線状態では、前記第１のインバータから供給される三相交流のＵ相、Ｖ相、及びＷ相が、それぞれ前記第１の固定子巻線の第１の端子、前記第２の固定子巻線の第１の端子、及び前記第３の固定子巻線の第１の端子に電気的に接続され、かつ、前記第２のインバータから供給される三相交流のＵ相、Ｖ相、及びＷ相が、それぞれ前記第３の固定子巻線の第２の端子、前記第１の固定子巻線の第２の端子、及び前記第２の固定子巻線の第２の端子に電気的に接続される、請求項１に記載の駆動装置。