JP3595096B2 - 交流電力供給装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数のインバータ(電力変換器)を直列または並列に切り換え接続できる交流電力供給装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の多重PWMインバータ装置としては文献(電気学会「半導体電力変換回路」1987年オーム社、p125図6.3.18)に示されたものがあった。これは、2つのPWMインバータの出力波形の位相をずらした後に、リアクトルで波形を合成してインバータ出力の高調波を低減するものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来の多重PWMインバータ装置は、各PWMインバータの出力波形の位相をずらした後に、リアクトルで波形を合成方法ではインバータ出力電圧を調整するために変調率を下げるとインバータ出力の高調波成分が増加し、モータの損失が増加するという不具合があった。
【0004】
また、文献(同、p102表6.2.1(a)▲7▼)に示されるものでは2つのPWMインバータの位相をずらしてリアクトルで合成し、高調波を減らすものであるが、その結果、1次(基本波)成分も減少するという事態が生じる。
【0005】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、インバータをPWM駆動したときに発生する高調波電圧の影響を抑制することができる交流電力供給装置を得ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る交流電力供給装置は、直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する少なくとも2つの電力変換手段と、これら電極変換手段を直流電源正極と直流電源負極との間に直列接続あるいは直流電源に対して並列接続に切り換える直並列接続切換手段と、この直並列接続切換手段により直列あるいは並列に接続された前記複数の電力変換手段の出力を合成して負荷に供給する電力合成手段と、を備え、前記複数の電力変換手段は、一方の直流入力端子が前記直流電源正極に接続された第1の交流電力変換手段と、一方の直流入力端子が前記直流電源負極に接続された第2の交流電力変換手段と、を有し、前記直並列接続切換手段は、前記第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と前記第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子との間に開閉可能に接続された第1の開閉手段と、前記第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と前記直流電源負極との間に開閉可能に接続された第2の開閉手段と、前記第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子を前記直流電源正極に開閉可能に接続する第3の開閉手段と、を有し、前記第1の開閉手段が開状態のときに前記第2、第3の開閉手段の開閉動作を繰り返し、前記第1および第2の交流電力変換手段の直流入力電圧を変化させるものである。
【0008】
請求項2に係る交流電力供給装置は、直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する少なくとも2つの電力変換手段と、これら電極変換手段を直流電源正極と直流電源負極との間に直列接続あるいは直流電源に対して並列接続に切り換える直並列接続切換手段と、この直並列接続切換手段により直列あるいは並列に接続された前記複数の電力変換手段の出力を合成して負荷に供給する電力合成手段と、を備え、前記複数の電力変換手段は、一方の直流入力端子が前記直流電源正極に接続された第1の交流電力変換手段と、一方の直流入力端子が前記直流電源負極に接続された第2の交流電力変換手段と、を有し、前記直並列接続切換手段は、前記第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と前記第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子との間に開閉可能に接続された第1の開閉手段と、前記第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と直流電源負極との間に開閉可能に接続された第2の開閉手段と、前記第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と前記直流電源正極を接続する接続手段とを有し、前記第1の開閉手段が開状態のときに前記第2、第3の開閉手段の開閉動作を繰り返し、前記第1および第2の交流電力変換手段の直流入力電圧を変化させるものである。
【0009】
請求項3に係る交流電力供給装置は、直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する少なくとも2つの電力変換手段と、これら電極変換手段を直流電源正極と直流電源負極との間に直列接続あるいは直流電源に対して並列接続に切り換える直並列接続切換手段と、この直並列接続切換手段により直列あるいは並列に接続された前記複数の電力変換手段の出力を合成して負荷に供給する電力合成手段と、を備え、前記複数の電力変換手段は、一方の直流入力端子が前記直流電源正極に接続された第1の交流電力変換手段と、一方の直流入力端子が前記直流電源負極に接続された第2の交流電力変換手段と、を有し、前記直並列接続切換手段は、前記第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と前記第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子との間に開閉可能に接続された第1の開閉手段と、前記第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と前記直流電源負極との間に開閉可能に接続された第2の開閉手段と、前記第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子を前記直流電源正極に開閉可能に接続する第3の開閉手段と、を有し、前記第2および第3の開閉手段が開状態のときに前記第1の開閉手段の開閉動作を繰り返し、または前記第1の開閉手段が開状態のときに前記第2および第3の開閉手段の開閉動作を繰り返し、前記第1および第2の交流電力変換手段の直流入力電圧を変化させる
【0010】
請求項4に係る交流電力供給装置は、直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する少なくとも2つの電力変換手段と、これら電極変換手段を直流電源正極と直流電源負極との間に直列接続あるいは直流電源に対して並列接続に切り換える直並列接続切換手段と、この直並列接続切換手段により直列あるいは並列に接続された前記複数の電力変換手段の出力を合成して負荷に供給する電力合成手段と、を備え、前記複数の電力変換手段は、一方の直流入力端子が前記直流電源正極に接続された第1の交流電力変換手段と、一方の直流入力端子が前記直流電源負極に接続された第2の交流電力変換手段と、を有し、前記直並列接続切換手段は、前記第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と前記第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子との間に開閉可能に接続された第1の開閉手段と、前記第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と直流電源負極との間に開閉可能に接続された第2の開閉手段と、前記第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と前記直流電源正極を接続する接続手段とを有し、前記第2および第3の開閉手段が開状態のときに前記第1の開閉手段の開閉動作を繰り返し、または前記第1の開閉手段が開状態のときに前記第2および第3の開閉手段の開閉動作を繰り返し、前記第1および第2の交流電力変換手段の直流入力電圧を変化させる
ものである。
【0011】
請求項5に係る交流電力供給装置は、請求項1または請求項2において、前記第1および第2の交流電力変換手段への電圧指令が所定の値を超えたときに前記第1および第2の交流電力変換手段を並列駆動させるように、また前記電圧指令が前記所定の値以下になったとき、前記第1および第2の交流電力変換手段を直列駆動させるように切換信号を前記第1、第2および第3の開閉手段に出力する切換信号出力手段と、前記電圧指令が前記所定の値以下になったときに前記第1および第2の交流電力変換手段への電圧指令を元の電圧指令の2倍の値にして出力する電圧指令出力手段と、を備えたものである。
【0012】
請求項6に係る交流電力供給装置は、請求項1から請求項4までのいずれか1項において、少なくとも前記第1および第2の交流電力変換手段が直列接続または並列接続のいずれかのときに、変調率を固定して前記第1および第2の交流電力変換手段をPWM駆動させる駆動手段を備えたものである。
【0013】
請求項7に係る交流電力供給装置は、直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する少なくとも2つの電力変換手段と、これら電極変換手段を直流電源正極と直流電源負極との間に直列接続あるいは直流電源に対して並列接続に切り換える直並列接続切換手段と、この直並列接続切換手段により直列あるいは並列に接続された前記複数の電力変換手段の出力を合成して負荷に供給する電力合成手段と、を備え、前記複数の電力変換手段は、一方の直流入力端子が前記直流電源正極に接続された第1の交流電力変換手段と、一方の直流入力端子が前記直流電源負極に接続された第2の交流電力変換手段と、を有し、前記直並列接続切換手段は、前記第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と前記第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子との間に開閉可能に接続された第1の開閉手段と、前記第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と前記直流電源負極との間に開閉可能に接続された第2の開閉手段と、前記第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子を前記直流電源正極に開閉可能に接続する第3の開閉手段と、を有し、前記第1および第2の交流電力変換手段への電圧指令が所定の値を超えたときに前記第1および第2の交流電力変換手段を並列駆動させるように、また前記電圧指令が前記所定の値以下になったとき、前記第1および第2の交流電力変換手段を直列駆動させるように切換信号を前記第1、第2および第3の開閉手段に出力する切換信号出力手段と、前記電圧指令が前記所定の値以下になったときに前記第1および第2の交流電力変換手段への電圧指令を元の電圧指令の2倍の値にして出力する電圧指令出力手段と、をさらに備えたものである。
【0014】
請求項8に係る交流電力供給装置は、直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する少なくとも2つの電力変換手段と、これら電極変換手段を直流電源正極と直流電源負極との間に直列接続あるいは直流電源に対して並列接続に切り換える直並列接続切換手段と、この直並列接続切換手段により直列あるいは並列に接続された前記複数の電力変換手段の出力を合成して負荷に供給する電力合成手段と、を備え、前記複数の電力変換手段は、一方の直流入力端子が前記直流電源正極に接続された第1の交流電力変換手段と、一方の直流入力端子が前記直流電源負極に接続された第2の交流電力変換手段と、を有し、前記直並列接続切換手段は、前記第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と前記第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子との間に開閉可能に接続された第1の開閉手段と、前記第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と直流電源負極との間に開閉可能に接続された第2の開閉手段と、前記第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と前記直流電源正極を接続する接続手段とを有し、前記第1および第2の交流電力変換手段への電圧指令が所定の値を超えたときに前記第1および第2の交流電力変換手段を並列駆動させるように、また前記電圧指令が前記所定の値以下になったとき、前記第1および第2の交流電力変換手段を直列駆動させるように切換信号を前記第1、第2および第3の開閉手段に出力する切換信号出力手段と、前記電圧指令が前記所定の値以下になったときに前記第1および第2の交流電力変換手段への電圧指令を元の電圧指令の2倍の値にして出力する電圧指令出力手段と、をさらに備えたものである。
【0024】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1を図について説明する。図1は、本実施の形態に係る交流電力供給装置としてのインバータ装置の構成図である。図において、1はバッテリ、2は6個のトランジスタを3相ブリッジ結線して構成した第1の交流電力変換手段としての第1のインバータである。
【0025】
この第1のインバータ2は、バッテリ1の直流正極入力側21と第2の開閉スイッチ7を介したバッテリ1の直流負極入力側22との間に接続された直列接続の一対のトランジスタQu11−Qu12に、直列接続された他の一対のトランジスタQv11−Qv12,トランジスタQw11−Qw12がそれぞれ並列接続されて構成されている。
【0026】
3は同じく6個のトランジスタを3相ブリッジ結線して構成した第2の交流電力変換手段としての第2のインバータである。この第2のインバータ3は第3の開閉スイッチ8を介したバッテリ1の直流正極入力側31とバッテリ1の直流負極入力側32との間に接続された直列接続の一対のトランジスタQu21−Qu22に、直列接続された他の一対のトランジスタQv21−Qv22,Qw21−Qw22がそれぞれ並列に接続されて構成されている。
【0027】
第1のインバータ2の直流負極入力側22には第1の開閉スイッチ6により第2のインバータ3の直流正極入力側31が接離可能に接続されている。尚、第1の開閉スイッチ6、第2の開閉スイッチ7および第3の開閉スイッチ8により直並列接続切換手段を構成する。3相ブリッジを構成する各トランジスタのコレクタ−エミッタ間には転流用ダイオードDが逆並列接続されている。
【0028】
4はY−Y結線された2つの一次巻線と1つの二次巻線を備えた電力合成手段としての3相変圧器であり、第1の一次巻線には第1のイバータ2のU相出力端子、V相出力端子、W相出力端子が第1の入力端41を介して接続されている。
【0029】
また、第2の一次巻線には第2のイバータ3のU相出力端子、V相出力端子、W相出力端子が第2の入力端42を介して接続されている。また、二次巻線には出力端子43を介して交流電動機としてのモータ5の3相巻線が接続されている。
【0030】
次に、本実施の形態の動作について説明する。まず、モータ5の起動時で回転数(周波数)が低い領域では図示しない回転検出手段の検出信号に基づいて第1の開閉スイッチ6が閉、第2,第3の開閉スイッチ7,8が開となり第1のインバータ2と第2のインバータ3が直列接続される。この結果、第1のインバータ2および第2のインバータ3の直流入力電圧はバッテリ1の電圧の1/2の電圧となる。この状態で第1のインバータ2、第2のインバータ3が動作すると各インバータ2,3の出力は3相変圧器4で合成されてモータ5の3相巻線に入力される。
【0031】
直列接続すると第1のインバータ2および第2のインバータ3の直流入力電圧が1/2になるため、各インバータ2,3の出力電圧も1/2が最大となり、モータ5の回転数が低いときに低い起電力で駆動する。だが、第1のインバータ2および第2のインバータ3の直流入力電圧が低いため各インバータ2,3の変調率は従来の場合の2倍に大きくできる。従って、第1のインバータ2および第2のインバータ3の出力波形に占める高調波電圧の割合が減り、高調波電流による損失を小さくできる効果がある。
【0032】
次に、モータ5の回転数が上がって行くと、図示しない回転検出手段の検出信号に基づいて第1の開閉スイッチ6を開、第2,第3の開閉スイッチ7,8を閉にして第1のインバータ2と第2のインバータ3を並列接続する。この結果、各インバータ2,3の直流入力電圧はバッテリ1の電圧そのものとなる。従って、従来と同等の電圧が得られ、モータ5の逆起電力が大きい高速回転域でも充分なインバータ出力電圧が得られる。
【0033】
上記実施の形態では2個のインバータ2,3の出力を3相変圧器4で合成する構成を示したが、2個のインバータの出力を各々別の2個のモータの駆動に用いても良い。
【0034】
実施の形態2.
以下、この発明の実施の形態2を図を用いて説明する。図2は、本実施の形態に係るインバータ装置の構成図である。尚、図中、図1と同一符号の同一または相当部分を示しその詳細な説明は省略する。本実施の形態におけるインバータ装置は図1に示すインバータ装置より第3の開閉スイッチ8が省略され、カソードが第1のインバータ2の直流正極入力側に、アノードが第2のインバータ3の直流正極入力側に接続さている。この構成において、第2のインバータの直流正極側31は常時バッテリ1の正極端子に接続されている。
【0035】
従って、第1の開閉スイッチ6が閉、第2の開閉スイッチ7が開の時の動作は第1のインバータ2と第2のインバータ3が直列接続され、実施の形態1の場合と同様なインバータ制御動作を行う。
【0036】
今、第2の開閉スイッチ7が閉、第1の開閉スイッチ6が開の状態では、ダイオード9により第2のインバータ3へのバッテリ電圧の印加が阻止されため、第1のインバータ2のみが第2の開閉スイッチ7によりバッテリ1に接続され、第2のインバータ3にはバッテリ1が接続されない状態となる。この状態で第1のインバータ2を動作させると、第1のインバータ2のみでモータ5を駆動することになる。
【0037】
だが、高速回転時は、高い電圧が要求され、電流は少なくても良いので特にインバータのスイッチング素子の電流容量を大きなものにする必要はない。このようにすることで開閉スイッチを第1,2第の開閉スイッチ6,7の2個で構成できる。また、第2の開閉スイッチ7を開放時に、第2のインバータ3の発生電圧はダイオード9によりバッテリ1に回生することができる。
【0038】
実施の形態3.
上記実施の形態1、2は第1及び第2のインバータ2,3の出力電圧を3相変圧器4で合成してモータに5に供給したが、本実施の形態は図3の回路図に示すようにモータ5にはY結線された第1の3相巻線51a,51b,51c、及び同じくY結線された第2の3相巻線52a,52b,52cが同一のスロットに巻回されている。
【0039】
そして、第1の3相巻線51a,51b,51cは第1の入力端41を介して第1のインバータ2の3相出力に接続され、第2の3相巻線52a,52b,52cは第2の入力端42を介して第2のインバータ3の3相出力に接続されている。
【0040】
即ち、第1のインバータ2の3相出力と第2のインバータ3の3相出力をモータ5内部の固定子のスロットで合成するようにしたものであり、その結果、3相変圧器4が不要になる。各3相巻線の例を図4に示す。図は1極あたりのスロット数が12の場合の全節巻きの例を示している。図において、U1,V1,W1は第1の3相巻線、U2,V2,W2は第2の3相巻線で、第1の3相巻線と同じスロットに巻かれている。
【0041】
インバータ装置によるモータ制御動作は実施の形態1と同様に、第1の開閉スイッチ6が閉、第2、第3の開閉スイッチ7,8が開の状態では第1のインバータ2と第2のインバータ3が直列接続された状態となり、第1のインバータ2および第2のインバータ3に印加される直流入力電圧はバッテリ1の電圧の1/2の電圧となる。
【0042】
この状態で第1のインバータ2、第2のインバータ3が動作すると各インバータ2,3の出力はモータ5内部の第1の3相巻線51a,51b,51c、第2の3相巻線52a,52b,52cで合成されモータ5を駆動する。このとき、各インバータ2,3の直流入力電圧が1/2になっているので各インバータ2,3の出力電圧も1/2が最大となり、モータ5の回転数が低いときは低い起動電圧で駆動するが、印加される直流入力電圧が低いため各インバータ2,3の変調率は従来の場合の2倍大きくできる。
【0043】
従って、各インバータ2,3の出力電圧形に占める高調波電圧の割合が減り、高調波電流による損失を小さくできる効果がある。また、2個のインバータ2、3の出力電流がモータ5内で合成されるので個々のインバータ2,3のスイッチング素子の電流容量はインバータ装置を1個で構成した場合の1/2でよく、トータルのスイッチング素子の電流容量は同じもので済む。
【0044】
次に、第1の開閉スイッチ6を開、第2、第3の開閉スイッチ7,8を閉とすると、第1のインバータ2と第2のインバータ3は並列接続され、各インバータ2,3の直流入力電圧はバッテリ1の電圧そのものとなる。従って、第1のインバータ2と第2のインバータ3を直列接続したときの2倍の出力電圧が得られ、モータ5の逆起電力が大きい高速回転域でも充分なインバータ出力電圧が得られる。
【0045】
また、図5のように第3の開閉スイッチ8を省略して実施の形態2と同様にインバータ装置を構成し、低速時は第1の開閉スイッチ6を閉、第2の開閉スイッチ7を開とし、高速時は第1の開閉スイッチ6を開、第2の開閉スイッチ7を閉としても良い。
【0046】
この場合、高速時は第1の3相巻線51a,51b,51cのみに電流を流すため、モータ5の効率が若干低下するが、開閉スイッチを2個で構成できる。また、高速時においては電圧が2倍になるのでインバータ出力電流は1/2でよいため1個のインバータでモータ5を駆動してもインバータのスイッチング素子の電流容量を増やす必要はない。
【0047】
図6はこの発明に関連するPWM波形生成の概念を説明するためのブロック図であり、101は搬送波としての三角波を発信する三角波発信器、102は図示しないインバータの電圧指令に基づく振幅値を有する例えば正弦波からなる3相基準電圧を発生する3相電圧発生器、103〜105はそれぞれ一方の入力端子に三角波発信器101より搬送波としての三角波を入力し、他方の入力端子に3相電圧発生器102より発生した3相基準電圧を入力して三角波の振幅と3相基準電圧の振幅とを比較するコンパレータ、106は三角波発信器101より発生した三角波の論理レベルを反転して出力する反転器である。
【0048】
107から109はそれぞれ一方入力端子に三角波発信器101より発生して反転器で論理レベルが反転された三角波を入力し、他方の入力端子に3相電圧発生器102より発生した3相基準電圧を入力して三角波の振幅と3相基準電圧の振幅とを比較するコンパレータである。
【0049】
図7(a)〜(e)はPWM波形生成動作を説明するための電圧波形で、1相分の波形のみを示している。同図(a)において、3相電圧発生器102から3相基準電圧111が発生し、三角波発信器101から三角波(変調電圧)110が出力されてコンパレータ103〜105に入力されると、各振幅が比較される。
【0050】
コンパレータ103〜105では、三角波110の振幅が3相基準電圧111の振幅より低い期間毎にレベルがHとなるパルス列112がPWM変調波として同図(b)のように出力される。このパルス列波形を図示しない第1のインバータ2(図1を参照)における上側アームのトランジスタのオン信号に、このパルス波形を反転したものを図示しない第1のインバータ1の下側アームにおけるトランジスタのオン信号にして第1のインバータ2を駆動する。
【0051】
また、同図(b)において、3相電圧発生器102から3相基準電圧114が発生し、反転器106からは三角波発信器101から三角波を反転した三角波(変調電圧)113が出力されてコンパレータ107〜109に入力されると、各振幅が比較される。
【0052】
コンパレータ107〜109では、三角波113の振幅が3相基準電圧114の振幅より低い期間毎にレベルがHとなるパルス列115がPWM変調波として同図(d)のように出力される。このパルス列波形を図示しない第2のインバータ3(図1を参照)における上側アームのトランジスタのオン信号に、このパルス波形を反転したものを図示しない第2のインバータ3の下側アームにおけるトランジスタオン信号にして第2のインバータ3を駆動する。
【0053】
このようにして生成された2つのPWM波形で例えば図3の2つのインバータを駆動すると、その合成された波形は同図(e)におけるパルス波形116のようになる。これは、単一のインバータをPWM駆動したものに対して高調波の周波数が約2倍になる。
【0054】
その結果、モータ5の高調波に対するリアクタンスも2倍となるので高調波電流が小さくなって高調波電流による銅損が減り、モータ5の効率が向上する。更に、モータ5内部でインバータ出力波形を合成するのでリアクトルなどが不要となる。
【0055】
上記第1の構成例では、第1及び第2のインバータ2,3を直列/並列切り替えできるインバータ装置の例を示した。だが、2つのインバータ出力を合成するものであるなら、特に2つのインバータを開閉スイッチによって直列/並列切替えする必要はなく、あらかじめ並列または直列に接続された2つのインバータの出力をモータ5で合成してモータ駆動波形を形成しても上述と同様の効果がある。
【0056】
また、図4に示すように、2つのインバータを直列接続するか、単一のインバータのみを使用するか切り替えられるように構成されたインバータ装置では、単一のインバータのみを使用する場合は従来のものと同じであるが、直列接続した場合に上述したと同様の効果を奏する。
【0057】
以下、この発明に関連した第2の構成例について、図を用いて説明する。図8は第1の構成例に係るモータの構成図である。尚、図中、図3と同一符号の同一または相当部分を示しその詳細な説明は省略する。この場合、モータ5には第1の3相巻線51a、51b、51cと、第2の3相巻線53a、53b、53cが電気角でπ/6空間位相をずらして同一の固定子に巻回されている。巻線の例を図9に示す。図は1極あたりのスロット数12の全節巻きの例を示している。
【0058】
図9において、U,V,Wは第1の巻線、R,S,Tは第2の巻線に相当する。また、第1のインバータ2と第2のインバータ3は位相がπ/6ずれた3相交流波形を出力する。従って、モータ5は12相交流電圧で駆動されたものと同様となり、従来例のように単に各インバータ2,3の出力の位相をずらして合成するものに対し、第1および第2の巻線の空間位相もずらすことで基本波の低下を防ぎ、空間高調波を低減すると共に、トルクリップルの抑制、高調波損失を低減できる効果がある。
【0059】
上記第2の構成例では2つの第1及び第2のインバータ2,3が第1及び第3の開閉スイッチ6,8により直列、並列切り替えできるものの例を示したが、2つのインバータの出力を合成するものなら、特に第1及び第3の開閉スイッチ6,8による直列、並列切替えが必要ない。予め並列または直列に接続された2つのインバータ出力の駆動波形としてモータ5の第1の3相巻線51a,51b,51cと、第2の3相巻線53a,53b,53cに出力して合成しても上述したのと同様の効果がある。
【0060】
以下、この発明に関連した第3の構成例について、図を用いて説明する。図10は第3の構成例に係るモータの構成図である。尚、図中、図8と同一符号の同一または相当部分を示しその詳細な説明は省略する。この場合、モータ5には、Y結線された第1の3相巻線51a,51b,51cと第1の3相巻線51a,51b,51cとは電気角でπ/6空間位相をずらして同一の固定子に巻かれ、Δ結線された第2の3相巻線54a,54b,54cがある。
【0061】
巻線の例を図11に示す。図は1極あたりのスロット数が12の場合の全節巻きの例を示している。図において、U,V,WはY結線された第1の3相巻線、R,S,TはΔ結線された第2の3相巻線を示している。すなわち、Y結線とΔ結線により各巻線が巻回される各スロットに印加される電圧の位相をπ/6ずらし、かつ、スロットの配置をπ/6ずらすことで12相交流電圧を作り3相交流で12相交流相当の駆動方式を得ている。このようにすることで空間高調波起磁力が小さくなり、モータ5のトルクリップルの抑制、高調波損失の低減に効果がある。
【0062】
また、Y結線された第1の3相巻線51a,51b,51cの巻き数と、Δ結線された第2の3相巻線54a,54b,54cの巻き数比を約1:√3とすることでY結線の起電力とΔ結線の起電力のバランスをとることができ、循環電流による損失の増加を低減できる。
【0063】
また、このようなモータ内における第1の3相巻線51a,51b,51cと第2の3相巻線54a,54b,54cにより従来の単一のインバータで空間高調波を低減できる。
【0064】
以下、この発明に関連した第4の構成例について、図を用いて説明する。図12は第4の構成例によるモータの構成図である。尚、図中、図10と同一符号の同一または相当部分を示しその詳細な説明は省略する。この場合、モータ5には第1の3相巻線51a,51b,51cがY結線され、第1の3相巻線51a,51b,51cとは空間位相を電気角でπ/6ずらして同一のスロットに巻回された第2の3相巻線54a,54b,54cがΔ結線され、第2の3相巻線54a,54b,54cの3相端は第1の3相巻線51a,51b,51cの3相端と共に第1のインバータ2の3相出力に第1の入力端41を介して接続されている。
【0065】
更に、モータ5には第1の3相巻線51a,51b,51cとは空間位相を電気角でπ/12ずらして同一のスロットに巻回された第3の3相巻線55a,55b,55cがY結線され、第3の3相巻線55a、55b、55cとは空間位相を電気角でπ/6ずらして同一のスロットに巻回された第4の3相巻線56a,56b,56cがΔ結線されている。第4の3相巻線56a,56b,56cの3相端は第3の3相巻線55a,55b,55cの3相端と共に第2のインバータ3の3相出力端に第2の入力端41を介して接続されている。
【0066】
第1ないし第4の3相巻線51a,51b,51c、54a,54b,54c〜56a,56b,56cの巻線例を図13に示す。図は1極あたりのスロット数が12の場合の全節巻きの例を示している。図において、U1,V1,W1はY結線された第1の3相巻線、R1,S1,T1はΔ結線された第2の3相巻線で第1の3相巻線とは空間位相がπ/6ずらして巻回され、Δ結線の3相端は第1の3相巻線U1,V1,W1に接続されている。
【0067】
また、U2,V2,W2はY結線された第3の3相巻線で第1の3相巻線とは空間位相がπ/12ずらして巻かれ、R2,S2,T2はΔ結線された第4の3相巻線で第3の3相巻線とは空間位相がπ/6ずらして巻回され、Δ結線の3相端は第3の3相巻線U2,V2,W2に接続されている。
【0068】
第1のインバータ2と第2のインバータ3の3相交流出力の位相をπ/12ずらすことによりモータ5は24相交流電圧で駆動されることになり、空間高調波の大幅な低減、トルクリップルの抑制が可能となる。
【0069】
第1のインバータ2と第2のインバータ3は開閉スイッチ6,7,8により直列、並列切替えができるようにしても良い。また、開閉スイッチ8を省略して直列または単独でインバータを使用してもよく、或いは予め直列接続または並列接続に固定してもよい。
【0070】
或いは、Y結線の巻線51a,51b,51c、55a,55b,55cとΔ結線の巻線54a,54b,54c、56a,56b,56cとの巻き数比を約1:√3とすることで、循環電流による損失を減らせる。
【0071】
実施の形態4.
以下、この発明の実施の形態4について、図を用いて説明する。図14は、本実施の形態に係るインバータ装置の構成図である。尚、図中、図1と同一符号の同一または相当部分を示しその詳細な説明は省略する。図14において、1はバッテリー、2は3相ブリッジ結線された第1のインバータで、直流正極入力側21がバッテリ1の正極に接続されている。3は同じく3相ブリッジ結線された第2のインバータであり、直流負極入力側32がバッテリ1の負極に接続されている。
【0072】
第1のインバータ2の直流負極入力側22はダイオード6で第2のインバータ3の直流正極入力側31に接続されると共に、第1のインバータ2の直流負極入力側22と第2のインバータ3の直流負極入力側32(バッテリ1の負極)間にはトランジスタ71のコレクタとエミッタが接続され、さらに第1のインバータ2の直流正極入力側21(バッテリ1の正極)と第2のインバータ3の直流正極入力側31間にはトランジスタ81のコレクタとエミッタが接続されている。
【0073】
4は2入力1出力の3相変圧器であり、第1の入力端子41は第1のインバータ2の出力端に、第2の入力端子42は第2のインバータの出力端に、出力端子43はモータ5の3相巻線に接続されている。
【0074】
次に、本実施の形態の動作について説明する。先ず、トランジスタ71及びトランジスタ81をオフして第1のインバータ2および第2のインバータ3を直列接続すると、第1のインバータ2及び第2のインバータ3にはバッテリ電圧の1/2の電圧がかかり、第1のインバータ2と第2のインバータ3の出力電圧を低く設定することができる。そのため、高い変調率で所望の電圧が得られ、更に高調波電圧の含有率が減り高調波によるインバータ出力の損失を低減できる。第1のインバータ2、第2のインバータ3の出力は3相変圧器4で合成されモータ5を駆動する。
【0075】
また、モータ5の回生時の動作を説明する。モータ5が外部から駆動されて発電した場合、3相変圧器4を通って第1のインバータ2、第2のインバータ3の直流入力端に回生電圧が発生する。このとき、第1のインバータ2の回生電圧はトランジスタ71に並列接続されたダイオード72を通ってバッテリ1に回生されて充電される。また、第2のインバータ3の回生電圧はトランジスタ81に並列接続されたダイオード82を通ってバッテリ1に回生されて充電される。
【0076】
次に、トランジスタ71、トランジスタ81をオンにすると、バッテリ1の電圧は第1のインバータ2、トランジスタ71を通って、また、第2のインバータ3、トランジスタ81を通って第1のインバータ2と第2のインバータ3は並列に接続された状態となる。従って、第1のインバータ2、第2のインバータ3の直流入力電圧はいずれもバッテリ1の電圧そのものとなり、各インバータ2,3を直列接続した場合の2倍の電圧が印加される。
【0077】
また、このときの回生時の動作も同じく、第1のインバータ2の回生電圧はダイオード72を通ってバッテリ1に回生されて充電される。また、第2のインバータ3の回生電圧はダイオード82を通ってバッテリ1に回生されて充電される。
【0078】
このとき、本実施の形態では3相変圧器4を用いて第1のインバータ2及び第2のインバータ3の出力を合成してモータ5を駆動したが、この3相変圧器4を省略して図15のようにモータ5の内部で第1のインバータ2及び第2のインバータ3の出力を合成しても良い。
【0079】
また、またインバータ1,2をPWMインバータとした場合、PWM信号を生成する際の第1のインバータ2に対する搬送波と第2のインバータ3に対する搬送波の位相をπずらして、各インバータ2,3の出力の位相をπずらしても良い。
【0080】
また、モータ5の第1の3相巻線と第2の3相巻線の空間位相を電気角でπ/6ずらして、第1のインバータ2と第2のインバータ3の3相出力位相をπ/6ずらして12相交流電圧を作り3相交流で12相交流相当でモータ5を駆動をしても良い。
【0081】
更に、各インバータ2,3の直列接続時、すなわちトランジスタ71,81がオフの時、第1のインバータ2、第2のインバータ3をPWM駆動し、そして各インバータ2,3の並列接続時、すなわちトランジスタ71,81がオンのとき、第1のインバータ2、第2のインバータ3を120度通電し、且つトランジスタ71,81を開閉作動させることで第1のインバータ2、第2のインバータ3の直流入力電圧を調整するPAM駆動しても良い。
【0082】
このようにすることで、モータ5の回転周波数領域が低くてモータの起電力が小さい場合は第1および第2のインバータ2,3を直列接続してPWM駆動することにより、低次の高調波が小さい高効率運転ができる。また、モータ5の起電力が大きくなる周波数の高い領域では第1および第2のインバータ2,3を並列接続することで高い駆動電圧を得ると共に、第1および第2のインバータ2,3のスイッチング周波数を低くできるので第1および第2のインバータ2,3に使用するスイッチング素子は動作速度が遅い低価格のものが使用できる。
【0083】
また、モータ5の2つの一次巻線の空間位相を電気角でπ/6ずらすと共に、第1および第2のインバータ2,3の3相出力位相をπ/6ずらしておけば、第1および第2のインバータ2,3をPAM駆動した際、PAM駆動によるモータの時間高調波も低減でき、効率の良い運転が出来る。
【0084】
また、並列接続時にトランジスタ71,81を開閉動作させて第1および第2のインバータ2,3の直流入力電圧を制御しつつ第1および第2のインバータ2,3をPWM駆動しても良い。このように駆動することにより、第1および第2のインバータ2,3の変調率が高い状態でモータ5を駆動できるので高調波の含有率が減り、効率の高いモータ運転を行える。
【0085】
上記実施の形態では直列、並列切替えスイッチとしてトランジスタを使用した例を示したが、他の半導体スイッチング素子、例えばMOSFETやIGBTなどを使用しても良い。
【0086】
実施の形態5.
以下、この発明の実施の形態5について、図を用いて説明する。図16は、本実施の形態によるインバータ装置の構成図である。尚、図中、図15と同一符号の同一または相当部分を示しその詳細な説明は省略する。本実施の形態におけるインバータ装置は図15に示す実施の形態5におけるダイオード61にトランジスタ62を逆方向並列接続したものである。トランジスタ62は第1及び第2のインバータ2,3を直列接続にて使用する際にオンにする。
【0087】
モータ5を駆動する場合は先に述べた実施の形態4と動作に変わりはないので必ずしもトランジスタ62をオンしておく必要はない。モータ5が外部から駆動されて回生動作をするときに、トランジスタ62がオンしていると、第1のインバータ2と第2のインバータ3の電圧はこのトランジスタ62を通って直列に接続されバッテリ1を充電するのでモータ5の逆起電力が小さい低速回転時でも回生動作が容易になる。
【0088】
実施の形態6.
以下、この発明の実施の形態6について、図を用いて説明する。図17は、本実施の形態に係るインバータ装置の構成図である。尚、図中、図16と同一符号の同一または相当部分を示しその詳細な説明は省略する。本実施の形態におけるインバータ装置は図16の実施の形態に対し、ダイオード61と直列にトランジスタ63を、また、トランジスタ62と直列にダイオード64を追加したものである。
【0089】
各ダイオード61,64と各トランジスタ62,63との接続関係としては、第1のインバータ2の直流負極入力側22にアノードを接続したダイオード61のカソードは、エミッタが第2のインバータ3の直流正極入力側31に接続されているトランジスタ63のコレクタに接続されている。
【0089】
各ダイオード61,64と各トランジスタ62,63との接続関係としては、第1のインバータ2の直流負極入力側22にアノードを接続したダイオード61のカソードは、エミッタが第2のインバータ3の直流正極入力側31に接続されているトランジスタ63のコレクタに接続されている。
【0090】
また、第1のインバータ2の直流負極入力側22にカソードを接続したダイオード64のアノードは、コレクタが第2のインバータ3の直流正極入力側31に接続されているトランジスタ64のエミッタに接続されている。
【0091】
先ず、第1および第2のインバータ2,3の並列駆動時の動作を説明する。トランジスタ62,63をオフにし、トランジスタ71,81を開閉動作させてインバータ2,3の直流入力電圧を変化させることでインバータ2,3をPAM制御する。
【0092】
第1および第2のインバータ2,3の並列駆動時の直列時の動作としては、トランジスタ71,81をオフにし、トランジスタ62,63をオンにする。トランジスタ62を開閉動作させることで第1のインバータ2、第2のインバータ3の直流入力電圧を調節できる。また、第1および第2のインバータ2,3はPAM駆動できるので、第1および2インバータ2,3のスイッチング素子は動作速度が遅い低価格のもので充分に使用に耐える。
【0093】
また、直列時はトランジスタ63を開閉動作、並列時はトランジスタ71,81を開閉動作させて第1および2のインバータ2,3の直流入力電圧を制御すると共に、第1および2のインバータ2,3をPWM制御すればPWM変調率が高い状態で使用できるので高調波含有率が減り、モータ5の効率が向上する。
【0094】
実施の形態7.
図18は本実施の形態による第1および第2のインバータ2,3の直列接続/並列接続切替信号および第1および第2のインバータ2,3の電圧指令信号を発する切換信号出力手段としての信号発生回路の構成図である。この信号発生回路は実施の形態1,2,3における第1の開閉スイッチ6及び第2の開閉スイッチ7,8に、或いは実施の形態4,5,6におけるトランジスタ62,63,71,78に直列接続/並列接続切替信号としてのH、Lレベル信号を発生する際に用いられる。尚、基準電圧は第1および第2のインバータ2,3が出力し得る最大電圧の1/2の値に設定されている。ここで、電圧指令は所望する正弦波の振幅に相当する直流値である。
【0095】
図18において、コンパレータ201は+入力端子にモータの駆動制御に応じた電圧指令を、−入力端子に予め設定した基準電圧を入力する。電圧指令値が基準電圧より高い場合は、各インバータ2,3が並列接続されて各インバータ2,3にバッテリ電圧がそのまま印加されるように、コンパレータ201はHレベルの並列接続切替信号を出力する。また、電圧指令値が基準電圧より低い場合は、各インバータ2,3が直列接続されるように、Lレベルの信号を反転器202でHレベルに反転して直列接続切替信号を出力する。
【0096】
コンパレータ201の出力は実施の形態1におけるインバータ装置であれば、第2および第3の開閉スイッチ7,8および反転器207を通して第1の開閉スイッチ6に分岐出力される。
【0097】
コンパレータ201からHレベルの並列接続切替信号がストローブ信号としてアナログバッファ203に入力されと、コンパレータ201に入力された電圧指令がアナログバッファ203を通して第1および第2のインバータ2,3の電圧指令として図6に示される3相電圧発生器102に入力される。
尚、図6においては反転器106で三角波の電圧を反転しているが、この実施の形態においては必ずしも反転器106は必要という訳ではない。
【0098】
また、電圧指令が基準電圧より低い場合にはコンパレータ201からLレベル信号が負のストローブ信号としてアナログバッファ204に入力され、電圧指令出力手段としてのかけ算器205で2倍にされた電圧指令がアナログバッファ204を通して第1および第2のインバータ2,3の電圧指令として図6に示される3相電圧発生器102に入力される。
【0099】
以上のような回路構成において、電圧指令の値がコンパレータ201で基準電圧と比較され、基準電圧より高い場合は第1および第2のインバータ2,3を並列接続するHレベルの並列接続切替信号が出力される。
【0100】
この結果、例えばインバータ装置が図1に示す構成であれば、コンパレータ201より第2の開閉器スイッチ7と第3の開閉スイッチ8にHレベルの並列接続切替信号がそれぞれ入力されてるため、第2および第3の開閉スイッチ7,8はオンして第1のインバータ2と第2のインバータ3をバッテリ1に対して並列接続する。
【0101】
そして、第1の開閉スイッチ6は反転器202でLレベルに反転され信号が入力されるためオフ状態となる。その結果、第1のインバータ2と第2のインバータ3はオン状態となった第2および第3の開閉スイッチ7,8により並列接続される。コンパレータ201に入力された電圧指令は、そのまま第1および第2のインバータの電圧指令値としてアナログバッファ203より3相電圧発生器102に入力される。
【0102】
また、電圧指令値が基準電圧より低い場合は、コンパレータ201よりLレベルの信号が出力される。
【0103】
そして、第2及び第3の開閉スイッチ7,8にLレベルの信号がそれぞれ入力されてるため、第2及び第3の開閉スイッチ7,8はオフ状態となる。また、第1の開閉スイッチ6には反転器202でHレベルに反転された信号が入力されるため、第1の開閉スイッチ6はオン状態となる。その結果、第1のインバータ2と第2のインバータ3はオン状態となった第1の開閉スイッチ6により直列接続される。
【0104】
コンパレータ201からLレベルの信号がアナログバッファ204のストローブ端子に入力されると、トライステーツバッファ204は掛け算器205により2倍された電圧指令を第1のインバータ2の電圧指令、第2のインバータ3の電圧指令として3相電圧発生器102に出力する。
【0105】
即ち、各インバータ2,3が直列接続された場合、各インバータ2,3の直流入力電圧が1/2になるためインバータ2,3の電圧指令値を2倍することで実際に出力される電圧を元の電圧指令値と等しくするものである。このようにすることで、常に必要な電圧がインバータ2,3から得られ、かつ、インバータ2,3の変調率を常に高く保ち高調波を最小限におさえて効率の良いモータ運転を行うことができる。
【0106】
実施の形態8.
図19の(a)は、例えば図16に示すインバータ装置の第1及び第2のインバータを並列接続した場合、或いは第1及び第2のインバータを直列接続した場合に各インバータ2,3に入力する直流入力電圧を調整するのに適したスイッチング制御回路である。
【0107】
この回路の構成として、コンパレータ201は+入力端子に入力された電圧指令が−入力端子に予め入力された基準電圧より高くなるとHレベル信号をトライステーツバファ309のストローブ端子に出力する。ここで電圧指令は所望する正弦波電圧の振幅に相当する直流値である。電圧指令が基準電圧より低くなるとLレベル信号を反転器202でHレベル信号に反転してトライステーツバファ301のストローブ端子に出力する。
【0108】
トライステーツバファ309のストローブ端子にコンパレータ201からHレベル信号が入力されると、前段のコンパレータ307で三角波発生器306からの三角波と電圧指令と比較結果であるPWM信号が切換信号としてトライステーツバファ309を通してトランジスタ71、81のベースに入力される。
【0109】
また、トライステーツバファ310のストローブ端子に反転器202からHレベル信号が入力されると、前段のコンパレータ308で三角波発生器306からの三角波と掛け算器205で2倍された電圧指令との比較結果であるPWM信号が切換信号としてトライステーツバファ204を通してトランジスタ62のベースに入力される。
【0110】
図19の(b)は切換え信号により第1および第2のインバータが並列あるいは直列接続されている際に、第1および第2のインバータ2,3にPWM信号を発生する駆動手段としてのPWM信号発生回路である。
【0111】
この回路の構成として、コンパレータ303〜305はそれぞれ三角波発生301より三角波とこの三角波の振幅と等しい振幅の3相正弦波発生器302の出力の正弦波とを比較してPWM信号を出力する。各コンパレータ303〜305は出力したPWM信号を第1のインバータ2と第2のインバータ3の上アームにおけるトランジスタのベースに入力する。また、図示しないが、出力されたPWM信号は反転器で反転されて第1のインバータ2と第2のインバータ3の下アームにおけるトランジスタのベースに入力される。
【0112】
次に、本実施の形態の動作を図16に示すインバータ装置を例にとって説明する。先ず、インバータ装置の出力電圧を決める電圧指令が基準電圧より高くなると、コンパレータ201はHレベル信号をトライステーツバファ309のストローブ端子に入力し、コンパレータ307のPWM信号をトランジスタ81、71のベースに入力して開閉動作を行わせながら、第1および第2のインバータ2,3を並列接続する。
【0113】
トランジスタ81、71はPWM信号のパルスレイトに応じて開閉動作を繰り返すため、並列接続された第1および第2のインバータ2,3のそれぞに入力されるバッテリ電圧は調整される。この時、第1および第2のインバータ2,3はPWM信号発生回路からのPWM信号により制御されているため正弦波PWMの変調率は常に1になり、高調波が少ない効率の良いモータ運転を行うことができる。
【0114】
また、電圧指令が基準電圧より低下すると、コンパレータ201からはLレベル信号が出力される。この信号は反転器202でHレベル信号に反転されてトライステーツバファ310のストローブ端子に入力し、コンパレータ308のPWM信号をトランジスタ61のベースに入力して開閉動作を行わせながら、第1および第2のインバータ2,3を直列接続する。
【0115】
トランジスタ61はPWM信号のパルスレイトに応じて開閉動作を繰り返すため、直列接続された第1および第2のインバータ2,3のそれぞに入力されるバッテリ電圧の平均値は調整されるため、常に必要な電圧が第1および第2のインバータ2,3から得られる。
【0116】
この時、第1および第2のインバータ2,3はPWM信号発生回路からのPWM信号により制御されているため正弦波PWMの変調率は常に1になり、高調波が少なくなって効率の良いモータ運転を行うことができる。
【0117】
尚、上記各実施例では第1及び第2のインバータ2,3というように2台のインバータを直並列接続するように第1乃至第3の開閉スイッチ6,7,8或いはトランジスタ61〜81を設けた。しかし、直並列接続するインバータの台数は2台に限らず2台以上にしても良く、その際はインバータの増加に伴って開閉スイッチ或いはトランジスタの数を増加させ、複数のインバータを直並列接続させるようにオンオフ動作させる。
【0118】
【発明の効果】
この発明によれば、直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する少なくとも2つの電力変換手段と、これら電極変換手段を直流電源正極と直流電源負極との間に直列接続あるいは直流電源に対して並列接続に切り換える直並列接続切換手段と、この直並列接続切換手段により直列あるいは並列に接続された前記複数の電力変換手段の出力を合成して負荷に供給する電力合成手段とを備えたので、電力変換手段の出力波形に占める高調波電圧の割合が減り、高調波電流による損失を小さくできるという効果がある。
また、直並列接続切換手段は、一方の直流入力端子が直流電源正極に接続された第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と一方の直流入力端子が直流電源負極に接続された第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子との間に開閉可能に接続された第1の開閉手段と、前記第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と直流電源負極との間に開閉可能に接続された第2の開閉手段と、前記第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子を直流電源正極に開閉可能に接続する第3の開閉手段を備えたので、交流電力変換手段の出力波形に占める高調波電圧の割合が減り、高調波電流による損失を小さくできると共に、電動機負荷の場合は逆起電力が大きい高速回転域でも充分な電圧が得られるという効果がある。
さらに、第1の開閉手段が開状態の時に第2、第3の開閉手段の開閉動作を繰り返し、第1および第2の交流電力変換手段の直流入力電圧を変化させるようにしたので、常に必要な電圧が電力変換手段から得られ、且つ、電力変換手段の変調率を常に高く保ち高調波を最小限に抑えて効率の良い運転が行えるという効果がある。
【0119】
この発明によれば、直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する少なくとも2つの電力変換手段と、これら電極変換手段を直流電源正極と直流電源負極との間に直列接続あるいは直流電源に対して並列接続に切り換える直並列接続切換手段と、この直並列接続切換手段により直列あるいは並列に接続された前記複数の電力変換手段の出力を合成して負荷に供給する電力合成手段とを備えたので、電力変換手段の出力波形に占める高調波電圧の割合が減り、高調波電流による損失を小さくできるという効果がある。
また、直並列接続切換手段は、一方の直流入力端子が直流電源正極に接続された第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と一方の直流入力端子が直流電源負極に接続された第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子との間に開閉可能に接続された第1の開閉手段と、前記第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と直流電源負極との間に開閉可能に接続された第2の開閉手段と、記第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と直流電源正極を接続する接続手段とを備えたので、開閉器の数を低減でき装置の構成を簡易できるという効果がある。
さらに、第1の開閉手段が開状態のときに第2、第3の開閉手段の開閉動作を繰り返し、第1および第2の交流電力変換手段の直流入力電圧を変化させるようにしたので、常に必要な電圧が電力変換手段から得られ、且つ、電力変換手段の変調率を常に高く保ち高調波を最小限に抑えて効率の良い運転が行えるという効果がある。
【0120】
この発明によれば、直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する少なくとも2つの電力変換手段と、これら電極変換手段を直流電源正極と直流電源負極との間に直列接続あるいは直流電源に対して並列接続に切り換える直並列接続切換手段と、この直並列接続切換手段により直列あるいは並列に接続された前記複数の電力変換手段の出力を合成して負荷に供給する電力合成手段とを備えたので、電力変換手段の出力波形に占める高調波電圧の割合が減り、高調波電流による損失を小さくできるという効果がある。
また、直並列接続切換手段は、一方の直流入力端子が直流電源正極に接続された第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と一方の直流入力端子が直流電源負極に接続された第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子との間に開閉可能に接続された第1の開閉手段と、前記第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と直流電源負極との間に開閉可能に接続された第2の開閉手段と、前記第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子を直流電源正極に開閉可能に接続する第3の開閉手段を備えたので、交流電力変換手段の出力波形に占める高調波電圧の割合が減り、高調波電流による損失を小さくできると共に、電動機負荷の場合は逆起電力が大きい高速回転域でも充分な電圧が得られるという効果がある。
さらに、第2および第3の開閉手段が開状態の時に第1の開閉手段の開閉動作を繰り返し、または第1の開閉手段が開状態の時、第2および第3の開閉手段の開閉動作を繰り返し、第1および第2の交流電力変換手段の直流入力電圧を変化させるようにしたので、常に必要な電圧が電力変換手段から得られ、且つ、電力変換手段の変調率を常に高く保ち高調波を最小限に抑えて効率の良い運転が行えるという効果がある。
【0121】
この発明によれば、直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する少なくとも2つの電力変換手段と、これら電極変換手段を直流電源正極と直流電源負極との間に直列接続あるいは直流電源に対して並列接続に切り換える直並列接続切換手段と、この直並列接続切換手段により直列あるいは並列に接続された前記複数の電力変換手段の出力を合成して負荷に供給する電力合成手段とを備えたので、電力変換手段の出力波形に占める高調波電圧の割合が減り、高調波電流による損失を小さくできるという効果がある。
また、直並列接続切換手段は、一方の直流入力端子が直流電源正極に接続された第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と一方の直流入力端子が直流電源負極に接続された第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子との間に開閉可能に接続された第1の開閉手段と、前記第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と直流電源負極との間に開閉可能に接続された第2の開閉手段と、記第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と直流電源正極を接続する接続手段とを備えたので、開閉器の数を低減でき装置の構成を簡易できるという効果がある。
さらに、第2および第3の開閉手段が開状態の時に第1の開閉手段の開閉動作を繰り返し、または第1の開閉手段が開状態の時、第2および第3の開閉手段の開閉動作を繰り返し、第1および第2の交流電力変換手段の直流入力電圧を変化させるようにしたので、常に必要な電圧が電力変換手段から得られ、且つ、電力変換手段の変調率を常に高く保ち高調波を最小限に抑えて効率の良い運転が行えるという効果がある。
【0122】
この発明によれば、第1および第2の電力変換手段への電圧指令が所定の値を超えた時に第1および第2の交流電力変換手段を並列駆動させるように、また電圧指令が所定の値以下になったとき、前記第1および第2の交流電力変換手段を直列駆動させるように切換信号を第1ないし第3の開閉手段に出力する切換信号出力手段と、電圧指令が所定の値以下になった時に前記第1および第2の交流電力変換手段への電圧指令を元の電圧指令の2倍の値にして出力する電圧指令出力手段と備えたので、常に必要な電圧が電力変換手段から得られ、且つ、電力変換手段の変調率を常に高く保ち高調波を最小限に抑えて効率の良い運転が行えるという効果がある。
【0123】
この発明によれば、少なくとも第1および第2の交流電力変換手段が直列接続または並列接続いずれかの時、変調率を1に固定して前記第1および第2の交流電力変換手段をPWM駆動させる駆動手段を備えたので、高調波が少ない効率のよい運転が行えるという効果がある。
【0124】
この発明によれば、直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する少なくとも2つの電力変換手段と、これら電極変換手段を直流電源正極と直流電源負極との間に直列接続あるいは直流電源に対して並列接続に切り換える直並列接続切換手段と、この直並列接続切換手段により直列あるいは並列に接続された前記複数の電力変換手段の出力を合成して負荷に供給する電力合成手段とを備えたので、電力変換手段の出力波形に占める高調波電圧の割合が減り、高調波電流による損失を小さくできるという効果がある。
また、直並列接続切換手段は、一方の直流入力端子が直流電源正極に接続された第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と一方の直流入力端子が直流電源負極に接続された第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子との間に開閉可能に接続された第1の開閉手段と、前記第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と直流電源負極との間に開閉可能に接続された第2の開閉手段と、前記第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子を直流電源正極に開閉可能に接続する第3の開閉手段を備えたので、交流電力変換手段の出力波形に占める高調波電圧の割合が減り、高調波電流による損失を小さくできると共に、電動機負荷の場合は逆起電力が大きい高速回転域でも充分な電圧が得られるという効果がある。
さらに、第1および第2の電力変換手段への電圧指令が所定の値を超えた時に第1および第2の交流電力変換手段を並列駆動させるように、また電圧指令が所定の値以下になったとき、前記第1および第2の交流電力変換手段を直列駆動させるように切換信号を第1ないし第3の開閉手段に出力する切換信号出力手段と、電圧指令が所定の値以下になった時に前記第1および第2の交流電力変換手段への電圧指令を元の電圧指令の2倍の値にして出力する電圧指令出力手段と備えたので、常に必要な電圧が電力変換手段から得られ、且つ、電力変換手段の変調率を常に高く保ち高調波を最小限に抑えて効率の良い運転が行えるという効果がある。
【0125】
この発明によれば、直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する少なくとも2つの電力変換手段と、これら電極変換手段を直流電源正極と直流電源負極との間に直列接続あるいは直流電源に対して並列接続に切り換える直並列接続切換手段と、この直並列接続切換手段により直列あるいは並列に接続された前記複数の電力変換手段の出力を合成して負荷に供給する電力合成手段とを備えたので、電力変換手段の出力波形に占める高調波電圧の割合が減り、高調波電流による損失を小さくできるという効果がある。
また、直並列接続切換手段は、一方の直流入力端子が直流電源正極に接続された第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と一方の直流入力端子が直流電源負極に接続された第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子との間に開閉可能に接続された第1の開閉手段と、前記第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と直流電源負極との間に開閉可能に接続された第2の開閉手段と、記第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と直流電源正極を接続する接続手段とを備えたので、開閉器の数を低減でき装置の構成を簡易できるという効果がある。
さらに、第1および第2の電力変換手段への電圧指令が所定の値を超えた時に第1および第2の交流電力変換手段を並列駆動させるように、また電圧指令が所定の値以下になったとき、前記第1および第2の交流電力変換手段を直列駆動させるように切換信号を第1ないし第3の開閉手段に出力する切換信号出力手段と、電圧指令が所定の値以下になった時に前記第1および第2の交流電力変換手段への電圧指令を元の電圧指令の2倍の値にして出力する電圧指令出力手段と備えたので、常に必要な電圧が電力変換手段から得られ、且つ、電力変換手段の変調率を常に高く保ち高調波を最小限に抑えて効率の良い運転が行えるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1によるインバータ装置を示す回路図である。
【図2】この発明の実施の形態2によるインバータ装置を示す回路図である。
【図3】この発明の実施の形態3によるモータ装置を示す回路図である。
【図4】この発明の実施の形態3によるモータの巻線を示す巻線図である。
【図5】この発明の実施の形態3によるモータ装置を示す回路図である。
【図6】この発明に関連した第1の構成例を示す部分回路図である。
【図7】この発明に関連した第1の構成例によるPWM波形の合成を示すタイミング図である。
【図8】この発明に関連した第2の構成例によるモータ装置を示す回路図である。
【図9】この発明に関連した第2の構成例によるモータの巻線を示す巻線図である。
【図10】この発明に関連した第3の構成例によるモータ装置を示す回路図である。
【図11】この発明に関連した第3の構成例によるモータの巻線を示す巻線図である。
【図12】この発明に関連した第4の構成例によるモータ装置を示す回路図である。
【図13】この発明に関連した第4の構成例によるモータの巻線を示す巻線図である。
【図14】この発明の実施の形態4によるインバータ装置を示す回路図である。
【図15】この発明の実施の形態4によるモータ装置を示す回路図である。
【図16】この発明の実施の形態5によるモータ装置を示す回路図である。
【図17】この発明の実施の形態6によるモータ装置を示す回路図である。
【図18】この発明の実施の形態7による直列、並列切替え信号および、第1、第2のインバータの電圧指令を作る回路ブロック図である。
【図19】この発明の実施の形態8による直列、並列切替え信号および、第1、第2のインバータの電圧指令を作る回路ブロック図である。
【符号の説明】
1 バッテリ、2 第1のインバータ、3 第2のインバータ、4 変圧器、5 モータ、6 第1の開閉スイッチ、7 第2の開閉スイッチ、8 第3の開閉スイッチ、51a〜51c 第1の3相巻線、52a〜52c 第2の3相巻線、53a〜53c 第2の3相巻線、54a〜54c 第2の3相巻線、55a〜55c 第3の3相巻線、56a〜56c 第4の3相巻線、61 ダイオード、62 トランジスタ、63 トランジスタ、64 ダイオード、71 トランジスタ、72 ダイオード、81 トランジスタ、82 ダイオード。
Claims (8)
- 直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する少なくとも2つの電力変換手段と、
これら電極変換手段を直流電源正極と直流電源負極との間に直列接続あるいは直流電源に対して並列接続に切り換える直並列接続切換手段と、
この直並列接続切換手段により直列あるいは並列に接続された前記複数の電力変換手段の出力を合成して負荷に供給する電力合成手段と、を備え、
前記複数の電力変換手段は、
一方の直流入力端子が前記直流電源正極に接続された第1の交流電力変換手段と、
一方の直流入力端子が前記直流電源負極に接続された第2の交流電力変換手段と、を有し、
前記直並列接続切換手段は、
前記第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と前記第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子との間に開閉可能に接続された第1の開閉手段と、
前記第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と前記直流電源負極との間に開閉可能に接続された第2の開閉手段と、
前記第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子を前記直流電源正極に開閉可能に接続する第3の開閉手段と、を有し、
前記第1の開閉手段が開状態のときに前記第2、第3の開閉手段の開閉動作を繰り返し、前記第1および第2の交流電力変換手段の直流入力電圧を変化させることを特徴とする交流電力供給装置。 - 直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する少なくとも2つの電力変換手段と、
これら電極変換手段を直流電源正極と直流電源負極との間に直列接続あるいは直流電源に対して並列接続に切り換える直並列接続切換手段と、
この直並列接続切換手段により直列あるいは並列に接続された前記複数の電力変換手段の出力を合成して負荷に供給する電力合成手段と、を備え、
前記複数の電力変換手段は、
一方の直流入力端子が前記直流電源正極に接続された第1の交流電力変換手段と、
一方の直流入力端子が前記直流電源負極に接続された第2の交流電力変換手段と、を有し、
前記直並列接続切換手段は、
前記第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と前記第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子との間に開閉可能に接続された第1の開閉手段と、
前記第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と直流電源負極との間に開閉可能に接続された第2の開閉手段と、
前記第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と前記直流電源正極を接続する接続手段とを有し、
前記第1の開閉手段が開状態のときに前記第2、第3の開閉手段の開閉動作を繰り返し、前記第1および第2の交流電力変換手段の直流入力電圧を変化させることを特徴とする交流電力供給装置。 - 直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する少なくとも2つの電力変換手段と、
これら電極変換手段を直流電源正極と直流電源負極との間に直列接続あるいは直流電源に対して並列接続に切り換える直並列接続切換手段と、
この直並列接続切換手段により直列あるいは並列に接続された前記複数の電力変換手段の出力を合成して負荷に供給する電力合成手段と、を備え、
前記複数の電力変換手段は、
一方の直流入力端子が前記直流電源正極に接続された第1の交流電力変換手段と、
一方の直流入力端子が前記直流電源負極に接続された第2の交流電力変換手段と、を有 し、
前記直並列接続切換手段は、
前記第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と前記第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子との間に開閉可能に接続された第1の開閉手段と、
前記第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と前記直流電源負極との間に開閉可能に接続された第2の開閉手段と、
前記第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子を前記直流電源正極に開閉可能に接続する第3の開閉手段と、を有し、
前記第2および第3の開閉手段が開状態のときに前記第1の開閉手段の開閉動作を繰り返し、または前記第1の開閉手段が開状態のときに前記第2および第3の開閉手段の開閉動作を繰り返し、前記第1および第2の交流電力変換手段の直流入力電圧を変化させることを特徴とする交流電力供給装置。 - 直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する少なくとも2つの電力変換手段と、
これら電極変換手段を直流電源正極と直流電源負極との間に直列接続あるいは直流電源に対して並列接続に切り換える直並列接続切換手段と、
この直並列接続切換手段により直列あるいは並列に接続された前記複数の電力変換手段の出力を合成して負荷に供給する電力合成手段と、を備え、
前記複数の電力変換手段は、
一方の直流入力端子が前記直流電源正極に接続された第1の交流電力変換手段と、
一方の直流入力端子が前記直流電源負極に接続された第2の交流電力変換手段と、を有し、
前記直並列接続切換手段は、
前記第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と前記第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子との間に開閉可能に接続された第1の開閉手段と、
前記第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と直流電源負極との間に開閉可能に接続された第2の開閉手段と、
前記第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と前記直流電源正極を接続する接続手段とを有し、
前記第2および第3の開閉手段が開状態のときに前記第1の開閉手段の開閉動作を繰り返し、または前記第1の開閉手段が開状態のときに前記第2および第3の開閉手段の開閉動作を繰り返し、前記第1および第2の交流電力変換手段の直流入力電圧を変化させることを特徴とする交流電力供給装置。 - 前記第1および第2の交流電力変換手段への電圧指令が所定の値を超えたときに前記第1および第2の交流電力変換手段を並列駆動させるように、また前記電圧指令が前記所定の値以下になったとき、前記第1および第2の交流電力変換手段を直列駆動させるように切換信号を前記第1、第2および第3の開閉手段に出力する切換信号出力手段と、
前記電圧指令が前記所定の値以下になったときに前記第1および第2の交流電力変換手段への電圧指令を元の電圧指令の2倍の値にして出力する電圧指令出力手段と、を備えたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の交流電力供給装置。 - 少なくとも前記第1および第2の交流電力変換手段が直列接続または並列接続のいずれかのときに、変調率を固定して前記第1および第2の交流電力変換手段をPWM駆動させる駆動手段を備えたことを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の交流電力供給装置。
- 直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する少なくとも2つの電力変換手段と、
これら電極変換手段を直流電源正極と直流電源負極との間に直列接続あるいは直流電源に対して並列接続に切り換える直並列接続切換手段と、
この直並列接続切換手段により直列あるいは並列に接続された前記複数の電力変換手段 の出力を合成して負荷に供給する電力合成手段と、を備え、
前記複数の電力変換手段は、
一方の直流入力端子が前記直流電源正極に接続された第1の交流電力変換手段と、
一方の直流入力端子が前記直流電源負極に接続された第2の交流電力変換手段と、を有し、
前記直並列接続切換手段は、
前記第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と前記第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子との間に開閉可能に接続された第1の開閉手段と、
前記第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と前記直流電源負極との間に開閉可能に接続された第2の開閉手段と、
前記第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子を前記直流電源正極に開閉可能に接続する第3の開閉手段と、を有し、
前記第1および第2の交流電力変換手段への電圧指令が所定の値を超えたときに前記第1および第2の交流電力変換手段を並列駆動させるように、また前記電圧指令が前記所定の値以下になったとき、前記第1および第2の交流電力変換手段を直列駆動させるように切換信号を前記第1、第2および第3の開閉手段に出力する切換信号出力手段と、
前記電圧指令が前記所定の値以下になったときに前記第1および第2の交流電力変換手段への電圧指令を元の電圧指令の2倍の値にして出力する電圧指令出力手段と、をさらに備えたことを特徴とする交流電力供給装置。 - 直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する少なくとも2つの電力変換手段と、
これら電極変換手段を直流電源正極と直流電源負極との間に直列接続あるいは直流電源に対して並列接続に切り換える直並列接続切換手段と、
この直並列接続切換手段により直列あるいは並列に接続された前記複数の電力変換手段の出力を合成して負荷に供給する電力合成手段と、を備え、
前記複数の電力変換手段は、
一方の直流入力端子が前記直流電源正極に接続された第1の交流電力変換手段と、
一方の直流入力端子が前記直流電源負極に接続された第2の交流電力変換手段と、を有し、
前記直並列接続切換手段は、
前記第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と前記第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子との間に開閉可能に接続された第1の開閉手段と、
前記第1の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と直流電源負極との間に開閉可能に接続された第2の開閉手段と、
前記第2の交流電力変換手段の他方の直流入力端子と前記直流電源正極を接続する接続手段とを有し、
前記第1および第2の交流電力変換手段への電圧指令が所定の値を超えたときに前記第1および第2の交流電力変換手段を並列駆動させるように、また前記電圧指令が前記所定の値以下になったとき、前記第1および第2の交流電力変換手段を直列駆動させるように切換信号を前記第1、第2および第3の開閉手段に出力する切換信号出力手段と、
前記電圧指令が前記所定の値以下になったときに前記第1および第2の交流電力変換手段への電圧指令を元の電圧指令の2倍の値にして出力する電圧指令出力手段と、をさらに備えたことを特徴とする交流電力供給装置。
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