JP4816421B2 - 誘導電動機の可変速駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、インバータにより多重オープン巻線の誘導電動機を駆動する可変速駆動装置に関するものである。

図８は、従来技術としての誘導電動機の可変速駆動装置を示している。
図８において、１０は三相交流電源、２０は交流電力を直流電力に変換するダイオード等からなる整流器、３０は直流中間電圧を平滑する平滑コンデンサ、４０はスイッチング素子４１と制動抵抗器４２とが直列に接続された抵抗チョッパ、５０は直流電力を交流電力に変換するインバータ、６０はインバータ５０により可変速駆動される誘導電動機である。

この可変速駆動装置では、誘導電動機６０からの回生電力を抵抗チョッパ４０によって消費するように構成されており、回生電力を交流電源１０側に回生できない構成となっている。
すなわち、誘導電動機６０の制動時には、回生電力がインバータ５０を介して直流中間回路に流れ込み、直流中間電圧が所定値以上に上昇すると、制動抵抗器４２に直列に接続されたスイッチング素子４１をオンして制動抵抗器４２を導通状態にし、回生電力を制動抵抗器４２により熱消費させている。

一方、大容量の可変速駆動装置においては、誘導電動機の一次巻線を各相個別に端子に引き出したオープン巻線の構成とし、各相巻線に流れる電流をそれぞれ単相インバータにより制御する方法や、誘導電動機の一次巻線を複数組の巻線により並列化した多重巻線構成とし、複数組のインバータにより制御する方法が知られている。
しかし、図８のパワーフローに示すように、制動電力から電動機損失とインバータ損失とを差し引いた電力が直流中間回路に流れ込む回生電力となるが、通常、制動電力に占める電動機損失、インバータ損失の割合は小さいため、装置が大容量化するにつれて回生電力も大きくなる結果、抵抗チョッパ４０の容量を大きくせざるを得ず、これによって装置が大型化、高価格化するという問題がある。

そこで、この種の可変速駆動装置における抵抗チョッパを小容量化または不要化する従来技術として、以下のようなものがある。
まず、特許文献１には、誘導電動機のＶ／ｆ制御において、インバータの出力電圧と出力周波数の比Ｖ／ｆに関して、減速制御時の値を加速制御時の値よりも大きくすることによって許容範囲内で誘導電動機を過励磁状態とし、電動機内部の熱損失を増加させることが記載されている。
特許文献２には、直流中間回路に回生電力（または回生電流）検出器を設け、電動機の制動時に回生電力（または回生電流）検出値に応じてインバータの出力電圧指令値を増加させ、電動機の過励磁により、熱的許容範囲内において電動機内部の熱損失を増加させることが記載されている。
また、特許文献３には、誘導電動機が減速運転を行う場合に、インバータは各相異なった搬送波によりＰＷＭ信号を演算し、高調波損失などの電動機の内部損失を増加させることが記載されている。

特開平４−２４８３９７号公報（段落［０００７］〜［００１０］、図１等） 特開平７−７９８１号公報（段落［０００６］〜［００１０］、図１等） 特開２００１−２２４１９１号公報（段落［０００６］〜［００１０］、図２，図４等）

特許文献１，２に記載されているように過励磁状態にして誘導電動機の損失を増加させる方法では、電動機の磁束を増加させるために固定子と回転子との間に働く電磁吸引力が大きくなると共に、磁気飽和を生じて磁束の歪みも増加する。この結果、電動機の異常な振動や騒音を発生させる原因となるため、損失増大効果に限界がある。また、上記のような問題があるため、インバータの定格電流まで電流を流すことができず、利用率が低くなるという問題がある。
更に、特許文献３に記載された従来技術では、誘導電動機に高調波電流を流すことになるので電動機のトルクリプルが大きくなり、上記と同様に振動や騒音等の問題が生じる。

そこで本発明の解決課題は、オープン巻線形の誘導電動機を対象として、その多重巻線数に関わらず、過励磁や高調波電流の通流を要することなく誘導電動機及びインバータの損失を増加させ、電動機の振動や騒音の発生を防止するようにした誘導電動機の可変速駆動装置を提供することにある。
また、本発明の解決課題は、誘導電動機の一次巻線に生じる漏れ磁束を低減しながら電動機等の損失を増加させるようにした誘導電動機の可変速駆動装置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に記載した発明は、オープン巻線である複数組の一次巻線を備えた誘導電動機をインバータにより駆動する可変速駆動装置であって、複数組の一次巻線がそれぞれ単相インバータ群に接続されてなる誘導電動機の可変速駆動装置において、
前記単相インバータ群の制御装置が、複数組の一次巻線に流れる零相電流の大きさ及び極性を各組独立して制御するものである。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した誘導電動機の可変速駆動装置において、前記制御装置は、複数組の一次巻線に流れる零相電流の大きさをゼロ以外の所定値に制御するものである。

請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載した誘導電動機の可変速駆動装置において、前記制御装置は、複数組の一次巻線に流れる零相電流の大きさ及び極性を、全ての組の零相電流の総和がゼロとなるように制御するものである。

請求項４に記載した発明は、請求項１に記載した誘導電動機の可変速駆動装置において、前記誘導電動機は２組の一次巻線を備え、前記制御装置は、第１組の一次巻線に正極性の零相電流が流れ、第２組の一次巻線に負極性の零相電流が流れるように制御するものである。

請求項５に記載した発明は、請求項４に記載した誘導電動機の可変速駆動装置において、前記制御装置は、第１組の一次巻線に流れる零相電流の大きさと第２組の一次巻線に流れる零相電流の大きさとが等しくなるように制御するものである。

請求項６に記載した発明は、請求項１〜５の何れか１項に記載した誘導電動機の可変速駆動装置において、
前記制御装置は、
各組の単相インバータ群の出力電流から零相電流を検出する手段と、
各組の零相電流指令値の大きさに正または負の極性を設定する手段と、
この手段により極性が設定された各組の零相電流指令値と各組の零相電流検出値との偏差をなくすように各組の零相電圧指令値を生成する調節手段と、
前記各組の零相電圧指令値と各組の各相電圧指令値とを加算して各組の単相インバータ群の出力電圧指令値を生成する手段と、を備えたものである。

請求項７に記載した発明は、オープン巻線である偶数組の一次巻線を備えた誘導電動機をインバータにより駆動する可変速駆動装置であって、偶数組の一次巻線がそれぞれ単相インバータ群に接続されてなる誘導電動機の可変速駆動装置において、前記単相インバータ群の制御装置が、偶数組の一次巻線に流れる零相電流の大きさ及び極性を各組独立して制御するものである。

請求項８に記載した発明は、請求項７に記載した誘導電動機の可変速駆動装置において、偶数組の一次巻線を第１群、第２群に分割し、前記制御装置は、第１群の一次巻線に正極性の零相電流が流れ、第２群の一次巻線に負極性の零相電流が流れるように制御するものである。

請求項９に記載した発明は、請求項８に記載した誘導電動機の可変速駆動装置において、前記制御装置は、第１群の一次巻線に流れる零相電流の大きさと第２群の一次巻線に流れる零相電流の大きさとが等しくなるように制御するものである。

請求項１０に記載した発明は、請求項７〜９の何れか１項に記載した誘導電動機の可変速駆動装置において、前記制御装置は、
各群の単相インバータ群の出力電流から零相電流を検出する手段と、
各群の零相電流指令値の大きさに正または負の極性を設定する手段と、
この手段により極性が設定された各群の零相電流指令値と各群の零相電流検出値との偏差をなくすように各組の零相電圧指令値を生成する調節手段と、
前記各群の零相電圧指令値と各群の各相電圧指令値とを加算して各群の単相インバータ群の出力電圧指令値を生成する手段と、を備えたものである。

請求項１１に記載した発明は、前記制御装置が、前記誘導電動機が制動運転する場合にのみ請求項１〜５または７〜９の何れか１項に記載した制御を実行し、前記誘導電動機が駆動運転する場合には、前記一次巻線に流れる零相電流をゼロに制御するものである。

本発明によれば、単相インバータ群から誘導電動機に流れる零相電流を各組または各群個別に制御することにより、本来の可変速制御に必要な発生トルクに影響を与えることなく電動機損失及びインバータ損失を増加させ、制動電力からこれらを差し引いた回生電力を低減させて直流中間回路の抵抗チョッパを小容量化あるいは不要にすることができる。

特に、請求項４または８に係る発明によれば、上記効果に加えて、各組または各群の一次巻線に生じる漏れ磁束を相殺することができ、漏れ磁束の発生を抑制しながら電動機損失等を増加させることができる。
これに加えて請求項３，５または９に係る発明によれば、各組または各群の一次巻線に生じる漏れ磁束の総和を完全に相殺することが可能である。
なお、請求項６または１０に係る発明は、請求項１〜５または７〜９に係る発明を実現するための具体的手段を開示するものである。

請求項１１に係る発明によれば、誘導電動機の駆動運転時には零相電流をゼロに制御することにより、制動運転時以外の不要な損失を低減することができる。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１はこの実施形態の全体的な構成を示すもので、複数組の一次巻線により構成されるオープン巻線形の誘導電動機をインバータによって駆動する場合の構成図である。なお、図８と同一の構成要素には同一の番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１において、抵抗チョッパ４０の両端に接続されたインバータ・モータユニット７０はインバータ及びオープン巻線形の誘導電動機をまとめて示したものであり、その具体的構成は、図２以下に示す第１〜第３実施形態の通りである。
始めに、図２の第１実施形態は、一般に複数組、言い換えればｍ（ｍは２以上の自然数）組の一次巻線（つまりｍ多重巻線）を有するオープン巻線形の誘導電動機７５０Ａを対象とした可変速駆動装置であり、請求項１に係る発明に相当する。

この第１実施形態におけるインバータ・モータユニット７０内のインバータは、互いに並列接続されたｍ組の単相インバータ群（第１組〜第Ｍ（Ｍはｍに等しい）組の単相インバータ群）７０１，７０２，……，７０Ｍからなっており、これらの単相インバータ群は、何れも３台の単相インバータを互いに並列接続して構成されている。すなわち、第１組の単相インバータ群７０１は単相インバータ７０１ａ，７０１ｂ，７０１ｃにより構成され、第２組の単相インバータ群７０２は同じく７０２ａ，７０２ｂ，７０２ｃにより構成されていると共に、第Ｍ組の単相インバータ群７０Ｍは同じく７０Ｍａ，７０Ｍｂ，７０Ｍｃにより構成されている。

また、インバータ・モータユニット７０内の誘導電動機は、単相インバータ群７０１，７０２，……，７０Ｍに対応する第１組〜第Ｍ組の一次巻線７５１，７５２，……，７５Ｍを備え、それぞれの各相巻線７５１ａ，７５１ｂ，７５１ｃ，７５２ａ，７５２ｂ，７５２ｃ，……，７５Ｍａ，７５Ｍｂ，７５Ｍｃの両端を個別に端子に引き出したオープン巻線形の誘導電動機７５０Ａとして構成されている。ここで、第１組の一次巻線７５１の各相巻線７５１ａ，７５１ｂ，７５１ｃは第１組の単相インバータ群７０１を構成する単相インバータ７０１ａ，７０１ｂ，７０１ｃの交流側にそれぞれ接続され、以下同様に、第２組の一次巻線７５２の各相巻線７５２ａ，７５２ｂ，７５２ｃは単相インバータ７０２ａ，７０２ｂ，７０２ｃの交流側に、第Ｍ組の一次巻線７５Ｍの各相巻線７５Ｍａ，７５Ｍｂ，７５Ｍｃは単相インバータ７０Ｍａ，７０Ｍｂ，７０Ｍｃの交流側に、それぞれ接続されている。

ここで、単相インバータ７０１ａの出力電流をＩ_ａ１，同７０１ｂの出力電流をＩ_ｂ１，同７０１ｃの出力電流をＩ_ｃ１，同７０２ａの出力電流をＩ_ａ２，同７０２ｂの出力電流をＩ_ｂ２，同７０２ｃの出力電流をＩ_ｃ２，同７０Ｍａの出力電流をＩ_ａＭ，同７０Ｍｂの出力電流をＩ_ｂＭ，同７０Ｍｃの出力電流をＩ_ｃＭとする。

次に、図３は、図２に示した単相インバータ群７０１，７０２，……，７０Ｍに対応してそれぞれ個別に設けられる制御装置の主要部構成図である。すなわち、図２のように単相インバータ群がｍ組ある場合には、図３の制御装置がｍ個設けられる。

図３の零相電流制御手段５００において、第ｍ（ｍ＝１，２，……，Ｍ）組の単相インバータ群の出力電流Ｉ_ａｍ，Ｉ_ｂｍ，Ｉ_ｃｍは零相電流検出手段５０１に入力され、零相電流Ｉ_０ｍが検出される。また、零相電流指令値の大きさ｜Ｉ_０ｍ ^＊｜が極性設定手段５０２に入力されており、極性（＋／−）を与えた零相電流指令値Ｉ_０ｍ ^＊が出力される。
そして、零相電流指令値Ｉ_０ｍ ^＊と零相電流検出値Ｉ_０ｍとの偏差をなくすように調節動作する零相電流調節手段５０３により零相電圧指令値Ｖ_０ｍ ^＊が演算され、この零相電圧指令値Ｖ_０ｍ ^＊が、誘導電動機７５０Ａを可変速駆動するための第ｍ組の各相電圧指令値Ｖ_ｍ ^＊に加算されて第ｍ組の単相インバータ群に対する出力電圧指令値Ｖ_ｍＩＮＶ ^＊が生成される。

ここで、請求項２に記載するように、各組の一次巻線に流れる零相電流指令値の大きさ｜Ｉ_０ｍ ^＊｜をゼロ以外の所定値にそれぞれ制御すれば、誘導電動機７５０Ａの制動時に零相電流を増加させて可変速制御に必要な発生トルクに影響を与えることなく電動機損失及びインバータ損失を増加させることができ、制動電力からこれらを差し引いた回生電力を低減させて直流中間回路の抵抗チョッパ４０を小容量化し、あるいは不要にすることができる。
また、零相電流指令値の大きさ｜Ｉ_０ｍ ^＊｜を所定値に制御することにより、トルクの発生に寄与することなく、各組の単相インバータ群の出力電流の実効値を定格電流の実効値以下に制御し、単相インバータ群の電流容量を最大限に利用しながら電動機損失及びインバータ損失を増加させることも可能になる。

しかし、複数の単相インバータ群から出力される零相電流の大きさによっては、誘導電動機７５０Ａの一次電流が増加し、その結果、一次巻線７５１，７５２，……，７５Ｍに発生する漏れ磁束が増加して磁束の歪みや電動機７５０Ａの振動、騒音等を発生させる恐れがある。
このため、請求項３に記載するように、第１〜第Ｍ組の一次巻線７５１，７５２，……，７５Ｍに流れる零相電流指令値の大きさ｜Ｉ_０ｍ ^＊｜及び極性を、次の数式１を満足するように設定することが望ましい。すなわち、全ての組の零相電流の総和が０となるように零相電流指令値の大きさ｜Ｉ_０ｍ ^＊｜及び極性を設定するものである。
［数式１］
Ｉ_０１ ^＊＋Ｉ_０２ ^＊＋…………＋Ｉ_０Ｍ ^＊＝０

例えば、誘導電動機７５０Ａが３多重巻線（ｍ＝３）である場合には、上記の数式１を満足するように、
Ｉ_０１ ^＊＝＋Ｉ_０，
Ｉ_０２ ^＊＝−0.5Ｉ_０，
Ｉ_０３ ^＊＝−0.5Ｉ_０
と設定する。
このようにすると、ｍ組の一次巻線に生じる漏れ磁束を相殺させてゼロにすることができ、誘導電動機やインバータの損失を増加させながら磁束の歪みや電動機７５０Ａの振動、騒音等を防止することが可能になる。

次に、図４は本発明の第２実施形態に係るインバータ・モータユニット７０の構成図である。この第２実施形態は、２多重巻線を有する誘導電動機の可変速駆動装置に関するものであり、請求項４に係る発明に相当する。
図４において、前記インバータ・モータユニット７０内のインバータは、単相インバータ７０１ａ，７０１ｂ，７０１ｃを並列に接続してなる第１組の単相インバータ群７０１と、単相インバータ７０２ａ，７０２ｂ，７０２ｃを並列に接続してなる第２組の単相インバータ群７０２とによって構成されており、これらの単相インバータ群７０１，７０２も並列に接続されている。

また、前記インバータ・モータユニット７０内の誘導電動機は、単相インバータ群７０１，７０２に対応する第１組の一次巻線７５１，第２組の一次巻線７５２からなる２多重巻線を備え、かつ、それぞれの各相巻線７５１ａ，７５１ｂ，７５１ｃ及び７５２ａ，７５２ｂ，７５２ｃの両端を個別に端子に引き出したオープン巻線形の誘導電動機７５０として構成されている。なお、巻線７５１ａの両端は単相インバータ７０１ａの交流側に接続され、巻線７５１ｂの両端は単相インバータ７０１ｂの交流側に接続され、巻線７５１ｃの両端は単相インバータ７０１ｃの交流側に接続され、巻線７５２ａの両端は単相インバータ７０２ａの交流側に接続され、巻線７５２ｂの両端は単相インバータ７０２ｂの交流側に接続され、巻線７５２ｃの両端は単相インバータ７０２ｃの交流側にそれぞれ接続されている。

ここで、単相インバータ７０１ａの出力電流をＩ_ａ１，単相インバータ７０１ｂの出力電流をＩ_ｂ１，単相インバータ７０１ｃの出力電流をＩ_ｃ１，単相インバータ７０２ａの出力電流をＩ_ａ２，単相インバータ７０２ｂの出力電流をＩ_ｂ２，単相インバータ７０２ｃの出力電流をＩ_ｃ２とする。

図５は、図４における単相インバータ群７０１，７０２に対する制御装置の主要部構成図であり、請求項６に係る発明に相当する。
この制御装置は、第１組の単相インバータ群７０１に対応する第１組の零相電流制御手段１００と、第２組の単相インバータ群７０２に対応する第２組の零相電流制御手段２００とを備えており、前述した図３の零相電流制御手段５００を第１組、第２組用に二つ設けた構成である。

図５において、第１組の単相インバータ群７０１の出力電流Ｉ_ａ１，Ｉ_ｂ１，Ｉ_ｃ１は第１組の零相電流制御手段１００内の零相電流検出手段１０１に入力され、零相電流Ｉ_０１が検出される。また、零相電流指令値の大きさ｜Ｉ_０１ ^＊｜が極性設定手段１０２に入力されており、極性（＋／−）を与えた零相電流指令値Ｉ_０１ ^＊が出力される。
そして、零相電流指令値Ｉ_０１ ^＊と零相電流検出値Ｉ_０１との偏差をなくすように調節動作する零相電流調節手段１０３により零相電圧指令値Ｖ_０１ ^＊が演算され、この零相電圧指令値Ｖ_０１ ^＊が、誘導電動機７５０を可変速駆動するための第１組の各相電圧指令値Ｖ_１ ^＊に加算されて第１組の単相インバータ群７０１に対する出力電圧指令値Ｖ_１ＩＮＶ ^＊が生成される。

同様にして、第２組の単相インバータ群７０２の出力電流Ｉ_ａ２，Ｉ_ｂ２，Ｉ_ｃ２は第２組の零相電流制御手段２００内の零相電流検出手段２０１に入力され、零相電流Ｉ_０２が検出される。また、零相電流指令値の大きさ｜Ｉ_０２ ^＊｜が極性設定手段２０２に入力されており、極性（＋／−）を与えた零相電流指令値Ｉ_０２ ^＊が出力される。
そして、零相電流指令値Ｉ_０２ ^＊と零相電流検出値Ｉ_０２との偏差をなくすように調節動作する零相電流調節手段２０３により零相電圧指令値Ｖ_０２ ^＊が演算され、この零相電圧指令値Ｖ_０２ ^＊が、誘導電動機７５０を可変速駆動するための第２組の各相電圧指令値Ｖ_２ ^＊に加算されて第２組の単相インバータ群７０２に対する出力電圧指令値Ｖ_２ＩＮＶ ^＊が生成される。

上記構成において、第１組，第２組の単相インバータ群７０１，７０２に対する零相電流指令値の大きさ｜Ｉ_０１ ^＊｜，｜Ｉ_０２ ^＊｜及びこれらの極性は、それぞれ独立して制御可能となっている。
このため、第１組、第２組の単相インバータ群７０１，７０２により第１組、第２組の一次巻線７５１，７５２にそれぞれ流す零相電流の大きさ及び極性を自由に制御することができ、例えば誘導電動機７５０の制動時に零相電流を増加させることにより、可変速制御に必要な発生トルクに影響を与えることなく電動機損失及びインバータ損失を増加させることができる。従って、制動電力からこれらを差し引いた回生電力を低減させて直流中間回路の抵抗チョッパ４０を小容量化し、あるいは不要にすることができる。

また、零相電流指令値の大きさを制御することにより、単相インバータ群７０１，７０２の出力電流の実効値を定格電流の実効値以下に制御することができ、単相インバータ群７０１，７０２の電流容量を最大限に利用しながら電動機損失及びインバータ損失を増加させることが可能である。

しかしながら、前記同様に、単相インバータ群７０１，７０２から出力される零相電流を増加させることは、誘導電動機７５０の一次電流を増加させることを意味しており、その結果、一次巻線７５１，７５２に発生する漏れ磁束が増加し、磁束の歪みや電動機の振動、騒音等が発生する恐れがある。

このため、請求項４に記載するように、第１組の零相電流制御手段１００において、極性設定手段１０２により零相電流指令値Ｉ_０１ ^＊の極性を＋に設定すると共に、第２組の零相電流制御手段２００において、極性設定手段２０２により零相電流指令値Ｉ_０２ ^＊の極性を−に設定することが望ましい。
これにより、第１組の一次巻線７５１に生じる漏れ磁束と第２組の一次巻線７５２に生じる漏れ磁束とが相殺されるため、全体としての漏れ磁束の量を制御しながら電動機損失及びインバータ損失を増加させることができる。

また、請求項５に記載するように、上述した如く零相電流指令値Ｉ_０１ ^＊，Ｉ_０２ ^＊の極性を互いに逆に設定すると共に、第１組の零相電流制御手段１００における零相電流指令値の大きさ｜Ｉ_０１ ^＊｜と、第２組の零相電流制御手段１００における零相電流指令値の大きさ｜Ｉ_０２ ^＊｜とを等しく設定することも有効である。
これにより、第１組の一次巻線７５１に生じる漏れ磁束と第２組の一次巻線７５２に生じる漏れ磁束とが完全に相殺されるため、全体としての漏れ磁束の量をゼロにしながら電動機等の損失を増加させることが可能になる。

次に、図６は、本発明の第３実施形態に係るインバータ・モータユニット７０の構成図であり、請求項７，８に係る発明に相当するものである。
この実施形態におけるインバータ・モータユニット７０内のインバータは、全てが並列接続されたｎ（ｎは偶数）組の単相インバータ群（第１組〜第Ｎ（Ｎはｎに等しい）組の単相インバータ群）１Ａ，２Ｂ，３Ａ，……，（Ｎ−１）Ａ，ＮＢからなっている。これらの単相インバータ群の構成は何れも図２，図４に示したものと同様であり、３台の単相インバータを並列接続して構成されている。なお、単相インバータ群１Ａ，２Ｂ，３Ａ，……，（Ｎ−１）Ａ，ＮＢのうち、記号の末尾に「Ａ」を付したものを第１群の単相インバータ群、「Ｂ」を付したものを第２群の単相インバータ群とする。

一方、インバータ・モータユニット７０内の誘導電動機は、単相インバータ群１Ａ，２Ｂ，３Ａ，……，（Ｎ−１）Ａ，ＮＢにそれぞれ対応する一次巻線７６１Ａ，７６２Ｂ，７６３Ａ，……，７６（Ｎ−１）Ａ，７６ＮＢからなる複数組の多重巻線を備え、かつ、各一次巻線を構成する各相巻線の両端を個別に端子に引き出して単相インバータ群１Ａ，２Ｂ，３Ａ，……，（Ｎ−１）Ａ，ＮＢの出力端子にそれぞれ接続可能としたオープン巻線形の誘導電動機７６０として構成されている。

図７は、図６における単相インバータ群１Ａ，２Ｂ，３Ａ，……，（Ｎ−１）Ａ，ＮＢに対する制御装置の主要部構成図であり、請求項１０に係る発明に相当する。
この制御装置は、第１群の単相インバータ群１Ａ，３Ａ，……，（Ｎ−１）Ａに対応する第１群の零相電流制御手段１００Ａと、第２群の単相インバータ群２Ｂ，４Ｂ，……，ＮＢに対応する第２群の零相電流制御手段２００Ｂとを備えている。

図７において、第１群の単相インバータ群１Ａ，３Ａ，……，（Ｎ−１）Ａの出力電流Ｉ_Ａａ，Ｉ_Ａｂ，Ｉ_Ａｃは第１群の零相電流制御手段１００Ａ内の零相電流検出手段１０１Ａに入力され、零相電流Ｉ_Ａ０が検出される。また、零相電流指令値の大きさ｜Ｉ_Ａ０ ^＊｜が極性設定手段１０２Ａに入力されており、極性（＋／−）を与えた零相電流指令値Ｉ_Ａ０ ^＊が出力される。
そして、零相電流指令値Ｉ_Ａ０ ^＊と零相電流検出値Ｉ_Ａ０との偏差をなくすように調節動作する零相電流調節手段１０３Ａにより零相電圧指令値Ｖ_Ａ０ ^＊が演算され、この零相電圧指令値Ｖ_Ａ０ ^＊が、誘導電動機７６０を可変速駆動するための第１群の各相電圧指令値Ｖ_Ａ ^＊に加算されて第１組の単相インバータ群１Ａ，３Ａ，……，（Ｎ−１）Ａに対する出力電圧指令値Ｖ_ＡＩＮＶ ^＊が生成される。

同様にして、第２群の単相インバータ群２Ｂ，４Ｂ，……，ＮＢの出力電流Ｉ_Ｂａ，Ｉ_Ｂｂ，Ｉ_Ｂｃは第２群の零相電流制御手段２００Ｂ内の零相電流検出手段２０１Ｂに入力され、零相電流Ｉ_Ｂ０が検出される。また、零相電流指令値の大きさ｜Ｉ_Ｂ０ ^＊｜が極性設定手段２０２Ｂに入力されており、極性（＋／−）を与えた零相電流指令値Ｉ_Ｂ０ ^＊が出力される。
そして、零相電流指令値Ｉ_Ｂ０ ^＊と零相電流検出値Ｉ_Ｂ０との偏差をなくすように調節動作する零相電流調節手段２０３Ｂにより零相電圧指令値Ｖ_Ｂ０ ^＊が演算され、この零相電圧指令値Ｖ_Ｂ０ ^＊が、誘導電動機７６０を可変速駆動するための第２群の各相電圧指令値Ｖ_Ｂ ^＊に加算されて第２群の単相インバータ群２Ｂ，４Ｂ，……，ＮＢに対する出力電圧指令値Ｖ_ＢＩＮＶ ^＊が生成される。

従って、第１群の単相インバータ群１Ａ，３Ａ，……，（Ｎ−１）Ａ及び第２群の単相インバータ群２Ｂ，４Ｂ，……，ＮＢにより第１群、第２群の一次巻線７６１Ａ，７６２Ｂ，７６３Ａ，……７６（Ｎ−１）Ａ，７６ＮＢにそれぞれ流す零相電流の大きさ及び極性を自由に制御することができ、例えば電動機７６０の制動時に零相電流を増加させることにより、可変速制御に必要な発生トルクに影響を与えることなく電動機損失及びインバータ損失を増加させることができる。よって第１，第２実施形態と同様に、制動電力から電動機損失等を差し引いた回生電力を低減させて直流中間回路の抵抗チョッパ４０を小容量化し、または不要にすることができる。
また、単相インバータ群１Ａ，２Ｂ，３Ａ，……，（Ｎ−１）Ａ，ＮＢの電流容量を最大限に利用しながら電動機損失及びインバータ損失を増加させることが可能である。

なお、この実施形態においても、零相電流の増加により誘導電動機７６０の一次電流が増加する結果、一次巻線７６１Ａ，７６２Ｂ，７６３Ａ，……７６（Ｎ−１）Ａ，７６ＮＢに発生する漏れ磁束が増加する恐れがある。
そこで、請求項８に記載するように、第１群の零相電流制御手段１００Ａでは極性設定手段１０２Ａにより零相電流指令値Ｉ_Ａ０ ^＊の極性を＋に設定すると共に、第２群の零相電流制御手段２００Ｂにおいて、極性設定手段２０２Ｂにより零相電流指令値Ｉ_Ｂ０ ^＊の極性を−に設定すれば、第１群の一次巻線７６１Ａ，７６３Ａ，……，７６（Ｎ−１）Ａに生じる漏れ磁束と第２群の一次巻線７６２Ｂ，７６４Ｂ，……，７６ＮＢに生じる漏れ磁束とが相殺され、全体としての漏れ磁束の量を制御しながら電動機損失及びインバータ損失を増加させることができる。

また、請求項９に記載する如く、零相電流指令値Ｉ_Ａ０ ^＊，Ｉ_Ｂ０ ^＊の極性を互いに逆に設定すると共に、第１群の零相電流制御手段１００Ａの零相電流指令値の大きさ｜Ｉ_Ａ０ ^＊｜と、第２群の零相電流制御手段２００Ｂの零相電流指令値の大きさ｜Ｉ_Ｂ０ ^＊｜とを等しく設定すれば、第１群の一次巻線７６１Ａ，７６３Ａ，……，７６（Ｎ−１）Ａに生じる漏れ磁束と第２群の一次巻線７６２Ｂ，７６４Ｂ，……，７６ＮＢに生じる漏れ磁束とが完全に相殺され、全体としての漏れ磁束の量をゼロにしながら電動機損失等を増加させることができる。

なお、請求項１１に記載するように、各実施形態における誘導電動機７５０Ａ，７５０，７６０の駆動運転時には前述した図３，図５，図７における零相電流指令の大きさ｜Ｉ_０ｍ ^＊｜，｜Ｉ_０１ ^＊｜，｜Ｉ_０２ ^＊｜，｜Ｉ_Ａ０ ^＊｜，｜Ｉ_Ｂ０ ^＊｜をゼロに設定することにより零相電流をゼロに制御して不要な損失が発生するのを抑制し、誘導電動機７５０Ａ，７５０，７６０の制動運転時にのみ前述した各実施形態の制御を行うことで電動機損失等を増加させ、回生電力を減少させて抵抗チョッパ４０の小容量化または不要化を図ってもよい。
ここで、誘導電動機７５０Ａ，７５０，７６０の駆動運転、制動運転は、例えばトルク指令値及び速度検出値から求めた出力の極性によって判別することができる。

本発明の実施形態を示す全体構成図である。 図１におけるインバータ・モータユニットの第１実施形態を示す構成図である。 図２における単相インバータ群の制御装置の主要部構成図である。 図１におけるインバータ・モータユニットの第２実施形態を示す構成図である。 図４における単相インバータ群の制御装置の主要部構成図である。 図１におけるインバータ・モータユニットの第３実施形態を示す構成図である。 図６における単相インバータ群の制御装置の主要部構成図である。 従来技術を示す全体構成図である。

符号の説明

１０：三相交流電源
２０：整流器
３０：平滑コンデンサ
４０：抵抗チョッパ
４１：スイッチング素子
４２：制動抵抗器
７０：インバータ・モータユニット（インバータ及びオープン巻線形誘導電動機）
７０１，７０２，７０Ｍ，１Ａ，２Ｂ，３Ａ，４Ｂ，（Ｎ−１）Ａ，ＮＢ：単相インバータ群
７０１ａ，７０１ｂ，７０１ｃ，７０２ａ，７０２ｂ，７０２ｃ，７０Ｍａ，７０Ｍｂ，７０Ｍｃ：単相インバータ
７５０，７５０Ａ，７６０：オープン巻線形の誘導電動機
７５１，７５２，７５Ｍ，７６１Ａ，７６２Ｂ，７６３Ａ，７６４Ｂ，７６（Ｎ−１）Ａ，７６ＮＢ：一次巻線
７５１ａ，７５１ｂ，７５１ｃ，７５２ａ，７５２ｂ，７５２ｃ，７５Ｍａ，７５Ｍｂ，７５Ｍｃ：巻線
１００，２００，１００Ａ，２００Ｂ，５００：零相電流制御手段
１０１，２０１，１０１Ａ，２０１Ｂ，５０１：零相電流検出手段
１０２，２０２，１０２Ａ，２０２Ｂ，５０２：零相電流指令値の極性設定手段
１０３，２０３，１０３Ａ，２０３Ｂ，５０３：零相電流調節手段

Claims (11)

1. オープン巻線である複数組の一次巻線を備えた誘導電動機をインバータにより駆動する可変速駆動装置であって、複数組の一次巻線がそれぞれ単相インバータ群に接続されてなる誘導電動機の可変速駆動装置において、
   前記単相インバータ群の制御装置が、複数組の一次巻線に流れる零相電流の大きさ及び極性を各組独立して制御することを特徴とする誘導電動機の可変速駆動装置。
2. 請求項１に記載した誘導電動機の可変速駆動装置において、
   前記制御装置は、
   複数組の一次巻線に流れる零相電流の大きさをゼロ以外の所定値に制御することを特徴とする誘導電動機の可変速駆動装置。
3. 請求項１または２に記載した誘導電動機の可変速駆動装置において、
   前記制御装置は、
   複数組の一次巻線に流れる零相電流の大きさ及び極性を、全ての組の零相電流の総和がゼロとなるように制御することを特徴とする誘導電動機の可変速駆動装置。
4. 請求項１に記載した誘導電動機の可変速駆動装置において、
   前記誘導電動機は２組の一次巻線を備え、
   前記制御装置は、
   第１組の一次巻線に正極性の零相電流が流れ、第２組の一次巻線に負極性の零相電流が流れるように制御することを特徴とする誘導電動機の可変速駆動装置。
5. 請求項４に記載した誘導電動機の可変速駆動装置において、
   前記制御装置は、
   第１組の一次巻線に流れる零相電流の大きさと第２組の一次巻線に流れる零相電流の大きさとが等しくなるように制御することを特徴とする誘導電動機の可変速駆動装置。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載した誘導電動機の可変速駆動装置において、
   前記制御装置は、
   各組の単相インバータ群の出力電流から零相電流を検出する手段と、
   各組の零相電流指令値の大きさに正または負の極性を設定する手段と、
   この手段により極性が設定された各組の零相電流指令値と各組の零相電流検出値との偏差をなくすように各組の零相電圧指令値を生成する調節手段と、
   前記各組の零相電圧指令値と各組の各相電圧指令値とを加算して各組の単相インバータ群の出力電圧指令値を生成する手段と、
   を備えたことを特徴とする誘導電動機の可変速駆動装置。
7. オープン巻線である偶数組の一次巻線を備えた誘導電動機をインバータにより駆動する可変速駆動装置であって、偶数組の一次巻線がそれぞれ単相インバータ群に接続されてなる誘導電動機の可変速駆動装置において、
   前記単相インバータ群の制御装置が、偶数組の一次巻線に流れる零相電流の大きさ及び極性を各組独立して制御することを特徴とする誘導電動機の可変速駆動装置。
8. 請求項７に記載した誘導電動機の可変速駆動装置において、
   偶数組の一次巻線を第１群、第２群に分割し、
   前記制御装置は、
   第１群の一次巻線に正極性の零相電流が流れ、第２群の一次巻線に負極性の零相電流が流れるように制御することを特徴とする誘導電動機の可変速駆動装置。
9. 請求項８に記載した誘導電動機の可変速駆動装置において、
   前記制御装置は、
   第１群の一次巻線に流れる零相電流の大きさと第２群の一次巻線に流れる零相電流の大きさとが等しくなるように制御することを特徴とする誘導電動機の可変速駆動装置。
10. 請求項７〜９の何れか１項に記載した誘導電動機の可変速駆動装置において、
    前記制御装置は、
    各群の単相インバータ群の出力電流から零相電流を検出する手段と、
    各群の零相電流指令値の大きさに正または負の極性を設定する手段と、
    この手段により極性が設定された各群の零相電流指令値と各群の零相電流検出値との偏差をなくすように各組の零相電圧指令値を生成する調節手段と、
    前記各群の零相電圧指令値と各群の各相電圧指令値とを加算して各群の単相インバータ群の出力電圧指令値を生成する手段と、
    を備えたことを特徴とする誘導電動機の可変速駆動装置。
11. 前記制御装置は、
    前記誘導電動機が制動運転する場合にのみ請求項１〜５または７〜９の何れか１項に記載した制御を実行し、前記誘導電動機が駆動運転する場合には、前記一次巻線に流れる零相電流をゼロに制御することを特徴とする誘導電動機の可変速駆動装置。

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