JP6545388B2 - 電動機駆動装置、電動機システムおよび冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機を駆動する電動機駆動装置、この電動機駆動装置を備える電動機システムおよびこの電動機システムを備える冷凍サイクル装置に関する。

近年、相ごとのコイルを有する巻線部を、複数備える電動機が提案されてきている。以下、このように巻線部を複数備える電動機を巻線部が多重化された電動機ともいう。

巻線部が多重化された電動機の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１には、複数の３相コイルすなわち複数の巻線部を備え、複数の３相コイルをそれぞれ異なるインバータによって駆動する電動機システムが記載されている。

特許第５３５００３４号公報

上記従来の技術によれば、各インバータは各３相コイルに、位相が互いに異なる駆動電圧を印加しているが、駆動電圧すなわちインバータから出力される電気信号の振幅はインバータ間で同一である。すなわち、従来の技術では、各インバータは同一の駆動電圧を、位相をずらして印加している。一方、インバータの電流容量は、インバータごとに異なる場合もある。このような場合、出力される電気信号の振幅をインバータ間で同一とすると、電流容量の小さいインバータにあわせて上限を定めることになり、非効率的である。このため、複数のインバータが異なる振幅の電気信号を出力可能であることが望まれる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の巻線部を有する電動機を駆動する電動機駆動装置であって、複数の巻線部をそれぞれ駆動する複数のインバータが異なる振幅の電気信号を出力する電動機駆動装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１の巻線部および第２の巻線部を備える電動機に用いられる電動機駆動装置であって、第１の巻線部に接続される第１のインバータと、第２の巻線部に接続される第２のインバータと、を備える。第１のインバータが第１の巻線部へ出力する電気信号である第１の電気信号における第１の周波数帯の成分の信号の振幅と第１の周波数帯と異なる第２の周波数帯の成分の信号の振幅との比率は、第２のインバータが第２の巻線部へ出力する電気信号である第２の電気信号における第１の周波数帯の成分の信号の振幅と第２の周波数帯の成分の信号の振幅との比率と異なる。

本発明にかかる電動機駆動装置は、複数の巻線部をそれぞれ駆動する複数のインバータが異なる振幅の電気信号を出力する電動機駆動装置を得るという効果を奏する。

実施の形態１にかかる電動機システムの構成例を示す図 制御部に入力される信号と制御部から出力される信号とを示す図 実施の形態１の制御部の構成例を示す図 実施の形態１の第１のインバータおよび第２のインバータから出力される電流の一例を示す図 実施の形態１の制御回路の構成例を示す図 実施の形態２にかかる空気調和機の構成例を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる電動機駆動装置、電動機システムおよび冷凍サイクル装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる電動機システムの構成例を示す図である。図１に示すように、実施の形態１の電動機システム１は、第１の３相巻線部１１および第２の３相巻線部１２を有する電動機３と、電動機３を駆動する電動機駆動装置２とを備える。電動機駆動装置２は、直流電源８１と、直流電源８２と、直流電源８１から直流電力が入力されるとともに第１の３相巻線部１１に接続された第１のインバータ４と、直流電源８２から直流電力が入力されるとともに第２の３相巻線部１２に接続された第２のインバータ５と、を備える。さらに、電動機駆動装置２は、電動機駆動装置２の動作を制御する制御部９０を備える。

図１に示したように、直流電源８１から第１のインバータ４へ入力される直流電力が供給される配線のうち、直流電源８１の正極端子に接続される配線、すなわち正側の配線をＰ１と呼び、直流電源８１の負極端子に接続される配線、すなわち負側の配線をＮ１と呼ぶ。また、直流電源８２から第２のインバータ５へ入力される直流電力が供給される配線のうち、直流電源８２の正極端子に接続される配線、すなわち正側の配線をＰ２と呼び、直流電源８２の負極端子に接続される配線、すなわち負側の配線をＮ２と呼ぶ。また、直流電源８１の正側をＰ１側とも呼び、直流電源８１の負側をＮ１側とも呼び、直流電源８２の正側をＰ２側とも呼び、直流電源８２の負側をＮ２側とも呼ぶ。

第１の巻線部である第１の３相巻線部１１は、Ｕ相巻線部１１ａ、Ｖ相巻線部１１ｂおよびＷ相巻線部１１ｃを有する。また、第１の３相巻線部１１は、Ｕ相巻線部１１ａの端部に設けられた端子１３ａと、Ｖ相巻線部１１ｂの端部に設けられた端子１３ｂと、Ｗ相巻線部１１ｃの端部に設けられた端子１３ｃと、を備える。第２の巻線部である第２の３相巻線部１２は、Ｕ相巻線部１２ａ、Ｖ相巻線部１２ｂおよびＷ相巻線部１２ｃを有する。また、第２の３相巻線部１２は、Ｕ相巻線部１２ａの端部に設けられた端子１４ａと、Ｖ相巻線部１２ｂの端部に設けられた端子１４ｂと、Ｗ相巻線部１２ｃの端部に設けられた端子１４ｃと、を備える。

第１のインバータ４は、第１の３相巻線部１１へ電気信号である第１の電気信号を出力する。第１のインバータ４は、直列接続されたスイッチング素子対であるスイッチング素子４ａ，４ｂと、直列接続されたスイッチング素子対であるスイッチング素子４ｃ，４ｄと、直列接続されたスイッチング素子対であるスイッチング素子４ｅ，４ｆとを備える。スイッチング素子４ａおよびスイッチング素子４ｂ、スイッチング素子４ｃおよびスイッチング素子４ｄ、スイッチング素子４ｅおよびスイッチング素子４ｆの各スイッチング素子対をそれぞれアームと呼ぶ。第１のインバータ４の各アームの中点は、第１の３相巻線部１１の対応する相の巻線部にそれぞれ接続される。

具体的には、スイッチング素子４ａおよびスイッチング素子４ｂで構成されるアームは、端子１３ａに接続され、スイッチング素子４ｃおよびスイッチング素子４ｄで構成されるアームは、端子１３ｂに接続され、スイッチング素子４ｅおよびスイッチング素子４ｆで構成されるアームは、端子１３ｃに接続される。また、各アームのうちＰ１側すなわちＰ１に接続される各スイッチング素子を上側スイッチング素子とも呼び、各アームのうちＮ１側すなわちＮ１に接続される各スイッチング素子を下側スイッチング素子とも呼ぶ。

第２のインバータ５は、第２の３相巻線部１２へ電気信号である第２の電気信号を出力する。第２のインバータ５は、直列接続されたスイッチング素子対であるスイッチング素子５ａ，５ｂと、直列接続されたスイッチング素子対であるスイッチング素子５ｃ，５ｄと、直列接続されたスイッチング素子対であるスイッチング素子５ｅ，５ｆとを備える。スイッチング素子５ａおよびスイッチング素子５ｂ、スイッチング素子５ｃおよびスイッチング素子５ｄ、スイッチング素子５ｅおよびスイッチング素子５ｆの各スイッチング素子対をそれぞれアームと呼ぶ。第２のインバータ５の各アームの中点は、第２の３相巻線部１２の対応する相の巻線部にそれぞれ接続される。

具体的には、スイッチング素子５ａおよびスイッチング素子５ｂで構成されるアームは、端子１４ａに接続され、スイッチング素子５ｃおよびスイッチング素子５ｄで構成されるアームは、端子１４ｂに接続され、スイッチング素子５ｅおよびスイッチング素子５ｆで構成されるアームは、端子１４ｃに接続される。また、各アームのうちＰ２側すなわちＰ２に接続される各スイッチング素子を上側スイッチング素子とも呼び、各アームのうちＮ２側すなわちＮ２に接続される各スイッチング素子を下側スイッチング素子とも呼ぶ。

第１のインバータ４および第２のインバータ５におけるスイッチング素子としては、どのような素子を用いてもよいが、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド：炭化珪素）、ダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体を用いることができる。ワイドバンドギャップ半導体を用いることで耐電圧性が高く、許容電流密度も高くなるため、モジュールの小型化が可能となる。ワイドバンドギャップ半導体は、耐熱性も高いため、放熱部の放熱フィンの小型化も可能になる。

また、本実施の形態の電動機駆動装置２は、直流電源８１から第１のインバータ４に入力される直流電力の直流電圧を検出する図示しない第１の直流電圧検出部と、直流電源８２から第２のインバータ５に入力される直流電力の直流電圧を検出する図示しない第２の直流電圧検出部と、を備える。第１の直流電圧検出部は、検出した直流電圧を示す信号ＶＤＣ１を出力する。第２の直流電圧検出部は、検出した直流電圧を示す信号ＶＤＣ２を出力する。さらに、電動機駆動装置２は、第１の３相巻線部１１を流れるＵ相電流を示す信号であるＩＵ１、Ｖ相電流を示す信号であるＩＶ１およびＷ相電流を示す信号であるＩＷ１をそれぞれ検出する電流検出部２１，３１，４１と、第２の３相巻線部１２を流れるＵ相電流を示す信号であるＩＵ２、Ｖ相電流を示す信号であるＩＶ２およびＷ相電流を示す信号であるＩＷ２をそれぞれ検出する電流検出部２２，３２，４２と、を備える。

制御部９０は、後述するＶｄｃ１，Ｖｄｃ２，Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１，Ｉｕ２，Ｉｖ２およびＩｗ２に基づいて、第１のインバータ４の各スイッチング素子に入力する６つの駆動信号ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）１と、第２のインバータ５の各スイッチング素子に入力する６つの駆動信号ＰＷＭ２と、を生成する。第１のＰＷＭ信号であるＰＷＭ１および第２のＰＷＭ信号であるＰＷＭ２は、ＰＷＭ信号である。ＰＷＭ信号は、各スイッチング素子のオンまたはオフとすることを示すパルス状の信号である。

なお、ここでは第１の３相巻線部１１および第２の３相巻線部１２の３相分の電流をそれぞれ検出する例を示しているが、３相平衡を前提として２相分の電流から他相を推定する場合は第１の３相巻線部１１および第２の３相巻線部１２のそれぞれの電流検出部を２相分に設ける構成としてもよい。また直流電源８１と第１のインバータ４との間を流れる直流電流、および直流電源８２と第２のインバータ５との間を流れる直流電流からそれぞれ３相電流を推定する場合、電流検出部を直流電源８１と第１のインバータ４との間に１箇所、および直流電源８２と第２のインバータ５との間に１箇所の計２箇所設ける構成としてもよい。また、第１のインバータ４の下側スイッチング素子とＮ１との間、および第２のインバータ５の下側スイッチング素子とＮ２との間に電流検出部を設ける方法などにより、電流検出を行っても良い。

また、直流電源８１の正極側の配線Ｐ１と直流電源８２の正極側の配線Ｐ２とは接続されていてもよく、直流電源８１の負極側の配線Ｎ１と直流電源８２の負極側の配線Ｎ２とは接続されていてもよい。直流電源８１の正極側の配線Ｐ１と直流電源８２の正極側の配線Ｐ２とが接続され、直流電源８１の負極側の配線Ｎ１と直流電源８２の負極側の配線Ｎ２とが接続される場合、第１のインバータ４と第２のインバータ５とで直流電圧が共通化される。

なお、図１では、図の煩雑化を避けるため、制御部９０と各構成要素との接続関係および後述する変換器の図示は省略している。制御部９０と各構成要素との接続関係については図２を用いて説明する。図２は、制御部９０に入力される信号と制御部９０から出力される信号とを示す図である。

図２に示すように、制御部９０には、ＶＤＣ１が変換器１１１によりレベル変換された信号であるＶｄｃ１が入力される。また、制御部９０には、ＩＵ１，ＩＶ１，ＩＷ１がそれぞれ変換器１２１，１３１，１４１によりレベル変換された信号であるＩｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１が入力される。

なお、各変換器は、変換器に入力される信号に対して、変換器によりレベル変換された後の信号が変換器から出力された信号が入力される各部における適正な入力電圧範囲となるように、電圧のレベル変換を行う。なお、ここでは制御部９０に入力される信号および出力される信号の全てに対して変換器を設ける構成を説明するが、電圧レベルの変換が不要な信号については変換器を設けなくてもよい。

さらに、制御部９０には、ＶＤＣ２，ＩＵ２，ＩＶ２，ＩＷ２がそれぞれ変換器１１２，１２２，１３２，１４２によりレベル変換された信号であるＶｄｃ２，Ｉｕ２，Ｉｖ２，Ｉｗ２が入力される。

制御部９０は、Ｖｄｃ１，Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１，Ｖｄｃ２，Ｉｕ２，Ｉｖ２およびＩｗ２に基づいて、第１のインバータ４の各スイッチング素子を駆動するためのＰＷＭ信号である６つの駆動信号ＰＷＭ１、および第２のインバータ５の各スイッチング素子を駆動するためのＰＷＭ信号である６つの駆動信号ＰＷＭ２を生成する。６つの駆動信号ＰＷＭ１は変換器１７１によりレベル変換され６つの駆動信号ｐｗｍ１として第１のインバータ４の各スイッチング素子に入力される。６つの駆動信号ＰＷＭ２は変換器１７２によりレベル変換され６つの駆動信号ｐｗｍ２として第２のインバータ５の各スイッチング素子に入力される。

具体的には、ＰＷＭ１は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の上側スイッチング素子をそれぞれオンとするかオフとするかを示すＰＷＭ信号であるＵｐ１，Ｖｐ１，Ｗｐ１と、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の下側スイッチング素子をそれぞれオンとするかオフとするかを示すＰＷＭ信号であるＵｎ１，Ｖｎ１，Ｗｎ１とである。Ｕｐ１，Ｖｐ１，Ｗｐ１，Ｕｎ１，Ｖｎ１，Ｗｎ１は、変換器１７１によりｕｐ１，ｖｐ１，ｗｐ１，ｕｎ１，ｖｎ１，ｗｎ１にそれぞれ変換される。ｕｐ１，ｖｐ１，ｗｐ１，ｕｎ１，ｖｎ１，ｗｎ１は、それぞれスイッチング素子４ａ，４ｃ，４ｅ，４ｂ，４ｄ，４ｆに入力される。６つの駆動信号ｐｗｍ１は、これらのｕｐ１，ｖｐ１，ｗｐ１，ｕｎ１，ｖｎ１，ｗｎ１である。

同様に、ＰＷＭ２は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の上側スイッチング素子をそれぞれオンとするかオフとするかを示すＰＷＭ信号であるＵｐ２，Ｖｐ２，Ｗｐ２と、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の下側スイッチング素子をそれぞれオンとするかオフとするかを示すＰＷＭ信号であるＵｎ２，Ｖｎ２，Ｗｎ２とである。Ｕｐ２，Ｖｐ２，Ｗｐ２，Ｕｎ２，Ｖｎ２，Ｗｎ２は、変換器１７２によりｕｐ２，ｖｐ２，ｗｐ２，ｕｎ２，ｖｎ２，ｗｎ２にそれぞれ変換される。ｕｐ２，ｖｐ２，ｗｐ２，ｕｎ２，ｖｎ２，ｗｎ２は、それぞれスイッチング素子５ａ，５ｃ，５ｅ，５ｂ，５ｄ，５ｆに入力される。６つの駆動信号ｐｗｍ２は、これらのｕｐ２，ｖｐ２，ｗｐ２，ｕｎ２，ｖｎ２，ｗｎ２である。

図３は、実施の形態１の制御部９０の構成例を示す図である。図３に示すように、制御部９０は、座標変換部２０１、電圧指令演算部２１１、電圧指令分配部２２１およびＰＷＭ駆動信号生成部２３１を備える。

座標変換部２０１は、Ｉｕ１，Ｉｖ１およびＩｗ１を、γδ座標系における励磁電流成分Ｉγ１およびトルク電流成分Ｉδ１へ座標変換する。γδ座標系は、制御座標系であり回転磁界における２軸直交座標系である。座標変換部２０１は、Ｉｕ２，Ｉｖ２，Ｉｗ２を、γδ座標系における励磁電流成分Ｉγ２およびトルク電流成分Ｉδ２へ座標変換する。Ｉγ１およびＩδ１は、第１の３相巻線部１１に対応する励磁電流成分およびトルク電流成分であり、Ｉγ２およびＩδ２は、第２の３相巻線部１２に対応する励磁電流成分およびトルク電流成分である。

電圧指令演算部２１１は、回転速度指令ω＊と、Ｉγ１，Ｉδ１，Ｉγ２およびＩδ２と、モータパラメータとを用いてベクトル制御を行うことにより、電圧指令を算出する。電圧指令は、励磁電流成分方向に発生させるべき電圧を示すＶｒγ１＊およびＶｒγ２＊と、トルク電流成分方向に発生させるべき電圧を示すＶｒδ１＊およびＶｒδ２＊とである。具体的には、電圧指令演算部２１１は、回転速度指令ω＊と、Ｉγ１およびＩδ１と、第１の３相巻線部１１に対応するモータパラメータに基づいてＶｒγ１＊およびＶｒδ１＊を算出する。同様に、電圧指令演算部２１１は、回転速度指令ω＊と、Ｉγ２およびＩδ２と、第２の３相巻線部１２に対応するモータパラメータに基づいてＶｒγ２＊およびＶｒδ２＊を算出する。モータパラメータは、電動機３の巻線抵抗、インダクタンスおよび誘起電圧といった情報であり、電圧指令演算部２１１によりあらかじめ保持されている。回転速度指令ω＊は、電動機システム１の外部から指示されてもよいし、電動機システム１の外部から入力される信号および電動機システム１内で得られる信号のうち少なくとも１つに基づいて制御部９０が決定してもよい。

電圧指令分配部２２１は、電圧指令演算部２１１により算出された電圧指令を、第１のインバータ４および第２のインバータ５へ再分配する。再分配を行わない場合、第１のインバータ４に対応する電圧指令はＶｒγ１＊およびＶｒδ１＊であり、第２のインバータ５に対応する電圧指令はＶｒγ２＊およびＶｒδ２＊である。この場合、第１の３相巻線部１１および第２の３相巻線部１２の特性が同一であれば、第１のインバータ４および第２のインバータ５の出力電流はほぼ同一となる。

しかしながら、各インバータに用いられるスイッチング素子の仕様によっては、出力電流の大きさすなわち振幅の比率をインバータ間で異ならせたい場合もある。出力電流の大きさの比率をインバータ間で異ならせたい場合とは、例えば、第１のインバータ４に用いられるスイッチング素子の電流容量と第２のインバータ５に用いられるスイッチング素子の電流容量とが異なる場合である。また、電動機３の負荷がある周期で周期的に変動する場合、この周期的な変動の周期より高い周波数である高調波成分の負荷の変動を一方のインバータにより抑制しかつ他方のインバータで上記の周期的な変動を特性するように、各インバータの出力電圧を決定することで、ピーク電流を抑制することができる。これにより、１つのインバータで上記の周期的な変動と高調波成分との両方に対応する場合に比べ、より高負荷側の駆動まで対応できる場合がある。以下、上記の周期的な変動を基本波と呼ぶ。

このため、本実施の形態では、電圧指令分配部２２１は、電圧指令演算部２１１により算出された電圧指令をそのまま第１のインバータ４および第２のインバータ５の電圧指令とするのではなく、第１のインバータ４および第２のインバータ５へ再分配する。具体的には、電圧指令分配部２２１は、次のような処理を実施する。

電圧指令分配部２２１は、以下の式（１）により、Ｖγ＊およびＶδ＊を算出する。
Ｖγ＊＝Ｖｒγ１＊＋Ｖｒγ２＊
Ｖδ＊＝Ｖｒδ１＊＋Ｖｒδ２＊ …（１）

電圧指令分配部２２１は、Ｖγ＊およびＶδ＊を、それぞれ第１のインバータ４および第２のインバータ５へ再分配し、再分配後の第１のインバータ４に対応する電圧指令Ｖγ１＊およびＶδ１＊と、再分配後の第２のインバータ５に対応する電圧指令Ｖγ２＊およびＶδ２＊と、をＰＷＭ駆動信号生成部２３１へ出力する。

一例として、インバータ間で出力電流の大きさの比率を異ならせる場合について説明する。第１のインバータ４の出力電流の大きさ対第２のインバータ５の出力電流の大きさを、Ａ：Ｂ（Ａ，Ｂは、Ａ≒Ｂを満たす実数）とし、第１のインバータ４の出力電流の大きさ対第２のインバータ５の出力電流の大きさをＡ：Ｂとするための第１のインバータ４の出力電圧の大きさ対第２のインバータ５の出力電圧の大きさをａ：ｂとする。このとき、Ｖγ１＊、Ｖδ１＊、Ｖγ２＊およびＶδ２＊は以下の式（２）により算出される。
Ｖγ１＊＝（ａ／（ａ＋ｂ））×Ｖγ＊
Ｖγ２＊＝（ｂ／（ａ＋ｂ））×Ｖγ＊
Ｖδ１＊＝（ａ／（ａ＋ｂ））×Ｖδ＊
Ｖδ２＊＝（ｂ／（ａ＋ｂ））×Ｖδ＊ …（２）

なお、電流の振幅比から電圧指令値の比を求める例としては、以下の例が挙げられる。電流容量がｘアンペアのインバータ＃１と電流容量がｙアンペアのインバータ＃２があるとする。ここでｘ＞ｙの関係が成り立つと仮定すると、インバータ＃２はインバータ＃１よりも電流値を抑えたいため、電圧指令の比率は（インバータ＃１：インバータ＃２）＝（ｘ：ｙ）とする。こうすることで、インバータ＃２は電圧指令値を抑えることで流れる電流を抑制できる。

また、一方のインバータを基本波に対応させ、他方のインバータを高周波成分に対応させる場合には、Ｖγ＊およびＶδ＊を、それぞれ基準周波数以下の成分と基準周波数より高い周波数の成分とに分離する。そして、電圧指令分配部２２１は、Ｖγ＊については、基準周波数以下の成分をＶγ１＊とし、Ｖγ＊の基準周波数より高い周波数の成分をＶγ２＊とする。また、電圧指令分配部２２１は、Ｖδ＊については基準周波数以下の成分をＶδ１＊とし、基準周波数より高い周波数の成分をＶδ２＊とする。

基準周波数は、上述した基本波の周波数とすることができる。例えば、基準周波数を電動機３の機械角の１周期に対応する周波数とすることができる。または、基本波の周波数より一定周波数高い周波数としてもよい。一例として、基本波の周波数のＮ（Ｎは２以上の整数）倍の周波数すなわちＮ次の高調波成分を基準周波数として設定してもよい。この場合、Ｎ次以下の高調波成分までを一方のインバータが出力し、他方のインバータがＮ次の高調波より高い周波数の成分を出力することになる。

また、基準周波数以下の成分と基準周波数より高い周波数の成分との分離は、ローパスフィルタを用いてＶγ＊およびＶδ＊の基準周波数以下の成分を抽出し、Ｖγ＊およびＶδ＊からそれぞれ基準周波数以下の成分を減算することにより、基準周波数より高い周波数の成分を求めることにより実現される。または、基準周波数以下の成分と基準周波数より高い周波数の成分との分離は、ハイパスフィルタを用いてＶγ＊およびＶδ＊の基準周波数より高い周波数の成分を抽出し、Ｖγ＊およびＶδ＊からそれぞれ基準周波数より高い周波数の成分を減算することにより、基準周波数以下の成分を求めることにより実現されてもよく、これら以外の方法により実現されてもよい。

また、上記の例では、基準周波数以下の成分と基準周波数より高い周波数の成分との比率、すなわち基準周波数以下の周波数帯を第１の周波数帯とし、基準周波数より高い周波数帯を第２の周波数帯とするとき、各信号における第１の周波数帯の成分の信号の振幅と第２の周波数帯の成分の信号の振幅との比率を、一方のインバータで１：０とし、他方のインバータで０：１とした。しかしながら、基準周波数以下の成分と基準周波数より高い周波数の成分との比率はこれに限定されない。第１のインバータ４から出力される電気信号である第１の電気信号における第１の周波数帯の成分の信号の振幅と第２の周波数帯の成分の信号の振幅との比率は、第２のインバータ５から出力される電気信号である第２の電気信号における第１の周波数帯の成分の信号の振幅と第２の周波数帯の成分の信号の振幅との比率とが異なっていればよい。一例として、基準周波数以下の成分と基準周波数より高い周波数の成分との比率を、一方のインバータで０．２：０．８とし、他方のインバータで０．８：０．２とするといったように、基準周波数以下の成分と基準周波数より高い周波数の成分との比率はインバータごとに任意に設定することができる。

ＰＷＭ駆動信号生成部２３１は、Ｖｄｃ１，Ｖγ１＊およびＶδ１＊に基づいて、第１のインバータ４の各スイッチング素子を制御するためのＰＷＭ信号であるＰＷＭ１を生成して出力する。また、ＰＷＭ駆動信号生成部２３１は、Ｖｄｃ２，Ｖγ２＊およびＶδ２＊に基づいて、第２のインバータ５の各スイッチング素子を制御するためのＰＷＭ信号であるＰＷＭ２を生成して出力する。

上述したように、Ｖγ１＊およびＶδ１＊が異なるため、ＰＷＭ駆動信号生成部２３１が生成するＰＷＭ１およびＰＷＭ２は異なることになる。この際、ＰＷＭ駆動信号生成部２３１は、ＰＷＭ１およびＰＷＭ２のデューティを異ならせることでＰＷＭ１およびＰＷＭ２を異ならせてもよい。

なお、以上の例では、第１のインバータ４と第２のインバータ５とで出力電流の大きさを異ならせる場合を説明したが、第１のインバータ４と第２のインバータ５とで出力電圧の大きさを異ならせるようにしてもよい。すなわち、第１のインバータ４が第１の３相巻線部１１へ出力する電気信号である第１の電気信号の振幅と第２のインバータ５が第２の３相巻線部１２へ出力する電気信号である第２の電気信号の振幅とが異なっていればよい。第１の電気信号の振幅は、第１の電気信号の電流の振幅であり、第２の電気信号の振幅は、第２の電気信号の電流の振幅である。または、第１の電気信号の振幅は、第１の電気信号の電圧の振幅であり、第２の電気信号の振幅は、第２の電気信号の電圧の振幅である。

図４は、本実施の形態の第１のインバータ４および第２のインバータ５から出力される電流の一例を示す図である。図４は、電圧指令分配部２２１が、基準周波数以下の成分と基準周波数より高い周波数の成分とを分離する例を示している。図４に示した例では、基準周波数を基本波の周波数とし、第１のインバータ４を基本波以下の成分に対応させ、第２のインバータ５を基本波より高い周波数の成分に対応させている。図４の例では、基本波の周期は、機械角の１周期すなわち電動機３の１回転を１周期とした周期である。

図４（ａ）には機械角を示し、図４（ｂ）には、電気角を示し、図４（ｃ）には、Ｉｕ１すなわち第１の３相巻線部１１のＵ相に流れる電流を示し、図４（ｄ）には、Ｉｕ２すなわち第２の３相巻線部１２のＵ相に流れる電流を示している。電気角は、機械角×極対数である。

図４に示すように、第１のインバータ４に対応するＩｕ１は、基本波の周期で変動する信号となり、第２のインバータ５に対応するＩｕ２は、基本波より周波数の高い高周波数で変動する信号となる。

次に、本実施の形態の制御部９０のハードウェア構成について説明する。制御部９０は、処理回路により実現される。この処理回路は、専用のハードウェアである処理回路であってもよいし、プロセッサを備える制御回路であってもよい。専用のハードウェアである場合、処理回路は、例えば、マイクロコントローラと呼ばれる回路である。処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものである。

制御部９０を実現する処理回路がプロセッサを備える制御回路で実現される場合、この制御回路は例えば図５に示す構成の制御回路４００である。図５は、本実施の形態の制御回路４００の構成例を示す図である。制御回路４００は、プロセッサ４０１とメモリ４０２を備える。プロセッサ４０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）ともいう）等である。メモリ４０２は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒy）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク等が該当する。

制御部９０を実現する処理回路がプロセッサを備える制御回路４００である場合、プロセッサ４０１が、メモリ４０２に記憶された制御部９０の処理が記述されたプログラムを読み出して実行することにより実現される。また、メモリ４０２は、プロセッサ４０１が実施する各処理における一時メモリとしても使用される。

以上のように、本実施の形態では、電圧指令分配部２２１が、電圧指令を第１のインバータ４および第２のインバータ５へ再分配する。このため、出力電圧をインバータごとに柔軟に設定することができる。したがって、第１のインバータ４および第２のインバータ５は、大きさの異なる電流を第１の３相巻線部１１および第２の３相巻線部１２へ印加することができる。また、基準周波数より高い周波数である高調波成分を含む電流を片側の巻線部に出力することもできる。

また、本実施の形態では、出力電圧をインバータごとに柔軟に設定することができるため、第１のインバータ４および第２のインバータ５として用いるモジュールの選択の自由度が高まる。すなわち、電流容量に対する制約が少なくなるため、多様なモジュールを用いることができる。また、基準周波数より高い周波数である高調波成分を一方のインバータを用いて電動機３へ印加することができるため、１つのインバータで基本波と高調波成分の両方に対応する場合に比べ、より高い負荷まで対応することができる可能性がある。

また、インバータごとに出力電圧を異ならせることができるため、インバータを構成するモジュールの熱対策が容易である。すなわち、２つのインバータのうち一方の温度が高い場合には、この一方の出力電圧を低下させるように、出力電圧の比率を決定することができる。これにより、２つのインバータのトータルで実現されるトルクは維持しつつ、高温となることによる性能劣化を防ぐことができる。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２にかかる空気調和機３００の構成例を示す図である。本実施の形態の空気調和機３００は、実施の形態１で述べた電動機駆動装置２および電動機３を備える。すなわち、本実施の形態の空気調和機３００は、実施の形態１の電動機システム１を搭載する。なお、図６では、空気調和機３００のうち冷凍サイクルにかかるヒートポンプ装置の部分を図示しその他の部分の図示を省略する。本実施の形態の空気調和機３００は、実施の形態１の電動機３を内蔵した圧縮機２５１、四方弁２５９、室外熱交換器２５２、膨張弁２６１、室内熱交換器２５７が冷媒配管を介して取り付けられた冷凍サイクルを有して、セパレート形空気調和機を構成している。

圧縮機２５１内部には冷媒を圧縮する圧縮機構２５０とこれを動作させる電動機３が設けられ、圧縮機２５１から室外熱交換器２５２と室内熱交換器２５７間を冷媒が循環することで冷暖房などを行う冷凍サイクルが構成されている。なお、図６に示した構成は、空気調和機だけでなく、冷蔵庫、冷凍庫等の冷凍サイクルを備える機器、すなわち冷凍サイクル機器に適用可能である。

以上のように、本実施の形態の空気調和機３００は、実施の形態１で述べた電動機システム１を搭載しているため、電動機システム１内で用いるインバータの選択の自由度を高めることができる。また、インバータを構成するモジュールの熱対策が容易となる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 電動機システム、２ 電動機駆動装置、３ 電動機、４ 第１のインバータ、４ａ〜４ｆ，５ａ〜５ｆ スイッチング素子、５ 第２のインバータ、１１ 第１の３相巻線部、１１ａ，１２ａ Ｕ相巻線部、１１ｂ，１２ｂ Ｖ相巻線部、１１ｃ，１２ｃ Ｗ相巻線部、１２ 第２の３相巻線部、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ 端子、８１，８２ 直流電源、９０ 制御部、２０１ 座標変換部、２１１ 電圧指令演算部、２２１ 電圧指令分配部、２３１ ＰＷＭ駆動信号生成部、２５０ 圧縮機構、２５１ 圧縮機、２５２ 室外熱交換器、２５７ 室内熱交換器、２５９ 四方弁、２６１ 膨張弁、３００ 空気調和機。

Claims (9)

1. 第１の巻線部および第２の巻線部を備える電動機に用いられる電動機駆動装置であって、
   前記第１の巻線部に接続される第１のインバータと、
   前記第２の巻線部に接続される第２のインバータと、
   を備え、
   前記第１のインバータが前記第１の巻線部へ出力する電気信号である第１の電気信号における第１の周波数帯の成分の信号の振幅と前記第１の周波数帯と異なる第２の周波数帯の成分の信号の振幅との比率は、前記第２のインバータが前記第２の巻線部へ出力する電気信号である第２の電気信号における前記第１の周波数帯の成分の信号の振幅と前記第２の周波数帯の成分の信号の振幅との比率と異なる電動機駆動装置。
2. 前記第１の電気信号の電流の振幅と前記第２の電気信号の電流の振幅とは異なる請求項１に記載の電動機駆動装置。
3. 前記第１の電気信号の電圧の振幅と前記第２の電気信号の電圧の振幅とは異なる請求項１に記載の電動機駆動装置。
4. 前記第１のインバータへ第１のＰＷＭ信号を出力し、前記第２のインバータへ第２のＰＷＭ信号を出力する制御部、
   を備え、
   前記第１のＰＷＭ信号と前記第２のＰＷＭ信号とが異なる請求項１から３のいずれか１つに記載の電動機駆動装置。
5. 前記第１のＰＷＭ信号のデューティと前記第２のＰＷＭ信号のデューティとが異なる請求項４に記載の電動機駆動装置。
6. 前記第１の周波数帯は基準周波数以下の周波数帯であり、前記第２の周波数帯は前記基準周波数より高い周波数帯である請求項１から５のいずれか１つに記載の電動機駆動装置。
7. 前記基準周波数は、前記電動機の機械角の１周期に対応する周波数である請求項６に記載の電動機駆動装置。
8. 第１の巻線部および第２の巻線部を備える電動機と、
   前記第１の巻線部に接続される第１のインバータと、
   前記第２の巻線部に接続される第２のインバータと、
   を備え、
   前記第１のインバータが前記第１の巻線部へ出力する電気信号である第１の電気信号における第１の周波数帯の成分の信号の振幅と前記第１の周波数帯と異なる第２の周波数帯の成分の信号の振幅との比率は、前記第２のインバータが前記第２の巻線部へ出力する電気信号である第２の電気信号における前記第１の周波数帯の成分の信号の振幅と前記第２の周波数帯の成分の信号の振幅との比率と異なる電動機システム。
9. 請求項１から７のいずれか１つに記載の電動機駆動装置と、
   前記電動機駆動装置により駆動され第１の巻線部および第２の巻線部を備える電動機、を備える圧縮機と、
   を備える冷凍サイクル装置。

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