JP6914394B1 - 電力変換装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】直流電源から電力供給を受ける電力変換装置に係り、アームが故障した場合に予備の冗長アームがこれを補い電力変換動作を継続する装置において、複雑で長い配線によって、配線の複雑化、大型化、スイッチング損失の増加による電力損失、発熱といった問題が発生する。【解決手段】巻線の相数に１を加算した個数のアームを備え、複数のアームが特定の相に対して冗長アームの機能を兼ね備えると共に、異常が検出されたアームを切り離し、リレーを切り替えて電力変換動作を継続するので、特定の複雑で長い配線を必要とする冗長アームを設ける必要がない。【選択図】図１

Description

本願は、電力変換装置に関するものである。
スイッチング素子を用いて、直流電流から交流電流に変換し、また逆に交流電流を直流電流に逆変換する電力変換装置が使用されている。この電力変換装置はインバータとも呼ばれ、直流電源の正極側から負荷へ電流を供給する正極側スイッチング回路を上側アーム、負荷から電流を直流電源の負極側へ引き込む負極側スイッチング回路を下側アームと称する。また上側アームと下側アームを直列に接続したものをアームと称する。
電力変換装置の用途として、例えば、多相交流電動機の制御があげられる。上記の各アームに異常が生じた場合、多相交流電動機の制御を継続するために、予備の冗長アームを準備して、電力変換装置の機能を維持する方法が存在する。
多相インバータの各相アームに対応する冗長アームを設け、多相インバータのアームに故障が発生した時、冗長アームで代替する。これによって、多相インバータの指令値を正常時から変更することなくモータの駆動制御を継続するモータ制御装置が、特許文献１に開示されている。
しかし、特許文献１に開示される技術では、一つの冗長アームがすべての各相アームに対応するため、モータのコイル巻線端子から冗長アームへの配線が交差し、複雑になる。それと共に、冗長アームの各相アームへの接続先間違いによって、故障していない相のアームに接続する恐れもある。
また、電源が高電圧の場合は絶縁距離の確保が必要となるため、モータのコイル巻線端子から冗長アームへの配線に必要な空間が大きくなり、モータ制御装置の小型化が難しくなる。さらに、冗長アームからモータの各コイル巻線への配線インピーダンスが大きくなり、モータ制御装置の発熱、放射ノイズ増加、モータのコイル巻線間電流の干渉も懸念される。
特に、上側アームと下側アームを駆動するゲート駆動回路について、ゲート駆動信号を異常のあるアームから冗長アームへ切り替えなければならない。これを実現するために、すべての相のアームのゲート駆動信号配線を冗長アームに引き回す必要がある。このため配線が複雑になり、各配線の長さも異なることとなる。各相の正常なアームへのゲート駆動配線と、冗長アームへのゲート駆動配線の長さが異なるため、冗長アームのゲート立ち上がり時間、および立ち下がり時間が大きくなり、冗長アームのスイッチングに伴う損失による効率の悪化および発熱が大きくなる問題が発生する。
特許第５５６９６２６号明細書
本願は、直流電源から電力供給を受ける電力変換装置に係り、アームが故障した場合に予備の冗長アームがこれを補い電力変換動作を継続する装置において、複雑で長い配線によって、電力変換装置の配線の複雑化、大型化、スイッチング損失の増加による電力損失、発熱といった問題が発生することを抑制することを目的とする。
本願に係る電力変換装置は、
各相の接続端子を有する回転電機の複数相の巻線と、
直流電源の正極側に接続される正極側スイッチング素子と、直流電源の負極側に接続される負極側スイッチング素子と、正極側のスイッチング素子と負極側のスイッチング素子を直列に接続し外部接続点が設けられた第一の配線とを有した、巻線の相数Ｎに１を加算したＮ＋１個のアームと、
Ｎ＋１個のアームに順番に番号を付けた場合において、隣り合う番号の二つのアームの外部接続点の間のそれぞれに、二つずつ設けられた２Ｎ個のリレーと、
隣り合う番号の二つのアームの外部接続点の間を二つのリレーを直列に介してそれぞれ接続する第二の配線と、
第二の配線の、直列に接続された二つのリレーの間の部分に設けられた出力点と、各相の接続端子とを接続する第三の配線と、
各相の接続端子ごとに一つのアームの外部接続点が接続されるように２Ｎ個のリレーをオンオフするリレー制御部とを備えた
たものである。
本願に係る、電力変換装置は、複数のアームが特定の相に対して冗長アームの機能を兼ね備えると共に、異常が検出されたアームを切り離し、リレーを切り替えて電力変換動作を継続するので、特定の複雑で長い配線を必要とする冗長アームを設ける必要がなく、電力変換装置の配線の単純化、小型化を実現し、スイッチング損失の増加による電力損失、発熱といった問題の発生を抑制することができる。
実施の形態１に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る電力変換装置のリレーの接点部の第一の例を示す図である。 実施の形態１に係る電力変換装置のリレーの接点部の第二の例を示す図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の制御装置のハードウェア構成図である。 実施の形態１に係る電力変換装置のスイッチング素子の故障検出時のリレー切り替え動作を説明するフローチャートである。 実施の形態１に係る電力変換装置のスイッチング素子の故障検出時の動作を説明するタイムチャートである。 実施の形態１に係る電力変換装置の電流制御部用の記憶装置内のレジスタを示す図である。 実施の形態２に係る電力変換装置のスイッチング素子の故障検出時の制御装置の動作を説明するフローチャートである。 実施の形態２に係る電力変換装置のスイッチング素子の故障検出時のリレー切り替え動作を説明するフローチャートである。 実施の形態２に係る電力変換装置のスイッチング素子の故障検出時の動作を説明するタイムチャートである。 実施の形態３に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態４に係る電力変換装置の構成を示す第一のブロック図である。 実施の形態４に係る電力変換装置の構成を示す第二のブロック図である。 実施の形態４に係る電力変換装置のスイッチング素子の故障検出時の第一のリレー切り替え動作を説明するフローチャートである。 実施の形態４に係る電力変換装置のスイッチング素子の故障検出時の第二のリレー切り替え動作を説明するフローチャートである。 実施の形態５に係る電力変換装置のアーム駆動信号切り替え部の構成を示す概略ブロック図である。 実施の形態５に係る電力変換装置のアーム駆動信号切り替え部の構成を示すブロック図である。 実施の形態５に係る電力変換装置のスイッチング素子の故障検出時の動作を説明するタイムチャートである。 実施の形態６に係る電力変換装置のアーム駆動信号切り替え部の構成を示すブロック図である。 実施の形態６に係る電力変換装置のスイッチング素子の故障検出時の動作を説明するタイムチャートである。
実施の形態
以下、本願に係る電力変換装置の実施の形態について図面を参照して説明する。電力変換装置の用途として、実施の形態１から６で、三相交流電動機と二相交流電動機の制御の事例について説明する。本願に係る電力変換装置は、直流−交流変換装置だけでなく、直流−交流−直流の電力変換装置、交流−直流変換装置をはじめ様々な分野の電力変換装置のアームについて適用可能である。
１．実施の形態１
図１は、実施の形態１に係る電力変換装置１の構成を示すブロック図である。図２は、実施の形態１に係る電力変換装置１のリレーの接点部の第一の例を示す図である。図３は、実施の形態１に係る電力変換装置１のリレーの接点部の第二の例を示す図である。図４は、実施の形態１に係る電力変換装置１の制御装置１００のハードウェア構成図である。図５は、実施の形態１に係る電力変換装置１のスイッチング素子の故障検出時のリレー切り替え動作を説明するフローチャートである。図６は、実施の形態１に係る電力変換装置１のスイッチング素子の故障検出時の動作を説明するタイムチャートである。図７は、実施の形態１に係る電力変換装置１の電流制御部１０用の記憶装置９１内のレジスタ５１を示す図である。
＜電力変換装置の構成＞
以下、本実施の形態１の電力変換装置１の構成要素および機能について説明する。図１の電力変換装置１は直流電源２および回転電機３に接続され、直流電源２から得られる直流電力を交流電力に変換すると共に、回転電機３の回転およびトルクを制御する機能を有する。
電力変換装置１は、第一のリレー５と、第二のリレー６と、第三のリレー１５と、第四のリレー１６と、第五のリレー１７と、第六のリレー１８と、スイッチング素子４と、リレー制御部８と、故障検出部９と、電流制御部１０とを備えている。
電力変換装置１は、スイッチング素子４を二つ直列に接続した第一のアーム８０から第四のアーム８３を有する。このアームの数は、回転電機３の巻線の相数Ｎ（図１ではＮ＝３）に１を加算した数（Ｎ＋１）となっている。正極側のスイッチング素子４が直流電源２の正極側に、負極側のスイッチング素子４が直流電源２の負極側へ接続されている。正極側のスイッチング素子４と負極側のスイッチング素子４は第一の配線４１によって直列接続されている。第一の配線４１には、外部接続点４４が設けられ、正極側のスイッチング素子４と負極側のスイッチング素子４による出力を外部へ伝達する。正極側のスイッチング素子４を上側アーム、負極側のスイッチング素子４を下側アームと称する場合がある。正極側のスイッチング素子４と負極側のスイッチング素子４と第一の配線４１からアームが構成される。並列に配置された第一のアーム８０から第四のアーム８３の、隣り合うアームの外部接続点４４の間には、夫々二個のリレーが設けられており、合計六個（２Ｎ個）のリレーが設けられている。隣り合うアームの外部接続点４４の間は、二つのリレーを直列に介して接続する第二の配線４２で接続されている。第二の配線４２の直列に接続された二つのリレーの間の部分に設けられた出力点４５と、回転電機３の巻線の３つの接続端子４６がそれぞれ接続された第三の配線４３が存在する。具体的には、第一のリレー５と第二のリレー６の間の出力点４５、第三のリレー１５、第四のリレー１６の間の出力点４５、第五のリレー１７と第六のリレー１８の間の出力点４５が回転電機３の巻線の接続端子４６に接続されている。
ここで、図１においては、第一のアーム８０と第二のアーム８１と第一のリレー５と第二のリレー６と第三のリレー１５はモジュール７を形成し、第三のアーム８２と第四のアーム８３と第四のリレー１６と第五のリレー１７と第六のリレー１８も同じくモジュール７を形成している。スイッチング素子４とリレーとその配線をブロックとして取り扱うことで、電子回路の標準化をすすめることができるので、電力変換装置１の設計、製造上の効率化を進めることができる。
スイッチング素子４としては、たとえば、ＭＯＳ−ＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）が考えられる。また、第一のリレー５から第六のリレー１８としては、たとえば、図２に示すように、制御端子１２からコイル巻線に電流を流して機械接点部１１を開閉する機械式リレーとすることができる。あるいは、図３に示すように、寄生ダイオードが互いに逆方向となるように直列接続した二つのＭＯＳ−ＦＥＴ４０を半導体スイッチとして用いた電子リレーとしての構成が考えられる。
スイッチング素子４または電子リレーに、ＭＯＳ−ＦＥＴとして炭化ケイ素、窒化ガリウム系材料を用いたワイドバンドギャップ半導体を材料とする素子を利用すれば、直流電源２に高電圧を使用する製品への適用が可能となる。また、高温まで使用できる特性を利用してＭＯＳ−ＦＥＴ４０の冷却構造を簡素化し、製品を小型化することが可能となる。
故障検出部９は、アームを構成するスイッチング素子４の短絡故障、断線故障を検出し当該アームの故障を通知する機能を有している。故障検出の具体的な構成および方法については種々提案されており、それらの技術が適用できる。ハードウェアの構成については後で説明する。
電流制御部１０は、回転電機３の回転速度、回転トルクに応じてアームを構成するスイッチング素子４に交番信号を出力する機能を有する。また、後述のように、アームの駆動信号を回転電機３のコイル巻線端子に応じて切り替える機能を有する。リレー制御部８は、アームと回転電機３のコイル巻線を電気的に接続する第一から第六のリレーの電気的な開閉を制御する機能を有する。
＜制御装置＞
リレー制御部８、故障検出部９、電流制御部１０は、制御装置１００の機能ブロックである。図４は、実施の形態１に係る電力変換装置１の制御装置１００のハードウェア構成図である。本実施の形態では、制御装置１００の各機能は、制御装置１００が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置１００は、図４に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りをする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、及び演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。
演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のものまたは異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置９１として、演算処理装置９０からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）、演算処理装置９０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ等が備えられている。入力回路９２は、各種のセンサ及びスイッチが接続され、これらセンサ及びスイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０からの制御信号を変換して出力する駆動回路等を備えている。
制御装置１００が備える各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３等の制御装置１００の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、制御装置１００が用いる閾値、判定値等の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。
図１の制御装置１００の構成要素の機能について説明する。図１の制御装置１００の内部に記載されたリレー制御部８、故障検出部９、電流制御部１０で示された各機能は、それぞれソフトウェアのモジュールで構成されるものであってもよいが、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせによって構成されるものであってもよい。
ここでは、リレー制御部８、故障検出部９、電流制御部１０を、制御装置１００のなかで実行される機能ブロックとして説明したが、それぞれを専用の制御装置として独立して設けることとしてもよい。
＜処理フローチャート＞
図５は、実施の形態１に係る電力変換装置１のリレー制御部８によるリレー切り替え動作を示すフローチャートである。以下、図５に示すフローチャートを用いて、電力変換装置１のリレー制御部８によるリレー切り替え動作について、具体的に説明する。
リレー制御部８は、第一のリレー５、第三のリレー１５、第五のリレー１７をオンにして、第一のアーム８０から第三のアーム８２が、回転電機３へ電気的に接続している状態において、故障検出部９が第一のアーム８０から第三のアーム８２いずれかのアームの故障を判定した場合を前提とする。ステップＳ９９から開始して、ステップＳ１００では、故障検出部９が第一のアーム８０から第三のアーム８２のうちどのアームの故障を検出しているのかを判断する。第四のアーム８３は使用されていないので、第四のアーム８３の故障の場合は含まない。なお、第二のリレー６、第四のリレー１６、第六のリレー１８はオフの状態である。
故障検出部９が第三のアーム８２の故障を検出している場合は、ステップＳ１０１へと進む。第二のアーム８１の故障を検出している場合は、ステップＳ１０３へと進む。第一のアーム８０の故障を検出している場合は、ステップＳ１０５へと進む。
第三のアーム８２が故障している場合は、ステップＳ１０１において、故障した第三のアーム８２の外部接続点４４に接続された第五のリレー１７をオフし、コイル巻線から電気的に切り離し、ステップＳ１０２へ進む。ステップＳ１０２では、第四のアーム８３の外部接続点４４に接続された第六のリレー１８をオンにし、ステップＳ１０９へ進み、リレーの切り替え処理を終了する。
第二のアーム８１が故障している場合は、ステップＳ１０３において、故障した第二のアーム８１の外部接続点４４に接続された第三のリレー１５をオフし、コイル巻線から電気的に切り離し、ステップＳ１０４へ進む。ステップＳ１０４では、故障していないアームの外部接続点４４に接続された第四のリレー１６から第六のリレー１８のオンとオフを切り替え（出力を反転させ）、ステップＳ１０９へ進み、リレーの切り替え処理を終了する。
第一のアーム８０が故障している場合は、ステップＳ１０５において、第一のリレー５をオフし、コイル巻線から電気的に切り離し、ステップＳ１０６へ進む。ステップＳ１０６では、第二のリレー６から第六のリレー１８のオンとオフを切り替え（出力を反転させ）、ステップＳ１０９へ進み、リレーの切り替え処理を終了する。
＜タイムチャート＞
図６は、図５に示したリレー制御部８のリレー切り替えと合わせて、電流制御部１０によるアームの駆動信号の切り替え時期の一例を示すタイムチャートである。以下、図６に示すタイムチャートを用いて、電力変換装置１のリレー切り替え動作について、具体的に説明する。
図６の時間ｔ１において、故障検出部９が第一のアーム８０の故障を検出し、検出した故障内容を故障検出部９の外部へ通知する。そして、故障検出部９が検出および通知した故障内容をリレー制御部８が受け取り、故障内容に応じたリレーの切り替え動作を実施する。時間ｔ１における故障内容が第一のアーム８０の故障であるため、リレー制御部８は、図５に示したフローチャートの処理に従い、時間ｔ２において、第一のリレー５をオンからオフに切り替える。
その後、リレー制御部８は所定時間の経過を待って、時間ｔ３において、第二のリレー６から第六のリレー１８のオンとオフを反転させ、リレーの切り替え動作を終了する。ここで、時間ｔ３において、リレーのオンとオフの切り替え（出力を反転）において、オフを先行させ所定の遅れ時間後にオンを実施している。遅れ時間としては、たとえば、リレーがオフ指令を受けてから実際にオフに切り替わる過渡時間をあらかじめ算出または測定しておき、その時間を遅れ時間に設定する方法が考えられる。遅れ時間を設けることで同じコイル端子に接続される第一のリレー５と第二のリレー６、第三のリレー１５と第四のリレー１６、第五のリレー１７と第六のリレー１８がそれぞれ同時にオンする機会を避けると共に、第二のリレー６と第三のリレー１５、第四のリレー１６と第五のリレー１７が同時オンした状態すなわち、コイル巻線の端子間が短絡した状態で電力変換動作をすることによるアームの誤短絡を確実に防止できる。
電流制御部１０は、リレー制御部８のリレー切り替え動作が終了したのち、リレー制御部８による第一から第六のリレーのオンとオフの状態にもとづいて、時間ｔ４において、各アームの駆動信号を切り替え、電力変換装置１は、電力変換動作が再び可能となる。電流制御部１０による各アームの駆動信号を切り替え方法としては、たとえば、図７のように、制御装置１００内の記憶装置９１のレジスタ５１をあらかじめ回転電機のコイル巻線端子に応じて設定しておき、リレーの切り替えに応じてレジスタ５１の配列を変更する方法が考えられる。ここで、図４の演算処理装置（ＣＰＵ）９０、記憶装置９１、入力回路９２、出力回路９３を一体化したワンチップのマイコンを使用して、マイコン内の記憶装置９１のレジスタ５１を使用してもよい。
実施の形態１では、直流電源２の正極側に接続される正極側スイッチング素子４と負極側に接続されるスイッチング素子４とこれらを直列に接続し外部接続点４４を設けた第一の配線４１で構成されるアームを、回転電機３の巻線の相数Ｎに１加算したＮ＋１個設けている。Ｎ＋１個のアームの順番に番号をつけ、隣り合う番号の二つのアームの外部接続点４４の間に二つのリレーをそれぞれ設けて、合計２Ｎ個のリレーを備えている。この隣り合う番号の二つのアームの外部接続点４４の間を二個のリレーを直列に介して接続する第二の配線４２を設けている。この第二の配線４２の直列に接続したリレーの間の部分に出力点４５を設け、それぞれの出力点４５と回転電機３の巻線の各々の接続端子４６を結ぶ第三の配線を設けた電力変換装置１である。二つのリレーを経由して特定の一ないし二系統の前記コイルの接続端子４６のいずれかに給電可能なので、通常使用するアームが冗長アームの機能を兼ね備えることとなる。異常が検出されたアームを切り離すと共に、リレーを切り替えて予備となっていた冗長アームとして待機していたアームを接続して電力変換動作を継続することができる。
各アームは、特定のコイル巻線の接続端子４６とのみ接続が切り替わると共に、リレーの切り替え状態に応じてアームの駆動信号を切り替えるので、切り替え先間違いを回避することができる。
スイッチング素子４で構成されるアームが冗長アームの機能を兼ね備え、リレーを経由して回転電機３の１または２系統の巻線のいずれかの接続端子４６に給電可能な形態をしているので、リレーおよび冗長アームを含めた各相アームの標準化、モジュール化ができ、冗長アームの追加構成にかかるコストを低減することができる。
アームが冗長アームの機能を兼ね備え、モジュール化できるので、モジュールのアームと回転電機３のコイル巻線端子との間の配線が交差することなく簡素にでき、電力変換装置１の小型化が可能となる。
さらに、各アームから回転電機３の巻線の接続端子４６への配線距離が等しくなるように配置することが可能であり、配線インピーダンスも同じになり、アームの故障が発生した後においても電力変換装置の発熱、放射ノイズのレベルは変わることがない。また、コイル巻線間の電流干渉も発生せず、切り替えたアームの配線が長くなって、電流制御におけるスイッチング素子のオン、オフの遅延につながることもなく、電力変換動作を継続することができる。
なお、図５では、リレー制御部８は、第一のリレー５、第三のリレー１５、第五のリレー１７をオンにして回転電機３へ電気的に接続している状態において、故障が発生した場合のリレー切り替え動作について説明した。しかし、本実施の形態ではこれに限らず、第二のリレー６、第四のリレー１６、第六のリレー１８をオンにして回転電機３へ電気的に接続している状態において、故障が発生した場合でもリレー切り替え動作によって電力変換動作を継続することができる。すなわち、図５のフローチャートにおける第三のアーム８２を第二のアーム８１に置き換え、第二のアーム８１を第三のアーム８２に置き換え、第一のアーム８０を第四のアーム８３に置き換え、ステップＳ１０１の処理を第二のリレー６に置き換え、ステップＳ１０２の処理を第一のリレー５に置き替え、ステップＳ１０３の処理を第二のリレー６に置き替え、ステップＳ１０４の処理を第一のリレー５から第三のリレー１５に置き替え、ステップＳ１０５の処理を第六のリレー１８に置き換え、ステップＳ１０６の処理を第一のリレー５から第五のリレー１７に置き換えることで対応可能である。
２．実施の形態２
図８は、実施の形態２に係る電力変換装置１のスイッチング素子の故障検出時の制御装置の動作を説明するフローチャートである。図９は、実施の形態２に係る電力変換装置のスイッチング素子の故障検出時のリレー切り替え動作を説明するフローチャートである。図１０は、実施の形態２に係る電力変換装置のスイッチング素子の故障検出時の動作を説明するタイムチャートである。
実施の形態１では、回転電機３のコイル巻線に誘起電流がない場合について説明した。実施の形態２ではこれに限らず、コイル巻線に誘起電流があってもよく、リレーの切り替え方法を工夫することで同様の効果を得ることができる。たとえば図８では、本実施の形態２に係る電力変換装置１として、回転電機３のコイル巻線に誘起電流が流れている場合のリレー切り替え動作について示している。なお、電力変換装置１の構成は図１と同じである。以下、その動作を説明する。
ステップＳ１９９から処理を開始し、ステップＳ２００では、故障検出部９がアームに故障が発生しているか否かを判定し、故障が発生している場合はステップＳ２０１に進み、故障が発生していなければリレー切り替え動作をすることなく、ステップＳ２０９へ進んで処理を終了する。ステップＳ２０１では、電流制御部１０が、電流制御を停止するためにすべてのアームの駆動を停止し、ステップＳ２０２へ進む。ステップＳ２０２では、リレー制御部８が故障内容に応じて、リレーの切り替え動作を実施し、ステップＳ２０３へ進む。なおステップＳ２０２におけるリレーの切り替え動作は、後述する図９に示すフローチャートに従って実施される。
ステップＳ２０３では、電流制御部１０が、リレー制御部８による第一のリレー５から第六のリレー１８のオンとオフの状態にもとづいて、電流制御のためのコイル端子とアームの対応を変更しアーム駆動信号を切り替え、ステップＳ２０４へと進む。ステップＳ２０４において、電流制御部１０は、電流制御を再開するためにアームの駆動を再開し、ステップＳ２０９へ進んでアームの故障によるリレーの切り替え処理を終了する。
なお、コイル巻線に誘起電流が流れていることを検出する方法としては、たとえば、回転電機３の回転およびトルクを制御する目的でコイル電流を検出するコイル電流検出部（不図示）を用いる方法が考えられる。電流検出の具体的な構成および方法については種々提案されており、それらの技術が適用できるため、ここでは説明を省略する。このほか、回転電機３のコイル巻線に誘起電流が流れていることを検出する方法として、回転電機３のコイル巻線端子の電圧を測定し、誘起電流により発生するコイル巻線端子の誘起電圧を検出する方法が考えられる。よって、コイル巻線電圧の計測により誘起電圧を検出する誘起電圧検出部を設け、誘起電圧を検出している場合には、リレー制御部８はリレーのオンとオフを反転させる場合にオン制御を先行させ、オフ遅延時間が経過してからオフ制御を実施することとしてもよい。なお、電圧検出の具体的な構成および方法については、種々提案されており、それらの技術が適用できるため、ここでは説明を省略する。
あるいは、回転電機３が高速回転しているときに、誘起電流が発生していると判断することもできる。回転電機３の回転速度を回転速度検出器によって求め、回転速度があらかじめ定められた判定回転速度以上の場合には、アームの故障検出時にリレー制御部８によるリレー切り替え動作を、リレーのオンとオフを反転させる場合にオン制御を先行させ、オフ遅延時間経過後にオフ制御を実施することとしてもよい。判定回転速度は、実験によって最適値を求めることとしてもよい。
図９は、本実施の形態２に係る電力変換装置１のリレー制御部８によるリレー切り替え動作を示すフローチャートである。以下、図９に示すフローチャートを用いて、電力変換装置１のリレー制御部８によるリレー切り替え動作について、具体的に説明する。
リレー制御部８は、第一のリレー５、第三のリレー１５、第五のリレー１７をオンにして回転電機３へ電気的に接続している状態で、故障検出部９が第一のアーム８０から第三のアーム８２のいずれかのアームの故障を判定した場合を前提とする。ステップＳ２０９から処理を開始して、ステップＳ２１０では、故障検出部９が第一のアーム８０から第三のアーム８２のどの故障を検出しているかを判断する。第四のアーム８３は使用されていないので、故障対象から除外されている。
故障検出部９が第三のアーム８２の故障を検出している場合、ステップＳ２１１へと進む。第二のアーム８１の故障を検出している場合は、ステップＳ２１３へと進む。第一のアーム８０の故障を検出している場合は、ステップＳ２１５へと進む。
第三のアーム８２が故障している場合、ステップＳ２１１において、第六のリレー１８をオンにし、ステップＳ２１２へ進む。ステップＳ２１２では、故障したアームの外部接続点４４に接続された第五のリレー１７をオフし、コイル巻線から電気的に切り離して、ステップＳ２１９へ進み、リレーの切り替え処理を終了する。
第二のアーム８１が故障している場合、ステップＳ２１３において、他の故障していないアームの外部接続点４４に接続された第四のリレー１６から第六のリレー１８のオンとオフを切り替え（出力を反転させ）、ステップＳ２１４へ進む。ステップＳ２１４では、故障したアームの外部接続点４４に接続された第三のリレー１５をオフし、コイル巻線から電気的に切り離して、ステップＳ２１９へ進み、リレーの切り替え処理を終了する。
第一のアーム８０が故障している場合、ステップＳ２１５において、第二のリレー６から第六のリレー１８のオンとオフを切り替え（出力を反転させ）、ステップＳ２１６へ進む。ステップＳ２１６では、第一のリレー５をオフし、コイル巻線から電気的に切り離して、ステップＳ２１９へ進み、リレーの切り替え処理を終了する。
図１０は、図９に示したリレー制御部８のリレー切り替えと合わせて、電流制御部１０によるアームの駆動信号の切り替え時期の一例を示すタイムチャートである。以下、図１０に示すタイムチャートを用いて、電力変換装置１のリレー切り替え動作について、具体的に説明する。
図１０の時間ｔ１０において、故障検出部９が第一のアームの故障を検出し、検出した故障内容を故障検出部９の外部へ通知する。そして、故障検出部９が検出および通知した故障内容をリレー制御部８が受け取り、故障内容に応じたリレーの切り替え動作を実施する。時間ｔ１０における故障内容が第一のアームの故障であるため、リレー制御部８は、図８に示したフローチャートの処理に従い、時間ｔ１１において、第二から第六のリレーのオンとオフを切り替える。
リレー制御部８は、時間ｔ１２において、第一のリレー５をオンからオフに切り替え、リレーの切り替え動作を終了する。なお、ｔ１１からｔ１２までは、コイル巻線端子間短絡状態であり、回転電機３に回生ブレーキが発生するため、ｔ１１において該当するリレーのオンから先に実施した後、速やかに、オンからオフに切り替えるリレーをオフして回生ブレーキの発生を最小限にすることで、回転電機３の回転変動を最小限にすることができる。
電流制御部１０は、リレー制御部８のリレー切り替え動作が終了したのち、リレー制御部８による第一のリレー５から第六のリレー１８のオンとオフの状態にもとづいて、時間ｔ１３において、各アームのコイル端子への割り当てを更新し、駆動信号を切り替える。電力変換装置１は、時間ｔ１４から電流制御部１０は電流制御を再開する。すなわち電力変換装置１の電力変換動作が再び可能となる。
以上のように、実施の形態２では、実施の形態１と同様、直流電源２に接続され、スイッチング素子４で構成されるアームが回転電機３の巻線の相数Ｎに１加算したＮ＋１個設けられている。直流電源２の正極側に接続された正極側のスイッチング素子４と、直流電源２の負極側に接続された負極側のスイッチング素子４は、第一の配線４１で直列に接続されており、第一の配線４１に外部接続点４４が設けられている。並列に配置されたＮ＋１個のアームについて、隣接するアームの外部接続点４４が二個のリレーを介して第二の配線４２によって直列に接続されている。第二の配線４２の二個のリレーの間の部分に設けられた各々の出力点４５が、回転電機３の巻線の接続端子４６にそれぞれ第三の配線４３で接続された電力変換装置１である。各アームはリレーを経由して特定の一系統または二系統の巻線の接続端子４６のいずれかに給電可能であるので、各アームが冗長アームの機能を兼ね備え、異常が検出されたアームを切り離すと共に、リレーを切り替えて電力変換動作を継続することができる。
アームは、特定のコイル巻線の接続端子４６とのみ接続可能に切り替わると共に、リレーの切り替え状態に応じてアームの駆動信号を切り替えるので、切り替え先間違いを回避することができる。
スイッチング素子４で構成されるアームが冗長アームの機能を兼ね備え、二つのリレーを経由して回転電機３の異なる２系統の巻線の接続端子４６に選択的に給電可能な形態をしているので、リレーおよび冗長アームを含めた各相アームの標準化、モジュール化ができ、冗長アームの追加構成にかかるコストを低減することができる。
通常のアームが冗長アームの機能を兼ね備えるので、モジュール７のアームと回転電機３の巻線の接続端子４６との間の配線が交差することなく簡素にでき、電力変換装置１の小型化が可能となる。
さらに、各アームから回転電機３の巻線の接続端子４６への配線距離が等しくなるように配置することが可能であり、配線インピーダンスを合わせれば、アームの故障が発生した後においても電力変換装置の発熱、放射ノイズは変わることなく、コイル巻線間の電流干渉も発生なく、電力変換動作を継続することができる。
なお、図９では、リレー制御部８は、第一のリレー５、第三のリレー１５、第五のリレー１７をオンにして回転電機３へ電気的に接続している状態において、故障が発生した場合のリレー切り替え動作について説明したが、本実施の形態ではこれに限らず、第二のリレー６、第四のリレー１６、第六のリレー１８をオンにして回転電機３へ電気的に接続している状態において、故障が発生した場合でもリレー切り替え動作によって電力変換動作を継続することができる。すなわち、図９のフローチャートにおける第三のアーム８２を第二のアーム８１に置き換え、第二のアーム８１を第三のアーム８２に置き換え、第一のアーム８０を第四のアーム８３に置き換え、ステップＳ２１１の処理を第一のリレー５に置き換え、ステップＳ２１２の処理を第二のリレー６に置き替え、ステップＳ２１３の処理を第一のリレー５から第三のリレー１５に置き替え、ステップＳ２１４の処理を第二のリレー６に置き替え、ステップＳ２１５の処理を第一のリレー５から第五のリレー１７に置き換え、ステップＳ２１６の処理を第六のリレー１８に置き替えることで対応可能である。
リレー制御部８は、回転電機３のコイル巻線に誘起電流が流れている場合は、リレーの切り替え動作において、リレーのオンから先に実施するので、電流経路の断絶による誘起電圧の跳ね上がりを回避でき、リレー切り替えによる回転電機３の回転変動への影響を最小限にできる。コイル巻線電圧の計測により誘起電圧を検出する誘起電圧検出部を設け、誘起電圧を検出している場合には、リレー制御部８はリレーのオンとオフを反転させる場合にオン制御を先行させ、オフ遅延時間が経過してからオフ制御を実施することとしてもよい。また、回転電機３が高速回転しているときに、誘起電流が発生していると判断することもできるので、回転電機３の回転速度を回転速度検出器によって求め、回転速度が判定回転数以上の場合には、アームの故障検出時にリレー制御部８によるリレー切り替え動作を、リレーのオンとオフを反転させる場合にオン制御を先行させ、オフ遅延時間経過後にオフ制御を実施することとしてもよい。リレーのオンから先に実施するので、同様に、電流経路の断絶による誘起電圧の跳ね上がりを回避でき、リレー切り替えによる回転電機３の回転変動への影響を最小限にできる。
電力変換装置１は、回転電機３への給電中にスイッチング素子４の故障を検出した場合は、リレーの切り替え動作よりも先にアームの駆動を停止するので、リレーの切り替えによるアーム誤短絡を回避できる。特に、リレー制御部８が、同一の巻線端子に複数のアームを接続している場合に、電流制御部１０が電流制御を停止することは、アームの新たな故障を防止する上で意義が大きい。また、ここで、回転電機３の駆動装置としての電力変換装置１は、巻線に電流検出部を設けて巻線電流を検出し、電流フィードバック制御を行う場合が多い。この電流検出器で電流を検出している時に故障検出部９が故障を検出した場合も、電流制御部１０による電流制御、すなわちアームの駆動を停止し、その後、リレー制御部８がリレーのオン、オフ切り替えをする。そのようにすることで、アームの新たな故障を防止する上で意義が大きい。
３．実施の形態３
図１１は、実施の形態３による電力変換装置１の構成を示すブロック図である。実施の形態３の電力変換装置１は、第一のリレー５と、第二のリレー６と、第三のリレー１５と、第四のリレー１６と、第五のリレー１７と、第六のリレー１８と、スイッチング素子４と、リレー制御部８と、故障検出部９と、電流制御部１０とを備えて構成される。
先の実施の形態１の構成を示す図１と比較して、モジュール化する範囲が異なる。すなわち、図１１に示すモジュール７０は、スイッチング素子４を二つ直列に接続したアームが直流電源２に接続されると共に、アームを構成する二つのスイッチング素子４の外部接続点４４は二つのリレーを経由して回転電機３の異なる２系統の巻線の接続端子４６に接続されている。図１１では、第二のアーム８１と第二のリレー６と第三のリレー１５、および第三のアーム８２と第四のリレー１６と第五のリレー１７がそれぞれモジュール７０を形成している。
また、別のモジュール７１は、アームを二つ並列に備え、アームを構成する二つのスイッチング素子４の外部接続点４４は各々、独立していると共に、それぞれリレーを経由して回転電機３の異なる２系統の巻線の接続端子４６に接続されている。図１１では、第一のアーム８０と第四のアーム８３と第一のリレー５と第六のリレー１８がモジュール７１を形成している。
リレー制御部８と、故障検出部９と、電流制御部１０は図１と同じであるため、説明を省略する。
図１１に示す電力変換装置１では、回転電機３の巻線の接続端子数に合わせて必要数が増減するモジュール７０と、一つの別のモジュール７１を有する形を基本としている。回転電機の巻線の接続端子の増減に対して、モジュール７０を増減すればよいので、設計上および製造上の効率化が達成でき、費用削減にも貢献することができる。
４．実施の形態４
図１２は、実施の形態４に係る電力変換装置３１の構成を示す第一のブロック図である。図１３は、実施の形態４に係る電力変換装置３１の構成を示す第二のブロック図である。図１４は、実施の形態４に係る電力変換装置３１のスイッチング素子の故障検出時の第一のリレー切り替え動作を説明するフローチャートである。図１５は、実施の形態４に係る電力変換装置３１のスイッチング素子の故障検出時の第二のリレー切り替え動作を説明するフローチャートである。
図１２に、回転電機３３が二極の回転電機である場合の電力変換装置３１の構成を説明するブロック図を示す。二極の回転電機３３であっても、三極の場合と同様に、回転電機３３の巻線の相数Ｎ（図１２ではＮ＝２）に一加算した、Ｎ＋１個（図１２では３個）のアームが設けられている。直流電源２の正極側に接続された正極側のスイッチング素子４と、直流電源２の負極側に接続された負極側のスイッチング素子４は、第一の配線４１で直列に接続されており、第一の配線４１に外部接続点４４が設けられている。並列に配置されたＮ＋１個のアームについて、隣接するアームの外部接続点４４が二個のリレーを介して第二の配線４２によって直列に接続されている。第二の配線４２の二個のリレーの間の部分に設けられた各々の出力点４５が、回転電機３の巻線の接続端子４６にそれぞれ第三の配線４３で接続された電力変換装置３１である。各アームはリレーを経由して特定の一系統または二系統の巻線の接続端子４６のいずれかに給電可能であるので、各アームが冗長アームの機能を兼ね備え、異常が検出されたアームを切り離すと共に、リレーを切り替えて電力変換動作を継続することができる。
リレー制御部３８、故障検出部３９、電流制御部３０は、制御装置１０１の機能として記載されている。制御装置１０１は、実施の形態１から３に係る図１、３、１１に記載された制御装置１００と同様のハードウェア構成を取るものである。リレー制御部３８による、第一のリレー５から第四のリレー１６のオン、オフによって、第一のアーム８０から第三のアーム８２が回転電機３３の巻線端子に割り当てられる。
図１３に、電力変換装置３１の別の構成を示す第二のブロック図を示す。電気回路的には図１３と図１２は同等であるが、第一のアーム８０から第三のアーム８２の配置が異なる。図１３のように配置することで、モジュール７０と別のモジュール７１を用いて、先の実施の形態１および実施の形態２と同様の機能と効果を実現することができる。これらのモジュール７０、７１は実施の形態３に係る図１１に示したモジュールと同一の部品である。よって、電気回路部品のモジュール化によって、回転電機３３の端子が二端子であっても三端子であっても同じモジュールを使用できるので、標準化によって設計、製造の両面でコスト低減に貢献できる。
図１３では、第二のアーム８１と第二のリレー６と第三のリレー１５がモジュール７０を形成し、第一のアーム８０と第三のアーム８２と第一のリレー５と第四のリレー１６が別のモジュール７１を形成している。
図１４は、本実施の形態４に係る電力変換装置３１のうち、二極の回転電機３３を接続する図１２に示す構成を対象とし、リレー制御部３８によるリレー切り替え動作を示すフローチャートである。以下、図１４に示すフローチャートを用いて、電力変換装置３１のリレー制御部３８によるリレー切り替え動作について、具体的に説明する。
リレー制御部８は、第一のリレー５、第三のリレー１５をオンにして回転電機３３へ電気的に接続している状態で、故障検出部３９が故障を検出している状態を前提とする。ステップＳ２９９から始めて、ステップＳ３００では、故障検出部３９が第一のアーム８０、第二のアーム８１のいずれの故障を検出しているかを判断する。なお、第二のリレー６、第四のリレー１６はオフの状態である。
故障検出部９が、第二のアーム８１の故障を検出している場合、ステップＳ３０１へと進む。第一のアーム８０の故障を検出している場合、ステップＳ３０３へと進む。
第二のアーム８１の故障を検出している場合、ステップＳ３０１において、故障した第二のアーム８１の外部接続点４４に接続された第三のリレー１５をオフし、コイル巻線から電気的に切り離し、ステップＳ３０２へ進む。ステップＳ３０２では、他の故障していないアームの外部接続点４４に接続された第一のリレー５および、第四のリレー１６のオンとオフを切り替え、ステップＳ３０９へ進み、リレーの切り替え処理を終了する。
第一のアーム８０の故障を検出している場合、ステップＳ３０３において、第一のリレー５をオフし、コイル巻線から電気的に切り離し、ステップＳ３０４へ進む。ステップＳ３０４では、第二のリレー６から第四のリレー１６のオンとオフを切り替え、ステップＳ３０９へ進み、リレーの切り替え処理を終了する。
また、図１４に示したリレー制御部３８のリレー切り替えと合わせて、電流制御部３０によるアームの駆動信号の切り替え時期の一例を示すタイムチャートは図６と同じであるため説明を省略する。
さらに、コイル巻線に誘起電流があってもよく、前述の図８に示す回転電機３３のコイル巻線に誘起電流が流れている場合のリレー切り替え動作を適用すると共に、図１５に示すフローチャートのリレー制御部３８のリレー切り替えによって同様の効果を得ることができる。
図１５は、本実施の形態４に係る電力変換装置３１のうち、二極の回転電機３３を接続する図１３に示す構成を対象とし、回転電機３３のコイル巻線に誘起電流が流れている場合のリレー制御部８によるリレー切り替え動作を示すフローチャートである。以下、図１５に示すフローチャートを用いて、電力変換装置３１のリレー制御部３８によるリレー切り替え動作について、具体的に説明する。
リレー制御部８は、第一のリレー５、第三のリレー１５をオンにして回転電機３へ電気的に接続している状態において、故障検出部３９が、第一のアーム８０または第二のアーム８１の故障を判定している場合を前提としている。ステップＳ３９９から始めて、ステップＳ４００では、故障検出部９が第一のアーム８０と第二のアーム８１のどちらの故障を検出しているかを判断する。なお、第三のアーム８２は使用されていないので、対象から除外されている。故障検出部３９が故障を検出しているのが、第二のアーム８１であれば、ステップＳ４０１へと進む。故障を検出しているのが、第一のアーム８０であれば、ステップＳ４０３へと進む。
故障したのが、第二のアーム８１の場合は、ステップＳ４０１において、他の故障していないアームの外部接続点４４に接続された第一のリレー５、第四のリレー１６のオンとオフを反転切り換えし、ステップＳ４０２へ進む。ステップＳ４０２では、故障した第二のアーム８１の外部接続点４４に接続された第三のリレー１５をオフし、コイル巻線から電気的に切り離して、ステップＳ４０９へ進み、リレーの切り替え処理を終了する。故障したのが、第一のアーム８０の場合は、ステップＳ４０３において、第二のリレー６から第四のリレー１６のオンとオフを反転切り替えし、ステップＳ４０４へ進む。ステップＳ４０４では、第一のリレー５をオフし、コイル巻線から電気的に切り離して、ステップＳ４０９へ進み、リレーの切り替え処理を終了する。
また、図１５に示したリレー制御部３８のリレー切り替えと合わせて、電流制御部３０によるアームの駆動信号の切り替え時期の一例を示すタイムチャートは図１０と同じであるため説明を省略する。
以上のように、実施の形態４では、二つのリレーを経由して特定の一ないし二系統の前記コイルの接続端子４６のいずれかに給電可能なので、通常使用するアームが冗長アームの機能を兼ね備えることとなる。異常が検出されたアームを切り離すと共に、リレーを切り替えて予備となっていた冗長アームとして待機していたアームを接続して電力変換動作を継続することができる。
アームは、特定のコイル巻線端子とのみ切り替わると共に、リレーの切り替え状態に応じてアームの駆動信号を切り替えるので、切り替え先間違いを回避することができる。
スイッチング素子４で構成されるアームが冗長アームの機能を兼ね備え、二つのリレーを経由して回転電機３の異なる２系統のコイル巻線端子に給電する形態をしているので、リレーおよび冗長アームを含めた各相アームの標準化、モジュール化ができ、冗長アームの追加構成にかかるコストを低減することができる。特に本実施の形態のアームは回転電機３３が二極であっても適用できるので、回転電機３３の構成に係らず、各相アームの標準化、モジュール化ができ、冗長アームの追加構成にかかるコストを、より低減することができる。
アームが冗長アームの機能を兼ね備えるので、モジュールのアームと回転電機３３のコイル巻線端子との間の配線が交差することなく簡素にでき、電力変換装置３１の小型化が可能となる。
さらに、各アームから回転電機３３のコイル巻線端子への配線距離が等しくなるように配置することが可能であり、配線インピーダンスを合わせれば、アームの故障が発生した後においても電力変換装置の発熱、放射ノイズは変わることなく、コイル巻線間の電流干渉も発生なく、電力変換動作を継続することができる。
なお、図１４および図１５では、リレー制御部８は、第一のリレー５、第三のリレー１５をオンにして回転電機３３へ電気的に接続している状態において、故障が発生した場合のリレー切り替え動作について説明したが、本実施の形態ではこれに限らず、第二のリレー６、第四のリレー１６をオンにした回転電機３３へ電気的に接続している状態において、故障が発生した場合でもリレー切り替え動作によって電力変換動作を継続することができる。すなわち、図１４のフローチャートにおける第一のアーム８０を第三のアーム８２に置き換え、ステップＳ３０１の処理を第二のリレー６に置き換え、ステップＳ３０３の処理を第四のリレー１６に置き替えることで対応可能である。
また、図１５のフローチャートにおける第一のアーム８０を第三のアーム８２に置き換え、ステップＳ４０２の処理を第二のリレー６に置き換え、ステップＳ４０４の処理を第四のリレー１６に置き替えることで対応可能である。
リレー制御部３８は、回転電機３３のコイル巻線に誘起電流が流れている場合は、リレーの切り替え動作において、リレーのオンから先に実施するので、電流経路の断絶による誘起電圧の跳ね上がりを回避でき、リレー切り替えによる回転電機３３の回転変動への影響を最小限にできる。
電力変換装置３１は、回転電機３３への給電中にスイッチング素子４の故障を検出した場合は、リレーの切り替え動作よりも先にアームの駆動を停止するので、リレーの切り替えによるアーム誤短絡を回避できる。
５．実施の形態５
図１６は、実施の形態５に係る電力変換装置１のアーム駆動信号切り替え部の構成を示す概略ブロック図である。図１７は、実施の形態５に係る電力変換装置１のアーム駆動信号切り替え部の構成を示すブロック図である。図１８は、実施の形態５に係る電力変換装置のスイッチング素子の故障検出時の動作を説明するタイムチャートである。
先述の実施の形態１から実施の形態４では、アームの故障によるリレーの切り替えにおいて、電流制御部１０がアームの駆動信号の切り替えも実施していたが、本実施の形態ではこれに限らず、よりモジュール７に近い箇所でアームの駆動信号を切り替えることできる。本実施の形態５における電力変換装置１の構成は、先述の図１の構成に加え、図１６に示すように、電流制御部１０とモジュール７との間にアーム駆動信号切り替え部２０を備える。
アーム駆動信号切り替え部２０は、電流制御部１０が出力するアームの駆動信号をモジュール７に伝達して、モジュール７のアームを構成するスイッチング素子４のゲートを駆動する機能を有する。また、アーム駆動信号切り替え部２０は、リレー制御部８のリレー切り替え動作に応じて、アームの駆動信号の伝達先を変更する役割を担うものである。アーム駆動信号切り替え部２０としては、たとえば、図１７のような構成が考えられる。図１７において、アーム駆動信号切り替え部２０は、ゲート駆動回路２１とレベルシフタ２２とセレクタ２３とを備える。
ゲート駆動回路２１は、スイッチング素子４のゲートを駆動する回路であり、具体的な構成および、方法については種々提案されており、それらの技術が適用できるため、ここでは説明を省略する。レベルシフタ２２は、アームの駆動信号の電圧レベルを変換してゲート駆動回路２１に伝達する機能を有しており、具体的な構成および、方法については種々提案されており、それらの技術が適用できるため、ここでは説明を省略する。
セレクタ２３は、二つの異なるコイル巻線に対するアームの駆動信号を入力とし、リレー制御部８のリレー切り替え動作に応じて、どちらか一方のコイル巻線に対するアームの駆動信号をモジュール７のアームに伝達する機能を有する。なお、図１７において、第一のアーム８０、第四のアーム８３は、１系統のコイル巻線のみに給電するのでセレクタは不要であるが、第一のアーム８０、第四のアーム８３にもセレクタ２３を設け、セレクタ２３の入力信号の一方を駆動信号オフにすることで、セレクタ２３の切り替え制御信号によってアームの駆動をオフすることができる。また、セレクタ２３にスリーステート機能を持たせ、アームの故障に応じでセレクタ２３の出力をハイインピーダンスにして、アームの駆動信号を遮断することも可能である。
セレクタ２３の切り替え制御信号は、たとえば、電流制御部１０、リレー制御部８から入力される方法、アーム駆動信号切り替え部２０内にマイコン、ＡＳＩＣを設け、セレクタ２３を制御してもよい。
図１８は、図９に示したリレー制御部８のリレー切り替えと合わせて、アーム駆動信号切り替え部２０によるアームの駆動信号の切り替え時期の一例を示すタイムチャートである。以下、図１８に示すタイムチャートを用いて、電力変換装置１のリレー切り替え動作について、具体的に説明する。
図１８の時間ｔ２０において、故障検出部９が第一のリレー５のみを有するアームの故障を検出し、検出した故障内容を故障検出部９の外部へ通知する。そして、故障検出部９が検出および、通知した故障内容をリレー制御部８が受け取り、故障内容に応じたリレーの切り替え動作を実施する。
時間ｔ２０における故障内容が第一のアームの故障であるため、リレー制御部８は、図５に示したフローチャートの処理に従い、時間ｔ２１において、第二のリレー６から第六のリレー１８のオンとオフを反転させる。リレー制御部８は、時間ｔ２２において、第一のリレー５をオンからオフに切り替え、リレーの切り替え動作を終了する。なお、時間ｔ２１から時間ｔ２２までは、コイル巻線端子間短絡状態であり、回転電機３に回生ブレーキが発生するため、時間ｔ２１において該当するリレーをオンから先に実施した後、速やかに、オンからオフに切り替えるリレーをオフして回生ブレーキの発生を最小限にすることで、回転電機３の回転変動を最小限にすることができる。
アーム駆動信号切り替え部２０は、リレー制御部８のリレー切り替え動作が終了したのち、リレー制御部８による第一のリレー５から第六のリレー１８のオンとオフの状態にもとづいて、時間ｔ２３において、各アームの駆動信号をセレクタ２３によって切り替える。図１８では、セレクタ２３によって、第一のアームの駆動信号がオフし、第二のアームの駆動信号が回転電機３のＶ相のコイルからＵ相のコイルに対するアームの駆動信号に切り替わり、第三のアームの駆動信号が回転電機３のＷ相のコイルからＶ相のコイルに対するアームの駆動信号に切り替わり、第四のアームの駆動信号がオフから回転電機３のＷ相のコイルに対するアームの駆動信号に切り替わる例を示している。そして、電力変換装置１は、時間ｔ２４から電力変換動作が再び可能となる。
以上のように、実施の形態５では、直流電源に接続され、スイッチング素子で構成されるアームを、回転電機のコイル巻線端子数に一を加算した数備え、並列に並べられたアームの外部接続点４４のうち、隣接する外部接続点４４を二つのリレーを直列に設けて接続し、二つのリレーの間の出力点をコイル巻線端子に接続したものである。三個のアームのうちの二個を使用して給電するので、各アームが冗長アームの機能を兼ね備え、異常が検出されたアームを切り離すと共に、リレーを切り替えて電力変換動作を継続することができる。
アームは、特定のコイル巻線端子とのみ切り替わると共に、リレーの切り替え状態に応じてアームの駆動信号を切り替えるので、切り替え先間違いを回避することができる。
スイッチング素子４で構成されるアームが冗長アームの機能を兼ね備え、二つのリレーを経由して異なる２系統の前記コイル巻線端子に給電する形態をしているので、リレーおよび冗長アームを含めた各相アームの標準化、モジュール化ができ、冗長アームの追加構成にかかるコストを低減することができる。
アームが冗長アームの機能を兼ね備えるので、モジュール７のアームと回転電機３のコイル巻線端子との間の配線が交差することなく簡素にでき、電力変換装置１の小型化が可能となる。
さらに、各アームから回転電機３のコイル巻線端子への配線距離が等しくなるように配置することが可能であり、配線インピーダンスを合わせれば、アームの故障が発生した後においても電力変換装置の発熱、放射ノイズは変わることなく、コイル巻線間の電流干渉も発生なく、電力変換動作を継続することができる。
リレー制御部８は、回転電機３のコイル巻線に誘起電流が流れている場合は、リレーの切り替え動作において、リレーのオンから先に実施するので、電流経路の断絶による誘起電圧の跳ね上がりを回避でき、リレー切り替えによる回転電機３の回転変動への影響を最小限にできる。
電力変換装置１は、回転電機３への給電中にスイッチング素子４の故障を検出した場合は、リレーの切り替え動作よりも先にアームの駆動を停止するので、リレーの切り替えによるアーム誤短絡を回避できる。
６．実施の形態６
図１９は、実施の形態６に係る電力変換装置１のアーム駆動信号切り替え部２０の構成を示すブロック図である。図２０は、実施の形態６に係る電力変換装置１のスイッチング素子の故障検出時の動作を説明するタイムチャートである。
実施の形態５では、アームの故障によるリレーの切り替えにおいて、アーム駆動信号切り替え部２０のレベルシフタ２２の入力前にアームの駆動信号を切り替える方法を説明した。これに限らず、ゲート駆動回路２１とモジュール７との間で切り替えてもよい。
本実施の形態６における電力変換装置１の構成は、先述の図１の構成に加え、図１６に示すように、電流制御部１０とモジュール７との間にアーム駆動信号切り替え部２０を備える。アーム駆動信号切り替え部２０は、電流制御部１０が出力するアームの駆動信号をモジュール７に伝達して、モジュール７のアームを構成するスイッチング素子４のゲートを駆動する機能を有する。
また、アーム駆動信号切り替え部２０は、リレー制御部８のリレー切り替え動作に応じて、アームの駆動信号の伝達先を変更する役割を担うものである。アーム駆動信号切り替え部２０としては、たとえば、図１９のような構成が考えられる。
図１９において、アーム駆動信号切り替え部２０は、ゲート駆動回路２１とレベルシフタ２２とゲート信号遮断切り替え部２４とを備える。ゲート駆動回路２１は、スイッチング素子４のゲートを駆動する回路であり、具体的な構成および、方法については種々提案されており、それらの技術が適用できるため、ここでは説明を省略する。
レベルシフタ２２は、アームの駆動信号の電圧レベルを変換してゲート駆動回路２１に伝達する機能を有しており、具体的な構成および、方法については種々提案されており、それらの技術が適用できるため、ここでは説明を省略する。ゲート信号遮断切り替え部２４は、電力変換装置１の異常に応じた対策を目的として、ゲート信号を遮断する機能を有し、モジュール７のアームを構成するスイッチング素子４のゲート駆動信号を遮断するゲート遮断部２５が設けられている。
ゲート遮断部２５としては、たとえば、先述の図２に示したように、機械式リレー、ＭＯＳ−ＦＥＴによる半導体リレーが考えられる。ゲート遮断部２５の導通遮断制御は、電力変換装置１の外部の上位コントローラ、あるいは、電力変換装置１の内部に設けたサブマイコン、ＡＳＩＣが電力変換装置１の電力変換動作を監視し、電力変換動作の異常を検出すればゲート遮断部２５がゲート信号を遮断する。
また、ゲート信号遮断切り替え部２４は、回転電機３の二つの異なるコイル巻線に対するアームのスイッチング素子４のゲート駆動信号を入力とし、リレー制御部８のリレー切り替え動作に応じて、どちらか一方のコイル巻線に対するアームのスイッチング素子４のゲート駆動信号をモジュール７のアームに伝達する機能を有する。ゲート信号遮断切り替え部２４の切り替え制御信号は、たとえば、電流制御部１０、リレー制御部８から入力される方法、アーム駆動信号切り替え部２０内にサブマイコン、ＡＳＩＣを設け、ゲート信号遮断切り替え部２４を制御してもよい。
図２０は、図９に示したリレー制御部８のリレー切り替えと合わせて、アーム駆動信号切り替え部２０によるアームのスイッチング素子４のゲート駆動信号の切り替え時期の一例を示すタイムチャートである。以下、図２０に示すタイムチャートを用いて、電力変換装置１のリレー切り替え動作について、具体的に説明する。
図２０の時間ｔ３０において、故障検出部９が第一のアームの故障を検出し、検出した故障内容を故障検出部９が外部ヘ通知する。そして、故障検出部９が検出および、通知した故障内容をリレー制御部８が受け取り、故障内容に応じたリレーの切り替え動作を実施する。時間ｔ３０における故障内容が第一のアームの故障であるため、リレー制御部８は、図９に示したフローチャートの処理に従い、時間ｔ３１において、第二から第六のリレー制御部のオンとオフを切り替える。
リレー制御部８は、時間ｔ３２において、第一のリレー５をオンからオフに切り替え、リレーの切り替え動作を終了する。なお、時間ｔ３１から時間ｔ３２までは、コイル巻線端子間短絡状態であり、回転電機３に回生ブレーキが発生するため、時間ｔ３１において該当するリレーをオンから先に実施した後、速やかに、オンからオフに切り替えるリレーをオフして回生ブレーキの発生を最小限にすることで、回転電機３の回転変動を最小限にすることができる。
アーム駆動信号切り替え部２０は、リレー制御部８のリレー切り替え動作が終了したのち、リレー制御部８による第一のリレー５から第六のリレー１８のオンとオフの状態にもとづいて、時間ｔ３３において、各アームのスイッチング素子４のゲート駆動信号をゲート信号遮断切り替え部２４によって切り替える。
図２０では、ゲート信号遮断切り替え部２４によって、第一のアームのゲート駆動信号が遮断され、第二のアームのゲート駆動信号が回転電機３のＶ相のコイルからＵ相のコイルに対するアームのゲート駆動信号に切り替わり、第三のアームのゲート駆動信号が回転電機３のＷ相のコイルからＶ相のコイルに対するアームのゲート駆動信号に切り替わり、第四のアームのゲート駆動信号が遮断状態から回転電機３のＷ相のコイルに対するアームのゲート駆動信号に切り替わる例を示している。そして、電力変換装置１は、時間ｔ２４から電力変換動作が再び可能となる。また、ゲート信号遮断切り替え部２４をモジュール７の近傍に配置すれば、アームのゲート駆動信号の配線長の変更を最小限にでき、ゲート配線の切り替えによるゲート立ち上がり時間および、立ち下がり時間の変動を最小限にできる。
以上のように、実施の形態６では、直流電源に接続され、スイッチング素子で構成されるアームの外部接続点４４がリレーを介して回転電機のコイル巻線端子に接続されたアームを回転電機の巻線端子数よりも一つ少ない個数備える電力変換装置であって、二つのリレーを経由して異なる２系統の前記コイル巻線端子に給電するので、各アームが冗長アームの機能を兼ね備え、異常が検出されたアームを切り離すと共に、リレーを切り替えて電力変換動作を継続することができる。
アームは、特定のコイル巻線端子とのみ切り替わると共に、リレーの切り替え状態に応じてアームの駆動信号を切り替えるので、切り替え先間違いを回避することができる。
スイッチング素子４で構成されるアームが冗長アームの機能を兼ね備え、第一のリレー５および、第二のリレー６を経由して異なる２系統の前記コイル巻線端子に給電する形態をしているので、リレーおよび冗長アームを含めた各相アームの標準化、モジュール化ができ、冗長アームの追加構成にかかるコストを低減することができる。アームが冗長アームの機能を兼ね備えるので、モジュール７のアームと回転電機３のコイル巻線端子との間の配線が交差することなく簡素にでき、電力変換装置１の小型化が可能となる。
さらに、各アームから回転電機３のコイル巻線端子への配線距離が等しくなるように配置することが可能であり、配線インピーダンスを合わせれば、アームの故障が発生した後においても電力変換装置の発熱、放射ノイズは変わることなく、コイル巻線間の電流干渉も発生なく、電力変換動作を継続することができる。
リレー制御部８は、回転電機３のコイル巻線に誘起電流が流れている場合は、リレーの切り替え動作において、リレーのオンから先に実施するので、電流経路の断絶による誘起電圧の跳ね上がりを回避でき、リレー切り替えによる回転電機３の回転変動への影響を最小限にできる。電力変換装置１は、回転電機３への給電中にスイッチング素子４の故障を検出した場合は、リレーの切り替え動作よりも先にアームの駆動を停止するので、リレーの切り替えによるアーム誤短絡を回避できる。
以上、説明した電力変換装置１は、各アームと直流電源２との間にそれぞれヒューズを入れる構成であってもよい。もしアームが短絡故障した場合であっても、ヒューズによって、故障が発生したアームの短絡電流経路のみを遮断するので、短絡電流遮断後は、残ったアームで電力変換動作を継続することができる。
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、一つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも一つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも一つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
１ 電力変換装置、２ 直流電源、３、３３ 回転電機、４ スイッチング素子、５ 第一のリレー、６ 第二のリレー、７、７０、７１ モジュール、８ リレー制御部、９ 故障検出部、１０ 電流制御部、１１ 機械接点部、１２ 制御端子、１５ 第三のリレー、１６ 第四のリレー、１７ 第五のリレー、１８ 第六のリレー、２０ アーム駆動信号切り替え部、２１ ゲート駆動回路、 ２２ レベルシフタ、２３ セレクタ、２４ ゲート信号遮断切り替え部、２５ ゲート遮断部、４０ ＭＯＳ−ＦＥＴ、４１ 第一の配線、４２ 第二の配線、４３ 第三の配線、４４ 外部接続点、４５ 出力点、４６ 接続端子、８０ 第一のアーム、８１ 第二のアーム、８２ 第三のアーム、８３ 第四のアーム、１００、１０１ 制御装置

Claims (29)

  1. 各相の接続端子を有する回転電機の複数相の巻線と、
    直流電源の正極側に接続される正極側スイッチング素子と、前記直流電源の負極側に接続される負極側スイッチング素子と、前記正極側のスイッチング素子と前記負極側のスイッチング素子を直列に接続し外部接続点が設けられた第一の配線とを有した、前記巻線の相数Ｎに１を加算したＮ＋１個のアームと、
    前記Ｎ＋１個のアームに順番に番号を付けた場合において、隣り合う番号の二つの前記アームの前記外部接続点の間のそれぞれに、二つずつ設けられた２Ｎ個のリレーと、
    前記隣り合う番号の二つの前記アームの前記外部接続点の間を前記二つのリレーを直列に介してそれぞれ接続する第二の配線と、
    前記第二の配線の、前記直列に接続された二つのリレーの間の部分に設けられた出力点と、前記各相の接続端子とを接続する第三の配線と、
    前記各相の前記接続端子ごとに一つの前記アームの前記外部接続点が接続されるように前記２Ｎ個のリレーをオンオフするリレー制御部とを備えた電力変換装置。
  2. 前記アームの前記外部接続点は、それぞれ前記巻線の特定の１または２の前記接続端子のいずれかが給電先として接続可能となる請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 前記アームの故障を検出する故障検出部を備え、
    前記リレー制御部は、前記故障検出部が故障を検出したアームの前記外部接続点に直接つながるリレーをオフし、正常なアームの前記外部接続点を前記巻線の前記接続端子にそれぞれ接続するようにリレーをオンまたはオフする請求項１または２に記載の電力変換装置。
  4. 四個の前記アームと、六個の前記リレーを備え、
    第一のアームの前記外部接続点と第二のアームの前記外部接続点とは第一のリレーと第二のリレーとを介して直列に接続され、
    前記第二のアームの前記外部接続点と第三のアームの前記外部接続点とは第三のリレーと第四のリレーとを介して直列に接続され、
    前記第三のアームの前記外部接続点と第四のアームの前記外部接続点とは第五のリレーと第六のリレーとを介して直列に接続され、
    前記第一のリレーと前記第二のリレーを接続する配線上の第一の出力点に前記回転電機の第一の前記巻線の前記接続端子が接続され、
    前記第三のリレーと前記第四のリレーを接続する配線上の第二の出力点に前記回転電機の第二の前記巻線の前記接続端子が接続され、
    前記第五のリレーと前記第六のリレーを接続する配線上の第三の出力点に前記回転電機の第三の前記巻線の前記接続端子が接続された請求項１から３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  5. 前記第一のアームと前記第二のアームと前記第一から前記第三のリレーをモジュール化し、
    前記第三のアームと前記第四のアームと前記第四から前記第六のリレーをモジュール化した請求項４に記載の電力変換装置。
  6. 前記第一のアームと前記第四のアームと前記第一のリレーと前記第六のリレーをモジュール化し、
    前記第二のアームと前記第三のアームと前記第二から前記第五のリレーをモジュール化した請求項４に記載の電力変換装置。
  7. 前記アームの故障を検出する故障検出部を備え、
    前記第一のリレーと前記第三のリレーと前記第五のリレーをオンにして前記回転電機の前記巻線に接続した状態において、前記故障検出部が前記第三のアームの故障を検出した場合、前記リレー制御部は前記第五のリレーをオフし、前記第六のリレーをオンする請求項４から６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  8. 前記アームの故障を検出する故障検出部を備え、
    前記第二のリレーと前記第四のリレーと前記第六のリレーをオンにして前記回転電機の前記巻線に接続した状態において、前記故障検出部が前記第二のアームの故障を検出した場合、前記リレー制御部は前記第二のリレーをオフし前記第一のリレーをオンする請求項４から６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  9. 前記アームの故障を検出する故障検出部を備え、
    前記第一のリレーと前記第三のリレーと前記第五のリレーをオンにして前記回転電機の前記巻線に接続した状態において、前記故障検出部が前記第二のアームの故障を検出した場合、前記リレー制御部は前記第三のリレーをオフし、前記第四から前記第六のリレーのオンとオフを反転する請求項４から６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  10. 前記アームの故障を検出する故障検出部を備え、
    前記第二のリレーと前記第四のリレーと前記第六のリレーをオンにして前記回転電機の前記巻線に接続した状態において、前記故障検出部が前記第三のアームの故障を検出した場合、前記リレー制御部は前記第四のリレーをオフし、第一から前記第三のリレーのオンとオフを反転する請求項４から６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  11. 前記アームの故障を検出する故障検出部を備え、
    前記第一のリレーと前記第三のリレーと前記第五のリレーをオンにして前記回転電機の前記巻線に接続した状態において、前記故障検出部が前記第一のアームの故障を検出した場合、前記リレー制御部は前記第一のリレーをオフし、前記第二から前記第六のリレーのオンとオフを反転する請求項４から６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  12. 前記アームの故障を検出する故障検出部を備え、
    前記第二のリレーと前記第四のリレーと前記第六のリレーをオンにして前記回転電機の前記巻線に接続した状態において、前記故障検出部が前記第四のアームの故障を検出した場合、前記リレー制御部は前記第六のリレーをオフし、前記第一から前記第五のリレーのオンとオフを反転する請求項４から６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  13. 前記アームの前記外部接続点から前記巻線の前記接続端子までの配線距離は、それぞれ同じである請求項１から１２のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  14. 前記正極側スイッチング素子と前記負極側スイッチング素子を駆動して前記巻線に流れる電流を制御する電流制御部を備え、
    前記リレー制御部が同一の前記巻線の前記接続端子に複数のアームの前記外部接続点を接続している場合は、前記電流制御部は電流制御を停止する請求項１から１３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  15. 前記リレー制御部は、複数の前記リレーのオンとオフを反転させる場合に、オフ制御を先行させオン遅延時間経過後にオン制御を実施する請求項３および７から１２のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  16. 前記巻線の誘起電圧を検出する誘起電圧検出部を備え、
    前記リレー制御部は、前記リレーのオンとオフを反転させる場合に、前記誘起電圧検出部が誘起電圧を検出している時は、オン制御を先行させオフ遅延時間経過後にオフ制御を実施する請求項３および７から１２のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  17. 前記回転電機の回転速度を検出する回転検出部を備え、
    前記リレー制御部は、前記リレーのオンとオフを反転させる場合に、前記回転速度に応じて、オン制御を先行させオフ遅延時間経過後にオフ制御を実施する請求項３および７から１２のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  18. 前記リレー制御部は、前記リレーのオンとオフを反転させる場合に、前記回転速度が判定回転速度以上の場合に、オン制御を先行させオフ遅延時間経過後にオフ制御を実施する請求項１７に記載の電力変換装置。
  19. 前記リレーが機械式リレーである請求項１から１８のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  20. 前記リレーが半導体スイッチである請求項１から１８のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  21. 前記半導体スイッチは、寄生ダイオードが逆方向となる二つの金属酸化膜半導体電界効果トランジスタである請求項２０に記載の電力変換装置。
  22. 前記金属酸化膜半導体電界効果トランジスタは、炭化ケイ素または窒化ガリウムを用いた材料によるワイドバンドギャップ半導体である請求項２１に記載の電力変換装置。
  23. 前記巻線に流れる電流を検出する電流検出部と、
    前記正極側スイッチング素子と前記負極側スイッチング素子を駆動して前記巻線に流れる電流を制御する電流制御部を備え、
    前記電流検出部が電流を検出している時に前記故障検出部が故障を検出した場合は、前記電流制御部による電流制御を停止した後に前記リレー制御部がリレーのオンとオフを切り替える請求項３および７から１２、１７および１８のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  24. 前記正極側スイッチング素子と前記負極側スイッチング素子を駆動して前記巻線に流れる電流を制御する電流制御部を備え、
    前記リレー制御部がリレーのオンとオフを切り替えた場合、前記電流制御部は接続先変更後の前記巻線の前記接続端子に対応する前記アームの駆動信号を切り替える請求項３および７から１２、１７、１８および２３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  25. 前記正極側スイッチング素子と前記負極側スイッチング素子を駆動して前記巻線に流れる電流を制御する電流制御部と、
    前記電流制御部と前記アームとの間に設置され、前記リレー制御部のリレーのオンとオフの切り替えに応じて前記電流制御部と前記アームの接続先を切り替えるアーム駆動信号切り換え部とを備え、
    前記アーム駆動信号切り換え部は、前記リレー制御部がリレーのオンとオフを切り替えたことを検出して、前記巻線の前記接続端子の接続先に合わせて、前記電流制御部と前記アームの接続先を切り替える請求項３および７から１２、１７、１８および２３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  26. 前記アーム駆動信号切り換え部は、前記電流制御部と前記アームの接続先を切り替えるゲート駆動回路を有し、
    前記アーム駆動信号切り換え部は、前記リレー制御部がリレーのオンとオフを切り替えたことを検出して、前記巻線の前記接続端子の接続先に合わせて、前記電流制御部と前記アームの接続先をゲート駆動回路によって切り替える請求項２５項に記載の電力変換装置。
  27. 前記アーム駆動信号切り換え部は、前記電流制御部と前記アームの接続先を遮断または切り替えるゲート駆動回路と、を有し、
    前記アーム駆動信号切り換え部は、前記リレー制御部がリレーのオンとオフを切り替えたことを検出して、前記巻線の前記接続端子の接続先に合わせて、前記電流制御部と前記アームの接続先をゲート駆動回路によって遮断しまたは切り替える請求項２５項に記載の電力変換装置。
  28. 三個の前記アームと、四個の前記リレーを備え、
    第一のアームの前記外部接続点と第二のアームの前記外部接続点とは第一のリレーと第二のリレーとを介して直列に接続され、
    前記第二のアームの前記外部接続点と第三のアームの前記外部接続点とは第三のリレーと第四のリレーとを介して直列に接続され、
    前記第一のリレーと前記第二のリレーを接続する配線上の第一の出力点に前記回転電機の第一の前記巻線の前記接続端子が接続され、
    前記第三のリレーと前記第四のリレーを接続する配線上の第二の出力点に前記回転電機の第二の前記巻線の前記接続端子が接続された請求項１から３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  29. 前記第一と前記第三のアームと前記第一と前記第四のリレーとをモジュール化し、
    前記第二のアームと前記第二と前記第三のリレーとをモジュール化した請求項２８に記載の電力変換装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6277875A (ja) * 1985-09-30 1987-04-10 Toshiba Corp インバ−タ装置
JPH0541345U (ja) * 1991-10-25 1993-06-01 東芝システムテクノロジー株式会社 交直変換装置
JP5569626B1 (ja) 2013-06-17 2014-08-13 日本精工株式会社 モータ制御装置、これを使用した電動パワーステアリング装置及び車両
CN104578865B (zh) * 2015-01-14 2017-07-21 东南大学 一种三电平四桥臂t型容错变流器及其控制方法
CN104753382A (zh) * 2015-04-10 2015-07-01 东南大学 一种电动车辆用双电源五相开绕组系统故障容错逆变器电路
CA3006344C (en) * 2015-11-13 2024-01-02 Marquette University A fault-tolerant topology for multilevel t-type converters
CN105577071B (zh) * 2015-12-27 2018-09-07 中国科学院电工研究所 一种三相交流电机驱动系统
CN207884512U (zh) * 2017-12-19 2018-09-18 河南森源重工有限公司 集成驱动充电功能的三相逆变电路、装置与汽车
CN108768198A (zh) * 2018-03-09 2018-11-06 中南大学 一种应用于并网微网的冗余结构容错逆变器及其控制策略
CN108809203A (zh) * 2018-06-21 2018-11-13 济南大学 一种三相交流电机缺相故障后的容错控制方法

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