(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024163788
(43)【公開日】2024-11-22
(54)【発明の名称】駆動システム
(51)【国際特許分類】
H02P 25/22 20060101AFI20241115BHJP
H02P 23/06 20160101ALI20241115BHJP
B60L 7/24 20060101ALN20241115BHJP
B60L 9/18 20060101ALN20241115BHJP
B60L 15/20 20060101ALN20241115BHJP
B60L 50/60 20190101ALN20241115BHJP
B60L 58/12 20190101ALN20241115BHJP
【ＦＩ】
H02P25/22
H02P23/06
B60L7/24 Z
B60L9/18 P
B60L15/20 Z
B60L50/60
B60L58/12
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023079669
(22)【出願日】2023-05-12
(71)【出願人】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(71)【出願人】
【識別番号】598076591
【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100120031
【弁理士】
【氏名又は名称】宮嶋 学
(74)【代理人】
【識別番号】100107582
【弁理士】
【氏名又は名称】関根 毅
(74)【代理人】
【識別番号】100118843
【弁理士】
【氏名又は名称】赤岡 明
(72)【発明者】
【氏名】真木 康次
(72)【発明者】
【氏名】奥村 廉
【テーマコード（参考）】
5H125
5H505
【Ｆターム（参考）】
5H125AA01
5H125AC12
5H125BA00
5H125BB07
5H125CA01
5H125CB03
5H125EE27
5H125EE42
5H125EE44
5H125FF01
5H505AA19
5H505CC04
5H505CC05
5H505CC09
5H505EE48
5H505HA05
5H505HB01
5H505HB05
5H505LL60
5H505MM13
(57)【要約】
【課題】本発明の実施形態は、コストを抑えつつも信頼性が高く、電気部品の故障に対して冗長化された駆動システムを提供する。
【解決手段】本実施形態に係る駆動システムは、複数の巻線を備える多巻線モータの各巻線にそれぞれ接続される複数のインバータを備える。前記複数のインバータは少なくとも、逆流不可能な第１電力供給源から電力を供給され、前記多巻線モータの第１巻線に接続される第１インバータと、逆流可能な第２電力供給源から電力を供給され、前記多巻線モータの第２巻線に接続される第２インバータとを備える。
【選択図】図１
【解決手段】本実施形態に係る駆動システムは、複数の巻線を備える多巻線モータの各巻線にそれぞれ接続される複数のインバータを備える。前記複数のインバータは少なくとも、逆流不可能な第１電力供給源から電力を供給され、前記多巻線モータの第１巻線に接続される第１インバータと、逆流可能な第２電力供給源から電力を供給され、前記多巻線モータの第２巻線に接続される第２インバータとを備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の巻線を備える多巻線モータの各巻線にそれぞれ接続される複数のインバータを備え、
前記複数のインバータは少なくとも、
逆流不可能な第１電力供給源から電力を供給され、前記多巻線モータの第１巻線に接続される第１インバータと、
逆流可能な第２電力供給源から電力を供給され、前記多巻線モータの第２巻線に接続される第２インバータと、
を備える、駆動システム。
前記複数のインバータは少なくとも、
逆流不可能な第１電力供給源から電力を供給され、前記多巻線モータの第１巻線に接続される第１インバータと、
逆流可能な第２電力供給源から電力を供給され、前記多巻線モータの第２巻線に接続される第２インバータと、
を備える、駆動システム。
【請求項2】
前記駆動システムは、動作切替部によって切り替えられて動作し、
前記動作切替部は、前記駆動システムを、
前記第１電力供給源、前記第２電力供給源、または前記第１電力供給源と前記第２電力供給源の両方が、前記多巻線モータに電力を供給する第１動作モードと、
前記第１電力供給源が前記多巻線モータに電力を供給し、前記多巻線モータが前記第２電力供給源に電力を供給する第２動作モードと、
のうち少なくとも１つに切り替えて動作させる、請求項１に記載の駆動システム。
前記動作切替部は、前記駆動システムを、
前記第１電力供給源、前記第２電力供給源、または前記第１電力供給源と前記第２電力供給源の両方が、前記多巻線モータに電力を供給する第１動作モードと、
前記第１電力供給源が前記多巻線モータに電力を供給し、前記多巻線モータが前記第２電力供給源に電力を供給する第２動作モードと、
のうち少なくとも１つに切り替えて動作させる、請求項１に記載の駆動システム。
【請求項3】
前記第１インバータの高電位側の直流端および前記第１インバータの低電位側の直流端に渡って設けられたブレーキチョッパをさらに備え、
前記動作切替部は、前記駆動システムを、
前記多巻線モータが、前記ブレーキチョッパ、前記第２電力供給源、または前記ブレーキチョッパと前記第２電力供給源の両方に電力を供給する第３動作モードにさらに切り替えて動作させる、請求項２に記載の駆動システム。
前記動作切替部は、前記駆動システムを、
前記多巻線モータが、前記ブレーキチョッパ、前記第２電力供給源、または前記ブレーキチョッパと前記第２電力供給源の両方に電力を供給する第３動作モードにさらに切り替えて動作させる、請求項２に記載の駆動システム。
【請求項4】
前記第１電力供給源は、前記第１インバータの高電位側の直流端および前記第１インバータの低電位側の直流端に渡って設けられたフィルタコンデンサを備えており、
前記動作切替部は、前記駆動システムを、
前記第２電力供給源が前記多巻線モータに電力を供給し、前記多巻線モータが前記フィルタコンデンサに電力を供給する第４動作モードにさらに切り替えて動作させる、請求項２に記載の駆動システム。
前記動作切替部は、前記駆動システムを、
前記第２電力供給源が前記多巻線モータに電力を供給し、前記多巻線モータが前記フィルタコンデンサに電力を供給する第４動作モードにさらに切り替えて動作させる、請求項２に記載の駆動システム。
【請求項5】
前記多巻線モータの前記第１巻線および前記第２巻線は、互いに絶縁されている、請求項１に記載の駆動システム。
【請求項6】
前記第１インバータの低電位側の直流端および前記第２インバータの低電位側の直流端が互いに接続されている、請求項１に記載の駆動システム。
【請求項7】
前記多巻線モータの前記第１巻線および前記第２巻線は、それぞれスター結線され、
前記第１巻線の中性点と前記第２巻線の中性点が互いに接続されている、請求項１に記載の駆動システム。
前記第１巻線の中性点と前記第２巻線の中性点が互いに接続されている、請求項１に記載の駆動システム。
【請求項8】
前記第２電力供給源は、バッテリであり、
前記駆動システムは、制御部によって制御され、
前記制御部は、前記第２電力供給源である前記バッテリの充電率および前記多巻線モータの動作指令に基づいて前記駆動システムの前記第１インバータおよび前記第２インバータの動作を制御する、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の駆動システム。
前記駆動システムは、制御部によって制御され、
前記制御部は、前記第２電力供給源である前記バッテリの充電率および前記多巻線モータの動作指令に基づいて前記駆動システムの前記第１インバータおよび前記第２インバータの動作を制御する、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の駆動システム。
【請求項9】
前記第１電力供給源は、
前記第１インバータに接続された交流直流変換回路と前記交流直流変換回路に接続された交流電源回路である、または、
前記第１インバータに接続された直流電源回路である、
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の駆動システム。
前記第１インバータに接続された交流直流変換回路と前記交流直流変換回路に接続された交流電源回路である、または、
前記第１インバータに接続された直流電源回路である、
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、駆動システムに関する。
【背景技術】
【0002】
モータを１つのインバータで駆動する駆動システムには、このインバータが故障した場合は瞬時に故障停止され、故障に対して冗長化されないという問題がある。そこで、従来、２つの巻線を備える２巻線モータを、２つのインバータで駆動する駆動システムが存在する。このような駆動システムとして、例えば、２つのバッテリから電力を供給する駆動システムや、１つのバッテリもしくは交流電源、またはその両方から電力供給を受け、スイッチによって電力供給源を切り替える駆動システムが存在する。
【0003】
しかし、２つのバッテリから電力を供給する駆動システムの場合、高コストのバッテリを２つ用意する必要があり、システムのコストが増加する問題がある。また、１つのバッテリもしくは交流電源、またはその両方から電力供給を受け、スイッチによって電力供給源を切り替える駆動システムの場合、スイッチを多用するため、スイッチ自体の故障や、配線が複雑に接続されることによって、信頼性およびコストの面で問題がある。特に、電力供給源を切り替える一方のスイッチが固着したときは、電力供給源を切り替えるもう一方のスイッチが投入されることで短絡電流が流れ、バッテリの破壊や発火が生じる可能性が考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００７－２９５７２０号公報
【特許文献2】特開２０１３－１３２１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の実施形態は、コストを抑えつつも信頼性が高く、電気部品の故障に対して冗長化された駆動システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本実施形態に係る駆動システムは、複数の巻線を備える多巻線モータの各巻線にそれぞれ接続される複数のインバータを備える。前記複数のインバータは少なくとも、逆流不可能な第１電力供給源から電力を供給され、前記多巻線モータの第１巻線に接続される第１インバータと、逆流可能な第２電力供給源から電力を供給され、前記多巻線モータの第２巻線に接続される第２インバータとを備える。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】第１実施形態に係るモータ駆動機構の回路構成を表す図。
【図2】第１実施形態の変形例に係るモータ駆動機構の回路構成を表す図。
【図3】第２実施形態に係るモータ駆動機構の回路構成を表す図。
【図4】第２実施形態の変形例に係るモータ駆動機構の回路構成を表す図。
【図5】第３実施形態に係るモータ駆動機構の回路構成を表す図。
【図6】第４実施形態に係る駆動システムの第１動作モードを説明するための図。
【図7】第４実施形態に係る駆動システムの第２動作モードを説明するための図。
【図8】第４実施形態に係る駆動システムの第３動作モードを説明するための図。
【図9】第４実施形態に係る駆動システムの第４動作モードを説明するための図。
【図10】第５実施形態に係るモータ駆動機構の回路構成を表す図。
【図11】第６実施形態に係るモータ駆動機構の回路構成を表す図。
【図12】第６実施形態の変形例に係るモータ駆動機構の回路構成を表す図。
【図13】第７実施形態に係るモータ駆動機構の回路構成を表す図。
【図14】第７実施形態の変形例に係るモータ駆動機構の回路構成を表す図。
【図15】第８実施形態に係るモータ駆動機構の回路構成を表す図。
【図16】第８実施形態に係る駆動システムの制御ブロック図。
【図17】第９実施形態に係るモータ駆動機構の回路構成を表す図。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。実施形態は、本発明を限定するものではない。また、明細書と図面において、既出の図面に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【0009】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るモータ駆動機構１００の回路構成を表す図である。モータ駆動機構１００は、駆動システムによってモータを駆動する駆動機構の一例であり、本実施形態では、図１に示すように、モータ１０と、駆動システム１と、電力供給源２０，３０とを備える。
図１は、第１実施形態に係るモータ駆動機構１００の回路構成を表す図である。モータ駆動機構１００は、駆動システムによってモータを駆動する駆動機構の一例であり、本実施形態では、図１に示すように、モータ１０と、駆動システム１と、電力供給源２０，３０とを備える。
【0010】
本実施形態では、モータ１０は、２つの巻線を備える２巻線モータである。すなわち、モータ１０は、第１巻線および第２巻線を備え、第１巻線および第２巻線の少なくとも一方に電力が供給されることにより駆動される。なお、モータ１０は、第１巻線および第２巻線の少なくとも一方に電力を回生することも可能である。
【0011】
また、モータ１０の第１巻線および第２巻線は、互いに磁気的に結合されており、電磁誘導によって相互に電力を供給することが可能である。一方、モータ１０の第１巻線および第２巻線は、互いに電気的に接続されていてもよいし、電気的に絶縁されていてもよい。
【0012】
本実施形態では、モータ１０の第１巻線および第２巻線は、いずれも、３相交流電流が流れる３相巻線である。なお、モータ１０の第１巻線および第２巻線は、３相巻線であることに限定されず、単相交流電流が流れる単相巻線であってもよいし、４相以上の多相交流電流が流れる多相巻線であってもよい。
【0013】
駆動システム１は、モータ１０に電力を供給し、モータ１０を駆動する。本実施形態に係る駆動システム１は、図１に示すように、２つのインバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２を備える。ここで、インバータＩＮＶ１の交流端Ａ１にはモータ１０の第１巻線が接続され、インバータＩＮＶ２の交流端Ａ２にはモータ１０の第２巻線が接続されている。駆動システム１は、モータ１０の用途に応じて、例えば、電車、エレベータ、自動車等のモータを駆動する駆動システムとして用いられる。なお、モータ１０が電力を回生する場合、駆動システム１は、モータ１０から電力を供給される。
【0014】
インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２は、それぞれ、直流電流と３相交流電流を相互に変換する。より詳しくは、インバータＩＮＶ１は、図１に示す高電位側の直流端Ｐ１および低電位側の直流端Ｎ１に入力された直流電流を３相交流電流に変換して交流端Ａ１から出力したり、交流端Ａ１に入力された３相交流電流を直流電流に変換して高電位側の直流端Ｐ１および低電位側の直流端Ｎ１から出力したりする。同様に、インバータＩＮＶ２は、高電位側の直流端Ｐ２および低電位側の直流端Ｎ２に入力された直流電流を３相交流電流に変換して交流端Ａ２から出力したり、交流端Ａ２に入力された３相交流電流を直流電流に変換して高電位側の直流端Ｐ２および低電位側の直流端Ｎ２から出力したりする。このように、インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２は直流電流と３相交流電流を相互に変換して、モータ１０に電力を供給したり、モータ１０から電力を供給されたりする。
【0015】
なお、モータ１０の第１巻線および第２巻線が、単相交流電流が流れる単相巻線、または４相以上の多相交流電流が流れる多相巻線である場合、インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２は、それぞれ、直流電流と、単相交流電流または多相交流電流とを相互に変換する。
【0016】
また、本実施形態では、インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２は電圧形インバータである。ただし、インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２の少なくとも一方が電流形インバータであってもよい。
【0017】
また、本実施形態では、図１に示すように、インバータＩＮＶ１の直流端Ｐ１，Ｎ１と、インバータＩＮＶ２の直流端Ｐ２，Ｎ２とは、電気的に絶縁されている。なお、これに限られず、インバータＩＮＶ１の直流端Ｐ１，Ｎ１とインバータＩＮＶ２の直流端Ｐ２，Ｎ２とは、互いに電気的に接続されていてもよい。例えば、インバータＩＮＶ１の低電位側の直流端Ｎ１とインバータＩＮＶ２の低電位側の直流端Ｎ２が互いに電気的に接続されていてもよい。
【0018】
また、インバータＩＮＶ１は電力供給源２０から電力を供給され、インバータＩＮＶ２は電力供給源３０から電力を供給される。以下、電力供給源２０および電力供給源３０について詳しく説明する。
【0019】
電力供給源２０は、図１に示すように、インバータＩＮＶ１の直流端Ｐ１，Ｎ１に接続され、交流電源２１、ダイオード整流器ＤＲ、直流リアクトルＬ、およびフィルタコンデンサＣ１を備える。
【0020】
交流電源２１は、３相交流電流を出力する３相交流電源である。図１に示すように、交流電源２１は、ダイオード整流器ＤＲの交流端Ａｄに接続されている。なお、交流電源２１は、３相交流電源に限定されず、単相交流電流を出力する単相交流電源、または多相交流電流を出力する多相交流電源であってもよい。また、交流電源２１とダイオード整流器ＤＲの交流端Ａｄとの間に、コンタクタ、ブレーカ、ヒューズなどが設けられてもよい。交流電源２１は、交流電源回路の一例である。
【0021】
ダイオード整流器ＤＲは、３相交流電流を直流電流に変換する。図１に示すように、ダイオード整流器ＤＲは、交流端Ａｄに入力された３相交流電流を直流電流に変換して高電位側の直流端Ｐｄおよび低電位側の直流端Ｎｄから出力する。なお、交流電源２１が、単相交流電流を出力する単相交流電源、または多相交流電流を出力する多相交流電源である場合、ダイオード整流器ＤＲは、単相交流電流または多相交流電流を直流電流にそれぞれ変換する。ダイオード整流器ＤＲは、交流直流変換回路の一例である。
【0022】
ただし、ダイオード整流器ＤＲは、インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２と異なり、電力の流れが一方向である。すなわち、ダイオード整流器ＤＲは、交流端Ａｄに入力された３相交流電流を直流電流に変換して高電位側の直流端Ｐｄおよび低電位側の直流端Ｎｄから出力するが、高電位側の直流端Ｐｄおよび低電位側の直流端Ｎｄに入力された直流電流は３相交流電流に変換せず、ダイオード整流器ＤＲの交流端Ａｄからは電流が出力されない。
【0023】
直流リアクトルＬは、ダイオード整流器ＤＲが出力した直流電流やダイオード整流器ＤＲの入力電流に含まれる高調波などのノイズを抑制するためのチョークリアクトルである。図１に示すように、直流リアクトルＬの一端は、ダイオード整流器ＤＲの高電位側の直流端Ｐｄに接続され、直流リアクトルＬの他端は、インバータＩＮＶ１の高電位側の直流端Ｐ１に接続されている。
【0024】
フィルタコンデンサＣ１は、ダイオード整流器ＤＲが出力した直流電流を平滑化するための直流コンデンサである。図１に示すように、フィルタコンデンサＣ１は、インバータＩＮＶ１の高電位側の直流端Ｐ１およびインバータＩＮＶ１の低電位側の直流端Ｎ１に渡って設けられている。すなわち、フィルタコンデンサＣ１の一端は、直流リアクトルＬの他端、および、インバータＩＮＶ１の高電位側の直流端Ｐ１に接続され、フィルタコンデンサＣ１の他端は、ダイオード整流器ＤＲの低電位側の直流端Ｎｄ、および、インバータＩＮＶ１の低電位側の直流端Ｎ１に接続されている。フィルタコンデンサＣ１をこのように設けることにより、インバータＩＮＶ１の入力電圧を安定化することができる。
【0025】
直流リアクトルＬおよびフィルタコンデンサＣ１によって、本実施形態における第１フィルタ回路が構成される。
【0026】
一方、電力供給源３０は、図１に示すように、インバータＩＮＶ２の直流端Ｐ２，Ｎ２に接続され、バッテリ３１およびフィルタコンデンサＣ２を備える。
【0027】
バッテリ３１は、直流電流を充電および放電する。図１に示すように、バッテリ３１の高電位端は、インバータＩＮＶ２の高電位側の直流端Ｐ２に接続され、バッテリ３１の低電位端は、インバータＩＮＶ２の低電位側の直流端Ｎ２に接続されている。
【0028】
フィルタコンデンサＣ２は、バッテリ３１の高電位端およびバッテリ３１の低電位端、すなわち、インバータＩＮＶ２の高電位側の直流端Ｐ２およびインバータＩＮＶ２の低電位側の直流端Ｎ２に渡って設けられている。フィルタコンデンサＣ２をこのように設けることにより、例えば、バッテリ３１が放電する場合にインバータＩＮＶ２の入力電圧を安定化することができ、バッテリ３１を充電する場合にバッテリ３１の入力電圧を安定化することができる。また、インバータの直流側から流れるＰＷＭ波状の電流をフィルタコンデンサＣ２によって吸収でき、バッテリ３１に流れるＰＷＭ波状の電流を軽減できる。フィルタコンデンサＣ２によって、本実施形態における第２フィルタ回路が構成される。
【0029】
なお、図示しないが、本実施形態に係るモータ駆動機構１００は、電力供給源２０において、いずれか１か所で接地されてもよい。例えば、ダイオード整流器ＤＲの低電位側の直流端Ｎｄが接地される。一方、電力供給源３０は、接地されてもよいし、接地されなくてもよい。また、駆動システム１は、別の接地形態をとることも可能である。例えば、ダイオード整流器ＤＲの高電位側の直流端Ｐｄが接地されてもよい。
【0030】
以上のように構成された電力供給源２０は、逆流不可能な電力供給源である。すなわち、電力供給源２０は、モータ１０に電力を供給するが、モータ１０から電力が供給されない電力供給源である。より詳しくは、本実施形態に係る電力供給源２０において、交流電源２１が出力する電力は、ダイオード整流器ＤＲ、直流リアクトルＬ、フィルタコンデンサＣ１、およびインバータＩＮＶ１を介してモータ１０の第１巻線に供給される。一方、モータ１０の第１巻線が出力する電力は、インバータＩＮＶ１、フィルタコンデンサＣ１、および直流リアクトルＬを介してダイオード整流器ＤＲの直流端Ｐ１，Ｎ１まで到達するが、上述したようにダイオード整流器ＤＲは電力の流れが一方向であるため、当該電力はダイオード整流器ＤＲによってブロックされ、交流電源２１には供給されない。なお、モータ１０の第１巻線が出力する電力とは、例えばモータ１０が第１巻線に回生した電力や、電磁誘導によってモータ１０の第２巻線から第１巻線へ供給された電力である。
【0031】
一方、以上のように構成された電力供給源３０は、逆流可能な電力供給源である。すなわち、電力供給源３０は、モータ１０に電力を供給し、かつ、モータ１０から電力が供給される電力供給源である。より詳しくは、本実施形態に係る電力供給源３０において、バッテリ３１が出力する電力は、フィルタコンデンサＣ２およびインバータＩＮＶ２を介してモータ１０の第２巻線に供給される。一方、モータ１０の第２巻線が出力する電力は、インバータＩＮＶ２およびフィルタコンデンサＣ２を介してバッテリ３１に供給され、バッテリ３１を充電する。なお、モータ１０の第２巻線が出力する電力とは、例えばモータ１０が第２巻線に回生した電力や、電磁誘導によってモータ１０の第１巻線から第２巻線へ供給された電力である。
【0032】
以上説明した第１実施形態に係る駆動システム１は、電気部品の故障に対して冗長化された駆動システムである。すなわち、本実施形態に係る駆動システム１は、２つの巻線を備えるモータ１０を、２つのインバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２で駆動する駆動システムであり、一方のインバータおよび当該インバータに接続された電力供給源に故障が発生しても、他方のインバータおよび当該インバータに接続された電力供給源によってモータ１０の運転を継続することができる。例えば、インバータＩＮＶ１が故障した場合や、交流電源２１が停電や故障などにより消失した場合、本実施形態に係る駆動システム１は、インバータＩＮＶ２およびバッテリ３１によって、モータ１０の動作を停止させることなく、シームレスに非常電源動作に移ることができる。別の例として、バッテリ３１が故障した場合、本実施形態に係る駆動システム１は、図示しないコンタクタ、断路器などによってバッテリ３１をモータ１０から切り離すことで、インバータＩＮＶ１および交流電源２１によって、モータ１０に電力を供給することができる。なお、モータ１０、コンタクタ、断路器などの機械部品は、上述した電気部品には含まれないものとする。
【0033】
また、本実施形態に係る駆動システム１によれば、電力供給源２０を逆流不可能な電力供給源とすることにより、電力供給源２０にダイオード整流器ＤＲのような安価な回路を用いることができる。さらに、電力供給源２０の切り離しが一方向でよいため、切り離しのためのスイッチを設ける場合であっても、安価なスイッチを用いることができる。したがって、本実施形態に係る駆動システム１を用いることで、モータ駆動機構１００のコストを抑えることができる。
【0034】
また、本実施形態に係る駆動システム１は、運転を継続したままの交換作業、いわゆるホットスワップを実施することができる。例えば図２に示すように、インバータＩＮＶ２とモータ１０との間にコンタクタＣＮＴを設け、このコンタクタＣＮＴを開放することで、交流電源２１からの電力供給でモータ１０を動作させつつ、バッテリ３１を交換することができる。なお、図２において、コンタクタＣＮＴに加えて、断路器などを設けてもよい。コンタクタＣＮＴは第1巻線とインバータ入力もしくは整流器入力に挿入し、インバータＩＮＶ１をホットスワップすることもできる。
【0035】
また、本実施形態に係る駆動システム１を用いて構成されたモータ駆動機構１００は、バッテリ３１の充放電動作に複数の経路を必要としないシンプルな構成である。また、インバータＩＮＶ１の直流端Ｐ１，Ｎ１とインバータＩＮＶ２の直流端Ｐ２，Ｎ２とを、電気的に絶縁することができるため、故障部分の切り離しが容易である。このように、本実施形態に係る駆動システム１は、信頼性が高い駆動システムである。
【0036】
また、本実施形態において、電力供給源２０は、フィルタコンデンサＣ１を備えている。駆動システム１の起動時にバッテリ３１からフィルタコンデンサＣ１に充電する、いわゆる初期充電動作を行うことで、交流電源２１の電力投入時に発生するラッシュ電流を抑制することができる。
【0037】
また、図１に示す例では、モータ１０が２つの巻線を備える場合について説明したが、本実施形態に係るモータ駆動機構１００におけるモータ１０は、３つ以上の巻線を備えてもよい。この場合、駆動システム１は、モータ１０の巻線の数と同じ数のインバータを備え、モータ１０の各巻線に各インバータがそれぞれ接続される。また、モータ駆動機構１００は、駆動システム１が備えるインバータの数と同じ数の電力供給源を備え、各電力供給源は、各インバータにそれぞれ接続され、各インバータに電力を供給する。ただし、この場合、各電力供給源のうち、少なくとも１つは逆流不可能な電力供給源とし、少なくとも別の１つは逆流可能な電力供給源とする。２つの巻線を備えるモータ１０、および３つ以上の巻線を備えるモータ１０は、いずれも多巻線モータの一例である。
【0038】
なお、本実施形態に係る駆動システム１に接続される電力供給源２０は、図１に示すインバータＩＮＶ１に接続されたダイオード整流器ＤＲと、ダイオード整流器ＤＲに接続された交流電源２１との組み合わせに限られない。例えば、電力供給源２０は、交流電源２１に代えて、ダイオード整流器ＤＲに接続された交流発電機または交流電気鉄道の架線を備えてもよい。なお、電力供給源２０が交流電源２１とダイオード整流器ＤＲに代えて交流電気鉄道の架線を備える場合、電力供給源２０は、さらに当該架線とダイオード整流器ＤＲとの間に設けられた変圧器を備えてもよい。交流発電機および交流電気鉄道の架線は、それぞれ交流電源回路の一例である。
【0039】
（第２実施形態）
また、別の例として、駆動システム１に接続される電力供給源２０は、交流電源２１およびダイオード整流器ＤＲに代えて、直流電源回路を備えることも可能である。そこで、電力供給源２０が、交流電源２１およびダイオード整流器ＤＲに代えて、直流電源回路の一例として直流電気鉄道の架線を備える駆動システムについて、第２実施形態として説明する。図３は、第２実施形態に係るモータ駆動機構１００の回路構成を表す図である。以下、本実施形態に係るモータ駆動機構１００および駆動システム１について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
また、別の例として、駆動システム１に接続される電力供給源２０は、交流電源２１およびダイオード整流器ＤＲに代えて、直流電源回路を備えることも可能である。そこで、電力供給源２０が、交流電源２１およびダイオード整流器ＤＲに代えて、直流電源回路の一例として直流電気鉄道の架線を備える駆動システムについて、第２実施形態として説明する。図３は、第２実施形態に係るモータ駆動機構１００の回路構成を表す図である。以下、本実施形態に係るモータ駆動機構１００および駆動システム１について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【0040】
図３に示すように、本実施形態に係る電力供給源２０は、交流電源２１およびダイオード整流器ＤＲに代えて、直流電気鉄道の架線である直流架線２２を備える。すなわち、本実施形態に係る電力供給源２０は、直流架線２２、直流リアクトルＬ、およびフィルタコンデンサＣ１を備える。
【0041】
直流架線２２は、直流電流を出力する。また、直流架線２２は、インバータＩＮＶ１に接続され、インバータＩＮＶ１に電力を供給する。より詳しくは、図３に示すように、直流架線２２の高電位端は、直流リアクトルＬの一端に接続され、この直流リアクトルＬを介してインバータＩＮＶ１の高電位側の直流端Ｐ１に接続されている。直流架線２２の低電位端は、インバータＩＮＶ１の低電位側の直流端Ｎ１に接続されている。このように、直流架線２２は、ダイオード整流器ＤＲを介さずに、インバータＩＮＶ１に接続されている。
【0042】
フィルタコンデンサＣ１は、直流リアクトルＬの一端および直流架線２２の低電位端、すなわち、インバータＩＮＶ１の高電位側の直流端Ｐ１およびインバータＩＮＶ１の低電位側の直流端Ｎ１に渡って設けられている。
【0043】
以上のように構成された電力供給源２０は、逆流不可能な電力供給源である。通常、直流架線２２などの電気鉄道の架線には、モータ１０の電力を回生することが可能であると考えられている。しかし、回生したエネルギーを消費する他の列車や回生エネルギーを貯蔵する回生電力貯蔵装置が存在することが前提となっている。すなわち、回生したエネルギーを消費する他の列車や回生エネルギーを貯蔵する回生電力貯蔵装置が存在しない場合には、直流架線２２は逆流不可能であるとみなされる。
【0044】
したがって、電力供給源２０が直流架線２２を備える本実施形態に係る駆動システム１は、直流架線２２が逆流不可能であるとみなされる状況であっても、運転を継続することができる。
【0045】
なお、電力供給源２０が備える直流電源回路は、図３に示す直流架線２２に限られない。例えば、電力供給源２０は、直流架線２２に代えて、太陽光パネルなどの光電素子、燃料電池、圧電素子、熱電素子などを備えてもよい。太陽光パネルなどの光電素子、燃料電池、圧電素子、および熱電素子は、それぞれ直流電源回路の一例であり、これらのうちいずれを備える電力供給源２０も、逆流不可能な電力供給源である。
【0046】
なお、直流電源回路の種類によっては、直流リアクトルＬおよび／またはフィルタコンデンサＣ１を小型化または省略することで、駆動システム１を用いて構成されるモータ駆動機構１００のコストを抑えることができる。例えば、直流電源回路として太陽光パネルを用いる場合、直流リアクトルＬを省略することができる。
【0047】
また、本実施形態では、電力供給源２０にダイオードを設け、駆動システム１の起動時にバッテリ３１からフィルタコンデンサＣ１に充電する、いわゆる初期充電動作を行うことで、直流架線２２の電力投入時に発生するラッシュ電流を抑制することができる。このようなダイオードは、例えば図４に示すダイオードＤのように、アノードが直流架線２２の高電位端に接続され、カソードが直流リアクトルＬの一端に接続されるように設けられる。
【0048】
（第３実施形態）
第１実施形態に係る駆動システム１において、インバータＩＮＶ１の直流リンクに接続されたブレーキチョッパを備える場合について、第３実施形態として説明する。図５は、第３実施形態に係るモータ駆動機構１００の回路構成を表す図である。以下、本実施形態に係るモータ駆動機構１００および駆動システム１について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
第１実施形態に係る駆動システム１において、インバータＩＮＶ１の直流リンクに接続されたブレーキチョッパを備える場合について、第３実施形態として説明する。図５は、第３実施形態に係るモータ駆動機構１００の回路構成を表す図である。以下、本実施形態に係るモータ駆動機構１００および駆動システム１について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【0049】
図３に示すように、本実施形態に係る駆動システム１は、インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２に加えて、インバータＩＮＶ１の高電位側の直流端Ｐ１およびインバータＩＮＶ１の低電位側の直流端Ｎ１に渡って設けられたブレーキチョッパＢＣを備える。
【0050】
ブレーキチョッパＢＣは、その内部に抵抗を備え、モータ１０の第１巻線からインバータＩＮＶ１を介して供給された電力を吸収して消費する。ブレーキチョッパＢＣを備えていない場合、モータ１０から回生電力を吸収しなければならないアプリケーションにおいて、バッテリ３１側に故障が発生すると、駆動システム１の冗長性が失われるおそれがある。例えば、モータ１０が、力行と、回生ブレーキなどによる電力の回生とを繰り替えすアプリケーションにおいて、バッテリ３１側の系統であるバッテリ３１、フィルタコンデンサＣ２、およびインバータＩＮＶ２のうち少なくとも１つに故障が発生した場合、駆動システム１を停止しなければならず、冗長性が失われることとなる。そこで、このような場合に、モータ１０の回生電力を一時的にブレーキチョッパＢＣに消費させることにより、駆動システム１の冗長性を維持することができる。
【0051】
なお、上述した第１実施形態における電力供給源２０と同様に、図５に示す本実施形態における電力供給源２０は、交流電源２１に代えて、交流発電機、または交流電気鉄道の架線を備えることが可能である。あるいは、第２実施形態における電力供給源２０と同様に、本実施形態における電力供給源２０は、交流電源２１およびダイオード整流器ＤＲに代えて、直流電気鉄道の架線、太陽光パネルなどの光電素子、燃料電池、圧電素子、熱電素子などを備えてもよい。
【0052】
（第４実施形態）
第１乃至第３実施形態に係る駆動システム１の動作モードについて、第４実施形態として説明する。本実施形態に係る駆動システム１は、動作モードとして、第１乃至第４動作モードを備える。図６は、本実施形態に係る駆動システム１の第１動作モードを説明するための図である。図７は、本実施形態に係る駆動システムの第２動作モードを説明するための図である。図８は、本実施形態に係る駆動システムの第３動作モードを説明するための図である。図９は、本実施形態に係る駆動システムの第４動作モードを説明するための図である。以下、本実施形態に係るモータ駆動機構１００および駆動システム１について、第１乃至第３実施形態との相違点を中心に説明する。
第１乃至第３実施形態に係る駆動システム１の動作モードについて、第４実施形態として説明する。本実施形態に係る駆動システム１は、動作モードとして、第１乃至第４動作モードを備える。図６は、本実施形態に係る駆動システム１の第１動作モードを説明するための図である。図７は、本実施形態に係る駆動システムの第２動作モードを説明するための図である。図８は、本実施形態に係る駆動システムの第３動作モードを説明するための図である。図９は、本実施形態に係る駆動システムの第４動作モードを説明するための図である。以下、本実施形態に係るモータ駆動機構１００および駆動システム１について、第１乃至第３実施形態との相違点を中心に説明する。
【0053】
図６乃至図９に示すように、本実施形態に係るモータ駆動機構１００は、駆動システム１の動作モードを切り替える動作切替部４０をさらに備える。動作切替部４０は、駆動システム１を、第１動作モードと、第２動作モードと、第３動作モードと、第４動作モードとのうち少なくとも１つに切り替えて動作させる。本実施形態では、動作切替部４０は、駆動システム１が備えるインバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２に接続され、インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２の動作を切り替えることで、駆動システム１の動作モードを切り替える。動作切替部４０の構成は任意であるが、例えば、ベクトル制御のための制御回路や、論理回路、またはボタンなどにより入力操作を受け付ける入力回路によって構成される。あるいは、後述する制御部５０が動作切替部４０の機能を実現するようにしてもよい。
【0054】
以下、本実施形態に係る駆動システム１の第１乃至第４動作モードについて説明する。
【0055】
第１動作モードは、図６に示すように、交流電源２１、バッテリ３１、または交流電源２１とバッテリ３１の両方が、モータ１０に電力を供給する動作モードである。ここで、交流電源２１がモータ１０に電力を供給するとは、交流電源２１がダイオード整流器ＤＲ、直流リアクトルＬ、およびフィルタコンデンサＣ１を介してインバータＩＮＶ１に電力を供給し、インバータＩＮＶ１がモータ１０の第１巻線に電力を供給することを意味する。バッテリ３１がモータ１０に電力を供給するとは、バッテリ３１がフィルタコンデンサＣ２を介してインバータＩＮＶ２に電力を供給し、インバータＩＮＶ２がモータ１０の第２巻線に電力を供給することを意味する。第１動作モードにおいて、モータ１０は力行される。
【0056】
第２動作モードは、図７に示すように、交流電源２１がモータ１０に電力を供給し、モータ１０がバッテリ３１に電力を供給する動作モードである。より詳しくは、第２動作モードでは、交流電源２１がモータ１０の第１巻線に電力を供給し、この電力が電磁誘導によってモータ１０の第２巻線に供給され、モータ１０の第２巻線からインバータＩＮＶ２に交流電流が流れ、この交流電流がインバータＩＮＶ２によって直流電流へと変換された後にバッテリ３１に充電される。
【0057】
効率を無視すれば、第２動作モードにおいて、モータ１０には、交流電源２１からモータ１０への供給電力から、モータ１０からバッテリ３１への供給電力を差し引いた電力が供給される。また、差し引きの供給電力が負である場合、すなわち、交流電源２１からモータ１０への供給電力よりも、モータ１０からバッテリ３１への供給電力が多い場合、バッテリ３１には、モータ１０からの回生電力の他に、交流電源２１から供給される電力が充電される。
【0058】
第３動作モードは、図８に示すように、モータ１０が、ブレーキチョッパＢＣ、バッテリ３１、またはブレーキチョッパＢＣとバッテリ３１の両方に電力を供給する動作モードである。ここで、モータ１０がブレーキチョッパＢＣに電力を供給するとは、モータ１０の第１巻線からインバータＩＮＶ１に交流電流が流れ、この交流電流がインバータＩＮＶ１によって直流電流へと変換された後にブレーキチョッパＢＣにおいて消費されることを意味する。第３動作モードにおいて、モータ１０は電力を回生する回生状態である。
【0059】
第４動作モードは、図９に示すように、バッテリ３１がモータ１０に電力を供給し、モータ１０がフィルタコンデンサＣ１に電力を供給する動作モードである。より詳しくは、第４動作モードでは、バッテリ３１がモータ１０の第２巻線に電力を供給し、この電力が電磁誘導によってモータ１０の第１巻線に供給され、モータ１０の第１巻線からインバータＩＮＶ１に交流電流が流れ、この交流電流がインバータＩＮＶ１によって直流電流へと変換された後にフィルタコンデンサＣ１に充電される。
【0060】
第４動作モードは、例えば、駆動システム１の起動時にフィルタコンデンサＣ１を充電する、いわゆる初期充電動作を行うために用いられる。既に説明したように、初期充電動作を行うことにより、交流電源２１の電力投入時に発生するラッシュ電流を抑制することができる。本実施形態に係るモータ駆動機構１００においては、第４動作モードの存在により、初期充電動作を行うための回路である初期充電回路を別途設ける必要がなくなるため、モータ駆動機構１００のコストを抑えることができる。
【0061】
なお、図６乃至図９では、電力供給源２０が交流電源２１およびダイオード整流器ＤＲを備える場合を示したが、上述した駆動システム１の各動作モードは、図３に示す電力供給源２０が直流架線２２を備える場合についても同様である。
【0062】
また、図６、図７、および図９ではブレーキチョッパＢＣが図示されておらず、図８ではブレーキチョッパＢＣが図示されている。これは、駆動システム１が図６に係る第１動作モード、図７に係る第２動作モード、または図９に係る第４動作モードで動作する場合には、ブレーキチョッパＢＣの有無は任意であることを表し、駆動システム１が図８に係る第３動作モードで動作する場合には、ブレーキチョッパＢＣが必要であることを表している。すなわち、ブレーキチョッパＢＣを備えていない第１実施形態に係る駆動システム１に動作切替部４０を接続した場合、駆動システム１は、第１動作モード、第２動作モード、および第４動作モードとして動作することができるが、第３動作モードとして動作することはできない。
【0063】
なお、駆動システム１を第１動作モードまたは第２動作モードで動作させる場合、フィルタコンデンサＣ１は設けられていなくてもよい。
【0064】
以上説明したように、第４実施形態に係る駆動システム１によれば、動作切替部４０によって駆動システム１の動作モードを切り替えることにより、駆動システム１を様々な状況で適切に動作させることができる。
【0065】
また、図６乃至図９に示すように、本実施形態に係る駆動システム１の動作モードを切り替えるためには別途のスイッチを設ける必要が無い。これにより、例えば、動作モードを切り替えた際にスイッチが固着することで、交流電源２１とバッテリ３１が短絡するリスクを回避することができ、より信頼性の高い駆動システム１を提供することができる。
【0066】
（第５実施形態）
第１実施形態に係るモータ駆動機構１００におけるモータ１０の具体例について、第５実施形態として説明する。図１０は、第５実施形態に係るモータ駆動機構１００の回路構成を表す図である。以下、本実施形態に係るモータ駆動機構１００および駆動システム１について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。なお、以下の内容は、第２実施形態および第３実施形態に係るモータ駆動機構１００におけるモータ１０にも適用可能である。
第１実施形態に係るモータ駆動機構１００におけるモータ１０の具体例について、第５実施形態として説明する。図１０は、第５実施形態に係るモータ駆動機構１００の回路構成を表す図である。以下、本実施形態に係るモータ駆動機構１００および駆動システム１について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。なお、以下の内容は、第２実施形態および第３実施形態に係るモータ駆動機構１００におけるモータ１０にも適用可能である。
【0067】
図１０に示すように、本実施形態では、モータ１０は、いずれも３相巻線である第１巻線１１と、第２巻線１２とを備える。また、第１巻線１１および第２巻線１２は、いずれもスター結線されている。なお、第１巻線１１および第２巻線１２は、３相巻線以外の巻線、例えば単相巻線や４相以上の多相巻線であってもよい。また、第１巻線１１および第２巻線１２は、スター結線に限定されず、デルタ結線されていてもよい。
【0068】
本実施形態に係るモータ駆動機構１００において、モータ１０の第１巻線１１および第２巻線１２は、互いに電気的に絶縁されている。また、インバータＩＮＶ１とインバータＩＮＶ２は、互いに電気的に絶縁されている。よって、本実施形態では、電力供給源２０およびインバータＩＮＶ１によって構成される第１系統と、電力供給源３０およびインバータＩＮＶ２によって構成される第２系統とが電気的に絶縁されている。
【0069】
以上説明したように、第５実施形態に係るモータ駆動機構１００では、上述した第１系統と第２系統が電気的に絶縁されているため、一方の系統に故障が発生した場合であっても、その影響が他方の系統に波及しない。このため、駆動システム１として、信頼性の高い駆動システムを提供することができる。
【0070】
（第６実施形態）
第５実施形態に係る駆動システム１において、インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２の直流電位を同一電位にした場合について、第６実施形態として説明する。図１１は、第６実施形態に係るモータ駆動機構１００の回路構成を表す図である。以下、本実施形態に係るモータ駆動機構１００および駆動システム１について、第５実施形態との相違点を中心に説明する。
第５実施形態に係る駆動システム１において、インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２の直流電位を同一電位にした場合について、第６実施形態として説明する。図１１は、第６実施形態に係るモータ駆動機構１００の回路構成を表す図である。以下、本実施形態に係るモータ駆動機構１００および駆動システム１について、第５実施形態との相違点を中心に説明する。
【0071】
図１１に示すように、本実施形態では、インバータＩＮＶ１の低電位側の直流端Ｎ１およびインバータＩＮＶ２の低電位側の直流端Ｎ２が互いに接続され、上述した第１系統および第２系統が同一電位となっている。すなわち、第１系統におけるインバータＩＮＶ１の低電位側の直流端Ｎ１と、第２系統におけるインバータＩＮＶ２の低電位側の直流端Ｎ２とが同一電位となっている。
【0072】
したがって、第６実施形態に係るモータ駆動機構１００によれば、第１系統および第２系統が電気的に接続されているため、一方の系統に故障が発生した場合にその影響が他方の系統に波及するリスクが増加するものの、インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２を制御する制御信号を共通の電位にすることができる。そのため、制御回路の設計が簡素化され、モータ駆動機構１００のコストを抑えることができる。また、モータ１０とバッテリ３１に高い絶縁耐圧が要求されなくなるため、モータ駆動機構１００のコストをより抑えることができる。
【0073】
なお、インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２の直流電位を同一電位にする構成は、図１１に示す例に限られない。例えば、図１２に示すように、インバータＩＮＶ１の高電位側の直流端Ｐ１およびインバータＩＮＶ２の高電位側の直流端Ｐ２が互いに接続されてもよい。
【0074】
（第７実施形態）
第６実施形態に係るモータ駆動機構１００において、モータ１０の各巻線をスター結線とし、それらの中性点電位同士を短絡した場合について、第７実施形態として説明する。図１３は、第７実施形態に係る駆動システム１の回路構成を表す図である。以下、本実施形態に係るモータ駆動機構１００および駆動システム１について、第６実施形態との相違点を中心に説明する。
第６実施形態に係るモータ駆動機構１００において、モータ１０の各巻線をスター結線とし、それらの中性点電位同士を短絡した場合について、第７実施形態として説明する。図１３は、第７実施形態に係る駆動システム１の回路構成を表す図である。以下、本実施形態に係るモータ駆動機構１００および駆動システム１について、第６実施形態との相違点を中心に説明する。
【0075】
図１３に示すように、本実施形態では、モータ１０の第１巻線１１および第２巻線１２は、それぞれスター結線され、第１巻線１１の中性点１１ｎと第２巻線１２の中性点１２ｎが互いに電気的に接続されている。すなわち、本実施形態では、インバータＩＮＶ１の低電位側の直流端Ｎ１と、インバータＩＮＶ２の低電位側の直流端Ｎ２とが互いに電気的に接続されることに加えて、モータ１０の第１巻線１１と第２巻線１２とが互いに電気的に接続されている。これにより、インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２およびモータ１０によって、一つの閉回路が形成され、第１系統および第２系統は、インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２の零相電圧を使用して、互いに電力を融通することができる。
【0076】
したがって、第７実施形態に係るモータ駆動機構１００によれば、上述した第１系統および第２系統のうち、一方の系統の電気部品に故障が発生した場合、その影響が他方の系統に波及するリスクがより増加するものの、インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２の零相電圧を使用して、各系統が互いに電力を融通することができ、制御性を向上させることができる。
【0077】
なお、図１４に示すように、インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２の低電位側の直流端Ｎ１，Ｎ２を互いに接続していない第５実施形態に係る駆動システム１においても、モータ１０の各巻線をスター結線とし、それらの中性点電位同士を短絡することが可能である。
【0078】
（第８実施形態）
第１実施形態に係る駆動システム１の制御について、第８実施形態として説明する。図１５は、第８実施形態に係るモータ駆動機構１００の回路構成を表す図である。図１６は、第８実施形態に係る駆動システム１の制御ブロック図である。以下、本実施形態に係るモータ駆動機構１００および駆動システム１について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
第１実施形態に係る駆動システム１の制御について、第８実施形態として説明する。図１５は、第８実施形態に係るモータ駆動機構１００の回路構成を表す図である。図１６は、第８実施形態に係る駆動システム１の制御ブロック図である。以下、本実施形態に係るモータ駆動機構１００および駆動システム１について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【0079】
本実施形態に係るモータ駆動機構１００は、図１５に示すように、駆動システム１を制御する制御部５０をさらに備える。制御部５０は、例えばマイコン、ＤＳＰなどの制御回路である。本実施形態では、制御部５０は、インバータＩＮＶ１およびインバータＩＮＶ２に接続され、バッテリ３１の充電率およびモータ１０の動作指令に基づいてインバータＩＮＶ１およびインバータＩＮＶ２の動作を制御する。ここで、モータ１０の動作指令は、モータ１０の速度指令、トルク指令等である。
【0080】
また、図１５に示すように、本実施形態では、電力供給源２０およびインバータＩＮＶ１によって主系統６１が構成され、電力供給源３０およびインバータＩＮＶ２によって副系統６２が構成される。なお、主系統６１は上述の第１系統と同様であり、副系統６２は上述の第２系統と同様である。
【0081】
以下、制御部５０による駆動システム１の制御の一例について、図１６に示す制御ブロック図を用いて説明する。なお、図１６における「主系統」および「副系統」は、それぞれ、図１５における主系統６１および副系統６２のことである。
【0082】
図１６に示すように、制御部５０には、まず、バッテリ３１の充電率およびモータ１０の動作指令が入力される。なお、図１６において、バッテリ３１の充電率は、充電率を意味するＳｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅの省略形である「ＳＯＣ」と表され、モータ１０の動作指令は、「モータ指令」と表されている。バッテリ３１の充電率は、例えばバッテリ３１の電圧を表す信号である。モータ１０の動作指令は、例えばモータ１０の速度指令や、トルク指令等を表す信号である。なお、モータ１０の動作指令は、制御部５０が生成した信号であってもよいし、制御部５０とは別の制御部などから制御部５０に入力された信号であってもよい。
【0083】
次に、制御部５０は、バッテリ３１の充電率およびモータ１０の動作指令に基づいて、駆動システム１の動作モードを選択し、指令値を生成する。なお、本実施形態に係る駆動システム１は、ブレーキチョッパＢＣを備えていないため、駆動システム１の動作モードは、上述した第４実施形態における第１動作モード、第２動作モード、および第４動作モードである。よって、制御部５０は、第１動作モード、第２動作モード、および第４動作モードのうち、いずれか１つを選択する。また、本実施形態では、制御部５０は、指令値として主系統６１の電流指令値および副系統６２の電流指令値を生成する。
【0084】
次に、図１６に示すように、制御部５０は、主系統６１の電流指令値および副系統６２の電流指令値に基づいて、電流制御、および、モータ１０の誘起電圧によるフィードフォワード制御を経て、主系統６１の電圧指令値および副系統６２の電圧指令値を生成する。なお、図１６において、モータ１０の誘起電圧によるフィードフォワード制御は、「誘起電圧ＦＦ」と表されている。そして、制御部５０は、主系統６１の電圧指令値および副系統６２の電圧指令値に基づいて、例えばＰＷＭ制御を行うことでインバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２をそれぞれ制御する。すなわち、図１５に示すように、制御部５０は、インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２を制御する制御信号を出力し、これらの制御信号をインバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２にそれぞれ入力して、インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２の動作を制御する。
【0085】
以上説明したように、本実施形態に係る駆動システム１は、制御部５０に接続され、制御部５０は、バッテリ３１の充電率およびモータ１０の動作指令に基づいて、駆動システム１が備えるインバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２の動作を制御する。これにより、バッテリ３１の充電率に応じて、モータ１０の動作を適切に制御することができる。
【0086】
なお、バッテリ３１の充電率およびモータ１０の動作指令に基づいてインバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２を制御する方法は、図１６に示す制御ブロックに限定されない。例えば、図１６に示す制御ブロックにおいて、モータ１０の誘起電圧によるフィードフォワード制御を省略してもよい。
【0087】
また、制御部５０には、バッテリ３１の充電率およびモータ１０の動作指令以外の信号を、バッテリ３１の充電率およびモータ１０の動作指令のうち少なくともいずれかに代えて、またはバッテリ３１の充電率およびモータ１０の動作指令とともに入力してもよい。バッテリ３１の充電率およびモータ１０の動作指令以外の信号の例には、バッテリ３１の温度を表す信号などが存在する。
【0088】
また、以上の説明では、第１実施形態に係る駆動システム１の制御について説明したが、第２実施形態または第３実施形態に係る駆動システム１の制御についても同様である。ただし、既に説明したように、ブレーキチョッパＢＣを備える第３実施形態に係る駆動システム１は、図８に示す第３動作モードでも動作することができる。よって、第３実施形態に係る駆動システム１を制御部５０によって制御する場合、制御部５０は、動作モードの選択において、第４実施形態における第１乃至第４動作モードのいずれか１つを選択することができる。
【0089】
（第９実施形態）
第３実施形態に係る駆動システム１において、冗長性を向上させるための構成の一例について、第９実施形態として説明する。図１７は、第９実施形態に係るモータ駆動機構１００の回路構成を表す図である。以下、本実施形態に係るモータ駆動機構１００および駆動システム１について、第３実施形態との相違点を中心に説明する。なお、図１７における第３実施形態に係る駆動システム１に代えて、第１実施形態または第２実施形態に係る駆動システム１を用いてもよい。
第３実施形態に係る駆動システム１において、冗長性を向上させるための構成の一例について、第９実施形態として説明する。図１７は、第９実施形態に係るモータ駆動機構１００の回路構成を表す図である。以下、本実施形態に係るモータ駆動機構１００および駆動システム１について、第３実施形態との相違点を中心に説明する。なお、図１７における第３実施形態に係る駆動システム１に代えて、第１実施形態または第２実施形態に係る駆動システム１を用いてもよい。
【0090】
本実施形態に係るモータ駆動機構１００は、図１７に示すように、モータ１０と、駆動システム１と、電力供給源２０，３０と、スイッチ２４，３４と、制御部５０とを備える。
【0091】
本実施形態に係る駆動システム１は、第３実施形態に係る駆動システム１と同様に、インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２と、ブレーキチョッパＢＣとを備える。
【0092】
インバータＩＮＶ１の交流端Ａ１には、スイッチ２４の一端が接続され、このスイッチ２４を介してモータ１０の第１巻線が接続されている。インバータＩＮＶ２の交流端Ａ２には、スイッチ３４の一端が接続され、このスイッチ３４を介してモータ１０の第２巻線が接続されている。
【0093】
また、インバータＩＮＶ１は逆流不可能な電力供給源２０から電力が供給され、インバータＩＮＶ２は逆流可能な電力供給源３０から電力が供給される。
【0094】
電力供給源２０は、図１７に示すように、交流電源２１、スイッチ２３、ダイオード整流器ＤＲ、直流リアクトルＬ、およびフィルタコンデンサＣ１を備える。交流電源２１には、スイッチ２３の一端が接続され、スイッチ２３の他端は、ダイオード整流器ＤＲの交流端Ａｄに接続されている。すなわち、交流電源２１は、スイッチ２３を介してダイオード整流器ＤＲに接続されている。
【0095】
スイッチ２３は、図１７に示すように、交流電源２１とダイオード整流器ＤＲとの間に設けられ、交流電源２１からダイオード整流器ＤＲを切り離す。例えば、系統擾乱による異常電圧が継続した場合や、スイッチ２３以降の回路、すなわち、ダイオード整流器ＤＲ、直流リアクトルＬ、フィルタコンデンサＣ１、駆動システム１、および電力供給源３０において故障が発生した場合に、スイッチ２３を開放することで、交流電源２１からダイオード整流器ＤＲを切り離す。これにより、例えば、交流電源２１がモータ駆動機構１００全体の故障を引き起こしたり、モータ駆動機構１００のうち交流電源２１以外の部分が交流電源２１の異常を発生させたりすることを抑制することができる。
【0096】
なお、図１７では、スイッチ２３としてコンタクタが設けられているが、スイッチ２３は、ブレーカ、パワーリレー等であってもよい。スイッチ２３は、切り離し回路の一例である。これらは、後述のスイッチ２４，３２，３３，３４についても同様である。
【0097】
電力供給源３０は、バッテリ３１、スイッチ３２，３３、およびフィルタコンデンサＣ２を備える。バッテリ３１の高電位端には、スイッチ３２の一端が接続され、スイッチ３２の他端は、インバータＩＮＶ２の高電位側の直流端Ｐ２に接続されている。バッテリ３１の低電位端には、スイッチ３３の一端が接続され、スイッチ３３の他端は、インバータＩＮＶ２の低電位側の直流端Ｎ２に接続されている。すなわち、バッテリ３１は、スイッチ３２，３３を介してインバータＩＮＶ２に接続されている。
【0098】
スイッチ３２は、図１７に示すように、バッテリ３１の高電位端と、フィルタコンデンサＣ２およびインバータＩＮＶ２との間に設けられ、バッテリ３１の高電位端からフィルタコンデンサＣ２およびインバータＩＮＶ２を切り離す。本実施形態では、フィルタコンデンサＣ２および／またはインバータＩＮＶ２に故障が発生した場合や、バッテリ３１が故障した場合に、スイッチ３２を開放することで、バッテリ３１の高電位端からフィルタコンデンサＣ２およびインバータＩＮＶ２を切り離す。
【0099】
同様に、スイッチ３３は、図１７に示すように、バッテリ３１の低電位端とフィルタコンデンサＣ２およびインバータＩＮＶ２との間に設けられ、バッテリ３１の低電位端からフィルタコンデンサＣ２およびインバータＩＮＶ２を切り離す。本実施形態では、フィルタコンデンサＣ２および／またはインバータＩＮＶ２に故障が発生した場合や、バッテリ３１が故障した場合に、スイッチ３３を開放することで、バッテリ３１の低電位端からフィルタコンデンサＣ２およびインバータＩＮＶ２を切り離す。
【0100】
バッテリ３１が故障した場合や、フィルタコンデンサＣ２および／またはインバータＩＮＶ２に故障が発生した場合にスイッチ３２，３３を開放することにより、バッテリ３１の重大なインシデントである発火、発煙、爆発などを抑制することができる。駆動システム１を用いて構成されるモータ駆動機構１００において、このような重大なインシデントが生じるリスクが大きいと判断される場合は、スイッチ３２，３３の両方を開放する。一方、モータ駆動機構１００において、重大なインシデントが生じるリスクが小さいと判断される場合は、スイッチ３２，３３のいずれか一方を開放してもよいし、スイッチ３２，３３のいずれか一方を配線に置き換えてもよい。
【0101】
スイッチ２４は、図１７に示すように、インバータＩＮＶ１とモータ１０の第１巻線との間に設けられ、モータ１０からインバータＩＮＶ１を切り離す。本実施形態では、電力供給源２０およびインバータＩＮＶ１に故障が発生した場合や、モータ１０が故障した場合に、スイッチ２４を開放することで、モータ１０からインバータＩＮＶ１を切り離す。これにより、例えば、インバータＩＮＶ１が故障した場合にモータ１０への影響を切り離すことや、インバータＩＮＶ１をモータ１０の故障から保護することができる。
【0102】
スイッチ３４は、図１７に示すように、インバータＩＮＶ２とモータ１０の第２巻線との間に設けられ、モータ１０からインバータＩＮＶ２を切り離す。本実施形態では、電力供給源３０およびインバータＩＮＶ２に故障が発生した場合や、モータ１０が故障した場合に、スイッチ３４を開放することで、モータ１０からインバータＩＮＶ２を切り離す。これにより、例えばインバータＩＮＶ２が故障した場合にモータ１０への影響を切り離すことや、インバータＩＮＶ２をモータ１０の故障から保護することができる。
【0103】
本実施形態では、制御部５０は、図１７に示すように、インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２およびスイッチ２３，２４，３２，３３，３４を制御する。制御部５０によるインバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２の制御は、例えば図１６に示す制御ブロックによって行われる。制御部５０によるスイッチ２３，２４，３２，３３，３４の制御は、例えばバッテリ３１の両端電圧や、バッテリ３１の温度に基づいて行われる。
【0104】
なお、スイッチ２３，２４，３２，３３，３４のうち少なくとも１つが、制御部５０とは別の図示しない制御部によって制御されてもよい。
【0105】
以上説明したように、第９実施形態に係る駆動システム１によれば、電気部品に故障が発生した場合に、スイッチ２３，２４，３２，３３，３４を適宜切り離すことにより、故障の影響を最小限に抑制することができる。そのため、第３実施形態に係る駆動システム１の冗長性をより向上させることができる。
【0106】
また、本実施形態に係る駆動システム１によれば、モータ１０が故障した場合にも、スイッチ２４，３４を開放することで、電気部品を保護することができる。
【0107】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0108】
１ 駆動システム
１０ モータ
１１ 第１巻線
１２ 第２巻線
１１ｎ，１２ｎ 中性点
２１ 交流電源
２２ 直流架線
２３，２４，３２，３３，３４ スイッチ
３１ バッテリ
４０ 動作切替部
５０ 制御部
１００ モータ駆動機構
ＢＣ ブレーキチョッパ
Ｃ１，Ｃ２ フィルタコンデンサ
ＤＲ ダイオード整流器
ＩＮＶ１，ＩＮＶ２ インバータ
Ｌ 直流リアクトル
１０ モータ
１１ 第１巻線
１２ 第２巻線
１１ｎ，１２ｎ 中性点
２１ 交流電源
２２ 直流架線
２３，２４，３２，３３，３４ スイッチ
３１ バッテリ
４０ 動作切替部
５０ 制御部
１００ モータ駆動機構
ＢＣ ブレーキチョッパ
Ｃ１，Ｃ２ フィルタコンデンサ
ＤＲ ダイオード整流器
ＩＮＶ１，ＩＮＶ２ インバータ
Ｌ 直流リアクトル
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
