特開 2024-173392 インバータ制御装置および制御方法

(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】P2024173392

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】インバータ制御装置および制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20241205BHJP

   B64D 27/24 20240101ALI20241205BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 E

H02M7/48 M

B64D27/24

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023091775

(22)【出願日】2023-06-02

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】弁理士法人開知

(72)【発明者】

【氏名】大野 友幹

(72)【発明者】

【氏名】川島 徹也

【テーマコード（参考）】

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H770AA04

5H770BA01

5H770CA01

5H770CA02

5H770CA06

5H770DA03

5H770DA22

5H770DA30

5H770DA41

5H770GA20

5H770HA02Y

5H770HA03W

5H770JA17W

5H770LB09

(57)【要約】

【課題】コストの増加及びシステム重量の増加を伴わずインバータの宇宙線耐量を向上可能なインバータ制御装置を提供する。
【解決手段】インバータ制御装置６００は複数のインバータ２０１、２０２、２０７、２０８のそれぞれの電圧印加総時間を判定する電圧印加総時間判定部６０２と、飛行体５０１の運行情報を入力し飛行体５０１の運行パターンを判定し、運行パターンを電圧印加総時間判定部６０２に出力する運行パターン判定部６０３と、電圧総時間判定部６０２の指令と、複数のインバータ２０１、２０２、２０７、２０８の電流情報及び電圧情報に従い複数のインバータ２０１、２０２、２０７、２０８を制御するインバータ制御部６０４と、インバータ制御部６０４の情報に従い、複数のインバータ２０１、２０２、２０７、２０８の電源３００と複数のインバータ２０１、２０２、２０７、２０８との接続及び開放を制御する切替制御部６０５と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のインバータの、それぞれの電圧印加総時間を判定する電圧印加総時間判定部と、
飛行体の運行情報を入力し、前記飛行体の運行パターンを判定して、判定した運行パターンを前記電圧印加総時間判定部に出力する運行パターン判定部と、
前記電圧印加総時間判定部からの指令と、前記複数のインバータの電流情報および電圧情報に従って、前記複数のインバータおよび複数の平滑コンデンサ電圧を制御するインバータ制御部と、
前記インバータ制御部からの情報に従って、前記複数のインバータの電源と、前記複数のインバータとの接続および開放を制御する切替制御部と、
を備えることを特徴とするインバータ制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載のインバータ制御装置において、
前記飛行体は、プロペラにシャフトを介して接続されたオープン巻線モータを有し、巡航時よりも離着陸時または上昇時の出力が大きく、前記オープン巻線モータは、複数の前記インバータに接続され、複数の前記インバータは、それぞれの直流部が前記平滑コンデンサに接続され、スイッチを介して電源に接続され、
前記インバータ制御部は、前記巡航時における複数の前記インバータのそれぞれの電圧印加総時間に基づき、複数の前記インバータのうちのいずれかを選択し、選択した前記インバータの変調率を制御し、
前記切替制御部は、前記インバータ制御部からの情報に従って前記スイッチを接続あるいは開放する、
ことを特徴とするインバータ制御装置。

【請求項3】

請求項２に記載のインバータ制御装置において、
前記インバータ制御部は、前記飛行体の離着陸時あるいは上昇時に、前記複数のインバータにより、前記オープン巻線モータを駆動し、巡航時には、前記複数のインバータの前記電圧印加総時間が互いに等しくなるように、前記複数のインバータの停止あるいは駆動を制御することを特徴とするインバータ制御装置。

【請求項4】

請求項３に記載のインバータ制御装置において、
前記インバータ制御部は、前記複数のインバータの前記電圧印加総時間が互いに等しくなるように、前記電圧印加総時間が長いインバータを停止し、前記電圧印加総時間が短いインバータを駆動することを特徴とするインバータ制御装置。

【請求項5】

請求項４に記載のインバータ制御装置において、
前記インバータ制御部は、
停止する前記インバータの変調率をゼロまで低下させ、駆動する前記インバータの変調率を前記オープン巻線モータの要求電圧まで上昇させ、停止する前記インバータの出力をゼロにした後、停止する前記インバータの下アームを短絡させ、
前記切替制御部は、停止する前記インバータの下アームが短絡された後に、前記電源と前記平滑コンデンサに接続された前記スイッチを開放することを特徴とするインバータ制御装置。

【請求項6】

請求項５に記載のインバータ制御装置において、
前記インバータ制御部は、前記オープン巻線モータに流れる三相電流の積が０Ａあるいは任意の閾値より大きい場合に、前記平滑コンデンサに蓄えられた電荷を前記オープン巻線モータの巻線抵抗を介して放電を行い、前記平滑コンデンサの電圧を０Ｖに低下させることを特徴とするインバータ制御装置。

【請求項7】

請求項６に記載のインバータ制御装置において、
前記インバータ制御部は、前記平滑コンデンサの電圧を０Ｖに低下させた後、停止する前記インバータの下アームを短絡させ、前記平滑コンデンサの電圧を０Ｖに維持させることを特徴とするインバータ制御装置。

【請求項8】

請求項７に記載のインバータ制御装置において、
前記インバータ制御部は、前記複数の前記インバータのうち、往路で停止した前記インバータは復路では駆動し、往路で駆動した前記インバータは復路では停止することを特徴とするインバータ制御装置。

【請求項9】

請求項１に記載のインバータ制御装置において、
前記インバータ制御部からの情報に基づいて、前記複数の前記インバータのそれぞれは、駆動中であるか停止中であるかの状態を表示する表示部を備えることを特徴とするインバータ制御装置。

【請求項10】

複数のインバータの、それぞれの電圧印加総時間を判定し、
飛行体の運行情報から、前記飛行体の運行パターンを判定し、
前記複数のインバータの電流情報および電圧情報に従って、前記複数のインバータを制御し、
前記複数のインバータの電源と、前記複数のインバータとの接続および開放を制御する、
ことを特徴とするインバータ制御方法。

【請求項11】

請求項１０に記載のインバータ制御方法において、
前記飛行体は、プロペラにシャフトを介して接続されたオープン巻線モータを有し、巡航時よりも離着陸時または上昇時の出力が大きく、前記オープン巻線モータは、前記複数のインバータに接続され、前記複数のインバータは、それぞれの直流部が平滑コンデンサに接続され、スイッチを介して電源に接続され、
前記巡航時における前記複数のインバータのそれぞれの電圧印加総時間に基づき、前記複数のインバータのうちのいずれかを選択し、選択した前記インバータの変調率を制御し、
前記スイッチを開放した後に、前記平滑コンデンサの電圧を減少させる、
ことを特徴とするインバータ制御方法。

【請求項12】

請求項１１に記載のインバータ制御方法において、
前記飛行体の離着陸時あるいは上昇時に、前記複数のインバータにより、前記オープン巻線モータを駆動し、巡航時には、前記複数のインバータの前記電圧印加総時間が互いに等しくなるように、前記複数のインバータの停止あるいは駆動を制御することを特徴とするインバータ制御方法。

【請求項13】

請求項１２に記載のインバータ制御方法において、
前記複数のインバータの前記電圧印加総時間が互いに等しくなるように、前記電圧印加総時間が長いインバータを停止し、前記電圧印加総時間が短いインバータを駆動することを特徴とするインバータ制御方法。

【請求項14】

請求項１３に記載のインバータ制御方法において、
停止する前記インバータの変調率をゼロまで低下させ、駆動する前記インバータの変調率を前記オープン巻線モータの要求電圧まで上昇させ、停止する前記インバータの出力をゼロにした後、停止する前記インバータの下アームを短絡させ、停止する前記インバータの下アームが短絡された後に、前記電源と前記平滑コンデンサに接続された前記スイッチを開放することを特徴とするインバータ制御方法。

【請求項15】

請求項１４に記載のインバータ制御方法において、
前記オープン巻線モータに流れる三相電流の積が０Ａあるいは任意の閾値より大きい場合に、前記平滑コンデンサに蓄えられた電荷を前記オープン巻線モータの巻線抵抗を介して放電を行い、前記平滑コンデンサの電圧を０Ｖに低下させることを特徴とするインバータ制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はインバータ制御装置及び制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、旅客機や垂直離着陸機（ＶＴＯＬ機、Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｔａｋｅ－Ｏｆｆ ａｎｄ Ｌａｎｄｉｎｇ ａｉｒｃｒａｆｔ）等の航空機には電動化が進んでいる。例えば、電動化された航空機には、電動垂直離着陸機（ｅＶＴＯＬ機， Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｔａｋｅ－Ｏｆｆ ａｎｄ Ｌａｎｄｉｎｇ ａｉｒｃｒａｆｔ）がある。

【0003】

航空機を構成する推進システムの電動化には、モータやインバータ等を含む電動コンポーネントの大容量化と高信頼化が必要である。両者を実現する電動システムには、２台のインバータを用いてモータ巻線印加電圧を倍増して効率良く駆動することができるオープン巻線システムが知られている。

【0004】

オープン巻線システムを、さらに効率良く運転するためには、例えば、特許文献１では、「低出力時における効率の低下を防止できるモータ駆動システム」が開示されており、「低出力の際にはインバータ１台で運転することでインバータの損失を抑えることが望まれる。」と記載されている。

【0005】

このように、定格出力よりも低い出力で駆動する負荷条件では、２台あるインバータのうち１台のみでモータを駆動することにより高効率化を図っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１９―６２７２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

航空機が飛行する高高度環境では、宇宙線強度が大幅に増加する。これにより、半導体スイッチング素子やゲート駆動回路などで構成されるインバータの偶発故障発生確率が大幅に上がり信頼性が低下する。特に、高高度を飛行する巡航時はインバータの信頼性低下は著しい。インバータの高信頼化には宇宙線耐量を向上させる必要があり、その手段として、半導体スイッチング素子への印加電圧低減が有効である。

【0008】

特許文献１に記載のような構成ではインバータの高効率化に有効であるが、２台あるインバータの半導体スイッチング素子には、常にＤＣ電圧が印加され続けるためインバータの宇宙線耐量は低く、耐宇宙線対策が必要である。

【0009】

オープン巻線システムの宇宙線耐量を向上させるには、半導体スイッチング素子耐圧の向上、半導体スイッチング素子のシリーズ化、インバータ多段化、バッテリーとインバータ間に昇降圧コンバータを設置してＤＣ電圧を可変にするなどの手段が考えられるが、多数の半導体スイッチング素子が追加されることによるコスト増加およびシステム重量の増加が課題となる。

【0010】

本発明の目的は、コストの増加およびシステム重量の増加を伴うことなく、インバータの宇宙線耐量を向上することが可能なインバータ制御装置及び制御方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明は、上記目的を達成するため、次のように構成される。

【0012】

インバータ制御装置において、複数のインバータの、それぞれの電圧印加総時間を判定する電圧印加総時間判定部と、飛行体の運行情報を入力し、前記飛行体の運行パターンを判定して、判定した運行パターンを前記電圧印加総時間判定部に出力する運行パターン判定部と、前記電圧印加総時間判定部からの指令と、複数のインバータの電流情報および電圧情報に従って、前記複数のインバータを制御するインバータ制御部と、前記インバータ制御部からの情報に従って、前記複数のインバータの電源と、前記複数のインバータとの接続および開放を制御する切替制御部と、を備える。

【0013】

また、インバータ制御方法において、複数のインバータの、それぞれの電圧印加総時間を判定し、飛行体の運行情報から、前記飛行体の運行パターンを判定し、複数の前記インバータの電流情報および電圧情報に従って、複数の前記インバータを制御し、複数の前記インバータの電源と、複数の前記インバータとの接続および開放を制御する。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、コストの増加およびシステム重量の増加を伴うことなく、インバータの宇宙線耐量を向上することが可能なインバータ制御装置及び制御方法を提供することができる。

【0015】

飛行体の推進系を構成するモータ・インバータを高効率に駆動しながら、半導体スイッチング素子に印加される電圧の印加総時間を低減することにより、インバータの宇宙線耐量が向上するため、航空機の高信頼化を実現し、フライト数あるいは航続距離が延びる。

【0016】

また、半導体スイッチング素子の追加やコンデンサ放電用回路が不要であるため、低コスト化および軽量化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】実施例１によるインバータ制御装置により制御される飛行体の推進システムの構成を示す概略構成図である。

【図2】実施例１によるインバータ制御装置の機能ブロック図である。

【図3】飛行体の運行パターンを示す図である。

【図4】実施例１の制御アルゴリズムを説明するフローチャートである。

【図5A】実施例１の往路の運行パターンを示す図である。

【図5B】実施例１の復路の運行パターンを示す図である。

【図6】実施例２によるインバータ制御装置により制御される飛行体の推進システムの構成を示す概略構成図である。

【図7】実施例３によるインバータ制御装置により制御される飛行体の推進システムの構成を示す概略構成図である。

【図8A】実施例４の運行パターンを示す図である。

【図8B】実施例４の運行パターンを示す図である。

【図9】実施例５の運行パターンを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明によるインバータ制御装置を図面に基づいて説明する。また、本発明の実施例１以外の実施例については、実施例１と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。

【実施例0019】

（実施例１）
図１は実施例１のプロペラ１台当たりの推進システム１の構成図である。図２は、インバータ制御装置６００の機能ブロック図である。

【0020】

図１において、プロペラ１００はシャフト１０１を介して三相モータのオープン巻線モータ１０２に接続される。オープン巻線モータ１０２の３相巻線は、それぞれ互いに独立して結線されず、巻線の両端には、それぞれ互いに独立したインバータＡ２０１及びインバータＢ２０２が接続される。実施例１における三相モータ１０２は、永久磁石同期モータを想定しているが、例えば、誘導機等を用いても良い。

【0021】

インバータＡ２０１及びインバータＢ２０２は、半導体スイッチング素子を三相ブリッジ接続して構成され、直流部にはそれぞれ互いに独立した平滑コンデンサＡ２０３及び平滑コンデンサＢ２０４を備えている。バッテリーＡ３００（電源）はインバータＡ２０１及びインバータＢ２０２の両者に並列接続されている。本実施例１ではバッテリーを想定しているが、例えば、ＤＣ－ＤＣコンバータが接続されていてもよいし、交流電圧源をＡＣ－ＤＣコンバータを用いて直流に電力変換したものでもよい。

【0022】

バッテリーＡ３００とコンデンサＡ２０３の間にはスイッチＡ２０５が接続され、バッテリーＡ３００とコンデンサＢ２０４の間にはスイッチＢ２０６が接続されている。スイッチＡ２０５およびスイッチＢ２０６は、リレー等の機械式スイッチでも良いし、半導体スイッチング素子を用いてもよい。

【0023】

電流センサ４０１はオープン巻線モータ１０２に流れる３相電流を検出し、電圧センサＡ４０２および電圧センサＢ４０３は各インバータ２０１および２０２に接続された平滑コンデンサ２０３、２０４の電圧を検出する。電流センサ４０１はモータ電流の３相分を検出してもよい。

【0024】

インバータ制御装置６００は、上位の指令装置である飛行体制御装置５００からの運行情報および電圧印加時間情報、電流センサ４０１の検出値、電圧センサＡ４０２、Ｂ４０３の検出値に基づきインバータＡ２０１及びインバータＢ２０２、スイッチＡ２０５及びスイッチＢ２０６のスイッチング信号の生成を行う。

【0025】

図２は、実施例１によるインバータ制御装置の機能ブロック図である。

【0026】

図２において、インバータ制御装置６００は、タイマー６０１と、電圧印加総時間判定部６０２と、運行パターン判定部６０３と、インバータ制御部６０４と、切替制御部６０５と、を備える。

【0027】

電圧印加総時間判定部６０２は、推進システム１における飛行体５０１（図５Ａに示す）の飛行体制御装置５００から、半導体への電圧印加情報（バッテリーＡ３００の電圧情報あるいは、電圧センサＡ４０２からの電圧情報、あるいは電圧センサＢ４０３からの電圧情報）を入力し、タイマー６０１を駆動して、複数のインバータ（実施例１では２つのインバータ２０１および２０２）のそれぞれの電圧印加総時間を判定する。

【0028】

運行パターン判定部６０３は、飛行体５０１の飛行体制御装置５００から運行情報を入力し、飛行体の運行パターンを判定して、判定した運行パターン情報を電圧印加総時間判定部６０２に出力する。

【0029】

インバータ制御部６０４は、電圧総時間判定部６０２からの指令（インバータ２０１、２０２のどちらの出力電力を制御するかの指令）、電流センサ４０１からの電流情報、電圧センサＡ４０２からの電圧情報、および電圧センサＢ４０３からの電圧情報に従って、インバータ２０１およびは２０２を制御する。つまり、インバータ制御部６０４は、飛行体５０１の巡航時における複数のインバータＡ２０１およびＢ２０２のそれぞれの電圧印加総時間に基づき、インバータ２０１およびＢ２０２のうちのいずれかを選択し、選択したインバータ２０１またはＢ２０２の変調率を制御と、平滑コンデンサＡ２０３またはＢ２０４の電圧を制御する。

【0030】

切替制御部６０５は、インバータ制御部６０４からの情報（インバータ２０１、２０２のうちのいずれを制御するかの情報）に従って、スイッチＡ２０５またはスイッチＢ２０６の動作を制御して、インバータ２０１および２０２の電源であるバッテリー３００と、インバータ２０１および２０２との接続および開放を制御する。

【0031】

表示部６０６は、インバータ制御部６０４からの情報に基づいて、インバータ２０１およびインバータ２０２のそれぞれの駆動状態（駆動中であるか停止中であるかの状態）を表示する。

【0032】

次に、飛行体の運行パターンを図３に示す。飛行体である航空機はプロペラ１００が推力を発生させるために、シャフト１０１を介してオープン巻線モータ１０２が回転力を伝える。オープン巻線モータ１０２を駆動するには、インバータＡ２０１及びインバータＢ２０２の出力電圧をオープン巻線モータ１０２の巻線に印加する。

【0033】

このとき、例えば、インバータＡ２０１の出力電圧に対して、インバータＢ２０２の出力電圧を逆位相としてオープン巻線モータ１０２の巻線に印加することで、半導体スイッチング素子の耐圧を上げることなく、また、昇圧用回路を設けることなく、モータ巻線１相当たりの電圧振幅を増加させ、オープン巻線モータ１０２の高出力化を高効率で実現する。

【0034】

航空機が離陸や着陸する場合には、他の運行パターンと比較して、オープン巻線モータ１０２を高出力で駆動させる必要がある。この場合、オープン巻線モータ１０２はインバータＡ２０１及びインバータＢ２０２の２台を用いて高出力で高効率に駆動する。

【0035】

一方で、航空機が巡航する場合には、離陸や着陸時よりもオープン巻線モータ１０２は低出力で駆動する。低出力時にはモータ駆動に必要な電圧も低下するため、インバータＡ２０１あるいはインバータＢ２０２を停止させることで、すべての運行パターンで高効率運行を行う。

【0036】

図４は、本実施例１による制御アルゴリズムのフローチャートである。操縦者あるいは運行システム（例えば、高度計など）が離陸から巡航に運行フェーズが変わったことを判断すると、インバータＡ２０１あるいはインバータＢ２０２を停止させ、オープン巻線モータ１０２をオープン巻線からＹ結線として駆動する。

【0037】

ここで、例えば、インバータＡ２０１あるいはインバータＢ２０２を、１回の巡航毎に、停止させて低出力時にオープン巻線モータ１０２をオープン巻線からＹ結線として駆動することは効率の観点で有効であるが、２台のインバータＡ２０１とインバータＢ２０２とで使用時間が異なることで、２台のうち使用時間が長いインバータだけが宇宙線による偶発故障の発生確率が大きくなり望ましくない。

【0038】

また、インバータＡ２０１またはインバータＢ２０２を停止させ出力がゼロとなっても、バッテリーＡ３００の電圧が印加され続けていると、インバータは停止しているにも関わらず、宇宙線の影響を受け続ける。

【0039】

そこで、本実施例１では、２台のインバータＡ２０１とインバータＢ２０２とが受ける宇宙線の影響を等しくした上で、インバータ停止時には宇宙線の影響を低減するように制御する。以下、本実施例１の制御法を説明する。

【0040】

ステップＳ１で巡航が開始された直後は、オープン巻線モータ１０２を２台のインバータ２０１、２０２で駆動している。このとき、例えば、離陸時に必要なモータ出力が１００ｋＷだとすれば、巡航時に必要な出力は約半分であるためモータ出力は５０ｋＷとなり、インバータ１台当たりの出力は２５ｋＷとなる。

【0041】

巡航が開始されると、ステップＳ２において、２台のインバータ２０１、２０２の半導体スイッチング素子に印加される電圧印加総時間を判定し、２台のうち停止するインバータを１台選択し、２台のインバータ２０１、２０２が宇宙線の影響を受ける時間を等しくする。インバータ２０１、２０２が停止することは出力をゼロにすることであるため、インバータ制御部６０４が、停止したいインバータ２０１またはインバータ２０２の変調率をゼロにする必要がある。停止するインバータの変調率をゼロにすることによる電圧不足分は、インバータ制御部６０４が駆動を続けるインバータの変調率を上げることで、オープン巻線モータ１０２には所望の電力を供給し続ける。

【0042】

このとき、例えば、離陸時に必要なモータ出力が１００ｋＷだとすれば、巡航時モータ出力は５０ｋＷとなり、停止するインバータは０ｋＷで、駆動を継続するインバータは５０ｋＷを出力する。ステップＳ３またはステップＳ１３で停止するインバータの変調率をゼロにした後、ステップＳ４またはＳ１４で停止したインバータの下アームを短絡させることで、バッテリーＡ３００とオープン巻線モータ１０２間を、インバータ２０１又は２０２を介して流れる電流経路をなくして、平滑コンデンサ２０３、２０４に意図しない充電が行われるのを防ぎ、ステップＳ５またはＳ１５で、停止するインバータ２０１または２０２の下アームが短絡された後に切替制御部６０５が停止インバータ２０１または２０２側のスイッチ２０５または２０６を開放する。

【0043】

インバータ制御部６０４は、バッテリーＡ３００と平滑コンデンサ２０３または２０４に接続されたスイッチ２０５または２０６を開放する前に、停止するインバータ２０１または２０２の変調率をゼロまで低下させ、駆動するインバータ２０１または２０２の変調率をオープン巻線モータ１０２の要求電圧まで上昇させ、停止するインバータ２０１または２０２の出力をゼロにした後、停止するインバータ２０１または２０２の下アームを短絡させる。これにより、平滑コンデンサ２０３または２０４に意図しない充電が行われることを防ぐことができる。

【0044】

停止インバータ２０１または２０２は、スイッチ２０５または２０６によってバッテリーＡ３００から開放されても、平滑コンデンサ２０３、２０４に蓄えられた電荷の影響で、平滑コンデンサ２０３、２０４の電圧はＤＣ電圧とおよそ同等であるため、停止インバータ２０１または２０２の半導体スイッチング素子に電圧が印加され続け、宇宙線による偶発故障が発生する。

【0045】

したがって、平滑コンデンサ２０３、２０４に蓄えられた電荷を放電し、コンデンサ電圧を０Ｖにする必要がある。放電電流は停止インバータ２０１または２０２を介してオープン巻線モータ１０２の巻線抵抗で消費する。このとき、モータ電流が０Ａとなるタイミングで平滑コンデンサ２０３または２０４からオープン巻き線モータ１０２へ放電電流が流れると、本来流れるべきではない電流であるため、波形歪みに繋がり、電流振動の発生や、意図しない回生が発生する。

【0046】

そのため、ステップＳ６またはＳ１６にて、インバータ制御部６０４は、電流センサ４０１が検出した三相電流が０か否かを判断し、三相電流が０Ａではない期間で放電を行う必要があり、つまり、各三相電流の積が０Ａではないとき、平滑コンデンサ２０３、２０４の放電を行う。モータ電流の積が０Ａではなく任意の閾値で下限の電流を設定し、その電流値よりも大きい場合に放電を開始するようにしてもよい。

【0047】

ステップＳ７またはＳ１７における平滑コンデンサ２０３、２０４の放電は、インバータ制御部６０４が、電圧センサＡ４０２またはＢ４０３を用いて、平滑コンデンサ２０３、２０４の電圧をリアルタイムで検出を行い、０Ｖとなるまで低下させる。このとき、停止インバータは平滑コンデンサ２０３、２０４の放電電流経路確保とＹ結線として駆動できるようにスイッチング信号を生成する。コンデンサ電圧は、電圧検出用センサを設けずにセンサレスとして、スイッチングパターンから予測してもよい。

【0048】

停止インバータに接続された平滑コンデンサ２０３、２０４が放電された後、ステップＳ８またはＳ１８にて、インバータ制御部６０４が停止インバータ２０１または２０２の下アームを再度短絡させることで、オープン巻線モータ１０２からインバータ２０１または２０２を介して流れるコンデンサ電流経路をなくし、平滑コンデンサに意図しない充電が行われるのを防ぎ、コンデンサ電圧を０Ｖに維持する。これにより、停止するインバータの宇宙線耐量が向上する。

【0049】

ステップＳ９またはＳ１９のインバータ停止後は、ステップＳ１０、Ｓ１１またはステップＳ２０、Ｓ２１で、インバータ２０１、２０２の停止時間あるいは駆動を続けるインバータの電圧印加総時間の測定を巡航が終了するまで行う。巡航が終了すると、ステップＳ１２またはＳ２２で、電圧印加総時間データは、次回の巡航時におけるインバータ停止の判定に用いる（ステップＳ２）。

【0050】

図５Ａおよび図５Ｂに本実施例１を用いた場合の運行パターンを示す。図５Ａは往路の運行パターンを示し、図５Ｂは復路の運行パターンを示す。

【0051】

図５Ａおよび図５Ｂにおいて、飛行体５０１が地点Ａから地点Ｂに移動する際および地点Ｂから地点Ａに移動する際には、離陸時にはインバータ２台でオープン巻線モータ１０２を駆動する。上昇時になると、インバータ制御装置４００でインバータ２０１および２０２のうちの１台を停止させ、巡行時から下降時まで１台でオープン巻線モータ１０２を駆動する。

【0052】

着陸時には、停止しているインバータ２０１または２０２を図３に示した手順の逆手順に従い再起動させ、２台のインバータ２０１および２０２でオープン巻線モータ１０２を駆動する。

【0053】

これにより、モータ出力に応じて高効率に駆動しつつ、高高度を飛行する際のインバータ宇宙線耐量が向上する。

【0054】

以上のように、本発明の実施例１によるインバータ制御装置４００は、推力を発生させるプロペラ１００にシャフト１０１を介してオープン巻線化された三相モータ１０２が接続され、三相モータ１０２には独立して別々に接続された２台のインバータ２０１、２０２と、インバータ２０１、２０２の直流部には別々に接続された平滑用コンデンサ２０３、２０４と、平滑コンデンサ２０３、２０４とバッテリー３００の間に接続されたスイッチ２０５、２０６と、インバータ２０１、２０２を構成する半導体スイッチング素子とスイッチ２０５、２０６の両者を制御する。

【0055】

実施例１によるインバータ制御装置６００は、巡航時におけるオープン巻線モータ１０２の出力が、垂直離着陸時におけるモータ出力の約半分であることに着目して、巡航時には２台のインバータ２０１、２０２のうち１台のみでオープン巻線モータ１０２を駆動する。このとき、停止するインバータ２０１または２０２は、巡航時において２台のインバータ２０１および２０２の半導体スイッチング素子に印加される電圧の総時間が等しくなるように、２台のうち印加電圧総時間が長いインバータ２０１または２０２を停止する。

【0056】

インバータ２０１または２０２を停止するためには、平滑用コンデンサ２０３または２０４とバッテリーＡ３００の間に接続されたスイッチ２０５又は２０６を開放する前に、停止するインバータ２０１または２０２の変調率を制御してゼロまで低下させ、駆動を続けるインバータ２０１または２０２の変調率を不足分だけ上げることにより、オープン巻線モータ１０２に所望の駆動を継続しながら、停止インバータ２０１または２０２の出力をゼロにする。

【0057】

これにより、停止インバータ２０１側または２０２側のスイッチ２０５又は２０６の開放時に発生するサージを最小限にする。その後、停止インバータ２０１または２０２の下アームは短絡させることで、バッテリー３００とオープン巻線モータ１０２間を、インバータ２０２または２０２を介して流れる電流経路をなくして、停止インバータ２０１側または２０２側のスイッチ２０５または２０６を開放する。

【0058】

停止インバータ２０１側または２０２側のスイッチ２０５または２０６の開放後、コンデンサ２０３または２０４に蓄えられた電荷によってコンデンサ電圧はＤＣ電圧と同等であるため、停止インバータ２０１または２０２を制御してコンデンサ２０３または２０４に蓄えられた電荷を放電させる。放電電流は、オープン巻線モータ１０２に流れる三相電流が０Ａとならない期間にモータ巻線抵抗で消費させ、停止インバータ２０１側または２０２側の平滑コンデンサ２０３または２０４の電圧を０Ｖに制御する。その後、停止インバータ２０１または２０２の下アームを再度短絡させることで、オープン巻線モータ１０２からインバータ２０１または２０２を介して流れるコンデンサ電流経路をなくし、コンデンサ２０３または２０４の電圧を０Ｖに維持する。

【0059】

これにより、インバータ２０１又は２０２の１台当たりの半導体スイッチング素子への電圧印加時間を半減させる。

【0060】

実施例１によれば、コストの増加およびシステム重量の増加を伴うことなく、インバータの宇宙線耐量を向上することが可能なインバータ制御装置及び制御方法を提供することができる。

【0061】

（実施例２）
次に、本発明の実施例２について説明する。

【0062】

図６は、実施例２によるインバータ制御装置６００により制御される飛行体の推進システム１Ａの構成を示す概略構成図である。

【0063】

実施例２のインバータ制御装置６００により制御される推進システム１Ａは、インバータＡ２０１及びインバータＢ２０２が別々の独立したバッテリーＡ３００およびバッテリーＢ３０１（電源）に接続されている。航空向けの用途では、バッテリー冗長化で本実施例２のような構成が望ましい場合がある。

【0064】

実施例２におけるインバータ制御装置６００の構成及び動作は、図２に示した構成と同様であるので、説明は省略する。

【0065】

実施例２においても、実施例１と同様な効果を得ることができる。

【0066】

（実施例３）
次に、本発明の実施例３について説明する。

【0067】

図７は、実施例３によるインバータ制御装置６００により制御される飛行体の推進システム１Ｂの構成を示す概略構成図である。

【0068】

実施例３のインバータ制御装置６００により制御される推進システム１Ｂは、オープン巻線モータ１０２の三相巻線両端にインバータＡ２０１、インバータＢ２０２、インバータＣ２０９、インバータＤ２１０の計４台接続されている。インバータＣ２０９およびインバータＤ２１０は、インバータＡ２０１やインバータＢ２０２と同様な構成となっている。なお、実施例３においては、インバータが４台以上あってもよい。

【0069】

インバータの故障対策をより重視する場合には本実施例３が有効である。インバータの台数が増えるほど、電圧印加総時間を減らすことができる。インバータに接続されるバッテリーはそれぞれ独立であってもよいし、共通で接続してもよいし、２台のインバータを１組として、１台のバッテリーを接続するようなグループ構成としてもよい。

【0070】

実施例３におけるインバータ制御装置６００の構成及び動作は、図２に示した構成と同様であるので、説明は省略する。

【0071】

実施例３によれば、実施例１と同様な効果を得ることができる他、個々のインバータへの電圧印加総時間を減らすことができ、故障発生率を低減することができる。

【0072】

（実施例４）
次に、本発明の実施例４について説明する。

【0073】

図８Ａおよび図８Ｂは、実施例４によるインバータ制御装置６００により制御される飛行体の運行パターンを示す図である。

【0074】

離陸時および着陸時と、それ以外の飛行モードで、使用するプロペラあるいはモータが異なる飛行体である航空機において、インバータ制御部６０４は、上昇時には２台のインバータ２０１および２０２でオープン巻線モータ１０２を駆動し、巡航時および下降時にはインバータを１台停止させ、１台のインバータでモータを高効率に駆動する。インバータ制御部６０４は、複数のインバータ２０１、２０２のうち、往路で停止したインバータ２０２は復路では駆動し、往路で駆動したインバータ２０１は復路では停止する。

【0075】

離陸時および着陸時は、上昇時、巡航時および下降時に用いたプロペラあるいはモータとは、異なるプロペラあるいはモータを使用する。

【0076】

実施例４におけるインバータ制御装置６００の構成及び動作は、図２に示した構成と同様であるので、説明は省略する。

【0077】

実施例４によれば、離陸時および着陸時と、それ以外の飛行モードで、使用するプロペラあるいはモータが異なる飛行体についても、実施例１と同様に、個々のインバータへの電圧印加総時間を減らすことができ、故障発生率を低減することができる。

【0078】

（実施例５）
次に、本発明の実施例５について説明する。

【0079】

図９は、実施例５の運行パターンを示す図である。図９に示した運行パターンは、複数の目的地を経由する場合であっても電圧印加総時間に基づき、インバータの停止を判定する。例えば、４つの地点Ａ、地点Ｂ、地点Ｃおよび地点Ｄを巡航する飛行パターンの場合、地点Ａから地点ＢはインバータＢ２０２を停止し、地点Ｂから地点ＣはインバータＡ２０１を停止し、地点Ｃから地点ＤはインバータＢ２０２を停止し、地点Ｄから地点ＡはインバータＡ２０１を停止する。

【0080】

つまり、往路および復路ではない場合であって、複数の目的地を経由する場合であっても、電圧印加総時間に基づきインバータの停止を判定するので、実施例１と同様な効果を得ることができる。

【0081】

なお、実施例５においては、実施例１～４の動作制御のいずれを用いてもよい。

【符号の説明】

【0082】

１、１Ａ、１Ｂ・・飛行体の推進システム、１００・・・プロペラ、１０１・・・シャフト、１０２・・・オープン巻線モータ、２０１・・・インバータＡ、２０２・・インバータＢ、２０３・・・平滑コンデンサＡ、２０４・・・平滑コンデンサＢ、２０５・・・スイッチＡ、２０６・・・スイッチＢ、２０７・・・インバータＤ、２０８・・・インバータＥ、２０９・・・スイッチＣ、２１０・・・スイッチＤ、３００・・・バッテリーＡ（電源）、３０１・・・バッテリーＢ（電源）、４０１・・・電流センサ、４０２・・・電圧センサＡ、４０３・・・電圧センサＢ、５００・・・飛行体制御装置、５０１・・・飛行体、６００・・・インバータ制御装置、６０１・・・タイマー、６０２・・・電圧印加総時間判定部、６０３・・・運行パターン判定部、６０４・・・インバータ制御部、６０５・・・切替制御部、６０６・・・表示部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】