特許 7361670 多相電動機駆動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-05

(45)【発行日】2023-10-16

(54)【発明の名称】多相電動機駆動装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 25/22 20060101AFI20231006BHJP

   H02P 27/06 20060101ALI20231006BHJP

   H02K 3/28 20060101ALI20231006BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20231006BHJP

【ＦＩ】

H02P25/22

H02P27/06

H02K3/28 Z

H02M7/48 E

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020153701

(22)【出願日】2020-09-14

(65)【公開番号】P2022047752

(43)【公開日】2022-03-25

【審査請求日】2022-08-05

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100154852

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 太一

(74)【代理人】

【識別番号】100135301

【弁理士】

【氏名又は名称】梶井 良訓

(72)【発明者】

【氏名】織田 健志

【審査官】保田 亨介

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－２６８２７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３２４９９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１７４７３０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ３／００－３／２８

Ｈ０２Ｍ７／４２－７／９８

Ｈ０２Ｐ２１／００－２５／０３

２５／０４

２５／１０－２７／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに絶縁された複数の巻線と、前記複数の巻線を２層巻きで収容する複数のスロットを有する固定子と、を備える多相電動機に対して、前記多相電動機の各巻線に対応付けて設けられ、直流リンクに供給される直流電力から変換した交流電力を前記各巻線にそれぞれ供給する複数のインバータを備え、
列をなす前記複数のインバータの直流電源側が互いに直列に接続され、
前記直列に接続された前記複数のインバータのうちの両端に位置するインバータの電源端子が前記直流リンクの両極にそれぞれ接続され、
前記直列に接続された前記複数のインバータには、特定のスロットに割り付けられた第１巻線に電力を供給する第１インバータと前記特定のスロットに割り付けられた第２巻線に電力を供給する第２インバータと、前記特定のスロットの隣のスロットに割り付けられた第３巻線に電力を供給する第３インバータとが含まれており、
前記第１巻線と前記第３巻線とに掛かる電位差が、前記第１巻線と前記第２巻線とに掛かる電位差に基づいて定められた値よりも小さくなるように、前記列の中で、前記第１インバータと前記第２インバータと前記第３インバータとが配列される位置が決定されている、
多相電動機駆動装置。

【請求項2】

前記値は、同じスロットに割り付けられる巻線同士に掛かる電位差の最大値、平均値、および中央値の中の何れかの値である、
請求項１に記載の多相電動機駆動装置。

【請求項3】

前記列の中で互いに隣り合う前記複数のインバータは、前記複数のスロットの中で互いに隣り合わないスロットに割り付けられている、
請求項１又は２に記載の多相電動機駆動装置。

【請求項4】

前記複数のスロットの中で互いに隣り合うスロットに割り付けられている巻線に対応付けられたインバータは、前記列の中で離間して割り付けられている、
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の多相電動機駆動装置。

【請求項5】

前記複数のインバータの夫々は、単相インバータである、
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の多相電動機駆動装置。

【請求項6】

前記複数のインバータは、第１群と第２群とに区分され、
前記複数のインバータのうち第１群のインバータを連ねて第１列をなし、前記第１群のインバータの直流電源側が互いに直列に接続され、
前記複数のインバータのうち第２群のインバータを連ねて第２列をなし、前記第２群のインバータの直流電源側が互いに直列に接続され、
前記直列に接続された前記第１群のインバータのうちの両端に位置するインバータの電源端子が前記直流リンクの両極にそれぞれ接続され、
前記直列に接続された前記第１群のインバータには、特定のスロットに割り付けられた第１巻線に電力を供給する第１インバータと前記特定のスロットに割り付けられた第２巻線に電力を供給する第２インバータと、前記特定のスロットの隣のスロットに割り付けられた第３巻線に電力を供給する第３インバータとが含まれており、
前記第１巻線と前記第３巻線とに掛かる電位差が、前記第１巻線と前記第２巻線とに掛かる電位差に基づいて定められた値よりも小さくなるように、前記第１列の中で、前記第１インバータと前記第２インバータと前記第３インバータとが配列される位置が決定されている、
請求項１に記載の多相電動機駆動装置。

【請求項7】

前記第１列の中で互いに隣り合う前記複数のインバータは、前記複数のスロットの中で互いに隣り合わないスロットに割り付けられている、
請求項６に記載の多相電動機駆動装置。

【請求項8】

前記複数のスロットの中で互いに隣り合うスロットに割り付けられている巻線に対応付けられたインバータは、前記第１列の中で離間して割り付けられている、
請求項６又は請求項７に記載の多相電動機駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、多相電動機駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

多相電動機には、互いに電気的に絶縁された複数の巻線を備えるものがある。多相電動機駆動装置は、多相電動機の複数の巻線に対応付けて設けられた複数の電力変換ユニット（インバータ）を用いて、その多相電動機を駆動する。このような多相電動機駆動装置において、互いに近くに配置される２つの巻線間に掛かる電圧が比較的高くなる場合があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平１１－１２７５９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明が解決しようとする課題は、複数の電力変換ユニットが多相電動機の各巻線に交流電力をそれぞれ供給するときに、互いに近くに配置される２つの巻線間に掛かる電圧がより低くなるように構成された多相電動機駆動装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態の多相電動機駆動装置は、複数のインバータを備える。複数のインバータは、互いに絶縁された複数の巻線と、前記複数の巻線を２層巻きで収容する複数のスロットを有する固定子と、を備える多相電動機に対して、前記多相電動機の各巻線に対応付けて設けられ、直流リンクに供給される直流電力から変換した交流電力を前記各巻線にそれぞれ供給する。列をなす前記複数のインバータの直流電源側が互いに直列に接続され。前記直列に接続された前記複数のインバータのうちの両端に位置するインバータの電源端子が前記直流リンクの両極にそれぞれ接続される。前記直列に接続された前記複数のインバータには、特定のスロットに割り付けられた第１巻線に電力を供給する第１インバータと前記特定のスロットに割り付けられた第２巻線に電力を供給する第２インバータと、前記特定のスロットの隣のスロットに割り付けられた第３巻線に電力を供給する第３インバータとが含まれる。前記第１巻線と前記第３巻線とに掛かる電位差が、前記第１巻線と前記第２巻線とに掛かる電位差に基づいて定められた値よりも小さくなるように、前記列の中で、前記第１インバータと前記第２インバータと前記第３インバータとが配列される位置が決定されている。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】実施形態の多相電動機駆動装置の構成図。

【図2】実施形態の単相インバータの構成図。

【図3】実施形態の単相インバータの構成図。

【図4】実施形態の多相電動機と各単相インバータとの関係を説明するための図。

【図5】実施形態の多相電動機の巻線配置を概略的に示す断面図。

【図6】実施形態の単相インバータと巻線との接続を説明するための図。

【図7A】実施形態の巻線間の電位差を説明するための図。

【図7B】実施形態の巻線間の電位差を説明するための図。

【図7C】実施形態の巻線間の電位差を説明するための図。

【図8】比較例の単相インバータと巻線との接続を説明するための図。

【図9A】比較例の巻線間の電位差を説明するための図。

【図9B】比較例の巻線間の電位差を説明するための図。

【図9C】比較例の巻線間の電位差を説明するための図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、実施形態の多相電動機駆動装置を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、同一又は類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それらの構成の重複する説明は省略する場合がある。なお、電気的に接続されることを、単に「接続される」ということがある。以下の説明に示す「直交する」とは、略直交する場合を含む。なお、「大きさが等しい」場合には、略等しい場合も含む。

【0008】

図１は、実施形態の多相電動機駆動装置の構成図である。図１には、多相電動機１と、多相電動機駆動装置２と、速度制御装置４とが示されている。

【0009】

多相電動機駆動装置２は、単相インバータ２１、２２、・・・、２Ｍと、単相インバータ３１、３２、・・・、３Ｍと、を備える。単相インバータ２１、２２、・・・、２Ｍを纏めて単相インバータ群２０（第１組のインバータ群）と呼ぶ。単相インバータ３１、３２、・・・、３Ｍを纏めて単相インバータ群３０（第２組のインバータ群）と呼ぶ。Ｍは、例えば２以上の自然数である。多相電動機駆動装置２は、単相インバータ群２０と単相インバータ群３０とを夫々稼働させることにより多相電動機１を駆動する。上記の単相インバータ２１等の説明を後述する。

【0010】

多相電動機駆動装置２は、例えば図示されない整流器の直流側に接続される直流リンクＬＰとＬＮとを備える。例えば、直流リンクＬＰが正極であり、直流リンクＬＮが負極である。直流リンクＬＰと直流リンクＬＮは、図示されない直流電源装置、整流装置、電池、電力用コンデンサなどに接続されている。

【0011】

単相インバータ群２０に含まれる単相インバータ２１、２２、・・・、２Ｍは、夫々の電源側が、互いに直列に接続されている。直列に接続された単相インバータ２１、２２、・・・、２Ｍが直流リンクＬＰとＬＮの両極間に接続され、直流リンクＬＰとＬＮ側から直流電力の供給を受ける。

【0012】

単相インバータ群３０についても同様に、単相インバータ群３０に含まれる単相インバータ３１、３２、・・・、３Ｍは、夫々の電源側が、互いに直列に接続されている。直列に接続された単相インバータ３１、３２、・・・、３Ｍが直流リンクＬＰとＬＮの両極間に接続され、直流リンクＬＰとＬＮ側から直流電力の供給を受ける。

【0013】

多相電動機１は、各相に対応する複数個の巻線（図４参照）を備えており、各巻線の相互間が電気的に絶縁されている。各巻線は、単相インバータ２１、２２、・・・、２Ｍの出力と、単相インバータ３１、３２、・・・、３Ｍの出力とに夫々接続されている。多相電動機１は、単相インバータ２１、２２、・・・、２Ｍと、単相インバータ３１、３２、・・・、３Ｍとから交流電力が各巻線に供給されることによって駆動する。以下、多相電動機１の界磁が永久磁石型であるものを例示して説明するが、これに代えて電磁石型であってもよく、その場合には励磁の磁極方向を永久磁石型の磁石方向に置き換えるとよい。多相電動機１の軸には、図示されない回転角度検出器が取り付けられている。回転角度検出器の出力は、速度制御装置４の入力に接続されている。回転角度検出器は、多相電動機１の軸の機械角を検出し、検出結果である機械角を速度制御装置４に供給する。

【0014】

速度制御装置４は、各単相インバータ２１、２２、・・・、２Ｍと、単相インバータ３１、３２、・・・、３Ｍとに共通に設けられ、図示されない上位制御装置から送信される速度指令を受ける。この速度指令は、時間的に変化するものであってよい。速度制御装置４は、基本波電流指令ＩＣＯＭを各単相インバータ２１、２２、・・・、２Ｍと、単相インバータ３１、３２、・・・、３Ｍとに送る。各単相インバータ２１、２２、・・・、２Ｍと、単相インバータ３１、３２、・・・、３Ｍは、基本波電流指令ＩＣＯＭに応じた交流電流を多相電動機１の巻線に流す。

【0015】

図２と図３は、実施形態の単相コンバータセルの構成図である。
図２と図３に、少なくとも１つの半導体素子を備える単相インバータ２１を示す。単相インバータ２１は、例えば図３に示すように複数の半導体素子を組み合わせた単相フルブリッジ型であってもよい。図３に例示する半導体素子は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。半導体素子は、ＩＧＢＴに限らず、ＦＥＴなど他の種類のものでもよい。図２に示す単相インバータ２１の記載は、例えば、図３に示す単相インバータ２１を省略して記載したものであるが、これに制限されることなく、図３以外のチョッパ型の単相インバータを適用してもよい。

【0016】

図４を参照して、多相電動機１と各単相インバータとの関係について説明する。
図４は、実施形態の多相電動機１と各単相インバータとの関係を説明するための図である。各相の巻線に対応して単相インバータが配置されている。実施形態の場合、Ｍ個の単相インバータが直列に接続された単相インバータ群２０と単相インバータ群３０とが並列に接続されている。それゆえ、単相インバータの総数は、２Ｍ個になる。図４に示す巻線の総数Ｗは、単相インバータの総数に等しく２Ｍ個になる。なお、多相電動機１の各相の巻線は電気的には接続されていないが、異なる相の巻線による磁路がオーバラップするため磁気的に結合されていてもよい。

【0017】

多相電動機１は、各相の巻線に対応して設けられた各単相インバータによって駆動される。

【0018】

多相電動機駆動装置２は、例えば、下記の構成を有するとよい。

【0019】

第１の構成として、単相インバータ２１、２２、・・・、２Ｍと、単相インバータ３１、３２、・・・、３Ｍとのそれぞれが同じ仕様を有するものとする。この場合、各単相インバータの直流電圧の定格値をＶｉｎで表すと、Ｍ個の単相インバータを直列にした単相インバータ群２０の直流電圧の定格値は、（Ｖｉｎ ｘ Ｍ）になる。言い換えれば、単相インバータ単品の直流電圧の定格値のＭ倍になる。つまり、直流リンクの電圧ＶＤＣを、（Ｖｉｎ ｘ Ｍ）まで高めることができる。先に直流リンクの電圧ＶＤＣで規定した場合には、各単相インバータの直流電圧の定格値Ｖｉｎは、（ＶＤＣ／Ｍ）になる。各単相インバータの仕様を揃える第１の構成をとることにより、次の第２の構成が可能なる。

【0020】

第２の構成として、単相インバータ２１、２２、・・・、２Ｍの直流電源側の接続点と、単相インバータ３１、３２、・・・、３Ｍの直流電源側の接続点とについて、互いに等電位になる接続点同士を接続する。例えば、単相インバータ２１と単相インバータ２２の直流電源側が互いに直列に接続されていることにより、単相インバータ２１の直流電源の負極側と単相インバータ２２の直流電源の正極側とが接続されている。この接続点を接続点２１２と呼ぶ。単相インバータ３１と単相インバータ３２とが互いに直列に接続されていることにより、単相インバータ３１の直流電源の負極側と単相インバータ３２の直流電源の正極側とが接続されている。この接続点を接続点３１２と呼ぶ。

【0021】

例えば、直流リンクＬＰとＬＮ間の電圧を電圧ＶＤＣで示し、単相インバータ群２０内のインバータの個数（直列数）がＭである場合には、接続点２１２の電位は、（ＶＤＣｘ（１－１／Ｍ））になる。同様に接続点３１２の電位も、（ＶＤＣｘ（１－１／Ｍ））になる。上記の計算の結果から、接続点２１２の電位と、接続点３１２の電位とが、等電位になるため、接続点２１２と接続点３１２を接続するとよい。

【0022】

上記の接続点２１２と接続点３１２の接続と同様に、単相インバータ群２０内のインバータ同士の接続点と、これに対応する単相インバータ群３０内のインバータ同士の接続点とについて、互いに等電位になる接続点同士をそれぞれ接続するとよい。上記のように等電位になる接続点同士を接続することにより、単相インバータ２１、２２、・・・、２Ｍと、単相インバータ３１、３２、・・・、３Ｍとが稼働したときの直流入力側の電位変動の影響を低減させることが可能になる。

【0023】

第３の構成として、単相インバータ２１、２２、・・・、２Ｍと、単相インバータ３１、３２、・・・、３Ｍとのそれぞれの電源側には、コンデンサがそれぞれ設けられている。各コンデンサは、それぞれに最寄りの単相インバータの稼働状態によって生じる電圧変動の影響を低減させることに寄与する。

【0024】

例えば、上記の第１の構成から第３の構成までを組み合わせることにより、単相インバータ群２０側のコンデンサと、単相インバータ群３０側のコンデンサの内で、互いに等電位になるもの同士をそれぞれ並列に接続することができ、より直流電源変動を抑制することに寄与する。

【0025】

より具体的な例を示して多相電動機１の巻線配置について説明する。図５は、実施形態の多相電動機１の巻線配置を概略的に示す断面図である。

【0026】

図５に示す断面図は、多相電動機１の軸に直交する面に沿った固定子８の断面を示す。多相電動機１の固定子８は、例えば鉄心９によって構成され、鉄心９には回転子Ｒの回転方向に並ぶ２６個のスロット１０が設けられている。

【0027】

多相電動機１は、巻線＃１から＃２６の巻線を備える。各巻線は、２６組の単相インバータからそれぞれ給電される。各巻線は、それぞれが独立していて、電気的に互いに絶縁されている。巻線＃１から＃２６によってそれぞれ形成されるコイルの辺の部分は、固定子８に設けられた各スロット１０内に、スロット深さ方向（径方向）に上層コイル部１１ａ、下層コイル部１１ｂの２層に分けて納められている。上記の通り、各巻線は、２層巻きで構成されている。

【0028】

図５に示すように、固定子８のスロット１０内に納められた巻線＃１から＃２６の各巻線は、スロットピッチが一律に８になるように各スロットに割り付けられている。

【0029】

例えば、第１スロットから第２６スロットの各スロット１０には、図５中の最左端の第１スロットの上層側（スロット開口側）に巻線＃１と、下層側（スロット底部側）に巻線＃１９が納められている。スロット番号を図５中のスロット開口部分に示す。例えば、上記の通り第１スロットの上層コイル部１１ａに巻線＃１が配置され、下層コイル部１１ｂに巻線＃１９が配置されている。また左端から２番目の第２スロットの上層側に巻線＃２と、下層側に巻線＃２０が納められている。

【0030】

同様に、第３スロットの上層側に巻線＃３と下層側に巻線＃２１の組、第４スロットの上層側に巻線＃４と下層側に巻線＃２２の組、第５スロットの上層側に巻線＃５と下層側に巻線＃２３の組、第６スロットの上層側に巻線＃６と下層側に巻線＃２４の組、第７スロットの上層側に巻線＃７と下層側に巻線＃２５の組、第８スロットの上層側に巻線＃８と下層側に巻線＃２６の組、第９スロットの上層側に巻線＃９と下層側に巻線＃１の組、第１０スロットの上層側に巻線＃１０と下層側に巻線＃２の組、第１１スロットの上層側に巻線＃１１と下層側に巻線＃３の組がそれぞれ納められている。第１２スロットから第２５スロットについても同様である。最後の第２６スロットの上層側に巻線＃２６と下層側に巻線＃１８の組が納められている。上記のように、上層側と下層側の巻線の組の番号には、８のオフセットが設けられている。

【0031】

次に、図６から図７Ｃを参照して、実施形態の多相電動機駆動装置２について説明する。図６は、実施形態の単相インバータと巻線との接続を説明するための図である。図７Ａから７Ｃは、実施形態の巻線間の電位差を説明するための図である。

【0032】

図６に示す多相電動機駆動装置２は、２６組の単相インバータを備える。２６組の単相インバータは、単相インバータ群２０と単相インバータ群３０とに分けられていて、単相インバータ群２０と単相インバータ群３０に含まれる各単相インバータは、その電源側が１３組ずつ直列に接続されている。第１の列には、単相インバータＣｅ１からＣｅ１３が含まれ、番号の順に従って互いに接続されている。同様に、第２の列には、単相インバータＣｅ１４からＣｅ２６が含まれ、番号の順に従って互いに接続されている。

【0033】

各単相インバータの出力には、所定の規則に従い決定された巻線が、単相インバータの出力に並列になるように接続されている。例えば、単相インバータ群２０では、単相インバータＣｅ１の出力には巻線＃１が接続され、単相インバータＣｅ２の出力には巻線＃１３が接続され、単相インバータＣｅ３の出力には巻線＃２が接続され、単相インバータＣｅ４の出力には巻線＃１２が接続され、単相インバータＣｅ５の出力には巻線＃３が接続され、単相インバータＣｅ６の出力には巻線＃１１が接続され、単相インバータＣｅ７の出力には巻線＃４が接続され、単相インバータＣｅ８の出力には巻線＃１０が接続され、単相インバータＣｅ９の出力には巻線＃５が接続され、単相インバータＣｅ１０の出力には巻線＃９が接続され、単相インバータＣｅ１１の出力には巻線＃６が接続され、単相インバータＣｅ１２の出力には巻線＃８が接続され、単相インバータＣｅ１３の出力には巻線＃７が接続されている。

【0034】

単相インバータ群３０では、単相インバータＣｅ１４の出力には巻線＃１４が接続され、単相インバータＣｅ１５の出力には巻線＃２６が接続され、単相インバータＣｅ１６の出力には巻線＃１５が接続され、単相インバータＣｅ１７の出力には巻線＃２５が接続され、単相インバータＣｅ１８の出力には巻線＃１６が接続され、単相インバータＣｅ１９の出力には巻線＃２４が接続され、単相インバータＣｅ２０の出力には巻線＃１７が接続され、単相インバータＣｅ２１の出力には巻線＃２３が接続され、単相インバータＣｅ２２の出力には巻線＃１８が接続され、単相インバータＣｅ２３の出力には巻線＃２２が接続され、単相インバータＣｅ２４の出力には巻線＃１９が接続され、単相インバータＣｅ２５の出力には巻線＃２１が接続され、単相インバータＣｅ２６の出力には巻線＃２０が接続されている。

【0035】

上記の接続のための所定の規則を整理する。
直列に配列された複数の単相インバータと複数の巻線との対応付けは、直列に配列された単相インバータの列の中で、次に示すような規則性を有する。

【0036】

例えば、ある単相インバータの列の端から奇数番目の単相インバータに接続される巻線は、固定子８の複数のスロットにおいて互いに隣り合うスロットに配置されるように割り当てられている。同様にその列の端から偶数番目の単相インバータに接続される巻線は、固定子８の複数のスロットにおいて互いに隣り合うスロットに配置されるように割り当てられている。

【0037】

上記の割り当ての際に、ある単相インバータの列の端から奇数番目の単相インバータをその番号を昇順に並べるときには、巻線の番号も昇順にする。同様に、偶数番目の単相インバータをその番号を昇順に並べるときには、奇数番目の場合とは逆にして巻線の番号は降順にする。

【0038】

上記のように単相インバータと巻線とを接続することにより、次のような規則性が生じる。例えば、直列に配列された複数の単相インバータに対応付けられる複数の巻線は、直列に配列された複数の単相インバータの組数と同数の連続するスロットの上層側又は下層側の何れかに割り付けられている。この詳細については、後述する。

【0039】

図６の左側に示すスケールは、各単相インバータの直流側の電位を示す。各単相インバータの直流側の電位とは、各インバータの１対の直流電源端子に掛かる電圧の中間の電圧のことであり、これを代表値として説明に利用する。この代表値は、例えば１対の直流電源端子に掛かる電圧の平均値であってもよい。この電圧を示す指標のことを直流レベルという。

【0040】

例えば、直流レベルとして、例えば整数値を用いて、スケール１から１３までを割り付ける。スケール１から１３の中で、スケール１に対応する第１の直流レベルが最も低く、スケール１３に対応する第１３の直流レベルが最も高くなるように、上記のスケールを規定する。この場合、単相インバータＣｅ１３の直流レベルは、スケール１であり、単相インバータＣｅ１２の直流レベルは、スケール２である。単相インバータＣｅ２の直流レベルは、スケール１２であり、単相インバータＣｅ１の直流レベルは、スケール１３である。単相インバータＣｅ３から単相インバータＣｅ１１についても、上記と同様に段階的に直流レベルが規定される。

【0041】

ところで、各単相インバータの電位は、接地電位などの基準電位に対して、上記の直流レベルに対応する電位にオフセットされている。各単相インバータの交流出力側が、フルブリッジ形で構成されているので、ここに接続される巻線の電位も、対応する単相インバータの直流レベルの電位にオフセットされる。

【0042】

このような構成の接続によると、巻線間に所定の電位差が発生する。この関係を、図７Ａから７Ｃに示す。

【0043】

図７Ａの上段側に、図５に示した巻線（コイル）の配置例を示す。この配置例には、上から順に、スロット番号（スロットと表記）、位相、上層側の巻線（上コイルと表記。）、および下層側の巻線（下コイルと表記。）を示す。位相の値は、多相電動機１を３極で駆動する場合の各スロットに対応する電気角の値である。上コイルの点と下コイルの点の間を繋ぐ右肩下がりの線分は、当該スロットへの巻線の割り付けを示している。図７Ｂについても同様であり、多相電動機１を３極で駆動する場合に、第１スロットから第２６スロットまで、第２７スロットから第５２スロットまでに対応させた場合を示す。以降の説明では、第１スロットから第２６スロットまでの範囲を説明するが、第２７スロットから第５２スロットまでの場合は、第１スロットから第２６スロットまでの場合に対して電圧の極性が逆になる以外は同様になる。例えば、第１スロットから第８スロットの上段側に割り付けられた巻線に対して電力を供給することで、１極分の磁束を発生させることができる。このような給電状態を、上コイルの点と下コイルの点の間を繋ぐ右肩下がりの線分を実線で示す。ここでは、他の巻線の表記を省略している。

【0044】

図７Ａの下段側の表に、各スロット１０の上層側の巻線の直流レベル（上レベルと表記。）と、下層側の巻線の直流レベル（下レベルと表記。）との関係を示す。

【0045】

この表の各行は、上から順に、スロット番号（スロットと表記）、上層側の巻線に接続された単相インバータの番号（上ＩＮＶと表記。）、上レベル、下レベル、下層側の巻線に接続された単相インバータの番号（下ＩＮＶと表記。）、上レベルと下レベルの組み合わせパターンの番号（組合せと表記。）、上層側同士と下層側同士の隣の巻線とのレベル差、および当該スロットの上層側の巻線と下層側の巻線とのレベル差（上下レベル差と表記。）を示す。

【0046】

例えば、第１スロットについて説明する。図７Ａの上段側にも記載しているが、第１スロットの上層側には巻線＃１が、下層側には巻線＃１９が割り付けられている。上層側の巻線を「＃１＋」と表記しているのは、そのスロットの巻線に流れる電流の方向を示す。例えば、図７Ａの紙面奥行方向に電流が流れることを示す。これと同様に、下層側の巻線である巻線＃１９にも、図７Ａの紙面奥行方向に電流が流れるものとする。なお、スロット９からスロット２６までの下層側の巻線には、図７Ａの紙面手前方向に電流が流れるものとする。これをスロット９の下層側の巻線＃１を「＃１－」と表記して、これを示している。

【0047】

前述の図６に示した通り、第１スロットの上層側の巻線＃１に対応する単相インバータは、単相インバータＣｅ１であり、下層側の巻線＃１９に対応する単相インバータは、単相インバータＣｅ２４である。この関係から導かれた単相インバータの番号が、図７Ａの下段側の表に記載されている。図６と図７Ａの下段側の表によれば、単相インバータＣｅ１（上ＩＮＶが１）の直流レベルが１３（上レベルの値）であり、単相インバータＣｅ２４（上ＩＮＶが２４）の直流レベルが３（下レベルの値）である。この組み合わせを１と呼ぶ。上レベルの値の１３と下レベルの値の３との差（上下レベル差）が１０である。

【0048】

同様に第２スロットについて整理すると、上層側の巻線＃２に対応する単相インバータは、単相インバータＣｅ３であり、下層側の巻線＃２０に対応する単相インバータは、単相インバータＣｅ２６である。単相インバータＣｅ３（上ＩＮＶが３）の直流レベルが１１（上レベルの値）であり、単相インバータＣｅ２６（上ＩＮＶが２６）の直流レベルが１（下レベルの値）である。この組み合わせを２と呼ぶ。上レベルの値の１１と下レベルの値の１との差（上下レベル差）が１０である。

【0049】

同様に第３スロットについて整理すると、上層側の巻線＃３に対応する単相インバータは、単相インバータＣｅ５であり、下層側の巻線＃２１に対応する単相インバータは、単相インバータＣｅ２５である。単相インバータＣｅ５（上ＩＮＶが５）の直流レベルが９（上レベルの値）であり、単相インバータＣｅ２５（上ＩＮＶが２５）の直流レベルが２（下レベルの値）である。この組み合わせを３と呼ぶ。上レベルの値の９と下レベルの値の２との差（上下レベル差）が７である。

【0050】

上記のように各スロットについて整理すると、上下レベル差が１から１０までの間にばらつくことがわかる。図７Ａの下段側の表の中で、上下レベル差が最大値の１０になるスロットの欄に網掛けを付けている。

【0051】

上記は、各スロットの上下レベル差についての解析結果であるが、本実施形態の割り付けにより、隣のスロットに割り付けられる巻線間のレベル差を、所望の値よりも小さなレベル差に抑えることができる。この例の場合では、上下レベル差が最大で１０であり、任意の組み合わせた場合に起こりうる最大値の１２よりも小さくできる。

【0052】

例えば、図７Ａの下段側の表によれば、スロット１とスロット２の上層側に関わる巻線は、巻線＃１と＃２である。巻線＃１と＃２の巻線間の直流レベルのレベル差は、２である。

【0053】

上記のように隣のスロットに割り付けられる巻線間のレベル差について、全スロットにわたって整理すると、巻線間のレベル差が１と２にばらつくことがわかる。実施形態によれは、このように比較的小さな値に、隣のスロットに割り付けられる巻線間のレベル差を、所望の値よりも小さなレベル差に抑えることができる。この例の場合では、隣のスロットに割り付けられる巻線間のレベル差が最大で２であり、任意の組み合わせた場合に起こりうる最大値の１２よりも十分に小さくできている。

【0054】

図７Ｃは、上記の例を、組み合わせ番号をキーにして、表に纏めたものである。

【0055】

なお、上記の例において、図６に示す１又は複数の列の中の特定の列の並びの中で、互いに隣り合う複数の単相インバータは、複数のスロット１０の中で互いに隣り合わないスロット１０に割り付けられていてもよい。

【0056】

また、複数のスロットの中で互いに隣り合うスロット１０に割り付けられている巻線に対応付けられた単相インバータは、１又は複数の列の中の特定の列の並びの中で離間して割り付けられているとよい。

【0057】

ここで、図８から図９Ｃに比較例の多相電動機駆動装置を示し、これについて説明する。図８は、比較例の単相インバータと巻線との接続を説明するための図である。図９Ａから９Ｃは、比較例の巻線間の電位差を説明するための図である。図８から図９Ｃは、前述の図６から図７Ｃにそれぞれ対応する。実施形態の場合との違いを中心に説明する。

【0058】

図８に示す比較例の２６組の単相インバータの第１の列には、単相インバータＣｅ１からＣｅ１３が含まれ、各単相インバータが番号の順に従って互いに接続されている。同様に、第２の列には、単相インバータＣｅ１４からＣｅ２６が含まれ、各単相インバータが番号の順に従って互いに接続されている。

【0059】

各単相インバータの出力には、単相インバータの番号と同じ番号の巻線が、各単相インバータの出力に並列になるように接続されている。例えば、単相インバータＣｅ１の出力には巻線＃１が接続され、単相インバータＣｅ２の出力には巻線＃２が接続されている。単相インバータＣｅ３からＣｅ２６についても同様に、それぞれの出力に巻線＃３から＃２６が接続されている。

【0060】

図８に示すように、単相インバータＣｅ１と巻線＃１の組と、単相インバータＣｅ１４と巻線＃１４の組の直流レベルは、最も高い１３になる。単相インバータＣｅ１３と巻線＃１３の組と、単相インバータＣｅ２６と巻線＃２６の組の直流レベルは、最も低い１になる。

【0061】

このように接続した場合には、図９Ａから９Ｃに示すような電位差が巻線間に発生する。例えば、第１スロットの上層側の巻線＃１の直流レベルと、下層側の巻線＃１９の直流レベルのレベル差が５になる。第２スロットから第８スロットまでのレベル差は、第１スロットのレベル差と同様に５になる。これに対して、第９スロットの上層側の巻線＃９の直流レベルと、下層側の巻線＃１の直流レベルのレベル差が８になる。第１０スロットから第１３スロットまでのレベル差は、第９スロットのレベル差と同様に８になる。

【0062】

上記は、各スロットの上下レベル差についての解析結果であるが、本実施形態の割り付けにより、隣のスロットに割り付けられる巻線間のレベル差を、所望の値よりも小さなレベル差に抑えることができる。この例の場合では、上下レベル差が最大で８であり、任意の組み合わせた場合に起こりうる最大値の１２よりも小さくできる。

【0063】

しかしながら、この比較例の場合、隣のスロットに割り付けられる巻線間のレベル差が最大で１２になる箇所が生じる。該当箇所は、例えば、第１スロットと第２６スロットの下層側と、第１３スロットと第１４スロットの上層側である。図９Ａのレベル差の欄の中で、上記に該当する位置の欄に網替えを付けている。

【0064】

ここで、実施形態と比較例を比較すると、実施形態の上下レベル差の最大値（１０）は、比較例の場合の最大値の８に比べていくらか大きくなる。この上下レベル差に対しては、各スロット内の巻線間に、所望の絶縁対圧の絶縁物を設けることで、絶縁性を確保するとよい。

【0065】

これに対して、隣のスロットに割り付けられる巻線間のレベル差の最大値は、実施形態の場合が２であるのに対して、比較例の場合には１２になる。この隣のスロットに割り付けられる巻線間には、十分な大きさの絶縁対圧の絶縁物を設けることが難しい。そのため、この値をより小さくできるほうが、より構成しやすいものになる。実施形態の多相電動機駆動装置２は、比較例に比べて構成しやすいことがわかる。

【0066】

上記の実施形態によれば、多相電動機駆動装置２が備える単相インバータＣｅ１、Ｃｅ２、・・・、Ｃｅ２６は、複数の巻線を備える多相電動機１の各巻線に、直流リンクに供給される直流電力から変換した交流電力をそれぞれ供給する。単相インバータＣｅ１、Ｃｅ２、・・・、Ｃｅ２６の直流電源側が、互いに直列に接続され、その両端が、直流リンクの両極間に接続されることにより、単相インバータＣｅ１、Ｃｅ２、・・・、Ｃｅ２６が接続されている直流リンクの直流電圧をより高めことができる。

【0067】

単相インバータＣｅ１、Ｃｅ２、・・・、Ｃｅ２６の出力は、多相電動機１の各巻線にそれぞれ接続されていてよい。これにより、単相インバータＣｅ１、Ｃｅ２、・・・、Ｃｅ２６がそれぞれ変換した交流電力を利用して多相電動機１を駆動させることが可能になる。

【0068】

多相電動機駆動装置２は、単相インバータ群２０（第１列を成す第１組のインバータ群）の他に単相インバータ群３０（第２列を成す第２組のインバータ群）を更に含めて構成してもよい。この場合、単相インバータ群２０と単相インバータ群３０が互いに並列に接続されるとよい。これにより、単相インバータ群の並列数を増やすことにより、直流リンクの電圧を過剰に高めることなく、直流リンクの電圧を高めることができる。

【0069】

なお、直列に接続された単相インバータＣｅ１、Ｃｅ２、・・・、Ｃｅ１３又は単相インバータＣｅ１４、Ｃｅ１５、・・・、Ｃｅ２６には、第１スロットに割り付けられた巻線＃１（第１巻線）に電力を供給する単相インバータＣｅ１（第１インバータ）と第１スロットに割り付けられた巻線＃１９（第２巻線）に電力を供給する単相インバータＣｅ２４（第２インバータ）と、第１スロットの隣の第２スロットに割り付けられた巻線＃３（第３巻線）に電力を供給する単相インバータＣｅ３（第３インバータ）とが含まれている。

【0070】

複数のスロット１０のすべての場合について、例えば、巻線＃１と巻線＃３とに掛かる電位差が、巻線＃１と巻線＃１９とに掛かる電位差に基づいて定められた代表値よりも小さくなるように、直列に接続された単相インバータＣｅ１、Ｃｅ２、・・・、Ｃｅ１３の列又は単相インバータＣｅ１４、Ｃｅ１５、・・・、Ｃｅ２６の列の中で、単相インバータＣｅ、単相インバータＣｅ３、単相インバータＣｅ２４とが配列される位置が決定されている。これによって、単相インバータＣｅ１、Ｃｅ２、・・・、Ｃｅ２６が多相電動機１の各巻線に交流電力をそれぞれ供給するときに、近くに配置される２つの巻線間に掛かる電圧を低減させることができる。

【0071】

上記の代表値は、同じスロットに割り付けられる巻線同士に掛かる電位差の最大値、平均値、および中央値の中の何れかの値であってもよい。上記の実施形態に例では、電位差の最大値、平均値、および中央値の値が、それぞれ、１０、６．２、および７である。このような値を代表値にしてもよい。

【0072】

少なくとも上記の実施形態によれば、多相電動機駆動装置２は、多相電動機１に対して、多相電動機１の各巻線に対応付けて設けられた複数のインバータであって、直流リンクに供給される直流電力から変換した交流電力を各巻線にそれぞれ供給する複数のインバータを備える。多相電動機１は、互いに絶縁された複数の巻線と、複数の巻線を２層巻きで収容する複数のスロット１０を有する固定子８と、を備える。複数のインバータの電源側が互いに直列に接続される。直列に接続された複数のインバータのうちの両端に位置するインバータの電源端子が直流リンクの両極にそれぞれ接続される。直列に接続された複数のインバータには、特定のスロットに割り付けられた第１巻線に電力を供給する第１インバータと、特定のスロットに割り付けられた第２巻線に電力を供給する第２インバータと、特定のスロットの隣のスロットに割り付けられた第３巻線に電力を供給する第３インバータとが含まれる。複数のスロットのすべての場合について、第１巻線と第３巻線とに掛かる電位差が、第１巻線と第２巻線とに掛かる電位差に基づいて定められた代表値よりも小さくなるように、直列に接続された複数のインバータの１又は複数の列の中で、第１インバータと第２インバータと第３インバータとが配列される位置が決定されている。これによって、多相電動機駆動装置は、複数の電力変換ユニットが多相電動機の各巻線に交流電力をそれぞれ供給するときに、近くに配置される２つの巻線間に掛かる電圧を低減させることができる。

【0073】

上記の速度制御装置４は、その少なくとも一部を、ＣＰＵなどのプロセッサがプログラムを実行することにより機能するソフトウェア機能部で実現してもよく、すべてをＬＳＩ等のハードウェア機能部で実現してもよい。

【0074】

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同様に、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ものである。

【0075】

例えば、上記の実施形態の説明では、多相電動機駆動装置２と、速度制御装置４とを分けて構成した事例について説明したが、多相電動機駆動装置２と、速度制御装置４とを一体化することを制限することはなく、多相電動機駆動装置２と、速度制御装置４とを一体化してもよい。

【0076】

また、上記の説明の多相電動機１の相数に合わせて、多相電動機駆動装置２内の単相インバータ群の並列数と、単相インバータ群内の単相インバータの直列数とを、任意に決めることができる。

【符号の説明】

【0077】

１…多相電動機、２…多相電動機駆動装置、４…速度制御装置（制御部）、２０、３０…単相インバータ群（インバータ群）、２１、２２、・・・、２Ｍ、３１、３２、・・・、３Ｍ…単相インバータ（インバータ）、ＬＰ、ＬＮ…直流リンク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】