(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】2024-07-11
(45)【発行日】2024-07-22
(54)【発明の名称】ドライブシステム及びドライブシステムの制御装置
(51)【国際特許分類】
H02M 7/487 20070101AFI20240712BHJP
H02P 27/06 20060101ALI20240712BHJP
【ＦＩ】
H02M7/487
H02P27/06
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2022579297
(86)(22)【出願日】2021-02-08
(86)【国際出願番号】 JP2021004577
(87)【国際公開番号】W WO2022168310
(87)【国際公開日】2022-08-11
【審査請求日】2022-11-08
(73)【特許権者】
【識別番号】501137636
【氏名又は名称】株式会社ＴＭＥＩＣ
(74)【代理人】
【識別番号】100161207
【弁理士】
【氏名又は名称】西澤 和純
(74)【代理人】
【識別番号】100135301
【弁理士】
【氏名又は名称】梶井 良訓
(74)【代理人】
【識別番号】100196689
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 康一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100207192
【弁理士】
【氏名又は名称】佐々木 健一
(72)【発明者】
【氏名】河井 伸哉
(72)【発明者】
【氏名】高尾 健志
(72)【発明者】
【氏名】戸林 俊介
(72)【発明者】
【氏名】森藤 力
(72)【発明者】
【氏名】山口 治之
【審査官】東 昌秋
(56)【参考文献】
【文献】特許第５９５２６２３（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特開２０１９－２０１４９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－２４４００９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－１６５４６０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｍ １／００－ ７／９８
Ｈ０２Ｐ ２１／００－２７／１８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の巻線を有する多相交流モータを駆動するドライブシステムであって、前記多相交流モータの第１相の巻線に電流を流す第１電力変換部と、
前記多相交流モータの第２相の巻線に電流を流す第２電力変換部と、
前記第１電力変換部の種別に応じて設定される相電圧波形の種類を指定する設定情報に基づいて３レベルの相電圧波形と５レベルの相電圧波形の何れかを決定し、前記決定した相電圧波形を前記第１電力変換部から出力させるように前記第１電力変換部を制御する第１変換制御部と、
前記相電圧波形の種類を指定する設定情報に基づいて前記第１電力変換部の相電圧波形と同種の相電圧波形を前記第２電力変換部から出力させるように前記第２電力変換部を制御する第２変換制御部と、
を備えるドライブシステム。
【請求項2】
前記第１変換制御部は、基準タイミングに同期するように調整された第１タイミング信号を生成し、前記第１タイミング信号に同期するように前記３レベルの相電圧波形と５レベルの相電圧波形の何れかの第１の相電圧波形を生成するための所望の第１ゲートパルスを生成し、前記生成した第１ゲートパルスを前記第１電力変換部に供給し、
前記第２変換制御部は、
前記第１変換制御部から受信した信号を用いて前記基準タイミングに同期するように調整された第２タイミング信号を生成し、前記第２タイミング信号に同期するように前記第１の相電圧波形と同じ種類の第２の相電圧波形を生成するための所望の第２ゲートパルスを生成し、前記生成した第２ゲートパルスを、前記第２電力変換部に供給する
請求項１に記載のドライブシステム。
【請求項3】
前記基準タイミングに係る信号と、前記第１変換制御部に対する電圧基準と、前記第２変換制御部に対する電圧基準とを生成する主制御部を備え、
前記第１変換制御部は、
前記主制御部からの信号を受信して、前記基準タイミングに係る信号を再生し、前記第１変換制御部に対する電圧基準と、前記第２変換制御部に対する電圧基準とを取得して、さらに、
前記第２変換制御部に対する電圧基準を、前記第２変換制御部に対して送信する、
請求項２に記載のドライブシステム。
【請求項4】
前記主制御部と前記第１変換制御部との通信と、前記第１変換制御部と前記第２変換制御部との通信とにおいて、データを多重する所定の多重化構造を利用する通信パスを利用して、前記主制御部は、
１つの単位多重化構造（単位フレーム）内に、少なくとも前記第１変換制御部に対する電圧基準と、前記第２変換制御部に対する電圧基準と含めて送信し、
前記第１変換制御部は、
１つの単位多重化構造（単位フレーム）内に、少なくとも前記第２変換制御部に対する電圧基準を含めて送信する、
請求項３に記載のドライブシステム。
【請求項5】
前記第１変換制御部は、前記主制御部から受信した前記基準タイミングに係る信号を再生して、前記再生した信号を用いて、受信した前記第１変換制御部に対する電圧基準に基づいて、所望の相電圧波形を前記基準タイミングに同期するように生成し、
前記第２変換制御部は、
前記第１変換制御部から受信した前記基準タイミングに係る信号を再生して、前記再生した信号を用いて、受信した前記第２変換制御部に対する電圧基準に基づいて、所望の相電圧波形を前記基準タイミングに同期するように生成する、
請求項３に記載のドライブシステム。
【請求項6】
前記第１変換制御部は、前記主制御部から受信した前記基準タイミングに係る信号を再生して、前記再生した信号の位相を予め定められた値の位相差を用いて調整した後に、これを用いて、受信した前記第１変換制御部に対する電圧基準に基づいて、前記基準タイミングに関連付けられて、前記所望の相電圧波形を前記基準タイミングに同期するように生成する、
請求項３に記載のドライブシステム。
【請求項7】
前記第１変換制御部は、前記３レベルの相電圧波形と前記５レベルの相電圧波形の何れかを指定する第１選択情報に基づいて前記第１電力変換部を制御し、
前記第２変換制御部は、
前記第１選択情報が指定する相電圧波形と同種の相電圧波形を指定する第２選択情報に基づいて前記第２電力変換部を制御する、
請求項１に記載のドライブシステム。
【請求項8】
前記３レベルの相電圧波形に係る電圧基準と、前記５レベルの相電圧波形に係る電圧基準の何れかの種類が択一的に選択され、前記選択された種類の電圧基準を前記第１変換制御部と、前記第２変換制御部とに対して供給する主制御部を備える請求項１に記載のドライブシステム。
【請求項9】
前記第１電力変換部と前記第２電力変換部は、１又は複数のレグを夫々備え、
それぞれ備える前記１又は複数のレグを用いて前記３レベルの相電圧波形と前記５レベルの相電圧波形のうちの何れかの相電圧波形を夫々生成し、
前記第１電力変換部は、
前記生成された第１の相電圧波形を前記第１相の巻線に接続される第１の端子に出力し、
前記第２電力変換部は、
前記生成された第２の相電圧波形を前記第２相の巻線に接続される第２の端子に出力する、
請求項１に記載のドライブシステム。
【請求項10】
多相交流モータの第１相の巻線に電流を流す第１電力変換部と、前記多相交流モータの第２相の巻線に電流を流す第２電力変換部とを備えるドライブシステムを制御する制御装置であって、
前記第１電力変換部の種別に応じて、３レベルの相電圧波形と５レベルの相電圧波形の何れかを前記第１電力変換部から出力させるように前記第１電力変換部を制御する第１変換制御部と、
前記第１電力変換部の種別と同じ種別に分類される前記第２電力変換部に関し、前記第１電力変換部の相電圧波形と同種の相電圧波形を前記第２電力変換部から出力させるように前記第２電力変換部を制御する第２変換制御部と、
を備えるドライブシステムの制御装置。
【請求項11】
前記第１変換制御部と、前記第２変換制御部とに対して前記３レベルの相電圧波形に係る電圧基準をそれぞれ供給する主制御部を備え、
前記第１変換制御部と前記第２変換制御部は、
相電圧波形の種類を指定する設定情報に基づいて、前記３レベルの相電圧波形に係る電圧基準を、前記５レベルの相電圧波形に係る電圧基準に変換する、
請求項１０に記載のドライブシステムの制御装置。
【請求項12】
相電圧波形の種類を指定する設定情報に基づいて、前記３レベルの相電圧波形に係る電圧基準を、前記５レベルの相電圧波形に係る電圧基準に変換して、前記第１変換制御部と前記第２変換制御部とに対して前記５レベルの相電圧波形に係る電圧基準をそれぞれ供給する主制御部を備える請求項１０に記載のドライブシステムの制御装置。
【請求項13】
複数の巻線を有する多相交流モータを駆動するドライブシステムであって、１又は複数のＮＰＣ型レグを含み、前記多相交流モータの第１相の巻線に電流を流す第１電力変換部と、
前記第１電力変換部内のＮＰＣ型レグの個数以上の複数のＮＰＣ型レグを含み、前記多相交流モータの第２相の巻線に電流を流す第２電力変換部と、
前記第１電力変換部の１個のＮＰＣ型レグと前記第２電力変換部の１個のＮＰＣ型レグとをそれぞれ制御して、前記多相交流モータの対応する相の巻線に第１レベルの相電圧波形を出力する第１モードと、前記第１電力変換部の複数のＮＰＣ型レグと前記第２電力変換部の複数のＮＰＣ型レグとを制御して、前記多相交流モータの対応する相の巻線に第２レベルの相電圧波形を出力する第２モードとを択一的に選択する制御モードを備えており、前記第１電力変換部の種別に応じた設定によって前記制御モードを選択する制御部と
を備えるドライブシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、ドライブシステム及びドライブシステムの制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ドライブシステムには、多相交流電力を交流電動機（多相交流モータ）に供給して交流電動機を駆動させるものがある。ドライブシステムの種類には、電力変換装置が交流電動機の巻線に掛ける交流電圧の波形の特徴に基づく区分があり、その種類は、交流電圧の波形の量子化レベルの段数によって３レベル型、５レベル型などと呼ばれている。ドライブシステムの種類によって電力変換装置の制御方法が互いに異なるため、電力変換装置を制御する制御装置は、ドライブシステムの種類に合わせて専用に設計される場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許５９５２６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の目的は、電力変換装置が交流電動機の巻線に掛ける電圧波形の量子化レベルの段数によらずに、電力変換装置を制御する制御装置に係る用品を共用可能にしたドライブシステム及びドライブシステムの制御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】
実施形態のドライブシステムは、複数の巻線を有する多相交流モータを駆動する。ドライブシステムは、第１電力変換部と、第２電力変換部と、第１変換制御部と、第２変換制御部と、を備える。前記第１電力変換部は、前記多相交流モータの第１相の巻線に電流を流す。前記第２電力変換部は、前記多相交流モータの第２相の巻線に電流を流す。前記第１変換制御部は、相電圧波形の種類を指定する設定情報に基づいて３レベルの相電圧波形と５レベルの相電圧波形の何れかを決定し、前記決定した相電圧波形を前記第１電力変換部から出力させるように前記第１電力変換部を制御する。前記第２変換制御部は、前記相電圧波形の種類を指定する設定情報に基づいて前記第１電力変換部の相電圧波形と同種の相電圧波形を前記第２電力変換部から出力させるように前記第２電力変換部を制御する。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】第１の実施形態のドライブシステムの構成図。
【図2】第１の実施形態の第１実施例の３レベル型変換器の主回路の構成図。
【図3】第１の実施形態の第２実施例のＮＰＣ型電力変換器の主回路の構成図。
【図4A】第１の実施形態の制御部の構成図。
【図4B】第１の実施形態のシリアル送受信器の構成図。
【図5A】第１の実施形態の電圧基準変換部の５レベル型適用時の処理について説明するための図。
【図5B】第１の実施形態の電圧基準変換部の３レベル型適用時の処理について説明するための図。
【図6】第１の実施形態の通信に用いるフレームを説明するための図。
【図7】第１の実施形態のフレーム内のデータ構造を説明するための図。
【図8】第１の実施形態のＰＷＭキャリアについて説明するための図。
【図9】第１の実施形態のキャリア同期制御部の構成図。
【図10】第１の実施形態のデータの中継について説明するための図。
【図11】第１の実施形態の変形例のフレーム内のデータ構造を説明するための図。
【図12A】第２の実施形態のドライブシステムの構成図。
【図12B】第２の実施形態のシリアル送受信器の構成図。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下、実施形態のドライブシステム及びドライブシステムの制御装置を、図面を参照して説明する。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。
【0008】
明細書で言う「接続」とは、物理的に接続される場合に限定されず、電気的に接続される場合も含む。
【0009】
（第１の実施形態）
まず、実施形態のドライブシステム１について説明する。
図１は、第１の実施形態のドライブシステム１を示す構成図である。
ドライブシステム１は、交流電動機２（図１中の記載はM。）、変換器３（図１中の記載はINV。）、直流電源４（図１中の記載はDCPS。）、電流検出器５、及び制御装置６を備える。ドライブシステム１は、交流電動機２に、変換器３から多相交流電力を供給して、交流電動機２を駆動させる。交流電動機２は、多相交流モータの一例であり、例えば、３つの巻線がＹ型に結線された３相交流モータである。変換器３は、電力変換装置の一例である。
まず、実施形態のドライブシステム１について説明する。
図１は、第１の実施形態のドライブシステム１を示す構成図である。
ドライブシステム１は、交流電動機２（図１中の記載はM。）、変換器３（図１中の記載はINV。）、直流電源４（図１中の記載はDCPS。）、電流検出器５、及び制御装置６を備える。ドライブシステム１は、交流電動機２に、変換器３から多相交流電力を供給して、交流電動機２を駆動させる。交流電動機２は、多相交流モータの一例であり、例えば、３つの巻線がＹ型に結線された３相交流モータである。変換器３は、電力変換装置の一例である。
【0010】
例えば、ドライブシステム１の電源である直流電源４は、その出力側に接続される１組の直流リンクを経由して直流電力を変換器３に供給する。例えば、直流電源４は、一般的に交流電源の交流電圧を入力とするダイオード整流器であったり、ＰＷＭコンバータであったりするが、直流電源４の種類は問わない。例えば、直流リンクは、正極、負極、及び中点電位になる極を１組として構成される。
【0011】
変換器３は、複数のスイッチング素子を備える逆変換装置（インバータ）の一例である。変換器３は、パルス指令信号に従って各スイッチング素子をオン／オフさせることにより、直流電源４から供給された直流電圧に基づいた交流電圧を生成して、交流電動機２の巻線に交流を流す。例えば、変換器３は、ゲート制御部２０からＰＷＭ制御によるパルス指令信号を受け、直流電力から交流電力への変換量を調整する。交流電動機２は、変換器３が出力する交流電圧に従って駆動される。
【0012】
電流検出器５は、変換器３の出力電流を検出し、ゲート制御部２０を経由して主制御部１０へフィードバックさせる帰還信号を出力する。この帰還信号は、図示されないアナログ／デジタル変換器によって、デジタル信号に変換される。
【0013】
制御装置６は、主制御部１０と、ゲート制御部２０とを備える。
制御装置６は、主制御部１０と、主制御部１０よりも変換器３側に設けられるゲート制御部２０とに分割される。主制御部１０とゲート制御部２０は、互いに絶縁されている。例えば、主制御部１０とゲート制御部２０は、光ファイバＯＦ０１などを用いた通信路を介して、通信可能に接続されている。主制御部１０は、ドライブシステム１の全体を制御する。ゲート制御部２０は、主制御部１０からの制御を受けて、各相の状態を夫々制御する。ゲート制御部２０は、図１の中では１体のものとして記載しているが、後述するように各相に対応付けて分割されている。主制御部１０とゲート制御部２０と通信路の詳細については、後述する。
制御装置６は、主制御部１０と、主制御部１０よりも変換器３側に設けられるゲート制御部２０とに分割される。主制御部１０とゲート制御部２０は、互いに絶縁されている。例えば、主制御部１０とゲート制御部２０は、光ファイバＯＦ０１などを用いた通信路を介して、通信可能に接続されている。主制御部１０は、ドライブシステム１の全体を制御する。ゲート制御部２０は、主制御部１０からの制御を受けて、各相の状態を夫々制御する。ゲート制御部２０は、図１の中では１体のものとして記載しているが、後述するように各相に対応付けて分割されている。主制御部１０とゲート制御部２０と通信路の詳細については、後述する。
【0014】
ドライブシステム１は、変換器３の構成が異なる幾つかの実施例に適用できる。例えば、３レベル型の電圧波形を出力するドライブシステム１Ａと、３レベル型又は５レベル型の電圧波形を出力するドライブシステム１Ｂとは、その実施例の一例である。以下、これらについて順に説明する。なお、ここで言う、３レベル型の電圧波形と５レベル型の電圧波形は、３相交流の相電圧の波形のことである。３レベル型の電圧波形を相電圧として出力している場合の３相交流の線間電圧は、５レベルになる。上記の線間電圧は、各相に対応する端子間の電圧に相当する。これに対し、本実施形態で言う５レベル型の電圧波形は、上記のとおり３相交流の相電圧の波形のことである。例えば、後述する第１端子ＴＵと、第２端子ＴＶと、第３端子ＴＷとは、上記の各相に対応する端子の一例である。
【0015】
ドライブシステム１は、相電圧波形のレベル値が互いに異なる複数種類の相電圧波形を生成する形態に適用可能である。例えば、ドライブシステム１は、電圧波形の量子化レベルの段数によらずに、変換器３を制御する制御装置６に係る用品を共用可能に構成されている。
【0016】
（３レベル型変換器の主回路）
図２を参照して、第１の実施形態の第１実施例として３レベル型電力変換器３Ａの主回路について説明する。図２は、第１の実施形態の第１実施例の３レベル型電力変換器３Ａの主回路の構成図である。
図２を参照して、第１の実施形態の第１実施例として３レベル型電力変換器３Ａの主回路について説明する。図２は、第１の実施形態の第１実施例の３レベル型電力変換器３Ａの主回路の構成図である。
【0017】
３レベル型電力変換器３Ａは、レグ３１からレグ３３と、コンデンサ３４Ｐと３４Ｎと、電圧検出器３５とを備える。３レベル型電力変換器３Ａは、３相交流の出力端子として、第１端子ＴＵと、第２端子ＴＶと、第３端子ＴＷとを備える。
【0018】
レグ３１からレグ３３は、例えば、３相交流のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相にそれぞれ対応付けられる。レグ３１は、交流電動機２のＵ相（第１相）の巻線に電流を流す。レグ３２は、交流電動機２のＶ相（第２相）の巻線に電流を流す。レグ３３は、交流電動機２のＷ相の巻線に電流を流す。
例えば、レグ３１からレグ３３は、１個の中性点クランプ（ＮＰＣ）型レグをそれぞれ備える。レグ３１からレグ３３を区別することなく纏めて示す場合には、レグ３０と呼ぶ。図２に示すレグ３０は、ＮＰＣ型レグの一例であり、これを構成する４つのスイッチング素子とこれに逆並列された還流ダイオードと、レグ３０の出力端子の電位を、中点電位を基準にして制限するための１対のダイオードとを含む。３レベル型電力変換器３Ａは、計１２個のスイッチング素子を含む。図２に示すスイッチング素子は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であるがこれに制限されることなく、他の種類の半導体スイッチング装置あってよい。
例えば、レグ３１からレグ３３は、１個の中性点クランプ（ＮＰＣ）型レグをそれぞれ備える。レグ３１からレグ３３を区別することなく纏めて示す場合には、レグ３０と呼ぶ。図２に示すレグ３０は、ＮＰＣ型レグの一例であり、これを構成する４つのスイッチング素子とこれに逆並列された還流ダイオードと、レグ３０の出力端子の電位を、中点電位を基準にして制限するための１対のダイオードとを含む。３レベル型電力変換器３Ａは、計１２個のスイッチング素子を含む。図２に示すスイッチング素子は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であるがこれに制限されることなく、他の種類の半導体スイッチング装置あってよい。
【0019】
コンデンサ３４Ｐは、直流リンクの正極と中点電位の極の間に設けられ、コンデンサ３４Ｎは、直流リンクの負極と中点電位の極の間に設けられている。コンデンサ３４Ｐと３４Ｎは、直流リンクに掛かる直流電圧を平滑化する。
【0020】
電圧検出器３５は、正極側電圧検出器３５Ｐと負極側電圧検出器３５Ｎとを備える。正極側電圧検出器３５Ｐは、コンデンサ３４Ｐの端子電圧を正極側電圧として検出する。負極側電圧検出器３５Ｎは、コンデンサ３４Ｎの端子電圧を負極側電圧として検出する。
【0021】
電流検出器５は、例えば、変流器５Ｕ、５Ｖ、５Ｗを含む。変流器５Ｕは、交流電動機２のＵ相巻線に接続される第１端子ＴＵに流れる電流を検出する。変流器５Ｖは、交流電動機２のＶ相巻線に接続される第２端子ＴＶに流れる電流を検出する。変流器５Ｗは、交流電動機２のＷ相巻線に接続される第３端子ＴＷに流れる電流を検出する。電流検出器５が検出する電流は、各相の巻線に流れる相電流に等しく、第１端子ＴＵ、第２端子ＴＶ及び第３端子ＴＷのそれぞれに接続される線路の電流（線電流）に等しい。
【0022】
上記のレグ３１からレグ３３は、１又は複数のレグを夫々備え、それぞれ備える１又は複数のレグを用いて３レベルの相電圧波形の相電圧波形を夫々生成する。レグ３１は、生成された第１の相電圧波形を第１相の巻線に接続される第１の端子ＴＵに出力する。レグ３２は、生成された第２の相電圧波形を第２相の巻線に接続される第２の端子ＴＶに出力する。レグ３３は、生成された第３の相電圧波形を第３相の巻線に接続される第３の端子ＴＷに出力する。
【0023】
（ＮＰＣ型電力変換器の主回路）
図３を参照して、第１の実施形態の第２実施例としてＮＰＣ型電力変換器３Ｂの主回路について説明する。図３は、第１の実施形態の第２実施例のＮＰＣ型電力変換器３Ｂの主回路の構成図である。
ＮＰＣ型電力変換器３Ｂは、各相にそれぞれ対応する単相型電力変換器３Ｕ（第１電力変換部）と、単相型電力変換器３Ｖ（第２電力変換部）と、単相型電力変換器３Ｗ（第３電力変換部）を備える。単相型電力変換器３Ｕ、３Ｖ、３Ｗのそれぞれは、互いに独立した直流電源４Ｕ、４Ｖ、４Ｗにそれぞれ接続されている。
図３を参照して、第１の実施形態の第２実施例としてＮＰＣ型電力変換器３Ｂの主回路について説明する。図３は、第１の実施形態の第２実施例のＮＰＣ型電力変換器３Ｂの主回路の構成図である。
ＮＰＣ型電力変換器３Ｂは、各相にそれぞれ対応する単相型電力変換器３Ｕ（第１電力変換部）と、単相型電力変換器３Ｖ（第２電力変換部）と、単相型電力変換器３Ｗ（第３電力変換部）を備える。単相型電力変換器３Ｕ、３Ｖ、３Ｗのそれぞれは、互いに独立した直流電源４Ｕ、４Ｖ、４Ｗにそれぞれ接続されている。
【0024】
例えば、単相型電力変換器３Ｕは、レグ３１Ｕとレグ３２Ｘとを備える。レグ３１Ｕとレグ３２Ｘは、それぞれ前述のレグ３０と同様に構成されている。レグ３１Ｕとレグ３２Ｘは、それぞれの直流側中点が互いに接続され、Ｕ相の直流電源４Ｕ（図４Ａ）の中点に接続される。レグ３１Ｕの交流側出力は、第１端子ＴＵに接続されている。レグ３２Ｘの交流側出力は、中性点Ｎに接続されている。
【0025】
単相型電力変換器３Ｖは、レグ３１Ｖとレグ３２Ｙとを備える。レグ３１Ｖとレグ３２Ｙは、それぞれ前述のレグ３０と同様に構成されている。レグ３１Ｖとレグ３２Ｙは、それぞれの直流側中点が互いに接続され、Ｖ相の直流電源４Ｖ（図４Ａ）の中点に接続される。レグ３１Ｖの交流側出力は、第２端子ＴＶに接続されている。レグ３２Ｙの交流側出力は、中性点Ｎに接続されている。
【0026】
単相型電力変換器３Ｗは、レグ３１Ｗとレグ３２Ｚとを備える。レグ３１Ｗとレグ３２Ｚは、それぞれ前述のレグ３０と同様に構成されている。レグ３１Ｗとレグ３２Ｚは、それぞれの直流側中点が互いに接続され、Ｗ相の直流電源４Ｗ（図４Ａ）の中点に接続される。レグ３１Ｗの交流側出力は、第３端子ＴＷに接続されている。レグ３２Ｚの交流側出力は、中性点Ｎに接続されている。
【0027】
単相型電力変換器３Ｕ、３Ｖ、３Ｗを代表して、単相型電力変換器３Ｕについて説明する。単相型電力変換器３Ｕは、レグ３１Ｕとレグ３２Ｘを有することにより、巻線に倍電圧を印加可能な回路を形成する。例えば、レグ３１Ｕの正極側アームとレグ３２Ｘの負極側アームを同時に通電状態にすることにより、３相交流側の中性点Ｎの電圧（中性点電圧という。）に対する第１端子ＴＵの電圧に、直流リンクの正極側電圧の絶対値と負極側電圧の絶対値の合計値に対応する電圧が発生する。導通させるアームの極性を入れ替えれば、上記とは逆極性の電圧が発生する。この結果、例えば、中性点電圧に対する第１端子ＴＵの電圧（Ｕ相の電圧）は、直流リンクの正極側電圧の絶対値の２倍、０倍、－２倍の３レベルになる。
【0028】
さらに、レグ３１Ｕとレグ３２Ｘの何れかの正極側アームと負極側アームの何れかを通電状態にして、その他のアームを直流側の中点電位を出力する状態にすることにより、中性点電圧に対する第１端子ＴＵの電圧に、直流リンクの正極側電圧の絶対値又は負極側電圧の絶対値に対応する電圧が発生する。導通させるアームの極性を入れ替えれば、上記とは逆極性の電圧が発生する。この結果、例えば、中性点電圧に対する第１端子ＴＵの電圧（Ｕ相の電圧）は、直流リンクの正極側電圧の絶対値の１倍、－１倍の２レベルをさらに加えることができる。これにより、中性点電圧に対する第１端子ＴＵの電圧（Ｕ相の電圧）は、直流リンクの正極側電圧の絶対値の２倍、１倍、０、－１倍、－２倍の５レベルになる。
【0029】
上記のように、単相型電力変換器３Ｕは、供給されるゲートパルスのパターンによって３レベルの相電圧を発生させたり、５レベルの相電圧を発生させたりすることができる。これについては、単相型電力変換器３Ｖと３Ｗの場合についても、単相型電力変換器３Ｕの場合と同様である。
【0030】
単相型電力変換器３Ｕ、３Ｖ、３Ｗは、複数のレグ３０を夫々備え、夫々備える複数のレグ３０を用いて３レベルの相電圧波形と５レベルの相電圧波形のうちの何れかの相電圧波形を夫々生成する。
単相型電力変換器３Ｕは、生成された第１の相電圧波形を第１相の巻線に接続される第１の端子ＴＵに出力し、単相型電力変換器３Ｖは、生成された第２の相電圧波形を第２相の巻線に接続される第２の端子ＴＶに出力する。単相型電力変換器３Ｗは、生成された第３の相電圧波形を第３相の巻線に接続される第３の端子ＴＷに出力する。
単相型電力変換器３Ｕは、生成された第１の相電圧波形を第１相の巻線に接続される第１の端子ＴＵに出力し、単相型電力変換器３Ｖは、生成された第２の相電圧波形を第２相の巻線に接続される第２の端子ＴＶに出力する。単相型電力変換器３Ｗは、生成された第３の相電圧波形を第３相の巻線に接続される第３の端子ＴＷに出力する。
【0031】
上記は、ＮＰＣ型電力変換器３Ｂの単相型電力変換器３Ｕ、３Ｖ、３Ｗとしての説明であるが、単相型電力変換器３Ｕ、３Ｖ、３Ｗとして、前述の３レベル型電力変換器３Ａをそれぞれ適用してもよい。３つの３レベル型電力変換器３Ａを用いて、単相型電力変換器３Ｕ、３Ｖ、３Ｗをそれぞれ構成する場合には、それぞれに１つのレグ３０が余る。この場合、単相型電力変換器３Ｕ、３Ｖ、３Ｗは、その中の任意の２つのレグ３０をそれぞれ利用するとよい。これにより、変換器３の用品を共用することができる。
【0032】
【0033】
（主制御部）
主制御部１０は、減算器１１と、速度制御部１２（図４Ａ中の記載はASR。）と、減算器１３（不図示）と、電流制御部１４（不図示）と、シリアル送受信器１５と、キャリア基準生成部１６（図４Ａ中の記載はCREF0。）とを備える。減算器１１と、速度制御部１２と、シリアル送受信器１５と、キャリア基準生成部１６は、各相に共通して設けられ、減算器１３と電流制御部１４は、相毎に対になって設けられている。図４Ａの中では、減算器１３と電流制御部１４を代表して、Ｕ相の減算器１３Ｕと電流制御部１４Ｕ（図４Ａ中の記載はACR。）とを示すが、Ｖ相、Ｗ相についても同様である。
主制御部１０は、減算器１１と、速度制御部１２（図４Ａ中の記載はASR。）と、減算器１３（不図示）と、電流制御部１４（不図示）と、シリアル送受信器１５と、キャリア基準生成部１６（図４Ａ中の記載はCREF0。）とを備える。減算器１１と、速度制御部１２と、シリアル送受信器１５と、キャリア基準生成部１６は、各相に共通して設けられ、減算器１３と電流制御部１４は、相毎に対になって設けられている。図４Ａの中では、減算器１３と電流制御部１４を代表して、Ｕ相の減算器１３Ｕと電流制御部１４Ｕ（図４Ａ中の記載はACR。）とを示すが、Ｖ相、Ｗ相についても同様である。
【0034】
減算器１１の入力には、図示されない上位装置から速度指令値ω*と速度帰還値ω_FBKとが供給され、減算器１１は、速度指令値ω*と速度帰還値ω_FBKの差分（速度偏差）を算出する。ここで速度帰還値ω_FBKは交流電動機２に接続された図示されない速度検出器ＳＳの出力値、又は交流電動機２の特性から制御装置６が推定する速度推定値のどちらであっても良い。速度検出器ＳＳの出力値を用いる場合は、速度検出器ＳＳの出力値を、ゲート制御部２０を経由して主制御部１０へ速度帰還信号としてフィードバックするとよい。
【0035】
速度制御部１２は、上記の速度偏差が最小となるような制御を行い、電流基準値I*を生成する。速度制御部１２は、電流基準値I*を減算器１３Ｕの第１入力に与える。
【0036】
減算器１３Ｕの第２入力には電流帰還値Iu_FBKが供給される。減算器１３Ｕは、電流基準値I*と電流帰還値Iu_FBKの差分（電流偏差）を算出する。ここで電流帰還値Iu_FBKは、変流器５Ｕが検出した物理量を、ゲート制御部２０内部でアナログ／デジタル変換し、後述するシリアル送受信器２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗを経由して主制御部１０に転送される信号である。
【0037】
電流制御部１４Ｕは、上記の電流偏差が最小となるような制御を行い、Ｕ相制御のための電圧基準値Vu*を生成する。この電圧基準値Vu*は、後述するシリアル送受信器１５の送信器１５Ｔからシリアル送受信器２１Ｕのシリアル受信部にシリアル転送される。
【0038】
上記の減算器１３Ｕと電流制御部１４Ｕの組は、Ｕ相に適用するものである。図４Ａに示す減算器１３Ｕと電流制御部１４Ｕの組の他に、図４Ａに示されていないＶ相に適用される減算器１３Ｖと電流制御部１４Ｖの組と、Ｗ相に適用される減算器１３Ｗと電流制御部１４Ｗとの組がある。減算器１３Ｖと電流制御部１４Ｖは、電流基準値I*と電流帰還値Iv_FBKに基づいて電圧基準値Vv*を生成する。減算器１３Ｗと電流制御部１４Ｗは、電流基準値I*と電流帰還値IW_FBKに基づいて電圧基準値Vw*を生成する。
【0039】
これと並行して、キャリア基準生成部１６は、速度指令値ω*（速度基準）に基づいて基準キャリア信号θ０を生成する。基準キャリア信号θ０は、基準タイミングを示す信号である。シリアル送受信器１５は、光ファイバを用いた双方向通信を可能にする。
【0040】
例えば、シリアル送受信器１５は、送信器１５Ｔ（ＴＸと記載。）と、受信器１５Ｒ（ＲＸと記載。）と、多重分離ユニット１５Ｆを含む。送信器１５Ｔのネットワーク側は、ゲート制御部２０のシリアル送受信器２１Ｕに、光ファイバＯＦ０１によって接続される。受信器１５Ｒのネットワーク側は、ゲート制御部２０のシリアル送受信器２１Ｗに、光ファイバＯＦ３０によって接続される。
【0041】
送信器１５Ｔは、電気－光変換器を含む。多重分離ユニット１５Ｆは、電流制御部１４Ｕが生成した電圧基準値Vu*と、電流制御部１４Ｖが生成した電圧基準値Vv*と、電流制御部１４Ｗが生成した電圧基準値Vw*とを取得して、これらのデータを多重した送信データ（TXD）を生成する。送信器１５Ｔは、電気－光変換器によって送信データTXDに基づく光信号を生成して出力する。送信器１５Ｔは、多重分離ユニット１５Ｆによって多重化された制御コマンドＣＯＮＴを送信してもよい。
【0042】
例えば、基準キャリア信号θ０が制御サイクルの１周期内の所定の位相になると、送信器１５Ｔは、シリアル送受信器２１Ｕに対して送信データTXDのシリアル転送を開始する。電圧基準値Vu*、電圧基準値Vv*、電圧基準値Vw*は、送信データTXDに含むデータの一例であって、これに制限されない。ゲート制御部２０に対する送信データTXDには、上記の電圧基準値Vu*、電圧基準値Vv*、電圧基準値Vw*以外のデータが含まれていてもよく、これらに代わるデータが含まれていてもよい。以下の説明では、これを簡略化して、」送信器１５Ｔは、電圧基準値Vu*と、電圧基準値Vv*と、電圧基準値Vw*とを送信する」、などのように記載することがある。
【0043】
受信器１５Ｒは、光－電気変換器を含む。受信器１５Ｒは、シリアル転送される受信データRXDの光信号を受信して、光－電気変換器によって受信データRXDを電気信号に変換する。例えば、受信データRXDには、電流帰還値Iu_FBKと、電流帰還値Iv_FBKと、電流帰還値Iw_FBKとが含まれる。受信器１５Ｒは、これらの電流帰還値の各データを多重分離ユニット１５Ｆに供給する。多重分離ユニット１５Ｆは、これらの電流帰還値を各データに分離して出力する。以下の説明では、これを簡略化して、「受信器１５Ｒは、電流帰還値Iu_FBKと、電流帰還値Iv_FBKと、電流帰還値Iw_FBKとを受信する」、と記載することがある。
【0044】
例えば、制御装置６が３レベル型電力変換器３Ａを駆動する場合も、制御装置６がＮＰＣ型電力変換器３Ｂを駆動する場合も、上記の主制御部１０は、電圧基準値Vu*と、電圧基準値Vv*と、電圧基準値Vw*とに基づいて制御してもよい。主制御部１０は、電圧基準値Vu*と、電圧基準値Vv*と、電圧基準値Vw*を、３レベル型電力変換器３ＡとＮＰＣ型電力変換器３Ｂとの双方について、その制御に利用する。さらに、主制御部１０は、電圧基準値Vu*と、電圧基準値Vv*と、電圧基準値Vw*を、３レベル型電圧制御と、５レベル型電圧制御との双方に利用する。
【0045】
（ゲート制御部）
ゲート制御部２０は、ゲート制御部２０Ｕ（第１変換制御部）と、ゲート制御部２０Ｖ（第２変換制御部）と、ゲート制御部２０Ｗ（第３変換制御部）とを備える。ゲート制御部２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗは、交流の各相に対応付けて設けられている。ゲート制御部２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗは、前述の主制御部１０を含めて、互いに光ファイバを介して接続されている。
ゲート制御部２０は、ゲート制御部２０Ｕ（第１変換制御部）と、ゲート制御部２０Ｖ（第２変換制御部）と、ゲート制御部２０Ｗ（第３変換制御部）とを備える。ゲート制御部２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗは、交流の各相に対応付けて設けられている。ゲート制御部２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗは、前述の主制御部１０を含めて、互いに光ファイバを介して接続されている。
【0046】
以下、ゲート制御部２０Ｕを例示して説明する。
【0047】
ゲート制御部２０Ｕは、シリアル送受信器２１Ｕと、受信検出部２２Ｕ（図４Ａ中の記載はCDET。）と、キャリア同期制御部２３Ｕ（図４Ａ中の記載はCSC。）と、キャリア生成部２４Ｕ（図４Ａ中の記載はCGEN。）と、キャリア比較器２５Ｕ（図４Ａ中の記載はCCOMP。）と、キャリア比較器２５Ｘと、ゲート回路部２６Ｕ（図４Ａ中の記載はGPG。）と、ゲート回路部２６Ｘと、電圧基準変換部２７Ｕ（図４Ａ中の記載は3L/5L。）とを備える。キャリア比較器２５Ｕと、キャリア比較器２５Ｘと、ゲート回路部２６Ｕと、ゲート回路部２６Ｘと、電圧基準変換部２７Ｕとを纏めて、Ｕ相ゲート信号生成部２８Ｕと呼ぶ。
【0048】
図４Ｂを参照して、シリアル送受信器２１Ｕの構成例について説明する。
図４Ｂは、実施形態のシリアル送受信器２１Ｕの構成図である。
例えば、シリアル送受信器２１Ｕは、送信器２１ＵＴ（ＴＸと記載。）と、受信器２１ＵＲ（ＲＸと記載。）と、多重分離ユニット２１ＵＦとを含む。送信器２１ＵＴと受信器２１ＵＲは、送信器１５Ｔと受信器１５Ｒに相当する。
多重分離ユニット２１ＵＦは、フレーム分離ユニットＦＤＡと、フレーム組み立てユニットＦＡとを含む。例えば、多重分離ユニット２１ＵＦは、ＣＰＵなどのプロセッサを含み、プロセッサが所定のプログラムを実行することによって、フレーム分離ユニットＦＤＡと、フレーム組み立てユニットＦＡとを実現してもよく、電気回路の組み合わせによって上記を実現してもよい。多重分離ユニット２１ＵＦは、図示されない記憶部の記憶領域を利用して各データの転送処理を行う。
図４Ｂは、実施形態のシリアル送受信器２１Ｕの構成図である。
例えば、シリアル送受信器２１Ｕは、送信器２１ＵＴ（ＴＸと記載。）と、受信器２１ＵＲ（ＲＸと記載。）と、多重分離ユニット２１ＵＦとを含む。送信器２１ＵＴと受信器２１ＵＲは、送信器１５Ｔと受信器１５Ｒに相当する。
多重分離ユニット２１ＵＦは、フレーム分離ユニットＦＤＡと、フレーム組み立てユニットＦＡとを含む。例えば、多重分離ユニット２１ＵＦは、ＣＰＵなどのプロセッサを含み、プロセッサが所定のプログラムを実行することによって、フレーム分離ユニットＦＤＡと、フレーム組み立てユニットＦＡとを実現してもよく、電気回路の組み合わせによって上記を実現してもよい。多重分離ユニット２１ＵＦは、図示されない記憶部の記憶領域を利用して各データの転送処理を行う。
【0049】
例えば、受信器２１ＵＲは、主制御部１０からシリアル転送されたフレームの光信号を受信して、光信号を電気信号に変換する。受信器２１ＵＲは、受信したフレームを多重分離ユニット２１ＵＦのフレーム分離ユニットＦＤＡに供給する。フレーム分離ユニットＦＤＡは、受信器２１ＵＲから供給されたフレーム内の各データを分離して出力する。例えば、フレーム内の各データには、電圧基準値Vu*、電圧基準値Vv*、電圧基準値Vw*などの指令値に関するデータが含まれる。
【0050】
例えば、送信器２１ＵＴは、多重分離ユニット２１ＵＦのフレーム組み立てユニットＦＡが生成したフレームの電気信号を、光－電気変換器によって光信号に変換して出力する。
多重分離ユニット２１ＵＦのフレーム組み立てユニットＦＡは、フレーム分離ユニットＦＤＡによって分離されたデータと、ゲート制御部２０Ｕから送信する各データとに基づいて、上記のフレームを生成して、所定のタイミングに後段に対して転送させる。
多重分離ユニット２１ＵＦのフレーム組み立てユニットＦＡは、フレーム分離ユニットＦＤＡによって分離されたデータと、ゲート制御部２０Ｕから送信する各データとに基づいて、上記のフレームを生成して、所定のタイミングに後段に対して転送させる。
【0051】
例えば、多重分離ユニット２１ＵＦは、受信器２１ＵＲが出力する電気信号から、一部のデータを抽出して、送信器２１ＵＴに供給する。多重分離ユニット２１ＵＦは、変流器５Ｕによって検出された電流帰還値Iu_FBKを取得して、上記の一部のデータと、上記の電流帰還値Iu_FBKとを含むデータを、フレームに割り当てて多重して出力する。送信器２１ＵＴは、多重分離ユニット２１ＵＦによって多重されたデータを含むフレームを、次段のゲート制御部２０Ｖに対して送信する。
【0052】
なお、通信に利用するフレームは、さらに基準キャリア信号θ０のタイミング情報を転送することに利用される。受信器２１ＵＲは、上記の電気信号からキャリア信号の位相を調整するためのタイミング情報を抽出して、ゲート制御部２０Ｕの制御に利用する。これの詳細については後述する。
【0053】
図４Ａに戻り、電圧基準変換部２７Ｕについて説明する。
受信器２１ＵＲは、抽出した電圧基準値Vu*を、電圧基準変換部２７Ｕに供給する。電圧基準変換部２７Ｕは、受信器２１ＵＲから電圧基準値Vu*を受けるが、予め定められた情報又はハードウエア的な設定により決定される選択情報に基づいて、５レベル型適用時と３レベル型適用時の処理を変える。例えば、選択情報として、５レベル型適用時の選択情報を「５Ｌ」で示し、３レベル型適用時の選択情報を「３Ｌ」で示す。図４Ａに示す電圧基準変換部２７Ｕには、５Ｌの選択信号が供給されていて、５レベル型に適用される状態にある。
受信器２１ＵＲは、抽出した電圧基準値Vu*を、電圧基準変換部２７Ｕに供給する。電圧基準変換部２７Ｕは、受信器２１ＵＲから電圧基準値Vu*を受けるが、予め定められた情報又はハードウエア的な設定により決定される選択情報に基づいて、５レベル型適用時と３レベル型適用時の処理を変える。例えば、選択情報として、５レベル型適用時の選択情報を「５Ｌ」で示し、３レベル型適用時の選択情報を「３Ｌ」で示す。図４Ａに示す電圧基準変換部２７Ｕには、５Ｌの選択信号が供給されていて、５レベル型に適用される状態にある。
【0054】
図５Ａは、第１の実施形態の電圧基準変換部２７Ｕの５レベル型適用時の処理について説明するための図である。図５Ｂは、第１の実施形態の電圧基準変換部２７Ｕの３レベル型適用時の処理について説明するための図である。
【0055】
図５Ａに示すように電圧基準変換部２７Ｕは、変換処理部２７１と、変換処理部２７２とを備える。電圧基準変換部２７Ｕを５レベル型に適用させるように設定した場合には、変換処理部２７１と、変換処理部２７２は、その機能が活性化される。例えば、変換処理部２７１と、変換処理部２７２は、電圧基準値Vu*を、電圧基準値V5u*と、電圧基準値V5x*とに夫々変換する。これにより、５レベル型として設定された電圧基準変換部２７Ｕによって、電圧基準値Vu*は、電圧基準値V5u*と、電圧基準値V5x*とに変換させる。
【0056】
電圧基準値V5u*は、電圧基準変換部２７Ｕから、キャリア比較器２５Ｕに供給される電圧基準の一例である。例えば、電圧基準値Vu*が正弦波状である場合には、変換処理部２７１は、振幅が比較的０に近い位相の振幅を０に変換した電圧基準値V5u*を生成する。電圧基準値V5x*は、電圧基準変換部２７Ｘから、キャリア比較器２５Ｘに供給される電圧基準の一例である。上記の場合には、変換処理部２７２は、振幅が比較的大きい値をとる範囲の振幅を飽和させた値に変換した電圧基準値V5x*を生成する。
【0057】
これに対して、図５Ｂに示すように電圧基準変換部２７Ｕに３Ｌの選択信号が供給されると、３レベル型に適用させる設定になる。この場合には、変換処理部２７１と、変換処理部２７２は、その機能が無効化され、電圧基準値Vu*を、電圧基準値V5u*と、電圧基準値V5x*とに夫々変換することなく、電圧基準値Vu*を出力する。
【0058】
ゲート制御部２０Ｕは、３レベルの相電圧波形と５レベルの相電圧波形の何れかを指定する第１選択情報に基づいて単相型電力変換器３Ｕを制御する。ゲート制御部２０Ｖは、第１選択情報が指定する相電圧波形と同種の相電圧波形を指定する第２選択情報に基づいて単相型電力変換器３Ｖを制御する。ゲート制御部２０Ｗについても、ゲート制御部２０Ｖと同様である。
【0059】
図４Ａに戻り、キャリア比較器２５Ｕについて説明する。
キャリア比較器２５Ｕは、後述する手法によってゲート制御部２０Ｕ内で生成されたＰＷＭキャリアと、この電圧基準値V5u*とを比較することによって、ゲートパルス指令値GPu*を作成し、ゲートパルス指令値GPu*をゲート回路部２６Ｕに供給する。ゲート回路部２６Ｕは、ゲートパルス指令値GPu*をスイッチング素子駆動用の信号GPuに変換して変換器３のレグ３１Ｕに供給する。レグ３１Ｕの各スイッチング素子のゲートには、信号GPuが直接供給されてもよく、図４Ａに示されない駆動回路を介して供給されてもよい。
キャリア比較器２５Ｕは、後述する手法によってゲート制御部２０Ｕ内で生成されたＰＷＭキャリアと、この電圧基準値V5u*とを比較することによって、ゲートパルス指令値GPu*を作成し、ゲートパルス指令値GPu*をゲート回路部２６Ｕに供給する。ゲート回路部２６Ｕは、ゲートパルス指令値GPu*をスイッチング素子駆動用の信号GPuに変換して変換器３のレグ３１Ｕに供給する。レグ３１Ｕの各スイッチング素子のゲートには、信号GPuが直接供給されてもよく、図４Ａに示されない駆動回路を介して供給されてもよい。
【0060】
キャリア比較器２５Ｘとゲート回路部２６Ｘは、前述のキャリア比較器２５Ｕとゲート回路部２６Ｕと同様に構成される。例えば、キャリア比較器２５Ｘは、この電圧基準値V5x*とＰＷＭキャリアとを比較することによってゲートパルス指令値GPX*を作成し、ゲートパルス指令値GPx*をゲート回路部２６Ｘに供給する。ゲート回路部２６Ｘは、ゲートパルス指令値GPx*をスイッチング素子駆動用の信号GPxに変換して変換器３のレグ３２Ｘに供給する。
【0061】
基準キャリア信号θ０のタイミング情報は、受信器２１ＵＲから受信検出部２２Ｕに供給され、受信検出部２２Ｕと、キャリア同期制御部２３Ｕと、キャリア生成部２４Ｕとによって、ゲート制御部２０Ｕにおけるキャリア信号が生成される。キャリア信号の生成についての詳細な説明を後述する。
【0062】
なお、受信器２１ＵＲが上記の電気信号を検出してから、送信器２１ＵＴがこれに対応する信号を送信するまでに掛かるゲート制御部２０Ｕ内の処理時間（ノード内遅延時間）は、設計的に定められた値になるものとする。
以上が、ゲート制御部２０Ｕに関する概略説明である。
以上が、ゲート制御部２０Ｕに関する概略説明である。
【0063】
ゲート制御部２０Ｖは、シリアル送受信器２１Ｖと、受信検出部２２Ｖと、キャリア同期制御部２３Ｖと、キャリア生成部２４Ｖと、Ｖ相ゲート信号生成部２８Ｖとを備える。ゲート制御部２０Ｖにおけるシリアル送受信器２１Ｖと、受信検出部２２Ｖと、キャリア同期制御部２３Ｖと、キャリア生成部２４Ｖと、Ｖ相ゲート信号生成部２８Ｖとは、ゲート制御部２０Ｕにおけるシリアル送受信器２１Ｕと、受信検出部２２Ｕと、キャリア同期制御部２３Ｕと、キャリア生成部２４Ｕと、Ｕ相ゲート信号生成部２８Ｕと同等に構成される。
【0064】
例えば、シリアル送受信器２１Ｖは、送信器２１ＶＴ（ＴＸと記載。）と、受信器２１ＶＲ（ＲＸと記載。）と、多重分離ユニット２１ＶＦとを含む。シリアル送受信器２１Ｖは、シリアル送受信器２１Ｕと同等の構成を備える。
【0065】
ゲート制御部２０Ｗは、シリアル送受信器２１Ｗと、受信検出部２２Ｗと、キャリア同期制御部２３Ｗと、キャリア生成部２４Ｗと、Ｗ相ゲート信号生成部２８Ｗとを備える。ゲート制御部２０Ｗにおけるシリアル送受信器２１Ｗと、受信検出部２２Ｗと、キャリア同期制御部２３Ｗと、キャリア生成部２４Ｗと、Ｗ相ゲート信号生成部２８Ｗとは、ゲート制御部２０Ｕにおけるシリアル送受信器２１Ｕと、受信検出部２２Ｕと、キャリア同期制御部２３Ｕと、キャリア生成部２４Ｕと、Ｕ相ゲート信号生成部２８Ｕと同等に構成される。
【0066】
例えば、シリアル送受信器２１Ｗは、送信器２１ＷＴ（ＴＸと記載。）と、受信器２１ＷＲ（ＲＸと記載。）と、多重分離ユニット２１ＷＦとを含む。シリアル送受信器２１Ｗは、シリアル送受信器２１Ｕと同等の構成を備える。
【0067】
（ネットワーク）
次に、ドライブシステム１内の通信に利用するネットワークについて説明する。
本実施形態のネットワークのトポロジーは、主制御部１０と、ゲート制御部２０Ｕと、ゲート制御部２０Ｖと、ゲート制御部２０Ｗとのそれぞれをノードにして、上記の各ノードを順に接続したループ型である。このネットワークは、上記のトポロジーと同じ経路で物理的に接続される。この物理的な接続の媒体として、光ファイバを用いることで、各ノードが互いに絶縁されている。光ファイバは、例えば、各ノード間に１本設ける。ドライブシステム１は、これを用いて片方向に通信する。なお、各ノードは、全二重で通信可能であるとよい。
次に、ドライブシステム１内の通信に利用するネットワークについて説明する。
本実施形態のネットワークのトポロジーは、主制御部１０と、ゲート制御部２０Ｕと、ゲート制御部２０Ｖと、ゲート制御部２０Ｗとのそれぞれをノードにして、上記の各ノードを順に接続したループ型である。このネットワークは、上記のトポロジーと同じ経路で物理的に接続される。この物理的な接続の媒体として、光ファイバを用いることで、各ノードが互いに絶縁されている。光ファイバは、例えば、各ノード間に１本設ける。ドライブシステム１は、これを用いて片方向に通信する。なお、各ノードは、全二重で通信可能であるとよい。
【0068】
上記の物理的な接続構成の一例として、上記の４個のノードは、４本の光ファイバによって順に接続される事例を比較例と対比して説明する。この事例の場合、スイッチング素子に対して主制御部１０から１：１に接続する第１比較例、又は、主制御部１０から他の３つのノード間に対して１：１に接続する第２比較例と、本実施形態の接続構成とを比較すると、本実施形態のネットワークを構成するために必要とされる光ファイバの本数及び総延長が、十分に少なくなることがわかる。
【0069】
上記のようにネットワークを構成しても、主制御部１０がゲート制御部２０に電圧基準を通知することと、主制御部１０がゲート制御部２０から電流帰還値を収集することとに関する情報の送受信の関係は変わらない。そこで、ドライブシステム１は、このネットワークを、データ多重伝送による伝送路として利用する。ネットワークは、上記の各データを順送りで伝える。データ多重伝送の方式には、既知のプロトコルを利用してもよく、適宜選択してもよい。
【0070】
光ファイバを媒体として利用するネットワークは、シリアル送受信器１５と、シリアル送受信器２１Ｕと、シリアル送受信器２１Ｖと、シリアル送受信器２１Ｗとを互いに接続する。
【0071】
例えば、このネットワークにおいて、送信器１５Ｔの出力は、光ファイバＯＦ０１によって受信器２１ＵＲの入力に接続される。送信器２１ＵＴの出力は、光ファイバＯＦ１２によって受信器２１ＶＲの入力に接続される。送信器２１ＶＴの出力は、光ファイバＯＦ２３によって受信器２１ＷＲの入力に接続される。送信器２１ＷＴの出力は、光ファイバＯＦ３０によって受信器１５Ｒの入力に接続される。
【0072】
（通信方式）
ドライブシステム１は、主制御部１０とゲート制御部２０Ｕとの通信と、ゲート制御部２０Ｕとゲート制御部２０Ｖとの通信と、ゲート制御部２０Ｖとゲート制御部２０Ｖとの通信と、ゲート制御部２０Ｗと主制御部１０との通信とにおいて、上記のネットワークを利用する。ドライブシステム１は、上記のネットワーク上に、データを多重する所定の多重化構造を利用する通信パスを設けて、これを利用する。この通信パスは、通信の物理層の時分割多重、又はリンク層のフレーム多重を利用して形成される。
ドライブシステム１は、主制御部１０とゲート制御部２０Ｕとの通信と、ゲート制御部２０Ｕとゲート制御部２０Ｖとの通信と、ゲート制御部２０Ｖとゲート制御部２０Ｖとの通信と、ゲート制御部２０Ｗと主制御部１０との通信とにおいて、上記のネットワークを利用する。ドライブシステム１は、上記のネットワーク上に、データを多重する所定の多重化構造を利用する通信パスを設けて、これを利用する。この通信パスは、通信の物理層の時分割多重、又はリンク層のフレーム多重を利用して形成される。
【0073】
以下の実施形態に示す通信方式として、バースト転送型の通信方式を例示する。バースト転送型の通信方式の典型的な一例として、１つのフレーム内に複数のデータを含めて通信するデータ多重伝送方式について説明する。なお、このネットワーク内の各ノードは、ノード間の通信に関して独立同期で構成されていてよい。１つのフレームは、単位多重化構造の一例である。
【0074】
図６は、実施形態の通信に用いるフレームを説明するための図である。ここに示すフレームは、シリアル通信の下位層のプロトコルとして例示するイーサネット（Ｒ）フレームである。このフレームは、イーサネット（Ｒ）に制限されることなく、これに代えてＩＥＥＥ８０２．３などの他の標準プロトコル又は非標準のプロトコルなどのフレームを適用してもよく、あるいは無手順の非同期通信であってもよい。この下位層のプロトコルでは、再送処理手順を含まない。
その上位層のプロトコルには、例えばＵＤＰ（User Datagram Protocol）のように、通信のセッション確立手順と再送処理手順とを含まないプロトコルを使用するとよい。
その上位層のプロトコルには、例えばＵＤＰ（User Datagram Protocol）のように、通信のセッション確立手順と再送処理手順とを含まないプロトコルを使用するとよい。
【0075】
このイーサネットフレームは、例えば、電圧基準値（電圧基準）、電流帰還値（電流ＦＢＫ）、制御コマンドＣＯＮＴ（図４Ａ）などを転送することに利用される。より具体的な、イーサネットフレーム内のデータのマッピングについて説明する。
【0076】
規格のイーサネットフレームには、プレアンブル（Pre.）と開始検出用データ（SFD）とに続く領域に、あて先アドレス情報（Dest_addr.）と、送信元アドレス情報（Source_addr.）などが含まれる。
【0077】
これに対して、本実施形態のネットワークは、リンクバイリンクで構成されるため、各ノードでそれぞれフレームを組み立てて形成し、また分解する。このようにリンクバイリンクで接続する場合には、フレームのあて先と送信元を上記のアドレス情報を用いて識別する必要がないため、あて先アドレス情報（Dest_addr.）と、送信元アドレス情報とを省略することができる。同様に、通信に支障がない範囲であれば、イーサネットフレームに規定されているタイプ（Type）、エラー検出（FCS）の各種情報の一部又は全部を省略又は変更してもよい。
【0078】
図７を参照して、上記のフレームにマッピングされるデータのデータ構造について説明する。図７は、実施形態のフレーム内のデータ構造を説明するための図である。
例えば、第１番目の例は、主制御部１０からゲート制御部２０Ｕに送信するフレームのマッピング例である。第２番目の例は、ゲート制御部２０Ｕからゲート制御部２０Ｖに送信するフレームのマッピング例である。第３番目の例は、ゲート制御部２０Ｖからゲート制御部２０Ｗに送信するフレームのマッピング例である。第４番目の例は、ゲート制御部２０Ｗから主制御部１０に送信するフレームのマッピング例である。
例えば、第１番目の例は、主制御部１０からゲート制御部２０Ｕに送信するフレームのマッピング例である。第２番目の例は、ゲート制御部２０Ｕからゲート制御部２０Ｖに送信するフレームのマッピング例である。第３番目の例は、ゲート制御部２０Ｖからゲート制御部２０Ｗに送信するフレームのマッピング例である。第４番目の例は、ゲート制御部２０Ｗから主制御部１０に送信するフレームのマッピング例である。
【0079】
この図７に示すフレームは、前述のイーサネットフレームに基づくものであるが、プレアンブル（Pre.）と、開始検出用データ（SFD）とに続くイーサネットフレームの範囲に、管理情報と、第１段から第３段の各ゲート制御部に対する電圧基準と、第１段から第３段の各ゲート制御部からの電流帰還値（電流ＦＢＫ）とが割り付けられている。ここに示す事例は、送受信する各データの個数（データ数）が固定の場合の一例である。
【0080】
例えば、第１番目の例の場合、管理情報に続いて、第１段から第３段の各ゲート制御部に対する指令値が割り付けられている。この場合の指令値は、第１段から第３段のゲート制御部２０に対する電圧基準（図４ＡのVu*、Vv*、Vw*に相当。）又は第１段から第３段のゲート制御部２０に対する制御コマンドＣＯＮＴ（図４Ａ）の何れかになる。
【0081】
例えば、主制御部１０は、フレーム内に、少なくともゲート制御部２０Ｕに対する電圧基準と、ゲート制御部２０Ｖに対する電圧基準と、ゲート制御部２０Ｗとに対する電圧基準と含めて送信する。例えば、ゲート制御部２０Ｕは、１つの単位多重化構造（単位フレーム）内に、少なくともゲート制御部２０Ｖとゲート制御部２０Ｗに対する電圧基準を含めて送信する。ゲート制御部２０Ｖと２０Ｗとについても同様である。
【0082】
第２番目の例の場合、第２段と第３段の各ゲート制御部に対する指令値と、第１段のゲート制御部からの電流帰還値（電流ＦＢＫと示す。図４ＡのIu_FBKに相当。）が割り付けられている。この場合の指令値は、第２段と第３段の電圧基準（図４ＡのVv*、Vw*に相当。）又は第２段と第３段の制御コマンドＣＯＮＴの何れかである。第３番目の例及び第４番目の例の場合も同様である。なお、ゲート制御部からの電流帰還値は、制御サイクル内で少なくとも１回収集されればよく、制御サイクル内で複数回通信する場合には、電流帰還値を省略してもよい。
【0083】
上記のように、各ゲート制御部２０は、受信したデータのうち、次段以降のゲート制御部２０で使用するデータ（転送データ）を次段のゲート制御部２０へ転送する。
また、当該ゲート制御部２０は、次段のゲート制御部２０への送信時に、当該ゲート制御部２０の電流帰還値も、上記の転送データと合わせて送信する。これが繰り返されて、各ゲート制御部２０の電流帰還値が、当該ゲート制御部２０よりも後段のゲート制御部２０によって転送されて主制御部１０に帰還される。なお、この制御のフィードバックは、変換器３の制御サイクル内に収まっているとよい。
また、当該ゲート制御部２０は、次段のゲート制御部２０への送信時に、当該ゲート制御部２０の電流帰還値も、上記の転送データと合わせて送信する。これが繰り返されて、各ゲート制御部２０の電流帰還値が、当該ゲート制御部２０よりも後段のゲート制御部２０によって転送されて主制御部１０に帰還される。なお、この制御のフィードバックは、変換器３の制御サイクル内に収まっているとよい。
【0084】
【0085】
ドライブシステム１における各ゲート制御部２０は、ＰＷＭ制御にＰＷＭキャリアをそれぞれ生成して利用する。各ゲート制御部２０でそれぞれ生成されるＰＷＭキャリアは、互いの位相を揃えることが要求される。以下、主制御部１０が基準キャリア信号θ０を生成し、各ゲート制御部２０が、その基準キャリア信号θ０にそれぞれのＰＷＭキャリアを同期させる手法について説明する。
【0086】
例えば、ドライブシステム１では、各通信ノードが独立同期のプロセッサを含む。各プロセッサが、シリアル通信を利用して互いに通信する。このようなドライブシステム１は、基準キャリア信号θ０のタイミング情報を、上記のシリアル通信を利用して主制御部１０から各ゲート制御部２０に転送する。
【0087】
前述のとおり、主制御部１０の送信器１５Ｔは、基準キャリア信号θ０がその周期内の所定の位相になると、ゲート制御部２０Ｕのシリアル送受信器２１Ｕに対して送信データTXDのシリアル転送を開始する。
【0088】
ゲート制御部２０Ｕは、シリアル通信による所定のデータビットパターンを検出することにより、所望のフレームが到着したことを検出して、基準キャリア信号θ０のタイミング情報を再生する。
【0089】
例えば、受信検出部２２Ｕは、所定のビットパターンが到着したことを、予め定められたデータビットパターンとの比較によって検出して、その際にキャリア同期信号Csyncuを出力し、それをキャリア同期制御部２３Ｕに供給する。この場合の所定のビットパターンは、イーサネットフレームのプリアンブル（Preamble）と、開始検出用データ（SFD）と、フレーム種別の識別情報とを含むものであってよい。受信検出部２２Ｕは、フレームの受信を検出しても、所定のビットパターンが到着したことを検出しなかった場合には、キャリア同期信号Csyncuを出力しなくてよい。キャリア同期制御部２３Ｕは、キャリア位相を生成するＰＬＬを含む。キャリア同期制御部２３Ｕは、例えば、キャリア同期信号Csyncuが供給されたことを検出したタイミングに同期するように、ＰＬＬによってキャリア位相の位相を調整して、キャリア位相の位相情報θ0uを出力する。位相情報θ0uは、基準キャリア信号θ０の位相が０の時のＰＷＭキャリアの振幅値に相当する。キャリア生成部２４Ｕは、位相情報θ0uに同期する三角波のＰＷＭキャリアを生成して、それをキャリア比較器２５Ｕと２５Ｘとに対して供給する。
【0090】
ゲート制御部２０Ｕの送信器２１ＵＴは、キャリア同期信号Csyncuが出力された後の所定のタイミングになると、受信したフレームの種別と同種のフレームを使ってゲート制御部２０Ｖのシリアル送受信器２１Ｖに対して送信データTXDのシリアル転送を開始する。
【0091】
【0092】
キャリア同期制御部２３Ｕは、ゲート制御部キャリア位相器２３１と、減算器２３１Ａと、減算器２３２と、制御器２３３と、キャリア周波数調整器２３４と、基準キャリア位相検出器２３５とを備える。
【0093】
ゲート制御部キャリア位相器２３１は、キャリア同期信号Csyncuが入力されたタイミングの、ゲート制御部２０内のキャリア位相の値をラッチする。ゲート制御部キャリア位相器２３１の出力Pref0_refuには、主制御部１０において設定された遅延、伝送による遅延などが含まれる場合がある。例えば、出力Pref0_refuの大きさが０であるときに、位相が揃っている状態を示し、その値が大きくなるほど位相がずれている状態を示す。このようなゲート制御部キャリア位相器２３１の出力Pref0_refuは、主制御部１０のキャリア位相が０であるときに、ゲート制御部２０のキャリア位相が幾つであるかを示す信号になる。上記のように出力Pref0_refuの大きさが０でない場合には、出力Pref0_refuは、主制御部１０のキャリア位相に対する位相誤差を含むことを示す。キャリア同期制御部２３Ｕは、減算器２３１Ａを用いて、その位相誤差を補償する。
【0094】
本実施形態の減算器２３１Ａは、出力Pref0_refuに生じる遅延時間に合わせて値が調整されたオフセットPoffsetuを用いて、出力Pref0_refuからオフセットPoffsetuを減算して、補償出力Pref1_refuを算出する。
【0095】
減算器２３２は、ゲート制御部２０のキャリア位相を示す信号と、上記の補償出力Pref1_refu（補正された基準キャリア位相）とを比較して、偏差を制御器２３３に与える。基準キャリア位相検出器２３５は、キャリア周波数調整器２３４の出力から上記の基準キャリア位相を検出する。キャリア同期制御部２３Ｕは、キャリア位相の偏差を０にするように調整する。このようにしてキャリア同期制御部２３Ｕは、キャリア生成部２４Ｕが生成するＰＷＭキャリアの生成タイミングを制御する。
【0096】
これにより、ゲート制御部２０Ｕは、主制御部１０から受信したフレームから、ＰＷＭキャリアを再生する際に、ＰＷＭキャリアの位相を予め定められた値の位相差を用いて調整する。ゲート制御部２０Ｕは、位相が調整されたＰＷＭキャリアを用いて、受信したゲート制御部２０Ｕに対する電圧基準に基づいて、所望の相電圧波形を、基準タイミングに同期するように生成する。なお、キャリア同期制御部２３Ｖとキャリア同期制御部２３Ｗもキャリア同期制御部２３Ｕと同様に構成するとよい。
【0097】
（ゲート制御部２０のキャリア位相の同期）
キャリア同期制御は、シリアル通信を受信したタイミングから基準キャリア信号θ０の位相を推定し、基準キャリア信号θ０の推定位相と、ゲート制御部２０のＰＷＭキャリアとの位相の差分をとり、適切な周波数のＰＷＭキャリアになるように、ＰＷＭキャリアの振幅の変化量（傾き）を調整するものである。
キャリア同期制御は、シリアル通信を受信したタイミングから基準キャリア信号θ０の位相を推定し、基準キャリア信号θ０の推定位相と、ゲート制御部２０のＰＷＭキャリアとの位相の差分をとり、適切な周波数のＰＷＭキャリアになるように、ＰＷＭキャリアの振幅の変化量（傾き）を調整するものである。
【0098】
カスケード接続されたゲート制御部２０の場合、各ゲート制御部２０がフレームを組み立てまた分解してデータを中継する。そのため、各ゲート制御部２０がそれぞれ受信するフレームの受信開始時刻は、後段のゲート制御部２０になるほど遅れる。各ゲート制御部２０が受信したフレームを基準にキャリア位相を同期させると、主制御部１０のキャリア位相よりも後段のゲート制御部２０のキャリア位相ほど大きな遅れが生じる。そこで、各ゲート制御部２０は、各段の遅れ量に対応する大きさのオフセットを、各段の遅れ量から除くことにより、主制御部１０の基準キャリア信号θ０の位相に対する各ゲート制御部２０のキャリア位相の遅れを補償することができる。
【0099】
これにより、カスケード接続されたゲート制御部２０がそれぞれ制御する各電力変換器のスイッチングタイミングの制御に、上記の遅れ量による時間差がなくなるように補償することが可能になる。
【0100】
（カスケード接続のネットワークを用いたデータの中継）
図１０を参照して、カスケード接続のネットワークを用いたデータの中継について説明する。図１０は、実施形態のデータの中継について説明するための図である。図１０の上から下に時間軸をとり、各時刻の基準キャリア信号θ０の振幅の一例と、各ノード間の通信のシーケンスとの関係を示す。
図１０を参照して、カスケード接続のネットワークを用いたデータの中継について説明する。図１０は、実施形態のデータの中継について説明するための図である。図１０の上から下に時間軸をとり、各時刻の基準キャリア信号θ０の振幅の一例と、各ノード間の通信のシーケンスとの関係を示す。
【0101】
主制御部１０は、前述の図８に示したように、三角波状に振幅が変化する基準キャリア信号θ０を生成する。この図１０では、その１つの制御サイクル内の基準キャリア信号θ０の振幅の変化を示す。時刻ＴＭ１から時刻ＴＭ２までが、１つの制御サイクルの１周期に相当する。例えば、基準キャリア信号θ０の振幅が時刻ＴＭ１に最小値をとり時刻ＴＭ２に最大値をとる。例えば、この時刻ＴＭ１と時刻ＴＭ２を、各ゲート制御部２０がキャリアを同期させる基準タイミングにする。
【0102】
主制御部１０は、フレームＦ１１を生成し、「ＳＴＡＲＴ」と、フレームＦ１１の第１から第３のデータに指令値のデータ（例えば、「ＤＡＴＡ１」から「ＤＡＴＡ３」。）を割り当てる。時刻ＴＭ１に、主制御部１０は、ゲート制御部２０Ｕに対してこのフレームＦ１１の送信を開始する（Ｓ１１）。「ＳＴＡＲＴ」には、フレームＦ１１の識別と、フレームＦ１１のフレーム種別の識別を可能にする情報とが含まれる。フレーム種別の識別を可能にする情報とは、例えば、図７に示したプレアンブル（Pre.）、開始検出用データ（SFD）、管理情報などを含む情報のことである。「ＤＡＴＡ１」から「ＤＡＴＡ３」は、ゲート制御部２０Ｕからゲート制御部２０Ｗに対してそれぞれ供給する指令値であり、ゲート制御部２０Ｕからゲート制御部２０Ｗ内の制御対象を制御するための制御コマンドＣＯＮＴに相当する。上記の制御対象には、例えば、図示されないリレー、遮断機などが含まれてよい。
【0103】
ゲート制御部２０Ｕは、上記のフレームＦ１１を受信して、そのフレームＦ１１を分解することで、フレームＦ１１から「ＤＡＴＡ１」から「ＤＡＴＡ３」を抽出する。ゲート制御部２０Ｕは、「ＤＡＴＡ１」をゲート制御部２０Ｕ内の制御のために利用する。ゲート制御部２０Ｕは、上記フレームＦ１１と同じ構成を有しているフレームＦ１２を生成して、フレームＦ１２の第１と第２のデータに、上記の「ＤＡＴＡ２」と「ＤＡＴＡ３」を割り当てる（Ｃ１１）。ゲート制御部２０Ｕは、フレームＦ１２の第３のデータに、「電流ＦＢＫ１」を割り当てて、ゲート制御部２０Ｖに対してこのフレームＦ１２の送信を開始する（Ｓ１２）。例えば、「電流ＦＢＫ１」は、当該制御サイクルｔ１のひとつ前の制御サイクルｔ０で検出されたＵ相の電流の平均値である。
【0104】
ゲート制御部２０Ｖは、上記のフレームＦ１２を受信して、そのフレームＦ１２を分解することで、フレームＦ１２から「ＤＡＴＡ２」と「ＤＡＴＡ３」と、「電流ＦＢＫ１」とを抽出する。ゲート制御部２０Ｖは、「ＤＡＴＡ２」をゲート制御部２０Ｖ内の制御のために利用する。ゲート制御部２０Ｖは、上記フレームＦ１１と同じ構成を有しているフレームＦ１３を生成して、フレームＦ１３の第１と第２のデータに、上記の「ＤＡＴＡ３」と「電流ＦＢＫ１」とを割り当てる（Ｃ１２）。ゲート制御部２０Ｖは、フレームＦ１３の第３のデータに、「電流ＦＢＫ２」を割り当てて、ゲート制御部２０Ｗに対してこのフレームＦ１３の送信を開始する（Ｓ１３）。例えば、「電流ＦＢＫ２」は、当該制御サイクルｔ１のひとつ前の制御サイクルｔ０で検出されたＶ相の電流の平均値である。
【0105】
ゲート制御部２０Ｗは、上記のフレームＦ１３を受信して、そのフレームＦ１３を分解することで、フレームＦ１３から「ＤＡＴＡ３」と、「電流ＦＢＫ１」と「電流ＦＢＫ２」とを抽出する。ゲート制御部２０Ｗは、「ＤＡＴＡ３」をゲート制御部２０Ｗ内の制御のために利用する。ゲート制御部２０Ｗは、上記フレームＦ１１と同じ構成を有しているフレームＦ１４を生成して、フレームＦ１４の第１と第２のデータに、上記の「電流ＦＢＫ１」と「電流ＦＢＫ２」とを割り当てる（Ｃ１３）。ゲート制御部２０Ｗは、フレームＦ１４の第３のデータに、「電流ＦＢＫ３」を割り当てて、主制御部１０に対してこのフレームＦ１４の送信を開始する（Ｓ１４）。例えば、「電流ＦＢＫ３」は、当該制御サイクルｔ１のひとつ前の制御サイクルｔ０で検出されたＷ相の電流の平均値である。
【0106】
主制御部１０は、上記のフレームＦ１４を受信して、そのフレームＦ１４を分解することで、フレームＦ１４から「電流ＦＢＫ１」から「電流ＦＢＫ３」を抽出する。主制御部１０は、「電流ＦＢＫ１」から「電流ＦＢＫ３」に基づいた電圧基準生成演算処理を実行して、「電圧基準ＶＲＥＦ１」から「電圧基準ＶＲＥＦ３」を算出する（ＶＲＥＦＧ）。
【0107】
主制御部１０は、上記フレームＦ１１と同じ構成を有しているフレームＦ２１を生成して、フレームＦ２１の第１から第３のデータに、上記の「電圧基準ＶＲＥＦ１」から「電圧基準ＶＲＥＦ３」を割り当てる（Ｃ１０）。
【0108】
例えば、本実施形態における「電圧基準ＶＲＥＦ１」から「電圧基準ＶＲＥＦ３」は、前述の電圧基準Vu*、Vv*、Vw*のことである。
【0109】
ゲート制御部２０Ｗは、ゲート制御部２０Ｗに対してこのフレームＦ２１の送信を開始する（Ｓ２１）。
【0110】
ゲート制御部２０Ｕは、上記のフレームＦ２１を受信して、そのフレームＦ２１を分解することで、フレームＦ２１から「電圧基準ＶＲＥＦ１」から「電圧基準ＶＲＥＦ３」を抽出する。ゲート制御部２０Ｕは、「電圧基準ＶＲＥＦ１」を単相電力変換器３Ｕの制御のために利用する。ゲート制御部２０Ｕは、フレームＦ１２を生成して、フレームＦ１２の第１と第２のデータに、上記の「電圧基準ＶＲＥＦ２」と「電圧基準ＶＲＥＦ３」を割り当てる（Ｃ２１）。このフレームＦ２２は、第３のデータを割り当てる領域を含まない。ゲート制御部２０Ｕは、ゲート制御部２０Ｖに対してこのフレームＦ２２の送信を開始する（Ｓ２２）。
【0111】
ゲート制御部２０Ｖは、上記のフレームＦ２２を受信して、そのフレームＦ２２を分解することで、フレームＦ２２から「電圧基準ＶＲＥＦ２」と「電圧基準ＶＲＥＦ３」とを抽出する。ゲート制御部２０Ｖは、「電圧基準ＶＲＥＦ２」を単相電力変換器３Ｖの制御のために利用する。ゲート制御部２０Ｖは、フレームＦ１３を生成して、フレームＦ１３の第１のデータに、上記の「電圧基準ＶＲＥＦ３」を割り当てる（Ｃ２２）。このフレームＦ２２は、第２と第３のデータを割り当てる領域を含まない。ゲート制御部２０Ｖは、ゲート制御部２０Ｗに対してこのフレームＦ２３の送信を開始する（Ｓ２３）。
【0112】
ゲート制御部２０Ｗは、上記のフレームＦ２３を受信して、そのフレームＦ２３を分解することで、フレームＦ２３から「電圧基準ＶＲＥＦ３」を抽出する。ゲート制御部２０Ｗは、「電圧基準ＶＲＥＦ３」を単相電力変換器３Ｗの制御のために利用する。なお、ゲート制御部２０Ｗは、これに応じて主制御部１０に対してフレームを送信しないため、新たなフレーム生成を行わない。
【0113】
ゲート制御部２０Ｕからゲート制御部２０Ｗは、時刻ＴＭ２に対応するタイミングになったことを、それぞれのＰＷＭキャリアの位相に基づいて検出して、「電圧基準ＶＲＥＦ１」から「電圧基準ＶＲＥＦ３」に基づいて、上記のタイミングの検出に応じて次の制御サイクルの電圧基準をそれぞれ更新する。
【0114】
各ゲート制御部２０Ｕは、例えば、上述のタイミングに所定量のオフセットを用いて決定した補正タイミングを基準にして、自ノードのキャリアの位相を調整する。
【0115】
なお、シリアル通信による遅延時間と、データの転送処理に係るノード内の転送処理時間は、設計的に予め定めることができる。例えば、シリアル通信の遅延時間の値と、転送処理に係るノード内の処理時間の値と、カスケード接続の段数との関係を用いて、上記のオフセットの大きさを予め決定するとよい。カスケード接続の段数は、主制御部１０を起点にして、ゲート制御部２０Ｕを１段目、ゲート制御部２０Ｖを２段目、及びゲート制御部２０Ｗを３段目として規定するとよい。より具体的には、次の式（１）に示す演算式によって、上記のオフセット時間を定めてもよい。この式（１）は、シリアル通信の遅延時間として代表値を用いたものである。
【0116】
(シリアル通信の遅延時間)×(段数)＋(ノード内の処理時間)×(段数－１)
・・・(１)
・・・(１)
【0117】
ゲート制御部２０Ｕは、基準タイミング信号θ０に同期するように調整されたＰＷＭキャリア（第１タイミング信号）を生成する。ゲート制御部２０Ｕは、ＰＷＭキャリアに同期するようにＵ相の電圧波形を生成するための所望の第１ゲートパルスを生成し、生成した第１ゲートパルスを単相電力変換器３Ｕに供給する。ゲート制御部２０Ｖは、ゲート制御部２０Ｕから受信した信号を用いて基準タイミング信号θ０に同期するように調整されたＰＷＭキャリア（第２タイミング信号）を生成する。ゲート制御部２０Ｖは、第２タイミング信号に同期するようにＶ相の電圧波形を生成するための所望の第２ゲートパルスを生成し、生成した第２ゲートパルスを、単相電力変換器３Ｖに供給する。ゲート制御部２０Ｗについても、ゲート制御部２０Ｖと同様である。Ｕ相の電圧波形と、Ｖ相の電圧波形と、Ｗ相の電圧波形は、種類が共通する相電圧波形になっている。例えば、上記の相電圧波形は、３レベルの相電圧波形と５レベルの相電圧波形の何れかである。
【0118】
上記のようにカスケード通信の場合には、段数が増えるほど、伝送による遅延により生じる偏差が顕著になるが、上記の方法で補償することができる。
【0119】
上記の実施形態によれば、ゲート制御部２０Ｕは、相電圧波形の種類を指定する設定情報に基づいて３レベルの相電圧波形と５レベルの相電圧波形の何れかを決定し、前記決定した相電圧波形を第１電力変換部から出力させるように第１電力変換部を制御する。ゲート制御部２０Ｕは、相電圧波形の種類を指定する設定情報に基づいて第１電力変換部の相電圧波形と同種の相電圧波形を第２電力変換部から出力させるように第２電力変換部を制御する。これにより、ドライブシステム１は、変換器３が交流電動機の巻線に掛ける相電圧波形の量子化レベルの段数によらずに、変換器３を制御する制御装置６に係る用品の共用が可能になる。第１電力変換部と第２電力変換部のそれぞれは、変換器３の構成の一例である。
【0120】
上記のドライブシステム１において、ゲート制御部２０Ｕは、主制御部１０から受信したフレームから、基準キャリア信号θ０に同期するＰＷＭキャリア（キャリアの情報）を再生する。ゲート制御部２０Ｕは、再生したＰＷＭキャリアと、受信したゲート制御部２０Ｕに対する電圧基準とに基づいて、基準タイミングに関連付けられて、その基準タイミングに互いに同期する所望の相電圧波形を生成する。ゲート制御部２０Ｖは、ゲート制御部２０Ｕから受信したフレームから、ＰＷＭキャリアを再生する。ゲート制御部２０Ｖは、再生したＰＷＭキャリアと、受信したゲート制御部２０Ｖに対する電圧基準とに基づいて、基準タイミングに関連付けられて、その所望の相電圧波形を、基準タイミングに同期するように生成する。ゲート制御部２０Ｗの場合も、上記のゲート制御部２０Ｕとゲート制御部２０Ｖの場合と同様である。
【0121】
上記のドライブシステム１の特徴とは異なる観点で、実施形態のドライブシステム１の特徴を整理する。ドライブシステム１の制御装置６は、択一的に選択する複数の制御モードを備えており、設定によって所望の制御モードを選択する。例えば、第１モードは、第１電力変換部の１個のＮＰＣ型レグと第２電力変換部の１個のＮＰＣ型レグとをそれぞれ制御して、交流電動機２を３レベル型（第１レベル型）の電圧波形の電圧で駆動させるモードである。第２モードは、第１電力変換部の複数のＮＰＣ型レグと第２電力変換部の複数のＮＰＣ型レグとを制御して、交流電動機２を５レベル型（第２レベル型）の電圧波形の電圧で駆動させるモードである。これによりドライブシステム１は、上記と同様に変換器３が交流電動機２の巻線に掛ける相電圧波形の量子化レベルの段数によらずに、変換器３を制御する制御装置６に係る用品を共用することができる。上記のように各相の変換器３のレグの個数が、各相で揃っていてもよく、互いに異なっていてもよい。
【0122】
実施形態の主制御部１０は、ゲート制御部２０Ｕと、ゲート制御部２０Ｖと、ゲート制御部２０Ｗとに対して３レベルの相電圧波形に係る電圧基準をそれぞれ供給する。これにより、ゲート制御部２０Ｕとゲート制御部２０Ｖとゲート制御部２０Ｗとは、相電圧波形の種類を指定する設定情報に基づいて、３レベルの相電圧波形に係る電圧基準を、５レベルの相電圧波形に係る電圧基準に変換する。
【0123】
（第１の実施形態の変形例）
図１１を参照して、第１の実施形態の変形例について説明する。
第１の実施形態では、ゲート制御部２０が送受信するデータ数が固定されている事例について説明した。本変形例では、これに変えて、データ数を変更容易にした事例について説明する。図１１は、第１の実施形態の変形例のフレーム内のデータ構造を説明するための図である。
図１１を参照して、第１の実施形態の変形例について説明する。
第１の実施形態では、ゲート制御部２０が送受信するデータ数が固定されている事例について説明した。本変形例では、これに変えて、データ数を変更容易にした事例について説明する。図１１は、第１の実施形態の変形例のフレーム内のデータ構造を説明するための図である。
【0124】
主制御部１０からゲート制御部２０あてに送信するデータ数、又は主制御部１０あてにゲート制御部２０が送信するデータ数の少なくとも何れかを調整することが要求される場合がある。この場合、主制御部１０が何個のデータを送るか、又は主制御部１０に何個のデータが戻ってくるかを、シリアル通信の開始時に主制御部１０から各ゲート制御部２０に通知することで上記の調整が可能になる。例えば、主制御部１０からその通知を受けた各ゲート制御部２０は、それぞれがフレームの受信を開始した後に、送信データ数、受信データ数を識別して、所望の個数のデータを抽出するとよい。
【0125】
図１１に示すように、フレーム内の管理情報の後に、「送信データ個数」と「受信データ個数」の２つの情報を追加する。「送信データ個数」とは、主制御部１０が、ゲート制御部２０宛てにそれぞれ送信する送信データの大きさ、数量などを示す識別情報のことである。この「送信データ個数」には、例えば、個数を示す整数ｎが設定される。「受信データ個数」とは、主制御部１０が、ゲート制御部２０からそれぞれ受信する受信データの大きさ、数量などを示す識別情報のことである。この「受信データ個数」には、例えば、個数を示す整数ｍが設定される。
【0126】
これに続く、各ゲート制御部２０の段数分のデータが割り当てられている。例えば、主制御部１０が送信データを３つの段のゲート制御部２０にそれぞれ送信する場合には、ｎ個のデータの組が３つフレームに割り当てられる。また、ゲート制御部２０Ｕがゲート制御部２０Ｖに、ｎ個のデータを含む送信データの組を２つと、ｍ個のデータを含む受信データの組を１つとを送信する場合には、上記の個数の送信データと受信データがそれぞれフレームに割り当てられる。
【0127】
このように、フレームに割り当てるデータの個数を、変数を用いて設定できるようにフレームを構成したことにより、送受信する各データの個数（データ数）を、主制御部１０側から制御して変化させることが可能になる。
【0128】
【0129】
第１の実施形態では、３レベル用の電圧基準から５レベル用の電圧基準に変換する電圧基準変換部２７Ｕ、２７Ｖ、２７Ｗが、各ゲート制御部２０にそれぞれ設けられている事例を説明した。これに代えて、本実施形態では、上記の電圧基準変換部と同等の変換機能を有する電圧基準変換部を、主制御部１０Ａに設けた事例について説明する。
【0130】
ドライブシステム１Ｃは、主制御部１０Ａと、ゲート制御部２０Ａとを備える。上記のとおり主制御部１０Ａは、主制御部１０に対して、電圧基準変換部１７Ｕ、１７Ｖ、１７Ｗを備える。ゲート制御部２０Ａは、ゲート制御部２０に対して電圧基準変換部２７Ｕ、２７Ｖ、２７Ｗを有していない。主制御部１０Ａとゲート制御部２０Ａの組の主制御部１０とゲート制御部２０の組に対する違いは、電圧基準変換部が設けられた位置が互いに異なることである。
【0131】
この電圧基準変換部１７Ｕ、１７Ｖ、１７Ｗにおいて、３レベルの相電圧波形に係る電圧基準と、５レベルの相電圧波形に係る電圧基準との何れかの種類の電圧基準が択一的に選択される。主制御部１０Ａは、選択された種類の電圧基準をゲート制御部２０ＵＡと、ゲート制御部２０ＶＡと、ゲート制御部２０ＷＡとに対して供給する。これに伴い、主制御部１０Ａから各ゲート制御部２０Ａに送るデータ量が増えるため、これをフレームに収容するようにフレーム内のデータの割り付けを次のように見直すとよい。
【0132】
例えば、前述の図１０における「電圧基準ＶＲＥＦ１」から「電圧基準ＶＲＥＦ３」について、本実施形態の場合、「電圧基準ＶＲＥＦ１」に前述の電圧基準V5u*とV5x*とを割り付けて、「電圧基準ＶＲＥＦ２」に前述の電圧基準V5v*とV5y*とを割り付けて、「電圧基準ＶＲＥＦ３」に前述の電圧基準V5w*とV5z*とを割り付けるとよい。
【0133】
以上説明したように、主制御部１０Ａは、相電圧波形の種類を指定する設定情報に基づいて、３レベルの相電圧波形に係る電圧基準を、５レベルの相電圧波形に係る電圧基準に変換して、ゲート制御部２０Ｕとゲート制御部２０Ｖとに対して５レベルの相電圧波形に係る電圧基準をそれぞれ供給する。これにより、主制御部１０Ａが、３レベルの相電圧波形に係る電圧基準と、５レベルの相電圧波形に係る電圧基準との双方を択一的に生成することができることから、第１の実施形態と同様の効果を得ることが可能になる。
【0134】
以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、実施形態のドライブシステム１は、複数の巻線を有する多相交流モータを駆動する。ドライブシステム１は、第１電力変換部と、第２電力変換部と、第１変換制御部と、第２変換制御部と、を備える。第１電力変換部は、前記多相交流モータの第１相の巻線に電流を流す。第２電力変換部は、多相交流モータの第２相の巻線に電流を流す。第１変換制御部は、相電圧波形の種類を指定する設定情報に基づいて３レベルの相電圧波形と５レベルの相電圧波形の何れかを決定し、決定した相電圧波形を第１電力変換部から出力させるように第１電力変換部を制御する。第２変換制御部は、相電圧波形の種類を指定する設定情報に基づいて第１電力変換部の相電圧波形と同種の相電圧波形を第２電力変換部から出力させるように第２電力変換部を制御する。これにより、変換器３が交流電動機２の巻線に掛ける電圧波形の量子化レベルの段数によらずに、変換器３を制御する制御装置６に係る用品を共用可能になる。
【0135】
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。
【符号の説明】
【0136】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…ドライブシステム、２…交流電動機、３…変換器、３Ａ…３レベル型電力変換器、３Ｂ…ＮＰＣ型電力変換器、３Ｕ、３Ｖ、３Ｗ…単相型電力変換器、４…直流電源、６…制御装置、１０、１０Ａ…主制御部、２０、２０Ａ…ゲート制御部、１５、２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗ…シリアル送受信器、１７Ｕ、１７Ｖ、１７Ｗ、２７Ｕ、２７Ｖ、２７Ｗ…電圧基準変換部、３０、３１、３１、３３…レグ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12A】
【図12B】