特許 7602617 電力変換装置及び電力変換装置の制御方法

(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】2024-12-10

(45)【発行日】2024-12-18

(54)【発明の名称】電力変換装置及び電力変換装置の制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/493 20070101AFI20241211BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20241211BHJP

【ＦＩ】

H02M7/493

H02M7/48 J

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2023508231

(86)(22)【出願日】2021-03-23

(86)【国際出願番号】 JP2021012063

(87)【国際公開番号】W WO2022201328

(87)【国際公開日】2022-09-29

【審査請求日】2023-06-23

(73)【特許権者】

【識別番号】000006622

【氏名又は名称】株式会社安川電機

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】池田 和正

(72)【発明者】

【氏名】佐伯 考弘

【審査官】安池 一貴

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１４／０２５７３４（ＷＯ，Ａ２）

【文献】特開２０１５－１３０７４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第６７５５４３６（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４９３

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

負荷に対し電力を受給する複数の電力変換部毎の状態量に関する状態量情報に基づいて前記複数の電力変換部が行う電力変換を制御するための目標値である制御指令を生成して出力するメインコントローラと、
前記電力変換部毎に配置されて前記制御指令に基づいて前記電力変換部を制御するとともに前記状態量を取得して出力する複数のサブコントローラと、
前記複数のサブコントローラが出力した前記状態量を情報圧縮して前記状態量情報を生成し、前記メインコントローラの側へ前記状態量情報を伝達する中継部と
を備え、
前記中継部は、複数の中継コントローラを有し、
前記中継コントローラは、複数の段にツリー接続されること
を特徴とする電力変換装置。

【請求項2】

前記メインコントローラは、
前記複数の電力変換部の状態量の総和に基づいて前記制御指令を生成し、
前記状態量情報は、
２台以上の前記サブコントローラが出力する状態量の和であること
を特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記サブコントローラにおける状態量の取得はアナログ量で検出された前記状態量をデジタル量に変換して取得することを含むこと
を特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記中継コントローラは、
前記メインコントローラの側に接続される通信路である上位通信路に接続される上位通信ポートと前記サブコントローラの側に接続される通信路である下位通信路に接続される複数の下位通信ポートとを有すること
を特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項5】

複数の前記サブコントローラは、
前記中継コントローラと直列に接続されること
を特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。

【請求項6】

複数の前記中継コントローラは、
ｊ段にツリー接続されて各々１個の上位通信ポートとｉ個の下位通信ポートとを有し、
前記複数のサブコントローラは、
ｎ個のグループに分けてまとめられ、
前記グループの個数ｎが
ｉ^ｊ－１＜ｎ≦ｉ^ｊ
を満たすこと
を特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。

【請求項7】

前記メインコントローラは、
前記ｉ個の下位通信ポートを有して前記複数の中継コントローラとともに前記ｊ段にツリー接続されること
を特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。

【請求項8】

前記中継部は、
前記メインコントローラ及び前記サブコントローラとシリアル通信接続されること
を特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項9】

前記メインコントローラは、
一つの制御指令を生成し出力すること
を特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項10】

前記複数のサブコントローラは、
自身の情報であるステータスを更に出力し、
前記中継部は、
前記複数のサブコントローラが出力したステータスを集約したステータスの前記メインコントローラの側への伝達を更に行うこと
を特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項11】

負荷に対し電力を受給する複数の電力変換部毎の状態量に関する状態量情報を使用して前記複数の電力変換部が行う電力変換を制御するための目標値である制御指令を生成して出力することと、
前記電力変換部毎の前記制御指令に基づいて前記電力変換部を制御するとともに前記状態量を取得して出力することと、
前記出力された複数の前記状態量を情報圧縮して前記状態量情報を生成し、前記制御指令の生成に使用させることと
を含み
前記状態量情報の生成は、複数の前記状態量を情報圧縮して前記状態量情報を生成する段階及び前記生成された複数の前記状態量情報を情報圧縮して新たな状態量情報を生成する段階を含む複数段階により行われること
を特徴とする電力変換装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

開示の実施形態は、電力変換装置及び電力変換装置の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、モータ等を複数のインバータで駆動するシステムが知られている。

【0003】

例えば、インバータ及びインバータに単機給電を行う補助電源を複数台並列に接続し、それぞれのインバータの電流の総和に基づいて各インバータの電流を帰還制御するシステムが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００５－１３０５９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記した従来技術では、インバータの電流を表す出力電流ベクトルの総和及び平均値が伝達制御中央装置により算出されて各インバータに帰還される。この際、インバータの台数が増えると、出力電流ベクトルの伝達に時間が掛かるという問題がある。

【0006】

実施形態の一態様は、複数のインバータの状態量の伝達を高速に行う電力変換装置及び電力変換装置の制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

実施形態の一態様の電力変換装置は、メインコントローラと、複数のサブコントローラと、中継部とを備える。メインコントローラは、負荷に対し電力を受給する複数の電力変換部毎の状態量に関する状態量情報に基づいて上記複数の電力変換部が行う電力変換を制御するための目標値である制御指令を生成して出力する。サブコントローラは、上記電力変換部毎に配置されて上記制御指令に基づいて上記電力変換部を制御するとともに上記状態量を取得して出力する。中継部は、上記複数のサブコントローラが出力した上記状態量を情報圧縮して上記状態量情報を生成し、上記メインコントローラの側へ上記状態量情報を伝達する。

【0008】

また、実施形態の一態様の電力変換装置の制御方法は、負荷に対し電力を受給する複数の電力変換部毎の状態量に関する状態量情報を使用して上記複数の電力変換部が行う電力変換を制御するための目標値である制御指令を生成して出力することと、上記電力変換部毎の上記制御指令に基づいて上記電力変換部を制御するとともに上記状態量を取得して出力することと、上記出力された複数の上記状態量を情報圧縮して上記状態量情報を生成し、上記制御指令の生成に使用させることとを含む。

【発明の効果】

【0009】

実施形態の一態様によれば、複数のインバータの電流値の伝達を高速に行うことができる電力変換装置および電力変換装置の制御方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、第１の実施形態の電力変換装置の構成例を示す図である。

【図2】図２は、第１の実施形態のサブコントローラの構成例を示す図である。

【図3】図３は、第１の実施形態のメインコントローラの構成例を示す図である。

【図4】図４は、第１の実施形態の中継コントローラの構成例を示す図である。

【図5A】図５Ａは、第１の実施形態の通信データの構成例を示す図である。

【図5B】図５Ｂは、ステータスの一例を示す図である。

【図6】図６は、第１の実施形態の通信データの伝達の一例を示す図である。

【図7A】図７Ａは、第１の実施形態のメインコントローラの制御方法の一例を示す図である。

【図7B】図７Ｂは、第１の実施形態の中継コントローラの制御方法の一例を示す図である。

【図7C】図７Ｃは、第１の実施形態のサブコントローラの制御方法の一例を示す図である。

【図8】図８は、第２の実施形態の電力変換装置の構成例を示す図である。

【図9】図９は、第２の実施形態のサブコントローラの構成例を示す図である。

【図10】図１０は、第２の実施形態の電力変換装置の他の構成例を示す図である。

【図11A】図１１Ａは、第３の実施形態の中継コントローラの構成例を示す図である。

【図11B】図１１Ｂは、第３の実施形態のメインコントローラの構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に、本開示の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。なお、以下の各実施形態において、同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。

【0012】

(第１の実施形態)
［電力変換装置の構成］
図１は、第１の実施形態の電力変換装置の構成例を示す図である。同図は、電力変換装置１の構成例を表すブロック図である。この電力変換装置１は、モータ等の負荷に電力を供給する複数の電力変換部（後述する電力変換部４）を制御するものである。また、電力変換装置１は、上位の制御装置に制御されて上述の制御を行う。この上位の制御装置には、例えば、システム全体を制御する制御装置が該当する。

【0013】

電力変換装置１は、メインコントローラ１０と、中継部２０と、複数のサブコントローラ４０とを備える。なお、同図の電力変換装置１は、８個のサブコントローラ（サブコントローラ４０ａ－サブコントローラ４０ｈ）を備える例を表したものである。

【0014】

メインコントローラ１０は、通信路５１により上位の制御装置と接続される。また、メインコントローラ１０は、通信路５２により中継部２０に接続される。同図の例では、メインコントローラ１０は、通信路５２ａ及び５２ｂにより中継部２０に接続される。

【0015】

中継部２０は、サブコントローラ４０と通信路５４により接続される。同図の例では、中継部２０は、複数の通信路５４ａ及び５４ｂにより、サブコントローラ４０ａ－サブコントローラ４０ｈと接続される。

【0016】

同図に表したように、中継部２０は、中継コントローラ３０を有する。同図の中継部２０は、ツリー接続される複数の中継コントローラ３０を有する場合の例を表したものである。同図の中継部２０は、２段にツリー接続される６個の中継コントローラ３０を有する。

【0017】

中継コントローラ３０は、メインコントローラ１０の側の装置と１つの通信路により接続され、サブコントローラ４０側の複数の装置にそれぞれ通信路を介して接続することができる。これにより、中継コントローラ３０をツリー接続することができる。同図の中継コントローラ３０は、サブコントローラ４０側の２つの装置に接続される例を表したものである。

【0018】

具体的には、中継部２０の１段目の中継コントローラ３０ａは、メインコントローラ１０と通信路５２ａを介して接続され、中継コントローラ３０ｃ及び中継コントローラ３０ｄと通信路５３ａ及び通信路５３ｂを介してそれぞれ接続される。中継部２０の１段目の中継コントローラ３０ｂも同様に接続される。

【0019】

また、中継部２０の２段目の中継コントローラ３０ｃは、上述の中継コントローラ３０ａと上述の通信路５３ａを介して接続されるとともにサブコントローラ４０ａ及びサブコントローラ４０ｂと通信路５４ａ及び通信路５４ｂを介してそれぞれ接続される。中継部２０の２段目の中継コントローラ３０ｄも同様に接続される。

【0020】

また、中継部２０の２段目の中継コントローラ３０ｅは、上述の中継コントローラ３０ｂと上述の通信路５３ａを介して接続されるとともにサブコントローラ４０ｅ及びサブコントローラ４０ｆと通信路５４ａ及び通信路５４ｂを介してそれぞれ接続される。中継部２０の２段目の中継コントローラ３０ｆも同様に接続される。

【0021】

通信路５１、５２、５３及び５４には、シリアル通信を行う通信路を使用することができる。この際、通信路５２等は、全二重通信路及び半二重通信路により構成することができる。

【0022】

［サブコントローラの構成］
図２は、第１の実施形態のサブコントローラの構成例を示す図である。同図は、サブコントローラ４０の構成例を表すブロック図である。なお、同図には、サブコントローラ４０の他にモータ２、電力変換部４及びセンサ部３を記載した。同図の電力変換部４は、モータ２に電力を供給するものである。サブコントローラ４０は、この電力変換部４を制御する。

【0023】

なお、同図は、図１と同様に並列に接続された複数の電力変換部４ａ－４ｈがモータ２に接続される例を表したものである。同図においては、複数の電力変換部４ａ－４ｈにより１台のモータ２が駆動される。サブコントローラ４０ａ－４０ｈ及びセンサ部３ａ－３ｈは、電力変換部４ａ－４ｈ毎に配置される。

【0024】

モータ２には、例えば、３相誘導電動機を適用することができる。また、電力変換部４は、複数のスイッチ素子が３相ブリッジ接続された回路を使用することができる。電力変換部４は、モータ２とＵ相線、Ｖ相線及びＷ相線により接続され、不図示の電源部より供給される直流電力を交流電力に変換してモータ２に供給する。このモータ２に供給される交流は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御されて電力が調整される。これにより、モータ２の回転速度やトルクが制御される。なお、ＰＷＭ制御はサブコントローラ４０により行われ、電力変換部４は、サブコントローラ４０からのＰＷＭ制御に基づくＰＷＭ制御信号によりモータ２に交流電力を供給する。

【0025】

サブコントローラ４０は、モータ２の状態量を検出する。この状態量として、モータ２に流れる電流値を想定する。この場合、制御指令には、電圧指令が該当する。サブコントローラ４０は、通信路５４を介して電圧指令を受信し、電圧指令に応じたＰＷＭ制御信号を生成して電力変換部４に出力する。サブコントローラ４０は検出したモータ２に流れる電流値に基づき、電圧指令を補正し、補正された電圧指令に応じたＰＷＭ制御信号を生成してもよい。たとえばサブコントローラ４０は、電圧指令を生成するのに使用された電流指令を電圧指令とともに通信路５４を介して受信し、電流指令と検出したモータ２を流れる電流値に基づき、電圧指令を補正してもよい。このＰＷＭ制御信号は、電力変換部４のスイッチ素子、例えば、ＩＧＢＴのゲート端子に入力される。このように、サブコントローラ４０は、電圧指令に応じたＰＷＭ信号により電力変換部４のスイッチ素子を駆動して電力変換部４に電圧指令に相当する出力電圧を生成させる。これにより、サブコントローラ４０は、モータ２に所要の電力が供給されるよう電力変換部４における電力変換を制御する。なお、電圧指令は、メインコントローラ１０により生成される。

【0026】

電力変換部４のＵ相線、Ｖ相線及びＷ相線の線電流はセンサ部３により検出することができる。このセンサ部３は、電力変換部４毎に配置され、Ｕ相線、Ｖ相線及びＷ相線にそれぞれ対応する３つの電流センサにより構成することができる。この電流センサには、電流トランスやホール素子を使用したセンサを使用することができる。これらの電流センサは、線電流に応じたアナログの信号を出力する。センサ部３により検出された電流は、Ｕ相線、Ｖ相線及びＷ相線のそれぞれに対応する信号線Ｉｕ、信号線Ｉｖ及び信号線Ｉｗによりサブコントローラ４０に伝達される。尚電流センサＵ相線、Ｖ相線、Ｗ相線の３相全てに対して設けなくてもよい。３相の電流の総和がゼロになることを前提にどれか２相に対してのみ設け、残りの相の電流は電流センサが検出する二つの線電流から演算で求めてもよい。

【0027】

同図のサブコントローラ４０は、上位通信ポート４１と、制御部４２と、駆動部４３と、電流検出部４４とを備える。

【0028】

上位通信ポート４１は、上位の装置である中継コントローラ３０と通信するものである。この上位通信ポート４１は、通信路５４を介して中継コントローラ３０に接続される。上位通信ポート４１は、中継コントローラ３０が送信した制御指令等を受信し、状態量やステータスを中継コントローラ３０に送信する。

【0029】

制御部４２は、少なくともサブコントローラ４０におけるデータ送受信の制御を行う。具体的には、制御部４２は、上位通信ポート４１から通信路５４を介して受信した制御指令を駆動部４３に出力し、電流検出部４４が検出した電流値を状態量として上位通信ポート４１から通信路５４を介して送信する。また、制御部４２は、ステータスを生成し、同じく上位通信ポート４１から通信路５４を介して送信する。

【0030】

駆動部４３は、電力変換部４を駆動するものである。この駆動部４３は、制御部４２から出力された制御指令に基づいて電力変換部４に対する制御信号を生成する。例えば、駆動部４３は、制御指令と三角波とを比較してＰＷＭ制御信号を生成し、電力変換部４に出力する。あるいは、制御部４２は、空間ベクトル制御法によりＰＷＭ制御信号を生成してもよい。更に、制御部４２は、電流検出部４４が検出した電流値を状態量とし、この状態量に基づいて制御指令を補正し、補正した制御指令に基づいてＰＷＭ制御信号を生成してもよい。

【0031】

電流検出部４４は、センサ部３から出力された電流値を状態量として駆動部４３及び制御部４２に出力するものである。この電流検出部４４は、アナログデジタル変換器を備えてセンサ部３が出力されたアナログ量の電流値をデジタル量の電流値に変換して駆動部４３及び制御部４２に出力する。

【0032】

なお、制御部４２、駆動部４３及び電流検出部４４は、状態量を検出し、検出した状態量を上位通信ポート４１から送出すること及び上位通信ポート４１から受信することを実行できるものであれば、これらの構成や各部の処理内容はサブコントローラ４０ａ－４０ｈにより異なっていてもよい。

【0033】

［メインコントローラの構成］
図３は、第１の実施形態のメインコントローラの構成例を示す図である。同図は、メインコントローラ１０の構成例を表すブロック図である。同図のメインコントローラ１０は、上位通信ポート１１と、制御部１２と、下位通信ポート１３及び１４とを備える。

【0034】

上位通信ポート１１は、上位の制御装置と通信するものである。この上位通信ポート１１は、通信路５１に接続される。

【0035】

下位通信ポート１３及び１４は、下位の装置であるサブコントローラ４０側の装置と通信するものである。この下位通信ポート１３及び１４は、それぞれ異なる通信路５２を介して中継コントローラ３０に接続される。下位通信ポート１３及び１４は、制御指令を送信し、中継コントローラ３０からの状態量やステータスを受信する。

【0036】

制御部１２は、少なくとも制御指令の生成及びメインコントローラ１０におけるデータ送受信の制御を行う。具体的には、制御部１２は、サブコントローラ４０により駆動される電力変換部４毎の状態量に基づいて電力変換部４に対する制御指令を生成する。例えば、制御部１２は、上位の制御装置から通信路５１を介して受信するか又はメインコントローラ１０に付属するＩＯ装置（不図示）から入力される制御目標を取得する。制御目標には、例えば、モータ２に対する速度指令やトルク指令が該当する。制御部１２は、この制御目標から状態量の目標値を生成する。この状態量の目標値には、電流指令を想定する。

【0037】

複数のサブコントローラ４０が検出した複数の状態量である複数の電流値の総和と電流指令とに基づいて電力変換部４が行う電力変換を制御するための目標値である制御指令を生成する。制御指令には、例えば、電圧指令が該当する。制御指令の生成には、例えば、交流モータのベクトル制御に従った電流指令に基づく電圧目標の生成と、電流指令と複数の電流値の総和との差分値に基づく電圧目標の補正による電圧指令の生成とを含む。制御部１２は、サブコントローラ４０の側にこの制御指令である電圧指令を出力することにより、帰還制御を行う。メインコントローラ１０が生成して中継コントローラ３０を介して伝達された制御指令により駆動部４３の制御指令が更新される。

【0038】

また、下位通信ポート１３及び１４には、それぞれの中継コントローラ３０から状態量が入力される。制御部１２は、これらの状態量を加算して上述の状態量の総和を生成する。

【0039】

なお、メインコントローラ１０及びサブコントローラ４０の間には、中継コントローラ３０が配置される。サブコントローラ４０からの状態量は中継コントローラ３０を経由してメインコントローラ１０に伝達される。この際、中継コントローラ３０は、複数の状態量を情報圧縮した状態量情報を生成し、メインコントローラ１０の側に伝達することができる。後述するように、この情報圧縮は、状態量の加算により行うことができる。また、中継コントローラ３０は、下位の中継コントローラ３０から状態量情報が伝達される際には、状態量情報の情報圧縮を更に行う。これは、状態量情報の加算により行うことができる。これら状態量及び状態量情報の加算は、中継コントローラ３０における情報圧縮の一例である。

【0040】

この場合、メインコントローラ１０は、状態量に関する状態量情報に基づいて制御指令を生成する。具体的には、メインコントローラ１０は、複数の中継コントローラ３０からの状態量情報の加算を行い状態量の総和を生成することができる。状態量情報の詳細については後述する。

【0041】

［中継コントローラの構成］
図４は、第１の実施形態の中継コントローラの構成例を示す図である。同図は、中継コントローラ３０の構成例を表すブロック図である。同図の中継コントローラ３０は、上位通信ポート３１と、制御部３２と、下位通信ポート３３及び３４とを備える。

【0042】

上位通信ポート３１は、上位の装置であるメインコントローラ１０及びメインコントローラ１０の側の中継コントローラ３０の何れかと通信するものである。同図の中継コントローラ３０は、メインコントローラ１０の側の中継コントローラ３０に接続される例を表したものである。同図の上位通信ポート３１は、通信路５３に接続される。上位通信ポート３１は、状態量情報やステータスを送信し、制御指令を受信する。

【0043】

下位通信ポート３３及び３４は、下位の装置であるサブコントローラ４０及びサブコントローラ４０の側の中継コントローラ３０の何れかと通信するものである。同図の下位通信ポート３３及び３４は、それぞれ異なる通信路５４を介してサブコントローラ４０に接続される。下位通信ポート３３及び３４は、制御指令を送信し、状態量及び状態量情報の何れかとステータスとを受信する。

【0044】

制御部３２は、少なくとも状態量情報の生成及び中継コントローラ３０におけるデータ送受信の制御を行う。具体的には、制御部３２は、上位通信ポート３１が受信したメインコントローラ１０の側からの制御指令を下位通信ポート３３及び３４を介してサブコントローラ４０の側に伝達する。また、制御部３２は、情報圧縮を行う。下位通信ポート３３及び３４がサブコントローラ４０に接続される場合には、制御部３２は、受信した状態量を情報圧縮して状態量情報を生成する。下位通信ポート３３及び３４が中継コントローラ３０に接続される場合には、制御部１２は、受信した状態量情報を更に情報圧縮して新たな状態量情報を生成する。

【0045】

制御部３２は、自身に入力される複数の状態量を加算することにより情報圧縮を行うことができる。この場合、情報圧縮により生成された状態量情報は、自身に入力される複数の状態量の和に相当する。また、制御部３２は、自身に入力される複数の状態量情報を加算して新たな状態量情報を生成することにより状態量情報の情報圧縮を行うことができる。

【0046】

また、制御部３２は、下位通信ポート３３及び３４が受信したステータスの集約を行って新たなステータスを生成し、上位通信ポート３１から送信させることもできる。ステータスの集約の詳細については後述する。

【0047】

［データの構成］
図５Ａは、第１の実施形態の通信データの一例を示す図である。同図は、通信路５２－５４において伝達される通信データ１００の一例を表した図である。この通信データ１００は、シリアル通信に対応する例を表したものである。通信データ１００は、フラグ１０１と、データ１１０と、ＣＲＣ１０２と、フラグ１０３とを備える。

【0048】

フラグ１０１は、通信データの始まりを示すデータである。また、フラグ１０３は、通信データの終わりを示すデータである。データ１１０は、通信データ１００により伝達されるデータ本体である。ＣＲＣ１０２は、巡回冗長検査（ＣＲＣ:Cyclic Redundancy Check）によるデータの誤りを検出するための符号である。

【0049】

メインコントローラ１０の側から送信される際の通信データ１００におけるデータ１１０は、制御指令１１１を有する。また、サブコントローラ４０等への指示を表すコマンドやサブコントローラ４０のアドレス等を更に有する構成にすることもできる。

【0050】

サブコントローラ４０から送信される際の通信データ１００におけるデータ１１０は、状態量１２１及びステータス１３０を有する。状態量１２１は、サブコントローラ４０毎の電力変換部４の電流値に該当する。なお、中継コントローラ３０から送信される通信データ１００におけるデータ１１０の場合には、状態量情報が状態量１２１の代わりに配置される。

【0051】

図５Ｂは、ステータスの一例を示す図である。同図は、ステータス１３０の一例を表したものである。同図のステータス１３０は、複数のステータスビットにより構成される例を表したものである。同図のステータス１３０は、エラーステータス１３１及び動作可能ステータス１３２のステータスビットを備える。エラーステータス１３１は、サブコントローラ４０等においてエラーを生じた状態を表すステータスビットである。エラーステータス１３１は、例えば、エラーを生じた場合に値「１」にすることができる。エラーステータス１３１は複数のエラー項目各々について、エラーを生じた状態を表す複数のステータスビットであってもよい。動作可能ステータス１３２は、サブコントローラ４０において動作可能な状態を表すステータスビットである。動作可能ステータス１３２は、例えば、動作可能状態の時に値「１」にすることができる。

【0052】

前述のように、中継コントローラ３０は、下位通信ポート３３及び３４が受信した２つのステータスを集約して新たなステータスを生成する。この集約は、次のように行うことができる。エラーステータス１３１においては、２つのステータス１３０のそれぞれのエラーステータス１３１の論理和演算を行って新たに１ビットのエラーステータス１３１を生成する。これにより、２つのステータス１３０の少なくとも１つのエラーステータス１３１がエラーを生じた状態（値「１」）の場合に当該エラーの状態をメインコントローラ１０の側に伝達することができる。

【0053】

一方、動作可能ステータス１３２においては、２つのステータス１３０のそれぞれの動作可能ステータス１３２の論理積演算を行って新たに１ビットの動作可能ステータス１３２を生成する。これにより、２つのステータス１３０の動作可能ステータス１３２が共に動作可能の状態（値「１」）の場合に、当該動作可能の状態をメインコントローラ１０の側に伝達することができる。このように、ステータスビットに応じた集約方法を適用することができる。

【0054】

［通信データの伝達］
図６は、第１の実施形態の通信データの伝達の一例を示す図である。同図は、図１に表したサブコントローラ４０からメインコントローラ１０への状態量の伝達とメインコントローラ１０からサブコントローラ４０への状態量指令の伝達とを表した図である。さらに、同図は、中継コントローラ３０同士の間での状態量等の伝達の様子を表している。なお、同図には、図１のうちのメインコントローラ１０、中継コントローラ３０ａ、３０ｃ及び３０ｄ並びにサブコントローラ４０ａ－４０ｄを抜粋して記載したものである。

【0055】

同図の「サブコントローラ４０ａ」、「サブコントローラ４０ｂ」及び「中継コントローラ３０ｃ」は、それぞれサブコントローラ４０ａ、サブコントローラ４０ｂ及び中継コントローラ３０ｃが送受信する通信データを表す。また、「サブコントローラ４０ｃ」、「サブコントローラ４０ｄ」及び「中継コントローラ３０ｄ」は、それぞれサブコントローラ４０ｃ、サブコントローラ４０ｄ及び中継コントローラ３０ｄが送受信する通信データを表す。また、「中継コントローラ３０ａ」は、中継コントローラ３０ａが送受信する通信データを表す。

【0056】

また、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５及びＴ６は、通信期間を表す。Ｔ１、Ｔ２及びＴ３がサブコントローラ４０からメインコントローラ１０への状態量の伝達を行う通信期間であり、Ｔ４、Ｔ５及びＴ６がメインコントローラ１０からサブコントローラ４０への状態量指令等の伝達を行う通信期間である。なお、同図は、電流値を状態量と想定し、電圧指令を状態量指令と想定する。

【0057】

まず、サブコントローラ４０ａ－４０ｄが電力変換部４の状態量に相当する電流値を検出する。同図のＩａ、Ｉｂ、Ｉｃ及びＩｄは、それぞれサブコントローラ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ及び４０ｄの検出電流値を表す。

【0058】

次に、通信期間Ｔ１において、サブコントローラ４０ａ－４０ｄが通信路５４を介して電流値を伝達する。サブコントローラ４０ａ及び４０ｂは、中継コントローラ３０ｃに電流値を伝達する。サブコントローラ４０ｃ及び４０ｄは、中継コントローラ３０ｄに電流値を伝達する。

【0059】

次に、通信期間Ｔ２において、中継コントローラ３０ｃが伝達された電流値Ｉａ及びＩｂを加算して（加算１）、電流和Ｉｍ１を生成する。また、中継コントローラ３０ｄが伝達された電流値Ｉｃ及びＩｄを加算して（加算１）、電流和Ｉｍ２を生成する。次に、中継コントローラ３０ｃ及び中継コントローラ３０ｄが通信路５３を介して電流和Ｉｍ１及びＩｍ２を中継コントローラ３０ａにそれぞれ伝達する。

【0060】

次に、通信期間Ｔ３において、中継コントローラ３０ａが伝達された電流和Ｉｍ１及びＩｍ２を加算して（加算２）、電流和Ｉｍ３を生成する。次に、中継コントローラ３０ａが通信路５２を介して電流和Ｉｍ３をメインコントローラ１０に伝達する。

【0061】

なお、同図の加算１は、電流和Ｉｍ１の送信時間と比較して短い時間に行うことができる。このため、通信期間Ｔ２には、通信期間Ｔ１と同じ長さの期間とすることができる。これは、通信期間Ｔ３においても同様である。尚、メインコントローラ１０、中継コントローラ３０ｂ、３０ｅ及び３０ｆ並びにサブコントローラ４０ｅ－４０ｈについても、同様に通信期間Ｔ１、Ｔ２及びＴ３において状態量の伝達が行われる。

【0062】

このように、中継コントローラ３０が複数の状態量を加算し、全ての状態量の総和に対する状態量の部分和に相当する状態量情報を生成しながら伝達することにより、通信路５２及び５３により伝達されるデータ量を削減することができる。これにより、状態量の伝達に要する各通信期間（通信期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）に要する時間を短縮し、全ての状態量の送信に必要な通信時間を短縮することができる。

【0063】

次に、メインコントローラ１０が状態量指令に相当する電圧指令を生成する。同図のＶＣは、メインコントローラ１０が生成した電圧指令を表す。

【0064】

次に、通信期間Ｔ４において、メインコントローラ１０が通信路５２を介して電圧指令ＶＣを中継コントローラ３０ａに伝達する。

【0065】

次に、通信期間Ｔ５において、中継コントローラ３０ａが通信路５３を介して電圧指令ＶＣを中継コントローラ３０ｃ及び３０ｄに伝達する。

【0066】

次に、通信期間Ｔ６において、中継コントローラ３０ｃ及び３０ｄが通信路５４を介して電圧指令ＶＣをサブコントローラ４０ａ－４０ｄに伝達する。中継コントローラ３０ｃは、サブコントローラ４０ａ及び４０ｂに電圧指令ＶＣを伝達する。中継コントローラ３０ｄは、サブコントローラ４０ｃ及び４０ｄに電圧指令ＶＣを伝達する。尚、メインコントローラ１０、中継コントローラ３０ｂ、３０ｅ及び３０ｆ並びにサブコントローラ４０ｅ－４０ｈについても、同様に通信期間Ｔ４、Ｔ５及びＴ６において制御指令の伝達が行われる。

【0067】

状態量指令の伝達においては、メインコントローラ１０が生成した状態量指令（電圧指令）が中継コントローラ３０を経由してサブコントローラ４０に伝達（分配）される。

【0068】

［電流変換装置の制御方法］
図７Ａは、第１の実施形態のメインコントローラの制御方法の一例を示す図である。同図は、図３に示すメインコントローラ１０を例に挙げ、その制御方法の一例を表すフローチャートである。まず、メインコントローラ１０が制御目標を取得する（ステップＳ１０１）。次に、メインコントローラ１０が状態量情報を取得する（ステップＳ１０２）。これは、下位通信ポート１３及び１４が受信した状態量情報を取得することにより行うことができる。次に、メインコントローラ１０が制御指令を生成する（ステップＳ１０３）。次に、メインコントローラ１０が生成した制御指令を送出する（ステップＳ１０４）。次に、メインコントローラ１０は、制御周期の開始まで待機し（ステップＳ１０６，Ｎｏ）、制御周期が開始されると（ステップＳ１０６，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０１の処理に移行する。なお、制御周期の開始には、後述するサブコントローラ４０の状態量入力開始指令を適用することができる。

【0069】

図７Ｂは、第１の実施形態の中継コントローラの制御方法の一例を示す図である。同図は、図４における中継コントローラ３０を例に挙げ、その制御方法の一例を表すフローチャートである。まず、中継コントローラ３０は、制御指令取得を判断する（ステップＳ１１１）。これは、ツリー接続におけるメインコントローラ１０側の装置からの制御指令を受信したか否かに基づいて行うことができる。制御指令を取得した場合には（ステップＳ１１１，Ｙｅｓ）、取得した制御指令を送出する（ステップＳ１１２）。これは、制御指令をツリー接続におけるサブコントローラ４０側の装置に送出することにより行うことができる。その後、ステップＳ１１１の処理に戻る。一方、ステップＳ１１１において、制御指令を取得していない場合には（ステップＳ１１１，Ｎｏ）、ステップＳ１１３の処理に移行する。

【0070】

ステップＳ１１３において、中継コントローラ３０は、状態情報又は状態量情報の取得を判断する（ステップＳ１１３）。これは、ツリー接続におけるサブコントローラ４０側の装置からの状態情報又は状態量情報を受信したかに基づいて行うことができる。状態情報又は状態量情報を取得した場合には（ステップＳ１１３，Ｙｅｓ）、状態情報又は状態量情報に基づいて状態情報を生成する（ステップＳ１１４）。次に、生成した状態情報を送出する（ステップＳ１１５）。これは、生成した状態情報をツリー接続におけるメインコントローラ１０側の装置に送出することにより行うことができる。その後、ステップＳ１１１の処理に戻る。一方、ステップＳ１１３において、状態情報又は状態量情報を取得していない場合には（ステップＳ１１３，Ｎｏ）、ステップＳ１１１の処理に戻る。

【0071】

図７Ｃは、第１の実施形態のサブコントローラの制御方法の一例を示す図である。同図は、図２に示すサブコントローラ４０を例に挙げ、その制御方法の一例を表すフローチャートである。まず、サブコントローラ４０が状態量入力開始指令を出力する（ステップＳ１２１）。これは、例えば、図２において説明した電流検出部４４に対する状態量（電流値）のＡＤ変換開始指令の出力が該当する。次に、サブコントローラ４０が制御指令を取得する（ステップＳ１２２）。これは、上位通信ポート４１が受信した制御指令を取得することにより行うことができる。次に、サブコントローラ４０が状態量を取得する（ステップＳ１２３）。これは、制御部４２が、電流検出部４４が検出した状態量（電流値）を取得することにより行うことができる。

【0072】

次に、電力変換部４に対する制御信号を生成する（ステップＳ１２４）。これは、制御部４２の制御に基づいて駆動部４３が制御信号を生成することにより行うことができる。次に、サブコントローラ４０が制御信号を送出する（ステップＳ１２５）。これにより、生成した制御信号が電力変換部４に送出される。次に、サブコントローラ４０が状態量を送出する（ステップＳ１２６）。これは、生成した状態量をツリー接続におけるメインコントローラ１０側の装置に送出することにより行うことができる。次に、サブコントローラ４０は、制御周期の終了まで待機し（ステップＳ１２７，Ｎｏ）、制御周期が終了すると（ステップＳ１２７，Ｙｅｓ）、ステップＳ１２１の処理に移行する。

【0073】

なお、ここでいう制御周期は、サブコントローラ４０が状態量入力開始指令を出力し、サブコントローラ４０が取得（検出）した状態量が中継コントローラ３０を経由してメインコントローラ１０に伝達され、メインコントローラ１０が受け取った状態量に基づき制御指令を生成し、制御指令が中継コントローラ３０を経由してサブコントローラ４０に伝達され、サブコントローラ４０が受け取った制御指令に基づき制御信号を生成して電力変換部４に送出するまでに要する時間より長い時間長の制御周期とすればよい。

【0074】

また、制御周期は、サブコントローラ４０、中継コントローラ３０、メインコントローラ１０のうち、最も処理時間の長いコントローラの処理時間より長い時間長の制御周期としてもよい。この場合、サブコントローラ４０、中継コントローラ３０及びメインコントローラ１０は、各制御周期で一斉に、それぞれ図７Ｃ、図７Ｂ及び図７Ａのフローシャートに示す処理を実施する。またこの場合、サブコントローラ４０が状態量を検出し、この状態量に基づく制御指令が生成され、この制御指令に基づく制御信号が電力変換部４に送出するまで、中継コントローラ３０の段数をｊとすると、制御周期の（２ｊ＋２）倍の時間で処理が行われることになる。しかしながらこの場合、状態量、制御指令及び制御信号の更新は制御周期毎に行われる。

【0075】

このように、中継コントローラ３０が複数の状態量を情報圧縮し、状態量情報を生成しながら伝達することにより、メインコントローラ１０に伝達されるデータ量を削減することができ、状態量の伝達を高速に行うことができる。

【0076】

（第２の実施形態）
［電力変換装置の構成］
図８は、第２の実施形態の電力変換装置の構成例を示す図である。同図は、電力変換装置１のうちの中継部２０の最も下の段の中継コントローラ３０及びサブコントローラ４０の構成例を表す図である。同図の中継コントローラ３０は、複数のサブコントローラ４０が接続される点で、図１の電力変換装置１と異なる。

【0077】

同図の中継コントローラ３０は、下位通信ポート３３及び３４にそれぞれ接続される通信路５４ａ及び５４ｂに３つのサブコントローラ４０が直列に接続される例を表したものである。通信路５４ａの側にはサブコントローラ４０ｉ、４０ｊ及び４０ｋが接続され、通信路５４ｂの側にはサブコントローラ４０ｌ、４０ｍ及び４０ｎが接続される。サブコントローラ４０ｉ及び４０ｊの間は通信路５５ａにより接続され、サブコントローラ４０ｊ及び４０ｋの間は通信路５５ｃにより接続される。また、サブコントローラ４０ｌ及び４０ｍの間は通信路５５ｂにより接続され、サブコントローラ４０ｍ及び４０ｎの間は通信路５５ｄにより接続される。通信路５５ａ、５５ｂ、５５ｃ及び５５ｄには、通信路５４ａと同様にシリアル通信を行う通信路を適用することができる。

【0078】

［サブコントローラの構成］
図９は、第２の実施形態のサブコントローラの構成例を示す図である。同図は、サブコントローラ４０の構成例を表すブロック図である。同図のサブコントローラ４０は、下位通信ポート４５を更に備える点で図２のサブコントローラ４０と異なる。

【0079】

下位通信ポート４５は、下位の装置であるサブコントローラ４０と通信するものである。この下位通信ポート４５は、通信路５５を介して他のサブコントローラ４０に接続される。

【0080】

同図の制御部４２は、上位通信ポート４１を介して制御指令を受信し、下位通信ポート４５を介して制御指令を他のサブコントローラ４０に送信する。また、制御部４２は、下位通信ポート４５を介して状態量を受信し、上位通信ポート４１を介して状態量を中継コントローラ３０又は他のサブコントローラ４０に送信する。

【0081】

直列に接続された複数のサブコントローラ４０は、自身が検出した状態量を上位の装置（中継コントローラ３０又は他のサブコントローラ４０）に送信するとともに下位のサブコントローラ４０の状態量の中継を行う。

【0082】

本実施形態においては、各々のサブコントローラ４０は下位のサブコントローラ４０から受信した状態量又は状態量情報と、自身が検出した状態量とを加算して新たな状態量情報を作成し、上位のサブコントローラ４０又は中継コントローラ３０に送信することを行ってもよい。

【0083】

［電力変換装置の他の構成］
図１０は、第２の実施形態の電力変換装置の他の構成例を示す図である。同図の電力変換装置１は、複数のサブコントローラ４０がバス接続される点で、図８の電力変換装置１と異なる。

【0084】

同図のサブコントローラ４０ｉ、４０ｊ及び４０ｋはバス５６ａにより共通に接続され、サブコントローラ４０ｌ、４０ｍ及び４０ｎはバス５６ｂにより共通に接続される。また、バス５６ａ及び５６ｂは、中継コントローラ３０の下位通信ポート３３及び３４にそれぞれ接続される。

【0085】

本構成では、各サブコントローラが時分割でバスを占有し、中継コントローラ３０に状態量を送信する。例えばバス５６ａにおいては、最初の通信期間にてサブコントローラ４０ｉが中継コントローラ３０に状態量を送信し、次の通信期間でサブコントローラ４０ｊが中継コントローラ３０に状態量を送信し、さらに次の通信期間でサブコントローラ４０ｋが中継コントローラ３０に状態量を送信する。

【0086】

このように、サブコントローラ４０を直列に接続することにより、中継部２０の最後段の中継コントローラ３０に複数のサブコントローラ４０を接続することができる。電力変換装置１に接続するサブコントローラ４０の配置に自由度をもたせることができる。また、サブコントローラ４０の拡張を容易に行うことができる。

【0087】

（第３の実施形態）
［中継コントローラの構成］
図１１Ａは、第３の実施形態の中継コントローラの構成例を示す図である。同図は、中継コントローラ３０の構成例を表すブロック図である。第３の実施の形態の中継コントローラ３０は、３個以上の下位通信ポート３３等を備える点で、図４の中継コントローラ３０と異なる。同図の中継コントローラ３０は、下位通信ポート３３、３４、３５及び３６の４つの下位通信ポートを備える。下位通信ポート３３、３４、３５及び３６は、通信路５４を介して他の中継コントローラ３０又はサブコントローラ４０に接続される。

【0088】

制御部３２は、上位通信ポート３１が受信したメインコントローラ１０の側からの制御指令を下位通信ポート３３、３４、３５及び３６を介してサブコントローラ４０の側に伝達する。また、制御部３２は、下位通信ポート３３、３４、３５及び３６が受信した状態量及び状態量情報の情報圧縮を行い、圧縮後の状態量情報を上位通信ポート３１に送信させる。

【0089】

このように、中継コントローラ３０が３以上の下位通信ポート３３等を備えることにより、より多くの下位の装置を接続することができる。

【0090】

また、本実施形態においても図８に表したように、中継部２０の最も下の段の中継コントローラ３０のそれぞれの下位通信ポート３３等に複数のサブコントローラ４０を接続することも可能である。この場合、これら下位通信ポート３３等に接続されるサブコントローラ４０が１つのグループを構成すると捉えることもできる。ここで、メインコントローラ１０も中継コントローラ３０と同じ数の通信ポート１３等を備えるものとし、中継コントローラ３０の下位通信ポート３３等の個数をｉ、中継部２０における中継コントローラ３０の段数をｊとすると、サブコントローラ４０は、次式のｎ個のグループに分けてまとめることができる。
ｉ^ｊ－１＜ｎ≦ｉ^ｊ （１）
これは、中継コントローラ３０のみがツリー接続される場合を想定したものであり、メインコントローラ１０には下位通信ポート１３等の何れかに中継部２０の最上段の中継コントローラ３０が接続されることとなる。この場合、メインコントローラ１０は、１つの下位通信ポート１３を備える構成にすることもできる。この場合、例えば下位通信ポート１３に接続された１つの中継コントローラ３０で状態量の総和を生成し、メインコントローラ１０に対して中継コントローラ３０の上位通信ポート３１から送出する。

【0091】

式（１）を満たすｎ及びｉを電力変換部４及びサブコントローラ４０の実配置等に応じて適宜決定することにより、ツリー接続される中継コントローラ３０の段数を最適化することができ、通信時間を最適な長さに短縮することができる。また、状態量の情報圧縮を中継コントローラ３０のみが行う構成となるため、メインコントローラ１０の処理を簡略化することができる。

【0092】

［メインコントローラの構成］
図１１Ｂは、第３の実施形態のメインコントローラの構成例を示す図である。同図は、メインコントローラ１０の構成例を表すブロック図である。第３の実施の形態のメインコントローラ１０は、３以上の下位通信ポート１３等を備える点で、図３の中継コントローラ３０と異なる。同図のメインコントローラ１０は、図１１Ａの中継コントローラ３０と同様に、下位通信ポート１３、１４、１５及び１６の４つの下位通信ポートを備える。これらの下位通信ポート１３等は、通信路５２を介して中継コントローラ３０に接続される。

【0093】

前述のように、同図のメインコントローラ１０は、制御指令を生成する際、下位通信ポート１３、１４、１５及び１６が受信した状態量情報を加算する。これは、メインコントローラ１０が状態量情報の最後の情報圧縮を行うことに相当する。この場合、メインコントローラ１０及び複数の中継コントローラ３０がツリー接続されると捉えることができる。この場合においても、式（１）を満たすｎ及びｉを適宜決定することができる。例えば、図１においては、ｉ及びｎをそれぞれ２及び８にすることによりｊを３（３段）にすることができる。中継コントローラ３０のみで情報圧縮を行う場合と比較してツリー接続される中継コントローラ３０の段数を削減することができる。

【0094】

このように、中継コントローラ３０または中継コントローラ３０及びメインコントローラ１０の下位通信ポートの個数とサブコントローラ４０のグループの個数ｎを適宜選択することにより、状態量の通信時間を最適化することができる。

【0095】

なお、電力変換装置１は複数の電力変換部４の出力が並列に接続された構成としたが、この例に限定されない。例えば、電力変換装置１は複数の電力変換部４の出力が直列に接続された構成であってもよい。この場合、サブコントローラ４０は電力変換部４が出力する電圧値を状態量として検出し、中継コントローラ３０はこれら電圧値の部分和である状態量情報を生成しながら伝達する。メインコントローラ１０は制御目標である電力変換装置１の出力電圧の目標値と各電力変換部４の出力電圧の総和との差分に基づいて、制御指令である、電力変換装置１の出力電圧指令を生成する。

【0096】

また、電力変換装置１は、モータを駆動する制御装置としたが、この例に限定されない。例えば、モータ２以外の負荷に電力を供給する各種の電源装置とすることができる。さらには、太陽光発電装置や風力発電装置といった自然エネルギーを利用した発電装置と系統との間において電力のやり取りを行うパワーコンディショナとすることもできる。

【0097】

なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。

【符号の説明】

【0098】

１ 電力変換装置
２ モータ
３ センサ部
４ 電力変換部
１０ メインコントローラ
１１、３１、４１ 上位通信ポート
１２、３２、４２ 制御部
１３、１４、３３、３４、４５ 下位通信ポート
２０ 中継部
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆ 中継コントローラ
４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ、４０ｈ、４０ｉ、４０ｊ、４０ｋ、４０ｌ、４０ｍ、４０ｎ サブコントローラ
４３ 駆動部
４４ 電流検出部
５１、５２、５２ａ、５２ｂ、５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂ、５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ 通信路
５６ａ、５６ｂ バス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11A】

【図11B】