JP7183827B2 - 多巻線交流電動機駆動システム - Google Patents

Description

本発明は、出力軸が連結された複数台の多巻線交流電動機の各固定子巻線に、これらの巻線と同数の単相インバータからそれぞれ給電するようにした多巻線交流電動機駆動システムに関するものである。

互いに絶縁されたｎ相（ｎ：４以上の整数）の固定子巻線をｍ群（ｍ：自然数）備えた多巻線交流電動機（以下、単に電動機ともいう）の入力側に、直流電源から給電される（ｍ×ｎ）台の単相２レベルインバータの交流側をそれぞれ接続し、各インバータをＰＷＭ（パルス幅変調）制御して前記固定子巻線に給電する多巻線交流電動機駆動システムは、例えば特許文献１，２に記載されている。

また、装置全体の大出力化や、一部の多巻線交流電動機駆動装置（以下、単に駆動装置ともいう）が故障しても運転を継続可能にするため、駆動装置を複数台並列に接続すると共に、これらの駆動装置によりそれぞれ駆動される複数台の電動機の出力軸を互いに連結して使用する場合がある。更に、このように複数台の駆動装置を並列に接続したシステムにおいて、必要とする電動機出力が小さい場合には一部の駆動装置及び電動機を停止し、残りの駆動装置及び電動機を運転して高効率化を図ることも良く知られている。

例えば、図１０は、ｑ台（ｑは２以上の偶数）の多巻線交流電動機Ｍ_１～Ｍ_ｑを同数の駆動装置によってそれぞれ駆動する多巻線交流電動機駆動システムの構成図であり、電動機Ｍ_１～Ｍ_ｑは、隣接する電動機との間で出力軸Ｍ_１’～Ｍ_ｑ－１’が互いに連結されており、電動機Ｍ_１には回転子位置θを検出する位置検出器３が設けられている。
図１０の駆動システムでは、直流電源１に接続された（ｍ×ｎ）台の単相２レベルインバータ、例えばインバータ群２_１１～２_１ｍが１台の駆動装置を構成し、この駆動装置がｍ群かつｎ相の（ｍ×ｎ）個の巻線を有する電動機Ｍ_１を駆動している。同様にして、インバータ群２_ｑ１～２_ｑｍが１台の駆動装置を構成し、この駆動装置が同様に（ｍ×ｎ）個の巻線を有する電動機Ｍ_ｑを駆動している。
ここで、各インバータは、三角波等の搬送波（キャリア）と信号波とを比較して得たＰＷＭパルスを用いて半導体スイッチング素子をオン／オフすることにより制御される。

電動機Ｍ_１の駆動装置の構成を詳述すると、インバータ群２_１１は、直流側が並列接続されて交流側が電動機Ｍ_１の第１群の巻線１_１～１_ｎにそれぞれ接続されたｎ台（ｎ相）のインバータＩＮＶ１_１１～ＩＮＶ１_１ｎからなり、以下同様に、インバータ群２_１ｍは、直流側が並列接続されて交流側が第ｍ群の巻線ｍ_１～ｍ_ｎにそれぞれ接続されたインバータＩＮＶ１_ｍ１～ＩＮＶ１_ｍｎからなる。
また、電動機Ｍ_ｑの駆動装置を構成するインバータ群２_ｑ１～２_ｑｍは、上述したインバータ群２_１１～２_１ｍと基本的に同様に構成されている。
なお、図１０において、Ｖ_ｄ１１～Ｖ_ｄ１ｍ，Ｖ_ｄｑ１～Ｖ_ｄｑｍは各インバータの直流入力電圧、Ｖ_ｏ１１１～Ｖ_ｏ１ｍｎ，Ｖ_ｏｑ１１～Ｖ_ｏｑｍｎ（Ｖ_ｏ１ｍｎ，Ｖ_ｏｑｍｎは便宜上、図示せず）は単相出力電圧、ｉ_ｏ１１１～ｉ_ｏ１ｍｎ，ｉ_ｏｑ１１～ｉ_ｏｑｍｎは出力電流である。

後述する特許文献１や特許文献２には、例えばインバータ群２_１１において、ｎ台のインバータＩＮＶ１_１１～ＩＮＶ１_１ｎをＰＷＭ制御するための搬送波の位相を各インバータ間（各相間）でずらすことにより、直流電源１の電流や電圧に含まれる所定周波数（搬送波周波数またはその整数倍周波数）の振動を抑制可能であることが記載されている。しかしながら、インバータ群２_１１，２_１２，……，２_１ｍの間における搬送波相互の位相関係等については特に記載されておらず、その示唆もない。

図１１は、上述した多巻線交流電動機駆動システムを制御する従来の制御回路を示すブロック図である。
図１１において、１００_１は電動機Ｍ_１用のインバータの制御回路であり、図１０のインバータ群２_１１～２_１ｍを制御する同一構成の制御部１００_１１，１００_１２，……，１００_１ｍからなっている。また、内部構成の図示は省略してあるが、１００_ｑは上記制御回路１００_１と同様に構成された電動機Ｍ_ｑ用のインバータの制御回路である。

例えば、第１群のインバータ群２_１１用の制御部１００_１１では、ｑ台の電動機により発生したい全トルクを１／（ｍ×ｑ）倍したトルク指令が、電流制御部５に入力される。なお、複数台の電動機のうち一部を停止する場合には、運転する電動機の台数をｑの代わりに代入してトルク指令を求める。
電流制御部５は、前記トルク指令と電流検出値ｉ_ｏ１１１～ｉ_ｏ１１ｎ及び位置検出値θから、インバータ群２_１１のインバータＩＮＶ１_１１～ＩＮＶ１_１ｎに対する電圧指令１_１１～１_１ｎを生成する。
基準化部６では、インバータ群２_１１の直流入力電圧Ｖ_ｄ１１を用いて電圧指令１_１１～１_１ｎを基準化することにより信号波１_１１～１_１ｎを作成し、インバータＩＮＶ１_１１～ＩＮＶ１_１ｎ用のＰＷＭ制御部１１_１～１１_ｎ内の比較器１０にそれぞれ入力する。

また、第１群のインバータ群２_１１用の搬送波位相基準信号発生器８により搬送波の位相基準信号を発生し、同じく第１群のインバータ群２_１１用の搬送波位相設定器７から各インバータの搬送波の位相１_１１～１_１ｎを発生させる。
ＰＷＭ制御部１１_１～１１_ｎ内の搬送波発生器９は、位相１_１１～１_１ｎと位相基準信号とに基づいてインバータＩＮＶ１_１１～ＩＮＶ１_１ｎ用に設定された位相の搬送波１_１１～１_１ｎ（これらの符号は図示せず。以下、同じ。）を作成し、比較器１０にそれぞれ入力する。これらの比較器１０では信号波１_１１～１_１ｎと搬送波１_１１～１_１ｎとをそれぞれ比較することにより、各インバータＩＮＶ１_１１～ＩＮＶ１_１ｎのスイッチング素子に与えるオン／オフ信号（ＰＷＭパルス）を生成する。

更に、運転／停止信号発生器２０では、要求される全体のトルクに応じて操作員が手動操作により設定した停止電動機情報に基づいて、各電動機Ｍ_１～Ｍ_ｑに対する運転／停止指令を出力する。この運転／停止指令は、例えば運転を“１”、停止を“０”として規定され、比較器１０の出力及び各インバータＩＮＶ１_１１～ＩＮＶ１_１ｎのスイッチング素子のオン／オフ信号についても、オンを“１”、オフを“０”と規定する。
ＡＮＤ回路１２_１～１２_ｎによって運転／停止指令と比較器１０の出力との論理積を求めれば、操作員により停止指令が設定された電動機を駆動するインバータの全てのスイッチング素子はオフされるため、当該電動機の運転を停止することができる。

図１１の制御回路では、搬送波位相設定器７及び搬送波位相基準信号発生器８が群ごとに設けられているが、各群の間では搬送波位相等の信号をやりとりしていないため、各群の搬送波位相は、互いに影響することなく成り行きによって決まる。このことは、各電動機を駆動するインバータ間の搬送波位相についても同様である。
なお、特許文献１には、一つの群において各相の搬送波位相をずらすことにより直流電流や電圧の振動を抑制できるという知見と共に、搬送波位相をずらしたインバータによりそれぞれ給電される二つの巻線間の干渉によって巻線電流の高調波成分が増加し、結果的に電動機の銅損が増加するという問題点も指摘されている。

特開２００９－２６８２７７号公報（請求項３、［００３８］、図５等） 特開２０１２－２５７４５６号公報（請求項１、［００４０］、図５等）

次に、図１０に示した駆動システムにおいて、一群かつ５相の巻線のみを有する電動機（ｍ＝１，ｎ＝５）を５台のインバータにより駆動することとし、出力軸を互いに連結した４台（ｑ＝４）の電動機を２０台のインバータにより駆動する場合について考えてみる。
この場合に、各電動機を駆動する５台のインバータ（例えば、インバータＩＮＶ１_１１～ＩＮＶ１_１５）の出力電力の合計波形を周波数解析した結果を、図１２，図１３に示す。これらの図における縦軸、横軸は同スケールである。
図１２は、５台のインバータＩＮＶ１_１１～ＩＮＶ１_１５をＰＷＭ制御する際の搬送波の位相差を図１４に示す如く１８０ｄｅｇ／５ずつとした場合の解析結果、図１３は、搬送波を図１５のように５台とも同位相とした場合の解析結果であり、位相以外の運転条件は全く同一である。

図１２，図１３によれば、高調波成分の中で、周波数が低く最も問題になる第２調波（搬送波周波数をｆ_ｃとした場合に周波数２ｆ_ｃを有する高調波）付近の高調波成分として、図１２では（１），（２）の成分が発生し、図１３では（３）の成分が発生している。
図１２と図１３とを比較すると、各インバータの搬送波に１８０ｄｅｇ／５ずつ位相差を設けた図１２の（１），（２）の方が搬送波を全て同位相にした図１３の（３）よりも小さくなっているが、それでも、最も問題となる第２調波付近の高調波成分を完全になくすことができていない。このため、当該高調波成分と同一周波数の直流電流等の振動が発生し、電動機にも同一周波数の機械的振動や騒音が発生するという問題がある。

なお、図１２，図１３は、１台の電動機を駆動する５台のインバータについての周波数解析結果であるが、４台の電動機の出力軸を相互に連結して駆動する場合は勿論のこと、複数台の電動機のうち一部を停止して残りの電動機を駆動する場合にも、第２調波付近の高調波成分に起因した振動や騒音が発生する。
このため、振動を抑制する防振ゴム等の防振対策や防音対策に多くの費用がかかり、システム全体のコストが高くなるという問題があった。

そこで、本発明の目的は、複数台の電動機を連結して運転する場合やその中の一部のみを運転する場合でも、各インバータの搬送波位相を適切に調整することにより、第２調波や第４調波、第６調波等の高調波成分による振動や騒音を抑制してコストの低減を可能とした多巻線交流電動機駆動システムを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、互いに絶縁されたｎ相（ｎ：４以上の整数）の固定子巻線をｍ群（ｍ：自然数）有するｑ台（ｑ：２以上の偶数）の多巻線交流電動機の出力軸を互いに連結し、前記固定子巻線に、直流電源から給電された（ｍ×ｎ）台の単相インバータの交流出力側をそれぞれ接続すると共に、搬送波と信号波とを比較するＰＷＭ制御により前記単相インバータの半導体スイッチング素子に対するオン／オフ信号をそれぞれ生成する多巻線交流電動機駆動システムであって、
全ての前記多巻線交流電動機のうちの一部の電動機のみを運転する機能を備えた多巻線交流電動機駆動システムにおいて、
各電動機のｍ群の固定子巻線からそれぞれ一つの群を選択して得たｑ個の群により一つの組を構成して全電動機分の（ｍ×ｑ）個の群からｍ個の組を生成し、各組内の一台の電動機の一つの群を構成するｎ相の固定子巻線にそれぞれ給電するｎ台の単相インバータ用の搬送波位相と、同一組の他の電動機の一つの群を構成するｎ相の固定子巻線にそれぞれ給電するｎ台の単相インバータ用の搬送波位相とを、群ごとに、１８０ｄｅｇ／（ｑ×ｍ×ｐ）の整数倍（ｐ：自然数）の差を有し、かつ互いに異なる値となるように設定したことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載した多巻線交流電動機駆動システムにおいて、前記ｐが１または２であることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載した多巻線交流電動機駆動システムにおいて、全ての電動機のうちの（ｑ／２）台の電動機の運転を停止することを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載した多巻線交流電動機駆動システムにおいて、前記ｑが４以上である時に、一つの組における各群の搬送波位相差が３６０ｄｅｇ／（ｑ×ｍ×ｐ）となる群を選択し、これらの群の固定子巻線を有する（ｑ／２）台の電動機の運転を停止することを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１～４の何れか１項に記載した多巻線交流電動機駆動システムにおいて、前記ｍが２以上である時に、各電動機の一つの群の固定子巻線に給電するｎ台の単相インバータ用の搬送波位相と、同一電動機の他の群の固定子巻線に給電するｎ台の単相インバータ用の搬送波位相との差を、３６０ｄｅｇ／（ｑ×ｍ×ｐ）に設定したことを特徴とする。

本発明によれば、複数台の電動機を連結して運転する場合やその中の一部のみを運転する場合の何れにおいても、複数の群の間で各インバータの搬送波位相を適宜ずらすことにより、複数台のインバータの合成出力電力に含まれる第２調波成分、第４調波成分、第６調波成分等の高調波成分を抑制して電流振動や機械振動、騒音を低減し、防振ゴム等の振動対策や騒音対策を簡略化してこれらに要する費用を削減することができる。
また、運転中の電動機を停止させ、あるいは停止中の電動機を復帰させる際に、各インバータ間の搬送波位相差を設定し直す必要がないため、位相差の切替回路や設定変更に伴う各インバータのスイッチング素子への異常なオン／オフ信号の発生対策を不要とし、簡素な制御により運転を継続しながら電動機の運転台数を変更することができる。

本発明の実施形態に係る多巻線交流電動機駆動システムの制御回路を示すブロック図である。 第１群の巻線のみをそれぞれ有する４台の電動機を駆動する各インバータの搬送波位相を示す図であり、群内の各インバータの搬送波が所定の位相差を有する場合である。 第１群の巻線のみをそれぞれ有する４台の電動機を駆動する各インバータの搬送波位相を示す図であり、群内の各インバータの搬送波が同位相の場合である。 図２に対応する各インバータの合計出力電力の周波数解析結果を示す図である。 図３に対応する各インバータの合計出力電力の周波数解析結果を示す図である。 図２の変形例を示す各インバータの搬送波位相を示す図である。 図３の変形例を示す各インバータの搬送波位相を示す図である。 第１群，第２群の巻線を有する２台の電動機を駆動する各インバータの搬送波位相を示す図であり、群内の各インバータの搬送波が所定の位相差を有する場合である。 第１群，第２群の巻線を有する２台の電動機を駆動する各インバータの搬送波位相を示す図であり、群内の各インバータの搬送波が同位相の場合である。 多巻線交流電動機駆動システムの構成図である。 図１０の多巻線交流電動機駆動システムの制御回路の従来技術を示すブロック図である。 従来技術において、５台のインバータの出力電力の合計波形を周波数解析した結果を示す図である。 従来技術において、５台のインバータの出力電力の合計波形を周波数解析した結果を示す図である。 １台の電動機を駆動する５台のインバータの搬送波が所定の位相差を有する場合の波形図である。 １台の電動機を駆動する５台のインバータの搬送波が同位相である場合の波形図である。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る多巻線交流電動機駆動システムの制御回路を示すブロック図である。
ここで、多巻線交流電動機駆動システムの全体的な構成は図１０と同様である。すなわち、インバータ群２_１１～２_１ｍからなる駆動装置が、ｍ群かつｎ相の（ｍ×ｎ）個の固定子巻線を有する電動機Ｍ_１を駆動し、以下同様にして、インバータ群２_ｑ１～２_ｑｍからなる駆動装置が（ｍ×ｎ）個の巻線を有する電動機Ｍ_ｑを駆動するものであり、これらのｑ台の駆動装置によって出力軸Ｍ_１’～Ｍ_ｑ－１’が連結されたｑ台の電動機Ｍ_１～Ｍ_ｑをそれぞれ駆動するようになっている。

図１に戻って、２００_１は電動機Ｍ_１用のインバータの制御回路であり、図１０のインバータ群（第１群～第ｍ群）２_１１～２_１ｍを制御するための同一構成の制御部２００_１１，２００_１２，……，２００_１ｍを備えている。なお、２００_ｑは電動機Ｍ_ｑ用のインバータの制御回路であり、電動機Ｍ_１用のインバータの制御回路２００_１と同様に構成されている。

図１の制御回路が図１１の制御回路と異なる部分は、以下の通りである。
図１１では、群ごとに搬送波位相設定器７及び搬送波位相基準信号発生器８を備えているのに対し、図１では、単一の搬送波位相設定器７Ａ及び搬送波位相基準信号発生器８Ａを備えている。そして、搬送波位相設定器７Ａから、電動機Ｍ_１を駆動するインバータ群（第１群～第ｍ群）用の位相１_１１～１_１ｎ，……，１_ｍ１～１_ｍｎを出力し、以下同様に、電動機Ｍ_ｑを駆動するインバータ群（第１群～第ｍ群）用の位相ｑ_１１～ｑ_１ｎ，……，ｑ_ｍ１～ｑ_ｍｎを出力する。また、搬送波位相基準信号発生器８Ａは、電動機Ｍ_１～Ｍ_ｑを駆動する各インバータ群（第１群～第ｍ群）用の搬送波位相の同期をとるために共通の位相基準信号を出力する。
図１における他の部分については、図１１と同一である。

本発明においては、電動機が５相からなる第１群の巻線のみを有し（ｎ＝５，ｍ＝１）、各巻線に５台の単相２レベルインバータから給電すると共に、上記電動機を４台連結して運転する場合（ｑ＝４）を第１実施形態とし、電動機がそれぞれ５相からなる第１群，第２群の巻線を有し（ｎ＝５，ｍ＝２）、各巻線に５台の単相２レベルインバータから給電すると共に、上記電動機を２台連結して運転する場合（ｑ＝２）を第２実施形態とする。
なお、各実施形態では、全ての電動機を運転するモードだけでなく、一部の電動機を運転して残りの電動機を停止するモードについても考察する。

始めに、第１実施形態においては、各群の単相２レベルインバータをＰＷＭ制御するための搬送波位相に関して、４台の電動機Ｍ_１～Ｍ_４の各群（第１群）の巻線に給電するインバータ用の搬送波の位相を、群ごとに、それぞれ１８０ｄｅｇ／（ｑ×ｍ×ｐ）（ｐ：自然数）の整数倍の差を有し、かつ互いに異なる値となるように設定する。例えばｐ＝１とした場合に、４台の電動機Ｍ_１～Ｍ_４の第１群の巻線に給電するインバータ用の搬送波の位相を、それぞれ１８０ｄｅｇ／４＝４５ｄｅｇの整数倍の差を有し、かつ互いに異なる値となるように設定する。
なお、各群を複数台の単相２レベルインバータにより構成する場合、最も問題になる高調波成分は、図１２，図１３のように第２調波成分であるため、通常はｐ＝１としているが、電気的または機械的な共振点が例えば４ｆ_ｃ（ｆ_ｃは搬送波周波数）付近にある場合などでは、ｐ＝２として第４調波付近の高調波成分を抑制することも可能である。

また、変形例として、例えば「パワーエレクトロニクス回路」（平成１２年１１月３０日，オーム社発行）のｐ．１７７～ｐ．１７９に記載されているごとく、各群のインバータとして単相３レベルインバータを用い、これらのインバータをダイポーラ変調して各群内のインバータの搬送波位相を同一にした場合、一つの群を構成する複数台のインバータの合計出力電力を周波数解析すると、第２調波付近の成分は発生せず、第４調波付近の成分が顕著になってくる。
この場合にも、ｐ＝２とすることにより、第４調波付近の成分やより高次の高調波成分を抑制することができる。

次に、図２は、電動機Ｍ_１～Ｍ_４の第１群の巻線に給電するインバータ用の搬送波の位相を、それぞれ１８０ｄｅｇ／４＝４５ｄｅｇの整数倍の差を有し、かつ互いに異なる値となるように設定する条件のもとで、電動機Ｍ_１～Ｍ_４の第１群の巻線に給電する各５台のインバータＩＮＶ１_１１～ＩＮＶ１_１５，ＩＮＶ２_１１～ＩＮＶ２_１５，ＩＮＶ３_１１～ＩＮＶ３_１５，ＩＮＶ４_１１～ＩＮＶ４_１５の搬送波の位相差を図１４のように１８０ｄｅｇ／５＝３６ｄｅｇとした場合の各インバータの搬送波位相を示し、また、図３は、図１５のように全て同位相とした場合の各インバータの搬送波位相を示している。
ここで、４台の電動機Ｍ_１～Ｍ_４の第１群（ｍ＝１）の固定子巻線からなる４個（ｑ＝４）の群により一つの組を構成し、これを第１組とする。

これらの搬送波位相は、図１における搬送波位相基準信号発生器８Ａ及び搬送波位相設定器７Ａの動作により生成される。
例えば、電動機Ｍ_１用の第１群の制御部２００_１１においては、搬送波位相基準信号発生器８Ａから出力される位相基準信号を共通の基準信号として、図２の例では、５台のインバータＩＮＶ１_１１～ＩＮＶ１_１５用に搬送波位相設定器７Ａから互いに３６ｄｅｇの位相差を有する位相１_１１～１_１５を出力し、図３の例では、位相１_１１～１_１５を全て０ｄｅｇとする。また、電動機Ｍ_２用の第１群の制御部２００_１２においては、制御部２００_１１と同様に前記位相基準信号を共通の基準信号として、図２の例では、５台のインバータＩＮＶ２_１１～ＩＮＶ２_１５用に搬送波位相設定器７Ａから互いに３６ｄｅｇの位相差を有する位相２_１１～２_１５を出力し、図３の例では、位相２_１１～２_１５を全て０ｄｅｇとする。以下、電動機Ｍ_３用，Ｍ_４用についても同様の処理によって各インバータに対する搬送波位相をそれぞれ設定する。

図４は、図２に対応して、１台の電動機を駆動するための各５台のインバータに対する搬送波位相差を３６ｄｅｇとした場合の各インバータの出力電力の合計波形を周波数解析した結果であり、（ａ）は４台の電動機を全て運転した場合、（ｂ）は２台の電動機を運転（２台を停止）した場合を示している。
また、図５は、図３に対応して、１台の電動機を駆動するための各５台のインバータに対する搬送波を同位相とした場合の各インバータの出力電力の合計波形を周波数解析した結果であり、（ａ）は４台の電動機を全て運転した場合、（ｂ）は２台の電動機を運転（２台を停止）した場合を示している。

この実施形態による図４（ａ），（ｂ），図５（ａ），（ｂ）をそれぞれ従来技術の図１２，図１３と比較すると、図４（ａ），図５（ａ）によれば、第８調波付近の成分が若干含まれているが、第２～第６調波付近の成分は全く含まれていない。また、図４（ｂ），図５（ｂ）では、第４調波付近の成分や第８調波付近の成分が若干含まれているが、第２調波付近の成分は全く含まれていない。
なお、図４（ｂ），図５（ｂ）のように２台の電動機を運転（２台を停止）するモードとしては、図２または図３において、電動機Ｍ_１，Ｍ_３を運転（電動機Ｍ_２，Ｍ_４を停止）する、あるいは、電動機Ｍ_２，Ｍ_４を運転（電動機Ｍ_１，Ｍ_３を停止）する、等の組み合わせが考えられるが、何れにしても、電動機Ｍ_１，Ｍ_３用または電動機Ｍ_２，Ｍ_４用の第１群の間の搬送波位相差は３６０ｄｅｇ／（ｑ×ｍ×ｐ）＝９０ｄｅｇである。

一般的に、ｑ台の電動機が連結されたシステムにおいて（ｑ／２）台の電動機を運転（停止）する場合には、各群の間の搬送波位相差が３６０ｄｅｇ／（ｑ×ｍ×ｐ）である（ｑ／２）台の電動機用のインバータを選択すれば良い。前述したごとく、図２または図３において、第１群の相互間の搬送波位相差が３６０ｄｅｇ／（ｑ×ｍ×ｐ）＝９０ｄｅｇとなるのは、電動機Ｍ_１，Ｍ_３用の組と、電動機Ｍ_２，Ｍ_４用の組である。従って、何れかの組を選択して２台の電動機を運転（停止）させれば第２調波成分を除去することができ、当該高調波成分と同一周波数の直流電流の振動をなくして電動機の機械的振動や騒音を低減することができる。

次に、図６，図７は第１実施形態の変形例を示している。すなわち、図６は、図２における電動機Ｍ_２用の各インバータの搬送波位相と電動機Ｍ_４用の各インバータの搬送波位相とを入れ替えたものに相当し、図７は、図３における電動機Ｍ_２用の各インバータの搬送波位相と電動機Ｍ_４用の各インバータの搬送波位相とを入れ替えたものに相当する。
何れの場合も、４台の電動機Ｍ_１～Ｍ_４の第１群の巻線に給電するインバータ用の搬送波の位相が、群ごとに、それぞれ１８０ｄｅｇ／４＝４５ｄｅｇの整数倍の差を有し、かつ互いに異なる値となるように設定されている。
また、図６の例では、図２と同様に、電動機Ｍ_１～Ｍ_４の第１群の巻線に給電する各５台のインバータＩＮＶ１_１１～ＩＮＶ１_１５，ＩＮＶ２_１１～ＩＮＶ２_１５，ＩＮＶ３_１１～ＩＮＶ３_１５，ＩＮＶ４_１１～ＩＮＶ４_１５の搬送波の位相差がそれぞれ１８０ｄｅｇ／５＝３６ｄｅｇに設定され、図７の例では、図３と同様に全て同位相に設定されている。

各インバータの搬送波位相を図６のように設定して４台の電動機Ｍ_１～Ｍ_４を運転した場合に、全インバータの出力電力の合計波形を周波数解析した結果は図４（ａ）と同一になり、２台の電動機、例えば電動機Ｍ_１，Ｍ_３または電動機Ｍ_２，Ｍ_４を運転した場合に、全インバータの出力電力の合計波形を周波数解析した結果は図４（ｂ）と同一になる。
更に、各インバータの搬送波位相を図７のように設定して４台の電動機Ｍ_１～Ｍ_４を運転した場合に、全インバータの出力電力の合計波形を周波数解析した結果は図５（ａ）と同一になり、２台の電動機、例えば電動機Ｍ_１，Ｍ_３または電動機Ｍ_２，Ｍ_４を運転した場合に、全インバータの出力電力の合計波形を周波数解析した結果は図５（ｂ）と同一になる。

次に、本発明の第２実施形態を説明する。この第２実施形態は、電動機がそれぞれ５相からなる第１群，第２群の固定子巻線を有し（ｎ＝５，ｍ＝２）、各巻線に５台の単相２レベルインバータから給電すると共に、上記電動機を２台連結して運転する場合（ｑ＝２）のものである。
図８，図９は、２台の電動機Ｍ_１，Ｍ_２用の第１群の相互間の各インバータの搬送波位相差をそれぞれ４５ｄｅｇ、第２群の相互間の各インバータの搬送波位相差をそれぞれ４５ｄｅｇとし、かつ、電動機Ｍ_１，Ｍ_２用の第１群，第２群の間の各インバータの搬送波位相差をそれぞれ９０ｄｅｇとした場合の搬送波位相を示しており、各電動機Ｍ_１，Ｍ_２の第１群の固定子巻線からなる２個（ｑ＝２）の群により構成した一つの組を第１組とし、同じく電動機Ｍ_１，Ｍ_２の第２群の固定子巻線からなる２個（ｑ＝２）の群により構成した一つの組を第２組としている。

更に詳しく説明すると、図８は、電動機Ｍ_１，Ｍ_２用の第１群，第２群の各５台のインバータＩＮＶ１_１１～ＩＮＶ１_１５，ＩＮＶ２_１１～ＩＮＶ２_１５の搬送波位相差を図１４のように１８０ｄｅｇ／５＝３６ｄｅｇとした場合の搬送波位相を示し、図９は、図１５のように全て同位相とした場合の搬送波位相を示している。
これらの搬送波位相についても、図１の搬送波位相基準信号発生器８Ａ及び搬送波位相設定器７Ａの動作により生成される。

第２実施形態のように各電動機の巻線がそれぞれ複数の群を有する場合（ｍが複数の場合）にも、電動機内の各群の巻線に給電するインバータ用の搬送波位相差を３６０ｄｅｇ／（ｑ×ｍ×ｐ）＝９０ｄｅｇとして２台の電動機Ｍ_１，Ｍ_２を運転すれば、図４（ａ），図５（ａ）と同様に第２～第６調波成分を除去することができる。このため、これらの高調波成分と同一周波数の直流電流の振動をなくして電動機の機械的振動や騒音を低減することができる。

ここで、上記のように２台の電動機Ｍ_１，Ｍ_２を運転する場合だけでなく、２台の電動機のうち１台を停止して１台のみを運転する場合でも、図４（ｂ），図５（ｂ）と同様に、第２，第６調波付近の成分を除去することができる。この際、各インバータの搬送波位相はそのままとして、停止するべきインバータをゲートオフにより停止させれば良く、簡単な制御処理を行うだけで、振動を抑制しつつ一部の電動機による運転を実現することが可能である。
また、図９のように各群の全てのインバータに対する搬送波位相を同位相とすれば、搬送波位相をずらした場合の電動機の隣接巻線間の干渉に起因する高調波電流や銅損の増加を防ぐことができる。

なお、本発明は、図１０のように共通の直流電源１から給電するだけでなく、各インバータ群に対して個別の直流電源からそれぞれ給電する場合のように、複数台の直流電源を備えた駆動装置にも適用することができる。

１：直流電源
２_１１～２_１ｍ，２_ｑ１～２_ｑｍ：インバータ群
３：位置検出器
５：電流制御部
６：基準化部
７Ａ：搬送波位相設定器
８Ａ：搬送波位相基準信号発生器
９：搬送波発生器
１０：比較器
１１_１～１１_ｎ：ＰＷＭ制御部
１２_１～１２_ｎ：ＡＮＤ回路
２０：運転／停止信号発生器
２００_１～２００_ｑ：制御回路
２００_１１～２００_１ｍ：制御部
Ｍ_１～Ｍ_ｑ：多巻線交流電動機
Ｍ_１’～Ｍ_ｑ－１’：出力軸
ＩＮＶ１_１１～ＩＮＶ１_１ｎ，ＩＮＶ１_ｍ１～ＩＮＶ１_ｍｎ，ＩＮＶｑ_１１～ＩＮＶｑ_１ｎ，ＩＮＶｑ_ｍ１～ＩＮＶｑ_ｍｎ：単相２レベルインバータ

Claims (5)

1. 互いに絶縁されたｎ相（ｎ：４以上の整数）の固定子巻線をｍ群（ｍ：自然数）有するｑ台（ｑ：２以上の偶数）の多巻線交流電動機の出力軸を互いに連結し、前記固定子巻線に、直流電源から給電された（ｍ×ｎ）台の単相インバータの交流出力側をそれぞれ接続すると共に、搬送波と信号波とを比較するＰＷＭ制御により前記単相インバータの半導体スイッチング素子に対するオン／オフ信号をそれぞれ生成する多巻線交流電動機駆動システムであって、
   全ての前記多巻線交流電動機のうちの一部の電動機のみを運転する機能を備えた多巻線交流電動機駆動システムにおいて、
   各電動機のｍ群の固定子巻線からそれぞれ一つの群を選択して得たｑ個の群により一つの組を構成して全電動機分の（ｍ×ｑ）個の群からｍ個の組を生成し、各組内の一台の電動機の一つの群を構成するｎ相の固定子巻線にそれぞれ給電するｎ台の単相インバータ用の搬送波位相と、同一組の他の電動機の一つの群を構成するｎ相の固定子巻線にそれぞれ給電するｎ台の単相インバータ用の搬送波位相とを、群ごとに、１８０ｄｅｇ／（ｑ×ｍ×ｐ）の整数倍（ｐ：自然数）の差を有し、かつ互いに異なる値となるように設定したことを特徴とする多巻線交流電動機駆動システム。
2. 請求項１に記載した多巻線交流電動機駆動システムにおいて、
   前記ｐが１または２であることを特徴とする多巻線交流電動機駆動システム。
3. 請求項１または２に記載した多巻線交流電動機駆動システムにおいて、
   全ての電動機のうちの（ｑ／２）台の電動機の運転を停止することを特徴とする多巻線交流電動機駆動システム。
4. 請求項３に記載した多巻線交流電動機駆動システムにおいて、
   前記ｑが４以上である時に、一つの組における各群の搬送波位相差が３６０ｄｅｇ／（ｑ×ｍ×ｐ）となる群を選択し、これらの群の固定子巻線を有する（ｑ／２）台の電動機の運転を停止することを特徴とする多巻線交流電動機駆動システム。
5. 請求項１～４の何れか１項に記載した多巻線交流電動機駆動システムにおいて、
   前記ｍが２以上である時に、各電動機の一つの群の固定子巻線に給電するｎ台の単相インバータ用の搬送波位相と、同一電動機の他の群の固定子巻線に給電するｎ台の単相インバータ用の搬送波位相との差を、３６０ｄｅｇ／（ｑ×ｍ×ｐ）に設定したことを特徴とする多巻線交流電動機駆動システム。

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