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公開番号2022073057
公報種別公開特許公報(A)
公開日2022-05-17
出願番号2020182819
出願日2020-10-30
発明の名称AC-ACコンバータ
出願人ナブテスコ株式会社
代理人個人
主分類H02M 5/45 20060101AFI20220510BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】フォールトトレラントな、小型化・高密度化されたモータ駆動システムを提供する。
【解決手段】AC-ACコンバータは、3の倍数個の単相整流回路モジュールと、この単相整流回路モジュールと同数のインバータ回路モジュールと、制御部と、を備える。単相整流回路モジュールは、デルタ結線またはスター結線を用いて互いに接続され、3相AC電源から供給される3相AC入力電圧の各相の単相AC電圧をDC電圧に変換する。インバータ回路モジュールは、DC電圧を3相AC出力電圧に変換する。制御部は、単相整流回路モジュールのいずれかが故障したとき、3相AC電源の電力を残りの単相整流回路モジュールに均等に配分するように、単相整流回路モジュールおよびインバータ回路モジュールを構成するスイッチング素子を制御する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
3相AC電源から供給される3相AC入力電圧の各相のAC電圧をDC電圧に変換する3の倍数個の単相整流回路モジュールであって、前記3の倍数個の単相整流海流モジュールのそれぞれは、デルタ結線またはスター結線を用いて互いに接続される、前記3の倍数個の単相整流回路モジュールと、
前記DC電圧を3相AC出力電圧に変換する前記単相整流回路モジュールと同数のインバータ回路モジュールと、
前記3の倍数個の単相整流回路モジュールのいずれかが故障したとき、残りの前記単相整流回路モジュールおよび当該単相整流回路モジュールに接続された前記インバータ回路モジュールが均等に3相AC出力電力を出力するように前記単相整流回路モジュールおよび前記インバータ回路モジュールを構成するスイッチング素子を制御する制御部とを備えるAC-ACコンバータ。
続きを表示(約 1,200 文字)【請求項2】
前記単相整流回路モジュールの前記デルタ結線と前記スター結線とを切り替える切替部を備える請求項1に記載のAC-ACコンバータ。
【請求項3】
前記3相AC電源の電源電圧と前記単相整流回路モジュールの後段に設けられた直流結合段であるDCリンクのDCリンク電圧の最大値との比をRとしたとき、
前記切替部は、前記Rが所定の値より小さいとき前記単相整流回路モジュールをデルタ結線に切替え、前記Rが前記所定の値以上のとき前記単相整流回路モジュールをスター結線に切替える請求項2に記載のAC-ACコンバータ。
【請求項4】
前記Rの値は1/√3±5%の範囲内にある請求項3に記載のAC-ACコンバータ。
【請求項5】
前記Rの値は1/√3である請求項4に記載のAC-ACコンバータ。
【請求項6】
前記制御部は、前記DC電圧を一定とし、前記3相AC電源から入力される3相入力電流と前記3相AC入力電圧との位相が一致するように前記単相整流回路モジュールおよび前記インバータ回路モジュールを構成するスイッチング素子を制御する請求項1から5のいずれかに記載のAC-ACコンバータ。
【請求項7】
前記制御部は、DCリンク電圧と目標リンク電圧との差を基に目標キャパシタ電力を計算し、目標DC電力から前記目標キャパシタ電力を引くことにより外部のモータに電力を出力するための目標モータ電力を計算し、前記目標キャパシタ電力と前記目標モータ電力を基に、前記3相AC入力電圧に関する3相AC電力および前記DC電圧に関するDC電力の脈動を外部のモータの負荷を用いて吸収するように、前記単相整流回路モジュールおよび前記インバータ回路モジュールを構成するスイッチング素子を制御する請求項6に記載のAC-ACコンバータ。
【請求項8】
DCリンクはコンデンサを備え、
前記コンデンサは、前記3相AC入力電圧に関する3相AC電力および前記DC電圧に関するDC電力の脈動を吸収する請求項7に記載のAC-ACコンバータ。
【請求項9】
前記制御部は、前記3相AC電源からの入力電力がすべての前記単相整流回路モジュールに均等に配分されるように前記単相整流回路モジュールおよび前記インバータ回路モジュールを構成するスイッチング素子を制御する請求項1から8のいずれかに記載のAC-ACコンバータ。
【請求項10】
前記制御部は、前記3相AC電源からの入力電力が異なる比率で前記単相整流回路モジュールに配分するように前記単相整流回路モジュールおよび前記インバータ回路モジュールを構成するスイッチング素子を制御する請求項1から8のいずれかに記載のAC-ACコンバータ。
(【請求項11】以降は省略されています)

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、AC-ACコンバータに関する。
続きを表示(約 1,800 文字)【背景技術】
【0002】
3相モータは、ファン、ポンプ、FA機器等の産業機器で広く使われている。このような3相モータを駆動するためのモータ駆動システムは、一般に、3相AC電圧を整流してDC電圧(整流電圧)を生成する整流回路、その後段のDCリンク、およびDCリンク電圧から3相AC電圧を生成するインバータ回路で構成されるAC-ACコンバータを含む。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
M.Guacci、D.Bortis、and J.W.Kolar、“High-Eciency Weight-Optimized Fault-Tolerant Modular Multi-Cell Three-Phase GaN Inverter for Next Generation Aerospace Applications,” in Proc. of IEEE Energy Conversion Congress and Exposition(ECCE-USA)、Portland、OR、USA、Sept.2018、pp.1334-1341.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
モータ駆動システムでは、低耐圧な素子が使用できること、設計工数が低減できること、部品が共通化できることなどを目的として、システム全体を小型化・高密度化できることが求められる。これを実現する技術の1つとして、モータを3相巻線のセグメントごとに独立させたモジュラーモータで構成し、各セグメントをモジュラーごとに駆動するために、インバータ回路をモジュラー化した「モジュラーモータ駆動システム(MMD:Modular Motor Drive)」が提案されている(例えば非特許文献1参照)。しかしながらこのタイプのMMDでは、インバータ回路はモジュラー化されているものの、整流回路はモジュラー化されていない。この場合、整流回路に高耐圧の半導体素子が必要となるため、モータ駆動システム全体の小型化・高密度化は困難である。さらにこのMMDでは、整流回路のフォールトトレランスが考慮されておらず、整流回路が故障した場合、モータを駆動できなくなるという課題がある。
【0005】
このように、従来の整流回路には、モータ駆動システムを十分小型化・高密度化できないという課題に加えて、整流回路が故障した場合のフォールトレランスが実現できないという課題がある。本発明は、こうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、フォールトトレラントなモータ駆動システムを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するために、本発明のある態様のAC-ACコンバータは、3相AC電源から供給される3相AC入力電圧の各相のAC電圧をDC電圧に変換する3の倍数個の単相整流回路モジュールであって、前記3の倍数個の単相整流海流モジュールのそれぞれは、デルタ結線またはスター結線を用いて互いに接続される、前記3の倍数個の単相整流回路モジュールと、前記DC電圧を3相AC出力電圧に変換する前記単相整流回路モジュールと同数のインバータ回路モジュールと、前記3の倍数個の単相整流回路モジュールのいずれかが故障したとき、残りの前記単相整流回路モジュールおよび当該単相整流回路モジュールに接続された前記インバータ回路モジュールが均等に3相AC出力電力を出力するように前記単相整流回路モジュールおよび前記インバータ回路モジュールを構成するスイッチング素子を制御する制御部とを備える。
【0007】
実施の形態のAC-ACコンバータは、単相整流回路モジュールのデルタ結線とスター結線とを切り替える切替部を備えてもよい。
【0008】
3相電源の電源電圧とDCリンク電圧の最大値との比をRとする。このとき切替部は、Rが所定の値より小さいとき単相整流回路モジュールをデルタ結線に切替え、Rが所定の値以上のとき単相整流回路モジュールをスター結線に切替えてもよい。
【0009】
Rの値は1/√3±5%の範囲内にあってもよい。
【0010】
Rの値は1/√3であってもよい。
(【0011】以降は省略されています)

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