(57)【要約】【課題】直列接続された複数の電源から負荷の駆動電圧を生成する場合に、短絡を抑制しつつ、電力配分の高速制御を行う。【解決手段】キャリアの１周期における各スイッチに対する制御として、最下位の電源（第１の電源２０）から最上位の電源（第２の電源２１）にかけて、下位の電源（第１の電源２０）に対応するスイッチ（スイッチ１ａ）の導通期間中に、その上位の電源（第２の電源２１）に対応するスイッチ（スイッチ４ａ）が導通される。【選択図】図１
2010206973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが互いに直列接続されることにより上位の電源の負極に下位の電源の正極が接続された複数の電源に接続され、出力電圧パルスにより負荷の駆動電圧を生成する電力変換装置であって、
電源の正極と負荷との間を接続するスイッチ手段を各電源に対応して備え、個々の電源の出力電圧から出力電圧パルスを生成する第１の電力変換手段と、
各電源の出力電圧指令値および各電源の電圧より求められる電源毎の変調率指令と、第１のキャリアとの比較に基づいて、前記スイッチ手段のそれぞれの導通状態を制御する第１の制御手段とを有し、
前記第１の制御手段は、前記第１のキャリアの１周期における各スイッチ手段に対する制御として、最下位の電源から最上位の電源にかけて、下位の電源に対応するスイッチ手段の導通期間中にその上位の電源に対応するスイッチ手段を導通させることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
それぞれが互いに直列接続されることにより上位の電源の負極に下位の電源の正極が接続された複数の電源に接続され、出力電圧パルスにより負荷の駆動電圧を生成する電力変換装置であって、
個々の電源の出力電圧から出力電圧パルスを生成する第１の電力変換手段と、
各電源の出力電圧指令値および各電源の電圧より求められる電源毎の変調率指令と、第１のキャリアとの比較に基づいて、前記第１の電力変換手段を制御する第１の制御手段とを有し、
前記第１の制御手段は、前記第１のキャリアの１周期における前記出力電圧パルスが、最下位の電源の負極電圧と、最下位の電源から最上位の電源にかけて、自己よりも下位側の電源の正極電圧出力期間中に各電源が出力する正極電圧とで構成されるように前記第１の電力変換手段を制御することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
前記複数の電源は、下位側の第１の電源と、上位側の第２の電源とで構成され、
前記第１の制御手段は、
前記第１の電源に関する出力電圧指令値である第１の配分電圧指令値と前記第１の電源の電圧とに基づいて演算される第１の電源の初期変調率指令、および、前記第２の電源に関する出力電圧指令値である第２の配分電圧指令値と前記第２の電源の電圧とに基づいて演算される第２の電源の初期変調率指令をそれぞれオフセットさせるオフセット処理を行うことにより、前記第１の電源の最終変調率指令と前記第２の電源の最終変調率指令とを生成する最終変調率指令生成手段と、
前記第１の電源の最終変調率指令および前記第２の電源の最終変調率指令と、第１のキャリアとの比較に基づいて、前記スイッチ手段のそれぞれの導通状態を制御する導通制御手段とを有し、
前記最終変調率指令生成手段は、前記第１の電源および前記第２の電源の各最終変調率指令が前記第１のキャリアと比較可能であって、前記第１の電源の最終変調率指令が前記第２の電源の最終変調率指令以上となるように前記オフセット処理を行うことを特徴とする請求項１または２に記載された電力変換装置。
【請求項４】
前記最終変調率指令生成手段は、電気的な損失が大きいスイッチ手段のみが導通する時間が設定されており、当該設定された時間に基づいて、前記オフセット処理を行うことを特徴とする請求項３に記載された電力変換装置。
【請求項５】
前記最終変調率指令生成手段は、前記第１の電源の最終変調率指令と、前記第２の電源の最終変調率指令とが、各初期変調率指令に関する基本波周期の１／３周期以下の時間において一致するように前記オフセット処理を行うことを特徴とする請求項４に記載された電力変換装置。
【請求項６】
前記最終変調率指令生成手段は、前記第１および第２の電源がそれぞれ力行または回生、もしくは、一方の電源が出力停止で他方の電源が力行または回生であって、前記第１の初期変調率指令の振幅が前記第２の電源の初期変調率指令の振幅より小さい場合、前記第１の電源の最終変調率指令の上部と前記第２の電源の最終変調率指令の上部とを一致させるように前記オフセット処理を行うことを特徴とする請求項５に記載された電力変換装置。
【請求項７】
前記最終変調率指令生成手段は、前記第１および第２の電源がそれぞれ力行または回生、もしくは、一方の電源が出力停止で他方の電源が力行または回生であって、前記第１の初期変調率指令の振幅が前記第２の電源の初期変調率指令の振幅より大きい場合、前記第１の電源の最終変調率指令の下部と前記第２の電源の最終変調率指令の下部とを一致させるように前記オフセット処理を行うことを特徴とする請求項５に記載された電力変換装置。
【請求項８】
前記最終変調率指令生成手段は、前記第１の電源の最終変調率指令と前記第２の電源の最終変調率指令とが一致している時間の一部において、スイッチ手段がスイッチング動作を行わないように前記オフセット処理を行うことを特徴とする請求項６または７に記載された電力変換装置。
【請求項９】
前記最終変調率指令生成手段は、一方の電源が力行で他方の電源が回生である場合、前記第１の電源の最終変調率指令の上部と、前記第２の最終変調率指令の下部とを一致させるように前記オフセット処理を行うことを特徴とする請求項４に記載された電力変換装置。
【請求項１０】
前記最終変調率指令生成手段は、前記第１の電源の電圧が前記第２の電源の電圧がより小さい場合、前記第２の電源に対応するスイッチ手段が、第１のキャリア１周期以上、かつ、各初期変調率指令に関する基本波周期の１／３周期以下の時間遮断するように前記オフセット処理を行うことを特徴とする請求項９に記載された電力変換装置。
【請求項１１】
前記最終変調率指令生成手段は、前記第１の電源の電圧が前記第２の電源の電圧以上の場合、前記第１の電源に対応するスイッチ手段が、第１のキャリア１周期以上、かつ、各初期変調率指令に関する基本波周期の１／３周期以下の時間導通するように前記オフセット処理を行うことを特徴とする請求項９に記載された電力変換装置。
【請求項１２】
前記最終変調率指令生成手段は、各スイッチ手段の温度を検知することにより、当該検出された温度によって前記電気的な損失が大きいスイッチ手段のみが導通する時間を設定することを特徴とする請求項４から１１のいずれか一項に記載された電力変換装置。
【請求項１３】
前記複数の電源は、下位側の第１の電源と、上位側の第２の電源とで構成され、
前記第１の制御手段は、
前記第１の電源に関する出力電圧指令値である第１の配分電圧指令値と前記第１の電源の電圧とに基づいて演算される第１の電源の初期変調率指令、および、前記第２の電源に関する出力電圧指令値である第２の配分電圧指令値と前記第２の電源の電圧とに基づいて演算される第２の電源の初期変調率指令をそれぞれオフセットさせるオフセット処理を行うオフセット手段と、
前記オフセット手段による前記オフセット処理が行われた各電源の変調率指令に対して制限処理を行うことにより、前記第１の電源の最終変調率指令と前記第２の電源の最終変調率指令とを生成する最終変調率指令生成手段と、
前記第１の電源の最終変調率指令および前記第２の電源の最終変調率指令と、第１のキャリアとの比較に基づいて、前記スイッチ手段のそれぞれの導通状態を制御する導通制御手段とを有し、
前記オフセット手段は、前記第１の電源に対応するスイッチ手段の導通期間中に前記第２の電源に対応するスイッチ手段が導通するように前記オフセット処理を行い、
前記制限手段は、前記第１の電源に対応するスイッチ手段の導通時間と前記第２の電源に対応するスイッチ手段の導通時間とが逆転しないように前記制限処理を行うことを特徴とする請求項１または２に記載された電力変換装置。
【請求項１４】
前記制限手段は、前記制限処理として、前記第１の電源および第２の電源の初期変調率指令に関する制限値の設定をそれぞれ行うとともに、当該設定された各制限値の範囲に応じて前記オフセット処理が行われた各変調率指令を制限する変調率制限手段を有することを特徴とする請求項１３に記載された電力変換装置。
【請求項１５】
前記変調率制限手段は、
前記オフセット処理後の前記第１の電源の変調率指令に関する制限値として、上限に第１のキャリアの最大値を設定し、下限に第１のキャリアの最小値および前記オフセット処理後の前記第２の電源の変調率指令のうち大きい方の値を設定し、
前記オフセット処理後の前記第２の電源の変調率指令に関する制限値として、上限に第１のキャリアの最大値および前記オフセット処理後の前記第１の電源の変調率指令のうち小さい方の値を設定し、下限に第１のキャリアの最小値を設定することを特徴とする請求項１４に記載された電力変換装置。
【請求項１６】
前記制限手段は、前記オフセット処理が行われた各変調率指令について、前記第１の電源および前記第２の電源のうちのどちらの変調率指令を優先するか選択する優先変調率選択手段をさらに有し、
前記優先変調率選択手段は、前記第１の配分電圧指令値および前記第２の配分電圧指令値のうち前記出力電圧指令生成手段において生成される出力電圧指令値よりも大きい値に対応する電源の変調率指令を選択することを特徴とする請求項１４に記載された電力変換装置。
【請求項１７】
前記変調率制限手段は、前記優先変調率選択手段によって選択された電源の変調率指令に関する制限値として、上限に第１のキャリアの最大値を設定し、下限に第１のキャリアの最小値を設定することを特徴とする請求項１６に記載された電力変換装置。
【請求項１８】
前記変調率制限手段は、前記優先変調率選択手段によって前記第１の電源の変調率指令が選択された場合、前記第２の電源の変調率指令に関する制限値として、上限に第１のキャリアの最大値および前記オフセット処理後の前記第１の電源の変調率指令のうち小さい方の値を設定し、前記制限値の下限として第１のキャリアの最小値を設定することを特徴とする請求項１６に記載された電力変換装置。
【請求項１９】
前記変調率制限手段は、前記優先変調率選択手段によって前記第２の電源の変調率指令が選択された場合、前記第１の電源の変調率指令に関する制限値として、上限に第１のキャリアの最大値を設定し、下限に第１のキャリアの最小値および前記オフセット処理後の前記第２の電源の変調率指令のうち大きい方の値を設定することを特徴とする請求項１６に記載された電力変換装置。
【請求項２０】
前記第１の制御手段は、
前記第１の電源と前記第２の電源とに対する出力電圧の配分を示す電圧配分指令を生成する電圧配分指令生成手段と、
負荷に対する出力電圧指令値と、前記電圧配分指令とに基づいて、前記第１の配分電圧指令値と、前記第２の配分電圧指令値とを生成する電圧配分手段とをさらに有し、
前記電圧配分指令生成手段は、
前記出力電圧指令値の振幅を演算する電圧振幅演算手段と、
前記出力電圧指令値の振幅と、各電源の電圧とに基づいて、前記第１の最終変調率指令が前記第２の最終変調率指令以上となる関係を保つことが可能な配分範囲を演算する配分範囲演算手段と、
前記第１の電源と前記第２の電源とに対する出力電圧の配分目標値として入力される目標配分割合を前記演算された配分範囲内に制限することにより、前記電圧配分指令を出力する電圧配分指令制限手段と
を有することを特徴とする請求項３または１３に記載された電力変換装置。
【請求項２１】
前記最終変調率指令生成手段は、各電源に対応するスイッチ手段のそれぞれが、第１のキャリア１周期以上、各初期変調率指令に関する基本波周期の１／３周期以下の時間においてスイッチング動作を行わないように前記オフセット処理を行うことを特徴とする請求項３または１３に記載された電力変換装置。
【請求項２２】
前記導通制御手段は、前記第１の電源に対応するスイッチ手段を導通した後に前記第２の電源に対応するスイッチ手段を導通した場合、前記第２の電源に対応するスイッチ手段の導通期間中であることを条件に前記第１の電源に対応するスイッチ手段を遮断することを特徴とする請求項３または１３に記載された電力変換装置。
【請求項２３】
前記第１の電源および前記第２の電源の一方は、発電電源で構成されており、
前記発電電源は、
交流電動機と、
前記交流電動機からの交流電力を変換して直流電力を出力する第２の電力変換手段と、
前記第２の電力変換手段を制御する第２の制御手段とを有し、
前記第２の制御手段は、前記第１の電力変換手段のスイッチングによって前記第１の電源および第２の電源の他方に流れるパルス状電流に応じて、前記第２の電力変換手段から出力されるパルス状電流により、前記第１の電源および第２の電源の他方に流れるパルス状電流を打ち消すことを特徴とする請求項３または１３に記載された電力変換装置。
【請求項２４】
前記第２の制御手段は、
前記第２の電力変換手段の初期変調率指令を生成する発電用変調率生成手段と、
前記第１の制御手段より前記第１の電源および前記第２の電源のうち前記発電電源に対応する電源の前記初期変調率指令に対するオフセット値を取得して、当該取得したオフセット値に応じて前記発電用変調率生成手段によって生成された初期変調率指令をオフセットさせる発電用オフセット手段と、
前記発電用オフセット手段によりオフセットさせられた初期変調率指令と、第２のキャリアとの比較に基づいて、前記第２の電力変換手段が備えるスイッチ手段の導通状態を制御するＰＷＭ制御手段と
を有することを特徴とする請求項２３に記載された電力変換装置。
【請求項２５】
前記発電用オフセット手段は、前記第１のキャリアの周波数と、前記第２のキャリアの周波数とが対応している場合、前記発電用変調率生成手段からの初期変調率指令を、前記第１の制御手段より取得したオフセット値と等しくオフセットさせることを特徴とする請求項２４に記載された電力変換装置。
【請求項２６】
前記オフセット手段は、前記第１のキャリアの周波数と、前記第２のキャリアの周波数とが異なる場合、前記発電用変調率生成手段からの初期変調率指令を可変的にオフセットさせることを特徴とする請求項２４に記載された電力変換装置。
【請求項２７】
前記オフセット手段は、前記第２のキャリアの周波数が、前記第１のキャリアの周波数の２倍である場合、前記発電用変調率生成手段からの初期変調率指令を、前記第１の制御手段より取得したオフセット値の半分の値でオフセットさせることを特徴とする請求項２６に記載された電力変換装置。
【請求項２８】
前記オフセット手段は、前記第１のキャリアの周波数が、前記第２のキャリアの周波数の２倍である場合、前記発電用変調率生成手段からの初期変調率指令に対するオフセットをゼロとするとともに、前記第１のキャリアの最小値と前記第２のキャリアの最小値とを同期させることを特徴とする請求項２６に記載された電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、複数の電源を利用して、効率的に負荷を駆動する技術が開示されている。例えば、特許文献１には、ＤＣ／ＤＣコンバータを介さずに、複数の電源電力を利用・配分し、全体の体積・損失を低減可能な電力変換装置が開示されている。具体的には、この電力変換装置は、直列に接続された第１および第２の電源を利用して、第１の電源の正極と第２の電源の負極とを接続して形成される極と、第１の電源の負極と、第２の電源の正極とから、負荷へ接続する極を切り替えることにより、各電源の出力電圧から電圧パルスを生成する。
【０００３】
なお、特許文献２には、複数の電源が互いに並列接続されており、制御手段に制御されることにより、電力変換手段が各電源の出力電圧から電圧パルスを生成する手法が開示されている。ここで、電圧パルスは、低電位側の電源に対応するＰＷＭパルス信号がオンしている間に、高電位側の電源に対応するＰＷＭパルスをオンしオフすることにより、生成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１２１８１２号公報
【特許文献２】特開２００７−２８２４０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に開示された手法によれば、単一電源電位や直列電源電位といったように各電位での出力を実現することができる。しかしながら、スイッチ手段の導通状態および遮断状態が長い時間継続してしまう場合があり、回路中の直流電力に脈動が生じる可能性がある。
【０００６】
また、特許文献２に開示された手法によれば、低電位および高電位という概念のもと並列接続の電源を利用・配分するものであり、直列接続された複数の電源電力を利用・配分するものではない。また、低電位および高電位という概念を、単に、直列接続に対して適用したとしても、短絡などが生じる虞がある。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、直列接続された複数の電源から負荷の駆動電圧を生成する場合に、短絡を抑制しつつ、電力配分の高速制御が可能な電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決するために、本発明は、キャリアの１周期における各スイッチ手段に対する制御として、最下位の電源から最上位の電源にかけて、下位の電源に対応するスイッチ手段の導通期間中にその上位の電源に対応するスイッチ手段を導通させる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、複数の直列電源において下位側の電源と上位側の電源との関係に着目することで、短絡の発生を抑制しつつ、電力の高速配分を実現することができる。これにより、複数の電源を同時に制御しながら負荷に電力を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態にかかる電力変換装置を含む制御システムの全体構成を模式的に示す説明図
【図２】電力変換器１０を中心としたシステム構成を模式的に示す説明図
【図３】電力変換器１０の出力端子の電位の説明図
【図４】変調率指令生成部４６の構成を示す説明図
【図５】オフセット部４６ｃの構成を示す説明図
【図６】制限部４６ｄの構成を示す説明図
【図７】導通信号生成部４７による電力変換器１０の各スイッチのオンオフ状態の説明図
【図８】導通信号生成部４７による電力変換器１０の各スイッチのオンオフ状態の説明図
【図９】第１の電源２０および第２の電源２１の最終変調率指令ｍu1_cmd，ｍu2_cmdとキャリアとの関係を示す説明図
【図１０】第２の実施形態にかかる電圧配分指令生成部４４の構成を模式的に示す説明図
【図１１】第３の実施形態にかかる電力変換装置の電力変換器１０を中心としたシステム構成を模式的に示す説明図
【図１２】第１から第３の電源２０〜２２に関する最終変調率指令を示す説明図
【図１３】第３の実施形態にかかる電力変換器１０の各スイッチのオンオフ状態の説明図
【図１４】最終変調率指令生成部４６ｂの構成を模式的に示す説明図
【図１５】第１の電源２０および第２の電源２１の最終変調率指令ｍu1_cmd，ｍu2_cmdを示す説明図
【図１６】最終変調率指令生成部４６ｂの構成を模式的に示す説明図
【図１７】キャリアと各電源２０，２１の最終変調率指令ｍu1_cmd，ｍu2_cmdとの関係を示す説明図
【図１８】第６の実施形態にかかる導通信号生成部４７による電力変換器１０の各スイッチのオンオフ状態の説明図
【図１９】第７の実施形態にかかる電力変換装置が適用された制御システムの全体構成を模式的に示す説明図
【図２０】電力変換器１０を中心としたシステム構成を模式的に示す説明図
【図２１】インバータ２４の上アームＳＷＡおよび下アームＳＷＢのオンオフ状態の説明図
【図２２】変調率指令生成部５６の構成を示すブロック図
【図２３】各相の最終変調率指令ｍug_cmd〜ｍwg_cmdと、第４の母線電流Ｉｂ４と、各相の上アームのスイッチング状態との関係を示す説明図
【図２４】最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw2_cmdに対するオフセットと、第１から第３の母線電流Ｉｂ１〜Ｉｂ３との関係について説明
【図２５】第１から第３の母線電流Ｉｂ１〜Ｉｂ３のシミュレーション結果を示す説明図
【図２６】第２の母線電流Ｉｂ２と第４の母線電流Ｉｂ４との同期を説明するための模式図
【図２７】第２の母線電流Ｉｂ２と第４の母線電流Ｉｂ４との同期を説明するための説明図
【図２８】第２の母線電流Ｉｂ２と第４の母線電流Ｉｂ４との同期を説明するための説明図
【図２９】第２の母線電流Ｉｂ２と第４の母線電流Ｉｂ４との同期を説明するための説明図
【図３０】第２の母線電流Ｉｂ２と第４の母線電流Ｉｂ４との同期を説明するための説明図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる電力変換装置を含む制御システムの全体構成を模式的に示す説明図である。本実施形態では、電気自動車の駆動用モータに適用された制御システムについて説明を行う。この制御システムは、電力変換器１０、モータ３０および制御ユニット４０を主体に構成されており、電力変換器１０および制御ユニット４０が本実施形態にかかる電力変換装置を構成している。
【００１２】
図２は、電力変換器１０を中心としたシステム構成を模式的に示す説明図である。電力変換器１０は、互いに直列接続された複数の電源（本実施形態では、第１および第２の電源２０，２１）に接続されており、制御ユニット４０に制御されることにより各電源２０，２１の出力電圧から出力電圧パルスを生成する（第１の電力変換手段）。そして、電力変換器１０は、この出力電圧パルスにより、負荷である３相交流同期モータ３０の駆動電圧を生成する。
【００１３】
ここで、第１および第２の電源２０，２１は、それぞれが独立した直流電源であり、下位の電源である第１の電源２０の正極と、その上位の電源である第２の電源２１の負極とが接続されることにより直列接続されている。個々の電源２０，２１としては、例えば、ニッケル水素電池あるいはリチウムイオン電池といったバッテリを用いることができる。第１の電源２０の負極は、負極母線１３が接続され、第２の電源２１の正極は、正極母線１４が接続されている。また、第１の電源２０の正極および第２の電源２１の負極は、共通母線１５に接続されている。この負極母線１３と共通母線１５との間には、平滑コンデンサ１１が設けられており、正極母線１４と共通母線１５との間には、平滑コンデンサ１２が設けられている。
【００１４】
電力変換器１０において、共通母線１５と、３相に対応する各出力端子との間には、双方向の導通を制御可能なスイッチ手段がそれぞれ接続されている。個々のスイッチ手段は、それぞれが一方向への導通を制御可能な一対の半導体スイッチ（例えば、ＮＰＮ型のトランジスタ等のスイッチング素子）１ａ，１ｂ〜３ａ，３ｂを、互いの導通方向が逆向きの状態で直列接続することによって構成されている。また、正極母線１４と、３相に対応する各出力端子との間には、一般的な３相インバータの上アームと同様なスイッチ手段がそれぞれ接続されている。個々のスイッチ手段は、半導体スイッチ（例えば、ＮＰＮ型のトランジスタ等のスイッチング素子）４ａ〜６ａを主体に構成されており、個々のスイッチ（トランジスタ）４ａ〜６ａは、コレクタ・エミッタ間に還流用ダイオード４ｂ〜６ｂが逆並列接続されている。さらに、負極母線１３と、３相に対応する各出力端子との間には、一般的な３相インバータの下アームと同様なスイッチ手段がそれぞれ接続されている。個々のスイッチ手段は、半導体スイッチ（例えば、ＮＰＮ型のトランジスタ等のスイッチング素子）７ａ〜９ａを主体に構成されており、個々のスイッチ（トランジスタ）７ａ〜９ａは、コレクタ・エミッタ間に還流用ダイオード７ｂ〜９ｂが逆並列接続されている。
【００１５】
これらの半導体スイッチ（以下単に「スイッチ」という）のオンオフ状態、すなわち、導通および遮断の切り替え（スイッチング動作）は、制御ユニット４０から出力される駆動信号を通じてそれぞれ制御される。個々のスイッチは、制御ユニット４０によってオンされることにより導通状態となり、オフされることにより非導通状態（遮断状態）となる。
【００１６】
図３は、電力変換器１０の各相の出力端子の電位の説明図である。電力変換器１０の各相の出力端子の電位は、第１の電源２０の電圧（以下「第１の電源電圧」という）Ｖdc1と、第２の電源２１の電圧（以下「第２の電源電圧」という）Ｖdc2とに基づいて、次のように考えることができる。以下、Ｕ相のみを例示して説明を行うが、他の相（Ｖ相、Ｗ相）に対応する出力端子の電位についても同様に考えることができる。
【００１７】
まず、同図（ａ）に示すように、共通母線１５とＵ相出力端子との間のスイッチ１ａ，１ｂをそれぞれオフする。この場合、Ｕ相出力端子の電位は、２つの電源２０，２１を直列に接続した直列電源（電源電圧「Ｖdc1＋Ｖdc2」）をベースに、スイッチ４ａ，７ａを上下アームとするインバータ回路と同様に、スイッチ４ａ，７ａのオンオフ状態を制御することによって操作することができる。
【００１８】
同図（ｂ）に示すように、正極母線１４とＵ相出力端子との間のスイッチ４ａをオフとするとともに、共通母線１５とＵ相出力端子との間の一対のスイッチ１ａ，１ｂのうち一方のスイッチ１ｂをオンとする。この場合、Ｕ相出力端子の電位は、第１の電源２０（電源電圧「Ｖdc1」）をベースに、スイッチ１ａ，７ａを上下アームとするインバータと同様に、スイッチ１ａ，７ａのオンオフ状態を制御することによって操作することができる。
【００１９】
同図（ｃ）に示すように、負極母線１３とＵ相出力端子との間のスイッチ７ａをオフとするとともに、共通母線１５とＵ相出力端子との間の一対のスイッチ１ａ，１ｂのうち他方のスイッチ１ａをオンとする。この場合、Ｕ相出力端子の電位は、第２の電源２１（電源電圧「Ｖdc2」）をベースに、スイッチ１ｂ，４ａを上下アームとするインバータと同様に、スイッチ１ｂ，４ａのオンオフ状態を制御することによって操作することができる。
【００２０】
このように電力変換器１０は、２つの電源２０，２１を同時に利用して、または、片方の電源２０，２１のみを利用してモータ３０を駆動することができる。
【００２１】
モータ３０は、例えば、中性点を中心に星形結線された複数の相巻線（本実施形態では、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線からなる３つの相巻線）を有する３相交流同期モータである。このモータ３０は、電力変換器１０内で変換された３相の交流電力が各相巻線に供給されることにより生じる磁界と、回転子の永久磁石が作る磁界との相互作用により駆動する。モータ３０のロータは、自動変速機の入力軸に連結されている。
【００２２】
再び図１を参照するに、制御ユニット４０は、電力変換器１０を制御する制御手段であり、この電力変換器１０を介して負荷であるモータ３０の出力トルクを制御する（第１の制御手段）。制御ユニット４０としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。制御ユニット４０は、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従い、電力変換器１０を制御するための演算を行う。そして、制御ユニット４０は、この演算によって算出された制御信号を電力変換器１０に対して出力する。
【００２３】
制御ユニット４０は、これを機能的に捉えた場合、トルク制御部４１と、電流制御部４２と、ｄｑ／３相変換部４３と、電圧配分指令生成部４４と、電圧配分部４５と、変調率指令生成部４６と、導通信号生成部４７と、搬送波生成部４８と、３相／ｄｑ変換部４９とを有する。
【００２４】
トルク制御部４１は、外部より与えられるトルク指令Ｔ*と、モータ回転数ωとに基づいて、モータ３０のｄ軸およびｑ軸電流指令値ｉd*，ｉq*をそれぞれ演算する。電流制御部４２は、ｄ軸およびｑ軸電流指令値ｉd*，ｉq*と、ｄ軸およびｑ軸電流値ｉｄ，ｉｑとに基づいて、指令値と実値とを一致させるためのｄ軸およびｑ軸電圧指令値ｖd*，ｖq*をそれぞれ演算する。ここで、ｄ軸およびｑ軸電流値ｉｄ，ｉｑは、モータ３０の各相の電流を電流センサによって検出した上で、３相の電流を３相／ｄｑ変換部４９が変換することにより演算される。なお、モータ３０の各相の電流の和はゼロとなるため、少なくとも２相の電流ｉｕ，ｉｖを検出することにより、モータ３０の各相の電流を特定することができる。ｄｑ／３相変換部４３は、ｄ軸およびｑ軸電圧指令値ｖd*，ｖq*を３相の出力電圧指令値ｖu*，ｖv*，ｖw*に変換する。
【００２５】
電圧配分指令生成部（電圧配分指令生成手段）４４には、外部より目標配分割合ｒto*が入力される。この目標配分割合ｒto*は、第１の電源２０の出力割合を示すパラメータである。第１の電源２０のみで電力を出力する場合、「１」が目標配分割合ｒto*として入力され、第２の電源２１のみで電力を出力する場合、「０」が目標配分割合ｒto*として入力される。また、第１の電源２０と第２の電源２１とで均等に電力を配分する場合、「０．５」が目標配分割合ｒto*として入力される。電圧配分指令生成部４４は、目標配分割合ｒto*が入力されると、この値に基づいて電圧配分指令ｒto_cmdを電圧配分部４５に出力する。電圧配分指令ｒto_cmdは、第１の電源２０と第２の電源２１とに対する出力電圧の配分を示すパラメータであり、本実施形態では、目標配分割合ｒto*に対応する値（ｒto_cmd＝ｒto*）として電圧配分指令生成部４４によって生成される。
【００２６】
電圧配分部４５は、電圧配分指令生成部４４から出力された電圧配分指令ｒto_cmdに応じて各相の出力電圧指令値ｖu*，ｖv*，ｖw*をそれぞれ配分する（電圧配分手段）。これにより、第１の電源２０に関する３相の出力電圧指令値である配分電圧指令値Ｖu1_cmd，Ｖv1_cmd，Ｖw1_cmdと、第２の電源２１に関する３相の出力電圧指令値である配分電圧指令値Ｖu2_cmd，Ｖv2_cmd，Ｖw2_cmdが演算される。
【００２７】
ここで、電圧配分部４５が演算する配分電圧指令値Ｖu1_cmd〜Ｖw2_cmdの演算概念について説明する。モータトルクをトルク指令値Ｔ*通りに制御しつつ、第１の電源２０から供給される電力Ｐ１と、第２の電源２１から供給される電力Ｐ２の割合を変更するには、数式１に示す電圧条件および数式２に示す電力条件の双方の条件を満たせばよい。
【数１】
2010206973.tif 000003
【数２】
2010206973.tif 000004
【００２８】
数式１，２および電圧配分指令ｒto_cmdを用いることにより、配分電圧指令値Ｖu1_cmd〜Ｖw2_cmdは下式の関係によって規定される。電圧配分部４５は、下式に示すように、３相の出力電圧指令値ｖu*，ｖv*，ｖw*と、電圧配分指令ｒto_cmdとに基づいて、配分電圧指令値Ｖu1_cmd〜Ｖw2_cmdをそれぞれ演算する。
【数３】
2010206973.tif 000005
【００２９】
図４は、変調率指令生成部４６の構成を示す説明図である。変調率指令生成部４６は、第１および第２の電源電圧Ｖdc1，Ｖdc2を参照し、配分電圧指令値Ｖu1_cmd〜Ｖw2_cmdから、最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw2_cmdを生成する。この最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw2_cmdは、出力電圧パルスを生成するために、搬送波生成部４８により生成されるキャリア（第１のキャリア）と比較される変調率の指令値である。変調率指令生成部４６は、初期変調率指令生成部４６ａと、最終変調率指令生成部４６ｂとを備えている。
【００３０】
初期変調率指令生成部４６ａは、配分電圧指令値Ｖu1_cmd〜Ｖw2_cmdを電源電圧Ｖdc1，Ｖdc2で規格化することにより、初期変調率指令ｍu1〜ｍw2を演算する（初期変調率指令生成手段）。具体的には、第１の電源２０に関する配分電圧指令値Ｖu1_cmd〜Ｖw1_cmdのそれぞれが第１の電源電圧Ｖdc1で規格化される、すなわち、配分電圧指令値Ｖu1_cmd〜Ｖw1_cmdのそれぞれが第１の電源電圧Ｖdc1によって除算される。これにより、第１の電源２０に関する各相の初期変調率指令ｍu1〜ｍw1がそれぞれ演算される。また、第２の電源２１に関する配分電圧指令値Ｖu2_cmd〜Ｖw2_cmdのそれぞれが第２の電源電圧Ｖdc2で規格化される、すなわち、配分電圧指令値Ｖu2_cmd〜Ｖw2_cmdのそれぞれが第２の電源電圧Ｖdc2によって除算される。これにより、第２の電源２１に関する各相の初期変調率指令ｍu2〜ｍw2がそれぞれ演算される。
【００３１】
最終変調率指令生成部４６ｂは、初期変調率指令ｍu1〜ｍw2に基づいて、最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw2_cmdを生成する。この最終変調率指令生成部４６ｂは、オフセット部４６ｃと、制限部４６ｄとを備えている。
【００３２】
図５は、オフセット部４６ｃの構成を示す説明図である。オフセット部４６ｃは、各電源２０，２１に関する初期変調率指令ｍu1〜ｍw2をそれぞれオフセットさせるオフセット処理を行う（オフセット手段）。具体的には、オフセット部４６ｃは、第１の電源２０に関する変調率指令が第２の電源２１に関する変調率指令以上となるようにオフセット処理を行う。このオフセット処理により、第１の電源２０の正極から負荷へと接続するスイッチ１ａ〜３ａの導通期間中に、第２の電源２１の正極から負荷へと接続するスイッチ４ａ〜６ａが導通するように、最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw2_cmdが規定される。
【００３３】
このオフセット部４６ｃは、変調率振幅演算部４６ｅと、オフセット値生成部４６ｆと、オフセット処理部４６ｇとを有している。
【００３４】
変調率振幅演算部４６ｅは、オフセット処理に必要なオフセット値を求める前提として、初期変調率指令ｍu1〜ｍw2の振幅を演算する。具体的には、変調率振幅演算部４６ｅは、ｄ軸およびｑ軸電圧指令値ｖd*，ｖq*に基づいて、出力電圧指令値ｖu*，ｖv*，ｖw*の振幅、例えば、Ｕ相出力電圧指令値ｖu*の振幅ｖu*_pkを演算する（数式４（１）参照）。つぎに、演算された振幅ｖu*_pkと、電圧配分指令ｒto_cmdとを用いて、第１の電源２０に関する配分電圧指令値Ｖu1_cmd〜Ｖw1_cmdの振幅、例えば、Ｕ相配分電圧指令値Ｖu1_cmdの振幅ｖu1_cmd_pk、および、第２の電源２１に関する配分電圧指令値Ｖu2_cmd〜Ｖw2_cmdの振幅、例えば、Ｕ相配分電圧指令値Ｖu2_cmdの振幅ｖu2_cmd_pkが演算される（数式４（２），（３）参照）。そして、演算された各振幅ｖu1_cmd_pk，ｖu2_cmd_pkは、対応する電源電圧Ｖdc1，Ｖdc2で規格化される（数式４（４），（５）参照）。これにより、第１の電源２０に関する初期変調率指令ｍu1〜ｍw1の振幅（以下「第１の変調率振幅」という）ｍu1_pkと、第２の電源２１に関する初期変調率指令ｍu2〜ｍw2の振幅（以下「第２の変調率振幅」という）ｍu2_pkとが演算される。
【数４】
2010206973.tif 000006
【００３５】
オフセット値生成部４６ｆは、変調率指令がキャリアと比較できるように、また、第１の電源２０に関する変調率指令が第２の電源２１に関する変調率指令以上となるように、各電源２０毎に、初期変調率指令ｍu1〜ｍw1，ｍu2〜ｍw2に対するオフセット値ｍ１_off，ｍ２_offを演算する。ここで、第１のオフセット値ｍ１_offは、第１の初期変調率指令ｍu1〜ｍw1に対するオフセット値であり、第２のオフセット値ｍ２_offは、第２の初期変調率指令ｍu2〜ｍw2に対するオフセット値である。
【００３６】
オフセット処理では、基本的に、第１の電源２０に関する変調率指令は、キャリア上部（キャリア振幅の上限（最大値））よりも下側に位置するようにオフセットが行われ、第２の電源２１に関する変調率指令は、キャリア下部（キャリア振幅の下限（最小値））よりも上側に位置するようにオフセットが行われる。具体的には、第１および第２のオフセット値ｍ１_off，ｍ２_offは、下式に基づいて演算される。第１および第２の変調率振幅ｍu1_pk，ｍu2_pkを参照することにより、変調率指令がすべての時間においてキャリアと比較できるようなオフセット値ｍ１_off，ｍ２_offが演算される。
【数５】
2010206973.tif 000007
【００３７】
オフセット処理部４６ｇは、オフセット値ｍ１_off，ｍ２_offに基づいて、初期変調率指令ｍu2〜ｍw2にオフセット処理を施すことにより、オフセット変調率指令ｍu1_off〜ｍw2_offを演算する。具体的には、オフセット処理部４６ｇは、第１の電源２０に関する各初期変調率指令ｍu1〜ｍw1に第１のオフセット値ｍ１_offをそれぞれ加算することにより、第１の電源２０に関する各相のオフセット変調率指令ｍu1_off〜ｍw1_offをそれぞれ演算する。また、オフセット処理部４６ｇは、第２の電源２１に関する各初期変調率指令ｍu2〜ｍw2に第２のオフセット値ｍ２_offをそれぞれ加算することにより、第２の電源２１に関する各相のオフセット変調率指令ｍu2_off〜ｍw2_offをそれぞれ演算する。
【００３８】
図６は、制限部４６ｄの構成を示す説明図である。制限部４６ｄは、オフセット処理が行われた各電源２０，２１の変調率指令、すなわち、オフセット変調率指令ｍu2_off〜ｍw2_offに対して制限処理を行うことにより、各電源２０，２１の最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw2_cmdを生成する（制限手段）。この制限部４６ｄは、制限処理により、第１の電源２０の正極から負荷へと接続するスイッチ１ａ〜３ａの導通時間と、第２の電源２１の正極から負荷へと接続するスイッチ４ａ〜６ａの導通時間とが大小関係において逆転しないように制限をかける機能を担っている。具体的には、制限部４６ｄは、変調率指令がキャリアの最大値（具体的には「１」）および最小値（具体的には「０」）の範囲から外れないように制限を行い、さらには、第１の電源２０に関する変調率が第２の電源に関する変調率未満とならないように制限を行う。
【００３９】
制限部４６ｄは、優先変調率選択部４６ｈと、変調率制限部４６ｉとを備えている。
【００４０】
優先変調率選択部４６ｈは、第１および第２の電源２０，２１のうち、どちらの電源２０，２１の変調率指令を優先させるかを選択する。この選択は、第１の電源２０に関する変調率指令を第２の電源２１に関する変調率指令以上とする制限を行う際、優先させる変調率指令を基準として、もう一方の変調率指令にかけるために行われる。具体的には、電圧配分指令ｒto_cmdが１よりも大きい場合には（ｒto_cmd＞１）、第１の電源２０に関する変調率指令が優先変調率として選択される。電圧配分指令ｒto_cmdが０よりも小さい場合には（ｒto_cmd＜０）、第２の電源２１に関する変調率指令が優先変調率として選択される。一方、電圧配分指令ｒto_cmdが０以上かつ１以下の場合には（０≦ｒto_cmd≦１）、第１および第２の電源２０に関する変調率指令のいずれも優先変調率として選択されない。このような選択を行うことにより、配分電圧指令値Ｖu1_cmd〜Ｖw2_cmdが、電圧配分される前の出力電圧指令値ｖu*，ｖv*，ｖw*よりも大きい値となる電源２０,２１の変調率指令を選択することができる。
【００４１】
変調率制限部４６ｉは、優先変調率選択部４６ｈの選択結果に基づいて、初期変調率指令ｍu1〜ｍw2に対する上限および下限を設定し、当該設定された制限によりオフセット変調率指令ｍu1_off〜ｍw2_offに対する制限を行う。以下、優先選択された変調率指令と、その制限（上限および下限）との関係を説明する。
【００４２】
第１のケースとして、優先変調率に第１の電源２０に関する変調率指令が選択されている場合を説明する。この場合、第１の電源２０に関する各相の変調率指令の制限として、上限に「１（キャリアの最大値）」が設定され、下限に「０（キャリアの最小値）」が設定される。また、第２の電源２１に関する各相の変調率指令の制限として、上限に「１」および「第１の電源２０のオフセット変調率指令ｍu1_off〜ｍw1_off」のうち小さい方の値が設定され、下限には「０」が設定される。
【００４３】
第２のケースとして、優先変調率に第２の電源２０に関する変調率指令が選択されている場合を説明する。この場合、第１の電源２０に関する各相の変調率指令の制限として、上限に「１」が設定され、下限に「０」および「第２の電源２１のオフセット変調率指令ｍu2_off〜ｍw2_off」のうち大きい方の値が設定される。また、第２の電源２１に関する各相の変調率指令の制限として、上限に「１」が設定され、下限に「０」が設定される。
【００４４】
第３のケースとして、優先変調率として何も選択されてない場合を説明する。この場合、第１の電源２０に関する各相の変調率指令の制限として、上限には「１」が設定され、下限に「０」および「第２の電源２１のオフセット変調率指令ｍu2_off〜ｍw2_off」のうち大きい方の値が設定される。また、第２の電源２１に関する各相の変調率指令の制限として、上限に「１」および「第１の電源２０のオフセット変調率指令ｍu1_off〜ｍw1_off」のうち小さい方の値が設定され、下限値に「０」が設定される。
【００４５】
変調率制限部４６ｉは、上記のように設定される上限および下限をリミッタとして、オフセット変調率指令ｍu1_off〜ｍw2_offを入力することにより、最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw2_cmdを生成する。具体的には、第１の電源２０に関する各相の最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw1_cmdと、第２の電源２１に関する各相の最終変調率指令ｍu2_cmd〜ｍw2_cmdとが生成される。
【００４６】
再び図１を参照するに、導通信号生成部４７は、最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw2_cmdと、搬送波生成部４８において生成されたキャリアとに基づいて、電力変換器１０の各スイッチのオンオフ状態を設定する導通信号を生成する。そして、導通信号生成部４７は、生成された導通信号を通じて電力変換器１０の各スイッチのオンオフ状態を制御する（導通制御手段）。本実施形態において、搬送波生成部４８は、下限を「０」、上限を「１」として周期的に変動するキャリアを生成する。なお、キャリアには、三角波を用いることができるが、三角波ではなく鋸波を用いてもよい。
【００４７】
図７は、導通信号生成部４７による電力変換器１０の各スイッチのオンオフ状態の説明図である。導通信号生成部４７は、最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw2_cmdとキャリアとの比較の結果、導通信号を生成し、この導通信号を通じて各スイッチのオンオフ状態を制御する。以下、Ｕ相のみについて説明を行うが、他の相についても同様である。この図７において、各スイッチ１ａ，１ｂ，４ａ，７ａに関する導通信号がHighレベルのときに、各スイッチ１ａ，１ｂ，４ａ，７ａがオンとなる。また、Ｖunは、Ｕ相の出力電圧、すなわち、電力変換器１０のＵ相の出力と、平滑コンデンサ１１の負極との間の電圧を示す。
【００４８】
まず、第１の電源２０のみで構成するインバータ回路（図３（ｂ）参照）を、キャリアと、第１の電源２０の最終変調率指令ｍu1_cmdとの比較で回路を駆動する場合を考える。導通信号生成部４７は、最終変調率指令ｍu1_cmdがキャリアよりも小さい場合（ｍu1_cmd＜キャリア）、スイッチ１ａをオフに制御し、スイッチ７ａをオンに制御する。これに対して、最終変調率指令ｍu1_cmdがキャリアよりも大きい場合（ｍu1_cmd＞キャリア）、スイッチ１ａがオンに制御され、スイッチ７ａがオフに制御される。
【００４９】
次に、第２の電源２１のみで構成するインバータ回路（図３（ｃ）参照）を、キャリアと、第２の電源２１の最終変調率指令ｍu2_cmdとの比較で回路を駆動する場合を考える。導通信号生成部４７は、最終変調率指令ｍu2_cmdがキャリアよりも小さい場合（ｍu2_cmd＜キャリア）、スイッチ１ｂをオンに制御し、スイッチ４ａをオフに制御する。これに対して、最終変調率指令ｍu2_cmdがキャリアよりも大きい場合（ｍu2_cmd＞キャリア）、スイッチ１ｂがオフに制御され、スイッチ４ａがオンに制御される。
【００５０】
図７から分かるように、本実施形態では、Ｕ相用のスイッチ１ａ，１ｂ，４ａ，７ａの操作により、ＰＷＭ１周期、すなわち、キャリア１周期において、以下に示す（１）から（４）の状態が順次設定される。
【００５１】
（１）全電源２０，２１のオフ
スイッチ１ａ：オフ，スイッチ７ａ：オン，スイッチ１ｂ：オン，スイッチ４ａ：オフ
（２）下位の第１の電源２０のみオン
スイッチ１ａ：オン，スイッチ７ａ：オフ，スイッチ１ｂ：オン，スイッチ４ａ：オフ
（３）第１の電源２０のオン期間中にその上位の第２の電源２１のオン
スイッチ１ａ：オン，スイッチ７ａ：オフ，スイッチ１ｂ：オフ，スイッチ４ａ：オン
（４）下位の第１の電源２０のみオン（上位の第２の電源２１のオフ）
スイッチ１ａ：オン，スイッチ７ａ：オフ，スイッチ１ｂ：オン，スイッチ４ａ：オフ
一連のスイッチ操作から分かるように、キャリアの１周期における各電源２０，２１からモータ３０へと接続する各スイッチに対する制御は、つぎのように示すことができる。具体的には、第１の電源２０から第２の電源２１にかけて、第１の電源２０からモータ３０へ接続するスイッチ１ａの導通期間中に、第２の電源２１からモータ３０へ接続するスイッチ４ａが導通される。このスイッチ制御により、キャリアの１周期における出力電圧パルスは、最下位の第１の電源２０の負極電圧（「０」）と、第１の電源２０の正極電圧（「Ｖdc1」）と、第１の電源２０の正極電圧出力期間中に第２の電源２１が出力する正極電圧（「Ｖdc1＋Ｖdc2」）とで構成され、凸状の波形となる。
【００５２】
このように本実施形態において、電力変換器１０において、キャリアの１周期における各スイッチに対する制御として、最下位の電源（第１の電源２０）から最上位の電源（第２の電源２１）にかけて、下位の電源（第１の電源２０）に対応するスイッチ（スイッチ１ａ）の導通期間中に、その上位の電源（第２の電源２１）に対応するスイッチ（スイッチ４ａ）が導通される。この電力変換器１０の制御により、キャリアの１周期における出力電圧パルスは、第１の電源２０の負極電圧（「０」）と、最下位の電源（第１の電源２０）から最上位の電源（第２の電源２１）にかけて、自己よりも下位の電源の正極電圧出力期間中に各電源が出力する正極電圧（「Ｖdc1」および「Ｖdc1＋Ｖdc2」）とで構成される。かかる構成によれば、直列電源を下位から上位に従って制御することで、短絡の発生を抑制しつつ、電力の高速配分が実現することができる。これにより、両方の電源２０，２１を同時に制御しながらモータ３０に電力を供給することができる。
【００５３】
図８は、導通信号生成部４７による電力変換器１０の各スイッチのオンオフ状態の説明図である。上述したように、上位の電源に対応するスイッチは、その下位の電源に対応するスイッチの導通期間中に導通するものである。図７に示す例では、最下位から最上位にかけて各電源に対応するスイッチの導通期間は、順次短くなっている。ところで、図８に示すように、第１の電源２０の最終変調率指令ｍu1_cmdと、第２の電源２１の最終変調率指令ｍu1_cmdとが一致しているケースでは、下位の電源に対応するスイッチ（スイッチ１ａ）の導通期間の始まりと同期して、その上位の電源に対応するスイッチ（スイッチ４ａ）が導通する。また、下位の電源に対応するスイッチ（スイッチ１ａ）の導通期間の終わりと同期して、その上位の電源に対応するスイッチ（スイッチ４ａ）が遮断する。この場合、キャリア１周期において、最下位から最上位にかけて各電源に対応するスイッチの導通期間は同じとなる。キャリアの１周期における出力電圧パルスは、最下位の電源（第１の電源２０）の負極電圧（「０」）と、最上位の電源（第２の電源２１）がそれよりも下位の電源（第１の電源２１）の正極電圧出力期間中に出力する正極電圧（「Ｖdc1＋Ｖdc2」）とで構成され、単純な矩形波となる。このように、本明細書では、「スイッチの導通期間中」、「下位の電源の正極電圧出力期間中」とは、期間の始点から終点までの全範囲を含むこととする。
【００５４】
図９は、電圧配分指令ｒto_cmdと、第１の電源２０の最終変調率指令ｍu1_cmd、第２の電源２１の最終変調率指令ｍu2_cmdおよびキャリアとの関係を示す説明図である。同図（ａ），（ｃ）は、電圧配分指令ｒto_cmdが「０」よりも大きく「１」よりも小さいケースを示している。このケースでは、２つの電源２０，２１で、モータ３０の電力を分担している状態となる。同図（ｂ）は、電圧配分指令ｒto_cmdが「０」よりも小さいケース、または、電圧配分指令ｒto_cmdが「１」よりも大きいケースを示している。前者のケースでは、第２の電源２１がモータ３０の電力以上に出力し、第１の電源２０が充電している状態となる。また、後者のケースでは、第１の電源２０がモータ３０の電力以上に出力し、第２の電源２１が充電している状態となる。
【００５５】
同図（ｄ）は、電圧配分指令ｒto_cmdが「１」となるケースを示しており、このケースは、第１の電源２０のみでモータ３０の電力を出力している状態となる。また、同図（ｅ）は、電圧配分指令ｒto_cmdが「０」となるケースを示しており、このケースは、第２の電源２１のみでモータ３０の電力を出力している状態となる。
【００５６】
また、本実施形態において、最終変調率指令値ｍu1_cmd〜ｍw2_cmdは、初期変調率指令ｍu1〜ｍw2に対してオフセット処理を行い、その後に制限処理を行うことにより算出される。オフセット処理では、第１の電源２０の最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw1_cmdは、第２の電源２０の最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw1_cmd以上となるように両者が相対的にオフセットされる。これにより、第１の電源２０に対応するスイッチ１ａの導通時間が、第２の電源２１に対応するスイッチ４ａの導通時間以上に設定される。そのため、スイッチングパターンの異常を抑制し、安定して両方の電源２０，２１を同時に制御しながら、モータ３０に電力を供給することができる。また、電圧配分指令ｒto_cmdにより出力電圧指令値ｖu*，ｖv*，ｖw*を配分し、その上で初期変調率指令ｍu1〜ｍw2を生成する。そのため、各電源２０，２１の出力電力を任意の値で制御可能となり、さらに電圧配分指令ｒto_cmdにより電源２０，２１の間での電力の移動も可能となる。
【００５７】
また、本実施形態において、制限処理として、各電源２０，２１の初期変調率指令ｍu1〜ｍw2に関する制限値（上限および下限）が設定され、この制限値の範囲にオフセット変調率指令ｍu1_off〜ｍw2_offが制限される。かかる構成によれば、制限値を設定することが可能であるため、運転状態に合わせた制限処理を行うことができる。これにより、モータ３０の負荷が急変するような場合であっても、不必要な制限がかけられるといった事態を抑制することができる。その結果、モータ駆動の制御性の向上を図ることができる。
【００５８】
また、本実施形態において、変調率制限部４６ｉは、オフセット変調率指令ｍu1_off〜ｍw2_offに関する制限値として、キャリアの最大値または最小値の他に、他方の電源に関するオフセット変調率指令ｍu1_off〜ｍw2_offが適用される。かかる構成によれば、第１または第２の電源２０，２１に関するオフセット変調率指令ｍu1_off〜ｍw2_offが、互いの値を制限値とするため、導通時間が逆転しない変調率指令値の範囲を最大とすることができる。そのため、モータ３０への出力範囲を最大限広くする、もしくは電圧配分割合の設定範囲を最大限広くすることができる。
【００５９】
また、本実施形態において、制限部４６ｄは、各電源２０，２１に関する変調率指令について、どちらの変調率指令を優先とするか選択する優先変調率選択部４６ｈを有している。優先とする変調率指令を選択することで、互いの変調率が交わっている際、優先とする変調率指令に応じて他方の変調率指令を制限することができる。これにより、変調率指令の出力されない空間ができるといった事態を抑制することができるので、モータ３０への出力電力を大きく保つことができる。
【００６０】
また、優先変調率選択部４６ｈは、配分電圧指令値Ｖu1_cmd〜Ｖw2_cmdが出力電圧指令値ｖu*，ｖv*，ｖw*よりも大きい電源に対応する変調率指令を選択する。そのため、モータ３０を主に駆動している一方の電源２０，２１に対応する変調率指令が選択されることになる。これにより、モータ３０への出力電力は安定して確保されるため、モータ３０の出力変動を抑制することができる。
【００６１】
また、本実施形態において、変調率制限部４６ｉは、優先変調率選択部４６ｈによって優先として選択された電源の変調率指令に関する制限値として、キャリアの最大値および最小値を設定する。かかる構成によれば、優先として選択された変調率指令は、最大振幅を取ることが可能となり、電源からの最大出力の電力をモータ３０に与えることができる。
【００６２】
また、変調率制限部４６ｉは、第１の電源２０に対応する変調率指令が優先として選択された場合、第２の電源２１の変調率指令に関する制限値として、上限にキャリアの最大値および第１の電源２０のオフセット変調率指令ｍu1_off〜ｍw1_offのうち小さい方の値を設定し、制限値の下限としてキャリアの最小値を設定する。かかる構成によれば、優先として選択された変調率指令が使用していない部分を最大限利用することが可能となる。そのため、モータ３０への出力範囲、もしくは電圧配分割合の設定範囲を最大とすることができる。
【００６３】
また、変調率制限部４６ｉは、第２の電源２１に対応する変調率指令が優先として選択された場合、第１の電源２０の変調率指令に関する制限値として、上限にキャリアの最大値を設定し、下限にキャリアの最小値および第２の電源２１のオフセット変調率指令ｍu2_off〜ｍw2_offのうち大きい方の値を設定する。かかる構成によれば、優先として選択された変調率指令が使用していない部分を最大限利用することが可能となる。そのため、モータ３０への出力範囲、もしくは電圧配分割合の設定範囲を最大とすることができる。
【００６４】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態にかかる制御システムについて説明する。第２の実施形態にかかる制御システムが、第１の実施形態のそれと相違する点は、制御ユニット４０における電圧配分指令生成部４４の構成である。第１の実施形態と共通する構成については重複する説明は省略することとし、以下、相違点を中心に説明を行う。
【００６５】
図１０は、第２の実施形態にかかる電圧配分指令生成部４４の構成を模式的に示す説明図である。電圧配分指令生成部４４は、外部から入力される目標配分割合ｒto*に基づいて、電圧配分部４５に電圧配分指令ｒto_cmdを出力する機能を担っており、本実施形態では、電圧振幅演算部４４ａと、配分範囲演算部４４ｂと、電圧配分指令制限部４４ｃとを備えている。
【００６６】
電圧振幅演算部４４ａは、ｄ軸およびｑ軸電圧指令値Ｖd*，Ｖq*から、モータ３０を駆動するための出力電圧指令値ｖu*，ｖv*，ｖw*の電圧振幅Ｖpkを演算する。電圧振幅Ｖpkは、下式に基づいて演算され、その演算結果は配分範囲演算部４４ｂに出力される。
【数６】
2010206973.tif 000008
【００６７】
配分範囲演算部４４ｂは、電圧振幅Ｖpkと、第１および第２の電源電圧Ｖdc1，Ｖdc2とに基づいて、電圧配分指令上限ｒto_uppおよび電圧配分指令下限ｒto_lowを演算する。具体的には、配分範囲演算部４４ｂは、各電源２０，２１に関する変調率指令が「１」を超えないような上限下限範囲を演算する。また、配分範囲演算部４４ｂは、第１および第２の電源２０，２１のうち一方の電源がモータ３０の電力以上に電力を出力して他方の電源が余剰分の電力を充電する場合において、第１の電源２０に関する変調率指令が第２の電源２１に関する変調率指令未満とならない上限下限範囲を演算する。そして、これら演算された上限下限範囲に基づいて電圧配分指令上限ｒto_uppおよび電圧配分指令下限ｒto_lowが演算される。
【００６８】
第１に、各電源２０，２１に関する変調率指令が「１」となってしまう範囲の演算方法を説明する。まず、第１の電源電圧Ｖdc1で変調率指令が「１」となってしまう場合の電圧配分指令の上限範囲ｒto_upp1は、下式により演算される。この上限範囲ｒto_upp1は、第１の電源２０で電圧振幅Ｖpkの何倍まで出力できるかを演算することとなる。
【数７】
2010206973.tif 000009
【００６９】
つぎに、第２の電源２１の電源電圧Ｖdc2で変調率が「１」となってしまう場合の電圧配分指令の下限範囲ｒto_low1は、下式により演算される。この下限範囲ｒto_low1は、第２の電源２１のみの場合に変調率指令が１までの間で電圧振幅Ｖpkの何倍まで出力するかを演算し、この演算値を「１」から減算する。
【数８】
2010206973.tif 000010
【００７０】
第２に、一方の電源がモータ３０の電力以上に電力を出力して他方の電源が余剰分の電力を充電する場合において、第１の電源２０に関する変調率指令が第２の電源２１に関する変調率指令未満とならない範囲の演算方法を説明する。ここで、各変調率指令の振幅の和が「０．５」を超えないように、その範囲を設定する。
【００７１】
まず、第１の電源２０がモータ３０の電力以上に多く電力を出力する場合、電圧配分指令の上限範囲ｒto_upp2は、下式（１）に示す関係を満たす。この（１）式より、電圧配分指令の上限範囲ｒto_upp2は下式（２）で演算される。
【数９】
2010206973.tif 000011
【００７２】
つぎに、第１の電源２０が余剰分の電力を充電する場合、電圧配分指令の下限範囲ｒto_low2は、下式（１）に示す関係を満たす。この（１）式より、電圧配分指令の下限範囲ｒto_low2は下式（２）で演算される。
【数１０】
2010206973.tif 000012
【００７３】
配分範囲演算部４４ｂは、電圧配分指令上限ｒto_uppとして、上述した演算より得られる電圧配分指令の上限範囲ｒto_upp1，ｒto_upp2のうちの最小値を設定する。また、配分範囲演算部４４ｂは、電圧配分指令下限ｒto_lowとして、上述した演算より得られる電圧配分指令の上限範囲ｒto_low1，ｒto_low2のうちの最大値を設定する。
【００７４】
電圧配分指令制限部４４ｃは、外部から目標配分割合ｒto*と、配分範囲演算部４４ｂから電圧配分指令下限ｒto_lowおよび電圧配分指令上限ｒto_uppが入力される。電圧配分指令制限部４４ｃは、目標配分割合ｒto*と、電圧配分指令下限ｒto_lowおよび電圧配分指令上限ｒto_uppの範囲とを比較する。目標配分割合ｒto*がこの上下限範囲から外れる場合、電圧配分指令制限部４４ｃは、当該上下限範囲を限度として目標配分割合ｒto*を制限し、制限した値を電圧配分指令ｒto_cmdとして出力する。なお、目標配分割合ｒto*が上下限範囲内である場合、電圧配分指令制限部４４ｃは、目標配分割合ｒto*を電圧配分指令ｒto_cmdとして出力する。
【００７５】
このように本実施形態において、電圧配分指令生成部４４は、第１の電源２０の最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw1_cmdが第２の電源２１の最終変調率指令ｍu2_cmd〜ｍw2_cmd以上となる関係を保つことが可能な配分範囲を演算し（配分範囲演算部４４ｂ）、目標配分割合ｒto*を演算された配分範囲に制限して電圧配分指令ｒto_cmdを出力する（電圧配分指令制限部４４ｃ）。かかる構成によれば、変調率制限部４６ｉにおいて制限を受けにくくなり、変調率波形に高調波成分が重畳されにくくなる。その結果、トルク変動などが起きにくくなり、モータ３０での損失を増加することなくモータ３０を安定して駆動することができる。
【００７６】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態にかかる制御システムについて説明する。第３の実施形態にかかる制御システムが、第１の実施形態のそれと相違する点は、電力変換器１０の構成と、この構成の相違にともなう制御ユニット４０の制御手法とである。第１の実施形態と共通する構成については重複する説明は省略することとし、以下、相違点を中心に説明を行う。
【００７７】
図１１は、第３の実施形態にかかる電力変換装置の電力変換器１０を中心としたシステム構成を模式的に示す説明図である。電力変換器１０は、互いに直列接続された第１から第３の電源２０〜２２に接続されており、制御ユニット４０に制御されることにより各電源２０〜２２の出力電圧から出力電圧パルスを生成する。そして、電力変換器１０は、この出力電圧パルスにより、負荷であるモータ３０の駆動電圧を生成する。
【００７８】
ここで、第１から第３の電源２０〜２２は、それぞれが独立した直流電源である。各電源２０〜２２は、下位の電源（例えば、第１の電源２０）の正極と、その上位の電源（例えば、第２の電源２１）の負極とが接続されることにより、最下位から最上位の電源２０〜２２が互いに直列接続されている。個々の電源２０〜２２としては、例えば、ニッケル水素電池あるいはリチウムイオン電池といったバッテリを用いることができる。最上位に位置する第３の電源２２の正極は、正極母線７６が接続され、最下位に位置する第１の電源２０の負極は、負極母線７７が接続される。また、第１の電源２０の正極と、その上位に位置する第２の電源２１の負極とは、第１の共通母線７８が接続され、第３の電源２０の負極と、その下位に位置する第２の電源２１の正極とは、第２の共通母線７９が接続される。この負極母線７７と第１の共通母線７８との間、第１の共通母線７８と第２の共通母線７９との間、第２の共通母線７９と正極母線７６との間には、平滑コンデンサ７３〜７５がそれぞれ設けられている。
【００７９】
電力変換器１０において、第１の共通母線７８と、３相に対応する各出力端子との間には、双方向の導通を制御可能なスイッチ手段がそれぞれ接続されている。個々のスイッチ手段は、一対の半導体スイッチ（例えば、ＮＰＮ型のトランジスタ等のスイッチング素子）６１ａ，６１ｂ〜６３ａ，６３ｂを互いに逆並列接続することにより構成されている。第２の共通母線７９と、３相に対応する各出力端子との間には、双方向の導通を制御可能なスイッチ手段がそれぞれ接続されている。個々のスイッチ手段は、一対の半導体スイッチ（例えば、ＮＰＮ型のトランジスタ等のスイッチング素子）６４ａ，６４ｂ〜６６ａ，６６ｂを互いに逆並列接続することにより構成されている。
【００８０】
また、正極母線７６と、３相に対応する各出力端子との間には、一般的に知られている３相インバータの上アームと同様に、スイッチ手段がそれぞれ接続されている。個々のスイッチ手段は、半導体スイッチ（例えば、ＮＰＮ型のトランジスタ等のスイッチング素子）６７ａ〜６９ａを主体に構成されており、個々のスイッチ（トランジスタ）６７ａ〜６９ａは、コレクタ・エミッタ間に還流用ダイオード６７ｂ〜６９ｂがそれぞれ逆並列接続されている。負極母線７７と、３相に対応する各出力端子との間には、一般的に知られている３相インバータの下アームと同様に、各相に対応したスイッチ手段がそれぞれ接続されている。個々のスイッチ手段は、半導体スイッチ（例えば、ＮＰＮ型のトランジスタ等のスイッチング素子）７０ａ〜７２ａを主体に構成されており、個々のスイッチ（トランジスタ）７０ａ〜７２ａは、コレクタ・エミッタ間に還流用ダイオード７０ｂ〜７２ｂがそれぞれ逆並列接続されている。これらの半導体スイッチ（以下単に「スイッチ」という）のオンオフ状態は、制御ユニット４０から出力される駆動信号を通じて制御される。
【００８１】
図１２は、第１から第３の電源２０〜２２に関する最終変調率指令を示す説明図である。制御ユニット４０は、第１の実施形態と同様の制御概念にしたがい、３相の出力電圧指令値ｖu*，ｖv*，ｖw*と、第１から第３の電源２０〜２２の出力割合を示す目標配分割合ｒto*とに基づいて、第１から第３の電源２０〜２２に関する各相の最終変調率指令をそれぞれ演算する。以下、Ｕ相のみについて説明を行うが、他の相についても同様である。同図に示すように、第１から第３の電源２０〜２２が３個直列接続されている場合、最下位の第１の電源２０の最終変調率指令ｍu1_cmd、その上位の第２の電源２１の最終変調率指令ｍu2_cmd、および最上位の第３の電源２２の最終変調率指令ｍu3_cmdは、この順番で、キャリアの上部から下部にかけて順次配置された格好となる。それぞれの最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍu3_cmdが交差しない範囲で、電力配分や電源２０〜２２間の電力の移動が可能となる。
【００８２】
図１３は、第３の実施形態にかかる電力変換器１０の各スイッチのオンオフ状態の説明図である。制御ユニット４０は、各電源２０〜２２に関する最終変調率指令とキャリアとを比較して導通信号を生成し、この導通信号を通じて電力変換器１０の各スイッチのオンオフ状態を設定する導通信号を生成する。以下、Ｕ相のみについて説明を行うが、他の相についても同様である。
【００８３】
まず、第１の電源２０のみで構成するインバータ回路を、キャリアと、第１の電源２０の最終変調率指令ｍu1_cmdとの比較で駆動する場合を考える。制御ユニット４０は、最終変調率指令ｍu1_cmdがキャリアよりも小さい場合（ｍu1_cmd＜キャリア）、スイッチ６１ａをオフに制御し、スイッチ７０ａをオンに制御する。これに対して、最終変調率指令ｍu1_cmdがキャリアよりも大きい場合（ｍu1_cmd＞キャリア）、スイッチ６１ａがオンに制御され、スイッチ７０ａがオフに制御される。
【００８４】
つぎに、第２の電源２１のみで構成するインバータ回路を、キャリアと、第２の電源２１の最終変調率指令ｍu2_cmdとの比較で駆動する場合を考える。制御ユニット４０は、最終変調率指令ｍu2_cmdがキャリアよりも小さい場合（ｍu2_cmd＜キャリア）、スイッチ６４ａをオフに制御し、スイッチ６１ｂをオンに制御する。これに対して、最終変調率指令ｍu2_cmdがキャリアよりも大きい場合（ｍu2_cmd＞キャリア）、スイッチ６４ａがオンに制御され、スイッチ６１ｂがオフに制御される。
【００８５】
第３の電源２２のみで構成するインバータ回路を、キャリアと、第３の電源２２の最終変調率指令ｍu3_cmdとの比較で駆動する場合を考える。制御ユニット４０は、最終変調率指令ｍu3_cmdがキャリアよりも小さい場合（ｍu3_cmd＜キャリア）、スイッチ６７ａをオフに制御し、スイッチ６４ｂをオンに制御する。これに対して、最終変調率指令ｍu2_cmdがキャリアよりも大きい場合（ｍu2_cmd＞キャリア）、スイッチ６７ａがオンに制御され、スイッチ６４ｂがオフに制御される。
【００８６】
図１３から分かるように、本実施形態では、Ｕ相用のスイッチ６１ａ，７０ａ，６４ａ，６１ｂ，６７ａ，６４ｂの操作により、ＰＷＭ１周期、すなわち、キャリアの１周期において、以下に示す（１）から（６）の状態が順次設定される。
【００８７】
（１）全電源２０〜２２のオフ
スイッチ６１ａ：オフ，スイッチ７０ａ：オン，スイッチ６４ａ：オフ，スイッチ６１ｂ：オン，スイッチ６７ａ:オフ，スイッチ６４ｂオン
（２）最下位の第１の電源２０のみオン
スイッチ６１ａ：オン，スイッチ７０ａ：オフ，スイッチ６４ａ：オフ，スイッチ６１ｂ：オン，スイッチ６７ａ:オフ，スイッチ６４ｂ：オン
（３）第１の電源２０のオン期間中にその上位の第２の電源２１のオン
スイッチ６１ａ：オン，スイッチ７０ａ：オフ，スイッチ６４ａ：オン，スイッチ６１ｂ：オフ，スイッチ６７ａ:オフ，スイッチ６４ｂ：オン
（４）第１および第２の電源２０，２１のオン期間中に最上位の第３の電源２２のオン
スイッチ６１ａ：オン，スイッチ７０ａ：オフ，スイッチ６４ａ：オン，スイッチ６１ｂ：オフ，スイッチ６７ａ:オン，スイッチ６４ｂ：オフ
（５）最上位の第３の電源２２のみオフ（第１および第２の電源２０，２１のオン）
スイッチ６１ａ：オン，スイッチ７０ａ：オフ，スイッチ６４ａ：オン，スイッチ６１ｂ：オフ，スイッチ６７ａ:オフ，スイッチ６４ｂ：オン
（６）最上位およびその下位の第２および第３の電源２１，２２のみオフ（第１の電源２０のオン）
スイッチ６１ａ：オン，スイッチ７０ａ：オフ，スイッチ６４ａ：オフ，スイッチ６１ｂ：オン，スイッチ６７ａ:オフ，スイッチ６４ｂ：オン
一連のスイッチ操作から分かるように、キャリアの１周期における各電源２０〜２２からモータ３０へと接続する各スイッチに対する制御は、つぎのように示すことができる。具体的には、第１の電源２０からモータ３０へ接続するスイッチ６１ａの導通期間中に、第２の電源２１からモータ３０へ接続するスイッチ６４ａが導通される。また、第２の電源２１からモータ３０へ接続するスイッチ６４ａの導通期間中に、第３の電源２２からモータ３０へ接続するスイッチ６７ａが導通される。このスイッチ制御により、キャリアの１周期における出力電圧パルスは、最下位の第１の電源２０の負極電圧（「０」）と、第１の電源２０の正極電圧（「Ｖdc1」）と、第１の電源２０の正極電圧出力期間中に第２の電源２１が出力する正極電圧（「Ｖdc1＋Ｖdc2」）と、第１および第２の電源２０，２１の正極電圧出力期間中に第３の電源２２が出力する正極電圧（「Ｖdc1＋Ｖdc2＋Ｖdc3」）とで構成され、三段の凸状の波形となる。
【００８８】
このように本実施形態において、電力変換器１０において、キャリアの１周期における各スイッチに対する制御として、最下位の電源（第１の電源２０）から最上位の電源（第３の電源２２）にかけて、下位の電源（第１の電源２０（または第２の電源２１））に対応するスイッチ（スイッチ６１ａ（またはスイッチ６４ａ））の導通期間中に、その上位の電源（第２の電源２１（または第３の電源２２））に対応するスイッチ（スイッチ６４ａ（またはスイッチ６７ａ））が導通される。この電力変換器１０の制御により、キャリアの１周期における出力電圧パルスは、第１の電源２０の負極電圧（「０」）と、最下位の電源（第１の電源２０）から最上位の電源（第２の電源）にかけて、自己よりも下位の電源の正極電圧出力期間中に各電源２０〜２２が出力する正極電圧（「Ｖdc1」，「Ｖdc1＋Ｖdc2」，「Ｖdc1＋Ｖdc2＋Ｖdc3」）とで構成される。かかる構成によれば、電力の高速配分が実現すると共に、両方の電源２０，２１を同時に制御しながらモータ３０に電力を供給することができる。このようにすることで、２つ以上の電源２０〜２２を直列接続し使用する場合であっても、電力配分、電源間の電力移動が可能となる。
【００８９】
なお、２つ以上の電源２０〜２２を直列接続し使用する場合であっても、第１の実施形態と同様、「スイッチの導通期間中」、下位の電源の正極電圧出力期間中」とは、期間の始点から終点までの全範囲を含むこととする。
【００９０】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態にかかる制御システムについて説明する。第４の実施形態にかかる制御システムが、第１の実施形態のそれと相違する点は、制御ユニット４０における変調率指令生成部４６、具体的には、最終変調率指令生成部４６ｂの構成である。第１の実施形態と共通する構成については重複する説明は省略することとし、以下、相違点を中心に説明を行う。
【００９１】
図１４は、最終変調率指令生成部４６ｂの構成を模式的に示す説明図である。最終変調率指令生成部４６ｂは、第１および第２の電源２０，２１の各最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw2_cmdがキャリアと比較可能であって、第１の電源２０の最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw1_cmdが第２の電源２１の最終変調率指令ｍu2_cmd〜ｍw2_cmd以上となるように、初期変調率指令ｍu1〜ｍw2に対してオフセット処理を行い、これにより、各電源２０，２１の最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw2_cmdを生成する。本実施形態の最終変調率指令生成部４６ｂは、損失定義部４６ｊと、導通時間設定部４６ｋと、変調率振幅演算部４６ｌと、電源電圧比較部４６ｍと、オフセット値生成部４６ｎと、オフセット処理部４６ｏとを備えている。
【００９２】
損失定義部４６ｊには、電力変換器１０において大きな損失を発生するスイッチが定義されている。導通時間設定部４６ｋには、損失定義部４６ｊに定義されるスイッチの導通時間が設定されている。例えば、損失定義部４６ｊは、各スイッチの温度を検知することにより、検出された温度によって電気的な損失が大きいスイッチを特定する。また、導通時間設定部４６ｋは、予め設定されたマップや計算式に基づいて、温度から、電気的な損失が大きいスイッチのみが導通する時間を設定する。
【００９３】
変調率振幅演算部４６ｌは、第１の実施形態に示す変調率振幅演算部４６ｅと同様に、第１の変調率振幅ｍu1_pkと、第２の変調率振幅ｍu2_pkとを演算する。電源電圧比較部４６ｍは、第１の電源電圧Ｖdc1と第２の電源電圧Ｖdc2との大きさの比較を行う。
【００９４】
オフセット値生成部４６ｎは、導通時間設定部４６ｋに設定される導通時間と、電圧配分指令ｒto_cmdと、変調率振幅演算部４６ｌにおいて演算された第１および第２の変調率振幅ｍu1_pk，ｍu2_pkと、電源電圧比較部４６ｍの比較結果とに基づいて、第１および第２の電源２０，２１に関するオフセット値ｍ１_off，ｍ２_offをそれぞれ演算する。なお、オフセットｍ１_off，ｍ２_offの演算方法については後述する。
【００９５】
このようにして生成された個々のオフセット値ｍ１_off，ｍ２_offは、オフセット処理部４６ｏへと出力される。オフセット処理部４６ｏは、第１の電源２０に関して、各相の初期変調率指令ｍu1〜ｍw1にオフセット値ｍ１_offをそれぞれ加算することにより、各相の最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw1_cmdを演算する。また、オフセット処理部４６ｏは、第２の電源２１に関して、各相の初期変調率指令ｍu2〜ｍw2にオフセット値ｍ２_offをそれぞれ加算することにより、各相の最終変調率指令ｍu2_cmd〜ｍw2_cmdを演算する。
【００９６】
以下、種々のケースを例示してオフセットｍ１_off，ｍ２_offの演算方法を説明する。なお、本実施形態では、損失定義部４６ｊには、第１の電源２０の正極よりモータ３０へと接続するスイッチ手段（具体的には、スイッチ１ａ，１ｂ）の損失が大きいと定義され、また、導通時間設定部４６ｋには、当該スイッチ手段（スイッチ１ａ，１ｂ）の導通時間を短くする所定時間が設定されているとする。
【００９７】
（ケース１：電圧配分指令ｒto_cmdが「０」以上「１」以下（第１および第２の電源２０，２１がそれぞれ力行または回生、もしくは、一方の電源２０，２１が出力停止で他方の電源２０，２１が力行または回生））
オフセット値生成部４６ｎは、第１の変調率振幅ｍu1_pkと、第２の変調率振幅ｍu2_pkとを比較する。オフセット値生成部４６ｎは、この比較結果を参照した上で、キャリア上限（キャリア振幅の上限）Ｕcarr、キャリア下限（キャリア振幅の下限）Ｌcarr、第１および第２の変調率振幅ｍu1_pk，ｍu2_pkおよび初期変調率指令ｍu1〜ｍw2に基づいて、オフセット値ｍ１_off，ｍ２_offをそれぞれ生成する。
【００９８】
第１の変調率振幅ｍu1_pkが第２の変調率振幅ｍu2_pkよりも小さい場合（ｍu1_pk＜ｍu2_pk）、個々のオフセット値ｍ１_off，ｍ２_offは下式に示すように生成される。
【数１１】
2010206973.tif 000013
【００９９】
また、該当するスイッチ手段のスイッチング動作を行わない場合には、個々のオフセット値ｍ１_off，ｍ２_offは、下式に示すように生成される。
【数１２】
2010206973.tif 000014
【０１００】
これに対して、第１の変調率振幅ｍu1_pkが第２の変調率振幅ｍu2_pkよりも大きい場合（ｍu1_pk＞ｍu2_pk）、個々のオフセット値ｍ１_off，ｍ２_offは下式に示すように生成される。
【数１３】
2010206973.tif 000015
【０１０１】
また、該当するスイッチ手段のスイッチング動作を行わない場合には、個々のオフセット値ｍ１_off，ｍ２_offは、下式に示すように生成される。
【数１４】
2010206973.tif 000016
【０１０２】
（ケース２：電圧配分指令ｒto_cmdが「０」未満または「１」よりも大きい（一方の電源２０，２１が力行で他方の電源２０，２１が回生））
オフセット値生成部４６ｎは、第１の電源電圧Ｖdc1と、第２の電源電圧Ｖdc2とを比較して、電圧の高い電源２０，２１を判断する。オフセット値生成部４６ｎは、この判断結果に基づいて、スイッチング損失をより低減するオフセット値ｍ１_off，ｍ２_offを、キャリア上限Ｕcarr、キャリア下限Ｌcarr、初期変調率指令ｍu1〜ｍw2より生成する。
【０１０３】
第１の電源電圧Ｖdc1が第２の電源電圧Ｖdc2よりも小さい場合（Ｖdc1＜Ｖdc2）、該当するスイッチ手段のスイッチング動作を行わない場合には、個々のオフセット値ｍ１_off，ｍ２_offは、下式に示すように生成される。
【数１５】
2010206973.tif 000017
【０１０４】
また、該当するスイッチ手段の切り替えを常に行う場合には、個々のオフセット値ｍ１_off，ｍ２_offは、下式に示すように生成される。
【数１６】
2010206973.tif 000018
【０１０５】
これに対して、第１の電源電圧Ｖdc1が第２の電源電圧Ｖdc2以上の場合（Ｖdc1≧Ｖdc2）、該当するスイッチ手段のスイッチング動作を行わない場合には、個々のオフセット値ｍ１_off，ｍ２_offは、下式に示すように生成される。
【数１７】
2010206973.tif 000019
【０１０６】
また、該当するスイッチ手段の切り替えを常に行う場合には、個々のオフセット値ｍ１_off，ｍ２_offは、下式に示すように生成される。
【数１８】
2010206973.tif 000020
【０１０７】
なお、上記の演算では、オフセット値生成部４６ｎは、初期変調率指令ｍu２〜ｍw1を未知数として含んだ演算結果をオフセット処理部４６ｏに出力するものである。しかしながら、各電源２０，２１の初期変調率指令ｍu２〜ｍw1を演算パラメータとしてオフセット値生成部４６ｎに入力しておいてもよい。
【０１０８】
このように本実施形態において、最終変調率指令生成部４６ｂは、第１および第２の電源２０，２１の各最終変調率指令がキャリアと比較可能であって、第１の電源２０の最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw1_cmdが第２の電源２１の最終変調率指令ｍu2_cmd〜ｍw2_cmd以上となるようにオフセット処理を行う。かかる構成によれば、第１の電源２０の最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw1_cmdは、第２の電源２０の最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw1_cmd以上となるように両者が相対的にオフセットされる。これにより、第１の電源２０に対応するスイッチ１ａの導通時間が、第２の電源２１に対応するスイッチ４ａの導通時間以上に設定される。そのため、スイッチングパターンの異常を抑制し、安定して両方の電源２０，２１を同時に制御しながら、モータ３０に電力を供給することができる。また、電圧配分指令ｒto_cmdにより出力電圧指令値ｖu*，ｖv*，ｖw*を配分し、その上で初期変調率指令ｍu1〜ｍw2を生成する。そのため、各電源２０，２１の出力電力を任意の値で制御可能となり、さらに電圧配分指令ｒto_cmdにより電源２０，２１の間での電力の移動も可能となる。
【０１０９】
また、本実施形態において、最終変調率指令生成部４６ｂは、電気的な損失が大きいスイッチのみが導通する所定時間が設定されており、設定された所定時間に基づいて、第１の電源２１の最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw1_cmdが第２の電源２１の最終変調率指令ｍu2_cmd〜ｍw2_cmd以上となる範囲でオフセット処理を行う。これにより、損失の大きいスイッチに電流が流れる時間を設定するのと等価となる。これにより、損失が大きいスイッチで発生する導通損失を制御することが可能となり、全体として損失を低減することができる。
【０１１０】
また、最終変調率指令生成部４６ｂは、上記に示した演算に従うことで、第１の電源２０の最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw1_cmdと、第２の電源２１の最終変調率指令ｍu2_cmd〜ｍw2_cmdとが、各初期変調率指令ｍu1〜ｍu2に関する基本波周期の１／３周期以下の時間において一致するようにオフセット処理を行うこととなる。かかる構成によれば、各電源２０，２１の最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw2_cmdを一致させることにより、２つの電源２０，２１の電力配分時に共通で使用するスイッチ手段のみがオンする時間がなくなる。共通のスイッチ手段は、双方向のスイッチ１１ａ，１１ｂ〜１３ａ，１３ｂで構成されるため、通常損失が大きくなるスイッチ手段である。その共通のスイッチ手段のみが導通する時間がなくなることで、導通損失をさらに低減することができる。
【０１１１】
また、本実施形態において、最終変調率指令生成部４６ｂは、第１および第２の電源２０，２１がそれぞれ力行または回生、もしくは、一方の電源が出力停止で他方の電源が力行または回生であって、第１の変調率振幅ｍu1_pkが第２の変調率振幅ｍu2_pkより小さい場合、第１の電源２０の最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw1_cmdの上部と第２の電源２１の最終変調率指令ｍu2_cmd〜ｍw2_cmdの上部とを一致させるようにオフセット処理を行う（図１５（ａ）参照）。かかる構成によれば、第２の電源２１の最終変調率指令ｍu2_cmd〜ｍw2_cmdと、第１の電源２０の最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw1_cmdとの上下関係が逆転することなく、電力を出力可能となる。また、スイッチ手段における導通損失を低減することができる。なお、図１５では、Ｕ相に着目した第１の電源２０の最終変調率指令ｍu1_cmdと、第２の電源２１の最終変調率指令ｍu2_cmdとを示している（図１５において同じ）。
【０１１２】
また、本実施形態において、最終変調率指令生成部４６ｂは、第１および第２の電源２０，２１がそれぞれ力行または回生、もしくは、一方の電源が出力停止で他方の電源が力行または回生であって、第１の変調率振幅ｍu1_pkが第２の変調率振幅ｍu2_pkより大きい場合、第１の電源２０の最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw1_cmdの下部と第２の電源２１の最終変調率指令ｍu2_cmd〜ｍw2_cmdの下部とを一致させるようにオフセット処理を行う（図１５（ｂ）参照）。かかる構成によれば、第２の電源２１の最終変調率指令ｍu2_cmd〜ｍw2_cmdと、第１の電源２０の最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw1_cmdとの上下関係が逆転することなく、電力を出力可能となる。また、スイッチ手段における導通損失を低減することができる。
【０１１３】
この場合、最終変調率指令生成部４６ｂは、第１の電源２０の最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw1_cmdと第２の電源２１の最終変調率指令ｍu2_cmd〜ｍw2_cmdとが一致している時間の一部において、スイッチ手段がスイッチング動作を行わないようにオフセット処理を行う（図１５（ａ），（ｂ）参照）。かかる構成によれば、一致時間中に導通・遮断の切り替えを行わないことにより、導通損失に加えスイッチング損失も低減することができる。
【０１１４】
さらに、本実施形態において、最終変調率指令生成部４６ｂは、一方の電源が力行で他方の電源が回生である場合、第１の電源２０の最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw1_cmdの上部と、第２の電源２１の最終変調率指令ｍu2_cmd〜ｍw2_cmdの下部とを一致させるようにオフセット処理を行う（図１５（ｃ），（ｄ）参照）。かかる構成によれば、第２の電源２１の最終変調率指令ｍu2_cmd〜ｍw2_cmdと、第１の電源２０の最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw1_cmdとの上下関係が逆転することなく、電力を出力可能となる。また、スイッチ手段における導通損失を低減することができる。
【０１１５】
この場合、最終変調率指令生成部４６ｂは、第１の電源電圧Ｖdc1が第２の電源電圧Ｖdc2がより小さい場合、第２の電源２１の正極より負荷へと接続するスイッチ手段が、第１のキャリア１周期以上、かつ、各初期変調率指令ｍu1〜ｍw2に関する基本波周期の１／３周期以下の時間遮断するようにオフセット処理が行われる（図１５（ｃ）参照）。かかる構成によれば、電源電圧の高い電源の導通・遮断の切り替えを行わなくなるため、より効果的にスイッチング損失を低減することが可能となる。
【０１１６】
また、最終変調率指令生成部４６ｂは、第１の電源電圧Ｖdc1が第２の電源電圧Ｖdc2以上の場合、第１の電源２０の正極より負荷へと接続するスイッチ手段が、第１のキャリア１周期以上、かつ、各初期変調率指令ｍu1〜ｍw2に関する基本波周期の１／３周期以下の時間導通するようにオフセット処理が行われる。かかる構成によれば、電源電圧の高い電源の導通・遮断の切り替えを行わなくなるため、より効果的にスイッチング損失を低減することが可能となる。
【０１１７】
（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態にかかる制御システムについて説明する。第５の実施形態にかかる制御システムが、第１の実施形態のそれと相違する点は、制御ユニット４０における変調率指令生成部４６、具体的には、最終変調率指令生成部４６ｂの構成である。第１の実施形態と共通する構成については重複する説明は省略することとし、以下、相違点を中心に説明を行う。
【０１１８】
図１６は、最終変調率指令生成部４６ｂの構成を模式的に示す説明図である。最終変調率指令生成部４６ｂは、初期変調率指令ｍu1〜ｍw2に基づいて、最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw2_cmdを生成する。本実施形態の最終変調率指令生成部４６ｂは、オフセット値生成部４６ｐと、オフセット処理部４６ｑとを備えている。
【０１１９】
オフセット値生成部４６ｐは、キャリア上限（キャリア振幅の上限）Ｕcarr、キャリア下限（キャリア振幅の下限）Ｌcarr、初期変調率指令ｍu1〜ｍw2、第１および第２の変調率振幅ｍu1_pk，ｍu2_pkよりオフセット値ｍ１_off，ｍ２_offを生成する。具体的には、オフセット値生成部４６ｐは、下式に示すように第１の電源２０に関するオフセット値ｍ１_offおよび第２の電源２１に関するオフセット値ｍ２_offを演算する。ここで、第１および第２の変調率振幅ｍu1_pk，ｍu2_pkは、第１の実施形態に示す変調率振幅演算部４６ｅの実行する処理と同様の手法により求めることができる。
【数１９】
2010206973.tif 000021
【０１２０】
このようにして生成された個々のオフセット値ｍ１_off，ｍ２_offは、オフセット処理部４６ｑへと出力される。オフセット処理部４６ｑは、第１の電源２０に関して、各相の初期変調率指令ｍu1〜ｍw1にオフセット値ｍ１_offをそれぞれ加算することにより、各相の最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw1_cmdを演算する。また、オフセット処理部４６ｏは、第２の電源２１に関して、各相の初期変調率指令ｍu2〜ｍw2にオフセット値ｍ２_offをそれぞれ加算することにより、各相の最終変調率指令ｍu2_cmd〜ｍw2_cmdを演算する。
【０１２１】
ここで、図１７は、キャリアと各電源２０，２１の最終変調率指令ｍu1_cmd，ｍu2_cmdとの関係を示す説明図である。なお、図１７は、Ｕ相に関する第１の電源２０の最終変調率指令ｍu1_cmd（上側波形）と、第２の電源２１の最終変調率指令ｍu2_cmd（下側波形）とを例示する。このように本実施形態によれば、最終変調率指令生成部４６ｂにより、各電源２０，２１の正極より負荷へと接続するスイッチ手段が、キャリア１周期以上、各初期変調率指令ｍu1〜ｍw2に関する基本波周期の１／３周期以下の時間においてスイッチング動作を行わないようにオフセット処理が行われる。かかる構成によれば、導通・遮断のスイッチング動作を行わない時間があるため、切り替え時に発生するスイッチング損失を低減しつつ、モータ３０へ電力を供給することが可能となる。
【０１２２】
（第６の実施形態）
以下、本発明の第６の実施形態にかかる制御システムについて説明する。第６の実施形態にかかる制御システムが、第１の実施形態のそれと相違する点は、制御ユニット４０における導通信号生成部４７の構成である。第１の実施形態と共通する構成については重複する説明は省略することとし、以下、相違点を中心に説明を行う。
【０１２３】
導通信号生成部４７は、変調率指令生成部４６からの最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw2_cmdと、搬送波生成部４８において生成されたキャリアとに基づいて、電力変換器１０の各スイッチのオンオフ状態を設定する導通信号を生成する。本実施形態において、搬送波生成部４８は、下限を「０」、上限を「１」とする三角波をキャリアとして生成する。なお、キャリアは、三角波ではなく鋸波を用いることもできる。
【０１２４】
図１８は、第６の実施形態にかかる導通信号生成部４７による電力変換器１０の各スイッチのオンオフ状態の説明図である。導通信号生成部４７は、最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw2_cmdとキャリアとの比較の結果、導通信号を生成し、この導通信号を通じて各スイッチのオンオフ状態を制御する。以下、Ｕ相のみについて説明を行うが、他の相についても同様である。ここで、図１８において、各スイッチ１ａ，１ｂ，４ａ，７ａに関する導通信号がHighレベルのときに、各スイッチ１ａ，１ｂ，４ａ，７ａがオンとなる。また、Ｖunは、Ｕ相の出力電圧を示す。
【０１２５】
まず、第１の電源２０のみで構成するインバータ回路（図３（ｂ）参照）を、キャリアと、第１の電源２０の最終変調率指令ｍu1_cmdとの比較で駆動する場合を考える。導通信号生成部４７は、第１の電源２０の最終変調率指令ｍu1_cmdがキャリア以下であり、かつ、この第１の電源２０の最終変調率指令ｍu1_cmdが第２の電源２１の最終変調率指令ｍu2_cmd以上である場合（ｍu2_cmd≦ｍu1_cmd≦キャリア）、スイッチ１ａをオフに制御し、スイッチ７ａをオンに制御する。また、導通信号生成部４７は、第１の電源２０の最終変調率指令ｍu1_cmdがキャリアよりも大きく、かつ、このキャリアが第２の電源２１の最終変調率指令ｍu2_cmdよりも大きい場合（ｍu2_cmd＜キャリア＜ｍu1_cmd）、スイッチ７ａをオフに制御し、スイッチ１ａをオンに制御する。また、導通信号生成部４７は、第１の電源２０の最終変調率指令ｍu1_cmdが第２の電源２１の最終変調率指令ｍu2_cmd以上であり、かつ、この第２の電源２１の最終変調率指令ｍu2_cmdがキャリアよりも大きい場合（キャリア＜ｍu2_cmd≦ｍu1_cmd）、スイッチ１ａ，４ａをそれぞれオフに制御する。
【０１２６】
次に、第２の電源２１のみで構成するインバータ回路（図３（ｃ）参照）を、キャリアと、第２の電源２１の最終変調率指令ｍu2_cmdとの比較で回路を駆動する場合を考える。導通信号生成部４７は、最終変調率指令ｍu2_cmdがキャリアよりも小さい場合（ｍu2_cmd＜キャリア）、スイッチ１ｂをオンに制御し、スイッチ４ａをオフに制御する。これに対して、最終変調率指令ｍu2_cmdがキャリアよりも大きい場合（ｍu2_cmd＞キャリア）、スイッチ１ｂがオフに制御され、スイッチ４ａがオンに制御される。
【０１２７】
このように本実施形態によれば、導通信号生成部４７は、第１の電源２０に対応するスイッチ手段を導通し、この導通期間中に第２の電源２１に対応するスイッチ手段を導通した場合、第２の電源２１に対応するスイッチ手段の導通期間中であることを条件に第１の電源２０に対応するスイッチ手段を遮断する。かかる構成によれば、電流型のゲートを持つスイッチング素子を用いた場合、ゲート信号を遮断とすることで第１の電源２０側のスイッチング素子に電流を流さないこととなる。これにより、ゲートでの損失を低減することができる。
【０１２８】
なお、上述した第１から第６の実施形態においても、上記の制御手法と、以下に示すような制御手法などと切り替えて用いてもよい。この制御手法としては、第１の電源２０に対応したキャリアと、第２の電源２１に対応したキャリアとを持つ。ここで、第１の電源２０に対応したキャリアの下端は０、その上端は第１の電源２０の電圧値となり、また、第２の電源２１に対応したキャリアの下端は第１の電源２０の電圧値、その上端は第１および第２の電源２０，２１の電圧を足した値とする。そして、モータ３０に加える出力電圧指令値ｖu*，ｖv*,ｖw*にオフセット値を加え、第２の電源２１に対応したキャリアと、第１の電源２０に対応したキャリアとのどの部分で比較するかによってスイッチ手段をスイッチングし、電力の配分を行う。この場合、制御手法を切り替える場合は、たとえば、電圧配分指令ｒto_cmdが０〜１の場合に、後者の制御手法を用い、電圧配分指令ｒto_cmdが０未満や１を超える場合に、各実施形態に示す制御手法を用いる。なお、電圧配分指令ｒto_cmdが０〜１の場合であっても、電力の脈動を抑えた制御が必要な場合には各実施形態に示す制御手法を用いてもよい。
【０１２９】
（第７の実施形態）
以下、本発明の第７の実施形態にかかる制御システムについて説明する。第７の実施形態にかかる制御システムが、第１の実施形態のそれと相違する点は、外部のトルクを受けて発電を行い、この発電電力を直流電源の一つとして用いることである。第１の実施形態と共通する構成については重複する説明は省略することとし、以下、相違点を中心に説明を行う。
【０１３０】
図１９は、第７の実施形態にかかる電力変換装置が適用された制御システムの全体構成を模式的に示す説明図である。本実施形態では、電気自動車の駆動用モータに適用された電動機制御システムについて説明を行う。この電動機制御システムは、電力変換器１０、モータ３０および第１および第２の制御ユニット４０，５０を主体に肯定されている。
【０１３１】
図２０は、電力変換器１０を中心としたシステム構成を模式的に示す説明図である。電力変換器１０は、互いに直列接続された複数の電源に接続されており、第１の制御ユニット４０に制御されることにより各電源の出力電圧から出力電圧パルスを生成する直列型変換装置である。そして、電力変換器１０は、この出力電圧パルスにより、負荷であるモータ３０の駆動電圧を生成する。
【０１３２】
本実施形態において、複数の電源は、発電機２３による発電電力をインバータ（発電電力変換器）２３が整流することで構成される電源（以下「発電電源」という）と、ニッケル水素電池あるいはリチウムイオン電池といったバッテリで構成される第２の電源２１とで構成されている。ここで、発電電源（発電機２３およびインバータ２４）と、第２の電源２１とは、それぞれが独立した直流電源として機能するものであり、互いに直列接続されている。なお、発電電源は、第１の実施形態における第１の電源に相当する電源である。
【０１３３】
発電機２３は、例えば、中性点を中心に星形結線された複数の相巻線（本実施形態では、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線からなる３つの相巻線）を有する３相交流同期モータである。この発電機２３は、ロータが外力により回転している場合、ステータ巻線の両端に起電力を生じさせることにより、発電機として機能する。インバータ２４は、発電機２３によって発電された３相交流電力を直流電力に変換するものであり、発電機２３の各相に対応して設けられた上下アームを主体に構成されている。個々のアームは、ＮＰＮ型のトランジスタ等のスイッチング素子と、これに逆並列に接続される還流用ダイオードとで構成されている。
【０１３４】
再び図１９を参照するに、第１の制御ユニット４０は、第１の実施形態に示す制御ユニット４０と同様に、電力変換器１０を制御する制御手段であり、この電力変換器１０を介して負荷であるモータ３０の出力トルクを制御する。第１の制御ユニット４０としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。第１の制御ユニット４０は、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従い、電力変換器１０を制御するための演算を行う。そして、第１の制御ユニット４０は、この演算によって算出された制御信号を電力変換器１０に対して出力する。
【０１３５】
第２の制御ユニット５０は、インバータ２４を制御する制御手段である（第２の制御手段）。第２の制御ユニット５０としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。第２の制御ユニット５０は、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従い、インバータ２４を制御するための演算を行う。そして、第２の制御ユニット５０は、この演算によって算出された制御信号をインバータ２４に対して出力する。第２の制御ユニット５０による演算処理は、インバータ２４のキャリア周波数（スイッチング周波数）ｆｃと同じ周波数のディジタル制御にて行う。
【０１３６】
第２の制御ユニット５０は、これを機能的に捉えた場合、発電電力制御部５１、電流制御部５２、ｄｑ／３相変換部５３、変調率指令生成部５６、ＰＷＭ生成部５７と、搬送波生成部５８、３相／ｄｑ変換部５９とを有している。
【０１３７】
発電電力制御部５１は、外部システムから入力される発電電力指令Ｐと、発電機２３のロータ回転数ωとに基づいて、発電機２３の電流指令ｉd_g*，ｉq_g*を生成する。電流制御部５２は、発電機２３に流れる実電流ｉd_g，ｉq_gが、電流指令ｉd_g*，ｉq_g*と一致するようにｄｑ軸電圧指令ｖd_g*，ｖq_g*を生成する。実電流ｉd_g，ｉq_gは、発電機２３に流れているＵ相電流ｉu_g、Ｖ相電流ｉv_gに基づいて、３相／ｄｑ変換部５９によって生成される。ｄｑ／３相変換部５３は、ｄｑ軸電圧指令ｖd_g*，ｖq_g*を、３相の出力電圧指令Ｖu_g*，Ｖv_g*，Ｖw_g*を変換する。
【０１３８】
変調率指令生成部５６は、３相の出力電圧指令Ｖu_g*，Ｖv_g*，Ｖw_g*と、第１の制御ユニット４０のオフセット部４６ｃ（具体的には、オフセット値生成部４６ｆ）において演算される第１および第２のオフセット値ｍ１_off，ｍ２_offとに基づいて、各相の変調率指令ｍug_cmd〜ｍwg_cmdを生成する。個々の変調率指令ｍug_cmd〜ｍwg_cmdは、「−１」から「１」の範囲の値となる。なお、変調率指令生成部５６が行う処理の詳細については後述する。
【０１３９】
図２１は、インバータ２４の上アームＳＷＡおよび下アームＳＷＢのオンオフ状態の説明図である。ＰＷＭ生成部５７は、各相の変調率指令ｍug_cmd〜ｍwg_cmdと、搬送波生成部５８にて生成されるキャリア周期Ｔｓ（Ｔｓ＝１／ｆｃ）の三角波とを比較して、ＰＷＭパルスを生成する。また、変調率指令ｍug_cmd〜ｍwg_cmdはキャリア周期でホールドされる。また、キャリアの振幅は本実施例では「−１」から「１」の範囲とする。インバータ２４の各相の上下アームは、ＰＷＭパルスをゲート信号として駆動する。具体的には、ＰＷＭ生成部５７は、変調率指令ｍug_cmd〜ｍwg_cmdがキャリアよりも小さい場合、上アームＳＷＡをオフに制御し、下アームＳＷＢをオンに制御する。これに対して、ＰＷＭ生成部５７は、変調率指令ｍug_cmd〜ｍwg_cmdがキャリアよりも大きい場合、上アームＳＷＡをオンに制御し、下アームＳＷＢをオフに制御する。
【０１４０】
同図はＵ相のみについて示すが、他の相についても同様である。なお、同図に示すように、上下アームＳＷＡ，ＳＷＢが同時にオンとなることがないように、変調率指令ｍug_cmdを破線で示すようにオフセットさせてキャリアと比較される。これによりアームＳＷＡ，ＳＷＢの切り替え時にオフセット時間が設定される。
【０１４１】
図２２は、変調率指令生成部５６の構成を示すブロック図である。以下、本実施形態の特徴の一つである変調率指令生成部５６について説明する。変調率指令生成部５６は、初期変調率指令生成部５６ａと、オフセット部５６ｂとを有している。
【０１４２】
初期変調率指令生成部（発電用変調率生成手段）５６ａは、３相の出力電圧指令Ｖu_g*，Ｖv_g*，Ｖw_g*を発電電源の電圧Ｖdc1で規格化する、すなわち、出力電圧指令Ｖu_g*，Ｖv_g*，Ｖw_g*を電圧Ｖdc1でそれぞれ除算する。これにより、各相の初期変調率指令ｍug〜ｍwgがそれぞれ生成される。発電電源の電圧Ｖdc1は、負極母線１３と共通母線１５との間の平滑コンデンサ１１の電圧として検出することができる。
【０１４３】
オフセット部（発電用オフセット手段）５６ｂは、第１および第２のオフセット値ｍ１_off，ｍ２_offと、初期変調率指令ｍug〜ｍwgとに基づいて、最終変調率指令ｍug_cmd〜ｍwg_cmdを演算する。具体的には、オフセット部５６ｂは、初期変調率指令ｍug〜ｍwnのそれぞれに第１のオフセット値ｍ１_offを加算することにより、最終変調率指令ｍug_cmd〜ｍwg_cmdをそれぞれ演算する。
【０１４４】
図２３は、各相の最終変調率指令ｍug_cmd〜ｍwg_cmdと、第４の母線電流Ｉｂ４と、各相の上アームのスイッチング状態との関係を示す説明図である。同図において、各アームのスイッチは、その導通信号がHighレベルのときにオンとなる。ここで、図２０に示すように、直流母線１４において平滑コンデンサ１２との接続点よりも負荷側における電流を第１の母線電流Ｉｂ１とし、直流母線１５において平滑コンデンサ１１，１２との接続点よりも負荷側における電流を第２の母線電流Ｉｂ２とする。また、直流母線１３において平滑コンデンサ１１との接続点よりも負荷側における電流を第３の母線電流Ｉｂ３とし、インバータ２４の上側アームが接続する直流母線１９を流れる電流を第４の母線電流Ｉｂ４とする。ここで、第１から第４の母線電流Ｉｂ１〜Ｉｂ４は、図中の矢印方向（モータ３０側へと向かう方向）へ流れる電流を正とする。また、発電機２３のＵ相，Ｖ相、Ｗ相を流れる電流をそれぞれ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗとする。発電機２３が発電している場合、第４の母線電流Ｉｂ４の極性は正となるが、発電機２３が力行している場合、第４の母線電流Ｉｂ４のそれは負となる。
【０１４５】
まず、インバータ２４において、３相の上アームのスイッチがすべてオフとなる区間Ｔ１では、３相の下アームのスイッチがすべてオンとなっている。この場合、スイッチ、還流ダイオードおよび発電機２３の間で電流が還流し、第４の母線電流Ｉｂ４は「０」となる。つぎに、区間Ｔ２では、Ｕ相がオンすることにより、直流母線１９に電流ｉｕが通電され、区間Ｔ３においてＶ相がオンすることで第４の母線電流Ｉｂ４は電流ｉｕ，ｉｖの和となる。つぎに、区間Ｔ４において、３相がすべてオンとなると、３相の上アームのスイッチ、還流ダイオードおよび発電機２３との間で電流が還流するために第４の母線電流Ｉｂ４は「０」となる。また、区間Ｔ５，Ｔ６，Ｔ７のそれぞれでは、Ｗ相、Ｖ相、Ｕ相のスイッチが順次オフとなるため、上述した区間Ｔ３，Ｔ２，Ｔ１のそれぞれと同様の状態となる。
【０１４６】
ここで、最終変調率指令ｍug_cmd〜ｍwg_cmdの３つが上側にオフセットしている場合には、オフセットしていなケースと比較して、区間Ｔ４が長くなり、区間Ｔ１，Ｔ７が短くなる。その他の区間Ｔ２，Ｔ３，Ｔ５，Ｔ６は同じである。これに対して、最終変調率指令ｍug_cmd〜ｍwg_cmdの３つが下側にオフセットしている場合には、オフセットしていないケースと比較して、区間Ｔ４が短くなり、区間Ｔ１，Ｔ７が長くなる。このようにして、変調率をオフセットさせることで、第４の直流母線の第４の母線電流Ｉｂ４の位相を可変的に設定することができる。
【０１４７】
電力変換器１０の制御において、キャリアと、第１の電源に相当する発電電源に関する最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw1_cmdおよび第２の電源２１に関する最終変調率指令ｍu2_cmd〜ｍw2_cmdとが比較される。図２４は、最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw2_cmdに対するオフセットと、第１から第３の母線電流Ｉｂ１〜Ｉｂ３との関係について説明する。同図において、Ｖun〜Ｖwnは、電力変換器１０の各相の出力電圧、すなわち、電力変換器１０の各相の出力端子と、平滑コンデンサ１１の負極との間の電圧を表している。
【０１４８】
まず、発電電源側の回路がスイッチングする場合、区間Ｔ１ではスイッチ７ａ，８ａ，９ａがすべてオンとなる。モータ３０の巻線と、スイッチ７ａ，８ａ，９ａおよび逆並列の還流ダイオード７ｂ、８ｂ、９ｂにおいてモータ電流が還流するため、第１から第３の母線電流Ｉｂ１〜Ｉｂ３はゼロとなる。区間Ｔ２では、スイッチ１ａがオンするために、第２の母線電流Ｉｂ２は電流「ｉｕ」となり、第３の母線電流Ｉｂ３は「−ｉｕ」となる。区間Ｔ３では、スイッチ２ａがオンするため、第２の母線電流Ｉｂ２は「ｉｕ＋ｉｖ」となり、第３の母線電流Ｉｂ３は「−ｉｕ−ｉｖ」となる。区間Ｔ４では、スイッチ３ａがオンするため、スイッチ１ａ，２ａ，３ａ、モータ３０の巻線および還流ダイオード７ｂ，８ｂ，９ｂにおいて電流が還流するため第１から第３の母線電流Ｉｂ１〜Ｉｂ３はすべてゼロとなる。なお、後述する区間Ｔ５〜Ｔ９に引き続く区間Ｔ１０〜Ｔ１３のそれぞれでは、上述した区間Ｔ４〜Ｔ１のそれぞれと同様の状態となる。
【０１４９】
また、発電電源側に引き続き第２の電源２１側の回路がスイッチングする場合においても、スイッチングパターンに応じて、図２４に示すように第１から第３の直流母線１３〜１５に電流が流れる。この場合、区間Ｔ５，Ｔ９では、第１の母線電流Ｉｂ１は電流「ｉｕ」となり、第２の母線電流Ｉｂ２は「−ｉｕ」となる。区間Ｔ６，Ｔ８では、第１の母線電流Ｉｂ１は「ｉｕ＋ｉｖ」となり、第２の母線電流Ｉｂ２は「−ｉｕ−ｉｖ」となる。また、区間Ｔ９では、第１から第３の母線電流Ｉｂ１〜Ｉｂ３はゼロとなる。
【０１５０】
ここで、第１の電源である発電電源に関する最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw1_cmdおよび第２の電源２１に関する最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw2_cmdがオフセットしている場合には、区間Ｔ１，Ｔ４，Ｔ７，Ｔ１０，Ｔ１３の長さを可変的に設定される。これにより、第１から第３の母線電流Ｉｂ１〜Ｉｂ３の位相を可変的に設定することができる。図２５は第１から第３の母線電流Ｉｂ１〜Ｉｂ３のシミュレーション結果であり、キャリアに対応して第１から第３の母線電流Ｉｂ１〜Ｉｂ４が流れていることがわかる。
【０１５１】
図２６は、第２の母線電流Ｉｂ２と第４の母線電流Ｉｂ４との同期を説明するための模式図である。コンデンサ１１の電流は、第２の母線電流Ｉｂ２と第４の母線電流Ｉｂ４との差に対応する。そのため、第２の母線電流Ｉｂ２と第４の母線電流Ｉｂ４とのタイミングを同期させることによって、コンデンサ１１に流れる電流を小さくすることができる。そこで、電力変換器１０の制御に関する最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw1_cmdに対するオフセット値ｍ１_offに対応させて、インバータ２４の制御に関する最終変調率指令ｍug_cmd〜ｍwg_cmdのオフセットさせる。第２の母線電流Ｉｂ２と第４の母線電流Ｉｂ４とがタイミング的に同期するので、コンデンサ１１に流入する電流が打ち消される。これにより、コンデンサ１１の発熱が抑制され、コンデンサ１１を小型化することができる。したがって、装置サイズの小型化を図ることができる。
【０１５２】
また、本実施形態では、直列型変換装置である電力変換器１０のキャリア周波数と、発電電力変換器であるインバータ２４のキャリア周波数が等しい。この場合、それぞれの最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw1_cmd，ｍug_cmd〜ｍwg_cmdに対するオフセット値を互いに等しくすることによって、電源部分に流れ込むパルス状電流の打ち消しタイミングを同期させることができる。これにより、コンデンサ１１に流れる電流を打ち消すことができる。
【０１５３】
（第８の実施形態）
以下、本発明の第８の実施形態にかかる制御システムについて説明する。第８の実施形態にかかる制御システムが、先の第７の実施形態のそれと相違する点は、直列型変換装置である電力変換器１０の制御におけるキャリア周波数と、発電電力変換器であるインバータ２４の制御におけるキャリア周波数とが相違する点である。本実施形態では、電力変換器１０のキャリア周波数がインバータ２４のキャリア周波数よりも小さいケースを想定し、具体的には、インバータ２４のキャリア周波数が電力変換器１０のキャリア周波数の２倍であることとする。以下、第７の実施形態と共通する構成については重複する説明は省略することとし、相違点を中心に説明を行う。
【０１５４】
本実施形態において、第２の制御ユニット５０の変調率指令生成部５６は、初期変調率指令生成部５６ａと、オフセット部５６ｂとを有している。初期変調率指令生成部５６ａは、３相の出力電圧指令Ｖu_g*，Ｖv_g*，Ｖw_g*を発電電源の電圧Ｖdc1でそれぞれ規格化する。これにより、各相の初期変調率指令ｍug〜ｍwgが生成される。オフセット部５６ｂは、第１の制御ユニット４０において演算される第１および第２のオフセット値ｍ１_off，ｍ２_offと、初期変調率指令ｍug〜ｍwgとに基づいて、最終変調率指令ｍug_cmd〜ｍwg_cmdを演算する。具体的には、オフセット部５６ｂは、下式に基づいて、最終変調率指令ｍug_cmd〜ｍwg_cmdをそれぞれ演算する。
【数２０】
2010206973.tif 000022
【０１５５】
図２７および図２８は、第２の母線電流Ｉｂ２と第４の母線電流Ｉｂ４との同期を説明するための説明図である。ここで、図２７は、電力変換器１０の制御における発電電源に関する最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw1_cmdに対するオフセット値ｍ１_cmdに基づいて、インバータ２４の制御における最終変調率指令ｍug_cmd〜ｍwg_cmdを等しくオフセットさせた場合の説明図である。この場合、第２の母線電流Ｉｂ２と、第４の母線電流Ｉｂ４とがタイミング的に異なるために、コンデンサ１１における電流の打消しが発生しない。
【０１５６】
そこで、本実施形態では、オフセット部５６ｂは、オフセット値ｍ１_offに係数１／２を乗算した値に基づいて、初期変調率指令ｍug〜ｍwgをオフセットさせている。これにより、図２８に示すように、第２の母線電流Ｉｂ２と、第４の母線電流Ｉｂ４とをタイミング的に対応させることができるので、コンデンサ電流を打ち消すことができる。
【０１５７】
なお、電力変換器１０のキャリア周波数と、インバータ２４のキャリア周波数とをパラメータとして、実験やシミュレーションを通じて、適切な変調率オフセット値をテーブル化する。これにより、どのようなキャリア周波数の組み合わせに対してもコンデンサ電流を打ち消すオフセット値を設定することができる。
【０１５８】
（第９の実施形態）
以下、本発明の第９の実施形態にかかる制御システムについて説明する。第９の実施形態にかかる制御システムが、先の第７の実施形態のそれと相違する点は、直列型変換装置である電力変換器１０の制御におけるキャリア周波数と、発電電力変換器であるインバータ２４の制御におけるキャリア周波数とが相違する点である。本実施形態では、電力変換器１０のキャリア周波数がインバータ２４のキャリア周波数よりも大きいケースを想定し、具体的には、電力変換器１０のキャリア周波数がインバータ２４のキャリア周波数の２倍であることとする。以下、第７の実施形態と共通する構成については重複する説明は省略することとし、相違点を中心に説明を行う。
【０１５９】
本実施形態において、第２の制御ユニット５０の変調率指令生成部５６は、初期変調率指令生成部５６ａと、オフセット部５６ｂとを有している。初期変調率指令生成部５６ａは、３相の出力電圧指令Ｖu_g*，Ｖv_g*，Ｖw_g*を発電電源の電圧Ｖdc1でそれぞれ規格化する。これにより、各相の初期変調率指令ｍug〜ｍwgが生成される。オフセット部５６ｂは、第１の制御ユニット４０において演算される第１および第２のオフセット値ｍ１_off，ｍ２_offと、初期変調率指令ｍug〜ｍwgとに基づいて、最終変調率指令ｍug_cmd〜ｍwg_cmdを演算する。具体的には、オフセット部５６ｂは、下式に基づいて、最終変調率指令ｍug_cmd〜ｍwg_cmdをそれぞれ演算する。
【数２１】
2010206973.tif 000023
【０１６０】
つぎに、第１の制御ユニット４０の搬送波生成部４８と、第２の制御ユニット５０の搬送波生成部５８とにおいて、図２９に示すように、電力変換器１０の制御におけるキャリアの最小値と、インバータ２４の制御におけるキャリアの最小値とがタイミング的に同期するようにキャリア位相を設定する。
【０１６１】
かかる構成によれば、第２の母線電流Ｉｂ２と、第４の母線電流Ｉｂ４とのタイミングを同期させ、コンデンサ電流を小さくすることができる。
【０１６２】
なお、図３０に示すように、電力変換器１０の各電源の最終変調率指令ｍu1_cmd〜ｍw2_cmdを、キャリアの最大値もしくは最小値と等しくなるまでオフセットさせる、いわゆる二相変調の場合に、上述した手法により、コンデンサ電流を打ち消してもよい。
【０１６３】
以上、本発明にかかる各実施形態を説明したが、本発明は、その発明の範囲内において種々の変更が可能である。また、各実施形態は、それぞれ独立して説明したが、各実施形態を相互に組み合わせて実施することも可能である。
【符号の説明】
【０１６４】
１０…電力変換器
２０…第１の電源
２１…第２の電源
３０…モータ
４０…制御ユニット
４１…トルク制御部
４２…電流制御部
４３…ｄｑ／３相変換部
４４…電圧配分指令生成部
４５…電圧配分部
４６…変調率指令生成部
４６ａ…初期変調率指令生成部
４６ｂ…最終変調率指令生成部
４６ｃ…オフセット部
４６ｄ…制限部
４６ｅ…変調率振幅演算部
４６ｆ…オフセット値生成部
４６ｇ…オフセット処理部
４６ｈ…優先変調率選択部
４６ｉ…変調率制限部
４７…導通信号生成部
４８…搬送波生成部
４９…３相／ｄｑ変換部
【図１】
2010206973.tif 000024
【図２】
2010206973.tif 000025
【図３】
2010206973.tif 000026
【図４】
2010206973.tif 000027
【図５】
2010206973.tif 000028
【図６】
2010206973.tif 000029
【図７】
2010206973.tif 000030
【図８】
2010206973.tif 000031
【図９】
2010206973.tif 000032
【図１０】
2010206973.tif 000033
【図１１】
2010206973.tif 000034
【図１２】
2010206973.tif 000035
【図１３】
2010206973.tif 000036
【図１４】
2010206973.tif 000037
【図１５】
2010206973.tif 000038
【図１６】
2010206973.tif 000039
【図１７】
2010206973.tif 000040
【図１８】
2010206973.tif 000041
【図１９】
2010206973.tif 000042
【図２０】
2010206973.tif 000043
【図２１】
2010206973.tif 000044
【図２２】
2010206973.tif 000045
【図２３】
2010206973.tif 000046
【図２４】
2010206973.tif 000047
【図２５】
2010206973.tif 000048
【図２６】
2010206973.tif 000049
【図２７】
2010206973.tif 000050
【図２８】
2010206973.tif 000051
【図２９】
2010206973.tif 000052
【図３０】
2010206973.tif 000053