(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力相と各出力相と接続する複数の片方向スイッチを有し、それぞれ前記入力相毎に設けられる複数のスイッチ群と、前記入力相毎に前記入力相と前記スイッチ群との間にそれぞれ接続され、互いに結合された複数のインダクタとを含む電力変換部と、
交流直流変換用のスイッチ駆動信号を生成する第１信号発生器と、直流交流変換用のスイッチ駆動信号を生成する第２信号発生器と、前記交流直流変換用のスイッチ駆動信号と前記直流交流変換用のスイッチ駆動信号とに基づいて前記複数の片方向スイッチのオンオフを制御するスイッチ駆動信号を生成する駆動信号発生器とを含み、前記第１信号発生器と前記第２信号発生器とが同期して動作する制御部と
を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記第１信号発生器は、
パルス幅変調によってスイッチ駆動信号を生成し、
前記第２信号発生器は、
ΔΣ変調によってスイッチ駆動信号を生成する
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３】
前記制御部は、
ΔΣ変調によって交流直流変換用のスイッチ駆動信号を生成する第３信号発生器と、
パルス幅変調によって直流交流変換用のスイッチ駆動信号を生成する第４信号発生器と、
前記第１信号発生器および前記第２信号発生器の出力と、前記第３信号発生器および前記第４信号発生器の出力とを選択して前記第３信号発生器へ出力する信号切替器と、を備え、
前記第３信号発生器と前記第４信号発生器とは同期して動作し、
前記駆動信号発生器は、前記信号切替器から出力されるスイッチ駆動信号に基づいて前記複数の片方向スイッチのオンオフを制御する信号を生成する
ことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記第１信号発生器は、
パルス幅変調によってスイッチ駆動信号を生成し、
前記第２信号発生器は、
複数のスイッチ駆動信号に応じたデータを記憶する記憶部から前記データを読み出して前記スイッチ駆動信号を生成する
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】
前記第１信号発生器は、
前記パルス幅変調に同期して立ち上がり又は立ち下がるクロック信号を生成し、
前記第２信号発生器は、
前記クロック信号に同期して前記スイッチ駆動信号を生成する
ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記第１信号発生器は、
ΔΣ変調によって前記スイッチ駆動信号を生成し、
前記第２信号発生器は、
ΔΣ変調によって前記スイッチ駆動信号を生成する
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７】
前記制御部は、
クロック信号を発生するクロック信号発生器を備え、
前記第１信号発生器は、
前記クロック信号に同期して前記スイッチ駆動信号を生成し、
前記第２信号発生器は、
前記クロック信号に同期して前記スイッチ駆動信号を生成する
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】
前記制御部は、
前記第１信号発生器が出力するスイッチ駆動信号に基づき、前記駆動信号発生器から出力するスイッチ駆動信号をホールドして前記複数の片方向スイッチへ出力する信号処理部を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記制御部は、
同一相の前記片方向スイッチを制御する場合に、前記駆動信号発生器から出力するスイッチ駆動信号をホールドする信号処理部を備え、
前記第１信号発生器は、
パルス幅変調に用いる搬送波信号が極値となるタイミングに同期して立ち上がり又は立ち下がるクロック信号を生成し、
前記第２信号発生器は、
前記クロック信号に同期して前記スイッチ駆動信号を生成する
ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【請求項１０】
入力相と各出力相と接続する複数の片方向スイッチを有し、それぞれ前記入力相毎に設けられる複数のスイッチ群と、前記入力相毎に前記入力相と前記スイッチ群との間にそれぞれ接続され、互いに結合された複数のインダクタとを含む電力変換部と、
異なる相の前記片方向スイッチの制御と同一相の前記片方向スイッチの制御とにより電流指令に応じた前記電力変換部の制御を行う制御部と
を備え、
前記制御部は、
同一入力相の前記片方向スイッチと同一出力相の前記片方向スイッチとを同時にオンにする場合に、入力相の電圧極性と出力相の電圧極性とが一致するように、前記同一入力相と前記同一出力相とを選択することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１１】
入力相と各出力相と接続する前記複数の片方向スイッチは、前記入力相側から前記出力相側へ電流を流す第１片方向スイッチと、前記出力相側から前記入力相側へ電流を流す第２片方向スイッチとを含み、
前記入力相と前記第１片方向スイッチとの間に第１インダクタが設けられるとともに、前記入力相と前記第２片方向スイッチとの間に前記第１インダクタと電流の流れ込みの位置が異なる第２インダクタが設けられ、
前記第１インダクタ同士が磁気結合され、前記第２インダクタ同士が磁気結合される請求項１〜１０のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置として、各入力相と各出力相とを接続する複数の双方向スイッチを備えるマトリクスコンバータが知られている。そして、かかるマトリクスコンバータに関し、昇圧の機能を実現する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
昇圧の機能を有するマトリクスコンバータは、各入力相と双方向スイッチとの間にリアクトルが設けられ、かかるリアクトルの入力相側を、双方向スイッチを用いて短絡し、その後短絡を解除することで、電源電圧よりも高い電圧を出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００６／１１２２７５号
【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、昇圧の機能を有する従来のマトリクスコンバータは、リアクトル、コンデンサおよび接断手段を入力と出力の双方に備えているため、装置が大形化するという問題がある。
【０００６】
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、装置の大形化を抑制することができる電力変換装置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】
実施形態の一態様に係る電力変換装置は、電力変換部と、制御部とを備える。前記電力変換部は、入力相と各出力相と接続する複数の片方向スイッチを有し、それぞれ前記入力相毎に設けられる複数のスイッチ群と、前記入力相毎に前記入力相と前記スイッチ群との間にそれぞれ接続され、互いに結合された複数のインダクタとを含む。前記制御部は、交流直流変換用のスイッチ駆動信号を生成する第１信号発生器と、直流交流変換用のスイッチ駆動信号を生成する第２信号発生器と、前記交流直流変換用のスイッチ駆動信号と前記直流交流変換用のスイッチ駆動信号とに基づいて前記複数の片方向スイッチのオンオフを制御するスイッチ駆動信号を生成する駆動信号発生器とを含む。前記第１信号発生器と前記第２信号発生器とは同期して動作する。
【発明の効果】
【０００８】
実施形態の一態様によれば、装置の大形化を抑制することができる電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る電力変換装置の構成例を示す図である。
【図２】図２は、３相入力３相出力電流形インバータの構成を示す図である。
【図３】図３は、第１の実施形態に係る制御部の構成例を示す図である。
【図４】図４は、第１の実施形態に係る電力変換装置の出力側の空間ベクトル図である。
【図５】図５は、第１の実施形態に係る電力変換装置の入力側の空間ベクトル図である。
【図６】図６は、第１の実施形態に係る第１のパルス発生器の構成例を示す図である。
【図７】図７は、第２の実施形態に係る制御部の構成例を示す図である。
【図８】図８は、第２の実施形態に係る第１のパルス発生器の構成例を示す図である。
【図９】図９は、第３の実施形態に係る制御部の構成例を示す図である。
【図１０】図１０は、第４の実施形態に係る制御部の構成例を示す図である。
【図１１】図１１は、第５の実施形態に係るゼロベクトル固定処理部の構成例を示す図である。
【図１２】図１２は、第６の実施形態に係る電力変換装置の構成例を示す図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、入力側と出力側で開放状態にある端子に印加される電圧を説明するための図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、入力側と出力側で開放状態にある端子に印加される電圧を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本願の開示する電力変換装置の実施形態を詳細に説明する。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。
【００１１】
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係る電力変換装置について説明する。図１は、第１の実施形態に係る電力変換装置の構成例を示す図である。
【００１２】
図１に示すように、第１の実施形態に係る電力変換装置１は、電流形電力変換装置であり、電力変換部２と、第１のフィルタ部３と、第２のフィルタ部４と、制御部５とを備える。かかる電力変換装置１は、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相の３つの入力相とＵ相、Ｖ相およびＷ相の３つの出力相との間で、双方向の電力変換を行い、さらに昇圧および降圧を行うことができる。
【００１３】
電力変換部２は、入力相のＲ相、Ｓ相およびＴ相に接続されるＲ相入力端子ＴＲ、Ｓ相入力端子ＴＳおよびＴ相入力端子ＴＴと、出力相のＲ相、Ｓ相およびＴ相に接続されるＵ相出力端子ＴＵ、Ｖ相出力端子ＴＶおよびＷ相出力端子ＴＷとを備える。Ｒ相入力端子ＴＲ、Ｓ相入力端子ＴＳおよびＴ相入力端子ＴＴは、例えば、３相交流電源の各相に接続され、Ｕ相出力端子ＴＵ、Ｖ相出力端子ＴＶおよびＷ相出力端子ＴＷは、例えば、電動機の各相に接続される。
【００１４】
また、電力変換部２は、入力端子ＴＲ、ＴＳ、ＴＴと、出力端子ＴＵ、ＴＶ、ＴＷとの間に設けられる、第１のスイッチング部１０、第２のスイッチング部２０および第３のスイッチング部３０を備える。各スイッチング部１０、２０、３０は、それぞれ電流形インバータ回路を構成する。
【００１５】
各スイッチング部１０、２０、３０は、６つの片方向スイッチと２つの直流インダクタとを備える。片方向スイッチは、ダイオードと、スイッチング素子とにより構成される。スイッチング素子として、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor  Field-Effect  Transistor）などが用いられる。なお、ダイオードおよびＩＧＢＴからなるスイッチング素子に代えて、逆阻止形ＩＧＢＴを用いることもできる。
【００１６】
直流インダクタは、３つのスイッチング部１０、２０、３０の間で、磁気結合されている。具体的には、直流インダクタ１７、２７、３７は互いに磁気結合されており、実際には１つのインダクタ素子ＤＣＬ１である。また、直流インダクタ１８、２８、３８は、互いに磁気結合されており、実際には１つのインダクタ素子ＤＣＬ２である。
【００１７】
図１に示す例では、直流インダクタ１７、１８、２７、２８、３７、３８の結合方向を黒丸で示しており、結合された直流インダクタ１７、２７、３７内の各巻線の巻数は、等しく、また、結合された直流インダクタ１８、２８、３８内の各巻線の巻数は、等しい。したがって、結合された直流インダクタの巻線間で、１つの巻線に流れる電流を、大きさを保持したまま他の巻線に移動させることができる。
【００１８】
第１のスイッチング部１０は、入力端子ＴＲと出力端子ＴＵ、ＴＶ、ＴＷとの間に設けられる。かかる第１のスイッチング部１０は、６つの片方向スイッチ１１〜１６からなるスイッチ群と、２つの直流インダクタ１７、１８とを備える。片方向スイッチ１１〜１６は、それぞれスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ、Ｓ４Ｒ、Ｓ３Ｒ、Ｓ６Ｒ、Ｓ５Ｒ、Ｓ２Ｒによって駆動される。
【００１９】
入力端子ＴＲから出力端子ＴＵ、ＴＶ、ＴＷへの電流経路は、３つの片方向スイッチ１１、１３、１５と、直流インダクタ１７とによって形成される。一方、出力端子ＴＵ、ＴＶ、ＴＷから入力端子ＴＲへの電流経路は、３つの片方向スイッチ１２、１４、１６と、直流インダクタ１８とによって形成される。
【００２０】
第２のスイッチング部２０および第３のスイッチング部３０は、第１のスイッチング部１０と同様の構成であるが、接続される入力端子が異なる。具体的には、第２のスイッチング部２０は、入力端子ＴＳと出力端子ＴＵ、ＴＶ、ＴＷとの間に設けられ、６つの片方向スイッチ２１〜２６からなるスイッチ群と、２つの直流インダクタ２７、２８とを備える。片方向スイッチ２１〜２６は、それぞれスイッチ駆動信号Ｓ１Ｓ、Ｓ４Ｓ、Ｓ３Ｓ、Ｓ６Ｓ、Ｓ５Ｓ、Ｓ２Ｓによって駆動される。
【００２１】
入力端子ＴＳから出力端子ＴＵ、ＴＶ、ＴＷへの電流経路は、３つの片方向スイッチ２１、２３、２５と、直流インダクタ２７とによって形成される。一方、出力端子ＴＵ、ＴＶ、ＴＷから入力端子ＴＳへの電流経路は、３つの片方向スイッチ２２、２４、２６と、直流インダクタ２８とによって形成される。
【００２２】
また、第３のスイッチング部３０は、入力端子ＴＴと出力端子ＴＵ、ＴＶ、ＴＷとの間に設けられ、６つの片方向スイッチ３１〜３６からなるスイッチ群と、２つの直流インダクタ３７、３８とを備える。片方向スイッチ３１〜３６は、それぞれスイッチ駆動信号Ｓ１Ｔ、Ｓ４Ｔ、Ｓ３Ｔ、Ｓ６Ｔ、Ｓ５Ｔ、Ｓ２Ｔによって駆動される。
【００２３】
入力端子ＴＴから出力端子ＴＵ、ＴＶ、ＴＷへの電流経路は、３つの片方向スイッチ３１、３３、３５と、直流インダクタ３７とによって形成される。一方、出力端子ＴＵ、ＴＶ、ＴＷから入力端子ＴＴへの電流経路は、３つの片方向スイッチ３２、３４、３６と、直流インダクタ３８とによって形成される。
【００２４】
このように、電力変換部２は、各入力端子と各出力端子との間に複数の片方向スイッチ１１〜１６、２１〜２６、３１〜３６を備えており、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔによって制御される。なお、片方向スイッチ１１、１３、１５、２１、２３、２５、３１、３３、３５が第１片方向スイッチの一例に相当し、片方向スイッチ１２、１４、１６、２２、２４、２６、３２、３４、３６が第２片方向スイッチの一例に相当する。
【００２５】
第１のフィルタ部３は、３つのコンデンサ３ａ〜３ｃを備えており、入力側のフィルタとして機能する。コンデンサ３ａ〜３ｃは、それぞれ一端が入力端子ＴＲ、入力端子ＴＳ、入力端子ＴＴに接続され、他端が共通に接続される。
【００２６】
第２のフィルタ部４は、３つのコンデンサ４ａ〜４ｃを備えており、出力側のフィルタとして機能する。コンデンサ４ａ〜４ｃは、それぞれ一端が出力端子ＴＵ、出力端子ＴＶ、出力端子ＴＷに接続され、他端が共通に接続される。
【００２７】
制御部５は、上述したスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔを生成し、電力変換部２へ出力する。電力変換部２は、制御部５から入力されるこれらのスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔに基づいて、各入力端子ＴＲ、ＴＳ、ＴＴと各出力端子ＴＵ、ＴＶ、ＴＷとの間で双方向の電力変換を行う。
【００２８】
制御部５は、直流インダクタ１７、２７、３７のいずれか１つ、および、直流インダクタ１８、２８、３８のいずれか１つに電流を常に流れるように、パルス信号であるスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔを生成する。
【００２９】
これにより、電力変換装置１は、従来の電流形電力変換装置の内部に流れる直流電流をパルス化し、従来の電流形電力変換装置と等価な電流を流すことで等価な動作を行うことができる。しかも、電力変換装置１は、電力変換の際に昇圧および降圧をリアクトルとスイッチとを外部に設けることなく行うことができる。
【００３０】
図２は、３相入力３相出力の電流形インバータの構成を示す図である。かかる電流形インバータは、交流直流変換を行うコンバータ部により交流から直流電流ｉｄｃを生成した後、直流電流ｉｄｃを直流交流変換を行うインバータ部により交流に変換する。
【００３１】
電力変換部２は、図１に示すように、各入力端子ＴＲ、ＴＳ、ＴＴと各出力端子ＴＵ、ＴＶ、ＴＷとの間に複数の片方向スイッチを備える。そして、かかる電力変換部２の制御は、上述したコンバータ部に対する制御と上述したインバータ部に対する制御とに分けて考えることができる。すなわち、電力変換部２の制御は、電流形コンバータ側と電流形インバータ側に分けることができる。
【００３２】
制御部５は、交流直流変換用のスイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ６ｃと、直流交流変換用のスイッチ駆動信号Ｓ１ｉ〜Ｓ６ｉを生成する。交流直流変換用のスイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ６ｃは、電流形コンバータ側のスイッチ駆動信号であり、直流交流変換用のスイッチ駆動信号Ｓ１ｉ〜Ｓ６ｉは、電流形インバータ側のスイッチ駆動信号である。
【００３３】
制御部５は、交流直流変換用のスイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ６ｃと、直流交流変換用のスイッチ駆動信号Ｓ１ｉ〜Ｓ６ｉとを合成することで、電力変換部２を制御するスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔを生成する。
【００３４】
以下、制御部５の構成について具体的に説明する。図３は、制御部５の構成例を示す図である。なお、ここでは、一例として、入力端子ＴＲ、ＴＳ、ＴＴから入力される交流電力を交流−交流変換して、出力端子ＴＵ、ＴＶ、ＴＷへ出力する場合を説明するが、その逆も同様に制御可能である。
【００３５】
図３に示すように、制御部５は、搬送波信号発生器５１と、電流指令発生器５２と、第１のパルス発生器５３と、第２のパルス発生器５４と、駆動信号分配器５５とを備える。搬送波信号発生器５１は、搬送波信号Ｖｃを発生し、第２のパルス発生器５４へ出力する。なお、第１のパルス発生器５３が第１信号発生器の一例に相当し、第２のパルス発生器５４が第２信号発生器の一例に相当する。また、駆動信号分配器５５が駆動信号発生器の一例に相当する。
【００３６】
電流指令発生器５２は、交流直流変換用の制御信号（以下、コンバータ制御信号と記載する）を生成して第１のパルス発生器５３へ出力する。また、電流指令発生器５２は、直流交流変換用の制御信号（以下、インバータ制御信号と記載する）を生成して第２のパルス発生器５４へ出力する。
【００３７】
まず、インバータ制御信号について説明する。電流指令発生器５２は、インバータ制御信号として、出力電流指令ベクトルを構成する電流ベクトルＩａｏｕｔ、Ｉｂｏｕｔと、電流位相指令θＩｏｕｔ、ゼロベクトル指令Ｓｚｏｕｔとを生成して第２のパルス発生器５４へ出力する。
【００３８】
第２のパルス発生器５４は、インバータ制御信号に基づき、図４に示す９つの電流ベクトルＩｕｖ、Ｉｕｗ、Ｉｖｗ、Ｉｖｕ、Ｉｗｕ、Ｉｗｖ、Ｉｕｕ、Ｉｖｖ、Ｉｗｗに応じたスイッチ駆動信号Ｓ１ｉ〜Ｓ６ｉを生成して出力する。
【００３９】
９つの電流ベクトルのうち、電流ベクトルＩｕｖ、Ｉｕｗ、Ｉｖｗ、Ｉｖｕ、Ｉｗｕ、Ｉｗｖは、異なる出力相間の電流に対応する電流ベクトル（以下、有効ベクトルと記載する）である。例えば、有効ベクトルＩｕｖは、Ｕ相とＶ相との間の電流に対応する電流ベクトルである。また、図４のように有効ベクトルはＩａベクトルとＩｂベクトルの２種類に分類される。
【００４０】
また、９つの電流ベクトルのうち、電流ベクトルＩｕｕ、Ｉｖｖ、Ｉｗｗは、それぞれ同一出力相に対応する電流ベクトルであり、大きさがゼロの電流ベクトル（以下、ゼロベクトルと記載する）である。例えば、ゼロベクトルＩｕｕは、Ｕ相に対応する大きさがゼロの電流ベクトルである。
【００４１】
第２のパルス発生器５４は、出力電流指令ベクトルに隣接する１つのゼロベクトルと、ゼロでない２つの有効ベクトルＩａｏｕｔ、Ｉｂｏｕｔとを用いてスイッチ駆動信号Ｓ１ｉ〜Ｓ６ｉを生成する。
【００４２】
出力電流指令ベクトルは、例えば、出力相の電流が正弦波である場合、図４に示すベクトル空間を、出力相の電流周波数で定まる角速度で回転するベクトルである。また、後述するインバータ変調率Ｉｏｕｔ＿ｒは、出力電流指令ベクトルの大きさが図４に示す６角形の内接円の半径と一致する際に出力電流指令ベクトルの値を１とした場合の出力電流指令ベクトルの値である。
【００４３】
第２のパルス発生器５４において、スイッチ駆動信号Ｓ１ｉ〜Ｓ６ｉを生成する際に用いられる電流ベクトルの出力時間は、出力電流指令ベクトルの大きさおよび位相から定まるインバータ変調率Ｉｏｕｔ＿ｒおよび電流位相指令θＩｏｕｔとから、下記式（１）〜（３）に示すように規定される。
【００４４】
「θ０」は、出力電流指令ベクトルと電流ベクトルＩａｏｕｔとのなす角、「Ｔｓｉ」は、ＰＷＭ制御の周期である。また、「Ｔｉａ」および「Ｔｉｂ」は、それぞれ有効ベクトルＩａｏｕｔ、Ｉｂｏｕｔの出力時間である。また、「Ｔｚｏｕｔ」は、ゼロベクトルの出力時間である。
【００４５】
【数１】
0005477408.tif 000002
【００４６】
図４は、電力変換装置１の出力側の空間ベクトル図であり、例えば、インバータ変調率Ｉｏｕｔ＿ｒと電流位相指令θＩｏｕｔとが、図４に示される状態である場合、「Ｔｉａ」は、有効ベクトルＩｕｗの出力時間、「Ｔｉｂ」は、有効ベクトルＩｕｖの出力時間である。また、「Ｔｚｏｕｔ」は、ゼロベクトルＩｕｕ、ＩｖｖおよびＩｗｗのうちゼロベクトル指令Ｓｚｏｕｔで指定された１つのゼロベクトルの出力時間である。
【００４７】
第２のパルス発生器５４は、このように規定される電流ベクトルに応じたスイッチ駆動信号Ｓ１ｉ〜Ｓ６ｉを、パルス幅変調（Pulse  Width Modulation：ＰＷＭ）によって生成し、駆動信号分配器５５へ出力する。以下、このようにパルス幅変調によってスイッチ駆動信号を生成するパルス発生器をＰＷＭパルス発生器と呼ぶ場合がある。
【００４８】
また、第２のパルス発生器５４は、ゼロベクトルから有効ベクトルへの切り替えタイミング、または、有効ベクトルからゼロベクトルへの切り替えタイミングで、立ち上がりまたは立ち下がるクロック信号ＣＬＫ１を生成する。なお、クロック信号ＣＬＫ１は、使用する電流ベクトルの切替タイミングで立ち上がりまたは立ち下がる信号とすることもできる。
【００４９】
第１のパルス発生器５３は、コンバータ制御信号に基づき、第２のパルス発生器５４から出力されるクロック信号ＣＬＫ１に同期して、交流直流変換用のスイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ６ｃを生成して出力する。
【００５０】
ここで、コンバータ制御信号について説明する。電流指令発生器５２は、コンバータ制御信号として、入力電流指令ベクトルを構成する電流ベクトルＩａｉｎ、Ｉｂｉｎと、電流位相指令θＩｉｎ、ゼロベクトル指令Ｓｚｉｎとを生成して第１のパルス発生器５３へ出力する。
【００５１】
第１のパルス発生器５３は、コンバータ制御信号に基づき、９つの電流ベクトルＩｒｔ、Ｉｒｓ、Ｉｔｓ、Ｉｔｒ、Ｉｓｒ、Ｉｓｔ、Ｉｒｒ、Ｉｓｓ、Ｉｔｔに応じたスイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ６ｃを生成して出力する。
【００５２】
９つの電流ベクトルのうち、電流ベクトルＩｒｔ、Ｉｒｓ、Ｉｔｓ、Ｉｔｒ、Ｉｓｒ、Ｉｓｔは、異なる入力相間の電流に対応する有効ベクトルであり、電流ベクトルＩｒｒ、Ｉｓｓ、Ｉｔｔは、それぞれ同一入力相に対応するゼロベクトルである。例えば、有効ベクトルＩｒｔは、Ｒ相とＴ相との間の電流に対応する電流ベクトルであり、ゼロベクトルＩｒｒは、Ｒ相に対応する大きさがゼロの電流ベクトルである。また、図５のように有効ベクトルはＩａｉｎベクトルとＩｂｉｎベクトルの２種類に分類される。
【００５３】
第１のパルス発生器５３は、入力電流指令ベクトルに隣接する１つのゼロベクトルと、ゼロでない２つの有効ベクトルＩａｉｎ、Ｉｂｉｎとを用いてスイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ６ｃを生成する。
【００５４】
入力電流指令ベクトルは、例えば、入力相の電流が正弦波である場合、図５に示すベクトル空間を、入力相の電流周波数で定まる角速度で回転するベクトルである。また、後述するコンバータ変調率Ｉｉｎ＿ｒは、入力電流指令ベクトルの大きさが図５に示す６角形の内接円の半径と一致する際に入力電流指令ベクトルの値を１とした場合の入力電流指令ベクトルの値である。
【００５５】
第１のパルス発生器５３において、スイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ６ｃを生成する際に用いられる電流ベクトルの出力時間は、出力電流指令ベクトルの大きさおよび位相からそれぞれ定まるインバータ変調率Ｉｏｕｔ＿ｒおよび電流位相指令θＩｏｕｔから、下記式（４）〜（６）に示すように規定される。
【００５６】
「θｉ」は、入力電流指令ベクトルと電流ベクトルＩａｉｎとのなす角、「Ｔｓｃ」は、制御周期である。また、「Ｔｃａ」および「Ｔｃｂ」は、それぞれ有効ベクトルＩａｉｎ、Ｉｂｉｎの出力時間、「Ｔｚｉｎ」は、ゼロベクトルの出力時間である。
【００５７】
【数２】
0005477408.tif 000003
【００５８】
図５は、電力変換装置１の入力側の空間ベクトル図であり、例えば、コンバータ変調率Ｉｉｎ＿ｒと電流位相指令θＩｉｎとが、図５に示される状態である場合、「Ｔｃａ」は、有効ベクトルＩｒｔの出力時間、「Ｔｃｂ」は、有効ベクトルＩｒｓの出力時間である。また、「Ｔｚｉｎ」は、ゼロベクトルＩｒｒ、ＩｓｓおよびＩｔｔのうちゼロベクトル指令Ｓｚｉｎで指定された１つのゼロベクトルの出力時間である。
【００５９】
第１のパルス発生器５３は、このように規定される電流ベクトルに応じたスイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ６ｃを、後述するようにΔΣ変調によって生成し、駆動信号分配器５５へ出力する。
【００６０】
駆動信号分配器５５は、交流直流変換用のスイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ６ｃと、直流交流変換用のスイッチ駆動信号Ｓ１ｉ〜Ｓ６ｉとの論理積から、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔを生成する。
【００６１】
具体的には、駆動信号分配器５５は、式（７）に示す論理積演算によって、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔを生成する。駆動信号分配器５５は、このように生成したスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔを電力変換部２へ出力することで、電力変換部２に電力変換を実行させる。
【数３】
0005477408.tif 000004
【００６２】
このように、電力変換装置１は、ゼロベクトルと有効ベクトルを用いて電力変換部２の制御を行うようにしている。すなわち、電力変換装置１は、異なる出力相の片方向スイッチを制御して出力相間に電流を供給する出力モードと、同一出力相の複数の片方向スイッチを制御する短絡モードとにより電流指令に応じた電力変換部２の制御を行う。
【００６３】
ここで、交流直流変換用のスイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ６ｃと直流交流変換用のスイッチ駆動信号Ｓ１ｉ〜Ｓ６ｉとの論理積演算を行う場合に、第１のパルス発生器５３と第２のパルス発生器５４との間で同期が取れていないとする。この場合、論理積演算によって生成されるスイッチ駆動信号は、片方向スイッチを構成するスイッチング素子を駆動できないほど継続時間の短いパルス信号となることがある。
【００６４】
そこで、本実施形態に係る電力変換装置１では、ΔΣ変調器を用いて第１のパルス発生器５３を構成しており、かかる第１のパルス発生器５３を、第２のパルス発生器５４によって生成されるクロック信号ＣＬＫ１に同期させて動作させるようにしている。
【００６５】
これにより、駆動信号分配器５５から出力するスイッチ駆動信号が片方向スイッチのスイッチング素子を駆動できないほど継続時間の短いパルス信号となる現象を低減することができる。なお、以下、このようにΔΣ変調によってスイッチ駆動信号を生成するパルス発生器をΔΣ変調パルス発生器と呼ぶ場合がある。
【００６６】
以下、第１のパルス発生器５３の構成について、具体的に説明する。図６は、第１のパルス発生器５３の構成例を示す図である。
【００６７】
図６に示すように、第１のパルス発生器５３は、ΔΣ変調器６１と、スイッチ選択器６２とを備える。ΔΣ変調器６１およびスイッチ選択器６２は、クロック信号ＣＬＫ１に同期してΔΣ変調を行って交流直流変換用のスイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ６ｃを生成して出力する。
【００６８】
ΔΣ変調器６１は、電流ベクトルＩａｉｎ、Ｉｂｉｎに対してΔΣ変調を施した電流ベクトルＩａｉｎｚ、Ｉｂｉｎｚを生成して出力する。かかるΔΣ変調器６１は、減算器７１ａ、７１ｂと、遅延器７２ａ、７２ｂと、加算器７３ａ、７３ｂと、量子化器７４ａ、７４ｂと、乗算器７５ａ、７５ｂと、ベクトル選択器７６とを備える。
【００６９】
減算器７１ａは、量子化器７４ａの入力と出力の差分を求め、遅延器７２ａへ出力する。遅延器７２ａは、減算器７１ａの出力をクロック信号ＣＬＫ１にて１クロック分遅延させて加算器７３ａへ出力する。加算器７３ａは、電流指令発生器５２から入力される電流ベクトルＩａｉｎに、遅延器７２ａの出力である１クロック分前の量子化器７４ａの入力と出力の差分を加算して量子化器７４ａへ出力する。
【００７０】
乗算器７５ａは、量子化器７４ａの出力に対し、ベクトル選択器７６から入力される選択信号に基づいた乗算処理を行い、かかる乗算結果を電流ベクトルＩａｉｎｚとしてスイッチ選択器６２へ出力する。
【００７１】
減算器７１ｂは、量子化器７４ｂの入力と出力の差分を求め、遅延器７２ｂへ出力する。遅延器７２ｂは、減算器７１ｂの出力をクロック信号ＣＬＫ１にて１クロック分遅延させて加算器７３ｂへ出力する。加算器７３ｂは、電流指令発生器５２から入力される電流ベクトルＩｂｉｎに、遅延器７２ｂの出力である１クロック分前の量子化器７４ｂの入力と出力の差分を加算して量子化器７４ｂへ出力する。
【００７２】
乗算器７５ｂは、量子化器７４ｂの出力に対し、ベクトル選択器７６から入力される選択信号に基づいた乗算処理を行い、かかる乗算結果を電流ベクトルＩｂｉｎｚとしてスイッチ選択器６２へ出力する。
【００７３】
ベクトル選択器７６は、量子化器７４ａの入力と量子化器７４ｂの入力とを比較し、かかる比較結果に応じた選択信号を乗算器７５ａ、７５ｂへ出力する。具体的には、ベクトル選択器７６は、量子化器７４ａの入力と量子化器７４ｂの入力がともに所定閾値未満であれば、「０」を出力する。
【００７４】
また、ベクトル選択器７６は、量子化器７４ａの入力と量子化器７４ｂの入力のどちらか一方が所定閾値以上であれば、値が大きい電流ベクトルに対応する乗算器へ「１」を出力し、値が小さい電流ベクトルに対応する乗算器へ「０」を出力する。なお、所定閾値は、調整可能な設定量であり、例えば、外部から設定が可能である。
【００７５】
例えば、所定閾値が「０．５」、量子化器７４ａの入力が「０．３」、量子化器７４ｂの入力が「０．４」の場合、ベクトル選択器７６は、乗算器７５ａ、７５ｂへ「０」を出力する。また、所定閾値が「０．５」、量子化器７４ａの入力が「０．７」、量子化器７４ｂの入力が「０．６」の場合、ベクトル選択器７６は、乗算器７５ａへ「１」を出力し、乗算器７５ｂへ「０」を出力する。
【００７６】
スイッチ選択器６２は、電流ベクトルＩａ１ｉｎｚ、Ｉｂ１ｉｎｚと、電流位相指令θＩｉｎと、ゼロベクトル指令Ｓｚｉｎとに基づき、ゼロベクトルおよび有効ベクトルを決定する。そして、スイッチ選択器６２は、このように決定した電流ベクトルに応じたスイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ６ｃを生成して出力する。
【００７７】
上述したように、第１のパルス発生器５３は、第２のパルス発生器５４から出力されるクロック信号ＣＬＫ１に同期して動作する。そのため、スイッチ選択器６２から出力されるスイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ６ｃは、第２のパルス発生器５４から出力されるスイッチ駆動信号Ｓ１ｉ〜Ｓ６ｉに同期する。
【００７８】
したがって、駆動信号分配器５５は、互いに同期するスイッチ駆動信号Ｓ１ｉ〜Ｓ６ｉとスイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ６ｃとの論理積演算によって、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔを生成することになる。これにより、駆動信号分配器５５から出力するスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔが片方向スイッチのスイッチング素子を駆動できないほど継続時間の短いパルス信号となる現象を低減することができる。
【００７９】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る電力変換装置について説明する。第２の実施形態に係る電力変換装置では、クロック信号ＣＬＫ１に同期して動作するＳＨＥ（Selective  Harmonic  Elimination）変調器を第２のパルス発生器とする点で、第１の実施形態に係る電力変換装置１と異なる。なお、上述した第１の実施形態の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付し、第１の実施形態と重複する説明については適宜、省略する。
【００８０】
図７は、第２の実施形態に係る電力変換装置における制御部の構成例を示す図である。図７に示すように、第２の実施形態に係る電力変換装置１Ａの制御部５Ａは、搬送波信号発生器５１と、電流指令発生器５２Ａと、第１のパルス発生器５３Ａと、第２のパルス発生器５４と、駆動信号分配器５５とを備える。なお、第１のパルス発生器５３Ａが第１信号発生器の一例に相当する。
【００８１】
電流指令発生器５２Ａは、コンバータ制御信号として、コンバータ変調率Ｉｉｎ＿ｒと、電流位相指令θＩｉｎとを生成して第１のパルス発生器５３Ａへ出力する。
【００８２】
第１のパルス発生器５３Ａは、コンバータ変調率Ｉｉｎ＿ｒおよび電流位相指令θＩｉｎに基づき、９つの電流ベクトルＩｒｔ、Ｉｒｓ、Ｉｔｓ、Ｉｔｒ、Ｉｓｒ、Ｉｓｔ、Ｉｒｒ、Ｉｓｓ、Ｉｔｔに応じたスイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ６ｃを生成して出力する。
【００８３】
第１のパルス発生器５３Ａは、ＳＨＥ変調器であり、あらかじめ電流位相指令とコンバータ変調率に対し、歪の少ないスイッチングパターンを構成するスイッチ駆動信号のデータを内部の記憶部に記憶している。第１のパルス発生器５３Ａは、電流指令発生器５２Ａから入力されるコンバータ変調率Ｉｉｎ＿ｒおよび電流位相指令θＩｉｎに対応するスイッチ駆動信号のデータを、クロック信号ＣＬＫ１に同期して内部の記憶部から読み出して駆動信号分配器５５へ出力する。
【００８４】
以下、第１のパルス発生器５３Ａの構成について、具体的に説明する。図８は、第１のパルス発生器５３Ａの構成例を示す図である。
【００８５】
図８に示すように、第１のパルス発生器５３Ａは、アドレス発生器７１と、ＳＨＥパターン記憶器７２とを備え、第２のパルス発生器５４によって生成されるクロック信号ＣＬＫ１に同期して動作する。
【００８６】
アドレス発生器７１は、電流位相指令θＩｉｎとコンバータ変調率Ｉｉｎ＿ｒとの関係に応じたアドレス情報を記憶しており、電流指令発生器５２Ａから入力されるコンバータ変調率Ｉｉｎ＿ｒおよび電流位相指令θＩｉｎに対応するアドレス情報を出力する。
【００８７】
ＳＨＥパターン記憶器７２は、アドレス情報に応じたスイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ６ｃのデータを記憶している。ＳＨＥパターン記憶器７２は、アドレス発生器７１から入力されるアドレス情報に応じたスイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ６ｃのデータをクロック信号ＣＬＫ１に同期して読み出して出力する。
【００８８】
ＳＨＥパターン記憶器７２に記憶されるスイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ６ｃのデータは、歪の少なくなるように選択されたスイッチングパターンのスイッチ駆動信号である。例えば、入力相の電圧位相のπ／３の区間内で出力するスイッチ駆動信号のパルス数を予め決めておき、入力相の電圧位相に対して入力電流の高調波が小さくなるスイッチ駆動信号のパターンをテーブルとしてＳＨＥパターン記憶器７２に記憶しておく。これにより、ＳＨＥパターン記憶器７２から入力電流の歪が少なくなるようなスイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ６ｃが選択されて駆動信号分配器５５へ出力される。
【００８９】
このように、第１のパルス発生器５３Ａは、第２のパルス発生器５４から出力されるクロック信号ＣＬＫ１に同期して動作する。そのため、スイッチ選択器６２から出力されるスイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ６ｃは、第２のパルス発生器５４から出力されるスイッチ駆動信号Ｓ１ｉ〜Ｓ６ｉに同期する。
【００９０】
したがって、第２の実施形態に係る電力変換装置１Ａでは、第１の実施形態に係る電力変換装置１と同様に、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔが片方向スイッチのスイッチング素子を駆動できないほど継続時間の短いパルス信号となる現象を低減することができる。
【００９１】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る電力変換装置について説明する。第３の実施形態に係る電力変換装置では、第１のパルス発生器に加え、第２のパルス発生器もΔΣ変調を行うパルス発生器とする点で、第１の実施形態に係る電力変換装置１と異なる。なお、上述した第１の実施形態の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付し、第１の実施形態と重複する説明については適宜、省略する。
【００９２】
図９は、第３の実施形態に係る電力変換装置における制御部の構成例を示す図である。図９に示すように、第３の実施形態に係る電力変換装置１Ｂの制御部５Ｂは、電流指令発生器５２と、第１のパルス発生器５３と、第２のパルス発生器５４Ｂと、駆動信号分配器５５と、クロック信号発生器５６とを備える。なお、第２のパルス発生器５４Ｂが第２信号発生器の一例に相当する。
【００９３】
第２のパルス発生器５４Ｂは、第１の実施形態に係る第１のパルス発生器５３と同様にΔΣ変調を行う。具体的には、第２のパルス発生器５４Ｂは、電流ベクトルＩａｉｎ、Ｉｂｉｎに対してΔΣ変調を行うΔΣ変調器と、かかるΔΣ変調器の出力に基づいてスイッチ駆動信号Ｓ１ｉ〜Ｓ６ｉを生成するスイッチ選択器を備える。
【００９４】
第２のパルス発生器５４Ｂは、クロック信号発生器５６から出力されるクロック信号ＣＬＫ２に同期してスイッチ駆動信号Ｓ１ｉ〜Ｓ６ｉを生成する。同様に、第１のパルス発生器５３もクロック信号ＣＬＫ２に同期してスイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ６ｃを生成する。
【００９５】
したがって、第３の実施形態に係る電力変換装置１Ｂでは、第１の実施形態に係る電力変換装置１と同様に、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔが片方向スイッチのスイッチング素子を駆動できないほど継続時間の短いパルス信号となる現象を低減することができる。
【００９６】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係る電力変換装置について説明する。第４の実施形態に係る電力変換装置では、電流形インバータ側と電流形コンバータ側のいずれか一方に選択的にΔΣ変調パルス発生器を適用することができる点で、第１の実施形態に係る電力変換装置１と異なる。なお、上述した第１の実施形態の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付し、第１の実施形態と重複する説明については適宜、省略する。
【００９７】
図１０は、第４の実施形態に係る電力変換装置における制御部の構成例を示す図である。図１０に示すように、第４の実施形態に係る電力変換装置１Ｃの制御部５Ｃは、搬送波信号発生器５１と、電流指令発生器５２Ｃと、第１のパルス発生器５３と、第２のパルス発生器５４と、駆動信号分配器５５とを備える。さらに、制御部５Ｃは、第３のパルス発生器５７と、第４のパルス発生器５８と、パルス切替器５９とを備える。
【００９８】
なお、第３のパルス発生器５７が第３信号発生器の一例に相当し、第４のパルス発生器５８が第２信号発生器の一例に相当する。また、パルス切替器５９が信号切替器の一例に相当する。
【００９９】
電流指令発生器５２Ｃは、第１の実施形態に係る電流指令発生器５２と同様に、電流形コンバータ側の制御信号を生成して出力するとともに、電流形インバータ側に対応する制御信号を生成して出力する。コンバータ制御信号は、第１のパルス発生器５３に加え、第３のパルス発生器５７へ入力される。また、インバータ制御信号は、第２のパルス発生器５４に加え、第４のパルス発生器５８へ入力される。
【０１００】
第３のパルス発生器５７は、コンバータ制御信号に基づき、９つの電流ベクトルＩｒｔ、Ｉｒｓ、Ｉｔｓ、Ｉｔｒ、Ｉｓｒ、Ｉｓｔ、Ｉｒｒ、Ｉｓｓ、Ｉｔｔに応じたスイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ６ｃを生成して出力する。
【０１０１】
また、第３のパルス発生器５７は、ゼロベクトルから有効ベクトルへの切り替えタイミング、または、有効ベクトルからゼロベクトルへの切り替えタイミングで、立ち上がりまたは立ち下がるクロック信号ＣＬＫ１Ａを生成する。
【０１０２】
第４のパルス発生器５８は、第２のパルス発生器５４Ｂと同様に、ΔΣ変調器と、スイッチ選択器とを備える。かかる第４のパルス発生器５８は、第３のパルス発生器５７から出力されるクロック信号ＣＬＫ１Ａに同期して、インバータ制御信号に基づき、スイッチ駆動信号Ｓ１ｉ〜Ｓ６ｉを生成して出力する。
【０１０３】
パルス切替器５９は、パルス切替指令Ｓｓｗに基づき、第１のパルス発生器５３および第２のパルス発生器５４から出力されるスイッチ駆動信号と、第３のパルス発生器５７および第４のパルス発生器５８から出力されるスイッチ駆動信号のいずれかを選択する。パルス切替器５９は、選択したスイッチ駆動信号を駆動信号分配器５５へ出力する。
【０１０４】
例えば、電流指令発生器５２Ｃから出力されるパルス切替指令ＳｓｗがＬｏｗであるとする。この場合、パルス切替器５９は、第１のパルス発生器５３から出力されるスイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ６ｃと、第２のパルス発生器５４から出力されるスイッチ駆動信号Ｓ１ｉ〜Ｓ６ｉとを選択して駆動信号分配器５５へ出力する。
【０１０５】
また、電流指令発生器５２Ｃから出力されるパルス切替指令ＳｓｗがＨｉｇｈであるとする。この場合、パルス切替器５９は、第３のパルス発生器５７から出力されるスイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ６ｃと、第４のパルス発生器５８から出力されるスイッチ駆動信号Ｓ１ｉ〜Ｓ６ｉとを選択して駆動信号分配器５５へ出力する。
【０１０６】
このように、第４の実施形態に係る電力変換装置１Ｃでは、電流形コンバータ側と電流形インバータ側のうち一方にＰＷＭパルス発生器を用い、他方にΔΣ変調パルス発生器を用いるように選択することができる。
【０１０７】
ＰＷＭパルス発生器を電流形インバータ側に用いた場合に比べ、ΔΣ変調パルス発生器を電流形インバータに用いた場合は、電力変換装置１Ｃは低い電圧を出力することが難しい。これは、出力できる電圧の下限が、出力周波数と電流形コンバータ側の最小パルス幅の比に依存することによるものである。
【０１０８】
上述した方法でＰＷＭパルス発生器が発生するクロック信号に同期してΔΣ変調パルス発生器を同期させた場合、ＰＷＭパルスのキャリア半周期よりもパルス幅が広くなってしまう。したがって、ΔΣ変調を電流形コンバータ側に使用した場合は、電流形コンバータ側の最小パルス幅が大きくなるので、数ボルト程度の電圧でも出力できない場合がある。
【０１０９】
そこで、第４の実施形態に係る電力変換装置１Ｃでは、所定値以上の電圧を出力する場合には、第１のパルス発生器５３と第２のパルス発生器５４とを用い、所定値未満の電圧を出力する場合には、第３のパルス発生器５７と第４のパルス発生器５８とを用いる。
【０１１０】
このように、電力変換装置１Ｃは、出力する電圧が低い場合には電流形コンバータ側にＰＷＭパルス発生器を、電流形インバータ側にΔΣ変調パルス発生器をそれぞれ用いる。これにより、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔが片方向スイッチのスイッチング素子を駆動できないほど継続時間の短いパルス信号となる現象を低減しつつも、低い電圧を出力することが可能となる。
【０１１１】
なお、第４の実施形態においては、第１のパルス発生器５３および第４のパルス発生器５８にΔΣ変調パルス発生器を用いることとしたが、いずれか一方または両方をＳＨＥ変調パルス発生器としてもよい。
【０１１２】
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態に係る電力変換装置について説明する。第５の実施形態に係る電力変換装置では、第１の実施形態に係る電力変換装置に対してさらにゼロベクトル固定処理部を追加する点で、第１の実施形態に係る電力変換装置と異なる。なお、上述した第１の実施形態の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付し、第１の実施形態と重複する説明については適宜、省略する。
【０１１３】
上述した第１の実施形態に係る電力変換装置１において、電流形コンバータの駆動信号Ｓ１ｃからＳ６ｃの状態変化を電流形インバータの駆動信号Ｓ１ｉからＳ６ｉの状態変化に同期させることにより、スイッチ駆動信号が継続時間の短いパルス信号とならないようにしている。しかしながら、電流形コンバータの駆動信号Ｓ１ｃからＳ６ｃの状態変化のすぐ後に電流形インバータの駆動信号Ｓ１ｉ〜Ｓ６ｉが状態を変化させると、結果としてスイッチ駆動信号が継続時間の短いパルス信号をなってしまう。そこで、第５の実施形態に係る電力変換装置では、ゼロベクトル固定処理部を追加している。
【０１１４】
図１１は、第５の実施形態に係る電力変換装置におけるゼロベクトル固定処理部の構成例を示す図である。かかるゼロベクトル固定処理部は、上述した駆動信号分配器５５と電力変換部２との間に設けられるものであり、第１の実施形態に係る電力変換装置１の制御部５に追加される構成である。なお、第２〜第４の実施形態に係る電力変換装置の制御部に追加することも可能である。ここでは、ゼロベクトル固定処理部の構成について説明し、制御部のその他の構成については説明を省略する。
【０１１５】
図１１に示すように、第５の実施形態に係る電力変換装置のゼロベクトル固定処理部８０は、Ｄラッチ回路部８１と、ゼロベクトル検出部８２とを備える。なお、ゼロベクトル固定処理部８０は、信号処理部の一例に相当する。また、ここでは、説明の便宜上、駆動信号分配器５５から出力されるスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔを、Ｓ１Ｒ＊〜Ｓ６Ｒ＊、Ｓ１Ｓ＊〜Ｓ６Ｓ＊、Ｓ１Ｔ＊〜Ｓ６Ｔ＊とする。
【０１１６】
Ｄラッチ回路部８１は、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ＊〜Ｓ６Ｒ＊、Ｓ１Ｓ＊〜Ｓ６Ｓ＊、Ｓ１Ｔ＊〜Ｓ６Ｔ＊のそれぞれに対応する１８個のＤラッチ回路を有する。各Ｄラッチ回路は、ゼロベクトル検出部８２から出力される後述するクロック信号ＰｓがＬｏｗである場合に、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ＊〜Ｓ６Ｒ＊、Ｓ１Ｓ＊〜Ｓ６Ｓ＊、Ｓ１Ｔ＊〜Ｓ６Ｔ＊をラッチする。このとき、ゼロベクトル固定処理部８０から出力されるスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔは、ラッチ時の状態で維持される。
【０１１７】
したがって、クロック信号ＰｓがＬｏｗの状態において、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ＊〜Ｓ６Ｒ＊、Ｓ１Ｓ＊〜Ｓ６Ｓ＊、Ｓ１Ｔ＊〜Ｓ６Ｔ＊のいずれかに変化があったとしても、ゼロベクトル固定処理部８０から出力されるスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔは変化しない。
【０１１８】
ゼロベクトル検出部８２は、ゼロベクトルＩｕｕ、Ｉｖｖ、Ｉｗｗに対応するスイッチ駆動信号Ｓ１ｉ〜Ｓ６ｉが第２のパルス発生器５４から出力されたことを検出し、所定時間幅Ｌｏｗとなるクロック信号ＰｓをＤラッチ回路部８１へ出力する。例えば、ゼロベクトルＩｕｕに対応するスイッチ駆動信号Ｓ１ｉ、Ｓ４ｉがオン指令であるＨｉｇｈとなった場合に、ゼロベクトル検出部８２は、所定時間幅Ｌｏｗとなるクロック信号ＰｓをＤラッチ回路部８１へ出力する。
【０１１９】
図１１に示すように、ゼロベクトル検出部８２は、ＡＮＤ回路９１〜９３と、遅延回路９４〜９７と、ＯＲ回路９８と、ＮＯＴ回路９９とを備える。ＡＮＤ回路９１は、スイッチ駆動信号Ｓ１ｉ、Ｓ４ｉとを入力し、スイッチ駆動信号Ｓ１ｉ、Ｓ４ｉが共にＨｉｇｈである場合に、ゼロベクトルＩｕｕの検出を示すＨｉｇｈの信号を出力する。また、ＡＮＤ回路９２は、スイッチ駆動信号Ｓ３ｉ、Ｓ６ｉが共にＨｉｇｈである場合に、ゼロベクトルＩｗｗを検出の検出を示すＨｉｇｈの信号を出力する。また、ＡＮＤ回路９３は、スイッチ駆動信号Ｓ２ｉ、Ｓ５ｉが共にＨｉｇｈである場合に、ゼロベクトルＩｖｖの検出を示すＨｉｇｈの信号を出力する。
【０１２０】
ＡＮＤ回路９１〜９３のいずれかがゼロベクトルを検出すると、遅延回路９４〜９６とＯＲ回路９８によって、所定期間Ｈｉｇｈとなる信号がＯＲ回路９８から出力される。ＯＲ回路９８から出力された信号は、遅延回路９７によって遅延され、ＮＯＴ回路９９で反転されてＤラッチ回路部８１の各Ｄラッチ回路へ入力される。
【０１２１】
このように、ゼロベクトル固定処理部８０は、電流形インバータ側がゼロベクトルを出力する状態になったことを検出すると、Ｄラッチ回路によってスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔの信号をホールドする。したがって、インバータ側においてゼロベクトルが出力されている間、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔがホールドされる。
【０１２２】
電流形インバータ側のゼロベクトルは、搬送波信号Ｖｃの山（極大値）または谷（極小値）の前後で発生するように構成している。かかる構成において、ゼロベクトル固定処理部８０を設けない場合、搬送波信号Ｖｃが極値をとるタイミングの前後で電流形インバータ側のゼロベクトルが変化してスイッチ駆動信号Ｓ１ｉ〜Ｓ６ｉが変化する。この場合、電流形コンバータ側の電流ベクトルと電流形インバータ側の電流ベクトルが短い時間間隔で相次いで変化するおそれがある。
【０１２３】
一方、第５の実施形態に係る電力変換装置では、ゼロベクトル固定処理部８０を設けていることから、搬送波信号Ｖｃが極値をとるタイミングの前後で電流形インバータ側のゼロベクトルが変化した場合であっても、強制的にゼロベクトルを変化させず同じゼロベクトルを出力しているため、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔは電流形インバータがゼロベクトルを出力するかぎり変化しない。そのため、電流形コンバータ側の電流ベクトルと電流形インバータ側の電流ベクトルが短い時間間隔で相次いで変化することが無くなる。すなわち、電力変換部２へ出力されるスイッチ駆動信号が片方向スイッチのスイッチング素子を駆動できないほど継続時間の短いパルス信号となる現象を低減することができる。
【０１２４】
なお、上述においては、電流形コンバータ側にΔΣ変調パルス発生器を、電流形インバータ側にＰＷＭパルス発生器を使用する場合の例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、第４の実施形態に係る電力変換装置１Ｃのように、電流形コンバータ側にＰＷＭパルス発生器を、電流形インバータ側にΔΣ変調パルス発生器を使用する場合、スイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ６ｃに基づいて、電流形コンバータ側のゼロベクトルを検出する。
【０１２５】
そして、電流形コンバータ側のゼロベクトルの期間中に、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔの信号をサンプルホールドする。このようにすることで、回路遅延に起因する数ナノ秒程度の細いパルスがスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔに発生することを抑制できる。
【０１２６】
なお、上述では、第１の実施形態に係る電力変換装置１に対してゼロベクトル固定処理部８０を追加するものとして説明したが、第２〜第４の実施形態に係る電力変換装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃに対してゼロベクトル固定処理部８０を追加することも当然に可能である。また、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔの信号をサンプルホールドするよう説明したが、スイッチ駆動信号Ｓ１ｉ〜Ｓ６ｉとスイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ６ｃをサンプルホールドしてもよい。
【０１２７】
（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態に係る電力変換装置について説明する。第６の実施形態に係る電力変換装置では、上述した実施形態に係る電力変換装置の構成に加え、さらに、入力相電圧検出部と、出力相電圧検出部と、ゼロベクトル選択器とを設けた点で、上述した実施形態に係る電力変換装置と異なる。なお、上述した実施形態の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付し、上述した実施形態と重複する説明については適宜、省略する。
【０１２８】
図１２は、第６の実施形態に係る電力変換装置の構成例を示す図である。図１２に示すように、第６の実施形態に係る電力変換装置１Ｅは、電力変換部２と、制御部５Ｅと、入力相電圧検出部６と、出力相電圧検出部７とを備える。なお、図１２では、第１のフィルタ部３および第２のフィルタ部４は、省略している。
【０１２９】
入力相電圧検出部６は、入力相であるＳ相、Ｒ相およびＴ相のそれぞれの電圧の瞬時値を検出し、検出結果である入力相電圧検出値ＶＲ、ＶＳ、ＶＴを制御部５Ｅへ出力する。入力相電圧検出値ＶＲは、Ｒ相の電圧の瞬時値であり、入力相電圧検出値ＶＳは、Ｓ相の電圧の瞬時値であり、入力相電圧検出値ＶＴは、Ｔ相の電圧の瞬時値である。
【０１３０】
出力相電圧検出部７は、出力相であるＵ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれの電圧の瞬時値を検出し、検出結果である出力相電圧検出値ＶＵ、ＶＶ、ＶＷを制御部５Ｅへ出力する。出力相電圧検出値ＶＵは、Ｕ相の電圧の瞬時値であり、出力相電圧検出値ＶＶは、Ｖ相の電圧の瞬時値であり、出力相電圧検出値ＶＷは、Ｗ相の電圧の瞬時値である。
【０１３１】
制御部５Ｅは、入力相電圧検出値ＶＲ、ＶＳ、ＶＴと、出力相電圧検出値ＶＵ、ＶＶ、ＶＷとに基づいて、開放状態にある入力側と出力側の端子間電圧が高くならないようなゼロベクトル指令Ｓｚｉｎ、Ｓｚｏｕｔを生成するゼロベクトル選択器１００を電流指令発生器５２Ｅに備える。ゼロベクトル指令Ｓｚｉｎは、電流形コンバータ側のゼロベクトルを指定する指令であり、ゼロベクトル指令Ｓｚｏｕｔは、電流形インバータ側のゼロベクトルを指定する指令である。なお、電流指令発生器５２Ｅにおいて、その他の構成は、電流指令発生器５２と同様である。
【０１３２】
ゼロベクトル選択器１００は、入力相電圧検出値のうち、絶対値（｜ＶＲ｜、｜ＶＳ｜、｜ＶＴ｜）が最も大きい入力相電圧検出値を判定する。そして、ゼロベクトル選択器１００は、絶対値が最も大きい入力相電圧検出値に対応する相を使ったゼロベクトルを指定する指令を、ゼロベクトル指令Ｓｚｉｎとして出力する。
【０１３３】
また、ゼロベクトル選択器１００は、ゼロベクトル指令Ｓｚｉｎに対応する相の電圧極性を判定する。そして、ゼロベクトル選択器１００は、電圧極性の判定結果が正の場合、さらに、出力相電圧検出値のうち、電圧極性が正で、かつ、最も値が大きい出力相電圧検出値を判定する。ゼロベクトル選択器１００は、電圧極性が正で、かつ、最も値が大きい出力相電圧検出値に対応する相を使ったゼロベクトルを指定する指令を、ゼロベクトル指令Ｓｚｏｕｔとして出力する。
【０１３４】
一方、ゼロベクトル選択器１００は、電圧極性の判定結果が負の場合、さらに、出力相電圧検出値のうち、電圧極性が負で、かつ、最も値が低い出力相電圧検出値を判定する。ゼロベクトル選択器１００は、電圧極性が負で、かつ、最も値が低い出力相電圧検出値に対応する相を使ったゼロベクトルを指定する指令を、ゼロベクトル指令Ｓｚｏｕｔとして出力する。
【０１３５】
ゼロベクトル選択器１００は、このようにゼロベクトル指令Ｓｚｉｎ、Ｓｚｏｕｔを生成しており、これにより、開放状態にある入力側と出力側の端子間電圧が高くなることを防止することができる。
【０１３６】
ここで、端子間電圧が高くなることを防止することができる点について、説明する。電流形コンバータ側と電流形インバータ側が同時にゼロベクトルを出力する状態になった場合、入力端子ＴＲ、ＴＳ、ＴＴの１つと出力端子ＴＵ、ＴＶ、ＴＷの１つの電位が等しくなる。
【０１３７】
例えば、電流形コンバータ側のゼロベクトルＩｔｔと電流形インバータ側のゼロベクトルＩｕｕとが出力された場合を考える。この場合、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｔ、Ｓ４ＴがＨｉｇｈとなり、片方向スイッチ３１、３２がオンになる。そのため、直流インダクタ３７、３８は環流状態となり、直流インダクタ３７、３８の巻線電圧がゼロである場合、入力端子ＴＴと、出力端子ＴＵとが短絡された状態と同様の状態となる。
【０１３８】
この場合、例えば、入力端子ＴＲと出力端子ＴＷとの間の端子間電圧がＶｒｔ＋Ｖｕｗであり、かつ、ＶｕｗとＶｒｔが同程度の電圧であれば、図１３Ａに示すように、開放状態にある入力端子ＴＲと出力端子ＴＷとの間にある片方向スイッチに非常に高い電圧が印加される。そのため、片方向スイッチを構成するスイッチング素子の耐圧が問題となる。
【０１３９】
このような場合であっても、第６の実施形態に係る電力変換装置１Ｅでは、図１３Ｂに示すように、電流形インバータ側のゼロベクトルをゼロベクトルＩｗｗとし、入力側と出力側で開放状態にある端子の電圧を全て同じ極性にする。そのため、開放状態にある端子、例えば、入力端子ＴＲと出力端子ＴＵとの端子間電圧はＶｒｔ−Ｖｕｗとなり、端子間電圧は低くなり、スイッチング素子に要求される耐圧値が、入力または出力のピーク電圧値を大幅に超える値となることを回避することができる。
【０１４０】
図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相の入力相のうち、絶対値が最も大きな入力相の電圧極性は、それ以外の入力相の電圧極性とは逆になる。同様に、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の出力相のうち、絶対値が最も大きな出力相の電圧極性は、それ以外の出力相の電圧極性とは逆になる。ゼロベクトル選択器１００は、上述の処理によって、入力側と出力側で開放状態にある端子の電圧を全て同じ極性にする。
【０１４１】
そのため、開放状態にある入力側と出力側の端子間電圧は、同じ極性の相電圧の差電圧となる。しかも、これらの端子間の相電圧は３相のうちで絶対値が最大ではない２番目または最小の値となるため、端子間電圧を低減することができる。
【０１４２】
なお、出力相電圧が耐圧の問題を起こさない程度に低い場合は、ゼロベクトル選択器１００は、入力相電圧検出値ＶＲ、ＶＳ、ＶＴおよび出力相電圧検出値ＶＵＶ、ＶＶＷを用いることなく、所定の規則にしたがって、ゼロベクトル指令Ｓｚｉｎ、Ｓｚｏｕｔを生成することもできる。
【０１４３】
以上のように、第６の実施形態に係る電力変換装置１Ｅでは、電力変換部２において片方向スイッチを構成するスイッチング素子に要求される耐圧が、入力または出力のピーク電圧値を大幅に超える値となることを回避することができる。
【０１４４】
なお、上記第１〜第６の実施形態では、３相入力３相出力の電力変換装置の例を説明したが、Ｎ相（Ｎは２以上の自然数９）入力でＭ相（Ｍは２以上の自然数）出力の電力変換装置であればよい。例えば、例えば、２相入力３相出力の電力変換装置、２相入力２相出力の電力変換装置であっても上記技術を適用することもできる。
【０１４５】
また、上記第１〜第６の実施形態では、結合された直流インダクタ１７、２７、３７と、結合された直流インダクタ１８、２８、３８とを設ける例を説明したが、少なくとも、直流インダクタ１７、２７、３７が設けられていればよい。
【０１４６】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【０１４７】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｅ  電力変換装置
２  電力変換部
３  第１のフィルタ部
４  第２のフィルタ部
５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｅ  制御部
６  入力相電圧検出部
７  出力相電圧検出部
１１〜１６，２１〜２６、３１〜３６  片方向スイッチ
１７、１８、２７、２８、３７、３８  直流インダクタ
５２、５２Ａ、５２Ｃ、５２Ｅ  電流指令発生器
５３、５３Ａ  第１のパルス発生器
５４、５４Ｂ  第２のパルス発生器
５５  駆動信号分配器
５６  第３のパルス発生器
５７  第４のパルス発生器
５８  パルス切替器
【図１】
0005477408.tif 000005
【図２】
0005477408.tif 000006
【図３】
0005477408.tif 000007
【図４】
0005477408.tif 000008
【図５】
0005477408.tif 000009
【図６】
0005477408.tif 000010
【図７】
0005477408.tif 000011
【図８】
0005477408.tif 000012
【図９】
0005477408.tif 000013
【図１０】
0005477408.tif 000014
【図１１】
0005477408.tif 000015
【図１２】
0005477408.tif 000016
【図１３Ａ】
0005477408.tif 000017
【図１３Ｂ】
0005477408.tif 000018