(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、
該直流電源の複数の電位のうち一つを選択する電位選択部と、
該電位選択部で選択された直流電位を平滑化する平滑回路と、
前記電位選択部と前記平滑回路とを接続する正極側ライン及び負極側ラインの一方に介挿されたリアクトルと、
前記平滑回路と並列に接続された直流電力を多相交流電力に変換して多相交流電動機に供給する電力変換部とを備え、
前記電位選択部は、前記直流電源の正極側と前記リアクトルとの間に接続されたコレクタが当該直流電源の正極側となる能動スイッチング素子と、該能動スイッチング素子と逆並列に接続されたダイオードとで構成される開閉制御部と、前記直流電源の中間電位点と前記開閉制御部及び前記リアクトルの接続点との間に介挿された前記開閉制御部が遮断状態で、中間電位を前記リアクトルに与える中間電位点接続半導体素子とで構成されている  ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記直流電源の複数の異なる中間電位点と前記開閉制御部及び前記リアクトルの接続点との間に個別に前記中間電位点接続半導体素子が接続され、最も低い中間電位点と前記開閉制御部及び前記リアクトルの接続点との間に接続された中間電位点接続半導体素子をダイオード及び逆耐圧を有する能動半導体素子の何れか一方で構成し、他の中間電位点接続半導体素子を、逆耐圧を有する能動半導体素子で構成した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】
前記電位選択部は、前記直流電源の負極側と前記リアクトルとの間に接続されたエミッタが当該直流電源の負極側となる能動スイッチング素子と、該能動スイッチング素子と逆並列に接続されたダイオードとで構成される開閉制御部と、前記直流電源の中間電位点と前記開閉制御部及び前記リアクトルの接続点との間に介挿された前記開閉制御部が遮断状態で、中間電位点を前記リアクトルに接続する中間電位点接続半導体素子とで構成されてい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４】
前記直流電源の複数の異なる中間電位点と前記開閉制御部及び前記リアクトルの接続点との間に個別に前記中間電位点接続半導体素子が接続され、最も高い中間電位点と前記開閉制御部及び前記リアクトルの接続点との間に接続された中間電位点接続半導体素子をダイオード及び逆耐圧を有する能動スイッチング素子の何れか一方で構成し、他の中間電位点接続半導体素子を、逆耐圧を有する能動スイッチング素子で構成したことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記電位選択部は、前記直流電源の正極側に接続されたコレクタが当該直流電源の正極側となる能動スイッチング素子と、該能動スイッチング素子と逆並列に接続されたダイオードとで構成される正側開閉制御部と、前記直流電源の中間電位点と前記正側開閉制御部の前記直流電源とは反対側との間に介挿された中間電位を前記平滑回路に与える正側中間電位点接続半導体素子と、前記直流電源の負極側に接続されたエミッタが当該直流電源の負極側となる能動スイッチング素子と、該能動スイッチング素子と逆並列に接続されたダイオードとで構成される負側開閉制御部と、前記直流電源の中間電位点と前記負側開閉制御部の前記直流電源とは反対側との間に介挿された中間電位点を前記平滑回路の負側に接続する負側中間電位点接続半導体素子とで構成され、前記正側開閉制御部及び正側中間電位点接続半導体素子の接続点と前記平滑回路の正極側との間及び前記負側開閉制御部及び負側中間電位点接続半導体素子の接続点と前記平滑回路の負極側との間の少なくとも一方にリアクトルが介挿されてい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６】
前記正側開閉制御部及び負側開閉制御部の能動スイッチング素子を時分割で交互にオンオフ制御することを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記オンオフ制御を行う場合のデューティ比を、オンオフ時間を均等に設定する均等時間制御、分割された前記直流電源の各々の充放電時間の積分値を均等に設定する均等時間積分値制御、及び分割された前記直流電源の各々の入出力電力の積分値を均等に設定する均等電力積分値制御の少なくとも１つで制御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】
前記正側中間電位点接続半導体素子と前記負側中間電位点接続半導体素子とを直列に接続した直列回路を並列に複数設け、各直列回路の正側中間電位点接続半導体素子と前記負側中間電位点接続半導体素子の接続点を前記直流電源の異なる複数の中間電位点に接続したことを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記正側開閉制御部及び負側開閉制御部の能動スイッチング素子を時間管理で交互にオンオフ制御することを特徴とする請求項８に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくともバッテリから供給される電力によって電動機を駆動する例えばハイブリッド電気自動車や電気自動車などに適用可能な電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド電気自動車や電気自動車などの電動機駆動装置として適用される電力変換装置としては、例えば、図１９に示す構成が知られている。
すなわち、所定の直流電圧を発生するバッテリ１００と、バッテリ１００の発生する直流電圧を昇圧し、この昇圧電圧に基づき電動機１０１を駆動するためのインバータ部１０２に供給する電流を得る双方向型昇圧チョッパ部１０３と、双方向型昇圧チョッパ部１０３と電動機１０１を駆動するためのインバータ部１０２との間に接続され、双方向型昇圧チョッパ部１０３の直流電圧を平滑する電解コンデンサなどの大容量コンデンサを有する平滑回路１０４からなる電動機制御装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。ここで、バッテリ１００は通常、１ユニット／数Ｖのものを数十直列にすることで、高電圧の直流電源を構成している。
【０００３】
一般に、電動機１０１の回転数と電解コンデンサ１０４の両端の直流電圧Ｅｄとは、図２０に示すような関係に制御する。すなわち、電動機１０１の回転数が零から所定回転数ＮBまでの間は、直流電圧Ｅｄをバッテリ電圧Ｖｂと等しくし、インバータ部１０２を構成する各スイッチング素子をＰＷＭ制御することによって電動機１０１の回転数を制御する。そして、電動機１０１の回転数が所定回転数Ｎ0を超えて所定回転数Ｎ0より大きな所定回数Ｎ1までの間では、双方向型昇圧チョッパ部１０３によってバッテリ電圧Ｖｂの昇圧率を１から回転数の増加に応じて徐々に増加させることにより、直流電圧Ｅｄをバッテリ電圧Ｖｂより徐々に増加させて、インバータ部１０２の各スイッチング素子をＰＷＭ制御することによって、電動機の回転数を制御する。
【０００４】
そして、直流電圧Ｅｄが最大値ＥｄMAXに達する所定回転数Ｎ1を超えると直流電圧Ｅｄを最大値ＥｄMAXに固定し、さらなる電動機１０１の回転数増加にはインバータ部１０２をＰＷＭ制御から１パルス制御への移行や、弱め界磁制御などを実行するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２７５３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の従来例にあっては、ＤＣ−ＡＣ変換回路となるインバータ部１０２に入力される最低直流入力電圧値がバッテリ電圧値Ｖｂとなることから、電動機１０１を低速運転する場合は、インバータ部１０２でバッテリ電圧値ＶｂによるＰＷＭ制御を行うことになる。そのため、スイッチング素子（ＩＧＢＴおよびダイオード）のスイッチング損失が大きくなるとともに、電動機１０１側も、流れる電流のリップルが大きくなるため、キャリア周波数成分による高調波損失が増加し、電力変換装置及び電動機の効率低下を招くという未解決の課題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、電力変換装置及び電動機の高効率化を図ることができる電力変換装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の一の態様に係る電力変換装置は、直流電源と、該直流電源の複数の電位のうち一つを選択する電位選択部と、該電位選択部で選択された直流電位を平滑化する平滑回路と、前記電位選択部と前記平滑回路とを接続する正極側ライン及び負極側ラインの一方に介挿されたリアクトルと、前記平滑回路と並列に接続された直流電力を多相交流電力に変換して多相交流電動機に供給する電力変換部とを備え、前記電位選択部は、前記直流電源の正極側と前記リアクトルとの間に接続されたコレクタが当該直流電源の正極側となる能動スイッチング素子と、該能動スイッチング素子と逆並列に接続されたダイオードとで構成される開閉制御部と、前記直流電源の中間電位点と前記開閉制御部及び前記リアクトルの接続点との間に介挿された前記開閉制御部が遮断状態で、中間電位を前記リアクトルに与える中間電位点接続半導体素子とで構成されていることを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の他の形態に係る電力変換装置は、前記直流電源の複数の異なる中間電位点と前記開閉制御部及び前記リアクトルの接続点との間に個別に前記中間電位点接続半導体素子が接続され、最も低い中間電位点と前記開閉制御部及び前記リアクトルの接続点との間に接続された中間電位点接続半導体素子をダイオード及び逆耐圧を有する能動スイッチング素子の何れか一方で構成し、他の中間電位点接続半導体素子を、逆耐圧を有する能動スイッチング素子で構成したことを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の他の形態に係る電力変換装置は、前記電位選択部は、前記直流電源の負極側と前記リアクトルとの間に接続されたエミッタが当該直流電源の負極側となる能動スイッチング素子と、該能動スイッチング素子と逆並列に接続されたダイオードとで構成される開閉制御部と、前記直流電源の中間電位点と前記開閉制御部及び前記リアクトルの接続点との間に介挿された前記開閉制御部が遮断状態で、中間電位点を前記リアクトルに接続する中間電位点接続半導体素子とで構成されていることを特徴としている。
【００１２】
また、本発明の他の形態に係る電力変換装置は、前記直流電源の複数の異なる中間電位点と前記開閉制御部及び前記リアクトルの接続点との間に個別に前記中間電位点接続半導体素子が接続され、最も高い中間電位点と前記開閉制御部及び前記リアクトルの接続点との間に接続された中間電位点接続半導体素子をダイオード及び逆耐圧を有する能動スイッチング素子の何れか一方で構成し、他の中間電位点接続半導体素子を、逆耐圧を有する能動スイッチング素子で構成したことを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の他の形態に係る電力変換装置は、前記電位選択部は、前記直流電源の正極側に接続されたコレクタが当該直流電源の正極側となる能動スイッチング素子と、該能動スイッチング素子と逆並列に接続されたダイオードとで構成される正側開閉制御部と、前記直流電源の中間電位点と前記正側開閉制御部の前記直流電源とは反対側との間に介挿された中間電位を前記平滑回路に与える正側中間電位点接続半導体素子と、前記直流電源の負極側に接続されたエミッタが当該直流電源の負極側となる能動スイッチング素子と、該能動スイッチング素子と逆並列に接続されたダイオードとで構成される負側開閉制御部と、前記直流電源の中間電位点と前記負側開閉制御部の前記直流電源とは反対側との間に介挿された中間電位点を前記平滑回路の負側に接続する負側中間電位点接続半導体素子とで構成され、前記正側開閉制御部及び正側中間電位点接続半導体素子の接続点と前記平滑回路の正極側との間及び前記負側開閉制御部及び負側中間電位点接続半導体素子の接続点と前記平滑回路の負極側との間の少なくとも一方にリアクトルが介挿されていることを特徴としている。
【００１４】
また、本発明の他の形態に係る電力変換装置は、前記正側開閉制御部及び負側開閉制御部の能動スイッチング素子を時分割で交互にオンオフ制御することを特徴としている。
また、本発明の他の形態に係る電力変換装置は、前記オンオフ制御を行う場合のデューティ比を、オンオフ時間を均等に設定する均等時間制御、分割された前記直流電源の各々の充放電時間の積分値を均等に設定する均等時間積分値制御、及び分割された前記直流電源の各々の入出力電力の積分値を均等に設定する均等電力積分値制御の少なくとも１つで制御することを特徴としている。
【００１５】
また、本発明の他の形態に係る電力変換装置は、前記正側中間電位点接続半導体素子と前記負側中間電位点接続半導体素子とを直列に接続した直列回路を並列に複数設け、各直列回路の正側中間電位点接続半導体素子と前記負側中間電位点接続半導体素子の接続点を前記直流電源の異なる複数の中間電位点に接続したことを特徴としている。
また、本発明の他の形態に係る電力変換装置は、前記正側開閉制御部及び負側開閉制御部の能動スイッチング素子を時間管理で交互にオンオフ制御することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電力変換装置及び電動機の高効率運転が可能となり、小型低コストで、且つ高信頼性の電力変換装置を提供することができるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の電力変換装置の第１の実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１の電力変換装置の制御部を含めたブロック図である。
【図３】電動機回転数と平滑回路の直流電圧との関係を示す特性線図である。
【図４】本発明の第２の実施形態を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３の実施形態を示すブロック図である。
【図６】制御装置の具体的構成を示すブロック図である。
【図７】制御装置の具体的構成を示す他のブロック図である。
【図８】制御装置の具体的構成を示すさらに他のブロック図である。
【図９】本発明の第４の実施形態を示すブロック図である。
【図１０】第４の実施形態における電動機回転数と平滑回路の直流電圧との関係を示す特性線図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態に適用し得る逆耐圧を有する能動半導体素子を示す図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態の制御部を含めたブロック図である。
【図１４】制御装置の制御部の具体的構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態における電動機回転数と平滑回路の直流電圧との関係を示す特性線図である。
【図１６】本発明の第５の実施形態の変形例を示すブロック図である。
【図１７】本発明の第５の実施形態の他の変形例を示すブロック図である。
【図１８】本発明の電力変換装置を電気自動車に適用した場合の実施形態を示すブロック図である。
【図１９】従来の電動機駆動装置を示すブロック図である。
【図２０】従来例の電動機回転速度と平滑回路の直流電圧との関係を示す特性線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施形態の電力変換装置を示すブロック図であり、図中、１は電動機駆動装置としての電力変換装置である。この電力変換装置１は、例えばバッテリで構成される直流電源２と、この直流電源２の正極側及び負極側から導出された正極側ラインＬｐ及び負極側ラインＬｎにそれぞれ並列に接続された平滑回路４及び平滑回路４で平滑化された直流電力を交流電力に変換する電力変換部としてのＤＣ−ＡＣ変換回路５を備えている。そして、ＤＣ−ＡＣ変換回路５から出力される交流電力が交流電動機６に供給されている。
【００１９】
直流電源２は、１ユニットが数Ｖのバッテリユニットを数１０直列に接続することで、数百Ｖのバッテリ電圧Ｖｂを得るように構成されている。そして、直列に接続されたバッテリユニットを例えば２分割してバッテリユニットＢＵａ及びＢＵｂを構成している。そして、バッテリユニットＢＵａの正極側から正側開閉制御部１１ｐを介して正極側ラインＬｐが導出され、バッテリユニットＢＵｂの負極側から負極側ラインＬｎが導出されている。
【００２０】
また、直流電源２には、複数の電位の一つを選択する電位選択部３が設けられている。この電位選択部３は、バッテリユニットＢＵａ及びＢＵｂ間のＶｂ／２の中間電位点となる接続点Ｐｍと正側制御部１１ｐのバッテリユニットＢｕａの正極側とは反対側との間にカソードを接続点Ｐｍ側とする正側中間電位接続半導体素子としてのダイオード１２ｐが介挿されている。
【００２１】
ここで、正側開閉制御部１１ｐは、コレクタをバッテリユニットＢＵａの正極側として接続された例えばＩＧＢＴで構成される能動スイッチング素子Ｑｐと、この能動スイッチング素子Ｑｐと逆並列に接続されたダイオードＤｐとの並列回路で構成されている。
そして、正側開閉制御部１１ｐ及びダイオードＤｐとの接続点と平滑回路４との間にリアクトルＬが介挿されている。ここで、リアクトルＬは正極側ラインＬｐの配線インダクタンスで構成することができる。
【００２２】
また、平滑回路４は、正極側ラインＬｐ及び負極側ラインＬｎ間に接続された平滑用コンデンサＣを備えており、この平滑用コンデンサＣによって電位選択部３で選択される直流電源２の電位を平滑化する。この平滑用コンデンサＣの両端の直流電圧ＥｄがＤＣ−ＡＣ変換回路５に供給される。
さらに、ＤＣ−ＡＣ変換回路５は、インバータ回路の構成を有し、正極側ラインＬｐ及び負極側ラインＬｎ間に並列に接続された３つのスイッチングアームＳＡ２１〜ＳＡ２３を有する。これらスイッチングアームＳＡ２１〜２３のそれぞれは、正極側ラインＬｐ及び負極側ラインＬｎ間に直列に接続された例えばＩＧＢＴで構成されるスイッチング素子Ｑｊａ及びＱｊｂ（ｊは２１〜２３）と、各スイッチング素子Ｑｊａ及びＱｊｂに逆並列に接続されたダイオードＤｊａ及びＤｊｂとを有する。そして、各スイッチング素子Ｑｊａ及びＱｊｂの接続点が交流出力点Ｐｕ，Ｐｖ及びＰｗとされて負荷としての交流電動機６の例えばスター結線されたコイルＬｕ、Ｌｖ及びＬｗに接続されている。
【００２３】
そして、上記正側制御部１１ｐの能動スイッチング素子Ｑｐのオンオフ制御と、ＤＣ−ＡＣ変換回路５のスイッチング素子Ｑ２１ａ〜２３ｂのＰＷＭ（パルス幅変調）制御が、図２に示すように、制御装置１４によって行われる。ここで、制御装置１４には、交流電動機６の速度指令（又は周波数指令）Ｎｍ*が入力され、速度指令（又は周波数指令）Ｎｍ*が所定設定値ＮB未満であるときには、正側制御部１１ｐの能動スイッチング素子Ｑｐをオフ状態とする制御信号Ｃｓを出力し、速度指令（又は周波数指令）Ｎｍ*が所定設定値ＮB以上であるときには、正側制御部１１ｐの能動スイッチング素子Ｑｐをオン状態とする制御信号Ｃｓを出力する。また、制御装置１４は、速度指令（又は周波数指令）Ｎｍ*に応じて、ＤＣ−ＡＣ変換回路５の各スイッチング素子のゲートに対するＰＷＭ信号を生成し、生成したＰＷＭ信号をＤＣ−ＡＣ変換回路５の各スイッチング素子のゲートに供給する。
【００２４】
次に、上記第１の実施形態の動作を説明する。
今、交流電動機６を所定回転速度ＮB以下の低回転速度で回転駆動するように、所定回転速度ＮB未満の速度指令（又は周波数指令）Ｎｍ*が制御装置１４に入力されると、正側制御部１１ｐの能動スイッチング素子Ｑｐのゲートにこれをオフ状態とする制御信号Ｃｓが出力される。このため、能動スイッチング素子Ｑｐがオフ状態となることにより、バッテリユニットＢＵａの正極側とリアクトルＬとの間の通電路が遮断状態となる。したがって、リアクトルＬには、バッテリユニットＢＵｂの正極側がダイオード１２ｐを介して供給される。このとき、バッテリユニットＢＵｂの正極側の電位は、直流電源２の電圧Ｖｂの半分のＶｂ／２である。このため、平滑用コンデンサＣの両端の正極側電位部Ｖｐ及び負極側電位部Ｖｎ間の直流電圧Ｅｄは図３に示すようにＶｂ／２となる。
【００２５】
この平滑回路４の直流電圧Ｅｄ（＝Ｖｂ／２）がＤＣ−ＡＣ変換回路５の各スイッチングアームＳＡ１〜ＳＡ３に供給されるので、これらスイッチングアームＳＡ１〜ＳＡ３の各スイッチング素子Ｑ２１ａ〜Ｑ２３ａ及びＱ２１ｂ〜Ｑ２３ｂを制御装置１４で、速度指令（又は周波数指令）Ｎｍ*に基づくデューティ比でＰＷＭ制御することにより、交流電動機６を低速回転駆動することができる。このとき、スイッチングアームＳＡ１〜ＳＡ３に供給される直流電圧Ｅｄが直流電源２の電源電圧Ｖｂの半分であるＶｂ／２であるので、ＤＣ−ＡＣ変換回路５のスイッチング損失や、交流電動機６の高調波損失を低減することが可能となる。
【００２６】
この交流電動機６の低速回転駆動状態から、制御装置１４に入力される速度指令（又は周波数指令）Ｎｍ*が設定回転速度ＮB以上となると、正側制御部１１ｐの能動スイッチング素子Ｑｐをオン状態とする制御信号Ｃｓが能動スイッチング素子Ｑｐのゲートに供給される。これにより、能動スイッチング素子Ｑｐがオン状態となって、バッテリユニットＢＵａの正極側がリアクトルＬを介して平滑用コンデンサＣの正極側に接続される。
【００２７】
一方、バッテリユニットＢＵｂの負極側が負極側ラインＬｎを介して平滑用コンデンサＣの負極側に接続される。このため、図３に示すように、平滑用コンデンサＣの両端の直流電圧Ｅｄがバッテリ電圧Ｖｂとなり、前述した低速回転駆動状態の２倍の電圧がＤＣ−ＡＣ変換回路５に供給される。このため、ＤＣ−ＡＣ変換回路５の各スイッチング素子Ｑ２１ａ〜Ｑ２３ａ及びＱ２１ｂ〜Ｑ２３ｂをＰＷＭ制御することにより、交流電動機６を高電圧で高速回転駆動することができる。
【００２８】
さらに、交流電動機６が発電機として動作する回生動作時には、正側制御部１１ｐの能動スイッチング素子Ｑｐをオン状態に制御することにより、発電電力がＤＣ−ＡＣ変換回路５で直流電力に変換されて正側制御部１１ｐのダイオードＤｐを介してバッテリユニットＢＵａ及びＢＵｂに充電電流として供給される。
このように、第１の実施形態では、速度指令（又は周波数指令）Ｎｍ*が所定回転速度ＮB未満であるときには、直流電源２のバッテリ電圧Ｖｂの半分の電圧Ｖｂ／２がＤＣ−ＡＣ変換回路５に供給され、このＤＣ−ＡＣ変換回路５で交流電力に変換されて交流電動機６に供給される。このため、ＤＣ−ＡＣ変換回路５のスイッチング損失や、交流電動機６の高調波損失を低減することが可能となる。また、速度指令（又は周波数指令）Ｎｍ*が所定回転速度ＮB以上であるときには、直流電源２のバッテリ電圧ＶｂがそのままＤＣ−ＡＣ変換回路５に供給され、このＤＣ−ＡＣ変換回路５で交流電力に変換されて交流電動機６を高速回転駆動することができる。
【００２９】
次に、本発明の第２の実施形態を図４について説明する。
この第２の実施形態では、直流電源２の正極側に正側制御部１１ｐ及びダイオード１２ｐを設ける場合に代えて負極側に負側開閉制御部１１ｎ及びダイオード１２ｎを設けるようにしたものである。
すなわち、第２の実施形態では、図４に示すように、バッテリユニットＢＵａの正極側を直接平滑回路４の正極側に接続し、且つバッテリユニットＢＵｂの負極側を、負側開閉制御部１１ｎ及びリアクトルＬを介して平滑回路４の負極側に接続するとともに、直流電源２の接続点Ｐｍと負側開閉制御部１１ｎ及びリアクトルＬの接続点との間に、カソードを接続点Ｐｍ側とするダイオード１２ｎを介挿したことを除いては前述した第１の実施形態と同様の構成を有し、図１との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。ここで、負側開閉制御部１１ｎはエミッタをバッテリユニットＢＵｂの負極側とする例えばＩＧＢＴで構成される能動スイッチング素子Ｑｎとこの能動スイッチング素子Ｑｎと逆並列に接続されたダイオードＤｎとの並列回路で構成されている。
【００３０】
また、速度指令（又は周波数指令）Ｎｍ*が所定回転速度ＮB未満であるときに、負側開閉制御部１１ｎの能動スイッチング素子Ｑｎをオフ状態に制御し、速度指令（又は周波数指令）Ｎｍ*が所定回転速度ＮB以上であるときに，負側開閉制御部１１ｎの能動スイッチング素子Ｑｎをオン状態に制御する。
この第２の実施形態によると、速度指令（又は周波数指令）Ｎｍ*が所定回転速度ＮB未満であるときには、バッテリユニットＢＵａの正極側が直接平滑回路４の正極側に接続され、且つバッテリユニットＢＵａの接続点Ｐｍがダイオード１２ｎ及びリアクトルＬを介して平滑回路４の負極側に接続される。このため、平滑回路４の平滑用コンデンサＣの両端電圧Ｅｄがバッテリ電圧Ｖｂの半分のＶｂ／２となる。この結果、前述した第１の実施形態と同様に、ＤＣ−ＡＣ変換回路５のスイッチング損失や、交流電動機６の高調波損失を低減させた状態で交流電動機６を低速回転駆動することができる。
【００３１】
速度指令（又は周波数指令）Ｎｍ*が所定回転速度ＮB以上であるときには、負側開閉制御部１１ｎの能動スイッチング素子Ｑｎをオン状態として、平滑回路４の平滑用コンデンサＣの端子電圧Ｅｄをバッテリ電圧Ｖｂとして交流電動機６を高速回転駆動することができる。
なお、上記第１及び第２の実施形態においては、直流電源２の接続点Ｐｍの中間電位をＶｂ／２とした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、任意の中間電位とすることができる。
【００３２】
次に、本発明の第３の実施形態を図５について説明する。
この第３の実施形態では、上述した第１の実施形態及び第２の実施形態を組み合わせたものである。
すなわち、第３の実施形態では、図５に示すように、直流電源２のバッテリユニットＢＵａの正極側が正側制御部１１ｐ及びリアクトルＬを介して平滑回路４の正極側に接続され、バッテリユニットＢＵｂの負極側が負側開閉制御部１１ｎを介して平滑回路４の負極側に接続されている。さらに、正側制御部１１ｐのバッテリユニットＢＵａとは反対側及び負側開閉制御部１１ｎのバッテリユニットＢＵｂとは反対側との間にカソードを正側制御部１１ｐ側とするダイオード１２ｐ及びアノードを負側開閉制御部１１ｎ側とするダイオード１２ｎとが直列に接続されている。そして、両ダイオード１２ｐ及び１２ｎの接続点がバッテリユニットＢＵａ及びＢＵｂ間の接続点Ｐｍに接続されている。
【００３３】
さらに、正側制御部１１ｐの能動スイッチング素子Ｑｐ及び負側開閉制御部１１ｎの能動スイッチング素子Ｑｎが、速度指令（又は周波数指令）Ｎｍ*が所定設定値ＮB未満であるときに、制御装置１４から出力されるデューティ比５０％で、一方がオン状態であるときに他方がオフ状態となるパルス列の制御信号Ｃｓ１によって交互にオンオフ制御される。また、速度指令（又は周波数指令）Ｎｍ*が所定設定値ＮB以上であるときには、正側制御部１１ｐの能動スイッチング素子Ｑｐ及び負側開閉制御部１１ｎの能動スイッチング素子Ｑｎがそれぞれ例えば高レベルを維持する制御信号Ｃｓ２によってオン状態に制御される。
【００３４】
ここで、制御装置１４でのパルス列制御信号Ｃｓ１の形成は、図６に示すように、制御信号形成回路２０で行う。この制御信号形成回路２０には、交流電動機６の電動機回転数Ｎｍを図示しない回転数センサで検出した電動機回転数Ｎｍと予め設定した所定設定値ＮBとが入力されている。これら電動機回転数Ｎｍ及び所定設定値ＮBは比較器２１に供給され、この比較器２１から出力される電動機回転数Ｎｍが所定設定値ＮB未満であるときに例えば高レベルとなる比較信号Ｓｃをパルス列発生器２２に供給する。このパルス列発生器２２で高レベルの比較信号Ｓｃが入力されると、デューティ比５０％のパルス列制御信号Ｃｓ１を発生し、発生したパルス列制御信号Ｃｓ１を正側制御部１１ｐの能動スイッチング素子Ｑｐに対してはそのまま供給し、負側開閉制御部１１ｎの能動スイッチング素子Ｑｎに対しては論理反転回路２３で論理反転してパルス列制御信号Ｃｓ１′として供給する。
【００３５】
この第３の実施形態によると、速度指令（又は周波数指令）Ｎｍ*が所定設定値ＮB未満であるときに、正側制御部１１ｐの能動スイッチング素子Ｑｐと負側開閉制御部１１ｎの能動スイッチング素子Ｑｎとが所定デューティ比で時分割に交互にオンオフ制御される。このため、正側制御部１１ｐの能動スイッチング素子Ｑｐがオフ状態であるときには、バッテリユニットＢＵｂが平滑回路４の正極側及び負極側に接続される。このため、平滑回路４の平滑用コンデンサＣの両端電圧Ｅｄがバッテリ電圧Ｖｂの半分の電圧Ｖｂ／２に充電される。
【００３６】
同様に、負側開閉制御部１１ｎの能動スイッチング素子Ｑｎがオフ状態であるときには、バッテリユニットＢＵａが平滑回路４の正極側及び負極側に接続される。このため、平滑回路４の平滑用コンデンサＣの両端電圧Ｅｄはバッテリ電圧Ｖｂの半分の電圧Ｖｂ／２に維持される。
この結果、前述した第１及び第２の実施形態と同様に、ＤＣ−ＡＣ変換回路５のスイッチング損失や、交流電動機６の高調波損失を低減させた状態で交流電動機６を低速回転駆動することができる。
【００３７】
また、速度指令（又は周波数指令）Ｎｍ*が所定設定値ＮB以上であるときに、正側制御部１１ｐの能動スイッチング素子Ｑｐ及び負側開閉制御部１１ｎの能動スイッチング素子Ｑｎがともにオン状態に制御されて、直流電源２のバッテリ電圧Ｖｂがそのまま平滑回路４の平滑用コンデンサＣに充電され、平滑用コンデンサＣの両端電圧Ｅｄがバッテリ電圧Ｖｂとなる。このため、交流電動機６を高速回転駆動することができる。
【００３８】
この第３の実施形態によると、正側制御部１１ｐの能動スイッチング素子Ｑｐ及び負側開閉制御部１１ｎの能動スイッチング素子Ｑｎが交互にオンオフ制御されるので、バッテリユニットＢＵａ及びＢＵｂの供給電力を等しくして、両者の負担を同等にすることが可能となり、バッテリの長寿命化を図ることができる。
因みに、上述した第１及び第２の実施形態では、バッテリユニットＢＵａ及びＢＵｂの供給電力が異なるため、バッテリ寿命に差が生じることになり、直流電源２全体のバッテリ寿命が短くなるが、上記第３の実施形態では、バッテリユニットＢＵａ及びＢＵｂの負担を同等にすることが可能となる。
【００３９】
なお、上記第３の実施形態においては、制御装置１４の制御信号形成回路２０でデューティ比５０％のパルス列制御信号ＣＳ１及びＣｓ１′を形成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図７に示すように、バッテリユニットＢＵａ及びＢＵｂのバッテリユニット出力電流ｉａ及びｉｂをそれぞれ図示しない電流センサで検出し、検出したバッテリユニット出力電流ｉａ及びｉｂを、制御信号形成回路２０を構成し、比較器２１の比較信号Ｓｃが高レベルであるときに動作する制御部選択回路３０に供給するようにしてもよい。この制御部選択回路３０は、バッテリユニット出力電流ｉａ及びｉｂを個別に積分する積分回路３１ａ及び３１ｂを有し、これらの積分出力を比較器３２に供給して比較し、この比較器３２から電流積分値Ｉｉａに対して電流積分値Ｉｉｂが小さいときに高レベルとなる選択信号ＳＬを出力する。この選択信号ＳＬはそのまま負側開閉制御部１１ｎの能動スイッチング素子Ｑｎに供給され、正側制御部１１ｐの能動スイッチング素子Ｑｐには論理反転回路３３を介して供給される。
【００４０】
したがって、電動機回転数Ｎｍが所定設定値ＮB未満であるときに、バッテリユニットＢＵｂから出力されるバッテリユニット出力電流ｉａの積分値Ｉｉａに対してバッテリユニットＢＵｂから出力されるバッテリユニット出力電流ｉｂの積分値Ｉｉｂが小さいときには、負側開閉制御部１１ｎの能動スイッチング素子Ｑｎがオン状態に制御されて、バッテリユニットＢＵｂが平滑回路４に接続される。逆に、バッテリユニット出力電流ｉａの積分値Ｉｉａがバッテリユニット出力電流ｉｂの積分値Ｉｉｂより小さいときには、正側制御部１１ｐの能動スイッチング素子Ｑｐがオン状態に制御されて、バッテリユニットＢＵａが平滑回路４に接続される。したがって、バッテリユニットＢＵａ及びＢＵｂの充放電電流の積分値に応じてバッテリユニットＢＵａ及びＢＵｂの一方が選択されることになり、バッテリユニット出力電流ｉａ及びｉｂの積分値Ｉｉａ及びＩｉｂが均等化されて、直流電源２全体の寿命を長期化することができる。
【００４１】
さらには、図８に示すように、制御部選択回路３０にバッテリユニット電流ｉａ及びｉｂに加えて、図示しない電圧センサで検出したバッテリユニットＢＵａ及びＢＵｂのバッテリユニット電圧ｖａ及びｖｂも入力し、バッテリユニット電流ｉａ及びバッテリユニット電圧ｖａを乗算回路４１ａで乗算して充放電電力ｐａを算出するとともに、バッテリユニット電流ｉｂ及びバッテリユニット電圧ｖｂを乗算回路４１ｂで乗算して充放電電力ｐｂを算出し、これら充放電電力ｐａ及びｐｂをそれぞれ積分回路４２ａ及び４２ｂで積分し、これらの電力積分値Ｉｐａ及びＩｐｂを比較器４３で比較し、この比較器４３からＩｐａに対してＩｐｂが小さいときに高レベルの選択信号ＳＬを出力し、この選択信号ＳＬをそのまま負側開閉制御部１１ｎの能動スイッチング素子Ｑｎに出力し、正側制御部１１ｐの能動スイッチング素子Ｑｐには論理反転回路４４で論理反転して出力するようにしてもよい。
【００４２】
したがって、電動機回転数Ｎｍが所定設定値ＮB未満であるときに、バッテリユニットＢＵｂの充放電電力ｐａの積分値Ｉｐａに対してバッテリユニットＢＵｂの充放電電力ｐｂの積分値Ｉｐｂが小さいときには、負側開閉制御部１１ｎの能動スイッチング素子Ｑｎがオン状態に制御されて、バッテリユニットＢＵｂが平滑回路４に接続される。逆に、バッテリユニットＢＵａの充放電電力Ｐａの積分値ＩｐａがバッテリユニットＢＵｂの充放電電力ｐａの積分値Ｉｐｂより小さいときには、正側制御部１１ｐの能動スイッチング素子Ｑｐがオン状態に制御されて、バッテリユニットＢＵａが平滑回路４に接続される。したがって、バッテリユニットＢＵａ及びＢＵｂの充放電電力の積分値に応じてバッテリユニットＢＵａ及びＢＵｂの一方が選択されることになり、バッテリユニットＢＵａ及びＢＵｂの充放電電力ｐａ及びｐｂの積分値Ｉｐａ及びＩｐｂが均等化されて、直流電源２全体の寿命を長期化することができる。
【００４３】
次に、本発明の第４の実施形態を図９及び図１０について説明する。
この第４の実施形態では、バッテリ電圧を昇圧して平滑回路４に供給するようにしたものである。
すなわち、第４の実施形態では、図９に示すように、前述した第１の実施形態における図１の構成において、電位選択部３と平滑回路４との間にリアクトルＬを含む双方向昇圧チョッパ部５１が介挿されたことを除いては図１と同様の構成を有し、図１との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。
【００４４】
ここで、双方向昇圧チョッパ部５１は、電位選択部３の正側開閉制御部１１ｐ及びダイオード１２ｐとの接続点に一端が接続された昇圧用リアクトルＬと、平滑回路４の平滑用コンデンサＣと並列に接続された例えばＩＧＢＴで構成される能動スイッチング素子Ｑ１及びＱ２の直列回路とで構成されている。そして、昇圧用リアクトルＬの他端が能動スイッチング素子Ｑ１及びＱ２の接続点に接続され、各能動スイッチング素子Ｑ１及びＱ２には逆並列にダイオードＤ１及びＤ２が接続されている。
【００４５】
この第４の実施形態によると、例えば、図１０に示すように、電動機回転数Ｎｍが所定回転数ＮB未満であるときには、正側開閉制御部１１ｐの能動スイッチング素子Ｑｐをオフ状態とするとともに、双方向昇圧チョッパ部５１の能動スイッチング素子Ｑ１及びＱ２を昇圧比が“１”となるようにオンオフ制御する。これにより、バッテリユニットＢＵｂのバッテリ電圧Ｖｂの半分の電圧Ｖｂ／２が平滑回路４の平滑用コンデンサＣに充電されることになる。このため、この平滑回路４の両端電圧Ｅｄ（＝Ｖｂ／２）がＤＣ−ＡＣ変換回路５で交流電力に変換されて交流電動機６に供給され、交流電動機６が低速回転駆動される。このとき、前述した第１〜第３の実施形態と同様に、バッテリ電圧Ｖｂの半分の低電圧Ｖｂ／２がＤＣ−ＡＣ変換回路５に供給されるので、ＤＣ−ＡＣ変換回路５のスイッチング損失や、交流電動機６の高調波損失を低減することが可能となる。
【００４６】
その後、電動機回転数Ｎｍが所定設定値ＮB以上となると、正側開閉制御部１１ｐの能動スイッチング素子Ｑｐがオン状態に制御されることにより、バッテリユニットＢＵａ及びＢＵｂによるバッテリ電圧Ｖｂが双方向昇圧チョッパ部５１に供給され、この双方向昇圧チョッパ部５１で“１”の昇圧比を継続することにより、平滑回路４の平滑用コンデンサＣの両端電圧Ｅｄを図１０に示すようにバッテリ電圧Ｖｂまで増加する。この両端電圧ＥｄをＤＣ−ＡＣ変換回路５で交流電力に変換して交流電動機６に供給することにより、交流電動機６を中速回転駆動することができる。
【００４７】
さらに、電動機回転数Ｎｍが所定設定値ＮBより大きい所定設定値Ｎ0以上となると、電動機回転数Ｎｍの増加に応じて双方向昇圧チョッパ部５１の昇圧比を“１”から徐々に増加させることにより、バッテリ電圧Ｖｂを徐々に昇圧する。このため、平滑回路４の平滑用コンデンサＣの両端電圧Ｅｄが、図１０に示すように、バッテリ電圧Ｖｂより電動機回転数Ｎｍの増加に応じて徐々に増加し、この両端電圧ＥｄがＤＣ−ＡＣ変換回路５で交流電力に変換されることにより、交流電動機６が高速回転駆動される。
【００４８】
次に、本発明の第５の実施形態を図１１〜図１５について説明する。
この第５の実施形態では、直流電源２の電位選択を多段階にしたものである。
すなわち、第５の実施形態では、図１１に示すように、前述した第１の実施形態における図１の構成において、直流電源２を４分割したバッテリユニットＢＵ１〜ＢＵ４で構成するとともに、電位選択部３を以下のように構成したことを除いては図１と同様の構成を有し、図１との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。
【００４９】
電位選択部３は、バッテリユニットＢＵ１及びＢＵ２間の接続点Ｐｍ１（最も低い中間電位点）と正側開閉制御部１１ｐ及びリアクトルＬの接続点との間にアノードを接続点Ｐｍ１側とする中間電位点接続半導体素子としてのダイオードＤ１１を介挿し、バッテリユニットＢＵ２及びＢＵ３間の接続点Ｐｍ２と正側開閉制御部１１ｐ及びリアクトルＬの接続点との間にアノードを接続点Ｐｍ２側とする逆耐圧を有する能動半導体素子Ｓ１を介挿し、バッテリユニットＢＵ３及びＢＵ４間の接続点Ｐｍ３と正側開閉制御部１１ｐ及びリアクトルＬの接続点との間にアノードを接続点Ｐｍ２側とする逆耐圧を有する能動半導体素子Ｓ２を介挿した構成を有する。
【００５０】
ここで、逆耐圧を有する半導体素子Ｓ２としては、図１２（ａ）に示すサイリスタ５５、図１２（ｂ）に示す逆耐圧を有さないＩＧＢＴ５６とダイオード５７との直列回路、図１２（ｃ）に示す逆耐圧を有するＩＧＢＴ５８等を適用することができる。
そして、電位選択部３の正側開閉制御部１１ｐの能動スイッチング素子Ｑｐ、逆耐圧を有する能動半導体素子Ｓ１及びＳ２、ＤＣ−ＡＣ変換回路５の各能動スイッチング素子が、図１３に示すように、制御装置１４の制御部１５によって駆動制御される。この制御部１５の具体的構成は、図１４に示すように、速度指令（又は周波数指令）Ｎｍ*が非反転入力側に、反転入力側にそれぞれ所定回転数ＮA、ＮB及びＮC（ＮA＜ＮB＜ＮC）が入力された３つの比較器６１ａ、６１ｂ及び６１ｃと、これら比較器６１ａ〜６１ｃの比較出力がそれぞれ反転して入力されるアンド回路６２ａと、比較器６１ａの比較出力がそのまま入力され、比較器６１ｂ及び６１ｃの比較出力が反転されて入力されるアンド回路６２ｂと、比較器６１ａ及び６１ｂの比較出力がそのまま入力され、比較器６１ｃの比較出力が反転して入力されるアンド回路６２ｃと、比較器６１ａ〜６１ｃの比較出力がそのまま入力されるアンド回路６２ｄと、アンド回路６２ａ、６２ｂ、６２ｃ及び６２ｄのアンド出力が個別に入力される低速制御部６３ａ、中下速制御部６３ｂ、中上速制御部６３ｃ及び高速制御部６３ｄとを備えている。
【００５１】
低速制御部６３ａは、アンド回路６２ａのアンド出力が論理値“１”であるときに、正側開閉制御部１１ｐの能動スイッチング素子Ｑｐをオフ状態に制御する制御信号Ｃｓを出力するとともに、逆耐圧を有する能動半導体Ｓ１及びＳ２をオフ状態に制御する選択信号ＳＬ１及びＳＬ２を出力し、さらにＤＣ−ＡＣ変換回路５の各スイッチング素子のゲートに対するＰＷＭ信号を生成して出力する。
【００５２】
中下速制御部６３ｂは、アンド回路６２ｂのアンド出力が論理値“１”であるときに、正側開閉制御部１１ｐの能動スイッチング素子Ｑｐをオフ状態に制御する制御信号Ｃｓを出力するとともに、逆耐圧を有する能動半導体Ｓ１をオン状態に制御し、能動半導体Ｓ２をオフ状態に制御する選択信号ＳＬ１及びＳＬ２を出力し、さらにＤＣ−ＡＣ変換回路５の各スイッチング素子のゲートに対するＰＷＭ信号を生成して出力する。
【００５３】
中上速制御部６３ｃは、アンド回路６２ｃのアンド出力が論理値“１”であるときに、正側開閉制御部１１ｐの能動スイッチング素子Ｑｐをオフ状態に制御する制御信号Ｃｓを出力するとともに、逆耐圧を有する能動半導体Ｓ１をオフ状態に制御し、能動半導体Ｓ２をオン状態に制御する選択信号ＳＬ１及びＳＬ２を出力し、さらにＤＣ−ＡＣ変換回路５の各スイッチング素子のゲートに対するＰＷＭ信号を生成して出力する。
【００５４】
高速制御部６３ｄは、アンド回路６２ｄのアンド出力が論理値“１”であるときに、正側開閉制御部１１ｐの能動スイッチング素子Ｑｐをオン状態に制御する制御信号Ｃｓを出力するとともに、逆耐圧を有する能動半導体Ｓ１及びＳ２をオフ状態に制御する選択信号ＳＬ１及びＳＬ２を出力し、さらにＤＣ−ＡＣ変換回路５の各スイッチング素子のゲートに対するＰＷＭ信号を生成して出力する。
【００５５】
次に、上記第５の実施形態の動作を説明する。
今、制御装置１４に入力される速度指令（又は周波数指令）Ｎｍ*が最小設定値ＮA未満であるときには、比較器６１ａ〜６１ｃから出力される比較出力が何れも低レベルとなる。このため、アンド回路６２ａのアンド出力のみが論理値“１”となるので、低速制御部６３ａのみが動作状態となる。このため、正側開閉制御部１１ｐの能動スイッチング素子Ｑｐがオフ状態に制御され、逆耐圧を有する能動半導体素子Ｓ１及びＳ２がオフ状態に制御されるので、バッテリユニットＢＵ１のみがリアクトルＬを介して平滑回路４の平滑用コンデンサＣに接続される。このため、平滑用コンデンサＣの両端電圧Ｅｄは、図１５に示すように、バッテリユニットＢＵ１のバッテリ電圧Ｖｂの１／４となるユニット電圧Ｖｂ／４となり、最小バッテリ電圧となる。この平滑用コンデンサＣの両端電圧ＥｄがＤＣ−ＡＣ変換回路５で交流電力に変換されて交流電動機６に供給されるので、交流電動機６が低速回転駆動される。このとき、ＤＣ−ＡＣ変換回路５に入力される直流電圧Ｅｄがバッテリ電圧Ｖｂの１／４であるので、前述した第１〜第４の実施形態に比較してＤＣ−ＡＣ変換回路５のスイッチング損失や、交流電動機６の高調波損失をより低減することが可能となる。
【００５６】
その後、速度指令（又は周波数指令）Ｎｍ*が所定設定値ＮA以上となると、比較器６１ａの比較出力が高レベルとなることにより、アンド回路６２ａのアンド出力が論理値“０”に復帰し、これに代えてアンド回路６２ｂのアンド出力が論理値“１”に反転する。
このため、中下速制御部６３ｂが作動状態となって、正側開閉制御部１１ｐの能動スイッチング素子Ｑｐがオフ状態に制御され、逆耐圧を有する能動半導体素子Ｓ１がオン状態、能動半導体素子Ｓ２がオフ状態に制御される。したがって、バッテリユニットＢＵ１及びＢＵ２の直列回路がリアクトルＬを介して平滑回路４の平滑用コンデンサＣに接続される。このため、平滑用コンデンサＣの両端電圧Ｅｄは、図１５に示すように、バッテリユニットＢＵ１のバッテリ電圧Ｖｂの１／２となるユニット電圧Ｖｂ／２に増加する。この平滑用コンデンサＣの両端電圧ＥｄがＤＣ−ＡＣ変換回路５で交流電力に変換されて交流電動機６に供給されるので、交流電動機６が低速寄りの中速回転で駆動される。このとき、ＤＣ−ＡＣ変換回路５に入力される直流電圧Ｅｄがバッテリ電圧Ｖｂの１／２であるので、前述した第１〜第４の実施形態と同様にＤＣ−ＡＣ変換回路５のスイッチング損失や、交流電動機６の高調波損失をより低減することが可能となる。
【００５７】
その後、速度指令（又は周波数指令）Ｎｍ*が所定設定値ＮB以上となると、比較器６１ｂの比較出力も高レベルとなることにより、アンド回路６２ｂのアンド出力が論理値“０”に復帰し、これに代えてアンド回路６２ｃのアンド出力が論理値“１”に反転する。
このため、中上速制御部６３ｃが作動状態となって、正側開閉制御部１１ｐの能動スイッチング素子Ｑｐがオフ状態に制御され、逆耐圧を有する能動半導体素子Ｓ１がオフ状態、能動半導体素子Ｓ２がオン状態に制御される。したがって、バッテリユニットＢＵ１〜ＢＵ３の直列回路がリアクトルＬを介して平滑回路４の平滑用コンデンサＣに接続される。このため、平滑用コンデンサＣの両端電圧Ｅｄは、図１５に示すように、バッテリユニットＢＵ１のバッテリ電圧Ｖｂの３／４となるユニット電圧３Ｖｂ／４に増加する。この平滑用コンデンサＣの両端電圧ＥｄがＤＣ−ＡＣ変換回路５で交流電力に変換されて交流電動機６に供給されるので、交流電動機６が高速寄りの中速回転で駆動される。このとき、ＤＣ−ＡＣ変換回路５に入力される直流電圧Ｅｄがバッテリ電圧Ｖｂの３／４であるので、直流電圧Ｅｄがバッテリ電圧Ｖｂである場合に比較してＤＣ−ＡＣ変換回路５のスイッチング損失や、交流電動機６の高調波損失を低減することが可能となる。
【００５８】
なおさらに、速度指令（又は周波数指令）Ｎｍ*が所定設定値ＮC以上となると、比較器６１ｃの比較出力も高レベルとなることにより、アンド回路６２ｃのアンド出力が論理値“０”に復帰し、これに代えてアンド回路６２ｄのアンド出力が論理値“１”に反転する。このため、高速制御部６３ｄが作動状態となって、正側開閉制御部１１ｐの能動スイッチング素子Ｑｐがオン状態に制御され、逆耐圧を有する能動半導体素子Ｓ１及びＳ２がオフ状態に制御される。したがって、バッテリユニットＢＵ１〜ＢＵ４の直列回路がリアクトルＬを介して平滑回路４の平滑用コンデンサＣに接続される。このため、平滑用コンデンサＣの両端電圧Ｅｄは、図１５に示すように、直流電源２のバッテリ電圧Ｖｂに増加する。この平滑用コンデンサＣの両端電圧ＥｄがＤＣ−ＡＣ変換回路５で交流電力に変換されて交流電動機６に供給されるので、交流電動機６が高速回転駆動される。
【００５９】
このように、上記第５の実施形態においては、速度指令（又は周波数指令）Ｎｍ*に応じて、直流電源２の電位をきめ細かく設定することができる。
なお、上記第５の実施形態においては、正側開閉制御部１１ｐ及び直流電源２の複数の中間電位点と正側開閉制御部１１ｐ及びリアクトルＬ間にダイオードＤ１１、逆耐圧を有する能動半導体素子Ｓ１及びＳ２を介挿した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図１６に示すように、前述した第２の実施形態と同様に、直流電源２の負極側に負側開閉制御部１１ｎ及びリアクトルＬを接続し、これら負側開閉制御部１１ｎ及びリアクトルＬ間と、直流電源２の中間電位点Ｐｍ１、Ｐｍ２及びＰｍ３との間に、それぞれ逆耐圧を有する能動半導体素子Ｓ３、Ｓ４及びダイオードＤ１２を介挿するようにしてもよい。
【００６０】
この場合には、交流電動機６を低速回転駆動する場合には、負側開閉制御部１１ｎの能動スイッチング素子Ｑｎをオフ状態とし、逆耐圧を有する能動半導体素子Ｓ３及びＳ４をオフ状態に制御することにより、平滑用コンデンサＣの両端電圧ＥｄをＶｂ／４とすることができる。また、交流電動機６を低速寄りの中速回転駆動する場合には、負側開閉制御部１１ｎの能動スイッチング素子Ｑｎをオフ状態として、逆耐圧を有する能動半導体素子Ｓ４をオン状態、能動半導体素子Ｓ３をオフ状態とすることにより、平滑用コンデンサＣの両端電圧ＥｄをＶｂ／２とすることができる。さらに、交流電動機６を高速寄りの中速回転駆動する場合には、負側開閉制御部１１ｎの能動スイッチング素子Ｑｎをオフ状態として、逆耐圧を有する能動半導体素子Ｓ４をオフ状態、脳とを半導体素子Ｓ３をオン状態とすることにより、平滑用コンデンサＣの両端電圧Ｅｄを３Ｖｂ／４とすることができる。さらにまた、交流電動機６を高速回転駆動する場合には、負側開閉制御部１１ｎの能動スイッチング素子Ｑｎをオン状態として、逆耐圧を有する能動半導体素子Ｓ３及びＳ４をオフ状態とすることにより、平滑用コンデンサＣの両端電圧Ｅｄをバッテリ電圧Ｖｂとすることができる。
【００６１】
さらに、図１７に示すように、前述した第３の実施形態と同様に、図１１の構成と図１６の構成とを組み合わせて、直流電源２の正極側及び負極側にそれぞれ正側開閉制御部１１ｐ及び負側開閉制御部１１ｎを設けるとともに、正側開閉制御部１１ｐ及びリアクトルＬ間と負側開閉制御部１１ｎと平滑回路４との間にダイオードＤ１１及び逆耐圧を有する能動半導体素子Ｓ３との直列回路、逆耐圧を有する能動半導体素子Ｓ１及びＳ４の直列回路、逆耐圧を有する能動半導体素子Ｓ２及びダイオードＤ１２の直列回路を並列に接続し、ダイオードＤ１１及び能動半導体素子Ｓ３の接続点を直流電源２の接続点Ｐｍ１に、能動半導体素子Ｓ１及びＳ４の接続点を直流電源２の接続点Ｐｍ２に、能動半導体素子Ｓ２及びダイオードＤ１２の接続点を直流電源２の接続点Ｐｍ３に接続した構成とすることもできる。この場合には、図１１の構成部分と図１３の構成部分を前述した図６に示すようにデューティ比５０％のパルス列信号で交互に時分割にオンオフ制御するか、図７に示す制御部選択回路を設けて、バッテリユニットＢＵ１〜ＢＵ４の充放電出力電流の積分値が均等になるように制御するか、図８に示す制御部選択回路を設けて、バッテリユニットＢＵ１〜ＢＵ４の充放電電力の積分値が均等になるように制御する。
【００６２】
また、上記第５の実施形態においては、直流電源２を４分割してバッテリユニットＢＵ１〜ＢＵ４を形成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、直流電源２を３分割したり、５分割以上に分割することもできる。
また、上記第５の実施形態においては、ダイオードＤ１１及びＤ１２を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ダイオードＤ１１及びＤ１２を、逆耐圧を有する能動半導体素子に置換することもできる。
【００６３】
さらに、上記第１〜第３の実施形態及び第５の実施形態においては、リアクトルＬを適用したが、リアクトルＬの介挿位置は正電位側及び負電位側の何れでもよく、リアクトルＬ自体も配線のインダクタンス分で代用するようにしてもよい。
さらにまた、上記第１〜第５の実施形態においては、正側開閉制御部１１ｐ及び負側開閉制御部１１ｎのスイッチング素子を能動スイッチング素子とした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、機械式スイッチを適用するようにしてもよい。
【００６４】
なおさらに、前記第１〜第５の実施形態は、単に交流電動機６の電動機駆動装置として電力変換装置１を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図１８に示すように、交流電動機６を、必要に応じて減速機構７１を介して例えばデファレンシャルギヤ７２に連結し、このデファレンシャルギヤ７２に連結された駆動輪７３を回転駆動する構成として、ハイブリッド電気自動車や電気自動車に適用することもでき、電気自動車以外の産業機械の交流電動機を直流電源２で駆動する電動機駆動装置にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１…電力変換装置、２…直流電源、ＢＵａ，ＢＵｂ…バッテリユニット、３…電位選択部、４…平滑回路、Ｃ…平滑用コンデンサ、５…ＤＣ−ＡＣ変換回路、６…交流電動機、１１ｐ…正側開閉制御部、１２ｐ…ダイオード、１１ｎ…負側開閉制御部、１２ｎ…ダイオード、１４…制御装置、１５…制御部、２０…制御信号形成回路、２１…比較器、２２…パルス列発生器、２３…論理反転回路、３０…制御部選択回路、３１ａ，３１ｂ…積分回路、３２…比較器、３３…論理反転回路、４１ａ，４１ｂ…乗算回路、４２ａ，４２ｂ…積分回路、４３…比較器、４４…論理反転回路、５１…双方向昇圧チョッパ部、６１ａ〜６１ｃ…比較器、６２ａ〜６２ｄ…アンド回路、６３ａ…低速制御部、６３ｂ…中下速制御部、６３ｃ…中上速制御部、６３ｄ…高速制御部、Ｄ１１，Ｄ１２…ダイオード、Ｓ１〜Ｓ４…逆耐圧を有する能動半導体素子
【図１】
0005444925.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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