(57)【要約】【課題】界磁回路と電動モータの界磁巻線とを接続する界磁用配線の本数の削減を図りつつリップル電流の低減を図ることができる駆動装置を提供すること。【解決手段】駆動装置１０は、星形結線された複数相の電機子巻線２４ｕ〜２４ｗ及び界磁巻線２５を有する界磁巻線型の電動モータ１１と、車載用蓄電装置１０１からの直流電力を交流電力に変換するインバータ回路３０とを備えている。界磁巻線２５は、複数相の電機子巻線２４ｕ〜２４ｗの中性点Ｎに接続された第１端２５ａと、界磁用配線ＬＮｍに接続された第２端２５ｂとを有している。ここで、駆動装置１０は、界磁用配線ＬＮｍを介して界磁巻線２５の第２端２５ｂに接続され、界磁巻線２５に界磁電流Ｉｍを流すのに用いられる界磁回路４０を備えている。駆動装置１０は、中性点電圧が正である場合に界磁巻線２５に界磁電流Ｉｍが流れるように界磁回路４０を制御する界磁制御部５２を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
星形結線された３相以上の複数相の電機子巻線及び界磁巻線を有する電動モータと、
直流電源からの直流電力を交流電力に変換するものであって、前記複数相の電機子巻線ごとに設けられた複数相のアームを有するインバータ回路と、
前記複数相のアームと前記複数相の電機子巻線とを接続する複数相の電機子用配線と、
を備えた駆動装置であって、
前記複数相のアームはそれぞれ、高圧側母線を介して前記直流電源の高圧側に接続される上アームスイッチング素子と、前記上アームスイッチング素子に対して直列に接続されるものであって低圧側母線を介して前記直流電源の低圧側に接続される下アームスイッチング素子とを含み、
前記界磁巻線は、前記複数相の電機子巻線の中性点に接続された第１端と、界磁用配線に接続された第２端とを有し、
前記駆動装置は、
前記界磁用配線を介して前記界磁巻線の前記第２端と接続され、前記界磁巻線に界磁電流を流すのに用いられる界磁回路と、
前記複数相のアームにおける前記上アームスイッチング素子及び前記下アームスイッチング素子をスイッチング制御するインバータ制御部と、
前記複数相の電機子巻線の中性点の電圧である中性点電圧が正である場合に前記界磁巻線に前記界磁電流が流れるように前記界磁回路を制御する界磁制御部と、
を備えていることを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記界磁回路は、
前記高圧側母線にカソードが接続された界磁ダイオードと、
前記低圧側母線に接続された界磁スイッチング素子と、
前記界磁ダイオードのアノードと前記界磁スイッチング素子とを接続する界磁接続線と、
を有し、
前記界磁用配線は、前記界磁接続線に接続されており、
前記界磁制御部は、前記中性点電圧が正である場合に前記界磁巻線に前記界磁電流が流れるように前記界磁スイッチング素子を制御する請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記インバータ制御部は、前記複数相のアームにおける前記上アームスイッチング素子及び前記下アームスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦの組み合わせであるスイッチングパターンを順次切り替えるものであり、
前記スイッチングパターンは、
前記中性点電圧が正となる正パターンと、
前記中性点電圧が負となる負パターンと、
を含み、
前記界磁制御部は、前記スイッチングパターンが前記正パターンである場合に前記界磁巻線に前記界磁電流が流れるように前記界磁回路を制御する請求項１又は請求項２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記駆動装置は車載用であり、
前記直流電源は、車載用蓄電装置であり、
前記高圧側母線は、前記車載用蓄電装置の正極に接続される正極母線であり、
前記低圧側母線は、前記車載用蓄電装置の負極に接続される負極母線である請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に示すように、電動モータと当該電動モータを駆動させるインバータ回路とを備えた駆動装置が知られている。特許文献１には、電動モータが三相の電機子巻線と界磁巻線とを有する界磁巻線型の電動モータである点が記載されている。特許文献１には、インバータ回路が三相のアームを有し、当該三相のアームがそれぞれ上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子を有している点、及び、これら各スイッチング素子をスイッチングすることにより、直流電力を交流電力に変換する点が記載されている。更に特許文献１には、駆動装置が、界磁回路としての昇圧コンバータと、界磁巻線の両端と昇圧コンバータとを接続する２本の界磁用配線とを有している点が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−８０７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、インバータ回路のスイッチング素子がスイッチングする関係上、インバータ回路内にてリップル電流が発生し得る。当該リップル電流が含まれた交流電力が電機子巻線に供給されると、電動モータの制御性が低下し得る。
【０００５】
また、電動モータとして、界磁巻線型の電動モータが採用される構成においては、インバータ回路と電機子巻線とを接続する電機子用配線とは別に、界磁回路と界磁巻線とを接続する界磁用配線が別途必要となる。このため、配線の引き回しの複雑化やコストの増加等が懸念される。
【０００６】
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、その目的は界磁回路と電動モータの界磁巻線とを接続する界磁用配線の本数の削減を図りつつリップル電流の低減を図ることができる駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する駆動装置は、星形結線された３相以上の複数相の電機子巻線及び界磁巻線を有する電動モータと、直流電源からの直流電力を交流電力に変換するものであって、前記複数相の電機子巻線ごとに設けられた複数相のアームを有するインバータ回路と、前記複数相のアームと前記複数相の電機子巻線とを接続する複数相の電機子用配線と、を備え、前記複数相のアームはそれぞれ、高圧側母線を介して前記直流電源の高圧側に接続される上アームスイッチング素子と、前記上アームスイッチング素子に対して直列に接続されるものであって低圧側母線を介して前記蓄電装置の低圧側に接続される下アームスイッチング素子とを含み、前記界磁巻線は、前記複数相の電機子巻線の中性点に接続された第１端と、界磁用配線に接続された第２端とを有し、前記駆動装置は、前記界磁用配線を介して前記界磁巻線の前記第２端と接続され、前記界磁巻線に界磁電流を流すのに用いられる界磁回路と、前記複数相のアームにおける前記上アームスイッチング素子及び前記下アームスイッチング素子をスイッチング制御するインバータ制御部と、前記複数相の電機子巻線の中性点の電圧である中性点電圧が正である場合に前記界磁巻線に前記界磁電流が流れるように前記界磁回路を制御する界磁制御部と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
かかる構成によれば、界磁巻線の第１端が中性点に接続されているため、第１端と界磁回路とを接続する必要がない。これにより、界磁用配線としては、界磁巻線の第１端及び第２端の双方ではなく第２端のみを界磁回路に接続すればよいため、界磁用配線の本数を削減できる。
【０００９】
また、中性点電圧が正である場合に界磁巻線に界磁電流が流れることにより、界磁巻線にて振幅電流が発生する。当該振幅電流は、インバータ回路内にて発生するリップル電流とは逆位相の電流である。これにより、リップル電流と振幅電流とが打ち消し合うため、リップル電流が低減される。よって、界磁用配線の本数の削減を図りつつ、リップル電流の低減を図ることができる。
【００１０】
上記駆動装置について、前記界磁回路は、前記高圧側母線にカソードが接続された界磁ダイオードと、前記低圧側母線に接続された界磁スイッチング素子と、前記界磁ダイオードのアノードと前記界磁スイッチング素子とを接続する界磁接続線と、を有し、前記界磁用配線は、前記界磁接続線に接続されており、前記界磁制御部は、前記中性点電圧が正である場合に前記界磁巻線に前記界磁電流が流れるように前記界磁スイッチング素子を制御するとよい。
【００１１】
かかる構成によれば、界磁スイッチング素子の制御によって、界磁巻線に界磁電流を流したり、止めたりすることができる。これにより、界磁電流の制御を好適に行うことができる。また、界磁電流が流れている状況において当該界磁電流を止めようとすると、界磁巻線に逆起電力が生じる。この点、本構成によれば、逆起電力に起因する界磁電流が界磁ダイオードを通って流れるため、逆起電力が過度に高くなることを抑制できる。
【００１２】
上記駆動装置について、前記インバータ制御部は、前記複数相のアームにおける前記上アームスイッチング素子及び前記下アームスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦの組み合わせであるスイッチングパターンを順次切り替えるものであり、前記スイッチングパターンは、前記中性点電圧が正となる正パターンと、前記中性点電圧が負となる負パターンと、を含み、前記界磁制御部は、前記スイッチングパターンが前記正パターンである場合に前記界磁巻線に前記界磁電流が流れるように前記界磁回路を制御するとよい。
【００１３】
かかる構成によれば、中性点電圧を検出する電圧センサを設けたり、複数相の電機子巻線に供給される交流電力に基づいて中性点電圧を算出したりすることなく、中性点電圧が正である場合に界磁巻線に界磁電流を流すことができる。これにより、比較的容易に上述した効果を得ることができる。
【００１４】
上記駆動装置は車載用であり、前記直流電源は、車載用蓄電装置であり、前記高圧側母線は、前記車載用蓄電装置の正極に接続される正極母線であり、前記低圧側母線は、前記車載用蓄電装置の負極に接続される負極母線であるとよい。
【００１５】
かかる構成によれば、車載用の駆動装置において、界磁用配線の本数の削減を図りつつ、リップル電流の低減を図ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、界磁回路と電動モータの界磁巻線とを接続する界磁用配線の本数の削減を図りつつリップル電流の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】駆動装置の概要を示すブロック図。
【図２】駆動回路の回路図。
【図３】スイッチングパターンと界磁スイッチング素子の状態との関係を示す概要図。
【図４】（ａ）は中性点電圧の波形であり、（ｂ）は界磁スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ態様を示すタイムチャート。
【図５】（ａ）はインバータ回路内にて発生するリップル電流の波形であり、（ｂ）は界磁巻線にて発生する振幅電流の波形であり、（ｃ）は複数相の電機子巻線に供給される交流電力に含まれるリップル電流の波形。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態について説明する。本実施形態では、駆動装置１０は車載用であり、説明の便宜上、以下の説明では車両に搭載されている状態の駆動装置１０について説明する。
【００１９】
図１に示すように、駆動装置１０は、電動モータ（回転電機）１１と、当該電動モータ１１を駆動させる電動モータ駆動装置１２とを備えている。
電動モータ１１は、車両に搭載される車載用モータであれば任意であり、例えば走行モータやコンプレッサモータ等が考えられる。また、車両が燃料電池車両である場合には、電動モータ１１は、燃料電池に水素を供給するポンプを駆動させるものであってもよい。
【００２０】
電動モータ１１は、回転軸２１と、ロータ２２と、ステータコア２３と、複数相の電機子巻線２４ｕ〜２４ｗと、界磁巻線２５とを備えている。
回転軸２１は、駆動対象物１００に連結されている。回転軸２１が回転することによって車両に搭載された駆動対象物１００が駆動する。駆動対象物１００は任意であるが、例えば車輪が連結されたシャフトや、コンプレッサにおける流体を圧縮する圧縮機構等である。
【００２１】
ロータ２２は、回転軸２１に固定されており、ロータ２２と回転軸２１とは一体回転する。本実施形態では、ロータ２２には、複数の界磁巻線用スロットが形成されている。なお、ロータ２２の具体的な形状及び材料は任意である。
【００２２】
ステータコア２３は、例えば中空筒状であり、ロータ２２の径方向外側に設けられている。ステータコア２３には、複数の電機子巻線用スロットが周方向に配列した状態で形成されている。
【００２３】
複数相の電機子巻線２４ｕ〜２４ｗは、ステータコア２３の電機子巻線用スロットに捲回されている。本実施形態では、複数相の電機子巻線２４ｕ〜２４ｗは、ｕ相電機子巻線２４ｕと、ｖ相電機子巻線２４ｖと、ｗ相電機子巻線２４ｗとにより構成されている。すなわち、本実施形態における電動モータ１１は三相モータである。複数相の電機子巻線２４ｕ〜２４ｗに対して交流電力（詳細には三相交流電力）が入力されることにより、磁界が発生し、当該磁界によってロータ２２が回転する。これにより、回転軸２１が回転する。
【００２４】
図１及び図２に示すように、複数相の電機子巻線２４ｕ〜２４ｗは、中性点Ｎにて互いに接続された星形結線構造となっている。なお、複数相の電機子巻線２４ｕ〜２４ｗのステータコア２３に対する捲回態様は、例えば集中巻きや分布巻き等、任意である。
【００２５】
界磁巻線２５は、ロータ２２の界磁巻線用スロットに捲回されている。界磁巻線２５は、当該界磁巻線２５に一定方向の直流電流である界磁電流Ｉｍが流れた場合に複数相の電機子巻線２４ｕ〜２４ｗが形成する磁界と相互作用を及ぼす磁界を発生させるように構成されている。例えば、界磁巻線２５は、当該界磁巻線２５に界磁電流Ｉｍが流れた場合に複数相の電機子巻線２４ｕ〜２４ｗが形成する磁界を強める磁界を発生させるように捲回されている。なお、界磁巻線用スロットの位置や界磁巻線２５の具体的な捲回態様等については任意である。
【００２６】
界磁巻線２５は、第１端２５ａと第２端２５ｂとを有する。第１端２５ａ及び第２端２５ｂは、界磁巻線２５の巻き始めの部分及び巻き終わりの部分とも言える。第１端２５ａは、複数相の電機子巻線２４ｕ〜２４ｗの中性点Ｎに接続されている。
【００２７】
図１及び図２に示すように、電動モータ駆動装置１２は、電動モータ１１を駆動させるインバータ回路３０と、界磁巻線２５に界磁電流Ｉｍを流すための界磁回路４０とを備えている。
【００２８】
インバータ回路３０及び界磁回路４０は、車載用蓄電装置１０１と接続されており、当該車載用蓄電装置１０１から直流電力の電力供給を受ける。詳細には、駆動装置１０は、車載用蓄電装置１０１の正極に接続される正極母線ＬＮ１と、車載用蓄電装置１０１の負極に接続される負極母線ＬＮ２とを備えている。インバータ回路３０及び界磁回路４０と、車載用蓄電装置１０１とは、正極母線ＬＮ１及び負極母線ＬＮ２を介して接続されている。そして、車載用蓄電装置１０１の直流電力は、正極母線ＬＮ１及び負極母線ＬＮ２を通って、インバータ回路３０及び界磁回路４０に供給される。
【００２９】
車載用蓄電装置１０１は、直流電力の充放電が可能なものであれば任意であり、例えば二次電池や電気二重層キャパシタ等である。本実施形態では、車載用蓄電装置１０１が「直流電源」に対応する。換言すれば、正極母線ＬＮ１は、直流電源の高圧側に接続される高圧側母線（第１母線）とも言えるし、負極母線ＬＮ２は、直流電源の低圧側に接続される低圧側母線（第２母線）とも言える。
【００３０】
図２に示すように、車両には、車載用蓄電装置１０１と並列に接続された平滑コンデンサＣ０が設けられている。本実施形態では、平滑コンデンサＣ０は、駆動装置１０外に設けられている。但し、これに限られず、駆動装置１０が平滑コンデンサＣ０を有する構成でもよい。
【００３１】
ちなみに、図示は省略するが、車載用蓄電装置１０１は、駆動装置１０と、車両に搭載されている他の車載用機器とで共用されている。詳細には、駆動装置１０と他の車載用機器とは、車載用蓄電装置１０１に対して互いに並列に接続されている。このため、仮にインバータ回路３０内にてリップル電流Ｉｒが生じると、当該リップル電流Ｉｒが正極母線ＬＮ１及び負極母線ＬＮ２を通って上記他の車載用機器に伝達され得る。
【００３２】
インバータ回路３０は、車載用蓄電装置１０１からの直流電力を交流電力（本実施形態では三相交流電力）に変換するものである。
図２に示すように、インバータ回路３０は、複数相の電機子巻線２４ｕ〜２４ｗごとに設けられた複数相のアーム３１ｕ〜３１ｗを有している。詳細には、インバータ回路３０は、ｕ相電機子巻線２４ｕに対応するｕ相アーム３１ｕと、ｖ相電機子巻線２４ｖに対応するｖ相アーム３１ｖと、ｗ相電機子巻線２４ｗに対応するｗ相アーム３１ｗとを有する。複数相のアーム３１ｕ〜３１ｗはそれぞれ同一の構成である。
【００３３】
ｕ相アーム３１ｕは、ｕ相アーム接続線３２ｕを介して互いに直列に接続されたｕ相上アームスイッチング素子Ｑｕ１及びｕ相下アームスイッチング素子Ｑｕ２を有している。ｕ相上アームスイッチング素子Ｑｕ１は、正極母線ＬＮ１に接続されており、当該正極母線ＬＮ１を介して車載用蓄電装置１０１の正極に接続されている。ｕ相下アームスイッチング素子Ｑｕ２は、負極母線ＬＮ２に接続されており、当該負極母線ＬＮ２を介して車載用蓄電装置１０１の負極に接続されている。
【００３４】
同様に、ｖ相アーム３１ｖは、ｖ相アーム接続線３２ｖを介して互いに直列に接続されたｖ相上アームスイッチング素子Ｑｖ１及びｖ相下アームスイッチング素子Ｑｖ２を有している。ｗ相アーム３１ｗは、ｗ相アーム接続線３２ｗを介して互いに直列に接続されたｗ相上アームスイッチング素子Ｑｗ１及びｗ相下アームスイッチング素子Ｑｗ２を有している。これらｖ相アーム３１ｖ及びｗ相アーム３１ｗは、ｕ相アーム３１ｕと同様に、正極母線ＬＮ１及び負極母線ＬＮ２に接続され、車載用蓄電装置１０１から直流電力の供給を受ける。
【００３５】
各スイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｕ２，Ｑｖ１，Ｑｖ２，Ｑｗ１，Ｑｗ２（以下、「各スイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２」という。）は、例えばＩＧＢＴ等のパワースイッチング素子である。但し、各スイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２は、ＩＧＢＴに限られず、任意である。なお、スイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２は、還流ダイオード（ボディダイオード）Ｄｕ１〜Ｄｗ２を有している。
【００３６】
図１及び図２に示すように、駆動装置１０は、複数相のアーム３１ｕ〜３１ｗと複数相の電機子巻線２４ｕ〜２４ｗとを接続する複数相の電機子用配線ＬＮｕ〜ＬＮｗを備えている。電機子用配線ＬＮｕ〜ＬＮｗは、アーム接続線３２ｕ〜３２ｗと電機子巻線２４ｕ〜２４ｗとを接続している。電機子用配線ＬＮｕ〜ＬＮｗの本数は、電機子巻線２４ｕ〜２４ｗの相数と同一数であり、本実施形態では３本である。本実施形態では、複数相の電機子用配線ＬＮｕ〜ＬＮｗは、ｕ相電機子用配線ＬＮｕと、ｖ相電機子用配線ＬＮｖと、ｗ相電機子用配線ＬＮｗとにより構成されている。
【００３７】
図２に示すように、界磁回路４０は、界磁巻線２５に界磁電流Ｉｍを流すのに用いられるものである。界磁回路４０は、界磁接続線４１を介して互いに接続された界磁ダイオードＤｍと界磁スイッチング素子Ｑｍとを有する。
【００３８】
界磁ダイオードＤｍのアノードは界磁接続線４１に接続され、界磁ダイオードＤｍのカソードは正極母線ＬＮ１に接続されている。
界磁スイッチング素子Ｑｍは、例えばＩＧＢＴで構成されている。界磁スイッチング素子Ｑｍのコレクタは界磁接続線４１に接続され、界磁スイッチング素子Ｑｍのエミッタは負極母線ＬＮ２に接続されている。すなわち、界磁接続線４１は、界磁ダイオードＤｍと界磁スイッチング素子Ｑｍ、詳細には界磁ダイオードＤｍのアノードと界磁スイッチング素子Ｑｍのコレクタとを接続している。
【００３９】
駆動装置１０は、界磁巻線２５と界磁回路４０とを接続する界磁用配線ＬＮｍを備えている。界磁用配線ＬＮｍは、界磁巻線２５の第２端２５ｂと界磁回路４０の界磁接続線４１とを接続している。本実施形態では、界磁用配線ＬＮｍは１本である。
【００４０】
かかる構成によれば、界磁巻線２５の第１端２５ａと中性点Ｎとが接続されているため、第１端２５ａと界磁回路４０とを接続する配線が省略されている。これにより、界磁用配線ＬＮｍの本数を削減できる。
【００４１】
図１及び図２に示すように、駆動装置１０は、インバータ回路３０及び界磁回路４０を制御する制御装置５０を備えている。制御装置５０は、例えば、１つ以上の専用のハードウェア回路、及び／又は、コンピュータプログラム（ソフトウェア）に従って動作する１つ以上のプロセッサ（制御回路）によって実現することができる。プロセッサは、ＣＰＵ並びに、ＲＡＭ及びＲＯＭ等のメモリを含み、メモリは、例えば各種処理をプロセッサに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。メモリすなわちコンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。なお、後述するインバータ制御部５１及び界磁制御部５２も同様である。
【００４２】
制御装置５０は、インバータ回路３０の各スイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２のゲートと、界磁回路４０の界磁スイッチング素子Ｑｍのゲートと接続されており、これらを個別に制御可能に構成されている。
【００４３】
制御装置５０は、各スイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２をスイッチング制御するインバータ制御部５１と、界磁回路４０の界磁スイッチング素子Ｑｍをスイッチング制御する界磁制御部５２とを備えている。
【００４４】
インバータ制御部５１は、複数相のアーム３１ｕ〜３１ｗにおける上アームスイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ１及び下アームスイッチング素子Ｑｕ２〜Ｑｗ２のＯＮ／ＯＦＦの組み合わせであるスイッチングパターンを順次切り替えることにより、車載用蓄電装置１０１の直流電力を交流電力に変換する。
【００４５】
スイッチングパターンについて、以下に詳細に説明する。
図３に示すように、順次切り替わる各スイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２のスイッチングパターンとして、複数（本実施形態では８つ）のパターンＰ１〜Ｐ８が設定されている。例えば、第１パターンＰ１は、各上アームスイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ１がＯＦＦ状態となり、各下アームスイッチング素子Ｑｕ２〜Ｑｗ２がＯＮ状態となるスイッチングパターンである。第２パターンＰ２は、ｕ相上アームスイッチング素子Ｑｕ１、ｖ相下アームスイッチング素子Ｑｖ２及びｗ相下アームスイッチング素子Ｑｗ２がＯＮ状態であり、ｕ相下アームスイッチング素子Ｑｕ２、ｖ相上アームスイッチング素子Ｑｖ１及びｗ相上アームスイッチング素子Ｑｗ１がＯＦＦ状態であるスイッチングパターンである。
【００４６】
インバータ制御部５１は、各スイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２のスイッチングパターンを、上記複数のパターンＰ１〜Ｐ８の中から適宜選択しながら順次切り替えることにより、直流電力（換言すれば直流電圧）を交流電力（換言すれば三相交流電圧）に変換する。
【００４７】
また、インバータ制御部５１は、外部から目標電流値が入力されるように構成されている。インバータ制御部５１は、外部から目標電流値が入力されたことに基づいて、複数相の電機子巻線２４ｕ〜２４ｗに目標電流値の交流電力が入力されるように各スイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２をＰＷＭ制御する。詳細には、インバータ制御部５１は、目標電流値や車載用蓄電装置１０１の直流電圧等に基づいて、順次切り替わる各スイッチングパターンの実行期間及びデューティ比を調整する。
【００４８】
ここで、図３及び図４（ａ）に示すように、スイッチングパターンは、中性点Ｎの電圧である中性点電圧Ｖｅが正（＋）となる正パターンと、中性点電圧Ｖｅが負（−）となる負パターンとを含む。詳細には、正パターンは、第３パターンＰ３、第５パターンＰ５、第７パターンＰ７及び第８パターンＰ８である。図４（ａ）に示すように、中性点電圧Ｖｅは、第８パターンＰ８である場合に最大となり、第８パターンＰ８である場合の中性点電圧Ｖｅは車載用蓄電装置１０１の直流電圧の１／２である。第３パターンＰ３、第５パターンＰ５及び第７パターンＰ７である場合の中性点電圧Ｖｅはそれぞれ同一である。
【００４９】
負パターンは、第１パターンＰ１、第２パターンＰ２、第４パターンＰ４及び第６パターンＰ６である。図４（ａ）に示すように、中性点電圧Ｖｅは、第１パターンＰ１である場合に最小となり、第１パターンＰ１である場合の中性点電圧Ｖｅの絶対値は車載用蓄電装置１０１の直流電圧の１／２である。第２パターンＰ２、第４パターンＰ４及び第６パターンＰ６である場合の中性点電圧Ｖｅはそれぞれ同一である。
【００５０】
かかる構成によれば、スイッチングパターンが複数のパターンＰ１〜Ｐ８内で順次切り替わることにより、図４（ａ）に示すように、中性点電圧Ｖｅが周期的に変化する。詳細には、中性点電圧Ｖｅが正の期間と、中性点電圧Ｖｅが負の期間とが交互に切り替わっている。なお、中性点電圧Ｖｅが正とは、中性点電圧Ｖｅがグランドに対して高いことを意味し、中性点電圧Ｖｅが負とは、中性点電圧Ｖｅがグランドに対して低いことを意味する。
【００５１】
界磁制御部５２は、中性点電圧Ｖｅが正である場合に、界磁巻線２５に界磁電流Ｉｍが流れるように界磁回路４０（詳細には界磁スイッチング素子Ｑｍ）を制御する。詳細には、界磁制御部５２は、スイッチングパターンが正パターンである場合に、界磁スイッチング素子ＱｍをＯＮ状態にする。
【００５２】
本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、界磁制御部５２は、中性点電圧Ｖｅが正である期間に亘って界磁スイッチング素子ＱｍをＯＮ状態に維持し、中性点電圧Ｖｅが負である期間に亘って界磁スイッチング素子ＱｍをＯＦＦ状態に維持する。これにより、中性点電圧Ｖｅの正負と、界磁スイッチング素子ＱｍのＯＮ／ＯＦＦとが同期している。換言すれば、中性点電圧Ｖｅが正の期間と、界磁スイッチング素子ＱｍがＯＮ状態となる期間とが一致している。
【００５３】
既に説明した通り、中性点電圧Ｖｅの正負は周期的に切り替わっている。このため、界磁スイッチング素子Ｑｍは、周期的にＯＮ／ＯＦＦすることとなる。界磁スイッチング素子Ｑｍのスイッチング周波数と、各スイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２のスイッチング周波数とは対応している。
【００５４】
なお、実際には、インバータ制御部５１は、スイッチングパターンの切替時にはデッドタイムを設定する。すなわち、インバータ制御部５１は、デッドタイムを介して、現状のパターンから別のパターンにスイッチングパターンを切り替える。界磁制御部５２は、デッドタイム中は、界磁スイッチング素子ＱｍをＯＦＦ状態にする。
【００５５】
次に図５を用いて本実施形態の作用について説明する。図５（ａ）は、インバータ回路３０内にて発生するリップル電流Ｉｒの波形であり、図５（ｂ）は、界磁巻線２５にて発生する振幅電流Ｉａの波形であり、図５（ｃ）は複数相の電機子巻線２４ｕ〜２４ｗに供給される交流電力に含まれるリップル電流Ｉｒの波形である。
【００５６】
中性点電圧Ｖｅが正である状況下で界磁スイッチング素子ＱｍがＯＮ状態となることにより、界磁巻線２５に一方向電流である界磁電流Ｉｍが流れる。これにより、界磁巻線２５にて磁界が形成され、当該磁界によって、複数相の電機子巻線２４ｕ〜２４ｗから生じる磁界が強められる。これにより、電動モータ１１のトルクを高めることができる。
【００５７】
ちなみに、界磁スイッチング素子ＱｍがターンＯＦＦした直後は、界磁巻線２５にて逆起電力が発生する。この場合、逆起電力に起因する界磁電流Ｉｍが界磁ダイオードＤｍを通って流れる。これにより、逆起電力が過度に高くなること、例えば逆起電力が界磁スイッチング素子Ｑｍの耐圧以上になる事態が生じにくい。
【００５８】
ここで、各スイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２では、スイッチングパターンが順次切り替わるスイッチング制御が行われている。このため、図５（ａ）に示すように、インバータ回路３０内では、各スイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２のスイッチング周波数に対応したリップル電流Ｉｒが発生する。リップル電流Ｉｒの周波数は、複数相の電機子巻線２４ｕ〜２４ｗに供給される交流電力の周波数よりも高い。
【００５９】
ちなみに、界磁巻線２５がない場合、又は、界磁巻線２５があっても上記のような界磁スイッチング素子Ｑｍのスイッチング制御が行われない場合には、リップル電流Ｉｒが、そのままインバータ回路３０の出力電流に重畳され、複数相の電機子巻線２４ｕ〜２４ｗに伝搬される。すなわち、界磁巻線２５がない場合、又は、界磁巻線２５があっても上記のような界磁スイッチング素子Ｑｍのスイッチング制御が行われない場合には、インバータ回路３０内にて発生したリップル電流Ｉｒの振幅と、複数相の電機子巻線２４ｕ〜２４ｗを流れるリップル電流Ｉｒの振幅とは同等である。
【００６０】
これに対して、本実施形態では、中性点電圧Ｖｅが正である場合に界磁スイッチング素子ＱｍがＯＮ状態となるため、中性点電圧Ｖｅの周期的な正負の切り替わりに同期して、界磁スイッチング素子Ｑｍが周期的にＯＮ／ＯＦＦ（スイッチング）することになる。このため、図５（ｂ）に示すように、界磁巻線２５においても振幅電流Ｉａが発生する。すなわち、界磁電流Ｉｍは、直流成分と交流成分（振幅電流Ｉａ）とを含む。振幅電流Ｉａは、リップル電流Ｉｒとは逆位相の電流となる。このため、リップル電流Ｉｒと振幅電流Ｉａとが互いに打ち消し合う。これにより、図５（ｃ）に示すように、リップル電流Ｉｒが低減される。詳細には、リップル電流Ｉｒの振幅は小さくなり、好ましくは「０」となる。
【００６１】
以上詳述した本実施形態によれば以下の効果を奏する。
（１）駆動装置１０は、星形結線された複数相の電機子巻線２４ｕ〜２４ｗ及び界磁巻線２５を有する界磁巻線型の電動モータ１１と、直流電源としての車載用蓄電装置１０１からの直流電力を交流電力に変換するインバータ回路３０とを備えている。インバータ回路３０は、複数相の電機子巻線２４ｕ〜２４ｗごとに設けられた複数相のアーム３１ｕ〜３１ｗを有している。複数相のアーム３１ｕ〜３１ｗは、正極母線ＬＮ１を介して車載用蓄電装置１０１の正極に接続される複数相の上アームスイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ１と、負極母線ＬＮ２を介して車載用蓄電装置１０１の負極に接続される複数相の下アームスイッチング素子Ｑｕ２〜Ｑｗ２とを含む。界磁巻線２５は、複数相の電機子巻線２４ｕ〜２４ｗの中性点Ｎに接続された第１端２５ａと、界磁用配線ＬＮｍに接続された第２端２５ｂとを有している。
【００６２】
かかる構成において、駆動装置１０は、界磁用配線ＬＮｍを介して界磁巻線２５の第２端２５ｂに接続され、界磁巻線２５に界磁電流Ｉｍを流すのに用いられる界磁回路４０を備えている。駆動装置１０は、各スイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２をスイッチング制御するインバータ制御部５１と、中性点電圧Ｖｅが正である場合に界磁巻線２５に界磁電流Ｉｍが流れるように界磁回路４０を制御する界磁制御部５２とを備えている。
【００６３】
かかる構成によれば、界磁巻線２５の第１端２５ａが中性点Ｎに接続されているため、第１端２５ａと界磁回路４０とを接続する必要がない。これにより、界磁用配線ＬＮｍとしては、界磁巻線２５の第１端２５ａ及び第２端２５ｂの双方ではなく第２端２５ｂのみを界磁回路４０に接続すればよいため、界磁用配線ＬＮｍの本数を削減できる。
【００６４】
また、中性点電圧Ｖｅが正である場合に界磁巻線２５に界磁電流Ｉｍが流れることにより、界磁巻線２５にて振幅電流Ｉａが発生する。当該振幅電流Ｉａは、インバータ回路３０内にて発生するリップル電流Ｉｒとは逆位相の電流である。これにより、リップル電流Ｉｒと振幅電流Ｉａとが打ち消し合うため、リップル電流Ｉｒが低減される。よって、界磁用配線ＬＮｍの本数の削減を図りつつ、リップル電流Ｉｒの低減を図ることができる。
【００６５】
本駆動装置１０の効果について更に詳述すると、本駆動装置１０では、電動モータ１１として界磁巻線型が採用されている。界磁巻線型の電動モータ１１は、界磁巻線２５がない通常の電動モータと比較して、小型化とトルク向上との両立を実現できる。しかしながら、界磁巻線型の電動モータ１１の特性上、複数相の電機子用配線ＬＮｕ〜ＬＮｗとは別に界磁用配線ＬＮｍが必要となるため、電動モータ１１と各種回路とを接続する配線数の増加という不都合が生じ得る。特に、界磁用配線ＬＮｍは、界磁回路４０内にある界磁接続線４１又はインバータ回路３０内にある複数相のアーム接続線３２ｕ〜３２ｗと比較して、高価なものとなり易いとともに、引き回しが煩雑なものとなり易い。
【００６６】
これに対して、本実施形態によれば、中性点Ｎと界磁巻線２５とを接続することにより、界磁巻線型の電動モータ１１において特有の不都合である配線数の増加を抑制できる。そして、上記のように界磁回路４０を制御することにより、配線数の増加を抑制するための構成を用いてリップル電流Ｉｒを低減できるという、界磁用配線ＬＮｍの本数の削減とは別種の効果を得ることができる。
【００６７】
（２）界磁回路４０は、正極母線ＬＮ１にカソードが接続された界磁ダイオードＤｍと、負極母線ＬＮ２に接続された界磁スイッチング素子Ｑｍと、界磁ダイオードＤｍのアノードと界磁スイッチング素子Ｑｍとを接続する界磁接続線４１と、を有している。界磁用配線ＬＮｍは、界磁接続線４１に接続されている。かかる構成において、界磁制御部５２は、中性点電圧Ｖｅが正である場合に、界磁巻線２５に界磁電流Ｉｍが流れるように界磁スイッチング素子Ｑｍを制御する。かかる構成によれば、界磁スイッチング素子Ｑｍの制御によって、界磁巻線２５に界磁電流Ｉｍを流したり、止めたりすることができる。これにより、界磁電流Ｉｍの制御を好適に行うことができる。
【００６８】
また、界磁電流Ｉｍが流れている状況において当該界磁電流Ｉｍを止めようとすると、界磁巻線２５に逆起電力が生じる。この点、本実施形態によれば、逆起電力に起因する界磁電流Ｉｍが界磁ダイオードＤｍを通って流れるため、逆起電力が過度に高くなることを抑制できる。
【００６９】
（３）インバータ制御部５１は、複数相のアーム３１ｕ〜３１ｗにおける上アームスイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ１と下アームスイッチング素子Ｑｕ２〜Ｑｗ２とのＯＮ／ＯＦＦの組み合わせであるスイッチングパターンを順次切り替える。スイッチングパターンは、中性点電圧Ｖｅが正となる正パターンと、中性点電圧Ｖｅが負となる負パターンとを含む。かかる構成において、界磁制御部５２は、スイッチングパターンが正パターンである場合に界磁巻線２５に界磁電流Ｉｍが流れるように界磁回路４０（界磁スイッチング素子Ｑｍ）を制御する。かかる構成によれば、中性点電圧Ｖｅを検出する電圧センサを設けたり、三相の交流電圧に基づいて中性点電圧Ｖｅを算出したりすることなく、中性点電圧Ｖｅが正である場合に界磁巻線２５に界磁電流Ｉｍを流すことができる。これにより、比較的容易に（１）の効果を得ることができる。
【００７０】
（４）駆動装置１０は車載用であり、インバータ回路３０は、車載用蓄電装置１０１の直流電力を交流電力に変換するものである。かかる構成によれば、車載用の駆動装置１０において、界磁用配線ＬＮｍの本数の削減を図りつつ、リップル電流Ｉｒの低減を図ることができる。これにより、本駆動装置１０を用いて、車両に搭載されている駆動対象物１００を好適に駆動させることができる。
【００７１】
特に、車載用蓄電装置１０１は、駆動装置１０と他の車載用機器とによって共用されている場合があり得る。この場合、インバータ回路３０内にて発生したリップル電流Ｉｒが駆動装置１０外に流出し、上記他の車載用機器に伝搬し得る。すると、上記他の車載用機器において、誤動作が生じたりフィルタ回路が必要となったりするといった不都合が生じ得る。これに対して、本実施形態では、上述した通り、リップル電流Ｉｒを低減できるため、上記不都合を抑制できる。
【００７２】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  界磁回路４０は、実施形態のものに限られず任意である。例えば、界磁ダイオードＤｍとしてのボディダイオードを有するＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴが設けられていてもよい。
【００７３】
○  実施形態では、界磁制御部５２は、スイッチングパターンから中性点電圧Ｖｅが正であるか否かを判定する構成であったが、これに限られない。例えば、界磁制御部５２は、定期的に三相交流電圧から中性点電圧Ｖｅを算出し、算出された中性点電圧Ｖｅが正であるか否かを判定してもよい。また、駆動装置１０は、中性点電圧Ｖｅを検出する電圧センサを備え、界磁制御部５２は、電圧センサの検出結果に基づいて、中性点電圧Ｖｅが正であるか否かを判定してもよい。
【００７４】
○  中性点電圧Ｖｅが正である期間と、界磁スイッチング素子ＱｍがＯＮ状態となっている期間とは完全に一致していなくてもよい。界磁制御部５２は、中性点電圧Ｖｅが正である期間のうち一部の期間に亘って界磁スイッチング素子ＱｍをＯＮ状態にしてもよい。換言すれば、界磁制御部５２は、中性点電圧Ｖｅが正である期間中の少なくとも一部の期間において界磁電流Ｉｍが流れるように界磁回路４０を制御すればよい。
【００７５】
例えば、界磁制御部５２は、複数の正パターンのうち予め定められた特定パターン（例えば第８パターンＰ８）がスイッチングパターンとして設定された場合にのみ界磁電流Ｉｍが流れるように界磁スイッチング素子ＱｍをＯＮ状態にしてもよい。この場合、界磁制御部５２は、スイッチングパターンが上記特定パターン以外の場合には、界磁電流Ｉｍが流れないように界磁スイッチング素子ＱｍをＯＦＦ状態にしてもよい。
【００７６】
また、例えば、界磁制御部５２は、電動モータ１１の運転状況等を考慮して目標値を算出し、界磁電流Ｉｍが目標値に近づく（好ましくは一致する）ように、中性点電圧Ｖｅが正である期間中における界磁スイッチング素子ＱｍのＯＮ期間を調整してもよい。すなわち、界磁制御部５２は、中性点電圧Ｖｅが正である期間中における界磁スイッチング素子ＱｍのＯＮ期間を調整することにより界磁電流Ｉｍを制御する構成でもよい。
【００７７】
○  界磁巻線２５は、ロータ２２ではなくステータコア２３に捲回されていてもよい。
○  ロータ２２又はステータコア２３に永久磁石が設けられていてもよいし、永久磁石がなくてもよい。
【００７８】
○  電機子巻線の相数は、３相以上であればよく、例えば４相や５相でもよい。
○  各スイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２及び界磁スイッチング素子Ｑｍは、ＩＧＢＴに限られず、ＭＯＳＦＥＴ等でもよい。また、界磁スイッチング素子Ｑｍと各スイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２とは種類の異なるスイッチング素子でもよい。
【００７９】
○  駆動装置１０は車載用に限られず、他の用途に用いられてもよい。
○  実施形態と各別例とを適宜組み合わせてもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる好適な一例について以下に記載する。
【００８０】
（イ）界磁制御部は、中性点電圧が正である期間中における界磁スイッチング素子のＯＮ期間を調整することにより界磁電流を制御してもよい。
（ロ）星形結線された３相以上の複数相の電機子巻線と、前記複数相の電機子巻線の中性点に接続された第１端及び界磁用配線に接続された第２端を有する界磁巻線を備えた電動モータを駆動させるのに用いられる電動モータ駆動装置において、直流電源からの直流電力を交流電力に変換するものであって、前記複数相の電機子巻線ごとに設けられた複数相のアームを有するインバータ回路を備え、前記複数相のアームはそれぞれ、高圧側母線を介して前記直流電源の高圧側に接続される上アームスイッチング素子と、前記上アームスイッチング素子に対して直列に接続されるものであって低圧側母線を介して前記直流電源の低圧側に接続される下アームスイッチング素子とを含み、前記電動モータ駆動装置は、前記界磁用配線を介して前記界磁巻線の前記第２端に接続されるものであって、前記界磁巻線に界磁電流を流すのに用いられる界磁回路と、前記複数相のアームにおける前記上アームスイッチング素子及び前記下アームスイッチング素子をスイッチングさせるインバータ制御部と、前記複数相の電機子巻線の中性点の電圧である中性点電圧が正である場合に前記界磁巻線に前記界磁電流が流れるように前記界磁回路を制御する界磁制御部と、を備えていることを特徴とする電動モータ駆動装置。
【符号の説明】
【００８１】
１０…駆動装置、１１…電動モータ、１２…電動モータ駆動装置、２４ｕ〜２４ｗ…複数相の電機子巻線、２５…界磁巻線、２５ａ…第１端、２５ｂ…第２端、３０…インバータ回路、３１ｕ〜３１ｗ…複数相のアーム、４０…界磁回路、４１…界磁接続線、５１…インバータ制御部、５２…界磁制御部、１０１…車載用蓄電装置（直流電源）、Ｑｕ１〜Ｑｗ１…上アームスイッチング素子、Ｑｕ２〜Ｑｗ２…下アームスイッチング素子、Ｑｍ…界磁スイッチング素子、Ｄｍ…界磁ダイオード、ＬＮ１…正極母線（高圧側母線）、ＬＮ２…負極母線（低圧側母線）、ＬＮｕ〜ＬＮｗ…複数相の電機子用配線、ＬＮｍ…界磁用配線、Ｉｍ…界磁電流、Ｎ…中性点、Ｖｅ…中性点電圧。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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