(57)【要約】 【課題】  昇圧器を保護するとともに、信頼性を担保した電力変換装置を提供する。【解決手段】  実施形態による電力変換装置は、温度検出器ＴＳの検出値に対応する入力電流の上限値を取得し、電圧検出器ＤＶＳの検出値と入力電流の上限値とから総電力上限値Ｗａｌｌ＿ｌｉｍｉｔを演算し、第１位置検出器Ｒ１の検出値と第１電流検出器ＣＳ１の検出値とからモータＭの電力ＷＭを演算し、第２位置検出器Ｒ２の検出値と第２電流検出器ＣＳ２の検出値とから発電機Ｇｎの電力ＷＧを演算し、総電力上限値Ｗａｌｌ＿ｌｉｍｉｔから発電機Ｇｎの電力ＷＧと電力変換部の損失電力ＷＩＮＶとを引いてモータＭの電力上限値ＷＭ＿ｌｉｍｉｔを演算し、総電力上限値Ｗａｌｌ＿ｌｉｍｉｔからモータＭの電力ＷＭと電力変換部の損失電力ＷＩＮＶとを引いて発電機Ｇｎの電力上限値ＷＧ＿ｌｉｍｉｔを演算可能に構成された制御回路ＣＴＲを備える。【選択図】図１
2018113764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度検出器を含み、直流電源から供給される電圧を昇圧する昇圧器と、
前記昇圧器に接続し、前記昇圧器から供給される直流電力を交流電力に変換して第１回転電機および第２回転電機へ供給可能であって、前記第１回転電機および前記第２回転電機から供給された交流電力を直流電力に変換して前記昇圧器へ供給可能な電力変換部と、
前記直流電源の電圧を検出する電圧検出器と、
前記第１回転電機の回転子位置を検出する第１位置検出器と、
前記第２回転電機の回転子位置を検出する第２位置検出器と、
前記第１回転電機への出力電流を検出する第１電流検出器と、
前記第２回転電機への出力電流を検出する第２電流検出器と、
前記温度検出器の検出値に対応する入力電流の上限値を取得し、前記電圧検出器の検出値と前記入力電流の上限値とから総電力上限値を演算し、前記第１位置検出器の検出値と前記第１電流検出器の検出値とから前記第１回転電機の電力を演算し、前記第２位置検出器の検出値と前記第２電流検出器の検出値とから前記第２回転電機の電力を演算し、前記総電力上限値から前記第２回転電機の電力と前記電力変換部の損失電力とを引いて前記第１回転電機の電力上限値を演算し、前記総電力上限値から前記第１回転電機の電力と前記電力変換部の損失電力とを引いて前記第２回転電機の電力上限値を演算可能に構成された制御回路と、を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記制御回路は、
前記第１位置検出器の検出値と前記第１電流検出器の検出値とから前記第１回転電機の出力トルクを演算し、前記第２位置検出器の検出値と前記第２電流検出器の検出値とから前記第２回転電機の出力トルクを演算するトルク演算部と、
前記第１位置検出器の検出値から前記第１回転電機の回転数を演算し、前記第２位置検出器の検出値から前記第２回転電機の回転数を演算する回転数演算部と、
前記温度検出器の検出値に対応する前記入力電流の上限値を格納した第１テーブルと、前記第１回転電機の回転数と出力トルクとに対応する前記第１回転電機の総電力を格納した第２テーブルと、前記第２回転電機の回転数と出力トルクとに対応する前記第２回転電機の総電力を格納した第３テーブルと、を備え、前記第１テーブルと前記第２テーブルとを用いて前記第１回転電機のトルク制限値を取得し、前記第１テーブルと前記第３テーブルとを用いて前記第２回転電機のトルク制限値を取得するトルク制限値演算部と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記昇圧器は、互いに直列に接続した第１スイッチング素子および第２スイッチング素子と、一端が前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との間に接続し、他端が前記直流電源の正極端子と電気的に接続したリアクトルと、を更に備え、
前記温度検出器は、前記リアクトルの温度と、前記第１スイッチング素子の温度と、前記第２スイッチング素子の温度との少なくともいずれか一つを検出して前記制御回路へ供給することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記温度検出器は前記昇圧器の複数個所の温度を検出して前記制御回路へ供給し、
前記制御回路は、前記温度検出器の複数の検出値に対応する複数の値のうちの最小値を前記入力電流の上限値とすることを特徴とする請求項１項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】
電力変換装置は、例えば、直流電源からの出力を昇圧する昇圧器と、インバータと、昇圧器とインバータとの動作を制御する制御回路と、を備えている。
【０００３】
昇圧器は、リアクトルと、スイッチング素子と、を備える。電力変換システムの出力電力が大きくなると、昇圧器の負担が大きくなり、リアクトルとスイッチング素子とに流れる電流が大きくなると、リアクトル又はスイッチング素子が過温度となり、これらの素子を保護するために電力変換装置の出力電力が制限される可能性や、電力変換装置が動作を停止する可能性があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−８０６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、モータに接続する第１インバータ回路と、発電機に接続する第２インバータ回路と、を備えた電力変換装置では、昇圧器の保護のために電力変換装置の出力電力を制限すると、モータおよび発電機の動作が制限され、電力変換装置が搭載された機器の動作が急に停止し、機器を安全に使用できなくなる場合が想定される。また、電力変換装置からモータへの出力電力と発電機への出力電力との両方を同時に制限することができない状況も想定される。
【０００６】
本発明の実施形態は上記事情を鑑みて成されたものであって、昇圧器を保護するとともに、信頼性を担保した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】
実施形態による電力変換装置は、温度検出器を含み、直流電源から供給される電圧を昇圧する昇圧器と、前記昇圧器に接続し、前記昇圧器から供給される直流電力を交流電力に変換して第１回転電機および第２回転電機へ供給可能であって、前記第１回転電機および前記第２回転電機から供給された交流電力を直流電力に変換して前記昇圧器へ供給可能な電力変換部と、前記直流電源の電圧を検出する電圧検出器と、前記第１回転電機の回転子位置を検出する第１位置検出器と、前記第２回転電機の回転子位置を検出する第２位置検出器と、前記第１回転電機への出力電流を検出する第１電流検出器と、前記第２回転電機のへ出力電流を検出する第２電流検出器と、前記温度検出器の検出値に対応する入力電流の上限値を取得し、前記電圧検出器の検出値と前記入力電流の上限値とから総電力上限値を演算し、前記第１位置検出器の検出値と前記第１電流検出器の検出値とから前記第１回転電機の電力を演算し、前記第２位置検出器の検出値と前記第２電流検出器の検出値とから前記第２回転電機の電力を演算し、前記総電力上限値から前記第２回転電機の電力と前記電力変換部の損失電力とを引いて前記第１回転電機の電力上限値を演算し、前記総電力上限値から前記第１回転電機の電力と前記電力変換部の損失電力とを引いて前記第２回転電機の電力上限値を演算可能に構成された制御回路と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、一実施形態の電力変換装置の一構成例を概略的に示す図である。
【図２】図２は、図１に示す電力変換装置の制御回路の動作の一例を説明するための図である。
【図３】図３は、図１に示す電力変換装置の制御回路の動作の一例を説明するための図である。
【図４】図４は、図１に示す電力変換装置の制御回路の動作の一例を説明するための図である。
【図５】図５は、図１に示す電力変換装置の制御回路の動作の一例を説明するための図である。
【図６】図６は、図１に示す電力変換装置の制御回路の動作の一例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、一実施形態の電力変換装置について図面を参照して説明する。
図１は、一実施形態の電力変換装置の一構成例を概略的に示す図である。
【００１０】
本実施形態の電力変換装置は、直流部と、交流部と、直流部と交流部との間に介在する電力変換部と、制御回路ＣＴＲと、を含む。電力変換装置は、後述する直流電源ＢＴから供給される直流電力を交流電力に変換してモータ（第１回転電機）Ｍに供給するとともに、発電機（第２回転電機）Ｇｎから供給される交流電力を直流電力に変換して直流電源ＢＴへ供給可能に構成されている。
【００１１】
直流部は、直流電源ＢＴから出力された直流電力を昇圧して出力する昇圧器ＢＳＴを含む。
直流電源ＢＴは、例えば２次電池を備え、蓄積した電力を電力変換装置へ放電する。また直流電源ＢＴは、電力変換装置から供給される電力を充電可能な直流負荷である。直流電源ＢＴは、図示しない電池管理装置（ＢＭＵ：battery management unit）によりその動作を制御される。
【００１２】
直流電源ＢＴには、電流センサＤＣＡと電圧センサＤＶＳとが取り付けられている。電流センサＤＣＡは、直流電源ＢＴから電力変換装置へ供給される電流を検出する入力電流検出器であって、後述する制御回路ＣＴＲへ供給する。電圧センサＤＶＳは、直流電源ＢＴから電力変換装置へ供給される電圧を検出する入力電圧検出器であって、後述する制御回路ＣＴＲへ供給する。
【００１３】
昇圧器ＢＳＴは、低圧側コンデンサＣＩＮと、リアクトルＲＥと、第１スイッチング素子ＳＡと、第２スイッチング素子ＳＢと、高圧側コンデンサＣＯＵＴと、温度センサＴＳと、を備えている。
【００１４】
低圧側コンデンサＣＩＮは直流電源ＢＴと接続する低圧側において、高電位側の直流ラインと低電位側の直流ラインとの間に接続し、直流電源ＢＴからの入力電圧（或いは直流電圧ＢＴへの出力電圧）の変動を抑制する。
【００１５】
高圧側コンデンサＣＯＵＴは、第１インバータ回路ＩＮＶ１と第２インバータ回路ＩＮＶ２とに接続する高圧側において、高電位側の直流ラインと低電位側の直流ラインとの間に接続し、昇圧器ＢＳＴの出力電圧（或いは昇圧器ＢＳＴへの入力電圧）の変動を抑制する。
【００１６】
第１スイッチング素子ＳＡと第２スイッチング素子ＳＢとは、ゲート端子に印加される電圧によりソース端子とドレイン端子との電気的接続状態が制御されるスイッチング素子であって、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）などのトランジスタと、ダイオードとを備えている。
【００１７】
第１スイッチング素子ＳＡと第２スイッチング素子ＳＢとは、高圧側における高電位側の直流ラインと低電位側の直流ラインとの間において、互いに直列に接続している。低圧側の高電位側の直流ラインの一端は、第１スイッチング素子ＳＡと第２スイッチング素子ＳＢとの間に接続し、他端は電流センサを介して直流電源ＢＴの正極端子と電気的に接続する。
【００１８】
リアクトルＲＥは、低圧側における高電位側の直流ラインに直列に配置され、一端が直流電源ＢＴの正極端子と接続する昇圧器ＢＳＴの端子に電気的に接続し、他端が第１スイッチング素子ＳＡと第２スイッチング素子ＳＢとの間に電気的に接続している。
【００１９】
温度センサＴＳは、昇圧器ＢＳＴの温度を検出する温度検出器であって、検出した値を制御回路ＣＴＲへ供給する。温度センサＴＳは、昇圧器ＢＳＴの少なくとも１ヶ所に取り付けられればよく、複数の箇所に取り付けられていてもよい。例えば、温度センサＴＳは、リアクトルＲＥの近傍と、第１スイッチング素子ＳＡの近傍と、第２スイッチング素子ＳＢの近傍との少なくとも１ヶ所の温度を検出するように配置され、それぞれの温度を制御回路ＣＴＲへ供給してもよい。
【００２０】
交流部は、モータ（第１回転電機）Ｍと、発電機（第２回転電機）Ｇｎとを含む。  
モータＭと発電機Ｇｎとは３相交流回転電機である。モータＭには第１位置検出器が取り付けられ、発電機Ｇｎには第２位置検出器が取り付けられている。第１位置検出器および第２位置検出器は例えばレゾルバＲ１、Ｒ２であって、モータＭと発電機Ｇｎとのそれぞれの回転子の位置を検出して、後述する制御回路ＣＴＲへ供給する。
【００２１】
なお、モータＭは、回転動力により第１インバータ回路ＩＮＶ１へ交流電力を出力する発電機として動作することが可能であり、発電機Ｇｎは第２インバータ回路ＩＮＶ２から供給される交流電力により回転駆動するモータとして動作することが可能である。
【００２２】
また、制御回路ＣＴＲにおいて、モータＭと発電機Ｇｎとの応答電流等により回転子の位置の推定値（推定回転速度あるいは推定回転角）を用いたセンサレス制御が行われる場合には、第１位置検出器および第２位置検出器を省略することが可能である。この場合には、第１位置検出器および第２位置検出器は、モータＭと発電機Ｇｎとの回転子の位置の推定値を演算する手段である。
【００２３】
電力変換部は、昇圧器ＢＳＴとモータＭとの間に介在する第１インバータ回路と、昇圧器ＢＳＴと発電機Ｇｎとの間に介在する第２インバータ回路と、を含む。
第１インバータ回路ＩＮＶ１と第２インバータ回路ＩＮＶ２とは、直流電力と３相交流電力とを相互に変換可能な３相交流インバータである。第１インバータ回路ＩＮＶ１と第２インバータ回路ＩＮＶ２とは、夫々、複数のスイッチング素子を備えている。複数のスイッチング素子のそれぞれは、ゲート端子に印加される電圧によりソース端子とドレイン端子との電気的接続状態が制御されるスイッチング素子であって、例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタと、ダイオードとを備えている。
【００２４】
複数のスイッチング素子は、各相において上側（高電位側）に配置されるスイッチング素子と、下側（低電位側）に配置されるスイッチング素子とを備えている。各相のスイッチング素子は、高電位側の直流ラインと低電位側の直流ラインとの間で直列に接続している。  第１インバータ回路ＩＮＶ１の各相の上側スイッチング素子と下側スイッチング素子との間とモータＭとの間には交流電力ラインが延びている。第１インバータ回路ＩＮＶ１とモータＭとの間の交流電力ラインには、電流センサ（第１電流検出器）ＣＳ１が取り付けられている。電流センサＣＳ１は、第１インバータ回路ＩＮＶ１および第２インバータ回路ＩＮＶ２の交流電力ラインに流れるＵ相電流、Ｖ相電流、および、Ｗ相電流を検出して、制御回路ＣＴＲへ供給する。
【００２５】
第２インバータ回路ＩＮＶ２の各相の上側スイッチング素子と下側スイッチング素子との間と発電機Ｇｎとの間には交流電力ラインが延びている。第２インバータ回路ＩＮＶ２と発電機Ｇｎとの間に交流電力ラインには、電流センサ（第２電流検出器）ＣＳ２が取り付けられている。電流センサＣＳ２は、第１インバータ回路ＩＮＶ１および第２インバータ回路ＩＮＶ２の交流電力ラインに流れるＵ相電流、Ｖ相電流、および、Ｗ相電流を検出して、制御回路ＣＴＲへ供給する。
【００２６】
制御回路ＣＴＲは、トルク制限値演算部Ｃ１と、回転数演算部Ｃ２と、トルク演算部Ｃ３と、を備えている。制御回路ＣＴＲは、の上記各構成は、ハードウエアにより実現されてもよく、ソフトウエアにより実現されてもよく、ハードウエアとソフトウエアとの組み合わせにより実現されてもよい。
【００２７】
本実施形態では、制御回路ＣＴＲは、例えば、少なくとも１つのプロセッサと、メモリと、を備え、ＣＡＮ通信ライン１００を介して上位制御装置（ＥＣＵ： Electrical Control Unit）と通信可能に構成されている。
【００２８】
回転数演算部Ｃ２は、レゾルバＲからモータＭの回転子の位置情報と発電機Ｇｎの回転子の位置情報とを受信する。回転数演算部Ｃ２は、受信した回転子の位置情報を用いて、モータＭの回転数を演算し、例えば、発電機Ｇｎの回転子の位置情報と演算結果とを周期的にトルク制限値演算部Ｃ１へ供給する。
【００２９】
トルク演算部Ｃ３は、レゾルバＲ１、Ｒ２からモータＭの回転子の位置情報および発電機Ｇｎの回転子の位置情報を受信し、電流センサＣＳ１、ＣＳ２から第１インバータ回路ＩＮＶ１の出力電流（第１回転電機への出力電流）および第２インバータ回路ＩＮＶ２の出力電流（第２回転電機への出力電流）の情報を受信する。また、トルク演算部Ｃ３は、ＣＡＮ（Control Area Network）通信ライン１００を介して、外部に配置された上位制御装置（ＥＣＵ：electrical control unit）から供給されたモータＭのトルク指令と発電機Ｇｎのトルク指令とを受信する。
【００３０】
トルク演算部Ｃ３は、受信したトルク指令値と、モータＭの回転子の位置と、発電機Ｇｎの回転子の位置と、第１インバータ回路ＩＮＶ１の出力電流と、第２インバータ回路ＩＮＶ２の出力電流とを用いて、モータＭのトルクと発電機Ｇｎのトルクとを演算し、演算結果を周期的にトルク制限値演算部Ｃ１へ供給する。
【００３１】
トルク制限値演算部Ｃ１は、直流電源ＢＴから昇圧器ＢＳＴへの入力電圧および入力電流と、昇圧器ＢＳＴの温度と、モータＭの回転数と、モータＭのトルクと、発電機Ｇｎの回転数と、発電機Ｇｎのトルクと、の情報を受信する。
【００３２】
トルク制限値演算部Ｃ１は、昇圧器ＢＳＴの温度と電力変換装置の入力電流の上限値とを対応付けたテーブル（第１テーブル）ＴＢ１を備えている。テーブルＴＢ１は、例えば、昇圧器ＢＳＴのリアクトルＲＥの温度と電力変換装置の入力電流の上限値とを対応付けたテーブルと、昇圧器ＢＳＴの第１スイッチング素子ＳＡおよび第２スイッチング素子ＳＢの温度と電力変換装置の入力電流の上限値とを対応付けたテーブルとを含む。
【００３３】
図２は、図１に示す電力変換装置の制御回路の動作の一例を説明するための図である。
ここでは、トルク制限値演算部Ｃ１のテーブルＴＢ１の一例をグラフＧ１、Ｇ２として示している。
【００３４】
グラフＧ１は、第１スイッチング素子ＳＡと第２スイッチング素子ＳＢとの温度と電力変換装置の入力電流の上限値とを対応付けたテーブルの一例である。グラフＧ２は、リアクトルＲＥの温度と電力変換装置の入力電流の上限値とを対応付けたテーブルの一例である。
【００３５】
トルク制限値演算部Ｃ１は、テーブルＴＢ１に格納された値から、電力変換装置の入力電流の上限値を取得する。温度センサＴＳから供給された温度が複数ある場合には、複数の温度に対応する電力変換装置の入力電流の複数の上限値の最小値を、電力変換装置の最小値とする。
【００３６】
グラフＧ１によれば、例えば、温度センサＴＳで検出された第１スイッチング素子ＳＡおよび第２スイッチング素子ＳＢの温度が１１０℃であるとき、電力変換装置の入力電流の上限値は２２６Ａである。
【００３７】
グラフＧ２によれば、例えば、温度センサＴＳで検出されたリアクトルＲＥの温度が１１０℃であるとき、電力変換装置の入力電流の上限値は１８１Ａである。
このとき、トルク制限値演算部Ｃ１は、２２６Ａと１８１Ａとの最小値である１８１Ａを電力変換装置の入力電流の上限値Ｉｌｉｍとする。
【００３８】
図３は、図１に示す電力変換装置の制御回路の動作の一例を説明するための図である。
図３には、昇圧器ＢＳＴの温度を考慮したときに、モータＭが出力可能な電力上限値ＷＭ＿ｌｉｍｉｔの一例を示している。
【００３９】
トルク制限値演算部Ｃ１は、上記のようにテーブルＴＢ１を用いて取得した入力電流の上限値Ｉｌｉｍと昇圧器ＢＳＴの入力電圧（直流電源ＢＴの電圧）Ｖｂａｔｔとを用いて、昇圧器ＢＳＴの温度を考慮したときに、電力変換装置が出力可能な総電力上限値Ｗａｌｌ＿ｌｉｍｉｔを下記のように演算する。  
Ｗａｌｌ＿ｌｉｍｉｔ＝Ｖｂａｔｔ×Ｉｌｉｍ
【００４０】
トルク制限値演算部Ｃ１は、上記の総電力上限値Ｗａｌｌ＿ｌｉｍｉｔを用いて、モータＭの出力可能な電力上限値ＷＭ＿ｌｉｍｉｔを演算する。すなわち、発電機Ｇｎの電力（出力電力と、銅損および鉄損等の損失電力との和）をＷＧ、第１インバータ回路ＩＮＶ１および第２インバータ回路ＩＮＶ２での損失電力（電力変換部での損失電力）をＷＩＮＶとすると、モータＭの電力上限値ＷＭ＿ｌｉｍｉｔは、下記のように演算することができる。なお、損失電力ＷＩＮＶは、第１インバータ回路ＩＮＶ１と第２インバータ回路ＩＮＶ２との仕様により予め設定可能な値としてもよい。
ＷＭ＿ｌｉｍｉｔ＝Ｗａｌｌ＿ｌｉｍｉｔ‐ＷＧ‐ＷＩＮＶ
＝Ｖｂａｔｔ×Ｉｌｉｍ‐（Ｗａｌｌ‐ＷＭ）
すなわち、モータＭの電力上限値ＷＭ＿ｌｉｍｉｔは、モータＭの電力ＷＭと電力変換装置の電力余裕分（総電力上限値Ｗａｌｌ＿ｌｉｍｉｔ−電力変換装置の総電力Ｗａｌｌ）との和である。
【００４１】
ここで、電力変換装置の総電力ＷａｌｌはモータＭの出力電力と発電機Ｇｎの出力電力と、電力変換装置における損失電力との和であって、モータＭの総電力（出力電力と銅損および鉄損等の損失電力との和）をＷＭ、昇圧器ＢＳＴの入力電流をＩｄｃとすると、下記のように演算することができる。
Ｗａｌｌ＝ＷＩＮＶ＋ＷＭ＋ＷＧ＝Ｖｂａｔｔ×Ｉｄｃ
【００４２】
また、モータＭの電力は、モータＭの回転数Ｎ[ｒｐｍ]とトルクＴｒｑ[Ｎｍ]とを用いて下記のように演算することができる。なお、Ｗｌｏｓｓ（Ｎ、Ｔｒｑ）は、モータＭの回転数ＮとトルクＴｒｑとに対応するモータＭの損失電力であり、例えば、モータＭについて予め測定された値である。
ＷＭ＝２×π×Ｎ×Ｔｒｑ＋Ｗｌｏｓｓ（Ｎ、Ｔｒｑ）
したがって、モータＭが出力可能な電力上限値ＷＭ＿ｌｉｍｉｔは、モータＭの回転数Ｎ[ｒｐｍ]とトルクＴｒｑ[Ｎｍ]とに基づいて演算することが可能である。
【００４３】
本実施形態では、トルク制限値演算部Ｃ１は、モータＭについて予め測定された値に基づいて作成された、回転数Ｎ[ｒｐｍ]とトルクＴｒｑ[Ｎｍ]とに対応する電力ＷＭを格納した２次元のテーブル（第２テーブル）ＴＢ２を備えている。
【００４４】
図４は、図１に示す電力変換装置の制御回路の動作の一例を説明するための図である。
図４には、昇圧器ＢＳＴの温度を考慮したときに、発電機Ｇｎが出力可能な電力上限値ＷＧ＿ｌｉｍｉｔの一例を示している。
【００４５】
トルク制限値演算部Ｃ１は、上記の総電力上限値Ｗａｌｌ＿ｌｉｍｉｔを用いて、発電機Ｇｎの出力可能な電力上限値ＷＧ＿ｌｉｍｉｔを演算する。モータＭの総電力をＷＭ、第１インバータ回路ＩＮＶ１および第２インバータ回路ＩＮＶ２での損失電力をＷＩＮＶとすると、モータＭの電力上限値ＷＧ＿ｌｉｍｉｔは、下記のように演算することができる。
ＷＧ＿ｌｉｍｉｔ＝Ｗａｌｌ＿ｌｉｍｉｔ‐ＷＭ‐ＷＩＮＶ
＝Ｖｂａｔｔ×Ｉｌｉｍ‐（Ｗａｌｌ‐ＷＧ）
すなわち、発電機Ｇｎの電力上限値ＷＧ＿ｌｉｍｉｔは、発電機Ｇｎの電力ＷＧと電力変換装置の電力余裕分（総電力上限値Ｗａｌｌ＿ｌｉｍｉｔ−電力変換装置の総電力Ｗａｌｌ）との和である。
【００４６】
ここで、電力変換装置の総電力ＷａｌｌはモータＭの出力電力と発電機Ｇｎの出力電力と、電力変換装置における銅損および鉄損等の損失電力との和であって、モータＭの電力をＷＭ、昇圧器ＢＳＴの入力電流をＩｄｃとすると、下記のように演算することができる。
Ｗａｌｌ＝ＷＩＮＶ＋ＷＭ＋ＷＧ＝Ｖｂａｔｔ×Ｉｄｃ
【００４７】
また、発電機Ｇｎの総電力ＷＧは、発電機Ｇｎの回転数Ｎ[ｒｐｍ]とトルクＴｒｑ[Ｎｍ]とを用いて下記のように演算することができる。なお、Ｗｌｏｓｓ（Ｎ、Ｔｒｑ）は、発電機Ｇｎの回転数ＮとトルクＴｒｑとに対応する発電機Ｇｎの損失電力であり、例えば、発電機Ｇｎについて予め測定された値である。
ＷＧ＝２×π×Ｎ×Ｔｒｑ＋Ｗｌｏｓｓ（Ｎ、Ｔｒｑ）
したがって、発電機Ｇｎが出力可能な電力上限値ＷＭ＿ｌｉｍｉｔは、発電機Ｇｎの回転数Ｎ[ｒｐｍ]とトルクＴｒｑ[Ｎｍ]とに基づいて演算することが可能である。
【００４８】
本実施形態では、トルク制限値演算部Ｃ１は、発電機Ｇｎについて予め測定された値に基づいて作成された、回転数Ｎ[ｒｐｍ]とトルクＴｒｑ[Ｎｍ]とに対応する電力ＷＧを格納した２次元のテーブル（第３テーブル）ＴＢ３を備えている。
【００４９】
図５は、図１に示す電力変換装置の制御回路の動作の一例を説明するための図である。
図５には、トルク制限値演算部Ｃ１のテーブルＴＢ２の一例を示している。  
トルク制限値演算部Ｃ１は、テーブルＴＢ２を用いて回転数Ｎ[ｒｐｍ]とトルクＴｒｑ[Ｎｍ]とに対応するモータＭの電力ＷＭを取得可能であり、テーブルＴＢ３を用いて回転数Ｎ[ｒｐｍ]とトルクＴｒｑ[Ｎｍ]とに対応する発電機Ｇｎの電力ＷＧを取得可能である。
【００５０】
すなわち、トルク制限値演算部Ｃ１は、下記の数式を用いてモータＭの電力上限値ＷＭ＿ｌｉｍｉｔと、発電機Ｇｎの電力上限値ＷＧ＿ｌｉｍｉｔと、を演算することができる。
ＷＭ＿ｌｉｍｉｔ＝Ｖｂａｔｔ×Ｉｌｉｍ‐（Ｖｂａｔｔ×Ｉｄｃ‐ＷＭ）
ＷＧ＿ｌｉｍｉｔ＝Ｖｂａｔｔ×Ｉｌｉｍ‐（Ｖｂａｔｔ×Ｉｄｃ‐ＷＧ）
【００５１】
更に、トルク制限値演算部Ｃ１は、例えば、テーブルＴＢ２に格納された、回転数Ｎ[ｒｐｍ]に対応するモータＭの複数の電力ＷＭの値から、電力上限値ＷＭ＿ｌｉｍｉｔに最も近い値を選択し、選択した値に対応するトルクの値をモータＭのトルク制限値とする。
【００５２】
同様に、トルク制限値演算部Ｃ１は、例えば、テーブルＴＢ３に格納された、回転数Ｎ[ｒｐｍ]に対応する発電機Ｇｎの複数の電力ＷＧの値から、電力上限値ＷＧ＿ｌｉｍｉｔに最も近い値を選択し、選択した値に対応するトルクの値を発電機Ｇｎのトルク制限値とする。
【００５３】
トルク制限値演算部Ｃ１は、テーブルＴＢ２、ＴＢ３を用いて取得した、モータＭのトルク制限値と発電機Ｇｎのトルク制限値とを、ＣＡＮ通信ライン１００を介して上位制御装置（ＥＣＮ）へ供給する。
【００５４】
上位制御装置は、電力変換装置からモータＭのトルク制限値と発電機Ｇｎのトルク制限値とを受信し、昇圧器ＢＳＴの温度を考慮してモータＭと発電機Ｇｎとを制御することが可能となる。例えば、上位制御装置は、モータＭと発電機Ｇｎとの出力電力の両方を制限せずに、モータＭおよび発電機Ｇｎが搭載された機器の運転状態に応じて、トルク制限値の範囲内においてモータＭと発電機Ｇｎとの出力トルク（トルク指令）を個々に設定可能となる。
【００５５】
図６は、図１に示す電力変換装置の制御回路の動作の一例を説明するための図である。  
ここでは、電力変換装置の総電力Ｗａｌｌが総電力上限値Ｗａｌｌ＿ｌｉｍｉｔを超えた場合について説明する。
【００５６】
この場合にも、トルク制限値演算部Ｃ１は、テーブルＴＢ２、ＴＢ３と下記の数式とを用いて、モータＭの電力上限値ＷＭ＿ｌｉｍｉｔと、発電機Ｇｎの電力上限値ＷＧ＿ｌｉｍｉｔと、を演算する。
ＷＭ＿ｌｉｍｉｔ＝Ｖｂａｔｔ×Ｉｌｉｍ‐（Ｖｂａｔｔ×Ｉｄｃ‐ＷＭ）
ＷＧ＿ｌｉｍｉｔ＝Ｖｂａｔｔ×Ｉｌｉｍ‐（Ｖｂａｔｔ×Ｉｄｃ‐ＷＧ）
【００５７】
電力変換装置の総電力Ｗａｌｌ（＝Ｖｂａｔｔ×Ｉｄｃ）が総電力上限値Ｗａｌｌ＿ｌｉｍｉｔより大きいときには、モータＭの電力上限値ＷＭ＿ｌｉｍｉｔは、モータＭの電力ＷＭから超過分を引いた値となる。同様に、発電機Ｇｎの電力上限値ＷＧ＿ｌｉｍｉｔは、発電機Ｇｎの電力ＷＧから超過分を引いた値となる。
【００５８】
トルク制限値演算部Ｃ１は、モータＭの回転数Ｎ[ｒｐｍ]と、上記のように算出したモータＭの電力上限値ＷＭ＿ｌｉｍｉｔとに基づいて、テーブルＴＢ２を用いてモータＭのトルク制限値を取得する。同様に、トルク制限値演算部Ｃ１は、発電機Ｇｎの回転数Ｎ[ｒｐｍ]と、上記のように算出した発電機Ｇｎの電力上限値ＷＧ＿ｌｉｍｉｔとに基づいて、テーブルＴＢ３を用いて発電機Ｇｎのトルク制限値を取得する。
【００５９】
従って、昇圧器ＢＳＴの温度が上昇したときや電力変換装置の高出力運転時などにおいて、電力変換装置の総電力Ｗａｌｌ（＝Ｖｂａｔｔ×Ｉｄｃ）が総電力上限値Ｗａｌｌ＿ｌｉｍｉｔより大きくなったときでも、トルク制限値演算部Ｃ１は、昇圧器ＢＳＴの温度を考慮したモータＭと発電機Ｇｎとのトルク制限値を、上位制御装置へ通知することが可能である。
【００６０】
このことにより、上位制御装置は、受信したモータＭと発電機Ｇｎとのトルク制限値以下となるようにモータＭと発電機Ｇｎとの出力トルク（トルク指令）を設定することで、電力変換投資の総電力Ｗａｌｌが総電力上限値Ｗａｌｌ＿ｌｉｍｉｔ以下となるように制御することが可能である。
【００６１】
例えば、昇圧器ＢＳＴの保護のために電力変換装置の出力電力を制限すると、モータＭおよび発電機Ｇｎの動作が制限され、電力変換装置が搭載された機器の動作が急に停止し、機器を安全に使用できなくなる場合が想定される。また、搭載機器の運転状況により、電力変換装置からモータへの出力電力と発電機への出力電力との両方を同時に制限することができないことも想定される。
【００６２】
これに対し、本実施形態の電力変換装置によれば、昇圧器ＢＳＴを保護するとともに、モータＭと発電機Ｇｎとのトルクの許容範囲内で個々に運転を制御することが可能となる。すなわち、本実施形態によれば、昇圧器を保護するとともに、信頼性を担保した電力変換装置を提供することができる。
【００６３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００６４】
上述の実施形態では、第１テーブルＴＢ１と第２テーブルＴＢ２と第３テーブルＴＢ３とは制御回路ＣＴＲに含まれていたが、第１テーブルＴＢ１と第２テーブルＴＢ２と第３テーブルＴＢ３とは、電力変換装置内において制御回路ＣＴＲの外部に設けられたメモリに記録されてもよく、更に電力変換装置の外部に備えられていても構わない。いずれの場合であっても、制御回路ＣＴＲが第１テーブルＴＢ１と第２テーブルＴＢ２と第３テーブルＴＢ３とにアクセス可能であれば上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１００…ＣＡＮ通信ライン、Ｃ１…トルク制限値演算部、Ｃ２…回転数演算部、Ｃ３…トルク演算部、ＣＴＲ…制御回路、ＩＮＶ１…第１インバータ回路、ＩＮＶ２…第２インバータ回路、ＴＢ１…第１テーブル、ＴＢ２…第２テーブル、ＴＢ３…第３テーブル、Ｍ…モータ（第１回転電機）、Ｇｎ…発電機（第２回転電機）、ＲＥ…リアクトル、ＳＡ…第１スイッチング素子、ＳＢ…第２スイッチング素子、ＴＳ…温度センサ（温度検出器）、ＢＳＴ…昇圧器、ＤＩＳ…電流センサ、ＤＶＳ…電圧センサ（電圧検出器）、ＣＳ１…第１電流検出器、ＣＳ２…第２電流検出器、Ｒ１…第１位置検出器、Ｒ２…第２位置検出器。
【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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【図６】
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