(57)【要約】【課題】インバータを搭載した電源装置の汎用性を高めることを可能にする。【解決手段】電源装置は、発電機２と、ＶＳＣＦコンバータ３とを備える。ＶＳＣＦコンバータ３は、交流電圧を直流電圧に変換する交流／直流変換回路１３と、スイッチング動作を行なうことにより、交流／直流変換回路からの直流電圧を交流電圧に変換する直流／交流変換回路（インバータ１４）と、インバータ１４のスイッチング動作を制御するコントローラ１８とを備える。コントローラ１８は、正弦波と搬送波との比較結果に基づくパルス幅変調制御と、固定パターン制御とを相互に切替可能に構成される。固定パターン制御の場合、コントローラ１８は、パルス幅変調制御よりもインバータ１４のスイッチング周波数を低くするように定められたパターンに従う固定パターン制御を実行する。【選択図】図１
2011035977.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧を直流電圧に変換する交流／直流変換回路と、
スイッチング動作を行なうことにより、前記交流／直流変換回路からの直流電圧を交流電圧に変換する第１の直流／交流変換回路と、
前記第１の直流／交流変換回路の前記スイッチング動作を制御する第１の制御部とを備え、
前記第１の制御部は、
正弦波と搬送波との比較結果に基づくパルス幅変調制御を実行するパルス幅変調制御部と、
前記パルス幅変調制御よりも前記第１の直流／交流変換回路のスイッチング周波数を低くするように定められたパターンに従う固定パターン制御を実行する固定パターン制御部と、
前記パルス幅変調制御と前記固定パターン制御とを相互に切替可能に構成された切替制御部とを含む、電源装置。
【請求項２】
前記第１の制御部は、
前記電源装置から出力される交流電圧のゼロクロスを検出するゼロクロス検出部と、
前記ゼロクロス検出部の検出結果に基づいて、前記切替制御部に対して、前記パルス幅変調制御および前記固定パターン制御のうちの一方から他方への切替えを指示する指示部とをさらに含む、請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記電源装置は、
前記第１の直流／交流変換回路と並列に前記交流／直流変換回路に接続される第２の直流／交流変換回路と、
前記第１の制御部による前記第１の直流／交流変換回路の制御とは独立に前記第２の直流／交流変換回路を制御する第２の制御部とをさらに備える、請求項１または請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記電源装置は、
前記第１の直流／交流変換回路と並列に前記交流／直流変換回路に接続され、前記交流／直流変換回路からの直流電圧を所定の直流電圧に変換する直流／直流変換回路と、
前記直流／直流変換回路を制御する第３の制御部とをさらに備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項５】
前記電源装置は、
前記交流／直流変換回路に交流電圧を供給する発電機をさらに備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電源装置に関し、特に直流電力を交流電力に変換する直流／交流変換回路（以下、インバータとも呼ぶ）を備える電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、直流電圧を交流電圧に変換するインバータを備える電源装置が知られている。たとえば特開２０００−１８４７９８号公報（特許文献１）は、ＶＳＣＦ（Variable Speed Constant Frequency；可変速・定周波定電圧）コンバータおよびＶＳＣＦ電源装置を開示する。この文献に記載されたＶＳＣＦコンバータおよびＶＳＣＦ電源装置は、固定されたパターンのパルス列からなる周期的な交流電圧を直流電力から生成する直流／交流変換手段（インバータ）と、この直流／交流変換手段から得られる交流電圧に含まれる高調波成分を除去して出力するフィルタとを有している。この構成によれば、大規模なフィルタを用いなくても、周波数が一定しかつ高調波含有率が少ない交流電圧を得ることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１８４７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
たとえば電源装置に接続される負荷装置がモータ等の誘導性負荷である場合には、負荷の起動時に突入電流が生じる可能性が考えられる。しかしながら、上記の電源装置ではインバータの制御パターンが固定されているので、誘導性負荷への突入電流を防止するためにインバータの制御パターンを変更することは困難である。このような理由のために、電源装置に接続可能な負荷の種類を制限することが考えられるが、その場合には電源装置の汎用性を高めることが困難となる。
【０００５】
本発明の目的は、インバータを搭載した電源装置の汎用性を高めることを可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は要約すれば、電源装置であって、交流電圧を直流電圧に変換する交流／直流変換回路と、スイッチング動作を行なうことにより、交流／直流変換回路からの直流電圧を交流電圧に変換する第１の直流／交流変換回路と、第１の直流／交流変換回路のスイッチング動作を制御する第１の制御部とを備える。第１の制御部は、正弦波と搬送波との比較結果に基づくパルス幅変調制御を実行するパルス幅変調制御部と、パルス幅変調制御よりも第１の直流／交流変換回路のスイッチング周波数を低くするように定められたパターンに従う固定パターン制御を実行する固定パターン制御部と、パルス幅変調制御と固定パターン制御とを相互に切替可能に構成された切替制御部とを含む。
【０００７】
この構成によれば、２つの制御パターンを選択することが可能であるので、電源装置の汎用性を高めることができる。たとえばパルス幅変調制御を最初に選択して、その後に制御パターンをＰＷＭ制御パターンから固定制御パターンに切替えたり、固定制御パターンを最初に選択して、その後にＰＷＭ制御パターンを選択することもできる。また、固定パターン制御あるいはパルス幅変調制御のいずれか一方のみでよい場合には、制御パターンを固定することもできる。
【０００８】
好ましくは、第１の制御部は、電源装置から出力される交流電圧のゼロクロスを検出するゼロクロス検出部と、ゼロクロス検出部の検出結果に基づいて、切替制御部に対して、パルス幅変調制御および固定パターン制御のうちの一方から他方への切替えを指示する指示部とをさらに含む。
【０００９】
この構成によれば、交流電圧のゼロクロス時において制御パターンが切替えられる。これにより、電源装置により駆動される負荷装置の動作への影響を低減しつつ制御パターンを切替えることが可能となる。
【００１０】
好ましくは、電源装置は、第１の直流／交流変換回路と並列に交流／直流変換回路に接続される第２の直流／交流変換回路と、第１の制御部による第１の直流／交流変換回路の制御とは独立に第２の直流／交流変換回路を制御する第２の制御部とをさらに備える。
【００１１】
この構成によれば、電源装置は第１および第２の直流／交流変換回路（インバータ）を有する。これにより１つの電源装置から複数の負荷装置に電源電圧を供給できる。さらに上記構成によれば、第１および第２の直流／交流変換回路を互いに独立に制御することができるので、他の直流／交流変換回路の動作状況に関係なく、対応の直流／交流変換回路に接続された負荷装置を動作させることができる。よって、電源装置の汎用性を高めることが可能となる。
【００１２】
好ましくは、電源装置は、第１の直流／交流変換回路と並列に交流／直流変換回路に接続され、交流／直流変換回路からの直流電圧を所定の直流電圧に変換する直流／直流変換回路と、直流／直流変換回路を制御する第３の制御部とをさらに備える。
【００１３】
この構成によれば、１つの電源装置から交流電圧だけでなく直流電圧も出力することができるので電源装置の汎用性を高めることができる。
【００１４】
好ましくは、電源装置は、交流／直流変換回路に交流電圧を供給する発電機をさらに備える。
【００１５】
この構成によれば、発電機が交流／直流変換回路に交流電圧を供給するので、電源装置の設置場所によらずに電源装置を動作させる（電源装置から交流電圧を出力する）ことができる。よって電源装置の汎用性を高めることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、インバータを搭載した電源装置の汎用性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電源装置の構成図である。
【図２】図１に示したコントローラ１８の構成を説明する機能ブロック図である。
【図３】図２に示したインバータ制御部２６の構成を説明する機能ブロック図である。
【図４】図３に示すインバータ制御部２６の具体的な構成を示す回路図である。
【図５】固定パターン制御方式によるインバータの制御を説明する波形図である。
【図６】ＰＷＭ制御方式によるインバータの制御を説明するための図である。
【図７】図４に示した構成を有するインバータ制御部２６によるゲートパターンの切替え動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図８】本発明の実施の形態２に係る電源装置の構成図である。
【図９】図８に示したコントローラ１８Ａの構成を説明する機能ブロック図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係る電源装置の構成図である。
【図１１】図１０に示したコントローラ１８Ｂの構成を説明する機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１９】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る電源装置の構成図である。図１を参照して、電源装置は、発電機２と、ＶＳＣＦコンバータ３とを備える。発電機２は、航空機、自動車、船舶等に搭載されたエンジン１によって駆動されることにより交流電圧を発生する。発電機２は、電機子巻線２ａと、界磁巻線２ｂとを備える。
【００２０】
ＶＳＣＦコンバータ３は、発電機２から得られる交流電圧を一定周波数（たとえば５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚ）の交流電圧に変換して出力するための装置である。ＶＳＣＦコンバータ３は、ＡＶＲ（自動電圧調整装置）１１と、トランス１２と、交流／直流変換回路１３と、直流／交流変換回路であるインバータ１４と、フィルタ１５と、出力端子１６と、変流器１７と、コントローラ１８と、コントローラ用電源１９と、スイッチ２０とを備える。
【００２１】
ＡＶＲ１１は、発電機２の出力する交流電圧がエンジン１の回転数あるいは負荷の大きさに関係なく一定に保たれるように、発電機２に供給する界磁電流を制御する。トランス１２は、発電機２から出力される交流電圧を所定の大きさの電圧に変換する。トランス１２の２つの出力の一方はＡＶＲ１１に電源電圧として供給され、他方は発電機２の出力電圧をモニタするためのモニタ電圧としてコントローラ１８に入力される。
【００２２】
交流／直流変換回路１３は、整流回路２１と、コンデンサ２２とを備える。整流回路２１は、発電機２からの交流電圧を直流電圧に変換する。具体的には、整流回路２１はダイオードブリッジ回路である。コンデンサ２２は、整流回路２１から出力される直流電圧の変動を低減させる平滑コンデンサである。
【００２３】
インバータ１４は、コントローラ１８によって制御されることにより、交流／直流変換回路１３から出力される直流電圧を交流電圧に変換する。インバータ１４の制御については後に詳細に説明する。インバータ１４の構成としては公知の構成を適用できるのでここでは詳細な説明を繰返さないが、インバータ１４は、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチング素子（図示しない）を含む。
【００２４】
フィルタ１５は、インバータ１４から出力される交流電圧に含まれる高調波成分を除去する。具体的には、フィルタ１５はインダクタ２３およびコンデンサ２４を含むＬＣフィルタである。フィルタ１５を通過した交流電圧は出力端子１６より出力され、図示しない負荷装置（交流負荷）に供給される。
【００２５】
変流器１７は、フィルタ１５から出力端子１６を介して電源装置の外部（負荷装置）に出力される電流をモニタして、その結果をコントローラ１８に送る。コントローラ１８は、スイッチ２０のオン時においてコントローラ用電源１９から電源電圧を受けることにより、ＡＶＲ１１およびインバータ１４を制御する。
【００２６】
図２は、図１に示したコントローラ１８の構成を説明する機能ブロック図である。図２を参照して、コントローラ１８は、ＡＶＲ制御部２５と、インバータ制御部２６とを備える。
【００２７】
ＡＶＲ制御部２５は、トランス１２からのモニタ電圧および変流器１７からのモニタ電流を受ける。ＡＶＲ制御部２５は入力される電圧および電流に基づいてＡＶＲ１１を制御するための制御信号を生成するとともにその制御信号をＡＶＲ１１に出力する。
【００２８】
インバータ制御部２６は、インバータ１４に含まれる半導体スイッチング素子を制御するためのゲートパターン信号（以下では単に「ゲートパターン」と呼ぶ）を生成し、そのゲートパターンをインバータ１４へ送る。インバータ１４（スイッチング素子）は、インバータ制御部２６からのゲートパターンに応じてスイッチング動作を行なうことにより交流／直流変換回路１３からの直流電圧を交流電圧に変換する。
【００２９】
図３は、図２に示したインバータ制御部２６の構成を説明する機能ブロック図である。図３を参照して、インバータ制御部２６は、固定パターン発生部３１と、ＰＷＭ（パルス幅変調）パターン発生部３２と、パターン指定部３３と、切替信号発生部３４と、ゼロクロス検出部３５と、ＡＮＤ回路３６と、選択制御部３７とを備える。
【００３０】
固定パターン発生部３１は、固定パターンに従うパルス列をゲートパターンとして発生させる。固定パターンは、たとえば図示しないＲＯＭ（Read Only Memory）に記憶される。固定パターン発生部３１は、ＲＯＭに記憶されたパターンに基づいてパルス列を生成するとともに、そのパルス列を選択制御部３７に出力する。
【００３１】
ＰＷＭパターン発生部３２は、インバータ１４をＰＷＭ方式に従って制御するための制御パターン（ＰＷＭパターン）を生成するとともに、その制御パターンを選択制御部３７に出力する。
【００３２】
パターン指定部３３は、選択制御部３７に入力される固定パターンおよびＰＷＭパターンのうちいずれを選択制御部３７から出力するかを選択制御部に対して指定する。選択制御部３７は、パターン指定部３３の指示に従って、固定パターンおよびＰＷＭパターンのうちのいずれか一方を選択するとともに、その選択されたゲートパターンを出力する。
【００３３】
切替信号発生部３４は、選択制御部３７に対して制御パターンを切替えるための信号を発生する。ゼロクロス検出部３５は、図１に示す電源装置から出力される交流電圧のゼロクロスを検出する。ＡＮＤ回路３６は、切替信号発生部３４により発生された切替信号およびゼロクロス検出部３５の検出結果を受ける。電源装置から出力される交流電圧のゼロクロスがゼロクロス検出部３５によって検出されたときに、ＡＮＤ回路３６は切替信号発生部３４で発生された切替信号を選択制御部３７に送る。
【００３４】
選択制御部３７は、ＡＮＤ回路３６から切替信号を受けたときに、制御パターンを現在のパターンから、パターン指定部３３によって選択されたパターンに切替える。したがってインバータ１４の制御パターン（ゲートパターン）は、電源装置から出力される交流電圧のゼロクロスのタイミングで切替えられる。
【００３５】
なお、固定パターン発生部３１は、本発明の「固定パターン制御部」に対応し、ＰＷＭパターン発生部３２は、本発明の「パルス幅変調制御部」に対応する。さらに、選択制御部３７は、本発明の「切替制御部」に対応する。さらに、パターン指定部３３、切替信号発生部３４およびＡＮＤ回路３６は、ゼロクロス検出部３５の検出結果に基づいて、選択制御部３７に対して、固定パターン制御およびパルス幅変調制御部のうちの一方から他方への切替えを指示する指示部に対応する。
【００３６】
図３に示した構成および各ブロックは、電子回路（ハードウェア）の組合わせによって実現されてもよいし、コントローラ１８で実行されるプログラム（ソフトウェア）によって実現されてもよい。以下ではインバータ制御部２６の具体的な構成の一形態を説明する。
【００３７】
図４は、図３に示すインバータ制御部２６の具体的な構成を示す回路図である。図４を参照して、パターン指定部３３は、スイッチ３３ａと、抵抗３３ｂとを備える。スイッチ３３ａは、高電圧が印加されるノードＮと、抵抗３３ｂの一方端との間に接続される。抵抗３３ｂの他方端は接地される。なお、「高電圧」とは、接地電圧よりも高い電圧を意味し、その電圧の大きさは特に限定されるものではない。
【００３８】
スイッチ３３ａは、手動により操作されてもよいし、コントローラ１８によって制御されてもよい。スイッチ３３ａをオンすることにより、選択制御部３７には高電圧が与えられる。一方、スイッチ３３ａをオフすると選択制御部３７には接地電圧が与えられる。すなわちパターン指定部３３は、電圧レベルがＨ（論理ハイ）レベルとＬ（論理ロー）レベルとの間で切替わる信号を発生する。ここでは、「Ｈレベル」は、ノードＮの電圧に対応するレベルであり、「Ｌレベル」は、接地電圧に対応するレベルである。
【００３９】
本実施の形態では、パターン指定部３３からの信号のレベルがＨレベルである場合には固定パターンが指定される一方、その信号のレベルがＬレベルである場合にはＰＷＭパターンが指定される。ただし、パターン指定部３３からの信号のレベルと制御パターンとの対応関係が上記の関係と逆であってもよい。
【００４０】
切替信号発生部３４は、スイッチ３４ａと、抵抗３４ｂとを備える。スイッチ３４ａは、高電圧が印加されるノードＮと、抵抗３４ｂの一方端との間に接続される。抵抗３４ｂの他方端は接地される。スイッチ３４ａは手動により操作されてもよいしコントローラ１８により制御されてもよい。
【００４１】
スイッチ３４ａが操作されることにより、切替信号発生部３４はＨレベルとＬレベルとの間で電圧レベルが切替わる信号を発生する。その信号の論理レベルと、電圧（高電圧または接地電圧）との対応関係は、パターン指定部３３における対応関係と同じである。
【００４２】
スイッチ３４ａがオンするとＡＮＤ回路３６にＨレベルの信号が印加される。この状態は、切替信号が発生した状態に対応する。スイッチ３４ａをオフすると、ＡＮＤ回路３６にＬレベルの信号が印加される。この状態は切替信号の発生が停止した状態に対応する。
【００４３】
ゼロクロス検出部３５は、ＰＷＭパターン発生部３２より与えられる正弦波信号に基づいて交流電圧のゼロクロスを検出し、その検出結果としてＨレベルの信号をＡＮＤ回路３６に送る。ＰＷＭパターン発生部３２は、電源装置から出力される交流電圧の波形が正弦波となるように、交流電圧の波形の基準となる正弦波信号を生成する。したがって、正弦波信号のゼロクロスは、電源装置から出力される交流電圧のゼロクロスと対応する。
【００４４】
ゼロクロス検出部３５は、正弦波信号のゼロクロスを交流電圧のゼロクロスとして検出する。なお、ゼロクロス検出部３５は電源装置から出力される交流電圧のゼロクロスを直接的に検出してもよい。
【００４５】
選択制御部３７は、Ｄフリップフロップ４１と、インバータ４２と、ＮＡＮＤ回路４３，４４，４５とを備える。
【００４６】
Ｄフリップフロップ４１は、端子Ｄ，ＣＫ，Ｑを有する。端子Ｄには、パターン指定部３３から出力された信号が入力される。端子ＣＫには、ＡＮＤ回路３６から出力された信号が入力される。ＡＮＤ回路３６からは、電源装置から出力される交流電圧のゼロクロスが検出されたタイミングで信号が出力される。
【００４７】
インバータ４２は、Ｄフリップフロップ４１の端子Ｑから出力される信号の論理レベルを反転してＮＡＮＤ回路４４に出力する。ＮＡＮＤ回路４３は、固定パターン発生部３１からのパルス列（固定パターン）およびＤフリップフロップ４１の端子Ｑからの信号とを受けてその演算結果をＮＡＮＤ回路４５に出力する。ＮＡＮＤ回路４４は、ＰＷＭパターン発生部３２により発生されたパルス列（ＰＷＭパターン）およびインバータ４２の出力を受けて、その演算結果をＮＡＮＤ回路４５に出力する。ＮＡＮＤ回路４５は、ＮＡＮＤ回路４３，４４の出力を受けて、その演算結果を出力する。
【００４８】
ＮＡＮＤ回路４３〜４５の各々は、入力される２つの信号のレベルがいずれもＨレベルである場合にのみＬレベルの信号を出力し、その他の場合には、Ｈレベルの信号を出力する。これにより、選択制御部３７からは、固定パターンおよびＰＷＭパターンのうちの選択されたゲートパターンが出力される。
【００４９】
続いて、固定パターン発生部３１およびＰＷＭパターン発生部３２により発生される制御パターンについて詳細に説明する。
【００５０】
図５は、固定パターン制御方式によるインバータの制御を説明する波形図である。図５を参照して、固定パターン発生部３１からは、インバータ１４のスイッチング動作を制御する制御パターンがパルス列として出力される。インバータ１４からフィルタ１５に出力される電圧は、この固定パターンに対応した波形を有する交流電圧となる。
【００５１】
図５に、インバータ１４から出力される交流電圧の波形の一例を示す。この交流電圧の１周期分の波形は、上述した固定パターンにより決定される。インバータ１４からの交流電圧に含まれる高調波成分はフィルタ１５により除去される。この結果、フィルタ１５からは、正弦波からなる交流電圧が出力される。
【００５２】
図６は、ＰＷＭ制御方式によるインバータの制御を説明するための図である。図６を参照して、ＰＷＭ制御においては、搬送波（たとえば三角波）と、交流電圧指令である正弦波との電圧比較に基づき、インバータ１４のスイッチング動作を制御するためのゲートパターンが生成される。このゲートパターンに従ってインバータ１４のスイッチング素子がスイッチング動作を行なうことにより、直流電圧はＰＷＭ制御パターンに対応した波形を有する交流電圧に変換される。
【００５３】
インバータ１４からの交流電圧に含まれる高調波成分はフィルタ１５により除去される。これによりフィルタ１５からは、正弦波からなる交流電圧が出力される。
【００５４】
上述のように、直流電圧を交流電圧に変換するためにインバータ１４はスイッチング動作（スイッチング素子のオンオフ）を繰返す。ＰＷＭ制御でのスイッチング周波数はたとえば１〜１０ｋＨｚ程度に設定される。固定パターン制御でのスイッチング周波数は、たとえば１ｋＨｚよりも低い所定の周波数に設定される。
【００５５】
インバータ１４にはそのスイッチング動作に伴う損失が発生する。スイッチング周波数が高いほどインバータの損失は大きくなる。
【００５６】
固定パターン制御では、パルス幅変調制御よりもインバータ１４のスイッチング周波数を低くするように定められた固定パターンに従ってインバータのスイッチング動作が制御される。
【００５７】
固定パターン制御では、スイッチング周波数を低くすることによってＰＷＭ制御の実行時よりもインバータの損失を低減することが可能となる。ただし固定パターン制御では、電源装置から出力される交流電圧の振幅が固定される。
【００５８】
一方、ＰＷＭ制御では、交流電圧指令である正弦波の振幅を変更することによって、インバータ１４から出力される電圧の振幅を変更することが可能となる。すなわち、ＰＷＭ制御によれば、電源装置から出力される交流電圧の大きさを変更することが可能となる。
【００５９】
電源装置に接続される負荷装置がほぼ定常的な状態で動作しているときには、電源装置の損失はできるだけ小さい方が好ましい。そこで本実施の形態では、基本的に固定パターン制御が選択される。しかしながら、たとえば負荷装置がモータなどの誘導性負荷である場合には、その負荷装置の起動時において突入電流が流れる可能性がある。突入電流を抑制するためには、負荷装置に供給される交流電圧が小さくなるよう、インバータ１４により交流電圧を制御する必要がある。しかしながら、固定パターン制御では、交流電圧の大きさを変更することが困難である。
【００６０】
実施の形態１によれば、たとえば誘導性負荷の起動時などＰＷＭ制御が好ましい場合に制御パターンをＰＷＭ制御パターンに設定することができる。そして、その後必要に応じて、ＰＷＭ制御パターンから固定制御パターンに切替えることもできる。このように実施の形態１によれば制御パターンが切替え可能であるので、電源装置の汎用性を高めることができる。
【００６１】
さらに、本実施の形態によれば、交流電圧のゼロクロス時において制御パターンが切替えられる。これによって、負荷装置の動作への影響を低減しつつ制御パターンを切替えることが可能となる。
【００６２】
図７は、図４に示した構成を有するインバータ制御部２６によるゲートパターンの切替え動作を説明するためのタイミングチャートである。図７を参照して、時刻ｔ０においてＤフリップフロップの端子Ｄに入力される信号（すなわちパターン指定部３３から出力された信号）のレベルがＬレベルからＨレベルに変化する。
【００６３】
時刻ｔ０においては、切替信号発生部３４のスイッチ３４ａがオフ状態であるため、端子ＣＫに入力される信号がＬレベルである。このためＤフリップフロップ４１の端子Ｑから出力される信号もＬレベルである。
【００６４】
固定パターン発生部３１およびＰＷＭパターン発生部３２は、Ｄフリップフロップ４１の状態にかかわらずゲートパターンを周期的に出力する。なお固定パターンおよびＰＷＭパターンは、互いに異なるパターンである。この点の理解が容易となるように、図７では各パターンを模式的に示してある。
【００６５】
Ｄフリップフロップ４１の端子Ｑから出力される信号のレベルがＬレベルであるので、ＮＡＮＤ回路４３はＨレベルの信号を出力する。一方で、ＮＡＮＤ回路４４はＰＷＭパターン発生部３２から出力される信号とはレベルが反転した信号を出力する。この結果、ＮＡＮＤ回路４５からは、ＰＷＭパターン発生部３２より出力されるゲートパターンと同じパターンが出力される。つまり、選択制御部３７は、ＰＷＭパターン発生部３２が生成したゲートパターン（ＰＷＭパターン）を選択的に出力する。
【００６６】
時刻ｔ１において切替信号発生部３４のスイッチ３４ａがオンする。これによりＡＮＤ回路３６には切替信号発生部３４からＨレベルの信号が入力される。上記のようにスイッチ３４ａは手動により操作されてもよいし、コントローラ１８により制御されてもよい。コントローラ１８がスイッチ３４ａを制御する場合、たとえばコントローラ１８は負荷装置への電源投入時から所定時間（たとえば１分）が経過した後にスイッチ３４ａをオンする。
【００６７】
時刻ｔ２において、ゼロクロス検出部３５がＰＷＭパターン発生部３２から送られる正弦波信号のゼロクロスを検出するとともに、ゼロクロスの検出を示すパルス信号（図示せず）を出力する。ＡＮＤ回路３６は、ゼロクロス検出部３５からのパルス信号の入力に同期してパルス信号を出力する。ＡＮＤ回路３６からのパルス信号は、Ｄフリップフロップ４１の端子ＣＫに入力される。
【００６８】
Ｄフリップフロップ４１の端子ＣＫに入力される信号の立ち上がりに応じて、Ｄフリップフロップ４１は、端子Ｄに入力される信号のレベル（Ｈレベル）と同じレベルの信号を端子Ｑから出力する。したがって、時刻ｔ２において、端子Ｑから出力される信号のレベルがＬレベルからＨレベルに変化する。端子ＱからのＨレベルの信号が出力されることにより、ＮＡＮＤ回路４３は固定パターン発生部３１が生成したパルス列とは論理レベルが反転した信号を出力する。一方、ＮＡＮＤ回路４４の出力は、Ｄフリップフロップ４１の端子Ｑからの出力がＨレベルである間、Ｈレベルとなる。よって、ＮＡＮＤ回路４５からは固定パターン発生部３１により発生されたゲートパターンと同じパターンが出力される。すなわち、時刻ｔ２において、選択制御部３７から出力されるゲートパターンは、ＰＷＭ制御パターンから固定パターンに切替わる。
【００６９】
ゲートパターンがＰＷＭパターンから固定パターンに切替わった後、時刻ｔ３において切替信号発生部３４のスイッチ３４ａがオフする。したがってＤフリップフロップ４１の端子ＣＫにはパルス信号は入力されないが、時刻ｔ３以後も端子Ｑから出力される信号のレベルはＨレベルに保持される。したがって、ＮＡＮＤ回路４５からは、固定パターンの出力が継続される。
【００７０】
ゲートパターンを固定パターンからＰＷＭ制御パターンに切替える場合には、以下に説明する動作が実行される。時刻ｔ４において、パターン指定部３３のスイッチ３３ａがオフする。これにより、Ｄフリップフロップ４１の端子Ｄに入力される信号のレベルがＨレベルからＬレベルに切替わる。さらに、時刻ｔ５において、切替信号発生部３４のスイッチ３４ａがオンする。その後、時刻ｔ６において、ゼロクロス検出部３５は、ＰＷＭパターン発生部３２からの正弦波信号におけるゼロクロスを検出する。これにより、Ｄフリップフロップ４１の端子Ｑから出力される信号のレベルがＨレベルからＬレベルに切替わる。
【００７１】
この場合、時刻ｔ２以前と同様に、ＮＡＮＤ回路４３の出力はＨレベルとなる。一方、ＮＡＮＤ回路４４の出力は、ＰＷＭパターンと論理レベルが反転したパターンとなる。よって、ＮＡＮＤ回路４５の出力は、ＰＷＭパターンと同じパターンとなる。すなわち、時刻ｔ６において、選択制御部３７から出力されるゲートパターンは固定パターンからＰＷＭパターンに切替わる。
【００７２】
以上のように、実施の形態１によれば、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ（１４）のゲートパターン（制御パターン）を固定パターンとＰＷＭパターンとの間で相互に切替えることができる。すなわち、インバータ１４の制御を固定パターン制御とＰＷＭ制御との間で相互に切替えることができる。
【００７３】
これにより、たとえばモータ等の誘導性負荷の起動時にインバータ１４をＰＷＭ方式に従って制御できる。この場合、交流電圧指令の（正弦波信号）の振幅を次第に大きくすることにより、電源装置から負荷装置に供給される交流電圧を徐々に大きくすることができるので、誘導性負荷の突入電流の発生を抑制できる。さらに、ＰＷＭ制御から固定パターン制御に切替えることができるので、負荷装置の動作が安定した状態では、固定パターン制御に従ってインバータを制御することができる。この場合にはインバータの損失を低減できるので、電源装置の効率を高めることができる。このように、実施の形態１によれば、負荷装置の動作中に、負荷装置の特性に応じてインバータの制御を適宜選択することが可能になる。
【００７４】
さらに、実施の形態１によれば、固定パターン制御のみあるいはＰＷＭ制御のみでよい場合には、いずれか一方に制御パターンを固定して負荷装置を動作させることも可能である。以上のように実施の形態１によれば、負荷装置に応じてインバータ１４の制御を選択可能であるので、インバータを備える電源装置の汎用性を高めることができる。
【００７５】
さらに、実施の形態１によれば、制御パターンは、電源装置から出力される交流電圧のゼロクロス点において切替わる。これによって負荷装置の運転中に負荷装置の動作への影響を抑制しつつ制御パターンを切替えることが可能となる。
【００７６】
［実施の形態２］
図８は、本発明の実施の形態２に係る電源装置の構成図である。図８を参照して、実施の形態２に係る電源装置は、ＶＳＣＦコンバータ３に代えてＶＳＣＦコンバータ３Ａを備える点において、実施の形態１に係る電源装置と異なる。ＶＳＣＦコンバータ３Ａは、インバータ１４Ａ，１４Ｂ、フィルタ１５Ａ，１５Ｂ、出力端子１６Ａ，１６Ｂおよび変流器１７Ａ，１７Ｂをさらに備える点においてＶＳＣＦコンバータ３と異なる。さらに、ＶＳＣＦコンバータ３Ａは、コントローラ１８に代えてコントローラ１８Ａを備える点においてＶＳＣＦコンバータ３と異なる。インバータ１４Ａ，１４Ｂの各々はインバータ１４と同様の構成を有する。
【００７７】
図９は、図８に示したコントローラ１８Ａの構成を説明する機能ブロック図である。図９を参照して、コントローラ１８Ａは、インバータ制御部２６Ａ，２６Ｂをさらに備える点においてコントローラ１８と異なる。インバータ制御部２６Ａは、インバータ１４Ａのスイッチング動作を制御するためのゲートパターンを生成し、そのゲートパターンをインバータ１４Ａに出力する。同様に、インバータ制御部２６Ｂはインバータ１４Ｂのスイッチング動作を制御するためのゲートパターンを生成し、そのゲートパターンをインバータ１４Ｂに出力する。なお、ＡＶＲ制御部２５は、トランス１２からのモニタ電圧および変流器１７，１７Ａ，１７Ｂからのモニタ電流に基づいてＡＶＲ制御信号を生成し、その信号をＡＶＲ１１へ出力する。
【００７８】
インバータ制御部２６Ａ，２６Ｂの各々はたとえばインバータ制御部２６と同様の構成（図３および図４参照）である。この場合、インバータ１４Ａ，１４Ｂの各々を固定パターンおよびＰＷＭパターンの間で制御パターンを切替えながら制御することが可能になる。ただし、インバータ制御部２６Ａ，２６Ｂの機能はこのように限定されるものではない。たとえばインバータ制御部２６Ａ，２６Ｂの一方または両方を、１つの制御パターン（固定パターンおよびＰＷＭ制御パターンのいずれでもよい）のみにより対応のインバータ（１４Ａ，１４Ｂ）を制御するように構成してもよい。
【００７９】
実施の形態２によれば、電源装置は複数のインバータを有する。これにより１つの電源装置から複数の負荷装置に電源電圧を供給できる。さらに実施の形態２によれば、複数のインバータを互いに独立に制御することができる。これにより、他のインバータの動作状況に関係なく、対応するインバータに接続された負荷装置を動作させることができる。
【００８０】
たとえば複数のインバータのいずれか１つの動作に不具合が生じることにより、そのインバータの動作を停止する必要が生じる可能性がある。複数のインバータを互いに独立に制御できない場合には、１つのインバータのみ停止させることができないため、すべてのインバータを停止する必要がある。これに対し、実施の形態２によれば仮に複数のインバータのいずれか１つを停止させる必要が生じたとしても、他のインバータの動作を継続させることができる。
【００８１】
以上の理由により、実施の形態２によれば、電源装置の汎用性を高めることが可能となる。
【００８２】
なお、図８では、ＶＳＣＦコンバータ３Ｂに含まれるインバータの数は３であるが、実施の形態２では、インバータの個数は、２以上であれば特に限定されるものではない。
【００８３】
［実施の形態３］
図１０は、本発明の実施の形態３に係る電源装置の構成図である。図１０を参照して、実施の形態３に従う電源装置は、ＶＳＣＦコンバータ３に代えてＶＳＣＦコンバータ３Ｂを備える点において実施の形態１に係る電源装置と異なる。ＶＳＣＦコンバータ３Ｂは、インバータ１４Ａ、フィルタ１５Ａ、出力端子１６Ａ，１６Ｃ、変流器１７ＡおよびＤＣ／ＤＣコンバータ１４Ｃを備える点においてＶＳＣＦコンバータ３と異なる。さらに、ＶＳＣＦコンバータ３Ｂは、コントローラ１８に代えてコントローラ１８Ｂを備える点においてＶＳＣＦコンバータ３と異なる。
【００８４】
インバータ１４Ａは、インバータ１４と同様の構成を有する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４Ｃは、スイッチング動作により、入力される直流電圧を所望の直流電圧（たとえばＤＣ２４Ｖ）に変換する。
【００８５】
図１１は、図１０に示したコントローラ１８Ｂの構成を説明する機能ブロック図である。図１１を参照して、コントローラ１８Ｂは、インバータ制御部２６ＡおよびＤＣ／ＤＣコンバータ制御部２７をさらに備える点においてコントローラ１８と異なる。インバータ制御部２６Ａは、インバータ１４Ａのスイッチング動作を制御するためのゲートパターンを生成し、そのゲートパターンをインバータ１４Ａへ出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部２７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４Ｃに入力される電圧の値およびＤＣ／ＤＣコンバータ１４Ｃから出力される電圧の値を受ける。これらの電圧値は図示しない電圧センサにより検出される。
【００８６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部２７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４Ｃの入力電圧および出力電圧の値に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４Ｃのスイッチング動作を制御するための制御信号を生成し、その信号をＤＣ／ＤＣコンバータ１４Ｃへ出力する。
【００８７】
実施の形態２と同様に、インバータ制御部２６Ａは、インバータ制御部２６と同様の構成でもよいし、１つの制御パターン（固定パターンおよびＰＷＭ制御パターンのいずれでもよい）のみによりインバータ１４Ａを制御するように構成されてもよい。
【００８８】
さらに、図１０では、ＶＳＣＦコンバータ３Ｂに含まれるインバータの数は２であるが、実施の形態３では、インバータの個数は、１以上であれば、特に限定されるものではない。ただし実施の形態３では、少なくとも１つのインバータ制御部は、インバータ制御部２６と同様の構成（図３および図４参照）を有する。すなわち、そのインバータ制御部は、固定パターン制御とＰＷＭ制御とを相互に切替え可能に構成される。
【００８９】
実施の形態３によれば、１つの電源装置から交流電圧だけでなく直流電圧も出力することができる。これにより、実施の形態３によれば電源装置の汎用性を高めることができる。
【００９０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９１】
１  エンジン、２  発電機、２ａ  電機子巻線、２ｂ  界磁巻線、３，３Ａ，３Ｂ  ＶＳＣＦコンバータ、１２  トランス、１３  交流／直流変換回路、１４，１４Ａ，１４Ｂ  インバータ（直流／交流変換回路）、１４Ｃ  ＤＣ／ＤＣコンバータ、１５，１５Ａ，１５Ｂ  フィルタ、１６，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ  出力端子、１７，１７Ａ，１７Ｂ  変流器、１８，１８Ａ，１８Ｂ  コントローラ、１９  コントローラ用電源、２０  スイッチ、２１  整流回路、２２，２４  コンデンサ、２３  インダクタ、２５  ＡＶＲ制御部、２６，２６Ａ，２６Ｂ  インバータ制御部、２７  ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部、３１  固定パターン発生部、３２  ＰＷＭパターン発生部、３３  パターン指定部、３３ａ，３４ａ  スイッチ、３３ｂ，３４ｂ  抵抗、３４  切替信号発生部、３５  ゼロクロス検出部、３６  ＡＮＤ回路、３７  選択制御部、４１  Ｄフリップフロップ、４２  インバータ（選択制御部）、４３〜４５  ＮＡＮＤ回路、Ｎ  ノード。
【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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【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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