(57)【要約】【課題】コンデンサに出入りする電流量を小さくする。【解決手段】昇圧コンバータＣＯＮＶ１により昇圧した電圧を平滑コンデンサＣに蓄え、これをインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２により所定の交流電流としてモータＭＧ１、ＭＧ２に電流量供給する。ここで、昇圧コンバータＣＯＮＶ１におけるスイッチのＰＷＭ制御における搬送波と、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２のスイッチのＰＷＭ制御における搬送波の位相または周波数を調整することで、平滑コンデンサＣに出入りするインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２からのパルス電流と昇圧コンバータＣＯＮＶ１からのパルス電流を相殺して、コンデンサＣに出入りする電流の大きさを減少する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部のスイッチング素子をオンオフして低圧直流電圧を昇圧する昇圧コンバータと、この昇圧コンバータからの高圧直流電圧を保持平滑する平滑コンデンサと、この平滑コンデンサに保持された高圧直流電圧を受け、内部のスイッチング素子をオンオフすることにより所定の交流電圧を電気負荷に供給するインバータと、を含む電気負荷駆動システムにおいて、
前記インバータおよび前記昇圧コンバータは、内部のスイッチング素子をＰＷＭ制御してその出力を制御するとともに、前記インバータのスイッチング素子のＰＷＭ制御する基本周波数を決定するインバータ用ＰＷＭ搬送波と、前記昇圧コンバータのスイッチング素子をＰＷＭ制御する基本周波数を決定するコンバータ用ＰＷＭ搬送波とを制御する制御回路を設け、
この制御回路は、前記インバータ用ＰＷＭ搬送波と、前記コンバータ用ＰＷＭ搬送波とを同期させると共に、所定量位相をずらせるかまたは周波数を異ならせることで互いに異なるものとする電気負荷駆動システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記制御回路は、前記インバータ用ＰＷＭ搬送波と、前記コンバータ用ＰＷＭ搬送波とを、９０°位相をずらせて同期させる電気負荷駆動システム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記制御回路は、前記インバータ用ＰＷＭ搬送波に対し、前記コンバータ用ＰＷＭ搬送波の周波数を２倍として同期させる電気負荷駆動システム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記昇圧コンバータは、並列接続した２つの昇圧コンバータを有する２アーム構成であり、前記制御回路は、前記２つのアームの内の１つのアームについては、前記インバータ用搬送波と９０°位相をずらせ、他の１つのアームについては、前記インバータ用搬送波と２７０°位相をずらせ、同期させる電気負荷駆動システム。
【請求項５】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記昇圧コンバータは、並列接続した２つの昇圧コンバータを有する２アーム構成であり、前記制御回路は、前記２つのアームの内の１つのアームについては、前記インバータ用搬送波との位相ずれは０°とし、他の１つのアームについては、前記インバータ用搬送波と１８０°位相をずらせ、同期させる電気負荷駆動システム。
【請求項６】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記制御回路は、前記昇圧コンバータにおける昇圧比に基づいて、インバータ用ＰＷＭ搬送波に対する昇圧コンバータ用ＰＷＭ搬送波の関係が異なるように変更する電気負荷駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部のスイッチング素子をオンオフして低圧直流電圧を昇圧する昇圧コンバータと、この昇圧コンバータからの高圧直流電圧を保持平滑する平滑コンデンサと、この平滑コンデンサに保持された高圧直流電圧を受け、内部のスイッチング素子をオンオフすることにより所定の交流電圧を電気負荷に供給するインバータと、を含む電気負荷駆動システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、各種の機器の動力源として交流モータが広く利用されており、電気自動車や、ハイブリッド自動車などにおいても、通常は電池からの直流電力をインバータで所望の交流電力に変換してモータに供給するシステムが採用されている。このシステムによって、出力トルクの広範囲な制御が可能となり、また回生制動による電力を電池の充電に利用できるというメリットもある。
【０００３】
ここで、大出力のモータの電源としては高電圧のものが効率がよく、電気自動車やハイブリッド自動車では、そのインバータの入力側に接続する主電池として、数１００Ｖという高電圧のものを利用している。
【０００４】
一方、大電圧の電池は、多くのセルを直列接続して得なければならず、電池が大型化し、またセル間のバラツキが大きいと、一部のセルのみの過充電や過放電が生じ、メンテナンスが難しいなどの問題がある。
【０００５】
そこで、ＤＣＤＣコンバータを利用し、低圧電池の出力電圧を昇圧することにより高電圧にしてインバータに供給するシステムが提案されている。このシステムによって、電池自体は低電圧として、インバータ入力電圧を高電圧にできる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、インバータの入力電圧が変動すると、モータ駆動電流を安定させることができないため、インバータの入力側にはコンデンサが設けられ、インバータ入力電圧を安定化している。
【０００７】
特に、インバータは通常ＰＷＭ（パルス幅変調）制御されるため、ここに流れる電流はパルス的な電流となる。従って、平滑コンデンサがこのパルス状の電流による電圧変動を吸収している。
【０００８】
ところが、上述のように、昇圧コンバータを設けた場合、この昇圧コンバータもＰＷＭ制御される。従って、コンデンサには、インバータによるパルス状の電流と、昇圧コンバータによるパルス状電流の両方が出入りする。このため、両電流が重なるときには、パルス状の成分が非常に大きくなり、電圧変動を抑制するために大きなコンデンサが必要になるという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、インバータによるパルス状の電流と昇圧コンバータによるパルス状電流を効果的に互いに打ち消しあうことができる電気負荷駆動システムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内部のスイッチング素子をオンオフして低圧直流電圧を昇圧する昇圧コンバータと、この昇圧コンバータからの高圧直流電圧を保持平滑する平滑コンデンサと、この平滑コンデンサに保持された高圧直流電圧を受け、内部のスイッチング素子をオンオフすることにより所定の交流電圧を電気負荷に供給するインバータと、を含む電気負荷駆動システムにおいて、前記インバータおよび前記昇圧コンバータは、内部のスイッチング素子をＰＷＭ制御してその出力を制御するとともに、前記インバータのスイッチング素子のＰＷＭ制御する基本周波数を決定するインバータ用ＰＷＭ搬送波と、前記昇圧コンバータのスイッチング素子をＰＷＭ制御する基本周波数を決定するコンバータ用ＰＷＭ搬送波とを制御する制御回路を設け、この制御回路は、前記インバータ用ＰＷＭ搬送波と、前記コンバータ用ＰＷＭ搬送波とを同期させると共に、所定量位相をずらせるかまたは周波数を異ならせることで互いに異なるものとすることを特徴とする。
【００１１】
このように、本発明によれば、インバータ用ＰＷＭ搬送波と、コンバータ用ＰＷＭ搬送波とを同期させると共に、所定量位相をずらせるかまたは周波数を異ならせることで、インバータと平滑コンデンサ間の電流と、コンバータと平滑コンデンサ間の電流を相殺して、平滑コンデンサに出入りする電流を減少することができる。従って、平滑コンデンサの容量を小さくしたり、その寿命を長くすることができる。
【００１２】
また、前記制御回路は、前記インバータ用ＰＷＭ搬送波と、前記コンバータ用ＰＷＭ搬送波とを、９０°位相をずらせて同期させることが好適である。
【００１３】
また、前記制御回路は、前記インバータ用ＰＷＭ搬送波に対し、前記コンバータ用ＰＷＭ搬送波の周波数を２倍として同期させることが好適である。
【００１４】
また、前記昇圧コンバータは、並列接続した２つの昇圧コンバータを有する２アーム構成であり、前記制御回路は、前記２つのアームの内の１つのアームについては、前記インバータ用搬送波と９０°位相をずらせ、他の１つのアームについては、前記インバータ用搬送波と２７０°位相をずらせ、同期させることが好適である。
【００１５】
また、前記昇圧コンバータは、並列接続した２つの昇圧コンバータを有する２アーム構成であり、前記制御回路は、前記２つのアームの内の１つのアームについては、前記インバータ用搬送波との位相ずれは０°とし、他の１つのアームについては、前記インバータ用搬送波と１８０°位相をずらせ、同期させることが好適である。
【００１６】
また、前記制御回路は、前記昇圧コンバータにおける昇圧比に基づいて、インバータ用ＰＷＭ搬送波に対する昇圧コンバータ用ＰＷＭ搬送波の関係が異なるように変更することが好適である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００１８】
「回路構成」
本実施形態に係る電気負荷駆動システムの回路を図１に示す。ここで、図１（ａ）は、１アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ１を用いた例であり、図１（ｂ）は２アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ２を用いた例である。
【００１９】
図１（ａ）において、２つの３相のモータＭＧ１、ＭＧ２には、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２がそれぞれ接続されている。このインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２は、それぞれ３相のインバータであり、２つのスイッチング素子が直列接続して形成されたアーム（インバータアーム）を３本有している。インバータＩＮＶ１の３つのアームの中間点がモータＭＧ１の３相コイル端にそれぞれ接続され、インバータＩＮＶ２の３つのアームの中間点がモータＭＧ２の３相のコイル端にそれぞれ接続されている。
【００２０】
インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２の正極母線は昇圧コンバータＣＯＮＶ１の正出力に共通接続され、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２の負極母線は昇圧コンバータＣＯＮＶ１の負出力に共通接続されている。昇圧コンバータＣＯＮＶ１は、正負出力間に接続されるコンデンサＣと、このコンデンサＣに並列接続されたコンバータアームを有している。このコンバータアームは、２つのスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２が直列接続して形成されている。そして、このコンバータアームの中間点がコイルＬ１および抵抗Ｒ１を介し、低圧電池Ｖの正極に接続されている。また、電池Ｖの負極は昇圧コンバータＣＯＮＶ１の負出力に接続されている。なお、コイルＬ１、抵抗Ｒ１、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２からなるコンバータアーム、コンデンサＣが昇圧コンバータＣＯＮＶ１を構成する。
【００２１】
また、図１（ｂ）には、２アーム構成の昇圧コンバータＣＯＮＶ２を利用したシステムが示されている。すなわち、昇圧コンバータＣＯＮＶ２は、上述したスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２からなるアームの他に、スイッチング素子ＳＷ３、ＳＷ４からなるアームをコンデンサＣに並列して有している。さらに、スイッチング素子ＳＷ３、ＳＷ４の中間点は、コイルＬ２、抵抗Ｒ２を介し、電池Ｖの正極に接続されている。
【００２２】
このようなシステムにおいて、昇圧コンバータＣＯＮＶ１（またはＣＯＮＶ２）のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、（およびＳＷ３、ＳＷ４）のスイッチングを制御することで、電池Ｖの出力電圧を所定の昇圧比率で昇圧した電圧をコンデンサＣの両端に得ることができる。そして、このコンデンサＣの両端電圧がインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２の入力となり、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２のスイッチング制御によって、所定のモータ駆動電流がモータＭＧ１、ＭＧ２に供給され、これらモータＭＧ１、ＭＧ２が駆動される。
【００２３】
なお、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２および昇圧コンバータＣＯＮＶ１（またはＣＯＮＶ２）は、ＰＷＭ搬送波と制御電圧の比較により各スイッチング素子のオンオフ制御信号を作成し、これによって各スイッチング素子のオンオフを制御している。これによって、モータ駆動電流をＰＷＭ制御することができ、また昇圧コンバータＣＯＮＶ１（またはＣＯＮＶ２）の昇圧をＰＷＭ制御することができる。
【００２４】
「シミュレーション」
このような電気負荷駆動システムをモデルとして、そのシステム内に流れる電流をシミュレーションし、コンデンサＣに流れ込む電流のリップルを評価した。ここで、電流の正負は、モータＭＧ１、ＭＧ２が発電してコンデンサＣに向かって流れる方向を正とし、インバータＩＮＶ１からコンデンサに流れる電流をＩｐ１、インバータＩＮＶ２からコンデンサＣに流れる電流をＩｐ２、昇圧コンバータＣＯＮＶ１、ＣＯＮＶ２からコンデンサＣに流れる電流をそれぞれＩｄｃｐ１、Ｉｄｃｐ２と定義する。
【００２５】
また、このシミュレーションに使用したモータＭＧ１、ＭＧ２と昇圧コンバータＣＯＮＶ１（１アーム式昇圧コンバータ）、ＣＯＮＶ２（２アーム式昇圧コンバータ）の各種定数を表１に示す。
【表１】
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【００２６】
「シミュレーション結果」
（パルス電流とＰＷＭインバータ搬送波との関係）
１アーム式昇圧コンバータＩＮＶ１において、電池Ｖ電圧２００Ｖ、コンデンサＣ電圧６００Ｖ（昇圧比＝１：３）とし、モータＭＧ１、ＭＧ２及び昇圧コンバータＣＯＮＶ１の全てのＰＷＭインバータ搬送波（以下、ＰＷＭインバータ搬送波を、単に搬送波と適宜いう）を同相（同一周波数、位相ずれ０）にしたときの、モータ側インバータ電流（以下パルス電流という）Ｉｐ１、Ｉｐ２、コンバータ側インバータ電流（以下パルス電流という）Ｉｄｃｐ１と搬送波の関係を図２〜５に示す。
【００２７】
図２はＭＧ１：１０ｋＷ発電、ＭＧ２：１０ｋＷ駆動、図３はＭＧ１：１０ｋＷ駆動、ＭＧ２：１０ｋＷ発電、図４はＭＧ１：１０ｋＷ発電、ＭＧ２：２．５ｋＷ駆動、図５はＭＧ１：２．５ｋＷ発電、ＭＧ２：１０ｋＷ駆動の状態を示している。なお、このシミュレーションでは、モータに加わる電圧はコンデンサＣ電圧に関係なく、６００Ｖに固定した。また、各図において、上段から、インバータＩＮＶ１の搬送波とインバータ−コンデンサ間のモータ側パルス電流（Ｉｐ１）、インバータＩＮＶ２の搬送波とインバータ−コンデンサ間のモータ側パルス電流（Ｉｐ２）、昇圧コンバータの搬送波（インバータの搬送波と同一）とコンバータ−コンデンサ間のコンバータ側パルス電流（Ｉｄｃｐ１）の関係を示した。
【００２８】
図２〜５より、発電と駆動では電流Ｉｐ１、Ｉｐ２の極性（＋−）が反転し、電力が小さいと電流Ｉｐ１、Ｉｐ２が小さくなることがわかる。そして、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２のモータ側パルス電流Ｉｐ１、Ｉｐ２は、搬送波が０と交わる点の近傍で流れているのに対し、昇圧コンバータＣＯＮＶ１のコンバータ側パルス電流Ｉｄｃｐ１のパルスは、搬送波が最小点の近傍で流れている。したがって、モータ側パルス電流Ｉｐ１、Ｉｐ２は、搬送波１周期に対して２パルスの電流であるが、コンバータ側パルス電流は、搬送波１周期に１パルスである。
【００２９】
次に、昇圧比が低い電池Ｖ電圧４００Ｖ、コンデンサ電圧４５０Ｖの条件で、ＭＧ１が１０ｋＷの発電、ＭＧ２が２．５ｋＷの駆動のときの、パルス電流と搬送波との関係を図６に示す。
【００３０】
図６より、昇圧比が低くなると、コンバータ側パルス電流のパルス幅が大きくなることがわかる。すなわち、図４では、パルス幅が搬送波の半周期（０．１ｍｓ）以下であったが、図６では半周期以上のパルス幅になっている。なお、パルス幅が搬送波の半周期以上になるのは、昇圧比が１：２以下の場合である。
【００３１】
ここで、コンデンサＣの電流は、図２〜６で示したインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２と昇圧コンバータＣＯＮＶ１の電流の合計（Ｉｐ１＋Ｉｐ２＋Ｉｄｃｐ１）になる。そして、パルス電流Ｉｐ１、Ｉｐ２は搬送波の位相によって流れる位置が決まる。したがって、３つの電流を合計したときにパルス電流がキャンセルされるように、各搬送波の位相を調整すればコンデンサＣの電流を小さく抑制することができる。
【００３２】
「９０°位相をずらす」
まず、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２は、共に搬送波が０と交わる点の近傍でパルス電流が流れるため、同位相であることが望ましい。一方、昇圧コンバータＣＯＮＶ１のパルス電流Ｉｄｃｐ１は搬送波が最小点の近傍で流れるため、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２のパルス電流Ｉｐ１、Ｉｐ２と同じ位置でパルス電流Ｉｄｃｐ１を流すためには、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２の搬送波の位相に対しコンバータＣＯＮＶ１における搬送波の位相を９０°ずらすことが望ましい。
【００３３】
図７に、昇圧コンバータＣＯＮＶ１の搬送波の位相をインバータＩＮＶ１およびＩＮＶ２の搬送波の位相に対し９０°遅らせたときのパルス電流と搬送波の関係を示す。なお、このときの条件は、電池Ｖ電圧２００Ｖ、コンデンサＣ電圧６００Ｖ、ＭＧ１：１０ｋＷ発電、ＭＧ２：２．５ｋＷ駆動である。
【００３４】
このように、昇圧コンバータＣＯＮＶ１の搬送波の位相を９０°遅らせることで、昇圧コンバータＣＯＮＶ１の搬送波の最小点近傍ではパルス電流をキャンセルできる。
【００３５】
「周波数を倍にする」
上述の９０°位相をずらす手法では、昇圧コンバータＣＯＮＶ１の搬送波が最大点近傍でもインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２でパルス電流が流れているため、半分のパルス電流しかキャンセルできない。そこで、昇圧コンバータＣＯＮＶ１の搬送波が最大点近傍でもパルス電流をキャンセルできるようにする方法として、昇圧コンバータＣＯＮＶ１の搬送波周波数を２倍にすることが考えられる。
【００３６】
まず、昇圧コンバータＣＯＮＶ１の搬送波周波数をインバータの搬送波周波数の２倍にしてシミュレーションした結果を、図８に示す。このときの条件は、電池電圧２００Ｖ、コンデンサ電圧６００Ｖ、ＭＧ１：１０ｋＷ発電、ＭＧ２：２．５ｋＷ駆動である。
【００３７】
ここで、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２の搬送波の最大最小点に、昇圧コンバータＣＯＮＶ１の搬送波の最大点が重なるようにして、シミュレーションした。これによって、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２のパルス電流と昇圧コンバータＣＯＮＶ１のパルス電流とを毎回打ち消すことができる。そこで、図８に示すように、周波数を倍にすることによって、ひげ状のリップルは残るもののコンデンサＣへのパルス電流を図７の最下段の波形よりも減少できることが分かる。
【００３８】
「２アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ２」
また、昇圧コンバータのアームを２本に増やすこと（２アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ２）を利用し、両アームの１８０°ずらすことでも、毎回パルス電流を打ち消すことができる。すなわち、図１（ｂ）に示す２アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ２を利用し、２つのコンバータアームの位相をずらす場合には、２本のインバータアームを位相差１８０°の搬送波で駆動すると、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２と同様に、搬送波１周期に２つのパルス電流が流れるようになる。
【００３９】
そこで、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２と、搬送波の位相を９０°と２７０°ずらした２アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ２によって、システムを構成する。
【００４０】
図９に、２アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ２の搬送波の位相を、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２より９０°、２７０°遅らせたときの、パルス電流と搬送波の関係を示す。シミュレーション条件は、電池電圧２００Ｖ、コンデンサ電圧６００Ｖ、ＭＧ１：１０ｋＷ発電、ＭＧ２：２．５ｋＷ駆動である。
【００４１】
このように、図９においてもパルス電流は、図７の最下段の波形よりも低減できている。
【００４２】
このように、図８、９より、１アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ１の搬送波の周波数を倍にするか、２アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ２にすることによって、コンデンサＣに流れるパルス電流を抑制できることが分かった。
【００４３】
「昇圧比が低い場合」
しかし、図６に示されるように、昇圧比が低くなると昇圧コンバータＣＯＮＶ１のパルス電流の幅が大きくなることから、２アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ２では、２本のアーム間で干渉してパルス電流が大きくなる恐れがある。昇圧コンバータＣＯＮＶ２でのパルス電流は、それぞれのアームの搬送波が最小点近傍で流れているため、２本のアームのパルス電流が干渉するのは、搬送波が０と交わる点近傍になる。
【００４４】
このため、昇圧比が１：２以下の、パルス電流幅が搬送波の半周期以上になる条件では、２アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ２のパルス電流は、搬送波が０と交わる点近傍で流れる。これは、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２の搬送波とパルス電流との関係と同じである。従って、昇圧比が１：２以下でアームが２本の条件では、インバータの搬送波を全て同相（コンバータの２つのアームでは搬送波の位相は１８０°ずれている）にすればコンデンサのパルス電流を抑制できることになる。
【００４５】
図１０に、昇圧比が１：２以下（電池電圧４００Ｖ、コンデンサ電圧４５０Ｖ）の条件において、２アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ２の搬送波の位相を、インバータ１、２と同相にしたときの、パルス電流と搬送波の関係を示す。このときの条件は、ＭＧ１：１０ｋＷ発電、ＭＧ２：２．５ｋＷ駆動である。このように、コンデンサＣに出入りする電流の合計であるＩｐ１＋Ｉｐ２＋Ｉｄｃｐ１＋Ｉｄｃｐ２において、リップルは残るもののパルス電流の振幅を減少することができる。
【００４６】
「昇圧コンバータの構成についてのまとめ」
このように、以下の４つの昇圧コンバータの構成においてシミュレーションを行い、パルス電流を低減できることが明らかになった。
【００４７】
（ｉ）搬送波位相差９０°の１アーム式昇圧コンバータ
（ｉｉ）搬送波周波数を倍にした１アーム式昇圧コンバータ
（ｉｉｉ）搬送波位相差９０°，２７０°の２アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ２（昇圧比１：２以上）
（ｉｖ）搬送波位相差０°，１８０°の２アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ２（昇圧比１：２以下）
上記（ｉ）〜（ｉｖ）の構成についてパルス電流低減効果の大小を見積るため、図１１のように各条件におけるパルス電流のパルス量を定量化した。定量化するにあたり、図１１中に示すようにインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２によるモータ側パルス電流のパルス幅をｘｍ、高さをｙｍとし、昇圧コンバータの構成（ｉ）〜（ｉｖ）のコンバータ側インバータ側電流のパルス幅をそれぞれｘ１〜ｘ４、高さをｙ１〜ｙ４とした。ここでコンデンサ電圧が一定と仮定すれば、モータ側パルス電流の積分値と、（ｉ）の昇圧コンバータＣＯＮＶ１のパルス電流の積分値は等しいので、次式の関係が成立する。
【数１】
２ｘｍｙｍ＝ｘ１ｙ１
【００４８】
また、（ｉｉ）の昇圧コンバータＣＯＮＶ１は（ｉ）の搬送波周波数を倍にしたため、パルス電流の幅が（ｉ）の１／２で高さが同じになり、次式のようになる。
【数２】
ｘ２＝ｘ１／２
ｙ２＝ｙ１
【００４９】
また、（ｉｉｉ）、（ｉｖ）の昇圧コンバータＣＯＮＶ２は（ｉ）のアーム数が２本になるため、パルス電流の幅が（ｉ）と同じで高さが１／２になり、次式のようになる。
【数３】
ｘ３＝ｘ１
ｙ３＝ｙ１／２
ｘ４＝ｘ１
ｙ４＝ｙ１／２
【００５０】
ここで、モータ側のパルス電流の幅と、（ｉ）の昇圧コンバータＣＯＮＶ１のパルス電流の幅との比をαとおく。すなわち、
【数４】
ｘ１＝αｘｍ
とすると、上に示した関係より、
【数５】
ｙ１＝２ｙｍ／α
となる。また同様に、ｘ２〜ｘ４、ｙ２〜ｙ４もα，ｘｍ，ｙｍで表すことができる。
【００５１】
以下では、ｘｍ＝０．３、ｙｍ＝１００に固定し、αをパラメータとして、コンバータパルス電流Ｉｄｃｐを決定し、モータ側パルス電流Ｉｐとの差（Ｉｐ−Ｉｄｃｐ）から、パルス電流量の実効値＝（１／Ｔ）∫（Ｉｐ−Ｉｄｃｐ）２ｄｔ［ｔ＝０〜Ｔ］を算出した。αとパルス電流量実効値の関係を図１２に示す。
【００５２】
図１２より、パルス電流量の実効値が最小になるのは、α＝１．４以下では、搬送波位相差９０°，２７０°の２アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ２であり、α＝１．４以上では、搬送波周波数を倍にした１アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ１である。
【００５３】
搬送波位相差９０°の１アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ１と搬送波位相差９０°，２７０°の２アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ２は、α＝２以上になるとほぼ同量のパルス電流量になる。これは、モータ側と昇圧コンバータ側それぞれのパルス電流のパルス幅が同程度（搬送波位相差９０°，２７０°の２アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ２においてα＝１のときパルス幅同じ）であるときは、昇圧コンバータＣＯＮＶ２を２アームにすることによるパルス電流低減効果が得られるが、α＝２以上のようなパルス電流のパルス幅が大きい範囲になると、２アームにすることの効果は得られにくいということを意味している。
【００５４】
昇圧コンバータのパルス電流のパルス幅は、昇圧比が低くなるほど大きくなるため、２アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ２では、昇圧比１：２以下になると各アームのパルス電流のパルス幅が搬送波の半周期以上になり、２つのパルス電流のパルスが重なって悪影響を及ぼしていた。
【００５５】
したがって、昇圧比１：２以上では搬送波位相差を９０°，２７０°（図９）にし、昇圧比１：２以下では搬送波位相差を０°，１８０°（図１０）にすることが有効であった。ここでは、ｘｍ＝０．３としてパルス電流量を算出しているため、昇圧比１：２以下の条件に相当するのはα＝３．３以上である（０．３×３．３≒１）。
【００５６】
また、図１２より、α＝３．３付近で搬送波位相差９０°，２７０°の２アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ２と搬送波位相差０°，１８０°の２アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ２のパルス電流量が交わり、α＝３．３以上では逆転していることがわかる。
【００５７】
さらにα≧４．４で、（ｉｉ）の搬送波周波数が倍の１アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ１と（ｉｖ）の搬送波位相差０°，１８０°の２アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ２の、パルス電流量の実効値がほぼ一致しているという現象が確認できる。このとき、（ｉｉ）と（ｉｖ）の昇圧コンバータのパルス電流波形は異なっている。
【００５８】
図１３に、図１２より得られる２アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ２を用いたシステムの制御フローを示す。
【００５９】
まず、電池電圧とコンデンサ電圧より昇圧比を算出する（Ｓ１１）とともに、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２のオンオフ指令値を取り込み（Ｓ１２）、これらからパラメータαを算出する（Ｓ１３）。
【００６０】
そして、α≦１．４か否かを判定し（Ｓ１４）、ＹＥＳであれば、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２の搬送波と、昇圧コンバータＣＯＮＶ２の搬送波が同じ周波数で、位相差９０°と２７０°とする（Ｓ１５）。Ｓ１４の判定でＮＯであれば、次にα≦４．４を判定し（Ｓ１６）、ＹＥＳであれば、昇圧コンバータの搬送周波数をインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２の搬送波周波数の倍で駆動する。ただし、昇圧コンバータＣＯＮＶ２の２つのアームは同じオンオフ動作を行う（Ｓ１７）。ここで、２アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ２の２つのアームを、同じオンオフパターンで動かせば、１アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ１と同じになる。
【００６１】
Ｓ１６でＮＯであれば、上述のＳ１７またはインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２の搬送波と昇圧コンバータの搬送波が同じ周波数で、位相差０°と１８０°とする（Ｓ１８）。これによって、図１２におけるパルス電流量の実行値が低いシステムを随時選択することができる。
【００６２】
このように、図１１のように各インバータのパルス電流を定量化し、パルス電流量を算出することによって、（ｉ）〜（ｉｖ）の昇圧コンバータによるパルス電流低減効果の大小が明らかになり、図１２の制御フローチャートにより、２アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ２を効果的に制御することができる。
【００６３】
「搬送波の調整によるパルス電流リップル成分の抑制」
上述の構成では、各インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２での搬送波と、パルス電流のパルスの関係を明らかにし、搬送波位相差や周波数の調整により、パルス電流を抑制する方法を示し、この結果をふまえて、コンデンサＣに流れ込む電流リップルをシミュレーションした。
【００６４】
ここでは、ＭＧ１のｄｑ軸目標電流を図１４に示すように設定（約１０ｋＷ発電）し、ＭＧ２のｄ軸目標電流０Ａ、ｑ軸目標電流−１９．８７５Ａ（約２．５ｋＷ駆動）に固定した。その他の解析条件は、電池電圧２００Ｖ、コンデンサ電圧６００Ｖ（昇圧比＝１：３）とした。
【００６５】
ここでのパラメータは、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２、昇圧コンバータＣＯＮ１、ＣＯＮＶ２のそれぞれのインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２における搬送波位相差と周波数であるが、表２に比較するパラメータの条件を示す。
【表２】
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【００６６】
以下では、（ｘｉ）を基準に考える。前節で明らかになった搬送波とパルス電流の関係から、（ｘｉｉｉ）（ｘｖ）が電流リップル最良条件（１アームのときと２アームのときそれぞれ）、（ｘｉｖ）が最悪条件であると考えられる。
【００６７】
図１５に、（ｘｉ）〜（ｘｖ）のパルス電流リップルを示す（図において、パルス電流リップルをＩｃｐと表す）。この波形には、電流リップルとして搬送波周期０．２ｍｓの他に、２．５ｍｓと５ｍｓのリップルが重なっているが、これはそれぞれＭＧ１，ＭＧ２のｄ軸電流の脈動によるものである。
【００６８】
図１６〜２０に、（ｘｉ）〜（ｘｖ）における各パルス電流と搬送波の関係を示す。各条件で、図１６〜２０に示す各パルス電流の合計が、図１５のパルス電流である。
【００６９】
図２１に、図１５の波形からＭＧ１，ＭＧ２のｄ軸電流の脈動によるリップル分を除き、搬送波周期によるリップル分のみ残したパルス電流リップルを示す。このように、（ｘｉｉｉ）（ｘｖ）は基準の（ｘｉ）より電流リップルが小さく、（ｘｉｖ）は（ｘｉ）よりも電流リップルが大きい。（ｘｉｉ）と（ｘｖ）でアーム数による比較をすると、（ｘｖ）の２アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ２の方が電流リップルが小さいが、１アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ１でも搬送波周波数を倍にした（ｘｉｉｉ）は、（ｘｖ）と同等の電流リップルである。
【００７０】
図２２に、図２１の波形を平均化して比較した結果を示す。最も電流リップルが小さいのは搬送波周波数を倍にした１アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ１の（ｘｉｉｉ）であり、基準の（ｘｉ）より２４〜５３％低減できている。昇圧コンバータのインバータ搬送波のみ９０°（と２７０°）位相をずらした（ｘｉｉ）（ｘｖ）のパルス電流リップルは、インバータ２の搬送波のみ９０°位相をずらした（ｘｉｖ）のリップルより３４〜６２％低減できており、基準の（ｘｉ）と比較しても、２１〜４１％低減できている。また、（ｘｉｉ）と（ｘｖ）で昇圧コンバータのアーム数による比較をすると、２アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ２の方が３〜５％電流リップルが小さいことが分かる。搬送波周波数を倍にした１アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ１は、２アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ２よりもさらに５％〜１８％電流リップルが小さい。
【００７１】
ここで、本シミュレーション結果から、前節で使用したパルス電流パルス幅のパラメータα（図１１参照）を算出した。モータ側のパルス電流（Ｉｐ１＋Ｉｐ２）、昇圧コンバータのパルス電流（Ｉｄｃｐ１）それぞれが正なら１、負なら−１、０なら０としたときの平均値（以下、デューティー比と表す）を求め、モータ側と昇圧コンバータ側のデューティー比の比率によってαを求めた。実際のパルス電流波形は、図１１のように規則的ではなく、（ｘｉ）〜（ｘｖ）の条件によってαが異なる。そのため、参考までに基準の（ｘｉ）のみについて、モータ側のデューティー比、昇圧コンバータのデューティー比、αの算出結果を図２３に示す。
【００７２】
αの値は１．２から約２．０までで、時間とともに増加している。図１２でαがこの範囲なら、搬送波周波数を倍にした条件、２アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ２の条件、１アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ１の条件の順にパルス電流リップル量が増加しており、この結果は、図２２とほぼ一致する。
【００７３】
以上のように、上記シミュレーションにより、４種類のコンバータの構成には、次のような特性があることがわかった。
【００７４】
（ｉ）インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２、昇圧コンバータＣＯＮＶ１、ＣＯＮＶ２のインバータそれぞれについて、インバータ搬送波とパルス電流のパルスの関係を明らかにした。昇圧コンバータＣＯＮＶ１、ＣＯＮＶ２の２アーム化や同搬送波周波数の増加により、パルス電流のパルスの低減は可能だが、その低減効果は、モータ側のパルス電流のパルス幅と昇圧コンバータＣＯＮＶ１、ＣＯＮＶ２における電池電圧とコンデンサ電圧の比により、電流リップルの低減効果が異なる。
【００７５】
（ｉｉ）上記の結果より、１アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ１において、搬送波周波数を倍（モータのインバータ搬送波を基準に）にすることにより、コンデンサに流入出する電流リップルを２４〜５３％抑制できることが分かった。また、昇圧コンバータのインバータ搬送波位相を９０°（と２７０°）ずらすことにより、パルス電流リップルを２１〜４１％抑制でき、昇圧コンバータのアーム数による比較をすると、２アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ２の方が１アーム式昇圧コンバータＣＯＮＶ１よりも３〜５％電流リップルが小さいことが分かった。
【００７６】
そこで、これらの特性を適宜利用して、コンデンサに出入りする電流の実行値を効果的に抑制することができる。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、インバータ用ＰＷＭ搬送波と、コンバータ用ＰＷＭ搬送波とを同期させると共に、所定量位相をずらせるかまたは周波数を異ならせることで、インバータと平滑コンデンサ間の電流と、コンバータと平滑コンデンサ間の電流を相殺して、平滑コンデンサに出入りする電流を減少することができる。従って、平滑コンデンサの容量を小さくしたり、その寿命を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る電気負荷駆動システムの構成を示す図である。
【図２】パルス電流と搬送波の関係を示す図である。
【図３】パルス電流と搬送波の関係を示す図である。
【図４】パルス電流と搬送波の関係を示す図である。
【図５】パルス電流と搬送波の関係を示す図である。
【図６】昇圧比が小さい場合におけるパルス電流と搬送波の関係を示す図である。
【図７】コンバータの搬送波位相をインバータ搬送波に比べ９０°遅らせた場合のパルス電流と搬送波の関係を示す図である。
【図８】コンバータの搬送波周波数ををインバータ搬送波に比べ倍にした場合のパルス電流と搬送波の関係を示す図である。
【図９】２アーム式コンバータを用いた場合におけるパルス電流と搬送波の関係を示す図である。
【図１０】２アーム式コンバータを用い、コンバータとインバータの搬送波を同位相にした場合におけるパルス電流と搬送波の関係を示す図である。
【図１１】シミュレーションの場合のパルスのモデルを説明する図である。
【図１２】パラメータαとパルス電流の実効値の関係を示す図である。
【図１３】２アーム式昇圧コンバータの制御フローを示す図である。
【図１４】ＭＧ１のｄｑ軸目標電流を示す図である。
【図１５】各方式のリップルを大きさを示す図である。
【図１６】条件（ｘｉ）のパルス電流を示す図である。
【図１７】条件（ｘｉｉ）のパルス電流を示す図である。
【図１８】条件（ｘｉｉｉ）のパルス電流を示す図である。
【図１９】条件（ｘｉｖ）のパルス電流を示す図である。
【図２０】条件（ｘｖ）のパルス電流を示す図である。
【図２１】条件（ｘｉ）〜（ｘｖ）の電流リップルを示す図である。
【図２２】条件（ｘｉ）〜（ｘｖ）の平均化した電流リップルを示す図である。
【図２３】条件（ｘｉ）のデューティー比とαの関係を示す図である。
【図２４】ＭＧ１、ＭＧ２のｄｑ軸電圧進角を示す図である。
【符号の説明】
ＭＧ１，ＭＧ２  モータ、  ＩＮＶ１，ｉｎｖ２  インバータ、ＣＯＮＶ１，ＣＯＮＶ２  昇圧コンバータ、Ｃ  コンデンサ。
【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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【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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