(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線（１１〜１３）を有する回転電機（１０）の電力を変換する電力変換装置であって、
還流機能をもつ第１スイッチング素子（２１〜２６）を有し、前記巻線の一端および第１電圧源（４０）に接続される第１インバータ（２０）と、
還流機能をもつ第２スイッチング素子（３１〜３６）を有し、前記巻線の他端および第２電圧源（４５）に接続される第２インバータ（３０）と、
前記第１電圧源と前記第１インバータとの間に設けられる第１電源側開閉器（５１、８１、９１）と、
前記第２電圧源と前記第２インバータとの間に設けられる第２電源側開閉器（５２、８２、９２）と、
前記第１電源側開閉器よりも前記第１インバータ側にて、前記第１インバータの高電位側と前記第１インバータの低電位側とを接続する第１接続線（５３）と、
前記第１接続線に設けられる第１接続線開閉器（５４、８４、９４）と、
前記第２電源側開閉器よりも前記第２インバータ側にて、前記第２インバータの高電位側と前記第２インバータの低電位側とを接続する第２接続線（５５）と、
前記第２接続線に設けられる第２接続線開閉器（５６、８６、９６）と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記第１インバータおよび前記第２インバータの異常を検出する異常検出手段（７３）、前記第１インバータおよび前記第２インバータの異常状態に応じて前記第１インバータおよび前記第２インバータを制御するインバータ制御手段（７１）、ならびに、前記第１インバータおよび前記第２インバータの異常状態に応じて前記第１電源側開閉器、前記第２電源側開閉器、前記第１接続線開閉器および前記第２接続線開閉器の開閉を制御する開閉器制御手段（７２）を有する制御部（７０）をさらに備え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３】
前記開閉器制御手段は、
前記第１インバータを中性点化できない異常が生じた場合、前記第２電源側開閉器および前記第１接続線開閉器を閉、前記第１電源側開閉器および前記第２接続線開閉器を開とし、
前記第２インバータを中性点化できない異常が生じた場合、前記第１電源側開閉器および前記第２接続線開閉器を閉、前記第２電源側開閉器および前記第１接続線開閉器を開とすることを特徴とする請求項２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、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、２つのインバータによりモータの電力を変換するインバータ駆動システムが知られている。例えば特許文献１では、高電圧時において、第１のインバータシステムと第２のインバータシステムのパルス幅変調信号（以下、パルス幅変調を「ＰＷＭ」という。）の基本波成分の位相を１８０［°］ずらすことで２つの電源が電気的に直列接続され、２つの電源電圧の和によりモータを駆動する。また、特許文献１では、低電圧時において、第１のインバータシステムまたは第２のインバータシステムの一方の上アームまたは下アームのいずれかを３相同時オンし、他方をＰＷＭ駆動している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２３８６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のインバータ駆動システムにおいて、例えば、一方のインバータ側に異常が生じた場合、異常が生じた側のインバータを中性点化可能であれば、他方のインバータを用いてモータの駆動を継続可能である。しかしながら、例えば上下アームの短絡故障や開放故障、または、ドライバ回路の故障等、異常が生じた側のインバータを中性点化できない異常が生じた場合、回転電機を駆動することができない。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、インバータを中性点化できない異常が生じた場合であっても回転電機の駆動を継続可能な電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の電力変換装置は、巻線を有する回転電機の電力を変換する電力変換装置であって、第１インバータと、第２インバータと、第１電源側開閉器と、第２電源側開閉器と、第１接続線と、第１接続線開閉器と、第２接続線と、第２接続線開閉器と、を備える。
第１インバータは、還流機能をもつ第１スイッチング素子を有し、巻線の一端および第１電圧源に接続される。
第２インバータは、還流機能をもつ第２スイッチング素子を有し、巻線の他端および第２電圧源に接続される。
【０００６】
第１電源側開閉器は、第１電圧源と第１インバータとの間に設けられる。
第２電源側開閉器は、第２電圧源と第２インバータとの間に設けられる。
第１接続線は、第１電源側開閉器よりも第１インバータ側にて、第１インバータの高電位側と第１インバータの低電位側とを接続する。
第１接続線開閉器は、第１接続線に設けられる。
第２接続線は、第２電源側開閉器よりも第２インバータ側にて、第２インバータの高電位側と第２インバータの低電位側とを接続する。
第２接続線開閉器は、第２接続線に設けられる。
【０００７】
本発明の電力変換装置には、第１接続線および第１接続線開閉器が設けられている。第１電源側開閉器を開として第１電圧源を第１インバータから切り離した状態にて、第１接続線開閉器を閉とすることで、第１インバータの状態によらず、コイルの一端側を中性点化することができる。
【０００８】
また、電力変換装置には、第２接続線および第２接続線開閉器が設けられている。第２電源側開閉器を開として第２電圧源を第２インバータから切り離した状態にて、第２接続線開閉器を閉とすることで、第２インバータの状態によらず、コイルの他端側を中性点化することができる。
これにより、第１インバータまたは第２インバータを中性点化できない異常が生じた場合であっても、回転電機の駆動を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態による電力変換装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態による片側駆動動作を説明する説明図である。
【図３】本発明の一実施形態による反転駆動動作を説明する説明図である。
【図４】本発明の一実施形態において、第１インバータまたは第２インバータを中性点化できない異常が生じた場合の制御を説明する説明図である。
【図５】本発明の他の実施形態による電力変換装置を示す概略構成図である。
【図６】参考例による電力変換装置を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明による電力変換装置を図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
本発明の一実施形態による電力変換装置を図１〜図４に基づいて説明する。
図１に示すように、回転電機駆動システム１は、回転電機としてのモータジェネレータ１０、および、電力変換装置１５を備える。
【００１１】
モータジェネレータ１０は、例えば電気自動車やハイブリッド車両等の電動自動車に適用され、図示しない駆動輪を駆動するためのトルクを発生する、所謂「主機モータ」である。モータジェネレータ１０は、駆動輪を駆動するための電動機としての機能、および、図示しないエンジンや駆動輪から伝わる運動エネルギによって駆動されて発電する発電機としての機能を有する。本実施形態では、モータジェネレータ１０が電動機として機能する場合を中心に説明する。
【００１２】
モータジェネレータ１０は、３相交流の回転機であって、Ｕ相コイル１１、Ｖ相コイル１２、および、Ｗ相コイル１３を有する。Ｕ相コイル１１、Ｖ相コイル１２およびＷ相コイル１３が「巻線」に対応し、以下適宜、Ｕ相コイル１１、Ｖ相コイル１２およびＷ相コイル１３を「コイル１１〜１３」という。
【００１３】
電力変換装置１５は、モータジェネレータ１０の電力を変換するものであって、第１インバータ２０、第２インバータ３０、第１電源側開閉器５１、第２電源側開閉器５２、第１接続線５３、第１接続線開閉器５４、第２接続線５５、および、第２接続線開閉器５６、ドライバ回路６１〜６４、および、制御部７０等を備える。
【００１４】
第１インバータ２０は、コイル１１〜１３への通電を切り替える３相インバータであり、６つのスイッチング素子であるＵ１上アーム素子２１、Ｖ１上アーム素子２２、Ｗ１上アーム素子２３、Ｕ１下アーム素子２４、Ｖ１下アーム素子２５、および、Ｗ１下アーム素子２６を有する。以下適宜、Ｕ１上アーム素子２１、Ｖ１上アーム素子２２、Ｗ１上アーム素子２３、Ｕ１下アーム素子２４、Ｖ１下アーム素子２５、および、Ｗ１下アーム素子２６を「（第１）スイッチング素子２１〜２６」という。
【００１５】
Ｕ１上アーム素子２１はＵ１下アーム素子２４の高電位側に接続され、Ｖ１上アーム素子２２はＶ１下アーム素子２５の高電位側に接続され、Ｗ１上アーム素子２３はＷ１下アーム素子２６の高電位側に接続される。以下適宜、高電位側に接続されるＵ１上アーム素子２１、Ｖ１上アーム素子２２およびＷ１上アーム素子２３を「（第１）上アーム素子２１〜２３」、低電位側に接続されるＵ１下アーム素子２４、Ｖ１下アーム素子２５およびＷ１下アーム素子２６を「（第１）下アーム素子２４〜２６」という。
【００１６】
第１インバータ２０は、コイル１１、１２、１３の一端１１１、１２１、１３１と第１バッテリ４１との間に接続される。具体的には、対になるＵ１上アーム素子２１とＵ１下アーム素子２４との接続点２７がＵ相コイル１１の一端１１１に接続され、Ｖ１上アーム素子２２とＶ１下アーム素子２５との接続点２８がＶ相コイル１２の一端１２１に接続され、Ｗ１上アーム素子２３とＷ１下アーム素子２６との接続点２９がＷ相コイル１３の一端１３１に接続される。また、第１上アーム素子２１〜２３の高電位側を接続する高電位側配線４６が第１バッテリ４１の正極と接続され、第１下アーム素子２４〜２６の低電位側を接続する低電位側配線４７が第１バッテリ４１の負極と接続される。
【００１７】
第２インバータ３０は、コイル１１〜１３への通電を切り替える３相インバータであり、６つのスイッチング素子であるＵ２上アーム素子３１、Ｖ２上アーム素子３２、Ｗ２上アーム素子３３、Ｕ２下アーム素子３４、Ｖ２下アーム素子３５およびＷ２下アーム素子３６を有する。以下適宜、Ｕ２上アーム素子３１、Ｖ２上アーム素子３２、Ｗ２上アーム素子３３、Ｕ２下アーム素子３４、Ｖ２下アーム素子３５およびＷ２下アーム素子３６を「（第２）スイッチング素子３１〜３６」という。
【００１８】
Ｕ２上アーム素子３１はＵ２下アーム素子３４の高電位側に接続され、Ｖ２上アーム素子３２はＶ２下アーム素子３５の高電位側に接続され、Ｗ２上アーム素子３３はＷ２下アーム素子３６の高電位側に接続される。以下適宜、高電位側に接続されるＵ２上アーム素子３１、Ｖ２上アーム素子３２およびＷ２上アーム素子３３を「（第２）上アーム素子３１〜３３」、低電位側に接続されるＵ２下アーム素子３４、Ｖ２下アーム素子３５およびＷ２下アーム素子３６を「（第２）下アーム素子３４〜３６」という。
【００１９】
第２インバータ３０は、コイル１１、１２、１３の他端１１２、１２２、１３２と第２バッテリ４２との間に接続される。具体的には、対になるＵ２上アーム素子３１とＵ２下アーム素子３４との接続点３７がＵ相コイル１１の他端１１２に接続され、Ｖ２上アーム素子３２とＶ２下アーム素子３５との接続点３８がＶ相コイル１２の他端１２２に接続され、Ｗ２上アーム素子３３とＷ２下アーム素子３６との接続点３９がＷ相コイル１３の他端１３２に接続される。また、第２上アーム素子３１〜３３の高電位側を接続する高電位側配線４８が第２バッテリ４２の正極と接続され、第２下アーム素子３４〜３６の低電位側を接続する低電位側配線４９が第２バッテリ４２の負極と接続される。
このように、本実施形態では、第１インバータ２０および第２インバータ３０がコイル１１〜１３の両側に接続される。
【００２０】
本実施形態では、スイッチング素子２１〜２６、３１〜３６は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）であって、いずれも還流ダイオードを有する。すなわち、スイッチング素子２１〜２６、３１〜３６がオンされると、高電位側から低電位側へ電流が流れ、オフされると、高電位側から低電位側への電流が遮断される。また、スイッチング素子２１〜２６、３１〜３６は、オンオフ状態によらず、還流ダイオードを経由して、低電位側から高電位側への通電が許容される。すなわち、本実施形態のスイッチング素子２１〜２６、３１〜３６は、低電位側から高電位側への通電を許容する還流機能を有している、といえる。
【００２１】
第１電圧源４０は、第１バッテリ４１および第１コンデンサ４３を有する。
第１バッテリ４１は、リチウムイオン電池等の充放電可能な直流電源であり、第１インバータ２０と接続され、第１インバータ２０を経由してモータジェネレータ１０と電力を授受可能に設けられる。
第１コンデンサ４３は、高電位側配線４６と低電位側配線４７とに接続される。第１コンデンサ４３は、第１バッテリ４１から第１インバータ２０側への電流、または、第１インバータ２０から第１バッテリ４１側への電流を平滑化する平滑コンデンサである。
【００２２】
第２電圧源４５は、第２バッテリ４２および第２コンデンサ４４を有する。
第２バッテリ４２は、リチウムイオン電池等の充放電可能な直流電源であり、第２インバータ３０と接続され、第２インバータ３０を経由してモータジェネレータ１０と電力を授受可能に設けられる。
第２コンデンサ４４は、高電位側配線４８と低電位側配線４９とに接続される。第２コンデンサ４４は、第２バッテリ４２から第２インバータ３０側への電流、または、第２インバータ３０側から第２バッテリ４２側への電流を平滑化する平滑コンデンサである。
【００２３】
第１電源側開閉器５１は、第１バッテリ４１と第１インバータ２０との間に設けられる。本実施形態では、第１電源側開閉器５１は、第１コンデンサ４３の正極が接続される箇所よりも第１インバータ２０側の第１高電位側配線４６に設けられる。第１電源側開閉器５１が閉のとき、第１バッテリ４１および第１コンデンサ４３と第１インバータ２０との間の通電が許容され、第１電源側開閉器５１が開のとき、第１バッテリ４１および第１コンデンサ４３と第１インバータ２０との間の通電が遮断される。
【００２４】
第２電源側開閉器５２は、第２バッテリ４２と第２インバータ３０との間に設けられる。本実施形態では、第２電源側開閉器５２は、第２コンデンサ４４の負極が接続される箇所よりも第２インバータ３０側の第２高電位側配線４８に設けられる。第２電源側開閉器５２が閉のとき、第２バッテリ４２および第２コンデンサ４４と第２インバータ３０との間の通電が許容され、第２電源側開閉器５２が開のとき、第２バッテリ４２および第２コンデンサ４４と第２インバータ３０との間の通電が遮断される。
【００２５】
第１接続線５３は、第１電源側開閉器５１よりも第１インバータ２０側にて、第１高電位側配線４６と第１低電位側配線４７とを接続する。
第１接続線開閉器５４は、第１接続線５３に設けられる。第１接続線開閉器５４が閉のとき、第１接続線５３の通電が許容され、第１接続線開閉器５４が開のとき、第１接続線５３の通電が遮断される。
【００２６】
第２接続線５５は、第２電源側開閉器５２よりも第２インバータ３０側にて、第２高電位側配線４８と第２低電位側配線４９とを接続する。
第２接続線開閉器５６は、第２接続線５５に設けられる。第２接続線開閉器５６が閉のとき、第２接続線５５の通電が許容され、第２接続線開閉器５６が開のとき、第２接続線５５の通電が遮断される。
【００２７】
第１ドライバ回路６１は、インバータ制御部７１から出力される制御信号に応じたゲート信号を第１スイッチング素子２１〜２６のゲートに出力する。
第２ドライバ回路６２は、インバータ制御部７１から出力される制御信号に応じたゲート信号を第２スイッチング素子３１〜３６のゲートに出力する。
第３ドライバ回路６３は、開閉器制御部７２からの信号に応じ、第１接続線開閉器５４を駆動する。
第４ドライバ回路６４は、開閉器制御部７２からの信号に応じ、第２接続線開閉器５６を駆動する。
【００２８】
本実施形態では、第１ドライバ回路６１、第２ドライバ回路６２、第３ドライバ回路６３、および、第４ドライバ回路６４は、独立しており、例えば第１ドライバ回路６１に異常が生じた場合であっても、第３ドライバ回路６３により、第１接続線開閉器５４を駆動可能である。
なお、第１電源側開閉器５１および第２電源側開閉器５２についても、それぞれ対応するドライバ回路が設けられているが、図１においては記載を省略した。
【００２９】
制御部７０は、通常のコンピュータとして構成されており、内部にはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、および、これらの構成を接続するバスライン等を備える。制御部７０における各処理は、予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。
【００３０】
制御部７０は、機能ブロックとして、インバータ制御部７１、開閉器制御部７２、および、異常検出部７３等を有する。
インバータ制御部７１は、トルク指令値や電流指令値等のモータジェネレータ１０の駆動に係る指令値に基づき、スイッチング素子２１〜２６、３１〜３６のオンオフ作動を制御する制御信号を生成する。生成された制御信号は、ドライバ回路６１、６２に出力される。これにより、インバータ制御部７１は、ドライバ回路６１、６２を介して、第１インバータ２０および第２インバータ３０を制御する。
【００３１】
開閉器制御部７２は、第１電源側開閉器５１、第２電源側開閉器５２、第１接続線開閉器５４、および、第２接続線開閉器５６の開閉を制御する。なお、第１電源側開閉器５１および第２電源側開閉器５２への制御線は、煩雑になることを避けるため、省略した。
異常検出部７３は、第１インバータ２０、および、第２インバータ３０の異常を検出する。
【００３２】
まず、第１インバータ２０および第２インバータ３０がいずれも正常である場合の通常制御について、図２および図３に基づいて説明する。図２および図３中においては、オンされる素子を実線、オフされる素子を破線で示す。また、制御部７０等、一部の構成や符号の記載を適宜省略する。図４についても同様とする。
【００３３】
第１インバータ２０および第２インバータ３０がいずれも正常である場合、開閉器制御部７２は、第１電源側開閉器５１および第２電源側開閉器５２を閉、第１接続線開閉器５４および第２接続線開閉器５６を開とする。なお、後述の片側駆動動作において、第２インバータ３０側を中性点化する場合、第２電源側開閉器５２を開としてもよく、第１インバータ２０側を中性点化する場合、第１電源側開閉器５１を開としてもよい。
【００３４】
モータジェネレータ１０を比較的軽負荷で駆動する場合、第１バッテリ４１または第２バッテリ４２の電力によりモータジェネレータ１０を駆動する。第１バッテリ４１または第２バッテリ４２の電力で駆動する動作を、片側駆動動作とする。
図２（ａ）に示すように、第１バッテリ４１の電力にてモータジェネレータ１０を駆動する場合、第２上アーム素子３１〜３３の全相または第２下アーム素子３４〜３６の全相の一方をオン、他方をオフし、第２インバータ３０を中性点化する。また、モータジェネレータ１０の駆動要求に応じ、ＰＷＭ制御等により第１インバータ２０を制御する。ＰＷＭ制御には、指令に応じた基本波の振幅が三角波等のキャリア波の振幅以下である「正弦波ＰＷＭ制御」、および、基本波の振幅がキャリア波の振幅よりも大きい「過変調ＰＷＭ制御」を含むものとする。
【００３５】
図２（ａ）に示す例では、第２上アーム素子３１〜３３の全相がオン、第２下アーム素子３４〜３６の全相がオフされることにより、第２インバータ３０が中性点化される。また、第１インバータ２０において、Ｕ１上アーム素子２１、Ｖ１下アーム素子２５、および、Ｗ１下アーム素子２６がオンされると、２点鎖線の矢印で示す経路の電流が流れる。
【００３６】
図２（ｂ）に示すように、第２バッテリ４２の電力にてモータジェネレータ１０を駆動する場合、第１上アーム素子２１〜２３の全相または第１下アーム素子２４〜２６の全相の一方をオン、他方をオフし、第１インバータ２０を中性点化する。また、モータジェネレータ１０の駆動要求に応じ、ＰＷＭ制御等により第２インバータ３０を制御する。
【００３７】
図２（ｂ）に示す例では、第１上アーム素子２１〜２３の全相がオン、第１下アーム素子２４〜２６の全相がオフされることにより、第１インバータ２０が中性点化される。また、第２インバータ３０において、Ｕ２上アーム素子３１、Ｖ２下アーム素子３５、および、Ｗ２下アーム素子３６がオンされると、２点鎖線の矢印で示す経路の電流が流れる。
【００３８】
第２インバータ３０側を中性点化する場合、スイッチング素子３１〜３６の熱劣化等に応じ、第２上アーム素子３１〜３３がオンされる状態と、第２下アーム素子３４〜３６がオンされる状態とを適宜切り替えてもよい。第１インバータ２０側を中性点化する場合も同様である。
中性点化するインバータは、スイッチング素子２１〜２６、３１〜３６の熱劣化等に応じ、適宜切り替えてもよい。また、中性点化しない側のインバータは、ＰＷＭ制御に限らず、矩形波制御等、どのように制御してもよい。
【００３９】
片側駆動動作では、一方のインバータが中性点化される。これにより、２つのインバータ２０、３０のスイッチング素子２１〜２６、３１〜３６をスイッチングする後述の反転駆動動作等と比較し、スイッチング損失が低減されるので、低出力時の効率を高めることができる。
また、第１バッテリ４１の電圧と第２バッテリ４２の電圧とが異なる場合、電圧が低い方の出力で駆動要求を満たせる場合、高電圧側を中性点化し、低電圧側で駆動することで、スイッチング損失をより低減することができる。
【００４０】
第１バッテリ４１または第２バッテリ４２の電力にて駆動要求を満たせない比較的高負荷にてモータジェネレータ１０を駆動する場合、第１バッテリ４１と第２バッテリ４２とが直列接続される状態とし、両側電源を用いた両側電源駆動とする。本実施形態では、両側電源駆動とすべく、第１インバータ２０および第２インバータ３０を反転駆動動作させる。
ここで、第１インバータ２０は、第１基本波Ｆ１とキャリア波との比較によりＰＷＭ制御され、第２インバータ３０が、第２基本波Ｆ２とキャリア波との比較によりＰＷＭ制御されるものとする。
【００４１】
反転駆動動作では、第１基本波Ｆ１と第２基本波Ｆ２の位相が反転されている。換言すると、第１基本波Ｆ１と第２基本波Ｆ２とは、位相が略１８０［°］ずれている。これにより、第１バッテリ４１と第２バッテリ４２とが直列接続されている状態とみなすことができ、第１バッテリ４１の電圧と第２バッテリ４２の電圧との和に相当する電圧をモータジェネレータ１０に印加可能である。
【００４２】
なお、第１基本波Ｆ１と第２基本波Ｆ２との位相差は、１８０［°］とするが、第１バッテリ４１の電圧および第２バッテリ４２の電圧の和に相当する電圧をモータジェネレータ１０に印加可能な程度のずれは許容されるものとする。
また、第１基本波Ｆ１の振幅と、第２基本波Ｆ２の振幅とは、等しくてもよいし、異なっていてもよい。
【００４３】
また、第１基本波Ｆ１および第２基本波Ｆ２は、ともに正弦波であるように同様の波形であってもよいし、第１インバータ２０または第２インバータ３０の一方を正弦波ＰＷＭ制御し、他方を過変調ＰＷＭ制御するといった場合のように、異なる波形であってもよい。また、振幅を無限大とみなし、基本波Ｆ１、Ｆ２の半周期ごとにオンオフが切り替えられる矩形波制御としてもよい。矩形波制御は、１８０度通電制御ともいえる。また、矩形波制御に替えて、基本波Ｆ１、Ｆ２に基づく１２０度通電制御としてもよい。
【００４４】
第１基本波Ｆ１および第２基本波Ｆ２の振幅および波形が等しい場合、各相にてオンされる素子が第１インバータ２０と第２インバータ３０とで上下反対になる。図３に示す例では、Ｕ１上アーム素子２１、Ｖ１下アーム素子２５、Ｗ１下アーム素子２６、Ｖ２上アーム素子３２、Ｗ２上アーム素子３３、および、Ｕ２下アーム素子３４がオンされると、２点鎖線の矢印で示す経路の電流が流れる。
なお、反転駆動動作において、基本波Ｆ１、Ｆ２の振幅や波形が異なる場合、各相にてオンされる素子は、第１インバータ２０と第２インバータ３０とで必ずしも上下反対にならない。
このように、第１インバータ２０および第２インバータ３０が正常である場合、モータジェネレータ１０の駆動要求に応じて、片側駆動動作と反転駆動動作とを切り替えることで、モータジェネレータ１０を高効率に駆動することができる。
【００４５】
次に、第１インバータ２０または第２インバータ３０に異常が生じた場合の制御について説明する。ここでは、第１インバータ２０に異常が生じ、第２インバータ３０が正常である場合を中心に説明する。
第１上アーム素子２１〜２３の少なくとも１つが短絡故障した場合、第１上アーム素子２１〜２３の全相をオン、第１下アーム素子２４〜２６のを全相をオフとして第１インバータ２０を中性点化し、モータジェネレータ１０の駆動要求に応じた第２インバータ３０を制御することで、片側駆動動作にて、モータジェネレータ１０の駆動を継続可能である。
第１下アーム素子２４〜２６の少なくとも１つが短絡故障した場合、第１下アーム素子２４〜２６の全相をオン、第１上アーム素子２１〜２３の全相をオフとして第１インバータ２０を中性点化し、モータジェネレータ１０の駆動要求に応じた第２インバータ３０を制御することで、片側駆動動作にて、モータジェネレータ１０の駆動を継続可能である。
【００４６】
また、第１上アーム素子２１〜２３の少なくとも１つが開放故障した場合、第１下アーム素子２４〜２６の全相をオン、第１上アーム素子２１〜２３の全相をオフとして第１インバータ２０を中性点化し、モータジェネレータ１０の駆動要求に応じた第２インバータ３０を制御することで、片側駆動動作にて、モータジェネレータ１０の駆動を継続可能である。
第１下アーム素子２４〜２６の少なくとも１つが開放故障した場合、第１上アーム素子２１〜２３の全相をオン、第１下アーム素子２４〜２６のを全相をオフとして第１インバータ２０を中性点化し、モータジェネレータ１０の駆動要求に応じた第２インバータ３０を制御することで、片側駆動動作にて、モータジェネレータ１０の駆動を継続可能である。
すなわち、第１インバータ２０に異常が生じたとしても、第１インバータ２０を中性点化できる場合、図２にて説明した片側駆動動作とすることで、モータジェネレータ１０の駆動を継続可能である。
【００４７】
ここで、図６に示す参考例のように、第１接続線５３、第１接続線開閉器５４、第２接続線５５、および、第２接続線開閉器５６がない電力変換装置１９において、第１インバータ２０を中性点化できないような異常が生じた場合、モータジェネレータ１０を駆動することができない。第１インバータ２０を中性点化できない異常とは、例えば、上下アームの短絡故障や開放故障、第１ドライバ回路６１に異常が生じた場合等が挙げられる。ここで、第１ドライバ回路６１および第２ドライバ回路６２の異常についても、「第１インバータおよび第２インバータの異常」の概念に含まれるものとする。
なお、図６においては、制御部等の記載を省略した。
【００４８】
本実施形態では、図４（ａ）に示すように、第１インバータ２０を中性点化できない異常が生じた場合、開閉器制御部７２は、第２電源側開閉器５２および第１接続線開閉器５４を閉、第１電源側開閉器５１および第２接続線開閉器５６を開とする。また、インバータ制御部７１は、モータジェネレータ１０の駆動要求に応じて第２インバータ３０を制御する。例えば、図４（ａ）に示すように、Ｕ２上アーム素子３１、Ｖ２下アーム素子３５、および、Ｗ２下アーム素子３６がオンされると、２点鎖線の矢印で示す経路の電流が流れる。
【００４９】
すなわち、本実施形態では、第１インバータ２０を中性点化できない異常が生じた場合、第１電源側開閉器５１を開とし、第１電圧源４０を第１インバータ２０から電気的に切り離した上で、第１接続線開閉器５４を閉とすることで、第１スイッチング素子２１〜２６の還流ダイオードを用いて、第１インバータ２０側を中性点化する。図４（ａ）に示す例では、Ｕ１上アーム素子２３の還流ダイオード、第１接続線５３、Ｖ１下アーム素子２５およびＷ１下アーム素子２６の還流ダイオードに電流が流れることで、第１インバータ２０側が中性点化される。
【００５０】
これにより、第１インバータ２０を中性点化できない異常が生じた場合であっても、第１スイッチング素子２１〜２６の還流ダイオードおよび第１接続線５３を用いて、第１インバータ２０側を中性点化することができるので、モータジェネレータ１０の駆動を継続することができる。
【００５１】
特に、本実施形態では、第１インバータ２０の制御に係る第１ドライバ回路６１と、第１接続線開閉器５４の制御に係る第３ドライバ回路６３とが別途に設けられている。そのため、第１ドライバ回路６１に異常が生じて第１スイッチング素子２１〜２６をオンオフできなくなったとしても、第１接続線開閉器５４の開閉を制御可能であり、第１接続線開閉器５４を閉とすることで、第１インバータ２０側を中性点化することができる。
【００５２】
また、図４（ｂ）に示すように、第２インバータ３０を中性点化できない異常が生じた場合、開閉器制御部７２は、第１電源側開閉器５１および第２接続線開閉器５６を閉、第２電源側開閉器５２および第１接続線開閉器５４を開とする。また、インバータ制御部７１は、モータジェネレータ１０の駆動要求に応じて第１インバータ２０を制御する。例えば、図４（ｂ）に示すように、Ｕ１上アーム素子２１、Ｕ１下アーム素子２５、および、Ｗ１下アーム素子２６がオンされると、２点鎖線の矢印で示す経路の電流が流れる。
【００５３】
すなわち、本実施形態では、第２インバータ３０を中性点化できない異常が生じた場合、第２電源側開閉器５２を開とし、第２電圧源４５を第２インバータ３０から電気的に切り離した上で、第２接続線開閉器５６を閉とすることで、第２スイッチング素子３１〜３６の還流ダイオードを用いて、第２インバータ３０側を中性点化する。図４（ｂ）に示す例では、Ｕ２上アーム素子３１の還流ダイオード、第２接続線５５、Ｖ２下アーム素子３５およびＷ２下アーム素子３６の還流ダイオードに電流が流れることで、第２インバータ３０側が中性点化される。
【００５４】
これにより、第２インバータ３０を中性点化できない異常が生じた場合であっても、第２スイッチング素子３１〜３６の還流ダイオードおよび第２接続線５５を用いて、第２インバータ３０側を中性点化することができるので、モータジェネレータ１０の駆動を継続することができる。
【００５５】
特に、本実施形態では、第２インバータ３０の制御に係る第２ドライバ回路６２と、第２接続線開閉器５６の制御に係る第４ドライバ回路６４とが別途に設けられている。そのため、第２ドライバ回路６２に異常が生じて第２スイッチング素子３１〜３６をオンオフできなくなったとしても、第２接続線開閉器５６の開閉を制御可能であり、第２接続線開閉器５６を閉とすることで、第２インバータ３０側を中性点化することができる。
【００５６】
なお、例えば、Ｕ１上アーム素子２１が短絡故障または開放故障した場合等、第１インバータ２０のスイッチング素子２１〜２６を制御することで、第１インバータ２０を中性点化することができる。このような場合においても、図４（ａ）にて説明したように、第１電源側開閉器５１を開、第１接続線開閉器５４を閉とすることで、第１接続線５３を用いて第１インバータ２０側を中性点化してもよい。第１インバータ２０の制御により中性点化するか、第１接続線５３を用いて中性点化するか、については、例えば、発熱や効率等を考慮し、適宜選択可能である。
第２インバータ３０側を中性点化する場合についても同様である。
【００５７】
以上詳述したように、本実施形態の電力変換装置１５は、コイル１１〜１３を有するモータジェネレータ１０の電力を変換するものであって、第１インバータ２０と、第２インバータ３０と、第１電源側開閉器５１と、第２電源側開閉器５２と、第１接続線５３と、第１接続線開閉器５４と、第２接続線５５と、第２接続線開閉器５６と、を備える。
第１インバータ２０は、還流機能をもつ第１スイッチング素子２１〜２６を有し、コイル１１、１２、１３の一端１１１、１２１、１３１および第１電圧源４０に接続される。
第２インバータ３０は、還流機能をもつ第２スイッチング素子３１〜３６を有し、コイル１１、１２、１３の他端１１２、１２２、１３２および第２電圧源４５に接続される。
【００５８】
第１電源側開閉器５１は、第１電圧源４０と第１インバータ２０との間に設けられる。第２電源側開閉器５２は、第２電圧源４５と第２インバータ３０との間に設けられる。
第１接続線５３は、第１電源側開閉器５１よりも第１インバータ２０側にて、第１インバータ２０の高電位側と第１インバータ２０の低電位側とを接続する。
第１接続線開閉器５４は、第１接続線５３に設けられる。
第２接続線５５は、第２電源側開閉器５２よりも第２インバータ３０側にて、第２インバータ３０の高電位側と第２インバータ３０の低電位側とを接続する。
第２接続線開閉器５６は、第２接続線５５に設けられる。
【００５９】
本実施形態では、電力変換装置１５には、第１接続線５３および第１接続線開閉器５４が設けられている。第１電源側開閉器５１を開として第１電圧源４０を第１インバータ２０と切り離した状態にて、第１接続線開閉器５４を閉とすることで、第１インバータ２０の状態によらず、コイル１１、１２、１３の一端１１１、１２１、１３１側を中性点化することができる。
【００６０】
また、電力変換装置１５には、第２接続線５５および第２接続線開閉器５６が設けられている。第２電源側開閉器５２を開として第２電圧源４５と第２インバータ３０とを切り離した状態にて、第２接続線開閉器５６を閉とすることで、第２インバータ３０の状態によらず、コイル１１、１２、１３の他端１１２、１２２、１３２側を中性点化することができる。
これにより、第１インバータ２０または第２インバータ３０を中性点化できない異常が生じた場合であっても、モータジェネレータ１０の駆動を継続することができる。
【００６１】
電力変換装置１５は、制御部７０をさらに備える。制御部７０は、異常検出部７３、インバータ制御部７１、および、開閉器制御部７２を有する。
異常検出部７３は、第１インバータ２０および第２インバータ３０の異常を検出する。
インバータ制御部７１は、第１インバータ２０および第２インバータ３０の異常状態に応じて第１インバータ２０および第２インバータ３０を制御する。
開閉器制御部７２は、第１インバータ２０および第２インバータ３０の異常状態に応じて第１電源側開閉器５１、第２電源側開閉器５２、第１接続線開閉器５４および第２接続線開閉器５６の開閉を制御する。
これにより、第１インバータ２０および第２インバータ３０の異常状態に応じて、インバータ２０、３０、および、開閉器５１、５２、５４、５６を適切に制御することができる。
【００６２】
開閉器制御部７２は、第１インバータ２０を中性点化できない異常が生じた場合、第２電源側開閉器５２および第１接続線開閉器５４を閉、第１電源側開閉器５１および第２接続線開閉器５６を開とする。また、開閉器制御部７２は。第２インバータ３０を中性点化できない異常が生じた場合、第１電源側開閉器５１および第２接続線開閉器５６を閉、第２電源側開閉器５２および第１接続線開閉器５４を開とする。
これにより、第１インバータ２０を中性点化できない異常が生じた場合であっても、第１インバータ２０側を中性点化できるので、モータジェネレータ１０の駆動を継続することができる。また、第２インバータ３０を中性点化できない異常が生じた場合であっても、第２インバータ３０側を中性点化できるので、モータジェネレータ１０の駆動を継続することができる。
本実施形態では、異常検出部７３が「異常検出手段」に対応し、インバータ制御部７１が「インバータ制御手段」に対応し、開閉器制御部７２が「開閉器制御手段」に対応する。
【００６３】
（他の実施形態）
（ア）スイッチング素子
上記実施形態では、スイッチング素子は、還流ダイオードを有するＩＧＢＴである。他の実施形態では、スイッチング素子は、寄生ダイオードを有するＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）等としてもよい。また、スイッチング素子は、還流ダイオードが内蔵されているデバイスに限らず、還流ダイオードが外付けされていてもよい。
【００６４】
（イ）開閉器
上記実施形態では、開閉器をいずれもメカリレーとして図示した。他の実施形態では、メカリレーに替えて、半導体リレーとしてもよい。図５（ａ）に示す第１電源側開閉器８１、第２電源側開閉器８２、第１接続線開閉器８４および第２接続線開閉器８６は、２つのＩＧＢＴを組み合わせたものである。図５（ｂ）に示す第１電源側開閉器９１、第２電源側開閉器９２、第１接続線開閉器９４および第２接続線開閉器９６は、１つのＩＧＢＴと４つのダイオードを組み合わせたものである、
【００６５】
開閉器として半導体リレーを用いる場合、図５に例示したもののように、閉としたときに双方向に通電可能なデバイスを用いる。
他の実施形態では、開閉器ごとに異なる種類のものを用いてもよい。
上記実施形態では、第１電源側開閉器は、第１電圧源の正極側に設けられる。他の実施形態では、第１電源側開閉器を、第１電圧源の負極側に設けてもよいし、正極側および負極側に設けてもよい。第２電源側開閉器についても同様である。
【００６６】
（ウ）第１電圧源、第２電圧源
上記実施形態では、第１電圧源は第１バッテリおよび第１コンデンサを有し、第２電圧源は第２バッテリおよび第２コンデンサを有する。他の実施形態では、第１電圧源および第２電圧源は、コンデンサを省略してもよい。
上記実施形態では、第１バッテリおよび第２バッテリとして、リチウムイオン電池等を例示した。他の実施形態では、第１バッテリおよび第２バッテリは、リチウムイオン電池以外の鉛蓄電池、燃料電池等であってもよい。また、第１電圧源と第２電圧源とで、同一の種類、特性のものを用いてもよいし、異なる種類、特性のものを用いてもよい。また、第１バッテリまたは第２バッテリの一方に替えて、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等のキャパシタとしてもよい。また、第１電圧源または第２電圧源の一方を、エンジン等の駆動源により駆動されて発電する発電機等としてもよい。
【００６７】
（エ）回転電機
上記実施形態では、回転電機はモータジェネレータである。他の実施形態では、回転電機は、発電機の機能を持たない電動機であってもよいし、電動機の機能を持たない発電機であってもよい。また、上記実施形態の回転電機は３相である。他の実施形態では、回転電機は、４相以上としてもよい。また、上記実施形態では、回転電機駆動システムは、グランドと接続されていないが、他の実施形態では、回転電機駆動システムを、グランドと接続してもよい。
【００６８】
また、上記実施形態では、回転電機が電動車両の主機モータである。他の実施形態では、回転電機は、主機モータに限らず、例えばスタータ機能とオルタネータ機能とを併せ持つ、所謂ＩＳＧ（Integrated Starter Generator）や、補機モータであってもよい。また、電力変換装置を車両以外の装置に適用してもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
よい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１０・・・モータジェネレータ（回転電機）
１１〜１３・・・コイル（巻線）
１５・・・電力変換装置
２０・・・第１インバータ              ３０・・・第２インバータ
５１・・・第１電源側開閉器            ５２・・・第２電源側開閉器
５３・・・第１接続線
５４・・・第１接続線開閉器
５５・・・第２接続線
５６・・・第２接続線開閉器
７０・・・制御部
【図１】
0006367744.tif 000002
【図２】
0006367744.tif 000003
【図３】
0006367744.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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