(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線(１１、１２、１３)を有する回転電機（１０）と、
高電位側に配置される第１上アーム素子（２１〜２３）および低電位側に配置される第１下アーム素子（２４〜２６）を有し、前記巻線の一端（１１１、１２１、１３１）、第１電源（４１）、および、第１負荷（５１）と接続される第１インバータ（２０）と、
高電位側に配置される第２上アーム素子（３１〜３３）および低電位側に配置される第２下アーム素子（３４〜３６）を有し、前記巻線の他端（１１２、１２２、１３２）、および、第２電源（４１）と接続される第２インバータ（３０）と、
前記第１インバータの駆動を制御する第１制御部（６１）と、
前記第２インバータの駆動を制御する第２制御部（６２）と、
を備え、
前記第１電源の電圧は、前記第２電源の電圧以下であって、
前記第１負荷は、接地され、
前記第２電源および前記第２制御部は、非接地であることを特徴とする駆動装置（１）。
【請求項２】
前記第２インバータは、第２負荷（５２）と接続され、
前記第２負荷は、非接地であることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
巻線(１１、１２、１３)を有する回転電機（１０）と、
高電位側に配置される第１上アーム素子（２１〜２３）および低電位側に配置される第１下アーム素子（２４〜２６）を有し、前記巻線の一端（１１１、１２１、１３１）、第１電源（４１）、および、第１負荷（５１）と接続される第１インバータ（２０）と、
高電位側に配置される第２上アーム素子（３１〜３３）および低電位側に配置される第２下アーム素子（３４〜３６）を有し、前記巻線の他端（１１２、１２２、１３２）、および、第２電源（４１）と接続される第２インバータ（３０）と、
前記第１インバータの駆動を制御する第１制御部（６１）と、
前記第２インバータの駆動を制御する第２制御部（６２）と、
を備え、
前記第２インバータは、第２負荷（５２）と接続され、
前記第２負荷は、非接地であることを特徴とする駆動装置（１）。
【請求項４】
前記第１電源は、前記第２電源より高容量であり、
前記第２電源は、前記第１電源より高出力であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記第１制御部および前記第２制御部は、前記回転電機の駆動要求、前記第１電源および前記第２電源の充電状態、ならびに、前記第１負荷の給電要求の少なくとも１つである電力要求に応じ、前記第１インバータおよび前記第２インバータの駆動動作を切り替えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の駆動装置。
【請求項６】
巻線(１１、１２、１３)を有する回転電機（１０）と、
高電位側に配置される第１上アーム素子（２１〜２３）および低電位側に配置される第１下アーム素子（２４〜２６）を有し、前記巻線の一端（１１１、１２１、１３１）、第１電源（４１）、および、第１負荷（５１）と接続される第１インバータ（２０）と、
高電位側に配置される第２上アーム素子（３１〜３３）および低電位側に配置される第２下アーム素子（３４〜３６）を有し、前記巻線の他端（１１２、１２２、１３２）、および、第２電源（４１）と接続される第２インバータ（３０）と、
前記第１インバータの駆動を制御する第１制御部（６１）と、
前記第２インバータの駆動を制御する第２制御部（６２）と、
を備え、
前記第１制御部および前記第２制御部は、前記回転電機の駆動要求、前記第１電源および前記第２電源の充電状態、ならびに、前記第１負荷の給電要求の少なくとも１つである電力要求に応じ、前記第１インバータおよび前記第２インバータの駆動動作を切り替え、
前記第１電源の電圧と前記第２電源の電圧とが異なる場合、
前記駆動動作には、
電圧が低い方の電源と接続される前記第１インバータまたは前記第２インバータの第１相の上アーム素子および第２相の下アーム素子をオンし、
電圧が高い方の電源と接続される前記第１インバータまたは前記第２インバータの前記第１相の上アーム素子または前記第２相の下アーム素子の一方をオン、他方を所定のデューティでオンオフを切り替える給電動作が含まれることを特徴とする駆動装置（１）。
【請求項７】
前記駆動動作には、
前記第２インバータを中性点化し、前記第１インバータを前記電力要求に基づいて制御する第１片側駆動動作、
前記第１インバータを中性点化し、前記第２インバータを前記電力要求に基づいて制御する第２片側駆動動作、
および、前記電力要求に応じた第１基本波に基づいて前記第１インバータを駆動し、前記電力要求に応じた第２基本波に基づいて前記第２インバータを駆動する動作であって、前記第１基本波の位相と前記第２基本波の位相とが反転されている反転駆動動作が含まれることを特徴とする請求項５または６に記載の駆動装置。
【請求項８】
前記反転駆動動作において、
前記第１インバータは、キャリア波および前記第１基本波に基づいてパルス幅変調制御され、
前記第２インバータは、前記キャリア波および前記第２基本波に基づいてパルス幅変調制御されることを特徴とする請求項７に記載の駆動装置。
【請求項９】
前記反転駆動動作において、
前記第１インバータまたは前記第２インバータの一方は、キャリア波および対応する前記第１基本波または前記第２基本波に基づいてパルス幅変調制御され、
前記第１インバータまたは前記第２インバータの他方は、対応する前記第１基本波または前記第２基本波の半周期ごとにスイッチング素子のオンオフを切り替える矩形波制御されることを特徴とする請求項７に記載の駆動装置。
【請求項１０】
前記第１電源の電圧と前記第２電源の電圧とが異なる場合、
前記駆動動作には、
前記第１基本波に基づいて前記第１インバータを駆動し、前記第２基本波に基づいて前記第２インバータを駆動する動作であって、前記第１基本波の位相と前記第２基本波の位相とが同位相である同相駆動動作が含まれることを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載の駆動装置。
【請求項１１】
前記回転電機は、エンジン（５）と接続され、前記第１電源および前記第２電源の少なくとも一方の電力により駆動されて前記エンジンを始動するスタータ機能、および、前記エンジンにより駆動されて発電するオルタネータ機能を有することを特徴とする請求項１〜１０の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】
従来、ハイブリッド車用の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、１つのモータに対し、２つのインバータを設けている。高電圧モードでは、パルス幅変調信号の基本波成分の位相を１８０°ずらすことで２つの電源電圧の和によりモータを駆動する。また、低電圧モードでは、一方のインバータの上下アームのいずれかを３相同時オンし、他方のインバータをパルス幅変調により制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２１１８９１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は、ハイブリッド車用のインバータ駆動システムであるため、２つの電源電圧を比較的高電圧にする必要がある。また、特許文献１において、例えばアクセサリやスタータ等、車両主機と比較して低電圧で用いられる装置への電力供給については、何ら言及されていない。特許文献１の構成に、例えば１２［Ｖ］負荷等の低電圧で用いられる負荷を追加する場合、オルタネータ等の装置を別途に設ける必要があり、全体として大型化する。
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、負荷への電力供給が可能であるとともに、回転電機の出力を高めることができる駆動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】
本発明の駆動装置は、巻線を有する回転電機と、第１インバータと、第２インバータと、第１制御部と、第２制御部と、を備える。
第１インバータは、高電位側に配置される第１上アーム素子および低電位側に配置される第１下アーム素子を有し、巻線の一端、第１電源、および、第１負荷と接続される。
第２インバータは、高電位側に配置される第２上アーム素子および低電位側に配置される第２下アーム素子を有し、巻線の他端、および、第２電源と接続される。
第１制御部は、第１インバータの駆動を制御する。
第２制御部は、第２インバータの駆動を制御する。
第１の態様では、第１電源の電圧は、第２電源の電圧以下であって、第１負荷は、接地される。第２電源および第２制御部は、非接地である。
第２の態様では、第２インバータは、第２負荷と接続される。第２負荷は、非接地である。
第３の態様では、第１制御部および第２制御部は、回転電機の駆動要求、第１電源および第２電源の充電状態、ならびに、第１負荷の給電要求の少なくとも１つである電力要求に応じ、第１インバータおよび第２インバータの駆動動作を切り替える。第１電源の電圧と第２電源の電圧とが異なる場合、駆動動作には、電圧が低い方の電源と接続される第１インバータまたは前記第２インバータの第１相の上アーム素子および第２相の下アーム素子をオンし、電圧が高い方の電源と接続される第１インバータまたは第２インバータの第１相の上アーム素子または第２相の下アーム素子の一方をオン、他方を所定のデューティでオンオフを切り替える給電動作が含まれる。
【０００６】
本発明では、第１電源が、第１インバータを介した回転電機との電力授受、および、負荷への給電を行う。また、回転電機には、第１電源および第２電源からの電力供給が可能である。すなわち、本発明では、負荷への給電と、比較的高出力での回転電機の駆動と、を１つの駆動装置にて実現している、といえる。
【０００７】
また、回転電機の一端側には、第１インバータおよび第１電源が設けられ、他端側には、第２インバータおよび第２電源が設けられるので、例えば反転駆動動作させることにより、回転電機に第１電源電圧と第２電源電圧との和に相当する電圧を印加可能である。これにより、１つの電源にて回転電機を駆動する場合と比較し、大幅な電流増加を伴うことなく、回転電機の高出力化が可能であり、配線等を含むシステム全体を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態による補機駆動システムを示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態による第１片側駆動動作を説明する説明図である。
【図３】本発明の第１実施形態の第１片側駆動動作におけるスイッチング素子のオンオフ状態および駆動電圧を説明する説明図である。
【図４】本発明の第１実施形態による第２片側駆動動作を説明する説明図である。
【図５】本発明の第１実施形態の第２片側駆動動作におけるスイッチング素子のオンオフ状態および駆動電圧を説明する説明図である。
【図６】本発明の第１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７】本発明の第１実施形態の反転駆動動作におけるスイッチング素子のオンオフ状態および駆動電圧を説明する説明図である。
【図８】本発明の第１実施形態の反転駆動動作におけるスイッチング素子のオンオフ状態および駆動電圧を説明する説明図である。
【図９】本発明の第１実施形態による同相駆動動作を説明する説明図である。
【図１０】本発明の第１実施形態の同相駆動動作におけるスイッチング素子のオンオフ状態および駆動電圧を説明する説明図である。
【図１１】本発明の第１実施形態による給電動作を説明する説明図である。
【図１２】本発明の第１実施形態の給電動作におけるスイッチング素子のオンオフ状態を説明する説明図である。
【図１３】本発明の第２実施形態による補機駆動システムを示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明による駆動装置を図面に基づいて説明する。以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による駆動装置を図１〜図１２に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施形態の駆動装置１は、図示しない車両に搭載される補機駆動システム５に適用される。補機駆動システム５は、駆動装置１、第１電源４１、第２電源４２、および、第１負荷としての負荷５１等を備える。
【００１０】
駆動装置１は、回転電機としてのモータジェネレータ１０、第１インバータ２０、第２インバータ３０、第１制御部６１、および、第２制御部６２等を備える。
モータジェネレータ１０は、３相交流の回転機である。本実施形態のモータジェネレータ１０は、エンジン８と接続され、第１電源４１および第２電源４２の電力によって駆動されることでエンジン８を始動させるスタータとしての機能、および、エンジン８から伝わる運動エネルギによって駆動されて発電するオルタネータとしての機能を併せ持つＩＳＧ（Integrated Starter Generator）である。
【００１１】
モータジェネレータ１０は、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」に対応する。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。また、Ｕ相コイル１１に通電される電流をＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相コイル１２に通電される電流をＶ相電流Ｉｖ、Ｗ相コイル１３に通電される電流をＷ相電流Ｉｗという。
【００１２】
第１インバータ２０は、３相インバータであり、コイル１１〜１３への通電を切り替えるべく、高電位側に配置される第１上アーム素子２１〜２３と低電位側に配置される第１下アーム素子２４〜２６とが接続される。
第１インバータ２０は、コイル１１〜１３の一端１１１、１２１、１３１と接続される。具体的には、Ｕ相の第１上アーム素子２１と第１下アーム素子２４との接続点２７が、Ｕ相コイル１１の一端１１１に接続される。Ｖ相の第１上アーム素子２２と第１下アーム素子２５との接続点２８が、Ｖ相コイル１２の一端１２１に接続される。Ｗ相の第１上アーム素子２３と第１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インバータ２０は、第１電源４１および負荷５１と接続される。
【００１３】
第２インバータ３０は、３相インバータであり、コイル１１〜１３への通電を切り替えるべく、高電位側に配置される第２上アーム素子３１〜３３と低電位側に配置される第２下アーム素子３４〜３６とが接続される。
第２インバータ３０は、コイル１１〜１３の他端１１２、１２２、１３２と接続される。具体的には、Ｕ相の第２上アーム素子３１と第２下アーム素子３４との接続点３７が、Ｕ相コイル１１の他端１１２に接続される。Ｖ相の第２上アーム素子３２と第２下アーム素子３５との接続点３８が、Ｖ相コイル１２の他端１２２に接続される。Ｗ相の第２上アーム素子３３と第２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インバータ３０は、第２電源４２と接続される。
【００１４】
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は、コイル１１〜１３の両端に接続される。
以下適宜、第１上アーム素子２１〜２３、第１下アーム素子２４〜２６、第２上アーム素子３１〜３３、および、第２下アーム素子３４〜３６を、スイッチング素子２１〜２６、３１〜３６という。また、「Ｕ１上アーム素子２１」といった具合に、対応する相とインバータを併記する。
本実施形態のスイッチング素子２１〜２６、３１〜３６は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であるが、例えばＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ、バイポーラトランジスタ等を用いてもよい。
【００１５】
第１電源４１は、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。本実施形態の第１電源４１は、１２［Ｖ］の鉛蓄電池である。
第２電源４２は、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。本実施形態の第２電源４２は、４８［Ｖ］のリチウム蓄電池とする。
本実施形態では、第１電源４１の電圧を第１電源電圧Ｖ１とし、第２電源４２の電圧を第２電源電圧Ｖ２とする。また、本実施形態では、第１電源４１は、第２電源４２より高容量であり、第２電源４２は、第１電源４１より高出力である。
【００１６】
第１コンデンサ４３は、第１電源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電源４１側への電流を平滑化する平滑コンデンサである。
第２コンデンサ４４は、第２電源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電源４２側への電流を平滑化する平滑コンデンサである。
【００１７】
負荷５１は、第１電源４１の電力が供給される定電圧負荷である。負荷５１は、例えば図示しないアクセサリ電源を経由して第１電源４１の電力が供給される補機類や電装品等が含まれる。少なくとも一部の負荷５１のマイナス端子は、図示しない車体に接続されることにより、接地される。本実施形態では、負荷５１が「第１負荷」に対応する。
【００１８】
第１制御部６１および第２制御部６２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、これらを接続するバスライン等が備えられる。
第１制御部６１は、モータジェネレータ１０の駆動要求、第１電源４１および第２電源４２の充電状態、ならびに、負荷５１の給電要求である電力要求に基づき、第１インバータ２０の駆動を制御する。詳細には、第１制御部６１は、電力要求に応じた駆動動作となるように、第１インバータ２０のスイッチング素子２１〜２６のオンオフ作動を制御する第１制御信号を生成し、スイッチング素子２１〜２６のゲートに出力する。
【００１９】
第２制御部６２は、モータジェネレータ１０の駆動要求、第１電源４１および第２電源４２の充電状態、ならびに、負荷５１の給電要求である電力要求に基づき、第２インバータ３０の駆動を制御する。詳細には、第２制御部６２は、電力要求に応じた駆動動作となるように、第２インバータ３０のスイッチング素子３１〜３６のオンオフ作動を制御する第２制御信号を生成し、スイッチング素子３１〜３６のゲートに出力する。
【００２０】
本実施形態では、第１インバータ２０、第１電源４１、第１コンデンサ４３、負荷５１、および、第１制御部６１を第１系統１０１とし、第２インバータ３０、第２電源４２、第２コンデンサ４４、および、第２制御部６２を第２系統１０２とする。
第１系統１０１および第２系統１０２が、共にボディアースにより接地されると、第１系統１０１と第２系統１０２との間にて車体を経由して電流が流れ、モータジェネレータ１０を駆動できなくなる。本実施形態では、負荷５１の少なくとも一部が接地されることで第１系統１０１側が接地されるため、第２系統１０２側を接地しない。
【００２１】
ここで、駆動装置１の動作について、図２〜図１２に基づいて説明する。図２等において、オンされるスイッチング素子を実線、オフされるスイッチング素子を破線で示す。また、図２等において、エンジン８、第１制御部６１および第２制御部６２の記載を省略した。
まず、第１インバータ２０および第２インバータ３０の駆動動作について、第１電源４１および第２電源４２の少なくとも一方の電力を用いてモータジェネレータ１０を駆動する場合を説明する。
【００２２】
（１）第１片側駆動動作
第１電源４１の電力によりモータジェネレータ１０を駆動する場合、第１インバータ２０および第２インバータ３０を第１片側駆動動作とする。第１片側駆動動作では、図２に示すように、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の一方をオン、他方をオフすることにより、第２インバータ３０を中性点化する。なお、熱損失の偏りを低減すべく、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るようにしてもよい。
また、電力要求に応じ、第１インバータ２０を制御する。
【００２３】
図２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、および、第２上アーム素子３１〜３３がオンされる。このとき、図２中に矢印Ｙ１１に示す経路の電流が流れる。
また、矢印ＹＬ１で示すように、負荷５１には第１電源４１から電力が供給される。後述する第２片側駆動動作、および、反転駆動動作においても同様である。
【００２４】
図３には、Ｕ相の制御例を示しており、（ａ）がＵ相電流Ｉｕに係る基本波、（ｂ）がＵ１上アーム素子２１のオンオフ状態、（ｃ）がＵ１下アーム素子２４のオンオフ状態、（ｄ）がＵ２上アーム素子３１のオンオフ状態、（ｅ）がＵ２下アーム素子３４のオンオフ状態、（ｆ）がモータジェネレータ１０に印加される駆動電圧を示している。後述の図５、図７、図８および図１０についても同様である。
図３に示すように、電力要求に応じた第１基本波Ｆ１とキャリア波との比較によるＰＷＭ制御等により第１インバータ２０をスイッチングし、第２インバータ３０を中性点化することにより、モータジェネレータ１０には、パルスの高さが第１電源電圧Ｖ１の駆動電圧が印加される。
【００２５】
（２）第２片側駆動動作
第２電源４２の電力によりモータジェネレータ１０を駆動する場合、第１インバータ２０および第２インバータ３０を第２片側駆動動作とする。第２片側駆動動作では、図４に示すように、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、他方をオフすることにより、第１インバータ２０を中性点化する。なお、熱損失の偏りを低減すべく、第１上アーム素子２１〜２３がオンされる状態と、第１下アーム素子２４〜２６がオンされる状態とを適宜切り替えるようにしてもよい。
また、電力要求に応じ、第２インバータ３０を制御する。
【００２６】
図４に示す例では、第１上アーム素子２１〜２３、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。このとき、図４中に矢印Ｙ１２に示す経路の電流が流れる。
図５に示すように、第１インバータ２０を中性点化し、電力要求に応じた第２基本波Ｆ２とキャリア波との比較によるＰＷＭ制御等により第２インバータ３０をスイッチングすることにより、モータジェネレータ１０には、パルスの高さが第２電源電圧Ｖ２である駆動電圧が印加される。
【００２７】
（３）反転駆動動作
第１電源４１および第２電源４２の電力によりモータジェネレータ１０を駆動する場合、第１インバータ２０および第２インバータ３０を反転駆動動作とする。反転駆動動作では、電力要求に応じた第１基本波Ｆ１に基づいて第１インバータ２０の駆動を制御し、電力要求に応じた第２基本波Ｆ２に基づいて第２インバータ３０の駆動を制御する。
【００２８】
本実施形態では、第１制御部６１が第１インバータ２０の電圧指令に応じた第１基本波Ｆ１とキャリア波との比較により第１制御信号を生成し、第２制御部６２が第２インバータ３０の電圧指令に応じた第２基本波Ｆ２とキャリア波との比較により第２制御信号を生成するものとする。反転駆動動作において、第１基本波Ｆ１と第２基本波Ｆ２とは、位相が反転される。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。なお、第１基本波Ｆ１と第２基本波Ｆ２との位相差は、１８０［°］であるが、第１電源電圧Ｖ１と第２電源電圧Ｖ２との和に相当する電圧をモータジェネレータ１０に印加可能な程度のずれは許容される。
【００２９】
第１基本波Ｆ１の振幅と第２基本波Ｆ２の振幅とが等しい場合、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とで上下反対となる。図６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、このとき、図６中に矢印Ｙ１３で示す経路の電流が流れる。
なお、第１基本波Ｆ１および第２基本波Ｆ２は、振幅が等しくてもよいし、異なっていてもよい。また、第１基本波Ｆ１および第２基本波Ｆ２は、いずれも正弦波である場合のように同様の波形であってもよいし、例えば第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、波形が異なっていてもよい。後述する同相駆動動作の場合も同様である。
なお、反転駆動動作にて、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。
【００３０】
図７は、上記位相反転制御の一例を示し、モータジェネレータ１０には、パルスの高さが第１電源電圧Ｖ１と第２電源電圧Ｖ２の和に相当する電圧（すなわちＶ１＋Ｖ２）が駆動電圧として印加される。
【００３１】
反転駆動動作において、図８に示すように、第２インバータ３０において、第２基本波とキャリア波との比較によるＰＷＭ制御に替えて、第２基本波の半周期毎にスイッチング素子３１〜３６のオンオフを切り替える矩形波制御としてもよい。これにより、スイッチング損失を低減することができる。
【００３２】
本実施形態では、モータジェネレータ１０はＩＳＧであって、エンジン８のスタータとして機能する。そのため、アイドルストップからの復帰時や冷間始動時等の高出力動作が必要な場合、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、第１電源４１および第２電源４２からの電力をモータジェネレータ１０へ供給することにより、モータジェネレータ１０の出力を高めることができる。
【００３３】
（４）同相駆動動作
同相駆動動作において、第１基本波Ｆ１と第２基本波Ｆ２とは、同位相とし、位相差は０［°］であるが、第１電源電圧Ｖ１と第２電源電圧Ｖ２との差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。
第１基本波Ｆ１の振幅と第２基本波Ｆ２の振幅とが等しい場合、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とで上下同じとなる。図９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、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がオンされることにより、矢印Ｙ１４で示す経路の電流が流れる。
【００３４】
このとき、モータジェネレータ１０には、第１電源電圧Ｖ１と第２電源電圧Ｖ２との差に相当する電圧が駆動電圧として印加され、電圧が低い方の電源が高い方の電源の電力により充電される。図１０は、同相駆動動作の一例を示し、第２電源電圧Ｖ２が第１電源電圧Ｖ１より大きいので、モータジェネレータ１０には、パルスの高さが（Ｖ２−Ｖ１）に相当する電圧が駆動電圧として印加され、第２電源４２の電力により第１電源４１が充電される。
また、図９中に矢印ＹＬ２で示すように、負荷５１には、第２電源４２から電力が供給される。
同相駆動動作は、第１電源４１の充電を伴うため、第１電源４１のＳＯＣが上限値に近く、第１電源４１を充電できない場合には実行されない。
【００３５】
モータジェネレータ１０を駆動するとき、駆動電圧が低いほど、損失が小さい。そのため、要求される回転数およびトルクを実現可能な駆動動作のうち、駆動電圧が最も小さい駆動動作を選択することが望ましい。
なお、第１電源電圧Ｖ１と第２電源電圧Ｖ２とが等しい場合、第１片側駆動動作にてモータジェネレータ１０に印加される駆動電圧と、第２片側駆動動作にてモータジェネレータ１０に印加される駆動電圧とは等しい。この場合、例えばスイッチング素子２１〜２６、３１〜３６の熱損失等に応じ、第１片側駆動動作と第２片側駆動動作とを適宜切り替えるようにしてもよい。
【００３６】
次に、モータジェネレータ１０がエンジン８により駆動されて発電が行われる場合の第１インバータ２０および第２インバータ３０の動作について説明する。
第１インバータ２０および第２インバータ３０を第１片側駆動動作とし、第２インバータ３０を中性点化し、第１インバータ２０をモータジェネレータ１０の発電電力に基づいて回生動作させる。これにより、図２の矢印Ｙ１１と反対方向の電流が流れ、モータジェネレータ１０の発電電力により第１電源４１が充電されるとともに、モータジェネレータ１０の発電電力が負荷５１に給電される。
【００３７】
また、第１インバータ２０および第２インバータ３０を第２片側駆動動作とし、第１インバータ２０を中性点化し、第２インバータ３０をモータジェネレータ１０の発電電力に基づいて回生動作させる。これにより、図４の矢印Ｙ１２と反対方向の電流が流れ、第２電源４２が充電される。
【００３８】
（５）給電動作
続いて、モータジェネレータ１０を停止した状態にて、第２電源４２の電力を第１電源４１および負荷５１側へ給電する給電動作について図１１および図１２に基づいて説明する。図１２では、（ａ）がＵ相電流Ｉｕ、（ｂ）がＵ１上アーム素子２１のオンオフ状態、（ｃ）がＶ１下アーム素子２５のオンオフ状態、（ｄ）がＵ２上アーム素子３１のオンオフ状態、（ｅ）がＶ２下アーム素子３５のオンオフ状態を示す。
【００３９】
給電動作では、特定の相に直流電流を通電すべく、第１インバータ２０において、第１相の上アーム素子、および、第２相の下アーム素子を常時オンにする。また、第２インバータ３０において、第１相の上アーム素子、および、第２相の下アーム素子の一方を常時オン、他方を所定のデューティにてオンオフを切り替える。オンオフ切り替えに係る「所定のデューティ」は、負荷５１に給電する給電量および第１電源４１に充電する充電量に応じて設定される。
【００４０】
例えば、図１１および図１２に示すように、第１相をＵ相、第２相をＶ相とすると、第１インバータ２０のＵ１上アーム素子２１およびＶ１下アーム素子２５をオン、第２インバータ３０のＵ２上アーム素子３１およびＶ２下アーム素子３５の一方をオン、他方を所定のデューティでオンオフを切り替える。本実施形態では、Ｕ２上アーム素子３１をオン、Ｖ２下アーム素子３５を所定のデューティでオンオフを切り替える。図１１においては、Ｖ２下アーム素子３５がオンされている状態を示している。
【００４１】
また、モータジェネレータ１０のコイル１１〜１３およびコンデンサ４３、４４をＬＣ回路とみなすことができ、給電動作時に通電される電流は、ＬＣ回路で整流された直流電流となる。図１１の例では、矢印Ｙ１５で示すように、Ｕ相コイル１１において第２インバータ３０側から第１インバータ２０側への直流電流が流れ、Ｖ相コイル１２において第１インバータ２０側から第２インバータ３０側への直流電流が流れる。
【００４２】
なお、本実施形態では、第１インバータ２０のスイッチング素子２１〜２６は、低電圧側から高電圧側へ流れる電流を許容する還流ダイオードを有しているので、給電動作において、第１インバータ２０の第１相の上アーム素子および第２相の下アーム素子をオンしなくてもよい。
【００４３】
給電動作により、第２電源４２の電力が、第１電源４１および負荷５１へ給電される。給電動作において、特定の相に直流電流を流すため、直流電流を流し始める際にモータジェネレータ１０のロータが電流に応じたロック位置まで僅かに回転するが、システム全体としてみたときには問題にならない程度である。また、ロータ位置に応じ、ロータの移動量が少なくなるように、直流電流が通電される相を選択することが望ましい。
すなわち、図１１および図１２の例では、第１相がＵ相、第２相がＶ相としたが、第１相は、Ｕ相、Ｖ相またはＷ相のいずれであってもよく、第２相は、第１相以外の２相のうちのいずれであってもよい。
【００４４】
以上詳述したように、駆動装置１は、モータジェネレータ１０と、第１インバータ２０と、第２インバータ３０と、第１制御部６１と、第２制御部６２と、を備える。
モータジェネレータ１０は、コイル１１〜１３を有する。
第１インバータ２０は、高電位側に配置される第１上アーム素子２１〜２３および低電位側に配置される第１下アーム素子２４〜２６を有し、コイル１１〜１３の一端１１１、１２１、１３１、第１電源４１、および、負荷５１と接続される。
第２インバータ３０は、高電位側に配置される第２上アーム素子３１〜３３および低電位側に配置される第２下アーム素子３４〜３６を有し、コイル１１〜１３の他端１１２、１２２、１３２、および、第２電源４２と接続される。
第１制御部６１は、第１インバータ２０の駆動を制御する。
第２制御部６２は、第２インバータ３０の駆動を制御する。
【００４５】
本実施形態の第１電源４１が、第１インバータ２０を介したモータジェネレータ１０との電力授受、および、定電圧負荷である負荷５１への給電を行う。また、モータジェネレータ１０には、第１電源４１および第２電源４２からの電力供給が可能である。すなわち、本実施形態では、負荷５１への給電と、比較的高出力でのモータジェネレータ１０の駆動と、を１つの駆動装置１にて実現している、といえる。
【００４６】
また、モータジェネレータ１０の一端側には、第１インバータ２０および第１電源４１が設けられ、他端側には、第２インバータ３０および第２電源４２が設けられ、反転駆動動作させることにより、モータジェネレータ１０に第１電源電圧Ｖ１と第２電源電圧との和に相当する電圧を印加可能である。これにより、１つの電源にてモータジェネレータ１０を駆動する場合と比較し、大幅な電流増加を伴うことなく、モータジェネレータ１０の高出力化が可能であり、配線等を含むシステム全体を小型化することができる。
【００４７】
第１電源電圧Ｖ１は、第２電源電圧Ｖ２以下であって、負荷５１は、接地され、第２電源４２および第２制御部６２は、非接地である。
これにより、モータジェネレータ１０を適切に駆動することができる。
第１電源４１は、第２電源４２より高容量であり、第２電源４２は、第１電源４１より高出力である。これにより、第１電源４１から安定して負荷５１に給電可能である。また、モータジェネレータ１０の出力を高めたい場合には、第２電源４２側からの給電を行うことにより、モータジェネレータ１０の高出力化が可能である。
【００４８】
第１制御部６１および第２制御部６２は、モータジェネレータ１０の駆動要求、第１電源４１および第２電源４２の充電状態、ならびに、負荷５１の給電要求の少なくとも１つである電力要求に応じ、第１インバータ２０および第２インバータ３０の駆動動作を切り替える。
第１インバータ２０および第２インバータ３０の駆動動作を切り替えることにより、モータジェネレータ１０の駆動、第１電源４１および第２電源４２の充電、ならびに、負荷５１への給電を適切に制御することができる。
【００４９】
駆動動作には、第１片側駆動動作、第２片側駆動動作、および、反転駆動動作が含まれる。
第１片側駆動動作では、第２インバータ３０を中性点化し、第１インバータ２０を電力要求に基づいて制御する。
【００５０】
第２片側駆動動作では、第１インバータ２０を中性点化し、第２インバータ３０を電力要求に基づいて制御する。
反転動作は、電力要求に応じた第１基本波Ｆ１に基づいて第１インバータ２０を駆動し、電力要求に応じた第２基本波Ｆ２に基づいて第２インバータ３０を駆動する動作であって、第１基本波Ｆ１の位相と第２基本波Ｆ２の位相とが反転されている。
【００５１】
第１片側駆動動作では第１電源電圧Ｖ１、第２片側駆動動作では第２電源電圧Ｖ２、反転駆動動作では第１電源電圧Ｖ１と第２電源電圧Ｖ２との和に相当する電圧（すなわちＶ１＋Ｖ２）がモータジェネレータ１０に印加される。電力要求に応じて駆動動作を切り替え、最適な電圧をモータジェネレータ１０に印加することにより、駆動装置１における損失を低減することができる。
【００５２】
反転駆動動作において、第１インバータ２０は、キャリア波および第１基本波Ｆ１に基づいてパルス幅変調（ＰＷＭ）制御され、第２インバータ３０は、キャリア波および第２基本波Ｆ２に基づいてパルス幅変調（ＰＷＭ）制御される。
これにより、第１インバータ２０および第２インバータ３０を適切に反転駆動動作させることができる。
【００５３】
また、反転駆動動作は、以下のようにしてもよい。すなわち、第１インバータ２０は、キャリア波および第１基本波Ｆ１に基づいてパルス幅変調（ＰＷＭ）制御され、第２インバータ３０は、第２基本波Ｆ２の半周期ごとにスイッチング素子３１〜３６のオンオフを切り替える矩形波制御される。
また、第２インバータ３０をキャリア波および第２基本波Ｆ２に基づいてパルス幅変調制御し、第１インバータ２０を第１基本波Ｆ１の半周期ごとにスイッチング素子２１〜２６のオンオフを切り替える矩形波制御としてもよい。
矩形波制御される第１インバータ２０または第２インバータ３０において、スイッチング回数を低減することができるので、スイッチング損失を低減することができる。なお、電圧が大きいほどスイッチング損失が大きいため、高電圧が印加される側のインバータを矩形波制御するほうが、スイッチング損失低減効果が大きい。
【００５４】
第１電源電圧Ｖ１と第２電源電圧Ｖ２とが異なる場合、駆動動作には、同相駆動動作が含まれる。
同相駆動動作は、第１基本波Ｆ１に基づいて第１インバータ２０を駆動し、第２基本波Ｆ２に基づいて第２インバータ３０を駆動する動作であって、第１基本波Ｆ１の位相と第２基本波Ｆ２の位相とが同位相である。
これにより、例えば第２電源電圧Ｖ２が第１電源電圧Ｖ１より大きい場合、第２電源４２の電力により、モータジェネレータ１０を駆動しつつ、第１電源４１を充電することができる。
【００５５】
第１電源電圧Ｖ１と第２電源電圧Ｖ２とが異なる場合、駆動動作には、給電動作が含まれる。
給電動作では、電圧が低い方の電源と接続される第１インバータ２０または第２インバータ３０の第１相の上アーム素子および第２相の下アーム素子をオンする。また、電圧が高い方の電源と接続される第１相の上アーム素子または第２相の下アーム素子の一方をオン、他方を所定のデューティでオンオフを切り替える。
これにより、第１相および第２相に直流電流が流れるので、モータジェネレータ１０を駆動することなく、高電圧側から低電圧側への給電を行うことができる。
【００５６】
モータジェネレータ１０は、エンジン８と接続され、第１電源４１および第２電源４２の少なくとも一方の電力により駆動されてエンジン８を始動するスタータ機能、および、エンジン８により駆動されて発電するオルタネータ機能を有する。
スタータ機能、オルタネータ機能、および、負荷５１への給電が１つの駆動装置１にて実現されるため、システムを簡素化することができる。また、アイドルストップからの復帰時等、モータジェネレータ１０をスタータとして用いる場合、反転駆動動作とすることで高電圧にてモータジェネレータ１０を動作させることができるので、電流増加を抑えることができる。これにより、補機駆動システム５を小型化することができる。
【００５７】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による駆動システムを図１３に示す。
図１３に示すように、補機駆動システム６では、第２電源４２の電力が供給される定電圧負荷である負荷５２が設けられる。第２電源４２は４８［Ｖ］の電源であるので、負荷５２としては、例えばポンプやモータ等、比較的大電力を要するものが好適である。
本実施形態では、第２インバータ３０、第２電源４２、第２コンデンサ４４、負荷５２、および、第２制御部６２が第２系統１０３を構成し、負荷５２が「第２負荷」に対応する。
【００５８】
上記実施形態でも説明した通り、第１系統１０１および第２系統１０３が共に車体に接続されると、車体を経由して電流が流れることにより、モータジェネレータ１０を駆動できなくなる。また一般に、１２［Ｖ］電源である第１電源４１と接続される負荷５１は、車体と接地されるものが多い。そのため、第２電源４２に接続される負荷５２は絶縁され、第２系統１０３は接地されない。
本実施形態の駆動動作については、上記実施形態と同様とする。
【００５９】
本実施形態では、第２インバータ３０は、負荷５２と接続される。負荷５２は、非接地である。
例えば第１電源電圧Ｖ１と第２電源電圧Ｖ２とが異なる場合、適切な電圧の電力を負荷５１、５２に給電することができる。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
【００６０】
（他の実施形態）
上記実施形態では、第１電源が１２［Ｖ］電源であり、第２電源が４８［Ｖ］電源である。他の実施形態では、第１電源および第２電源の電圧は、１２［Ｖ］および４８［Ｖ］に限らず、いくつであってもよい。上記実施形態では、第１電源電圧よりも第２電源電圧が大きい。他の実施形態では、第１電源電圧が第２電源電圧以上であってもよい。
【００６１】
上記実施形態では、第１電源を鉛蓄電池とし、第２電源をリチウム蓄電池とした。他の実施形態では、第１電源および第２電源は、例えば、電気二重層キャパシタ等、充放電可能などのような蓄電装置を用いてもよい。また、第１電源および第２電源は、蓄電装置の種類が同一でもよいし、異なっていてもよい。
【００６２】
上記実施形態では、反転駆動動作において、第１インバータおよび第２インバータをともにＰＷＭ制御する例、および、第１インバータをＰＷＭ制御し、第２インバータを矩形波制御する例を説明した。他の実施形態では、第１インバータを矩形波制御し、第２インバータをＰＷＭ制御してもよい。
また、第１インバータおよび第２インバータを、ＰＷＭ制御以外の制御方法にて制御してもよい。
【００６３】
上記実施形態では、回転電機は、ＩＳＧである。他の実施形態では、回転電機をＩＳＧ以外の装置としてもよい。また、上記実施形態では、駆動装置は、車両の補機駆動システムに適用される。他の実施形態では、駆動装置を補機駆動システム以外のシステムに適用してもよい。なお、駆動装置を車両以外に適用する場合、ボディアース以外の方法にて接地してもよい。
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。
【符号の説明】
【００６４】
１・・・駆動装置
１０・・・モータジェネレータ（回転電機）
２０・・・第１インバータ
３０・・・第２インバータ
４１・・・第１電源
４２・・・第２電源
５１・・・負荷（第１負荷）
５２・・・負荷（第２負荷）
６１・・・第１制御部
６２・・・第２制御部
【図１】
0006329052.tif 000002
【図２】
0006329052.tif 000003
【図３】
0006329052.tif 000004
【図４】
0006329052.tif 000005
【図５】
0006329052.tif 000006
【図６】
0006329052.tif 000007
【図７】
0006329052.tif 000008
【図８】
0006329052.tif 000009
【図９】
0006329052.tif 000010
【図１０】
0006329052.tif 000011
【図１１】
0006329052.tif 000012
【図１２】
0006329052.tif 000013
【図１３】
0006329052.tif 000014