(57)【要約】【課題】小型化に適した車載用電力変換装置を提供する。【解決手段】３相モータＭを駆動する交流電流を生成する第１の変換回路１には、電力振分け用の３系統のスイッチング回路１２ａ〜１２ｃが設けられている。この各系統のスイッチング回路１２ａ〜１２ｃは、インバータ部１１がモータＭに供給する電流を補助する補助電流生成用、及び第２の変換回路２への供給電流の制御用に共用される。第１の変換回路１からモータＭに供給される電流の電流供給経路が、インバータ部１１を介した経路と各系統のスイッチング回路１２ａ〜１２ｃを介した経路とに分散可能となっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源から供給される電力に基づいて、車両駆動用のモータを駆動するための交流電流を生成して出力する第１の変換回路と、
入力される直流電流に基づいて、その直流電流の電源電圧よりも低い出力電圧の直流電流を生成して出力する第２の変換回路と、
を備え、
前記第１の変換回路は、その一部を構成するスイッチング素子により前記直流電源から入力される電流の一部を前記第２の変換回路に供給する、ことを特徴とする車載用電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車載用電力変換装置において、
前記直流電源から供給される電力の前記第１の変換回路による前記モータ側及び前記第２の変換回路側への振り分け動作が、前記モータのロータの回転位置に基づいて決定される、ことを特徴とする車載用電力変換装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の車載用電力変換装置において、
前記モータは、２相以上の接続端子を有する多相モータであり、
前記第１の変換回路は、
前記モータの相数に対応して設けられた複数の接続部と、
前記直流電源から入力される電力に基づいて、複数相の交流電流を生成して前記各接続部を介して前記モータの対応する前記各接続端子に出力するインバータ部と、
前記直流電源と前記各接続部との間に互いにそれぞれ介装され、前記直流電源から供給される電力を前記各接続部側又は前記第２の変換回路側に振り分ける複数系統のスイッチング回路と、
を備える、車載用電力変換装置。
【請求項４】
請求項３に記載の車載用電力変換装置において、
前記各系統のスイッチング回路は、
前記第１の変換回路から、前記モータにおける当該スイッチング回路が対応する相の前記接続端子に供給すべき電流が所定レベル以上である場合には、前記直流電源から供給される電流を対応する前記接続部を介して前記モータの対応する前記接続端子に供給する一方、前記供給すべき電流が前記所定レベル未満である場合には、前記直流電源から供給される電流を前記第２の変換回路側に供給する、ことを特徴とする車載用電力変換装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の車載用電力変換装置において、
前記モータは２相以上の接続端子を有する多相モータであり、
前記第１の変換回路における前記モータの各相の前記接続端子に接続される各電源系統には、その電源系統をオン、オフするためのスイッチング素子が、互いに並列関係をなすように２つ以上介装されている、ことを特徴とする車載用電力変換装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の車載用電力変換装置において、
前記第１の変換回路における前記直流電源から供給される電流を前記第２の変換回路側に供給するための電源系統が、互いに並列関係をなすように２つ以上設けられている、ことを特徴とする車載用電力変換装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の車載用電力変換装置において、
前記第１の変換回路に備えられる複数のスイッチング素子のうちの少なくとも一部のスイッチング素子が、互いに共通の放熱装置又は冷却装置に接続されている、ことを特徴とする車載用電力変換装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の車載用電力変換装置において、
前記第１の変換回路に備えられる複数のスイッチング素子のうちの少なくとも一部のスイッチング素子が、ワイドバンドギャップ半導体を用いて構成されている、ことを特徴とする車載用電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電流を交流電流へ変換するインバータ機能及び電圧を降下させる降圧変換機能を備えた車載用電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド、電気、あるいは燃料電池自動車等の動力用モータの駆動には、数百Ｖの高電圧が使用されている。これに対して、自動車に従来より設置されている電装品は１３．２Ｖで動作するものが殆どである。このため、高電圧を低電圧に変換する電力変換装置等が必要となっている。この種の電力変換装置は、電力変換に必要な回路構成の規模やその冷却装置等により大型になりやすいため、小型化が望まれている。
【０００３】
この点に関し、従来の車載用電力変換装置では、降圧用の電力変換器がモータ駆動用のインバータと独立して設けられ、独立に動作する構成となっているため、小型化に適さない構成となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明が解決すべき課題は、小型化に適した車載用電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するための手段は、直流電源から供給される電力に基づいて、車両駆動用のモータを駆動するための交流電流を生成して出力する第１の変換回路と、入力される直流電流に基づいて、その直流電流の電源電圧よりも低い出力電圧の直流電流を生成して出力する第２の変換回路と、を備え、前記第１の変換回路は、その一部を構成するスイッチング素子により前記直流電源から入力される電流の一部を前記第２の変換回路に供給する。
【０００６】
好ましくは、前記直流電源から供給される電力の前記第１の変換回路による前記モータ側及び前記第２の変換回路側への振り分け動作が、前記モータのロータの回転位置に基づいて決定されるのがよい。
【０００７】
また、好ましくは、前記モータは、２相以上の接続端子を有する多相モータであり、前記第１の変換回路は、前記モータの相数に対応して設けられた複数の接続部と、前記直流電源から入力される電力に基づいて、複数相の交流電流を生成して前記各接続部を介して前記モータの対応する前記各接続端子に出力するインバータ部と、前記直流電源と前記各接続部との間に互いにそれぞれ介装され、前記直流電源から供給される電力を前記各接続部側又は前記第２の変換回路側に振り分ける複数系統のスイッチング回路と、を備えるのがよい。
【０００８】
さらに、好ましくは、前記各系統のスイッチング回路は、前記第１の変換回路から、前記モータにおける当該スイッチング回路が対応する相の前記接続端子に供給すべき電流が所定レベル以上である場合には、前記直流電源から供給される電流を対応する前記接続部を介して前記モータの対応する前記接続端子に供給する一方、前記供給すべき電流が前記所定レベル未満である場合には、前記直流電源から供給される電流を前記第２の変換回路側に供給するのがよい。
【０００９】
また、好ましくは、前記モータは２相以上の接続端子を有する多相モータであり、前記第１の変換回路における前記モータの各相の前記接続端子に接続される各電源系統には、その電源系統をオン、オフするためのスイッチング素子が、互いに並列関係をなすように２つ以上介装されているのがよい。
【００１０】
さらに、好ましくは、前記第１の変換回路における前記直流電源から供給される電流を前記第２の変換回路側に供給するための電源系統が、互いに並列関係をなすように２つ以上設けられているのがよい。
【００１１】
また、好ましくは、前記第１の変換回路に備えられる複数のスイッチング素子のうちの少なくとも一部のスイッチング素子が、互いに共通の放熱装置又は冷却装置に接続されているのがよい。
【００１２】
さらに、好ましくは、前記第１の変換回路に備えられる複数のスイッチング素子のうちの少なくとも一部のスイッチング素子が、ワイドバンドギャップ半導体を用いて構成されているのがよい。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、モータ駆動用の交流電流を生成する第１の変換回路が、直流電源から入力される電流の一部を降圧変換用の第２の変換回路に供給する構成であるため、第１及び第２の変換回路の一部（スイッチング素子等）を共用することができ、装置構成を小型化することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、直流電源から供給される電力の第１の変換回路によるモータ側及び第２の変換回路側への振り分け動作が、モータのロータの回転位置に基づいて決定されるため、容易に最適な電力分配を実現できる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、第１の変換回路における各系統のスイッチング回路を、インバータ部がモータに供給する電流を補助する補助電流生成用、及び第２の変換回路への供給電流の制御用に共用することができ、装置構成の小型化が図れる。
【００１６】
また、第１の変換回路からモータに供給される電流の電流供給経路を、インバータ部を介した経路と各系統のスイッチング回路を介した経路とに分散させることができ、その結果、その各経路に設けるスイッチング素子の電流定格を下げることができ、スイッチング素子の信頼性の向上及び低コスト化が図れる。例えば、インバータ部には大電流を流せるスイッチング素子を用い、各系統のスイッチング回路にはインバータ部の補助に必要な分だけの電流を流せるスイッチング素子を用いることができる。
【００１７】
さらに、第１の変換回路からモータに供給される電流の電流供給経路を、インバータ部を介した経路と各系統のスイッチング回路を介した経路とに分散させることができるため、そのいずれか一方の経路に故障が発生した際もモータを駆動することができ、信頼性を高めることができる。
【００１８】
また、スイッチング回路は、モータの相数に応じて複数系統設けられているため、各系統のスイッチング回路がモータに供給べき補助電流には各系統間でその大きさや、供給タイミング等にずれが生じる。このため、直流電源からの電力をいずれかの系統のスイッチング回路を介して第２の変換回路に常時供給することができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明によれば、各系統のスイッチング回路による電力分配動作を、モータにおける当該スイッチング回路が対応する相の接続端子に供給すべき電流が所定レベル以上であるか否かに基づいて決定することにより、容易かつ適切に電力分配を行うことができる。
【００２０】
請求項５に記載の発明によれば、モータの各相の接続端子に接続される各電源系統に２つ以上のスイッチング素子を並列に介装する構成であるため、各電源系統に介装する各スイッチング素子の電流定格を下げることができ、低コスト化が図れる。
【００２１】
また、各電源系統に介装された並列関係をなす２つ以上のスイッチング素子のうちの一部のスイッチング素子が故障しても、その電源系統を介してモータに電力供給することができ、信頼性を高めることができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明によれば、第１の変換回路から第２の変換回路に電流を供給するための電源系統が、互いに並列関係をなすように２つ以上設けられているため、その並列に設けられた各電源系統に介装するスイッチング素子の電流定格を下げることができ、低コスト化が図れる。
【００２３】
また、並列に設けられた２つ以上の電源系統のうちの一部の電源系統に故障等が発生しても、他の電源系統を介して第２の変換回路に電流を供給することができ、信頼性を高めることができる。
【００２４】
請求項７に記載の発明によれば、少なくとも一部のスイッチング素子を共通の放熱装置又は冷却装置に接続することにより、放熱機構等を簡素化できる。
【００２５】
請求項８に記載の発明によれば、少なくとも一部のスイッチング素子が、ワイドバンドギャップ半導体を用いて構成されているため、高温動作、高耐圧動作、高速動作が可能となるとともに、冷却系の簡略化、損失低減、及び装置構成の小型低コスト化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は、本発明の一実施形態に係る車載用電力変換装置の回路図である。この車載用電力変換装置は、バッテリ（直流電源）Ｂから入力される直流電流に基づいて、車両駆動用のモータＭを駆動するための交流電流を生成して出力する第１の変換回路１と、第１の変換回路１から断続的に入力される直流電流に基づいて、その直流電流の電源電圧よりも低い出力電圧の直流電流を生成して電装品Ｒに出力する第２の変換回路２とを備えている。
【００２７】
モータＭは、３相以上（例えば、３相）の接続端子Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃを有する同期型多相モータであり、例えば電気自動車やハイブリッド車等の駆動用に用いられる。図１に示す構成例では、接続端子Ｔ３ａがＵ相、接続端子Ｔ３ｂがＶ相、接続端子Ｔ３ｃがＷ相に対応している。
【００２８】
第１の変換回路１は、バッテリＢからの電力供給を受け付ける正負の接続部Ｔ２ａ，Ｔ２ｂと、モータＭに対する電力供給のためのモータＭの相数に応じた複数の接続部Ｔ３ａ〜Ｔ３ｃと、インバータ部１１と、モータＭの相数に応じた複数系統（例えば、第１ないし第３の３系統）のスイッチング回路１２ａ〜１２ｃとを備えている。
【００２９】
インバータ部１１は、正負の接続部Ｔ２ａ，Ｔ２ｂと接続部Ｔ３ａ〜Ｔ３ｃとの間に介装され、正負の接続部Ｔ２ａ，Ｔ２ｂを介したバッテリＢから供給される直流電流に基づいて、３相以上（例えば、３相）の交流電流を生成し、各相の交流電流を対応する各接続部Ｔ３ａ〜Ｔ３ｃを介してモータＭの対応する接続端子Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃに供給する。
【００３０】
具体的な回路構成としては、インバータ部１１は、例えば図１に示すように複数の半導体スイッチング素子（ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ）Ｑ２〜Ｑ４，Ｑ８〜Ｑ１０を備えて構成される。スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ４のドレインは正側の接続部Ｔ２ａに共通に電気接続され、各スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ４のソースは接続部Ｔ３ａ〜Ｔ３ｃに個別に電気接続されている。また、スイッチング素子Ｑ８〜Ｑ１０のソースは負側の接続部Ｔ２ｂに共通に電気接続され、各スイッチング素子Ｑ８〜Ｑ１０のドレインは接続部Ｔ３ａ〜Ｔ３ｃに個別に電気接続されている。そして、これらのスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ４，Ｑ８〜Ｑ１０を周期的にオン、オフ動作することにより、バッテリＢから供給される直流電流が３相交流電流に変換されてモータＭに供給される。なお、詳細な動作内容は後述する。
【００３１】
第１ないし第３の各系統のスイッチング回路１２ａは、正負の接続部Ｔ２ａ，Ｔ２ｂと各接続部Ｔ３ａ〜Ｔ３ｃとの間にそれぞれ介装され、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ５〜Ｑ７，Ｑ１１〜Ｑ１８を周期的にオン、オフ動作することにより、接続部Ｔ２ａ，Ｔ２ｂを介してバッテリＢから供給される電流を、対応する各接続部Ｔ３ａ〜Ｔ３ｃ側又は第２の変換回路２側に振り分ける。
【００３２】
第１の系統のスイッチング回路１２ａは、例えば図１に示すように複数の半導体スイッチング素子（ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ）Ｑ１，Ｑ５〜Ｑ７を備えて構成される。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ６は、正負の接続部Ｔ２ａ，Ｔ２ｂ間に直列に介装されており、スイッチング素子Ｑ１のドレインが正側の接続部Ｔ２ａに電気接続され、そのソースがスイッチング素子Ｑ６のドレインに電気接続され、スイッチング素子Ｑ６のソースが負側の接続部Ｔ２ｂに電気接続されている。スイッチング素子Ｑ５は、そのドレインがスイッチング素子Ｑ１のソースに電気接続され、そのソースが接続部Ｔ３ａに電気接続されている。スイッチング素子Ｑ７は、そのドレインがスイッチング素子Ｑ１のソースに電気接続され、そのソースが第２の変換回路２の正側の入力部に電気接続されている。
【００３３】
第２の系統のスイッチング回路１２ｂは、例えば図１に示すように複数の半導体スイッチング素子（ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ）Ｑ１１〜Ｑ１４を備えて構成される。スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１４は、正負の接続部Ｔ２ａ，Ｔ２ｂ間に直列に介装されており、スイッチング素子Ｑ１１のドレインが正側の接続部Ｔ２ａに電気接続され、そのソースがスイッチング素子Ｑ１４のドレインに電気接続され、スイッチング素子Ｑ１４のソースが負側の接続部Ｔ２ｂに電気接続されている。スイッチング素子Ｑ１２は、そのドレインがスイッチング素子Ｑ１１のソースに電気接続され、そのソースが接続部Ｔ３ｂに電気接続されている。スイッチング素子Ｑ１３は、そのドレインがスイッチング素子Ｑ１１のソースに電気接続され、そのソースが第２の変換回路２の正側の入力部に電気接続されている。
【００３４】
第３の系統のスイッチング回路１２ｃは、例えば図１に示すように複数の半導体スイッチング素子（ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ）Ｑ１５〜Ｑ１８を備えて構成される。スイッチング素子Ｑ１５，Ｑ１８は、正負の接続部Ｔ２ａ，Ｔ２ｂ間に直列に介装されており、スイッチング素子Ｑ１５のドレインが正側の接続部Ｔ２ａに電気接続され、そのソースがスイッチング素子Ｑ１８のドレインに電気接続され、スイッチング素子Ｑ１８のソースが負側の接続部Ｔ２ｂに電気接続されている。スイッチング素子Ｑ１６は、そのドレインがスイッチング素子Ｑ１５のソースに電気接続され、そのソースが接続部Ｔ３ｃに電気接続されている。スイッチング素子Ｑ１７は、そのドレインがスイッチング素子Ｑ１５のソースに電気接続され、そのソースが第２の変換回路２の正側の入力部に電気接続されている。
【００３５】
第２の変換回路２は、チョッパー型の降圧変換回路であり、電装品Ｒに降圧した直流電流を供給するための正負の接続部Ｔ４ａ，Ｔ４ｂと、降圧用コイルＬと、ダイオードＤと、コンデンサＣとを備えて構成されている。コイルＬは、その入力側がスイッチング素子Ｑ７，Ｑ１３，Ｑ１７のソースと電気接続され、その出力側が正側の接続部Ｔ４ａと電気接続されている。ダイオードＤは、コイルＬの入力側と負側の接続部Ｔ２ｂとの間にコイル側Ｌに向けて順方向となるように介装されている。コンデンサＣは、正負の接続部Ｔ４ａ，Ｔ４ｂの間に介装されている。
【００３６】
この第２の変換回路２では、各系統のスイッチング回路１２ａ〜１２ｃから第２の変換回路２に供給する電流がスイッチング素子Ｑ７，Ｑ１３，Ｑ１７等により周期的にオン、オフされることにより、コイルＬに対するエネルギーの蓄積、放出が繰り返し行われ、これによってバッテリＢの電源電圧よりも低い出力電圧の直流電流が生成され、接続部Ｔ４ａ，Ｔ４ｂを介して電装品Ｒに供給される。すなわち、第１の変換回路１側からの電流が入力されているときには、その電流によってコイルＬにエネルギーが蓄積される。一方、第１の変換回路１側からの電流供給がオフされると、コイルＬに蓄積されたエネルギーにより発生する逆起電力により、図１に示す経路Ｐ１にダイオードＤを介して電流が流れ、この電流がコンデンサＣにより安定化されつつ電装品Ｒに供給される。
【００３７】
次に、この車載用電力変換装置の動作を説明する。
【００３８】
図２は、モータＭを駆動するための３相交流電流の波形図であり、横軸は位相、縦軸は電圧に対応している。図２における符号Ｕ，Ｖ，Ｗは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の交流波形を示している。図２の交流波形より、モータＭのコイルには、中心値２５０に対して、それ以上であれば正の向きに電流が流れ、それ未満であれば負の向きに電流が流れるようになっている。例えば、Ｕ相に正の向きに最大電流が流れているときには、Ｖ相、Ｗ相にはその１／２の電流が負の向きに流れる。
【００３９】
これに対応して、簡単な場合について説明すると、例えば、モータＭのＵ相の接続端子Ｔ１ａに正の向きに電流（例えば、最大電流）を供給する際には、インバータ部１１のスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ４，Ｑ８〜Ｑ１０のうち、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４，Ｑ８がオフされた状態で、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ９，Ｑ１０がオンされる。これによって、正側の接続部Ｔ２ａを介してバッテリＢから入力される電流は、経路Ｐ２で示すように、スイッチング素子Ｑ２、接続部Ｔ３ａ及びＵ相の接続端子Ｔ１ａを介してモータ１内のＵ相のコイルに正の向きで供給される。そして、そのＵ相のコイルから流れ出た電流は、例えば、モータＭ内でＶ，Ｗの２方向に分配されてＶ相及びＷ相のコイルを負の向きで通過し、Ｖ相及びＷ相の接続端子Ｔ１ｂ，Ｔ１ｃを介してモータＭ外に流れ出る。接続端子Ｔ１ｂ，Ｔ１ｃから流れ出た電流は、経路Ｐ３，Ｐ４で示すように、スイッチング素子Ｑ９，Ｑ１０、及び負側の接続部Ｔ２ｂを介してバッテリＢに戻る。このようにスイッチング素子Ｑ９，Ｑ１０が同時にオンされた場合は、このモータＭから流れ出る電流が、スイッチング素子Ｑ９が介装された経路とスイッチング素子Ｑ１０が介装された経路とに分配されるため、スイッチング素子Ｑ９，Ｑ１０の電流定格を下げることができるが、スイッチング素子Ｑ９，Ｑ１０は常に同時にオンされる訳ではない。このため、スイッチング素子Ｑ９，Ｑ１０の定格電流を確実に下げるには、スイッチング素子Ｑ９に対してはスイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１４をスイッチング素子Ｑ９がオンするのに同期してオンさせるようにすればよく、スイッチング素子Ｑ１０に対してはスイッチング素子Ｑ１６，Ｑ１８をスイッチング素子Ｑ１０がオンするのに同期してオンさせるようにしればよい。これによって、モータＭの接続端子Ｔ１ｂから流れる電流がスイッチング素子Ｑ９の経路とスイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１４の経路とに分配され、各接続端子Ｔ１ｃから流れる電流がスイッチング素子Ｑ１０の経路とスイッチング素子Ｑ１６，Ｑ１８の経路とに分配され、これによって、各スイッチング素子Ｑ９，Ｑ１０，Ｑ１２，Ｑ１４，Ｑ１６，Ｑ１８の定格電流を下げることができる。
【００４０】
また、このとき、Ｕ相の接続端子Ｔ１ａに所定レベル以上の電流を正の向きに供給する必要がある場合には、インバータ部１１を補助すべく、第１の系統のスイッチング回路１２ａを介して接続端子Ｔ１ａに補助電流を正の向きに供給する。すなわち、この場合、スイッチング素子Ｑ６，Ｑ７をオフした状態で、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ５をオンする。これによって、正側の接続部Ｔ２ａを介してバッテリＢから入力される電流は、経路Ｐ５で示すように、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ５及び接続部Ｔ３ａを介して接続端子Ｔ１ａに正の向きで供給される。このように、接続端子Ｔ１ａに供給すべき電流の経路を２系統に分配することにより、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ５の電流定格を下げることができる。
【００４１】
以下、ほぼ同様に、モータＭのＶ相の接続端子Ｔ１ｂに正の向きに電流（例えば、最大電流）を供給する際には、インバータ部１１のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ９がオフされた状態で、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ８，Ｑ１０がオンされ、これによって、インバータ部１１によりモータＭのＶ相のコイルに正の向きに電流が供給されるとともに、Ｕ相及びＷ相のコイルに負の向きに電流が供給される。そして、このとき、Ｖ相の接続端子Ｔ１ｂに所定レベル以上の電流を正の向きに供給する必要がある場合には、第２の系統のスイッチング回路１２ｂのスイッチング素子Ｑ１３，Ｑ１４をオフした状態で、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２をオンし、第２の系統のスイッチング回路１２ｂを介して接続端子Ｔ１ｂに補助電流を正の向きに供給する。
【００４２】
また、モータＭのＷ相の接続端子Ｔ１ｃに正の向きに電流（例えば、最大電流）を供給する際には、インバータ部１１のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３，Ｑ１０がオフされた状態で、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ８，Ｑ９がオンされ、これによって、インバータ部１１によりモータＭのＷ相のコイルに正の向きに電流が供給されるとともに、Ｕ相及びＷ相のコイルに負の向きに電流が供給される。そして、このとき、Ｗ相の接続端子Ｔ１ｃに所定レベル以上の電流を正の向きに供給する必要がある場合には、第３の系統のスイッチング回路１２ｃのスイッチング素子Ｑ１７，Ｑ１８をオフした状態で、スイッチング素子Ｑ１５，Ｑ１６をオンし、第３の系統のスイッチング回路１２ｃを介して接続端子Ｔ１ｃに補助電流を正の向きに供給する。
【００４３】
また、モータＭのＶ相及びＷ相の接続端子Ｔ１ｂ，Ｔ１ｃに正の向きに電流（例えば、最大電流の１／２の電流）を供給する場合には、インバータ部１１のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ９，Ｑ１０をオフした状態で、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４，Ｑ８がオンされ、これによって、インバータ部１１によりモータＭのＶ相及びＷ相のコイルに正の向きに電流が供給されるとともに、Ｕ相のコイルに負の向きに電流が供給される。そして、このとき、Ｕ相の接続端子Ｔ１ａから流れ出る電流が所定レベル以上である場合には、第１の系統のスイッチング回路１２ａのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ７をオフした状態で、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６をオンし、接続端子Ｔ１ａから流れ出る電流をスイッチング素子Ｑ８側の経路とスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６側の経路とに分配する。
【００４４】
さらに、ほぼ同様に、モータＭのＵ相及びＷ相の接続端子Ｔ１ａ，Ｔ１ｃに正の向きに電流（例えば、最大電流の１／２の電流）を供給する場合には、インバータ部１１のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ８，Ｑ１０をオフした状態で、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ９がオンされる。そして、このとき、Ｖ相の接続端子Ｔ１ｂから流れ出る電流が所定レベル以上である場合には、第２の系統のスイッチング回路１２ｂのスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１３をオフした状態で、スイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１４をオンし、接続端子Ｔ１ｂから流れ出る電流をスイッチング素子Ｑ９側の経路とスイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１４側の経路とに分配する。
【００４５】
また、モータＭのＵ相及びＶ相の接続端子Ｔ１ａ，Ｔ１ｂに正の向きに電流（例えば、最大電流の１／２の電流）を供給する場合には、インバータ部１１のスイッチング素子Ｑ４，Ｑ８，Ｑ９をオフした状態で、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３，Ｑ１０がオンされる。そして、このとき、Ｗ相の接続端子Ｔ１ｃから流れ出る電流が所定レベル以上である場合には、第３の系統のスイッチング回路１２ｃのスイッチング素子Ｑ１５，Ｑ１７をオフした状態で、スイッチング素子Ｑ１６，Ｑ１８をオンし、接続端子Ｔ１ｃから流れ出る電流をスイッチング素子Ｑ１０側の経路とスイッチング素子Ｑ１６，Ｑ１８側の経路とに分配する。
【００４６】
次に、第２の変換回路２への電力供給動作について説明する。第２の変換回路２への電力供給は、第１ないし第３の系統のスイッチング回路１２ａ〜１２ｃにより、バッテリＢから与えられる直流電流を断続的（周期的）にオン、オフして第２の変換回路２に供給することにより行われる。
【００４７】
モータＭの３相の接続端子Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃは、その接続端子Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃに供給する各相の交流電流の位相差により、正又は負の向きに所定レベル以上の電流が供給される接続端子Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃが循環的に入れ替わるようになっている。このため、上述のように電流分配によりインバータ部１１の補助を行うべきスイッチング回路１２ａ〜１２ｃも循環的に入れ替わる。なお、前記所定レベルの値は、３つの接続端子Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃのうち、正又は負の向きに当該所定レベル以上の電流供給が行われている接続端子Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃの数が常に２以下（例えば、１以下）になるように設定されている。
【００４８】
このため、本実施形態では、第１ないし第３の系統のスイッチング回路１２ａ〜１２ｃのうちの、接続端子Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃに正又は負の向きに所定レベル以上の電流が供給されていない接続端子Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃに対応するスイッチング回路１２ａ〜１２ｃ（すなわち、電流分配によるインバータ部１１の補助を行う必要のないスイッチング回路１２ａ〜１２ｃ）が、第２の変換回路２への電力供給を行うようになっている。
【００４９】
例えば、モータＭのＵ相の接続端子Ｔ１ａに正の向きに所定レベル以上（例えば、最大電流）を供給しているときには、上述のように、インバータ部１１の補助のため、第１の系統のスイッチング回路１２ａから接続端子Ｔ１ａへの正の向きの電流供給が行われる。このとき、第２及び第３の系統のスイッチング回路１２ｂ，１２ｃは、インバータ部１１の補助を行う必要がないため、スイッチング素子Ｑ１２，Ｑ１４，Ｑ１６，Ｑ１８をオフした状態で、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１３，Ｑ１５，Ｑ１７を所定のデューティー比でオンする。これによって、バッテリＢから供給される電流が、経路Ｐ６，Ｐ７で示すように、正側の接続部Ｔ２ａからスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１３を通る経路、及び正側の接続部Ｔ２ａからスイッチング素子Ｑ１５，Ｑ１６を通る経路を介して第２の変換回路２に供給される。
【００５０】
上述のような第１の変換回路１によるバッテリＢから供給される電流のモータＭ側及び第２の変換回路２側への振り分け動作は、モータＭのロータの回転位置に基づいて決定される。これは、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ１８のオン、オフタイミングをモータＭのロータの回転位置に基づいて決定することにより実現される。ロータの回転位置は、例えばモータＭに備えられた位置検出センサ（ホール素子等）により行われる。
【００５１】
また、本実施形態では、第１の変換回路１に備えられる複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ１８のうちの少なくとも一部のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ１８が、互いに共通の図示しない放熱装置又は冷却装置に接続されている。例えば、インバータ部１１のスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ４，Ｑ８〜Ｑ１０が共通の放熱装置又は冷却装置に接続され、残りのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ５〜Ｑ７，Ｑ１１〜Ｑ１８が共通の放熱装置又は冷却装置に接続されている。
【００５２】
また、第１の変換回路１に備えられる複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ１８のうちの少なくとも一部（例えば、全部）のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ１８が、ＳｉＣ等のワイドバンドギャップ半導体を用いて構成されている。
【００５３】
以上のように、本実施形態によれば、モータＭを駆動する交流電流を生成する第１の変換回路１が、バッテリＢから入力される電流の一部を降圧変換用の第２の変換回路２に供給する構成であるため、第１及び第２の変換回路１，２の一部（第１ないし第３の系統のスイッチング回路１２ａ〜１２ｃのスイッチング素子Ｑ１等）を共用することができ、装置構成を小型化することができる。
【００５４】
また、バッテリＢから供給される電力の第１の変換回路１によるモータＭ側及び第２の変換回２路側への振り分け動作が、モータＭのロータの回転位置に基づいて決定されるため、容易に最適な電力分配を実現できる。
【００５５】
さらに、第１の変換回路１における第１ないし第３の各系統のスイッチング回路１２ａ〜１２ｃを、インバータ部１１がモータＭに供給する電流を補助する補助電流生成用、及び第２の変換回路２への供給電流の制御用に共用することができ、装置構成の小型化が図れる。
【００５６】
また、第１の変換回路１からモータＭに供給される電流の電流供給経路を、インバータ部１１を介した経路と各系統のスイッチング回路１２ａ〜１２ｃを介した経路とに分散させることができ、その結果、その各経路に設けるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６，Ｑ８〜Ｑ１２，Ｑ１４〜Ｑ１６，Ｑ１８の電流定格を下げることができ、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６等の信頼性の向上及び低コスト化が図れる。例えば、各系統のスイッチング回路Ｑ１，Ｑ５〜Ｑ７，Ｑ１１〜Ｑ１８にはインバータ部１１の補助に必要な分だけの電流を流せるスイッチング素子を用いることができる。
【００５７】
さらに、第１の変換回路１からモータＭに供給される電流の電流供給経路を、インバータ部１１を介した経路と各系統のスイッチング回路１２ａ〜１２ｃを介した経路とに分散させることができるため、そのいずれか一方の経路に故障が発生した際もモータＭを駆動することができ、信頼性を高めることができる。
【００５８】
また、スイッチング回路１２ａ〜１２ｃは、モータＭの相数に応じて複数系統（例えば、３系統）設けられているため、各系統のスイッチング回路１２ａ〜１２ｃがモータＭに供給べき補助電流には各系統間でその大きさや、供給タイミング等にずれが生じる。このため、バッテリＢからの電力をいずれかの系統のスイッチング回路１２ａ〜１２ｃを介して第２の変換回路２に常時供給することができる。
【００５９】
さらに、各系統のスイッチング回路１２ａ〜１２ｃによる電力分配動作を、モータＭにおける当該スイッチング回路１２ａ〜１２ｃが対応する相の接続端子Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃに正負の向きで供給すべき電流が所定レベル以上であるか否かに基づいて決定することにより、容易かつ適切に電力分配を行うことができる。
【００６０】
また、モータＭの各相の接続端子Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃに正負の向きに電流を供給すべき各電源系統に、２つ以上（図１の構成では２つ）のスイッチング素子Ｑ１等を並列に介装する構成（例えば、Ｕ相の接続端子Ｔ１ａに正の向きに電流を供給するための電源系統については、スイッチング素子Ｑ２とスイッチング素子Ｑ１，Ｑ５とが並列関係をなすように介装されている）であるため、各電源系統に介装する各スイッチング素子Ｑ１等の電流定格を下げることができ、低コスト化が図れる。
【００６１】
さらに、各電源系統に介装された並列関係をなす２つ以上のスイッチング素子Ｑ１等のうちの一部のスイッチング素子Ｑ１等が故障しても、その電源系統を介してモータに電力供給することができ、信頼性を高めることができる。
【００６２】
また、第１の変換回路１から第２の変換回路２に電流を供給するための電源系統（スイッチング回路１２ａ〜１２ｃ）が、互いに並列関係をなすように２つ以上（図１の構成では３つ）設けられているため、その並列に設けられた各電源系統に介装するスイッチング素子Ｑ７等の電流定格を下げることができ、低コスト化が図れる。
【００６３】
さらに、その並列に設けられた２つ以上の電源系統のうちの一部の電源系統に故障等が発生しても、他の電源系統を介して第２の変換回路２に電流を供給することができ、信頼性を高めることができる。
【００６４】
また、第１の変換回路１の少なくとも一部のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ１８を共通の放熱装置又は冷却装置に接続することにより、放熱機構等を簡素化できる。
【００６５】
さらに、第１の変換回路１の少なくとも一部のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ１８が、ワイドバンドギャップ半導体を用いて構成されているため、高温動作、高耐圧動作、高速動作が可能となるとともに、冷却系の簡略化、損失低減、及び装置構成の小型低コスト化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施形態に係る車載用電力変換装置の回路図である。
【図２】３相モータを駆動するための３相交流電流の波形図である。
【符号の説明】
【００６７】
１  第１の変換回路
２  第２の変換回路
１１  インバータ部
１２ａ  第１の系統のスイッチング回路
１２ｂ  第２の系統のスイッチング回路
１２ｃ  第３の系統のスイッチング回路
Ｍ  モータ
Ｑ１〜Ｑ１８  スイッチング素子
Ｒ  電装品
Ｔ１ａ  Ｕ相の接続端子
Ｔ１ｂ  Ｖ相の接続端子
Ｔ１ｃ  Ｗ相の接続端子
Ｔ２ａ，Ｔ２ｂ，Ｔ３ａ〜Ｔ３ｂ，Ｔ４ａ，Ｔ４ｂ  接続部
【図１】
2005124325.tif 000003
【図２】
2005124325.tif 000004