(57)【要約】      （修正有）【課題】リアクトルに磁気的エネルギーが蓄積された状態から、急激に負荷や回転数が低減するときに、磁気的エネルギーをうまく逃がす構成を提供する。【解決手段】  電力変換装置の交流端子(150)を電動機(100)の交流端子に接続すると共に、この電力変換装置の直流端子(151)を直流電源(102)に接続し、電力変換装置が、電気的な相毎に半導体スイッチから成る第1のハイサイド側アーム(111)と第1のローサイド側アーム(112)との直列接続から成る第1の半導体アーム(113)を有し、第1の半導体アームのハイサイド側アームと直流電源の高電位側との間に、その1次側巻き線(107)を直列に接続したトランス(106)を設け、トランスの2次側巻線(108)の一端側端子(152)を、1次側巻線において直流電源の高電位側端子に接続される側の端子に接続すると共に、2次側巻線の他端側端子(153)を、第1のダイオードのカソードに接続し、アノードを直流電源の低電位側端子に接続した。【選択図】図１
2007068293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力と交流電力との間で電力変換を行なう電力変換装置であって、
前記電力変換装置の交流端子を電動機の交流端子に接続すると共に、この電力変換装置の直流端子を直流電源に接続し、
前記電力変換装置が、
電気的な相毎に半導体スイッチから成る第1のハイサイド側アームと第1のローサイド側アームとの直列接続から成る第1の半導体アームを有し、
前記第1の半導体アームのハイサイド側アームと前記直流電源の高電位側との間に、その1次側巻き線を直列に接続したトランスを設け、
前記トランスの2次側巻き線の一端側端子を、前記1次側巻き線において前記直流電源の高電位側端子に接続される側の端子に接続すると共に、
前記トランスの2次側巻き線の他端側端子を、第1のダイオードのカソードに接続し、この第１のダイオードのアノードを前記直流電源の低電位側端子に接続した、
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記電力変換装置が、
前記第1の半導体アームに対して逆並列に接続され、電気的な相毎に半導体スイッチから成る第2のハイサイド側アームと第2のローサイド側アームとの直列接続から成る第2の半導体アームをさらに有する、
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電力変換装置において、
前記第2の半導体アームが、
前記第1の半導体アームの第1のローサイド側アームに、逆並列に接続された半導体スイッチ素子による第2のローサイド側アームと、前記第1の半導体アームの第1のハイサイド側アームに、逆並列に接続された半導体スイッチ素子による第2のハイサイド側アームとの直列回路である、
或いは、前記第2の半導体アームが、
前記第1の半導体アームの第1のローサイド側アームに、逆並列に接続された半導体スイッチ素子による第2のローサイド側アームと、前記第1の半導体アームの第1のハイサイド側アームに、逆並列に接続された半導体スイッチ素子による第2のハイサイド側アームとの直列回路であって、前記第2のハイサイド側アームを成す半導体スイッチ素子のエミッタまたはソースに、第2のダイオードのカソードを接続し、前記第2のローサイド側アームを成す半導体スイッチ素子のコレクタまたはドレインに前記第2のダイオードのアノードを接続した構成とする、
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項２に記載の電力変換装置において、
前記第2の半導体アームが、
前記第1の半導体アームの前記第1のローサイド側アームに、逆並列に接続された半導体スイッチ素子による第2のローサイド側アームと、
前記第1の半導体アームの前記第1のハイサイド側アームと前記第1のローサイド側アームとの接続点に、そのコレクタまたはドレインが接続された半導体スイッチ素子による第3のハイサイド側アームとから成り、
前記第3のハイサイド側アームを成す前記半導体スイッチ素子のエミッタまたはソースを、前記トランスの前記2次側巻き線の前記他端側端子に接続した構成とする、
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項２に記載の電力変換装置において、
前記第2の半導体アームが、
前記第1の半導体アームの第1のローサイド側アームに、逆並列に接続された半導体スイッチ素子による第2のローサイド側アームと、
前記第1の半導体アームの第1のハイサイド側アームと第1のローサイド側アームとの接続点に、そのアノードが接続された第3のダイオードとから成り、
前記第3のダイオードのカソードを前記第2の半導体スイッチ素子のコレクタまたはドレインに接続すると共に、前記第2の半導体スイッチ素子のエミッタまたはソースを前記トランスの2次側巻き線の他端側端子に接続する、
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置において、
前記トランスが、
前記電動機の筐体部分に形成されているか、前記電動機の筐体内部に形成されているか、前記電動機の筐体形状に合わせて湾曲した形状で形成されているか、前記電動機の底面に形成されているか、もしくは、前記電動機の筐体に巻き線を配置する形状で形成されている、
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力変換装置において、
前記電力変換回路が、
前記第1の半導体アームおよび前記第2の半導体アームを有する第1の半導体回路と、前記第1の半導体アームと電気的に並列な第3の半導体アームと共に前記第2の半導体アームと電気的に並列な第4の半導体アームとを有する第2の半導体回路を有し、
前記第1の半導体回路と前記第2の半導体回路とを共に前記トランスの前記1次側巻き線に直列に接続し、
前記電動機を構成するステータ部分に、
電気的な各相に対応した夫々の突極に第1の巻き線と第2の巻き線を共に設けた2重巻き線を有するか、
電気的な各相毎に第1の巻き線を設けた突極と第2の巻き線を設けた突極を夫々有するか、
或いは、前記電動機がインナーロータとアウターロータの2個のロータを有し、かつ、前記ステータ部分に設けられる各相の巻き線が、第1の巻き線と第2の巻き線とで構成されるかであり、
前記第1の巻き線を前記第1の半導体回路の交流端子に電気的な相に対応して接続すると共に、前記第2の巻き線を前記第2の半導体回路の交流端子に電気的な相に対応して接続する、
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力変換装置において、
前記直流電源が、バッテリーまたはキャパシタである、
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の電力変換装置において、
前記半導体スイッチ素子が、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ或いは電界効果型トランジスタである、
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
第1の電動機と、第2の電動機と、
交流電力から交流電力に変換する交流電力変換装置と、
請求項１〜９のいずれか1項に記載の電力変換装置と、
前記第1の電動機と前記第2の電動機、および、前記電力変換装置と前記交流電力変換装置の動作を制御する制御回路とを有し、
前記第1の電動機の交流端子と前記交流電力変換装置の一方の交流端子とを接続すると共に、前記第2の電動機の交流端子と前記交流電力変換装置の他方の交流端子とを接続し、
前記第2の電動機の交流端子と前記電力変換装置の交流端子とを接続すると共に、前記電力変換装置の直流端子を直流電源に接続し、
前記制御回路が、電力要求のある前記第1の電動機、前記第2の電動機、および前記直流電源のうちの少なくとも１つに対して、この少なくとも１つ以外の電力出力ができる前記第1の電動機、前記第2の電動機、および前記直流電源の少なくとも１つから、電力を前記交流電力変換装置および／または前記電力変換装置を介して供給させる、
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の電力変換装置を用いた電力変換システム。
【請求項１１】
第1の電動機と、
第2の電動機と、
交流電力から交流電力に変換する交流電力変換装置と、
請求項１〜９のいずれか１項に記載の電力変換装置により構成される第1の電力変換装置、および、第２の電力変換装置と、
前記第1の電動機と前記第2の電動機、および前記第1および第2の電力変換装置と前記交流電力変換装置の動作を制御する制御回路を有し、
前記第1の電動機の交流端子と前記交流電力変換装置の一方の交流端子とを接続すると共に、前記第2の電動機の交流端子と前記交流電力変換装置の他方の交流端子とを接続し、
前記第1の電動機の交流端子と前記第2の電力変換装置の交流端子とを接続すると共に、前記第2の電動機の交流端子と前記第1の電力変換装置の交流端子とを接続し、
前記第1の電力変換装置の直流端子と前記第2の電力変換装置の直流端子とを共に直流電源に接続し、
前記制御回路が、電力要求のある前記第1の電動機、前記第2の電動機、および前記直流電源のうちの少なくとも１つに対して、この少なくとも１つ以外の電力出力ができる前記第1の電動機、前記第2の電動機、および前記直流電源から、電力を前記第1の電力変換装置、前記第2の電力変換装置、および前記交流電力変換装置の少なくとも１つを介して供給させる、
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の電力変換装置を用いた電力変換システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電力変換システムにおいて、
前記制御回路が、
前記第2の電動機の要求電流に対して、前記交流電力変換装置で供給しない差分の電流を、前記第1の電力変換装置で供給し、
前記第1の電動機の要求電流に対して、前記交流電力変換装置で供給しない差分の電流を、前記第2の電力変換装置で供給する、
ことを特徴とする電力変換システム。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の電力変換システムにおいて、
前記第1の電力変換装置、前記第2の電力変換装置および前記交流電力変換装置の夫々の電流定格が、前記第1の電動機および前記第2の電動機の電流定格より小さく、
前記第1の電力変換装置の電流定格と前記交流電力変換装置の電流定格との和が、前記第1の電動機および前記第2の電動機の電流定格以上であり、
前記第2の電力変換装置の電流定格と前記交流電力変換装置の電流定格との和が、前記第1の電動機および前記第2の電動機の電流定格以上である、
ことを特徴とする電力変換システム。
【請求項１４】
請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の電力変換システムにおいて、
前記第1の電動機および／または前記第2の電動機を駆動する原動機を備え、
前記制御回路が、
前記第1の電動機および／または前記第2の電動機を駆動する原動機をも制御する、
或いは、前記第1の電動機および／または前記第2の電動機を駆動する原動機を制御する第2の制御回路をも制御する、
ことを特徴とする電力変換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置及び該電力変換装置を用いた電力変換システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術としては、例えば特公平7-83609（特許文献１を参照されたい。）に係る構成がある。図８にこの従来技術の構成を示す。半導体アームとリアクトル15の直列回路によって、電流形インバータ11を構成する。この電流形インバータ11によって、バッテリー12電力を交流電力に変換して、電動機10を駆動する。
【特許文献１】特公平7-83609
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、この従来の構成には、以下の問題点がある。この従来技術では、リアクトルに電流を通電し、磁気エネルギーを蓄え、この定電流性を利用して半導体アームに電流を供給する。よって、電動自動車のようにアクセルペダルの急激な動作によって電動機の負荷や回転数の変動が大きくなる場合には、電流形インバータの出力電流を変化させ難い。特に電流を急減させようとすると、リアクトル部分に大きな誘起電圧が生じて、半導体アームを破壊させる懸念もある。即ち、この従来技術は、電動機の負荷や回転数が大きくなりリアクトルに磁気的エネルギーが蓄積された状態から急激に負荷や回転数が低減するときに、リアクトルに蓄積された磁気的エネルギーをうまく逃がすことができない構成である。また、電動自動車は電力を交流発電機で生成することが一般的である。この交流電力を一旦直流に変換してバッテリー電力と合わせ、改めて交流電力に再変換して電動機に供給すると、電力変換に伴う損失が増大する。一方、交流発電機の電力を直流に変換せずに電動機に供給する場合は、バッテリー等直流電源からの直流電力を電動機に供給させ難い。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上述した諸課題を解決すべく、第１の発明による電力変換装置は、
直流電力と交流電力との間で電力変換を行なう電力変換装置であって、
前記電力変換装置の交流端子を電動機の交流端子に接続すると共に、この電力変換装置の直流端子を直流電源に接続し、
前記電力変換装置が、
電気的な相毎に半導体スイッチから成る第1のハイサイド側アームと第1のローサイド側アームとの直列接続から成る第1の半導体アームを有し、
前記第1の半導体アームのハイサイド側アームと前記直流電源の高電位側との間に、その1次側巻き線を直列に接続したトランスを設け、
前記トランスの2次側巻き線の一端側端子を、前記1次側巻き線において前記直流電源の高電位側端子に接続される側の端子に接続すると共に、
前記トランスの2次側巻き線の他端側端子を、第1のダイオードのカソードに接続し、この第１のダイオードのアノードを前記直流電源の低電位側端子に接続した、
ことを特徴とする。
【０００５】
また、第２の発明による電力変換装置は、
前記電力変換装置が、
前記第1の半導体アームに対して逆並列に接続され、電気的な相毎に半導体スイッチから成る第2のハイサイド側アームと第2のローサイド側アームとの直列接続から成る第2の半導体アームをさらに有する、
ことを特徴とする。
【０００６】
また、第３の発明による電力変換装置は、
前記第2の半導体アームが、
前記第1の半導体アームの第1のローサイド側アームに、逆並列に接続された半導体スイッチ素子による第2のローサイド側アームと、前記第1の半導体アームの第1のハイサイド側アームに、逆並列に接続された半導体スイッチ素子による第2のハイサイド側アームとの直列回路である、
或いは、前記第2の半導体アームが、
前記第1の半導体アームの第1のローサイド側アームに、逆並列に接続された半導体スイッチ素子による第2のローサイド側アームと、前記第1の半導体アームの第1のハイサイド側アームに、逆並列に接続された半導体スイッチ素子による第2のハイサイド側アームとの直列回路であって、前記第2のハイサイド側アームを成す半導体スイッチ素子のエミッタまたはソースに、第2のダイオードのカソードを接続し、前記第2のローサイド側アームを成す半導体スイッチ素子のコレクタまたはドレインに前記第2のダイオードのアノードを接続した構成とする、
ことを特徴とする。
【０００７】
また、第４の発明による電力変換装置は、
前記第2の半導体アームが、
前記第1の半導体アームの前記第1のローサイド側アームに、逆並列に接続された半導体スイッチ素子による第2のローサイド側アームと、
前記第1の半導体アームの前記第1のハイサイド側アームと前記第1のローサイド側アームとの接続点に、そのコレクタまたはドレインが接続された半導体スイッチ素子による第3のハイサイド側アームとから成り、
前記第3のハイサイド側アームを成す前記半導体スイッチ素子のエミッタまたはソースを、前記トランスの前記2次側巻き線の前記他端側端子に接続した構成とする、
ことを特徴とする。
【０００８】
また、第５の発明による電力変換装置は、
前記第2の半導体アームが、
前記第1の半導体アームの第1のローサイド側アームに、逆並列に接続された半導体スイッチ素子による第2のローサイド側アームと、
前記第1の半導体アームの第1のハイサイド側アームと第1のローサイド側アームとの接続点に、そのアノードが接続された第3のダイオードとから成り、
前記第3のダイオードのカソードを前記第2の半導体スイッチ素子のコレクタまたはドレインに接続すると共に、前記第2の半導体スイッチ素子のエミッタまたはソースを前記トランスの2次側巻き線の他端側端子に接続する、
ことを特徴とする。
【０００９】
また、第６の発明による電力変換装置は、
前記トランスが、
前記電動機の筐体部分に形成されているか、前記電動機の筐体内部に形成されているか、前記電動機の筐体形状に合わせて湾曲した形状で形成されているか、前記電動機の底面に形成されているか、もしくは、前記電動機の筐体に巻き線を配置する形状で形成されている、
ことを特徴とする。
【００１０】
また、第７の発明による電力変換装置は、
前記電力変換回路が、
前記第1の半導体アームおよび前記第2の半導体アームを有する第1の半導体回路と、前記第1の半導体アームと電気的に並列な第3の半導体アームと共に前記第2の半導体アームと電気的に並列な第4の半導体アームとを有する第2の半導体回路を有し、
前記第1の半導体回路と前記第2の半導体回路とを共に前記トランスの前記1次側巻き線に直列に接続し、
前記電動機を構成するステータ部分に、
電気的な各相に対応した夫々の突極に第1の巻き線と第2の巻き線を共に設けた2重巻き線を有するか、
電気的な各相毎に第1の巻き線を設けた突極と第2の巻き線を設けた突極を夫々有するか、
或いは、前記電動機がインナーロータとアウターロータの2個のロータを有し、かつ、前記ステータ部分に設けられる各相の巻き線が、第1の巻き線と第2の巻き線とで構成されるかであり、
前記第1の巻き線を前記第1の半導体回路の交流端子に電気的な相に対応して接続すると共に、前記第2の巻き線を前記第2の半導体回路の交流端子に電気的な相に対応して接続する、
ことを特徴とする。
【００１１】
また、第８の発明による電力変換装置は、
前記直流電源が、バッテリーまたはキャパシタである、
ことを特徴とする。
【００１２】
また、第９の発明による電力変換装置は、
前記半導体スイッチ素子が、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ或いは電界効果型トランジスタである、
ことを特徴とする。
【００１３】
また、第１０の発明による電力変換システムは、
第1の電動機と、第2の電動機と、
交流電力から交流電力に変換する（例えば、周波数や位相や電圧を異なるものに変換する）交流電力変換装置と、
第１〜９の発明のいずれかに記載の電力変換装置と、
前記第1の電動機と前記第2の電動機、および、前記電力変換装置と前記交流電力変換装置の動作を制御する制御回路とを有し、
前記第1の電動機の交流端子と前記交流電力変換装置の一方の交流端子とを接続すると共に、前記第2の電動機の交流端子と前記交流電力変換装置の他方の交流端子とを接続し、
前記第2の電動機の交流端子と前記電力変換装置の交流端子とを接続すると共に、前記電力変換装置の直流端子を直流電源に接続し、
前記制御回路が、電力要求のある前記第1の電動機、前記第2の電動機、および前記直流電源のうちの少なくとも１つに対して、この少なくとも１つ以外の電力出力ができる前記第1の電動機、前記第2の電動機、および前記直流電源の少なくとも１つから、電力を前記交流電力変換装置および／または前記電力変換装置を介して供給させる、
ことを特徴とする。
【００１４】
また、第１１の発明による電力変換システムは、
第1の電動機と、
第2の電動機と、
交流電力から交流電力に変換する（例えば、周波数や位相や電圧を異なるものに変換する）交流電力変換装置と、
第１〜９の発明のいずれかに記載の電力変換装置により構成される第1の電力変換装置、および、第２の電力変換装置と、
前記第1の電動機と前記第2の電動機、および前記第1および第2の電力変換装置と前記交流電力変換装置の動作を制御する制御回路を有し、
前記第1の電動機の交流端子と前記交流電力変換装置の一方の交流端子とを接続すると共に、前記第2の電動機の交流端子と前記交流電力変換装置の他方の交流端子とを接続し、
前記第1の電動機の交流端子と前記第2の電力変換装置の交流端子とを接続すると共に、前記第2の電動機の交流端子と前記第1の電力変換装置の交流端子とを接続し、
前記第1の電力変換装置の直流端子と前記第2の電力変換装置の直流端子とを共に直流電源に接続し、
前記制御回路が、電力要求のある前記第1の電動機、前記第2の電動機、および前記直流電源のうちの少なくとも１つに対して、この少なくとも１つ以外の電力出力ができる前記第1の電動機、前記第2の電動機、および前記直流電源から、電力を前記第1の電力変換装置、前記第2の電力変換装置、および前記交流電力変換装置の少なくとも１つを介して供給させる、
ことを特徴とする。
【００１５】
また、第１２の発明による電力変換システムは、
前記制御回路が、
前記第2の電動機の要求電流に対して、前記交流電力変換装置で供給しない差分の電流を、前記第1の電力変換装置で供給し、
前記第1の電動機の要求電流に対して、前記交流電力変換装置で供給しない差分の電流を、前記第2の電力変換装置で供給する、
ことを特徴とする。
【００１６】
また、第１３の発明による電力変換システムは、
前記第1の電力変換装置、前記第2の電力変換装置および前記交流電力変換装置の夫々の電流定格が、前記第1の電動機および前記第2の電動機の電流定格より小さく、
前記第1の電力変換装置の電流定格と前記交流電力変換装置の電流定格との和が、前記第1の電動機および前記第2の電動機の電流定格以上であり、
前記第2の電力変換装置の電流定格と前記交流電力変換装置の電流定格との和が、前記第1の電動機および前記第2の電動機の電流定格以上である、
ことを特徴とする。
【００１７】
また、第１４の発明による電力変換システムは、
前記第1の電動機および／または前記第2の電動機を駆動する原動機を備え、
前記制御回路が、
前記第1の電動機および／または前記第2の電動機を駆動する原動機をも制御する、
或いは、前記第1の電動機および／または前記第2の電動機を駆動する原動機を制御する第2の制御回路をも制御する、
ことを特徴とする。
また、第１５の発明による電動車両は、第１〜１４のいずれかの発明による電力変換装置または電力変換システムを搭載した電動車両である。
上述したように本発明の解決手段を装置として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
【発明の効果】
【００１８】
第１の発明によれば、以下の効果が生じる。先ず第1の半導体アームを介して電動機に電流を通電し、電動機を力行運転できる。例えば、本発明による電力変換装置を電動自動車に搭載したケースを想定すると、自動車の運転状態により電動機への通電電流を急に減少させる場合は、第1の半導体アームを成す半導体スイッチをオフにする、乃至はオンの時間を短縮することとなる。また必要に応じて第2の半導体アームを成す半導体スイッチを動作させる。すると、この電力変換回路のリアクトルを成す前記のトランスの1次側巻き線の電流が減少することになり、1次側巻き線と2次側巻き線に誘起電圧が生じる。本構成では、2次側巻き線にダイオードを接続しているので、この誘起電圧によりダイオードがオンする。すると、1次側巻き線に蓄えられていたエネルギーは2次側巻き線から出力され、このダイオードを介して直流電源を充電する形態で流れる。この結果、電動機への電流を速やかに減少させ、電動自動車の運転を円滑に行なえる。また2次側巻き線の電流は直流電源の充電に用いられるので、電力の無駄を防ぎ、かつ余計な発熱も防止できる。
【００１９】
なお、本構成では、トランスの2次側巻き線からの電流出力は、電動機へ電流が急減するまたは反転する場合に生じる。よって、1次側巻き線から2次側巻き線への磁気エネルギーの伝達はこの場合に生じる。電動機の回転中に、1次側巻き線から2次側巻き線への磁気エネルギーの伝達が、常に、或いは頻繁に起こっているのではないため、トランスの発熱も抑えることができる。
【００２０】
また、第２の発明によれば、電動機を回生運転して電源を充電することが可能になる。即ち、電動機を回生運転させる場合は、第2の半導体アームを動作させ、1次側巻き線を介して直流電源に電流を流せば良い。この場合も1次側巻き線の電流が力行運転状態から回生運転状態へと向きが反転して、誘起電圧が生じる。前述の理由と同様にして2次側巻き線からダイオードを介して電流を流し出す。この為電流の向きを速やかに反転できると共に、誘起電圧上昇によるインバータ装置の故障も防止できる。
【００２１】
また、第３の発明によれば、第1の半導体アームの高電位端子と低電位端子に、第2の半導体アームを逆並列に接続する構成となり、第１の発明に記した半導体アームの動作によって電動機の電流を円滑に変化させられる。また第2のダイオードを用いることによって、第2の半導体アームを介して電流をリアクトルとしてのトランスの1次側巻き線に出力している際、第2の半導体アームの半導体スイッチをオフさせた時に、この第2のダイオードを経てリアクトル電流が維持される。よって2次側巻き線からの電流出力が減るので、1次側巻き線から2次側巻き線へ磁気エネルギーが移ることによるトランスの発熱を抑えられる。
【００２２】
また、第４の発明によれば、先ず第1の半導体アームを通じて電動機に電流を供給し、力行運転ができ、電動機への電流を減少させると、第３の発明の構成と同様にトランスの1次側から2次側に磁気エネルギーが移る。よって電動機への電流を速やかに減少できると共に、トランスの2次側からエネルギーを電流として直流電源へ戻せる。この時、第2の半導体アームを制御することにより、電動機の電流を直接トランスの2次側に流せる。この為電動機の電流を短時間に減少させる場合も、トランスの1次側の電流を逆転するまで待たずに、2次側巻き線から速やかに直流電源へ戻せる。つまりトランスの1次側巻き線の電流を減じつつ、2次側巻き線の電流を増やして、速やかに電動機の電流を変化させられる。また電動機を回生運転する時も、第2の半導体アームによって電流を直流電源に戻せる。この時、2次側巻き線の側に接続されているダイオードが、第３の発明で記した第2のダイオードと同様な作用をする。よって第2のダイオードを改めて設けなくても、第３の発明による第2のダイオードに関して記した効果が同様に生じる。
【００２３】
また、第５の発明では、第３の発明で記した第3のハイサイド側アームを、第3のダイオードと第2のスイッチ素子で置き換えることにより、第3のハイサイド側アームの半導体スイッチ素子を用いずに請求項3で記した構成と同様な効果を生じる。即ち、インバータの各相毎に第3のハイサイド側アームの半導体スイッチ素子を設けないため、半導体スイッチ素子およびこれを駆動制御する回路を省ける。よって、インバータの小型化および低コスト化を更に図れる。
【００２４】
また、第６の発明では、以下の効果が生じる。本構成では、このトランスにて巻き線間のエネルギー伝達が生じるのは、電動機の電流が急減した場合などである。即ち電動機の運転中ずっと継続して生じるのでは無い。この為、トランスの形状として、特に巻き線間のエネルギー伝達時の損失を特に顕著に下げるが為に、トランスを過剰に大きくする必要は無い。よって例えば棒状のコアに1次側巻き線と2次側巻き線を2重巻きしたような構造、或いは円環状のコアに両方の巻き線を設けた構造でも、本発明に係るトランスとして機能する。この為本発明に係るトランスを、電動機の筐体または内部に形成、配置することも容易にできる。或いは前述のコアを電動機筐体形状に合わせて湾曲させても良い。これらにより、インバータの大幅な小型化を図れる。また電動機のサイズも大幅に変えない。同様に、電動機の底面にトランス部分を設ければ、比較的大面積なコアに巻き線を設けることができる。これにより、充分な飽和電流を確保したトランスを容易に形成でき、かつ前述のインバータ小型化を図れる。また電動機の底面でなく、電動機の筐体にトランスの両巻き線を設けても同様である。
【００２５】
また、第７の発明では、下記の効果が生じる。
第1に、電気的な各相に対応した夫々の突極に第1の巻き線と第2の巻き線を共に設けた2重巻き線とする構成によって、第1の巻き線と第2の巻き線が各相毎に同じ電気角に配置されているので、第1の半導体回路と第2の半導体回路の動作が互いに大きく異なる、乃至は複雑になることがない。よって容易に電動機を運転制御できる。また、両半導体回路の動作を制御することにより、両半導体回路の電流を調整して電動機に複合電流を供給できる。このため磁束密度を大きくして、出力を向上させることも容易である。
第2に、電気的な各相毎に第1の巻き線を設けた突極と第2の巻き線を設けた突極を夫々有する構成によって、第1の半導体回路と第2の半導体回路の出力を制御して複合電流とできる、即ち単なる正弦波ではなく、両回路からの電流を合わせて、電動機内部の磁束密度を大きくできる。よって電動機の出力増大や応答性向上を図れる。特に第1の巻き線の突極と第2の巻き線の突極が異なる位置に配置されているので、この複合電流による複合磁界を、より効果的に生成できる。しかも複合電流を生成する為に、単に2個の電力変換回路を用いる構成とは異なり、請求項1の構成と合わせて本構成を採ることにより、請求項1の各効果と本効果を同時に生じることができる。
【００２６】
第3に、電動機はインナーロータとアウターロータの2個のロータを有し、かつステータ部分に設けた各相の巻き線の内、一部の巻き線を第1の巻き線とし、残りを第2の巻き線として有する構成によって、前述の第2で述べた効果1同様に、第1の半導体回路と第2の半導体回路の出力を制御して複合電流として電動機に供給できる。よってインナーロータとアウターロータの出力を大きくできる。よって、複数ロータを有する電動機においても、複合電流を用いて電動機の性能をさらに高めることができる。さらに前述の第2で述べた効果も同様に生じる。なお、何れの場合も第1の巻き線と第2の巻き線は互いに電気絶縁されているので、一方の半導体回路の出力電流が他方の半導体回路に悪影響を与える懸念も無い。即ち、電力変換回路の電気的な動作に悪影響を与えずに、これらの効果を容易に確実に発揮できる。
【００２７】
また、第８の発明によれば、何れの場合でも例えば電動自動車を駆動できる。またバッテリーおよびコンデンサに対する充電もできる。特に、第６乃至１２の発明に記載した内容に対して、下記効果が生じる。第2の電動機への電力供給は交流電力変換回路で行ない、この交流電力変換回路で出せない電流を第1の電力変換回路から供給するならば、直流電源から継続的に電流を出力し続ける必要は必ずしも無い。このためバッテリーに代わりコンデンサを用いて、直流電源の小型化低コスト化を図れる。さらにコンデンサならば電圧を一定値に合わせ続ける必要も無いので、電動機への印加電圧が変わっても、電力供給を容易に行なうことができる。
【００２８】
また、第９の発明によれば、前記スイッチ素子が、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ或いは電界効果型トランジスタの何れであっても、同様な効果を生じるものであり、これらの汎用的なパワーモジュールを用いて本発明を実現することができる。
【００２９】
また、第１０の発明では、例えば、第1の電動機はエンジン等の原動機で駆動され発電機として主に機能し、かつ第2の電動機は電動自動車の駆動力を発生させることを想定する。また交流電力変換回路は例えばマトリックスコンバータとする。本構成によれば、第1の電動機で発生させた交流電力を、交流電力変換回路を介して第2の電動機に供給できる。また直流電源の直流電力を、第1の電力変換回路を介して第2の電動機に供給できる。さらに、第2の電動機で発生させた交流電力を、第1の電力変換回路を介して、直流電源に供給できる。よって、以下の効果が得られる。
(1)第１の電動機で第2の電動機を駆動する場合も、直流電源で第2の電動機を駆動する場合も、夫々電力変換1回でよい。この為損失を大幅に低減できる。
(2)電動自動車の運転者がアクセルを踏み込んだ時や、第2の電動機の負荷が急に大きくなった時など、直流電源からの電力供給を加えることで、第2の電動機に必要電力を供給できる。つまり原動機で駆動される第1の電動機は急に出力電力を増やすことは難しい。よって第1の電動機の出力電力が増えるまでの過渡状態時は、この第1の電動機の出力電力と共に、直流電源からの電力を足すことにより第2の電動機を駆動できる。またこの間、第1の電動機は、第2の電動機の要求電流急増による悪影響を受けずに速やかに出力電流の増大を行なうことができる。
(3)交流電力変換回路としてマトリックスコンバータを用いる場合、同回路は直流電源を有しないので、電源擾乱や負荷変動に対する安定性が損なわれる懸念は否定できない。これに対しては、第1の電力変換回路によって第2の電動機への電力を安定化できる。よって電動自動車の駆動と共に、交流電力変換回路動作、ひいては原動機の駆動に不安定を及ぼすことは無い。
(4)一般にマトリックスコンバータは入力側と出力側、つまり第1の電動機と第2の電動機双方の、交流電力の周波数と位相と電圧値の全てを制御することは難しい。本構成では、第2の電動機の制御は、交流電力変換回路のみならず、第1の電力変換回路もできる。よって損失低減の為にマトリックスコンバータを用いても、入力側と出力側の電動機を良好に制御できる。
【００３０】
そして、本構成では、第１〜９の発明に係る構成の第1の電力変換回路を用いることにより、さらに下記効果が生じる。第1に出力インピーダンスが大きいことにより、交流電力変換回路や第1の電動機の動作状態に影響されずに、制御回路が演算指令した電流を出力できる。よって上記の(1)から（４）に記した動作をさらに確実に行い、これらの効果を確実に発揮できる。さらに電力変換回路の出力に結合リアクトルを介する等の必要も無く、サイズやコストの増大を抑えられる。
【００３１】
第2に、一般に電動機は高回転になると誘起電圧が高くなる。本構成ではトランスの1次側巻き線が成すリアクトルの作用によって、電動機の端子電圧が直流電源の電圧より高くなっても電流を電動機へ供給できる。よって電動機の誘起電圧によらず、かつDC/DCコンバータなどの余計な、かつ高コストな昇圧手段を用いずに、前述の(1)から（４）の効果を発揮できる。
第3に、前述の第１〜４の発明に記した効果によって、電動機の運転状態変化による電流増減や回生運転での電流出力を円滑に行なえる。なお直流電源の充電を行なう為に、第1の電動機とこの直流電源の間に、整流回路とDC/DCの直列回路を接続しても良い。この直列回路は、第1の電力変換回路と比べて電流容量は小さくて良い。
【００３２】
また、第１１の発明では、例えば、第1の電動機はエンジン等の原動機で駆動され発電機として主に機能し、かつ第2の電動機は電動自動車の駆動力を発生させ、交流電力変換回路は例えばマトリックスコンバータとすることを想定する。本構成によれば、第1の電動機で発生させた交流電力を、交流電力変換回路を介して第2の電動機に供給できる。また直流電源の直流電力を、第1の電力変換回路を介して第2の電動機に供給できる。第2の電動機で発生させた、例えば回生動作による交流電力を、交流電力変換回路を介して第1の電動機に供給できる。また直流電源の直流電力を、第2の電力変換回路を介して第1の電動機に供給できる。さらに、第1の電動機で発生させた交流電力を、第2の電力変換回路を介して直流電源に供給できる。かつ第2の電動機で発生させた交流電力を、第1の電力変換回路を介して直流電源に供給できる。また、以上述べた電力供給を、複数同時に組み合わせて行なうこともできる。
【００３３】
よって、本構成によれば以下の効果が得られる。
(1)第1の電動機で第2の電動機を駆動する場合も、またその逆の場合も、さらに直流電源で第1の電動機或いは第2の電動機を駆動する場合も、夫々電力変換1回でよい。この為損失を大幅に低減できる。
(2)電動自動車の運転者がアクセルを踏み込んだ時や、電動機の負荷が急に大きくなった時など、直流電源からの電力供給を加えることで、電動機に必要電力を供給できる。例えば原動機で駆動される第1の電動機は急に出力電力を増やすことは難しい。よって電動機の出力電力が増えるまでの過渡状態時は、この交流電力発生側の電動機の出力と共に、直流電源からの電力を足すことにより、駆動される側の電動機に必要電力を供給できる。そしてこの間、交流電力発生側の電動機は、駆動される側の電動機の要求値急増による悪影響を受けずに速やかに出力電流の増大を行なうことができる。
(3)交流電力変換回路としてマトリックスコンバータを用いる場合、同回路は直流電源を有しないので、電源擾乱や負荷変動に対する安定性が損なわれる懸念は否定できない。これに対しては、第1の電力変換回路および第2の電力変換回路によって第2の電動機への電力を安定化できる。よって電動自動車の駆動と共に、交流電力変換回路動作、ひいては原動機の駆動に不安定を及ぼすことは無い。
(4)一般にマトリックスコンバータは入力側と出力側、つまり第1の電動機と第2の電動機双方の、交流電力の周波数と位相と電圧値の全てを制御することは難しい。本構成では、電動機の制御は、交流電力変換回路のみならず、第2または第3の電力変換回路によってもできる。この為損失低減の為にマトリックスコンバータを用いても、入力側と出力側の電動機を良好に制御できる。
(5)電動機間で電力変換を行なう回路と、電動機と直流電源との間で電力変換を行なう回路を分けている。よって夫々の回路は、各々の最適動作を行なうことが容易である。即ち、電動機への電力供給と、直流電源の充電または電圧調整を同じ回路で同時に行なうことによって、損失が増えるような事態を防止できる。
(6)原動機の停止状態から、原動機を始動させると同時に電動自動車も発進させる場合も、先ず直流電源によって第1の電動機と第2の電動機を駆動し、そして原動機始動後は第1の電動機の電力も合わせて加速できる。この際も、電動自動車の動作を円滑にできると共に、損失も小さくできる。
【００３４】
そして、本構成では、第１〜９の発明に記載の第1の電力変換回路と第2の電力変換回路を用いることにより、さらに下記効果が生じる。
第1に出力インピーダンスが大きいことにより、交流電力変換回路や第1の電動機の動作状態に影響されずに、制御回路が演算指令した電流を出力できる。よって上記の(1)から(6)に記した動作をさらに確実に行い、これらの効果を確実に発揮できる。さらに電力変換回路の出力に結合リアクトルを介する等の必要も無く、サイズやコストの増大を抑えられる。
第2に、一般に電動機は高回転になると誘起電圧が高くなる。本構成ではトランスの1次側巻き線が成すリアクトルの作用によって、電動機の端子電圧が直流電源の電圧より高くなっても電流を電動機へ供給できる。よって電動機の誘起電圧によらず、かつDC/DCコンバータなどの余計な、かつ高コストな昇圧手段を用いずに、前述の(1)から(6)の効果を発揮できる。
第3に、前述の第１〜４の発明に記した効果によって、電動機の運転状態変化による電流増減や回生運転での電流出力を円滑に行なえる。
【００３５】
また、第１２の発明によれば、以下の効果が生じる。
(1)交流電力変換回路、そして第1の電力変換回路および第2の電力変換回路の出力電流の計算が容易になる。即ち交流電力変換回路は、電力を出力する側の第1の電動機或いは第2の電動機の運転状態に応じた電力を出力すれば良い。そして第1の電力変換回路および第2の電力変換回路は、駆動される側の電動機の要求電流の内、交流電力変換回路で出力しきれなかった電力を出力するように動作すればよい。なおこれら電力の演算や各電力変換回路への制御は、制御回路が行なう。この為、負荷変動が生じた過渡状態時においても、速やかに、かつ滑らかに必要電力の出力を継続でき、電動自動車をさらに安定して運転せしめることができる。
(2)上記(1)の結果、急激な負荷変動が生じても、速やかに出力電流を変化させることができ、応答性が向上する。
(3)第1、第2の電力変換回路は、主に過渡状態時に動作するので、電力変換に伴う損失が低減する。よってこれら電力変換回路の放熱器も含めたサイズが小さくなり、かつコストも下がる。
【００３６】
また、第１３の発明によれば、以下の効果が生じる。下記の説明のように、第2の電動機への電力供給を、第1乃至第2の電力変換回路、および交流電力変換回路で配分できる。よって第1乃至第2の電力変換回路、および交流電力変換回路の電流定格は、電動機電流定格と同じにする必要がない。かつ各電力変換回路の電流も少なくできる。よって損失を低減でき、放熱器も含めた大幅な小型化ができると共に、大幅な低コスト化もできる。本構成は、例えば電動自動車を想定した場合、走行状態に応じて、制御回路により電力は以下のように配分すればよい。
(i)車両の停止時から、原動機を始動させつつ、車両を発進させる時
直流電源から第2の電力変換回路を経て第1の電動機を力行させると共に、第1の電力変換回路を経て第2の電動機を力行させる。ここで、第1の電力変換回路だけでは第2の電動機を力行させる電力を全て供給できない場合は、併せて第2の電力変換回路から交流電力変換回路を介して電力を供給すればよい。
【００３７】
(ii)車両を加速させている時
第1の電動機から交流電力変換回路を介して第2の電動機を力行させると共に、直流電源から第1電力変換回路、または第2の電力変換回路と交流電力変換回路を介して第2の電動機に電力を供給する。ここで電力の供給経路は、電流の大きさと各電力変換回路の電流定格を鑑みて制御回路が決めればよい。第1の電動機の出力電力が大きくなり、交流電力変換回路だけでは第2の電動機に電力を全て供給できない場合は、併せて第2の電力変換回路と第1の電力変換回路を介しても電力を供給できる。
(iii)車両を定常状態で走行させている時
第1の電動機の出力にて、交流電力変換回路を介して第2の電動機を力行させる。交流電力変換回路の電流定格を超える場合は、前述同様併せて第2の電力変換回路と第1の電力変換回路を介しても電力を供給できる。なお直流電源がバッテリーやコンデンサである場合の充電は、第1の電動機の電力を基に第2の電力変換回路を介して行なえば良い。
【００３８】
(iv)車両を加速させる時
第1の電動機出力に加えて、直流電源の電力を主に第1の電力変換回路を介して、第2の電動機に供給する。第1の電動機出力が増加したら、主にこの出力で車両を加速させればよい。
(v)車両を減速させる時
第2の電動機の回生電力を以って、交流電力変換回路を介して第1の電動機を駆動できる。併せて第1の電力変換回路、または交流電力変換回路と第2の電力変換回路を経て、直流電源に充電もできる。
以上記したように、主に定常状態時は交流電力変換回路を介して電力を供給できる。そして過渡状態時は、交流電力変換回路で供給できない電力分を、第1の電力変換回路または第2の電力変換回路で電力を補う形態で供給できる。
この為夫々の電力変換回路が電動機と同じ電流定格を有する必要も無く、かつ電力変換回路の損失も低減できる。
【００３９】
また、第１４の発明では、例えば、第1の電動機が原動機で駆動され、第2の電動機が電動自動車の駆動を司る構成を想定してその効果を説明する。電動自動車の駆動力が必要になった場合など第2の電動機の要求電力が増加した過渡状態時、先ず直流電源から第1の電力変換回路を介して、交流電力変換回路で供給しきれない電力を補給するような形態で供給する。それと同時に制御回路が、第1の電動機の出力電力を上げる為に原動機の出力或いは回転数を上げるように制御する。この為速やかに第1の電動機の出力を増加でき、交流電力変換回路から必要電力を供給できる。よって必要電力を低損失な電力変換で、第2の電動機に供給し続けることができる。特に交流電力変換回路としてマトリックスコンバータを用いる場合、同回路は入力側交流電圧より出力側交流電圧を高くしての電力変換が出来ない。よって第2の電動機の出力が大きくなる、或いは回転数が上がる等の理由によって、第2の電動機に印加する、もしくは必要な交流電力が増加することにより交流電圧が高くなると、同回路からの電力供給がし難くなる。この場合、上記過渡状態時はマトリックスコンバータからの電力供給に支障が生じ兼ねないが、第1の電力変換回路で電力を供給すると共に、交流電力変換回路としてのマトリックスコンバータの出力も継続できるように速やかに原動機出力、即ち交流電力変換回路への入力交流電圧を上げられる。よって、マトリックスコンバータからの電力供給に支障が生じることも防止できる。この結果、車両の円滑な走行も継続でき、かつ低損失で必要な電力を供給し続けることもできる。
さらに交流電力変換回路の出力を一層速やかに増加できる、即ち交流電力変換回路の応答性を上げることができるので、電動自動車の必要電力変化に対する応答性も向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以降、諸図面を参照しつつ、本発明の実施態様を詳細に説明する。先ず、第1実施例について説明するが、動作説明の便宜上、本装置を電動自動車（図示せず）に搭載した場合を想定して説明を行う。
第１実施例
図１に構成を示す。第１および第２の発明に記した電力変換回路装置として、直流電力と交流電力との間で電力変換を行なう電力変換回路101を設け、電力変換回路101の交流端子150を電動機100の交流端子（図示せず）に接続すると共に、この電力変換回路101の直流端子151をバッテリー102に接続する。かつ、この電力変換回路101は、電気的な相毎に半導体スイッチから成る第1のハイサイド側アーム111と第1のローサイド側アーム112の直列接続から成る第1の半導体アーム113を有する。
【００４１】
また、第1の半導体アーム113に1次側巻き線107を直列に接続したトランス106を有し、さらにこのトランス106の2次側巻き線108の一端側端子152を、1次側巻き線107にてバッテリー102の高電位側端子に接続される側の端子に接続すると共に、このトランス106の2次側巻き線108の他端側端子153を、第1のダイオード115のカソードに接続する。さらにダイオード115のアノードをバッテリー102の低電位側端子に接続し、加えて第1の半導体アーム113に対して逆並列に接続された第2の半導体アーム123を有する構成とする。
【００４２】
さらに、第３の発明に記した構成として、電力変換回路101を成す第2の半導体アーム123が、第1の半導体アーム113の第1のローサイド側アーム112に逆並列に接続された半導体スイッチ素子による第2のローサイド側アーム122と、第1の半導体アーム113の第1のハイサイド側アーム111に逆並列に接続された半導体スイッチ素子による第2のハイサイド側アーム121との直列回路である構成とする。或いは、上記構成に加えてさらに
第2のハイサイド側アーム121を成す半導体スイッチ素子のエミッタまたはソースに第2のダイオード125のカソードを接続し、また第2のローサイド側アーム122を成す半導体スイッチ素子のコレクタまたはドレインに第2のダイオード125のアノードを接続する構成とする。
【００４３】
このような構成とすることにより、以下の効果が生じる。先ず、第１の発明に記載した構成の効果として、第1の半導体アーム113を介して電動機100に電流を通電し、電動機100を力行運転できる。その際、電動自動車の運転状態により電動機100への通電電流を急に減少させる場合は、第1の半導体アーム113を成す半導体スイッチをオフにする、乃至はオンの時間を短縮する。また必要に応じて第2の半導体アーム123を成す半導体スイッチを動作させる。すると、この電力変換回路101のリアクトルを成す前記のトランス106の1次側巻き線107の電流が減少することになり、1次側巻き線107と2次側巻き線108に誘起電圧が生じる。本構成では、2次側巻き線108にダイオード115を接続しているので、この誘起電圧によりダイオード115がオンする。すると、1次側巻き線107に蓄えられていたエネルギーは2次側巻き線108から出力され、このダイオード115を介してバッテリー102を充電する形態で流れる。この結果、電動機100への電流を速やかに減少させ、電動自動車の運転を円滑に行なえる。また2次側巻き線108の電流はバッテリー102の充電に用いられるので、電力の無駄を防ぎ、かつ余計な発熱も防止できる。
【００４４】
次に、第２の発明に記載した構成の効果として、電動機100を回生運転させる場合は、第2の半導体アーム123を動作させ、1次側巻き線107を介してバッテリー102に電流を流せば良い。この場合も1次側巻き線107の電流が力行運転状態から回生運転状態へと向きが反転して、誘起電圧が生じる。前述の理由と同様にして2次側巻き線108からダイオード115を介して電流を流し出す。この為電流の向きを速やかに反転できると共に、誘起電圧上昇によるインバータ装置の故障も防止できる。なお、本構成では、トランス106の2次側巻き線108からの電流出力は、電動機100へ電流が急減するまたは反転する場合に生じる。よって1次側巻き線107から2次側巻き線108への磁気エネルギーの伝達はこの場合に生じる。決して電動機100の回転中に常に、或いは頻繁に1次側巻き線107から2次側巻き線108への磁気エネルギーの伝達が起きているのではなく、トランスの発熱も抑えることができる。
【００４５】
さらに、第３の発明の構成としていることにより、以下の効果も生じる。第1の半導体アーム113の高電位端子と低電位端子に、第2の半導体アーム123を逆並列に接続する構成であり、前記請求範囲1項に記した半導体アームの動作によって電動機の電流を円滑に変化させられる。また第2のダイオード125を用いることによって、第2の半導体アーム123を介して電流をリアクトルとしてのトランス106の1次側巻き線152に出力している際、第2の半導体アーム123の半導体スイッチをオフさせた時に、この第2のダイオード125を経てリアクトル電流が維持される。よって2次側巻き線108からの電流出力が減るので、1次側巻き線107から2次側巻き線108へ磁気エネルギーが移ることによるトランスの発熱を一層抑えられる。
【００４６】
第２実施例
次いで第2実施例について説明する。図２に構成を示す。第１および第２の発明に記した電力変換装置として、直流電力と交流電力との間で電力変換を行なう電力変換回路201を設け、電力変換回路201の交流端子150を電動機100の交流端子（図示せず）に接続すると共に、この電力変換回路201の直流端子151をバッテリー102に接続する。かつ、この電力変換回路201は、電気的な相毎に半導体スイッチから成る第1のハイサイド側アーム211と第1のローサイド側アーム212の直列接続から成る第1の半導体アーム213を有する。また、第1の半導体アーム213に1次側巻き線107を直列に接続したトランス106を有し、さらにこのトランス106の2次側巻き線108の一端側端子152を、1次側巻き線107にてバッテリー102の高電位側端子に接続される側の端子に接続すると共に、このトランス106の2次側巻き線108の他端側端子153を、第1のダイオード115のカソードに接続する。さらにダイオード115のアノードをバッテリー102の低電位側端子に接続し、
加えて第1の半導体アーム213に対して逆並列に接続された第2の半導体アーム223を有する構成とする。
【００４７】
さらに、第４の発明に記載した構成として、前述の電力変換回路201を成す第2の半導体アーム223が、第1の半導体アーム213の第1のローサイド側アーム212に逆並列に接続された半導体スイッチ素子による第2のローサイド側アーム222と、この第1の半導体アーム213の第1のハイサイド側アーム211と第1のローサイド側アーム212の接続点にコレクタまたはドレインが接続された半導体スイッチ素子による第3のハイサイド側アーム221から成る。そしてこの第3のハイサイド側アーム221を成す半導体スイッチ素子のエミッタまたはソースを、前記トランス106の2次側巻き線108の他端側端子153に接続する構成とする。
【００４８】
このような構成とすることにより、以下の効果が生じる。先ず第１の発明に記載した構成の効果として、第1の半導体アーム213を介して電動機100に電流を通電し、電動機100を力行運転できる。その際、電動自動車の運転状態により電動機100への通電電流を急に減少させる場合は、第1の半導体アーム213を成す半導体スイッチをオフにする、乃至はオンの時間を短縮する。また必要に応じて第2の半導体アーム223を成す半導体スイッチを動作させる。すると、この電力変換回路201のリアクトルを成す前記のトランス106の1次側巻き線107の電流が減少することになり、1次側巻き線107と2次側巻き線108に誘起電圧が生じる。本構成では、2次側巻き線108にダイオード115を接続しているので、この誘起電圧によりダイオード115がオンする。すると、1次側巻き線107に蓄えられていたエネルギーは2次側巻き線108から出力され、このダイオード115を介してバッテリー102を充電する形態で流れる。この結果、電動機100への電流を速やかに減少させ、電動自動車の運転を円滑に行なえる。また2次側巻き線108の電流はバッテリー102の充電に用いられるので、電力の無駄を防ぎ、かつ余計な発熱も防止できる。
【００４９】
次いで電動機100を回生運転させる場合は、第2の半導体アーム223を動作させ、1次側巻き線107を介してバッテリー102に電流を流せば良い。この場合も1次側巻き線107の電流が力行運転状態から回生運転状態へと向きが反転して、誘起電圧が生じる。前述の理由と同様にして2次側巻き線108からダイオード115を介して電流を流し出す。この為電流の向きを速やかに反転できると共に、誘起電圧上昇によるインバータ装置の故障も防止できる。なお本構成では、トランス106の2次側巻き線108からの電流出力は、電動機100へ電流が急減するまたは反転する場合に生じる。よって1次側巻き線107から2次側巻き線108への磁気エネルギーの伝達はこの場合に生じる。決して電動機100の回転中に常に、或いは頻繁に1次側巻き線107から2次側巻き線108への磁気エネルギーの伝達が起きているのではなく、トランスの発熱も抑えることができる。
【００５０】
さらに、第４の発明の構成としていることにより、以下の効果も生じる。第1の半導体アーム213を通じて電動機100に電流を供給し、力行運転ができる。そして電動機100への電流を減少させると、第３の発明による構成と同様にトランス106の1次側107から2次側108に磁気エネルギーが移る。よって電動機100への電流を速やかに減少できると共に、トランス106の2次側108からエネルギーを電流としてバッテリー102へ戻せる。この時、第2の半導体アーム223を制御することにより、電動機100の電流を直接トランス106の2次側108に流せる。この為電動機100の電流を短時間に減少させる場合も、トランス106の1次側107の電流を逆転するまで待たずに、2次側巻き線108から速やかにバッテリー102へ戻せる。つまりトランス106の1次側巻き線107の電流を減じつつ、2次側巻き線108の電流を増やして、速やかに電動機100の電流を変化させられる。また、電動機100を回生運転する時も、第2の半導体アーム223によって電流をバッテリー102に戻せる。この時、2次側巻き線108の側に接続されているダイオード115が、第３の発明で記した第2のダイオードと同様な作用をする。よって第2のダイオードを改めて設けなくても、第３の発明の第2のダイオードに関して記した効果が同様に生じる。
【００５１】
第3実施例
次に第3実施例について説明する。図３に構成を示す。第１および第２の発明に記した電力変換装置として、直流電力と交流電力との間で電力変換を行なう電力変換回路301を設け、電力変換回路301の交流端子150を電動機100の交流端子（図示せず）に接続すると共に、この電力変換回路301の直流端子151をバッテリー102に接続する。かつ、この電力変換回路301は、電気的な相毎に半導体スイッチから成る第1のハイサイド側アーム311と第1のローサイド側アーム312の直列接続から成る第1の半導体アーム313を有する。また、第1の半導体アーム313に1次側巻き線107を直列に接続したトランス106を有し、さらにこのトランス106の2次側巻き線108の一端側端子152を、1次側巻き線107にてバッテリー102の高電位側端子に接続される側の端子に接続すると共に、このトランス106の2次側巻き線108の他端側端子153を、第1のダイオード115のカソードに接続する。さらに、ダイオード115のアノードをバッテリー102の低電位側端子に接続し、加えて第1の半導体アーム313に対して逆並列に接続された第2の半導体アーム323を有する構成とする。
【００５２】
さらに、第５の発明に記した構成として、前述の電力変換回路301を成す第2の半導体アーム323が、第1の半導体アーム313の第1のローサイド側アーム312に逆並列に接続された半導体スイッチ素子による第2のローサイド側アーム322と、この第1の半導体アーム313の第1のハイサイド側アーム311と第1のローサイド側アーム312の接続点にアノードが接続された第3のダイオード321から成る。そしてこの第3のダイオード321のカソードを第2の半導体スイッチ素子330のコレクタまたはドレインに接続すると共に、第2の半導体スイッチ素子330のエミッタまたはソースを前記のトランス106の2次側巻き線108の他端側153に接続する構成とする。
【００５３】
このような構成とすることにより、以下の効果が生じる。先ず、第１の発明に記載した構成の効果として、第1の半導体アーム313を介して電動機100に電流を通電し、電動機100を力行運転できる。その際、電動自動車の運転状態により電動機100への通電電流を急に減少させる場合は、第1の半導体アーム313を成す半導体スイッチをオフにする、乃至はオンの時間を短縮する。また必要に応じて第2の半導体アーム323を成す半導体スイッチを動作させる。すると、この電力変換回路301のリアクトルを成す前記のトランス106の1次側巻き線107の電流が減少することになり、1次側巻き線107と2次側巻き線108に誘起電圧が生じる。本構成では、2次側巻き線108にダイオード115を接続しているので、この誘起電圧によりダイオード115がオンする。すると、1次側巻き線107に蓄えられていたエネルギーは2次側巻き線108から出力され、このダイオード115を介してバッテリー102を充電する形態で流れる。この結果、電動機100への電流を速やかに減少させ、電動自動車の運転を円滑に行なえる。また2次側巻き線108の電流はバッテリー102の充電に用いられるので、電力の無駄を防ぎ、かつ余計な発熱も防止できる。
【００５４】
次いで、第１および第２の発明の効果として、電動機100を回生運転させる場合は、第2の半導体アーム323を動作させ、1次側巻き線107を介してバッテリー102に電流を流せば良い。この場合も1次側巻き線107の電流が力行運転状態から回生運転状態へと向きが反転して、誘起電圧が生じる。前述の理由と同様にして2次側巻き線108からダイオード115を介して電流を流し出す。この為電流の向きを速やかに反転できると共に、誘起電圧上昇によるインバータ装置の故障も防止できる。なお、本構成では、トランス106の2次側巻き線108からの電流出力は、電動機100へ電流が急減するまたは反転する場合に生じる。よって1次側巻き線107から2次側巻き線108への磁気エネルギーの伝達はこの場合に生じる。決して電動機100の回転中に常に、或いは頻繁に1次側巻き線107から2次側巻き線108への磁気エネルギーの伝達が起きているのではなく、トランスの発熱も抑えることができる。
【００５５】
さらに、第５の構成としていることにより、以下の効果も生じる。前述の第４の発明で記した第3のハイサイド側アームを、第3のダイオード321と第2のスイッチ素子330で置き換えることにより、第3のハイサイド側アームの半導体スイッチ素子を用いずに第４の発明で記した構成と同様な効果を生じる。即ち、インバータの各相毎に第3のハイサイド側アームの半導体スイッチ素子を設けないので、半導体スイッチ素子およびこれを駆動制御する回路を省ける。よってインバータの小型化低コスト化を更に図れる。
【００５６】
第4実施例
第4実施例について説明する。図４に構成を示す。第１０の発明に記した電力変換システム（装置）として、先ず、第１乃至９の発明に記載の第1の電力変換回路402を有する。そして第1の電動機410と第2の電動機411を有し、 交流電力を、異なる周波数や位相や電圧の交流電力に変換する交流電力変換回路401を有する。また、第1の電動機410と第2の電動機411、および第1の電力変換回路402と交流電力変換回路401の動作を制御する制御回路405を有する。かつ、第1の電動機410の交流端子（図示せず）と、交流電力変換回路401の一方の交流端子411とを接続する。さらに、第2の電動機411の交流端子（図示せず）と、交流電力変換回路401の他方の交流端子412とを接続し、第2の電動機411の交流端子と第1の電力変換回路402の交流端子413とを接続する。さらに第1の電力変換回路402の直流端子414をバッテリー404に接続する。そして制御回路405が、電力要求のある第1の電動機410、第2の電動機411、或いはバッテリー404に対して、電力出力ができる第1の電動機410、第2の電動機411、或いはバッテリー404から、電力を第1の電力変換回路402または交流電力変換回路401を介して供給させる構成とする。ここで、第1の電動機410はエンジン等の原動機で駆動され発電機として主に機能し、かつ第2の電動機411は電動自動車の駆動力を発生させるとする。また交流電力変換回路401は例えばマトリックスコンバータとする。
【００５７】
本構成によれば、第1の電動機410で発生させた交流電力を、交流電力変換回路401を介して第2の電動機411に供給できる。またバッテリー404の直流電力を、第1の電力変換回路402を介して第2の電動機411に供給できる。さらに、第2の電動機411で発生させた交流電力を、第1の電力変換回路402を介して、バッテリー404に供給できる。よって、以下の効果が生じる。
(1)第１の電動機410で第2の電動機411を駆動する場合も、バッテリー404で第2の電動機411を駆動する場合も、夫々電力変換1回でよい。この為損失を大幅に低減できる。
(2)電動自動車の運転者がアクセルを踏み込んだ時や、第2の電動機411の負荷が急に大きくなった時など、バッテリー404からの電力供給を加えることで、第2の電動機411に必要電力を供給できる。つまり原動機で駆動される第1の電動機410は急に出力電力を増やすことは難しい。よって第1の電動機410の出力電力が増えるまでの過渡状態時は、この第1の電動機410の出力電力と共に、バッテリー404からの電力を足すことにより第2の電動機411を駆動できる。またこの間、第1の電動機410は、第2の電動機411の要求電流急増による悪影響を受けずに速やかに出力電流の増大を行なうことができる。
(3)交流電力変換回路401としてマトリックスコンバータを用いる場合、同回路は直流電源を有しないので、電源擾乱や負荷変動に対する安定性が損なわれる懸念は否定できない。これに対しては、第1の電力変換回路402によって第2の電動機411への電力を安定化できる。よって電動自動車の駆動と共に、交流電力変換回路動作、ひいては原動機の駆動に不安定を及ぼすことは無い。
(4)一般にマトリックスコンバータは入力側と出力側、つまり第1の電動機410と第2の電動機411双方の、交流電力の周波数と位相と電圧値の全てを制御することは難しい。本構成では、第2の電動機411の制御は、交流電力変換回路401のみならず、第1の電力変換回路402でもできる。よって損失低減の為にマトリックスコンバータを用いても、入力側と出力側の電動機を良好に制御できる。
【００５８】
そして、本構成では、前述の第１乃至９の発明に係る構成の第1の電力変換回路を用いることにより、さらに下記効果が生じる。
第1に出力インピーダンスが大きいことにより、交流電力変換回路401や第1の電動機410の動作状態に影響されずに、制御回路405が演算指令した電流を出力できる。よって上記の(1)から(4)に記した動作をさらに確実に行い、これらの効果を確実に発揮できる。さらに電力変換回路の出力に結合リアクトルを介する等の必要も無く、サイズやコストの増大を抑えられる。
第2に、一般に電動機は高回転になると誘起電圧が高くなる。本構成ではトランス106の1次側巻き線107が成すリアクトルの作用によって、電動機の端子電圧がバッテリー404の電圧より高くなっても電流を電動機411へ供給できる。よって電動機の誘起電圧によらず、かつDC/DCコンバータなどの余計な、かつ高コストな昇圧手段を用いずに、前述の(1)から（４）の効果を発揮できる。
第3に、前述の特許請求範囲1乃至4項に記した効果によって、電動機の運転状態変化による電流増減や回生運転での電流出力を円滑に行なえる。なおバッテリー404の充電を行なう為に、第1の電動機410とこのバッテリー404の間に、整流回路とDC/DCの直列回路を接続しても良い。この直列回路は、第1の電力変換回路と比べて電流容量は小さくて良い。
【００５９】
第5実施例
第5実施例について説明する。図５に構成を示す。第１１の発明に記した電力変換システム（装置）として、先ず、第1乃至５の発明に記載の第1の電力変換回路502と第2の電力変換回路503を有する。そして、第1の電動機510と、第2の電動機511を有する。また交流電力を、異なる周波数や位相や電圧の交流電力に変換する交流電力変換回路501を有する。かつ、第1の電動機510と第2の電動機511、および第1〜第2の電力変換回路502と503、交流電力変換回路501の動作を制御する制御回路505を有する。そして、第1の電動機510の交流端子（図示せず）と、交流電力変換回路501の一方の交流端子511とを接続すると共に、 第2の電動機511の交流端子（図示せず）と、交流電力変換回路501の他方の交流端子512とを接続する。さらに、第1の電動機510の交流端子と第2の電力変換回路503の交流端子515とを接続すると共に、第2の電動機511の交流端子と第1の電力変換回路502の交流端子513とを接続する。また第1の電力変換回路502の直流端子514と、第2の電力変換回路503の直流端子516とを共にバッテリー504に接続する。そして、制御回路505が、電力要求のある第1の電動機510、第2の電動機511、或いはバッテリー504に対して、電力出力ができる第1の電動機510、第2の電動機511、或いはバッテリー504から、電力を第1の電力変換回路502または第2の電力変換回路503或いは交流電力変換回路501を介して供給させる。ここで、第1の電動機510はエンジン等の原動機で駆動され発電機として主に機能し、かつ第2の電動機511は電動自動車の駆動力を発生させるとする。さらに交流電力変換回路501は例えばマトリックスコンバータとする。
【００６０】
本構成によれば、第1の電動機510で発生させた交流電力を、交流電力変換回路501を介して第2の電動機511に供給できる。またバッテリー504の直流電力を、第1の電力変換回路502を介して第2の電動機511に供給できる。第2の電動機511で発生させた、例えば回生動作による交流電力を、交流電力変換回路501を介して第1の電動機510に供給できる。またバッテリー504の直流電力を、第2の電力変換回路503を介して第1の電動機510に供給できる。さらに、第1の電動機510で発生させた交流電力を、第2の電力変換回路503を介してバッテリー504に供給できる。かつ第2の電動機511で発生させた交流電力を、第1の電力変換回路502を介してバッテリー504に供給できる。また、以上述べた電力供給を、複数同時に組み合わせて行なうこともできる。従って、以下のような効果が得られる。
【００６１】
(1)第1の電動機510で第2の電動機511を駆動する場合も、またその逆の場合も、さらにバッテリー504で第1の電動機510或いは第2の電動機511を駆動する場合も、夫々電力変換1回でよい。この為損失を大幅に低減できる。
(2)電動自動車の運転者がアクセルを踏み込んだ時や、電動機の負荷が急に大きくなった時など、バッテリー504からの電力供給を加えることで、電動機510、511に必要電力を供給できる。例えば原動機で駆動される第1の電動機510は急に出力電力を増やすことは難しい。よって電動機510の出力電力が増えるまでの過渡状態時は、この交流電力発生側の電動機510の出力と共に、バッテリー504からの電力を足すことにより、駆動される側の電動機511に必要電力を供給できる。そしてこの間、交流電力発生側の電動機510は、駆動される側の電動機511の要求値急増による悪影響を受けずに速やかに出力電流の増大を行なうことができる。
(3)交流電力変換回路501としてマトリックスコンバータを用いる場合、同回路は直流電源を有しないので、電源擾乱や負荷変動に対する安定性が損なわれる懸念は否定できない。これに対しては、第1の電力変換回路502および第2の電力変換回路503によって第2の電動機511への電力を安定化できる。よって電動自動車の駆動と共に、交流電力変換回路動作、ひいては原動機の駆動に不安定を及ぼすことは無い。
【００６２】
(4)一般にマトリックスコンバータは入力側と出力側、つまり第1の電動機510と第2の電動機511双方の、交流電力の周波数と位相と電圧値の全てを制御することは難しい。本構成では、電動機の制御は、交流電力変換回路501のみならず、第2または第3の電力変換回路502、503によってもできる。この為損失低減の為にマトリックスコンバータを用いても、入力側と出力側の電動機を良好に制御できる。
(5)電動機間で電力変換を行なう回路と、電動機とバッテリーとの間で電力変換を行なう回路を分けている。よって夫々の回路は、各々の最適動作を行なうことが容易である。即ち、電動機への電力供給と、バッテリーの充電または電圧調整を同じ回路で同時に行なうことによって、損失が増えるような事態を防止できる。
(6)原動機の停止状態から、原動機を始動させると同時に電動自動車も発進させる場合も、先ずバッテリー504によって第1の電動機510と第2の電動機511を駆動し、そして原動機始動後は第1の電動機510の電力も合わせて加速できる。この際も、電動自動車の動作を円滑にできると共に、損失も小さくできる。
【００６３】
そして、本構成では、第1乃至９の発明に記載の第1の電力変換回路510と第2の電力変換回路511を用いることにより、さらに下記効果が生じる。第1に出力インピーダンスが大きいことにより、交流電力変換回路501や第1の電動機510の動作状態に影響されずに、制御回路505が演算指令した電流を出力できる。よって上記の(1)から(6)に記した動作をさらに確実に行い、これらの効果を確実に発揮できる。さらに電力変換回路の出力に結合リアクトルを介する等の必要も無く、サイズやコストの増大を抑えられる。第2に、一般に電動機は高回転になると誘起電圧が高くなる。本構成ではトランスの1次側巻き線が成すリアクトルの作用によって、電動機の端子電圧が直流電源の電圧より高くなっても電流を電動機へ供給できる。よって電動機の誘起電圧によらず、かつDC/DCコンバータなどの余計な、かつ高コストな昇圧手段を用いずに、前述の(1)から(6)の効果を発揮できる。
【００６４】
第3に、前述の第1乃至4の発明に記した効果によって、電動機の運転状態変化による電流増減や回生運転での電流出力を円滑に行なえる。なお、第4実施例と第5実施例は、夫々第１２乃至１４の発明の構成も併せて採れば、以下の効果も追加して生じる。先ず第１２の発明に記した構成として、第2の電動機の要求電流に対して、交流電力変換回路で供給しない差分の電流を、第1の電力変換回路で供給する。また第1の電動機の要求電流に対して、交流電力変換回路で供給しない差分の電流を、第2の電力変換回路で供給する構成とする。このような構成とすることにより、以下の効果が生じる。
(1)交流電力変換回路、そして第1の電力変換回路および第2の電力変換回路の出力電流の計算が容易になる。即ち交流電力変換回路は、電力を出力する側の第1の電動機或いは第2の電動機の運転状態に応じた電力を出力すれば良い。そして第1の電力変換回路および第2の電力変換回路は、駆動される側の電動機の要求電流の内、交流電力変換回路で出力しきれなかった電力を出力するように動作すればよい。なおこれら電力の演算や各電力変換回路への制御は、制御回路が行なう。この為、負荷変動が生じた過渡状態時においても、速やかに、かつ滑らかに必要電力の出力を継続でき、電動自動車をさらに安定して運転せしめることができる。
【００６５】
(2)上記(1)の結果、急激な負荷変動が生じても、速やかに出力電流を変化させることができ、応答性が向上する。
(3)第1、第2の電力変換回路は、主に過渡状態時に動作するので、電力変換に伴う損失が低減する。よってこれら電力変換回路の放熱器も含めたサイズが小さくなり、かつコストも下がる。
【００６６】
また、第１３の発明に記した構成では、交流電力変換回路、第1の電力変換回路および第2の電力変換回路の夫々の電流定格が、第1の電動機および前記第2の電動機の電流定格より小さい。かつ、交流電力変換回路と第1の電力変換回路の電流定格の和が、第1の電動機および前記第2の電動機の電流定格と同じか大きい。また、交流電力変換回路と第2の電力変換回路の電流定格の和が、第1の電動機および前記第2の電動機の電流定格と同じか大きい構成とする。このような構成とすることにより、以下の効果が生じる。下記の説明のように、第2の電動機への電力供給を、第1乃至第2の電力変換回路、および交流電力変換回路で配分できる。よって第1乃至第2の電力変換回路、および交流電力変換回路の電流定格は、電動機電流定格と同じにする必要がない。かつ各電力変換回路の電流も少なくできる。よって損失を低減でき、放熱器も含めた大幅な小型化ができると共に、大幅な低コスト化もできる。
【００６７】
即ち、本構成は電動自動車の走行状態に応じて、制御回路により電力は以下のように配分すればよい。
(i)車両の停止時から、原動機を始動させつつ、車両を発進させる時
バッテリーから第2の電力変換回路を経て第1の電動機を力行させると共に、第1の電力変換回路を経て第2の電動機を力行させる。ここで、第1の電力変換回路だけでは第2の電動機を力行させる電力を全て供給できない場合は、併せて第2の電力変換回路から交流電力変換回路を介して電力を供給すればよい。
(ii)車両を加速させている時
第1の電動機から交流電力変換回路を介して第2の電動機を力行させると共に、バッテリーから第1電力変換回路、または第2の電力変換回路と交流電力変換回路を介して第2の電動機に電力を供給する。ここで電力の供給経路は、電流の大きさと各電力変換回路の電流定格を鑑みて制御回路が決めればよい。
第1の電動機の出力電力が大きくなり、交流電力変換回路だけでは第2の電動機に電力を全て供給できない場合は、併せて第2の電力変換回路と第1の電力変換回路を介しても電力を供給できる。
【００６８】
(iii)車両を定常状態で走行させている時
第1の電動機の出力にて、交流電力変換回路を介して第2の電動機を力行させる。交流電力変換回路の電流定格を超える場合は、前述同様併せて第2の電力変換回路と第1の電力変換回路を介しても電力を供給できる。なおバッテリーの充電は、第1の電動機の電力を基に第2の電力変換回路を介して行なえば良い。
(iv)車両を加速させる時
第1の電動機出力に加えて、バッテリーの電力を主に第1の電力変換回路を介して、第2の電動機に供給する。第1の電動機出力が増加したら、主にこの出力で車両を加速させればよい。
(v)車両を減速させる時
第2の電動機の回生電力を以って、交流電力変換回路を介して第1の電動機を駆動できる。併せて第1の電力変換回路、または交流電力変換回路と第2の電力変換回路を経て、バッテリーに充電もできる。
以上記したように、主に定常状態時は交流電力変換回路を介して電力を供給できる。そして過渡状態時は、交流電力変換回路で供給できない電力分を、第1の電力変換回路または第2の電力変換回路で電力を補う形態で供給できる。この為夫々の電力変換回路が電動機と同じ電流定格を有する必要も無く、かつ電力変換回路の損失も低減できる。
【００６９】
そして、第１４の発明に記した構成として、制御回路が、第1の電動機または第2の電動機を駆動する原動機をも制御するか、或いは、制御回路が、原動機を制御する第2の制御回路をも制御する構成とする。この構成により下記効果が生じる。なお説明は、第1の電動機が原動機で駆動され、第2の電動機が電動自動車の駆動を司る構成を例として行なう。電動自動車の駆動力が必要になった場合など第2の電動機の要求電力が増加した過渡状態時、先ずバッテリーから第1の電力変換回路を介して、交流電力変換回路で供給しきれない電力を補給するような形態で供給する。それと同時に制御回路が、第1の電動機の出力電力を上げる為に原動機の出力或いは回転数を上げるように制御する。この為速やかに第1の電動機の出力を増加でき、交流電力変換回路から必要電力を供給できる。よって必要電力を低損失な電力変換で、第2の電動機に供給し続けることができる。特に交流電力変換回路としてマトリックスコンバータを用いる場合、同回路は入力側交流電圧より出力側交流電圧を高くしての電力変換が出来ない。よって第2の電動機の出力が大きくなる、或いは回転数が上がる等の理由によって、第2の電動機に印加する、もしくは必要な交流電力が増加することにより交流電圧が高くなると、同回路からの電力供給がし難くなる。
この場合、上記過渡状態時はマトリックスコンバータからの電力供給に支障が生じ兼ねないが、第1の電力変換回路で電力を供給すると共に、交流電力変換回路としてのマトリックスコンバータの出力も継続できるように速やかに原動機出力、即ち交流電力変換回路への入力交流電圧を上げられる。よって、マトリックスコンバータからの電力供給に支障が生じることも防止できる。この結果、車両の円滑な走行も継続でき、かつ低損失で必要な電力を供給し続けることもできる。さらに、交流電力変換回路の出力を一層速やかに増加できる、即ち交流電力変換回路の応答性を上げることができるので、電動自動車の必要電力変化に対する応答性も向上できる。
【００７０】
第6実施例
次いで第6実施例について説明する。図６に構成を示す。本実施例は、以上述べた各実施例において、本発明に係る電力変換回路を成すトランス106の構造に関する。前記のトランス106は、1次側巻き線107と2次側巻き線108を棒状乃至は円環状を成す同一のコアに巻いたトランス601として、電動機の筐体部分に形成されているか、電動機の筐体内部に形成されているか、電動機の筐体形状に合わせて湾曲した形状で形成されているか、電動機の底面に形成されているか、もしくは電動機の筐体に巻き線を配置する形状で形成されている構成とする。そして、トランス601は、夫々の電力変換回路を成す半導体アーム602に電気的に接続する。
【００７１】
この構成とすることにより、以下の効果が生じる。本構成では、このトランス601にて巻き線間のエネルギー伝達が生じるのは、電動機の電流が急減した場合などである。即ち電動機の運転中ずっと継続して生じるのでは無い。この為、トランス601の形状として、特に巻き線間のエネルギー伝達時の損失を特に顕著に下げるが為に、トランス601を過剰に大きくする必要は無い。よって例えば棒状のコアに1次側巻き線107と2次側巻き線108を2重巻きしたような構造、或いは円環状のコアに両方の巻き線を設けた構造でも、本発明に係るトランスとして機能する。この為本発明に係るトランス601を、電動機の筐体または内部に形成、配置することも容易にできる。或いは前述のコアを電動機筐体形状に合わせて湾曲させても良い。これらにより、インバータの大幅な小型化を図れる。また電動機のサイズも大幅に変えない。同様に、電動機の底面にトランス部分を設ければ、比較的大面積なコアに巻き線を設けることができる。これにより、充分な飽和電流を確保したトランスを容易に形成でき、かつ前述のインバータ小型化を図れる。また電動機の底面でなく、電動機の筐体にトランスの両巻き線を設けても同様である。
【００７２】
第7実施例
第7実施例について説明する。図７に構成を示す。本実施例は、以上述べた各実施例での夫々の電力変換回路に対して、次に述べる構成も追加して採ったものである。その結果、夫々以下の効果が追加して生じる。先ず構成を説明する。夫々の電力変換回路701を成す第1の半導体アーム702と第2の半導体アーム703を有する第1の半導体回路704と、この第1の半導体アーム702と電気的に並列な第3の半導体アーム705と、第2の半導体アーム703と電気的に並列な第4の半導体アーム706を有する第2の半導体回路707を有する。かつ、前述の第1の半導体回路704と第2の半導体回路707の並列接続回路と、前記トランス106の1次側巻き線107とを直列に接続することにより構成される。このうえで、電動機710のステータ部分に、電気的な各相に対応した夫々の突極（図示せず）に第1の巻き線711と第2の巻き線712を共に設けた2重巻き線を有するか、もしくは電気的な各相毎に第1の巻き線711を設けた突極（図示せず）と、第2の巻き線712を設けた突極（図示せず）を夫々有することとする。或いは、電動機はインナーロータとアウターロータの2個のロータ（図示せず）を有し、かつステータ部分に設けた各相の巻き線の内、例えば半分の巻き線を第1の巻き線711とし、半分を第2の巻き線712とする。そして、夫々の場合において、この第1の巻き線711を第1の半導体回路704の交流出力端子721に電気的な相に対応して接続する。それと共に第2の巻き線712を第2の半導体回路707の交流出力端子722に夫々電気的な各相に対応して接続する構成とする。なお、この場合、インナーロータとアウターロータはそれぞれ独自に駆動され、別個の出力が得られる。
【００７３】
このような構成とすることにより、下記の効果が生じる。第1に、電気的な各相に対応した夫々の突極に第1の巻き線711と第2の巻き線712を共に設けた2重巻き線とする構成によって、第1の巻き線711と第2の巻き線712が各相毎に同じ電気角に配置されているので、第1の半導体回路704と第2の半導体回路707の動作が互いに大きく異なる、乃至は複雑になることがない。よって容易に電動機710を運転制御できる。また、両半導体回路704、707の動作を制御することにより、両半導体回路704、707の電流を調整して電動機710に複合電流を供給できる。このため磁束密度を大きくして、出力を向上させることも容易である。
【００７４】
第2に、電気的な各相毎に第1の巻き線を設けた突極と第2の巻き線を設けた突極を夫々有する構成によって、第1の半導体回路704と第2の半導体回路707の出力を制御して複合電流とできる、即ち単なる正弦波ではなく、両回路からの電流を合わせて、電動機内部の磁束密度を大きくできる。よって電動機710の出力増大や応答性向上を図れる。特に第1の巻き線の突極と第2の巻き線の突極が異なる位置に配置されているので、この複合電流による複合磁界を、より効果的に生成できる。しかも、複合電流を生成する為に、単に2個の電力変換回路を用いる構成とは異なり、請求項1の構成と合わせて本構成を採ることにより、請求項1の各効果と本効果を同時に生じることができる。
【００７５】
第3に、電動機はインナーロータとアウターロータの2個のロータを有し、かつ、ステータ部分に設けた各相の巻き線の内、半分の巻き線を第1の巻き線とし、半分を第2の巻き線として有する構成によって、前述の第2で述べた効果と同様に、第1の半導体回路704と第2の半導体回路707の出力を制御して複合電流として電動機に供給できる。よってインナーロータとアウターロータの出力を大きくできる。よって複数ロータを有する電動機においても、複合電流を用いて電動機の性能をさらに高めることができる。さらに前述の第2で述べた効果も同様に生じる。
なお、何れの場合も第1の巻き線と第2の巻き線は互いに電気絶縁されているので、一方の半導体回路の出力電流が他方の半導体回路に悪影響を与える懸念も無い。即ち電力変換回路の電気的な動作に悪影響を与えずに、これらの効果を容易に確実に発揮できる。
【００７６】
なお以上述べた全ての実施例において、下記構成を採れば、夫々次の効果も生じる。
先ず各実施例では直流電源をバッテリーとして説明した。第８の発明に記した構成のように、直流電源が、バッテリーまたはキャパシタである場合も、上記の効果は生じる。 本構成によれば、何れの場合でも電動自動車を駆動できる。またバッテリーおよびコンデンサに対する充電もできる。
【００７７】
特に、第１０乃至１４、および第６，７の発明に記載した内容に対しては、下記効果が生じる。第2の電動機への電力供給は交流電力変換回路で行ない、この交流電力変換回路で出せない電流を第1の電力変換回路から供給するならば、直流電源から継続的に電流を出力し続ける必要は必ずしも無い。このためバッテリーに代わりコンデンサを用いて、直流電源の小型化低コスト化を図れる。さらにコンデンサならば電圧を一定値に合わせ続ける必要も無いので、電動機への印加電圧が変わっても、電力供給を容易に行なうことができる。また、第９の発明に記した構成のように、前記スイッチ素子が、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ或いは電界効果型トランジスタの何れでも良い。本発明に係る各構成では、前記スイッチ素子が、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ或いは電界効果型トランジスタの何れであっても、同様の効果を生じる。
【００７８】
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各部材、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の部材、手段、ステップなどを１つに組み合わたり或いは分割したりすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】第1実施例の構成を示す模式図である。
【図２】第2実施例の構成を示す模式図である。
【図３】第3実施例の構成を示す模式図である。
【図４】第4実施例の構成を示す模式図である。
【図５】第5実施例の構成を示す模式図である。
【図６】第6実施例の構成を示す模式図である。
【図７】第7実施例の構成を示す模式図である。
【図８】従来構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００８０】
10  電動機
11  電流形インバータ
12  バッテリー
15  リアクトル
100  電動機
101  電力変換回路
102  バッテリー
106  トランス
107  1次側巻き線
108  2次側巻き線
111  第1のハイサイド側アーム
112  第1のローサイド側アーム
113  第1の半導体アーム
115  第1のダイオード
121  第2のハイサイド側アーム
122  第2のローサイド側アーム
123  第2の半導体アーム
125  第2のダイオード
150  交流端子
151  直流端子
152  一端側端子
153  他端側端子
201  電力変換回路
211  第1のハイサイド側アーム
212  第1のローサイド側アーム
213  第1の半導体アーム
221  第2のハイサイド側アーム
222  第2のローサイド側アーム
223  第2の半導体アーム
301  電力変換回路
311  第1のハイサイド側アーム
312  第1のローサイド側アーム
313  第1の半導体アーム
321  第3のダイオード
322  第2のローサイド側アーム
323  第2の半導体アーム
330  第2の半導体スイッチ素子
401  交流電力変換回路
402  第2の電力変換回路
404  バッテリー
405  制御回路
410  第1の電動機
411  第2の電動機
412  他方の交流端子
413  交流端子
414  直流端子
501  交流電力変換回路
502  第1の電力変換回路
503  第2の電力変換回路
504  バッテリー
505  制御回路
510  第1の電動機
511  第2の電動機
512  他方の交流端子
513  交流端子
514  直流端子
515  交流端子
516  直流端子
601  トランス
602  半導体アーム
701  電力変換回路
702  第1の半導体アーム
703  第2の半導体アーム
704  第1の半導体回路
705  第3の半導体アーム
706  第4の半導体アーム
707  第2の半導体回路
710  電動機
711  第1の巻き線
712  第2の巻き線
721  交流出力端子
722  交流出力端子
【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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