(57)【要約】【課題】スイッチに負担を掛けることなく、装置の大型化及びコストを抑制した交流負荷駆動装置を提供する。【解決手段】複数の直流電源１０４ａ〜１０４ｎからの直流電力を交流電力に変換して交流負荷１０６に出力するインバータ１０と、複数の直流電源１０４ａ〜１０４ｎとインバータ１０との接続関係を切り替えるスイッチを有するマルチレベル直流出力手段２０と、インバータ１０とマルチレベル直流出力手段２０との間に半導体スイッチ１６と、を備え、マルチレベル直流出力手段２０に含まれるスイッチを切り替える前に半導体スイッチ１６を開状態とすることによりインバータ１０とマルチレベル直流出力手段２０との電気的接続を遮断し、その後、マルチレベル直流出力手段２０に含まれるスイッチを切り替えるスイッチ切替制御を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の直流電源からの直流電力を交流電力に変換して交流負荷に出力するインバータと、
前記複数の直流電源と、
前記複数の直流電源と前記インバータとの接続関係を切り替えるスイッチを有するマルチレベル直流出力手段と、
前記インバータと前記マルチレベル直流出力手段との間に半導体スイッチと、
を備え、
前記マルチレベル直流出力手段に含まれる前記スイッチを切り替える前に前記半導体スイッチを開状態とすることにより前記インバータと前記マルチレベル直流出力手段との電気的接続を遮断し、その後、前記マルチレベル直流出力手段に含まれる前記スイッチを切り替えるスイッチ切替制御を行うことを特徴とする交流負荷駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の交流負荷駆動装置であって、
前記インバータの入力側の正極と負極との間に接続されたコンデンサをさらに備え、
前記半導体スイッチによる前記インバータと前記マルチレベル直流出力手段との電気的接続の遮断後、前記コンデンサを充放電させるコンデンサ電圧制御を行うことを特徴とする交流負荷駆動装置。
【請求項３】
請求項２に記載の交流負荷駆動装置であって、
前記インバータと前記マルチレベル直流出力手段との間に、前記半導体スイッチと並列に接続され、互いに直列接続されたインダクタ、抵抗及びシステムサブスイッチをさらに備え、
前記コンデンサ電圧制御の際に前記半導体スイッチを開状態及び前記システムサブスイッチを閉状態として前記コンデンサを充電させることを特徴とする交流負荷駆動装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の交流負荷駆動装置であって、
前記インバータと前記マルチレベル直流出力手段との間に、前記半導体スイッチと並列に接続されたシステムメインリレーをさらに備え、
前記マルチレベル直流出力手段に含まれる前記スイッチを切り替える前に、前記半導体スイッチを閉状態とした後に前記システムメインリレーを開状態とし、その後、前記半導体スイッチを開状態とすることにより前記インバータと前記マルチレベル直流出力手段との電気的接続を遮断することを特徴とする交流負荷駆動装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の交流負荷駆動装置であって、
前記インバータに永久磁石モータが接続されていることを特徴とする交流負荷駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流負荷を駆動するためのインバータを備えた交流負荷駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池などの直流電源（電池）からの直流電力をインバータにより３相交流電流に変換して交流モータに供給し、交流モータを駆動する交流負荷駆動システムが広く利用されている。このような交流負荷駆動システムは、交流モータの出力を逐次変更すると共に交流モータの回生制動を行う場合に適しており、電気自動車やハイブリッド自動車等の駆動システムとして広く採用されている。
【０００３】
このようなシステムにおいて、高電圧の直流から低電圧の交流を出力する場合、インバータのスイッチング損失の割合が増加し、不要な高調波成分の割合も増加するため、効率の低下、ノイズや騒音の増加を招くおそれがある。そこで、直流電源とインバータとの間に昇降圧コンバータを設け、交流負荷の運転状態に適応して直流電源を昇圧してインバータに供給することにより、効率の向上及びノイズや騒音の低減を図る構成が用いられている。
【０００４】
しかしながら、昇降圧コンバータが高コストであり、システムが大型化してしまう問題がある。また、昇降圧コンバータにおけるスイッチング損失及びオン抵抗損失による効率低下が生じる。
【０００５】
そこで、複数の直流電源を設け、これらの複数の直流電源をスイッチにより直列接続又は並列接続して段階的に直流電圧を切り替え、このマルチレベルの直流電源をインバータに接続して交流負荷を駆動する方式が提案されている（特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１１９８１３号公報
【特許文献２】特開２００５−２８７２２２号公報
【特許文献３】特開２００７−９８９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、複数の直流電源からの直流電圧をインバータに入力して交流負荷を駆動中に複数の直流電源の接続関係を切り替えると、電流が流れている状態で直流電源のスイッチが開にされたり、電圧が印加されている状態で直流電源のスイッチが閉にされたりする。このとき、スイッチの開閉時にアークが発生し、接点の溶着、接触抵抗の増大、寿命の低下を招くおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの態様は、複数の直流電源からの直流電力を交流電力に変換して交流負荷に出力するインバータと、前記複数の直流電源と、前記複数の直流電源と前記インバータとの接続関係を切り替えるスイッチを有するマルチレベル直流出力手段と、前記インバータと前記マルチレベル直流出力手段との間に半導体スイッチと、を備え、前記マルチレベル直流出力手段に含まれる前記スイッチを切り替える前に前記半導体スイッチを開状態とすることにより前記インバータと前記マルチレベル直流出力手段との電気的接続を遮断し、その後、前記マルチレベル直流出力手段に含まれる前記スイッチを切り替えるスイッチ切替制御を行うことを特徴とする交流負荷駆動装置である。
【０００９】
ここで、前記インバータの入力側の正極と負極との間に接続されたコンデンサをさらに備え、前記半導体スイッチによる前記インバータと前記マルチレベル直流出力手段との電気的接続の遮断後、前記コンデンサを充放電させるコンデンサ電圧制御を行うことが好適である。
【００１０】
また、前記インバータと前記マルチレベル直流出力手段との間に、前記半導体スイッチと並列に接続され、互いに直列接続されたインダクタ、抵抗及びシステムサブスイッチをさらに備え、前記コンデンサ電圧制御の際に前記半導体スイッチを開状態及び前記システムサブスイッチを閉状態として前記コンデンサを充電させることが好適である。
【００１１】
また、前記インバータと前記マルチレベル直流出力手段との間に、前記半導体スイッチと並列に接続されたシステムメインリレーをさらに備え、前記マルチレベル直流出力手段に含まれる前記スイッチを切り替える前に、前記半導体スイッチを閉状態とした後に前記システムメインリレーを開状態とし、その後、前記半導体スイッチを開状態とすることにより前記インバータと前記マルチレベル直流出力手段との電気的接続を遮断することが好適である。
【００１２】
また、前記インバータに永久磁石モータが接続されていることが好適である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、スイッチに負担を掛けることなく、装置の大型化及びコストを抑制した交流負荷駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施の形態における交流負荷駆動システムの構成を示す図である。
【図２（ａ）】本発明の実施の形態における交流負荷駆動システムの構成を示す図である。
【図２（ｂ）】本発明の実施の形態におけるマルチレベル直流出力手段の作用を示す図である。
【図３】第１の実施の形態における直流電源の切替処理を説明するフローチャートである。
【図４】第１の実施の形態における直流電源の切替処理を説明するタイミングチャートである。
【図５】永久磁石モータのモータ回転数と誘起電圧との関係を示す図である。
【図６】第２の実施の形態における交流負荷駆動システムの構成を示す図である。
【図７】第２の実施の形態における直流電源の切替処理を説明するフローチャートである。
【図８】第２の実施の形態における直流電源の切替処理を説明するタイミングチャートである。
【図９】第３の実施の形態における交流負荷駆動システムの構成を示す図である。
【図１０】第４の実施の形態における交流負荷駆動システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜第１の実施の形態＞
第１の実施の形態における交流負荷駆動システム１００は、図１に示すように、交流負荷駆動装置１０２、直流電源１０４及び交流負荷１０６を含んで構成される。交流負荷駆動システム１００は、交流負荷駆動装置１０２に含まれるインバータ１０によって直流電源１０４からの直流電力を交流電力に変換して交流負荷１０６へ供給して駆動する。
【００１６】
なお、交流負荷１０６は、例えば、三相コイルｕ，ｖ，ｗを備える永久磁石モータとすることができる。永久磁石モータは、ハイブリッド自動車や電気自動車等に搭載することができる。
【００１７】
交流負荷駆動装置１０２は、インバータ１０、マルチレベル直流出力手段２０及びインバータ制御手段３０を含んで構成される。
【００１８】
インバータ１０は、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６とダイオードＤ１１〜Ｄ１６とにより構成される。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６は、それぞれ正極母線と負極母線とに対してソース側となる上アームとシンク側となる下アームを構成するように２個ずつ対で配置され、その接続点に交流負荷１０６の三相コイルｕ，ｖ，ｗの各々が接続される。インバータ１０の正極母線と負極母線とに電圧が印加されている状態で対をなすトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のオン時間の割合を制御すれば、交流負荷１０６の三相コイルｕ，ｖ，ｗにより回転磁界を形成して交流負荷１０６を回転駆動することができる。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６の開閉制御は、インバータ制御手段３０からのインバータ制御信号Ｓ１によって行われる。
【００１９】
また、インバータ１０の入力側に入力電圧を平滑化するコンデンサ１２が設けられる。コンデンサ１２を設けることによって、インバータ１０の正極母線と負極母船との間に発生するノイズを除去することができる。
【００２０】
直流電源１０４は、複数の直流電源１０４ａ〜１０４ｎによって構成される。マルチレベル直流出力手段２０は、複数の直流電源１０４ａ〜１０４ｎの相互の接続関係及びインバータ１０との接続関係を切り替えるスイッチを含んで構成される。
【００２１】
例えば、図２（ａ）に示すように、マルチレベル直流出力手段２０をスイッチＳＷ１〜ＳＷ６のように構成することによって、４つの直流電源１０４ａ〜１０４ｄの接続を切り替えてインバータ１０に異なる入力電圧を印加することができる。なお、マルチレベル直流出力手段２０の構成は、これに限定されるものではなく、複数の直流電源の相互の接続関係を切り替えて、インバータ１０に異なる電圧を印加できるものであればよい。
【００２２】
マルチレベル直流出力手段２０のスイッチは、インバータ制御手段３０からのスイッチ切替信号Ｓ２によって切り替えられる。図２（ｂ）に各スイッチの状態とマルチレベル直流出力手段２０の出力との関係を示す。マルチレベル直流出力手段２０を設けることによって、複数の直流電源１０４ａ〜１０４ｎの接続関係を切り替えて得られる多段階の直流電圧をインバータ１０へ入力することが可能となる。また、要求される出力に応じて適切な電圧波形で交流負荷１０６を駆動することができる。
【００２３】
例えば、交流負荷１０６の三相コイルｕ，ｖ，ｗに流れる電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを電流センサにより検出してインバータ制御手段３０に入力し、電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに応じてマルチレベル直流出力手段２０へスイッチ切替信号Ｓ２を出力してインバータ１０へ入力される電圧を調整することができる。また、外部から制御信号Ｓ３をインバータ制御手段３０に入力し、制御信号Ｓ３に応じてマルチレベル直流出力手段２０へスイッチ切替信号Ｓ２を出力してインバータ１０へ入力される電圧を調整することができる。制御信号Ｓ３としては、車両のアクセルの開度を示す信号、ブレーキの踏み込み量を示す信号、トランスミッションのギア比を示す信号等の交流負荷１０６に対して要求される出力に関係する信号とすればよい。
【００２４】
また、マルチレベル直流出力手段２０とインバータ１０との間にシステムメインスイッチ１６が設けられる。システムメインスイッチ１６を開状態とすることにより、マルチレベル直流出力手段２０とインバータ１０とを切り離し、マルチレベル直流出力手段２０のスイッチ切り替え時に過大なコンデンサ充電電流が流れないようにする。
【００２５】
システムメインスイッチ１６は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等の半導体スイッチにより構成することが好適である。システムメインスイッチ１６を半導体スイッチとすることによって、マルチレベル直流出力手段２０からインバータ１０に電力が供給されている状態においてシステムメインスイッチ１６を開閉してもリレーのように接点が溶着する等の障害が生ずることがない。
【００２６】
なお、システムメインスイッチ１６の機能をマルチレベル直流出力手段２０の中に持たせることも可能である。
【００２７】
以下、図３のフローチャート及び図４のタイミングチャートを参照して、マルチレベル直流出力手段２０のスイッチの切替シーケンスを説明する。マルチレベル直流出力手段２０の切替シーケンスは、交流負荷１０６への要求出力の変化に応じて開始される。切替シーケンスの開始前は、マルチレベル直流出力手段２０を介して直流電源１０４からインバータ１０に直流電圧が印加され、直交流変換された交流電力が交流負荷１０６に供給されている状態とする。
【００２８】
ステップＳ１０では、システムメインスイッチ１６がオンモード（閉状態）からオープンモード（開状態）に切り替えられる。これにより、インバータ１０とマルチレベル直流出力手段２０との電気的接続が遮断される。
【００２９】
ステップＳ１２では、インバータ１０とマルチレベル直流出力手段２０との電気的接続の遮断後、インバータ１０をコンデンサ電圧制御モードに移行させる。コンデンサ電圧制御モードは、交流負荷１０６を力行制御又は回生制御することによってコンデンサ１２を充放電させる状態である。インバータ制御手段３０は、インバータ制御信号Ｓ１によって、トランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１６の開閉状態を制御し、交流負荷１０６を力行または回生制御してコンデンサ１２を放電又は回生制御してコンデンサ１２を充電させる。コンデンサ電圧制御モードとすることによって、コンデンサ１２を充放電して充電電圧（端子電圧）を調整することができる。力行制御は、例えば、交流負荷を駆動して、電気エネルギーを運動エネルギーに変換することによって実現することができる。回生制御は、例えば、交流負荷１０６の慣性エネルギーをエネルギー源にして、発電機動作により電気エネルギーに変換することによって実現することができる。また、力行制御は、例えば、交流負荷１０６を外部のエンジン等で発電機として駆動することによって持続することができる。
【００３０】
ステップＳ１４では、コンデンサ１２の充電電圧が目標電圧範囲に入ったか否かが判定される。インバータ制御手段３０は、電圧センサ１４によって測定されたコンデンサ１２の充電電圧の入力を受けて、コンデンサ１２の充電電圧が目標電圧範囲に入っていればステップＳ２２に処理を移行させ、目標電圧範囲に入っていなければコンデンサ電圧制御モードを継続する。
【００３１】
ここで、目標電圧範囲は、マルチレベル直流出力手段２０のスイッチ切替後の目標電圧近傍に設定する。また、スイッチ切替後の目標電圧は、交流負荷１０６が必要としている電圧を供給できるよう、交流負荷１０６の運転状況に応じて決定される。すなわち、マルチレベル直流出力手段２０からインバータ１０へ入力される電圧は、後述するステップＳ３０にて、マルチレベル直流出力手段２０のスイッチを切り替えることにより変更されるが、マルチレベル直流出力手段２０をインバータ１０に接続した際にコンデンサ１２に流れる充放電電流が許容される電流値内に納まるように目標電圧範囲は決定される。
【００３２】
例えば、後述するステップＳ１６において、マルチレベル直流出力手段２０のスイッチ切替後の目標電圧に対して、目標電圧±ΔＶといった具合に設定する。ここで、ΔＶは、スイッチ接点にアークが発生しない程度の電圧で、スイッチの仕様に基づき、例えば最小アーク電圧以下に設定される。
【００３３】
また、ステップＳ１２〜ステップＳ１４に平行して、ステップＳ１６〜Ｓ２０が行われる。ステップＳ１６では、マルチレベル直流出力手段２０により直流電源１０４からインバータ１０に入力される電圧を変更するスイッチ切替制御モードに移行させる処理が行われる。スイッチ切替制御モードでは、インバータ制御手段３０は、スイッチ切替信号Ｓ２によって、交流負荷１０６の出力に応じた入力電圧がインバータ１０に入力されるように複数の直流電源１０４ａ〜１０４ｎの接続関係を変更する。スイッチの状態とマルチレベル直流出力手段２０の出力との関係は、図２（ｂ）に示す。ここで、例えば、出力１０４ａは直流電源１０４ａの出力電圧を意味する。
【００３４】
ステップＳ１８では、マルチレベル直流出力手段２０のスイッチの切り替えが終了したか否かが判断される。スイッチの切り替え処理が終了していればステップＳ２０に処理を移行させ、終了していなければステップＳ１６にて処理を継続する。ステップＳ２０では、マルチレベル直流出力手段２０が通常出力モードに移行させる処理が行われる。
【００３５】
ステップＳ２２では、システムメインスイッチ１６がオープンモードからオンモードに切り替えられる。
【００３６】
このように、システムメインスイッチ１６を設けることによって、インバータ１０とマルチレベル直流出力手段２０とを速やかに切り離したオープンモード（開状態）に移行することが可能となる。
【００３７】
特に、交流負荷１０６が永久磁石モータである場合、高速運転時において弱め界磁制御をしているときにはインバータ１０を環流モードにすることは好ましくなく、システムメインスイッチ１６を設けてオープンモードにした状態でのマルチレベル直流出力手段２０の状態変更を行うことが好適である。
【００３８】
ここで、環流モードとは、インバータ１０において直交流変換する通常状態ではなく、インバータ１０と交流負荷１０６との間で電流を循環させる状態である。例えば、上アームのトランジスタＴｒ１１，１３，１５のすべてを閉状態とし、下アームのトランジスタＴｒ１２，１４，１６のすべてを開状態とすることによってインバータ１０の上アームを介した循環モードとすることができる。また、例えば、上アームのトランジスタＴｒ１１，１３，１５のすべてを開状態とし、下アームのトランジスタＴｒ１２，１４，１６のすべてを閉状態とすることによってインバータ１０の下アームを介した循環モードとすることができる。インバータ１０を環流モードとすることによって、マルチレベル直流出力手段２０と交流負荷１０６との間に電流が流れない開ループ状態となる。永久磁石モータを弱め界磁制御している場合にインバータ１０を長時間に亘って環流モードとすると、弱め界磁のための界磁電流制御ができなくなり、図５に示すように、モータ回転数に比例した誘起電圧が発生する。そのため、永久磁石を高速回転させている場合には、この誘起電圧として生ずる高電圧によってインバータ１０が破壊されるおそれがある。
【００３９】
本実施の形態における交流負荷駆動装置１０２では、システムメインスイッチ１６を設けることによりインバータ１０を長時間に亘って環流モードにすることなくマルチレベル直流出力手段２０のスイッチを切り替えることができる。したがって、交流負荷１０６を永久磁石モータとし、高速運転時に弱め界磁制御を行っている状態においてもインバータ１０に損傷を与えることなくマルチレベル直流出力手段２０からの出力を変更することができる。
【００４０】
なお、本実施の形態における交流負荷駆動装置１０２の適用範囲は、交流負荷１０６が永久磁石モータである場合に限定されるものではない。例えば、交流負荷１０６がインダクションモータ等の他の種類のモータであってもよい。
【００４１】
＜第２の実施の形態＞
第１の実施の形態では、交流負荷１０６を力行制御又は回生制御してコンデンサ１２を充電する態様について説明したが、図６に示すように、インバータ１０の入力側にシステムメインスイッチ１６及びシステムサブスイッチ１８を設けて直流電源１０４からの電力にてコンデンサ１２を充電する構成としてもよい。
【００４２】
システムサブスイッチ１８は、インバータ１０の正極母線側におけるマルチレベル直流出力手段２０とインバータ１０との間にシステムメインスイッチ１６と並列に設けられる。システムサブスイッチ１８は、抵抗１１及びインダクタ１３と直列接続される。システムメインスイッチ１６がオープンモード（開状態）においてシステムサブスイッチ１８をオンモード（閉状態）とすることによって、抵抗１１及びインダクタ１３を介して直流電源１０４からコンデンサ１２を充電することができる。
【００４３】
なお、システムサブスイッチ１８は、通常の機械式リレーとしてもよいし、半導体スイッチとしてもよい。
【００４４】
以下、図７のフローチャート及び図８のタイミングチャートを参照して、本実施の形態におけるマルチレベル直流出力手段２０の切替シーケンスを説明する。なお、第１の実施の形態と同様の処理については同じステップ番号を付して説明を簡潔に行う。
【００４５】
切替シーケンスが開始前は、システムメインスイッチ１６が閉状態及びシステムサブスイッチ１８が開状態とされ、マルチレベル直流出力手段２０を介して直流電源１０４からインバータ１０に直流電圧が印加され、コンデンサ１２によって平滑化された入力電圧がインバータ１０によって直交変換されて交流負荷１０６に供給されている状態とする。
【００４６】
ステップＳ１０では、システムメインスイッチ１６がオンモード（閉状態）からオープンモード（開状態）に切り替えられる。この処理は、第１の実施の形態におけるステップＳ１０と同様である。これによって、システムメインスイッチ１６及びシステムサブスイッチ１８の両方がオープンモード（開状態）となる。
【００４７】
ステップＳ１２では、インバータ１０をコンデンサ電圧制御モードに移行させる。この処理は、第１の実施の形態におけるステップＳ１２と同様である。
【００４８】
ステップＳ１４では、コンデンサ１２の充電電圧が目標電圧範囲に入ったか否かが判定される。インバータ制御手段３０は、電圧センサ１４によって測定されたコンデンサ１２の充電電圧の入力を受けて、コンデンサ１２の充電電圧が目標電圧範囲に入っていればステップＳ２２に処理を移行させ、目標電圧範囲に入っていなければステップＳ２４に処理を移行させる。
【００４９】
ステップＳ２４では、コンデンサ１２の充電電圧が目標電圧範囲に入らない期間が所定の期間を超えたか否かが判定される。インバータ制御手段３０は、コンデンサ１２の充電電圧が目標電圧範囲に入っていない期間が所定の基準時間を超えていればステップＳ２６に処理を移行させ、超えていなければステップＳ１４に処理を戻してコンデンサ電圧制御モードを継続する。
【００５０】
ステップＳ２６では、インバータ１０を環流モードに移行させる処理が行われる。インバータ制御手段３０は、インバータ制御信号Ｓ１によってインバータ１０を直交流変換する通常モードから環流モードに切り替える。例えば、上アームのトランジスタＴｒ１１，１３，１５のすべてを閉状態とし、下アームのトランジスタＴｒ１２，１４，１６のすべてを開状態とすることによってインバータ１０の上アームを介した循環モードとする。また、例えば、上アームのトランジスタＴｒ１１，１３，１５のすべてを開状態とし、下アームのトランジスタＴｒ１２，１４，１６のすべてを閉状態とすることによってインバータ１０の下アームを介した循環モードとする。
【００５１】
ステップＳ２８では、システムサブスイッチ１８をオンモード（閉状態）に移行させる。インバータ制御手段３０は、スイッチ切替信号Ｓ４によって、システムサブスイッチ１８を閉状態する。これによって、システムメインスイッチ１６がオープンモード（開状態）及びシステムサブスイッチ１８がオンモード（閉状態）となる。
【００５２】
この状態では、マルチレベル直流出力手段２０、システムサブスイッチ１８、抵抗１１及びインダクタ１３を介して、直流電源１０４からインバータ１０に直流電力が供給される。このとき、コンデンサ１２の充電電圧とマルチレベル直流出力手段２０から出力される直流電圧との間に電位差があれば、抵抗１１及びインダクタ１３を介してコンデンサ１２が充電される。
【００５３】
このとき、コンデンサ１２のキャパシタンスＣ、抵抗１１の抵抗値Ｒ及びインダクタ１３のインダクタンスＬを適切に設定することによって、コンデンサ１２の充電回路の時定数を調整することができ、コンデンサ１２が充電される際にリプル等の発生を抑制することができると同時に、コンデンサ１２を急速に充電することができる。例えば、臨界制動の条件（Ｒ２＝４Ｌ／Ｃ）を満足するように設定すれば、コンデンサ１２が振動することなく速やかに充電される。充電は、コンデンサ１２の充電電圧が目標電圧範囲内に入るまで行ってもよいし、充電時間が基準時間を超えるまで行ってもよい。
【００５４】
ステップＳ３０では、システムサブスイッチ１８をオープンモード（開状態）に移行させる。インバータ制御手段３０は、スイッチ切替信号Ｓ４によって、システムサブスイッチ１８をオープンモード（開状態）とする。これによって、システムサブスイッチ１８を介したコンデンサ１２の充電状態が解除される。
【００５５】
また、ステップＳ１２〜ステップＳ１４に平行して、ステップＳ１６〜Ｓ２０が行われる。ステップＳ１６〜Ｓ２０の処理は、第１の実施の形態と同様である。
【００５６】
以上のように、システムメインスイッチ１６及びシステムサブスイッチ１８によって、充電回路を切り替えてコンデンサ１２を充電することができる。したがって、インバータ１０を回生制御してコンデンサ１２を充電した際にコンデンサ１２の充電が十分にできなかった場合であってもコンデンサ１２を適切に充電させることができる。これにより、システムメインスイッチ１６によってマルチレベル直流出力手段２０とインバータ１０とを直接接続させる際においてマルチレベル直流出力手段２０の出力電圧とコンデンサ１２の充電電圧との差を小さくしておくことができ、スイッチ接点及びコンデンサ１２に過大な充電電流が流れることを防ぐことができる。
【００５７】
例えば、交流負荷１０６の始動時や回転数が低い状態において回生電力が十分に得ることができない場合、インバータ１０を環流モードに移行させると共に、システムサブスイッチ１８を介してコンデンサ１２を充電することができる。
【００５８】
＜第３の実施の形態＞
第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、システムメインスイッチ１６を半導体スイッチのみで構成したが、図９に示すように、システムメインスイッチ１６にシステムメインリレー１９を並列接続した構成としてもよい。システムメインリレー１９は、システムメインスイッチ１６よりも大容量の機械式リレーとすることが好適である。
【００５９】
本実施の形態では、通常時はシステムメインリレー１９をオンモード（閉状態）、システムメインスイッチ１６及びシステムサブスイッチ１８をオープンモード（開状態）としてインバータ１０とマルチレベル直流出力手段２０とを接続している。そして、インバータ１０とマルチレベル直流出力手段２０とを切り離す際には、インバータ１０の入力電流を零近傍に制御した状態でシステムメインスイッチ１６をオンモード（閉状態）としたうえで、システムメインリレー１９をオープンモード（開状態）とする。この状態では、システムメインリレー１９をオープンモード（開状態）とする際の電流はシステムメインスイッチ１６を介してバイパスされるのでアークの発生を抑制することができる。システムメインリレー１９が完全にオープンモード（開状態）に移行した後、システムメインスイッチ１６をオープンモード（開状態）にする。
【００６０】
また、システムメインリレー１９をオンモード（閉状態）に戻す際にも、インバータ１０の入力電流を零近傍に制御した状態において、まずシステムメインスイッチ１６をオンモード（閉状態）にする。その後、システムメインリレー１９をオンモード（閉状態）にすることにより、システムメインリレー１９にアークや突入電流が生ずるのを抑制することができる。
【００６１】
このように、本実施の形態ではシステムメインスイッチ１６とシステムメインリレー１９とを並列接続することによって、システムメインスイッチ１６の半導体スイッチを大容量にする必要がなくなる。
【００６２】
＜第４の実施の形態＞
パワースプリット機構を有するハイブリッド車の場合、図１０に示すように、インバータ１０ａ，１０ｂをそれぞれ介して電動機１０６ａと発電機１０６ｂが並列接続されている。このようなシステム構成においても、システムメインスイッチ１６をオープンモード（開状態）にした状態において発電機１０６ｂの出力と電動機１０６ａの入力を一致させるように制御することにより、所望のトルクを発生させることができる。すなわち、上記第１〜第３の実施の形態におけるコンデンサ電圧制御モードにおいてトルク抜け等を生じることなく、インバータ１０の入力電圧を所望の電圧に制御することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１０  インバータ、１１  抵抗、１２  コンデンサ、１３  インダクタ、１４  電圧センサ、１６  システムメインスイッチ、１８  システムサブスイッチ、１９  システムメインリレー、２０  マルチレベル直流出力手段、３０  インバータ制御手段、１００  交流負荷駆動システム、１０２  交流負荷駆動装置、１０４（１０４ａ-１０４ｎ）  直流電源、１０６  交流負荷。
【図１】
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【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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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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