特許 5846151 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5846151

(24)【登録日】2015年12月4日

(45)【発行日】2016年1月20日

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 27/06 20060101AFI20151224BHJP

【ＦＩ】

   H02P7/63 303V

【請求項の数】15

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2013-79696(P2013-79696)

(22)【出願日】2013年4月5日

(65)【公開番号】特開2014-204574(P2014-204574A)

(43)【公開日】2014年10月27日

【審査請求日】2014年8月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社日本自動車部品総合研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】100106149

【弁理士】

【氏名又は名称】矢作 和行

(74)【代理人】

【識別番号】100121991

【弁理士】

【氏名又は名称】野々部 泰平

(74)【代理人】

【識別番号】100145595

【弁理士】

【氏名又は名称】久保 貴則

(72)【発明者】

【氏名】居安 誠二

(72)【発明者】

【氏名】安藤 真司

(72)【発明者】

【氏名】吉田 秀治

(72)【発明者】

【氏名】加藤 章

【審査官】 森山 拓哉

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−１０４７８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１８７４５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ ２１／００−２７／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

星型結線され、電気角において互いにずれて配置された第１および第２の多相巻線（２３、２４）を含む固定子（２２）、および回転子（２１）を有する回転電機（１２）と、
第１の電池（１３）と前記第１の多相巻線（２３）との間に接続される第１のインバータ回路（１５）と、
第２の電池（１４）と前記第２の多相巻線（２４）との間に接続される第２のインバータ回路（１６）と、
前記第１の多相巻線（２３）の中性点と前記第２の多相巻線（２４）の中性点とを接続する中性点回路（２５）と、
前記第１および第２のインバータ回路に含まれる複数のスイッチ素子の少なくとも一部をスイッチング駆動し、前記第１および第２の多相巻線の少なくとも一部の相巻線に通電することにより、前記回転電機をリアクトルとして利用して前記第１の電池と前記第２の電池との間において電力を移動させる制御装置（３１）とを備え、
前記制御装置は、
前記第１の電池と前記第２の電池との間における電力の移動量を判定する手段（３７、４４、１５４、２５４）と、
前記移動量に応じて、前記移動量が小さくなるほど前記相巻線の数を減少させるように前記スイッチング駆動によって通電される前記相巻線の数を切替えるスイッチング制御手段（４１、４２、４３）を備えることを特徴とする電力変換装置。

【請求項2】

前記スイッチング制御手段（４１、４２、４３）は、前記相巻線の数を少なくとも２段階に切換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】

前記スイッチング制御手段（４１、４２、４３）は、
前記移動量（Ｐｏｕｔ、Ｉｏｕｔ）が所定の閾値（Ｉｔｈ１、Ｉｔｈ２、Ｉｔｈ３）を下回るとき、所定の数の前記相巻線に通電する少相通電手段（４２、１５６、２６１）と、
前記移動量（Ｐｏｕｔ、Ｉｏｕｔ）が所定の閾値（Ｉｔｈ１、Ｉｔｈ２、Ｉｔｈ３）を上回るとき、前記少相通電手段より多い数の前記相巻線に通電する多相通電手段（４３、１５５、２６１）とを備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記スイッチング制御手段（４１、４２、４３）は、
前記移動量が所定の閾値（Ｉｔｈ１）を下回るとき、ひとつの前記相巻線に通電する一相通電手段（１５６）と、
前記移動量が前記閾値（Ｉｔｈ１）を上回るとき、３つの前記相巻線に通電する三相通電手段（１５５）とを備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電力変換装置。

【請求項5】

前記スイッチング制御手段（４１、４２、４３）は、
前記移動量が所定の第１閾値（Ｉｔｈ２）を下回るとき、ひとつの前記相巻線に通電する一相通電手段（１５６）と、
前記移動量が前記第１閾値（Ｉｔｈ２）を上回り、かつ前記第１閾値より大きい第２閾値（Ｉｔｈ３）を下回るとき、２つの前記相巻線に通電する二相通電手段（２６１）と、
前記移動量が前記第２閾値（Ｉｔｈ３）を上回るとき、３つの前記相巻線に通電する三相通電手段（１５５）とを備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電力変換装置。

【請求項6】

前記スイッチング制御手段（４１、４２、４３）は、
前記第１および第２の電池のうち、より電圧が高いほうの前記電池に接続された前記インバータ回路（１５）を前記少相通電手段により駆動することを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。

【請求項7】

前記スイッチング制御手段（４１、４２、４３）は、
前記第１および第２の電池のうち、より電圧が低いほうの前記電池に接続された前記インバータ回路（１６）のハイサイドのスイッチ素子（Ｑ７、Ｑ９、Ｑ１１）をＯＮ状態に固定的に駆動することを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。

【請求項8】

さらに、前記第１および第２の電池の電圧を検出する電圧検出手段（３２、３３）を備え、
前記スイッチング制御手段（４１、４２、４３）は、
前記第１および第２の電池のうち、充電される前記電池の電圧（Ｖｏｕｔ、Ｖ２）を目標電圧（Ｖｏｕｔ＊）にフィードバック制御するように前記スイッチ素子の制御信号のデューディ比を設定するフィードバック制御部（４１ａ−４１ｇ）と、
通電される前記相巻線に対応する前記スイッチ素子に前記フィードバック制御部から出力される前記制御信号を与え、通電されない前記相巻線に対応する前記スイッチ素子に、当該スイッチ素子をＯＦＦ状態に駆動する信号を与える相選択部（４１ｈ）とを備えることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の電力変換装置。

【請求項9】

さらに、前記回転子の停止位置を検出する位置検出手段（３７、４６３、４６５）と、
前記少相通電手段により通電される前記相巻線を、前記回転子の停止位置におけるｄ軸の角度に近い電気角を提供できる前記相巻線に設定する相選択手段（４６４、４６６）とを備えることを特徴とする請求項３、請求項６、または請求項７のいずれかに記載の電力変換装置。

【請求項10】

前記相選択手段は、
前記少相通電手段がひとつの前記相巻線に通電する場合、前記回転子のｄ軸の角度に最も近い電気角を提供できる前記相巻線を選択することを特徴とする請求項９に記載の電力変換装置。

【請求項11】

前記相選択手段は、
前記少相通電手段が２つの前記相巻線に通電する場合、前記回転子のｄ軸の角度に最も近い電気角を提供できる２つの前記相巻線を選択することを特徴とする請求項９に記載の電力変換装置。

【請求項12】

さらに、前記少相通電手段により通電される前記相巻線を切換える相切換手段（３６４）を備えることを特徴とする請求項３、請求項６、請求項７、請求項９、請求項１０、および請求項１１のいずれかに記載の電力変換装置。

【請求項13】

前記移動量は出力電流（Ｉｏｕｔ）によって示されることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれかに記載の電力変換装置。

【請求項14】

前記出力電流は前記中性点回路に流れる電流によって示されることを特徴とする請求項１３に記載の電力変換装置。

【請求項15】

前記出力電流は前記多相巻線に流れる電流の総和によって示されることを特徴とする請求項１３に記載の電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

ここに開示される発明は、回転電機の巻線を利用する電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、三相回転電機の巻線を利用する電力変換装置を開示する。この装置は、三相巻線に接続されたブリッジ構成のインバータにより、回転電機の零相電圧、すなわち中性点電圧を制御する。この構成では、インバータは、三相巻線の漏れインダクタンスを平滑用のリアクトルとして利用するチョッパ回路を構成する。よって、インバータは、直流端に入力される電圧を変圧することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８−３０６９１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来技術では、三相巻線のすべて流れる電流がスイッチング制御される。この構成では、電流が三相巻線に分配されるから、銅損を抑制するために有利である。特に、変換される電力が大きい大出力状態では、抑制された銅損は電力変換効率を高めるために貢献する。

【0005】

しかし、三相巻線により得られるインダクタンスが小さい。このため、スイッチング制御に伴うリップル電流が大きい。この結果、三相巻線において比較的大きい鉄損が生じる。大きい鉄損は、電力変換の効率を低下させる。特に、変換される電力が小さい低出力状態では、電力変換効率の低下に占める鉄損の影響割合が大きい。このため、従来技術では、低出力から高出力にわたる広い出力範囲において高い電力変換効率を提供することが困難である。このような観点から、電力変換装置にはさらなる改良が求められている。

【0006】

発明の目的のひとつは、低出力から高出力にわたる広い出力範囲において電力変換効率が高い電力変換装置を提供することである。

【0007】

発明の目的の他のひとつは、低出力領域において電力変換効率が改善された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】

【0008】

ここに開示される発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

【0009】

発明のひとつは、星型結線され、電気角において互いにずれて配置された第１および第２の多相巻線（２３、２４）を含む固定子（２２）、および回転子（２１）を有する回転電機（１２）と、第１の電池（１３）と第１の多相巻線（２３）との間に接続される第１のインバータ回路（１５）と、第２の電池（１４）と第２の多相巻線（２４）との間に接続される第２のインバータ回路（１６）と、第１の多相巻線（２３）の中性点と第２の多相巻線（２４）の中性点とを接続する中性点回路（２５）と、第１および第２のインバータ回路に含まれる複数のスイッチ素子の少なくとも一部をスイッチング駆動し、第１および第２の多相巻線の少なくとも一部の相巻線に通電することにより、回転電機をリアクトルとして利用して第１の電池と第２の電池との間において電力を移動させる制御装置（３１）とを備え、制御装置は、第１の電池と第２の電池との間における電力の移動量を判定する手段（３７、４４、１５４、２５４）と、移動量に応じて、移動量が小さくなるほど相巻線の数を減少させるようにスイッチング駆動によって通電される相巻線の数を切替えるスイッチング制御手段（４１、４２、４３）を備えることを特徴とする。この構成によると、電池間における電力の移動量に適した数の相巻線が利用される。このため、相巻線の数の切換えに応じて、電力変換装置の特性を変化させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】発明の第１実施形態に係る電力変換装置のブロック図である。

【図2】第１実施形態の通電状態の一例を示す回路図である。

【図3】第１実施形態の通電状態の一例を示す回路図である。

【図4】第１実施形態の通電状態の一例を示す回路図である。

【図5】第１実施形態の鉄損Ｐｉｒを示すグラフである。

【図6】第１実施形態の銅損Ｐｃｐを示すグラフである。

【図7】第１実施形態の効率ＥＦＦを示すグラフである。

【図8】第１実施形態の制御処理を示すフローチャートである。

【図9】第１実施形態の制御処理を示すブロック図である。

【図10】第１実施形態の作動の一例を示す波形図である。

【図11】発明の第２実施形態の制御処理を示すフローチャートである。

【図12】第２実施形態の効率ＥＦＦを示すグラフである。

【図13】第２実施形態の作動の一例を示す波形図である。

【図14】発明の第３実施形態の制御処理を示すフローチャートである。

【図15】第３実施形態の作動の一例を示す波形図である。

【図16】発明の第４実施形態の制御処理を示すフローチャートである。

【図17】第４実施形態の通電状態の一例を示す回路図である。

【図18】第４実施形態の通電状態の一例を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に、図面を参照しながら発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。また、後続の実施形態においては、先行する実施形態で説明した事項に対応する部分に百以上の位だけが異なる参照符号を付することにより対応関係を示し、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

【0012】

（第１実施形態）
図１において、電力変換装置１０は、車両に搭載されている。車両は負荷（ＬＤ）１１と、この負荷１１を回転駆動する回転電機１２とを有する。回転電機１２は、回転子２１と、固定子２２とを備える。回転子２１は、負荷１１と作動的に連結されている。よって、回転電機１２は、負荷１１を駆動することができる。また、回転電機１２は、負荷１１から回転動力を得て回転することもある。回転電機１２は、電動機および／または発電機として機能することができる。

【0013】

負荷１１の一例は、車両に搭載された機器である。負荷１１の他の一例は、車両の推進装置である。例えば、負荷１１は、道路走行車両の駆動輪を含むことができる。さらに、負荷１１は、内燃機関などの動力源を含むことができる。ひとつの例において、負荷１１と回転電機１２とは、電動車両のための推進装置を提供する。電動車両は、回転電機１２のみを動力源とする電気自動車、または内燃機関と回転電機１２とを動力源とするハイブリッド自動車である。この場合、回転電機１２は、選択的に電動機または発電機として利用される。他のひとつの例において、負荷１１は内燃機関であり、回転電機１２は車両用の発電機を提供することができる。

【0014】

回転電機１２は、同期機である。回転子２１は、複数の磁極を備える。回転子２１は、複数の磁極のそれぞれを予め決められた極性に励磁する。回転子２１は、磁極を励磁するための永久磁石を備えることができる。固定子２２は、多相巻線を備える。固定子２２は、二組の多相巻線２３、２４を備える。多相巻線２３、２４は、星形結線されている。回転電機１２は、二つの多相巻線２３、２４を有するデュアル巻線型の回転電機１２とも呼ばれる。

【0015】

多相巻線２３、２４は、三相巻線である。第１の多相巻線２３は、複数の巻線Ｘ、Ｙ、Ｚを備える。以下の説明において、複数の巻線は、Ｘ相巻線、Ｙ相巻線、Ｚ相巻線と呼ばれることがある。第２の多相巻線２４は、複数の巻線Ｕ、Ｖ、Ｗを備える。以下の説明において、複数の巻線は、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線と呼ばれることがある。

【0016】

多相巻線２３と、多相巻線２４とは、近接する２つの巻線が、電気角に関して互いにずれるように固定子２２に配置されている。多相巻線２３と、多相巻線２４との間のずれ角度の中心値は、π／６、すなわち３０度である。図示の例では、Ｘ相巻線とＵ相巻線との間、Ｙ相巻線とＶ相巻線との間、Ｚ相巻線とＷ相巻線との間が３０度だけずれている。回転電機１２は、星型結線され、電気角において互いにずれて配置された第１および第２の多相巻線２３、２４を含む固定子２２、および回転子２１を有する。

【0017】

多相巻線２３の中性点と多相巻線２４の中性点との間には、それらを電気的に接続する中性点回路２５が設けられている。中性点回路２５には、中性点回路２５を開閉するためのリレー２６が設けられている。

【0018】

電力変換装置１０は、車両に搭載された２つの電池１３、１４の間に設けられている。電池１３、１４は、充放電可能な二次電池である。電池１３、１４は、定格電圧、容量などの仕様の少なくとも一部が異なる電池、または同じ電池である。電池１３、１４は、鉛蓄電池、リチウムイオン電池などによって提供することができる。ひとつの例においては、第１の電池１３の第１定格電圧Ｖ１は、第２の電池１４の第２定格電圧Ｖ２より低い。電力変換装置１０は、これら電池１３、１４間における電力の移動を可能とする。例えば、電力変換装置１０は、第１の電池１３から第２の電池１４に電力を供給し、充電する第1方向の電力変換作動を提供する。追加的に、または代替的に、電力変換装置１０は、第２電池１４から第１の電池１３に電力を供給し、充電する第２方向の電力変換作動を提供する。

【0019】

電力変換装置１０は、多相巻線２３に接続された第１のフルブリッジ回路１５を備える。フルブリッジ回路１５は、多相巻線２３に接続された交流端と、電池１３に接続された直流端とを有する。直流端の間には、平滑用の容量素子Ｃ１が設けられている。フルブリッジ回路１５は、回転電機１２の相数に一致する数のスイッチングレグを有する。それぞれのレグは、上アームと下アームとを備える。上アームは、ハイサイドのスイッチ素子を有する。下アームは、ローサイドのスイッチ素子を有する。フルブリッジ回路１５は、ハイサイドのスイッチ素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５と、ローサイドのスイッチ素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６を備える。フルブリッジ回路１５は、三相のインバータ回路１５とも呼ばれる。フルブリッジ回路１５は、第１のインバータ回路１５とも呼ばれる。第１のインバータ回路１５は、第１の電池１３と第１の多相巻線２３との間に接続されている。

【0020】

電力変換装置１０は、多相巻線２４に接続された第２のフルブリッジ回路１６を備える。フルブリッジ回路１６は、多相巻線２４に接続された交流端と、電池１４に接続された直流端とを有する。直流端の間には、平滑用の容量素子Ｃ２が設けられている。フルブリッジ回路１６は、回転電機１２の相数に一致する数のスイッチングレグを有する。それぞれのレグは、上アームと下アームとを備える。上アームは、ハイサイドのスイッチ素子を有する。下アームは、ローサイドのスイッチ素子を有する。フルブリッジ回路１６は、ハイサイドのスイッチ素子Ｑ７、Ｑ９、Ｑ１１と、ローサイドのスイッチ素子Ｑ８、Ｑ１０、Ｑ１２を備える。フルブリッジ回路１６は、三相のインバータ回路１６とも呼ばれる。フルブリッジ回路１６は、第２のインバータ回路１６とも呼ばれる。第２のインバータ回路１６は、第２の電池１４と第２の多相巻線２４との間に接続されている。

【0021】

複数のスイッチ素子Ｑ１−Ｑ１２は、大容量の半導体スイッチング素子によって提供される。例えば、ＩＧＢＴ素子、パワーＭＯＳ−ＦＥＴなどを用いることができる。それぞれのスイッチ素子Ｑ１−Ｑ１２は、制御端子を有する。制御端子には、回路を開閉するための制御信号が与えられる。スイッチ素子Ｑ１−Ｑ１２は、それらのスイッチング状態を切換えるように、すなわちＯＮ状態（閉路）とＯＦＦ状態（開路）とを切換えるように制御される。それぞれのスイッチ素子Ｑ１−Ｑ１２は、逆方向に通電可能なダイオード要素を含んでいる。

【0022】

電力変換装置１０は、回転電機１２を電動機および／または発電機として機能させるための回転電機のための制御装置でもある。回転電機１２が電動機として利用される場合、第１のインバータ回路１５は、電池１３から多相巻線２３へ三相電力を供給するように制御される。回転電機１２が発電機として利用される場合、第１のインバータ回路１５は、多相巻線２３に誘起された三相電力を整流し、電池１３に供給するように制御される。回転電機１２が電動機として利用される場合、第２のインバータ回路１６は、電池１４から多相巻線２４へ三相電力を供給するように制御される。回転電機１２が発電機として利用される場合、第２のインバータ回路１６は、多相巻線２４に誘起された三相電力を整流し、電池１４に供給するように制御される。

【0023】

さらに、回転電機１２が停止しているときに、インバータ回路１５、１６は、電池１３、１４間での電力移動を可能とするように昇圧チョッパ回路、および／または降圧チョッパ回路として機能するように制御される。言い換えると、インバータ回路１５、１６は、昇圧コンバータ回路、および／または降圧コンバータ回路として機能するように制御される。このとき、多相巻線２３、２４は、平滑化のためのリアクトルを提供する。電力変換装置１０は、双方向の昇降圧型電力変換器として機能することができる。これにより、電池１３から電池１４の充電、および電池１４から電池１３の充電の両方が可能となる。なお、インバータ回路１５、１６が電力変換装置として機能するとき、回転子２１は回転しない。

【0024】

電力変換装置１０は、インバータ回路１５、１６を制御するための制御システムを備える。制御システムは、制御装置（ＣＮＴＲ）３１を備える。制御装置３１は、複数のスイッチ素子Ｑ１−Ｑ１２を制御する。制御装置３１は、リレー２６を制御する。制御システムは、電力変換装置１０の作動状態を検出する複数のセンサを備える。制御装置３１は、複数のセンサから検出信号を入力する。制御装置３１は、複数のセンサによって検出される作動状態に応じて、複数のスイッチ素子Ｑ１−Ｑ１２を制御する。

【0025】

制御装置３１は、電子制御装置（Electronic Control Unit）である。制御装置３１は、処理装置（ＣＰＵ）と、プログラムを記憶する記憶媒体としてのメモリ（ＭＭＲ）とを有する。制御装置は、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって提供される。記憶媒体は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムを非一時的に格納している。記憶媒体は、半導体メモリまたは磁気ディスクによって提供されうる。プログラムは、制御装置３１によって実行されることによって、制御装置３１をこの明細書に記載される装置として機能させ、この明細書に記載される制御方法を実行するように制御装置３１を機能させる。制御装置３１が提供する手段は、所定の機能を達成する機能的ブロック、またはモジュールとも呼ぶことができる。

【0026】

複数のセンサは、複数の電圧センサと、複数の電流センサとを含む。電圧センサ３２は、電池１３の両端における電圧Ｖ１を検出する。電圧センサ３３は、電池１４の両端における電圧Ｖ２を検出する。電圧センサ３２、３３は、第１および第２の電池１３、１４の電圧Ｖ１、Ｖ２を検出する電圧検出手段を提供する。複数のセンサは、多相巻線２３、２４のそれぞれの相電流を検出する電流センサ３４、３５を含む。図中には、Ｘ相電流を検出する電流センサ、およびＵ相電流を検出する電流センサに符号３４、３５が付されている。この実施形態では、Ｘ相電流、Ｙ相電流、Ｚ相電流、Ｕ相電流、Ｖ相電流、およびＷ相電流を検出可能である。複数のセンサは、中性点回路２５に流れる中性点電流を検出する電流センサ３６を含む。さらに、複数のセンサは、回転子２１の回転角度、すなわち回転位置を検出する位置検出器（ＰＯＳＭ）３７を備える。位置検出器３７は、回転電機１２に設けられた回転角度センサ、または電流値などに基づいて回転位置を推定する角度推定処理によって提供される。

【0027】

制御装置３１は、インバータ回路１５、１６のスイッチ素子Ｑ１−Ｑ１２のスイッチング状態を制御することにより、インバータ回路１５、１６および回転電機１２を電力変換回路として機能させるスイッチング制御部（ＳＷＤＭ）４１を備える。スイッチング制御部４１は、スイッチ素子Ｑ１−Ｑ１２のひとつまたは複数のＯＮ−ＯＦＦ状態を高い周波数で切換えることにより、インバータ回路１５、１６および回転電機１２をチョッパ回路として機能させる。言い換えると、スイッチング制御部４１は、スイッチ素子Ｑ１−Ｑ１２のひとつまたは複数をスイッチング駆動する。これにより、多相巻線２３、２４に含まれる複数の相巻線の少なくともひとつ、またはそれらの組み合わせに流れる電流が高い周波数で増減される。以下の説明において、スイッチング駆動の語は、スイッチ素子の状態を高い周波数で切換えることを意味する場合がある。

【0028】

スイッチング制御部４１は、インバータ回路１５およびインバータ回路１６の少なくとも一方のスイッチ素子をスイッチング駆動する。スイッチング制御部４１は、インバータ回路１５のスイッチ素子だけをスイッチング駆動してもよい。スイッチング制御部４１は、インバータ回路１６のスイッチ素子だけをスイッチング駆動してもよい。スイッチング制御部４１は、インバータ回路１５、１６両方のスイッチ素子をスイッチング駆動してもよい。

【0029】

例えば、電池１３の電圧を降圧し、電池１４へ供給する場合、スイッチング制御部４１は、インバータ回路１５をスイッチング駆動し、インバータ回路１６を固定的な状態に駆動する。この場合、インバータ回路１５に含まれるスイッチ素子Ｑ１−Ｑ６の少なくとも一部がスイッチング駆動される。インバータ回路１６に含まれるスイッチ素子Ｑ７−Ｑ１２は、多相巻線２４から出力される電流を電池１４に供給するように固定的にＯＮまたはＯＦＦに駆動される。これにより電力変換装置１０は降圧型のチョッパ回路として機能する。

【0030】

例えば、電池１３の電圧を昇圧し、電池１４へ供給する場合、スイッチング制御部４１は、インバータ回路１６をスイッチング駆動し、インバータ回路１５を固定的な状態に駆動する。この場合、インバータ回路１６に含まれるスイッチ素子Ｑ７−Ｑ１２の少なくとも一部がスイッチング駆動される。インバータ回路１５に含まれるスイッチ素子Ｑ１−Ｑ６は、電池１３から多相巻線２３へ電流を供給するように固定的にＯＮまたはＯＦＦに駆動される。これにより電力変換装置１０は昇圧型のチョッパ回路として機能する。

【0031】

スイッチング制御部４１は、リレー２６の開閉状態も制御する。スイッチング制御部４１は、インバータ回路１５、１６および回転電機１２を電力変換回路として機能させるとき、リレー２６を閉路させる。これにより中性点回路２５が提供される。

【0032】

スイッチング制御部４１は、多相巻線２３、２４のいずれか一方または両方において、通電される相巻線の数を変化させる相数切換部４２、４３を有する。相数切換部４２、４３は、スイッチング駆動によって交流が流される相巻線の数を、第１の数と、この第１の数より多い第２の数とに切換える。

【0033】

相数切換部４２、４３は、第１の数の相巻線に通電する少相通電部（ＬＰＨＭ）４２を含むことができる。少相通電部４２は、第１の数の相巻線に対応するスイッチ素子だけをスイッチング駆動する。少相通電部４２は、残りのスイッチ素子を固定的に駆動する。

【0034】

相数切換部４２、４３は、第２の数の相巻線に通電する多相通電部（ＭＰＨＭ）４３を含むことができる。多相通電部４３は、第２の数の相巻線に対応するスイッチ素子だけをスイッチング駆動する。多相通電部４３は、残りのスイッチ素子を固定的に駆動する。第２の数が多相巻線２３、２４の相数に対応する場合、多相通電部４３は、すべてのスイッチ素子をスイッチング駆動する。

【0035】

例えば、少相通電部４２がひとつの相巻線に給電する場合、多相通電部４３は、２つまたは３つの相巻線に給電する。少相通電部４２が２つの相巻線に給電する場合、多相通電部４３は、３つの相巻線に給電する。

【0036】

図２は、ひとつの相巻線だけに通電される一相通電１Ｐの一例を示す。図示の例では、多相巻線２３のＸ相巻線だけに通電されている。インバータ回路１５だけがスイッチング駆動される場合、一相通電１Ｐは、Ｘ相巻線だけ、Ｙ相巻線だけ、またはＺ相巻線だけへの通電によって提供することができる。また、インバータ回路１６だけがスイッチング駆動される場合、一相通電１Ｐは、Ｕ相巻線だけ、Ｖ相巻線だけ、またはＷ相巻線だけへの通電によって提供することができる。

【0037】

図３は、２つの相巻線だけに通電される二相通電２Ｐの一例を示す。図示の例では、多相巻線２３のＸ相巻線とＹ相巻線だけに通電されている。インバータ回路１５だけがスイッチング駆動される場合、二相通電２Ｐは、Ｘ相巻線とＹ相巻線、Ｙ相巻線とＺ相巻線、またはＺ相巻線とＸ相巻線への通電によって提供することができる。また、インバータ回路１６だけがスイッチング駆動される場合、二相通電２Ｐは、Ｕ相巻線とＶ相巻線、Ｖ相巻線とＷ相巻線、またはＷ相巻線とＵ相巻線への通電によって提供することができる。

【0038】

図４は、すべての相巻線に通電される三相通電３Ｐを示す。インバータ回路１５だけがスイッチング駆動される場合、図示されるように、三相通電３ＰはＸ相巻線とＹ相巻線とＺ相巻線への通電によって提供することができる。インバータ回路１６だけがスイッチング駆動される場合、三相通電３Ｐは、Ｕ相巻線とＶ相巻線とＷ相巻線への通電によって提供することができる。

【0039】

図５に図示されるように、通電される相巻線の数は、鉄損Ｐｉｒに差を与える。図中において、横軸は変換される電力、すなわち出力電力Ｐｏｕｔ（Ｗ）を示す。縦軸は、鉄損Ｐｉｒ（Ｗ）を示す。破線および菱形は、一相通電１Ｐを示す。実線および四角形は、二相通電２Ｐを示す。一点鎖線および三角形は、三相通電３Ｐを示す。相数が少ないほど、鉄損Ｐｉｒは小さい。出力電力Ｐｏｕｔが変化しても、鉄損Ｐｉｒはほぼ一定である。

【0040】

図６に図示されるように、通電される相巻線の数は、銅損Ｐｃｐに差を与える。図中において、横軸は出力電力Ｐｏｕｔ（Ｗ）を示す。縦軸は、銅損Ｐｃｐ（Ｗ）を示す。相数が多いほど、銅損Ｐｃｐは小さい。出力電力Ｐｏｕｔが小さいほど、銅損Ｐｃｐは小さい。出力電力Ｐｏｕｔが増加すると、銅損Ｐｃｐは増加する。出力電力Ｐｏｕｔの増加に対する銅損Ｐｃｐの増加割合は、相数が多いほど、小さい。

【0041】

出力電力Ｐｏｕｔが小さい領域では、銅損Ｐｃｐの絶対値は小さい。しかも、相数に起因する差は小さい。その一方で、出力電力Ｐｏｕｔが小さい領域では、相数が少ないほど、鉄損Ｐｉｒが抑制される。よって、鉄損Ｐｉｒを抑制するように相数を選択することが有利となる。

【0042】

出力電力Ｐｏｕｔが大きい領域では、銅損Ｐｃｐの絶対値は大きい。しかも、相数に起因する差は大きい。このため、出力電力Ｐｏｕｔが大きい領域では、相数が多いほど、銅損Ｐｃｐが抑制される。その一方で、出力電力Ｐｏｕｔが大きい領域では、相数が少ないほど、鉄損Ｐｉｒが抑制される。しかし、出力電力Ｐｏｕｔが大きい領域では、銅損Ｐｃが鉄損Ｐｉｒを上回る場合もある。この場合、銅損Ｐｃｐを抑制するように相数を選択することが有利となる。

【0043】

図７に図示されるように、通電される相巻線の数は、回転電機１２をリアクトルとして利用した電力変換装置１０の変換効率ＥＦＦに差を与える。図中において、横軸は出力電力Ｐｏｕｔ（Ｗ）を示す。縦軸は、変換効率ＥＦＦ（％）を示す。

【0044】

一相通電１Ｐは、出力電力Ｐｏｕｔが小さい領域において高い効率ＥＦＦを提供する。しかし、一相通電１Ｐは、出力電力Ｐｏｕｔが大きくなると、銅損Ｐｃｐの増加に起因して、効率ＥＦＦが低下する。

【0045】

二相通電２Ｐは、出力電力Ｐｏｕｔが小さい領域において一相通電１Ｐより低い効率ＥＦＦを提供する。二相通電２Ｐは、出力電力Ｐｏｕｔが大きくなると、銅損Ｐｃｐの増加に起因して、効率ＥＦＦが低下する。しかし、二相通電２Ｐは、出力電力Ｐｏｕｔが大きい領域においても、一相通電１Ｐより高い効率ＥＦＦを提供する。二相通電２Ｐは、出力電力Ｐｏｕｔが中間的な値をとる領域において、一相通電１Ｐより高く、三相通電３Ｐより高い効率ＥＦＦを提供する。ただし、この領域の幅は狭い。

【0046】

三相通電３Ｐは、出力電力Ｐｏｕｔが小さい領域において一相通電１Ｐより低く、しかも二相通電２Ｐより低い効率ＥＦＦを提供する。三相通電３Ｐにおいても、出力電力Ｐｏｕｔが大きくなると、銅損Ｐｃｐが増加する。しかし、三相通電３Ｐにおいては、銅損Ｐｃｐの増加割合が小さい。このため、三相通電３Ｐは、出力電力Ｐｏｕｔが大きい領域において高い効率ＥＦＦを提供する。三相通電３Ｐは、出力電力Ｐｏｕｔが大きい領域において、一相通電１Ｐより高く、二相通電２Ｐより高い効率ＥＦＦを提供する。

【0047】

図１に戻り、少相通電部４２が利用される場合、大きなインダクタンスを確保できるから、鉄損Ｐｉｒを抑制するために有利である。しかし、少ない数の相巻線に通電するから、変換される電力が大きくなると銅損Ｐｃｐが大きくなる。この結果、変換される電力が大きい領域において、電力変換効率が低下する。多相通電部４３が利用される場合、充電経路のインダクタンスは三相間の漏れインダクタンスでありインダクタンスが小さい。このため、スイッチング駆動に起因して巻線に流れるリップル電流が大きくなる。このリップル電流は、回転子２１および固定子２２に大きな磁束密度の変動を与えるから、鉄損Ｐｉｒが大きくなる。この鉄損Ｐｉｒは、変換される電力が小さい領域において、電力効率が低くなる大きな要因となる。このため、多相通電部４４は、銅損Ｐｃｐを抑制するために有利であるが、鉄損Ｐｉｒが大きい。

【0048】

制御装置３１は、さらに、電力変換装置１０によって変換されている電力、すなわち出力電力Ｐｏｕｔが所定の閾値を上回るか否かを判定する電力判定部（ＰＷＤＭ）４４を備える。出力電力Ｐｏｕｔは、回転電機１２の多相巻線２３、２４を経由して移動する電力でもある。ここでは、電力の瞬時値、または所定期間にわたる電力の積分値を用いることができる。出力電力Ｐｏｕｔは、電力変換装置１０の出力電流Ｉｏｕｔと出力電圧Ｖｏｕｔから算出することができる。出力電圧Ｖｏｕｔはほぼ一定であるから、出力電力Ｐｏｕｔは、出力電流Ｉｏｕｔによって示すことができる。出力電流Ｉｏｕｔは中性点回路２５に流れる電流によって示すことができる。出力電流Ｉｏｕｔは多相巻線２３、２４に流れる電流の総和によって示すことができる。

【0049】

相数切換部４２、４３は、２つの多相巻線２３、２４の片方における通電される相巻線の数を切り替えることにより、広い電力範囲にわたって高い電力変換効率を実現する。相数切換部４２、４３は、変換される電力に応じて、通電される相巻線の数を切換える。相数切換部４２、４３は、電力判定部４４の判定結果に応答して、相巻線の数を少なくとも２段階に切換える。相数切換部４２、４３は、電力判定部４４により電力が閾値を下回る小電力状態が判定されるとき、通電される相巻線の数を第１の数とする。相数切換部４２、４３は、電力判定部４４により電力が閾値を上回る大電力状態が判定されるとき、通電される相巻線の数を第２の数とする。電力が閾値と等しい場合、相巻線の数は、第１の数、または第２の数とすることができる。

【0050】

言い換えると、変換される電力に応じて、少相通電部４２と、多相通電部４３とが選択的に利用される。電力判定部４４により小電力状態が判定されるとき、少相通電部４２によりインバータ回路１５、１６が制御される。電力判定部４４により大電力状態が判定されるとき、多相通電部４３によりインバータ回路１５、１６が制御される。

【0051】

制御装置３１は、第１および第２のインバータ回路１５、１６に含まれる複数のスイッチ素子の少なくとも一部をスイッチング駆動する。これにより、制御装置３１は、第１および第２の多相巻線２３、２４の少なくとも一部の相巻線に通電することにより、回転電機１２をリアクトルとして利用して第１の電池１３と第２の電池１４との間において電力を移動させる。制御装置３１は、第１の電池１３と第２の電池１４との間における電力の移動量を判定する手段３７、４４を備える。制御装置３１は、電力の移動量に応じて、スイッチング駆動によって通電される相巻線の数を切替えるスイッチング制御手段４１、４２、４３を備える。この構成により、電池間における電力の移動量に適した数の相巻線が利用される。このため、相巻線の数の切換えに応じて、電力変換装置の特性を変化させることができる。

【0052】

図７に戻り、この実施形態では、出力電力Ｐｏｕｔの閾値は、出力電流Ｉｏｕｔの閾値Ｉｔｈによって与えられる。この実施形態では、一相通電１Ｐと二相通電２Ｐとが切替えられる。これにより、太実線ＥＭＢ１で示される効率ＥＦＦが得られる。

【0053】

図８は、電力変換処理１５０を示す。電力変換処理１５０は、制御装置３１により実行される。ステップ１５１では、電力変換の要求があるか否かが判定される。例えば、回転電機１２が停止しており、電池１３の電力を、電池１４へ供給する必要があるか否かが判定される。追加的に、または代替的に、回転電機１２が停止しており、電池１４の電力を、電池１３へ供給する必要があるか否かが判定されてもよい。

【0054】

ステップ１５２では、リレー２６がＯＮ状態に駆動される。これにより、中性点回路２５が閉路される。ステップ１５３では、電力変換装置１０を機能させるための基本機能に基づいてインバータ回路１５、１６が制御される。ステップ１５３は、出力電力Ｐｏｕｔを検出するための実行される。ステップ１５３では、三相通電が実行される。三相通電では、インバータ回路１５、１６の一方のすべてのスイッチ素子Ｑ１−Ｑ６、Ｑ７−Ｑ１２がスイッチング駆動される。三相通電では、インバータ回路１５、１６の他方が固定的に駆動される。これにより、多相巻線２３、２４のすべての相巻線に通電される。ステップ１５３により、電力変換装置１０はコンバータ回路として機能する。ステップ１５３が実行されることにより、出力電力Ｐｏｕｔを示す出力電流Ｉｏｕｔが検出される。出力電流は、複数の電流センサ３４、３５、３６により検出された電流値から得られる。

【0055】

電力変換装置１０を降圧回路として機能させる場合、インバータ回路１５のすべてのスイッチ素子Ｑ１−Ｑ６がスイッチング駆動され、インバータ回路１６が固定的に駆動される。電力変換装置１０を昇圧回路として機能させる場合、インバータ回路１６のすべてのスイッチ素子Ｑ７−Ｑ１２がスイッチング駆動され、インバータ回路１５が固定的に駆動される。

【0056】

ステップ１５４では、出力電流Ｉｏｕｔと所定の閾値Ｉｔｈ１とが比較される。ここでは、出力電力Ｐｏｕｔが所定の閾値を上回るか否かの判定が提供される。出力電流Ｉｏｕｔが閾値Ｉｔｈ１を上回る場合、三相通電３Ｐのためにステップ１５５へ進む。出力電流Ｉｏｕｔが閾値Ｉｔｈ１を上回らない場合、三相通電３Ｐのためにステップ１５６へ進む。ステップ１５４における判定特性には、ヒステリシスが設けられている。

【0057】

ステップ１５５では、三相通電３Ｐが実行される。ステップ１５５は、多相通電部４３を提供する。

【0058】

ステップ１５６では、一相通電１Ｐが実行される。ステップ１５６は、少相通電部４２を提供する。一相通電では、インバータ回路１５、１６の一方の一部のスイッチ素子だけがスイッチング駆動される。一相通電では、インバータ回路１５、１６の他方が固定的に駆動される。これにより、多相巻線２３、２４の一部の相巻線に通電される。

【0059】

電力変換装置１０を降圧回路として機能させることにより、電池１３から電池１４へ給電する場合がある。この場合、上流側のインバータ回路１５のスイッチ素子Ｑ１−Ｑ６の一部だけがスイッチング駆動され、下流側のインバータ回路１６が固定的に駆動される。例えば、Ｘ相巻線だけに通電するようにスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２だけがスイッチング駆動される。

【0060】

電力変換装置１０を昇圧回路として機能させることにより、電池１３から電池１４へ給電する場合がある。この場合、下流側のインバータ回路１６のスイッチ素子Ｑ７−Ｑ１２の一部だけがスイッチング駆動され、上流側のインバータ回路１５が固定的に駆動される。例えば、Ｕ相巻線だけに通電するようにスイッチ素子Ｑ７、Ｑ８だけがスイッチング駆動される。

【0061】

また、電力変換装置１０を昇圧回路として機能させ電池１４から電池１３へ給電する場合がある。この場合、下流側のインバータ回路１５のスイッチ素子Ｑ１−Ｑ６の一部だけがスイッチング駆動され、上流側のインバータ回路１６が固定的に駆動される。例えば、Ｘ相巻線だけに通電するようにスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２だけがスイッチング駆動される。

【0062】

電力変換装置１０を降圧回路として機能させることにより、電池１４から電池１３へ給電する場合がある。この場合、上流側のインバータ回路１６のスイッチ素子Ｑ７−Ｑ１２の一部だけがスイッチング駆動され、下流側のインバータ回路１５が固定的に駆動される。例えば、Ｕ相巻線だけに通電するようにスイッチ素子Ｑ７、Ｑ８だけがスイッチング駆動される。

【0063】

ステップ１５７では、電力変換の要求があるか否かが判定される。電力変換の要求がある場合、ステップ１５４へ戻る。電力変換の要求がなくなった場合、ステップ１５８へ進む。

【0064】

ステップ１５８では、インバータ回路１５、１６の制御が停止される。これにより、多相巻線２３、２４への通電が停止される。テップ１５９では、リレー２６がＯＦＦ状態に駆動される。これにより、中性点回路２５が開路される。ステップ１５１−１５９により、一連の充電処理が終了し、再び待機状態に戻る。

【0065】

この実施形態では、ステップ１５６は、電力の移動量Ｉｏｕｔが所定の閾値Ｉｔｈ１を下回るとき、所定の数の相巻線に通電する少相通電手段４２を提供する。ステップ１５６は、電力の移動量が所定の閾値Ｉｔｈ１を下回るとき、ひとつの相巻線に通電する一相通電手段を提供する。ステップ１５５は、電力の移動量Ｉｏｕｔが所定の閾値Ｉｔｈ１を上回るとき、少相通電手段４２より多い数の相巻線に通電する多相通電手段４３を提供する。ステップ１５５は、電力の移動量が閾値Ｉｔｈ１を上回るとき、３つの相巻線に通電する三相通電手段を提供する。この結果、スイッチング制御手段４１、４２、４３は、移動量が小さくなるほど相巻線の数を減少させる。

【0066】

図９は、制御装置３１による制御機能を示す。図中には、電池１３から電池１４を充電するために、電力変換装置１０を降圧回路として機能させる場合が図示されている。図示の例では、Ｘ相巻線だけに通電するように、インバータ回路１５のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２だけがスイッチング駆動される。

【0067】

スイッチング制御部４１は、制御要素４１ａ−４１ｈを備える。これらの制御要素４１ａ−４１ｈによって少相通電部４２と、多相通電部４３とが提供される。加算器４１ａは、
出力電圧Ｖｏｕｔ、すなわち充電される電池１４の電圧Ｖ２と電圧指令値Ｖｏｕｔ＊との偏差を求める。偏差は、フィードバック制御器（ＦＢ）４１ｂに入力される。フィードバック制御器４１ｂは、例えば、ＰＩＤ制御器、ＰＩ制御器、ヒステリシス制御器によって提供される。加算器４１ｃは、フィードバック制御器４１ｂから出力されるフィードバック制御量と、出力電圧Ｖｏｕｔとを加算する。ここでは、出力電圧Ｖｏｕｔは、フィードフォワード項として加算されている。乗算器４１ｄは、加算器４１ｃの出力を、入力電圧Ｖｉｎ、すなわち電池１３の電圧Ｖ１で除算する。これにより、上アームのスイッチ素子Ｑ１をスイッチング駆動するためのデューティ信号のデューティ比が求められる。

【0068】

デューティ比は、パルス幅変調器（ＰＷＭ）４１ｅに入力される。パルス幅変調器４１ｅは、入力されたデューティ比をもつ矩形波を出力する。パルス幅変調器４１ｅの出力は、上アームのスイッチ素子Ｑ１をスイッチング駆動するための制御信号である。反転器４１ｆは、下アームのスイッチ素子Ｑ２をスイッチング駆動するための制御信号を生成する。デッドタイム生成器（ＤＴＭ）４１ｇは、上アームと下アームとの導通を回避するように、制御信号にデッドタイムを付与する。反転器４１ｆおよびデッドタイム生成器４１ｇは、他のレグにも対応して設けられている。制御要素４１ａ−４１ｇは、第１および第２の電池１３、１４のうち、充電される電池１４の電圧Ｖｏｕｔ、Ｖ２を目標電圧Ｖｏｕｔ＊にフィードバック制御するようにスイッチ素子Ｑ１−Ｑ６の制御信号のデューディ比を設定するフィードバック制御部を提供する。

【0069】

デッドタイム生成器４１ｇから出力された制御信号は、ゲート回路４１ｈに入力される。ゲート回路４１ｈは、選択信号Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３に応じて、制御信号の出力許可、または出力停止を制御する。ゲート回路４１ｈは、複数のＡＮＤ論理回路によって構成されている。ゲート回路４１ｈは、選択信号Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３がハイレベルであるときに対応する制御信号の出力を許可する。ゲート回路４１ｈは、選択信号Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３がローレベルであるときに対応する制御信号の出力を停止する。ゲート回路４１ｈは、通電される相巻線に対応するスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２にフィードバック制御部から出力される制御信号を与え、通電されない相巻線に対応するスイッチ素子Ｑ３−Ｑ６に、当該スイッチ素子をＯＦＦ状態に駆動する信号を与える相選択部を提供する。

【0070】

電力判定部４４は、出力電流Ｉｏｕｔと、閾値Ｉｔｈ１とを入力し、選択信号Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を出力する。電力判定部４４は、出力電力Ｐｏｕｔが閾値Ｐｔｈを上回るか否かを、出力電流Ｉｏｕｔが閾値Ｉｔｈ１を上回るか否かに基づいて判定する。出力電流Ｉｏｕｔが閾値Ｉｔｈ１を上回る場合、選択信号Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は、ハイレベルである。出力電流Ｉｏｕｔが閾値Ｉｔｈ１を上回らない場合、選択信号Ｔ１だけがハイレベルとされ、選択信号Ｔ２、Ｔ３は、ローレベルである。

【0071】

この構成によると、出力電流Ｉｏｕｔが所定の閾値Ｉｔｈ１を上回る場合（Ｉｏｕｔ＞Ｉｔｈ１）、スイッチ素子Ｑ１−Ｑ６のすべてに制御信号が与えられ、三相通電３Ｐが実行される。出力電流Ｉｏｕｔが閾値Ｉｔｈ１を下回る場合（Ｉｏｕｔ＜Ｉｔｈ１）、または、出力電流Ｉｏｕｔが閾値Ｉｔｈ１と等しい場合（Ｉｏｕｔ＝Ｉｔｈ１）、Ｘ相巻線に対応付けられたスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２だけに制御信号が与えられ、一相通電１Ｐが実行される。

【0072】

この例では、スイッチング制御手段４１、４２、４３は、第１および第２の電池１３、１４のうち、電圧が高い電池１３に接続されたインバータ回路１５を少相通電手段４２により駆動する。スイッチング制御手段４１、４２、４３は、第１および第２の電池１３、１４のうち、電圧が低い電池１４に接続されたインバータ回路１６のハイサイドのスイッチ素子Ｑ７、Ｑ９、Ｑ１１をＯＮ状態に固定的に駆動する。

【0073】

図１０は、電力変換装置１０が降圧回路として機能することにより、電池１３から電池１４へ充電する場合の、出力電流Ｉｏｕｔと、スイッチ素子Ｑ１−Ｑ１２の制御信号とを示す。図示されるように、制御信号は、電力変換装置１０をチョッパ回路として機能させることができる周期ＴＤをもつ矩形波である。

【0074】

出力電流Ｉｏｕｔが閾値Ｉｔｈ１を下回るとき、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２だけがスイッチング駆動される。スイッチ素子Ｑ３−Ｑ６はスイッチング駆動を停止し、ＯＦＦ状態に固定される。これにより、一相通電１Ｐが実行される。インバータ回路１６のスイッチ素子Ｑ７−Ｑ１２は、直流出力ＤＣが可能な状態に固定的に制御される。具体的には、インバータ回路１６の上アームを提供するスイッチ素子Ｑ７、Ｑ９、Ｑ１１が常時、継続的にＯＮ状態に駆動される。

【0075】

時刻ｔ１１において、出力電流Ｉｏｕｔが閾値Ｉｔｈ１を上回ると、三相通電３Ｐが実行される。三相通電３Ｐにおいては、インバータ回路１５はすべてのアームを提供するすべてのスイッチ素子Ｑ１−Ｑ６がスイッチング駆動される。インバータ回路１６のスイッチ素子Ｑ７−Ｑ１２は、直流出力ＤＣが可能な状態に固定的に制御される。

【0076】

この実施形態によると、出力電力が小さい領域において、効率ＥＦＦが高い一相通電１Ｐが選択される。また、出力電力が大きい領域において、効率ＥＦＦが高い三相通電３Ｐが選択される。このため、出力電力に応じて、スイッチング駆動される相数が切替えられる。この結果、出力電力が低い領域から高い領域にわたって、高い効率ＥＦＦを提供することができる。

【0077】

（第２実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、一相通電１Ｐと三相通電３Ｐとを切換えた。これに加えて、この実施形態では、二相通電２Ｐも選択可能とされる。この実施形態では、出力電力Ｐｏｕｔが大きくなるに従って、一相通電１Ｐ、二相通電２Ｐ、および三相通電３Ｐが順に選択される。

【0078】

図１１は、電力変換処理２５０を示す。電力変換処理２５０においては、上述のステップ１５４に代えてステップ２５４が採用されている。電力変換処理２５０においては、ステップ２６１が追加的に採用されている。

【0079】

ステップ２５４では、２つの閾値Ｉｔｈ２、Ｉｔｈ３が用いられる。ステップ２５４では、出力電流Ｉｏｕｔと、閾値Ｉｔｈ２、Ｉｔｈ３とが比較される。閾値Ｉｔｈ２は、閾値Ｉｔｈ３より小さい。出力電流Ｉｏｕｔが閾値Ｉｔｈ２を下回る場合、一相通電１Ｐが選択される。出力電流Ｉｏｕｔが閾値Ｉｔｈ２を上回り、閾値Ｉｔｈ３を下回る場合、二相通電２Ｐが選択される。出力電流Ｉｏｕｔが閾値Ｉｔｈ３を上回る場合、三相通電３Ｐが選択される。

【0080】

ステップ２６１では、二相通電２Ｐが実行される。二相通電２Ｐにおいては、多相巻線２３、２４の一方における２つの相巻線へ通電するように、インバータ回路１５、１６の一方における一部のスイッチ素子がスイッチング制御される。

【0081】

ステップ２６１は、ステップ１５６に対して多相通電部４３を提供する。ステップ２６１は、ステップ１５５に対して少相通電部４２を提供する。二相通電では、インバータ回路１５、１６の一方の一部のスイッチ素子だけがスイッチング駆動される。二相通電では、インバータ回路１５、１６の他方が固定的に駆動される。これにより、多相巻線２３、２４の一部の相巻線に通電される。

【0082】

電力変換装置１０を降圧回路として機能させることにより、電池１３から電池１４へ給電する場合がある。この場合、上流側のインバータ回路１５のスイッチ素子Ｑ１−Ｑ６の一部だけがスイッチング駆動され、下流側のインバータ回路１６が固定的に駆動される。例えば、Ｘ相巻線とＹ相巻線だけに通電するようにスイッチ素子Ｑ１−Ｑ４だけがスイッチング駆動される。

【0083】

電力変換装置１０を昇圧回路として機能させることにより、電池１３から電池１４へ給電する場合がある。この場合、下流側のインバータ回路１６のスイッチ素子Ｑ７−Ｑ１２の一部だけがスイッチング駆動され、上流側のインバータ回路１５が固定的に駆動される。例えば、Ｕ相巻線とＶ相巻線だけに通電するようにスイッチ素子Ｑ７−Ｑ１０だけがスイッチング駆動される。

【0084】

また、電力変換装置１０を昇圧回路として機能させ電池１４から電池１３へ給電する場合がある。この場合、下流側のインバータ回路１５のスイッチ素子Ｑ１−Ｑ６の一部だけがスイッチング駆動され、上流側のインバータ回路１６が固定的に駆動される。例えば、Ｘ相巻線とＹ相巻線だけに通電するようにスイッチ素子Ｑ１−Ｑ４だけがスイッチング駆動される。

【0085】

電力変換装置１０を降圧回路として機能させることにより、電池１４から電池１３へ給電する場合がある。この場合、上流側のインバータ回路１６のスイッチ素子Ｑ７−Ｑ１２の一部だけがスイッチング駆動され、下流側のインバータ回路１５が固定的に駆動される。例えば、Ｕ相巻線とＶ相巻線だけに通電するようにスイッチ素子Ｑ７−Ｑ１０だけがスイッチング駆動される。

【0086】

この実施形態では、ステップ１５６は、電力の移動量が所定の第１閾値Ｉｔｈ２を下回るとき、ひとつの相巻線に通電する一相通電手段を提供する。ステップ１５６は、電力の移動量が所定の閾値Ｉｔｈ２を下回るとき、所定の数の相巻線に通電する少相通電手段４２を提供する。これとの対比において、ステップ２６１は、電力の移動量が所定の閾値Ｉｔｈ２を上回るとき、ステップ１５６より多い数の相巻線に通電する多相通電手段４３を提供する。ステップ２６１は、電力の移動量が第１閾値Ｉｔｈ２を上回り、かつ第１閾値より大きい第２閾値Ｉｔｈ３を下回るとき、２つの相巻線に通電する二相通電手段を提供する。ステップ２６１は、電力の移動量が所定の閾値Ｉｔｈ３を下回るとき、所定の数の相巻線に通電する少相通電手段４２を提供する。これとの対比において、ステップ１５５は、電力の移動量が所定の閾値Ｉｔｈ３を上回るとき、ステップ２６１より多い数の相巻線に通電する多相通電手段４３を提供する。ステップ１５５は、電力の移動量が第２閾値Ｉｔｈ３を上回るとき、３つの相巻線に通電する三相通電手段を提供する。

【0087】

図１２に図示されるように、この実施形態では、閾値Ｉｔｈ２、Ｉｔｈ３によって一相通電１Ｐと、二相通電２Ｐと、三相通電３Ｐとが切替えられる。これにより、太実線ＥＭＢ２で示される効率ＥＦＦが得られる。

【0088】

図１３は、電力変換装置１０が降圧回路として機能することにより、電池１３から電池１４へ充電する場合の、出力電流Ｉｏｕｔと、スイッチ素子Ｑ１−Ｑ１２の制御信号とを示す。

【0089】

出力電流Ｉｏｕｔが閾値Ｉｔｈ２を下回るとき、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２だけがスイッチング駆動される。スイッチ素子Ｑ３−Ｑ６はスイッチング駆動を停止し、ＯＦＦ状態に固定される。これにより、一相通電１Ｐが実行される。

【0090】

時刻ｔ２１において、出力電流Ｉｏｕｔが閾値Ｉｔｈ２を上回ると、二相通電２Ｐが実行される。二相通電２Ｐにおいては、スイッチ素子Ｑ１−Ｑ４だけがスイッチング駆動される。スイッチ素子Ｑ５、Ｑ６はスイッチング駆動を停止し、ＯＦＦ状態に固定される。これにより、二相通電２Ｐが実行される。

【0091】

時刻ｔ２２において、出力電流Ｉｏｕｔが閾値Ｉｔｈ３を上回ると、三相通電３Ｐが実行される。

【0092】

この実施形態によると、出力電力の増加につれて、一相通電１Ｐ、二相通電２Ｐ、および三相通電３Ｐが順に選択される。このため、出力電力に応じて、スイッチング駆動される相数が切替えられる。この結果、出力電力が低い領域から高い領域にわたって、高い効率ＥＦＦを提供することができる。

【0093】

（第３実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、一相通電１Ｐにおいて通電される相巻線は、Ｘ相巻線に固定されている。これに代えて、この実施形態では、一相通電１Ｐにおいて通電される相巻線が、循環的に切換えられる。

【0094】

図１４は、電力変換処理３５０を示す。電力変換処理３５０においては、上述の電力変換処理１５０に加えて、ステップ３６４が採用されている。ステップ３６４では、一相通電１Ｐの継続時間に基づいて、通電される相巻線を循環的に切換える処理が実行される。ステップ３６４では、ひとつの相巻線へのスイッチング駆動に起因する連続的な通電継続期間が所定期間に制限される。ステップ３６４では、ひとつの相巻線へのスイッチング駆動による通電が所定期間継続すると、他の相巻線への切換が実行される。例えば、インバータ回路１５および多相巻線２３においては、Ｘ相巻線からＹ相巻線への切換え、Ｙ相巻線からＺ相巻線への切換え、およびＺ相巻線からＸ相巻線への切換えが提供される。ステップ３６４は、少相通電手段４２、１５６により通電される相巻線を切換える相切換手段を提供する。

【0095】

図１５は、この実施形態の作動の一例を示す。時刻ｔ０と時刻ｔ３１との間においてＸ相巻線への通電によって一相通電１Ｐが提供される。時刻ｔ３１と時刻ｔ３２との間においてＹ相巻線への通電によって一相通電１Ｐが提供される。時刻ｔ３２と時刻ｔ１１との間においてＺ相巻線への通電によって一相通電１Ｐが提供される。

【0096】

これにより、一部のスイッチ素子および一部の相巻線への負荷の集中が抑制される。例えば、一部の相巻線への通電集中に起因する温度上昇を抑制できる。また、一部のスイッチ素子にスイッチング駆動が集中することに起因する劣化を抑制することができる。

【0097】

（第４実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、予め定められたひとつまたは複数の相に通電することにより電力変換を実行した。これに代えて、この実施形態では、回転電機１２の回転子２１の停止位置に応じて、通電されるべき相が選択される。ここでは、回転子２１の磁極によって規定されるｄ軸の角度ａｎｇｌｅ（ｄ）に最も近い電気角を実現するひとつまたは複数の相が選択される。

【0098】

図１６は、電力変換処理４５０を示す。電力変換処理４５０においては、電力変換処理２５０に加えて、ステップ４６３、４６４、４６５、４６６が採用される。

【0099】

ステップ４６３では、位置検出器３７から回転子２１の停止位置が検出される。回転子２１の停止位置は、ｄ軸の角度ａｎｇｌｅ（ｄ）によって示される。

【0100】

ステップ４６４では、ｄ軸の角度ａｎｇｌｅ（ｄ）に最も近い電気的な角度を実現するひとつの相巻線が選択される。ステップ１５６では、ステップ４６４によって選択された相巻線へ通電することにより一相通電１Ｐが実行される。

【0101】

図１７は、回転子２１の停止位置の一例を示す。図中には、回転子２１のｄ軸の方向ｄが図示されている。図示される場合、Ｘ相巻線に通電することにより得られる電気的な角度ａｎｇｌｅ（ｘ）が、ｄ軸の角度ａｎｇｌｅ（ｄ）に最も近い。図示される場合、ステップ４６４では、Ｘ相巻線が選択される。

【0102】

図１６に戻り、ステップ４６５では、位置検出器３７から回転子２１の停止位置が検出される。ステップ４６６では、ｄ軸の角度ａｎｇｌｅ（ｄ）に最も近い電気的な角度を実現する２つの相巻線が選択される。ステップ２６１では、ステップ４６６によって選択された２つの相巻線へ通電することにより二相通電２Ｐが実行される。

【0103】

図１８は、回転子２１の停止位置の一例を示す。図中には、回転子２１のｄ軸の方向ｄが図示されている。図示される場合、Ｘ相巻線とＺ相巻線とに通電することにより得られる電気的な角度ａｎｇｌｅ（ｘ+ｚ）が、ｄ軸の角度ａｎｇｌｅ（ｄ）に最も近い。図示される場合、ステップ４６６では、Ｘ相巻線とＺ相巻線とが選択される。

【0104】

ステップ４６３、４６５は、回転子２１の停止位置を検出する位置検出手段を提供する。ステップ４６４、４６６は、少相通電手段４２、１５６、２６１により通電される相巻線を、回転子２１の停止位置におけるｄ軸の角度ａｎｇｌｅ（ｄ）に近い電気角を提供できる相巻線に設定する相選択手段を提供する。ステップ４６４は、少相通電手段１５６がひとつの相巻線に通電する場合、回転子２１のｄ軸の角度に最も近い電気角を提供できる相巻線を選択する相選択手段を提供する。ステップ４６６は、少相通電手段２６１が２つの相巻線に通電する場合、回転子２１のｄ軸の角度に最も近い電気角を提供できる２つの相巻線を選択する相選択手段を提供する。

【0105】

この実施形態によると、一相通電１Ｐまたは二相通電２Ｐを実施するときに、通電される相巻線によって実現される固定子２２の磁界方向が、回転子２１のｄ軸の近傍に位置付けられる。これにより、回転電機１２が電力変換装置１０の一部として利用される場合にも、回転子２１の回動を抑制できる。また、スイッチング駆動に起因する回転子２１の振動を抑制できる。この結果、スイッチング駆動に起因する騒音を抑制できる。

【0106】

（他の実施形態）
発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造、作用、効果は、あくまで例示であって、発明の技術的範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。発明は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、それぞれ独立して実施可能である。発明のいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

【0107】

例えば、制御装置が提供する手段と機能は、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、制御装置をアナログ回路によって構成してもよい。

【0108】

一相通電１Ｐは、Ｘ相巻線、Ｙ相巻線、またはＺ相巻線への通電によって提供してもよい。同様に、一相通電１Ｐは、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、またはＷ相巻線への通電によって提供してもよい。さらに、すべての相より少ない数の相巻線に通電する場合、通電する相巻線を循環的に切換えてもよい。例えば、二相通電２Ｐにおいても、通電する相巻線の組み合わせを循環的に切換えることができる。

【符号の説明】

【0109】

１０ 電力変換装置、 １１ 負荷、
１２ 回転電機、 １３、１４ 電池、
１５、１６ フルブリッジ回路（インバータ回路）、
２１ 回転子、 ２２ 固定子、 ２３、２４ 多相巻線、
２５ 中性点回路、 ２６ リレー、
３１ 制御装置、
３２、３３ 電圧センサ、 ３４、３５、３６ 電流センサ、
３７ 位置検出器、
４１ スイッチング制御部、
４２ 少相通電部、 ４３ 多相通電部、 ４４ 電力判定部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】