特許 6683514 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】6683514

(24)【登録日】2020年3月30日

(45)【発行日】2020年4月22日

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20200413BHJP

   H02M 7/5388 20070101ALI20200413BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 F

   H02M7/5388

【請求項の数】4

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-57954(P2016-57954)

(22)【出願日】2016年3月23日

(65)【公開番号】特開2017-175747(P2017-175747A)

(43)【公開日】2017年9月28日

【審査請求日】2019年2月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(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】100093779

【弁理士】

【氏名又は名称】服部 雅紀

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 満孝

(72)【発明者】

【氏名】高橋 芳光

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 剛

【審査官】 小林 秀和

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０５４０９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１４９１５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５２９０５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｈ０２Ｍ ７／５３８８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数相のコイル（１１、１２、１３）を有する回転電機（１０）の電力を変換する電力変換装置であって、
高電位側に設けられる第１上アーム素子（２１〜２３）、および、前記第１上アーム素子の低電位側に設けられる第１下アーム素子（２４〜２６）を相毎に有し、前記コイルの一端（１１１、１２１、１３１）と電圧源（４０）とに接続される第１インバータ（２０）と、
高電位側に設けられる第２上アーム素子（３１〜３３）、および、前記第２上アーム素子の低電位側に設けられる第２下アーム素子（３４〜３６）を相毎に有し、前記コイルの他端（１１２、１２２、１３２）に接続される第２インバータ（３０）と、
前記電圧源の正極側と、前記第１上アーム素子の高電位側と、前記第２上アーム素子の高電位側とを接続する高電位側接続線（５１）と、
前記電圧源の負極側と、前記第１下アーム素子の低電位側と、前記第２下アーム素子の低電位側とを接続する低電位側接続線（５５）と、
前記第１インバータおよび前記第２インバータを制御し、前記複数相のコイルがＹ結線状態となるように制御するＹ結線制御、または、前記複数相のコイルを独立とするＨブリッジ回路とし相毎に印加電圧を制御するブリッジ制御を行う制御部（６５）と、
を備え、
前記制御部は、
前記回転電機の回転数が前記Ｙ結線制御にて出力可能な上限値または該上限値より低出力側の値よりもさらに低回転数側である場合には前記Ｙ結線制御を行うとともに、
前記回転電機の回転数が前記Ｙ結線制御にて出力可能な上限値または該上限値より低出力側の値よりも高回転数側である場合には、前記複数相のコイルを独立とする前記Ｈブリッジ回路とし相毎に印加電圧を制御することによって、コイルの各相に流れる相電流としての正弦波電流の半周期毎に、
前記第１インバータの前記第１上アーム素子及び前記第１下アーム素子を相補的にオンオフし、前記第２インバータの前記第２上アーム素子及び前記第２下アーム素子のオンオフを一定とすることにより、前記コイルに正方向に流れる電流と正方向の通電方向に応じた還流電流とを流すスイッチングパターンと、
前記第１インバータの前記第１上アーム素子及び前記第１下アーム素子のオンオフを一定とし、前記第２インバータの前記第２上アーム素子及び前記第２下アーム素子を相補的にオンオフすることにより、前記コイルに負方向に流れる電流と負方向の通電方向に応じた還流電流とを流すスイッチングパターンと、
する平衡ブリッジ制御を行う電力変換装置。

【請求項2】

前記制御部は、
前記回転電機の回転数が前記Ｙ結線制御にて出力可能な上限値または該上限値より低出力側の値よりも高回転数側である場合には、前記複数相のコイルを独立とする前記Ｈブリッジ回路とし相毎に印加電圧を制御することによって、コイルの各相に流れる相電流としての正弦波電流の半周期毎に、
前記第１インバータの前記第１上アーム素子及び前記第１下アーム素子を相補的にオンオフし、前記第２インバータの前記第２上アーム素子をオフ、前記第２下アーム素子をオンするスイッチングパターンと、
前記第１インバータの前記第１上アーム素子をオフ、前記第１下アーム素子をオンし、前記第２インバータの前記第２上アーム素子及び前記第２下アーム素子を相補的にオンオフするスイッチングパターンと、
する平衡ブリッジ制御を行う請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記高電位側接続線および前記低電位側接続線の少なくとも一方には、前記第１インバータ側と前記第２インバータ側とを断接可能な開閉器（５２、５６）が設けられる請求項１または２に記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記制御部は、
前記回転電機の駆動要求が前記低回転数側である場合、少なくとも１つの前記開閉器を開とし、前記第２インバータを中性点化し、前記駆動要求に応じて前記第１インバータを制御する前記Ｙ結線制御とし、
前記駆動要求が前記高回転数側である場合、前記開閉器を閉とし、前記コイルに印加する電圧を相毎に制御する前記ブリッジ制御とする請求項３に記載の電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、巻線切替機能付インバータが知られている。例えば、特許文献１では、２組のインバータ回路と２個のスイッチを設けることで、Ｙ接続運転とΔ接続運転とを切り替えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１−３４１９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１では、インバータ回路の制御方法としてＰＷＭ制御以外の制御については、なんら言及されていない。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転電機の最大トルクを向上可能な電力変換装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の電力変換装置は、複数相のコイル（１１、１２、１３）を有する回転電機（１０）の電力を変換するものであって、第１インバータ（２０）と、第２インバータ（３０）と、高電位側接続線（５１）と、低電位側接続線（５５）と、制御部（６５）と、を備える。

【0006】

第１インバータは、高電位側に設けられる第１上アーム素子（２１〜２３）、および、第１上アーム素子の低電位側に設けられる第１下アーム素子（２４〜４６）を相毎に有し、コイルの一端（１１１、１２１、１３１）と電圧源（４０）とに接続される。
第２インバータは、高電位側に設けられる第２上アーム素子（３１〜３３）、および、第２上アーム素子の低電位側に設けられる第２下アーム素子（３４〜３６）を相毎に有し、コイルの他端（１１２、１２２、１３２）に接続される。
高電位側接続線は、電圧源の正極側と、第１上アーム素子の高電位側と、第２上アーム素子の高電位側とを接続する。
低電位側接続線は、電圧源の負極側と、第１下アーム素子の低電位側と、第２下アーム素子の低電位側とを接続する。
制御部は、第１インバータおよび第２インバータを制御し、複数相のコイルがＹ結線状態となるように制御するＹ結線制御、又は、複数相のコイルを独立とするＨブリッジ回路とし相毎に印加電圧を制御するブリッジ制御を行う。

【0007】

制御部は、回転電機の回転数がＹ結線制御にて出力可能な上限値または該上限値より低出力側の値よりもさらに低回転数側である場合にはＹ結線制御を行うとともに、回転電機の回転数がＹ結線制御にて出力可能な上限値または該上限値より低出力側の値よりも高回転数側である場合には、複数相のコイルを独立とするＨブリッジ回路とし相毎に印加電圧を制御することによって、コイルの各相に流れる相電流としての正弦波電流の半周期毎に、「第１インバータの第１上アーム素子及び第１下アーム素子を相補的にオンオフし、第２インバータの第２上アーム素子及び第２下アーム素子のオンオフを一定とすることにより、コイルに正方向に流れる電流と正方向の通電方向に応じた還流電流とを流すスイッチングパターン」と、「第１インバータの第１上アーム素子及び第１下アーム素子のオンオフを一定とし、第２インバータの第２上アーム素子及び第２下アーム素子を相補的にオンオフすることにより、コイルに負方向に流れる電流と負方向の通電方向に応じた還流電流とを流すスイッチングパターン」と、する平衡ブリッジ制御を行う。

【0008】

本発明では、高電位側接続線および低電位側接続線にて、第１インバータと第２インバータとを接続することで、それぞれの相を独立のブリッジ回路とみなし、コイルの印加電圧を相毎に制御するブリッジ制御が可能である。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１実施形態による電力変換装置を示す概略構成図である。

【図2】本発明の第１実施形態によるモータジェネレータの駆動領域を説明する説明図である。

【図3】本発明の第１実施形態によるＹ結線制御をよびブリッジ制御を説明する説明図である。

【図4】本発明の第１実施形態によるブリッジ制御時のＵ相の回路図である。

【図5】本発明の第１実施形態によるブリッジ制御を説明する説明図である。

【図6】本発明の第１実施形態による平衡ブリッジ制御時の動作を説明する説明図である。

【図7】本発明の第１実施形態による不平衡ブリッジ制御時の動作を説明する説明図である。

【図8】本発明の第２実施形態による電力変換装置を示す概略構成図である。

【図9】本発明の第３実施形態による電力変換装置を示す概略構成図である。

【図10】本発明の第４実施形態による電力変換装置を示す概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明による電力変換装置を図面に基づいて説明する。以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による電力変換装置を図１〜図７に示す。
図１に示すように、回転電機駆動システム１は、回転電機としてのモータジェネレータ１０、および、電力変換装置１５を備える。

【0011】

モータジェネレータ１０は、例えば電気自動車やハイブリッド車両等の電動自動車に適用され、図示しない駆動輪を駆動するためのトルクを発生する、所謂「主機モータ」である。モータジェネレータ１０は、駆動輪を駆動するための電動機としての機能、および、図示しないエンジンや駆動輪から伝わる運動エネルギによって駆動されて発電する発電機としての機能を有する。本実施形態では、モータジェネレータ１０が電動機として機能する場合を中心に説明する。

【0012】

モータジェネレータ１０は、３相交流の回転機であって、Ｕ相コイル１１、Ｖ相コイル１２、および、Ｗ相コイル１３を有する。以下適宜、Ｕ相コイル１１、Ｖ相コイル１２およびＷ相コイル１３を「コイル１１〜１３」という。また、Ｕ相コイル１１に流れる電流をＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相コイル１２に流れる電流をＶ相電流Ｉｖ、Ｗ相コイル１３に流れる電流をＷ相電流Ｉｗとする。コイル１１〜１３に流れる電流について、第１インバータ２０側から第２インバータ３０側に流れる電流を正、第２インバータ３０側から第１インバータ２０側に流れる電流を負とする。

【0013】

電力変換装置１５は、モータジェネレータ１０の電力を変換するものであって、第１インバータ２０、第２インバータ３０、高電位側接続線５１、低電位側接続線５５、および、制御部６５等を備える。
第１インバータ２０は、コイル１１〜１３の通電を切り替える３相インバータであり、スイッチング素子２１〜２６を有する。第２インバータ３０は、コイル１１〜１３の通電を切り替える３相インバータであり、スイッチング素子３１〜３６を有する。
スイッチング素子２１は、トランジスタ２１１およびダイオード２２１を有する。スイッチング素子２２〜２６、３１〜３６も同様に、それぞれ、トランジスタ２１２〜２１６、３１１〜３１６、および、ダイオード２２２〜２２６、３２１〜３２６を有する。

【0014】

トランジスタ２１１〜２１６、３１１〜３１６は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）であって、制御部６５によってオンオフ作動が制御される。トランジスタ２１１〜２１６、３１１〜３１６は、オンされたときに高電位側から低電位側への通電が許容され、オフされたときに通電が遮断される。トランジスタ２１１〜２１６、３１１〜３１６は、ＩＧＢＴに限らず、ＭＯＳＦＥＴ等であってもよい。

【0015】

ダイオード２２１〜２２６、３２１〜３２６は、トランジスタ２１１〜２１６、３１１〜３１６のそれぞれと並列に接続され、低電位側から高電位側への通電を許容する還流ダイオードである。例えば、ダイオード２２１〜２２６、３２１〜３２６は、例えば、ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオード等のように、トランジスタ２１１〜２１６、３１１〜３１６に内蔵されていてもよいし、外付けされたものであってもよい。

【0016】

第１インバータ２０において、高電位側にスイッチング素子２１〜２３が接続され、低電位側にスイッチング素子２４〜２６が接続される。また、スイッチング素子２１〜２３の高電位側はバッテリ４０の正極と接続され、スイッチング素子２４〜２６の低電位側はバッテリ４０の負極と接続される。

【0017】

Ｕ相のスイッチング素子２１、２４の接続点にはＵ相コイル１１の一端１１１が接続され、Ｖ相のスイッチング素子２２、２５の接続点にはＶ相コイル１２の一端１２１が接続され、Ｗ相のスイッチング素子２３、２６の接続点にはＷ相コイル１３の一端１３１が接続される。すなわち、第１インバータ２０は、コイル１１、１２、１３の一端１１１、１２１、１３１とバッテリ４０との間に接続される。

【0018】

第２インバータ３０において、高電位側にスイッチング素子３１〜３３が接続され、低電位側にスイッチング素子３４〜３６が接続される。
Ｕ相のスイッチング素子３１、３４の接続点にはＵ相コイル１１の他端１１２が接続され、Ｖ相のスイッチング素子３２、３５の接続点にはＶ相コイル１２の他端１２２が接続され、Ｗ相のスイッチング素子３３、３６の接続点にはＷ相コイル１３の他端１３２が接続される。

【0019】

以下適宜、第１インバータ２０において、高電位側に接続されるスイッチング素子２１〜２３を「第１上アーム素子」、低電位側に接続されるスイッチング素子２４〜２６を「第１下アーム素子」とする。また、第２インバータ３０において、高電位側に接続されるスイッチング素子３１〜３３を「第２上アーム素子」、低電位側に接続されるスイッチング素子３４〜３６を「第２下アーム素子」とする。

【0020】

バッテリ４０は、第１インバータ２０と接続される。本実施形態では、第２インバータ３０側にはバッテリ等の電圧源が設けられていない。
コンデンサ４３は、第１インバータ２０とバッテリ４０との間に接続される平滑コンデンサである。
電流検出部４５は、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。本実施形態では、電流検出部４５として、ホール素子等の電流検出素子が各相に設けられる。

【0021】

高電位側接続線５１は、バッテリ４０の正極側と、第１上アーム素子２１〜２３の高電位側と、第２上アーム素子３１〜３３の高電位側とを接続する。換言すると、高電位側接続線５１は、モータジェネレータ１０を経由せずに、インバータ２０、３０の高電位側を接続する接続配線である。
低電位側接続線５５は、バッテリ４０の負極側と、第１下アーム素子２４〜２６の低電位側と、第２下アーム素子３４〜３６の低電位側とを接続する。換言すると、低電位側接続線５５は、モータジェネレータ１０を経由せずに、インバータ２０、３０の低電位側を接続する接続配線である。

【0022】

高電位側接続線５１には、第１インバータ２０側と第２インバータ３０側との導通および遮断を切替可能な開閉器５２が設けられる。開閉器５２は、第１インバータ２０側と第２インバータ３０側との導通および遮断を切替可能であれば、機械式のものであってもよいし、半導体スイッチ等であってもよい。

【0023】

制御信号生成部６０は、第１ドライバ回路６１、第２ドライバ回路６２、および、制御部６５を有する。
制御部６５は、マイコンを主体として構成され、各種演算処理を行う。制御部６５における各処理は、予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。
制御部６５は、第１インバータ２０および第２インバータ３０を制御する。具体的には、トルク指令値ｔｒｑ^*や電流指令値Ｉｕ^*、Ｉｖ^*、Ｉｗ^*等のモータジェネレータ１０の駆動に係る指令値に基づき、スイッチング素子２１〜２６、３１〜３６のトランジスタ２１１〜２１６、３１１〜３１６のオンオフ作動を制御する制御信号を生成し、ドライバ回路６１、６２に出力する。

【0024】

第１ドライバ回路６１は、制御部６５からの制御信号に応じ、トランジスタ２１１〜２１６のオンオフ作動を制御するゲート信号を生成して出力する。第２ドライバ回路６２は、制御部６５からの制御信号に応じ、トランジスタ３１１〜３１６のオンオフ作動を制御するゲート信号を生成して出力する。トランジスタ２１１〜２１６、３１１〜３１６が制御信号に応じてオンオフされることで、バッテリ４０の直流電力が交流電力に変換され、モータジェネレータ１０へ供給される。これにより、モータジェネレータ１０の駆動は、第１インバータ２０および第２インバータ３０を介して、制御部６５に制御される。

【0025】

以下適宜、スイッチング素子２１〜２６、３１〜３６のトランジスタ２１１〜２１６、３１１〜３１６のオンオフ作動を制御することを、単にスイッチング素子２１〜２６、３１〜３６のオンオフ作動を制御する、という。本実施形態では、スイッチング素子２１〜２６、３１〜３６は、ドライバ回路６１、６２により、それぞれ独立してオンオフを制御可能である。

【0026】

モータジェネレータ１０の駆動制御を説明する。本実施形態では、モータジェネレータ１０の回転数およびトルクを「駆動要求」とする。図２に示すように、モータジェネレータ１０の回転数およびトルクに応じ、駆動領域を第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、第３領域Ｒ３の３領域に分ける。第１領域Ｒ１は、トルクが切替閾値ｔｒｑ＿ｔｈ以下であって、低回転数側の領域である。第２領域Ｒ２は、トルクが切替閾値ｔｒｑ＿ｔｈ以下であって、高回転数側の領域である。領域Ｒ１、Ｒ２の境界値Ｂｔｈは、後述するＹ結線制御にて出力可能な上限値とする。境界値Ｂｔｈは、いずれも後述するＹ結線制御の効率と３相平衡ブリッジ駆動の効率とに基づき、Ｙ結線制御にて出力可能な上限値より低出力側の値としてもよい。
第３領域Ｒ３は、トルクが切替閾値ｔｒｑ＿ｔｈより大きい領域とする。切替閾値ｔｒｑ＿ｔｈは、コイル１１〜１３の電流を３相平衡電流としたときに出力可能な上限値である。ここで、３相平衡電流は、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの３相和の絶対値が０とみなせる程度の所定値以下であるものとする。

【0027】

モータジェネレータ１０のトルクおよび回転数が第１領域Ｒ１のとき、制御部６５は、コイル１１〜１３がＹ結線状態となるようにスイッチング素子２１〜２６、３１〜３６および開閉器５２を制御する。コイル１１〜１３がＹ結線状態となるような制御を、「Ｙ結線制御」とする。具体的には、図３（ａ）に示すように、開閉器５２を開とし、第２上アーム素子３１〜３３の全相をオン、第２下アーム素子３４〜３６の全相をオフし、第２インバータ３０を中性点化する。第１インバータ２０において、スイッチング素子２１〜２６は、例えばＰＷＭ制御等により、モータジェネレータ１０の駆動要求に応じて制御される。例えば、第２インバータ３０が中性点化され、第１インバータ２０のスイッチング素子２１、２５、２６がオンされているとき、矢印Ａ１で示す経路を電流が流れる。

【0028】

モータジェネレータ１０のトルクおよび回転数が第２領域Ｒ２または第３領域Ｒ３のとき、開閉器５２を閉とする。図４に示すように、開閉器５２を閉とすることで、それぞれの相を独立したＨブリッジ回路とみなすことができる。それぞれの相を独立したＨブリッジ回路とみなし、相毎に印加電圧を制御することを「ブリッジ制御」とする。例えば、ブリッジ制御により、スイッチング素子２１、２５、２６、３２、３３、３４がオンされているとき、図３（ｂ）に矢印Ａ２で示す経路の電流が流れる。

【0029】

ブリッジ制御の詳細を図５に基づいて説明する。以下、Ｕ相を中心に説明するが、Ｖ相およびＷ相については、位相がずれている点を除き、略同様である。図５（ａ）に矢印Ａ１１に示すように、コイル１１に正方向の電流を流す場合、第１上アーム素子２１および第２下アーム素子３４をオン、第１下アーム素子２４および第２上アーム素子３１をオフにする。

【0030】

図５（ｂ）に矢印Ａ１２に示すように、コイル１２に負方向の電流を流す場合、第１下アーム素子２４および第２上アーム素子３１をオン、第１上アーム素子２１および第２下アーム素子３４をオフにする。
なお、スイッチング素子２１、２４、３１、３４のオンオフ状態が、図５（ａ）、（ｂ）に示すパターン以外の場合、通電方向に応じた還流電流が流れる。

【0031】

本実施形態では、スイッチング素子２１〜２６、３１〜３６を独立してオンオフ切り替え可能であるので、３相を独立したＨブリッジ回路として制御することで、電流制御の自由度が高まる。
以下、コイル１１〜１３に３相平衡の電流が流れるようにブリッジ制御することを「平衡ブリッジ制御」、３相不平衡の電流が流れるようにブリッジ制御することを「不平衡ブリッジ制御」とする。

【0032】

モータジェネレータ１０のトルクおよび回転数が第２領域Ｒ２のとき、開閉器５２を閉とし、コイル１１〜１３に３相平衡の電流が流れるように、平衡ブリッジ制御とする。ここで、Ｙ結線制御および平衡ブリッジ制御では、コイル１１〜１３に平衡電流が通電されるように制御するので、「平衡制御」である、といえる。平衡制御を行う領域Ｒ１、Ｒ２を「平衡領域」とする。

【0033】

図６は、平衡ブリッジ制御を行う場合の例である。図６では、（ａ）が相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ、（ｂ）がトルク、（ｃ）がＵ相電圧Ｖｕである。Ｕ相電圧Ｖｕは、コイル１１の第２インバータ３０側を基準としたときの、第１インバータ２０側の電位とする。また、図６（ｄ）は第１上アーム素子２１、（ｅ）は第１下アーム素子２４、（ｆ）は第２上アーム素子３１、（ｇ）は第２下アーム素子３４のスイッチングパターンである。図６中では、スイッチング素子２１を「Ｕ１上」、スイッチング素子２４を「Ｕ１下」、スイッチング素子３１を「Ｕ２上」、スイッチング素子３４を「Ｕ２下」と記載する。図７も同様とする。

【0034】

正のＵ相電圧Ｖｕを印加するとき、駆動要求に応じたＰＷＭ制御により、第１インバータ２０のスイッチング素子２１、２４を相補的にオンオフする。また、第２上アーム素子３１をオフ、第２下アーム素子３４をオンにする。これにより、Ｕ相コイル１１には、正の電流が流れる。
負のＵ相電圧Ｖｕを印加するとき、第１上アーム素子２１をオフ、第１下アーム素子２４をオンにする。また、駆動要求に応じたＰＷＭ制御により、第２インバータ３０のスイッチング素子３１、３４を相補的にオンオフする。これにより、Ｕ相コイル１１には、負の電流が流れる。
Ｖ相およびＷ相は、１２０°ずつ位相がずれた同様のスイッチングパターンとする。
これにより、図６（ａ）に示すように、コイル１１〜１３には、３相平衡の電流が流れる。

【0035】

本実施形態では、開閉器５２の開閉の切り替えと、スイッチング素子２１〜２６、３１〜３６のオンオフ制御を変更することで、Ｙ結線制御と平衡ブリッジ制御とを切り替え可能である。Ｙ結線制御に変えて、平衡ブリッジ制御とすることで、より高回転数側の領域を出力可能である。図６（ｂ）および図７（ｂ）に示すように、３相平衡電流をコイル１１〜１３に流すことで、３相不平衡電流を流す場合と比較し、トルク変動を抑制可能である。

【0036】

モータジェネレータ１０のトルクおよび回転数が第３領域Ｒ３のとき、開閉器５２を閉とし、不平衡ブリッジ制御とする。本実施形態では、不平衡ブリッジ制御が「不平衡制御」に対応し、不平衡ブリッジ制御を行う第３領域Ｒ３を「不平衡領域」とする。
コイル１１〜１３に流れる電流を３相平衡の正弦波電流に替えて不平衡電流とすることで、出力可能なトルクを高めることができるので、平衡電流では出力できない第３領域Ｒ３のトルクを出力可能である。

【0037】

図７は、第３領域Ｒ３のトルクを出力すべく、不平衡ブリッジ制御を行う場合の例である。図７（ａ）に示すように、第３領域Ｒ３のトルクを出力する場合、正弦波電流に替えて、台形波の電流がコイル１１〜１３に流れるように制御する。
コイル１１に正方向の電流を流すとき、スイッチング素子２１、３４を駆動要求に応じたデューティでスイッチングし、スイッチング素子２４、３１をオフにする。
Ｕ相電流Ｉｕを正から負に切り替えるタイミングＸｕ１において、スイッチング素子２４、３１をオン、スイッチング素子２１、３４をオフに切り替える。タイミングＸｕ１は、電気角が１８０°となるタイミングとする。還流等を防ぐため、Ｕ相電流Ｉｕが所望の値となるまでの間は、スイッチング素子２４、３１をオン、スイッチング素子２１、３４のスイッチング状態を継続する。このスイッチング状態の継続期間は、モータジェネレータ１０のインダクタンスＬ等によって決まる。Ｕ相電流Ｉｕが所望の値となった後は、スイッチング素子２４、３１を駆動要求に応じたデューティでスイッチングする。

【0038】

Ｕ相電流Ｉｕを負から正に切り替えるタイミングＸｕ２において、スイッチング素子２１、３４をオン、２４、３１をオフに切り替える。タイミングＸｕ２は、電気角が０°となるタイミングとする。還流等を防ぐために、スイッチング素子２１、３４がオン、スイッチング素子２４、３１がオフの状態を、Ｕ相電流Ｉｕが所望の値となるまでの間、継続する点については、タイミングＸｕ１での切り替え時と同様である。
Ｖ相およびＷ相は、１２０°ずつ位相がずれた同様のスイッチングパターンとする。

【0039】

３相不平衡の台形波電流をコイル１１〜１３に流すことで、図７（ｂ）に実線ｔｒｑ＿ｂで示すように、破線で示す３相平衡の正弦波電流を流した場合のトルクｔｒｑ＿ｓと比較し、脈動はあるものの、平均として大きなトルクを出力することができる。また、３相平衡の正弦波電流を流す場合と比較し、瞬間的な最大トルクを大きくすることができる。

【0040】

以上説明したように、本実施形態の電力変換装置１５は、複数相のコイル１１〜１３を有するモータジェネレータ１０の電力を変換するものであって、第１インバータ２０と、第２インバータ３０と、高電位側接続線５１と、低電位側接続線５５と、制御部６５と、を備える。

【0041】

第１インバータ２０は、高電位側に設けられる第１上アーム素子２１〜２３、および、第１上アーム素子２１〜２３の低電位側に設けられる第１下アーム素子２４〜２６を相毎に有し、コイル１１、１２、１３の一端１１１、１２１、１３１とバッテリ４０とに接続される。
第２インバータ３０は、高電位側に設けられる第２上アーム素子３１〜３３、および、第２上アーム素子３１〜３３の低電位側に設けられる第２下アーム素子３４〜３６を相毎に有し、コイル１１、１２、１３の他端１１２、１２２、１３２に接続される。

【0042】

高電位側接続線５１は、バッテリ４０の正極側と、第１上アーム素子２１〜２３の高電位側と、第２上アーム素子３１〜３３の高電位側とを接続する。
低電位側接続線５５は、バッテリ４０の負極側と、第１下アーム素子２４〜２６の低電位側と、第２下アーム素子３４〜３６の低電位側とを接続する。

【0043】

制御部６５は、第１インバータ２０および第２インバータ３０を制御する。
制御部６５は、モータジェネレータ１０のトルクが切替閾値ｔｒｑ＿ｔｈ以下の場合、コイル１１〜１３に平衡電流が流れるように制御する平衡制御とする。制御部６５は、モータジェネレータ１０のトルクが切替閾値ｔｒｑ＿ｔｈより大きい場合、コイル１１〜１３に不平衡電流が流れるように制御する不平衡制御とする。

【0044】

本実施形態では、高電位側接続線５１および低電位側接続線５５にて、第１インバータ２０と第２インバータ３０とを接続することで、それぞれの相を独立のブリッジ回路とみなし、コイルの印加電圧を相毎に制御するブリッジ制御が可能である。ブリッジ制御とすることで、電流制御の自由度が高まり、コイル１１〜１３に不平衡電流を通電することができる。平衡制御に替えて不平衡制御とすることで、出力可能な最大トルクを向上可能である。

【0045】

高電位側接続線５１および低電位側接続線５５の少なくとも一方には、第１インバータ２０側と第２インバータ３０側とを断接可能な開閉器５２が設けられる。本実施形態では、開閉器５２は、高電位側接続線５１に設けられる。開閉器５２を設け、高電位側接続線５１および低電位側接続線５５の少なくとも一方にて第１インバータ２０側と第２インバータ３０側とを切り離すことで、Ｙ結線制御が可能となる。
本実施形態では、高電位側接続線５１に開閉器５２を設け、低電位側接続線５５の開閉器を省略することで、高電位側接続線５１および低電位側接続線５５の両方に開閉器を設ける場合と比較し、部品点数を低減可能である。

【0046】

平衡制御を行う駆動領域である平衡制御領域は、低回転数側の第１領域Ｒ１、および、第１領域Ｒ１より高回転数側の第２領域Ｒ２を含む。また、不平衡制御を行う領域を第３領域Ｒ３とする。
モータジェネレータ１０の駆動要求が第１領域Ｒ１である場合、開閉器５２を開とし、第２インバータ３０を中性点化し、駆動要求に応じて第１インバータ２０を制御するＹ結線制御とする。
モータジェネレータ１０の駆動要求が第２領域Ｒ２または第３領域Ｒ３である場合、開閉器５２を閉とし、コイル１１〜１３に印加する電圧を相毎に制御するブリッジ制御とする。
制御によって、高効率領域が異なる。そのため、駆動領域に応じて制御を切り替えることで、モータジェネレータ１０の駆動効率を高めることができる。

【0047】

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図８に示す。
図８に示すように、本実施形態の回転電機駆動システム２は、モータジェネレータ１０、および、電力変換装置１６を備える。
電力変換装置１６では、低電位側接続線５５に開閉器５６が設けられており、高電位側接続線５１の開閉器５２が省略されている点が第１実施形態の電力変換装置１５と異なる。

【0048】

本実施形態では、駆動要求が第１領域Ｒ１であって、Ｙ結線制御を行う場合、開閉器５６を開とし、第２下アーム素子３４〜３６の全相をオンすることで、第２インバータ３０を中性点化する。
駆動要求が第２領域Ｒ２または第３領域Ｒ３であって、ブリッジ制御を行う場合、開閉器５６を閉とする。
その他の構造や制御の詳細は、第１実施形態と同様である。
このように構成しても、上記実施形態と同様の効果を奏する。

【0049】

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図９に示す。
図９に示すように、本実施形態の回転電機駆動システム３は、モータジェネレータ１０、および、電力変換装置１７を備える。
電力変換装置１７では、高電位側接続線５１に開閉器５２が設けられ、低電位側接続線５５に開閉器５６が設けられる。

【0050】

本実施形態では、駆動要求が第１領域Ｒ１であって、Ｙ結線制御を行う場合、開閉器５２、５６の少なくとも一方を開とする。開閉器５２を開、開閉器５６を閉とする場合、第２上アーム素子３１〜３３の全相をオンすることで第２インバータ３０を中性点化し、開閉器５２を閉、開閉器５６を開とする場合、第２下アーム素子３４〜３６の全相をオンすることで第２インバータ３０を中性点化する。すなわち、開とする開閉器５２、５６に応じ、全相オンにするアームを選択する。
開閉器５２、５６を共に開にする場合、第２上アーム素子３１〜３３の全相、または、第２下アーム素子３４〜３６の全相のいずれをオンにしても、第２インバータ３０を中性点化することができる。
駆動要求が第２領域Ｒ２または第３領域Ｒ３であって、ブリッジ制御を行う場合、開閉器５２、５６を共に閉とする。
その他の構造や制御の詳細は、第１実施形態と同様である。
このように構成しても、上記実施形態と同様の効果を奏する。

【0051】

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図１０に示す。
図１０に示すように、本実施形態の回転電機駆動システム４は、モータジェネレータ１０、および、電力変換装置１８を備える。
電力変換装置１８では、第１実施形態の開閉器５２が省略されている。すなわち、電力変換装置１８では、高電位側接続線５１および低電位側接続線５５のいずれにも開閉器が設けられておらず、第１インバータ２０側と第２インバータ３０側とを切り離すことができない。そのため、本実施形態では、Ｙ結線制御での駆動ができないので、図２の領域Ｒ１は、Ｙ結線制御に替えて、平衡ブリッジ制御とする。
その他の構造や制御の詳細は、第１実施形態と同様である。
本実施形態では、高電位側接続線５１および低電位側接続線５５の開閉器を省略しているので、部品点数を低減することができる。また、Ｙ結線制御ができない点を除き、上記実施形態と同様の効果を奏する。

【0052】

（他の実施形態）
（ア）電圧源
上記実施形態では、電圧源として、リチウムイオン電池等を例示した。他の実施形態では、電圧源は、リチウムイオン電池以外の鉛蓄電池、燃料電池等であってもよい。
（イ）回転電機
上記実施形態では、回転電機はモータジェネレータである。他の実施形態では、回転電機は、発電機の機能を持たない電動機であってもよいし、電動機の機能を持たない発電機であってもよい。また、上記実施形態の回転電機は３相である。他の実施形態では、回転電機は、４相以上としてもよい。
また、上記実施形態では、回転電機が電動車両の主機モータである。他の実施形態では、回転電機は、主機モータに限らず、例えばスタータ機能とオルタネータ機能とを併せ持つ、所謂ＩＳＧ（Integrated Starter Generator）や、補機モータであってもよい。また、電力変換装置を車両以外の装置に適用してもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

【符号の説明】

【0053】

１０・・・モータジェネレータ（回転電機）
１１〜１３・・・コイル（巻線）
１５〜１８・・・電力変換装置
２０・・・第１インバータ
２１〜２３・・・第１上アーム素子 ２４〜２６・・・第１下アーム素子
３０・・・第２インバータ
３１〜３３・・・第２上アーム素子 ３４〜３６・・・第２下アーム素子
４０・・・バッテリ（電圧源）
５１・・・高電位側接続線 ５５・・・低電位側接続線
６５・・・制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】