特開 2022-30964 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022030964

(43)【公開日】2022-02-18

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/487 20070101AFI20220210BHJP

【ＦＩ】

H02M7/487

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020135306

(22)【出願日】2020-08-07

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 賢

(72)【発明者】

【氏名】モイセエフ セルゲイ

(72)【発明者】

【氏名】岩田 佳孝

(72)【発明者】

【氏名】田中 克典

【テーマコード（参考）】

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H770BA02

5H770CA06

5H770DA03

5H770DA33

5H770DA41

5H770HA02X

5H770HA03W

(57)【要約】

【課題】簡易な構成によって中間電圧の変動を抑制することができる電力変換装置１０を提供することである。
【解決手段】直流電源１００から供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置１０は、第１コンデンサ１０２と第２コンデンサ１０３と中間電位線１０４と検出部１０５と検出部１０６とｕ相回路２０とｖ相回路３０とｗ相回路４０と制御回路５０とを備え、検出部１０５，１０６は、第１コンデンサ１０２の電圧である第１電圧、第２コンデンサ１０３の電圧である第２電圧を検出する。各相回路２０，３０，４０の相電圧を目標値とするためのスイッチングパターンには、流出電流が流れる第１パターンと、流入電流が流れる第２パターンとがあり、制御回路５０は、相電圧が所定の目標値となっている状況において第１電圧と第２電圧との電圧差に基づいて、スイッチングパターンを第１パターンから第２パターンに切り替える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換するものであって、
前記直流電源の正極端子と負極端子との間にある第１コンデンサ及び第２コンデンサと、
前記第１コンデンサと前記第２コンデンサとを互いに直列に接続する中間電位線と、
前記正極端子と前記負極端子との間に、互いに並列に接続されたｕ相回路、ｖ相回路、及びｗ相回路と、
前記各相回路を制御する制御部と、
前記第１コンデンサの電圧である第１電圧、及び、前記第２コンデンサの電圧である第２電圧を検出する検出部とを備え、
前記第１コンデンサは、前記直流電源の前記正極端子に接続されるものであり、
前記第２コンデンサは、前記直流電源の前記負極端子に接続されるものであり、
前記各相回路はそれぞれ、
互いに直列に接続された第１スイッチング素子、第２スイッチング素子、第３スイッチング素子、及び第４スイッチング素子と、
前記中間電位線にアノードが接続され、且つ、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との接続線にカソードが接続された第１ダイオードと、
前記中間電位線にカソードが接続され、且つ、前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子との接続線にアノードが接続された第２ダイオードとを有し、
前記制御部は、前記各相回路のスイッチング素子を所定のスイッチングパターンで順次スイッチング動作させることにより前記各相回路の相電圧を可変させるものであり、
前記各相回路のうち２つの前記相回路の相電圧の差を所定の目標値とするためのスイッチングパターンとして、前記中間電位線から前記各相回路のいずれかに向かう流出電流が流れる第１パターンと、前記第１パターンとは反対方向の電流である流入電流が流れる第２パターンと、があり、
前記制御部は、前記第１電圧と前記第２電圧との電圧差に基づいて、前記スイッチングパターンを前記第１パターンから前記第２パターンに切り替える、
電力変換装置。

【請求項2】

前記制御部は、
前記第１電圧と前記第２電圧との電圧差が閾値よりも大きくなったことに基づいて、前記スイッチングパターンを前記第１パターンから前記第２パターンに切り替える、
請求項１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、直流電力を交流電力に変換する中性点クランプ型の３レベルインバータ等の電力変換装置において、出力電圧指令値と出力電流の検出結果とに基づいて、補償電圧を算出し、算出した補償電圧に基づいてスイッチング素子を制御することにより、中間電圧の変動を抑制する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１－１６９５６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、補償電圧の算出には、複雑な場合分けや計算式を用いることが求められる。従来の技術では、電力変換装置は、複雑な計算を実行する高価な演算器を備えることが求められ、コストが増大してしまう場合があった。

【0005】

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成によって中間電圧の変動を抑制することができる電力変換装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成する電力変換装置は、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換するものであって、前記直流電源の正極端子と負極端子との間にある第１コンデンサ及び第２コンデンサと、前記第１コンデンサと前記第２コンデンサとを互いに直列に接続する中間電位線と、前記正極端子と前記負極端子との間に、互いに並列に接続されたｕ相回路、ｖ相回路、及びｗ相回路と、前記各相回路を制御する制御部と、前記第１コンデンサの電圧である第１電圧、及び、前記第２コンデンサの電圧である第２電圧を検出する検出部とを備え、前記第１コンデンサは、前記直流電源の前記正極端子に接続されるものであり、前記第２コンデンサは、前記直流電源の前記負極端子に接続されるものであり、前記各相回路はそれぞれ、互いに直列に接続された第１スイッチング素子、第２スイッチング素子、第３スイッチング素子、及び第４スイッチング素子と、前記中間電位線にアノードが接続され、且つ、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との接続線にカソードが接続された第１ダイオードと、前記中間電位線にカソードが接続され、且つ、前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子との接続線にアノードが接続された第２ダイオードとを有し、前記制御部は、前記各相回路のスイッチング素子を所定のスイッチングパターンで順次スイッチング動作させることにより前記各相回路の相電圧を可変させるものであり、前記各相回路のうち２つの前記相回路の相電圧の差を所定の目標値とするためのスイッチングパターンとして、前記中間電位線から前記各相回路のいずれかに向かう流出電流が流れる第１パターンと、前記第１パターンとは反対方向の電流である流入電流が流れる第２パターンと、があり、前記制御部は、前記第１電圧と前記第２電圧との電圧差に基づいて、前記スイッチングパターンを前記第１パターンから前記第２パターンに切り替えるものである。

【0007】

かかる構成によれば、第１電圧と第２電圧との変動によって中間電位線の中間電圧が変動し得る。ここで、本願発明者らは、中間電位線と各相回路との間で流れる電流の向きに応じて、第１電圧及び第２電圧の変化態様が異なることを見出した。詳細には、流入電流が流れる場合には第１電圧が小さくなり、第２電圧が大きくなる。一方、流出電流が流れる場合には、第１電圧が大きくなり、第２電圧が小さくなる。この点、本構成によれば、第１パターン及び第２パターンは、相電圧が同一の目標値となる一方、中間電位線と各相回路との間で流れる電流の向きが反対となっている。これにより、第１電圧と第２電圧との電位差に基づいて、スイッチングパターンを第１パターンから第２パターンに切り替わるように制御することにより、中間電位線と各相回路との間で流れる電流の向きを制御することができ、それを通じて第１電圧及び第２電圧の電位差を低減することができる。したがって、電力変換装置は、複雑な場合分けや計算式を用いることなく、スイッチングパターンの切り替えという簡易な処理で、第１電圧と第２電圧との電位差を低減することができる。よって、電力変換装置は、簡易な構成によって中間電圧の変動を抑制することができる。

【0008】

上記電力変換装置について、前記制御部は、前記第１電圧と前記第２電圧との電圧差が閾値よりも大きくなったことに基づいて、前記スイッチングパターンを前記第１パターンから前記第２パターンに切り替えるものであってもよい。

【0009】

かかる構成によれば、制御部は、スイッチングパターンが第１パターンである場合に電位差が閾値よりも大きくなると、スイッチングパターンを第１パターンから第２パターンに切り替える。これにより、流入電流が流れ、その結果、第１電圧と第２電圧との電位差を低減することができる。また、制御部は、スイッチングパターンが第２パターンである場合に電位差が閾値よりも大きくなると、スイッチングパターンを第１パターンから第２パターンに切り替える。これにより、流出電流が流れ、その結果第１電圧と第２電圧との電位差を低減することができる。したがって、電力変換装置は、複雑な場合分けや計算式を用いることなく、スイッチングパターンの切り替えという簡易な処理で、第１電圧と第２電圧との電位差を閾値内に収めることができ、それを通じて中間電圧の変動を上記閾値に対応する範囲内に収めることができる。

【発明の効果】

【0010】

本発明の一態様によれば、簡易な構成によって中間電圧の変動を抑制することができる電力変換装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】電力変換装置１０及び３相モータを模式的に示す回路図。

【図2】制御回路５０の動作の一例を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0012】

＜実施形態＞
以下、電力変換装置の一実施形態について説明する。図１に示すように、電力変換装置１０は、例えば、直流電源１００から供給される直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力によって３相モータ１１０を駆動させる３レベルインバータにより実現される。

【0013】

直流電源１００は、メイン電源１０１を有している。メイン電源１０１は、例えば二次電池や電気二重層キャパシタなどの蓄電装置で構成されている。ただし、これに限られず、メイン電源１０１の具体的な構成は任意である。メイン電源１０１は、正極端子１０１ａ、及び負極端子１０１ｂを有している。

【0014】

図１に示すように、３相モータ１１０は、例えば３相コイル１１１ｕ，１１１ｖ，１１１ｗを有している。３相コイル１１１ｕ，１１１ｖ，１１１ｗは例えばＹ結線されている。３相コイル１１１ｕ，１１１ｖ，１１１ｗが所定のパターンで通電されることにより、３相モータ１１０が回転する。なお、３相コイル１１１ｕ，１１１ｖ，１１１ｗの結線態様は、Ｙ結線に限られず任意であり、例えばデルタ結線でもよい。

【0015】

本実施形態では、電力変換装置１０、直流電源１００及び３相モータ１１０は、車両に搭載されており、３相モータ１１０は例えば車両の車輪を回転させるのに用いられる。この場合、直流電源１００は、車両に搭載される車載用蓄電装置であるとよい。

【0016】

電力変換装置１０は、第１コンデンサ１０２と、第２コンデンサ１０３と、中間電位線１０４と、検出部１０５と、検出部１０６とを備えている。第１コンデンサ１０２と、第２コンデンサ１０３とは、正極端子１０１ａと、負極端子１０１ｂとの間に設けられる。詳細には第１コンデンサ１０２、及び第２コンデンサ１０３は、中間電位線１０４を介して互いに直列に接続されている。また、第１コンデンサ１０２は、正極端子１０１ａに接続されており、第２コンデンサ１０３は負極端子１０１ｂに接続されている。メイン電源１０１と第１コンデンサ１０２、及び第２コンデンサ１０３の直列接続体とが並列に接続されている。

【0017】

かかる構成によれば、中間電位線１０４は、負極端子１０１ｂの電圧（低電圧）よりも高く、正極端子１０１ａの電圧（高電圧）よりも低い中間電圧となる。
本実施形態では、第１コンデンサ１０２、及び第２コンデンサ１０３のキャパシタンスは同一であり、中間電圧は、正極端子１０１ａの電圧と負極端子１０１ｂの電圧との中央値となっている。したがって、中間電位線１０４は、中間電圧となる。なお、各電圧の具体的な数値は任意であるが、例えば正極端子１０１ａの電圧は４８Ｖであり、負極端子１０１ｂの電圧は０Ｖであり、中間電圧は２４Ｖである。

【0018】

図１に示すように、検出部１０５は、第１コンデンサ１０２と互いに並列に接続され、第１コンデンサ１０２の両端にかかる電圧を検出する。また、検出部１０６は、第２コンデンサ１０３と互いに並列に接続され、第２コンデンサ１０３の両端にかかる電圧を検出する。以降の説明において、第１コンデンサ１０２の両端にかかる電圧を「第１電圧Ｖ１」と記載し、第２コンデンサ１０３の両端にかかる電圧を「第２電圧Ｖ２」と記載する。したがって、検出部１０５は、第１電圧Ｖ１を検出し、検出部１０６は、第２電圧Ｖ２を検出する。

【0019】

また、電力変換装置１０は、互いに並列に接続された状態で直流電源１００に接続されるｕ相回路２０、ｖ相回路３０、及びｗ相回路４０を備えている。詳細には、電力変換装置１０は、正極端子１０１ａに接続される正極母線１１と、負極端子１０１ｂに接続される負極母線１２とを有しており、各相回路２０，３０，４０はそれぞれ正極母線１１及び負極母線１２の双方に接続されている。

【0020】

ここで、正極端子１０１ａに接続されている正極母線１１には正極端子１０１ａの電圧が印加されている。このため、正極母線１１に接続されることは、正極端子１０１ａの電圧が印加されることといえる。同様に、負極端子１０１ｂに接続されている負極母線１２には負極端子１０１ｂの電圧が印加されている。このため、負極母線１２に接続されることは、負極端子１０１ｂの電圧が印加されることといえる。

【0021】

ちなみに、電力変換装置１０は直流電源１００に接続可能な正極母線１１及び負極母線１２を有していればよく、必ずしも直流電源１００を備えている必要はない。この場合、電力変換装置１０は、直流電源１００と接続するための構成（例えばコネクタや端子）を備えていればよい。

【0022】

ｕ相回路２０について説明する。図１に示すように、ｕ相回路２０は、互いに直列に接続されたｕ相第１スイッチング素子Ｑｕ１と、ｕ相第２スイッチング素子Ｑｕ２と、ｕ相第３スイッチング素子Ｑｕ３と、ｕ相第４スイッチング素子Ｑｕ４とを備えている。ｕ相回路２０は、ｕ相第１スイッチング素子Ｑｕ１と、ｕ相第２スイッチング素子Ｑｕ２と、ｕ相第３スイッチング素子Ｑｕ３と、ｕ相第４スイッチング素子Ｑｕ４と、によって直列接続体が構成されている。ｕ相スイッチング素子Ｑｕ１～Ｑｕ４は、例えばパワースイッチング素子であり、本実施形態ではｎ型のパワーＭＯＳＦＥＴである。ただし、ｕ相スイッチング素子Ｑｕ１～Ｑｕ４は、ＭＯＳＦＥＴに限られず、ＩＧＢＴ等任意である。

【0023】

ｕ相第１スイッチング素子Ｑｕ１は正極母線１１に接続されており、詳細にはｕ相第１スイッチング素子Ｑｕ１のドレインが正極母線１１に接続されている。ｕ相第１スイッチング素子Ｑｕ１のソースは、ｕ相第１接続線２１によってｕ相第２スイッチング素子Ｑｕ２のドレインに接続されている。ｕ相第２スイッチング素子Ｑｕ２のソースは、ｕ相第２接続線２２によってｕ相第３スイッチング素子Ｑｕ３のドレインに接続されている。ｕ相第３スイッチング素子Ｑｕ３のソースは、ｕ相第３接続線２３によってｕ相第４スイッチング素子Ｑｕ４のドレインに接続されている。ｕ相第４スイッチング素子Ｑｕ４は直流電源１００の負極端子１０１ｂに接続されており、詳細にはｕ相第４スイッチング素子Ｑｕ４のソースが負極母線１２に接続されている。ｕ相第２接続線２２が３相モータ１１０（詳細にはｕ相コイル１１１ｕ）に接続されている。これにより、ｕ相第２接続線２２に印加されているｕ相電圧Ｖｕが３相モータ１１０に向けて出力される。

【0024】

なお、本実施形態では、ｕ相第１スイッチング素子Ｑｕ１及びｕ相第２スイッチング素子Ｑｕ２がｕ相回路２０の上アームを構成しており、ｕ相第３スイッチング素子Ｑｕ３及びｕ相第４スイッチング素子Ｑｕ４がｕ相回路２０の下アームを構成している。

【0025】

ｕ相回路２０は、中間電位線１０４と接続されている。詳細には、ｕ相回路２０は、中間電位線１０４に接続されたｕ相第１ダイオードＤｕ１及びｕ相第２ダイオードＤｕ２を備えている。換言すれば、電力変換装置１０は、ｕ相回路２０と中間電位線１０４とを接続する配線を備えており、当該配線によって、中間電位線１０４とｕ相第１ダイオードＤｕ１及びｕ相第２ダイオードＤｕ２とが接続されているといえる。

【0026】

ｕ相第１ダイオードＤｕ１のアノードが中間電位線１０４に接続されており、ｕ相第１ダイオードＤｕ１のカソードがｕ相第１接続線２１に接続されている。ｕ相第２ダイオードＤｕ２のカソードが中間電位線１０４に接続されており、ｕ相第１ダイオードＤｕ１のアノードがｕ相第３接続線２３に接続されている。

【0027】

ｖ相回路３０はｕ相回路２０と同様の構成である。詳細には、ｖ相回路３０は、ｖ相スイッチング素子Ｑｖ１～Ｑｖ４と、ｖ相ダイオードＤｖ１，Ｄｖ２と、ｖ相接続線３１～３３とを備えている。ｖ相第２接続線３２が３相モータ１１０（詳細にはｖ相コイル１１１ｖ）に接続されている。これにより、ｖ相第２接続線３２に印加されているｖ相電圧Ｖｖが３相モータ１１０に印加される。

【0028】

ｗ相回路４０はｕ相回路２０と同様の構成である。詳細には、ｗ相回路４０は、ｗ相スイッチング素子Ｑｗ１～Ｑｗ４と、ｗ相ダイオードＤｗ１，Ｄｗ２と、ｗ相接続線４１～４３とを備えている。ｗ相第２接続線４２が３相モータ１１０（詳細にはｗ相コイル１１１ｗ）に接続されている。これにより、ｗ相第２接続線４２に印加されているｗ相電圧Ｖｗが３相モータ１１０に印加される。

【0029】

なお、説明の便宜上、以降の説明において、各スイッチング素子Ｑｕ１～Ｑｕ４，Ｑｖ１～Ｑｖ４，Ｑｗ１～Ｑｗ４を単にＱｕ１～Ｑｕ４，Ｑｖ１～Ｑｖ４，Ｑｗ１～Ｑｗ４という場合がある。

【0030】

電力変換装置１０は、各相回路２０，３０，４０を制御する制御部としての制御回路５０を備えている。制御回路５０は、各スイッチング素子Ｑｕ１～Ｑｕ４，Ｑｖ１～Ｑｖ４，Ｑｗ１～Ｑｗ４のゲートと電気的に接続されている。

【0031】

制御回路５０は、例えば各スイッチング素子Ｑｕ１～Ｑｕ４，Ｑｖ１～Ｑｖ４，Ｑｗ１～Ｑｗ４を制御するコンピュータプログラムが記憶されたメモリと、コンピュータプログラムを実行するＣＰＵとを有している。制御回路５０のＣＰＵが上記コンピュータプログラムを実行することにより、直流電源１００から出力される直流電力が３相の交流電力に変換されるように各スイッチング素子Ｑｕ１～Ｑｕ４，Ｑｖ１～Ｑｖ４，Ｑｗ１～Ｑｗ４が個別に制御される。

【0032】

詳細には、制御回路５０は、各相回路２０，３０，４０のスイッチング素子Ｑｕ１～Ｑｕ４，Ｑｖ１～Ｑｖ４，Ｑｗ１～Ｑｗ４を所定のスイッチングパターンで順次スイッチング動作させることにより、各相回路２０，３０，４０の相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを順次可変させる。これにより、各相回路２０，３０，４０のうちの２つの相回路の相電圧の差である線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕが順次変化し、直流電力が、互いに位相が異なる３相交流電力に変換される。

【0033】

なお、本実施形態では、ｕ－ｖ線間電圧Ｖｕｖは、第１相回路としてのｕ相回路２０の相電圧Ｖｕと第２相回路としてのｖ相回路３０の相電圧Ｖｖとの差である。ｖ－ｗ線間電圧Ｖｖｗは、第１相回路としてのｖ相回路３０の相電圧Ｖｖと第２相回路としてのｗ相回路４０の相電圧Ｖｗとの差であり、ｗ－ｕ線間電圧Ｖｗｕは、第１相回路としてのｗ相回路４０の相電圧Ｖｗと第２相回路としてのｕ相回路２０の相電圧Ｖｕとの差である。すなわち、本実施形態では、各相回路２０，３０，４０のうち任意の２つの組み合わせが「第１相回路」及び「第２相回路」に対応する。

【0034】

ここで、一例として、ｕ－ｖ線間電圧Ｖｕｖ及びｕ相コイル１１１ｕに流れるｕ相電流と、ｕ相スイッチング素子Ｑｕ１～Ｑｕ４及びｖ相スイッチング素子Ｑｖ１～Ｑｖ４のスイッチングパターンとの関係について説明する。

【0035】

制御回路５０は、ｕ相スイッチング素子Ｑｕ１～Ｑｕ４及びｖ相スイッチング素子Ｑｖ１～Ｑｖ４をスイッチングさせる制御モードとして第１モード～第８モードを有している。制御回路５０は、制御モードを第１モード→第２モード→…（中略）…→第８モードに順次切り替えることにより、１周期の正弦波状のｕ－ｖ線間電圧Ｖｕｖを生成する。

【0036】

例えば、制御回路５０は、制御モードを第１モードから第４モードに順次切り替えることにより、正の正弦波のｕ－ｖ線間電圧Ｖｕｖを生成し、制御モードを第４モードから第８モードに順次切り替えることにより、負の正弦波のｕ－ｖ線間電圧Ｖｕｖを生成する。

【0037】

ここで、第５モード～第８モードは、ｕ－ｖ線間電圧Ｖｕｖが反転するように上アームと下アームとでＯＮ／ＯＦＦ関係が逆に設定されている点を除き、基本的には第１モード～第４モードと同様である。このため、第１モード～第４モードについて以下に詳細に説明し、第５モード～第８モードの詳細な説明については省略する。

【0038】

第１モードは、ｕ－ｖ線間電圧Ｖｕｖを、低電圧に対応する０Ｖと中間電圧に対応する２４Ｖとに交互に切り替える制御モードである。すなわち、第１モードは、ｕ－ｖ線間電圧Ｖｕｖの目標値として、０Ｖ又は２４Ｖが設定される制御モードである。また、第１モードは、ｕ相コイル１１１ｕに正方向（＋方向）の電流が流れるように設定された制御モードである。なお、低電圧及び中間電圧の具体的な数値はこれに限られず、任意である。

【0039】

また、第２モードは、ｕ相コイル１１１ｕに正方向（＋方向）の電流が流れるように設定された制御モードである。なお、高電圧に対応する電圧は、４８Ｖに限られず任意である。

【0040】

また、第３モードは、ｕ－ｖ線間電圧Ｖｕｖを、中間電圧に対応する２４Ｖと高電圧に対応する４８Ｖとに交互に切り替える制御モードである。すなわち、第３モードは、ｕ－ｖ線間電圧Ｖｕｖの目標値として、２４Ｖ又は４８Ｖが設定される制御モードである。

【0041】

また、第４モードは、ｕ－ｖ線間電圧Ｖｕｖを、低電圧に対応する０Ｖと中間電圧に対応する２４Ｖとに交互に切り替える制御モードである。すなわち、第４モードは、ｕ－ｖ線間電圧Ｖｕｖの目標値として、０Ｖ又は２４Ｖが設定される制御モードである。第４モードは、ｕ相コイル１１１ｕに負方向（＋方向）の電流が流れるように設定された制御モードである。つまり、第４モードは、第１モードとはｕ相コイル１１１ｕに流れる電流の向きが反対になっている制御モードである。

【0042】

以上のとおり、制御回路５０が制御モードを第１モード→第２モード→…（中略）…→第８モードに順次切り替えることにより、正弦波状のｕ－ｖ線間電圧Ｖｕｖが生成される。

【0043】

なお、ｖ－ｗ線間電圧Ｖｖｗ及びｗ－ｕ線間電圧Ｖｗｕについても、対応する相回路が異なる点を除いてｕ－ｖ線間電圧Ｖｕｖと同様である。このため、ｖ－ｗ線間電圧Ｖｖｗ及びｗ－ｕ線間電圧Ｖｗｕに関する詳細な説明は省略する。

【0044】

ここで、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２はそれぞれ変動する。このため、両電圧Ｖ１、Ｖ２が異なる値となる場合がある。この場合、中間電位線１０４と各相回路２０、３０、４０との間にて電流が流れる。

【0045】

以下、説明の便宜上、各相回路２０、３０、４０のいずれかと中間電位線１０４との間にて流れる電流を中点電流ｉｍという。中点電流ｉｍは、各相回路２０、３０、４０と中間電位線１０４とを接続する配線のいずれかに流れる電流である。また、中点電流ｉｍにおける中間電位線１０４から各相回路２０、３０、４０のいずれかに向かう方向の電流を流出電流ｉ１といい、中点電流ｉｍにおける各相回路２０、３０、４０のいずれかから中間電位線１０４に向かう方向の電流を流入電流ｉ２という。流出電流ｉ１が流れている場合、第１電圧Ｖ１が大きくなり、第２電圧Ｖ２が小さくなる。一方、流入電流ｉ２が流れている場合、第２電圧Ｖ２が大きくなり、第１電圧Ｖ１が小さくなる。

【0046】

かかる構成において、各相回路２０、３０、４０のうち２つの相回路の相電圧の差を所定の目標値とするためのスイッチング素子のスイッチングパターンとして、第１パターンと、第２パターンと、が存在する。本実施形態において、所定の目標値は、２４Ｖ又は４８Ｖである。また、第１パターンとは、中間電位線１０４から各相回路２０、３０、４０のいずれかに向かう流出電流ｉ１が流れるスイッチングパターンである。第２パターンとは、第１パターンとは反対方向の電流である流入電流ｉ２が流れるスイッチングパターンである。

【0047】

ここで、本実施形態のｕ－ｖ線間電圧Ｖｕｖの場合について説明を行う。ｕ相回路２０及びｖ相回路３０のスイッチング素子Ｑｕ１～Ｑｕ４、Ｑｖ１～Ｑｖ４のスイッチングパターンには、ｕ－ｖ線間電圧Ｖｕｖが所定の目標値（例えば、２４Ｖ）となり且つ中点電流ｉｍの向きが異なる第１パターンと第２パターンとが存在する。第１パターン及び第２パターンは、ｕ－ｖ線間電圧Ｖｕｖが同一である一方、中点電流ｉｍの向きが異なるスイッチングパターンである。

【0048】

詳細には、第１パターンは、中間電位線１０４から前記各相回路２０、３０、４０のいずれかに向かう流出電流ｉ１が流れるスイッチングパターンである。第２パターンは、前記各相回路２０、３０、４０のいずれかから中間電位線１０４に向かう流入電流ｉ２が流れるスイッチングパターンである。

【0049】

制御回路５０は、スイッチングパターンを第１パターン又は第２パターンに設定する。そして、制御回路５０は、例えば、第１パターンに設定され、ｕ－ｖ線間電圧Ｖｕｖが所定の目標値である２４Ｖとなっている状況において、両電圧Ｖ１、Ｖ２の電圧差が閾値以上となった場合、スイッチングパターンを第１パターンから第２パターンに切り替える。すなわち、制御回路５０は、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との電圧差に基づいて、スイッチングパターンを第１パターンから第２パターンに切り替える。換言すれば、本実施形態の制御回路５０は、ｕ－ｖ線間電圧Ｖｕｖを変更することなく、スイッチングパターンを切り替えることにより、中点電流ｉｍの向きを切り替える。

【0050】

以下、スイッチングパターンの切替処理について、図２のフローチャートを用いて詳細に説明する。切替処理は、制御回路５０により、常時、又は所定の時間間隔毎に繰り返し実行される。

【0051】

図２に示すように、制御回路５０は、まず、検出部１０５から第１電圧Ｖ１を検出した検出結果を示す情報を取得し、検出部１０６から第２電圧Ｖ２を検出した検出結果を示す情報を取得する（ステップＳ１００）。その後、制御回路５０は、検出部１０５の検出結果と、検出部１０６の検出結果とに基づいて、第１電圧Ｖ１と、第２電圧Ｖ２との差が閾値Ｔｈより大きいか否かを判定する（ステップＳ１０２）。詳細には、制御回路５０は、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との電圧差が閾値Ｔｈより大きいか否かを判定する。

【0052】

閾値Ｔｈは、例えば、第１コンデンサ１０２、及び第２コンデンサ１０３の定格電圧、又は各相回路２０，３０，４０が備える素子の定格電圧に基づく値である。ただし、閾値Ｔｈは、これに限られず任意である。

【0053】

制御回路５０は、第１電圧Ｖ１と、第２電圧Ｖ２との差が閾値Ｔｈ以下であると判定した場合、処理を終了する。
一方、制御回路５０は、第１電圧Ｖ１と、第２電圧Ｖ２との差が閾値Ｔｈより大きい場合、中点電流ｉｍが反対方向となるように、各スイッチング素子Ｑｕ１～Ｑｕ４，Ｑｖ１～Ｑｖ４，Ｑｗ１～Ｑｗ４を制御する。

【0054】

詳細には、制御回路５０は、現在設定されているスイッチングパターンが第１パターンであるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。制御回路５０は、現在設定されているスイッチングパターンが第１パターンではない場合には、処理を終了する。制御回路５０は、現在設定されているスイッチングパターンが第１パターンである場合には、スイッチングパターンを第１パターンから第２パターンに切り替える（ステップＳ１０６）。すなわち、制御回路５０は、流出電流ｉ１が流れている状況において電圧差が閾値Ｔｈよりも大きくなったことに基づいて、スイッチングパターンを、流出電流ｉ１が流れる第１パターンから、流入電流ｉ２が流れる第２パターンに切り替える。例えば、制御回路５０は、第２モードにおいて、ｕ－ｖ線間電圧Ｖｕｖが目標値としての２４Ｖとなる第１パターンとして、Ｑｕ２，Ｑｖ３，Ｑｖ４がＯＮ状態でありかつＱｕ１，Ｑｕ３，Ｑｕ４，Ｑｖ１，Ｑｖ２がＯＦＦ状態となるスイッチングパターンを有している。この場合、中点電流ｉｍとして、流出電流ｉ１が流れる。

【0055】

制御回路５０は、第２モードであり且つスイッチングパターンが第１パターンである状況において、第１電圧Ｖ１と、第２電圧Ｖ２との差が閾値Ｔｈより大きいと判定した場合、スイッチングパターンを第１パターンから第２パターンに切り替える。詳細には、制御回路５０は、Ｑｕ３，Ｑｕ４，Ｑｖ３をＯＮ状態に、かつＱｕ１，Ｑｕ２，Ｑｖ１，Ｑｖ２，Ｑｖ４がＯＦＦ状態に制御する。これにより、ｕ－ｖ線間電圧Ｖｕｖが目標値としての２４Ｖを保ちつつ、流入電流ｉ２が流れる。すなわち、制御回路５０は、第１電圧Ｖ１と、第２電圧Ｖ２との差が閾値Ｔｈより大きいと判定した場合、スイッチングパターンを変更することで第１電圧Ｖ１と、第２電圧Ｖ２との差が小さくなるようにしているといえる。

【0056】

次に本実施形態の作用について説明する。
制御回路５０は、スイッチングパターンが第１パターンである状況において、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との電位差が閾値Ｔｈよりも大きくなると、スイッチングパターンを第２パターンに切り替える。既に説明したように、スイッチングパターンが第１パターンである状況において、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との電位差が大きくなる状態は、流出電流ｉ１が流れることに伴い、第１電圧Ｖ１が大きくなる一方、第２電圧Ｖ２が小さくなることによって生じる。この状態において、制御回路５０がスイッチングパターンを第２パターンに切り替えることにより、流入電流ｉ２が流れ、第１電圧Ｖ１が小さくなる一方、第２電圧Ｖ２が大きくなる。したがって、制御回路５０は、スイッチングパターンを切り替えることにより、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との電位差を低減することができる。

【0057】

以上詳述した本実施形態によれば以下の効果を奏する。
（１）直流電源１００から供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置１０は、第１コンデンサ１０２と、第２コンデンサ１０３と、中間電位線１０４と、検出部１０５と、検出部１０６と、ｕ相回路２０と、ｖ相回路３０と、ｗ相回路４０と、制御回路５０とを備える。

【0058】

第１コンデンサ１０２及び第２コンデンサ１０３は、直流電源１００の正極端子１０１ａと負極端子１０１ｂとの間に設けられる。中間電位線１０４は、第１コンデンサ１０２と第２コンデンサ１０３とを互いに直列に接続する。検出部１０５は、第１コンデンサ１０２の電圧である第１電圧Ｖ１を検出し、検出部１０６は、第２コンデンサ１０３の電圧である第２電圧Ｖ２を検出する。

【0059】

相回路２０、ｖ相回路３０、及びｗ相回路４０は、正極端子１０１ａと負極端子１０１ｂとの間に、互いに並列に接続される。各相回路２０，３０，４０は、それぞれ、互いに直列に接続された第１スイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｖ１，Ｑｗ１、第２スイッチング素子Ｑｕ２，Ｑｖ２，Ｑｗ２、第３スイッチング素子Ｑｕ３，Ｑｖ３，Ｑｗ３、及び第４スイッチング素子Ｑｕ４，Ｑｖ４，Ｑｗ４と、中間電位線１０４にアノードが接続される。そして、各相回路２０，３０，４０は、第１スイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｖ１，Ｑｗ１と第２スイッチング素子Ｑｕ２，Ｑｖ２，Ｑｗ２との接続線にカソードが接続された第１ダイオードＤｕ１，Ｄｖ１，Ｄｗ１と、中間電位線１０４にカソードが接続される。さらに、各相回路２０，３０，４０は、第３スイッチング素子Ｑｕ３，Ｑｖ３，Ｑｗ３と第４スイッチング素子Ｑｕ４，Ｑｖ４，Ｑｗ４との接続線にアノードが接続された第２ダイオードＤｕ２，Ｄｖ２，Ｄｗ２とを有する。

【0060】

制御回路５０は、各相回路２０，３０，４０のスイッチング素子を所定のスイッチングパターンで順次スイッチング動作させることにより各相回路２０，３０，４０の相電圧を可変させるものである。各相回路２０，３０，４０のうち２つの相回路の相電圧の差を所定の目標値とするためのスイッチングパターンには、中間電位線１０４から各相回路２０，３０，４０のいずれかに向かう流出電流ｉ１が流れる第１パターンと、第１パターンとは反対方向の電流である流入電流ｉ２が流れる第２パターンとがある。制御回路５０は、相電圧が目標値となっている状況において、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との電圧差に基づいて、スイッチングパターンを第１パターンから第２パターンに切り替える。

【0061】

かかる構成において、制御回路５０は、スイッチングパターンが第１パターンである場合に第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との電位差が大きい場合、スイッチングパターンを第１パターンから第２パターンに切り替える。制御回路５０がスイッチングパターンを第２パターンに切り替えることにより、流入電流ｉ２が流れ、第１電圧Ｖ１が小さくなる一方、第２電圧Ｖ２が大きくなる。その結果、制御回路５０は、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との電位差を低減することができる。したがって、電力変換装置１０は、複雑な場合分けや計算式を用いることなく、スイッチングパターンの切り替えという簡易な処理で、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との電位差を低減することができる。

【0062】

（２）第１コンデンサ１０２は、直流電源１００の正極端子１０１ａに接続される。第２コンデンサは、直流電源１００の負極端子１０１ｂに接続される。制御回路５０は、スイッチングパターンが第１パターンである場合に電圧差が閾値Ｔｈよりも大きくなったことに基づいて、スイッチングパターンを第１パターンから第２パターンに切り替える。一方、制御回路５０は、スイッチングパターンが第２パターンである場合に電圧差が閾値Ｔｈよりも大きくなったことに基づいて、スイッチングパターンを第２パターンから第１パターンに切り替える。

【0063】

かかる構成によれば、制御回路５０は、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との電位差が閾値Ｔｈよりも大きくなると、スイッチングパターンを第１パターンから第２パターンに切り替える。これにより、流入電流ｉ２が流れ、その結果、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との電位差を低減することができる。したがって、電力変換装置１０は、複雑な場合分けや計算式を用いることなく、スイッチングパターンの切り替えという簡易な処理で、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との電位差を閾値Ｔｈ内に収めることができ、それを通じて中間電圧の変動を閾値Ｔｈに対応する範囲内に収めることができる。

【0064】

（３）閾値Ｔｈは、第１コンデンサ１０２、及び第２コンデンサ１０３の定格電圧に基づく値、又は各相回路２０，３０，４０が有する素子の定格電圧に基づく値であってもよい。

【0065】

かかる構成によれば、電力変換装置１０は、第１コンデンサ１０２、及び第２コンデンサ１０３、又は各相回路２０，３０，４０が有する素子の定格電圧を超えるような中間電圧の変動が生じた場合に、中間電圧の変動を抑制するように、スイッチング素子Ｑｕ１～Ｑｕ４，Ｑｖ１～Ｑｖ４，Ｑｗ１～Ｑｗ４を制御する。したがって、電力変換装置１０は、適切な電圧範囲に中間電圧の変動を抑制することができる。

【0066】

上記実施形態は以下のように変更してもよい。なお、上記実施形態及び以下の各別例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせてもよい。
○ 電力変換装置１０の適用対象となる３相モータ１１０は、走行用に限られず任意であり、例えば車両に搭載された電動コンプレッサを駆動させるものであってもよい。また、３相モータ１１０は、車両に搭載されているものに限られず、任意である。

【0067】

○ 制御回路５０は、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との電位差に基づいてスイッチングパターンを切り替えればよく、その具体的な制御態様については任意である。例えば、制御回路５０は、定期的に第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２を差し引いた電位差を計算し、当該電位差が正である場合にはスイッチングパターンを第２パターンに設定し、第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２を差し引いた電位差が負である場合には、スイッチングパターンを第１パターンに設定してもよい。また、制御回路５０は、例えば、第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２を差し引いた値が正の閾値よりも大きい場合には、スイッチングパターンを第２パターンに設定し、第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２を差し引いた値が負の閾値よりも小さい場合には、スイッチングパターンを第１パターンに設定してもよい。

【0068】

〇 各相回路２０，３０，４０が備える第１ダイオードＤｕ１，Ｄｖ１，Ｄｗ１と、第２ダイオードＤｕ２，Ｄｖ２，Ｄｗ２は、スイッチング素子のボディーダイオードにより実現されてもよい。例えば、各相回路２０，３０，４０は、第１ダイオードＤｕ１，Ｄｖ１，Ｄｗ１に代えて、ボディーダイオードを有する３つの上側スイッチング素子を有してもよい。この場合、上記３つの上側スイッチング素子のボディーダイオードが「第１ダイオード」に対応する。同様に、各相回路２０，３０，４０は、第２ダイオードＤｕ２，Ｄｖ２，Ｄｗ２に代えて、ボディーダイオードを有する３つの下側スイッチング素子を有してもよい。この場合、３つの下側スイッチング素子のボディーダイオードが「第２ダイオード」に対応する。

【符号の説明】

【0069】

１０…電力変換装置、２０…ｕ相回路、３０…ｖ相回路、４０…ｗ相回路、１００…直流電源、１０２…第１コンデンサ、１０３…第２コンデンサ、１０４…中間電位線、１０５、１０６…検出部、２０…ｕ相回路、３０…ｖ相回路、４０…ｗ相回路、Ｑｕ１、Ｑｖ１、Ｑｗ１…第１スイッチング素子、Ｄｕ１、Ｄｖ１、Ｄｗ１…第１ダイオード、Ｑｕ２、Ｑｖ２、Ｑｗ２…第２スイッチング素子、Ｄｕ２、Ｄｖ２、Ｄｗ２…第２ダイオード、Ｑｕ３、Ｑｖ３、Ｑｗ３…第３スイッチング素子、Ｑｕ４、Ｑｖ４、Ｑｗ４…第４スイッチング素子。

【図1】

【図2】

【手続補正書】

【提出日】2021-03-12

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４９

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0049】

制御回路５０は、スイッチングパターンを第１パターン又は第２パターンに設定する。そして、制御回路５０は、例えば、第１パターンに設定され、ｕ－ｖ線間電圧Ｖｕｖが所定の目標値である２４Ｖとなっている状況において、両電圧Ｖ１、Ｖ２の電圧差が閾値Ｔｈより大きくなった場合、スイッチングパターンを第１パターンから第２パターンに切り替える。すなわち、制御回路５０は、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との電圧差に基づいて、スイッチングパターンを第１パターンから第２パターンに切り替える。換言すれば、本実施形態の制御回路５０は、ｕ－ｖ線間電圧Ｖｕｖを変更することなく、スイッチングパターンを切り替えることにより、中点電流ｉｍの向きを切り替える。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0062】

（２）第１コンデンサ１０２は、直流電源１００の正極端子１０１ａに接続される。第２コンデンサ１０３は、直流電源１００の負極端子１０１ｂに接続される。制御回路５０は、スイッチングパターンが第１パターンである場合に電圧差が閾値Ｔｈよりも大きくなったことに基づいて、スイッチングパターンを第１パターンから第２パターンに切り替える。一方、制御回路５０は、スイッチングパターンが第２パターンである場合に電圧差が閾値Ｔｈよりも大きくなったことに基づいて、スイッチングパターンを第２パターンから第１パターンに切り替える。

【手続補正3】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図1】