特許 7445570 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】

(24)【登録日】2024-02-28

(45)【発行日】2024-03-07

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 25/18 20060101AFI20240229BHJP

   H02P 27/06 20060101ALI20240229BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20240229BHJP

【ＦＩ】

H02P25/18

H02P27/06

H02M7/48 M

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020158758

(22)【出願日】2020-09-23

(65)【公開番号】P2022052388

(43)【公開日】2022-04-04

【審査請求日】2023-06-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(74)【代理人】

【識別番号】100121821

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 強

(74)【代理人】

【識別番号】100139480

【弁理士】

【氏名又は名称】日野 京子

(74)【代理人】

【識別番号】100125575

【弁理士】

【氏名又は名称】松田 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100175134

【弁理士】

【氏名又は名称】北 裕介

(72)【発明者】

【氏名】山口 美帆

(72)【発明者】

【氏名】堀畑 晴美

(72)【発明者】

【氏名】柏▲崎▼ 貴司

【審査官】佐藤 彰洋

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－２１９９５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１６３３６３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－１８１９４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ４／００

Ｈ０２Ｐ ２１／００－２５／０３

Ｈ０２Ｐ ２５／０４

Ｈ０２Ｐ ２５／０８－３１／００

Ｈ０２Ｍ ７／４２－７／９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

インバータ（３０，４０）と、
前記インバータを介して電源（２０）に接続される複数相のコイル（５１～５３）、及び前記コイルへの通電により回転駆動されるロータ（５７）を有する回転電機（５０）と、
前記各コイルの接続状態を、第１状態（Ｙｓ，Ｓ１）、及び前記第１状態よりもインダクタンスが低い第２状態（Ｈｓ，Ｓ２）のいずれかに切り替える切替制御部（６５）と、
前記コイルに発生する逆起電圧値を取得する取得部（６２）と、
前記取得部により取得された前記逆起電圧値が閾値よりも大きいか否かを判定する判定部（６３）と、を備え、
前記切替制御部は、前記各コイルの接続状態が前記第１状態とされている場合において、前記判定部により前記逆起電圧値が前記閾値よりも大きいと判定されたことを条件に、前記各コイルの接続状態を前記第２状態に切り替える、電力変換装置。

【請求項2】

前記コイルにｄ軸電流を流すことにより、前記ロータの界磁磁束を弱める弱め界磁制御を行う駆動制御部（６０）を備え、
前記取得部は、前記弱め界磁制御の実行中において、前記弱め界磁制御が実行されない場合に想定される前記逆起電圧値を推定により取得する、請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記切替制御部は、前記各コイルの接続状態が前記第１状態とされている場合において、前記判定部により前記逆起電圧値が前記閾値よりも小さいと判定されたときには、前記インバータ及び前記回転電機における効率が前記第１状態よりも前記第２状態の方が良いか否かを判定し、前記第２状態の方が良いと判定した場合に前記各コイルの接続状態を前記第２状態に切り替える、請求項１又は２に記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記インバータは、第１インバータ（３０）及び第２インバータ（４０）であり、
前記各コイルの一端（５１ａ～５３ａ）は、前記第１インバータを構成する第１上スイッチ（３１～３３）を介して前記電源の正極端子に接続されるとともに、前記第１インバータを構成する第１下スイッチ（３４～３６）を介して前記電源の負極端子に接続され、
前記各コイルの他端（５１ｂ～５３ｂ）は、前記第２インバータを構成する第２上スイッチ（４１～４３）の低電位用端子と、前記第２インバータを構成する第２下スイッチ（４４～４６）の高電位用端子とに接続され、
前記各第１上スイッチの高電位用端子と前記各第２上スイッチの高電位用端子とを接続する上接続配線（２２）と、
前記各第１上スイッチの低電位用端子と前記各第２上スイッチの低電位用端子とを接続する下接続配線（２５）と、
前記上接続配線及び前記下接続配線のいずれかに設けられる切替スイッチ（２３）と、を備え、
前記切替制御部は、前記切替スイッチをＯＦＦに固定するとともに、前記各第２上スイッチ及び前記各第２下スイッチのうち、前記切替スイッチが接続されている方の各スイッチをＯＮに固定することにより、前記各コイルの接続状態を前記第１状態にし、前記切替スイッチをＯＮに固定することにより、前記第２状態にする、請求項１～３のいずれか１項に記載の電力変換装置。

【請求項5】

前記電源と、前記電源に電気的に接続される電気機器と、を備えるシステムに適用される電力変換装置において、
前記閾値は、前記電気機器の耐圧よりも小さい、請求項１～４のいずれか１項に記載の電力変換装置。

【請求項6】

前記ロータは、ロータ磁石（５８）を有し、
前記取得部は、前記ロータ磁石の温度に基づいて前記逆起電圧を取得する、請求項１～５のいずれか１項に記載の電力変換装置。

【請求項7】

前記取得部は、前記インバータの変調率に基づいて前記逆起電圧を取得する、請求項１～５のいずれか１項に記載の電力変換装置。

【請求項8】

前記取得部は、前記回転電機の抵抗値と電流値とから前記逆起電圧値を取得する、請求項１～５のいずれか１項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】

電力変換装置の中には、インバータと回転電機とを有するものがある。回転電機は、電源にインバータを介して接続される３相のコイルと、３相コイルへの通電により駆動されるロータとを有する。このような技術を示す文献としては、次の特許文献１がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－１７５７４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ロータの回転時には、回転電機から電源側に逆起電圧が印加される。その逆起電圧は、ロータの回転速度が速くなるほど大きくなるため、ロータの高速回転時においては、逆起電圧が大きくなってしまう。しかしながら、電力変換装置は、電源の電圧が逆起電圧よりも大きい場合にしか力行を行うことができない。そのため、一般的には、電力変換装置は、高速回転時等においては、コイルにｄ軸電流を流すことによりロータの界磁磁束を弱める弱め界磁制御を行うことにより、逆起電圧を電源の電圧未満に抑える。

【0005】

しかしながら、弱め界磁制御を行うと、コイルに流す電流量が大きくなり、回転電機の力行を効率的に行うことができなくなってしまう場合がある。

【0006】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、逆起電圧が高くなる状況下において逆起電圧を抑えることができる電力変換装置を提供することを主たる目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の電力変換装置は、インバータと回転電機と切替制御部と取得部と判定部とを備える。前記回転電機は、前記インバータを介して電源に接続される複数相のコイル、及び前記コイルへの通電により回転駆動されるロータを有する。

【0008】

前記切替制御部は、前記各コイルの接続状態を、第１状態、及び前記第１状態よりもインダクタンスが低い第２状態のいずれかに切り替える。前記取得部は、前記コイルに発生する逆起電圧値を取得する。前記判定部は、前記取得部により取得された前記逆起電圧値が閾値よりも大きいか否かを判定する。

【0009】

前記切替制御部は、前記各コイルの接続状態が前記第１状態とされている場合において、前記判定部により前記逆起電圧値が前記閾値よりも大きいと判定されたことを条件に、前記各コイルの接続状態を前記第２状態に切り替える。

【0010】

本発明によれば、第１状態よりも第２状態の方がインダクタンスが低いので、第１状態よりも第２状態の方が、逆起電圧が抑えられる。その点、本発明では、各コイルの接続状態が第１状態とされている場合において、逆起電圧値が閾値よりも大きいと判定されたことを条件に、各コイルの接続状態を第２状態に切り替える。そのため、逆起電圧が高くなる状況下において、逆起電圧を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施形態の電力変換装置を示す回路図

【図2】電力変換装置のＹ結線状態を示す回路図

【図3】Ｙ結線状態の等価回路を示す図

【図4】電力変換装置のＨ結線状態を示す回路図

【図5】電力変換装置における切替制御を示すフローチャート

【図6】第２実施形態の電力変換装置を示す回路図

【図7】回転電機の第１結線状態と第２結線状態とを示す回路図

【発明を実施するための形態】

【0012】

次に本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。ただし、本発明は実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実施できる。

【0013】

［第１実施形態］
図１は、本実施形態の電力変換装置９１及びその周辺を示す回路図である。電力変換装置９１は、例えば電気自動車やハイブリッド車両等の車両に適用され、図示しない駆動輪を駆動する力行を行ったり、逆にその駆動輪の回転力により発電する回生を行ったりする。

【0014】

車両には、電力変換装置９１の他に、電源としてのバッテリ１０と電気機器１１，１４とが搭載されている。バッテリ１０は、ＳＭＲ２１（システムメインリレー）を介して、電力変換装置９１と電気機器１１，１４とに電気的に接続されている。なお、以下では、電気的に接続されることを、単に「接続」されるという。ＳＭＲ２１は、例えば、車両の電源スイッチをＯＮにするとＯＮになり、車両の電源スイッチをＯＦＦにするとＯＦＦになる。

【0015】

電力変換装置９１は、回転電機５０と、回転電機５０を駆動する第１インバータ３０及び第２インバータ４０と、第１インバータ３０及び第２インバータ４０を制御する制御装置６０とを有する。

【0016】

回転電機５０は、ステータとロータ５７とを備えている。ステータは、ステータコアと、ステータコアに巻回されたＵ～Ｖ相の各コイル５１～５３とを有する。ロータ５７は、ロータ磁石５８を有する。本実施形態のロータ磁石５８は、高トルク化を図るために、高磁束密度を有するものである。具体的には、例えば、ロータ磁石５８は、特開２０１９－１０６８６６号公報に記載されているように、固有保磁力が４００［ｋＡ／ｍ］以上であり、かつ、残留磁束密度が１．０［Ｔ］以上のものであり、ロータ磁石５８を有する回転電機５０は、スロットレス構造のものである。

【0017】

第１インバータ３０は、Ｕ～Ｗ相の各コイル５１～５３の第１端５１ａ～５３ａに接続される３相インバータであり、Ｕ～Ｗ相の各第１上スイッチ３１～３３と、Ｕ～Ｗ相の各第１下スイッチ３４～３６とを有する。

【0018】

具体的には、Ｕ相コイル５１の第１端５１ａには、Ｕ相第１上スイッチ３１の低電位用端子と、Ｕ相第１下スイッチ３４の高電位用端子とが接続されている。Ｖ相コイル５２の第１端５２ａには、Ｖ相第１上スイッチ３２の低電位用端子と、Ｖ相第１下スイッチ３５の高電位用端子とが接続されている。Ｗ相コイル５３の第１端５３ａには、Ｗ相第１上スイッチ３３の低電位用端子と、Ｗ相第１下スイッチ３６の高電位用端子とが接続されている。

【0019】

すなわち、各相のコイル５１～５３の第１端５１ａ～５３ａには、自身に対応する第１上スイッチ３１～３３の低電位用端子と、自身に対応する第１下スイッチ３４～３６の高電位用端子とが接続されている。

【0020】

各第１上スイッチ３１～３３及び各第１下スイッチ３４～３６は、半導体スイッチであり、具体的には、Ｎチャンネル型のＩＧＢＴである。各第１上スイッチ３１～３３及び各第１下スイッチ３４～３６は、コレクタが高電位用端子を構成し、エミッタが低電位用端子を構成し、ゲートが制御用端子を構成している。ゲートには、制御装置６０が接続されており、ゲート電位がエミッタ電位よりも閾値電圧以上高くなるとＯＮになる。

【0021】

各第１上スイッチ３１～３３及び各第１下スイッチ３４～３６に対しては、フリーホイールダイオードＤが逆並列接続されている。つまり、各フリーホイールダイオードＤのアノードは、自身に対応するスイッチの低電位用端子に接続され、各フリーホイールダイオードＤのカソードは、自身に対応するスイッチの高電位用端子に接続されている。

【0022】

第２インバータ４０は、Ｕ～Ｗ相の各コイル５１～５３の第２端５１ｂ～５３ｂに接続される３相インバータであり、Ｕ～Ｗ相の各第２上スイッチ４１～４３と、Ｕ～Ｗ相の各第２下スイッチ４４～４６とを有する。第２インバータ４０についての説明は、上述した第１インバータ３０の説明において「第１」を「第２」に読み替えると共に、符号を該当するものに読み変えたものと、同様である。

【0023】

各第１上スイッチ３１～３３の高電位用端子は、ＳＭＲ２１を介してバッテリ１０の正極端子に接続されている。各第１下スイッチ３４～３６の低電位用端子は、バッテリ１０の負極端子に接続されている。

【0024】

各第２上スイッチ４１～４３の高電位用端子は、切替スイッチ２３を有する上接続配線２２を介して、各第１上スイッチ３１～３３の高電位用端子に接続されている。それにより、各第２上スイッチ４１～４３の高電位用端子は、切替スイッチ２３及びＳＭＲ２１を介してバッテリ１０の正極端子に接続されている。

【0025】

各第２下スイッチ４４～４６の低電位用端子は、下接続配線２５を介して、各第１下スイッチ３４～３６の低電位用端子に接続されている。それにより、各第２下スイッチ４４～４６の低電位用端子は、バッテリ１０の負極端子に接続されている。

【0026】

切替スイッチ２３は、半導体スイッチであり、具体的には、Ｎチャンネル型のＩＧＢＴである。切替スイッチ２３は、コレクタがＳＭＲ２１を介してバッテリ１０の正極端子に接続され、エミッタが各第２上スイッチ４１～４３の高電位用端子に接続され、ゲートが制御装置６０に接続されている。切替スイッチ２３は、ゲート電位がエミッタ電位よりも閾値電圧以上高くなるとＯＮになる。

【0027】

切替スイッチ２３に対しては、フリーホイールダイオードｄが逆並列接続されている。つまり、各フリーホイールダイオードｄのアノードは、切替スイッチ２３のエミッタに接続され、各フリーホイールダイオードｄのカソードは、切替スイッチ２３のコレクタに接続されている。

【0028】

各第１上スイッチ３１～３３の高電位用端子と、各第１下スイッチ３４～３６の低電位用端子とは、平滑コンデンサ１４を介して接続されている。平滑コンデンサ１４は、電気機器１１，１４のうちの１つを構成している。電力変換装置９１は、Ｕ～Ｗ相の各コイル５１～５３の電流値を検出する電流検出部５９を備えている。

【0029】

制御装置６０は、マイコンを主体として構成されている。制御装置６０は、回転電機５０のトルク指令値や、電流検出部５９により検出された電流値等に基づいて、各インバータ３０，４０の上下の各スイッチ３１～３６，４１～４６のゲート電位を制御することにより、各スイッチ３１～３６，４１～４６のＯＮ／ＯＦＦを制御する。その制御により、各コイル５１～５３に、ロータ５７を回転させるための三相交流電流を流す。

【0030】

制御装置６０は、ロータ５７の高速回転時等における所定の条件下では、コイル５１～５３にｄ軸電流を流すことにより、ロータ５７の界磁磁束を弱める弱め界磁制御を行う。その弱め界磁制御により、コイル５１～５３からバッテリ１０側に印加される逆起電圧を抑えて、ロータ５７の高速回転を可能にする。なお、ここでの逆起電圧は、コイル５１～５３からインバータ３０，４０を介して、各第１上スイッチ３１～３３の高電位用端子に接続されている配線と、各第１下スイッチ３４～３６の低電位用端子に接続されている配線との間に出力される線間電圧である。

【0031】

制御装置６０は、Ｕ～Ｗ相の各コイル５１～５３の接続状態を、図２に示すＹ結線状態Ｙｓと、図４に示すＨ結線状態Ｈｓとに切り替える。以下に、そのＹ結線状態ＹｓとＨ結線状態Ｈｓとについて説明する。

【0032】

図２は、電力変換装置９１のＹ結線状態Ｙｓを示す回路図である。なお、図２では、ＯＮ／ＯＦＦの視認性のため、切替スイッチ２３と、第２インバータ４０の上下の各スイッチ４１～４６とを、便宜的に機械式スイッチの記号で示している。

【0033】

Ｙ結線状態Ｙｓでは、切替スイッチ２３をＯＦＦに固定すると共に、各第２上スイッチ４１～４３をＯＮに固定し、且つ各第２下スイッチ４４～４６をＯＦＦに固定する。それにより、各コイル５１～５３の第２端５１ｂ～５３ｂどうしが互いに接続される。それにより、各コイル５１～５３の第２端５１ｂ～５３ｂと、第２インバータ４０の上アーム側とが中性点化される。

【0034】

図３は、図２に示すＹ結線状態Ｙｓの等価回路を示している。このようにＹ結線状態Ｙｓでは、Ｙ結線された３相のコイル５１～５３を有する回路と等価になる。その状態において、制御装置６０が、ロータ５７の回転に伴い、第１インバータ３０の上下の各スイッチ３１～３６を、ＯＮ及びＯＦＦのいずれかに適宜切り替える。

【0035】

このＹ結線状態Ｙｓでは、基本的には、３相のうちのいずれか１相又は２相のコイルから中性点（５１ｅ～５３ｅ，４０）に電流が流入し、中性点から電流が残りの２相又は１相のコイルを通過して流出する。そのため、１相のコイルから中性点に電流が流入し、残りの２相のコイルから電流が流出する時には、当該１相のコイルが、残りの２相の各コイルと直列に接続される。他方、２相のコイルから中性点に電流が流入し、残りの１相のコイルから電流が流出する時には、当該２相の各コイルが、残りの１相のコイルと直列に接続される。そのため、常に所定のコイルが他のコイルと直列に接続される。そのため、Ｕ～Ｗ相の各コイル５１～５３が並列に接続される場合に比べて、インダクタンスが高くなる。なお、ここでのインダクタンスは、Ｕ～Ｗ相の各コイル５１～５３の合成インダクタンスである。

【0036】

図４は、電力変換装置９１のＨ結線状態Ｈｓを示す回路図である。なお、この図４では、ＯＮ／ＯＦＦの視認性のため、切替スイッチ２３を、便宜的に機械式スイッチの記号で示している。

【0037】

Ｈ結線状態Ｈｓでは、切替スイッチ２３をＯＮに固定する。その状態において、制御装置６０が、ロータ５７の回転に伴い、各インバータ３０，４０の上下の各スイッチ３１～３６，４１～４６を、ＯＮ及びＯＦＦのいずれかに適宜切り替える。

【0038】

Ｈ結線状態Ｈｓでは、Ｙ結線状態Ｙｓの場合のように各コイル５１～５３の第２端５１ｂ～５３ｂが中性点化されることはないので、常にＵ～Ｗ相の各コイル５１～５３が互いに並列に接続され、いずれのコイル５１～５３も互いに直列には接続されない。そのため、このＨ結線状態Ｈｓにおいては、Ｙ結線状態Ｙｓの場合に比べて、インダクタンスが低くなる。その結果、Ｈ結線状態Ｈｓにおける逆起電圧は、他の条件が同じなら、Ｙ結線状態Ｙｓにおける逆起電圧に比べて小さくなる。

【0039】

図２に示すＹ結線状態Ｙｓにおける高速回転時には、制御装置６０は、所定要件を満たすことを条件に、図４に示すＨ結線状態Ｈｓに切り替える。その理由について以下に説明する。

【0040】

まず第１の理由として、ロータ５７の高速回転時においては、逆起電圧が大きくなってしまうが、電力変換装置９１は、バッテリ電圧が逆起電圧よりも大きい場合にしか力行を行うことができない。そのため、一般的には、電力変換装置９１は、ロータ５７の高速回転時等においては、Ｕ～Ｗ相の各コイル５１～５３にｄ軸電流を流すことにより、ロータ５７の界磁磁束を弱める弱め界磁制御を行い、それにより逆起電圧をバッテリ電圧未満に抑える。しかしながら、弱め界磁制御を行うと、コイル５１～５３に流す電流量が大きくなり、回転電機５０の力行を効率的に行うことができなくなってしまう。それを回避するために、Ｙ結線状態Ｙｓにおける高速回転時には、所定要件を満たすことを条件に、Ｈ結線状態Ｈｓに切り替える。

【0041】

また第２の理由として、ＳＭＲ２１が意図せずにＯＦＦになることや断線等より、バッテリ１０からインバータ３０，４０に突如給電されなくなるロードダンプが発生した際には、制御装置６０は、フェイルセーフ処理として、各インバータ３０，４０の上下の各スイッチ３１～３６，４１～４６をＯＦＦにする。それより、逆起電圧による電流が各フリーホイールダイオードＤを通過して流れる発電状態になると共に、弱め解除制御が解除されてしまう。その解除により、逆起電圧がバッテリ電圧を超えて過大になると、その逆起電圧により、バッテリ１０に接続されている電気機器１１，１４に過大な電圧が印加されて、電気機器１１，１４がダメージを受けてしまうおそれがある。それを回避するために、Ｙ結線状態Ｙｓにおける高速回転時には、所定要件を満たすことを条件に、Ｈ結線状態Ｈｓに切り替える。

【0042】

次に、高速回転時におけるＹ結線状態ＹｓからＨ結線状態Ｈｓへの切り替えについて説明する。電力変換装置９１は、始動時においては図２に示すＹ結線状態Ｙｓである。制御装置６０は、Ｙ結線状態ＹｓからＨ結線状態Ｈｓへの切り替えのために、取得部６２と判定部６３と切替制御部６５とを有する。

【0043】

取得部６２は、弱め界磁制御の実行中において、弱め界磁制御が実行されない場合に想定される逆起電圧値を推定により取得する。その推定は、例えば、所定の検出値からの算出により推定したり、所定の検出値と逆起電圧値に相関するパラメータとの関係を示すマップを用いて推定したりすることができる。

【0044】

具体的には、例えば、回転電機５０に対するトルク指令値やロータ５７の回転速度等から逆起電圧値を推定することができ、より具体的にはロータ５７の回転速度に所定の係数を乗算することにより推定できる。また例えば、あらかじめロータ磁石５８の温度と磁束との関係を示すマップ又は数式を用意し、ロータ磁石５８の温度とそのマップ又は数式とに基づいて磁束を求め、その磁束とロータ５７の回転速度とに基づいて逆起電圧値を推定することができる。また例えば、あらかじめ変調率と逆起電圧値との関係を示すマップ又は数式を用意し、変調率とそのマップ又は数式とに基づいて逆起電圧値を推定することができる。また例えば、あらかじめ把握している回転電機５０の抵抗値と、電流検出部５９により検出された電流値とから逆起電圧値を推定することができる。なお、変調率Ｍｒは、各インバータ３０，４０から各コイル５１～５３に印加する電圧ベクトルの振幅Ｖｒを、バッテリ１０の端子電圧ＶＤＣで規格化した値であり、例えば下式（ｅｑ１）で表される。

【0045】

【数1】

【0046】

判定部６３は、取得部６２により取得された逆起電圧値に基づいて、Ｙ結線状態ＹｓにすべきかＨ結線状態Ｈｓにすべきか判定する。そして、Ｈ結線状態Ｈｓにすべきと判定した場合には、切替制御部６５が、Ｕ～Ｗ相の各コイル５１～５３の接続状態を、図２に示すＹ結線状態Ｙｓから、図４に示すＨ結線状態Ｈｓに切り替える。

【0047】

図５は、Ｙ結線状態ＹｓからＨ結線状態Ｈｓへの切替制御を示すフローチャートである。この切替制御は、Ｙ結線状態Ｙｓにおいて、例えば所定周期毎に繰り返し行われる。

【0048】

切替制御では、まず、取得部６２が逆起電圧値を取得する（Ｓ１１０）。次に、判定部６３が逆起電圧値が閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ１１１）。その閾値は、必要となる弱め界磁が過大になることにより回転電機５０の力行の効率が極端に悪くなる逆起電圧値未満の値であり、且つ、バッテリ１０に接続されている全ての電気機器１１，１４のうちの最も耐圧が小さいものの耐圧よりも小さい。

【0049】

Ｓ１１１において、閾値以上であると判定した場合（Ｓ１１１：ＹＥＳ）、切替制御部６５がＵ～Ｗ相の各コイル５１～５３の接続状態を、Ｙ結線状態ＹｓからＨ結線状態Ｈｓに切り替える（Ｓ１２２）。他方、Ｓ１１１において、閾値以上でないと判定した場合（Ｓ１１１：ＮＯ）、次のＳ１１２に進む。

【0050】

Ｓ１１２では、判定部６３が、このままＹ結線状態Ｙｓを維持した場合よりも、Ｈ結線状態Ｈｓに切り替えた場合の方が、インバータ３０，４０及び回転電機５０における効率がよいか否かを判定する（Ｓ１２１）。なお、ここでの効率がよいとは、例えば、インバータ３０，４０及び回転電機５０の各部における損失が小さいことである。具体的には、例えば、各インバータ３０，４０の上下の各スイッチ３１～３６，４１～４６での導通損失やスイッチング損失、回転電機５０での鉄損や銅損等の合計値が小さいことである。

【0051】

Ｓ１１２で、切り替えた場合の方が効率が良いと判定した場合（Ｓ１１２：ＹＥＳ）、切替制御部６５は、各コイル５１～５３の結線状態を、Ｙ結線状態ＹｓからＨ結線状態Ｈｓに切り替える（Ｓ１２２）。他方、Ｓ１１２で、切り替えない方が効率が良いと判定した場合（Ｓ１１２：ＮＯ）、Ｙ結線状態Ｙｓを維持する（Ｓ１２１）。

【0052】

判定部６３は、以上のようにして、Ｙ結線状態Ｙｓを維持するかＨ結線状態Ｈｓに切り替えるかを選択する。そして、Ｈ結線状態Ｈｓに切り替えた場合（Ｓ１２２）においては、さらに、判定部６３は、Ｕ～Ｗ相の各コイル５１～５３に流す電流を平衡電流にすべきか、不平衡電流にすべきか判定する。なお、平衡電流とは、Ｕ～Ｗ相の各コイル５１～５３に流れる電流の和が常にゼロとなる状態で変化する三相交流電流であり、不平衡電流とは、平衡電流ではない三相交流電流である。

【0053】

判定部６３は、Ｈ結線状態Ｈｓにおいて、回転電機５０のトルクが所定値未満の場合は、平衡電流を選択し、回転電機５０のトルクが上記の所定値以上の場合は、不平衡電流を選択する。なお、このような平衡電流と不平衡電流との切換については、上記の特許文献１において既に本出願人が開示しているため、これ以上の詳細な説明については省略する。

【0054】

なお、Ｕ～Ｗ相の各コイル５１～５３の結線状態を、一旦、Ｙ結線状態ＹｓからＨ結線状態Ｈｓに切り替えた後は、例えば、逆起電圧値が再び閾値を下回ったことを条件に、Ｙ結線状態Ｙｓに戻すようにしてもよいし、さらに追加の要件を満たすことを条件に、Ｙ結線状態Ｙｓに戻すようにしてもよい。

【0055】

本実施形態によれば、次の効果が得られる。本実施形態では、図２に示すＹ結線状態Ｙｓにおいて、逆起電圧値が閾値よりも大きいと判定したことを条件に、図４に示すＨ結線状態Ｈｓに切り替える。そのＨ結線状態Ｈｓでは、Ｙ結線状態Ｙｓよりもインダクタンスが低いため、逆起電圧が抑えられる。そのため、逆起電圧が高くなる状況下において、弱め界磁以外の手法により逆起電圧を抑えることができる。そのため、弱め界磁制御により力行の効率が悪化するのを抑えることができる。

【0056】

また、次の効果も得られる。図２に示すＹ結線状態Ｙｓの高速回転時において、ＳＭＲ２１が意図せずにＯＦＦになる等のロードダンプが発生した場合、フェイルセーフ処理により、インバータ３０，４０の上下の各スイッチ３１～３６，４１～４６がＯＦＦにされる。それにより、逆起電圧による電流が各フリーホイールダイオードＤを通過して流れる発電状態になると共に、弱め界磁制御が解除される。その解除により、逆起電圧がバッテリ電圧を超えて過大になると、その逆起電圧により、バッテリ１０に接続されている電気機器１１，１４に過大な電圧が印加されて、当該電気機器１１，１４がダメージを受けてしまうおそれがある。

【0057】

その点、本実施形態では、Ｙ結線状態Ｙｓでの弱め界磁制御の実行中において、弱め界磁制御が実行されない場合に想定される逆起電圧値を推定により取得し、その逆起電圧値が、閾値よりも大きいと判定したことを条件に、図４に示すＨ結線状態Ｈｓに切り替える。それにより、切替前に比べて各コイル５１～５３のインダクタンスが低くなる。そのため、逆起電圧値が大きい状況下、すなわち、弱め界磁が解除されると逆起電圧が大きくなる状況下において、逆起電圧を抑えられる。そのため、ロードダンプが生じてフェイルセーフ処理の影響で弱め界磁制御が解除された場合に電気機器１１，１４に過大な電圧が印加されるのを、抑えられる。

【0058】

特に、本実施形態のように高磁束密度を有する回転電機５０においては、逆起電圧が特に高くなりやすい。このため、以上に示した効果をより顕著に活かすことができる。

【0059】

また、次の効果も得られる。図５に示すように、Ｙ結線状態Ｙｓにおいて、逆起電圧値が閾値よりも小さいと判定した場合（Ｓ１１１：ＮＯ）、すなわち逆起電圧値に基づいてＨ結線状態Ｈｓに切り替えることは行わない場合には、インバータ３０，４０及び回転電機５０における効率が、Ｙ結線状態ＹｓよりもＨ結線状態Ｈｓの方が良いか否かを判定する（Ｓ１１２）。そして、Ｈ結線状態Ｈｓの方が効率が良いと判定したことを条件に（Ｓ１１２：ＹＥＳ）、Ｙ結線状態ＹｓからＨ結線状態Ｈｓに切り替える。そのため、逆起電圧値に基づいてＨ結線状態Ｈｓに切り替えることは行わない場合には（Ｓ１１１：ＮＯ）、効率の良い方の結線状態を選択できる。

【0060】

また、次の効果も得られる。図２に示すように、Ｙ結線状態Ｙｓにすべき時には、切替スイッチ２３をＯＦＦに固定すると共に、各第２上スイッチ４１～４３をＯＮに固定し、且つ各第２下スイッチ４４～４６をＯＦＦに固定する。それにより、図３に示す回路と等価の状態、すなわち、Ｕ～Ｗ相の各コイル５１～５３の第２端５１ｂ～５３ｂどうしが中性点として結線された一般的な電力変換装置と等価の回路を作り出すことができる。そのため、Ｙ結線状態Ｙｓにおいては、一般的な電力変換装置と同様の制御で電力変換装置９１を制御できる。

【0061】

他方、図４に示すように、Ｈ結線状態Ｈｓにすべき時には、切替スイッチ２３をＯＮに固定する。それにより全てのコイル５１～５３が並列に接続されるＨ結線状態Ｈｓを実現できる。そのＨ結線状態Ｈｓによれば、Ｕ～Ｗ相の各コイル５１～５３に流す電流の自由度が上がり、各状況に応じて柔軟に適切な制御を実施し易くなる。

【0062】

また、次の効果も得られる。Ｙ結線状態ＹｓからＨ結線状態Ｈｓに切り替える逆起電圧値の閾値は、バッテリ１０に接続される全ての電気機器１１，１４のうちの最も耐圧が小さいものの耐圧よりも小さい。そのため、ロードダンプが生じた場合に電気機器１１，１４に耐圧を超える電圧が印加されるのを防止できる。

【0063】

［第２実施形態］
次に第２実施形態について説明する。以下の実施形態においては、それ以前の実施形態のものと同一の又は対応する部材等について、同一の符号を付する。ただし、電力変換装置自体については、実施形態毎に異なる符号を付する。本実施形態については、第１実施形態をベースにこれと異なる点を中心に説明し、第１実施形態と同一又は類似の部分については、説明を適宜省略する。

【0064】

図６は、本実施形態の電力変換装置９２を示す回路図である。電力変換装置９２は、第２インバータ４０を備えておらず、Ｕ～Ｗ相の各コイル５１～５３の第２端どうしが、中性点として接続されている。Ｕ相コイル５１は、第１Ｕ相コイル５１１と第２Ｕ相コイル５１２との直列接続体からなる。Ｖ相コイル５２は、第１Ｖ相コイル５２１と第２Ｖ相コイル５２２との直列接続体からなる。Ｗ相コイル５３は、第１Ｗ相コイル５３１と第２Ｗ相コイル５３２との直列接続体からなる。

【0065】

第１Ｕ相コイル５１１に対しては、Ｕ相リレースイッチ５４が並列接続されている。第１Ｖ相コイル５２１に対しては、Ｖ相リレースイッチ５５が並列接続されている。第１Ｗ相コイル５３１に対しては、Ｗ相リレースイッチ５６が並列接続されている。

【0066】

以下では、図７（ａ）に示すように、Ｕ～Ｖ相の各リレースイッチ５４～５６をＯＦＦにした状態を第１結線状態Ｓ１とし、図７（ｂ）に示すように、Ｕ～Ｖ相の各リレースイッチ５４～５６をＯＮにした状態を第２結線状態Ｓ２とする。第２結線状態Ｓ２では、第１Ｕ相コイル５１１、第１Ｖ相コイル５２１、第１Ｗ相コイル５３１には電流が流れず、第２Ｕ相コイル５１２、第２Ｖ相コイル５２２、第２Ｗ相コイル５３２にのみ電流が流れるので、第１結線状態Ｓ１に比べてインダクタンスが下がる。

【0067】

本実施形態では、図７（ａ）に示す第１結線状態Ｓ１での弱め界磁制御の実行中において、弱め界磁制御が実行されない場合に想定される逆起電圧値を推定により取得し、その逆起電圧値が、閾値よりも大きいと判定したことを条件に、図７（ｂ）に示す第２結線状態Ｓ２に切り替える。これにより、インダクタンスが下がり、逆起電圧が小さくなる。

【0068】

本実施形態によれば、逆起電圧が高くなる状況下において、第１実施形態とは異なる態様により、逆起電圧を抑えることができる。

【0069】

［他の実施形態］
以上の実施形態は、例えば次のように変更して実施できる。

【0070】

図１等に示すように、各実施形態における各インバータ３０，４０の上下の各スイッチ３１～３６，４１～４６は、Ｎチャンネル型のＩＧＢＴであるが、これに代えて、Ｐチャンネル型のＩＧＢＴや、Ｎチャンネル型又はＰチャンネル型のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）や、ＮＰＮ型又はＰＮＰ型のバイポータトランジスタにしてもよい。なお、上下の各スイッチ３１～３６，４１～４６を、Ｐチャンネル型やＰＮＰ型にする場合、各実施形態とは反対に、エミッタ又はソースが高電位用端子となり、コレクタ又はドレインが低電位用端子となる。また、上下の各スイッチ３１～３６，４１～４６を、ＭＯＳＦＥＴ又はバイポーラトランジスタにする場合、寄生ダイオードを有するため、フリーホイールダイオードＤを省略できる。

【0071】

第１実施形態における切替スイッチ２３は、Ｎチャンネル型のＩＧＢＴであるが、これに代えて、Ｐチャンネル型のＩＧＢＴや、Ｎチャンネル型又はＰチャンネル型のＭＯＳＦＥＴや、ＮＰＮ型又はＰＮＰ型のバイポータトランジスタや、機械式スイッチ等にしてもよい。なお、ＭＯＳＦＥＴ又はバイポーラトランジスタにする場合、フリーホイールダイオードｄを省略できる。

【0072】

第１実施形態における切替スイッチ２３は、上接続配線２２に設けられているが、これに代えて、下接続配線２５に設けてもよい。この場合には、切替スイッチ２３をＯＦＦに固定すると共に、第２下スイッチ４４～４６をＯＮに固定することにより、Ｙ結線状態Ｙｓにすることができる。

【0073】

第１実施形態における切替スイッチ２３は、上接続配線２２に設けられているが、これに加えて、下接続配線２５にも、切替スイッチ２３を設けるようにしてもよい。この場合には、両方の切替スイッチ２３をＯＦＦに固定すると共に、第２インバータ４０の上下の各スイッチ４１～４６をＯＮに固定することにより、Ｙ結線状態Ｙｓにすることができる。この場合、電流が第２上スイッチ４１～４３側と第２下スイッチ４４～４６側とに分散されることにより、第２インバータ４０の上下の各スイッチ４１～４６での発熱や劣化等を抑えることができる。

【0074】

各実施形態では、回転電機５０は３相のコイル５１～５３を有しているが、２相のコイルや４相以上のコイルを有していてもよい。

【0075】

第１実施形態では、弱め界磁制御の実行中において、弱め界磁制御が実行されない場合に想定される逆起電圧値を推定により取得し、その逆起電圧値が、閾値よりも大きいと判定したことを条件に、Ｈ結線状態Ｈｓを切り替えている。これに代えて、例えば、弱め界磁制御の実行中において、現在の状態における逆起電圧の値を逆起電圧値として取得し、その逆起電圧値が、所定の閾値よりも大きいと判定したことを条件に、Ｈ結線状態Ｈｓに切り替えるようにしてもよい。この場合でも、閾値の設定次第では、必要なタイミングでＹ結線状態ＹｓからＨ結線状態Ｈｓに切り替えることができる。

【0076】

第１実施形態では、図５に示すように、逆起電圧値が閾値よりも小さいと判定されたときには、インバータ３０,４０及び回転電機５０における効率がＹ結線状態ＹｓよりもＨ結線状態Ｈｓの方がよいか否かを判定している（Ｓ１１２）。これに代えて、逆起電圧値が閾値よりも小さいと判定されたときには、このような判定はせずに、Ｙ結線状態Ｙｓを維持するようにしてもよい。すなわち、図５からＳ１１２を省いてもよい。

【0077】

各実施形態では、Ｙ結線状態ＹｓからＨ結線状態Ｈｓに切り替える逆起電圧値の閾値は、回転電機５０の力行の効率が極端に悪くなる逆起電圧値未満の値であり、且つ、バッテリ１０に接続されている全ての電気機器１１，１４のうちの最も耐圧が小さいものの耐圧よりも小さい。これに代えて、当該閾値は、単に、回転電機５０の力行の効率が極端に悪くなる逆起電圧値未満の値にしてもよい。そして、電気機器１１，１４の耐圧については、他のフェイルセーフ装置により対応するようにしてよい。

【0078】

各実施形態では、電力変換装置９１，９２は、車両に搭載されているが、これに代えて、電車、飛行機、ヘリコプタ、船又はドローン等の、車両以外の移動物に搭載されていてもよいし、ビルのエレベータに適用される場合等、固定物に搭載されていてもよい。また、電力変換装置９１，９２が、固定物に搭載される場合等においては、バッテリ１０に代えて、家庭用電源や商用電源をＡＣ／ＤＣアダプタ等を介して使用するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0079】

１０…バッテリ、３０…第１インバータ、４０…第２インバータ、５０…回転電機、５１…Ｕ相コイル、５２…Ｖ相コイル、５３…Ｗ相コイル、５７…ロータ、６２…取得部、６３…判定部、６５…切替制御部、９１，９２…電力変換装置、Ｈｓ…Ｈ駆動状態、Ｙｓ…Ｙ駆動状態、Ｓ１…第１結線状態、Ｓ２…第２結線状態。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】