JP2006320072A - 交流電圧出力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な構造で交流電圧を発生して外部負荷へ供給可能な交流電圧出力装置を提供する。
【解決手段】 交流出力用アーム３５は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に接続される。ＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２は、昇圧コンバータ１０のパワートランジスタＱ１，Ｑ２の接続点および交流出力用アーム３５のパワートランジスタＱ３，Ｑ４の接続点にそれぞれ接続される。モータジェネレータＭＧの発電時、コネクタ５０からの交流電圧の出力が要求されると、制御装置６０は、システムメインリレーＳＭＲをオフする。そして、パワートランジスタＱ１〜Ｑ４は、制御装置６０からの信号ＰＷＡＣに基づいて、電源ラインＰＬ２からの直流電圧を交流電圧に変換してＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２へ出力する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、交流電圧出力装置に関し、特に、ハイブリッド自動車に搭載され、交流電圧を発生して外部負荷へ出力する交流電圧出力装置に関する。

従来より、ハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）の有効利用を目的に、ハイブリッド自動車を電源設備として利用する試みがなされている。このようなハイブリッド自動車として、ハイブリッド自動車内で生成される直流電圧をＡＶ１００Ｖに変換する専用のインバータを備えたハイブリッド自動車が公知である。

また、特許第２６９５０８３号公報（特許文献１）は、専用のインバータを備えることなく交流電圧を生成して外部装置へ供給可能な電動機駆動および動力処理装置を開示する。この電動機駆動および動力処理装置は、二次電池と、インバータＩＡ，ＩＢと、誘導電動機ＭＡ，ＭＢと、制御ユニットとを備える。誘導電動機ＭＡ，ＭＢは、Ｙ結線された巻線ＣＡ，ＣＢをそれぞれ含み、巻線ＣＡ，ＣＢの中性点ＮＡ，ＮＢには、ＥＭＩフィルターを介して入力／出力ポートが接続される。

インバータＩＡ，ＩＢは、それぞれ誘導電動機ＭＡ，ＭＢに対応して設けられ、それぞれ巻線ＣＡ，ＣＢに接続される。そして、インバータＩＡ，ＩＢは、二次電池に並列に接続される。

この電動機駆動および動力処理装置においては、インバータＩＡ，ＩＢは、中性点ＮＡ，ＮＢ間に正弦波の調整された交流電力を発生し、その発生した交流電力を入力／出力ポートに接続された外部装置に供給することができる（特許文献１参照）。
特許第２６９５０８３号公報 特開２００２−２１８７９３号公報 特開平１０−１１７４４５号公報 特開平１０−２２５０１４号公報 特開平６−２９２３０４号公報

しかしながら、特許第２６９５０８３号公報に開示される電動機駆動および動力処理装置では、誘導電動機ＭＡ，ＭＢの巻線ＣＡ，ＣＢの中性点ＮＡ，ＮＢから発生した交流電圧を外部へ取出す必要があり、交流電圧を外部へ取出すための電力線の配線に伴なって装置の構造が複雑になる。特に、ハイブリッド自動車では、内部がオイルで満たされた駆動装置のケース内に電動機が配設されることもあり、電動機内部の中性点からケース外部へ交流電圧を取出すための電力線を別途配線すると、さらなるシール構造をケースに施す必要があるため、装置が複雑となる。

そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡易な構造で交流電圧を発生して外部負荷へ供給可能な交流電圧出力装置を提供することである。

この発明によれば、交流電圧出力装置は、発電機能を有する負荷駆動装置と、直流電源と負荷駆動装置が接続される電源ラインとの間に配設される昇降圧コンバータとを備える。この昇降圧コンバータは、チョッパ型のコンバータであり、電源ラインと接地ラインとの間に直列に接続される第１および第２の電力用半導体素子を少なくとも含む。また、交流電圧出力装置は、直流電源と昇降圧コンバータとの間に配設されるシステムリレーと、電源ラインと接地ラインとの間に直列に接続される第３および第４の電力用半導体素子と、第１および第２の電力用半導体素子の接続点ならびに第３および第４の電力用半導体素子の接続点にそれぞれ接続される交流出力線対と、第１から第４の電力用半導体素子をスイッチング制御する制御手段とをさらに備える。この制御手段は、負荷駆動装置の発電時、システムリレーをオフするとともに、電源ラインの直流電圧を交流電圧に変換して交流出力線対へ出力するように第１から第４の電力用半導体素子をスイッチング制御する。

この発明による交流電圧出力装置においては、交流出力線対は、昇降圧コンバータの第１および第２の電力用半導体素子の接続点ならびに第３および第４の電力用半導体素子の接続点にそれぞれ接続される。そして、負荷駆動装置の発電時、第１から第４の電力用半導体素子により形成されるインバータによって、電源ラインから供給される直流電圧が外部負荷用の交流電圧に変換され、交流出力線対に出力される。すなわち、この交流電圧出力装置においては、負荷駆動装置に交流出力線対を接続することなく、生成した交流電圧が取出される。

したがって、この発明による交流電圧出力装置によれば、負荷駆動装置が格納されるケースに交流出力線対の敷設に伴なうシール構造を別途設ける必要はなく、簡易な構造で交流電圧を発生して外部負荷へ供給することができる。また、昇降圧コンバータの第１および第２の電力用半導体素子を利用して外部負荷用の交流電圧を生成するためのインバータを形成するので、専用のインバータを別途設ける場合に比べて追加部品を少なくできる。

好ましくは、制御手段は、交流電圧の生成が要求されていないとき、第３および第４の電力用半導体素子をオフする。

この交流電圧出力装置においては、交流電圧の生成が要求されていないとき、交流出力線対に電流が流れることはない。したがって、この交流電圧出力装置によれば、交流電圧の生成が要求されていないときの昇降圧コンバータの機能が確保される。

また、この発明によれば、交流電圧出力装置は、発電機能を有する負荷駆動装置と、直流電源と負荷駆動装置が接続される電源ラインとの間に配設される昇降圧コンバータとを備える。この昇降圧コンバータは、チョッパ型のコンバータであり、電源ラインと接地ラインとの間に直列に接続される２つの電力用半導体素子を少なくとも含む。また、交流電圧出力装置は、直流電源と昇降圧コンバータとの間に配設されるシステムリレーと、電源ラインと接地ラインとの間に直列に接続される２つの容量素子と、２つの電力用半導体素子の接続点および２つの容量素子の接続点にそれぞれ接続される交流出力線対と、２つの電力用半導体素子をスイッチング制御する制御手段とをさらに備える。この制御手段は、負荷駆動装置の発電時、システムリレーをオフするとともに、電源ラインの直流電圧を交流電圧に変換して交流出力線対へ出力するように２つの電力用半導体素子をスイッチング制御する。

この発明による交流電圧出力装置においては、交流出力線対は、昇降圧コンバータの２つの電力用半導体素子の接続点および電源ラインと接地ラインとの間に直列に接続される２つの容量素子の接続点にそれぞれ接続される。２つの容量素子の接続点に接続される交流出力線は、電源ラインの電圧レベルと接地ラインの電圧レベルとの間の電圧レベルに固定される。そこで、負荷駆動装置の発電時、電源ラインと接地ラインとの間に直列に接続される昇降圧コンバータの２つの電力用半導体素子を交互にオンさせることによって、外部負荷用の交流電圧が交流出力線対に発生する。すなわち、この交流電圧出力装置においては、負荷駆動装置に交流出力線対を接続することなく、生成した交流電圧が取出される。

したがって、この発明による交流電圧出力装置によれば、負荷駆動装置が格納されるケースに交流出力線対の敷設に伴なうシール構造を別途設ける必要はなく、簡易な構造で交流電圧を発生して外部負荷へ供給することができる。また、昇降圧コンバータの第１および第２の電力用半導体素子を利用して外部負荷用の交流電圧を生成するので、専用のインバータを別途設ける場合に比べて追加部品を少なくできる。さらに、電源ラインと接地ラインとの間には電圧変動を抑制するための容量素子が一般に設けられるところ、この容量素子を直列に２つに分離して外部負荷用の交流電圧の生成に利用すれば、追加部品をさらに少なくできる。

好ましくは、交流電圧出力装置は、交流出力線対の少なくとも一方に接続されるリレーをさらに備え、制御手段は、交流電圧の生成が要求されているとき、リレーをオンし、交流電圧の生成が要求されていないとき、リレーをオフする。

この交流電圧出力装置においては、交流電圧の生成が要求されていないとき、交流出力線対に電流が流れることはない。したがって、この交流電圧出力装置によれば、交流電圧の生成が要求されていないときの昇降圧コンバータの機能が確保される。

好ましくは、交流電圧出力装置は、交流出力線対と負荷が接続される出力端子との間に配設される絶縁型の交流電圧変換器をさらに備える。

この交流電圧出力装置は、交流電圧の供給を受ける外部負荷と絶縁型の交流電圧変換器によって絶縁される。したがって、この交流電圧出力装置によれば、安全性に配慮した交流電圧出力装置が実現される。

好ましくは、交流電圧出力装置は、交流出力線対に生成された交流電圧を直流電圧に整流する整流器と、整流器から出力される直流電圧を商用交流電圧に変換して出力端子へ出力するインバータとをさらに備える。

この交流電圧出力装置においては、整流器後に設けられたインバータによって商用交流電圧を発生する。そこで、交流出力線対に生成する交流電圧を高周波化し、交流電圧変換器を高周波で動作させることができる。したがって、この交流電圧出力装置によれば、交流電圧変換器を小型化することができる。

この発明によれば、負荷駆動装置に交流出力線対を接続することなく、発生した交流電圧が取出されるので、負荷駆動装置が格納されるケースに交流出力線対の敷設に伴なうシール構造を別途設ける必要はない。したがって、簡易な構造で交流電圧を発生して外部負荷へ供給することができる。

また、昇降圧コンバータの第１および第２の電力用半導体素子を利用して外部負荷用の交流電圧を生成するので、外部負荷用の交流電圧を生成するための専用のインバータを別途設ける場合に比べて追加部品を少なくすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による交流電圧出力装置の全体ブロック図である。図１を参照して、この交流電圧出力装置１００は、バッテリＢと、システムメインリレーＳＭＲと、昇圧コンバータ１０と、インバータ２０と、モータジェネレータＭＧと、エンジン３０と、交流出力用アーム３５と、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２と、トランス４１と、整流器４２と、インバータ４３と、フィルタ４４と、コネクタ５０と、制御装置６０と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、電源ラインＰＬ１，ＰＬ２と、接地ラインＳＬと、Ｕ相ラインＵＬと、Ｖ相ラインＶＬと、Ｗ相ラインＷＬと、電圧センサ７０，７２と、電流センサ８０とを備える。

この交流電圧出力装置１００は、ハイブリッド自動車に搭載される。そして、モータジェネレータＭＧは、エンジン３０と連結され、エンジン３０の始動を行ない得る電動機として動作し、かつ、エンジン３０によって駆動される発電機として動作するものとしてハイブリッド自動車に組込まれる。

システムメインリレーＳＭＲは、リレーＲＹ１，ＲＹ２を含む。リレーＲＹ１は、バッテリＢの正極と電源ラインＰＬ１との間に接続され、リレーＲＹ２は、バッテリＢの負極と接地ラインＳＬとの間に接続される。コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間に接続される。

昇圧コンバータ１０は、リアクトルＬと、パワートランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。パワートランジスタＱ１，Ｑ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列に接続される。各パワートランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ接続される。そして、リアクトルＬの一端は、パワートランジスタＱ１，Ｑ２の接続点に接続され、その他端は、電源ラインＰＬ１に接続される。

コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に接続される。インバータ２０は、Ｕ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６を含む。Ｕ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。Ｕ相アーム２２は、直列に接続されたパワートランジスタＱ１１，Ｑ１２からなり、Ｖ相アーム２４は、直列に接続されたパワートランジスタＱ１３，Ｑ１４からなり、Ｗ相アーム２６は、直列に接続されたパワートランジスタＱ１５，Ｑ１６からなる。各パワートランジスタＱ１１〜Ｑ１６のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１１〜Ｄ１６がそれぞれ接続される。

モータジェネレータＭＧは、３相コイル１２をステータコイルとして含む。３相コイル１２を形成するＵ，Ｖ，Ｗ各相コイルの一端は、互いに接続されて中性点Ｎを形成し、そのＵ，Ｖ，Ｗ各相コイルの他端は、インバータ２０のＵ，Ｖ，Ｗ各相アームにおける各パワートランジスタの接続点にそれぞれ接続される。エンジン３０は、モータジェネレータＭＧと連結される。

交流出力用アーム３５は、パワートランジスタＱ３，Ｑ４を含む。パワートランジスタＱ３，Ｑ４は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列に接続される。すなわち、昇圧コンバータ１０のパワートランジスタＱ１，Ｑ２からなるアームおよび交流出力用アーム３５は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。

ＡＣ出力ラインＡＣＬ１の一端は、昇圧コンバータ１０のパワートランジスタＱ１，Ｑ２の接続点に接続され、その他端は、トランス４１の一次コイル４５の一端に接続される。ＡＣ出力ラインＡＣＬ２の一端は、交流出力用アーム３５のパワートランジスタＱ３，Ｑ４の接続点に接続され、その他端は、トランス４１の一次コイル４５の他端に接続される。

トランス４１は、一次コイル４５と、二次コイル４６とを含む。一次コイル４５は、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１とＡＣ出力ラインＡＣＬ２との間に接続される。二次コイル４６は、整流器４２に接続される。整流器４２は、トランス４１とインバータ４３との間に配設される。インバータ４３は、整流器４２とフィルタ４４との間に配設される。フィルタ４４は、インバータ４３とコネクタ５０との間に配設される。

バッテリＢは、直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池からなる。バッテリＢは、モータジェネレータＭＧが力行モードのとき、直流電圧を発生し、その発生した直流電圧を昇圧コンバータ１０へ出力する。また、バッテリＢは、モータジェネレータＭＧが発電モードのとき、昇圧コンバータ１０から出力される直流電圧によって充電される。

電圧センサ７０は、バッテリＢから出力される電圧Ｖｂを検出し、その検出した電圧Ｖｂを制御装置６０へ出力する。システムメインリレーＳＭＲは、制御装置６０からの信号ＳＥに基づいてオン／オフされる。具体的には、システムメインリレーＳＭＲのリレーＲＹ１，ＲＹ２は、Ｈ（論理ハイ）レベルの信号ＳＥによってオンされ、Ｌ（論理ロー）レベルの信号ＳＥによってオフされる。コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間の電圧変動を平滑化する。

昇圧コンバータ１０は、制御装置６０からの信号ＰＷＣに基づいて、バッテリＢから受ける直流電圧をリアクトルＬを用いて昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を電源ラインＰＬ２に供給する。具体的には、昇圧コンバータ１０は、制御装置６０からの信号ＰＷＣに基づいて、パワートランジスタＱ２のスイッチング動作に応じて流れる電流をリアクトルＬに磁場エネルギーとして蓄積することによってバッテリＢからの直流電圧を昇圧する。そして、昇圧コンバータ１０は、その昇圧した昇圧電圧をパワートランジスタＱ２がオフされたタイミングに同期してダイオードＤ１を介して電源ラインＰＬ２へ出力する。また、昇圧コンバータ１０は、制御装置６０からの信号ＰＷＣに基づいて、電源ラインＰＬ２から供給される直流電圧を降圧してバッテリＢを充電する。

ここで、モータジェネレータＭＧの発電時にコネクタ５０に接続される負荷（図示せず）への交流電圧の出力が要求されると、昇圧コンバータ１０のパワートランジスタＱ１，Ｑ２および交流出力用アーム３５のパワートランジスタＱ３，Ｑ４は、制御装置６０からの信号ＰＷＡＣに基づいて、電源ラインＰＬ２から供給される直流電圧を交流電圧に変換してＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２へ出力する。

コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間の電圧変動を平滑化する。電圧センサ７２は、コンデンサＣ２の端子間電圧、すなわち昇圧コンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃ（インバータ２０の入力電圧に相当する。以下同じ。）を検出し、その検出した電圧Ｖｄｃを制御装置６０へ出力する。

インバータ２０は、制御装置６０からの信号ＰＷＭに基づいて、電源ラインＰＬ２から受ける直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をモータジェネレータＭＧへ出力する。これにより、モータジェネレータＭＧが発生する駆動力を用いてエンジン３０が始動する。また、インバータ２０は、エンジン３０からの出力を受けてモータジェネレータＭＧが発電した３相交流電圧を制御装置６０からの信号ＰＷＭに基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインＰＬ２へ出力する。

電流センサ８０は、モータジェネレータＭＧに流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴを制御装置６０へ出力する。

モータジェネレータＭＧは、３相交流電動発電機であり、たとえば３相交流同期電動発電機からなる。モータジェネレータＭＧは、エンジン３０からの出力を用いて３相交流電圧を発生し、その発生した３相交流電圧をインバータ２０へ出力する。また、モータジェネレータＭＧは、インバータ２０から受ける３相交流電圧によって駆動力を発生し、エンジン３０の始動を行なう。

トランス４１は、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２に発生した交流電圧Ｖａｃ０を一次コイル４５および二次コイル４６の巻数比に応じた電圧レベルに変換して整流器４２へ出力する。整流器４２は、トランス４１からの交流電圧を直流電圧に整流してインバータ４３へ出力する。なお、この整流器４２には、公知の整流回路を用いることができる。

インバータ４３は、整流器４２からの直流電圧を商用電源用の交流電圧Ｖａｃに変換し、その変換した交流電圧Ｖａｃをフィルタ４４へ出力する。フィルタ４４は、インバータ４３からの交流電圧Ｖａｃに含まれる高周波ノイズを除去してコネクタ５０へ出力する。コネクタ５０は、生成された交流電圧Ｖａｃを外部負荷へ出力するための出力端子であり、電気機器の電源用コンセントや家庭の非常用電源のコンセントなどが接続される。

制御装置６０は、外部に設けられるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）から出力されるモータジェネレータＭＧのトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮ、電圧センサ７０からの電圧Ｖｂ、ならびに電圧センサ７２からの電圧Ｖｄｃに基づいて、昇圧コンバータ１０を駆動するための信号ＰＷＣを生成し、その生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ１０へ出力する。

また、制御装置６０は、電圧Ｖｄｃ、トルク指令値ＴＲおよび電流センサ８０からのモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、モータジェネレータＭＧを駆動するための信号ＰＷＭを生成し、その生成した信号ＰＷＭをインバータ２０へ出力する。

さらに、制御装置６０は、ＥＣＵからの信号ＧＥＮ，ＡＣに基づいて、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２に交流電圧Ｖａｃ０を発生するように昇圧コンバータ１０のパワートランジスタＱ１，Ｑ２および交流出力用アーム３５のパワートランジスタＱ３，Ｑ４をオン／オフするための信号ＰＷＡＣを生成し、その生成した信号ＰＷＡＣをパワートランジスタＱ１〜Ｑ４へ出力する。なお、信号ＧＥＮ，ＡＣについては、後ほど説明する。

図２は、図１に示した制御装置６０の機能ブロック図である。図２を参照して、制御装置６０は、コンバータ制御部６１と、インバータ制御部６２と、ＡＣ出力制御部６３とを含む。コンバータ制御部６１は、電圧Ｖｂ，Ｖｄｃ、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて、昇圧コンバータ１０のパワートランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするための信号ＰＷＣを生成し、その生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ１０へ出力する。ここで、コンバータ制御部６１は、ＡＣ出力制御部６３からＨレベルの制御信号ＣＴＬを受けているとき、信号ＰＷＣの生成を行なわない。

インバータ制御部６２は、トルク指令値ＴＲ、モータ電流ＭＣＲＴおよび電圧Ｖｄｃに基づいて、インバータ２０のパワートランジスタＱ１１〜Ｑ１６をオン／オフするための信号ＰＷＭを生成し、その生成した信号ＰＷＭをインバータ２０へ出力する。

ＡＣ出力制御部６３は、信号ＧＥＮ，ＡＣに基づいて、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２に交流電圧Ｖａｃ０を発生するか否かを判定する。ここで、信号ＧＥＮは、モータジェネレータＭＧの発電時にＨレベルとなる信号である。また、信号ＡＣは、たとえば、ＡＣ出力スイッチの操作に応じて論理レベルが変化する信号であり、Ｈレベルの信号ＡＣは、コネクタ５０から商用電源用の交流電圧Ｖａｃの出力を要求する信号である。

ＡＣ出力制御部６３は、信号ＧＥＮがＨレベルのときにＨレベルの信号ＡＣを受けると、交流電圧Ｖａｃ０の発生を許可する。そして、ＡＣ出力制御部６３は、Ｈレベルの制御信号ＣＴＬをコンバータ制御部６１へ出力して信号ＰＷＣの生成を禁止するとともに、Ｌレベルの信号ＳＥをシステムメインリレーＳＭＲへ出力してシステムメインリレーＳＭＲをオフする。次いで、ＡＣ出力制御部６３は、昇圧コンバータ１０および交流出力用アーム３５のパワートランジスタＱ１〜Ｑ４を用いてＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２に交流電圧Ｖａｃ０を生成するための信号ＰＷＡＣを生成し、その生成した信号ＰＷＡＣを昇圧コンバータ１０および交流出力用アーム３５のパワートランジスタＱ１〜Ｑ４へ出力する。

なお、ＡＣ出力制御部６３は、信号ＡＣがＬレベルのとき、または信号ＡＣがＨレベルであっても信号ＧＥＮがＬレベルのときは、Ｌレベルの制御信号ＣＴＬをコンバータ制御部６１へ出力するとともに、信号ＳＥをＬレベルにしない。また、ＡＣ出力制御部６３は、信号ＰＷＡＣの生成も行なわない。すなわち、信号ＡＣがＬレベルのとき、または信号ＡＣがＨレベルであっても信号ＧＥＮがＬレベルのときは、システムメインリレーＳＭＲが強制的にオフされることはなく、また、交流出力用アーム３５のパワートランジスタＱ３，Ｑ４はオフされる。

図３は、図２に示したコンバータ制御部６１の機能ブロック図である。図３を参照して、コンバータ制御部６１は、インバータ入力電圧指令演算部１１２と、フィードバック電圧指令演算部１１４と、デューティー比演算部１１６と、ＰＷＭ信号変換部１１８とからなる。

インバータ入力電圧指令演算部１１２は、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて、インバータ入力電圧の最適値（目標値）すなわち電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍを演算し、その演算した電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍをフィードバック電圧指令演算部１１４へ出力する。

フィードバック電圧指令演算部１１４は、電圧Ｖｄｃおよびインバータ入力電圧指令演算部１１２からの電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍに基づいて、電圧Ｖｄｃを電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍに制御するためのフィードバック電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｆｂを演算し、その演算したフィードバック電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｆｂをデューティー比演算部１１６へ出力する。

デューティー比演算部１１６は、電圧Ｖｂおよびフィードバック電圧指令演算部１１４からのフィードバック電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｆｂに基づいて、昇圧コンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃを電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍに制御するためのデューティー比を演算し、その演算したデューティー比をＰＷＭ信号変換部１１８へ出力する。

ＰＷＭ信号変換部１１８は、ＡＣ出力制御部６３からＬレベルの制御信号ＣＴＬを受けているとき、デューティー比演算部１１６から受けたデューティー比に基づいて昇圧コンバータ１０のパワートランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするためのＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号を信号ＰＷＣとして昇圧コンバータ１０のパワートランジスタＱ１，Ｑ２へ出力する。一方、ＰＷＭ信号変換部１１８は、ＡＣ出力制御部６３からＨレベルの制御信号ＣＴＬを受けているときは、ＰＷＭ信号を生成しない。したがって、ＡＣ出力制御部６３からＨレベルの制御信号ＣＴＬを受けているとき、ＰＷＭ信号変換部１１８は、信号ＰＷＣを昇圧コンバータ１０へ出力しない。

なお、昇圧コンバータ１０の下アームのパワートランジスタＱ２のオンデューティーを大きくすることによりリアクトルＬにおける電力蓄積が大きくなるため、より高電圧の出力を得ることができる。一方、上アームのパワートランジスタＱ１のオンデューティーを大きくすることにより電源ラインＰＬ２の電圧が下がる。そこで、パワートランジスタＱ１，Ｑ２のデューティー比を制御することで、電源ラインＰＬ２の電圧をバッテリＢの出力電圧以上の任意の電圧に制御することができる。

図４は、図２に示したインバータ制御部６２の機能ブロック図である。図４を参照して、インバータ制御部６２は、モータ制御用相電圧演算部１２０と、ＰＷＭ信号変換部１２２とからなる。

モータ制御用相電圧演算部１２０は、トルク指令値ＴＲ、電圧Ｖｄｃおよびモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、モータジェネレータＭＧの各相コイルに印加する電圧を演算し、その演算した各相コイル電圧をＰＷＭ信号変換部１２２へ出力する。

ＰＷＭ信号変換部１２２は、モータ制御用相電圧演算部１２０から受ける各相コイル電圧指令に基づいて、インバータ２０の各パワートランジスタＱ１１〜Ｑ１６をオン／オフする信号ＰＷＭを生成し、その生成した信号ＰＷＭをインバータ２０の各パワートランジスタＱ１１〜Ｑ１６へ出力する。

再び図１を参照して、この実施の形態１による交流電圧出力装置１００の全体動作について説明する。モータジェネレータＭＧが力行モードのとき、昇圧コンバータ１０は、制御装置６０からの信号ＰＷＣに基づいて、バッテリＢから電源ラインＰＬ１を介して受ける直流電圧を昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を電源ラインＰＬ２へ供給する。インバータ２０は、制御装置６０からの信号ＰＷＭに基づいて、電源ラインＰＬ２から受ける直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧを駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧの駆動力を用いてエンジン３０が始動する。

モータジェネレータＭＧが発電モードのとき、モータジェネレータＭＧは、エンジン３０の出力を用いて発電し、その発電した交流電圧をインバータ２０へ出力する。インバータ２０は、制御装置６０からの信号ＰＷＭに基づいて、モータジェネレータＭＧが発電した交流電圧を直流電圧に変換して電源ラインＰＬ２に供給する。

ここで、信号ＡＣがＬレベルのとき、すなわち商用電源用の交流電圧Ｖａｃの出力が要求されていないとき、昇圧コンバータ１０は、制御装置６０からの信号ＰＷＣに基づいて、電源ラインＰＬ２からの直流電圧を降圧して電源ラインＰＬ１へ出力し、バッテリＢを充電する。

一方、信号ＡＣがＨレベルのとき、すなわち商用電源用の交流電圧Ｖａｃの出力が要求されているとき、制御装置６０からのＬレベルの信号ＳＥに応じてシステムメインリレーＳＭＲがオフされる。そして、昇圧コンバータ１０のパワートランジスタＱ１，Ｑ２および交流出力用アーム３５のパワートランジスタＱ３，Ｑ４は、制御装置６０からの信号ＰＷＡＣに応じてインバータ動作を行ない、電源ラインＰＬ２から供給される直流電圧を交流電圧Ｖａｃ０に変換してＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２へ出力する。

その後、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２の交流電圧Ｖａｃ０は、トランス４１によって電圧変換され、整流器４２によって直流電圧に整流される。そして、インバータ４３によって整流器４２からの直流電圧が商用電源用の交流電圧Ｖａｃに変換され、フィルタ４４を介してコネクタ５０から図示されない負荷へ商用電源用の交流電圧Ｖａｃが出力される。

なお、この交流電圧出力装置１００においては、トランス４１が設けられるので、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２がコネクタ５０に接続される負荷と絶縁される。すなわち、交流電圧出力装置１００は、コネクタ５０に接続される負荷と絶縁される。

また、この交流電圧出力装置１００においては、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２に発生した交流を整流器４２によって一旦直流に変換し、インバータ４３によって商用電源用の交流電圧Ｖａｃを発生させるので、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２に発生させる交流電圧の周波数は、商用周波数である必要はない。そこで、昇圧コンバータ１０のパワートランジスタＱ１，Ｑ２および交流出力用アーム３５のパワートランジスタＱ３，Ｑ４によって形成されるインバータを高周波で動作させ、トランス４１を高周波で動作させることにより、トランス４１の体格を小さくすることができる。

以上のように、この実施の形態１によれば、モータジェネレータＭＧが格納されるケース（図示せず）にＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２の敷設に伴なうシール構造を別途設ける必要はなく、簡易な構造で交流電圧Ｖａｃを取出すことができる。また、昇圧コンバータ１０のパワートランジスタＱ１，Ｑ２を利用して交流電圧を生成するためのインバータを形成するので、専用のインバータを別途設ける場合に比べて追加の部品点数を少なくできる。

［実施の形態２］
図５は、この発明の実施の形態２による交流電圧出力装置の全体ブロック図である。図５を参照して、この交流電圧出力装置１００Ａは、図１に示した実施の形態１による交流電圧出力装置１００の構成において、交流出力用アーム３５を備えず、リレーＲＹ３をさらに備え、制御装置６０に代えて制御装置６０Ａを備える。また、この交流電圧出力装置１００Ａにおいては、コンデンサＣ２は、直列接続された互いに同容量のコンデンサＣ２１，Ｃ２２を含み、コンデンサＣ２１，Ｃ２２の接続点にＡＣ出力ラインＡＣＬ２が接続される。交流電圧出力装置１００Ａのその他の構成は、実施の形態１による交流電圧出力装置１００と同じである。

リレーＲＹ３の一端は、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１に接続され、その他端は、トランス４１の一次コイル４５に接続される。このリレーＲＹ３は、制御装置６０Ａからの信号ＣＴＮＬに基づいてオン／オフされる。具体的には、リレーＲＹ３は、Ｈレベルの信号ＣＴＮＬによってオンされ、Ｌレベルの信号ＣＴＮＬによってオフされる。

制御装置６０Ａは、モータジェネレータＭＧの発電時にコネクタ５０からの交流電圧Ｖａｃの出力が要求されると、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２に交流電圧Ｖａｃ０を発生するように昇圧コンバータ１０のパワートランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするための信号ＰＷＡＣを生成し、その生成した信号ＰＷＡＣをパワートランジスタＱ１，Ｑ２へ出力する。

なお、制御装置６０Ａのその他の機能は、実施の形態１における制御装置６０と同じである。

図６は、図５に示した制御装置６０Ａの機能ブロック図である。図６を参照して、制御装置６０Ａは、図２に示した実施の形態１における制御装置６０の構成において、ＡＣ出力制御部６３に代えてＡＣ出力制御部６３Ａを含む。ＡＣ出力制御部６３Ａは、信号ＧＥＮ，ＡＣに基づいて、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２に交流電圧Ｖａｃ０を発生するか否かを判定する。

ＡＣ出力制御部６３Ａは、信号ＧＥＮがＨレベルのときにＨレベルの信号ＡＣを受けると、交流電圧Ｖａｃ０の発生を許可する。そして、ＡＣ出力制御部６３Ａは、Ｈレベルの制御信号ＣＴＬをコンバータ制御部６１へ出力して信号ＰＷＣの生成を禁止するとともに、Ｌレベルの信号ＳＥをシステムメインリレーＳＭＲへ出力してシステムメインリレーＳＭＲをオフし、Ｈレベルの信号ＣＮＴＬをリレーＲＹ３へ出力してリレーＲＹ３をオンする。次いで、ＡＣ出力制御部６３Ａは、昇圧コンバータ１０のパワートランジスタＱ１，Ｑ２を用いてＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２に交流電圧Ｖａｃ０を生成するための信号ＰＷＡＣを生成し、その生成した信号ＰＷＡＣを昇圧コンバータ１０のパワートランジスタＱ１，Ｑ２へ出力する。

なお、ＡＣ出力制御部６３Ａは、信号ＡＣがＬレベルのとき、または信号ＡＣがＨレベルであっても信号ＧＥＮがＬレベルのときは、Ｌレベルの制御信号ＣＴＬをコンバータ制御部６１へ出力するとともに、信号ＰＷＡＣの生成を行なわない。また、ＡＣ出力制御部６３Ａは、信号ＳＥをＬレベルにせず、さらにＬレベルの信号ＣＮＴＬをリレーＲＹ３へ出力する。すなわち、信号ＡＣがＬレベルのとき、または信号ＡＣがＨレベルであっても信号ＧＥＮがＬレベルのときは、システムメインリレーＳＭＲが強制的にオフされることはなく、また、リレーＲＹ３はオフされてトランス４１が昇圧コンバータ１０から切離される。

図７は、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２に生成される交流電圧Ｖａｃ０の波形図である。図７を参照して、タイミングｔ０〜ｔ１の間、昇圧コンバータ１０のパワートランジスタＱ１，Ｑ２は、制御装置６０Ａからの信号ＰＷＡＣに基づいてそれぞれオン，オフされる。そうすると、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１の電圧レベルはＶｄｃとなり、一方、ＡＣ出力ラインＡＣＬ２はコンデンサＣ２１，Ｃ２２によって電圧Ｖｄｃの中間電圧（１／２Ｖｄｃ）に固定されているので、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２間には、１／２Ｖｄｃの電圧が発生する。

次いで、タイミングｔ１〜ｔ２の間は、昇圧コンバータ１０のパワートランジスタＱ１，Ｑ２は、制御装置６０Ａからの信号ＰＷＡＣに基づいてそれぞれオフ，オンされる。そうすると、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１の電圧レベルは接地レベル（０Ｖ）となるので、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２間には、−１／２Ｖｄｃの電圧が発生する。

以下、同様にして、制御装置６０Ａからの信号ＰＷＡＣに基づいてパワートランジスタＱ１，Ｑ２がオン，オフされることにより、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２に交流電圧Ｖａｃ０が生成される。

なお、図７では、交流電圧Ｖａｃ０は矩形波状の電圧であるが、パワートランジスタＱ１，Ｑ２を公知のＰＷＭ制御によってスイッチング制御することにより、交流電圧Ｖａｃ０を正弦波状に制御することができる。

以上のように、この実施の形態２によれば、外部負荷用の交流電圧を生成するのに昇圧コンバータ１０のパワートランジスタＱ１，Ｑ２を利用するとともに、コンデンサＣ２をコンデンサＣ２１，Ｃ２２に分けてコンデンサＣ２も利用するので、外部負荷用の交流電圧を生成するのに必要な追加部品をさらに少なくすることができる。

なお、特に図示しないが、上記の実施の形態１において、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間にさらにもう１つ交流出力用アームを設けることによって、外部負荷用に３相の交流電圧を生成することもできる。すなわち、昇圧コンバータ１０のパワートランジスタＱ１，Ｑ２と、交流出力用アーム３５のパワートランジスタＱ３，Ｑ４と、追加するもう１つの交流出力用アームのパワートランジスタＱ５，Ｑ６とによって、電源ラインＰＬ２から供給される直流電圧を３相交流電圧に変換して外部負荷へ供給することもできる。

なお、上記の実施の形態１，２においては、交流電圧出力装置１００，１００Ａは、上述のようにハイブリッド自動車に搭載される。そして、特に図示していないが、実際には、駆動輪に連結され、車両の駆動力を発生するモータジェネレータＭＧ２と、電源ラインＰＬ２および接地ラインＳＬに接続され、モータジェネレータＭＧ２を駆動する他のインバータとが備えられる。

また、上記の実施の形態１，２においては、交流電圧出力装置１００，１００Ａは、ハイブリッド自動車に搭載されるものとしたが、この発明の適用範囲は、ハイブリッド自動車に搭載されるものに限られず、電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）や、バッテリＢとして二次電池に代えて燃料電池（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）を備えた燃料電池車などに搭載されるものであってもよい。

なお、上記において、モータジェネレータＭＧおよびインバータ２０は、この発明における「負荷駆動装置」を形成する。また、昇圧コンバータ１０は、この発明における「昇降圧コンバータ」に対応し、システムメインリレーＳＭＲは、この発明における「システムリレー」に対応する。さらに、昇圧コンバータ１０のパワートランジスタＱ１，Ｑ２は、この発明における「第１および第２の電力用半導体素子」に対応し、交流出力用アーム３５のパワートランジスタＱ３，Ｑ４は、この発明における「第３および第４の電力用半導体素子」に対応する。また、さらに、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２は、この発明における「交流出力線対」に対応し、ＡＣ出力制御部６３，６３Ａの各々は、この発明における「制御手段」に対応する。また、さらに、コンデンサＣ２１，Ｃ２２は、この発明における「２つの容量素子」に対応し、リレーＲＹ３は、この発明における「リレー」に対応する。また、さらに、トランス４１は、この発明における「絶縁型の交流電圧変換器」に対応し、インバータ４３は、この発明における「インバータ」に対応する。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１による交流電圧出力装置の全体ブロック図である。 図１に示す制御装置の機能ブロック図である。 図２に示すコンバータ制御部の機能ブロック図である。 図２に示すインバータ制御部の機能ブロック図である。 この発明の実施の形態２による交流電圧出力装置の全体ブロック図である。 図５に示す制御装置の機能ブロック図である。 ＡＣ出力ラインに生成される交流電圧の波形図である。

符号の説明

１０ 昇圧コンバータ、１２ ３相コイル、２０，４３ インバータ、２２ Ｕ相アーム、２４ Ｖ相アーム、２６ Ｗ相アーム、３０ エンジン、３５ 交流出力用アーム、４１ トランス、４２ 整流器、４４ フィルタ、４５ 一次コイル、４６ 二次コイル、５０ コネクタ、６０，６０Ａ 制御装置、６１ コンバータ制御部、６２ インバータ制御部、６３，６３Ａ ＡＣ出力制御部、７０，７２ 電圧センサ、８０ 電流センサ、１００，１００Ａ 交流電圧出力装置、１１２ インバータ入力電圧指令演算部、１１４ フィードバック電圧指令演算部、１１６ デューティー比演算部、１１８，１２２ ＰＷＭ信号変換部、１２０ モータ制御用相電圧演算部、Ｂ バッテリ、ＳＭＲ システムメインリレー、ＲＹ１〜ＲＹ３ リレー、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ２１，Ｃ２２ コンデンサ、ＰＬ１，ＰＬ２ 電源ライン、ＳＬ 接地ライン、Ｌ リアクトル、ＭＧ モータジェネレータ、Ｎ 中性点、ＵＬ Ｕ相ライン、ＶＬ Ｖ相ライン、ＷＬ Ｗ相ライン、ＡＣＬ１，ＡＣＬ２ ＡＣ出力ライン、Ｑ１〜Ｑ４，Ｑ１１〜Ｑ１６ パワートランジスタ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１１〜Ｄ１６ ダイオード。

Claims (6)

1. 発電機能を有する負荷駆動装置と、
   直流電源と前記負荷駆動装置が接続される電源ラインとの間に配設され、前記電源ラインと接地ラインとの間に直列に接続される第１および第２の電力用半導体素子を少なくとも含むチョッパ型の昇降圧コンバータと、
   前記直流電源と前記昇降圧コンバータとの間に配設されるシステムリレーと、
   前記電源ラインと前記接地ラインとの間に直列に接続される第３および第４の電力用半導体素子と、
   前記第１および第２の電力用半導体素子の接続点ならびに前記第３および第４の電力用半導体素子の接続点にそれぞれ接続される交流出力線対と、
   前記負荷駆動装置の発電時、前記システムリレーをオフするとともに、前記電源ラインの直流電圧を交流電圧に変換して前記交流出力線対へ出力するように前記第１から第４の電力用半導体素子をスイッチング制御する制御手段とを備える交流電圧出力装置。
2. 前記制御手段は、前記交流電圧の生成が要求されていないとき、前記第３および第４の電力用半導体素子をオフする、請求項１に記載の交流電圧出力装置。
3. 発電機能を有する負荷駆動装置と、
   直流電源と前記負荷駆動装置が接続される電源ラインとの間に配設され、前記電源ラインと接地ラインとの間に直列に接続される２つの電力用半導体素子を少なくとも含むチョッパ型の昇降圧コンバータと、
   前記直流電源と前記昇降圧コンバータとの間に配設されるシステムリレーと、
   前記電源ラインと前記接地ラインとの間に直列に接続される２つの容量素子と、
   前記２つの電力用半導体素子の接続点および前記２つの容量素子の接続点にそれぞれ接続される交流出力線対と、
   前記負荷駆動装置の発電時、前記システムリレーをオフするとともに、前記電源ラインの直流電圧を交流電圧に変換して前記交流出力線対へ出力するように前記２つの電力用半導体素子をスイッチング制御する制御手段とを備える交流電圧出力装置。
4. 前記交流出力線対の少なくとも一方に接続されるリレーをさらに備え、
   前記制御手段は、前記交流電圧の生成が要求されているとき、前記リレーをオンし、前記交流電圧の生成が要求されていないとき、前記リレーをオフする、請求項３に記載の交流電圧出力装置。
5. 前記交流出力線対と負荷が接続される出力端子との間に配設される絶縁型の交流電圧変換器をさらに備える、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の交流電圧出力装置。
6. 前記交流出力線対に生成された交流電圧を直流電圧に整流する整流器と、
   前記整流器から出力される直流電圧を商用交流電圧に変換して前記出力端子へ出力するインバータとをさらに備える、請求項５に記載の交流電圧出力装置。

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