JP2006340485A - 車両用の交流電源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 従来構成では、発電機の交流電力を第1のインバータで一旦直流電力に変換し、第2のインバータで交流電力に変換する。即ち、電力変換を2回行うことになり、損失が大きかった。
【解決手段】 第1の電動機(10)と、第2の電動機(20)と、前記第１の電動機と前記第2の電動機との間に配置され、交流電力と交流電力との間の電力変換を行う第1の電力変換回路(110)と、充放電可能な電荷蓄積手段(30)と、前記電荷蓄積手段と前記第2の電動機との間に配置され、直流電力と交流電力との間の電力変換を行う第2の電力変換回路(120)と、前記第１の電動機と前記電荷蓄積手段との間に配置され、交流電力と直流電力との間の電力変換を行う第3の電力変換回路(130)と、前記第1の電力変換回路の出力電力と前記第2の電力変換回路の出力電力から、前記第2の電動機へ供給される電力を合成する電力合成手段とを有する車両用の交流電源装置を提供する。
【選択図】 図１
【解決手段】 第1の電動機(10)と、第2の電動機(20)と、前記第１の電動機と前記第2の電動機との間に配置され、交流電力と交流電力との間の電力変換を行う第1の電力変換回路(110)と、充放電可能な電荷蓄積手段(30)と、前記電荷蓄積手段と前記第2の電動機との間に配置され、直流電力と交流電力との間の電力変換を行う第2の電力変換回路(120)と、前記第１の電動機と前記電荷蓄積手段との間に配置され、交流電力と直流電力との間の電力変換を行う第3の電力変換回路(130)と、前記第1の電力変換回路の出力電力と前記第2の電力変換回路の出力電力から、前記第2の電動機へ供給される電力を合成する電力合成手段とを有する車両用の交流電源装置を提供する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、車両用の交流電源装置に関する。
従来の技術としては、例えば特開2000-278808号公報（特許文献１を参照されたい。）に係る構成がある。ハイブリッド電動自動車において、エンジンで駆動され、主に発電機として機能する電動機と、自動車の走行駆動力を出力する電動機との間にインバータ回路を設ける。このインバータ回路は、交流電力を直流電力に変換するコンバータとして主に動作する第1のインバータと、直流電力を交流電力に変化する第２のインバータの直列回路から成る。そして第1のインバータと第2のインバータの接続部にバッテリーも接続する。発電機の出力で、電動機を駆動すると共にバッテリーも充電する。またバッテリー電力を第2のインバータで交流電力に変換することによっても、電動機を駆動できる。
特開2000-278808号公報（段落0007-0008、図１）
しかしながら、この従来の構成には、以下の問題点がある。従来構成では、発電機の交流電力を第1のインバータで一旦直流電力に変換し、その後第2のインバータで交流電力に変換する。即ち、電力変換を2回行うことになり、損失が大きい。なお発電機と電動機との間に、前述のインバータ回路でなく、交流電力と交流電力の間での電力変換を行う回路、例えばマトリックスコンバータを用いた場合には、発電機から電動機の間に直流電位部分が無いため、バッテリーを接続し難いなどの問題がある。
そこで、本発明は、上記課題を解決するため、モータ間の電力変換の損失を抑え、バッテリーを接続して充放電可能な車両用の交流電源装置を提案することを目的とする。
そこで、本発明は、上記課題を解決するため、モータ間の電力変換の損失を抑え、バッテリーを接続して充放電可能な車両用の交流電源装置を提案することを目的とする。
上述した諸課題を解決すべく、第１の発明による車両用の交流電源装置は、
第1の電動機と、
第2の電動機と、
前記第１の電動機と前記第2の電動機との間に配置され、交流電力と交流電力との間の電力変換を行う第1の電力変換回路と、
充放電可能な電荷蓄積手段と、
前記電荷蓄積手段と前記第2の電動機との間に配置され、直流電力と交流電力との間の電力変換を行う第2の電力変換回路と、
前記第１の電動機と前記電荷蓄積手段との間に配置され、交流電力と直流電力との間の電力変換を行う第3の電力変換回路と、
前記第1の電力変換回路の出力電力と前記第2の電力変換回路の出力電力から、前記第2の電動機へ供給される電力を合成する電力合成手段と、
を有することを特徴とする。
第1の電動機と、
第2の電動機と、
前記第１の電動機と前記第2の電動機との間に配置され、交流電力と交流電力との間の電力変換を行う第1の電力変換回路と、
充放電可能な電荷蓄積手段と、
前記電荷蓄積手段と前記第2の電動機との間に配置され、直流電力と交流電力との間の電力変換を行う第2の電力変換回路と、
前記第１の電動機と前記電荷蓄積手段との間に配置され、交流電力と直流電力との間の電力変換を行う第3の電力変換回路と、
前記第1の電力変換回路の出力電力と前記第2の電力変換回路の出力電力から、前記第2の電動機へ供給される電力を合成する電力合成手段と、
を有することを特徴とする。
また、第２の発明による車両用の交流電源装置は、
第1の1次側巻き線、第2の1次側巻き線、及び、2次側巻き線を有する第1の変圧器と、第1の1次側巻き線、第2の1次側巻き線、及び、2次側巻き線を有する第2の変圧器とのうち少なくとも一方、あるいは両方を有し、
前記第１の変圧器を有する場合は、前記第1の電力変換回路の一方の交流端子を前記第1の変圧器の第1の1次側端子（即ち、１次側巻き線に接続している端子）に接続すると共に、前記第3の電力変換回路の交流端子を前記第1の変圧器の第2の1次側端子に接続し、さらに前記第1の電動機の交流端子を前記第1の変圧器の2次側端子（即ち、２次側巻き線に接続している端子）に接続し、
前記第２の変圧器を有する場合は、前記第1の電力変換回路の他方の交流端子を前記第2の変圧器の第1の1次側端子に接続すると共に、前記第2の電力変換回路の交流端子を前記第2の変圧器の第2の1次側端子に接続し、さらに前記第2の電動機の交流端子を前記第2の変圧器の2次側端子に接続し、
前記第2の電力変換回路の直流端子と前記第3の電力変換回路の直流端子とを前記電荷蓄積手段に接続する、
ことを特徴とする。
第1の1次側巻き線、第2の1次側巻き線、及び、2次側巻き線を有する第1の変圧器と、第1の1次側巻き線、第2の1次側巻き線、及び、2次側巻き線を有する第2の変圧器とのうち少なくとも一方、あるいは両方を有し、
前記第１の変圧器を有する場合は、前記第1の電力変換回路の一方の交流端子を前記第1の変圧器の第1の1次側端子（即ち、１次側巻き線に接続している端子）に接続すると共に、前記第3の電力変換回路の交流端子を前記第1の変圧器の第2の1次側端子に接続し、さらに前記第1の電動機の交流端子を前記第1の変圧器の2次側端子（即ち、２次側巻き線に接続している端子）に接続し、
前記第２の変圧器を有する場合は、前記第1の電力変換回路の他方の交流端子を前記第2の変圧器の第1の1次側端子に接続すると共に、前記第2の電力変換回路の交流端子を前記第2の変圧器の第2の1次側端子に接続し、さらに前記第2の電動機の交流端子を前記第2の変圧器の2次側端子に接続し、
前記第2の電力変換回路の直流端子と前記第3の電力変換回路の直流端子とを前記電荷蓄積手段に接続する、
ことを特徴とする。
また、第３の発明による車両用の交流電源装置は、
前記第1の電動機と前記第2の電動機の少なくとも一方、あるいは両方は、それぞれの電気的な相毎に電気的に絶縁された第1の巻き線と第2の巻き線とを有し、かつそれぞれの前記第1の巻き線を第1の交流端子に接続すると共に、それぞれの前記第2の巻き線を第2の交流端子に接続し、
前記第1の電力変換回路の一方の交流端子を前記第1の電動機の第1の交流端子に接続すると共に、前記第3の電力変換回路の交流端子を前記第1の電動機の第2の交流端子に接続し、
また、前記第1の電力変換回路の他方の交流端子と前記第2の電動機の第1の交流端子を接続すると共に、前記第2の電力変換回路の交流端子と前記第2の電動機の第2の交流端子を接続し、
前記第2の電力変換回路の直流端子と前記第3の電力変換回路の直流端子とを前記電荷蓄積手段に接続する、
ことを特徴とする。
前記第1の電動機と前記第2の電動機の少なくとも一方、あるいは両方は、それぞれの電気的な相毎に電気的に絶縁された第1の巻き線と第2の巻き線とを有し、かつそれぞれの前記第1の巻き線を第1の交流端子に接続すると共に、それぞれの前記第2の巻き線を第2の交流端子に接続し、
前記第1の電力変換回路の一方の交流端子を前記第1の電動機の第1の交流端子に接続すると共に、前記第3の電力変換回路の交流端子を前記第1の電動機の第2の交流端子に接続し、
また、前記第1の電力変換回路の他方の交流端子と前記第2の電動機の第1の交流端子を接続すると共に、前記第2の電力変換回路の交流端子と前記第2の電動機の第2の交流端子を接続し、
前記第2の電力変換回路の直流端子と前記第3の電力変換回路の直流端子とを前記電荷蓄積手段に接続する、
ことを特徴とする。
また、第４の発明による車両用の交流電源装置は、
前記第2の電動機の要求電流に対して、前記第1の電力変換回路で供給しない差分の電流を（即ち、差分電流＝「要求電流−第１の電力変換回路からの供給電流」）、前記第2の電力変換回路で供給し、
前記第1の電動機の要求電流に対して、前記第1の電力変換回路で供給しない差分の電流（即ち、差分電流＝「要求電流−第１の電力変換回路からの供給電流」）を、前記第3の電力変換回路で供給する、
ことを特徴とする。
前記第2の電動機の要求電流に対して、前記第1の電力変換回路で供給しない差分の電流を（即ち、差分電流＝「要求電流−第１の電力変換回路からの供給電流」）、前記第2の電力変換回路で供給し、
前記第1の電動機の要求電流に対して、前記第1の電力変換回路で供給しない差分の電流（即ち、差分電流＝「要求電流−第１の電力変換回路からの供給電流」）を、前記第3の電力変換回路で供給する、
ことを特徴とする。
また、第５の発明による車両用の交流電源装置は、
前記第１の電力変換回路、前記第2の電力変換回路及び前記第3の電力変換回路のそれぞれの電流定格が、第１の所定値（好適には、前記第1の電動機及び前記第２の電動機の電流定格）より小さく、
かつ、前記第1の電力変換回路及び前記第2の電力変換回路の電流定格の和が、第２の所定値（好適には、前記第1の電動機及び前記第2の電動機の電流定格）以上であり、
また前記第1の電力変換回路と前記第3の電力変換回路の電流定格の和が、第３の所定値（好適には、前記第1の電動機及び前記第2の電動機の電流定格）以上である、
ことを特徴とする。
前記第１の電力変換回路、前記第2の電力変換回路及び前記第3の電力変換回路のそれぞれの電流定格が、第１の所定値（好適には、前記第1の電動機及び前記第２の電動機の電流定格）より小さく、
かつ、前記第1の電力変換回路及び前記第2の電力変換回路の電流定格の和が、第２の所定値（好適には、前記第1の電動機及び前記第2の電動機の電流定格）以上であり、
また前記第1の電力変換回路と前記第3の電力変換回路の電流定格の和が、第３の所定値（好適には、前記第1の電動機及び前記第2の電動機の電流定格）以上である、
ことを特徴とする。
また、第６の発明による車両用の交流電源装置は、
前記の各電動機の各電気的な相に対応した前記第1巻き線と前記第2の巻き線とを、それぞれ同一の突極に設ける、ことを特徴とする。
また、第７の発明による車両用の交流電源装置は、
前記の各電動機の各電気的な相に対応した前記第1巻き線と前記第2の巻き線を、それぞれ異なる突極に設ける、ことを特徴とする。
前記の各電動機の各電気的な相に対応した前記第1巻き線と前記第2の巻き線とを、それぞれ同一の突極に設ける、ことを特徴とする。
また、第７の発明による車両用の交流電源装置は、
前記の各電動機の各電気的な相に対応した前記第1巻き線と前記第2の巻き線を、それぞれ異なる突極に設ける、ことを特徴とする。
また、第８の発明による車両用の交流電源装置は、
前記第2の電力変換回路と前記第3の電力変換回路の少なくとも一方、あるいは両方が電圧形インバータである、ことを特徴とする。
前記第2の電力変換回路と前記第3の電力変換回路の少なくとも一方、あるいは両方が電圧形インバータである、ことを特徴とする。
また、第９の発明による車両用の交流電源装置は、
前記第2の電力変換回路と前記第3の電力変換回路の少なくとも一方、あるいは両方が電流形インバータである、ことを特徴とする。
前記第2の電力変換回路と前記第3の電力変換回路の少なくとも一方、あるいは両方が電流形インバータである、ことを特徴とする。
また、第１０の発明による車両用の交流電源装置は、
前記第2の電力変換回路が電流形インバータであり、
かつ、前記第3の電力変換回路が、電圧形インバータ、或いは、整流回路とDC/DC変換回路とからなる直列回路である、ことを特徴とする。
前記第2の電力変換回路が電流形インバータであり、
かつ、前記第3の電力変換回路が、電圧形インバータ、或いは、整流回路とDC/DC変換回路とからなる直列回路である、ことを特徴とする。
また、第１１の発明による車両用の交流電源装置は、
前記第2の電力変換回路の前記直流端子と前記電荷蓄積手段との間、及び前記第3の電力変換回路の前記直流端子と前記電荷蓄積手段との間に、導通遮断動作が出来るスイッチ素子を接続し、
前記スイッチ素子の導通遮断動作を制御し、前記第2の電力変換回路或いは前記第3の電力変換回路の故障を検知して前記スイッチ素子を遮断ならしめる制御回路を有する、
ことを特徴とする。
前記第2の電力変換回路の前記直流端子と前記電荷蓄積手段との間、及び前記第3の電力変換回路の前記直流端子と前記電荷蓄積手段との間に、導通遮断動作が出来るスイッチ素子を接続し、
前記スイッチ素子の導通遮断動作を制御し、前記第2の電力変換回路或いは前記第3の電力変換回路の故障を検知して前記スイッチ素子を遮断ならしめる制御回路を有する、
ことを特徴とする。
また、第１２の発明による車両用の交流電源装置は、
前記電荷蓄積手段が、バッテリー、キャパシタ、あるいは燃料電池のうちのいずれかである、ことを特徴とする。
前記電荷蓄積手段が、バッテリー、キャパシタ、あるいは燃料電池のうちのいずれかである、ことを特徴とする。
また、第１３の発明による車両用の交流電源装置は、
前記制御回路が、前記第1の電動機または前記第2の電動機を駆動する原動機をも制御するか、
或いは、前記制御回路が、前記原動機を制御する第2の制御回路をも制御する、ことを特徴とする。
前記制御回路が、前記第1の電動機または前記第2の電動機を駆動する原動機をも制御するか、
或いは、前記制御回路が、前記原動機を制御する第2の制御回路をも制御する、ことを特徴とする。
上述したように本発明の解決手段を装置として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現され得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
例えば、第１の発明を方法として実現させると、本発明による車両用の交流電源装置の制御方法は、
前記交流電源装置は、第1の電動機と、第2の電動機と、充放電可能な電荷蓄積手段とを具えており、
前記第１の電動機と前記第2の電動機との間に配置された第１の電力変換回路を使って、交流電力と交流電力との間の電力変換を行う第1の電力変換ステップと、
前記電荷蓄積手段と前記第2の電動機との間に配置された第２の電力変換回路を使って、直流電力と交流電力との間の電力変換を行う第2の電力変換ステップと、
前記第１の電動機と前記電荷蓄積手段との間に配置された第3の電力変換回路を使って、交流電力と直流電力との間の電力変換を行う第3の電力変換ステップと、
前記第1の電力変換回路の出力電力と前記第2の電力変換回路の出力電力から、前記第2の電動機へ供給される電力を合成する電力合成ステップと、
を有することを特徴とする。
例えば、第１の発明を方法として実現させると、本発明による車両用の交流電源装置の制御方法は、
前記交流電源装置は、第1の電動機と、第2の電動機と、充放電可能な電荷蓄積手段とを具えており、
前記第１の電動機と前記第2の電動機との間に配置された第１の電力変換回路を使って、交流電力と交流電力との間の電力変換を行う第1の電力変換ステップと、
前記電荷蓄積手段と前記第2の電動機との間に配置された第２の電力変換回路を使って、直流電力と交流電力との間の電力変換を行う第2の電力変換ステップと、
前記第１の電動機と前記電荷蓄積手段との間に配置された第3の電力変換回路を使って、交流電力と直流電力との間の電力変換を行う第3の電力変換ステップと、
前記第1の電力変換回路の出力電力と前記第2の電力変換回路の出力電力から、前記第2の電動機へ供給される電力を合成する電力合成ステップと、
を有することを特徴とする。
第１の発明のような構成にすることにより、以下の効果が生じる。
第1の電動機と第2の電動機間の電力変換を1回のみ行い、損失を大幅に低減できる。
また電荷蓄積手段の直流電力を、第2の電力変換回路を介して第2の電動機に供給できる。さらに第1の電動機で発生させた交流電力を、第1の電力変換回路と第2の電力変換回路を介して、電荷蓄積手段に供給できる。またその逆もできる。
第1の電動機と第2の電動機間の電力変換を1回のみ行い、損失を大幅に低減できる。
また電荷蓄積手段の直流電力を、第2の電力変換回路を介して第2の電動機に供給できる。さらに第1の電動機で発生させた交流電力を、第1の電力変換回路と第2の電力変換回路を介して、電荷蓄積手段に供給できる。またその逆もできる。
第２の発明による構成において、例えば、第1の電動機はエンジン等の原動機で駆動され発電機として主に機能し、かつ第2の電動機は電動自動車の駆動力を発生させるものとする。さらに第1の電力変換回路は例えばマトリックスコンバータとし、また第2の電力変換回路と第3の電力変換回路は例えばインバータとする。このような構成によれば、以下の効果が生じる。
第1の電動機で発生させた交流電力を、第1の電力変換回路を介して第2の電動機に供給できる。また電荷蓄積手段の直流電力を、第2の電力変換回路を介して第2の電動機に供給できる。さらに第1の電動機で発生させた交流電力を、第1の電力変換回路と第2の電力変換回路を介して、電荷蓄積手段に供給できる。またその逆もできる。なお電荷蓄積手段の充電を行う為に、第1の電動機とこの電荷蓄積手段の間に、整流回路とDC/DC変換回路（コンバータ）からなる直列回路を接続しても良い。この直列回路は、第2の電力変換回路と比べて電流容量は小さくて良い。
第1の電動機で発生させた交流電力を、第1の電力変換回路を介して第2の電動機に供給できる。また電荷蓄積手段の直流電力を、第2の電力変換回路を介して第2の電動機に供給できる。さらに第1の電動機で発生させた交流電力を、第1の電力変換回路と第2の電力変換回路を介して、電荷蓄積手段に供給できる。またその逆もできる。なお電荷蓄積手段の充電を行う為に、第1の電動機とこの電荷蓄積手段の間に、整流回路とDC/DC変換回路（コンバータ）からなる直列回路を接続しても良い。この直列回路は、第2の電力変換回路と比べて電流容量は小さくて良い。
さらには、第1の電動機で発生させた交流電力を、第1の電力変換回路を介して第2の電動機に供給できる。また電荷蓄積手段の直流電力を、第2の電力変換回路を介して第2の電動機に供給できる。第２の電動機で発生させた、例えば回生動作による交流電力を、第1の電力変換回路を介して第1の電動機に供給できる。また電荷蓄積手段の直流電力を、第3の電力変換回路を介して第1の電動機に供給できる。さらに第1の電動機で発生させた交流電力を、第３の電力変換回路を介して電荷蓄積手段に供給できる。かつ第２の電動機で発生させた交流電力を、第２の電力変換回路を介して電荷蓄積手段に供給できる。また、以上述べた電力供給を、複数同時に組み合わせて行うこともできる。
この時、第1の電動機及び第2の電動機は、複数の電力変換回路からの電流を合わせて運転する。本構成による第1の変圧器及び第2の変圧器によって、一方の電力変換回路の動作が他方の電力変換回路に影響を与えずに、両変換回路の電流を合成して電動機に供給できる。また、これにより各電力変換回路と各電動機の制御が容易になる。よって、下記（１）から（６）の効果を円滑にかつ確実に生じさせることができる。
（１）第１の電動機で第2の電動機を駆動する場合も、またその逆の場合も、さらに電荷蓄積手段で第1の電動機あるいは第2の電動機を駆動する場合も、それぞれ電力変換1回でよい。この為損失を大幅に低減できる。
（２）電動自動車の運転者がアクセルを踏み込んだ時や、電動機の負荷が急に大きくなった時など、電荷蓄積手段からの電力供給を加えることで、電動機に必要電力を供給できる。例えば原動機で駆動される第1の電動機は急に出力電力を増やすことは難しい。よって電動機の出力電力が増えるまでの過渡状態時は、この交流電力発生側の電動機の出力と共に、電荷蓄積手段からの電力を足すことにより、駆動される側の電動機に必要電力を供給できる。そしてこの間、交流電力発生側の電動機は、駆動される側の電動機の要求値急増による悪影響を受けずに速やかに出力電流の増大を行うことができる。
（２）電動自動車の運転者がアクセルを踏み込んだ時や、電動機の負荷が急に大きくなった時など、電荷蓄積手段からの電力供給を加えることで、電動機に必要電力を供給できる。例えば原動機で駆動される第1の電動機は急に出力電力を増やすことは難しい。よって電動機の出力電力が増えるまでの過渡状態時は、この交流電力発生側の電動機の出力と共に、電荷蓄積手段からの電力を足すことにより、駆動される側の電動機に必要電力を供給できる。そしてこの間、交流電力発生側の電動機は、駆動される側の電動機の要求値急増による悪影響を受けずに速やかに出力電流の増大を行うことができる。
（３）前述のマトリックスコンバータの問題として記した電源擾乱が生じそうになった際、第2または第3の電力変換回路によって電動機への電力を安定化できる。よって電動自動車の駆動と共に、第1の電力変換回路動作、ひいては原動機の駆動に不安定を及ぼすことは無い。
（４）一般にマトリックスコンバータは入力側と出力側、つまり第1の電動機と第2の電動機の、交流電力の周波数と位相と大きさの全てを制御することは難しい。本構成では、電動機の制御は、第1の電力変換回路のみならず、第2または第3の電力変換回路によってもできる。この為損失低減の為にマトリックスコンバータを用いても、入力側と出力側の電動機を良好に制御できる。
（４）一般にマトリックスコンバータは入力側と出力側、つまり第1の電動機と第2の電動機の、交流電力の周波数と位相と大きさの全てを制御することは難しい。本構成では、電動機の制御は、第1の電力変換回路のみならず、第2または第3の電力変換回路によってもできる。この為損失低減の為にマトリックスコンバータを用いても、入力側と出力側の電動機を良好に制御できる。
（５）電動機間で電力変換を行う回路と、電動機と電荷蓄積手段との間で電力変換を行う回路を分けている。よってそれぞれの回路は、各々の最適動作を行うことが容易である。即ち、電動機への電力供給と、電荷蓄積手段の充電または電圧調整を同じ回路で同時に行うことによって、損失が増えるような事態を防止できる。
（６）原動機の停止状態から、原動機を始動させると同時に電動自動車も発進させる場合も、先ず電荷蓄積手段によって第1の電動機と第2の電動機を駆動し、そして原動機始動後は第1の電動機の電力も合わせて加速できる。この際も、電動自動車の動作を円滑にできると共に、損失も小さくできる。
（６）原動機の停止状態から、原動機を始動させると同時に電動自動車も発進させる場合も、先ず電荷蓄積手段によって第1の電動機と第2の電動機を駆動し、そして原動機始動後は第1の電動機の電力も合わせて加速できる。この際も、電動自動車の動作を円滑にできると共に、損失も小さくできる。
第３の発明による構成において、例えば、第1の電動機はエンジン等の原動機で駆動され発電機として主に機能し、かつ第2の電動機は電動自動車の駆動力を発生させるものとする。さらに第1の電力変換回路は例えばマトリックスコンバータとし、また第2の電力変換回路と第3の電力変換回路は例えばインバータとする。この構成にすることにより、以下の効果が生じる。
第1の電動機で発生させた交流電力を、第1の電力変換回路を介して第2の電動機に供給できる。また電荷蓄積手段の直流電力を、第2の電力変換回路を介して第2の電動機に供給できる。さらに第1の電動機で発生させた交流電力を、第1の電力変換回路と第2の電力変換回路を介して、電荷蓄積手段に供給できる。またその逆もできる。なお電荷蓄積手段の充電を行う為に、第1の電動機とこの電荷蓄積手段の間に、整流回路とDC/DCの直列回路を接続しても良い。この直列回路は、第2の電力変換回路と比べて電流容量は小さくて良い。
第1の電動機で発生させた交流電力を、第1の電力変換回路を介して第2の電動機に供給できる。また電荷蓄積手段の直流電力を、第2の電力変換回路を介して第2の電動機に供給できる。さらに第1の電動機で発生させた交流電力を、第1の電力変換回路と第2の電力変換回路を介して、電荷蓄積手段に供給できる。またその逆もできる。なお電荷蓄積手段の充電を行う為に、第1の電動機とこの電荷蓄積手段の間に、整流回路とDC/DCの直列回路を接続しても良い。この直列回路は、第2の電力変換回路と比べて電流容量は小さくて良い。
あるいは、第1の電動機で発生させた交流電力を、第1の電力変換回路を介して第2の電動機に供給できる。また電荷蓄積手段の直流電力を、第2の電力変換回路を介して第2の電動機に供給できる。また、第２の電動機で発生させた、例えば回生動作による交流電力を、第1の電力変換回路を介して第1の電動機に供給できる。また電荷蓄積手段の直流電力を、第3の電力変換回路を介して第1の電動機に供給できる。さらに第1の電動機で発生させた交流電力を、第３の電力変換回路を介して電荷蓄積手段に供給できる。かつ第２の電動機で発生させた交流電力を、第２の電力変換回路を介して電荷蓄積手段に供給できる。また、以上述べた電力供給を、複数同時に組み合わせて行うこともできる。
本構成も第２の発明で述べた構成と同様に、第1の電動機及び第2の電動機は、複数の電力変換回路からの電流を合わせて運転する。そして本構成では、各電動機にそれぞれ第1の巻き線と第2の巻き線を設け、これらに各電力変換回路の電流を流すことで、両変換回路の電流を合成する。よって本構成は、第２の発明で述べた構成に対して、次に記す3つの効果を生じる。
第1に、変圧器を用いないので、小型化低コスト化を更に図ることができる。
即ち両変換回路から出力される電流波形の電圧は必ずしも同じでは無い。その状態で両変換回路の出力端子を電気的な同一な相毎に接続しても、両変換回路の電流を所望の値に合成させることは容易では無い。本構成では、電動機の第1の巻き線と第2の巻き線に夫々電流を供給し、電動機の内部で磁力を合成させて所望の駆動力を生じさせることができる。よって変圧器を必要としない。また従来の電圧形インバータの出力端子に接続する結合リアクトルも必要としないので、この結合リアクトルのよるサイズ増大やコスト上昇も起きない。
第2に、車両の駆動に必要な比較的低周波の交流電力を効率良く伝達、合成できる。ここで、交流電力の周波数は最大でもキロヘルツのオーダであるので、一般的な電力変換回路のPWM周波数である数十キロヘルツより十分小さい。よって、両電力変換回路でそれぞれ必要な電力を演算制御し、電動機内部で合成させることは充分可能である。
即ちキロヘルツのオーダである交流電力を伝達する変圧器は相当大きくなる。さらに伝達に係る損失も大きい。本構成では前述の第1の効果のように変圧器を必要としないので、小型化のみならず損失も低減できる。
第3に両変換回路の出力は電気的に分離されているので、電力変換回路のPWM演算1周期毎に正確な電流演算をする必要は必ずしも無い。
即ち一方の電力変換回路の出力端子に、他方の電力変換回路の出力電圧が印加され、回路動作に支障が生じる事態が無い。よって回路動作を安定して行なえる。
さらに電動機は慣性を持って運動していることにより、PWM演算１周期である凡そ100μｓ程度より長い時間毎に電流（電力）合成をさせる為の演算をしても、電動機を運転できる。よって電流合成の演算を容易に行なえる。電流合成のための制御回路を簡略で構成でき、コストを低減できる。また電動機の回転数等運転状態が急に変わっても、滑らかに運転でき、電動車両の運転性を容易に向上できる。
そして本構成は、これらの効果を生じつつ、第２の発明で記した６つの効果をも生じる。
第1に、変圧器を用いないので、小型化低コスト化を更に図ることができる。
即ち両変換回路から出力される電流波形の電圧は必ずしも同じでは無い。その状態で両変換回路の出力端子を電気的な同一な相毎に接続しても、両変換回路の電流を所望の値に合成させることは容易では無い。本構成では、電動機の第1の巻き線と第2の巻き線に夫々電流を供給し、電動機の内部で磁力を合成させて所望の駆動力を生じさせることができる。よって変圧器を必要としない。また従来の電圧形インバータの出力端子に接続する結合リアクトルも必要としないので、この結合リアクトルのよるサイズ増大やコスト上昇も起きない。
第2に、車両の駆動に必要な比較的低周波の交流電力を効率良く伝達、合成できる。ここで、交流電力の周波数は最大でもキロヘルツのオーダであるので、一般的な電力変換回路のPWM周波数である数十キロヘルツより十分小さい。よって、両電力変換回路でそれぞれ必要な電力を演算制御し、電動機内部で合成させることは充分可能である。
即ちキロヘルツのオーダである交流電力を伝達する変圧器は相当大きくなる。さらに伝達に係る損失も大きい。本構成では前述の第1の効果のように変圧器を必要としないので、小型化のみならず損失も低減できる。
第3に両変換回路の出力は電気的に分離されているので、電力変換回路のPWM演算1周期毎に正確な電流演算をする必要は必ずしも無い。
即ち一方の電力変換回路の出力端子に、他方の電力変換回路の出力電圧が印加され、回路動作に支障が生じる事態が無い。よって回路動作を安定して行なえる。
さらに電動機は慣性を持って運動していることにより、PWM演算１周期である凡そ100μｓ程度より長い時間毎に電流（電力）合成をさせる為の演算をしても、電動機を運転できる。よって電流合成の演算を容易に行なえる。電流合成のための制御回路を簡略で構成でき、コストを低減できる。また電動機の回転数等運転状態が急に変わっても、滑らかに運転でき、電動車両の運転性を容易に向上できる。
そして本構成は、これらの効果を生じつつ、第２の発明で記した６つの効果をも生じる。
第４の発明の構成とすることにより、以下の効果が生じる。
（１）第1の電力変換回路、そして第２の電力変換回路及び第3の電力変換回路の出力電流の計算が容易になる。即ち第1の電力変換回路は、電力を出力する側の第1の電動機あるいは第2の電動機の運転状態に応じた電力を出力すれば良い。そして第2の電力変換回路及び第3の電力変換回路は、駆動される側の電動機の要求電流の内、第1の電力変換回路で出力しきれなかった電力を出力するように動作すればよい。なおこれら電力の演算や各電力変換回路への制御は、制御回路が行う。この為、負荷変動が生じた過渡状態時においても、速やかに、かつ滑らかに必要電力の出力を継続でき、電動自動車をさらに安定して運転せしめることができる。
（１）第1の電力変換回路、そして第２の電力変換回路及び第3の電力変換回路の出力電流の計算が容易になる。即ち第1の電力変換回路は、電力を出力する側の第1の電動機あるいは第2の電動機の運転状態に応じた電力を出力すれば良い。そして第2の電力変換回路及び第3の電力変換回路は、駆動される側の電動機の要求電流の内、第1の電力変換回路で出力しきれなかった電力を出力するように動作すればよい。なおこれら電力の演算や各電力変換回路への制御は、制御回路が行う。この為、負荷変動が生じた過渡状態時においても、速やかに、かつ滑らかに必要電力の出力を継続でき、電動自動車をさらに安定して運転せしめることができる。
（２）上記（１）の結果、急激な負荷変動が生じても、速やかに出力電流を変化させることができ、応答性が向上する。
（３）第2、第3の電力変換回路は、主に過渡状態時に動作するので、電力変換に伴う損失が低減する。よってこれら電力変換回路の放熱器も含めたサイズが小さくなり、かつコストも下がる。
本構成では、各電力変換回路の交流端子を直接接続していないため、一方の電力変換回路の動作が他方の電力変換回路に影響することを防止でき、そのため上述の差分の電流を確実に電動機に印加できる。即ち、上記の各効果をさらに確実に発揮できる。
（３）第2、第3の電力変換回路は、主に過渡状態時に動作するので、電力変換に伴う損失が低減する。よってこれら電力変換回路の放熱器も含めたサイズが小さくなり、かつコストも下がる。
本構成では、各電力変換回路の交流端子を直接接続していないため、一方の電力変換回路の動作が他方の電力変換回路に影響することを防止でき、そのため上述の差分の電流を確実に電動機に印加できる。即ち、上記の各効果をさらに確実に発揮できる。
第５の発明の構成とすることにより、以下の効果が生じる。下記の説明のように、第2の電動機への電力供給を、第1乃至第3の電力変換回路で配分できる。よって第1乃至第3の電力変換回路の電流定格は、電動機電流定格と同じにする必要がない。かつ各電力変換回路の電流も少なくできる。よって損失を低減でき、放熱器も含めた大幅な小型化ができると共に、大幅な低コスト化もできる。
本構成においては、電動自動車の走行状態に応じて、制御回路により電力は以下のように配分すればよい。
1)車両の停止時から、原動機を始動させつつ、車両を発進させる時
電荷蓄積手段から第3の電力変換回路を経て第1の電動機を力行させると共に、第2の電力変換回路を経て第2の電動機を力行させる。ここで、第2の電力変換回路だけでは第2の電動機を力行させる電力を全て供給できない場合は、併せて第３の電力変換回路から第１の電力変換回路を介して電力を供給すればよい。
1)車両の停止時から、原動機を始動させつつ、車両を発進させる時
電荷蓄積手段から第3の電力変換回路を経て第1の電動機を力行させると共に、第2の電力変換回路を経て第2の電動機を力行させる。ここで、第2の電力変換回路だけでは第2の電動機を力行させる電力を全て供給できない場合は、併せて第３の電力変換回路から第１の電力変換回路を介して電力を供給すればよい。
2)車両を加速させている時
第1の電動機から第1の電力変換回路を介して第2の電動機を力行させると共に、電荷蓄積手段から第2電力変換回路、または第3の電力変換回路と第1の電力変換回路を介して第2の電動機に電力を供給する。ここで電力の供給経路は、電流の大きさと各電力変換回路の電流定格を鑑みて制御回路が決めればよい。
第1の電動機の出力電力が大きくなり、第1の電力変換回路だけでは第2の電動機に電力を全て供給できない場合は、併せて第3の電力変換回路と第2の電力変換回路を介しても電力を供給できる。
第1の電動機から第1の電力変換回路を介して第2の電動機を力行させると共に、電荷蓄積手段から第2電力変換回路、または第3の電力変換回路と第1の電力変換回路を介して第2の電動機に電力を供給する。ここで電力の供給経路は、電流の大きさと各電力変換回路の電流定格を鑑みて制御回路が決めればよい。
第1の電動機の出力電力が大きくなり、第1の電力変換回路だけでは第2の電動機に電力を全て供給できない場合は、併せて第3の電力変換回路と第2の電力変換回路を介しても電力を供給できる。
3)車両を定常状態で走行させている時
第1の電動機の出力にて、第1の電力変換回路を介して第２の電動機を力行させる。第1の電力変換回路の電流定格を超える場合は、前述同様併せて第3の電力変換回路と第2の電力変換回路を介しても電力を供給できる。
なお電荷蓄積手段がバッテリーやコンデンサである場合の充電は、第1の電動機の電力を第3の電力変換回路を介してバッテリー等に送ることにより、行なえば良い。
4)車両を加速させる時
第1の電動機出力に加えて、電荷蓄積手段の電力を主に第2の電力変換回路を介して、第2の電動機に供給する。第1の電動機出力が増加したら、主にこの出力で車両を加速させればよい。
5)車両を減速させる時
第2の電動機の回生電力を以って、第1の電力変換回路を介して第1の電動機を駆動できる。併せて第2の電力変換回路、または第1の電力変換回路と第３の電力変換回路を経て、電荷蓄積手段に充電もできる。
第1の電動機の出力にて、第1の電力変換回路を介して第２の電動機を力行させる。第1の電力変換回路の電流定格を超える場合は、前述同様併せて第3の電力変換回路と第2の電力変換回路を介しても電力を供給できる。
なお電荷蓄積手段がバッテリーやコンデンサである場合の充電は、第1の電動機の電力を第3の電力変換回路を介してバッテリー等に送ることにより、行なえば良い。
4)車両を加速させる時
第1の電動機出力に加えて、電荷蓄積手段の電力を主に第2の電力変換回路を介して、第2の電動機に供給する。第1の電動機出力が増加したら、主にこの出力で車両を加速させればよい。
5)車両を減速させる時
第2の電動機の回生電力を以って、第1の電力変換回路を介して第1の電動機を駆動できる。併せて第2の電力変換回路、または第1の電力変換回路と第３の電力変換回路を経て、電荷蓄積手段に充電もできる。
以上記したように、主に定常状態時は第1の電力変換回路を介して電力を供給できる。そして過渡状態時は、第1の出力変換回路で供給できない電力分を、第2の電力変換回路または第3の電力変換回路で電力を補う形態で供給できる。
この為それぞれの電力変換回路が電動機と同じ電流定格を有する必要も無く、かつ電力変換回路の損失も低減できる。
ここで本構成は、各電力変換回路の交流端子を直接接続していないので、一方の電力変換回路の動作が他方の電力変換回路に影響することを防止している。この為、各電力変換回路の出力電流の演算と出力、そして電動機への電流合成がさらに確実にできるので、各電力変換回路から最適な電流を電動機に供給できる。即ち本構成により、上記の各効果をさらに確実に発揮できる。
この為それぞれの電力変換回路が電動機と同じ電流定格を有する必要も無く、かつ電力変換回路の損失も低減できる。
ここで本構成は、各電力変換回路の交流端子を直接接続していないので、一方の電力変換回路の動作が他方の電力変換回路に影響することを防止している。この為、各電力変換回路の出力電流の演算と出力、そして電動機への電流合成がさらに確実にできるので、各電力変換回路から最適な電流を電動機に供給できる。即ち本構成により、上記の各効果をさらに確実に発揮できる。
第６の発明の構成にすることにより、以下の効果が生じる。
第1に、電動機としては2重巻き線による電気的な相の増加がないので、電動機制御、あるいは電動機への交流電力制御が容易である。
第2に、2重の各巻き線が磁気的に結合している。例えば第2の電動機を例に採り、第1の電力変換回路をマトリックスコンバータとし、第2の電力変換回路をインバータとする。マトリックスコンバータにて電流を供給してから、同マトリックスコンバータの出力電流を急に減じたとする。その時電動機の各巻き線に蓄えられている磁気エネルギーはインバータ側から放出できる。よってマトリックスコンバータによる電流制御がさらに容易になる。また何らかの理由によってマトリックスコンバータを急にオフならしめても、電動機の巻き線の磁気エネルギーによって、同マトリックスコンバータが破壊される懸念もなければ、同懸念の対策としての追加保護部品も必要無い。
第3に、電動機は巻き線の充填率を高くする為に2重巻き線の並列接続とする場合がある。この構造では、これら2重巻き線を各電力変換回路に接続し、かつ第５の発明に記した構成で定格を減じる、例えば各電力変換回路の定格は電動機の半分などとすれば、電動機の筐体サイズを殆ど変えることがなく、本構成と、その効果を実現できる。
第1に、電動機としては2重巻き線による電気的な相の増加がないので、電動機制御、あるいは電動機への交流電力制御が容易である。
第2に、2重の各巻き線が磁気的に結合している。例えば第2の電動機を例に採り、第1の電力変換回路をマトリックスコンバータとし、第2の電力変換回路をインバータとする。マトリックスコンバータにて電流を供給してから、同マトリックスコンバータの出力電流を急に減じたとする。その時電動機の各巻き線に蓄えられている磁気エネルギーはインバータ側から放出できる。よってマトリックスコンバータによる電流制御がさらに容易になる。また何らかの理由によってマトリックスコンバータを急にオフならしめても、電動機の巻き線の磁気エネルギーによって、同マトリックスコンバータが破壊される懸念もなければ、同懸念の対策としての追加保護部品も必要無い。
第3に、電動機は巻き線の充填率を高くする為に2重巻き線の並列接続とする場合がある。この構造では、これら2重巻き線を各電力変換回路に接続し、かつ第５の発明に記した構成で定格を減じる、例えば各電力変換回路の定格は電動機の半分などとすれば、電動機の筐体サイズを殆ど変えることがなく、本構成と、その効果を実現できる。
また、第７の発明の構成とすることにより、以下の効果が生じる。電動機の各2重の巻き線が直接磁気結合していない構成であるので、各電力変換回路が互いの影響を更に受けにくい。例えば電力変換回路としてマトリックスコンバータや電圧形インバータのように出力インピーダンスが必ずしも大きくない回路でも、他回路の影響を受けずに動作することを、更に容易に、かつ確実にできる。
また、第８の発明の構成とすることにより、以下の効果が生じる。一般的に直流と交流との間での電力変換回路としては、電圧形インバータが用いられている。よって電力変換回路の構造などに大きな変更をせずに、本構成を実現できる。さらに本構成では、電圧形インバータの交流出力側に結合リアクトルを新たに接続しなくても、本構成及び本発明に係る各構成の効果を容易に、かつ確実に発揮できる。また結合リアクトル使用によるサイズ増大や損失、コスト増加もない。
また、第９の発明の構成とすることにより、以下の効果が生じる。
第1に、第1の電力変換回路の出力との電流合成が容易にできる。即ち電流形インバータは出力インピーダンスが高いことにより、第1の電力変換回路の出力変動に影響されずに、所定の電流を出力できる。
第２に、電圧形インバータのような大型の電源コンデンサが不要である。この為サイズを小型にできる。
第３に、電動機の交流電圧が高くなっても、DC/DCコンバータも介さずに、前述の電流合成ができる。即ち電流形インバータを構成するリアクトルの効果によって、電流合成をすべく電動機の端子電圧が高くなっていても、所定の電流を出力できる。この為、電動機の高回転時にも出力を大きくできるうえに、従来の弱め界磁制御などによって生じる電動機の損失も低減できる。さらにDC/DCコンバータも不要であることによるコスト低減も図れる。
第４に、インバータを電動機部分に形成する所謂機電一体構造も構成し易くなる。つまり特に高温耐熱性を確保しにくい電源コンデンサが不要になる為である。
第1に、第1の電力変換回路の出力との電流合成が容易にできる。即ち電流形インバータは出力インピーダンスが高いことにより、第1の電力変換回路の出力変動に影響されずに、所定の電流を出力できる。
第２に、電圧形インバータのような大型の電源コンデンサが不要である。この為サイズを小型にできる。
第３に、電動機の交流電圧が高くなっても、DC/DCコンバータも介さずに、前述の電流合成ができる。即ち電流形インバータを構成するリアクトルの効果によって、電流合成をすべく電動機の端子電圧が高くなっていても、所定の電流を出力できる。この為、電動機の高回転時にも出力を大きくできるうえに、従来の弱め界磁制御などによって生じる電動機の損失も低減できる。さらにDC/DCコンバータも不要であることによるコスト低減も図れる。
第４に、インバータを電動機部分に形成する所謂機電一体構造も構成し易くなる。つまり特に高温耐熱性を確保しにくい電源コンデンサが不要になる為である。
また、第１０の発明の構成によれば、第2の電流形インバータの出力電流を、第1の電力変換回路の出力電流と合成するので、前述の電流形インバータの効果として記した内容が等しく生じる。そして電荷蓄積手段としてバッテリーもしくはコンデンサを用いている場合の充電も、第３の電力変換回路を用いて容易に行うことができる。
また、第１１の発明の構成とすることにより、以下の効果が生じる。各電力変換回路を構成する半導体素子、あるいは電力変換回路と電動機を接続する配線の何れかに何らかの理由が生じた際、制御回路が該当電力変換回路をオフにして、電動自動車の走行を継続できる。つまり第1の電力変換回路、及びその配線に故障が生じた際は、制御回路は同回路をオフにして、電荷蓄積手段の電力を第2または第3の電力変換回路を介して電動機に供給できる。また第2または第3の電力変換回路、及びその配線に故障が生じた際は、制御回路は同回路とスイッチ部品（素子）をオフにして、第1の電力変換回路を介して電動機に電力を供給できる。即ち本構成は、電動機の2重巻き線により第1の電力変換回路の側と、第2及び第3の電力変換回路の側が電気的には直接接続していない。この為どちらかに故障が生じても、他方の側は電気的動作を継続できる。よって特に、電動自動車がシリーズ型ハイブリッド自動車のように電動機の動力のみで走行する場合は、電力変換回路部分の故障が直ぐに自動車の走行駆動力喪失に繋がらず、故障に強い車両の提供が可能となる。
また、第１２の発明の構成によれば、何れの場合でも電動自動車を駆動できる。またバッテリー及びコンデンサに対する充電もできる。
また、第１３の発明の構成とすることにより、以下の効果が生じる。なお説明は、第１の電動機が原動機で駆動され、第2の電動機が電動自動車の駆動を司る構成を例として行う。電動自動車の駆動力が必要になった場合など第2の電動機の要求電力が増加した過渡状態時、先ず電荷蓄積手段から第2の電力変換回路を介して、第1の電力変換回路で供給しきれない電力を補給するような形態で供給する。それと同時に制御回路が、第１の電動機の出力電力を上げる為に原動機の出力あるいは回転数を上げるように制御する。この為速やかに第1の電動機の出力を増加でき、第1の電力変換回路から必要電力を供給できる。よって必要電力を低損失な電力変換で、第2の電動機に供給し続けることができる。
特に第1の電力変換回路としてマトリックスコンバータを用いる場合、同回路は入力側交流電圧より出力側交流電圧を高くしての電力変換が出来ない。よって第2の電動機の出力が大きくなる、あるいは回転数が上がる等の理由によって、第2の電動機に印加する、もしくは必要な交流電力が増加することにより交流電圧が高くなると、同回路からの電力供給がし難くなる。この場合、上記過渡状態時はマトリックスコンバータからの電力供給に支障が生じ兼ねないが、第2の電力変換回路で電力を供給すると共に、第1の電力変換回路としてのマトリックスコンバータの出力も継続できるように速やかに原動機出力、即ち第1の電力変換回路への入力交流電圧を上げられる。よって、マトリックスコンバータからの電力供給に支障が生じることも防止できる。この結果、車両の円滑な走行も継続でき、かつ低損失で必要な電力を供給し続けることもできる。
さらに第1の電力変換回路の出力を一層速やかに増加できる、即ち第1の電力変換回路の応答性を上げることができるので、電動自動車の必要電力変化に対する応答性も向上できる。
さらに第1の電力変換回路の出力を一層速やかに増加できる、即ち第1の電力変換回路の応答性を上げることができるので、電動自動車の必要電力変化に対する応答性も向上できる。
以降、諸図面を参照しつつ、本発明の実施態様を詳細に説明する。
実施例１
図１は、本発明による車両用の車両用の交流電源装置の第１実施例の基本的な構成を示す模式図である。図２〜図６は、図２〜図６は、第１実施例の動作を示す模式図である。本実施例は、大きく分けて第３の発明の構成と第４の発明の構成、及び第５の発明の構成が合わさって成る。はじめに、第３の発明による構成を説明する。図１に示すように、本構成は、第1の電動機10と、第2の電動機20とを有する。また交流電力を、異なる周波数や位相や電圧の交流電力に変換する第1の電力変換回路110を有する。さらに交流電力と直流電力との間の電力変換を行う第2の電力変換回路120と第3の電力変換回路130の少なくとも一方、あるいは両方を有する。
実施例１
図１は、本発明による車両用の車両用の交流電源装置の第１実施例の基本的な構成を示す模式図である。図２〜図６は、図２〜図６は、第１実施例の動作を示す模式図である。本実施例は、大きく分けて第３の発明の構成と第４の発明の構成、及び第５の発明の構成が合わさって成る。はじめに、第３の発明による構成を説明する。図１に示すように、本構成は、第1の電動機10と、第2の電動機20とを有する。また交流電力を、異なる周波数や位相や電圧の交流電力に変換する第1の電力変換回路110を有する。さらに交流電力と直流電力との間の電力変換を行う第2の電力変換回路120と第3の電力変換回路130の少なくとも一方、あるいは両方を有する。
そして第1の電動機10と第2の電動機20の少なくとも一方、あるいは両方は、それぞれの電気的な相毎に絶縁された第1の巻き線11及び21（なお11は第1の電動機10の内1相分の巻き線を示す。21は第2の電動機20の内1相分の巻き線を示す）と、第2の巻き線12及び22（なお12は第1の電動機10の内1相分の巻き線を示す。22は第2の電動機20の内1相分の巻き線を示す）を有する。また、それぞれの第1の巻き線を第1の交流端子（図示せず）に接続すると共に、それぞれの第2の巻き線を第2の交流端子（図示せず）に接続する。さらに第1の電力変換回路110の一方の交流端子111と第1の電動機10の第1の交流端子を接続すると共に、第3の電力変換回路130の交流端子131と第1の電動機10の該第2の交流端子を接続する。そして、第1の電力変換回路110の他方の交流端子112と第2の電動機20の第1の交流端子を接続すると共に、第2の電力変換回路120の交流端子121と第2の電動機20の第2の交流端子を接続する。
また第2の電力変換回路120の直流端子122と、第3の電力変換回路130の直流端子132を電荷蓄積手段としてのバッテリー30の端子31に接続する。さらに、第1の電動機10と第2の電動機20、及び第1〜第3の電力変換回路110〜130の動作を制御する制御回路40を有する。
また第2の電力変換回路120の直流端子122と、第3の電力変換回路130の直流端子132を電荷蓄積手段としてのバッテリー30の端子31に接続する。さらに、第1の電動機10と第2の電動機20、及び第1〜第3の電力変換回路110〜130の動作を制御する制御回路40を有する。
そして制御回路40が、電力要求のある第1の電動機10、第2の電動機20、あるいはバッテリー30に対して、電力出力ができる第1の電動機10、第2の電動機20、あるいはバッテリー30から、電力を第1の電力変換回路110または第2の電力変換回路120あるいは第3の電力変換回路130を介して供給させる構成にする。ここで第1の電動機10はエンジン等の原動機で駆動され発電機として主に機能し、かつ第2の電動機20は電動自動車の駆動力を発生させるものとする。さらに第1の電力変換回路110は例えばマトリックスコンバータとし、また第2の電力変換回路120と第3の電力変換回路130は例えばインバータとする。
さらに第４の発明による構成を説明する。制御回路40は、第2の電動機20の要求電流に対して、第1の電力変換回路110で供給しない差分の電流を、第2の電力変換回路120で供給する。また第1の電動機の要求電流110に対して、第1の電力変換回路110で供給しない差分の電流を、第3の電力変換回路130で供給するように制御せしめる構成とする。
次に第５の発明による構成を説明する。第１の電力変換回路110、第2の電力変換回路120及び第3の電力変換回路130のそれぞれの電流定格が、第1の電動機10及び該第２の電動機20の電流定格より小さい。さらに、第1の電力変換回路110と第2の電力変換回路120の電流定格の和が、第1の電動機10及び該第2の電動機20の電流定格と同じか大きい。また、第1の電力変換回路110と第3の電力変換回路130の電流定格の和が、第1の電動機10及び該第2の電動機20の電流定格と同じか大きい構成とする。
以上述べた各構成のうち、先ず第３の発明の構成により、以下の効果が生じる。
第1の電動機10で発生させた交流電力を、第1の電力変換回路110を介して第2の電動機20に供給できる。またバッテリー30の直流電力を、第2の電力変換回路120を介して第2の電動機20に供給できる。さらに第1の電動機10で発生させた交流電力を、第1の電力変換回路110と第2の電力変換回路120を介して、バッテリー30に供給できる。またその逆もできる。なおバッテリー30の充電を行う為に、第1の電動機10とこのバッテリー30の間に、整流回路とDC/DCコンバータの直列回路を接続しても良い。この直列回路は、第2の電力変換回路120と比べて電流容量は小さくて良い。
第1の電動機10で発生させた交流電力を、第1の電力変換回路110を介して第2の電動機20に供給できる。またバッテリー30の直流電力を、第2の電力変換回路120を介して第2の電動機20に供給できる。さらに第1の電動機10で発生させた交流電力を、第1の電力変換回路110と第2の電力変換回路120を介して、バッテリー30に供給できる。またその逆もできる。なおバッテリー30の充電を行う為に、第1の電動機10とこのバッテリー30の間に、整流回路とDC/DCコンバータの直列回路を接続しても良い。この直列回路は、第2の電力変換回路120と比べて電流容量は小さくて良い。
あるいは、第1の電動機10で発生させた交流電力を、第1の電力変換回路110を介して第2の電動機20に供給できる。またバッテリー30の直流電力を、第2の電力変換回路120を介して第2の電動機20に供給できる。また、第２の電動機20で発生させた、例えば回生動作による交流電力を、第1の電力変換回路110を介して第1の電動機10に供給できる。またバッテリー30の直流電力を、第3の電力変換回路130を介して第1の電動機10に供給できる。さらに第1の電動機10で発生させた交流電力を、第3の電力変換回路130を介してバッテリー30に供給できる。かつ第２の電動機20で発生させた交流電力を、第2の電力変換回路120を介してバッテリー30に供給できる。また、以上述べた電力供給を、複数同時に組み合わせて行うこともできる。この時、第1の電動機及び第2の電動機は、複数の電力変換回路からの電流を合わせて運転する。本構成は、各電動機にそれぞれ第1の巻き線と第2の巻き線を設け、これらに各電力変換回路の電流を流すことで、両変換回路の電流を合成する。
これによって、本構成は次に記す3つの効果を生じる。
第1に、変圧器を用いないので、小型化低コスト化を更に図ることができる。
即ち両変換回路から出力される電流波形の電圧は必ずしも同じでは無い。その状態で両変換回路の出力端子を電気的な同一な相毎に接続しても、両変換回路の電流を所望の値に合成させることは容易では無い。本構成では、電動機の第1の巻き線と第2の巻き線に夫々電流を供給し、電動機の内部で磁力を合成させて所望の駆動力を生じさせることができる。よって変圧器を必要としない。また従来の電圧形インバータの出力端子に接続する結合リアクトルも必要としないので、この結合リアクトルのよるサイズ増大やコスト上昇も起きない。
第2に、車両の駆動に必要な比較的低周波の交流電力を効率良く伝達、合成できる。ここで、交流電力の周波数は最大でもキロヘルツのオーダであるので、一般的な電力変換回路のPWM周波数である数十キロヘルツより十分小さい。よって、両電力変換回路でそれぞれ必要な電力を演算制御し、電動機内部で合成させることは充分可能である。
即ちキロヘルツのオーダである交流電力を伝達する変圧器は相当大きくなる。さらに伝達に係る損失も大きい。本構成では前述の第1の効果のように変圧器を必要としないので、小型化のみならず損失も低減できる。
第3に両変換回路の出力は電気的に分離されているので、電力変換回路のPWM演算1周期毎に正確な電流演算をする必要は必ずしも無い。
即ち一方の電力変換回路の出力端子に、他方の電力変換回路の出力電圧が印加され、回路動作に支障が生じる事態が無い。よって回路動作を安定して行なえる。
さらに電動機は慣性を持って運動していることにより、PWM演算１周期である凡そ100μｓ程度より長い時間毎に電流（電力）合成をさせる為の演算をしても、電動機を運転できる。よって電流合成の演算を容易に行なえる。電流合成のための制御回路を簡略で構成でき、コストを低減できる。また電動機の回転数等運転状態が急に変わっても、滑らかに運転でき、電動車両の運転性を容易に向上できる。
これによって、本構成は次に記す3つの効果を生じる。
第1に、変圧器を用いないので、小型化低コスト化を更に図ることができる。
即ち両変換回路から出力される電流波形の電圧は必ずしも同じでは無い。その状態で両変換回路の出力端子を電気的な同一な相毎に接続しても、両変換回路の電流を所望の値に合成させることは容易では無い。本構成では、電動機の第1の巻き線と第2の巻き線に夫々電流を供給し、電動機の内部で磁力を合成させて所望の駆動力を生じさせることができる。よって変圧器を必要としない。また従来の電圧形インバータの出力端子に接続する結合リアクトルも必要としないので、この結合リアクトルのよるサイズ増大やコスト上昇も起きない。
第2に、車両の駆動に必要な比較的低周波の交流電力を効率良く伝達、合成できる。ここで、交流電力の周波数は最大でもキロヘルツのオーダであるので、一般的な電力変換回路のPWM周波数である数十キロヘルツより十分小さい。よって、両電力変換回路でそれぞれ必要な電力を演算制御し、電動機内部で合成させることは充分可能である。
即ちキロヘルツのオーダである交流電力を伝達する変圧器は相当大きくなる。さらに伝達に係る損失も大きい。本構成では前述の第1の効果のように変圧器を必要としないので、小型化のみならず損失も低減できる。
第3に両変換回路の出力は電気的に分離されているので、電力変換回路のPWM演算1周期毎に正確な電流演算をする必要は必ずしも無い。
即ち一方の電力変換回路の出力端子に、他方の電力変換回路の出力電圧が印加され、回路動作に支障が生じる事態が無い。よって回路動作を安定して行なえる。
さらに電動機は慣性を持って運動していることにより、PWM演算１周期である凡そ100μｓ程度より長い時間毎に電流（電力）合成をさせる為の演算をしても、電動機を運転できる。よって電流合成の演算を容易に行なえる。電流合成のための制御回路を簡略で構成でき、コストを低減できる。また電動機の回転数等運転状態が急に変わっても、滑らかに運転でき、電動車両の運転性を容易に向上できる。
そして本構成はこれら効果を生じつつ、もしくはこれら効果を生じることによって、下記（１）から（６）の効果を円滑にかつ確実に生じることができる。
（１）第１の電動機10で第2の電動機20を駆動する場合も、またその逆の場合も、さらにバッテリー30で第1の電動機10あるいは第2の電動機20を駆動する場合も、それぞれ電力変換1回でよい。この為損失を大幅に低減できる。
（２）電動自動車の運転者がアクセルを踏み込んだ時や、電動機の負荷が急に大きくなった時など、バッテリー30からの電力供給を加えることで、電動機に必要電力を供給できる。例えば原動機で駆動される第1の電動機10は急に出力電力を増やすことは難しい。よって電動機10の出力電力が増えるまでの過渡状態時は、この交流電力発生側の電動機10の出力と共に、バッテリー30からの電力を足すことにより、駆動される側の電動機20に必要電力を供給できる。そしてこの間、交流電力発生側の電動機10は、駆動される側の電動機20の要求値急増による悪影響を受けずに速やかに出力電流の増大を行うことができる。
（３）前述のマトリックスコンバータの問題として記した電源擾乱が生じそうになった際、第2の電力変換回路120または第3の電力変換回路130によって電動機20または110への電力を安定化できる。よって電動自動車の駆動と共に、第1の電力変換回路110動作、ひいては原動機の駆動に不安定を及ぼすことは無い。
（１）第１の電動機10で第2の電動機20を駆動する場合も、またその逆の場合も、さらにバッテリー30で第1の電動機10あるいは第2の電動機20を駆動する場合も、それぞれ電力変換1回でよい。この為損失を大幅に低減できる。
（２）電動自動車の運転者がアクセルを踏み込んだ時や、電動機の負荷が急に大きくなった時など、バッテリー30からの電力供給を加えることで、電動機に必要電力を供給できる。例えば原動機で駆動される第1の電動機10は急に出力電力を増やすことは難しい。よって電動機10の出力電力が増えるまでの過渡状態時は、この交流電力発生側の電動機10の出力と共に、バッテリー30からの電力を足すことにより、駆動される側の電動機20に必要電力を供給できる。そしてこの間、交流電力発生側の電動機10は、駆動される側の電動機20の要求値急増による悪影響を受けずに速やかに出力電流の増大を行うことができる。
（３）前述のマトリックスコンバータの問題として記した電源擾乱が生じそうになった際、第2の電力変換回路120または第3の電力変換回路130によって電動機20または110への電力を安定化できる。よって電動自動車の駆動と共に、第1の電力変換回路110動作、ひいては原動機の駆動に不安定を及ぼすことは無い。
（４）一般にマトリックスコンバータは入力側と出力側、つまり第1の電動機10と第2の電動機20の、交流電力の周波数と位相と大きさの全てを制御することは難しい。本構成では、電動機の制御は、第1の電力変換回路110のみならず、第2の電力変換回路120または第3の電力変換回路130によってもできる。この為損失低減の為にマトリックスコンバータを用いても、入力側と出力側の電動機を良好に制御できる。
（５）電動機間で電力変換を行う回路と、電動機と電荷蓄積手段との間で電力変換を行う回路を分けている。よってそれぞれの回路は、各々の最適動作を行うことが容易である。即ち、電動機への電力供給と、バッテリー30の充電または電圧調整を同じ回路で同時に行うことによって、損失が増えるような事態を防止できる。
（６）原動機の停止状態から、原動機を始動させると同時に電動自動車も発進させる場合も、先ずバッテリー30によって第1の電動機10と第2の電動機20を駆動し、そして原動機始動後は第1の電動機10の電力も合わせて加速できる。この際も、電動自動車の動作を円滑にできると共に、損失も小さくできる。
（５）電動機間で電力変換を行う回路と、電動機と電荷蓄積手段との間で電力変換を行う回路を分けている。よってそれぞれの回路は、各々の最適動作を行うことが容易である。即ち、電動機への電力供給と、バッテリー30の充電または電圧調整を同じ回路で同時に行うことによって、損失が増えるような事態を防止できる。
（６）原動機の停止状態から、原動機を始動させると同時に電動自動車も発進させる場合も、先ずバッテリー30によって第1の電動機10と第2の電動機20を駆動し、そして原動機始動後は第1の電動機10の電力も合わせて加速できる。この際も、電動自動車の動作を円滑にできると共に、損失も小さくできる。
次に第４の発明による構成に係る効果を説明する。図２に、動作を説明する模式図を示す。
（１）第1の電力変換回路110、そして第２の電力変換回路120及び第3の電力変換回路130の出力電流の演算制御が容易になる。即ち第1の電力変換回路110は、電力を出力する側の第1の電動機10あるいは第2の電動機20の運転状態に応じた電力を出力すれば良い。そして第2の電力変換回路120及び第3の電力変換回路130は、駆動される側の電動機10または111の要求電流の内、第1の電力変換回路110で出力しきれなかった電力を出力するように動作すればよい。なおこれら電力の演算や各電力変換回路への制御は、制御回路40が行う。
この為、負荷変動が生じた過渡状態時においても、速やかに、かつ滑らかに必要電力の出力を継続でき、電動自動車をさらに安定して運転せしめることができる。
即ち図２に示すように、電動自動車が定速走行中（同図の区間ＡとＣ）の場合などは、原動機で駆動される第1の電動機10の出力によって、ほぼ電力を賄い得る。そして加速時（同図の区間Ｂ）などは、電動自動車の駆動パワーが急増し、かつ原動機側の出力で足りない分をバッテリー30から出力せしめることとする。
（２）上記（１）の結果、急激な負荷変動が生じても、速やかに出力電流を変化させることができ、応答性が向上する。
（３）第2、第3の電力変換回路は、主に過渡状態時に動作するので、電力変換に伴う損失が低減する。よってこれら電力変換回路の放熱器も含めたサイズが小さくなり、かつコストも下がる。
（１）第1の電力変換回路110、そして第２の電力変換回路120及び第3の電力変換回路130の出力電流の演算制御が容易になる。即ち第1の電力変換回路110は、電力を出力する側の第1の電動機10あるいは第2の電動機20の運転状態に応じた電力を出力すれば良い。そして第2の電力変換回路120及び第3の電力変換回路130は、駆動される側の電動機10または111の要求電流の内、第1の電力変換回路110で出力しきれなかった電力を出力するように動作すればよい。なおこれら電力の演算や各電力変換回路への制御は、制御回路40が行う。
この為、負荷変動が生じた過渡状態時においても、速やかに、かつ滑らかに必要電力の出力を継続でき、電動自動車をさらに安定して運転せしめることができる。
即ち図２に示すように、電動自動車が定速走行中（同図の区間ＡとＣ）の場合などは、原動機で駆動される第1の電動機10の出力によって、ほぼ電力を賄い得る。そして加速時（同図の区間Ｂ）などは、電動自動車の駆動パワーが急増し、かつ原動機側の出力で足りない分をバッテリー30から出力せしめることとする。
（２）上記（１）の結果、急激な負荷変動が生じても、速やかに出力電流を変化させることができ、応答性が向上する。
（３）第2、第3の電力変換回路は、主に過渡状態時に動作するので、電力変換に伴う損失が低減する。よってこれら電力変換回路の放熱器も含めたサイズが小さくなり、かつコストも下がる。
本構成では、各電力変換回路の交流端子を直接接続していないので、一方の電力変換回路の動作が他方の電力変換回路に影響することを防止できる。よって上述の差分の電流を確実に電動機に供給できる。即ち、上記の各効果をさらに確実に発揮できる。
次に、第５の発明の構成要素に係る効果を説明する。図３〜６に、動作を説明する模式図を示す。後述するように第2の電動機20への電力供給を、電力変換回路110と120及び130で配分できる。よってそれぞれの電力変換回路110と120及び130の電流定格は、電動機電流定格と同じにする必要がない。かつ各電力変換回路の電流も少なくできる。よって損失を低減でき、放熱器も含めた大幅な小型化ができると共に、大幅な低コスト化もできる。
次に、第５の発明の構成要素に係る効果を説明する。図３〜６に、動作を説明する模式図を示す。後述するように第2の電動機20への電力供給を、電力変換回路110と120及び130で配分できる。よってそれぞれの電力変換回路110と120及び130の電流定格は、電動機電流定格と同じにする必要がない。かつ各電力変換回路の電流も少なくできる。よって損失を低減でき、放熱器も含めた大幅な小型化ができると共に、大幅な低コスト化もできる。
即ち、図３から図６に示した車両走行状態毎のパワーの流れを示す模式図のように、電動自動車の各走行状態の区間Ａ〜Ｅに応じて、制御回路により電力は以下のように配分すればよい。
「区間Ａ」車両の停止時から、原動機を始動させつつ、車両を発進させる時
バッテリー30から第3の電力変換回路130を経て第1の電動機10を力行させると共に、第2の電力変換回路120を経て第2の電動機20を力行させる。ここで、第2の電力変換回路120だけでは第2の電動機20を力行させる電力を全て供給できない場合は、併せて第３の電力変換回路130から第１の電力変換回路110を介して電力を供給すればよい。
「区間Ｂ」車両を加速させている時
第1の電動機10から第1の電力変換回路110を介して第2の電動機20を力行させると共に、バッテリー30から第2電力変換回路120、または第3の電力変換回路130と第1の電力変換回路110を介して第2の電動機20に電力を供給する。ここで電力の供給経路は、電流の大きさと各電力変換回路の電流定格を鑑みて制御回路40が決めればよい。
第1の電動機10の出力電力が大きくなり、第1の電力変換回路110だけでは第2の電動機20に電力を全て供給できない場合は、併せて第3の電力変換回路130と第2の電力変換回路120を介しても電力を供給できる。
「区間Ｃ」車両を定常状態で走行させている時。
第1の電動機10の出力にて、第1の電力変換回路110を介して第２の電動機20を力行させる。第1の電力変換回路110の電流定格を超える場合は、前述同様併せて第3の電力変換回路130と第2の電力変換回路120を介しても電力を供給できる。
なおバッテリー30の充電も、第1の電動機10の電力を第3の電力変換回路130を介して行なえば良い。
「区間Ｄ」車両を加速させる時
第1の電動機10出力に加えて、バッテリー30の電力を主に第2の電力変換回路120を介して、第2の電動機20に供給する。第1の電動機10出力が増加したら、主にこの出力で車両を加速させればよい。
「区間Ｅ」車両を減速させる時
第2の電動機20の回生電力を以って、第1の電力変換回路110を介して第1の電動機10を駆動できる。併せて第2の電力変換回路120、または第1の電力変換回路110と第３の電力変換回路130を経て、バッテリー30に充電もできる。
「区間Ａ」車両の停止時から、原動機を始動させつつ、車両を発進させる時
バッテリー30から第3の電力変換回路130を経て第1の電動機10を力行させると共に、第2の電力変換回路120を経て第2の電動機20を力行させる。ここで、第2の電力変換回路120だけでは第2の電動機20を力行させる電力を全て供給できない場合は、併せて第３の電力変換回路130から第１の電力変換回路110を介して電力を供給すればよい。
「区間Ｂ」車両を加速させている時
第1の電動機10から第1の電力変換回路110を介して第2の電動機20を力行させると共に、バッテリー30から第2電力変換回路120、または第3の電力変換回路130と第1の電力変換回路110を介して第2の電動機20に電力を供給する。ここで電力の供給経路は、電流の大きさと各電力変換回路の電流定格を鑑みて制御回路40が決めればよい。
第1の電動機10の出力電力が大きくなり、第1の電力変換回路110だけでは第2の電動機20に電力を全て供給できない場合は、併せて第3の電力変換回路130と第2の電力変換回路120を介しても電力を供給できる。
「区間Ｃ」車両を定常状態で走行させている時。
第1の電動機10の出力にて、第1の電力変換回路110を介して第２の電動機20を力行させる。第1の電力変換回路110の電流定格を超える場合は、前述同様併せて第3の電力変換回路130と第2の電力変換回路120を介しても電力を供給できる。
なおバッテリー30の充電も、第1の電動機10の電力を第3の電力変換回路130を介して行なえば良い。
「区間Ｄ」車両を加速させる時
第1の電動機10出力に加えて、バッテリー30の電力を主に第2の電力変換回路120を介して、第2の電動機20に供給する。第1の電動機10出力が増加したら、主にこの出力で車両を加速させればよい。
「区間Ｅ」車両を減速させる時
第2の電動機20の回生電力を以って、第1の電力変換回路110を介して第1の電動機10を駆動できる。併せて第2の電力変換回路120、または第1の電力変換回路110と第３の電力変換回路130を経て、バッテリー30に充電もできる。
以上記したように、主に定常状態時は第1の電力変換回路110を介して電力を供給できる。そして過渡状態時は、第1の出力変換回路110で供給できない電力分を、第2の電力変換回路120または第3の電力変換回路130で電力を補う形態で供給できる。
この為それぞれの電力変換回路が電動機と同じ電流定格を有する必要も無く、かつ電力変換回路の損失も低減できる。そして各電力変換回路の電流定格低減により、低コスト化も図れる。ここで本構成は、各電力変換回路の交流端子を直接接続していないので、一方の電力変換回路の動作が他方の電力変換回路に影響することを防止している。この為、各電力変換回路の出力電流の演算と出力、そして電動機への電流合成がさらに確実にできるので、各電力変換回路から最適な電流を電動機に供給できる。即ち本構成により、上記の各効果をさらに確実に発揮できる。
この為それぞれの電力変換回路が電動機と同じ電流定格を有する必要も無く、かつ電力変換回路の損失も低減できる。そして各電力変換回路の電流定格低減により、低コスト化も図れる。ここで本構成は、各電力変換回路の交流端子を直接接続していないので、一方の電力変換回路の動作が他方の電力変換回路に影響することを防止している。この為、各電力変換回路の出力電流の演算と出力、そして電動機への電流合成がさらに確実にできるので、各電力変換回路から最適な電流を電動機に供給できる。即ち本構成により、上記の各効果をさらに確実に発揮できる。
なお以上の説明は、第3の電力変換回路を設ける構成に関して説明した。第3の電力変換回路を設けない場合でも、本発明に係る効果は生じる。つまり下記構成を採れば、後述する効果が生じる。
本装置は、第1の電動機10と第2の電動機20を有し、交流電力を、異なる周波数や位相や電圧の交流電力に変換する第1の電力変換回路110を有する。さらに交流電力と直流電力との間の電力変換を行う第2の電力変換回路120を有し、かつ第1の電動機10と第2の電動機20、及び第1〜第2の電力変換回路110、120の動作を制御する制御回路40を有する。そして第2の電動機20は、電気的な相毎に絶縁された第1の巻き線21（なお21は1相分の巻き線を示す）と第2の巻き線22（なお22は1相分の巻き線を示す）を有し、かつ第1の巻き線21を第1の交流端子（図示せず）に接続すると共に、第2の巻き線22を第2の交流端子（図示せず）に接続する。
第1の電動機10の交流端子と、第1の電力変換回路110の一方の交流端子111とを接続すると共に、第2の電動機20の第1の交流端子と、第1の電力変換回路110の他方の交流端子112とを接続する。
さらに第2の電動機20の第2の交流端子と第2の電力変換回路120の交流端子121とを接続し、第2の電力変換回路120の直流端子122をバッテリー30の端子31に接続する。
そして前述の制御回路40が、電力要求のある第1の電動機10、第2の電動機20、あるいはバッテリー30に対して、電力出力ができる第1の電動機10、第2の電動機20、あるいはバッテリー30から、電力を第1の電力変換回路110または第2の電力変換回路120を介して供給させる構成とする。
本装置は、第1の電動機10と第2の電動機20を有し、交流電力を、異なる周波数や位相や電圧の交流電力に変換する第1の電力変換回路110を有する。さらに交流電力と直流電力との間の電力変換を行う第2の電力変換回路120を有し、かつ第1の電動機10と第2の電動機20、及び第1〜第2の電力変換回路110、120の動作を制御する制御回路40を有する。そして第2の電動機20は、電気的な相毎に絶縁された第1の巻き線21（なお21は1相分の巻き線を示す）と第2の巻き線22（なお22は1相分の巻き線を示す）を有し、かつ第1の巻き線21を第1の交流端子（図示せず）に接続すると共に、第2の巻き線22を第2の交流端子（図示せず）に接続する。
第1の電動機10の交流端子と、第1の電力変換回路110の一方の交流端子111とを接続すると共に、第2の電動機20の第1の交流端子と、第1の電力変換回路110の他方の交流端子112とを接続する。
さらに第2の電動機20の第2の交流端子と第2の電力変換回路120の交流端子121とを接続し、第2の電力変換回路120の直流端子122をバッテリー30の端子31に接続する。
そして前述の制御回路40が、電力要求のある第1の電動機10、第2の電動機20、あるいはバッテリー30に対して、電力出力ができる第1の電動機10、第2の電動機20、あるいはバッテリー30から、電力を第1の電力変換回路110または第2の電力変換回路120を介して供給させる構成とする。
ここで第1の電動機10はエンジン等の原動機で駆動され発電機として主に機能し、かつ第2の電動機20は電動自動車の駆動力を発生させるとする。また第1の電力変換回路110は例えばマトリックスコンバータとし、また第2の電力変換回路120は例えばインバータとする。第1の電動機10で発生させた交流電力を、第1の電力変換回路110を介して第2の電動機20に供給できる。またバッテリー30の直流電力を、第2の電力変換回路120を介して第2の電動機20に供給できる。
さらに第1の電動機10で発生させた交流電力を、第1の電力変換回路110と第2の電力変換回路120を介して、バッテリー30に供給できる。またその逆もできる。
なおバッテリー30の充電を行う為に、第1の電動機10とこのバッテリー30の間に、整流回路とDC/DCコンバータの直列回路を接続しても良い。この直列回路は、第2の電力変換回路120と比べて電流容量は小さくて良い。
さらに第1の電動機10で発生させた交流電力を、第1の電力変換回路110と第2の電力変換回路120を介して、バッテリー30に供給できる。またその逆もできる。
なおバッテリー30の充電を行う為に、第1の電動機10とこのバッテリー30の間に、整流回路とDC/DCコンバータの直列回路を接続しても良い。この直列回路は、第2の電力変換回路120と比べて電流容量は小さくて良い。
この時、第2の電動機20は、複数の電力変換回路からの電流を合わせて運転する。本構成は、電動機に第1の巻き線と第2の巻き線を設け、これらに各電力変換回路の電流を流すことで、両変換回路の電流を合成する。
これによって以下の効果が得られる。
次に記す3つの効果を生じる。
第1に、変圧器を用いないので、小型化低コスト化を更に図ることができる。
即ち両変換回路から出力される電流波形の電圧は必ずしも同じでは無い。その状態で両変換回路の出力端子を電気的な同一な相毎に接続しても、両変換回路の電流を所望の値に合成させることは容易では無い。本構成では、電動機の第1の巻き線と第2の巻き線に夫々電流を供給し、電動機の内部で磁力を合成させて所望の駆動力を生じさせることができる。よって変圧器を必要としない。また従来の電圧形インバータの出力端子に接続する結合リアクトルも必要としないので、この結合リアクトルのよるサイズ増大やコスト上昇も起きない。
第2に、車両の駆動に必要な比較的低周波の交流電力を効率良く伝達、合成できる。ここで、交流電力の周波数は最大でもキロヘルツのオーダであるので、一般的な電力変換回路のPWM周波数である数十キロヘルツより十分小さい。よって、両電力変換回路でそれぞれ必要な電力を演算制御し、電動機内部で合成させることは充分可能である。
即ちキロヘルツのオーダである交流電力を伝達する変圧器は相当大きくなる。さらに伝達に係る損失も大きい。本構成では前述の第1の効果のように変圧器を必要としないので、小型化のみならず損失も低減できる。
第3に両変換回路の出力は電気的に分離されているので、電力変換回路のPWM演算1周期毎に正確な電流演算をする必要は必ずしも無い。
即ち一方の電力変換回路の出力端子に、他方の電力変換回路の出力電圧が印加され、回路動作に支障が生じる事態が無い。よって回路動作を安定して行なえる。
さらに電動機は慣性を持って運動していることにより、PWM演算１周期である凡そ100μｓ程度より長い時間毎に電流（電力）合成をさせる為の演算をしても、電動機を運転できる。よって電流合成の演算を容易に行なえる。電流合成のための制御回路を簡略で構成でき、コストを低減できる。また電動機の回転数等運転状態が急に変わっても、滑らかに運転でき、電動車両の運転性を容易に向上できる。
これによって以下の効果が得られる。
次に記す3つの効果を生じる。
第1に、変圧器を用いないので、小型化低コスト化を更に図ることができる。
即ち両変換回路から出力される電流波形の電圧は必ずしも同じでは無い。その状態で両変換回路の出力端子を電気的な同一な相毎に接続しても、両変換回路の電流を所望の値に合成させることは容易では無い。本構成では、電動機の第1の巻き線と第2の巻き線に夫々電流を供給し、電動機の内部で磁力を合成させて所望の駆動力を生じさせることができる。よって変圧器を必要としない。また従来の電圧形インバータの出力端子に接続する結合リアクトルも必要としないので、この結合リアクトルのよるサイズ増大やコスト上昇も起きない。
第2に、車両の駆動に必要な比較的低周波の交流電力を効率良く伝達、合成できる。ここで、交流電力の周波数は最大でもキロヘルツのオーダであるので、一般的な電力変換回路のPWM周波数である数十キロヘルツより十分小さい。よって、両電力変換回路でそれぞれ必要な電力を演算制御し、電動機内部で合成させることは充分可能である。
即ちキロヘルツのオーダである交流電力を伝達する変圧器は相当大きくなる。さらに伝達に係る損失も大きい。本構成では前述の第1の効果のように変圧器を必要としないので、小型化のみならず損失も低減できる。
第3に両変換回路の出力は電気的に分離されているので、電力変換回路のPWM演算1周期毎に正確な電流演算をする必要は必ずしも無い。
即ち一方の電力変換回路の出力端子に、他方の電力変換回路の出力電圧が印加され、回路動作に支障が生じる事態が無い。よって回路動作を安定して行なえる。
さらに電動機は慣性を持って運動していることにより、PWM演算１周期である凡そ100μｓ程度より長い時間毎に電流（電力）合成をさせる為の演算をしても、電動機を運転できる。よって電流合成の演算を容易に行なえる。電流合成のための制御回路を簡略で構成でき、コストを低減できる。また電動機の回転数等運転状態が急に変わっても、滑らかに運転でき、電動車両の運転性を容易に向上できる。
そして本構成はこれら効果を生じつつ、もしくはこれら効果を生じることによって、下記（1）から（4）の効果を円滑にかつ確実に生じることができる。
（１）第１の電動機10で第2の電動機20を駆動する場合も、またその逆の場合も、さらにバッテリー30で第2の電動機20を駆動する場合も、それぞれ電力変換1回でよい。この為損失を大幅に低減できる。
（２）電動自動車の運転者がアクセルを踏み込んだ時や、電動機20の負荷が急に大きくなった時など、バッテリー30からの電力供給を加えることで、電動機20に必要電力を供給できる。例えば原動機で駆動される第1の電動機10は急に出力電力を増やすことは難しい。よって電動機10の出力電力が増えるまでの過渡状態時は、この交流電力発生側の電動機10の出力と共に、バッテリー30からの電力を足すことにより、駆動される側の電動機20に必要電力を供給できる。そしてこの間、交流電力発生側の電動機10は、駆動される側の電動機20の要求値急増による悪影響を受けずに速やかに出力電流の増大を行うことができる。
（３）前述のマトリックスコンバータの問題として記した電源擾乱が生じそうになった際、第2の電力変換回路120によって電動機20への電力を安定化できる。よって電動自動車の駆動と共に、第1の電力変換回路110動作、ひいては原動機の駆動に不安定を及ぼすことは無い。
（４）一般にマトリックスコンバータは入力側と出力側、つまり第1の電動機10と第2の電動機20の、交流電力の周波数と位相と大きさの全てを制御することは難しい。本構成では、電動機の制御は、第1の電力変換回路110のみならず、第2の電力変換回路120または第3の電力変換回路130によってもできる。この為損失低減の為にマトリックスコンバータを用いても、入力側と出力側の電動機を良好に制御できる。
さらに前述の第４の発明の構成に係る効果も同様に生じる。なおバッテリー30の充電を行う為に、第1の電動機10とこのバッテリー30の間に、整流回路とDC/DCの直列回路を接続しても良い。この直列回路は、第2の電力変換回路120と比べて電流容量は小さくて良い。
（１）第１の電動機10で第2の電動機20を駆動する場合も、またその逆の場合も、さらにバッテリー30で第2の電動機20を駆動する場合も、それぞれ電力変換1回でよい。この為損失を大幅に低減できる。
（２）電動自動車の運転者がアクセルを踏み込んだ時や、電動機20の負荷が急に大きくなった時など、バッテリー30からの電力供給を加えることで、電動機20に必要電力を供給できる。例えば原動機で駆動される第1の電動機10は急に出力電力を増やすことは難しい。よって電動機10の出力電力が増えるまでの過渡状態時は、この交流電力発生側の電動機10の出力と共に、バッテリー30からの電力を足すことにより、駆動される側の電動機20に必要電力を供給できる。そしてこの間、交流電力発生側の電動機10は、駆動される側の電動機20の要求値急増による悪影響を受けずに速やかに出力電流の増大を行うことができる。
（３）前述のマトリックスコンバータの問題として記した電源擾乱が生じそうになった際、第2の電力変換回路120によって電動機20への電力を安定化できる。よって電動自動車の駆動と共に、第1の電力変換回路110動作、ひいては原動機の駆動に不安定を及ぼすことは無い。
（４）一般にマトリックスコンバータは入力側と出力側、つまり第1の電動機10と第2の電動機20の、交流電力の周波数と位相と大きさの全てを制御することは難しい。本構成では、電動機の制御は、第1の電力変換回路110のみならず、第2の電力変換回路120または第3の電力変換回路130によってもできる。この為損失低減の為にマトリックスコンバータを用いても、入力側と出力側の電動機を良好に制御できる。
さらに前述の第４の発明の構成に係る効果も同様に生じる。なおバッテリー30の充電を行う為に、第1の電動機10とこのバッテリー30の間に、整流回路とDC/DCの直列回路を接続しても良い。この直列回路は、第2の電力変換回路120と比べて電流容量は小さくて良い。
実施例２
次に第2実施例について説明する。図７に第２実施例の構成を示す。本構成は、第１実施例とは以下の点が異なる。第1の電力変換回路をマトリックスコンバータ210とする。そして第2の電力変換回路と第3の電力変換回路をそれぞれ電圧形インバータ220、230とした。この構成にすることにより、以下の効果が生じる。
前述の第１実施例の項で述べた全ての効果に加えて、下記効果が生じる。一般的に直流と交流との間での電力変換回路としては、電圧形インバータが用いられている。よって電力変換回路の構造などに大きな変更をせずに、本構成を実現できる。また電動機の電力を回生してバッテリーを充電することも容易にできる。
さらに本構成では、電圧形インバータの交流出力側に結合リアクトルを新たに接続しなくても、本構成及び本発明に係る各構成の効果を容易に、かつ確実に発揮できる。また結合リアクトル使用によるサイズ増大や損失、コスト増加もない。
次に第2実施例について説明する。図７に第２実施例の構成を示す。本構成は、第１実施例とは以下の点が異なる。第1の電力変換回路をマトリックスコンバータ210とする。そして第2の電力変換回路と第3の電力変換回路をそれぞれ電圧形インバータ220、230とした。この構成にすることにより、以下の効果が生じる。
前述の第１実施例の項で述べた全ての効果に加えて、下記効果が生じる。一般的に直流と交流との間での電力変換回路としては、電圧形インバータが用いられている。よって電力変換回路の構造などに大きな変更をせずに、本構成を実現できる。また電動機の電力を回生してバッテリーを充電することも容易にできる。
さらに本構成では、電圧形インバータの交流出力側に結合リアクトルを新たに接続しなくても、本構成及び本発明に係る各構成の効果を容易に、かつ確実に発揮できる。また結合リアクトル使用によるサイズ増大や損失、コスト増加もない。
実施例３
第3実施例について説明する。図８に第3実施例の構成を示す。本構成は、第１実施例と以下の点が異なる。第１の電力変換回路をマトリックスコンバータ210とする。そして第2の電力変換回路と第3の電力変換回路をそれぞれ電流形インバータ320、330とする。
なお電流形インバータ320、330の何れか、あるいは両方は直流端子側の極性を反転できるように、電流形インバータを構成する半導体アームを2ヶ逆並列に接続しても良い。この構成とすることにより、以下の効果が生じる。前述の第1実施例の項で述べた全ての効果が生じる。
第3実施例について説明する。図８に第3実施例の構成を示す。本構成は、第１実施例と以下の点が異なる。第１の電力変換回路をマトリックスコンバータ210とする。そして第2の電力変換回路と第3の電力変換回路をそれぞれ電流形インバータ320、330とする。
なお電流形インバータ320、330の何れか、あるいは両方は直流端子側の極性を反転できるように、電流形インバータを構成する半導体アームを2ヶ逆並列に接続しても良い。この構成とすることにより、以下の効果が生じる。前述の第1実施例の項で述べた全ての効果が生じる。
さらに下記効果も生じる。第1に、第1の電力変換回路の出力との電流合成が容易にできる。即ち電流形インバータは出力インピーダンスが高いことにより、第1の電力変換回路の出力変動に影響されずに、所定の電流を出力できる。第２に、電圧形インバータのような大型の電源コンデンサが不要である。この為サイズを小型にできる。電源コンデンサが存在すると、直流電位を上げ難い。即ち電動機は一般に高回転になるにつれ、誘起電圧が高くなる。その高回転時に大きなパワーを出力させるには、電動機に印加する電圧も上げる必要がある。しかし電源コンデンサの耐圧を高くすると、サイズ増大が著しくなる弊害がある。よって直流電圧を上げ難く、電動機の弱め界磁制御などで対応することになる。しかしこの方法は電動機の損失増大も招くし、また高回転時の出力も充分に上がらない。第３に、電動機の交流電圧が高くなっても、DC/DCコンバータも介さずに、前述の電流合成ができる。即ち電流形インバータを構成するリアクトルの効果によって、電流合成をすべく電動機の端子電圧が高くなっていても、所定の電流を出力できる。この為、電動機の高回転時にも出力を大きくできるうえに、従来の弱め界磁制御などによって生じる電動機の損失も低減できる。さらにDC/DCコンバータも不要であることによるコスト低減も図れる。第４に、インバータを電動機部分に形成する所謂機電一体構造も構成し易くなる。つまり特に高温耐熱性を確保しにくい電源コンデンサが不要になる為である。
実施例４
図９に第4実施例を示す。本構成は、第1実施例と以下の点が異なる。第1の電力変換回路をマトリックスコンバータ210とする。そして第2の電力変換回路を電流形インバータ320とし、第3の電力変換回路を電圧形インバータ230とする。なお第3の電力変換回路230の交流端子と第1の電動機10の交流端子とを結合リアクトルを介して接続しても良い。さらに第3の電力変換回路は、整流回路とDC/DCコンバータの直列回路でもよい。本構成とすることにより下記効果が生じる。
先ず第１実施例の項で述べた効果は等しく生じる。かつ第2の電流形インバータ302の出力電流を、第1の電力変換回路201の出力電流と合成するので、前述の電流形インバータの効果として記した内容が等しく生じる。そして電荷蓄積手段としてバッテリーもしくはコンデンサを用いている場合の充電も、第３の電力変換回路230を用いて容易に行うことができる。さらに、第2の電力変換回路320自体とその動作、及び同回路320の交流電力と第1の電力変換回路210の交流電力とを合わせて第2の電動機20に供給する部分について、前述の第3実施例の項で述べた各効果も同様に生じる。また第3の電力変換回路230自体とその動作につては、第2実施例の項で述べた効果が同様に生じる。
図９に第4実施例を示す。本構成は、第1実施例と以下の点が異なる。第1の電力変換回路をマトリックスコンバータ210とする。そして第2の電力変換回路を電流形インバータ320とし、第3の電力変換回路を電圧形インバータ230とする。なお第3の電力変換回路230の交流端子と第1の電動機10の交流端子とを結合リアクトルを介して接続しても良い。さらに第3の電力変換回路は、整流回路とDC/DCコンバータの直列回路でもよい。本構成とすることにより下記効果が生じる。
先ず第１実施例の項で述べた効果は等しく生じる。かつ第2の電流形インバータ302の出力電流を、第1の電力変換回路201の出力電流と合成するので、前述の電流形インバータの効果として記した内容が等しく生じる。そして電荷蓄積手段としてバッテリーもしくはコンデンサを用いている場合の充電も、第３の電力変換回路230を用いて容易に行うことができる。さらに、第2の電力変換回路320自体とその動作、及び同回路320の交流電力と第1の電力変換回路210の交流電力とを合わせて第2の電動機20に供給する部分について、前述の第3実施例の項で述べた各効果も同様に生じる。また第3の電力変換回路230自体とその動作につては、第2実施例の項で述べた効果が同様に生じる。
実施例５
図１０に第5実施例を示す。本実施例は、第2実施例において第１１の発明に係る構成を採った場合を示すものである。本実施例は、第2実施例の構成に対して、以下の部分が異なる。第2の電力変換回路220の直流端子とバッテリー30との間、及び第3の電力変換回路230の直流端子とバッテリー30との間に、制御回路40によって導通遮断動作が出来るスイッチ部品35を接続する。そして第2の電力変換回路220あるいは第3の電力変換回路230の故障を検知して、スイッチ部品35を遮断ならしめる回路を制御回路40が有する構成とする。この構成とすることにより、以下の効果が生じる。
図１０に第5実施例を示す。本実施例は、第2実施例において第１１の発明に係る構成を採った場合を示すものである。本実施例は、第2実施例の構成に対して、以下の部分が異なる。第2の電力変換回路220の直流端子とバッテリー30との間、及び第3の電力変換回路230の直流端子とバッテリー30との間に、制御回路40によって導通遮断動作が出来るスイッチ部品35を接続する。そして第2の電力変換回路220あるいは第3の電力変換回路230の故障を検知して、スイッチ部品35を遮断ならしめる回路を制御回路40が有する構成とする。この構成とすることにより、以下の効果が生じる。
各電力変換回路を構成する半導体素子、あるいは電力変換回路と電動機を接続する配線の何れかに何らかの理由が生じた際、制御回路が該当電力変換回路をオフにして、電動自動車の走行を継続できる。つまり第1の電力変換回路210、及びその配線に故障が生じた際は、制御回路40は同回路210をオフにして、バッテリー30の電力を第2または第3の電力変換回路220、230を介して電動機10、20に供給できる。
また第2または第3の電力変換回路220、230、及びその配線に故障が生じた際は、制御回路40は同回路220、230とスイッチ部品35をオフにして、第1の電力変換回路210を介して電動機10、20に電力を供給できる。即ち本構成は、電動機の2重巻き線により第1の電力変換回路210の側と、第2及び第3の電力変換回路220、230の側が電気的には直接接続していない。この為どちらかに故障が生じても、他方の側は電気的動作を継続できる。よって特に、電動自動車がシリーズ型ハイブリッド自動車のように電動機の動力のみ走行する場合は、電力変換回路部分の故障が直ぐに自動車の走行駆動力喪失に繋がらない。
なお第5実施例は前述したように、第２実施例に対して第１１の発明の構成を加えている。他の各実施例に対しても、第１１の発明の構成を加えれば、第5実施例で述べた効果は同様に生じる。なお以上の述べた全ての実施例において、第６，７，１２，及び１３に記した構成を採れば、以下の記す効果も追加して生じる。
また第2または第3の電力変換回路220、230、及びその配線に故障が生じた際は、制御回路40は同回路220、230とスイッチ部品35をオフにして、第1の電力変換回路210を介して電動機10、20に電力を供給できる。即ち本構成は、電動機の2重巻き線により第1の電力変換回路210の側と、第2及び第3の電力変換回路220、230の側が電気的には直接接続していない。この為どちらかに故障が生じても、他方の側は電気的動作を継続できる。よって特に、電動自動車がシリーズ型ハイブリッド自動車のように電動機の動力のみ走行する場合は、電力変換回路部分の故障が直ぐに自動車の走行駆動力喪失に繋がらない。
なお第5実施例は前述したように、第２実施例に対して第１１の発明の構成を加えている。他の各実施例に対しても、第１１の発明の構成を加えれば、第5実施例で述べた効果は同様に生じる。なお以上の述べた全ての実施例において、第６，７，１２，及び１３に記した構成を採れば、以下の記す効果も追加して生じる。
先ず第６の発明に記した構成として、前述の電動機の各電気的な相に対応した第1巻き線と第2の巻き線を、それぞれ同一の突極に設ける。この構成とすることにより、以下の効果が生じる。
第1に、電動機としては2重巻き線による電気的な相の増加がないので、電動機制御、あるいは電動機への交流電力制御が容易である。
第2に、2重の各巻き線が磁気的に結合している。例えば第2の電動機を例に採り、第1の電力変換回路をマトリックスコンバータとし、第2の電力変換回路をインバータとする。マトリックスコンバータにて電流を供給してから、同マトリックスコンバータの出力電流を急に減じたとする。その時電動機の各巻き線に蓄えられている磁気エネルギーはインバータ側から放出できる。よってマトリックスコンバータによる電流制御がさらに容易になる。また何らかの理由によってマトリックスコンバータを急にオフならしめても、電動機の巻き線の磁気エネルギーによって、同マトリックスコンバータが破壊される懸念もなければ、同懸念の対策としての追加保護部品も必要無い。
第3に、電動機は巻き線の充填率を高くする為に2重巻き線の並列接続とする場合がある。この構造では、これら2重巻き線を各電力変換回路に接続し、かつ第５の発明に記した構成で定格を減じる、例えば各電力変換回路の定格は電動機の半分などとすれば、電動機の筐体サイズを殆ど変えることがなく、本構成と、その効果を実現できる。
第1に、電動機としては2重巻き線による電気的な相の増加がないので、電動機制御、あるいは電動機への交流電力制御が容易である。
第2に、2重の各巻き線が磁気的に結合している。例えば第2の電動機を例に採り、第1の電力変換回路をマトリックスコンバータとし、第2の電力変換回路をインバータとする。マトリックスコンバータにて電流を供給してから、同マトリックスコンバータの出力電流を急に減じたとする。その時電動機の各巻き線に蓄えられている磁気エネルギーはインバータ側から放出できる。よってマトリックスコンバータによる電流制御がさらに容易になる。また何らかの理由によってマトリックスコンバータを急にオフならしめても、電動機の巻き線の磁気エネルギーによって、同マトリックスコンバータが破壊される懸念もなければ、同懸念の対策としての追加保護部品も必要無い。
第3に、電動機は巻き線の充填率を高くする為に2重巻き線の並列接続とする場合がある。この構造では、これら2重巻き線を各電力変換回路に接続し、かつ第５の発明に記した構成で定格を減じる、例えば各電力変換回路の定格は電動機の半分などとすれば、電動機の筐体サイズを殆ど変えることがなく、本構成と、その効果を実現できる。
次に第７の発明に記した構成として、前述の電動機の各電気的な相に対応した第1巻き線と第2の巻き線を、それぞれ異なる突極に設ける。この構成とすることにより、以下の効果が生じる。
電動機の各2重の巻き線が直接磁気結合していない構成であるので、各電力変換回路が互いの影響を更に受けにくい。例えば電力変換回路としてマトリックスコンバータや電圧形インバータのように出力インピーダンスが必ずしも大きくない回路でも、他回路の影響を受けずに動作することを、更に容易に、かつ確実にできる。
電動機の各2重の巻き線が直接磁気結合していない構成であるので、各電力変換回路が互いの影響を更に受けにくい。例えば電力変換回路としてマトリックスコンバータや電圧形インバータのように出力インピーダンスが必ずしも大きくない回路でも、他回路の影響を受けずに動作することを、更に容易に、かつ確実にできる。
そして、第１２の発明に記した構成として、電荷蓄積手段がバッテリーか、キャパシタか、あるいは燃料電池とする。
各実施例の説明は何れも、電荷蓄積手段がバッテリーである場合について行った。バッテリーの代わりに、あるいはバッテリーと並列にキャパシタを接続しても、各実施例の効果は同様に生じる。また電荷蓄積手段として燃料電池を用いても、各電動機に必要な電力を供給する各実施例の効果は同様に生じる。
また、第４の発明の構成と、その効果により、電荷蓄積手段からの電力供給は、主に電動自動車の走行の過渡状態時に行なわれるならば、この電荷蓄積手段の容量は小さくできる。よってバッテリーの小型化、あるいはバッテリーの代わりにキャパシタを用いることにより、低コスト化を更に図れる。
各実施例の説明は何れも、電荷蓄積手段がバッテリーである場合について行った。バッテリーの代わりに、あるいはバッテリーと並列にキャパシタを接続しても、各実施例の効果は同様に生じる。また電荷蓄積手段として燃料電池を用いても、各電動機に必要な電力を供給する各実施例の効果は同様に生じる。
また、第４の発明の構成と、その効果により、電荷蓄積手段からの電力供給は、主に電動自動車の走行の過渡状態時に行なわれるならば、この電荷蓄積手段の容量は小さくできる。よってバッテリーの小型化、あるいはバッテリーの代わりにキャパシタを用いることにより、低コスト化を更に図れる。
第１３の発明に記した構成として、制御回路が、第1の電動機または第2の電動機を駆動する原動機をも制御するか、あるいは、制御回路が、原動機を制御する第2の制御回路をも制御する。この構成により下記効果が生じる。なお説明は、第１の電動機が原動機で駆動され、第2の電動機が電動自動車の駆動を司る構成を例として行う。
電動自動車の駆動力が必要になった場合など第2の電動機の要求電力が増加した過渡状態時、先ず電荷蓄積手段から第2の電力変換回路を介して、第1の電力変換回路で供給しきれない電力を補給するような形態で供給する。それと同時に制御回路が、第１の電動機の出力電力を上げる為に原動機の出力あるいは回転数を上げるように制御する。この為速やかに第1の電動機の出力を増加でき、第1の電力変換回路から必要電力を供給できる。よって必要電力を低損失な電力変換で、第2の電動機に供給し続けることができる。
電動自動車の駆動力が必要になった場合など第2の電動機の要求電力が増加した過渡状態時、先ず電荷蓄積手段から第2の電力変換回路を介して、第1の電力変換回路で供給しきれない電力を補給するような形態で供給する。それと同時に制御回路が、第１の電動機の出力電力を上げる為に原動機の出力あるいは回転数を上げるように制御する。この為速やかに第1の電動機の出力を増加でき、第1の電力変換回路から必要電力を供給できる。よって必要電力を低損失な電力変換で、第2の電動機に供給し続けることができる。
特に第1の電力変換回路としてマトリックスコンバータを用いる場合、同回路は入力側交流電圧より出力側交流電圧を高くしての電力変換が出来ない。よって第2の電動機の出力が大きくなる、あるいは回転数が上がる等の理由によって、第2の電動機に印加する、もしくは必要な交流電力が増加することにより交流電圧が高くなると、同回路からの電力供給がし難くなる。この場合、上記過渡状態時はマトリックスコンバータからの電力供給に支障が生じ兼ねないが、第2の電力変換回路で電力を供給すると共に、第1の電力変換回路としてのマトリックスコンバータの出力も継続できるように速やかに原動機出力、即ち第1の電力変換回路への入力交流電圧を上げられる。よって、マトリックスコンバータからの電力供給に支障が生じることも防止できる。この結果、車両の円滑な走行も継続でき、かつ低損失で必要な電力を供給し続けることもできる。さらに第1の電力変換回路の出力を一層速やかに増加できる、即ち第1の電力変換回路の応答性を上げることができるので、電動自動車の必要電力変化に対する応答性も向上できる。
実施例６
第6実施例について説明する。図１１に第6実施例の構成を示す。また、図１２に、以下に説明する第1の変圧器の構成例を示す。同様に、図１３に第2の変圧器の構成例を示す。第6実施例は第1実施例の構成とは、以下の部分が異なる。本実施例では、第1の電動機450と、第2の電動機451を有し、交流電力を、異なる周波数や位相や電圧の交流電力に変換する第1の電力変換回路110を有する。さらに交流電力と直流電力との間の電力変換を行う第2の電力変換回路120と第3の電力変換回路130の少なくとも一方、あるいは両方を有し、また第1の電動機450と第2の電動機451、及び第1〜第3の電力変換回路110〜130の動作を制御する制御回路40を有する。なお電動機450と451は一例として3相モータとする。そして第1の変圧器400を有する。変圧器400は電動機450と同じ相数、即ち3相分の2次側巻き線を例えばスター形結線し、それぞれの2次側巻き線を電気的な相毎に2次側巻き線端子403に接続する。このそれぞれの相毎の2次側巻き線に対してコア材を介して、第1の1次側巻き線と第2の1次側巻き線を設ける。ここで第1の1次側巻き線と第2の1次側巻き線は各々スター形結線とする。
第6実施例について説明する。図１１に第6実施例の構成を示す。また、図１２に、以下に説明する第1の変圧器の構成例を示す。同様に、図１３に第2の変圧器の構成例を示す。第6実施例は第1実施例の構成とは、以下の部分が異なる。本実施例では、第1の電動機450と、第2の電動機451を有し、交流電力を、異なる周波数や位相や電圧の交流電力に変換する第1の電力変換回路110を有する。さらに交流電力と直流電力との間の電力変換を行う第2の電力変換回路120と第3の電力変換回路130の少なくとも一方、あるいは両方を有し、また第1の電動機450と第2の電動機451、及び第1〜第3の電力変換回路110〜130の動作を制御する制御回路40を有する。なお電動機450と451は一例として3相モータとする。そして第1の変圧器400を有する。変圧器400は電動機450と同じ相数、即ち3相分の2次側巻き線を例えばスター形結線し、それぞれの2次側巻き線を電気的な相毎に2次側巻き線端子403に接続する。このそれぞれの相毎の2次側巻き線に対してコア材を介して、第1の1次側巻き線と第2の1次側巻き線を設ける。ここで第1の1次側巻き線と第2の1次側巻き線は各々スター形結線とする。
第1の1次側巻き線を電気的な相毎に第1の1次側巻き線端子401に接続する。合わせて第2の1次側巻き線も電気的な相毎に第2の1次側巻き線端子402に接続する。またこの第1の変圧器400と同様な構造の第2の変圧器410を有する。即ち、変圧器410は電動機451と同じ相数、即ち3相分の2次側巻き線を例えばスター形結線し、それぞれの2次側巻き線を電気的な相毎に2次側巻き線端子413に接続する。このそれぞれの相毎の2次側巻き線に対してコア材を介して、第1の1次側巻き線と第2の1次側巻き線を設ける。ここで第1の1次側巻き線と第2の2次側巻き線は各々スター形結線とする。
第1の1次側巻き線を電気的な相毎に第1の1次側巻き線端子411に接続する。合わせて第2の1次側巻き線も電気的な相毎に第2の1次側巻き線端子412に接続する。なおここで、変圧器400と410の構造は一例であり、電気的に等価な動作を行うならば、他の構造でも良い。また端子401から403、及び411から413は、単一の端子ではなく、説明の為の模式として示している。実際は電気的な相分だけの端子を有する。そして第1の電力変換回路110の一方の交流端子111と第1の変圧器400の第1の1次側端子端子401を接続すると共に、第3の電力変換回路130の交流端子131と第1の変圧器400の第2の1次側端子端子402を接続し、さらに第1の電動機450の交流端子(図示せず)と第1の変圧器400の2次側端子403を接続する。
また第1の電力変換回路110の他方の交流端子112と第2の変圧器410の第1の1次側端子端子411を接続すると共に、第2の電力変換回路120の交流端子121と第2の変圧器410の第2の1次側端子端子412を接続し、さらに第2の電動機451の交流端子（図示せず）と第2の変圧器410の2次側端子413を接続する。かつ第2の電力変換回路120の直流端子122と、第3の電力変換回路130の直流端子132をバッテリー30の端子31に接続する。そして制御回路40が、電力要求のある第1の電動機450、第2の電動機451、あるいはバッテリー30に対して、電力出力ができる第1の電動機450、第2の電動機451、あるいはバッテリー30から、電力を第1の電力変換回路110または第2の電力変換回路120あるいは第3の電力変換回路130を介して供給させる構成とする。その他の構成は第1実施例の場合と同様である。次に効果を説明する。本実施例では、第1実施例の項で説明した第３の発明に係る効果の内の第1の効果と、（１）から（６）の効果が同様に生じる。また第４の発明と第５の発明の構成も加えれば、これら構成の効果として記した内容も同様に生じる。本実施例では電動機の構造を変えずに、前述の効果を生じることができる。
また第1の電力変換回路110の他方の交流端子112と第2の変圧器410の第1の1次側端子端子411を接続すると共に、第2の電力変換回路120の交流端子121と第2の変圧器410の第2の1次側端子端子412を接続し、さらに第2の電動機451の交流端子（図示せず）と第2の変圧器410の2次側端子413を接続する。かつ第2の電力変換回路120の直流端子122と、第3の電力変換回路130の直流端子132をバッテリー30の端子31に接続する。そして制御回路40が、電力要求のある第1の電動機450、第2の電動機451、あるいはバッテリー30に対して、電力出力ができる第1の電動機450、第2の電動機451、あるいはバッテリー30から、電力を第1の電力変換回路110または第2の電力変換回路120あるいは第3の電力変換回路130を介して供給させる構成とする。その他の構成は第1実施例の場合と同様である。次に効果を説明する。本実施例では、第1実施例の項で説明した第３の発明に係る効果の内の第1の効果と、（１）から（６）の効果が同様に生じる。また第４の発明と第５の発明の構成も加えれば、これら構成の効果として記した内容も同様に生じる。本実施例では電動機の構造を変えずに、前述の効果を生じることができる。
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。
10 第1の電動機
20 第2の電動機
11,21 第1の巻き線
12,22 第2の巻き線
30 バッテリー
31 バッテリーの端子
40 制御回路
110 第1の電力変換回路
111,112 第１の変換回路の交流端子
120 第2の電力変換回路
130 第3の電力変換回路
121,131 第２及び第３の電力変換回路の交流端子
122 第2の電力変換回路の直流端子
132 第3の電力変換回路の直流端子
210 マトリックスコンバータ（第1の電力変換回路）
220 電圧形インバータ（第2の電力変換回路）
230 電圧形インバータ（第３の電力変換回路）
320 電流形インバータ（第2の電力変換回路）
330 電流形インバータ（第3の電力変換回路）
450 第1の電動機
451 第2の電動機
400 第1の変圧器
401 第1の1次側巻き線端子
402 第2の1次側巻き線端子
403 2次側巻き線端子
410 第2の変圧器
411 第1の1次側巻き線端子
412 第2の1次側巻き線端子
413 2次側巻き線端子
20 第2の電動機
11,21 第1の巻き線
12,22 第2の巻き線
30 バッテリー
31 バッテリーの端子
40 制御回路
110 第1の電力変換回路
111,112 第１の変換回路の交流端子
120 第2の電力変換回路
130 第3の電力変換回路
121,131 第２及び第３の電力変換回路の交流端子
122 第2の電力変換回路の直流端子
132 第3の電力変換回路の直流端子
210 マトリックスコンバータ（第1の電力変換回路）
220 電圧形インバータ（第2の電力変換回路）
230 電圧形インバータ（第３の電力変換回路）
320 電流形インバータ（第2の電力変換回路）
330 電流形インバータ（第3の電力変換回路）
450 第1の電動機
451 第2の電動機
400 第1の変圧器
401 第1の1次側巻き線端子
402 第2の1次側巻き線端子
403 2次側巻き線端子
410 第2の変圧器
411 第1の1次側巻き線端子
412 第2の1次側巻き線端子
413 2次側巻き線端子
Claims (13)
- 第1の電動機と、
第2の電動機と、
前記第１の電動機と前記第2の電動機との間に配置され、交流電力と交流電力との間の電力変換を行う第1の電力変換回路と、
充放電可能な電荷蓄積手段と、
前記電荷蓄積手段と前記第2の電動機との間に配置され、直流電力と交流電力との間の電力変換を行う第2の電力変換回路と、
前記第１の電動機と前記電荷蓄積手段との間に配置され、交流電力と直流電力との間の電力変換を行う第3の電力変換回路と、
前記第1の電力変換回路の出力電力と前記第2の電力変換回路の出力電力から、前記第2の電動機へ供給される電力を合成する電力合成手段と、
を有することを特徴とする車両用の交流電源装置。 - 請求項１に記載の車両用の交流電源装置において、
第1の1次側巻き線、第2の1次側巻き線、及び、2次側巻き線を有する第1の変圧器と、第1の1次側巻き線、第2の1次側巻き線、及び、2次側巻き線を有する第2の変圧器とのうち少なくとも一方、あるいは両方を有し、
前記第１の変圧器を有する場合は、前記第1の電力変換回路の一方の交流端子を前記第1の変圧器の第1の1次側端子に接続すると共に、前記第3の電力変換回路の交流端子を前記第1の変圧器の第2の1次側端子に接続し、さらに前記第1の電動機の交流端子を前記第1の変圧器の2次側端子に接続し、
前記第２の変圧器を有する場合は、前記第1の電力変換回路の他方の交流端子を前記第2の変圧器の第1の1次側端子に接続すると共に、前記第2の電力変換回路の交流端子を前記第2の変圧器の第2の1次側端子に接続し、さらに前記第2の電動機の交流端子を前記第2の変圧器の2次側端子に接続し、
前記第2の電力変換回路の直流端子と前記第3の電力変換回路の直流端子とを前記電荷蓄積手段に接続する、
ことを特徴とする車両用の交流電源装置。 - 請求項１に記載の車両用の交流電源装置において、
前記第1の電動機と前記第2の電動機の少なくとも一方、あるいは両方は、それぞれの電気的な相毎に電気的に絶縁された第1の巻き線と第2の巻き線とを有し、かつそれぞれの前記第1の巻き線を第1の交流端子に接続すると共に、それぞれの前記第2の巻き線を第2の交流端子に接続し、
前記第1の電力変換回路の一方の交流端子を前記第1の電動機の第1の交流端子に接続すると共に、前記第3の電力変換回路の交流端子を前記第1の電動機の第2の交流端子に接続し、
また、前記第1の電力変換回路の他方の交流端子と前記第2の電動機の第1の交流端子を接続すると共に、前記第2の電力変換回路の交流端子と前記第2の電動機の第2の交流端子を接続し、
前記第2の電力変換回路の直流端子と前記第3の電力変換回路の直流端子とを前記電荷蓄積手段に接続する、
ことを特徴とする車両用の交流電源装置。 - 請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用の交流電源装置において、
前記第2の電動機の要求電流に対して、前記第1の電力変換回路で供給しない差分の電流を、前記第2の電力変換回路で供給し、
前記第1の電動機の要求電流に対して、前記第1の電力変換回路で供給しない差分の電流を、前記第3の電力変換回路で供給する、
ことを特徴とする車両用の交流電源装置。 - 請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両用の交流電源装置において、
前記第１の電力変換回路、前記第2の電力変換回路及び前記第3の電力変換回路のそれぞれの電流定格が、第１の所定値より小さく、
かつ、前記第1の電力変換回路及び前記第2の電力変換回路の電流定格の和が、第２の所定値以上であり、
また前記第1の電力変換回路と前記第3の電力変換回路の電流定格の和が、第３の所定値以上である、
ことを特徴とする車両用の交流電源装置。 - 請求項３〜５のいずれか１項に記載の車両用の交流電源装置において、
前記の各電動機の各電気的な相に対応した前記第1巻き線と前記第2の巻き線とを、それぞれ同一の突極に設ける、
ことを特徴とする車両用の交流電源装置。 - 請求項３〜５のいずれか１項に記載の車両用の交流電源装置において、
前記の各電動機の各電気的な相に対応した前記第1巻き線と前記第2の巻き線を、それぞれ異なる突極に設ける、
ことを特徴とする車両用の交流電源装置。 - 請求項１〜７のいずれか１項に記載の車両用の交流電源装置において、
前記第2の電力変換回路と前記第3の電力変換回路の少なくとも一方、あるいは両方が電圧形インバータである、
ことを特徴とする車両用の交流電源装置。 - 請求項１〜７のいずれか１項に記載の車両用の交流電源装置において、
前記第2の電力変換回路と前記第3の電力変換回路の少なくとも一方、あるいは両方が電流形インバータである、
ことを特徴とする車両用の交流電源装置。 - 請求項９に記載の車両用の交流電源装置において、
前記第2の電力変換回路が電流形インバータであり、
かつ、前記第3の電力変換回路が、電圧形インバータ、或いは、整流回路とDC/DC変換回路とからなる直列回路である、
ことを特徴とする車両用の交流電源装置。 - 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の車両用の交流電源装置において、
前記第2の電力変換回路の前記直流端子と前記電荷蓄積手段との間、及び前記第3の電力変換回路の前記直流端子と前記電荷蓄積手段との間に、導通遮断動作が出来るスイッチ素子を接続し、
前記スイッチ素子の導通遮断動作を制御し、前記第2の電力変換回路或いは前記第3の電力変換回路の故障を検知して前記スイッチ素子を遮断ならしめる制御回路を有する、
ことを特徴とする車両用の交流電源装置。 - 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の車両用の交流電源装置において、
前記電荷蓄積手段が、バッテリー、キャパシタ、あるいは燃料電池のうちのいずれかである、
ことを特徴とする車両用の交流電源装置。 - 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の車両用の交流電源装置において、
前記制御回路が、前記第1の電動機または前記第2の電動機を駆動する原動機をも制御するか、
或いは、前記制御回路が、前記原動機を制御する第2の制御回路をも制御する、
ことを特徴とする車両用の交流電源装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005161510A JP2006340485A (ja) | 2005-06-01 | 2005-06-01 | 車両用の交流電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005161510A JP2006340485A (ja) | 2005-06-01 | 2005-06-01 | 車両用の交流電源装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006340485A true JP2006340485A (ja) | 2006-12-14 |
Family
ID=37560544
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005161510A Withdrawn JP2006340485A (ja) | 2005-06-01 | 2005-06-01 | 車両用の交流電源装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2006340485A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011211775A (ja) * | 2010-03-29 | 2011-10-20 | Honda Motor Co Ltd | モータ駆動用電源装置 |
| JP2017204902A (ja) * | 2016-05-09 | 2017-11-16 | 日産自動車株式会社 | 電力変換装置および電動車両の制御装置 |
-
2005
- 2005-06-01 JP JP2005161510A patent/JP2006340485A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011211775A (ja) * | 2010-03-29 | 2011-10-20 | Honda Motor Co Ltd | モータ駆動用電源装置 |
| JP2017204902A (ja) * | 2016-05-09 | 2017-11-16 | 日産自動車株式会社 | 電力変換装置および電動車両の制御装置 |
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