JP2015073352A - 電力変換装置および電力変換システム - Google Patents

Abstract

【課題】従来に比べて体格を抑制し、電力源からの電流を抑制して制御性が向上できる電力変換装置および電力変換システムを提供する。
【解決手段】電力変換装置２０（２０Ａ，２０Ｂ，…）において、回転電機３０は並列接続される複数の相巻線（相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ，Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚ，…）を有し、制御回路２１ｂ，２２ｂは、一の電力変換回路２１ａから一の相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに出力する電力の第１通電パターンと、他の電力変換回路２２ａから他の相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚに出力する電力の第２通電パターンとを組み合わせた組合せパターンで矩形波制御を行う。この構成によれば、組合せパターンで矩形波制御を行うことで、電力源１０から流れる電流Ｉｂを小さく抑制でき、電流Ｉｂの制御性が向上する。矩形波制御を行うことでコンデンサＣ０，Ｃ１，Ｃ２の静電容量を小さく抑えられるので、体格を抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の電力変換回路と一以上の制御回路を有する電力変換装置と、当該電力変換装置と回転電機を有する電力変換システムに関する。

モータの制御方法としてはＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御や矩形波制御などが公知で、ＩＳＧ（Integrated Starter Generator）でもこれら単独もしくは組み合わせの制御が行われている。

ＰＷＭ制御では、電流の制御性が高く、特にゼロ回転（すなわち停止または静止の状態）からの駆動ではバッテリからの電流が抑制可能である。ところが、比較的大きな静電容量のコンデンサを入力側に接続する必要があるため、インバータ（すなわち電力変換回路）の体格も大きくならざるを得ない。

一方、矩形波制御では、比較的小さな静電容量のコンデンサで済むため、インバータの体格も小さくできる。ところが、特にゼロ回転からの駆動時は、電流制限性が低く、バッテリから大電流を引き込み易く、電源電圧が低下して他の機器に影響を与える恐れがある。流れる電流が大きくなるにつれて導線を太くする必要があるため、重くなるだけでなく、配線作業も困難になる。導線に限らず、インバータやモータなどの機器についても同様であり、体格が大きくなる。特に、車両の場合は電源容量が限られるため、同じバッテリーにエンジンＥＣＵ，ＥＰＳ，ブレーキ等の機器が接続されている場合、車両の走る・曲がる・止まるに影響するため、電源の最低電圧保障が不可欠である。このような機器のために、昇圧用ＤＣ−ＤＣコンバータや、電流抑制用のリレーなどを設けることも考えられるが、その分だけコスト高になったり必要なスペースも増えたりする。

従来では、回転電機の制御性を向上することを目的とする回転電機装置に関する技術の一例が開示されている（例えば特許文献１を参照）。この回転電機装置は、スイッチング指令の生成に必要なスイッチングパターン情報を取得するための複数のモード状態量を、回転電機の各動作モード毎に個別に設定し、各動作モード毎にモード状態量を取得し、この取得したモード状態量を基にしてスイッチング指令を生成する。

特許第５１７４６１７号公報

しかし、特許文献１には一つの相巻線（三相巻線）を有する回転電機の駆動方法を示しているに過ぎない。この技術を複数の相巻線（例えばＵＶＷ巻線とＸＹＺ巻線など）を有する回転電機に適用すると、上述したようにＰＷＭ制御ではインバータの体格が大きくならざるを得ず、矩形波制御ではゼロ回転からの駆動ではバッテリから大電流が流れてしまう。したがって、インバータの体格を抑制する点と、ゼロ回転時にバッテリから電流を抑制する点を両立することができない。

本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、従来に比べて体格を抑制し、かつ、電力源からの電流を抑制して制御性が向上できる電力変換装置および電力変換システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、電力源（１０）から供給される電力を変換して回転電機（３０）に出力する複数の電力変換回路（２１ａ，２２ａ，…）と、前記複数の電力変換回路を制御する制御回路（２０ｂ，２１ｂ，２２ｂ，…）とを有する電力変換装置（２０，２０Ａ，２０Ｂ，…）において、前記回転電機は、並列接続される複数の相巻線（Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ，Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚ，…）を有し、前記制御回路は、一の前記電力変換回路から一の前記相巻線に出力する電力の第１通電パターン（Ｐａ）と、他の前記電力変換回路から他の前記相巻線に出力する電力の第２通電パターン（Ｐｂ）とを組み合わせた組合せパターン（Ｐ１〜Ｐ９，Ｐ１１〜Ｐ１９）で矩形波制御を行うことを特徴とする。

この構成によれば、制御回路は、複数の相巻線にそれぞれ出力する第１通電パターンと第２通電パターンを組み合わせた組合せパターンで矩形波制御を行う。組合せパターンを適切に設定（選択，変更，切り替え等を含む。以下同じ。）すると、電力源から流れる電流を抑制することができ、電流の制御性が向上する。組合せパターンの設定を制御情報に基づいて行うことで、必要なトルクを確保するとともに、電流を小さく抑制できる。また、矩形波制御を行うことでコンデンサの静電容量を従来より小さく抑えられるので体格を抑制でき、電力変換回路の体格も従来より小さく抑制できる。

第２の発明は、電力変換システムにおいて、上記電力変換装置（２０，２０Ａ，２０Ｂ，…）と前記回転電機（３０）とを有し、前記回転電機には、少なくとも前記電力変換回路（２１ａ，２２ａ，…）を一体化することを特徴とする。

この構成によれば、機電が一体になり、従来よりも小型化することができる。

なお「電力源」は電力を供給可能であれば任意であり、例えば二次電池，太陽電池，燃料電池などが該当する。「回転電機」は回転する機器であれば任意であり、例えば電動機や電動発電機等が該当する。「電力変換回路」は、いわゆるインバータに相当するが、コンバータを含めてもよい。「複数の相巻線」は、相巻線（電機子巻線；単相または二相以上の複数相）が複数あることを意味する。例えば二の相巻線（相巻線は三相巻線）は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相からなる三相巻線と、Ｘ相，Ｙ相，Ｚ相からなる三相巻線などが該当する。英字で示す相は区別をするために用いるに過ぎない。「制御回路」は、制御情報（例えば内部に記録される情報や外部装置から伝達される情報など）に基づいて、電力変換回路に制御信号を伝達可能な構成であれば任意である。「組合せパターン」は、複数の相巻線にそれぞれ出力する電力の通電パターンの組み合わせである。第１通電パターンと第２通電パターンは通電パターンの一例である。「矩形波制御」は、通電／非通電を矩形波状に制御することを意味する。

電力変換装置の第１構成例を示す模式図である。 １２０度の通電角による矩形波制御の一例を示す模式図である。 １８０度の通電角による矩形波制御の一例を示す模式図である。 α度の通電角による矩形波制御の一例を示す模式図である。 二の相巻線にかかる第１結線例を示す模式図である。 二の相巻線にかかる第２結線例を示す模式図である。 二の相巻線にかかる第３結線例を示す模式図である。 １２０度の通電角におけるマップの一例を示す模式図である。 １８０度の通電角におけるマップの一例を示す模式図である。 組合せパターン設定処理の手続き例を示すフローチャート図である。 矩形波制御の一例を示す模式図である。 位相差がある場合の矩形波制御の一例を示す模式図である。 位相角と位相差による矩形波制御の一例を示す模式図である。 電流の変化例を示す模式図である。 従来技術を適用した場合の電流の変化例を示す模式図である。 特性変化（トルクの変化）に基づいて組合せパターンの設定を制御する一例を示す模式図である。 特性変化（トルクの変化）に基づいて組合せパターンの設定を制御する一例を示す模式図である。 特性変化（入力電流の変化）に基づいて組合せパターンの設定を制御する一例を示す模式図である。 特性変化（入力電流の変化）に基づいて組合せパターンの設定を制御する一例を示す模式図である。 特性変化（出力電流の変化）に基づいて組合せパターンの設定を制御する一例を示す模式図である。 特性変化（回転数の変化）に基づいて組合せパターンの設定を制御する一例を示す模式図である。 特性変化（電力源の電圧の変化）に基づいて組合せパターンの設定を制御する一例を示す模式図である。 通電角を次第に変化させる例を示す模式図である。 電力変換装置の第２構成例を示す模式図である。 電力変換システムの第１構成例を示す模式図である。 電力変換システムの第２構成例を示す模式図である。 相巻線にかかる第５結線例を示す模式図である。 電力変換装置の第３構成例を示す模式図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、特に明示しない限り、「接続する」という場合には電気的に接続することを意味する。各図は、本発明を説明するために必要な要素を図示し、実際の全要素を図示しているとは限らない。上下左右等の方向を言う場合には、図面の記載を基準とする。英数字の連続符号は記号「〜」を用いて略記する。例えば、「組合せパターンＰ１〜Ｐ９」は「組合せパターンＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８，Ｐ９」を意味する。

〔実施の形態１〕
実施の形態１は図１〜図２３を参照しながら説明する。説明を簡単にするため、電力源１０には二次電池を適用する。二次電池は充電と放電が可能な電池であれば任意であるが、非水電解質二次電池の一種であるリチウムイオン二次電池（リチウムイオンポリマー二次電池を含む）を適用する。回転電機３０には電動発電機を適用する。

また、二つの相巻線（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相からなる三相巻線とＸ相，Ｙ相，Ｚ相からなる三相巻線）を有する回転電機について説明する。Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相からなる三相巻線は相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗとする。Ｘ相，Ｙ相，Ｚ相からなる三相巻線は相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚとする。相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗや相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚの結線は任意である。なお、特に明示しない限り、Ｙ結線を例にして説明する。

図１に示す電力変換装置２０Ａは、複数の電力変換回路２１ａ，２２ａや、複数の制御回路２１ｂ，２２ｂなどを有する。電力変換回路２１ａは、制御回路２１ｂから伝達される制御信号に従って、電力源１０から供給される電力（すなわち直流電力）を変換して、回転電機３０の相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに出力する。電力変換回路２２ａは、制御回路２２ｂから伝達される制御信号に従って、電力源１０から供給される電力を変換して、回転電機３０の相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚに出力する。電力変換回路２１ａ，２２ａは、電力を変換するためのスイッチング素子をそれぞれ含む。電力変換装置２０Ａの入力側（電力源１０側）にはコンデンサＣ０が接続される。電力変換回路２１ａの入力側には複数のコンデンサＣ１が並列接続される。電力変換回路２２ａの入力側には複数のコンデンサＣ２が並列接続される。コンデンサＣ０，Ｃ１，Ｃ２は電圧を平滑化する。

制御回路２１ｂは、回転電機３０の作動に伴って生じる特性変化や制御情報等に基づいて電力変換回路２１ａに制御信号を伝達する。制御回路２２ｂは、特性変化や制御情報等に基づいて電力変換回路２２ａに制御信号を伝達する。制御回路２１ｂ，２２ｂの間で同じ制御情報であってもよく、異なる制御情報であってもよい。制御回路２１ｂ，２２ｂの間で通信可能に接続すると、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗや相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚにかかる回転角ωや通電角δなどの情報を相互に把握することができる。

特性変化は、例えば電力源１０の電圧Ｖｂの変化、電力源１０から電力変換装置２０Ａに入力される電圧Ｖinの変化、電力変換回路２１ａ，２２ａに入力される電流Ｉｂの変化、回転電機３０に流れる電流Ｉ１，Ｉ２の変化、回転電機３０のトルクＴの変化、電力変換回路２１ａ，２２ａから出力する電力の効率ηの変化、回転電機３０の回転数Ｎの変化、回転電機３０の温度Ｔｅの変化などが該当する。これらの特性変化は、必要に応じて対応するセンサによって検出してもよく、所要の演算式等によって算定（推定）してもよい。制御情報は任意であり、内部に記録される内部情報（例えばテーブルやマップ等）や、外部装置（例えばＥＣＵやコンピュータ等）から伝達される外部情報などが該当する。

電力変換回路２１ａから相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに出力される電力や、電力変換回路２２ａから相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚに出力される電力の波形例（制御例でもある。以下同じ。）を図２〜図４に示す。図２には通電角δが１２０度の通電パターンを示し、図３には通電角δが１８０度の通電パターンを示す。図２と図３では、位相角θ（すなわちθ度の位相）で通電する場合の通電パターンを二点鎖線で示す。図４には通電角δがα度（０度＜α＜３６０度）の通電パターンを示す。角度のαは一定値でもよく、特性変化に基づいて角度αの値を変化（逓減変化や逓増変化を含む）させてもよい。図４に示す二点鎖線は、α＝９０度やα＝２７０度に角度を設定する場合の波形例である。非通電は、電力を出力しない通電パターンであり、通電角δが０度の通電パターンに相当する（α＝０度でもある；図１１を参照）。

相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに出力する電力の第１通電パターンＰａと、相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚに出力する電力の第２通電パターンＰｂの組み合わせ例を次の表１に示す。表１（後述する表２でも同様）は、後述するマップ（図９を参照）の一部である。表中では、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗを「相巻線（ＵＶＷ）」と示し、相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚを「相巻線（ＸＹＺ）」と示す。

表１に示す組合せパターンの一例を簡単に説明する。組合せパターンＰ１は、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗと相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚの双方に出力する電力を非通電（通電角δは０度）とする組み合わせである。組合せパターンＰ２は、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに出力する電力を非通電とし、相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚに出力する電力の通電角δを１２０度とする組み合わせである。組合せパターンＰ６は、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに出力する電力の通電角δを１２０度とし、相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚに出力する電力の通電角δを１８０度とする組み合わせである。他の組合せパターンについては表１に示す通りである。

表１に示す組合せパターンＰ１，Ｐ５，Ｐ９のように、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗと相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚの双方に出力する電力を同じ通電パターンとするのは、所定条件を満たす場合に限定してよい。所定条件は、例えば電力源１０の能力（容量，定格電圧，定格電流等）が所要の基準値を上回って十分であること、または、他の補器（例えば車両であれば、ＥＰＳやブレーキ、エンジンＥＣＵなどの安全走行に必要な機器）が並列接続されていないシステムであること、または、電力変換装置２０Ａおよび回転電機３０の電流許容量がそれぞれに流れる電流よりも多い場合、回転電機３０の起電圧が基準値（例えば電力源１０の電圧Ｖｂ／２）よりも高いことなどの条件のうち、いずれか一つの条件もしくは複数の条件を満たす場合が該当する。

なお、回転電機３０の仕様（例えば種類，定格，構成等）に基づいて、非通電，１２０度，１８０度以外の通電角δを適用してもよい。また、回転電機３０の特性変化に基づいて通電角δを変化（逓減変化や逓増変化を含む）させてもよい。上述した通電角δに基づいて、表１に示すような組合せパターンを設定すればよい。

次に、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに位相角θ１で出力する電力の第１通電パターンＰａと、相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚに位相角θ２で出力する電力の第２通電パターンＰｂの組み合わせ例を次の表２に示す。

表２において、組合せパターンＰ１１は表１の組合せパターンＰ１に相当する。同様に、組合せパターンＰ１２は表１の組合せパターンＰ２に相当し、…、組合せパターンＰ１９は表１の組合せパターンＰ９に相当する。位相角θ１，θ２は、θ１＝θ２でもよく、θ１≠θ２でもよいので、組合せパターンの数は制限されない。

図５には、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗと相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚで相対的に位相差φを設けて巻装（巻き回すこと。以下同じ。）する例を示す。相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗと相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚに同時に通電を行っても、位相差φがあるので、結果として位相角と同様の効果が得られる。なお、位相差φは０度≦φ＜３６０度で設定してよい。

図１〜図５では、回転電機３０の相巻線（すなわち相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗと相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚ）をＹ結線で接続する例を説明したが、他の結線で接続してもよい。例えば図６に示すように、一方の相巻線（図６では相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ）をＹ結線とし、他方の相巻線（図６では相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚ）をΔ結線として接続してもよい。また図７に示すように、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗと相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚとを同じΔ結線で接続してもよい。

上述のように構成された電力変換装置２０Ａによる制御例について、図８〜図１３を参照しながら説明する。図８と図９には、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗと相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚとに出力する電力の制御を行う際に参照するマップの一例を示す。各マップは制御回路２１ｂ，２２ｂの内部に記録されるか、外部装置から伝達される。

図８に示すマップは通電角δを１２０度とする例である。通電角δに対するトルクＴや電流Ｉｂを規定するテーブルについて、電力源１０の電圧Ｖｂ１〜Ｖｂｍと回転電機３０の回転数Ｎａ１〜回転数Ｎａｎの組み合わせ（すなわちｍ×ｎ通りのテーブル；ｍとｎは１以上の整数）からなる。同様にして、図９に示すマップは通電角δを１８０度とする例である。トルクＴや電流Ｉｂに対する通電角δを規定するテーブルについて、電力源１０の電圧Ｖｂ１〜Ｖｂｍと回転電機３０の回転数Ｎｂ１〜回転数Ｎｂの組み合わせ（すなわちｍ×ｎ通りのテーブル）からなる。なお図８と図９に示す例では通電角δが１２０度と１８０度で同じ組み合わせ（ｍ×ｎ通りのテーブル）にしたが、異なる組み合わせ（例えばｊ×ｋ通りのテーブル；ｊとｋは１以上の整数）にしてもよい。

図１０には組合せパターン設定処理の一例を示す。組合せパターン設定処理は、回転電機３０の仕様、電源系のシステム構成によって、設計されることが望ましい。また、組合せパターン設定処理は、制御回路２１ｂ，２２ｂにおいてそれぞれ繰り返し実行される。制御回路２１ｂ，２２ｂで個別に実行してもよく、制御回路２１ｂ，２２ｂ間で連携して実行してもよい。図中の最大トルクＴmax1は、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに出力可能な最大のトルクである。最大トルクＴmax2は、相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚに出力可能な最大のトルクである。要求トルクＴreqは、回転電機３０の駆動に要求されるトルクである。最大電流Ｉmaxは、電力源１０から流れる電流Ｉｂの許容最大値であって、予め設定される。

まず、トルクに関する判別を行う〔ステップＳ１０〕。具体的には、最大トルクＴmax1と最大トルクＴmax2の和が要求トルクＴreq以上（Ｔmax1＋Ｔmax2≧Ｔreq）であるか否かを判別する。もし、判別式のＴmax1＋Ｔmax2≧Ｔreqを満たさなければ（ＮＯ）、後述するステップＳ１４に進む。

ステップＳ１０で判別式のＴmax1＋Ｔmax2≧Ｔreqを満たせば（ＹＥＳ）、要求トルクＴreqを満たし、電流Ｉ１と電流Ｉ２の和が最小値となる組み合わせをマップ（図８や図９を参照）から選択する〔ステップＳ１１〕。具体的には、通電角δに対するトルクＴや電流Ｉ１，Ｉ２が選択される。

次に、上記ステップＳ１１で選択された電流Ｉ１，Ｉ２に関する判別を行う〔ステップＳ１２〕。具体的には、最大電流Ｉmaxが電流Ｉ１と電流Ｉ２の和以上（すなわちＩmax≧Ｉ１＋Ｉ２）であるか否かを判別する〔ステップＳ１２〕。もし、判別式のＩmax≧Ｉ１＋Ｉ２を満たさなければ（ＮＯ）、後述するステップＳ１４に進む。

ステップＳ１２で判別式のＩmax≧Ｉ１＋Ｉ２を満たせば（ＹＥＳ）、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗおよび相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚに関するトルクや電流に基づいて、組合せパターンをマップ（図８や図９を参照）から選択して設定する〔ステップＳ１３〕。具体的には、表１に示す組合せパターンＰ１〜Ｐ９や表２に示す組合せパターンＰ１１〜Ｐ１９などのような複数の組合せパターンの中から、一の組合せパターンを選択して設定する。

一方、トルクや電流の条件を満たさなければ（ステップＳ１０，Ｓ１２でＮＯ）、判別式のＩmax≧Ｉ１＋Ｉ２を満たし、かつ、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗと相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚの各トルクが最大となる組み合わせをマップ（図８や図９を参照）から選択する〔ステップＳ１４〕。具体的には、ステップＳ１１と同様に、通電角δに対するトルクＴや電流Ｉ１，Ｉ２が選択される。その後、ステップＳ１３と同様にして、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗおよび相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚに関するトルクや電流に基づいて、組合せパターンをマップ（図８や図９を参照）から選択して設定する〔ステップＳ１５〕。

上述した組合せパターン設定処理を実行すると、回転電機３０の回転始動時（すなわちゼロ回転からの駆動時）以降において、各相巻線でそれぞれ出力可能な最大のトルクＴが得られ、かつ、電流Ｉｂが最大電流Ｉmax以下となるような組合せパターンを設定できる。すなわち、必要とするトルクＴが得られ、かつ、電流Ｉｂをできるだけ小さく抑制する組合せパターンであればよい。また、後述する図１６〜図２３で示すような制御を併せて行うことで、各図に示すような特性を得ることができる。

上述した組合せパターン設定処理で設定される組合せパターンに基づいて、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗと相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚとに出力する電力の信号波形例（制御例）について図１１〜図１３を参照しながら説明する。図１１〜図１３は、それぞれ相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗと相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚとにそれぞれ通電する、電力変換回路２１ａ，２２ａのスイッチングパターンを変化させる例を示す。図中の上アームには電力変換回路２１ａ，２２ａに含まれるスイッチング素子であるハイサイドスイッチの通電タイミングを示す。下アームには電力変換回路２１ａ，２２ａに含まれるスイッチング素子であるローサイドスイッチの通電タイミングを示す。相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗと相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚはいずれも三相巻線であるので、１２０度ずつ波形がずれる。回転Ｒ１〜Ｒ６は、いずれも回転角ωが０度から３６０度までの１回転分を意味する。

図１１は、通常（すなわち位相角θおよび位相差φが０度）の場合における波形例であり、回転Ｒ１と回転Ｒ２で組合せパターンが異なる場合を示す。回転Ｒ１は表１の組合せパターンＰ２に相当し、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗを非通電とし、相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚの通電角δを１２０度で出力する。回転Ｒ２は表１の組合せパターンＰ５に相当し、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗと相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚの通電角δを１２０度で出力する。図示を省略するが、組合せパターンＰ２，Ｐ５以外で表１に示す組合せパターンや、表２に示す組合せパターンを設定する制御を行ってもよい。

また、組合せパターンの切り替えは、回転Ｒ１，Ｒ２などの３６０度ごとに限らず、他の回転角ωで行ってもよい。制御回路２１ｂ，２２ｂに備える演算器の処理能力および、トルクや電流・電圧制限などの必要な制御応答性にあわせて、制御切り替えタイミングを設定する。このことは、後述する図１２，図１３でも同様である。

図１２には、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗと相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚで相対的に位相差φ（図５を参照）が設けられる波形例であり、回転Ｒ３と回転Ｒ４で組合せパターンが異なる場合を示す。回転Ｒ３では、図１１と同様に表１の組合せパターンＰ２で出力する。回転Ｒ４では、図１１と同様に表１の組合せパターンＰ５で出力する。図示を省略するが、組合せパターンＰ２，Ｐ５以外で表１に示す組合せパターンや、表２に示す組合せパターンを設定する制御を行ってもよい。

図１３には、図１２（図５）に示す位相差φとともに、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの通電パターンに位相角θ１を設け、相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚの通電パターンに位相角θ２を設けて電力を出力する波形例を示す。この波形例は、回転Ｒ５と回転Ｒ６で同じ組合せパターンＰ１５になる場合を示す。図示を省略するが、組合せパターンＰ１５以外で表１に示す組合せパターンや、表２に示す組合せパターンで制御してもよい。

なお、位相角θ１，θ２は、θ１＝θ２でもよく、θ１≠θ２でもよい。また、０度≦θ１＜３６０度の範囲内で設定してよく、０度≦θ２＜３６０度の範囲内で設定してよい。例えば、θ１＝θ２＝０度で設定すると、回転Ｒ５，Ｒ６は図１２に示す回転Ｒ４と同等の波形になる。

図１１〜図１３に示す例の制御例によって流れる電流の一例について、図１４と図１５を参照しながら説明する。なお、図１４と図１５に示す数値はあくまで一例であり、回転電機３０の仕様などに応じて変わる。

図１４は本発明による制御例であり、通電開始時（時間が０秒）からは表１に示す組合せパターンＰ４で電力を出力した後、組合せパターンＰ５に設定されて電力を出力する例である。通電開始時は回転電機３０の回転始動時に相当する。この制御例では、通電開始時から所定期間を経過するまで、第１通電パターンＰａと第２通電パターンＰｂとが異なる。所定期間の長さは、図１４の例では１４３ミリ秒程度であるが、回転電機３０の仕様などに応じて任意の長さを設定してよい。

図１４では、上から順番に電流Ｉｂ，電流Ｉ１，電流Ｉ２の変化をそれぞれ示す。電流Ｉｂは電力源１０から電力変換装置２０Ａに入力される電流である。電流Ｉ１は電力変換回路２１ａから相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗを流れる電流である。電流Ｉ２は電力変換回路２２ａから相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚを流れる電流である。図１４で示すように、通電開始時から組合せパターンＰ４で電力を出力することで、電流Ｉｂがピーク電流Ｉpp1を超えないように制御される。言い換えると、ピーク電流Ｉpp1が最大電流Ｉmaxとなる。図１に示す電力変換装置２０は、回転電機３０の目標となる最大電流Ｉmaxに合わせて、ピーク電流Ｉpp1が最大電流Ｉmaxを超えないように組合せパターンを設定し、その後も最大電流Ｉmaxを超えないように組合せパターンを設定する制御を行う。このような制御は、図８や図９に示すマップや、表１，表２などに示す各組合せパターンに対しても適用してよい。

一方、図１４に示す各電流について、図１５は従来技術を適用した例を示す。すなわち、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗと相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚに対して同時に所定の通電角で電力を出力する。同じ回転電機３０に対して電力を出力すると、電流Ｉｂのピーク電流Ｉpp2が図１４に示すピーク電流Ｉpp1よりも大幅に多いことが分かる（Ｉpp2＞Ｉpp1）。

図１４では組合せパターンの設定によってピーク電流Ｉpp1が最大電流Ｉmaxを超えないように制御したが、回転電機３０の作動に伴って生じる特性変化に基づいて組合せパターンの設定を制御してもよい。特性変化に基づいて組合せパターンを設定する例を図１６〜図２３に示す。これらの各図に示す時刻ｔ０，ｔ１０，ｔ２０，ｔ３０，ｔ４０，ｔ６０は、通電開始時（あるいはリセット時である。以下同様である。）に相当する。

図１６と図１７には、回転電機３０の作動に伴って生じるトルクＴの変化に基づいて組合せパターンを設定する例を示す。具体的には、時刻ｔ０には組合せパターンＰ３を設定し、時刻ｔ１には組合せパターンＰ２を設定し、時刻ｔ２には組合せパターンＰ５を設定し、時刻ｔ３には組合せパターンＰ８を設定する（表１を参照）。図１６に示す組合せパターンや表１に示す組合せパターンに限られず、表２を含む他の組合せパターンを設定してもよい。なお、図１６に示す例はあくまで一例に過ぎない。実線で示す目標トルクＴobjを制御の目標とし、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗと相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚに対して組合せパターンを設定してもよい。

上述した組合せパターンの設定を行う制御によって、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに生じるトルクＴ１は一点鎖線のように変化し、相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚに生じるトルクＴ２は二点鎖線のように変化する。トルクＴ１とトルクＴ２が合わさると、目標トルクＴobjに追従するトルク変化を実現する（すなわちＴ１＋Ｔ２≒Ｔobj）。こうすれば、回転電機３０のトルクＴが目標値である目標トルクＴobjを含む所定範囲内（図中では細線の二点鎖線で示す）に収まるように制御できる。

図１６の波形例では位相角θを変化させない。これに対して図１７の波形例では、相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚに出力する電力について、時刻ｔ２から時刻ｔ４まで通電パターンの位相角θを変化させる。位相角θを適切に変化させることにより、トルクＴが目標トルクＴobjに沿ってなめらかに変化させることができる。すなわち、組合せパターンの設定に伴うトルクＴの大幅な変化を抑制できる。

図１８と図１９には、回転電機３０を作動させる際に電力変換装置２０Ａに入力される電流Ｉｂが最大電流Ｉmax以下に収まるように組合せパターンを設定する例を示す。具体的には、時刻ｔ１０には組合せパターンＰ２（あるいは組合せパターンＰ４）を設定し、時刻ｔ１１には組合せパターンＰ３（あるいは組合せパターンＰ７）を設定し、時刻ｔ１２には組合せパターンＰ５を設定し、時刻ｔ１３には組合せパターンＰ９を設定する（表１を参照）。組合せパターンＰ２（Ｐ４）や組合せパターンＰ３（Ｐ７）は、電力変換装置２０Ａおよび回転電機３０の温度に応じていずれの組合せパターンを設定しても良い。例えば温度条件が厳しい回転電機３０の場合は、（ｉ）の区間で一の相巻線（例えば相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ）を経由する組合せパターンＰ２を設定し、（ii）の区間で他の相巻線（例えば相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚなど）を経由する組合せパターンＰ７を使用すると、片側に発熱が集中するのを回避できる。このことは組合せパターンＰ２（Ｐ４）や組合せパターンＰ３（Ｐ７）に限らず、他の組合せパターンについても同様である。

図１８の波形例では、時刻ｔ１０に組合せパターンＰ２を設定した後の時刻ｔ１１に組合せパターンＰ５を設定しても、電流Ｉｂが最大電流Ｉmaxを超えない。これに対して図１９の波形例では、時刻ｔ２０に組合せパターンＰ２を設定した後の時刻ｔ２１に組合せパターンＰ５を設定したとき、電流Ｉｂが最大電流Ｉmaxを超える可能性がある場合の波形例である。すなわち、回転電機３０の制御中に電流Ｉｂが流れる経路のインピーダンスを正確に推定するのは大変困難なことが要因である。もし想定よりインピーダンスが低い場合には、組合せパターンを設定したときに最大電流Ｉmaxを超えてしまう可能性がある。

この場合には、最大電流Ｉmaxよりも低く設定される閾値電流Ｉth（すなわちＩth＜Ｉmax）に基づいて組合せパターンの設定を行う。具体的には、電流Ｉｂが閾値電流Ｉth以上になる時刻ｔ２２に組合せパターンＰ２を設定する。その後、時刻ｔ２３には再び組合せパターンＰ５を設定し、時刻ｔ２４には組合せパターンＰ９を設定する。このように制御することで、電流Ｉｂが最大電流Ｉmaxを超える可能性を確実に抑制できる。なお温度条件が厳しい回転電機３０の場合は、図１８と同様の制御を行ってもよい。

図２０には、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに出力する電流Ｉ１や、相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚに出力する電流Ｉ２の変化に基づいて組合せパターンを設定する例を示す。通電開始時から一方の相巻線（例えば相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ）に流す電流が最大電流Ｉmaxの半分以下になってから次の組合せパターンを設定する。具体的には、時刻ｔ３０には組合せパターンＰ２を設定し、時刻ｔ３１には組合せパターンＰ９を設定する。組合せパターンＰ９の設定にあたって、最大電流Ｉmaxの半分である電流Ｉｈ（＝Ｉmax／２）を閾値として用いる。図２０の波形例では時刻ｔ３１に電流Ｉｂが電流Ｉｈ以下になるので、組合せパターンＰ９を設定する。このように電流Ｉｈを閾値として用いることで、一方の相巻線にのみ電流を流す組合せパターンから、複数の相巻線（例えば相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗおよび相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚ）に電流を流す組合せパターンに切り替えて設定しても、電流Ｉｂは最大電流Ｉmax以下（すなわちＩmax≧Ｉ１＋Ｉ２）になる。

図２１は、回転電機３０を作動させる際において、当該回転電機３０の回転数Ｎの変化に基づいて組合せパターンを設定する例を示す。この制御は、回転電機３０のステータに発生する起電圧が高くなるにつれて電流Ｉｂが低くなる事実に基づいて行う。起電圧は回転数Ｎに比例するため、電流Ｉｂの制御精度が向上する。

一例として、起電圧が電力源１０の定格電圧の１／４以上になる回転数をＮ１と規定し、同じく１／２以上になる回転数をＮ２と規定する。そのため図２１では、回転数Ｎが０である時刻ｔ４０には組合せパターンＰ４を設定し、回転数Ｎが回転数Ｎ１に達する時刻ｔ４１には組合せパターンＰ５を設定し、回転数Ｎが回転数Ｎ２に達する時刻ｔ４２には組合せパターンＰ９を設定する。なお、回転電機３０が界磁巻線ロータの場合は、界磁巻線に流す界磁電流量によってステータに発生する起電圧が変わるため、界磁電流をパラメータにして回転数Ｎを調整するとよい。

図２２は、電力源１０の電圧Ｖｂの変化に基づいて組合せパターンを設定する例を示す。電力源１０は、電力変換装置２０Ａだけでなく他の機器にも電力を供給する場合もあり、電圧Ｖｂは変動し易い。当該電圧Ｖｂが最小電圧Ｖminよりも低くなると、電力変換装置２０Ａや他の機器の作動に影響を与える可能性がある。そこで、制御回路２１ｂ，２２ｂは電圧Ｖｂが最小電圧Ｖmin以上を維持するように組合せパターンを設定する。なお、予め設定される最小電圧Ｖminの値は任意でよい。

図２２の波形例では、時刻ｔ５０に組合せパターンＰ９を設定するが、時刻ｔ５１の手前で電圧Ｖｂが低下し始めて最小電圧Ｖminを下回る可能性がある。そのため、組合せパターンＰ９よりも通電角δが短い組合せパターンＰ６を時刻ｔ５１で設定する。通電角δを短くすることにより、回転電機３０に流れる電流Ｉ１，Ｉ２を減らす。このような制御を行うことによって、電力源１０の電圧Ｖｂを最小電圧Ｖmin以上に維持できる。

図示しないが、上述した特性変化（トルクＴ、電流Ｉｂ、電流Ｉ１，Ｉ２、回転数Ｎ）を除く他の特性変化に基づいて組合せパターンを設定してもよい。他の特性変化は、例えば電力変換装置２０Ａに入力される電圧Ｖin、電力変換装置２０Ａから出力する電力の効率η、回転電機３０の温度Ｔｅなどが該当する。二以上の特性変化を組み合わせて、各特性変化に見合う組合せパターンを設定してもよい。いずれの特性変化を適用するにせよ、目標となる特性変化に追従して制御することが容易になる。

また、組合せパターンの設定時は、図２３に示すように通電角δを次第に変化させてもよい。「次第に変化させる」は上述した逓減変化や逓増変化に相当する。図２３には、図１６に示す組合せパターンの設定に従って相巻線に出力する電力の通電パターンにかかる通電角δを次第に変化させる例を示す。具体的には、組合せパターンＰ２から組合せパターンＰ５に切り替える設定を行う際、時刻ｔ６１から時刻ｔ６２までの所定期間で通電角δを０度から１２０度に逓増変化させる。また組合せパターンＰ５から組合せパターンＰ８に設定する場合において、時刻ｔ６３から時刻ｔ６４までの所定期間で通電角δを１２０度から１８０度に逓増変化させる。実線で示すように直線状に通電角δを変化させてもよく、二点鎖線で示すように曲線に通電角δを変化させてもよい。図示しないが逓減変化についても同様である。このように次第に変化させることで、特性変化（トルクＴ、電流Ｉ１，Ｉ２、効率ηなど）に追従させる制御を行う際に、現実値が一時的に大きく変化（変動）しないように制御することができる。所定期間は任意に設定してよい。目標値と現実値の差分値（変動値）が許容範囲内に収まるように設定するのが望ましい。

〔実施の形態２〕
実施の形態２は図２４を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

図２４に示す電力変換装置２０Ｂは、図１に示す電力変換装置２０Ａと比べて、制御回路が異なる。すなわち、電力変換装置２０Ａは複数の制御回路２１ｂ，２２ｂを備えるのに対して、制御回路２０ｂは一つの制御回路２０ｂを備える。当該制御回路２０ｂは、制御回路２１ｂ，２２ｂの機能を合わせ持ち、制御情報に基づいて電力変換回路２１ａ，２２ａにそれぞれ制御信号を伝達する。その他については、実施の形態１と同様である。

〔実施の形態３〕
実施の形態３は、電力変換システムについて図２５と図２５を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１，２で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。図２５と図２５に示す電力変換システム５０Ａ，５０Ｂは、電力変換システム５０の一例である。

図２５に示す電力変換システム５０Ａは、電力変換装置２０と回転電機３０とを有する。電力変換装置２０は、図１に示す電力変換装置２０Ａや図２４に示す電力変換装置２０Ｂに相当する。回転電機３０は、少なくとも電力変換回路２１ａ，２２ａを一体化する。さらに加えて、コンデンサＣ０，Ｃ１，Ｃ２を一体化したり、制御回路２１ｂ，２２ｂを一体化したりしてもよい。その他については、実施の形態１，２と同様である。

図２５に示す電力変換装置２０は、図１や図１９に示すコンデンサＣ０，Ｃ１，Ｃ２に代えてコンデンサＣｘを用いる点が相違する。コンデンサＣｘの静電容量は、コンデンサＣ０，Ｃ１，Ｃ２の合計静電容量と等しくするとよい。図示しないが、図１や図１９に示すコンデンサＣ０，Ｃ１，Ｃ２を接続してもよく、コンデンサＣｘを図１に示す電力変換装置２０Ａや図２４に示す電力変換装置２０Ｂに接続してもよい。コンデンサの構成が相違するに過ぎないので、実施の形態１，２と同様の作用効果が得られる。

図２６に示す電力変換システム５０Ｂは、電力変換装置２０Ａ，２０Ｂと回転電機３０とを有する。電力変換装置２０は、図１に示す電力変換装置２０Ａや図２４に示す電力変換装置２０Ｂに相当する。回転電機３０は、少なくとも電力変換回路２１ａ，２２ａを一体化する。さらに加えて、コンデンサＣ０，Ｃ１，Ｃ２を一体化したり、制御回路２０ｂを一体化したりしてもよい。その他については、実施の形態１，２と同様である。

図２６に示す電力変換装置２０は、コンデンサＣ１，Ｃ２に代えてコンデンサＣｙ１，Ｃｙ２を用いる点が相違する。コンデンサＣｙ１の静電容量は、並列して接続するコンデンサＣ１の合計静電容量に等しくするとよい。コンデンサＣｙ２の静電容量は、並列して接続するコンデンサＣ２の合計静電容量に等しくするとよい。図示しないが、図１や図１９に示すようにコンデンサＣ０，Ｃ１，Ｃ２を接続してもよく、コンデンサＣｘを図１に示す電力変換装置２０Ａや図２４に示す電力変換装置２０Ｂに接続してもよい。コンデンサの構成が相違するに過ぎないので、実施の形態１，２と同様の作用効果が得られる。

〔作用効果〕
上述した実施の形態１〜３によれば、以下に示す各効果を得ることができる。

（１）電力変換装置２０（２０Ａ，２０Ｂ）において、回転電機３０は並列接続される相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗや相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚ（複数の相巻線）を有し、制御回路２１ｂ，２２ｂは、一の電力変換回路２１ａから一の相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに出力する電力の第１通電パターンＰａと、他の電力変換回路２２ａから他の相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚに出力する電力の第２通電パターンＰｂとを組み合わせた組合せパターンＰ１〜Ｐ９，Ｐ１１〜Ｐ１９で矩形波制御を行う構成とした（図８，図９，図１１〜図１４および表１，表２を参照）。この構成によれば、制御回路２１ｂ，２２ｂが行う矩形波制御は、第１通電パターンＰａと第２通電パターンＰｂを組み合わせた組合せパターンＰ１〜Ｐ９，Ｐ１１〜Ｐ１９で矩形波制御を行うことで、電力源１０から流れる電流Ｉｂを小さく抑制することができ、電流Ｉｂの制御性が向上する。組合せパターンの設定は制御情報に基づいて行うので（図８，図９および図１０のステップＳ１１，Ｓ１４を参照）、必要なトルクＴを確保するとともに、電流Ｉｂを小さく抑制できる。また、矩形波制御を行うことでコンデンサＣ０，Ｃ１，Ｃ２の静電容量を小さく抑えられて体格を抑制でき、さらには電力変換装置２０の体格も小さく抑制できる。

（２）制御回路２１ｂ，２２ｂは、回転電機３０の作動に伴って生じる特性変化に基づいて、第１通電パターンＰａと第２通電パターンＰｂとの組み合わせである組合せパターンＰ１〜Ｐ９，Ｐ１１〜Ｐ１９を設定する構成とした（図１６〜図２１および表１，表２を参照）。この構成によれば、回転電機３０の作動に伴って生じる特性変化を目標に追従して制御することが容易になる。

（３）特性変化は、電力源１０の電圧Ｖｂの変化、電力源１０から電力変換装置２０Ａに入力される電圧Ｖinの変化、電力源１０から電力変換回路２１ａ，２２ａに入力される電流Ｉｂの変化、回転電機３０に流れる電流Ｉ１，Ｉ２の変化、回転電機３０のトルクＴの変化、電力変換回路２１ａ，２２ａから出力する電力の効率ηの変化、回転電機３０の回転数Ｎの変化、回転電機３０の温度Ｔｅの変化のうちで一以上である構成とした（図１６〜図２２を参照）。この構成によれば、各特性変化を目標に追従して制御することが容易になる。

（４）制御回路２１ｂ，２２ｂは、電力源１０から電力変換回路２１ａ，２２ａに入力される電流Ｉｂが予め設定される最大電流Ｉmaxを超えないように組合せパターンを設定する構成とした（図１４および表１，表２を参照）。この構成によれば、電流Ｉｂを最大電流Ｉmax以下に抑制できるので、電力源１０や配線、電力変換装置２０および回転電機３０で必要な許容電流量が低くなり、システム全体の体格も従来より小さく抑制することができる。

（５）制御回路２１ｂ，２２ｂは、電力源１０の電圧Ｖｂが予め設定される最小電圧Ｖmin以上を維持するように組合せパターンを設定する構成とした（図２２および表１，表２を参照）。この構成によれば、電力源１０の出力を安定させることができる。

（６）制御回路２１ｂ，２２ｂは、所定条件を満たすと、電力変換回路２１ａ，２２ａから相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗと相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚ（複数の相巻線）に共通して出力する電力の組合せパターンＰ１，Ｐ５，Ｐ９で矩形波制御を行う構成とした（図１１〜図１４および表１，表２を参照）。この構成によれば、制御回路２１ｂ，２２ｂによる演算処理やマップなどを簡素化したり、共通化したりすることができる。また、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗと相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚに流れる電流Ｉ１，Ｉ２がほぼ同じ波形になるので、通電に伴って発生する音を小さく抑制することができる。

（７）制御回路２１ｂ，２２ｂは、回転電機３０のトルクＴが目標値を含む所定範囲内で収まるように、通電角δ（表１の組合せパターンＰ１〜Ｐ９）および位相差φ（表２の組合せパターンＰ１１〜Ｐ１９）のうち一方または双方を設定する構成とした（図１６を参照）。この構成によれば、通電角δや位相差φを適切に設定することにより、トルクＴが目標値を含む所定範囲内で収まる。

（８）第１通電パターンＰａおよび第２通電パターンＰｂのうちで一方または双方の通電パターンは、非通電、１２０度の通電角δ、１８０度の通電角δを含む構成とした（図２〜図４および表１，表２を参照）。非通電、１２０度の通電角δ、１８０度の通電角δのいずれか一つを適用してもよく、または、任意に設定する二つの組み合わせを適用してもよい。これらの構成によれば、通電角δの設定によって、電流Ｉｂを抑制することができ、電力変換装置２０の体格も抑制することができる。

（９）通電角δは、特性変化に基づいて次第に変化させる構成とした（図２３を参照）。位相角θについても同様に変化させてもよい。これらの構成によれば、現実値が一時的に大きく変化（変動）しないように制御することができる。

（１０）制御回路２１ｂ，２２ｂは、通電開始時から所定期間を経過するまで、第１通電パターンＰａと第２通電パターンＰｂとを異ならせる矩形波制御を行う構成とした（図１１，図１２，図１４を参照）。これらの構成によれば、電力源１０からの電流Ｉｂを抑制できるので、電力源１０や配線、電力変換装置２０および回転電機３０で必要な許容電流量が低くなり、システム全体の体格も従来より小さく抑制することができる。

（１１）電力変換システム５０（５０Ａ，５０Ｂ）は、電力変換装置２０（２０Ａ，２０Ｂ）と回転電機３０とを有し、回転電機３０には少なくとも電力変換回路２１ａ，２２ａを一体化する構成とした（図２５，図２６を参照）。言い換えると、回転電機３０に電力変換回路２１ａ，２２ａを内蔵することになり、電力変換システム５０（５０Ａ，５０Ｂ）は回転電機３０に相当する。この構成によれば、機電が一体になり、従来よりも小型化することができる。

（１２）回転電機３０には、さらに制御回路２１ｂ，２２ｂを一体化する構成とした（図２５，図２６を参照）。この構成によれば、電力変換回路２１ａ，２２ａに加えて制御回路２１ｂ，２２ｂも内蔵するので、さらに小型化することができる。

〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について実施の形態１〜３に従って説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。

上述した実施の形態１〜３では、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗや相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，ＬｚをＹ結線やΔ結線で接続する構成とした（図５〜図７を参照）。この形態に代えて、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗおよび相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚの一方または双方を、図２７に示すＹ−Δ結線で接続する構成としてもよい。ただし、図２７では巻線の図示を省略しているが、図６等に示すように接続される。相巻線の結線形態が相違するに過ぎないので、実施の形態１〜３と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態１〜３では、複数の相巻線（すなわち相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗおよび相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚ）を回転電機３０に備える構成とした（図１，図２４〜図２６を参照）。この形態に代えて、一の相巻線を回転電機に備える構成としてもよい。例えば図２８に示す例では、回転電機３０Ａには相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗを備え、回転電機３０Ｂには相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚを備える。回転電機３０Ａ，３０Ｂのうちで一方の回転電機に実施の形態１〜３で示す複数の相巻線を備える構成としてもよい。一の回転電機に備える相巻線の数が相違するに過ぎないので、実施の形態１〜３と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態１〜３では、二の相巻線（すなわち相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗおよび相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚ）を回転電機３０に備える構成とした（図１，図２４〜図２６を参照）。この形態に代えて、三以上の相巻線を回転電機３０に備える構成としてもよい。この場合は、相巻線ごとに対応する電力変換回路（電力変換回路２１ａ，２２ａに相当する）を電力変換装置２０に備える必要がある。制御回路は、図１に示すように電力変換回路ごとに対応して備えてもよく、図２４に示すように一の制御回路を備えてもよい。相巻線，電力変換回路，制御回路の数が相違するに過ぎないので、実施の形態１〜３と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態１〜３では、電力源１０として二次電池を適用し、相巻線（すなわち相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗや相巻線Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚ）として三相巻線を適用し、回転電機３０として電動発電機を適用する構成とした（図１，図２４〜図２６を参照）。この形態に代えて、電力源１０として太陽電池，燃料電池，商用電源などを適用したり、二次電池，太陽電池，燃料電池のうちで二以上を組み合わせて適用したりしてもよい。電力源１０として商用電源を適用する場合は、回転電機３０に代えて二次電池を適用してもよく、電力変換装置２０は充電器として機能する。相巻線として単相巻線や、三相巻線を除く複数相巻線を適用してもよい。回転電機３０として、電動機を適用したり、電動機と電動発電機を組み合わせて適用したりしてもよい。いずれの場合でも、実施の形態１〜３と同様の作用効果を得ることができる。

１０ 電力源
２０（２０Ａ，２０Ｂ，…） 電力変換装置
２１ａ，２２ａ，… 電力変換回路
２０ｂ，２１ｂ，２２ｂ，… 制御回路
３０ 回転電機
５０（５０Ａ，５０Ｂ，…） 電力変換システム
Ｐ１〜Ｐ９，Ｐ１１〜Ｐ１９ 組合せパターン
Ｐａ 第１通電パターン
Ｐｂ 第２通電パターン

Claims (12)

1. 電力源（１０）から供給される電力を変換して回転電機（３０）に出力する複数の電力変換回路（２１ａ，２２ａ，…）と、前記複数の電力変換回路を制御する制御回路（２０ｂ，２１ｂ，２２ｂ，…）とを有する電力変換装置（２０，２０Ａ，２０Ｂ，…）において、
   前記回転電機は、並列接続される複数の相巻線（Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ，Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚ，…）を有し、
   前記制御回路は、一の前記電力変換回路から一の前記相巻線に出力する電力の第１通電パターン（Ｐａ）と、他の前記電力変換回路から他の前記相巻線に出力する電力の第２通電パターン（Ｐｂ）とを組み合わせた組合せパターン（Ｐ１〜Ｐ９，Ｐ１１〜Ｐ１９）で矩形波制御を行うことを特徴とする電力変換装置。
2. 前記制御回路は、前記回転電機の作動に伴って生じる特性変化に基づいて、前記第１通電パターンと前記第２通電パターンとの組み合わせである組合せパターン（Ｐ１〜Ｐ９，Ｐ１１〜Ｐ１９）を設定することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記特性変化は、前記電力源の電圧（Ｖｂ）の変化、前記電力源から前記電力変換回路に入力される電圧（Ｖin）の変化、前記電力源から前記電力変換回路に入力される電流（Ｉｂ）の変化、前記回転電機に流れる電流（Ｉ１，Ｉ２，…）の変化、前記回転電機のトルク（Ｔ）の変化、前記電力変換回路から出力する電力の効率（η）の変化、前記回転電機の回転数（Ｎ）の変化、前記回転電機の温度（Ｔｅ）の変化のうちで一以上であることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記制御回路は、前記電力源から前記電力変換回路に入力される電流（Ｉｂ）が予め設定される最大電流（Ｉmax）以下を維持するように前記組合せパターンを設定することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
5. 前記制御回路は、前記電力源の電圧が予め設定される最小電圧（Ｖmin）以上を維持するように前記組合せパターンを設定することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
6. 前記制御回路は、所定条件を満たすと、前記複数の電力変換回路から前記複数の相巻線に共通して出力する電力の組合せパターン（Ｐ１，Ｐ５，Ｐ９）で矩形波制御を行うことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
7. 前記制御回路は、前記回転電機のトルクが目標値を含む所定範囲内で収まるように、通電角（δ）および位相角（θ）のうち一方または双方を設定することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
8. 前記第１通電パターンおよび前記第２通電パターンのうちで一方または双方の通電パターンは、非通電、１２０度の通電角、１８０度の通電角のうちで一以上を含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の電力変換装置。
9. 前記通電角および前記位相角のうち一方または双方は、前記特性変化に基づいて、次第に変化させることを特徴とする請求項２から８のいずれか一項に記載の電力変換装置。
10. 前記制御回路は、通電開始時またはリセット時から所定期間を経過するまで、前記第１通電パターンと前記第２通電パターンとを異ならせる矩形波制御を行うことを特徴とする請求項２から９のいずれか一項に記載の電力変換装置。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の電力変換装置（２０，２０Ａ，２０Ｂ，…）と、前記回転電機（３０）とを有し、
    前記回転電機には、少なくとも前記電力変換回路（２１ａ，２２ａ，…）を一体化することを特徴とする電力変換システム（５０）。
12. 前記回転電機には、さらに前記制御回路（２０ｂ，２１ｂ，２２ｂ，…）を一体化することを特徴とする請求項１１に記載の電力変換システム。

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