JP2019221061A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オン状態とされるアームスイッチが切り替わっても、リカバリ電流が電力変換装置の外部に漏洩することを抑制できる電力変換装置を提供することにある。【解決手段】上アームスイッチＳＨ及び下アームスイッチＳＬの直列接続体２１を備える電力変換装置２０において、正極側経路１２Ｈと、負極側経路１２Ｌと、中間導電部材１３と、上アームスイッチ及び下アームスイッチを交互にオン状態とする駆動部４０と、駆動部により次回オン状態とされるかの情報である次回オン情報に基づいて、正極側インダクタンスＩＨ、負極側インダクタンスＩＬ、正極側静電容量ＣＰ１、負極側静電容量ＣＰ４、及び中間静電容量ＣＰ２，ＣＰ３の少なくとも一つの値を可変に制御する制御部４０と、を備える。【選択図】 図２

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

従来、例えば下記特許文献１に見られるように、上アームスイッチ及び下アームスイッチの直列接続体を備える電力変換装置が知られている。上アームスイッチ及び下アームスイッチが半導体スイッチである場合、上，下アームスイッチのそれぞれには、逆並列に接続された還流ダイオードが形成されている。このような電力変換装置では、例えば直列接続体の上アームスイッチの高電位側端子に、直流電源の正極側が接続され、直列接続体の下アームスイッチの低電位側端子に、直流電源の負極側が接続されている。上アームスイッチの低電位側端子と下アームスイッチの高電位側端子とは中間経路により接続されており、この中間経路が外部負荷に接続されている。電力変換装置では、上，下アームスイッチがデッドタイムを挟みつつ交互にオン状態とされることで、直流電源の電圧が負荷に印加される。

特開２０１７−４１５２４号公報

上，下アームスイッチが交互にオン状態とされることに起因して、還流ダイオードにはリカバリ電流が流れる。リカバリ電流は、還流ダイオードと中間経路とを含む閉ループ回路を循環する。リカバリ電流が流れる還流ダイオードは、オン状態とされるアームスイッチによって切り替わる。これにより、リカバリ電流が循環する閉ループ回路が切り替わると、リカバリ電流が電力変換装置の外部に漏洩してノイズとなり得る。このため、オン状態とされるアームスイッチが切り替わっても、リカバリ電流が電力変換装置の外部に漏洩することを抑制できる技術が望まれている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、オン状態とされるアームスイッチが切り替わっても、リカバリ電流が電力変換装置の外部に漏洩することを抑制できる電力変換装置を提供することにある。

本発明は、上アームスイッチ及び下アームスイッチを備える電力変換装置において、直流電源の正極側が接続される第１接続点と前記上アームスイッチの高電位側端子とを接続する正極側経路と、前記直流電源の負極側が接続される第２接続点と前記下アームスイッチの低電位側端子とを接続する負極側経路と、前記上アームスイッチの低電位側端子と前記下アームスイッチの高電位側端子とを接続する中間経路と、前記第１接続点と前記第２接続点との間に接続される電源側コンデンサと、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチを交互にオン状態とする駆動部と、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチのうち、いずれのスイッチが前記駆動部により次回オン状態とされるかの情報である次回オン情報に基づいて、前記正極側経路の正極側インダクタンス、前記負極側経路の負極側インダクタンス、前記上アームスイッチの高電位側端子と基準電位導体との間の正極側静電容量、前記下アームスイッチの低電位側端子と前記基準電位導体との間の負極側静電容量、並びに前記上アームスイッチの低電位側端子及び前記下アームスイッチの高電位側端子の少なくとも一方と前記基準電位導体との間の中間静電容量のうち、少なくとも一つの値を可変に制御する制御部と、を備える。

リカバリ電流が循環する閉ループ回路の容量やインダクタンス（以下、容量等という）を調整することで、リカバリ電流が電力変換装置の外部に漏洩することを抑制することが可能である。しかし、オン状態とされるスイッチが切り替り、リカバリ電流が循環する閉ループ回路が切り替わると、各閉ループ回路の容量等を調整することができないことがある。例えば中間経路は、いずれの閉ループ回路にも含まれる。そのため、一方の閉ループ回路を用いて中間経路の容量等を調整した場合でも、その調整値が他方の閉ループ回路において適切でないことがあり得る。この場合、他方の閉ループ回路の容量等を調整することができず、リカバリ電流が電力変換装置の外部に漏洩することを抑制することができない。

本発明の電力変換装置は、上アームスイッチ及び下アームスイッチのうち、いずれのスイッチが駆動部により次回オン状態とされるかの情報である次回オン情報に基づいて、正極側インダクタンス、負極側インダクタンス、正極側静電容量、負極側静電容量、並びに中間静電容量の少なくとも一つの値を可変に制御する制御部を備えている。これにより、次回オン状態とされるスイッチに対応する閉ループ回路毎に、閉ループ回路の容量等を適切に調整することができる。この結果、リカバリ電流が電力変換装置の外部に漏洩することを抑制することができる。

制御システムの全体構成図。 第１実施形態に係るインバータを示す図。 上アームリカバリ電流が流れる場合におけるインバータの等価回路を示す図。 下アームリカバリ電流が流れる場合におけるインバータの等価回路を示す図。 リカバリ電流により発生するノイズのノイズ強度を示すグラフ。 リカバリ電流により発生するノイズの周波数特性を示すグラフ。 第２実施形態に係るインバータを示す図。 第３実施形態に係るインバータを示す図。 第４実施形態に係るインバータを示す図。 その他の実施形態に係るインバータを示す図。 その他の実施形態に係るインバータを示す図。

（第１実施形態）
以下、本発明に係る電力変換装置を具体化した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態に係る電力変換装置は、回転電機の制御システムを構成する。

図１に示すように、制御システムは、直流電源１０、電力変換装置を構成するインバータ２０、及び回転電機３０を備えている。直流電源１０は、例えば２次電池である。

回転電機３０は、インバータ２０を介して直流電源１０に電気的に接続されている。本実施形態では、回転電機３０として、３相のものを用いている。回転電機３０は、３相分の巻線３１を備えている。各巻線３１の第１端には、バスバー等の導電部材１４を介して各アーム部２１が接続されている。各巻線３１の第２端は、中性点で接続されている。すなわち、各巻線３１は星形結線されている。回転電機３０は、例えば永久磁石同期機である。

インバータ２０は、正極側経路を構成する正極側導電部材１２Ｈ、負極側経路を構成する負極側導電部材１２Ｌ、中間経路を構成する中間導電部材１３、電源側コンデンサを構成する平滑コンデンサ１１、３相分のアーム部２１、並びに駆動部及び制御部を構成する制御装置４０を備えている。正極側導電部材１２Ｈ及び負極側導電部材１２Ｌは、例えばバスバーである。正極側導電部材１２Ｈは、第１接続点ＳＰ１において直流電源１０の正極側と接続されている。負極側導電部材１２Ｌは、第２接続点ＳＰ２において直流電源１０の負極側と接続されているとともに、接地電位を有するグランドに接続されている。

平滑コンデンサ１１は、第１接続点ＳＰ１と第２接続点ＳＰ２との間に接続されている。平滑コンデンサ１１は、直流電源１０に対して並列接続され、直流電源１０の出力電圧の変動を抑制する。

図２を用いて、各アーム部２１の構成について説明する。本実施形態において、各アーム部２１は、基本的には同じ構成である。このため、図２には、１相分のアーム部２１を示す。

アーム部２１は、上アームスイッチＳＨと下アームスイッチＳＬとを備えている。本実施形態において、各スイッチＳＨ，ＳＬは、ＩＧＢＴである。上アームスイッチＳＨには、上アームダイオードＤＨが逆並列に接続され、下アームスイッチＳＬ１には、下アームダイオードＤＬが逆並列に接続されている。

上アームスイッチＳＨの高電位側端子であるコレクタは、正極側導電部材１２Ｈを介して第１接続点ＳＰ１に接続されている。上アームスイッチＳＨの低電位側端子であるエミッタは、中間導電部材１３を介して下アームスイッチＳＬのコレクタに接続されているとともに、導電部材１４を介して対応する巻線３１の第１端に接続されている。回転電機３０に接続されている。下アームスイッチＳＬのコレクタは、負極側導電部材１２Ｌを介して第２接続点ＳＰ２に接続されている。

導電部材１２Ｈ，１２Ｌ及びスイッチＳＨ，ＳＬには、寄生インダクタンスや寄生容量が形成されている。具体的には、正極側導電部材１２Ｈには、正極側インダクタンスＩＨが形成されており、負極側導電部材１２Ｌには、負極側インダクタンスＩＬが形成されている。

上アームスイッチＳＨのコレクタと、グランドに接続された接地導体ＧＤとの間には、第１容量ＣＰ１が形成されており、上アームスイッチＳＨのエミッタと接地導体ＧＤとの間には、第２容量ＣＰ２が形成されている。下アームスイッチＳＬのコレクタと接地導体ＧＤとの間には、第３容量ＣＰ３が形成されており、下アームスイッチＳＬのエミッタと接地導体ＧＤとの間には、第４容量ＣＰ４が形成されている。本実施形態において、第１容量ＣＰ１は「正極側静電容量」の一例であり、第２容量ＣＰ２と第３容量ＣＰ３とは「中間静電容量」の一例であり、第４容量ＣＰ４は「負極側静電容量」の一例である。また、接地導体ＧＤは「基準電位導体」の一例である。本実施形態において、接地導体ＧＤは、ＩＧＢＴである各スイッチＳＨ，ＳＬを冷却する冷却器（ヒートシンク）であり、接地電位を有するグランドは、インバータ２０を収容するケースである。

制御装置４０は、回転電機３０の制御量をその指令値に制御すべく、各アーム部２１を駆動する。制御量は、例えばトルクである。制御装置４０は、各アーム部２１の各スイッチＳＨ，ＳＬをオン状態（閉状態）又はオフ状態（開状態）とすべく、各スイッチＳＨ，ＳＬに対応する駆動信号を、各スイッチＳＨ，ＳＬのゲートに対して出力する。本実施形態では、各アーム部２１において、上アームスイッチＳＨと下アームスイッチＳＬとは、デッドタイムを挟みつつ交互にオン状態とされる。

ところで、各アーム部２１において、上アームスイッチＳＨと下アームスイッチＳＬとが交互にオン状態とされることに起因して、各ダイオードＤＨ，ＤＬにはリカバリ電流が流れ得る。例えば、デッドタイムの後、下アームスイッチＳＬがオン状態に切り替えられると、上アームダイオードＤＨに、カソードからアノードに向かう上アームリカバリ電流ＲＨ（図３参照）が流れる。

図３には、上アームリカバリ電流ＲＨが流れる場合におけるインバータ２０の等価回路を示す。この等価回路では、上アームダイオードＤＨが、上アームリカバリ電流ＲＨを発生させる電源として記載されている。オン状態の下アームスイッチＳＬは、低抵抗な導体として機能するため、その記載が省略されている。同様に、平滑コンデンサ１１は、所定の周波数成分を含む上アームリカバリ電流ＲＨに対して導体として機能するため、その記載が省略されている。

図３に破線にて示すように、上アームリカバリ電流ＲＨとして、中間導電部材１３、負極側導電部材１２Ｌ、平滑コンデンサ１１、及び正極側導電部材１２Ｈを含む第１閉ループ回路ＣＳ１を循環する第１上アームリカバリ電流ＲＨ１が流れる。また、上アームリカバリ電流ＲＨとして、中間導電部材１３、第２容量ＣＰ２と第３容量ＣＰ３と第４容量ＣＰ４との第１合成容量ＣＰＡ、接地導体ＧＤ、及び第１容量ＣＰ１を含む第２閉ループ回路ＣＳ２を循環する第２上アームリカバリ電流ＲＨ２が流れる。

接地導体ＧＤと平滑コンデンサ１１とは、インピーダンスＺｃを介して接続されている。そのため、第１上アームリカバリ電流ＲＨ１により平滑コンデンサ１１に発生する電位が接地電位と異なる場合には、上アームリカバリ電流ＲＨの一部ＲＨ３がインピーダンスＺｃを介して流れる。つまり、上アームリカバリ電流ＲＨの一部ＲＨ３がインバータ２０の外部に漏洩してノイズとなり得る。なお、インピーダンスＺｃは、グランドと平滑コンデンサ１１との間のインピーダンスである。

そのため、インバータ２０では、第１上アームリカバリ電流ＲＨ１により平滑コンデンサ１１に発生する電位が接地電位となるように、寄生インダクタンスＩＨ，ＩＬや寄生容量ＣＰ１〜ＣＰ４の値が調整されている。具体的には、これらの値が以下の式１を満たすように調整されている。
ＩＨ×ＣＰ１＝ＩＬ×ＣＰＡ＝ＩＬ×（ＣＰ２＋ＣＰ３＋ＣＰ４）・・・（式１）

また例えば、デッドタイムの後、上アームスイッチＳＨがオン状態に切り替えられると、下アームダイオードＤＬに、カソードからアノードに向かう下アームリカバリ電流ＲＬ（図４参照）が流れる。

図４には、下アームリカバリ電流ＲＬが流れる場合におけるインバータ２０の等価回路を示す。この等価回路では、下アームダイオードＤＬが、下アームリカバリ電流ＲＬを発生させる電源として記載されている。オン状態の上アームスイッチＳＨは、低抵抗な導体として機能するため、その記載が省略されている。同様に、平滑コンデンサ１１は、所定の周波数成分を含む下アームリカバリ電流ＲＬに対して導体として機能するため、その記載が省略されている。

図４に破線にて示すように、下アームリカバリ電流ＲＬとして、第１閉ループ回路ＣＳ１を循環する第１下アームリカバリ電流ＲＬ１が流れる。また、下アームリカバリ電流ＲＬは、第４容量ＣＰ４、接地導体ＧＤ、第１容量ＣＰ１と第２容量ＣＰ２と第３容量ＣＰ３との第２合成容量ＣＰＢ、及び中間導電部材１３を含む第３閉ループ回路ＣＳ３を循環する第２下アームリカバリ電流ＲＬ２が流れる。つまり、上アームリカバリ電流ＲＨと下アームリカバリ電流ＲＬとでは、循環する閉ループ回路ＣＳ２，ＣＳ３が異なる。

上述したように、接地導体ＧＤと平滑コンデンサ１１とは、インピーダンスＺｃを介して接続されている。そのため、第１下アームリカバリ電流ＲＬ１により平滑コンデンサ１１に発生する電位が接地電位と異なる場合には、下アームリカバリ電流ＲＬの一部ＲＬ３がインピーダンスＺｃに流れてノイズとなり得る。

そのため、インバータ２０では、第１下アームリカバリ電流ＲＬ１により平滑コンデンサ１１に発生する電位が接地電位となるように、寄生インダクタンスＩＨ，ＩＬや寄生容量ＣＰ１〜ＣＰ４の値が調整されることが好ましい。具体的には、以下の式２を満たすように調整されることが好ましい。
ＩＨ×ＣＰＢ＝ＩＨ×（ＣＰ１＋ＣＰ２＋ＣＰ３）＝ＩＬ×ＣＰ４・・・（式２）

しかし、式１と式２との連立方程式は、第２容量ＣＰ２と第３容量ＣＰ３との第３合成容量ＣＰＣ（図２参照）がゼロの場合に成り立つ。そのため、第３合成容量ＣＰＣがゼロでない場合には、上アームリカバリ電流ＲＨと下アームリカバリ電流ＲＬとの少なくとも一方がインピーダンスＺｃに流れてノイズとなり得る。

そこで、本実施形態では、正極側インダクタンスＩＨが可変に設けられている。具体的には、図２に示すように、正極側導電部材１２Ｈには、第１経路を構成する調整経路１２ＨＴと第２経路を構成する常時経路１２ＨＮとが設けられている。調整経路１２ＨＴと常時経路１２ＨＮとは、第１接続点ＳＰ１と上アームスイッチＳＨのコレクタとの間に並列接続されている。調整経路１２ＨＴの寄生インダクタンスはＩＨＴであり、常時経路１２ＨＮの寄生インダクタンスはＩＨＮである。

また、調整経路１２ＨＴには、切替部を構成する正極側スイッチＳＷＨが設けられている。制御装置４０は、正極側スイッチＳＷＨを開状態（オフ状態）又は閉状態（オン状態）に切り替えるための制御信号を、正極側スイッチＳＷＨに対して出力する。詳細には、制御装置４０は、制御装置４０によりスイッチＳＨ，ＳＬのうち、いずれのスイッチが次回オン状態とされるかの情報である次回オン情報に基づいて、正極側スイッチＳＷＨの開閉状態を切り替える。

具体的には、図３に示すように、次回オン情報が下アームスイッチＳＬである場合、制御装置４０は正極側スイッチＳＷＨを開状態に切り替える。制御装置４０は、下アームスイッチＳＬがオン状態に切り替えられるまでに次回オン状態を取得し、例えば下アームスイッチＳＬがオン状態に切り替えられる直前に正極側スイッチＳＷＨを開状態に切り替える。例えば、制御装置４０は、上アームスイッチＳＨがオフ状態に切り替えられてから、下アームスイッチＳＬがオン状態に切り替えられるまでのデッドタイムに、正極側スイッチＳＷＨを開状態に切り替える。

本実施形態において、負極側インダクタンスＩＬはＬｘであり、調整経路１２ＨＴの寄生インダクタンスＩＨＴはＬｘ／３であり、常時経路１２ＨＮの寄生インダクタンスＩＨＮは３Ｌｘである。また、第１〜第４容量ＣＰ１〜ＣＰ４は、Ｃｘである。正極側スイッチＳＷＨが開状態に切り替えられると、正極側インダクタンスＩＨは、常時経路１２ＨＮの寄生インダクタンスＩＨＮである３Ｌｘとなる。この結果、以下の式３、４に示すように式１が満たされ、上アームリカバリ電流ＲＨがインピーダンスＺｃに流れない。
ＩＨ×ＣＰ１＝３Ｌｘ×Ｃｘ＝３Ｌｘ・Ｃｘ・・・（式３）
ＩＬ×ＣＰＡ＝Ｌｘ×３Ｃｘ＝３Ｌｘ・Ｃｘ・・・（式４）

また、図４に示すように、次回オン情報が上アームスイッチＳＨである場合、制御装置４０は正極側スイッチＳＷＨを閉状態に切り替える。制御装置４０は、上アームスイッチＳＨがオン状態に切り替えられるまでに次回オン状態を取得し、例えば上アームスイッチＳＨがオン状態に切り替えられる直前に正極側スイッチＳＷＨを閉状態に切り替える。例えば、制御装置４０は、下アームスイッチＳＬがオフ状態に切り替えられてから、上アームスイッチＳＨがオン状態に切り替えられるまでのデッドタイムに、正極側スイッチＳＷＨを閉状態に切り替える。

正極側スイッチＳＷＨが閉状態に切り替えられると、正極側インダクタンスＩＨは、調整経路１２ＨＴの寄生インダクタンスＩＨＴと常時経路１２ＨＮの寄生インダクタンスＩＨＮとの合成インダクタンスとなる。具体的には、インダクタンスが小さい調整経路１２ＨＴの寄生インダクタンスＩＨＴであるＬｘ／３と略等しくなる。この結果、以下の式５、６に示すように式２が満たされ、下アームリカバリ電流ＲＬがインピーダンスＺｃに流れない。
ＩＨ×ＣＰＢ＝Ｌｘ／３×３Ｃｘ＝Ｌｘ・Ｃｘ・・・（式５）
ＩＬ×ＣＰ４＝Ｌｘ×Ｃｘ＝Ｌｘ・Ｃｘ・・・（式６）

つまり、制御装置４０は、次回オン情報に基づいて正極側インダクタンスＩＨを可変に制御する。そのため、次回オン情報が下アームスイッチＳＬである場合には、常時経路１２ＨＮの寄生インダクタンスＩＨＮを調整することで、式１が成り立つようにすることができる。また、次回オン情報が上アームスイッチＳＨである場合には、調整経路１２ＨＴの寄生インダクタンスＩＨＴを調整することで、式２が成り立つようにすることができる。これにより、上アームリカバリ電流ＲＨと下アームリカバリ電流ＲＬとのいずれもがインピーダンスＺｃに流れないようにすることができ、ノイズを抑制することができる。

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

本実施形態では、制御装置４０は、次回オン情報に基づいて正極側インダクタンスＩＨを可変に制御する。これにより、次回オン状態とされるスイッチに対応する閉ループ回路ＣＳ２，ＣＳ３毎に、正極側インダクタンスＩＨを好適に調整することができ、ノイズを抑制することができる。

図５に、本実施形態と従来の形態、つまり正極側インダクタンスＩＨが一定値である形態とのノイズ強度を比較する。図５では、横軸に、リカバリ電流ＲＨ，ＲＬ発生からの経過時間が示されており、縦軸に、ノイズ強度が示されている。また、図５において、曲線Ｃ１は本実施形態を示し、曲線Ｃ２は従来の形態を示す。図５に示すように、本実施形態によれば、リカバリ電流ＲＨ，ＲＬの発生時におけるノイズ強度を従来に比べて略半分程度に抑制することができる。

図６に、ノイズの周波数特性を示す。図６では、横軸に、ノイズ周波数の対数値が示されており、縦軸に、ノイズ強度が示されている。図６に示すように、本実施形態によれば、ノイズ周波数がＦａ以上の領域において、ノイズ強度を従来に比べて好適に抑制することができる。

本実施形態では、制御装置４０は、正極側インダクタンスＩＨを可変に制御する。そのため、スイッチＳＨ，ＳＬのコレクタ又はエミッタと接地導体ＧＤとの間に形成された容量が寄生容量であり、これらの容量を可変に制御することができない場合でも、リカバリ電流ＲＨ，ＲＬがインバータ２０の外部に漏洩することを抑制することができる。

本実施形態では、正極側導電部材１２Ｈに互いに並列接続された調整経路１２ＨＴと常時経路１２ＨＮとが設けられており、調整経路１２ＨＴに設けられた正極側スイッチＳＷＨの開閉状態を切り替えることで、正極側インダクタンスＩＨを可変に制御する。調整経路１２ＨＴの寄生インダクタンスＩＨＴと常時経路１２ＨＮの寄生インダクタンスＩＨＮとは、別々に調整することができる。具体的には、これらの経路１２ＨＴ，１２ＨＮにリカバリ電流ＲＨ，ＲＬが流れる方向における長さや断面積を調整することにより、それぞれの寄生インダクタンスＩＨＴ，ＩＨＮを調整することができる。これにより、正極側インダクタンスＩＨを好適に調整することができる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、先の第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、図７に示すように、調整経路１２ＨＴに正極側スイッチＳＷＨが設けられていない点、及びインバータ２０が調整経路１２ＨＴの寄生インダクタンスＩＨＴを可変に制御するためのループ回路５０を備えている点で異なる。なお、図７は、本実施形態に係るインバータ２０を示す図である。図７において、先の図２に示した部材と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付して説明を省略する。

ループ回路５０は、コイル電源を構成する交流電源５２、電磁コイル５４、及び切替部を構成するループ側スイッチＳＷＲを備えている。交流電源５２は、電磁コイル５４に電流を流すための電源である。そのため、回転電機３０を駆動するための制御量（トルク）を回転電機３０に与える直流電源１０に比べて、出力電圧の絶対値が小さい。

電磁コイル５４は、調整経路１２ＨＴに対向配置されているとともに、調整経路１２ＨＴに近接配置されている。そのため、電磁コイル５４は、通電により調整経路１２ＨＴに対して磁気相互作用を及ぼす。つまり、電磁コイル５４と調整経路１２ＨＴとは、磁気結合されている。したがって、電磁コイル５４に電流が流れているか否かにより、調整経路１２ＨＴの寄生インダクタンスＩＨＴが変化する。

制御装置４０は、ループ側スイッチＳＷＲを開状態（オフ状態）又は閉状態（オン状態）に切り替えるための制御信号を、ループ側スイッチＳＷＲに対して出力する。詳細には、制御装置４０は、次回オン情報に基づいてループ側スイッチＳＷＲの開閉状態を切り替える。

具体的には、次回オン情報が下アームスイッチＳＬである場合、制御装置４０はループ側スイッチＳＷＲを開状態に切り替える。これにより、調整経路１２ＨＴの寄生インダクタンスＩＨＴは、磁気相互作用のない通常時の寄生インダクタンスＩＨＡとなり、正極側インダクタンスＩＨは、通常時の寄生インダクタンスＩＨＡと常時経路１２ＨＮの寄生インダクタンスＩＨＮとの合成インダクタンスとなる。

また、次回オン情報が上アームスイッチＳＨである場合、制御装置４０はループ側スイッチＳＷＲを閉状態に切り替える。これにより、調整経路１２ＨＴの寄生インダクタンスＩＨＴは、磁気相互作用時の寄生インダクタンスＩＨＢとなり、正極側インダクタンスＩＨは、磁気相互作用時の寄生インダクタンスＩＨＢと常時経路１２ＨＮの寄生インダクタンスＩＨＮとの合成インダクタンスとなる。

つまり、制御装置４０は、次回オン情報に基づいて正極側インダクタンスＩＨを可変に制御する。そのため、次回オン情報が下アームスイッチＳＬである場合には、通常時の寄生インダクタンスＩＨＡを調整することで、式１が成り立つようにすることができる。また、次回オン情報が上アームスイッチＳＨである場合には、磁気相互作用時の寄生インダクタンスＩＨＢ、例えば、電磁コイル５４に流れる電流等を調整することで、式２が成り立つようにすることができる。これにより、上アームリカバリ電流ＲＨと下アームリカバリ電流ＲＬとのいずれもがインピーダンスＺｃに流れないようにすることができ、ノイズを抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態では、ループ回路５０を備えており、ループ回路５０に設けられたループ側スイッチＳＷＲの開状態と閉状態とを切り替えることで、正極側インダクタンスＩＨを可変に制御する。交流電源５２の出力電圧の絶対値は、直流電源１０の出力電圧の絶対値よりも小さい。そのため、ループ回路５０側に正極側インダクタンスＩＨを可変に制御するためのスイッチを設けることで、正極側スイッチＳＷＨを調整経路１２ＨＴ側に設ける場合に比べて、スイッチの切替時に生じるスイッチング損失を小さくすることができる。これにより、インバータ２０の電力損失を低減しつつ、正極側インダクタンスＩＨを適切に調整することができる。

（第３実施形態）
以下、第３実施形態について、先の第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、図８に示すように、正極側導電部材１２Ｈに調整経路１２ＨＴが設けられていない点、並びに第１容量ＣＰ１を形成する第１コンデンサ６２及び第４容量ＣＰ４を形成する第２コンデンサ７２を備えている点で異なる。なお、図８は、本実施形態に係るインバータ２０を示す図である。図８において、先の図２に示した部材と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態では、第１容量ＣＰ１は寄生容量ではなく、上アームスイッチＳＨのエミッタと接地導体ＧＤとの間に設けられた第１コンデンサ６２の容量である。第１コンデンサ６２は、第１直列回路６０に設けられている。第１直列回路６０は、上アームスイッチＳＨのエミッタと接地導体ＧＤとの間に設けられており、直列接続された第１コンデンサ６２と第１スイッチＳＷ１とを含む。

また、第４容量ＣＰ４は寄生容量ではなく、下アームスイッチＳＬのコレクタと接地導体ＧＤとの間に設けられた第２コンデンサ７２の容量である。第２コンデンサ７２は、第２直列回路７０に設けられている。第２直列回路７０は、下アームスイッチＳＬのコレクタと接地導体ＧＤとの間に設けられており、直列接続された第２コンデンサ７２と第２スイッチＳＷ２とを含む。

制御装置４０は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を開状態又は閉状態に切り替えるべく、スイッチＳＷ１，ＳＷ２に対する制御信号を、スイッチＳＷ１，ＳＷ２に対して出力する。詳細には、制御装置４０は、次回オン情報に基づいてスイッチＳＷ１，ＳＷ２の開閉状態を切り替える。

具体的には、次回オン情報が下アームスイッチＳＬである場合、制御装置４０は第１スイッチＳＷ１を閉状態に切り替えるとともに、第２スイッチＳＷ２を開状態に切り替える。これにより、第４容量ＣＰ４はゼロとなり、図３に示す第１合成容量ＣＰＡが減少する。この結果、第１容量ＣＰ１は第１合成容量ＣＰＡに対して相対的に大きくなる。

また、次回オン情報が上アームスイッチＳＨである場合、制御装置４０は第１スイッチＳＷ１を開状態に切り替えるとともに、第２スイッチＳＷ２を閉状態に切り替える。これにより、第１容量ＣＰ１はゼロとなり、図４に示す第２合成容量ＣＰＢが減少する。この結果、第２合成容量ＣＰＢは第４容量ＣＰ４に対して相対的に小さくなる。

つまり、制御装置４０は、次回オン情報に基づいて第１容量ＣＰ１と第４容量ＣＰ４とを可変に制御する。そのため、次回オン情報が下アームスイッチＳＬである場合には、第１容量ＣＰ１が第１合成容量ＣＰＡに対して相対的に大きくなることを利用するとともに、第１容量ＣＰ１を調整することで、式１が成り立つようにすることができる。また、次回オン情報が上アームスイッチＳＨである場合には、第２合成容量ＣＰＢが第４容量ＣＰ４に対して相対的に小さくなることを利用するとともに、第４容量ＣＰ４を調整することで、式２が成り立つようにすることができる。これにより、上アームリカバリ電流ＲＨと下アームリカバリ電流ＲＬとのいずれもがインピーダンスＺｃに流れないようにすることができ、ノイズを抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態では、制御装置４０は、次回オン情報に基づいて第１容量ＣＰ１と第４容量ＣＰ４とを可変に制御する。これにより、第２閉ループ回路ＣＳ２に対応して第１容量ＣＰ１を調整し、第３閉ループ回路ＣＳ３に対応して第４容量ＣＰ４を調整することで、ノイズを好適に抑制することができる。

制御装置４０は、第１容量ＣＰ１と第４容量ＣＰ４とを可変に制御する。そのため、正極側導電部材１２Ｈや負極側導電部材１２Ｌの鉄損を小さくするために、これらのインダクタンスを小さく維持する必要がある場合でも、リカバリ電流ＲＨ，ＲＬがインバータ２０の外部に漏洩することを抑制することができる。

本実施形態では、上アームスイッチＳＨのエミッタと接地導体ＧＤとの間に、第１コンデンサ６２と第１コンデンサ６２とを含む第１直列回路６０が設けられており、第１スイッチＳＷ１の開状態と閉状態とを切り替えることで、第１容量ＣＰ１を可変に制御する。そのため、第１直列回路６０に設けられる第１コンデンサ６２の容量を適宜選択することで、上アームリカバリ電流ＲＨがインピーダンスＺｃに流れないようにすることができる。なお、第２直列回路７０についても同様である。

（第４実施形態）
以下、第４実施形態について、先の第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、図９に示すように、正極側導電部材１２Ｈに調整経路１２ＨＴが設けられていない点、及び第１容量ＣＰ１を形成する可変コンデンサ８０を備えている点で異なる。なお、図９は、本実施形態に係るインバータ２０を示す図である。図９において、先の図２に示した部材と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態では、第１容量ＣＰ１は寄生容量ではなく、上アームスイッチＳＨのエミッタと接地導体ＧＤとの間に設けられた可変コンデンサ８０の容量である。制御装置４０は、可変コンデンサ８０の容量を可変に制御するための制御信号を、可変コンデンサ８０に対して出力する。詳細には、制御装置４０は、次回オン情報に基づいて可変コンデンサ８０の容量を可変に制御する。

そのため、次回オン情報が下アームスイッチＳＬである場合には、式１が成り立つように可変コンデンサ８０の容量、つまり第１容量ＣＰ１を調整することができる。また、次回オン情報が上アームスイッチＳＨである場合には、式２が成り立つように可変コンデンサ８０の容量を調整することができる。これにより、上アームリカバリ電流ＲＨと下アームリカバリ電流ＲＬとのいずれもがインピーダンスＺｃに流れないようにすることができ、ノイズを抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態では、可変コンデンサ８０を備えており、可変コンデンサ８０の容量を可変に制御することで、第１容量ＣＰ１を可変に制御する。そのため、第１容量ＣＰ１を可変に制御する際に、スイッチを切り替える必要がなく、スイッチング損失が生じない。これにより、インバータ２０の電力損失を低減しつつ、第１容量ＣＰ１を適切に調整することができる。

（その他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、次のように実施されてもよい。

上記各実施形態では、制御装置４０が、正極側インダクタンスＩＨ、第１容量ＣＰ１、及び第４容量ＣＰ４を可変に制御する例を示したが、これに限られず、負極側インダクタンスＩＬ、第２容量ＣＰ２、及び第３容量ＣＰ３を可変に制御してもよい。

例えば、図１０に示すように、正極側導電部材１２Ｈには、正極側調整経路１２ＨＴと正極側常時経路１２ＨＮとが設けられ、正極側調整経路１２ＨＴに正極側スイッチＳＷＨが設けられていてもよい。また、負極側導電部材１２Ｌには、負極側調整経路１２ＬＴと負極側常時経路１２ＬＮとが設けられ、負極側調整経路１２ＬＴに負極側スイッチＳＷＬが設けられていてもよい。また、スイッチＳＨ，ＳＬのコレクタ又はエミッタと接地導体ＧＤとの間にそれぞれ直列回路が設けられ、各直列回路に、対応する容量ＣＰ１〜ＣＰ４を形成する第１〜第４コンデンサ６２、７２、６６、６８とスイッチＳＷ１〜ＳＷ４が設けられていてもよい。

制御装置４０は、次回オン情報に基づいて、これらのスイッチＳＷＨ，ＳＷＬ，ＳＷ１〜ＳＷ４のうちの少なくとも一つの開閉状態を切り替えることで、正極側インダクタンスＩＨ、負極側インダクタンスＩＬ、第１容量ＣＰ１、第２容量ＣＰ２、第３容量ＣＰ３、並びに第４容量ＣＰ４の少なくとも一つの値を可変に制御することができる。これにより、上アームリカバリ電流ＲＨと下アームリカバリ電流ＲＬとのいずれもがインピーダンスＺｃに流れないようにすることができ、ノイズを抑制することができる。

上記各実施形態では、制御装置４０が駆動部及び制御部を構成する例を示したが、これに限られない。図１１に示すように、駆動部を構成する第１制御装置４０と、制御部を構成する第２制御装置９０とが別々に設けられていてもよい。

この場合、第２制御装置９０は、第１制御装置４０から次回オン情報を取得してもよい。また、図１１に示すように、中間導電部材１３に接続される導電部材１４に電流検出部を構成する電流計９１が設けられていてもよい。電流計９１により中間導電部材１３に流れる電流が検出され、検出された検出電流に基づいて、次回オン情報が判定される。具体的には、第２制御装置９０は、検出電流の正負、つまり、検出電流の流れる方向により、上アームリカバリ電流ＲＨと下アームリカバリ電流ＲＬのうちいずれのスイッチが第１制御装置４０により次回オン状態とされるか、を判定することができる。これにより、次回オン情報を取得することができる。

上記第１実施形態では、正極側導電部材１２Ｈに並列接続される２つの経路１２ＨＴ，１２ＨＮが設けられる例を示したが、並列接続される経路が３つ以上設けられてもよい。この場合、３つ目以降の経路には、スイッチが設けられてもよければ、設けられなくてもよい。３つ目以降の経路にスイッチが設けられる場合には、このスイッチは、調整経路１２ＨＴに設けられたスイッチＳＷと同じ状態となるように切り替えられてもよければ、調整経路１２ＨＴに設けられたスイッチＳＷと異なる状態となるように切り替えられてもよい。

上記第２実施形態では、正極側導電部材１２Ｈに常時経路１２ＨＮが設けられている形態を例示したが、常時経路１２ＨＮは必ずしも設けられなくてもよい。

また、上記第２実施形態では、ループ回路５０に設けられたスイッチＳＷの開閉状態を切り替えることにより、正極側インダクタンスＩＨを可変に制御する例を示したが、これに限られない。例えば、電磁コイル５４と調整経路１２ＨＴとの間の距離を変化させることにより、正極側インダクタンスＩＨを可変に制御してもよい。

上記実施形態では、第１容量ＣＰ１が寄生容量である形態や、第１容量ＣＰ１に寄生容量が含まれない形態を例示したが、これに限られず、寄生容量が第１容量ＣＰ１の一部を形成してもよい。つまり、上アームスイッチＳＨのコレクタと接地導体ＧＤとの間には、寄生容量が形成されているとともに、第１コンデンサ６２や可変コンデンサ８０が設けられていてもよい。これにより、寄生容量を考慮しつつ、ノイズを好適に抑制することができる。

１０…直流電源、１１…平滑コンデンサ、１２Ｈ…正極側導電部材、１２Ｌ…負極側導電部材、１３…中間導電部材、２０…インバータ、３０…回転電機、４０…制御装置、ＣＰ１…第１容量、ＣＰ２…第２容量、ＣＰ３…第３容量、ＣＰ４…第４容量、ＩＨ…正極側インダクタンス、ＩＬ…負極側インダクタンス、ＳＨ…上アームスイッチ、ＳＬ…下アームスイッチ、ＳＰ１…第１接続点、ＳＰ２…第２接続点。

Claims (8)

1. 上アームスイッチ（ＳＨ）及び下アームスイッチ（ＳＬ）を備える電力変換装置（２０）において、
   直流電源（１０）の正極側が接続される第１接続点（ＳＰ１）と前記上アームスイッチの高電位側端子とを接続する正極側経路（１２Ｈ）と、
   前記直流電源の負極側が接続される第２接続点（ＳＰ２）と前記下アームスイッチの低電位側端子とを接続する負極側経路（１２Ｌ）と、
   前記上アームスイッチの低電位側端子と前記下アームスイッチの高電位側端子とを接続する中間経路（１３）と、
   前記第１接続点と前記第２接続点との間に接続される電源側コンデンサ（１１）と、
   前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチを交互にオン状態とする駆動部（４０）と、
   前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチのうち、いずれのスイッチが前記駆動部により次回オン状態とされるかの情報である次回オン情報に基づいて、前記正極側経路の正極側インダクタンス（ＩＨ）、前記負極側経路の負極側インダクタンス（ＩＬ）、前記上アームスイッチの高電位側端子と基準電位導体（ＧＤ）との間の正極側静電容量（ＣＰ１）、前記下アームスイッチの低電位側端子と前記基準電位導体との間の負極側静電容量（ＣＰ４）、並びに前記上アームスイッチの低電位側端子及び前記下アームスイッチの高電位側端子の少なくとも一方と前記基準電位導体との間の中間静電容量（ＣＰ２，ＣＰ３）のうち、少なくとも一つの値を可変に制御する制御部（４０，９０）と、を備える電力変換装置。
2. 前記制御部は、前記正極側インダクタンスと前記負極側インダクタンスとの少なくとも一方の値を可変に制御する請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記正極側経路と前記負極側経路との少なくとも一方の経路は、
   互いに並列接続された２以上の経路（１２ＨＴ，１２ＨＮ）と、
   前記２以上の経路のうち、少なくとも一つの経路に設けられ、開状態と閉状態とに切り替えられる切替部（ＳＷ）と、を含み、
   前記制御部は、前記次回オン情報に基づいて、前記切替部の開閉状態を切り替える請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記一方の経路と磁気結合された電磁コイル（５４）と、前記電磁コイルに電流を流すコイル電源（５２）と、開状態と閉状態とに切り替えられる切替部（ＳＷ）とを含むループ回路（５０）を備え、
   前記制御部は、前記次回オン情報に基づいて、前記切替部の開閉状態を切り替える請求項２に記載の電力変換装置。
5. 前記制御部は、前記正極側静電容量、前記負極側静電容量、及び前記中間静電容量の少なくとも一つの値を可変に制御する請求項１に記載の電力変換装置。
6. 前記正極側静電容量、前記負極側静電容量、及び前記中間静電容量のうち、少なくとも一つの容量に直列接続され、開状態と閉状態とに切り替えられる切替部（ＳＷ１，ＳＷ２）を備え、
   前記制御部は、前記次回オン情報に基づいて、前記切替部の開閉状態を切り替える請求項５に記載の電力変換装置。
7. 前記正極側静電容量、前記負極側静電容量、及び前記中間静電容量のうち、少なくとも一つの容量は、容量を可変とする可変コンデンサ（８０）であり、
   前記制御部は、前記次回オン情報に基づいて、前記可変コンデンサの容量を可変に制御する請求項５に記載の電力変換装置。
8. 前記中間経路に流れる電流を検出する電流検出部（９１）を備え、
   前記制御部は、前記電流検出部により検出された電流に基づいて、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチのうちいずれのスイッチが前記駆動部により次回オン状態とされるかを判定する請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の電力変換装置。

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