JP6396761B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

従来、回転電機の巻線に流れる電流を、半導体素子に流れる電流に基づいて演算して検出する方法が知られている。例えば特許文献１では、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）の電流と、還流ダイオードの電流と別々に検出し、電流方向検出回路により電流検出回路の動作を時分割して補正することにより、回転電機の電流を検出している。

特許第５１７０２０８号

回転電機の巻線に通電される巻線電流は連続電流である。一方、インバータを構成する半導体素子に通電される素子電流は、当該半導体素子がオフである期間はゼロとなるため、パルス状の電流となる。また、素子電流のパルスの立ち上がり部および立ち下がり部は、半導体素子のスイッチング時であるため、スイッチングノイズの影響を受けやすい。そのため、素子電流に基づいて巻線電流を検出する場合、歯抜け部の補間やスイッチングノイズの影響を低減するためのフィルタ回路や演算回路等を追加する必要があるが、検出遅れによる位相ずれが生じたり、検出回路が複雑になったりする。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体素子に通電される素子電流に基づき、回転電機の巻線電流を適切に検出する電力変換装置を提供することにある。

本発明の電力変換装置は、巻線を有する回転電機の電力を変換するものであって、第１インバータと、第２インバータと、電流検出抵抗と、電流検出部と、を備える。
第１インバータは、第１スイッチング素子を有し、第１電源および巻線の一端に接続される。
第２インバータは、第２スイッチング素子を有し、第２電源および巻線の他端に接続される。
電流検出抵抗は、第１スイッチング素子および第２スイッチング素子ごとに設けられ、第１スイッチング素子および第２スイッチング素子のそれぞれに通電される電流である素子電流を検出する。

電流検出部は、巻線の各相に通電される電流である巻線電流を検出する。
ここで、所定期間において、第１スイッチング素子のスイッチング回数と第２スイッチング素子のスイッチング回数とが異なる場合、スイッチング回数が少ない方の第１スイッチング素子または前記第２スイッチング素子を主検出素子とし、主検出素子を有する前記第１インバータまたは前記第２インバータを主検出インバータとする。
電流検出部は、オンされている主検出素子の素子電流に基づき、巻線電流を検出する。

本発明では、回転電機に対して２つのインバータを設ける構成を前提としている。このような構成では、主検出素子の素子電流は、スイッチング回数が多い方のスイッチング素子の電流と比較して、連続電流となる期間が長い。
そこで本発明では、主検出素子の素子電流に基づいて巻線電流を検出することで、比較的連続する素子電流に基づいて巻線電流を適切に検出することができる。これにより、巻線電流の検出におけるスイッチングノイズの影響を低減することができる。また、巻線電流の検出に係る回路構成を簡素化することができる。

特に、主検出インバータが中性点化されている場合、或いは、矩形波制御または過変調ＰＷＭ制御されている場合等、巻線電流のピークが当該相の主検出素子のスイッチング期間に重複しない場合、連続電流である主検出素子の素子電流に基づき、制御に必要な相電流のピーク値を適切に検出することができる。

本発明の一実施形態による電力変換装置の構成を示す概略構成図である。 本発明の一実施形態によるスイッチング素子を示す模式図である。 本発明の一実施形態による片側駆動動作を説明する説明図である。 本発明の一実施形態による巻線電流を説明するタイムチャートである。 本発明の一実施形態による片側駆動動作時の巻線電流および素子電流を説明するタイムチャートである。 本発明の一実施形態による反転駆動動作を説明する説明図である。 本発明の一実施形態による反転駆動動作時の巻線電流および素子電流を説明するタイムチャートである。 図７のＶＩＩＩ部を拡大した拡大図である。 図７のＩＸ部を拡大した拡大図である。 参考例による電力変換装置の構成を示す概略構成図である。 参考例による巻線電流および素子電流を説明するタイムチャートである。

以下、本発明による電力変換装置を図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
本発明の一実施形態による電力変換装置を図１〜図９に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施形態の電力変換装置１は、モータジェネレータ１０の電力を変換するものである。
モータジェネレータ１０は、例えば電気自動車やハイブリッド車両等の電動自動車に適用され、図示しない駆動輪を駆動するためのトルクを発生する。モータジェネレータ１０は、駆動輪を駆動するための電動機としての機能、および、図示しないエンジンや駆動輪から伝わる運動エネルギによって駆動されて発電する発電機としての機能を有する。以下、モータジェネレータ１０が電動機として機能する場合を中心に説明する。

モータジェネレータ１０は、３相交流の回転機であって、Ｕ相コイル１１、Ｖ相コイル１２、および、Ｗ相コイル１３を有する。Ｕ相コイル１１、Ｖ相コイル１２およびＷ相コイル１３が「巻線」に対応し、以下適宜、Ｕ相コイル１１、Ｖ相コイル１２およびＷ相コイル１３を「コイル１１〜１３」という。また、Ｕ相コイル１１に通電される電流をＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相コイル１２に通電される電流をＶ相電流Ｉｖ、Ｗ相コイル１３に通電される電流をＷ相電流Ｉｗといい、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗを適宜「巻線電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ」という。本実施形態では、コイル１１〜１３において、第１インバータ２０側から第２インバータ３０側へ流れる電流を正、第２インバータ３０から第１インバータ２０側へ流れる電流を負とする。

電力変換装置１は、第１インバータ２０、第２インバータ３０、および、電流検出部としての制御部６０等を備える。
第１インバータ２０は、コイル１１〜１３への通電を切り替える３相インバータであり、６つのスイッチング素子であるＵ１上アーム素子２１、Ｖ１上アーム素子２２、Ｗ１上アーム素子２３、Ｕ１下アーム素子２４、Ｖ１下アーム素子２５、および、Ｗ１下アーム素子２６を有する。本実施形態では、Ｕ１上アーム素子２１、Ｖ１上アーム素子２２、Ｗ１上アーム素子２３、Ｕ１下アーム素子２４、Ｖ１下アーム素子２５、および、Ｗ１下アーム素子２６が「第１スイッチング素子」に対応し、以下適宜、「（第１）スイッチング素子２１〜２６」という。

Ｕ１上アーム素子２１はＵ１下アーム素子２４の高電位側に接続され、Ｖ１上アーム素子２２はＶ１下アーム素子２５の高電位側に接続され、Ｗ１上アーム素子２３は、Ｗ１下アーム素子２６の高電位側に接続される。以下適宜、高電位側のＵ１上アーム素子２１、Ｖ１上アーム素子２２、および、Ｗ１上アーム素子２３を「（第１）上アーム素子２１〜２３」、低電位側のＵ１下アーム素子２４、Ｖ１下アーム素子２５、および、Ｗ１下アーム素子２６を「（第１）下アーム素子２４〜２６」という。

第１インバータ２０は、コイル１１、１２、１３の一端１１１、１２１、１３１と電力供給源である第１電源４１との間に接続される。具体的には、Ｕ１上アーム素子２１とＵ１下アーム素子２４との接続点２７がＵ相コイル１１の一端１１１に接続され、Ｖ１上アーム素子２２とＶ１下アーム素子２５の接続点２８がＶ相コイル１２の一端１２１に接続され、Ｗ１上アーム素子２３とＷ１下アーム素子２６との接続点２９がＷ相コイル１３の一端１３１に接続される。また、第１上アーム素子２１〜２３の高電位側を接続する高電位側配線が第１電源４１の正極と接続され、第１下アーム素子２４〜２６の低電位側を接続する低電位側配線が第１電源４１の負極と接続される。

第２インバータ３０は、コイル１１〜１３への通電を切り替える３相インバータであり、６つのスイッチング素子であるＵ２上アーム素子３１、Ｖ２上アーム素子３２、Ｗ２上アーム素子３３、Ｕ２下アーム素子３４、Ｖ２下アーム素子３５、および、Ｗ２下アーム素子３６を有する。本実施形態では、Ｕ２上アーム素子３１、Ｖ２上アーム素子３２、Ｗ２上アーム素子３３、Ｕ２下アーム素子３４、Ｖ２下アーム素子３５、および、Ｗ２下アーム素子３６が「第２スイッチング素子」に対応し、以下適宜、「（第２）スイッチング素子３１〜３６」という。

Ｕ２上アーム素子３１はＵ２下アーム素子３４の高電位側に接続され、Ｖ２上アーム素子３２はＶ２下アーム素子３５の高電位側に接続され、Ｗ２上アーム素子３３はＷ２下アーム素子３６の高電位側に接続される。以下適宜、高電位側のＵ２上アーム素子３１、Ｖ２上アーム素子３２およびＷ２上アーム素子３３を「（第２）上アーム素子３１〜３３」、低電位側のＵ２下アーム素子３４、Ｖ２下アーム素子３５およびＷ２下アーム素子３６を「（第２）下アーム素子」という。

第２インバータ３０は、コイル１１、１２、１３の他端１１２、１２２、１３２と電力供給源である第２電源４２との間に接続される。具体的には、Ｕ２上アーム素子３１とＵ２下アーム素子３４との接続点３７がＵ相コイル１１の他端１１２に接続され、Ｖ２上アーム素子３２とＶ２下アーム素子３５との接続点３８がＶ相コイル１２の他端１２２に接続され、Ｗ２上アーム素子３３とＷ２下アーム素子３６との接続点３９がＷ相コイル１３の他端１３２に接続される。また、第２上アーム素子３１〜３３の高電位側を接続する高電位側配線が第２電源４２の正極と接続され、第２下アーム素子３４〜３６の低電位側を接続する低電位側配線が第２電源４２の負極と接続される。
このように、本実施形態では、第１インバータ２０および第２インバータ３０がコイル１１〜１３の両側に接続される。

スイッチング素子２１〜２６、３１〜３６の詳細を図２に基づいて説明する。スイッチング素子２１〜２６、３１〜３６は、同様の構成であるので、ここでは、スイッチング素子２１について説明する。
図２に示すように、スイッチング素子２１は、ＩＧＢＴであり、コレクタ２１１、エミッタ２１２、および、ゲート２１６を有する。また、スイッチング素子２１は、エミッタ２１２側からコレクタ２１１側への通電を許容するダイオード２１９を有する。

エミッタ２１２は、主エミッタ２１３およびセンスエミッタ２１４からなり、主エミッタ２１３に流れる電流とセンスエミッタ２１４に流れる電流の比が所定の分流比（例えば、１０００：１）となるように構成される。センスエミッタ２１４には、スイッチング素子２１に流れる電流である素子電流を検出するための電流検出抵抗としてのシャント抵抗２１５が設けられる。シャント抵抗２１５の両端電圧は、素子電流に係る検出値として、制御部６０へ出力される。制御部６０では、シャント抵抗２１５の両端電圧、および、分流比に基づき、スイッチング素子２１に流れる素子電流を演算する。

すなわち、本実施形態のスイッチング素子２１〜２６、３１〜３６は、素子電流を検出する「電流センス機能」を備えている。スイッチング素子２１〜２６、３１〜３６に電流センス機能つきのデバイスを用いることにより、巻線電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを直接的に検出するためのホール素子等の電流センサを省略することができる。
ここでは、スイッチング素子２１〜２６、３１〜３６がＩＧＢＴである例を説明したが、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）等としてもよい。

図１に示すように、第１電源４１は、リチウムイオン電池等の充放電可能な直流電源であり、第１インバータ２０と接続され、第１インバータ２０を経由してモータジェネレータ１０と電力を授受可能に設けられる。
第２電源４２は、リチウムイオン電池等の充放電可能な直流電源であり、第２インバータ３０と接続され、第２インバータ３０を経由してモータジェネレータ１０と電力を授受可能に設けられる。
本実施形態では、第１電源４１および第２電源４２の供給電圧は、ともに３００［Ｖ］とする。

第１コンデンサ４３は、第１電源４１から第１インバータ２０側への電流、または、第１インバータ２０から第１電源４１側への電流を平滑化する平滑コンデンサである。
第２コンデンサ４４は、第２電源４２から第２インバータ３０側への電流、または、第２インバータ３０側から第２電源４２側への電流を平滑化する平滑コンデンサである。

制御部６０は、通常のコンピュータとして構成されており、内部にはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、および、これらの構成を接続するバスライン等を備える。制御部６０における各処理は、予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。
制御部６０は、スイッチング素子２１〜２６、３１〜３６に通電される素子電流に係る検出値として各スイッチング素子２１〜２６、３１〜３６のシャント抵抗（スイッチング素子２１についてはシャント抵抗２１５）の両端電圧を取得し、素子電流に基づいて巻線電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。本実施形態では、１２個のスイッチング素子２１〜２６、３１〜３６全ての素子電流をモニタしているものとする。電流検出の詳細については後述する。

また、制御部６０は、検出された巻線電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ等に基づき、スイッチング素子２１〜２６、３１〜３６のオンオフ作動を制御する制御信号を生成し、生成された制御信号をスイッチング素子２１〜２６、３１〜３６のゲート（スイッチング素子２１ではゲート２１６）へ出力する。

ここで、第１インバータ２０および第２インバータ３０の駆動動作、および、各駆動動作における電流検出について説明する。
（１）片側駆動動作
第１電源４１または第２電源４２の電力によりモータジェネレータ１０を駆動するときの第１インバータ２０および第２インバータ３０の動作を片側駆動動作とする。片側駆動動作は、１電源駆動動作と捉えることもできる。
第１電源４１の電力によりモータジェネレータ１０を駆動する片側駆動動作では、第２上アーム素子３１〜３３の全相、または、第２下アーム素子３４〜３６の全相の一方をオン、他方をオフすることにより、第２インバータ３０を中性点化する。また、モータジェネレータ１０の駆動要求に応じ、第１インバータ２０をＰＷＭ制御等により制御する。

図３に示す例では、第２上アーム素子３１〜３３の全相がオン、第２下アーム素子３４〜３６の全相がオフされることにより、第２インバータ３０が中性点化される。また、第１インバータ２０において、Ｕ１上アーム素子２１、Ｖ１下アーム素子２５、および、Ｗ１下アーム素子２６がオンされると、図３中の矢印Ｙ１で示す経路の電流が流れる。図３では、オンである素子を実線、オフである素子を破線で示す。後述の図６も同様である。
本実施形態では、第１電源４１の電圧と第２電源４２に電圧とが同じであるので、第２インバータ３０側を中性点化する動作と、第１インバータ２０を中性点化する動作とを適宜切り替えてもよい。第１インバータ２０を中性点化する場合、第１上アーム素子２１〜２３の全相、または、第１下アーム素子２４〜２６の全相の一方をオン、他方をオフし、第２インバータ３０をＰＷＭ制御等により制御する。

以下、第２インバータ３０側を中性点化する場合を例に説明する。第１インバータ２０をＰＷＭ制御し、第２インバータ３０を中性点化する場合、第２スイッチング素子３１〜３６は、オンオフの切り替えがなされないため、所定期間における第２スイッチング素子３１〜３６のスイッチング回数は、第１スイッチング素子２１〜２６のスイッチング回数より少ない。
すなわち、本実施形態では、第２スイッチング素子３１〜３６が「主検出素子」に対応し、第２インバータ３０が「主検出インバータ」に対応する。所定期間は、例えば巻線電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの電流１周期、または、電流１周期よりも長い期間に設定される。

片側駆動動作における電流検出の説明に先立ち、参考例について説明する。
図１０に示すように、電力変換装置９は、モータ９１０に対して、１つのインバータ９２０が設けられる。
モータ９１０は、Ｕ相コイル９１１、Ｖ相コイル９１２、および、Ｗ相コイル９１３を有し、結線部９１５で結線される。

インバータ９２０は、スイッチング素子９２１〜９２６を有する。スイッチング素子９２１〜９２６は、電流センス機能を備えており、ＰＷＭ制御によりオンオフ作動が制御される。制御部９６０は、スイッチング素子９２１〜９２６の素子電流に基づき、コイル９１１、９１２、９１３に通電される電流である巻線電流Ｉｕ＿ｃ、Ｉｖ＿ｃ、Ｉｗ＿ｃを検出する。
モータ９１０は、インバータ９２０を経由して、電源９４１と電力を授受可能に構成される。コンデンサ９４３は、モータ９１０と電源９４１とを流れる電流を平滑化する平滑コンデンサである。

参考例におけるＵ相電流Ｉｕ＿ｃの検出について、図１１に基づいて説明する。図１１の例では、変調率が高く、スイッチング素子９２１がオンされる期間は、スイッチング素子９２４がオンされる期間より長い。
図１１に示すように、Ｕ相電流Ｉｕ＿ｃは、連続電流である。一方、スイッチング素子９２１にて検出される素子電流Ｉｕ＿Ｈｃ、および、スイッチング素子９２４にて検出される素子電流Ｉｕ＿Ｌｃは、パルス状であり、いわば「歯抜け電流」となるため、歯抜け部を補間する必要がある。また、素子電流Ｉｕ＿Ｈｃ、Ｉｕ＿Ｌｃの立ち上がり部および立ち下がり部は、スイッチング素子９２１、９２４のスイッチング時であるため、スイッチングノイズの影響を受けるため、精度よく検出することができない。Ｖ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗについても同様である。すなわち、参考例のように、１つのモータ９１０に対して１つのインバータ９２０が設けられる構成において、連続する素子電流を検出することができないため、歯抜け部の補間や検出精度を向上させるためには、フィルタ回路や演算回路等を追加する必要があり、検出遅れに起因する位相ずれが生じたり、検出回路が複雑になったりする。

本実施形態の片側駆動動作における電流検出を図４および図５に基づいて説明する。図５（ａ）は、図４のＶａ部を拡大した図であり、（ｂ）は素子電流、（ｃ）は素子電圧を示す。また、Ｕ１上アーム素子２１の素子電流をＩｕ１＿Ｈ、Ｖ１下アーム素子２５の素子電流をＩｖ１＿Ｌ、Ｕ２上アーム素子３１の素子電流をＩｕ２＿Ｈ、Ｖ２上アーム素子３２の素子電流をＩｖ２＿Ｈとする。また、Ｕ１上アーム素子２１の素子電圧をＶｕ１＿Ｈ、Ｖ１下アーム素子２５の素子電圧をＶｖ１＿Ｌ、Ｕ２上アーム素子３１の素子電圧をＶｕ２＿Ｈ、Ｖ２上アーム素子３２の素子電圧をＶｖ２＿Ｈとする。
ここでは、Ｕ相およびＶ相を例に説明するが、Ｗ相についても同様である。

図４および図５（ａ）に示すように、Ｕ相電流ＩｕおよびＶ相電流Ｉｖは、連続電流である。
また、図５（ｂ）に示すように、駆動要求に応じて制御される第１インバータ２０のＵ１上アーム素子２１およびＶ１下アーム素子２５は、制御信号に応じてオンオフされるので、素子電流Ｉｕ１＿Ｈ、Ｉｖ１＿Ｌは、パルス状となる。素子電圧Ｖｕ１＿Ｈ、Ｖｖ１＿Ｌも同様に、パルス状となる（図５（ｂ）参照）。

一方、中性点化される第２インバータ３０において、Ｕ２上アーム素子３１およびＶ２上アーム素子３２はオン固定される。そのため、図５（ｂ）に示すように、オン固定されるＵ２上アーム素子３１の素子電流Ｉｕ２＿Ｈは、Ｕ相電流Ｉｕと同様の連続電流となる。同様に、オン固定されるＶ２上アーム素子３２の素子電流Ｉｖ２＿Ｈは、Ｖ相電流Ｉｖと同様の連続電流となる。また、図５（ｃ）に示すように、第２インバータ３０は中性点化されるので、素子電圧Ｖｕ２＿Ｈ、Ｖｖ２＿Ｈはゼロである。

そこで本実施形態では、中性点化される第２インバータ３０において、オン固定されるＵ２上アーム素子３１、Ｖ２上アーム素子３２、および、Ｗ２上アーム素子３３の素子電流に基づき、巻線電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。
本実施形態では、１つのモータジェネレータ１０に対して２つのインバータ２０、３０が設けられることを前提とし、片側駆動動作時には、中性点化される第２インバータ３０においてオン固定される第２スイッチング素子３１〜３６の素子電流に基づき、巻線電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを適切に検出することができる。また、第１インバータ２０が中性点化される場合は、オン固定される第１スイッチング素子２１〜２６の素子電流に基づいて巻線電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを適切に検出することができる。

（２）反転駆動動作
第１電源４１および第２電源４２の電力によりモータジェネレータ１０を駆動する場合、第１インバータ２０および第２インバータ３０を反転駆動動作とする。反転駆動動作は、２電源駆動動作と捉えることもできる。
反転駆動動作では、モータジェネレータ１０の駆動要求に応じた第１基本波Ｆ１に基づいて第１インバータ２０を制御し、駆動要求に応じた第２基本波Ｆ２に基づいて第２インバータ３０を制御する。

例えば、制御部６０は、第１基本波Ｆ１とキャリア波との比較によるＰＷＭ制御により第１制御信号を生成し、第２基本波Ｆ２とキャリア波との比較によるＰＷＭ制御により第２制御信号を生成する。ＰＷＭ制御には、基本波Ｆ１、Ｆ２の振幅がキャリア波の振幅より小さい「正弦波ＰＷＭ制御」、および、基本波Ｆ１、Ｆ２の振幅がキャリア波より大きい「過変調ＰＷＭ制御」を含むものとする。

反転駆動動作において、第１基本波Ｆ１と第２基本波Ｆ２とは、位相が反転されている。換言すると、第１基本波Ｆ１と第２基本波Ｆ２とは、位相が略１８０［°］ずれている。なお、第１基本波Ｆ１と第２基本波Ｆ２との位相差は、１８０［°］とするが、第１電源４１の電圧および第２電源４２の電圧の和に相当する電圧をモータジェネレータ１０に印加可能な程度のずれは許容される。
図６に示す例では、Ｕ１上アーム素子２１、Ｖ１下アーム素子２５、Ｗ１下アーム素子２６、Ｖ２上アーム素子３２、Ｗ２上アーム素子３３、および、Ｕ２下アーム素子３４がオンされ、このとき、矢印Ｙ２で示す経路の電流が流れる。

本実施形態では、第１基本波Ｆ１の変調率は、第２基本波Ｆ２の変調率より大きく、第１基本波Ｆ１の振幅は、第２基本波Ｆ２の振幅より大きいものとする。このとき、第１インバータ２０のデューティは、第２インバータ３０のデューティより大きい。
例えば、第１インバータ２０を過変調ＰＷＭ制御し、第２インバータ３０を正弦波ＰＷＭ制御するといった具合に、第１基本波Ｆ１と第２基本波Ｆ２の波形は異なっていてもよい。また、第１基本波Ｆ１の振幅を無限大と捉え、第１基本波Ｆ１の半周期ごとにスイッチング素子２１〜２６のオンオフを切り替える矩形波制御としてもよい。また、ＰＷＭ制御や矩形波制御以外の制御方法であっても差し支えない。

以下、第１インバータ２０が過変調ＰＷＭ制御され、第２インバータ３０が正弦波ＰＷＭ制御される場合について説明する。ここで、過変調ＰＷＭ制御は、厳密な過変調ＰＷＭ制御に限らず、例えば３次高調波の重畳等、第１基本波Ｆ１の振幅がキャリア波の振幅よりも大きいとみなせる状態も含むものとする。

この例では、第１インバータ２０のスイッチング回数が第２インバータ３０のスイッチング回数より少ないので、第１インバータ２０が「主検出インバータ」、第１スイッチング素子２１〜２６が「主検出素子」に対応し、第２インバータ３０が「副検出インバータ」、第２スイッチング素子３１〜３６が「副検出素子」に対応する。また、第１基本波Ｆ１が「主検出基本波」に対応し、第２基本波Ｆ２が「副検出基本波」に対応する。

反転駆動動作における電流検出を図７〜図９に基づいて説明する。
図７において、（ａ）は巻線電流、（ｂ）Ｕ１素子電流、（ｃ）Ｕ２素子電流、（ｄ）は第１インバータ２０のＵ相ゲート電圧（図中では「Ｕ１ゲート電圧」と記載する。）、（ｅ）は第２インバータ３０のＵ相ゲート電圧（図中では「Ｕ２ゲート電圧」と記載する。）、（ｆ）は第１インバータ２０の出力電流、（ｇ）は第２インバータ３０の出力電流、（ｈ）はモータジェネレータ１０の出力トルクである。図７（ｄ）では、Ｕ１上アーム素子２１のゲート電圧Ｖｕ１＿Ｈｇを示し、Ｕ１下アーム素子２４のゲート電圧Ｖｕ１＿Ｌｇを省略した。また、図７（ｅ）では、Ｕ２下アーム素子３４のゲート電圧Ｖｕ２＿Ｌｇを示し、Ｕ２上アーム素子３１のゲート電圧Ｖｕ２＿Ｈｇを省略した。
図８は、図７中のＶＩＩＩ部を拡大した図であり、図９は、図７中のＩＸ部を拡大した図である。図８および図９においては、（ａ）においてＵ相電流Ｉｕを示し、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）は省略した。ここでは、Ｕ相電流Ｉｕの検出を中心に説明するが、Ｖ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗについても同様である。

図７（ｈ）に示すように、出力トルクを略一定とし、第１インバータ２０を過変調ＰＷＭ制御し、第２インバータ３０を過変調ＰＷＭ制御すると、図７（ｆ）、（ｇ）に示すように、第１インバータ２０の出力電流は、第２インバータ３０の出力電流より大きくなる。また、Ｕ１上アーム素子２１は図７（ｄ）に示すゲート電圧Ｖｕ１＿Ｈｇに応じてスイッチングされ、Ｕ２下アーム素子３４は図７（ｅ）に示すゲート電圧Ｖｕ２＿Ｌｇに応じてスイッチングされるので、Ｕ１上アーム素子２１のスイッチング回数は、Ｕ２下アーム素子３４のスイッチング回数より少ない。

図７（ｃ）に示すように、スイッチング回数の多いＵ２上アーム素子３１およびＵ２下アーム素子３４は、オンオフ切り替え頻度が高く、巻線電流Ｉｕのピーク付近においても、オンオフの切り替えが行われる。
一方、図７（ｂ）に示すように、スイッチング回数の少ないＵ１上アーム素子２１およびＵ１下アーム素子２４は、オンオフ切り替え頻度が低く、オンまたはオフの状態が継続されるスイッチング状態継続期間が相対的に長い。そのため、Ｕ１上アーム素子２１の素子電流Ｉｕ１＿Ｈ、および、Ｕ１下アーム素子２４の素子電流Ｉｕ１＿Ｌは、Ｕ２上アーム素子３１の素子電流Ｉｕ２＿Ｈ、および、Ｕ２下アーム素子３４の素子電流Ｉｕ２＿Ｌ（図７（ｃ）参照。）と比較して連続した電流となる。そこで本実施形態では、第１インバータ２０を主検出インバータとし、主検出素子であるＵ１上アーム素子２１の素子電流Ｉｕ１＿ＨまたはＵ１下アーム素子２４の素子電流Ｉｕ１＿Ｌに基づいてＵ相電流Ｉｕを検出する。

特に、主検出素子であるＵ１上アーム素子２１およびＵ１下アーム素子２４は、Ｕ相電流Ｉｕのピーク時付近にてスイッチングされないので、ピーク時付近におけるＵ１上アーム素子２１の素子電流Ｉｕ１＿ＨおよびＵ１下アーム素子２４の素子電流Ｉｕ１＿Ｌは連続電流となる。そのため、素子電流Ｉｕ１＿ＨまたはＩｕ１＿Ｌに基づき、Ｕ相電流Ｉｕのピーク値を適切に検出することができる。

本実施形態では、Ｕ１上アーム素子２１およびＵ１下アーム素子２４のオンオフを切り替える第１スイッチング期間と、Ｕ２上アーム素子３１およびＵ２下アーム素子３４のオンオフを切り替える第２スイッチング期間とがずれている。
そこで本実施形態では、主検出素子であるＵ１上アーム素子２１およびＵ１下アーム素子２４のスイッチング期間においては、副検出素子であるＵ２上アーム素子３１またはＵ２下アーム素子３４の素子電流に基づいてＵ相電流Ｉｕを検出する。
本実施形態では、Ｕ１上アーム素子２１およびＵ１下アーム素子２４のオンオフ切り替えに要する実スイッチング期間を含む期間を「スイッチング期間」とする。スイッチング期間は、実スイッチング期間そのものとしてもよいし、オンされているＵ１上アーム素子２１またはＵ１下アーム素子２４のオフ指令が出力されてから、実スイッチング期間よりも長い所定のマスク期間が経過するまでの期間としてもよい。

例えば、図８および図９中の期間Ｃ１、Ｃ２では、実スイッチング期間そのものをスイッチング期間とみなし、当該期間Ｃ１、Ｃ２においては、オンされているＵ２上アーム素子３１の素子電流Ｉｕ２＿ＨまたはＵ２下アーム素子３４の素子電流Ｉｕ２＿Ｌに基づいてＵ相電流Ｉｕを検出する。

また、期間Ｍ１や期間Ｍ２のように、Ｕ１上アーム素子２１およびＵ１下アーム素子２４が連続的に複数回スイッチングされる場合を考慮し、実スイッチング期間を含むマスク期間をスイッチング期間とみなし、当該期間Ｍ１、Ｍ２においては、オンされているＵ２上アーム素子３１の素子電流Ｉｕ２＿ＨまたはＵ２下アーム素子３４の素子電流Ｉｕ２＿Ｌに基づいてＵ相電流Ｉｕを検出する。

スイッチング期間をマスク期間が経過するまでの期間としたとき、マスク期間中にＵ２上アーム素子３１およびＵ２下アーム素子３４のスイッチング期間となった場合、マスク期間の終了を待たずにＵ１上アーム素子２１の素子電流Ｉｕ１＿ＨまたはＵ１下アーム素子２４の素子電流Ｉｕ１＿Ｌに基づく検出に戻してもよい。
なお、本実施形態では、１２個のスイッチング素子２１〜２６、３１〜３６の素子電流を常時モニタしているので、予め厳密にスイッチング期間を設定しておく必要はなく、連続している素子電流を適宜選択し、巻線電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの検出に用いればよい。

また、第１インバータ２０および第２インバータ３０を共に正弦波ＰＷＭ制御とする場合、第１スイッチング素子２１〜２６のスイッチング回数と第２スイッチング素子３１〜３６のスイッチング回数とが等しい。この場合、第１上アーム素子２１〜２３がオンされる期間または第１下アーム素子２４〜２６がオンされる期間のうち長い方を第１期間とし、第２上アーム素子３１〜３３がオンされる期間または第２下アーム素子３４〜３６がオンされる期間のうち長い方を第２期間とする。そして、第１期間と第２期間とを比較し、長い方の第１期間または第２期間に対応する第１スイッチング素子２１〜２６または第２スイッチング素子３１〜３６を主検出素子とする。

例えば、第１インバータ２０の変調率が０．７であり、第２インバータ３０の変調率が０．５である場合、スイッチング状態継続期間は、第１インバータ２０の方が相対的に長いので、第１インバータ２０の第１スイッチング素子２１〜２６を主検出素子とする、といった具合である。
この例では、第１スイッチング素子２１〜２６の素子電流に基づいて巻線電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出するものとし、第１スイッチング素子２１〜２６のスイッチング期間においては、副検出素子である第２スイッチング素子３１〜３６の素子電流に基づいて巻線電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。

上述の通り、本実施形態では、２電源駆動において、第１インバータ２０を主検出インバータとし、オンされているスイッチング素子２１〜２６の素子電流に基づいて巻線電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。また、第２インバータ３０を副検出インバータとし、スイッチング素子２１〜２６のスイッチング期間においては、対応する相にてオンされるスイッチング素子３１〜３６の素子電流に基づいて巻線電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。そのため、第１インバータ２０のスイッチング期間と、第２インバータ３０のスイッチング期間とがずれるように変調率等を設定することが望ましい。なお、対応する第２スイッチング素子３１〜３６のスイッチング期間と、第１スイッチング素子２１〜２６のスイッチング期間が重なった場合、第１スイッチング素子２１〜２６の素子電流を補間して巻線電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出してもよい。

以上詳述したように、電力変換装置１は、コイル１１〜１３を有するモータジェネレータ１０の電力を変換するものであって、第１インバータ２０と、第２インバータ３０と、シャント抵抗２１５と、制御部６０と、を備える。
第１インバータ２０は、第１スイッチング素子２１〜２６を有し、第１電源４１、および、コイル１１、１２、１３の一端１１１、１２１、１３１に接続される。
第２インバータ３０は、第２スイッチング素子３１〜３６を有し、第２電源４２、コイル１１、１２、１３の他端１１２、１２２、１３２に接続される。

シャント抵抗２１５は、Ｕ１上アーム素子２１に通電される素子電流Ｉｕ１＿Ｈを検出する。他のスイッチング素子２２〜２６、３１〜３６についても同様に、素子電流を検出するシャント抵抗を有する。
制御部６０は、コイル１１〜１３の各相に通電される電流である巻線電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。
本実施形態では、所定期間において、第１スイッチング素子２１〜２６のスイッチング回数と第２スイッチング素子３１〜３６のスイッチング回数とが異なる場合、スイッチング回数が少ない方の第１スイッチング素子２１〜２６または第２スイッチング素子３１〜３６を主検出素子とし、主検出素子を有する第１インバータ２０または第２インバータ３０を主検出インバータとする。
制御部６０は、オンされている主検出素子の素子電流に基づき、巻線電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。

本実施形態では、モータジェネレータ１０に対して２つのインバータ２０、３０を設ける構成を前提としている。このような構成において、第１インバータ２０と第２インバータ３０とでスイッチング回数が異なる場合、スイッチング回数が少ない主検出インバータのスイッチング素子である主検出素子の素子電流は、スイッチング回数が多い方のスイッチング素子の素子電流と比較して、連続電流となる期間が長い。
そこで本実施形態では、主検出素子の素子電流に基づいて巻線電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出することで、比較的連続する素子電流に基づいて巻線電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを適切に検出することができる。これにより、巻線電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの検出におけるスイッチングノイズの影響を低減することができる。また、巻線電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの検出に係る回路構成を簡素化することができる。

特に、主検出インバータが中性点化されている場合、或いは、矩形波制御または過変調ＰＷＭ制御されている場合等、Ｕ相電流ＩｕのピークがＵ相の主検出素子のスイッチング期間に重複しない場合、連続電流である主検出素子の素子電流に基づき、制御に必要なＵ相電流Ｉｕのピーク値を適切に検出することができる。Ｖ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗについても同様である。

第１インバータ２０または第２インバータ３０の一方を中性点化し、第１インバータ２０または第２インバータ３０の他方を駆動要求に応じて駆動する１電源駆動動作において、中性点化される第１インバータ２０または第２インバータ３０を主検出インバータとする。
第２インバータ３０が中性点化される場合、第２上アーム素子３１〜３３の全相、または、第２下アーム素子３４〜３６の全相の一方がオン固定される。例えば第２上アーム素子３１〜３３がオン固定される場合、第２上アーム素子３１〜３３の素子電流は連続電流となる。そのため、中性点化される第２インバータ３０を主検出インバータとし、オン固定される主検出素子である第２上アーム素子３１〜３３の素子電流に基づき、巻線電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを適切に検出することができる。
なお、第２下アーム素子３４〜３６をオン固定する場合、および、第１インバータ２０を中性点化して主検出インバータとする場合についても同様である。

駆動要求に応じて第１インバータ２０および第２インバータ３０が制御される２電源駆動動作において、第１インバータ２０または第２インバータ３０の一方を駆動要求に応じた主検出基本波の振幅がキャリア波の振幅よりも大きいとみなせる状態にて制御し、他方を駆動要求に応じた副検出基本波の振幅がキャリア波の振幅以下とみなせる状態にて制御する場合、主検出基本波に基づいて制御される前記第１インバータ２０または前記第２インバータ３０の一方を主検出インバータとする。

ここでは、主検出基本波を第１基本波Ｆ１、副検出基本波を第２基本波Ｆ２とし、第１インバータ２０を主検出インバータとすると、キャリア波よりも振幅の大きい第１基本波Ｆ１に基づいて制御される第１スイッチング素子２１〜２６のスイッチング回数は、キャリア波よりも振幅の小さい第２基本波Ｆ２に基づいて制御される第２スイッチング素子３１〜３６のスイッチング回数よりも少なくなる。そして、第１インバータ２０を主検出インバータ、第１スイッチング素子２１〜２６を主検出素子とすることにより、相対的にスイッチング状態継続期間が長い第１スイッチング素子２１〜２６の素子電流に基づき、巻線電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを適切に検出することができる。

２電源駆動動作において、第１インバータ２０と第２インバータ３０のスイッチング回数が等しい場合、第１上アーム素子２１〜２３がオンされる期間または第１下アーム素子２４〜２６がオンされる期間のうち長い方を第１期間とし、第２上アーム素子３１〜３３がオンされる期間または第２下アーム素子３４〜３６がオンされる期間のうち長い方を第２期間とする。また、長い方の第１期間または第２期間に対応する第１スイッチング素子２１〜２６または第２スイッチング素子３１〜３６を主検出素子とする。
これにより、オンまたはオフの状態が継続されるスイッチング状態継続期間が相対的に長い方の第１スイッチング素子２１〜２６または第２スイッチング素子３１〜３６の素子電流に基づき、適切に巻線電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出することができる。

また、主検出インバータでない方の第１インバータ２０または第２インバータ３０を副検出インバータとし、副検出インバータに対応する第１スイッチング素子２１〜２６または第２スイッチング素子３１〜３６を副検出素子とする。
例えば、第１インバータ２０を主検出インバータ、第１スイッチング素子２１〜２６を主検出素子とし、第２インバータ３０を副検出インバータ、第２スイッチング素子３１〜３６を副検出素子とする。ここでは、検出相をＵ相とするが、Ｖ相またはＷ相である場合についても同様である。

制御部６０は、スイッチング期間である第１スイッチング素子２１〜２６に替えて、スイッチング期間である第１スイッチング素子２１〜２６と同相の第２スイッチング素子３１〜３６の素子電流に基づいて巻線電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。
これにより、主検出素子である第１スイッチング素子２１〜２６のスイッチング期間において、対応する相の副検出素子である第２スイッチング素子３１〜３６の素子電流に基づく検出に切り替えることにより、スイッチングノイズの影響を避け、より適切に巻線電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出することができる。

（他の実施形態）
（ア）第１電源、第２電源
上記実施形態では、第１電源および第２電源は、電圧が等しいリチウムイオン電池である。他の実施形態では、第１電源の電圧および第２電源少なくとも一方は、鉛蓄電池等、リチウムイオン電池以外としてもよい。また、第１電源または第２電源の一方を、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等としてもよい。

また、第１電源の電圧と第２電源の電圧とが異なっていてもよい。電圧が低い方の電源の電力にて駆動要求を出力可能である場合、電圧が高い方のインバータを中性点化し、電圧の低い方のインバータを駆動要求に応じて制御する片側駆動動作とすることが望ましい。また、電圧の低い方の電源からの電力では駆動要求を満足できず、電圧が高い方の電源からの電力で駆動要求を出力可能である場合、電圧が低い方のインバータを中性点化し、電圧が高い方のインバータを駆動要求に応じて制御する片側駆動動作とすることが望ましい。さらにまた、電圧が高い方の電源からの電力では駆動要求を満足できない場合、反転駆動動作とすることが望ましい。
これにより、駆動要求に応じ、可及的低電圧にてモータジェネレータを駆動することにより、損失を低減することができる。

（イ）２電源駆動動作
上記実施形態では、２電源駆動動作の例として、反転駆動動作について説明した。他の実施形態では、第１電源および第２電源の充電要求等に応じ、反転駆動動作以外の動作にて２電源駆動するようにしてもよい。換言すると、第１基本波と第２基本波の位相差は、１８０［°］に限らず、例えば０［°］（すなわち同位相）としてもよい。第１基本波と第２基本波の位相とが同位相である同相駆動動作においても、多少の位相ずれは許容されるものとする。
また、２電源駆動動作では、各相における第１スイッチング期間と第２スイッチング期間とがずれるように、第１インバータおよび第２インバータを制御することが望ましい。例えば、基本波の変調率を異ならせることにより、スイッチング期間をずらすことができる。もちろん、他の方法にてスイッチング期間をずらすようにしてもよい。

また、上記実施形態では、２電源駆動において、第１インバータを主検出インバータとし、第２インバータを副検出インバータとする。他の実施形態では、第１インバータを副検出インバータとし、第２インバータを主検出インバータとしてもよいし、変調率に応じて主検出インバータと副検出インバータとを適宜入れ替えてもよい。また他の実施形態では、例えば第１インバータおよび第２インバータをともに正弦波ＰＷＭ制御としてもよいし、過変調ＰＷＭ制御としてもよいし、矩形波制御としてもよいし、これらを組み合わせてもよい。また、第１インバータおよび第２インバータの少なくとも一方を、ＰＷＭ制御および矩形波制御以外の制御方法にて制御してもよい。

（ウ）モータジェネレータ
上記実施形態では、上記実施形態では、モータジェネレータは３相の回転電機であるが、他の実施形態では、３相回転電機に限らず、どのようなものであってもよい。
モータジェネレータが電動車両の主機モータである。他の実施形態では、モータジェネレータは、主機モータに限らず、例えば、スタータ機能とオルタネータ機能とを併せ持つ、所謂ＩＳＧ（Integrated Starter Generator）や、補機モータであってもよい。また、電力変換装置を車両以外の装置に適用してもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１・・・電力変換装置
１０・・・モータジェネレータ（回転電機）
１１〜１３・・・コイル（巻線）
２０・・・第１インバータ
３０・・・第２インバータ
４１・・・第１電源
４２・・・第２電源
６０・・・制御部（電流検出部）
２１５・・・シャント抵抗（電流検出抵抗）

Claims (5)

1. 巻線（１１、１２、２３）を有する回転電機（１０）の電力を変換する電力変換装置（１）であって、
   第１スイッチング素子（２１〜２６）を有し、第１電源（４１）および前記巻線の一端（１１１、１２１、１３１）に接続される第１インバータ（２０）と、
   第２スイッチング素子（３１〜３６）を有し、第２電源（４２）および前記巻線の他端（１１２、１２２、１３２）に接続される第２インバータ（３０）と、
   前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子ごとに設けられ、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子のそれぞれに通電される電流である素子電流を検出する電流検出抵抗（２１５）と、
   前記巻線の各相に通電される電流である巻線電流を検出する電流検出部（６０）と、
   を備え、
   所定期間において、前記第１スイッチング素子のスイッチング回数と前記第２スイッチング素子のスイッチング回数とが異なる場合、スイッチング回数が少ない方の前記第１スイッチング素子または前記第２スイッチング素子を主検出素子とし、前記主検出素子を有する前記第１インバータまたは前記第２インバータを主検出インバータとすると、
   前記電流検出部は、オンされている前記主検出素子の前記素子電流に基づき、前記巻線電流を検出することを特徴とする電力変換装置。
2. 高電位側に接続される前記第１スイッチング素子を第１上アーム素子（２１〜２３）、低電位側に接続される前記第１スイッチング素子を第１下アーム素子（２４〜２６）、高電位側に接続される前記第２スイッチング素子を第２上アーム素子（３１〜３３）、低電位側に接続される前記第２スイッチング素子を第２下アーム素子（３４〜３６）とし、
   前記第１上アーム素子の全相または前記第１下アーム素子の全相の一方をオン、他方をオフとすることで前記第１インバータを中性点化する場合、前記第１スイッチング素子を前記主検出素子、前記第１インバータを前記主検出インバータとし、
   前記第２上アーム素子の全相または前記第２下アーム素子の全相の一方をオン、他方をオフとすることで前記第２インバータを中性点化する場合、前記第２スイッチング素子を前記主検出素子、前記第２インバータを前記主検出インバータとする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 第１基本波およびキャリア波に基づいて前記第１スイッチング素子のオンオフを切り替え、前記第１基本波と位相が反転されている第２基本波および前記キャリア波に基づいて前記第２スイッチング素子のオンオフを切り替える２電源駆動動作において、
   前記第１基本波の振幅が前記キャリア波の振幅より大きく、前記第２基本波の振幅が前記キャリア波の振幅以下とみなせる状態にて制御する場合、前記第１スイッチング素子を前記主検出素子、前記第１インバータを前記主検出インバータとし、
   前記第２基本波の振幅が前記キャリア波の振幅より大きく、前記第１基本波の振幅が前記キャリア波の振幅以下とみなせる状態にて制御する場合、前記第２スイッチング素子を前記主検出素子、前記第２インバータを前記主検出インバータとする請求項１に記載の電力変換装置。
4. 駆動要求に応じて前記第１インバータおよび前記第２インバータが制御される２電源駆動動作において、
   前記第１スイッチング素子のスイッチング回数と前記第２スイッチング素子のスイッチング回数が等しい場合、
   前記第１スイッチング素子のオン状態継続期間が前記第２スイッチング素子のオン状態継続期間より相対的に長い場合、前記第１スイッチング素子を前記主検出素子、前記第１インバータを前記主検出インバータとし、
   前記第２スイッチング素子のオン状態継続期間が前記第１スイッチング素子のオン状態継続期間より相対的に長い場合、前記第２スイッチング素子を前記主検出素子、前記第２インバータを前記主検出インバータとする請求項１に記載の電力変換装置。
5. 前記主検出インバータでない方の前記第１インバータまたは前記第２インバータを副検出インバータとし、前記副検出インバータに対応する前記第１スイッチング素子または前記第２スイッチング素子を副検出素子とすると、
   前記電流検出部は、前記主検出素子のスイッチング期間において、前記主検出素子に替えて、当該主検出素子と同相の前記副検出素子の前記素子電流に基づいて前記巻線電流を検出することを特徴とする請求項３または４に記載の電力変換装置。

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