JP7009344B2 - 回転電機の駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は回転電機の駆動装置に関する。

特許文献１には、オープン巻線のモータジェネレータに、各々複数のスイッチング素子を備えた２台のインバータを接続すると共に、２台のインバータの間を接続線で接続した構成が開示されている。この構成では、２台のインバータのうち、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によりスイッチング素子を高速でオンオフさせるインバータを、モータジェネレータの電気基本周波数の半周期毎に切替えることで、モータジェネレータの巻線に交流電圧を印加させている。

特開２０１７－１７５７４７号公報

特許文献１に記載の技術は、２台のインバータで交互に高速スイッチングを行うため、２台のインバータの双方にゲート入力容量が小さくスイッチング損失が小さい（スイッチング速度が速い）スイッチング素子を用いる必要がある。しかしながら、図１６に示すように、スイッチング素子におけるスイッチング損失とオン抵抗（導通損失）はトレードオフの関係にあり、スイッチング損失が小さいスイッチング素子は、オン抵抗が大きく導通損失が大きくなる。従って、特許文献１に記載の技術は、２台のインバータの何れにおいても導通損失が大きい。

本発明は上記事実を考慮して成されたもので、インバータのスイッチング損失の増加を抑制しつつ導通損失を低減できる回転電機の駆動装置を得ることが目的である。

本発明の第１の態様に係る回転電機の駆動装置は、複数相の巻線を含む回転電機の各相に対応して、第１高電位点と対応する巻線の一端との間と、対応する巻線の一端と第１低電位点との間と、を各々開閉可能な複数の第１スイッチング素子を各々備えた第１インバータ部と、前記回転電機の各相に対応して、前記第１スイッチング素子よりもオン抵抗が各々小さく、第２高電位点と対応する巻線の他端との間と、対応する巻線の他端と第２低電位点との間と、を各々開閉可能な複数の第２スイッチング素子を各々備えた第２インバータ部と、複数の前記第１スイッチング素子を前記回転電機の電気基本周波数よりも高いスイッチング周波数でオンオフさせると共に、複数の前記第２スイッチング素子を前記第１スイッチング素子よりも低いスイッチング周波数でオンオフさせる制御部と、を含んでいる。

本発明は、インバータのスイッチング損失の増加を抑制しつつ導通損失を低減できる、という効果を有する。

第１実施形態に係る回転電機の駆動装置の概略構成図である。 Ｕ相コイルに対応する回路の動作を示す概略図である。 Ｕ相コイルに対応する回路の動作を示す概略図である。 Ｕ相コイルに対応する回路の動作を示す概略図である。 Ｕ相コイルに対応する回路の動作を示す概略図である。 第１実施形態における制御部の制御を示す機能ブロック図である。 第１実施形態におけるインバータ部の駆動波形、モータジェネレータのコイルへの印加電圧波形及び相電流波形を示す線図である。 第１ゲート信号の生成に用いる搬送波及び変調波の波形の一例を示す線図である。 第１ゲート信号の生成に用いる搬送波及び変調波の波形の一例を示す線図である。 モータジェネレータの各相のコイルに不平衡電流を流した場合の、インバータ部の駆動波形、モータジェネレータのコイルへの印加電圧波形及び相電流波形を示す線図である。 第２実施形態に係る回転電機の駆動装置の概略構成図である。 接続線開領域における動作の一例を示す概略図である。 接続線開領域におけるインバータ部の駆動波形、モータジェネレータのコイルへの印加電圧波形及び相電流波形を示す線図である。 モータジェネレータの出力特性上で動作領域を示す線図である。 第２実施形態に係る回転電機の駆動装置において、接続線スイッチング素子の配置の他の例を示す概略構成図である。 第３実施形態に係る回転電機の駆動装置の概略構成図である。 １電源駆動領域における動作の一例を示す概略図である。 ２電源駆動領域におけるインバータ部の駆動波形、モータジェネレータのコイルへの印加電圧波形及び相電流波形を示す線図である。 モータジェネレータの出力特性上で動作領域を示す線図である。 トランジスタにおけるオン抵抗とスイッチング損失の関係を示す線図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１には、回転電機の一例としてのモータジェネレータ１０、モータジェネレータ１０を駆動する駆動装置２０、及び、駆動装置２０に直流電力を供給する第１直流電源部７０が示されている。なお、駆動装置２０は回転電機の駆動装置の一例である。

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自動車等の電動車両に搭載され、電動車両の図示しない駆動輪を駆動するためのトルクを発生する、所謂「主機モータ」である。モータジェネレータ１０は、駆動装置２０によって駆動されて電動機として機能する場合と、電動車両の駆動輪や図示しないエンジンから伝達された駆動力によって駆動されて発電する発電機として機能する場合と、がある。本実施形態では、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、オープン巻線の三相の回転機であって、Ｕ相コイル１２、Ｖ相コイル１４及びＷ相コイル１６を有している。以下、Ｕ相コイル１２、Ｖ相コイル１４及びＷ相コイル１６を適宜「コイル１２～１６」という。また、Ｕ相コイル１２に流れる電流をＵ相電流ｉｕ、Ｖ相コイル１４に流れる電流をＶ相電流ｉｖ、Ｗ相コイル１６に流れる電流をＷ相電流ｉｗという。コイル１２～１６に流れる電流について、第１インバータ部２２側から第２インバータ部３６側に流れる電流を正、第２インバータ部３６側から第１インバータ部２２側に流れる電流を負とする。

モータジェネレータ１０の相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは、ホール素子等の電流検出素子を各相毎に備えた電流検出部５８によって検出される。また、モータジェネレータ１０の出力軸の回転電気角θは、図示しない回転角センサによって検出される。

駆動装置２０は、第１インバータ部２２、第２インバータ部３６、高電位側接続線５０、低電位側接続線５２、及び、制御部６０を含んでいる。

第１インバータ部２２は、コイル１２～１６の通電を切り替える３相インバータである。第１インバータ部２２は、コイル１２に対応して、第１インバータ部２２の第１高電位点Ｈ１と接続点Ｕ１との間に設けられたスイッチング素子２４と、接続点Ｕ１と第１インバータ部２２の第１低電位点Ｌ１との間に設けられたスイッチング素子２６と、を備えている。また、第１インバータ部２２は、コイル１４に対応して、第１高電位点Ｈ１と接続点Ｖ１との間に設けられたスイッチング素子２８と、コイル１４の一端と接続点Ｖ１との間に設けられたスイッチング素子３０と、を備えている。更に、第１インバータ部２２は、コイル１６に対応して、第１高電位点Ｈ１と接続点Ｗ１との間に設けられたスイッチング素子３２と、接続点Ｗ１と第１低電位点Ｌ１との間に設けられたスイッチング素子３４と、を備えている。なお、第１インバータ部２２のスイッチング素子２４，２６，２８，３０，３２，３４は第１スイッチング素子の一例である。

また、第２インバータ部３６も、コイル１２～１６の通電を切り替える３相インバータである。第２インバータ部３６は、コイル１２に対応して、第２インバータ部３６の第２高電位点Ｈ２と接続点Ｕ２との間に設けられたスイッチング素子３８と、接続点Ｕ２と第２インバータ部３６の第２低電位点Ｌ２との間に設けられたスイッチング素子４０と、を備えている。また第２インバータ部３６は、コイル１４に対応して、第２高電位点Ｈ２と接続点Ｖ２との間に設けられたスイッチング素子４２と、接続点Ｖ２と第２低電位点Ｌ２との間に設けられたスイッチング素子４４と、を備えている。更に第２インバータ部３６は、コイル１６に対応して、第２高電位点Ｈ２と接続点Ｗ２との間に設けられたスイッチング素子４６と、接続点Ｗ２と第２低電位点Ｌ２との間に設けられたスイッチング素子４８と、を備えている。なお、第２インバータ部３６のスイッチング素子３８，４０，４２，４４，４６，４８は第２スイッチング素子の一例である。

スイッチング素子２４は、トランジスタ２４Ａ及びダイオード２４Ｂを有している。スイッチング素子２６～３４，３８～４８についても同様に、それぞれ、トランジスタ２６Ａ～３４Ａ，３８Ａ～４８Ａ及びダイオード２８Ｂ～３４Ｂ，３８Ｂ～４８Ｂを有している。

トランジスタ２４Ａ～３４Ａ，３８Ａ～４８Ａは、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）であって、制御部６０によってオンオフが制御される。トランジスタ２４Ａ～３４Ａ，３８Ａ～４８Ａは、オンされたときに高電位側から低電位側への通電が許容され、オフされたときに通電が遮断される。トランジスタ２４Ａ～３４Ａ，３８Ａ～４８Ａは、ＩＧＢＴに限らず、ＭＯＳＦＥＴ等であってもよい。

なお、本実施形態では、第２インバータ部３６のスイッチング素子３８～４８は、第１インバータ部２２のスイッチング素子２４～３４よりも、オン抵抗（導通損失）の小さいスイッチング素子を用いている。図１６に示すように、スイッチング素子は一般にオン抵抗とスイッチング損失がトレードオフの関係にある。このため、第１インバータ部２２のスイッチング素子２４～３４は、第２インバータ部３６のスイッチング素子３８～４８と比較して、導通損失が大きい代わりにスイッチング損失が小さく（スイッチング速度が速く）なっている。

ダイオード２４Ｂ～３４Ｂ，３８Ｂ～４８Ｂは、トランジスタ２４Ａ～３４Ａ，３８Ａ～４８Ａのそれぞれと並列に接続され、低電位側から高電位側への通電を許容する還流ダイオードである。例えば、ダイオード２４Ｂ～３４Ｂ，３８Ｂ～４８Ｂは、例えば、ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオード等のように、トランジスタ２４Ａ～３４Ａ，３８Ａ～４８Ａに内蔵されていてもよいし、外付けされたものであってもよい。

第１インバータ部２２において、Ｕ相のスイッチング素子２４，２６の接続点Ｕ１にはＵ相コイル１２の一端が接続され、Ｖ相のスイッチング素子２８，３０の接続点Ｖ１にはＶ相コイル１４の一端が接続され、Ｗ相のスイッチング素子３２，３４の接続点Ｗ１にはＷ相コイル１６の一端が接続されている。

また、第２インバータ部３６において、Ｕ相のスイッチング素子３８，４０の接続点Ｕ２にはＵ相コイル１２の他端が接続され、Ｖ相のスイッチング素子４２，４４の接続点Ｖ２にはＶ相コイル１４の他端が接続され、Ｗ相のスイッチング素子４６，４８の接続点Ｗ２にはＷ相コイル１６の他端が接続されている。

第１インバータ部２２の第１高電位点Ｈ１は第１直流電源部７０のバッテリ７２の正極に接続されており、高電位側接続線５０は、第１インバータ部２２の第１高電位点Ｈ１と、第２インバータ部３６の第２高電位点Ｈ２と、を接続している。また、第１インバータ部２２の第１低電位点Ｌ１はバッテリ７２の負極に接続されており、低電位側接続線５２は、第１インバータ部２２の第１低電位点Ｌ１と、第２インバータ部３６の第２低電位点Ｌ２と、を接続している。高電位側接続線５０は第１接続線の一例であり、低電位側接続線５２は第２接続線の一例である。

また、第１直流電源部７０は、第１インバータ部２２とバッテリ７２との間に接続された平滑用のコンデンサ７４を含んでいる。コンデンサ７４の両端の直流電圧Ｖdc1は電圧検出部７６によって検出される。

制御部６０は、第１インバータ部２２、第２インバータ部３６、電流検出部５８、電圧検出部７６及び図示しない回転角センサに接続されている。制御部６０はＣＰＵ(central processing unit)、メモリ及び不揮発性の記憶部を含んでおり、各種の演算処理を行う。制御部６０における演算処理は、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実現してもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理で実現してもよい。

制御部６０は、第１インバータ部２２及び第２インバータ部３６を制御する。具体的には、モータジェネレータ１０の駆動指令値（本実施形態では角速度指令値ω*）に基づき、スイッチング素子２４～３４，３８～４８のトランジスタ２４Ａ～３４Ａ、３８Ａ～４８Ａのオンオフを制御する制御信号を生成する。そして、生成した制御信号に応じて、トランジスタ２４Ａ～３４Ａ，３８Ａ～４８Ａのオンオフを制御するゲート信号を生成して出力する。トランジスタ２４Ａ～３４Ａ，３８Ａ～４８Ａが制御信号に応じてオンオフされることで、バッテリ７２の直流電力が交流電力に変換され、モータジェネレータ１０へ供給される。これにより、モータジェネレータ１０の駆動は、第１インバータ部２２及び第２インバータ部３６を介して、制御部６０によって制御される。

次に第１実施形態の作用を説明する。第１実施形態において、制御部６０は、オープン結線駆動によりモータジェネレータ１０を駆動する。図２Ａ～図２Ｄは、コイル１２に対応する回路（スイッチング素子２４，２６，３８，４０を含む回路）に対してオープン結線駆動を行った場合の動作を示す。なお、オープン結線は、オープン巻線（open-end winding）等と呼称されることもある。

図２Ａに示すように、コイル１２を挟んで対角に位置するスイッチング素子２４，４０（のトランジスタ２４Ａ，４０Ａ）をオンさせると、コイル１２の両端には正の向きにバッテリ７２の電圧が印加される。また、図２Ｃに示すように、コイル１２を挟んで対角に位置するスイッチング素子３８，２６（のトランジスタ３８Ａ，２６Ａ）をオンさせると、コイル１２の両端には負の向きにバッテリ７２の電圧が印加される。一方、図２Ｂに示すように、低電位側のスイッチング素子２６，４０（のトランジスタ２４Ａ，４０Ａ）をオンさせた場合、及び、図２Ｄに示すように、高電位側のスイッチング素子２４，３８（のトランジスタ２４Ａ，３８Ａ）をオンさせた場合には、コイル１２の両端には電圧は印加されない。これらの状態を繰り返すことで、コイル１２には交流電圧が印加され、同様にコイル１４，１６にも交流電圧が印加される。

第１実施形態において、制御部６０は、機能的には、図３に示す微分演算部６０Ａ、速度制御部６０Ｂ、電流指令生成部６０Ｃ、座標変換部６０Ｄ、電流制御部６０Ｅ、座標変換部６０Ｆ及びゲート信号生成部６０Ｇ，６０Ｈを含んでいる。

具体的には、微分演算部６０Ａは、回転角センサによって検出されたモータジェネレータ１０の出力軸の回転電気角θを時間で微分し、角速度ωを出力する。速度制御部６０Ｂは、微分演算部６０Ａから出力された角速度ωを、外部から入力されたモータジェネレータ１０の駆動指令値である角速度指令値ω*と比較し、比較結果に応じてトルク指令値ｔｒｑ*を生成して出力する。電流指令生成部６０Ｃは、速度制御部６０Ｂより出力されたトルク指令値ｔｒｑ*から、ｄ相及びｑ相の電流指令値ｉｄ*，ｉｑ*を生成して出力する。

また座標変換部６０Ｄは、モータジェネレータ１０の回転電気角θに基づいて、電流検出部５８によって検出されたモータジェネレータ１０の相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを、ｄ相及びｑ相の電流ｉｄ，ｉｑへ変換して出力する。電流制御部６０Ｅは、座標変換部６０Ｄから出力されたｄ相及びｑ相の電流ｉｄ，ｉｑを、電流指令生成部６０Ｃから出力されたｄ相及びｑ相の電流指令値ｉｄ*，ｉｑ*と比較し、比較結果に応じてｄ相及びｑ相の出力電圧ｖｄ，ｖｑを生成して出力する。座標変換部６０Ｆは、モータジェネレータ１０の回転電気角θに基づいて、電流制御部６０Ｅから出力されたｄ相及びｑ相の出力電圧ｖｄ，ｖｑを、ｕ相、ｖ相及びｗ相の出力電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗへ変換して出力する。

ゲート信号生成部６０Ｇは、座標変換部６０Ｆから出力されたｕ相、ｖ相及びｗ相の出力電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗに基づいて、第１インバータ部２２のスイッチング素子２４～３４のオンオフを制御する第１ゲート信号を生成する。本実施形態では、第１ゲート信号として、モータジェネレータ１０の電気基本周波数よりも高いスイッチング周波数でパルス幅変調（ＰＷＭ）によりスイッチング素子２４～３４をオンオフさせるＰＷＭ信号を生成する。本実施形態に係るＰＷＭ信号は、例えば図５Ａに示すように電気基本周波数の半周期毎に極性を反転させた搬送波と変調波とを比較するか、例えば図５Ｂに示すように電気基本周波数の半周期毎に極性を反転させた変調波と搬送波とを比較した結果に基づいて生成できる。或いは、空間ベクトル変調によって生成してもよい。

ゲート信号生成部６０Ｈは、座標変換部６０Ｆから出力されたｕ相、ｖ相及びｗ相の出力電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗに基づいて、第２インバータ部３６のスイッチング素子３８～４８のオンオフを制御する第２ゲート信号を生成する。本実施形態では、第２ゲート信号として、モータジェネレータ１０の電気基本周波数をスイッチング周波数としてスイッチング素子３８～４８をオンオフさせるゲート信号を生成する。なお、スイッチング素子３８～４８をオンオフさせるスイッチング周波数は、スイッチング素子２４～３４をオンオフさせるスイッチング周波数よりも低ければよく、モータジェネレータ１０の電気基本周波数よりも高くてもよい。

ゲート信号生成部６０Ｇによって生成された第１ゲート信号は第１インバータ部２２のスイッチング素子２４～３４のトランジスタ２４Ａ～３４Ａのゲートに供給され、第１インバータ部２２のスイッチング素子２４～３４のオンオフが制御される。また、ゲート信号生成部６０Ｇによって生成された第２ゲート信号は第２インバータ部３６のスイッチング素子３８～４８のトランジスタ３８Ａ～４８Ａのゲートに供給され、第２インバータ部３６のスイッチング素子２４～３４のオンオフが制御される。これにより、各相のコイル１２～１６に電圧が印加されることで、モータジェネレータ１０が駆動される。

インバータ部２２，３６の駆動波形、モータジェネレータ１０のコイル（ここではＵ相コイル１２）への印加電圧波形及び相電流波形を図４に示す。なお、図４を含む、駆動波形を示す各図においては、デッドタイムは考慮していない。

上述したように、第１実施形態では、第１インバータ部２２が、複数相のコイル１２，１４，１６を含むモータジェネレータ１０の各相に対応して、第１高電位点Ｈ１と対応するコイルの一端との間と、対応するコイルの一端と第１低電位点Ｌ１との間と、を各々開閉可能な複数のスイッチング素子２４～３４を各々備えている。また、第２インバータ部３６は、モータジェネレータ１０の各相に対応して、第１インバータ部２２のスイッチング素子２４～３４よりもオン抵抗が各々小さく、第２高電位点Ｈ２と対応するコイルの他端との間と、対応するコイルの他端と第２低電位点Ｌ２との間と、を各々開閉可能な複数のスイッチング素子３８～４８を各々備えている。そして、制御部６０は、第１インバータ部２２のスイッチング素子２４～３４をモータジェネレータ１０の電気基本周波数よりも高いスイッチング周波数でオンオフさせると共に、第２インバータ部３６のスイッチング素子３８～４８を第１インバータ部２２のスイッチング素子２４～３４よりも低いスイッチング周波数でオンオフさせる。

このように、高周波のスイッチングは第１インバータ部２２で行い、第２インバータ部３６では低周波のスイッチングを行うため、第２インバータ部３６のスイッチング素子３８～４８として、第１インバータ部２２のスイッチング素子２４～３４よりもオン抵抗が小さいスイッチング素子を用いることができる。これにより、インバータ部２２，３６におけるスイッチング損失の増加を抑制しつつ、導通損失を低減することができるので、モータジェネレータ１０を電動車両の駆動源として用いた態様において、電動車両の電費を向上させることができる。また、第２インバータ部３６の発熱量が小さくなるため、インバータ部２２，３６を冷却する冷却装置を簡素化することができ、駆動装置２０の体格を小型化することができる。

また、第１実施形態では、第１インバータ部２２は、第１高電位点Ｈ１が第１直流電源部７０の正極に接続され、第１低電位点Ｌ１が第１直流電源部７０の負極に接続されており、第１高電位点Ｈ１と第２高電位点Ｈ２とが高電位側接続線５０によって接続されている。また、第１低電位点Ｌ１と第２低電位点Ｌ２とが低電位側接続線５２によって接続されており、第１インバータ部２２及び第２インバータ部３６は共通の第１直流電源部７０に接続されている（図１参照）。これにより、後述するように高電位側接続線５０の途中及び低電位側接続線５２の途中の少なくとも一方にスイッチング素子が設けられた構成や、インバータ部２２，３６が別の電源部に接続された構成と比較して、インバータ部２２，３６に直流電圧を供給することを簡易な構成で実現できる。

また、第１実施形態では、第１インバータ部２２のスイッチング素子２４～３４をＰＷＭ制御によりオンオフさせ、第２インバータ部３６のスイッチング素子３８～４８をモータジェネレータ１０の電気基本周波数でオンオフさせる。これにより、第２インバータ部３６のスイッチング素子３８～４８のスイッチング周波数が最小となることで、オン抵抗がより小さいスイッチング素子を用いることができる。また、第２インバータ部３６のスイッチング素子３８～４８のスイッチング周波数を最小にしても、第１インバータ部２２のスイッチング素子２４～３４にＰＷＭ信号を供給してオンオフさせることで、モータジェネレータ１０を適正に駆動することができる。

また、第１実施形態では、第１インバータ部２２のスイッチング素子２４～３４に供給するＰＷＭ信号を、当該ＰＷＭ信号の生成のために比較する搬送波と変調波の一方を、モータジェネレータ１０の電気基本周波数の半周期毎に反転させ、反転後の搬送波と変調波とを比較した結果に基づいて生成する。これにより、第２インバータ部３６のスイッチング素子３８～４８をモータジェネレータ１０の電気基本周波数でオンオフさせる場合にも、モータジェネレータ１０を適正に駆動できるＰＷＭ信号を生成することができる。

なお、第１実施形態では、前述のように第１高電位点Ｈ１と第２高電位点Ｈ２とが高電位側接続線５０を介して接続され、第１低電位点Ｌ１と第２低電位点Ｌ２とが低電位側接続線５２を介して接続されている。また、第１インバータ部２２及び第２インバータ部３６が共通の第１直流電源部７０に接続され、モータジェネレータ１０の各相のコイルに対し、各相毎に独立してＨブリッジ型にスイッチング素子が接続された構成となっている。これにより、モータジェネレータ１０の各相に流す電流を各相毎に独立して制御することができるので、一例として図６に示すように、モータジェネレータ１０の各相の電流の和がゼロではない不平衡電流を流すことが可能となる。そして、モータジェネレータ１０の各相のコイルに不平衡電流を流した場合には、スイッチング素子を流れる電流の最大値を増加させることなくモータジェネレータ１０の最大トルクを向上させることができる。

〔第２実施形態〕
次に本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。

図７に示すように、第２実施形態では、高電位側接続線５０の途中に高電位側接続線５０を開閉する高電位側接続線スイッチング素子５４が設けられ、低電位側接続線５２の途中に低電位側接続線５２を開閉する低電位側接続線スイッチング素子５６が設けられている。接続線スイッチング素子５４，５６は、第１インバータ部２２のスイッチング素子２４～３４よりも、オン抵抗（導通損失）の小さいスイッチング素子を用いている。接続線スイッチング素子５４，５６は第３スイッチング素子の一例である。接続線スイッチング素子５４，５６は制御部６０に接続されており、制御部６０によってオンオフが制御される。

第２実施形態において、制御部６０は、図１０に示すように、モータジェネレータ１０の低～中速回転域において、接続線スイッチング素子５４，５６を各々オフさせる（接続線開領域）。また、制御部６０は、接続線開領域よりも高回転側の動作領域を、接続線スイッチング素子５４，５６を各々オンさせる（接続線閉領域）。接続線閉領域における動作は、第１実施形態で図２Ａ～図２Ｄを用いて説明した通りである。

図８は接続線開領域における動作の一例を示しており、制御部６０は接続線スイッチング素子５４，５６を各々オフさせる。また、制御部６０は、第２インバータ部３６の高電位側のスイッチング素子３８，４２，４６を各々オフさせ、低電位側のスイッチング素子４０，４４，４８を各々オンさせる（第１のオンオフ状態）ことで、第２インバータ部３６をモータジェネレータ１０の各コイル１２～１６の中性点として動作させる。接続線開領域におけるインバータ部２２，３６の駆動波形、モータジェネレータ１０のコイルへの印加電圧波形及び相電流波形を図９に示す。

なお、第２インバータ部３６をモータジェネレータ１０の各コイル１２～１６の中性点として動作させることは、第２インバータ部３６の高電位側のスイッチング素子３８，４２，４６を各々オンさせ、低電位側のスイッチング素子４０，４４，４８を各々オフさせる（第２のオンオフ状態）ことでも実現できる。また、例えばスイッチング素子３８，４２，４６とスイッチング素子４０，４４，４８の熱的状況に応じて、第１のオンオフ状態と第２のオンオフ状態を適宜入れ替えるようにしてもよいし、第２インバータ部３６の全てのスイッチング素子３８～４８を各々オンさせてもよい。

また、接続線スイッチング素子は接続線５０，５２の両方に設けることに限られるものではなく、例として図１１に示すように、低電位側接続線スイッチング素子５６を省略し、高電位側接続線５０にのみ高電位側接続線スイッチング素子５４を設けてもよい。この場合、第２インバータ部３６をモータジェネレータ１０の各コイル１２～１６の中性点として動作させることは、第２インバータ部３６のスイッチング素子３８～４８を前記第２のオンオフ状態とすることで実現できる。また、図示は省略するが、高電位側接続線スイッチング素子５４を省略し、低電位側接続線５２にのみ低電位側接続線スイッチング素子５６を設けてもよい。この場合、第２インバータ部３６をモータジェネレータ１０の各コイル１２～１６の中性点として動作させることは、第２インバータ部３６のスイッチング素子３８～４８を前記第１のオンオフ状態とすることで実現できる。

このように、第２実施形態では、第１インバータ部２２の第１高電位点Ｈ１が第１直流電源部７０の正極に接続され、第１低電位点Ｌ１が第１直流電源部７０の負極に接続されている。また、第１高電位点Ｈ１と第２高電位点Ｈ２とを接続する高電位側接続線５０と、第１低電位点Ｌ１と第２低電位点Ｌ２とを接続する低電位側接続線５２と、が設けられている。また、高電位側接続線５０の途中及び低電位側接続線５２の途中の少なくとも一方に接続線スイッチング素子５４，５６が設けられ、制御部６０は接続線スイッチング素子５４，５６のオンオフを制御する。これにより、接続線スイッチング素子５４，５６のオンオフを切替えることで、モータジェネレータ１０をスター結線駆動により駆動するかオープン結線駆動により駆動するかを切替えることが可能となる。なお、オープン結線は、オープン巻線（open-end winding）等と呼称されることもある。

また、第２実施形態では、制御部６０は、接続線スイッチング素子５４，５６をオフさせているときは第２インバータ部３６をモータジェネレータ１０の各コイル１２～１６の中性点として動作させる。この場合、モータジェネレータ１０がスター結線駆動により駆動される。スター結線駆動は、電源電圧が複数の相巻線で分圧されるため、オープン結線駆動と比較して、モータジェネレータ１０の各コイル１２～１６への印加電圧の振幅が小さくなり、各コイル１２～１６に流れる電流のリップルが低減する。これにより、接続線スイッチング素子５４，５６をオフさせる駆動領域、すなわちモータジェネレータ１０の低～中速回転域において、モータジェネレータ１０の各コイル１２～１６を流れる電流に含まれる高調波成分を低減することができ、モータジェネレータ１０の鉄損を低減することができる。従って、モータジェネレータ１０を電動車両の駆動源として用いる態様において、電動車両で多用される低～中速度域における電費を向上させることができる。

また、第２実施形態では、制御部６０は、接続線スイッチング素子５４，５６をオンさせているときは、第１インバータ部２２のスイッチング素子２４～３４をＰＷＭ制御によりオンオフさせ、第２インバータ部３６のスイッチング素子３８～４８をモータジェネレータ１０の電気基本周波数でオンオフさせる。この場合、モータジェネレータ１０がオープン結線駆動により駆動される。オープン結線駆動は、スター結線駆動と比較してモータジェネレータ１０の各コイル１２～１６への印加電圧の振幅を大きくすることができる。これにより、接続線スイッチング素子５４，５６をオンさせる駆動領域、すなわちモータジェネレータ１０の高速回転域における、モータジェネレータ１０のトルクを向上させることができる。

また、第２実施形態では、接続線スイッチング素子５４，５６は、第１インバータ部２２のスイッチング素子２４～３４よりもオン抵抗が小さい。これにより、接続線スイッチング素子５４，５６をオンさせてオープン結線駆動を行う際の導通損失を低減することができる。また、接続線スイッチング素子は接続線５０，５２の何れか一方に設けた場合には、接続線スイッチング素子をオンさせてオープン結線駆動を行う際の導通損失を一層低減することができる。

〔第３実施形態〕
次に本発明の第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態及び第２実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。

図１２に示すように、第３実施形態では高電位側接続線５０及び低電位側接続線５２が省略されている。また、第２インバータ部３６の第２高電位点Ｈ２は第２直流電源部７８のバッテリ８０の正極に接続され、第２インバータ部３６の第２低電位点Ｌ２はバッテリ８０の負極に接続されている。第２直流電源部７８は、第２インバータ部３６とバッテリ８０との間に接続された平滑用のコンデンサ８２を含んでいる。コンデンサ８２の両端の直流電圧Ｖdc2は電圧検出部８４によって検出される。なお、第２直流電源部７８の直流電圧Ｖdc2は、第１直流電源部７０の直流電圧Ｖdc1と等しくてもよいし、相違していてもよい。

第３実施形態において、制御部６０は、図１５に示すように、モータジェネレータ１０の低～中速回転域に相当する、変調率αが所定値未満の領域において、第１直流電源部７０の直流電圧のみによりモータジェネレータ１０を駆動する（１電源駆動領域）。また、制御部６０は、モータジェネレータ１０の高速回転域に相当する、変調率αが所定値以上の領域において、第１直流電源部７０及び第２直流電源部７８の直流電圧によりモータジェネレータ１０を駆動する（２電源駆動領域）。

なお、変調率αは次の（１）式で表される。
変調率α＝（相巻線電圧の基本波成分振幅）
÷(第１直流電源部の直流電圧Ｖdc1／２) …（１）
また、１電源駆動領域と２電源駆動領域の境界を規定する所定値としては、例えば１～４／πの範囲内の値を適用することができる。

図１３は１電源駆動領域における動作の一例を示しており、制御部６０は、第２インバータ部３６の高電位側のスイッチング素子３８，４２，４６を各々オフさせ、低電位側のスイッチング素子４０，４４，４８を各々オンさせる（第１のオンオフ状態）。これにより、第２インバータ部３６をモータジェネレータ１０の各コイル１２～１６の中性点として動作し、第１直流電源部７０の直流電圧がモータジェネレータ１０の各コイル１２～１６に印加される。

なお、第２インバータ部３６をモータジェネレータ１０の各コイル１２～１６の中性点として動作させることは、第２インバータ部３６の高電位側のスイッチング素子３８，４２，４６を各々オンさせ、低電位側のスイッチング素子４０，４４，４８を各々オフさせる（第２のオンオフ状態）ことでも実現できる。また、例えばスイッチング素子３８，４２，４６とスイッチング素子４０，４４，４８の熱的状況に応じて、第１のオンオフ状態と第２のオンオフ状態を適宜入れ替えるようにしてもよい。

一方、２電源駆動領域において、制御部６０は、第１インバータ部２２のスイッチング素子２４～３４をＰＷＭ制御によりオンオフさせ、第２インバータ部３６のスイッチング素子３８～４８をモータジェネレータ１０の電気基本周波数でオンオフさせることで、第１直流電源部７０の直流電圧と第２直流電源部７８の直流電圧をモータジェネレータ１０のコイルに直列に印加する。２電源駆動領域におけるインバータ部２２，３６の駆動波形、モータジェネレータ１０のコイルへの印加電圧波形及び相電流波形を図１４に示す。

このように、第３実施形態では、第１インバータ部２２は、第１高電位点Ｈ１が第１直流電源部７０の正極に接続され、第１低電位点Ｌ１が第１直流電源部７０の負極に接続されている。また、第２インバータ部３６は、第２高電位点Ｈ２が第２直流電源部７８の正極に接続され、第２低電位点Ｌ２が第２直流電源部７８の負極に接続されている。これにより、第１インバータ部２２と第２インバータ部３６とが、高電位側接続線５０及び低電位側接続線５２を介して接続されて直流電位を共有する構成（図１，図７）と比較して、零相電流の循環経路（接続線５０，５２）がないため、零相電流が流れることで損失が増大したり騒音が悪化することを回避することができる。

また、第３実施形態では、制御部６０は、モータジェネレータ１０の相巻線電圧の基本波成分振幅と第１直流電源部７０の直流電圧Ｖdc1とから求まる変調率αが所定値未満の場合に、第２インバータ部３６をモータジェネレータ１０の各コイル１２～１６の中性点として動作させる。これにより、モータジェネレータ１０の各コイル１２～１６には第１直流電源部７０の電圧しか印加されないため、モータジェネレータ１０の各コイル１２～１６への印加電圧の振幅が小さくなり、各コイル１２～１６に流れる電流のリップルが低減する。これにより、１電源駆動領域、すなわちモータジェネレータ１０の低～中速回転域において、モータジェネレータ１０の各コイル１２～１６を流れる電流に含まれる高調波成分を低減することができ、モータジェネレータ１０の鉄損を低減することができる。従って、モータジェネレータ１０を電動車両の駆動源として用いる態様において、電動車両で多用される低～中速度域における電費を向上させることができる。

また、第３実施形態では、制御部６０は、モータジェネレータ１０の相巻線電圧の基本波成分振幅と第１直流電源部７０の直流電圧Ｖdc1とから求まる変調率αが所定値以上の場合に、第１インバータ部２２のスイッチング素子２４～３４をＰＷＭ制御によりオンオフさせ、第２インバータ部３６のスイッチング素子３８～４８をモータジェネレータ１０のの電気基本周波数でオンオフさせる。これにより、２電源駆動領域、すなわちモータジェネレータ１０の高速回転域において、モータジェネレータ１０の各コイル１２～１６への印加電圧の振幅を大きくすることができ、モータジェネレータ１０のトルクを向上させることができる。

なお、上述した実施形態では、第２インバータ部３６の方が第１インバータ部２２よりも損失が小さくなるので、インバータ部の冷却に関しては、第２インバータ部３６の冷却を簡素化し、第１インバータ部２２を第２インバータ部３６よりも冷却できる構成にすることが望ましい。例えば、第１インバータ部２２の冷媒流路と第２インバータ部３６の冷媒流路とが直列に接続される場合には、第１インバータ部２２の冷媒流路を第２インバータ部３６の冷媒流路よりも冷媒の流通方向の上流側に配置する方が望ましい。また、例えば、第１インバータ部２２の冷媒流路と第２インバータ部３６の冷媒流路とが並列に接続される場合には、第１インバータ部２２の冷媒流路の流路抵抗を第２インバータ部３６の冷媒流路の流路抵抗よりも小さくする。何れにせよ、インバータのスイッチング素子と冷媒流路を流れる冷媒との間の熱伝達率は、第２インバータ部３６の方が第１インバータ部２２よりも小さくて構わない。

また、回転電機の相数は、三相以外の相数でもよい。また、回転電機の種類は同期機であっても誘導機であってもよい。

１０ 回転電機、１２，１４，１６ 巻線、２０ 駆動装置、２２ 第１インバータ部、２４，２６，２８，３０，３２，３４ スイッチング素子、 第２インバータ部、３８，４０，４２，４４，４６，４８ スイッチング素子、５０ 第１接続線、５２ 第２接続線、５４ 高電位側接続線スイッチング素子、５６ 低電位側接続線スイッチング素子、６０ 制御部、７０ 第１直流電源部、７８ 第２直流電源部

Claims (11)

1. 複数相の巻線（１２，１４，１６）を含む回転電機（１０）の各相に対応して、第１高電位点（Ｈ１）と対応する巻線の一端との間、及び、対応する巻線の一端と第１低電位点（Ｌ１）との間を各々開閉可能な複数の第１スイッチング素子（２４，２６，２８，３０，３２，３４）を各々備えた第１インバータ部（２２）と、
   前記回転電機の各相に対応して、前記複数の第１スイッチング素子の各々のオン抵抗よりもオン抵抗が各々小さく、第２高電位点（Ｈ２）と対応する巻線の他端との間、及び、対応する巻線の他端と第２低電位点（Ｌ２）との間を各々開閉可能な複数の第２スイッチング素子（３８，４０，４２，４４，４６，４８）を各々備えた第２インバータ部（３６）と、
   前記複数の第１スイッチング素子の各々を前記回転電機の電気基本周波数よりも高いスイッチング周波数でオンオフさせると共に、前記複数の第２スイッチング素子の各々を前記第１スイッチング素子のスイッチング周波数よりも低いスイッチング周波数でオンオフさせる制御部（６０）と、
   を含む回転電機の駆動装置（２０）。
2. 前記第１インバータ部は、前記第１高電位点が第１直流電源部（７０）の正極に接続され、前記第１低電位点が前記第１直流電源部の負極に接続されており、
   前記第１高電位点と前記第２高電位点とを接続する第１接続線（５０）と、
   前記第１低電位点と前記第２低電位点とを接続する第２接続線（５２）と、
   を更に含む請求項１記載の回転電機の駆動装置。
3. 前記第１インバータ部は、前記第１高電位点が第１直流電源部の正極に接続され、前記第１低電位点が前記第１直流電源部の負極に接続されており、
   前記第１高電位点と前記第２高電位点とを接続する第１接続線と、
   前記第１低電位点と前記第２低電位点とを接続する第２接続線と、
   前記第１接続線の途中及び前記第２接続線の途中の少なくとも一方に設けられた第３スイッチング素子（５４，５６）と、
   を更に含み、
   前記制御部は前記第３スイッチング素子のオンオフを制御する請求項１記載の回転電機の駆動装置。
4. 前記第１インバータ部は、前記第１高電位点が第１直流電源部の正極に接続され、前記第１低電位点が前記第１直流電源部の負極に接続されており、
   前記第２インバータ部は、前記第２高電位点が第２直流電源部（７８）の正極に接続され、前記第２低電位点が前記第２直流電源部の負極に接続されている請求項１記載の回転電機の駆動装置。
5. 前記制御部は、複数の前記第１スイッチング素子の各々をＰＷＭ制御によりオンオフさせ、複数の前記第２スイッチング素子の各々を前記回転電機の電気基本周波数でオンオフさせる請求項２記載の回転電機の駆動装置。
6. 前記制御部は、前記第３スイッチング素子をオフさせているときは前記第２インバータ部を前記回転電機の巻線の中性点として動作させる請求項３記載の回転電機の駆動装置。
7. 前記制御部は、前記第３スイッチング素子をオンさせているときは、複数の前記第１スイッチング素子の各々をＰＷＭ制御によりオンオフさせ、複数の前記第２スイッチング素子の各々を前記回転電機の電気基本周波数でオンオフさせる請求項３又は請求項６記載の回転電機の駆動装置。
8. 前記第３スイッチング素子は、前記第１スイッチング素子よりもオン抵抗が小さい請求項３、請求項６及び請求項７の何れか１項記載の回転電機の駆動装置。
9. 前記制御部は、前記回転電機の相巻線電圧の基本波成分振幅と前記第１直流電源部の直流電圧とから求まる変調率αが所定値未満の場合に、前記第２インバータ部を前記回転電機の巻線の中性点として動作させる請求項４記載の回転電機の駆動装置。
10. 前記制御部は、前記回転電機の相巻線電圧の基本波成分振幅と前記第１直流電源部の直流電圧とから求まる変調率αが所定値以上の場合に、複数の前記第１スイッチング素子の各々をＰＷＭ制御によりオンオフさせ、複数の前記第２スイッチング素子の各々を前記回転電機の電気基本周波数でオンオフさせる請求項４又は請求項９記載の回転電機の駆動装置。
11. 前記制御部は、複数の前記第１スイッチング素子の各々をＰＷＭ制御によりオンオフさせるために複数の前記第１スイッチング素子に供給するＰＷＭ信号を、搬送波及び変調波の何れか一方の極性を前記回転電機の電気基本周波数の半周期毎に反転させ、前記搬送波と前記変調波とを比較した結果に基づいて生成する請求項５、請求項７及び請求項１０の何れか１項記載の回転電機の駆動装置。

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