JP2016063702A - 交流電動機駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】充電専用の回路部品が不要であって小型化が可能な交流電動機駆動システムを提供する。【解決手段】巻線を有する交流電動機１１と、巻線の一端と接続される第１のスイッチＧ１１〜Ｇ１６を有する第１のインバータ１２と、巻線の他端と接続される第２のスイッチＧ２１〜Ｇ２６を有する第２のインバータ１３と、第１のスイッチと接続される第１のバッテリ１４と、第２のスイッチと接続される第２のバッテリ１５と、第１のバッテリの負極端子および第２のバッテリの負極端子と単相交流電源１７とを接続するコネクタ１６と、第１のスイッチ、および第２のスイッチを制御する制御部３１と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、交流電動機を用いてバッテリを充電するシステムに関するものである。

例えば電気自動車やプラグインハイブリッド自動車等の車両では、電動機（モータ）によって生成される駆動力が車軸に伝達される。このような車両において、電動機としては一般にトルクや回転数等を細かく制御可能な交流電動機が用いられる。そして、交流電動機を駆動する交流電動機駆動システムの中には、専用の充電器を用いることなくバッテリ等への充電を可能にするものがある。

特許文献１は、中性点を有する交流電動機を駆動する交流電動機駆動システムにおいてバッテリへ充電する技術を開示する。特許文献１の交流電動機駆動システムは、バッテリの充電時にオンとなり中性点と接続されるスイッチ等を付加することによって、専用の充電器を用いずに、例えば単相のＡＣ１００Ｖ等の交流電源（商用電源）からバッテリへの充電を可能にする。

特開２０１２−１３５１４１号公報

しかし、特許文献１の交流電動機駆動システムは、中性点を有する交流電動機にしか適用できないとの制限がある。また、特許文献１の交流電動機駆動システムは、中性点と接続されるスイッチをはじめとして、バッテリの充電のための専用の回路部品を多く必要とし、システムの規模が大きくなる可能性がある。そのため、専用の充電器が不要であって、できるだけ充電専用の回路部品を必要としない交流電動機駆動システムが求められている。

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、充電専用の回路部品が不要であって小型化が可能な交流電動機駆動システムを提供することにある。

前記課題を解決するために本発明に係る交流電動機駆動システムは、巻線を有する交流電動機と、前記巻線の一端と接続される第１のスイッチを有する第１のインバータと、前記巻線の他端と接続される第２のスイッチを有する第２のインバータと、前記第１のスイッチと接続される第１のバッテリと、前記第２のスイッチと接続される第２のバッテリと、前記第１のバッテリの負極端子および前記第２のバッテリの負極端子と単相交流電源とを接続するコネクタと、前記第１のスイッチ、および前記第２のスイッチを制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

また、前記課題を解決するために本発明に係る交流電動機駆動システムは、巻線を有する交流電動機と、前記巻線の一端と接続される第１のスイッチを有する第１のインバータと、前記巻線の他端と接続される第２のスイッチを有する第２のインバータと、前記第１のスイッチ、および前記第２のスイッチと接続される第１のバッテリと、前記巻線の一端とカソードが接続される第１のダイオードと、前記巻線の他端とカソードが接続される第２のダイオードと、前記第１のダイオードのアノードと、第１のノードにおいてカソードが接続される第３のダイオードと、前記第２のダイオードのアノードと、第２のノードにおいてカソードが接続される第４のダイオードと、前記第１のノードおよび前記第２のノードと単相交流電源とを接続するコネクタと、前記第１のスイッチ、および前記第２のスイッチを制御する制御部と、を備え、前記第３のダイオードのアノードと、前記第４のダイオードのアノードと、が前記第１のバッテリの負極端子と接続されることを特徴とする。

また、好ましくは、前記制御部は、前記コネクタによって前記単相交流電源と接続されている場合に、前記単相交流電源からの交流電圧の向きに応じて、前記第１のスイッチまたは前記第２のスイッチの一方をオフとし、他方について部分的にオンとすることによって、少なくとも前記第１のバッテリを充電する。

また、好ましくは、前記交流電動機は、互いに電気的に分離された複数の前記巻線を有し、前記制御部は、前記コネクタによって前記単相交流電源と接続されている場合に、複数の前記巻線を流れる電流の位相および電流値が同じになるように、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチを制御する。

本発明に係る交流電動機駆動システムによれば、充電専用の回路部品が不要であって小型化が可能である。

第１の実施形態に係る交流電動機駆動システムの概略構成を示す図である。 第１の実施形態に係る交流電動機駆動システムにおける第２のバッテリの充電について説明する図である。 第１の実施形態に係る交流電動機駆動システムにおける第１のバッテリの充電について説明する図である。 図４（ａ）〜図４（ｄ）はバッテリを充電する際の電圧、電流を示す図である。 第２の実施形態に係る交流電動機駆動システムの概略構成を示す図である。 比較例の交流電動機駆動システムの構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る交流電動機駆動システム１の概略構成を示す図である。本実施形態に係る交流電動機駆動システム１は、交流電動機１１と、第１のインバータ１２と、第２のインバータ１３と、第１のバッテリ１４と、第２のバッテリ１５と、コネクタ１６と、制御部３１と、を備える。

交流電動機１１は巻線（コイル）を有するモータである。本実施形態において、交流電動機１１は、互いに電気的に分離された複数の巻線を有するモータ、すなわち中性点が分離された多相のオープン巻線モータである。図１の例では、交流電動機１１は３つの巻線を有する３相のモータであるが、３相に限られるものではなく、例えば５相であってもよい。

第１のインバータ１２は、巻線の一端と接続される複数の第１のスイッチＧ１１〜Ｇ１６と、コンデンサＣ１と、を有する。本実施形態において、第１のスイッチＧ１１〜Ｇ１６はＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）であるが、ＩＧＢＴに限られるものではなく、例えば単体のスイッチング素子とダイオードとを組み合わせた回路で構成されてもよい。コンデンサＣ１は平滑コンデンサであって、第１のバッテリ１４と並列に設けられている。本実施形態において、コンデンサＣ１は電解コンデンサであるが、他の種類のコンデンサであってもよい。また、本実施形態において、第１のインバータ１２（および第２のインバータ１３）は電圧型ＰＷＭインバータであるが、これに限定されるものではない。

図１に示されるように、第１のスイッチＧ１１〜Ｇ１６のうち、第１のスイッチＧ１１，Ｇ１３，Ｇ１５が第１のバッテリ１４の正極端子側（高電位側）のノードに接続される。以下、第１のスイッチＧ１１，Ｇ１３，Ｇ１５を「正極側の第１のスイッチ」とも呼ぶ。また、第１のスイッチＧ１１〜Ｇ１６のうち、第１のスイッチＧ１２，Ｇ１４，Ｇ１６が第１のバッテリ１４の負極端子側（低電位側）のノードに接続される。以下、第１のスイッチＧ１２，Ｇ１４，Ｇ１６を「負極側の第１のスイッチ」とも呼ぶ。そして、図１に示されるように、正極側の第１のスイッチＧ１１，Ｇ１３，Ｇ１５は、それぞれ負極側の第１のスイッチＧ１２，Ｇ１４，Ｇ１６と、それぞれノードｕ１，ｖ１，ｗ１で直列に接続される。また、ノードｕ１，ｖ１，ｗ１は、図１に示されるように、それぞれ交流電動機１１の３つの巻線の一端と接続される。なお、本実施形態の交流電動機駆動システム１は、ノードｕ１，ｖ１，ｗ１のそれぞれの電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを検出して、検出値を制御部３１に出力する電流センサ３２を備える。

第２のインバータ１３は、第１のインバータ１２と同じ構成要素を有し、交流電動機１１を挟んで第１のインバータ１２と対称的に設けられている。第２のインバータ１３は、複数の第２のスイッチＧ２１〜Ｇ２６と、コンデンサＣ２と、を有する。第２のスイッチＧ２１〜Ｇ２６は、交流電動機１１の複数の巻線の他端（第１のスイッチＧ１１〜Ｇ１６と接続されていない側）と接続される。図１に示されるように、第２のスイッチＧ２１〜Ｇ２６はそれぞれ第１のスイッチＧ１１〜Ｇ１６に対応し、コンデンサＣ２はコンデンサＣ１に対応するので、これらの詳細な説明は省略する。

図１に示されるように、第２のスイッチＧ２１〜Ｇ２６のうち、第２のスイッチＧ２１，Ｇ２３，Ｇ２５が第２のバッテリ１５の正極端子側のノードに接続される。以下、第２のスイッチＧ２１，Ｇ２３，Ｇ２５を「正極側の第２のスイッチ」とも呼ぶ。また、第２のスイッチＧ２１〜Ｇ２６のうち、第２のスイッチＧ２２，Ｇ２４，Ｇ２６が第２のバッテリ１５の負極端子側のノードに接続される。以下、第２のスイッチＧ２２，Ｇ２４，Ｇ２６を「負極側の第２のスイッチ」とも呼ぶ。そして、図１に示されるように、正極側の第２のスイッチＧ２１，Ｇ２３，Ｇ２５は、それぞれ負極側の第２のスイッチＧ２２，Ｇ２４，Ｇ２６と、それぞれノードｕ２，ｖ２，ｗ２で直列に接続される。また、ノードｕ２，ｖ２，ｗ２は、図１に示されるように、それぞれ交流電動機１１の３つの巻線の他端と接続される。なお、電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを検出して、検出値を制御部３１に出力する電流センサ３２は、ノードｕ１，ｖ１，ｗ１に代えてノードｕ２，ｖ２，ｗ２に設けられていてもよい。

第１のバッテリ１４は二次電池であり、例えば鉛蓄電池、リチウムイオン電池等であってもよい。第１のバッテリ１４は複数の第１のスイッチＧ１１〜Ｇ１６と接続される。上記のように、第１のバッテリ１４の正極端子は、正極側の第１のスイッチＧ１１，Ｇ１３，Ｇ１５およびコンデンサＣ１の一端と接続される。また、第１のバッテリ１４の負極端子は、負極側の第１のスイッチＧ１２，Ｇ１４，Ｇ１６およびコンデンサＣ１の他端と接続される。

第２のバッテリ１５は二次電池である。本実施形態において、第２のバッテリ１５の種類や容量は第１のバッテリ１４と同じであるが、異なっていてもよい。第２のバッテリ１５は、複数の第２のスイッチＧ２１〜Ｇ２６と接続される。上記のように、第２のバッテリ１５の正極端子は、正極側の第２のスイッチＧ２１，Ｇ２３，Ｇ２５およびコンデンサＣ２の一端と接続される。また、第２のバッテリ１５の負極端子は、負極側の第２のスイッチＧ２２，Ｇ２４，Ｇ２６およびコンデンサＣ２の他端と接続される。

単相交流電源１７は第１のバッテリ１４および第２のバッテリ１５の充電に用いられる単相の交流電源である。単相交流電源１７は、本実施形態ではＡＣ１００Ｖの商用電源であるが、これに限定されず、例えば２００Ｖの交流電源等であってもよい。単相交流電源１７は、第１のバッテリ１４の負極端子および第２のバッテリ１５の負極端子にコネクタ１６を介して接続される。コネクタ１６は、単相交流電源１７と第１のバッテリ１４の負極端子および第２のバッテリ１５の負極端子との電気的な切断または接続を行う。本実施形態に係る交流電動機駆動システム１において、単相交流電源１７は、第１のバッテリ１４および第２のバッテリ１５を充電する場合に、第１のバッテリ１４の負極端子および第２のバッテリ１５の負極端子と電気的に接続されるが、それ以外の場合（すなわち、交流電動機１１を駆動する場合）は、コネクタ１６によって電気的に切断される。ここで、コネクタ１６は、例えばプラグのように物理的に単相交流電源１７との接続を行うものであってもよいし、例えば制御部３１からの指示に従って単相交流電源１７の電気的な切断または接続を行うものであってもよい。

なお、本実施形態の交流電動機駆動システム１は、単相交流電源１７からの交流電圧Ｖｓを検出して、検出値を制御部３１に出力する電圧センサ３３を備える。

制御部３１は、第１のスイッチＧ１１〜Ｇ１６および第２のスイッチＧ２１〜Ｇ２６を制御して、それぞれをオンまたはオフにする。制御部３１は、コネクタ１６によって単相交流電源１７と接続されている場合に、第１のスイッチＧ１１〜Ｇ１６または第２のスイッチＧ２１〜Ｇ２６の一方について、全てのスイッチをオフにする。ここで、コネクタ１６によって単相交流電源１７と接続されている場合とは、第１のバッテリ１４および第２のバッテリ１５を充電する場合である。また、第１のスイッチＧ１１〜Ｇ１６、第２のスイッチＧ２１〜Ｇ２６のどちらをオフにするかは、単相交流電源１７からの交流電圧Ｖｓの向きに応じて決定される。第１のスイッチＧ１１〜Ｇ１６および第２のスイッチＧ２１〜Ｇ２６のうち、全てのスイッチがオフとされなかった方は、制御部３１によって部分的にオンとされる。なお、第１のバッテリ１４、第２のバッテリ１５の充電についての詳細な説明は後述する。

制御部３１は、コネクタ１６によって単相交流電源１７と接続されている場合（すなわち、第１のバッテリ１４および第２のバッテリ１５を充電する場合）に、交流電動機１１の３つ巻線を流れる電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの位相および電流値が同じになるように制御する。本実施形態において、制御部３１は、電流センサ３２からの検出値と電圧センサ３３からの検出値とに基づいて、電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの波形が交流電圧Ｖｓと同相の正弦波となるようにし、電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの電流値が同じになるように制御する。制御部３１が電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの位相および電流値を揃えるように制御することで、交流電動機駆動システム１は、第１のバッテリ１４および第２のバッテリ１５の充電時に、交流電動機１１にトルクが発生しないようにできる。

図２は、本実施形態に係る交流電動機駆動システム１で第２のバッテリ１５の充電について説明する図である。図２では交流電動機駆動システム１の構成を簡略化しており、図１の３相の交流電動機１１の１相分を抜き出した交流電動機１１Ａが示されている。第１のインバータ１２は、１相分として、正極側の第１のスイッチＧ１Ｕと負極側の第１のスイッチＧ１Ｌとを備える。また、第２のインバータ１３も、１相分として、正極側の第２のスイッチＧ２Ｕと負極側の第２のスイッチＧ２Ｌとを備える。図２に示されるように、正極側の第１のスイッチＧ１Ｕと負極側の第１のスイッチＧ１Ｌとが接続されているノードにおいて、交流電動機１１Ａの巻線の一端も接続されている。また、正極側の第２のスイッチＧ２Ｕと負極側の第２のスイッチＧ２Ｌとが接続されているノードにおいて、交流電動機１１Ａの巻線の他端も接続されている。なお、図２において、コネクタ１６、制御部３１の図示は省略している。また、図２では、図１と同じ要素には同じ符号を付しており説明を省略する。

図２において、単相交流電源１７は、コネクタ１６によって電気的に接続されており、交流電圧Ｖｓが正の向き（図１の交流電圧Ｖｓの矢印の向きに電流が流れる状態を指す）である。このとき、制御部３１は、第１のインバータ１２の第１のスイッチＧ１Ｕ，Ｇ１Ｌをともにオフにし、第２のインバータ１３の第２のスイッチＧ２Ｕ，Ｇ２Ｌをオンまたはオフにすることで、第２のバッテリ１５への充電を行う。

まず、制御部３１が負極側の第２のスイッチＧ２Ｌをオンにすると、図２の経路Ｒ１で示す向きに電流が流れる。すなわち、単相交流電源１７から、負極側の第１のスイッチＧ１Ｌ、交流電動機１１Ａ、負極側の第２のスイッチＧ２Ｌを通って、単相交流電源１７に戻るように電流が流れる。このとき、交流電動機１１Ａの巻線にエネルギーが蓄えられる。なお、図２の経路Ｒ１で示す向きに電流が流れるとき、制御部３１は正極側の第２のスイッチＧ２Ｕをオフにする。

次に、制御部３１が負極側の第２のスイッチＧ２Ｌをオフにすると、図２の経路Ｒ２で示す向きに電流が流れる。すなわち、単相交流電源１７から、負極側の第１のスイッチＧ１Ｌ、交流電動機１１Ａ、正極側の第２のスイッチＧ２Ｕ、第２のバッテリ１５を通って、単相交流電源１７に戻るように電流が流れる。このとき、交流電動機１１Ａの巻線に蓄えられたエネルギーが第２のバッテリ１５に供給されて、第２のバッテリ１５が充電される。なお、図２の経路Ｒ２で示す向きに電流が流れるとき、制御部３１は正極側の第２のスイッチＧ２Ｕをオンまたはオフにする。

図３は、本実施形態に係る交流電動機駆動システム１で第１のバッテリ１４の充電について説明する図である。なお、図２と同じ要素には同じ符号を付しており説明を省略する。

図３において、単相交流電源１７は、コネクタ１６によって電気的に接続されており、交流電圧Ｖｓが負の向き（図１の交流電圧Ｖｓの矢印の反対の向きに電流が流れる状態を指す）である。このとき、制御部３１は、第２のインバータ１３の第２のスイッチＧ２Ｕ，Ｇ２Ｌをともにオフにし、第１のインバータ１２の第１のスイッチＧ１Ｕ，Ｇ１Ｌをオンまたはオフにすることで、第１のバッテリ１４への充電を行う。

まず、制御部３１が負極側の第１のスイッチＧ１Ｌをオンにすると、図３の経路Ｒ３で示す向きに電流が流れる。すなわち、単相交流電源１７から、負極側の第２のスイッチＧ２Ｌ、交流電動機１１Ａ、負極側の第１のスイッチＧ１Ｌを通って、単相交流電源１７に戻るように電流が流れる。このとき、交流電動機１１Ａの巻線にエネルギーが蓄えられる。なお、図３の経路Ｒ３で示す向きに電流が流れるとき、制御部３１は正極側の第１のスイッチＧ１Ｕをオフにする。

次に、制御部３１が負極側の第１のスイッチＧ１Ｌをオフにすると、図３の経路Ｒ４で示す向きに電流が流れる。すなわち、単相交流電源１７から、負極側の第２のスイッチＧ２Ｌ、交流電動機１１Ａ、正極側の第１のスイッチＧ１Ｕ、第１のバッテリ１４を通って、単相交流電源１７に戻るように電流が流れる。このとき、交流電動機１１Ａの巻線に蓄えられたエネルギーが第１のバッテリ１４に供給されて、第１のバッテリ１４が充電される。なお、図３の経路Ｒ４で示す向きに電流が流れるとき、制御部３１は正極側の第１のスイッチＧ１Ｕをオンまたはオフにする。

図２および図３では１相分について説明したが、３相の交流電動機１１（図１参照）の場合にも複数に展開されるだけであり、制御部３１の制御は同じである。例えば、制御部３１が図２の負極側の第２のスイッチＧ２Ｌをオフにすることは、図１において制御部３１が負極側の第２のスイッチＧ２２，Ｇ２４，Ｇ２６の全てをオフにすることに対応する。また、例えば、制御部３１が図３の負極側の第１のスイッチＧ１Ｌをオンにすることは、図１において制御部３１が負極側の第１のスイッチＧ１２，Ｇ１４，Ｇ１６の全てをオンにすることに対応する。つまり、本実施形態に係る交流電動機駆動システム１において、制御部３１は、コネクタ１６によって単相交流電源１７と接続されている場合（すなわち、第１のバッテリ１４および第２のバッテリ１５を充電する場合）に、単相交流電源１７からの交流電圧の向きに応じて、複数の第１のスイッチＧ１１〜Ｇ１６または複数の第２のスイッチＧ２１〜Ｇ２６の一方をオフにし、他方について部分的に（つまり、正極側または負極側を）オンにする。

図４（ａ）〜図４（ｄ）は第１のバッテリ１４および第２のバッテリ１５を充電する際の電圧、電流を示す図である。図４（ａ）は単相交流電源１７の交流電圧Ｖｓの変化を示す。図４（ａ）に示されるように、交流電圧Ｖｓは正弦波である。図４（ｂ）は電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの和である電流ｉｚの変化を示す。本実施形態において、制御部３１は電流ｉｚの波形が交流電圧Ｖｓと同相の正弦波となるように制御する。そのため、図４（ｂ）に示される電流ｉｚの波形は、図４（ａ）に示される交流電圧Ｖｓの波形と同じ形状になる。図４（ｃ）の電流ｉｄｃ１１，ｉｄｃ２２は、それぞれコンデンサＣ１，Ｃ２で平滑化される前の充電電流を示す。そして、図４（ｄ）はそれぞれコンデンサＣ１，Ｃ２で平滑化された充電電流である電流ｉｄｃ１，ｉｄｃ２を示し、図１に示される矢印の方向が正であるとする。

ここで、図４（ｂ）〜図４（ｄ）に示されるような電流ｉｚ、電流ｉｄｃ１１，ｉｄｃ２２、電流ｉｄｃ１，ｉｄｃ２を得るために、制御部３１が行う制御について詳細に説明する。上述のように、制御部３１は、３相の交流電動機１１の巻線に流れる電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの検出値（例えば波形や電流値を示す値）を電流センサ３２から取得し、単相交流電源１７の交流電圧Ｖｓの検出値（例えば波形や電圧値を示す値）を電圧センサ３３から取得する。

制御部３１は、第１のバッテリ１４を充電するための充電電流指令ｉｃ１と、第２のバッテリ１５を充電するための充電電流指令ｉｃ２と、を生成する。そして、制御部３１は、充電電流指令ｉｃ１と正規化した単相交流電源１７の交流電圧Ｖｓの積から負の成分のみを抽出した負の交流電動機巻線電流指令ｉｍｒ１と、充電電流指令ｉｃ２と正規化した単相交流電源１７の交流電圧Ｖｓの積から、正の成分のみを抽出した正の交流電動機巻線電流指令ｉｍｒ２と、を計算する。そして、負の交流電動機巻線電流指令ｉｍｒ１と正の交流電動機巻線電流指令ｉｍｒ２との和を３分の１にしたものを３相の交流電動機１１の巻線電流指令ｉｍｒとする。

制御部３１は、３相の交流電動機１１の巻線に流れる各相の電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが、それぞれ巻線電流指令ｉｍｒに一致するような、第２のインバータ１３の出力からみた、第１のインバータ１２の出力の相対的な電圧指令である各相巻線印加電圧指令ｖｍｕｒ，ｖｍｖｒ，ｖｍｗｒを求める。そして、制御部３１は、各相巻線の電圧が、各相巻線印加電圧指令ｖｍｕｒ，ｖｍｖｒ，ｖｍｗｒに従うように、第１のインバータ１２、第２のインバータ１３のスイッチを制御する。

制御部３１は、以上に説明した制御によって、例えば図４（ｄ）に示されるような電流
であるｉｄｃ１，ｉｄｃ２によって、第１のバッテリ１４および第２のバッテリ１５への充電を行う。

ここで、図６を参照して、比較例の交流電動機駆動システム１Ａを示しながら、本実施形態の交流電動機駆動システム１の効果について説明する。なお、図６において図１と同じ要素には同じ符号を付しており説明を省略し、以下では異なる要素についてのみ説明する。

図６は、比較例の交流電動機駆動システム１Ａの構成を示す図である。比較例の交流電動機駆動システム１Ａも、専用の充電器を用いることなく第１のバッテリ１４への充電を可能にするものである。比較例の交流電動機駆動システム１Ａでは、単相交流電源１７に接続された整流ダイオード２２と、電圧クランプ用のスイッチ２３と、電圧クランプ用のダイオード２４と、３相の交流電動機１１の中性点と接続されるスイッチ２５と、を備える。整流ダイオード２２のカソード側は、電圧クランプ用のスイッチ２３を介して、第１のバッテリ１４の正極端子側（高電位側）のノードに接続される。また、整流ダイオード２２のアノード側は、スイッチ２５を介して、交流電動機１１の中性点と接続される。また、ダイオード２４のアノードは整流ダイオード２２のアノード側と接続され、ダイオード２４のカソードは第１のバッテリ１４の正極端子側（高電位側）のノードに接続される。

制御部３９は、交流電動機１１の駆動時にはスイッチ２５をオフにするが、第１のバッテリ１４への充電時にはオンにする。また、制御部３９は、第１のバッテリ１４への充電時に、第１のインバータ１２の正極側の第１のスイッチＧ１１，Ｇ１３，Ｇ１５、およびスイッチ２３のオン、オフを連動させて切り替える。なお、制御部３９は、第１のバッテリ１４への充電時に、第１のインバータ１２の負極側の第１のスイッチＧ１２，Ｇ１４，Ｇ１６の全てをオフにする。

第１のバッテリ１４は以下のように充電される。まず、制御部３９によって、スイッチ２５がオンとなる。そして、第１のスイッチＧ１１，Ｇ１３，Ｇ１５、およびスイッチ２３がオンとなると、単相交流電源１７の整流電流が、スイッチ２３から正極側の第１のスイッチＧ１１，Ｇ１３，Ｇ１５、交流電動機１１の巻線、スイッチ２５を流れて単相交流電源１７に戻る。そのため、交流電動機１１の巻線に整流電圧が印加されてリアクトル電流が増加する。その後、正極側の第１のスイッチＧ１１，Ｇ１３，Ｇ１５、およびスイッチ２３がオフとなると、電圧クランプ用のダイオード２４、第１のバッテリ１４、負極側の第１のスイッチＧ１２，Ｇ１４，Ｇ１６、交流電動機１１、スイッチ２５を通る電流の経路ができる。そして、交流電動機１１の巻線に蓄積されたエネルギーが第１のバッテリ１４に供給されて、第１のバッテリ１４が充電される。

しかし、比較例の交流電動機駆動システム１Ａは、第１のバッテリ１４の充電のために、整流ダイオード２２と、電圧クランプ用のスイッチ２３と、電圧クランプ用のダイオード２４と、３相の交流電動機１１の中性点と接続されるスイッチ２５と、を備える必要がある。そのため、これらの回路部品が更なる小型化を妨げとなる可能性がある。また、比較例の交流電動機駆動システム１Ａは、中性点を有する交流電動機にしか適用できないとの制限がある。

一方、本実施形態に係る交流電動機駆動システム１は、第１のバッテリ１４の充電のための専用の回路部品を有しない。そのため、本実施形態に係る交流電動機駆動システム１は小型化が可能である。また、本実施形態に係る交流電動機駆動システム１は、上述のように、中性点が分離された多相のオープン巻線モータである交流電動機１１を備える。そして、本実施形態に係る交流電動機駆動システム１は、専用の充電器を用いることなく、商用電源である単相交流電源１７から第１のバッテリ１４および第２のバッテリ１５への充電が可能である。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る交流電動機駆動システム１の概略構成を示すブロック図である。なお、図１と同じ要素には同じ符号を付しており説明を省略する。

本実施形態に係る交流電動機駆動システム１は、第１の実施形態とは異なり、ダイオード１８，１９，２０，２１を備える。また、本実施形態に係る交流電動機駆動システム１は、第１の実施形態とは異なり、第２のバッテリ１５を備えない。

ダイオード１８（本発明の第１のダイオードに対応）は複数であって、３相の交流電動機１１の巻線（本発明の巻線に対応）の一端と複数の第１のスイッチＧ１１〜Ｇ１６とが接続されるノードのそれぞれにカソードが接続される。そして、ダイオード１８の全てのアノードは第１のノードＮ１で接続される。また、ダイオード１９（本発明の第２のダイオードに対応）は複数であって、３相の交流電動機１１の巻線の他端と複数の第２のスイッチＧ２１〜Ｇ２６とが接続されるノードのそれぞれにカソードが接続される。そして、ダイオード１９の全てのアノードは第２のノードＮ２で接続される。

ダイオード２０（本発明の第３のダイオードに対応）は、カソードが第１のノードＮ１と接続される。また、ダイオード２１（本発明の第４のダイオードに対応）は、カソードが第２のノードＮ２と接続される。そして、ダイオード２０のアノードと、ダイオード２１のアノードと、負極側の第１のスイッチＧ１２，Ｇ１４，Ｇ１６と、負極側の第２のスイッチＧ２２，Ｇ２４，Ｇ２６と、が第１のバッテリ１４の負極端子と接続される。また、正極側の第１のスイッチＧ１１，Ｇ１３，Ｇ１５と、正極側の第２のスイッチＧ２１，Ｇ２３，Ｇ２５と、が第１のバッテリ１４の正極端子と接続される。

本実施形態に係る交流電動機駆動システム１において、単相交流電源１７は、コネクタ１６によって、第１のノードＮ１および第２のノードＮ２と接続される。

本実施形態に係る交流電動機駆動システム１では、以下のような電流経路が生じることによって、第１のバッテリ１４を充電できる。まず、交流電圧Ｖｓが正の向き（図１の交流電圧Ｖｓの矢印の向きに電流が流れる状態を指す）の場合に、単相交流電源１７からの充電電流が、ダイオード１８、交流電動機１１、第２のインバータ１３の正極側の第２のスイッチＧ２１，Ｇ２３，Ｇ２５を通って第１のバッテリ１４に供給されて、ダイオード２１を通って単相交流電源１７に戻る。また、交流電圧Ｖｓが負の向き（図１の交流電圧Ｖｓの矢印の反対の向きに電流が流れる状態を指す）の場合に、単相交流電源１７からの充電電流が、ダイオード１９、交流電動機１１、第１のインバータ１２の正極側の第１のスイッチＧ１１，Ｇ１３，Ｇ１５を通って第１のバッテリ１４に供給されて、ダイオード２０を通って単相交流電源１７に戻る。よって、交流電圧Ｖｓの向きがどちらであっても、第１のバッテリ１４を充電することが可能である。これらの経路は、制御部３１が第１のスイッチＧ１１〜Ｇ１６、第２のスイッチＧ２１〜Ｇ２６を制御することにより生じる。なお、その他の制御部３１による制御については第１実施形態と同じであり説明を省略する。

本実施形態に係る交流電動機駆動システム１は、第１実施形態の第２のバッテリ１５が第１のバッテリ１４と一体化しているので、さらに充電効率を高めることができる。本実施形態に係る交流電動機駆動システム１は、第１の実施形態と比較してダイオード１８，１９，２０，２１の分だけ回路部品が増加するが、充電専用の回路部品であるスイッチ２３等を備える比較例の交流電動機駆動システム１Ａと比べると回路規模の増加が抑えられるため、小型化が可能である。また、本実施形態に係る交流電動機駆動システム１は、中性点が分離された多相のオープン巻線モータである交流電動機１１を備え、専用の充電器を用いることなく第１のバッテリ１４への充電が可能である。

本発明を図面および実施形態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または修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形または修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各ブロック、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数のブロックまたは複数のステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、本発明は電気自動車への適用に限定されるものではないが、例えば第１の実施形態に係る交流電動機駆動システム１を２つのバッテリを搭載した電気自動車に適応する場合、最高速度を高めることができるとともに、専用の充電器を用いずに商用電源による充電が可能になる。また、上記の実施形態において、制御部３１が電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを、単相交流電源１７の交流電圧Ｖｓと同相の正弦波とすることは、単相交流電源１７の高調波抑制の効果も生じ得る。

１ 交流電動機駆動システム
１Ａ 交流電動機駆動システム
１１ 交流電動機
１１Ａ 交流電動機
１２ 第１のインバータ
１３ 第２のインバータ
１４ 第１のバッテリ
１５ 第２のバッテリ
１６ コネクタ
１７ 単相交流電源
１８ ダイオード
１９ ダイオード
２０ ダイオード
２１ ダイオード
２２ 整流ダイオード
２３ スイッチ
２４ ダイオード
２５ スイッチ
３１ 制御部
３２ 電流センサ
３３ 電圧センサ
３９ 制御部

Claims (4)

1. 巻線を有する交流電動機と、
   前記巻線の一端と接続される第１のスイッチを有する第１のインバータと、
   前記巻線の他端と接続される第２のスイッチを有する第２のインバータと、
   前記第１のスイッチと接続される第１のバッテリと、
   前記第２のスイッチと接続される第２のバッテリと、
   前記第１のバッテリの負極端子および前記第２のバッテリの負極端子と単相交流電源とを接続するコネクタと、
   前記第１のスイッチ、および前記第２のスイッチを制御する制御部と、を備えることを特徴とする、交流電動機駆動システム。
2. 巻線を有する交流電動機と、
   前記巻線の一端と接続される第１のスイッチを有する第１のインバータと、
   前記巻線の他端と接続される第２のスイッチを有する第２のインバータと、
   前記第１のスイッチ、および前記第２のスイッチと接続される第１のバッテリと、
   前記巻線の一端とカソードが接続される第１のダイオードと、
   前記巻線の他端とカソードが接続される第２のダイオードと、
   前記第１のダイオードのアノードと、第１のノードにおいてカソードが接続される第３のダイオードと、
   前記第２のダイオードのアノードと、第２のノードにおいてカソードが接続される第４のダイオードと、
   前記第１のノードおよび前記第２のノードと単相交流電源とを接続するコネクタと、
   前記第１のスイッチ、および前記第２のスイッチを制御する制御部と、を備え、
   前記第３のダイオードのアノードと、前記第４のダイオードのアノードと、が前記第１のバッテリの負極端子と接続されることを特徴とする、交流電動機駆動システム。
3. 前記制御部は、前記コネクタによって前記単相交流電源と接続されている場合に、前記単相交流電源からの交流電圧の向きに応じて、前記第１のスイッチまたは前記第２のスイッチの一方をオフとし、他方について部分的にオンとすることによって、少なくとも前記第１のバッテリを充電する、請求項１または２に記載の交流電動機駆動システム。
4. 前記交流電動機は、互いに電気的に分離された複数の前記巻線を有し、
   前記制御部は、前記コネクタによって前記単相交流電源と接続されている場合に、複数の前記巻線を流れる電流の位相および電流値が同じになるように、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチを制御する、請求項１から３のいずれか一項に記載の交流電動機駆動システム。

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