JP2016092946A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】損失を低減可能な電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置１の第１インバータ２０は、第１スイッチング素子２１〜２６を有し、コイル１１、１２、１３の一端１１１、１２１、１３１および第１電源４１と接続される。第２インバータ３０は、第２スイッチング素子３１〜３６を有し、コイル１１、１２、１３の他端１１２、１２２、１３２および第２電源４２と接続される。制御部６０は、スイッチング素子２１〜２６、３１〜３６のオンオフ作動を制御する。第１スイッチング素子２１〜２６は、小電流域において、第２スイッチング素子３１〜３６よりもオン抵抗が小さい。モータジェネレータ１０の駆動領域に応じて第１インバータ２０および第２インバータ３０を制御することにより、損失を低減することができる。【選択図】 図１

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

従来、１つの電動機に対し、２つのインバータを備える構成が知れられている。例えば特許文献１では、２つのインバータの全ての制御スイッチは、同種の素子である。

特許第４９３３６３２号

特許文献１のように、２つのインバータの全てのスイッチング素子を、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（以下、「ＩＧＢＴ」という。）とした場合、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（以下、「ＭＯＳＦＥＴ」という。）とした場合と比較し、小電流域での損失が大きい。
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、損失を低減可能な電力変換装置を提供することにある。

本発明は、巻線を有する回転電機の電力を変換する電力変換装置であって、第１インバータと、第２インバータと、制御部と、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、巻線の一端および第１電圧源と接続される。
第２インバータは、第２スイッチング素子を有し、巻線の他端および第２電圧源と接続される。

制御部は、第１スイッチング素子および第２スイッチング素子のオンオフ作動を制御する。
第１スイッチング素子は、小電流域において、第２スイッチング素子よりもオン抵抗が小さい。具体的には、例えば、第１スイッチング素子がＭＯＳＦＥＴであり、第２スイッチング素子がＩＧＢＴである。

本発明では、１つの回転電機に対して２つのインバータが設けられる構成において、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とで異なる特性の素子を用いている。回転電機の駆動領域に応じ、小電流域では第１スイッチング素子がスイッチングされるように第１インバータおよび第２インバータを制御することにより、損失を低減することができる。

本発明の一実施形態による電力変換装置を示す概略構成図である。 本発明の一実施形態によるＭＯＳＦＥＴとＩＧＢＴの両端電圧と素子電流との関係を説明する説明図である。 本発明の一実施形態による冷却器を説明する概略構成図である。 本発明の一実施形態による冷却水温を説明する説明図である。 本発明の一実施形態によるモータジェネレータの駆動領域を説明する説明図である。 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反転駆動動作を説明する説明図である。

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７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、所謂「主機モータ」である。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。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、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。

電力変換装置１は、第１インバータ２０、第２インバータ３０、冷却器５０、および、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。以下適宜、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「（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、高電位側に接続される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」、低電位側に接続される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と第１電圧源としての第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。以下適宜、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「（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、高電位側に接続されるＵ２上アーム素子３１、Ｖ２上アーム素子３２およびＷ２上アーム素子を「第２上アーム素子３１〜３３」、低電位側に接続される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３４〜３６」という。

第２インバータ３０は、コイル１１、１２、１３の他端１１２、１２２、１３２と第２電圧源としての第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。

第１スイッチング素子２１〜２６は、ユニポーラ型の半導体素子のＭＯＳＦＥＴであり、第２スイッチング素子３１〜３６は、バイポーラ型の半導体素子のＩＧＢＴである。
ＭＯＳＦＥＴおよびＩＧＢＴの特性について言及しておくと、ＭＯＳＦＥＴは、ＩＧＢＴよりもスイッチング損失が小さい。また、ＭＯＳＦＥＴは、ＩＧＢＴと比較し、電流が比較的大きい大電流域において、素子温度が上がりやすい。そのため、素子温度の上昇を抑えるべく、素子面積を大きくすると、装置の体格が大型化する。

図２は、ＭＯＳＦＥＴおよびＩＧＢＴの各素子の両端電圧と素子電流との関係を示しており、実線Ｄ１がＭＯＳＦＥＴの特性を示し、実線Ｄ２がＩＧＢＴの特性を示す。図２に示すように、素子の両端電圧がＶｃのときに通電される電流である電流値Ｉｃよりも素子電流が小さい場合、ＩＧＢＴと比較し、ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗が小さく、導通損失が小さい。一方、電流値Ｉｃよりも素子電流が大きい場合、ＭＳＯＦＥＴと比較し、ＩＧＢＴのオン抵抗が小さく、導通損失が小さい。
そのため、電流が比較的小さい小電流域での駆動においてＤＣ特性およびＡＣ特性が優れたＭＯＳＦＥＴが有利であり、電流が比較的大きい大電流域での駆動においてはＩＧＢＴが有利であるといえる。

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。

本実施形態の第１電源４１は、第２電源４２よりも内部抵抗が小さく、出力が大きい「出力型」であり、第２電源４２と比較し、充放電の繰り返しによる劣化が小さい。第２電源４２は、第１電源４１よりも容量が大きい「容量型」であり、長期間の出力が可能である。また、本実施形態では、第１電源４１の電圧である第１電源電圧Ｖｂ１と、第２電源４２の電圧である第２電源電圧Ｖｂ２とが等しく、例えば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。

図１および図３に示すように、冷却器５０は、第１インバータ２０および第２インバータ３０を冷却するものであって、本体部５１、流入配管５５、および、流出配管５７を有する。図３では、モータジェネレータ１０および制御部６０の記載を省略した。本体部５１には、冷却水が流通する冷却通路５２が形成される。また、冷却通路５２には、複数のフィン５３が設けられる。これにより、放熱効率が向上する。
冷却通路５２は、流入配管５５に形成される流入通路５６、および、流出配管５７に形成される流出通路５８と連通する。ブロック矢印Ｗで示すように、冷却水は、流入通路５６から冷却通路５２に流入し、流出通路５８から排出される。

本実施形態では、大電流を通電したときの温度上昇が大きいＭＯＳＦＥＴを第１スイッチング素子２１〜２６に用いているので、第２インバータ３０側よりも第１インバータ２０側の冷却性能が高くなるように、流入配管５５側が第１インバータ２０側、流出配管５７が第２インバータ３０側となるように配置される。

冷却器５０において、主に第１インバータ２０の冷却に係る領域を第１冷却領域Ｃ１、主に第２インバータ３０の冷却に係る領域を第２冷却領域Ｃ２、第１冷却領域Ｃ１と第２冷却領域Ｃ２との間を中間領域Ｃ３とする。
図４では、冷却器５０の本体部５１の流入配管５５側の端部をゼロとし、流入配管５５側の端部からの距離である冷却位置を横軸とし、冷却水温を縦軸とする。図４に示すように、冷却水温は、第１冷却領域Ｃ１を流通することで昇温し、中間領域Ｃ３では略横ばいとなり、第２冷却領域Ｃ２を流通することでさらに昇温する。すなわち、第１冷却領域Ｃ１における冷却水の温度は、第２冷却領域Ｃ２における冷却水の温度より低く、冷却器５０において、第２インバータ３０側より、第１インバータ２０側の冷却性能が高い、といえる。

図１に示すように、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のゲートへ出力する。

本実施形態では、モータジェネレータ１０の回転数およびトルクに応じ、駆動動作を切り替える。図５に示すように、モータジェネレータ１０の回転数およびトルクが第１閾値Ｌ１未満の領域を低負荷領域Ｒ１１、回転数およびトルクが第１閾値Ｌ１以上、第２閾値Ｌ２未満の領域を中負荷領域Ｒ１２、回転数およびトルクが第２閾値Ｌ２以上、出力上限である第３閾値Ｌ３未満の領域を高負荷領域Ｒ１３とする。第１閾値Ｌ１は、スイッチング素子２１〜２６、３１〜３６のオン抵抗、スイッチング損失、および、素子温度等と考慮し、第１インバータ２０に通電される電流が所定値以下となるように設定される。また、第２閾値Ｌ２は、第２電源４２の電力で出力可能な最大値とする。

低負荷領域Ｒ１１では、第１電源４１の電力によりモータジェネレータ１０を駆動する第１片側駆動動作とする。第１片側駆動動作、および、後述の第２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の全相の一方がオン、他方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、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６（ａ）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６（ａ）中の矢印Ｙ１で示す経路の電流が流れる。また、第２スイッチング素子３１〜３６の熱損失の偏りを低減すべく、第２インバータ３０において、第２上アーム素子３１〜３３がオンされる状態と、第２下アーム素子３４〜３６がオンされる状態とを適宜切り替えるようにしてもよい。後述の第２片側駆動動作においても同様である。

中負荷領域Ｒ１２では、第２電源４２の電力によりモータジェネレータ１０を駆動する第２片側駆動動作とする。第２片側駆動動作では、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の全相の一方がオン、他方がオフされることにより、第１インバータ２０が中性点化される。また、モータジェネレータ１０の駆動要求に応じ、第２インバータ３０をＰＷＭ制御等により制御する。
図６（ｂ）に示す例では、第１上アーム素子２１〜２３の全相がオン、第１下アーム素子２４〜２６の全相がオフされることにより、第１インバータ２０が中性点化される。また、第２インバータ３０において、Ｕ２上アーム素子３１、Ｖ２下アーム素子３５、および、Ｗ２下アーム素子３６がオンされると、図６（ｂ）中の矢印Ｙ２で示す経路の電流が流れる。

本実施形態では、第１電源電圧Ｖｂ１と第２電源電圧Ｖｂ２とが等しいので、第２閾値Ｌ２未満の領域（すなわち低負荷領域Ｒ１および中負荷領域Ｒ２）において、モータジェネレータ１０に印加される電圧は略一定であり、回転数及びトルクが小さいほど電流が小さく、第２閾値Ｌ２に近づくほど電流が大きい。すなわち、低負荷領域Ｒ１および中負荷領域Ｒ２において、相対的に、低負荷領域Ｒ１が「小電流域」であり、中負荷領域Ｒ２が「大電流域」であると捉えられる。

本実施形態では、低負荷領域Ｒ１にて第１片側駆動動作とし、スイッチング動作を行う第１スイッチング素子２１〜２６がＭＯＳＦＥＴであるので、ＩＧＢＴである場合と比較し、損失を低減することができる。
また、第１片側駆動動作では、第１電源４１が充放電される。モータジェネレータ１０が主機モータであって、頻繁な減速エネルギが生じる走行状態のとき、モータジェネレータ１０の駆動領域は低負荷領域Ｒ１となる。本実施形態では、内部抵抗、および、充放電の繰り返しによる劣化が比較的小さい高出力型の電源を第１電源４１として採用し、低負荷領域Ｒ１において、第１電源４１側が充放電される第１片側駆動動作としているので、容量型の電源を用いる場合と比較し、第１電源４１の劣化を抑制することができる。

ＩＧＢＴは、大電流域において、オン抵抗が比較的小さく、素子温度の上昇程度がＭＯＳと比較して小さいので、比較的大電流での片側駆動時には、第２インバータ３０をスイッチングする。これにより、中負荷領域Ｒ１２で駆動する際の発熱を抑制することができる。また、第２電源４２を容量型とすることにより、長期間の出力が可能となり、第１電源４１および第２電源４２による航続距離を延ばすことができる。

すなわち、ＭＯＳＦＥＴ（第１スイッチング素子２１〜２６）と出力型電源（第１電源４１）との組み合わせを力行と回生とが頻繁に切り替わる低負荷領域Ｒ１にて用い、ＩＧＢＴ（第２スイッチング素子３１〜３６）と容量型電源（第２電源４２）とを組み合わせを中負荷領域Ｒ２にて用いることが、スイッチング損失、素子発熱、および、電池劣化等の面から望ましい。

高負荷領域Ｒ１３では、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。また、ＰＷＭ制御に替えて、基本波Ｆ１、Ｆ２の半周期ごとにスイッチング素子２１〜２６、３１〜３６のオンオフを切り替える矩形波制御としてもよい。

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。

また、第１基本波Ｆ１と第２基本波Ｆ２とは、ともに正弦波である場合のように同様の波形であってもよいし、例えば第１インバータ２０または第２インバータ３０の一方を正弦波ＰＷＭ制御し、他方を過変調ＰＷＭ制御するといった場合のように、異なる波形であってもよい。また、振幅を無限大とみなし、基本波の半周期ごとにオンオフが切り替えられる矩形波制御としてもよい。

反転駆動動作では、第１基本波Ｆ１および第２基本波Ｆ２の振幅および波形が等しい場合、各相にてオンされる素子は、第１インバータ２０と第２インバータ３０とで上下反対となる。図７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Ｙ３で示す経路の電流が流れる。なお、第１基本波Ｆ１および第２基本波Ｆ２の振幅または波形が異なる場合、各相にてオンされる素子は、第１インバータ２０と第２インバータ３０とで、必ずしも上下反対にならない。

反転駆動動作とすることにより、第１電源４１と第２電源４２とを直列接続した状態とみなすことができ、第１電源電圧Ｖｂ１と第２電源電圧Ｖｂ２との和に相当する電圧をモータジェネレータ１０に印加することができるので、モータジェネレータ１０の出力を高めることができる。
なお、図６および図７では、制御部６０の記載を省略し、オンである素子を実線、オフである素子を破線で示した。

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、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、コイル１１、１２、１３の一端１１１、１２１、１３１および第１電源４１と接続される。
第２インバータ３０は、第２スイッチング素子３１〜３６を有し、コイル１１、１２、１３の他端１１２、１２２、１３２および第２電源４２と接続される。
制御部６０は、第１スイッチング素子２１〜２６および第２スイッチング素子３１〜３６のオンオフ作動を制御する。

第１スイッチング素子２１〜２６は、小電流域において、第２スイッチング素子３１〜３６よりもオン抵抗が小さい。第２スイッチング素子３１〜３６は、大電流域において、第１スイッチング素子２１〜２６よりもオン抵抗が小さい。
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が設けられる構成において、第１スイッチング素子２１〜２６と、第２スイッチング素子３１〜３６とで、異なる特性の素子を用いている。モータジェネレータ１０の駆動領域に応じ、小電流域では第１スイッチング素子２１〜２６がスイッチングされるように第１インバータ２０および第２インバータ３０を制御することにより、損失を低減することができる。

具体的には、第１スイッチング素子２１〜２６が金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）であり、第２スイッチング素子３１〜３６が絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）である。ＭＯＳＦＥＴは、小電流域でのＤＣ特性およびＡＣ特性が優れているので、小電流時の損失を低減することができる。また、ＩＧＢＴは、電流が比較的大きいときの発熱量がＭＯＳＦＥＴよりも小さいので、全てのスイッチング素子をＭＯＳＦＥＴとする場合と比較し、大電流時の発熱を抑制可能であり、装置の小型化に寄与する。

制御部６０は、モータジェネレータ１０の回転数およびトルクが第１閾値Ｌ１より小さい低負荷領域Ｒ１である場合、第２インバータ３０を中性点化し、モータジェネレータ１０の駆動要求に応じて第１インバータ２０を制御する。
制御部６０は、モータジェネレータ１０の回転数およびトルクが第１閾値Ｌ１以上、かつ、第２閾値Ｌ２より小さい中負荷領域Ｒ２である場合、第１インバータ２０を中性点化し、駆動要求に応じて第２インバータ３０を制御する。
制御部６０は、モータジェネレータ１０の回転数およびトルクが第２閾値Ｌ２以上の高負荷領域Ｒ３である場合、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を制御する。

これにより、電流が比較的小さい低負荷領域Ｒ１にてスイッチングされる素子がＩＧＢＴである場合と比較し、損失を低減することができる。また、電流が比較的大きい中負荷領域Ｒ１２にてスイッチングされる素子がＭＯＳＦＥＴである場合と比較し、当該領域における発熱を抑制することができる。さらにまた、高負荷領域Ｒ３では、第１インバータ２０および第２インバータ３０をスイッチングし、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を駆動することにより、高出力を実現可能である。

第１電源４１の内部抵抗は、第２電源４２の内部抵抗より小さい。低負荷領域Ｒ１では、走行状態に応じて回生と力行とが頻繁に切り替えられる。本実施形態では、低負荷領域Ｒ１にてスイッチングされる第１インバータ２０側に接続される第１電源４１として、内部抵抗が小さく、充放電による劣化が小さい出力型の電源を用いる。これにより、容量型の電源を用いる場合と比較し、電源の劣化を抑制することができる。
また、第２電源４２の容量は、第１電源４１の容量より大きい。これにより、長期間の出力が可能となる。

電力変換装置１は、第１インバータ２０および第２インバータ３０を冷却する冷却器５０を備える。冷却器５０の第１インバータ２０側を冷却する冷却性能は、第２インバータ３０側を冷却する冷却性のよりも高い。これにより、ＩＧＢＴよりも大電流域での発熱量が大きいＭＯＳＦＥＴである第１スイッチング素子２１〜２６を高効率に冷却することができる。

（他の実施形態）
（ア）インバータ
上記実施形態では、第１スイッチング素子がＭＯＳＦＥＴであり、第２スイッチング素子がＩＧＢＴである。他の実施形態では、第１スイッチング素子は、小電流域にて第２スイッチング素子よりもオン抵抗が小さいＭＯＳＦＥＴ以外の半導体素子等としてもよい。また、第２スイッチング素子は、第１スイッチング素子とは異なるＩＧＢＴ以外の半導体素子等としてもよい。
上記実施形態では、第１インバータおよび第２インバータがＰＷＭ制御される例を中心に説明した。他の実施形態では、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制御以外の制御方法にて制御してもよい。

（イ）電源
上記実施形態では、第１電圧源を出力型のリチウムイオンバッテリとし、第２電圧源を容量型のリチウムイオンバッテリとする。他の実施形態では、第１電圧源をキャパシタ等のリチウムイオンバッテリ以外としてもよいし、第２電圧源を鉛蓄電池、燃料電池、または、エンジン等の駆動源により駆動されて発電する発電機等のリチウムイオンバッテリ以外としてもよい。
第１電圧源として、充放電による劣化が小さい「出力型」のものを用い、第２電圧源として、長期間の出力を可能とすべく「容量型」のものを用いることが好ましいが、これに限らない。すなわち、他の実施形態では、第１電圧源の内部抵抗が第２電圧源の内部抵抗以上であってもよいし、第２電圧源の容量が第１電圧源の容量以下であってもよい。また、第１電圧源および第２電圧源は、同等の特性のものを用いてもよい。また、第１電源電圧と第２電源電圧とが異なっていてもよい。

（ウ）冷却器
上記実施形態では、第１インバータおよび第２インバータを同一の冷却器により冷却する。他の実施形態では、冷却器の構成は、上記実施形態の構成に限らず、どのようなものとしてもよく、冷却器をインバータ毎に設けてもよいし、冷却器を省略してもよい。また、第１インバータ側の冷却性能が第２インバータ側の冷却性能以下であってもよい。

（エ）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
２１〜２６・・・第１スイッチング素子
３０・・・第２インバータ
３１〜３６・・・第２スイッチング素子
４１・・・第１電源（第１電圧源） ４２・・・第２電源（第２電圧源）
５０・・・冷却器
６０・・・制御部

Claims (6)

1. 巻線（１１、１２、１３）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、前記巻線の一端（１１１、１２１、１３１）および第１電圧源（４１）と接続される第１インバータ（２０）と、
   第２スイッチング素子（３１〜３６）を有し、前記巻線の他端（１１２、１２２、１３２）および第２電圧源（４２）と接続される第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スイッチング素子のオンオフ作動を制御する制御部（６０）と、
   を備え、
   前記第１スイッチング素子は、小電流域において、前記第２スイッチング素子よりもオン抵抗が小さいことを特徴とする電力変換装置。
2. 前記第１スイッチング素子は、金属酸化物半導体電界効果トランジスタであり、
   前記第２スイッチング素子は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタであることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記制御部は、
   前記回転電機の回転数およびトルクが第１閾値より小さい低負荷領域である場合、前記第２インバータを中性点化し、前記回転電機の駆動要求に応じて前記第１インバータを制御し、
   前記回転電機の回転数およびトルクが前記第１閾値以上、かつ、第２閾値より小さい中負荷領域である場合、前記第１インバータを中性点化し、前記駆動要求に応じて前記第２インバータを制御し、
   前記回転電機の回転数およびトルクが前記第２閾値以上の高負荷領域である場合、前記駆動要求に応じて前記第１インバータおよび前記第２インバータを制御することを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
4. 前記第１電圧源の内部抵抗は、前記第２電圧源の内部抵抗より小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
5. 前記第２電圧源の容量は、前記第１電圧源の容量より大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
6. 前記第１インバータおよび前記第２インバータを冷却する冷却器（５０）を備え、
   前記冷却器の前記第１インバータ側を冷却する冷却性能は、前記第２インバータ側を冷却する冷却性能よりも高いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電力変換装置。

Images