JP6423323B2 - 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、２つのインバータによりモータの電力を変換するインバータ駆動システムが知られている。例えば特許文献１では、高電圧時において、第１のインバータシステムと第２のインバータシステムのパルス幅変調信号（以下、パルス幅変調を「ＰＷＭ」という。）の基本波成分の位相を１８０［°］ずらすことで２つの電源が電気的に直列接続され、２つの電源電圧の和によりモータを駆動する。また、特許文献１では、低電圧時において、第１のインバータシステムまたは第２のインバータシステムの一方の上アームまたは下アームのいずれかを３相同時オンし、他方をＰＷＭ駆動している。

特開２００６−２３８６８６号公報

特許文献１では、低電圧モードにおいて、上アームをオン固定するか、下アームをオン固定するかの選択については、何ら言及されていない。
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、導通損失を低減可能な電力変換装置を提供することにある。

本発明の電力変換装置は、複数相の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、制御部と、を備える。
第１インバータは、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、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インバータおよび第２インバータを制御する。

第１インバータおよび第２インバータは、それぞれ、スイッチング素子および還流素子を有する。スイッチング素子は、高電位側に接続される上アーム素子、または、上アーム素子の低電位側に接続される下アーム素子であって、オンされることで高電位側から低電位側への通電が可能となる。還流素子は、スイッチング素子のそれぞれに並列に接続され、低電位側から高電位側への通電を許容する。

片側駆動モードでは、第１インバータまたは第２インバータの一方を、上アーム素子の全相または下アーム素子の全相をオンすることで中性点化し、第１インバータまたは第２インバータの他方を、回転電機の駆動要求に応じて制御する。片側駆動モードにおいて、スイッチング素子と還流素子とで、導通損失の大小が入れ替わる電流値を、閾値電流とすると、制御部は、巻線に通電される電流の絶対値が最も大きい相の電流である最大相電流と閾値電流とを比較し、スイッチング素子と還流素子とで導通損失が小さい方に最大相電流が流れるように、中性点化する第１インバータまたは第２インバータにおいて、上アーム素子の全相をオンするか、下アーム素子の全相をオンするかを選択する。
これにより、中性点化するインバータにおける導通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おける片側駆動モードでの通電経路を説明する説明図である。 ＩＧＢＴとダイオードの導通損失を説明する説明図である。 本発明の一実施形態によるアーム選択処理を説明するフローチャートである。 本発明の一実施形態によるアーム選択処理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アーム選択処理を説明するタイムチャートである。 本発明の他の実施形態による電力変換装置を示す概略構成図である。

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）
本発明の第１実施形態による電力変換装置を図１〜図６に示す。
図１に示すように、回転電機駆動システム１は、回転電機としてのモータジェネレータ１０、および、電力変換装置１５を備える。

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。
本実施形態では、Ｕ相コイル１１に流れる電流をＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相コイル１２に流れる電流をＶ相電流Ｉｖ、Ｗ相コイル１３に流れる電流をＷ相電流Ｉｗとする。

電力変換装置１５は、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、第２インバータ３０、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、スイッチング素子２１１〜２１６、および、還流ダイオード２２１〜２２６を有する。また、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、スイッチング素子３１１〜３１６、および、還流ダイオード３２１〜３２６を有する。

スイッチング素子２１１〜２１６、３１１〜３１６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によってオンオフ作動が制御される。スイッチング素子２１１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。
還流ダイオード２２１〜２２６、３２１〜３２６は、スイッチング素子２１１〜２１６、３１１〜３１６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。

第１インバータ２０において、高電位側にスイッチング素子２１１〜２１３が接続され、低電位側にスイッチング素子２１４〜２１６が接続される。また、スイッチング素子２１１〜２１３の高電位側を接続する第１高電位側配線２７が第１バッテリ４１の正極と接続され、スイッチング素子２１４〜２１６の低電位側を接続する第１低電位側配線２８が第１バッテリ４１の負極と接続される。

Ｕ相のスイッチング素子２１１、２１４の接続点２４にはＵ相コイル１１の一端１１１が接続され、Ｖ相のスイッチング素子２１２、２１５の接続点２５にはＶ相コイル１２の一端１２１が接続され、Ｗ相のスイッチング素子２１３、２１６の接続点２６にはＷ相コイル１３の一端１３１が接続される。すなわち、第１インバータ２０は、コイル１１、１２、１３と第１バッテリ４１との間に接続される。

第２インバータ３０において、高電位側にスイッチング素子３１１〜３１３が接続され、低電位側にスイッチング素子３１４〜３１６が接続される。また、スイッチング素子３１１〜３１３の高電位側を接続する第２高電位側配線３７が第２バッテリ４２の正極と接続され、スイッチング素子３１４〜３１６の低電位側を接続する第２低電位側配線３８が第２バッテリ４２の負極と接続される。

Ｕ相のスイッチング素子３１１、３１４の接続点３４にはＵ相コイル１１の他端１１２が接続され、Ｖ相のスイッチング素子３１２、３１５の接続点３５にはＶ相コイル１２の他端１２２が接続され、Ｗ相のスイッチング素子３１３、３１６の接続点３６にはＷ相コイル１３の他端１３２が接続される。すなわち、第２インバータ３０は、コイル１１、１２、１３と第２バッテリ４２との間に接続される。
以下適宜、高電位側に接続されるスイッチング素子２１１〜２１３、３１１〜３１３を「上アーム素子」、低電位側に接続されるスイッチング素子２１４〜２１６、３１４〜３１６を「下アーム素子」という。

リチウムイオン電池等の充放電可能な直流電源である第１電圧源としての第１バッテリ４１は、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。
リチウムイオン電池等の充放電可能な直流電源である第２電圧源としての第２バッテリ４２は、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。

第１コンデンサ４３は、第１高電位側配線２７と第１低電位側配線２８とに接続される。第１コンデンサ４３は、第１バッテリ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バッテリ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高電位側配線３７と第２低電位側配線３８とに接続される。第２コンデンサ４４は、第２バッテリ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バッテリ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、マイコンを主体として構成され、各種演算処理を行う。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、インバータ制御部６１、電流演算部６２、および、温度演算部６３等を有する。

インバータ制御部６１は、第１インバータ２０および第２インバータ３０を制御する。具体的には、インバータ制御部６１は、トルク指令値ｔｒｑ^*や電流指令値Ｉｕ^*、Ｉｖ^*、Ｉｗ^*等のモータジェネレータ１０の駆動に係る指令値に基づき、スイッチング素子２１１〜２１６、３１１〜３１６のオンオフ作動を制御する制御信号を生成する。生成された制御信号は、図示しないドライバ回路等を経由して、スイッチング素子２１１〜２１６、３１１〜３１６のゲートに出力される。スイッチング素子２１１〜２１６、３１１〜３１６が制御信号に応じてオンオフされることで、バッテリ４１、４２の直流電力が交流に変換され、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２０および第２インバータ３０を介して、制御部６０に制御される。

電流演算部６２は、各相の電流指令値Ｉｕ^*、Ｉｖ^*、Ｉｗ^*に基づき、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを推定する。また、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの絶対値が最大の相である最大相を特定する。
温度演算部６３は、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ等に基づき、第１インバータ２０の温度である第１インバータ温度Ｔ１、および、第２インバータ３０の温度である第２インバータ温度Ｔ２を推定する。

ここで、モータジェネレータ１０の駆動モードを説明する。本実施形態の回転電機駆動システム１における駆動モードには、第１バッテリ４１または第２バッテリ４２の電力を用いて駆動する「片側駆動モード」、および、第１バッテリ４１および第２バッテリの電力を用いて駆動する「両側駆動モード」が含まれる。

モータジェネレータ１０を比較的軽負荷で駆動する場合、片側駆動モードとする。
第１バッテリ４１の電力にてモータジェネレータ１０を駆動する場合、第２インバータ３０の上アーム素子３１１〜３１３の全相、または、下アーム素子３１４〜３１６の全相の一方をオン、他方をオフし、第２インバータ３０を中性点化する。
以下適宜、上アーム素子３１１〜３１３の全相をオンすることを、「上アームをオン固定する」といい、下アーム素子３１４〜３１６の全相をオンすることを、「下アームをオン固定する」という。第１インバータ２０を中性点化する場合も同様とする。

また、第１バッテリ４１の電力にてモータジェネレータ１０を駆動する場合、モータジェネレータ１０の駆動要求に応じ、ＰＷＭ制御等により第１インバータ２０を制御する。ＰＷＭ制御には、指令に応じた基本波の振幅が三角波等のキャリア波の振幅以下である「正弦波ＰＷＭ制御」、および、基本波の振幅がキャリア波の振幅より大きい「過変調ＰＷＭ制御」を含む。また、中性点化しない側のインバータは、ＰＷＭ制御に限らず、矩形波制御等、どのように制御してもよい。

第２バッテリ４２の電力にて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の上アーム素子２１１〜２１３の全相、または、下アーム素子２１４〜２１６の全相の一方をオン、他方をオフし、第１インバータ２０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、ＰＷＭ制御等により第２インバータ３０を制御する。

片側駆動モードでは、一方のインバータが中性点化されるので、後述する両側駆動モードと比較し、スイッチング損失が低減され、低出力時の効率を高めることができる。
また、第１バッテリ４１の電圧と第２バッテリ４２の電圧とが異なり、電圧が低い方の出力で駆動要求を満たせる場合、高電圧側を中性点化し、低電圧側で駆動することで、スイッチング損失をより低減することができる。なお、中性点化するインバータは、駆動要求やバッテリ残量等に応じて適宜選択可能である。

第１バッテリ４１または第２バッテリ４２の電力にて駆動要求を満たせない比較的高負荷でモータジェネレータ１０を駆動する場合、両側電源を用いた両側駆動モードとする。両側駆動モードでは、第１バッテリ４１と第２バッテリ４２とが電気的に直列接続しているとみなせる状態となるように、第１インバータ２０および第２インバータ３０を制御する。
ここで、第１インバータ２０が第１基本波Ｆ１とキャリア波との比較によりＰＷＭ制御され、第２インバータ３０が第２基本波Ｆ２とキャリア波との比較によりＰＷＭ制御される場合を例に説明する。

両側駆動モードでは、第１基本波Ｆ１と第２基本波Ｆ２の位相が反転される。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。第１基本波Ｆ１と第２基本波Ｆ２との位相差を１８０［°］とすることで、第１バッテリ４１と第２バッテリ４２とが電気的に直列接続されている状態とみなすことができ、第１バッテリ４１の電圧と第２バッテリ４２の電圧との和に相当する電圧をモータジェネレータ１０に印加可能である。
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バッテリ４１の電圧および第２バッテリ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ものとする。

第１基本波Ｆ１の振幅と、第２基本波Ｆ２の振幅とは、等しくてもよいし、異なっていてもよい。
第１基本波Ｆ１と第２基本波Ｆ２とは、ともに正弦波であるように同様の波形であってもよい。また、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、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、振幅を無限大とみなし、基本波Ｆ１、Ｆ２の半周期ごとに各素子のオンオフが切り替えられる矩形波制御としてもよい。矩形波制御は、１８０度通電制御ともいえる。また、矩形波制御に替えて、基本波Ｆ１、Ｆ２に基づく１２０度通電制御としてもよい。

基本波Ｆ１、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が、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。なお、基本波Ｆ１、Ｆ２の振幅や波形が異なる場合、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はならない。
このように、モータジェネレータ１０の駆動要求に応じて、片側駆動モードと両側駆動モードとを切り替えることで、モータジェネレータ１０を高効率に駆動することができる。また、上述の片側駆動モードまたは両側駆動モード以外の駆動モードにてモータジェネレータ１０を駆動してもよい。

以下、片側駆動モードを中心に説明する。
第２インバータ３０を中性点化する場合の例を図２に示す。図２では、オンされるスイッチング素子３１１〜３１６を実線、オフされるスイッチング素子３１１〜３１６を破線で示す。本実施形態では、中性点化するインバータ方向へ流れる電流を正、その反対方向の電流を負とする。すなわち、図２の例では、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側から第１インバータ２０側へ流れる電流を負とする。

図２（ａ）には、上アーム素子３１１〜３１３をオン固定する場合、図２（ｂ）には、下アーム素子３１４〜３１６をオン固定する場合を示す。
図２（ａ）に示すように、例えば、Ｕ相電流Ｉｕが正方向、Ｖ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗが負方向に通電される場合、矢印ＵＤで示すように、Ｕ相では還流ダイオード３２１に通電され、矢印ＶＴ、ＷＴで示すように、Ｖ相およびＷ相では、スイッチング素子３１２、３１３に通電される。
すなわち、上アーム素子３１１〜３１３をオン固定することで第２インバータ３０を中性点化する場合、相電流が正である相は還流ダイオード３２１〜３２３、負である場合はスイッチング素子３１１〜３１３に電流が流れる。

図２（ｂ）に示すように、例えば、Ｕ相電流Ｉｕが正方向、Ｖ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗが負方向に通電される場合、矢印ＵＴで示すように、Ｕ相ではスイッチング素子３１４に通電され、矢印ＶＤ、ＷＤで示すように、Ｖ相およびＷ相では、還流ダイオード３２５、３２６に通電される。
すなわち、下アーム素子３１４〜３１６をオン固定することで第２インバータ３０を中性点化する場合、相電流が正である相はスイッチング素子３１４〜３１６、負である場合は還流ダイオード３２４〜３２６に電流が流れる。

図示はしていないが、第１インバータ２０を中性点化する場合を説明しておく。第１インバータ２０を中性点化する場合、第２インバータ３０側から第１インバータ２０側へ流れる電流を正、第１インバータ２０側から第２インバータ３０側へ流れる電流を負とする。
第１インバータ２０を中性点化する場合、上アーム素子２１１〜２１３をオン固定することで第１インバータ２０を中性点化する場合、相電流が正である相は還流ダイオード２２１〜２２３、負である相はスイッチング素子２１１〜２１３に電流が流れる。
また、下アーム素子２１４〜２１６をオン固定することで第１インバータ２０を中性点化する場合、相電流が正である相はスイッチング素子２１４〜２１６、負である相は還流ダイオード２２４〜２２６に電流が流れる。
すなわち、中性点化されるインバータにおいて、電流がスイッチング素子を流れるか還流ダイオードを流れるかは、電流の向き、および、オン固定されるアームに応じて変わる。

ところで、ＩＧＢＴとダイオードとでは、出力特性が異なる。ＩＧＢＴおよびダイオードの出力特性の一例を図３に示す。図３に示すように、閾値電流Ｉｔｈよりも電流が小さい領域では、ＩＧＢＴよりダイオードの導通損失が小さく、閾値電流Ｉｔｈよりも電流が大きい領域では、ダイオードよりＩＧＢＴの導通損失が小さい。閾値電流Ｉｔｈは、スイッチング素子２１１〜２１６、３１１〜３１６および還流ダイオード２２１〜２２６、３２１〜３２６に用いる素子の種類に応じて異なる。また、閾値電流Ｉｔｈは、温度によっても変わる。例えば、温度が高くなると、閾値電流Ｉｔｈが小さくなる。本実施形態では、温度と閾値電流Ｉｔｈとが関連づけられて、予めマップ等に記憶されているものとする。

そこで本実施形態では、電力変換装置１５全体としての損失を低減すべく、最大相に流れる電流である最大相電流Ｉｍａｘが、導通損失の小さい方に通電されるように、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗおよびインバータ温度Ｔ１、Ｔ２に応じ、中性点化するインバータにおいて、オン固定するアームを選択する。

中性点化するインバータにおいてオン固定するアームを選択するアーム選択処理を図４に示すフローチャートに基づいて説明する。上述の通り、中性点化するインバータは、駆動要求等に応じて選択され、アーム選択処理は、制御部６０にて所定の間隔にて実行される。

最初のステップＳ１０１では、温度演算部６３は、インバータ温度Ｔ１、Ｔ２を演算する。ここでは、中性点化するインバータの温度を演算し、中性点化しないインバータの温度演算を省略してもよい。以下、ステップＳ１０１の「ステップ」を省略し、単に記号「Ｓ」と記す。他のステップについても同様とする。
Ｓ１０２では、中性点化するインバータの温度に基づき、マップ演算等により、閾値電流Ｉｔｈを決定する。
Ｓ１０３では、電流演算部６２は、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを演算し、最大相を特定する。

Ｓ１０４では、インバータ制御部６１は、最大相の電流である最大相電流Ｉｍａｘが正か否かを判断する。最大相電流Ｉｍａｘが正ではない、すなわち負であると判断された場合（Ｓ１０４：ＮＯ）、Ｓ１０６へ移行する。最大相電流Ｉｍａｘが正であると判断された場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、Ｓ１０５へ移行する。

Ｓ１０５では、インバータ制御部６１は、最大相電流Ｉｍａｘが閾値電流Ｉｔｈより小さいか否かを判断する。最大相電流Ｉｍａｘが閾値電流Ｉｔｈより小さいと判断された場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、Ｓ１０７へ移行する。最大相電流Ｉｍａｘが閾値電流Ｉｔｈ以上であると判断された場合（Ｓ１０５：ＮＯ）、Ｓ１０８へ移行する。

最大相電流Ｉｍａｘが負であると判断された場合（Ｓ１０４：ＮＯ）に移行するＳ１０６では、インバータ制御部６１は、最大相電流Ｉｍａｘの絶対値が、閾値電流Ｉｔｈより小さいか否かを判断する。最大相電流Ｉｍａｘの絶対値が閾値電流Ｉｔｈより小さいと判断された場合（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、Ｓ１０８へ移行する。最大相電流Ｉｍａｘの絶対値が閾値電流Ｉｔｈ以上であると判断された場合（Ｓ１０６：ＮＯ）、Ｓ１０７へ移行する。

最大相電流Ｉｍａｘが正であって閾値電流Ｉｔｈより小さい場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ、かつ、Ｓ１０５：ＹＥＳ）、または、最大相電流Ｉｍａｘが負であって最大相電流Ｉｍａｘの絶対値が閾値電流Ｉｔｈ以上である場合（Ｓ１０４：ＮＯ、かつ、Ｓ１０６：ＮＯ）に移行するＳ１０７では、インバータ制御部６１は、中性点化するインバータにおいて、上アームをオン固定する。
最大相電流Ｉｍａｘが正であって閾値電流Ｉｔｈ以上である場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ、かつ、Ｓ１０５：ＮＯ）、または、最大相電流Ｉｍａｘが負であって最大相電流Ｉｍａｘの絶対値が閾値電流Ｉｔｈより小さい場合（Ｓ１０４：ＮＯ、かつ、Ｓ１０６：ＹＥＳ）に移行するＳ１０８では、インバータ制御部６１は、中性点化するインバータにおいて、下アームをオン固定する。

アーム選択処理の詳細を、図５および図６のタイムチャートに基づいて説明する。図５および図６では、Ｕ相電流Ｉｕを実線、Ｖ相電流Ｉｖを一点鎖線、Ｗ相電流Ｉｗを二点鎖線で示した。ここでは、第２インバータ３０が中性点化されるものとして説明する。
図５は、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗのピークが、閾値電流Ｉｔｈより小さい場合の例である。図３にて説明したように、電流が閾値電流Ｉｔｈより小さい領域では、スイッチング素子３１１〜３１６よりも還流ダイオード３２１〜３２６の損失が小さいので、最大相電流Ｉｍａｘが還流ダイオード３２１〜３２６を通るように、オン固定するアームを選択する。

期間ＰＨでは、最大相電流Ｉｍａｘが正であり、かつ、閾値電流Ｉｔｈより小さいので（図４中のＳ１０４：ＹＥＳ、かつ、Ｓ１０５：ＹＥＳ）、上アーム素子３１１〜３１３をオン固定することで、第２インバータ３０を中性点化する。また、期間ＰＬでは、最大相電流Ｉｍａｘが負であり、かつ、閾値電流Ｉｔｈより小さいので（Ｓ１０４：ＮＯ、かつ、Ｓ１０８：ＹＥＳ）、下アーム素子３１４〜Ｓ３１６をオン固定することで、第２インバータ３０を中性点化する。
これにより、最大相電流Ｉｍａｘは還流ダイオード３２１〜３２６を通るので、損失を低減することができる。

図６は、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗのピークが、閾値電流Ｉｔｈより大きい場合の例である。
期間ＰＨ１では、最大相電流Ｉｍａｘが正であり、かつ、閾値電流Ｉｔｈより小さいので（Ｓ１０４：ＹＥＳ、かつ、Ｓ１０５：ＹＥＳ）、最大相電流Ｉｍａｘが還流ダイオード３２１〜３２３を通るように、上アーム素子３１１〜３１３をオン固定することで、第２インバータ３０を中性点化する。
期間ＰＬ２では、最大相電流Ｉｍａｘが正であり、かつ、閾値電流Ｉｔｈ以上であるので（Ｓ１０４：ＹＥＳ、かつ、Ｓ１０５：ＮＯ）、最大相電流Ｉｍａｘが下アーム素子３１４〜３１６を通るように、下アーム素子３１４〜３１６をオン固定することで、第２インバータ３０を中性点化する。

期間ＰＬ１では、最大相電流Ｉｍａｘが負であり、かつ、最大相電流Ｉｍａｘの絶対値が閾値電流Ｉｔｈより小さいので（Ｓ１０４：ＮＯ、かつ、Ｓ１０６：ＹＥＳ）、最大相電流Ｉｍａｘが還流ダイオード３２４〜３２６を通るように、下アーム素子３１４〜３１６をオン固定することで、第２インバータ３０を中性点化する。
期間ＰＨ２では、最大相電流Ｉｍａｘが負であり、かつ、最大相電流Ｉｍａｘの絶対値が閾値電流Ｉｔｈ以上であるので（Ｓ１０４：ＮＯ、かつ、Ｓ１０６：ＮＯ）、最大相電流Ｉｍａｘが上アーム素子３１１〜３１３を通るように、上アーム素子３１１〜３１３をオン固定することで、第２インバータ３０を中性点化する。

本実施形態では、中性点化するインバータにおいて、最大相電流Ｉｍａｘが、スイッチング素子２１１〜２１６、３１１〜３１６と還流ダイオード２２１〜２２６、３２１〜３２６とで導通損失の小さい方に通電されるように、オン固定するアームを選択する。これにより、片側駆動モードにおいて、オン固定するアームを変更しない場合と比較し、中性点化するインバータにおける導通損失を低減することができるので、電力変換装置１５全体としての損失を低減することができ、効率が向上する。

以上詳述したように、本実施形態の電力変換装置１５は、複数相のコイル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、コイル１１、１２、１３の一端１１１、１２１、１３１および第１バッテリ４１と接続される。
第２インバータ３０は、コイル１１、１２、１３の他端１１２、１２２、１３２および第２バッテリ４２と接続される。
制御部６０は、第１インバータ２０および第２インバータ３０を制御する。

第１インバータ２０は、スイッチング素子２１１〜２１６、および、還流ダイオード２２１〜２２６を有し、第２インバータ３０は、スイッチング素子３１１〜３１６、および、還流ダイオード３２１〜３２６を有する。
スイッチング素子２１１〜２１６、３１１〜３１６は、高電位側に接続される上アーム素子２１１〜２１３、３１１〜３１３、または、低電位側に接続される下アーム素子２１４〜２１６、３１４〜３１６であって、オンされることで高電位側から低電位側へ通電可能となる。還流ダイオード２２１〜２２６、３２１〜３２６は、スイッチング素子２１１〜２１６、３１１〜３１６のそれぞれに並列に接続され、低電位側から高電位側への通電を許容する。

片側駆動モードでは、第１インバータ２０または第２インバータ３０の一方を、上アーム素子の全相または下アーム素子の全相をオンすることで中性点化し、第１インバータ２０または第２インバータ３０の他方を、モータジェネレータ１０の駆動要求に応じて制御する。片側駆動モードにおいて、制御部６０は、中性点化する第１インバータ２０または第２インバータ３０において、上アーム素子の全相をオンするか、下アーム素子の全相をオンするかを、コイル１１〜１３に通電される電流に応じて選択する。
これにより、中性点化するインバータにおける導通損失を低減することができ、効率が向上する。

スイッチング素子２１１〜２１６、３１１〜３１６と、還流ダイオード２２１〜２２６、３２１〜３２６とで、導通損失の大小が入れ替わる電流値を閾値電流Ｉｔｈとする。
制御部６０は、コイル１１〜１３に通電される電流の絶対値が最も大きい相の電流である最大相電流Ｉｍａｘと閾値電流Ｉｔｈとを比較し、スイッチング素子２１１〜２１６、３１１〜３１６と還流ダイオード２２１〜２２６、３２１〜３２６とで導通損失が小さい方に最大相電流Ｉｍａｘが流れるように、中性点化する第１インバータ２０または第２インバータ３０において、上アーム素子の全相をオンするか、下アーム素子の全相をオンするかを選択する。
これにより、最大相電流Ｉｍａｘに応じ、オン固定するアームを適切に選択することができる。

また、閾値電流Ｉｔｈは、中性点化する第１インバータ２０または第２インバータ３０の温度に応じて可変である。これにより、インバータ温度Ｔ１、Ｔ２に応じ、オン固定するアームを適切に選択することができる。
本実施形態では、還流ダイオード２２１〜２２６、３２１〜３２６が、「還流素子」に対応する。

（他の実施形態）
（ア）相電流
上記実施形態では、相電流は、各相の電流指令値に基づいて推定される。他の実施形態では、他の実施形態では、相電流を、電流指令値そのものとしてもよい。
また他の実施形態では、図７に示すように、コイル１１〜１３の電流を検出する電流検出部５０を設け、電流検出値に基づいて相電流を演算してもよい。図７では、電流検出部５０の電流検出素子を各相に設けているが、３相のうちの１相または２相に設け、電流検出素子が設けられない相の電流を演算により求めるようにしてもよい。また、図７では、電流検出部５０をコイル１１〜１３の第１インバータ２０側に設けている。他の実施形態では、電流検出部をコイル１１〜１３の第２インバータ３０側等、相電流を検出可能ないずれの箇所に設けてもよい。なお図７においては、第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略した。

（イ）インバータ温度
上記実施形態では、第１インバータ温度および第２インバータ温度は、相電流等に基づいて推定される。他の実施形態では、図７に示すように、温度検出素子２３１〜２３６、３３１〜３３６を、スイッチング素子２１１〜２１６、３１１〜３１６ごとに設けてもよい。この場合、温度検出素子２３１〜２３６の検出値に基づく素子温度の平均値等の演算値を第１インバータ温度Ｔ１とする。また、温度検出素子３３１〜３３６の検出値に基づく素子温度の平均値等の演算値を第２インバータ温度Ｔ２とする。他の実施形態では、温度検出素子は、必ずしもスイッチング素子ごとに設ける必要はなく、各インバータにつき１個以上設けられていればよい。例えば上アーム素子および下アーム素子に対して各１つずつ設けるようにしてもよい。
また、上記実施形態では、中性点化するインバータの温度に応じて閾値電流を可変とする。他の実施形態では、インバータ温度によらず、閾値電流を所定値としてもよい。この場合、インバータ温度の推定や検出を行わなくてもよい。

（ウ）スイッチング素子、還流素子
上記実施形態では、スイッチング素子としてＩＧＢＴを用いる。他の実施形態では、スイッチング素子として、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）等、ＩＧＢＴ以外のものを用いてもよい。スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを用いる場合、寄生ダイオードを還流素子としてもよい。還流素子は、スイッチング素子に内蔵されていてもよいし、外付けのものとしてもよい。

上記実施形態では、スイッチング素子としてＩＧＢＴを用いており、電流が閾値電流より小さい領域ではダイオードの損失が小さく、閾値電流より大きい領域ではＩＧＢＴの損失が小さい。他の実施形態では、用いる素子の特性によっては、電流が小さい領域にて還流素子の損失が小さく、電流が大きい領域にてスイッチング素子の損失が小さいこともありえる。この場合には、最大相電流が導通損失の小さい方の素子を流れるようにすべく、オン固定されるアームを上記実施形態と反対にすればよい。

（エ）第１電圧源、第２電圧源
上記実施形態では、第１電圧源および第２電圧源として、リチウムイオン電池等を例示した。他の実施形態では、第１電圧源および第２電圧源は、リチウムイオン電池以外の鉛蓄電池、燃料電池等であってもよい。また、第１電圧源と第２電圧源とで、同一の種類、特性のものを用いてもよいし、異なる種類、特性のものを用いてもよい。また、第１電圧源または第２電圧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のキャパシタとしてもよい。また、第１電圧源または第２電圧源の一方を、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としてもよい。

（オ）回転電機
上記実施形態では、回転電機はモータジェネレータである。他の実施形態では、回転電機は、発電機の機能を持たない電動機であってもよいし、電動機の機能を持たない発電機であってもよい。また、上記実施形態の回転電機は３相である。他の実施形態では、回転電機は、４相以上としてもよい。また、上記実施形態では、回転電機駆動システムは、グランドと接続されていないが、他の実施形態では、回転電機駆動システムを、グランドと接続してもよい。

また、上記実施形態では、回転電機が電動車両の主機モータである。他の実施形態では、回転電機は、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・・・回転電機駆動システム
１０・・・モータジェネレータ（回転電機）
１１〜１３・・・コイル（巻線）
１５・・・電力変換装置
２０・・・第１インバータ ３０・・・第２インバータ
２１１〜２１３、３１１〜３１３・・・上アーム素子
２１４〜２１６、３１４〜３１６・・・下アーム素子
４１・・・第１バッテリ（第１電圧源）
４２・・・第２バッテリ（第２電圧源）
６０・・・制御部

Claims (2)

1. 複数相の巻線（１１〜１３）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、
   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、
   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インバータおよび前記第２インバータを制御する制御部（６０）と、
   を備え、
   前記第１インバータおよび前記第２インバータは、それぞれ、高電位側に接続される上アーム素子（２１１〜２１３、３１１〜３１３）または前記上アーム素子の低電位側に接続される下アーム素子（２１４〜２１６、３１４〜３１６）であって、オンされることで高電位側から低電位側へ通電可能となるスイッチング素子（２１１〜２１６、３１１〜３１６）、および、前記スイッチング素子のそれぞれに並列に接続され、低電位側から高電位側への通電を許容する還流素子（２２１〜２２６、３２１〜３２６）を有し、
   前記第１インバータまたは前記第２インバータの一方を、前記上アーム素子の全相または前記下アーム素子の全相をオンすることで中性点化し、前記第１インバータまたは前記第２インバータの他方を、前記回転電機の駆動要求に応じて制御する片側駆動モードにおいて、
   前記スイッチング素子と前記還流素子とで、導通損失の大小が入れ替わる電流値を、閾値電流とすると、
   前記制御部は、
   前記巻線に通電される電流の絶対値が最も大きい相の電流である最大相電流と前記閾値電流とを比較し、前記スイッチング素子と前記還流素子とで導通損失が小さい方に前記最大相電流が流れるように、中性点化する前記第１インバータまたは前記第２インバータにおいて、前記上アーム素子の全相をオンするか、前記下アーム素子の全相をオンするかを選択することを特徴とする電力変換装置。
2. 前記閾値電流は、中性点化する前記第１インバータまたは前記第２インバータの温度に応じて可変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。

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