JP2006320064A - 交流電圧出力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 外部負荷へ供給可能な交流電圧を１台の電動機で発生する交流電圧出力装置を提供する。
【解決手段】 コネクタ５０に接続される外部負荷へ発生した交流電圧を取出すためのＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２は、それぞれＵ，Ｖ各相ラインＵＬ，ＶＬに接続される。モータジェネレータＭＧの発電中に外部負荷への交流電圧の供給が要求されると、制御装置６０は、モータジェネレータＭＧが発電する交流電圧が商用周波数となるようにエンジン３０の回転数を設定する。また、制御装置６０は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相ラインの線間電圧が商用電圧レベルとなるようにモータジェネレータＭＧの発電量を制御する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、交流電圧出力装置に関し、特に、ハイブリッド自動車に搭載され、交流電圧を発生して外部負荷へ出力する交流電圧出力装置に関する。

特許第２６９５０８３号公報（特許文献１）は、電気動力駆動の車両に使用される電動機駆動および動力処理装置を開示する。この電動機駆動および動力処理装置は、二次電池と、インバータＩＡ，ＩＢと、誘導電動機ＭＡ，ＭＢと、制御ユニットとを備える。誘導電動機ＭＡ，ＭＢは、Ｙ結線された巻線ＣＡ，ＣＢをそれぞれ含み、巻線ＣＡ，ＣＢの中性点ＮＡ，ＮＢには、ＥＭＩフィルターを介して入力／出力ポートが接続される。

インバータＩＡ，ＩＢは、それぞれ誘導電動機ＭＡ，ＭＢに対応して設けられ、それぞれ巻線ＣＡ，ＣＢに接続される。そして、インバータＩＡ，ＩＢは、二次電池に並列に接続される。

この電動機駆動および動力処理装置においては、インバータＩＡ，ＩＢは、中性点ＮＡ，ＮＢ間に正弦波の調整された交流電力を発生し、その発生した交流電力を入力／出力ポートに接続された外部装置に供給することができる（特許文献１参照）。
特許第２６９５０８３号公報 特開２００２−２１８７９３号公報 特開平１０−１１７４４５号公報 特開平１０−２２５０１４号公報 特開平６−２９２３０４号公報

しかしながら、特許第２６９５０８３号公報に開示される電動機駆動および動力処理装置では、負荷へ供給する交流電圧を生成するのに電動機を２台必要とするため、少なくとも２台以上の電動機を備えたシステムが必須となる。また、２台の電動機にそれぞれ対応して設けられる２台のインバータを協調して動作させる必要があるため、制御も複雑になる。

さらに、特許第２６９５０８３号公報に開示される電動機駆動および動力処理装置では、誘導電動機ＭＡ，ＭＢの巻線ＣＡ，ＣＢの中性点ＮＡ，ＮＢから発生した交流電圧を外部へ取出す必要があり、交流電圧を外部へ取出すための電力線の配線に伴なって装置の構造が複雑になる。特に、ハイブリッド自動車では、内部がオイルで満たされた駆動装置のケース内に電動機が配設されることもあり、電動機内部の中性点からケース外部へ交流電圧を取出すための電力線を別途配線すると、さらなるシール構造をケースに施す必要があるため、装置が複雑となる。

そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、外部負荷へ供給可能な交流電圧を１台の電動機で発生する交流電圧出力装置を提供することである。

また、この発明の別の目的は、簡易な構造で交流電圧を発生して外部負荷へ供給可能な交流電圧出力装置を提供することである。

この発明によれば、交流電圧出力装置は、発電機能を有する多相交流電動機と、複数の電力線を介して多相交流電動機と接続されるインバータと、複数の電力線に含まれる第１および第２の電力線にそれぞれ接続され、多相交流電動機の発電時に第１および第２の電力線間に生じる交流電圧を負荷へ出力するための第１および第２の出力線と、多相交流電動機の発電時に第１および第２の電力線間に生じる交流電圧の周波数および電圧レベルを制御する制御手段とを備える。

好ましくは、制御手段は、多相交流電動機の発電時、多相交流電動機の回転数を制御して第１および第２の電力線間に生じる交流電圧の周波数を制御するとともに、多相交流電動機の発電量を制御して第１および第２の電力線間に生じる交流電圧の電圧レベルを制御する。

この発明による交流電圧出力装置においては、多相交流電動機の発電時に第１および第２の電力線間に生じる交流電圧の周波数および電圧レベルが制御手段によって制御される。そして、第１および第２の電力線にそれぞれ接続される第１および第２の出力線によって、多相交流電動機の発電時に第１および第２の電力線間に生じる交流電圧が取出される。すなわち、この交流電圧出力装置においては、多相交流電動機の中性点に出力線を接続することなく、発生した交流電圧が取出される。

したがって、この発明による交流電圧出力装置によれば、外部負荷へ供給可能な交流電圧を１台の多相交流電動機で発生することができる。また、多相交流電動機が格納されるケースの外部にて第１および第２の出力線をそれぞれ第１および第２の電力線と接続することができるので、多相交流電動機が格納されるケースに第１および第２の出力線の敷設に伴なうシール構造を別途設ける必要はなく、簡易な構造で交流電圧を発生して外部負荷へ供給することができる。

好ましくは、交流電圧出力装置は、多相交流電動機に連結される内燃機関と、内燃機関の回転数に応じた回転数で多相交流電動機を回転可能なように内燃機関を多相交流電動機と連結する連結手段とをさらに備え、制御手段は、多相交流電動機の発電時、第１および第２の電力線間に生じる交流電圧の周波数が商用周波数となるように内燃機関の回転数を制御する。

この交流電圧出力装置においては、多相交流電動機に連結された内燃機関の回転数を制御することによって第１および第２の電力線間に生じる交流電圧の周波数が商用周波数に制御される。したがって、この交流電圧出力装置によれば、外部負荷へ供給可能な商用交流電圧を１台の多相交流電動機で発生することができる。

さらに好ましくは、交流電圧出力装置は、第１および第２の出力線と負荷が接続される出力端子との間に配設され、多相交流電動機の発電時に第１および第２の出力線間に生じる交流電圧を商用電圧レベルに変換する絶縁型の交流電圧変換器をさらに備える。

この交流電圧出力装置においては、第１および第２の電力線間に生じる交流電圧は、交流電圧変換器によって商用電圧レベルに変換されるので、制御手段は、第１および第２の電力線の線間電圧を商用電圧レベルに制御する必要はない。したがって、この交流電圧出力装置によれば、制御手段による制御の自由度が向上する。また、インバータは、交流電圧の供給を受ける外部負荷と絶縁型の交流電圧変換器によって絶縁されるので、安全性に配慮した交流電圧出力装置が実現される。

好ましくは、交流電圧出力装置は、多相交流電動機の発電時に第１および第２の出力線間に生じる交流電圧を直流電圧に整流する整流器と、整流器から出力される直流電圧を商用交流電圧に変換して出力端子へ出力するもう１つのインバータとをさらに備える。

この交流電圧出力装置においては、交流電圧変換器後に設けられたもう１つのインバータによって商用交流電圧を発生できるので、多相交流電動機の発電時における多相交流電動機の回転数および発電量を自由に設定できる。したがって、この交流電圧出力装置によれば、制御手段による制御の自由度が向上する。また、多相交流電動機の回転数を高回転に設定することにより交流電圧変換器を高周波で動作させることができ、交流電圧変換器を小型化することができる。

この発明によれば、外部負荷へ供給可能な交流電圧を１台の多相交流電動機で発生することができる。また、多相交流電動機の中性点に出力線を接続することなく、発生した交流電圧が取出されるので、多相交流電動機が格納されるケースに第１および第２の出力線の敷設に伴なうシール構造を別途設ける必要はなく、簡易な構造で交流電圧を発生して外部負荷へ供給することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による交流電圧出力装置の全体ブロック図である。図１を参照して、この交流電圧出力装置１００は、バッテリＢと、昇圧コンバータ１０と、インバータ２０と、モータジェネレータＭＧと、エンジン３０と、連結部材３５と、リレー回路４０と、コネクタ５０と、制御装置６０と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、電源ラインＰＬ１，ＰＬ２と、接地ラインＳＬと、Ｕ相ラインＵＬと、Ｖ相ラインＶＬと、Ｗ相ラインＷＬと、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２と、電圧センサ７０，７２と、電流センサ８０とを備える。

この交流電圧出力装置１００は、ハイブリッド自動車に搭載される。そして、モータジェネレータＭＧは、連結部材３５を介してエンジン３０と連結され、エンジン３０の始動を行ない得る電動機として動作し、かつ、エンジン３０によって駆動される発電機として動作するものとしてハイブリッド自動車に組込まれる。

バッテリＢの正極は、電源ラインＰＬ１に接続され、バッテリＢの負極は、接地ラインＳＬに接続される。コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間に接続される。

昇圧コンバータ１０は、リアクトルＬと、パワートランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。パワートランジスタＱ１，Ｑ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列に接続される。各パワートランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ接続される。そして、リアクトルＬの一端は、パワートランジスタＱ１，Ｑ２の接続点に接続され、その他端は、電源ラインＰＬ１に接続される。

コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に接続される。インバータ２０は、Ｕ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６を含む。Ｕ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。Ｕ相アーム２２は、直列に接続されたパワートランジスタＱ１１，Ｑ１２からなり、Ｖ相アーム２４は、直列に接続されたパワートランジスタＱ１３，Ｑ１４からなり、Ｗ相アーム２６は、直列に接続されたパワートランジスタＱ１５，Ｑ１６からなる。各パワートランジスタＱ１１〜Ｑ１６のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１１〜Ｄ１６がそれぞれ接続される。

モータジェネレータＭＧは、３相コイル１２をステータコイルとして含む。３相コイル１２を形成するＵ，Ｖ，Ｗ各相コイルの一端は、互いに接続されて中性点Ｎを形成し、そのＵ，Ｖ，Ｗ各相コイルの他端は、インバータ２０のＵ，Ｖ，Ｗ各相アームにおける各パワートランジスタの接続点にそれぞれ接続される。エンジン３０は、連結部材３５を介してモータジェネレータＭＧと連結される。

ＡＣ出力ラインＡＣＬ１の一端は、Ｕ相ラインＵＬに接続され、その他端は、リレーＲＹ１に接続される。ＡＣ出力ラインＡＣＬ２の一端は、Ｖ相ラインＶＬに接続され、その他端は、リレーＲＹ２に接続される。

リレー回路４０は、リレーＲＹ１，ＲＹ２を含む。リレーＲＹ１の一端は、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１に接続され、その他端は、コネクタ５０に接続される。リレーＲＹ２の一端は、ＡＣ出力ラインＡＣＬ２に接続され、その他端は、コネクタ５０に接続される。

バッテリＢは、直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池からなる。バッテリＢは、直流電圧を発生し、その発生した直流電圧を昇圧コンバータ１０へ出力する。また、バッテリＢは、昇圧コンバータ１０から出力される直流電圧によって充電される。

コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間の電圧変動を平滑化する。電圧センサ７０は、バッテリＢから出力される電圧Ｖｂを検出し、その検出した電圧Ｖｂを制御装置６０へ出力する。

昇圧コンバータ１０は、制御装置６０からの信号ＰＷＣに基づいて、バッテリＢから受ける直流電圧をリアクトルＬを用いて昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を電源ラインＰＬ２に供給する。具体的には、昇圧コンバータ１０は、制御装置６０からの信号ＰＷＣに基づいて、パワートランジスタＱ２のスイッチング動作に応じて流れる電流をリアクトルＬに磁場エネルギーとして蓄積することによってバッテリＢからの直流電圧を昇圧する。そして、昇圧コンバータ１０は、その昇圧した昇圧電圧をパワートランジスタＱ２がオフされたタイミングに同期してダイオードＤ１を介して電源ラインＰＬ２へ出力する。

コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間の電圧変動を平滑化する。電圧センサ７２は、コンデンサＣ２の端子間電圧、すなわち昇圧コンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃ（インバータ２０の入力電圧に相当する。以下同じ。）を検出し、その検出した電圧Ｖｄｃを制御装置６０へ出力する。

インバータ２０は、制御装置６０からの信号ＰＷＭに基づいて、電源ラインＰＬ２から受ける直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をモータジェネレータＭＧへ出力する。これにより、モータジェネレータＭＧが発生する駆動力を用いてエンジン３０が始動する。また、インバータ２０は、エンジン３０からの出力を受けてモータジェネレータＭＧが発電した３相交流電圧を制御装置６０からの信号ＰＷＭに基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインＰＬ２へ出力する。

モータジェネレータＭＧは、３相交流電動発電機であり、たとえば３相交流同期電動発電機からなる。モータジェネレータＭＧは、エンジン３０からの出力を用いて３相交流電圧を発生し、その発生した３相交流電圧をインバータ２０へ出力する。また、モータジェネレータＭＧは、インバータ２０から受ける３相交流電圧によって駆動力を発生し、エンジン３０の始動を行なう。

連結部材３５は、エンジン３０の回転数に応じた回転数でモータジェネレータＭＧを回転可能なようにエンジン３０をモータジェネレータＭＧと連結する。また、連結部材３５は、エンジン３０の始動時は、モータジェネレータＭＧが発生する駆動力をエンジン３０へ伝達する。

リレー回路４０は、制御装置６０からの制御信号ＣＮＴＬに応じて、ＡＣラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２とコネクタ５０との接続／切離しを行なう。具体的には、リレー回路４０は、制御装置６０からＨ（論理ハイ）レベルの制御信号ＣＮＴＬを受けると、リレーＲＹ１，ＲＹ２がオンされてＡＣラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２をコネクタ５０と電気的に接続し、制御装置６０からＬ（論理ロー）レベルの制御信号ＣＮＴＬを受けると、リレーＲＹ１，ＲＹ２がオフされてＡＣラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２をコネクタ５０から電気的に切離す。

コネクタ５０は、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２間に生じる交流電圧Ｖａｃを外部負荷へ出力するための出力端子であり、電気機器の電源用コンセントや家庭の非常用電源のコンセントなどが接続される。

電流センサ８０は、モータジェネレータＭＧに流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴを制御装置６０へ出力する。

制御装置６０は、外部に設けられるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）から出力されるモータジェネレータＭＧのトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮ、電圧センサ７０からの電圧Ｖｂ、ならびに電圧センサ７２からの電圧Ｖｄｃに基づいて、昇圧コンバータ１０を駆動するための信号ＰＷＣを生成し、その生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ１０へ出力する。

また、制御装置６０は、電圧Ｖｄｃ、モータジェネレータＭＧのトルク指令値ＴＲおよび電流センサ８０からのモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、モータジェネレータＭＧを駆動するための信号ＰＷＭを生成し、その生成した信号ＰＷＭをインバータ２０へ出力する。

ここで、制御装置６０は、ＥＣＵからの信号ＧＥＮ，ＡＣに基づいて、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬ間に商用交流電圧を生成するように、エンジン３０の回転数を所定の回転数に設定するための回転数指令ＥＲＮおよびインバータ２０を制御するための信号ＰＷＭを生成し、その生成した回転数指令ＥＲＮおよび信号ＰＷＭをそれぞれエンジン３０およびインバータ２０へ出力する。なお、回転数指令ＥＲＮによって設定されるエンジン３０の所定の回転数は、モータジェネレータＭＧが発電する交流電圧の周波数が商用周波数となるようにモータジェネレータＭＧを回転させるための回転数である。なお、信号ＧＥＮ，ＡＣについては、後ほど説明する。

図２は、図１に示した制御装置６０の機能ブロック図である。図２を参照して、制御装置６０は、コンバータ制御部６１と、インバータ制御部６２と、ＡＣ出力制御部６３とを含む。コンバータ制御部６１は、電圧Ｖｂ，Ｖｄｃ、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて、昇圧コンバータ１０のパワートランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするための信号ＰＷＣを生成し、その生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ１０へ出力する。

インバータ制御部６２は、モータジェネレータＭＧのトルク指令値ＴＲおよびモータ電流ＭＣＲＴならびに電圧Ｖｄｃに基づいて、インバータ２０のパワートランジスタＱ１１〜Ｑ１６をオン／オフするための信号ＰＷＭを生成し、その生成した信号ＰＷＭをインバータ２０へ出力する。ここで、インバータ制御部６２は、ＡＣ出力制御部６３からＨレベルの制御信号ＣＴＬを受けているとき、モータジェネレータＭＧの発電によりＵ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬ間に生じる線間電圧が商用交流電圧の電圧レベルとなるように、インバータ２０のパワートランジスタＱ１１〜Ｑ１６をオン／オフするための信号ＰＷＭを生成し、その生成した信号ＰＷＭをインバータ２０へ出力する。

ＡＣ出力制御部６３は、信号ＧＥＮ，ＡＣに基づいて、商用交流電圧を発生して外部負荷へ供給するか否かを判定する。ここで、信号ＧＥＮは、モータジェネレータＭＧが発電を行なっているときにＨレベルとなる信号である。また、信号ＡＣは、たとえば、ＡＣ出力スイッチの操作に応じて論理レベルが変化する信号であり、Ｈレベルの信号ＡＣは、商用電源用の交流電圧Ｖａｃの出力を要求する信号である。

ＡＣ出力制御部６３は、信号ＧＥＮがＨレベルのときにＨレベルの信号ＡＣを受けると、交流電圧Ｖａｃの発生を許可し、Ｈレベルの制御信号ＣＴＬをインバータ制御部６２へ出力する。そして、ＡＣ出力制御部６３は、回転数指令ＥＲＮをエンジン３０へ出力するとともに、Ｈレベルの制御信号ＣＮＴＬをリレー回路４０へ出力する。

一方、ＡＣ出力制御部６３は、信号ＧＥＮ，ＡＣの少なくとも一方がＬレベルのときは、交流電圧Ｖａｃの発生を許可せず、Ｌレベルの制御信号ＣＴＬをインバータ制御部６２へ出力し、Ｌレベルの制御信号ＣＮＴＬをリレー回路４０へ出力する。

なお、ＡＣ出力制御部６３は、Ｈレベルの信号ＡＣを受けたときに信号ＧＥＮがＬレベルすなわちモータジェネレータＭＧによる発電が行なわれていない場合、インバータ制御部６２へエンジン３０の始動指令を出力し、モータジェネレータＭＧによる発電が開始されて信号ＧＥＮがＨレベルとなった後、交流電圧Ｖａｃの発生を許可するようにしてもよい。

図３は、図２に示したコンバータ制御部６１の機能ブロック図である。図３を参照して、コンバータ制御部６１は、インバータ入力電圧指令演算部１１２と、フィードバック電圧指令演算部１１４と、デューティー比演算部１１６と、ＰＷＭ信号変換部１１８とからなる。

インバータ入力電圧指令演算部１１２は、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて、インバータ入力電圧の最適値（目標値）すなわち電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍを演算し、その演算した電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍをフィードバック電圧指令演算部１１４へ出力する。

フィードバック電圧指令演算部１１４は、電圧センサ７２からの電圧Ｖｄｃと、インバータ入力電圧指令演算部１１２からの電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍとに基づいて、電圧Ｖｄｃを電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍに制御するためのフィードバック電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｆｂを演算し、その演算したフィードバック電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｆｂをデューティー比演算部１１６へ出力する。

デューティー比演算部１１６は、電圧センサ７０からの電圧Ｖｂと、フィードバック電圧指令演算部１１４からのフィードバック電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｆｂとに基づいて、昇圧コンバータ１０の出力電圧Ｖｄｃを電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍに制御するためのデューティー比を演算し、その演算したデューティー比をＰＷＭ信号変換部１１８へ出力する。

ＰＷＭ信号変換部１１８は、デューティー比演算部１１６から受けたデューティー比に基づいて昇圧コンバータ１０のパワートランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするためのＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号を信号ＰＷＣとして昇圧コンバータ１０のパワートランジスタＱ１，Ｑ２へ出力する。

なお、昇圧コンバータ１０の下アームのパワートランジスタＱ２のオンデューティーを大きくすることによりリアクトルＬにおける電力蓄積が大きくなるため、より高電圧の出力を得ることができる。一方、上アームのパワートランジスタＱ１のオンデューティーを大きくすることにより電源ラインＰＬ２の電圧が下がる。そこで、パワートランジスタＱ１，Ｑ２のデューティー比を制御することで、電源ラインＰＬ２の電圧をバッテリＢの出力電圧以上の任意の電圧に制御することができる。

図４は、図２に示したインバータ制御部６２の機能ブロック図である。図４を参照して、インバータ制御部６２は、モータ制御用相電圧演算部１２０と、ＰＷＭ信号変換部１２２とからなる。

モータ制御用相電圧演算部１２０は、ＡＣ出力制御部６３から受ける制御信号ＣＴＬがＬレベルのとき、トルク指令値ＴＲ、電圧センサ７２からの電圧Ｖｄｃおよび電流センサ８０からのモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、モータジェネレータＭＧの各相コイルに印加する電圧を演算し、その演算した各相コイル電圧をＰＷＭ信号変換部１２２へ出力する。

また、モータ制御用相電圧演算部１２０は、ＡＣ出力制御部６３から受ける制御信号ＣＴＬがＨレベルのとき、商用周波数を有し、かつ、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬの線間電圧が商用交流電圧の電圧レベルとなるような各相コイル電圧を演算し、その演算した各相コイル電圧をＰＷＭ信号変換部１２２へ出力する。

ＰＷＭ信号変換部１２２は、モータ制御用相電圧演算部１２０から受ける各相コイル電圧指令に基づいて、インバータ２０の各パワートランジスタＱ１１〜Ｑ１６をオン／オフする信号ＰＷＭを生成し、その生成した信号ＰＷＭをインバータ２０の各パワートランジスタＱ１１〜Ｑ１６へ出力する。

このように、モータジェネレータＭＧが発電中に交流電圧Ｖａｃの発生が要求されると、モータジェネレータＭＧが発電する交流電圧が商用周波数となるようにエンジン３０の回転数が所定の回転数に設定される。そして、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相ラインの線間電圧が商用交流電圧の電圧レベルとなるようにインバータ２０によってモータジェネレータＭＧの発電量が制御される。すなわち、交流電圧Ｖａｃの発生が要求されると、制御装置６０は、エンジン３０の回転数を調整することによりモータジェネレータＭＧの発電電圧の周波数を商用周波数に制御し、インバータ２０によってモータジェネレータＭＧの発電量を制御することによりＵ，Ｖ，Ｗ各相ラインの線間電圧の電圧レベルを商用電圧レベルに制御する。

図５は、商用交流電圧生成時のＵ，Ｖ各相ラインＵＬ，ＶＬの電圧および生成される交流電圧Ｖａｃのタイミングチャートである。図５を参照して、曲線ｋ１は、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１が接続されるＵ相ラインＵＬの電圧Ｖｕの変化を示し、曲線ｋ２は、ＡＣ出力ラインＡＣＬ２が接続されるＶ相ラインＶＬの電圧Ｖｖの変化を示す。また、曲線ｋ３は、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２間に生じる交流電圧Ｖａｃの変化を示す。

商用交流電圧生成時、モータジェネレータＭＧを駆動するエンジン３０の回転数が所定の回転数に設定され、Ｕ，Ｖ各相ラインＵＬ，ＶＬには、商用周波数（１／Ｔ）からなる電圧Ｖｕ，Ｖｖが発生する。電圧Ｖｖは、電圧Ｖｕと位相が１２０度ずれている。

そして、電圧Ｖｕと電圧Ｖｖとの電圧差からなる交流電圧Ｖａｃが商用交流電圧の電圧レベルとなるように、モータジェネレータＭＧの発電量がインバータ２０によって制御される。これにより、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２間に生じる交流電圧Ｖａｃが商用交流電圧に制御される。

以上のように、この実施の形態１によれば、コネクタ５０に接続される外部負荷へ供給可能な交流電圧Ｖａｃを１台のモータジェネレータＭＧで発生することができる。そして、モータジェネレータＭＧが格納されるケース（図示せず）の外部にてＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２をそれぞれＵ，Ｖ各相ラインと接続することができるので、モータジェネレータＭＧが格納されるケースにＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２の敷設に伴なうシール構造を別途設ける必要はなく、簡易な構造で交流電圧Ｖａｃを取出すことができる。

［実施の形態２］
図６は、この発明の実施の形態２による交流電圧出力装置の全体ブロック図である。図６を参照して、この交流電圧出力装置１００Ａは、図１に示した実施の形態１による交流電圧出力装置１００の構成において、リレー回路４０に代えてトランス４１、フィルタ４２およびリレーＲＹ３を備える。交流電圧出力装置１００Ａのその他の構成は、交流電圧出力装置１００の構成と同じである。

トランス４１は、一次コイル４３と、二次コイル４４とを含む。一次コイル４３は、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１とＡＣ出力ラインＡＣＬ２との間に接続される。二次コイル４４は、フィルタ４２に接続される。そして、トランス４１は、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２間に生じた交流電圧を商用電源用の交流電圧Ｖａｃに変換してフィルタ４２へ出力する。フィルタ４２は、トランス４１からの交流電圧Ｖａｃに含まれる高周波ノイズを除去してコネクタ５０へ出力する。

リレーＲＹ３は、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１とＡＣ出力ラインＡＣＬ２との間にトランス４１の一次コイル４３に直列に接続される。リレーＲＹ３は、制御装置６０からの制御信号ＣＮＴＬに応じてオン／オフされる。具体的には、リレーＲＹ３は、Ｈレベルの制御信号ＣＮＴＬによりオンされ、Ｌレベルの制御信号ＣＮＴＬによりオフされる。

この交流電圧出力装置１００Ａにおいては、トランス４１が設けられるので、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２がコネクタ５０に接続される外部負荷と絶縁される。すなわち、交流電圧出力装置１００Ａは、コネクタ５０に接続される外部負荷と絶縁される。

また、この交流電圧出力装置１００Ａにおいては、トランス４１は、一次コイル４３と二次コイル４４との巻数比に応じた電圧変換を行なうので、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２間の電圧すなわちＵ相ラインＵＬとＶ相ラインＶＬとの線間電圧は、商用電圧レベルである必要はない。

なお、商用交流電圧の生成を行なわないときは、リレーＲＹ３がオフされ、トランス４１への通電が遮断される。

以上のように、この実施の形態２によれば、トランス４１を設けたので、コネクタ５０に接続される外部負荷を交流電圧出力装置１００Ａと電気的に絶縁できる。したがって、安全性に配慮した交流電圧出力装置が実現される。また、Ｕ相ラインＵＬとＶ相ラインＶＬとの線間電圧を商用電圧レベルに制御する必要はないので、制御の自由度が向上する。

［実施の形態３］
図７は、この発明の実施の形態３による交流電圧出力装置の全体ブロック図である。図７を参照して、この交流電圧出力装置１００Ｂは、図６に示した実施の形態２による交流電圧出力装置１００Ａの構成において、整流器４５およびインバータ４６をさらに備える。交流電圧出力装置１００Ｂのその他の構成は、交流電圧出力装置１００Ａの構成と同じである。

整流器４５は、トランス４１からの交流電圧を直流電圧に整流してインバータ４６へ出力する。なお、この整流器４５には、公知の整流回路を用いることができる。インバータ４６は、整流器４５からの直流電圧を商用電源用の交流電圧Ｖａｃに変換し、その変換した交流電圧Ｖａｃをフィルタ４２へ出力する。

この交流電圧出力装置１００Ｂにおいては、一次コイル４３と二次コイル４４との巻数比に応じた電圧変換を行なうトランス４１が設けられるので、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２間の電圧すなわちＵ相ラインＵＬとＶ相ラインＶＬとの線間電圧は、商用電圧レベルである必要はない。

また、この交流電圧出力装置１００Ｂにおいては、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２間に生じた交流を整流器４５によって一旦直流に変換し、インバータ４６によって商用電源用の交流電圧Ｖａｃを発生させるので、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２に発生させる交流電圧の周波数、すなわちモータジェネレータＭＧが発電する交流電圧の周波数は、商用交流周波数である必要はない。

すなわち、この交流電圧出力装置１００Ｂにおいては、モータジェネレータＭＧにより発電される交流電圧の電圧レベルも周波数も自由に設定できるので、たとえばエンジン３０を最適な効率で動作させることができる。また、エンジン３０の回転数を高回転に設定し、モータジェネレータＭＧが発電する交流電圧の周波数を高くすれば、トランス４１を高周波で動作させることができるので、トランス４１の体格を小さくすることもできる。

以上のように、この実施の形態３によれば、Ｕ相ラインＵＬとＶ相ラインＶＬとの線間電圧の電圧レベルおよび周波数を自由に設定できるので、制御の自由度がさらに向上する。また、トランス４１が設けられているので、コネクタ５０に接続される外部負荷を交流電圧出力装置１００Ｂと電気的に絶縁でき、安全性に配慮した交流電圧出力装置が実現される。さらに、Ｕ相ラインＵＬとＶ相ラインＶＬとの線間電圧の周波数を高周波に設定することによりトランス４１を高周波で動作させることができるので、トランス４１の体格を小さくすることができる。

なお、上記の各実施の形態１〜３においては、交流電圧出力装置１００，１００Ａ，１００Ｂは、上述のようにハイブリッド自動車に搭載される。そして、特に図示していないが、実際には、駆動輪に連結され、車両の駆動力を発生するモータジェネレータＭＧ２と、電源ラインＰＬ２および接地ラインＳＬに接続され、モータジェネレータＭＧ２を駆動する他のインバータとが備えられる。ここで、上記の各実施の形態１〜３においては、モータジェネレータＭＧのみで商用電源用の交流電圧Ｖａｃを生成できるので、モータジェネレータＭＧ２の動作に関係なく、たとえばハイブリッド自動車が走行中であっても、交流電圧Ｖａｃを生成することができる。

また、上記の各実施の形態１〜３においては、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２をそれぞれＵ，Ｖ各相ラインＵＬ，ＶＬに接続するものとしたが、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２をその他の各相ラインに接続してもよい。また、ＡＣ出力ラインをもう１本設け、３本のＡＣ出力ラインをＵ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬにそれぞれ接続することによって、３相の商用交流電圧を生成することも可能である。

なお、上記において、モータジェネレータＭＧは、この発明における「多相交流電動機」に対応し、インバータ２０は、この発明における「インバータ」に対応する。また、ＡＣ出力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２は、それぞれこの発明における「第１の出力線」および「第２の出力線」に対応し、インバータ制御部６２およびＡＣ出力制御部６３は、この発明における「制御手段」を形成する。さらに、トランス４１は、この発明における「絶縁型の交流電圧変換器」に対応し、インバータ４６は、この発明における「もう１つのインバータ」に対応する。また、さらに、エンジン３０は、この発明における「内燃機関」に対応し、連結部材３５は、この発明における「連結手段」に対応する。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１による交流電圧出力装置の全体ブロック図である。 図１に示す制御装置の機能ブロック図である。 図２に示すコンバータ制御部の機能ブロック図である。 図２に示すインバータ制御部の機能ブロック図である。 商用交流電圧生成時のＵ，Ｖ各相ラインの電圧および生成される交流電圧のタイミングチャートである。 この発明の実施の形態２による交流電圧出力装置の全体ブロック図である。 この発明の実施の形態３による交流電圧出力装置の全体ブロック図である。

符号の説明

１０ 昇圧コンバータ、１２ ３相コイル、２０，４６ インバータ、２２ Ｕ相アーム、２４ Ｖ相アーム、２６ Ｗ相アーム、３０ エンジン、３５ 連結部材、４０ リレー回路、４１ トランス、４２ フィルタ、４３ 一次コイル、４４ 二次コイル、４５ 整流器、５０ コネクタ、６０ 制御装置、６１ コンバータ制御部、６２ インバータ制御部、６３ ＡＣ出力制御部、７０，７２ 電圧センサ、８０ 電流センサ、１００，１００Ａ，１００Ｂ 交流電圧出力装置、１１２ インバータ入力電圧指令演算部、１１４ フィードバック電圧指令演算部、１１６ デューティー比演算部、１１８，１２２ ＰＷＭ信号変換部、１２０ モータ制御用相電圧演算部、Ｂ バッテリ、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、ＰＬ１，ＰＬ２ 電源ライン、ＳＬ 接地ライン、Ｌ リアクトル、ＭＧ モータジェネレータ、Ｎ 中性点、ＵＬ Ｕ相ライン、ＶＬ Ｖ相ライン、ＷＬ Ｗ相ライン、ＡＣＬ１，ＡＣＬ２ ＡＣ出力ライン、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ１１〜Ｑ１６ パワートランジスタ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１１〜Ｄ１６ ダイオード、ＲＹ１〜ＲＹ３ リレー。

Claims (5)

1. 発電機能を有する多相交流電動機と、
   複数の電力線を介して前記多相交流電動機と接続されるインバータと、
   前記複数の電力線に含まれる第１および第２の電力線にそれぞれ接続され、前記多相交流電動機の発電時に前記第１および第２の電力線間に生じる交流電圧を負荷へ出力するための第１および第２の出力線と、
   前記多相交流電動機の発電時に前記交流電圧の周波数および電圧レベルを制御する制御手段とを備える交流電圧出力装置。
2. 前記制御手段は、前記多相交流電動機の発電時、前記多相交流電動機の回転数を制御して前記交流電圧の周波数を制御するとともに、前記多相交流電動機の発電量を制御して前記交流電圧の電圧レベルを制御する、請求項１に記載の交流電圧出力装置。
3. 前記多相交流電動機に連結される内燃機関と、
   前記内燃機関の回転数に応じた回転数で前記多相交流電動機を回転可能なように前記内燃機関を前記多相交流電動機と連結する連結手段とをさらに備え、
   前記制御手段は、前記多相交流電動機の発電時、前記交流電圧の周波数が商用周波数となるように前記内燃機関の回転数を制御する、請求項２に記載の交流電圧出力装置。
4. 前記第１および第２の出力線と前記負荷が接続される出力端子との間に配設され、前記多相交流電動機の発電時に前記第１および第２の出力線間に生じる交流電圧を商用電圧レベルに変換する絶縁型の交流電圧変換器をさらに備える、請求項３に記載の交流電圧出力装置。
5. 前記多相交流電動機の発電時に前記第１および第２の出力線間に生じる交流電圧を直流電圧に整流する整流器と、
   前記整流器から出力される直流電圧を商用交流電圧に変換して前記出力端子へ出力するもう１つのインバータとをさらに備える、請求項２に記載の交流電圧出力装置。

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