電力変換装置
【課題】導通損失が大きくなるのを抑制することが可能な電力変換装置を提供する。
【解決手段】この電力変換装置１００は、片方向スイッチ１１〜２８と、入力側端子と複数の片方向スイッチ１１〜２８との間に設けられる直流インダクタ３１〜３６とをそれぞれ含む３個の電流形インバータ回路１〜３を備え、電流形インバータ回路１〜３の入力側端子を短絡するとともに、３個の電流形インバータ回路１〜３の出力側端子同士を並列接続し、３個の電流形インバータ回路１〜３にそれぞれ設けられる直流インダクタ３１、３３および３５（３２、３４および３６）同士を結合させて、片方向スイッチ１１〜２８のオンオフに基づいて、結合された直流インダクタ３１〜３６の巻線間において電流が移動する動作が行われるように構成されている。
【解決手段】この電力変換装置１００は、片方向スイッチ１１〜２８と、入力側端子と複数の片方向スイッチ１１〜２８との間に設けられる直流インダクタ３１〜３６とをそれぞれ含む３個の電流形インバータ回路１〜３を備え、電流形インバータ回路１〜３の入力側端子を短絡するとともに、３個の電流形インバータ回路１〜３の出力側端子同士を並列接続し、３個の電流形インバータ回路１〜３にそれぞれ設けられる直流インダクタ３１、３３および３５（３２、３４および３６）同士を結合させて、片方向スイッチ１１〜２８のオンオフに基づいて、結合された直流インダクタ３１〜３６の巻線間において電流が移動する動作が行われるように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、交流電源の各相と出力側の各相を双方向スイッチで直接接続し、交流電源の各相と双方向スイッチとの間に接続された入力側リアクトルと、負荷の各相と双方向スイッチとの間に接続された出力側リアクトルと、出力側リアクトルの双方向スイッチ側端子間を接続する第１のコンデンサ群と、第１のコンデンサ群を構成するコンデンサ相互間の接続を接断可能な第１の接断回路と、入力側リアクトルの双方向スイッチ側各端子間を接続する第２のコンデンサ群と、第２のコンデンサ群を構成するコンデンサ相互間の接続を接断可能な第２の接断回路と、入力側インダクタの双方向スイッチ側を、双方向スイッチを用いて短絡したり、出力側に接続したりすることで、電源電圧よりも高い電圧を出力する昇圧出力の機能を備えたマトリクスコンバータが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２００６／１１２２７５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のマトリクスコンバータは、昇圧チョッパの原理に基づく電流形電力変換器であるが、入力と出力の双方にリアクトル、コンデンサ及び接断手段であるスイッチを備える必要があり、装置が大形化するという問題がある。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、装置が大形化するのを抑制することが可能な電流形電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００６】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による電力変換装置は、Ｍ相（Ｍは２以上の自然数）の交流が入力されるとともに、Ｎ相（Ｎは２以上の自然数）の交流が出力される電力変換装置であって、複数の片方向スイッチと、入力側端子と複数の片方向スイッチとの間に設けられるインダクタとをそれぞれ含む複数の電力変換部を備え、電力変換部の入力側端子を短絡するとともに、複数の電力変換部の出力側端子同士を並列接続し、複数の電力変換部にそれぞれ設けられるインダクタ同士を結合させて、複数の片方向スイッチのオンオフに基づいて、結合されたインダクタの巻線間において電流を移動させる動作ができるように構成されている。
【０００７】
この一の局面による電力変換装置では、上記のように、複数の電力変換部にそれぞれ設けられるインダクタ同士を結合させて、複数の片方向スイッチのオンオフに基づいて、結合されたインダクタの巻線間において電流を移動させる動作を行うことによって、外部のリアクトル、スイッチを省略できるため、装置の大形化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態による電力変換装置の回路図である。
【図２】本発明の第１実施形態による電力変換装置の制御回路のブロック図である。
【図３】従来の電流形電力変換装置の双方向スイッチ群の回路図である。
【図４】図３と電気的に等価な電力変換装置の回路図である。
【図５】３相入力３相出力電流形インバータの回路図である。
【図６】本発明の第１実施形態による電力変換装置の出力側の空間ベクトル図である。
【図７】本発明の第１実施形態による電力変換装置の入力側の空間ベクトル図である。
【図８】本発明の第１実施形態による電力変換装置のゼロ電流ベクトル（ＩＲＲ、ＩＳＳ、ＩＴＴ）を生成する場合の回路図である。
【図９】本発明の第１実施形態による電力変換装置のゼロでない電流ベクトル（ＩＲＴ、ＩＳＲ、ＩＴＳ）を生成する場合の回路図である。
【図１０】本発明の第１実施形態による電力変換装置のゼロでない電流ベクトル（ＩＲＳ、ＩＳＴ、ＩＴＲ）を生成する場合の回路図である。
【図１１】本発明の第１実施形態によるスイッチ駆動信号のタイムチャートである。
【図１２】本発明の第２実施形態による電力変換装置の回路図である。
【図１３】従来の電流形電力変換装置の双方向スイッチ群の回路図である。
【図１４】図１３と電気的に等価な電力変換装置の回路図である。
【図１５】２相入力３相出力電流形インバータの回路図である。
【図１６】本発明の第２実施形態による電力変換装置の入力側の空間ベクトル図である。
【図１７】本発明の第２実施形態による電力変換装置のゼロ電流ベクトル（ＩＲＲ、ＩＳＳ）を生成する場合の回路図である。
【図１８】本発明の第２実施形態による電力変換装置のゼロでない電流ベクトル（ＩＲＳ、ＩＳＲ）を生成する場合の回路図である。
【図１９】本発明の第３実施形態による電力変換装置の回路図である。
【図２０】本発明の第３実施形態による電力変換装置のＮが奇数の場合の出力側の空間ベクトル図である。
【図２１】本発明の第３実施形態による電力変換装置のＮが偶数の場合の出力側の空間ベクトル図である。
【図２２】本発明の第４実施形態による電力変換装置の回路図である。
【図２３】本発明の第１〜第４実施形態の変形例による電力変換装置の回路図である。
【図２４】図１５に示す２相入力３相出力電流形インバータの第１変形例による電流形インバータの回路図である。
【図２５】図１５に示す２相入力３相出力電流形インバータの第２変形例による電流形インバータの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
（第１実施形態）
まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態による電力変換装置１００の構成について説明する。
【００１１】
図１に示すように、本実施形態に係る電力変換装置１００は、３相交流電源の入力端子であるＲ端子、Ｓ端子およびＴ端子と、３相交流出力端子であるＵ端子、Ｖ端子およびＷ端子と、３個の電力変換回路１、２および３と、フィルタ用キャパシタ４、５および６と、フィルタ用キャパシタ７、８および９と、制御回路５１とを有する。なお、電力変換回路１〜３は、本発明の「電力変換部」の一例である。
【００１２】
電力変換回路１は、６個の片方向スイッチ１１〜１６と、直流インダクタ３１および３２とを含む。片方向スイッチ１１〜１６は、それぞれ、ダイオード４１と、トランジスタ４２とによって構成されている。片方向スイッチ１１〜１６は、それぞれ、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ、Ｓ４Ｒ、Ｓ３Ｒ、Ｓ６Ｒ、Ｓ５ＲおよびＳ２Ｒによって駆動される。また、電力変換回路１の入力側端子（直流インダクタ３１のＲ端子側、直流インダクタ３２のＲ端子側）は、短絡されている。また、直流インダクタ３１は、Ｒ端子と、片方向スイッチ１１、１３および１５との間に設けられている。また、直流インダクタ３２は、Ｒ端子と、片方向スイッチ１２、１４および１６との間に設けられている。
【００１３】
電力変換回路２は、電力変換回路１と同様の構成を有する。すなわち、電力変換回路２は、６個の片方向スイッチ１７〜２２と、直流インダクタ３３および３４とを含む。片方向スイッチ１７〜２２は、それぞれ、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｓ、Ｓ４Ｓ、Ｓ３Ｓ、Ｓ６Ｓ、Ｓ５ＳおよびＳ２Ｓによって駆動される。また、電力変換回路２の入力側端子（直流インダクタ３３のＳ端子側、直流インダクタ３４のＳ端子側）は、短絡されている。また、直流インダクタ３３は、Ｓ端子と、片方向スイッチ１７、１９および２１との間に設けられている。また、直流インダクタ３４は、Ｓ端子と、片方向スイッチ１８、２０および２２との間に設けられている。
【００１４】
電力変換回路３は、電力変換回路１と同様の構成を有する。すなわち、電力変換回路３は、６個の片方向スイッチ２３〜２８と、直流インダクタ３５および３６とを含む。片方向スイッチ２３〜２８は、それぞれ、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｔ、Ｓ４Ｔ、Ｓ３Ｔ、Ｓ６Ｔ、Ｓ５ＴおよびＳ２Ｔによって駆動される。また、電力変換回路３の入力側端子（直流インダクタ３５のＴ端子側、直流インダクタ３６のＴ端子側）は、短絡されている。また、直流インダクタ３５は、Ｔ端子と、片方向スイッチ２３、２５および２７との間に設けられている。また、直流インダクタ３６は、Ｔ端子と、片方向スイッチ２４、２６および２８との間に設けられている。また、片方向スイッチ１１、１３、１５、１７、１９、２１、２３、２５および２７は、本発明の「第１片方向スイッチ」の一例である。また、片方向スイッチ１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６および２８は、本発明の「第２片方向スイッチ」の一例である。また、直流インダクタ３１、３３および３５は、本発明の「インダクタ」および「第１インダクタ」の一例である。また、直流インダクタ３２、３４および３６は、本発明の「インダクタ」および「第２インダクタ」の一例である。
【００１５】
ここで、第１実施形態では、直流インダクタ３１、３３および３５は、結合されており、実際には一つのインダクタである。また、直流インダクタ３２、３４および３６は、結合されており、実際には一つのインダクタである。結合されたインダクタの結合方向は図１の黒丸で示している。また、結合された直流インダクタ内の各巻線の巻回数は、等しいとする。これにより、結合された直流インダクタの巻線間で、１つの巻線に流れる電流を、大きさを保持したまま他の巻線に移動させる動作を行うことが可能である。これはスイッチング電源のフライバック型コンバータなどで利用される動作として一般的に知られている動作と同じである。また、この動作は、片方向スイッチ１１〜２８のオンオフによって行われる。
【００１６】
また、第１実施形態では、電力変換装置１００には、１８個の片方向スイッチ１１〜２８のオンオフを制御するための制御回路５１が設けられている。制御回路５１には、図２に示すように、従来の３相入力３相出力の電流形インバータのインバータ部を制御するインバータ電流指令部５１１、インバータＰＷＭ演算部５２１、が設けられており、また従来の３相入力３相出力の電流形コンバータのコンバータ部を制御するコンバータ電流指令部５１２、コンバータＰＷＭ演算部５２２、が設けられている。また、制御回路５１には、インバータＰＷＭ演算部５２１およびコンバータＰＷＭ演算部５２２によって生成されたスイッチ駆動信号を組み合わせる（分配する）ことにより、片方向スイッチ１１〜２８を制御する駆動信号分配回路５３が設けられている。なお、制御回路５１は、本発明の「制御部」の一例である。また、インバータ電流指令部５１１、インバータＰＷＭ演算部５２１、コンバータ電流指令部５１２およびコンバータＰＷＭ演算部５２２は「第１制御部」の一例、および駆動信号分配回路５３は、「第２制御部」の一例である。
【００１７】
次に、図１、図３および図４を参照して、第１実施形態の電力変換装置１００の動作原理を説明する。
【００１８】
まず、図３に示す双方向スイッチ群２００は、従来のマトリクスコンバータによる電流形電力変換装置の一部を構成し、電力変換を行うものである。双方向スイッチ群２００は３相交流電源の入力端子であるＲ端子、Ｓ端子およびＴ端子と、３相交流出力端子であるＵ端子、Ｖ端子およびＷ端子とが設けられている。また、Ｒ端子、Ｓ端子およびＴ端子と、Ｕ端子、Ｖ端子およびＷ端子との間には、９個の双方向スイッチ２０１〜２０９が設けられている。ここで、Ｒ端子、Ｓ端子およびＴ端子と、Ｕ端子、Ｖ端子およびＷ端子とには各々リアクトルと、相互間の接続をスイッチにて接断可能なコンデンサとが接続されるが、これらは図３では省略されている。
【００１９】
Ｒ端子には、双方向スイッチ２０１〜２０３の入力側が接続されている。また、Ｓ端子には、双方向スイッチ２０４〜２０６の入力側が接続されている。また、Ｔ端子には、双方向スイッチ２０７〜２０９の入力側が接続されている。また、双方向スイッチ２０１、２０４および２０７の出力側は、Ｕ端子に接続されている。また、双方向スイッチ２０２、２０５および２０８の出力側は、Ｖ端子に接続されている。また、双方向スイッチ２０３、２０６および２０９の出力側は、Ｗ端子に接続されている。
【００２０】
また、双方向スイッチ２０１〜２０９は、それぞれ、スイッチ駆動信号Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ３１、Ｓ３２およびＳ３３によって駆動される。双方向スイッチ群２００への入力電流および双方向スイッチ群２００からの出力電流は、前述の入力端子及び出力端子に接続された図示しないリアクトルの作用により、ほぼ一定の振幅の交流電流となる。このとき双方向スイッチ群２００に入力される３相電流（ｉｒ、ｉｓ、ｉｔ）と、出力される３相電流（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）との関係は、下記の式（１）によって表わされる。
【００２１】
【数１】
【００２２】
なお、スイッチ駆動信号Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ３１、Ｓ３２およびＳ３３が「１」の場合は、オン信号となり、「０」の場合は、オフ信号となる。また、入力端子（Ｒ端子、Ｓ端子、Ｔ端子）から、出力端子（Ｕ端子、Ｖ端子、Ｗ端子）への向きを正とする。
【００２３】
また、双方向スイッチ２０１（２０２、２０３）は、ダイオード２１０と、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ（Ｓ３Ｒ、Ｓ５Ｒ）により駆動されるトランジスタ２１１とからなる片方向スイッチと、ダイオード２１０とスイッチ駆動信号Ｓ４Ｒ（Ｓ６Ｒ、Ｓ２Ｒ）により駆動されるトランジスタ２１１とからなる片方向スイッチとを逆並列に接続して構成されている。また、双方向スイッチ２０４（２０５、２０６）は、ダイオード２１０と、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｓ（Ｓ３Ｓ、Ｓ５Ｓ）により駆動されるトランジスタ２１１とからなる片方向スイッチと、ダイオード２１０とスイッチ駆動信号Ｓ４Ｓ（Ｓ６Ｓ、Ｓ２Ｓ）により駆動されるトランジスタ２１１とからなる片方向スイッチとを逆並列に接続して構成されている。また、双方向スイッチ２０７（２０８、２０９）は、ダイオード２１０と、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｔ（Ｓ３Ｔ、Ｓ５Ｔ）により駆動されるトランジスタ２１１とからなる片方向スイッチと、ダイオード２１０とスイッチ駆動信号Ｓ４Ｔ（Ｓ６Ｔ、Ｓ２Ｔ）により駆動されるトランジスタ２１１とからなる片方向スイッチとを逆並列に接続して構成されている。
【００２４】
図４は、図３に示す回路と電気的に等しい回路を示している。図４では、双方向スイッチ２０１〜２０９に含まれる片方向スイッチ（片方向スイッチ２２１〜２３８）を分離して表示している。片方向スイッチ２２１〜２３８に入力される３相電流（ｉｒ、ｉｓ、ｉｔ）と、出力される３相電流（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）との関係は、下記の式（２）および式（３）によって表わされる。
【００２５】
【数２】
【００２６】
なお、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔが「１」の場合は、オン信号となり、「０」の場合は、オフ信号となる。また、電流ｉｒｐ、ｉｓｐおよびｉｔｐは、入力端子（Ｒ端子、Ｓ端子、Ｔ端子）側から、出力端子（Ｕ端子、Ｖ端子、Ｗ端子）側へ、一方向に流れる直流電流である。また、電流ｉｒｎ、ｉｓｎおよびｉｔｎは、出力端子側から、入力端子側へ、一方向に流れる直流電流である。従来の電流形電力変換装置では、入力電流は正弦波であり、式（３）により電流ｉｒｐ、ｉｓｐおよびｉｔｐは、それぞれ入力電流ｉｒ、ｉｓ、ｉｔを正に整流した半波整流波形（正弦波の正の部分）を有する直流電流となり、電流ｉｒｎ、ｉｓｎおよびｉｔｎは、それぞれ入力電流ｉｒ、ｉｓ、ｉｔを負に整流した半波整流波形（正弦波の負の部分）を有する直流電流となる。
【００２７】
図１と図４を比較すると、図１に示す第１実施形態の電力変換装置１００は、図４に示す従来の電流形電力変換装置を構成する双方向スイッチ群２００の直流電流ｉｒｐ〜ｉｔｎの流路に、各々結合インダクタ３１〜３６を設けたものであることがわかる。前述のように、結合されたインダクタの巻線に接続された閉回路の間で電流を移動することができるので、電力変換装置１００において下記の式（４）に示される状態を瞬時に切り替えることが可能である。これは、常に直流インダクタ３１、３３、３５のどれか一つにパルス状の直流電流ｉｄｃを流し、かつ常に直流インダクタ３２、３４、３６のどれか一つにパルス状の直流電流−ｉｄｃを流すことを意味している。さらにこれは、Ｓ１Ｒ、Ｓ３Ｒ、Ｓ５Ｒ、Ｓ１Ｓ、Ｓ３Ｓ、Ｓ５Ｓ、Ｓ１Ｔ、Ｓ３Ｔ、Ｓ５Ｔのうち常にどれか一つを「１」、かつＳ２Ｒ、Ｓ４Ｒ、Ｓ６Ｒ、Ｓ２Ｓ、Ｓ４Ｓ、Ｓ６Ｓ、Ｓ２Ｔ、Ｓ４Ｔ、Ｓ６Ｔのうち常にどれか一つを「１」とすることにより実現される。
【００２８】
【数３】
【００２９】
上記の式（４）の状態をパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）を適用することにより、各巻線にｉｄｃを流す時間を変化させることによって、入力電流ｉｒ（ｉｓ、ｉｔ）の平均値を正弦波状にすることが可能となる。すなわち、第１実施形態の電力変換装置１００は、従来の電流形電力変換装置の内部に流れる直流電流をパルス化し、ＰＷＭの適用により従来の電流形電力変換装置と等価な電流を流すことで等価な動作が行え、かつ外部にリアクトルと、スイッチとを必要としない電力変換装置となる。
【００３０】
次に、図５〜図１０を参照して、第１実施形態の電力変換装置１００に対して、入力出力各々の電流指令ベクトルを用いることにより、制御回路５１にてスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔを生成することを説明する。
【００３１】
まず、図５に示す電流形インバータ３００を用いて、入力出力各々の電流指令ベクトルについて説明する。電流形インバータ３００には、コンバータ部３０１とインバータ部３０２とが設けられている。また、コンバータ部３０１とインバータ部３０２との間には、直流インダクタ３０３および３０４と、電流形インバータ制御回路３０５とが設けられている。
【００３２】
コンバータ部３０１には、片方向スイッチ３１１〜３１６が設けられている。片方向スイッチ３１１〜３１６は、それぞれ、スイッチ駆動信号Ｓ４ｃ、Ｓ６ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｃ、Ｓ３ｃ、および、Ｓ５ｃによって駆動される。また、インバータ部３０２の片方向スイッチ３２１〜３２６は、それぞれ、スイッチ駆動信号Ｓ１ｉ、Ｓ３ｉ、Ｓ５ｉ、Ｓ４ｉ、Ｓ６ｉ、および、Ｓ２ｉによって駆動される。
【００３３】
図５に示すように、３相入力３相出力の電流形インバータ３００では、交流−直流変換を行うコンバータ部３０１により交流電源から直流電流ｉｄｃを生成した後、直流電流ｉｄｃを直流−交流変換を行うインバータ部３０２により交流に変換する。このとき、コンバータ部３０１は、直流電流ｉｄｃを一定にするように制御されるとともに、インバータ部３０２は、所望の電流を出力するように制御される。
【００３４】
図６に示すように、電流形インバータ３００の直流−交流変換を行うインバータ部３０２は、３本のゼロ電流ベクトル（ＩＵＵ、ＩＶＶ、ＩＷＷ）と、直流電流指令ｉｄｃ＿ｒの大きさを有する６本の電流ベクトル（ＩＵＷ、ＩＵＶ、ＩＷＶ、ＩＷＵ、ＩＶＵ、ＩＶＷ）とを出力可能に構成されている。具体的には、表１に示すとおりに片方向スイッチをオンオフすることにより出力される。
【００３５】
【表１】
【００３６】
図７に示すように、電流形インバータ３００のコンバータ部３０１も同様に、３本のゼロ電流ベクトル（ＩＲＲ、ＩＳＳ、ＩＴＴ）と、直流電流指令ｉｄｃ＿ｒの大きさを有する６本のゼロでない電流ベクトル（ＩＲＴ、ＩＲＳ、ＩＴＳ、ＩＴＲ、ＩＳＲ、ＩＳＴ）とを入力可能に構成されている。具体的には、表２に示すとおりに片方向スイッチをオンオフすることにより入力される。
【００３７】
【表２】
【００３８】
図２に示すとおり、電力変換装置１００の制御回路５１は、直流電流指令部５１３を備え、直流電流指令ｉｄｃ＿ｒを出力電流の振幅値以上の一定の値として生成する。また、制御回路５１は、インバータ電流指令部５１１、インバータＰＷＭ演算部５２１を備え、直流電流指令ｉｄｃ＿ｒに基づき、電流形インバータ３００のインバータ部３０２に対するスイッチ駆動信号Ｓ１ｉ、Ｓ３ｉ、Ｓ５ｉ、Ｓ４ｉ、Ｓ６ｉ、および、Ｓ２ｉを生成している。さらに制御回路５１はコンバータ電流指令部５１２、コンバータＰＷＭ演算部５２２を備え、直流電流指令ｉｄｃ＿ｒに基づき、電流形インバータ３００のコンバータ部３０１に対するスイッチ駆動信号Ｓ４ｃ、Ｓ６ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｃ、Ｓ３ｃ、および、Ｓ５ｃを生成している。制御回路５１はさらに駆動信号分配回路５３を備え、これらのスイッチ駆動信号から、第１実施形態の電力変換装置１００のスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔを生成する。
【００３９】
インバータ電流指令部５１１は、駆動する交流負荷の特性に応じて出力電流振幅指令、出力電流周波数指令（出力電流振幅指令、出力電流位相指令でも良い）を生成する。例えば負荷がモータである場合、インバータ電流指令部５１１は交流電動機のベクトル制御則により、前述の指令を出力する。
【００４０】
制御回路５１のインバータＰＷＭ演算部５２１は、インバータ電流指令部５１１から出力電流振幅指令および出力電流周波数指令を受け取り、出力電流指令ベクトルを生成し、実際に出力する電流ベクトルの出力の継続時間を演算するように構成されている。出力電流が正弦波である場合、出力電流指令ベクトルは図６に示すベクトル空間を、出力電流周波数指令で決まる角速度で回転し、ある瞬間では、出力電流指令ベクトルは例えば図６のＩｏ＿ｒｅｆとなる。インバータＰＷＭ演算部５２１は、出力電流指令ベクトルの大きさを出力電流振幅指令と等しい値とし、さらにインバータ変調率Ｉｏｕｔ＿ｒとして正規化する。具体的には出力電流指令ベクトルの大きさが図６の六角形の内接円の半径（直流電流指令ｉｄｃ＿ｒの√３／２倍）と一致する際に値が１となるようにする。また、インバータＰＷＭ演算部５２１は、電流位相指令θＩｏｕｔを、出力電流指令ベクトルＩｏ＿ｒｅｆの基準位置を定め、出力電流周波数指令を積分して２πを掛け算することにより求める（インバータ電流指令部５１１が出力電流位相指令を生成する場合はそれを直接使用しても良い）。例えば、出力電流指令ベクトルＩｏ＿ｒｅｆと電流位相指令θＩｏｕｔから求まるＵ相の電流指令が、正の最大値となるときの位相をゼロとして基準位相とした場合、図６に示すとおり、電流位相指令θＩｏｕｔはＲｅ軸と出力電流指令ベクトルＩｏ＿ｒｅｆのなす角となる。インバータＰＷＭ演算器５１２は、インバータ変調率Ｉｏｕｔ＿ｒと位相θＩｏｕｔとを有する出力電流指令ベクトルＩｏ＿ｒｅｆに隣接する１つのゼロ電流ベクトルと、ゼロでない２つの電流ベクトルＩｉおよびＩｉ＋１とを用いてＰＷＭを行う。このとき、ゼロ電流ベクトルの出力時間Ｔｚ、ゼロでない電流ベクトルＩｉの出力時間Ｔｉ、および、ゼロでない電流ベクトルＩｉ＋１の出力時間Ｔｉ＋１は、下記の式（５）、式（６）および式（７）によって表わされる。
【００４１】
【数４】
【００４２】
ここで、θ０は、出力電流指令ベクトルＩｏ＿ｒｅｆと電流ベクトルＩｉとのなす角を表わしている。また、Ｔｓは、ＰＷＭ制御の周期を表わしている。インバータ変調率Ｉｏｕｔ＿ｒと電流位相指令θＩｏｕｔとが、図６に示されるような場合では、Ｔｚは、ゼロ電流ベクトルＩＵＵ、ＩＶＶおよびＩＷＷのうちの１つの出力時間であり、Ｔｉは、ゼロでない電流ベクトルＩＵＷの出力時間であり、Ｔｉ＋１は、ゼロでない電流ベクトルＩＵＶの出力時間となる。また、θ０は、π／６−θＩｏｕｔとなる。ＰＷＭの結果、出力時間Ｔｉに応じた電流ベクトルＩａと出力時間Ｔｉ＋１に応じた電流ベクトルＩｂとが生成される。
【００４３】
コンバータ電流指令部５１２は、一例として直流電流指令ｉｄｃ＿ｒと等しい入力電流振幅指令と、入力に接続される電源の周波数と等しい入力電流周波数指令を生成し、入力側に正弦波状の電流を流す指令を生成する。インバータＰＷＭ演算部５２１と同様に、コンバータＰＷＭ演算部５２２は、入力電流に対してコンバータ変調率Ｉｉｎ＿ｒと電流位相指令θＩｉｎを定め、３本のゼロ電流ベクトル（たとえばＩＲＲ、ＩＳＳ、ＩＴＴ、図７参照）のうちの１本と、６本のゼロでない電流ベクトル（ＩＲＴ、ＩＲＳ、ＩＴＳ、ＩＴＲ、ＩＳＲ、ＩＳＴ）のうちの２本を選択するようにスイッチのオンオフが制御される。これらの６つの電流ベクトルの状態を、各々、どの程度の時間継続させるかを、上記の式（５）〜（７）にて、変調率Ｉｏｕｔ＿ｒを入力側の入力電流指令ベクトルＩｉ＿ｒｅｆに対する変調率Ｉｉｎ＿ｒに、また電流位相指令θＩｏｕｔを入力側の入力電流指令ベクトルＩｉ＿ｒｅｆに対する位相指令にそれぞれ置き換えた式により定めている。
【００４４】
次に、図１および図５を参照して、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔを生成する電力変換装置１００の制御回路５１の構成について説明する。
【００４５】
図５のコンバータ部３０１の片方向スイッチ３１１〜３１６に入力される３相電流（ｉｒ、ｉｓ、ｉｔ）と、出力される直流電流（ｉｄｃ、−ｉｄｃ）との関係は、スイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ６ｃを用いて、下記の式（８）によって表わされる。
【００４６】
【数５】
【００４７】
なお、スイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ６ｃが「１」の場合は、オン信号となり、「０」の場合は、オフ信号となる。片方向スイッチ３２１〜３２６に入力される直流電流（ｉｄｃ、−ｉｄｃ）と、図５のインバータ部３０２から出力される３相電流（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）との関係は、スイッチ駆動信号Ｓ１ｉ〜Ｓ６ｉを用いて、下記の式（９）によって表わされる。
【００４８】
【数６】
【００４９】
なお、スイッチ駆動信号Ｓ１ｉ〜Ｓ６ｉが「１」の場合は、オン信号となり、「０」の場合は、オフ信号となる。
【００５０】
次に、前述のとおり、第１実施形態の電力変換装置１００は、式（４）に示すように、直流インダクタ３１、３３および３５のどれか一つに直流電流ｉｄｃが流れ、直流インダクタ３２、３４および３６のどれか一つに直流電流−ｉｄｃが流れるので、電力変換装置１００に入力される３相電流（ｉｒ、ｉｓ、ｉｔ）と、直流電流（ｉｄｃ、−ｉｄｃ）との関係は、上記の式（８）と同様に、下記の式（１０）によって表わされる。
【００５１】
【数７】
【００５２】
また、直流電流（ｉｄｃ、−ｉｄｃ）と、電力変換装置１００から出力される３相電流（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）との関係は、前述のとおりＳ１Ｒ、Ｓ３Ｒ、Ｓ５Ｒ、Ｓ１Ｓ、Ｓ３Ｓ、Ｓ５Ｓ、Ｓ１Ｔ、Ｓ３Ｔ、Ｓ５Ｔのうち常にどれか一つが「１」、かつＳ２Ｒ、Ｓ４Ｒ、Ｓ６Ｒ、Ｓ２Ｓ、Ｓ４Ｓ、Ｓ６Ｓ、Ｓ２Ｔ、Ｓ４Ｔ、Ｓ６Ｔのうち常にどれか一つが「１」であることから、上記の式（９）と同様に、下記の式（１１）によって表わされる。
【００５３】
【数８】
【００５４】
ここで、第１実施形態の電力変換装置１００は、３相入力３相出力の電流形インバータ３００と同様に、入力される３相交流を電圧の大きさ、周波数の異なる３相交流に変換して出力するものであることを考慮すると、上記の式（８）と式（１０）との比較から、下記の式（１２）の関係が満たされる必要があることになる。
【００５５】
【数９】
【００５６】
また、同様に上記の式（９）および式（１１）の比較から、下記の式（１３）の関係が満たされる必要がある。
【００５７】
【数１０】
【００５８】
そして、上記の式（１２）と式（１３）とを比較することにより、第１実施形態の電力変換装置１００のスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔと、電流形インバータ３００のスイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ６ｃ、Ｓ１ｉ〜Ｓ６ｉとの間には、下記の式（１４）の関係があることが分かる。
【００５９】
【数１１】
【００６０】
すなわち、第１実施形態の電力変換装置１００において、インバータＰＷＭ演算部５２１は決定した１本のゼロ電流ベクトルと、２本のゼロでない電流ベクトルと、時間Ｔｚ、Ｔｉ、Ｔｉ＋１と、に基づき、さらに表１を使用して、式（９）のＳｉ１〜Ｓｉ６を決定し、駆動信号分配器５３に出力する。また、コンバータＰＷＭ演算部５２２は、インバータＰＷＭ演算部５２１と同様に、式（８）のＳｃ１〜Ｓｃ６を生成し（表２を使用）、駆動信号分配回路５３に出力する。駆動信号分配回路５３は、上記の式（１４）に基づいて論理積回路により、電力変換装置１００のスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔを生成する。その結果、制御回路５１は３相入力３相出力の電流形インバータ３００のスイッチ駆動信号に基づいて、電力変換装置１００を駆動することとなる。
【００６１】
次に、図８〜図１０を参照して、制御回路５１の駆動信号分配回路５３がスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔを生成する別の構成を説明する。
【００６２】
図８は、図１と電気的に同じ図を示しているが、ゼロ電流ベクトルの説明を容易にするために、図１の片方向スイッチ１１〜２８の配置を移動している。なお、フィルタ用キャパシタ４〜９と、制御回路５１とは、省略している。図８に示すように、電力変換回路１ａは、図５に示す電流形インバータ３００の片方向スイッチ３１４（Ｓ１ｃ）と、片方向スイッチ３１１（Ｓ４ｃ）とがオンであり、片方向スイッチ３１２（Ｓ６ｃ）、片方向スイッチ３１３（Ｓ２ｃ）、片方向スイッチ３１５（Ｓ３ｃ）、片方向スイッチ３１６（Ｓ５ｃ）がオフである入力側の状態がゼロ電流ベクトルＩＲＲの電流形インバータと同等の回路構成となる。同様に、電力変換回路２ａは、入力側の状態がゼロ電流ベクトルＩＳＳの電流形インバータと同等の回路構成となる。また、電力変換回路３ａは、入力側の状態がゼロ電流ベクトルＩＴＴの電流形インバータと同等の回路構成となる。すなわち、電力変換回路１ａ、２ａ、３ａのどれかを選択し、選択した回路のスイッチのオンオフを出力側の電流ベクトルに基づいて決めることは、電流形インバータ３００において３個のゼロ電流ベクトルのどれかを入力する状態と出力側の電流ベクトルとを同時に選択したことに等しくなる。
【００６３】
図９は、図８と電気的に同じ図を示しているが、電流ベクトルの説明を容易にするために、図８の片方向スイッチ１１〜２８の配置を移動している。図９に示すように、電力変換回路１ｂは、図５に示す電流形インバータ３００の片方向スイッチ３１１（Ｓ４ｃ）と、片方向スイッチ３１６（Ｓ５ｃ）とがオンであり、片方向スイッチ３１２（Ｓ６ｃ）、片方向スイッチ３１３（Ｓ２ｃ）、片方向スイッチ３１４（Ｓ１ｃ）、片方向スイッチ３１５（Ｓ３ｃ）がオフである入力側の状態が電流ベクトルＩＲＴの電流形インバータと同等の回路構成となる。同様に、電力変換回路２ｂは、入力側の状態が電流ベクトルＩＳＲの電流形インバータと同等の回路構成となる。また、電力変換回路３ｂは、入力側の状態が電流ベクトルＩＴＳの電流形インバータと同等の回路構成となる。すなわち、電力変換回路１ｂ、２ｂ又は３ｂのどれかを選択し、選択した回路のスイッチのオンオフを出力側の電流ベクトルを用いて決めることは、電流形インバータ３００において、それぞれゼロでない電流ベクトルＩＲＴ、ＩＳＲ、ＩＴＳのどれかを入力する状態と出力側の電流ベクトルとを同時に選択したことに等しくなる。
【００６４】
図１０は、図８と電気的に同じ図を示しているが、電流ベクトルの説明を容易にするために、図８の片方向スイッチ１１〜２８の配置を移動している。図１０に示すように、電力変換回路１ｃは、入力側の状態が電流ベクトルＩＲＳの電流形インバータと同等の回路構成となる。同様に、電力変換回路２ｃは、入力側の状態が電流ベクトルＩＳＴの電流形インバータと同等の回路構成となる。また、電力変換回路３ｃは、入力側の状態が電流ベクトルＩＴＲの電流形インバータと同等の回路構成となる。すなわち、電力変換回路１ｃ、２ｃ又は３ｃのどれかを選択し、選択した回路のスイッチのオンオフを出力側の電流ベクトルを用いて決めることは、電流形インバータ３００において、それぞれゼロでない電流ベクトルＩＲＳ、ＩＳＴ、ＩＴＲのどれかを入力する状態と出力側の電流ベクトルとを同時に選択したことに等しくなる。
【００６５】
図８〜図１０に示す直流インダクタ３１、３３および３５は、結合されているとともに、直流インダクタ３２、３４および３６は、結合されている。これにより、上記したように、駆動信号分配回路５３が、片方向スイッチ１１〜２８をオンオフすることにより、直流インダクタ３１、３３および３５の間において、直流インダクタに流れる直流電流を瞬時に切り替えること（フライバックコンバータ同等の動作）が可能である。また、片方向スイッチ１１〜２８をオンオフすることにより、直流インダクタ３２、３４および３６の間において、直流インダクタに流れる直流電流を瞬時に切り替えることも可能である。従って、図８〜図１０に示す９つの電力変換回路を任意に選択し、選択した電力変換回路に電流を流すことが可能である。コンバータＰＷＭ演算部５２２は選択した２本のゼロでない電流ベクトルと、１本のゼロ電流ベクトルがそれぞれどの電流ベクトルであるかについての情報を駆動信号分配回路５３に出力する。駆動信号分配回路５３は、この情報に従い、電力変換回路を選択する。電力変換回路を選択することにより、図８〜図１０の各々に示す電力変換装置の３つの構成のうち、どれか一つを選択したことになる。一方、インバータＰＷＭ演算部５２１は選択した２本のゼロでない電流ベクトルと、１本のゼロ電流ベクトルがそれぞれどの電流ベクトルであるかについての情報を駆動信号分配回路５３に出力する。駆動信号分配回路５３は、選択した電力変換回路に対して、この情報に従いスイッチのオンオフを決め、選択した電力変換装置の構成中の選択しなかった２個の電力変換回路のスイッチは全てオフとすることにより、全てのスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔのオンオフ状態を決定する。駆動信号分配回路５３は、さらにインバータＰＷＭ演算部５２１およびコンバータＰＷＭ演算部５２２が、それぞれ出力する継続時間Ｔｚ、Ｔｉ、Ｔｉ＋１に従い、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔを出力する。
【００６６】
一例として、出力電流指令ベクトルＩｏ＿ｒｅｆと入力電流指令ベクトルＩｉ＿ｒｅｆが図６および図７に示す位置にあるときの、電力変換装置１００に対するスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔのタイムチャートを図１１に示す。図６および図７の状態は、出力電流指令ベクトルＩｏ＿ｒｅｆに隣接するゼロでない２本の電流ベクトルがＩＵＷとＩＵＶであり、入力電流指令ベクトルＩｉ＿ｒｅｆに隣接するゼロでない２本の電流ベクトルがＩＲＴとＩＲＳである場合である。図１１ではゼロ電流ベクトルは、隣接する２本のゼロでない電流ベクトルに共通に含まれる相によるものとして、出力電流指令ベクトルＩｏ＿ｒｅｆに対してはＩＵＵ、入力電流指令ベクトルＩｉ＿ｒｅｆに対してはＩＲＲとしている。このようにすることで、片方向スイッチの切替回数を減らすことができるが、他の目的で別のゼロ電流ベクトルとしても本発明には関係しない。
【００６７】
図１１により、制御回路５１の動作をより詳細に説明する。インバータＰＷＭ演算部５２１は、ゼロ電流ベクトルＩＵＵの継続時間をＴｉｚ、電流ベクトルＩＵＷの継続時間をＴｉｉ、電流ベクトルＩＵＶの継続時間をＴｉｉ＋１としている。また、コンバータＰＷＭ演算部５２２は、ゼロ電流ベクトルＩＲＲの継続時間をＴｃｚ、電流ベクトルＩＲＴの継続時間をＴｃｉ、電流ベクトルＩＲＳの継続時間をＴｃｉ＋１としている。図１１において駆動信号分配回路５３は、ゼロ電流を出力する時間を２分の１にし、キャリア周期の始めと終わりに１つずつゼロ電流を出力する時間を設けている。駆動信号分配回路５３はキャリア周期の開始を時刻ゼロとし、インバータＰＷＭ演算部５２１の演算した継続時間から時刻Ｔｉｚ／２、時刻Ｔｉｚ／２＋Ｔｉｉ、時刻Ｔｉｚ／２＋Ｔｉｉ＋（Ｔｉｉ＋１）を、コンバータＰＷＭ演算部５２２の演算した継続時間から時刻Ｔｃｚ／２、時刻Ｔｃｚ／２＋Ｔｃｉ、時刻Ｔｃｚ／２＋Ｔｃｉ＋（Ｔｃｉ＋１）を求め、これら６つの時刻を大小順に並べることにより、キャリア周期Ｔｓを区間Ａから区間Ｇに分割する。
【００６８】
駆動信号分配回路５３は、各区間について、図８〜図１０に示した電力変換回路と、出力される電流ベクトルの組を決定する。図１１の例ではこれらは、区間Ａ：（電力変換回路１ａ、ＩＵＵ）、区間Ｂ：（電力変換回路１ａ、ＩＵＷ）、区間Ｃ：（電力変換回路１ｂ、ＩＵＷ）、区間Ｄ：（電力変換回路１ｂ、ＩＵＶ）、区間Ｅ：（電力変換回路１ｃ、ＩＵＶ）、区間Ｆ：（電力変換回路１ａ、ＩＵＶ）、区間Ｇ：（電力変換回路１ａ、ＩＵＵ）となる。さらに、駆動信号分配回路５３は、この各区間における電力変換回路と出力する電流ベクトルの組から、実際の電流形インバータ回路を参照して、指定された電流ベクトルを出力するためにオンする片方向スイッチを選択する。図１１の例ではその片方向スイッチは、区間Ａ（Ｓ１Ｒ、Ｓ４Ｒ）、区間Ｂ（Ｓ１Ｒ、Ｓ２Ｒ）、区間Ｃ（Ｓ１Ｒ、Ｓ２Ｔ）、区間Ｄ（Ｓ１Ｒ、Ｓ２Ｓ）、区間Ｅ（Ｓ１Ｒ、Ｓ６Ｓ）、区間Ｆ（Ｓ１Ｒ、Ｓ６Ｒ）、区間Ｇ（Ｓ１Ｒ、Ｓ４Ｒ）となる。各区間にて、このようにして決まった片方向スイッチをＯＮし、その他のスイッチをオフすることで、駆動信号分配回路５３は、図１１に示すタイムチャートのスイッチ駆動信号を出力する。電力変換回路を参照しなくても、あらかじめ９つの入力に関する電流ベクトルと９つの出力に関する電流ベクトルの全組み合わせ８１通りについて、図８〜図１０の回路図に基づき、オンする２個の片方向スイッチをテーブル化しておけば、駆動信号分配回路５３は、このテーブルを参照することで、オンする２個の片方向スイッチを直ちに決定できる。
【００６９】
このように、第１実施形態の電力変換装置１００は、３相入力３相出力の電流形インバータ３００と同様に、電流指令ベクトルからスイッチ駆動信号が生成されて駆動される電力変換装置である。
【００７０】
第１実施形態では、上記のように、複数の電力変換回路１〜３にそれぞれ設けられる直流インダクタ３１、３３および３５（直流インダクタ３２、３４および３６）同士を結合させて、複数の片方向スイッチ１１〜２８のオンオフに基づいて、結合された直流インダクタ３１、３３および３５（直流インダクタ３２、３４および３６）の巻線間において電流が移動する動作を行う。これにより、図５に示す電流形インバータに比べ、電流が通過する片方向スイッチの数が減り、導通損失が低減できる。
【００７１】
また、第１実施形態では、上記のように、図５に示す電流形インバータと同じ動作原理に基づくため、電力変換の方向が双方向でかつ電圧の昇圧・降圧が可能である。
【００７２】
（第２実施形態）
次に、図１２を参照して、第２実施形態の電力変換装置１０１について説明する。この第２実施形態では、上記３相交流が入力されるとともに３相交流が出力される第１実施形態と異なり、単相交流（２相交流）または直流が入力されるとともに３相交流が出力される。
【００７３】
第２実施形態の電力変換装置１０１は、図１に示す第１実施形態の電力変換装置１００において、Ｔ端子および電力変換回路３を取り除いた構成を有している。すなわち、図１２に示すように、本実施形態に係る電力変換装置１０１は、２相交流電源の入力端子であるＲ端子およびＳ端子と、３相交流出力端子であるＵ端子、Ｖ端子およびＷ端子と、２個の電力変換回路１および２と、フィルタ用キャパシタ４と、フィルタ用キャパシタ７、８および９と制御回路５４を有する。なお、第２実施形態の電力変換装置１０１のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【００７４】
次に、図１２〜図１４を参照して、第２実施形態の電力変換装置１０１の動作原理を説明する。
【００７５】
図１３に示す双方向スイッチ群４００は、従来のマトリクスコンバータによる電流形電力変換装置の一部を構成し、電力変換を行うものであり、図３に示す双方向スイッチ群２００にて、Ｔ端子およびＴ端子に接続される双方向スイッチ２０７〜２０９を取り除いた構成を有している。すなわち、図１３に示すように、双方向スイッチ群４００には、２相交流電源の入力端子であるＲ端子およびＳ端子と、３相交流出力端子であるＵ端子、Ｖ端子およびＷ端子とが設けられている。また、Ｒ端子およびＳ端子と、Ｕ端子、Ｖ端子およびＷ端子との間には、６個の双方向スイッチ２０１〜２０６が設けられている。なお、双方向スイッチ群４００のその他の構成は、比較例１の双方向スイッチ群２００と同様である。ここで、Ｒ端子およびＳ端子と、Ｕ端子、Ｖ端子およびＷ端子とには各々リアクトルと、相互間の接続をスイッチにて接断可能なコンデンサとが接続されるが、これらは図１３では省略されている。
【００７６】
また、双方向スイッチ２０１〜２０６は、それぞれ、スイッチ駆動信号Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ２１、Ｓ２２およびＳ２３によって駆動される。双方向スイッチ群４００への入力電流および双方向スイッチ群４００からの出力電流は、前述の入力端子及び出力端子に接続された図示しないリアクトルの作用により、ほぼ一定の振幅の交流電流となる。このとき双方向スイッチ２０１〜２０６に入力される単相（２相）電流（ｉｒ、ｉｓ）と、出力される３相電流（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）との関係は、下記の式（１５）によって表わされる。
【００７７】
【数１２】
【００７８】
なお、スイッチ駆動信号Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ２１、Ｓ２２およびＳ２３が「１」の場合は、オン信号となり、「０」の場合は、オフ信号となる。また、入力端子（Ｒ端子、Ｓ端子）から、出力端子（Ｕ端子、Ｖ端子、Ｗ端子）への向きを正とする。
【００７９】
図１４は、図１３に示す回路と電気的に等しい回路を示している。図１４では、双方向スイッチ２０１〜２０６に含まれる片方向スイッチ（片方向スイッチ２２１〜２３２）を分離して表示している。片方向スイッチ２２１〜２３２に入力される２相電流（ｉｒ、ｉｓ）と、出力される３相電流（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）との関係は、下記の式（１６）および式（１７）によって表わされる。
【００８０】
【数１３】
【００８１】
なお、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓが「１」の場合は、オン信号となり、「０」の場合は、オフ信号となる。また、電流ｉｒｐおよびｉｓｐは、入力端子（Ｒ端子、Ｓ端子）側から、出力端子（Ｕ端子、Ｖ端子、Ｗ端子）側へ、一方向に流れる直流電流である。また、電流ｉｒｎおよびｉｓｎは、出力端子側から、入力端子側へ、一方向に流れる直流電流である。従来の電流形電力変換装置では入力電流は正弦波であり、電流ｉｒｐおよびｉｓｐは、それぞれ入力電流ｉｒおよびｉｓを正に整流した半波整流波形（正弦波の正の部分）を有する直流電流となり、電流ｉｒｎおよびｉｓｎは、それぞれ入力電流ｉｒおよびｉｓを負に整流した半波整流波形（正弦波の負の部分）を有する直流電流となる。
【００８２】
次に、図１２と図１４を比較すると、第２実施形態の電力変換装置１０１では、図１４に示す電流形電力変換装置を構成する双方向スイッチ群４００の直流電流ｉｒｐ〜ｉｓｎの流路に、各々結合インダクタ３１〜３４を設けたものであることがわかる。前述のように、結合されたインダクタの巻線に接続された閉回路の間で電流を移動することができるので、電流形の電力変換器１０１において下記の式（１８）に示される状態を瞬時に切り替えることが可能である。これは、常に直流インダクタ３１、３３のどちらかにパルス状の直流電流ｉｄｃを流し、かつ常に直流インダクタ３２、３４のどちらかにパルス状の直流電流−ｉｄｃを流すことを意味している。さらにこれは、Ｓ１Ｒ、Ｓ３Ｒ、Ｓ５Ｒ、Ｓ１Ｓ、Ｓ３Ｓ、Ｓ５Ｓのうち常にどれか一つを「１」、かつＳ２Ｒ、Ｓ４Ｒ、Ｓ６Ｒ、Ｓ２Ｓ、Ｓ４Ｓ、Ｓ６Ｓのうち常にどれか一つを「１」とすることにより実現される。
【００８３】
【数１４】
【００８４】
上記の式（１８）の状態をパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）を適用することにより、各巻線にｉｄｃを流す時間を変化させることによって、入力電流ｉｒ（ｉｓ）の平均値を正弦波状にすることが可能となる。すなわち、第２実施形態の電力変換装置１０１は、従来の電流形電力変換装置の内部に流れる直流電流をパルス化しＰＷＭの適用で従来の電流形電力変換器と等価な電流を流すことで等価な動作が行え、かつ外部にリアクトルと、スイッチとを必要としない電力変換装置となる。
【００８５】
次に、図１５〜図１８を参照して、第２実施形態の電力変換装置１０１に対して、入力出力各々の電流指令ベクトルを用いることにより、制御回路５４にてスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓを生成することを説明する。
【００８６】
まず、図１５に示す電流形インバータ５００は、図５に示す電流形インバータ３００において、Ｔ端子およびＴ端子に接続される片方向スイッチ３１３および３１６を取り除いた構成を有している。
【００８７】
図１５に示すように、２相入力３相出力の電流形インバータ５００では、交流−直流変換を行うコンバータ部５０１により交流電源から直流電流ｉｄｃを生成した後、直流電流ｉｄｃを直流−交流変換を行うインバータ部３０２により交流に変換する。このとき、コンバータ部５０１は、直流電流ｉｄｃを一定にするように制御されるとともに、インバータ部３０２は、所望の電流を出力するように制御される。また、インバータ部３０２は、第１実施形態と同様、表１に従い電流ベクトルを出力可能である。一方コンバータ部５０１は表３に従い電流ベクトルを入力可能である。
【００８８】
【表３】
【００８９】
図１２に示すとおり、制御回路５４は、直流電流指令部５１３、インバータ電流指令部５１１、インバータＰＷＭ演算部５２１、コンバータ電流指令部５４２、コンバータＰＷＭ演算部５５２を備える。第１実施形態と同じく、直流電流指令部５１３は、直流電流指令ｉｄｃ＿ｒを生成し、インバータ電流指令部５１１、インバータＰＷＭ演算部５２１は、直流電流指令ｉｄｃ＿ｒに基づき、インバータ部３０２に対するスイッチ駆動信号Ｓ１ｉ、Ｓ３ｉ、Ｓ５ｉ、Ｓ４ｉ、Ｓ６ｉ、および、Ｓ２ｉを生成している。コンバータ電流指令部５４２およびコンバータＰＷＭ演算部５５２は、直流電流指令ｉｄｃ＿ｒに基づき、図１５に示すコンバータ部５０１に対するスイッチ駆動信号Ｓ４ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｃ、および、Ｓ３ｃを生成している。そして、制御回路５４はさらに駆動信号分配回路５６を備え、これらのスイッチ駆動信号から、第２実施形態の電流形電力変換装置１０１のスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓを生成する。
【００９０】
図１５に示す交流−直流変換を行うコンバータ部５０１は、２本のゼロ電流ベクトル（ＩＲＲ、ＩＳＳ）と、ｉｄｃの長さを有する２本の電流ベクトル（ＩＳＲ、ＩＲＳ）とを出力可能に構成されている。コンバータ電流指令部５４２は、一例として直流電流指令ｉｄｃ＿ｒと等しい入力電流振幅指令と、入力に接続される電源の周波数と等しい入力電流周波数指令を生成する。コンバータＰＷＭ演算部５５２は、コンバータ電流指令部５４２から入力電流振幅指令および入力電流周波数指令を受け取り、入力電流指令ベクトルを生成し、電流形インバータ５００に入力される電流ベクトルの時間を演算するように構成されている。入力電流ベクトルは、図１６に示すベクトル図において、ＩＲＳ−ＩＳＲで示す一本の軸上を、入力電流周波数指令で定まる周期で往復するベクトルとなる。また、コンバータＰＷＭ演算部５５２は、入力電流周波数指令を積分し電流位相指令θＩｉｎを定める。こうして振幅と位相を定めることにより、入力電流指令ベクトルＩｉ＿ｒｅｆは、その大きさが、例えば式（１９）で定まるベクトルとなる。
【００９１】
【数１５】
【００９２】
上記は、入力電流指令ベクトルＩｉ＿ｒｅｆの大きさが最大となるときの位相を基準位相とした場合の例である。また、コンバータＰＷＭ演算部５５２は、式（１９）で定まる入力電流ベクトルＩｉ＿ｒｅｆの大きさと、直流電流指令ｉｄｃ＿ｒの√３／２倍の値との比をコンバータ変調率Ｉｉｎ＿ｒとする。さらに、コンバータＰＷＭ演算部５５２は、入力電流指令ベクトルＩｉ＿ｒｅｆに隣接する１つのゼロ電流ベクトル（ＩＲＲまたはＩＳＳ）とゼロでない１つの電流ベクトルＩｉ（ＩＲＳまたはＩＳＲ）とを用いて、ゼロ電流ベクトルの出力時間Ｔｚ、および、ゼロでない電流ベクトルＩｉの出力時間Ｔｉを、下記の式（２０）および式（２１）によって決定する。
【００９３】
【数１６】
【００９４】
このように、インバータＰＷＭ演算部５２１およびコンバータＰＷＭ演算部５５２は、２相入力３相出力の電流形インバータ５００の出力および入力に対して、それぞれ電流指令ベクトルを決めて、ＰＷＭ周期内で、出力電流指令ベクトルＩｏ＿ｒｅｆに対しては、隣接する３本の電流ベクトル（たとえばＩＵＵ、ＩＵＷ、ＩＵＶ、図６参照）を選択し、入力電流指令ベクトルＩｉ＿ｒｅｆに対しては、隣接する２本の電流ベクトル（たとえば、ＩＲＲ、ＩＲＳ、図１６参照）を選択する。さらに、これらの５本の電流ベクトルの状態を、各々、どの程度の時間継続させるかを、上記の式（５）〜（７）、（２０）および（２１）により定めている。
【００９５】
次に、図１２および図１５を参照して、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓを生成する電力変換装置１０１の制御回路５４の動作について説明する。
【００９６】
図１５のコンバータ部５０１の片方向スイッチ３１１、３１２、３１４および３１５に入力される２相電流（ｉｒ、ｉｓ）と、出力される直流電流（ｉｄｃ、−ｉｄｃ）との関係は、スイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ４ｃを用いて、下記の式（２２）によって表わされる。
【００９７】
【数１７】
【００９８】
なお、スイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ４ｃが「１」の場合は、オン信号となり、「０」の場合は、オフ信号となる。また、図１５のインバータ部３０２の片方向スイッチ３２１〜３２６に入力される直流電流（ｉｄｃ、−ｉｄｃ）と、出力される３相電流（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）との関係は、スイッチ駆動信号Ｓ１ｉ〜Ｓ６ｉを用いて、下記の式（２３）によって表わされる。
【００９９】
【数１８】
【０１００】
なお、スイッチ駆動信号Ｓ１ｉ〜Ｓ６ｉが「１」の場合は、オン信号となり、「０」の場合は、オフ信号となる。
【０１０１】
次に、前述のとおり、第２実施形態の電力変換装置１０１では、式（１８）に示すように、直流インダクタ３１および３３のどちらか一つに直流電流ｉｄｃが流れ、直流インダクタ３２および３４のどちらか一つに直流電流−ｉｄｃが流れるので、電力変換装置１０１に入力される２相電流（ｉｒ、ｉｓ）と、直流電流（ｉｄｃ、−ｉｄｃ）との関係は、上記の式（２２）と同様に、下記の式（２４）によって表わされる。
【０１０２】
【数１９】
【０１０３】
また、直流電流（ｉｄｃ、−ｉｄｃ）と、電力変換装置１０１から出力される３相電流（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）との関係は、前述のとおりＳ１Ｒ、Ｓ３Ｒ、Ｓ５Ｒ、Ｓ１Ｓ、Ｓ３Ｓ、Ｓ５Ｓのうち常にどれか一つが「１」、かつＳ２Ｒ、Ｓ４Ｒ、Ｓ６Ｒ、Ｓ２Ｓ、Ｓ４Ｓ、Ｓ６Ｓのうち常にどれか一つが「１」であることから、上記の式（２３）と同様に、下記の式（２５）によって表わされる。
【０１０４】
【数２０】
【０１０５】
ここで、第２実施形態の電力変換装置１０１は、２相入力３相出力の電流形インバータ５００と同様に、入力される単相交流を電圧の大きさ、周波数の異なる３相交流に変換して出力するものであることを考慮すると、上記の式（２２）と式（２４）との比較から、下記の式（２６）の関係が満たされる必要があることになる。
【０１０６】
【数２１】
【０１０７】
また、同様に上記の式（２３）および式（２５）の比較から、下記の式（２７）の関係が満たされる必要がある。
【０１０８】
【数２２】
【０１０９】
そして、上記の式（２６）と式（２７）とを比較することにより、下記の式（２８）の関係があることが分かる。
【０１１０】
【数２３】
【０１１１】
すなわち、第２実施形態の電力変換装置１０１では、第１実施形態と同様に、インバータＰＷＭ演算部５２１は決定した１つのゼロ電流ベクトルと、２つのゼロでない電流ベクトルと、時間Ｔｚ、Ｔｉ、Ｔｉ＋１と、に基き、さらに表１を使用して、式（２３）のＳｉ１〜Ｓｉ６を生成し、駆動信号分配器５６に出力する。また、コンバータＰＷＭ演算部５５２は、インバータＰＷＭ演算部５２１と同様に、式（２２）のＳｃ１〜Ｓｃ４を生成し（表３を使用）、駆動信号分配回路５６に出力する。図１２に示す制御回路５４の駆動信号分配回路５６は、上記の式（２８）に基づいて、論理積回路により、電流形の電力変換装置１０１のスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓを生成する。その結果、制御回路５４は２相入力３相出力の電流形インバータ５００のスイッチ駆動信号に基づいて、電力変換装置１０１を駆動することとなる。
【０１１２】
次に、図１７および図１８を参照して、制御回路５４の駆動信号分配回路５６がスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓを生成する別の構成を説明する。
【０１１３】
図１７は、図１２と電気的に同じ図を示しているが、ゼロ電流ベクトルの説明を容易にするために、図１２の片方向スイッチ１１〜２２の配置を移動している。なお、フィルタ用キャパシタ４および７〜９と、制御回路５１とは、省略している。図１７に示すように、電力変換回路１ｅは、図１５に示す電流形インバータ５００の片方向スイッチ３１４（Ｓ１ｃ）および片方向スイッチ３１１（Ｓ４ｃ）がオンであり、片方向スイッチ３１２（Ｓ２ｃ）および片方向スイッチ３１５（Ｓ３ｃ）がオフである入力側の状態がゼロ電流ベクトルＩＲＲの電流形インバータと同等の回路構成となる。同様に、電力変換回路２ｅは、入力側の状態がゼロ電流ベクトルＩＳＳの電流形インバータと同等の回路構成となる。すなわち、電力変換回路１ｅ、２ｅのどちらかを選択し、選択した回路のスイッチのオンオフを出力側の電流ベクトルに基づいて決めることは、電流形インバータ５００において２本のゼロ電流ベクトルのどれかを入力する状態と出力側の電流ベクトルとを同時に選択したことに等しくなる。
【０１１４】
図１８は、図１７と電気的に同じ図を示しているが、電流ベクトルの説明を容易にするために、図１８の片方向スイッチ１１〜２２の配置を移動している。図１８に示すように、電力変換回路１ｆは、図１５に示す比較例２の電流形インバータ５００の片方向スイッチ３１４（Ｓ１ｃ）および片方向スイッチ３１２（Ｓ２ｃ）がオンであり、片方向スイッチ３１１（Ｓ４ｃ）および片方向スイッチ３１５（Ｓ３ｃ）がオフである入力側の状態がゼロでない電流ベクトルＩＲＳの電流形インバータと同等の回路構成となる。同様に、電力変換回路２ｆは、入力側の状態がゼロでない電流ベクトルＩＳＲの電流形インバータと同等の回路構成となる。すなわち、電力変換回路１ｆ、２ｆのどれかを選択し、選択した回路のスイッチのオンオフを出力側の電流ベクトルを用いて決めることは、電流形インバータ５００において、それぞれゼロでない電流ベクトルＩＲＳ、ＩＳＲのどれかを入力する状態と出力側の電流ベクトルとを同時に選択したことに等しくなる。
【０１１５】
図１７および図１８に示す直流インダクタ３１および３３は、結合されているとともに、直流インダクタ３２および３４は、結合されている。これにより、上記したように、駆動信号分配回路５６が、片方向スイッチ１１〜２２をオンオフすることにより、直流インダクタ３１および３３の間において、直流インダクタに流れる直流電流を瞬時に切り替えること（フライバックコンバータ同等の動作）が可能である。また同様に、片方向スイッチ１１〜２２をオンオフすることにより、直流インダクタ３２および３４の間において、直流インダクタに流れる直流電流を瞬時に切り替えることも可能である。従って、図１７および図１８に示す４つの電力変換回路を任意に選択し、選択した電力変換回路に電流を流すことが可能である。コンバータＰＷＭ演算部５５２は選択した１本のゼロでない電流ベクトルと、１本のゼロ電流ベクトルがそれぞれどの電流ベクトルであるかについての情報を駆動信号分配回路５６に出力する。駆動信号分配回路５６は、この情報により、電力変換回路を選択する。電力変換回路を選択することにより、図１７および図１８に示す電力変換装置１０２の２つの構成のうち、どちらか一つを選択したことになる。一方、インバータＰＷＭ演算部５２１は選択した２本のゼロでない電流ベクトルと、１本のゼロ電流ベクトルがそれぞれどの電流ベクトルであるかについての情報を駆動信号分配回路５６に出力する。駆動信号分配回路５６は、選択した電力変換回路に対して、この情報に従いスイッチのオンオフを決め、選択した電力変換装置１０２の構成の中の選択しなかった１個の電力変換回路のスイッチは全てオフとすることにより、全てのスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓのオンオフ状態を決定する。駆動信号選択回路５６は、さらにインバータＰＷＭ演算部５２１およびコンバータＰＷＭ演算部５５２が、それぞれ出力する継続時間Ｔｚ、Ｔｉ、Ｔｉ＋１に従い、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓを出力する。
【０１１６】
このように、第２実施形態の電力変換装置１０１は、２相入力３相出力の電流形インバータ５００と同様に、電流指令ベクトルからスイッチ駆動信号が生成されて駆動される電力変換装置である。
【０１１７】
なお、第２実施形態の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【０１１８】
（第３実施形態）
次に、図１９を参照して、第３実施形態の電力変換装置１０２について説明する。この第３実施形態では、上記３相入力３相出力の電力変換装置１００である第１実施形態および２相入力３相出力の電力変換装置１０１である第２実施形態と異なり、Ｍ相入力（Ｍは２以上の自然数）Ｎ相（Ｎは２以上の自然数）出力の電力変換装置１０２である。
【０１１９】
第３実施形態の電力変換装置１０２は、図１９に示すように、Ｍ相分のＭ個の入力端子と、Ｎ相分のＮ個の出力端子と、入力の相数と同じＭ個の電力変換回路１０２１、１０２２・・・１０２ｍとを備える。さらに、第３実施形態の電力変換装置１０２は図示しない制御回路５７を備えている。
【０１２０】
電力変換回路１０２１、１０２２・・・１０２ｍの構成は、それぞれ、Ｎ個の正側片方向スイッチと、Ｎ個の負側片方向スイッチとを含む。また、電力変換回路１０２１、１０２２・・・１０２ｍは、Ｍ本の結合されたインダクタの巻線をもつ直流インダクタ３１および３２の巻線を含む。
【０１２１】
制御回路５７は、図２に示す第１実施形態における制御回路５１にて、インバータＰＷＭ演算部５２１を図示しないインバータＰＷＭ演算部に、コンバータＰＷＭ演算部５２２を図示しないコンバータＰＷＭ演算部に、また、駆動信号分配回路５３を図示しない駆動信号分配回路に置き換えたものである。直流電流指令部５１３、インバータ電流指令部５１１、コンバータ電流指令部５１２については、第１実施形態と全く同一であるためここでは説明を省略する。
【０１２２】
電力変換装置１０２では、出力の相数であるＮ相のＮが奇数の場合には、この場合、図２０に示すように、互いに３６０／２Ｎ度離れた２Ｎ本の大きさの等しいゼロでない電流ベクトルと、Ｎ本のゼロ電流ベクトルとを選び出し生成できる。また、Ｎが偶数の場合には、図２１に示すように、互いに３６０／Ｎ度離れた大きさの等しいＮ本のゼロでない電流ベクトルと、Ｎ本のゼロ電流ベクトルとを選び出し生成できる。入力についても同様で、相数Ｍが奇数の場合、互いに３６０／２Ｍ度離れた２Ｍ本の大きさの等しいゼロでない電流ベクトルと、Ｍ本のゼロ電流ベクトルとを選び出し入力でき、相数Ｍが偶数の場合には、互いに３６０／Ｍ度離れた大きさの等しいＭ本のゼロでない電流ベクトルと、Ｍ本のゼロ電流ベクトルとを選び出し入力できる。
【０１２３】
電力変換装置１０２においても、上記第１実施形態の３相入力３相出力の電力変換装置１００と同様に、インバータＰＷＭ演算部は、出力電流指令ベクトルＩｏ＿ｒｅｆと隣接する１本のゼロ電流ベクトルと、２つのゼロでない電流ベクトルを、上記２Ｎ本（Ｎが奇数のとき）またはＮ本（Ｎが偶数のとき）のゼロでない電流ベクトルと、Ｎ本のゼロ電流ベクトルとの中から選び出す。
【０１２４】
次に、電力変換装置１０２のインバータＰＷＭ演算部は、第１実施形態におけるインバータＰＷＭ演算部５１１と同様、出力電流指令ベクトルＩｏ＿ｒｅｆの大きさと、２Ｎ本またはＮ本の大きさの等しいゼロでない電流ベクトルの内接円の半径とからインバータ変調率Ｉｏｕｔ＿ｒを求め、また出力電流周波数指令から、積分により電流位相指令θＩｏｕｔを求める。さらに式（５）にてπ／３をπ／Ｎ（Ｎが奇数のとき）または２π／Ｎ（Ｍが偶数のとき）で置き換えた式と、式（６）、式（７）とを用いて、選び出した２つのゼロでない電流ベクトルと１つのゼロ電流ベクトル各々の継続時間Ｔｉ、Ｔｉ＋１、Ｔｚを決定する。
【０１２５】
電力変換装置１０２のコンバータＰＷＭ演算部も、インバータＰＷＭ演算部と同様に、入力電流指令ベクトルＩｉ＿ｒｅｆに隣接する２本のゼロでない電流ベクトルと、１本のゼロ電流ベクトルを選び出し、その電流を入力する２Ｍ個のコンバータのスイッチのオンオフを決定する。さらにコンバータ変調率Ｉｉｎ＿ｒ、電流位相指令θＩｉｎを求め、式（５）にてπ／３をπ／Ｍ（Ｍが奇数のとき）または２π／Ｍ（Ｍが偶数のとき）で置き換えた式と、式（６）、式（７）とを用いて、選び出した２本のゼロでない電流ベクトルと１本のゼロ電流ベクトル各々の継続時間Ｔｉ、Ｔｉ＋１、Ｔｚを決定する。
【０１２６】
電力変換装置１０２の駆動信号分配回路は、電力変換装置１０２のコンバータＰＷＭ演算部が出力する、２本のゼロでない電流ベクトルと、１本のゼロ電流ベクトルがどの電流ベクトルかについての情報から、電力変換回路を選び出す。電力変換装置１０２では、Ｍ２個の電力変換回路が存在するため、その中から選び出すことになる。一つの電力変換回路を選ぶことにより、Ｍ個の電力変換回路を有する電力変換装置１０２の回路構成を一つ選択したことになる。そして、こうして選び出した電力変換回路の２Ｎ個の片方向スイッチに対して、電力変換装置１０２のインバータＰＷＭ演算部が出力する、２本のゼロでない電流ベクトルと、１本のゼロ電流ベクトルがどの電流ベクトルかについての情報に従い、オンオフを決め、他のＭ−１個の電流形インバータの片方向スイッチは全てオフとする。電力変換装置１０２の駆動信号選択回路は、さらに電力変換装置１０２のインバータＰＷＭ演算部およびコンバータＰＷＭ演算部が、それぞれ出力する継続時間Ｔｚ、Ｔｉ、Ｔｉ＋１に従い、２ＭＮ個の片方向スイッチに対するスイッチ駆動信号を出力する。
【０１２７】
このように、第３実施形態の電力変換装置１０２は、Ｍ相入力Ｎ相出力電流形インバータと同様に、電流指令ベクトルからスイッチ駆動信号が生成されて駆動される電力変換装置である。
【０１２８】
なお、第３実施形態の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【０１２９】
（第４実施形態）
次に、図２２を参照して、第４実施形態の電力変換装置１０３について説明する。この第４実施形態では、カレントトランス６１とスナバ回路６２とが設けられている。
【０１３０】
第４実施形態の電力変換装置１０３は、図２２に示すように、Ｒ端子と直流インダクタ３１との間、Ｓ端子と直流インダクタ３３との間、および、Ｔ端子と直流インダクタ３５との間にカレントトランス６１が設けられている。カレントトランス６１は、直流インダクタ３１、３３および３５に流れる電流の和を検出する。第１実施形態において説明したとおり、常に直流インダクタ３１、３３、３５のどれか一つに直流電流ｉｄｃが流れるため、この検出された電流の和はｉｄｃと等しくなる。そこで、この検出された電流の和は、直流電流指令部５１３（図２参照）に入力され、直流電流指令部５１３は、検出された電流の和を使用して直流電流ｉｄｃのフィードバック制御を行なう。
【０１３１】
また、直流インダクタ３１〜３６と、片方向スイッチ１１〜２８との間には、スナバ回路６２が設けられている。スナバ回路６２は、６個のダイオード６３と、コンデンサ６４と、抵抗６５とを含む。なお、直流インダクタ３１〜３６間の結合度は、１よりも小さいので、直流インダクタ３１〜３６の電流経路をオンからオフに切り替えた際に巻線にサージ電圧が発生する。スナバ回路６２は、このサージ電圧を抑制する機能を有する。なお、第４実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。また、第４実施形態の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【０１３２】
なお、今回開示された実施形態は、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、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに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。
【０１３３】
たとえば、上記第１〜第４実施形態では、３相入力３相出力、２相入力３相出力、および、Ｍ相入力Ｎ相出力の電力変換装置に本発明を適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図２３に示すように、２相入力２相出力の電力変換装置１０５に本発明を適用してもよい。この場合、直流を２相の交流に変換して出力するものであるので、１つの電流形インバータに、４個（２×２個）の片方向スイッチが必要となる。また、２相入力２相出力の電力変換装置では、各相について１つずつ２個の電流形インバータ回路が設けられるので、合計８個（２×２×２個）の片方向スイッチが設けられる。
【０１３４】
また、図１５のような一般的な電流形インバータ回路において、直流インダクタ３０３、３０４は両方必要という分けではなく、図２４に示す電流形インバータ５００ａのように、どちらかひとつに省略することも可能である。したがって、上記第１〜第４実施形態では、入力端子（Ｒ端子、Ｓ端子、Ｔ端子）と片方向スイッチとの間に、結合された直流インダクタ３１、３３および３５と結合された直流インダクタ３２、３４および３６とを設ける例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、少なくとも、入力端子（Ｒ端子、Ｓ端子、Ｔ端子）と片方向スイッチとの間に、結合された直流インダクタ３１、３３および３５が設けられていればよい。
【０１３５】
また、図１５のような一般的な電流形インバータ回路において、直流インダクタ３０３、３０４は、図２５に示す電流形インバータ５００ｂのように、二つを結合させてもよい。したがって、上記第１〜第４実施形態では、直流インダクタ３１、３３および３５と、直流インダクタ３２、３４および３６とが、別個に結合されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、直流インダクタ３１〜３６すべてを図１の黒丸の方向へ結合させてもよい。
【０１３６】
第１〜第４実施形態では、片方向スイッチはダイオードとトランジスタを直列接続したものとしたが、トランジスタはＩＧＢＴのような自己消弧形のものであってもよい。またＲＢ−ＩＧＢＴのような逆阻止型のみを使用し、ダイオードを省略したものであってもよい。
【符号の説明】
【０１３７】
１、２、３ 電力変換回路（電力変換部）
１１、１３、１５、１７、１９、２１、２３、２５、２７ 片方向スイッチ（第１片方向スイッチ）
１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６、２８ 片方向スイッチ（第２片方向スイッチ）
３１、３３、３５ 直流インダクタ（インダクタ、第１インダクタ、巻線）
３２、３４、３６ 直流インダクタ（インダクタ、第２インダクタ、巻線）
５１、５４、５７ 制御回路（制御部）
５１１ インバータ電流指令部
５１２、５４２ コンバータ電流指令部
５１３ 直流電流指令部
５２１ インバータＰＷＭ演算部
５２２、５５２ コンバータＰＷＭ演算部
５３、５６ 駆動信号分配回路（第２制御部）
１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５ 電力変換装置
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、交流電源の各相と出力側の各相を双方向スイッチで直接接続し、交流電源の各相と双方向スイッチとの間に接続された入力側リアクトルと、負荷の各相と双方向スイッチとの間に接続された出力側リアクトルと、出力側リアクトルの双方向スイッチ側端子間を接続する第１のコンデンサ群と、第１のコンデンサ群を構成するコンデンサ相互間の接続を接断可能な第１の接断回路と、入力側リアクトルの双方向スイッチ側各端子間を接続する第２のコンデンサ群と、第２のコンデンサ群を構成するコンデンサ相互間の接続を接断可能な第２の接断回路と、入力側インダクタの双方向スイッチ側を、双方向スイッチを用いて短絡したり、出力側に接続したりすることで、電源電圧よりも高い電圧を出力する昇圧出力の機能を備えたマトリクスコンバータが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２００６／１１２２７５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のマトリクスコンバータは、昇圧チョッパの原理に基づく電流形電力変換器であるが、入力と出力の双方にリアクトル、コンデンサ及び接断手段であるスイッチを備える必要があり、装置が大形化するという問題がある。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、装置が大形化するのを抑制することが可能な電流形電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００６】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による電力変換装置は、Ｍ相（Ｍは２以上の自然数）の交流が入力されるとともに、Ｎ相（Ｎは２以上の自然数）の交流が出力される電力変換装置であって、複数の片方向スイッチと、入力側端子と複数の片方向スイッチとの間に設けられるインダクタとをそれぞれ含む複数の電力変換部を備え、電力変換部の入力側端子を短絡するとともに、複数の電力変換部の出力側端子同士を並列接続し、複数の電力変換部にそれぞれ設けられるインダクタ同士を結合させて、複数の片方向スイッチのオンオフに基づいて、結合されたインダクタの巻線間において電流を移動させる動作ができるように構成されている。
【０００７】
この一の局面による電力変換装置では、上記のように、複数の電力変換部にそれぞれ設けられるインダクタ同士を結合させて、複数の片方向スイッチのオンオフに基づいて、結合されたインダクタの巻線間において電流を移動させる動作を行うことによって、外部のリアクトル、スイッチを省略できるため、装置の大形化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態による電力変換装置の回路図である。
【図２】本発明の第１実施形態による電力変換装置の制御回路のブロック図である。
【図３】従来の電流形電力変換装置の双方向スイッチ群の回路図である。
【図４】図３と電気的に等価な電力変換装置の回路図である。
【図５】３相入力３相出力電流形インバータの回路図である。
【図６】本発明の第１実施形態による電力変換装置の出力側の空間ベクトル図である。
【図７】本発明の第１実施形態による電力変換装置の入力側の空間ベクトル図である。
【図８】本発明の第１実施形態による電力変換装置のゼロ電流ベクトル（ＩＲＲ、ＩＳＳ、ＩＴＴ）を生成する場合の回路図である。
【図９】本発明の第１実施形態による電力変換装置のゼロでない電流ベクトル（ＩＲＴ、ＩＳＲ、ＩＴＳ）を生成する場合の回路図である。
【図１０】本発明の第１実施形態による電力変換装置のゼロでない電流ベクトル（ＩＲＳ、ＩＳＴ、ＩＴＲ）を生成する場合の回路図である。
【図１１】本発明の第１実施形態によるスイッチ駆動信号のタイムチャートである。
【図１２】本発明の第２実施形態による電力変換装置の回路図である。
【図１３】従来の電流形電力変換装置の双方向スイッチ群の回路図である。
【図１４】図１３と電気的に等価な電力変換装置の回路図である。
【図１５】２相入力３相出力電流形インバータの回路図である。
【図１６】本発明の第２実施形態による電力変換装置の入力側の空間ベクトル図である。
【図１７】本発明の第２実施形態による電力変換装置のゼロ電流ベクトル（ＩＲＲ、ＩＳＳ）を生成する場合の回路図である。
【図１８】本発明の第２実施形態による電力変換装置のゼロでない電流ベクトル（ＩＲＳ、ＩＳＲ）を生成する場合の回路図である。
【図１９】本発明の第３実施形態による電力変換装置の回路図である。
【図２０】本発明の第３実施形態による電力変換装置のＮが奇数の場合の出力側の空間ベクトル図である。
【図２１】本発明の第３実施形態による電力変換装置のＮが偶数の場合の出力側の空間ベクトル図である。
【図２２】本発明の第４実施形態による電力変換装置の回路図である。
【図２３】本発明の第１〜第４実施形態の変形例による電力変換装置の回路図である。
【図２４】図１５に示す２相入力３相出力電流形インバータの第１変形例による電流形インバータの回路図である。
【図２５】図１５に示す２相入力３相出力電流形インバータの第２変形例による電流形インバータの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
（第１実施形態）
まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態による電力変換装置１００の構成について説明する。
【００１１】
図１に示すように、本実施形態に係る電力変換装置１００は、３相交流電源の入力端子であるＲ端子、Ｓ端子およびＴ端子と、３相交流出力端子であるＵ端子、Ｖ端子およびＷ端子と、３個の電力変換回路１、２および３と、フィルタ用キャパシタ４、５および６と、フィルタ用キャパシタ７、８および９と、制御回路５１とを有する。なお、電力変換回路１〜３は、本発明の「電力変換部」の一例である。
【００１２】
電力変換回路１は、６個の片方向スイッチ１１〜１６と、直流インダクタ３１および３２とを含む。片方向スイッチ１１〜１６は、それぞれ、ダイオード４１と、トランジスタ４２とによって構成されている。片方向スイッチ１１〜１６は、それぞれ、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ、Ｓ４Ｒ、Ｓ３Ｒ、Ｓ６Ｒ、Ｓ５ＲおよびＳ２Ｒによって駆動される。また、電力変換回路１の入力側端子（直流インダクタ３１のＲ端子側、直流インダクタ３２のＲ端子側）は、短絡されている。また、直流インダクタ３１は、Ｒ端子と、片方向スイッチ１１、１３および１５との間に設けられている。また、直流インダクタ３２は、Ｒ端子と、片方向スイッチ１２、１４および１６との間に設けられている。
【００１３】
電力変換回路２は、電力変換回路１と同様の構成を有する。すなわち、電力変換回路２は、６個の片方向スイッチ１７〜２２と、直流インダクタ３３および３４とを含む。片方向スイッチ１７〜２２は、それぞれ、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｓ、Ｓ４Ｓ、Ｓ３Ｓ、Ｓ６Ｓ、Ｓ５ＳおよびＳ２Ｓによって駆動される。また、電力変換回路２の入力側端子（直流インダクタ３３のＳ端子側、直流インダクタ３４のＳ端子側）は、短絡されている。また、直流インダクタ３３は、Ｓ端子と、片方向スイッチ１７、１９および２１との間に設けられている。また、直流インダクタ３４は、Ｓ端子と、片方向スイッチ１８、２０および２２との間に設けられている。
【００１４】
電力変換回路３は、電力変換回路１と同様の構成を有する。すなわち、電力変換回路３は、６個の片方向スイッチ２３〜２８と、直流インダクタ３５および３６とを含む。片方向スイッチ２３〜２８は、それぞれ、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｔ、Ｓ４Ｔ、Ｓ３Ｔ、Ｓ６Ｔ、Ｓ５ＴおよびＳ２Ｔによって駆動される。また、電力変換回路３の入力側端子（直流インダクタ３５のＴ端子側、直流インダクタ３６のＴ端子側）は、短絡されている。また、直流インダクタ３５は、Ｔ端子と、片方向スイッチ２３、２５および２７との間に設けられている。また、直流インダクタ３６は、Ｔ端子と、片方向スイッチ２４、２６および２８との間に設けられている。また、片方向スイッチ１１、１３、１５、１７、１９、２１、２３、２５および２７は、本発明の「第１片方向スイッチ」の一例である。また、片方向スイッチ１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６および２８は、本発明の「第２片方向スイッチ」の一例である。また、直流インダクタ３１、３３および３５は、本発明の「インダクタ」および「第１インダクタ」の一例である。また、直流インダクタ３２、３４および３６は、本発明の「インダクタ」および「第２インダクタ」の一例である。
【００１５】
ここで、第１実施形態では、直流インダクタ３１、３３および３５は、結合されており、実際には一つのインダクタである。また、直流インダクタ３２、３４および３６は、結合されており、実際には一つのインダクタである。結合されたインダクタの結合方向は図１の黒丸で示している。また、結合された直流インダクタ内の各巻線の巻回数は、等しいとする。これにより、結合された直流インダクタの巻線間で、１つの巻線に流れる電流を、大きさを保持したまま他の巻線に移動させる動作を行うことが可能である。これはスイッチング電源のフライバック型コンバータなどで利用される動作として一般的に知られている動作と同じである。また、この動作は、片方向スイッチ１１〜２８のオンオフによって行われる。
【００１６】
また、第１実施形態では、電力変換装置１００には、１８個の片方向スイッチ１１〜２８のオンオフを制御するための制御回路５１が設けられている。制御回路５１には、図２に示すように、従来の３相入力３相出力の電流形インバータのインバータ部を制御するインバータ電流指令部５１１、インバータＰＷＭ演算部５２１、が設けられており、また従来の３相入力３相出力の電流形コンバータのコンバータ部を制御するコンバータ電流指令部５１２、コンバータＰＷＭ演算部５２２、が設けられている。また、制御回路５１には、インバータＰＷＭ演算部５２１およびコンバータＰＷＭ演算部５２２によって生成されたスイッチ駆動信号を組み合わせる（分配する）ことにより、片方向スイッチ１１〜２８を制御する駆動信号分配回路５３が設けられている。なお、制御回路５１は、本発明の「制御部」の一例である。また、インバータ電流指令部５１１、インバータＰＷＭ演算部５２１、コンバータ電流指令部５１２およびコンバータＰＷＭ演算部５２２は「第１制御部」の一例、および駆動信号分配回路５３は、「第２制御部」の一例である。
【００１７】
次に、図１、図３および図４を参照して、第１実施形態の電力変換装置１００の動作原理を説明する。
【００１８】
まず、図３に示す双方向スイッチ群２００は、従来のマトリクスコンバータによる電流形電力変換装置の一部を構成し、電力変換を行うものである。双方向スイッチ群２００は３相交流電源の入力端子であるＲ端子、Ｓ端子およびＴ端子と、３相交流出力端子であるＵ端子、Ｖ端子およびＷ端子とが設けられている。また、Ｒ端子、Ｓ端子およびＴ端子と、Ｕ端子、Ｖ端子およびＷ端子との間には、９個の双方向スイッチ２０１〜２０９が設けられている。ここで、Ｒ端子、Ｓ端子およびＴ端子と、Ｕ端子、Ｖ端子およびＷ端子とには各々リアクトルと、相互間の接続をスイッチにて接断可能なコンデンサとが接続されるが、これらは図３では省略されている。
【００１９】
Ｒ端子には、双方向スイッチ２０１〜２０３の入力側が接続されている。また、Ｓ端子には、双方向スイッチ２０４〜２０６の入力側が接続されている。また、Ｔ端子には、双方向スイッチ２０７〜２０９の入力側が接続されている。また、双方向スイッチ２０１、２０４および２０７の出力側は、Ｕ端子に接続されている。また、双方向スイッチ２０２、２０５および２０８の出力側は、Ｖ端子に接続されている。また、双方向スイッチ２０３、２０６および２０９の出力側は、Ｗ端子に接続されている。
【００２０】
また、双方向スイッチ２０１〜２０９は、それぞれ、スイッチ駆動信号Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ３１、Ｓ３２およびＳ３３によって駆動される。双方向スイッチ群２００への入力電流および双方向スイッチ群２００からの出力電流は、前述の入力端子及び出力端子に接続された図示しないリアクトルの作用により、ほぼ一定の振幅の交流電流となる。このとき双方向スイッチ群２００に入力される３相電流（ｉｒ、ｉｓ、ｉｔ）と、出力される３相電流（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）との関係は、下記の式（１）によって表わされる。
【００２１】
【数１】
【００２２】
なお、スイッチ駆動信号Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ３１、Ｓ３２およびＳ３３が「１」の場合は、オン信号となり、「０」の場合は、オフ信号となる。また、入力端子（Ｒ端子、Ｓ端子、Ｔ端子）から、出力端子（Ｕ端子、Ｖ端子、Ｗ端子）への向きを正とする。
【００２３】
また、双方向スイッチ２０１（２０２、２０３）は、ダイオード２１０と、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ（Ｓ３Ｒ、Ｓ５Ｒ）により駆動されるトランジスタ２１１とからなる片方向スイッチと、ダイオード２１０とスイッチ駆動信号Ｓ４Ｒ（Ｓ６Ｒ、Ｓ２Ｒ）により駆動されるトランジスタ２１１とからなる片方向スイッチとを逆並列に接続して構成されている。また、双方向スイッチ２０４（２０５、２０６）は、ダイオード２１０と、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｓ（Ｓ３Ｓ、Ｓ５Ｓ）により駆動されるトランジスタ２１１とからなる片方向スイッチと、ダイオード２１０とスイッチ駆動信号Ｓ４Ｓ（Ｓ６Ｓ、Ｓ２Ｓ）により駆動されるトランジスタ２１１とからなる片方向スイッチとを逆並列に接続して構成されている。また、双方向スイッチ２０７（２０８、２０９）は、ダイオード２１０と、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｔ（Ｓ３Ｔ、Ｓ５Ｔ）により駆動されるトランジスタ２１１とからなる片方向スイッチと、ダイオード２１０とスイッチ駆動信号Ｓ４Ｔ（Ｓ６Ｔ、Ｓ２Ｔ）により駆動されるトランジスタ２１１とからなる片方向スイッチとを逆並列に接続して構成されている。
【００２４】
図４は、図３に示す回路と電気的に等しい回路を示している。図４では、双方向スイッチ２０１〜２０９に含まれる片方向スイッチ（片方向スイッチ２２１〜２３８）を分離して表示している。片方向スイッチ２２１〜２３８に入力される３相電流（ｉｒ、ｉｓ、ｉｔ）と、出力される３相電流（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）との関係は、下記の式（２）および式（３）によって表わされる。
【００２５】
【数２】
【００２６】
なお、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔが「１」の場合は、オン信号となり、「０」の場合は、オフ信号となる。また、電流ｉｒｐ、ｉｓｐおよびｉｔｐは、入力端子（Ｒ端子、Ｓ端子、Ｔ端子）側から、出力端子（Ｕ端子、Ｖ端子、Ｗ端子）側へ、一方向に流れる直流電流である。また、電流ｉｒｎ、ｉｓｎおよびｉｔｎは、出力端子側から、入力端子側へ、一方向に流れる直流電流である。従来の電流形電力変換装置では、入力電流は正弦波であり、式（３）により電流ｉｒｐ、ｉｓｐおよびｉｔｐは、それぞれ入力電流ｉｒ、ｉｓ、ｉｔを正に整流した半波整流波形（正弦波の正の部分）を有する直流電流となり、電流ｉｒｎ、ｉｓｎおよびｉｔｎは、それぞれ入力電流ｉｒ、ｉｓ、ｉｔを負に整流した半波整流波形（正弦波の負の部分）を有する直流電流となる。
【００２７】
図１と図４を比較すると、図１に示す第１実施形態の電力変換装置１００は、図４に示す従来の電流形電力変換装置を構成する双方向スイッチ群２００の直流電流ｉｒｐ〜ｉｔｎの流路に、各々結合インダクタ３１〜３６を設けたものであることがわかる。前述のように、結合されたインダクタの巻線に接続された閉回路の間で電流を移動することができるので、電力変換装置１００において下記の式（４）に示される状態を瞬時に切り替えることが可能である。これは、常に直流インダクタ３１、３３、３５のどれか一つにパルス状の直流電流ｉｄｃを流し、かつ常に直流インダクタ３２、３４、３６のどれか一つにパルス状の直流電流−ｉｄｃを流すことを意味している。さらにこれは、Ｓ１Ｒ、Ｓ３Ｒ、Ｓ５Ｒ、Ｓ１Ｓ、Ｓ３Ｓ、Ｓ５Ｓ、Ｓ１Ｔ、Ｓ３Ｔ、Ｓ５Ｔのうち常にどれか一つを「１」、かつＳ２Ｒ、Ｓ４Ｒ、Ｓ６Ｒ、Ｓ２Ｓ、Ｓ４Ｓ、Ｓ６Ｓ、Ｓ２Ｔ、Ｓ４Ｔ、Ｓ６Ｔのうち常にどれか一つを「１」とすることにより実現される。
【００２８】
【数３】
【００２９】
上記の式（４）の状態をパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）を適用することにより、各巻線にｉｄｃを流す時間を変化させることによって、入力電流ｉｒ（ｉｓ、ｉｔ）の平均値を正弦波状にすることが可能となる。すなわち、第１実施形態の電力変換装置１００は、従来の電流形電力変換装置の内部に流れる直流電流をパルス化し、ＰＷＭの適用により従来の電流形電力変換装置と等価な電流を流すことで等価な動作が行え、かつ外部にリアクトルと、スイッチとを必要としない電力変換装置となる。
【００３０】
次に、図５〜図１０を参照して、第１実施形態の電力変換装置１００に対して、入力出力各々の電流指令ベクトルを用いることにより、制御回路５１にてスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔを生成することを説明する。
【００３１】
まず、図５に示す電流形インバータ３００を用いて、入力出力各々の電流指令ベクトルについて説明する。電流形インバータ３００には、コンバータ部３０１とインバータ部３０２とが設けられている。また、コンバータ部３０１とインバータ部３０２との間には、直流インダクタ３０３および３０４と、電流形インバータ制御回路３０５とが設けられている。
【００３２】
コンバータ部３０１には、片方向スイッチ３１１〜３１６が設けられている。片方向スイッチ３１１〜３１６は、それぞれ、スイッチ駆動信号Ｓ４ｃ、Ｓ６ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｃ、Ｓ３ｃ、および、Ｓ５ｃによって駆動される。また、インバータ部３０２の片方向スイッチ３２１〜３２６は、それぞれ、スイッチ駆動信号Ｓ１ｉ、Ｓ３ｉ、Ｓ５ｉ、Ｓ４ｉ、Ｓ６ｉ、および、Ｓ２ｉによって駆動される。
【００３３】
図５に示すように、３相入力３相出力の電流形インバータ３００では、交流−直流変換を行うコンバータ部３０１により交流電源から直流電流ｉｄｃを生成した後、直流電流ｉｄｃを直流−交流変換を行うインバータ部３０２により交流に変換する。このとき、コンバータ部３０１は、直流電流ｉｄｃを一定にするように制御されるとともに、インバータ部３０２は、所望の電流を出力するように制御される。
【００３４】
図６に示すように、電流形インバータ３００の直流−交流変換を行うインバータ部３０２は、３本のゼロ電流ベクトル（ＩＵＵ、ＩＶＶ、ＩＷＷ）と、直流電流指令ｉｄｃ＿ｒの大きさを有する６本の電流ベクトル（ＩＵＷ、ＩＵＶ、ＩＷＶ、ＩＷＵ、ＩＶＵ、ＩＶＷ）とを出力可能に構成されている。具体的には、表１に示すとおりに片方向スイッチをオンオフすることにより出力される。
【００３５】
【表１】
【００３６】
図７に示すように、電流形インバータ３００のコンバータ部３０１も同様に、３本のゼロ電流ベクトル（ＩＲＲ、ＩＳＳ、ＩＴＴ）と、直流電流指令ｉｄｃ＿ｒの大きさを有する６本のゼロでない電流ベクトル（ＩＲＴ、ＩＲＳ、ＩＴＳ、ＩＴＲ、ＩＳＲ、ＩＳＴ）とを入力可能に構成されている。具体的には、表２に示すとおりに片方向スイッチをオンオフすることにより入力される。
【００３７】
【表２】
【００３８】
図２に示すとおり、電力変換装置１００の制御回路５１は、直流電流指令部５１３を備え、直流電流指令ｉｄｃ＿ｒを出力電流の振幅値以上の一定の値として生成する。また、制御回路５１は、インバータ電流指令部５１１、インバータＰＷＭ演算部５２１を備え、直流電流指令ｉｄｃ＿ｒに基づき、電流形インバータ３００のインバータ部３０２に対するスイッチ駆動信号Ｓ１ｉ、Ｓ３ｉ、Ｓ５ｉ、Ｓ４ｉ、Ｓ６ｉ、および、Ｓ２ｉを生成している。さらに制御回路５１はコンバータ電流指令部５１２、コンバータＰＷＭ演算部５２２を備え、直流電流指令ｉｄｃ＿ｒに基づき、電流形インバータ３００のコンバータ部３０１に対するスイッチ駆動信号Ｓ４ｃ、Ｓ６ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｃ、Ｓ３ｃ、および、Ｓ５ｃを生成している。制御回路５１はさらに駆動信号分配回路５３を備え、これらのスイッチ駆動信号から、第１実施形態の電力変換装置１００のスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔを生成する。
【００３９】
インバータ電流指令部５１１は、駆動する交流負荷の特性に応じて出力電流振幅指令、出力電流周波数指令（出力電流振幅指令、出力電流位相指令でも良い）を生成する。例えば負荷がモータである場合、インバータ電流指令部５１１は交流電動機のベクトル制御則により、前述の指令を出力する。
【００４０】
制御回路５１のインバータＰＷＭ演算部５２１は、インバータ電流指令部５１１から出力電流振幅指令および出力電流周波数指令を受け取り、出力電流指令ベクトルを生成し、実際に出力する電流ベクトルの出力の継続時間を演算するように構成されている。出力電流が正弦波である場合、出力電流指令ベクトルは図６に示すベクトル空間を、出力電流周波数指令で決まる角速度で回転し、ある瞬間では、出力電流指令ベクトルは例えば図６のＩｏ＿ｒｅｆとなる。インバータＰＷＭ演算部５２１は、出力電流指令ベクトルの大きさを出力電流振幅指令と等しい値とし、さらにインバータ変調率Ｉｏｕｔ＿ｒとして正規化する。具体的には出力電流指令ベクトルの大きさが図６の六角形の内接円の半径（直流電流指令ｉｄｃ＿ｒの√３／２倍）と一致する際に値が１となるようにする。また、インバータＰＷＭ演算部５２１は、電流位相指令θＩｏｕｔを、出力電流指令ベクトルＩｏ＿ｒｅｆの基準位置を定め、出力電流周波数指令を積分して２πを掛け算することにより求める（インバータ電流指令部５１１が出力電流位相指令を生成する場合はそれを直接使用しても良い）。例えば、出力電流指令ベクトルＩｏ＿ｒｅｆと電流位相指令θＩｏｕｔから求まるＵ相の電流指令が、正の最大値となるときの位相をゼロとして基準位相とした場合、図６に示すとおり、電流位相指令θＩｏｕｔはＲｅ軸と出力電流指令ベクトルＩｏ＿ｒｅｆのなす角となる。インバータＰＷＭ演算器５１２は、インバータ変調率Ｉｏｕｔ＿ｒと位相θＩｏｕｔとを有する出力電流指令ベクトルＩｏ＿ｒｅｆに隣接する１つのゼロ電流ベクトルと、ゼロでない２つの電流ベクトルＩｉおよびＩｉ＋１とを用いてＰＷＭを行う。このとき、ゼロ電流ベクトルの出力時間Ｔｚ、ゼロでない電流ベクトルＩｉの出力時間Ｔｉ、および、ゼロでない電流ベクトルＩｉ＋１の出力時間Ｔｉ＋１は、下記の式（５）、式（６）および式（７）によって表わされる。
【００４１】
【数４】
【００４２】
ここで、θ０は、出力電流指令ベクトルＩｏ＿ｒｅｆと電流ベクトルＩｉとのなす角を表わしている。また、Ｔｓは、ＰＷＭ制御の周期を表わしている。インバータ変調率Ｉｏｕｔ＿ｒと電流位相指令θＩｏｕｔとが、図６に示されるような場合では、Ｔｚは、ゼロ電流ベクトルＩＵＵ、ＩＶＶおよびＩＷＷのうちの１つの出力時間であり、Ｔｉは、ゼロでない電流ベクトルＩＵＷの出力時間であり、Ｔｉ＋１は、ゼロでない電流ベクトルＩＵＶの出力時間となる。また、θ０は、π／６−θＩｏｕｔとなる。ＰＷＭの結果、出力時間Ｔｉに応じた電流ベクトルＩａと出力時間Ｔｉ＋１に応じた電流ベクトルＩｂとが生成される。
【００４３】
コンバータ電流指令部５１２は、一例として直流電流指令ｉｄｃ＿ｒと等しい入力電流振幅指令と、入力に接続される電源の周波数と等しい入力電流周波数指令を生成し、入力側に正弦波状の電流を流す指令を生成する。インバータＰＷＭ演算部５２１と同様に、コンバータＰＷＭ演算部５２２は、入力電流に対してコンバータ変調率Ｉｉｎ＿ｒと電流位相指令θＩｉｎを定め、３本のゼロ電流ベクトル（たとえばＩＲＲ、ＩＳＳ、ＩＴＴ、図７参照）のうちの１本と、６本のゼロでない電流ベクトル（ＩＲＴ、ＩＲＳ、ＩＴＳ、ＩＴＲ、ＩＳＲ、ＩＳＴ）のうちの２本を選択するようにスイッチのオンオフが制御される。これらの６つの電流ベクトルの状態を、各々、どの程度の時間継続させるかを、上記の式（５）〜（７）にて、変調率Ｉｏｕｔ＿ｒを入力側の入力電流指令ベクトルＩｉ＿ｒｅｆに対する変調率Ｉｉｎ＿ｒに、また電流位相指令θＩｏｕｔを入力側の入力電流指令ベクトルＩｉ＿ｒｅｆに対する位相指令にそれぞれ置き換えた式により定めている。
【００４４】
次に、図１および図５を参照して、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔを生成する電力変換装置１００の制御回路５１の構成について説明する。
【００４５】
図５のコンバータ部３０１の片方向スイッチ３１１〜３１６に入力される３相電流（ｉｒ、ｉｓ、ｉｔ）と、出力される直流電流（ｉｄｃ、−ｉｄｃ）との関係は、スイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ６ｃを用いて、下記の式（８）によって表わされる。
【００４６】
【数５】
【００４７】
なお、スイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ６ｃが「１」の場合は、オン信号となり、「０」の場合は、オフ信号となる。片方向スイッチ３２１〜３２６に入力される直流電流（ｉｄｃ、−ｉｄｃ）と、図５のインバータ部３０２から出力される３相電流（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）との関係は、スイッチ駆動信号Ｓ１ｉ〜Ｓ６ｉを用いて、下記の式（９）によって表わされる。
【００４８】
【数６】
【００４９】
なお、スイッチ駆動信号Ｓ１ｉ〜Ｓ６ｉが「１」の場合は、オン信号となり、「０」の場合は、オフ信号となる。
【００５０】
次に、前述のとおり、第１実施形態の電力変換装置１００は、式（４）に示すように、直流インダクタ３１、３３および３５のどれか一つに直流電流ｉｄｃが流れ、直流インダクタ３２、３４および３６のどれか一つに直流電流−ｉｄｃが流れるので、電力変換装置１００に入力される３相電流（ｉｒ、ｉｓ、ｉｔ）と、直流電流（ｉｄｃ、−ｉｄｃ）との関係は、上記の式（８）と同様に、下記の式（１０）によって表わされる。
【００５１】
【数７】
【００５２】
また、直流電流（ｉｄｃ、−ｉｄｃ）と、電力変換装置１００から出力される３相電流（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）との関係は、前述のとおりＳ１Ｒ、Ｓ３Ｒ、Ｓ５Ｒ、Ｓ１Ｓ、Ｓ３Ｓ、Ｓ５Ｓ、Ｓ１Ｔ、Ｓ３Ｔ、Ｓ５Ｔのうち常にどれか一つが「１」、かつＳ２Ｒ、Ｓ４Ｒ、Ｓ６Ｒ、Ｓ２Ｓ、Ｓ４Ｓ、Ｓ６Ｓ、Ｓ２Ｔ、Ｓ４Ｔ、Ｓ６Ｔのうち常にどれか一つが「１」であることから、上記の式（９）と同様に、下記の式（１１）によって表わされる。
【００５３】
【数８】
【００５４】
ここで、第１実施形態の電力変換装置１００は、３相入力３相出力の電流形インバータ３００と同様に、入力される３相交流を電圧の大きさ、周波数の異なる３相交流に変換して出力するものであることを考慮すると、上記の式（８）と式（１０）との比較から、下記の式（１２）の関係が満たされる必要があることになる。
【００５５】
【数９】
【００５６】
また、同様に上記の式（９）および式（１１）の比較から、下記の式（１３）の関係が満たされる必要がある。
【００５７】
【数１０】
【００５８】
そして、上記の式（１２）と式（１３）とを比較することにより、第１実施形態の電力変換装置１００のスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔと、電流形インバータ３００のスイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ６ｃ、Ｓ１ｉ〜Ｓ６ｉとの間には、下記の式（１４）の関係があることが分かる。
【００５９】
【数１１】
【００６０】
すなわち、第１実施形態の電力変換装置１００において、インバータＰＷＭ演算部５２１は決定した１本のゼロ電流ベクトルと、２本のゼロでない電流ベクトルと、時間Ｔｚ、Ｔｉ、Ｔｉ＋１と、に基づき、さらに表１を使用して、式（９）のＳｉ１〜Ｓｉ６を決定し、駆動信号分配器５３に出力する。また、コンバータＰＷＭ演算部５２２は、インバータＰＷＭ演算部５２１と同様に、式（８）のＳｃ１〜Ｓｃ６を生成し（表２を使用）、駆動信号分配回路５３に出力する。駆動信号分配回路５３は、上記の式（１４）に基づいて論理積回路により、電力変換装置１００のスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔを生成する。その結果、制御回路５１は３相入力３相出力の電流形インバータ３００のスイッチ駆動信号に基づいて、電力変換装置１００を駆動することとなる。
【００６１】
次に、図８〜図１０を参照して、制御回路５１の駆動信号分配回路５３がスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔを生成する別の構成を説明する。
【００６２】
図８は、図１と電気的に同じ図を示しているが、ゼロ電流ベクトルの説明を容易にするために、図１の片方向スイッチ１１〜２８の配置を移動している。なお、フィルタ用キャパシタ４〜９と、制御回路５１とは、省略している。図８に示すように、電力変換回路１ａは、図５に示す電流形インバータ３００の片方向スイッチ３１４（Ｓ１ｃ）と、片方向スイッチ３１１（Ｓ４ｃ）とがオンであり、片方向スイッチ３１２（Ｓ６ｃ）、片方向スイッチ３１３（Ｓ２ｃ）、片方向スイッチ３１５（Ｓ３ｃ）、片方向スイッチ３１６（Ｓ５ｃ）がオフである入力側の状態がゼロ電流ベクトルＩＲＲの電流形インバータと同等の回路構成となる。同様に、電力変換回路２ａは、入力側の状態がゼロ電流ベクトルＩＳＳの電流形インバータと同等の回路構成となる。また、電力変換回路３ａは、入力側の状態がゼロ電流ベクトルＩＴＴの電流形インバータと同等の回路構成となる。すなわち、電力変換回路１ａ、２ａ、３ａのどれかを選択し、選択した回路のスイッチのオンオフを出力側の電流ベクトルに基づいて決めることは、電流形インバータ３００において３個のゼロ電流ベクトルのどれかを入力する状態と出力側の電流ベクトルとを同時に選択したことに等しくなる。
【００６３】
図９は、図８と電気的に同じ図を示しているが、電流ベクトルの説明を容易にするために、図８の片方向スイッチ１１〜２８の配置を移動している。図９に示すように、電力変換回路１ｂは、図５に示す電流形インバータ３００の片方向スイッチ３１１（Ｓ４ｃ）と、片方向スイッチ３１６（Ｓ５ｃ）とがオンであり、片方向スイッチ３１２（Ｓ６ｃ）、片方向スイッチ３１３（Ｓ２ｃ）、片方向スイッチ３１４（Ｓ１ｃ）、片方向スイッチ３１５（Ｓ３ｃ）がオフである入力側の状態が電流ベクトルＩＲＴの電流形インバータと同等の回路構成となる。同様に、電力変換回路２ｂは、入力側の状態が電流ベクトルＩＳＲの電流形インバータと同等の回路構成となる。また、電力変換回路３ｂは、入力側の状態が電流ベクトルＩＴＳの電流形インバータと同等の回路構成となる。すなわち、電力変換回路１ｂ、２ｂ又は３ｂのどれかを選択し、選択した回路のスイッチのオンオフを出力側の電流ベクトルを用いて決めることは、電流形インバータ３００において、それぞれゼロでない電流ベクトルＩＲＴ、ＩＳＲ、ＩＴＳのどれかを入力する状態と出力側の電流ベクトルとを同時に選択したことに等しくなる。
【００６４】
図１０は、図８と電気的に同じ図を示しているが、電流ベクトルの説明を容易にするために、図８の片方向スイッチ１１〜２８の配置を移動している。図１０に示すように、電力変換回路１ｃは、入力側の状態が電流ベクトルＩＲＳの電流形インバータと同等の回路構成となる。同様に、電力変換回路２ｃは、入力側の状態が電流ベクトルＩＳＴの電流形インバータと同等の回路構成となる。また、電力変換回路３ｃは、入力側の状態が電流ベクトルＩＴＲの電流形インバータと同等の回路構成となる。すなわち、電力変換回路１ｃ、２ｃ又は３ｃのどれかを選択し、選択した回路のスイッチのオンオフを出力側の電流ベクトルを用いて決めることは、電流形インバータ３００において、それぞれゼロでない電流ベクトルＩＲＳ、ＩＳＴ、ＩＴＲのどれかを入力する状態と出力側の電流ベクトルとを同時に選択したことに等しくなる。
【００６５】
図８〜図１０に示す直流インダクタ３１、３３および３５は、結合されているとともに、直流インダクタ３２、３４および３６は、結合されている。これにより、上記したように、駆動信号分配回路５３が、片方向スイッチ１１〜２８をオンオフすることにより、直流インダクタ３１、３３および３５の間において、直流インダクタに流れる直流電流を瞬時に切り替えること（フライバックコンバータ同等の動作）が可能である。また、片方向スイッチ１１〜２８をオンオフすることにより、直流インダクタ３２、３４および３６の間において、直流インダクタに流れる直流電流を瞬時に切り替えることも可能である。従って、図８〜図１０に示す９つの電力変換回路を任意に選択し、選択した電力変換回路に電流を流すことが可能である。コンバータＰＷＭ演算部５２２は選択した２本のゼロでない電流ベクトルと、１本のゼロ電流ベクトルがそれぞれどの電流ベクトルであるかについての情報を駆動信号分配回路５３に出力する。駆動信号分配回路５３は、この情報に従い、電力変換回路を選択する。電力変換回路を選択することにより、図８〜図１０の各々に示す電力変換装置の３つの構成のうち、どれか一つを選択したことになる。一方、インバータＰＷＭ演算部５２１は選択した２本のゼロでない電流ベクトルと、１本のゼロ電流ベクトルがそれぞれどの電流ベクトルであるかについての情報を駆動信号分配回路５３に出力する。駆動信号分配回路５３は、選択した電力変換回路に対して、この情報に従いスイッチのオンオフを決め、選択した電力変換装置の構成中の選択しなかった２個の電力変換回路のスイッチは全てオフとすることにより、全てのスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔのオンオフ状態を決定する。駆動信号分配回路５３は、さらにインバータＰＷＭ演算部５２１およびコンバータＰＷＭ演算部５２２が、それぞれ出力する継続時間Ｔｚ、Ｔｉ、Ｔｉ＋１に従い、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔを出力する。
【００６６】
一例として、出力電流指令ベクトルＩｏ＿ｒｅｆと入力電流指令ベクトルＩｉ＿ｒｅｆが図６および図７に示す位置にあるときの、電力変換装置１００に対するスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓ、Ｓ１Ｔ〜Ｓ６Ｔのタイムチャートを図１１に示す。図６および図７の状態は、出力電流指令ベクトルＩｏ＿ｒｅｆに隣接するゼロでない２本の電流ベクトルがＩＵＷとＩＵＶであり、入力電流指令ベクトルＩｉ＿ｒｅｆに隣接するゼロでない２本の電流ベクトルがＩＲＴとＩＲＳである場合である。図１１ではゼロ電流ベクトルは、隣接する２本のゼロでない電流ベクトルに共通に含まれる相によるものとして、出力電流指令ベクトルＩｏ＿ｒｅｆに対してはＩＵＵ、入力電流指令ベクトルＩｉ＿ｒｅｆに対してはＩＲＲとしている。このようにすることで、片方向スイッチの切替回数を減らすことができるが、他の目的で別のゼロ電流ベクトルとしても本発明には関係しない。
【００６７】
図１１により、制御回路５１の動作をより詳細に説明する。インバータＰＷＭ演算部５２１は、ゼロ電流ベクトルＩＵＵの継続時間をＴｉｚ、電流ベクトルＩＵＷの継続時間をＴｉｉ、電流ベクトルＩＵＶの継続時間をＴｉｉ＋１としている。また、コンバータＰＷＭ演算部５２２は、ゼロ電流ベクトルＩＲＲの継続時間をＴｃｚ、電流ベクトルＩＲＴの継続時間をＴｃｉ、電流ベクトルＩＲＳの継続時間をＴｃｉ＋１としている。図１１において駆動信号分配回路５３は、ゼロ電流を出力する時間を２分の１にし、キャリア周期の始めと終わりに１つずつゼロ電流を出力する時間を設けている。駆動信号分配回路５３はキャリア周期の開始を時刻ゼロとし、インバータＰＷＭ演算部５２１の演算した継続時間から時刻Ｔｉｚ／２、時刻Ｔｉｚ／２＋Ｔｉｉ、時刻Ｔｉｚ／２＋Ｔｉｉ＋（Ｔｉｉ＋１）を、コンバータＰＷＭ演算部５２２の演算した継続時間から時刻Ｔｃｚ／２、時刻Ｔｃｚ／２＋Ｔｃｉ、時刻Ｔｃｚ／２＋Ｔｃｉ＋（Ｔｃｉ＋１）を求め、これら６つの時刻を大小順に並べることにより、キャリア周期Ｔｓを区間Ａから区間Ｇに分割する。
【００６８】
駆動信号分配回路５３は、各区間について、図８〜図１０に示した電力変換回路と、出力される電流ベクトルの組を決定する。図１１の例ではこれらは、区間Ａ：（電力変換回路１ａ、ＩＵＵ）、区間Ｂ：（電力変換回路１ａ、ＩＵＷ）、区間Ｃ：（電力変換回路１ｂ、ＩＵＷ）、区間Ｄ：（電力変換回路１ｂ、ＩＵＶ）、区間Ｅ：（電力変換回路１ｃ、ＩＵＶ）、区間Ｆ：（電力変換回路１ａ、ＩＵＶ）、区間Ｇ：（電力変換回路１ａ、ＩＵＵ）となる。さらに、駆動信号分配回路５３は、この各区間における電力変換回路と出力する電流ベクトルの組から、実際の電流形インバータ回路を参照して、指定された電流ベクトルを出力するためにオンする片方向スイッチを選択する。図１１の例ではその片方向スイッチは、区間Ａ（Ｓ１Ｒ、Ｓ４Ｒ）、区間Ｂ（Ｓ１Ｒ、Ｓ２Ｒ）、区間Ｃ（Ｓ１Ｒ、Ｓ２Ｔ）、区間Ｄ（Ｓ１Ｒ、Ｓ２Ｓ）、区間Ｅ（Ｓ１Ｒ、Ｓ６Ｓ）、区間Ｆ（Ｓ１Ｒ、Ｓ６Ｒ）、区間Ｇ（Ｓ１Ｒ、Ｓ４Ｒ）となる。各区間にて、このようにして決まった片方向スイッチをＯＮし、その他のスイッチをオフすることで、駆動信号分配回路５３は、図１１に示すタイムチャートのスイッチ駆動信号を出力する。電力変換回路を参照しなくても、あらかじめ９つの入力に関する電流ベクトルと９つの出力に関する電流ベクトルの全組み合わせ８１通りについて、図８〜図１０の回路図に基づき、オンする２個の片方向スイッチをテーブル化しておけば、駆動信号分配回路５３は、このテーブルを参照することで、オンする２個の片方向スイッチを直ちに決定できる。
【００６９】
このように、第１実施形態の電力変換装置１００は、３相入力３相出力の電流形インバータ３００と同様に、電流指令ベクトルからスイッチ駆動信号が生成されて駆動される電力変換装置である。
【００７０】
第１実施形態では、上記のように、複数の電力変換回路１〜３にそれぞれ設けられる直流インダクタ３１、３３および３５（直流インダクタ３２、３４および３６）同士を結合させて、複数の片方向スイッチ１１〜２８のオンオフに基づいて、結合された直流インダクタ３１、３３および３５（直流インダクタ３２、３４および３６）の巻線間において電流が移動する動作を行う。これにより、図５に示す電流形インバータに比べ、電流が通過する片方向スイッチの数が減り、導通損失が低減できる。
【００７１】
また、第１実施形態では、上記のように、図５に示す電流形インバータと同じ動作原理に基づくため、電力変換の方向が双方向でかつ電圧の昇圧・降圧が可能である。
【００７２】
（第２実施形態）
次に、図１２を参照して、第２実施形態の電力変換装置１０１について説明する。この第２実施形態では、上記３相交流が入力されるとともに３相交流が出力される第１実施形態と異なり、単相交流（２相交流）または直流が入力されるとともに３相交流が出力される。
【００７３】
第２実施形態の電力変換装置１０１は、図１に示す第１実施形態の電力変換装置１００において、Ｔ端子および電力変換回路３を取り除いた構成を有している。すなわち、図１２に示すように、本実施形態に係る電力変換装置１０１は、２相交流電源の入力端子であるＲ端子およびＳ端子と、３相交流出力端子であるＵ端子、Ｖ端子およびＷ端子と、２個の電力変換回路１および２と、フィルタ用キャパシタ４と、フィルタ用キャパシタ７、８および９と制御回路５４を有する。なお、第２実施形態の電力変換装置１０１のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【００７４】
次に、図１２〜図１４を参照して、第２実施形態の電力変換装置１０１の動作原理を説明する。
【００７５】
図１３に示す双方向スイッチ群４００は、従来のマトリクスコンバータによる電流形電力変換装置の一部を構成し、電力変換を行うものであり、図３に示す双方向スイッチ群２００にて、Ｔ端子およびＴ端子に接続される双方向スイッチ２０７〜２０９を取り除いた構成を有している。すなわち、図１３に示すように、双方向スイッチ群４００には、２相交流電源の入力端子であるＲ端子およびＳ端子と、３相交流出力端子であるＵ端子、Ｖ端子およびＷ端子とが設けられている。また、Ｒ端子およびＳ端子と、Ｕ端子、Ｖ端子およびＷ端子との間には、６個の双方向スイッチ２０１〜２０６が設けられている。なお、双方向スイッチ群４００のその他の構成は、比較例１の双方向スイッチ群２００と同様である。ここで、Ｒ端子およびＳ端子と、Ｕ端子、Ｖ端子およびＷ端子とには各々リアクトルと、相互間の接続をスイッチにて接断可能なコンデンサとが接続されるが、これらは図１３では省略されている。
【００７６】
また、双方向スイッチ２０１〜２０６は、それぞれ、スイッチ駆動信号Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ２１、Ｓ２２およびＳ２３によって駆動される。双方向スイッチ群４００への入力電流および双方向スイッチ群４００からの出力電流は、前述の入力端子及び出力端子に接続された図示しないリアクトルの作用により、ほぼ一定の振幅の交流電流となる。このとき双方向スイッチ２０１〜２０６に入力される単相（２相）電流（ｉｒ、ｉｓ）と、出力される３相電流（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）との関係は、下記の式（１５）によって表わされる。
【００７７】
【数１２】
【００７８】
なお、スイッチ駆動信号Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ２１、Ｓ２２およびＳ２３が「１」の場合は、オン信号となり、「０」の場合は、オフ信号となる。また、入力端子（Ｒ端子、Ｓ端子）から、出力端子（Ｕ端子、Ｖ端子、Ｗ端子）への向きを正とする。
【００７９】
図１４は、図１３に示す回路と電気的に等しい回路を示している。図１４では、双方向スイッチ２０１〜２０６に含まれる片方向スイッチ（片方向スイッチ２２１〜２３２）を分離して表示している。片方向スイッチ２２１〜２３２に入力される２相電流（ｉｒ、ｉｓ）と、出力される３相電流（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）との関係は、下記の式（１６）および式（１７）によって表わされる。
【００８０】
【数１３】
【００８１】
なお、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓが「１」の場合は、オン信号となり、「０」の場合は、オフ信号となる。また、電流ｉｒｐおよびｉｓｐは、入力端子（Ｒ端子、Ｓ端子）側から、出力端子（Ｕ端子、Ｖ端子、Ｗ端子）側へ、一方向に流れる直流電流である。また、電流ｉｒｎおよびｉｓｎは、出力端子側から、入力端子側へ、一方向に流れる直流電流である。従来の電流形電力変換装置では入力電流は正弦波であり、電流ｉｒｐおよびｉｓｐは、それぞれ入力電流ｉｒおよびｉｓを正に整流した半波整流波形（正弦波の正の部分）を有する直流電流となり、電流ｉｒｎおよびｉｓｎは、それぞれ入力電流ｉｒおよびｉｓを負に整流した半波整流波形（正弦波の負の部分）を有する直流電流となる。
【００８２】
次に、図１２と図１４を比較すると、第２実施形態の電力変換装置１０１では、図１４に示す電流形電力変換装置を構成する双方向スイッチ群４００の直流電流ｉｒｐ〜ｉｓｎの流路に、各々結合インダクタ３１〜３４を設けたものであることがわかる。前述のように、結合されたインダクタの巻線に接続された閉回路の間で電流を移動することができるので、電流形の電力変換器１０１において下記の式（１８）に示される状態を瞬時に切り替えることが可能である。これは、常に直流インダクタ３１、３３のどちらかにパルス状の直流電流ｉｄｃを流し、かつ常に直流インダクタ３２、３４のどちらかにパルス状の直流電流−ｉｄｃを流すことを意味している。さらにこれは、Ｓ１Ｒ、Ｓ３Ｒ、Ｓ５Ｒ、Ｓ１Ｓ、Ｓ３Ｓ、Ｓ５Ｓのうち常にどれか一つを「１」、かつＳ２Ｒ、Ｓ４Ｒ、Ｓ６Ｒ、Ｓ２Ｓ、Ｓ４Ｓ、Ｓ６Ｓのうち常にどれか一つを「１」とすることにより実現される。
【００８３】
【数１４】
【００８４】
上記の式（１８）の状態をパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）を適用することにより、各巻線にｉｄｃを流す時間を変化させることによって、入力電流ｉｒ（ｉｓ）の平均値を正弦波状にすることが可能となる。すなわち、第２実施形態の電力変換装置１０１は、従来の電流形電力変換装置の内部に流れる直流電流をパルス化しＰＷＭの適用で従来の電流形電力変換器と等価な電流を流すことで等価な動作が行え、かつ外部にリアクトルと、スイッチとを必要としない電力変換装置となる。
【００８５】
次に、図１５〜図１８を参照して、第２実施形態の電力変換装置１０１に対して、入力出力各々の電流指令ベクトルを用いることにより、制御回路５４にてスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓを生成することを説明する。
【００８６】
まず、図１５に示す電流形インバータ５００は、図５に示す電流形インバータ３００において、Ｔ端子およびＴ端子に接続される片方向スイッチ３１３および３１６を取り除いた構成を有している。
【００８７】
図１５に示すように、２相入力３相出力の電流形インバータ５００では、交流−直流変換を行うコンバータ部５０１により交流電源から直流電流ｉｄｃを生成した後、直流電流ｉｄｃを直流−交流変換を行うインバータ部３０２により交流に変換する。このとき、コンバータ部５０１は、直流電流ｉｄｃを一定にするように制御されるとともに、インバータ部３０２は、所望の電流を出力するように制御される。また、インバータ部３０２は、第１実施形態と同様、表１に従い電流ベクトルを出力可能である。一方コンバータ部５０１は表３に従い電流ベクトルを入力可能である。
【００８８】
【表３】
【００８９】
図１２に示すとおり、制御回路５４は、直流電流指令部５１３、インバータ電流指令部５１１、インバータＰＷＭ演算部５２１、コンバータ電流指令部５４２、コンバータＰＷＭ演算部５５２を備える。第１実施形態と同じく、直流電流指令部５１３は、直流電流指令ｉｄｃ＿ｒを生成し、インバータ電流指令部５１１、インバータＰＷＭ演算部５２１は、直流電流指令ｉｄｃ＿ｒに基づき、インバータ部３０２に対するスイッチ駆動信号Ｓ１ｉ、Ｓ３ｉ、Ｓ５ｉ、Ｓ４ｉ、Ｓ６ｉ、および、Ｓ２ｉを生成している。コンバータ電流指令部５４２およびコンバータＰＷＭ演算部５５２は、直流電流指令ｉｄｃ＿ｒに基づき、図１５に示すコンバータ部５０１に対するスイッチ駆動信号Ｓ４ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ１ｃ、および、Ｓ３ｃを生成している。そして、制御回路５４はさらに駆動信号分配回路５６を備え、これらのスイッチ駆動信号から、第２実施形態の電流形電力変換装置１０１のスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓを生成する。
【００９０】
図１５に示す交流−直流変換を行うコンバータ部５０１は、２本のゼロ電流ベクトル（ＩＲＲ、ＩＳＳ）と、ｉｄｃの長さを有する２本の電流ベクトル（ＩＳＲ、ＩＲＳ）とを出力可能に構成されている。コンバータ電流指令部５４２は、一例として直流電流指令ｉｄｃ＿ｒと等しい入力電流振幅指令と、入力に接続される電源の周波数と等しい入力電流周波数指令を生成する。コンバータＰＷＭ演算部５５２は、コンバータ電流指令部５４２から入力電流振幅指令および入力電流周波数指令を受け取り、入力電流指令ベクトルを生成し、電流形インバータ５００に入力される電流ベクトルの時間を演算するように構成されている。入力電流ベクトルは、図１６に示すベクトル図において、ＩＲＳ−ＩＳＲで示す一本の軸上を、入力電流周波数指令で定まる周期で往復するベクトルとなる。また、コンバータＰＷＭ演算部５５２は、入力電流周波数指令を積分し電流位相指令θＩｉｎを定める。こうして振幅と位相を定めることにより、入力電流指令ベクトルＩｉ＿ｒｅｆは、その大きさが、例えば式（１９）で定まるベクトルとなる。
【００９１】
【数１５】
【００９２】
上記は、入力電流指令ベクトルＩｉ＿ｒｅｆの大きさが最大となるときの位相を基準位相とした場合の例である。また、コンバータＰＷＭ演算部５５２は、式（１９）で定まる入力電流ベクトルＩｉ＿ｒｅｆの大きさと、直流電流指令ｉｄｃ＿ｒの√３／２倍の値との比をコンバータ変調率Ｉｉｎ＿ｒとする。さらに、コンバータＰＷＭ演算部５５２は、入力電流指令ベクトルＩｉ＿ｒｅｆに隣接する１つのゼロ電流ベクトル（ＩＲＲまたはＩＳＳ）とゼロでない１つの電流ベクトルＩｉ（ＩＲＳまたはＩＳＲ）とを用いて、ゼロ電流ベクトルの出力時間Ｔｚ、および、ゼロでない電流ベクトルＩｉの出力時間Ｔｉを、下記の式（２０）および式（２１）によって決定する。
【００９３】
【数１６】
【００９４】
このように、インバータＰＷＭ演算部５２１およびコンバータＰＷＭ演算部５５２は、２相入力３相出力の電流形インバータ５００の出力および入力に対して、それぞれ電流指令ベクトルを決めて、ＰＷＭ周期内で、出力電流指令ベクトルＩｏ＿ｒｅｆに対しては、隣接する３本の電流ベクトル（たとえばＩＵＵ、ＩＵＷ、ＩＵＶ、図６参照）を選択し、入力電流指令ベクトルＩｉ＿ｒｅｆに対しては、隣接する２本の電流ベクトル（たとえば、ＩＲＲ、ＩＲＳ、図１６参照）を選択する。さらに、これらの５本の電流ベクトルの状態を、各々、どの程度の時間継続させるかを、上記の式（５）〜（７）、（２０）および（２１）により定めている。
【００９５】
次に、図１２および図１５を参照して、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓを生成する電力変換装置１０１の制御回路５４の動作について説明する。
【００９６】
図１５のコンバータ部５０１の片方向スイッチ３１１、３１２、３１４および３１５に入力される２相電流（ｉｒ、ｉｓ）と、出力される直流電流（ｉｄｃ、−ｉｄｃ）との関係は、スイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ４ｃを用いて、下記の式（２２）によって表わされる。
【００９７】
【数１７】
【００９８】
なお、スイッチ駆動信号Ｓ１ｃ〜Ｓ４ｃが「１」の場合は、オン信号となり、「０」の場合は、オフ信号となる。また、図１５のインバータ部３０２の片方向スイッチ３２１〜３２６に入力される直流電流（ｉｄｃ、−ｉｄｃ）と、出力される３相電流（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）との関係は、スイッチ駆動信号Ｓ１ｉ〜Ｓ６ｉを用いて、下記の式（２３）によって表わされる。
【００９９】
【数１８】
【０１００】
なお、スイッチ駆動信号Ｓ１ｉ〜Ｓ６ｉが「１」の場合は、オン信号となり、「０」の場合は、オフ信号となる。
【０１０１】
次に、前述のとおり、第２実施形態の電力変換装置１０１では、式（１８）に示すように、直流インダクタ３１および３３のどちらか一つに直流電流ｉｄｃが流れ、直流インダクタ３２および３４のどちらか一つに直流電流−ｉｄｃが流れるので、電力変換装置１０１に入力される２相電流（ｉｒ、ｉｓ）と、直流電流（ｉｄｃ、−ｉｄｃ）との関係は、上記の式（２２）と同様に、下記の式（２４）によって表わされる。
【０１０２】
【数１９】
【０１０３】
また、直流電流（ｉｄｃ、−ｉｄｃ）と、電力変換装置１０１から出力される３相電流（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）との関係は、前述のとおりＳ１Ｒ、Ｓ３Ｒ、Ｓ５Ｒ、Ｓ１Ｓ、Ｓ３Ｓ、Ｓ５Ｓのうち常にどれか一つが「１」、かつＳ２Ｒ、Ｓ４Ｒ、Ｓ６Ｒ、Ｓ２Ｓ、Ｓ４Ｓ、Ｓ６Ｓのうち常にどれか一つが「１」であることから、上記の式（２３）と同様に、下記の式（２５）によって表わされる。
【０１０４】
【数２０】
【０１０５】
ここで、第２実施形態の電力変換装置１０１は、２相入力３相出力の電流形インバータ５００と同様に、入力される単相交流を電圧の大きさ、周波数の異なる３相交流に変換して出力するものであることを考慮すると、上記の式（２２）と式（２４）との比較から、下記の式（２６）の関係が満たされる必要があることになる。
【０１０６】
【数２１】
【０１０７】
また、同様に上記の式（２３）および式（２５）の比較から、下記の式（２７）の関係が満たされる必要がある。
【０１０８】
【数２２】
【０１０９】
そして、上記の式（２６）と式（２７）とを比較することにより、下記の式（２８）の関係があることが分かる。
【０１１０】
【数２３】
【０１１１】
すなわち、第２実施形態の電力変換装置１０１では、第１実施形態と同様に、インバータＰＷＭ演算部５２１は決定した１つのゼロ電流ベクトルと、２つのゼロでない電流ベクトルと、時間Ｔｚ、Ｔｉ、Ｔｉ＋１と、に基き、さらに表１を使用して、式（２３）のＳｉ１〜Ｓｉ６を生成し、駆動信号分配器５６に出力する。また、コンバータＰＷＭ演算部５５２は、インバータＰＷＭ演算部５２１と同様に、式（２２）のＳｃ１〜Ｓｃ４を生成し（表３を使用）、駆動信号分配回路５６に出力する。図１２に示す制御回路５４の駆動信号分配回路５６は、上記の式（２８）に基づいて、論理積回路により、電流形の電力変換装置１０１のスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓを生成する。その結果、制御回路５４は２相入力３相出力の電流形インバータ５００のスイッチ駆動信号に基づいて、電力変換装置１０１を駆動することとなる。
【０１１２】
次に、図１７および図１８を参照して、制御回路５４の駆動信号分配回路５６がスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓを生成する別の構成を説明する。
【０１１３】
図１７は、図１２と電気的に同じ図を示しているが、ゼロ電流ベクトルの説明を容易にするために、図１２の片方向スイッチ１１〜２２の配置を移動している。なお、フィルタ用キャパシタ４および７〜９と、制御回路５１とは、省略している。図１７に示すように、電力変換回路１ｅは、図１５に示す電流形インバータ５００の片方向スイッチ３１４（Ｓ１ｃ）および片方向スイッチ３１１（Ｓ４ｃ）がオンであり、片方向スイッチ３１２（Ｓ２ｃ）および片方向スイッチ３１５（Ｓ３ｃ）がオフである入力側の状態がゼロ電流ベクトルＩＲＲの電流形インバータと同等の回路構成となる。同様に、電力変換回路２ｅは、入力側の状態がゼロ電流ベクトルＩＳＳの電流形インバータと同等の回路構成となる。すなわち、電力変換回路１ｅ、２ｅのどちらかを選択し、選択した回路のスイッチのオンオフを出力側の電流ベクトルに基づいて決めることは、電流形インバータ５００において２本のゼロ電流ベクトルのどれかを入力する状態と出力側の電流ベクトルとを同時に選択したことに等しくなる。
【０１１４】
図１８は、図１７と電気的に同じ図を示しているが、電流ベクトルの説明を容易にするために、図１８の片方向スイッチ１１〜２２の配置を移動している。図１８に示すように、電力変換回路１ｆは、図１５に示す比較例２の電流形インバータ５００の片方向スイッチ３１４（Ｓ１ｃ）および片方向スイッチ３１２（Ｓ２ｃ）がオンであり、片方向スイッチ３１１（Ｓ４ｃ）および片方向スイッチ３１５（Ｓ３ｃ）がオフである入力側の状態がゼロでない電流ベクトルＩＲＳの電流形インバータと同等の回路構成となる。同様に、電力変換回路２ｆは、入力側の状態がゼロでない電流ベクトルＩＳＲの電流形インバータと同等の回路構成となる。すなわち、電力変換回路１ｆ、２ｆのどれかを選択し、選択した回路のスイッチのオンオフを出力側の電流ベクトルを用いて決めることは、電流形インバータ５００において、それぞれゼロでない電流ベクトルＩＲＳ、ＩＳＲのどれかを入力する状態と出力側の電流ベクトルとを同時に選択したことに等しくなる。
【０１１５】
図１７および図１８に示す直流インダクタ３１および３３は、結合されているとともに、直流インダクタ３２および３４は、結合されている。これにより、上記したように、駆動信号分配回路５６が、片方向スイッチ１１〜２２をオンオフすることにより、直流インダクタ３１および３３の間において、直流インダクタに流れる直流電流を瞬時に切り替えること（フライバックコンバータ同等の動作）が可能である。また同様に、片方向スイッチ１１〜２２をオンオフすることにより、直流インダクタ３２および３４の間において、直流インダクタに流れる直流電流を瞬時に切り替えることも可能である。従って、図１７および図１８に示す４つの電力変換回路を任意に選択し、選択した電力変換回路に電流を流すことが可能である。コンバータＰＷＭ演算部５５２は選択した１本のゼロでない電流ベクトルと、１本のゼロ電流ベクトルがそれぞれどの電流ベクトルであるかについての情報を駆動信号分配回路５６に出力する。駆動信号分配回路５６は、この情報により、電力変換回路を選択する。電力変換回路を選択することにより、図１７および図１８に示す電力変換装置１０２の２つの構成のうち、どちらか一つを選択したことになる。一方、インバータＰＷＭ演算部５２１は選択した２本のゼロでない電流ベクトルと、１本のゼロ電流ベクトルがそれぞれどの電流ベクトルであるかについての情報を駆動信号分配回路５６に出力する。駆動信号分配回路５６は、選択した電力変換回路に対して、この情報に従いスイッチのオンオフを決め、選択した電力変換装置１０２の構成の中の選択しなかった１個の電力変換回路のスイッチは全てオフとすることにより、全てのスイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓのオンオフ状態を決定する。駆動信号選択回路５６は、さらにインバータＰＷＭ演算部５２１およびコンバータＰＷＭ演算部５５２が、それぞれ出力する継続時間Ｔｚ、Ｔｉ、Ｔｉ＋１に従い、スイッチ駆動信号Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒ、Ｓ１Ｓ〜Ｓ６Ｓを出力する。
【０１１６】
このように、第２実施形態の電力変換装置１０１は、２相入力３相出力の電流形インバータ５００と同様に、電流指令ベクトルからスイッチ駆動信号が生成されて駆動される電力変換装置である。
【０１１７】
なお、第２実施形態の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【０１１８】
（第３実施形態）
次に、図１９を参照して、第３実施形態の電力変換装置１０２について説明する。この第３実施形態では、上記３相入力３相出力の電力変換装置１００である第１実施形態および２相入力３相出力の電力変換装置１０１である第２実施形態と異なり、Ｍ相入力（Ｍは２以上の自然数）Ｎ相（Ｎは２以上の自然数）出力の電力変換装置１０２である。
【０１１９】
第３実施形態の電力変換装置１０２は、図１９に示すように、Ｍ相分のＭ個の入力端子と、Ｎ相分のＮ個の出力端子と、入力の相数と同じＭ個の電力変換回路１０２１、１０２２・・・１０２ｍとを備える。さらに、第３実施形態の電力変換装置１０２は図示しない制御回路５７を備えている。
【０１２０】
電力変換回路１０２１、１０２２・・・１０２ｍの構成は、それぞれ、Ｎ個の正側片方向スイッチと、Ｎ個の負側片方向スイッチとを含む。また、電力変換回路１０２１、１０２２・・・１０２ｍは、Ｍ本の結合されたインダクタの巻線をもつ直流インダクタ３１および３２の巻線を含む。
【０１２１】
制御回路５７は、図２に示す第１実施形態における制御回路５１にて、インバータＰＷＭ演算部５２１を図示しないインバータＰＷＭ演算部に、コンバータＰＷＭ演算部５２２を図示しないコンバータＰＷＭ演算部に、また、駆動信号分配回路５３を図示しない駆動信号分配回路に置き換えたものである。直流電流指令部５１３、インバータ電流指令部５１１、コンバータ電流指令部５１２については、第１実施形態と全く同一であるためここでは説明を省略する。
【０１２２】
電力変換装置１０２では、出力の相数であるＮ相のＮが奇数の場合には、この場合、図２０に示すように、互いに３６０／２Ｎ度離れた２Ｎ本の大きさの等しいゼロでない電流ベクトルと、Ｎ本のゼロ電流ベクトルとを選び出し生成できる。また、Ｎが偶数の場合には、図２１に示すように、互いに３６０／Ｎ度離れた大きさの等しいＮ本のゼロでない電流ベクトルと、Ｎ本のゼロ電流ベクトルとを選び出し生成できる。入力についても同様で、相数Ｍが奇数の場合、互いに３６０／２Ｍ度離れた２Ｍ本の大きさの等しいゼロでない電流ベクトルと、Ｍ本のゼロ電流ベクトルとを選び出し入力でき、相数Ｍが偶数の場合には、互いに３６０／Ｍ度離れた大きさの等しいＭ本のゼロでない電流ベクトルと、Ｍ本のゼロ電流ベクトルとを選び出し入力できる。
【０１２３】
電力変換装置１０２においても、上記第１実施形態の３相入力３相出力の電力変換装置１００と同様に、インバータＰＷＭ演算部は、出力電流指令ベクトルＩｏ＿ｒｅｆと隣接する１本のゼロ電流ベクトルと、２つのゼロでない電流ベクトルを、上記２Ｎ本（Ｎが奇数のとき）またはＮ本（Ｎが偶数のとき）のゼロでない電流ベクトルと、Ｎ本のゼロ電流ベクトルとの中から選び出す。
【０１２４】
次に、電力変換装置１０２のインバータＰＷＭ演算部は、第１実施形態におけるインバータＰＷＭ演算部５１１と同様、出力電流指令ベクトルＩｏ＿ｒｅｆの大きさと、２Ｎ本またはＮ本の大きさの等しいゼロでない電流ベクトルの内接円の半径とからインバータ変調率Ｉｏｕｔ＿ｒを求め、また出力電流周波数指令から、積分により電流位相指令θＩｏｕｔを求める。さらに式（５）にてπ／３をπ／Ｎ（Ｎが奇数のとき）または２π／Ｎ（Ｍが偶数のとき）で置き換えた式と、式（６）、式（７）とを用いて、選び出した２つのゼロでない電流ベクトルと１つのゼロ電流ベクトル各々の継続時間Ｔｉ、Ｔｉ＋１、Ｔｚを決定する。
【０１２５】
電力変換装置１０２のコンバータＰＷＭ演算部も、インバータＰＷＭ演算部と同様に、入力電流指令ベクトルＩｉ＿ｒｅｆに隣接する２本のゼロでない電流ベクトルと、１本のゼロ電流ベクトルを選び出し、その電流を入力する２Ｍ個のコンバータのスイッチのオンオフを決定する。さらにコンバータ変調率Ｉｉｎ＿ｒ、電流位相指令θＩｉｎを求め、式（５）にてπ／３をπ／Ｍ（Ｍが奇数のとき）または２π／Ｍ（Ｍが偶数のとき）で置き換えた式と、式（６）、式（７）とを用いて、選び出した２本のゼロでない電流ベクトルと１本のゼロ電流ベクトル各々の継続時間Ｔｉ、Ｔｉ＋１、Ｔｚを決定する。
【０１２６】
電力変換装置１０２の駆動信号分配回路は、電力変換装置１０２のコンバータＰＷＭ演算部が出力する、２本のゼロでない電流ベクトルと、１本のゼロ電流ベクトルがどの電流ベクトルかについての情報から、電力変換回路を選び出す。電力変換装置１０２では、Ｍ２個の電力変換回路が存在するため、その中から選び出すことになる。一つの電力変換回路を選ぶことにより、Ｍ個の電力変換回路を有する電力変換装置１０２の回路構成を一つ選択したことになる。そして、こうして選び出した電力変換回路の２Ｎ個の片方向スイッチに対して、電力変換装置１０２のインバータＰＷＭ演算部が出力する、２本のゼロでない電流ベクトルと、１本のゼロ電流ベクトルがどの電流ベクトルかについての情報に従い、オンオフを決め、他のＭ−１個の電流形インバータの片方向スイッチは全てオフとする。電力変換装置１０２の駆動信号選択回路は、さらに電力変換装置１０２のインバータＰＷＭ演算部およびコンバータＰＷＭ演算部が、それぞれ出力する継続時間Ｔｚ、Ｔｉ、Ｔｉ＋１に従い、２ＭＮ個の片方向スイッチに対するスイッチ駆動信号を出力する。
【０１２７】
このように、第３実施形態の電力変換装置１０２は、Ｍ相入力Ｎ相出力電流形インバータと同様に、電流指令ベクトルからスイッチ駆動信号が生成されて駆動される電力変換装置である。
【０１２８】
なお、第３実施形態の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【０１２９】
（第４実施形態）
次に、図２２を参照して、第４実施形態の電力変換装置１０３について説明する。この第４実施形態では、カレントトランス６１とスナバ回路６２とが設けられている。
【０１３０】
第４実施形態の電力変換装置１０３は、図２２に示すように、Ｒ端子と直流インダクタ３１との間、Ｓ端子と直流インダクタ３３との間、および、Ｔ端子と直流インダクタ３５との間にカレントトランス６１が設けられている。カレントトランス６１は、直流インダクタ３１、３３および３５に流れる電流の和を検出する。第１実施形態において説明したとおり、常に直流インダクタ３１、３３、３５のどれか一つに直流電流ｉｄｃが流れるため、この検出された電流の和はｉｄｃと等しくなる。そこで、この検出された電流の和は、直流電流指令部５１３（図２参照）に入力され、直流電流指令部５１３は、検出された電流の和を使用して直流電流ｉｄｃのフィードバック制御を行なう。
【０１３１】
また、直流インダクタ３１〜３６と、片方向スイッチ１１〜２８との間には、スナバ回路６２が設けられている。スナバ回路６２は、６個のダイオード６３と、コンデンサ６４と、抵抗６５とを含む。なお、直流インダクタ３１〜３６間の結合度は、１よりも小さいので、直流インダクタ３１〜３６の電流経路をオンからオフに切り替えた際に巻線にサージ電圧が発生する。スナバ回路６２は、このサージ電圧を抑制する機能を有する。なお、第４実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。また、第４実施形態の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【０１３２】
なお、今回開示された実施形態は、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、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに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。
【０１３３】
たとえば、上記第１〜第４実施形態では、３相入力３相出力、２相入力３相出力、および、Ｍ相入力Ｎ相出力の電力変換装置に本発明を適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図２３に示すように、２相入力２相出力の電力変換装置１０５に本発明を適用してもよい。この場合、直流を２相の交流に変換して出力するものであるので、１つの電流形インバータに、４個（２×２個）の片方向スイッチが必要となる。また、２相入力２相出力の電力変換装置では、各相について１つずつ２個の電流形インバータ回路が設けられるので、合計８個（２×２×２個）の片方向スイッチが設けられる。
【０１３４】
また、図１５のような一般的な電流形インバータ回路において、直流インダクタ３０３、３０４は両方必要という分けではなく、図２４に示す電流形インバータ５００ａのように、どちらかひとつに省略することも可能である。したがって、上記第１〜第４実施形態では、入力端子（Ｒ端子、Ｓ端子、Ｔ端子）と片方向スイッチとの間に、結合された直流インダクタ３１、３３および３５と結合された直流インダクタ３２、３４および３６とを設ける例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、少なくとも、入力端子（Ｒ端子、Ｓ端子、Ｔ端子）と片方向スイッチとの間に、結合された直流インダクタ３１、３３および３５が設けられていればよい。
【０１３５】
また、図１５のような一般的な電流形インバータ回路において、直流インダクタ３０３、３０４は、図２５に示す電流形インバータ５００ｂのように、二つを結合させてもよい。したがって、上記第１〜第４実施形態では、直流インダクタ３１、３３および３５と、直流インダクタ３２、３４および３６とが、別個に結合されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、直流インダクタ３１〜３６すべてを図１の黒丸の方向へ結合させてもよい。
【０１３６】
第１〜第４実施形態では、片方向スイッチはダイオードとトランジスタを直列接続したものとしたが、トランジスタはＩＧＢＴのような自己消弧形のものであってもよい。またＲＢ−ＩＧＢＴのような逆阻止型のみを使用し、ダイオードを省略したものであってもよい。
【符号の説明】
【０１３７】
１、２、３ 電力変換回路（電力変換部）
１１、１３、１５、１７、１９、２１、２３、２５、２７ 片方向スイッチ（第１片方向スイッチ）
１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６、２８ 片方向スイッチ（第２片方向スイッチ）
３１、３３、３５ 直流インダクタ（インダクタ、第１インダクタ、巻線）
３２、３４、３６ 直流インダクタ（インダクタ、第２インダクタ、巻線）
５１、５４、５７ 制御回路（制御部）
５１１ インバータ電流指令部
５１２、５４２ コンバータ電流指令部
５１３ 直流電流指令部
５２１ インバータＰＷＭ演算部
５２２、５５２ コンバータＰＷＭ演算部
５３、５６ 駆動信号分配回路（第２制御部）
１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５ 電力変換装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍ相（Ｍは２以上の自然数）の交流が入力されるとともに、Ｎ相（Ｎは２以上の自然数）の交流が出力される電力変換装置であって、
複数の片方向スイッチと、入力側端子と前記複数の片方向スイッチとの間に設けられるインダクタとをそれぞれ含む複数の電力変換部を備え、
前記電力変換部の前記入力側端子を短絡するとともに、前記複数の電力変換部の出力側端子同士を並列接続し、
前記複数の電力変換部にそれぞれ設けられる前記インダクタ同士を結合させて、前記複数の片方向スイッチのオンオフに基づいて、前記結合されたインダクタの巻線の間において電流が移動する動作が行われるように構成されている、電力変換装置。
【請求項２】
前記電力変換部の各々に設けられた前記複数の片方向スイッチは、前記入力側端子から前記出力側端子へ電流を流す第１片方向スイッチと、前記出力側端子から前記入力側端子へ電流を流す第２片方向スイッチとを含み、
前記インダクタは、少なくとも、前記短絡された入力側端子と前記第１片方向スイッチとの間に設けられている、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記入力側端子と前記第１片方向スイッチとの間に第１インダクタが設けられるとともに、前記入力側端子と前記第２片方向スイッチとの間に前記第１インダクタと電流の流れ込みの位置が異なる第２インダクタが設けられ、
前記第１インダクタ同士を結合させるとともに、前記第２インダクタ同士を結合させるように構成されている、請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記インダクタは、前記複数の片方向スイッチと前記出力側端子との間には設けられずに、前記入力側端子と前記複数の片方向スイッチとの間に設けられている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記複数の片方向スイッチのオンオフを制御するとともに、結合された前記インダクタの巻線の間において電流を移動させる制御を行う制御部をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記制御部は、コンバータ部とインバータ部とを含む電流形インバータを駆動する信号を生成して前記複数の片方向スイッチのオンオフを制御する信号を生成するための信号として出力する第１制御部と、前記第１制御部により出力された信号から前記複数の片方向スイッチのオンオフを制御する信号を生成する第２制御部とを含む、請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記複数の電力変換部は、３相の交流が入力されるとともに、３相の交流が出力される３個の電力変換部からなる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１】
Ｍ相（Ｍは２以上の自然数）の交流が入力されるとともに、Ｎ相（Ｎは２以上の自然数）の交流が出力される電力変換装置であって、
複数の片方向スイッチと、入力側端子と前記複数の片方向スイッチとの間に設けられるインダクタとをそれぞれ含む複数の電力変換部を備え、
前記電力変換部の前記入力側端子を短絡するとともに、前記複数の電力変換部の出力側端子同士を並列接続し、
前記複数の電力変換部にそれぞれ設けられる前記インダクタ同士を結合させて、前記複数の片方向スイッチのオンオフに基づいて、前記結合されたインダクタの巻線の間において電流が移動する動作が行われるように構成されている、電力変換装置。
【請求項２】
前記電力変換部の各々に設けられた前記複数の片方向スイッチは、前記入力側端子から前記出力側端子へ電流を流す第１片方向スイッチと、前記出力側端子から前記入力側端子へ電流を流す第２片方向スイッチとを含み、
前記インダクタは、少なくとも、前記短絡された入力側端子と前記第１片方向スイッチとの間に設けられている、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記入力側端子と前記第１片方向スイッチとの間に第１インダクタが設けられるとともに、前記入力側端子と前記第２片方向スイッチとの間に前記第１インダクタと電流の流れ込みの位置が異なる第２インダクタが設けられ、
前記第１インダクタ同士を結合させるとともに、前記第２インダクタ同士を結合させるように構成されている、請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記インダクタは、前記複数の片方向スイッチと前記出力側端子との間には設けられずに、前記入力側端子と前記複数の片方向スイッチとの間に設けられている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記複数の片方向スイッチのオンオフを制御するとともに、結合された前記インダクタの巻線の間において電流を移動させる制御を行う制御部をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記制御部は、コンバータ部とインバータ部とを含む電流形インバータを駆動する信号を生成して前記複数の片方向スイッチのオンオフを制御する信号を生成するための信号として出力する第１制御部と、前記第１制御部により出力された信号から前記複数の片方向スイッチのオンオフを制御する信号を生成する第２制御部とを含む、請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記複数の電力変換部は、３相の交流が入力されるとともに、３相の交流が出力される３個の電力変換部からなる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１２−１８６９２４（Ｐ２０１２−１８６９２４Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４８５９２（Ｐ２０１１−４８５９２）
【出願日】平成２３年３月７日（２０１１．３．７）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月７日（２０１１．３．７）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]