CN101505134A - 交流电动机驱动电路以及电力车驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种交流电动机驱动电路以及电力车驱动电路。不需要使用直流斩波电路内的大容量的电抗器，实现电路的小型化。在交流发电机(1)的输出上设置电流型整流电路(2)，在整流电路(2)的输出上通过电压型逆变器(3)连接交流电动机(4)，并且在整流电路(2)的输出上串联连接两个将开关元件与二极管反向并联的桥臂(6)，并将能够进行电力的供给和吸收的直流电源(5)的一个端子连接到桥臂(6)的中间点上，将其另一个端子连接到电动机线圈的中性点上，从而解决所记载的问题。

Description

交流电动机驱动电路以及电力车驱动电路
技术领域
本发明涉及一种使用交流发电机以及能够进行电力的供给和吸收的直流电源来驱动交流电动机的交流电动机驱动电路、以及使用该驱动电路的电力车驱动电路。
背景技术
以往，作为这种电路，已知如图10那样的电路(例如专利文献1)。
图10是表示第一现有例的电路图，由电压型整流电路31将交流发电机M2的三相输出变换为直流，由电容器13将该直流平滑化，其中，上述电压型整流电路31对将开关元件和二极管反向并联的各个桥臂进行桥式连接而成。另外，在被平滑化的直流(连接点N1、N2)与电池B之间设置直流斩波电路(
Figure A200910001526D0004091848QIETU
流チヨツパ回路)12，来进行它们之间的电力的供给和接受。并且，从上述直流通过电压型逆变器14驱动交流电动机M1，其中，上述电压型逆变器14对将开关元件(Q3～Q8)与二极管(D3～D8)反向并联的各个桥臂进行桥式连接而成。
另一方面，作为将交流发电机的输出通过矩阵变换器直接变换为交流而向交流电动机供电的例子，已知如图11那样的电路(例如专利文献2)。
图11是表示第二现有例的电路图，使用矩阵变换器38实现电动发电机MG1、MG2之间的电力变换。并且，为了与电池12进行电力的交换而设置有电压型逆变器36和直流斩波电路32。
另外，在图10中，需要对用于将直流平滑化的电容器13使用大容量的电容器，从而难以进行电路的小型化。另外，在直流斩波电路12内需要电抗器L1，这方面也存在导致电路大型化的问题。
另一方面，在图11中，在电池12与电动发电机MG2之间也需要使用较大的直流电容器C2，从而难以进行小型化。另外，在直流斩波电路32内需要使用电抗器L，这方面也存在导致电路大型化的问题。
因此，虽然没有特别明确说明用于电力车驱动，但是也提出了图12所示的电路(非专利文献1的图2(a))。图12是表示第三现有例的升压型AC/DC/AC直接变换器的电路图，该电路能够在电池电压低于直流链电压时使用。此外，在图12的电路中省略了直流链的电容器，但是连接有电抗器。此外，电池的基准电位成为其负侧电位，是不与电动机、发电机的中性点连接的结构。
专利文献1：日本特开平2004-112883号公报
专利文献2：日本特开平2005-318731号公报
非专利文献1：日本电气学会 半导体电力变换研究会(SPC-06-155，IEA-06-50)资料，pp.51～55“仮想AC/DC/AC方式を応用した交流及び
Figure A200910001526D0005091936QIETU
流電源系用
Figure A200910001526D0005092002QIETU
接形電力器の制御方法”
非专利文献2：日本电气学会论文杂志D，126卷9号，pp.1161～1170“
Figure A200910001526D0005092024QIETU
接形交流電力
Figure A200910001526D0005092038QIETU
回路の技術動向”
发明内容
发明要解决的问题
因而，本发明的课题特别在于不需要使用直流斩波电路内的电抗器来实现电路的小型化。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，本发明所涉及的交流电动机驱动电路在电路内具备交流发电机以及能够进行电力的供给和吸收的直流电源，驱动交流电动机，上述交流电动机驱动电路的特征在于，在上述交流发电机的输出上设置电流型整流电路，在该整流电路的输出上通过电压型逆变器来连接交流电动机，并且在上述整流电路的输出上串联连接两个将开关元件与二极管反向并联的桥臂，将上述直流电源的一个端子连接到该桥臂的中间点上，将另一个端子连接到上述交流电动机的线圈的中性点上。
在本发明所涉及的交流电动机驱动电路中，能够将上述直流电源的另一个端子连接到上述交流发电机的线圈的中性点上，以代替连接到上述交流电动机的线圈的中性点上。
在本发明所涉及的交流电动机驱动电路中，上述电流型整流电路构成为对双向开关进行桥式连接，在交流输入侧能够设置滤波电路，或者，上述电流型整流电路构成为对具有反向阻断能力的单向开关进行桥式连接，在交流输入侧能够设置滤波电路。
在本发明所涉及的交流电动机驱动电路中，能够在上述直流电源与上述桥臂的中间点之间附加阻抗，或者能够在上述直流电源与上述交流电动机的线圈的中性点之间附加阻抗，或者能够在上述直流电源与上述交流发电机的线圈的中性点之间附加阻抗。并且，能够使用由内燃机驱动上述交流发电机的上述交流电动机驱动电路来作为电力车驱动电路。
发明的效果
根据本发明，能够将直流电源的电力双向变换为直流链，因此能够省略或者小型化如以往那样的斩波电路中所需的电抗器，从而能够实现驱动电路的低成本化、小型轻量化。
根据本发明，能够由简单的电路结构实现有时向交流发电机再生电力的用途。另外，由于在整流电路内电流流过的路径上的所经过的开关数量较少为两个，因此变换效率也良好。
根据本发明，在不向交流发电机再生电力的用途中能够设为更简单的电路。
根据本发明，能够将交流发电机或者交流电动机小型化，能够将包括它们的总体大小小型化。
根据本发明，在混合动力汽车等的电力车驱动电路中，需要在有限的空间中装载电路，但是在本发明的电路中不需要使用较大的电抗器，因此能够装载产生较大输出的电路，能够提高电力车的加速和减速的性能。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的电路图。
图2是表示图1的第一变形例的电路图。
图3是表示图1的第二变形例的电路图。
图4是表示在图3中使用的滤波电路的第一具体例的电路图。
图5是表示在图3中使用的双向开关的第一具体例的电路图。
图6是表示在图3中使用的双向开关的第二具体例的电路图。
图7是表示图1的第三变形例的电路图。
图8是表示图1的第四变形例的电路图。
图9是表示图1的应用例的电路图。
图10是表示第一现有例的电路图。
图11是表示第二现有例的电路图。
图12是表示第三现有例的电路图。
附图标记说明
1：交流发电机；2：电流型整流电路；2a：滤波电路；2b：双向开关；2c：单向开关；2aa：电容器；2ba、2bb、3a、6a：开关元件；2bc、3b、6b：二极管；3：电压型逆变器(電
Figure A200910001526D0008092223QIETU
形インバ—タ)；4：交流电动机；5：蓄电池；6：桥臂；7：电抗器(リアクトル)；8：内燃机；9：齿轮；10：车轮。
具体实施方式
图1是表示本发明的实施方式的结构图。
如图所示，在本例中，在三相交流发电机1的输出上连接电流型整流电路2与电压型逆变器3，通过其输出来驱动交流电动机4。例如如非专利文献2所公开的那样，电流型整流电路2与电压型逆变器3的组合被称为间接式矩阵变换器(Indirect MatrixConverter)等，采用电流型的整流电路作为整流电路，由此不需要使用如图10所示的电容器13那样的大型的部件。
另外，在整流电路2的输出上串联连接两个将开关元件6a与二极管6b反向并联的桥臂6。并且，将蓄电池5的正端子连接到两个串联连接桥臂6的中间点上，将其负端子连接到交流电动机4的中性点上。在此，在本例中，使用蓄电池5作为能够进行电力的供给和吸收的直流电源，而取而代之地，当然也能够使用通过电容器或者能够进行双向电力变换的直流斩波电路等的DC-DC变换器来连接蓄电池等的直流电源。
根据如图1那样的结构，交流发电机1的交流输出与交流电动机4的交流输入之间的电力变换是通过由电流型整流电路2暂时变换为直流之后由电压型逆变器3变换为交流来实现。另外，利用电压型逆变器3的各个桥臂的切换来控制其输出的零序分量电压，并且适当地进行两个串联连接的桥臂6的切换，由此实现蓄电池5与整流电路2的输出之间的电力变换。
即，通过将蓄电池5的负端子连接到交流电动机4的中性点上，能够利用将交流电动机4的三个线圈并联的电感成分和两个串联连接桥臂6形成斩波电路，能够在整流电路2的输出与蓄电池5之间进行双向的直流电力的供给和接受。
另外，在图12所示的电路中，为了在整流电路与蓄电池之间供给和接受直流电力而需要使用大型的电抗器，但是通过采用上述结构，使用交流电动机4的线圈的电感成分，因此不需要使用大型的电抗器。
由此，例如将交流发电机1的输出由整流电路2变换为直流的电力与从蓄电池5提供的电力的两者通过电压型逆变器3提供给交流电动机4，由此能够以较大的电力驱动交流电动机4。另外，还能够用将交流发电机1的输出整流后的电力通过电压型逆变器3来驱动交流电动机4，并且将其剩余电力对蓄电池5进行充电等。并且，在交流电动机4制动时，能够使电力的流动与驱动时相反，使交流发电机1、蓄电池5再生电力等。
此外，在图1的电路中，根据蓄电池5的充电、放电以及交流电动机4的驱动、制动，能够实现如下的6个动作模式。
1)发电机：动力运行(力行)；蓄电池：充电；电动机：驱动
2)发电机：动力运行；蓄电池：充电；电动机：制动
3)发电机：动力运行；蓄电池：放电；电动机：驱动
4)发电机：再生；蓄电池：充电；电动机：制动
5)发电机：再生；蓄电池：放电；电动机：驱动
6)发电机：再生；蓄电池：放电；电动机：制动
在图2中示出了图1的第一变形例。
如图所示，与图1不同之处在于将蓄电池5的一个端子连接到交流发电机1的中性点上，而不是连接到交流电动机4的中性点上。在该电路中，通过适当地进行两个串联连接的桥臂6与整流电路2的切换，能够进行蓄电池5与整流电路2的输出的直流链之间的电力变换，与图1同样地能够进行交流电动机4的驱动动作、制动动作。
在图3中示出了图1的第二变形例。
该电路的特征在于，在电流型整流电路2的交流输入上设置滤波电路2a，并且对双向开关2b进行桥式连接。另外，电压型逆变器3也用开关元件3a和二极管3b来将各桥臂具体化。此外，能够利用交流发电机1的线圈的电感，例如如图4那样对电容器2aa进行星形连接来构成滤波电路2a。另外，如图5那样将元件本身具有反向阻断能力的开关元件2ba进行连接来作为双向开关2b。或者，在使用元件本身不具有反向阻断能力的开关元件2bb的情况下，能够如图6那样与二极管2bc进行连接来使用。
在图7中示出了图1的第三变形例。这是将图3的双向开关2b置换为具有反向阻断能力的单向开关2c的变形例。取而代之地，也能够由不具有反向阻断能力的开关元件与二极管的串联连接电路构成。
在图8中示出了图1的第四变形例。这是在图1的电路中追加电抗器7作为阻抗而构成的变形例。此外，也可以在蓄电池5与桥臂6的中间点之间追加电抗器7。另外，还能够在图2的电路所示的蓄电池5与发电机1之间、或者蓄电池5与桥臂6的中间点之间追加电抗器7。
在此，电抗器7只要是具有电感比交流电动机4的线圈的电感小的小型的电抗器即可。
即，如上所述，利用交流电动机4的线圈的电感成分与两个串联连接桥臂6形成斩波电路，但是根据所选定的电动机的容量，有时交流电动机的线圈的电感成分较小(或者较大)，导致斩波动作发生故障。在这种情况下，在交流电动机的线圈与蓄电池之间的路径上追加阻抗，并进行调整使得成为适于斩波动作的电感的大小。
在上述的例子中，在进行斩波动作时只利用交流电动机的线圈的电感成分是电感不足的，因此为了补充电感而串联连接小型的电抗器。
在图9中示出了图1的应用例。这是如下的应用例：在图1中追加内燃机8，将该内燃机8与交流发电机1机械地结合，在交流电动机4的输出轴上通过齿轮9机械地连接车轮10，来作为电力车驱动电路。此外，内燃机8当然也能够应用于图2的电路。

Claims (6)

1.一种交流电动机驱动电路，在电路内具备交流发电机以及能够进行电力的供给和吸收的直流电源，驱动交流电动机，其特征在于，
在上述交流发电机的输出上设置电流型整流电路，在该整流电路的输出上通过电压型逆变器来连接交流电动机，并且在上述整流电路的输出上串联连接两个将开关元件与二极管反向并联的桥臂，将上述直流电源的一个端子连接到该桥臂的中间点上，将另一个端子连接到上述交流电动机的线圈的中性点上。
2.根据权利要求1所述的交流电动机驱动电路，其特征在于，
将上述直流电源的另一个端子连接到上述交流发电机的线圈的中性点上，以代替连接到上述交流电动机的线圈的中性点上。
3.根据权利要求1或2所述的交流电动机驱动电路，其特征在于，
上述电流型整流电路构成为对双向开关进行桥式连接，在交流输入侧设置滤波电路。
4.根据权利要求1或2所述的交流电动机驱动电路，其特征在于，
上述电流型整流电路构成为对具有反向阻断能力的单向开关进行桥式连接，在交流输入侧设置滤波电路。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的交流电动机驱动电路，其特征在于，
在上述直流电源与上述桥臂的中间点之间附加阻抗，或者在上述直流电源与上述交流电动机的线圈的中性点之间附加阻抗，或者在上述直流电源与上述交流发电机的线圈的中性点之间附加阻抗。
6.一种电力车驱动电路，使用由内燃机驱动上述交流发电机的、上述权利要求1至5中的任一个交流电动机驱动电路。
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