CN103972972B - 充电装置及具备该充电装置的电动车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及充电装置及具备该充电装置的电动车。本发明的充电装置，具备：电机；开关部，通过开关动作，将输入电源向所述电机供给；变频器，在电机工作模式中，利用三相开关元件的开关动作，将来自电池的直流电源转换为交流电源，驱动所述电机，在所述充电模式中，利用所述开关部的开关动作，通过所述三相开关元件中的至少一相开关元件的开关动作，将供给于所述电机的所述输入电源转换为直流电源输出；控制部，在所述充电模式中，控制所述三相开关元件中的至少一相开关元件与开关部协同工作。

Description

充电装置及具备该充电装置的电动车

技术领域

本发明涉及充电装置及具备该充电装置的电动车，更具体而言，涉及能够利用交流电源简单执行充电的充电装置及具备该充电装置的电动车。

背景技术

随着内燃机的发明而出现的汽车是人类生活的必需品，但是它同时是环境污染的主要罪魁祸首，且因庞大的能耗而导致能源枯竭。目前的趋势是代替以内燃机为动力的汽车，而开发使用以电为动力的电动汽车或组合内燃机和这些电动汽车的混合动力汽车。

另外，这种电动车或混合动力电动车等，利用电机及电池等生成输出动力，试图开发能够提高输出动力和行驶距离的多种方案。

发明内容

所要解决的技术课题

本发明的目的在于，提供一种能够利用交流电源来简单执行充电的充电装置及具备该充电装置的电动车。

技术方案

为达到上述目的的本发明实施例的充电装置，具备：电机；开关部，通过开关动作，将输入电源向所述电机供给；变频器，在电机工作模式中，利用三相开关元件的开关动作，将来自电池的直流电源转换为交流电源，驱动所述电机，在所述充电模式中，利用所述开关部的开关动作，通过所述三相开关元件中的至少一相开关元件的开关动作，将供给于所述电机的所述输入电源转换为直流电源输出；控制部，在所述充电模式中，控制所述三相开关元件中的至少一相开关元件与开关部协同工作。

另外，为达到上述目的的本发明实施例的电动车，具有：电池以及充电装置。所述充电装置具备：电机；开关部，通过开关动作，将输入电源向所述电机供给；变频器，在电机工作模式中，利用三相开关元件的开关动作，将来自电池的直流电源转换为交流电源，驱动所述电机，在所述充电模式中，利用所述开关部的开关动作，通过所述三相开关元件中的至少一相开关元件的开关动作，将供给于所述电机的所述输入电源转换为直流电源输出；控制部，在所述充电模式中，控制所述三相开关元件中的至少一相开关元件与开关部协同工作。

发明效果

根据本发明的一实施例，充电装置及具备该充电装置的电动车在充电模式下，变频器的三相开关元件中的一相开关元件动作，通过开关部、电机及变频器将交流输入电源变换为直流电源来供给给电池，以便简单执行利用交流电源的充电。

尤其是，变换器具备开关部、电机及变频器，开关部和变频器起到升压变换器的作用，通过变频器的三相开关元件中的一相开关元件的动作，电机和变频器能够起到升压变换器的作用，结果，充电装置能够起到升降压变换器的作用。因此，根据电池充电电源，变换器能够自适应地执行升压或降压动作。

另一方面，充电装置利用电机和变频器，因此仅利用开关部就能够像升降压变换器一样工作，从而能够减少制造费用。

此外，在起到降压变换器的作用的开关部和起到升压变换器的作用的电机之间，没有使用额定电压较大的电容器，因此制造费用较少。

另一方面，在初始充电时，在判断电机的转子位置之后，使变频器的三相开关元件中的某一相的开关元件动作，因此，在充电模式下，能够使电机转子的移动达到最小。

另一方面，通过将充电装置内的变频器、控制部及开关部设在同一电路板上，能够实现小型的充电装置。

根据本发明的另一实施例，充电装置及具备该充电装置的电动车在充电模式下，变频器的三相开关元件中的两相开关元件动作，通过开关部、电机及变频器将交流输入电源变换为直流电源后供给给电池，由此能够简单地执行利用交流电源的充电。

尤其是，变换器可具备开关部、电机及变频器，开关部和变频器能够作为升压变换器动作，通过变频器的三相开关元件中的两相开关元件的动作，电机和变频器起到升压变换器的作用，结果，充电装置能够起到升降压变换器的作用。因此，根据电池充电电源，变换器能够自适应地执行升压或降压动作。

另一方面，在初始充电时，在判别电机的转子位置后，使变频器的三相开关元件中的某两相开关元件动作，从而在充电模式下，能够在电机转子静止的状态下执行充电。

附图说明

图1是示出本发明的一实施例的电动车车体的示意图。

图2是图1的驱动部的内部框图。

图3示出图2的驱动部的电路图的一例。

图4是图2的电机的示意结构图。

图5示出图2的驱动部的等效电路图的一例。

图6A、图6B及图7A、图7B是用于说明图5的电路图的动作的图。

图8是图2的控制部的内部框图。

图9是示出对电机上定子的两相施加的电流矢量成分和转子的磁通矢量之间的关系的图。

图10示出图2的驱动部的等效电路图的另一例。

图11A、图11B及图12A、图12B是用于说明图10的电路图的动作的图。

具体实施方式

下面，参考附图，对本发明进行详细的说明。

在下面的说明中所使用的构成要素的后缀“模块”和“部”仅仅是考虑本说明书制作的便利性而附加的，其本身并没有特别重要的意思或作用。因此，上述用语“模块”和用语“部”可以混用。

图1是本发明的一实施例的电动车的车体的示意图。

参照附图，本发明的一实施例的电动车100可包括：用于供电的电池205；电机驱动部200，由电池205接收供电而驱动电机250；电机250，被电机驱动部200驱动而进行旋转；前轮150和后轮155，利用电机250进行旋转；前轮悬架装置160和后轮悬架装置165，用于切断路面的振动向车体的传递。另外，还可具备驱动齿轮（未图示），根据齿数比变换电机250的转速。

电池205向电机驱动部200供给电源。尤其是，向电机驱动部200内的电容器C供给直流电源。

这种电池205可由多个单位电池集合形成。多个单位电池被电池管理系统(BatteryManagementSystem，BMS)管理，以维持规定电压，通过电池管理系统的管理可输出规定电压。

例如，电池管理系统对电池205的电压Vbat进行检测，并使电压Vbat传递至电子控制部（未图示）或电机驱动部200内的控制部230，当电池电压Vbat下降至下限值以下时，使储存在电机驱动部200内的电容器C的直流电源供向电池。此外，当电池电压Vbat上升至上限值以上时，还可向电机驱动部200内的电容器C供给直流电源。

电池205优选由可进行充放电的二次电池构成，但是不限于此。

在电机动作模式下，电机驱动部200通过电源输入线缆120，接受电池205供给的直流电源。电机驱动部200将从电池205接受到的直流电源变换为交流电源，供给至电机250。变换的交流电源可以是三相交流电源。

在电机动作模式下，电机驱动部200通过设在电机驱动部200的三相输出电缆125向电机250供给三相交流电源。图1的电机驱动部200中示出了由三根线缆构成的三相输出线缆125，但是可以在一个线缆内具备三根线缆。

另外，在充电模式下，电机驱动部200接受交流输入电源，将交流输入电源变换为直流电源之后，向电池205供给变换后的直流电源。因此，可将电机驱动部200命名为“充电装置”。

在本说明书中，虽然混用了用语“电机驱动部200”和用语“充电装置”，但这代表相同的装置。

另外，利用图2以后的图，对本发明的实施例的电机驱动部200进行说明。

电机250包括：不进行旋转的固定的定子130，以及旋转的转子135。电机250具备输入线缆140，由此能够接受由电机驱动部200供给的交流电源。电机250的一例可以是三相电机，当向各相的定子线圈施加可变电压/可变频率的各相交流电源时，转子的旋转速度可根据所施加的频率而发生变化。

电机250可以是感应电机(inductionmotor)，BLDC电机(blushlessDCmotor)、磁阻电机(reluctancemotor)等多种电机。

另外，在电机250的一侧可具备驱动齿轮（未图示）。驱动齿轮根据齿数比来变换电机250的旋转能量。从驱动齿轮输出的旋转能量传递至前轮150及/或后轮155，以使电动车100运行。

前轮悬架装置160及后轮悬架装置165分别支撑车体的前轮150和后轮155。前轮悬架装置160和后轮悬架装置165的上下方向由弹簧或减震机构支撑，以使得路面的振动不会抵达车体。

在前轮150上还可以具备转向器（未图示）。转向器用于将电动车100向驾驶员所意图的方向行驶而调节前轮150的方向的装置。

另外，虽然未图示，电动车100还可以包括用于控制整个电动车的电子装置的电子控制部(ElectronicController)。电子控制部（未图示）进行控制，以使各装置动作、显示等。此外，还可以控制上述电池管理系统。

此外，电子控制部（未图示）可根据来自倾角检测部（未图示）、速度检测部（未图示）、刹车检测部（未图示）、油门检测部（未图示）的检测信号，生成基于多种运行模式(前进模式，后退模式，空挡模式，以及停车模式等)的运行指令值。其中，倾角检测部用于检测电动车100的倾斜角度，速度检测部用于检测电动车100的速度，刹车检测部基于刹车踏板的动作，油门检测部基于油门踏板的动作。此时的运行指令值的一例可以是转矩指令值或速度指令值。

另外，本发明实施例的电动车100的概念不仅可以包括利用电池和电机的纯粹的电动车，当然还可包括使用引擎的同时使用电池和电机的混合动力电动车。此时，混合动力电动车还可以具备能够选择电池和引擎中的至少某一个的切换单元和变速器。另外，混合动力电动车可分为串联方式和并联方式，该串联方式是指将由引擎输出的机械能转换为电能来驱动电机的方式，并联方式是指同时利用由引擎输出的机械能和电池中的电能的方式。

图2是图1的驱动部的内部框图，图3示出图2的驱动部的电路图。

本发明的实施例的电机驱动部200，即充电装置200可以具备变换器405和控制部430。此外，变换器405可具备：开关部（Switchingunit）410，电机250，变频器420，以及dc/dc变换器445。在此，可有选择性地具备dc/dc变换器445。

另一方面，开关部410配置在电机250的前端，具备开关元件S1，可通过开关元件的开关动作向电机250供给交流输入电源201。

在图中示出的交流输入电源201为单相交流电源，但是也可以是三相交流电源。

另外，在开关部410的前端还可以具备用于对交流输入电源201进行整流的整流部(图3的412)。

图3是对单相交流电源的整流部412，示出了4个二极管Da、Db、Dc、Dd以桥状使用的例子。

开关部410可包括：开关元件S1，切换从整流部412输出的电源，使其传递至电机250；以及二极管D1，配置在开关元件S1和电机250之间。另一方面，在开关部410和整流部412之间，还可以具备用于对所整流的电源进行平滑的电容器Cx。

本发明的实施例的开关部410与电机250一同起到降压变换器的作用。一般的降压变换器具备电感器，但是根据本发明的实施例，开关部410不具备电感器，将卷绕在电机250内的定子130上的线圈成分用作电感器。

图3示出电机250的等效电路。三相电机250电气性地可表示为a相电感器La、b相电感器Lab、c相电感器Lc。

另一方面，本发明的实施例的开关部410以起到降压变换器的作用为前提。

开关部410内的开关元件S1可被控制部430的开关控制信号Scc所控制。

另外，虽然未图示，但是可在开关部410和交流输入电源201之间配置输入电流检测部（未图示）。此外，也可在开关部410内的电容器Cx两端配置输入电压检测部（未图示）。

输入电流检测部（未图示）能够检测出从交流输入电源201输入的交流输入电流。为此，作为输入电流检测部（未图示），能够使用CT(currenttransformer：电流互感器)、桥臂电阻(shuntresistance)等。被检测出的交流输入电流以脉冲形状的离散信号(discretesignal)输入到控制部430。

输入电压检测部（未图示）能够检测出电容器Cx两端的电压。为此，输入电压检测部可包括电阻元件、放大器等。所检测出的输入电压以脉冲形状的离散信号(discretesignal)输入到控制部430。

变频器420具备多个变频器开关元件，可通过开关元件的导通/截止动作将所整流的直流电源Vdc变换为具有规定频率的三相交流电源（va，vb，vc）后，输出到三相同步电机230。

在变频器420中，上臂开关元件Sa与下臂开关元件S'a、上臂开关元件Sb与下臂开关元件S'b、上臂开关元件Sc与下臂开关元件S'cb，相互串联连接分别构成一对，共三对上下臂开关元件相互并联(Sa&S'a，Sb&S'b，Sc&S'c)连接。在各开关元件Sa、S'a、Sb、S'b、Sc、S'c上反向并联连接有二极管。

变频器420内的开关元件根据来自控制部430的变频器开关控制信号Sic，使各开关元件进行开关动作。

在电机250动作模式下，变频器420通过三相开关元件Sa、S'a、Sb、S'b、Sc、S'c的开关动作，将来自电池205的直流电源变换为交流电源，来驱动电机250。

另外，在充电模式下，本发明的实施例的变频器420通过开关部410的开关动作，并通过三相开关元件Sa、S'a、Sb、S'b、Sc、S'c中至少一相的开关元件的开关动作，将供给给电机250的输入电源变换为直流电源来输出。

尤其是，使变频器420的三相开关元件中的一相开关元件动作。即，在共三对上下臂开关元件中只有某一对上下臂开关元件动作。

因此，在充电模式下，所输入的交流输入电源201可经由开关部410、电机250及变频器420变换为直流电源，供给到电池205。对此，将参照图4之后的图来进行说明。

控制部430能够控制变频器420内的开关元件的动作。为此，控制部430能够接受输出电流检测部(图8的E)检测出的输出电流i_o的输入。

控制部430为了控制变频器420的开关动作，将变频器开关控制信号Sic输出至变频器420。变频器开关控制信号Sic是脉冲宽度调制方式（PWM）的开关控制信号，以从输出电流检测部E检测出的输出电流值i_o为基础，生成并输出。

另一方面，控制部430能够控制为三相开关元件中的至少一相开关元件与开关部410联动动作。

例如，控制部430可控制开关部410内的开关元件S1的开关动作。为此，控制部430能够接受从输入电流检测部（未图示）检测出的输入电流的输入。此外，控制部430为了控制开关部410的开关动作，可将变换器开关控制信号Scc输出至开关部410。这种变换器开关控制信号Scc是脉冲宽度调制(PWM)方式的开关控制信号，以从输入电流检测部（未图示）检测出的输入电流为基础，生成并输出。

输出电流检测部(图8的E)能够检测出流过变频器420和三相电机230之间的输出电流i_o。即，检测出流过电机230的电流。输出电流检测部E能够检测出各相的输出电流ia、ib、ic，或利用三相平衡来检测出两相的输出电流。

输出电流检测部E可以位于变频器420和电机230之间，为了检测电流，能够使用CT(currenttransformer：电流互感器)、桥臂电阻等。

在使用桥臂电阻的情况下，三个桥臂电阻位于变频器420和同步电机230之间，或者也可以是该三个桥臂电阻的一端分别与变频器420的三个下臂开关元件S'a、S'b、S'c相连接。另外，还能够利用三相平衡来使用两个桥臂电阻。另外，若使用一个桥臂电阻，则还可以在上述的电容器C和变频器420之间配置相应的桥臂电阻。

检测出的输出电流i_o以脉冲形状的离散信号(discretesignal)施加在控制部430，可根据所检测出的输出电流i_o生成变频器开关控制信号Sic。下面，假设所检测出的输出电流i_o为三相输出电流(ia，ib，ic)。

另外，dc/dc变换器445可以是双向变换器。即，在电机驱动模式下，将储存在电池205中的直流电源进行电平变换，向变频器420方向输出已进行电平变换的直流电源，在充电模式下，通过变频器420等的开关动作，可将所生成的直流电源进行电平变换，传递至电池205。

另外，如上所述，dc/dc变换器445也可以不设置在驱动部200内。

另外，也可以在变频器420和电池205之间配置用于储存直流电源的电容器C。电容器C作为平滑电容器而发挥作用，平滑电容器C能够对所输入的电源进行整流并进行储存。

在图中，示出了一个平滑电容器C，但是也可以设置多个平滑电容器C来确保元件稳定性。

另外，在图3中，示出电容器C配置在变频器420和dc/dc变换器445之间的例子。

另外，电容器C的两端用于储存直流电源，因此，也可以将其称作dc端或dc链接端。

因此，驱动部200还可以包括用于检测电容器C的两端电压的dc端电压检测部（未图示）。

dc端电压检测部（未图示）可检测出平滑电容器C的两端即dc端电压Vdc。为此，dc端电压检测部B可包括电阻元件、放大器等。所检测出的dc端电压Vdc以脉冲形状的离散信号(discretesignal)输入到控制部430。

另外，当dc/dc变换器445不位于变频器420和电池205之间时，从dc端电压检测部（未图示）检测出的dc端电压Vdc对应于电池205电压Vbat。

因此，控制部430可利用与电池205电压Vbat对应的dc端电压Vdc和输入电压，在充电模式下，决定是否进行升压或降压。

另外，开关部410、变频器420、控制部430、驱动部200设在充电装置200内，尤其是能够形成在同一电路板上。可将其称作车载充电机(OnBoardCharger；OBC)。另外，通过将充电装置内的变频器、控制部和变换器设在同一电路板上，能够将充电装置做成小型装置。

此外，除了开关部410、变频器420、控制部430之外，dc/dc变换器445也设置在驱动部200即充电装置200内，尤其是，能够形成在同一电路板上。

图4是图2的电机的示意结构图。

参照附图，电机250是三相交流电机，向卷绕在a相、b相、c相的定子上的线圈输入PWM信号。因此，转子135利用电场和磁场进行旋转。

另一方面，图4的电机构造仅仅是用于说明本发明的实施例的一例，能够进行多种变形。

另一方面，根据本发明的一实施例，在利用交流输入电源对电池205进行充电的充电模式下，使变频器的三相开关元件中的一相开关元件动作。即，仅向卷绕在电机250的三相中的某一相定子上的线圈施加PWM信号。

例如，在充电模式下，如图4所示，当转子135位于a相附近时，控制部430对转子位置进行检测，根据转子位置输出以使转子135位于对准a相的位置的开关控制信号Sic。即，仅向在电机250的三相中的a相定子上卷绕的线圈施加PWM信号，以使转子135位于对准a相的位置。

在图中示出a相定子和转子135分开规定角度θk的例子。对此，控制部430根据由图8的位置检测部235检测出的位置信号H，来推定转子位置，或者根据由输出电流检测部E检测到的输出电流io，来推定转子位置，控制成使得转子135位于电机的定子130的三相中最接近的一相上。

在图4中，由于转子135位于a相附近，因此使转子135与a相定子对准。为此，控制部430能够控制成仅使变频器420内的共三对上下臂开关元件Sa、S'a、Sb、S'b、Sc、S'c中的a相上下臂开关元件Sa、S'a动作。

因此，驱动部200，即充电装置200能够构成如图5所示的等效电路图。

另一方面，优选地，在使电机转子进行对准时，为避免产生转矩，设置成避免发生电流指令值成分中的转矩指令值成分。参照图8，在电流指令生成部530生成电流指令值(i^* _d，i^* _q)。此时，d轴电流指令值i^* _q是磁通的电流指令值，q轴电流指令值i^* _q表示转矩的电流指令值，因此，在本发明的实施例中，将q轴电流指令值i^* _q设置成0，以便在使电机进行对准时不产生转矩。因此，在充电模式下，使转子进行对准时，不产生转矩，能够使电动车的移动达到最小。

图5示出图2的驱动部的等效电路图的一例。

参照附图，在充电模式下，当转子135与a相定子对准时，电机250可由a相电感器La，变频器420由a相开关元件Sa、S'a表示于驱动部200的电路上。

即，驱动部200可包括：开关部410，电感器La，a相开关元件Sa、S'a，以及电容器C。

在图5的等效电路图中，开关部410、电感器La以及a相开关元件Sa、S'a作为升压变换器，能够以升压模式(boostmode)动作，开关部410、电感器La和a相开关元件Sa、S'a作为降压变换器，能够以降压模式(buckmode)动作，因此能够称作升降压变换器(buckboostconvereter)。

图6A、图6B及图7A、图7B是用于说明图5的电路图的动作的图。

首先，图6A、图6B示出图5的驱动部200的等效电路图以升压模式(boostmode)动作的例子。

图6A示出在开关部410内的开关元件S1和a相下臂开关元件S'a导通时，由开关元件S1、a相电感器La、a相下臂开关元件S'a形成闭回路(closedloop)，流过电流I1的情况。因此，在a相电感器La中储存基于电流I1的能量。此时，a相上臂开关元件Sa截止。

图6B示出在开关部410内的开关元件S1和a相上臂开关元件Sa导通时，电流I2流过开关元件S1、a相上臂开关元件Sa的情况。通过电流I2，在图6A中储存在a相电感器La中的能量被储存到电容器C和电池205中。结果，升压的直流电源被储存到电池205。此时，a相下臂开关元件S'a截止。

即，如图6A、图6B所示，在升压模式下，开关部410内的开关元件S1持续导通，a相下臂开关元件S'a进行导通/截止动作，即PWM动作。

下面，图7A、图7B示出图5的驱动部200的等效电路图以降压模式(buckmode)动作的例子。

图7A示出在开关部410内的开关元件S1和a相上臂开关元件Sa导通时，电流I3流过开关元件S1、a相上臂开关元件Sa的情况。通过电流I3，直流电被储存到电容器C及电池205。另一方面，在a相电感器La储存基于电流I3的能量。此时，a相下臂开关元件S'a截止。

图7B示出在开关部410内的开关元件S1和a相下臂开关元件S'a截止时，电流I4流过二极管D1、a相电感器La、与a相上臂开关元件S'a反向并联连接的二极管Dsa的例子。尤其是，由此，在a相电感器La中储存基于电流I1的能量。此时，a相上臂开关元件Sa截止。

即，如图7A、图7B所示，在降压模式下，开关部410内的开关元件S1进行导通截止动作，即PWM动作，a相下臂开关元件S'a持续处于截止状态。

另一方面，驱动部200即充电装置200的升压动作或降压动作，可通过比较从电容器C的两端检测出的电压和从配置在整流部412的输出端的电容器Cx两端检测出的电压来决定。

从电容器Cx两端检测出的电压小于从电容器C的两端检测出的电压时，控制部430以能够进行升压动作的方式即能够进行如图6的动作的方式控制开关元件S1、Sa、S'a。

另一方面，从电容器Cx的两端检测出的电压大于从电容器C的两端检测出的电压时，控制部430以能够进行降压动作的方式即能够进行如图6的动作的方式控制开关元件S1、Sa、S'a。

图8是图3的控制部的内部框图。

参照图8，控制部430可包括：轴变换部510，速度运算部520，电流指令生成部530，电压指令生成部540，轴变换部550，以及开关控制信号输出部560。

轴变换部510接收从输出电流检测部E检测出的三相输出电流(ia，ib，ic)的输入，将其变换为静止坐标系的二相电流(iα，iβ)。

另外，轴变换部510可将静止坐标系的二相电流(iα，iβ)变换为旋转坐标系的二相电流(id，iq)。

速度运算部520可根据从位置检测部235输入的转子的位置信号H，计算速度即，若根据位置信号除以时间，则能够计算出速度

另外，位置检测部235能够检测出电机230的转子位置。为此，位置检测部235可以包括霍尔传感器。

另外，速度运算部520可输出根据所输入的转子的位置信号H计算出的位置和计算出的速度

另外，电流指令生成部530根据运算出的速度和目标速度ω，计算出速度指令值ω^* _r，根据速度指令值ω^* _r，生成电流指令值i^* _q。例如，电流指令生成部530基于运算出的速度和目标速度ω之差的速度指令值ω^* _r，在PI控制器535中执行PI控制，生成电流指令值i^* _q。在图中，作为电流指令值示出q轴电流指令值i^* _q的例子，但是也可不同于图，同时生成d轴电流指令值i^* _d。另外，d轴电流指令值i^* _d的值能够设定为0。

另外，电流指令生成部530还可以具备用于限制电流指令值i^* _q电平的限流器（未图示），以使电流指令值i^* _q不超过允许范围。

接着，电压指令生成部540根据在轴变换部中向二相旋转坐标系轴变换的d轴、q轴电流i_d、i_q，以及在电流指令生成部530等产生的电流指令值i^* _d、i^* _q，生成d轴、q轴电压指令值v^* _d、v^* _q。例如，电压指令生成部540能够根据q轴电流i_q和q轴电流指令值i^* _q之差，在PI控制器544中执行PI控制，生成q轴电压指令值v^* _q。此外，电压指令生成部540能够根据d轴电流i_d和d轴电流指令值i^* _d之差，在PI控制器548中执行PI控制，生成d轴电压指令值v^* _d。另外，与d轴电流指令值i^* _d的值设定为0的情况相对应地，d轴电压指令值v^* _d的值也可以设定为0。

另外，电压指令生成部540还可以具备用于限定d轴、q轴电压指令值v^* _d、v^* _q电平的限压器（未图示），以使d轴、q轴电压指令值v^* _d、v^* _q不会超过允许范围。

另外，所生成的d轴、q轴电压指令值v^* _d、v^* _q被输入至轴变换部550。

轴变换部550接收在速度运算部520计算出的位置和d轴、q轴电压指令值v^* _d、v^* _q，执行轴变换。

首先，轴变换部550执行从二相旋转坐标系向二相静止坐标系的变换。此时，能够使用速度运算部520计算出的位置

此外，轴变换部550执行从二相静止坐标系向三相静止坐标系的变换。通过这种变换，轴变换部550输出三相输出电压指令值(v^* _a，v^* _b，v^* _c)。

开关控制信号输出部560根据三相输出电压指令值(v^* _a，v^* _b，v^* _c)，生成并输出基于脉冲宽度调制(PWM)的变频器用开关控制信号Sic。

所输出的变频器开关控制信号Sic能够在栅极驱动部（未图示）中变换为栅极驱动信号，输入到变频器420内的各开关元件的栅极。因此，变频器420内的各开关元件Sa、S'a、Sb、S'b、Sc、S'c能够进行开关动作。

另一方面，控制部430还能够控制开关部410内的开关元件S1的开关动作。

另一方面，根据本发明的另一实施例，在利用交流输入电源对电池205进行充电的充电模式下，使变频器的三相开关元件中的两相开关元件动作。即，仅向卷绕在电机250的三相中的两相定子上的线圈施加PWM信号。

例如，在充电模式下，如图4所示，当转子135位于a相定子和c相定子之间的情况下，控制部430检测转子位置，输出使转子保持对准转子位置的开关控制信号Sic。即，向在电机250的三相中的a相定子上卷绕的线圈和c相的定子上卷绕的线圈，分别施加使转子135保持对准相应位置的PWM信号。

在图中示出转子135位于a相定子和c相定子之间位置的例子，尤其示出转子135与a相定子分开规定角度θk的例子。在此，控制部430根据由图8的位置检测部235检测出的位置信号H，来推定转子位置，或者根据由输出电流检测部E检测到的输出电流i_o，来推定转子位置，并控制转子135保持对准推定位置的状态。

在图4中，使转子135保持对准于a相的定子和c相的定子之间的状态。为此，控制部430控制成仅使得变频器420内的共三对上下臂开关元件Sa、S'a、Sb、S'b、Sc、S'c中的a相上下臂开关元件Sa、S'a和c相上下臂开关元件Sc、S'c动作。

因此，驱动部200，即充电装置200能够构成如图10所示的等效电路图。

另一方面，优选地，在使电机转子进行对准时，为避免产生转矩，设置成避免发生电流指令值成分中的转矩指令值成分。参照图8，在电流指令生成部530生成电流指令值(i^* _d，i^* _q)。此时，d轴电流指令值i^* _q是磁通的电流指令值，q轴电流指令值i^* _q表示转矩的电流指令值，因此，在本发明的实施例中，将q轴电流指令值i^* _q设置成0，以便在使电机进行对准时不产生转矩。因此，在充电模式下，使转子进行对准时，不产生转矩，能够使电动车的移动达到最小。

图9是表示施加到电机上的定子两相上的电流矢量成分和转子磁通矢量之间的关系的图。

参照附图进行说明。如图4所示，为使转子135保持对准于a相的定子和c相的定子之间的状态，如图9所示，优选定子的两相上的电流矢量Ia、Ib之和Itotal与转子的磁通矢量ψexample的方向一致。并且，优选定子的两相上的电流矢量之和与转子的磁通矢量一致。

因此，不会在转子上产生转矩成分，在充电模式下，在转子进行对准时，电动车不产生移动。

图10示出图2的驱动部的等效电路图的另一例。

参照附图，在充电模式下，当转子135对准于a相定子和c相定子之间时，电机250由a相电感器La和c相电感器Lc，变频器420由a相开关元件Sa、S'a和c相开关元件Sc、S'c表示在驱动部200的电路上。

即，驱动部200能够包括：开关部410，电感器La、Lc，a相开关元件Sa、S'a，c相开关元件Sc、S'c以及电容器C。

此时，a相电感器La和c相电感器Lc相互并联连接，a相开关元件Sa、S'a和c相开关元件Sc、S'c也相互并联连接。

图10的等效电路图中，开关部410、电感器La及a相开关元件Sa、S'a作为升压变换器，能够以升压模式(boostmode)动作，开关部410、电感器La及a相开关元件Sa、S'a作为降压变换器，能够以降压模式(buckmode)动作，因此，能够称为升降压变换器(buckboostconvereter)。

此外，在图10的等效电路图中，开关部410、电感器Lc及c相开关元件Sc、S'c作为升压变换器，能够以升压模式(boostmode)动作，开关部410、电感器Lc及c相开关元件Sc、S'c作为降压变换器，能够以降压模式(buckmode)动作。

结果，图10的等效电路图中，多个升降压变换器(buckboostconvereter)并联连接，因此可以称为交叉升降压变换器(interleavedbuckboostconvereter)。

级联升降压变换器能够交叉(interleave)动作，但是在本发明的实施例中，转子135必须对准于a相定子和c相定子之间的位置上，因此可能不执行交叉动作。例如，各升降压变换器能够执行相同的动作。

下面，以基于开关部410、电感器La和a相开关元件Sa、S'a的升降压变换器为中心进行说明。

图11A、图11B及图12A、图12B是用于说明图10的电路图的动作的图。

首先，图11A、图11B示出图10的驱动部200的等效电路图以升压模式(boostmode)动作的例子。

图11A示出在开关部410内的开关元件S1、a相下臂开关元件S'a导通的情况下，由开关元件S1、a相电感器La、a相下臂开关元件S'a形成闭回路，流过电流I1的例子。因此，在a相电感器La中储存基于电流I1的能量。此时，a相上臂开关元件Sa截止。

图11B示出在开关部410内的开关元件S1和a相上臂开关元件Sa导通时，电流I2流过开关元件S1、a相上臂开关元件Sa的情况。通过电流I2，在图11A中储存在a相电感器La中的能量被储存到电容器C和电池205中。结果，升压的直流电源被储存到电池205。此时，a相下臂开关元件S'a截止。

即，如图11A、图11B所示，在升压模式下，开关部410内的开关元件S1持续导通，a相下臂开关元件S'a进行导通/截止动作，即PWM动作。

下面，图12A、图12B示出图10的驱动部200的等效电路图以降压模式(buckmode)动作的例子。

图12A示出在开关部410内的开关元件S1和a相上臂开关元件Sa导通时，电流I3流过开关元件S1、a相上臂开关元件Sa的情况。通过电流I3，直流电被储存到电容器C及电池205。另一方面，在a相电感器La储存基于电流I3的能量。此时，a相下臂开关元件S'a截止。

图12B示出在开关部410内的开关元件S1和a相下臂开关元件S'a截止时，电流I4流过二极管D1、a相电感器La、与a相上臂开关元件S'a反向并联连接的二极管Dsa的例子。尤其是，由此，在a相电感器La中储存基于电流I1的能量。此时，a相上臂开关元件Sa截止。

即，如图12A、图12B所示，在降压模式下，开关部410内的开关元件S1进行导通截止动作，即PWM动作，a相下臂开关元件S'a持续处于截止状态。

另一方面，驱动部200即充电装置200的升压动作或降压动作，可通过比较从电容器C的两端检测出的电压和从配置在整流部412的输出端的电容器Cx两端检测出的电压来决定。

从电容器Cx两端检测出的电压小于从电容器C的两端检测出的电压时，控制部430以能够进行升压动作的方式即能够进行如图11的动作的方式控制开关元件S1、Sa、S'a。

另一方面，从电容器Cx的两端检测出的电压大于从电容器C的两端检测出的电压时，控制部430以能够进行降压动作的方式即能够进行如图11的动作的方式控制开关元件S1、Sa、S'a。

本发明的实施例的充电装置及具备该充电装置的电动车，不限于如上所述的实施例的结构和方法，还能够有选择地组合构成各实施例的全部或一部分，以实现上述实施例的各种变形。

另外，本发明的充电装置的动作方法能够通过在充电装置上设置的处理器可读的记录介质上的处理器可读的代码来实现。处理器可读的记录介质包括用于储存可由处理器读取的数据的所有种类的记录装置。

此外，对以上本发明的优选实施例进行了图示和说明，但是本发明不限于上述的特定的实施例，在不脱离权利要求所请求的本发明的宗旨的范围内，可由本发明所属的技术领域中普通技术人员实施多种变形，这些变形不应视为脱离了本发明的技术思想和展望。

Claims (13)

1.一种充电装置，其特征在于，

具备：

电机，

开关部，通过开关动作，将输入电源向所述电机供给，

变频器，在电机工作模式中，利用三相开关元件的开关动作，将来自电池的直流电源转换为交流电源，驱动所述电机，在充电模式中，利用所述开关部的开关动作，通过所述三相开关元件中的至少一相开关元件的开关动作，将供给于所述电机的所述输入电源转换为直流电源输出，

控制部，在所述充电模式中，控制所述三相开关元件中的至少一相开关元件与所述开关部协同工作；

在所述充电模式中，

在所述开关部内的开关元件导通的状态下，当所述变频器的一相开关元件中的下臂开关元件从导通状态变成断开状态时，所述开关部内的开关元件、所述电机以及所述变频器的一相开关元件以升压模式工作，

在所述变频器的一相开关元件中的下臂开关元件断开的状态下，当所述开关部内的开关元件从导通状态变成断开状态时，所述开关部内的开关元件、所述电机及所述变频器的一相开关元件以降压模式工作。

2.如权利要求1所述的充电装置，其特征在于，所述变频器、所述控制部及所述开关部形成在同一电路板上。

3.如权利要求1所述的充电装置，其特征在于，处于所述充电模式时，所述控制部根据所述电机的转子位置进行控制，以使所述变频器的三相开关元件中的一相开关元件工作。

4.如权利要求1所述的充电装置，其特征在于，

处于所述充电模式时，

所述控制部控制所述变频器的三相开关元件中的一相开关元件，以使所述电机的转子与规定位置对准，

所述控制部控制为向所述一相开关元件输出，电流指令值成分中不产生转矩指令值成分的开关控制信号。

5.如权利要求4所述的充电装置，其特征在于，

处于所述充电模式时，

所述控制部检测所述电机的转子位置，并控制所述变频器的三相开关元件中相应相的开关元件，以使所述检测到的转子位置位于所述电机的定子的三相中最接近的相。

6.如权利要求1所述的充电装置，其特征在于，

所述控制部具有：

速度运算部，基于流经所述电机的检测电流或者所述电机的转子的位置信号，运算所述电机的转子的速度信息；

电流指令生成部，基于所述速度信息和速度指令值，生成电流指令值；

电压指令生成部，基于所述电流指令值和检测出的所述电流，生成电压指令值；

开关控制信号输出部，基于所述电压指令值，输出用于驱动所述变频器的开关控制信号。

7.一种充电装置，其特征在于，

具备：

电机，

开关部，通过开关动作，将输入电源向所述电机供给，

变频器，在电机工作模式中，利用三相开关元件的开关动作，将来自电池的直流电源转换为交流电源，驱动所述电机，在充电模式中，利用所述开关部的开关动作，通过所述三相开关元件中的至少一相开关元件的开关动作，将供给于所述电机的所述输入电源转换为直流电源输出，

控制部，在所述充电模式中，控制所述三相开关元件中的至少一相开关元件与开关部协同工作；

在所述充电模式中，

在所述开关部内的开关元件导通的状态下，当所述变频器的两相开关元件中的下臂开关元件从导通状态变成断开状态时，所述开关部内的开关元件、所述电机以及所述变频器的两相开关元件以升压模式工作，

在所述变频器的两相开关元件中的下臂开关元件断开的状态下，当所述开关部内的开关元件从导通状态变成断开状态时，所述开关部内的开关元件、所述电机及所述变频器的两相开关元件以降压模式工作。

8.如权利要求7所述的充电装置，其特征在于，处于所述充电模式时，所述控制部根据所述电机的转子位置进行控制，以使所述变频器的三相开关元件中的两相开关元件工作。

9.如权利要求7所述的充电装置，其特征在于，

处于所述充电模式时，

所述控制部控制所述变频器的三相开关元件中的两相开关元件，以使所述电机的转子与规定位置对准，

所述控制部控制为向所述两相开关元件输出，电流指令值成分中不产生转矩指令值成分的开关控制信号。

10.如权利要求7所述的充电装置，其特征在于，

处于所述充电模式时，

所述控制部检测所述电机的转子位置，并控制所述变频器的三相开关元件中两相开关元件，以使所述转子保持原样位于所述检测出的转子位置。

11.如权利要求7所述的充电装置，其特征在于，

所述控制部具有：

速度运算部，基于流经所述电机的检测电流或者所述电机的转子的位置信号，运算所述电机的转子的速度信息；

电流指令生成部，基于所述速度信息和速度指令值，生成电流指令值；

电压指令生成部，基于所述电流指令值和检测出的所述电流，生成电压指令值；

开关控制信号输出部，基于所述电压指令值，输出用于驱动所述变频器的开关控制信号。

12.如权利要求7所述的充电装置，其特征在于，

处于所述充电模式时，

所述控制部控制所述变频器的三相开关元件中的两相开关元件，以使所述电机的转子与规定位置对准，

所述控制部控制为施加所述电机的定子的两相的电流矢量之和，与所述电机的转子的磁通量矢量方向一致。

13.一种电动车，其特征在于，具有电池以及如权利要求1-12中任一项所述的充电装置。