CN109699198A - 感应电压抑制装置、电动机系统以及电力转换系统 - Google Patents

感应电压抑制装置、电动机系统以及电力转换系统 Download PDF

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Abstract

在逆变器的开关元件由于故障等无法正常地运作的情况下，不能进行三相短路，并且不能抑制感应电压。感应电压抑制装置(3)相对于电力变换装置(1)而电并联连接于电力变换装置(1)和电动机(2)之间的三相配线。整流电路(31)由三相的二极管电桥电路构成。直流电压源(32)由电容器(C2)构成。电压检测电路(33)进行直流电压源(32)的两端的电压检测。当电压检测电路(33)的晶体管Tr导通时，晶体管T1～T3导通，短路电路(34)实施三相的短路操作，从而抑制电动机(2)的感应电压。感应电压抑制装置(3)通过电动机(2)的感应电压自激地确保直流电压并作为驱动源，因此即使在电力转换装置(1)发生异常的情况下也能抑制感应电压。

Description

感应电压抑制装置、电动机系统以及电力转换系统
技术领域
本发明涉及感应电压抑制装置、电动机系统以及电力转换系统。
背景技术
近几年，电动汽车和插电式混合动力汽车正在普及。这些车辆使用电动机。电动机在磁场使用永久磁铁从而运作至高速旋转。像这样具备永久磁铁的电动机不需要励磁电流，另一方面，由永久磁铁的磁场产生的感应电压与转速成比例上升。根据该现象，当电动机达到一定的转速以上的高速旋转时，产生的感应电压超过逆变器的输出电压，因此，在电动机高速旋转时的控制之中，使用根据PWM控制的弱磁控制等，用以抑制逆变器的输出电压的手法。
在专利文献1中，通常电动机由PWM驱动，但在逆变器发生了某些异常的情况下，将三相开关元件从PWM驱动切换为三相短路驱动，从而将直流电源电压抑制在规定的电压范围。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-198503号公报
发明内容
发明要解决的问题
在上述的专利文献1记载的装置中，在逆变器的开关元件由于故障等无法正常地运作的情况下，不能进行三相短路，并且不能抑制感应电压。
解决问题的技术手段
根据本发明的第1形态的感应电压抑制装置是将电动机的感应电压作为驱动源进行运作的感应电压抑制装置，其具备：直流电压源，其基于所述感应电压生成直流的驱动电压；电压检测电路，其检测所述感应电压；以及短路电路，其在由所述电压检测电路检测到所述感应电压超过阈值的情况下，使用所述驱动电压来进行所述电动机的三相短路，所述感应电压抑制装置相对于逆变器电路而电并联连接于驱动所述电动机的逆变器电路和所述电动机之间。
根据本发明的第2形态的电动机系统，具备第1形态的感应电压抑制装置和所述电动机。
根据本发明的第3形态的电力转换系统，具备第1形态的感应电压抑制装置和所述逆变器电路。
发明效果
根据本发明，即使在逆变器发生异常的情况下也能抑制感应电压。
附图说明
图1是第1实施方式涉及的电动机控制装置的电路图。
图2是第2实施方式涉及的电动机控制装置的电路图。
图3是第3实施方式涉及的电动机系统的电路图。
图4是第4实施方式涉及的电力转换系统的电路图。
图5是第5实施方式涉及的电动机控制装置的电路图。
图6是示出电动机的特性的图。
具体实施方式
图1是第1实施方式涉及的电动机控制装置的电路图。
电力转换装置1具备逆变器电路，该逆变器电路将被称为上臂的开关元件11和被称为下臂的开关元件11上下串联连接，并且由6个开关元件11构成。逆变器电路在上下臂的连接点连接有成为载荷的电动机2的线圈。逆变器电路经由直流电压端子即P端子、N端子连接于未图示的电池。电容器C1为了稳定逆变器电路的直流电压而连接于P端子、N端子之间。
虽然省略了图示，但电力转换装置1除了逆变器电路，还具有控制部以及驱动部。控制部反馈来自电流传感器(省略图示)的电流值并进行电流反馈控制，该电流传感器检测供给于电动机2的三相(U相、V相、W相)的线圈的电流。驱动部对应来自控制部的驱动信号来将PWM驱动信号输入至开关元件11，并且使逆变器电路的上下臂交替地导通(ON)，从而控制流动于线圈的电流。像这样构成的电力转换装置1在电池一侧的直流和电动机2一侧的三相交流间进行电力转换。
电动机2通过三相配线与电力转换装置1连接，进行动力运行以及再生。此外，在电力转换装置1和电动机2是一体的构造体、即所谓机电一体的情况下，不是通过配线这样的形态、而是通过例如被称为母线的连接构件来进行连接。
感应电压抑制装置3相对于电力转换装置1电并联连接于电力装置1和电动机2之间的三相配线。感应电压抑制装置3由整流电路31、直流电压源32、电压检测电路33以及短路电路34构成。
整流电路31由三相的二极管电桥电路构成，将电动机2的感应电压即三相交流电压整流成直流电压。直流电压源32由电容器C2构成，将由整流电路32整流了的直流电压作为电气能量进行积蓄，并用其生成直流的驱动电压。由此，感应电压抑制装置3将电动机2的感应电压作为驱动源进行运作。此外，直流电压源32不限定于电容器C2，也可以是积蓄电气能量的电压源。
电压检测电路33在直流电压源32的两端串联连接有稳压二极管Zd、电阻R1、R2、R3和二极管D。进一步地，稳压二极管Zd和电阻R2之间连接有晶体管Tr的集电极，电阻R2和电阻R3之间连接有晶体管Tr的基极。晶体管Tr的发射极经由电阻R4连接于电容器C2。电压检测电路33通过电动机2的感应电压超过规定的阈值，而使施加于稳压二极管Zd的电压超过击穿电压时电流流动，使晶体管Tr导通，从而进行电压检测。
短路电路34由连接于三相配线的晶体管T1～T3构成，当电压检测电路33的晶体管Tr导通时，晶体管T1～T3导通，短路电路34实施三相的短路操作，从而抑制电动机2的感应电压。也就是说，短路电路34在由电压检测电路33检测到感应电压超过阈值的情况下，使用来自直流电压源32的驱动电压来进行电动机2的三相短路。
此外，整流电路31、直流电压源32、电压检测电路33以及短路电路34的上述电路例只是一个例子，也可以由其他的电路构成来实现同样的功能。
在本实施方式中，将感应电压抑制装置3与电力转换装置1分开设置，且感应电压抑制装置3通过电动机2的感应电压自激地确保直流电压并作为驱动源，因此即使在包含电力转换装置1的控制系的电源缺失那样的情况下，或是在电力转换装置1发生异常的情况下，也就是说，即使在电力转换装置1的驱动被停止的状态下，也能将感应电压抑制在所希望的电压范围。另外，也能够控制为使电力转换装置1的直流电压不会超过安全标准等规定的上限电压。
第2实施方式
图2是第2实施方式涉及的电动机控制装置的电路图。在图2中，对第1实施方式中示出的与图1相同的部分附上相同的符号，并且省略其说明。另外，感应电压抑制装置3和图1一样，由整流电路31、直流电压源32、电压检测电路33以及短路电路34构成。
在图2中，来自电力转换装置1的P端子的电压经由二极管D1，另外，来自整流电路31的电压经由二极管D2，双方被OR结合(OR結合)并被输入至直流电压源32。
通过二极管D1、D2，选择来自感应电压抑制装置3内的整流电路31的直流电压和来自电力转换装置1的直流电压的某一个电位较高侧的电压，并外加到直流电压源32。直流电压源32积蓄被外加的某一个的直流电压，从而生成作为感应电压抑制装置3的驱动源的驱动电压。因此，即使一方的直流电压源产生了某些异常，感应电压抑制装置3也能正常地运作。
在本实施方式中，即使来自感应电压抑制装置3内的整流电路31的直流电压发生了某些异常，也能确保感应电压抑制装置3的驱动源，并且抑制由电动机2的感应电压引起的过电压。另外，即使在电力转换装置1发生了异常的情况下也能抑制感应电压。
第3实施方式
图3是第3实施方式涉及的电动机系统的电路图。在图3中，对第1实施方式中示出的与图1相同的部分附上相同的符号，并且省略其说明。另外，感应电压抑制装置3和图1一样，由整流电路31、直流电压源32、电压检测电路33以及短路电路34构成。
在图3中，示出了将感应电压抑制装置3与电动机2一体地集成而得的电动机系统20。感应电压抑制装置3例如通过设置于电动机2的三相AC端子箱内或线圈末端的接线部分，从而构成与电动机2一体化了的电动机系统20。电动机系统20设置于内含电动机2的箱体内，并且三相配线从该箱体被引出，与省略了图示的电力转换装置1连接。
根据本实施方式，通过将感应电压抑制装置3与电动机2一体地集成于电动机系统20内，从而即使在与不具有感应电压抑制功能的电力转换装置1连接的情况下，也能将感应电压抑制在所希望的电压范围。另外，即使在连接了的电力转换装置1发生了异常的情况下，也能够抑制感应电压。
第4实施方式
图4是第4实施方式涉及的电力转换系统的电路图。在图4中，对第1实施方式中示出的与图1相同的部分附上相同的符号，并且省略其说明。另外，感应电压抑制装置3和图1一样，由整流电路31、直流电压源32、电压检测电路33以及短路电路34构成。
图4是将感应电压抑制装置3与电力转换装置1一体地集成而得的电力转换系统10。感应电压抑制装置3连接于从电力转换装置1输出的三相配线，并与电力转换装置1一体地集成于电力转换系统10内，该三相配线连接于电动机2。
在本实施方式中，将感应电压抑制装置3与电力转换装置1一体地集成于电力转换系统10内，因此即使在电力转换装置1不具有感应电压抑制功能的情况下，也能将感应电压抑制在所希望的电压范围。另外，在电力转换装置1具有感应电压抑制功能的情况下，即使在电力转换装置1发生故障时，也能将感应电压抑制在所希望的电压范围。
第5实施方式
图5是第5实施方式涉及的电动机控制装置的电路图。在图5中，对第1实施方式中示出的与图1相同的部分附上相同的符号，并且省略其说明。另外，感应电压抑制装置3和图1一样，由整流电路31、直流电压源32、电压检测电路33以及短路电路34构成，并且进一步地具备逻辑电路35。
在本实施方式中，如图5所示，设置有对电力转换装置1的过电压进行检测的过电压检测电路12。过电压检测电路12在电力转换装置1的P端子和N端子之间设置有对两端子间的电压进行分压的电阻R6和电阻R7，用比较器OP对分压了的电压与标准电压Vr进行比较。将电动机2的感应电压经由与开关元件11并联设置的未图示的回流二极管外加到P端子，从而在P端子的电压上升且电力转换装置1变成过电压的情况下，比较器OP的输出被输入至感应电压抑制装置3的逻辑电路35。
感应电压抑制装置3在电压检测电路33和短路电路34之间具备逻辑电路35。如果输入来自电压检测电路33的信号或来自过电压检测电路12的信号的某一个的信号，逻辑电路35就能使短路电路34运作。也就是说，当由电动机2的感应电压引起的电力转换装置1的过电压被检测到时，感应电压抑制装置3响应该过电压的检测并且短路电路34进行电动机2的三相短路，从而将感应电压抑制在所希望的电压范围。
根据本实施方式，即使感应电压抑制装置3的电压检测电路33因为某些异常变得不能正常地运作，也能够检测出电力转换装置1的过电压，从而抑制由感应电压引起的过电压。另外，即使在电力转换装置1发生了异常的情况下也能够抑制感应电压。
在上述的第1～第5实施方式中，对抑制电动机2的感应电压的感应电压抑制装置3进行了说明。以下，对电动机2的感应电压增加的主要原因进行说明。
图6是示出电动机2的特性的图。在该图中，横轴中示出了电动机2的转速N，纵轴中示出了电动机2的转矩T和感应电压E。在图6中，示出了在以电动机2的高转矩化为目的增加电动机2的磁铁量的情况下，转矩T和感应电压E如何变化。
在图6中，用虚线Ta示出增加电动机2的磁铁量前的转矩T的变化，用虚线Ea示出感应电压E的变化。增加电动机2的磁铁量前，不会出现感应电压E超过安全标准等规定的上限值Emax的情况。
在图6中，用实线Tb示出增加电动机2的磁铁量后的转矩T的变化，用实线Eb示出感应电压E的变化。当增加磁铁量时，虽然如实线Tb所示转矩T上升，但感应电压E也上升。因此，在电动机2的转速N超过规定的转速Np的高速旋转的区域，存在感应电压E超过安全标准等规定的上限值Emax的可能性。为了抑制该可能性，通过在上述的第1～第5实施方式中说明了的感应电压抑制装置3，当感应电压E超过阈值时实施三相短路，从而控制为感应电压E不会超过上限值Emax。
像这样根据第1～第5实施方式，即使在以使电动机2的转矩T上升为目的增加磁铁量的情况下，也能将感应电压抑制在所希望的电压范围。
根据以上说明了的实施方式，可以得到下面的作用效果。
(1)本发明的感应电压抑制装置3是将电动机2的感应电压作为驱动源进行运作的装置，其具备：直流电压源32，其基于电动机2的感应电压生成直流的驱动电压；电压检测电路33，其检测电动机2的感应电压；以及短路电路34，其在由电压检测电路33检测到感应电压超过阈值的情况下，使用来自直流电压源32的驱动电压来进行电动机2的三相短路，感应电压抑制装置3相对于逆变器电路电并联连接于驱动电动机2的逆变器电路和电动机2之间。由此，即使在逆变器发生异常的情况下也能抑制感应电压。
本发明不限定于上述的实施方式，只要不损害本发明的特征，对于在本发明的技术思想的范围内能够考虑的其他的方式，也包含于本发明的范围内。另外，也可以是组合上述的各实施方式的构成。
符号说明
1 电力转换装置
2 电动机
3 感应电压抑制装置
11 开关元件
31 整流电路
32 直流电压源
33 电压检测电路
34 短路电路
C1、C2 电容器
Zd 稳压二极管
R1、R2、R3、R4、R6、R7 电阻
D 二极管
Tr、T1、T2、T3 晶体管。

Claims (6)

1.一种将电动机的感应电压作为驱动源进行运作的感应电压抑制装置，其特征在于，
所述感应电压抑制装置具备：
直流电压源，其基于所述感应电压生成直流的驱动电压；
电压检测电路，其检测所述感应电压；以及
短路电路，其在由所述电压检测电路检测到所述感应电压超过阈值的情况下，使用所述驱动电压来进行所述电动机的三相短路，
所述感应电压抑制装置相对于驱动所述电动机的逆变器电路而电并联连接于所述逆变器电路和所述电动机之间。
2.根据权利要求1所述的感应电压抑制装置，其特征在于，
具备整流电路，其对所述电动机的感应电压进行整流并输出直流电压，
所述直流电压源积蓄来自所述整流电路的直流电压，从而生成所述驱动电压。
3.根据权利要求2所述的感应电压抑制装置，其特征在于，
具备选择电路，其选择来自所述整流电路的直流电压或来自所述逆变器电路的直流电压的某一个，
所述直流电压源积蓄由所述选择电路选择的直流电压，从而生成所述驱动电压。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的感应电压抑制装置，其特征在于，
所述逆变器电路具有过电压检测电路，所述过电压检测电路检测由所述感应电压引起的所述逆变器电路的过电压，
所述短路电路响应由所述过电压检测电路进行的所述过电压的检测，从而进行所述电动机的三相短路。
5.一种电动机系统，其特征在于，具备：
根据权利要求1至4中的任一项所述的感应电压抑制装置；以及
所述电动机。
6.一种电力变换系统，其特征在于，具备：
根据权利要求1至4中的任一项所述的感应电压抑制装置；以及
所述逆变器电路。
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