JP2002136169A - 回転電機の駆動回路 - Google Patents
回転電機の駆動回路Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 昇圧回路を構成するための素子を小容量のも
ので済ませる一方、複合電流を流すために必要な電圧ピ
ーク値が大きくなったときにはこの昇圧回路により適切
に昇圧することで高電圧の直流電源を不要とする。 【解決手段】 主にモータとして使用される第１回転電
機に対する制御電流と主にジェネレータとして使用され
る第２回転電機に対する制御電流とを複合して得られる
複合電流を、直流電源（２４）に接続された単一のイン
バータ（２３）によって前記２つの回転電機に供給する
回転電機の駆動回路であって、前記第１回転電機を力行
させるための制御電流と前記第２回転電機を発電させる
ための制御電流とが互いに相殺し合う位置に昇圧回路
（３１）を配設する。
ので済ませる一方、複合電流を流すために必要な電圧ピ
ーク値が大きくなったときにはこの昇圧回路により適切
に昇圧することで高電圧の直流電源を不要とする。 【解決手段】 主にモータとして使用される第１回転電
機に対する制御電流と主にジェネレータとして使用され
る第２回転電機に対する制御電流とを複合して得られる
複合電流を、直流電源（２４）に接続された単一のイン
バータ（２３）によって前記２つの回転電機に供給する
回転電機の駆動回路であって、前記第１回転電機を力行
させるための制御電流と前記第２回転電機を発電させる
ための制御電流とが互いに相殺し合う位置に昇圧回路
（３１）を配設する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は回転電機の駆動回
路に関する。
路に関する。
【０００２】
【従来の技術】複数の回転電機の回転を単一のインバー
タで制御することにより、インバータにおけるスイッチ
ング損失等を低減するようにした回転電機システムを既
に提案している（特開平１１−２７５８２６号公報、特
願平１１−２７３３０３号、同２７４８７４号、同３５
１６１３号等参照）。
タで制御することにより、インバータにおけるスイッチ
ング損失等を低減するようにした回転電機システムを既
に提案している（特開平１１−２７５８２６号公報、特
願平１１−２７３３０３号、同２７４８７４号、同３５
１６１３号等参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な回転電機システムでは、複数の回転電機に対する制御
電流を複合して得られる複合電流をインバータから供給
する必要があり、この複合電流を図１０に示すような一
般的なインバータで供給するには、電源に高い電圧が要
求されるという問題がある。
な回転電機システムでは、複数の回転電機に対する制御
電流を複合して得られる複合電流をインバータから供給
する必要があり、この複合電流を図１０に示すような一
般的なインバータで供給するには、電源に高い電圧が要
求されるという問題がある。
【０００４】このため、インバータ回路中に昇圧回路を
設ける対策が考えられるが、配置場所を適切に選択しな
いと、昇圧回路に大きな電流が流れることになり、昇圧
回路の素子の容量を大きくする必要が生じる。
設ける対策が考えられるが、配置場所を適切に選択しな
いと、昇圧回路に大きな電流が流れることになり、昇圧
回路の素子の容量を大きくする必要が生じる。
【０００５】そこで本発明は、主にモータとして使用さ
れる第１回転電機に対する制御電流と主にジェネレータ
として使用される第２回転電機に対する制御電流とを複
合して得られる複合電流を、直流電源に接続された単一
のインバータによって前記２つの回転電機に供給するよ
うにしたものを対象として、第１回転電機を力行させる
ための制御電流と前記第２回転電機を発電させるための
制御電流とが互いに相殺し合う位置に昇圧回路を配設す
ることにより、昇圧回路を構成するための素子を小容量
のもので済ませる一方、複合電流を流すために必要な電
圧ピーク値が大きくなったときにはこの昇圧回路により
適切に昇圧することで高電圧の直流電源を不要とするこ
とを目的とする。
れる第１回転電機に対する制御電流と主にジェネレータ
として使用される第２回転電機に対する制御電流とを複
合して得られる複合電流を、直流電源に接続された単一
のインバータによって前記２つの回転電機に供給するよ
うにしたものを対象として、第１回転電機を力行させる
ための制御電流と前記第２回転電機を発電させるための
制御電流とが互いに相殺し合う位置に昇圧回路を配設す
ることにより、昇圧回路を構成するための素子を小容量
のもので済ませる一方、複合電流を流すために必要な電
圧ピーク値が大きくなったときにはこの昇圧回路により
適切に昇圧することで高電圧の直流電源を不要とするこ
とを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、主にモー
タとして使用される第１回転電機に対する制御電流と主
にジェネレータとして使用される第２回転電機へ制御電
流に対する制御電流とを複合して得られる複合電流を、
直流電源に接続された単一のインバータによって前記２
つの回転電機に供給する回転電機の駆動回路であって、
前記第１回転電機を力行させるための制御電流と前記第
２回転電機を発電させるための制御電流とが互いに相殺
し合う位置に昇圧回路を配設する。
タとして使用される第１回転電機に対する制御電流と主
にジェネレータとして使用される第２回転電機へ制御電
流に対する制御電流とを複合して得られる複合電流を、
直流電源に接続された単一のインバータによって前記２
つの回転電機に供給する回転電機の駆動回路であって、
前記第１回転電機を力行させるための制御電流と前記第
２回転電機を発電させるための制御電流とが互いに相殺
し合う位置に昇圧回路を配設する。
【０００７】第２の発明では、第１の発明において前記
インバータを複数（たとえば２つ）のスイッチング回路
群の並列配置で構成する場合に、各回路群毎に前記昇圧
回路を配設する。
インバータを複数（たとえば２つ）のスイッチング回路
群の並列配置で構成する場合に、各回路群毎に前記昇圧
回路を配設する。
【０００８】第３の発明では、第１または第２の発明に
おいて前記昇圧回路の配設位置が前記直流電源と前記イ
ンバータの間である。
おいて前記昇圧回路の配設位置が前記直流電源と前記イ
ンバータの間である。
【０００９】第４の発明では、第１から第３までのいず
れか一つの発明において前記昇圧回路と直流電源の間に
大電力域または大電流域で飽和する過飽和インダクタン
スを有する素子（たとえばコイル）を介装する。
れか一つの発明において前記昇圧回路と直流電源の間に
大電力域または大電流域で飽和する過飽和インダクタン
スを有する素子（たとえばコイル）を介装する。
【００１０】第５の発明では、第１から第４までのいず
れか一つの発明において前記昇圧回路を、直流電圧のプ
ラス側スイッチング用パワーデバイスおよびマイナス側
スイッチング用パワーデバイスと、これら各スイッチン
グ用パワーデバイスに逆並列に接続されるダイオード
と、２つのスイッチング用パワーデバイス３２、３３の
両端に接続されるコンデンサとから構成し、前記インバ
ータに印加される直流電圧が要求直流電圧より高いと
き、前記マイナス側スイッチングデバイスを停止させた
状態で前記プラス側スイッチングデバイスのみを所定の
デューティー値で動作させる。
れか一つの発明において前記昇圧回路を、直流電圧のプ
ラス側スイッチング用パワーデバイスおよびマイナス側
スイッチング用パワーデバイスと、これら各スイッチン
グ用パワーデバイスに逆並列に接続されるダイオード
と、２つのスイッチング用パワーデバイス３２、３３の
両端に接続されるコンデンサとから構成し、前記インバ
ータに印加される直流電圧が要求直流電圧より高いと
き、前記マイナス側スイッチングデバイスを停止させた
状態で前記プラス側スイッチングデバイスのみを所定の
デューティー値で動作させる。
【００１１】第６の発明では、第１から第４までのいず
れか一つの発明において前記昇圧回路を、直流電圧のプ
ラス側スイッチング用パワーデバイスおよびマイナス側
スイッチング用パワーデバイスと、これら各スイッチン
グ用パワーデバイスに逆並列に接続されるダイオード
と、２つのスイッチング用パワーデバイス３２、３３の
両端に接続されるコンデンサとから構成し、前記インバ
ータに印加される直流電圧が要求直流電圧より低いと
き、前記プラス側スイッチングテバイスを停止させた状
態で前記マイナス側スイッチングデバイスのみを所定の
デューティー値で動作させる。
れか一つの発明において前記昇圧回路を、直流電圧のプ
ラス側スイッチング用パワーデバイスおよびマイナス側
スイッチング用パワーデバイスと、これら各スイッチン
グ用パワーデバイスに逆並列に接続されるダイオード
と、２つのスイッチング用パワーデバイス３２、３３の
両端に接続されるコンデンサとから構成し、前記インバ
ータに印加される直流電圧が要求直流電圧より低いと
き、前記プラス側スイッチングテバイスを停止させた状
態で前記マイナス側スイッチングデバイスのみを所定の
デューティー値で動作させる。
【００１２】
【発明の効果】第１回転電機を力行させるための制御電
流と第２回転電機を発電させるための制御電流とが互い
に相殺し合う位置は通過電力の小さい場所であり、この
通過電力の小さい場所に昇圧回路を設置することにした
第１、第３の発明によれば、昇圧回路を構成するための
素子（たとえはパワーデバイス）を小容量のもので済ま
せることができる。
流と第２回転電機を発電させるための制御電流とが互い
に相殺し合う位置は通過電力の小さい場所であり、この
通過電力の小さい場所に昇圧回路を設置することにした
第１、第３の発明によれば、昇圧回路を構成するための
素子（たとえはパワーデバイス）を小容量のもので済ま
せることができる。
【００１３】また、複合電流を流すために必要な電圧ピ
ーク値が大きくなっても昇圧回路により適切に昇圧する
ことで、電源電圧に左右されることなく複合モータを駆
動できるため、複合電流の電圧のピーク値に合わせて電
源電圧を高く保つ必要がない。
ーク値が大きくなっても昇圧回路により適切に昇圧する
ことで、電源電圧に左右されることなく複合モータを駆
動できるため、複合電流の電圧のピーク値に合わせて電
源電圧を高く保つ必要がない。
【００１４】また、回転電機のコイルに発生する逆起電
力が電源電圧に達するような高回転速度領域では・逆起
電力を抑制するための弱め界磁制御を行う必要が生じ、
この弱め界磁制御のために流す電流によってもモータ損
失およびインバータ損失が発生するのであるが、第１、
第３の発明によれば、電源電圧が低くてもインバータヘ
の印加電圧を高くできるので、弱め界磁制御のために流
す電流を低減したり、弱め界磁制御を実行する回転速度
領域をより高回転速度側としたりすることが可能とな
り、モータ損失やインバータ損失を低減できる。
力が電源電圧に達するような高回転速度領域では・逆起
電力を抑制するための弱め界磁制御を行う必要が生じ、
この弱め界磁制御のために流す電流によってもモータ損
失およびインバータ損失が発生するのであるが、第１、
第３の発明によれば、電源電圧が低くてもインバータヘ
の印加電圧を高くできるので、弱め界磁制御のために流
す電流を低減したり、弱め界磁制御を実行する回転速度
領域をより高回転速度側としたりすることが可能とな
り、モータ損失やインバータ損失を低減できる。
【００１５】第２、第３の発明によれば、いずれかの昇
圧回路が破損した場合に、残りの昇圧回路だけでも２つ
の回転電機の運転が可能である。
圧回路が破損した場合に、残りの昇圧回路だけでも２つ
の回転電機の運転が可能である。
【００１６】第４の発明によれば、小容量の素子からな
る昇圧回路に合わせて過飽和インダクタンスを有する素
子についても比較的小さな電流で飽和するもので済ます
ことができる。
る昇圧回路に合わせて過飽和インダクタンスを有する素
子についても比較的小さな電流で飽和するもので済ます
ことができる。
【００１７】第５、第６の発明によれば、２つのスイッ
チング用パワーデバイスがともに導通していることが無
いので、スイッチング用パワーデバイスの耐久性が増
す。
チング用パワーデバイスがともに導通していることが無
いので、スイッチング用パワーデバイスの耐久性が増
す。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１には２つの回転電機からなり
ステータを共用する複合モータ１の概略断面図を示す。
図示のものは、円筒状のステータ２の外側と内側に所定
のギャップをおいてロータ３、４を配置し（３層構
造）、外側と内側の各ロータ３、４を全体を被覆する外
枠５（図２参照）に対して回転可能にかつ同軸に設けた
ものである。
ステータを共用する複合モータ１の概略断面図を示す。
図示のものは、円筒状のステータ２の外側と内側に所定
のギャップをおいてロータ３、４を配置し（３層構
造）、外側と内側の各ロータ３、４を全体を被覆する外
枠５（図２参照）に対して回転可能にかつ同軸に設けた
ものである。
【００１９】具体的に説明すると、内側ロータ４は９０
度毎にＳ極とＮ極が入れ替わるように配置した４個の永
久磁石を備えており、外側ロータ３は４５度毎にＳ極と
Ｎ極が入れ替わるように配置した８個の永久磁石を備え
ている。
度毎にＳ極とＮ極が入れ替わるように配置した４個の永
久磁石を備えており、外側ロータ３は４５度毎にＳ極と
Ｎ極が入れ替わるように配置した８個の永久磁石を備え
ている。
【００２０】ステータ２は、内側ロータ４の１磁極当た
り３個のコイル６で構成され、合計１２個（＝３×４）
のコイル６が同一の円周上に等分に配置されている。な
お、１２個のコイルは番号１〜６と〜で区別してお
り、この場合に６番目のコイルという意味でコイル６、
が出てくる。上記のコイル全体を称していう場合の表
現である６と紛らわしいが、意味するところは異なって
いる。
り３個のコイル６で構成され、合計１２個（＝３×４）
のコイル６が同一の円周上に等分に配置されている。な
お、１２個のコイルは番号１〜６と〜で区別してお
り、この場合に６番目のコイルという意味でコイル６、
が出てくる。上記のコイル全体を称していう場合の表
現である６と紛らわしいが、意味するところは異なって
いる。
【００２１】これら１２個のコイルには、内側ロータ４
に対する回転磁場を発生させる電流（６相交流）を流す
ため、６０度ずつ位相のずれた制御電流（Ｉｉ（０）、
Ｉｉ（６０）、Ｉｉ（１２０）、Ｉｉ（１８０）、Ｉｉ
（２４０）、Ｉｉ（３００））が設定される。同様にし
て、外側ロータ３に対する回転磁場を発生させる電流
（３相交流）を流すため、１２０度ずつ位相のずれた制
御電流（Ｉｉ（０）、Ｉｉ（１２０）、Ｉｉ（２４
０））が設定される。これらの結果、１２のコイルに対
して以下のような複合電流が流される。
に対する回転磁場を発生させる電流（６相交流）を流す
ため、６０度ずつ位相のずれた制御電流（Ｉｉ（０）、
Ｉｉ（６０）、Ｉｉ（１２０）、Ｉｉ（１８０）、Ｉｉ
（２４０）、Ｉｉ（３００））が設定される。同様にし
て、外側ロータ３に対する回転磁場を発生させる電流
（３相交流）を流すため、１２０度ずつ位相のずれた制
御電流（Ｉｉ（０）、Ｉｉ（１２０）、Ｉｉ（２４
０））が設定される。これらの結果、１２のコイルに対
して以下のような複合電流が流される。
【００２２】 Ｉ１＝Ｉｉ（０）+Ｉｏ（０） Ｉ２＝Ｉｉ（６０）+Ｉｏ（１２０） Ｉ３＝Ｉｉ（１２０）+Ｉｏ（２４０） Ｉ４＝Ｉｉ（１８０）+Ｉｏ（０） Ｉ５＝Ｉｉ（２４０）+Ｉｏ（１２０） Ｉ６＝Ｉｉ（３００）+Ｉｏ（２４０） Ｉ＝Ｉｉ（０）+Ｉｏ（０） Ｉ＝Ｉｉ（６０）+Ｉｏ（１２０） Ｉ＝Ｉｉ（１２０）+Ｉｏ（２４０） Ｉ＝Ｉｉ（１８０）+Ｉｏ（０） Ｉ＝Ｉｉ（２４０）+Ｉｏ（１２０） Ｉ＝Ｉｉ（３００）+Ｉｏ（２４０） 上式から明らかなように、コイル１に流される複合電流
Ｉ１とコイルに流される複合電流Ｉは同一の電流で
あり、同様に、Ｉ２＝Ｉ、Ｉ３＝Ｉ、Ｉ４＝Ｉ、
Ｉ５＝Ｉ、Ｉ６＝Ｉである。
Ｉ１とコイルに流される複合電流Ｉは同一の電流で
あり、同様に、Ｉ２＝Ｉ、Ｉ３＝Ｉ、Ｉ４＝Ｉ、
Ｉ５＝Ｉ、Ｉ６＝Ｉである。
【００２３】このように複合電流の電流設定を行うと、
単一のコイルでありながら、内側ロータ４に対する回転
磁場と外側ロータ３に対する回転磁場との２つの磁場が
同時に発生し、これにより内側ロータ４とステータから
なる回転電機（第１回転電機）と外側ロータ３とステー
タからなる回転電機（第２回転電機）とが互いに独立に
制御される。すなわち、内側ロータ４の磁石は外側ロー
タ３に対する回転磁場により回転力を与えられることが
なく、また外側ロータ３の磁石が内側ロータ４に対する
回転磁場により回転力を与えられることもない。この原
理については特開平１１−２７５８２６号公報で説明し
た通りである。
単一のコイルでありながら、内側ロータ４に対する回転
磁場と外側ロータ３に対する回転磁場との２つの磁場が
同時に発生し、これにより内側ロータ４とステータから
なる回転電機（第１回転電機）と外側ロータ３とステー
タからなる回転電機（第２回転電機）とが互いに独立に
制御される。すなわち、内側ロータ４の磁石は外側ロー
タ３に対する回転磁場により回転力を与えられることが
なく、また外側ロータ３の磁石が内側ロータ４に対する
回転磁場により回転力を与えられることもない。この原
理については特開平１１−２７５８２６号公報で説明し
た通りである。
【００２４】上記Ｉｉ（０）〜Ｉｉ（３００）の電流設
定は内側ロータ４の回転位相に同期して、また上記Ｉｏ
（０）〜Ｉｏ（２４０）の電流設定は外側ロータ３の回
転位相に同期してそれぞれ行う。トルクの方向に対して
位相の進み遅れを設定するが、これは同期モータに対す
る場合と同じである。
定は内側ロータ４の回転位相に同期して、また上記Ｉｏ
（０）〜Ｉｏ（２４０）の電流設定は外側ロータ３の回
転位相に同期してそれぞれ行う。トルクの方向に対して
位相の進み遅れを設定するが、これは同期モータに対す
る場合と同じである。
【００２５】図２は図１に示した複合モータ１を対象と
する制御システム図である。
する制御システム図である。
【００２６】上記複合電流を１２個のステータコイルに
供給するため、バッテリ２４からの直流電流を交流電流
に変換するインバータ２３を備える。このインバータ２
３は図３に詳細を示したように、通常の三相ブリッジ型
インバータを６相にしたものと同じで、１２個のトラン
ジスタとこのトランジスタと同数のダイオードから構成
されている。
供給するため、バッテリ２４からの直流電流を交流電流
に変換するインバータ２３を備える。このインバータ２
３は図３に詳細を示したように、通常の三相ブリッジ型
インバータを６相にしたものと同じで、１２個のトラン
ジスタとこのトランジスタと同数のダイオードから構成
されている。
【００２７】なお、同一の電流が流される２個のコイル
（例えばコイル１とコイル）とを直列に接続すること
が可能であるため、コイル数の半分の６相インバータを
使用している。
（例えばコイル１とコイル）とを直列に接続すること
が可能であるため、コイル数の半分の６相インバータを
使用している。
【００２８】インバータ２３の各ゲート（トランジスタ
のベース）に与えるＯＮ、ＯＦＦ信号はＰＷＭ信号であ
る。各ロータ３、４を同期回転させるため、各ロータ
３、４の位相を検出する回転角センサ６、７が設けら
れ、これらセンサ６、７からの信号が入力されるモータ
コントロールモジュール２２では外側ロータ３、内側ロ
ータ４に対する目標トルク（正負あり）のデータ（目標
トルク指令）に基づいてＰＷＭ信号を発生させる。
のベース）に与えるＯＮ、ＯＦＦ信号はＰＷＭ信号であ
る。各ロータ３、４を同期回転させるため、各ロータ
３、４の位相を検出する回転角センサ６、７が設けら
れ、これらセンサ６、７からの信号が入力されるモータ
コントロールモジュール２２では外側ロータ３、内側ロ
ータ４に対する目標トルク（正負あり）のデータ（目標
トルク指令）に基づいてＰＷＭ信号を発生させる。
【００２９】図２に示したように、複合モータ１はエン
ジン１１と組み合わせて用いられる。すなわち、外側ロ
ータ３がエンジン１１の出力軸１２に直結され、これに
対して内側ロータ４は駆動軸１３に直結される。駆動軸
１３はさらに減速機構１４を介して車両の駆動輪１５に
接続される。
ジン１１と組み合わせて用いられる。すなわち、外側ロ
ータ３がエンジン１１の出力軸１２に直結され、これに
対して内側ロータ４は駆動軸１３に直結される。駆動軸
１３はさらに減速機構１４を介して車両の駆動輪１５に
接続される。
【００３０】なお、内側ロータ４を備える第１回転電機
をモータとして、外側ロータ３を備える第２回転電機を
ジェネレータとして主に運転する。このとき、バッテリ
２４から持ち出される電力は、第１回転電機で消費され
る電力（車両駆動出力）と第２回転電機で発電される電
力との差分だけになる。
をモータとして、外側ロータ３を備える第２回転電機を
ジェネレータとして主に運転する。このとき、バッテリ
２４から持ち出される電力は、第１回転電機で消費され
る電力（車両駆動出力）と第２回転電機で発電される電
力との差分だけになる。
【００３１】総合コントロールモジュール２１では、ア
クセル開度センサ２７の出力信号から得たアクセル開度
ＡＰＳと車速センサ２８の出力信号から得た車速ＶＳＰ
とに基づき、図４に示すような制御マップから車両の目
標駆動トルクＴＯ（駆動軸１３σ）目標トルク）を算出
し、この算出した目標駆動トルクＴＯと駆動軸１３の回
転速度Ｎｍ（車速ＶＳＰ、駆動輪１５の半径、減速機構
１４の減速比から算出する）との積が示す車両駆動出力
とほぼ等しい出力を最高の燃費効率でエンジンが発生す
る運転点（目標エンジン回転速度Ｎｅ、目標エンジント
ルクＴｅ）を図５に示すような制御マップから算出す
る。
クセル開度センサ２７の出力信号から得たアクセル開度
ＡＰＳと車速センサ２８の出力信号から得た車速ＶＳＰ
とに基づき、図４に示すような制御マップから車両の目
標駆動トルクＴＯ（駆動軸１３σ）目標トルク）を算出
し、この算出した目標駆動トルクＴＯと駆動軸１３の回
転速度Ｎｍ（車速ＶＳＰ、駆動輪１５の半径、減速機構
１４の減速比から算出する）との積が示す車両駆動出力
とほぼ等しい出力を最高の燃費効率でエンジンが発生す
る運転点（目標エンジン回転速度Ｎｅ、目標エンジント
ルクＴｅ）を図５に示すような制御マップから算出す
る。
【００３２】ここで、外側ロータ３はエンジン１１の出
力軸１２に直結されているので、第２回転電機の目標回
転速度をＮｇ、目標トルクをＴｇとすれば、これら目標
回転速度Ｎｇと目標トルクＴｇはそれぞれ目標エンジン
回転速度Ｎｅ、目標エンジントルクＴｅに等しい。ま
た、第２回転電機による発電電力はエンジン１１の出力
とほぼ等しくなる。同様にして第１回転電機の目標トル
クをＴｍとすれば、目標トルクＴｍは目標駆動トルクＴ
Ｏに等しい。
力軸１２に直結されているので、第２回転電機の目標回
転速度をＮｇ、目標トルクをＴｇとすれば、これら目標
回転速度Ｎｇと目標トルクＴｇはそれぞれ目標エンジン
回転速度Ｎｅ、目標エンジントルクＴｅに等しい。ま
た、第２回転電機による発電電力はエンジン１１の出力
とほぼ等しくなる。同様にして第１回転電機の目標トル
クをＴｍとすれば、目標トルクＴｍは目標駆動トルクＴ
Ｏに等しい。
【００３３】このようにして統合コントロールモジュー
ル２１により第１回転電機の目標トルクＴｍと第２回転
電機の目標回転速度Ｎｇ、目標トルクＴｇが決定された
後は、モータコントロールモジュール２２が次の制御を
行う。すなわち、モータコントロールモジュール２２で
は周知の電流ベクトル制御によって回転電機毎にｄ軸電
流とｑ軸電流の指令値を決定する。一方、電流センサ２
９の検出信号、内側ロータ回転角センサ６の出力信号、
外側ロータ回転角センサ７の出力信号から実際のｄ軸電
流とｑ軸電流とを算出し、この実ｄ軸電流と実ｑ軸電流
を指令値に一致させるための補正値を演算し、この補正
値に対して２−３相座標変換を行うことで回転電機毎の
３相交流の電圧指令値を生成する。これら回転電機毎の
電圧指令値を複合して複合電圧指令値を生成し、この複
合電圧指令値とキャリア信号とからＰＷＭ信号を生成
し、このＰＷＭ信号をインバータ２３へ送る。
ル２１により第１回転電機の目標トルクＴｍと第２回転
電機の目標回転速度Ｎｇ、目標トルクＴｇが決定された
後は、モータコントロールモジュール２２が次の制御を
行う。すなわち、モータコントロールモジュール２２で
は周知の電流ベクトル制御によって回転電機毎にｄ軸電
流とｑ軸電流の指令値を決定する。一方、電流センサ２
９の検出信号、内側ロータ回転角センサ６の出力信号、
外側ロータ回転角センサ７の出力信号から実際のｄ軸電
流とｑ軸電流とを算出し、この実ｄ軸電流と実ｑ軸電流
を指令値に一致させるための補正値を演算し、この補正
値に対して２−３相座標変換を行うことで回転電機毎の
３相交流の電圧指令値を生成する。これら回転電機毎の
電圧指令値を複合して複合電圧指令値を生成し、この複
合電圧指令値とキャリア信号とからＰＷＭ信号を生成
し、このＰＷＭ信号をインバータ２３へ送る。
【００３４】一方、エンジンコントロールモジュール２
５では、エンジンの回転速度とトルクが目標回転速度Ｎ
ｅと目標エンジントルクＴｅに一致するよう吸入空気量
や燃料噴射量、点火時期等を制御する。
５では、エンジンの回転速度とトルクが目標回転速度Ｎ
ｅと目標エンジントルクＴｅに一致するよう吸入空気量
や燃料噴射量、点火時期等を制御する。
【００３５】図３に示したようにバッテリ（直流電源）
２４とインバータ２３の間には昇圧回路３１が介装され
る。この昇圧回路３１が配設される位置は内側ロータ４
を備える第１回転電機を力行させるための制御電流と外
側ロータ３を備える第２回転電機を発電させるための制
御電流とが互いに相殺し合う位置である。
２４とインバータ２３の間には昇圧回路３１が介装され
る。この昇圧回路３１が配設される位置は内側ロータ４
を備える第１回転電機を力行させるための制御電流と外
側ロータ３を備える第２回転電機を発電させるための制
御電流とが互いに相殺し合う位置である。
【００３６】昇圧回路３１は、図６に示したように、直
流電圧のプラス側スイッチング用パワーデバイス（たと
えばＮＰＮトランジスタ）３２およびマイナス側スイッ
チング用パワーデバイス３３と、これら各スイッチング
用パワーデバイス３２、３３に逆並列に接続されるダイ
オード３４、３５と、直列接続された２つのスイッチン
グ用パワーデバイス３２、３３の両端に接続されるコン
デンサ３６とからなり、バッテリ２４のプラス側がコイ
ル３７を介して２つのスイッチング用パワーデバイス３
２、３３の接続点に、またバッテリ２４のマイナス側が
マイナス側スイッチング用パワーデバイス３２のエミッ
タに接続されている。
流電圧のプラス側スイッチング用パワーデバイス（たと
えばＮＰＮトランジスタ）３２およびマイナス側スイッ
チング用パワーデバイス３３と、これら各スイッチング
用パワーデバイス３２、３３に逆並列に接続されるダイ
オード３４、３５と、直列接続された２つのスイッチン
グ用パワーデバイス３２、３３の両端に接続されるコン
デンサ３６とからなり、バッテリ２４のプラス側がコイ
ル３７を介して２つのスイッチング用パワーデバイス３
２、３３の接続点に、またバッテリ２４のマイナス側が
マイナス側スイッチング用パワーデバイス３２のエミッ
タに接続されている。
【００３７】２つのスイッチング用パワーデバイス３
２、３３に与えるＯＮ、ＯＦＦ信号はＰＷＭ信号であ
る。インバータ２３に印加する直流電圧を要求直流電圧
（複合電圧指令値のピーク値をカバーできるように決定
される）へと上昇させるため、バッテリ２４の電圧を検
出する手段４２、バッテリ２４の電流を検出する手段４
３、インバータ２３に印加する直流電圧を検出する手段
４４が設けられ、これら検出手段４２、４３、４４から
の信号が入力される昇圧コントローラ４１では検出手段
４４により検出されるインバータ２３の直流電圧が要求
直流電圧となるように２つのスイッチング用パワーデバ
イス３２、３３に与えるＰＷＭ信号のデューティ値を制
御する。たとえば、２つのスイッチング用パワーデバイ
ス３２、３３がともに導通していることがないように、
インバータ２３の直流電圧が要求直流電圧としてのＤＣ
電圧指令値（図７参照）より高いときには、プラス側ス
イッチング用パワーデバイス３２のみを所定のデューテ
ィ値で動作させ（マイナス側スイッチング用パワーデバ
イス３３は停止）、この逆にインバータ２３の直流電圧
が要求直流電圧より低いときには、マイナス側スイッチ
ング用パワーデバイス３３のみを所定のデューティ値で
動作させる（プラス側スイッチング用パワーデバイス３
２は停止）。
２、３３に与えるＯＮ、ＯＦＦ信号はＰＷＭ信号であ
る。インバータ２３に印加する直流電圧を要求直流電圧
（複合電圧指令値のピーク値をカバーできるように決定
される）へと上昇させるため、バッテリ２４の電圧を検
出する手段４２、バッテリ２４の電流を検出する手段４
３、インバータ２３に印加する直流電圧を検出する手段
４４が設けられ、これら検出手段４２、４３、４４から
の信号が入力される昇圧コントローラ４１では検出手段
４４により検出されるインバータ２３の直流電圧が要求
直流電圧となるように２つのスイッチング用パワーデバ
イス３２、３３に与えるＰＷＭ信号のデューティ値を制
御する。たとえば、２つのスイッチング用パワーデバイ
ス３２、３３がともに導通していることがないように、
インバータ２３の直流電圧が要求直流電圧としてのＤＣ
電圧指令値（図７参照）より高いときには、プラス側ス
イッチング用パワーデバイス３２のみを所定のデューテ
ィ値で動作させ（マイナス側スイッチング用パワーデバ
イス３３は停止）、この逆にインバータ２３の直流電圧
が要求直流電圧より低いときには、マイナス側スイッチ
ング用パワーデバイス３３のみを所定のデューティ値で
動作させる（プラス側スイッチング用パワーデバイス３
２は停止）。
【００３８】バッテリ２４のプラス側に接続される上記
のコイル３７は大電力域または大電流域で飽和する過飽
和インダクタンスを有する素子である。
のコイル３７は大電力域または大電流域で飽和する過飽
和インダクタンスを有する素子である。
【００３９】図７は昇圧コントローラ４１の制御ブロッ
ク図である。昇圧コントローラ４１は、要求直流電圧と
してのＤＣ電圧指令値を受けてＤＣ目標電圧に加工する
ＤＣ電圧指令値加工部５１、力行モード（図では「力行
時」で略記）であるのか回生モード（図では「回生時」
で略記）であるのかを判定する判定部５２、この判定部
５２の判定結果およびＤＣ目標電圧に基づいて力行モー
ド、回生モードでの電圧目標値を生成する電圧目標値生
成部５３、この各モードでの電圧目標値が得られるよう
にＰＩ制御を行うＰＩ制御部５４、５５、これらＰＩ制
御部５４、５５からの電圧指令値を所定の範囲に制限す
るリミッタ５６、５７からなる。
ク図である。昇圧コントローラ４１は、要求直流電圧と
してのＤＣ電圧指令値を受けてＤＣ目標電圧に加工する
ＤＣ電圧指令値加工部５１、力行モード（図では「力行
時」で略記）であるのか回生モード（図では「回生時」
で略記）であるのかを判定する判定部５２、この判定部
５２の判定結果およびＤＣ目標電圧に基づいて力行モー
ド、回生モードでの電圧目標値を生成する電圧目標値生
成部５３、この各モードでの電圧目標値が得られるよう
にＰＩ制御を行うＰＩ制御部５４、５５、これらＰＩ制
御部５４、５５からの電圧指令値を所定の範囲に制限す
るリミッタ５６、５７からなる。
【００４０】なお、判定部５２では、モータとして運転
されている回転電機の消費電力が、ジェネレータとして
運転されている回転電機の発電電力より大きい場合等、
バッテリ２４からの電力が持ち出される運転状態である
ときに力行モードであると判定し、この反対に、ジェネ
レータとして運転されている回転電機の発電電力が、モ
ータとして運転されている回転電機の消費電力より大き
い場合等、バッテリ２４へ電力が返される運転状態であ
るときに回生モードであると判定している。
されている回転電機の消費電力が、ジェネレータとして
運転されている回転電機の発電電力より大きい場合等、
バッテリ２４からの電力が持ち出される運転状態である
ときに力行モードであると判定し、この反対に、ジェネ
レータとして運転されている回転電機の発電電力が、モ
ータとして運転されている回転電機の消費電力より大き
い場合等、バッテリ２４へ電力が返される運転状態であ
るときに回生モードであると判定している。
【００４１】このようにして昇圧コントローラ４１で決
定された電圧指令値（デューティ信号）に応じて昇圧回
路３１のスイッチング用パワーデバイス３２、３３がＯ
Ｎ、ＯＦＦされる。
定された電圧指令値（デューティ信号）に応じて昇圧回
路３１のスイッチング用パワーデバイス３２、３３がＯ
Ｎ、ＯＦＦされる。
【００４２】ここで、本実施形態の作用を説明する。こ
こでは、内側ロータ４を備える第１回転電機をモータと
して、外側ロータ３を備える第２回転電機をジェネレー
タとして運転している場合を考える。このとき、昇圧回
路３１が配設されている位置（バッテリ２４とインバー
タ２３のスイッチング回路との間の直流母線上）には、
内側ロータ４を備える第１回転電機の出力と外側ロータ
３を備える第２回転電機の発電電力との差に相当する電
流しか流れない。よって、昇圧回路３１を構成するスイ
ッチング用パワーデバイス３２、３３、ダイオード３
４、３５の各素子を小容量のもので構成することができ
る。
こでは、内側ロータ４を備える第１回転電機をモータと
して、外側ロータ３を備える第２回転電機をジェネレー
タとして運転している場合を考える。このとき、昇圧回
路３１が配設されている位置（バッテリ２４とインバー
タ２３のスイッチング回路との間の直流母線上）には、
内側ロータ４を備える第１回転電機の出力と外側ロータ
３を備える第２回転電機の発電電力との差に相当する電
流しか流れない。よって、昇圧回路３１を構成するスイ
ッチング用パワーデバイス３２、３３、ダイオード３
４、３５の各素子を小容量のもので構成することができ
る。
【００４３】また、小容量の素子からなる昇圧回路３１
に合わせて過飽和インダクタンスを有する素子としての
コイル３７も比較的小さな電流で飽和するもので済ます
ことができる。
に合わせて過飽和インダクタンスを有する素子としての
コイル３７も比較的小さな電流で飽和するもので済ます
ことができる。
【００４４】図８、図９は第２実施形態のインバータ、
昇圧回路の各概略構成図で、それぞれ第１実施形態の図
３、図６に対応する。
昇圧回路の各概略構成図で、それぞれ第１実施形態の図
３、図６に対応する。
【００４５】第１実施形態では、単一のステータに接続
するインバータが６相の場合であったが、第２実施形態
はこの倍の１２相でインバータを構成する場合に、この
１２相のインバータ６１を２つのスイッチング回路群６
２Ａ、６２Ｂに分け、各回路群６２Ａ、６２Ｂ毎に昇圧
回路７１Ａ、７１Ｂを設けたものである。
するインバータが６相の場合であったが、第２実施形態
はこの倍の１２相でインバータを構成する場合に、この
１２相のインバータ６１を２つのスイッチング回路群６
２Ａ、６２Ｂに分け、各回路群６２Ａ、６２Ｂ毎に昇圧
回路７１Ａ、７１Ｂを設けたものである。
【００４６】ただし、各昇圧回路や電圧、電流検出手段
の基本的構成は第１実施形態と変わりがない。すなわ
ち、一方の昇圧回路７１Ａは、２つのスイッチング用パ
ワーデバイス７２Ａ、７３Ａと、２つのダイオード７４
Ａ、７５Ａと、コンデンサ７６Ａとから、また他方の昇
圧回路７２Ｂは、２つのスイッチング用パワーデバイス
７２Ｂ、７３Ｂと、２つのダイオード７４Ｂ、７５Ｂ
と、コンデンサ７６Ｂとからなる。
の基本的構成は第１実施形態と変わりがない。すなわ
ち、一方の昇圧回路７１Ａは、２つのスイッチング用パ
ワーデバイス７２Ａ、７３Ａと、２つのダイオード７４
Ａ、７５Ａと、コンデンサ７６Ａとから、また他方の昇
圧回路７２Ｂは、２つのスイッチング用パワーデバイス
７２Ｂ、７３Ｂと、２つのダイオード７４Ｂ、７５Ｂ
と、コンデンサ７６Ｂとからなる。
【００４７】６相スイッチング回路群６２Ａ、６２Ｂの
各直流電圧を検出する手段８３Ａ、８３Ｂからの信号
が、バッテリ２４から昇圧回路７１Ａ、７１Ｂに流れる
各電流、を検出する手段８２Ａ、８２Ｂ、バッテリ２４
の電圧を検出する手段４２からの信号とともに入力され
る昇圧コントローラ８１では、検出手段８３Ａにより検
出される直流電圧が要求直流電圧となるように２つのス
イッチング用パワーデバイス７２Ａ、７３Ａに与えるＰ
ＷＭ信号のデューティ値を制御することにより、６相ス
イッチング回路群６２Ａに印加する電圧を目標値へと昇
圧する。同様にして、検出手段８３Ｂにより検出される
直流電圧が要求直流電圧となるように２つのスイッチン
グ用パワーデバイス７２Ｂ、７３Ｂに与えるＰＷＭ信号
のデューティ値を制御することにより、６相スイッチン
グ回路群６２Ｂに印加する電圧を目標値へと昇圧する。
つまり、第２実施形態は６相スイッチング回路群６２
Ａ、６２Ｂ毎に独立に制御するものである。
各直流電圧を検出する手段８３Ａ、８３Ｂからの信号
が、バッテリ２４から昇圧回路７１Ａ、７１Ｂに流れる
各電流、を検出する手段８２Ａ、８２Ｂ、バッテリ２４
の電圧を検出する手段４２からの信号とともに入力され
る昇圧コントローラ８１では、検出手段８３Ａにより検
出される直流電圧が要求直流電圧となるように２つのス
イッチング用パワーデバイス７２Ａ、７３Ａに与えるＰ
ＷＭ信号のデューティ値を制御することにより、６相ス
イッチング回路群６２Ａに印加する電圧を目標値へと昇
圧する。同様にして、検出手段８３Ｂにより検出される
直流電圧が要求直流電圧となるように２つのスイッチン
グ用パワーデバイス７２Ｂ、７３Ｂに与えるＰＷＭ信号
のデューティ値を制御することにより、６相スイッチン
グ回路群６２Ｂに印加する電圧を目標値へと昇圧する。
つまり、第２実施形態は６相スイッチング回路群６２
Ａ、６２Ｂ毎に独立に制御するものである。
【００４８】第２実施形態では、第１実施形態と同様の
作用効果が生じるほか、次の効果を生じる。すなわち、
２つの昇圧回路７１Ａ、７１Ｂが並列に設置されること
になっているので、どちらか一方の昇圧回路が破損した
場合に、残りの昇圧回路およびこの残りの昇圧回路に接
続されている６相スイッチング回路群とを用いることに
より、複合モータの運転が可能である。
作用効果が生じるほか、次の効果を生じる。すなわち、
２つの昇圧回路７１Ａ、７１Ｂが並列に設置されること
になっているので、どちらか一方の昇圧回路が破損した
場合に、残りの昇圧回路およびこの残りの昇圧回路に接
続されている６相スイッチング回路群とを用いることに
より、複合モータの運転が可能である。
【図１】複合モータの概略断面図。
【図２】制御システム図。
【図３】インバータとステータコイルの結線図。
【図４】目標駆動トルクの特性図。
【図５】車両駆動出力とほぼ等しい出力を最高の燃費効
率でエンジンが発生するときの目標エンジン回転速度お
よび目標エンジントルクの特性図。
率でエンジンが発生するときの目標エンジン回転速度お
よび目標エンジントルクの特性図。
【図６】昇圧回路の概略構成図。
【図７】昇圧コントロールの制御ブロック図。
【図８】第２実施形態の１２相インバータの概略構成
図。
図。
【図９】第２実施形態の昇圧回路の概略構成図。
【図１０】一般的なインバータの構成図。 １ 複合モータ ２ ステータ ３ 外側ロータ ４ 内側ロータ ６ コイル ２１ 総合コントロールモジュール ２２ モータコントロールモジュール ２３ インバータ ２４ バッテリ（直流電源） ３１ 昇圧回路 ３７ コイル ４１ 昇圧コントローラ ６１ インバータ ６２Ａ スイッチング回路群 ６２Ｂ スイッチング回路群 ７１Ａ 昇圧回路 ７１Ｂ 昇圧回路 ８１ 昇圧コントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 29/06 Ｈ０２Ｍ 7/797 ５Ｈ７３０ Ｈ０２Ｍ 3/155 Ｈ０２Ｐ 6/02 ３７１Ａ 7/797 5/408 Ｃ Ｈ０２Ｐ 21/00 Ｂ６０Ｋ 9/00 Ｃ (72)発明者 皆川 裕介 神奈川県横須賀市神奈川区宝町２番地 日 産自動車株式会社内 (72)発明者 高橋 晃自 神奈川県横須賀市神奈川区宝町２番地 日 産自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G093 AA07 BA28 DA01 DA06 DB02 DB05 DB20 DB28 EB09 FA02 FA07 FA10 FA11 FA12 FB05 5H007 BB00 BB01 BB06 CA01 CB02 CB05 CC12 DC02 EA15 5H115 PA00 PC06 PG04 PI16 PI24 PI29 PO17 PU10 PU24 PU26 PV09 PV23 RB22 RB26 SE02 SE03 SE05 SE06 SE08 TD20 5H560 AA08 BB05 BB12 DA00 EB01 EB07 RR05 RR10 SS02 SS06 XA02 XA05 5H576 AA15 BB02 CC02 DD02 DD07 EE01 EE11 FF03 GG01 GG04 HA02 HB02 LL22 LL41 5H730 AA11 AS00 AS13 BB14 BB57 DD02 EE07 FD03 FD13 FG01 FG23
Claims (6)
- 【請求項１】主にモータとして使用される第１回転電機
に対する制御電流と主にジェネレータとして使用される
第２回転電機へ制御電流に対する制御電流とを複合して
得られる複合電流を、直流電源に接続された単一のイン
バータによって前記２つの回転電機に供給する回転電機
の駆動回路であって、前記第１回転電機を力行させるた
めの制御電流と前記第２回転電機を発電させるための制
御電流とが互いに相殺し合う位置に昇圧回路を配設する
ことを特徴とする回転電機の駆動回路。 - 【請求項２】前記インバータを複数のスイッチング回路
群の並列配置で構成する場合に、各回路群毎に前記昇圧
回路を配設することを特徴とする請求項１に記載の回転
電機の駆動回路。 - 【請求項３】前記昇圧回路の配設位置は前記直流電源と
前記インバータの間であることを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の回転電機の駆動回路。 - 【請求項４】前記昇圧回路と直流電源の間に大電力域ま
たは大電流域で飽和する過飽和インダクタンスを有する
素子を介装することを特徴とする請求項１から３までの
いずれか一つに記載の回転電機の駆動回路。 - 【請求項５】前記昇圧回路を、直流電圧のプラス側スイ
ッチング用パワーデバイスおよびマイナス側スイッチン
グ用パワーデバイスと、これら各スイッチング用パワー
デバイスに逆並列に接続されるダイオードと、２つのス
イッチング用パワーデバイス３２、３３の両端に接続さ
れるコンデンサとから構成し、前記インバータに印加さ
れる直流電圧が要求直流電圧より高いとき、前記マイナ
ス側スイッチングデバイスを停止させた状態で前記プラ
ス側スイッチングデバイスのみを所定のデューティー値
で動作させることを特徴とする請求項１から４までのい
ずれか一つに記載の回転電機の駆動回路。 - 【請求項６】前記昇圧回路を、直流電圧のプラス側スイ
ッチング用パワーデバイスおよびマイナス側スイッチン
グ用パワーデバイスと、これら各スイッチング用パワー
デバイスに逆並列に接続されるダイオードと、２つのス
イッチング用パワーデバイス３２、３３の両端に接続さ
れるコンデンサとから構成し、前記インバータに印加さ
れる直流電圧が要求直流電圧より低いとき、前記プラス
側スイッチングデバイスを停止させた状態で前記マイナ
ス側スイッチングデバイスのみを所定のデューティー値
で動作させることを特徴とする請求項１から４までのい
ずれか一つに記載の回転電機の駆動回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001238628A JP3551166B2 (ja) | 2000-08-07 | 2001-08-07 | 回転電機の駆動回路 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000238105 | 2000-08-07 | ||
| JP2000-238105 | 2000-08-07 | ||
| JP2001238628A JP3551166B2 (ja) | 2000-08-07 | 2001-08-07 | 回転電機の駆動回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002136169A true JP2002136169A (ja) | 2002-05-10 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001238628A Expired - Fee Related JP3551166B2 (ja) | 2000-08-07 | 2001-08-07 | 回転電機の駆動回路 |
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|---|---|
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6611127B2 (en) * | 2000-08-07 | 2003-08-26 | Nissan Motor Co., Ltd. | Drive circuit for motor/generator |
| JP2003267235A (ja) * | 2002-03-15 | 2003-09-25 | Denso Corp | 電動パワーステアリング装置 |
| EP1439629A1 (en) * | 2002-12-18 | 2004-07-21 | Nissan Motor Company, Limited | Coaxial multiplex position detector and rotating machine using coaxial multiplex position detector |
| JP2010070050A (ja) * | 2008-09-18 | 2010-04-02 | Aisin Seiki Co Ltd | 車両用駆動装置 |
-
2001
- 2001-08-07 JP JP2001238628A patent/JP3551166B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6611127B2 (en) * | 2000-08-07 | 2003-08-26 | Nissan Motor Co., Ltd. | Drive circuit for motor/generator |
| JP2003267235A (ja) * | 2002-03-15 | 2003-09-25 | Denso Corp | 電動パワーステアリング装置 |
| EP1439629A1 (en) * | 2002-12-18 | 2004-07-21 | Nissan Motor Company, Limited | Coaxial multiplex position detector and rotating machine using coaxial multiplex position detector |
| US6977496B2 (en) | 2002-12-18 | 2005-12-20 | Nissan Motor Co., Ltd. | Coaxial multiplex position detector and rotating machine using coaxial multiplex position detector |
| JP2010070050A (ja) * | 2008-09-18 | 2010-04-02 | Aisin Seiki Co Ltd | 車両用駆動装置 |
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|---|---|
| JP3551166B2 (ja) | 2004-08-04 |
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