JP2002247894A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加速時などで短時間にモータの大きな駆動力
を必要とするとき、常にコンデンサの電力を用いること
ができるモータ駆動装置を得る。 【解決手段】 バッテリ１から直流モータ２へ順方向に
電流が流れる向きで前記バッテリ１と前記直流モータ２
との間に直列に介挿される第１の駆動用ダイオード６に
対し、回生コンデンサ８と回生用トランジスタ９との直
列接続回路である回生回路１１を並列に設けるととも
に、この回生回路１１の回生用トランジスタ９が前記直
流モータ２に対して並列に介挿される平滑コンデンサ５
の両端の電圧値に応じてオン、オフして前記回生コンデ
ンサ８を充電する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はモータ駆動装置に関
し、詳しくは、モータの制動時に回生される電力をコン
デンサに蓄えてモータの力行時に使用し、電気自動車、
フォークリフト、工作機械などに用いて好適なモータ駆
動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のモータ駆動装置として、例えば特
開平９−９８５１４号公報で開示されているものがあ
る。図５は、同公報で開示されたモータ駆動装置で、ハ
イブリッド車に適用された構成図である。この図におい
て、３相交流モータ５０は、車両のモータ走行時には電
動機として機能し、減速時には発電機として機能してい
る。エンジン５１はクラッチＣ２を介して変速機５２と
連結されている。

【０００３】変速機５２はエンジン回転数を変速し、デ
ィファレンシャル装置５３を介して駆動車輪５４に動力
を伝達する。モータ５０にはクラッチＣ１を介してディ
ファレンシャル装置５３及び駆動車輪５４が連結されて
いる。車両の走行状態あるいは運転者の手動操作による
要求に応じてクラッチＣ１、Ｃ２の接続と遮断が制御さ
れることにより、モータ５０及びエンジン５１の出力の
両方あるいはいずれか一方が選択的に駆動車輪５４に伝
達される。

【０００４】車両の走行モードとしては、エンジンのみ
で走行するエンジン走行モード、エンジン５１とモータ
５０を併用して駆動する複合走行モードと、減速時のエ
ネルギー回生走行モードがあり、車両の加速、定常、減
速それぞれの走行時に車両の走行状態に応じて適切な走
行モードが選択される。

【０００５】モータ５０の電源装置Ｅは、インバータ５
５、インバータ制御ユニット５６、ブレーカ５７、大容
量のコンデンサ５８、バッテリ５９から構成されてい
る。コンデンサ５８及びバッテリ５９は、インバータ５
５とブレーカ５７を介してモータ５０に並列に接続され
ており、コンデンサ５８及びバッテリ５９それぞれのフ
ル充電電圧ＶｆｃとＶｆｂは、Ｖｆｃ＞Ｖｆｂの関係と
なるように予め設定されている。ブレーカ５７は、コン
デンサ５８及びバッテリ５９に直列に接続された２組の
リレーＡ、Ｂから構成されており、それぞれのリレー
Ａ、Ｂは、スイッチ６１、６３とコイル６２、６４との
組み合わせからなっている。

【０００６】集中制御ユニット６０は、コンデンサ電圧
Ｖｃ、バッテリ電圧Ｖｂ、モータ位置Ｐ、インバータ電
流Ｉ、及びブレーキスイッチを含むその他の車両の運転
状態を示す信号を入力し、インバータ制御ユニット５６
に指示信号を送出するとともに、ブレーカ５７の作動を
制御する。ブレーカ５７の２組のリレーＡ、Ｂは集中制
御ユニット６０により互いに独立に制御され、コンデン
サ５８とバッテリ５９とは同時に、あるいはいずれか一
方が選択的にモータ５０に接続される。

【０００７】上記のように構成されたモータ駆動装置で
は、先ずエンジン走行モードでは、モータ５０とデファ
レンシャル装置５３との間のクラッチＣ１は遮断され、
またブレーカ５７の両方のリレーＡ、Ｂがオフになって
コンデンサ５８及びバッテリ５９からのモータ５０への
給電が遮断される。

【０００８】次にモータ走行モードでは、エンジン５１
と変速機５２との間のクラッチＣ２が遮断されるととも
に、モータ５０とデファレンシャル装置５３との間のク
ラッチＣ１が接続される。また、コンデンサ５８の電圧
Ｖｃ及びバッテリ５９の電圧Ｖｂの大きさに応じてブレ
ーカ５７のリレーＡ、Ｂが選択的に接続されてモータ５
０への給電が制御される。基本的には、車両の発進や加
速時など大きなモータ出力を必要とする場合に、減速時
に回生されてコンデンサ５８に蓄えられた電力をモータ
５０に供給するか、あるいはコンデンサ５８とバッテリ
５９の両方から給電し、そして、その後、定常運転に移
行すると、バッテリ５９単独で給電するようにブレーカ
制御ロジックが設定されている。

【０００９】ここで、減速時にモータ５０の回生によっ
てコンデンサ５８が十分に充電されるので、加速時には
Ｖｃ＞Ｖｂになり、コンデンサ５８に対応するリレーＡ
のみがオンされて、コンデンサ５８からモータ５０への
給電が行われる。コンデンサ５８の電力が消費されて、
Ｖｃ≦Ｖｂ（但し、Ｖｂ＞Ｖｂｅ：Ｖｂｅはバッテリの
所定最低電圧）になると、リレーＡがオフされるととも
に、バッテリ５９に対応するリレーＢがオンされてバッ
テリ５９のみからモータ５０へ給電される。このよう
に、コンデンサ５８に蓄えられた電力を優先的に利用し
てモータ５０を駆動することで、バッテリ５８による給
電を減らして、バッテリ５９の長寿命化が図られてい
る。

【００１０】モータ５０とエンジン５１の複合走行モー
ドでは、モータ５０とデファレンシャル装置５３との間
及びエンジン５１と変速機５２との間に設けられている
それぞれのクラッチＣ１、Ｃ２が接続され、モータ５０
とエンジン５１の出力の総和により車両が駆動される。

【００１１】一方、ブレーキが踏まれると、車両減速時
におけるエネルギー回生走行モードが実行される。この
場合、モータ５０は、クラッチＣ１が接続されることに
よりデファレンシャル装置５３と連結され、車両からの
制動エネルギーを受けて発電を行う。エネルギー回生走
行モードが開始されたときにコンデンサ電圧Ｖｃがフル
充電電圧Ｖｆｃに達していない（Ｖｃ＜Ｖｆｃ）場合、
先ずブレーカ５７のリレーＡのみがオンし、モータ５０
で発電された電力がコンデンサ５８にのみ供給される。
これにより、コンデンサ５８は急速に充電され、加速、
減速が頻繁に行われる走行時にあっても、常に、次の加
速に備えてフル充電状態に設定される。コンデンサ電圧
Ｖｃがフル充電電圧Ｖｆｃに達すると（Ｖｃ＞Ｖｆ
ｃ）、ブレーカ５７のリレーＡがオフしてコンデンサ５
８の充電が停止され、次にリレーＢがオンされてバッテ
リ５９の充電が行われる。コンデンサ電圧Ｖｃ及びバッ
テリ電圧Ｖｂともフル充電電圧に達すると、リレーＡ、
Ｂ共にオフされ回生が終了する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従
来のモータ駆動装置にあっては、バッテリ５９とコンデ
ンサ５８とを並列接続しているため、コンデンサ５８の
電圧がバッテリ５９電圧より高くないと、加速時などで
大きな駆動力を必要とするときにコンデンサ５８の電力
を用いることができないという問題があった。

【００１３】本発明は係る事情に鑑みてなされたもの
で、加速時などで短時間に大きな駆動力を必要とすると
きには、常にコンデンサに充電された電力を用いること
ができるモータ駆動装置を得ることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決する為の手段】本発明のモータ駆動装置
は、バッテリと、前記バッテリからモータへ順方向に電
流が流れる向きで前記バッテリと前記モータとの間に直
列に介挿される第１のダイオードと、前記モータに対し
て並列に介挿される平滑コンデンサと、前記第１のダイ
オードに対して並列に介挿され、回生コンデンサとスイ
ッチ素子が直列に接続されてなる回生回路と、前記平滑
コンデンサの電圧が前記バッテリ電圧より高く設定され
た第１の基準電圧になると前記回生回路のスイッチ素子
をオンし、前記平滑コンデンサの電圧が前記バッテリ電
圧より高く且つ前記第１の基準電圧より低く設定された
第２の基準電圧以下になると前記スイッチ素子をオフす
る回生スイッチ駆動手段と、前記バッテリから前記モー
タに対して順方向に電流が流れる向きで前記スイッチ素
子に対して並列に介挿される第２のダイオードと、を具
備することを特徴とする。

【００１５】この構成によれば、モータの駆動力を得る
ときは、バッテリからモータへ電力が供給される。すな
わち、バッテリから第１のダイオードを介してモータへ
電流が流れる。

【００１６】これに対して、モータへの電力供給を停止
して制動力を得るときには、モータから回生される電力
によって平滑コンデンサが充電される。この充電によっ
て、平滑コンデンサの端子電圧が上昇して第１の基準電
圧になると、回生スイッチ駆動手段が回生回路のスイッ
チ素子をオンする。これにより、平滑コンデンサから回
生回路に電流が流れ、回生コンデンサが充電される。こ
の充電によって、平滑コンデンサの端子電圧が低下して
第２の基準電圧以下になると、回生スイッチ駆動手段が
回生回路のスイッチ素子をオフする。つまり、回生回路
のスイッチ素子がモータより回生される電力によって第
１の基準電圧と第２の基準電圧との間でオン、オフを繰
り返して、回生コンデンサが充電される。なお、バッテ
リ電圧と第１、第２の基準電圧との関係は、バッテリ電
圧＜第２の基準電圧＜第１の基準電圧である。

【００１７】モータへの電力供給が停止された後、再び
電力供給を行ってモータの駆動力を得ようとした場合、
既に回生コンデンサが充電されていることから、この回
生コンデンサの電力もモータに供給されることになるの
で、短時間でモータの大きな駆動力が得られる。このよ
うに、加速時など短時間に大きな駆動力を必要とすると
きには、常に回生コンデンサの電力を用いることができ
る。

【００１８】また、本発明のモータ駆動装置は、上記モ
ータ駆動装置において、前記バッテリに替わって、交流
電源の出力を直流に変換するコンバータと、このコンバ
ータの出力端に並列に介挿される平滑コンデンサとを有
する交流電源装置を具備することを特徴とする。

【００１９】この構成によれば、交流電源の使用が可能
となる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
に係るモータ駆動装置を図面に基づいて詳細に説明す
る。図１は、本発明の第１の実施の形態に係るモータ駆
動装置の構成を示すブロック図である。この図におい
て、モータ駆動装置は、バッテリ１と、直流モータ２
と、インバータ回路３と、インバータ駆動回路４と、平
滑コンデンサ５と、第１、第２の駆動用ダイオード６、
７と、回生コンデンサ８と、回生用トランジスタ（スイ
ッチ素子）９と、回生用トランジスタ駆動回路１０とを
備えて構成される。

【００２１】インバータ回路３は、Ｈブリッジ接続され
た４個のトランジスタを有して構成され、パルス幅変調
により直流モータ２へ供給する電力量を制御する。イン
バータ駆動回路４はインバータ回路３を駆動する。平滑
コンデンサ５は、直流モータ２から回生された電力を蓄
積するものであり、直流モータ２に対して並列に介挿さ
れる。第１の駆動用ダイオード６は、バッテリ１から直
流モータ２へ順方向に電流が流れる向きでバッテリ１と
直流モータ２との間に直列に介挿される。

【００２２】回生コンデンサ８及びこの回生コンデンサ
８と直列接続した回生用トランジスタ９が回生回路１１
を構成する。この回生回路１１は、第１の駆動用ダイオ
ード６に対して並列に介挿され、直流モータ２の回生時
に平滑コンデンサ５に蓄積された電力量に応じて電力を
蓄積する。第２の駆動用ダイオード７は、バッテリ１か
ら直流モータ２に対して順方向に電流が流れる向きで回
生用トランジスタ９に対して並列に介挿される。

【００２３】回生用トランジスタ駆動回路１０は、平滑
コンデンサ５の端子電圧に従って回生回路１１の回生用
トランジスタ９のオン、オフを制御する。すなわち、回
生用トランジスタ駆動回路１０は、平滑コンデンサ５の
端子電圧がバッテリ１の電圧Ｅより高く設定された第１
の基準電圧Ｅ_H になると、回生用トランジスタ９をオン
し、平滑コンデンサ５の端子電圧がバッテリ１の電圧Ｅ
より高く、且つ第１の基準電圧Ｅ_H より低く設定された
第２の基準電圧Ｅ_L 以下になると、回生用トランジスタ
９をオフする。

【００２４】次に、上記構成のモータ駆動装置の動作に
ついて説明する。先ず、直流モータ２の駆動力を得ると
きには、バッテリ１から直流モータ２に電力が供給され
る。すなわち、バッテリ１から第１の駆動用ダイオード
６を介して直流モータ２へ電流を流す。これにより、直
流モータ２は回転駆動する。

【００２５】これに対して、直流モータ２への電力供給
を停止して制動力を得るときには、直流モータ２から回
生される電力によって平滑コンデンサ５が充電される。
平滑コンデンサ５が充電されることでその端子電圧が上
昇し、第１の基準電圧Ｅ_H に達すると、回生用トランジ
スタ駆動回路１０が回生回路１１の回生用トランジスタ
９をオンする。これにより、平滑コンデンサ５から回生
回路１１に電流が流れて、回生コンデンサ８が充電され
る。

【００２６】回生コンデンサ８が充電されることによっ
て、平滑コンデンサ５の端子電圧が低下して、第１の基
準電圧Ｅ_H 以下の第２の基準電圧Ｅ_L まで低下すると、
回生用トランジスタ駆動回路１０が回生用トランジスタ
９をオフする。つまり、回生回路１１の回生用トランジ
スタ９が、直流モータ２より回生される電力によって第
１の基準電圧Ｅ_H と第２の基準電圧Ｅ_L との間でオン、
オフを繰り返し、回生コンデンサ８を充電する。

【００２７】直流モータ２への電力供給を停止した後、
再び電力供給を行ってモータ駆動力を得ようとする場合
は、既に回生コンデンサ８が充電されているので、回生
コンデンサ８からも電力が直流モータ２に供給される。
これにより、短時間でモータの大きな駆動力が得られ
る。このように、加速時などのモータの大きな駆動力を
必要とするときには、常に回生コンデンサ８の電力を用
いることができる。

【００２８】ここで、図２にモータ動作モード別の関連
要素の動作を示す。なお、この図において、モータ力行
モードとは、モータに電力を供給してモータの駆動力を
得るモードのことである。また、図中で、Ｅはバッテリ
電圧、Ｅ_H は平滑コンデンサ５の第１の基準電圧、Ｅ_L
は平滑コンデンサ５の第２の基準電圧、Ｖｃは平滑コン
デンサ５の端子電圧である。また、上述したように、
Ｅ、Ｅ_L 、Ｅ_H の関係はＥ＜Ｅ_L ＜Ｅ_H である。また、
○は各要素の作動状態を、×は停止状態を示す。

【００２９】のモータ力行モードでは、平滑コンデン
サの端子電圧Ｖｃとバッテリ電圧Ｅとが等しくなり、こ
れらは第２の基準電圧Ｅ_L 未満となっている。このと
き、平滑コンデンサ５は未充電状態、回生用トランジス
タ９はオフ状態、回生コンデンサ８は未充電状態、バッ
テリ１は放電状態、第１の駆動ダイオード６は作動状
態、第２の駆動ダイオード７は停止状態となる。

【００３０】の制動開始モードでは、平滑コンデンサ
の端子電圧Ｖｃがバッテリ電圧Ｅより高く、第１の基準
電圧Ｅ_H より低い状態となる。このとき、平滑コンデン
サ５は充電状態、回生用トランジスタ９はオフ状態、回
生コンデンサ８は未充電状態、バッテリ１は停止状態
（給電を停止した状態）、第１、第２の駆動ダイオード
６、７は共に停止状態となる。

【００３１】の回生充電Ａモードでは、平滑コンデン
サの端子電圧Ｖｃが第１の基準電圧Ｅ_H 以上となる。こ
のとき、平滑コンデンサ５は放電状態、回生用トランジ
スタ９はオン状態、回生コンデンサ８は充電状態、バッ
テリ１は停止状態（給電を停止した状態）、第１、第２
の駆動ダイオード６、７は共に停止状態となる。

【００３２】の回生充電Ｂモードでは、平滑コンデン
サ５の端子電圧Ｖｃが第２の基準電圧Ｅ_L より高く、第
１の基準電圧Ｅ_H より低い状態となる。このとき、平滑
コンデンサ５は放電状態、回生用トランジスタ９はオン
状態、回生コンデンサ８は充電状態、バッテリ１は停止
状態（給電を停止した状態）、第１、第２の駆動ダイオ
ード６、７は共に停止状態となる。

【００３３】の回生充電停止モードでは、平滑コンデ
ンサ５の端子電圧Ｖｃが第２の基準電圧Ｅ_L と等しい状
態となる。このとき、平滑コンデンサ５は充電状態、回
生用トランジスタ９はオフ状態、回生コンデンサ８は未
充電状態、バッテリ１は停止状態（給電を停止した状
態）、第１、第２の駆動ダイオード６、７は共に停止状
態となる。

【００３４】のモータ再力行モードでは、平滑コンデ
ンサ５の端子電圧Ｖｃがバッテリ１の電圧Ｅより高く、
第２の基準電圧Ｅ_L 以下の状態となる。このとき、平滑
コンデンサ５は放電状態、回生用トランジスタ９はオフ
状態、回生コンデンサ８は放電状態、バッテリ１は停止
状態（給電を停止した状態）、第１の駆動ダイオード６
は停止状態、第２の駆動ダイオード７は作動状態とな
る。このモードで、平滑コンデンサの端子電圧Ｖｃがバ
ッテリ１の電圧Ｅと等しくなると、のモータ力行モー
ドへ移行する。

【００３５】このように、本実施の形態のモータ駆動装
置によれば、第１の駆動用ダイオード６に対して並列
に、回生コンデンサ８と回生用トランジスタ９との直列
回路である回生回路１１を設けて、この回生回路１１の
回生用トランジスタ９を平滑コンデンサ５の両端の電圧
値に応じてオン、オフさせて回生コンデンサ８を充電す
るようにしたので、加速時などで短時間にモータの大き
な駆動力を必要とするときには、常にその電力を使用す
ることができる。

【００３６】なお、本実施の形態においては直流モータ
２を使用した場合であったが、ブラシレス直流モータも
勿論使用することができる。但し、この場合、インバー
タ回路３としては、図３に示すように３極駆動ができる
ものを使用する。

【００３７】図４は、本発明の第２の実施の形態に係る
モータ駆動装置の構成を示すブロック図である。なお、
この図において、図１と共通する部分には同一の符号を
付けてその説明を省略する。本実施の形態に係るモータ
駆動装置は、バッテリ１に替わって、交流電源１２の出
力を直流に変換するコンバータ回路１３と、このコンバ
ータ回路１３の出力端に並列に介挿される平滑コンデン
サ１４とを有する交流電源装置を具備し、交流源の使用
を可能にしている。なお、直流源を交流源に替えただけ
で、先の第１の実施の形態のモータ駆動装置と動作は同
じである。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
モータに対して並列接続した平滑コンデンサに蓄積され
るモータの制動時の回生電力を、別途設けた回生コンデ
ンサに蓄積するようにしたので、加速時などで短時間に
モータの大きな駆動力を必要とするときには、常にその
電力を供給し使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るモータ駆動装
置の構成を示すブロック図である。

【図２】図１におけるモータ動作モード別の関連要素の
動作を示す図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態に係るモータ駆動装
置の応用例の構成を示すブロック図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係るモータ駆動装
置の構成を示すブロック図である。

【図５】従来のモータ駆動装置の構成を示すブロック図
である。

【符号の説明】

１ バッテリ ２ 直流モータ ３ インバータ回路 ４ インバータ駆動回路 ５ 平滑コンデンサ ６ 第１の駆動用ダイオード ７ 第２の駆動用ダイオード ８ 回生コンデンサ ９ 回生用トランジスタ １０ 回生用トランジスタ駆動回路 １１ 回生回路 １２ 交流電源 １３ コンバータ回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H115 PA11 PC06 PG04 PG05 PI13 PI16 PI29 PO17 PU02 PU11 PV03 PV09 PV23 QE08 QE10 QI04 SE03 TO13 5H530 AA02 BB18 BB32 CD35 CE16 DD03 DD13 EE05 5H576 AA01 AA17 BB05 CC01 CC02 DD04 FF04 HA02 HB02 HB10 LL24

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バッテリと、前記バッテリからモータへ
   順方向に電流が流れる向きで前記バッテリと前記モータ
   との間に直列に介挿される第１のダイオードと、前記モ
   ータに対して並列に介挿される平滑コンデンサと、前記
   第１のダイオードに対して並列に介挿され、回生コンデ
   ンサとスイッチ素子が直列に接続されてなる回生回路
   と、前記平滑コンデンサの電圧が前記バッテリ電圧より
   高く設定された第１の基準電圧になると前記回生回路の
   スイッチ素子をオンし、前記平滑コンデンサの電圧が前
   記バッテリ電圧より高く且つ前記第１の基準電圧より低
   く設定された第２の基準電圧以下になると前記スイッチ
   素子をオフする回生スイッチ駆動手段と、前記バッテリ
   から前記モータに対して順方向に電流が流れる向きで前
   記スイッチ素子に対して並列に介挿される第２のダイオ
   ードと、を具備することを特徴とするモータ駆動装置。
2. 【請求項２】 前記バッテリに替わって、交流電源の出
   力を直流に変換するコンバータと、このコンバータの出
   力端に並列に介挿される平滑コンデンサとを有する交流
   電源装置を具備することを特徴とする請求項１記載のモ
   ータ駆動装置。