JP2005130670A - モータ駆動装置及び電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化されたモータ駆動装置及びそのモータ駆動装置を搭載した電動車両を提供する。
【解決手段】回転力及び回生制動による回生電力を発生するモータと、回転力に変換される電力をモータへ供給する電力変換器と、電力変換器の正負極間に接続された平滑コンデンサと、電力変換器の正負極間に接続された直流電源と、直流電源と平滑コンデンサの間に接続された回生電力阻止手段とを有し、回生電力阻止手段はモータが回生制動を行う時に回生電力が直流電源へ供給されることを阻止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ駆動装置及び電動車両に係り、特に、回生制動による回生電力を発生するモータを有するモータ駆動装置及びそのモータ駆動装置を搭載した電動車両に関する。

電動車両の走行用として使用されるモータに対しては、広い速度範囲（回転数範囲）をカバーできることが強く要請されている。しかし、一般的にモータのトルクは、モータ回転数（速度）の上昇とともに電力変換器の直流電圧の低下によって図１２のように最大値の制限を受ける。これに対して、例えば特許文献１等においては、電力変換器（インバータ）の直流電圧を昇圧するために、リアクトルを含む昇圧回路を備え、電源電圧よりも高い電圧をインバータに供給し、トルクの最大値の制限を上昇させている。
特開２００３−１５３５７７号公報

電動車両の走行用として使用されるモータに対しては、広い速度範囲とともに、その小型化も強く要請されているが、特許文献１ではリアクトル等を含む昇圧回路を備えるために、駆動装置が大型化してしまう。

本発明の第１の特徴は、回転力及び回生制動による回生電力を発生するモータと、回転力に変換される電力をモータへ供給する電力変換器と、電力変換器の正負極間に接続された平滑コンデンサと、電力変換器の正負極間に接続された直流電源と、直流電源と平滑コンデンサの間に接続された回生電力阻止手段とを有するモータ駆動装置であって、回生電力阻止手段はモータが回生制動を行う時に回生電力が直流電源へ供給されることを阻止することを要旨とする。

本発明の第２の特徴は、回転力及び回生制動による回生電力を発生する複数のモータと、回転力に変換される電力をモータへそれぞれ供給する複数の電力変換器と、少なくとも一部の電力変換器の正負極間に接続された平滑コンデンサと、少なくとも一部の電力変換器の正負極間に接続された直流電源と、直流電源と平滑コンデンサの間に接続された回生電力阻止手段とを有するモータ駆動装置であって、回生電力阻止手段はモータが回生制動を行う時に回生電力が直流電源へ供給されることを阻止することを要旨とする。

本発明の第３の特徴は、電動車両の駆動力及び回生制動による回生電力を発生する走行用モータと、駆動力に変換される電力をモータへ供給する電力変換器と、電力変換器の正負極間に接続された平滑コンデンサと、電力変換器の正負極間に接続された直流電源と、直流電源と平滑コンデンサの間に接続された回生電力阻止手段とを有する電動車両であって、回生電力阻止手段は走行用モータが回生制動を行う時に回生電力が直流電源へ供給されることを阻止することを要旨とする。

本発明の第４の特徴は、回転力及び回生制動による回生電力を発生する複数のモータと、回転力に変換される電力をモータへそれぞれ供給する複数の電力変換器と、少なくとも一部の電力変換器の正負極間に接続された平滑コンデンサと、少なくとも一部の電力変換器の正負極間に接続された直流電源と、直流電源と平滑コンデンサの間に接続された回生電力阻止手段とを有する電動車両であって、回生電力阻止手段はモータが回生制動を行う時に回生電力が直流電源へ供給されることを阻止し、少なくとも一部のモータは回転力を電動車両の駆動力として使用する走行用モータであることを要旨とする。

本発明によれば、小型化されたモータ駆動装置及びそのモータ駆動装置を搭載した電動車両を提供することができる。

以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一あるいは類似部分には同一あるいは類似な符号を付している。

（第１の実施の形態）
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るモータ駆動装置は、回転力及び回生制動による回生電力を発生するモータ１と、回転力に変換される電力をモータ１へ供給する電力変換器（例えば、インバータ）２と、インバータ２の正負極間に接続された平滑コンデンサ３と、インバータ２の正負極間に接続された直流電源４と、直流電源４と平滑コンデンサ３の間に接続された回生電力阻止手段１５ａとを有する。図１に示すモータ駆動装置において、回生阻止手段１５ａは、並列に接続されたダイオード５及び半導体スイッチ６を備える。ダイオード５の順方向は、直流電源４の正極からインバータ２へ向いている。

モータ１は３相交流同期モータであり、モータ１の３つの端子はインバータ２の出力端子に接続されている。また、インバータ２の直流正負極端子間には、電圧変動を抑制するための平滑コンデンサ３が接続される。

モータ駆動装置は、更に、平滑コンデンサ３の電圧値Ｖｃを測定する電圧センサ７と、モータトルク制御器８と、モータ電流制御器９と、モータ１とインバータ２の間に流れる電流を測定する電流センサ１０ａ、１０ｂと、回転位置センサ１１と、位相・速度演算器１２と、インバータ電圧制御器１３とを有する。

電流センサ１０ａは、モータ１のＵ相電流ｉｕを検出し、電流センサ１０ｂは、モータ１のＷ相電流ｉｗを検出する。回転位置センサ１１は、モータ１のロータ位置を検出するエンコーダやレゾルバなどである。位相・速度演算器１２は、ロータ位置を表す電気的な位相θを求め、位相θの時間微分よりモータ１の電気的角速度座標ωを演算する。モータトルク制御器８は、モータトルク指令Ｔ＊を受けて、モータトルク指令Ｔ＊を実現するモータｄｑ軸電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊を出力する。具体的には、モータトルク制御器８は、電気的角速度座標（モータ速度）ω、平滑コンデンサ３の電圧Ｖｃ及びモータトルク指令値Ｔ＊から、用意されたマップを参照して、モータｄｑ軸電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊を求める。モータ電流制御器９は、モータトルク制御器８が出力したモータｄｑ軸電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊を実現するため、インバータ２のスイッチをオン／オフ動作させるインバータ駆動信号ＤＩを生成する。インバータ電圧制御器１３は、半導体スイッチ６をオン／オフ動作させて、平滑コンデンサ３の電圧Ｖｃを制御する。具体的には、インバータ電圧制御器１３は、電圧指令値Ｖｃ＊及び電圧Ｖｃを元にして、ヒステリシスコンパレータを用いて半導体スイッチ６をオン／オフ動作させるスイッチ駆動信号ＤＳＷを生成する。

図２に示すように、図１のモータ電流制御器９は、減算器１００ａ、１００ｂと、３相／ｄｑ座標変換器１０１と、ｄｑ電流制御器１０２と、非干渉制御器１０３と、加算器１０４ａ、１０４ｂと、ｄｑ／３相座標変換器１０５と、ＰＷＭ生成器１０６とを有する。

３相／ｄｑ座標変換器１０１は、モータ１の３相交流からｄｑ軸電流へ座標変換を行う。具体的には、ロータ位置を表す電気的な位相θを用いて、モータ１のＵ相電流ｉｕ及びＷ相電流ｉｗをｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑへ変換する。なお、ｄｑ座標はモータ１の磁束の基本波成分に同期して回転する座標系である。

減算器１００ａは、モータｄｑ軸電流指令値ｉｄ＊とｄ軸電流ｉｄ間の電流制御偏差を求める。減算器１００ｂは、モータｄｑ軸電流指令値ｉｑ＊とｑ軸電流ｉｑ間の電流制御偏差を求める。

ｄｑ電流制御器１０２は、電流制御偏差が０になるように、ｄ軸電流制御・ｑ軸電流制御を行い、制御信号ｖｄ、ｖｑを出力する。

非干渉制御器１０３は、モータ１の速度起電力に対するフィードフォーワード補償部である。

加算器１０４ａ、１０４ｂは、制御信号ｖｄ、ｖｑに非干渉制御器１０３からの出力信号ｖｄ＿ｃｍｐ、ｖｑ＿ｃｍｐを加算することにより、ｄ軸制御電圧ｖｄ＊、ｑ軸制御電圧ｖｑ＊を算出する。

ｄｑ／３相座標変換器１０５は、ｄｑ軸電流からモータ１の３相交流へ座標変換を行う。具体的には、ロータ位置を表す電気的な位相θを用いて、ｄ軸電流ｖｄ＊及びｑ軸電流ｖｑ＊をモータ１の３相電流ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊へ変換する。

ＰＷＭ生成器１０６は、３相電流ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊及び平滑コンデンサ３の電圧Ｖｃを入力として、インバータ駆動信号ＤＩを出力する。具体的には、電圧Ｖｃをピーク値に持つ三角波と３相電流ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊とを三角波比較することにより、ＰＷＭ生成を行う。

インバータ駆動信号ＤＩにより、図１に示したインバータ２のスイッチがそれぞれオン／オフ動作を行い、モータ１の端子に電圧が印加され電流が流れる。これによって、モータトルクが発生し、モータ１が駆動される。

回生阻止による昇圧原理について説明する。モータ１を回生動作させて制動力を得る場合、モータ１は回生電力を生成し、モータ１からインバータ２を介してバッテリ（直流電源）４及び平滑コンデンサ３方向に電流が流れる。ここで、半導体スイッチ６をオンさせている時、回生電力のほとんどはバッテリ４に充電され、バッテリ４と平滑コンデンサ３の電圧はほぼ等しくなる。スイッチ６がオフの場合、電流はバッテリ４へ流れないため、回生電力はバッテリ４を充電せず、平滑コンデンサ３を充電することになる。この結果、バッテリ４の電圧よりも、平滑コンデンサ３の電圧が高くなる。このようにして、回生阻止手段１５ａは、モータ１が回生制動を行う時に、回生電力が直流電源（バッテリ）４へ供給されることを阻止することにより、平滑コンデンサ３の電圧を昇圧する。

図３を参照してインバータ電圧制御器１３の動作を説明する。

（イ）先ず、Ｓ１段階において、初期状態として、半導体スイッチ６をオンするスイッチ駆動信号ＤＳＷを出力する。

（ロ）次に、Ｓ２段階において、ヒステリシスコンパレータを用いて、電圧指令値Ｖｃ＊からヒステリシスバンド△Ｖｃを引いた値と、平滑コンデンサ３の電圧Ｖｃとを比較する。比較の結果、平滑コンデンサ３の電圧Ｖｃが小さければ（Ｓ２段階でＹＥＳの場合）、Ｓ３段階に進み、半導体スイッチ６をオフするスイッチ駆動信号ＤＳＷを出力する。一方、平滑コンデンサ３の電圧Ｖｃが大きければ（Ｓ２段階でＮＯの場合）、この比較演算直前に戻る。即ち、インバータ電圧制御器１３は、Ｓ２段階において平滑コンデンサ３の電圧Ｖｃが（Ｖｃ＊−△Ｖｃ）よりも小さくなるか否かを監視している。

（ハ）Ｓ３段階において、半導体スイッチ６をオフすることで、平滑コンデンサ３の電圧Ｖｃは回生電力によって充電されて上昇する。

（ニ）Ｓ４段階において、ヒステリシスコンパレータを用いて、電圧指令値Ｖｃ＊にヒステリシスバンド△Ｖｃを加えた値と、平滑コンデンサ３の電圧Ｖｃとを比較する。比較の結果、平滑コンデンサ３の電圧Ｖｃが大きければ（Ｓ４段階でＹＥＳの場合）、Ｓ１段階に戻り、半導体スイッチ６をオンするスイッチ駆動信号ＤＳＷを出力する。平滑コンデンサ３の電圧Ｖｃが小さければ（Ｓ４段階でＮＯの場合）、この比較演算直前に戻る。即ち、インバータ電圧制御器１３は、Ｓ４段階において平滑コンデンサ３の電圧Ｖｃが（Ｖｃ＊＋△Ｖｃ）よりも大きくなるか否かを監視している。

（ホ）Ｓ１段階において、半導体スイッチ６をオンすることで、平滑コンデンサ３に蓄えられていた電荷はバッテリ４を充電するように放電され、平滑コンデンサ３の電圧Ｖｃは減少する。以上のループを繰り返し実施する。

このように、第１の実施の形態に係るモータ駆動装置は、モータ１の回生電力を用いて、平滑コンデンサ３の電圧Ｖｃをバッテリ４の電圧よりも高く制御することが可能になる。このため、モータ１が減速した後、再び加速するような運転を行う場合、再加速時に電圧制限を一時的に増加させ、高い応答性を発揮することが出来るようになる。

第１の実施の形態に係るモータ駆動装置を電動車両の走行用モータとして搭載することにより、カーブの入口前で減速するために回生ブレーキを動作させ、平滑コンデンサ３の電圧Ｖｃをバッテリ４の電圧よりも高く制御する。アクセルオフのままカーブを通過し、カーブ出口付近で加速するために、モータ１を力行させる際のトルク上限は、図４に示したように、バッテリ４の電圧で制限される第１の電圧制限ではなく、バッテリ４の電圧よりも高い平滑コンデンサ３の電圧Ｖｃによって定まる第２の電圧制限となる。このため、カーブ通過後の加速度は高くなり、快適な操縦性を運転者に提供できる。

第１の実施の形態によれば、モータ１の回生電力のバッテリ４への回生を阻止することで平滑コンデンサ３の電圧Ｖｃを昇圧することができるので、ＤＣＤＣコンバータなどの装置を用いて昇圧する場合に比べて、装置全体を小型化することができる。この結果、回生制動後に再び力行する場合に、高い電圧を利用できることで、モータ１の加速性が向上する。

また、並列接続された半導体スイッチ６及びダイオード５によって回生電力阻止手段１５ａを形成することにより、半導体スイッチ６のオン／オフ動作によって、バッテリ４への回生電力を調整し、平滑コンデンサ３の電圧Ｖｃを制御することができ、インバータ２や平滑コンデンサ３の電圧上限を超過せずにすむ。

（第１の実施の形態の変形例）
図５に示すように、第１の実施の形態の変形例に係るモータ駆動装置は、図１に示したモータ駆動装置に比して、回生電力阻止手段１５ｂがリレー６ａであり、リレー６ａが直流電源４と平滑コンデンサ３の間に接続されている点が異なる。他の構成は同じであり、説明を省略する。

インバータ電圧制御器１３は、リレー６ａをオン／オフ動作させて、平滑コンデンサ３の電圧Ｖｃを制御する。具体的には、インバータ電圧制御器１３は、電圧指令値Ｖｃ＊及び電圧Ｖｃを元にして、ヒステリシスコンパレータを用いてリレー６ａをオン／オフ動作させるスイッチ駆動信号ＤＳＷを生成する。

（第２の実施の形態）
図６に示すように、第２の実施の形態に係るモータ駆動装置は、２つのモータ（第１及び第２のモータ１ａ、１ｂ）と、電力を第１及び第２のモータ１ａ、１ｂへそれぞれ供給する２つの電力変換器（第１及び第２のインバータ２ａ、２ｂ）と、第１及び第２のインバータ２ａ、２ｂの正負極間に接続された平滑コンデンサ３と、第１及び第２のインバータ２ａ、２ｂの正負極間に接続された直流電源（バッテリ）４と、バッテリ４と平滑コンデンサ３の間に接続された回生電力阻止手段１５ａとを有する。即ち、第２の実施の形態では、インバータ２ａ、２ｂとモータ１ａ、１ｂとの組み合わせが２組である。それぞれのインバータ２ａ、２ｂの正負極母線は、平滑コンデンサ３に並列に接続されており、平滑コンデンサ３とバッテリ４の間には、ダイオード５と半導体スイッチ６を並列に接続した回路１５ａを構成する。

モータ駆動装置は、更に、平滑コンデンサ３の電圧値Ｖｃを測定する電圧センサ７と、モータトルク制御器８ａ、８ｂと、モータ電流制御器９ａ、９ｂと、モータ１ａ、１ｂとインバータ２ａ、２ｂの間に流れる電流を測定する電流センサ１０ａ〜１０ｄと、回転位置センサ１１ａ、１１ｂと、位相・速度演算器１２ａ、１２ｂと、インバータ電圧制御器１３と、車両制御器１４とを有する。即ち、第１及び第２のインバータ２ａ、２ｂと第１及び第２のモータ１ａ、１ｂとの組み合わせに対応して、モータトルク制御器８ａ、８ｂ、モータ電流制御器９ａ、９ｂ、電流センサ１０ａ〜１０ｄ、回転位置センサ１１ａ、１１ｂ、及び位相・速度演算器１２ａ、１２ｂは、それぞれ２組づつとなる。なお、モータトルク制御器８ａ、８ｂ、モータ電流制御器９ａ、９ｂ、位相・速度演算器１２ａ、１２ｂのそれぞれの動作は第１の実施の形態と同様である。

車両制御器１４は、舵角指令及び制駆動力指令に基いて、車両の前後駆動力のみならず、ヨーモーメントを操作するモータトルク指令値Ｔ１＊、Ｔ２＊をモータトルク制御器８ａ、８ｂに与え、電圧指令値Ｖｃ＊をインバータ電圧制御器１３に与える。

図７に示すように、第１及び第２のモータ１ａ、１ｂは、電気自動車（車体１６）の右後輪１８ａ及び左後輪１８ｂに駆動モータとしてそれぞれ接続されている。即ち、図７に示す電気自動車は、第１及び第２のモータ１ａ、１ｂが左右後輪１８ａ、１８ｂを独立して駆動する電動車両である。この場合、図６の車両制御器１４は、ヨーモーメントを発生させるために、モータトルク制御器８ａ、８ｂに同じ大きさで符号の異なるモータトルク指令値Ｔ１＊、Ｔ２＊を与える。

例えば、カーブ手前で電気自動車が回生ブレーキを動作させるとき、回生電力阻止手段１５ａは、第１及び第２のモータ１ａ、１ｂが回生制動を行う時に、回生電力がバッテリ４へ供給されることを阻止する。即ち、インバータ電圧制御器１３によって、平滑コンデンサ３の電圧Ｖｃはバッテリ４の電圧よりも高く制御される。カーブ入口にて、運転者がステアリングをきると、舵角指令が車両制御器１４に入力され、ヨーモーメントを発生させるために、第１及び第２のモータ１ａ、１ｂに同じ大きさで異なる符合のトルク指令値Ｔ１＊、Ｔ２＊を与える。

第２の実施の形態によれば、回生電力阻止手段１５ａが第１及び第２のモータ１ａ、１ｂの回生電力のバッテリ４への回生を阻止することで、複数個のモータ１ａ、１ｂの平滑コンデンサ電圧を昇圧することができるので、ＤＣＤＣコンバータなどの装置を用いて昇圧する場合に比べて、装置全体を小型化することができる。

また、昇圧後、複数個のモータ１ａ、１ｂの回生電力と力行電力が等しくなる場合には、昇圧された電圧を維持することができる。

更に、第１及び第２のモータ１ａ、１ｂの回生電力がバッテリ４へ回生することを阻止することで、左右輪１８ａ、１８ｂを独立して駆動する第１及び第２のモータ１ａ、１ｂが平滑コンデンサ３の電圧Ｖｃを昇圧することが可能になる。この結果、左右輪１８ａ、１８ｂの駆動力差によるヨーモーメント制御を実現するのに十分なトルクを発生することが可能になり、電動車両の運動性能が飛躍的に向上する。換言すれば、トルク指令値Ｔ１＊、Ｔ２＊に従って、第１及び第２のモータ１ａ、１ｂの電流がそれぞれ制御され、第１及び第２のモータ１ａ、１ｂで、ほぼ同じ大きさの電力が力行・回生が行われる。このため、平滑コンデンサ３への電荷の移動はほとんどなく、電圧Ｖｃは高い値に保たれる。

このように、回生電力を用いて、平滑コンデンサ３の電圧Ｖｃをバッテリ電圧よりも高く制御した後、第１のモータ１ａと第２のモータ１ｂの力行電力・回生電力がほぼ等しくなるようにモータトルクが制御され、高い電圧を維持することができる。

このため、図８に示すように、バッテリ４ｂの電圧Ｖｃで制限される第１の電圧制限のラインではなく、第２の電圧制限のラインで第１及び第２のモータ１ａ、１ｂを力行・回生することが可能になり、電動車両のヨーモーメントの上限値も増加させることが可能になる。

また、カーブ出口付近で加速する際に、平滑コンデンサ３の電圧Ｖｃは高く維持できるため、カーブ通過後の加速度を高くすることができる。これによって、快適な操縦性を運転者に提供できる。

なお、第１及び第２のモータ１ａ、１ｂが左右後輪１８ａ、１８ｂを独立して駆動する場合を示したが、第１及び第２のモータ１ａ、１ｂの一方のみが車両の駆動力を発生させる走行用モータであり、他方のモータは非走行用モータであっても構わない。

また、第１及び第２のインバータ２ａ、２ｂの両方が回生電力阻止手段１５ａを介してバッテリ４に接続されている場合を示したが、本発明はこれに限定されない。第１及び第２のインバータ２ａ、２ｂの一部、即ち一方のみが回生電力阻止手段１５ａを介してバッテリ４に接続され、残り部分、即ち他方のインバータが電圧阻止手段１５ａを介さずにバッテリ４に直接に接続されていても構わない。回生電力阻止手段１５ａを介さずに接続されたモータは、不要な平滑コンデンサ３の昇圧の影響を受けずに、効率良く運転することが出来る。

（第３の実施の形態）
図９に示すように、第３の実施の形態に係るモータ駆動装置は、３つのモータ（第１乃至第３のモータ１ａ〜１ｃ）と、電力を第１乃至第３のモータ１ａ〜１ｃへそれぞれ供給する３つの電力変換器（第１乃至第３のインバータ２ａ〜２ｃ）と、一部のインバータ（第１及び第２のインバータ２ａ、２ｂ）の正負極間に接続された平滑コンデンサ３ａと、他の一部のインバータ（第３のインバータ２ｃ）の正負極間に接続された平滑コンデンサ３ｂと、第１乃至第３のインバータ２ａ〜２ｃの正負極間に接続された直流電源（バッテリ）４と、バッテリ４と平滑コンデンサ３ａの間に接続された回生電力阻止手段１５ａとを有する。即ち、第３の実施の形態では、インバータ２ａ〜２ｃとモータ１ａ〜１ｃとの組み合わせが３組である。第１及び第２のインバータ２ａ、２ｂの正負極母線は、平滑コンデンサ３ａに並列に接続され、回生電力阻止手段１５ａを介してバッテリ４に並列に接続されている。第３のインバータ２ｃの正負極母線は、回生電力阻止手段１５ａを介さずに平滑コンデンサ３ｂとバッテリ４に並列に接続されている。回生電力阻止手段１５ａは、並列に接続したダイオード５と半導体スイッチ６とを備える。

モータ駆動装置は、更に、平滑コンデンサ３ａの電圧値Ｖｃを測定する電圧センサ７ａと、バッテリ４の電圧を測定するする電圧センサ７ｂと、モータトルク制御器８ａ〜８ｃと、モータ電流制御器９ａ〜９ｃと、第１乃至第３のモータ１ａ〜１ｃと第１乃至第３のインバータ２ａ〜２ｃの間に流れる電流を測定する電流センサと、回転位置センサ１１ａ〜１１ｃと、位相・速度演算器１２ａ〜１２ｃと、インバータ電圧制御器１３と、車両制御器１４ａとを有する。即ち、第１乃至第３のインバータ２ａ〜２ｃと第１乃至第３のモータ１ａ〜１ｃとの組み合わせに対応して、モータトルク制御器８ａ〜８ｃ、モータ電流制御器９ａ〜９ｃ、電流センサ、回転位置センサ１１ａ〜１１ｃ、及び位相・速度演算器１２ａ〜１２ｃは、それぞれ３組づつとなる。なお、モータトルク制御器８ａ〜８ｃ、モータ電流制御器９ａ〜９ｃ、位相・速度演算器１２ａ〜１２ｃ、インバータ電圧制御器１３のそれぞれの動作は第１の実施の形態と同様であり、車両制御器１４ａの動作は第２の実施の形態と同様である。

図１０に示すように、第１及び第２のモータ１ａ、１ｂは、電気自動車（車体１６）の右後輪１８ａ及び左後輪１８ｂに駆動モータとしてそれぞれ接続され、第３のモータ１ｃは前輪１７ａ、１７ｂに駆動モータとして接続されている。即ち、図１０に示す電気自動車は、第１乃至第３のモータ１ａ〜１ｃが左右後輪１８ａ、１８ｂ及び前輪１７ａ、１７ｂを独立して駆動する電動車両である。この場合、図１１（ａ）に示すように、第１及び第２のモータ１ａ、１ｂを回生動作させ、図９のインバータ電圧制御器１３は平滑コンデンサ３ａの電圧Ｖｃを制御し、昇圧させる。このとき、第１及び第２のモータ１ａ、１ｂが回生動作するため、車両に回生電力が発生する。第１及び第２のモータ１ａ、１ｂによる回生電力（ブレーキトルク）の合計、即ち後輪トルクの合計は、図１１（ｂ）に示すように、各モータ１ａ、１ｂのブレーキトルクを足し合わせた値となる。図９の車両制御器１４ａは、図１１（ｃ）に示すように、このブレーキトルクの合計に相当する力行トルクを第３のモータ１ｃのトルク指令値Ｔ３＊に加算する。なお、舵角指令が車両制御器１４ａに入力されると、ヨーモーメントを発生させるために、図１１（ａ）に示すように第１及び第２のモータ１ａ、１ｂは、同じ大きさで異なる符合の力行／回生トルクを発生する。よって、図１１（ｄ）に示すように車両全体としては、第１乃至第３のモータ１ａ〜１ｃは一定のトルクを発生していることになる。

したがって、車両全体の前後力は運転者の意図した大きさを発揮しつつ、カーブ手前などで運転者がブレーキをかけずとも、平滑コンデンサ３ａの電圧Ｖｃを昇圧することが可能になり、第１及び第２のモータ１ａ、１ｂの電圧制限を増加させることが可能になる。

第３の実施の形態によれば、回生電力阻止手段１５ａが第１及び第２のモータ１ａ、１ｂの回生電力がバッテリ４へ回生することを阻止することで、左右輪を独立駆動する第１及び第２のモータ１ａ、１ｂが平滑コンデンサ３ａの電圧Ｖｃを昇圧することが可能になる。この結果、左右輪の駆動力差によるヨーモーメント制御を実現するのに十分なトルクを発生することが可能になり、車両の運動性能が飛躍的に向上する。

また、運転者が制動をかけずとも、回生電力阻止手段１５ａを介してバッテリ４に接続された第１及び第２のモータ１ａ、１ｂが回生制動を行い、回生電力を発生させる。回生電力阻止手段１５ａが回生電力のバッテリ４への回生を阻止することで、平滑コンデンサ３ａの電圧Ｖｃを昇圧することが可能になる。また同時に、第１及び第２のモータ１ａ、１ｂによる回生電力に相当する力行駆動力を、回生阻止手段１５ａを介さないでバッテリ４に接続された第３のモータ１ｃで発生させることで、車両全体の駆動力は、運転者の要求した値を発揮することが可能になる。この結果、回生電力阻止手段１５ａを介した第１及び第２のモータ１ａ、１ｂが高い電圧を利用できるため、加速性能を向上させることが可能になる。

上記のように、本発明は、第１及び第３の実施の形態及びその変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。

本発明の第１の実施の形態に係るモータ駆動装置を示すブロック図である。 図１のモータ電流制御器を示すブロック図である。 図１のインバータ電圧制御器の動作を示すフローチャートである。 図１のモータ駆動装置におけるモータのトルク・速度特性を示すグラフである。 第１の実施の形態の変形例に係るモータ駆動装置を示すブロック図である。 第２の実施の形態に係るモータ駆動装置を示すブロック図である。 図６のモータ駆動装置を搭載した電動車両の一例を示す模式図である。 図６のモータ駆動装置におけるモータのトルク・速度特性を示すグラフである。 第３の実施の形態に係るモータ駆動装置を示すブロック図である。 図９のモータ駆動装置を搭載した電動車両の一例を示す模式図である。 図１１（ａ）乃至図１１（ｄ）は、図９のモータ駆動装置における第１乃至第３のモータの動作手順を示すグラフである。 従来のモータ駆動装置におけるモータのトルク・速度特性を示すグラフである。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ、１ｃ：モータ（走行用モータ）
２、２ａ、２ｂ、２ｃ：インバータ（電力変換器）
３、３ａ、３ｂ：平滑コンデンサ
４：バッテリ（直流電源）
５：ダイオード
６：半導体スイッチ
７：電圧センサ
８、８ａ、８ｂ、８ｃ：モータトルク制御器
９、９ａ、９ｂ、９ｃ：モータ電流制御器
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ：電流センサ
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ：位置センサ
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ：位相・速度演算器
１３：インバータ電圧制御器
１４、１４a：車両制御器
１５ａ、１５ｂ：回生電力阻止手段
１６：車体
１７ａ、１７ｂ：前輪
１８ａ、１８ｂ：後輪
１００ａ、１００ｂ：減算器
１０１：３相／ｄｑ軸座標変換器
１０２：ｄｑ軸電流制御器
１０３：非干渉制御器
１０４ａ、１０４ｂ：加算器
１０５：ｄｑ軸／３相座標変換器
１０６：ＰＷＭ生成器

Claims (9)

1. 回転力及び回生制動による回生電力を発生するモータと、
   前記回転力に変換される電力を前記モータへ供給する電力変換器と、
   前記電力変換器の正負極間に接続された平滑コンデンサと、
   前記電力変換器の正負極間に接続された直流電源と、
   前記直流電源と前記平滑コンデンサの間に接続され、前記モータが前記回生制動を行う時に、前記回生電力が前記直流電源へ供給されることを阻止する回生電力阻止手段
   とを有することを特徴とするモータ駆動装置。
2. 回転力及び回生制動による回生電力を発生する複数のモータと、
   前記回転力に変換される電力を前記モータへそれぞれ供給する複数の電力変換器と、
   少なくとも一部の前記電力変換器の正負極間に接続された平滑コンデンサと、
   前記少なくとも一部の電力変換器の正負極間に接続された直流電源と、
   前記直流電源と前記平滑コンデンサの間に接続され、前記モータが前記回生制動を行う時に、前記回生電力が前記直流電源へ供給されることを阻止する回生電力阻止手段
   とを有することを特徴とするモータ駆動装置。
3. 前記回生阻止手段は、並列に接続されたダイオード及び半導体スイッチを備えることを特徴とする請求項１又は２記載のモータ駆動装置。
4. 前記回生阻止手段はリレーを備えることを特徴とする請求項１又は２記載のモータ駆動装置。
5. 電動車両の駆動力及び回生制動による回生電力を発生する走行用モータと、
   前記駆動力に変換される電力を前記モータへ供給する電力変換器と、
   前記電力変換器の正負極間に接続された平滑コンデンサと、
   前記電力変換器の正負極間に接続された直流電源と、
   前記直流電源と前記平滑コンデンサの間に接続され、前記走行用モータが前記回生制動を行う時に、前記回生電力が前記直流電源へ供給されることを阻止する回生電力阻止手段
   とを有することを特徴とする電動車両。
6. 回転力及び回生制動による回生電力を発生する複数のモータと、
   前記回転力に変換される電力を前記モータへそれぞれ供給する複数の電力変換器と、
   少なくとも一部の前記電力変換器の正負極間に接続された平滑コンデンサと、
   前記少なくとも一部の電力変換器の正負極間に接続された直流電源と、
   前記直流電源と前記平滑コンデンサの間に接続され、前記モータが前記回生制動を行う時に、前記回生電力が前記直流電源へ供給されることを阻止する回生電力阻止手段とを有し、
   少なくとも一部の前記モータは、前記回転力を電動車両の駆動力として使用する走行用モータであることを特徴とする電動車両。
7. 前記走行用モータは、前記回生電力阻止手段を介して前記直流電源に接続された前記走行用モータと、前記回生電力阻止手段を介さずに直接、前記直流電源に接続された前記走行用モータとを含むことを特徴とする請求項６記載の電動車両。
8. 前記走行用モータは、前記電動車両の左輪及び右輪を独立に駆動する走行用モータを含み、前記走行用モータは、前記回生電力阻止手段を介して前記直流電源に接続されていることを特徴とする請求項６記載の電動車両。
9. 前記回生電力阻止手段を介して前記直流電源に接続された走行用モータに前記回生電力を発生させ、前記回生電力阻止手段を介さずに直接、前記直流電源に接続された走行用モータに前記回生電力の大きさに等しい力行駆動力を加算して駆動力を発生させる車両制御器を更に有することを特徴とする請求項６記載の電動車両。

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