JP2006314172A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
エンジン始動時に蓄電池の電圧がゼロであっても電動モータを駆動できるようにし、また電動モータの駆動回路を小型化し、走行車両自体を小型化すること。
【解決手段】
エンジン１の駆動軸とＳＲモータ２の駆動軸は連結される。ＳＲモータ２はＳＲＭドライバ３を介して蓄電池である大容量コンデンサ４に接続される。大容量コンデンサ４にはドライバ用コンデンサ５が並列接続される。大容量コンデンサ４とドライバ用コンデンサ５の間かつ大容量コンデンサ４とＳＲＭ用ドライバ３の間にはコンタクタ６が直列接続される。また励磁電源１７がＳＲＭドライバ３を介してＳＲモータ２に接続される。
励磁電源１７でＳＲモータ２が励磁されると、ＳＲモータ２は発電機として動作する。ＳＲモータ２の発電電圧はＳＲＭドライバ３で調整される。よってＳＲモータ２の発電電圧によってドライバ用コンデンサ５や大容量コンデンサ４が充電される。またこうした構成によるとサブコンタクタや抵抗が必要ない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モータを発電機として駆動し、モータの駆動回路に設けられたコンデンサを充電するモータ駆動装置に関する。

ハイブリッドの走行車両には駆動源としてエンジン及び電動モータが搭載される。一般的な電動モータの駆動回路は、例えば下記特許文献１で開示されている。図９は電動モータの駆動回路を示す図である。

エンジン９１の駆動軸と電動モータ９２の駆動軸は連結される。電動モータ９２はインバータ９３を介して蓄電池、例えばバッテリ９４に接続される。バッテリ９４の代わりに大容量コンデンサなどが設けられる場合もある。バッテリ９４にはインバータ９３用のコンデンサ９５が並列接続される。バッテリ９４とコンデンサ９５の間かつバッテリ９４とインバータ９３の間にはリレー部９６が直列接続される。リレー部９６は、互いに並列接続されたメインコンタクタ９７とサブコンタクタ９８を有し、さらにサブコンタクタ９８に直列接続された抵抗９９を有する。

リレー部９６は、イグニッションキーの操作に連動してオン・オフする。リレー部９６がオンすると回路は閉路し、電動モータ９２に電力が供給される。エンジン始動前にはコンデンサ９５の電荷はほぼゼロである。このためエンジン始動時にはまずサブコンタクタ９８がオンし、バッテリ９４によってコンデンサ９５が充電される。そしてコンデンサ９５にある程度電荷が蓄えられた時点でメインコンタクタ９７がオンする。

バッテリ９４は高電圧であるため、仮にエンジン始動時にいきなりメインコンタクタ９７がオンすると、メインコンタクタ９７及びコンデンサ９５に突入電流が流れる。するとメインコンタクタ９７の溶着やコンデンサ９５の劣化といった問題が生ずる。こうした問題を防止するために、電動モータの駆動回路は、電源投入時に抵抗９９を介してコンデンサ９５を充電するような構成になっている。
特開２００４−８８８２１号公報（図１）

蓄電池は長期間放置されると自然放電して電圧が低下する。特に蓄電池に大容量コンデンサが使用される場合は自然放電によって電圧がほぼゼロになる。すると電動モータを電力で駆動できなくなる。

本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、エンジン始動時に蓄電池の電圧がゼロであっても電動モータを駆動できるようにすることを第１の解決課題とするものである。

また従来の電動モータの駆動回路には場積が嵩むといった問題がある。例えば、建設機械などには様々な作業装置が搭載されており、各機器の省スペース化が図られている。こうした建設機械に図９で示されるような電動モータの駆動回路が設けられた場合、建設機械の大型化が余儀なくされる。駆動回路の場積が嵩む一つの要因はリレー部にある。リレー部は二つのコンタクタと抵抗を有する。なかでも抵抗は特に大きく、場積が嵩む。作業車両の大型化はコスト上昇を招く。

本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、電動モータの駆動回路を小型化し、走行車両自体を小型化することを第２の解決課題とするものである。

第１発明は、モータ駆動装置において、
ＳＲモータの駆動軸とエンジンの駆動軸が連結され、
前記ＳＲモータと蓄電池がＳＲモータ用インバータを介して接続され、
前記蓄電池にコンデンサが並列接続され、
前記蓄電池と前記コンデンサの間かつ前記蓄電池と前記ＳＲモータ用インバータの間にコンタクタが直列接続され、
前記ＳＲモータを励磁する励磁電源と前記ＳＲモータが前記ＳＲモータ用インバータを介して接続されたこと
を特徴とする。

第１発明を図１を用いて説明する。

エンジン１の駆動軸とＳＲモータ２の駆動軸は連結される。ＳＲモータ２はＳＲＭ用のインバータ（以下、ＳＲＭドライバという）３を介して蓄電池である大容量コンデンサ４に接続される。大容量コンデンサ４にはドライバ用コンデンサ５が並列接続される。大容量コンデンサ４とドライバ用コンデンサ５の間かつ大容量コンデンサ４とＳＲＭ用ドライバ３の間にはコンタクタ６が直列接続される。また励磁電源１７がＳＲＭドライバ３を介してＳＲモータ２に接続される。

励磁電源１７がオンすると、コンデンサ５が充電され１５Ｖ程度になる。ＳＲモータ２はエンジン１で駆動されると発電機として動作する。ＳＲモータ２の発電電圧はＳＲＭドライバ３で調整されてドライバ用コンデンサ５に印加される。またコンタクタ６がオンすれば、ＳＲモータ２の発電電圧は大容量コンデンサ４にも印加される。こうしてドライバ用コンデンサ５又はドライバ用コンデンサ５及び大容量コンデンサ４は必要な電圧に充電される。

第２発明は、モータ駆動装置において、
電動モータの駆動軸とエンジンの駆動軸が連結され、
前記電動モータと蓄電池がインバータを介して接続され、
前記蓄電池にコンデンサが並列接続され、
前記蓄電池と前記コンデンサの間かつ前記蓄電池と前記インバータの間にコンタクタが直列接続され、
前記コンデンサと前記インバータの間に、前記電動モータの発電電圧を調整して前記コンデンサに印加する電圧調整器が接続されたこと
を特徴とする。

第２発明を図７を用いて説明する。

エンジン１の駆動軸と電動モータ４２の駆動軸は連結される。電動モータ４２はインバータ４３及び電圧調整器５１を介して大容量コンデンサ４に接続される。電圧調整器５１は大容量コンデンサ４とインバータ４３の間に接続される。また大容量コンデンサ４にはインバータ用コンデンサ４５が並列接続される。大容量コンデンサ４とインバータ用コンデンサ４５の間かつ大容量コンデンサ４と電圧調整器５１の間にはコンタクタ６が直列接続される。

電動モータ４２は、エンジン１で駆動されると、発電機として動作する。電動モータ４２の発電電圧は電圧調整器５１で調整されてインバータ用コンデンサ４５に印加される。またコンタクタ６がオンすれば、電動モータ４２の発電電圧は大容量コンデンサ４にも印加される。こうしてインバータ用コンデンサ４５又はインバータ用コンデンサ４５及び大容量コンデンサ４は充電される。

第３発明は、モータ駆動装置において、
ＳＲモータの駆動軸とエンジンの駆動軸が連結され、
前記ＳＲモータと前記ＳＲモータの電源として用いられる第１コンデンサがＳＲモータ用インバータを介して接続され、
前記第１コンデンサに第２コンデンサが並列接続され、
前記第１コンデンサと前記第２コンデンサの間かつ前記第１コンデンサと前記ＳＲモータ用インバータの間にコンタクタが直列接続され、
前記ＳＲモータを励磁する励磁電源と前記ＳＲモータが前記ＳＲモータ用インバータを介して接続され、
前記エンジンの始動時に前記電源コンデンサの電圧が略ゼロである場合に、前記コンタクタをオンし、前記ＳＲモータの発電電圧を前記ＳＲモータ用インバータで調整して前記第２コンデンサ及び前記第１コンデンサを充電すること
を特徴とする。

第３発明を図１を用いて説明する。

エンジン１の駆動軸とＳＲモータ２の駆動軸は連結される。ＳＲモータ２はＳＲＭ用のインバータ（以下、ＳＲＭドライバという）３を介して蓄電池である大容量コンデンサ４に接続される。大容量コンデンサ４にはドライバ用コンデンサ５が並列接続される。大容量コンデンサ４とドライバ用コンデンサ５の間かつ大容量コンデンサ４とＳＲＭ用ドライバ３の間にはコンタクタ６が直列接続される。また励磁電源１７がＳＲＭドライバ３を介してＳＲモータ２に接続される。

大容量コンデンサ４には電圧計７が並列接続される。ドライバ用コンデンサ５には電圧計８が並列接続される。コンタクタ制御部９は、電圧計７、８の計測値ＶCAP、ＶDCを入力し、またコンタクタ６にオン・オフ信号ＳON、ＳOFFを出力する。

励磁電源１７がオンすると、ＳＲモータ２は、エンジン１で駆動されて発電機として動作する。ＳＲモータ２の発電電圧はＳＲＭドライバ３で調整されてドライバ用コンデンサ５に印加される。またコンタクタ６がオンすれば、ＳＲモータ２の発電電圧は大容量コンデンサ４にも印加される。

エンジン１の始動時に電圧計７の計測値ＶCAPが略ゼロである場合に、コンタクタ制御部９は、コンタクタ６にオン信号ＳONを出力する。するとコンタクタ６がオンし、大容量コンデンサ４及びドライバ用コンデンサ５が充電される。

第４発明は、モータ駆動装置において、
電動モータの駆動軸とエンジンの駆動軸が連結され、
前記電動モータと前記電動モータの電源として用いられる第１コンデンサがインバータを介して接続され、
前記第１コンデンサに第２コンデンサが並列接続され、
前記第１コンデンサと前記第２コンデンサの間かつ前記第１コンデンサと前記インバータの間にコンタクタが直列接続され、
前記第２コンデンサと前記インバータの間に、前記電動モータの発電電圧を調整して前記第２コンデンサに印加する電圧調整器が接続され、
前記エンジンの始動時に前記第１コンデンサの電圧が略ゼロである場合に、前記コンタクタをオンし、前記電動モータの発電電圧を前記電圧調整器で調整して前記第２コンデンサ及び前記第１コンデンサを充電すること
を特徴とする。

第４発明を図７を用いて説明する。

エンジン１の駆動軸と電動モータ４２の駆動軸は連結される。電動モータ４２はインバータ４３及び電圧調整器５１を介して大容量コンデンサ４に接続される。電圧調整器５１は大容量コンデンサ４とインバータ４３の間に接続される。また大容量コンデンサ４にはインバータ用コンデンサ４５が並列接続される。大容量コンデンサ４とインバータ用コンデンサ４５の間かつ大容量コンデンサ４と電圧調整器５１の間にはコンタクタ６が直列接続される。

大容量コンデンサ４には電圧計７が並列接続される。インバータ用コンデンサ４５には電圧計８が並列接続される。コンタクタ制御部９は、電圧計７、８の計測値ＶCAP、ＶDCを入力し、またコンタクタ６にオン・オフ信号ＳON、ＳOFFを出力する。

電動モータ４２は、エンジン１で駆動されると、発電機として動作する。電動モータ４２の発電電圧は電圧調整器５１で調整されてインバータ用コンデンサ４５に印加される。またコンタクタ６がオンすれば、電動モータ４２の発電電圧は大容量コンデンサ４にも印加される。

エンジン１の始動時に電圧計７の計測値ＶCAPが略ゼロである場合に、コンタクタ制御部９は、コンタクタ６にオン信号ＳONを出力する。するとコンタクタ６がオンし、大容量コンデンサ４及びインバータ用コンデンサ４５が充電される。

第５発明は、第１発明において、
前記エンジンの始動時は前記コンタクタをオフにしておき、前記エンジンの始動後に前記ＳＲモータの発電電圧を前記ＳＲモータ用インバータで調整して前記コンデンサを充電し、前記コンデンサの電圧と前記蓄電池の電圧が略等しくなった後に前記コンタクタをオンすること
を特徴とする。

第５発明を図１を用いて説明する。

大容量コンデンサ４には電圧計７が並列接続される。ドライバ用コンデンサ５には電圧計８が並列接続される。コンタクタ制御部９は、電圧計７、８の計測値ＶCAP、ＶDCを入力し、またコンタクタ６にオン・オフ信号ＳON、ＳOFFを出力する。

エンジン１の始動時に電圧計７の計測値ＶCAPが略ゼロでない場合に、コンタクタ６がオフした状態でドライバ用コンデンサ５が充電される。大容量コンデンサ４の電圧とドライバ用コンデンサ５の電圧、すなわち電圧計７の計測値ＶCAPと電圧計８の計測値ＶDCが略等しくなった後に、コンタクタ制御部９は、コンタクタ６にオン信号ＳONを出力する。するとコンタクタ６がオンする。

第６発明は、第２発明において、
前記エンジンの始動時は前記コンタクタをオフにしておき、前記エンジンの始動後に前記電動モータの発電電圧を前記電圧調整器で調整して前記コンデンサを充電し、前記コンデンサの電圧と前記蓄電池の電圧が略等しくなった後に前記コンタクタをオンすること
を特徴とする。

第６発明を図７を用いて説明する。

大容量コンデンサ４には電圧計７が並列接続される。インバータ用コンデンサ４５には電圧計８が並列接続される。コンタクタ制御部９は、電圧計７、８の計測値ＶCAP、ＶDCを入力し、またコンタクタ６にオン・オフ信号ＳON、ＳOFFを出力する。

エンジン１の始動時に電圧計７の計測値ＶCAPが略ゼロでない場合に、コンタクタ６がオフした状態でインバータ用コンデンサ４５が充電される。大容量コンデンサ４の電圧とインバータ用コンデンサ４５の電圧、すなわち電圧計７の計測値ＶCAPと電圧計８の計測値ＶDCが略等しくなった後に、コンタクタ制御部９は、コンタクタ６にオン信号ＳONを出力する。するとコンタクタ６がオンする。

本発明によると、エンジン始動時にモータを発電機として使用でき、さらにモータの発電電圧を調整できる。このためエンジン始動時に蓄電池の電圧が略ゼロであっても、蓄電池を充電することができる。蓄電池が充電された後は蓄電池を用いてモータを駆動できる。

さらに本発明によると、エンジン始動時にモータの発電電圧を利用してインバータ用のコンデンサを充電することができる。よってエンジン始動時に蓄電池でインバータ用のコンデンサを充電するための構成、すなわちサブコンタクタと抵抗が必要なくなる。したがってモータの駆動回路が小型になり、走行車両自体の小型化が可能になる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
なお下記実施形態ではハイブリッドの走行車両として、旋回体が設けられた建設機械を想定している。蓄電池には走行体用の電動モータに加えて、旋回体用の電動モータが接続される。

図１は第１の実施形態に係る電動モータの駆動回路を示す図である。
エンジン１及びスイッチトリラクタンスモータ２の駆動軸は、図示しない油圧ポンプに連結される。また永久磁石同期モータ１２の駆動軸は、図示しない旋回体に連結される。スイッチトリラクタンスモータ２はＳＲモータ又はＳＲＭといい、永久磁石同期モータ１２はＰＭモータという。

エンジン１の駆動軸とＳＲモータ２の駆動軸は連結される。本実施形態のＳＲモータ２としては、回転子が４極で固定子が６極である３相励磁のものが用いられるが、他の形態のものが用いられてもよい。ＳＲモータ２はＳＲＭ用のインバータ（以下、ＳＲＭドライバという）３を介して大容量コンデンサ４に接続される。なお大容量コンデンサ４の代わりにニッケル・水素のバッテリなどが用いられてもよい。ＳＲＭドライバ３については後述する。大容量コンデンサ４には絶縁センサ１６が接続される。また大容量コンデンサ４にはドライバ用コンデンサ５が並列接続される。ドライバ用コンデンサ５としては、波形整形やサージ吸収に適したフィルムコンデンサが用いられるが、他のコンデンサが用いられてもよい。大容量コンデンサ４とドライバ用コンデンサ５の間かつ大容量コンデンサ４とＳＲＭ用ドライバ３の間にはコンタクタ６が直列接続される。

大容量コンデンサ４には電圧計７が並列接続される。ドライバ用コンデンサ５には電圧計８が並列接続される。電圧計７、８はコンタクタ制御部９に計測値ＶCAP、ＶDCを出力する。コンタクタ制御部９は、電圧計７、８の計測値ＶCAP、ＶDCを入力し、またコンタクタ６にオン・オフ信号ＳON、ＳOFFを出力する。

ＳＲモータ２とＳＲＭドライバ３の間には電流センサ１０が直列接続される。電流センサ１０はインバータ制御部１１に検出信号を出力する。インバータ制御部１１は、電流センサ１０から出力された検出信号を入力し、ＳＲＭドライバ３に設けられるＩＧＢＴ３１（図２参照）などのスイッチング素子に制御信号を出力する。

一方、ＰＭモータ１２はインバータ１３を介して大容量コンデンサ４に接続される。大容量コンデンサ４にはＰＭ用コンデンサ１５が並列接続される。ＰＭ用コンデンサ１５にもフィルムコンデンサが使用されるが、他のコンデンサが使用されてもよい。

ＰＭモータ１２とインバータ１３の間には電流センサ２０が直列接続される。電流センサ２０はインバータ制御部２１に検出信号を出力する。インバータ制御部２１は、電流センサ２０から出力された検出信号を入力し、インバータ１３に設けられるＩＧＢＴなどのスイッチング素子に制御信号を出力する。

本実施形態ではＳＲモータ２が発電機として利用される。ところで一般にＳＲモータ２は、単に内部の回転子が回転駆動されても発電機として動作しない。ＳＲモータ２は、電気エネルギーを供給すると大きな回生エネルギーを生成する、といった特性を有する。ＳＲモータ２を発電機として動作させるためには、予めＳＲモータ２内のコイルを励磁する必要がある。ドライバ用コンデンサ５が充電されていれば、ＳＲモータ２は励磁される。しかしエンジン１の始動時にドライバ用コンデンサ５の電荷はゼロである。ましてエンジン１の始動時にコンタクタ６をオンして大容量コンデンサ４でＳＲモータ２を励磁することはできない。そこで本実施形態ではＳＲモータ２を励磁するための励磁電源１７が設けられる。

励磁電源１７はＳＲＭドライバ３を介してＳＲモータ２に接続される。さらに励磁電源１７とＳＲＭドライバ３の間にはダイオード１８及びリレー１９が直列接続される。励磁電源１７の電圧ＶCHGは約１０〜１５Ｖ程度でよい。イグニッションキーのオン操作に応じてリレー１９はオンし、励磁電源１７が投入される。イグニッションキーのオフ操作に応じてリレー１９はオフし、励磁電源１７が遮断される。またドライバ用コンデンサ５の電圧が励磁電源１７の電圧よりも大きくなると、ダイオード１８によって励磁電源１７は遮断される。なおリレー１９はなくてもよい。

図２はＳＲＭドライバの一形態を示す回路図である。
ＳＲＭドライバ３とはＳＲモータ２を駆動するためのインバータであり、ＩＧＢＴ３１とダイオード３２で構成される。本実施形態のＳＲモータ２は３相励磁であるため、図２で示されるようにＳＲＭドライバ３には６つのＩＧＢＴ３１及びダイオード３２が設けられている。ＳＲＭドライバ３を制御することでＳＲモータ２を連続回転させることができる。またＳＲモータ２の発電電圧を調整でき、ドライバ用コンデンサ５を充電することができる。

つぎに図１で示されるモータの駆動回路の動作手順を図３〜図６を用いて説明する。

図３はエンジン始動時の処理手順を示す図である。
イグニッションキーでエンジン１が始動操作されると、コンタクタ制御部９ではコンタクタ６の両端電圧、すなわちＶCAPとＶDCが比較される（ステップＳ１０）。ＶCAP≒ＶDC≠０の場合は、コンタクタ６が溶着している虞がある。そこでエラー処理が行われる（ステップＳ１０の判断１、ステップＳ１１）。エラー処理では、エラー表示や警告音などで作業者にエラーが報知される。なお以下で行われるエラー処理も同様の処理が行われるものとする。ＶCAP＞ＶDC≒０の場合は、ドライバ用コンデンサ５の充電が必要であり、図４で示されるドライバ用コンデンサ充電処理が行われる（ステップ１０の判断２、ステップＳ１２）。ＶCAP≒ＶDC≒０の場合は、大容量コンデンサ４とドライバ用コンデンサ５の両者の充電が必要であり、図５で示される大容量コンデンサ充電処理が行われる（ステップ１０の判断３、ステップＳ１３）。

図４はドライバ用コンデンサ充電時の処理手順を示す図である。
まずリレー１９がオンし、励磁電源１７が投入される（ステップＳ２０）。コンタクタ制御部９ではＶCAPとＶDCとＶCHGが比較される（ステップＳ２１）。ＶCAP≒ＶDC≒ＶCHGの場合は、コンタクタ６が溶着している虞がある。またＶDC≠ＶCHGの場合は、励磁電源１７が故障していたり、ケーブルが断線している虞がある。そこでエラー処理が行われる（ステップＳ２１の判断１、ステップＳ３１）。ＶCAP≠ＶDC≒ＶCHGの場合は、以下の処理が行われる（ステップＳ２１の判断２）。

ＳＲモータ２はエンジン１から動力を受けて回転駆動する。励磁電源１７が既に投入されているため、ＳＲモータ２は励磁されて発電機として動作する。インバータ制御部１０によってＳＲＭドライバ３の制御が開始され、ＳＲモータ２の発電電圧が制御される（ステップＳ２２）。ＳＲモータ２の発電電圧はドライバ用コンデンサ５に印加され、ドライバ用コンデンサ５は充電される（ステップＳ２３）。コンデンサの充電中には異常がないかチェックされる（ステップＳ２４）。異常としては、例えばドライバ用コンデンサ５の電圧が過電圧であったり、電圧上昇度合が極端に大きいなどの現象が考えられる。異常が検出された場合はエラー処理が行われる（ステップＳ２４の判断ＹＥＳ、ステップＳ３１）。

コンタクタ制御部９ではＶCAPとＶDCが比較される（ステップＳ２５）。ＶCAP−α＞ＶDCの場合は、ドライバ用コンデンサ５の充電が不十分であるため、ドライバ用コンデンサ５の充電が継続される（ステップＳ２５の判断１）。このαは、コンタクタ６の両端の電位差として許容できる値であり、コンタクタ６が溶着しない電位差である。ＶCAP≒ＶDC（ＶCAP−α＝ＶDC）の場合は、ドライバ用コンデンサ５の充電が十分であるため、ＳＲＭドライバ３によるＳＲモータ２の発電電圧制御が停止される（ステップＳ２５の判断２、ステップ２６）。

ドライバ用コンデンサ５の電圧ＶDCが励磁電源１７の電圧ＶCHGを超えると、ダイオード１８によって励磁電源１７は遮断される（ステップＳ２７）。この時点でＶCAP≒ＶDCとなっており、コンタクタ制御部９はコンタクタ６にオン信号ＳONを出力する。するとコンタクタ６はオンする（ステップＳ２８）。コンタクタ制御部９ではＶCAPとＶDCが比較される（ステップＳ２９）。ＶCAP≠ＶDCの場合は、コンタクタ６に異常がある虞がある。そこでエラー処理が行われる（ステップＳ２９の判断１、ステップＳ３１）。ＶCAP＝ＶDCの場合は、エンジン始動時の充電は終了し通常の処理が行われる（ステップＳ２９の判断２、ステップＳ３０）。

図５は大容量コンデンサ充電時の処理手順を示す図である。
まずリレー１９がオンし、励磁電源１７が投入される（ステップＳ４０）。コンタクタ制御部９ではＶCAPとＶDCとＶCHGが比較される（ステップＳ４１）。ＶDC≠ＶCHGの場合は、励磁電源１７が故障していたり、ケーブルが断線している虞がある。そこでエラー処理が行われる（ステップＳ４１の判断１、ステップＳ５１）。ＶCAP≠ＶDC≒ＶCHGの場合は、以下の処理が行われる（ステップＳ４１の判断２）。

コンタクタ制御部９はコンタクタ６にオン信号ＳONを出力する。するとコンタクタ６はオンする（ステップＳ４２）。コンタクタ制御部９ではＶCAPとＶDCとＶCHGが比較される（ステップＳ４３）。０≒ＶCAP≠ＶDC＞ＶCHGの場合は、コンタクタ６に異常がある虞がある。そこでエラー処理が行われる（ステップＳ４３の判断１、ステップＳ５１）。０≒ＶCAP≠ＶDC＞ＶCHG以外の場合は、以下の処理が行われる（ステップＳ４３の判断２）。

ＳＲモータ２はエンジン１から動力を受けて回転駆動する。励磁電源１７が既に投入されているため、ＳＲモータ２は発電機として動作する。インバータ制御部１０によってＳＲＭドライバ３の制御が開始され、ＳＲモータ２の発電電圧が制御される（ステップＳ４４）。ＳＲモータ２の発電電圧が大容量コンデンサ４及びドライバ用コンデンサ５に印加され、大容量コンデンサ４及びドライバ用コンデンサ５は充電される（ステップＳ４５）。コンデンサの充電中には異常がないかチェックされる（ステップＳ４６）。異常としては、例えば大容量コンデンサ４やドライバ用コンデンサ５の電圧が過電圧であったり、電圧上昇度合が極端に大きいなどの現象が考えられる。異常が検出された場合はエラー処理が行われる（ステップＳ４６の判断ＹＥＳ、ステップＳ５１）。

コンタクタ制御部９ではＶDC（又はＶCAP）と目標電圧ＶT1が比較される（ステップＳ４７）。この目標電圧ＶT1とは、車両や旋回体を駆動するために必要な電圧である。ＶDC（＝ＶCAP）＜ＶT1の場合は、大容量コンデンサ４及びドライバ用コンデンサ５の充電が不十分であるため、大容量コンデンサ４及びドライバ用コンデンサ５の充電が継続される（ステップＳ４７の判断１）。ＶDC（＝ＶCAP）≒ＶT1の場合は、大容量コンデンサ４及びドライバ用コンデンサ５の充電が十分であるため、ＳＲＭドライバ３によるＳＲモータ２の発電電圧制御が停止される（ステップＳ４７の判断２、ステップ４８）。

ドライバ用コンデンサ５の電圧ＶDCが励磁電源１７の電圧ＶCHGを超えると、ダイオード１８によって励磁電源１７は遮断される（ステップＳ４９）。そしてエンジン始動時の充電は終了し通常の処理が行われる（ステップＳ５０）。

図６はエンジン停止時の処理手順を示す図である。
イグニッションキーでエンジン１が停止操作されると、コンタクタ制御部９はコンタクタ６にオフ信号ＳOFFを出力する。するとコンタクタ６はオフする（ステップＳ６０）。

エンジン停止中は安全性を確保するためにドライバ用コンデンサ５の電荷をゼロにする必要がある。そこでドライバ用コンデンサ５の放電処理が行われる。インバータ制御部１０によってＳＲＭドライバ３の制御が開始される（ステップＳ６１）。そしてドライバ用コンデンサ５の充電電圧によってＳＲモータ２が回転駆動する。こうしてドライバ用コンデンサ５は放電する（ステップＳ６２）。コンデンサの放電中には異常がないかチェックされる（ステップＳ６３）。異常としては、例えば電圧下降度合が極端に大きいなどの現象が考えられる。またＶDCと共にＶCAPが下降する場合はコンタクタ６の異常が考えられる。またＶDC≒ＶCHGの場合は励磁電源１７側のリレー１８の異常が考えられる。これらの異常が検出された場合はエラー処理が行われる（ステップＳ６３の判断ＹＥＳ、ステップＳ６７）。

コンタクタ制御部９ではＶDCと目標電圧ＶT2（＝０）が比較される（ステップＳ６４）。ＶDC＞ＶT2の場合は、ドライバ用コンデンサ５の放電が不十分であるため、ドライバ用コンデンサ５の放電が継続される（ステップＳ６４の判断１）。ＶDC≒ＶT2の場合は、ドライバ用コンデンサ５の放電が十分であるため、ドライバ用コンデンサ５の放電を終了する（ステップＳ６４の判断２、ステップ６５）。そして全ゲートがオフされ、処理が終了する（ステップＳ６６）。

本実施形態によると、エンジン始動時にＳＲモータを発電機として使用でき、さらにＳＲモータの発電電圧を調整できる。このためエンジン始動時に大容量コンデンサの電圧が略ゼロであっても、大容量コンデンサを充電することができる。大容量コンデンサが充電された後は大容量コンデンサを用いてＳＲモータを駆動できる。

さらに本実施形態によると、エンジン始動時にＳＲモータの発電電圧を利用してドライバ用コンデンサを充電することができる。よってエンジン始動時に大容量コンデンサでドライバ用コンデンサを充電するための構成、すなわちサブコンタクタと抵抗が必要なくなる。したがってＳＲモータの駆動回路が小型になり、走行車両自体の小型化が可能になる。

図７は第２の実施形態に係る電動モータの駆動回路を示す図である。
第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付す。第２の実施形態が第１の実施形態と大きく異なるのは、ＳＲモータ２及びＳＲＭドライバ３に代わって一般的な電動モータ４２及びインバータ４３が設けられている点と、励磁電源１７が設けられていない点と、電圧調整器５１が設けられている点である。ドライバ用コンデンサ５とインバータ用コンデンサ４５は実質的に同一である。

エンジン１の駆動軸と電動モータ４２の駆動軸は連結される。電動モータ４２はインバータ４３及び電圧調整器５１を介して大容量コンデンサ４に接続される。電圧調整器５１は大容量コンデンサ４とインバータ４３の間に接続される。なお大容量コンデンサ４の代わりにニッケル・水素のバッテリなどが設けられてもよい。電圧調整器５１については後述する。大容量コンデンサ４には絶縁センサ１７が接続される。また大容量コンデンサ４にはインバータ用コンデンサ４５が並列接続される。インバータ用コンデンサ４５としては、波形整形やサージ吸収に適したフィルムコンデンサが用いられるが、他のコンデンサが用いられてもよい。大容量コンデンサ４とインバータ用コンデンサ５の間かつ大容量コンデンサ４と電圧調整器５１の間にはコンタクタ６が直列接続される。

図８は電圧調整器の一形態を示す回路図である。
電圧調整器５１は所謂昇降圧チョッパである。電圧調整器５１は他の形式の昇降圧チョッパでもよい。電圧調整器５１は電圧調整器制御部５２で制御される。電圧調整器５１を制御することで電動モータ４２の発電電圧を調整でき、インバータ用コンデンサ４５を充電することができる。

モータの駆動回路の動作手順は図３〜図６とほぼ同じである。よって本実施形態の動作手順の説明を省略する。但し、本実施形態では励磁電源が使用されないため、励磁電源を投入する処理（図４のステップ２０、図５のステップ４０）は必要ない。また本実施形態では電動モータ４２の電圧制御が電圧調整器５１で行われる。

本実施形態によると、エンジン始動時に電動モータを発電機として使用でき、さらに電動モータの発電電圧を調整できる。このためエンジン始動時に大容量コンデンサの電圧が略ゼロであっても、大容量コンデンサを充電することができる。大容量コンデンサが充電された後は大容量コンデンサを用いて電動モータを駆動できる。

さらに本実施形態によると、エンジン始動時に電動モータの発電電圧を利用してインバータ用コンデンサを充電することができる。よってエンジン始動時に大容量コンデンサでインバータ用コンデンサを充電するための構成、すなわちサブコンタクタと抵抗が必要なくなる。したがって電動モータの駆動回路が小型になり、走行車両自体の小型化が可能になる。

図１は第１の実施形態に係る電動モータの駆動回路を示す図である。 図２はＳＲＭドライバの一形態を示す回路図である。 図３はエンジン始動時の処理手順を示す図である。 図４はドライバ用コンデンサ充電時の処理手順を示す図である。 図５は大容量コンデンサ充電時の処理手順を示す図である。 図６はエンジン停止時の処理手順を示す図である。 図７は第２の実施形態に係る電動モータの駆動回路を示す図である。 図８は電圧調整器の一形態を示す回路図である。 図９は電動モータの駆動回路を示す図である。

符号の説明

１…エンジン ２…ＳＲモータ ３…ＳＲＭドライバ ４…大容量コンデンサ ５…ドライバ用コンデンサ ６…コンタクタ ７、８…電圧計 ９…コンタクタ制御部 １０…電流センサ １１…インバータ制御部 １７…励磁電源 ４２…電動モータ ４３…インバータ ４５…インバータ用コンデンサ ５１…電圧調整器

Claims (6)

1. ＳＲモータの駆動軸とエンジンの駆動軸が連結され、
   前記ＳＲモータと蓄電池がＳＲモータ用インバータを介して接続され、
   前記蓄電池にコンデンサが並列接続され、
   前記蓄電池と前記コンデンサの間かつ前記蓄電池と前記ＳＲモータ用インバータの間にコンタクタが直列接続され、
   前記ＳＲモータを励磁する励磁電源と前記ＳＲモータが前記ＳＲモータ用インバータを介して接続されたこと
   を特徴とするモータ駆動装置。
2. 電動モータの駆動軸とエンジンの駆動軸が連結され、
   前記電動モータと蓄電池がインバータを介して接続され、
   前記蓄電池にコンデンサが並列接続され、
   前記蓄電池と前記コンデンサの間かつ前記蓄電池と前記インバータの間にコンタクタが直列接続され、
   前記コンデンサと前記インバータの間に、前記電動モータの発電電圧を調整して前記コンデンサに印加する電圧調整器が接続されたこと
   を特徴とするモータ駆動装置。
3. ＳＲモータの駆動軸とエンジンの駆動軸が連結され、
   前記ＳＲモータと前記ＳＲモータの電源として用いられる第１コンデンサがＳＲモータ用インバータを介して接続され、
   前記第１コンデンサに第２コンデンサが並列接続され、
   前記第１コンデンサと前記第２コンデンサの間かつ前記第１コンデンサと前記ＳＲモータ用インバータの間にコンタクタが直列接続され、
   前記ＳＲモータを励磁する励磁電源と前記ＳＲモータが前記ＳＲモータ用インバータを介して接続され、
   前記エンジンの始動時に前記電源コンデンサの電圧が略ゼロである場合に、前記コンタクタをオンし、前記ＳＲモータの発電電圧を前記ＳＲモータ用インバータで調整して前記第２コンデンサ及び前記第１コンデンサを充電すること
   を特徴とするモータ駆動装置。
4. 電動モータの駆動軸とエンジンの駆動軸が連結され、
   前記電動モータと前記電動モータの電源として用いられる第１コンデンサがインバータを介して接続され、
   前記第１コンデンサに第２コンデンサが並列接続され、
   前記第１コンデンサと前記第２コンデンサの間かつ前記第１コンデンサと前記インバータの間にコンタクタが直列接続され、
   前記第２コンデンサと前記インバータの間に、前記電動モータの発電電圧を調整して前記第２コンデンサに印加する電圧調整器が接続され、
   前記エンジンの始動時に前記第１コンデンサの電圧が略ゼロである場合に、前記コンタクタをオンし、前記電動モータの発電電圧を前記電圧調整器で調整して前記第２コンデンサ及び前記第１コンデンサを充電すること
   を特徴とするモータ駆動装置。
5. 前記エンジンの始動時は前記コンタクタをオフにしておき、前記エンジンの始動後に前記ＳＲモータの発電電圧を前記ＳＲモータ用インバータで調整して前記コンデンサを充電し、前記コンデンサの電圧と前記蓄電池の電圧が略等しくなった後に前記コンタクタをオンすること
   を特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
6. 前記エンジンの始動時は前記コンタクタをオフにしておき、前記エンジンの始動後に前記電動モータの発電電圧を前記電圧調整器で調整して前記コンデンサを充電し、前記コンデンサの電圧と前記蓄電池の電圧が略等しくなった後に前記コンタクタをオンすること
   を特徴とする請求項２記載のモータ駆動装置。

Images