JP2011097721A - Drive unit of on-vehicle dynamo-electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両に搭載される回転電機(モータ)を駆動する車載用回転電機の駆動装置に関するものである。 The present invention relates to a drive device for a vehicle-mounted rotating electrical machine that drives a rotating electrical machine (motor) mounted on a vehicle.
モータを駆動するインバータと、電力を供給するバッテリと、バッテリとインバータの間にあってバッテリの電圧を昇圧してインバータに供給する昇圧コンバータとを備える車載用の駆動装置およびその制御方法については従来から数多く提案されている。 Many in-vehicle drive devices and control methods therefor have been provided with an inverter for driving a motor, a battery for supplying electric power, and a boost converter for boosting the voltage of the battery between the battery and the inverter and supplying the boosted voltage to the inverter. Proposed.
しかしながら、昇圧コンバータの電圧センサ等の故障により、バッテリからの電力を昇圧コンバータで昇圧せずにインバータに供給してモータを駆動させる動作において、昇圧コンバータとインバータを結ぶ電力ラインに過大な電圧が印加されるとバッテリが損傷することがある。したがって、昇圧コンバータの動作状態により過大な電圧が印加されることがあるインバータやバッテリを保護する必要がある。 However, an excessive voltage is applied to the power line connecting the boost converter and the inverter in the operation of driving the motor by supplying the power from the battery to the inverter without boosting the boost converter due to a failure of the voltage sensor of the boost converter. Doing so can damage the battery. Therefore, it is necessary to protect an inverter or a battery that may be applied with an excessive voltage depending on the operating state of the boost converter.
この対策として、例えば、特許文献1に示される電源装置およびその制御方法並びに車両では、走行用のモータを駆動するインバータと、バッテリと、直列接続された二つのスイッチング素子とスイッチング素子の間に接続されたインダクタンスと、バッテリからの電圧を昇圧してインバータに供給する昇圧コンバータとにより構成され、昇圧コンバータ故障時には、昇圧コンバータのスイッチング素子のうちインバータの正極側とバッテリの正極側に接続されたスイッチング素子をオン固定にすると共に、バッテリの正極側と負極側に接続されたスイッチング素子をオフ固定にしてバッテリとインバータが直結されるが、昇圧前電圧がバッテリの許容電圧を超えたときには、昇圧コンバータ、インバータをゲート遮断する。これにより、バッテリに過大な電圧が印加されるのを抑制している。
As a countermeasure, for example, in the power supply device and the control method thereof and the vehicle disclosed in
しかしながら、特許文献1に示される電源装置およびその制御方法においては、昇圧コンバータの短絡といった故障モードへの対策が考慮されておらず、走行中に何らかの原因で昇圧コンバータが短絡した場合、バッテリから過大な電流が流れ、これが原因でバッテリに損傷を与える可能性があるという問題があった。
However, the power supply device and the control method disclosed in
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、電圧変換装置である昇圧コンバータの短絡といった故障モードにおいても、直流電源のバッテリ等の過電流を防止することができ、バッテリの損傷を回避できる車載用回転電機の駆動装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can prevent overcurrent of a DC power supply battery or the like even in a failure mode such as a short circuit of a boost converter that is a voltage converter, An object of the present invention is to provide a drive device for a vehicle-mounted rotating electrical machine that can avoid damage to a battery.
上記課題を解決するために、本発明の車載用回転電機の駆動装置は、充放電可能な直流電源と、回転電機を駆動するインバータと、直流電源の電圧を変換してインバータに電力供給する電圧変換装置と、直流電源から電圧変換装置への電力供給を制御する制御装置と、を備えたものである。 In order to solve the above-described problems, a drive device for a vehicle-mounted rotating electrical machine according to the present invention includes a DC power source that can be charged and discharged, an inverter that drives the rotating electrical machine, and a voltage that converts the voltage of the DC power source and supplies power to the inverter. A conversion device and a control device that controls power supply from the DC power supply to the voltage conversion device are provided.
本発明によれば、電圧変換装置が短絡した場合には、制御装置により直流電源から電圧変換装置への電力供給を遮断することにより、直流電源に過電流が流れることを阻止し、直流電源の損傷を回避することができるといった顕著な効果を奏するものである。 According to the present invention, when the voltage conversion device is short-circuited, the control device cuts off the power supply from the DC power supply to the voltage conversion device, thereby preventing overcurrent from flowing through the DC power supply. There is a remarkable effect that damage can be avoided.
以下、本発明の実施の形態に係る車載用回転電機の駆動装置について図1〜図2に基づいて説明する。 Hereinafter, a drive device for an in-vehicle rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1における車載用回転電機の駆動装置の概略全体構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic overall configuration of a drive device for a vehicle-mounted rotating electrical machine according to the first embodiment.
図1において、駆動装置1は、電力を供給する直流電源であるバッテリ2と、バッテリ2の電圧を昇圧する電圧変換装置である昇圧コンバータ3と、昇圧コンバータ3から供給される直流電流を三相交流電流に変換するインバータ4と、インバータ4の交流電流により駆動される回転電機である交流同期モータ(以下モータと称する)5と、昇圧コンバータ3の入力部3aでの電圧を測定する電圧センサV1とバッテリ2と昇圧コンバータ3との回路の開閉を行う開閉装置である開閉スイッチ6と電圧センサV1からの電圧情報に基づき開閉スイッチ6を操作する制御回路7とを備え昇圧コンバータ3への電力供給を制御する制御装置8と、で構成されている。
In FIG. 1, a
次に、実施の形態1における車載用回転電機の駆動装置の動作について、図1を参照して説明する。なお、本発明の主体は駆動装置にあるので、車両の動作の説明は省略する。 Next, the operation of the drive device for the on-vehicle rotating electrical machine in the first embodiment will be described with reference to FIG. In addition, since the main body of this invention exists in a drive device, description of operation | movement of a vehicle is abbreviate | omitted.
まず、モータ5の通常駆動時の動作について説明する。バッテリ2から開閉スイッチ6を介して、昇圧コンバータ3に電力が供給され、昇圧コンバータ3にて所定の電圧に昇圧される。昇圧された電力は、インバータ4に供給され、直流から三相交流に変換されて、モータ5を駆動させる。昇圧コンバータ3にてバッテリ2の電圧を必要に応じて昇圧することで、モータ5の効率を向上させるとともに出力を増大させることができる。
First, the operation during normal driving of the
また、モータ5の回生時には、モータ5により発電された電力は、インバータ4により三相交流から直流に変換され、昇圧コンバータ3にて電圧が降圧されて、開閉スイッチ6を介して、バッテリ2に充電される。この際、インバータ4から出力される電圧がバッテリ2の電圧を超えることがあるが、昇圧コンバータ3によりバッテリ2を充電するのに適した電圧に降圧調整される。
Further, during regeneration of the
続いて、昇圧コンバータ3に異常が発生したした場合の動作について説明する。昇圧コンバータ3の入力部3aの電圧は電圧センサV1により監視され、測定された電圧が接地電位と等しい場合には、制御回路7にて昇圧コンバータ3の入力部3aが短絡しているも
のと判定され、制御回路7から開閉スイッチ6を開にするよう指示が出され、昇圧コンバータ3への電力供給が遮断される。これにより、昇圧コンバータ3の入力部3aが短絡した場合にバッテリ2に過電流が流れることを阻止し、バッテリ2の損傷を回避する。
Next, the operation when an abnormality occurs in
このように、実施の形態1における車載用回転電機の駆動装置では、昇圧コンバータのバッテリ側に、電力供給を遮断する開閉装置を有する制御装置を設置することにより、昇圧コンバータの入力部が短絡した場合に、バッテリが短絡状態になることを回避し、過電流によるバッテリの損傷を回避することができるという顕著な効果がある。 As described above, in the drive device for the on-vehicle rotating electrical machine in the first embodiment, the input unit of the boost converter is short-circuited by installing the control device having the opening / closing device that cuts off the power supply on the battery side of the boost converter. In this case, the battery can be prevented from being short-circuited, and the battery can be prevented from being damaged due to overcurrent.
なお、実施の形態1で使用される開閉装置としては、図1で示すリレータイプの開閉スイッチ6を利用する場合について説明したが、半導体スイッチなどの他のタイプものであっても構わない。また、バッテリのメンテナンス用などの目的に予めバッテリ内に装着されたブレーカを利用してもよい。また、このブレーカと併用しても構わない。
In addition, although the case where the relay type opening /
実施の形態2.
図2は、実施の形態2における車載用回転電機の駆動装置の概略全体構成を示す図である。
図2に示すように、実施の形態2における駆動装置1は、昇圧コンバータ3を迂回するバイパス回路10と、バッテリ2からの電力を昇圧コンバータ3とバイパス回路10とを切り替える切替スイッチ9aおよび9bと、昇圧コンバータ3の入力部3aの電圧を測定する電圧センサV1と、昇圧コンバータ3の出力部3bの電圧を測定する電圧センサV2と、インバータ4の入力部4aの電圧を測定する電圧センサV4と、バッテリ2の出力部2bの電圧を測定する電圧センサV3と、電圧センサV1から電圧センサV4の電圧情報に基づき切替スイッチ9a、9bを操作する制御回路7とを備え、昇圧コンバータ3への電力供給を制御する制御装置8と、バッテリ2の出力側に接続されている補機用電源11と補機12で構成されている点を除き、電力を供給する直流電源であるバッテリ2と、バッテリ2の電圧を昇圧する電圧変換装置である昇圧コンバータ3と、昇圧コンバータ3から供給される直流電流を三相交流電流に変換するインバータ4と、インバータ4の交流電流により駆動されるモータ5については、実施の形態1と同様である。
FIG. 2 is a diagram showing a schematic overall configuration of a drive device for a vehicle-mounted rotating electrical machine according to the second embodiment.
As shown in FIG. 2, the
次に、実施の形態2の車載用回転電機の駆動装置の動作について、図2を用いて説明する。
まず、モータ5の通常駆動時の動作について説明する。バッテリ2から切替スイッチ9aを介して、昇圧コンバータ3に電力が供給され、昇圧コンバータ3にて所定の電圧に昇圧される。昇圧された電力は、切替スイッチ9bを介して、インバータ4に供給され、直流から三相交流に変換されて、モータ5を駆動させる。実施の形態1と同様、昇圧コンバータ3にてバッテリ2の電圧を必要に応じて昇圧することで、モータ5の効率を向上させるとともに出力を増大させることができる。また、モータ5の回生時には、モータ5により発電された電力は、インバータ4により三相交流から直流に変換され、切替スイッチ9bを介して、昇圧コンバータ3にて電圧が降圧されて、切替スイッチ9aを介して、バッテリ2に充電される。この際、インバータ4から出力される電圧がバッテリ2の電圧を超えることがあるが、昇圧コンバータ3によりバッテリ2を充電するのに適した電圧に降圧調整される。
Next, the operation of the drive device for the on-vehicle rotating electrical machine according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
First, the operation during normal driving of the
続いて、昇圧コンバータ3に異常が発生したした場合の動作について説明する。昇圧コンバータ3の入力部3aの電圧は電圧センサV1により監視され、測定された電圧が接地電位と等しい場合には、制御回路7にて昇圧コンバータ3の入力部3aが短絡しているものと判定される。また、昇圧コンバータ3の出力部3bの電圧は電圧センサV2により監視され、測定された電圧が接地電位と等しい場合には、制御回路7にて昇圧コンバータ3の出力部3bが短絡しているものと判定される。これらいずれかの短絡により昇圧コンバータ3に不具合が発生した場合には、制御回路7から切替スイッチ9a、9bをバイパス回路10側に切り替えるよう指示が出され、昇圧コンバータ3への電力供給が遮断される。これにより、昇圧コンバータ3の入力部3aが短絡した場合にバッテリ2に過電流が流れることを阻止し、バッテリ2の損傷を回避するとともに、切替スイッチ9a、9bの切り替えによりバイパス回路10を経由してインバータ4への電力供給が継続され、モータ5の駆動が可能になる。これにより、昇圧コンバータ3の短絡した場合においても、バイパス回路10を経由してインバータ4に電力供給を続けることができ、車両の走行を継続することができる。
Next, the operation when an abnormality occurs in
昇圧コンバータ3の短絡時に、バイパス回路10を経由して直接、インバータ4にバッテリ2の電力を供給してモータ5を駆動する場合には、バッテリ2の出力電圧を昇圧することができないためモータ5の効率が低下する。そこで、この対策として、モータ5の回転速度及びトルクの両方もしくは一方に上限値を設けることによりモータの効率の低下を抑えることが可能となる。これは、モータ固有の回転数とトルク特性の関係から、必要な出力トルクを得るためには回転数を上限値以下で動作させる必要があり、また、逆に必要な回転数を得るためには出力トルクを上限値以内で動作させる必要がある。上限値の制御方法については、上限値を超える値がインバータ4、モータ5に入力された場合にインバータ4の制御装置8が上限値でクリップすることにより行う。
When the
また、バッテリ2の出力電圧を昇圧することができないためモータ5の出力の低下を抑える対策として、インバータ4の変調率を変化させ、インバータ4からの出力電圧の基本波成分を増大させることによりモータ5の出力の低下を最小限に抑えることが可能である。これは、モータの出力に寄与する電圧成分は基本波成分により決まることによる。この基本波成分を大きくするには、インバータ4の変調率を変化させ、電圧の基本波成分を増大させて、モータ5の出力を向上させることができる。ここで、変調率とはインバータの電源電圧に対する出力電圧波形の基本波成分の割合を表す。一般的に用いられるPWM(パルス幅変調)で最大の基本波成分を発生させることができる電圧波形で、変調率は0.78(理論値)である。この基本波成分を大きくするには、インバータ4の出力電圧波形を歪ませ、電圧の基本波成分を増大させて、モータ5の出力を向上させることができる。ここで、変調率とはインバータの電源電圧に対する出力電圧波形の基本波成分の割合を表す。一般的に用いられるPWM(パルス幅変調)で最大の基本波成分を発生させることができる電圧波形で、変調率は0.78(理論値)である。
Further, since the output voltage of the
また、昇圧コンバータ3が故障した場合において、補機用電源11が昇圧コンバータ3の出力側ではなく、バッテリ2の出力側に接続されているため、補機12への電源供給が問題なく行うことができる。
Further, when the
昇圧コンバータ3の短絡時に、バイパス回路10を経由してモータ5の回生電力によるバッテリ2への充電を行う場合、回生量が大きい場合の対策として、インバータ4の変調率を変化させ、インバータ4から出力される直流電圧を低下させることによりバッテリ2に過大な電圧が印加されるのを防ぎ、バッテリ2が損傷を受けることを回避するとともに充電することが可能になる。
When charging the
また、昇圧コンバータ3の短絡時に、バイパス回路10を経由してモータ5の回生電力によるバッテリ2への充電を行う場合、回生量が大きい場合にはインバータ4から出力される電圧がバッテリ2に許容される電圧を超える可能性がある。そこで、この対策として、車両に備えられた機械式ブレーキ(図示せず)を使用し、その割合を増加させることで、回生量を抑制し、過大な電圧がバッテリ2に印加されるのを防ぎ、バッテリ2が損傷を受けることを回避するとともに充電することが可能になる。
Further, when the
このように、実施の形態2における車載用回転電機の駆動装置では、昇圧コンバータを迂回するバイパス回路と、昇圧コンバータの前後にバイパス回路に切り替える切替スイッチを有する制御装置を設置することにより、昇圧コンバータの入力部および出力部が短絡した場合に、バッテリが短絡状態になることを回避し、過電流によるバッテリの損傷を回
避することができるという顕著な効果がある。さらに、昇圧コンバータが短絡した場合に、バイパス回路を経由してインバータへの電力の供給を継続することができ、安全な位置まで車両を走行させることができるという顕著な効果がある。
As described above, in the drive device for the on-vehicle rotating electrical machine according to the second embodiment, by installing the bypass circuit that bypasses the boost converter and the control device that includes the changeover switch that switches the bypass circuit before and after the boost converter, When the input part and the output part of the battery are short-circuited, there is a remarkable effect that the battery can be prevented from being short-circuited and damage to the battery due to overcurrent can be avoided. Furthermore, when the boost converter is short-circuited, it is possible to continue supplying power to the inverter via the bypass circuit, and there is a remarkable effect that the vehicle can travel to a safe position.
なお、実施の形態2では、図2に示すように切替スイッチ9aおよび9bは、それぞれ1つの三端子型のリレーを使用する場合について説明したが、2つの二端子型リレーで構成してもよい。また、切替スイッチはリレータイプではなく、半導体スイッチなどを用いてもよく、これに限定されるものではない。また、2つの切替スイッチ9a、9bを組み合わせて構成する場合について説明したが、切替スイッチ9aあるいは9bのいずれかを単独で搭載し、昇圧コンバータ3の入力短絡もしくは出力短絡のみに対応する構成とすることも可能である。
In the second embodiment, as shown in FIG. 2, the change-over
なお、本発明で使用される直流電源としては、リチウムイオン電池の他、ニッケル水素電池などのバッテリもしくはキャパシタ等充電可能なものであれば種類は構わない。また、車載用回転電機の駆動装置としては、車載用のモータを駆動する場合について説明したが、車載用に限らず直流電源にて駆動するモータであれば適用することが可能である。 The DC power source used in the present invention may be of any type as long as it can be charged such as a lithium ion battery, a battery such as a nickel metal hydride battery, or a capacitor. Further, the case of driving a vehicle-mounted motor has been described as a drive device for a vehicle-mounted rotating electrical machine. However, the present invention is not limited to a vehicle-mounted motor and can be applied to any motor that is driven by a DC power source.
また、本発明は上記実施の形態のみに限られるものではなく、これらの可能な組み合わせを含むことは云うまでもない。 Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that these possible combinations are included.
また、図において、同一符号は、同一または相当部分を示す。 Moreover, in the figure, the same code | symbol shows the same or an equivalent part.
1 駆動装置
2 バッテリ
3 昇圧コンバータ
4 インバータ
5 モータ
6 開閉スイッチ
7 制御回路
8 制御装置
9a,9b 切替スイッチ
10 バイパス回路
11 補機用電源
DESCRIPTION OF
Claims (8)
回転電機を駆動するインバータと、
前記直流電源の電圧を変換して前記インバータに電力供給する電圧変換装置と、
前記直流電源から前記電圧変換装置への電力供給を制御する制御装置と、
を備えたことを特徴とする車載用回転電機の駆動装置。 A chargeable / dischargeable DC power supply,
An inverter that drives the rotating electrical machine;
A voltage converter for converting the voltage of the DC power supply and supplying power to the inverter;
A control device for controlling power supply from the DC power source to the voltage converter;
A drive device for an in-vehicle rotating electrical machine, comprising:
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