JP2011223680A - 電動機駆動装置およびそれを搭載する車両 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電動機駆動装置は、界磁巻線L1を有するロータとステータとを備えるモータジェネレータ130を駆動する。電動機駆動装置は、電源装置110と、コンバータ115と、インバータ120と、ECU300とを備える。コンバータ115は、リアクトルを有し、界磁巻線L1をリアクトルの少なくとも一部として共用して、電源装置110からの電圧を電圧変換するとともに、電圧変換動作時に界磁電流を流すように構成される。インバータ120は、コンバータ115から供給される電力を変換してモータジェネレータ130を駆動する。ECU300は、モータジェネレータ130の力行時および回生時の両方の場合において、界磁巻線L1に流れる電流が同じ方向となるようにコンバータ115を制御する。
【選択図】図1
Description
図1は、本実施の形態に従う電動機駆動装置を搭載した車両100の全体ブロック図である。本実施の形態においては、車両100としてエンジンおよびモータジェネレータを搭載したハイブリッド車両を例として説明するが、車両100の構成はこれに限定されるものではなく、蓄電装置からの電力により電動機を駆動して走行可能な車両であれば適用可能である。車両100としては、ハイブリッド車両以外にたとえば電気自動車や燃料電池自動車などが含まれる。また、電動機を駆動する機器であれば、車両以外のものにも適用可能である。
次に、図2〜図5を用いて、電動機であるモータジェネレータ130の構成について説明する。
想の同一円周上に位置している。すなわち、磁石44は、ロータ40の周方向にロータティース45と隣り合うように設けられ、かつ、各外周面が面一となるように設けられている。
対向している。ステータティース23bの内径側の端面は、N極とされており、磁石44と反発している。
次に、図7を用いて、従来技術の問題点について説明する。
再び図1を参照して、ECU300は、いずれも図1には図示しないがCPU(Central Processing Unit)、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両100および各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)で処理することも可能である。
図10〜図13は、力行時におけるスイッチング素子Q1〜Q4の動作状態と、そのときに回路に流れる電流を示す図である。力行時には、図14のタイムチャートに示すように、状態Aから状態Cまでのパターンを制御の1周期として実行する。なお、状態Cについては、状態C−1(図12)および状態C−2(図13)の2つのパターンが示されているが、この2つのパターンのどちらを採用してもよい。各状態におけるスイッチング素子Q1〜Q4の状態を、図15に示す。
図16〜図19は、回生時におけるスイッチング素子Q1〜Q4の動作状態と、そのときに回路に流れる電流を示す図である。回生時には、図20のタイムチャートに示すように、状態Dから状態Fまでのパターンを制御の1周期として実行する。なお、力行時の状態Cと同様に、状態Fについては、状態F−1(図18)および状態F−2(図19)の2つのパターンが示されているが、この2つのパターンのどちらを採用してもよい。各状態におけるスイッチング素子Q1〜Q4の状態を図21に示す。
図25は、本実施の形態に従う、他の例の電動機駆動装置を搭載した車両100Bの全体ブロック図である。図25は、図1におけるコンバータ115がコンバータ115Bに置き換わっており、さらにモータジェネレータ130がモータジェネレータ130Bに置き換わったものとなっている。図25において、図1と重複する要素の説明は繰り返さない。
図30は、図16で示した状態Dに対応する場合であり、この場合は、スイッチング素子Q1がオフに設定され、スイッチング素子Q2,Q3がオンに設定される。このとき、電流は矢印AR41のように流れ、リアクトルL3にエネルギが蓄積される。なお、この場合は、図中の点P1の電位が電力線PL1の電位よりも高いため、リアクトルL2には電流は流れない。
Claims (13)
- 界磁巻線を含み、前記界磁巻線に界磁電流を流すことによって形成される界磁極を有するロータとステータとを備える電動機を駆動するための電動機駆動装置であって、
電源装置と、
リアクトルを有し、前記界磁巻線を前記リアクトルの少なくとも一部として共用して、前記電源装置からの電圧を受けて、第1の電力線と第2の電力線との間で電圧変換するとともに、電圧変換動作時に前記界磁巻線に界磁電流を流すように構成されたコンバータと、
前記コンバータからの直流電力を受けて、前記電動機を駆動するための交流電力に変換するように構成されたインバータと、
前記電動機の力行時および回生時の両方の場合において、前記界磁巻線に流れる電流が同じ方向となるように前記コンバータを制御するための制御装置とを備える、電動機駆動装置。 - 前記コンバータは、
力行時に電流が流れる第1の電流経路と、回生時に電流が流れる第2の電流経路とを切替えるための切替部を含み、
前記制御装置は、前記第1の電流経路および前記第2の電流経路のいずれにおいても、前記界磁巻線に流れる電流が同じ方向となるように前記切替部を制御する、請求項1に記載の電動機駆動装置。 - 前記切替部は、
前記界磁巻線の一方端である第1の端と前記電源装置の負極との間に、前記界磁巻線から前記電源装置の負極へ向かう方向を順方向として接続され、前記電源装置からの電圧を昇圧するための昇圧用スイッチング素子と、
前記界磁巻線に流れる電流を制御するための界磁用スイッチング素子とを含み、
前記界磁巻線の他方端である第2の端は、前記第1の電力線と電気的に接続され、
前記制御装置は、前記昇圧用スイッチング素子および前記界磁用スイッチング素子をスイッチング制御することによって、前記界磁電流を制御して前記ロータおよび前記ステータ間の磁束密度を調整するとともに、前記コンバータから前記第2の電力線に出力される昇圧電流を制御して前記電源装置からの電圧を昇圧電圧の目標値に従った電圧に変換する、請求項2に記載の電動機駆動装置。 - 前記制御装置は、
前記電動機の回転数および要求トルクに応じて、前記界磁電流の目標値および前記昇圧電圧の目標値を設定する目標設定部と、
前記界磁電流の目標値および前記昇圧電圧の目標値に基づいて、前記昇圧用スイッチング素子および前記界磁用スイッチング素子のデューティ比を設定するデューティ設定部と、
演算された前記デューティ比に従って、前記昇圧用スイッチング素子および前記界磁用スイッチング素子をスイッチングするための制御信号を設定する制御信号設定部とを含む、請求項3に記載の電動機駆動装置。 - 前記界磁用スイッチング素子は、
前記第2の電力線と前記界磁巻線の前記第2の端との間に、前記第2の電力線から前記第2の端に向かう方向を順方向として接続された第1のスイッチング素子と、
前記第1の端と前記第1の電力線との間に、前記第1の端から前記第1の電力線に向かう方向を順方向として接続された第2のスイッチング素子と、
前記第1の電力線と前記第2の端との間に、前記第1の電力線から前記第2の端に向かう方向を順方向として接続された第3のスイッチング素子とを含み、
前記コンバータは、
前記第1の端と前記第2の電力線との間に、前記第1の端から前記第2の電力線に向かう方向を順方向として接続された第1の整流素子と、
前記第2の端と前記電源装置の負極との間に、前記電源装置の負極から前記第2の端に向かう方向を順方向として接続された第2の整流素子とを含む、請求項4に記載の電動機駆動装置。 - 前記コンバータは、力行時は前記昇圧用スイッチング素子のデューティ比に応じた前記制御信号に基づいて前記電源装置からの電圧を昇圧し、回生時は前記第1のスイッチング素子のデューティ比に応じた前記制御信号に基づいて前記インバータからの電圧を降圧する、請求項5に記載の電動機駆動装置。
- 前記コンバータは、前記界磁巻線に流れる電流を増加する第1の状態と、前記界磁巻線に流れる電流を減少する第2の状態と、前記界磁巻線に流れる電流を維持する第3の状態とを有し、
前記デューティ設定部は、前記第3の状態において、前記昇圧用スイッチング素子および前記第1のスイッチング素子をオフに固定するとともに、前記第2のスイッチング素子および前記第3のスイッチング素子をオンに固定するように、前記デューティ比を設定する、請求項5に記載の電動機駆動装置。 - 前記コンバータは、前記界磁巻線に流れる電流を増加する第1の状態と、前記界磁巻線に流れる電流を減少する第2の状態と、前記界磁巻線に流れる電流を維持する第3の状態とを有し、
前記デューティ設定部は、前記第3の状態において、前記昇圧用スイッチング素子、前記第2のスイッチング素子および前記第3のスイッチング素子をオフに固定するとともに、前記第1のスイッチング素子をオンに固定するように、前記デューティ比を設定する、請求項5に記載の電動機駆動装置。 - 前記界磁巻線は、
直列に接続された第1の界磁巻線と第2の界磁巻線を含み、
前記界磁用スイッチング素子は、
前記第1の界磁巻線および前記第2の界磁巻線の接続ノードと、前記第2の電力線との間に、前記第2の電力線から前記接続ノードに向かう方向を順方向として接続された第1のスイッチング素子と、
前記第1の端と前記第1の電力線との間に、前記第1の端から前記第1の電力線に向かう方向を順方向として接続された第2のスイッチング素子とを含み、
前記コンバータは、
前記第1の端と前記第2の電力線との間に、前記第1の端から前記第2の電力線へ向かう方向を順方向として接続された第1の整流素子と、
前記接続ノードと前記電源装置の負極との間に、前記接続ノードから前記電源装置の負極へ向かう方向を順方向として接続された第2の整流素子と、
前記第1の電力線と前記第2の端との間に、前記第2の端から前記第1の電力線に向かう方向を順方向として接続された第3の整流素子とを含む、請求項4に記載の電動機駆動装置。 - 前記第1の界磁巻線のリアクタンスは、前記第2の界磁巻線のリアクタンスと等しい、請求項9に記載の電動機駆動装置。
- 前記インバータは、前記昇圧用スイッチング素子のデューティ比に応じた前記制御信号に基づいて前記電源装置からの電圧を昇圧する一方で、前記第1のスイッチング素子のデューティ比に応じた前記制御信号に基づいて前記インバータからの電圧を降圧する、請求項9に記載の電動機駆動装置。
- 前記コンバータは、前記界磁巻線に流れる電流を増加する第1の状態と、前記界磁巻線に流れる電流を減少する第2の状態と、前記界磁巻線に流れる電流を維持する第3の状態とを有し、
前記デューティ設定部は、前記第3の状態において、前記昇圧用スイッチング素子および前記第2のスイッチング素子をオフに固定するとともに、前記第1のスイッチング素子をオンに固定するように、前記デューティ比を設定する、請求項9に記載の電動機駆動装置。 - 車両であって、
界磁巻線を含み、前記界磁巻線に界磁電流を流すことによって形成される界磁極を有するロータとステータとを備える電動機と、
前記電動機を駆動するための電動機駆動装置と、
前記電動機からの回転力によって、前記車両を走行するための駆動輪とを備え、
前記電動機駆動装置は、
電源装置と、
リアクトルを有し、前記界磁巻線を前記リアクトルの少なくとも一部として共用して、前記電源装置からの電圧を受けて、第1の電力線と第2の電力線との間で電圧変換するとともに、電圧変換動作時に前記界磁巻線に界磁電流を流すように構成されたコンバータと、
前記コンバータからの直流電力を受けて、前記電動機を駆動するための交流電力に変換するように構成されたインバータと、
前記電動機の力行時および回生時の両方の場合において、前記界磁巻線に流れる電流が同じ方向となるように前記コンバータを制御するための制御装置とを含む、車両。
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