JP2013225974A - Motor drive system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バッテリを電源として3相インバータにより駆動制御されるモータを備えたモータ駆動系に関するものである。 The present invention relates to a motor drive system including a motor that is driven and controlled by a three-phase inverter using a battery as a power source.
電気自動車やハイブリッド自動車等のように、バッテリを電源として3相インバータにより駆動制御されるモータを備えたモータ駆動系が知られている。例えば、この種のモータ駆動系が特許文献1に開示されている。このモータ駆動系は、外部から電力を受けてバッテリを充電可能になっている。また、この種のモータ駆動系では、モータの回生エネルギーを利用してバッテリを充電することも知られている。 2. Description of the Related Art A motor drive system including a motor that is driven and controlled by a three-phase inverter using a battery as a power source is known, such as an electric vehicle and a hybrid vehicle. For example, this type of motor drive system is disclosed in Patent Document 1. This motor drive system is capable of charging a battery by receiving electric power from the outside. In this type of motor drive system, it is also known to charge a battery using regenerative energy of the motor.
しかしながら、バッテリの状態によっては内部抵抗が大きくなることがあり、その場合モータの回生エネルギーを効率的に充電することができないという問題があった。 However, depending on the state of the battery, the internal resistance may increase. In this case, there is a problem that the regenerative energy of the motor cannot be charged efficiently.
そこで、本発明は、モータの回生エネルギーを有効利用することが可能なモータ駆動系を提供することを目的としている。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a motor drive system that can effectively use the regenerative energy of the motor.
本発明のモータ駆動系は、バッテリを電源として、第1及び第2の3相インバータによりそれぞれ駆動制御される第1及び第2の3相モータを備えたモータ駆動系である。このモータ駆動系は、第1の3相インバータのうちの1相を構成する一組のスイッチング素子の接続点とグランド電位側との間に、及び、第2の3相インバータのうちの1相を構成する一組のスイッチング素子の接続点とグランド電位側との間に配置されるコンデンサと、第1の3相インバータの一組のスイッチング素子の接続点とコンデンサとの間に接続される第1のスイッチと、第2の3相インバータの一組のスイッチング素子の接続点とコンデンサとの間に接続される第2のスイッチと、第1及び第2の3相インバータにおけるスイッチング素子をオン・オフ制御する制御装置とを備える。制御装置は、第1の3相モータの回生時には、第2のスイッチをオン状態に保持し、第2の3相インバータの一組のスイッチング素子をオフ状態に保持し、他の2組のスイッチング素子のうちの少なくとも一組のスイッチング素子における高電位側スイッチング素子をオン・オフ制御し、第2の3相モータの回生時には、第1のスイッチをオン状態に保持し、第1の3相インバータの一組のスイッチング素子をオフ状態に保持し、他の2組のスイッチング素子のうちの少なくとも一組のスイッチング素子における高電位側スイッチング素子をオン・オフ制御する。 The motor drive system of the present invention is a motor drive system that includes first and second three-phase motors that are driven and controlled by first and second three-phase inverters using a battery as a power source. This motor drive system is provided between a connection point of a set of switching elements constituting one phase of the first three-phase inverter and the ground potential side, and one phase of the second three-phase inverter. And a capacitor disposed between the connection point of the set of switching elements and the ground potential side, and a first point connected between the connection point of the set of switching elements of the first three-phase inverter and the capacitor. 1 switch, a second switch connected between a connection point of a set of switching elements of the second three-phase inverter and a capacitor, and a switching element in the first and second three-phase inverters. And a control device that performs off-control. At the time of regeneration of the first three-phase motor, the control device holds the second switch in the on state, holds one set of switching elements of the second three-phase inverter in the off state, and switches the other two sets of switching The high-potential side switching element in at least one set of switching elements among the elements is controlled to be turned on / off, and when the second three-phase motor is regenerated, the first switch is kept on, and the first three-phase inverter One set of switching elements is held in the OFF state, and the high potential side switching elements in at least one set of the other two sets of switching elements are controlled to be turned on / off.
このモータ駆動系によれば、第1の3相モータの回生エネルギーを、第2の3相インバータ及び第2のスイッチを介してコンデンサに蓄えることができ、同様に、第2の3相モータの回生エネルギーを、第1の3相インバータ及び第1のスイッチを介してコンデンサに蓄えることができる。したがって、モータの回生エネルギーを有効利用することが可能となる。 According to this motor drive system, the regenerative energy of the first three-phase motor can be stored in the capacitor via the second three-phase inverter and the second switch. Regenerative energy can be stored in the capacitor via the first three-phase inverter and the first switch. Therefore, the regenerative energy of the motor can be used effectively.
上記した制御装置は、第1の3相モータの回生後駆動時には、第2のスイッチをオン状態に保持し、第2の3相インバータの一組のスイッチング素子をオフ状態に保持し、他の2組のスイッチング素子のうちの少なくとも一組のスイッチング素子における低電位側スイッチング素子をオン・オフ制御し、第2の3相モータの回生後駆動時には、第1のスイッチをオン状態に保持し、第1の3相インバータの一組のスイッチング素子をオフ状態に保持し、他の2組のスイッチング素子のうちの少なくとも一組のスイッチング素子における低電位側スイッチング素子をオン・オフ制御する、
請求項1に記載のモータ駆動系。
When the first three-phase motor is driven after regeneration, the control device described above holds the second switch in the on state, holds a pair of switching elements in the second three-phase inverter in the off state, The low potential side switching element in at least one of the two sets of switching elements is controlled to be turned on / off, and when the second three-phase motor is driven after regeneration, the first switch is held in the on state, Holding one set of switching elements of the first three-phase inverter in an off state, and controlling on / off of a low potential side switching element in at least one set of the other two sets of switching elements;
The motor drive system according to claim 1.
これによれば、コンデンサに蓄えた回生エネルギーを、第1又は第2の3相モータの駆動に有効利用することができる。 According to this, the regenerative energy stored in the capacitor can be effectively used for driving the first or second three-phase motor.
本発明によれば、2系統のモータ駆動系においてモータの回生エネルギーを有効利用することができる。 According to the present invention, the regenerative energy of the motor can be effectively used in the two motor drive systems.
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
[第1の実施形態]
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
[First Embodiment]
図1は、本発明の第1の実施形態に係るバッテリフォークリフトの構成を電気的に示す図である。本実施形態のバッテリフォークリフトは、モータ駆動系として、バッテリを電源とするとともにインバータにより制御される走行用モータ及び荷役用モータを備えている。 FIG. 1 is an electrical diagram showing the configuration of the battery forklift according to the first embodiment of the present invention. The battery forklift according to the present embodiment includes, as a motor drive system, a travel motor and a cargo handling motor that are controlled by an inverter while using a battery as a power source.
走行用モータ16及び荷役用モータ26には3相交流モータが使用されている。3相交流モータは、コイルU,V,Wがデルタ結線されている。
A three-phase AC motor is used for the traveling
走行用インバータ15には、6個のスイッチング素子Q1〜Q6を備えた3相インバータが使用され、各スイッチング素子Q1〜Q6にはIGBT(絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ)が使用されている。第1のスイッチング素子Q1及び第2のスイッチング素子Q2、第3のスイッチング素子Q3及び第4のスイッチング素子Q4、第5のスイッチング素子Q5及び第6のスイッチング素子Q6はそれぞれ直列に接続されている。スイッチング素子Q1,Q3,Q5のコレクタがそれぞれバッテリ17のプラス端子(高電位側)に接続され、スイッチング素子Q2,Q4,Q6のエミッタがそれぞれバッテリ17のマイナス端子(低電位側)に接続されている。各スイッチング素子Q1〜Q6のコレクタとエミッタ間には、それぞれダイオードDが逆並列に、即ちカソードがコレクタにアノードがエミッタに対応する状態に接続されている。
The
スイッチング素子Q1のエミッタとスイッチング素子Q2のコレクタとの接続点が走行用モータ16のコイルUとコイルVとの接続点に接続されている。スイッチング素子Q3のエミッタとスイッチング素子Q4のコレクタとの接続点が走行用モータ16のコイルVとコイルWとの接続点に接続されている。スイッチング素子Q5のエミッタとスイッチング素子Q6のコレクタとの接続点が走行用モータ16のコイルUとコイルWとの接続点に接続されている。
A connection point between the emitter of the switching element Q1 and the collector of the switching element Q2 is connected to a connection point between the coil U and the coil V of the
荷役用インバータ25には、6個のスイッチング素子Q11〜Q16を備えた3相インバータが使用され、各スイッチング素子Q11〜Q16にはIGBT(絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ)が使用されている。第1のスイッチング素子Q11及び第2のスイッチング素子Q12、第3のスイッチング素子Q13及び第4のスイッチング素子Q14、第5のスイッチング素子Q15及び第6のスイッチング素子Q16はそれぞれ直列に接続されている。スイッチング素子Q11,Q13,Q15のコレクタがそれぞれバッテリ17のプラス端子に接続され、スイッチング素子Q12,Q14,Q16のエミッタがそれぞれバッテリ17のマイナス端子に接続されている。各スイッチング素子Q11〜Q16のコレクタとエミッタ間には、それぞれダイオードDが逆並列に、即ちカソードがコレクタにアノードがエミッタに対応する状態に接続されている。
The
スイッチング素子Q11のエミッタとスイッチング素子Q12のコレクタとの接続点が荷役用モータ26のコイルUとコイルVとの接続点に接続されている。スイッチング素子Q13のエミッタとスイッチング素子Q14のコレクタとの接続点が荷役用モータ26のコイルVとコイルWとの接続点に接続されている。スイッチング素子Q15のエミッタとスイッチング素子Q16のコレクタとの接続点が荷役用モータ26のコイルUとコイルWとの接続点に接続されている。
A connection point between the emitter of the switching element Q11 and the collector of the switching element Q12 is connected to a connection point between the coil U and the coil V of the
スイッチング素子Q1のエミッタとスイッチング素子Q2のコレクタとの接続点とバッテリ17のマイナス端子(すなわち、グランド電位側)との間であって、スイッチング素子Q11のエミッタとスイッチング素子Q12のコレクタとの接続点とバッテリ17のマイナス端子との間には、コンデンサCが配置されている。そして、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2との接続点とコンデンサCとの間には、スイッチSW1が接続されており、スイッチング素子Q11とスイッチング素子Q12との接続点とコンデンサCとの間には、スイッチSW2が接続されている。
The connection point between the emitter of the switching element Q1 and the collector of the switching element Q2 and the negative terminal (that is, the ground potential side) of the
各スイッチング素子Q1〜Q6、Q11〜Q16の制御端子としてのゲートは、制御装置21に接続されている。
Gates as control terminals of the switching elements Q1 to Q6 and Q11 to Q16 are connected to the
また、図1には、走行用モータ及び荷役用モータのコイルやインバータのスイッチング素子を構成部品として利用するバッテリ充電回路が記載されている。 FIG. 1 also shows a battery charging circuit that uses the coils of the traveling motor and the cargo handling motor and the switching elements of the inverter as components.
バッテリ充電回路は、電磁結合を利用して非接触で電力取得を行うコイル13と、整流回路14とを備えている。整流回路14は、4個のダイオードD1〜D4を用いてダイオードブリッジをなしている。ダイオードD1,D2が直列回路をなし、両ダイオードD1,D2の接続点がコイル13の一方の端子に接続されている。また、ダイオードD3,D4が直列回路をなし、両ダイオードD3,D4の接続点がコイル13の他方の端子に接続されている。ダイオードD1,D2の直列回路及びダイオードD3,D4の直列回路、すなわち整流回路14は、コンデンサCに並列に接続されている。
The battery charging circuit includes a
制御装置21は、走行用モータ16に流れる電流を検出する電流センサ31及び荷役用モータ26に流れる電流を検出する電流センサ32に接続されている。制御装置21は、図示しないCPU及びメモリを備え、メモリには走行用モータ16及び荷役用モータ26を駆動するのに必要な制御プログラムが記憶されている。また、メモリにはコイル13が非接触で電力取得を行う状態でバッテリ17を充電する際に、各スイッチング素子Q1〜Q6、Q11〜Q16を制御するのに必要な制御プログラムが記憶されている。また、メモリには走行用モータ16及び荷役用モータ26の回生時及び回生後駆動時に、各スイッチング素子Q1〜Q6、Q11〜Q16を制御するのに必要な制御プログラムが記憶されている。
The
制御装置21は、走行用モータ16の回生時において、荷役用モータ26が非駆動状態である場合には、スイッチSW2をオン状態に保持するとともに、荷役用インバータ25の第1及び第2のスイッチング素子Q11,Q12、第5及び第6のスイッチング素子Q15,Q16、及び、第4のスイッチング素子Q14をオフ状態に保持し、第3のスイッチング素子(高電位側スイッチング素子)Q13をオン・オフ制御する。一方、荷役用モータ26の回生時には、スイッチSW1をオン状態に保持するとともに、走行用インバータ15の第1及び第2のスイッチング素子Q1,Q2、第5及び第6のスイッチング素子Q5,Q6、及び、第4のスイッチング素子Q4をオフ状態に保持し、第3のスイッチング素子(高電位側スイッチング素子)Q13をオン・オフ制御する。
The
制御装置21は、走行用モータ16の駆動時(例えば、回生後駆動時、すなわち、回生直後に駆動する時)において、荷役用モータ26が非駆動状態であり、かつ、コンデンサCに電力が蓄電されている場合には、スイッチSW2をオン状態に保持するとともに、荷役用インバータ25の第1及び第2のスイッチング素子Q11,Q12、第5及び第6のスイッチング素子Q15,Q16、及び、第3のスイッチング素子Q13をオフ状態に保持し、第4のスイッチング素子(低電位側スイッチング素子)Q14をオン・オフ制御する。一方、荷役用モータ26の回生後駆動時には、スイッチSW1をオン状態に保持するとともに、走行用インバータ15の第1及び第2のスイッチング素子Q1,Q2、第5及び第6のスイッチング素子Q5,Q6、及び、第3のスイッチング素子Q3をオフ状態に保持し、第4のスイッチング素子(低電位側スイッチング素子)Q14をオン・オフ制御する。
When the traveling
次に前記のように構成されたモータ駆動系の作用を説明する。 Next, the operation of the motor drive system configured as described above will be described.
バッテリフォークリフトは、制御装置21の指令により走行用インバータ15の各スイッチング素子Q1〜Q6がオン・オフ制御されることにより、バッテリ17の直流電力が交流電力に変換されて走行用モータ16に供給され、走行用モータ16が駆動される。また、制御装置21の指令により荷役用インバータ25の各スイッチング素子Q11〜Q16がオン・オフ制御されることにより、バッテリ17の直流電力が交流電力に変換されて荷役用モータ26に供給され、荷役用モータ26が駆動される。
In the battery forklift, the switching elements Q <b> 1 to Q <b> 6 of the traveling
次に、バッテリ17を充電する際は、コイル13によって電磁結合を利用して非接触で電力取得を行い、整流回路14によって整流し、コンデンサCによって安定化される。そして、制御装置21は、スイッチSW1,SW2をオン状態に保持するとともに、走行用インバータ15及び荷役用インバータ25のスイッチング素子Q1,Q2,Q5,Q6,Q11,Q12,Q15,Q16をオフ状態に保持し、第3のスイッチング素子Q3,Q13及び第4のスイッチング素子Q4,Q14をオン・オフ制御する。即ち、インバータ内の1相分の素子をON/OFFすることで、モータのインダクタンス(コイル)を使用して、コイル13の出力を昇圧し、バッテリ17へ電流を供給する。
Next, when charging the
次に、走行用モータ16の回生時において、荷役用モータ26が非駆動状態である場合には、制御装置21は、スイッチSW2をオン状態に保持するとともに、荷役用インバータ25の第1及び第2のスイッチング素子Q11,Q12、第5及び第6のスイッチング素子Q15,Q16、及び、第4のスイッチング素子Q14をオフ状態に保持し、第3のスイッチング素子Q13をオン・オフ制御する。即ち、荷役用インバータ内の1相分の素子における高電位側素子をON/OFFすることで、非駆動状態の荷役用モータ26のインダクタンス(コイル)を使用して、走行用モータ16の回生エネルギーを降圧し、コンデンサCへ蓄電する。
Next, when the
図2に、走行用モータ16の回生時の等価回路を示す。第3のスイッチング素子Q13がオン状態のときには、図2に破線の矢印で示すように電流が流れる。即ち、走行用インバータ15→第3のスイッチング素子Q13→荷役用モータ26のコイルV→スイッチSW2→コンデンサC→走行用インバータ15の経路で電流が流れ、回生エネルギーがコンデンサCに蓄積される。一方、第3のスイッチング素子Q13がオフ状態のときには、走行用インバータ15からコンデンサCへの電流経路は形成されない。
FIG. 2 shows an equivalent circuit during regeneration of the traveling
次に、走行用モータ16の駆動時(例えば、回生後駆動時)において、荷役用モータ26が非駆動状態であり、かつ、コンデンサCに電力が蓄電されている場合には、制御装置21は、スイッチSW2をオン状態に保持するとともに、荷役用インバータ25の第1及び第2のスイッチング素子Q11,Q12、第5及び第6のスイッチング素子Q15,Q16、及び、第3のスイッチング素子Q13をオフ状態に保持し、第4のスイッチング素子Q14をオン・オフ制御する。即ち、荷役用インバータ内の1相分の素子における低電位側素子をON/OFFすることで、非駆動状態の荷役用モータ26のインダクタンス(コイル)を使用して、コンデンサCに蓄電された電力を昇圧し、走行用モータへ供給する。
Next, when the traveling
図3に、走行用モータ16の回生後駆動時の等価回路を示す。第4のスイッチング素子Q14がオン状態のときには、図3に破線の矢印で示すように電流が流れる。即ち、コンデンサC→スイッチSW2→荷役用モータ26のコイルV→第4のスイッチング素子Q14→コンデンサCの経路で電流が流れ、コイルVに電磁エネルギーが蓄積される。そして、第4のスイッチング素子Q14がオフ状態になると、図3に2点鎖線の矢印で示す経路で流れる電流となる。即ち、コンデンサC→スイッチSW2→荷役用モータ26のコイルV→第3のスイッチング素子Q13のダイオードD→走行用インバータ15→コンデンサCの経路で流れる電流となり、コンデンサCに蓄電された電圧にコイルVに蓄積された電磁エネルギーによる電圧を加えた電圧が走行用インバータ15に供給される。
FIG. 3 shows an equivalent circuit when the
また、荷役用モータ26の回生時において、走行用モータ16が非駆動状態である場合には、制御装置21は、スイッチSW1をオン状態に保持するとともに、走行用インバータ15の第1及び第2のスイッチング素子Q1,Q2、第5及び第6のスイッチング素子Q5,Q6、及び、第4のスイッチング素子Q4をオフ状態に保持し、第3のスイッチング素子Q3をオン・オフ制御する。即ち、走行用インバータ内の1相分の素子における高電位側素子をON/OFFすることで、非駆動状態の走行用モータ16のインダクタンス(コイル)を使用して、荷役用モータ26の回生エネルギーを降圧し、コンデンサCへ蓄電する。
Further, when the traveling
図4に、荷役用モータ26の回生時の等価回路を示す。第3のスイッチング素子Q3がオン状態のときには、図4に破線の矢印で示すように電流が流れる。即ち、荷役用インバータ25→第3のスイッチング素子Q3→走行用モータ16のコイルV→スイッチSW1→コンデンサC→荷役用インバータ25の経路で電流が流れ、回生エネルギーがコンデンサCに蓄積される。一方、第3のスイッチング素子Q3がオフ状態のときには、荷役用インバータ25からコンデンサCへの電流経路は形成されない。
FIG. 4 shows an equivalent circuit during regeneration of the
次に、荷役用モータ26の駆動時(例えば、回生後駆動時)において、荷役用モータ26が非駆動状態であり、かつ、コンデンサCに電力が蓄電されている場合には、制御装置21は、スイッチSW1をオン状態に保持するとともに、走行用インバータ15の第1及び第2のスイッチング素子Q1,Q2、第5及び第6のスイッチング素子Q5,Q6、及び、第3のスイッチング素子Q3をオフ状態に保持し、第4のスイッチング素子Q4をオン・オフ制御する。即ち、走行用インバータ内の1相分の素子における低電位側素子をON/OFFすることで、非駆動状態の走行用モータ16のインダクタンス(コイル)を使用して、コンデンサCに蓄電された電力を昇圧し、走行用モータへ供給する。
Next, when the
図5に、荷役用モータ26の回生後駆動時の等価回路を示す。第4のスイッチング素子Q4がオン状態のときには、図5に破線の矢印で示すように電流が流れる。即ち、コンデンサC→スイッチSW1→走行用モータ16のコイルV→第4のスイッチング素子Q4→コンデンサCの経路で電流が流れ、コイルVに電磁エネルギーが蓄積される。そして、第4のスイッチング素子Q4がオフ状態になると、図5に2点鎖線の矢印で示す経路で流れる電流となる。即ち、コンデンサC→スイッチSW1→走行用モータ16のコイルV→第3のスイッチング素子Q3のダイオードD→荷役用インバータ25→コンデンサCの経路で流れる電流となり、コンデンサCに蓄電された電圧にコイルVに蓄積された電磁エネルギーによる電圧を加えた電圧が走行用インバータ15に供給される。
FIG. 5 shows an equivalent circuit when the
この第1の実施形態のモータ駆動系によれば、走行用モータ16の回生エネルギーを、荷役用インバータ25及びスイッチSW2を介してコンデンサCに蓄えることができ、コンデンサCに蓄えた回生エネルギーを、走行用モータ16の駆動時に利用することができる。同様に、荷役用モータ26の回生エネルギーを、走行用インバータ15及びスイッチSW1を介してコンデンサCに蓄えることができ、コンデンサCに蓄えた回生エネルギーを、荷役用モータ26の駆動時に利用することができる。このように、モータの回生エネルギーを有効利用することが可能となる。
According to the motor drive system of the first embodiment, the regenerative energy of the traveling
なお、第1の実施形態では、バッテリ充電回路が電磁結合を利用して非接触で電力取得を行う形態である。このような形態の場合、キャリア周波数等の高周波成分を安定させるためにコンデンサが必要となる。この第1の実施形態では、バッテリ充電回路において必要なコンデンサCを、モータの回生エネルギー蓄積に利用しており、回生エネルギーの有効利用のために追加部品が不必要である。
[第2の実施形態]
In the first embodiment, the battery charging circuit is configured to acquire power in a contactless manner using electromagnetic coupling. In such a form, a capacitor is required to stabilize high frequency components such as the carrier frequency. In the first embodiment, the capacitor C necessary in the battery charging circuit is used for accumulating regenerative energy of the motor, and no additional parts are required for effective use of the regenerative energy.
[Second Embodiment]
図6は、本発明の第2の実施形態に係るバッテリフォークリフトの構成を電気的に示す図である。この第2の実施形態のバッテリフォークリフトにおけるモータ駆動系は、コンデンサCに代えて第1及び第2のコンデンサC1,C2を備えている点で、第1の実施形態のバッテリフォークリフトにおけるモータ駆動系と異なっている。 FIG. 6 is a diagram electrically showing a configuration of a battery forklift according to the second embodiment of the present invention. The motor drive system in the battery forklift according to the second embodiment includes the first and second capacitors C1 and C2 instead of the capacitor C, and is different from the motor drive system in the battery forklift according to the first embodiment. Is different.
第1のコンデンサC1とスイッチSW1とは、直列に接続されており、この直列回路は、スイッチング素子Q1のエミッタとスイッチング素子Q2のコレクタとの接続点とバッテリ17のマイナス端子(すなわち、グランド電位側)との間に接続されている。また、第2のコンデンサC2とスイッチSW2とは、直列に接続されており、この直列回路は、スイッチング素子Q11のエミッタとスイッチング素子Q12のコレクタとの接続点とバッテリ17のマイナス端子との間に接続されている。
The first capacitor C1 and the switch SW1 are connected in series, and this series circuit includes a connection point between the emitter of the switching element Q1 and the collector of the switching element Q2, and the negative terminal of the battery 17 (that is, the ground potential side). ) Is connected between. The second capacitor C2 and the switch SW2 are connected in series, and this series circuit is connected between the connection point between the emitter of the switching element Q11 and the collector of the switching element Q12 and the negative terminal of the
また、図6には、走行用モータ及び荷役用モータのコイルやインバータのスイッチング素子を構成部品として利用するバッテリ充電回路であって、第1の実施形態と異なるバッテリ充電回路が記載されている。 Further, FIG. 6 shows a battery charging circuit that uses the coils of the traveling motor and the cargo handling motor and the switching elements of the inverter as components, and is different from the first embodiment.
このバッテリ充電回路は、3相交流電源11(例えば、商用200V交流電源)にスイッチ12を介して接続される単相出力トランスとしてのスコットトランス13を備えている。スコットトランス13の一方の単相出力13Aには整流回路14、走行用インバータ15及び走行用モータ16が接続されている。スコットトランス13の他方の単相出力13Bには整流回路24、荷役用インバータ25及び荷役用モータ26が接続されている。
This battery charging circuit includes a
整流回路14は、2個のダイオードD1,D2の直列回路で構成され、両ダイオードD1,D2の接続点においてスコットトランス13の一方の単相出力13Aの端子18aに接続されている。また、整流回路14のプラス側はバッテリ17のプラス端子に接続され、整流回路14のマイナス側はバッテリ17のマイナス端子に接続されている。また、スコットトランス13の一方の単相出力13Aの整流回路14が接続された端子18aと反対側の端子18bは、スイッチング素子Q1のエミッタとスイッチング素子Q2のコレクタとの接続点に配線20を介して接続される。
The
整流回路24は、2個のダイオードD3,D4の直列回路で構成され、両ダイオードD3,D4の接続点においてスコットトランス13の他方の単相出力13Bの端子19aに接続されている。また、整流回路24のプラス側はバッテリ17のプラス端子に接続され、整流回路24のマイナス側はバッテリ17のマイナス端子に接続されている。また、スコットトランス13の他方の単相出力13Bの整流回路24が接続された端子19aと反対側の端子19bは、スイッチング素子Q11のエミッタとスイッチング素子Q12のコレクタとの接続点に配線20を介して接続される。
The
次に前記のように構成されたモータ駆動系の作用を説明する。 Next, the operation of the motor drive system configured as described above will be described.
バッテリ17の電力により走行用モータ16及び荷役用モータ26を駆動する動作は、第1の実施形態と同様である。
The operation of driving the traveling
次に、バッテリ17を充電する際は、スコットトランス13に3相交流電源11から交流電力が供給される状態に保持される。具体的には、フォークリフトに設けられた電源コンセントに、3相交流電源11の充電ケーブルのプラグが接続された後、スイッチ12がオン状態に保持される。そして、制御装置21は、走行用インバータ15及び荷役用インバータ25のスイッチング素子Q1,Q2,Q5,Q6,Q11,Q12,Q15,Q16をオフ状態に保持し、第3のスイッチング素子Q3,Q13及び第4のスイッチング素子Q4,Q14をオン・オフ制御する。即ち、インバータ内の1相分の素子をON/OFFすることで、モータのインダクタンス(コイル)を使用して、スコットトランス13の出力を昇圧し、バッテリ17へ電流を供給する。
Next, when charging the
次に、走行用モータ16の回生時において、荷役用モータ26が非駆動状態である場合には、制御装置21は、スイッチSW2をオン状態に保持するとともに、荷役用インバータ25の第1及び第2のスイッチング素子Q11,Q12、第5及び第6のスイッチング素子Q15,Q16、及び、第4のスイッチング素子Q14をオフ状態に保持し、第3のスイッチング素子Q13をオン・オフ制御する。即ち、荷役用インバータ内の1相分の素子における高電位側素子をON/OFFすることで、非駆動状態の荷役用モータ26のインダクタンス(コイル)を使用して、走行用モータ16の回生エネルギーを降圧し、コンデンサC2へ蓄電する。
Next, when the
図7に、走行用モータ16の回生時の等価回路を示す。第3のスイッチング素子Q13がオン状態のときには、図7に破線の矢印で示すように電流が流れる。即ち、走行用インバータ15→第3のスイッチング素子Q13→荷役用モータ26のコイルV→スイッチSW2→コンデンサC2→走行用インバータ15の経路で電流が流れ、回生エネルギーがコンデンサC2に蓄積される。一方、第3のスイッチング素子Q13がオフ状態のときには、走行用インバータ15からコンデンサC2への電流経路は形成されない。
FIG. 7 shows an equivalent circuit during regeneration of the traveling
次に、走行用モータ16の駆動時(例えば、回生後駆動時)において、荷役用モータ26が非駆動状態であり、かつ、コンデンサCに電力が蓄電されている場合には、制御装置21は、スイッチSW2をオン状態に保持するとともに、荷役用インバータ25の第1及び第2のスイッチング素子Q11,Q12、第5及び第6のスイッチング素子Q15,Q16、及び、第3のスイッチング素子Q13をオフ状態に保持し、第4のスイッチング素子Q14をオン・オフ制御する。即ち、荷役用インバータ内の1相分の素子における低電位側素子をON/OFFすることで、非駆動状態の荷役用モータ26のインダクタンス(コイル)を使用して、コンデンサC2に蓄電された電力を昇圧し、走行用モータへ供給する。
Next, when the traveling
図8に、走行用モータ16の回生後駆動時の等価回路を示す。第4のスイッチング素子Q14がオン状態のときには、図8に破線の矢印で示すように電流が流れる。即ち、コンデンサC2→スイッチSW2→荷役用モータ26のコイルV→第4のスイッチング素子Q14→コンデンサC2の経路で電流が流れ、コイルVに電磁エネルギーが蓄積される。そして、第4のスイッチング素子Q14がオフ状態になると、図8に2点鎖線の矢印で示す経路で流れる電流となる。即ち、コンデンサC2→スイッチSW2→荷役用モータ26のコイルV→第3のスイッチング素子Q13のダイオードD→走行用インバータ15→コンデンサC2の経路で流れる電流となり、コンデンサC2に蓄電された電圧にコイルVに蓄積された電磁エネルギーによる電圧を加えた電圧が走行用インバータ15に供給される。
FIG. 8 shows an equivalent circuit when the
また、荷役用モータ26の回生時において、走行用モータ16が非駆動状態である場合には、制御装置21は、スイッチSW1をオン状態に保持するとともに、走行用インバータ15の第1及び第2のスイッチング素子Q1,Q2、第5及び第6のスイッチング素子Q5,Q6、及び、第4のスイッチング素子Q4をオフ状態に保持し、第3のスイッチング素子Q3をオン・オフ制御する。即ち、走行用インバータ内の1相分の素子における高電位側素子をON/OFFすることで、非駆動状態の走行用モータ16のインダクタンス(コイル)を使用して、荷役用モータ26の回生エネルギーを降圧し、コンデンサC1へ蓄電する。
Further, when the traveling
図9に、荷役用モータ26の回生時の等価回路を示す。第3のスイッチング素子Q3がオン状態のときには、図9に破線の矢印で示すように電流が流れる。即ち、荷役用インバータ25→第3のスイッチング素子Q3→走行用モータ16のコイルV→スイッチSW1→コンデンサC1→荷役用インバータ25の経路で電流が流れ、回生エネルギーがコンデンサC1に蓄積される。一方、第3のスイッチング素子Q3がオフ状態のときには、荷役用インバータ25からコンデンサC1への電流経路は形成されない。
FIG. 9 shows an equivalent circuit during regeneration of the
次に、荷役用モータ26の駆動時(例えば、回生後駆動時)において、荷役用モータ26が非駆動状態であり、かつ、コンデンサCに電力が蓄電されている場合には、制御装置21は、スイッチSW1をオン状態に保持するとともに、走行用インバータ15の第1及び第2のスイッチング素子Q1,Q2、第5及び第6のスイッチング素子Q5,Q6、及び、第3のスイッチング素子Q3をオフ状態に保持し、第4のスイッチング素子Q4をオン・オフ制御する。即ち、走行用インバータ内の1相分の素子における低電位側素子をON/OFFすることで、非駆動状態の走行用モータ16のインダクタンス(コイル)を使用して、コンデンサC1に蓄電された電力を昇圧し、走行用モータへ供給する。
Next, when the
図10に、荷役用モータ26の回生後駆動時の等価回路を示す。第4のスイッチング素子Q4がオン状態のときには、図10に破線の矢印で示すように電流が流れる。即ち、コンデンサC1→スイッチSW1→走行用モータ16のコイルV→第4のスイッチング素子Q4→コンデンサC1の経路で電流が流れ、コイルVに電磁エネルギーが蓄積される。そして、第4のスイッチング素子Q4がオフ状態になると、図10に2点鎖線の矢印で示す経路で流れる電流となる。即ち、コンデンサC1→スイッチSW1→走行用モータ16のコイルV→第3のスイッチング素子Q3のダイオードD→荷役用インバータ25→コンデンサC1の経路で流れる電流となり、コンデンサC1に蓄電された電圧にコイルVに蓄積された電磁エネルギーによる電圧を加えた電圧が走行用インバータ15に供給される。
FIG. 10 shows an equivalent circuit when the
この第2の実施形態のモータ駆動系でも、第1の実施形態のモータ駆動系と同様の利点を得ることができる。 In the motor drive system of the second embodiment, the same advantages as those of the motor drive system of the first embodiment can be obtained.
なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.
回生時に走行用インバータ15の一組のスイッチング素子における高電位側スイッチング素子Q3及び荷役用インバータ25の一組のスイッチング素子における高電位側スイッチング素子Q13をオン・オフ制御するのではなく、それぞれ、スイッチング素子Q3、Q13と、スイッチング素子Q5、Q15とを交互にオン・オフ制御してもよい。この場合、電流がスイッチング素子Q3、Q13を流れて回生される状態と、電流がスイッチング素子Q5、Q15を流れて回生される状態とが交互に繰り返されるため、スイッチング素子の発熱を分散化でき、インバータのオーバーヒートを低減できるので、インバータに流せる充電電流を増加することができる。
At the time of regeneration, the high potential side switching element Q3 in the set of switching elements of the traveling
同様に、回生後駆動時に走行用インバータ15の一組のスイッチング素子における低電位側スイッチング素子Q4及び荷役用インバータ25の一組のスイッチング素子における低電位側スイッチング素子Q14をオン・オフ制御するのではなく、それぞれ、スイッチング素子Q4、Q14と、スイッチング素子Q6、Q16とを交互にオン・オフ制御してもよい。この場合、電流がスイッチング素子Q4、Q14を流れて駆動される状態と、電流がスイッチング素子Q6、Q16を流れて駆動される状態とが交互に繰り返されるため、スイッチング素子の発熱を分散化でき、インバータのオーバーヒートを低減できるので、インバータに流せる充電電流を増加することができる。
Similarly, when driving after regeneration, the low potential side switching element Q4 in the set of switching elements of the traveling
回生時に走行用インバータ15の一組のスイッチング素子Q1,Q2及び荷役用インバータ25の一組のスイッチング素子Q11,Q12をオフ状態に保持し、二組のスイッチング素子における高電位側スイッチング素子Q3,Q5,Q13,Q15をオン・オフ制御してもよい。この場合、充電時に電流が二つのスイッチング素子に分散して流れるため、スイッチング素子の発熱を分散化でき、インバータのオーバーヒートを低減できるので、インバータに流せる充電電流を増加することができる。
During regeneration, the set of switching elements Q1, Q2 of the traveling
同様に、回生後駆動時に走行用インバータ15の一組のスイッチング素子Q1,Q2及び荷役用インバータ25の一組のスイッチング素子Q11,Q12をオフ状態に保持し、二組のスイッチング素子における低電位側スイッチング素子Q4,Q6,Q14,Q16をオン・オフ制御してもよい。この場合、充電時に電流が二つのスイッチング素子に分散して流れるため、スイッチング素子の発熱を分散化でき、インバータのオーバーヒートを低減できるので、インバータに流せる充電電流を増加することができる。
Similarly, a set of switching elements Q1 and Q2 of the traveling
車両は、バッテリを電源とした電気自動車に限らず、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンに加えてバッテリを電源とした走行用モータを備えたハイブリッド車に適用してもよい。 The vehicle is not limited to an electric vehicle that uses a battery as a power source, but may be applied to a hybrid vehicle that includes a travel motor that uses a battery as a power source in addition to a gasoline engine or a diesel engine.
モータとインバータを3セット備えたモータ駆動系に適用してもよい。例えば第2実施形態では、3相トランスで単相3出力のトランスを使用して、各単相出力にインバータ、整流回路及びバッテリを接続する。 You may apply to the motor drive system provided with three sets of motors and inverters. For example, in the second embodiment, a single-phase three-output transformer is used as a three-phase transformer, and an inverter, a rectifier circuit, and a battery are connected to each single-phase output.
モータ駆動系は、バッテリを電源として3相インバータにより駆動制御される3相モータを備えたものであればよく、車載のモータ駆動系に限らず、例えば、トレーラーに搭載されて移動される機械設備のモータ駆動系であってもよい。 The motor drive system only needs to have a three-phase motor that is driven and controlled by a three-phase inverter using a battery as a power source. The motor drive system may be used.
トランスの単相出力の2個の端子のうち、整流回路が接続された端子と反対側の端子に配線20を介して接続される3相インバータのうちの1相を構成する一組のスイッチング素子の接続点は、U相用のスイッチング素子Q1,Q2及びスイッチング素子Q11,Q12の接続点に限らない。例えば、V相用のスイッチング素子Q3,Q4及びスイッチング素子Q13,Q14の接続点やW相用のスイッチング素子Q5,Q6及びスイッチング素子Q15,Q16の接続点であってもよい。
A set of switching elements constituting one phase of a three-phase inverter connected via a
走行用モータ16及び荷役用モータ26のコイルU,V,Wの結線はデルタ結線に限らず、スター結線であってもよい。
The connection of the coils U, V, and W of the traveling
走行用インバータ15及び荷役用インバータ25で使用されるスイッチング素子としてIGBTに代えて、パワーバイポーラトランジスタやMOSFETを使用してもよい。MOSEFTを使用した場合は、MOSFETが寄生ダイオードを有するため、スイッチング素子として寄生ダイオードを有しないIGBTやバイポーラトランジスタを使用した場合と異なり、ダイオードDを接続する手間が不要になり、構成も簡単になる。
A power bipolar transistor or MOSFET may be used in place of the IGBT as a switching element used in the traveling
整流回路14,24を構成するダイオードはそれぞれ2個に限らず3個以上のダイオードが直列に接続されていてもよい。
The diodes constituting the
充電方式は、CC−CV−CC方式(定電流−定電圧−定電流方式)に限らず、他の充電方式、例えば、CC−CV方式(定電流−定電圧方式)や多段定電流方式であってもよい。 The charging method is not limited to the CC-CV-CC method (constant current-constant voltage-constant current method), but other charging methods such as CC-CV method (constant current-constant voltage method) and multi-stage constant current method. There may be.
バッテリは、液式鉛バッテリに限らず、例えば、シール式鉛バッテリ、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池であってもよい。 The battery is not limited to a liquid lead battery, and may be, for example, a sealed lead battery, a lithium ion battery, or a nickel metal hydride battery.
13…コイル、14…整流回路、15…走行用インバータ(第1の3相インバータ)、16…走行用モータ(第1の3相モータ)、17…バッテリ、21…制御装置、25…荷役用インバータ(第2の3相インバータ)、26…荷役用モータ(第2の3相インバータ)、31,32…電流センサ、C,C1,C2…コンデンサ、D,D1,D2,D3,D4…ダイオード、Q1〜Q6,Q11〜Q16…スイッチング素子、SW1…第1のスイッチ、SW2…第2のスイッチ。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記第1の3相インバータのうちの1相を構成する一組のスイッチング素子の接続点とグランド電位側との間に、及び、前記第2の3相インバータのうちの1相を構成する一組のスイッチング素子の接続点とグランド電位側との間に配置されるコンデンサと、
前記第1の3相インバータの前記一組のスイッチング素子の接続点と前記コンデンサとの間に接続される第1のスイッチと、
前記第2の3相インバータの前記一組のスイッチング素子の接続点と前記コンデンサとの間に接続される第2のスイッチと、
前記第1及び第2の3相インバータにおけるスイッチング素子をオン・オフ制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記第1の3相モータの回生時には、前記第2のスイッチをオン状態に保持し、前記第2の3相インバータの前記一組のスイッチング素子をオフ状態に保持し、他の2組のスイッチング素子のうちの少なくとも一組のスイッチング素子における高電位側スイッチング素子をオン・オフ制御し、
前記第2の3相モータの回生時には、前記第1のスイッチをオン状態に保持し、前記第1の3相インバータの前記一組のスイッチング素子をオフ状態に保持し、他の2組のスイッチング素子のうちの少なくとも一組のスイッチング素子における高電位側スイッチング素子をオン・オフ制御する、
モータ駆動系。 A motor drive system comprising first and second three-phase motors, each of which is driven and controlled by a first and second three-phase inverter using a battery as a power source,
One of the first three-phase inverters and one of the second three-phase inverters are connected between a connection point of a set of switching elements constituting one phase and the ground potential side. A capacitor disposed between the connection point of the pair of switching elements and the ground potential side;
A first switch connected between a connection point of the set of switching elements of the first three-phase inverter and the capacitor;
A second switch connected between a connection point of the set of switching elements of the second three-phase inverter and the capacitor;
A control device that performs on / off control of switching elements in the first and second three-phase inverters;
With
The control device includes:
During regeneration of the first three-phase motor, the second switch is held in an on state, the one set of switching elements of the second three-phase inverter is held in an off state, and the other two sets of switching On-off control of the high potential side switching element in at least one set of switching elements of the elements,
During regeneration of the second three-phase motor, the first switch is held in an on state, the one set of switching elements of the first three-phase inverter is held in an off state, and the other two sets of switching ON / OFF control of a high potential side switching element in at least one set of switching elements among the elements,
Motor drive system.
前記第1の3相モータの回生後駆動時には、前記第2のスイッチをオン状態に保持し、前記第2の3相インバータの前記一組のスイッチング素子をオフ状態に保持し、他の2組のスイッチング素子のうちの少なくとも一組のスイッチング素子における低電位側スイッチング素子をオン・オフ制御し、
前記第2の3相モータの回生後駆動時には、前記第1のスイッチをオン状態に保持し、前記第1の3相インバータの前記一組のスイッチング素子をオフ状態に保持し、他の2組のスイッチング素子のうちの少なくとも一組のスイッチング素子における低電位側スイッチング素子をオン・オフ制御する、
請求項1に記載のモータ駆動系。 The control device includes:
When the first three-phase motor is driven after regeneration, the second switch is held in an on state, the one set of switching elements of the second three-phase inverter is held in an off state, and the other two sets On-off control of the low potential side switching element in at least one set of the switching elements of
When the second three-phase motor is driven after regeneration, the first switch is held in an on state, the set of switching elements of the first three-phase inverter is held in an off state, and the other two sets On / off control of a low potential side switching element in at least one set of switching elements of
The motor drive system according to claim 1.
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
JP2017005846A (en) * | 2015-06-09 | 2017-01-05 | 株式会社豊田自動織機 | Ac power circuit |
JP2018107900A (en) * | 2016-12-26 | 2018-07-05 | 株式会社豊田自動織機 | Battery charge circuit |
-
2012
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