JP2016092946A - Electric power conversion system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device.
従来、1つの電動機に対し、2つのインバータを備える構成が知れられている。例えば特許文献1では、2つのインバータの全ての制御スイッチは、同種の素子である。
Conventionally, the structure provided with two inverters with respect to one electric motor is known. For example, in
特許文献1のように、2つのインバータの全てのスイッチング素子を、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(以下、「IGBT」という。)とした場合、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(以下、「MOSFET」という。)とした場合と比較し、小電流域での損失が大きい。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、損失を低減可能な電力変換装置を提供することにある。
When all the switching elements of the two inverters are, for example, insulated gate bipolar transistors (hereinafter referred to as “IGBT”) as in
This invention is made | formed in view of the above-mentioned subject, The objective is to provide the power converter device which can reduce a loss.
本発明は、巻線を有する回転電機の電力を変換する電力変換装置であって、第1インバータと、第2インバータと、制御部と、を備える。
第1インバータは、第1スイッチング素子を有し、巻線の一端および第1電圧源と接続される。
第2インバータは、第2スイッチング素子を有し、巻線の他端および第2電圧源と接続される。
The present invention is a power conversion device that converts electric power of a rotating electrical machine having a winding, and includes a first inverter, a second inverter, and a control unit.
The first inverter has a first switching element and is connected to one end of the winding and the first voltage source.
The second inverter has a second switching element and is connected to the other end of the winding and the second voltage source.
制御部は、第1スイッチング素子および第2スイッチング素子のオンオフ作動を制御する。
第1スイッチング素子は、小電流域において、第2スイッチング素子よりもオン抵抗が小さい。具体的には、例えば、第1スイッチング素子がMOSFETであり、第2スイッチング素子がIGBTである。
The control unit controls the on / off operation of the first switching element and the second switching element.
The first switching element has a smaller on-resistance than the second switching element in a small current region. Specifically, for example, the first switching element is a MOSFET and the second switching element is an IGBT.
本発明では、1つの回転電機に対して2つのインバータが設けられる構成において、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子とで異なる特性の素子を用いている。回転電機の駆動領域に応じ、小電流域では第1スイッチング素子がスイッチングされるように第1インバータおよび第2インバータを制御することにより、損失を低減することができる。 In the present invention, in a configuration in which two inverters are provided for one rotating electrical machine, elements having different characteristics are used for the first switching element and the second switching element. The loss can be reduced by controlling the first inverter and the second inverter so that the first switching element is switched in the small current region in accordance with the driving region of the rotating electrical machine.
以下、本発明による電力変換装置を図面に基づいて説明する。
(一実施形態)
本発明の一実施形態による電力変換装置を図1〜図7に基づいて説明する。
図1に示すように、本実施形態の電力変換装置1は、モータジェネレータ10の電力を変換するものである。
モータジェネレータ10は、例えば電気自動車やハイブリッド車両等の電動自動車に適用され、図示しない駆動輪を駆動するためのトルクを発生する、所謂「主機モータ」である。モータジェネレータ10は、駆動輪を駆動するための電動機としての機能、および、図示しないエンジンや駆動輪から伝わる運動エネルギによって駆動されて発電する発電機としての機能を有する。本実施形態では、モータジェネレータ10が電動機として機能する場合を中心に説明する。
Hereinafter, a power converter according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(One embodiment)
A power converter according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the
The
モータジェネレータ10は、3相交流の回転機であって、U相コイル11、V相コイル12、および、W相コイル13を有する。U相コイル11、V相コイル12およびW相コイル13が「巻線」に対応し、以下適宜、U相コイル11、V相コイル12およびW相コイル13を「コイル11〜13」という。
電力変換装置1は、第1インバータ20、第2インバータ30、冷却器50、および、制御部60等を備える。
第1インバータ20は、コイル11〜13への通電を切り替える3相インバータであり、6つのスイッチング素子であるU1上アーム素子21、V1上アーム素子22、W1上アーム素子23、U1下アーム素子24、V1下アーム素子25、および、W1下アーム素子26を有する。以下適宜、U1上アーム素子21、V1上アーム素子22、W1上アーム素子23、U1下アーム素子24、V1下アーム素子25、および、W1下アーム素子26を「(第1)スイッチング素子21〜26」という。
The
The
U1上アーム素子21はU1下アーム素子24の高電位側に接続され、V1上アーム素子はV1下アーム素子25の高電位側に接続され、W1上アーム素子23は、W1下アーム素子26の高電位側に接続される。以下適宜、高電位側に接続されるU1上アーム素子21、V1上アーム素子22、および、W1上アーム素子23を「第1上アーム素子21〜23」、低電位側に接続されるU1下アーム素子24、V1下アーム素子25、および、W1下アーム素子26を「第1下アーム素子24〜26」という。
The U1
第1インバータ20は、コイル11、12、13の一端111、121、131と第1電圧源としての第1電源41との間に接続される。具体的には、U1上アーム素子21とU1下アーム素子24との接続点27がU相コイル11の一端111に接続され、V1上アーム素子22とV1下アーム素子25の接続点28がV相コイル12の一端121に接続され、W1上アーム素子23とW1下アーム素子26との接続点29がW相コイル13の一端131に接続される。また、第1上アーム素子21〜23の高電位側を接続する高電位側配線が第1電源41の正極と接続され、第1下アーム素子24〜26の低電位側を接続する低電位側配線が第1電源41の負極と接続される。
The
第2インバータ30は、コイル11〜13への通電を切り替える3相インバータであり、6つのスイッチング素子であるU2上アーム素子31、V2上アーム素子32、W2上アーム素子33、U2下アーム素子34、V2下アーム素子35、および、W2下アーム素子36を有する。以下適宜、U2上アーム素子31、V2上アーム素子32、W2上アーム素子33、U2下アーム素子34、V2下アーム素子35、および、W2下アーム素子36を「(第2)スイッチング素子31〜36」という。
The
U2上アーム素子31はU2下アーム素子34の高電位側に接続され、V2上アーム素子32はV2下アーム素子35の高電位側に接続され、W2上アーム素子33はW2下アーム素子36の高電位側に接続される。以下適宜、高電位側に接続されるU2上アーム素子31、V2上アーム素子32およびW2上アーム素子を「第2上アーム素子31〜33」、低電位側に接続されるU2下アーム素子34、V2下アーム素子35およびW2下アーム素子36を「第2下アーム素子34〜36」という。
The U2
第2インバータ30は、コイル11、12、13の他端112、122、132と第2電圧源としての第2電源42との間に接続される。具体的には、U2上アーム素子31とU2下アーム素子34との接続点37がU相コイル11の他端112に接続され、V2上アーム素子32とV2下アーム素子35との接続点38がV相コイル12の他端122に接続され、W2上アーム素子33とW2下アーム素子36との接続点39がW相コイル13の他端132に接続される。また、第2上アーム素子31〜33の高電位側を接続する高電位側配線が第2電源42の正極と接続され、第2下アーム素子34〜36の低電位側を接続する低電位側配線が第2電源42の負極と接続される。
このように、本実施形態では、第1インバータ20および第2インバータ30がコイル11〜13の両側に接続される。
The
Thus, in this embodiment, the
第1スイッチング素子21〜26は、ユニポーラ型の半導体素子のMOSFETであり、第2スイッチング素子31〜36は、バイポーラ型の半導体素子のIGBTである。
MOSFETおよびIGBTの特性について言及しておくと、MOSFETは、IGBTよりもスイッチング損失が小さい。また、MOSFETは、IGBTと比較し、電流が比較的大きい大電流域において、素子温度が上がりやすい。そのため、素子温度の上昇を抑えるべく、素子面積を大きくすると、装置の体格が大型化する。
The
When mentioning the characteristics of the MOSFET and the IGBT, the MOSFET has a smaller switching loss than the IGBT. In addition, MOSFETs tend to increase the element temperature in a large current region where the current is relatively large as compared to IGBTs. Therefore, if the element area is increased in order to suppress an increase in element temperature, the size of the device increases.
図2は、MOSFETおよびIGBTの各素子の両端電圧と素子電流との関係を示しており、実線D1がMOSFETの特性を示し、実線D2がIGBTの特性を示す。図2に示すように、素子の両端電圧がVcのときに通電される電流である電流値Icよりも素子電流が小さい場合、IGBTと比較し、MOSFETのオン抵抗が小さく、導通損失が小さい。一方、電流値Icよりも素子電流が大きい場合、MSOFETと比較し、IGBTのオン抵抗が小さく、導通損失が小さい。
そのため、電流が比較的小さい小電流域での駆動においてDC特性およびAC特性が優れたMOSFETが有利であり、電流が比較的大きい大電流域での駆動においてはIGBTが有利であるといえる。
FIG. 2 shows the relationship between the both-end voltage of each element of the MOSFET and the IGBT and the element current, the solid line D1 shows the characteristics of the MOSFET, and the solid line D2 shows the characteristics of the IGBT. As shown in FIG. 2, when the device current is smaller than the current value Ic that is a current that is passed when the voltage across the device is Vc, the on-resistance of the MOSFET is small and the conduction loss is small compared to the IGBT. On the other hand, when the device current is larger than the current value Ic, the on-resistance of the IGBT is small and the conduction loss is small compared to the MSOFET.
Therefore, a MOSFET having excellent DC characteristics and AC characteristics is advantageous in driving in a small current region where the current is relatively small, and IGBT is advantageous in driving in a large current region where the current is relatively large.
図1に示すように、第1電源41は、リチウムイオン電池等の充放電可能な直流電源であり、第1インバータ20と接続され、第1インバータ20を経由してモータジェネレータ10と電力を授受可能に設けられる。
第2電源42は、リチウムイオン電池等の充放電可能な直流電源であり、第2インバータ30と接続され、第2インバータ30を経由してモータジェネレータ10と電力を授受可能に設けられる。
As shown in FIG. 1, the
The
本実施形態の第1電源41は、第2電源42よりも内部抵抗が小さく、出力が大きい「出力型」であり、第2電源42と比較し、充放電の繰り返しによる劣化が小さい。第2電源42は、第1電源41よりも容量が大きい「容量型」であり、長期間の出力が可能である。また、本実施形態では、第1電源41の電圧である第1電源電圧Vb1と、第2電源42の電圧である第2電源電圧Vb2とが等しく、例えば300[V]とする。
The
第1コンデンサ43は、第1電源41から第1インバータ20側への電流、または、第1インバータ20から第1電源41側への電流を平滑化する平滑コンデンサである。
第2コンデンサ44は、第2電源42から第2インバータ30側への電流、または、第2インバータ30側から第2電源42側への電流を平滑化する平滑コンデンサである。
The
The
図1および図3に示すように、冷却器50は、第1インバータ20および第2インバータ30を冷却するものであって、本体部51、流入配管55、および、流出配管57を有する。図3では、モータジェネレータ10および制御部60の記載を省略した。本体部51には、冷却水が流通する冷却通路52が形成される。また、冷却通路52には、複数のフィン53が設けられる。これにより、放熱効率が向上する。
冷却通路52は、流入配管55に形成される流入通路56、および、流出配管57に形成される流出通路58と連通する。ブロック矢印Wで示すように、冷却水は、流入通路56から冷却通路52に流入し、流出通路58から排出される。
As shown in FIGS. 1 and 3, the cooler 50 cools the
The
本実施形態では、大電流を通電したときの温度上昇が大きいMOSFETを第1スイッチング素子21〜26に用いているので、第2インバータ30側よりも第1インバータ20側の冷却性能が高くなるように、流入配管55側が第1インバータ20側、流出配管57が第2インバータ30側となるように配置される。
In the present embodiment, MOSFETs having a large temperature rise when energizing a large current are used for the
冷却器50において、主に第1インバータ20の冷却に係る領域を第1冷却領域C1、主に第2インバータ30の冷却に係る領域を第2冷却領域C2、第1冷却領域C1と第2冷却領域C2との間を中間領域C3とする。
図4では、冷却器50の本体部51の流入配管55側の端部をゼロとし、流入配管55側の端部からの距離である冷却位置を横軸とし、冷却水温を縦軸とする。図4に示すように、冷却水温は、第1冷却領域C1を流通することで昇温し、中間領域C3では略横ばいとなり、第2冷却領域C2を流通することでさらに昇温する。すなわち、第1冷却領域C1における冷却水の温度は、第2冷却領域C2における冷却水の温度より低く、冷却器50において、第2インバータ30側より、第1インバータ20側の冷却性能が高い、といえる。
In the cooler 50, an area mainly related to the cooling of the
In FIG. 4, the end portion on the
図1に示すように、制御部60は、通常のコンピュータとして構成されており、内部にはCPU、ROM、RAM、I/O、および、これらの構成を接続するバスライン等を備える。制御部60における各処理は、予め記憶されたプログラムをCPUで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。
制御部60は、スイッチング素子21〜26、31〜36のオンオフ作動を制御する制御信号を生成し、生成された制御信号をスイッチング素子21〜26、31〜36のゲートへ出力する。
As shown in FIG. 1, the
The
本実施形態では、モータジェネレータ10の回転数およびトルクに応じ、駆動動作を切り替える。図5に示すように、モータジェネレータ10の回転数およびトルクが第1閾値L1未満の領域を低負荷領域R11、回転数およびトルクが第1閾値L1以上、第2閾値L2未満の領域を中負荷領域R12、回転数およびトルクが第2閾値L2以上、出力上限である第3閾値L3未満の領域を高負荷領域R13とする。第1閾値L1は、スイッチング素子21〜26、31〜36のオン抵抗、スイッチング損失、および、素子温度等と考慮し、第1インバータ20に通電される電流が所定値以下となるように設定される。また、第2閾値L2は、第2電源42の電力で出力可能な最大値とする。
In the present embodiment, the driving operation is switched according to the rotation speed and torque of the
低負荷領域R11では、第1電源41の電力によりモータジェネレータ10を駆動する第1片側駆動動作とする。第1片側駆動動作、および、後述の第2片側駆動動作は、1電源駆動動作と捉えることもできる。
第1片側駆動動作では、第2上アーム素子31〜33の全相、または、第2下アーム素子34〜36の全相の一方がオン、他方がオフされることにより、第2インバータ30が中性点化される。また、モータジェネレータ10の駆動要求に応じ、第1インバータ20をPWM制御等により制御する。
In the low load region R11, a first one-side drive operation for driving the
In the first one-side drive operation, either one of all phases of the second
図6(a)に示す例では、第2上アーム素子31〜33の全相がオン、第2下アーム素子34〜36の全相がオフされることにより、第2インバータ30が中性点化される。また、第1インバータ20において、U1上アーム素子21、V1下アーム素子25、および、W1下アーム素子26がオンされると、図6(a)中の矢印Y1で示す経路の電流が流れる。また、第2スイッチング素子31〜36の熱損失の偏りを低減すべく、第2インバータ30において、第2上アーム素子31〜33がオンされる状態と、第2下アーム素子34〜36がオンされる状態とを適宜切り替えるようにしてもよい。後述の第2片側駆動動作においても同様である。
In the example shown in FIG. 6A, all the phases of the second
中負荷領域R12では、第2電源42の電力によりモータジェネレータ10を駆動する第2片側駆動動作とする。第2片側駆動動作では、第1上アーム素子21〜23の全相、または、第1下アーム素子24〜26の全相の一方がオン、他方がオフされることにより、第1インバータ20が中性点化される。また、モータジェネレータ10の駆動要求に応じ、第2インバータ30をPWM制御等により制御する。
図6(b)に示す例では、第1上アーム素子21〜23の全相がオン、第1下アーム素子24〜26の全相がオフされることにより、第1インバータ20が中性点化される。また、第2インバータ30において、U2上アーム素子31、V2下アーム素子35、および、W2下アーム素子36がオンされると、図6(b)中の矢印Y2で示す経路の電流が流れる。
In the middle load region R12, the second one-side drive operation is performed in which the
In the example shown in FIG. 6B, all phases of the first
本実施形態では、第1電源電圧Vb1と第2電源電圧Vb2とが等しいので、第2閾値L2未満の領域(すなわち低負荷領域R1および中負荷領域R2)において、モータジェネレータ10に印加される電圧は略一定であり、回転数及びトルクが小さいほど電流が小さく、第2閾値L2に近づくほど電流が大きい。すなわち、低負荷領域R1および中負荷領域R2において、相対的に、低負荷領域R1が「小電流域」であり、中負荷領域R2が「大電流域」であると捉えられる。
In the present embodiment, since the first power supply voltage Vb1 and the second power supply voltage Vb2 are equal, the voltage applied to the
本実施形態では、低負荷領域R1にて第1片側駆動動作とし、スイッチング動作を行う第1スイッチング素子21〜26がMOSFETであるので、IGBTである場合と比較し、損失を低減することができる。
また、第1片側駆動動作では、第1電源41が充放電される。モータジェネレータ10が主機モータであって、頻繁な減速エネルギが生じる走行状態のとき、モータジェネレータ10の駆動領域は低負荷領域R1となる。本実施形態では、内部抵抗、および、充放電の繰り返しによる劣化が比較的小さい高出力型の電源を第1電源41として採用し、低負荷領域R1において、第1電源41側が充放電される第1片側駆動動作としているので、容量型の電源を用いる場合と比較し、第1電源41の劣化を抑制することができる。
In the present embodiment, since the
In the first one-side drive operation, the
IGBTは、大電流域において、オン抵抗が比較的小さく、素子温度の上昇程度がMOSと比較して小さいので、比較的大電流での片側駆動時には、第2インバータ30をスイッチングする。これにより、中負荷領域R12で駆動する際の発熱を抑制することができる。また、第2電源42を容量型とすることにより、長期間の出力が可能となり、第1電源41および第2電源42による航続距離を延ばすことができる。
The IGBT has a relatively small on-resistance in a large current region, and an increase in element temperature is small compared to the MOS, so that the
すなわち、MOSFET(第1スイッチング素子21〜26)と出力型電源(第1電源41)との組み合わせを力行と回生とが頻繁に切り替わる低負荷領域R1にて用い、IGBT(第2スイッチング素子31〜36)と容量型電源(第2電源42)とを組み合わせを中負荷領域R2にて用いることが、スイッチング損失、素子発熱、および、電池劣化等の面から望ましい。
That is, a combination of a MOSFET (first switching
高負荷領域R13では、第1電源41および第2電源42の電力によりモータジェネレータ10を駆動する反転駆動動作とする。反転駆動動作は、2電源駆動動作と捉えることもできる。
反転駆動動作では、モータジェネレータ10の駆動要求に応じた第1基本波F1に基づいて第1インバータ20を制御し、駆動要求に応じた第2基本波F2に基づいて第2インバータ30を制御する。
In the high load region R13, an inversion driving operation is performed in which the
In the reverse drive operation, the
例えば、制御部60は、第1基本波F1とキャリア波との比較によるPWM制御により第1制御信号を生成し、第2基本波F2とキャリア波との比較によるPWM制御により第2制御信号を生成する。PWM制御には、基本波F1、F2の振幅がキャリア波の振幅より小さい「正弦波PWM制御」、および、基本波F1、F2の振幅がキャリア波より大きい「過変調PWM制御」を含むものとする。また、PWM制御に替えて、基本波F1、F2の半周期ごとにスイッチング素子21〜26、31〜36のオンオフを切り替える矩形波制御としてもよい。
For example, the
反転駆動動作において、第1基本波F1と第2基本波F2とは、位相が反転されている。換言すると、第1基本波F1と第2基本波F2とは、位相が略180[°]ずれている。なお、第1基本波F1と第2基本波F2との位相差は、180[°]とするが、第1電源41の電圧および第2電源42の電圧の和に相当する電圧をモータジェネレータ10に印加可能な程度のずれは許容される。
In the inversion driving operation, the phases of the first fundamental wave F1 and the second fundamental wave F2 are inverted. In other words, the first fundamental wave F1 and the second fundamental wave F2 are out of phase by approximately 180 [°]. The phase difference between the first fundamental wave F1 and the second fundamental wave F2 is 180 [°], but a voltage corresponding to the sum of the voltage of the
また、第1基本波F1と第2基本波F2とは、ともに正弦波である場合のように同様の波形であってもよいし、例えば第1インバータ20または第2インバータ30の一方を正弦波PWM制御し、他方を過変調PWM制御するといった場合のように、異なる波形であってもよい。また、振幅を無限大とみなし、基本波の半周期ごとにオンオフが切り替えられる矩形波制御としてもよい。
Further, the first fundamental wave F1 and the second fundamental wave F2 may have the same waveform as in the case where both are sine waves. For example, one of the
反転駆動動作では、第1基本波F1および第2基本波F2の振幅および波形が等しい場合、各相にてオンされる素子は、第1インバータ20と第2インバータ30とで上下反対となる。図7に示す例では、U1上アーム素子21、V1下アーム素子25、W1下アーム素子26、V2上アーム素子32、W2上アーム素子33、および、U2下アーム素子34がオンされ、このとき、矢印Y3で示す経路の電流が流れる。なお、第1基本波F1および第2基本波F2の振幅または波形が異なる場合、各相にてオンされる素子は、第1インバータ20と第2インバータ30とで、必ずしも上下反対にならない。
In the inversion driving operation, when the amplitude and waveform of the first fundamental wave F1 and the second fundamental wave F2 are equal, the elements that are turned on in each phase are upside down in the
反転駆動動作とすることにより、第1電源41と第2電源42とを直列接続した状態とみなすことができ、第1電源電圧Vb1と第2電源電圧Vb2との和に相当する電圧をモータジェネレータ10に印加することができるので、モータジェネレータ10の出力を高めることができる。
なお、図6および図7では、制御部60の記載を省略し、オンである素子を実線、オフである素子を破線で示した。
By performing the inversion driving operation, it can be considered that the
6 and 7, the description of the
以上詳述したように、電力変換装置1は、コイル11〜13を有するモータジェネレータ10の電力を変換するものであって、第1インバータ20と、第2インバータ30と、制御部60と、を備える。
第1インバータ20は、第1スイッチング素子21〜26を有し、コイル11、12、13の一端111、121、131および第1電源41と接続される。
第2インバータ30は、第2スイッチング素子31〜36を有し、コイル11、12、13の他端112、122、132および第2電源42と接続される。
制御部60は、第1スイッチング素子21〜26および第2スイッチング素子31〜36のオンオフ作動を制御する。
As described in detail above, the
The
The
The
第1スイッチング素子21〜26は、小電流域において、第2スイッチング素子31〜36よりもオン抵抗が小さい。第2スイッチング素子31〜36は、大電流域において、第1スイッチング素子21〜26よりもオン抵抗が小さい。
本実施形態では、1つのモータジェネレータ10に対して2つのインバータ20、30が設けられる構成において、第1スイッチング素子21〜26と、第2スイッチング素子31〜36とで、異なる特性の素子を用いている。モータジェネレータ10の駆動領域に応じ、小電流域では第1スイッチング素子21〜26がスイッチングされるように第1インバータ20および第2インバータ30を制御することにより、損失を低減することができる。
The
In the present embodiment, in a configuration in which two
具体的には、第1スイッチング素子21〜26が金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)であり、第2スイッチング素子31〜36が絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)である。MOSFETは、小電流域でのDC特性およびAC特性が優れているので、小電流時の損失を低減することができる。また、IGBTは、電流が比較的大きいときの発熱量がMOSFETよりも小さいので、全てのスイッチング素子をMOSFETとする場合と比較し、大電流時の発熱を抑制可能であり、装置の小型化に寄与する。
Specifically, the
制御部60は、モータジェネレータ10の回転数およびトルクが第1閾値L1より小さい低負荷領域R1である場合、第2インバータ30を中性点化し、モータジェネレータ10の駆動要求に応じて第1インバータ20を制御する。
制御部60は、モータジェネレータ10の回転数およびトルクが第1閾値L1以上、かつ、第2閾値L2より小さい中負荷領域R2である場合、第1インバータ20を中性点化し、駆動要求に応じて第2インバータ30を制御する。
制御部60は、モータジェネレータ10の回転数およびトルクが第2閾値L2以上の高負荷領域R3である場合、駆動要求に応じて第1インバータ20および第2インバータ30を制御する。
When the rotational speed and torque of
When the rotational speed and torque of
これにより、電流が比較的小さい低負荷領域R1にてスイッチングされる素子がIGBTである場合と比較し、損失を低減することができる。また、電流が比較的大きい中負荷領域R12にてスイッチングされる素子がMOSFETである場合と比較し、当該領域における発熱を抑制することができる。さらにまた、高負荷領域R3では、第1インバータ20および第2インバータ30をスイッチングし、第1電源41および第2電源42の電力によりモータジェネレータ10を駆動することにより、高出力を実現可能である。
Thereby, compared with the case where the element switched in low load area | region R1 with a comparatively small electric current is IGBT, a loss can be reduced. Moreover, compared with the case where the element switched in the medium load region R12 where the current is relatively large is a MOSFET, heat generation in the region can be suppressed. Furthermore, in the high load region R3, high output can be realized by switching the
第1電源41の内部抵抗は、第2電源42の内部抵抗より小さい。低負荷領域R1では、走行状態に応じて回生と力行とが頻繁に切り替えられる。本実施形態では、低負荷領域R1にてスイッチングされる第1インバータ20側に接続される第1電源41として、内部抵抗が小さく、充放電による劣化が小さい出力型の電源を用いる。これにより、容量型の電源を用いる場合と比較し、電源の劣化を抑制することができる。
また、第2電源42の容量は、第1電源41の容量より大きい。これにより、長期間の出力が可能となる。
The internal resistance of the
Further, the capacity of the
電力変換装置1は、第1インバータ20および第2インバータ30を冷却する冷却器50を備える。冷却器50の第1インバータ20側を冷却する冷却性能は、第2インバータ30側を冷却する冷却性のよりも高い。これにより、IGBTよりも大電流域での発熱量が大きいMOSFETである第1スイッチング素子21〜26を高効率に冷却することができる。
The
(他の実施形態)
(ア)インバータ
上記実施形態では、第1スイッチング素子がMOSFETであり、第2スイッチング素子がIGBTである。他の実施形態では、第1スイッチング素子は、小電流域にて第2スイッチング素子よりもオン抵抗が小さいMOSFET以外の半導体素子等としてもよい。また、第2スイッチング素子は、第1スイッチング素子とは異なるIGBT以外の半導体素子等としてもよい。
上記実施形態では、第1インバータおよび第2インバータがPWM制御される例を中心に説明した。他の実施形態では、第1インバータおよび第2インバータの少なくとも一方をPWM制御以外の制御方法にて制御してもよい。
(Other embodiments)
(A) Inverter In the above embodiment, the first switching element is a MOSFET and the second switching element is an IGBT. In other embodiments, the first switching element may be a semiconductor element other than a MOSFET having a smaller on-resistance than the second switching element in a small current region. Further, the second switching element may be a semiconductor element other than the IGBT different from the first switching element.
In the above-described embodiment, the example in which the first inverter and the second inverter are PWM controlled has been mainly described. In other embodiments, at least one of the first inverter and the second inverter may be controlled by a control method other than PWM control.
(イ)電源
上記実施形態では、第1電圧源を出力型のリチウムイオンバッテリとし、第2電圧源を容量型のリチウムイオンバッテリとする。他の実施形態では、第1電圧源をキャパシタ等のリチウムイオンバッテリ以外としてもよいし、第2電圧源を鉛蓄電池、燃料電池、または、エンジン等の駆動源により駆動されて発電する発電機等のリチウムイオンバッテリ以外としてもよい。
第1電圧源として、充放電による劣化が小さい「出力型」のものを用い、第2電圧源として、長期間の出力を可能とすべく「容量型」のものを用いることが好ましいが、これに限らない。すなわち、他の実施形態では、第1電圧源の内部抵抗が第2電圧源の内部抵抗以上であってもよいし、第2電圧源の容量が第1電圧源の容量以下であってもよい。また、第1電圧源および第2電圧源は、同等の特性のものを用いてもよい。また、第1電源電圧と第2電源電圧とが異なっていてもよい。
(B) Power supply In the above embodiment, the first voltage source is an output type lithium ion battery, and the second voltage source is a capacity type lithium ion battery. In other embodiments, the first voltage source may be other than a lithium ion battery such as a capacitor, the second voltage source is driven by a lead storage battery, a fuel cell, or a drive source such as an engine, and the like. It is good also as other than a lithium ion battery.
As the first voltage source, it is preferable to use an “output type” that is small in deterioration due to charge and discharge, and as the second voltage source, it is preferable to use a “capacitance type” to enable long-term output. Not limited to. That is, in other embodiments, the internal resistance of the first voltage source may be greater than or equal to the internal resistance of the second voltage source, and the capacity of the second voltage source may be less than or equal to the capacity of the first voltage source. . The first voltage source and the second voltage source may have equivalent characteristics. Further, the first power supply voltage and the second power supply voltage may be different.
(ウ)冷却器
上記実施形態では、第1インバータおよび第2インバータを同一の冷却器により冷却する。他の実施形態では、冷却器の構成は、上記実施形態の構成に限らず、どのようなものとしてもよく、冷却器をインバータ毎に設けてもよいし、冷却器を省略してもよい。また、第1インバータ側の冷却性能が第2インバータ側の冷却性能以下であってもよい。
(C) Cooler In the above embodiment, the first inverter and the second inverter are cooled by the same cooler. In another embodiment, the configuration of the cooler is not limited to the configuration of the above-described embodiment, and any configuration may be used, and a cooler may be provided for each inverter, or the cooler may be omitted. Further, the cooling performance on the first inverter side may be equal to or lower than the cooling performance on the second inverter side.
(エ)モータジェネレータ
上記実施形態では、上記実施形態では、モータジェネレータは3相の回転電機であるが、他の実施形態では、3相回転電機に限らず、どのようなものであってもよい。
モータジェネレータが電動車両の主機モータである。他の実施形態では、モータジェネレータは、主機モータに限らず、例えば、スタータ機能とオルタネータ機能とを併せ持つ、所謂ISG(Integrated Starter Generator)や、補機モータであってもよい。また、電力変換装置を車両以外の装置に適用してもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
(D) Motor generator In the above embodiment, in the above embodiment, the motor generator is a three-phase rotating electric machine, but in other embodiments, it is not limited to a three-phase rotating electric machine and may be any type. .
The motor generator is the main motor of the electric vehicle. In another embodiment, the motor generator is not limited to the main motor, and may be, for example, a so-called ISG (Integrated Starter Generator) having both a starter function and an alternator function or an auxiliary motor. Moreover, you may apply a power converter device to apparatuses other than a vehicle.
As mentioned above, this invention is not limited to the said embodiment at all, In the range which does not deviate from the meaning of invention, it can implement with a various form.
1・・・電力変換装置
10・・・モータジェネレータ(回転電機)
11〜13・・・コイル(巻線)
20・・・第1インバータ
21〜26・・・第1スイッチング素子
30・・・第2インバータ
31〜36・・・第2スイッチング素子
41・・・第1電源(第1電圧源) 42・・・第2電源(第2電圧源)
50・・・冷却器
60・・・制御部
DESCRIPTION OF
11-13 ... Coil (winding)
DESCRIPTION OF
50 ...
Claims (6)
第1スイッチング素子(21〜26)を有し、前記巻線の一端(111、121、131)および第1電圧源(41)と接続される第1インバータ(20)と、
第2スイッチング素子(31〜36)を有し、前記巻線の他端(112、122、132)および第2電圧源(42)と接続される第2インバータ(30)と、
前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子のオンオフ作動を制御する制御部(60)と、
を備え、
前記第1スイッチング素子は、小電流域において、前記第2スイッチング素子よりもオン抵抗が小さいことを特徴とする電力変換装置。 A power converter (1) for converting the power of a rotating electrical machine (10) having windings (11, 12, 13),
A first inverter (20) having a first switching element (21-26) and connected to one end (111, 121, 131) of the winding and a first voltage source (41);
A second inverter (30) having a second switching element (31-36) and connected to the other end (112, 122, 132) of the winding and the second voltage source (42);
A controller (60) for controlling on / off operation of the first switching element and the second switching element;
With
The first switching element has a smaller on-resistance than the second switching element in a small current region.
前記第2スイッチング素子は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタであることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 The first switching element is a metal oxide semiconductor field effect transistor;
The power converter according to claim 1, wherein the second switching element is an insulated gate bipolar transistor.
前記回転電機の回転数およびトルクが第1閾値より小さい低負荷領域である場合、前記第2インバータを中性点化し、前記回転電機の駆動要求に応じて前記第1インバータを制御し、
前記回転電機の回転数およびトルクが前記第1閾値以上、かつ、第2閾値より小さい中負荷領域である場合、前記第1インバータを中性点化し、前記駆動要求に応じて前記第2インバータを制御し、
前記回転電機の回転数およびトルクが前記第2閾値以上の高負荷領域である場合、前記駆動要求に応じて前記第1インバータおよび前記第2インバータを制御することを特徴とする請求項1または2に記載の電力変換装置。 The controller is
When the rotational speed and torque of the rotating electrical machine are in a low load region smaller than a first threshold value, the second inverter is neutralized, and the first inverter is controlled according to the driving request of the rotating electrical machine,
When the rotational speed and torque of the rotating electrical machine are in the middle load region that is equal to or larger than the first threshold and smaller than the second threshold, the first inverter is neutralized, and the second inverter is turned on in response to the drive request. Control
3. The first inverter and the second inverter are controlled according to the drive request when the rotational speed and torque of the rotating electrical machine are in a high load region that is equal to or greater than the second threshold value. The power converter device described in 1.
前記冷却器の前記第1インバータ側を冷却する冷却性能は、前記第2インバータ側を冷却する冷却性能よりも高いことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の電力変換装置。 A cooler (50) for cooling the first inverter and the second inverter;
The power conversion device according to any one of claims 1 to 5, wherein a cooling performance for cooling the first inverter side of the cooler is higher than a cooling performance for cooling the second inverter side. .
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018011492A (en) * | 2016-07-15 | 2018-01-18 | 株式会社デンソー | Rotary electric machine device |
JP2018026891A (en) * | 2016-08-08 | 2018-02-15 | 株式会社デンソー | Rotary electric machine controller and electric power steering device using the same |
WO2019142877A1 (en) * | 2018-01-18 | 2019-07-25 | アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 | Rotary electric machine control device |
JP2020036516A (en) * | 2018-08-31 | 2020-03-05 | アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 | Dynamo-electric motor controller |
JP2020120515A (en) * | 2019-01-24 | 2020-08-06 | 株式会社デンソー | Motor drive device |
US11489474B2 (en) | 2018-11-01 | 2022-11-01 | Denso Corporation | Driving device for rotating electric machine |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10752412B1 (en) | 2019-11-06 | 2020-08-25 | Berlin Packaging, Llc | Child resistant container with pump actuator |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009116273A1 (en) * | 2008-03-19 | 2009-09-24 | 三菱電機株式会社 | Power conversion device |
CN102377380A (en) * | 2010-08-10 | 2012-03-14 | 程基江 | Alternating current permanent magnet synchronous machine control system for electric vehicle |
JP2013135553A (en) * | 2011-12-27 | 2013-07-08 | Panasonic Corp | Inverter device |
JP2014171362A (en) * | 2013-03-05 | 2014-09-18 | Nippon Soken Inc | Power conversion apparatus |
-
2014
- 2014-11-04 JP JP2014224084A patent/JP6394288B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009116273A1 (en) * | 2008-03-19 | 2009-09-24 | 三菱電機株式会社 | Power conversion device |
CN102377380A (en) * | 2010-08-10 | 2012-03-14 | 程基江 | Alternating current permanent magnet synchronous machine control system for electric vehicle |
JP2013135553A (en) * | 2011-12-27 | 2013-07-08 | Panasonic Corp | Inverter device |
JP2014171362A (en) * | 2013-03-05 | 2014-09-18 | Nippon Soken Inc | Power conversion apparatus |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018011492A (en) * | 2016-07-15 | 2018-01-18 | 株式会社デンソー | Rotary electric machine device |
JP2018026891A (en) * | 2016-08-08 | 2018-02-15 | 株式会社デンソー | Rotary electric machine controller and electric power steering device using the same |
US11258391B2 (en) | 2018-01-18 | 2022-02-22 | Aisin Aw Co., Ltd. | Rotating electrical machine control device |
CN111434028A (en) * | 2018-01-18 | 2020-07-17 | 爱信艾达株式会社 | Rotating electric machine control device |
JPWO2019142877A1 (en) * | 2018-01-18 | 2020-11-26 | アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 | Rotating electric machine control device |
EP3706309A4 (en) * | 2018-01-18 | 2021-01-06 | Aisin Aw Co., Ltd. | Rotary electric machine control device |
WO2019142877A1 (en) * | 2018-01-18 | 2019-07-25 | アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 | Rotary electric machine control device |
CN111434028B (en) * | 2018-01-18 | 2023-09-12 | 株式会社爱信 | Rotary electric machine control device |
JP2020036516A (en) * | 2018-08-31 | 2020-03-05 | アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 | Dynamo-electric motor controller |
CN112534709A (en) * | 2018-08-31 | 2021-03-19 | 爱信艾达株式会社 | Rotating electric machine control device |
US11456686B2 (en) | 2018-08-31 | 2022-09-27 | Aisin Corporation | Rotating electrical machine control device |
US11489474B2 (en) | 2018-11-01 | 2022-11-01 | Denso Corporation | Driving device for rotating electric machine |
JP2020120515A (en) * | 2019-01-24 | 2020-08-06 | 株式会社デンソー | Motor drive device |
JP7238424B2 (en) | 2019-01-24 | 2023-03-14 | 株式会社デンソー | electric motor drive |
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