JP2017017765A - Charger in motor drive device - Google Patents

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Toshihisa Shimizu
敏久 清水
小池 哲夫
Tetsuo Koike
哲夫 小池
博之 三上
Hiroyuki Mikami
博之 三上
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low cost charger in a motor drive device that can realize a longer lifetime of an inverter and can be made compact so as to be mounted in a vehicle, while down-sizing the whole device by sharing the circuit for use in the device, and incorporating the functional section of an inverter and the charger in the motor housing.SOLUTION: When charging a power storage device 400 from an AC power supply 30, a controller controls bidirectional DC-DC converter and a motor inverter so that the power of the AC power supply is supplied to the power storage device via the AC I/O terminals 111a, b of an AC/DC converter 100, a DC rectifier section 120, a DC output terminal 121a, the DC input terminal 201a of a motor inverter 200, coils 11, 12, 13 of the motor 10, the DC I/O terminal 202a of the motor inverter 200, and first DC I/O output terminal 301a, and second DC I/O output terminal 302a of a bidirectional DC-DC converter 300.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、モータ駆動装置における充電装置に関し、特に、充電装置のための部品の点数を減らし小型化を図ることができるモータ駆動装置における充電装置に関する。 The present invention relates to a charging device in a motor driving device, and more particularly to a charging device in a motor driving device that can reduce the number of parts for the charging device and reduce the size.

電気自動車、ハイブリッド車などにでは、バッテリ(蓄電池)から電力が、双方向DC-DCコンバータ、モータインバータを介して走行用モータに供給される。バッテリの電圧とモータに供給される電圧が異なる場合には、双方向DC-DCコンバータで昇圧若しくは降圧が行われる。一方で、交流電源を用いてバッテリを充電する必要がある。この場合も、交流電源の電圧とバッテリの電圧が異なる場合には、交流電源と、バッテリの間に、整流部としてのAC/DCコンバータ、昇圧若しくは降圧のためのDC-DCコンバータを設ける必要がある。   In an electric vehicle, a hybrid vehicle, and the like, electric power is supplied from a battery (storage battery) to a traveling motor via a bidirectional DC-DC converter and a motor inverter. When the voltage of the battery and the voltage supplied to the motor are different, the voltage is boosted or lowered by the bidirectional DC-DC converter. On the other hand, it is necessary to charge the battery using an AC power source. Also in this case, when the voltage of the AC power supply and the voltage of the battery are different, it is necessary to provide an AC / DC converter as a rectifying unit and a DC-DC converter for step-up or step-down between the AC power supply and the battery. is there.

下記特許文献1には、電気自動車に関し、モータを駆動するインバータの3相ブリッジ回路を用いて車載バッテリに蓄積された直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力をモータに供給して車両を走行させるとともに、外部の交流電源から交流電力を、磁気的に結合した一次コイル、二次コイルを備えた昇圧または降圧回路を介して変圧してから、3相ブリッジ回路に送出し、この3相ブリッジ回路で直流に整流した上で車載バッテリに供給して車載バッテリを充電するという発明が記載されている。 Patent Document 1 below relates to an electric vehicle and uses a three-phase bridge circuit of an inverter that drives a motor to convert DC power stored in an in-vehicle battery into AC power, and supplies the converted AC power to the motor. The AC power from the external AC power source is transformed through a step-up or step-down circuit having a magnetically coupled primary coil and secondary coil, and then sent to a three-phase bridge circuit. An invention is described in which a direct current is rectified by a phase bridge circuit and then supplied to an in-vehicle battery to charge the in-vehicle battery.

特開2014−176164号公報 JP 2014-176164 A

しかしながら、従来の電動車両等に搭載される充電装置は、交流電源と、バッテリの間に、整流部としてのAC/DCコンバータ、昇圧若しくは降圧のためのDC-DCコンバータを設ける必要があったり、交流電源の電圧を車載バッテリの電圧に昇圧若しく降圧するためのコイル、昇圧または降圧回路を別途備える必要があった。   However, a charging device mounted on a conventional electric vehicle or the like needs to provide an AC / DC converter as a rectifying unit and a DC-DC converter for step-up or step-down between an AC power source and a battery, It was necessary to separately provide a coil and a step-up or step-down circuit for stepping up or down the voltage of the AC power source to the voltage of the in-vehicle battery.

このため充電装置としての機能部分における部品点数が増大するとともにそのための設置スペースが大きくなり、車載用に小型化して低コストを図ることが困難であった。   For this reason, the number of parts in the functional part as a charging device increases, and the installation space for it increases, making it difficult to reduce the size and reduce the cost for in-vehicle use.

そこで、本発明は、車載用に小型化でき低コストのモータ駆動装置における充電装置を市場に提供することを第1の解決課題とする。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is a first object of the present invention to provide a charging device in a motor drive device that can be miniaturized for in-vehicle use and that is low cost.

また、従来のモータは、双方向DC-DCコンバータとモータインバータで構成されるインバータで駆動されているが、従来のインバータは、モータのハウジングとは別置きに設置されていた。このためモータとインバータとを接続するケーブルが長くなり、インダクタンス成分が大きくなっていた。これにより、大電力を制御するスイッチング素子としてのIGBTをオン/オフさせるとサージが発生するため、そのサージをコンデンサと抵抗等で除去する必要があった。サージが大きいため、コンデンサは電解コンデンサを使用しているが、この電解コンデンサは、10年程度の寿命しかなくインバータとしては低寿命であった。さらに、充電装置はインバータとは別置きであり、回路の共有化ができなかったり、充電時に発生するノイズなどの影響により、装置全体としての小型化が困難であった。
そこで、本発明は、装置に使用される回路の共有化を図り、モータハウジング内にインバータおよび充電装置の機能部分を内蔵させることにより装置全体の小型化を図るとともに、モータ駆動装置に用いられるインバータの長寿命化を実現することを第2の解決課題とする。
In addition, the conventional motor is driven by an inverter composed of a bidirectional DC-DC converter and a motor inverter. However, the conventional inverter is installed separately from the motor housing. For this reason, the cable which connects a motor and an inverter became long and the inductance component became large. As a result, a surge is generated when the IGBT serving as a switching element for controlling high power is turned on / off, and thus it is necessary to remove the surge with a capacitor and a resistor. Since the surge is large, an electrolytic capacitor is used as the capacitor, but this electrolytic capacitor has a life of about 10 years and has a low life as an inverter. Furthermore, the charging device is separate from the inverter, and it has been difficult to reduce the size of the entire device due to the influence of noise and the like that cannot be shared by the circuit or during charging.
Therefore, the present invention aims to share the circuit used in the device, and to reduce the size of the entire device by incorporating the functional part of the inverter and the charging device in the motor housing, and the inverter used in the motor drive device It is a second problem to be solved to extend the service life.

そのために、第1発明は、AC/DCコンバータと、モータインバータと、コイルを備えたモータと、双方向DC-DCコンバータと、蓄電装置と、制御装置とを含むモータ駆動装置における充電装置であって、
前記AC/DCコンバータは、交流電源に電気的に接続される交流入出力端子と、前記交流入出力端子に電気的に接続される直流整流部と、前記直流整流部により整流された直流電流が出力される直流出力端子とを備え、
前記モータインバータは、前記AC/DCコンバータの直流出力端子に電気的に接続される直流入力端子と、前記双方向DC-DCコンバータの第1の直流入出力端子に電気的に接続される直流入出力端子と、前記モータに電気的に接続される交流入出力端子とを備え、
前記双方向DC-DCコンバータは、前記モータインバータの直流入出力端子に電気的に接続される第1の直流入出力端子と、前記蓄電装置に電気的に接続される第2の直流入出力端子とを備え、
前記蓄電装置の電力で前記モータを駆動させる場合には、
前記制御装置は、前記蓄電装置に蓄電された電力が、前記双方向DC-DCコンバータの前記第2の直流入出力端子から前記第1の直流入出力端子、前記モータインバータの前記直流入出力端子、前記交流入出力端子を介して前記モータに供給されるように前記双方向DC-DCコンバータおよび前記モータインバータを制御し、
前記交流電源から供給される電力によって前記蓄電装置を充電させる場合には、
前記制御装置は、前記交流電源から供給される電力が、前記AC/DCコンバータの前記交流入出力端子、前記直流整流部、前記直流出力端子、前記モータインバータの前記直流入力端子、前記モータのコイル、前記モータインバータの前記直流入出力端子、前記双方向DC-DCコンバータの前記第1の直流入出力端子、前記第2の直流入出力端子を介して前記蓄電装置に供給されるように前記双方向DC-DCコンバータおよび前記モータインバータを制御すること
を特徴とする。
To that end, the first invention is a charging device in a motor drive device including an AC / DC converter, a motor inverter, a motor including a coil, a bidirectional DC-DC converter, a power storage device, and a control device. And
The AC / DC converter includes an AC input / output terminal electrically connected to an AC power source, a DC rectification unit electrically connected to the AC input / output terminal, and a DC current rectified by the DC rectification unit. DC output terminal to be output,
The motor inverter includes a DC input terminal electrically connected to a DC output terminal of the AC / DC converter, and a DC input electrically connected to a first DC input / output terminal of the bidirectional DC-DC converter. An output terminal and an AC input / output terminal electrically connected to the motor;
The bidirectional DC-DC converter includes a first DC input / output terminal electrically connected to a DC input / output terminal of the motor inverter, and a second DC input / output terminal electrically connected to the power storage device. And
When driving the motor with the power of the power storage device,
In the control device, the power stored in the power storage device is changed from the second DC input / output terminal of the bidirectional DC-DC converter to the first DC input / output terminal, and the DC input / output terminal of the motor inverter. , Controlling the bidirectional DC-DC converter and the motor inverter to be supplied to the motor via the AC input / output terminal,
When charging the power storage device with power supplied from the AC power supply,
In the control device, the power supplied from the AC power source includes the AC input / output terminal of the AC / DC converter, the DC rectification unit, the DC output terminal, the DC input terminal of the motor inverter, and a coil of the motor. , The DC input / output terminal of the motor inverter, the first DC input / output terminal of the bidirectional DC-DC converter, and the second DC input / output terminal to be supplied to the power storage device. A directional DC-DC converter and the motor inverter are controlled.

第2発明は、第1発明において、前記双方向DC-DCコンバータおよび前記モータインバータは、FETで構成されるスイッチング素子を備え、当該スイッチング素子に前記制御装置から出力されるスイッチング信号が入力されること
を特徴とする。
In a second aspect based on the first aspect, the bidirectional DC-DC converter and the motor inverter each include a switching element formed of an FET, and a switching signal output from the control device is input to the switching element. It is characterized by this.

第3発明は、第1発明または第2発明において、前記双方向DC-DCコンバータおよび前記モータインバータが、前記モータのハウジング内に設けられること
を特徴とする
A third invention is characterized in that, in the first invention or the second invention, the bidirectional DC-DC converter and the motor inverter are provided in a housing of the motor.

第4発明は、第1発明乃至第3発明のいずれかにおいて、前記モータの回生により発生する電力によって前記蓄電装置を充電させる場合には、
前記制御装置は、前記モータの回生により発生する電力が、前記モータインバータの前記交流入出力端子、前記直流入出力端子、前記双方向DC-DCコンバータの前記第1の直流入出力端子、前記第2の直流入出力端子を介して前記蓄電装置に供給されるように前記双方向DC-DCコンバータおよび前記モータインバータを制御すること
を特徴とする。
According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions, when the power storage device is charged with electric power generated by regeneration of the motor,
In the control device, the electric power generated by the regeneration of the motor receives the AC input / output terminal of the motor inverter, the DC input / output terminal, the first DC input / output terminal of the bidirectional DC-DC converter, the first The bidirectional DC-DC converter and the motor inverter are controlled so as to be supplied to the power storage device via two DC input / output terminals.

交流電源を用いて蓄電装置(バッテリ)を充電するに際して、交流電源の電圧と蓄電装置の電圧が異なる場合には、昇圧若しくは降圧するためのコイル、昇圧回路を備えた充電装置が必要になる。本発明によれば、蓄電装置に蓄電された電力を昇圧若しくは降圧した上で交流電力に変換してモータに供給してモータを力走作動(電動機作用)させるために設けられている既存の双方向DC-DCコンバータ、モータインバータ、モータのコイルが、充電装置の昇圧若しくは降圧の機能を兼用する。このため専用の充電装置を別途に設ける必要がなく、充電装置としての機能部分における部品点数が減少するとともにそのための設置スペースを小さくでき、車載用に小型化、低コストを図ることが容易となる。これにより、車載用に小型、低コストのモータ駆動装置における充電装置を市場に提供することが可能となる。   When charging the power storage device (battery) using an AC power supply, if the voltage of the AC power supply and the voltage of the power storage device are different, a charging device including a coil for boosting or stepping down and a boosting circuit is required. According to the present invention, both the existing electric power stored in the power storage device are provided for boosting or stepping down the voltage and converting it into alternating current power to supply the motor to the motor for power running operation (motor operation). The direct current DC-DC converter, the motor inverter, and the motor coil also serve as a step-up or step-down function of the charging device. For this reason, it is not necessary to separately provide a dedicated charging device, the number of components in the functional part as the charging device is reduced, and the installation space for that can be reduced, and it is easy to reduce the size and cost for in-vehicle use. . Thereby, it becomes possible to provide the market with a charging device in a small and low-cost motor driving device for in-vehicle use.

第2発明によれば、双方向DC-DCコンバータおよびモータインバータのスイッチング素子を、FETで構成したので、整流ダイオードがなくロスが少ない。また高周波数でスイッチングすることにより高効率化が可能となる。また部品点数の削減、低発熱が実現され小型化が可能となる。   According to the second aspect of the invention, since the switching elements of the bidirectional DC-DC converter and the motor inverter are composed of FETs, there is no rectifier diode and there is little loss. Further, high efficiency can be achieved by switching at a high frequency. In addition, a reduction in the number of parts and low heat generation can be realized, which enables downsizing.

第3発明によれば、双方向DC-DCコンバータおよびモータインバータが、モータのハウジング内に設けられるため、車載のための設置スペースを小さくすることができる。すなわち、装置に使用される回路の共有化を図り、モータハウジング内にインバータおよび充電装置の機能部分を内蔵させることにより装置全体の小型化が実現される。さらにモータとモータインバータとを接続するケーブルを極力短くすることが可能となり、インダクタンス成分を低く抑えることができる。これにより、サージ対策のための電解コンデンサをフィルムコンデンサに置換することが可能となる。フィルムコンデンサは電解コンデンサに比して長寿命であるため、モータ駆動装置に用いられるインバータの長寿命化を図ることが可能となる。   According to the third invention, since the bidirectional DC-DC converter and the motor inverter are provided in the motor housing, the installation space for the vehicle can be reduced. That is, the circuit used in the device is shared, and the functional portions of the inverter and the charging device are built in the motor housing, whereby the overall size of the device can be reduced. Furthermore, the cable connecting the motor and the motor inverter can be made as short as possible, and the inductance component can be kept low. This makes it possible to replace the electrolytic capacitor for surge countermeasures with a film capacitor. Since a film capacitor has a longer life than an electrolytic capacitor, it is possible to extend the life of an inverter used in a motor drive device.

第4発明によれば、モータの回生により発生する電力で、蓄電装置を充電することができる。     According to the fourth invention, the power storage device can be charged with the electric power generated by the regeneration of the motor.

図1は、実施例のモータ駆動装置における充電装置の全体構成をブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating the overall configuration of the charging device in the motor drive device according to the embodiment. 図2は、モータ駆動装置の回路構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a circuit configuration example of the motor driving device. 図3は、充電時におけるAC/DCコンバータの直流整流部で行われる動作を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an operation performed in the DC rectification unit of the AC / DC converter during charging. 図4(a)、(b)はそれぞれ、AC/DCコンバータの交流入出力端子間の交流電圧波形、直流出力端子間の直流電圧波形を示すグラフである。4A and 4B are graphs showing an AC voltage waveform between AC input / output terminals of the AC / DC converter and a DC voltage waveform between DC output terminals, respectively. 図5は、充電時におけるモータインバータの3相ブリッジ回路で行われる動作を説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an operation performed in the three-phase bridge circuit of the motor inverter during charging. 図6(a)、(b)は、充電時における双方向DC-DCコンバータで行われる動作を説明する図である。FIGS. 6A and 6B are diagrams for explaining operations performed by the bidirectional DC-DC converter during charging. 図7は、力走時におけるモータインバータの3相ブリッジ回路で行われる動作を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an operation performed by the three-phase bridge circuit of the motor inverter during power running. 図8は、力走時においてモータインバータの各半導体スイッチング素子のゲートに印加されるスイッチング信号と、モータの回転角度との関係を示す制御マップ図である。FIG. 8 is a control map diagram showing the relationship between the switching signal applied to the gate of each semiconductor switching element of the motor inverter and the rotation angle of the motor during power running. 図9は、回生時におけるモータインバータの3相ブリッジ回路で行われる動作を説明する図である。FIG. 9 is a diagram illustrating an operation performed in the three-phase bridge circuit of the motor inverter during regeneration. 図10は、回生時においてモータインバータの各半導体スイッチング素子のゲートに印加されるスイッチング信号と、モータの回転角度との関係を示す制御マップ図である。FIG. 10 is a control map diagram showing the relationship between the switching signal applied to the gate of each semiconductor switching element of the motor inverter during regeneration and the rotation angle of the motor.

以下、本発明に係るモータ駆動装置における充電装置の実施の形態について説明する。 Embodiments of a charging device in a motor drive device according to the present invention will be described below.

図1は、実施例のモータ駆動装置における充電装置の全体構成をブロック図にて示している。 FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the charging device in the motor drive device of the embodiment.

同図1に示すように、実施例のモータ駆動装置1は、AC/DCコンバータ100と、モータインバータ200と、モータ10と、双方向DC-DCコンバータ300と、蓄電装置400と、制御装置500とで構成されている。モータインバータ200と、双方向DC-DCコンバータ300とでインバータ20を構成している。   As shown in FIG. 1, the motor drive device 1 of the embodiment includes an AC / DC converter 100, a motor inverter 200, a motor 10, a bidirectional DC-DC converter 300, a power storage device 400, and a control device 500. It consists of and. The motor inverter 200 and the bidirectional DC-DC converter 300 constitute the inverter 20.

AC/DCコンバータ100には、外部より交流電源30が電気的に接続される。交流電源30は、たとえば100V〜200Vの商用電源である。モータ10は、たとえば3相の交流モータであり、3つのコイルを有し互いに結線されている。モータ駆動装置1は、たとえば電気自動車に搭載される。 An AC power supply 30 is electrically connected to the AC / DC converter 100 from the outside. AC power supply 30 is, for example, a commercial power supply of 100V to 200V. The motor 10 is a three-phase AC motor, for example, and has three coils and is connected to each other. The motor drive device 1 is mounted on, for example, an electric vehicle.

蓄電装置400は、たとえばリチウムイオン電池である。なお、本発明の蓄電装置400は、充放電可能で所定容量の電力を蓄電できるものであればよく、ニッケル水素、鉛蓄電池などの電池のみならずリチウムイオンキャパシタなどのキャパシタ(コンデンサ)を含む概念である。蓄電装置400の端子間電圧は、たとえば300Vである。 Power storage device 400 is, for example, a lithium ion battery. Note that the power storage device 400 of the present invention is not limited as long as it is chargeable / dischargeable and can store power of a predetermined capacity, and includes a capacitor (capacitor) such as a lithium ion capacitor as well as a battery such as a nickel hydride or lead storage battery. It is. The voltage between terminals of power storage device 400 is, for example, 300V.

少なくとも双方向DC-DCコンバータ300およびモータインバータ200で構成されるインバータ20は、モータの10のハウジング19内に設けられている。なお、AC/DCコンバータ100、制御装置500についてもモータの10ハウジング19内に設けるようにしてもよい。 The inverter 20 including at least the bidirectional DC-DC converter 300 and the motor inverter 200 is provided in the housing 19 of the motor 10. Note that the AC / DC converter 100 and the control device 500 may also be provided in the motor 10 housing 19.

制御装置500は、AC/DCコンバータ100、モータインバータ200、双方向DC-DCコンバータ300に対して制御信号を出力して、AC/DCコンバータ100、モータインバータ200、双方向DC-DCコンバータ300を制御する。 The control device 500 outputs control signals to the AC / DC converter 100, the motor inverter 200, and the bidirectional DC-DC converter 300, and the AC / DC converter 100, the motor inverter 200, and the bidirectional DC-DC converter 300 are output. Control.

図2は、モータ駆動装置1の回路構成例を示す図である。 FIG. 2 is a diagram illustrating a circuit configuration example of the motor driving device 1.

AC/DCコンバータ100は、フィルタ部110と、直流整流部120とから構成されている。   The AC / DC converter 100 includes a filter unit 110 and a DC rectification unit 120.

AC/DCコンバータ100は、交流電源30に電気的に接続される交流入出力端子111a、111bと、交流入出力端子111a、111bに電気的に接続される直流整流部120と、直流整流部120により整流された直流電流が出力される直流出力端子121a、121bとを備えている。 The AC / DC converter 100 includes AC input / output terminals 111a and 111b that are electrically connected to the AC power supply 30, a DC rectifier 120 that is electrically connected to the AC input / output terminals 111a and 111b, and a DC rectifier 120. DC output terminals 121a and 121b from which a direct current rectified by the output is output.

フィルタ部110は、交流電流を平滑化して、直流整流部120に交流電力を供給するフィルタであって、交流入出力端子111a、111b間に電気的に接続されるフィルタ用コンデンサ112と、フィルタ用コンデンサ112の両端端子112a、112bに電気的に接続されるチョークコイル113とを備え、チョークコイル113の各端部113a、113bに直流整流部120の交流入出力端子122a、122bが電気的に接続されている。 The filter unit 110 is a filter that smoothes alternating current and supplies alternating current power to the direct current rectifying unit 120, and includes a filter capacitor 112 that is electrically connected between the alternating current input / output terminals 111a and 111b, and a filter A choke coil 113 electrically connected to both end terminals 112a and 112b of the capacitor 112 is provided, and the AC input / output terminals 122a and 122b of the DC rectifying unit 120 are electrically connected to the respective end portions 113a and 113b of the choke coil 113. Has been.

直流整流部120は、交流入出力端子122a、122bより入出力される交流電流を、直流電流に整流して、整流された直流電流を直流出力端子121a、121b(プラス側端子121a)から出力させる整流部であって、ブリッジ回路123で全波整流回路が構成されている。直流整流部120のブリッジ回路123は、FETで構成された4つの半導体スイッチング素子Q1(上左アーム)、Q2(左下アーム)、Q3(右上アーム)、Q4(右下アーム)を備えている。 The DC rectification unit 120 rectifies the AC current input / output from the AC input / output terminals 122a and 122b into a DC current, and outputs the rectified DC current from the DC output terminals 121a and 121b (plus side terminal 121a). It is a rectification unit, and a full-wave rectification circuit is configured by the bridge circuit 123. The bridge circuit 123 of the DC rectifying unit 120 includes four semiconductor switching elements Q1 (upper left arm), Q2 (lower left arm), Q3 (upper right arm), and Q4 (lower right arm) formed of FETs.

半導体スイッチング素子Q1、Q2、Q3、Q4は、制御装置500から出力される制御信号としてのオン/オフのスイッチング信号が各ゲートに印加されることによって駆動制御されて、各バルブが開閉動作して、電気的に当該バルブが導通、遮断する。 The semiconductor switching elements Q1, Q2, Q3, and Q4 are driven and controlled by applying an on / off switching signal as a control signal output from the control device 500 to each gate, and each valve opens and closes. The valve is electrically connected and cut off.

モータインバータ200は、AC/DCコンバータ100の直流出力端子121a、121b(プラス側端子121a)に電気的に接続される直流入力端子201a、201b(プラス側端子201a)と、双方向DC-DCコンバータ300の第1の直流入出力端子301a、301b(プラス側端子301a)に電気的に接続される直流入出力端子202a、202b(プラス側端子202a)と、モータ10の各コイル11、12、13(u相、v相、w相)に電気的に接続される交流入出力端子203a、203b、203cとを備えている。 The motor inverter 200 includes DC input terminals 201a and 201b (plus side terminal 201a) electrically connected to DC output terminals 121a and 121b (plus side terminal 121a) of the AC / DC converter 100, and a bidirectional DC-DC converter. 300 DC first input / output terminals 301a, 301b (plus side terminal 301a) and DC input / output terminals 202a, 202b (plus side terminal 202a) electrically connected to the first DC input / output terminals 301a, 301b (plus side terminal 301a). AC input / output terminals 203a, 203b, 203c electrically connected to (u phase, v phase, w phase).

モータインバータ200は、3相ブリッジ回路210で構成されている。モータインバータ200の3相ブリッジ回路210は、FETで構成された6つの半導体スイッチング素子Q5(上左アーム)、Q6(左下アーム)、Q7(中上アーム)、Q8(中下アーム)、Q9(右上アーム)、Q10(右下アーム)を備えている。 The motor inverter 200 is composed of a three-phase bridge circuit 210. The three-phase bridge circuit 210 of the motor inverter 200 includes six semiconductor switching elements Q5 (upper left arm), Q6 (lower left arm), Q7 (middle upper arm), Q8 (middle lower arm), Q9 ( Upper right arm), Q10 (lower right arm).

半導体スイッチング素子Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10は、制御装置500から出力される制御信号としてのオン/オフのスイッチング信号が各ゲートに印加されることによって駆動制御されて、各バルブが開閉動作して、電気的に当該バルブが導通、遮断する。 The semiconductor switching elements Q5, Q6, Q7, Q8, Q9, and Q10 are driven and controlled by applying ON / OFF switching signals as control signals output from the control device 500 to the respective gates. The valve opens and closes, and the valve is electrically connected and disconnected.

双方向DC-DCコンバータ300は、たとえば、トランスを介して相互に電力を供給可能なものとして構成される。また双方向DC-DCコンバータ300は、蓄電装置400と交流電源30とを絶縁するために設けられている。 The bidirectional DC-DC converter 300 is configured to be capable of supplying power to each other via a transformer, for example. Bidirectional DC-DC converter 300 is provided to insulate power storage device 400 from AC power supply 30.

双方向DC-DCコンバータ300は、第1の巻線311と第2の巻線312を備えたトランス310と、DC/ACコンバータ320と、AC/DCコンバータ330とを備えている。 The bidirectional DC-DC converter 300 includes a transformer 310 including a first winding 311 and a second winding 312, a DC / AC converter 320, and an AC / DC converter 330.

双方向DC-DCコンバータ300は、モータインバータ200の直流入出力端子202a、202b(プラス側端子202a)に電気的に接続される第1の直流入出力端子301a、301b(プラス側端子301a)と、蓄電装置400に電気的に接続される第2の直流入出力端子302a、302b(プラス側端子302a)とを備えている。 Bidirectional DC-DC converter 300 includes first DC input / output terminals 301a and 301b (plus side terminal 301a) electrically connected to DC input / output terminals 202a and 202b (plus side terminal 202a) of motor inverter 200. The second DC input / output terminals 302a and 302b (plus side terminals 302a) electrically connected to the power storage device 400 are provided.

蓄電装置400の両端端子401a、401b(プラス側端子401a)はそれぞれ、第2の直流入出力端子302a、302b(プラス側端子302a)を介して、DC/AC コンバータ320の直流端子321a、321b(プラス側端子321a)に電気的に接続されている。直流端子321a、321b間には平滑用コンデンサ325が電気的に接続されている。   Both end terminals 401a and 401b (plus side terminal 401a) of the power storage device 400 are respectively connected to the DC terminals 321a and 321b (of the DC / AC converter 320 via the second DC input / output terminals 302a and 302b (plus side terminal 302a)). The positive terminal 321a) is electrically connected. A smoothing capacitor 325 is electrically connected between the DC terminals 321a and 321b.

DC/ACコンバータ320の交流入出力端子322a、322bはそれぞれ、第1の巻線311の両端に電気的に接続されている。 The AC input / output terminals 322 a and 322 b of the DC / AC converter 320 are electrically connected to both ends of the first winding 311, respectively.

DC/ACコンバータ320は、ブリッジ回路323で構成されている。DC/AC コンバータ320のブリッジ回路323は、FETで構成された4つの半導体スイッチング素子Q15(上左アーム)、Q16(左下アーム)、Q17(右上アーム)、Q18(右下アーム)を備えている。 The DC / AC converter 320 includes a bridge circuit 323. The bridge circuit 323 of the DC / AC converter 320 includes four semiconductor switching elements Q15 (upper left arm), Q16 (lower left arm), Q17 (upper right arm), and Q18 (lower right arm) formed of FETs. .

半導体スイッチング素子Q15、Q16、Q17、Q18は、制御装置500から出力される制御信号としてのオン/オフのスイッチング信号が各ゲートに印加されることによって駆動制御されて、各バルブが開閉動作して、電気的に当該バルブが導通、遮断する。 The semiconductor switching elements Q15, Q16, Q17, and Q18 are driven and controlled by applying an on / off switching signal as a control signal output from the control device 500 to each gate, so that each valve opens and closes. The valve is electrically connected and cut off.

第2の巻線312の両端はそれぞれ、AC/DC コンバータ330の交流端子331a、331bに電気的に接続されている。   Both ends of the second winding 312 are electrically connected to AC terminals 331a and 331b of the AC / DC converter 330, respectively.

AC/DC コンバータ330の直流端子332a、332b(プラス側端子332a)はそれぞれ、第1の直流入出力端子301a、301b(プラス側端子301a)を介して、モータインバータ200の直流入出力端子202a、202b(プラス側端子202a)に電気的に接続されている。直流端子332a、332b間には平滑用コンデンサ335が電気的に接続されている。   The DC terminals 332a and 332b (plus side terminal 332a) of the AC / DC converter 330 are respectively connected to the DC input / output terminals 202a and 202a of the motor inverter 200 via the first DC input / output terminals 301a and 301b (plus side terminal 301a). 202b (plus side terminal 202a) is electrically connected. A smoothing capacitor 335 is electrically connected between the DC terminals 332a and 332b.

AC/DC コンバータ330は、ブリッジ回路333で構成されている。AC/DC コンバータ330のブリッジ回路333は、FETで構成された4つの半導体スイッチング素子Q11(上左アーム)、Q12(左下アーム)、Q13(右上アーム)、Q14(右下アーム)を備えている。 The AC / DC converter 330 includes a bridge circuit 333. The bridge circuit 333 of the AC / DC converter 330 includes four semiconductor switching elements Q11 (upper left arm), Q12 (lower left arm), Q13 (upper right arm), and Q14 (lower right arm) formed of FETs. .

半導体スイッチング素子Q11、Q12、Q13、Q14は、制御装置500から出力される制御信号としてのオン/オフのスイッチング信号が各ゲートに印加されることによって駆動制御されて、各バルブが開閉動作して、電気的に当該バルブが導通、遮断する。 The semiconductor switching elements Q11, Q12, Q13, and Q14 are driven and controlled by applying an on / off switching signal as a control signal output from the control device 500 to each gate, so that each valve opens and closes. The valve is electrically connected and cut off.

したがって、双方向DC-DCコンバータ300の第2の直流入出力端子302a、302b間に蓄電装置400の直流電圧が印加されると、DC/ACコンバータ320で蓄電装置400の直流電圧が交流電圧に変換され、変換された交流電圧はトランス310を介してAC/DC コンバータ330に伝送される。第1の巻線311と第2の巻線312の巻数比に応じて、電圧が昇圧若しくは降圧される。たとえば第1の巻線311の巻数n1と第2の巻線312の巻数n2との比率n1:n2が2:1であれば、電圧は1/2倍に降圧される。AC/DC コンバータ330では、伝送された交流電圧が整流されて直流電圧に変換され、第1の直流入出力端子301a、301b間に印加される。   Therefore, when the DC voltage of the power storage device 400 is applied between the second DC input / output terminals 302a and 302b of the bidirectional DC-DC converter 300, the DC / AC converter 320 converts the DC voltage of the power storage device 400 into an AC voltage. The converted alternating voltage is transmitted to the AC / DC converter 330 via the transformer 310. The voltage is stepped up or down according to the turn ratio of the first winding 311 and the second winding 312. For example, if the ratio n1: n2 between the number of turns n1 of the first winding 311 and the number of turns n2 of the second winding 312 is 2: 1, the voltage is stepped down by a factor of 1/2. In the AC / DC converter 330, the transmitted AC voltage is rectified and converted into a DC voltage, and applied between the first DC input / output terminals 301a and 301b.

本実施例では、蓄電装置400に蓄電された電力を昇圧若しくは降圧した上で交流電力に変換してモータ10に供給してモータ10を力走作動(電動機作用)させるために設けられている既存の双方向DC-DCコンバータ300、モータインバータ200、モータ10のコイル11、12、13が、充電装置の昇圧若しくは降圧の機能を兼用する。以下、本実施例のモータ駆動装置1で行われる動作について説明する。   In the present embodiment, the power stored in the power storage device 400 is boosted or stepped down, converted into AC power, supplied to the motor 10, and provided for the motor 10 to perform a power running operation (electric motor action). The bidirectional DC-DC converter 300, the motor inverter 200, and the coils 11, 12, and 13 of the motor 10 also serve as a step-up or step-down function of the charging device. Hereinafter, the operation performed in the motor drive device 1 of the present embodiment will be described.

(充電時)
図3は、充電時においてAC/DCコンバータ100の直流整流部120で行われる動作を説明する図である。矢印C1は、直流整流部120で整流されて出力される直流電流(流れる方向)を示している。
図4(a)、(b)はそれぞれ、交流入出力端子111a、111b間の交流電圧波形、直流出力端子121a、121b(プラス側端子121a)間の直流電圧波形を示す。
交流電源30が、交流入出力端子111a、111bに電気的に接続されると、制御装置500は、交流入出力端子111a、111b間の交流電圧がプラス側となる期間T1(図4(a))では、半導体スイッチング素子Q1(上左アーム)、Q4(右下アーム)のゲート電圧をオンさせ、半導体スイッチング素子Q2(左下アーム)、Q3(右上アーム)のゲート電圧をオフさせるスイッチング信号を出力する。そして、制御装置500は、交流入出力端子111a、111b間の交流電圧がマイナス側となる期間T2(図4(a))では、半導体スイッチング素子Q2(左下アーム)、Q3(右上アーム))のゲート電圧をオンさせ、半導体スイッチング素子Q1(上左アーム)、Q4(右下アーム)のゲート電圧をオフさせるスイッチング信号を出力する。以下、交流電圧のプラス、マイナスの切り替りに同期して同様にスイッチング信号が切替えられる。
(When charging)
FIG. 3 is a diagram for explaining an operation performed by DC rectification unit 120 of AC / DC converter 100 during charging. An arrow C <b> 1 indicates a DC current (flowing direction) output after being rectified by the DC rectifying unit 120.
4A and 4B show an AC voltage waveform between the AC input / output terminals 111a and 111b and a DC voltage waveform between the DC output terminals 121a and 121b (plus side terminal 121a), respectively.
When the AC power supply 30 is electrically connected to the AC input / output terminals 111a and 111b, the control device 500 causes the AC voltage between the AC input / output terminals 111a and 111b to be a positive period T1 (FIG. 4A). ) Outputs a switching signal for turning on the gate voltages of the semiconductor switching elements Q1 (upper left arm) and Q4 (lower right arm) and turning off the gate voltages of the semiconductor switching elements Q2 (lower left arm) and Q3 (upper right arm). To do. Then, the control device 500 controls the semiconductor switching elements Q2 (lower left arm, Q3 (upper right arm)) in the period T2 (FIG. 4A) in which the AC voltage between the AC input / output terminals 111a and 111b is on the negative side. The gate voltage is turned on, and a switching signal for turning off the gate voltages of the semiconductor switching elements Q1 (upper left arm) and Q4 (lower right arm) is output. Thereafter, the switching signal is similarly switched in synchronization with the switching of the positive and negative of the AC voltage.

これにより図4(b)に示すように、AC/DCコンバータ100の直流整流部120で交流が直流に整流されて、直流出力端子121aから、直流電流(C1)が出力され、モータインバータ200側に流れ込む。 As a result, as shown in FIG. 4B, the direct current rectification unit 120 of the AC / DC converter 100 rectifies the alternating current into direct current, and a direct current (C1) is output from the direct current output terminal 121a. Flow into.

なお、充電時以外には、制御装置500は、半導体スイッチング素子Q1、Q2、Q3、Q4の各ゲートに印加するスイッチング信号をオフにする。 In addition to the time of charging, control device 500 turns off the switching signal applied to each gate of semiconductor switching elements Q1, Q2, Q3, and Q4.

図5は、充電時においてモータインバータ200の3相ブリッジ回路210で行われる動作を説明する図である。矢印C11、C12、C13、C14、C15は、モータインバータ200、モータ10のコイル11、12を流れる電流(流れる方向)を示している。 FIG. 5 is a diagram illustrating an operation performed by the three-phase bridge circuit 210 of the motor inverter 200 during charging. Arrows C <b> 11, C <b> 12, C <b> 13, C <b> 14, and C <b> 15 indicate currents flowing in the motor inverter 200 and the coils 11 and 12 of the motor 10 (flow direction).


充電時には、蓄電装置400の電圧(300V)に対して、交流電源30の電圧(100乃至200V)の調整が必要である。電圧の調整のためにはコイルが通常使用されるが大電流に対応すると形状が大きくなってしまう。本実施例では、モータ10のコイル11、12を電圧変換用のコイルとして利用することができる。

At the time of charging, it is necessary to adjust the voltage (100 to 200 V) of the AC power supply 30 with respect to the voltage (300 V) of the power storage device 400. A coil is usually used for adjusting the voltage, but its shape becomes large when it corresponds to a large current. In this embodiment, the coils 11 and 12 of the motor 10 can be used as a voltage conversion coil.

交流電源30が、交流入出力端子111a、111bに電気的に接続されると、制御装置500は、半導体スイッチング素子Q8(中下アーム)のゲート電圧をオンさせ、それ以外の半導体スイッチング素子Q5、Q6、Q7、Q9、Q10のゲート電圧をオフさせるスイッチング信号を出力する。これによりC11、C12、C13で示されるように、AC/DCコンバータ100の直流出力端子121aから、直流入力端子201aに流れ込んだ直流電流は、交流入出力端子203a、モータ10のコイル11、コイル12、交流入出力端子203bを介して、半導体スイッチング素子Q8(中下アーム)のバルブを導通して流れる。モータ10のコイル11、12を電圧変換用のコイルとして利用することができる。 When AC power supply 30 is electrically connected to AC input / output terminals 111a and 111b, control device 500 turns on the gate voltage of semiconductor switching element Q8 (middle lower arm), and other semiconductor switching elements Q5, A switching signal for turning off the gate voltages of Q6, Q7, Q9, and Q10 is output. As a result, as indicated by C11, C12, and C13, the DC current flowing from the DC output terminal 121a of the AC / DC converter 100 to the DC input terminal 201a is converted into the AC input / output terminal 203a, the coil 11 and the coil 12 of the motor 10. Through the AC input / output terminal 203b, the valve of the semiconductor switching element Q8 (middle lower arm) conducts and flows. The coils 11 and 12 of the motor 10 can be used as voltage conversion coils.

つぎに、モータ10のコイル11、12に十分な電流が流れたら、制御装置500は、半導体スイッチング素子Q8(中下アーム)のゲート電圧をオフさせ、半導体スイッチング素子Q7(中上アーム)のゲート電圧をオンさせるスイッチング信号を出力する。これにより電流の向きはC13からC14に切り替り、C11、C12、C14、C15で示されるように、AC/DCコンバータ100の直流出力端子121aから、直流入力端子201aに流れ込んだ直流電流は、交流入出力端子203a、モータ10のコイル11、コイル12、交流入出力端子203bを介して、半導体スイッチング素子Q7(中上アーム)のバルブを導通して流れ、直流入出力端子202aから、直流電流(C15)として出力され、双方向DC-DCコンバータ300側に流れ込む。この際に、半導体スイッチング素子Q8(中下アーム)のゲート電圧をオンにする時間を適宜変更することにより、モータ10のコイル11、12に蓄積されるエネルギー量が変化し、直流入出力端子202a、202b間の出力電圧を調整することができる。 Next, when a sufficient current flows through the coils 11 and 12 of the motor 10, the control device 500 turns off the gate voltage of the semiconductor switching element Q8 (middle lower arm), and the gate of the semiconductor switching element Q7 (middle upper arm). A switching signal for turning on the voltage is output. As a result, the direction of the current is switched from C13 to C14. As indicated by C11, C12, C14, and C15, the direct current flowing from the direct current output terminal 121a of the AC / DC converter 100 to the direct current input terminal 201a is alternating current. The valve of the semiconductor switching element Q7 (middle upper arm) flows through the input / output terminal 203a, the coil 11, the coil 12, and the AC input / output terminal 203b of the motor 10, and flows from the DC input / output terminal 202a. C15) and flows into the bidirectional DC-DC converter 300 side. At this time, by appropriately changing the time during which the gate voltage of the semiconductor switching element Q8 (middle lower arm) is turned on, the amount of energy accumulated in the coils 11 and 12 of the motor 10 changes, and the DC input / output terminal 202a. , 202b can be adjusted.

図6(a)、(b)は、充電時において双方向DC-DCコンバータ300で行われる動作を説明する図である。矢印C21、C22、C23、C21´、C22´、C23´は、双方向DC-DCコンバータ300を流れる電流(流れる方向)を示している。 FIGS. 6A and 6B are diagrams illustrating the operation performed by the bidirectional DC-DC converter 300 during charging. Arrows C 21, C 22, C 23, C 21 ′, C 22 ′, and C 23 ′ indicate current (flow direction) flowing through the bidirectional DC-DC converter 300.

交流電源30が、交流入出力端子111a、111bに電気的に接続されると、制御装置500は、以下のスイッチング動作(a)、(b)を繰り返し行うことにより蓄電装置400に充電する動作を行う。 When AC power supply 30 is electrically connected to AC input / output terminals 111a and 111b, control device 500 performs an operation of charging power storage device 400 by repeatedly performing the following switching operations (a) and (b). Do.

(a)半導体スイッチング素子Q11、Q14、Q15、Q18のゲート電圧をオンさせ、半導体スイッチング素子Q12、Q13、Q16、Q17のゲート電圧をオフさせるスイッチング信号を出力する(図6(a))。
(b)半導体スイッチング素子Q12、Q13、Q16、Q17のゲート電圧をオンさせ、半導体スイッチング素子Q11、Q14、Q15、Q18のゲート電圧をオフさせるスイッチング信号を出力する(図6(b))。
(A) A switching signal for turning on the gate voltages of the semiconductor switching elements Q11, Q14, Q15, and Q18 and turning off the gate voltages of the semiconductor switching elements Q12, Q13, Q16, and Q17 is output (FIG. 6A).
(B) A switching signal for turning on the gate voltages of the semiconductor switching elements Q12, Q13, Q16, Q17 and turning off the gate voltages of the semiconductor switching elements Q11, Q14, Q15, Q18 is output (FIG. 6B).

上記(a)のスイッチング動作により、モータインバータ200の直流入出力端子202aから、双方向DC-DCコンバータ300の第1の直流入出力端子301aに流れ込んだ直流電流は、C21、C22、C23で示されるようにブリッジ回路333、トランス310、ブリッジ回路323を流れる(図6(a))。 The direct current flowing from the direct current input / output terminal 202a of the motor inverter 200 to the first direct current input / output terminal 301a of the bidirectional DC-DC converter 300 by the switching operation (a) is indicated by C21, C22, and C23. As shown in FIG. 6A, the current flows through the bridge circuit 333, the transformer 310, and the bridge circuit 323.

また、上記(b)のスイッチング動作により、モータインバータ200の直流入出力端子202aから、双方向DC-DCコンバータ300の第1の直流入出力端子301aに流れ込んだ直流電流は、C21´、C22´、C23´で示されるようにブリッジ回路333、トランス310、ブリッジ回路323を流れる。 Further, the direct current flowing from the direct current input / output terminal 202a of the motor inverter 200 into the first direct current input / output terminal 301a of the bidirectional DC-DC converter 300 by the switching operation of (b) is C21 ′, C22 ′. , C23 ′, the current flows through the bridge circuit 333, the transformer 310, and the bridge circuit 323.

これにより双方向DC-DCコンバータ300の第1の直流入出力端子301aから、ブリッジ回路333、トランス310、ブリッジ回路323、第2の直流入出力端子302aを介して蓄電装置400のプラス側端子401aに電流が流れ込み、蓄電装置400に交流電源30からの電力が供給される。 As a result, from the first DC input / output terminal 301a of the bidirectional DC-DC converter 300, the plus side terminal 401a of the power storage device 400 via the bridge circuit 333, the transformer 310, the bridge circuit 323, and the second DC input / output terminal 302a. Current flows into the power storage device 400, and power from the AC power supply 30 is supplied to the power storage device 400.

充電時について説明したがモータ10の回生時、力走時についても、双方向DC-DCコンバータ300では上記した(a)、(b)で示されるスイッチング動作と同様の動作が行われる。 Although the description has been made on the charging, the bidirectional DC-DC converter 300 performs the same operation as the switching operation shown in (a) and (b) described above even when the motor 10 is regenerating or power-running.

たとえば、交流電源30の電圧を100〜200Vとし、第2の直流入出力端子302a、302b間の電圧(蓄電装置400の両端子間電圧)を300Vとすると、双方向DC-DCコンバータ300の第1の直流入出力端子301a、301b間の電圧は、50〜700Vの間で変動する。制御装置500は、第1の直流入出力端子301a、301b間の電圧を、第2の直流入出力端子302a、302b間の電圧(蓄電装置400の両端子間電圧)の電圧と比較し、充電時(回生時)は、第1の直流入出力端子301a、301b間の電圧を高く、放電時(力走時)は、第1の直流入出力端子301a、301b間の電圧が低くなるように、各半導体スイッチング素子Q11~Q18に加えるスイッチング信号の位相、周期を制御する。 For example, when the voltage of the AC power supply 30 is 100 to 200 V and the voltage between the second DC input / output terminals 302 a and 302 b (the voltage between both terminals of the power storage device 400) is 300 V, The voltage between the 1 DC input / output terminals 301a and 301b varies between 50 and 700V. The control device 500 compares the voltage between the first DC input / output terminals 301a and 301b with the voltage between the second DC input / output terminals 302a and 302b (the voltage between both terminals of the power storage device 400), and performs charging. At the time of regeneration (during regeneration), the voltage between the first DC input / output terminals 301a and 301b is increased, and at the time of discharge (power running), the voltage between the first DC input / output terminals 301a and 301b is decreased. The phase and period of the switching signal applied to each of the semiconductor switching elements Q11 to Q18 are controlled.

(力走時)
力走時には、制御装置500は、必要されるモータ10の速度に応じた電力が、蓄電装置400からモータ10に供給されるように制御する。
(When running hard)
During power running, control device 500 performs control so that electric power corresponding to the required speed of motor 10 is supplied from power storage device 400 to motor 10.

モータ10の力走時には、制御装置500は、AC/DCコンバータ100の半導体スイッチング素子Q1、Q2、Q3、Q4の各ゲートに印加するスイッチング信号をオフにする。これにより充電動作の機能が停止される。 When the motor 10 is powered, the control device 500 turns off the switching signals applied to the gates of the semiconductor switching elements Q1, Q2, Q3, and Q4 of the AC / DC converter 100. As a result, the function of the charging operation is stopped.

図6で説明したように、力走時には、制御装置500は、双方向DC-DCコンバータ300の各半導体スイッチング素子Q11〜Q18に対して上記(a)、(b)で示されるのと同様のスイッチング信号を繰り返し加える。ただし、第1の直流入出力端子301a、301b間の電圧が低くなるように、各半導体スイッチング素子Q11〜Q18に加えるスイッチング信号の位相、周期を制御する。これにより図6(a)、(b)にてC21〜C23、C21´〜C23´で示される電流の向きとは反対の向きの電流の流れが形成され、蓄電装置400のプラス側端子401aから電流が放電され、第2の直流入出力端子302a、ブリッジ回路323、トランス310、ブリッジ回路333を介して、双方向DC-DCコンバータ300の第1の直流入出力端子301aから電流が、モータインバータ200の直流入出力端子202aに流れ込む。 As described with reference to FIG. 6, at the time of power running, the control device 500 is similar to that shown in the above (a) and (b) for each of the semiconductor switching elements Q11 to Q18 of the bidirectional DC-DC converter 300. Apply switching signal repeatedly. However, the phase and period of the switching signal applied to each of the semiconductor switching elements Q11 to Q18 are controlled so that the voltage between the first DC input / output terminals 301a and 301b is lowered. 6A and 6B, a current flow in a direction opposite to the current direction indicated by C21 to C23 and C21 ′ to C23 ′ in FIGS. 6A and 6B is formed. The current is discharged, and the current is supplied from the first DC input / output terminal 301a of the bidirectional DC-DC converter 300 via the second DC input / output terminal 302a, the bridge circuit 323, the transformer 310, and the bridge circuit 333 to the motor inverter. It flows into the 200 DC input / output terminals 202a.

図7は、力走時においてモータインバータ200の3相ブリッジ回路210で行われる動作を説明する図である。矢印C31、C32、C33は、モータインバータ200、モータ10のコイル11、12を流れる電流(流れる方向)を示している。 FIG. 7 is a diagram illustrating an operation performed by the three-phase bridge circuit 210 of the motor inverter 200 during power running. Arrows C31, C32, and C33 indicate the current (flow direction) that flows through the motor inverter 200 and the coils 11 and 12 of the motor 10, respectively.

図8は、力走時においてモータインバータ200の各半導体スイッチング素子Q5~Q10のゲートに印加されるスイッチング信号と、モータ10の回転角度との関係を示す制御マップである。なお、図8において「PWM」はPWM制御に応じたスイッチング信号であることを示す。 FIG. 8 is a control map showing the relationship between the switching signal applied to the gates of the semiconductor switching elements Q5 to Q10 of the motor inverter 200 and the rotation angle of the motor 10 during power running. In FIG. 8, “PWM” indicates a switching signal corresponding to the PWM control.

蓄電装置400からの放電に伴う電圧が、モータインバータ200の直流入出力端子202a、202b間にかかり、C31で示される電流の流れが形成される。すなわち、制御装置500は、半導体スイッチング素子Q8(中下アーム)のゲート電圧をオンさせるとともに、半導体スイッチング素子Q5(左上アーム)のゲートに、所望するモータ10の回転速度に応じたPWM制御信号をスイッチング信号として出力する。これによりC31、C32、C33で示されるように、双方向DC-DCコンバータ300の第1の直流入出力端子301aから、直流入出力端子202aに流れ込んだ直流電流は、半導体スイッチング素子Q5(左上アーム)のバルブを導通して、交流入出力端子203a、モータ10のコイル11、コイル12、交流入出力端子203bを通過し、さらに半導体スイッチング素子Q8(中下アーム)のバルブを導通して流れる。これによりモータ10が回転する(図8のモータ回転角度「0〜」参照)。以下、制御装置500は、図8に示される制御マップに従い、モータ10の回転角度に応じて、モータインバータ200の各半導体スイッチング素子Q5~Q10を制御する。 The voltage accompanying the discharge from the power storage device 400 is applied between the DC input / output terminals 202a and 202b of the motor inverter 200, and a current flow indicated by C31 is formed. That is, the control device 500 turns on the gate voltage of the semiconductor switching element Q8 (middle lower arm) and outputs a PWM control signal corresponding to the desired rotation speed of the motor 10 to the gate of the semiconductor switching element Q5 (upper left arm). Output as a switching signal. As a result, as indicated by C31, C32, and C33, the DC current flowing from the first DC input / output terminal 301a of the bidirectional DC-DC converter 300 to the DC input / output terminal 202a is converted into the semiconductor switching element Q5 (upper left arm). ) Through the AC input / output terminal 203a, the coil 11, the coil 12, and the AC input / output terminal 203b of the motor 10, and further through the valve of the semiconductor switching element Q8 (middle lower arm). As a result, the motor 10 rotates (see the motor rotation angle “0” in FIG. 8). Hereinafter, control device 500 controls each of semiconductor switching elements Q5 to Q10 of motor inverter 200 according to the rotation angle of motor 10 according to the control map shown in FIG.

(回生時)
回生時には、制御装置500は、モータ10の回転角度に応じて、モータ10で発電作用を行わせ、モータ10から蓄電装置400に電力が供給されるように制御する。
(Regeneration)
At the time of regeneration, the control device 500 controls the motor 10 to generate electric power according to the rotation angle of the motor 10 so that electric power is supplied from the motor 10 to the power storage device 400.

モータ10の回生時には、制御装置500は、AC/DCコンバータ100の半導体スイッチング素子Q1、Q2、Q3、Q4の各ゲートに印加するスイッチング信号をオフにする。これにより交流電源30による充電動作の機能が停止される。 During regeneration of motor 10, control device 500 turns off switching signals applied to the gates of semiconductor switching elements Q1, Q2, Q3, and Q4 of AC / DC converter 100. Thereby, the function of the charging operation by AC power supply 30 is stopped.

図9は、回生時においてモータインバータ200の3相ブリッジ回路210で行われる動作を説明する図である。矢印C41、C42、C43、C44、C45は、モータインバータ200、モータ10のコイル11、12を流れる電流(流れる方向)を示している。 FIG. 9 is a diagram illustrating an operation performed by the three-phase bridge circuit 210 of the motor inverter 200 during regeneration. Arrows C41, C42, C43, C44, and C45 indicate currents (flowing directions) that flow through the coils 11 and 12 of the motor inverter 200 and the motor 10, respectively.

図10は、回生時においてモータインバータ200の各半導体スイッチング素子Q5〜Q10のゲートに印加されるスイッチング信号と、モータ10の回転角度との関係を示す制御マップである。 FIG. 10 is a control map showing the relationship between the switching signal applied to the gates of the semiconductor switching elements Q5 to Q10 of the motor inverter 200 and the rotation angle of the motor 10 during regeneration.

蓄電装置400の両端子間電圧に応じた電圧が、モータインバータ200の直流入出力端子202a、202b間にかかっているため、直流入出力端子202a、202b間でこれ以上の電圧を発生させる。制御装置500は、半導体スイッチング素子Q8(中下アーム)、Q6(左下アーム)のゲート電圧をオンさせ、半導体スイッチング素子Q5(左上アーム)のゲート電圧をオフさせるスイッチング信号を出力する。これによりC41、C42、C43、C44で示されるように、半導体スイッチング素子Q8(中下アーム)のバルブを導通して、交流入出力端子203b、モータ10のコイル12、コイル11、交流入出力端子203aを通過し、さらに半導体スイッチング素子Q6(左下アーム)のバルブを導通して電流が流れ、モータ10が発電作用する(図10のモータ回転角度「0〜」参照)。 Since a voltage corresponding to the voltage between both terminals of power storage device 400 is applied between DC input / output terminals 202a and 202b of motor inverter 200, a voltage higher than this is generated between DC input / output terminals 202a and 202b. The control device 500 outputs a switching signal that turns on the gate voltages of the semiconductor switching elements Q8 (middle lower arm) and Q6 (lower left arm) and turns off the gate voltage of the semiconductor switching element Q5 (upper left arm). As a result, as indicated by C41, C42, C43, and C44, the valve of the semiconductor switching element Q8 (middle lower arm) is made conductive, the AC input / output terminal 203b, the coil 12 of the motor 10, the coil 11, and the AC input / output terminal. The electric current flows through the valve 203a of the semiconductor switching element Q6 (lower left arm) and the motor 10 generates electric power (see the motor rotation angle “0” in FIG. 10).

モータインバータ200の直流入出力端子202a、202b間の電圧が必要な電圧以上になると見込めたら、制御装置500は、半導体スイッチング素子Q8(中下アーム)、Q5(左上アーム)のゲート電圧をオンさせ、半導体スイッチング素Q6(左下アーム)のゲート電圧をオフさせるスイッチング信号を出力する。これによりC41、C42、C43、C45で示されるように、半導体スイッチング素子Q8(中下アーム)のバルブを導通して、交流入出力端子203b、モータ10のコイル12、コイル11、交流入出力端子203aを通過し、さらに半導体スイッチング素子Q5(左上アーム)のバルブを導通して電流が流れ、モータ10の発電作用に応じた電力が、モータインバータ200の直流入出力端子202aから双方向DC-DCコンバータ300側に供給される(図10のモータ回転角度「0〜」参照)。 If the voltage between the DC input / output terminals 202a and 202b of the motor inverter 200 is expected to be higher than the necessary voltage, the control device 500 turns on the gate voltages of the semiconductor switching elements Q8 (middle lower arm) and Q5 (upper left arm). The switching signal for turning off the gate voltage of the semiconductor switching element Q6 (lower left arm) is output. As a result, as indicated by C41, C42, C43, and C45, the valve of the semiconductor switching element Q8 (middle lower arm) is made conductive, the AC input / output terminal 203b, the coil 12 of the motor 10, the coil 11, and the AC input / output terminal. The electric current flows through the valve 203a of the semiconductor switching element Q5 (upper left arm) and flows through the electric current corresponding to the electric power generation action of the motor 10 from the DC input / output terminal 202a of the motor inverter 200. It is supplied to the converter 300 (see the motor rotation angle “0” in FIG. 10).

以下、制御装置500は、図10に示される制御マップに従い、モータ10の回転角度に応じて、モータインバータ200の各半導体スイッチング素子Q5〜Q10を制御する。 Hereinafter, control device 500 controls each of semiconductor switching elements Q5 to Q10 of motor inverter 200 according to the rotation angle of motor 10 according to the control map shown in FIG.

図6で説明したように、回生時には、制御装置500は、双方向DC-DCコンバータ300の各半導体スイッチング素子Q11〜Q18に対して上記(a)、(b)で示されるのと同様のスイッチング信号を繰り返し加える。ただし、第1の直流入出力端子301a、301b間の電圧が高くなるように、各半導体スイッチング素子Q11〜Q18に加えるスイッチング信号の位相、周期を制御する。これにより図6(a)、(b)にてC21〜C23、C21´〜C23´で示される電流の向きと同様の電流の流れが形成され、モータインバータ200の直流入出力端子202aからの電流が、第1の直流入出力端子301a、ブリッジ回路333、トランス310、ブリッジ回路323、第2の直流入出力端子302aを介して蓄電装置400のプラス側端子401aに流れ込み、蓄電装置400がモータ10の発電作用による電力によって充電される。 As described with reference to FIG. 6, at the time of regeneration, the control device 500 performs switching similar to that shown in the above (a) and (b) for each of the semiconductor switching elements Q11 to Q18 of the bidirectional DC-DC converter 300. Add signal repeatedly. However, the phase and period of the switching signal applied to each of the semiconductor switching elements Q11 to Q18 are controlled so that the voltage between the first DC input / output terminals 301a and 301b is increased. As a result, a current flow similar to the direction of current indicated by C21 to C23 and C21 ′ to C23 ′ in FIGS. 6A and 6B is formed, and the current from the DC input / output terminal 202a of the motor inverter 200 is formed. Flows into the positive terminal 401a of the power storage device 400 via the first DC input / output terminal 301a, the bridge circuit 333, the transformer 310, the bridge circuit 323, and the second DC input / output terminal 302a. It is charged by the power generated by the power generation action.

以上のように本実施例によれば、交流電源30から供給される電力によって蓄電装置400を充電させる場合には、制御装置500は、交流電源30から供給される電力が、AC/DCコンバータ100の交流入出力端子111a、111b、直流整流部120、直流出力端子121a、モータインバータ200の直流入力端子201a、モータ10のコイル11、12、モータインバータ200の直流入出力端子202a、双方向DC-DCコンバータ300の第1の直流入出力端子301a、第2の直流入出力端子302aを介して蓄電装置400に供給されるように双方向DC-DCコンバータ300およびモータインバータ200を制御する(充電時)。 As described above, according to the present embodiment, when the power storage device 400 is charged with the power supplied from the AC power supply 30, the control device 500 uses the AC / DC converter 100 for the power supplied from the AC power supply 30. AC input / output terminals 111a and 111b, DC rectifier 120, DC output terminal 121a, DC input terminal 201a of motor inverter 200, coils 11 and 12 of motor 10, DC input / output terminal 202a of motor inverter 200, bidirectional DC− Bidirectional DC-DC converter 300 and motor inverter 200 are controlled to be supplied to power storage device 400 via first DC input / output terminal 301a and second DC input / output terminal 302a of DC converter 300 (during charging). ).

そして、蓄電装置400の電力でモータ10を駆動させる場合には、制御装置500は、蓄電装置400に蓄電された電力が、双方向DC-DCコンバータ300の第2の直流入出力端子302aから第1の直流入出力端子301a、モータインバータ200の直流入出力端子202a、交流入出力端子203a、203b、203cを介してモータ10に供給されるように双方向DC-DCコンバータ300およびモータインバータ200を制御する(力走時)。 When the motor 10 is driven by the electric power of the power storage device 400, the control device 500 transmits the power stored in the power storage device 400 from the second DC input / output terminal 302 a of the bidirectional DC-DC converter 300. The bidirectional DC-DC converter 300 and the motor inverter 200 are supplied to the motor 10 via one DC input / output terminal 301a, the DC input / output terminal 202a of the motor inverter 200, and the AC input / output terminals 203a, 203b, 203c. Control (power running).

そして、モータ10の回生により発生する電力によって蓄電装置400を充電させる場合には、制御装置500は、モータ10の回生により発生する電力が、モータインバータ200の交流入出力端子203a、203b、203c、直流入出力端子202a、双方向DC-DCコンバータ300の第1の直流入出力端子301a、第2の直流入出力端子302aを介して蓄電装置400に供給されるように双方向DC-DCコンバータ300およびモータインバータ200を制御する。 When the power storage device 400 is charged with the electric power generated by the regeneration of the motor 10, the control device 500 uses the AC input / output terminals 203a, 203b, 203c of the motor inverter 200 to generate the electric power generated by the regeneration of the motor 10. Bidirectional DC-DC converter 300 is supplied to power storage device 400 via DC input / output terminal 202a, first DC input / output terminal 301a and second DC input / output terminal 302a of bidirectional DC-DC converter 300. And controls the motor inverter 200.

また、双方向DC-DCコンバータ300およびモータインバータ200は、FETで構成されるスイッチング素子Q5~Q18を備え、当該スイッチング素子Q5~Q18に制御装置500から出力されるスイッチング信号が入力される。 Bidirectional DC-DC converter 300 and motor inverter 200 include switching elements Q5 to Q18 formed of FETs, and switching signals output from control device 500 are input to switching elements Q5 to Q18.

また、双方向DC-DCコンバータ300およびモータインバータ200からなるインバータ20は、モータ10のハウジング19内に設けられる。   The inverter 20 including the bidirectional DC-DC converter 300 and the motor inverter 200 is provided in the housing 19 of the motor 10.

したがって、本実施例によれば、つぎのような効果が得られる。   Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.

1)蓄電装置400に蓄電された電力を昇圧若しくは降圧した上で交流電力に変換してモータ10に供給してモータ10を力走作動(電動機作用)させるために設けられている既存の双方向DC-DCコンバータ300、モータインバータ200、モータ10のコイル11、12が、充電装置の昇圧若しくは降圧の機能を兼用する。このため専用の充電装置を別途に設ける必要がなく、充電装置としての機能部分における部品点数が減少するとともにそのための設置スペースを小さくでき、車載用に小型化、低コストを図ることが容易となる。これにより、車載用に小型、低コストのモータ駆動装置1における充電装置を市場に提供することが可能となる。
2)双方向DC-DCコンバータ300およびモータインバータ200のスイッチング素子Q5〜Q18を、FETで構成したので、整流ダイオードがなくロスが少ない。また高周波数でスイッチングすることにより高効率化が可能となる。また部品点数の削減、低発熱が実現され小型化が可能となる。
3)双方向DC-DCコンバータ300およびモータインバータ200からなるインバータ20が、モータ10のハウジング19内に設けられるため、車載のための設置スペースを小さくすることができる。すなわち、装置に使用される回路の共有化を図り、モータハウジング19内にインバータおよび充電装置の機能部分を内蔵させることにより装置全体の小型化が実現される。さらにモータ10とモータインバータ200とを接続するケーブルを極力短くすることが可能となり、インダクタンス成分を低く抑えることができる。これにより、サージ対策のための電解コンデンサをフィルムコンデンサに置換することが可能となる。フィルムコンデンサは電解コンデンサに比して長寿命であるため、モータ駆動装置1に用いられるインバータ20の長寿命化を図ることが可能となる。
1) The existing bidirectional which is provided for boosting or stepping down the electric power stored in the power storage device 400 and converting it into AC power and supplying it to the motor 10 to power-drive the motor 10 (electric motor action) The DC-DC converter 300, the motor inverter 200, and the coils 11 and 12 of the motor 10 also function as a step-up or step-down function of the charging device. For this reason, it is not necessary to separately provide a dedicated charging device, the number of components in the functional part as the charging device is reduced, and the installation space for that can be reduced, and it is easy to reduce the size and cost for in-vehicle use. . This makes it possible to provide the market with a charging device in the motor drive device 1 that is small and low-cost for in-vehicle use.
2) Since the switching elements Q5 to Q18 of the bidirectional DC-DC converter 300 and the motor inverter 200 are composed of FETs, there is no rectifier diode and there is little loss. Further, high efficiency can be achieved by switching at a high frequency. In addition, a reduction in the number of parts and low heat generation can be realized, which enables downsizing.
3) Since the inverter 20 including the bidirectional DC-DC converter 300 and the motor inverter 200 is provided in the housing 19 of the motor 10, the installation space for in-vehicle use can be reduced. In other words, the circuit used in the device is shared, and the functional portions of the inverter and the charging device are built in the motor housing 19 so that the overall size of the device can be reduced. Furthermore, the cable connecting the motor 10 and the motor inverter 200 can be shortened as much as possible, and the inductance component can be kept low. This makes it possible to replace the electrolytic capacitor for surge countermeasures with a film capacitor. Since the film capacitor has a longer life compared to the electrolytic capacitor, the life of the inverter 20 used in the motor drive device 1 can be extended.

1 モータ駆動装置、10 モータ 11、12、13 コイル、100 AC/DCコンバータ、200 モータインバータ、300 双方向DC-DCコンバータ、400 蓄電装置、500 制御装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor drive device, 10 Motor 11, 12, 13 Coil, 100 AC / DC converter, 200 Motor inverter, 300 Bidirectional DC-DC converter, 400 Power storage device, 500 Control device

Claims (4)

AC/DCコンバータと、モータインバータと、コイルを備えたモータと、双方向DC-DCコンバータと、蓄電装置と、制御装置とを含むモータ駆動装置における充電装置であって、
前記AC/DCコンバータは、交流電源に電気的に接続される交流入出力端子と、前記交流入出力端子に電気的に接続される直流整流部と、前記直流整流部により整流された直流電流が出力される直流出力端子とを備え、
前記モータインバータは、前記AC/DCコンバータの直流出力端子に電気的に接続される直流入力端子と、前記双方向DC-DCコンバータの第1の直流入出力端子に電気的に接続される直流入出力端子と、前記モータに電気的に接続される交流入出力端子とを備え、
前記双方向DC-DCコンバータは、前記モータインバータの直流入出力端子に電気的に接続される第1の直流入出力端子と、前記蓄電装置に電気的に接続される第2の直流入出力端子とを備え、
前記蓄電装置の電力で前記モータを駆動させる場合には、
前記制御装置は、前記蓄電装置に蓄電された電力が、前記双方向DC-DCコンバータの前記第2の直流入出力端子から前記第1の直流入出力端子、前記モータインバータの前記直流入出力端子、前記交流入出力端子を介して前記モータに供給されるように前記双方向DC-DCコンバータおよび前記モータインバータを制御し、
前記交流電源から供給される電力によって前記蓄電装置を充電させる場合には、
前記制御装置は、前記交流電源から供給される電力が、前記AC/DCコンバータの前記交流入出力端子、前記直流整流部、前記直流出力端子、前記モータインバータの前記直流入力端子、前記モータのコイル、前記モータインバータの前記直流入出力端子、前記双方向DC-DCコンバータの前記第1の直流入出力端子、前記第2の直流入出力端子を介して前記蓄電装置に供給されるように前記双方向DC-DCコンバータおよび前記モータインバータを制御すること
を特徴とするモータ駆動装置における充電装置。
A charging device in a motor driving device including an AC / DC converter, a motor inverter, a motor including a coil, a bidirectional DC-DC converter, a power storage device, and a control device,
The AC / DC converter includes an AC input / output terminal electrically connected to an AC power source, a DC rectification unit electrically connected to the AC input / output terminal, and a DC current rectified by the DC rectification unit. DC output terminal to be output,
The motor inverter includes a DC input terminal electrically connected to a DC output terminal of the AC / DC converter, and a DC input electrically connected to a first DC input / output terminal of the bidirectional DC-DC converter. An output terminal and an AC input / output terminal electrically connected to the motor;
The bidirectional DC-DC converter includes a first DC input / output terminal electrically connected to a DC input / output terminal of the motor inverter, and a second DC input / output terminal electrically connected to the power storage device. And
When driving the motor with the power of the power storage device,
In the control device, the power stored in the power storage device is changed from the second DC input / output terminal of the bidirectional DC-DC converter to the first DC input / output terminal, and the DC input / output terminal of the motor inverter. , Controlling the bidirectional DC-DC converter and the motor inverter to be supplied to the motor via the AC input / output terminal,
When charging the power storage device with power supplied from the AC power supply,
In the control device, the power supplied from the AC power source includes the AC input / output terminal of the AC / DC converter, the DC rectification unit, the DC output terminal, the DC input terminal of the motor inverter, and a coil of the motor. , The DC input / output terminal of the motor inverter, the first DC input / output terminal of the bidirectional DC-DC converter, and the second DC input / output terminal to be supplied to the power storage device. A charging device in a motor drive device, characterized by controlling a DC-DC converter and a motor inverter.
前記双方向DC-DCコンバータおよび前記モータインバータは、FETで構成されるスイッチング素子を備え、当該スイッチング素子に前記制御装置から出力されるスイッチング信号が入力されること
を特徴とする請求項1記載のモータ駆動装置における充電装置。
The bidirectional DC-DC converter and the motor inverter each include a switching element formed of an FET, and a switching signal output from the control device is input to the switching element. A charging device in a motor driving device.
前記双方向DC-DCコンバータおよび前記モータインバータが、前記モータのハウジング内に設けられること
を特徴とする請求項1または2に記載のモータ駆動装置における充電装置。
The charging device for a motor driving device according to claim 1, wherein the bidirectional DC-DC converter and the motor inverter are provided in a housing of the motor.
前記モータの回生により発生する電力によって前記蓄電装置を充電させる場合には、
前記制御装置は、前記モータの回生により発生する電力が、前記モータインバータの前記交流入出力端子、前記直流入出力端子、前記双方向DC-DCコンバータの前記第1の直流入出力端子、前記第2の直流入出力端子を介して前記蓄電装置に供給されるように前記双方向DC-DCコンバータおよび前記モータインバータを制御すること
を特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のモータ駆動装置における充電装置。
When charging the power storage device with electric power generated by regeneration of the motor,
In the control device, the electric power generated by the regeneration of the motor receives the AC input / output terminal of the motor inverter, the DC input / output terminal, the first DC input / output terminal of the bidirectional DC-DC converter, the first 4. The bidirectional DC-DC converter and the motor inverter are controlled so as to be supplied to the power storage device via two DC input / output terminals. 5. A charging device in a motor driving device.
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