JP2017022927A - Power conversion device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power conversion device capable of reducing a conduction loss.SOLUTION: A power conversion device 15 includes: a first inverter 20 including switching elements 211 to 216 and reflux diodes 221 to 226; and a second inverter 30 including switching elements 311 to 316 and reflux diodes 321 to 326. Turning on the switching elements 211 to 216, 311 to 316 enables electric conduction from the high potential side to the low potential side. The reflux diodes 221 to 226, 321 to 326 are connected in parallel to the switching elements 211 to 216, 311 to 316, respectively and permit electric conduction from the low potential side to the high potential side. The power conversion device also comprises a control unit 60 that, in a one side drive mode, selects whether all phases of upper arm elements are turned on in the first inverter 20 or second inverter 30 to be made to be a neutral point or all phases of lower arm elements are turned on, depending on current conducted in coils 11 to 13. Thereby, a conduction loss can be reduced.SELECTED DRAWING: Figure 1

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、2つのインバータによりモータの電力を変換するインバータ駆動システムが知られている。例えば特許文献1では、高電圧時において、第1のインバータシステムと第2のインバータシステムのパルス幅変調信号(以下、パルス幅変調を「PWM」という。)の基本波成分の位相を180[°]ずらすことで2つの電源が電気的に直列接続され、2つの電源電圧の和によりモータを駆動する。また、特許文献1では、低電圧時において、第1のインバータシステムまたは第2のインバータシステムの一方の上アームまたは下アームのいずれかを3相同時オンし、他方をPWM駆動している。   Conventionally, an inverter drive system that converts electric power of a motor by two inverters is known. For example, in Patent Document 1, the phase of the fundamental wave component of the pulse width modulation signal (hereinafter referred to as “PWM”) of the first inverter system and the second inverter system at a high voltage is 180 [°. By shifting, the two power supplies are electrically connected in series, and the motor is driven by the sum of the two power supply voltages. Further, in Patent Document 1, at the time of a low voltage, either one of the upper arm or the lower arm of the first inverter system or the second inverter system is simultaneously turned on for three phases, and the other is PWM driven.

特開2006−238686号公報JP 2006-238686 A

特許文献1では、低電圧モードにおいて、上アームをオン固定するか、下アームをオン固定するかの選択については、何ら言及されていない。
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、導通損失を低減可能な電力変換装置を提供することにある。
In Patent Document 1, there is no mention of selection of whether the upper arm is fixed to ON or the lower arm is fixed to ON in the low voltage mode.
This invention is made | formed in view of the above-mentioned subject, The objective is to provide the power converter device which can reduce conduction | electrical_connection loss.

本発明の電力変換装置は、複数相の巻線を有する回転電機の電力を変換するものであって、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、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、巻線の他端および第2電圧源と接続される。
制御部は、第1インバータおよび第2インバータを制御する。
The power conversion device of the present invention converts power of a rotating electrical machine having a plurality of phases of windings, and includes a first inverter, a second inverter, and a control unit.
The first inverter is connected to one end of the winding and the first voltage source.
The second inverter is connected to the other end of the winding and the second voltage source.
The control unit controls the first inverter and the second inverter.

第1インバータおよび第2インバータは、それぞれ、スイッチング素子および還流素子を有する。スイッチング素子は、高電位側に接続される上アーム素子、または、上アーム素子の低電位側に接続される下アーム素子であって、オンされることで高電位側から低電位側への通電が可能となる。還流素子は、スイッチング素子のそれぞれに並列に接続され、低電位側から高電位側への通電を許容する。   The first inverter and the second inverter each have a switching element and a reflux element. The switching element is an upper arm element connected to the high potential side or a lower arm element connected to the low potential side of the upper arm element, and is energized from the high potential side to the low potential side when turned on. Is possible. The reflux element is connected in parallel to each of the switching elements and allows energization from the low potential side to the high potential side.

片側駆動モードでは、第1インバータまたは第2インバータの一方を、上アーム素子の全相または下アーム素子の全相をオンすることで中性点化し、第1インバータまたは第2インバータの他方を、回転電機の駆動要求に応じて制御する。片側駆動モードにおいて、制御部は、中性点化する第1インバータまたは第2インバータにおいて、上アーム素子の全相をオンするか、下アーム素子の全相をオンするかを、巻線に通電される電流に応じて選択する。
これにより、中性点化するインバータにおける導通損失を低減することができる。
In the one-side drive mode, one of the first inverter and the second inverter is neutralized by turning on all phases of the upper arm element or all phases of the lower arm element, and the other of the first inverter and the second inverter is Control is performed according to the drive demand of the rotating electrical machine. In the one-side drive mode, the control unit energizes the winding to turn on all phases of the upper arm element or all phases of the lower arm element in the first inverter or the second inverter to be neutralized. Select according to the current.
Thereby, the conduction | electrical_connection loss in the inverter which becomes neutral point can be reduced.

本発明の一実施形態による電力変換装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the power converter device by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における片側駆動モードでの通電経路を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the electricity supply path | route in the one side drive mode in one Embodiment of this invention. IGBTとダイオードの導通損失を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the conduction | electrical_connection loss of IGBT and a diode. 本発明の一実施形態によるアーム選択処理を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the arm selection process by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるアーム選択処理を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the arm selection process by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるアーム選択処理を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the arm selection process by one Embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態による電力変換装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the power converter device by other embodiment of this invention.

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)
本発明の第1実施形態による電力変換装置を図1〜図6に示す。
図1に示すように、回転電機駆動システム1は、回転電機としてのモータジェネレータ10、および、電力変換装置15を備える。
Hereinafter, a power converter according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(One embodiment)
The power converter device by 1st Embodiment of this invention is shown in FIGS.
As shown in FIG. 1, the rotating electrical machine drive system 1 includes a motor generator 10 as a rotating electrical machine and a power conversion device 15.

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。   The motor generator 10 is a so-called “main motor” that is applied to an electric vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle and generates torque for driving drive wheels (not shown). The motor generator 10 has a function as an electric motor for driving the drive wheels, and a function as a generator that generates electric power by being driven by kinetic energy transmitted from an engine or drive wheels (not shown). In this embodiment, the case where the motor generator 10 functions as an electric motor will be mainly described.

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。
本実施形態では、U相コイル11に流れる電流をU相電流Iu、V相コイル12に流れる電流をV相電流Iv、W相コイル13に流れる電流をW相電流Iwとする。
Motor generator 10 is a three-phase AC rotating machine, and includes U-phase coil 11, V-phase coil 12, and W-phase coil 13. The U-phase coil 11, the V-phase coil 12, and the W-phase coil 13 correspond to “windings”, and the U-phase coil 11, the V-phase coil 12, and the W-phase coil 13 are hereinafter appropriately referred to as “coils 11 to 13”.
In the present embodiment, the current flowing through the U-phase coil 11 is defined as a U-phase current Iu, the current flowing through the V-phase coil 12 is defined as a V-phase current Iv, and the current flowing through the W-phase coil 13 is defined as a W-phase current Iw.

電力変換装置15は、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、第2インバータ30、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、スイッチング素子211〜216、および、還流ダイオード221〜226を有する。また、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、スイッチング素子311〜316、および、還流ダイオード321〜326を有する。
The power conversion device 15 converts the power of the motor generator 10, and includes a first inverter 20, a second inverter 30, a control unit 60, and the like.
The first inverter 20 is a three-phase inverter that switches energization to the coils 11 to 13, and includes switching elements 211 to 216 and return diodes 221 to 226. The second inverter 30 is a three-phase inverter that switches energization to the coils 11 to 13, and includes switching elements 311 to 316 and freewheeling diodes 321 to 326.

スイッチング素子211〜216、311〜316は、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)であって、制御部60によってオンオフ作動が制御される。スイッチング素子211は、オンされたときに高電位側から低電位側への通電が許容され、オフされたときに通電が遮断される。
還流ダイオード221〜226、321〜326は、スイッチング素子211〜216、311〜316のそれぞれと並列に接続され、低電位側から高電位側への通電を許容する。
The switching elements 211 to 216 and 311 to 316 are IGBTs (insulated gate bipolar transistors), and the on / off operation is controlled by the control unit 60. When the switching element 211 is turned on, energization from the high potential side to the low potential side is allowed, and when it is turned off, the energization is interrupted.
The free-wheeling diodes 221 to 226 and 321 to 326 are connected in parallel with the switching elements 211 to 216 and 311 to 316, respectively, and allow energization from the low potential side to the high potential side.

第1インバータ20において、高電位側にスイッチング素子211〜213が接続され、低電位側にスイッチング素子214〜216が接続される。また、スイッチング素子211〜213の高電位側を接続する第1高電位側配線27が第1バッテリ41の正極と接続され、スイッチング素子214〜216の低電位側を接続する第1低電位側配線28が第1バッテリ41の負極と接続される。   In the first inverter 20, the switching elements 211 to 213 are connected to the high potential side, and the switching elements 214 to 216 are connected to the low potential side. The first high potential side wiring 27 that connects the high potential side of the switching elements 211 to 213 is connected to the positive electrode of the first battery 41, and the first low potential side wiring that connects the low potential side of the switching elements 214 to 216. 28 is connected to the negative electrode of the first battery 41.

U相のスイッチング素子211、214の接続点24にはU相コイル11の一端111が接続され、V相のスイッチング素子212、215の接続点25にはV相コイル12の一端121が接続され、W相のスイッチング素子213、216の接続点26にはW相コイル13の一端131が接続される。すなわち、第1インバータ20は、コイル11、12、13と第1バッテリ41との間に接続される。   One end 111 of the U-phase coil 11 is connected to the connection point 24 of the U-phase switching elements 211 and 214, and one end 121 of the V-phase coil 12 is connected to the connection point 25 of the V-phase switching elements 212 and 215. One end 131 of the W-phase coil 13 is connected to the connection point 26 of the W-phase switching elements 213 and 216. That is, the first inverter 20 is connected between the coils 11, 12, 13 and the first battery 41.

第2インバータ30において、高電位側にスイッチング素子311〜313が接続され、低電位側にスイッチング素子314〜316が接続される。また、スイッチング素子311〜313の高電位側を接続する第2高電位側配線37が第2バッテリ42の正極と接続され、スイッチング素子314〜316の低電位側を接続する第2低電位側配線38が第2バッテリ42の負極と接続される。   In the second inverter 30, switching elements 311 to 313 are connected to the high potential side, and switching elements 314 to 316 are connected to the low potential side. The second high potential side wiring 37 that connects the high potential side of the switching elements 311 to 313 is connected to the positive electrode of the second battery 42, and the second low potential side wiring that connects the low potential side of the switching elements 314 to 316. 38 is connected to the negative electrode of the second battery 42.

U相のスイッチング素子311、314の接続点34にはU相コイル11の他端112が接続され、V相のスイッチング素子312、315の接続点35にはV相コイル12の他端122が接続され、W相のスイッチング素子313、316の接続点36にはW相コイル13の他端132が接続される。すなわち、第2インバータ30は、コイル11、12、13と第2バッテリ42との間に接続される。
以下適宜、高電位側に接続されるスイッチング素子211〜213、311〜313を「上アーム素子」、低電位側に接続されるスイッチング素子214〜216、314〜316を「下アーム素子」という。
The other end 112 of the U-phase coil 11 is connected to the connection point 34 of the U-phase switching elements 311 and 314, and the other end 122 of the V-phase coil 12 is connected to the connection point 35 of the V-phase switching elements 312 and 315. The other end 132 of the W-phase coil 13 is connected to the connection point 36 of the W-phase switching elements 313 and 316. That is, the second inverter 30 is connected between the coils 11, 12, 13 and the second battery 42.
Hereinafter, the switching elements 211 to 213 and 311 to 313 connected to the high potential side are referred to as “upper arm elements”, and the switching elements 214 to 216 and 314 to 316 connected to the low potential side are referred to as “lower arm elements”.

リチウムイオン電池等の充放電可能な直流電源である第1電圧源としての第1バッテリ41は、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。
リチウムイオン電池等の充放電可能な直流電源である第2電圧源としての第2バッテリ42は、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。
A first battery 41 as a first voltage source, which is a chargeable / dischargeable DC power source such as a lithium ion battery, is connected to the first inverter 20 and can exchange power with the motor generator 10 via the first inverter 20. Provided.
A second battery 42 as a second voltage source, which is a DC power source that can be charged and discharged, such as a lithium ion battery, is connected to the second inverter 30 and can exchange power with the motor generator 10 via the second inverter 30. Provided.

第1コンデンサ43は、第1高電位側配線27と第1低電位側配線28とに接続される。第1コンデンサ43は、第1バッテリ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バッテリ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高電位側配線37と第2低電位側配線38とに接続される。第2コンデンサ44は、第2バッテリ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バッテリ42側への電流を平滑化する平滑コンデンサである。
The first capacitor 43 is connected to the first high potential side wiring 27 and the first low potential side wiring 28. The first capacitor 43 is a smoothing capacitor that smoothes the current from the first battery 41 to the first inverter 20 side or the current from the first inverter 20 to the first battery 41 side.
The second capacitor 44 is connected to the second high potential side wiring 37 and the second low potential side wiring 38. The second capacitor 44 is a smoothing capacitor that smoothes the current from the second battery 42 to the second inverter 30 or the current from the second inverter 30 to the second battery 42.

制御部60は、マイコンを主体として構成され、各種演算処理を行う。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、インバータ制御部61、電流演算部62、および、温度演算部63等を有する。
The control unit 60 is mainly composed of a microcomputer and performs various arithmetic processes. Each processing in the control unit 60 may be software processing by executing a program stored in advance by the CPU, or may be hardware processing by a dedicated electronic circuit.
The control unit 60 includes an inverter control unit 61, a current calculation unit 62, a temperature calculation unit 63, and the like.

インバータ制御部61は、第1インバータ20および第2インバータ30を制御する。具体的には、インバータ制御部61は、トルク指令値trq*や電流指令値Iu*、Iv*、Iw*等のモータジェネレータ10の駆動に係る指令値に基づき、スイッチング素子211〜216、311〜316のオンオフ作動を制御する制御信号を生成する。生成された制御信号は、図示しないドライバ回路等を経由して、スイッチング素子211〜216、311〜316のゲートに出力される。スイッチング素子211〜216、311〜316が制御信号に応じてオンオフされることで、バッテリ41、42の直流電力が交流に変換され、モータジェネレータ10へ供給される。これにより、モータジェネレータ10の駆動は、第1インバータ20および第2インバータ30を介して、制御部60に制御される。 The inverter control unit 61 controls the first inverter 20 and the second inverter 30. Specifically, the inverter control unit 61 switches the switching elements 211 to 216, 311 based on command values relating to driving of the motor generator 10, such as the torque command value trq * and the current command values Iu * , Iv * , Iw *. A control signal for controlling the on / off operation of 316 is generated. The generated control signal is output to the gates of the switching elements 211 to 216 and 311 to 316 via a driver circuit (not shown). Switching elements 211 to 216 and 311 to 316 are turned on and off in accordance with a control signal, whereby DC power of batteries 41 and 42 is converted into AC and supplied to motor generator 10. Thereby, driving of motor generator 10 is controlled by control unit 60 via first inverter 20 and second inverter 30.

電流演算部62は、各相の電流指令値Iu*、Iv*、Iw*に基づき、相電流Iu、Iv、Iwを推定する。また、相電流Iu、Iv、Iwの絶対値が最大の相である最大相を特定する。
温度演算部63は、相電流Iu、Iv、Iw等に基づき、第1インバータ20の温度である第1インバータ温度T1、および、第2インバータ30の温度である第2インバータ温度T2を推定する。
The current calculator 62 estimates the phase currents Iu, Iv, Iw based on the current command values Iu * , Iv * , Iw * of each phase. Further, the maximum phase that is the phase having the maximum absolute value of the phase currents Iu, Iv, and Iw is specified.
The temperature calculation unit 63 estimates the first inverter temperature T1 that is the temperature of the first inverter 20 and the second inverter temperature T2 that is the temperature of the second inverter 30 based on the phase currents Iu, Iv, Iw, and the like.

ここで、モータジェネレータ10の駆動モードを説明する。本実施形態の回転電機駆動システム1における駆動モードには、第1バッテリ41または第2バッテリ42の電力を用いて駆動する「片側駆動モード」、および、第1バッテリ41および第2バッテリの電力を用いて駆動する「両側駆動モード」が含まれる。   Here, the drive mode of the motor generator 10 will be described. The drive mode in the rotating electrical machine drive system 1 of the present embodiment includes the “one-side drive mode” that uses the power of the first battery 41 or the second battery 42 and the power of the first battery 41 and the second battery. "Double-sided drive mode" to be used and driven is included.

モータジェネレータ10を比較的軽負荷で駆動する場合、片側駆動モードとする。
第1バッテリ41の電力にてモータジェネレータ10を駆動する場合、第2インバータ30の上アーム素子311〜313の全相、または、下アーム素子314〜316の全相の一方をオン、他方をオフし、第2インバータ30を中性点化する。
以下適宜、上アーム素子311〜313の全相をオンすることを、「上アームをオン固定する」といい、下アーム素子314〜316の全相をオンすることを、「下アームをオン固定する」という。第1インバータ20を中性点化する場合も同様とする。
When the motor generator 10 is driven with a relatively light load, the one-side drive mode is set.
When the motor generator 10 is driven by the electric power of the first battery 41, one of all the phases of the upper arm elements 311 to 313 or all the phases of the lower arm elements 314 to 316 is turned on and the other is turned off. Then, the second inverter 30 is neutralized.
Hereinafter, turning on all phases of the upper arm elements 311 to 313 as appropriate is referred to as “fixing the upper arm on”, and turning on all phases of the lower arm elements 314 to 316 is referred to as “fixing the lower arm on. It is said. The same applies to the case where the first inverter 20 is neutralized.

また、第1バッテリ41の電力にてモータジェネレータ10を駆動する場合、モータジェネレータ10の駆動要求に応じ、PWM制御等により第1インバータ20を制御する。PWM制御には、指令に応じた基本波の振幅が三角波等のキャリア波の振幅以下である「正弦波PWM制御」、および、基本波の振幅がキャリア波の振幅より大きい「過変調PWM制御」を含む。また、中性点化しない側のインバータは、PWM制御に限らず、矩形波制御等、どのように制御してもよい。   When driving the motor generator 10 with the electric power of the first battery 41, the first inverter 20 is controlled by PWM control or the like according to the drive request of the motor generator 10. For PWM control, “sine wave PWM control” in which the amplitude of the fundamental wave corresponding to the command is equal to or less than the amplitude of the carrier wave such as a triangular wave, and “overmodulation PWM control” in which the amplitude of the fundamental wave is larger than the amplitude of the carrier wave including. Further, the inverter that is not neutralized is not limited to PWM control, and may be controlled in any manner such as rectangular wave control.

第2バッテリ42の電力にてモータジェネレータ10を駆動する場合、第1インバータ20の上アーム素子211〜213の全相、または、下アーム素子214〜216の全相の一方をオン、他方をオフし、第1インバータ20を中性点化する。また、モータジェネレータ10の駆動要求に応じ、PWM制御等により第2インバータ30を制御する。   When the motor generator 10 is driven by the power of the second battery 42, one of all phases of the upper arm elements 211 to 213 or all phases of the lower arm elements 214 to 216 of the first inverter 20 is turned on and the other is turned off. Then, the first inverter 20 is neutralized. Further, the second inverter 30 is controlled by PWM control or the like according to the drive request of the motor generator 10.

片側駆動モードでは、一方のインバータが中性点化されるので、後述する両側駆動モードと比較し、スイッチング損失が低減され、低出力時の効率を高めることができる。
また、第1バッテリ41の電圧と第2バッテリ42の電圧とが異なり、電圧が低い方の出力で駆動要求を満たせる場合、高電圧側を中性点化し、低電圧側で駆動することで、スイッチング損失をより低減することができる。なお、中性点化するインバータは、駆動要求やバッテリ残量等に応じて適宜選択可能である。
In the one-side drive mode, one inverter is neutralized, so that the switching loss is reduced and the efficiency at the time of low output can be increased as compared with the both-side drive mode described later.
In addition, when the voltage of the first battery 41 and the voltage of the second battery 42 are different and the drive request can be satisfied with the output with the lower voltage, the high voltage side is neutralized and driven on the low voltage side, Switching loss can be further reduced. Note that the inverter to be neutralized can be appropriately selected according to the drive request, the remaining battery level, and the like.

第1バッテリ41または第2バッテリ42の電力にて駆動要求を満たせない比較的高負荷でモータジェネレータ10を駆動する場合、両側電源を用いた両側駆動モードとする。両側駆動モードでは、第1バッテリ41と第2バッテリ42とが電気的に直列接続しているとみなせる状態となるように、第1インバータ20および第2インバータ30を制御する。
ここで、第1インバータ20が第1基本波F1とキャリア波との比較によりPWM制御され、第2インバータ30が第2基本波F2とキャリア波との比較によりPWM制御される場合を例に説明する。
When the motor generator 10 is driven with a relatively high load that cannot satisfy the drive request with the electric power of the first battery 41 or the second battery 42, the both-side drive mode using the both-side power source is set. In the double-side drive mode, the first inverter 20 and the second inverter 30 are controlled so that the first battery 41 and the second battery 42 can be regarded as being electrically connected in series.
Here, a case where the first inverter 20 is PWM controlled by comparing the first fundamental wave F1 and the carrier wave, and the second inverter 30 is PWM controlled by comparing the second fundamental wave F2 and the carrier wave will be described as an example. To do.

両側駆動モードでは、第1基本波F1と第2基本波F2の位相が反転される。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。第1基本波F1と第2基本波F2との位相差を180[°]とすることで、第1バッテリ41と第2バッテリ42とが電気的に直列接続されている状態とみなすことができ、第1バッテリ41の電圧と第2バッテリ42の電圧との和に相当する電圧をモータジェネレータ10に印加可能である。
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バッテリ41の電圧および第2バッテリ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ものとする。
In the double-side drive mode, 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 [°]. By setting the phase difference between the first fundamental wave F1 and the second fundamental wave F2 to 180 [°], it can be considered that the first battery 41 and the second battery 42 are electrically connected in series. A voltage corresponding to the sum of the voltage of the first battery 41 and the voltage of the second battery 42 can be applied to the motor generator 10.
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 first battery 41 and the voltage of the second battery 42 is set to the motor generator 10. It is assumed that a deviation that can be applied to is allowed.

第1基本波F1の振幅と、第2基本波F2の振幅とは、等しくてもよいし、異なっていてもよい。
第1基本波F1と第2基本波F2とは、ともに正弦波であるように同様の波形であってもよい。また、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、第1基本波F1と第2基本波F2の波形は、異なっていてもよい。また、振幅を無限大とみなし、基本波F1、F2の半周期ごとに各素子のオンオフが切り替えられる矩形波制御としてもよい。矩形波制御は、180度通電制御ともいえる。また、矩形波制御に替えて、基本波F1、F2に基づく120度通電制御としてもよい。
The amplitude of the first fundamental wave F1 and the amplitude of the second fundamental wave F2 may be equal or different.
The first fundamental wave F1 and the second fundamental wave F2 may have similar waveforms such that both are sine waves. In addition, the waveforms of the first fundamental wave F1 and the second fundamental wave F2 are different as in the case where one of the first inverter 20 or the second inverter 30 is subjected to sinusoidal PWM control and the other is subjected to overmodulation PWM control. May be. Alternatively, rectangular wave control may be performed in which the amplitude is infinite and each element is switched on and off every half cycle of the fundamental waves F1 and F2. The rectangular wave control can be said to be 180-degree energization control. Moreover, it is good also as 120 degree electricity supply control based on fundamental wave F1 and F2 instead of rectangular wave control.

基本波F1、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が、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。なお、基本波F1、F2の振幅や波形が異なる場合、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はならない。
このように、モータジェネレータ10の駆動要求に応じて、片側駆動モードと両側駆動モードとを切り替えることで、モータジェネレータ10を高効率に駆動することができる。また、上述の片側駆動モードまたは両側駆動モード以外の駆動モードにてモータジェネレータ10を駆動してもよい。
When the amplitudes and waveforms of the fundamental waves F <b> 1 and F <b> 2 are equal, the elements that are turned on in each phase are upside down in the first inverter 20 and second inverter 30. Note that when the amplitudes and waveforms of the fundamental waves F1 and F2 are different, the elements that are turned on in each phase are not necessarily upside down in the first inverter 20 and the second inverter 30.
Thus, the motor generator 10 can be driven with high efficiency by switching between the one-side drive mode and the two-side drive mode in accordance with the drive request of the motor generator 10. Further, motor generator 10 may be driven in a drive mode other than the above-described one-side drive mode or both-side drive mode.

以下、片側駆動モードを中心に説明する。
第2インバータ30を中性点化する場合の例を図2に示す。図2では、オンされるスイッチング素子311〜316を実線、オフされるスイッチング素子311〜316を破線で示す。本実施形態では、中性点化するインバータ方向へ流れる電流を正、その反対方向の電流を負とする。すなわち、図2の例では、第1インバータ20側から第2インバータ30側へ流れる電流を正、第2インバータ30側から第1インバータ20側へ流れる電流を負とする。
Hereinafter, the description will focus on the one-side drive mode.
An example in which the second inverter 30 is neutralized is shown in FIG. In FIG. 2, switching elements 311 to 316 that are turned on are indicated by solid lines, and switching elements 311 to 316 that are turned off are indicated by broken lines. In the present embodiment, the current flowing in the direction of the inverter that becomes neutral is positive, and the current in the opposite direction is negative. That is, in the example of FIG. 2, the current flowing from the first inverter 20 side to the second inverter 30 side is positive, and the current flowing from the second inverter 30 side to the first inverter 20 side is negative.

図2(a)には、上アーム素子311〜313をオン固定する場合、図2(b)には、下アーム素子314〜316をオン固定する場合を示す。
図2(a)に示すように、例えば、U相電流Iuが正方向、V相電流IvおよびW相電流Iwが負方向に通電される場合、矢印UDで示すように、U相では還流ダイオード321に通電され、矢印VT、WTで示すように、V相およびW相では、スイッチング素子312、313に通電される。
すなわち、上アーム素子311〜313をオン固定することで第2インバータ30を中性点化する場合、相電流が正である相は還流ダイオード321〜323、負である場合はスイッチング素子311〜313に電流が流れる。
2A shows a case where the upper arm elements 311 to 313 are fixed on, and FIG. 2B shows a case where the lower arm elements 314 to 316 are fixed on.
As shown in FIG. 2A, for example, when the U-phase current Iu is supplied in the positive direction and the V-phase current Iv and the W-phase current Iw are supplied in the negative direction, as shown by an arrow UD, a free-wheeling diode in the U-phase As indicated by arrows VT and WT, the switching elements 312 and 313 are energized in the V-phase and the W-phase.
That is, when the second inverter 30 is neutralized by fixing the upper arm elements 311 to 313 to be on, the phase where the phase current is positive is the freewheeling diodes 321 to 323, and when the phase current is negative, the switching elements 311 to 313 are used. Current flows through

図2(b)に示すように、例えば、U相電流Iuが正方向、V相電流IvおよびW相電流Iwが負方向に通電される場合、矢印UTで示すように、U相ではスイッチング素子314に通電され、矢印VD、WDで示すように、V相およびW相では、還流ダイオード325、326に通電される。
すなわち、下アーム素子314〜316をオン固定することで第2インバータ30を中性点化する場合、相電流が正である相はスイッチング素子314〜316、負である場合は還流ダイオード324〜326に電流が流れる。
As shown in FIG. 2B, for example, when the U-phase current Iu is supplied in the positive direction and the V-phase current Iv and the W-phase current Iw are supplied in the negative direction, the switching element is used in the U-phase as indicated by the arrow UT. As indicated by arrows VD and WD, the freewheeling diodes 325 and 326 are energized in the V phase and the W phase as indicated by arrows VD and WD.
That is, when the second inverter 30 is neutralized by fixing the lower arm elements 314 to 316 to ON, the switching element 314 to 316 is a phase in which the phase current is positive, and the freewheeling diodes 324 to 326 is negative. Current flows through

図示はしていないが、第1インバータ20を中性点化する場合を説明しておく。第1インバータ20を中性点化する場合、第2インバータ30側から第1インバータ20側へ流れる電流を正、第1インバータ20側から第2インバータ30側へ流れる電流を負とする。
第1インバータ20を中性点化する場合、上アーム素子211〜213をオン固定することで第1インバータ20を中性点化する場合、相電流が正である相は還流ダイオード221〜223、負である相はスイッチング素子211〜213に電流が流れる。
また、下アーム素子214〜216をオン固定することで第1インバータ20を中性点化する場合、相電流が正である相はスイッチング素子214〜216、負である相は還流ダイオード224〜226に電流が流れる。
すなわち、中性点化されるインバータにおいて、電流がスイッチング素子を流れるか還流ダイオードを流れるかは、電流の向き、および、オン固定されるアームに応じて変わる。
Although not shown, the case where the first inverter 20 is neutralized will be described. When neutralizing the first inverter 20, the current flowing from the second inverter 30 side to the first inverter 20 side is positive, and the current flowing from the first inverter 20 side to the second inverter 30 side is negative.
When neutralizing the first inverter 20, when the first inverter 20 is neutralized by fixing the upper arm elements 211 to 213 to be on, the phases having a positive phase current are the free-wheeling diodes 221 to 223, In the negative phase, current flows through the switching elements 211 to 213.
Further, when the first inverter 20 is neutralized by fixing the lower arm elements 214 to 216 to ON, the switching element 214 to 216 is a phase having a positive phase current, and the freewheeling diodes 224 to 226 is a phase having a negative phase current. Current flows through
That is, in the inverter that is neutralized, whether the current flows through the switching element or the free wheeling diode varies depending on the direction of the current and the arm that is fixed on.

ところで、IGBTとダイオードとでは、出力特性が異なる。IGBTおよびダイオードの出力特性の一例を図3に示す。図3に示すように、閾値電流Ithよりも電流が小さい領域では、IGBTよりダイオードの導通損失が小さく、閾値電流Ithよりも電流が大きい領域では、ダイオードよりIGBTの導通損失が小さい。閾値電流Ithは、スイッチング素子211〜216、311〜316および還流ダイオード221〜226、321〜326に用いる素子の種類に応じて異なる。また、閾値電流Ithは、温度によっても変わる。例えば、温度が高くなると、閾値電流Ithが小さくなる。本実施形態では、温度と閾値電流Ithとが関連づけられて、予めマップ等に記憶されているものとする。   By the way, the output characteristics are different between the IGBT and the diode. An example of output characteristics of the IGBT and the diode is shown in FIG. As shown in FIG. 3, in the region where the current is smaller than the threshold current Ith, the conduction loss of the diode is smaller than that of the IGBT, and in the region where the current is larger than the threshold current Ith, the conduction loss of the IGBT is smaller than that of the diode. The threshold current Ith varies depending on the types of elements used for the switching elements 211 to 216 and 311 to 316 and the free wheel diodes 221 to 226 and 321 to 326. Further, the threshold current Ith also changes depending on the temperature. For example, as the temperature increases, the threshold current Ith decreases. In the present embodiment, it is assumed that the temperature and the threshold current Ith are associated with each other and stored in advance in a map or the like.

そこで本実施形態では、電力変換装置15全体としての損失を低減すべく、最大相に流れる電流である最大相電流Imaxが、導通損失の小さい方に通電されるように、相電流Iu、Iv、Iwおよびインバータ温度T1、T2に応じ、中性点化するインバータにおいて、オン固定するアームを選択する。   Therefore, in the present embodiment, in order to reduce the loss of the power converter 15 as a whole, the phase currents Iu, Iv, In accordance with Iw and inverter temperatures T1 and T2, an arm to be fixed on is selected in the inverter that is neutralized.

中性点化するインバータにおいてオン固定するアームを選択するアーム選択処理を図4に示すフローチャートに基づいて説明する。上述の通り、中性点化するインバータは、駆動要求等に応じて選択され、アーム選択処理は、制御部60にて所定の間隔にて実行される。   An arm selection process for selecting an arm to be fixed on in the inverter to be neutralized will be described based on the flowchart shown in FIG. As described above, the inverter to be neutralized is selected according to a drive request or the like, and the arm selection process is executed by the control unit 60 at a predetermined interval.

最初のステップS101では、温度演算部63は、インバータ温度T1、T2を演算する。ここでは、中性点化するインバータの温度を演算し、中性点化しないインバータの温度演算を省略してもよい。以下、ステップS101の「ステップ」を省略し、単に記号「S」と記す。他のステップについても同様とする。
S102では、中性点化するインバータの温度に基づき、マップ演算等により、閾値電流Ithを決定する。
S103では、電流演算部62は、相電流Iu、Iv、Iwを演算し、最大相を特定する。
In the first step S101, the temperature calculation unit 63 calculates inverter temperatures T1 and T2. Here, the temperature of the inverter that is neutralized may be calculated, and the temperature calculation of the inverter that is not neutralized may be omitted. Hereinafter, “step” in step S101 is omitted, and is simply referred to as “S”. The same applies to the other steps.
In S102, the threshold current Ith is determined by map calculation or the like based on the temperature of the inverter that is neutralized.
In S103, the current calculation unit 62 calculates the phase currents Iu, Iv, and Iw, and specifies the maximum phase.

S104では、インバータ制御部61は、最大相の電流である最大相電流Imaxが正か否かを判断する。最大相電流Imaxが正ではない、すなわち負であると判断された場合(S104:NO)、S106へ移行する。最大相電流Imaxが正であると判断された場合(S104:YES)、S105へ移行する。   In S104, inverter control unit 61 determines whether or not maximum phase current Imax, which is the maximum phase current, is positive. When it is determined that maximum phase current Imax is not positive, that is, negative (S104: NO), the process proceeds to S106. When it is determined that the maximum phase current Imax is positive (S104: YES), the process proceeds to S105.

S105では、インバータ制御部61は、最大相電流Imaxが閾値電流Ithより小さいか否かを判断する。最大相電流Imaxが閾値電流Ithより小さいと判断された場合(S105:YES)、S107へ移行する。最大相電流Imaxが閾値電流Ith以上であると判断された場合(S105:NO)、S108へ移行する。   In S105, inverter control unit 61 determines whether or not maximum phase current Imax is smaller than threshold current Ith. When it is determined that the maximum phase current Imax is smaller than the threshold current Ith (S105: YES), the process proceeds to S107. When it is determined that the maximum phase current Imax is equal to or greater than the threshold current Ith (S105: NO), the process proceeds to S108.

最大相電流Imaxが負であると判断された場合(S104:NO)に移行するS106では、インバータ制御部61は、最大相電流Imaxの絶対値が、閾値電流Ithより小さいか否かを判断する。最大相電流Imaxの絶対値が閾値電流Ithより小さいと判断された場合(S106:YES)、S108へ移行する。最大相電流Imaxの絶対値が閾値電流Ith以上であると判断された場合(S106:NO)、S107へ移行する。   In S106, when the maximum phase current Imax is determined to be negative (S104: NO), the inverter control unit 61 determines whether the absolute value of the maximum phase current Imax is smaller than the threshold current Ith. . When it is determined that the absolute value of the maximum phase current Imax is smaller than the threshold current Ith (S106: YES), the process proceeds to S108. When it is determined that the absolute value of the maximum phase current Imax is greater than or equal to the threshold current Ith (S106: NO), the process proceeds to S107.

最大相電流Imaxが正であって閾値電流Ithより小さい場合(S104:YES、かつ、S105:YES)、または、最大相電流Imaxが負であって最大相電流Imaxの絶対値が閾値電流Ith以上である場合(S104:NO、かつ、S106:NO)に移行するS107では、インバータ制御部61は、中性点化するインバータにおいて、上アームをオン固定する。
最大相電流Imaxが正であって閾値電流Ith以上である場合(S104:YES、かつ、S105:NO)、または、最大相電流Imaxが負であって最大相電流Imaxの絶対値が閾値電流Ithより小さい場合(S104:NO、かつ、S106:YES)に移行するS108では、インバータ制御部61は、中性点化するインバータにおいて、下アームをオン固定する。
When the maximum phase current Imax is positive and smaller than the threshold current Ith (S104: YES and S105: YES), or when the maximum phase current Imax is negative and the absolute value of the maximum phase current Imax is greater than or equal to the threshold current Ith (S104: NO and S106: NO) In S107, the inverter control unit 61 fixes the upper arm on in the neutralizing inverter.
When maximum phase current Imax is positive and greater than or equal to threshold current Ith (S104: YES and S105: NO), or when maximum phase current Imax is negative and absolute value of maximum phase current Imax is threshold current Ith In S108 which shifts to the case where it is smaller (S104: NO and S106: YES), the inverter control unit 61 fixes the lower arm on in the inverter to be neutralized.

アーム選択処理の詳細を、図5および図6のタイムチャートに基づいて説明する。図5および図6では、U相電流Iuを実線、V相電流Ivを一点鎖線、W相電流Iwを二点鎖線で示した。ここでは、第2インバータ30が中性点化されるものとして説明する。
図5は、相電流Iu、Iv、Iwのピークが、閾値電流Ithより小さい場合の例である。図3にて説明したように、電流が閾値電流Ithより小さい領域では、スイッチング素子311〜316よりも還流ダイオード321〜326の損失が小さいので、最大相電流Imaxが還流ダイオード321〜326を通るように、オン固定するアームを選択する。
Details of the arm selection processing will be described based on the time charts of FIGS. 5 and 6, the U-phase current Iu is indicated by a solid line, the V-phase current Iv is indicated by a one-dot chain line, and the W-phase current Iw is indicated by a two-dot chain line. Here, the second inverter 30 will be described as being neutralized.
FIG. 5 is an example when the peaks of the phase currents Iu, Iv, and Iw are smaller than the threshold current Ith. As described with reference to FIG. 3, in the region where the current is smaller than the threshold current Ith, the loss of the freewheeling diodes 321 to 326 is smaller than that of the switching elements 311 to 316, so that the maximum phase current Imax passes through the freewheeling diodes 321 to 326. Select the arm to be fixed on.

期間PHでは、最大相電流Imaxが正であり、かつ、閾値電流Ithより小さいので(図4中のS104:YES、かつ、S105:YES)、上アーム素子311〜313をオン固定することで、第2インバータ30を中性点化する。また、期間PLでは、最大相電流Imaxが負であり、かつ、閾値電流Ithより小さいので(S104:NO、かつ、S108:YES)、下アーム素子314〜S316をオン固定することで、第2インバータ30を中性点化する。
これにより、最大相電流Imaxは還流ダイオード321〜326を通るので、損失を低減することができる。
In the period PH, since the maximum phase current Imax is positive and smaller than the threshold current Ith (S104: YES and S105: YES in FIG. 4), the upper arm elements 311 to 313 are fixed on. The second inverter 30 is neutralized. In the period PL, since the maximum phase current Imax is negative and smaller than the threshold current Ith (S104: NO and S108: YES), the second arm elements 314 to S316 are fixed to ON by the second arm element 314 to S316. The inverter 30 is neutralized.
Thus, the maximum phase current Imax passes through the freewheeling diodes 321 to 326, so that the loss can be reduced.

図6は、相電流Iu、Iv、Iwのピークが、閾値電流Ithより大きい場合の例である。
期間PH1では、最大相電流Imaxが正であり、かつ、閾値電流Ithより小さいので(S104:YES、かつ、S105:YES)、最大相電流Imaxが還流ダイオード321〜323を通るように、上アーム素子311〜313をオン固定することで、第2インバータ30を中性点化する。
期間PL2では、最大相電流Imaxが正であり、かつ、閾値電流Ith以上であるので(S104:YES、かつ、S105:NO)、最大相電流Imaxが下アーム素子314〜316を通るように、下アーム素子314〜316をオン固定することで、第2インバータ30を中性点化する。
FIG. 6 is an example when the peaks of the phase currents Iu, Iv, and Iw are larger than the threshold current Ith.
In the period PH1, since the maximum phase current Imax is positive and smaller than the threshold current Ith (S104: YES and S105: YES), the upper arm is set so that the maximum phase current Imax passes through the freewheeling diodes 321 to 323. The second inverter 30 is neutralized by fixing the elements 311 to 313 on.
In the period PL2, the maximum phase current Imax is positive and equal to or greater than the threshold current Ith (S104: YES and S105: NO), so that the maximum phase current Imax passes through the lower arm elements 314 to 316. The second inverter 30 is neutralized by fixing the lower arm elements 314 to 316 on.

期間PL1では、最大相電流Imaxが負であり、かつ、最大相電流Imaxの絶対値が閾値電流Ithより小さいので(S104:NO、かつ、S106:YES)、最大相電流Imaxが還流ダイオード324〜326を通るように、下アーム素子314〜316をオン固定することで、第2インバータ30を中性点化する。
期間PH2では、最大相電流Imaxが負であり、かつ、最大相電流Imaxの絶対値が閾値電流Ith以上であるので(S104:NO、かつ、S106:NO)、最大相電流Imaxが上アーム素子311〜313を通るように、上アーム素子311〜313をオン固定することで、第2インバータ30を中性点化する。
In the period PL1, since the maximum phase current Imax is negative and the absolute value of the maximum phase current Imax is smaller than the threshold current Ith (S104: NO and S106: YES), the maximum phase current Imax is determined from the free-wheeling diodes 324 to 324. The second inverter 30 is neutralized by fixing the lower arm elements 314 to 316 on so as to pass through 326.
In the period PH2, since the maximum phase current Imax is negative and the absolute value of the maximum phase current Imax is greater than or equal to the threshold current Ith (S104: NO and S106: NO), the maximum phase current Imax is the upper arm element. The second inverter 30 is neutralized by fixing the upper arm elements 311 to 313 on so as to pass 311 to 313.

本実施形態では、中性点化するインバータにおいて、最大相電流Imaxが、スイッチング素子211〜216、311〜316と還流ダイオード221〜226、321〜326とで導通損失の小さい方に通電されるように、オン固定するアームを選択する。これにより、片側駆動モードにおいて、オン固定するアームを変更しない場合と比較し、中性点化するインバータにおける導通損失を低減することができるので、電力変換装置15全体としての損失を低減することができ、効率が向上する。   In the present embodiment, in the inverter that is neutralized, the maximum phase current Imax is supplied to the switching elements 211 to 216 and 311 to 316 and the freewheeling diodes 221 to 226 and 321 to 326 with the smaller conduction loss. Select the arm to be fixed on. Thereby, compared with the case where the arm to be fixed on is not changed in the one-side drive mode, the conduction loss in the inverter that is neutralized can be reduced, so that the loss of the power converter 15 as a whole can be reduced. Can improve efficiency.

以上詳述したように、本実施形態の電力変換装置15は、複数相のコイル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、コイル11、12、13の一端111、121、131および第1バッテリ41と接続される。
第2インバータ30は、コイル11、12、13の他端112、122、132および第2バッテリ42と接続される。
制御部60は、第1インバータ20および第2インバータ30を制御する。
As described above in detail, the power conversion device 15 of the present embodiment converts the power of the motor generator 10 having the multiple-phase coils 11 to 13, and includes the first inverter 20, the second inverter 30, and the like. The control part 60 is provided.
The first inverter 20 is connected to one ends 111, 121, 131 of the coils 11, 12, 13 and the first battery 41.
The second inverter 30 is connected to the other ends 112, 122, 132 of the coils 11, 12, 13 and the second battery 42.
The control unit 60 controls the first inverter 20 and the second inverter 30.

第1インバータ20は、スイッチング素子211〜216、および、還流ダイオード221〜226を有し、第2インバータ30は、スイッチング素子311〜316、および、還流ダイオード321〜326を有する。
スイッチング素子211〜216、311〜316は、高電位側に接続される上アーム素子211〜213、311〜313、または、低電位側に接続される下アーム素子214〜216、314〜316であって、オンされることで高電位側から低電位側へ通電可能となる。還流ダイオード221〜226、321〜326は、スイッチング素子211〜216、311〜316のそれぞれに並列に接続され、低電位側から高電位側への通電を許容する。
The first inverter 20 includes switching elements 211 to 216 and freewheeling diodes 221 to 226, and the second inverter 30 includes switching elements 311 to 316 and freewheeling diodes 321 to 326.
The switching elements 211 to 216 and 311 to 316 are upper arm elements 211 to 213 and 311 to 313 connected to the high potential side, or lower arm elements 214 to 216 and 314 to 316 connected to the low potential side. When turned on, it is possible to energize from the high potential side to the low potential side. The free-wheeling diodes 221 to 226 and 321 to 326 are connected in parallel to the switching elements 211 to 216 and 311 to 316, respectively, and allow energization from the low potential side to the high potential side.

片側駆動モードでは、第1インバータ20または第2インバータ30の一方を、上アーム素子の全相または下アーム素子の全相をオンすることで中性点化し、第1インバータ20または第2インバータ30の他方を、モータジェネレータ10の駆動要求に応じて制御する。片側駆動モードにおいて、制御部60は、中性点化する第1インバータ20または第2インバータ30において、上アーム素子の全相をオンするか、下アーム素子の全相をオンするかを、コイル11〜13に通電される電流に応じて選択する。
これにより、中性点化するインバータにおける導通損失を低減することができ、効率が向上する。
In the one-side drive mode, one of the first inverter 20 and the second inverter 30 is neutralized by turning on all phases of the upper arm element or all phases of the lower arm element, and the first inverter 20 or the second inverter 30 The other of these is controlled according to the drive request of the motor generator 10. In the one-side drive mode, the control unit 60 determines whether to turn on all phases of the upper arm element or all phases of the lower arm element in the first inverter 20 or the second inverter 30 that are neutralized. The selection is made according to the current supplied to 11 to 13.
Thereby, the conduction loss in the inverter which is neutralized can be reduced, and the efficiency is improved.

スイッチング素子211〜216、311〜316と、還流ダイオード221〜226、321〜326とで、導通損失の大小が入れ替わる電流値を閾値電流Ithとする。
制御部60は、コイル11〜13に通電される電流の絶対値が最も大きい相の電流である最大相電流Imaxと閾値電流Ithとを比較し、スイッチング素子211〜216、311〜316と還流ダイオード221〜226、321〜326とで導通損失が小さい方に最大相電流Imaxが流れるように、中性点化する第1インバータ20または第2インバータ30において、上アーム素子の全相をオンするか、下アーム素子の全相をオンするかを選択する。
これにより、最大相電流Imaxに応じ、オン固定するアームを適切に選択することができる。
A current value at which the magnitude of the conduction loss is switched between the switching elements 211 to 216 and 311 to 316 and the freewheeling diodes 221 to 226 and 321 to 326 is defined as a threshold current Ith.
The control unit 60 compares the maximum phase current Imax, which is the current of the phase having the largest absolute value of the current supplied to the coils 11 to 13, with the threshold current Ith, and the switching elements 211 to 216, 311 to 316 and the free wheel diode. Whether all the phases of the upper arm elements are turned on in the first inverter 20 or the second inverter 30 to be neutralized so that the maximum phase current Imax flows in the direction of smaller conduction loss between 221 to 226 and 321 to 326 Select whether to turn on all phases of the lower arm element.
Thereby, according to the maximum phase current Imax, the arm to be fixed on can be appropriately selected.

また、閾値電流Ithは、中性点化する第1インバータ20または第2インバータ30の温度に応じて可変である。これにより、インバータ温度T1、T2に応じ、オン固定するアームを適切に選択することができる。
本実施形態では、還流ダイオード221〜226、321〜326が、「還流素子」に対応する。
The threshold current Ith is variable according to the temperature of the first inverter 20 or the second inverter 30 that is neutralized. Thereby, according to inverter temperature T1, T2, the arm to fix on can be selected appropriately.
In the present embodiment, the freewheeling diodes 221 to 226 and 321 to 326 correspond to “refluxing elements”.

(他の実施形態)
(ア)相電流
上記実施形態では、相電流は、各相の電流指令値に基づいて推定される。他の実施形態では、他の実施形態では、相電流を、電流指令値そのものとしてもよい。
また他の実施形態では、図7に示すように、コイル11〜13の電流を検出する電流検出部50を設け、電流検出値に基づいて相電流を演算してもよい。図7では、電流検出部50の電流検出素子を各相に設けているが、3相のうちの1相または2相に設け、電流検出素子が設けられない相の電流を演算により求めるようにしてもよい。また、図7では、電流検出部50をコイル11〜13の第1インバータ20側に設けている。他の実施形態では、電流検出部をコイル11〜13の第2インバータ30側等、相電流を検出可能ないずれの箇所に設けてもよい。なお図7においては、第1実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略した。
(Other embodiments)
(A) Phase current In the said embodiment, a phase current is estimated based on the current command value of each phase. In other embodiments, in other embodiments, the phase current may be the current command value itself.
In another embodiment, as illustrated in FIG. 7, a current detection unit 50 that detects the currents of the coils 11 to 13 may be provided, and the phase current may be calculated based on the detected current value. In FIG. 7, the current detection element of the current detection unit 50 is provided in each phase. However, the current detection element 50 is provided in one or two of the three phases, and the current of the phase in which the current detection element is not provided is obtained by calculation. May be. Moreover, in FIG. 7, the current detection part 50 is provided in the 1st inverter 20 side of the coils 11-13. In other embodiment, you may provide a current detection part in any location which can detect a phase current, such as the 2nd inverter 30 side of the coils 11-13. In FIG. 7, the same reference numerals are given to substantially the same components as those in the first embodiment, and description thereof is omitted.

(イ)インバータ温度
上記実施形態では、第1インバータ温度および第2インバータ温度は、相電流等に基づいて推定される。他の実施形態では、図7に示すように、温度検出素子231〜236、331〜336を、スイッチング素子211〜216、311〜316ごとに設けてもよい。この場合、温度検出素子231〜236の検出値に基づく素子温度の平均値等の演算値を第1インバータ温度T1とする。また、温度検出素子331〜336の検出値に基づく素子温度の平均値等の演算値を第2インバータ温度T2とする。他の実施形態では、温度検出素子は、必ずしもスイッチング素子ごとに設ける必要はなく、各インバータにつき1個以上設けられていればよい。例えば上アーム素子および下アーム素子に対して各1つずつ設けるようにしてもよい。
また、上記実施形態では、中性点化するインバータの温度に応じて閾値電流を可変とする。他の実施形態では、インバータ温度によらず、閾値電流を所定値としてもよい。この場合、インバータ温度の推定や検出を行わなくてもよい。
(A) Inverter temperature In the said embodiment, 1st inverter temperature and 2nd inverter temperature are estimated based on a phase current etc. FIG. In another embodiment, as illustrated in FIG. 7, the temperature detection elements 231 to 236 and 331 to 336 may be provided for each of the switching elements 211 to 216 and 311 to 316. In this case, a calculated value such as an average value of element temperatures based on the detection values of the temperature detection elements 231 to 236 is set as the first inverter temperature T1. In addition, a calculated value such as an average value of element temperatures based on the detection values of the temperature detection elements 331 to 336 is set as the second inverter temperature T2. In other embodiments, the temperature detection element is not necessarily provided for each switching element, and one or more temperature detection elements may be provided for each inverter. For example, one each for the upper arm element and the lower arm element may be provided.
In the above embodiment, the threshold current is made variable according to the temperature of the inverter that is neutralized. In another embodiment, the threshold current may be a predetermined value regardless of the inverter temperature. In this case, the inverter temperature need not be estimated or detected.

(ウ)スイッチング素子、還流素子
上記実施形態では、スイッチング素子としてIGBTを用いる。他の実施形態では、スイッチング素子として、MOSFET(金属酸化物半導体電界効果トランジスタ)等、IGBT以外のものを用いてもよい。スイッチング素子としてMOSFETを用いる場合、寄生ダイオードを還流素子としてもよい。還流素子は、スイッチング素子に内蔵されていてもよいし、外付けのものとしてもよい。
(C) Switching element, reflux element In the above embodiment, an IGBT is used as the switching element. In other embodiments, a switching element other than an IGBT such as a MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor) may be used. When a MOSFET is used as the switching element, a parasitic diode may be used as the reflux element. The reflux element may be built in the switching element or may be externally attached.

上記実施形態では、スイッチング素子としてIGBTを用いており、電流が閾値電流より小さい領域ではダイオードの損失が小さく、閾値電流より大きい領域ではIGBTの損失が小さい。他の実施形態では、用いる素子の特性によっては、電流が小さい領域にて還流素子の損失が小さく、電流が大きい領域にてスイッチング素子の損失が小さいこともありえる。この場合には、最大相電流が導通損失の小さい方の素子を流れるようにすべく、オン固定されるアームを上記実施形態と反対にすればよい。   In the above embodiment, the IGBT is used as the switching element, and the loss of the diode is small in the region where the current is smaller than the threshold current, and the loss of the IGBT is small in the region where the current is larger than the threshold current. In other embodiments, depending on the characteristics of the element used, the loss of the return element may be small in a region where the current is small, and the loss of the switching element may be small in a region where the current is large. In this case, the arm to be turned on may be reversed from that in the above embodiment so that the maximum phase current flows through the element with the smaller conduction loss.

(エ)第1電圧源、第2電圧源
上記実施形態では、第1電圧源および第2電圧源として、リチウムイオン電池等を例示した。他の実施形態では、第1電圧源および第2電圧源は、リチウムイオン電池以外の鉛蓄電池、燃料電池等であってもよい。また、第1電圧源と第2電圧源とで、同一の種類、特性のものを用いてもよいし、異なる種類、特性のものを用いてもよい。また、第1電圧源または第2電圧源の一方を電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等のキャパシタとしてもよい。また、第1電圧源または第2電圧源の一方を、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としてもよい。
(D) First voltage source, second voltage source In the above embodiment, lithium ion batteries and the like are exemplified as the first voltage source and the second voltage source. In other embodiments, the first voltage source and the second voltage source may be lead storage batteries other than lithium ion batteries, fuel cells, and the like. Further, the first voltage source and the second voltage source may be of the same type and characteristics, or may be different types and characteristics. One of the first voltage source and the second voltage source may be a capacitor such as an electric double layer capacitor or a lithium ion capacitor. One of the first voltage source and the second voltage source may be a generator that is driven by a driving source such as an engine to generate electric power.

(オ)回転電機
上記実施形態では、回転電機はモータジェネレータである。他の実施形態では、回転電機は、発電機の機能を持たない電動機であってもよいし、電動機の機能を持たない発電機であってもよい。また、上記実施形態の回転電機は3相である。他の実施形態では、回転電機は、4相以上としてもよい。また、上記実施形態では、回転電機駆動システムは、グランドと接続されていないが、他の実施形態では、回転電機駆動システムを、グランドと接続してもよい。
(E) Rotating electric machine In the above embodiment, the rotating electric machine is a motor generator. In another embodiment, the rotating electrical machine may be an electric motor that does not have a function of a generator, or may be a generator that does not have a function of an electric motor. Further, the rotating electrical machine of the above embodiment has three phases. In other embodiments, the rotating electrical machine may have four or more phases. In the above embodiment, the rotating electrical machine drive system is not connected to the ground. However, in other embodiments, the rotating electrical machine drive system may be connected to the ground.

また、上記実施形態では、回転電機が電動車両の主機モータである。他の実施形態では、回転電機は、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。
In the above embodiment, the rotating electrical machine is a main motor of an electric vehicle. In another embodiment, the rotating electrical machine is not limited to the main motor, but may be 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・・・回転電機駆動システム
10・・・モータジェネレータ(回転電機)
11〜13・・・コイル(巻線)
15・・・電力変換装置
20・・・第1インバータ 30・・・第2インバータ
211〜213、311〜313・・・上アーム素子
214〜216、314〜316・・・下アーム素子
41・・・第1バッテリ(第1電圧源)
42・・・第2バッテリ(第2電圧源)
60・・・制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rotating electrical machine drive system 10 ... Motor generator (rotating electrical machine)
11-13 ... Coil (winding)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 ... Power converter 20 ... 1st inverter 30 ... 2nd inverter 211-213, 311-313 ... Upper arm element 214-216, 314-316 ... Lower arm element 41 ...・ First battery (first voltage source)
42 ... Second battery (second voltage source)
60 ... Control unit

Claims (3)

複数相の巻線(11〜13)を有する回転電機(10)の電力を変換する電力変換装置(1)であって、
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、
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インバータおよび前記第2インバータを制御する制御部(60)と、
を備え、
前記第1インバータおよび前記第2インバータは、それぞれ、高電位側に接続される上アーム素子(211〜213、311〜313)または前記上アーム素子の低電位側に接続される下アーム素子(214〜216、314〜316)であって、オンされることで高電位側から低電位側へ通電可能となるスイッチング素子(211〜216、311〜316)、および、前記スイッチング素子のそれぞれに並列に接続され、低電位側から高電位側への通電を許容する還流素子(221〜226、321〜326)を有し、
前記第1インバータまたは前記第2インバータの一方を、前記上アーム素子の全相または前記下アーム素子の全相をオンすることで中性点化し、前記第1インバータまたは前記第2インバータの他方を、前記回転電機の駆動要求に応じて制御する片側駆動モードにおいて、
前記制御部は、
中性点化する前記第1インバータまたは前記第2インバータにおいて、前記上アーム素子の全相をオンするか、前記下アーム素子の全相をオンするかを、前記巻線に通電される電流に応じて選択することを特徴とする電力変換装置。
A power converter (1) for converting electric power of a rotating electrical machine (10) having windings (11 to 13) of a plurality of phases,
A first inverter (20) connected to one end (111, 121, 131) of the winding and a first voltage source (41);
A second inverter (30) connected to the other end (112, 122, 132) of the winding and a second voltage source (42);
A control unit (60) for controlling the first inverter and the second inverter;
With
The first inverter and the second inverter are respectively an upper arm element (211 to 213, 311 to 313) connected to a high potential side or a lower arm element (214) connected to a low potential side of the upper arm element. 216, 314 to 316), which can be energized from the high potential side to the low potential side when turned on, and in parallel with each of the switching elements Having reflux elements (221-226, 321-326) that are connected and allow energization from the low potential side to the high potential side;
One of the first inverter and the second inverter is neutralized by turning on all phases of the upper arm element or all phases of the lower arm element, and the other of the first inverter and the second inverter is In the one-side drive mode that is controlled according to the drive request of the rotating electrical machine,
The controller is
In the first inverter or the second inverter that is neutralized, whether to turn on all the phases of the upper arm element or all the phases of the lower arm element depends on the current supplied to the winding. The power converter characterized by selecting according to.
前記スイッチング素子と前記還流素子とで、導通損失の大小が入れ替わる電流値を、閾値電流とすると、
前記制御部は、前記巻線に通電される電流の絶対値が最も大きい相の電流である最大相電流と前記閾値電流とを比較し、前記スイッチング素子と前記還流素子とで導通損失が小さい方に前記最大相電流が流れるように、中性点化する前記第1インバータまたは前記第2インバータにおいて、前記上アーム素子の全相をオンするか、前記下アーム素子の全相をオンするかを選択することを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
When the current value at which the magnitude of conduction loss is switched between the switching element and the reflux element is a threshold current,
The control unit compares the threshold current with a maximum phase current that is a phase current having the largest absolute value of the current passed through the winding, and has a smaller conduction loss between the switching element and the return element. In the first inverter or the second inverter that is neutralized, whether to turn on all phases of the upper arm element or turn on all phases of the lower arm element so that the maximum phase current flows in The power converter according to claim 1, wherein the power converter is selected.
前記閾値電流は、中性点化する前記第1インバータまたは前記第2インバータの温度に応じて可変であることを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。   The power converter according to claim 2, wherein the threshold current is variable according to a temperature of the first inverter or the second inverter that is neutralized.
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