JP3203965B2 - インバータ共用チャージァ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バッテリからの電力を
交流モータに供給するインバータ装置であって、前記バ
ッテリに対する充電の制御も行うインバータ共用チャー
ジァ装置に関する。特に、２個のインバータを備えてお
り、２個のモータに対して独立して電力の供給が行える
インバータ共用チャージァ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電気自動車の動力源としては、保
守の容易な交流モータが広く用いられている。この交流
モータに対する電力の供給は、バッテリからの直流電流
を交流電流に変換するインバータによって行われること
が多い。すなわち、この交流モータはインバータ制御さ
れているわけである。

【０００３】一般に、インバータ制御は、図３に示され
ているような３相出力インバータ回路１００により行わ
れており、バッテリ１２の両端には各相に２個のトラン
ジスタからなるＵ相、Ｖ相、そしてＷ相のトランジスタ
出力段が並列に接続されている。６個のトランジスタＱ
_１〜Ｑ_６にはそれぞれダイオードＤ_１〜Ｄ_６が逆並列に
接続されている。これらのトランジスタ出力段の各中央
端子は交流モータ１１４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各入力端
子に接続され、バッテリ１２の直流電力が三相交流電力
に変換されて交流モータ１１４に供給されている。

【０００４】このような三相出力インバータ回路１００
が、例えば実開平１−１７１５０２号公報等に記載され
ている。

【０００５】また、負荷として、モータを２個用いる場
合には、それぞれの交流モータに対応してインバータを
２個設ける構成が知られている。例えば、電気自動車等
において２個の交流モータが用いられる場合等に、この
ような構成が採用されている。

【０００６】このようないわゆる２モータ・２インバー
タ搭載車両に用いられる回路の例が図４に示されてい
る。図４に示されているように、交流モータ１１４ａ、
１１４ｂ毎に三相出力インバータ回路１００ａ、１００
ｂが設けられている。この３相出力インバータ回路１０
０ａ、１００ｂには、バッテリ２６からの電力がそれぞ
れ供給されている。

【０００７】この図４に示されている回路においてはバ
ッテリ２６への充電装置、すなわちチャージァとしての
機能も備えられている。特に、電気自動車の場合におい
ては、装置の構成を小型化にするために、図４に示され
ているようにバッテリからのエネルギーを交流モータ１
１４ａ、１１４ｂに供給するインバータとしての役割
と、外部の交流電源を整流しバッテリ２６への充電を行
うチャージァとしての役割との、２つの機能を同一の回
路で実現する場合が多い。

【０００８】そして、図４に示されているようにいわゆ
る２モータ・２インバータ型の制御回路においては、２
個設けられているインバータ回路１００ａ、１００ｂの
うちいずれか一方のインバータ回路１００を用いてバッ
テリ２６への充電が行われている。切り換えスイッチ２
０ａを、交流モータ１１４ａ側から、トランス２２側に
切り換えることにより、三相出力インバータ回路１００
ａ側のみをチャージァ素子として用いている。すなわ
ち、外部交流電源は、図４に示されているようにまずダ
イオードブリッジ２３によって整流された後、三相出力
インバータ回路１００ａに印加される。そして、図４に
は示されていない制御回路によってトランジスタ１６、
１７、１８、１９がそれぞれオン／オフ制御されて疑似
正弦波が作られて、トランス２２に供給される。この制
御の様子が図５に示されている。図５には、トランジス
タ１６、１７、１８、１９のオン／オフの様子と、トラ
ンス２２に供給される電流の波形の様子がタイムチャー
トとして示されている。図５に示されているように、ト
ランジスタ１６、１７、１８、１９はいわゆるＰＷＭ制
御が行われており、これによって、トランス２２には疑
似的な正弦波が供給されているものである。

【０００９】このようにしてトランス２２に供給されて
いる正弦波は、トランス２２において所定の電圧に変圧
された後、ダイオードブリッジ２３においてバッテリ２
６に充電するのに適切な電圧の直流に変換されてからバ
ッテリ２６に印加される。なお、このようにチャージァ
装置として使用される場合には上述した切り換えスイッ
チ２０ａがトランス２２側に切り換えられているととも
に、スイッチ２０ｂ、２０ｃ、２０ｄがすべて開成され
ている。このように、従来のいわばインバータ共用チャ
ージァ装置においては、２個備えられている３相出力イ
ンバータ回路１００ａ、１００ｂのうち一方（例えば図
４においては三相出力インバータ回路１００ａ）のみが
チャージァ素子として用いられている。すなわち、３相
出力インバータ回路１００ａのうち、２相分が用いられ
て、この２相分に相当するトランジスタ（１６〜１９）
がＰＷＭ制御されることにより、疑似正弦波が得られる
ものである。そしてこの疑似正弦波を所定の電圧に変圧
することによりバッテリ２６への充電が行われているの
である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来のいわゆる２モー
タ・２インバータ型の構成を採用するインバータ共用チ
ャージァ装置においては、交流モータ１１４ａ、１１４
ｂの駆動時と、バッテリ２６への充電時とを切り換える
ために切り換えスイッチ２０ａが必要であった。この切
り換えスイッチ２０ａは、交流モータ１１４ａを駆動す
る電流が流れるため、交流モータ１１４ａの駆動時の大
電流にも耐え得るような大型のリレーが一般には用いら
れる。

【００１１】このように、従来のインバータ共用チャー
ジァ装置においては、インバータとして用いる場合とチ
ャージァとして用いる場合とで機能を切り換えるために
極めて大型の切り換えスイッチ（リレー）２０ａが必要
であるという問題点があった。すなわち、切り換えスイ
ッチ２０ａが大型になるため、装置全体の構成が大きく
なってしまうとともにそのコストが過大なものとなって
しまっていた。

【００１２】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、その目的は、インバータとチャージァとの機能を有
するインバータ共用チャージァ装置において、インバー
タとチャージァとの機能を切り換えるための大型の切り
換えスイッチが不要である装置を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、直列に接続された一対のスイッチ素子を
３組並列に接続しこの一対のスイッチ素子の両端に入力
されるバッテリからの直流電力を交流電力に変換し前記
一対のスイッチ素子の接続部よりそれぞれ各相の電力と
して出力する第一及び第二のインバータ手段を備えたイ
ンバータ装置であって、外部電源からの電力を前記バッ
テリに充電するチャージァ装置としての機能も備えたイ
ンバータ共用チャージァ装置において、前記第一のイン
バータ手段中の任意の一対のスイッチ素子の接続部と、
前記第二のインバータ手段中の任意の一対のスイッチ素
子の接続部と、の双方に接続され、２対の前記スイッチ
素子から出力される交流電力を直流電力に変換し前記バ
ッテリへ供給する変換手段と、外部電源からの電力を前
記バッテリに充電するチャージァ装置として動作するか
若しくはインバータ装置として動作するかを設定する駆
動充電切換設定手段と、前記駆動充電切換設定手段がチ
ャージァ装置として動作することを設定した場合に、前
記外部電源からの電力を前記第一及び第二のインバータ
手段に接続する外部電力接続手段と、前記駆動充電切換
設定手段がチャージァ装置として動作することを設定し
た場合に、前記第一のインバータ手段中の前記一対のス
イッチ素子の接続部又は前記第二のインバータ手段中の
前記一対のスイッチ素子の接続部と前記変換手段入力側
との接続を許容し、インバータ装置として動作すること
を設定した場合に前記接続を断つ充電スイッチ手段と、
を含むことを特徴とするインバータ共用チャージァ装置
である。

【００１４】第二の本発明は、上記課題を解決するため
に、第一の本発明のインバータ共用チャージァ装置にお
いて、前記変換手段は、前記交流電力の電圧を変換する
電圧変換手段と、前記電圧変換手段によって変換後の電
圧を整流する整流手段と、を含むことを特徴とするイン
バータ共用チャージァ装置である。

【００１５】

【作用】第一の本発明においては、第１及び第２のイン
バータ手段にそれぞれ含まれているスイッチ手段から交
流電力を取り出し、変換手段がこの交流電力を直流電力
に変換する。

【００１６】第二の本発明において、変換手段は、交流
電力の電圧を変換する電圧変換手段と、そのため、した
がって、交流電力をバッテリに供給する充電電圧として
適当な電圧に変換するとともに、交流を直流に変換する
ことが可能である。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づい
て説明する。

【００１８】図１には本発明の好適な実施例であるイン
バータ共用チャージァ装置の回路図が示されている。こ
こに示されているインバータ共用チャージァ装置は、例
えば電気自動車に用いられるものであり、電気自動車の
左右のモータ２８及び２９をそれぞれ駆動するインバー
タ回路３０、３１を含んでいる。

【００１９】本実施例において特徴的なことは、バッテ
リ１４に電力を充電する場合には、この充電電流がイン
バータ回路３０及び３１の双方から取り出されているこ
とである。このような構成にすることにより、インバー
タとして動作するか、チャージァとして動作するかを切
り換えるための切り換えスイッチ６ａは、モータ２８、
２９への大電流を流す必要が無いため、充電電流のみを
流すのに必要な小型なリレーが利用可能である。これに
よって、装置全体の構成を小型化するとともに、装置の
コストの低減に寄与するものである。

【００２０】まず、本実施例に係るインバータ共用チャ
ージァ装置において、バッテリ１４からの電力を変換し
て左右のモータ２８、２９をそれぞれ駆動する場合に
は、このバッテリ１４からの直流が２つのインバータ回
路３０、３１にそれぞれ供給されている。そして、この
２つのインバータ回路３０、３１においてそれぞれ交流
電力に変換され、それぞれのモータ２８、２９のトルク
の制御が独立して行われている。なお、このようにイン
バータとして動作している場合には、上記切り換えスイ
ッチ６ａは開状態とされている。

【００２１】一方、外部電源８からの電力をバッテリ１
４に充電する場合には、まずバッテリ１４とインバータ
回路３０、３１との間に設けられている電源リレー６、
遮断リレー７をそれぞれ開状態にする。電源リレー６
は、車両のイグニッションキーのＯＮに連動して閉じ、
遮断リレー７は、駆動充電切換設定手段が本装置をチャ
ージァ装置として動作させる場合に開くように制御され
る。ここで、駆動充電切換設定手段は、図示されていな
いが本装置の動作モードを切り換える手段である。又、
本装置がチャージァとして動作する場合には、リレー７
ａが閉成し、外部電源８と、インバータ回路３０、３１
が接続される。このようにして、バッテリ１４と、イン
バータ回路３０、３１が切り離されることになる。次
に、電源リレー６、遮断リレー７が開状態となることに
より、外部電源８からの電力は、ダイオードブリッジ９
によって直流に変換された後インバータ回路３０、３１
にそれぞれ供給されることになる。なお、ダイオードブ
リッジ回路９において変換された直流は、コイル１０及
びチャパシタンス５によるＬＣ回路によって平滑され
る。

【００２２】上述したように、本実施例に係るインバー
タ共用チャージァ装置においてはインバータ回路３０、
３１のそれぞれから交流電力が取り出されている。すな
わち、インバータ回路３０において、チャージァ装置と
して動作する場合にはトランジスタ１及び２が動作して
いる。そして、インバータ回路３１において、チャージ
ァ動作時にはトランジスタ３及び４が動作している。こ
れらのトランジスタが図１には示されていない制御回路
によってオン／オフ制御されることによりトランス２７
に疑似的な正弦波を供給するものである。この動作の詳
細な説明図が図２に示されている。図２には、トランジ
スタ１、２、３、４のオン／オフの状態と、トランス２
７に供給される電流波形を表すタイムチャートが示され
ている。図２に示されているタイムチャートから理解さ
れるように、この動作自体は従来のインバータ共用チャ
ージァ装置と、全く同様である。本実施例において特徴
的なことはこの正弦波を作り出す４つのトランジスタ
が、一方のインバータ回路のみから選ばれているのでは
なく、２個備えられているインバータ回路３０、３１の
それぞれから２個ずつ選ばれていることである。このよ
うな構成とすることにより、インバータとして動作する
場合と、チャージァとして動作する場合とで交流モータ
２８もしくは２９を駆動する電流が流れる部分に切り換
えスイッチ（又はリレー）のごとき構成を挿入する必要
がない。従って、上述したように係る充電電流をトラン
ス２７に供給する際に閉成される切り換えスイッチ６ａ
は充電電流を流すだけで良いので、従来に比べて十分に
小型な構成とすることが可能である。これによって、本
実施例によれば装置の小型化を図れるとともに、そのコ
ストの低減化に寄与するものである。

【００２３】図２に示されているようにトランジスタ
１、２、３、４によってＰＷＭ制御されて得られた正弦
波の電流波形は、切り換えスイッチ６ａを介してトラン
ス２７に供給される。そして、このトランス２７によっ
て、バッテリ１４に充電する際に適当な電圧に変圧され
た後ダイオードブリッジ１１に供給される。ダイオード
ブリッジ１１において交流電流は直流電流に変換され、
更にコイル１２及びキャパシタンス１３によるＬＣ回路
によって平滑化が行われてから、バッテリ１４に供給さ
れるのである。

【００２４】一般に、電気自動車等においてはモータ２
８及び２９に供給される電流は極めて大きなものであ
る。しかし、バッテリ１４に供給される充電電流はそれ
らに比べて極めて小さいことが一般的である。本発明は
係る電流の大きさの違いに着目してなされたものであ
り、モータの駆動電流が切り換えスイッチに流れないよ
うにすることにより、この切り換えスイッチ６ａの小型
化を図ることができたものである。

【００２５】なお、上記本実施例においては外部電源８
が、バッテリ１４の電圧より低いことを前提としたが、
この外部電源８の電圧が十分に高ければ昇圧トランス２
７は不要となる。

【００２６】又、図１においては、バッテリ１４だけで
なく、補機バッテリを充電するための構成も示されてい
る。補機バッテリは、インバータの駆動回路、モータ制
御回路、ヘッドライト、ワイパー等の電源となるもの
で、２４Ｖ程度の電圧である場合が多い。

【００２７】補機バッテリの充電は、補機バッテリ用充
電リレー６ｂを閉じることにより行われる。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように、第１の本発明によれ
ば、充電電流である正弦波の電流を２個備えられている
インバータ手段のそれぞれから取り出したので、モータ
の大きな駆動電流が流れる部分に切り換えスイッチを設
ける必要がない。従って、大容量で高価なリレー等を使
用する必要が無くなり、装置の小型化が図れるととも
に、コストの低減化が実現されるという効果を奏する。

【００２９】第２の本発明によれば、電圧変換手段と、
整流手段とを有しているため、外部からの電力の電圧が
バッテリの充電電圧と異なる場合にも適切な電圧に変換
することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な実施例であるインバータ共用チ
ャージァ装置の回路図である。

【図２】本発明の好適な実施例の動作を表すタイムチャ
ートである。

【図３】３相出力インバータ回路の回路図である。

【図４】従来のインバータ共用チャージァ装置の回路図
である。

【図５】従来のインバータ共用チャージァ装置の動作を
表すタイムチャートである。

【符号の説明】

１、２、３、４ トランジスタ ５ キャパシタンス ６ 電源リレー ６ａ 切り換えスイッチ ６ｂ 補機バッテリ用充電リレー ７ 遮断リレー ８ 外部電源 ９ ダイオードブリッジ １０ コイル １１、１１ａ ダイオードブリッジ １２、１２ａ コイル １３、１３ａ キャパシタンス １４ バッテリ ２７、２７ａ トランス ２８、２９ モータ ３０、３１ インバータ回路

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直列に接続された一対のスイッチ素子を３
   組並列に接続しこの一対のスイッチ素子の両端に入力さ
   れるバッテリからの直流電力を交流電力に変換し前記一
   対のスイッチ素子の接続部よりそれぞれ各相の電力とし
   て出力する第一及び第二のインバータ手段を備えたイン
   バータ装置であって、外部電源からの電力を前記バッテ
   リに充電するチャージァ装置としての機能も備えたイン
   バータ共用チャージァ装置において、 前記第一のインバータ手段中の任意の一対のスイッチ素
   子の接続部と、前記第二のインバータ手段中の任意の一
   対のスイッチ素子の接続部と、の双方に接続され、２対
   の前記スイッチ素子から出力される交流電力を直流電力
   に変換し前記バッテリへ供給する変換手段と、 外部電源からの電力を前記バッテリに充電するチャージ
   ァ装置として動作するか若しくはインバータ装置として
   動作するかを設定する駆動充電切換設定手段と、 前記駆動充電切換設定手段がチャージァ装置として動作
   することを設定した場合に、前記外部電源からの電力を
   前記第一及び第二のインバータ手段に接続する外部電力
   接続手段と、 前記駆動充電切換設定手段がチャージァ装置として動作
   することを設定した場合に、前記第一のインバータ手段
   中の前記一対のスイッチ素子の接続部又は前記第二のイ
   ンバータ手段中の前記一対のスイッチ素子の接続部と前
   記変換手段入力側との接続を許容し、インバータ装置と
   して動作することを設定した場合に前記接続を断つ充電
   スイッチ手段と、 を含むことを特徴とするインバータ共用チャージァ装
   置。
2. 【請求項２】請求項１記載のインバータ共用チャージァ
   装置において、 前記変換手段は、前記交流電力の電圧を変換する電圧変
   換手段と、前記電圧変換手段によって変換後の電圧を整
   流する整流手段と、を含むことを特徴とするインバータ
   共用チャージァ装置。