JP3931734B2 - 電気負荷駆動装置 - Google Patents
電気負荷駆動装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3931734B2 JP3931734B2 JP2002164402A JP2002164402A JP3931734B2 JP 3931734 B2 JP3931734 B2 JP 3931734B2 JP 2002164402 A JP2002164402 A JP 2002164402A JP 2002164402 A JP2002164402 A JP 2002164402A JP 3931734 B2 JP3931734 B2 JP 3931734B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- voltage
- motor
- capacitor
- electric load
- power supply
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
Landscapes
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、電気負荷を駆動する電気負荷駆動装置に関し、特に、低コストな電気負荷駆動装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
最近、環境に配慮した自動車としてハイブリッド自動車(Hybrid Vehicle)および電気自動車(Electric Vehicle)が大きな注目を集めている。そして、ハイブリッド自動車は、一部、実用化されている。
【0003】
このハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流に変換し、その変換した交流によりモータを回転することによって動力源を得るものである。また、電気自動車は、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。
【0004】
このようなハイブリッド自動車または電気自動車においては、直流電源からの直流電圧を昇圧コンバータによって昇圧し、その昇圧した直流電圧がモータを駆動するインバータに供給される。
【0005】
すなわち、ハイブリッド自動車または電気自動車は、図6に示すモータ駆動装置を搭載している。図6を参照して、モータ駆動装置300は、直流電源Bと、システムリレーSR1,SR2と、抵抗Rと、コンデンサC1,C2と、双方向コンバータ310と、電圧センサー320と、インバータ330とを備える。
【0006】
直流電源Bは、直流電圧を出力する。システムリレーSR1は、制御装置(図示せず)によってオンされると、直流電源Bからの直流電圧をコンデンサC1に供給し、システムリレーSR2は、制御装置によってオンされると、直流電源Bからの直流電圧を抵抗Rを介してコンデンサC1に供給する。
【0007】
コンデンサC1は、直流電源BからシステムリレーSR1、またはシステムリレーSR2および抵抗Rを介して供給された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧を双方向コンバータ310へ供給する。
【0008】
双方向コンバータ310は、リアクトル311と、NPNトランジスタ312,313と、ダイオード314,315とを含む。リアクトル311の一方端は直流電源Bの電源ラインに接続され、他方端はNPNトランジスタ312とNPNトランジスタ313との中間点、すなわち、NPNトランジスタ312のエミッタとNPNトランジスタ313のコレクタとの間に接続される。NPNトランジスタ312,313は、電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。そして、NPNトランジスタ312のコレクタは電源ラインに接続され、NPNトランジスタ313のエミッタはアースラインに接続される。また、各NPNトランジスタ312,313のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオード314,315がそれぞれ配置されている。
【0009】
双方向コンバータ310は、制御装置(図示せず)によってNPNトランジスタ312,313がオン/オフされ、コンデンサC1から供給された直流電圧を昇圧して出力電圧をコンデンサC2に供給する。また、双方向コンバータ310は、モータ駆動装置300が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータM1によって発電され、インバータ330によって変換された直流電圧を降圧してコンデンサC1へ供給する。
【0010】
コンデンサC2は、双方向コンバータ310から供給された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ330へ供給する。電圧センサー320は、コンデンサC2の両側の電圧、すなわち、双方向コンバータ310の出力電圧V2を検出する。
【0011】
インバータ330は、コンデンサC2から直流電圧が供給されると制御装置(図示せず)からの制御に基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータM1を駆動する。これにより、交流モータM1は、トルク指令値によって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ330は、モータ駆動装置300が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータM1が発電した交流電圧を制御装置からの制御に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサC2を介して双方向コンバータ310へ供給する。
【0012】
モータ駆動装置300においては、始動時、システムリレーSR1がオフされ、システムリレーSR2がオンされて、直流電源Bから出力された直流電圧は、抵抗Rを介してコンデンサC1に供給される。そして、コンデンサC1の両端の電圧が所定値よりも高くなったタイミングでシステムリレーSR2がオフされ、システムリレーSR1がオンされて、直流電源Bから出力された直流電圧は抵抗Rを介さずにコンデンサC1に供給される。
【0013】
このように、モータ駆動装置300においては、始動時、コンデンサC1への突入電流を防止するために、直流電源Bは、最初に抵抗Rを介して直流電圧をコンデンサC1に供給し、コンデンサC1の両端の電圧が所定値よりも高くなったタイミングで抵抗Rを介さずに直流電圧をコンデンサC1に直接供給する。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のモータ駆動装置300においては、インバータ330の入力側にコンデンサC2が設けられており、このコンデンサC2は、双方向コンバータ310によって高電圧に昇圧された直流電圧を平滑化してインバータ330に供給する役割を果たすため、高耐圧のキャパシタにより構成する必要がある。その結果、高コストなコンデンサC2を使用しなければならず、電気負荷としてのインバータ330を駆動する電気負荷駆動装置(直流電源B、双方向コンバータ310およびコンデンサC1,C2により構成される)のコストが高くなるという問題がある。
【0015】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、低コストな電気負荷駆動装置を提供することである。
【0016】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明によれば、電気負荷駆動装置は、電気負荷を駆動する電気負荷駆動装置である。電気負荷は、フルブリッジ型のインバータである。電気負荷駆動装置は、直流電源と、直流電源から受けた直流電圧の電圧レベルを変換して電気負荷の正母線と負母線との間に出力する電圧変換器と、正母線と負母線との間に直流電源と直列に接続されたコンデンサとを備える。電圧変換器は、上アームと下アームとを含み、正母線と負母線との間に接続されたチョッパ回路と、一方端が上アームを構成するスイッチング素子と下アームを構成するスイッチング素子との中点に接続され、他方端が直流電源の正極に接続されたリアクトルとを含む。コンデンサは、正母線と直流電源の正極との間に接続される。
【0017】
この発明によれば、電気負荷駆動装置は、電気負荷を駆動する電気負荷駆動装置である。電気負荷は、フルブリッジ型のインバータである。電気負荷駆動装置は、直流電源と、直流電源から受けた直流電圧の電圧レベルを変換して電気負荷の正母線と負母線との間に出力する電圧変換器と、正母線と前記負母線との間に、直流電源と直列に接続されたコンデンサとを備える。電圧変換器は、上アームと下アームとを含み、正母線と負母線との間に接続されたチョッパ回路と、一方端が上アームを構成するスイッチング素子と下アームを構成するスイッチング素子との中点に接続され、他方端が直流電源の正極に接続されたリアクトルとを含む。コンデンサは、負母線と直流電源の負極との間に接続される。
【0018】
好ましくは、電気負荷は、少なくとも1個のモータに対応して設けられ、モータを駆動する少なくとも1個のインバータである。
【0020】
さらに好ましくは、電気負荷駆動装置は、下アームを構成するスイッチング素子をスイッチング制御する制御手段をさらに備え、制御手段は、当該電気負荷駆動装置の始動時、スイッチング制御におけるオンデューティーを第1の値から第2の値に大きくしてスイッチング素子をスイッチング制御する。
【0021】
この発明による電気負荷駆動装置においては、直流電源からの直流電圧はチョッパ回路により昇圧され、電気負荷の正母線に出力される。そして、コンデンサは、チョッパ回路から出力された直流電圧を直流電源との間で分担する。
【0022】
したがって、この発明によれば、正母線と負母線との間に直流電源と直列に接続されたコンデンサは、正母線と負母線との間に単独で接続される場合よりも小さい容量を有し、低コストなキャパシタにより構成され得る。その結果、電気負荷駆動装置のコストを低減できる。
【0023】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【0024】
図1を参照して、この発明の実施の形態による電気負荷駆動装置を備えたモータ駆動装置100は、電圧センサー10,13と、電気負荷駆動装置11と、コンデンサC3と、インバータ14,31と、電流センサー24,28と、制御装置30とを備える。
【0025】
交流モータM1,M2は、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動モータである。あるいは、このモータはエンジンにて駆動される発電機の機能を持つように、そして、エンジンに対して電動機として動作し、たとえば、エンジン始動を行ない得るようなものとしてハイブリッド自動車に組み込まれるようにしてもよい。
【0026】
電気負荷駆動装置11は、直流電源Bと、システムリレーSRと、昇圧コンバータ12と、コンデンサC1,C2とを含む。直流電源BおよびシステムリレーSRは、電源ライン111と、電気負荷としてのインバータ14,31の負母線112との間に直列に接続される。コンデンサC1は、電源ライン111と負母線112との間に設けられる。コンデンサC2は、電気負荷としてのインバータ14,31の正母線113と、電源ライン111との間に設けられる。すなわち、コンデンサC2は、正母線113と直流電源Bの正極との間に設けられる。
【0027】
昇圧コンバータ12は、リアクトルL1と、NPNトランジスタQ1,Q2と、ダイオードD1,D2とを含む。リアクトルL1の一方端は直流電源Bの電源ライン111に接続され、他方端はNPNトランジスタQ1とNPNトランジスタQ2との中間点、すなわち、NPNトランジスタQ1のエミッタとNPNトランジスタQ2のコレクタとの間に接続される。NPNトランジスタQ1,Q2は、正母線113と負母線112との間に直列に接続される。そして、NPNトランジスタQ1のコレクタは正母線113に接続され、NPNトランジスタQ2のエミッタは負母線112に接続される。また、各NPNトランジスタQ1,Q2のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードD1,D2がそれぞれ配置されている。
【0028】
直流電源Bは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池から成る。システムリレーSRは、制御装置30からの信号SEによりオンされる。コンデンサC1は、直流電源Bから出力された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧を昇圧コンバータ12へ供給する。
【0029】
昇圧コンバータ12は、コンデンサC1から供給された直流電圧を昇圧してコンデンサC2へ供給する。より具体的には、昇圧コンバータ12は、制御装置30から信号PWUを受けると、信号PWUによってNPNトランジスタQ2がオンされた期間に応じて直流電圧を昇圧してコンデンサC2に供給する。この場合、NPNトランジスタQ1は、信号PWUによってオフされている。なお、昇圧コンバータ12は、コンデンサC1からの直流電圧を、高電圧に昇圧する。
【0030】
また、昇圧コンバータ12は、制御装置30から信号PWDを受けると、コンデンサC2を介してインバータ14(または31)から供給された直流電圧を降圧して直流電源Bを充電する。
【0031】
コンデンサC2は、昇圧コンバータ12によって昇圧された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をノードN1,N2を介してインバータ14,31に供給する。このように、コンデンサC2は、昇圧コンバータ12によって約650Vに昇圧された直流電圧を受け、その受けた直流電圧を平滑化してインバータ14,31に供給する。
【0032】
インバータ14は、U相アーム15と、V相アーム16と、W相アーム17とから成る。U相アーム15、V相アーム16、およびW相アーム17は、正母線113と負母線112との間に並列に設けられる。
【0033】
U相アーム15は、直列接続されたNPNトランジスタQ3,Q4から成り、V相アーム16は、直列接続されたNPNトランジスタQ5,Q6から成り、W相アーム17は、直列接続されたNPNトランジスタQ7,Q8から成る。また、各NPNトランジスタQ3〜Q8のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードD3〜D8がそれぞれ接続されている。
【0034】
各相アームの中間点は、交流モータM1の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、交流モータM1は、3相の永久磁石モータであり、U,V,W相の3つのコイルの一端が中点に共通接続されて構成され、U相コイルの他端がNPNトランジスタQ3,Q4の中間点に、V相コイルの他端がNPNトランジスタQ5,Q6の中間点に、W相コイルの他端がNPNトランジスタQ7,Q8の中間点にそれぞれ接続されている。
【0035】
インバータ31は、インバータ14と同じ構成からなる。そして、インバータ31の各相アームの中間点は、交流モータM2の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、交流モータM2も、交流モータM1と同じように、3相の永久磁石モータであり、U,V,W相の3つのコイルの一端が中点に共通接続されて構成され、U相コイルの他端がインバータ31のNPNトランジスタQ3,Q4の中間点に、V相コイルの他端がインバータ31のNPNトランジスタQ5,Q6の中間点に、W相コイルの他端がインバータ31のNPNトランジスタQ7,Q8の中間点にそれぞれ接続されている。
【0036】
電圧センサー10は、直流電源Bから出力される電圧V1を検出し、その検出した電圧V1を制御装置30へ出力する。
【0037】
コンデンサC3は、ノードN1,N2を介して供給された直流電圧のサージを吸収し、サージを吸収した直流電圧をインバータ14,31に供給する。
【0038】
電圧センサー13は、コンデンサC3の両端の電圧V2(すなわち、インバータ14,31への入力電圧に相当する。以下同じ。)を検出し、その検出した電圧V2を制御装置30へ出力する。
【0039】
インバータ14は、ノードN1,N2およびコンデンサC3を介してコンデンサC2から直流電圧が供給されると制御装置30からの信号PWMI1に基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータM1を駆動する。これにより、交流モータM1は、トルク指令値TR1によって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ14は、モータ駆動装置100が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータM1が発電した交流電圧を制御装置30からの信号PWMC1に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサC3およびノードN1,N2を介してコンデンサC2に供給する。
【0040】
インバータ31は、ノードN1,N2およびコンデンサC3を介してコンデンサC2から直流電圧が供給されると制御装置30からの信号PWMI2に基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータM2を駆動する。これにより、交流モータM2は、トルク指令値TR2によって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ31は、モータ駆動装置100が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータM2が発電した交流電圧を制御装置30からの信号PWMC2に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサC3およびノードN1,N2を介してコンデンサC2に供給する。
【0041】
なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速(または加速の中止)させることを含む。
【0042】
電流センサー24は、交流モータM1に流れるモータ電流MCRT1を検出し、その検出したモータ電流MCRT1を制御装置30へ出力する。また、電流センサー28は、交流モータM2に流れるモータ電流MCRT2を検出し、その検出したモータ電流MCRT2を制御装置30へ出力する。
【0043】
制御装置30は、外部に設けられたECUからトルク指令値TR1,TR2およびモータ回転数MRN1,MRN2を受け、電圧センサー10から電圧V1を受け、電圧センサー13から出力電圧V2を受け、電流センサー24からモータ電流MCRT1を受け、電流センサー28からモータ電流MCT2を受ける。そして、制御装置30は、電圧V1、出力電圧V2、モータ電流MCRT1、トルク指令値TR1およびモータ回転数MRN1に基づいて、後述する方法によりインバータ14が交流モータM1を駆動するときにインバータ14のNPNトランジスタQ3〜Q8をスイッチング制御するための信号PWMI1を生成し、その生成した信号PWMI1をインバータ14へ出力する。
【0044】
また、制御装置30は、電圧V1、出力電圧V2、モータ電流MCRT2、トルク指令値TR2およびモータ回転数MRN2に基づいて、後述する方法によりインバータ31が交流モータM2を駆動するときにインバータ31のNPNトランジスタQ3〜Q8をスイッチング制御するための信号PWMI2を生成し、その生成した信号PWMI2をインバータ31へ出力する。
【0045】
さらに、制御装置30は、インバータ14(または31)が交流モータM1(またはM2)を駆動するとき、電圧V1、出力電圧V2、モータ電流MCRT1(またはMCRT2)、トルク指令値TR1(またはTR2)、およびモータ回転数MRN1(またはMRN2)に基づいて、後述する方法により昇圧コンバータ12のNPNトランジスタQ1,Q2をスイッチング制御するための信号PWUを生成し、その生成した信号PWUを昇圧コンバータ12へ出力する。
【0046】
さらに、制御装置30は、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号を外部のECUから受けると、交流モータM1またはM2で発電された交流電圧を直流電圧に変換するための信号PWMC1,2を生成し、その生成した信号PWMC1をインバータ14へ出力し、生成した信号PWMC2をインバータ31へ出力する。この場合、インバータ14,31のNPNトランジスタQ4,Q6,Q8は信号PWMC1,2によってスイッチング制御される。すなわち、交流モータM1,M2のU相で発電されるときNPNトランジスタQ6,Q8がオンされ、V相で発電されるときNPNトランジスタQ4,Q8がオンされ、W相で発電されるときNPNトランジスタQ4,Q6がオンされる。これにより、インバータ14は、交流モータM1で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ12へ供給し、インバータ31は、交流モータM2で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ12へ供給する。
【0047】
さらに、制御装置30は、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号を外部のECUから受けると、インバータ14から供給された直流電圧を降圧するための信号PWDを生成し、その生成した信号PWDを昇圧コンバータ12へ出力する。これにより、交流モータM1またはM2が発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、降圧されて直流電源Bに供給される。
【0048】
図2は、制御装置30の機能ブロック図である。図2を参照して、制御装置30は、モータトルク制御手段301と、電圧変換制御手段302とを含む。モータトルク制御手段301は、トルク指令値TR1,2、直流電源Bの出力電圧V1、モータ電流MCRT1,2、モータ回転数MRN1,2および昇圧コンバータ12の出力電圧V2に基づいて、交流モータM1またはM2の駆動時、後述する方法により昇圧コンバータ12のNPNトランジスタQ1,Q2をオン/オフするための信号PWUと、インバータ14のNPNトランジスタQ3〜Q8をオン/オフするための信号PWMI1と、インバータ31のNPNトランジスタQ3〜Q8をオン/オフするための信号PWMI2とを生成し、その生成した信号PWUを昇圧コンバータ12へ出力し、信号PWMI1をインバータ14へ出力し、信号PWMI2をインバータ31へ出力する。
【0049】
電圧変換制御手段302は、回生制動時、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号RGEを外部のECUから受けると、交流モータM1,M2が発電した交流電圧を直流電圧に変換するための信号PWMC1,2を生成してそれぞれインバータ14,31へ出力する。
【0050】
また、電圧変換制御手段302は、回生制動時、信号RGEを外部のECUから受けると、インバータ14,31から供給された直流電圧を降圧するための信号PWDを生成して昇圧コンバータ12へ出力する。このように、昇圧コンバータ12は、直流電圧を降圧するための信号PWDにより電圧を降下させることもできるので、双方向コンバータの機能を有するものである。
【0051】
図3は、モータトルク制御手段301の機能ブロック図である。図3を参照して、モータトルク制御手段301は、モータ制御用相電圧演算部40と、インバータ用PWM信号変換部42と、インバータ入力電圧指令演算部50と、フィードバック電圧指令演算部52と、デューティー比変換部54とを含む。
【0052】
モータ制御用相電圧演算部40は、昇圧コンバータ12の出力電圧V2、すなわち、インバータ14,31への入力電圧を電圧センサー13から受け、交流モータM1,M2の各相に流れるモータ電流MCRT1,2を電流センサー24,28から受け、トルク指令値TR1,2を外部ECUから受ける。そして、モータ制御用相電圧演算部40は、これらの入力される信号に基づいて、交流モータM1,M2の各相のコイルに印加する電圧を計算し、その計算した結果をインバータ用PWM信号変換部42へ供給する。インバータ用PWM信号変換部42は、モータ制御用相電圧演算部40から受けた計算結果に基づいて、実際にインバータ14,31の各NPNトランジスタQ3〜Q8をオン/オフする信号PWMI1,2を生成し、その生成した信号PWMI1,2をそれぞれインバータ14,31の各NPNトランジスタQ3〜Q8へ出力する。
【0053】
これにより、インバータ14,31の各NPNトランジスタQ3〜Q8は、スイッチング制御され、交流モータM1,M2が指令されたトルクを出すように交流モータM1,M2の各相に流す電流を制御する。このようにして、モータ駆動電流が制御され、トルク指令値TR1,2に応じたモータトルクが出力される。
【0054】
一方、インバータ入力電圧指令演算部50は、トルク指令値TR1,2およびモータ回転数MRN1,2に基づいてインバータ入力電圧の最適値(目標値)、すなわち、電圧指令を演算し、その演算した電圧指令をフィードバック電圧指令演算部52へ出力する。
【0055】
フィードバック電圧指令演算部52は、電圧センサー13からの電圧V2と、インバータ入力電圧指令演算部50からの電圧指令とに基づいて、フィードバック電圧指令を演算し、その演算したフィードバック電圧指令をデューティー比変換部54へ出力する。
【0056】
デューティー比変換部54は、電圧センサー10からのバッテリ電圧V1と、フィードバック電圧指令演算部52からのフィードバック電圧指令とに基づいて、電圧センサー13からの出力電圧V2を、フィードバック電圧指令演算部52からのフィードバック電圧指令に設定するためのデューティー比を演算し、その演算したデューティー比に基づいて昇圧コンバータ12のNPNトランジスタQ1,Q2をオン/オフするための信号PWUを生成する。そして、デューティー比変換部54は、生成した信号PWUを昇圧コンバータ12のNPNトランジスタQ1,Q2へ出力する。
【0057】
なお、昇圧コンバータ12の下側のNPNトランジスタQ2のオンデューティーを大きくすることによりリアクトルL1における電力蓄積が大きくなるため、より高電圧の出力を得ることができる。一方、上側のNPNトランジスタQ1のオンデューティーを大きくすることにより正母線113の電圧が下がる。そこで、NPNトランジスタQ1,Q2のデューティー比を制御することで、正母線113の電圧を直流電源Bの出力電圧以上の任意の電圧に制御可能である。
【0058】
再び、図1を参照して、電気負荷駆動装置11における動作について説明する。制御装置30からの信号SEによってシステムリレーSRがオンされると、直流電源Bは、直流電圧をコンデンサC1に供給し、コンデンサC1は、直流電源Bからの直流電圧を平滑化して昇圧コンバータ12に供給する。昇圧コンバータ12は、制御装置30からの信号PWUによってコンデンサC1から供給された直流電圧を所定の高電圧に昇圧してコンデンサC2に供給する。そして、コンデンサC2は、昇圧コンバータ12からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をノードN1,N2およびコンデンサC3を介して電気負荷としてのインバータ14,31に供給する。
【0059】
このように、コンデンサC2は、昇圧コンバータ12によって昇圧された直流電圧を受けるが、この昇圧された直流電圧は、正母線113と負母線112との間の電圧であり、コンデンサC2は、この昇圧後の直流電圧を直流電源Bと分担する。したがって、コンデンサC2の両端に印加される電圧は、昇圧後の直流電圧よりも直流電源Bの出力電圧V1分だけ低い直流電圧である。その結果、コンデンサC2は、正母線113と負母線112との間に接続される場合よりも小さい容量を有し、低コストなキャパシタにより構成され得る。
【0060】
次に、モータ駆動装置100における全体動作について説明する。全体の動作が開始されると、制御装置30は、信号SEを生成してシステムリレーSRへ出力し、システムリレーSRがオンされる。直流電源Bは直流電圧をシステムリレーSRを介して昇圧コンバータ12へ出力する。
【0061】
電圧センサー10は、直流電源Bからの出力電圧V1を検出し、その検出した電圧V1を制御装置30へ出力する。また、電圧センサー13は、コンデンサC3の両端の電圧V2を検出し、その検出した電圧V2を制御装置30へ出力する。さらに、電流センサー24は、交流モータM1に流れるモータ電流MCRT1を検出して制御装置30へ出力し、電流センサー28は、交流モータM2に流れるモータ電流MCRT2を検出して制御装置30へ出力する。そして、制御装置30は、外部ECUからトルク指令値TR1,2、モータ回転数MRN1,2を受ける。
【0062】
そうすると、制御装置30は、電圧V1、出力電圧V2、モータ電流MCRT1、トルク指令値TR1およびモータ回転数MRN1に基づいて、上述した方法により信号PWMI1を生成し、その生成した信号PWMI1をインバータ14へ出力する。また、制御装置30は、電圧V1、出力電圧V2、モータ電流MCRT2、トルク指令値TR2およびモータ回転数MRN2に基づいて、上述した方法により信号PWMI2を生成し、その生成した信号PWMI2をインバータ31へ出力する。さらに、制御装置30は、インバータ14(または31)が交流モータM1(またはM2)を駆動するとき、電圧V1、出力電圧V2、モータ電流MCRT1(またはMCRT2)、トルク指令値TR1(またはTR2)、およびモータ回転数MRN1(またはMRN2)に基づいて、上述した方法により昇圧コンバータ12のNPNトランジスタQ1,Q2をスイッチング制御するための信号PWUを生成し、その生成した信号PWUを昇圧コンバータ12へ出力する。
【0063】
そうすると、昇圧コンバータ12は、信号PWUに応じて、直流電源Bからの直流電圧を昇圧し、その昇圧した直流電圧をコンデンサC2に供給する。コンデンサC2は、昇圧コンバータ12からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をノードN1,N2およびコンデンサC3を介してインバータ14,31に供給する。そして、インバータ14は、コンデンサC2によって平滑化された直流電圧を制御装置30からの信号PWMI1によって交流電圧に変換して交流モータM1を駆動する。また、インバータ31は、コンデンサC2によって平滑化された直流電圧を制御装置30からの信号PWMI2によって交流電圧に変換して交流モータM2を駆動する。これによって、交流モータM1は、トルク指令値TR1によって指定されたトルクを発生し、交流モータM2は、トルク指令値TR2によって指定されたトルクを発生する。
【0064】
また、モータ駆動装置100が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、制御装置30は、外部ECUから信号RGEを受け、その受けた信号RGEに応じて、信号PWMC1,2を生成してそれぞれインバータ14,31へ出力し、信号PWDを生成して昇圧コンバータ12へ出力する。
【0065】
そうすると、インバータ14は、交流モータM1が発電した交流電圧を信号PWMC1に応じて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサC3およびノードN1,N2を介してコンデンサC2に供給する。また、インバータ31は、交流モータM2が発電した交流電圧を信号PWMC2に応じて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサC3およびノードN1,N2を介してコンデンサC2に供給する。そして、コンデンサC2は、インバータ14,31からの直流電圧を平滑化して昇圧コンバータ12に供給し、昇圧コンバータ12は、コンデンサC2からの直流電圧を信号PWDによって降圧し、その降圧した直流電圧を直流電源Bに供給する。これにより、直流電源Bは、交流モータM1またはM2が発電した電力によって充電される。
【0066】
この発明においては、電気負荷駆動装置11は、好ましくは、その始動時、NPNトランジスタQ2のスイッチング制御におけるオンデューティーを徐々に長くして直流電源Bからの直流電圧を昇圧し、その昇圧した直流電圧を電気負荷としてのインバータ14,31に供給する。
【0067】
すなわち、電気負荷駆動装置11の昇圧コンバータ12は、図4に示す信号PWU1〜PWU3を制御装置30から受け、NPNトランジスタQ2は、信号PWU1〜PWU3によって徐々にオンデューティーを長くされて直流電源Bからの直流電流をスイッチングする。このように、電気負荷駆動装置11においては、NPNトランジスタQ2のスイッチング制御におけるオンデューティーを徐々に長くすることにより、コンデンサC1への突入電流を防止することができ、図6に示す従来のモータ駆動装置300に設けられた抵抗RおよびシステムリレーSR2から成る突入防止回路を設ける必要がない。
【0068】
NPNトランジスタQ2のオンデューティーは、信号PWU1〜PWU3によって階段的に切換えられると説明したが、この発明においては、これに限らず、NPNトランジスタQ2のオンデューティーは、連続的に切換えられてもよく、一般的には、オンデューティーが第1の値から第2の値まで切換えられる方法であればどのような方法であってもよい。
【0069】
また、この発明においては、モータ駆動装置100が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車のクリープ走行時、制御装置30は、昇圧コンバータ12のNPNトランジスタQ2をオフし、NPNトランジスタQ1をスイッチング制御するための信号を生成して昇圧コンバータ12へ出力する。つまり、クリープ走行時、昇圧コンバータ12は、直流電源Bから出力される直流電圧と殆ど同じ電圧レベルを有する直流電圧を出力する。これによって、電気負荷駆動装置11は、直流電源Bの出力電圧と殆ど同じ電圧レベルを有する直流電圧によって電気負荷としてのインバータ14,31を駆動でき、クリープ走行をスムーズに行なうことができる。なお、NPNトランジスタQ1もオフした状態でクリープ走行を行なうようにしてもよい。
【0070】
このように、この発明による電気負荷駆動装置11をモータ駆動装置100に適用しても、ハイブリッド自動車または電気自動車の走行モードに応じてインバータ14,31を駆動可能である。
【0071】
また、この発明による電気負荷駆動装置を備えたモータ駆動装置は、図5に示すモータ駆動装置100Aであってもよい。
【0072】
図5を参照して、モータ駆動装置100Aは、モータ駆動装置100の電気負荷駆動装置11を電気負荷駆動装置11Aに代えたものであり、その他は、モータ駆動装置100と同じである。
【0073】
電気負荷駆動装置11Aは、電気負荷駆動装置11の直流電源B、システムリレーSRおよびコンデンサC1と、コンデンサC2との接続位置を逆にしたものである。
【0074】
すなわち、直流電源BおよびシステムリレーSRは、正母線113と電源ライン111との間に直列に接続される。コンデンサC1は、正母線113と電源ライン111との間に設けられる。コンデンサC2は、電源ライン111と負母線112との間に設けられる。すなわち、コンデンサC2は、直流電源Bの負極と負母線112との間に設けられる。
【0075】
電気負荷駆動装置11Aにおいて、昇圧コンバータ12が直流電源Bからの直流電圧を昇圧するとき、NPNトランジスタQ2はオフされ、NPNトランジスタQ1は所定のデューティー比でオン/オフされる。これにより、直流電力がリアクトルL1に蓄積される。そして、リアクトルL1に蓄積され、昇圧された直流電圧は、NPNトランジスタQ2がオンされたタイミングでノードN1,N2を介してインバータ14,31へ供給される。したがって、制御装置30は、NPNトランジスタQ1をオン/オフして直流電源Bからの直流電圧を昇圧した後、NPNトランジスタQ2をオンするように昇圧コンバータ12を制御する。
【0076】
その他については、上述したとおりである。
なお、上記においては、交流モータが2個の場合について説明したが、この発明においては、これに限らず、交流モータは1個であってもよい。
【0077】
また、上記においては、昇圧コンバータ12に接続される電気負荷として車両の交流モータを例にして説明したが、この発明は、車両の交流モータに限らず、他の直流電圧を利用し得る電気負荷(直流モータ他)の全てを対象としてもよい。
【0078】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態による電気負荷駆動装置を備えたモータ駆動装置の概略ブロック図である。
【図2】 図1に示す制御装置の機能ブロック図である。
【図3】 図2に示すモータトルク制御手段の機能を説明するための機能ブロック図である。
【図4】 図1に示す昇圧コンバータを駆動するための信号のタイミングチャートである。
【図5】 この発明の実施の形態による電気負荷駆動装置を備えたモータ駆動装置の他の概略ブロック図である。
【図6】 従来のモータ駆動装置の概略ブロック図である。
【符号の説明】
10,13,320 電圧センサー、11,11A 電気負荷駆動装置、12昇圧コンバータ、14,31,330 インバータ、15 U相アーム、16V相アーム、17 W相アーム、24,28 電流センサー、30 制御装置、40 モータ制御用相電圧演算部、42 インバータ用PWM信号変換部、50 インバータ入力電圧指令演算部、52 フィードバック電圧指令演算部、54 デューティー比変換部、100,100A,300 モータ駆動装置、111 電源ライン、112 負母線、113 正母線、301 モータトルク制御手段、302 電圧変換制御手段、310 双方向コンバータ、B 直流電源、SR,SR1,SR2 システムリレー、C1,C2,C3 コンデンサ、L1,311 リアクトル、Q1〜Q8,312,313 NPNトランジスタ、D1〜D8,314,315 ダイオード、M1,M2 交流モータ。
Claims (4)
- 電気負荷を駆動する電気負荷駆動装置であって、
前記電気負荷は、フルブリッジ型のインバータであり、
直流電源と、
前記直流電源から受けた直流電圧の電圧レベルを変換して前記電気負荷の正母線と負母線との間に出力する電圧変換器と、
前記正母線と前記負母線との間に前記直流電源と直列に接続されたコンデンサとを備え、
前記電圧変換器は、
前記正母線と前記負母線との間に直列に接続された上アームおよび下アームと、
一方端が前記上アームを構成するスイッチング素子と前記下アームを構成するスイッチング素子との中点に接続され、他方端が前記直流電源の正極に接続されたリアクトルとを含み、
前記コンデンサは、前記正母線と前記直流電源の正極との間に接続される、電気負荷駆動装置。 - 電気負荷を駆動する電気負荷駆動装置であって、
前記電気負荷は、フルブリッジ型のインバータであり、
直流電源と、
前記直流電源から受けた直流電圧の電圧レベルを変換して前記電気負荷の正母線と負母線との間に出力する電圧変換器と、
前記正母線と前記負母線との間に、前記直流電源と直列に接続されたコンデンサとを備え、
前記電圧変換器は、
前記正母線と前記負母線との間に直列に接続された上アームおよび下アームと、
一方端が前記上アームを構成するスイッチング素子と前記下アームを構成するスイッチング素子との中点に接続され、他方端が前記直流電源の正極に接続されたリアクトルとを含み、
前記コンデンサは、前記負母線と前記直流電源の負極との間に接続される、電気負荷駆動装置。 - 前記電気負荷は、少なくとも1個のモータに対応して設けられ、前記モータを駆動する少なくとも1個のインバータである、請求項1または請求項2に記載の電気負荷駆動装置。
- 前記下アームを構成するスイッチング素子をスイッチング制御する制御手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記電気負荷駆動装置の始動時、前記スイッチング制御におけるオンデューティーを第1の値から第2の値に大きくして前記スイッチング素子をスイッチング制御する、請求項1または請求項2に記載の電気負荷駆動装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002164402A JP3931734B2 (ja) | 2002-06-05 | 2002-06-05 | 電気負荷駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002164402A JP3931734B2 (ja) | 2002-06-05 | 2002-06-05 | 電気負荷駆動装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004015895A JP2004015895A (ja) | 2004-01-15 |
JP3931734B2 true JP3931734B2 (ja) | 2007-06-20 |
Family
ID=30432558
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002164402A Expired - Lifetime JP3931734B2 (ja) | 2002-06-05 | 2002-06-05 | 電気負荷駆動装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3931734B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4609153B2 (ja) * | 2005-03-30 | 2011-01-12 | トヨタ自動車株式会社 | 電源制御装置および電源制御装置の制御方法 |
DE112006001916B4 (de) * | 2005-07-19 | 2016-11-24 | Denso Corporation | Wechselstrommotor und Steuereinheit desselben |
EP2368312B1 (en) | 2008-12-18 | 2019-01-23 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Voltage conversion device with improved noise reduction |
JP5493532B2 (ja) | 2009-07-17 | 2014-05-14 | 富士電機株式会社 | 負荷駆動装置及びこれを使用した電気自動車 |
US8330299B2 (en) * | 2011-06-29 | 2012-12-11 | General Electric Company | DC to DC power converters and methods of controlling the same |
EP2738928A4 (en) * | 2011-09-29 | 2015-03-18 | Fuji Electric Co Ltd | POWER CONVERTER |
US9559620B2 (en) | 2012-02-23 | 2017-01-31 | Nissan Motor Co., Ltd. | Power supply device and method of controlling the same |
-
2002
- 2002-06-05 JP JP2002164402A patent/JP3931734B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2004015895A (ja) | 2004-01-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4280573B2 (ja) | 負荷駆動装置 | |
JP3928559B2 (ja) | 電圧変換装置、故障処理をコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体および故障処理方法 | |
JP4623065B2 (ja) | 電圧変換装置および電圧変換方法 | |
US7212891B2 (en) | Motor drive apparatus, hybrid vehicle drive apparatus using the same, and computer readable recording medium recorded with program for causing computer to perform control of motor drive apparatus | |
JP4839780B2 (ja) | モータ制御装置および車両 | |
JP4052195B2 (ja) | 電圧変換装置および電圧変換の制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体 | |
JP4001120B2 (ja) | 電圧変換装置 | |
US20090279337A1 (en) | Load drive device and vehicle equipped with the same | |
JP4623003B2 (ja) | モータ駆動装置 | |
JPWO2003056694A1 (ja) | 電気負荷装置、電気負荷制御方法および電気負荷の制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体 | |
EP1891726A2 (en) | Voltage conversion device | |
JP2005051895A (ja) | 電圧変換装置および電圧変換装置における電圧変換の制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体 | |
JP4120310B2 (ja) | 電気負荷駆動装置、電気負荷駆動方法、電気負荷の駆動をコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体 | |
JP3879528B2 (ja) | 電圧変換装置 | |
JP4013739B2 (ja) | 電圧変換装置、電圧変換方法および電圧変換をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体 | |
JP3931734B2 (ja) | 電気負荷駆動装置 | |
JP2004166370A (ja) | 電圧変換装置 | |
JP2004201409A (ja) | パワーモジュール | |
JP2004201400A (ja) | リアクトル装置 | |
JP5549337B2 (ja) | モータジェネレータ駆動装置および車両駆動システム | |
JP2004180421A (ja) | モータ駆動装置 | |
JP2006129666A (ja) | 多重インバータによるモータ制御装置 | |
JP2004343918A (ja) | モータ駆動装置 | |
JP2004194476A (ja) | 電圧変換装置、異常検出方法、および異常検出をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体 | |
JP2005033910A (ja) | モータ駆動装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050128 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060825 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060919 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061114 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070220 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070305 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 3931734 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110323 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110323 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120323 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120323 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130323 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130323 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140323 Year of fee payment: 7 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |