JP4784242B2 - 電力変換システムおよびこれをを有する電動車両 - Google Patents
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Description
電力変換システムにおいて電動機の最大出力が要求されるのは低回転時が多い傾向がある。例えば、電力変換システムを電動車両に搭載したケースには、電動機の最大出力を要求する場合は、車両の発進時や急坂登攀時等の比較的速度が低い、即ち、回転数が低い時である。一方、車両速度が上がると一般に電動機は誘起電圧の上昇により、大きな電流を供給する為には、さらに高い電源電圧を必要とする。本構成では、電動機の回転数が予め定めた値(即ち、閾値回転数)より低いか、それ以上かに応じて以下の2通りの動作と、それに伴う効果を生じる。
第1実施例
図1は構成を示す模式図である。また図2は効果を示す模式図である。
まず構成について説明する。本実施例は、この発明に係る構成として、第1の電源100と第2の電源101と、第1の電力変換回路102と第2の電力変換回路103と、そして電動機104を有する。また第1の電力変換回路102と第2の電力変換回路103の制御を司る制御回路105を有する。なお電動機104は、例えば電動車両の走行に係る駆動力を生じさせるとする。この電動機104の回転数が予め定めた値(以下、閾値回転数と記す)より低い時は、制御回路105によって、第1の電源100による直流電力を、第1の電力変換回路102を以って交流電力に変換して電動機104に供給すると共に、第2の電源101による直流電力を、第2の電力変換回路103を以って交流電力に変換して電動機104に供給する。また電動機104の回転数が前記閾値回転数より高い時は、制御回路105によって、第1の電源100と第2の電源101による直流電力を、第1の電力変換回路102を以って交流電力に変換して電動機104に供給すると共に、第1の電源100と第2の電源101による直流電力を、第2の電力変換回路103を以って交流電力に変換して電動機104に供給する構成とする。
図3は第2実施例による構成を示す模式図である。図4は効果を示す模式図である。まず構成について説明する。本実施例は、この発明及びこの発明の他の態様に挙げた構成から成る。ここで、この発明及びこの発明の他の態様に係る構成と、生じる効果は第1実施例で述べた内容と同様である。その際、各構成要素として、第1の電力変換回路を102から202へ、第1のインバータを110から210へ、第1の半導体アームを120から220へ、交流端子112を212へ置き換える。また第2の電力変換回路103を203へ、第2のインバータを111から211へ、第2の半導体アームを121から221へ、交流端子113を213に置き換える。さらにローサイド側アーム122を222へ、ハイサイド側アーム123を223へ、電動機104を204へ置き換える。併せて第1の巻き線150を250へ、第2の巻き線151を251へ置き換える。また、各相の第1の巻き線が接続される第1の中点端子230と、各相の第2の巻き線が接続される第2の中点端子231が設けられている。
この場合は、第1のインバータ210を以って、第1の電源100の直流電力を交流電力に変換して電動機204に供給できる。合わせて第2のインバータ211を以って、第2の電源101の直流電力を交流電力に変換して電動機204に供給できる。なお第1のインバータ210のローサイド側アーム222を構成する逆並列に接続された半導体スイッチ素子と、第2のインバータ211のハイサイド側アーム223を構成する逆並列に接続された半導体スイッチ素子はオンさせてダイオード的な作用をさせれば良い。
この場合は、第1のインバータ210のローサイド側アーム222をオフにし、第1の半導体アーム220を動作させることにより、第1のインバータ210のハイサイド側アームと、この第1の半導体アーム220によって、第1の電源100と第2の電源101とによる直列電圧を交流電力に変換して、電動機204を駆動できる。同様に、第2のインバータ211のハイサイド側アーム223をオフにし、第2の半導体アーム221を動作(即ちオンオフ動作)させることにより、第2のインバータ211のローサイド側アームと、この第2の半導体アーム221によって、第1の電源100と第2の電源101の直列電圧を交流電力に変換して、電動機204を駆動できる。以上より、この発明及びこの発明の他の態様で述べた諸効果を容易にかつ確実に実現できる。
2 第2の電源
3 インバータ
4 電動機
5 リアクトル
100 第1の電源
101 第2の電源
102 第1の電力変換回路
103 第2の電力変換回路
104 電動機
105 制御回路
106 電源間接続端子
110 第1のインバータ
111 第2のインバータ
112 交流端子
113 交流端子
120 第1の半導体アーム
121 第2の半導体アーム
122 第1のインバータのローサイド側アーム
123 第2のインバータ210のハイサイド側アーム
130 第1の中点端子
131 第2の中点端子
132 第3の半導体スイッチ素子
133 第3のダイオード
150 第1の巻き線
151 第2の巻き線
202 第1の電力変換回路
203 第2の電力変換回路
204 電動機
210 第1のインバータ
211 第2のインバータ
212,213,214,215 交流端子
220 第1の半導体アーム
221 第2の半導体アーム
222 第1のインバータのローサイド側アーム
223 第2のインバータのハイサイド側アーム
230 第1の中点端子
231 第2の中点端子
250 第1の巻き線
251 第2の巻き線
Claims (7)
- 第1の電源と第2の電源と、第1の電力変換回路と第2の電力変換回路と、前記第1の電力変換回路と前記第2の電力変換回路の制御を司る制御回路と、電動機とを有する電力変換システムであって、
前記第1の電力変換回路が第1のインバータを有すると共に、前記第2の電力変換回路が第2のインバータを有し、
前記第1の電源の低電位側端子と前記第2の電源の高電位側端子とを電源間接続端子で接続することにより、前記第1の電源と前記第2の電源を直列に接続し、
前記第1の電源の高電位側端子と前記電源間接続端子とを、前記第1の電力変換回路の直流端子に接続すると共に、前記電源間接続端子と前記第2の電源の低電位側端子とを、前記第2の電力変換回路の直流端子に接続し、
前記第1の電力変換回路が、
前記第1のインバータの交流端子と前記第2の電源の前記低電位側端子との間に接続されている第1の半導体アームを有すると共に、
前記第2の電力変換回路が、
前記第2のインバータの交流端子と前記第1の電源の前記高電位側端子との間に接続されている第2の半導体アームを有し、
前記制御回路は、
前記電動機の回転数が前記予め定めた値以上の時は、前記第1のインバータを構成するローサイド側アームと前記第2のインバータを構成するハイサイド側アームをオフにさせると共に、前記第1の半導体アームと前記第2の半導体アームとを動作させ、
前記制御回路が、
前記電動機の回転数が予め定めた値より低い時は、前記第1の電源による直流電力を、前記第1の電力変換回路を以って交流電力に変換して前記電動機に供給すると共に、前記第2の電源による直流電力を、前記第2の電力変換回路を以って交流電力に変換して前記電動機に供給し、
前記電動機の回転数が前記予め定めた値以上の時は、前記第1の電源と前記第2の電源との直列接続による直流電力を、前記第1の電力変換回路を以って交流電力に変換して前記電動機に供給すると共に、前記第1の電源と前記第2の電源との直列接続による直流電力を、前記第2の電力変換回路を以って交流電力に変換して前記電動機に供給する、
ことを特徴とする電力変換システム。 - 請求項1に記載の電力変換システムにおいて、
前記電動機を構成するステータが、
電気的な各相に対応したそれぞれの突極に第1の巻き線と第2の巻き線とを共に設けた2重巻き線を有するか、もしくは、電気的な各相毎に第1の巻き線を設けた突極と前記第2の巻き線を設けた突極とをそれぞれ有するか、
あるいは、前記電動機がインナーロータとアウターロータの2個のロータとステータとを有し、このステータが、このステータに設けた各相の巻き線のうち、一部の巻き線を第1の巻き線とし、残りを第2の巻き線として有し、
前記第1の巻き線を前記第1の電力変換回路の交流端子に電気的な相に対応して接続すると共に、前記第2の巻き線を前記第2の電力変換回路の交流端子に電気的な相に対応して接続する、
ことを特徴とする電力変換システム。 - 請求項1または2に記載の電力変換システムにおいて、
前記第1のインバータの前記ローサイド側アームが、半導体スイッチ素子の逆並列回路により構成され、
前記第2のインバータの前記ハイサイド側アームが、半導体スイッチ素子の逆並列回路により構成され、
前記第1の半導体アームおよび前記第2の半導体アームの各々は、電気的な各相毎の前記交流端子と、前記低電位側端子または高電位側端子との間にそれぞれダイオードを接続することにより構成され、
前記電動機が、
各相の前記第1の巻き線が接続される第1の中点端子と、各相の前記第2の巻き線が接続される第2の中点端子との間に、第3の半導体スイッチ素子と第3のダイオードとの逆並列回路を接続し、
前記制御回路が、
前記電動機の回転数が前記予め定めた値より低い時は、前記第3の半導体スイッチ素子をオフにさせ、
前記電動機の回転数が前記予め定めた値以上の時は、前記第1のインバータの前記ローサイド側アームを構成する前記半導体スイッチ素子をオフにさせると共に、前記第2のインバータの前記ハイサイド側アームを構成する前記半導体スイッチ素子をオフにさせ、前記第3の半導体スイッチ素子を動作させる、
ことを特徴とする電力変換システム。 - 請求項3に記載の電力変換システムにおいて、
前記制御回路が、前記電動機の回転数によって前記第1の電力変換回路と前記第2の電力変換回路の動作を切り替える際に、前記第1のインバータの前記ローサイド側アームと前記第2のインバータの前記ハイサイド側アームとの組と、前記第1の半導体アームと前記第2の半導体アームとの組あるいは前記第3の半導体スイッチ素子との間で交互に動作させる、
ことを特徴とする電力変換システム。 - 請求項1または2に記載の電力変換システムにおいて、
前記第1のインバータの前記ローサイド側アームが、半導体スイッチ素子の逆並列回路により構成され、
前記第2のインバータの前記ハイサイド側アームが、半導体スイッチ素子の逆並列回路により構成され、
前記第1の半導体アームが、電気的な各相毎の前記第1のインバータの交流端子と前記第2の電源の低電位側端子との間に接続された、第4の半導体スイッチ素子と第4のダイオードとの逆並列回路により構成されると共に、
前記第2の半導体アームが、電気的な各相毎の前記第2のインバータの交流端子と前記第1の電源の高電位側端子との間に接続された、第5の半導体スイッチ素子と第5のダイオードとの逆並列回路により構成され、
前記制御回路が、
前記電動機の回転数が前記予め定めた値より低い時は、前記第4の半導体スイッチ素子と前記第5の半導体スイッチ素子とをオフにさせ、
前記電動機の回転数が前記予め定めた値以上の時は、前記第1のインバータの前記ローサイド側アームを構成する前記半導体スイッチ素子をオフにさせると共に、前記第2のインバータの前記ハイサイド側アームを構成する前記半導体スイッチ素子をオフにさせ、さらに、前記第4の半導体スイッチ素子と前記第5の半導体スイッチ素子とを動作させる、
ことを特徴とする電力変換システム。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載の電力変換システムにおいて、
前記第1の電力変換回路、及び前記第2の電力変換回路のそれぞれの電流定格が、前記電動機の電流定格より小さく、
前記第1の電力変換回路と前記第2の電力変換回路とのそれぞれの電流定格の和が、前記電動機の電流定格と同じか大きい、
ことを特徴とする電力変換システム。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の電力変換システムを有する電動車両。
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