JP5644810B2 - 信号および電力の伝送装置 - Google Patents
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Description
以下、本発明にかかる信号および電力の伝送装置をスイッチング素子の駆動回路への信号および電力の伝送装置に適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
<第2の実施形態>
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
以下、第3の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第4の実施形態>
以下、第4の実施形態について、先の第3の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第5の実施形態>
以下、第5の実施形態について、先の第3の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第6の実施形態>
以下、第6の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第7の実施形態>
以下、第7の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第8の実施形態>
以下、第8の実施形態について、先の第2の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第9の実施形態>
以下、第9の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第10の実施形態>
以下、第10の実施形態について、先の第8の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第11の実施形態>
以下、第11の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<その他の実施形態>
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
2値のそれぞれを示すパルスの論理「H」期間と論理「L」期間とが等しい(時比率が50%)である符号としては、マンチェスタ符号に限らず、たとえば差分マンチェスタ符号であってもよい。もっとも、バイフェーズ符号としては、2値のそれぞれを示すパルスの論理「H」期間と論理「L」期間とが等しい(時比率が50%である符号)にも限らず、バイフェーズNRZ符号や、CMI等であってもよい。また、パルス符号としては、2値的なものに限らず、たとえばAMI符号等であってもよい。そのほか、8b10b符号や、6b8b符号、PR4符号等であってもよい。
上記実施形態では、操作信号g¥#を生成するソフトウェア処理手段(マイクロプロセッサユニット50)とは別に専用のハードウェア手段(エンコーダ41)によって構成したが、これに限らず、ソフトウェア処理手段によって構成してもよい。
フルブリッジ回路46を備えるものに限らず、たとえば図24(a)に示すように、プッシュプル回路を備えて構成してもよく、また、図24(b)に示すように、1次側コイルW1と電源との間のループ経路を単一のスイッチング素子にて開閉するものであってもよい。
たとえば上記第1の実施形態(図1)や第2の実施形態(図9)において、下側アームのドライブユニットDUのそれぞれに受信ユニット30を搭載してもよい。この場合、これらに接続される2次側コイル同士を各別の部材とすることで、インバータINVの負極側の直流母線における電圧降下に起因した下側アームの各ドライブユニットDUのグランド電位の変動の影響を受けることなく、スイッチング素子S¥nを駆動することができる。
上記のものに限らない。特に、上下アームの双方がオンとなり得る構成の場合、同期信号の設定変更が特に重要である。こうした構成とは、たとえば、米国特許第7130205号明細書や特開2009−141989号公報に記載されているように、インバータとバッテリとの間にインピーダンスネットワークを接続し、上下アームをオン操作(シュートスルー)することでインバータの入力電圧を昇圧する構成の場合等である。この場合、たとえば、デッドタイム期間を受信ユニット30側で生成する設定とし、上下アームの双方がオフとなることがないように操作信号g¥p,g¥nを定めることで、オフに対応する符号が3つ以上連続するように同期信号を生成してもよい。もっとも、オン指令およびオフ指令を表現する2値の論理値のいずれをも表現しないパルスとして同期信号を符号化してもよい。
上記第1の実施形態(図1)等において、符号化対象とする情報信号を、スイッチングモードを表現する操作信号のみとして且つ、受信ユニット30においてデッドタイム生成機能を搭載するようにしてもよい。
上記第2の実施形態(図9)では、正常データが連続3周期以上受信できない場合にスイッチング素子S¥#を強制的にオフ状態としたが、これに限らず、たとえば連続2周期以上、または1周期受信できない場合であってもよい。また、スイッチング素子S¥#を強制的にオフ状態とするものに限らず、正常であったときのスイッチングを維持して且つ、異常がある旨を外部(マイクロプロセッサユニット50等)に通知するものであってもよい。
スイッチング素子S¥#を流れる電流が過度に大きいか否かを判断する手段に限らない。たとえば、スイッチング素子S¥#の温度を監視する手段や、スイッチング素子S¥#の温度情報を外部に出力する手段等であってもよい。
フルブリッジ方式の整流回路62に限らず、周知の整流回路を適宜利用してよい。
たとえば、2次側コイルW2n,W2u,W2v,W2wに中点タップを備え、2次側コイルW2n,W2u,W2v,W2wの中点タップと一方の端部との間の電圧をデコーダ74の入力とするなら、出力側電圧信号の変動量を縮小変換する変換手段を備えなくてもよい。また、たとえば要求される電源の電圧が低い場合や、整流回路62の出力側に昇圧回路を備える場合等にあっても、変換手段を備えない構成としてもよい。
並列接続に限らず、たとえば復号手段の出力側に整流回路を直列接続してもよい。また、これ以外の接続手法としては、「変換手段について」の欄に記載した手法もある。
2次遅れ回路に限らず、たとえば1次遅れ回路であってもよい。
モデル予測制御に限らず、DTC(Direct Torque Control)等であってもよい。
上記第6の実施形態(図15)では、スイッチングモードの更新可能周期をフレーム周期としたが、これに限らず、更新可能周期の整数分の1の周期をフレーム周期としてもよい。
上記第1の実施形態(図3)のように、ウォッチドッグタイマ96を備えない構成の場合、所定時間を、たとえば上下アームのスイッチング素子S¥p,S¥nが双方オンとなる短絡状態の許容上限時間未満に設定することが望ましい。
上記実施形態では、操作信号g¥#を入力してその変化を検出する専用のハードウェア処理手段としたが、これに限らない。たとえば、前回のサンプリング周期と今回のサンプリング周期とで操作信号g¥#に指令が相違するものの有無を判断するソフトウェア処理手段としてもよい。ただし、ここでのサンプリング周期は、1フレームよりも短い時間間隔とすることが望ましい。
ハードウェア処理手段に限らないことについては、「指令変化検出手段」と同様である。
上記第9の実施形態(図20、図21)では、同時のスイッチングを許可するパターンと禁止するパターンとの双方を記憶手段に記憶したが、いずれか一方であってもよい。
パルス符号化された信号を構成する電圧値の電圧を1次側コイルw1に印加する手段に限らず、これとは別の電圧値の電圧を印加する手段であってもよい。このほか、たとえば「磁束算出手段(S38,S42,S44)について」の欄に記載したものであってもよい。
上記第10の実施形態(図22)において例示したように、同一の極性を有する電圧の印加時間によって、磁束量を定量化するものに限らない。たとえば、所定電圧印加手段が印加電圧の極性が同一であって且つその絶対値を変化させるものである場合、電圧の積分値によって磁束量を定量化することが望ましい。
上記第10の実施形態(図22)では、フレームの出力直後を、印加電圧の極性の変更を許可するタイミングとしたが、これに限らず、所定電圧印加手段による電圧の印加時間が長くなる場合に極性を反転させてもよい。
上記第7の実施形態(図18)等では、フレーム出力がなされない期間において、「0」に対応する電圧信号を印加したが、これに限らず、「1」に対応する電圧信号を印加してもよい。
電力変換回路を構成するスイッチング素子の操作信号や、燃料電池の監視指令信号に限らない。ただし、対象信号の入力側(伝送先)として電源を備えないものにおいて、指令に応じて所定の処理を実行するものに対する指令信号であることが望ましい。
たとえば高電圧システムの基準電位(高電圧バッテリ12の負極電位)と低電圧システムの基準電位(車体電位)とが同一であるなら、上記第1の実施形態(図1)等において、1次側コイルW1と下側アーム用の2次側コイルW2nとを接続してもよい。もっとも、下側アームのスイッチング素子の駆動に際してインバータINVの直流母線における電圧降下によって影響を受けないようにするためには、これらを接続しないことが望ましい。
・上記第5の実施形態(図10)等において、コンバータCNVと、インバータINVa,INVbとのスイッチング状態の切り替えタイミングを相違させて且つ、インバータINVa,INVb同士のスイッチング状態の切り替えタイミングの一致を許可する設定としてもよい。
インバータの各相を構成する高電位側のスイッチング素子S¥pと低電位側のスイッチング素子S¥#とを複数並列接続してもよい。この場合、高電位側のスイッチング素子S¥pのうちこれら同一相のものでは受信ユニット30を共有できる。
Claims (28)
- 1次側コイル(W1)、および前記1次側コイルと磁気結合した2次側コイル(W2n,W2u,W2v,W2w)を有するトランス(T)と、
伝送対象となる対象信号をパルス符号化する符号化手段(41)と、
前記符号化手段の出力に応じた電圧信号である入力側電圧信号を前記1次側コイルに印加する電圧印加手段(46)と、
前記2次側コイルに接続され、前記入力側電圧信号によって前記2次側コイルに誘起される電圧信号である出力側電圧信号の変化に基づき、前記出力側電圧信号を復号して前記対象信号を抽出する復号手段(74)と、
前記入力側電圧信号によって前記2次側コイルに誘起される電圧信号に応じて前記2次側コイルに接続される電気経路に流れる電流を整流する整流回路(62)と、
を備え、
前記2次側コイルは、複数のコイルからなり、
前記複数のコイルのそれぞれには、複数のスイッチング素子のそれぞれを駆動対象とする各別の駆動回路であって、互いに動作電位の相違しうる駆動回路が接続され、
前記整流回路は、前記複数のコイルのそれぞれ毎に備えられ、対応する前記駆動回路に対して整流された電流を出力するものであり、
前記対象信号は、複数の前記駆動回路のそれぞれに対応する前記スイッチング素子のオン・オフを各別に指令する指令信号を含み、
前記復号手段は、前記複数のコイルのそれぞれ毎に備えられ、
前記復号手段は、対応する前記駆動回路に出力する前記指令信号を抽出し、抽出された前記指令信号を対応する前記駆動回路に出力するものであることを特徴とする信号および電力の伝送装置。 - 前記復号手段は、第1出力経路を介して前記2次側コイルに接続され、
前記整流回路は、前記第1出力経路とは相違する第2出力経路を介して前記2次側コイルに接続されていることを特徴とする請求項1記載の信号および電力の伝送装置。 - 前記対象信号は、情報信号と、該情報信号の更新の都度、該情報信号に先立って情報信号が伝送される旨を示す同期信号とを含むことを特徴とする請求項1または2記載の信号および電力の伝送装置。
- 前記符号化手段による符号化処理は、前記入力側電圧信号が前記1次側コイルに印加されることによる前記1次側コイルおよび前記2次側コイルの鎖交磁束についての前記同期信号と前記情報信号との1周期に対応する期間にわたる変化量をゼロとするものであることを特徴とする請求項3記載の信号および電力の伝送装置。
- 前記パルス符号は、バイフェーズ符号であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の信号および電力の伝送装置。
- 前記復号手段は、前記出力側電圧信号に基づきクロック信号を生成するクロック生成手段を備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の信号および電力の伝送装置。
- 前記整流回路には、前記整流回路の出力電流を平滑化するフィルタ回路(64)が接続されており、
前記フィルタ回路の時定数は、前記出力側電圧信号の電圧値が一定となる最長時間よりも長く設定されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の信号および電力の伝送装置。 - 前記2次側コイルは、直列接続された一対のスイッチング素子である高電位側のスイッチング素子(Sup,Svp,Swp)および低電位側のスイッチング素子(Sun,Svn,Swn)のそれぞれを駆動対象とする各別の駆動回路のそれぞれに接続されるコイルを含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の信号および電力の伝送装置。
- 前記2次側コイルに接続される駆動回路は、直列接続された一対のスイッチング素子の複数組のそれぞれの高電位側のスイッチング素子を駆動対象とする各別の駆動回路を備え、
前記対象信号は、前記複数組の一対のスイッチング素子のそれぞれのオン・オフの指令信号と、該指令信号の更新の都度、該指令信号に先立って指令信号が伝送される旨を示す同期信号とを含み、
前記直列接続された一対のスイッチング素子のオン・オフの指令信号は、前記高電位側のスイッチング素子および低電位側のスイッチング素子の双方がオン指令となることのない信号であり、
前記復号手段は、前記直列接続された一対のスイッチング素子のオン・オフの指令信号が、双方ともオン指令であることを異常として検出する異常検出手段(86,88,90)を備え、
該異常検出手段によって異常が検出されることに基づき、該異常に対処する異常対処処理を実行する実行手段(96)をさらに備えることを特徴とする請求項8記載の信号および電力の伝送装置。 - 前記2次側コイルに接続される駆動回路は、直列接続された一対のスイッチング素子の複数組のそれぞれの高電位側のスイッチング素子を駆動対象とする各別の駆動回路を備え、
前記対象信号は、前記複数組の一対のスイッチング素子のそれぞれのオン・オフの指令信号と、該指令信号の更新の都度、該指令信号に先立って指令信号が伝送される旨を示す同期信号とを含み、
前記直列接続された一対のスイッチング素子のオン・オフの指令信号は、前記高電位側のスイッチング素子および低電位側のスイッチング素子の双方がオン指令となることのない信号であり、
前記同期信号は、前記オン指令に対応する信号と同一の信号が3つ以上連続する信号であることを特徴とする請求項8または9記載の信号および電力の伝送装置。 - 前記直列接続された一対のスイッチング素子のオン・オフの指令信号は、高電位側のスイッチング素子のオン指令および低電位側のスイッチング素子のオフ指令、高電位側のスイッチング素子のオフ指令および低電位側のスイッチング素子のオン指令、ならびに高電位側のスイッチング素子のオフ指令および低電位側のスイッチング素子のオフ指令の3つの指令パターンのいずれかであることを特徴とする請求項8〜10のいずれか1項に記載の信号および電力の伝送装置。
- 前記直列接続された高電位側のスイッチング素子および低電位側のスイッチング素子は、交互にオン状態となるように相補駆動されるものであって且つ、それら高電位側のスイッチング素子および低電位側のスイッチング素子のいずれか一方および他方のそれぞれがオン、オフとなる状態からオフ、オンとなる状態に移行するに先立ち、前記指令信号が双方のオフ状態を指令することを特徴とする請求項11記載の信号および電力の伝送装置。
- 前記駆動回路は、前記スイッチング素子の駆動状態を監視する監視手段(102)を備え、
前記監視手段は、前記整流回路に電気的に接続されていることを特徴とする請求項8〜12のいずれか1項に記載の信号および電力の伝送装置。 - 前記複数のスイッチング素子のうち互いに相違する部類に属するスイッチング素子のそれぞれに対応する前記駆動回路同士で前記オン・オフ指令の入力から駆動対象とするスイッチング素子が操作されるまでの遅延時間を相違させる設定がなされていることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の信号および電力の伝送装置。
- 前記対象信号は、前記1次側コイルおよび前記2次側コイルを介して周期的に伝送されるものであり、周期的な伝送の1周期の間に前記複数のスイッチング素子の全てのオン・オフを指令する信号が含まれて且つ、前記複数のスイッチング素子のうちの互いに相違する部類に属するスイッチング素子のそれぞれで互いに相違する周期で前記オン・オフを指令する信号が更新されることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の信号および電力の伝送装置。
- 前記対象信号は、前記1次側コイルおよび前記2次側コイルを介して周期的に伝送されるものであり、周期的な伝送の1周期の間に前記複数のスイッチング素子のうちの互いに相違する部類のいずれかに属するスイッチング素子のオン・オフを指令する信号に加えて、該いずれかを指定する信号が伝送されることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の信号および電力の伝送装置。
- 前記複数のスイッチング素子は、互いに相違する回転機に接続されて且つ共通の直流電圧源に接続された複数の直流交流変換回路(INVa,INVb)を構成するものであって且つ、互いに相違する直流交流変換回路を構成するもの同士が互いに相違する部類とされるものであることを特徴とする請求項14〜16のいずれか1項に記載の信号および電力の伝送装置。
- 前記1次側コイルと前記2次側コイルとは互いに絶縁されていることを特徴とする請求項1〜17のいずれか1項に記載の信号および電力の伝送装置。
- 前記出力側電圧信号の変動量を縮小変換して、前記復号手段に入力する変換手段(72)をさらに備えることを特徴とする請求項1〜18のいずれか1項に記載の信号および電力の伝送装置。
- 前記スイッチング素子は、回転機に接続された直流交流変換回路を構成するものであり、
前記スイッチング素子のオン・オフの指令信号は、前記直流交流変換回路を構成するスイッチング素子のそれぞれがオンであるかオフであるかを表現するスイッチングモードが所定周期で更新可能なものであり、
前記符号化手段によるパルス符号化の周期を、前記所定周期の整数分の1に設定することを特徴とする請求項8〜13のいずれか1項に記載の信号および電力の伝送装置。 - 前記指令信号の変化を検出する指令変化検出手段(S10)と、
前記符号化手段によるパルス符号化処理および前記入力側電圧信号を前記1次側コイルに印加する処理を、前記指令信号の変化に同期させる同期手段(14,S16)と、
を備えることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の信号および電力の伝送装置。 - 前記電圧印加手段は、前記指令変化検出手段によって前記指令信号の変化が検出されない期間が規定の長さを有する時間に達する場合、前記符号化手段の前回の出力に応じた前記入力側電圧信号を再送する再送手段(S20)を備えることを特徴とする請求項21記載の信号および電力の伝送装置。
- 前記電圧印加手段によって前記パルス符号化された対象信号が前記2次側コイルに伝送されている期間において、前記指令変化検出手段が前記指令信号の変化を検出する場合、前記伝送されている期間の終了後、前記変化が検出された前記指令信号を含む前記対象信号を前記2次側コイルに伝送することを特徴とする請求項21または22記載の信号および電力の伝送装置。
- 前記対象信号が、前記複数のスイッチング素子の指令信号の中に前回伝送されたものから変化するものを複数含む場合、前記電圧印加手段による前記1次側コイルへの電圧の印加による前記対象信号の今回の伝送に際し、前記変化する指令信号のうちの一部について変化前のものを再送することで、変化後の信号の伝送を延期する延期手段(S22)を備えることを特徴とする請求項21〜23のいずれか1項に記載の信号および電力の伝送装置。
- 前記延期手段は、
前記変化する指令信号の同時の伝送を許可する条件および禁止する条件の少なくとも一方を記憶する記憶手段を備え、
前記許可する条件が成立する場合には、前記伝送の延期処理を行なわないことを特徴とする請求項24記載の信号および電力の伝送装置。 - 前記電圧印加手段は、前記符号化手段によってパルス符号化された信号に対応する前記入力側電圧信号が前記1次側コイルに印加された後、前記対象信号が新たにパルス符号化されるまでの期間において、前記1次側コイルに、所定の条件で極性が反転する電圧を印加することを特徴とする請求項22〜25のいずれか1項に記載の信号および電力の伝送装置。
- 前記パルス符号は、バイフェーズ符号であり、
前記所定の条件で極性が反転する電圧は、前記バイフェーズ符号のうちの特定の1つの符号に対応する電圧を前記1次側コイルに継続的に出力することによって生成されることを特徴とする請求項26記載の信号および電力の伝送装置。 - 前記電圧印加手段は、
前記符号化手段によってパルス符号化された信号に対応する前記入力側電圧信号が前記1次側コイルに印加された後、前記対象信号が新たにパルス符号化されるまでの期間において、前記2次側コイルに所定の電圧を印加する所定電圧印加手段(S34,S38)と、
前記所定電圧印加手段による電圧の印加に伴う前記1次側コイルおよび前記2次側コイルの双方を貫く磁気経路の磁束量を算出する磁束算出手段(S40)と、
前記磁束算出手段による算出結果に基づき、前記所定電圧印加手段によって印加する電圧の極性を反転させる反転手段(S32,S36)と、
を備えることを特徴とする請求項26記載の信号および電力の伝送装置。
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