JPWO2019142316A1 - 可変速モータ装置及びそのコントローラ - Google Patents
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Abstract
Description
第1実施例が図6-図9を参照して説明される。図6はゼロベクトル(000)に相当するフリーホィール期間TFを示す。このフリーホィール期間TFは下アームフリーホィール期間と呼ばれる。インバータ3の上アームスイッチ31-33がオフされ、下アームスイッチ34-36がオンされている。フリーホィーリング電流が下アームスイッチ34-36及びステータコイル4を通じて循環する。下アームスイッチ34-36の電圧降下が無視される時、インバータ3の3相電圧V1-V3は高電圧バッテリ1の負極電位をもつ。
第2実施例が図10-図13を参照して説明される。図10はゼロベクトル(111)に相当するフリーホィール期間TFを示す。このフリーホィール期間TFは上アームフリーホィール期間と呼ばれる。インバータ3の下アームスイッチ34-36がオフされ、上アームスイッチ31-33がオンされている。フリーホィーリング電流が上アームスイッチ31-33及びステータコイル4を通じて循環する。上アームスイッチ31-33の電圧降下が無視される時、インバータ3の3相電圧V1-V3は高電圧バッテリ1の正極電位をもつ。
フリーホィーリング電流を低減可能な第3実施例が図14及び図15を参照して説明される。図14はゼロベクトル(000)に相当する下アームフリーホィール期間TFから充電期間TXへの遷移を示す。まず、充電スイッチ6がオンされた後、レグ3Vの下アームスイッチ35だけがオフされる。これにより、休止レグとなるV相コイル4Vを流れるフリーホィーリング電流だけが整流器5及び充電スイッチ6を通じて低電圧バッテリ2を充電する。W相コイル4Wを流れるフリーホィーリング電流はインバータ3の下アームスイッチ34及び36を通じて循環する。
フリーホィーリング電流を低減可能な第4実施例が図16及び図17を参照して説明される。図16はゼロベクトル(111)に相当する上アームフリーホィール期間TFから充電期間TXへの遷移を示す。充電スイッチ6がオンされた後、レグ3Vの上アームスイッチ32だけがオフされる。これにより、V相コイル4Vを流れるフリーホィーリング電流だけが整流器5及び充電スイッチ6を通じて低電圧バッテリ2を充電する。W相コイル4Wを流れるフリーホィーリング電流はインバータ3の上アームスイッチ31及び33を通じて循環する。
フリーホィーリング電流を低減可能な第5実施例が図18-図31を参照して説明される。この実施例によれば、インバータ3は空間ベクトルPWMにより制御される。しかし、インバータ3の3つのレグ3U、3V、及び3Wのうち、常に1つのレグが休止レグとなる。インバータ3が常に1つの休止レグをもつこの実施例の空間ベクトルPWMは休止レグ式空間ベクトルPWMと呼ばれる。休止レグは高電圧バッテリ1から電流が供給されないレグを意味する。しかし、休止レグはステータコイル4から供給されるフリーホィーリング電を循環させることができる。同期整流を採用しないケースにおいて、IGBT31-36と個別に接続された逆並列ダイオードがこのフリーホィーリング電流の循環を実現する。
フリーホィーリング電流を低減可能な第6実施例が図32-図35を参照して説明される。この実施例の休止レグ式空間ベクトルPWMは、6個の主ベクトル(100、110、010、011、001、及び101)、6個の副ベクトル(1D0、D10、01D、0D1、D01、及び10D)、及び少なくとも1つのゼロベクトル(000又は111)を用いる。6個の副ベクトルはそれぞれ、1つの休止レグ(D)をもつ。
フリーホィーリング電流を低減可能な第7実施例が図5を参照して説明される。この実施例によれば、電気自動車に装備された空調コンプレッサ駆動用モータのインバータがトラクションモータ駆動用の上記インバータの代わりに3相インバータ3として採用される。パルス幅変調されるこの空調用インバータはフリーホィール期間TFをもつ。空調コンプレッサ駆動用モータの回転を必要とされない事例において、インバータ3の3つの相間電圧の平均値はそれぞれゼロとされる。たとえば、レグ3U-3Vはそれぞれ50%のPWMデユーティ比をもつ。空調コンプレッサ駆動用モータのインバータ3のフリーホィーリング電流は低電圧バッテリ2の充電電流に好適な値をもつ。
第8実施例が図37-図39を参照して説明される。この実施例において、トラクションモータ装置はバッテリ接続を切り替えるための接続切替回路を採用する。従来技術において、2つのバッテリの直列接続及び並列接続のどちらかを選択するトラクションモータ用の接続切替回路が提案されている。この実施例の接続切替回路は1つの直列スイッチ及び2つの並列スイッチをもつ。一般に、直列スイッチ及び並列スイッチはリレー又はトランジスタからなる。接続切替回路は、低速領域において2つのバッテリを並列接続し、高速領域において直列接続を採用する。これにより、トラクションモータの有効速度範囲が拡大される。
第9実施例が図40を参照して説明される。この実施例は第8実施例と同様の接続切替回路を採用する。図40はこの実施例の接続切替回路25を示す配線図である。接続切替回路25は、3つの直列トランジスタ(21A、21B、21C)、3つの逆並列ダイオード(22A、22B、22C)、3つのローサイド並列ダイオード(23A、23B、23C)、及び3つのハイサイド並列ダイオード(24A、24B、24C)からなる。4つのバッテリ(1A、1B、1C、及び1D)の各定格電圧は150Vである。直列トランジスタ(21A、21B、21C)及び並列ダイオード(23A、23B、23C、24A、24B、24C)はインバータ3のモータ駆動モードにおいて使用され、ダイオード(22A、22B、22C)は回生制動モードにおいて使用される。
第10実施例が図43を参照して説明される。図43は、図37に示されるバッテリ1Bの代わりに燃料電池1Xを採用する。さらに、図43に示される接続切替回路20Aは、直列ダイオード21X及び並列トランジスタ23Xを採用する。言い換えれば、図43に示される電源回路は、回生充電機能をもたない燃料電池1Xと、回生充電機能をもつバッテリ1Aとを使用する。接続切替回路20Aを制御するコントローラ9は、低電圧モード及び高電圧モード、及び回生制動モードをもつ。
Claims (22)
- 第1直流電源に接続される3つのレグをもつ3相インバータ、前記インバータに接続されるステータコイルをもつ交流モータ、前記インバータをパルス幅変調法により駆動するコントローラを備える可変速モータ装置において、
前記3つのレグの少なくとも1つは、ターンオフされた上アームスイッチ及びターンオフされた下アームスイッチをもつ休止レグからなり、
前記休止レグは、前記第1直流電源から前記ステータコイルへ前記休止レグを通じて供給される電源電流をデッドタイムよりも長い時間だけ遮断することを特徴とする可変速モータ装置。 - 前記可変速モータ装置は、前記インバータから印加される少なくとも単相電圧を整流する整流器を有し、さらに前記整流器から低電圧バッテリに印加される整流電圧を遮断するための充電スイッチを有し、
前記コントローラは、前記充電スイッチを前記インバータのフリーホィーリング期間内においてオンする請求項1記載の可変速モータ装置。 - 前記コントローラは、充電スイッチのオン後に前記休止レグのフリーホィール期間を終了し、かつ、前記休止レグのフリーホィール期間の開始後に前記充電スイッチをオフする請求項2記載の可変速モータ装置。
- 前記コントローラは、それぞれ1つの休止レグを含む6個の副ベクトル(10D、1D0、D10、01D、0D1、及びD01)から選択された互いに隣接する2つのベクトルの合成ベクトルにより、要求された電圧ベクトルを形成する休止レグ式空間ベクトルパルス幅変調法を実行する請求項1記載の可変速モータ装置。
- 前記コントローラは、それぞれ前記休止レグを含む6個の副ベクトル(10D、1D0、D10、01D、0D1、及びD01)、及び、それぞれ前記休止レグを含まない6個の主ベクトル(100、110、010、011、001、及び101)を採用する休止レグ式空間ベクトルパルス幅変調法を実行し、
前記休止レグ式空間ベクトルパルス幅変調法は、互いに隣接する1つの前記主ベクトル及び1つの前記副ベクトルの合成ベクトルにより、要求された電圧ベクトルを形成する請求項1記載の請求項1記載の可変速モータ装置。 - 前記第1直流電源は、ほぼ定格電圧が等しい複数のバッテリ(1A,1B,1C,1D) の接続を切り替える接続切替回路(20、25)を有し、
前記接続切替回路(20、25)は、
隣接する2つのバッテリの直列接続を形成することにより前記バッテリ(1A,1B,1C,1D)を放電する少なくとも1つの直列トランジスタ(21、21A、21B、21C)と、
前記直列トランジスタ(21、21A、21B、21C)と接続される少なくとも1つの逆並列ダイオード(22、22A、22B、22C)と、
前記隣接する2つのバッテリのうちハイサイド側のバッテリの負極にカソード電極が接続される少なくとも1つのローサイド並列ダイオード(23、23A、23B、23C)と、
前記隣接する2つのバッテリのうちローサイド側のバッテリの正極にアノード電極が接続される少なくとも1つのハイサイド並列ダイオード(24、24A、24B、24C)と、
を有する請求項1記載の可変速モータ装置。 - 前記接続切替回路(20)は、
2つのバッテリ(1A、1B)の直列接続を形成することにより前記バッテリ(1A、1B)を放電する1つの直列トランジスタ(21)と、
前記直列トランジスタ(21)と逆並列に接続される1つの逆並列ダイオード(22)と、
ハイサイド側のバッテリ(1A)の負極にカソード電極が接続される1つのローサイド並列ダイオード(23)と、
ローサイド側のバッテリ(1B)の正極にアノード電極が接続される1つのハイサイド並列ダイオード(24)と、
を有する請求項6記載の可変速モータ装置。 - 前記接続切替回路(25)は、
バッテリ(1A、1B、1C、1D)の直列接続を形成することにより前記4つのバッテリ(1A、1B、1C、1D)を放電する3つの直列トランジスタ(21A、21B、21C)と、
前記直列トランジスタ(21A、21B、21C)と個別に接続される3つの逆並列ダイオード(22A、22B、22C)と、
前記隣接する2つのバッテリのうちハイサイド側のバッテリの各負極に各カソード電極が個別に接続される3つのローサイド並列ダイオード(23A、23B、23C)と、
前記隣接する2つのバッテリのうちローサイド側のバッテリの各正極に各アノード電極が個別に接続される3つのハイサイド並列ダイオード(24A、24B、24C)と、
を有する請求項6記載の可変速モータ装置。 - バッテリ(1A、1D)に接続される並列ダイオード(23A、24C)は、他の並列ダイオード(23B、23C、24A、24B)よりも多い個数のダイオードを直列接続することにより形成される請求項8記載の可変速モータ装置。
- 前記コントローラは、前記バッテリの接続が切替えられる過渡期間において、前記直列トランジスタを所定周波数でスイッチングすることにより、前記インバータに印加される源電圧を徐々に変更する請求項6記載の可変速モータ装置。
- 前記コントローラは、前記インバータの上アームスイッチ(31-33)及び下アームスイッチ(34-36)の一方を所定周波数でスイッチングすることにより、前記インバータを回生制動のために昇圧チョッパとして動作させる請求項6記載の可変速モータ装置。
- 前記コントローラは、前記複数のバッテリの1つが不良である時、少なくとも1つの前記直列トランジスタをオフする請求項6記載の可変速モータ装置。
- 前記コントローラは、前記接続切替回路に2つの機能を与え、この2つの機能は、電源電圧を切り替える機能と、不良のバッテリを他のバッテリから分離する機能である請求項6記載の可変速モータ装置。
- パルス幅変調法を使用することにより可変速モータを駆動可能な3相インバータを駆動するコントローラにおいて、
このパルス幅変調法は、それぞれ1つの休止レグ(D)をもつ6個の副ベクトル(10D、1D0、D10、01D、0D1、及びD01)を少なくとも使用し、
この休止レグ(D)は、ターンオフされた上アームスイッチ及びターンオフされた下アームスイッチをもつことを特徴とするコントローラ。 - ほぼ定格電圧が等しい複数のバッテリに接続されるインバータ、前記インバータに接続されるステータコイルをもつ交流モータ、前記モータを制御するコントローラ、及び前記複数のバッテリの接続を切り替える接続切替回路を備える可変速モータ装置において、
前記接続切替回路(20、25)は、
隣接する2つのバッテリの直列接続を形成することにより前記バッテリを放電する少なくとも1つの直列トランジスタ(21、21A、21B、21C)と、
前記直列トランジスタ(21、21A、21B、21C)と接続される少なくとも1つの逆並列ダイオード(22、22A、22B、22C)と、
前記2つのバッテリのうちハイサイド側のバッテリの負極にカソード電極が接続される少なくとも1つのローサイド並列ダイオード(23、23A、23B、23C)と、
前記2つのバッテリのうちローサイド側のバッテリの正極にアノード電極が接続される少なくとも1つのハイサイド並列ダイオード(24、24A、24B、24C)と、
を有することを特徴とする可変速モータ装置。 - 前記接続切替回路(20)は、
2つのバッテリ(1A、1B)の直列接続を形成することにより前記バッテリを放電する1つの直列トランジスタ(21)と、
前記直列トランジスタ(21)と逆並列に接続される1つの逆並列ダイオード(22)と、
ハイサイド側のバッテリ(1A)の負極にカソード電極が接続される1つのローサイド並列ダイオード(23)と、
ローサイド側のバッテリ(1B)の正極にアノード電極が接続される1つのハイサイド並列ダイオード(24)と、
を有する請求項15記載の可変速モータ装置。 - 前記接続切替回路(25)は、
4つのバッテリ(1A、1B、1C、1D)の直列接続を形成することにより前記バッテリを放電する3つの直列トランジスタ(21A、21B、21C)と、
前記直列トランジスタ(21A、21B、21C)と個別に接続される3つの逆並列ダイオード(22A、22B、22C)と、
前記隣接する2つのバッテリのうちハイサイド側のバッテリの各負極に各カソード電極が個別に接続される3つのローサイド並列ダイオード(23A、23B、23C)と、
前記隣接する2つのバッテリのうちローサイド側のバッテリの各正極に各アノード電極が個別に接続される3つのハイサイド並列ダイオード(24A、24B、24C)と、
を有する請求項15記載の可変速モータ装置。 - バッテリ(1A、1D)に接続される並列ダイオード(23A、24C)は、他の並列ダイオード(23B、23C、24A、24B)よりも多い個数のダイオードを直列接続することにより形成される請求項17記載の可変速モータ装置。
- 前記コントローラは、前記バッテリの接続が切替えられる過渡期間において、前記直列トランジスタを所定周波数でスイッチングすることにより、前記インバータに印加される電源電圧を徐々に変更する請求項15記載の可変速モータ装置。
- 前記コントローラは、前記インバータの上アームスイッチ(31-33)及び下アームスイッチ(34-36)の一方を所定周波数でスイッチングすることにより、前記インバータを回生制動のために昇圧チョッパとして動作させる請求項15記載の可変速モータ装置。
- 前記コントローラは、前記複数のバッテリの1つが不良である時、少なくとも1つの前記直列トランジスタをオフする請求項15記載の可変速モータ装置。
- 前記コントローラは、前記接続切替回路に2つの機能を与え、この2つの機能は、電源電圧を切り替える機能と、不良のバッテリを他のバッテリから分離する機能である請求項15記載の可変速モータ装置。
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