JP2004254376A

JP2004254376A - Inverter for vehicle

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Publication number: JP2004254376A
Application number: JP2003039984A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Urushibara; 圭輔漆原
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-02-18
Filing date: 2003-02-18
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2023-02-18
Also published as: JP4170107B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inverter for vehicles capable of applying a high voltage to a motor, without being limited by the output voltage of a battery, even if an instantaneous large motor driving force is required. <P>SOLUTION: When an ignition switch is turned on, a control part 17 turns off transistors 13a and 13b and MOSFETs 12b, 12c, and 12e, and turns on a transistor 16a and MOSFETs 12a, 12d, and 12f, so that coils 11u, 11v, and 11w are supplied with a current. Then, when the transistors 16a and the MOSFETs 12a, 12d, and 12f are turned off, while the transistor 13a is turned on, voltages occur at the coils 11u, 11v, and 11w based on conduction rate of the transistor and MOSFET so that a capacitor 14 is charged. When the charged voltage reaches a target voltage, the transistor 13a is turned off, while the transistor 13b is turned on, and an inverter 12 is PWM-controlled to rotate a motor 11, and an engine connected to the motor 11 is started. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に備えられたモータを駆動する車両用インバータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンの出力を補助して車両を走行させるための走行モータを備えたハイブリット車両（ＨＥＶ：ＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅｓ）等では、エンジンの始動は、走行モータをスタータモータとして動作させることで行われる。このエンジンの始動に際しては、エンジンのフリクションに打ち勝ってエンジンを回転させるため、走行モータを起動してエンジンの始動を開始する時には大きなトルクが必要である。このように、エンジンの始動には大きなトルクが必要であり、走行モータに大トルクを発生させるためには、バッテリから走行モータへ大電力を供給する必要がある。従来のハイブリット車両では、走行モータの電源となるメインバッテリに、例えば１４４［Ｖ］や２８８［Ｖ］のような高電圧バッテリを用いているため、エンジンの始動に際し、走行モータに対する大電力の供給が比較的容易に実現できていた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−５０４１４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、走行モータを駆動するためのメインバッテリとして、例えば３６［Ｖ］ような低電圧のバッテリを用いた場合、走行モータへ供給できる電圧が低いために、エンジン始動時等の瞬時に高出力が必要なときに十分な出力が得られないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、低電圧バッテリによりモータを駆動する車両において、瞬時に大きなモータ駆動力が必要な場合でも、バッテリの出力電圧に制限されることなくモータに高電圧を印加することができる車両用インバータ装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明に係る車両用インバータ装置は、複数のコイル（例えば実施の形態のコイル１１ｕ、１１ｖ、１１ｗ、あるいはコイル２１ｕ、２１ｖ、２１ｗ、あるいはコイル３１ｕ、３１ｖ、３１ｗ）を備え、車両のエンジンに接続されたモータ（例えば実施の形態のモータ１１、あるいはモータ２１、あるいはモータ３１）と、前記モータを駆動するための電力を蓄える蓄電装置（例えば実施の形態のバッテリ１５）と、自己の導通方向とは逆向きの電流を流せる転流ダイオードを備えたスイッチング素子により構成されると共に、前記コイルに対して前記蓄電装置から電流を供給可能なインバータ回路（例えば実施の形態のインバータ１２、あるいはインバータ３２、３３、３４）と、前記インバータ回路の入力側に並列に接続される第１の開閉スイッチ（例えば実施の形態のスイッチユニット１３）とコンデンサ（例えば実施の形態のコンデンサ１４）との直列回路と、前記蓄電装置と前記インバータ回路及び前記直列回路との間に直列に接続された第２の開閉スイッチ（例えば実施の形態のスイッチユニット１６）と、前記第１の開閉スイッチを開状態、前記第２の開閉スイッチを閉状態とし、前記インバータ回路のスイッチング素子を導通させて、前記コイルに電流を供給した後、前記スイッチング素子の遮断時に、前記第１の開閉スイッチを閉状態、前記第２の開閉スイッチを開状態とし、前記コイルに発生する電力により、前記コンデンサを充電する充電制御手段（例えば実施の形態の制御部１７、あるいは制御部３５）とを具備することを特徴とする。
【０００７】
以上の構成を備えた車両用インバータ装置は、第１、第２の開閉スイッチを備え、充電制御手段によるスイッチ操作によって、蓄電装置からモータのコイルへ電流を流し、モータのコイルに電力を蓄積した後、コイルへ流す電流を遮断する際にコイルに発生する逆起電力を、コンデンサに導くことにより、コイルの逆起電力により昇圧された電圧によってコンデンサを充電し、蓄電装置の電圧よりも高い電圧をインバータ回路へ供給することができる。
【０００８】
請求項２の発明に係る車両用インバータ装置は、請求項１に記載の車両用インバータ装置において、前記モータ（例えば実施の形態のモータ１１）が、スター結線により接続された３個のコイル（例えば実施の形態のコイル１１ｕ、１１ｖ、１１ｗ）を備え、前記インバータ回路が、３相ブリッジ方式のインバータ回路（例えば実施の形態のインバータ１２）であることを特徴とする。
【０００９】
以上の構成を備えた車両用インバータ装置は、スター（Ｙ）結線により接続されたモータのコイルに、３相ブリッジ方式のインバータ回路を介して電流を流し、コイルへ流す電流を遮断する際にコイルに発生する逆起電力を、コンデンサに導くことにより、コイルの逆起電力により昇圧された電圧によってコンデンサを充電し、蓄電装置の電圧よりも高い電圧をインバータ回路へ供給することができる。
【００１０】
請求項３の発明に係る車両用インバータ装置は、請求項１に記載の車両用インバータ装置において、前記モータ（例えば実施の形態のモータ２１）が、デルタ結線により接続された３個のコイル（例えば実施の形態のコイル２１ｕ、２１ｖ、２１ｗ）を備え、前記インバータ回路が、３相ブリッジ方式のインバータ回路（例えば実施の形態のインバータ１２）であることを特徴とする。
【００１１】
以上の構成を備えた車両用インバータ装置は、デルタ（△）結線により接続されたモータのコイルに、３相ブリッジ方式のインバータ回路を介して電流を流し、コイルへ流す電流を遮断する際にコイルに発生する逆起電力を、コンデンサに導くことにより、コイルの逆起電力により昇圧された電圧によってコンデンサを充電し、蓄電装置の電圧よりも高い電圧をインバータ回路へ供給することができる。
【００１２】
請求項４の発明に係る車両用インバータ装置は、請求項１に記載の車両用インバータ装置において、前記モータ（例えば実施の形態のモータ３１）が、独立結線により接続された３個のコイル（例えば実施の形態のコイル３１ｕ、３１ｖ、３１ｗ）を備え、前記インバータ回路が、Ｈブリッジ方式のインバータ回路（例えば実施の形態のインバータ３２、３３、３４）であることを特徴とする。
【００１３】
以上の構成を備えた車両用インバータ装置は、独立結線により接続されたモータのコイルに、Ｈブリッジ方式のインバータ回路を介して電流を流し、コイルへ流す電流を遮断する際にコイルに発生する逆起電力を、コンデンサに導くことにより、コイルの逆起電力により昇圧された電圧によってコンデンサを充電し、蓄電装置の電圧よりも高い電圧をインバータ回路へ供給することができる。
【００１４】
請求項５の発明に係る車両用インバータ装置は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の車両用インバータ装置において、前記充電制御手段が、前記インバータ回路をスイッチング動作することにより、昇圧されて前記コンデンサに充電された電力を用いて前記モータを駆動し、前記エンジンを始動することを特徴とする。
【００１５】
以上の構成を備えた車両用インバータ装置は、モータのコイルの逆起電力により昇圧された電圧によってコンデンサを充電し、蓄電装置の電圧よりも高い電圧をインバータ回路へ供給することにより、高出力の交流電力によりモータを駆動して、エンジンを始動することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態の車両用インバータ装置を示す回路図である。
図１において、モータ１１は、例えばスター（Ｙ）結線された３個のコイル（巻き線）１１ｕ、１１ｖ、１１ｗを備え、車両のエンジン（図示せず）に接続されると共に、車両のエンジンの出力を補助して車両を走行させるための走行モータであって、モータ１１には、コイル１１ｕ、１１ｖ、１１ｗに電流を流すために、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ電界効果トランジスタ）１２ａ〜１２ｆを３相ブリッジ構成に接続したインバータ１２が接続されている。
【００１７】
また、モータ１１が接続された端子の反対側のインバータ１２の両端には、スイッチユニット１３とコンデンサ１４との直列回路が、インバータ１２と並列に接続されている。ここで、スイッチユニット１３は、トランジスタ１３ａのコレクタ端子をトランジスタ１３ｂのエミッタ端子に、トランジスタ１３ａのエミッタ端子をトランジスタ１３ｂのコレクタ端子にそれぞれ接続し、トランジスタ１３ａに流れる電流とトランジスタ１３ｂに流れる電流とが逆向きになるように構成した双方向のスイッチである。
【００１８】
一方、モータ１１が接続された端子の反対側のインバータ１２の両端、及びスイッチユニット１３とコンデンサ１４とからなる直列回路の両端には、更に、モータ１１を駆動するためのバッテリ１５が、スイッチユニット１６を介して接続されている。ここで、スイッチユニット１６は、スイッチユニット１３と同様に、トランジスタ１６ａとトランジスタ１６ｂとを逆向きに接続した双方向のスイッチである。
【００１９】
また、インバータ１２を構成する各ＭＯＳＦＥＴ１２ａ〜１２ｆのゲート端子、スイッチユニット１３を構成するトランジスタ１３ａとトランジスタ１３ｂのベース端子、及びスイッチユニット１６を構成するトランジスタ１６ａとトランジスタ１６ｂのベース端子には、各ＭＯＳＦＥＴ、及び各トランジスタのＯＮ（導通）とＯＦＦ（遮断）を制御する制御部１７から、それぞれ制御線が接続されている。
【００２０】
このように接続された車両用インバータ装置では、通常のモータ駆動・回生制御を行う際、モータ１１の駆動時には、制御部１７により、スイッチユニット１３のトランジスタ１３ａ、１３ｂをＯＮすると共に、スイッチユニット１６のトランジスタ１６ａをＯＮして、バッテリ１５の電圧をコンデンサ１４により平滑化しながら、インバータ１２をＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御することにより、モータ１１の各コイル１１ｕ、１１ｖ、１１ｗに順次電流を供給し、モータ１１の回転子を回転させる。
【００２１】
一方、モータ１１の回生時には、制御部１７により、スイッチユニット１３のトランジスタ１３ａ、１３ｂをＯＮすると共に、スイッチユニット１６のトランジスタ１６ｂをＯＮして、モータ１１の発生する電圧をコンデンサ１４により平滑化しながら、インバータ１２を構成する各ＭＯＳＦＥＴ１２ａ〜１２ｆ、及びＭＯＳＦＥＴ１２ａ〜１２ｆに寄生する寄生ダイオード（図示せず：転流ダイオードとして機能する）に流れる電流により、バッテリ１５を充電する。
【００２２】
次に、このように接続された本実施の形態の車両用インバータ装置において、モータ１１をスタータモータとして使用し、モータ１１に接続されたエンジンを始動する際の動作について、図面を参照して説明する。図２は、本実施の形態の車両用インバータ装置を用いてエンジンを始動する際の動作を示すフローチャートである。
図２において、まずエンジンを始動するためのイグニッションスイッチがＯＮされる、またはアイドル停止状態からエンジンが始動される（ステップＳ１）と、制御部１７は、スイッチユニット１３のトランジスタ１３ａ、１３ｂをＯＦＦし、更にインバータ１２のＭＯＳＦＥＴ１２ｂ、１２ｃ、１２ｅをＯＦＦする（ステップＳ２）。
【００２３】
次に、制御部１７は、スイッチユニット１６のトランジスタ１６ａをＯＮすると共にトランジスタ１６ｂをＯＦＦし、更にインバータ１２のＭＯＳＦＥＴ１２ａ、１２ｄ、１２ｆをＯＮすることにより、モータ１１のコイル１１ｕ、１１ｖ、１１ｗに電流を供給する（ステップＳ３）。
そして、モータ１１のコイル１１ｕ、１１ｖ、１１ｗへ十分に電流を供給することができたら、制御部１７は、スイッチユニット１６のトランジスタ１６ａをＯＦＦし、更にインバータ１２のＭＯＳＦＥＴ１２ａ、１２ｄ、１２ｆをＯＦＦすると共に、この時、スイッチユニット１３のトランジスタ１３ａをＯＮする（ステップＳ４）。
【００２４】
これにより、スイッチユニット１６のトランジスタ１６ａとインバータ１２のＭＯＳＦＥＴ１２ａ、１２ｄ、１２ｆをスイッチングする際の通電率Ｄｕｔｙにより、（１）式に基づく電圧がモータ１１のコイル１１ｕ、１１ｖ、１１ｗに発生し、ＭＯＳＦＥＴ１２ｂ、１２ｃ、１２ｅに寄生する寄生ダイオード（図示せず：転流ダイオードとして機能する）に流れる電流により、コンデンサ１４が充電される。
Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ＝Ｄｕｔｙ／（１−Ｄｕｔｙ）・・・（１）
なお、ここではＶｏｕｔをモータ１１のコイルに発生する電圧、Ｖｉｎをバッテリ１５の電圧とする。
【００２５】
従って、制御部１７は、コンデンサ１４の電圧が目標電圧に到達したか否かを判定し（ステップＳ５）、コンデンサ１４の電圧が目標電圧に到達するまで、ステップＳ２へ戻り、上述の充電動作を繰り返す（ステップＳ５のＮＯ）。
また、ステップＳ５において、コンデンサ１４の電圧が目標電圧に到達していた場合（ステップＳ５のＹＥＳ）、制御部１７は、スイッチユニット１６のトランジスタ１６ａ、１６ｂがＯＦＦの状態で、スイッチユニット１３のトランジスタ１３ａをＯＦＦすると共にトランジスタ１３ｂをＯＮし、インバータ１２をＰＷＭ制御してモータ１１を回転させ、モータ１１に接続されたエンジン（図示せず）を始動する（ステップＳ６）。
【００２６】
また、コンデンサ１４とバッテリ１５との間の電位差が所定範囲内であるか否かを判定し（ステップＳ７）、両者の間の電位差が所定範囲内になるのを確認する（ステップＳ７のＮＯ）。
そして、コンデンサ１４とバッテリ１５との間の電位差が所定範囲内になったら、トランジスタ１３ａ、１３ｂをＯＮとし、スイッチユニット１６のトランジスタ１６ａとトランジスタ１６ｂとによるモータ１１の駆動と回生の制御を開始する（ステップＳ８）。
【００２７】
なお、本実施の形態の車両用インバータ装置では、コンデンサ１４を充電するためにスイッチングするインバータ１２のＭＯＳＦＥＴは、ＭＯＳＦＥＴ１２ａ、１２ｄ、１２ｆとしたが、モータ１１及びインバータ１２の３相構造は、３相それぞれが同一の構造を有するので、ＭＯＳＦＥＴ１２ａ、１２ｄ、１２ｆのスイッチングと同様に、ＭＯＳＦＥＴ１２ｃ、１２ｂ、１２ｆ、あるいはＭＯＳＦＥＴ１２ｅ、１２ｂ、１２ｄ、あるいはＭＯＳＦＥＴ１２ａ、１２ｃ、１２ｆ、あるいはＭＯＳＦＥＴ１２ｂ、１２ｃ、１２ｅ、あるいはＭＯＳＦＥＴ１２ａ、１２ｄ、１２ｅのスイッチングによっても、モータ１１を構成するコイル１１ｕ、１１ｖ、１１ｗに逆起電力が発生し、同様にコンデンサ１４を充電することができる。
【００２８】
以上説明したように、本実施の形態の車両用インバータ装置は、車両のエンジンの出力を補助して車両を走行させるためのモータ１１を駆動する回路において、スイッチユニット１３とスイッチユニット１６とを設け、モータ１１を構成するコイル１１ｕ、１１ｖ、１１ｗと、インバータ１２とによりＤＣ−ＤＣコンバータを構成し、バッテリ１５の電圧を昇圧した電圧によりコンデンサ１４を充電することができ、高電圧に充電されたコンデンサ１４の電力を用いて、モータ１１をスタータモータとして駆動することにより、モータ１１に接続されたエンジンを確実に始動することができるという効果が得られる。
【００２９】
（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態の車両用インバータ装置を示す回路図である。図３において、図１と同一の符号を付与した構成要素は、第１の実施の形態で説明した構成要素と同一の動作を行う構成要素であるので、ここでは説明を省略する。
本発明の第２の実施の形態の車両用インバータ装置は、第１の実施の形態の車両用インバータ装置におけるモータ１１が、例えばデルタ（△）結線された３個のコイル（巻き線）２１ｕ、２１ｖ、２１ｗを備え、車両のエンジン（図示せず）に接続されると共に、車両のエンジンの出力を補助して車両を走行させるためのモータ２１に変更されることである。
【００３０】
従って、本実施の形態の車両用インバータ装置では、制御部１７による通常のモータ駆動・回生制御、あるいはモータ２１をスタータモータとして使用し、モータ２１に接続されたエンジンを始動する際の制御部１７による動作については、第１の実施の形態で説明した内容と基本的には変わりはない。
【００３１】
但し、本実施の形態の車両用インバータ装置では、モータ２１がデルタ結線のため、スイッチユニット１６のトランジスタ１６ａとインバータ１２のＭＯＳＦＥＴ１２ａ、１２ｄ、１２ｆをスイッチングする際の通電率Ｄｕｔｙにより、前述の（１）式に基づく電圧がモータ２１のコイル２１ｕ、２１ｗに発生し、ＭＯＳＦＥＴ１２ｂ、１２ｃ、１２ｅに寄生する寄生ダイオード（図示せず：転流ダイオードとして機能する）に流れる電流により、コンデンサ１４が充電される。なお、ここでは（１）式のＶｏｕｔをモータ２１のコイルに発生する電圧、Ｖｉｎをバッテリ１５の電圧とする。
【００３２】
また、本実施の形態の車両用インバータ装置においても、コンデンサ１４を充電するためにスイッチングするインバータ１２のＭＯＳＦＥＴは、モータ２１及びインバータ１２による３相構造の各相が、それぞれ同一の構造を有するので、ＭＯＳＦＥＴ１２ａ、１２ｄ、１２ｆのスイッチングと同様に、ＭＯＳＦＥＴ１２ｃ、１２ｂ、１２ｆ、あるいはＭＯＳＦＥＴ１２ｅ、１２ｂ、１２ｄ、あるいはＭＯＳＦＥＴ１２ａ、１２ｃ、１２ｆ、あるいはＭＯＳＦＥＴ１２ｂ、１２ｃ、１２ｅ、あるいはＭＯＳＦＥＴ１２ａ、１２ｄ、１２ｅのスイッチングによっても、モータ２１を構成するコイル２１ｕ、２１ｖ、またはコイル２１ｖ、２１ｗの２つに逆起電力が発生し、同様にコンデンサ１４を充電することができる。
【００３３】
以上説明したように、本実施の形態の車両用インバータ装置も、車両のエンジンの出力を補助して車両を走行させるためのモータ２１を駆動する回路において、スイッチユニット１３とスイッチユニット１６とを設け、モータ２１を構成するコイル２１ｕ、２１ｖ、２１ｗのいずれか２つと、インバータ１２とによりＤＣ−ＤＣコンバータを構成し、バッテリ１５の電圧を昇圧した電圧によりコンデンサ１４を充電することができ、高電圧に充電されたコンデンサ１４の電力を用いて、モータ２１をスタータモータとして駆動することにより、モータ２１に接続されたエンジンを確実に始動することができるという効果が得られる。
【００３４】
（第３の実施の形態）
図４は、本発明の第３の実施の形態の車両用インバータ装置を示す回路図である。図４において、図１と同一の符号を付与した構成要素は、第１の実施の形態で説明した構成要素と同一の動作を行う構成要素であるので、ここでは説明を省略する。
図４において、モータ３１は互いに分離独立した例えば３個のコイル（巻き線）３１ｕ、３１ｖ、３１ｗを備え、車両のエンジン（図示せず）に接続されると共に、車両のエンジンの出力を補助して車両を走行させるための独立結線の走行モータであって、モータ３１には、コイル３１ｕに電流を流すために、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ電界効果トランジスタ）３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄをＨブリッジ構成に接続したインバータ３２と、コイル３１ｖに電流を流すために、ＭＯＳＦＥＴ３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄをＨブリッジ構成に接続したインバータ３３と、コイル３１ｗに電流を流すために、ＭＯＳＦＥＴ３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄをＨブリッジ構成に接続したインバータ３４とが接続されている。
【００３５】
また、モータ３１が接続された端子の反対側のインバータ３２、３３、３４の両端には、第１の実施の形態で説明したスイッチユニット１３とコンデンサ１４との直列回路が、インバータ３２、３３、３４と並列に接続されている。
一方、モータ３１が接続された端子の反対側のインバータ３２、３３、３４の両端、及びスイッチユニット１３とコンデンサ２４とからなる直列回路の両端には、更に、モータ３１を駆動するためのバッテリ１５が、第１の実施の形態で説明したスイッチユニット１６を介して接続されている。
【００３６】
また、インバータ３２、３３、３４を構成する各ＭＯＳＦＥＴ３２ａ〜３２ｄ、３３ａ〜３３ｄ、３４ａ〜３４ｄのゲート端子、スイッチユニット１３を構成するトランジスタ１３ａとトランジスタ１３ｂのベース端子、及びスイッチユニット１６を構成するトランジスタ１６ａとトランジスタ１６ｂのベース端子には、各ＭＯＳＦＥＴ、及び各トランジスタの導通と遮断を制御する制御部３５から、それぞれ制御線が接続されている。
【００３７】
なお、Ｈブリッジ構成のインバータとは、接続されたコイルに流す電流の向きを、４個のＭＯＳＦＥＴにより制御する構造のインバータのことで、コイル３１ｕとインバータ３２とを例に挙げて説明すると、スイッチユニット１６のトランジスタ１６ａをＯＮとし、ＭＯＳＦＥＴ３２ａとＭＯＳＦＥＴ３２ｄをＯＮ、ＭＯＳＦＥＴ３２ｂとＭＯＳＦＥＴ３２ｃをＯＦＦした状態では、バッテリ１５の正極側端子により供給される電流は、トランジスタ１６ａとＭＯＳＦＥＴ３２ａを通り、図４におけるコイル３１ｕの上から下へ流れ、ＭＯＳＦＥＴ３２ｄを通ってバッテリ１５の負極側端子へ戻る。同様に、ＭＯＳＦＥＴ３２ａとＭＯＳＦＥＴ３２ｄをＯＦＦ、ＭＯＳＦＥＴ３２ｂとＭＯＳＦＥＴ３２ｃをＯＮした状態では、電流は、図４におけるコイル３ｕの下から上へ流れる。
【００３８】
インバータ３３、３４についても、コイル３１ｖ、３１ｗに対して、インバータ３２と同様に両方向の電流を流すことができる。
従って、インバータ３２、３３、３４によりコイル３１ｕ、３１ｖ、３１ｗに流れる電流の向きを制御することにより、正負両方向の磁界を発生させて、モータ３１の回転子に回転力を与えることができる。
【００３９】
このように接続された車両用インバータ装置も、通常のモータ駆動・回生制御を行う際、モータ３１の駆動時には、制御部３５により、スイッチユニット１３のトランジスタ１３ａ、１３ｂをＯＮすると共に、スイッチユニット１６のトランジスタ１６ａをＯＮして、バッテリ１５の電圧をコンデンサ１４により平滑化しながら、インバータ３２、３３、３４それぞれをＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御することにより、モータ３１の各コイル３１ｕ、３１ｖ、３１ｗに順次電流を供給し、モータ３１の回転子を回転させる。
【００４０】
一方、モータ３１の回生時には、制御部３５により、スイッチユニット１３のトランジスタ１３ａ、１３ｂをＯＮすると共に、スイッチユニット１６のトランジスタ１６ｂをＯＮして、モータ３１の発生する電圧をコンデンサ１４により平滑化しながら、インバータ３２を構成する各ＭＯＳＦＥＴ３２ａ〜３２ｄ、及びＭＯＳＦＥＴ３２ａ〜３２ｄに寄生する寄生ダイオード（図示せず：転流ダイオードとして機能する）、インバータ３３を構成する各ＭＯＳＦＥＴ３３ａ〜３３ｄ、及びＭＯＳＦＥＴ３３ａ〜３３ｄに寄生する寄生ダイオード（図示せず：転流ダイオードとして機能する）、及びインバータ３４を構成する各ＭＯＳＦＥＴ３４ａ〜３４ｄ、及びＭＯＳＦＥＴ３４ａ〜３４ｄに寄生する寄生ダイオード（図示せず：転流ダイオードとして機能する）に流れる電流により、バッテリ１５を充電する。
【００４１】
更に、本実施の形態の車両用インバータ装置では、モータ３１をスタータモータとして使用し、モータ３１に接続されたエンジンを始動する際の制御部３５による動作については、第１の実施の形態で説明した内容と基本的には変わりはないが、モータ３１が独立結線のため、コンデンサ１４を充電する際の手順は、図５に示すようになる。ここで、図５は、本実施の形態の車両用インバータ装置を用いてエンジンを始動する際の動作を示すフローチャートである。
【００４２】
図５において、まずエンジンを始動するためのイグニッションスイッチがＯＮされる、またはアイドル停止状態からエンジンが始動される（ステップＳ１１）と、制御部３５は、スイッチユニット１３のトランジスタ１３ａ、１３ｂをＯＦＦし、更にインバータ３４のＭＯＳＦＥＴ３４ｂ、３４ｃをＯＦＦする（ステップＳ１２）。
【００４３】
次に、制御部３５は、スイッチユニット１６のトランジスタ１６ａをＯＮすると共にトランジスタ１６ｂをＯＦＦし、更にインバータ３４のＭＯＳＦＥＴ３４ａ、３４ｄをＯＮすることにより、モータ３１のコイル３１ｗに電流を供給する（ステップＳ１３）。
そして、モータ３１のコイル３１ｗへ十分に電流を供給することができたら、制御部３５は、スイッチユニット１６のトランジスタ１６ａをＯＦＦし、更にインバータ３４のＭＯＳＦＥＴ３４ａ、３４ｄをＯＦＦすると共に、この時、スイッチユニット１３のトランジスタ１３ａをＯＮする（ステップＳ１４）。
【００４４】
これにより、スイッチユニット１６のトランジスタ１６ａとインバータ３４のＭＯＳＦＥＴ３４ａ、３４ｄをスイッチングする際の通電率Ｄｕｔｙにより、前述の第１の実施の形態で示した（１）式に基づく電圧がモータ３１のコイル３２ｗに発生し、ＭＯＳＦＥＴ３４ｂ、３４ｃに寄生する寄生ダイオード（図示せず：転流ダイオードとして機能する）に流れる電流により、コンデンサ１４が充電される。なお、ここではＶｏｕｔをモータ３１のコイルに発生する電圧、Ｖｉｎをバッテリ１５の電圧とする。
【００４５】
従って、制御部３５は、コンデンサ１４の電圧が目標電圧に到達したか否かを判定し（ステップＳ１５）、コンデンサ１４の電圧が目標電圧に到達するまで、ステップＳ１２へ戻り、上述の充電動作を繰り返す（ステップＳ１５のＮＯ）。
また、ステップＳ１５において、コンデンサ１４の電圧が目標電圧に到達していた場合（ステップＳ１５のＹＥＳ）、制御部３５は、スイッチユニット１６のトランジスタ１６ａ、１６ｂがＯＦＦの状態で、スイッチユニット１３のトランジスタ１３ａをＯＦＦすると共にトランジスタ１３ｂをＯＮし、インバータ３２、３３、３４をＰＷＭ制御してモータ３１を回転させ、モータ３１に接続されたエンジン（図示せず）を始動する（ステップＳ１６）。
【００４６】
また、コンデンサ１４とバッテリ１５との間の電位差が所定範囲内であるか否かを判定し（ステップＳ１７）、両者の間の電位差が所定範囲内になるのを確認する（ステップＳ１７のＮＯ）。
そして、コンデンサ１４とバッテリ１５との間の電位差が所定範囲内になったら、トランジスタ１３ａ、１３ｂをＯＮとし、スイッチユニット１６のトランジスタ１６ａとトランジスタ１６ｂとによるモータ３１の駆動と回生の制御を開始する（ステップＳ１８）。
【００４７】
なお、本実施の形態の車両用インバータ装置では、コンデンサ１４を充電するためにスイッチングするインバータはインバータ３４とし、更にインバータ３４においてスイッチングするＭＯＳＦＥＴは、ＭＯＳＦＥＴ３４ａ、３４ｄとしたが、モータ３１及びインバータ３２、３３、３４の３相構造は、３相それぞれが同一の構造を有し、更に各インバータ３２、３３、３４を構成するＭＯＳＦＥＴは対称な構成を有するので、インバータ３４におけるＭＯＳＦＥＴ３４ａ、３４ｄのスイッチングと同様に、ＭＯＳＦＥＴ３４ｂ、３４ｃをスイッチングしても良い。
【００４８】
また、スイッチングするインバータはインバータ３２でも良く、更にインバータ３２において、ＭＯＳＦＥＴ３２ａ、３２ｄをスイッチングしても良いし、ＭＯＳＦＥＴ３２ａ、３２ｄをスイッチングしても良い。これにより、モータ３１を構成するコイル３１ｕに逆起電力が発生し、同様にコンデンサ１４を充電することができる。
同様に、スイッチングするインバータはインバータ３３でも良く、更にインバータ３３において、ＭＯＳＦＥＴ３３ａ、３３ｄをスイッチングしても良いし、ＭＯＳＦＥＴ３３ａ、３３ｄをスイッチングしても良い。これにより、モータ３１を構成するコイル３１ｖに逆起電力が発生し、同様にコンデンサ１４を充電することができる。
【００４９】
以上説明したように、本実施の形態の車両用インバータ装置は、車両のエンジンの出力を補助して車両を走行させるためのモータ３１を駆動する回路において、スイッチユニット１３とスイッチユニット１６とを設け、モータ３１を構成するコイル３１ｕ、３１ｖ、３１ｗのいずれかと、コイル３１ｕ、３１ｖ、３１ｗに対応して接続されたインバータ３２、３３、３４のいずれかとによりＤＣ−ＤＣコンバータを構成し、バッテリ１５の電圧を昇圧した電圧によりコンデンサ１４を充電することができ、高電圧に充電されたコンデンサ１４の電力を用いて、モータ３１をスタータモータとして駆動することにより、モータ３１に接続されたエンジンを確実に始動することができるという効果が得られる。
【００５０】
なお、上述の第１から第３の実施の形態におけるインバータ１２、３２、３３、３４のスイッチング素子には、ＭＯＳＦＥＴの代わりに、逆阻止サイリスタ、ＧＴＯ（ＧａｔｅＴｕｒｎＯｆｆｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ）等を用いても良い。その場合、ＭＯＳＦＥＴとは異なり、寄生ダイオードが存在しない例えばＩＧＢＴ等の素子には、そのコレクタ端子とエミッタ端子間に、カソード端子をコレクタ端子へ、アノード端子をエミッタ端子へそれぞれ接続した転流ダイオード（フライホイールダイオード：ＦｒｅｅＷｈｅｅｌｉｎｇＤｉｏｄｅ）を設けるものとする。
また、スイッチユニット１３、１６を構成するスイッチング素子には、トランジスタの代わりに、逆阻止サイリスタ、ＧＴＯ（ＧａｔｅＴｕｒｎＯｆｆｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ等を用いても良い。
【００５１】
【発明の効果】
以上の如く、本発明の車両用インバータ装置によれば、充電制御手段によるスイッチ操作によって、蓄電装置から、例えばスター（Ｙ）結線により接続されたモータのコイル、またはデルタ（△）結線により接続されたモータのコイルに、３相ブリッジ方式のインバータ回路を介して電流を流すか、あるいは独立結線により接続されたモータのコイルに、Ｈブリッジ方式のインバータ回路を介して電流を流し、モータのコイルに電力を蓄積した後、コイルへ流す電流を遮断する際にコイルに発生する逆起電力を、コンデンサに導くことにより、コイルの逆起電力により昇圧された電圧によってコンデンサを充電し、蓄電装置の電圧よりも高い電圧をインバータ回路へ供給することができる。
【００５２】
従って、瞬時に大きなモータ駆動出力が必要な場合でも、バッテリの出力電圧に制限されることなく、モータに高電圧を印加することができるという効果が得られる。
【００５３】
また、本発明の車両用インバータ装置によれば、モータのコイルの逆起電力により昇圧された電圧によってコンデンサを充電し、蓄電装置の電圧よりも高い電圧をインバータ回路へ供給することにより、低電圧のメインバッテリを用いた場合でも、高出力の交流電力によりモータを駆動して、エンジンを確実に始動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の車両用インバータ装置を示す回路図である。
【図２】同実施の形態の車両用インバータ装置を用いてエンジンを始動する際の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施の形態の車両用インバータ装置を示す回路図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態の車両用インバータ装置を示す回路図である。
【図５】同実施の形態の車両用インバータ装置を用いてエンジンを始動する際の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１１、２１、３１・・・モータ
１１ｕ、１１ｖ、１１ｗ、２１ｕ、２１ｖ、２１ｗ、３１ｕ、３１ｖ、３１ｗ・・・コイル
１２、３２、３３、３４・・・インバータ（インバータ回路）
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ・・・ＭＯＳＦＥＴ
１３・・・スイッチユニット（第１の開閉スイッチ）
１６・・・スイッチユニット（第２の開閉スイッチ）
１４・・・コンデンサ
１３ａ、１３ｂ、１６ａ、１６ｂ・・・トランジスタ
１５・・・バッテリ（蓄電装置）
１７、３５・・・制御部（充電制御手段）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle inverter device that drives a motor provided in a vehicle.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in a hybrid electric vehicle (HEV: Hybrid Electric Vehicle) including a traveling motor for assisting the output of an engine and traveling the vehicle, the engine is started by operating the traveling motor as a starter motor. When starting the engine, a large torque is required when the running motor is started to start the engine in order to overcome the friction of the engine and rotate the engine. As described above, a large torque is required to start the engine, and in order to generate a large torque for the traveling motor, it is necessary to supply a large amount of power from the battery to the traveling motor. In a conventional hybrid vehicle, since a high-voltage battery such as 144 [V] or 288 [V] is used as a main battery serving as a power source of the traveling motor, a large amount of power is supplied to the traveling motor when the engine is started. Can be realized relatively easily (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-50414
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a low-voltage battery such as 36 [V] is used as the main battery for driving the traveling motor, a high output can be instantaneously obtained at the time of engine start or the like because the voltage that can be supplied to the traveling motor is low. There was a problem that sufficient output could not be obtained when needed.
[0005]
The present invention has been made in view of the above problems, and in a vehicle that drives a motor with a low-voltage battery, even when a large motor driving force is needed instantaneously, the motor can be driven without being limited to the output voltage of the battery. It is an object of the present invention to provide a vehicle inverter device to which a voltage can be applied.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, a vehicular inverter according to the invention of claim 1 includes a plurality of coils (for example, coils 11u, 11v, 11w, or coils 21u, 21v, 21w, or coils 31u, 31v of the embodiment). , 31w), and a motor (for example, the motor 11, or the motor 21, or the motor 31 of the embodiment) connected to the engine of the vehicle, and a power storage device (for example, the embodiment) for storing electric power for driving the motor. Battery 15) and a switching element having a commutation diode capable of flowing a current in a direction opposite to its own conduction direction, and an inverter circuit (for example, capable of supplying a current to the coil from the power storage device) The inverter 12 of the embodiment or the inverters 32, 33, 34) and the inverter circuit A series circuit of a first open / close switch (for example, the switch unit 13 of the embodiment) and a capacitor (for example, the capacitor 14 of the embodiment) connected in parallel to the input side, the power storage device, the inverter circuit, and the series A second open / close switch (for example, the switch unit 16 of the embodiment) connected in series with a circuit, the first open / close switch in an open state, the second open / close switch in a closed state, and the inverter After the switching element of the circuit is turned on and current is supplied to the coil, when the switching element is cut off, the first open / close switch is closed and the second open / close switch is opened to generate a current in the coil. Charge control means (for example, the control unit 17 or the control unit 35 of the embodiment) for charging the capacitor with the power to be applied. And wherein the door.
[0007]
The vehicle inverter device having the above configuration includes first and second opening / closing switches, and the switch operation by the charging control means causes a current to flow from the power storage device to the motor coil, thereby accumulating power in the motor coil. Then, by guiding the back electromotive force generated in the coil when the current flowing to the coil is interrupted to the capacitor, the capacitor is charged by the voltage boosted by the back electromotive force of the coil, and the voltage is higher than the voltage of the power storage device. Can be supplied to the inverter circuit.
[0008]
A vehicle inverter device according to a second aspect of the present invention is the vehicle inverter device according to the first aspect, wherein the motor (for example, the motor 11 of the embodiment) is connected to three coils (for example, the motor 11 of the embodiment) by a star connection. The present invention is characterized in that the inverter circuit is provided with coils 11u, 11v, and 11w of the embodiment, and the inverter circuit is a three-phase bridge type inverter circuit (for example, the inverter 12 of the embodiment).
[0009]
The inverter device for a vehicle having the above configuration allows a current to flow through a coil of a motor connected by a star (Y) connection through a three-phase bridge type inverter circuit and cuts off the current flowing through the coil. By introducing the back electromotive force generated in the capacitor to the capacitor, the capacitor can be charged with the voltage boosted by the back electromotive force of the coil, and a voltage higher than the voltage of the power storage device can be supplied to the inverter circuit.
[0010]
A vehicle inverter device according to a third aspect of the present invention is the vehicle inverter device according to the first aspect, wherein the motor (for example, the motor 21 of the embodiment) is connected to three coils (for example, the motor 21 of the embodiment) by a delta connection. The present invention is characterized in that the inverter circuit is provided with the coils 21u, 21v, and 21w of the embodiment, and the inverter circuit is a three-phase bridge inverter circuit (for example, the inverter 12 of the embodiment).
[0011]
The inverter device for a vehicle having the above configuration allows a current to flow through a three-phase bridge type inverter circuit to a coil of a motor connected by a delta (△) connection, and cuts off the current flowing through the coil. By introducing the back electromotive force generated in the capacitor to the capacitor, the capacitor can be charged with the voltage boosted by the back electromotive force of the coil, and a voltage higher than the voltage of the power storage device can be supplied to the inverter circuit.
[0012]
A vehicle inverter device according to a fourth aspect of the present invention is the vehicle inverter device according to the first aspect, wherein the motor (for example, the motor 31 in the embodiment) is connected to three coils (for example, three independent coils). The invention is characterized in that the inverter circuit is an H-bridge type inverter circuit (for example, the inverters 32, 33, and 34 of the embodiments).
[0013]
The vehicle inverter device having the above-described configuration allows a current to flow through a coil of a motor connected by an independent connection via an H-bridge type inverter circuit, and generates a reverse current generated in the coil when the current flowing to the coil is cut off. By guiding the electromotive force to the capacitor, the capacitor can be charged by the voltage boosted by the back electromotive force of the coil, and a voltage higher than the voltage of the power storage device can be supplied to the inverter circuit.
[0014]
A vehicle inverter device according to a fifth aspect of the present invention is the vehicle inverter device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the charge control unit performs a switching operation of the inverter circuit to increase the voltage. And driving the motor using the electric power charged in the capacitor to start the engine.
[0015]
The vehicle inverter device having the above configuration charges the capacitor with a voltage boosted by the back electromotive force of the motor coil and supplies a higher voltage than the voltage of the power storage device to the inverter circuit, thereby providing a high output power. The motor can be driven by the AC power to start the engine.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First Embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram showing a vehicle inverter device according to a first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a motor 11 includes, for example, three coils (windings) 11u, 11v, and 11w connected in a star (Y) connection, and is connected to a vehicle engine (not shown). A traveling motor for assisting the output and traveling the vehicle. The motor 11 includes MOSFETs (MOS field effect transistors) 12a to 12f in a three-phase bridge configuration for supplying current to coils 11u, 11v, and 11w. Is connected to the inverter 12.
[0017]
A series circuit of a switch unit 13 and a capacitor 14 is connected in parallel with the inverter 12 at both ends of the inverter 12 on the opposite side of the terminal to which the motor 11 is connected. Here, the switch unit 13 connects the collector terminal of the transistor 13a to the emitter terminal of the transistor 13b, and connects the emitter terminal of the transistor 13a to the collector terminal of the transistor 13b, so that the current flowing through the transistor 13a and the current flowing through the transistor 13b are changed. This is a bidirectional switch configured to be in the opposite direction.
[0018]
On the other hand, at both ends of the inverter 12 on the opposite side of the terminal to which the motor 11 is connected and at both ends of the series circuit including the switch unit 13 and the capacitor 14, a battery 15 for driving the motor 11 is further provided with a switch unit. 16 are connected. Here, like the switch unit 13, the switch unit 16 is a bidirectional switch in which the transistors 16a and 16b are connected in opposite directions.
[0019]
Gate terminals of the MOSFETs 12a to 12f that constitute the inverter 12, base terminals of the transistors 13a and 13b that constitute the switch unit 13, and base terminals of the transistors 16a and 16b that constitute the switch unit 16, , And a control unit 17 that controls ON (conduction) and OFF (interruption) of each transistor is connected to a control line.
[0020]
In the vehicle inverter device connected in this way, when performing normal motor drive / regenerative control, when the motor 11 is driven, the control unit 17 turns on the transistors 13a and 13b of the switch unit 13 and the switch unit 16 Is turned on, and the inverter 12 is controlled by PWM (Pulse Width Modulation) while the voltage of the battery 15 is smoothed by the capacitor 14, so that current is sequentially supplied to the coils 11 u, 11 v, and 11 w of the motor 11. Then, the rotor of the motor 11 is rotated.
[0021]
On the other hand, during regeneration of the motor 11, the control unit 17 turns on the transistors 13 a and 13 b of the switch unit 13 and turns on the transistor 16 b of the switch unit 16 to smooth the voltage generated by the motor 11 by the capacitor 14. The battery 15 is charged by a current flowing through each of the MOSFETs 12a to 12f constituting the inverter 12 and a parasitic diode (not shown: functioning as a commutation diode) parasitic on the MOSFETs 12a to 12f.
[0022]
Next, the operation when starting the engine connected to the motor 11 using the motor 11 as the starter motor in the vehicle inverter device of the present embodiment connected as described above will be described with reference to the drawings. I do. FIG. 2 is a flowchart showing an operation when starting the engine using the vehicle inverter device of the present embodiment.
In FIG. 2, first, when an ignition switch for starting the engine is turned on or the engine is started from an idle stop state (step S1), the control unit 17 turns off the transistors 13a and 13b of the switch unit 13. Then, the MOSFETs 12b, 12c, and 12e of the inverter 12 are turned off (step S2).
[0023]
Next, the control unit 17 turns on the transistor 16 a of the switch unit 16, turns off the transistor 16 b, and turns on the MOSFETs 12 a, 12 d, and 12 f of the inverter 12, so that the currents flow through the coils 11 u, 11 v, and 11 w of the motor 11. Is supplied (step S3).
When a sufficient current can be supplied to the coils 11u, 11v, 11w of the motor 11, the control unit 17 turns off the transistor 16a of the switch unit 16, and further turns off the MOSFETs 12a, 12d, 12f of the inverter 12. At this time, the transistor 13a of the switch unit 13 is turned on (step S4).
[0024]
Thereby, a voltage based on the equation (1) is generated in the coils 11u, 11v, 11w of the motor 11 by the duty ratio when switching the transistor 16a of the switch unit 16 and the MOSFETs 12a, 12d, 12f of the inverter 12, and the MOSFET 12b , 12c and 12e, the capacitor 14 is charged by a current flowing through a parasitic diode (not shown: functioning as a commutation diode).
Vout / Vin = Duty / (1-Duty) (1)
Here, Vout is the voltage generated in the coil of the motor 11, and Vin is the voltage of the battery 15.
[0025]
Therefore, the control unit 17 determines whether the voltage of the capacitor 14 has reached the target voltage (step S5), returns to step S2 until the voltage of the capacitor 14 reaches the target voltage, and performs the charging operation described above. Repeat (NO in step S5).
When the voltage of the capacitor 14 has reached the target voltage in step S5 (YES in step S5), the control unit 17 determines that the transistors 16a and 16b of the switch unit 16 are OFF and the transistor of the switch unit 13 13a is turned off and the transistor 13b is turned on, the inverter 12 is subjected to PWM control to rotate the motor 11, and an engine (not shown) connected to the motor 11 is started (step S6).
[0026]
Further, it is determined whether or not the potential difference between the capacitor 14 and the battery 15 is within a predetermined range (step S7), and it is confirmed that the potential difference between the two is within a predetermined range (NO in step S7). .
Then, when the potential difference between the capacitor 14 and the battery 15 falls within a predetermined range, the transistors 13a and 13b are turned on, and the control of the driving and regeneration of the motor 11 by the transistors 16a and 16b of the switch unit 16 is started. (Step S8).
[0027]
In the vehicle inverter device of the present embodiment, the MOSFETs of the inverter 12 that switch to charge the capacitor 14 are the MOSFETs 12a, 12d, and 12f, but the three-phase structure of the motor 11 and the inverter 12 is three-phase. Since each has the same structure, like the switching of the MOSFETs 12a, 12d, and 12f, the MOSFETs 12c, 12b, and 12f, or the MOSFETs 12e, 12b, and 12d, or the MOSFETs 12a, 12c, and 12f, or the MOSFETs 12b, 12c, and 12e, and the MOSFETs 12a and 12a. Also by the switching of 12d and 12e, the back electromotive force is generated in the coils 11u, 11v and 11w constituting the motor 11, and the capacitor 14 can be charged similarly.
[0028]
As described above, the vehicle inverter device according to the present embodiment includes the switch unit 13 and the switch unit 16 in the circuit that drives the motor 11 for driving the vehicle while assisting the output of the vehicle engine. A DC-DC converter is constituted by the coils 11u, 11v, and 11w constituting the motor 11 and the inverter 12, and the capacitor 14 can be charged by a voltage obtained by boosting the voltage of the battery 15, and is charged to a high voltage. By driving the motor 11 as a starter motor using the electric power of the capacitor 14, an effect is obtained that the engine connected to the motor 11 can be reliably started.
[0029]
(Second embodiment)
FIG. 3 is a circuit diagram showing a vehicle inverter device according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 3, components denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 perform the same operations as the components described in the first embodiment, and thus description thereof will be omitted.
In the vehicle inverter device according to the second embodiment of the present invention, the motor 11 in the vehicle inverter device according to the first embodiment is formed by, for example, three coils (winding) 21u connected in delta (△), 21v, 21w, which is connected to an engine (not shown) of the vehicle, and is changed to a motor 21 for assisting the output of the engine of the vehicle to run the vehicle.
[0030]
Therefore, in the vehicle inverter device of the present embodiment, the normal motor drive / regenerative control by the control unit 17 or the control unit 17 for starting the engine connected to the motor 21 using the motor 21 as a starter motor. Is basically the same as the content described in the first embodiment.
[0031]
However, in the vehicle inverter device of the present embodiment, since the motor 21 is in a delta connection, the above-mentioned (1) is determined by the duty ratio when switching the transistor 16a of the switch unit 16 and the MOSFETs 12a, 12d, and 12f of the inverter 12. ) Is generated in the coils 21u and 21w of the motor 21, and the capacitor 14 is charged by a current flowing through a parasitic diode (not shown: functioning as a commutation diode) parasitic on the MOSFETs 12b, 12c and 12e. . Here, Vout in the equation (1) is a voltage generated in the coil of the motor 21, and Vin is a voltage of the battery 15.
[0032]
Further, also in the vehicle inverter device of the present embodiment, the MOSFETs of the inverter 12 that switch to charge the capacitor 14 have the same three-phase structure of the motor 21 and the inverter 12 because they have the same structure. Similarly to the switching of the MOSFETs 12a, 12d, and 12f, the switching of the MOSFETs 12c, 12b, and 12f, or the MOSFETs 12e, 12b, and 12d, or the MOSFETs 12a, 12c, and 12f, and the MOSFETs 12b, 12c, and 12e, and the switching of the MOSFETs 12a, 12d, and 12e. Back electromotive force is generated in the coils 21u and 21v or two of the coils 21v and 21w that configure the motor 21, and the capacitor 14 can be charged similarly.
[0033]
As described above, the vehicle inverter device according to the present embodiment also includes the switch unit 13 and the switch unit 16 in the circuit that drives the motor 21 for driving the vehicle while assisting the output of the engine of the vehicle. A DC-DC converter is constituted by any two of the coils 21u, 21v, 21w constituting the motor 21 and the inverter 12, and the capacitor 14 can be charged by a voltage obtained by boosting the voltage of the battery 15; By driving the motor 21 as a starter motor using the electric power of the capacitor 14 charged to the motor 21, the effect that the engine connected to the motor 21 can be reliably started can be obtained.
[0034]
(Third embodiment)
FIG. 4 is a circuit diagram showing a vehicle inverter device according to a third embodiment of the present invention. In FIG. 4, components denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 perform the same operations as the components described in the first embodiment, and a description thereof will not be repeated.
In FIG. 4, a motor 31 includes, for example, three coils (windings) 31u, 31v, and 31w separated and independent from each other, and is connected to an engine (not shown) of the vehicle and assists the output of the engine of the vehicle. The motor 31 has MOSFETs (MOS field effect transistors) 32a, 32b, 32c, and 32d connected in an H-bridge configuration in order to allow current to flow through a coil 31u. Inverter 32 in which MOSFETs 33a, 33b, 33c, and 33d are connected in an H-bridge configuration in order to allow current to flow through coil 31v, and MOSFETs 34a, 34b, 34c, and 34d in which H is configured to flow current through coil 31w. The inverter 34 connected to the bridge configuration is connected.
[0035]
Further, a series circuit of the switch unit 13 and the capacitor 14 described in the first embodiment is provided at both ends of the inverters 32, 33, and 34 on the opposite side of the terminal to which the motor 31 is connected. 34 in parallel.
On the other hand, at both ends of the inverters 32, 33, and 34 opposite to the terminal to which the motor 31 is connected, and at both ends of the series circuit including the switch unit 13 and the capacitor 24, a battery 15 for driving the motor 31 is further provided. Are connected via the switch unit 16 described in the first embodiment.
[0036]
The gate terminals of the MOSFETs 32a to 32d, 33a to 33d, and 34a to 34d that form the inverters 32, 33, and 34, the base terminals of the transistors 13a and 13b that form the switch unit 13, and the transistors that form the switch unit 16 Control lines are connected to base terminals of the transistor 16a and the transistor 16b, respectively, from a control unit 35 that controls conduction and cutoff of each MOSFET and each transistor.
[0037]
The H-bridge-structured inverter is an inverter having a structure in which the direction of a current flowing through a connected coil is controlled by four MOSFETs, and a coil 31u and an inverter 32 will be described as an example. In a state where the transistor 16a of the unit 16 is turned on, the MOSFET 32a and the MOSFET 32d are turned on, and the MOSFET 32b and the MOSFET 32c are turned off, the current supplied from the positive terminal of the battery 15 passes through the transistor 16a and the MOSFET 32a and passes through the coil 31u in FIG. It flows from top to bottom and returns to the negative terminal of the battery 15 through the MOSFET 32d. Similarly, when the MOSFETs 32a and 32d are turned off and the MOSFETs 32b and 32c are turned on, current flows from below to above the coil 3u in FIG.
[0038]
Also in the inverters 33 and 34, currents in both directions can flow through the coils 31v and 31w as in the case of the inverter 32.
Therefore, by controlling the directions of the currents flowing through the coils 31u, 31v, 31w by the inverters 32, 33, 34, magnetic fields in both positive and negative directions can be generated, and a rotating force can be applied to the rotor of the motor 31.
[0039]
The vehicle inverter device connected in this manner also turns on the transistors 13a and 13b of the switch unit 13 by the control unit 35 when the motor 31 is driven when performing the normal motor drive / regenerative control, and the switch unit 16 Is turned on, and the inverters 32, 33, and 34 are each subjected to PWM (Pulse Width Modulation) control while the voltage of the battery 15 is smoothed by the capacitor 14, so that the coils 31u, 31v, and 31w of the motor 31 are turned on. The current is sequentially supplied to rotate the rotor of the motor 31.
[0040]
On the other hand, at the time of regeneration of the motor 31, the control unit 35 turns on the transistors 13 a and 13 b of the switch unit 13 and turns on the transistor 16 b of the switch unit 16 to smooth the voltage generated by the motor 31 by the capacitor 14. , The parasitic diodes (not shown: functioning as commutation diodes) parasitic on the MOSFETs 32 a to 32 d constituting the inverter 32, the MOSFETs 33 a to 33 d constituting the inverter 33, and the MOSFETs 33 a to 33 d Parasitic diodes (not shown: function as commutation diodes), and parasitic diodes (not shown: commutation diodes) parasitic on MOSFETs 34a to 34d and MOSFETs 34a to 34d constituting inverter 34 The current flowing to function as a de), to charge the battery 15.
[0041]
Furthermore, in the vehicle inverter device according to the present embodiment, the operation of the control unit 35 when starting the engine connected to the motor 31 using the motor 31 as the starter motor will be described in the first embodiment. Although the contents are basically the same as those described above, since the motor 31 is independently connected, the procedure for charging the capacitor 14 is as shown in FIG. Here, FIG. 5 is a flowchart showing an operation when starting the engine using the vehicle inverter device of the present embodiment.
[0042]
In FIG. 5, first, when an ignition switch for starting the engine is turned on or the engine is started from an idle stop state (step S11), the control unit 35 turns off the transistors 13a and 13b of the switch unit 13. Then, the MOSFETs 34b and 34c of the inverter 34 are turned off (step S12).
[0043]
Next, the control unit 35 supplies the current to the coil 31w of the motor 31 by turning on the transistor 16a and turning off the transistor 16b of the switch unit 16 and turning on the MOSFETs 34a and 34d of the inverter 34 (step S13). ).
When a sufficient current can be supplied to the coil 31w of the motor 31, the control unit 35 turns off the transistor 16a of the switch unit 16, further turns off the MOSFETs 34a and 34d of the inverter 34, and at this time, The transistor 13a of the unit 13 is turned on (step S14).
[0044]
Thus, the voltage based on the expression (1) shown in the first embodiment is applied to the coil 32w of the motor 31 by the duty ratio Duty when switching the transistor 16a of the switch unit 16 and the MOSFETs 34a and 34d of the inverter 34. , And flows through a parasitic diode (not shown: functioning as a commutation diode) parasitic on the MOSFETs 34b and 34c, so that the capacitor 14 is charged. Here, Vout is the voltage generated in the coil of the motor 31 and Vin is the voltage of the battery 15.
[0045]
Accordingly, the control unit 35 determines whether the voltage of the capacitor 14 has reached the target voltage (step S15), and returns to step S12 until the voltage of the capacitor 14 reaches the target voltage, and performs the above-described charging operation. Repeat (NO in step S15).
If the voltage of the capacitor 14 has reached the target voltage in step S15 (YES in step S15), the control unit 35 determines that the transistors 16a and 16b of the switch unit 16 are OFF and the transistor of the switch unit 13 13a is turned off and the transistor 13b is turned on, and the inverters 32, 33 and 34 are subjected to PWM control to rotate the motor 31 and start an engine (not shown) connected to the motor 31 (step S16).
[0046]
Further, it is determined whether or not the potential difference between the capacitor 14 and the battery 15 is within a predetermined range (step S17), and it is confirmed that the potential difference between the two is within a predetermined range (NO in step S17). .
When the potential difference between the capacitor 14 and the battery 15 falls within a predetermined range, the transistors 13a and 13b are turned ON, and the control of the driving and regeneration of the motor 31 by the transistors 16a and 16b of the switch unit 16 is started. (Step S18).
[0047]
In the vehicle inverter device of the present embodiment, the inverter that switches to charge the capacitor 14 is the inverter 34, and the MOSFETs that switch in the inverter 34 are the MOSFETs 34a and 34d. The three-phase structure of 33, 34 has the same structure in each of the three phases, and furthermore, the MOSFETs constituting each of the inverters 32, 33, 34 have a symmetrical configuration, so that the switching of the MOSFETs 34a, 34d in the inverter 34 is the same. Alternatively, the MOSFETs 34b and 34c may be switched.
[0048]
The switching inverter may be the inverter 32, and the inverter 32 may switch the MOSFETs 32a and 32d or switch the MOSFETs 32a and 32d. As a result, a back electromotive force is generated in the coil 31u constituting the motor 31, and the capacitor 14 can be charged similarly.
Similarly, the inverter to be switched may be the inverter 33. In the inverter 33, the MOSFETs 33a and 33d may be switched, or the MOSFETs 33a and 33d may be switched. As a result, a back electromotive force is generated in the coil 31v constituting the motor 31, and the capacitor 14 can be charged similarly.
[0049]
As described above, the vehicle inverter device according to the present embodiment includes the switch unit 13 and the switch unit 16 in the circuit that drives the motor 31 for driving the vehicle while assisting the output of the vehicle engine. , One of the coils 31u, 31v, and 31w constituting the motor 31 and one of the inverters 32, 33, and 34 connected to the coils 31u, 31v, and 31w to form a DC-DC converter. The capacitor 14 can be charged with the boosted voltage, and the motor connected to the motor 31 is reliably driven by driving the motor 31 as a starter motor using the power of the capacitor 14 charged to a high voltage. The effect of being able to start is obtained.
[0050]
The switching elements of the inverters 12, 32, 33, and 34 in the first to third embodiments described above are replaced with reverse blocking thyristors, GTOs (Gate Turn Off thyristors), bipolar transistors, and IGBTs (instead of MOSFETs). An insulated gate bipolar transistor) or the like may be used. In such a case, unlike a MOSFET, an element such as an IGBT without a parasitic diode has a commutation diode (cathode terminal with a cathode terminal connected to a collector terminal and an anode terminal connected to an emitter terminal) between its collector terminal and emitter terminal. A flywheel diode (Free Wheeling Diode) is provided.
Further, as the switching elements constituting the switch units 13 and 16, a reverse blocking thyristor, a GTO (Gate Turn Off thyristor), a MOSFET or the like may be used instead of the transistor.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, according to the vehicle inverter apparatus of the present invention, the power storage device is connected to the motor coil connected by, for example, a star (Y) connection or a delta (△) connection by the switch operation of the charging control unit. Current through a three-phase bridge type inverter circuit to the motor coil, or a current through an H-bridge type inverter circuit to the motor coil connected by independent connection to the motor coil. After accumulating power, the counter electromotive force generated in the coil when the current flowing to the coil is cut off is guided to the capacitor, and the capacitor is charged by the voltage boosted by the counter electromotive force of the coil, and the voltage of the power storage device is increased. A higher voltage can be supplied to the inverter circuit.
[0052]
Therefore, even when a large motor drive output is required instantaneously, the effect is obtained that a high voltage can be applied to the motor without being limited by the output voltage of the battery.
[0053]
Further, according to the vehicle inverter device of the present invention, the capacitor is charged by the voltage boosted by the back electromotive force of the coil of the motor, and a voltage higher than the voltage of the power storage device is supplied to the inverter circuit. Even when the main battery is used, the motor can be driven by the high-output AC power to reliably start the engine.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a vehicle inverter device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing an operation when starting an engine using the vehicle inverter device of the embodiment.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a vehicle inverter device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a vehicle inverter device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart showing an operation when starting the engine using the vehicle inverter device of the embodiment.
[Explanation of symbols]
11, 21, 31 ... motor
11u, 11v, 11w, 21u, 21v, 21w, 31u, 31v, 31w ... coil
12, 32, 33, 34 ... inverter (inverter circuit)
12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f, 32a, 32b, 32c, 32d, 33a, 33b, 33c, 33d, 34a, 34b, 34c, 34d ... MOSFET
13 Switch unit (first open / close switch)
16 Switch unit (second open / close switch)
14 ・・・ Capacitor
13a, 13b, 16a, 16b ... transistor
15 ... Battery (power storage device)
17, 35 ... control unit (charge control means)

Claims

A motor having a plurality of coils and connected to a vehicle engine;
A power storage device that stores power for driving the motor,
An inverter circuit configured with a switching element having a commutation diode capable of flowing a current in a direction opposite to its own conduction direction, and capable of supplying a current to the coil from the power storage device;
A series circuit of a first open / close switch and a capacitor connected in parallel to an input side of the inverter circuit;
A second open / close switch connected in series between the power storage device, the inverter circuit, and the series circuit;
The first open / close switch is opened, the second open / close switch is closed, and the switching element of the inverter circuit is turned on to supply current to the coil. A vehicle inverter device comprising: charge control means for setting the first open / close switch to a closed state, the second open / close switch to an open state, and charging the capacitor with electric power generated in the coil.

The motor includes three coils connected by a star connection;
The vehicle inverter device according to claim 1, wherein the inverter circuit is a three-phase bridge type inverter circuit.

The motor includes three coils connected by a delta connection;
The vehicle inverter device according to claim 1, wherein the inverter circuit is a three-phase bridge type inverter circuit.

The motor comprises three coils connected by independent connections;
The vehicle inverter device according to claim 1, wherein the inverter circuit is an H-bridge type inverter circuit.

2. The engine according to claim 1, wherein the charging control means performs a switching operation of the inverter circuit, drives the motor by using the electric power boosted and charged in the capacitor, and starts the engine. Item 5. The vehicle inverter device according to any one of Items 4.