JP4138423B2 - Power output device - Google Patents

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/30Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/33Drive circuits, e.g. power electronics

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力出力装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、電動機に三相交流を印加するインバータ回路の正極母線と負極母線とに接続されたコンデンサとインバータ回路の正極母線または負極母線と電動機の中性点とに接続された直流電源とを備える動力出力装置が提案されている(例えば、特開平10−337047号公報(特許文献1)や特開平11−178114号公報(特許文献2)など)。この装置では、電動機の各相のコイルとインバータ回路のスイッチング素子からなる回路を直流電源の電圧を昇圧してコンデンサに蓄えると共に蓄電されたコンデンサを直流電源とみなして電動機を駆動する。コンデンサの蓄電電圧の調節は、電動機に印加する三相交流の直流成分を制御、即ち電動機の中性点の電位を制御することにより行なわれる。
【0003】
ところで、直流電源の電圧の利用効率を向上させて電動機の出力を向上させる動力出力装置としては、PWM(パルス幅変調)制御における三相電圧指令(変調波)に3次高調波を重畳させたものと搬送波である三角波との比較に基づく三相交流を電動機に印加するものが提案されている(例えば、特開平10−210756号公報(特許文献3)など)。3次高調波を変調波に重畳させると、電動機の出力を低下させることなく変調波の振幅を減少させることができるから、その減少分変調波の振幅を大きくとることができ、その結果として電動機の最大出力を向上させることができる。
【0004】
【特許文献1】
特開平10−337047号公報
【特許文献2】
特開平11−178114号公報
【特許文献3】
特開平10−210756号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、コンデンサの蓄電電圧を用いて電動機を駆動する場合に、3次高調波を重畳させると、PWM変調により生成される三相交流の直流成分(電動機の中性点の電位)は振動する場合もあるから、コンデンサの蓄電電圧を目標電圧に保持できず振動させてしまう。この結果、コンデンサの蓄電電圧を用いて駆動する電動機にトルクリップルが生じてしまう。
【0006】
また、電動機の駆動は、三相コイルの各相に取り付けられた電流センサによる検出結果を用いてインバータ回路のスイッチング素子のスイッチング制御により行なうことができる。しかしながら、このとき三相コイルの各相のうちの少なくとも2つに電流センサを取り付けねばならず、こうした三相コイルを複数備える場合には多くの電流センサが必要となり装置が高コスト化してしまう。このため、動力出力装置に設けられる電流センサをできるだけ削減して低コスト化を図ることが好ましい。
【0007】
本発明の動力出力装置は、こうした課題を解決し、要求される動力の出力を確保した上で第1の電源をより効率よく利用してより高い動力を出力できるようにすることを目的の一つとする。また、本発明の動力出力装置は、充放電可能な蓄電手段としての第1の電源の電圧に影響を与えることなく第1の電源をより効率よく利用してより高い動力を出力できるようにすることを目的の一つとする。
【0008】
また、本発明の動力出力装置は、インバータ回路のスイッチング制御に用いられる電流検出手段の数を削減して装置の低コスト化を実現することを目的の一つとする。
【0009】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の動力出力装置は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【0019】
本発明の動力出力装置は、
互いに同一の位相をもつ二つの星形結線コイルと、正極母線と負極母線とを共用して前記二つの星形結線コイルの各々に多相交流電力を供給可能な二つのインバータ回路と、前記正極母線と前記負極母線とに接続された第1の電源と、前記二つの星形結線コイルの中性点間に接続された第2の電源と、対応する二つの星形結線コイルに同相の電流を印加して各々同一の動力が出力されるよう前記二つのインバータ回路のスイッチング素子をスイッチング制御する制御手段とを備える動力出力装置であって、
一方の星形結線コイルの各相と他方の星形結線コイルの各相のうちの同相の二つのコイルに共用して取り付けられ、該二つのコイルを流れる各電流の加算電流を検出する加算電流検出手段と、
前記中性点間を流れる電流を検出する中性点間電流検出手段と、
前記制御手段の制御に用いられ、前記加算電流検出手段により検出された加算電流と、前記中性点間電流検出手段により検出された中性点間電流とに基づいて前記二つの星形結線コイルの各相を流れる相電流を算出する相電流算出手段と、
を備えることを要旨とする。
【0020】
この本発明の動力出力装置では、同相の電流の供給を受けて各々同一の動力を出力可能な一方の星形結線コイルの各相と他方の星形結線コイルの各相のうちの同相の二つのコイルに共用して取り付けられた加算電流検出手段が、二つのコイルを流れる各電流の加算電流を検出し、相電流算出手段が、加算電流検出手段により検出された加算電流から二つの星形結線コイルの各相を流れる相電流を算出する。したがって、インバータ回路のスイッチング素子のスイッチング制御に用いられる相電流を検出するために、二つの星形結線コイルの各相毎に電流センサを設ける必要がないから、電流センサの数を削減することができる。この結果、装置の低コスト化を実現することができる。
【0021】
この本発明の動力出力装置では、前記中性点間を流れる電流を検出する中性点間電流検出手段を備え、前記相電流算出手段は、前記加算電流検出手段により検出された加算電流と、前記中性点間電流検出手段により検出された中性点間電流とに基づいて前記各相電流を算出する手段である。また、の本発明の動力出力装置において、前記相電流算出手段は、前記加算電流検出手段により検出された加算電流を1/2倍した値と、前記中性点間電流検出手段により検出された中性点間電流を前記星形結線コイルの相数で除した値とに基づいて前記各相電流を算出する手段であるものとすることもできる。
【0022】
また、本発明の動力出力装置において、前記二つの星形結線コイルは、一つのロータに対応して設けられ、1つの電動機を構成するものとすることもできる。
【0023】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明の基本形態である動力出力装置20の構成の概略を示す構成図である。基本形態の動力出力装置20は、図示するように、Y結線された二つの三相コイル24,26を有する二重巻線モータ(以下、2Yモータという)22と、二つの三相コイル24,26に各々接続され正極母線34と負極母線36を共用する二つのインバータ回路30,32と、正極母線34と負極母線36とに接続されたコンデンサ38と、2Yモータ22の二つの三相コイル24,26の中性点間に設けられた直流電源40と、装置全体をコントロールする電子制御ユニット50とを備える。
【0024】
図2は、2Yモータ22の二つの三相コイル24,26の関係を例示する説明図である。2Yモータ22は、例えば外表面に永久磁石が貼り付けられたロータと、図2に例示するように同じ巻線仕様の二つの三相コイル24,26の巻線角度が0度となるように巻回されたステータとから構成されており、二つの三相コイル24,26が巻回されている点を除いて通常の発電可能な同期発電電動機と同様の構成をしている。こうした2Yモータ22を駆動するには、インバータ回路30,32により各々三相コイル24,26に同相の三相交流が印加されるようインバータ回路30,32を制御すればよい。なお、2Yモータ22の回転軸は基本形態の動力出力装置20の出力軸となっており、この回転軸から動力が出力される。基本形態の2Yモータ22は前述したように発電電動機として構成されているから、2Yモータ22の回転軸に動力を入力すれば、2Yモータ22により発電できるようになっている。
【0025】
インバータ回路30,32は、共に6個のトランジスタT11〜T16,T21〜T26と6個のダイオードD11〜D16,D21〜D26とにより構成されている。6個のトランジスタT11〜T16,T21〜T26は、それぞれ正極母線34と負極母線36とに対してソース側とシンク側となるよう2個ずつペアで配置され、その接続点に2Yモータ22の三相コイル24,26(U1V1W1),(U2V2W2)の各々が接続されている。したがって、正極母線34と負極母線36とに電圧が作用している状態で対をなすトランジスタT11〜T16,T21〜T26のオン時間の割合を同相をもって制御すれば、2Yモータ22の三相コイル24,26により回転磁界を形成し、2Yモータ22を回転駆動することができる。
【0026】
電子制御ユニット50は、CPU52を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶したROM54と、一時的にデータを記憶するRAM56と、入出力ポート(図示せず)とを備える。この電子制御ユニット50には、2Yモータ22の三相コイル24,26のU1V1W1,U2V2W2の各相に取り付けられた電流センサ61〜66からの各相電流Iu1,Iv1,Iw1,Iu2,Iv2,Iw2や2Yモータ22の中性点間に取り付けられた電流センサ67からの中性点間電流Io、2Yモータ22の回転軸に取り付けられた回転角センサ68からの2Yモータ22の回転子の回転角θ,コンデンサ38に取り付けられた電圧センサ70からのコンデンサ38の端子間電圧Vc、直流電源40に取り付けられた電圧センサ72からの直流電源40の端子間電圧Vb、2Yモータ22の駆動に関する指令値などが入力ポートを介して入力されている。ここで、電流センサ61〜63および電流センサ64〜66のうちの各々いずれか一つを省略してもよいし、いずれか一つを異常検出専用のセンサとして用いるものとしてもよい。電子制御ユニット50からは、インバータ回路30,32のトランジスタT11〜T16,T21〜T26のスイッチング制御を行なうための制御信号などが出力ポートを介して出力されている。
【0027】
次に、こうして構成された基本形態の動力出力装置20の動作原理について説明する。図3は、三相コイル24の中性点と三相コイル26の中性点と電位差V012が直流電源40の電圧Vbより小さい状態における電流の流れを2Yモータ22の三相コイル24,26のu相の漏れインダクタンスに着目して説明する説明図である。いま、三相コイル24の中性点と三相コイル26の中性点との電位差V012が直流電源40の電圧Vbより小さい状態でインバータ回路30のトランジスタT12がオンの状態かインバータ回路32のトランジスタT21がオンの状態を考える。この場合、図3(a)か図3(b)中に実線矢印で示す短絡回路が形成され、2Yモータ22の三相コイル24,26のu相はリアクトルとして機能する。この状態からインバータ回路30のトランジスタT12をオフすると共にインバータ回路32のトランジスタT21をオフすると、リアクトルとして機能している三相コイルのu相に蓄えられたエネルギは、図3(c)中実線矢印で示す充電回路によりコンデンサ38に蓄えられる。したがって、この回路は、直流電源40のエネルギをコンデンサ38に蓄えるコンデンサ充電回路とみなすことができる。このコンデンサ充電回路は、昇圧チョッパ回路と同様の構成となっているから、コンデンサ38の端子間電圧Vcを直流電源40の電圧Vbより高く自由に操作することができる。2Yモータ22の三相コイル24,26のvw相も、u相と同様にコンデンサ充電回路とみなすことができるから、三相コイル24の中性点と三相コイル26の中性点との電位差V012が直流電源40の電圧Vbより小さい状態とすると共にインバータ回路30のトランジスタT12,T14,T16やインバータ回路32のトランジスタT21,T23,T25をオンオフすることにより、直流電源40によりコンデンサ38を充電することができる。
【0028】
図4は、三相コイル24の中性点と三相コイル26の中性点との電位差V012が直流電源40の電圧Vbより大きい状態における電流の流れを2Yモータ22の三相コイル24,26のu相の漏れインダクタンスに着目して説明する説明図である。今度は、三相コイル24の中性点と三相コイル26の中性点との電位差V012が直流電源40の電圧Vbより大きい状態でインバータ回路30のトランジスタT12がオンでトランジスタT12がオフおよびインバータ回路32のトランジスタT21がオフでトランジスタT22がオンの状態を考える。この場合、図4(a)中に実線矢印で示す充電回路が形成され、コンデンサ38の端子間電圧Vcを用いて直流電源40を充電する。このとき、2Yモータ22の三相コイル24,26のu相は前述と同様にリアクトルとして機能する。この状態からインバータ回路30のトランジスタT11をオフするかインバータ回路32のトランジスタT22をオフすると、リアクトルとして機能している三相コイルのu相に蓄えられたエネルギは、図4(b)または図4(c)中実線矢印で示す充電回路により直流電源40を充電する。したがって、この回路はコンデンサ38のエネルギを直流電源40に蓄える直流電源充電回路とみなすことができる。2Yモータ22の三相コイル24,26のvw相も、u相と同様に直流電源充電回路とみなすことができるから、三相コイル24の中性点と三相コイル26の中性点との電位差V012が直流電源40の電圧Vbより大きい状態とすると共にインバータ回路30のトランジスタT11〜T16やインバータ回路32のトランジスタT21〜T26をオンオフすることにより、コンデンサ38により直流電源40を充電することができる。
【0029】
このように、基本形態の動力出力装置20では、直流電源40によりコンデンサ38を充電したり、逆にコンデンサ38により直流電源40を充電することができるから、コンデンサ38の端子間電圧Vcを所望の値に制御することができる。コンデンサ38の端子間に電位差を生じさせると、インバータ回路30,32の正極母線34と負極母線36にはコンデンサ38による直流電源が接続された状態となり、コンデンサ38の端子間電圧Vcがインバータ入力電圧Viとして作用するから、インバータ回路30,32のトランジスタT11〜T16,T21〜T26をスイッチング制御することにより、2Yモータ22を駆動制御することができる。このとき、三相コイル24に印加する三相交流の各相の電位Vu1,Vv1,Vw1はインバータ回路30のトランジスタT11〜T16のスイッチング制御によりインバータ入力電圧Viの範囲内で自由に設定できると共に三相コイル26に印加する三相交流の各相の電位Vu2,Vv2,Vw2もインバータ回路32のトランジスタT21〜T26のスイッチング制御によりインバータ入力電圧Viの範囲内で自由に設定できるから、2Yモータ22の三相コイル24の中性点の電位V01や三相コイル26の中性点の電位V02を自由に操作することができる。図5に三相コイル24の中性点の電位V01と三相コイル26の中性点の電位V02との差が直流電源40の電圧Vbとなるよう操作したときの三相コイル24の各相の電位Vu1,Vv1,Vw1の波形(図5(a))と、三相コイル26の各相の電位Vu2,Vv2,Vw2の波形(図5(b))の一例を示す。図中Vxはインバータ入力電圧Viの中央値(Vi/2)である。したがって、2Yモータ22の三相コイル24,26の中性点間の電位差V012が直流電源40の電圧Vbより低くなるように操作してコンデンサ38を充電したり、逆に三相コイル24,26の中性点間の電位差V012が直流電源40の電圧Vbより高くなるように操作して直流電源40を充電することができる。コンデンサ38の充電電流や直流電源40の充電電流は、三相コイル24,26の中性点間の電位差V012を昇降することにより制御することができる。
【0030】
次に、基本形態の動力出力装置20の駆動制御について説明する。図6は、基本形態の動力出力装置20の電子制御ユニット50で実行される駆動制御を制御ブロックとして示す制御ブロック図である。図示するように、電流センサ61〜63,64〜66により検出された各相電流Iu1,Iv1,Iw1,Iu2,Iv2,Iw2(モータ電流)を回転角センサ68により検出された2Yモータ22のロータの回転角θ(回転位置)を用いて三相二相(dq軸)変換する三相二相変換部M1と、2Yモータ22の駆動に関する指令値の一つとして入力される電流指令値Id*,Iq*(dq軸電流指令)と三相二相変換部M1により三相二相変換された電流Id,Iqとの偏差ΔId,ΔIqを演算する減算器M2と、偏差ΔId,ΔIqに対してPIゲインを用いてモータ駆動電流調整用の電圧操作量Vd,Vqを演算するPI制御部M3と、電圧操作量Vd,Vqを回転角センサ68により検出された2Yモータ22のロータの回転角θを用いて二相(dq軸)三相変換して各相電位Vu1,Vv1,Vw1,Vu2,Vv2,Vw2を演算する二相三相変換部M4と、電圧センサ70により検出されたコンデンサ電圧Vcと電圧センサ72により検出された電池電圧Vbと2Yモータ22の駆動に関する指令値の一つとして入力されるコンデンサ38の目標電圧Vc*とに基づいてコンデンサ電圧調整用の中性点間の電位差V012(三相コイル24の中性点の電位V01および三相コイル126の中性点の電位V02)を演算するコンデンサ電圧制御部M5と、回転角センサ68により検出された回転角θを用いて二相三相変換部M4により得られる各相電位Vu1,Vv1,Vw1,Vu2,Vv2,Vw2に同期する3次高調波(各相電位Vu1,Vv1,Vw1,Vu2,Vv2,Vw2の周波数の3倍の周波数をもつ正弦波)を生成する3次高調波生成部M6と、この3次高調波と二相三相変換部M4により得られた各相電位Vu1,Vv1,Vw1,Vu2,Vv2,Vw2とコンデンサ電圧制御部M5により得られた中性点間の電位差V012とを加算して変調信号を得る加算器M7と、加算器M7により得られた変調信号と搬送波としての三角波とを比較してPWM信号を演算するPWM信号演算部M8とを備える。なお、制御ブロックでは、三相コイル24に対するブロックと三相コイル26に対するブロックとを同一のブロックとして記載した。三相二相変換部M1から二相三相変換部M4および加算器M7並びにPWM信号演算部M8は、二相三相変換部M4により得られた各相電位Vu1,Vv1,Vw1,Vu2,Vv2,Vw2に中性点間の電位差V012と3次高調波とを加算する点を除いて通常のモータ制御と同様である。コンデンサ電圧制御部M5で中性点間の電位差V012を演算する処理は、例えば、コンデンサ38の目標電圧Vc*とコンデンサ電圧Vcとの偏差ΔVcを演算し、この偏差ΔVcに対してPIゲインを用いてコンデンサ電圧調整用の電池電流指令(中性点間電流指令)Io*を演算し、この電池電流指令Io*と電池電圧Vbとに基づいて中性点間の電位差V012を演算することにより行なうことができる。
【0031】
図7は、3次高調波を重畳して2Yモータ22の三相コイル24,26に各々対応する変調信号を得る様子を説明する説明図である。なお、図7では、三相コイル24,26のu相に対応する変調信号Vu1*,Vu2*のみを示したが、v相,w相に対応する変調信号Vv1*,Vv2*,Vw1*,Vw2*についても位相が異なるだけでu相に対応する変調信号Vv1*,Vu2*と同様である。いま、三相コイル24,26に対応する変調波Vu1,Vu2(次式(1)、(2))(3次高調波を重畳する前の変調波)に変調波Vu1,Vu2の周波数の3倍の周波数をもつ3次高調波V3(次式(3))を重畳して変調信号Vu1*,Vu2*(次式(5)、(6))を生成する場合を考える。ここで、Vcは、コンデンサ28の電圧を示し、V0は、三相コイル24,26の中性点電位の指令値を示す。
Vu1=(2/√3)Vc・sinθ+V0 (1)
Vu2=(2/√3)Vc・sinθ−V0 (2)
V3=(1/3√3)Vc・sin3θ (3)
Vu1*=(2√3)Vc(sinθ+sin3θ/6)+V0 (5)
Vu2*=(2√3)Vc(sinθ+sin3θ/6)−V0 (6)
【0032】
この場合、3次高調波を重畳する前の変調信号Vu1,Vu2(図7(a)参照)と3次高調波を重畳した後の変調信号Vu1*,Vu2*(図7(b)の参照)とを比較すると、図示するように、同じトルクを出力する場合でも3次高調波を重畳した後の変調信号Vu1*,Vu2*の振幅を3次高調波を重畳する前の変調信号Vu1,Vu2の振幅に対して3√3/2倍の振幅とすることができるから、3次高調波を重畳した後の変調信号Vu1*,Vu2*はコンデンサ38の端子間電圧Vcを効率良く利用できることがわかる。なお、3次高調波の振幅は、変調信号Vu1*,Vu2*の振幅を小さくするのに適した値に設定されている。
【0033】
前述したように、コンデンサ38の電圧Vcは三相コイル24,26の中性点間の電位差V012によって制御できるから、この中性点間の電位差V012を保持できれば、変調波に3次高調波を重畳したとしても、コンデンサ38の電圧Vcは振動しない。即ち、三相コイル24に印加される電流により出力される動力と三相コイル26に印加される同相の電流により出力される動力とが同じ(三相コイル24の各相電位Vu1,Vv1,Vw1の振幅および周波数と三相コイル26の各相電位Vu2,Vv2,Vw2の振幅および周波数とが同じ)であれば、これに各々互いに同一の周波数と振幅を有する3次高調波を重畳したとしても、図7に示すように中性点間の電位差V012は一定の状態に保持されるから、コンデンサ38の電圧Vcは振動しない。そして、各相電位Vu1,Vv1,Vw1,Vu2,Vv2,Vw2に3次高調波が重畳されることで、同じトルクで加算器M7により得られる変調信号の振幅が減少(√3/2倍)するから、その減少分だけ変調信号の振幅を大きく(最大(2/√3)倍大きく)設定することができ、2Yモータ22からの出力を最大約15%向上させることができるのである。
【0034】
以上説明した基本形態の動力出力装置20によれば、三相コイル24,26の各々に対応した、二相三相変換部M4により得られた互いに同一の振幅および周波数を有する各相電位Vu1,Vv1,Vw1および各相電位Vu2,Vv2,Vw2(変調信号)に、各々互いに同一の振幅および周波数を有する3次高調波を重畳させてインバータ回路30,32のトランジスタT11〜T16,T21〜T26をスイッチング制御するから、三相コイル24,26の中性点間の電位差V012を保持、即ちコンデンサ38の電圧Vcを目標電圧Vc*に保持しながら、変調信号の振幅最大値を減少させることができる。この結果、コンデンサ38の電圧Vcを振動させることなく、2Yモータ22から出力されるトルクの上限をより向上させることができる。
【0035】
基本形態の動力出力装置20では、三相コイル24と三相コイル26とを有する2Yモータ22を駆動制御する場合における変調波への3次高調波の重畳を考えたが、二つの三相コイルのうち一方の第1三相コイルを有する第1モータと他方の第2三相コイルを有する第2モータとを駆動制御する場合に適用するものとしても良い。但し、3次高調波を重畳することにより基本形態の動力出力装置20と同様の効果を奏することができる場合としては、第1,第2モータを同じ出力で制御する場合、即ち、第1三相コイルの各相電位Vu1,Vv1,Vw1(3次高調波重畳前の変調波)の振幅および周波数と第2三相コイルの各相電位Vu2,Vv2,Vw2(3次高調波重畳前の変調波)の振幅および周波数とが同一の場合に限られる。
【0036】
次に、本発明の実施形態の動力出力装置120について説明する。図8は、実施形態の動力出力装置120の構成の概略を示す構成図である。実施形態の動力出力装置120は、図示するように、Y結線された二つの三相コイル124,126を有する二重巻線モータ(以下、2Yモータという)122と、二つの三相コイル124,126に各々接続され正極母線134と負極母線136を共用する二つのインバータ回路130,132と、正極母線134と負極母線136とに接続されたコンデンサ138と、2Yモータ122の二つの三相コイル124,126の中性点間に設けられた直流電源140と、三相コイル124のu相と三相コイル126のu相とを集合させた集合部に取り付けられた電流センサ161と、三相コイル124のv相と三相コイルv相とを集合させた集合部に取り付けられた電流センサ162と、三相コイル124,126の中性点間に取り付けられた電流センサ167と、装置全体をコントロールする電子制御ユニット150とを備える。このように、実施形態の動力出力装置120は、実施形態の動力出力装置20の電流センサ61〜66に換えて三相コイル124のu相と三相コイル126のu相とに共用の電流センサ161と、三相コイル124のv相と三相コイル126のv相とに共用の電流センサ162とを備える点を除いて実施形態の動力出力装置20と同様のハード構成をしている。したがって、実施形態の動力出力装置120の構成のうち実施形態の動力出力装置20に対応する構成については100を加えて符号を付し、その説明は省略する。
【0037】
電流センサ161,162は、例えば、ホール電流センサやサーボ式磁気電流センサであり、対応する二つの三相コイル124,126の同相を流れる二つの電流を加算した加算電流を電流信号として検出する。なお、実施形態では、対応する三相コイル124,126の二つのu相の集合部と二つのv相の集合部とに各々共用の電流センサ161,162を取り付けるものとしたが、二つのw相を集合させた集合部にも共用の電流センサを取り付けるものとしてもよい。
【0038】
こうして構成された実施形態の動力出力装置120の動作、特に、電流センサ161,162と電流センサ167の検出結果を用いて三相コイル124,126の各相を流れる各相電流Iu1,Iv1,Iw1,Iu2,Iv2,Iw2を演算し、この演算結果を用いて2Yモータ122を駆動制御する際の動作について説明する。
【0039】
図9は、電流センサ161により検出されるu相加算電流Iu(=Iu1+Iu2)の一例を示す図である。いま、2Yモータ122の三相コイル124に印加される電流により2Yモータ22から出力される動力と三相コイル126に印加される電流により2Yモータ22から出力される動力とが同じ場合、即ち三相コイル124の各相と三相コイル126の各相とにそれぞれ同じ振幅および周波数を有し同相の相電流を印加する場合を考える。電流センサ161により検出されるu相加算電流Iuは、図9に示すように、三相コイル124のu相電流Iu1と三相コイル126のu相電流Iu2とを加算したものとなる。電流センサ162により検出されるv相加算電流Ivも電流センサ161,162による検出結果に基づいて演算されるw相加算電流Iwも位相が異なるだけで同様である。したがって、電流センサ161により検出されるu相加算電流Iu,電流センサ162により検出されるv相加算電流Iv,電流センサ161,162の検出結果に基づいて演算されるw相加算電流Iwは、次式で示すことができる。ここで、Ioは、零相電流(中性点間電流)であり、Io/3は、零相電流の一相分である。Iは、各相電流Iu1,Iv1,Iw1,Iu2,Iv2,Iw2の振幅である。
【0040】
Iu=Iu1+Iu2=(I・sinθ−Io/3)+(I・sinθ+Io/3)
=2・I・sinθ (7)
Iv=Iv1+Iv2=(I・sin(θ−2/3π)−Io/3)+(I・sin(θ−2/3π)+Io/3)=2・I・sin(θ−2/3π) (8)
Iw=Iw1+Iw2=(I・sin(θ+2/3π)−Io/3)+(I・sin(θ+2/3π)+Io/3)=2・I・sin(θ+2/3π) (9)
式(7)〜(9)から各相の加算電流Iu,Iv,Iwは、零相電流Ioがキャンセルされ、それぞれ各相電流Iu1,Iv1,Iw1,Iu2,Iv2,Iw2の振幅の2倍の振幅を有する電流となることがわかる。したがって、三相コイル124,126の各相電流Iu1,Iv1,Iw1,Iu2,Iv2,Iw2は、電流センサ161,162の検出結果と、中性点間に取り付けられた電流センサ167の検出結果とを用いて、次式により演算することができる。なお、実施形態では、u相分のみについて示したが、v相,w相についても同様である。
Iu1=Iu/2−Io/3 (10)
Iu2=Iu/2+Io/3 (11)
【0041】
こうした三相コイル124,126の各相電流Iu1,Iu2,Iv1,Iv2,Iw1,Iw2が演算されると、この演算結果を用いて通常のモータ制御により2Yモータ22を駆動することができる。
【0042】
以上説明した実施形態の動力出力装置120によれば、対応する二つの三相コイル124,126のu相とw相とにそれぞれ共用の電流センサ161,162を取り付け、この電流センサ161,162による検出結果と電流センサ167による中性点間電流の検出結果とに基づいて三相コイル124,126の各相電流Iu1,Iv1,Iw1,Iu2,Iv2,Iw2を演算し、この演算結果を用いて2Yモータ122を駆動するから、三相コイル124の各相と三相コイル126の各相のそれぞれに電流センサを取り付ける必要がない。この結果、動力出力装置120の低コスト化を実現することができる。
【0043】
施形態の動力出力装置120では、三相コイル124と三相コイル126とを有する2Yモータ122を駆動制御する場合における共用の電流センサ161,162の設置を考えたが、二つの三相コイルのうち一方の第1三相コイルを有する第1モータと他方の第2三相コイルを有する第2モータとを駆動制御する場合における共用の電流センサの設置を考えるものとしても良い。但し、実施形態の動力出力装置120と同様の効果を奏することができる場合としては、第1,第2モータを同じ出力で制御する場合、即ち、第1三相コイルの各相電位Vu1,Vv1,Vw1(変調波)の振幅および周波数と第2三相コイルの各相電位Vu2,Vv2,Vw2(変調波)の振幅および周波数とが同一の場合に限られる。
【0044】
基本形態および実施形態の動力出力装置20,120では、正極母線34,134と負極母線36,136とにコンデンサ38,138を接続するものとしたが、コンデンサ38,138に代えて直流電源を接続するものとしてもよい。
【0045】
基本形態および実施形態の動力出力装置20,120では、二つの三相コイル24,26,124,126の中性点間に直流電源40,140を接続するものとしたが、三相に限られず多相交流コイルの中性点間に直流電源を接続するものとしても構わない。
【0046】
図10、11に基づいてさらに他の実施形態について説明する。上述の図7の例では、3次の高調波を重畳した。図10の例では、これに代えて、直流電源40の正側に接続された三相コイル24の中性点の電位を、各相変調波の最大電圧(瞬時値の相電位の最大値)がコンデンサ38の電圧Vcの正側に一致するように補正を加える。これによって、コンデンサ38の電圧Vc利用率を最大にすることができる。
【0047】
すなわち、
Vu1=(2/√3)Vc・sinθ+V0 (1)
Vu2=(2/√3)Vc・sinθ−V0 (2)
V3=1−MAX(Vu1,Vv1,Vw1)
(但し、三角波の頂点=1、三角波の下点=−1とする) (3)
Vu1*=(2√3)Vc・sinθ+V3+V0 (5)
Vu2*=(2√3)Vc・sinθ+V3−V0 (6)
とする。
【0048】
このように、3相の変調波の最大電圧値を三角波の頂点(コンデンサ38の正側電圧)から減算した電圧値をV3(補正波)として、これを各相変調波(各相電流)に重畳する。これによって、相電流がコンデンサ38の電位Vcを超える部分について、超過分が減算されることになり、各相変調波(相電位)の最大値がコンデンサ38の電圧Vcに一致する。従って、コンデンサ38の電圧Vcの利用率を最大にして、変調信号Vu1*、Vu2*の振幅を小さくして、最大出力トルクを向上させることができる。
【0049】
また、図11に示すように、直流電源40の負側に接続された三相コイル26の中性点電位を、各相変調波の最小電圧値(瞬時値の相電位の最小値)がコンデンサ38の電圧Vcの負側に一致するように補正を加えることもできる。
【0050】
すなわち、
Vu1=(2/√3)Vc・sinθ+V0 (1)
Vu2=(2/√3)Vc・sinθ−V0 (2)
V3=−1−MIN(Vu1,Vv1,Vw1)
(但し、三角波の頂点=1、三角波の下点=−1とする) (3)
Vu1*=(2√3)Vc・sinθ+V3+V0 (5)
Vu2*=(2√3)Vc・sinθ+V3−V0 (6)
とする。
【0051】
これによって、図10の場合と同様に、補正波V3を重畳することによって、相電流がコンデンサ38の電位Vcを負側で超える部分について、超過分が減算されることになり、相電位の最小値がコンデンサ38の電圧Vcの負側に一致する。従って、コンデンサ38の電圧Vcの利用率を最大にして、変調信号Vu1*、Vu2*の振幅を小さくして、最大出力トルクを向上させることができる。
【0052】
以上、本発明の実施の形態について実施形態を用いて説明したが、本発明のこうした実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の基本形態である動力出力装置20の構成の概略を示す構成図である。
【図2】 2Yモータ22の三相コイル24と三相コイル26との関係を説明する説明図である。
【図3】 三相コイル24の中性点と三相コイル26の中性点との電位差V012が直流電源40の電圧Vbよりも小さい状態における電流の流れを2Yモータ22の三相コイル24,26の漏れインダクタンスに着目して説明する説明図である。
【図4】 三相コイル24の中性点と三相コイル26の中性点との電位差V012が直流電源40の電圧Vbよりも大きい状態における電流の流れを2Yモータ22の三相コイル24,26の漏れインダクタンスに着目して説明する説明図である。
【図5】 三相コイル24の中性点の電位V01と三相コイル26の中性点の電位V02との差が直流電源40の電圧Vbとなるよう操作したときの三相コイル24,26の各相電位Vu1,Vv1,Vw1,Vu2,Vv2,Vw2の波形の一例を示す説明図である。
【図6】 基本形態の動力出力装置20の電子制御ユニット50により実行される駆動制御を制御ブロックとして示すブロック図である。
【図7】 3次高調波を重畳して2Yモータ22の三相コイル24,26に各々対応する変調信号を得る様子を説明する説明図である。
【図8】 施形態の動力出力装置120の構成の概略を示す構成図である。
【図9】 電流センサ161により検出されるu相加算電流Iu(=Iu1+Iu2)の一例を示す図である。
【図10】 各相の変調波の最大値とコンデンサ電圧の差についての補正波を重畳して2Yモータ22の三相コイル24,26に各々対応する変調信号を得る様子を説明する説明図である。
【図11】 各相の変調波の最大値とコンデンサ電圧の差についての補正波を重畳して2Yモータ22の三相コイル24,26に各々対応する変調信号を得る様子を説明する説明図である。
【符号の説明】
20,120 動力出力装置、22,122 2Yモータ、24,26 三相コイル、30,32,130,132 インバータ回路、34,134 正極母線、36,136 負極母線、38,138 コンデンサ、40,140 直流電源、50,150 電子制御ユニット、52,152 CPU、54,154 ROM、56,156 RAM、61〜67,161,162 電流センサ、68,168 回転角センサ、70,72,170,172 電圧センサ、T11〜T16,T21〜T26 トランジスタ、D11〜D16,D21〜D26 ダイオード。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power output apparatus.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, power provided with a capacitor connected to the positive and negative buses of the inverter circuit that applies three-phase alternating current to the motor, and a DC power source connected to the positive or negative bus of the inverter circuit and the neutral point of the motor An output device has been proposed (for example, JP-A-10-337047 (Patent Document 1), JP-A-11-178114 (Patent Document 2), etc.). In this apparatus, a circuit composed of a coil of each phase of an electric motor and a switching element of an inverter circuit is boosted and stored in a capacitor by boosting the voltage of a DC power source, and the motor is driven by regarding the stored capacitor as a DC power source. The stored voltage of the capacitor is adjusted by controlling the DC component of the three-phase AC applied to the motor, that is, by controlling the neutral point potential of the motor.
[0003]
By the way, as a power output device that improves the use efficiency of the voltage of the DC power supply and improves the output of the motor, the third harmonic is superimposed on the three-phase voltage command (modulated wave) in the PWM (pulse width modulation) control. There has been proposed one that applies a three-phase alternating current to a motor based on a comparison between an object and a triangular wave that is a carrier wave (for example, JP-A-10-210756 (Patent Document 3)). When the third harmonic is superimposed on the modulated wave, the amplitude of the modulated wave can be reduced without lowering the output of the electric motor, so that the amplitude of the reduced modulated wave can be increased, and as a result, the electric motor The maximum output can be improved.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-337047
[Patent Document 2]
JP-A-11-178114
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-210756
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when driving the motor using the stored voltage of the capacitor, if the third harmonic is superimposed, the DC component of the three-phase AC generated by PWM modulation (the potential at the neutral point of the motor) will vibrate Therefore, the stored voltage of the capacitor cannot be maintained at the target voltage and vibrates. As a result, torque ripple occurs in the electric motor that is driven using the stored voltage of the capacitor.
[0006]
Further, the electric motor can be driven by switching control of the switching element of the inverter circuit using the detection result by the current sensor attached to each phase of the three-phase coil. However, at this time, a current sensor must be attached to at least two of the phases of the three-phase coil. When a plurality of such three-phase coils are provided, a large number of current sensors are required, and the cost of the apparatus is increased. For this reason, it is preferable to reduce the cost by reducing the number of current sensors provided in the power output device as much as possible.
[0007]
The power output device of the present invention is to solve these problems, and to ensure that the required power output is secured and to use the first power source more efficiently to output higher power. I will. The power output apparatus of the present invention can output higher power using the first power source more efficiently without affecting the voltage of the first power source as the chargeable / dischargeable power storage means. One of the purposes.
[0008]
Another object of the power output apparatus of the present invention is to reduce the number of current detection means used for switching control of an inverter circuit, thereby realizing cost reduction of the apparatus.
[0009]
[Means for solving the problems and their functions and effects]
The power output apparatus of the present invention employs the following means in order to achieve at least a part of the above object.
[0019]
  The present inventionMovementForce output device
  Two star connection coils having the same phase, two inverter circuits capable of supplying polyphase AC power to each of the two star connection coils by sharing the positive and negative buses, and the positive electrode A first power source connected to the bus bar and the negative electrode bus bar, a second power source connected between neutral points of the two star connection coils, and currents in phase to the corresponding two star connection coils And a control means for controlling the switching of the switching elements of the two inverter circuits so that the same power is output by applying
  An addition current that is commonly used for each phase of one star connection coil and the other two phases of the star connection coil, and detects an addition current of each current flowing through the two coils. Detection means;
  Neutral point current detection means for detecting a current flowing between the neutral points;
  The added current detected by the added current detecting means used for controlling the control meansAnd the neutral point current detected by the neutral point current detection meansPhase current calculating means for calculating a phase current flowing through each phase of the two star-shaped connection coils;
  It is a summary to provide.
[0020]
  This inventionMovementIn the force output device, each phase of one star connection coil and each other phase of the other star connection coil that can output the same power by receiving a current of the same phase are shared by two coils of the same phase. The added current detecting means attached to the two current detectors detects the added current of each current flowing through the two coils, and the phase current calculating means detects each of the two star connection coils from the added current detected by the added current detecting means. Calculate the phase current flowing through the phase. Therefore, since it is not necessary to provide a current sensor for each phase of the two star connection coils in order to detect the phase current used for switching control of the switching element of the inverter circuit, the number of current sensors can be reduced. it can. As a result, cost reduction of the apparatus can be realized.
[0021]
  thisThe present inventionMovementForce output deviceThenAnd a neutral point current detection means for detecting a current flowing between the neutral points, wherein the phase current calculation means includes the addition current detected by the addition current detection means and the neutral point current detection means. Means for calculating each phase current based on the current between the neutral points detected byThe Also,Thisbook ofinventionMovementIn the force output device, the phase current calculation means calculates a value obtained by halving the addition current detected by the addition current detection means and a neutral point current detected by the neutral point current detection means. It may be a means for calculating each phase current based on a value divided by the number of phases of the star connection coil.
[0022]
  In addition, the present inventionMovementIn the force output device, the two star connection coils may be provided corresponding to one rotor to constitute one electric motor.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Next, an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 illustrates the present invention.Basic formIt is a block diagram which shows the outline of a structure of the power output device 20 which is.Basic formAs shown in the figure, the power output apparatus 20 includes a double-winding motor (hereinafter referred to as a 2Y motor) 22 having two three-phase coils 24 and 26 Y-connected, and two three-phase coils 24 and 26. Two inverter circuits 30 and 32 that are connected to each other and share the positive electrode bus 34 and the negative electrode bus 36, a capacitor 38 that is connected to the positive electrode bus 34 and the negative electrode bus 36, and two three-phase coils 24 and 26 of the 2Y motor 22. A DC power supply 40 provided between the neutral points and an electronic control unit 50 for controlling the entire apparatus.
[0024]
  FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating the relationship between the two three-phase coils 24 and 26 of the 2Y motor 22. In the 2Y motor 22, for example, the winding angle of a rotor with a permanent magnet attached to the outer surface and two three-phase coils 24 and 26 having the same winding specifications as illustrated in FIG. It is composed of a wound stator and has the same structure as that of a normal synchronous generator motor capable of generating power except that two three-phase coils 24 and 26 are wound. In order to drive the 2Y motor 22, the inverter circuits 30 and 32 may be controlled so that the inverter circuits 30 and 32 apply the same-phase three-phase alternating current to the three-phase coils 24 and 26, respectively. The rotational axis of the 2Y motor 22 isBasic formThe power output device 20 is an output shaft, and power is output from the rotating shaft.Basic formSince the 2Y motor 22 is configured as a generator motor as described above, power can be generated by the 2Y motor 22 by inputting power to the rotating shaft of the 2Y motor 22.
[0025]
The inverter circuits 30 and 32 are each composed of six transistors T11 to T16 and T21 to T26 and six diodes D11 to D16 and D21 to D26. The six transistors T11 to T16 and T21 to T26 are arranged in pairs so as to be on the source side and the sink side with respect to the positive electrode bus 34 and the negative electrode bus 36, respectively. Each of phase coils 24 and 26 (U1V1W1) and (U2V2W2) is connected. Therefore, if the on-time ratios of the transistors T11 to T16 and T21 to T26 that are paired in a state where a voltage is applied to the positive electrode bus 34 and the negative electrode bus 36 are controlled in the same phase, the three-phase coil 24 of the 2Y motor 22 is controlled. , 26 to form a rotating magnetic field, and the 2Y motor 22 can be driven to rotate.
[0026]
The electronic control unit 50 is configured as a microprocessor centered on a CPU 52, and includes a ROM 54 that stores a processing program, a RAM 56 that temporarily stores data, and an input / output port (not shown). The electronic control unit 50 includes phase currents Iu1, Iv1, Iw1, Iu2, Iv2, and Iw2 from current sensors 61 to 66 attached to U1V1W1 and U2V2W2 phases of the three-phase coils 24 and 26 of the 2Y motor 22, respectively. The current between the neutral points Io from the current sensor 67 attached between the neutral points of the 2Y motor 22 and the rotation angle of the rotor of the 2Y motor 22 from the rotation angle sensor 68 attached to the rotation shaft of the 2Y motor 22. θ, the voltage Vc between the terminals of the capacitor 38 from the voltage sensor 70 attached to the capacitor 38, the voltage Vb between the terminals of the DC power supply 40 from the voltage sensor 72 attached to the DC power supply 40, and a command value related to driving of the 2Y motor 22 Etc. are input through the input port. Here, any one of the current sensors 61 to 63 and the current sensors 64 to 66 may be omitted, or any one of them may be used as a sensor dedicated to abnormality detection. From the electronic control unit 50, control signals for performing switching control of the transistors T11 to T16 and T21 to T26 of the inverter circuits 30 and 32 are output via an output port.
[0027]
  Then configured like thisBasic formThe operation principle of the power output apparatus 20 will be described. 3 shows the current flow in the state where the neutral point of the three-phase coil 24, the neutral point of the three-phase coil 26, and the potential difference V012 is smaller than the voltage Vb of the DC power supply 40, and the three-phase coils 24 and 26 of the 2Y motor 22. FIG. 6 is an explanatory diagram focusing on the u-phase leakage inductance. Now, whether or not the transistor T12 of the inverter circuit 30 is on in the state where the potential difference V012 between the neutral point of the three-phase coil 24 and the neutral point of the three-phase coil 26 is smaller than the voltage Vb of the DC power supply 40, or the transistor of the inverter circuit 32 Consider a state in which T21 is on. In this case, a short circuit indicated by a solid arrow in FIG. 3A or FIG. 3B is formed, and the u-phase of the three-phase coils 24 and 26 of the 2Y motor 22 functions as a reactor. In this state, when the transistor T12 of the inverter circuit 30 is turned off and the transistor T21 of the inverter circuit 32 is turned off, the energy stored in the u-phase of the three-phase coil functioning as a reactor is indicated by a solid arrow in FIG. Is stored in the capacitor 38 by the charging circuit shown in FIG. Therefore, this circuit can be regarded as a capacitor charging circuit that stores the energy of the DC power supply 40 in the capacitor 38. Since this capacitor charging circuit has the same configuration as the step-up chopper circuit, the inter-terminal voltage Vc of the capacitor 38 can be freely operated higher than the voltage Vb of the DC power supply 40. Since the vw phase of the three-phase coils 24 and 26 of the 2Y motor 22 can also be regarded as a capacitor charging circuit like the u-phase, the potential difference between the neutral point of the three-phase coil 24 and the neutral point of the three-phase coil 26. The capacitor 38 is charged by the DC power supply 40 by setting V012 to be lower than the voltage Vb of the DC power supply 40 and turning on and off the transistors T12, T14, T16 of the inverter circuit 30 and the transistors T21, T23, T25 of the inverter circuit 32. be able to.
[0028]
FIG. 4 shows the current flow in a state where the potential difference V012 between the neutral point of the three-phase coil 24 and the neutral point of the three-phase coil 26 is larger than the voltage Vb of the DC power supply 40, and the three-phase coils 24 and 26 of the 2Y motor 22. It is explanatory drawing paying attention and paying attention to the leakage inductance of u phase. This time, with the potential difference V012 between the neutral point of the three-phase coil 24 and the neutral point of the three-phase coil 26 larger than the voltage Vb of the DC power supply 40, the transistor T12 of the inverter circuit 30 is turned on, the transistor T12 is turned off, and the inverter Consider a state in which transistor T21 of circuit 32 is off and transistor T22 is on. In this case, a charging circuit indicated by a solid arrow in FIG. 4A is formed, and the DC power supply 40 is charged using the inter-terminal voltage Vc of the capacitor 38. At this time, the u-phase of the three-phase coils 24 and 26 of the 2Y motor 22 functions as a reactor as described above. When the transistor T11 of the inverter circuit 30 is turned off or the transistor T22 of the inverter circuit 32 is turned off from this state, the energy stored in the u-phase of the three-phase coil functioning as the reactor is as shown in FIG. (C) The DC power supply 40 is charged by a charging circuit indicated by a solid solid arrow. Therefore, this circuit can be regarded as a DC power supply charging circuit that stores the energy of the capacitor 38 in the DC power supply 40. Since the vw phase of the three-phase coils 24 and 26 of the 2Y motor 22 can also be regarded as a DC power supply charging circuit like the u-phase, the neutral point of the three-phase coil 24 and the neutral point of the three-phase coil 26 The DC power supply 40 can be charged by the capacitor 38 by making the potential difference V012 larger than the voltage Vb of the DC power supply 40 and turning on and off the transistors T11 to T16 of the inverter circuit 30 and the transistors T21 to T26 of the inverter circuit 32. .
[0029]
  in this way,Basic formIn the power output apparatus 20, the capacitor 38 can be charged by the DC power supply 40, and conversely, the DC power supply 40 can be charged by the capacitor 38, so that the terminal voltage Vc of the capacitor 38 can be controlled to a desired value. it can. When a potential difference is generated between the terminals of the capacitor 38, a DC power source by the capacitor 38 is connected to the positive bus 34 and the negative bus 36 of the inverter circuits 30 and 32, and the inter-terminal voltage Vc of the capacitor 38 becomes the inverter input voltage. Since it acts as Vi, the 2Y motor 22 can be driven and controlled by switching control of the transistors T11 to T16 and T21 to T26 of the inverter circuits 30 and 32. At this time, the potentials Vu1, Vv1, and Vw1 of the three-phase AC applied to the three-phase coil 24 can be freely set within the range of the inverter input voltage Vi by switching control of the transistors T11 to T16 of the inverter circuit 30. The potentials Vu2, Vv2, and Vw2 of the three-phase alternating current applied to the phase coil 26 can also be freely set within the range of the inverter input voltage Vi by switching control of the transistors T21 to T26 of the inverter circuit 32. The neutral point potential V01 of the three-phase coil 24 and the neutral point potential V02 of the three-phase coil 26 can be freely manipulated. FIG. 5 shows each phase of the three-phase coil 24 when the difference between the neutral point potential V01 of the three-phase coil 24 and the neutral point potential V02 of the three-phase coil 26 becomes the voltage Vb of the DC power supply 40. FIG. 5A shows an example of waveforms of potentials Vu1, Vv1, and Vw1 (FIG. 5A) and waveforms of potentials Vu2, Vv2, and Vw2 of each phase of the three-phase coil 26 (FIG. 5B). In the figure, Vx is the median value (Vi / 2) of the inverter input voltage Vi. Therefore, the capacitor 38 is charged by operating so that the potential difference V012 between the neutral points of the three-phase coils 24 and 26 of the 2Y motor 22 is lower than the voltage Vb of the DC power supply 40, or conversely. The DC power supply 40 can be charged by operating so that the potential difference V012 between the neutral points becomes higher than the voltage Vb of the DC power supply 40. The charging current of the capacitor 38 and the charging current of the DC power supply 40 can be controlled by raising and lowering the potential difference V012 between the neutral points of the three-phase coils 24 and 26.
[0030]
  next,Basic formThe drive control of the power output apparatus 20 will be described. FIG.Basic formIt is a control block diagram which shows the drive control performed with the electronic control unit 50 of the motive power output device 20 as a control block. As shown in the figure, the rotor of the 2Y motor 22 in which the respective phase currents Iu1, Iv1, Iw1, Iu2, Iv2, Iw2 (motor currents) detected by the current sensors 61-63, 64-66 are detected by the rotation angle sensor 68. A three-phase two-phase conversion unit M1 that performs three-phase two-phase (dq axis) conversion using a rotation angle θ (rotational position) of the current, and a current command value Id * that is input as one of command values related to driving of the 2Y motor 22 , Iq * (dq axis current command) and the subtractor M2 for calculating the deviations ΔId, ΔIq between the currents Id, Iq converted by the three-phase two-phase conversion unit M1, and the deviations ΔId, ΔIq The PI control unit M3 that calculates the voltage operation amounts Vd and Vq for adjusting the motor drive current using the PI gain, and the rotation angle θ of the rotor of the 2Y motor 22 detected by the rotation angle sensor 68 with the voltage operation amounts Vd and Vq. The Two-phase (dq axis) three-phase conversion to calculate each phase potential Vu1, Vv1, Vw1, Vu2, Vv2, Vw2, and the capacitor voltage Vc and voltage detected by the voltage sensor 70 Based on the battery voltage Vb detected by the sensor 72 and the target voltage Vc * of the capacitor 38 input as one of the command values related to the driving of the 2Y motor 22, the potential difference V012 between the neutral points for adjusting the capacitor voltage (three Two-phase three-phase three-phase coil 24 using a capacitor voltage control unit M5 for calculating the neutral point potential V01 of the phase coil 24 and the neutral point potential V02) of the three-phase coil 126 and the rotation angle θ detected by the rotation angle sensor 68. Third harmonics (each phase potential Vu1, Vv1, Vw1, Vu2 synchronized with each phase potential Vu1, Vv1, Vw1, Vu2, Vv2, Vw2 obtained by the phase converter M4 , Vv2, Vw2, and a third harmonic generation unit M6 that generates a sine wave having a frequency three times the frequency of Vv2, Vw2, and each phase potential Vu1, obtained by the third harmonic and the two-phase three-phase conversion unit M4 An adder M7 that obtains a modulation signal by adding Vv1, Vw1, Vu2, Vv2, Vw2 and the potential difference V012 between the neutral points obtained by the capacitor voltage control unit M5, and a modulation signal obtained by the adder M7 A PWM signal calculation unit M8 that calculates a PWM signal by comparing with a triangular wave as a carrier wave is provided. In the control block, the block for the three-phase coil 24 and the block for the three-phase coil 26 are described as the same block. The three-phase two-phase conversion unit M1 to the two-phase three-phase conversion unit M4, the adder M7, and the PWM signal calculation unit M8 include the phase potentials Vu1, Vv1, Vw1, Vu2, Vv2 obtained by the two-phase three-phase conversion unit M4. , Vw2 is the same as the normal motor control except that the potential difference V012 between the neutral points and the third harmonic are added. The processing for calculating the potential difference V012 between the neutral points in the capacitor voltage control unit M5 is, for example, calculating a deviation ΔVc between the target voltage Vc * of the capacitor 38 and the capacitor voltage Vc, and using the PI gain for this deviation ΔVc. The battery voltage command for adjusting the capacitor voltage (current command between neutral points) Io * is calculated, and the potential difference V012 between the neutral points is calculated based on the battery current command Io * and the battery voltage Vb. be able to.
[0031]
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining how the modulation signals respectively corresponding to the three-phase coils 24 and 26 of the 2Y motor 22 are obtained by superimposing the third harmonic. In FIG. 7, only the modulation signals Vu1 * and Vu2 * corresponding to the u phase of the three-phase coils 24 and 26 are shown, but the modulation signals Vv1 *, Vv2 *, Vw1 *, corresponding to the v phase and the w phase are shown. Vw2 * is the same as the modulation signals Vv1 * and Vu2 * corresponding to the u phase, only with a different phase. Now, the modulation waves Vu1 and Vu2 (the following equations (1) and (2)) corresponding to the three-phase coils 24 and 26 (modulation waves before superimposing the third harmonic) 3 of the frequency of the modulation waves Vu1 and Vu2. Consider a case in which modulation signals Vu1 * and Vu2 * (following equations (5) and (6)) are generated by superimposing a third harmonic V3 having the double frequency (following equation (3)). Here, Vc represents the voltage of the capacitor 28, and V0 represents the command value of the neutral point potential of the three-phase coils 24 and 26.
Vu1 = (2 / √3) Vc · sinθ + V0 (1)
Vu2 = (2 / √3) Vc · sinθ−V0 (2)
V3 = (1 / 3√3) Vc · sin3θ (3)
Vu1 * = (2√3) Vc (sinθ + sin3θ / 6) + V0 (5)
Vu2 * = (2√3) Vc (sinθ + sin3θ / 6) −V0 (6)
[0032]
In this case, the modulation signals Vu1 and Vu2 (see FIG. 7A) before superimposing the third harmonic and the modulation signals Vu1 * and Vu2 * after superimposing the third harmonic (see FIG. 7B). ), The amplitudes of the modulation signals Vu1 * and Vu2 * after superimposing the third harmonic are modulated signals Vu1, before superimposing the third harmonic even when the same torque is output, as shown in the figure. Since the amplitude can be 3√3 / 2 times the amplitude of Vu2, the modulation signals Vu1 * and Vu2 * after superimposing the third harmonic can efficiently use the terminal voltage Vc of the capacitor 38. I understand. Note that the amplitude of the third harmonic is set to a value suitable for reducing the amplitude of the modulation signals Vu1 * and Vu2 *.
[0033]
As described above, the voltage Vc of the capacitor 38 can be controlled by the potential difference V012 between the neutral points of the three-phase coils 24 and 26. Therefore, if the potential difference V012 between the neutral points can be maintained, the third harmonic is added to the modulated wave. Even if superimposed, the voltage Vc of the capacitor 38 does not vibrate. That is, the power output by the current applied to the three-phase coil 24 and the power output by the in-phase current applied to the three-phase coil 26 are the same (the phase potentials Vu1, Vv1, Vw1 of the three-phase coil 24). If the third harmonics having the same frequency and amplitude are superimposed on each other, the amplitude and frequency of each phase potential Vu2, Vv2, and Vw2 of the three-phase coil 26 are the same). As shown in FIG. 7, since the potential difference V012 between the neutral points is maintained in a constant state, the voltage Vc of the capacitor 38 does not oscillate. The third harmonics are superimposed on the phase potentials Vu1, Vv1, Vw1, Vu2, Vv2, and Vw2, thereby reducing the amplitude of the modulation signal obtained by the adder M7 with the same torque (√3 / 2 times). Therefore, the amplitude of the modulation signal can be set larger (maximum (2 / √3) times larger) by the decrease, and the output from the 2Y motor 22 can be improved by about 15% at the maximum.
[0034]
  Explained aboveBasic formAccording to the motive power output device 20, the phase potentials Vu1, Vv1, Vw1 having the same amplitude and frequency obtained by the two-phase three-phase converter M4 corresponding to each of the three-phase coils 24, 26, and Since the third harmonics having the same amplitude and frequency are superimposed on the phase potentials Vu2, Vv2, and Vw2 (modulation signals), the transistors T11 to T16 and T21 to T26 of the inverter circuits 30 and 32 are switched. The amplitude maximum value of the modulation signal can be reduced while holding the potential difference V012 between the neutral points of the three-phase coils 24 and 26, that is, holding the voltage Vc of the capacitor 38 at the target voltage Vc *. As a result, the upper limit of the torque output from the 2Y motor 22 can be further improved without causing the voltage Vc of the capacitor 38 to vibrate.
[0035]
  Basic formIn the power output apparatus 20, the superposition of the third harmonic on the modulation wave in the case of driving and controlling the 2Y motor 22 having the three-phase coil 24 and the three-phase coil 26 is considered. It may be applied to drive control of a first motor having one first three-phase coil and a second motor having the other second three-phase coil. However, by superimposing the third harmonicBasic formThe same effect as that of the power output device 20 can be obtained when the first and second motors are controlled with the same output, that is, the phase potentials Vu1, Vv1, Vw1 (3 of the first three-phase coils). Only when the amplitude and frequency of the modulated wave before superimposing the second harmonic are the same as the amplitude and frequency of each phase potential Vu2, Vv2, Vw2 (modulated wave before superimposing the third harmonic) of the second three-phase coil. It is done.
[0036]
  Next, the present inventionThe fruitThe power output apparatus 120 of the embodiment will be described. Figure 8, RealIt is a block diagram which shows the outline of a structure of the power output device 120 of embodiment.. FruitAs shown in the figure, the power output apparatus 120 of the embodiment includes a double-winding motor (hereinafter referred to as a 2Y motor) 122 having two three-phase coils 124 and 126 Y-connected, and two three-phase coils 124, 126, two inverter circuits 130 and 132 that share the positive bus 134 and the negative bus 136, a capacitor 138 connected to the positive bus 134 and the negative bus 136, and the two three-phase coils 124 of the 2Y motor 122, respectively. , 126, a DC power supply 140 provided between neutral points, a current sensor 161 attached to a collective portion in which the u-phase of the three-phase coil 124 and the u-phase of the three-phase coil 126 are gathered, and the three-phase coil A current sensor 162 attached to a collecting portion where 124 v-phase and three-phase coil v-phase are gathered, and attached between neutral points of the three-phase coils 124 and 126 It includes a flow sensor 167, and an electronic control unit 150 that controls the entire apparatus. in this way, RealThe power output apparatus 120 of the embodiment is replaced with the current sensors 61 to 66 of the power output apparatus 20 of the embodiment, and a current sensor 161 shared by the u phase of the three-phase coil 124 and the u phase of the three-phase coil 126, and three The hardware configuration is the same as that of the power output apparatus 20 of the embodiment except that a common current sensor 162 is provided for the v-phase of the phase coil 124 and the v-phase of the three-phase coil 126. Therefore, RealOf the configuration of the power output device 120 of the embodiment, the configuration corresponding to the power output device 20 of the embodiment is denoted by the reference numeral 100, and the description thereof is omitted.
[0037]
The current sensors 161 and 162 are, for example, Hall current sensors or servo magnetic current sensors, and detect an added current obtained by adding two currents flowing through the same phase of the corresponding two three-phase coils 124 and 126 as a current signal. In the embodiment, the common current sensors 161 and 162 are attached to the two u-phase aggregate portions and the two v-phase aggregate portions of the corresponding three-phase coils 124 and 126, respectively. It is good also as what attaches a common current sensor also to the gathering part which gathered the phase.
[0038]
  Configured in this wayFruitThe operation of the power output device 120 of the embodiment, in particular, the phase currents Iu1, Iv1, Iw1, Iu2, Iv2 flowing through the phases of the three-phase coils 124, 126 using the detection results of the current sensors 161, 162 and the current sensor 167. , Iw2 is calculated, and the operation when the 2Y motor 122 is driven and controlled using the calculation result will be described.
[0039]
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the u-phase addition current Iu (= Iu1 + Iu2) detected by the current sensor 161. Now, when the power output from the 2Y motor 22 by the current applied to the three-phase coil 124 of the 2Y motor 122 and the power output from the 2Y motor 22 by the current applied to the three-phase coil 126 are the same, that is, three Consider a case where a phase current having the same amplitude and frequency is applied to each phase of the phase coil 124 and each phase of the three-phase coil 126. The u-phase addition current Iu detected by the current sensor 161 is obtained by adding the u-phase current Iu1 of the three-phase coil 124 and the u-phase current Iu2 of the three-phase coil 126 as shown in FIG. The v-phase addition current Iv detected by the current sensor 162 and the w-phase addition current Iw calculated based on the detection results of the current sensors 161 and 162 are the same except that the phases are different. Therefore, the u-phase addition current Iu detected by the current sensor 161, the v-phase addition current Iv detected by the current sensor 162, and the w-phase addition current Iw calculated based on the detection results of the current sensors 161 and 162 are: It can be shown by a formula. Here, Io is a zero-phase current (current between neutral points), and Io / 3 is one phase of the zero-phase current. I is the amplitude of each phase current Iu1, Iv1, Iw1, Iu2, Iv2, Iw2.
[0040]
Iu = Iu1 + Iu2 = (I · sin θ−Io / 3) + (I · sin θ + Io / 3)
= 2 ・ I ・ sinθ (7)
Iv = Iv1 + Iv2 = (I · sin (θ−2 / 3π) −Io / 3) + (I · sin (θ−2 / 3π) + Io / 3) = 2 · I · sin (θ−2 / 3π) ( 8)
Iw = Iw1 + Iw2 = (I · sin (θ + 2 / 3π) −Io / 3) + (I · sin (θ + 2 / 3π) + Io / 3) = 2 · I · sin (θ + 2 / 3π) (9)
From the equations (7) to (9), the addition currents Iu, Iv, Iw of each phase cancel the zero-phase current Io, and are twice the amplitude of each phase current Iu1, Iv1, Iw1, Iu2, Iv2, Iw2, respectively. It can be seen that the current has an amplitude. Therefore, the phase currents Iu1, Iv1, Iw1, Iu2, Iv2, Iw2 of the three-phase coils 124, 126 are detected by the current sensors 161, 162 and the detection result of the current sensor 167 attached between the neutral points. Can be calculated by the following equation. In the embodiment, only the u phase is shown, but the same applies to the v phase and the w phase.
Iu1 = Iu / 2−Io / 3 (10)
Iu2 = Iu / 2 + Io / 3 (11)
[0041]
When the phase currents Iu1, Iu2, Iv1, Iv2, Iw1, Iw2 of the three-phase coils 124, 126 are calculated, the 2Y motor 22 can be driven by normal motor control using the calculation results.
[0042]
  Explained aboveFruitAccording to the power output device 120 of the embodiment, the current sensors 161 and 162 are attached to the u phase and the w phase of the corresponding two three-phase coils 124 and 126, respectively, and the detection results by the current sensors 161 and 162 are Based on the detection result of the current between the neutral points by the current sensor 167, the respective phase currents Iu1, Iv1, Iw1, Iu2, Iv2, Iw2 of the three-phase coils 124, 126 are calculated, and the 2Y motor 122 is calculated using the calculation results. Therefore, it is not necessary to attach a current sensor to each phase of the three-phase coil 124 and each phase of the three-phase coil 126. As a result, cost reduction of the power output device 120 can be realized.
[0043]
FruitIn the power output apparatus 120 of the embodiment, the installation of the common current sensors 161 and 162 in the case of controlling the drive of the 2Y motor 122 having the three-phase coil 124 and the three-phase coil 126 has been considered. Of these, a common current sensor may be installed when driving and controlling a first motor having one first three-phase coil and a second motor having the other second three-phase coil. However,, RealThe same effect as that of the power output device 120 of the embodiment can be obtained when the first and second motors are controlled with the same output, that is, the phase potentials Vu1, Vv1, Vw1 of the first three-phase coil. This is limited to the case where the amplitude and frequency of the (modulated wave) and the amplitude and frequency of each phase potential Vu2, Vv2, Vw2 (modulated wave) of the second three-phase coil are the same.
[0044]
  Basic form andIn the power output devices 20 and 120 of the embodiment, the capacitors 38 and 138 are connected to the positive buses 34 and 134 and the negative buses 36 and 136, but a DC power source is connected instead of the capacitors 38 and 138. Also good.
[0045]
  Basic form andIn the power output devices 20 and 120 of the embodiment, the DC power sources 40 and 140 are connected between the neutral points of the two three-phase coils 24, 26, 124, and 126. A DC power supply may be connected between the neutral points of the coils.
[0046]
Still another embodiment will be described with reference to FIGS. In the example of FIG. 7 described above, the third harmonic is superimposed. In the example of FIG. 10, instead of this, the potential of the neutral point of the three-phase coil 24 connected to the positive side of the DC power supply 40 is set to the maximum voltage of each phase modulation wave (maximum value of the instantaneous phase potential). Is corrected so as to coincide with the positive side of the voltage Vc of the capacitor 38. Thereby, the voltage Vc utilization factor of the capacitor 38 can be maximized.
[0047]
That is,
Vu1 = (2 / √3) Vc · sinθ + V0 (1)
Vu2 = (2 / √3) Vc · sinθ−V0 (2)
V3 = 1-MAX (Vu1, Vv1, Vw1)
(However, the apex of the triangular wave = 1 and the lower point of the triangular wave = −1) (3)
Vu1 * = (2√3) Vc · sinθ + V3 + V0 (5)
Vu2 * = (2√3) Vc · sinθ + V3−V0 (6)
And
[0048]
Thus, the voltage value obtained by subtracting the maximum voltage value of the three-phase modulation wave from the apex of the triangular wave (positive voltage of the capacitor 38) is defined as V3 (correction wave), and this is converted into each phase modulation wave (each phase current). Superimpose. As a result, the excess is subtracted for the portion where the phase current exceeds the potential Vc of the capacitor 38, and the maximum value of each phase modulation wave (phase potential) matches the voltage Vc of the capacitor 38. Therefore, the maximum output torque can be improved by maximizing the utilization factor of the voltage Vc of the capacitor 38 and reducing the amplitudes of the modulation signals Vu1 * and Vu2 *.
[0049]
Further, as shown in FIG. 11, the neutral point potential of the three-phase coil 26 connected to the negative side of the DC power source 40 is a capacitor whose minimum voltage value (minimum value of instantaneous phase potential) of each phase modulation wave is a capacitor. Correction can be made so as to coincide with the negative side of the voltage Vc of 38.
[0050]
That is,
Vu1 = (2 / √3) Vc · sinθ + V0 (1)
Vu2 = (2 / √3) Vc · sinθ−V0 (2)
V3 = -1-MIN (Vu1, Vv1, Vw1)
(However, the apex of the triangular wave = 1 and the lower point of the triangular wave = −1) (3)
Vu1 * = (2√3) Vc · sinθ + V3 + V0 (5)
Vu2 * = (2√3) Vc · sinθ + V3−V0 (6)
And
[0051]
Thus, as in the case of FIG. 10, by superimposing the correction wave V3, the excess is subtracted for the portion where the phase current exceeds the potential Vc of the capacitor 38 on the negative side, and the minimum of the phase potential is reduced. The value matches the negative side of the voltage Vc of the capacitor 38. Therefore, the maximum output torque can be improved by maximizing the utilization factor of the voltage Vc of the capacitor 38 and reducing the amplitudes of the modulation signals Vu1 * and Vu2 *.
[0052]
The embodiments of the present invention have been described above by using the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various embodiments can be implemented without departing from the gist of the present invention. Of course you get.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 of the present inventionBasic formIt is a block diagram which shows the outline of a structure of the power output device 20 which is.
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a relationship between a three-phase coil 24 and a three-phase coil 26 of a 2Y motor 22;
3 shows the current flow in a state where the potential difference V012 between the neutral point of the three-phase coil 24 and the neutral point of the three-phase coil 26 is smaller than the voltage Vb of the DC power supply 40; FIG. 26 is an explanatory diagram focusing on the leakage inductance of FIG.
FIG. 4 shows the flow of current when the potential difference V012 between the neutral point of the three-phase coil 24 and the neutral point of the three-phase coil 26 is larger than the voltage Vb of the DC power supply 40; FIG. 26 is an explanatory diagram focusing on the leakage inductance of FIG.
5 shows three-phase coils 24 and 26 when the difference between the neutral point potential V01 of the three-phase coil 24 and the neutral point potential V02 of the three-phase coil 26 becomes the voltage Vb of the DC power supply 40. FIG. It is explanatory drawing which shows an example of the waveform of each phase electric potential Vu1, Vv1, Vw1, Vu2, Vv2, Vw2.
[Fig. 6]Basic formIt is a block diagram which shows the drive control performed by the electronic control unit 50 of the motive power output device 20 as a control block.
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining how modulation signals corresponding to the three-phase coils 24 and 26 of the 2Y motor 22 are obtained by superimposing third-order harmonics, respectively.
[Fig. 8]FruitIt is a block diagram which shows the outline of a structure of the power output device 120 of embodiment.
9 is a diagram illustrating an example of a u-phase addition current Iu (= Iu1 + Iu2) detected by a current sensor 161. FIG.
FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining a state in which modulation signals corresponding to the three-phase coils 24 and 26 of the 2Y motor 22 are obtained by superimposing correction waves on the difference between the maximum value of the modulation wave of each phase and the capacitor voltage. is there.
FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining how to obtain modulation signals respectively corresponding to the three-phase coils 24 and 26 of the 2Y motor 22 by superimposing correction waves on the difference between the maximum value of the modulation wave of each phase and the capacitor voltage. is there.
[Explanation of symbols]
  20, 120 Power output device, 22, 122 2Y motor, 24, 26 Three-phase coil, 30, 32, 130, 132 Inverter circuit, 34, 134 Positive bus, 36, 136 Negative bus, 38, 138 Capacitor, 40, 140 DC power supply, 50, 150 Electronic control unit, 52, 152 CPU, 54, 154 ROM, 56, 156 RAM, 61-67, 161, 162 Current sensor, 68, 168 Rotation angle sensor, 70, 72, 170, 172 Voltage Sensor, T11 to T16, T21 to T26 Transistor, D11 to D16, D21 to D26 Diode.

Claims (3)

互いに同一の位相をもつ二つの星形結線コイルと、正極母線と負極母線とを共用して前記二つの星形結線コイルの各々に多相交流電力を供給可能な二つのインバータ回路と、前記正極母線と前記負極母線とに接続された第1の電源と、前記二つの星形結線コイルの中性点間に接続された第2の電源と、
対応する二つの星形結線コイルに同相の電流を印加して各々同一の動力が出力されるよう前記二つのインバータ回路のスイッチング素子をスイッチング制御する制御手段とを備える動力出力装置であって、
一方の星形結線コイルの各相と他方の星形結線コイルの各相のうち同相の二つのコイルに共用して取り付けられ、該二つのコイルを流れる各電流の加算電流を検出する加算電流検出手段と、
前記中性点間を流れる電流を検出する中性点間電流検出手段と、
前記制御手段の制御に用いられ、前記加算電流検出手段により検出された加算電流と、前記中性点間電流検出手段により検出された中性点間電流とに基づいて前記二つの星形結線コイルの各相を流れる相電流を算出する相電流算出手段と、
を備える動力出力装置。
And two star connection coils with the same phase with each other, the positive bus and the negative bus and two inverter circuits capable of supplying polyphase alternating current power to each of the previous SL two star connection coils sharing the said A first power source connected to the positive electrode bus and the negative electrode bus; a second power source connected between neutral points of the two star connection coils;
A power output device comprising control means for switching control of the switching elements of the two inverter circuits so that the same power is output by applying in-phase current to two corresponding star-shaped connecting coils,
Addition current detection for detecting the addition current of each current flowing through the two coils, which is attached to each phase of one star connection coil and the other two phases of the star connection coil. Means,
Neutral point current detection means for detecting a current flowing between the neutral points;
The two star connection coils used for the control of the control means and based on the addition current detected by the addition current detection means and the neutral point current detected by the neutral point current detection means Phase current calculation means for calculating a phase current flowing through each phase of
A power output device comprising:
請求項記載の動力出力装置であって、
前記相電流算出手段は、前記加算電流検出手段により検出された加算電流を1/2倍した値と、前記中性点間電流検出手段により検出された中性点間電流を前記星形結線コイルの相数で除した値とに基づいて前記各相電流を算出する手段である動力出力装置。
The power output device according to claim 1 ,
The phase current calculation means uses a value obtained by halving the addition current detected by the addition current detection means and a neutral point current detected by the neutral point current detection means as the star connection coil. A power output device, which is means for calculating each phase current based on a value divided by the number of phases.
請求項1または2に記載の動力出力装置であって、
前記二つの星形結線コイルは、一つのロータに対応して設けられ、1つの電動機を構成する動力出力装置。
The power output device according to claim 1 or 2 ,
The two star connection coils are provided corresponding to one rotor, and constitute a single electric motor.
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