JP7196450B2 - motor system - Google Patents
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Description
本明細書では、２つの電源と、２つのインバータを有し、２つのインバータの出力で１つのモータを駆動するモータシステムを開示する。 This specification discloses a motor system that has two power supplies and two inverters and drives one motor with the outputs of the two inverters.
従来から、２つの電源と、２つのインバータとを含み、２つのインバータの出力で１つのモータを駆動するモータシステムが知られている（特許文献１参照）。このシステムでは、スター結線のモータの各相を、直列接続した２つの巻線で構成し、一方のインバータを各相の巻線端に接続し、他方のインバータを巻線同士の中間点に接続する。これにより、一方のインバータからの出力で、直列接続した２つの巻線（第１の駆動巻線）を使用してモータが駆動され、他方のインバータからの出力で中間点から内側の巻線（第２駆動巻線）を使用してモータが駆動される。そして、そのモータで車両の車輪が駆動される。 BACKGROUND ART Conventionally, a motor system is known that includes two power sources and two inverters and drives one motor with outputs of the two inverters (see Patent Document 1). In this system, each phase of a star-connected motor consists of two windings connected in series. One inverter is connected to the winding end of each phase, and the other inverter is connected to the midpoint between the windings. do. This causes the output from one inverter to drive the motor using two series-connected windings (the first drive winding), and the output from the other inverter to the midpoint to the inner winding (the first drive winding). A second drive winding) is used to drive the motor. The motor drives the wheels of the vehicle.
上記のシステムでは、モータに通電されることで発生するモータトルクが、モータに作用する負荷トルク以下となる場合に、モータ及び車輪がロックする。ロック時を含むモータの極低速時には、２つのインバータの両方で一部のスイッチング素子に電流が継続して集中しやすくなる。このことは素子温度（スイッチング素子温度）が上昇する原因となる。また、インバータの極低速時における制御性を高くすることが望まれる。特許文献１には、上記のモータシステムの極低速時における素子温度の上昇を抑制するとともにインバータの制御性を高くする手段は開示されていない。 In the above system, when the motor torque generated by energizing the motor is equal to or less than the load torque acting on the motor, the motor and wheels are locked. When the motor is at extremely low speed, including when the motor is locked, the current tends to continue to concentrate in some of the switching elements in both of the two inverters. This causes the element temperature (switching element temperature) to rise. In addition, it is desired to improve the controllability of the inverter at extremely low speeds. Patent Literature 1 does not disclose means for suppressing the rise in the element temperature of the motor system at extremely low speeds and improving the controllability of the inverter.
本開示は、２つの電源及び２つのインバータでモータを駆動する構成において、極低速時にインバータの素子温度の上昇を抑制できるとともにインバータの制御性を高くできるモータシステムの実現を目的とする。 An object of the present disclosure is to realize a motor system capable of suppressing an increase in inverter element temperature at extremely low speeds and improving inverter controllability in a configuration in which a motor is driven by two power sources and two inverters.
本明細書に開示のモータシステムは、モータと、二次電池である第１電源と、二次電池である第２電源と、３相のそれぞれで正極側、負極側に分かれて接続された第１のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子に並列に電流が逆方向に流れるように接続された第１整流素子とを有し、前記第１電源からの直流電力を交流電力に変換して前記モータに出力する第１インバータと、３相のそれぞれで正極側、負極側に分かれて接続された第２のスイッチング素子と、前記第２のスイッチング素子に並列に電流が逆方向に流れるように接続された第２整流素子とを有し、前記第２電源からの直流電力を交流電力に変換して前記モータに出力する第２インバータと、前記第１インバータ及び前記第２インバータの駆動を制御して、前記モータを駆動する駆動制御部と、を備え、前記駆動制御部は、前記モータの回転速度が所定速度以下の場合に、前記第１インバータ及び前記第２インバータの一方のインバータにおいて、３相の正極側の前記スイッチング素子を同時にオンするとともに３相の負極側の前記スイッチング素子を同時にオフするか、または３相の負極側の前記スイッチング素子を同時にオンするとともに３相の正極側の前記スイッチング素子を同時にオフする、モータシステムである。 The motor system disclosed in the present specification includes a motor, a first power supply that is a secondary battery, a second power supply that is a secondary battery, and a third power supply that is connected separately to a positive electrode side and a negative electrode side for each of three phases. and a first rectifying element connected in parallel to the first switching element so that current flows in the opposite direction, and converts DC power from the first power supply into AC power. A first inverter for outputting to the motor, a second switching element connected separately to a positive electrode side and a negative electrode side for each of the three phases, and a current flowing in the opposite direction in parallel to the second switching element. a second inverter having a second rectifying element connected thereto, which converts the DC power from the second power supply to AC power and outputs the AC power to the motor; and the driving of the first inverter and the second inverter. and a drive control unit for driving the motor, wherein the drive control unit controls one of the first inverter and the second inverter to The switching elements on the positive side of the three phases are simultaneously turned on and the switching elements on the negative side of the three phases are turned off at the same time, or the switching elements on the negative side of the three phases are turned on simultaneously and the switching elements on the positive side of the three phases are simultaneously turned on. The motor system turns off the switching elements at the same time.
かかる構成とすることで、モータの回転速度が所定速度以下の場合に、一方のインバータにおいて、３相の正極側または負極側のスイッチング素子が同時にオンされ、逆の極のスイッチング素子が全部オフされる。一方のインバータでは、３相のうち、２相のスイッチング素子に電流が流れ、残りの１相では整流素子に電流が流れることで、一方のインバータがモータの中性点として使用される。一方のインバータ側の電源からはモータに電流が流れない。このため、一方のインバータにおいて、オフされる側の１つのスイッチング素子に集中して大電流が流れることを抑制できるので、極低速時にインバータの素子温度の上昇を抑制できる。さらに、モータが極低速で回転する場合に、一方のインバータにおいて、オンされた状態のスイッチング素子は、頻繁なスイッチングを行う必要がない。これにより、インバータの制御性を高くできる。 With such a configuration, when the rotation speed of the motor is less than or equal to a predetermined speed, in one of the inverters, the positive side or negative side switching elements of the three phases are turned on at the same time, and the switching elements of the opposite polarity are all turned off. be. In one of the inverters, current flows through switching elements of two of the three phases, and current flows through the rectifying element of the remaining one phase, so that one inverter is used as a neutral point of the motor. No current flows to the motor from the power supply on one inverter side. Therefore, in one of the inverters, it is possible to prevent a large current from flowing intensively to one switching element on the turned-off side, thereby suppressing an increase in the element temperature of the inverter at extremely low speeds. Furthermore, when the motor rotates at a very low speed, the switched-on switching element in one of the inverters does not need to switch frequently. Thereby, the controllability of the inverter can be improved.
本明細書に開示のモータシステムによれば、極低速時にインバータの素子温度の上昇を抑制できるとともに、インバータの制御性を高くできる。 According to the motor system disclosed in this specification, it is possible to suppress an increase in the element temperature of the inverter at extremely low speeds and improve the controllability of the inverter.
以下、モータシステムの構成について図面を参照して説明する。以下では全ての図面において同等の要素には同一の符号を付して説明する。なお、本開示は、ここに記載される例に限定されるものではない。 The configuration of the motor system will be described below with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are assigned to the same elements in all the drawings. It should be noted that the disclosure is not limited to the examples described herein.
「システム構成」
図１は、モータシステムの構成を示す図である。モータ１０は、動力を生成する電動機として機能するだけでなく、電力を生成する発電機としても機能する。モータ１０はＵ，Ｖ，Ｗ相の３相のモータであり、３相のコイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗを有している。
"System configuration"
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a motor system. The
各コイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗは、リアクトル成分、抵抗成分、誘起電力（逆起電力）成分からなるため、図においてはこれらを直列接続したものとして示している。なお、モータシステムは車両に搭載され、モータ１０は車両走行の駆動力を発生する電動機、あるいは、エンジン動力または制動トルクにより発電する発電機として機能する。
Since each
３相のコイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗの一端には、直流電力を交流電力に変換する第１インバータ１２が接続され、３相のコイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗの他端には、直流電力を交流電力に変換する第２インバータ１４が接続されている。第１インバータ１２には、第１コンデンサ１６及び第１電池１８が並列接続され、第２インバータ１４には、第２コンデンサ２０及び第２電池２２が並列接続されている。この例では、第１及び第２電源として、それぞれ二次電池である第１及び第２電池１８，２２を使用しているが、それぞれコンデンサなどの別の蓄電手段としてもよい。
A
第１インバータ１２及び第２インバータ１４の構成は同一であり、いずれも、並列接続された三つのレグを有し、各レグは、直列接続された２つのアーム（正極アーム及び負極アーム）を有しており、各相のレグの中間点が対応する相のコイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗの端部にそれぞれ接続されている。そのため、力行の際には、第１電池１８からの直流電力が第１インバータ１２で交流電力に変換されてモータ１０に出力され、回生（発電）の際にはモータ１０からの電力が第１インバータ１２を介し第１電池１８に供給される。また、第２インバータ１４、第２電池２２もモータ１０と同様の電力のやり取りを行う。
The configurations of the
各アームは、スイッチング素子ｕ１～ｕ４、ｖ１～ｖ４、ｗ１～ｗ４と、スイッチング素子と逆方向に電流を流す整流素子（例えば逆流ダイオード）Ｄ１、Ｄ２が並列接続されて構成される。スイッチング素子ｕ１～ｕ４、ｖ１～ｖ４、ｗ１～ｗ４は、例えばＩＧＢＴなどのトランジスタである。これにより、第１インバータ１２は、３相のそれぞれで正極側、負極側に分かれて接続されたスイッチング素子ｕ１、ｕ２、ｖ１、ｖ２、ｗ１、ｗ２と、各スイッチング素子に並列に電流が逆方向に流れるように接続された整流素子Ｄ１とを有する。スイッチング素子ｕ１、ｕ２、ｖ１、ｖ２、ｗ１、ｗ２は、第１のスイッチング素子に相当し、整流素子Ｄ１は、第１整流素子に相当する。
Each arm is composed of switching elements u1 to u4, v1 to v4, w1 to w4, and rectifying elements (for example, reverse current diodes) D1 and D2 that allow current to flow in the opposite direction to the switching elements, which are connected in parallel. The switching elements u1 to u4, v1 to v4 and w1 to w4 are transistors such as IGBTs. As a result, the
第２インバータ１４は、３相のそれぞれで正極側、負極側に分かれて接続されたスイッチング素子ｕ３、ｕ４、ｖ３、ｖ４、ｗ３、ｗ４と、各スイッチング素子に並列に電流が逆方向に流れるように接続された整流素子Ｄ２とを有する。スイッチング素子ｕ３、ｕ４、ｖ３、ｖ４、ｗ３、ｗ４は、第２のスイッチング素子に相当し、整流素子Ｄ２は、第２整流素子に相当する。
The
正極側（図１の上側）である正極アームのスイッチング素子ｕ１、ｕ３、ｖ１、ｖ３、ｗ１、ｗ３をオンすることで対応する相のコイルに向けて電流が流れる。負極側（図１の下側）である負極アームのスイッチング素子ｕ２、ｕ４、ｖ２、ｖ４、ｗ２、ｗ４をオンすることで対応する相のコイルから電流が引き抜かれる。 By turning on the switching elements u1, u3, v1, v3, w1, and w3 of the positive electrode arm on the positive electrode side (upper side in FIG. 1), a current flows toward the coil of the corresponding phase. By turning on the switching elements u2, u4, v2, v4, w2, and w4 of the negative arm on the negative electrode side (lower side in FIG. 1), current is extracted from the coil of the corresponding phase.
制御装置２４が電池情報、モータ情報、車両情報などに基づき、第１インバータ１２、及び第２インバータ１４のスイッチング信号を作成し、これらのスイッチングを制御する。速度検出部６２がモータ１０の回転速度を検出し、その検出信号が制御装置２４の駆動制御部６０に供給される。速度検出部６２は、例えばレゾルバを含んで構成される。速度検出部６２の機能の一部が、制御装置２４により実現されてもよい。例えば、速度検出部が、モータのロータ回転角θを検出する角度検出部と、角度検出部の検出信号からモータの回転速度を算出する速度算出部とから構成されてもよい。速度算出部は、制御装置２４の一部の機能により実現する。
The
「制御装置の構成」
図２には、制御装置２４の構成が示されている。車両制御部３０には、アクセルペダル、ブレーキペダルの操作量、車速など車両走行に関する車両情報、第１電池１８及び第２電池２２の充電状態（ＳＯＣ１，ＳＯＣ２）、温度（Ｔ１，Ｔ２）などの電池情報が供給される。
"Configuration of Controller"
FIG. 2 shows the configuration of the
そして、車両制御部３０は、アクセルペダル、ブレーキペダルの操作量などから、モータ１０の出力要求（目標出力トルク）についてのトルク指令を算出する。
Then, the
算出されたトルク指令は、モータ制御部３２の電流指令生成部３４に供給される。電流指令生成部３４は、トルク指令に基づいて、モータ１０のベクトル制御における目標となる電流指令であるｄ軸、ｑ軸電流ｉｄｃｏｍ，ｉｑｃｏｍを算出する。
The calculated torque command is supplied to the
３相／２相変換部３６には、第１電池１８、第２電池２２の電池電圧ＶＢ１，ＶＢ２、モータ１０のロータ回転角θ、現在の各相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが供給される。３相／２相変換部３６は、検出された各相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗをｄ軸、ｑ軸電流ｉｄ，ｉｑに変換する。
The three-phase/two-
電流指令生成部３４からの目標となる電流指令（ｄ軸、ｑ軸電流）ｉｄｃｏｍ，ｉｑｃｏｍと、３相／２相変換部３６からの現在のｄ軸、ｑ軸電流ｉｄ，ｉｑは、ＰＩ制御部３８に供給され、電圧ベクトルＶ（ｄ軸励磁電圧指令ｖｄ、ｑ軸トルク電圧指令ｖｑ）が算出される。ＰＩ制御部３８は、Ｐ（比例）制御、Ｉ（積分）制御などのフィードバック制御により電圧指令（モータ電圧ベクトルＶ（ｖｄ、ｖｑ））を算出する。なお、予測制御などのフィードフォワード制御を組み合わせてもよい。
The target current commands (d-axis and q-axis currents) idcom and iqcom from the
算出されたモータ電圧ベクトルＶ（電圧指令ｖｄ，ｖｑ）は、分配部４０に供給される。分配部４０は、モータ電圧ベクトルＶ（電圧指令ｖｄ，ｖｑ）を、第１インバータ１２用の第１インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）（電圧指令ｖｄ１，ｖｑ１）と、第２インバータ１４用の第２インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）（電圧指令ｖｄ２，ｖｑ２）に分配する。分配部４０の分配については後述する。
The calculated motor voltage vector V (voltage commands vd, vq) is supplied to the distribution unit 40 . The distribution unit 40 divides the motor voltage vector V (voltage commands vd, vq) into a first inverter voltage vector V (INV1) (voltage commands vd1, vq1) for the
分配部４０からの電圧指令ｖｄ１，ｖｑ１は２相／３相変換部４２に供給され、ここで第１インバータ用の３相の電圧指令Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１に変換されて出力され、電圧指令ｖｄ２，ｖｑ２は、２相／３相変換部４４に供給され、ここで第２インバータ用の３相の電圧指令Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２に変換されて出力される。
The voltage commands vd1, vq1 from the distribution unit 40 are supplied to the two-phase/three-
２相／３相変換部４２からの第１インバータ用の３相の電圧指令Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１は第１インバータ制御部４６に供給され、第２インバータ用の３相の電圧指令Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２は、第２インバータ制御部４８に供給される。
Three-phase voltage commands Vu1, Vv1, Vw1 for the first inverter from the two-phase/three-
第１インバータ制御部４６には、ロータ回転角θ、第１インバータ入力電圧ＶＨ１が供給されており、ＰＷＭキャリア（三角波）と電圧指令Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１の比較によって第１インバータ１２におけるスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ用のスイッチング信号を生成し、これを第１インバータ１２に供給する。第２インバータ制御部４８も同様にして、第２インバータ１４におけるスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ用のスイッチング信号を生成し、これを第２インバータ１４に供給する。モータ制御部３２、第１インバータ制御部４６、第２インバータ制御部４８は、駆動制御部６０に含まれる。
The rotor rotation angle θ and the first inverter input voltage VH1 are supplied to the first
このようにして、制御装置２４からの信号によって、第１インバータ１２、第２インバータ１４のスイッチングが制御され、所望の電流がモータ１０に供給される。このとき、第１インバータ制御部４６が第１インバータ１２の駆動を制御し、第２インバータ制御部４８が第２インバータ１４の駆動を制御することで、モータ１０が駆動される。
Thus, the signals from the
さらに、駆動制御部６０は、３相ＯＮ指令部５２を含んでいる。３相ＯＮ指令部５２は、速度検出部６２からモータ１０の回転速度の検出信号が供給される。３相ＯＮ指令部５２は、モータ１０の回転速度が所定速度以下の場合に、第２インバータ１４において、３相の負極側のスイッチング素子ｕ４、ｖ４、ｗ４を同時にオンするとともに、３相の正極側のスイッチング素子ｕ３、ｖ３、ｗ３を同時にオフする。このとき、３相ＯＮ指令部５２は、分配部４０と、第２インバータ制御部４８とに、第２インバータ１４の３相の負極側のスイッチング素子ｕ４、ｖ４、ｗ４を同時にオンするための指令信号を供給する。これにより、極低速時にインバータの素子温度の上昇を抑制できる。極低速時のインバータの制御は、後で詳述する。
Furthermore, the
「２つのインバータにおける出力の分配」
図２における分配部４０は、上位の制御部である車両制御部３０から供給される各種情報（分配用情報）や、第１及び第２インバータ１２，１４の動作状態を示すインバータ情報などに基づいて、モータ電圧ベクトルＶ（ｖｄ，ｖｑ）を、第１及び第２インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）、Ｖ（ＩＮＶ２）に分配する。この分配は、モータ電圧ベクトルを維持しつつ、２つのインバータ電圧ベクトルに分配することで、大きさの変更、位相の変更、正負の変更を含む。
"Distribution of output in two inverters"
The distribution unit 40 in FIG. 2 operates based on various information (distribution information) supplied from the
「出力の分配比率の変更」
このモータ電圧ベクトルＶの分配について図３～図４を参照して説明する。図３は、１つのインバータの場合におけるモータ電圧ベクトルＶを説明する図であり、図４は、２つのインバータの場合におけるモータ電圧ベクトルＶの分配例を示す図である。図４において、太実線は、第１インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）を、太破線は、第２インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）を示している。図３、図４では、ベクトルが重なる場合に、適宜ずらして、見やすくしている。
"Change the output distribution ratio"
Distribution of the motor voltage vector V will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. FIG. 3 is a diagram for explaining the motor voltage vector V in the case of one inverter, and FIG. 4 is a diagram showing a distribution example of the motor voltage vector V in the case of two inverters. In FIG. 4, the thick solid line indicates the first inverter voltage vector V (INV1), and the thick dashed line indicates the second inverter voltage vector V (INV2). In FIGS. 3 and 4, when the vectors overlap, they are shifted as appropriate to make them easier to see.
図３には、１つのインバータによる通常のモータ駆動の際の電圧、電流のベクトル制御について示してある。モータの出力要求に応じて、モータ電圧ベクトルＶ（ｄ軸電圧ｖｄ、ｑ軸電圧ｖｑ）、モータ電流ベクトルＩ（ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ）が決定される。そして、モータ電圧×モータ電流が出力（電力）になる。 FIG. 3 shows vector control of voltage and current during normal motor driving by one inverter. A motor voltage vector V (d-axis voltage vd, q-axis voltage vq) and a motor current vector I (d-axis current id, q-axis current iq) are determined according to a motor output request. Then, motor voltage×motor current becomes output (electric power).
ここで、本例のシステムでは、第１インバータ１２、第２インバータ１４の２つのインバータを有している。従って、２つのインバータからの出力を均等にしないこともできる。図４では、第１インバータ１２の出力についての電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）（第１インバータ電圧ベクトル）と、第２インバータの出力についての電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）（第２インバータ電圧ベクトル）について、その位相は変更せず、大きさを異ならせている。この場合、モータ１０の出力（電力）に変化はないが、第１インバータ１２と、第２インバータ１４におけるスイッチング信号の形状（波形）が変化する。なお、第１及び第２インバータ１２，１４の出力のｄ軸成分をｖｄ（ＩＮＶ１），ｖｄ（ＩＮＶ２）とすると、ｄ軸成分ｖｄ＝ｖｄ（ＩＮＶ１）＋ｖｄ（ＩＮＶ２）であり、ｑ軸成分ｖｑ＝ｖｑ（ＩＮＶ１）＋ｖｑ（ＩＮＶ２）である。
Here, the system of this example has two inverters, the
図４に示すように、２つのインバータ出力である、電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）、Ｖ（ＩＮＶ２）の位相を維持しつつ、分配の比率を変更することで、スイッチング信号の波形が変化する。従って、モータ１０への相電圧の形状が変化するとともに、スイッチング回数が増減しパルス幅も変化する。第１インバータ１２の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）及び第２インバータ１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）は、互いに位相を異ならせることもできる。
As shown in FIG. 4, the waveform of the switching signal changes by changing the distribution ratio while maintaining the phases of the voltage vectors V(INV1) and V(INV2), which are the two inverter outputs. Accordingly, as the shape of the phase voltage to the
「極低速時のインバータ制御」
モータ１０の極低速時には、上述のように速度検出部６２、３相ＯＮ指令部５２を用いて、第１、第２インバータ１２，１４の一方のインバータを制御することで、インバータの素子温度の上昇を抑制できる。具体的には、３相ＯＮ指令部５２は、速度検出部６２から供給されるロータの回転速度が、極低速に対応する所定速度以下と判定した場合に、分配部４０に指令信号を出力し、モータ電圧ベクトルＶを、第１インバータ１２が１００％、第２インバータ１４が０％となる比率で分配させる。分配部４０は、その指令信号に応じた電圧指令を２相／３相変換部４２、４４に供給する。
"Inverter control at extremely low speed"
When the
さらに、３相ＯＮ指令部５２は、第２インバータ制御部４８に、第２インバータ１４において３相の負極側のスイッチング素子ｕ４、ｖ４、ｗ４を、同時にオンさせるように指令信号を出力する。第２インバータ制御部４８は、その指令信号に応じて、第２インバータ１４の３相の負極側のスイッチング素子ｕ４、ｖ４、ｗ４を、同時にオンさせる。この状態で、後述のように第２インバータ１４はモータ１０の中性点として使用され、モータ１０は第１電池１８からの電流で駆動され、第２電池２２からの電流はモータ１０に供給されない。
Further, the 3-phase ON
図５は、実施形態において、第１インバータ１２及び第２インバータ１４の制御方法を示すフローチャートである。図５に示す処理は、駆動制御部６０（図２）で実行される。ステップＳ１１において、３相ＯＮ指令部５２（図２）により、モータ１０の回転速度が所定速度以下か否かが判定される。所定速度は、例えば、ロック時の０、または０付近の極低速の速度である。ステップＳ１１は、モータ１０が通電されていることが確認された場合に実行されてもよい。
FIG. 5 is a flow chart showing a control method for the
ステップＳ１１の判定が肯定（ＹＥＳ）の場合には、ステップＳ１２において、３相ＯＮ指令部５２（図２）が第２インバータ制御部４８（図２）を介して第２インバータ１４の３相の負極側のスイッチング素子ｕ４、ｖ４、ｗ４を同時にオンするとともに、３相の正極側のスイッチング素子ｕ３、ｖ３、ｗ３を同時にオフする。これと同時に、第１インバータ１２によりモータ１０を停止または回転させ、処理が終了する。
If the determination in step S11 is affirmative (YES), in step S12, the three-phase ON command unit 52 (FIG. 2) turns on the three-phase power of the
ステップＳ１２において、車輪がロック状態であり、モータ１０の回転速度が０である場合には、第１インバータ１２の各相の所定位置のスイッチング素子のみがオンされることで、モータ１０の各コイルに直流電流が流れてモータが停止する。モータの回転速度が０以外の場合、例えばロック状態に近いが、まだ回転している場合には、第１インバータ１２のスイッチング素子のみがスイッチング動作することによりモータが回転する。
In step S12, when the wheels are locked and the rotation speed of the
一方、ステップＳ１１の判定が否定（ＮＯ）の場合には、ステップＳ１３において、第１、第２インバータ１２，１４の通常駆動でモータを回転させて、処理が終了する。
On the other hand, if the determination in step S11 is negative (NO), in step S13, the motor is rotated by normal driving of the first and
図６は、実施形態において、モータ１０のロック時における第１、第２各インバータ１２，１４の通電状態を示す図である。図６では、内側に斜線を示した矩形部分によりスイッチング素子がオフされることを示している。また、スイッチング素子の左隣に示した矢印により電流方向を示しており、太線矢印が、細線矢印より大きい電流が流れることを示している。また、破線矢印により整流素子Ｄｉの電流方向を示している。以下、整流素子はＤｉの符号を付して説明する。
FIG. 6 is a diagram showing energized states of the first and
図６に示す例では、第２インバータ１４において、３相の負極側のスイッチング素子ｕ４、ｖ４、ｗ４が同時にオンされるとともに、第２インバータ１４の３相の正極側のスイッチング素子ｕ３、ｖ３、ｗ３の全部がオフされている。スイッチング素子ｗ４はオンされて通電経路が開いているが、電流は流れず、後述のように、電流はスイッチング素子ｗ４に並列接続された整流素子Ｄｉに流れている。
In the example shown in FIG. 6, in the
一方、第１インバータ１２の２相（Ｕ相、Ｖ相）では、正極側のスイッチング素子ｕ１、ｖ１がオンされ、残りの１相（Ｗ相）では負極側のスイッチング素子ｗ２がオンされている。これにより、モータ１０の各コイル１０ｕ、１０ｖ、１０ｗには、図６に各コイル１０ｕ、１０ｖ、１０ｗの下の矢印で示す方向に直流電流が流れて、モータ１０が停止している。このとき、第２インバータ１４では、３相の正極側のスイッチング素子ｕ３、ｖ３、ｗ３の全部がオフされているので、第２電池２２からの電流はモータ１０のコイルには流れない。第１電池１８からの電流は、第１インバータ１２の正極側の２つのスイッチング素子ｕ１、ｖ１を流れた後、コイル１０ｕ、１０ｖを通って、第２インバータ１４の負極側の２相（Ｕ相、Ｖ相）のスイッチング素子ｕ４、ｖ４を流れる。その後、第２インバータ１４の負極側の残りの１相（Ｗ相）で、整流素子Ｄｉに電流が流れた後、コイル１０ｗ、第１インバータ１２の負極側のスイッチング素子ｗ２を通過する。これにより、第２インバータ１４がモータ１０の中性点として使用される。また、後で図７を用いて説明する比較例の場合と異なり、第２インバータ１４の正極側のスイッチング素子ｗ３に集中して大電流が流れることがない。このため、第２インバータ１４において、１つのスイッチング素子に集中して大電流が流れることを抑制できるので、極低速時にインバータの素子温度の上昇を抑制できる。さらに、第２インバータ１４で３相の負極側のスイッチング素子ｕ４、ｖ４、ｗ４が全部オンされているので、モータ１０が極低速で回転する場合にこれらのスイッチング素子ｕ４、ｖ４、ｗ４のオンオフが切り換わる頻繁なスイッチングを行う必要がない。これにより、スイッチングを抑制しながらモータ１０を回転させることができるので、インバータの制御性を高くできる。
On the other hand, in the two phases (U phase and V phase) of the
「比較例」
図７は、比較例において、ロック時における第１、第２各インバータ１２，１４の通電状態を示す図である。比較例では、モータ１０のロック時に、例えば第１インバータ１２では、２相の正極側のスイッチング素子ｕ１、ｖ１と１相の負極側のスイッチング素子ｗ２がオンされ、第２インバータ１４では２相の負極側のスイッチング素子ｕ４、ｖ４と１相の正極側のスイッチングｗ４がオンされる。図７において、第１インバータ１２及びモータ１０の各コイル１０ｕ、１０ｖ、１０ｗの電流方向は、図６の場合と同様である。
"Comparative example"
FIG. 7 is a diagram showing energization states of the first and
このような比較例では、第２インバータ１４において、１相のスイッチング素子ｗ３に大電流が継続して集中しやすくなる。このため、このスイッチング素子ｗ３の温度が上昇しやすくなる。図１～図６の実施形態では、このスイッチング素子ｗ３がオフされ、その代わりにスイッチング素子ｗ４に並列接続された整流素子Ｄｉに電流が流れることで、このような不都合を防止できる。
In such a comparative example, in the
「実施形態のモータ回転時の制御」
図１～図６に示した実施形態において、モータ１０が通電されるがモータ１０に作用する負荷トルクが大きくなる等により、ロック状態に近い極低速でモータ１０がまだ回転する場合もある。実施形態では、この場合も、第２インバータ１４の３相の負極側スイッチング素子ｕ４、ｖ４、ｗ４を同時にオンするように制御することで、一部のスイッチング素子に大電流が長期間継続して流れることを抑制して、第２インバータ１４の素子温度の上昇を抑制できる。このときには、第１インバータ１２では、モータの回転に応じて各相のスイッチング素子がスイッチングされる。さらに、上記のように第２インバータ１４で３相の負極側のスイッチング素子ｕ４、ｖ４、ｗ４が全部オンされているので、第２インバータ１４のスイッチングを抑制できることにより、インバータの制御性を高くできる。
"Control during motor rotation in the embodiment"
In the embodiment shown in FIGS. 1 to 6, although the
「実施形態の別例」
図８は、実施形態の別例において、ロック時における第１、第２各インバータ１２，１４の通電状態を示す図である。本例の場合には、図１～図６の構成と異なり、駆動制御部６０（図２）は、モータ１０の回転速度が所定速度以下の場合に、第２インバータ１４の３相正極側のスイッチング素子ｕ３、ｖ３、ｗ３を同時にオンするとともに、３相負極側のスイッチング素子ｕ４、ｖ４、ｗ４を同時にオフする。スイッチング素子ｗ３はオンされているが、電流は流れず、スイッチング素子ｗ３に並列接続された整流素子Ｄｉに電流が流れる。これにより、第２電池２２からの電流はモータ１０のコイルには流れない。これとともに、第１インバータ１２の２相（Ｕ相、Ｖ相）では、負極側のスイッチング素子ｕ２、ｖ２がオンされ、残りの１相（Ｗ相）では正極側のスイッチング素子ｗ１がオンされている。これにより、モータ１０の各コイル１０ｕ、１０ｖ、１０ｗの電流方向は、図６の場合と逆になるが、直流電流が流れることでモータ１０が停止している。この場合も、第２インバータ１４の一部のスイッチング素子（本例の場合は負極側のスイッチング素子ｗ４）に大電流が流れることを抑制できるので、インバータの素子温度の上昇を抑制できる。
"Another example of embodiment"
FIG. 8 is a diagram showing energization states of the first and
上記の図１～図６、または、図８を用いて説明した例では、第２インバータ１４の負極側、または正極側の３相のスイッチング素子を同時にオンする場合を説明した。一方、第２インバータ１４の代わりに、第１インバータ１２において、正極側の３相のスイッチング素子を同時にオンし、負極側の３相のスイッチング素子を同時にオフするか、または、負極側の３相のスイッチング素子を同時にオンし、正極側の３相のスイッチング素子を同時にオフしてもよい。
In the examples described above with reference to FIGS. 1 to 6 and FIG. 8, the case where the three-phase switching elements on the negative electrode side or the positive electrode side of the
図９は、実施形態の別例において、第１インバータ１２及び第２インバータ１４の制御方法を示すフローチャートである。図１０は、モータのロック時に、３相同時にオンするスイッチング素子が変化する様子を示す図である。
FIG. 9 is a flowchart showing a control method for the
本例の場合には、図１～図６の構成と異なり、駆動制御部６０（図２）は、モータ１０の回転速度が所定速度以下の場合に、第１、及び第２インバータ１２，１４で、３相同時にオンするスイッチング素子を切り換えている。 In the case of this example, unlike the configuration of FIGS. , the switching elements that turn on the three phases at the same time are switched.
具体的には、図９のステップＳ２１において、３相ＯＮ指令部５２（図２）により、モータ１０の回転速度が所定速度以下か否かが判定される。
Specifically, at step S21 in FIG. 9, it is determined whether or not the rotation speed of the
ステップＳ２１の判定が肯定（ＹＥＳ）の場合には、ステップＳ２２において、図１０（ａ）に示すように、３相ＯＮ指令部５２が第２インバータ制御部４８（図２）を介して第２インバータ１４の３相の負極側のスイッチング素子ｕ４、ｖ４、ｗ４を同時にオン、３相の正極側のスイッチング素子ｕ３、ｖ３、ｗ３を同時にオフとし、その状態を所定時間継続する。このときの状態は、図６の状態と同じである。このとき、第１インバータ１２では各相の所定位置のスイッチング素子ｕ１、ｖ１、ｗ２がオンされてモータ１０が停止する。モータ１０には、第１電池１８からの電流が供給される。
If the determination in step S21 is affirmative (YES), in step S22, as shown in FIG. The switching elements u4, v4, and w4 on the three-phase negative side of the
次いで、図９のステップＳ２３において、図１０（ｂ）に示すように、３相ＯＮ指令部５２が第２インバータ制御部４８を介して第２インバータ１４の３相の正極側のスイッチング素子ｕ３、ｖ３、ｗ３を同時にオン、３相の負極側のスイッチング素子ｕ４、ｖ４、ｗ４を同時にオフとし、その状態を所定時間継続する。このときに第１インバータ１２でオンされるスイッチング素子は、ステップＳ２１、図１０（ａ）の場合と同様である。
Next, in step S23 of FIG. 9, as shown in FIG. 10(b), the three-phase ON
次いで、ステップＳ２４において、図１０（ｃ）に示すように、３相ＯＮ指令部５２が第１インバータ制御部４６（図２）を介して第１インバータ１２の３相の正極側のスイッチング素子ｕ１、ｖ１、ｗ１を同時にオン、３相の負極側のスイッチング素子ｕ２、ｖ２、ｗ２を同時にオフとし、その状態を所定時間継続する。このとき、第２インバータ１４では各相の所定位置のスイッチング素子ｕ４、ｖ４、ｗ３がオンされてモータ１０が停止する。モータ１０には、第２電池２２からの電流が供給される。
Next, in step S24, as shown in FIG. 10(c), the three-phase ON
最後に、ステップＳ２５において、図１０（ｄ）に示すように、３相ＯＮ指令部５２が第１インバータ制御部４６を介して第１インバータ１２の３相の負極側のスイッチング素子ｕ２、ｖ２、ｗ２を同時にオン、３相の正極側のスイッチング素子ｕ１、ｖ１、ｗ１を同時にオフとし、その状態を所定時間継続する。このときに第２インバータ１４でオンされるスイッチング素子は、ステップＳ２４、図１０（ｃ）の場合と同様である。ステップＳ２５の終了により、処理が終了する。図９のステップＳ２１において、再度、モータ１０の回転速度が所定速度以下であると判定されると、再度、ステップＳ２２～Ｓ２５の処理が繰り返される。ステップＳ２１の判定が否定（ＮＯ）の場合のステップＳ２６の処理は、図５のステップＳ１３と同様である。
Finally, in step S25, as shown in FIG. 10(d), the three-phase ON
本例の構成によれば、正極側、または負極側でスイッチング素子を３相同時にオンするインバータとは別のインバータの一部のスイッチング素子に、大電流が継続して集中して流れることを抑制できる。例えば、図１０（ａ）（ｂ）では、第１インバータ１２のスイッチング素子ｗ２に電流が継続して集中する可能性があるが、図１０（ｃ）では、そのスイッチング素子ｗ２がオフされるので、素子温度の上昇を抑制できる。
According to the configuration of this example, it is possible to suppress continuous and concentrated flow of a large current to a part of the switching elements of the inverter other than the inverter in which the switching elements of the three phases are simultaneously turned on on the positive side or the negative side. can. For example, in FIGS. 10(a) and 10(b), the current may continue to concentrate on the switching element w2 of the
一方、図１０（ｃ）（ｄ）では、第２インバータ１４のスイッチング素子ｗ３に電流が継続して集中する可能性があるが、図１０（ａ）では、そのスイッチング素子ｗ３がオフされるので、素子温度の上昇を抑制できる。これにより、第１、及び第２インバータ１２，１４の素子温度の上昇を抑制できる。なお、図９のステップＳ２２～Ｓ２５の処理の順序ならびに実施処理は図９の例に限定するものではなく、適宜変更することができる。
On the other hand, in FIGS. 10(c) and 10(d), the current may continue to concentrate on the switching element w3 of the
また、第１及び第２インバータ１２，１４で一部のスイッチング素子に電流が継続して集中することをさらに抑制するために、図９のステップＳ２１で肯定判定（ＹＥＳ）がされた場合に、ステップＳ２２とステップＳ２４とを交互に所定回数繰り返す構成とすることもできる。このとき、図１０（ａ）の状態と図１０（ｃ）の状態とが交互に繰り返される。これにより、図１０（ａ）（ｃ）の第１インバータ１２のＷ相負極側のスイッチング素子ｗ２と、第２インバータ１４のＷ相正極側のスイッチング素子ｗ３とで、電流が集中する状態と、通電が停止される状態とを交互に切り換えることができる。このため、一部のスイッチング素子に継続して電流が集中することをさらに抑制できるので、素子温度の上昇をさらに抑制できる。本例において、その他の構成及び作用は、図１～図６の構成と同様である。
In addition, in order to further suppress currents from continuously concentrating on some switching elements in the first and
図２において、駆動制御部６０は、上位の制御部となる車両制御部３０と別の構成とした。しかし、車両制御部３０が駆動制御部６０の機能を実施してもよい。また、駆動制御部６０を下位のマイコンで構成してもよい。さらに、駆動制御部６０の一部または全部をハードで構成してもよい。
In FIG. 2, the
１０ モータ、１２ 第１インバータ、１４ 第２インバータ、１６，２０ コンデンサ、１８ 第１電池（第１電源）、２２ 第２電池（第２電源）、２４ 制御装置、２５ 充電器、２６ リレー、３０ 車両制御部、３２ モータ制御部、３４ 電流指令生成部、３６ ３相／２相変換部、３８ ＰＩ制御部、４０ 分配部、４２，４４ ２相／３相変換部、４６ 第１インバータ制御部、４８ 第２インバータ制御部、５２ ３相ＯＮ指令部、６０ 駆動制御部、６２ 速度検出部。
10
Claims (1)
二次電池である第１電源と、
二次電池である第２電源と、
３相のそれぞれで正極側、負極側に分かれて接続された第１のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子に並列に電流が逆方向に流れるように接続された第１整流素子とを有し、前記第１電源からの直流電力を交流電力に変換して前記モータに出力する第１インバータと、
３相のそれぞれで正極側、負極側に分かれて接続された第２のスイッチング素子と、前記第２のスイッチング素子に並列に電流が逆方向に流れるように接続された第２整流素子とを有し、前記第２電源からの直流電力を交流電力に変換して前記モータに出力する第２インバータと、
前記第１インバータ及び前記第２インバータの駆動を制御して、前記モータを駆動する駆動制御部と、
を備え、
前記駆動制御部は、
前記モータの回転速度が所定速度以下の場合に、
前記第１インバータ及び前記第２インバータの一方のインバータにおいて、３相の負極側の前記スイッチング素子を同時にオンするとともに３相の正極側の前記スイッチング素子を同時にオフする第１動作と、前記一方のインバータにおいて、３相の正極側の前記スイッチング素子を同時にオンするとともに３相の負極側の前記スイッチング素子を同時にオフする第２動作と、前記第１インバータ及び前記第２インバータの他方のインバータにおいて、３相の正極側の前記スイッチング素子を同時にオンするとともに３相の負極側の前記スイッチング素子を同時にオフする第３動作と、前記他方のインバータにおいて、３相の負極側の前記スイッチング素子を同時にオンするとともに３相の正極側の前記スイッチング素子を同時にオフする第４動作と、を、所定の順序で行うサイクルを繰り返し行う、
モータシステム。
a motor;
a first power supply that is a secondary battery;
a second power supply that is a secondary battery;
A first switching element connected separately to a positive electrode side and a negative electrode side for each of the three phases, and a first rectifying element connected in parallel to the first switching element so that current flows in the opposite direction. a first inverter that converts the DC power from the first power supply into AC power and outputs the AC power to the motor;
A second switching element connected separately to a positive electrode side and a negative electrode side for each of the three phases, and a second rectifying element connected in parallel to the second switching element so that current flows in the opposite direction. a second inverter that converts the DC power from the second power supply into AC power and outputs the AC power to the motor;
a drive control unit that controls driving of the first inverter and the second inverter to drive the motor;
with
The drive control unit
When the rotation speed of the motor is equal to or lower than a predetermined speed,
In one of the first inverter and the second inverter, a first operation of simultaneously turning on the switching elements on the negative side of the three phases and simultaneously turning off the switching elements on the positive side of the three phases; In the inverter, a second operation of simultaneously turning on the switching elements on the positive side of the three phases and turning off the switching elements on the negative side of the three phases at the same time; a third operation of simultaneously turning on the switching elements on the positive side of the three phases and simultaneously turning off the switching elements on the negative side of the three phases; and a fourth operation of simultaneously turning off the switching elements on the positive electrode side of the three phases in a predetermined order.
motor system.
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