JP2000354304A - Motor drive power converter - Google Patents
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- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、特に電気自動
車、電気スクータ、電気自転車等の動力用モータを駆動
するのに適したモータ駆動用電力変換装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a motor driving power conversion device particularly suitable for driving a power motor for an electric vehicle, an electric scooter, an electric bicycle or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】電気自動車、電気スクータ、電気自転車
用の動力用モータを駆動するモータ駆動用電力変換装置
としては、電池及びコンデンサを直列接続し、この電
池、コンデンサから電力変換回路（第１の電力変換器）
を介してモータに力行電力を供給し、該モータからの回
生電力を前記電力変換器及びこれとは別の電力変換器
（第２の電力変換器）を介して前記コンデンサに蓄える
ようにしたものがある。例えば特開平１０−８４６２８
号公報、特開平１０−８４６０１号公報にはこの種のモ
ータ駆動用電力変換装置が紹介されている。これらは本
出願人によって開発された技術であるが、更に開発を進
め多くの成果を収めている。図８はその最近の成果の一
例であるモータ駆動用電力変換装置を示す。2. Description of the Related Art As a motor drive power conversion device for driving a power motor for an electric vehicle, an electric scooter, or an electric bicycle, a battery and a capacitor are connected in series, and a power conversion circuit (first battery) is connected to the battery and the capacitor. Power converter)
And a regenerative power from the motor is stored in the capacitor through the power converter and another power converter (a second power converter). There is. For example, JP-A-10-84628
Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 10-84601 introduces this type of motor driving power converter. These are technologies developed by the present applicant, but have been further developed and have achieved many results. FIG. 8 shows a motor driving power conversion device as an example of the recent result.
【０００３】同図において、２はモータ、４は出力端が
該モータ２に結合された例えばインバータからなる電力
変換器で、ブリッジ部６と、その入力端に並列に接続さ
れた平滑コンデンサ８からなる。ブリッジ部６は電圧変
換を行うもので、電力変換器４の要部を成す。また、平
滑コンデンサ８はブリッジ部６における高速スイッチン
グにより生じるリップルを吸収する。In FIG. 1, reference numeral 2 denotes a motor, and 4 denotes a power converter composed of, for example, an inverter having an output terminal coupled to the motor 2. The power converter includes a bridge unit 6 and a smoothing capacitor 8 connected in parallel to its input terminal. Become. The bridge unit 6 performs voltage conversion, and forms a main part of the power converter 4. Further, the smoothing capacitor 8 absorbs a ripple generated by high-speed switching in the bridge section 6.
【０００４】１０１は第１の切換回路で、そのコモン端
子が電力変換器４の入力端のマイナス端子に接続されて
いる。１０２は第２の切換回路で、そのコモン端子が電
力変換器４の入力端のプラス端子に接続されている。１
２は充電可能な電池、１４はコンデンサで、該電池１２
とコンデンサ１４とが直列に接続されている。具体的に
は、電池１２の陰極がコンデンサ１４のプラス側端子に
接続されている。そして、コンデンサ１４のマイナス側
端子は前記第１の切換回路１０１の切換端子Ａに接続さ
れ、前記電池１２の陽極は前記第２の切換回路１０２の
切換端子Ｄに接続され、そして、第１の切換回路１０１
の切換端子Ｂと第２の切換回路１０２の切換端子Ｃは共
に前記電池１２とコンデンサ１４との接続点に接続され
ている。１６は該コンデンサ１４と並列に接続されたダ
イオードで、コンデンサ１４に加わる電圧が逆極性にな
ることを阻んでその破損を防止する役割を果たす。A first switching circuit 101 has a common terminal connected to the negative terminal of the input terminal of the power converter 4. Reference numeral 102 denotes a second switching circuit, the common terminal of which is connected to the positive terminal of the input terminal of the power converter 4. 1
2 is a rechargeable battery; 14 is a capacitor;
And the capacitor 14 are connected in series. Specifically, the cathode of the battery 12 is connected to the positive terminal of the capacitor 14. The negative terminal of the capacitor 14 is connected to the switching terminal A of the first switching circuit 101, the anode of the battery 12 is connected to the switching terminal D of the second switching circuit 102, and Switching circuit 101
And the switching terminal C of the second switching circuit 102 are both connected to a connection point between the battery 12 and the capacitor 14. Numeral 16 denotes a diode connected in parallel with the capacitor 14, which serves to prevent the voltage applied to the capacitor 14 from having the opposite polarity, thereby preventing the capacitor 14 from being damaged.
【０００５】このようなモータ駆動用電力変換装置にお
いては、通常時は第１の切換回路１０１を切換端子Ａ側
に、第２の切換回路１０２を切換端子Ｄ側に切り換えた
状態にする。すると、電池１２及びコンデンサ１４から
電力変換部４を介してモータ２へ力行電力が供給され
る。また、回生時には第１の切換回路１０１を切換端子
Ａ側に、第２の切換回路１０２を切換端子Ｃ側に切り換
えた状態にする。すると、モータ２から回生電力が電力
変換部４を介してコンデンサ１４に供給され、電力蓄積
が為される。In such a motor driving power converter, normally, the first switching circuit 101 is switched to the switching terminal A and the second switching circuit 102 is switched to the switching terminal D. Then, power running power is supplied from the battery 12 and the capacitor 14 to the motor 2 via the power converter 4. During regeneration, the first switching circuit 101 is switched to the switching terminal A side, and the second switching circuit 102 is switched to the switching terminal C side. Then, the regenerative electric power is supplied from the motor 2 to the capacitor 14 via the electric power conversion unit 4, and the electric power is stored.
【０００６】また、回生状態が連続し、コンデンサ１４
が満充電になると、第１の切換回路１０１を切換端子Ｂ
側に切り換え、第２の切換回路１０２を切換端子Ｄ側に
切り換える。すると、連続回生状態の継続によりモータ
２側からの電力は電池１２に蓄積される状態になる。従
って、コンデンサ１４の満充電後も電池１２に回生電力
を蓄積できるので、モータ駆動用電力変換装置の回生電
力の蓄積容量を増加させることができる。勿論、この電
池１２にのみ電力を回生するようにすることは必要不可
欠ではない。このようにすれば、回生電力の蓄積容量を
顕著に増加させることができるが、なくてもコンデンサ
１４による回生電力の蓄積はできるからである。Further, the regenerative state continues, and the capacitor 14
Is fully charged, the first switching circuit 101 is switched to the switching terminal B
, And the second switching circuit 102 is switched to the switching terminal D side. Then, the electric power from the motor 2 is stored in the battery 12 due to the continuation of the continuous regeneration state. Therefore, since the regenerative power can be stored in the battery 12 even after the capacitor 14 is fully charged, the storage capacity of the regenerative power of the motor driving power converter can be increased. Of course, it is not indispensable to regenerate power only in the battery 12. By doing so, the storage capacity of the regenerative power can be significantly increased, but the regenerative power can be stored by the capacitor 14 without the storage capacity.
【０００７】このようなモータ駆動用電力変換装置によ
れば、モータ２の負荷変動に応じて、コンデンサ１４が
短時間ながら大電力をモータ２に供給する機能を果た
し、電池は小電力ながら長時間にわたって平均した電力
をモータ２に供給する機能を果たす。これにより電池の
ピーク負荷を減らし、電池の寿命を延長すると共に、実
質的に電力容量を拡大することができる。その点で優れ
ていると言える。According to such a power converter for driving a motor, the capacitor 14 performs a function of supplying a large amount of power to the motor 2 in a short time in response to a load change of the motor 2, and the battery has a small power and a long time. And performs a function of supplying the motor 2 with the averaged power over the motor 2. As a result, the peak load of the battery can be reduced, the life of the battery can be extended, and the power capacity can be substantially increased. It can be said that it is excellent in that respect.
【０００８】しかしながら、上述したモータ駆動用電力
変換装置には、切換回路１０１、１０２に対してプリチ
ャージ回路を必要とし、そのプリチャージ回路を所定の
シーケンスで動作させる必要がある。というのは、第１
の切換回路１０１と第２の切換回路１０２により切換状
態を瞬間的に変化させると、電力変換器４の入力端のリ
ップル吸収用平滑コンデンサ８に蓄積された電荷による
突入電流が切換回路１０１あるいは１０２に流れてこれ
を焼損させるからである。However, the above-described motor driving power converter requires a precharge circuit for the switching circuits 101 and 102, and it is necessary to operate the precharge circuits in a predetermined sequence. Because the first
When the switching state is instantaneously changed by the switching circuit 101 and the second switching circuit 102, the rush current due to the electric charge accumulated in the ripple absorbing smoothing capacitor 8 at the input end of the power converter 4 is changed to the switching circuit 101 or 102. And burns it out.
【０００９】そこで、実際には、図９に示すように第１
及び第２の切換回路１０１、１０２が構成される。この
図９に示すモータ駆動用電力変換装置においては、第１
のスイッチ回路１０１の主たる電流経路ＭＡ、ＭＢ及び
第２のスイッチ回路１０２の主たる電流経路ＭＣ、ＭＤ
の各スイッチをＩＧＢＴにより構成し、プリチャージ用
電流経路ＰＡ、ＰＢ、ＰＣ、ＰＤの各スイッチをＦＥＴ
により構成したものである。ＲＡ、ＲＢ、ＲＣ、ＲＤは
プリチャージ抵抗である。Therefore, actually, as shown in FIG.
And second switching circuits 101 and 102. In the motor driving power converter shown in FIG.
Main current paths MA and MB of the first switch circuit 101 and main current paths MC and MD of the second switch circuit 102
Are configured by IGBTs, and the switches of the precharge current paths PA, PB, PC, and PD are replaced by FETs.
It is constituted by RA, RB, RC, and RD are precharge resistors.
【００１０】本実施例においては、ＭＡ、ＭＢ、ＭＣ、
ＭＤの各スイッチがオフ状態であっても、ＭＡ、ＭＤの
各スイッチを成すＩＧＢＴの寄生ダイオードにより電池
１２及びコンデンサ１４への回生が可能である。そし
て、ＭＡのスイッチをオン、ＭＢのスイッチをオフ、Ｍ
Ｃのスイッチをオフ、ＭＤのスイッチをオンにすると電
池１２とコンデンサ１４により力行する状態にすること
ができ、ＭＡのスイッチをオフ（オンでも良い。）、Ｍ
Ｂのスイッチをオフ、ＭＣのスイッチをオン、ＭＤのス
イッチをオフにすることによりコンデンサ１４だけへの
回生をする状態にすることができ、ＭＡのスイッチをオ
フ、ＭＢのスイッチをオン、ＭＣのスイッチをオフ、Ｍ
Ｄのスイッチをオフ（オンでも良い。）とすることによ
り電池だけへの回生が可能になる。In this embodiment, MA, MB, MC,
Even when each switch of the MD is in the off state, the regenerating to the battery 12 and the capacitor 14 is possible by the parasitic diode of the IGBT constituting each switch of the MA and the MD. Then, the MA switch is turned on, the MB switch is turned off, and M
When the switch of C is turned off and the switch of MD is turned on, power can be run by the battery 12 and the capacitor 14. The switch of MA can be turned off (or turned on), and M can be turned on.
By turning off the switch of B, turning on the switch of MC, and turning off the switch of MD, it is possible to set a state in which only the capacitor 14 is regenerated. The switch of MA is turned off, the switch of MB is turned on, and the switch of MC is turned on. Switch off, M
By turning off the switch of D (it may be on), regeneration to only the battery becomes possible.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したモ
ータ駆動用電力変換装置によれば、各切換回路に突入電
流が流れるのを防止するためプリチャージが必要なの
で、プリチャージ用のスイッチング素子、プリチャージ
抵抗を必要とし、また、スイッチング素子を一定のシー
ケンスで動作させる必要があるので、そのシーケンス動
作をさせる制御手段が必要となり、部品点数が多くな
り、制御回路系を複雑にする必要があるという問題があ
った。According to the above-described motor driving power converter, precharging is required to prevent an inrush current from flowing through each switching circuit. Since a charge resistor is required and the switching elements need to be operated in a fixed sequence, control means for performing the sequence operation is required, the number of components is increased, and the control circuit system must be complicated. There was a problem.
【００１２】従って、本発明の目的は、モータ側からの
回生電力の蓄積・力行電力の供給をする電源を切換回路
により切り換えるようにしたモータ駆動用電力変換装置
において、切換回路にプリチャージをする必要をなくす
ことにある。Accordingly, an object of the present invention is to precharge a switching circuit in a motor driving power converter in which a power supply for storing regenerative electric power and supplying power running power from a motor side is switched by a switching circuit. To eliminate the need.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ための手段として、請求項１記載の発明に係るモータ駆
動用電力変換装置は、充電可能な電源を少なくとも一つ
含む複数の電源からなる直列回路と；モータと；出力端
が前記モータに結合された電力変換部と；前記電力変換
部の入力端の一方又は両方に対応して設けられ、該電力
変換部を前記直列回路の全体に結合するか、又は直列回
路を構成する一部の電源に結合する切換回路と；前記直
列回路を構成する各電源に対して並列に設けられた複数
の平滑コンデンサとを備え；前記切換回路を、通常時は
前記電力変換部を前記複数の電源からなる直列回路に結
合する切換状態にし、回生時には前記電力変換部を前記
直列回路を構成する充電可能な一部の電源に結合する切
換状態にするようにしたことを特徴とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided a motor driving power conversion device comprising a plurality of power sources including at least one rechargeable power source. A motor; a power converter having an output terminal coupled to the motor; and a power converter provided corresponding to one or both of the input terminals of the power converter. A switching circuit coupled to or coupled to a part of power supplies constituting a series circuit; and a plurality of smoothing capacitors provided in parallel with each power supply constituting the series circuit; Normally, the power conversion unit is set to a switching state in which the power conversion unit is coupled to a series circuit composed of the plurality of power supplies. Like Characterized in that it was.
【００１４】請求項２記載の発明は、請求項１記載のモ
ータ駆動用電力変換装置において、切換回路を半導体素
子により構成したことを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, in the power converter for driving a motor according to the first aspect, the switching circuit is constituted by a semiconductor element.
【００１５】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載のモータ駆動用電力変換装置において、電力変換部を
主要部とする、電力変換器を納める電力変換器筐体内部
に、切換回路を平滑コンデンサと共に設置したことを特
徴とする。According to a third aspect of the present invention, in the power converter for driving a motor according to the first or second aspect, the switching circuit is provided inside the power converter housing containing the power converter and having the power converter as a main part. Is installed together with the smoothing capacitor.
【００１６】請求項４記載の発明に係るモータ駆動用電
力変換装置は、充電可能な電源を少なくとも一つ含む２
個の電源からなる直列回路と；前記直列回路を構成する
各電源に対して並列に設けられた複数の平滑コンデンサ
と；直流モータと；前記各電源に対応して設けられた切
換回路とを備え；前記各切換回路は、それぞれ高速スイ
ッチング可能な複数のスイッチング素子を直列接続して
なり、更にその各スイッチング素子に対してそれぞれに
流れる電流と逆方向の電流を許容するように並列に接続
されたダイオードを有し、そのスイッチング素子からな
る直流回路が対応する前記電源に並列に接続され、該ス
イッチング素子の接続点が前記直列モータの互いに異な
る端子に接続されていることを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a motor driving power converter including at least one chargeable power source.
A series circuit comprising a plurality of power supplies; a plurality of smoothing capacitors provided in parallel with each of the power supplies constituting the series circuit; a DC motor; and a switching circuit provided corresponding to each of the power supplies. Each of the switching circuits is connected in series with a plurality of switching elements capable of high-speed switching, and is further connected in parallel to each of the switching elements so as to allow a current flowing in a direction opposite to a current flowing therethrough; A DC circuit having a switching element is connected in parallel to the corresponding power supply, and a connection point of the switching element is connected to different terminals of the series motor.
【００１７】請求項５記載の発明に係るモータ駆動用電
力変換装置は、充電可能な電源を少なくとも一つ含む３
個の電源からなる直列回路と；前記直列回路を構成する
前記各電源に対して並列に設けられた複数の平滑コンデ
ンサと；前記各電源に対応して設けられた３個の第１切
換回路と；前記第１切換回路に接続された２個の第２切
換回路と；前記第２切換回路に接続された直流モータと
を備え；前記第１切換回路は、それぞれ複数のスイッチ
ング素子を直流に接続してなり、更にその各スイッチン
グ素子に対してそれぞれそれに流れる電流と逆方向の電
流を許容するように並列に接続されたダイオードを有
し、そのスイッチング素子からなる直列回路が対応する
前記電源に並列に接続され；前記第２切換回路は、それ
ぞれ複数のスイッチング素子を直列に接続してなり、更
にその各スイッチング素子に対してそれぞれそれに流れ
る電流と逆方向の電流を許容するように並列に接続され
たダイオードを有し；一方の第２切換回路のスイッチン
グ素子からなる直列回路が、前記第１切換回路の第１番
目のもののスイッチング素子の接続点と、該第１番目の
第１切換回路に隣接する第２番目の第１切換回路のスイ
ッチング素子の接続点との間に接続され；他方の第２切
換回路のスイッチング素子からなる直列回路が、前記第
２切換回路の第２番目のもののスイッチング素子の接続
点と、同じく第３番目のもののスイッチング素子の接続
点との間に接続され；前記各第２切換回路のスイッチン
グ素子の接続点が上記直流モータの互いに異なる端子に
接続され；前記各第１切換回路と前記各第２切換回路の
少なくとも一方の切換回路の各スイッチング素子が高速
スイッチング可能な素子からなることを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a motor driving power converter including at least one chargeable power source.
A series circuit comprising a plurality of power supplies; a plurality of smoothing capacitors provided in parallel with each of the power supplies constituting the series circuit; and three first switching circuits provided corresponding to each of the power supplies. Two switching circuits connected to the first switching circuit; and a DC motor connected to the second switching circuit; the first switching circuit connects a plurality of switching elements to direct current, respectively. Further, each switching element has a diode connected in parallel so as to allow a current flowing therethrough in a direction opposite to that of the switching element, and a series circuit including the switching elements is connected in parallel to the corresponding power supply. The second switching circuit includes a plurality of switching elements connected in series, and further supplies a current in a direction opposite to a current flowing through each of the switching elements. A series circuit consisting of the switching elements of one of the second switching circuits comprises a connection point of the first one of the switching circuits of the first switching circuit; A second switching circuit connected between the first switching circuit and the switching element of the second switching circuit adjacent to the first switching circuit; The connection point of the switching element of the second one of the circuits and the connection point of the switching element of the third one of the circuits; Connected to different terminals; each switching element of at least one of the first switching circuit and the second switching circuit is an element capable of high-speed switching And it features.
【００１８】請求項６記載の発明は、請求項１〜５のい
ずれか一に記載のモータ駆動用電力変換装置において、
直流回路を構成する複数の電源のうちの１つが電気二重
層コンデンサであることを特徴とする。According to a sixth aspect of the present invention, in the power converter for driving a motor according to any one of the first to fifth aspects,
One of the plurality of power supplies constituting the DC circuit is an electric double layer capacitor.
【００１９】[0019]
【発明の実施の形態及び実施例】図１は本発明のモータ
駆動用電力変換装置の第１の実施例のブロック図であ
る。同図において、２はモータ、４は出力端が該モータ
２に結合された電力変換器、６はその要部を成すブリッ
ジ部で、高速スイッチングにより電力変換する。１０１
は第１の切換回路で、そのコモン端子がブリッジ部（電
力変換部）６の入力端のマイナス端子に接続されてい
る。１０２は第２の切換回路で、そのコモン端子がブリ
ッジ部６の入力端のプラス端子に接続されている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment of a motor driving power converter according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 2 denotes a motor, 4 denotes a power converter having an output terminal coupled to the motor 2, and 6 denotes a bridge unit which is a main part of the converter, which converts power by high-speed switching. 101
Is a first switching circuit, the common terminal of which is connected to the minus terminal of the input terminal of the bridge unit (power conversion unit) 6. Reference numeral 102 denotes a second switching circuit, the common terminal of which is connected to the positive terminal of the input terminal of the bridge unit 6.
【００２０】８１は第１の平滑コンデンサ、８２は第２
の平滑コンデンサで、この二つの平滑コンデンサ８１と
８２は直列に接続され、第１の平滑コンデンサ８１のマ
イナス側端子は前記第１の切換回路１０１の切換端子Ａ
に接続され、第１と第２の平滑コンデンサ８１と８２の
接続点は第１の切換回路１０１の切換端子Ｂ及び第２の
切換回路１０２の切換端子Ｃと接続され、平滑コンデン
サ８２のプラス側端子は第２の切換回路１０２の切換端
子Ｄと接続されている。Reference numeral 81 denotes a first smoothing capacitor, and 82 denotes a second smoothing capacitor.
The two smoothing capacitors 81 and 82 are connected in series, and the negative terminal of the first smoothing capacitor 81 is connected to the switching terminal A of the first switching circuit 101.
And the connection point between the first and second smoothing capacitors 81 and 82 is connected to the switching terminal B of the first switching circuit 101 and the switching terminal C of the second switching circuit 102. The terminal is connected to the switching terminal D of the second switching circuit 102.
【００２１】前記電力変換器４は、その要部を成すブリ
ッジ部６と、前記二つの切換回路１０１、１０２と、前
記二つ平滑コンデンサ８１、８２からなり、一つの電力
変換器の筐体内に収納されており、図１において１８が
この筐体を観念的に示す。即ち、該筐体１８内に、電力
変換器４を構成するものとして、その要部を成すブリッ
ジ部６と、前記二つの切換回路１０１、１０２と、前記
二つ平滑コンデンサ８１、８２が収納されている。この
ように、平滑コンデンサ８１、８２を電力変換器４の一
部として電力変換器の筐体１８に収納するのみならず、
切換回路１０１、１０２をもその筐体１８に収納するこ
とにより、電力変換器４を備えたモータ駆動用電力変換
装置の集積化、小型化を図ることができる。The power converter 4 comprises a bridge section 6, which is a main part of the power converter 4, the two switching circuits 101 and 102, and the two smoothing capacitors 81 and 82. 1 and 18 in FIG. 1 conceptually shows this housing. That is, in the housing 18, the bridge section 6, which is a main part of the power converter 4, the two switching circuits 101 and 102, and the two smoothing capacitors 81 and 82 are housed. ing. As described above, not only the smoothing capacitors 81 and 82 are housed in the power converter housing 18 as a part of the power converter 4 but also
By housing the switching circuits 101 and 102 in the housing 18 as well, it is possible to achieve integration and miniaturization of the motor driving power conversion device including the power converter 4.
【００２２】１２は電池、１４はコンデンサで、例えば
電気二重層コンデンサからなり、比較的大きな静電容量
を有する。該電池１２とコンデンサ１４とが直列に接続
されている。具体的には、電池１２の陰極がコンデンサ
１４のプラス側端子に接続されている。そして、コンデ
ンサ１４のマイナス側端子は前記第１の切換回路１０１
の切換端子Ａに接続され、前記電池１２の陽極は前記第
２の切換回路１０２の切換端子Ｄに接続され、そして、
第１の切換回路１０１の切換端子Ｂと第２の切換回路１
０２の切換端子Ｃは共に前記電池１２とコンデンサ１４
との接続点に接続されている。１６は該コンデンサ１４
と並列に接続されたダイオードで、コンデンサ１４に加
わる電圧が逆極性になることを阻んでその破損を防止す
る役割を果たす。なお、図１においてはインバータ（電
力変換器４）が３相であったが、単相でも良いことは言
うまでもない。Reference numeral 12 denotes a battery, and 14 denotes a capacitor, for example, an electric double layer capacitor, which has a relatively large capacitance. The battery 12 and the capacitor 14 are connected in series. Specifically, the cathode of the battery 12 is connected to the positive terminal of the capacitor 14. The negative terminal of the capacitor 14 is connected to the first switching circuit 101.
, The anode of the battery 12 is connected to the switching terminal D of the second switching circuit 102, and
Switching terminal B of first switching circuit 101 and second switching circuit 1
02 is connected to the battery 12 and the capacitor 14
Is connected to the connection point. 16 is the capacitor 14
And a diode connected in parallel to prevent the voltage applied to the capacitor 14 from having the opposite polarity, thereby preventing the capacitor 14 from being damaged. Although the inverter (power converter 4) has three phases in FIG. 1, it goes without saying that it may be a single phase.
【００２３】このようなモータ駆動用電力変換装置にお
いては、通常時は第１の切換回路１０１を切換端子Ａ側
に、第２の切換回路１０２を切換端子Ｄ側に切り換えた
状態にする。すると、電池１２及びコンデンサ１４から
電力変換部４を介してモータ２へ力行電力が供給され
る。また、回生時には第１の切換回路１０１を切換端子
Ａ側に、第２の切換回路１０２を切換端子Ｃ側に切り換
えた状態にする。すると、モータ２から回生電力が電力
変換部４を介してコンデンサ１４に供給され、電力蓄積
が為される。In such a motor driving power converter, normally, the first switching circuit 101 is switched to the switching terminal A and the second switching circuit 102 is switched to the switching terminal D. Then, power running power is supplied from the battery 12 and the capacitor 14 to the motor 2 via the power converter 4. During regeneration, the first switching circuit 101 is switched to the switching terminal A side, and the second switching circuit 102 is switched to the switching terminal C side. Then, the regenerative electric power is supplied from the motor 2 to the capacitor 14 via the electric power conversion unit 4, and the electric power is stored.
【００２４】また、回生状態が連続し、コンデンサ１４
が満充電になると、第１の切換回路１０１を切換端子Ｂ
側に切り換え、第２の切換回路１０２を切換端子Ｄ側に
切り換える。すると、連続回生状態の継続によりモータ
２側からの回生電力は電池１２に蓄積される状態にな
る。従って、コンデンサ１４の満充電後も電池１２に回
生電力を蓄積できるので、モータ駆動用電力変換装置の
回生電力の蓄積容量を増加させることができる。勿論、
この電池１２にのみ電力を回生するようにすることは必
要不可欠ではない。このようにすれば、回生電力の蓄積
容量を顕著に増加させることができるが、なくてもコン
デンサ１４による回生電力の蓄積はできるからである。Further, the regenerative state continues and the capacitor 14
Is fully charged, the first switching circuit 101 is switched to the switching terminal B
, And the second switching circuit 102 is switched to the switching terminal D side. Then, the regenerative electric power from the motor 2 is stored in the battery 12 due to the continuation of the continuous regenerative state. Therefore, since the regenerative power can be stored in the battery 12 even after the capacitor 14 is fully charged, the storage capacity of the regenerative power of the motor driving power converter can be increased. Of course,
It is not indispensable to regenerate power only in the battery 12. By doing so, the storage capacity of the regenerative power can be significantly increased, but the regenerative power can be stored by the capacitor 14 without the storage capacity.
【００２５】このようなモータ駆動用電力変換装置によ
れば、第１の平滑コンデンサ８１は直列回路を構成する
コンデンサ１４に、第２の平滑コンデンサ８２は直列回
路を構成する電池１２に、それぞれ並列に接続され、平
滑コンデンサ８１、８２が電力変換器４の要部を成すブ
リッジ部６側から見て切換回路１０１、１０２よりも電
池１２、コンデンサ１４からなる直列回路寄りなので、
切換回路１０１、１０２の動作に関係なく、第１の平滑
コンデンサ８１にはコンデンサ１６の電圧が、第２の平
滑コンデンサ８２には電池１４の電圧が印加される。従
って、切換時にプリチャージによる電圧調整を行う必要
がなくなる。According to such a power converter for driving a motor, the first smoothing capacitor 81 is connected in parallel to the capacitor 14 forming a series circuit, and the second smoothing capacitor 82 is connected in parallel to the battery 12 forming a series circuit. , And the smoothing capacitors 81 and 82 are closer to the series circuit composed of the battery 12 and the capacitor 14 than the switching circuits 101 and 102 when viewed from the bridge section 6 forming the main part of the power converter 4.
Regardless of the operation of the switching circuits 101 and 102, the voltage of the capacitor 16 is applied to the first smoothing capacitor 81, and the voltage of the battery 14 is applied to the second smoothing capacitor 82. Therefore, there is no need to perform voltage adjustment by precharge at the time of switching.
【００２６】従って、図９に示すモータ駆動用電力変換
装置のようにプリチャージ用のスイッチング素子、プリ
チャージ抵抗を必要とすることはなく、また、スイッチ
ング素子を一定のシーケンスで動作させる必要もないの
で、そのシーケンス動作をさせる制御手段を必要としな
い。よって、部品点数を少なくすることができ、制御回
路系をより簡単にできる。Therefore, unlike the motor drive power converter shown in FIG. 9, there is no need for a precharge switching element and a precharge resistor, and there is no need to operate the switching elements in a fixed sequence. Therefore, there is no need for control means for performing the sequence operation. Therefore, the number of parts can be reduced, and the control circuit system can be simplified.
【００２７】図２は本発明のモータ駆動用電力変換装置
の第２の実施例のブロック図である。本実施例において
は、第１の切換回路１０１の電流経路ＭＡ、ＭＢ及び第
２の切換回路１０２の電流経路ＭＣ、ＭＤの各スイッチ
を半導体素子、特に絶縁ゲート・バイポーラ・トランジ
スタ（ＩＧＢＴ）により構成したものであり、ＤＡ、Ｄ
Ｂ、ＤＣ、ＤＤは前記電流経路ＭＡ、ＭＢ、ＭＣ、ＭＤ
のスイッチを成すＩＧＢＴに必然的に寄生する寄生ダイ
オードである。なお、本実施例においては寄生ダイオー
ドを有するトランジスタをスイッチング素子としたが、
寄生ダイオードを有しないものもスイッチング素子とし
て用いることができる。但し、その場合、スイッチング
素子の外部にダイオードを設け、このダイオードをその
スイッチング素子に組み合わせる必要がある。そして、
その組み合わせをする場合には、スイッチング素子が流
す電流と逆の方向の電流を流すようにダイオードをスイ
ッチング素子に並列的に接続することが必要である。FIG. 2 is a block diagram of a second embodiment of the motor driving power converter according to the present invention. In this embodiment, each switch of the current paths MA and MB of the first switching circuit 101 and the current paths MC and MD of the second switching circuit 102 is configured by a semiconductor element, particularly, an insulated gate bipolar transistor (IGBT). DA, D
B, DC, DD are the current paths MA, MB, MC, MD
Is a parasitic diode inevitably parasitic on the IGBT forming the switch. In this embodiment, the switching element is a transistor having a parasitic diode.
Those having no parasitic diode can also be used as switching elements. However, in that case, it is necessary to provide a diode outside the switching element and combine this diode with the switching element. And
When the combination is performed, it is necessary to connect a diode to the switching element in parallel so that a current flows in a direction opposite to a current flowing through the switching element.
【００２８】本実施例においては、ＭＡ、ＭＢ、ＭＣ、
ＭＤの各スイッチがオフ状態であっても、ＭＡ、ＭＤの
各スイッチを成すＩＧＢＴの寄生ダイオードにより電池
１２及びコンデンサ１４への回生が可能であるが、これ
は特に必要不可欠な経路（モード）ではない。In this embodiment, MA, MB, MC,
Even when each switch of the MD is in the off state, the regeneration to the battery 12 and the capacitor 14 is possible by the parasitic diode of the IGBT forming each switch of the MA and the MD. Absent.
【００２９】そして、ＭＡのスイッチをオン、ＭＢのス
イッチをオフ、ＭＣのスイッチをオフ、ＭＤのスイッチ
をオンにすると電池１２とコンデンサ１４により力行す
る状態にすることができ、ＭＡのスイッチをオフ（オン
でも良い。）、ＭＢのスイッチをオフ、ＭＣのスイッチ
をオン、ＭＤのスイッチをオフにすることによりコンデ
ンサ１２だけへの回生をする状態にすることができ、Ｍ
Ａのスイッチをオフ、ＭＢのスイッチをオン、ＭＣのス
イッチをオフ、ＭＤのスイッチをオフ（オンでも良
い。）とすることにより電池１２だけへの回生が可能に
なる。なお、スイッチ回路を成すスイッチはＩＧＢＴに
限らず、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等ほか
の半導体素子でも良く、また、通常のスイッチや、リレ
ー等オン／オフ動作により電流をスイッチングできるも
のであれば何を使用しても良い。When the MA switch is turned on, the MB switch is turned off, the MC switch is turned off, and the MD switch is turned on, the battery 12 and the capacitor 14 allow power to run, and the MA switch is turned off. (It may be turned on.) By turning off the switch of MB, turning on the switch of MC, and turning off the switch of MD, it is possible to make a state in which only the capacitor 12 is regenerated.
By turning off the switch of A, turning on the switch of MB, turning off the switch of MC, and turning off the switch of MD (it may be on), regeneration to only the battery 12 becomes possible. The switch forming the switch circuit is not limited to the IGBT, but may be another semiconductor element such as an FET (field effect transistor), for example, or a normal switch or a relay capable of switching the current by on / off operation. Any may be used.
【００３０】図３は本発明のモータ駆動用電力変換装置
の第３の実施例のブロック図である。本実施例は第２の
実施例における切換回路１０１、１０２を構成するスイ
ッチを成す各半導体素子（但し、第２の実施例ではＩＧ
ＢＴであったが、本実施例ではＦＥＴを用いている。勿
論、本実施例においてもＦＥＴに代えてＩＧＢＴを用い
るようにしても良いことは言うまでもない。）を高速ス
イッチングすることによりチョッパとして動作させ、直
流ブラシモータを回転させるようにしたものである。Ｆ
ＥＴにもＩＧＢＴと同様に寄生ダイオードＤＡ、ＤＢ、
ＤＣ、ＤＤがある。FIG. 3 is a block diagram of a third embodiment of the motor driving power converter according to the present invention. In the present embodiment, each semiconductor element constituting a switch constituting the switching circuits 101 and 102 in the second embodiment (however, in the second embodiment, IG
Although BT, FET is used in this embodiment. Of course, it goes without saying that an IGBT may be used instead of the FET in this embodiment. ) Is operated as a chopper by high-speed switching to rotate a DC brush motor. F
As with the IGBT, the parasitic diodes DA, DB,
There are DC and DD.
【００３１】本実施例においては、第２の実施例におけ
るブリッジ部６に相当するものはなく、直流ブラシモー
タ２１が切換回路１０１、１０２に直接結合している。
なお、チョッパ動作において負荷側、即ち直流ブラシモ
ータ２１側におけるインダクタンスが足りない場合に
は、それを補う意味で、チョークコイル等を追加するよ
うにしても良い。In this embodiment, there is no equivalent to the bridge section 6 in the second embodiment, and the DC brush motor 21 is directly connected to the switching circuits 101 and 102.
In the case where the inductance on the load side, that is, the DC brush motor 21 side is insufficient in the chopper operation, a choke coil or the like may be added to supplement the inductance.
【００３２】図４（Ａ）はＦＥＴの高速スイッチング動
作による切換回路の降圧チョッパ（高電圧側→低電圧
側）としての動作を、同（Ｂ）は同じく昇圧チョッパ
（高電圧側←低電圧側）としての動作を説明する回路図
である。図４（Ａ）、（Ｂ）においては一般に、高電圧
側には電源（電池）が低電圧側には負荷（モータ）が接
続される。具体的には図４（Ａ）は高速スイッチングさ
れる、例えば電流経路ＭＤのスイッチを成すＦＥＴの動
作状態を示し、そのＦＥＴがオンすると、それを通じて
電流が電源（高電圧側）からモータ（低電圧側）に流
れ、モータ（およびチョークコイル）のインダクタンス
によって電流が保存される。そのＦＥＴのオフ時には別
のＦＥＴの寄生ダイオードを通じて保存された電流が流
れる。また、図４（Ｂ）は高速スイッチングされる、例
えば電流経路ＭＣのＦＥＴの動作状態を示し、そのＦＥ
Ｔがオンすると、モータ（およびチョークコイル）に電
流が流れ、インダクタンスによって電流が保存される。
そのＦＥＴがオフしたときには、別のＦＥＴの寄生ダイ
オードを通じて保存された電流が電源（高電圧側）に向
かって流れる。FIG. 4A shows the operation of the switching circuit as a step-down chopper (high voltage side → low voltage side) by the high-speed switching operation of the FET, and FIG. FIG. 9 is a circuit diagram illustrating an operation as ()). In FIGS. 4A and 4B, generally, a power supply (battery) is connected to the high voltage side, and a load (motor) is connected to the low voltage side. More specifically, FIG. 4A shows an operation state of a FET that switches at a high speed, for example, a switch of a current path MD. When the FET is turned on, a current flows from a power source (high voltage side) to a motor (low voltage side). (Voltage side) and the current is conserved by the inductance of the motor (and choke coil). When the FET is off, the stored current flows through the parasitic diode of another FET. FIG. 4B shows the operation state of the FET on the current path MC which is switched at a high speed, for example, and its FE is shown.
When T is turned on, a current flows through the motor (and the choke coil), and the current is stored by the inductance.
When the FET is turned off, the stored current flows toward the power supply (high voltage side) through the parasitic diode of another FET.
【００３３】図５（Ａ）〜（Ｃ）は図３に示す電力変換
器の各別の３つの力行モードにおける動作を説明する回
路図であり、図５（Ａ）は電流経路ＭＡのＦＥＴだけを
高速スイッチング動作し、コンデンサ１４からのみ力行
電力が供給される力行モードにおける動作を示す。即
ち、この力行モードにおいては、ＭＢ、ＭＣ、ＭＤのＦ
ＥＴは全てオフし、ＭＡのＦＥＴだけが高速スイッチン
グされる。この構成では、ＭＡのＦＥＴ、ＭＢのＦＥＴ
の寄生ダイオードＤＢ、直流ブラシモータ２１のインダ
クタンスにより、コンデンサ１４を高電圧側、直流ブラ
シモータ２１を低電圧側とした降圧チョッパが形成され
る。従って、コンデンサ１４からのみ力行電流がモータ
２１に供給されるのである。FIGS. 5A to 5C are circuit diagrams for explaining the operation of the power converter shown in FIG. 3 in three different powering modes. FIG. 5A shows only the FET of the current path MA. In a powering mode in which high-speed switching operation is performed and powering power is supplied only from the capacitor 14. That is, in this powering mode, F of MB, MC, MD
All the ETs are turned off, and only the FET of the MA is rapidly switched. In this configuration, MA FET, MB FET
The parasitic diode DB and the inductance of the DC brush motor 21 form a step-down chopper in which the capacitor 14 is on the high voltage side and the DC brush motor 21 is on the low voltage side. Therefore, the powering current is supplied to the motor 21 only from the capacitor 14.
【００３４】また、図５（Ｂ）は電流経路ＭＤのＦＥＴ
だけを高速スイッチング動作し、電池１２からのみ力行
電力がモータ２１に供給される力行モードにおける動作
を示す。即ち、この力行モードにおいては、ＭＡ、Ｍ
Ｂ、ＭＣのＦＥＴは全てオフし、ＭＤのＦＥＴだけが高
速スイッチングされる。この構成では、ＭＤのＦＥＴ、
ＭＣのＦＥＴの寄生ダイオードＤＣ、直流ブラシモータ
２１のインダクタンスにより、電池１２を高電圧側、直
流ブラシモータ２１を低電圧側とした降圧チョッパが形
成される。従って、電池１２からのみ力行電流がモータ
２１に供給されるのである。FIG. 5B shows an FET in the current path MD.
Only in the high-speed switching operation, and powering mode in which powering power is supplied to the motor 21 only from the battery 12. That is, in this powering mode, MA, M
The B and MC FETs are all turned off, and only the MD FETs are switched at high speed. In this configuration, the MD FET,
A step-down chopper having the battery 12 on the high voltage side and the DC brush motor 21 on the low voltage side is formed by the parasitic diode DC of the MC FET and the inductance of the DC brush motor 21. Therefore, the powering current is supplied to the motor 21 only from the battery 12.
【００３５】そして、図５（Ｃ）は電流経路ＭＡとＭＤ
の両方のＦＥＴが同時に同期して高速スイッチング動作
し、電池１２とコンデンサ１４の両方から力行電力がモ
ータ２１に供給される力行モードにおける動作を示す。
即ち、この力行モードにおいては、ＭＡ、ＭＤのＦＥＴ
が高速スイッチングされる。この構成では、ＭＡとＭＤ
の両方のＦＥＴ、ＭＢおよびＭＣのＦＥＴの寄生ダイオ
ードＤＢおよびＤＣ、直流ブラシモータ２１のインダク
タンスにより、電池１２とコンデンサ１４の直列回路を
高電圧側、直流ブラシモータ２１を低電圧側とした降圧
チョッパが形成される。FIG. 5C shows current paths MA and MD.
2 shows an operation in a powering mode in which both FETs simultaneously perform a high-speed switching operation in synchronization with each other, and powering power is supplied to the motor 21 from both the battery 12 and the capacitor 14.
That is, in this powering mode, the MA and MD FETs
Are switched at high speed. In this configuration, MA and MD
The step-down chopper in which the series circuit of the battery 12 and the capacitor 14 is on the high voltage side and the DC brush motor 21 is on the low voltage side due to the parasitic diodes DB and DC of both FETs, MB and MC, and the inductance of the DC brush motor 21. Is formed.
【００３６】図６（Ａ）〜（Ｃ）は図３に示す電力変換
器の各別の３つの回生モードにおける動作を説明する回
路図であり、図６（Ａ）は電流経路ＭＣのＦＥＴをオン
にしたままＭＢのＦＥＴを高速スイッチング動作し、コ
ンデンサ１４へのみ回生電力が供給される回生モードに
おける動作を示す。即ち、この回生モードにおいては、
ＭＣのＦＥＴをオン状態に保ち、ＭＢのＦＥＴだけを高
速スイッチングする。この構成では、ＭＢのＦＥＴ、Ｍ
ＡのＦＥＴの寄生ダイオードＤＡ、直流ブラシモータ２
１のインダクタンスによりコンデンサ１４を高電圧側、
直流ブラシモータ２１を低電圧側とした昇圧チョッパが
形成される。従って、コンデンサ１４だけへモータ２１
からの回生電力が回生されるのである。FIGS. 6A to 6C are circuit diagrams for explaining the operation of the power converter shown in FIG. 3 in three different regenerative modes. FIG. An operation in a regenerative mode in which the MB FET is operated at a high speed while being turned on and regenerative power is supplied only to the capacitor 14 is shown. That is, in this regeneration mode,
The MC FET is kept on, and only the MB FET is switched at high speed. In this configuration, the MB FET, M
A parasitic diode DA of FET, DC brush motor 2
The capacitor 14 is connected to the high voltage side by the inductance of 1.
A step-up chopper with the DC brush motor 21 on the low voltage side is formed. Therefore, the motor 21 is transferred only to the condenser 14.
The regenerative power from is regenerated.
【００３７】図６（Ｂ）は電流経路ＭＢのＦＥＴをオン
にしたままＭＣのＦＥＴを高速スイッチングすることに
より電池１２だけへモータ２１からの回生電力が供給さ
れる回生モードにおける動作を示す。即ち、この回生モ
ードにおいては、ＭＢのＦＥＴをオン状態に保ち、ＭＣ
のＦＥＴだけを高速スイッチングする。この構成では、
ＭＣのＦＥＴ、ＭＤのＦＥＴの寄生ダイオードＤＤ、直
流ブラシモータ２１のインダクタンスにより、電池１２
を高電圧側、直流ブラシモータ２１を低電圧側とした昇
圧チョッパが形成される。従って、電池１２だけへ回生
されるのである。FIG. 6B shows the operation in the regenerative mode in which the regenerative power from the motor 21 is supplied only to the battery 12 by performing high-speed switching of the MC FET while keeping the FET of the current path MB ON. That is, in this regenerative mode, the FET of MB is kept on,
High-speed switching only the FETs. In this configuration,
The MC 12 FET, the MD FET parasitic diode DD, and the inductance of the DC brush motor 21
Are formed on the high voltage side and the DC brush motor 21 on the low voltage side. Therefore, it is regenerated to only the battery 12.
【００３８】図６（Ｃ）はＭＢ、ＭＣのＦＥＴを同時に
同期して高速スイッチングすることにより電池１２、コ
ンデンサ１４の双方にモータ２１からの回生電力が供給
される回生モードにおける動作を示す。即ち、この回生
モードにおいては、ＭＢ、ＭＣのＦＥＴが高速スイッチ
ングされる。この構成では、ＭＢとＭＣの両方のＦＥ
Ｔ、ＭＡおよびＭＤのＦＥＴの寄生ダイオードＭＡおよ
びＭＤ、直流ブラシモータ２１のインダクタンスによ
り、電池１２とコンデンサ１４の直流回路を高電圧側、
直流ブラシモータ２１を低電圧側とした昇圧チョッパが
形成される。従って、電池１２とコンデンサ１４の両方
へモータ２１からの回生電力が供給されるのである。FIG. 6C shows the operation in the regenerative mode in which the regenerative power from the motor 21 is supplied to both the battery 12 and the capacitor 14 by simultaneously and simultaneously switching the MB and MC FETs at high speed. That is, in this regeneration mode, the MB and MC FETs are switched at a high speed. In this configuration, both MB and MC FEs
Due to the parasitic diodes MA and MD of the T, MA and MD FETs and the inductance of the DC brush motor 21, the DC circuit of the battery 12 and the capacitor 14
A step-up chopper with the DC brush motor 21 on the low voltage side is formed. Therefore, regenerative power from the motor 21 is supplied to both the battery 12 and the capacitor 14.
【００３９】以上のように、本実施例によれば、コンデ
ンサによる力行、電池による力行、コンデンサと電池の
両方による力行、コンデンサへの回生、電池への回生、
コンデンサと電池の両方への回生の全てが可能になる。
そして、切換回路１０１、１０２が適宜高速スイッチン
グや、オン継続等の制御を受けることにより昇圧、降圧
をして力行、回生のモードで電力変換の役割も果たす。
従って、切換回路が電力変換器としての役割をも果たす
ので、電力変換用のブリッジが不要となり、モータ駆動
用電力変換装置の構成を非常に簡単にでき、小型化、低
価格化を実現することができる。As described above, according to the present embodiment, powering by a capacitor, powering by a battery, powering by both a capacitor and a battery, regeneration to a capacitor, regeneration to a battery,
All regeneration to both capacitors and batteries is possible.
When the switching circuits 101 and 102 are appropriately controlled such as high-speed switching and ON continuation, the switching circuits 101 and 102 perform step-up and step-down to perform power conversion in powering and regeneration modes.
Therefore, since the switching circuit also functions as a power converter, a bridge for power conversion is not required, and the configuration of the power conversion device for driving a motor can be extremely simplified, and the size and price can be reduced. Can be.
【００４０】図７は本発明のモータ駆動用電力変換装置
の第４の実施例のブロック図である。本実施例は、第３
の実施例において２個だった電源の数を３個にしたもの
である。同図において、３２、３４、３６は直列に接続
された電源で、そのうちの少なくとも一つは充電が可能
である。８１、８２、８３は各電源３２、３４、３６に
並列に接続された平滑コンデンサ、１０１、１０２、１
０３はそれぞれ第１切換回路で、図２に示した本発明の
第２の実施例の切換回路１０１、１０２と構成が実質的
に同じ（但し、スイッチング素子は第２の実施例の場合
ＩＧＢＴであるが、本実施例の場合ＦＥＴである。）で
ある。この第１切換回路は、電源に対応して設けられた
ものであり、本実施例において電源の数が３個なので、
数が３個なのである。FIG. 7 is a block diagram of a fourth embodiment of the motor driving power converter according to the present invention. In this embodiment, the third
In this embodiment, the number of power supplies is changed from two to three. In the figure, 32, 34, and 36 are power supplies connected in series, and at least one of them can be charged. 81, 82 and 83 are smoothing capacitors connected in parallel to the respective power supplies 32, 34 and 36;
Reference numeral 03 denotes a first switching circuit, which has substantially the same configuration as the switching circuits 101 and 102 of the second embodiment of the present invention shown in FIG. 2 (however, the switching element is an IGBT in the second embodiment). However, in the case of the present embodiment, it is an FET). This first switching circuit is provided corresponding to the power supply. In the present embodiment, the number of power supplies is three.
The number is three.
【００４１】２０１、２０２はそれぞれ第２切換回路で
あり、第１切換回路１０１、１０２、１０３と、直流ブ
ラシモータ２１との間に設けられている。第２切換回路
２０１、２０２は本実施例では第１切換回路１０１、１
０２、１０３と構成が同じである。そして、第２切換回
路２０１、２０２のうちの第１番目の切換回路２０１
は、第１切換回路１０１、１０２、１０３のうちの第１
番目のもの１０１のスイッチング素子接続点と、第２番
目のもの１０２のスイッチング素子接続点との間に接続
されている。Reference numerals 201 and 202 denote second switching circuits, respectively, which are provided between the first switching circuits 101, 102 and 103 and the DC brush motor 21. In the present embodiment, the second switching circuits 201 and 202 are the first switching circuits 101 and 1.
02 and 103 have the same configuration. The first switching circuit 201 of the second switching circuits 201 and 202
Is the first of the first switching circuits 101, 102, 103
It is connected between the switching element connection point of the second thing 101 and the switching element connection point of the second thing 102.
【００４２】また、第２切換回路２０１、２０２のうち
の第２番目の切換回路２０２は、第１切換回路１０１、
１０２、１０３のうちの第２番目のもの１０２のスイッ
チング素子接続点と、第３番目のもの１０３のスイッチ
ング素子接続点との間に接続されている。そして、第２
切換回路２０１、２０２の各スイッチング素子接続点は
モータ２１の互いに異なる端子に接続されている。The second switching circuit 202 of the second switching circuits 201 and 202 includes the first switching circuit 101,
It is connected between the switching element connection point of the second one 102 and 103 and the switching element connection point of the third one 103. And the second
The switching element connection points of the switching circuits 201 and 202 are connected to different terminals of the motor 21.
【００４３】そして、第１切換回路１０１、１０２、１
０３に例えば図２に示す第２の実施例の切換回路１０
１、１０２と同様の経路の切換動作をさせ、第２切換回
路２０１、２０２に図３に示す第３の実施例の切換回路
１０１、１０２と同様に経路の切換作動とスイッチング
素子の高速スイッチングによる電圧調整（昇圧、降圧）
作動を行わせる。なお、電圧調整を第２切換回路２０
１、２０２ではなく、第１切換回路１０１、１０２、１
０３に行わせるようにしても良い。Then, the first switching circuits 101, 102, 1
03, for example, the switching circuit 10 of the second embodiment shown in FIG.
In the same manner as the switching circuits 101 and 102 of the third embodiment shown in FIG. 3, the second switching circuits 201 and 202 perform the path switching operation and the high-speed switching of the switching elements. Voltage regulation (boost, buck)
Let it work. The voltage adjustment is performed by the second switching circuit 20.
1, 202, but not the first switching circuits 101, 102, 1
03 may be performed.
【００４４】本実施例によれば、力行及び回生をする電
源、その組合わせ方を増やすことができ電力蓄積容量を
より大きくすることができる。なお、電源の数は３個よ
りも増やすことができる。例えば、電源の数を４個にし
た場合、第１切換回路が４個、第２切換回路が３個、第
３切換回路が２個必要であり、電源とモータとの間に、
第１、第２、第３切換回路が介在することになる。According to the present embodiment, the number of power supplies for powering and regenerating, and the combination thereof can be increased, and the power storage capacity can be further increased. Note that the number of power supplies can be increased beyond three. For example, when the number of power supplies is set to four, four first switching circuits, three second switching circuits, and two third switching circuits are required.
The first, second, and third switching circuits are interposed.
【００４５】なお、第３、第４の各実施例において、モ
ータは必ずしも直流ブラシモータであることは不可欠で
はなく、例えば圧電モータ等を用いることもできる。ま
た、上記各実施例において、電源として電池１２とコン
デンサ１４が用いられていたが、直流電源であって直列
接続される複数の電源の少なくとも一方が充電（回生）
可能な電源であれば、電源の種類は電池、コンデンサ、
太陽電池、燃料電池、直流発電機でも構わない。In each of the third and fourth embodiments, the motor is not necessarily a DC brush motor. For example, a piezoelectric motor can be used. Further, in each of the above embodiments, the battery 12 and the capacitor 14 are used as power supplies, but at least one of a plurality of power supplies which are DC power supplies connected in series is charged (regenerated).
If possible, the type of power source is battery, capacitor,
It may be a solar cell, a fuel cell, or a DC generator.
【００４６】[0046]
【発明の奏する効果】以上に述べたように、本発明のモ
ータ駆動用電力変換装置によれば、回生・力行をする電
源を切換回路により切り換えるようにしたモータ駆動用
電力変換装置において、電源変換部により発生するリッ
プルを吸収する平滑コンデンサを切換回路より電源の直
列回路側に設けたので、平滑コンデンサには切換回路側
の動作に関係なく電源側の電圧がかかり、切換状態の瞬
間的変化により平滑コンデンサに印加電圧が加わるおそ
れがない。したがって、切換時にプリチャージによる電
圧調整を行う必要がなく、プリチャージ用のスイッチン
グ素子、プリチャージ抵抗が不要となり、また、スイッ
チング素子を一定のシーケンスで動作させる制御手段も
必要ではなく、部品点数を少なくでき、制御回路系の構
成をより簡単にできる。As described above, according to the motor driving power conversion device of the present invention, in the motor driving power conversion device in which the power source for regeneration and powering is switched by the switching circuit, the power conversion is performed. Since the smoothing capacitor that absorbs the ripple generated by the unit is provided on the series circuit side of the power supply rather than the switching circuit, the voltage on the power supply side is applied to the smoothing capacitor regardless of the operation of the switching circuit side, and the instantaneous change of the switching state There is no possibility that an applied voltage is applied to the smoothing capacitor. Therefore, it is not necessary to perform voltage adjustment by precharging at the time of switching, a switching element for precharging and a precharge resistor are not required, and control means for operating the switching elements in a fixed sequence is not necessary. And the configuration of the control circuit system can be simplified.
【００４７】そして、力行或いは回生をする電源を切り
換える切換回路を、高速スイッチングすることにより昇
圧或いは降圧をさせて、電力変換器として機能させるよ
うにした場合には、切換回路が電力変換器としての役割
を果たすので、電力変換用のブリッジが不要となり、モ
ータ駆動用電力変換装置の構成を非常に簡単にでき、小
型化、低価格化を実現することができる。When the switching circuit for switching the power source for powering or regeneration is switched at high speed to step up or step down to function as a power converter, the switching circuit functions as a power converter. Since it plays a role, a bridge for power conversion is not required, the configuration of the power conversion device for driving a motor can be extremely simplified, and miniaturization and cost reduction can be realized.
【図１】本発明のモータ駆動用電力変換装置の第１の実
施例のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment of a motor driving power converter according to the present invention.
【図２】図１に示したモータ駆動用電力変換装置のスイ
ッチ回路を半導体素子、特にＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バ
イポーラ・トランジスタ）で構成したところの本発明の
モータ駆動用電力変換装置の第２の実施例のブロック図
である。FIG. 2 is a second embodiment of the motor driving power converter according to the present invention in which the switch circuit of the motor driving power converter shown in FIG. 1 is constituted by a semiconductor element, in particular, an IGBT (insulated gate bipolar transistor). It is a block diagram of an example.
【図３】本発明のモータ駆動用電力変換装置の第３の実
施例のブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of a third embodiment of a motor driving power converter according to the present invention.
【図４】（Ａ）はＦＥＴの高速スイッチング動作による
切換回路の降圧チョッパとしての動作を、（Ｂ）は同じ
く昇圧チョッパとしての動作を説明する回路図である。FIG. 4A is a circuit diagram illustrating an operation as a step-down chopper of a switching circuit by a high-speed switching operation of an FET, and FIG. 4B is a circuit diagram illustrating an operation as a step-up chopper.
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は図３のモータ駆動用電力変換
装置の各別の力行モードの動作を説明する回路図であ
る。5 (A) to 5 (C) are circuit diagrams illustrating the operation of the power conversion device for driving a motor in FIG. 3 in different powering modes.
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は図３のモータ駆動用電力変換
装置の各別の回生モードの動作を説明する回路図であ
る。6 (A) to 6 (C) are circuit diagrams for explaining operations in respective regenerative modes of the motor driving power converter of FIG. 3;
【図７】本発明のモータ駆動用電力変換装置の第４の実
施例のブロック図である。FIG. 7 is a block diagram of a fourth embodiment of the motor driving power converter according to the present invention.
【図８】モータ駆動用電力変換装置の一つの従来例の原
理を説明するためのブロック図である。FIG. 8 is a block diagram for explaining the principle of one conventional example of a motor driving power converter.
【図９】モータ駆動用電力変換装置の図８に示す従来例
の具体的構成例を示すブロック図である。9 is a block diagram showing a specific configuration example of the conventional example shown in FIG. 8 of the motor driving power converter.
２、２１ モータ ４ 電力変換器 ６ ブリッジ部 ８１、８２ 平滑コンデンサ １０１、１０２、１０３、２０１、２０２ 切換回路 １２ 電源（電池） １４ 電源（コンデンサ） １６ コンデンサ保護用ダイオード １８ 電力変換器の筐体 2, 21 Motor 4 Power converter 6 Bridge section 81, 82 Smoothing capacitor 101, 102, 103, 201, 202 Switching circuit 12 Power supply (battery) 14 Power supply (capacitor) 16 Diode for capacitor protection 18 Housing for power converter
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｍ 7/48 Ｈ０２Ｍ 7/797 7/797 Ｈ０１Ｇ 9/00 ３０１Ｚ (72)発明者 宮岡 邦明 広島県広島市中区小町４番33号 中国電力 株式会社内 (72)発明者 福田 哲夫 神奈川県厚木市愛甲1516 株式会社東京ア ールアンドデー厚木事業所内 (72)発明者 大沼 伸人 神奈川県厚木市愛甲1516 株式会社東京ア ールアンドデー厚木事業所内 Ｆターム(参考） 5G003 AA07 BA02 CC02 DA07 FA06 GA01 GA07 GB03 GB06 5G065 AA08 DA04 EA02 EA04 GA09 HA16 MA01 MA02 5H007 BB01 BB06 CA01 CA02 CB05 DC05 EA02 GA03 5H115 PC06 PG04 PI16 PI21 PO17 PU11 PV05 PV23 PV24 QI04 RB17 RB22 SE04 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H02M 7/48 H02M 7/797 7/797 H01G 9/00 301Z (72) Inventor Kuniaki Miyaoka Hiroshima-shi, Hiroshima 4-33 Komachi, Naka-ku Chugoku Electric Power Co., Inc. F-term in A & T Atsugi Plant (reference) RB22 SE04
Claims (6)
の電源からなる直列回路と、 モータと、 出力端が前記モータに結合された電力変換部と、 前記電力変換部の入力端の一方又は両方に対応して設け
られ、該電力変換部を上記直列回路の全体に結合する
か、又は直列回路を構成する一部の電源に結合する切換
回路と、 前記直列回路を構成する各電源に対して並列に設けられ
た複数の平滑コンデンサとを備え、 前記切換回路を、通常時は前記電力変換部を前記複数の
電源からなる直列回路に結合する切換状態にし、回生時
には前記電力変換部を前記直列回路を構成する充電可能
な一部の電源に結合する切換状態にするようにしたこと
を特徴とする、モータ駆動用電力変換装置。1. A series circuit comprising a plurality of power supplies including at least one rechargeable power supply, a motor, a power converter having an output terminal coupled to the motor, and one or more of an input terminal of the power converter. A switching circuit that is provided corresponding to both and couples the power conversion unit to the whole of the series circuit or couples to a part of the power supply constituting the series circuit; A plurality of smoothing capacitors provided in parallel with each other, wherein the switching circuit is in a switching state in which the power conversion unit is normally coupled to a series circuit composed of the plurality of power supplies, and the power conversion unit is connected during regeneration. A power conversion device for driving a motor, wherein the power conversion device is set to a switching state in which the power conversion device is coupled to a part of a rechargeable power source forming a series circuit.
を特徴とする、請求項１記載のモータ駆動用電力変換装
置。2. The motor driving power converter according to claim 1, wherein the switching circuit is formed by a semiconductor element.
納める電力変換器筐体内部に、切換回路を平滑コンデン
サと共に設置したことを特徴とする、請求項１又は２記
載のモータ駆動用電力変換装置。3. A motor drive according to claim 1, wherein a switching circuit is installed together with a smoothing capacitor inside a power converter housing containing a power converter and having a power converter as a main part. Power converter.
の電源からなる直列回路と、 前記直列回路を構成する各電源に対して並列に設けられ
た複数の平滑コンデンサと、 直流モータと、 前記各電源に対応して設けられた切換回路とを備え、 前記各切換回路は、それぞれ高速スイッチング可能な複
数のスイッチング素子を直列接続してなり、更にその各
スイッチング素子に対してそれぞれに流れる電流と逆方
向の電流を許容するように並列に接続されたダイオード
を有し、そのスイッチング素子からなる直流回路が対応
する前記電源に並列に接続され、該スイッチング素子の
接続点が前記直列モータの互いに異なる端子に接続され
ていることを特徴とする、モータ駆動用電力変換装置。4. A series circuit comprising two power supplies including at least one chargeable power supply, a plurality of smoothing capacitors provided in parallel with each of the power supplies constituting the series circuit, a DC motor, A switching circuit provided corresponding to each of the power supplies, wherein each of the switching circuits is configured by connecting a plurality of switching elements capable of high-speed switching in series, and furthermore, a current flowing through each of the switching elements. And a diode connected in parallel to allow a current in the opposite direction, a DC circuit comprising the switching element is connected in parallel to the corresponding power supply, and a connection point of the switching element is connected to each other of the series motor. A power converter for driving a motor, wherein the power converter is connected to different terminals.
の電源からなる直列回路と、 前記直列回路を構成する前記各電源に対して並列に設け
られた複数の平滑コンデンサと、 前記各電源に対応して設けられた３個の第１切換回路
と、 前記第１切換回路に接続された２個の第２切換回路と、 前記第２切換回路に接続された直流モータとを備え、 前記第１切換回路は、それぞれ複数のスイッチング素子
を直流に接続してなり、更にその各スイッチング素子に
対してそれぞれそれに流れる電流と逆方向の電流を許容
するように並列に接続されたダイオードを有し、そのス
イッチング素子からなる直列回路が対応する前記電源に
並列に接続され、 前記第２切換回路は、それぞれ複数のスイッチング素子
を直列に接続してなり、更にその各スイッチング素子に
対してそれぞれそれに流れる電流と逆方向の電流を許容
するように並列に接続されたダイオードを有し、 一方の第２切換回路のスイッチング素子からなる直列回
路が、前記第１切換回路の第１番目のもののスイッチン
グ素子の接続点と、該第１番目の第１切換回路に隣接す
る第２番目の第１切換回路のスイッチング素子の接続点
との間に接続され、 他方の第２切換回路のスイッチング素子からなる直列回
路が、前記第２切換回路の第２番目のもののスイッチン
グ素子の接続点と、同じく第３番目のもののスイッチン
グ素子の接続点との間に接続され、 前記各第２切換回路のスイッチング素子の接続点が上記
直流モータの互いに異なる端子に接続され、 前記各第１切換回路と前記各第２切換回路の少なくとも
一方の切換回路の各スイッチング素子が高速スイッチン
グ可能な素子からなることを特徴とする、モータ駆動用
電力変換装置。5. A series circuit comprising three power supplies including at least one chargeable power supply, a plurality of smoothing capacitors provided in parallel with each of the power supplies constituting the series circuit, and each of the power supplies Three first switching circuits provided corresponding to the above, two second switching circuits connected to the first switching circuit, and a DC motor connected to the second switching circuit, The first switching circuit has a plurality of switching elements connected to a direct current, and further has a diode connected in parallel to each of the switching elements so as to allow a current flowing in a direction opposite to a current flowing therethrough. , A series circuit including the switching elements is connected in parallel to the corresponding power supply, and the second switching circuit includes a plurality of switching elements connected in series, and further includes a switch for each of the plurality of switching elements. A diode connected in parallel so as to allow a current in the opposite direction to a current flowing through the switching element, and a series circuit including the switching element of one of the second switching circuits, A second switching element connected between the connection point of the first switching element and the connection point of the switching element of the second first switching circuit adjacent to the first first switching circuit; A series circuit comprising a switching element of a circuit is connected between a connection point of a second switching element of the second switching circuit and a connection point of a third switching element of the second switching circuit; The connection points of the switching elements of the switching circuit are connected to different terminals of the DC motor, and each switch of at least one of the first switching circuit and the second switching circuit. Switching element is characterized by comprising the fast switchable element, the motor drive power converter.
つが電気二重層コンデンサであることを特徴とする、請
求項１〜５のいずれか一に記載のモータ駆動用電力変換
装置。6. One of a plurality of power supplies constituting a DC circuit.
The power converter for driving a motor according to any one of claims 1 to 5, wherein one is an electric double layer capacitor.
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