JP2016539614A - 電気モータの電源 - Google Patents

Abstract

本発明は、電気モータ（１）の電源システムであって、その入力端子がＤＣ電圧源に接続される電力回路（３）と、モータの設定速度を表す制御信号に基づいて電気モータ（１）を制御するための電子回路（４）とを備える、電源システムに関する。本発明によれば、システムは、電気モータ（１）の始動中及び／又は電気モータ（１）の設定速度が閾値速度を下回る動作段階中に電力回路（３）により受けられるＤＣ電圧値を減少させることができる手段（６）を備える。

Description

本発明は、電気モータの給電に関する。特に、本発明の興味深い用途は、自動車両で使用される電気モータの給電の分野の範囲内にある。

一般に、自動車両で使用される電気モータの電源システムは、車両バッテリの電圧を前記モータの電力供給を管理する電子基板へ伝送するようになっている電力回路を備える。そのような電源システムの一例が、自動車両の暖房、換気、及び、空調システムのファン２を駆動するようになっている三相電子スイッチングモータ１の電源に関して図１に概略的に示される。「ブラシレスモータ」又はマグネット型の自己制御同期モータとしても知られるそのようなモータ１は、ここでは三角形配置を成して示される３つのステータ巻線を備え、ステータ巻線の電圧Ｕ，Ｖ，Ｗは電源システムによって供給される。この電源システムは、
−その入力端子が車両バッテリにより形成される電圧源（図示せず）に接続される電力回路３、及び、
−モータ１に給電するようになっている電子制御回路４を備える。

電力回路３は、例えば、バッテリのプラス端子＋ＢＡＴに直列に接続されるインダクタンスＬと２つのコンデンサとを備える入力フィルタであり、各コンデンサは、マイナス端子−ＢＡＴとインダクタンスの端子のうちの一方との間に実装される。電力回路３の機能は、バッテリの電圧を電子制御回路４へ伝送することである。電子制御回路４は３つのブリッジアーム９，１０，１１を備えるチョッパ電源回路から構成され、各ブリッジアームは直列に実装される２つのスイッチを備え、各スイッチには逆並列ダイオードが設けられる。したがって、モータ１の３つのステータ巻線のそれぞれは、ブリッジのうちの１つによって供給される。望ましくない加熱を引き起こす虞がある迷走電流を生じさせ得る、電力回路及び電子制御回路に対するバッテリの取り外し不能な接続を回避するために、電源システムは、バッテリを電力回路３及び電子制御回路４に選択的に接続できるようにする安全スイッチ５も備える。図示の例において、この安全スイッチ５は、接続端子−ＢＡＴＴと直列に配置されるが、端子＋ＢＡＴＴとも同等な態様で直列に接続され得る。安全スイッチ５は、従来のように、例えばＮ型のエンハンスメントＭＯＳＦＥＴトランジスタであり、そのドレイン及びソースは接続端子−ＢＡＴＴに直列に接続されるとともに、そのゲートは制御信号ＳＷ＿ＣＭＤを受け、制御信号ＳＷ＿ＣＭＤは、トランジスタを使用不能状態（スイッチ開）又は飽和動作状態（スイッチ閉）間で反転させることができるようにし、飽和動作状態において、トランジスタは、抵抗値が非常に低い態様でそのドレインとそのソースとの間で作用する。

このタイプの電気モータを用いてもたらされる問題のうちの１つは、周囲の音響放射に対して取るに足りなくはない場合がある音響ノイズ放射レベルである。特に、出願人により行われた研究によれば、特定の動作段階中、特にモータ始動段階中に、或いは、モータが比較的低い速度で作動するべく制御されるときにも、これらのモータにより発生されるノイズがかなりの大きさになり得ることが分かってきた。

これに関連して、本発明は、モータの動作段階に応じて電気モータの音響性能を向上させることができる、特に音響放射レベルを低下させることができる解決策を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明は、電気モータのための電源システムであって、
−その入力端子がＤＣ電圧源に接続される電力回路と、
−モータの設定速度を表す制御信号に応じて電気モータを制御する電子回路と、
を備え、
前記システムは、電気モータの始動中及び／又は電気モータの設定速度が閾値未満である動作段階中に電力回路により受けられるＤＣ電圧の値をそれが減少させることができることを特徴する、電源システムを提案する。

本発明により、設定速度が低いモータの明確な動作段階中に電源電圧を減少させるという事実は、ステータ巻線に起因する音響放射のかなりの減少を確保できる。

本発明に係るシステムは、単独で考慮される或いは技術的に可能な組み合わせ全体で考慮される以下の特徴のうちの１つ以上を有してもよい。

−電力回路により受けられるＤＣ電圧の値は、電気モータの始動中及び／又は電気モータの設定速度が閾値速度未満である動作段階中に、設定速度に応じて直線的に増大する値だけ減少される電圧源により供給されるＤＣ電圧に対応する；
−電源システムは、閉位置で前記ＤＣ電圧源に対する電力回路の接続を可能にする安全スイッチを形成するＭＯＳＦＥＴトランジスタと、前記トランジスタを閉位置で前記閾値速度よりも高い設定速度に関して飽和動作モードに設定できる或いは前記トランジスタを閉位置で前記閾値速度未満の設定速度に関して直線動作モードに設定できるＭＯＳＦＥＴトランジスタのゲートを制御するための手段とを更に備える；
前記直線動作モードにおいて、ＭＯＳＦＥＴトランジスタは、設定速度に応じて直線的に増大する電圧をドレインとソースとの間で生み出すように制御される；
−閾値速度は、電気モータの最大可能速度の１０％〜３０％を成す；
−閾値速度は、好ましくは、電気モータの最大可能速度の２０％に等しい；
−電気モータは、ブラシレスタイプ又はブラシを有するタイプを成す；
−電気モータは、好ましくは、ブラシレスタイプを成す。

本発明の更なる特徴及び利点は、非限定的な一例として添付図面に関連して以下に与えられる本発明の説明から明確に分かる。

従来技術に係る電気モータの電源システムの簡略化された概略図である。 本発明の想定し得る実施形態に係る電気モータの電源システムの簡略化された概略図である。 図１における電力回路により受けられるＤＣ電圧値の値の減少を可能にする実施の好ましい態様を概略形態で示す。 電気モータの動作段階に応じて供給される電源電圧を一例として示す。

図１は、従来技術に関連して既に前述した。

図２は、本発明に係る電気モータ１の電源システムの簡略化された概略図である。

この電源システムは、従来技術の文脈の中で前述したように、
−その入力端子が車両バッテリにより形成される電圧源（図示せず）に接続される電力回路３、
−モータの設定速度を表す制御信号に応じてモータ１に給電するようになっている電子制御回路４、及び、
−好ましくは、バッテリを電力回路３及び電子制御回路４に対して選択的に接続できるようにする安全スイッチ５を備える。

既に前述したように、従来の動作中、すなわち、安全スイッチ５が閉じられるときに、電力回路３、及び、その結果、電子制御回路４は、一般的には１３ボルトの範囲内の車両バッテリにより供給される電圧の値によって給電される。

出願人によって行われた試験によれば、音響放射、特にブラシレスモータの場合にはステータ巻線と関連付けられる音響放射がＤＣ電源電圧の値に比例することが分かってきた。

この所見に基づき、制御モジュール６を伴う電源システムであって、音響放射が最もうるさいモータの動作段階中、一般的には電気モータの始動中に、及び／又は、電気モータの設定速度が閾値速度よりも小さい動作段階中に、システムが電力回路により受けられるＤＣ電圧の値を減少させることができるようになっている、電源システムを提供することが提案される。

したがって、ここでは安全スイッチ５と電力回路３の入力との間に配置される電子回路の形態を成して概略的に表される制御モジュール６の役割は、
−モータのための設定速度が閾値速度よりも大きいときにバッテリにより出力されるＤＣ電圧よって電力回路３に給電できるようにするという役割、及び、
−さもなければ好ましくは設定速度に応じて直線的に増大する値だけＤＣ電圧値を減少させるという役割である。

電源電圧値のそのような制御を確保するために多数の電子動作又はソフトウェア動作が実施されてもよい。

図３は、システム内で既に利用できる構成要素、特に過熱の場合に或いはシステムを待機状態に置くために電力供給を遮断するための安全スイッチとして使用されるＭＯＳＦＥＴトランジスタ５を最も良く使用できる、特に精巧な実施構成を示す。

本発明の実施形態によれば、トランジスタゲートが制御される方法は、それが単純なスイッチとして使用されないように修正される。より具体的には、これまで設定速度に拘わらず飽和モードでのみ使用されたトランジスタが、ここでは
−設定速度が閾値よりも高いときに従来の飽和状態で動作するべく、
−さもなければ、回路３に実際に供給される電圧の値を設定速度に応じて直線的に増大する値だけ減少させるように直線態様で動作するべく、設定速度に応じて駆動される。

この原理が図３及び図４に示される。トランジスタ５が飽和動作領域内にあるとき、トランジスタの下流側の回路は、バッテリにより出力される電力供給＋ＢＡＴを従来の態様で受ける。この領域が図４における部分２に対応する。

一方、トランジスタ５がその直線動作領域内にあるとき、トランジスタは、ゼロでない電圧Ｖ＿ＳＷをそのドレインとそのソースとの間で生成し、それにより、下流側の回路が電圧＋ＢＡＴ−Ｖ＿ＳＷを受ける。

図４における部分１は、モータの設定速度に応じて回路３により受けられる電圧の変化を示す。図示の例において、閾値速度は、電気モータにとって可能な最大速度の２０％の範囲内である。

制御信号ＳＷ＿ＣＭＤは、設定速度Ｓ_ＣＯＮＳに応じてモジュール６により生成される。

制御モジュール６は、例えば設定速度に比例するパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を直線動作のために生成できるマイクロコントローラにより管理される完全にソフトウェアベースであってもよい。

変形として、設定速度に比例するコマンドを生成できる特定の電子回路が使用されてもよい。

いずれの場合にも、調整目的のためにフィードバックループが加えられてもよい。

Claims (8)

1. 電気モータ（１）のための電源システムであって、
   その入力端子がＤＣ電圧源に接続される電力回路（３）と、
   前記モータの設定速度を表す制御信号に応じて前記電気モータ（１）を制御するための電子回路（４）と、
   を備え、
   前記システムは、前記電気モータ（１）の始動中及び／又は前記電気モータ（１）の設定速度が閾値速度未満である動作段階中に前記電力回路（３）により受けられるＤＣ電圧の値を減少させることができることを特徴する、電源システム。
2. 前記電力回路（３）により受けられる前記ＤＣ電圧の値は、前記電気モータ（１）の始動中及び／又は前記電気モータ（１）の設定速度が閾値速度未満である動作段階中に、前記設定速度に応じて直線的に増大する値だけ減少される前記電圧源により供給されるＤＣ電圧に対応することを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
3. 閉位置で前記ＤＣ電圧源に対する前記電力回路（３）の接続を可能にする安全スイッチを形成するＭＯＳＦＥＴトランジスタ（５）を更に備え、前記電源システムは、前記トランジスタを閉位置で前記閾値速度よりも高い設定速度に関して飽和動作モードに設定できる或いは前記トランジスタを閉位置で前記閾値速度未満の設定速度に関して直線動作モードに設定できる前記ＭＯＳＦＥＴトランジスタ（５）のゲートを制御するための手段（６）を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電源システム。
4. 前記直線動作モードにおいて、前記ＭＯＳＦＥＴトランジスタは、前記設定速度に応じて直線的に増大する電圧をドレインとソースとの間で生み出すように制御されることを特徴とする請求項３に記載の電源システム。
5. 前記制御手段（６）は、前記設定速度に比例するパルス幅変調（ＰＷＭ）タイプの信号を生成するようになっているマイクロコントローラを備えることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の電源システム。
6. 前記制御手段（６）が電子回路を備えることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の電源システム。
7. 前記電子制御回路（４）がチョッパ電源回路により形成されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の電源。
8. ブラシレスタイプの電気モータに給電するようになっており、前記閾値速度が前記電気モータの最大可能速度の２０％に等しいことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の電源システム。