JP4459532B2

JP4459532B2 - モータ制御装置

Info

Publication number: JP4459532B2
Application number: JP2003004797A
Authority: JP
Inventors: 圭輔漆原; 信幸今井
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2003-01-10
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2023-01-10
Also published as: JP2004248335A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータと、モータに電源の電力を供給するためのインバータ回路とを備えたモータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、互いに分離独立したＮ個（Ｎは３以上の整数）の独立結線のコイルを備えるモータを駆動する場合、スイッチング素子をＨブリッジ構成に接続したインバータ回路、及び該インバータ回路を制御する制御装置によって、Ｎ個のコイルの中から２個選択したコイルに独立して電流を流す。そして、対象となるコイルを一定順序で切り換えながら、Ｎ個のコイルのそれぞれに電流を流すことで、モータの回転子を回転させる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０８−２４２５９６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＥＶ（Electric Vehicles ）やＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicles）等、モータを利用して走行する自動車では、走行用モータを駆動するための高電位のバッテリと、ヘッドライトやワイパー等その他の車両用補機を駆動するための低電位バッテリを備えている。
このような自動車では、高電位バッテリを用いて低電位バッテリを充電したり、その逆に低電位バッテリを用いて高電位バッテリを充電したりすることで、例えば走行中等に外部から電力を供給されなくても、車両内の各バッテリに蓄えられた電力を利用して、車両用補機を動作させながら車両を走行させることができる。
【０００５】
しかし、特許文献１に記載されているような従来のモータ及び制御装置を利用している場合、高電位バッテリと低電位バッテリとの間で電力を供給しあうためには、各バッテリ間の電圧を変換するためのＤＣ−ＤＣコンバータを別に設ける必要があり、自動車のシステム重量の増加や、容積の増加を招き、自動車の燃費の悪化を招くと共に自動車自体のコストを上昇させてしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、システム重量の増加や、容積の増加を最小限に抑えつつ、複数のバッテリ間の電力の交換が可能なモータ制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係るモータ制御装置は、互いに分離独立した３個のコイル（例えば実施の形態のコイル１２ｕ、１２ｖ、１２ｗ）を備えたモータ（例えば実施の形態のモータ１２）と、前記モータを駆動するための第１の直流電源（例えば実施の形態の高電位バッテリ５）と、前記第１の直流電源とお互いの負極側端子を共通に接続された第２の直流電源（例えば実施の形態の低電位バッテリ１０）と、前記第１の直流電源に接続されると共に、前記３個のコイルに対して前記第１の直流電源から独立に電流を供給可能な、４個を１組としてＨブリッジ構成にてスイッチング素子（例えば実施の形態のスイッチング素子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）を接続した３組のインバータ回路（例えば実施の形態のインバータ２、３、４）と、前記３組のインバータ回路と前記３個のコイルとを１対１で接続する接続経路のいずれかに挿入されると共に、該コイルを該インバータ回路へ接続するか、該コイルを前記第２の直流電源の正極側端子へ接続するかの切り換えが可能な切換回路（例えば実施の形態のスイッチ１３）とを備え、該コイルが前記第２の直流電源の正極側端子へ接続している場合に、前記インバータ回路のスイッチング素子をオンオフ制御し、前記第１の直流電源の電力を、電圧を降圧して前記第２の直流電源へ供給することを特徴とする。
【００１０】
以上の構成を備えた制御装置は、第１の直流電源に接続されたインバータ回路の３組のスイッチング素子とモータを構成する３個のコイルとを１対１で接続する接続経路に挿入された切換回路を介して、３個のコイルの内のいずれかを第２の直流電源に接続する。これにより、この接続されたコイルをチョークコイルとし、変換制御回路が制御するインバータ回路のスイッチング動作によって、チョークコイルに発生した起電力として、第１の直流電源と第２の直流電源のいずれか一方の電力を、もう一方へ供給することができる。
【００１１】
また、第１の直流電源の電圧より低電位の第２の直流電源を、第１の直流電源の電力によって充電することができる。
【００１２】
請求項２の発明に係るモータ制御装置は、前記変換制御回路が、前記インバータ回路のスイッチング動作を制御し、前記第２の直流電源の電力を、電圧を昇圧して前記第１の直流電源へ供給することを特徴とする。
以上の構成を備えたモータ制御装置は、第２の直流電源の電圧より高電位の第１の直流電源を、第２の直流電源の電力によって充電することができる。
請求項３の発明にかかるモータ制御装置は、請求項１に記載のモータ制御装置において、前記スイッチング素子のオンオフ制御において、第１の直流電源の電力を、電圧を降圧している間、モータを２相給電により駆動することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（参考例）
図１は、参考例のモータ制御装置を示す回路図である。
図１において、モータ１は互いに分離独立した例えば３個のコイル（巻き線）１ｕ、１ｖ、１ｗを備えたモータであって、モータ１には、コイル１ｕに電流を流すために、スイッチング素子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄをＨブリッジ構成に接続したインバータ２と、コイル１ｖに電流を流すために、スイッチング素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄをＨブリッジ構成に接続したインバータ３と、コイル１ｗに電流を流すために、スイッチング素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄをＨブリッジ構成に接続したインバータ４とが接続されている。
また、モータ１が接続された端子の反対側のインバータ２、３、４の両端には、モータ１を駆動するための高電位バッテリ５と、高電位バッテリ５の電圧を平滑化する平滑化コンデンサ６とが接続されている。
【００１４】
なお、Ｈブリッジ構成のインバータとは、接続されたコイルに流す電流の向きを、４個のスイッチング素子により制御する構造のインバータのことで、コイル１ｕとインバータ２とを例に挙げて説明すると、スイッチング素子２ａとスイッチング素子２ｄをＯＮ、スイッチング素子２ｂとスイッチング素子２ｃをＯＦＦした状態では、高電位バッテリ５の正極側端子により供給される電流は、スイッチング素子２ａを通り、図１におけるコイル１ｕの上から下へ流れ、スイッチング素子２ｄを通って高電位バッテリ５の負極側端子へ戻る。同様に、スイッチング素子２ａとスイッチング素子２ｄをＯＦＦ、スイッチング素子２ｂとスイッチング素子２ｃをＯＮした状態では、電流は、図１におけるコイル１ｕの下から上へ流れる。
【００１５】
インバータ３、４についても、コイル１ｖ、１ｗに対して、インバータ２と同様に両方向の電流を流すことができる。
従って、インバータ２、３、４によりコイル１ｕ、１ｖ、１ｗに流れる電流の向きを制御することにより、正負両方向の磁界を発生させて、モータ１の回転子に回転力を与えることができる。
【００１６】
一方、コイル１ｗには、コイル１ｗと共に電力変換用コイル７が巻き込まれており、電力変換用コイル７の両端には、電力変換用コイル７にアノード端子がそれぞれ接続された整流用ダイオード８ａ、８ｂが接続されている。
また、整流用ダイオード８ａ、８ｂのカソード端子には、共通に設けられた出力チョークコイル９の一方の端子が接続されており、出力チョークコイル９のもう一方の端子は低電位バッテリ１０の正極側端子に接続されている。
【００１７】
また、低電位バッテリ１０の負極側端子は、電力変換用コイル７の中間タップに接続されており、低電位バッテリ１０の正極側端子と負極側端子との間には、低電位バッテリ１０に印加される電圧を平滑化する出力平滑化コンデンサ１１が接続されている。
なお、低電位バッテリ１０は、ヘッドライトやワイパー等その他の車両用補機を駆動するための低電位バッテリであって、低電位バッテリ１０の正極側端子、及び負極側端子は、それぞれ車両に搭載された各車両用補機類に、車両用補機類を作動させるためのスイッチ等を介して接続されている。
【００１８】
このように接続された本参考例のモータ制御装置は、インバータ２、３、４を完全に独立して動作させることが可能であって、例えばモータ１の回転子の駆動は、インバータ２、３から電流が供給されたコイル１ｕ、１ｖにより駆動する２相給電とし、インバータ４は休止、またはモータ１の回転子の駆動には関係のない動作を行わせることができる。
【００１９】
従って、インバータ４に接続されたコイル１ｗと、コイル１ｗと共に巻き込まれた電力変換用コイル７とをＤＣ−ＤＣコンバータのトランスとして用いると、それぞれの巻線比に従ってコイル１ｗにより電力変換用コイル７に誘起した電圧が発生する。これを、整流用ダイオード８ａ、８ｂにより整流し、出力チョークコイル９と出力平滑化コンデンサ１１とにより平滑化して取り出すと、高電位バッテリ５の電力を降圧した、低電位バッテリ１０を充電するための電力を得ることができる。
【００２０】
なお、この時、スイッチング素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄをスイッチングするスイッチングキャリアは、２相給電により駆動及び回生しているモータ１にトルク変動が発生しないように、インバータ２、３を構成するスイッチング素子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄやスイッチング素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄのスイッチングキャリアに対して十分速くする。
【００２１】
以上説明したように、本参考例のモータ制御装置は、モータ１をスイッチング素子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄやスイッチング素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを備えたインバータ２、３により２相給電により駆動しながら、スイッチング素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを備えたインバータ４と、モータ１のコイル１ｗ、コイル１ｗと共に巻き込まれた電力変換用コイル７、更には整流用ダイオード８ａ、８ｂと、出力チョークコイル９と、出力平滑化コンデンサ１１とにより絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータを構成することで、高電位バッテリ５の電力を降圧して低電位バッテリ１０を充電することができる。
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（実施の形態）
図２は、本発明の実施の形態のモータ制御装置を示す回路図である。なお、参考例と同一の符号を付与した構成要素は、参考例で説明した構成要素と同一のものとする。
図２において、モータ１２は、参考例と同様に、互いに分離独立した例えば３個のコイル１２ｕ、１２ｖ、１２ｗを備えたモータであって、モータ１２には、コイル１２ｕに電流を流すために、参考例で説明したスイッチング素子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄをＨブリッジ構成に接続したインバータ２と、コイル１２ｖに電流を流すために、スイッチング素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄをＨブリッジ構成に接続したインバータ３とが接続されている。
【００２３】
また、モータ１２には、コイル１２ｗに電流を流すために、スイッチング素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄをＨブリッジ構成に接続したインバータ４が、スイッチ１３を介して接続されている。
更に、モータ１２が接続された端子の反対側のインバータ２、３、４の両端には、参考例と同様に、モータ１２を駆動するための高電位バッテリ５と、高電位バッテリ５の電圧を平滑化する平滑化コンデンサ６とが接続されている。
【００２４】
一方、スイッチ１３は、１個の共通端子１３ａと２個の切り換え端子１３ｂ、１３ｃを持つ１回路２接点のスイッチであって、共通端子１３ａがコイル１２ｗの一端に接続されると共に、一方の切り換え端子１３ｂがスイッチング素子４ｃ、４ｄの接点（インバータ４の出力）に接続されている。また、スイッチ１３のもう一方の切り換え端子１３ｃは、低電位バッテリ１０の正極側端子に接続されている。
【００２５】
従って、スイッチ１３を切り換えて、コイル１２ｗをスイッチング素子４ｃ、４ｄの接点に接続することにより、インバータ４を構成するスイッチング素子４ａ、４ｂを、同様にインバータ４を構成するスイッチング素子４ｃ、４ｄと共に、コイル１２ｗに電流を流してモータ１２を駆動するためのインバータとして利用することもできるし、スイッチ１３を切り換えて、コイル１２ｗを低電位バッテリ１０の正極側端子に接続することにより、インバータ４を構成するスイッチング素子４ａ、４ｂを、コイル１２ｗを介して低電位バッテリ１０の正極側端子に接続することもできる。
【００２６】
また、低電位バッテリ１０の負極側端子は、高電位バッテリ５の負極側端子と共通に接続されており、低電位バッテリ１０の正極側端子と負極側端子との間には、低電位バッテリ１０に印加される電圧を平滑化する出力平滑化コンデンサ１１が接続されている。
【００２７】
このように接続された本実施の形態のモータ制御装置は、参考例と同様に、インバータ２、３、４を完全に独立して動作させることが可能であって、例えばモータ１２の回転子の駆動は、インバータ２、３から電流が供給されたコイル１２ｕ、１２ｖにより駆動する２相給電とし、インバータ４は休止、またはモータ１２の回転子の駆動には関係のない動作を行わせることができる。
【００２８】
従って、スイッチ１３を切り換えて、コイル１２ｗを低電位バッテリ１０の正極側端子に接続することにより、インバータ４に含まれるスイッチング素子４ａ、４ｂと、モータ１２のコイル１２ｗと、更には出力平滑化コンデンサ１１とによりＤＣ−ＤＣコンバータを構成し、コイル１２ｗを、スイッチング素子４ａ、４ｂを介して供給された電力を蓄えるチョークコイルとして用いると、高電位バッテリ５から供給された電力によって、コイル１２ｗを充放電することができる。そして、コイル１２ｗに蓄えられた電力を、出力平滑化コンデンサ１１により平滑化して取り出すと、高電位バッテリ５の電力を降圧した、低電位バッテリ１０を充電するための電力を得ることができる。
【００２９】
具体的には、変換制御回路（図示せず）が、スイッチング素子４ａを所定の通電率Ｄｕｔｙ＿Ａでスイッチングしてオンオフ動作させることにより、下記（１）式に基づく電圧がコイル１２ｗに発生し、低電位バッテリ１０が充電される。Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ＝Ｄｕｔｙ＿Ａ・・・（１）
なお、ここで、Ｖｏｕｔをコイル１２ｗに発生する電圧、Ｖｉｎを高電位バッテリ５の電圧とする。
【００３０】
なお、この時、スイッチング素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄをスイッチングするスイッチングキャリアは、２相給電により駆動及び回生しているモータ１２にトルク変動が発生しないように、インバータ２、３を構成するスイッチング素子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄやスイッチング素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄのスイッチングキャリアに対して十分速くする。
【００３１】
一方、このスイッチング素子４ａ、４ｂと、コイル１２ｗと、出力平滑化コンデンサ１１とにより構成されたＤＣ−ＤＣコンバータは双方向性を有しており、低電位バッテリ１０の電力を昇圧して、高電位バッテリ５を充電したり、インバータ２、３へ電力を供給して、モータ１２の駆動力を得ることもできる。また、インバータの平滑化コンデンサ６への充電（プリチャージ）も行うことができる。
【００３２】
具体的には、変換制御回路（図示せず）が、スイッチング素子４ｂを所定の通電率Ｄｕｔｙ＿Ｂでスイッチングしてオンオフ動作させることにより、下記（２）式に基づく電圧がコイル１２ｗに発生し、高電位バッテリ５が充電される。なお、この時、インバータ２、３を利用してモータ１２を駆動しても良い。
Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ＝１／（１−Ｄｕｔｙ＿Ｂ）・・・（２）
なお、ここで、Ｖｏｕｔをコイル１２ｗに発生する電圧、Ｖｉｎを低電位バッテリ１０の電圧とする。
【００３３】
以上説明したように、本実施の形態のモータ制御装置は、モータ１２をスイッチング素子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄやスイッチング素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを備えたインバータ２、３により２相給電により駆動しながら、インバータ４に含まれるスイッチング素子４ａ、４ｂと、モータ１２のコイル１２ｗと、更には出力平滑化コンデンサ１１とによりＤＣ−ＤＣコンバータを構成することで、高電位バッテリ５の電力を降圧して低電位バッテリ１０を充電することができる。
【００３４】
一方、高電位バッテリ５の電力が放電され、インバータ２、３を利用してモータ１２を駆動することができない場合は、スイッチング素子４ａ、４ｂと、コイル１２ｗと、出力平滑化コンデンサ１１とにより構成されたＤＣ−ＤＣコンバータを上述の場合とは逆に用いて、低電位バッテリ１０の電力を昇圧して高電位バッテリ５を充電することも、更には低電位バッテリ１０の電力を昇圧すると共にインバータ２、３を利用してモータ１２を駆動することもできる。また、インバータの平滑化コンデンサ６への充電（プリチャージ）も行うことができる。
【００３５】
なお、上述の実施の形態におけるスイッチング素子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄには、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ）やＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ電界効果トランジスタ）等のスイッチング素子を用いれば良い。
【００３６】
また、参考例において電力変換用コイル７を巻き込むコイルは、コイル１ｕ、１ｖ、１ｗのいずれでも良い。同様に、上述の実施の形態において、スイッチ１３を介して低電位バッテリ１０に接続するコイルは、コイル１２ｕ、１２ｖ、１２ｗのいずれでも良い。このような場合、高電位バッテリ５による低電位バッテリ１０の充電、あるいは低電位バッテリ１０による高電位バッテリ５の充電には、電力変換用コイル７が巻き込まれたコイル、あるいは低電位バッテリ１０に接続されたコイルに対応するインバータ２、３、４のいずれかを用いるものとする。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１，２に記載のモータ制御装置によれば、第１の直流電源に接続されたインバータ回路の３組のスイッチング素子とモータを構成する３個のコイルとを１対１で接続する接続経路に挿入された切換回路を介して、３個のコイルの内のいずれかを第２の直流電源に接続することで、接続されたコイルをチョークコイルとし、変換制御回路が制御するインバータ回路のスイッチング動作によって、第１の直流電源の電圧より低電位の第２の直流電源を、第１の直流電源の電力によって充電したり、また、それとは逆に、第２の直流電源の電圧より高電位の第１の直流電源を、第２の直流電源の電力によって充電することができる。
【００４０】
従って、車両内の各直流電源に蓄えられた電力を利用して、車両用補機を動作させながら車両を走行させるだけでなく、車両用補機を駆動するための第２の直流電源の電圧より高電位の車両駆動用の第１の直流電源を、第２の直流電源の電力によって充電することや、第２の直流電源からインバータ回路へ電力を供給して車両の駆動力を得ることもできるモータ制御装置を、各直流電源間の電圧を変換するためのＤＣ−ＤＣコンバータを別に設けることなく実現し、自動車のシステム重量の増加や、容積の増加による燃費の悪化やコストの上昇を抑えることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例におけるモータ制御装置を示す回路図である。
【図２】本発明の実施の形態のモータ制御装置を示す回路図である。
【符号の説明】
１、１２・・・モータ
１ｕ、１ｖ、１ｗ、１２ｕ、１２ｖ、１２ｗ・・・コイル
２、３、４・・・インバータ（インバータ回路）
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ・・・スイッチング素子
５・・・高電位バッテリ（第１の直流電源）
６・・・平滑化コンデンサ
７・・・電力変換用コイル
８ａ、８ｂ・・・整流用ダイオード（整流回路）
９・・・出力チョークコイル
１０・・・低電位バッテリ（第２の直流電源）
１１・・・出力平滑化コンデンサ
１３・・・スイッチ（切換回路）

Claims

互いに分離独立した３個のコイルを備えたモータと、
前記モータを駆動するための第１の直流電源と、
前記第１の直流電源とお互いの負極側端子を共通に接続された第２の直流電源と、
前記第１の直流電源に接続されると共に、前記３個のコイルに対して前記第１の直流電源から独立に電流を供給可能な、４個を１組としてＨブリッジ構成にてスイッチング素子を接続した３組のインバータ回路と、
前記３組のインバータ回路と前記３個のコイルとを１対１で接続する接続経路のいずれかに挿入されると共に、該コイルを該インバータ回路へ接続するか、該コイルを前記第２の直流電源の正極側端子へ接続するかの切り換えが可能な切換回路とを備え、
該コイルが前記第２の直流電源の正極側端子へ接続している場合に、前記インバータ回路のスイッチング素子をオンオフ制御し、前記第１の直流電源の電力を、電圧を降圧して前記第２の直流電源へ供給することを特徴とするモータ制御装置。
互いに分離独立した３個のコイルを備えたモータと、
前記モータを駆動するための第１の直流電源と、
前記第１の直流電源とお互いの負極側端子を共通に接続された第２の直流電源と、
前記第１の直流電源に接続されると共に、前記３個のコイルに対して前記第１の直流電源から独立に電流を供給可能な、４個を１組としてＨブリッジ構成にてスイッチング素子を接続した３組のインバータ回路と、
前記３組のインバータ回路と前記３個のコイルとを１対１で接続する接続経路のいずれかに挿入されると共に、該コイルを該インバータ回路へ接続するか、該コイルを前記第２の直流電源の正極側端子へ接続するかの切り換えが可能な切換回路とを備え、
該コイルが前記第２の直流電源の正極側端子へ接続している場合であり、かつ、前記第１直流電源によりモータ駆動することができない場合に、前記インバータ回路のスイッチング素子をオンオフ制御し、前記第２の直流電源の電力を、電圧を昇圧して前記第１の直流電源へ供給することを特徴とするモータ制御装置。
前記スイッチング素子のオンオフ制御において、第１の直流電源の電力を、電圧を降圧している間、モータを２相給電により駆動することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。