JP5153241B2 - Rectifier circuit - Google Patents
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Description
この発明は整流回路に関し、特に、車両用発電機または発電電動機に用いられる整流回路に関する。 The present invention relates to a rectifier circuit, and more particularly to a rectifier circuit used in a vehicle generator or a generator motor.
回転子が起磁力をもち、機械的動力を加えることで固定子巻線に発電を行う、発電機および発電電動機等の回転電機において、固定子に格納される固定子巻線に発電される交流電流を整流することで直流電流に変換する整流回路として、従来から、図１０に示すようなダイオードブリッジを用いた整流回路が用いられている。 In a rotating electrical machine such as a generator and a generator motor, the rotor has magnetomotive force and generates mechanical power by applying mechanical power, and the alternating current generated in the stator winding stored in the stator Conventionally, a rectifier circuit using a diode bridge as shown in FIG. 10 is used as a rectifier circuit that converts a current into a direct current by rectifying the current.
しかしながら、この種のダイオードブリッジを用いた整流回路では、ダイオード損失が大きく発電効率が低下するという問題点があった。このため、ダイオードの代わりにスイッチング素子を用いてオンオフ制御することが考えられ、一般には、各アームのダイオード（帰還ダイオード）に流れる電流を検出してオンオフを行うことが提案されている。しかし、電流を検出するためには電流センサが必要となり、多くの電流センサを用いるのはコストや整流回路の体格（製品サイズ）において問題があった。 However, this type of rectifier circuit using a diode bridge has a problem in that the diode loss is large and the power generation efficiency is lowered. For this reason, it is conceivable to perform on / off control using a switching element instead of a diode. In general, it is proposed to perform on / off by detecting a current flowing through a diode (feedback diode) of each arm. However, a current sensor is required to detect the current, and using many current sensors has problems in terms of cost and the size (product size) of the rectifier circuit.
そこで、電流センサの代わりに、ある相のスイッチのオンオフタイミングを他の相の相電圧に基づいて決定する方法が示されている。この方法によると、動作特性に優れた低損失の整流回路が得られる（例えば、特許文献１参照）。 Therefore, a method for determining the on / off timing of a switch of a certain phase based on the phase voltage of another phase instead of the current sensor is shown. According to this method, a low-loss rectifier circuit excellent in operating characteristics can be obtained (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献１の手法によると、多相の各端子電圧を参照するため、多くの信号処理を必要とし、制御回路が複雑になるという問題点があった。しかし、オフタイミングを決定するときに、タイマーなどにより所定の時間（角度）が経過した後に、オフ指令を出す方法では、その間に回転速度変化があった場合には、オフタイミングの誤差が大きくなるという問題点があり、タイマーなどにより経過する時間を極小化する必要がある。
However, according to the technique of
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、制御回路を単純化し、回転速度変化によるオフタイミングの誤差を極小化して、高効率および低コストを実現し、小型化を図ることが可能な整流回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve such a problem, and the control circuit is simplified, the error of the off timing due to the change in the rotation speed is minimized, the high efficiency and the low cost are realized, and the miniaturization is achieved. An object of the present invention is to provide a rectifier circuit that can perform the above-described operation.
この発明は、固定子鉄心及び前記固定子鉄心に装着された固定子巻線を有する固定子と、回転自在に設けられた回転子とを備え、前記回転子には界磁巻線および永久磁石の少なくともいずれか一方が装着されていて、前記回転子に動力を加えることにより前記固定子巻線に発電を行う回転電機に搭載するための整流回路であって、前記回転電機は、前記固定子巻線の多相の出力端子に抵抗を介して短絡する仮想中性点を有しているものであって、前記回転電機の固定子巻線と直流電源との間に設けられ、複数のスイッチング素子から構成されて、前記固定子巻線からの交流発電出力を整流して直流に変換し、前記直流電源に給電する整流手段と、前記仮想中性点の電位に基づいて、前記スイッチング素子のオンオフのタイミングを制御する制御手段とを備えた整流回路である。 The present invention includes a stator having a stator core, a stator winding mounted on the stator core, and a rotor provided rotatably, and the rotor includes a field winding and a permanent magnet. A rectifier circuit mounted on a rotating electrical machine that generates power in the stator winding by applying power to the rotor, wherein the rotating electrical machine includes the stator A multi-phase output terminal of the winding has a virtual neutral point that is short-circuited through a resistor, and is provided between the stator winding of the rotating electrical machine and a DC power source, and a plurality of switching Rectifying means that rectifies the AC power output from the stator winding and converts it to DC, and supplies power to the DC power supply, and based on the potential of the virtual neutral point, System that controls on / off timing A rectifier circuit and means.
この発明は、固定子鉄心及び前記固定子鉄心に装着された固定子巻線を有する固定子と、回転自在に設けられた回転子とを備え、前記回転子には界磁巻線および永久磁石の少なくともいずれか一方が装着されていて、前記回転子に動力を加えることにより前記固定子巻線に発電を行う回転電機に搭載するための整流回路であって、前記回転電機は、前記固定子巻線の多相の出力端子に抵抗を介して短絡する仮想中性点を有しているものであって、前記回転電機の固定子巻線と直流電源との間に設けられ、複数のスイッチング素子から構成されて、前記固定子巻線からの交流発電出力を整流して直流に変換し、前記直流電源に給電する整流手段と、前記仮想中性点の電位に基づいて、前記スイッチング素子のオンオフのタイミングを制御する制御手段とを備えた整流回路であるので、制御回路を単純化でき、回転速度変化によるオフタイミングの誤差を極小化して、高効率および低コストを実現し、小型化を図ることができる。 The present invention includes a stator having a stator core, a stator winding mounted on the stator core, and a rotor provided rotatably, and the rotor includes a field winding and a permanent magnet. A rectifier circuit mounted on a rotating electrical machine that generates power in the stator winding by applying power to the rotor, wherein the rotating electrical machine includes the stator A multi-phase output terminal of the winding has a virtual neutral point that is short-circuited through a resistor, and is provided between the stator winding of the rotating electrical machine and a DC power source, and a plurality of switching Rectifying means that rectifies the AC power output from the stator winding and converts it to DC, and supplies power to the DC power supply, and based on the potential of the virtual neutral point, System that controls on / off timing Since by the rectifying circuit and means, can simplify the control circuit, by minimizing the error of the off-timing by the rotation speed variation, high efficiency and low cost, it can be reduced in size.
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る回転電機の整流回路を示した図である。本発明に係る整流回路は、車両用発電機または発電電動機等の回転電機に対して用いられるものである。なお、図１においては、回転電機として発電機を例に挙げて示している。発電機は、一般に、内周側にスロットが設けられた環状の固定子鉄心と、固定子鉄心に装着された固定子巻線を有する固定子と、この固定子の内側に回転自在に設けられた回転子とを備えている。発電機においては、回転子に、界磁巻線、あるいは、永久磁石、あるいは、界磁巻線と永久磁石との両方を装着し、当該回転子に動力を加えることにより固定子巻線に発電を行う。この発電出力は交流電流出力であるため、整流回路により直流に変換される。図１において、１は発電機であり、本実施の形態１に係る整流回路は、発電機１の固定子巻線に発電される交流電流を整流して直流電流に変換するものである。
FIG. 1 is a diagram showing a rectifier circuit for a rotating electrical machine according to
本実施の形態における発電機１は、固定子巻線の３相の出力端子（１０ｕ，１０ｖ，１０ｗ、これらをまとめて、出力端子１０とする。）に、信号線（７ｕ，７ｖ，７ｗ、これらをまとめて、信号線７とする。）および抵抗（６ｕ，６ｖ，６ｗ、これらをまとめて抵抗６とする。）を介して短絡する仮想中性点５を有している。
The
次に、本実施の形態に係る整流回路について説明する。本実施の形態に係る整流回路は、図１に示すように、整流回路の内部動作を制御する制御手段としての制御装置２と、制御装置２に備えられたタイマー３と、整流手段としてのインバータ回路４とから構成されている。図１において、４ａ〜４ｆはインバータ回路４を構成しているＭＯＳトランジスタ等からなる半導体スイッチング素子である。半導体スイッチング素子のうち、４ａ〜４ｃは上アーム側のスイッチング素子、４ｄ〜４ｆは下アーム側のスイッチング素子である。Ｄは、寄生ダイオードからなるフライホイルダイオードである。インバータ回路４は、発電機１の固定子巻線と直流電源との間に設けられ、電動動作時に直流電源（ＤＣライン）の両端Ｖｐ，Ｖｎ間から給電される直流電源電圧を３相交流電圧に変換し、発電動作時に３相全波整流回路として機能して、発電機１の固定子巻線からの交流発電出力を整流して直流に変換し、直流電源にそれを供給する。
Next, the rectifier circuit according to the present embodiment will be described. As shown in FIG. 1, the rectifier circuit according to the present embodiment includes a
制御装置２は、発電機１の仮想中性点５の電位を信号線８により得て、それを参照することで、整流回路に設けられたスイッチング素子のオンオフを制御する。また、制御装置２は、必要に応じて、固定子巻線の３つの出力端子１０のうちの１つの端子電位（図１の例では、Ｖ相の出力端子１０ｖの端子電位）を信号線９により得て、スイッチング素子のオンする順番を検知し、スイッチング素子のオンオフを制御する際に用いる。これについては後述する。
The
図２に、本実施の形態によるΔ結線時における仮想中性点５を示す。図２において、符号５〜７は、図１と同じであるため、説明を省略する。また、図２において、Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは各相Ｕ，Ｖ，Ｗを流れる電流であり、１１は各端子電圧を検出するための電圧計、１２は各相のインピーダンスである。仮想中性点５は、各出力端子１０から高抵抗線から構成された抵抗６によって結線されており、仮想中性点５を流れる電流はほぼ０である。
FIG. 2 shows a virtual
図３に運転時の各出力端子１０の端子電位および仮想中性点５の仮想中性点電位の概略電位波形を示す。ただし、出力ＤＣラインの電位をＶｐ，Ｖｎとおく（一般にＶｎは接地されており、０である）。
FIG. 3 shows a schematic potential waveform of the terminal potential of each output terminal 10 and the virtual neutral point potential of the virtual
図３において、楕円形で囲まれた部分は、Ｖ相の上アーム、下アームがともにオフであり、端子電位には誘起電圧が計測されている。仮想中性点電位も誘起電圧に基づく波形となる。すなわち、仮想中性点電位が（２Ｖｐ＋Ｖｎ）／３となれば、上アーム、下アームともにオフであったＶ相の上アームをオンすることがわかる。同様に、この次に仮想中性点電位が（Ｖｐ＋２Ｖｎ）／３となれば、Ｕ相の下アームをオンすることがわかる。このように、制御装置２は、仮想中性点電位が所定の電圧以上になったときに、上アーム、下アームともにオフとなっている相の上アームをオンし、また、仮想中性点電位が所定の電圧以下になったときに、上アーム、下アームともにオフとなっている相の下アームをオンする。このように、仮想中性点電位を参照することで、スイッチング素子のオンオフを制御するようにすれば、スイッチング素子のオンタイミングをタイマーを用いずに特定することができる。
In FIG. 3, in the portion surrounded by the ellipse, the upper arm and the lower arm of the V phase are both off, and the induced voltage is measured as the terminal potential. The virtual neutral point potential also has a waveform based on the induced voltage. That is, when the virtual neutral point potential is (2Vp + Vn) / 3, it can be seen that both the upper arm and the lower arm turn on the V-phase upper arm. Similarly, when the virtual neutral point potential is (Vp + 2Vn) / 3 next, it is understood that the lower arm of the U phase is turned on. Thus, when the virtual neutral point potential becomes equal to or higher than the predetermined voltage, the
なお、仮想中性点は、本来の中性点の電圧を参照するのと比較して、本来のＹ結線中性点からの信号線を引き出す必要がなく、制御回路までの信号線を短くできる利点がある。さらに、各相の端子電圧を参照するのと比較して、１つの信号のみで制御が可能となるため、制御回路が単純化できる。 Note that the virtual neutral point does not need to draw a signal line from the original Y-connection neutral point and can shorten the signal line to the control circuit as compared with referring to the voltage of the original neutral point. There are advantages. Furthermore, compared to referring to the terminal voltage of each phase, control is possible with only one signal, so that the control circuit can be simplified.
ここで、仮想中性点電位は、図３に示すように、基本波１周期に３つの台形状の波形となるため、上記のオンタイミングはどの相のオンタイミングかがわからない。ただし、一度、どの相であるかがわかってしまうと、オンする順番が決まるため（図３では、Ｖ相の上アーム→Ｕ相の下アーム→Ｗ相の上アーム→Ｖ相の下アーム→Ｕ相の上アーム→Ｗ相の下アーム→・・・となっている。）、固定子巻線の３相のうちの１相の端子電位を計測することで、この順番を決定することができる。そのため、本実施の形態においては、制御装置２が、３相のうちの１相の端子電位を検知して、スイッチング素子のオンする順番を制御する。このように、本実施の形態においては、オンオフを行う相を特定する方法として、１相の端子電圧のみを使用するようにしたので、仮想中性点を作るためにすでに接続している端子電圧参照信号線から相電圧を参照するため、新たに制御基盤外に信号線を設ける必要がなく合理的である。
Here, as shown in FIG. 3, the virtual neutral point potential has three trapezoidal waveforms in one period of the fundamental wave, and thus the on-timing of which phase is not known. However, once the phase is known, the turn-on order is determined (in FIG. 3, the V-phase upper arm → the U-phase lower arm → the W-phase upper arm → the V-phase lower arm → The upper arm of the U phase → the lower arm of the W phase →...), And by measuring the terminal potential of one of the three phases of the stator winding, this order can be determined. it can. Therefore, in the present embodiment,
次に、オフタイミングを決定する方法について記載する。図４に示すように、仮想中性点電位波形は、基本波１周期の１／３の周期で周期的に変化する波形であるため、仮想中性点電位波形の半周期（基本波１周期の１／６）、すなわち、図４のΔｔで示された時間を、例えば、タイマー３により測定することができる。これにより、各相がオフする１つ前の仮想中性点電位波形の周期の半周期Δｔの時間情報を用いて、各アームのオフタイミングを推定することができる。すなわち、制御装置２は、Δｔの値に基づいて、仮想中性点電位が所定の電圧値になった時点から所定の時間が経過した時点を、各アームのオフタイミングとして決定する。なお、タイマー３ではなく、発電機１に設けられている位置センサから出力される回転子位置角度情報からΔｔを測定するようにしてもよい。このように、本実施の形態においては、各アームのオフタイミングを、仮想中性点電位とタイマー３からの時間情報（あるいは位置センサからの回転子位置角度情報）とから参照することができ、しかも、仮想中性点電位波形を利用するため、回転速度変化に対して高精度に制御することができる。
Next, a method for determining the off timing will be described. As shown in FIG. 4, the virtual neutral point potential waveform is a waveform that periodically changes in 1/3 period of one fundamental wave period, and therefore, a half period (one fundamental wave period of the virtual neutral point potential waveform). 4), that is, the time indicated by Δt in FIG. 4 can be measured by the
また、オフタイミングを用いている図４ではなく、図５に示すように、オンタイミング間でも、半周期Δｔを計測することができる。この場合には、より回転数変動の影響が少ない位置でのデータを参照してオフタイミングを決定することができる。すなわち、制御装置２は、下アームのスイッチング素子のオンタイミングから上アームのスイッチング素子のオンタイミングまでの時間を示す時間情報（あるいは、回転子位置角度情報）に基づいて、各アームのオフタイミングを決定する。オン区間の精度は電圧を参照することで決定できるため、精度が高く、オフタイミングの推定に用いると精度がより高くなる。
Further, as shown in FIG. 5 instead of FIG. 4 using the off timing, the half cycle Δt can be measured even during the on timing. In this case, the off timing can be determined with reference to data at a position where the influence of the rotational speed fluctuation is less. That is, the
図６では、仮想中性点電位波形が、（Ｖｐ＋Ｖｎ）／２となる時間から（２Ｖｐ＋Ｖｎ）／３となる時間（この時間差をΔt'とする）を計測することで、オフタイミングをより精度よく計測した例である。このように、オフタイミングを仮想中性点電位とタイマー３の時間情報（あるいは、位置センサの回転子位置角度情報）とにより参照することができ、しかも、仮想中性点電位波形を利用するため、回転速度変化に対して高精度に制御することができる。 In FIG. 6, the off-timing is more accurately measured by measuring the time when the virtual neutral point potential waveform is (2 Vp + Vn) / 3 from the time when it is (Vp + Vn) / 2 (this time difference is Δt ′). This is an example of measurement. In this way, the off timing can be referred to by the virtual neutral point potential and the time information of the timer 3 (or the rotor position angle information of the position sensor), and the virtual neutral point potential waveform is used. In addition, it can be controlled with high accuracy with respect to a change in rotational speed.
この場合、オフタイミングは、仮想中性点電位が（Ｖｐ＋Ｖｎ）／２になってから、Δｔ−Δt'後にオフすることがわかる。 In this case, it is understood that the off timing is turned off after Δt−Δt ′ after the virtual neutral point potential becomes (Vp + Vn) / 2.
あるいは、仮想中性点電位は（２Ｖｐ＋Ｖｎ）／３になってから、Δt−２Δt'でオフとも考えられる。もちろん、これらのオフタイミングはあらかじめテーブルデータとして参照しても、オフタイミングの精度がより向上する。すなわち、仮想中性点電位波形に周期を示す時間情報（あるいは、回転子位置角度情報）や、下アームのスイッチング素子のオンタイミングから上アームのスイッチング素子のオンタイミングまでの時間を示す時間情報（あるいは、回転子位置角度情報）を予めテーブルデータとして制御装置２に記憶させておき、当該テーブルデータを読み出して、各アームのオフタイミングを決定するようにしてもよい。
Alternatively, after the virtual neutral point potential becomes (2Vp + Vn) / 3, it is considered that Δt−2Δt ′ is off. Of course, even if these off timings are referred to as table data in advance, the accuracy of the off timing is further improved. That is, time information (or rotor position angle information) indicating a period in the virtual neutral point potential waveform, and time information indicating time from the on-timing of the lower arm switching element to the on-timing of the upper arm switching element ( Alternatively, the rotor position angle information) may be previously stored in the
以上のように、本実施の形態においては、固定子巻線の３つの出力端子に抵抗を介して短絡する仮想中性点をもつ回転電機に対して、それの仮想中性点の電位を参照することで、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子のオンオフを制御するようにしたので、従来のダイオードブリッジによる整流回路と比較して、抵抗損失が低減できるため、発電効率が向上するという効果が得られる。また、本実施の形態においては、オンオフを制御するときに従来用いていた電流センサを必要としないため、低コスト化、機器の小型化が推進できる。また、固定子巻線の３端子の電圧からオンオフを制御する場合は、多くの信号処理を必要としたが、本実施の形態では仮想中性点電位からの１つの信号、あるいは２つの信号でオンオフ制御を可能とし、制御回路が単純化できる。さらに、オフタイミングを特定するためにタイマーを用いた場合、タイマーで計測する時間を短くすることができ、回転速度変動における誤差も小さくできる。 As described above, in the present embodiment, for a rotating electrical machine having a virtual neutral point that is short-circuited to the three output terminals of the stator winding via a resistor, refer to the potential of the virtual neutral point. As a result, the on / off state of the switching element such as the MOSFET is controlled, so that the resistance loss can be reduced as compared with the conventional rectifier circuit using the diode bridge, and the effect of improving the power generation efficiency can be obtained. Further, in the present embodiment, a current sensor that has been conventionally used when controlling on / off is not required, so that cost reduction and downsizing of the device can be promoted. Further, in the case of controlling on / off from the voltage at the three terminals of the stator winding, a lot of signal processing is required, but in this embodiment, one signal from the virtual neutral point potential or two signals are used. On / off control is possible, and the control circuit can be simplified. Furthermore, when a timer is used to specify the off timing, the time measured by the timer can be shortened, and the error in rotational speed fluctuation can be reduced.
実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２に係る回転電機の整流回路を示した図である。図７においても、回転電機として、発電機を例に挙げている。発電機２１の基本的な構成としては、実施の形態１の発電機１と基本的に同じであるため、詳細な説明は省略する。但し、本実施の形態においては、発電機２１の固定子巻線がＹ結線で接続されている。２３は、Ｙ結線の中性点である。また、発電機２１は、３つの出力端子に信号線２７（２７ｕ，２７ｖ，２７ｗ）及び抵抗２６（２６ｕ，２６ｖ，２６ｗ）を介して短絡する仮想中性点２５を有している。
FIG. 7 is a diagram showing a rectifier circuit for a rotating electrical machine according to
本実施の形態に係る整流回路は、図７に示すように、整流回路の内部動作を制御する制御装置２２と、インバータ回路２４とから構成されている。図７において、２４ａ〜２４ｆはインバータ回路２４を構成しているＭＯＳトランジスタ等からなる半導体スイッチング素子である。半導体スイッチング素子のうち、２４ａ〜２４ｃは上アーム側のスイッチング素子、２４ｄ〜２４ｆは下アーム側のスイッチング素子である。また、図１と同様に、寄生ダイオードからなるフライホイルダイオードＤが設けられている。インバータ回路２４の基本的な動作は、実施の形態１のインバータ回路４と基本的に同じであるため、ここでは説明を省略する。
As shown in FIG. 7, the rectifier circuit according to the present embodiment includes a
制御装置２２は、仮想中性点２５の電位を信号線２８により得るとともに、Ｙ結線の中性点２３の電位を信号線３０により得て、それらを参照することで、スイッチング素子のオンオフを制御する。さらに、制御装置２２は、必要に応じて、固定子巻線の３つの出力端子のうちの１つの端子電位（図７では、Ｖ相の端子電位）を信号線２９により得て、スイッチング素子のオンする順番を検知し、スイッチング素子のオンオフを制御する際に用いる。なお、このように、１相の端子電圧を使用するようにすれば、仮想中性点を作るためにすでに接続してある端子電圧参照信号線から相電圧を参照するため、新たに制御基盤外に信号線を設ける必要がなく合理的である。
The
図８に、本実施の形態によるＹ結線時における仮想中性点２５を示す。図８において、符号２５〜２７は、図７と同じであるため、説明を省略する。また、図８において、Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは各相Ｕ，Ｖ，Ｗを流れる電流であり、３１は各端子電圧を検出するための電圧計、３２は各相のインピーダンスＺである。仮想中性点２５は、発電機２１の各出力端子から高抵抗線から構成された抵抗２６によって結線されており、仮想中性点２５を流れる電流はほぼ０である。
FIG. 8 shows a virtual
なお、図９に、本実施の形態における仮想中性点電位と中性点電位を用いたオフタイミングの推定例を示す。 FIG. 9 shows an example of estimation of the off timing using the virtual neutral point potential and the neutral point potential in this embodiment.
図８に示すＹ結線の場合、仮想中性点電位をＥ’ｃとし、中性点電位Ｅｃは次式で表される。ただし、３ｎ次高調波の影響を考慮し、３ｎ次高調波Ｖ３ｎを次式で表す。 In the case of the Y connection shown in FIG. 8, the virtual neutral point potential is E′c, and the neutral point potential Ec is expressed by the following equation. However, in consideration of the influence of the 3n-order harmonic, the 3n-order harmonic V 3n is expressed by the following equation.
Ｖｕ＋Ｖｖ＋Ｖｗ＝３Ｖ３ｎ ・・・（１） Vu + Vv + Vw = 3V 3n (1)
今、Ｖｕ＞Ｖｖ＞Ｖｗの瞬間を考える。このとき、Ｖｕ−Ｖｗ＜Ｖｐ−Ｖｎであれば、誘起電圧がＤＣ電圧より小さくなり出力しない。よって、Ｖｕ−Ｖｗ＞Ｖｐ−Ｖｎとする。このとき、Ｕ相の端子電位Ｅｕ、および、Ｗ相の端子電位Ｅｗは、それぞれ、次式で示される。 Now consider the moment of Vu> Vv> Vw. At this time, if Vu−Vw <Vp−Vn, the induced voltage becomes smaller than the DC voltage and is not output. Therefore, Vu−Vw> Vp−Vn. At this time, the U-phase terminal potential Eu and the W-phase terminal potential Ew are respectively expressed by the following equations.
Ｅｕ＝Ｅｃ＋Ｖｕ−ＺＩｕ＝Ｖｐ ・・・（２）
Ｅｗ＝Ｅｃ＋Ｖｗ−ＺＩｗ＝Ｖｎ ・・・（３）
Eu = Ec + Vu−ZIu = Vp (2)
Ew = Ec + Vw−ZIw = Vn (3)
但し、Ｖ相の端子電位Ｅｖは、以下の（ａ）〜（ｃ）に示すように、３通りの場合がある。 However, there are three cases of the V-phase terminal potential Ev as shown in the following (a) to (c).
（ａ）Ｅｃ＋Ｖｖ≦Ｖｎのとき、すなわち、Ｕ相は上アーム、Ｖ相及びＷ相は下アームがオンのとき、Ｖ相の端子電位Ｅｖは、次式（４）となる。 (A) When Ec + Vv ≦ Vn, that is, when the U-phase is the upper arm and the V-phase and W-phase are the lower arms, the V-phase terminal potential Ev is expressed by the following equation (4).
Ｅｖ＝Ｅｃ＋Ｖｖ−ＺＩｖ＝Ｖｎ ・・・（４） Ev = Ec + Vv−ZIv = Vn (4)
上記の（１）式、（２）式、（３）式、（４）式と、Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０との関係とから、中性点電位Ｅｃが次式（５）のように得られる。 The neutral point potential Ec is obtained by the following equation (5) from the relationship between the above equations (1), (2), (3), (4) and Iu + Iv + Iw = 0.
（ｂ）Ｅｃ＋Ｖｖ≧Ｖｐのとき、すなわち、Ｕ相及びＶ相は上アーム、Ｗ相は下アームがオンのとき、Ｖ相の端子電位Ｅｖは、次式（６）となる。 (B) When Ec + Vv ≧ Vp, that is, when the upper arm is on the U phase and the V phase, and the lower arm is on on the W phase, the terminal potential Ev of the V phase is expressed by the following equation (6).
Ｅｖ＝Ｅｃ＋Ｖｖ−ＺＩｖ＝Ｖｐ ・・・（６） Ev = Ec + Vv−ZIv = Vp (6)
上記の（１）式、（２）式、（３）式、（６）式を解くと、中性点電位Ｅｃが次式（７）のように得られる。 When the above equations (1), (2), (3), and (6) are solved, the neutral point potential Ec is obtained as the following equation (7).
（ｃ）Ｖｎ＜Ｅｃ＋Ｖｖ＜Ｖｐのとき、すなわち、Ｕ相は上アーム、Ｗ相は下アームがオンであり、Ｖ相は上アームも下アームもオフである。このとき、Ｉｖ＝０であるから、次式（８）が成り立つ。 (C) When Vn <Ec + Vv <Vp, that is, the U-phase is the upper arm, the W-phase is the lower arm, and the V-phase is both the upper arm and the lower arm are off. At this time, since Iv = 0, the following equation (8) is established.
このように、中性点電位波形と仮想中性点電位波形を比較することで、３ｎ次高調波の波形を計算することができる。３ｎ次高調波のうち主成分である３次高調波は、基本波１周期の１／３の周期で変化する波形であり、この波形の零クロスは基本波の６０°区間であり、図４等で用いた半周期Δｔと等しい。よって、例えば、仮想中性点電位が所定の電圧になった時の３次高調波電圧値からオフにおける３次高調波電圧値を推定することができるため、この電圧になったらオフするようにすれば、タイマーによる推定が必要ではなくなる。 Thus, by comparing the neutral point potential waveform with the virtual neutral point potential waveform, the waveform of the 3n-order harmonic can be calculated. The third harmonic, which is the main component of the 3n-th harmonic, is a waveform that changes with a period of 1/3 of one period of the fundamental wave, and the zero cross of this waveform is the 60 ° section of the fundamental wave. It is equal to the half cycle Δt used in Therefore, for example, since the third harmonic voltage value in the off state can be estimated from the third harmonic voltage value when the virtual neutral point potential becomes a predetermined voltage, it is turned off when this voltage is reached. This eliminates the need for timer estimation.
以上のように、本実施の形態においては、固定子巻線がＹ結線で接続されるとともに、３つの出力端子に抵抗を介して短絡する仮想中性点をもつ回転電機に対して、仮想中性点の電位およびＹ結線の中性点電位を参照することで、スイッチング素子のオンオフを制御するようにした。中性点電位を参照することで、各巻線に発生する３ｎ次高調波誘起電圧を計算することができるため、回転機の回転速度情報を得ることができ、３ｎ次高調波電圧の値だけでオフタイミングを推定することができるため、タイマーが必要ないという効果が得られる。また、固定子巻線の３相のうちの１相の端子電位を参照して、スイッチング素子のオンする順番を制御するようにしたので、位置センサや電流センサも必要としないため、低コスト化及び小型化を図ることができる。 As described above, in the present embodiment, the stator winding is connected with a Y connection, and the rotating electrical machine having a virtual neutral point that is short-circuited to the three output terminals via a resistor The on / off state of the switching element is controlled by referring to the potential of the sex point and the neutral point potential of the Y connection. By referring to the neutral point potential, the 3n-order harmonic induced voltage generated in each winding can be calculated, so that the rotation speed information of the rotating machine can be obtained, and only the value of the 3n-order harmonic voltage can be obtained. Since the off timing can be estimated, there is an effect that a timer is not necessary. Further, since the turn-on order of the switching elements is controlled with reference to the terminal potential of one of the three phases of the stator winding, a position sensor and a current sensor are not required, thereby reducing the cost. And size reduction can be achieved.
１ 発電機、２ 制御装置、３ タイマー、４ インバータ回路、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ スイッチング素子、５ 仮想中性点、６ 抵抗、７，８，９ 信号線、１０ 出力端子、２１ 発電機、２２ 制御装置、２３ 中性点、２４ インバータ回路、２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ，２４ｆ スイッチング素子、２５ 仮想中性点、２６ 抵抗、２７，２８，２９，３０ 信号線。 1 generator, 2 control device, 3 timer, 4 inverter circuit, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f switching element, 5 virtual neutral point, 6 resistance, 7, 8, 9 signal line, 10 output terminal, 21 generator, 22 control device, 23 neutral point, 24 inverter circuit, 24a, 24b, 24c, 24d, 24e, 24f switching element, 25 virtual neutral point, 26 resistance, 27, 28, 29, 30 signal line.
Claims (8)
前記回転電機は、前記固定子巻線の複数の出力端子に抵抗を介して短絡する仮想中性点を有しているものであって、
前記回転電機の固定子巻線と直流電源との間に設けられ、複数のスイッチング素子から構成されて、前記固定子巻線からの交流発電出力を整流して直流に変換し、前記直流電源に給電する整流手段と、
前記仮想中性点の電位に基づいて、前記スイッチング素子のオンオフのタイミングを制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする整流回路。 A stator having a stator core and a multi-phase stator winding mounted on the stator core, and a rotor provided rotatably, the rotor including field windings and permanent magnets A rectifier circuit that is mounted on a rotating electrical machine that is mounted with at least one of them and generates power in the stator winding by applying power to the rotor,
The rotating electrical machine has a virtual neutral point that is short-circuited via a resistor to a plurality of output terminals of the stator winding,
Provided between the stator winding of the rotating electrical machine and a DC power supply, and composed of a plurality of switching elements, rectifies the AC power generation output from the stator winding and converts it into DC, and converts it to the DC power supply. Rectifying means for supplying power;
And a control means for controlling on / off timing of the switching element based on the potential of the virtual neutral point.
前記スイッチング素子のオンオフのタイミングの制御において、前記固定子巻線の多相のうちの１相の端子電圧の値に基づいて、前記スイッチング素子のオンする順番を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の整流回路。 The control means includes
The turn-on order of the switching elements is controlled based on a value of a terminal voltage of one phase among the multiphases of the stator winding in controlling on / off timing of the switching elements. The rectifier circuit according to 1.
前記制御手段は、
前記仮想中性点電位が所定の電圧以上になったときに、前記上アーム及び下アームのスイッチング素子がともにオフとなっている相の上アームをオンにする
ことを特徴とする請求項１または２に記載の整流回路。 The plurality of switching elements are classified into an upper arm switching element and a lower arm switching element,
The control means includes
The upper arm of a phase in which both the switching elements of the upper arm and the lower arm are turned off when the virtual neutral point potential becomes equal to or higher than a predetermined voltage. 2. The rectifier circuit according to 2.
前記制御手段は、
前記仮想中性点電位が所定の電圧以下になったときに、前記上アーム及び下アームのスイッチング素子がともにオフとなっている相の下アームをオンにする
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の整流回路。 The plurality of switching elements are classified into an upper arm switching element and a lower arm switching element,
The control means includes
The lower arm of a phase in which both the switching elements of the upper arm and the lower arm are turned off when the virtual neutral point potential becomes equal to or lower than a predetermined voltage. 4. The rectifier circuit according to any one of items 3.
前記仮想中性点電位波形の周期を示す時間情報または前記回転電機の回転子位置角度情報のいずれか一方が入力されて、それに基づいて前記仮想中性点電位が所定の電圧になった時点から所定の時間あるいは所定の角度が経過した時点を各アームのオフタイミングとして決定する
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の整流回路。 The control means includes
From the time point when either the time information indicating the cycle of the virtual neutral point potential waveform or the rotor position angle information of the rotating electrical machine is input and the virtual neutral point potential becomes a predetermined voltage based on the time information. The rectifier circuit according to any one of claims 1 to 4, wherein a predetermined time or a point in time at which a predetermined angle has elapsed is determined as an off timing of each arm.
前記下アームのスイッチング素子のオンタイミングから前記上アームのスイッチング素子のオンタイミングまでを示す時間情報または前記回転電機の回転子位置角度情報のいずれか一方が入力されて、それに基づいて各アームのオフタイミングを決定する
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の整流回路。 The control means includes
Either time information indicating from the on-timing of the switching element of the lower arm to the on-timing of the switching element of the upper arm or the rotor position angle information of the rotating electrical machine is input, and based on that, each arm is turned off The rectifier circuit according to claim 1, wherein timing is determined.
前記タイマーからの前記時間情報または前記位置センサからの前記回転子位置角度情報のいずれか一方が前記制御手段に入力される
ことを特徴とする請求項５または６に記載の整流回路。 A timer for measuring time and outputting the time information, or a position sensor for detecting the angle of the rotor by the rotating electrical machine and outputting the rotor position angle information,
7. The rectifier circuit according to claim 5, wherein either the time information from the timer or the rotor position angle information from the position sensor is input to the control unit.
前記テーブルデータの時間情報または回転子位置角度情報のいずれか一方が前記制御手段に入力される
ことを特徴とする請求項５または６に記載の整流回路。 Table data storing the time information or rotor position angle information of the rotating electrical machine,
7. The rectifier circuit according to claim 5, wherein any one of time information and rotor position angle information of the table data is input to the control unit.
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