JP5181666B2 - 界磁巻線型モータおよび界磁巻線型発電機の制御回路 - Google Patents
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Description
図1は本発明第1の実施形態を示す回路図であり、図2および図3はその動作を説明するためのタイミング図である。本実施の形態1においては、図15に示す従来のインバータ回路4を含む構成に加え、図1に示すように界磁巻線13の上流側(高電位側)にもスイッチング素子23を設けると共に、界磁用電源6のアース側から界磁巻線13の上流側スイッチング素子23と界磁巻線13の接続点に向かって順方向となるように、下流側(低電位側)ダイオード11を設ける。このように、界磁電流Ifの制御はモータ界磁電流制御回路20により制御される。このモータ界磁電流制御回路20は図1に示すように界磁用電源6と、前記界磁巻線に通電中の電流が遮断された際に、界磁巻線13に発生したエネルギーを上記界磁巻線13の電流と同方向で、且つ界磁巻線13の両端の電位が逆転して放電する放電手段とで構成されている。
先ず、通常の界磁電流制御における動作について説明する。界磁巻線型モータ5においては、界磁電流Ifは1方向のみ通電できればよい。そこで通常の動作時においては上流側スイッチング素子23および下流側スイッチング素子21を導通状態(ON)とし、界磁用電源6から上流側スイッチング素子23を経由し、界磁巻線13、下流側スイッチング素子21から界磁用電源6の低電位側に至る回路を形成することで、界磁巻線13に界磁電流Ifを流すことができる(図2のj区間)。
界磁電流指令回路16はインバータ電源線18における電圧が過電圧状態になり、界磁電流Ifを急減させることを示す第1の閾値Vth1を越えると〔図3(a)の時刻t1〕、上流側スイッチング素子23および下流側スイッチング素子21の動作を共に停止し〔図3(c)、および(d)における時刻t1〕、両者とも遮断状態(OFF)にする〔図3(a)の時刻t1以後〕。
次に、実施の形態2について説明する。図4は実施の形態2の回路構成図、図5はその動作を説明するためのタイミング図である。本実施の形態2においても前記実施の形態1の場合と同様、モータ5のステータに通電する電流を制御するインバータ回路を含む構成としている。また、図4においては、図1におけるスイッチング素子23および21にそれぞれMOSFET10,15をスイッチング素子として用いた場合について示している。本実施の形態2では、図4に示すように、モータ5のステータに通電する電流を制御するインバータ回路4と、前記モータの界磁巻線13に通電する電流を制御する界磁電流制御回路22とを備え、この界磁電流制御回路22は、界磁巻線13に電力を供給する界磁用電源6と、界磁巻線13の一方の端子と界磁用電源6の高電位側端子との間に設けられた上流側スイッチング素子(MOSFET)10と、界磁巻線の他方の端子とアースと同電位である界磁用電源6の低電位側端子との間に設けられた下流側スイッチング素子(MOSFET)15と、アースから、界磁巻線13と前記上流側スイッチング素子10との接続点に向かって順方向となるように設けられた下流側ダイオード11と、界磁巻線13と下流側スイッチング素子15との接続点から、インバータ回路4の高電位側の電源線18に向かって順方向となるように設けられた上流側ダイオード14と、上流側スイッチング素子10と、前記下流側スイッチング素子15とを駆動するための界磁電流指令回路16とから構成され、界磁用電源6は、インバータ電源線18および界磁用電源6の両者からそれぞれダイオード8および7によりワイヤードORを形成し、高電圧側を選択的に作動するように構成され、界磁電流指令回路16は、上流側スイッチング素子10および下流側スイッチング素子15を所定のタイミングで導通/遮断状態とするか、またはDUTY制御することが可能である。
(実施の形態3)
以上のようにして、モータ駆動用のインバータ回路における過電圧対策を実施することができるが、この構成を車両における前輪(または後輪)をエンジン駆動輪とし、後輪(または前輪)をモータ駆動輪とした4WD構成の場合に適用することも可能である。図6にこの基本構成を示す。エンジン30は前車軸を駆動すると同時にモータ5(本文において単にモータとの記載があるものは界磁巻線型モータを指す)の駆動用電源となる発電機1をベルトにより結合して駆動する構成となっている。ここで、アクセルが踏み込まれると発電機1(本文において単に発電機との記載があるものは界磁巻線型発電機を指す)の発電を指令する信号が後述の電子制御ユニット(ECU)27で生成される。これにより発電機1の発電電流がモータ電流としてモータ5に流れ、エンジンによる前車軸と同時に後車軸にも駆動力を発生する。ここで、前進、後進はシフト位置スイッチ(シフト位置SW)39により判別し、モータ界磁電流の極性を変える。また、クラッチ31は予め接続されているものとするが、4WDスイッチ(4WD・SW)38がOFFのとき、すなわち4WDが不要のときは遮断状態とする。このような4WD構成の場合には以下のような問題が生じる場合が考えられる。
図8に4WDのシステム構成を示す。図8において、発電機1出力はモータ駆動電流としてリレーBOX42を経由してインバータ回路4に接続されている。このリレーBOX42はインバータ電源線18の途中に設置されているものであり、4WD制御ユニット41からのリレー電流によりON/OFFが制御される。エンジン30の出力は前車軸43および発電機1の駆動力として、またモータ5の出力は減速機により所定の回転比で減速された後、クラッチ31を経て後車軸44に駆動力として伝達される。これら各構成要素の動作は4WD制御ユニット41内蔵のマイコンにより制御される。
図12および図13は発電機界磁巻線131の放電電流を減少させる場合の界磁電流の経路を示す。なお、これら各図において共通のため、抵抗器25による過電圧保護回路(引抜き回路)37の経路は省略している。図12は放電電流量を制御する場合で、下流側MOSFET15をPWM信号でON/OFF駆動することにより放電電流の減少割合を制御する構成である。ここで、図18に記載した界磁電流指令回路16は電流経路を見やすくするために記載を省略しているが、スイッチング素子のON/OFF制御を行うPWM信号の生成を行っている。
3:平滑コンデンサ 4:インバータ回路
5:界磁巻線型モータ 6:界磁用電源
9:平滑コンデンサ 10:上流側MOSFET素子
11:ダイオード 13:界磁巻線
14:ダイオード 15:下流側MOSFET素子
16:界磁電流指令回路 17:3相電流指令回路
18:インバータ電源線 20:モータ界磁電流制御回路
21:下流側スイッチング素子 22:モータ界磁電流制御回路
23:上流側スイッチング素子 24:過電圧検知回路
25:抵抗器 26:MOSFET
27:電子制御ユニット(ECU) 29:界磁巻線駆動回路
30:エンジン 31:クラッチ部
32:発電機界磁駆動回路 36:界磁電流制御回路
131:発電機界磁巻線 38:4WDスイッチ
39:シフト位置スイッチ 40:警告灯
41:4WD制御ユニット 42:リレーBOX
43:前車軸 44:後車軸
45:アクセル開度センサ 46:モータ界磁巻線
47:電流センサ 48:バッテリ
50:三相全波整流回路 51:必要電力量演算部
52:発電量リミッタ部 53:発電機界磁制御部
54:発電機界磁巻線部 55:レゾルバ
56:モータ制御演算部 57:モータ界磁制御部
58:スイッチ 59:電流センサ
60:トルク指令値補正部 61:PWM部
62:発電機界磁電流センサ
Claims (8)
- 界磁巻線型モータの制御回路において、
前記モータのステータに通電する電流を制御するインバータ回路と、
前記モータの界磁巻線に電流を通電する界磁用電源と、前記界磁巻線に流れる界磁電流を制御する界磁電流制御回路とを備え、
前記界磁電流制御回路は、前記界磁巻線に通電中の電流が遮断された際に、界磁巻線に発生したエネルギーを上記界磁巻線の電流と同方向で、且つ界磁巻線の両端の電位を逆転して放電させる放電手段を有し、
前記放電手段は、
前記界磁巻線の一方の端子と前記界磁用電源の高電位側端子との間に設けられた上流側スイッチング素子と、
前記界磁巻線の他方の端子とアースと同電位である前記界磁用電源の低電位側端子との間に設けられた下流側スイッチング素子と、
前記アースから、前記界磁巻線と前記上流側スイッチング素子との接続点に向かって順方向となるように設けられた下流側ダイオードと、
前記界磁巻線と前記下流側スイッチング素子の接続点から、前記インバータ回路の高電位側の電源線に向かって順方向となるように設けられた上流側ダイオードと、
前記上流側スイッチング素子と、前記下流側スイッチング素子とを駆動するための界磁電流指令回路とから構成され、
前記インバータ回路の電源線には、インバータ側平滑コンデンサが接続され、
前記界磁用電源には、界磁用電源側平滑コンデンサが接続されている
ことを特徴とする界磁巻線型モータの制御回路。 - 請求項1に記載の界磁巻線型モータの制御回路において、
前記界磁電流指令回路は、前記上流側スイッチング素子または前記下流側スイッチング素子の何れか一方を連続通電状態とし、他方を所定のタイミングで導通/遮断状態とするか、またはDUTY制御することを特徴とする界磁巻線型モータの制御回路。 - 請求項1又は2に記載の界磁巻線型モータの制御回路において、
前記界磁巻線に電流を供給する電源は、前記インバータ回路の電源線および前記界磁用電源からそれぞれダイオードによるワイヤードOR回路を経て、高い方の電圧を選択するように構成され、前記界磁電流指令回路は、前記上流側スイッチング素子および前記下流側スイッチング素子を所定のタイミングで導通/遮断状態とするか、またはDUTY制御することを特徴とする界磁巻線型モータの制御回路。 - 請求項3に記載の界磁巻線型モータの制御回路において、
前記界磁電流指令回路は、前記上流側スイッチング素子をDUTY制御しているときは、前記下流側スイッチング素子は導通状態を持続するように制御することを特徴とする界磁巻線型モータの制御回路。 - 請求項3または請求項4に記載の界磁巻線型モータの制御回路において、
前記インバータ回路の電源線には、前記界磁用電源側平滑コンデンサにおける電圧上昇を吸収できる程度に大きな容量を有する前記インバータ側平滑コンデンサを備えていることを特徴とする界磁巻線型モータの制御回路。 - 請求項2乃至請求項5の何れかに記載の界磁巻線型モータの制御回路において、
前記界磁電流指令回路は、前記インバータ電源線の電圧が所定の電圧を越えたときに、前記上流側スイッチング素子および前記下流側スイッチング素子の両者を遮断状態にすることを特徴とする界磁巻線型モータの制御回路。 - 請求項6に記載の界磁巻線型モータの制御回路において、
インバータ電源線の電圧が所定の電圧値を越えたときに、前記インバータ回路の上側アームまたは、下側アームの何れかの側で複数のスイッチング素子を時間的に重なって導通状態とすることで、界磁巻線型モータのステータ通電線を短絡することを特徴とする界磁巻線型モータの制御回路。 - 請求項1乃至請求項4の何れかに記載の界磁巻線型モータの制御回路において、
前記インバータ回路は、
前記インバータ回路の前記電源線の電圧が第1の閾値電圧を超えたときに、前記インバータ回路の上側または下側のアームにおける複数のスイッチング素子を接続状態にし、
前記界磁電流指令値回路は、
前記インバータ回路の電源線の電圧が第2の閾値電圧を超えたときに、前記上流側スイッチング素子および前記下流側スイッチング素子の両者を遮断状態にし、
前記第1の閾値電圧と前記第2の閾値電圧が同電圧である
ことを特徴とする界磁巻線型モータの制御回路。
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