JP7413052B2 - Rotating electrical machine system - Google Patents
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Description
本発明は、回転電機システムに関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine system.
従来、バッテリに接続され、バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換し、回転電機に出力するインバータを備えるシステムが知られている（例えば、特許文献１）。このシステムでは、インバータに含まれるスイッチング素子のオフへの切り替え時に発生するサージ・エネルギを吸収するスナバコンデンサが設けられている。このシステムでは、スイッチング素子の温度が取得され、取得されたスイッチング素子の温度が閾値以下の場合、スイッチング素子とスナバコンデンサとが電気的に接続される。これにより、スイッチング素子のオフへの切り替え時に発生するサージ・エネルギがスナバコンデンサに吸収され、過大なサージ電圧の発生が抑制される。また、スイッチング素子の温度が閾値を超えた場合、スイッチング素子とスナバコンデンサとの電気的接続が遮断される。これにより、サージ電圧が低い場合にはスナバコンデンサを作用させないことで回路損失が低減される。 BACKGROUND ART Conventionally, a system is known that includes an inverter that is connected to a battery, converts DC power supplied from the battery into AC power, and outputs the AC power to a rotating electric machine (for example, Patent Document 1). This system includes a snubber capacitor that absorbs surge energy generated when switching elements included in the inverter are turned off. In this system, the temperature of the switching element is acquired, and when the acquired temperature of the switching element is below a threshold value, the switching element and the snubber capacitor are electrically connected. As a result, surge energy generated when the switching element is turned off is absorbed by the snubber capacitor, and generation of excessive surge voltage is suppressed. Further, when the temperature of the switching element exceeds a threshold value, the electrical connection between the switching element and the snubber capacitor is cut off. As a result, when the surge voltage is low, the snubber capacitor is not activated, thereby reducing circuit loss.
インバータとして第１インバータと第２インバータとが設けられており、第１，第２インバータを用いて回転電機に交流電力を出力するシステムが知られている。このシステムは、バッテリなどの蓄電装置の正極側に接続される第１電気経路と、蓄電装置の負極側に接続される第２電気経路と、第１インバータと、第２インバータと、回転電機と、開閉スイッチと、コンデンサと、を備えている。第１インバータは、直列接続された第１上アームスイッチと第１下アームスイッチとを相ごとに有し、第１上アームスイッチの高電位側端子が第１電気経路に接続され、第１下アームスイッチの低電位側端子が第２電気経路に接続されている。第２インバータは、直列接続された第２上アームスイッチと第２下アームスイッチとを相ごとに有し、第２上アームスイッチの高電位側端子が第１電気経路に接続され、第２下アームスイッチの低電位側端子が第２電気経路に接続されている。回転電機は、電機子巻線を有し、第１上アームスイッチの低電位側端子及び第１下アームスイッチの高電位側端子に電機子巻線の第１端が接続され、第２上アームスイッチの低電位側端子及び第２下アームスイッチの高電位側端子に電機子巻線の第２端が接続されている。開閉スイッチは、第１電気経路と第２電気経路との少なくとも一方において、第１インバータとの接続点と第２インバータとの接続点との間に設けられている。コンデンサは、開閉スイッチよりも第１インバータ側において、第１電気経路と第２電気経路との間を接続している。このシステムでは、第２インバータは開閉スイッチを介して蓄電装置に接続されている。そして、開閉スイッチがオンされる場合には、第１インバータと第２インバータとを構成する各スイッチのスイッチング動作により回転電機に交流電力が出力される。 A system is known in which a first inverter and a second inverter are provided as inverters, and the first and second inverters are used to output AC power to a rotating electric machine. This system includes a first electrical path connected to the positive electrode side of a power storage device such as a battery, a second electrical path connected to the negative electrode side of the power storage device, a first inverter, a second inverter, and a rotating electric machine. , an on/off switch, and a capacitor. The first inverter has a first upper arm switch and a first lower arm switch connected in series for each phase, the high potential side terminal of the first upper arm switch is connected to the first electrical path, and the first lower arm switch is A low potential side terminal of the arm switch is connected to the second electrical path. The second inverter has a second upper arm switch and a second lower arm switch connected in series for each phase, the high potential side terminal of the second upper arm switch is connected to the first electrical path, and the second lower arm switch is A low potential side terminal of the arm switch is connected to the second electrical path. The rotating electrical machine has an armature winding, a first end of the armature winding is connected to a low potential side terminal of the first upper arm switch and a high potential side terminal of the first lower arm switch, and a first end of the armature winding is connected to a low potential side terminal of the first upper arm switch and a high potential side terminal of the first lower arm switch. A second end of the armature winding is connected to a low potential side terminal of the switch and a high potential side terminal of the second lower arm switch. The open/close switch is provided between a connection point with the first inverter and a connection point with the second inverter in at least one of the first electrical path and the second electrical path. The capacitor connects the first electrical path and the second electrical path closer to the first inverter than the on/off switch. In this system, the second inverter is connected to the power storage device via an on/off switch. When the opening/closing switch is turned on, alternating current power is output to the rotating electric machine by the switching operation of each switch constituting the first inverter and the second inverter.
このシステムにおいて、第２インバータのスイッチング動作により発生するサージ・エネルギがコンデンサに吸収される際の電気経路は開閉スイッチが設けられた部分を含む。当該部分では、開閉スイッチ自身のインダクタンスや、開閉スイッチを設けるための電気経路形状によりインダクタンスが大きくなっている。そのため、第２インバータのスイッチング動作で発生するサージ・エネルギにより過大なサージ電圧が発生してしまう。 In this system, the electrical path through which surge energy generated by the switching operation of the second inverter is absorbed by the capacitor includes a portion provided with an on/off switch. In this part, the inductance is large due to the inductance of the on-off switch itself and the shape of the electrical path for providing the on-off switch. Therefore, an excessive surge voltage is generated due to the surge energy generated by the switching operation of the second inverter.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、過大なサージ電圧の発生を抑制できる回転電機システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a rotating electric machine system that can suppress the generation of excessive surge voltage.
上記課題を解決するための第１の手段は、蓄電装置の正極側に接続される第１電気経路と、前記蓄電装置の負極側に接続される第２電気経路と、直列接続された第１上アームスイッチと第１下アームスイッチとを相ごとに有し、前記第１上アームスイッチの高電位側端子が前記第１電気経路に接続され、前記第１下アームスイッチの低電位側端子が前記第２電気経路に接続された第１インバータと、直列接続された第２上アームスイッチと第２下アームスイッチとを相ごとに有し、前記第２上アームスイッチの高電位側端子が前記第１電気経路に接続され、前記第２下アームスイッチの低電位側端子が前記第２電気経路に接続された第２インバータと、電機子巻線を有し、前記第１上アームスイッチの低電位側端子及び前記第１下アームスイッチの高電位側端子に前記電機子巻線の第１端が接続され、前記第２上アームスイッチの低電位側端子及び前記第２下アームスイッチの高電位側端子に前記電機子巻線の第２端が接続された回転電機と、前記第１電気経路と前記第２電気経路との少なくとも一方において、前記第１インバータとの接続点と前記第２インバータとの接続点との間に設けられた開閉スイッチと、前記開閉スイッチよりも前記第１インバータ側において、前記第１電気経路と前記第２電気経路との間を接続する第１コンデンサと、前記開閉スイッチよりも前記第２インバータ側において、前記第１電気経路と前記第２電気経路との間を接続する第２コンデンサと、を備える。 A first means for solving the above problem is a first electrical path connected to the positive electrode side of the power storage device, a second electrical path connected to the negative electrode side of the power storage device, and a first electrical path connected in series. An upper arm switch and a first lower arm switch are provided for each phase, a high potential side terminal of the first upper arm switch is connected to the first electrical path, and a low potential side terminal of the first lower arm switch is connected to the first electrical path. Each phase includes a first inverter connected to the second electrical path, and a second upper arm switch and a second lower arm switch connected in series, and the high potential side terminal of the second upper arm switch is connected to the second electrical path. a second inverter connected to the first electrical path, the low potential side terminal of the second lower arm switch being connected to the second electrical path, and an armature winding; A first end of the armature winding is connected to a potential side terminal and a high potential side terminal of the first lower arm switch, and a first end of the armature winding is connected to a potential side terminal of the second upper arm switch and a high potential side terminal of the second lower arm switch. a rotating electrical machine in which a second end of the armature winding is connected to a side terminal, and a connection point between the first inverter and the second inverter in at least one of the first electrical path and the second electrical path; a first capacitor that connects the first electrical path and the second electrical path on a side closer to the first inverter than the opening/closing switch; A second capacitor is provided that connects the first electrical path and the second electrical path closer to the second inverter than the open/close switch.
第１の手段では、第１コンデンサに加えて第２コンデンサが設けられている。第２コンデンサは、開閉スイッチよりも第２インバータ側において第１電気経路と第２電気経路との間を接続している。そのため、第２上アームスイッチ及び第２下アームスイッチのスイッチング動作により発生するサージ・エネルギは、第２コンデンサに吸収される。したがって、過大なサージ電圧の発生を抑制できる。 In the first means, a second capacitor is provided in addition to the first capacitor. The second capacitor connects the first electrical path and the second electrical path closer to the second inverter than the on/off switch. Therefore, surge energy generated by the switching operations of the second upper arm switch and the second lower arm switch is absorbed by the second capacitor. Therefore, generation of excessive surge voltage can be suppressed.
第２の手段では、前記開閉スイッチは、第１開閉スイッチであり、前記第２コンデンサに直列接続された第２開閉スイッチと、前記第１開閉スイッチ及び前記第２開閉スイッチをオンオフする制御装置と、を備え、前記第２コンデンサ及び前記第２開閉スイッチの直列接続体が前記第１電気経路と前記第２電気経路との間に接続されており、前記制御装置は、前記第１開閉スイッチのオン期間に前記第２開閉スイッチをオンし、前記第１開閉スイッチのオフ期間に前記第２開閉スイッチをオフする。 In the second means, the on-off switch is a first on-off switch, and includes a second on-off switch connected in series to the second capacitor, and a control device that turns on and off the first on-off switch and the second on-off switch. , a series connection body of the second capacitor and the second on-off switch is connected between the first electrical path and the second electrical path, and the control device is configured to control the connection of the first on-off switch. The second opening/closing switch is turned on during the on period, and the second opening/closing switch is turned off during the off period of the first opening/closing switch.
第２の手段では、第１電気経路と第２電気経路との間において、第２コンデンサと直列接続された第２開閉スイッチが設けられている。そして、第１開閉スイッチのオン期間に第２開閉スイッチがオンされ、第１開閉スイッチのオフ期間に第２開閉スイッチがオフされるように、第２開閉スイッチが制御される。第１開閉スイッチのオン期間に第２開閉スイッチがオンされることで、第２上アームスイッチ及び第２下アームスイッチのスイッチング動作により発生するサージ・エネルギを、第２コンデンサに吸収させることができ、過大なサージ電圧の発生を抑制できる。また、第１開閉スイッチのオフ期間に第２開閉スイッチがオフされることで、第２コンデンサが設けられた場合でも、第２インバータの全ての相において、第２上アームスイッチ及び第２下アームスイッチのうち第１開閉スイッチが設けられた電気経路と接続する方をオン固定し、第１開閉スイッチが設けられた電気経路と接続しない方をオフ固定する方式の回転電機の駆動を適正に実施することができる。 In the second means, a second on/off switch connected in series with a second capacitor is provided between the first electrical path and the second electrical path. The second opening/closing switch is controlled such that the second opening/closing switch is turned on during the on period of the first opening/closing switch, and the second opening/closing switch is turned off during the off period of the first opening/closing switch. By turning on the second opening/closing switch while the first opening/closing switch is on, the surge energy generated by the switching operations of the second upper arm switch and the second lower arm switch can be absorbed by the second capacitor. , the generation of excessive surge voltage can be suppressed. In addition, by turning off the second opening/closing switch during the off period of the first opening/closing switch, even if a second capacitor is provided, the second upper arm switch and the second lower arm switch are turned off in all phases of the second inverter. Appropriately drive a rotating electric machine using a method in which the switch that connects to the electrical path provided with the first open/close switch is fixed on, and the switch that is not connected to the electrical path provided with the first open/close switch is fixed off. can do.
第３の手段では、前記電機子巻線に流れる電流が閾値よりも大きいか否かを判定する電流判定部を備え、前記制御装置は、前記電流判定部により前記閾値よりも大きいと判定されたことを条件に、前記第２開閉スイッチをオンする。 The third means includes a current determining unit that determines whether the current flowing through the armature winding is greater than a threshold value, and the control device includes a current determining unit that determines whether the current flowing through the armature winding is greater than the threshold value. Under this condition, the second opening/closing switch is turned on.
電機子巻線に流れる電流が閾値よりも大きい場合には、第２上アームスイッチ及び第２下アームスイッチのスイッチング動作により発生するサージ・エネルギも大きくなる。この結果、発生するサージ電圧も大きくなり、第２開閉スイッチをオンする必要がある。 When the current flowing through the armature winding is larger than the threshold value, the surge energy generated by the switching operations of the second upper arm switch and the second lower arm switch also becomes larger. As a result, the generated surge voltage also increases, and it is necessary to turn on the second opening/closing switch.
一方、電機子巻線に流れる電流が閾値以下である場合には、発生するサージ電圧も小さくなり、第２開閉スイッチをオンする必要がない。第３の手段では、閾値よりも大きいと判定された場合にのみ第２開閉スイッチがオンされ、閾値以下と判定された場合には第２開閉スイッチがオフされるため、回転電機システムの高いシステム効率を維持できる。 On the other hand, when the current flowing through the armature winding is below the threshold value, the generated surge voltage is also small, and there is no need to turn on the second opening/closing switch. In the third means, the second opening/closing switch is turned on only when it is determined that the value is larger than the threshold value, and the second opening/closing switch is turned off when it is determined that the value is less than or equal to the threshold value. Maintain efficiency.
第４の手段では、前記制御装置は、前記回転電機が高回転駆動状態であるという第１条件と、前記回転電機が高トルク駆動状態であるという第２条件との少なくとも一方を満たす場合に、前記第１開閉スイッチをオンし、前記第１条件及び前記第２条件の両方を満たさない場合に、前記第１開閉スイッチをオフする。 In the fourth means, the control device satisfies at least one of a first condition that the rotating electrical machine is in a high rotation driving state and a second condition that the rotating electrical machine is in a high torque driving state, The first opening/closing switch is turned on, and when both the first condition and the second condition are not satisfied, the first opening/closing switch is turned off.
回転電機が高回転駆動状態と高トルク駆動状態との少なくとも一方の駆動状態である場合には、第１開閉スイッチをオンし、回転電機の電機子巻線に比較的大きな電流を流すことが多いが、例えば高回転低トルク状態の場合は、電機子巻線に流れる電流が閾値以下となることがある。この場合に、第２開閉スイッチがオンされると、第２コンデンサが作用することでシステム損失が増加する。第４の手段では、第１開閉スイッチがオンであっても、電機子巻線に流れる電流が閾値以下と判定された場合には、第２開閉スイッチがオフされる。そのため、例えば高回転低トルク状態において回転電機の損失が、第２コンデンサの有無により変化せず、高いシステム効率を維持できる。 When the rotating electrical machine is in at least one of a high-speed driving state and a high-torque driving state, the first opening/closing switch is often turned on and a relatively large current flows through the armature winding of the rotating electrical machine. However, for example, in a high rotation and low torque state, the current flowing through the armature winding may be below a threshold value. In this case, when the second opening/closing switch is turned on, the system loss increases due to the action of the second capacitor. In the fourth means, even if the first on-off switch is on, the second on-off switch is turned off if it is determined that the current flowing through the armature winding is below a threshold value. Therefore, for example, in a high rotation and low torque state, the loss of the rotating electric machine does not change depending on the presence or absence of the second capacitor, and high system efficiency can be maintained.
第５の手段では、前記第２インバータの耐圧値は、前記第１インバータの耐圧値以下である。 In the fifth means, the withstand voltage value of the second inverter is equal to or lower than the withstand voltage value of the first inverter.
第１コンデンサのみが設けられ、第２コンデンサが設けられていない回転電機システムでは、第１電気経路と第２電気経路との少なくとも一方において、開閉スイッチが設けられた部分のインダクタンスにより、第２インバータのスイッチング動作により発生するサージ電圧が第１インバータのスイッチング動作により発生するサージ電圧よりも大きくなる。そのため、第２インバータの耐圧値を第１インバータの耐圧値よりも大きくする必要があり、第２インバータの耐圧値の増加により回転電機システムの製造コストが増加する。第５の手段では、第１コンデンサに加えて第２コンデンサが設けられており、第２インバータのスイッチング動作により発生するサージ電圧が第１インバータのスイッチング動作により発生するサージ電圧と同じか、それよりも小さくなるように構成されている。そのため、第２インバータの耐圧値を第１インバータの耐圧値以下とすることができ、回転電機システムの製造コストの増加を抑制できる。 In a rotating electric machine system in which only a first capacitor is provided and no second capacitor is provided, the second inverter is The surge voltage generated by the switching operation of the first inverter becomes larger than the surge voltage generated by the switching operation of the first inverter. Therefore, it is necessary to make the withstand voltage value of the second inverter larger than the withstand voltage value of the first inverter, and the increase in the withstand voltage value of the second inverter increases the manufacturing cost of the rotating electric machine system. In the fifth means, a second capacitor is provided in addition to the first capacitor, and the surge voltage generated by the switching operation of the second inverter is equal to or higher than the surge voltage generated by the switching operation of the first inverter. It is also configured to be small. Therefore, the withstand voltage value of the second inverter can be made equal to or lower than the withstand voltage value of the first inverter, and an increase in manufacturing cost of the rotating electric machine system can be suppressed.
第６の手段では、前記第１上アームスイッチと前記第２上アームスイッチとは、同一仕様のスイッチング素子であり、前記第１下アームスイッチと前記第２下アームスイッチとは、同一仕様のスイッチング素子である。 In the sixth means, the first upper arm switch and the second upper arm switch are switching elements having the same specifications, and the first lower arm switch and the second lower arm switch are switching elements having the same specifications. It is element.
第６の手段では、第１上アームスイッチと第２上アームスイッチとが、同一仕様のスイッチング素子となっている。ここで、同一仕様のスイッチング素子とは、耐圧値や定格電流などの電気的特性が等しいことを意味し、例えば製造元や型番が等しいことを意味する。これにより、回転電機システムの製造コストを低減できる。第１下アームスイッチと第２下アームスイッチについても同様である。 In the sixth means, the first upper arm switch and the second upper arm switch are switching elements having the same specifications. Here, switching elements with the same specifications mean that they have the same electrical characteristics such as withstand voltage value and rated current, and mean that, for example, they have the same manufacturer and model number. Thereby, the manufacturing cost of the rotating electric machine system can be reduced. The same applies to the first lower arm switch and the second lower arm switch.
（第１実施形態）
以下、本発明に係る回転電機システムを、車載の回転電機システム１００として具体化した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(First embodiment)
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of a rotating electrical machine system according to the present invention as a vehicle-mounted rotating
図１に示すように、本実施形態に係る回転電機システム１００は、回転電機１０と、第１インバータ２０と、第２インバータ３０と、蓄電装置としてのバッテリ４０と、回転電機１０を制御対象とする制御装置５０と、を備えている。
As shown in FIG. 1, a rotating
回転電機１０は、力行駆動及び回生駆動の機能を有する。回転電機１０は、バッテリ４０との間で電力の入出力を行うものであり、力行時には、バッテリ４０から供給される電力により車両に推進力を付与し、回生時には、車両の減速エネルギを用いて発電を行い、バッテリ４０に電力を出力する。
The rotating
回転電機１０は、ロータ１１とステータ１３とを備えている。ロータ１１には、界磁を行う永久磁石１２が設けられている。つまり、回転電機１０は、永久磁石界磁型回転電機である。永久磁石１２は、例えばネオジム磁石やフェライト磁石である。
The rotating
ステータ１３には、オープン型の３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線１４が設けられている。回転電機１０のロータ１１は、車両の駆動輪と動力伝達が可能なように接続されている。なお、本実施形態において、巻線１４が「電機子巻線」に相当する。
The
各相の巻線１４の第１端は、第１インバータ２０を介してバッテリ４０に接続されている。バッテリ４０は、充放電可能な蓄電池であり、例えば複数のリチウムイオン蓄電池が直列接続された組電池である。なお、バッテリ４０は、他の種類の蓄電池であってもよい。
A first end of each phase winding 14 is connected to a
第１インバータ２０は、高電位側のスイッチング素子である第１上アームスイッチ２２（２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ）、及び低電位側のスイッチング素子である第１下アームスイッチ２３（２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ）の直列接続体が、並列に接続されて構成されている。なお、本実施形態では、スイッチ２２，２３として、電圧制御形の半導体スイッチング素子が用いられており、より具体的にはＩＧＢＴが用いられている。各相において、第１上アームスイッチ２２のエミッタ端子及び第１下アームスイッチ２３のコレクタ端子には、巻線１４の第１端が接続されている。スイッチ２２，２３には、フリーホイールダイオードであるダイオード２４が逆並列接続されている。なお、本実施形態において、コレクタ端子が「高電位側端子」に相当し、エミッタ端子が「低電位側端子」に相当する。
The
第２インバータ３０は、高電位側のスイッチング素子である第２上アームスイッチ３２（３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ）、及び低電位側のスイッチング素子である第２下アームスイッチ３３（３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ）の直列接続体が、並列に接続されて構成されている。なお、本実施形態では、スイッチ３２，３３として、電圧制御形の半導体スイッチング素子が用いられており、より具体的にはＩＧＢＴが用いられている。各相において、第２上アームスイッチ３２のエミッタ端子及び第２下アームスイッチ３３のコレクタ端子には、巻線１４の第２端が接続されている。スイッチ３２，３３には、フリーホイールダイオードであるダイオード３４が逆並列接続されている。
The
バッテリ４０の正極側、第１上アームスイッチ２２のコレクタ端子及び第２上アームスイッチ３２のコレクタ端子は、第１電気経路としての電源線ＣＥにより接続されている。また、バッテリ４０の負極側、第１下アームスイッチ２３のエミッタ端子及び第２下アームスイッチ３３のエミッタ端子は、第２電気経路としての接地線ＣＧにより接続されている。電源線ＣＥ及び接地線ＣＧは、例えばバスバーで構成されている。
The positive electrode side of the
具体的には、バッテリ４０の正極側、第１上アームスイッチ２２のコレクタ端子及び第２上アームスイッチ３２のコレクタ端子は、この順に電源線ＣＥに接続されている。そのため、第２上アームスイッチ３２のコレクタ端子は、電源線ＣＥと第１インバータ２０との接続点よりもバッテリ４０とは反対側において、電源線ＣＥに接続されている。
Specifically, the positive electrode side of the
電源線ＣＥにおいて、第１インバータ２０との接続点と第２インバータ３０との接続点との間には、開閉スイッチ６０が設けられている。本実施形態では、開閉スイッチ６０として、電圧制御形の半導体スイッチング素子が用いられており、より具体的にはＩＧＢＴが用いられている。開閉スイッチ６０には、フリーホイールダイオードであるダイオード６２が逆並列接続されている。ダイオード６２は、第２インバータ３０から第１インバータ２０へと向かう向きが順方向となるように、電源線ＣＥに接続されている。
In the power line CE, an open/
また、電源線ＣＥと接地線ＣＧとは、第１コンデンサ２５により接続されている。第１コンデンサ２５は、開閉スイッチ６０よりも第１インバータ２０側、詳細には第１インバータ２０よりもバッテリ４０側において、電源線ＣＥと接地線ＣＧとの間を接続している。
Further, the power supply line CE and the ground line CG are connected through a
制御装置５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びフラッシュメモリ等からなる周知のマイクロコンピュータを備えている。制御装置５０は、各種信号を取得し、取得した情報に基づき、各種制御を実施する。
The
具体的には、制御装置５０は、回転電機１０の駆動時に、第１コンデンサ２５の電圧ＶＢを検出する電圧センサ５１、回転電機１０の相電流ＩＭを検出する相電流センサ５３、及び回転電機１０の電気角θを検出する回転角センサ５４等から検出値を取得する。本実施形態では、相電流センサ５３として、Ｕ相の巻線１４に流れる相電流を検出するＵ相電流センサ５３Ｕ、及びＶ相の巻線１４に流れる相電流を検出するＶ相電流センサ５３Ｖが設けられている。制御装置５０は、取得した検出値に基づき、回転電機１０の制御量をその指令値に制御すべく、第１インバータ２０及び第２インバータ３０を制御する。本実施形態において、制御量は出力トルクＴＥである。
Specifically, when the rotating
具体的には、制御装置５０は、第１インバータ２０の制御において、デッドタイムを挟みつつスイッチ２２，２３を交互にオンとすべく、スイッチ２２，２３それぞれに対応する第１駆動信号ＳＧ１を、スイッチ２２，２３に出力する。第１駆動信号ＳＧ１は、スイッチ２２，２３をオンとするオン指令と、オフとするオフ指令とのいずれかをとる。同様に、制御装置５０は、第２インバータ３０の制御において、デッドタイムを挟みつつスイッチ３２，３３を交互にオンとすべく、スイッチ３２，３３それぞれに対応する第２駆動信号ＳＧ２を、スイッチ３２，３３に出力する。
Specifically, in controlling the
また、制御装置５０は、取得した検出値に基づいて、開閉スイッチ６０のオンオフを切り替えるべく、切替信号ＳＣを生成し、生成した切替信号ＳＣを開閉スイッチ６０に出力する。
Further, the
そして、制御装置５０は、第１駆動信号ＳＧ１、第２駆動信号ＳＧ２及び切替信号ＳＣを用いて、回転電機１０の駆動を制御する。回転電機１０の駆動は、例えばスター結線駆動やオープン結線駆動である。
Then, the
図２には、電気角θの時間微分値としての電気角速度ωと出力トルクＴＥとの相関図において、スター結線駆動が実施可能な第１駆動範囲ＨＡ、及びオープン結線駆動が実施可能な第２駆動範囲ＨＢが示されている。図２に破線で示すように、第１駆動範囲ＨＡは、電気角速度ωが閾値角速度ωｔｈよりも低く、かつ出力トルクＴＥが閾値トルクＴｔｈよりも低い範囲に設定されている。また、図２に実線で示すように、第２駆動範囲ＨＢは、第１駆動範囲ＨＡよりも高電気角速度側、または高出力トルク側の範囲に設定されている。 FIG. 2 shows a first drive range HA in which star connection driving is possible, and a second drive range HA in which open connection drive is possible, in a correlation diagram between electrical angular velocity ω as a time differential value of electrical angle θ and output torque TE. A driving range HB is shown. As shown by the broken line in FIG. 2, the first drive range HA is set to a range where the electrical angular velocity ω is lower than the threshold angular velocity ωth and the output torque TE is lower than the threshold torque Tth. Further, as shown by the solid line in FIG. 2, the second drive range HB is set to a range on the higher electrical angular velocity side or higher output torque side than the first drive range HA.
回転電機１０の電気角速度ω及び出力トルクＴＥが第１駆動範囲ＨＡに含まれる場合、回転電機１０はスター結線駆動される。具体的には図３に示すように、開閉スイッチ６０がオフされる。また、第１インバータ２０がＰＷＭ制御される。ＰＷＭ制御では、回転電機１０への電圧指令値と、三角波信号等のキャリア信号との大小比較に基づいて、第１インバータ２０に含まれるスイッチ２２，２３のオンオフが制御される。図３では、Ｕ相第１上アームスイッチ２２Ａ及びＶ，Ｗ相第１下アームスイッチ２３Ｂ，２３Ｃがオンされており、その他のスイッチがオフされている状態が示されている。なお、スター結線駆動における第１インバータ２０の制御方式はＰＷＭ制御に限られず、過変調制御、矩形制御等であっても良い。
When the electrical angular velocity ω and output torque TE of the rotating
さらに、第２インバータ３０に含まれるスイッチ３２，３３のうち、開閉スイッチ６０が設けられた側の第２上アームスイッチ３２がオンに維持され、開閉スイッチ６０が設けられていない側の第２下アームスイッチ３３がオフに維持される。これにより、第１インバータ２０及び第２インバータ３０には、矢印ＹＡに示す経路で相電流ＩＭが流れるとともに、第２上アームスイッチ３２のコレクタ端子に接続される電源線ＣＥが中性点として機能する。なお、図３では、第１コンデンサ２５、制御装置５０及び各種センサ５１，５３，５４の記載が省略されている。図４についても同様である。
Further, among the
一方、回転電機１０の電気角速度ω及び出力トルクＴＥが第２駆動範囲ＨＢに含まれる場合、回転電機１０はオープン結線駆動される。具体的には図４に示すように、開閉スイッチ６０がオンされる。また、第１インバータ２０及び第２インバータ３０がＰＷＭ制御される。図４では、Ｕ相第１上アームスイッチ２２Ａ、Ｖ，Ｗ相第１下アームスイッチ２３Ｂ，２３Ｃ、Ｕ相第２下アームスイッチ３３Ａ、及びＶ，Ｗ相第２上アームスイッチ３２Ｂ，３２Ｃがオンされており、その他のスイッチがオフされている状態が示されている。これにより、第１インバータ２０及び第２インバータ３０には、矢印ＹＢに示す経路で相電流ＩＭが流れる。なお、オープン結線駆動における第１インバータ２０及び第２インバータ３０の制御方式はＰＷＭ制御に限られず、過変調制御、矩形制御等であっても良い。
On the other hand, when the electrical angular velocity ω and output torque TE of the rotating
回転電機システム１００は、更に第２コンデンサ３５を備えている。第２コンデンサ３５は、開閉スイッチ６０よりも第２インバータ３０側、詳細には第２インバータ３０よりも開閉スイッチ６０とは反対側において、電源線ＣＥと接地線ＣＧとの間を接続している。本実施形態では、第２コンデンサ３５の容量は、第１コンデンサ２５の容量よりも小さい容量に設定されている。なお、第２コンデンサ３５が設けられる理由については後述する。
The rotating
スター結線駆動及びオープン結線駆動では、第１インバータ２０のスイッチ２２，２３のスイッチング動作によりサージ・エネルギが発生する。図５を用いて、第１上アームスイッチ２２をオンからオフに切り替える時に第１上アームスイッチ２２に発生するサージ電圧について説明する。なお、図５では、理解を容易とするために、回転電機１０、第１インバータ２０及び第２インバータ３０において、１相分の巻線１４、スイッチ２２，２３，３２，３３のみが記載されている。また、図５では、制御装置５０及び各種センサ５１，５３，５４の記載が省略されている。図６，図７についても同様である。
In the star connection drive and the open connection drive, surge energy is generated by the switching operations of the
図５～図７には、回転電機システム１００における各所のインダクタンスＬＡ～ＬＥが記載されている。図５を例に説明すると、第１インダクタンスＬＡは、電源線ＣＥのうち第１インバータ２０よりも第１コンデンサ２５側の部分のインダクタンス（より具体的には、電源線ＣＥのうち第１コンデンサ２５との接続点と第１インバータ２０との接続点との間の部分のインダクタンス）である。また、第２インダクタンスＬＢは、第１上アームスイッチ２２、第１下アームスイッチ２３、及びスイッチ２２，２３を接続する配線のインダクタンスである。第３インダクタンスＬＣは、電源線ＣＥのうち第１インバータ２０と第２インバータ３０との間の部分のインダクタンスである。そのため、第３インダクタンスＬＣには、電源線ＣＥのうち開閉スイッチ６０が設けられた部分のインダクタンスが含まれる。第４インダクタンスＬＤは、電源線ＣＥのうち第２インバータ３０から第２コンデンサ３５までの部分のインダクタンスである。また、第５インダクタンスＬＥは、第２上アームスイッチ３２、第２下アームスイッチ３３、及びスイッチ３２，３３を接続する配線のインダクタンスである。
5 to 7 show inductances LA to LE at various locations in the rotating
図５では、第１上アームスイッチ２２がオンからオフに切り替わり、第１下アームスイッチ２３がオフからオンに切り替わる際、つまり、矢印ＹＣに示すように、第１上アームスイッチ２２から巻線１４に流れていた相電流ＩＭが減少する際に、第１上アームスイッチ２２に発生するサージ電圧について説明する。
In FIG. 5, when the first
この際、第１，第２インダクタンスＬＡ，ＬＢには、矢印ＹＣに示す向きの相電流ＩＭを増加させようとするサージ・エネルギが発生し、サージ・エネルギは、第１コンデンサ２５に吸収される（図５矢印ＹＤ参照）。このサージ・エネルギにより、第１上アームスイッチ２２、第１下アームスイッチ２３、及び第１コンデンサ２５を含む第１閉回路ＣＡに第１サージ電圧ＶＳ１が発生する。第１サージ電圧ＶＳ１は、第１閉回路ＣＡの第１合成インダクタンスＬ１と、第１上アームスイッチ２２を流れる電流ｉの時間変化率であるｄｉ／ｄｔを用いて、（式１）のように表される。
At this time, surge energy is generated in the first and second inductances LA and LB to increase the phase current IM in the direction shown by the arrow YC, and the surge energy is absorbed by the
ＶＳ１＝Ｌ１・（ｄｉ／ｄｔ）・・・（式１）
第１合成インダクタンスＬ１は、第１，第２インダクタンスＬＡ，ＬＢの和である。また、図５に示すように、第１閉回路ＣＡには、電源線ＣＥのうち開閉スイッチ６０が設けられた部分が含まれない。そのため、第１閉回路ＣＡの第１合成インダクタンスＬ１は閾値インダクタンスＬｔｈよりも小さく（図８参照）、第１閉回路ＣＡでは、過大な第１サージ電圧ＶＳ１の発生が抑制されている。
VS1=L1・(di/dt)...(Formula 1)
The first combined inductance L1 is the sum of the first and second inductances LA and LB. Further, as shown in FIG. 5, the first closed circuit CA does not include a portion of the power line CE where the on/off
ところで、オープン結線駆動では、第１インバータ２０のスイッチ２２，２３だけでなく、第２インバータ３０のスイッチ３２，３３もスイッチング動作を行う。そのため、スイッチ３２，３３のスイッチング動作によりサージ・エネルギが発生する。比較例を示す図６を用いて、第２上アームスイッチ３２をオンからオフに切り替える時に第２上アームスイッチ３２に発生するサージ電圧について説明する。図６に示す比較例は、サージ・エネルギを吸収するコンデンサとして、第１コンデンサ２５のみが設けられた回転電機システムである。
By the way, in the open connection drive, not only the
図６では、第２上アームスイッチ３２がオンからオフに切り替わり、第２下アームスイッチ３３がオフからオンに切り替わる際、つまり、矢印ＹＥに示すように、第２上アームスイッチ３２から巻線１４に流れていた相電流ＩＭが減少する際に、第２上アームスイッチ３２に発生するサージ電圧について説明する。
In FIG. 6, when the second
この際、第１，第３，第５インダクタンスＬＡ，ＬＣ，ＬＥには、矢印ＹＥに示す向きの相電流ＩＭを増加させようとするサージ・エネルギが発生する。図６に示すように、回転電機システム１００に第１コンデンサ２５のみが設けられている比較例では、サージ・エネルギが、第１コンデンサ２５に吸収される（図６矢印ＹＦ参照）。このサージ・エネルギにより、第１コンデンサ２５、第２上アームスイッチ３２、第２下アームスイッチ３３、及び開閉スイッチ６０を含む第２閉回路ＣＢに第２サージ電圧ＶＳ２が発生する。第２サージ電圧ＶＳ２は、第２閉回路ＣＢの第２合成インダクタンスＬ２と、第２上アームスイッチ３２を流れる電流ｉの時間変化率ｄｉ／ｄｔを用いて、（式２）のように表される。
At this time, surge energy is generated in the first, third, and fifth inductances LA, LC, and LE to increase the phase current IM in the direction shown by the arrow YE. As shown in FIG. 6, in the comparative example in which only the
ＶＳ２＝Ｌ２・（ｄｉ／ｄｔ）・・・（式２）
図６に示すように、第２閉回路ＣＢには、開閉スイッチ６０及び電源線ＣＥのうち開閉スイッチ６０が設けられた部分が含まれている。比較例における第２合成インダクタンスＬ２は第１，第３，第５インダクタンスＬＡ，ＬＣ，ＬＥの和であり、閾値インダクタンスＬｔｈよりも大きい（図８参照）。これは、本実施形態において、第２インダクタンスＬＢと第５インダクタンスＬＥとは同等であり、第３インダクタンスＬＣの分だけ、第２合成インダクタンスＬ２が第１合成インダクタンスＬ１よりも大きくなるためである。この第３インダクタンスＬＣには、開閉スイッチ６０自身のインダクタンス、及び開閉スイッチ６０と電源線ＣＥとを接続する経路のインダクタンスが含まれている。そのため、比較例の第２閉回路ＣＢでは、過大な第２サージ電圧ＶＳ２が発生してしまう。したがって、比較例の回転電機システムでは、第２サージ電圧ＶＳ２により第２インバータ３０が過電圧故障しないように、第２インバータ３０の第２耐圧値ＶＢ２を第１インバータ２０の第１耐圧値ＶＢ１よりも大きくする必要があり、回転電機システムの製造コストが増加する。
VS2=L2・(di/dt)...(Formula 2)
As shown in FIG. 6, the second closed circuit CB includes an on-
そこで、本実施形態では、回転電機システム１００に第２コンデンサ３５が設けられている。図７を用いて、本実施形態の回転電機システム１００において、第２上アームスイッチ３２をオンからオフに切り替える時に第２上アームスイッチ３２に発生するサージ電圧について説明する。図７では、図６と同様に、第２上アームスイッチ３２がオンからオフに切り替わり、第２下アームスイッチ３３がオフからオンに切り替わる際、つまり、矢印ＹＥに示すように、第２上アームスイッチ３２から巻線１４に流れていた相電流ＩＭが減少する際に、第２上アームスイッチ３２に発生するサージ電圧について説明する。
Therefore, in this embodiment, the
この際、第４，第５インダクタンスＬＤ，ＬＥには、矢印ＹＥに示す向きの相電流ＩＭを増加させようとするサージ・エネルギが発生する。図７に示すように、回転電機システム１００に第２コンデンサ３５が設けられている本実施形態では、サージ・エネルギが、第２コンデンサ３５に吸収される（図７矢印ＹＧ参照）。このサージ・エネルギにより、第２上アームスイッチ３２、第２下アームスイッチ３３、及び第２コンデンサ３５を含む第３閉回路ＣＤに第３サージ電圧ＶＳ３が発生する。第３サージ電圧ＶＳ３は、第３合成インダクタンスＬ３と、第２上アームスイッチ３２を流れる電流ｉの時間変化率ｄｉ／ｄｔを用いて、（式３）のように表される。
At this time, surge energy is generated in the fourth and fifth inductances LD and LE, which tends to increase the phase current IM in the direction shown by the arrow YE. As shown in FIG. 7, in this embodiment in which the rotating
ＶＳ３＝Ｌ３・（ｄｉ／ｄｔ）・・・（式３）
図７に示すように、第３閉回路ＣＤには、電源線ＣＥのうち開閉スイッチ６０が設けられた部分が含まれない。具体的には、第３閉回路ＣＤの第３合成インダクタンスＬ３は第４，第５インダクタンスＬＤ，ＬＥの和であり、閾値インダクタンスＬｔｈよりも小さく（図８参照）、過大な第３サージ電圧ＶＳ３の発生が抑制されている。
VS3=L3・(di/dt)...(Formula 3)
As shown in FIG. 7, the third closed circuit CD does not include a portion of the power line CE where the on/off
本実施形態では、第１インダクタンスＬＡと第４インダクタンスＬＤとは同等である。そのため、図８に示すように、第３合成インダクタンスＬ３は、第１合成インダクタンスＬ１と同等となる。そのため、本実施形態の回転電機システム１００では、第２インバータ３０の第２耐圧値ＶＢ２が、第１インバータ２０の第１耐圧値ＶＢ１と同じ値に設定されている。
In this embodiment, the first inductance LA and the fourth inductance LD are equivalent. Therefore, as shown in FIG. 8, the third composite inductance L3 is equivalent to the first composite inductance L1. Therefore, in the rotating
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。 According to this embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.
本実施形態では、電源線ＣＥにおいて、開閉スイッチ６０が、第１インバータ２０との接続点と第２インバータ３０との接続点との間に設けられている。また、第１コンデンサ２５が、開閉スイッチ６０よりも第１インバータ２０側において電源線ＣＥと接地線ＣＧとの間を接続している。本実施形態では、第１コンデンサ２５に加えて第２コンデンサ３５が設けられており、第２コンデンサ３５は、開閉スイッチ６０よりも第２インバータ３０側において電源線ＣＥと接地線ＣＧとの間を接続している。そのため、スイッチ２２，２３のスイッチング動作により発生するサージ・エネルギは、第１コンデンサ２５に吸収される。また、スイッチ３２，３３のスイッチング動作により発生するサージ・エネルギは、第２コンデンサ３５に吸収される。そのため、過大なサージ電圧の発生を抑制できる。
In this embodiment, the on/off
第１コンデンサ２５のみが設けられ、第２コンデンサ３５が設けられていない比較例の回転電機システムでは、電源線ＣＥのうち開閉スイッチ６０が設けられた部分の第３インダクタンスＬＣにより、第２インバータ３０のスイッチング動作により発生する第２サージ電圧ＶＳ２が、第１インバータ２０のスイッチング動作により発生する第１サージ電圧ＶＳ１よりも大きくなる。そのため、第２インバータ３０の第２耐圧値ＶＢ２を第１インバータ２０の第１耐圧値ＶＢ１よりも大きくする必要があり、第２耐圧値ＶＢ２の増加により回転電機システムの製造コストが増加する。
In the rotating electric machine system of the comparative example in which only the
これに対し、本実施形態では、第１コンデンサ２５に加えて第２コンデンサ３５が設けられており、第２インバータ３０のスイッチング動作により発生する第３サージ電圧ＶＳ３が、第１インバータ２０のスイッチング動作により発生する第１サージ電圧ＶＳ１と同等となるように構成されている。そのため、第２インバータ３０の第２耐圧値ＶＢ２を第１インバータ２０の第１耐圧値ＶＢ１と同じ値とすることができ、回転電機システム１００の製造コストの増加を抑制できる。
In contrast, in this embodiment, a
第２インバータ３０の第２耐圧値ＶＢ２を第１インバータ２０の第１耐圧値ＶＢ１と同じ値にする場合には、第１インバータ２０と第２インバータ３０とを同一仕様のスイッチング素子とすることができる。具体的には、第１上アームスイッチ２２と第２上アームスイッチ３２とを、同一仕様のスイッチング素子とすることができるとともに、第１下アームスイッチ２３と第２下アームスイッチ３３とを、同一仕様のスイッチング素子とすることができる。これにより、回転電機システム１００の製造コストを低減できる。
When setting the second withstand voltage value VB2 of the
（第１実施形態の変形例）
図９に示すように、第２コンデンサ３５が、第２インバータ３０の各スイッチ３２、３３に対して個別に設けられていてもよい。この場合、個別に設けられた第２コンデンサ３５は、各スイッチ３２，３３、及び各スイッチ３２，３３に逆並列接続されているダイオード３４に対して並列接続されている。
(Modified example of the first embodiment)
As shown in FIG. 9, the
（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に図１０、図１１を参照しつつ説明する。図１０において、先の図１に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付して説明を省略する。
(Second embodiment)
The second embodiment will be described below with reference to FIGS. 10 and 11, focusing on the differences from the first embodiment. In FIG. 10, for convenience, the same components as those shown in FIG.
本実施形態では、第２コンデンサ３５に直列接続された開閉スイッチ６４が設けられている点で、第１実施形態と異なる。本実施形態では、開閉スイッチ６４として、電圧制御形の半導体スイッチング素子が用いられており、より具体的にはＩＧＢＴが用いられている。開閉スイッチ６４には、フリーホイールダイオードであるダイオード６６が逆並列接続されている。以下では、区別のために、開閉スイッチ６０を第１開閉スイッチ６０と呼び、開閉スイッチ６４を第２開閉スイッチ６４と呼ぶ。
This embodiment differs from the first embodiment in that an on-
第２コンデンサ３５は、接続線ＣＮにより電源線ＣＥと接地線ＣＧとの間に接続されており、第２開閉スイッチ６４は、この接続線ＣＮにおいて第２コンデンサ３５に直列接続されている。具体的には、第２開閉スイッチ６４は、接続線ＣＮにおいて第２コンデンサ３５よりも低電位側に接続されている。
The
制御装置５０は、回転電機１０の電気角速度ω及び出力トルクＴＥに基づいて、第２開閉スイッチ６４のオンオフを切り替えるべく、切替信号ＳＣを生成し、生成した切替信号ＳＣを第２開閉スイッチ６４に出力する。以下では、区別のために、第１開閉スイッチ６０の切替信号ＳＣを第１切替信号ＳＣ１と呼び、第２開閉スイッチ６４の切替信号ＳＣを第２切替信号ＳＣ２と呼ぶ。
The
そして、制御装置５０は、第１駆動信号ＳＧ１、第２駆動信号ＳＧ２、第１切替信号ＳＣ１及び第２切替信号ＳＣ２を用いて、回転電機１０の駆動を制御する。この際に、制御装置５０は、第１切替信号ＳＣ１及び第２切替信号ＳＣ２を切り替える切替処理を実施する。
Then, the
図１１に、本実施形態の切替処理のフローチャートを示す。制御装置５０は、回転電機１０の駆動時に、所定の制御周期毎に切替処理を繰り返し実施する。
FIG. 11 shows a flowchart of the switching process of this embodiment. The
切替処理を開始すると、まずステップＳ１０において、回転電機１０の駆動がオープン結線駆動であるか否かを判定する。制御装置５０の記憶部５５（図１０参照）には、図２に示す第１駆動範囲ＨＡ及び第２駆動範囲ＨＢを特定する情報が記憶されており、制御装置５０は、この情報と、回転電機１０の電気角速度ω及び出力トルクＴＥとに基づいて、回転電機１０の駆動がオープン結線駆動であるか否かを判定する。
When the switching process is started, first in step S10, it is determined whether or not the rotating
回転電機１０の駆動がオープン結線駆動である場合、ステップＳ１０で肯定判定する。この場合、ステップＳ１２において、第１開閉スイッチ６０をオンするとともに、第２開閉スイッチ６４をオンし、切替処理を終了する。そのため、第１開閉スイッチ６０がオンされるオン期間において、第２開閉スイッチ６４がオンされる。
If the rotating
また、回転電機１０の駆動がスター結線駆動である場合、ステップＳ１０で否定判定する。この場合、ステップＳ１４において、第１開閉スイッチ６０をオフするとともに、第２開閉スイッチ６４をオフし、切替処理を終了する。そのため、第１開閉スイッチ６０がオフされるオフ期間において、第２開閉スイッチ６４がオフされる。
Further, if the rotating
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。 According to this embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.
回転電機１０の駆動がオープン結線駆動である場合、第１開閉スイッチ６０がオンされる。本実施形態では、この第１開閉スイッチ６０のオン期間に第２開閉スイッチ６４がオンされる。これにより、スイッチ３２，３３のスイッチング動作により発生するサージ・エネルギを第２コンデンサ３５に吸収させることができ、過大なサージ電圧の発生を抑制できる。
When the rotating
また、回転電機１０の駆動がスター結線駆動である場合、第１開閉スイッチ６０がオフされる。本実施形態では、この第１開閉スイッチ６０のオフ期間に第２開閉スイッチ６４がオフされる。回転電機１０の駆動がスター結線駆動である場合、第２上アームスイッチ３２はオン固定され、第２下アームスイッチ３３はオフ固定されるため、サージ・エネルギが発生せず、サージ・エネルギを吸収させるために第２開閉スイッチ６４をオンする必要はない。一方、スター結線駆動において第２開閉スイッチ６４がオンされると、中性点として機能する第２上アームスイッチ３２のコレクタ端子に接続される電源線ＣＥの電位が変動し、これにより回転電機１０の駆動が不安定となる。本実施形態では、回転電機１０の駆動がスター結線駆動である場合に第２開閉スイッチ６４がオフされるので、回転電機１０のスター結線駆動を適正に実施することができる。
Further, when the rotating
（第３実施形態）
以下、第３実施形態について、第２実施形態との相違点を中心に図１２を参照しつつ説明する。
(Third embodiment)
The third embodiment will be described below with reference to FIG. 12, focusing on the differences from the second embodiment.
本実施形態では、切替処理において、相電流ＩＭが閾値電流Ｉｔｈよりも大きいか否かを判定する点で、第２実施形態と異なる。 This embodiment differs from the second embodiment in that in the switching process, it is determined whether the phase current IM is larger than the threshold current Ith.
続いて、図１２に、本実施形態の切替処理のフローチャートを示す。図１２において、先の図１１に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一のステップ番号を付して説明を省略する。 Next, FIG. 12 shows a flowchart of the switching process of this embodiment. In FIG. 12, for convenience, the same steps as those shown in FIG. 11 are given the same step numbers, and the description thereof will be omitted.
本実施形態の切替処理では、ステップＳ１０で肯定判定すると、ステップＳ２０において、相電流センサ５３を用いて取得された相電流ＩＭが閾値電流Ｉｔｈよりも大きいか否かを判定する。なお、本実施形態において、ステップＳ２０の処理が「電流判定部」に相当する。
In the switching process of this embodiment, if an affirmative determination is made in step S10, it is determined in step S20 whether the phase current IM acquired using the phase
ステップＳ２０で否定判定すると、つまり相電流ＩＭが閾値電流Ｉｔｈ以下であると判定された場合に、ステップＳ２２において、第１開閉スイッチ６０をオンするとともに、第２開閉スイッチ６４をオフし、切替処理を終了する。一方、ステップＳ２０で肯定判定すると、つまり相電流ＩＭが閾値電流Ｉｔｈよりも大きいと判定された場合に、ステップＳ１２に進み、第２開閉スイッチ６４をオンする。つまり、本実施形態の切替処理では、相電流ＩＭが閾値電流Ｉｔｈよりも大きいと判定されたことを条件に、第２開閉スイッチ６４をオンする。
If a negative determination is made in step S20, that is, if it is determined that the phase current IM is equal to or less than the threshold current Ith, in step S22, the first on-
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。 According to this embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.
本実施形態では、第１開閉スイッチ６０に流れる相電流ＩＭに基づいて第２開閉スイッチ６４のオンオフを切り替える。（式３）に示すように、第２インバータ３０に発生するサージ電圧は、第２上アームスイッチ３２又は第２下アームスイッチ３３を流れる電流ｉの時間変化率ｄｉ／ｄｔに比例する。この時間変化率ｄｉ／ｄｔは、第１開閉スイッチ６０に流れる相電流ＩＭにより変動し、相電流ＩＭが大きいほど時間変化率ｄｉ／ｄｔが大きくなる。本実施形態では、第１開閉スイッチ６０に流れる相電流ＩＭに基づいて第２開閉スイッチ６４のオンオフを切り替えるため、過大なサージ電圧の発生を適正に抑制できる。
In this embodiment, the second on/off
相電流ＩＭが閾値電流Ｉｔｈよりも大きい場合には、スイッチ３２，３３のスイッチング状態の切り替え時に発生するサージ・エネルギも大きくなる。そのため、発生するサージ電圧も大きくなり、第２開閉スイッチ６４をオンする必要がある。
When the phase current IM is larger than the threshold current Ith, the surge energy generated when switching the switching states of the
相電流ＩＭが閾値電流Ｉｔｈ以下である場合には、発生するサージ電圧も小さくなり、第２開閉スイッチ６４をオンする必要がない。この場合に、第２開閉スイッチ６４がオンされると、第２コンデンサ３５が作用することでシステム効率が低下する。本実施形態では、閾値電流Ｉｔｈ以下と判定された場合には、第２開閉スイッチ６４がオフされるため、回転電機システム１００の高いシステム効率を維持できる。
When the phase current IM is less than or equal to the threshold current Ith, the generated surge voltage is also small, and there is no need to turn on the second opening/
本実施形態では、回転電機１０の電気角速度ω及び出力トルクＴＥが第２駆動範囲ＨＢに含まれる場合、つまり回転電機１０が高回転駆動状態であるという第１条件と、回転電機１０が高トルク駆動状態であるという第２条件との少なくとも一方を満たす場合に、第１開閉スイッチ６０がオンされ、オープン結線駆動が実施可能となる。しかし、回転電機１０がオープン結線駆動されていても、例えば高回転低トルク状態の場合は、第１開閉スイッチ６０に流れる相電流ＩＭが閾値電流Ｉｔｈ以下となることがある。この場合に、第２開閉スイッチ６４がオンされると、第２コンデンサ３５が作用することで損失が増加し、回転電機システム１００のシステム効率が低下する。
In the present embodiment, the first condition is that the electrical angular velocity ω and the output torque TE of the rotating
本実施形態では、回転電機１０がオープン結線駆動されている場合でも、閾値電流Ｉｔｈ以下と判定された場合には、第２開閉スイッチ６４がオフされる。そのため、第２コンデンサ３５が作用する際の損失増加を必要最小限に止め、回転電機システム１００の高いシステム効率を維持できる。
In the present embodiment, even when the rotating
（その他の実施形態）
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
(Other embodiments)
Note that the above embodiment may be modified and implemented as follows.
・蓄電装置は、バッテリ４０に限られず、キャパシタであってもよい。
- The power storage device is not limited to the
・回転電機１０としては、３相のものに限らず、２相のものまたは４相以上のものであってもよい。
- The rotating
・第１インバータ２０が備えるスイッチとしては、ＩＧＢＴに限らず、例えばＭＯＳＦＥＴであってもよい。この場合、スイッチに逆接続されるダイオード２４としてＭＯＳＦＥＴのボディダイオードを用いることができ、ＭＯＳＦＥＴとは別にフリーホイールダイオードを用いる必要がない。なお、第２インバータ３０、第１開閉スイッチ６０及び第２開閉スイッチ６４についても同様である。
- The switch included in the
・開閉スイッチ６０が設けられる電気経路は、電源線ＣＥに限られず、接地線ＣＧであってもよい。また、開閉スイッチ６０が、電源線ＣＥと接地線ＣＧとの両方に設けられてもよい。接地線ＣＧに開閉スイッチ６０が設けられる場合には、以下のように開閉スイッチ６０が設けられればよい。具体的には、バッテリ４０の負極側、第１下アームスイッチ２３のエミッタ端子及び第２下アームスイッチ３３のエミッタ端子は、この順に接地線ＣＧに接続されている。つまり、第２下アームスイッチ３３のエミッタ端子は、接地線ＣＧと第１インバータ２０との接続点よりもバッテリ４０とは反対側において、接地線ＣＧに接続されている。この場合に、接地線ＣＧにおいて、第１インバータ２０との接続点と第２インバータ３０との接続点との間に、開閉スイッチ６０が設けられればよい。
- The electrical path in which the open/
・例えば第４インダクタンスＬＤが第１インダクタンスＬＡよりも小さく設定されることで、第３合成インダクタンスＬ３が第１合成インダクタンスＬ１よりも小さく設定されてもよい。この場合、第２インバータ３０の第２耐圧値ＶＢ２を、第１インバータ２０の第１耐圧値ＶＢ１よりも小さく設定することができ、回転電機システム１００の製造コストを低減できる。
- For example, by setting the fourth inductance LD to be smaller than the first inductance LA, the third combined inductance L3 may be set to be smaller than the first combined inductance L1. In this case, the second withstand voltage value VB2 of the
・接続線ＣＮにおいて、第２開閉スイッチ６４が第２コンデンサ３５よりも高電位側に接続されてもよい。
- In the connection line CN, the second opening/
１０…回転電機、１４…巻線、２０…第１インバータ、２２…第１上アームスイッチ、２３…第１下アームスイッチ、２５…第１コンデンサ、３０…第２インバータ、３２…第２上アームスイッチ、３３…第２下アームスイッチ、３５…第２コンデンサ、５０…制御装置、６０…開閉スイッチ、ＣＥ…電源線、ＣＧ…接地線。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記蓄電装置の負極側に接続される第２電気経路（ＣＧ）と、
直列接続された第１上アームスイッチ（２２）と第１下アームスイッチ（２３）とを相ごとに有し、前記第１上アームスイッチの高電位側端子が前記第１電気経路に接続され、前記第１下アームスイッチの低電位側端子が前記第２電気経路に接続された第１インバータ（２０）と、
直列接続された第２上アームスイッチ（３２）と第２下アームスイッチ（３３）とを相ごとに有し、前記第２上アームスイッチの高電位側端子が前記第１電気経路に接続され、前記第２下アームスイッチの低電位側端子が前記第２電気経路に接続された第２インバータ（３０）と、
電機子巻線（１４）を有し、前記第１上アームスイッチの低電位側端子及び前記第１下アームスイッチの高電位側端子に前記電機子巻線の第１端が接続され、前記第２上アームスイッチの低電位側端子及び前記第２下アームスイッチの高電位側端子に前記電機子巻線の第２端が接続された回転電機（１０）と、
前記第１電気経路と前記第２電気経路との少なくとも一方において、前記第１インバータとの接続点と前記第２インバータとの接続点との間に設けられた第１開閉スイッチ（６０）と、
前記第１開閉スイッチよりも前記第１インバータ側において、前記第１電気経路と前記第２電気経路との間を接続する第１コンデンサ（２５）と、
第２コンデンサ（３５）と、
前記第２コンデンサに直列接続された第２開閉スイッチ（６４）と、
前記第１開閉スイッチ、前記第２開閉スイッチ、前記第１上アームスイッチ、前記第１下アームスイッチ、前記第２上アームスイッチ及び前記第２下アームスイッチをオンオフする制御装置（５０）と、を備え、
前記第１開閉スイッチよりも前記第２インバータ側において、前記第２コンデンサ及び前記第２開閉スイッチの直列接続体が前記第１電気経路と前記第２電気経路との間に接続されており、
前記制御装置は、スター結線駆動の制御と、オープン結線駆動の制御とのいずれかを選択して実行可能であり、
前記スター結線駆動の制御は、
各相において前記第１上アームスイッチと前記第１下アームスイッチとを交互にオンし、かつ、
各相において、前記第２上，下アームスイッチのうち、前記第１開閉スイッチが設けられた側のスイッチをオンに維持するとともに、前記第１開閉スイッチが設けられていない側のスイッチをオフに維持し、かつ、
前記第１開閉スイッチ及び前記第２開閉スイッチをオフに維持する
制御であり、
前記オープン結線駆動の制御は、
各相において前記第１上アームスイッチと前記第１下アームスイッチとを交互にオンし、かつ、
各相において前記第２上アームスイッチと前記第２下アームスイッチとを交互にオンし、かつ、
前記第１開閉スイッチ及び前記第２開閉スイッチをオンに維持する
制御である、回転電機システム。 a first electrical path (CE) connected to the positive electrode side of the power storage device (40);
a second electrical path (CG) connected to the negative electrode side of the power storage device;
It has a first upper arm switch (22) and a first lower arm switch (23) connected in series for each phase, and a high potential side terminal of the first upper arm switch is connected to the first electrical path, a first inverter (20) in which a low potential side terminal of the first lower arm switch is connected to the second electrical path;
It has a second upper arm switch (32) and a second lower arm switch (33) connected in series for each phase, and a high potential side terminal of the second upper arm switch is connected to the first electrical path, a second inverter (30) in which a low potential side terminal of the second lower arm switch is connected to the second electrical path;
an armature winding (14), a first end of the armature winding is connected to a low potential side terminal of the first upper arm switch and a high potential side terminal of the first lower arm switch; a rotating electric machine (10) in which a second end of the armature winding is connected to a low potential side terminal of the second upper arm switch and a high potential side terminal of the second lower arm switch;
a first on/off switch (60) provided between a connection point with the first inverter and a connection point with the second inverter in at least one of the first electrical path and the second electrical path;
a first capacitor (25) connecting between the first electrical path and the second electrical path on the first inverter side relative to the first open/close switch;
a second capacitor (35) ;
a second on/off switch (64) connected in series to the second capacitor;
a control device (50) that turns on and off the first open/close switch, the second open/close switch, the first upper arm switch, the first lower arm switch, the second upper arm switch, and the second lower arm switch; Prepare,
A series connection body of the second capacitor and the second on-off switch is connected between the first electrical path and the second electrical path on the second inverter side from the first on-off switch,
The control device can select and execute either star connection drive control or open connection drive control,
The control of the star connection drive includes:
In each phase, the first upper arm switch and the first lower arm switch are turned on alternately, and
In each phase, among the second upper and lower arm switches, the switch on the side where the first open/close switch is provided is kept on, and the switch on the side where the first open/close switch is not provided is turned off. maintain, and
maintaining the first opening/closing switch and the second opening/closing switch off;
control,
The control of the open connection drive is as follows:
In each phase, the first upper arm switch and the first lower arm switch are turned on alternately, and
Turning on the second upper arm switch and the second lower arm switch alternately in each phase, and
maintaining the first opening/closing switch and the second opening/closing switch on;
Control, rotating electrical machine system.
前記蓄電装置の負極側に接続される第２電気経路（ＣＧ）と、
直列接続された第１上アームスイッチ（２２）と第１下アームスイッチ（２３）とを相ごとに有し、前記第１上アームスイッチの高電位側端子が前記第１電気経路に接続され、前記第１下アームスイッチの低電位側端子が前記第２電気経路に接続された第１インバータ（２０）と、
直列接続された第２上アームスイッチ（３２）と第２下アームスイッチ（３３）とを相ごとに有し、前記第２上アームスイッチの高電位側端子が前記第１電気経路に接続され、前記第２下アームスイッチの低電位側端子が前記第２電気経路に接続された第２インバータ（３０）と、
電機子巻線（１４）を有し、前記第１上アームスイッチの低電位側端子及び前記第１下アームスイッチの高電位側端子に前記電機子巻線の第１端が接続され、前記第２上アームスイッチの低電位側端子及び前記第２下アームスイッチの高電位側端子に前記電機子巻線の第２端が接続された回転電機（１０）と、
前記第１電気経路と前記第２電気経路との少なくとも一方において、前記第１インバータとの接続点と前記第２インバータとの接続点との間に設けられた第１開閉スイッチ（６０）と、
前記第１開閉スイッチよりも前記第１インバータ側において、前記第１電気経路と前記第２電気経路との間を接続する第１コンデンサ（２５）と、
第２コンデンサ（３５）と、
前記第２コンデンサに直列接続された第２開閉スイッチ（６４）と、
前記第１開閉スイッチ及び前記第２開閉スイッチをオンオフする制御装置（５０）と、を備え、
前記第１開閉スイッチよりも前記第２インバータ側において、前記第２コンデンサ及び前記第２開閉スイッチの直列接続体が前記第１電気経路と前記第２電気経路との間に接続されており、
前記制御装置は、前記第１開閉スイッチのオン期間に前記第２開閉スイッチをオンし、前記第１開閉スイッチのオフ期間に前記第２開閉スイッチをオフし、
前記制御装置は、
前記電機子巻線に流れる電流が閾値よりも大きいか否かを判定し、
前記閾値よりも大きいと判定したことを条件に、前記第２開閉スイッチをオンする回転電機システム。 a first electrical path (CE) connected to the positive electrode side of the power storage device (40);
a second electrical path (CG) connected to the negative electrode side of the power storage device;
It has a first upper arm switch (22) and a first lower arm switch (23) connected in series for each phase, and a high potential side terminal of the first upper arm switch is connected to the first electrical path, a first inverter (20) in which a low potential side terminal of the first lower arm switch is connected to the second electrical path;
It has a second upper arm switch (32) and a second lower arm switch (33) connected in series for each phase, and a high potential side terminal of the second upper arm switch is connected to the first electrical path, a second inverter (30) in which a low potential side terminal of the second lower arm switch is connected to the second electrical path;
an armature winding (14), a first end of the armature winding is connected to a low potential side terminal of the first upper arm switch and a high potential side terminal of the first lower arm switch; a rotating electric machine (10) in which a second end of the armature winding is connected to a low potential side terminal of the second upper arm switch and a high potential side terminal of the second lower arm switch;
a first on/off switch (60) provided between a connection point with the first inverter and a connection point with the second inverter in at least one of the first electrical path and the second electrical path;
a first capacitor (25) connecting between the first electrical path and the second electrical path closer to the first inverter than the first open/close switch;
a second capacitor (35);
a second on/off switch (64) connected in series to the second capacitor;
A control device (50) that turns on and off the first opening/closing switch and the second opening/closing switch,
A series connection body of the second capacitor and the second on-off switch is connected between the first electrical path and the second electrical path on a side closer to the second inverter than the first on-off switch,
The control device turns on the second opening/closing switch during an on period of the first opening/closing switch, turns off the second opening/closing switch during an off period of the first opening/closing switch,
The control device includes:
determining whether the current flowing through the armature winding is greater than a threshold ;
A rotating electric machine system that turns on the second opening/closing switch on the condition that it is determined to be larger than the threshold value.
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