(57)【要約】【課題】装置停止時にコンデンサーの充電電荷を放電させる。【解決手段】低圧直流電源ＢＡＴを昇圧回路Ｌ１、Ｔｒ１、Ｒ２、Ｄ１により昇圧して高圧直流電源を生成し、インバーターＩＮＶのＤＣリンクへ供給するインバーターの直流電源装置において、開閉器ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３が開路されて昇圧回路Ｌ１、Ｔｒ１、Ｒ２、Ｄ１への低圧直流電源ＢＡＴの供給が停止されたときに、低圧直流電源側に設置された第１コンデンサーＣ１と高圧直流電源側に設置された第２コンデンサーＣ２から、インバーターＩＮＶによりモーターＭへｄ軸電流のみを流して第１コンデンサーＣ１と第２コンデンサーＣ２を放電させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低圧直流電源と、
前記低圧直流電源の電圧を昇圧し、逆流防止用ダイオードを介して高圧直流電力を出力する昇圧回路と、
前記低圧直流電源と前記昇圧回路との間に接続され、前記昇圧回路への前記低圧直流電源の供給と停止を行う開閉器と、
前記昇圧回路から出力される高圧直流電力を交流電力に変換してモーターへ供給するベクトル制御型インバーターと、
前記開閉器と前記昇圧回路との間に前記低圧直流電源と並列に接続される第１コンデンサーと、
前記インバーターのＤＣリンクに接続される第２コンデンサーと、
前記第１コンデンサーの両端の電圧Ｖ１を検出する第１電圧センサーと、
前記第２コンデンサーの両端の電圧Ｖ２を検出する第２電圧センサーと、
前記第１電圧センサーの検出電圧Ｖ１と前記第２電圧センサーの検出電圧Ｖ２とに基づいて、前記第１コンデンサーと前記第２コンデンサーの放電を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記開閉器が開路されて前記昇圧回路への前記低圧直流電源の供給が停止されたときに、前記インバーターにより前記第１コンデンサーと前記第２コンデンサーから前記モーターへｄ軸電流のみを流して前記第１コンデンサーと前記第２コンデンサーを放電させることを特徴とするインバーターの直流電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載のインバーターの直流電源装置において、
前記制御回路は、前記第１電圧センサーの検出電圧Ｖ１が所定電圧ｋ１より低くなり、かつ、前記第１電圧センサーの検出電圧Ｖ１と前記第２電圧センサーの検出電圧Ｖ２との電圧差（Ｖ１−Ｖ２）が所定電圧ｋ２より低くなった時点で、前記昇圧回路により前記第１コンデンサーの両端を短絡して放電させることを特徴とするインバーターの直流電源装置。
【請求項３】
請求項２に記載のインバーターの直流電源装置において、
前記制御回路は、前記第２電圧センサーの検出電圧Ｖ２が所定電圧ｋ３より低くなった時点で、前記インバーターを停止して前記第２コンデンサーの放電を終了させることを特徴とするインバーターの直流電源装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載のインバーターの直流電源装置において、
前記制御回路は、前記第１電圧センサーの検出電圧Ｖ１が所定電圧ｋ４（＜ｋ１）より低くなった時点で、前記放電回路を停止して前記第１コンデンサーの放電を終了させることを特徴とするインバーターの直流電源装置。
【請求項５】
請求項１〜４に記載のインバーターの直流電源装置は電気自動車に搭載され、前記低圧直流電源に低圧バッテリーを用いることを特徴とするインバーターの直流電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバーターのＤＣリンクへ直流電源を供給する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
低圧バッテリーの電圧を昇圧回路により昇圧してチョッパー回路へ供給し、チョッパー回路により直流モーターを駆動するようにした電源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この電源装置では、昇圧回路の入力側すなわち低圧バッテリー側と、出力側すなわちチョッパー回路側とにコンデンサーが接続されている。
【０００３】
この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
【特許文献１】
特開２００１−２６８９００号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の電源装置では、昇圧回路の入出力側に接続されたコンデンサーの蓄電電力を装置停止時に放電することができないという問題がある。
【０００５】
本発明は、装置停止時にコンデンサーの充電電荷を放電させるようにしたインバーターの直流電源装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、低圧直流電源を昇圧回路により昇圧して高圧直流電源を生成し、インバーターのＤＣリンクへ供給するインバーターの直流電源装置において、開閉器が開路されて昇圧回路への低圧直流電源の供給が停止されたときに、低圧直流電源側に設置された第１コンデンサーと高圧直流電源側に設置された第２コンデンサーから、インバーターによりモーターへｄ軸電流のみを流して第１コンデンサーと第２コンデンサーを放電させる。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、インバーターの運転を停止するときに、低圧直流電源側の第１コンデンサーと、高圧直流電源側の第２コンデンサーの充電電荷を、放電抵抗器などの専用の放電回路を設置せずに放電させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本願発明を電気自動車の走行駆動装置に適用した一実施の形態を説明する。図１は一実施の形態の構成を示す。一実施の形態の電気自動車の走行駆動装置は、低圧バッテリーＢＡＴの直流電力を昇圧してインバーターＩＮＶへ高圧直流電力を供給するとともに、インバーターＩＮＶからの高圧回生電力を降圧して低圧バッテリーＢＡＴを充電する。
【０００９】
リレーＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３は、低圧バッテリーＢＡＴと昇圧回路Ｌ１、Ｔｒ１、Ｒ２、Ｄ１との間に接続され、低圧バッテリーＢＡＴから昇圧回路Ｌ１、Ｔｒ１、Ｒ２、Ｄ１への低圧直流電源の供給と停止を行う断路器であり、ＭＲ１が起動用、ＭＲ２が走行用、ＭＲ３が共用である。
【００１０】
コイルＬ１、トランジスターＴｒ１、抵抗器Ｒ２およびダイオードＤ１は昇圧回路を構成し、トランジスターＴｒ１をスイッチング動作させることによってコイルＬ１の両端に発生する電圧がバッテリーＢＡＴの電圧に加算され、高圧の直流電圧が生成されてダイオードＤ１を介してインバーターＩＮＶのＤＣリンクへ供給される。ダイオードＤ１は、高電圧に充電されたインバーターＩＮＶのＤＣリンク・コンデンサーＣ２からバッテリーＢＡＴへ電流が逆流するのを防止する。
【００１１】
一方、トランジスターＴｒ２は降圧回路を構成し、トランジスターＴｒ２をスイッチング動作させることによってインバーターＩＮＶの高圧回生電力を降圧し、バッテリーＢＡＴを充電する。
【００１２】
リレーＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３と昇圧回路Ｌ１、Ｔｒ１、Ｒ２、Ｄ１および降圧回路Ｔｒ２との間に、低圧バッテリーＢＡＴと並列にコンデンサーＣ１が接続される。このコンデンサーＣ１は、低圧バッテリーＢＡＴの低圧直流電源を昇圧回路Ｌ１、Ｔｒ１、Ｒ２、Ｄ１によりスイッチング動作を行って昇圧するときに、スイッチングごとに低圧直流電源の電圧が低下するのを防止して安定な電圧の低圧直流電源を昇圧回路Ｌ１、Ｔｒ１、Ｒ２、Ｄ１へ供給するための低圧直流電源平滑用コンデンサーである。
【００１３】
また、インバーターＩＮＶのＤＣリンクには、上述したコンデンサーＣ２が接続される。このコンデンサーＣ２は、昇圧回路Ｌ１、Ｔｒ１、Ｒ２、Ｄ１から出力される高圧直流電源をインバーターＩＮＶによりスイッチングして交流電源に変換するときに、スイッチングごとに高圧直流電源の電圧が低下するのを防止して安定な電圧の高圧直流電源をインバーターＩＮＶへ供給するための高圧直流電源平滑用コンデンサーである。
【００１４】
電圧センサーＶ１はコンデンサーＣ１の両端電圧、すなわち低圧直流電源電圧を検出し、電圧センサーＶ２はコンデンサーＣ２の両端電圧、すなわち高圧直流電源電圧を検出する。
【００１５】
インバーターＩＮＶは昇圧回路Ｌ１、Ｔｒ１、Ｒ２、Ｄ１から供給された高圧の直流電力を交流電力に変換して走行用交流モーターＭに印加し、駆動する。このインバーターＩＮＶはベクトル制御を行い、モーターＭの回転速度とトルクをそれぞれ任意の値に制御することができる。
【００１６】
なお、起動用リレーＭＲ１と直列に接続された抵抗器Ｒ１は、リレーＭＲ１投入時すなわち起動時に低圧バッテリーＢＡＴからコンデンサーＣ１へ大きな突入電流が流れるのを防止する。また、昇圧回路トランジスターＴｒ１のエミッターに接続された抵抗器Ｒ２は、昇圧動作時のトランジスターＴｒ１に流れる電流を制限するとともに、トランジスターＴｒ１をオンしてコンデンサーＣ１を短絡し、コンデンサーＣ１の充電電荷を放電させるときの放電電流を制限する。
【００１７】
コントロールユニットＣＵはマイクロコンピューターとメモリなどの周辺部品から構成され、インバーターＩＮＶ、トランジスターＴｒ１、Ｔｒ２、リレーＭＲ１〜ＭＲ３を制御して、装置の起動制御とモーターＭの回転速度制御およびトルク制御を行うとともに、電圧センサーＶ１、Ｖ２により低圧直流電源電圧と高圧直流電源電圧とを監視しながら昇圧回路Ｌ１、Ｔｒ２、Ｒ２、Ｄ２の昇圧制御と降圧回路Ｔｒ２の降圧制御、イグニッションオフ後のコンデンサーＣ１とＣ２の放電処理などを行う。
【００１８】
低圧バッテリーＢＡＴの低圧直流電源をコンデンサーＣ１と昇圧回路Ｌ１、Ｔｒ１、Ｒ１、Ｄ１へ供給するときには、コンデンサーＣ１、Ｃ２への突入電流による回路機器の焼損を防止するために、まず起動用リレーＭＲ１と共用リレーＭＲ３を閉路し、充電抵抗器Ｒ１を介してコンデンサーＣ１を充電するとともに、さらにコイルＬ１とダイオードＤ１を介してコンデンサーＣ２を充電する。コンデンサーＣ１、Ｃ２の両端電圧が飽和したら、あるいはコンデンサーＣ１、Ｃ２への充電電流が少なくなったら、起動用リレーＭＲ１を開路し、代わりに走行用リレーＭＲ２を閉路する。
【００１９】
次に、昇圧回路のトランジスターＴｒ１をスイッチング動作させてバッテリーＢＡＴの電圧を昇圧し、その高圧直流電圧をインバーターＩＮＶのＤＣリンクへ供給してコンデンサーＣ２を高圧に充電する。インバーターＩＮＶは、昇圧回路Ｌ１、Ｔｒ１、Ｒ２、Ｄ１により供給される高圧の直流電力を交流電力に変換してモーターＭに印加し、モーターＭの力行運転を行う。このとき、ダイオードＤ１には順方向電流が流れる。一方、インバーターＩＮＶは、モーターＭで発生した交流電力を直流電力に逆変換してモーターＭの回生運転を行う。この回生直流電力は降圧回路のトランジスターＴｒ２をスイッチング動作させることによって降圧し、バッテリーＢＡＴへ供給して充電する。
【００２０】
電気自動車の運行が終了し装置を停止させるときは、走行用リレーＭＲ２と共用リレーＭＲ３を開路する。この状態では、コンデンサーＣ１とＣ２はともに充電されたままになっており、早期に放電する必要がある。この一実施の形態では、インバーターＩＮＶをベクトル制御してモーターＭにトルクが発生しないようにコンデンサーＣ１、Ｃ２から電流を流し、コンデンサーＣ１とＣ２の放電を行う。
【００２１】
ベクトル制御型インバーターでは、モーターＭに流れる電流を直交するｄｑ軸に分離して制御することができるから、モーターＭにトルクを発生させるｑ軸電流を０にし、モーターＭに磁束を発生させるｄ軸電流のみを流すことによって、モーターＭにトルクを発生させることなくコンデンサーＣ１、Ｃ２の放電電流を流すことができる。
【００２２】
ここで、コンデンサーＣ２は直接、インバーターＩＮＶに接続されているから、充電電荷を完全に放電させることができる。ところが、コンデンサーＣ１はコイルＬ１とダイオードＤ１を介してインバーターＩＮＶに接続されているから、ダイオードＤ１の電圧−電流特性によって充電電荷を完全に放電させることができない。
【００２３】
図２に、ダイオードのアノード・カソード電圧に対する順方向電流の特性を示す。この特性から明らかなように、ダイオードを流れる電流はダイオードの両端電圧に依存し、電圧が小さくなると電流が流れなくなる。このため、コンデンサーＣ１に充電されている電荷を完全に放電することができない。
【００２４】
そこで、この一実施の形態では昇圧回路のトランジスターＴｒ１をオンし、コンデンサーＣ１の充電電荷をコイルＬ１、トランジスターＴｒ１、抵抗器Ｒ２の経路で放電させる。つまり、昇圧回路のＬ１、Ｔｒ１、Ｒ２を介してコンデンサーＣ１を短絡し、コンデンサーＣ１を放電させる。これにより、装置停止時にコンデンサーＣ１とＣ２の充電電荷を完全に放電させることができる。
【００２５】
図３は一実施の形態のコンデンサー放電処理を示すフローチャートである。このフローチャートにより、一実施の形態の動作を説明する。コントロールユニットＣＵは、イグニッションスイッチＩＧＮがオフされるとこのコンデンサー放電処理を実行する。
【００２６】
ステップ１においてリレーＭＲ２、ＭＲ３を開路する。続くステップ２でインバーターＩＮＶをベクトル制御し、上述したようにモーターＭにトルクが発生しないようにコンデンサーＣ１、Ｃ２からモーターＭへ電流を流し、コンデンサーＣ１、Ｃ２の放電を開始する。
【００２７】
ステップ３では、電圧センサーＶ１からコンデンサーＣ１の両端電圧（ここでは便宜上Ｖ１とする）を読み込むとともに、電圧センサーＶ２からコンデンサーＣ２の両端電圧（ここでは便宜上Ｖ２とする）を読み込む。そして、コンデンサーＣ１の両端電圧Ｖ１が予め定めた電圧ｋ１より小さく、かつコンデンサーＣ１とＣ２の電圧差（Ｖ１−Ｖ２）が予め定めた電圧ｋ２より小さいか否かを確認する。
【００２８】
ここで、コイルＬ１の抵抗値は小さいので、コイルＬ１を流れる電流によるコイルＬ１の電圧降下は無視できる。したがって、コンデンサーＣ１とＣ２の電圧差（Ｖ１−Ｖ２）はダイオードＤ１の両端電圧にほぼ等しいと考えることができる。
【００２９】
コンデンサーＣ１の両端電圧Ｖ１が予め定めた電圧ｋ１より低くなって、コンデンサーＣ１の放電が十分に行われたと判断され、かつ、コンデンサーＣ１とＣ２の電圧差（Ｖ１−Ｖ２）が予め定めた電圧ｋ２より小さくなって、ダイオードＤ１の両端電圧が電流が流れにくい電圧まで降下したと判断される場合には、ステップ４へ進む。なお、コンデンサーＣ１、Ｃ２の両端電圧Ｖ１、Ｖ２がステップ３の条件を満たさない場合はステップ２へ戻り、モーターＭへの放電を続ける。
【００３０】
ステップ４ではトランジスターＴｒ１をオンし、コンデンサーＣ１に残っている電荷をコイルＬ１、トランジスターＴｒ１、抵抗器Ｒ２の経路で放電する。ステップ５ではコンデンサーＣ２の電圧Ｖ２が予め定めた電圧ｋ３より低くなったか否かを確認する。電圧ｋ３はコンデンサーＣ２の放電完了を判定する電圧である。コンデンサーＣ２の放電が完了したらステップ６へ進み、インバーターＩＮＶの運転を停止してコンデンサーＣ２の放電を終了する。
【００３１】
続くステップ７においてコンデンサーＣ１の電圧Ｖ１が予め定めた電圧ｋ４より低くなったか否かを確認する。ここで、電圧ｋ４は上述した電圧ｋ１よりも低い電圧であり、コンデンサーＣ１の放電完了を判定する電圧である。コンデンサーＣ１の放電が完了したらステップ８へ進み、トランジスターＴｒ１をオフしてコイルＬ１、トランジスターＴｒ１、抵抗器Ｒ２によるコンデンサーＣ１の放電を終了する。
【００３２】
このように、一実施の形態では、低圧バッテリーＢＡＴと、低圧バッテリーＢＡＴの電圧を昇圧し、逆流防止用ダイオードＤ１を介して高圧直流電力を出力する昇圧回路Ｌ１、Ｔｒ１、Ｒ２、Ｄ１と、低圧バッテリーＢＡＴと昇圧回路Ｌ１、Ｔｒ１、Ｒ２、Ｄ１との間に接続され、昇圧回路Ｌ１、Ｔｒ１、Ｒ２、Ｄ１への低圧バッテリーＢＡＴの低圧直流電源の供給と停止を行う開閉器ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３と、昇圧回路Ｌ１、Ｔｒ１、Ｒ２、Ｄ１から出力される高圧直流電力を交流電力に変換してモーターＭへ供給するベクトル制御型インバーターＩＮＶと、開閉器ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３と昇圧回路Ｌ１、Ｔｒ１、Ｒ２、Ｄ１との間に低圧バッテリーＢＡＴと並列に接続される第１コンデンサーＣ１と、インバーターＩＮＶのＤＣリンクに接続される第２コンデンサーＣ２と、第１コンデンサーＣ１の両端の電圧Ｖ１を検出する第１電圧センサーＶ１と、第２コンデンサーＣ２の両端の電圧Ｖ２を検出する第２電圧センサーＶ２と、第１電圧センサーＶ１の検出電圧Ｖ１と第２電圧センサーＶ２の検出電圧Ｖ２とに基づいて、第１コンデンサーＣ１と第２コンデンサーＣ２の放電を制御するコントロールユニットＣＵとを備え、コントロールユニットＣＵは、開閉器ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３が開路されて昇圧回路Ｌ１、Ｔｒ１、Ｒ２、Ｄ１への低圧直流電源の供給が停止されたときに、インバーターＩＮＶにより第１コンデンサーＣ１と第２コンデンサーＣ２からモーターＭへｄ軸電流のみを流して第１コンデンサーＣ１と第２コンデンサーＣ２を放電させるようにした。
【００３３】
これにより、低圧バッテリーＢＡＴの低圧直流電源を昇圧回路Ｌ１、Ｔｒ１、Ｒ２、Ｄ１により昇圧して高圧直流電源を生成し、インバーターＩＮＶのＤＣリンクへ供給するインバーターの直流電源装置において、インバーターＩＮＶの運転を停止するときに、低圧直流電源側に設置した電源電圧平滑用コンデンサーＣ１と、高圧直流電源側に設置した電源電圧平滑用コンデンサーＣ２の充電電荷を、放電抵抗器などの専用の放電回路を設置せずに放電させることができる。
【００３４】
また、一実施の形態では、電圧センサーＶ１の検出電圧Ｖ１が所定電圧ｋ１より低くなり、かつ、電圧センサーＶ１の検出電圧Ｖ１と電圧センサーＶ２の検出電圧Ｖ２との電圧差（Ｖ１−Ｖ２）が所定電圧ｋ２より低くなった時点で、昇圧回路Ｌ１、Ｔｒ１、Ｒ２によりコンデンサーＣ１の両端を短絡して放電させるようにしたので、低圧直流電源側に設置した電源電圧平滑用コンデンサーＣ１の充電電荷をインバーターＩＮＶからモーターＭを介して放電させるときに、昇圧回路の逆流防止用ダイオードＤ１の特性により放電電流が流れなくなっても、昇圧回路のＬ１、Ｔｒ１、Ｒ２を介して完全に放電させることができる。昇圧回路Ｌ１、Ｔｒ１、Ｒ２によるコンデンサーＣ１の放電は、コンデンサーＣ１の両端電圧Ｖ１が所定電圧ｋ１より低くなってから行われるので、昇圧回路の抵抗器Ｒ２において消費される電力（＝Ｖ１２／Ｒ２）はわずかであり、昇圧回路の抵抗器Ｒ２を大容量の抵抗器とする必要はない。
【００３５】
なお、電圧センサーＶ２の検出電圧Ｖ２が放電完了を判定する所定電圧ｋ３より低くなった時点で、インバーターＩＮＶを停止してコンデンサーＣ２の放電を終了させるようにしたので、装置停止時に高圧直流電源側に設置された電源電圧平滑用コンデンサーＣ２を完全に放電させることができる。また、電圧センサーＶ１の検出電圧Ｖ１が放電完了を判定する所定電圧ｋ４（＜ｋ１）より低くなった時点で、昇圧回路Ｌ１、Ｔｒ１、Ｒ２を停止してコンデンサーＣ１の放電を終了させるようにしたので、装置停止時に低圧直流電源側に設置された電源電圧平滑用コンデンサーＣ１を完全に放電させることができる。
【００３６】
なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記一実施の形態の構成に限定されるものではない。例えば、上述した一実施の形態では、Ｌ１、Ｔｒ１、Ｒ２、Ｄ１から構成される昇圧回路と、Ｔｒ２から構成される降圧回路を例に上げて説明したが、昇圧回路と降圧回路は上述した一実施の形態の構成に限定されるものではない。
【００３７】
上述した一実施の形態では本願発明のインバーターの直流電源装置を電気自動車の走行駆動装置に適用し、低圧直流電源を車載低圧バッテリーとした例を示したが、本願発明は電気自動車以外のあらゆる装置に適用することができる。
【００３８】
上述した一実施の形態ではコンデンサーＣ１とＣ２の両端電圧Ｖ１、Ｖ２に基づいて放電の完了を判断する例を示したが、コンデンサーＣ１とＣ２の放電時間に基づいて放電の完了を判断するようにしてもよい。この場合は、コンデンサーＣ１とＣ２の放電時間を計測し、計測時間よりもわずかに長い時間を放電所要時間として記憶しておく。そして、放電開始から放電所要時間が経過したら放電が完了したと判断する。
【００３９】
また、上述した一実施の形態では低圧直流電源に低圧バッテリーＢＡＴを用いた例を示したが、低圧直流電源は低圧バッテリーに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態の構成を示す図である。
【図２】コンデンサーの電圧−電流特性を示す図である。
【図３】一実施の形態のコンデンサー放電処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
ＢＡＴ  バッテリー
ＭＲ１〜ＭＲ３  リレー
Ｖ１、Ｖ２  電圧センサー
Ｃ１、Ｃ２  コンデンサー
Ｒ１、Ｒ２  抵抗器
Ｔｒ１、Ｔｒ２  トランジスター
Ｄ１  ダイオード
ＩＮＶ  インバーター
Ｍ  モーター
ＣＵ  コントロールユニット
ＩＧＮ  ＳＷ  イグニッションスイッチ
【図１】
2004357412.tif 000003
【図２】
2004357412.tif 000004
【図３】
2004357412.tif 000005