JPH04295202A - 電動機駆動及び動力処理装置 - Google Patents

電動機駆動及び動力処理装置

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JPH04295202A
JPH04295202A JP3346461A JP34646191A JPH04295202A JP H04295202 A JPH04295202 A JP H04295202A JP 3346461 A JP3346461 A JP 3346461A JP 34646191 A JP34646191 A JP 34646191A JP H04295202 A JPH04295202 A JP H04295202A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に、モータ駆動装
置に関し、特に詳細には、二次電池または他の二方向性
直流電源からの電力を二方向に機械力に変換制御し、さ
らに外部の交流電力を電池の再充電及び放電のための直
流電力に二方向に変換制御すように操作を行なうモータ
駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気動力駆動の車両に使用されるモータ
駆動装置及び動力処理装置には、コスト、重量、エネル
ギ変換効率についての要求事項があり、それぞれ緊要な
問題となっている。さらに、モータ動力処理装置（駆動
システムとも云う）は、電動及び発電の両運転に対し広
い範囲にわたって効率的に速度及びトルクを操作できる
必要がある。少ないトルク応答時間及び高度の操作信頼
性もまた重要事項である。駆動システムの機能に加えて
、再充電を行なうためには、電池を充電するために交流
供給電源を直流電力に変換することも必要である。コス
ト、重量、及びエネルギ効率に対する諸要求はまた、再
充電機能のためにも重要課題である。その上、供給電圧
と電源周波数について、高い力率、低いＥＭＩ、及び広
い対応性もまた重要である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明による電動機駆
動及び動力処理装置は、特許請求の範囲の請求項１記載
の特徴項に明示した各種の特徴を有する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、牽引駆動と電
池再充電との複合装置を提供するものであり、これによ
り、その分のコスト、重量、及び統合集積せず分離され
ているハードウエアの容積を除くことができる。インダ
クタ及びコンデンサのようなエネルギ蓄積構成部品が最
小としてあるため、システム重量は最小となっており、
駆動装置及び電池再充電装置は、構成部品の内の一組が
両方の機能を果たすように最適に集積されてあり、した
がって、伝達及び差動歯車を使用する必要性はない。駆
動モード及び再充電モードにおいて、モータの漏洩イン
ダクタンスは動力処理機能に利用され、ＥＭＩの目的以
外には外部インダクタは使用されていない。モータは、
最大トルクで確実に操作できるように制御されており、
その重量はさらに軽減されている。
【０００５】伝達部と差動部の双方がないことがシステ
ムの効率上昇に寄与している。作動の各点において、導
電損失と電磁損失の間で最適のトレードオフが選択され
るように最適のモータ励磁が行なわれるので、効率はさ
らに改善される。再充電機能とモータ作動機能が集積し
てあるため、システムコストは最小となっている。最後
に、モータとインバータは、採用された制御アルゴリズ
ムによって最大に利用される。
【０００６】駆動モードで作動する場合に、装置は、ト
ルク及び速度の四象限の全体にわたってモータの電力を
供給する。その制御の詳細は「ルクー速度ー電池電圧の
各動作点においてシステムのエネルギ効率が最適となる
。この制御の本来の特徴によって、モータの破損及び半
導体電流の制限によってのみ限定される最大値までトル
クを延長することが可能である。
【０００７】本発明の他の特徴は、モータ或いはインバ
ータの一個だけの故障であれば原動力が確保されること
である。さらに他の特徴は、差動歯車の使用に関連する
コスト、重量、及び動力損失をこおむることなく差動操
作（平衡駆動軸トルク）が可能であり、滑り（スリップ
）を制限しアンテイスキッド能力を提供することが可能
であり、それらは、制御アルゴリズムによる低コストへ
の改良変更によって達成されている。
【０００８】再充電モードで作動する場合は、ピーク電
圧が電池電圧を超えない単相電源から、制御された力率
１の電池充電が達成される。再充電モードに使用される
電力処理要素は本来二方向性である（すなわち、エネル
ギが電池から引き出され、制御にもとづいて利用電源回
線に返送される）ので、パルス充電も可能である。本発
明の他の能力は、正弦波の調整された交流電力が入力・
出力ポートに供給されることである。その電圧は、その
ピークが電池電圧を超えない限り、如何なる値にも調整
可能である。したがって、本発明は、電気推進システム
としても、あるいはまた待機動力システムまたは無遮断
電力システムとしても作動する。
【０００９】本発明の一実施態様による駆動／再充電装
置は、２個の多相交流モータ（最適実施態様においては
三相誘導型）を備えており、それぞれ、電池のような二
方向性直流電源に接続した電圧印加ブリッジ型パルス幅
変調（ＰＷＭ）インバータにより電力を供給されている
。適当なインバータ制御により、単相再充電電力は各モ
ータ巻線の中性点節に印加することができる。電力の流
れ及び力率は、ピーク電源電圧が電池電圧を超えない限
り、要求値に制御することが可能である。さらに、同様
な制御により、単相の調整された交流電力を同じ一対の
節から得ることができる。
【００１０】駆動モードで作動する場合、各インバータ
は、モータの速度とは独立に、２個のモータにより等し
いトルクが発生するように制御され、これにより、機械
的差動部は不要となる。牽引の電子的故障または損失発
生の場合のように異常な条件下では、有効な車両の動作
が確保されるように、等しくないトルクを指令すること
ができる。
【００１１】駆動モードのとき、各相極のＰＷＭ制御で
は、相電流は対称的に離隔した正弦波の位相基準に対し
比例状態を維持する。次に、各基準の振幅は指令入力に
比例する。一方、その周波数（または瞬時位相）は、検
知されたモータ速度（または回転角位置）及び他のパラ
メータの関数として制御される。さらに詳細には、誘導
電動機の場合、正弦波基準周波数は、モータの極対の数
を乗じたロータ周波数にスリップ周波数を加えた値に等
しく成されており、２つのパラメータ、すなわち、指令
電流及びモータ速度と電池電圧との比の関数として発生
される。上記の２つのパラメータの関数は、最適システ
ム効率が「トルク−速度」の各動作点に対して達成され
るように選択される。同期型電動機に対しては、同様な
方法が採用され、（スリップ周波数ではなく）基準信号
の位相が、指令電流並びにモータ速度と電池電圧との比
率からなる２個のパラメータの関数として制御される。
【００１２】再充電モードにおいては、各インバータ内
で、一つまたはそれ以上の相電流が利用回線電圧と同相
である正弦波基準に対し比例状態に維持されるように変
調制御が行なわれる。Ｎ相のシステムに対しては、１と
Ｎとの間の任意の数の相がこのように制御される（２個
のインバータの各々において）。制御されない相はデイ
スエーブルされる（高側と低側の両スイッチは開に維持
される）。上記の比例定数は電池パラメータの関数とし
て取り出され、これにより再充電が可能となる。最終的
に、駆動／再充電装置は、ツイン・インバータにより駆
動される単一の多相交流モータを備えることができる。
【００１３】
【実施例】次に、以下に述べる最適実施態様に基づき実
例を示し本発明を説明する。本発明により構成されたモ
ータ駆動力処理装置１０は、図１に示すように、第１及
び第２の誘導電動機１２ａ及び１２ｂをそれぞれ備えて
いる。第１及び第２の誘導電動機１２ａ及び１２ｂは、
それらのロータ１４ａ及び１４ｂにおいて出力軸１６ａ
及び１６ｂにそれぞれ伝達される機械的動力に電力を変
換する。
【００１４】一般に、図面符号は、添字ａをもって第１
の誘導電動機１２ａに関連する構成部品を示し、添字ｂ
をもって第２の誘導電動機１２ｂに関連する構成部品を
示すこととする。符号ａまたはｂが付けられてない構成
部品には、この記述は各誘導電動機に等しく適用可能で
あることを示す。
【００１５】蓄電池２６のような二方向性直流電力供給
源は、電気母線２７及びインバータ４０ａ及び４０ｂを
通じ誘導電動機１２に接続される。二方向性直流電力供
給源は、直流電圧出力を生じかついづれかの極性の電流
を操作可能である２次電池等のエネルギ蓄積システムと
することができる。
【００１６】図１に示したモータ駆動力処理装置１０は
、１個の集積された装置で電動機運転機能と電池再充電
機能とを提供し、同じ構成部品のうちの多くを使用して
２個の機能を実行し、したがって、個別の電動機運転及
び再充電装置を持つ装置に関連するコスト、重量及び体
積を軽減する。
【００１７】駆動モードにおいて、この装置は、広い範
囲のトルク及び速度の組み合わせを提供し、各トルク、
速度及び電池電圧の各組み合わせに対して、システムエ
ネルギ効率は当業者によく知られた適切なアルゴリズム
制御（後に詳述する）の実施によって最適化される。再
充電モードにおいて、制御された力率１の電池充電は、
電池電圧を超えないピーク電圧を有する任意の（単相）
交流電力供給源３４に利用回線３２を経由して接続され
た入力／出力ポート３０を通じ達成される。再充電モー
ドに使用される動力処理要素は本来の二方向性を有して
いる点で、パルス充電もまた可能である。すなわち、電
気的エネルギは電池２６から引き出され、制御に基づき
入力／出力ポート３０において交流電力供給源３４に返
送される。さらに、正弦波の調整された交流電力はまた
、入力／出力ポート３０において外部装置にも供給され
る。供給された電圧は、そのピーク値が電池電圧を超え
ない範囲で、いかなる値にも調整可能である。このよう
に、この装置は電気的推進システムとして、また動力供
給システムとして作動する。
【００１８】図１において、インバータ４０は、電圧が
供給されるパルス幅変調（ＰＷＭ）されたユニットであ
る。３相型が好ましいが、相の多重性もまた受け入れ可
能である。各インバータは入力コンデンサ４１と相極４
２、４４、及び４６、それに後述の制御回路より構成さ
れる。制御回路は３個の極のそれぞれに関連する一対の
固体（ソリッドステート）スイッチに指令を与え、それ
らを適切な時間に開閉させる。
【００１９】ソリッドステートスイッチは、第１の極４
２に対する第１の対のスイッチ４８及び４９、第２の極
４４に対する第２の対５０及び５１、及び第３の極４６
に対する第３の対５２及び５３より構成される。各イン
バータ４０は三相線６０、６２、及び６４によりそれぞ
れの誘導電動機１２の巻線に接続される。それぞれの誘
導電動機１２はＹ結線に配置され、一端で相線６０ー６
４に接続され、他端で共通中性点の節６６に接続された
３個のステータ巻線５４、５６及び５８を備えている。
【００２０】各インバータ４０は、図示のように、直列
に接続されたヒューズ７８（または他の保護装置）と共
に電池２６に接続される。各インバータ４０の相線６０
、６２及び６４は各誘導電動機１２のステータ巻線５４
、５６及び５８に接続される。２個の誘導電動機１２の
それぞれからの中性線７６は、入力／出力ポート３０に
接続したＥＭＩフィルタ７２に接続される。適切な制御
アルゴリズム（図５参照）によって、接続線６８及び７
０に印加された単相電力は電池２６に印加される再充電
電流に変換される。さらに、適切な制御アルゴリズムに
より、接続線６８及び７０上の電流は正弦波であり、印
加された入力電圧と同相であり、これにより力率１が得
られる。ここで、エネルギは入力／出力ポート３０に戻
されることに注目すべきである。特に、制御アルゴリズ
ムにより、必要な電圧と周波数の正弦波電圧が接続線６
８及び７０の間に確立される。この特徴はパルス充電を
達成するように利用され、エネルギパルスは電池２６か
ら引き出され、入力／出力ポート３０に接続された利用
回線３２に周期的に戻される。接地線６９は保安及び濾
波の目的のために設けられる。同じように、ＥＭＩフィ
ルタ７２から電気母線２７に至る接続部７４はフィルタ
の作動に関連する高周波電流を戻す目的を持っている。
【００２１】各出力軸１６は、直接に又は固定比の減速
歯車（または同様な機能の装置）を介して駆動輪に接続
される。これにより、機械的伝達部または差動部は必要
がなくなり、よって、重量とコストを低減できる。２個
のインバータ４０それぞれに対する適切な制御アルゴリ
ズムによって、次に述べるようなトルクー速度特性が駆
動モードにおいて達成される： １．　　モータ速度の差がスレッショルド値より低い場
合については、２個のモータのトルクは互いに等しく、
指令入力により決定される。正と負の両トルクは各回転
方向に対して指令を与えることができる；２．　　２個
の誘導電動機１２の速度の差がスレッショルド値を超え
ると、トルクは低い速度のモータに対しては増加し、高
い速度のモータに対しては減少し、このようにしてスリ
ップの制限された差動歯車の機能が発揮される； ３．　　インバータ４０または誘導電動機１２が故障の
場合、２項記載の制御機能は、残された方のインバータ
／誘導電動機が正常な作動ができるように手動または自
動で無効化され、これにより冗長性動作が提供される；
誘導電動機１２のロータ１４は、最適実施例においては
リス籠型であり、永久磁石のような他のロータの型式で
も可能である。
【００２２】図１の２個のモータによる構想と同様な装
置を図２に示す。図において、単一の誘導電動機１３が
本発明に基づき構成され、モータの各片側を構成する２
組のステータ巻線８０ａ及び８０ｂを備える。図２に示
す構造は、上述の２個のモータの適用について論じたよ
うに、牽引及び可変速度駆動システムに適用することが
できる。誘導電動機１３はロータ８２及び出力軸８４を
備える。車両に応用する場合は、軸は、直接に１つの車
輪に結合するか、または減速差動歯車または伝達／差動
結合歯車の組み合わせを経て２個の車輪に結合される。 図１の２個のモータによる構造のように、制御されるト
ルクと速度の４個の象限値は可能である。すなわち、正
及び負のトルク並びに正及び負の速度の全ての可能な組
み合わせが達成される。さらに、また２個のモータの配
置のように、単相電力は入力／出力ポート３０から引き
出され、または入力／出力ポート３０に送り出される。 特に、制御された単一力率の充電は、直流母線電圧ＶＢ
を超えないピーク電圧をもつ任意の単相交流利用回線に
対しても可能である。
【００２３】図２のステータ巻線８０ａ及び８０ｂの各
組は、３個の巻線８６、８８及び９０を具備する。電気
的には、第１の組の巻線８６ａ、８８ａ及び９０ａは上
記記載の２個のモータが配置された第１のモータの巻線
と類似しており、第２の組の巻線８６ｂ、８８ｂ、及び
９０ｂは第２のモータの巻線と類似している。従って、
第１の組の巻線は第１のインバータ４０ａに接続され、
第２の組の巻線は第２のインバータ４０ｂに接続される
。既述のように、インバータ４０は電気母線２７を経て
二方向性直流電力供給源（電池２６）に接続される。 他の点においては全て、図２のインバータは図１と同じ
である。
【００２４】図３によれば、制御回路１００は、相線６
０ａ、６２ａ及び６４ａに関連するそれぞれ電流検知器
１３２ａ、１３４ａ及び１３６ａから、及び相線６０ｂ
、６２ｂ及び６４ｂに関連するそれぞれ電流検知器１３
２ｂ、１３４ｂ及び１３６ｂから電流信号を受ける。 制御回路１００はまた、入力線１２１で駆動電流指令信
号ＶＣ、入力線２０５で再充電電流指令信号、及び駆動
と再充電の間の制御ブロック作動モードを選択する線１
０１でモード指令入力信号をそれぞれ受信する。最後に
、２個の回転計１５８ａ及び１５８ｂが各誘導電動機１
２ａ及び１２ｂに対しモータ速度信号を供給する。制御
回路１００は相極４２ー４６に出力信号を供給する。 この制御回路１００については図４及び図５に基づいて
以下に記述する。
【００２５】図４は、駆動モードにおいて、第１のイン
バータ４０ａに使用される（半導体）スイッチ４８ａな
いし５３ａに対して所望の開／閉信号を発生する制御回
路１００の主要制御ブロック図である。図１に示した２
個のモータシステムの場合は、第２の組の同様な制御ブ
ロックが使用されており、第２のインバータ４０ｂにあ
る（半導体）スイッチ４８ｂないし５３ｂを制御する。 図２に示した単一モータシステムの場合は、２個のイン
バータ４０に対する制御ブロックは、ある程度まで統合
することができる。図４は明確に三相構想への応用を示
すが、その手法は任意の相数に適用できるよう一般化す
ることが可能である。
【００２６】２個の三相誘導電動機を使用する図１の実
施例において、図４に示した制御ブロックは駆動モード
の期間に相線６０、６２及び６４の相電流を制御するが
、これは次の４つの基準を満足するものである：１．第
１に、基本電流成分は互いに時間的に１２０°離間して
いる； ２．第２に、相電流の周波数Ｆｅ　は次式で示される：
Ｆｅ　　＝　　ＮＰ×Ｆｍ　　＋　　ＦＳここで、ＮＰ
　は誘導電動機の極対の数、Ｆｍは出力軸回転周波数、
そしてＦＳは、モータ速度で検知され電池電圧で検知さ
れた指令電流の関数である値を持つモータスリップ周波
数である。値Ｆｍ、Ｆｅ及びＦＳはそれぞれ、出力軸１
６の回転方向及びトルクの方向に相当する正または負の
符号を有する； ３．第３の基準では、相電流の大きさは、電流指令の入
力信号ＶＣに比例の状態に保たれている；４．この基準
の最後として、相線６０、６２、及び６４上の高周波数
スイッチ電流の高調波が入力コンデンサ４１の損失が最
小になるように対称的に時間的に離間される。この４つ
の項の基準は全て図４に示したシステムにより満たされ
るものである。
【００２７】図４の制御ブロックの動作は次の通りであ
る。２相回転計１５８は基準発生器１１６に対し線１５
９上に入力パルスを供給する。これらのパルスはスリッ
プ速度発生器１６２からの線１６３上のＦＳに対応する
スリップ周波数指令信号と結合される。基準発生器１１
６は下記の関係を満足する出力信号を供給する：　　　
　　　　　　　　　　　　　Ｖ１ａ　　＝　　Ｖ０　　
ｓｉｎ　　２π　　Ｆｅｔ　　　　　　　　　　　　　
　　　Ｖ１ｂ　　＝　　Ｖ０　　ｓｉｎ　　２π（　　
Ｆｅ　　＋　　１／３　　）ｔ　　ここで、Ｖ１ａは線
１１７上の電圧、Ｖ１ｂは線１１９の電圧、Ｖ０は定数
項、そしてｔは経過時間である。
【００２８】基準発生器１１６は各種の方法で実施され
る。最適実施態様において、基準発生器１１６はデジタ
ルで実施され、特にカウンタは、それぞれ線１５９及び
１６３を介し回転計１５８及びスリップ速度発生器１６
２からの入力パルスにそれぞれ対応する相信号を加算す
る。加算された信号は、（第１の出力）線１１７におい
てＶ１ａとして現れる正弦関数、並びに（第２の出力）
線１１９においてＶ１ｂとして現れる１２０°移相され
た正弦関数にその全てが相当するルックアップ表に印加
される。
【００２９】電圧信号Ｖ１ａ及びＶ１ｂは乗算器１２２
及び１２４に印加され、そこで電圧信号に入力線１２１
に現われる電流指令信号ＶＣをそれぞれ乗ずる。乗算器
出力は　下記の式により与えられる： Ｖ２ａ　　＝　　Ｋ１　　Ｖ１ａ　　ＶＣＶ２ｂ　　＝
　　Ｋ１　　Ｖ１ｂ　　ＶＣここで、Ｖ２ａは第１の線
１２３上に現れるものであり、Ｖ２ｂは第２の線１２５
上に現れるものであり、そしてＫ１は定数項である。電
圧信号Ｖ２ａ及びＶ２ｂは三相のうちの二相に相電流を
指令する基準信号として作動する。
【００３０】電流検知器１３２ａ及び１３４ａ（検知増
幅器１３８ａ及び１４０ａの支援による）は、相線６０
ａ及び６２ａの相電流の複製である信号を線１３９ａ及
び１４１ａ上に供給する。増幅器１２６ａ及び１２８ａ
は電流検知信号を上記の基準信号と比較してそれぞれ線
１２７及び１２９に誤差信号を発生する。次に、これら
の誤差信号は、必要な相電流が維持されるように相極４
２ａ及び４４ａに対してデユーテイファクタをそれぞれ
指令する。相極４６ａに相当する第３の相に対しては、
そのデユーテイファクタが相１と相２の各デユーテイフ
ァクタの負の和に等しくなるように従動させる。以上の
ことは、相１と相２の各誤差信号の負の和である相３に
対する誤差信号を生成することにより達成される。増幅
器１３０ａ及び抵抗器１４４、１４５及び１４６がこれ
を達成する。
【００３１】線１２７、１２９及び１３１に現れる３個
の誤差信号はそれぞれ、比較器１４８ａ、１５０ａ及び
１５２ａ、並びに必要なスイッチング周波数で作動する
三角波発振器１５４をそれぞれ経てデユーテイファクタ
信号に変換される。電源電圧ＶＢに比例する入力線２９
上の信号は、三角波発振器１５４の出力振幅を制御して
ＶＢに比例させる。これにより、ＶＢとは独立に帰還ル
ープ利得が維持されるので、ＶＢの広い範囲にわたって
最適の制御ダイナミックスを可能にする。
【００３２】励振器（ドライバ）１０２ａ，１０４ａ及
び１０６ａは線１４９ａ，１５１ａ及び１５３ａのデユ
ーテイファクタ入力を受け、線１０８ａ、１１０ａ及び
１１２ａの出力に加えて線１０９ａ、１１１ａ及び１１
３ａに補足的出力を供給する。次に、線１０８ａ、１１
０ａ及び１１２ａの出力はそれぞれ（半導体）スイッチ
４８ａ、５０ａ及び５２ａを駆動する一方、補足的出力
は半導体スイッチ４９ａ、５１ａ及び５３ａを駆動する
。増幅、論理及び検知の各要素は各励振器１０２，１０
４及び１０６内に備えられており、過電流、過電圧また
は異常温度上昇の条件に応答して遮断を行なうような機
能を遂行する。デッドタイム（すなわち、両半導体スイ
ッチは高側と低側の各導通状態の間の遷移後に閉状態を
維持する時間）も与えられる。
【００３３】線１６３に現れるスリップ周波数指令信号
はスリップ速度発生器１６２により生ずる。スリップ速
度発生器１６２はこの出力を２個の入力信号の結合関数
として発生する。入力線１２１に現れる一方の入力信号
は指令電流に対応し、線１６５に現れる他方の入力信号
はモータ速度と電圧ＶＢとの比に対応している。スリッ
プ速度発生器出力とスリップ速度発生器１６２の２個の
入力信号との間の特定の関数は、最適のシステム効率が
各「トルク−速度−電圧」点に対して達成されるように
選択される。他の基準にも従うことができる。スリップ
速度発生器１６２の実施は、最適実施例の二次元デジタ
ルのルックアップ表を通じて達成される。
【００３４】モータ速度と電圧ＶＢとの比率に対応する
線１６５の信号は、線１５９の回転計信号と線２９のＶ
Ｂに相当する信号とを受ける発生器１６４により発生す
る。
【００３５】図５は、再充電モードにおいて、インバー
タ４０ａ及び４０ｂに使用される（半導体）スイッチ４
８ａー５３ａ及び４８ｂー５３ｂに対する必要な開閉信
号を発生する主要制御ブロックを示す。
【００３６】基準発生器２０２は、再充電接続線６８と
７０との間にある電圧と同相の正弦波出力基準電圧を線
２０３上に供給する。基準発生器２０２は、単一のスケ
ーリング増幅器か、またはフェーズロックループ回路を
経て利用回線３２にロックされた正弦波発生器である。
【００３７】線２０３の信号は乗算器２０６に印加され
、ここで、入力線２０５上の再充電電流指令信号との乗
算が行なわれる。線２０７上の乗算器出力は、増幅器２
１０を経て全検知電流の平均値を表す線２１３上の信号
と比較される。ついで、線２１３の信号は、インバータ
４０ｂからの電流検知信号にインバータ４０ａからの反
転された電流検知信号を加える加算増幅器２１２から引
き出される。反転された電流検知信号はインバータ２２
６ａ、２２８ａ及び２３０ａにより供給される。また、
増幅器２１０の誤差出力は線２１１に現れ、インバータ
４０ａ中の正弦波電流を指令する一方、線２１５上の補
足信号はインバータ４０ｂ中の反対極性の電流を指令す
る。
【００３８】異なる相の間の電流バランスを確保するた
めに、検知相電流と隣接の相の検知電流との間の差を表
す誤差信号は、線２１１及び２１５上の元の誤差信号に
加えられる。各相に対し、指定された増幅器２１８ａ−
２２２ａ及び２１８ｂー２２２ｂにより、上記の加算が
行なわれる。最終的には、上記の誤差出力を三相発振器
２３８により発生する三角波信号と比較する比較器２３
２ａー２３６ａ及び２３２ｂー２３６ｂによってデユー
テイファクタの発生が行われる。多相を使用することに
より、単相発振器よりはむしろ、電流高調波の最適な消
滅を達成し、ＥＭＩフィルタ７２に対する要件を最小に
することができる。図４の駆動モード制御のように、発
振器の振幅は、制御ループ利得がＶＢに対し独立である
ようにＶＢに対し比例して維持される。
【００３９】図５に示したような全ての三相を備える必
要がないということに注目すべきである。最大の必要再
充電電力レベル（及び必要な電流高調波除去の程度）に
従って、１相または２相でも満足することができる。全
ての場合、発振器の相多重性は、再充電の間に利用され
るインバータの相数に対応している必要がある。不使用
のインバータの相は、再充電の期間に高側と低側の両半
導体スイッチを閉状態に維持することによりデイスエー
ブルされる必要がある。
【００４０】本発明によれば、モータ駆動装置は、単一
の集積された装置が駆動と電池再充電の機能を遂行する
ように、両機能の統合された能力を備えている。これに
より、エネルギ蓄積用構成部品の必要性を最小にし、個
別の機械的伝達部と差動部との必要性を除去し、重量を
減少させ、効率を向上させる。駆動モードにおいて、本
装置は、トルクと速度の広範囲にわたって駆動力を供給
し、有利なことには、モータ作動の各点に対し導電損失
と磁気的損失との間の最適のトレードオフを選択し、こ
れによりシステムの効率を最大とする。再充電モードに
おいては、制御された力率１の電池再充電は、電池電圧
を超えないピーク電圧をもつ任意の単相電力供給源を使
用して達成される。パルス形充電は、エネルギが電池か
ら引き出され、再充電ポートの交流電源線に戻されるよ
うに達成される。さらに、調整された交流電力は本装置
によって生成され、外部装置によって実施するために再
充電ポートに供給される。
【００４１】以上、本発明を最適実施態様につき述べた
が当業者において変更が生じ得ることは理解されよう。 例えば三相誘導電動機以外のモータも本発明の教示から
逸脱することなく使用され得る。従って、本発明はここ
に記載の特定の装置に限定されると見るべきではなく、
本発明は駆動及び再充電の能力を備えた装置について広
範な応用範囲を有するものと理解すべきである。そのよ
うな代替の形状構成については、上記の記述に照らし当
業者により達成され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるモータ駆動力処理装置のブロック
図であり、２個のモータの配置に対する一次動力操作部
品を示す。
【図２】本発明によるモータ駆動力処理装置の第２の実
施例のブロック図であり、二組の巻線を持つ単一モータ
配置に対する一次動力操作部品を示す。
【図３】図１に示した装置のモータ制御回路の入力と出
力のブロック図である。
【図４】駆動モードにおいて使用される図１の装置の各
インバータに関連する制御要素のブロック図である。
【図５】再充電モードにおいて使用される図１の装置の
各インバータに関連する制御要素のブロック図を示す。
【符号の説明】
１０：モータ駆動力処理装置，　　１２ａ：第１のモー
タ，　　１２ｂ：第２のモータ，　　１４：ロータ，　
　２６：電池，　　２７：電気母線、　　３０：入力／
出力ポート、　　３２：電力利用回線、　　３４：交流
電力供給源、　　４０：インバータ、　　４１：入力コ
ンデンサ、　　４２、４４、４６：相極、　　４８、４
９、５０、５１、５２、５３：スイッチ、　　５４、５
６、５８：ステータ巻線、　　６０、６２、６４：相線
、　　７２：ＥＭＩフィルタ、　　７６：中性線、　　
１６：出力軸、１３：単相誘導電動機、　　８０：ステ
ータ、　　８２：ロータ、　　８４：軸出力、８６、８
８、９０：相巻線、　　１００：制御回路、　　１２１
、２０５、１０１：入力線、　　１３２、１３４、１３
６：電流検知器、　　１３８、１４０：検知増幅器、　
　１５８：回転計、　　１１６：基準発生器、　　１６
２：スリップ速度発生器、　　１２２、１２４：乗算器
、　　１２０、１０４、１０６：励振器、　　１２６、
１２８、１３０：増幅器、　　１４８、１５０、１５２
：比較器、　　１５４：三角波発生器、　　２０２：基
準発生器、　　２１２：加算増幅器、　　２２６、２２
８、１３０：インバータ、　　２３８：三相発振器、　
　２３２、２３４、２３６：比較器

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　第１組の巻線（５４ａー５８ａ、８０
    ａ）と第２組の巻線（５４ｂー５８ｂ、８０ｂ）とから
    なるＹ型結線を有し、さらに出力軸（１６、８４）を持
    つロータ（１４、８２）と全ての上記第１組の巻線に共
    通の第１の中性点節（６６ａ）と全ての上記第２の巻線
    に共通の第２の中性点節（６６ｂ）とを有する少なくと
    も１個の多相モータ（１２、１３）と、上記モータに電
    力を供給し、かつ上記モータから電力を受けるための二
    方向性の直流電力供給源手段（２６）と、上記第１組の
    巻線の相多様性と等しい相多様性を有し、上記二方向性
    の直流電力供給源手段と上記第１組の巻線との間に接続
    された二方向性で多相の、電圧を供給されパルス幅変調
    される第１のインバータ（４０ａ）と、上記第２組の巻
    線相多様性と等しい相多様性を有し、上記二方向性の直
    流電力供給源手段と上記第２組の巻線との間に接続され
    る二方向性で多相の、電圧を供給されパルス幅変調され
    る第２のインバータ（４０ｂ）と、上記第１及び第２の
    中性点節に接続され、上記第１及び第２の中性点節への
    共通外部接続ポートを画定する入力／出力端子（３０）
    と、上記第１及び第２のインバータに結合され、駆動モ
    ード及び再充電モードにおける作動のため、上記二方向
    性の直流電力供給源手段から上記モータに供給される電
    力が上記モータの上記出力軸において生成される機械的
    動力に変換されるとともに、上記モータまたは各モータ
    の上記出力軸の回転からの機械的動力が上記二方向性の
    直流電力供給源手段に供給される電力に変換されるよう
    に、上記駆動モードの間に上記第１及び第２のインバー
    タを制御し、かつ、上記入力／出力端子において受信し
    た単相交流電力が力率１の変換において上記二方向性の
    直流電力供給源手段に変換されるように、上記再充電モ
    ードの間に上記第１及び第２のインバータを制御する制
    御手段（１００）とを具備する電動機駆動及び動力処理
    装置。
  2. 【請求項２】　　上記二方向性の直流電力供給源手段は
    電池（２６）である請求項１記載の電動機駆動及び動力
    処理装置。
  3. 【請求項３】　　上記モータは誘導電動機（１２、１３
    ）である請求項１または２記載の電動機駆動及び動力処
    理装置。
  4. 【請求項４】　　さらに、上記モータ（１２、１３）と
    上記入力／出力端子（３０）との間に位置し、上記入力
    ／出力端子にに現れる共通で差動モードの高周波数電流
    を減少するためのフィルタ手段（７２）を備える請求項
    １ないし３のうちいづれか一つに記載の電動機駆動及び
    動力処理装置。
  5. 【請求項５】　　上記入力／出力端子（３０）は単相交
    流電力利用回線に接続されるよう成されている請求項１
    ないし４のうちいづれか一つに記載の電動機駆動及び動
    力処理装置。
  6. 【請求項６】　　上記制御手段（１００）は、上記入力
    ／出力端子（３０）に印加される単相交流電力が力率１
    の変換における上記直流電源手段に印加される直流電力
    に変換されるように上記第１及び第２のインバータ（４
    ０ａ、４０ｂ）を制御する請求項１ないし５のうちいづ
    れか一つに記載の電動機駆動及び動力処理装置。
  7. 【請求項７】　　上記入力／出力端子（３０）は直流及
    び交流電力の双方を受入れ、両型の電力は上記制御手段
    （１００）の制御のもとで変換されて上記二方向性の直
    流電力供給源手段に直流電力を供給する請求項１ないし
    ５のうちいづれか一つに記載の電動機駆動及び動力処理
    装置。
  8. 【請求項８】　　上記制御手段（１００）は、上記二方
    向性の直流電力供給源手段（２６）からの直流電力が上
    記入力／出力端子（３０）に供給される単相交流電力に
    変換されるように上記第１及び第２のインバータ（４０
    ａ、４０ｂ）を制御する請求項１ないし５のうちいづれ
    か一つに記載の電動機駆動及び動力処理装置。
  9. 【請求項９】　　上記制御手段（１００）は、上記入力
    ／出力端子（３０）に印加される直流電力が上記二方向
    性の直流電力供給源手段（２６）に供給されるように上
    記第１及び第２のインバータ（４０ａ、４０ｂ）を制御
    する請求項１ないし５のうちいづれか一つに記載の電動
    機駆動及び動力処理装置。
  10. 【請求項１０】　　上記制御手段（１００）は、上記二
    方向性の直流電力供給源手段（２６）からの直流電力が
    上記入力／出力端子（３０）に供給される直流電力に変
    換されるように上記第１及び第２のインバータ（４０ａ
    、４０ｂ）を制御する請求項１ないし５のうちいづれか
    一つに記載の電動機駆動及び動力処理装置。
  11. 【請求項１１】　　上記制御手段（１００）は、上記イ
    ンバータ（４０ａ、４０ｂ）に接続されかつ正弦波基準
    信号を発生し上記インバータを制御するための基準発生
    器手段（１１６）を具備する請求項１ないし１０のうち
    いづれか一つに記載の電動機駆動及び動力処理装置。
  12. 【請求項１２】　　上記インバータ（４０ａ、４０ｂ）
    は上記インバータ内で電気回路経路を開き及び閉じるた
    めのスイッチング手段（４８ー５３）を具備する請求項
    １１に記載の電動機駆動及び動力処理装置。
  13. 【請求項１３】　　上記スイッチング手段は開閉を行な
    う半導体スイッチング要素（４８ー５３）を備え、上記
    制御手段（１００）は上記スイッチング要素の開閉を制
    御するために上記スイッチング手段に供給される正弦波
    基準信号を発生するための基準発生器手段（１１６）を
    具備する請求項１２に記載の電動機駆動及び動力処理装
    置。
  14. 【請求項１４】　　さらに、上記モータ（１２、１３）
    の上記出力軸（１６、８４）の速度を示すモータ速度信
    号を生ずるためのモータ速度手段（１５８ａ、１５８ｂ
    ）と、上記基準発生器手段（１１６）に供給されるモー
    タスリップ周波数信号を発生するためのスリップ周波数
    発生手段（１６２）とを具備し、上記スリップ周波数信
    号は電流指令信号と上記モータ速度手段から入力した上
    記モータ速度信号とに基づく請求項１３に記載の電動機
    駆動及び動力処理装置。
  15. 【請求項１５】　　上記制御手段（１００）は上記イン
    バータ（４０ａ、４０ｂ）を制御する駆動信号を生ずる
    ための励振器手段（１０２ー１０６）を備える請求項１
    ないし５のうちいづれか一つに記載の電動機駆動及び動
    力処理装置。
  16. 【請求項１６】　　上記制御手段はさらに、上記モータ
    の速度に相当する信号を供給するための回転計手段（１
    ５８）を備える上記モータ（１２、１３）のための制御
    ブロック手段と、上記それぞれのモータ速度を上記直流
    電力供給源手段（２６）の電圧で割った商に相当する出
    力信号を発生する信号発生器（１６４）と、上記信号発
    生器からの上記出力信号を受けてスリップ周波数指令信
    号を発生するためのスリップ速度発生器手段（１６２）
    と、上記スリップ周波数指令信号を受けるための、かつ
    電流指令信号で割算されて上記励振器手段に供給され上
    記駆動信号を生ずる正弦波出力信号を発生するための基
    準発生器手段（１１６）とを備える請求項１５に記載の
    電動機駆動及び動力処理装置。
  17. 【請求項１７】　　上記モータ（１２、１３）は三相モ
    ータであり、上記励振器手段（１０２ー１０６）は上記
    モータの各相に関連する励振器を具備する請求項１６に
    記載の電動機駆動及び動力処理装置。
  18. 【請求項１８】　　上記制御手段（１００）はさらに、
    上記モータの各相のうち第１の相及び第２の相に対し電
    流相信号を供給する上記モータ（１２、１３）に関連す
    る電流検知器（１３２ー１３４）を具備し、上記基準発
    生器手段（１１６）は上記第１及び第２の相に相当する
    第１及び第２の正弦波出力信号を発生する請求項１７に
    記載の電動機駆動及び動力処理装置。
  19. 【請求項１９】　　上記制御手段はさらに、上記モータ
    （１２、１３）の上記第１及び第２の電流検知信号を受
    信し、それらを上記第１及び第２の正弦波出力信号と比
    較し、それらの信号間の差を示す第１及び第２の誤差信
    号を発生するための、かつ、上記第１及び第２の誤差信
    号の負の和である第３の誤差信号を発生するための誤差
    信号手段と、上記直流電力供給源手段（２６）の電圧に
    比例する所定の振幅と周波数とを持つ三角波傾斜波信号
    を発生するための発振器手段（１５４）と、上記誤差信
    号と上記三角波発振信号とを受信するための、かつ上記
    励振器（１０２ー１０６）に供給されるデユーテイサイ
    クル信号を発生するための比較器手段（１４８、１５０
    、１５２）とを具備する請求項１８に記載の電動機駆動
    及び動力処理装置。
  20. 【請求項２０】　　上記入力／出力端子（３０）は単相
    交流電力利用回線（３２）に接続されるように構成され
    、電力線、中性線及び接地線を具備し、上記制御手段（
    １００）はさらに、上記電力線と上記中性線との間に現
    れる電圧と同相の正弦波基準電圧を発生するための基準
    手段（２０２）と、再充電指令信号を上記正弦波基準電
    圧と乗算して乗算された基準電圧を発生するための乗算
    器手段（２０６）と、上記モータに対し上記第３のモー
    タ位相に関連する電流位相信号を供給する上記モータ（
    １２、１３）に関連する他の電流検知器（１３６）と、
    上記第１のインバータ（４０ａ）に関連する電流検知器
    からの反転された電流位相信号を持つ上記第２のインバ
    ータ（４０ｂ）に関連する電流検知器からの電流位相信
    号を加算し、平均電流信号を発生するための加算手段（
    ２１２）と、上記平均電流信号と上記乗算した基準電圧
    とを受信して再充電誤差信号を発生するための再充電誤
    差手段（２１０）と、各相の上記検知された電流位相信
    号と隣接の位相の上記検知された電流位相信号との間の
    差に上記再充電誤差信号を加算するための誤差信号を発
    生するための誤差加算手段（２１８ー２２２）と、上記
    二方向性直流電力供給源（２６）の電圧に比例する所定
    の周波数と振幅とを有する三角波信号を発生するための
    三相発振器手段（２３８）と、上記再充電誤差信号を上
    記三角形信号と比較することにより上記インバータ（４
    ０ａ、４０ｂ）に供給されるデユーテイサイクル信号を
    発生するためのデユーテイサイクル手段（２３２ー２３
    ６）とを備える請求項１９に記載の電動機駆動及び動力
    処理装置。
  21. 【請求項２１】　　２個の多相モータ（１２ａ、１２ｂ
    ）を具備し、各モータはＹ結線を有し、一方のモータの
    巻線は上記第１の組の巻線（５４ａー５８ａ）を形成し
    、他方のモータの巻線は上記第２の組の巻線（５４ａー
    ５８ｂ）を形成する請求項１ないし２０のうちいづれか
    一つに記載の電動機駆動及び動力処理装置。
  22. 【請求項２２】　　上記第１の組の巻線（８０ａ）と上
    記第２の組の巻線（８０ｂ）とを形成するＹ結線を有す
    る１個の多相モータ（１３）を具備する請求項１ないし
    ２０のうちいづれか一つに記載の電動機駆動及び動力処
    理装置。
  23. 【請求項２３】　　第１の中性点節（６６ａ）をもつＹ
    結線（５４ａ−５８ａ）を有する第１の多相モータ（１
    ２ａ）と、第２の中性点節（６６ｂ）を持つＹ結線（５
    ４ｂ−５８ｂ）を有する第２の多相モータ（１２ｂ）と
    、上記第１及び第２のモータに直流電力を供給しかつ直
    流電力を受けるための二方向性直流電力供給源手段（２
    ６）と、上記直流電力供給源手段と上記第１のモータの
    巻線との間の電力の流れを制御するためのスイッチング
    要素（４８ａー５３ａ）を有する多相の、電圧を供給さ
    れパルス幅変調される第１のインバータ（４０ａ）と、
    上記直流電力供給源手段と上記第２のモータの巻線との
    間の電力の流れを制御するためのスイッチング要素（４
    ８ｂー５３ｂ）を有する多相の、電圧を供給されパルス
    幅変調される第１のインバータ（４０ｂ）と、上記第１
    及び第２の中性点節に接続する入力／出力端子（３０）
    とを具備し、上記第１及び第２のインバータのスイッチ
    ング要素は、上記入力／出力端子に印加される単相交流
    電力が力率１の変換において上記直流電力供給源手段に
    印加されるように切替えられ、上記直流電力供給源手段
    からの直流電力は上記入力／出力端子に送られた単相電
    力に変換され、上記入力／出力端子における直流電力は
    上記直流電力供給源手段に供給され、上記直流電力供給
    源手段からの直流電力は上記入力／出力端子に送られる
    直流電力に変換される電動機駆動及び動力処理装置。
  24. 【請求項２４】　　各モータは誘導電動機（１２ａ、１
    ２ｂ、）であり、さらに、各モータの上記巻線中の電流
    位相を検知し各巻線に対する電流検知された信号を発生
    するための電流検知手段（１３２ー１３６）を備える請
    求項２３記載の電動機駆動及び動力処理装置。
  25. 【請求項２５】　　さらに、上記電流検知された信号を
    受信し、スイッチング信号を発生して上記インバータ（
    ４０）の上記スイッチング要素（４８ー５３）の切替え
    を制御するための励振器手段（１０２ー１０６）を具備
    する請求項２４記載の電動機駆動及び動力処理装置。
  26. 【請求項２６】　　さらに、上記スイッチング信号の位
    相を決定するために、上記励振器手段（１０２ー１０６
    ）に供給される基準信号を発生するための基準発生器（
    １１６）を具備する請求項２５記載の電動機駆動及び動
    力処理装置。
  27. 【請求項２７】　　さらに、上記基準発生器（１１６）
    に上記モータ速度を与えるためのモータ速度信号手段（
    １５８）と、上記モータ速度を上記直流電力供給源（２
    ６）の電圧の大きさで割り、その結果として得られた商
    を上記基準発生器に与えるための割算手段（１６４）と
    、必要なモータスリップ速度を上記基準発生器に与える
    スリップ速度発生器（１６２）を具備する請求項２６記
    載の電動機駆動及び動力処理装置。
  28. 【請求項２８】　　さらに、上記電流検知信号を平均化
    し、再充電指令信号を受信し、上記電流検知された信号
    との和であって上記励振器に供給される再充電誤差信号
    を発生するための再充電手段を具備する請求項２７記載
    の電動機駆動及び動力処理装置。
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