JP3219039B2 - 電気自動車の電気システム - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L7/00—Electrodynamic brake systems for vehicles in general
- B60L7/10—Dynamic electric regenerative braking
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
- B60L50/40—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by capacitors
-
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- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
- B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
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- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
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- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電圧形インバータ
により車両駆動用電動機を駆動する電気自動車の電気シ
ステムに関する。
により車両駆動用電動機を駆動する電気自動車の電気シ
ステムに関する。
【０００２】
【従来技術】図１６は、電池を電源とする公知の電気自
動車の電気システムを示している。１は直流電源として
の主電池であり、高エネルギー形電池として主に化学電
池が用いられる。２は車両駆動用交流電動機、３は電動
機駆動用の可変電圧、可変周波数の電圧形インバータ、
４は減速機、５はデフギア、６は車輪をそれぞれ示す。
また、７は補機電動機であり、エアコン、パワステアリ
ング、各種ポンプ等の補機をを駆動する電動機である
が、代表して１台だけ示してある。８は補機電動機７を
駆動するインバータである。
動車の電気システムを示している。１は直流電源として
の主電池であり、高エネルギー形電池として主に化学電
池が用いられる。２は車両駆動用交流電動機、３は電動
機駆動用の可変電圧、可変周波数の電圧形インバータ、
４は減速機、５はデフギア、６は車輪をそれぞれ示す。
また、７は補機電動機であり、エアコン、パワステアリ
ング、各種ポンプ等の補機をを駆動する電動機である
が、代表して１台だけ示してある。８は補機電動機７を
駆動するインバータである。
【０００３】一方、９は高出力形電池としてのコンデン
サであり、主に物理コンデンサである電気二重層コンデ
ンサが用いられる。１０はコンデンサ９と主電池１との
間に挿入されるチョッパである。一般に、高出力形電池
は車両の加速時に電力を放出し、減速時に車両の制動エ
ネルギーを吸収する。このため、加速時には、コンデン
サ９の電圧は電力の放出によって低下し、逆に制動時は
電力を吸収して上昇する。チョッパ１０は、電圧が大き
く変化するコンデンサ９と、電圧がほぼ一定である主電
池１との間で電力を授受するために挿入されている。
サであり、主に物理コンデンサである電気二重層コンデ
ンサが用いられる。１０はコンデンサ９と主電池１との
間に挿入されるチョッパである。一般に、高出力形電池
は車両の加速時に電力を放出し、減速時に車両の制動エ
ネルギーを吸収する。このため、加速時には、コンデン
サ９の電圧は電力の放出によって低下し、逆に制動時は
電力を吸収して上昇する。チョッパ１０は、電圧が大き
く変化するコンデンサ９と、電圧がほぼ一定である主電
池１との間で電力を授受するために挿入されている。
【０００４】図１７はシリーズ形ハイブリッド電気自動
車の電気システムを示したもので、図１６と同じ構成要
素は同じ番号で示してある。図１７において、１１はエ
ンジン、１２は発電機、１３はコンバータである。１４
は電池であり、発電機１２の発生電力と電動機２の消費
電力との差を吸収するために挿入される。このシリーズ
形では、エンジン１１、発電機１２、コンバータ１３に
よって車両走行用電力を発生し、この電力でインバータ
３を介し電動機２を駆動している。シリーズ形のシステ
ムは種々あるが、図示の例では、余剰電力吸収用の電池
として化学電池１４を使用した場合を示してある。この
電池１４は高出力形でないので、図１６の場合と同じ
く、高出力形電池であるコンデンサ９がチョッパ１０を
介して並列に接続されている。
車の電気システムを示したもので、図１６と同じ構成要
素は同じ番号で示してある。図１７において、１１はエ
ンジン、１２は発電機、１３はコンバータである。１４
は電池であり、発電機１２の発生電力と電動機２の消費
電力との差を吸収するために挿入される。このシリーズ
形では、エンジン１１、発電機１２、コンバータ１３に
よって車両走行用電力を発生し、この電力でインバータ
３を介し電動機２を駆動している。シリーズ形のシステ
ムは種々あるが、図示の例では、余剰電力吸収用の電池
として化学電池１４を使用した場合を示してある。この
電池１４は高出力形でないので、図１６の場合と同じ
く、高出力形電池であるコンデンサ９がチョッパ１０を
介して並列に接続されている。
【０００５】一般に、発電機の出力は、加減速時に必要
とする最大電力ではなく、定速走行時に必要とする電力
により決定されており、この電力は最大電力より小さ
い。このため、高出力を必要とする車両の加減速時に
は、コンデンサ９とチョッパ１０を介して電力の授受を
行う。化学電池１４は、発電機１２の発生電力と電動機
２及び図示されていない補機の消費電力の差の電力を吸
収する。エンジン１１を止めて、化学電池１４のみで走
行する場合、化学電池１４はある程度のエネルギーを持
った電池にする必要がある。
とする最大電力ではなく、定速走行時に必要とする電力
により決定されており、この電力は最大電力より小さ
い。このため、高出力を必要とする車両の加減速時に
は、コンデンサ９とチョッパ１０を介して電力の授受を
行う。化学電池１４は、発電機１２の発生電力と電動機
２及び図示されていない補機の消費電力の差の電力を吸
収する。エンジン１１を止めて、化学電池１４のみで走
行する場合、化学電池１４はある程度のエネルギーを持
った電池にする必要がある。
【０００６】図１８はパラレル形ハイブリッド電気自動
車の電気システムを示したもので、図１６、図１７と同
じ構成要素は同じ番号で示してある。１５はパラレル用
エンジン、１６は発電動機、１７は変速機、１８は化学
電池、１９はコンバータ（インバータ）、２０は高出力
形電池としての電気二重層コンデンサ、２１はチョッパ
をそれぞれ示す。パラレル形では、エンジン１５の動力
のみで変速機１７を介して走行する場合と、化学電池１
８の電力でコンバータ（インバータ）１９、発電動機１
６を介して走行する場合と、エンジン１５と電池１８と
の両方の動力で走行する場合とがあり、用途に応じて各
システムを使い分けている。パラレル形でも、車両制動
時の回生電力吸収用として、高出力形電池が必要であ
り、電池１８に対しチョッパ２１を介して電気二重層コ
ンデンサ２０を並列に接続している。
車の電気システムを示したもので、図１６、図１７と同
じ構成要素は同じ番号で示してある。１５はパラレル用
エンジン、１６は発電動機、１７は変速機、１８は化学
電池、１９はコンバータ（インバータ）、２０は高出力
形電池としての電気二重層コンデンサ、２１はチョッパ
をそれぞれ示す。パラレル形では、エンジン１５の動力
のみで変速機１７を介して走行する場合と、化学電池１
８の電力でコンバータ（インバータ）１９、発電動機１
６を介して走行する場合と、エンジン１５と電池１８と
の両方の動力で走行する場合とがあり、用途に応じて各
システムを使い分けている。パラレル形でも、車両制動
時の回生電力吸収用として、高出力形電池が必要であ
り、電池１８に対しチョッパ２１を介して電気二重層コ
ンデンサ２０を並列に接続している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前述の公知例で示した
ように、電気自動車の電源には、高エネルギー形と高出
力形の両性能を有する電池が必要である。高エネルギー
形電池は一充電当たりの走行距離性能を決め、高出力形
電池は加速性能や回生制動性能を決める。車両の制動毎
に制動エネルギーを電池に十分に回生できれば、電気自
動車の省エネルギー効果は非常に大きい。電気自動車
も、現在のエンジン自動車と運転操作は同じで、制動作
動回数は数万回以上に達する。電気自動車の省エネルギ
ー化を一層進めるためには、この数万回以上に及ぶ回数
の加減速動作に耐えることが必須となる。すなわち、電
池としては数万回以上に及ぶ大出力の充放電動作に耐え
ることが望まれる。しかし、現在の電池は化学電池が主
体であるため、数万回以上に及ぶ大出力の充放電動作は
困難で高々数千回程度が限度である。このため、現在の
電気自動車では、適当な期間毎に化学電池を交換する
か、あるいは電気二重層コンデンサ等の高出力形電池を
併用することが必須となっている。
ように、電気自動車の電源には、高エネルギー形と高出
力形の両性能を有する電池が必要である。高エネルギー
形電池は一充電当たりの走行距離性能を決め、高出力形
電池は加速性能や回生制動性能を決める。車両の制動毎
に制動エネルギーを電池に十分に回生できれば、電気自
動車の省エネルギー効果は非常に大きい。電気自動車
も、現在のエンジン自動車と運転操作は同じで、制動作
動回数は数万回以上に達する。電気自動車の省エネルギ
ー化を一層進めるためには、この数万回以上に及ぶ回数
の加減速動作に耐えることが必須となる。すなわち、電
池としては数万回以上に及ぶ大出力の充放電動作に耐え
ることが望まれる。しかし、現在の電池は化学電池が主
体であるため、数万回以上に及ぶ大出力の充放電動作は
困難で高々数千回程度が限度である。このため、現在の
電気自動車では、適当な期間毎に化学電池を交換する
か、あるいは電気二重層コンデンサ等の高出力形電池を
併用することが必須となっている。
【０００８】図１９は、電気自動車の運転モード（加速
運転、定速走行運転、減速運転モード）に応じて、
（ａ）車両速度Ｖ、（ｂ）インバータ入力Ｐi、（ｃ）
電気二重層コンデンサ電圧Ｖcとインバータ入力電圧
Ｖi、（ｄ）直流電源（化学電池）の出力Ｐsをそれぞれ
示している。また、図２０は図１６〜図１８で使用され
ているチョッパの一例について示したもので、図１６の
チョッパ１０を例示してある。１０ｂ，１０ｃはスイッ
チ部であり、トランジスタ１０ｂ１，１０ｃ１とダイオ
ード１０ｂ２，１０ｃ２がそれぞれ逆並列接続されてい
る。１０ａは電流平滑リアクトル、１０ｄは電圧平滑コ
ンデンサである。
運転、定速走行運転、減速運転モード）に応じて、
（ａ）車両速度Ｖ、（ｂ）インバータ入力Ｐi、（ｃ）
電気二重層コンデンサ電圧Ｖcとインバータ入力電圧
Ｖi、（ｄ）直流電源（化学電池）の出力Ｐsをそれぞれ
示している。また、図２０は図１６〜図１８で使用され
ているチョッパの一例について示したもので、図１６の
チョッパ１０を例示してある。１０ｂ，１０ｃはスイッ
チ部であり、トランジスタ１０ｂ１，１０ｃ１とダイオ
ード１０ｂ２，１０ｃ２がそれぞれ逆並列接続されてい
る。１０ａは電流平滑リアクトル、１０ｄは電圧平滑コ
ンデンサである。
【０００９】電気自動車と言えども、従来のエンジン車
とほぼ同様の使用目的を有することから、一充電走行距
離が長いこと、加減速性能が良いこと、燃費が良いこ
と、機器が小形・軽量であること、更には価格が安いこ
とが求められる。この点、電気二重層コンデンサ等の高
出力形電池の併用やハイブリッド化によって走行性能、
燃費は大幅に改善されている。しかし、ここで大きな問
題となるのは、高出力形電池部、特に図２０に示したよ
うなチョッパ部である。このチョッパ部は高出力形で電
動機駆動用インバータとほぼ同じ容量のものが必要とな
るので、その小形軽量化、価格低減が大きな課題となっ
ている。
とほぼ同様の使用目的を有することから、一充電走行距
離が長いこと、加減速性能が良いこと、燃費が良いこ
と、機器が小形・軽量であること、更には価格が安いこ
とが求められる。この点、電気二重層コンデンサ等の高
出力形電池の併用やハイブリッド化によって走行性能、
燃費は大幅に改善されている。しかし、ここで大きな問
題となるのは、高出力形電池部、特に図２０に示したよ
うなチョッパ部である。このチョッパ部は高出力形で電
動機駆動用インバータとほぼ同じ容量のものが必要とな
るので、その小形軽量化、価格低減が大きな課題となっ
ている。
【００１０】そこで本発明は、高出力形電池部のうち特
にチョッパ部の構成を改良し、システム機器の小形軽量
化、低価格化、システム効率の向上を可能にした電気自
動車の電気システムを提供しようとするものである。
にチョッパ部の構成を改良し、システム機器の小形軽量
化、低価格化、システム効率の向上を可能にした電気自
動車の電気システムを提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】多相インバータの動作モ
ードに、零電圧ベクトル出力がある。この出力モード
は、図２１に示すインバータ３のＰ側スイッチアーム３
１ａ，３１ｂ，３１ｃまたはＮ側スイッチアーム３２
ａ，３２ｂ，３２ｃを同時にオンするモードである。す
なわち、多相電動機の全端子電圧（線間）が同時に零と
なるモードである。このインバータの零電圧ベクトルモ
ードのスイッチング動作を利用し、更に多相交流電動機
の中性点とインバータの直流入力側の一端との間に直流
電源を接続し、インバータの零電圧ベクトルモードのス
イッチング動作期間に直流電源とインバータの直流入力
側との間で零相電力を授受する方法が、既に提案されて
いる。
ードに、零電圧ベクトル出力がある。この出力モード
は、図２１に示すインバータ３のＰ側スイッチアーム３
１ａ，３１ｂ，３１ｃまたはＮ側スイッチアーム３２
ａ，３２ｂ，３２ｃを同時にオンするモードである。す
なわち、多相電動機の全端子電圧（線間）が同時に零と
なるモードである。このインバータの零電圧ベクトルモ
ードのスイッチング動作を利用し、更に多相交流電動機
の中性点とインバータの直流入力側の一端との間に直流
電源を接続し、インバータの零電圧ベクトルモードのス
イッチング動作期間に直流電源とインバータの直流入力
側との間で零相電力を授受する方法が、既に提案されて
いる。
【００１２】図２２はこの基本システムを示す図であ
り、１ａは第１の直流電源、２ａは三相電動機、３ａは
電圧形インバータ、３１ａはインバータの入力コンデン
サである。電動機２ａの各相の巻線２ａ１の一端をイン
バータ３aに接続し、他端は全巻線を一括接続して中性
点２ａ２を作る。この中性点２ａ２とインバータ３ａの
直流入力側の一端（図ではＮ極側）との間に、第２の直
流電源１ｂを接続する。このような構成において、イン
バータ３ａにより零電圧ベクトルを出力させると、直流
電源１ｂの電圧は電動機２ａの各入力端子から見ると零
相電圧となる。この回路の正相分等価回路は、従来と同
じ三相インバータによる電動機２ａの駆動回路である
が、零相分等価回路を考えると、インバータ３ａの３ア
ームはあたかも零電圧ベクトルの比でスイッチング動作
する１つのアームとみなされ、２象限チョッパとして作
用するので、インバータ３ａにより零相電圧を制御する
ことで、２象限チョッパの動作を実現することができ
る。つまり、図２２の回路によれば、インバータ３ａに
よる零電圧ベクトルモードの動作により、直流電源１ｂ
とコンデンサ３１ａとの間で直流電力を授受することに
なる。なお、チョッパ用リアクトルは巻線２ａ１のリア
クトルを利用する。このシステムによれば、インバータ
３ａの直流入力電圧を可変にできることから、インバー
タ駆動システムの性能改善、システムの小形軽量化、低
価格化が可能になる。
り、１ａは第１の直流電源、２ａは三相電動機、３ａは
電圧形インバータ、３１ａはインバータの入力コンデン
サである。電動機２ａの各相の巻線２ａ１の一端をイン
バータ３aに接続し、他端は全巻線を一括接続して中性
点２ａ２を作る。この中性点２ａ２とインバータ３ａの
直流入力側の一端（図ではＮ極側）との間に、第２の直
流電源１ｂを接続する。このような構成において、イン
バータ３ａにより零電圧ベクトルを出力させると、直流
電源１ｂの電圧は電動機２ａの各入力端子から見ると零
相電圧となる。この回路の正相分等価回路は、従来と同
じ三相インバータによる電動機２ａの駆動回路である
が、零相分等価回路を考えると、インバータ３ａの３ア
ームはあたかも零電圧ベクトルの比でスイッチング動作
する１つのアームとみなされ、２象限チョッパとして作
用するので、インバータ３ａにより零相電圧を制御する
ことで、２象限チョッパの動作を実現することができ
る。つまり、図２２の回路によれば、インバータ３ａに
よる零電圧ベクトルモードの動作により、直流電源１ｂ
とコンデンサ３１ａとの間で直流電力を授受することに
なる。なお、チョッパ用リアクトルは巻線２ａ１のリア
クトルを利用する。このシステムによれば、インバータ
３ａの直流入力電圧を可変にできることから、インバー
タ駆動システムの性能改善、システムの小形軽量化、低
価格化が可能になる。
【００１３】本発明は、上記原理に基づくものであり、
電動機の巻線の一端を一括接続して電動機巻線の中性点
を構成し、この中性点とインバータの直流入力端子間に
電気二重層コンデンサや電気化学コンデンサ等の電圧可
変形エネルギー貯蔵素子を接続する。また、車載直流電
源を電圧可変形エネルギー貯蔵素子の両端またはインバ
ータの入力コンデンサの両端に接続する。そして、イン
バータを零電圧ベクトルモードで動作させ、かつ、電動
機巻線をリアクトルとして使用することで、インバータ
の半導体スイッチをチョッパスイッチとして使用し、入
力コンデンサとインバータとの間で等価的なチョッパを
構成するものである。これにより、従来の高出力形電池
部において必要とされたチョッパ部を不要にし、システ
ムの小形軽量化、低価格化を図っている。なお、電気自
動車の動力は、化学電池やエンジン発電機、燃料電池等
の車載直流電源からインバータを介して電動機を駆動す
ることにより発生させ、補機電動機の電力は電圧可変形
エネルギー貯蔵素子やインバータの入力コンデンサから
供給する。
電動機の巻線の一端を一括接続して電動機巻線の中性点
を構成し、この中性点とインバータの直流入力端子間に
電気二重層コンデンサや電気化学コンデンサ等の電圧可
変形エネルギー貯蔵素子を接続する。また、車載直流電
源を電圧可変形エネルギー貯蔵素子の両端またはインバ
ータの入力コンデンサの両端に接続する。そして、イン
バータを零電圧ベクトルモードで動作させ、かつ、電動
機巻線をリアクトルとして使用することで、インバータ
の半導体スイッチをチョッパスイッチとして使用し、入
力コンデンサとインバータとの間で等価的なチョッパを
構成するものである。これにより、従来の高出力形電池
部において必要とされたチョッパ部を不要にし、システ
ムの小形軽量化、低価格化を図っている。なお、電気自
動車の動力は、化学電池やエンジン発電機、燃料電池等
の車載直流電源からインバータを介して電動機を駆動す
ることにより発生させ、補機電動機の電力は電圧可変形
エネルギー貯蔵素子やインバータの入力コンデンサから
供給する。
【００１４】
【発明の実施形態】以下、本発明の実施形態を図に沿っ
て説明する。図１は、請求項１に記載した発明の実施形
態を説明する図である。図において、１０１は三相電圧
形インバータであり、図１６のインバータ３に対応して
いる。１０２はインバータの入力コンデンサ、１０３は
三相の車両駆動用交流電動機である。１０４は電動機１
０３の巻線であり、各相巻線の一端はインバータ１０１
に接続され、他端は一括接続して中性点１０３ａを構成
する。１０５は電圧可変形エネルギー貯蔵素子であり、
その一端は電動機巻線の中性点１０３ａに接続され、他
端はインバータ入力端子のＮ極側に接続されている。１
０６は車載直流電源であり、電圧可変形エネルギー貯蔵
素子１０５の両端に接続されている。図１の例では、電
圧可変形エネルギー貯蔵素子１０５の一端をインバータ
入力端子のＮ極側に接続してあるが、Ｐ極側に接続する
ことも可能である。
て説明する。図１は、請求項１に記載した発明の実施形
態を説明する図である。図において、１０１は三相電圧
形インバータであり、図１６のインバータ３に対応して
いる。１０２はインバータの入力コンデンサ、１０３は
三相の車両駆動用交流電動機である。１０４は電動機１
０３の巻線であり、各相巻線の一端はインバータ１０１
に接続され、他端は一括接続して中性点１０３ａを構成
する。１０５は電圧可変形エネルギー貯蔵素子であり、
その一端は電動機巻線の中性点１０３ａに接続され、他
端はインバータ入力端子のＮ極側に接続されている。１
０６は車載直流電源であり、電圧可変形エネルギー貯蔵
素子１０５の両端に接続されている。図１の例では、電
圧可変形エネルギー貯蔵素子１０５の一端をインバータ
入力端子のＮ極側に接続してあるが、Ｐ極側に接続する
ことも可能である。
【００１５】車載直流電源１０６には、請求項１６〜１
８に記載するように、化学電池、燃料電池、エンジン発
電機（エンジンと発電機と整流器とにより構成された直
流電源）等が用いられる。特に、車載直流電源１０６と
しては可変電圧源であることが望ましい。また、電圧可
変形エネルギー貯蔵素子には、請求項１０に記載するよ
うに電気二重コンデンサや電気化学コンデンサを使用す
る。
８に記載するように、化学電池、燃料電池、エンジン発
電機（エンジンと発電機と整流器とにより構成された直
流電源）等が用いられる。特に、車載直流電源１０６と
しては可変電圧源であることが望ましい。また、電圧可
変形エネルギー貯蔵素子には、請求項１０に記載するよ
うに電気二重コンデンサや電気化学コンデンサを使用す
る。
【００１６】次に、この実施形態の動作を図２を用いて
説明する。図２は１相（ａ相）分につき等価的に示した
もので、他相についても同じである。図２において、図
１と同じ構成要素は同じ番号で示してある。なお、イン
バータ１０１はトランジスタインバータで示してある。
図２において、１０４ａ１は電動機１０３のａ相巻線、
１０４ａ２は巻線１０４ａの逆起電力を等価的に示した
もので、その大きさをＶmで示してある。１０１ａはイ
ンバータ１０１のａ相のスイッチアームである。１０１
ａ１，１０１ａ２はトランジスタ，１０１ａ３，１０１
ａ４はダイオードであり、これらのダイオード１０１ａ
３，１０１ａ４はトランジスタ１０１ａ１，１０１ａ２
にそれぞれ逆並列接続されている。電圧可変形エネルギ
ー貯蔵素子１０５の電圧はＶcで示してあり、その極性
は図示のとおりである。インバータ１０１の入力電圧は
Ｖiで示してあり、その極性は図示のとおりである。
説明する。図２は１相（ａ相）分につき等価的に示した
もので、他相についても同じである。図２において、図
１と同じ構成要素は同じ番号で示してある。なお、イン
バータ１０１はトランジスタインバータで示してある。
図２において、１０４ａ１は電動機１０３のａ相巻線、
１０４ａ２は巻線１０４ａの逆起電力を等価的に示した
もので、その大きさをＶmで示してある。１０１ａはイ
ンバータ１０１のａ相のスイッチアームである。１０１
ａ１，１０１ａ２はトランジスタ，１０１ａ３，１０１
ａ４はダイオードであり、これらのダイオード１０１ａ
３，１０１ａ４はトランジスタ１０１ａ１，１０１ａ２
にそれぞれ逆並列接続されている。電圧可変形エネルギ
ー貯蔵素子１０５の電圧はＶcで示してあり、その極性
は図示のとおりである。インバータ１０１の入力電圧は
Ｖiで示してあり、その極性は図示のとおりである。
【００１７】電動機１０３を駆動している時の動作を、
図２により説明する。Ｖc＜Ｖm，Ｖi＞Ｖcの状態でトラ
ンジスタ１０１ａ２をオンすると、図の破線方向にリア
クトル電流（巻線１０４ａ１の電流）Ｉlが流れ、この
電流は次第に増加して行く。トランジスタ１０１ａ２を
オフすると、リアクトル電流Ｉlは一点鎖線で示すよう
にダイオード１０１ａ３を通ってコンデンサ１０２を充
電し、次第に減少する。すなわち、電圧可変形エネルギ
ー貯蔵素子１０５に蓄積されていたエネルギーは、イン
バータ入力回路のコンデンサ１０２に転送される。この
入力コンデンサ１０２に転送されたエネルギーは、イン
バータ１０１の通常のインバータ動作によって電動機１
０３を駆動する。図２では、トランジスタ１０１ａ１，
１０１ａ２、リアクトル（巻線１０４ａ１）は昇圧チョ
ッパとして動作する。
図２により説明する。Ｖc＜Ｖm，Ｖi＞Ｖcの状態でトラ
ンジスタ１０１ａ２をオンすると、図の破線方向にリア
クトル電流（巻線１０４ａ１の電流）Ｉlが流れ、この
電流は次第に増加して行く。トランジスタ１０１ａ２を
オフすると、リアクトル電流Ｉlは一点鎖線で示すよう
にダイオード１０１ａ３を通ってコンデンサ１０２を充
電し、次第に減少する。すなわち、電圧可変形エネルギ
ー貯蔵素子１０５に蓄積されていたエネルギーは、イン
バータ入力回路のコンデンサ１０２に転送される。この
入力コンデンサ１０２に転送されたエネルギーは、イン
バータ１０１の通常のインバータ動作によって電動機１
０３を駆動する。図２では、トランジスタ１０１ａ１，
１０１ａ２、リアクトル（巻線１０４ａ１）は昇圧チョ
ッパとして動作する。
【００１８】ここで、電動機駆動時（電気自動車では加
速時に相当）に、車載直流電源１０６からの供給電力が
インバータ１０１の所要電力より小さいと、上述した動
作により電圧可変形エネルギー貯蔵素子１０５から電力
が放出されてインバータ１０１に注入される。すなわ
ち、インバータ入力電圧が規定値になるようチョッパ制
御を行って、電圧可変形エネルギー貯蔵素子１０５から
インバータ１０１の直流入力側に電力を移す。このよう
な制御により、加速時に必要な大きな電力を電圧可変形
エネルギー貯蔵素子１０５からインバータ１０１に供給
することができるので、車載直流電源１０６からは加速
電力よりも小さい車両走行時の平均的な電力を供給すれ
ば良い。
速時に相当）に、車載直流電源１０６からの供給電力が
インバータ１０１の所要電力より小さいと、上述した動
作により電圧可変形エネルギー貯蔵素子１０５から電力
が放出されてインバータ１０１に注入される。すなわ
ち、インバータ入力電圧が規定値になるようチョッパ制
御を行って、電圧可変形エネルギー貯蔵素子１０５から
インバータ１０１の直流入力側に電力を移す。このよう
な制御により、加速時に必要な大きな電力を電圧可変形
エネルギー貯蔵素子１０５からインバータ１０１に供給
することができるので、車載直流電源１０６からは加速
電力よりも小さい車両走行時の平均的な電力を供給すれ
ば良い。
【００１９】次に、電動機１０３が減速している時の動
作を図３により説明する。図３は図２に対応したもので
あり、図２と同じ構成要素は同じ番号で示してある。Ｖ
i＞（Ｖc＋Ｖm）の状態でトランジスタ１０１ａ１をオ
ンすると、同図の破線のようにリアクトル電流Ｉlが流
れ、かつ増加する。トランジスタ１０１ａ１をオフする
と、リアクトル電流Ｉlは同図の一点鎖線で示すように
ダイオード１０１ａ４を通って流れる。Ｖc＜Ｖmである
から、リアクトル電流Ｉlは次第に減少して行く。図３
では、トランジスタ１０１ａ１，１０１ａ２、リアクト
ル（巻線１０４ａ１）は降圧チョッパとして動作する。
すなわち、入力コンデンサ１０２の電力が電圧可変形エ
ネルギー貯蔵素子１０５に転送され、電圧可変形エネル
ギー貯蔵素子１０５を充電する。電気自動車の制動時に
は、制動電力は入力コンデンサ１０２に蓄えられるが、
この回生電力は上述した降圧チョッパ動作によって電圧
可変形エネルギー貯蔵素子１０５に転送される。加速時
と同じように、回生電力の大部分を電圧可変形エネルギ
ー貯蔵素子１０５に充電するように制御すると、車載直
流電源１０６への回生電力は小さくすることができる。
すなわち、電気自動車の回生電力の殆どを電圧可変形エ
ネルギー貯蔵素子１０５に充電することによって、車載
直流電源１０６への回生電力はほぼ零かあるいは非常に
小さくすることができる。この動作は、請求項１５に記
載した発明の実施形態に相当する。
作を図３により説明する。図３は図２に対応したもので
あり、図２と同じ構成要素は同じ番号で示してある。Ｖ
i＞（Ｖc＋Ｖm）の状態でトランジスタ１０１ａ１をオ
ンすると、同図の破線のようにリアクトル電流Ｉlが流
れ、かつ増加する。トランジスタ１０１ａ１をオフする
と、リアクトル電流Ｉlは同図の一点鎖線で示すように
ダイオード１０１ａ４を通って流れる。Ｖc＜Ｖmである
から、リアクトル電流Ｉlは次第に減少して行く。図３
では、トランジスタ１０１ａ１，１０１ａ２、リアクト
ル（巻線１０４ａ１）は降圧チョッパとして動作する。
すなわち、入力コンデンサ１０２の電力が電圧可変形エ
ネルギー貯蔵素子１０５に転送され、電圧可変形エネル
ギー貯蔵素子１０５を充電する。電気自動車の制動時に
は、制動電力は入力コンデンサ１０２に蓄えられるが、
この回生電力は上述した降圧チョッパ動作によって電圧
可変形エネルギー貯蔵素子１０５に転送される。加速時
と同じように、回生電力の大部分を電圧可変形エネルギ
ー貯蔵素子１０５に充電するように制御すると、車載直
流電源１０６への回生電力は小さくすることができる。
すなわち、電気自動車の回生電力の殆どを電圧可変形エ
ネルギー貯蔵素子１０５に充電することによって、車載
直流電源１０６への回生電力はほぼ零かあるいは非常に
小さくすることができる。この動作は、請求項１５に記
載した発明の実施形態に相当する。
【００２０】上述したインバータ１０１の昇圧チョッパ
動作、降圧チョッパ動作は、請求項７に記載するよう
に、インバータ１０１に零電圧ベクトルモードの動作を
行わせることによって可能であり、この零電圧ベクトル
出力時には、インバータ１０１の各相のスイッチアーム
を、等価的に図２、図３に示すような単一のスイッチア
ームと見なすことができる。このスイッチアーム及びリ
アクトルからなるチョッパの昇圧、降圧動作により、電
動機１０３の駆動時、制動時に電圧可変形エネルギー貯
蔵素子１０５と入力コンデンサ１０２との間で電力の授
受を行うものであるから、車載直流電源１０６にとって
は充放電の責務が大幅に軽減されることになる。
動作、降圧チョッパ動作は、請求項７に記載するよう
に、インバータ１０１に零電圧ベクトルモードの動作を
行わせることによって可能であり、この零電圧ベクトル
出力時には、インバータ１０１の各相のスイッチアーム
を、等価的に図２、図３に示すような単一のスイッチア
ームと見なすことができる。このスイッチアーム及びリ
アクトルからなるチョッパの昇圧、降圧動作により、電
動機１０３の駆動時、制動時に電圧可変形エネルギー貯
蔵素子１０５と入力コンデンサ１０２との間で電力の授
受を行うものであるから、車載直流電源１０６にとって
は充放電の責務が大幅に軽減されることになる。
【００２１】図４は図１９と同様に、図２、図３の動作
について、電気自動車の運転モード（加速運転、定速走
行運転、減速運転モード）に対応する（ａ）車両速度
Ｖ、（ｂ）インバータの入力Ｐi、（ｃ）電圧可変形エ
ネルギー貯蔵素子１０５の電圧Ｖcとインバータ入力電
圧Ｖi、（ｄ）車載直流電源１０６の出力Ｐsを示してい
る。この図は、請求項１２に対応した実施形態を説明す
る図である。図４を見ると、図１９と酷似していること
がわかる。すなわち、図１の構成でインバータ１０１を
チョッパ動作させることにより、図１９と同じ機能を持
たせることができる。図４では、電圧可変形エネルギー
貯蔵素子１０５の電圧は可変となっているが、請求項１
２に示すように、一定でも動作可能である。また、図４
の例ではインバータ入力電圧を一定としているが、請求
項１２に示すように可変にしても良い。
について、電気自動車の運転モード（加速運転、定速走
行運転、減速運転モード）に対応する（ａ）車両速度
Ｖ、（ｂ）インバータの入力Ｐi、（ｃ）電圧可変形エ
ネルギー貯蔵素子１０５の電圧Ｖcとインバータ入力電
圧Ｖi、（ｄ）車載直流電源１０６の出力Ｐsを示してい
る。この図は、請求項１２に対応した実施形態を説明す
る図である。図４を見ると、図１９と酷似していること
がわかる。すなわち、図１の構成でインバータ１０１を
チョッパ動作させることにより、図１９と同じ機能を持
たせることができる。図４では、電圧可変形エネルギー
貯蔵素子１０５の電圧は可変となっているが、請求項１
２に示すように、一定でも動作可能である。また、図４
の例ではインバータ入力電圧を一定としているが、請求
項１２に示すように可変にしても良い。
【００２２】次に、図５は請求項２、請求項９に記載し
た発明の実施形態を示しており、図１と同じ構成要素に
は同じ番号を付してある。請求項１の発明と異なるの
は、インバータ１０１の入力コンデンサ１０２を１０２
ａ，１０２ｂに二分し、この中間点（インバータ直流入
力電圧の中間点）に電圧可変形エネルギー貯蔵素子１０
５の一端を接続した点にある。図６は、この実施形態に
おけるチョッパの動作を図２、図３に対応させて示した
ものである。この実施形態では、二分割した入力コンデ
ンサ１０２ａ，１０２ｂの中間点に電圧可変形エネルギ
ー貯蔵素子１０５の一端を接続しているので、図２、図
３の説明でＶiをＶi／２に読み替えれば、図６の動作は
図２、図３の動作と同じとなる。このため、詳細な説明
は省略する。
た発明の実施形態を示しており、図１と同じ構成要素に
は同じ番号を付してある。請求項１の発明と異なるの
は、インバータ１０１の入力コンデンサ１０２を１０２
ａ，１０２ｂに二分し、この中間点（インバータ直流入
力電圧の中間点）に電圧可変形エネルギー貯蔵素子１０
５の一端を接続した点にある。図６は、この実施形態に
おけるチョッパの動作を図２、図３に対応させて示した
ものである。この実施形態では、二分割した入力コンデ
ンサ１０２ａ，１０２ｂの中間点に電圧可変形エネルギ
ー貯蔵素子１０５の一端を接続しているので、図２、図
３の説明でＶiをＶi／２に読み替えれば、図６の動作は
図２、図３の動作と同じとなる。このため、詳細な説明
は省略する。
【００２３】図７は、請求項３に記載した発明の実施形
態を示す図である。なお、図１、図５と同じ構成要素に
は同じ番号を付してある。図７において、１０７は半導
体スイッチアームであり、直列接続された２個のトラン
ジスタ１０７ｂ，１０７ｃと、これらに逆並列接続され
たダイオード１０７ｄ，１０７ｅとを有する。そして、
トランジスタ１０７ｂ，１０７ｃの中間点１０７ａと電
圧可変形エネルギー貯蔵素子１０５の一端とが接続され
ている。
態を示す図である。なお、図１、図５と同じ構成要素に
は同じ番号を付してある。図７において、１０７は半導
体スイッチアームであり、直列接続された２個のトラン
ジスタ１０７ｂ，１０７ｃと、これらに逆並列接続され
たダイオード１０７ｄ，１０７ｅとを有する。そして、
トランジスタ１０７ｂ，１０７ｃの中間点１０７ａと電
圧可変形エネルギー貯蔵素子１０５の一端とが接続され
ている。
【００２４】図７の動作を、図８を参照して説明する。
この図８も、図２と同じく１相（ａ相）分について示し
ている。Ｖm＜Ｖc、Ｖc＜（Ｖi＋Ｖm）の条件でトラン
ジスタ１０７ｂをオンすると、図の破線方向にリアクト
ル電流Ｉlが流れ、このリアクトル電流Ｉlは増加して行
く。トランジスタ１０７ｂをオフすると、リアクトル電
流Ｉlは図の一点鎖線のルートに転流する。Ｖc＜（Ｖi
＋Ｖm）であるため、リアクトル電流Ｉlは減少して行
く。この実施形態では、スイッチアーム１０７と電動機
１０３のａ相巻線１０４ａ１とによってチョッパが構成
されており、請求項８に記載する如く、インバータ１０
１を零電圧ベクトルモードで動作させている間にスイッ
チアーム１０７をスイッチングすることによって、電圧
可変形エネルギー貯蔵素子１０５と入力コンデンサ１０
２との間でエネルギーの授受が行われる。電圧可変形エ
ネルギー貯蔵素子１０５、インバータ１０１、車載直流
電源１０６間の電力のやりとりも図２、図３と同じであ
るので、説明は省略する。なお、図８と図１では、チョ
ッパ動作可能な電圧条件が異なっている。
この図８も、図２と同じく１相（ａ相）分について示し
ている。Ｖm＜Ｖc、Ｖc＜（Ｖi＋Ｖm）の条件でトラン
ジスタ１０７ｂをオンすると、図の破線方向にリアクト
ル電流Ｉlが流れ、このリアクトル電流Ｉlは増加して行
く。トランジスタ１０７ｂをオフすると、リアクトル電
流Ｉlは図の一点鎖線のルートに転流する。Ｖc＜（Ｖi
＋Ｖm）であるため、リアクトル電流Ｉlは減少して行
く。この実施形態では、スイッチアーム１０７と電動機
１０３のａ相巻線１０４ａ１とによってチョッパが構成
されており、請求項８に記載する如く、インバータ１０
１を零電圧ベクトルモードで動作させている間にスイッ
チアーム１０７をスイッチングすることによって、電圧
可変形エネルギー貯蔵素子１０５と入力コンデンサ１０
２との間でエネルギーの授受が行われる。電圧可変形エ
ネルギー貯蔵素子１０５、インバータ１０１、車載直流
電源１０６間の電力のやりとりも図２、図３と同じであ
るので、説明は省略する。なお、図８と図１では、チョ
ッパ動作可能な電圧条件が異なっている。
【００２５】次に、図９は請求項４に記載した発明の実
施形態を示すものである。この実施形態は、図１の実施
形態において電圧可変形エネルギー貯蔵素子１０５の両
端に接続されていた車載直流電源１０６を、インバータ
１０１の直流入力側に接続したもので、インバータ１０
１のチョッパ動作は図２、図３の場合と同じである。イ
ンバータ１０１への平均的な電力は車載直流電源１０６
から供給される。電圧可変形エネルギー貯蔵素子１０５
と入力コンデンサ１０２との間の電力の授受は図１の実
施形態と同じであるので、説明を省略する。電圧可変形
エネルギー貯蔵素子１０５へのエネルギーの注入・放出
を零にするには、インバータ１０１のチョッパ動作を停
止すればよい。すなわち、インバータ１０１による零電
圧ベクトルの出力を停止させればよい。チョッパ動作を
停止すると、電圧可変形エネルギー貯蔵素子１０５の電
流Ｉcが零になり、入力コンデンサ１０２との間でのエ
ネルギーの授受がなくなる。インバータ１０１の所要入
力に対して、電圧可変形エネルギー貯蔵素子１０５から
の放出電力が下回った時には、その不足分が車載直流電
源１０６から供給されることになる。
施形態を示すものである。この実施形態は、図１の実施
形態において電圧可変形エネルギー貯蔵素子１０５の両
端に接続されていた車載直流電源１０６を、インバータ
１０１の直流入力側に接続したもので、インバータ１０
１のチョッパ動作は図２、図３の場合と同じである。イ
ンバータ１０１への平均的な電力は車載直流電源１０６
から供給される。電圧可変形エネルギー貯蔵素子１０５
と入力コンデンサ１０２との間の電力の授受は図１の実
施形態と同じであるので、説明を省略する。電圧可変形
エネルギー貯蔵素子１０５へのエネルギーの注入・放出
を零にするには、インバータ１０１のチョッパ動作を停
止すればよい。すなわち、インバータ１０１による零電
圧ベクトルの出力を停止させればよい。チョッパ動作を
停止すると、電圧可変形エネルギー貯蔵素子１０５の電
流Ｉcが零になり、入力コンデンサ１０２との間でのエ
ネルギーの授受がなくなる。インバータ１０１の所要入
力に対して、電圧可変形エネルギー貯蔵素子１０５から
の放出電力が下回った時には、その不足分が車載直流電
源１０６から供給されることになる。
【００２６】図１０は、請求項５に記載した発明の実施
形態を示すもので、図５の電圧可変形エネルギー貯蔵素
子１０５の両端に接続されていた車載直流電源１０６を
インバータ１０１の直流入力側に接続したものである。
インバータ１０１のチョッパ動作、車載直流電源１０６
からの電力の供給は、図５の実施形態と同じである。
形態を示すもので、図５の電圧可変形エネルギー貯蔵素
子１０５の両端に接続されていた車載直流電源１０６を
インバータ１０１の直流入力側に接続したものである。
インバータ１０１のチョッパ動作、車載直流電源１０６
からの電力の供給は、図５の実施形態と同じである。
【００２７】図１１は、請求項６に記載した発明の実施
形態を示すもので、図７の電圧可変形エネルギー貯蔵素
子１０５の両端に接続されていた車載直流電源１０６を
スイッチアーム１０７の両端に接続したものである。ス
イッチアーム１０７のチョッパ動作、車載直流電源１０
６からの電力の供給等は、図７の実施形態と同じであ
る。
形態を示すもので、図７の電圧可変形エネルギー貯蔵素
子１０５の両端に接続されていた車載直流電源１０６を
スイッチアーム１０７の両端に接続したものである。ス
イッチアーム１０７のチョッパ動作、車載直流電源１０
６からの電力の供給等は、図７の実施形態と同じであ
る。
【００２８】図１２は、請求項１１に記載した発明の実
施形態を示すもので、前述の各実施形態と同じ構成要素
は同じ番号で示してある。一般に、電圧可変形エネルギ
ー貯蔵素子はインバータのスイッチング周波数に対応で
きる高周波形の性能には不十分である。すなわち、高周
波インピーダンスが大きいため、インバータのスイッチ
ング周波数で使用すると、電圧可変形エネルギー貯蔵素
子の端子電圧の上昇や損失が増大する。このため、本実
施形態では高周波電流吸収用のコンデンサを電圧可変形
エネルギー貯蔵素子１０５に並列に接続することとし
た。図１２において、１０５ａが高周波電流吸収用コン
デンサである。
施形態を示すもので、前述の各実施形態と同じ構成要素
は同じ番号で示してある。一般に、電圧可変形エネルギ
ー貯蔵素子はインバータのスイッチング周波数に対応で
きる高周波形の性能には不十分である。すなわち、高周
波インピーダンスが大きいため、インバータのスイッチ
ング周波数で使用すると、電圧可変形エネルギー貯蔵素
子の端子電圧の上昇や損失が増大する。このため、本実
施形態では高周波電流吸収用のコンデンサを電圧可変形
エネルギー貯蔵素子１０５に並列に接続することとし
た。図１２において、１０５ａが高周波電流吸収用コン
デンサである。
【００２９】次に、図１３は請求項１９に記載した発明
の実施形態を示すもので、クーラー等の補機を補機用電
動機によって駆動するための車両用補助電源１０８ａを
電圧可変形エネルギー貯蔵素子１０５の両端に接続した
システムであり、主要部の構成は図１の例で示してあ
る。この実施形態は、図５、図７、図９、図１０、図１
１、図１２の実施形態にも適用可能である。
の実施形態を示すもので、クーラー等の補機を補機用電
動機によって駆動するための車両用補助電源１０８ａを
電圧可変形エネルギー貯蔵素子１０５の両端に接続した
システムであり、主要部の構成は図１の例で示してあ
る。この実施形態は、図５、図７、図９、図１０、図１
１、図１２の実施形態にも適用可能である。
【００３０】図１４は、請求項２０に記載した発明の実
施形態を示すもので、車両用補助電源１０８ｂをインバ
ータ１０１の入力コンデンサ１０２の両端に接続したシ
ステムであり、主要部の構成は図１の例で示してある。
この実施形態も、図５、図７、図９、図１０、図１１、
図１２の実施形態に適用可能である。
施形態を示すもので、車両用補助電源１０８ｂをインバ
ータ１０１の入力コンデンサ１０２の両端に接続したシ
ステムであり、主要部の構成は図１の例で示してある。
この実施形態も、図５、図７、図９、図１０、図１１、
図１２の実施形態に適用可能である。
【００３１】図１５は、請求項２１に記載した発明の実
施形態を示すもので、車両用補助電源１０８ｃを車載直
流電源１０６に接続したシステムであり、主要部の構成
は図１の例で示してある。この実施形態も、図５、図
７、図９、図１０、図１１、図１２の実施形態に適用可
能である。
施形態を示すもので、車両用補助電源１０８ｃを車載直
流電源１０６に接続したシステムであり、主要部の構成
は図１の例で示してある。この実施形態も、図５、図
７、図９、図１０、図１１、図１２の実施形態に適用可
能である。
【００３２】次に、電圧可変形エネルギー貯蔵素子１０
５の電圧Ｖc、インバータ１０１の入力電圧Ｖi、電動機
１０３の端子電圧（線間、実効値）Ｖmの関係について
説明する。図１の実施形態では、請求項２２に示すよう
に、これらを次式のごとく設定し、インバータ１０１は
通常のＰＷＭ制御を行う。 Ｖi≧Ｖc＋Ｖm／√３ Ｖi−Ｖm／√３≧Ｖc≧Ｖm／√３ また、図５の実施形態では、請求項２３に示すように、
これらを次式のごとく設定し、インバータ１０１は通常
のＰＷＭ制御を行う。 Ｖi／２− Ｖm／√３≧Ｖc≧Ｖm／√３− Ｖi／２ Ｖi≧２（Ｖc＋Ｖm／√３） 更に、図７の実施形態では、請求項２４に示すように、
次式のごとく設定し、インバータ１０１は通常のＰＷＭ
制御を行う。 Ｖi≧Ｖc＋Ｖm／√３ ０≦ Ｖc≦Ｖi−Ｖm／√３ ここで、図７の実施形態においては、請求項２５に示す
ように、次式のごとく設定しても良い。この場合、イン
バータ１０１は通常のＰＡＭ制御を行う。 Ｖi≧Ｖc＋Ｖm／√３ ０≦ Ｖc≦Ｖi／３
５の電圧Ｖc、インバータ１０１の入力電圧Ｖi、電動機
１０３の端子電圧（線間、実効値）Ｖmの関係について
説明する。図１の実施形態では、請求項２２に示すよう
に、これらを次式のごとく設定し、インバータ１０１は
通常のＰＷＭ制御を行う。 Ｖi≧Ｖc＋Ｖm／√３ Ｖi−Ｖm／√３≧Ｖc≧Ｖm／√３ また、図５の実施形態では、請求項２３に示すように、
これらを次式のごとく設定し、インバータ１０１は通常
のＰＷＭ制御を行う。 Ｖi／２− Ｖm／√３≧Ｖc≧Ｖm／√３− Ｖi／２ Ｖi≧２（Ｖc＋Ｖm／√３） 更に、図７の実施形態では、請求項２４に示すように、
次式のごとく設定し、インバータ１０１は通常のＰＷＭ
制御を行う。 Ｖi≧Ｖc＋Ｖm／√３ ０≦ Ｖc≦Ｖi−Ｖm／√３ ここで、図７の実施形態においては、請求項２５に示す
ように、次式のごとく設定しても良い。この場合、イン
バータ１０１は通常のＰＡＭ制御を行う。 Ｖi≧Ｖc＋Ｖm／√３ ０≦ Ｖc≦Ｖi／３
【００３３】
【発明の効果】以上述べたように、本発明では、交流電
動機の巻線の中性点とインバータの直流入力側との間に
キャパシタのような電圧可変形エネルギー貯蔵素子を接
続し、電動機の巻線をリアクトルとして使用すると共
に、インバータによる零電圧ベクトルモードの動作を利
用して、インバータや半導体スイッチアームをチョッパ
として動作させている。そして、上記チョッパ動作によ
り、電気自動車の加速時（駆動時）には主として電圧可
変形エネルギー貯蔵素子のエネルギーを放出し、また、
減速時（制動時）には車体の運動エネルギーを電圧可変
形エネルギー貯蔵素子に吸収するようにしたものであ
る。
動機の巻線の中性点とインバータの直流入力側との間に
キャパシタのような電圧可変形エネルギー貯蔵素子を接
続し、電動機の巻線をリアクトルとして使用すると共
に、インバータによる零電圧ベクトルモードの動作を利
用して、インバータや半導体スイッチアームをチョッパ
として動作させている。そして、上記チョッパ動作によ
り、電気自動車の加速時（駆動時）には主として電圧可
変形エネルギー貯蔵素子のエネルギーを放出し、また、
減速時（制動時）には車体の運動エネルギーを電圧可変
形エネルギー貯蔵素子に吸収するようにしたものであ
る。
【００３４】このため、 １）従来必要であったチョッパやチョッパ用リアクトル
を省略できる、 ２）インバータの直流入力電圧を可変にすることができ
る、等の効果があり、更に、次の大きな効果がある。 ３）システム機器の大幅な小形軽量化、低価格化を図る
ことができる。 ４）インバータを最適な電圧値で動作させることができ
るので、システム効率が大幅に向上する。 これらにより、電気自動車の普及・発展に大きく貢献す
ることができる。
を省略できる、 ２）インバータの直流入力電圧を可変にすることができ
る、等の効果があり、更に、次の大きな効果がある。 ３）システム機器の大幅な小形軽量化、低価格化を図る
ことができる。 ４）インバータを最適な電圧値で動作させることができ
るので、システム効率が大幅に向上する。 これらにより、電気自動車の普及・発展に大きく貢献す
ることができる。
【図１】請求項１記載の発明の実施形態を示す図であ
る。
る。
【図２】図１における昇圧チョッパの動作を示す図であ
る。
る。
【図３】図１における降圧チョッパの動作を示す図であ
る。
る。
【図４】電気自動車の運転モードに応じた、図１の実施
形態の動作説明図である。
形態の動作説明図である。
【図５】請求項２、請求項９に記載した発明の実施形態
を示す図である。
を示す図である。
【図６】図５におけるチョッパの動作を示す図である。
【図７】請求項３に記載した発明の実施形態を示す図で
ある。
ある。
【図８】図７におけるチョッパの動作を示す図である。
【図９】請求項４に記載した発明の実施形態を示す図で
ある。
ある。
【図１０】請求項５に記載した発明の実施形態を示す図
である。
である。
【図１１】請求項６に記載した発明の実施形態を示す図
である。
である。
【図１２】請求項１１に記載した発明の実施形態を示す
図である。
図である。
【図１３】請求項１９に記載した発明の実施形態を示す
図である。
図である。
【図１４】請求項２０に記載した発明の実施形態を示す
図である。
図である。
【図１５】請求項２１に記載した発明の実施形態を示す
図である。
図である。
【図１６】電池を電源とする公知の電気自動車の電気シ
ステムを示す図である。
ステムを示す図である。
【図１７】シリーズ形ハイブリッド電気自動車の電気シ
ステムを示す図である。
ステムを示す図である。
【図１８】パラレル形ハイブリッド電気自動車の電気シ
ステムを示す図である。
ステムを示す図である。
【図１９】電気自動車の運転モードに応じた、図１６〜
図１８のシステムの動作説明図である。
図１８のシステムの動作説明図である。
【図２０】図１６におけるチョッパの構成図である。
【図２１】三相インバータの主回路構成図である。
【図２２】本発明の原理を示す電動機駆動回路図であ
る。
る。
１０１ 三相電圧形インバータ １０１ａ ａ相スイッチアーム １０１ａ１，１０１ａ２，１０７ｂ，１０７ｃ トラン
ジスタ １０１ａ３，１０１ａ４，１０７ｄ，１０７ｅ ダイオ
ード １０２，１０２ａ，１０２ｂ 入力コンデンサ １０３ 車両駆動用交流電動機 １０３ａ 中性点 １０４，１０４ａ１ 巻線 １０４ａ２ 逆起電力 １０５ 電圧可変形エネルギー貯蔵素子 １０５ａ 高周波電流吸収用コンデンサ １０６ 車載直流電源 １０７ 半導体スイッチアーム １０７ａ 中間点 １０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ 補助電源
ジスタ １０１ａ３，１０１ａ４，１０７ｄ，１０７ｅ ダイオ
ード １０２，１０２ａ，１０２ｂ 入力コンデンサ １０３ 車両駆動用交流電動機 １０３ａ 中性点 １０４，１０４ａ１ 巻線 １０４ａ２ 逆起電力 １０５ 電圧可変形エネルギー貯蔵素子 １０５ａ 高周波電流吸収用コンデンサ １０６ 車載直流電源 １０７ 半導体スイッチアーム １０７ａ 中間点 １０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ 補助電源
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−337087（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−337047（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−228443（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−98410（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B60L 11/18 H02M 7/5387
Claims (25)
- 【請求項１】 直流電圧が入力されて可変周波数の可変
交流電圧を出力する電圧形インバータの交流出力側に交
流電動機の巻線の一端を接続し、交流電動機の巻線の他
端を一括接続して電動機巻線の中性点を構成し、この中
性点と、インバータの直流入力端子の一端との間に電圧
可変形エネルギー貯蔵素子を接続し、この電圧可変形エ
ネルギー貯蔵素子の両端に車載直流電源を接続したこと
を特徴とする電気自動車の電気システム。 - 【請求項２】 直流電圧が入力されて可変周波数の可変
交流電圧を出力する電圧形インバータの交流出力側に交
流電動機の巻線の一端を接続し、交流電動機の巻線の他
端を一括接続して電動機巻線の中性点を構成し、この中
性点と、インバータの直流入力電圧の中間点との間に電
圧可変形エネルギー貯蔵素子を接続し、この電圧可変形
エネルギー貯蔵素子の両端に車載直流電源を接続したこ
とを特徴とする電気自動車の電気システム。 - 【請求項３】 直流電圧が入力されて可変周波数の可変
交流電圧を出力する電圧形インバータの交流出力側に交
流電動機の巻線の一端を接続し、交流電動機の巻線の他
端を一括接続して電動機巻線の中性点を構成すると共
に、ダイオードが各々逆並列接続された２個の半導体ス
イッチ素子の直列回路からなる半導体スイッチアームを
インバータの直流入力側に接続し、前記中性点と前記半
導体スイッチアームの中間点との間に電圧可変形エネル
ギー貯蔵素子を接続し、この電圧可変形エネルギー貯蔵
素子の両端に車載直流電源を接続したことを特徴とする
電気自動車の電気システム。 - 【請求項４】 直流電圧が入力されて可変周波数の可変
交流電圧を出力する電圧形インバータの交流出力側に交
流電動機の巻線の一端を接続し、交流電動機の巻線の他
端を一括接続して電動機巻線の中性点を構成し、この中
性点と、インバータの直流入力端子の一端との間に電圧
可変形エネルギー貯蔵素子を接続し、前記直流入力端子
に車載直流電源を接続したことを特徴とする電気自動車
の電気システム。 - 【請求項５】 直流電圧が入力されて可変周波数の可変
交流電圧を出力する電圧形インバータの交流出力側に交
流電動機の巻線の一端を接続し、交流電動機の巻線の他
端を一括接続して電動機巻線の中性点を構成し、この中
性点と、インバータの直流入力電圧の中間点との間に電
圧可変形エネルギー貯蔵素子を接続し、インバータの直
流入力端子に車載直流電源を接続したことを特徴とする
電気自動車の電気システム。 - 【請求項６】 直流電圧が入力されて可変周波数の可変
交流電圧を出力する電圧形インバータの交流出力側に交
流電動機の巻線の一端を接続し、交流電動機の巻線の他
端を一括接続して電動機巻線の中性点を構成すると共
に、ダイオードが各々逆並列接続された２個の半導体ス
イッチ素子の直列回路からなる半導体スイッチアームを
前記インバータの直流入力側に接続し、前記中性点と前
記半導体スイッチアームの中間点との間に電圧可変形エ
ネルギー貯蔵素子を接続し、前記半導体スイッチアーム
の両端に車載直流電源を接続したことを特徴とする電気
自動車の電気システム。 - 【請求項７】 請求項１，２，４，５の何れか１項に記
載の電気自動車の電気システムにおいて、 前記インバータの零電圧ベクトルモードの動作によりイ
ンバータをチョッパ動作させ、前記電圧可変形エネルギ
ー貯蔵素子とインバータの直流入力側との間でインバー
タを介し電力を授受させることを特徴とする電気自動車
の電気システム。 - 【請求項８】 請求項３または６記載の電気自動車の電
気システムにおいて、前記インバータを零電圧ベクトル
モードで動作させながら前記半導体スイッチアームをス
イッチングしてチョッパ動作させ、前記電圧可変形エネ
ルギー貯蔵素子とインバータの直流入力側との間でイン
バータを介し電力を授受させることを特徴とする電気自
動車の電気システム。 - 【請求項９】 請求項２または５記載の電気自動車の電
気システムにおいて、インバータの直流入力電圧の中間
点を、直列接続された複数の入力コンデンサの接続点と
したことを特徴とする電気自動車の電気システム。 - 【請求項１０】 請求項１〜９の何れか１項に記載の電
気自動車の電気システムにおいて、 電圧可変形エネルギー貯蔵素子が電気二重層コンデンサ
または電気化学コンデンサであることを特徴とする電気
自動車の電気システム。 - 【請求項１１】 請求項１〜１０の何れか１項に記載の
電気自動車の電気システムにおいて、 電圧可変形エネルギー貯蔵素子に並列に高周波電流吸収
用のコンデンサを接続したことを特徴とする電気自動車
の電気システム。 - 【請求項１２】 請求項１〜１１の何れか１項に記載の
電気自動車の電気システムにおいて、 電圧可変形エネルギー貯蔵素子の電圧またはインバータ
の直流入力電圧を一定、または交流電動機の運転状態に
応じて可変としたことを特徴とする電気自動車の電気シ
ステム。 - 【請求項１３】 請求項１〜１２の何れか１項に記載の
電気自動車の電気システムにおいて、 交流電動機は車両駆動用の電動機であることを特徴とす
る電気自動車の電気システム。 - 【請求項１４】 請求項１〜１２の何れか１項に記載の
電気自動車の電気システムにおいて、 交流電動機は車両用補機駆動用の電動機であることを特
徴とする電気自動車の電気システム。 - 【請求項１５】 請求項１３記載の電気自動車の電気シ
ステムにおいて、 車両加速時には電圧可変形エネルギー貯蔵素子に充電さ
れたエネルギーを放出させて電動機の駆動電力として使
用し、車両減速時には車両の運動エネルギーを電圧可変
形エネルギー貯蔵素子に吸収させて蓄積するようにした
ことを特徴とする電気自動車の電気システム。 - 【請求項１６】 請求項１〜１５の何れか１項に記載の
電気自動車の電気システムにおいて、 車載直流電源が化学電池であることを特徴とする電気自
動車の電気システム。 - 【請求項１７】 請求項１〜１５の何れか１項に記載の
電気自動車の電気システムにおいて、 車載直流電源がエンジン発電機であることを特徴とする
電気自動車の電気システム。 - 【請求項１８】 請求項１〜１５の何れか１項に記載の
電気自動車の電気システムにおいて、 車載直流電源が燃料電池であることを特徴とする電気自
動車の電気システム。 - 【請求項１９】 請求項１〜１８の何れか１項に記載の
電気自動車の電気システムにおいて、 車両用補機の電力を電圧可変形エネルギー貯蔵素子から
得ることを特徴とする電気自動車の電気システム。 - 【請求項２０】 請求項１〜１８の何れか１項に記載の
電気自動車の電気システムにおいて、 車両用補機の電力をインバータの直流入力電圧から得る
ことを特徴とする電気自動車の電気システム。 - 【請求項２１】 請求項１〜１８の何れか１項に記載の
電気自動車の電気システムにおいて、 車両用補機の電力を車載直流電源から得ることを特徴と
する電気自動車の電気システム。 - 【請求項２２】 請求項１，４，７〜２１の何れか１項
に記載の電気自動車の電気システムにおいて、 インバータの入力電圧Ｖi、電圧可変形エネルギー貯蔵
素子の電圧Ｖc及び交流電動機の端子電圧（線間）Ｖmと
の関係が、次式を満たすことを特徴とする電気自動車の
電気システム。 Ｖi≧Ｖc＋Ｖm／√３ Ｖi−Ｖm／√３≧Ｖc≧Ｖm／√３ - 【請求項２３】 請求項２，５，７〜２１の何れか１項
に記載の電気自動車の電気システムにおいて、 インバータの入力電圧Ｖi、電圧可変形エネルギー貯蔵
素子の電圧Ｖc及び交流電動機の端子電圧（線間）Ｖmと
の関係が、次式を満たすことを特徴とする電気自動車の
電気システム。 Ｖi／２− Ｖm／√３≧Ｖc≧Ｖm／√３− Ｖi／２ Ｖi≧２（Ｖc＋Ｖm／√３） - 【請求項２４】 請求項３，６，７〜２１の何れか１項
に記載の電気自動車の電気システムにおいて、 インバータの入力電圧Ｖi、電圧可変形エネルギー貯蔵
素子の電圧Ｖc及び交流電動機の端子電圧（線間）Ｖmと
の関係が、次式を満たすことを特徴とする電気自動車の
電気システム。 Ｖi≧Ｖc＋Ｖm／√３ ０≦ Ｖc≦Ｖi−Ｖm／√３ - 【請求項２５】 請求項３，６，７〜２１の何れか１項
に記載の電気自動車の電気システムにおいて、 インバータの入力電圧Ｖi、電圧可変形エネルギー貯蔵
素子の電圧Ｖc及び交流電動機の端子電圧（線間）Ｖmと
の関係が、次式を満たすことを特徴とする電気自動車の
電気システム。 Ｖi≧Ｖc＋Ｖm／√３ ０≦ Ｖc≦Ｖi／３
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34501497A JP3219039B2 (ja) | 1997-12-15 | 1997-12-15 | 電気自動車の電気システム |
| DE19857645.5A DE19857645B4 (de) | 1997-12-15 | 1998-12-14 | Elektrisches System für Elektrofahrzeug |
| US09/212,499 US6066928A (en) | 1997-12-15 | 1998-12-15 | Electric system for electric vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34501497A JP3219039B2 (ja) | 1997-12-15 | 1997-12-15 | 電気自動車の電気システム |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH11178114A JPH11178114A (ja) | 1999-07-02 |
| JP3219039B2 true JP3219039B2 (ja) | 2001-10-15 |
Family
ID=18373707
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34501497A Expired - Lifetime JP3219039B2 (ja) | 1997-12-15 | 1997-12-15 | 電気自動車の電気システム |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6066928A (ja) |
| JP (1) | JP3219039B2 (ja) |
| DE (1) | DE19857645B4 (ja) |
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