特許ウォッチ

公開番号2025126014
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-28
出願番号2024022372
出願日2024-02-16
発明の名称デュアルインバータシステム
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人弁理士法人快友国際特許事務所
主分類H02M 7/48 20070101AFI20250821BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】本明細書は、デュアルインバータシステムにおいて、シングルモードとデュアルモードのいずれの状態であっても、同一の手順でバッテリの短絡を回避しつつ保護制御に移行する技術を提供する。
【解決手段】本明細書が開示するデュアルインバータシステムは、モータのステータコイルの一端に接続されている第1インバータと他端に接続されている第2インバータを備える。コントローラは、2個のインバータでモータを駆動するデュアルモードと、1個のインバータのみでモータを駆動するシングルモードを実行可能である。コントローラは、第1インバータの直流端の電圧が閾値電圧を超えている場合、第1および第2インバータの全ての上SW素子を閉じ、全ての下SW素子を開くとともに連結スイッチを閉じる。あるいはコントローラは、第1および第2インバータの全ての下SW素子を閉じて全ての上SW素子を開くとともに連結スイッチを閉じる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
複数のステータコイルを備えているモータと、
直流端がバッテリに接続されており、複数の交流端のそれぞれが前記ステータコイルのそれぞれの一端に接続されている第１インバータと、
直流端が前記バッテリに接続されており、複数の交流端のそれぞれが前記ステータコイルの他端に接続されている第２インバータと、
前記第２インバータの直流端と前記バッテリの間に接続されている連結スイッチと、
前記連結スイッチを閉じて前記第１インバータと前記第２インバータで前記モータを駆動するデュアルモードと、前記連結スイッチを開いて前記第１インバータだけで前記モータを駆動するシングルモードを実行可能なコントローラと、を備えており、
前記コントローラは、前記第１インバータの直流端の電圧が所定の閾値電圧を超えた場合、前記第１および第２インバータの全ての上スイッチング素子を閉じて全ての下スイッチング素子を開くとともに前記連結スイッチを閉じる上短絡制御と、前記第１および第２インバータの全ての下スイッチング素子を閉じて全ての上スイッチング素子を開くとともに前記連結スイッチを閉じる下短絡制御の一方を実行する、
デュアルインバータシステム。
続きを表示（約 700 文字）【請求項２】
前記コントローラは、前記上スイッチング素子の負荷が前記下スイッチング素子の負荷よりも小さい場合は前記上短絡制御を実行し、前記下スイッチング素子の負荷が前記上スイッチング素子の負荷よりも小さい場合は前記下短絡制御を実行する、請求項１に記載のデュアルインバータシステム。
【請求項３】
複数のステータコイルを備えているモータと、
直流端がバッテリに接続されており、複数の交流端のそれぞれが前記ステータコイルのそれぞれの一端に接続されている第１インバータと、
直流端が前記バッテリに接続されており、複数の交流端のそれぞれが前記ステータコイルの他端に接続されている第２インバータと、
前記第２インバータの直流端と前記バッテリの間に接続されている連結スイッチと、
前記連結スイッチを閉じて前記第１インバータと前記第２インバータで前記モータを駆動するデュアルモードと、前記連結スイッチを開いて前記第１インバータだけで前記モータを駆動するシングルモードを実行可能なコントローラと、を備えており、
前記コントローラは、前記第１インバータの直流端の電圧が所定の閾値電圧を超えた場合、
（１）前記連結スイッチを開き、
（２）少なくとも１個の前記ステータコイルのそれぞれの端に接続されている上スイッチング素子を閉じて下スイッチング素子を開くとともに、残りの前記ステータコイルのそれぞれの端に接続されている上スイッチング素子を開いて下スイッチング素子を閉じ、
（３）前記連結スイッチを閉じる、
デュアルインバータシステム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、２個のインバータと、１個のオープン巻線型のモータを備えるデュアルインバータシステムに関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、デュアルインバータシステムの一例が開示されている。デュアルインバータシステムでは、モータのステータコイルの一端に第１インバータの交流端が接続され、ステータコイルの他端に第２インバータの交流端が接続される。第１インバータと第２インバータのスイッチング素子を同期させてオンオフすると、１個のインバータでモータを駆動する場合と比較して２倍の電圧をモータに印加することができるため、モータで高トルクが得られる。高トルクが必要でない場合は、複数のステータコイルの他端を相互に接続して中性点を作り、第１インバータだけでモータを駆動する。本明細書では、便宜上、２個のインバータでモータを駆動する場合をデュアルモードと称し、１個のインバータのみでモータを駆動する場合をシングルモードと称する。
【０００３】
また、インバータの直流端の電圧が所定の閾値電圧を超えた場合などでは、モータを惰性で回転させつつステータコイルの誘導起電力で発生する電流を消費する保護制御が実行される。特許文献２に保護制御の一例が開示されている。特許文献２に開示された装置は、１個のインバータでモータを駆動する装置である。特許文献２には、上スイッチング素子と下スイッチング素子の一方をオフし、所定の待機時間の後に他方をオンにする保護制御が開示されている。上スイッチング素子と下スイッチング素子の一方を閉じてステータコイルの誘導起電力で発生する電流を還流させる制御をアクティブショートサーキット制御（もしくはゼロベクトル制御）と呼ばれている（特許文献２）。本明細書では、説明の便宜上、上スイッチング素子と下スイッチング素子の一方を閉じてステータコイルの誘導起電力で発生する電流を還流させる制御をＡＳＣ制御（ＡｃｔｉｖｅＳｈｏｒｔＣｉｒｃｕｉｔ制御）と略称する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１８－０１４８２９号公報
特開２０１６－０２５７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
デュアルインバータシステムでは、シングルモードまたはデュアルモードからＡＳＣ制御に移行する際、バッテリの短絡を避けなければならない。本明細書は、デュアルインバータシステムにおいて、シングルモードとデュアルモードのいずれの状態であっても、同一の手順でバッテリの短絡を回避しつつＡＳＣ制御（電流をステータコイルに還流させて消費すること）に移行することのできる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示するデュアルインバータシステムは、第１インバータ、第２インバータ、モータ、連結スイッチ、コントローラを備える。第１インバータの直流端はバッテリに接続されており、複数の交流端のそれぞれはモータの複数のステータコイルのそれぞれの一端に接続されている。第２インバータの複数の交流端のそれぞれは、複数のステータコイルのそれぞれの他端に接続されている。連結スイッチは、第２インバータの直流端をバッテリに接続したり、第２インバータの直流端をバッテリから切り離したりする。コントローラは、連結スイッチを閉じて第１インバータと第２インバータでモータを駆動するデュアルモードと、連結スイッチを開いて第１インバータだけでモータを駆動するシングルモードを実行可能である。
【０００７】
よく知られているように、インバータは、上スイッチング素子と下スイッチング素子が直列に接続されている複数の直列回路を備える。複数の直列回路は、インバータの直流端の正極と負極の間に並列に接続されている。それぞれの直列回路の中点は、インバータの複数の交流端のそれぞれに接続されている。コントローラは、第１インバータの直流端の電圧が所定の閾値電圧を超えた場合、次の上短絡制御と下短絡制御の一方を実行する。上短絡制御では、コントローラは、第１および第２インバータの全ての上スイッチング素子を閉じ、全ての下スイッチング素子を開くとともに連結スイッチを閉じる。下短絡制御では、コントローラは、第１および第２インバータの全ての下スイッチング素子を閉じて全ての上スイッチング素子を開くとともに連結スイッチを閉じる。
【０００８】
上短絡制御では、ステータコイルの誘導起電力で発生する電流は第１および第２インバータの上スイッチング素子を通じて還流する。下短絡制御では、ステータコイルの誘導起電力で発生する電流は第１および第２インバータの下スイッチング素子を通じて還流する。デュアルモードとシングルモードのいずれの場合でも、上短絡制御（または下短絡制御）に移行することで、バッテリを短絡させることなく、ステータコイルへの還流で電流を消費することができる。
【０００９】
コントローラは、上スイッチング素子の負荷が下スイッチング素子の負荷よりも小さい場合は上短絡制御を実行し、下スイッチング素子の負荷が上スイッチング素子の負荷よりも小さい場合は下短絡制御を実行する。このように上短絡制御と下短絡制御を使い分けることで、上スイッチング素子と下スイッチング素子の累積負荷が平準化される。
【００１０】
コントローラは、保護制御として、次の手順で電流を還流させてもよい。（１）コントローラは連結スイッチを開く。（２）コントローラは少なくとも１個のステータコイルのそれぞれの端に接続されている上スイッチング素子を閉じて下スイッチング素子を開くとともに、残りのステータコイルのそれぞれの端に接続されている上スイッチング素子を開いて下スイッチング素子を閉じる。（３）コントローラは連結スイッチを閉じる。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許