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図面 (6)

課題

解決手段

電力供給システム(40)は、各型式モータと、ブラシレスDCモータ電力を与えるDC−DCコンバータ(46)と、ブラシ型式DCモータに電力を与えるDC−DCコンバータ(48)とを備える。両コンバータは、高電圧バス(50)に接続された入力手段(52)、所望モータ速度を示す速度制御信号(SC)を受け取る入力手段(54)及びDCモータ(42,44)に駆動信号を与える出力手段(56)と、を備える。各コンバータは、作動電力を、より低電圧可変モータ駆動信号に転換するため、速度制御信号に応答して作動する。可変駆動信号は、可変DC電圧信号又はPWM信号である。単一コンバータ設計は、単一速度インターフェースを備え、両型式のDCモータを作動できる。

概要

背景

概要

ブラシ型式及びブラシレスモータの両方の速度制御を可能な電力供給システム電力効率の改善及び低コスト化を図る。

電力供給システム(40)は、各型式モータと、ブラシレスDCモータ電力を与えるDC−DCコンバータ(46)と、ブラシ型式DCモータに電力を与えるDC−DCコンバータ(48)とを備える。両コンバータは、高電圧バス(50)に接続された入力手段(52)、所望モータ速度を示す速度制御信号(SC)を受け取る入力手段(54)及びDCモータ(42,44)に駆動信号を与える出力手段(56)と、を備える。各コンバータは、作動電力を、より低電圧可変モータ駆動信号に転換するため、速度制御信号に応答して作動する。可変駆動信号は、可変DC電圧信号又はPWM信号である。単一コンバータ設計は、単一速度インターフェースを備え、両型式のDCモータを作動できる。

目的

従って、本発明の一般の目的は、従来の設計を超えて改善された電力効率を提供する、簡単化された低コスト設計を有するアクセサリモータ駆動電力供給システムを提供することである。本発明の好ましい目的は、備えられた様々な車両システムに対して一定した速度制御インターフェースを使用してブラシ型式及びブラシレスモータの両方の速度制御を可能にする電力供給システムを提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

高電圧バスからブラシレス及びブラシ型式のDCモータの両方を作動させるため電気自動車で使用するためのアクセサリモータ駆動電力供給システムであって、前記高電圧バスから作動電力を受け取るための電力入力手段、所望のモータ速度を示す速度制御信号を受け取るためのデータ入力手段、及び、モータ駆動信号を出力するための出力手段を有する第1のDC−DCコンバータと、前記第1のDC−DCコンバータに接続された整流回路を有するブラシレスDCモータと、前記高電圧バスから作動電力を受け取るための電力入力手段、所望のモータ速度を示す速度制御信号を受け取るためのデータ入力手段、及び、モータ駆動信号を出力するための出力手段を有する第2のDC−DCコンバータと、前記第2のDC−DCコンバータの前記出力手段に接続されたブラシ型式のDCモータと、を含み、前記第1及び第2のDC−DCコンバータの各々は、前記データ入力手段で受け取られた速度制御信号に応答して、前記高電圧バスからの作動電力を、連係されたモータに前記出力手段を介して提供される可変モータ駆動信号転換させるように作動可能である、アクセサリモータ駆動電力供給システム。

請求項2

前記第1及び第2のDC−DCコンバータは、前記速度制御信号に従って決定されたパルス幅を有する一連パルスからなる可変モータ駆動信号を出力するパルス幅変調DC−DCコンバータを各々備える、請求項1に記載のアクセサリモータ駆動電力供給システム。

請求項3

前記第1及び第2のDC−DCコンバータは、前記速度制御信号に従って変化する大きさを有するDC電圧からなる可変モータ駆動信号を出力する可変電圧DC−DCコンバータを各々備える、請求項1に記載のアクセサリモータ駆動電力供給システム。

請求項4

前記第1及び第2のDC−DCコンバータは、前記速度制御信号を使用して制御される可変デューティサイクルを有するスイッチモード電力供給手段を各々備える、請求項3に記載のアクセサリモータ駆動電力供給システム。

請求項5

前記コンバータのうち少なくとも1つのコンバータの出力は、フィルター処理された出力を含む、請求項1に記載のアクセサリモータ駆動電力供給システム。

請求項6

前記高電圧バスから作動電力を受け取るための電力入力手段と、所望のモータ速度を示す速度制御信号を受け取るためのデータ入力手段とを有する、少なくとも1つの追加のDC−DCコンバータを更に含む、請求項1に記載のアクセサリモータ駆動電力供給システム。

請求項7

前記第1のDC−DCコンバータは、選択された回路設計を使用してその可変モータ駆動信号を生成し、前記第2のDC−DCコンバータは、前記選択された回路設計を使用してその可変モータ駆動信号を生成し、これによって、単一のコンバータ回路設計を、前記ブラシレス及びブラシ型式のモータの両方を速度制御するため使用可能となる、請求項1に記載のアクセサリモータ駆動電力供給システム。

請求項8

前記第1のDC−DCコンバータ及び前記第2のDC−DCコンバータは、同一のものである、請求項7に記載のアクセサリモータ駆動電力供給システム。

請求項9

前記第1のDC−DCコンバータは、前記第1のデータ入力手段を備える第1の速度制御インターフェースを有し、前記第2のDC−DCコンバータは、前記第2のデータ入力手段を備える第2の速度制御インターフェースを有する、請求項7に記載のアクセサリモータ駆動電力供給システム。

請求項10

前記第1及び第2の速度制御インターフェースは、同一のものである、請求項9に記載のアクセサリモータ駆動電力供給システム。

技術分野

0001

本発明は、高電圧バスから引き出された電力を使用して、電気自動車バッテリー車ハイブリッド車及び燃料電池自動車を含む)のより低電圧アクセサリモータを駆動させるため使用される電力供給システムに関する。

0002

電気自動車では、車輪駆動パワーを提供するため、電気モータを使用することが最も幅広く知られている。しかし、これらの車両は、一般に、様々に異なる車両システムを作動させるため様々なアクセサリ駆動モータを使用する。これらのアクセサリ駆動の幾つかの例として、液体冷却ポンプトラクション制御モータ、エアコン制御コンプレッサモータ、電力ステアリングポンプ、並びに、送風機及び他のファンなどを含む。アクセサリモータは、ブラシ型式及びブラシレス型式直流電動モータのうちいずれかを用いることができ、電気自動車上で典型的に使用される高電圧バスから作動するため必要とされる直流350〜400V規格使用可能である。しかし、この高電圧作動は、従来のブラシ型式の直流(DC)モータの使用に関する、アーク放電及び他の整流問題などを含む多数の懸念事項が発生する。従って、より低次電圧モータが、例えば固定直流42Vで作動する中間電圧電力バスから駆動することができるように使用されることがある。このより低電圧の供給手段は、高電圧バスから作動電力を引き出し、且つ、従来の直流−直流(DC−DC)変換技術を使用して固定42v供給手段を構成するDC−DCコンバータを使用して生成することができる。ブラシ型式及びブラシレスDCモータの両方は、より安全でより信頼性のある作動のためのこの中間バスに接続することができる。

0003

これらのアクセサリ駆動モータによって作動される車両システムの多くは、モータの変速出力を必要とする。固定中間電圧をオフ作動するブラシ型式のDCモータに対しては、変速は、典型的に中間バス及びモータ間に接続された外部速度制御モジュールを使用して達成される。速度制御モジュールは、システムをモータにより作動するための適切なコントローラから速度制御信号受け取り、この制御信号は、モータに提供された直流電圧を変えるために速度制御モジュールによって使用される。固定中間電圧をオフ作動するブラシレスDCモータに対しては、速度制御信号は、モータそれ自体に組み込まれた1組の速度制御電子回路に提供される。この構成は、より低い電圧の供給手段から様々な型式のDCモータの作動を可能にするが、それにも係らず、多数の固有の欠点を有する。第1には、別個の速度制御モジュール及び/又は電子回路を用いて固定供給手段から異なるモータを作動することは、特により低い負荷及び速度において、電力使用の観点で不必要なほど非効率的である。このことは、2つの縦続接続されたパルス幅変調(PWM)段階、一方はDC−DCコンバータ、及び、他方は速度制御回路を使用するという共通のプラクティスに部分的に起因している。第2には、ブラシ型式のモータ用の外部速度制御モジュールの使用は、システム全体のコストに追加され、車両内に追加の空間を必要とする。同様にこのシステムを関してブラシレスDCモータを使用することは、速度制御電気回路が内部に構成されたより高価なモータを必要とする。

0004

増加した作動効率及びおそらくはやや低いコストを提供する別の既知システム設計は、2つの異なる型式のDCモータに対して異なるDC−DCコンバータの使用を含んでいる。このシステムでは、ブラシレスモータは、速度制御がモータそれ自体により提供された状態で固定中間供給手段を使用して、上述したのと同じ態様で作動される。しかし、ブラシ型式のモータは、速度制御信号に従って決定される可変出力を有する専用のDC電圧供給手段を用いて各々作動される。これは、外部速度制御モジュール及び同時に生起される第2のPWMステージの必要性を無くす。しかし、このシステム設計はコスト及び効率を幾分改善することができるが、上述した第1のシステムトポロジーと同じ欠点の幾つかをまだなお被っている。即ち、それは、異なる型式の異なる供給手段が、ブラシレスモータに対して2つの縦続接続されたPWMステージを使用し、速度制御集積電子回路を有するより高価なブラシレスモータを利用することを必要としている。

発明が解決しようとする課題

0005

従って、本発明の一般の目的は、従来の設計を超えて改善された電力効率を提供する、簡単化された低コスト設計を有するアクセサリモータ駆動電力供給システムを提供することである。本発明の好ましい目的は、備えられた様々な車両システムに対して一定した速度制御インターフェースを使用してブラシ型式及びブラシレスモータの両方の速度制御を可能にする電力供給システムを提供することである。

課題を解決するための手段

0006

本発明によれば、ブラシレス及びブラシ型式のDCモータの両方に対し効率的な可変速度モータ制御を提供するため単一の電力供給設計を利用する電気自動車電力供給システムが設けられる。電力供給システムは、ブラシレス及びブラシ型式のDCモータを各々少なくとも1つ備え、ブラシレスDCモータに作動電力を与える第1のDC−DCコンバータ、及び、ブラシ型式のDCモータに作動電力を与える第2のDC−DCコンバータを更に備える。両方のコンバータは、電気自動車の高電圧バスに接続された電力入力手段を有し、各コンバータは所望のモータ速度を示す速度制御信号を受け取るためのデータ入力手段、並びに、それと連係されるDCモータにモータ駆動信号を与えるための出力手段を備える。これらのコンバータの各々は、データ入力手段で受け取られた速度制御信号に応答して、高電圧バスからの作動電力を、連係されたモータに出力手段を介して与えられる可変モータ駆動信号転換させるように作動可能である。可変駆動信号は、可変DC電圧信号、及び、PWM信号のいずれかとすることができる。

0007

この構成によれば、単一のコンバータ設計は、単一速度インターフェースを備え、ブラシレス及びブラシ型式のDCモータの両方を作動するため用いることができる。更には、本システムは、モータそれ自体の速度制御電子回路に対する必要性を省略し、それにより縦続接続されたPWMステージの比較的非効率的な使用を無くすので、ブラシレスDCモータのより効率的な作動を可能にする。

発明を実施するための最良の形態

0008

以下、本発明の好ましい例示の実施形態を添付図面を参照して説明する。ここで、同様の参照番号は同様の構成要素を表している。

0009

本発明の好ましい実施形態を説明する前に、ブラシ型式及びブラシレスモータの両方に対して中間DC電圧供給手段を提供するように設計された2つの既知の電気自動車の電力供給システムを表している、図1及び図2を参照する。特に、図1は、高電圧バス14から引き出された作動電力を使用して固定直流42V電圧供給手段を形成する単一のDC−DCコンバータ12を備える、典型的な従来技術のアクセサリモータ駆動電力供給システム10を表している。本システムは、1つ又はそれ以上のDCモータ(BDCM)16及び1つ又はそれ以上のブラシ型式のDCモータ(DCM)18を備える多数のアクセサリ駆動モータを含む。ブラシレスモータ16は、整流集積電子回路20を備え、これに対して、ブラシ型式のモータ18の整流は、モータ内部のロータコイル活動電流を与えるためブラシ22を使用して達成される。

0010

速度制御を提供するため、ブラシレスモータ16は、固定供給手段12からの直流42V作動電力、並びに、システム用のコントローラ(図示せず)からの速度制御入力信号(SC)の両方を受け取る速度制御電子回路24を備える。このシステム用のコントローラを用いてモータ16が使用される。知られているように、速度制御電子回路24は、速度制御信号に従って変化するDC電圧を用いて整流電子回路20を提供する。モータ速度は整流電子回路に提供されるDC電圧に関して変化するので、その結果生じるモータ速度は、かくして、速度制御信号に従って変化する。ブラシ型式のモータ18に対して、速度制御は、固定電圧供給手段12からの直流42V作動電力を、連係するコントローラ(図示せず)からのそれ自身の速度制御入力信号(SC)と共に受け取り、モータ18に提供される可変DC電圧を生成する、外部速度制御モジュール26を使用して達成される。ブラシレスモータ速度制御電子回路に関して、外部速度制御モジュール26の出力電圧は、速度制御信号に従って変化し、これによって、速度制御信号により決定される可変モータ速度を生じさせる。

0011

上記したように、図1に示された型式の車両電力供給システムは、中間電圧供給手段のための必要性に最適な解答を提供しない。それらは、各モータに対して電力転換の2つの別個のステージを利用する。それは、値段の観点で不必要にコストがかかり及び車両電力電子回路ベイ内物理的空間の観点で無駄があるのみならず、これらのモータがより低いモータ速度及び負荷において幾分非効率的に動作する結果となる。

0012

電力供給システム10のこれらの欠点の幾つかを回避するため、図2回路設計は、単一の中間電圧の供給レイルコンセプト破棄し、ブラシ型式及びブラシレスモータに対する異なる電力供給設計を利用する。特に、図2の電力供給システム30は、ブラシレスモータ16に対しては固定直流42V電力供給手段の設計を備え、ブラシ型式のモータ18に値足手は可変の電力供給設計を備える。図示のように、ブラシレスモータ16は、図1に示されたのと同じ電力供給手段及びモータ回路を使用して作動され、整流電子回路20及びブラシレスモータ16の中に統合された速度制御電子回路24と共に、固定DC−DCコンバータ12を備える。モータ18に対する可変電力供給設計は、高電圧バス14から作動電力を引き出す可変電力供給手段32を利用することによって図1の分離した速度制御電子回路モジュール26に対する必要性を無くし、それを速度制御入力信号SCに従って直流0〜42Vの可変出力に転換させる。

0013

図2のシステムは、電力転換ステージ及びこれに連係するコスト、空間、非効率性の観点における経費を無くすことによってブラシ型式のモータ18の作動を改善するが、ブラシレスDCモータ16の構成を改善するものは何もなく、その上、異なる型式の電動モータに対して様々に異なる型式の電力供給手段を利用する電力供給システムを生じさせる。

0014

本発明は、図1及び2の電力供給システムの多数の欠点を、単一の電力供給設計の使用を可能にする全体的なシステム設計を提供することによって克服し、それと共に、システム全体の電力転換効率を増加させ、及び、図1及び2のシステムで使用される分離速度制御回路に伴うコストを削減し、該分離速度制御回路を実際に所有しなくなる。特に、図3は、電力供給システム40が少なくとも1つのブラシレス電動モータ42及び一つのブラシ型式電動モータ44を各々備え、各モータは、高電圧バス50から作動電力を引き出す専用の可変電力供給手段46、48を各々有するところの本発明の第1の実施形態を表す。一般には、電力供給手段46、48の各々は、それと連係するコントローラ(図示せず)から速度制御信号(SC)を受け取り、該信号を使用して、高電圧バス50から、それと連係するモータに提供される可変モータ駆動信号へと電力を転換する。

0015

特に、電力供給手段46は、電力入力手段52、データ入力手段54、及び出力手段56を備える。電力入力手段52は、高電圧バス50に接続される。データ入力手段54は、速度制御信号を受け取るため接続される。出力手段56は、モータ42の整流電子回路58に接続された2ワイヤの出力手段である。電力供給手段46は、一連の42VパルスからなるPWM信号を出力するパルス幅変調DC−DCコンバータである。出力されたパルスは、速度制御信号により要求される速度が大きくなればなるほど、パルス幅が広くなるように速度制御信号に従って設定されたパルス幅を有する。PWMコンバータ46は、固定又は可変の周波数で動作するコンバータであり、当業者に周知された様々な適切な回路設計が存在する。また、所望ならば、電力供給手段46は、その出力又はモータそれ自体のセンサーからフィードバッグ信号を備えることができ、これによってモータ速度の閉ループ制御を提供する。ブラシ型式モータ44のための電力供給手段48の設計は、電力供給手段46の設計とすることができ、好ましくは、該設計と同一であるのがよい。従って、電力供給手段48の構成及び使用について、これ以上説明を必要としない。

0016

理解されるように、この単一のPWMコンバータ設計は、モータのより安全でより長続きする作動のために電圧ステップ降下機能を提供するのみならず、両モータに対して可変のモータ速度制御を提供し、これによって分離速度制御電子回路の必要性を無くしてしまう。これは、両モータに対する電力転換の第2のステージを無くし、これによってシステム全体の効率を増加させるという効果も有する。

0017

ここで、図4を参照すると、本発明の第2の実施形態に係るアクセサリモータ駆動電力供給システム60が示されている。電力供給システム60は、ブラシレスDCモータ42及びブラシ型式DCモータ44の両方を各々備えるという点で図3のシステムと類似しているが、それは、PWMモータ駆動信号の代わりに、直流0〜42Vの可変出力を提供する夫々のDC−DCコンバータ62、64を利用する点において異なっている。より詳しくは、電力供給手段62,64の各々は、図3に示されるように、電力入力手段66、データ入力手段68及び出力手段70を備え、このとき、電力入力手段66は高電圧バス50に接続され、データ入力手段68はそれと連係するコントローラから速度制御信号(SC)を受け取るように接続され、出力手段70は、それと連係するモータと接続されている。DC−DCコンバータにより出力された可変モータ駆動信号は、ブラシレスDCモータ42の場合には、その整流電子回路58に直接接続され、ブラシ型式モータ44の場合には、そのブラシ接点72に接続されている。

0018

供給手段62及び64を使用したDC−DC変換は、例えば、DC−DC共鳴コンバータと、スイッチモードの電力供給手段と、を含む、多数の異なる回路設計のうち任意のものを使用して達成することができる。スイッチモードの電力供給設計の場合には、電力供給手段は、速度制御信号を使用して制御されるデューティサイクルを有するPWM回路を使用して実施することができる。かくして、速度制御信号を使用したより高い指令速度がより大きなDC出力電圧を生じさせる。

0019

図3のシステムで示されたように、コンバータ62、64は、単一回路設計を使用して実施することができる。この点において、図3及び4の電力供給システム40及び60の両方は、ブラシレスDCモータ及びブラシ型式のDCモータの両方に対して単一の速度制御インターフェース設計を利用することができる。コンバータ設計の均一性に加えて、例えば図3及び図4に示されたような可変電力供給手段からブラシレスモータを作動させることは、分離した速度制御電子回路がモータそれ自身に必要とされないので、かなりのコスト削減をもたらす。その結果、ブラシレスモータは、固有の欠点無しに、従来の2ワイヤのブラシ型式モータのように振舞う。これらの出力は、電力供給手段により放射されるEMIを低下させることが望まれる場合にはフィルター処理される。システムコストを減少させるために、出力は、フィルター処理されない状態に残すことができ、この場合には、モータ巻線は、電流を幾分滑らかにするように作用する。

0020

ここで、図5を参照すると、図3及び図4回路により得られた効率の改善、対、車両上のファン又は送風機を作動させるため使用されるブラシレスモータの作動に対する図1及び図2のそれとを表す例示のグラフが示されている。この図では、より低いカーブ80は、図1及び図2に従って構成された典型的なブラシレズDCモータの制御回路に対する電力転換効率を表している。その一方で、より上方のカーブ82は、図3及び図4のいずれかに従って構成されたそのような回路に対する電力転換効率を表している。図示のように、図1及び図2の従来の電力供給トポロジーは、図3及び図4のシステムにより提供されたそれと比較したとき、より軽い負荷においては比較的低い効率の電力転換を生じさせる。例えば、800rpmのモータ速度では、従来の回路の効率は、約10%であり、これに対し、本発明に従って構成された回路に対しては、該効率は55%以上となる。

0021

従って、本文中で特定された目的及び利点を達成するアクセサリモータ駆動電力供給システムが本発明に従って設けられたことは明らかである。勿論、前述の記載は、好ましい例示の実施形態のものであり、本発明は、示された特定の実施形態に限定されるものではないことが理解されよう。様々な変更及び修正は、当業者にとって明らかである。例えば、図3及び図4楕円形の構成要素によって示されたように、本発明の電力供給システムは、追加された多数のブラシレス及び/又はブラシ型式のモータを、同様の数の追加された可変出力電力供給手段と共に備えることができる。そのような変更及び修正の全てが、請求の範囲内に含まれることが意図される。

図面の簡単な説明

0022

図1図1は、電気自動車で使用される様々なアクセサリ駆動モータを作動させる固定直流42V電力供給バスを提供するためDC−DCコンバータを利用する従来技術のアクセサリモータ駆動電力供給システムのブラック図である。
図2図2は、ブラシ型式及びブラシレスの両モータに対して異なる電力供給設計を利用する、第2の従来技術電力供給システムのブロック図である。
図3図3は、専用であるが、ブラシ型式及びブラシレスの両モータを作動させるため同一の可変電力供給DC−DCコンバータを利用する、本発明の第1の実施形態に係るアクセサリモータ駆動電力供給システムのブロック図である。
図4図4は、本発明の第2の実施形態に係る、アクセサリモータ駆動電力供給システムのブロック図である。
図5図5は、図1に示す従来技術の電力供給システムの代わりに図3のシステム形態を使用することによって実現することができる効率的なゲインを表現するグラフである。

--

0023

40電気自動車電力供給システム
42ブラシレスDCモータ
44ブラシ型式DCモータ
46DC−DCコンバータ(可変電力供給手段)
48 DC−DCコンバータ(可変電力供給手段)
50高電圧バス
52電力入力手段
54速度制御入力信号の入力手
56モータ駆動信号の出力手段
58整流電子回路
60アクセサリモータ駆動電力供給システム(第2の実施形態)
62 DC−DCコンバータ(可変電力供給手段)
64 DC−DCコンバータ(可変電力供給手段)
66 電力入力手段
68データ入力手段
70 出力手段
72 ブラシ接点

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