JP2000041392A - 自動車用電動駆動装置 - Google Patents
自動車用電動駆動装置Info
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Abstract
騒音低減を高める。 【解決手段】等間隔に配列された2P(Pは1以上の整
数)の磁極を持つロータ12と、夫々が電気角でπ/6
ないしはπ/3ラジアンの位相差を持つ二つの三相巻線
111、112が円周上に配列された固定子11よりな
るブラシレスDCモータ1を自動車用走行モータとして
用いる。三相巻線111、112には、電気角でπ/6
ないしπ/3ラジアンの位相差を持つ三相交流電流を供
給する。
Description
ブリッド電気自動車の走行動力発生用の自動車用電動駆
動装置に関する。
動車に用いられている自動車用電動駆動装置は、三相交
流モータからなる走行モータと、直流電力を交流電力に
変換して走行モータに給電する三相インバータ回路(単
にインバータ回路ともいう)と、このインバータ回路を
断続制御するコントローラとを有し、この三相交流モー
タとしては磁石式同期モータいわゆるブラシレスDCモ
ータが採用されている。
動車の走行モータには、その運転中の安全性確保のため
に更に高い信頼性が要求されるとともに、電力消費節減
のために更に高い運転効率が要求され、その上、従来の
内燃機関式自動車のように高騒音のエンジンをもたない
ので更に高い静粛性が要求されていた。
あり、安全性、運転効率及び静粛性に優れた自動車用電
動駆動装置を提供することを、その目的としている。
電動駆動装置によれば、電気自動車の走行モータとし
て、複数の三相巻線を有する磁石式同期モータ(いわゆ
るブラシレスDCモータ)を用いることを特徴としてい
る。このようにすれば以下の作用効果を奏することがで
きる。
レスDCモータ)では、走行中にステータコイルの相巻
線の一つ又はインバータ回路のどれかの相インバータ
(一つの相電流を発生する回路部)の一つが故障した場
合、トルクは発生するものの二相運転モードの発生トル
クは弱く、かつ不平衡回転磁界の影響で騒音が大きくな
り、効率も低下し、その上、交差点などで停止してしま
うと起動トルクが0もしくは非常に小さいので、ほとん
ど再走行不能状態に陥る可能性が大きいという問題が生
じる。
が複数の三相巻線を有するので、走行中にステータコイ
ルの相巻線の一つ又はインバータ回路のどれかの相イン
バータ(一つの相電流を発生する回路部)の一つが故障
した場合、残る三つの相電流は正常に供給できるので円
滑な回転電流磁界を形成することができ、発生トルクの
減少は残った相巻線の負担増大で容易にカバーできるレ
ベルに抑止でき、かつ騒音増大及び効率低下も抑止で
き、更にその上、交差点などで停止してしても実用上十
分に大きな起動トルクを確保することができ、電気自動
車用走行モータとして優れた使用適性を確保することが
できる。
Cモータとすることにより、相巻線数及びインバータ回
路の相インバータ数は増大するものの、モータの定格出
力が同じであれば各相巻線当たり又は相インバータ当た
りの電流量は減少するので、装置コストの大幅な増大を
生じることなしに上記利点を享受することができる。
も電流により形成される回転電流磁界の変化はより円滑
化(正弦波化)するので、耳障りな騒音を発生する高調
波電磁音を大幅に低減できるという効果も期待すること
ができる。請求項2記載の構成によれば請求項1記載の
自動車用電動駆動装置において更に、ステータコイル
は、互いに位相差がπ/6ないしはπ/3異なる二つの
独立の三相巻線からなる。
成による作用効果に加えて更に次の作用効果を奏するこ
とができる。まず、ステータコイルが互いに完全に独立
な三相巻線(三相電機子巻線)からなるので、一方の三
相巻線だけを運転し、他方の三相巻線を運転しないとい
った動作を行うことができ、更にこの場合に運転中の三
相巻線から休止中の三相巻線に無用な電流が回り込む
(たとえばインバータ回路のダイオードなどを通じて)
可能性を完全に阻止することができ、安全性を向上で
き、無用な電力損失や発熱を低減することができる。
の電流すなわち各相電流の検出が必須であるが、もしこ
れら各三相巻線の中性点を短絡して6相化した場合には
各相電流を正確に確定するに少なくとも5個の電流セン
サが必要となるのに対し、本構成では各三相巻線が互い
に独立であるので、それぞれ二個の電流センサを設ける
だけで全ての相電流を正確に確定することができ、高価
な電流センサの必要数を低減しつつ正確な電流検出を行
うことができる。
2記載の自動車用電動駆動装置において更に、両三相巻
線に給電する全相巻線給電モードと、両三相巻線の一方
にのみ給電する半相巻線給電モードとを切り替える。こ
のようにすれば、たとえば走行負荷が大きい場合には全
相巻線給電モードにより低騒音高効率の運転ができ、た
とえば走行負荷が小さい場合には半相巻線給電モードに
より、インバータ回路の全体としてのスイッチング損失
を低減することができる。なお、インバータ回路のスイ
ッチング素子の損失の多くは、スィッチング素子のオン
からオフへ及びオフからオンへの過渡期間に発生するス
イッチング損失により主に構成され、インバータ回路の
スィッチング素子のスィッチング回数の低減によりこの
スイッチング損失を低減することができる。
の自動車用電動駆動装置において更に、両三相巻線の一
方の出力の異常が、相巻線の断線やそれに相電流を供給
するインバータ回路の相インバータの故障で生じた場
合、それを検出して他方の正常な三相巻線により半相巻
線給電モード運転を実行する。このようにすれば、上記
出力異常時でも、全相巻線の一つだけオフする場合に比
較して回転電流磁界の対称性が向上するので効率向上及
び騒音低減を図ることができる。
の自動車用電動駆動装置において更に、走行負荷が所定
値未満の軽い場合に、他方の正常な三相巻線により半相
巻線給電モード運転を実行する。このようにすれば、全
相巻線の一つだけオフする場合に比較して回転電流磁界
の対称性が向上するので、特に定格出力の50%未満の
出力においては効率向上及び騒音低減を図ることができ
る。
し5のいずれか記載の車両用電動駆動装置において更
に、制御装置は、同一の直流電源から給電されて両三相
巻線に前記三相交流電流を個別に供給する一対のインバ
ータ回路と、このインバータ回路を断続制御する一つの
コントローラとを有する。このようにすれば、コントロ
ーラは両インバータ回路で共用することができるので、
回路構成を簡素化することができる。
の自動車用電動駆動装置において更に、一方の三相巻線
のうちの二つの相電流に基づいて他方の三相巻線の相電
流も推定する。このようにすれば、実質的に二つの三相
巻線を用いるにもかかわらず高価な電流センサは単一の
三相巻線を用いる場合に等しいので、回路構成を簡素化
することができる。
の自動車用電動駆動装置において更に、それぞれ両三相
巻線の各一本の相巻線を流れる相電流のベクトル和であ
る一対の合成電流に基づいて両三相巻線の各相電流を推
定する。このようにすれば、実質的に二つの三相巻線を
用いるにもかかわらず高価な電流センサは請求項7の構
成と同様に二個で済ますことができ、回路構成を簡素化
しつつ、両方の巻線電流を検出しているので、ショート
などの故障も検出し易くなる。
動装置の好適な態様を以下の実施例を参照して説明す
る。
を図1を参照して以下に説明する。図1はこの自動車用
電動駆動装置の回路図である。1は、電気自動車の走行
モータとして用いるブラシレスDCモータであって、固
定子11は、電気角で空間位相差がπ/6ないしπ/3
ラジアン離れて巻装された二つの三相巻線111、11
2を有し、各三相巻線111、112はそれぞれ互いに
電気角で空間位相差が2π/3ラジアン離れて巻装され
た三相分の相巻線を有している。12は回転子、13は
レゾルバーである。
/6ないしはπ/3の位相差を有する三相交流電流をそ
れぞれ給電する制御装置であり、IGBT等のパワース
イッチング素子を用いた半導体スイッチングブリッジ回
路(三相インバータ回路)21、22、電気自動車のア
クセル信号により指定される必要トルクに相当する電流
値を決定するコンピュータ(コントローラ)23を有し
ている。24は、スイッチングノイズを吸収するコンデ
ンサ、25、25’は各三相巻線111、112のそれ
ぞれ二相分の相電流を検出する電流センサ、3は、走行
電力蓄電用の電池である。なお、半導体スイッチングブ
リッジ回路(三相インバータ回路)21、22におい
て、各パワースイッチング素子と逆並列にダイオードを
接続するのが通常であるが、図示は省略するものとす
る。
Cモータの巻線図であり、図4は従来の三相ブラシレス
DCモータの巻線図である。まず、従来の三相電動機の
巻線を図4に従って説明すると、121、122は、回
転子12の永久磁石からなる磁極であって、互いに異極
性を有し極***互に複数対配列されている。113は固
定子11の鉄心のティースであり、114は固定子11
の鉄心のスロットである。三相電動機の場合、全節巻で
は一般に磁極数の3倍のティースとスロット数となる。
111X、111Y、111Zは、互いに2π/3ラジ
アンの電気角でスロット114に全節巻きされた三相巻
線である。
モータでは、図2に示すように、磁極数に対し2×3倍
のティースとスロット数とを有し、スロットピッチは電
気角でπ/6ラジアンとなっている。111X、111
Y、111Zは1磁極ピッチ(全節)で巻装された第1
の三相巻線111の各相巻線であり、112X、112
Y、112Zは第1の三相巻線111に対してπ/6ラ
ジアンの電気角位相差で全節巻きされた第2の三相巻線
112の各相巻線である。
で2π/3短節巻きした場合の二つの三相巻線を持った
巻線事例を示しており、二つの三相巻線はπ/3の電気
角位相差を持つことになる。コンピュータ23は、三相
巻線111の二つの相電流を検出する電流センサ25’
からの電流値及びレゾルバ13で求めた回転角度に基づ
いて半導体スイッチングブリッジ回路(三相インバータ
回路)21に出力する信号電圧(電圧指令値)を決定
し、同じく、三相巻線111の二つの相電流を検出する
電流センサ25からの電流値及びレゾルバ13で求めた
回転角度に基づいて半導体スイッチングブリッジ回路
(三相インバータ回路)22に出力する信号電圧(電圧
指令値)を決定する。
ンバータ回路)21は、コンピュータ23からの上記信
号電圧に基づいて、三相巻線111に第一の三相交流電
流を給電し、半導体スイッチングブリッジ回路(三相イ
ンバータ回路)22は三相巻線112に上記第一の三相
交流電流に対して上記電気角位相差をもつ第二の三相交
流電流を供給する。
12を有する固定子11に上記電気角位相差を有する三
相電流をそれぞれ独立に給電した場合の効果を、図4に
示す従来巻線の場合と比較してπ/6位相差を有する全
節巻の場合を事例として説明する。図5〜図8は、従来
の全節三相巻線の場合の三相交流電流による合成起磁力
の時間的変化を示し、図9〜図12は、π/6位相差を
有する二つの三相巻線111、112を有する固定子1
1にπ/6位相差を有する三相交流電流を供給した場合
の合成起磁力の変化を示す。
2 、t3 の時間経過ごとに三相巻線が作る合成起磁力が
変化するのに対し、この実施例では二つの三相巻線11
1、112が作る合成起磁力はt1 、t2 、t3 におい
て変化せず、従って、ロータ12との間の電磁力が回転
に伴なって変化しないので、電磁音を従来より格段に低
減できることがわかった。
例を図13を参照して説明する。図13は、本発明の自
動車用電動駆動装置における他の制御方法を説明するブ
ロック図である。この実施例では、三相巻線111、1
12への通電は周知のベクトル制御を用いて行う。な
お、従来の制御方法すなわち単一の三相巻線へ通電する
ベクトル制御は、図13に破線で囲った部分1000だ
けで実施される。
及びW相電流は電流センサ251、251で検出され、
モータ1のロータ回転角度は三相巻線111を基準にレ
ゾルバ13で検出される。この電流測定値は回転位置に
基づいて3相2相変換回路1002により、d,q軸電
流に変換され、この電流と電流指令に基づきd,qそれ
ぞれの電流制御を電流制御回路1004、1006で行
う。これら電流制御は、指令値と実測値に基づき、フィ
ードバック制御やフィードバック+フィードフォワード
制御によりなされるが、この実施例の要旨ではないので
説明は省略する。そして、得たd,q軸電圧指令値を2
相3相変換回路1008で2相3相変換してU,V,W
相の電圧指令値に変換し、インバータ1010を通じて
三相巻線111を駆動する。
検出した回転角度に2つの巻線111、112の位相差
Δθを加算部1022で加算し、この加算値に基づいて
2相3相変換回路1020で2相3相変換を行い、得た
U,V,W相の電圧指令値をインバータ22を通じて三
相巻線111を駆動する。巻線112のU,V,Wの電
圧指令を演算し、インバータ1024を用いて三相巻線
112を駆動する。
電流センサ25、25を省略することができる。
例を図14を参照して説明する。図14は、本発明の自
動車用電動駆動装置における他の制御方法を説明するブ
ロック図である。この実施例では、三相巻線111、1
12への通電は周知のベクトル制御を用いて行う。な
お、この実施例は、図13に示す実施例2のベクトル制
御において、電流センサ1030、1032の配置を変
更したものである。
のU相電流のベクトル和を電流センサ1030で検出
し、三相巻線111、112のW相電流のベクトル和を
電流センサ1032で検出し、三相巻線111を基準に
したロータ回転角度をレゾルバ13で検出する。この回
転角度と総電流値から3相2相変換回路1002で3相
2相変換して仮のd,q軸相電流を演算する。次に、こ
のd,q軸電流と2つの三相巻線111、112間の空
間位相差Δθから巻線111の電流を演算部1034で
下式に基づき演算する。以下、実施例2と同じ制御方法
となる。
1を基準に設定したが、巻線111と巻線112の中間
位置を基準に設定したりするなどの変更も当然可能てあ
る。
音を小さく出来るので、従来の自動車用電動駆動装置に
比べ制御装置のスイッチング周波数を従来の10KHz
から5KHz以下に下げても耳障りな高周波数の電磁音
が発生せず、また、スイッチング損失を従来の1/2以
下に出来るという効果がある。
駆動するべき巻線の電流指令値のみを位相差に基づいて
制御すればよい。たとえば、巻線111、112の一方
が故障したり、2つのインバータ1010、1024の
一方が不良となっても正常な1つの組合せで正常な三相
交流駆動を行うことができ、最大トルクは減少するだけ
で部分負荷運転では走行にまったく支障が生じることが
ない。
合のフローチャートを図15を参照して説明する。ま
ず、アクセル開度を入力して(S100)、アクセル開
度が直前の所定期間ずっと小さくかつ現在も小さいかど
うかを調べ(S102)、そうでなければS104へ進
む。
2の一方の電流がたとえば巻線111、112の一方が
故障したり、2つのインバータ1010、1024の一
方が不良となったりするなどの原因で電流指令値に比較
して直前の所定期間ずっと外れておりかつ現在も外れて
いるかどうかを調べ(S102)、そうでなければ二つ
の三相巻線111、112への給電を行う(S10
6)。
直前の所定期間ずっと小さくないか又は現在大きければ
(S102)、S108へ進む。同様に、S104にお
いて、三相巻線111、112の一方の電流が電流指令
値に比較して直前の所定期間ずっと外れておりかつ現在
も外れていれば、正常な方の三相巻線にだけ給電を行う
(S108)。
失を低減でき、かつ、上記異常発生時でも低騒音かつ高
効率の走行動力発生を行うことができる。
る。
る。
る。
る。
る各相起磁力の時間的変化を示すタイミングチャートで
ある。
流電流による合成起磁力の時間的変化を示すタイミング
チャートである。
流電流による合成起磁力の時間的変化を示すタイミング
チャートである。
流電流による合成起磁力の時間的変化を示すタイミング
チャートである。
の時間的変化を示すタイミングチャートである。
交流電流による合成起磁力の時間的変化を示すタイミン
グチャートである。
交流電流による合成起磁力の時間的変化を示すタイミン
グチャートである。
交流電流による合成起磁力の時間的変化を示すタイミン
グチャートである。
例の制御方法を説明するブロック図である。
実施例の制御方法を説明するブロック図である。
例の制御動作を示すフローチャートである。
置、11はステータ、12はロータ、13はレゾルバ、
25、25’は電流センサ、111、112は三相巻
線、21、22は半導体スイッチングブリッジ回路(イ
ンバータ回路)、23はコンピュータ(コントロー
ラ)、S106、S108は給電モード切り替え手段
Claims (8)
- 【請求項1】周方向に等間隔極***互に配列された複数
対の磁極を有するロータ、および、電気角で所定位相差
ずつ離れて円周上に配列された複数の三相巻線をもつス
テータコイルを有する走行モータと、前記ステータコイ
ルの各相巻線にそれぞれ前記位相差ずつ離れた三相交流
電流を供給する制御装置とを備えることを特徴とする自
動車用電動駆動装置。 - 【請求項2】請求項1記載の自動車用電動駆動装置にお
いて、 前記ステータコイルは、電気角でπ/6ないしはπ/3
ラジアンの位相差離れて円周上に配列されて、かつ、中
性点が独立する二つの三相巻線を有し、 前記制御装置は、前記両三相巻線に電気角でπ/6ない
しはπ/3ラジアンの位相差をもつ三相交流電流を供給
することを特徴とする自動車用電動駆動装置。 - 【請求項3】請求項1又は2記載の自動車用電動駆動装
置において、 前記制御装置は、前記両三相巻線に給電する全相巻線給
電モードと、前記両三相巻線の一方にのみ給電する半相
巻線給電モードとを切り替える給電モード切り替え手段
を有することを特徴とする自動車用電動駆動装置。 - 【請求項4】請求項3記載の自動車用電動駆動装置にお
いて、 前記制御装置は、前記両三相巻線の一方の出力の異常を
検出する出力異常検出手段を有し、 前記給電モード切り替え手段は、前記異常検出時に他方
の正常な三相巻線への前記半相巻線給電モードを選択す
ることを特徴とする自動車用電動駆動装置。 - 【請求項5】請求項3記載の自動車用電動駆動装置にお
いて、 前記給電モード切り替え手段は、走行負荷が所定値未満
の軽い場合に前記半相巻線給電モードを選択することを
特徴とする自動車用電動駆動装置。 - 【請求項6】請求項2ないし5のいずれか記載の車両用
電動駆動装置において、 前記制御装置は、同一の直流電源から給電されて前記両
三相巻線に前記三相交流電流を個別に供給する一対のイ
ンバータ回路と、前記インバータ回路を断続制御する一
つのコントローラとを有することを特徴とする自動車用
電動駆動装置。 - 【請求項7】請求項6記載の自動車用電動駆動装置にお
いて、 前記制御装置は、一方の前記三相巻線の二つの相電流を
検出する一対の電流センサと、前記ロータの回転位置を
検出する回転センサとを有し、 前記コントローラは、前記相電流および回転位置に基づ
いて演算した前記両三相巻線用の電圧指令値を前記両イ
ンバータ回路に出力することを特徴とする自動車用電動
駆動装置。 - 【請求項8】請求項6記載の自動車用電動駆動装置にお
いて、 前記制御装置は、それぞれ前記両三相巻線の二つの相電
流のベクトル和を検出する一対の電流センサと、回転位
置を検出する回転センサとを有し、 前記コントローラは、複数の前記ベクトル和および回転
位置に基づいて演算した前記両三相巻線用の電圧指令値
を前記両インバータ回路に出力することを特徴とする自
動車用電動駆動装置。
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JP20762198A JP4032516B2 (ja) | 1998-07-23 | 1998-07-23 | 自動車用電動駆動装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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ID=16542836
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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