JP3328509B2 - 電気車用駆動システム - Google Patents
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、バッテリなどの
直流電力を交流電力に変換するインバ−タと、電気車の
駆動源としての同期電動機を備えた電気車用駆動システ
ム及び駆動方法に係わり、特に、駆動源として永久磁石
型同期電動機を用いた電気車用駆動システム及び駆動方
法に関するものである。
直流電力を交流電力に変換するインバ−タと、電気車の
駆動源としての同期電動機を備えた電気車用駆動システ
ム及び駆動方法に係わり、特に、駆動源として永久磁石
型同期電動機を用いた電気車用駆動システム及び駆動方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電気車駆動用の電動機として、低速低ト
ルク領域で誘導電動機に比べて高効率化が可能な永久磁
石型同期電動機（以下単に同期電動機）の開発が進んで
いる。このような永久磁石型同期電動機を用いた電気車
用駆動システムとしては、例えば特開平６−３１５２０
１号公報に記載されたようなものが知られている。
ルク領域で誘導電動機に比べて高効率化が可能な永久磁
石型同期電動機（以下単に同期電動機）の開発が進んで
いる。このような永久磁石型同期電動機を用いた電気車
用駆動システムとしては、例えば特開平６−３１５２０
１号公報に記載されたようなものが知られている。
【０００３】ところで、電気車たとえば電気自動車にお
いては、車に対する制動力を得るために電動機を発電機
として使用するいわゆる回生制動の制御が行なわれる。
このような電気自動車において、下り坂の惰行運転時、
電動機が許容最高回転数以上の高速回転で駆動される可
能性がありうる。
いては、車に対する制動力を得るために電動機を発電機
として使用するいわゆる回生制動の制御が行なわれる。
このような電気自動車において、下り坂の惰行運転時、
電動機が許容最高回転数以上の高速回転で駆動される可
能性がありうる。
【０００４】一般産業用の同期電動機の制御では、電動
機の回転数が高くなった場合、制御可能範囲以外は異常
と判断して処理する。電気自動車では、駆動システムと
して許容最高回転数まで走行し、その後回転数低下にと
もなう制御可能範囲内での通常動作などの動作を繰り返
すように設計される。そして、電動機が許容最高回転数
以上の高速回転で駆動される場合には、インバ−タと電
動機の間に新たに保護リレ−を設け、電動機が許容最高
回転数になったときこれを開放し、永久磁石型同期電動
機（発電機）によって誘起される高電圧に対してインバ
−タやバッテリ及びそれらの制御回路を保護することが
考えられる。
機の回転数が高くなった場合、制御可能範囲以外は異常
と判断して処理する。電気自動車では、駆動システムと
して許容最高回転数まで走行し、その後回転数低下にと
もなう制御可能範囲内での通常動作などの動作を繰り返
すように設計される。そして、電動機が許容最高回転数
以上の高速回転で駆動される場合には、インバ−タと電
動機の間に新たに保護リレ−を設け、電動機が許容最高
回転数になったときこれを開放し、永久磁石型同期電動
機（発電機）によって誘起される高電圧に対してインバ
−タやバッテリ及びそれらの制御回路を保護することが
考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、インバ−タと
電動機の間に新たな保護リレ−を設けることは制御が複
雑になり、装置の大型化となり、また、コスト高ともな
る。
電動機の間に新たな保護リレ−を設けることは制御が複
雑になり、装置の大型化となり、また、コスト高ともな
る。
【０００６】本発明は、上述のような問題点を解決し、
同期電動機を駆動源とする電気車において、電動機が許
容最高回転数で駆動される場合が発生しても、インバ−
タの破損防止等信頼性に富み、かつ廉価な電気車用駆動
システム及び駆動方法を提供することを目的とする。
同期電動機を駆動源とする電気車において、電動機が許
容最高回転数で駆動される場合が発生しても、インバ−
タの破損防止等信頼性に富み、かつ廉価な電気車用駆動
システム及び駆動方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、電気車駆動用
の同期電動機と、バッテリからの直流電力を交流電力に
変換して前記同期電動機に供給するインバータと、前記
インバータに並列に接続され前記直流電力を平滑化する
ための平滑用コンデンサと、トルク指令及び電動機電流
に基づいて前記インバータの複数のパワ−スイッチング
素子をオンオフ制御するインバータ制御手段とを備えた
電気車用駆動システムにおいて、前記インバータによる
前記同期電動機の制御可能な回転数がＮ1以下であり、
前記同期電動機は、電気車の許容最高回転数Ｎ2（Ｎ2＞
Ｎ1）まで駆動可能に構成されており、前記平滑用コン
デンサの許容電圧をＶＣｍａｘとしたとき、前記許容最
高回転数Ｎ２における同期電動機の最大誘起電圧の尖頭
値Ｖ０ｍａｘが、Ｖ０ｍａｘ≦ＶＣｍａｘの関係とな
り、かつ前記Ｖ０ｍａｘが前記インバ−タを構成するパ
ワ−スイッチング素子の許容最大電圧以下になるように
前記同期電動機の誘起電圧を設定したことを特徴とす
る。
の同期電動機と、バッテリからの直流電力を交流電力に
変換して前記同期電動機に供給するインバータと、前記
インバータに並列に接続され前記直流電力を平滑化する
ための平滑用コンデンサと、トルク指令及び電動機電流
に基づいて前記インバータの複数のパワ−スイッチング
素子をオンオフ制御するインバータ制御手段とを備えた
電気車用駆動システムにおいて、前記インバータによる
前記同期電動機の制御可能な回転数がＮ1以下であり、
前記同期電動機は、電気車の許容最高回転数Ｎ2（Ｎ2＞
Ｎ1）まで駆動可能に構成されており、前記平滑用コン
デンサの許容電圧をＶＣｍａｘとしたとき、前記許容最
高回転数Ｎ２における同期電動機の最大誘起電圧の尖頭
値Ｖ０ｍａｘが、Ｖ０ｍａｘ≦ＶＣｍａｘの関係とな
り、かつ前記Ｖ０ｍａｘが前記インバ−タを構成するパ
ワ−スイッチング素子の許容最大電圧以下になるように
前記同期電動機の誘起電圧を設定したことを特徴とす
る。
【０００８】 本発明の他の特徴は、電気車用駆動システ
ムにおいて、前記永久磁石型同期電動機が永久磁石を有
するロータと、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の巻線（Ｎu,Ｎv，Ｎw）を
有するステータとを備えており、次式で求まるＶ０が前
記Ｖ０ｍａｘの条件を満たすように、前記同期電動機の
ロータ及びステータを構成したことにある。 VO＝√2vo・α vo＝ｋ・φ0・Ｎ（u，v，w）・ωr 但し、vo :誘起電圧の実効値 φ0 ：磁石の磁束 Ｎ（u，v，w）：Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の巻数 ｋ ：定数（極数、巻線係数外） ωr ：角速度数（＝２πＮ／６０） α ：尖頭率
ムにおいて、前記永久磁石型同期電動機が永久磁石を有
するロータと、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の巻線（Ｎu,Ｎv，Ｎw）を
有するステータとを備えており、次式で求まるＶ０が前
記Ｖ０ｍａｘの条件を満たすように、前記同期電動機の
ロータ及びステータを構成したことにある。 VO＝√2vo・α vo＝ｋ・φ0・Ｎ（u，v，w）・ωr 但し、vo :誘起電圧の実効値 φ0 ：磁石の磁束 Ｎ（u，v，w）：Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の巻数 ｋ ：定数（極数、巻線係数外） ωr ：角速度数（＝２πＮ／６０） α ：尖頭率
【０００９】本発明によれば、電気車の許容最高回転数
における前記同期電動機の誘起電圧尖頭値を、前記イン
バ−タの平滑用コンデンサの許容電圧以下で、かつ前記
インバ−タを構成するパワ−スイッチング素子の許容最
大電圧以下に設定される。換言すると、インバ−タの主
要部品である平滑用コンデンサの許容電圧ＶＣｍａｘと
したとき、電動機の許容最高回転数時点での最大誘起電
圧の尖頭値Ｖ０ｍａｘがＶ０ｍａｘ≦ＶＣｍａｘに設定
される。
における前記同期電動機の誘起電圧尖頭値を、前記イン
バ−タの平滑用コンデンサの許容電圧以下で、かつ前記
インバ−タを構成するパワ−スイッチング素子の許容最
大電圧以下に設定される。換言すると、インバ−タの主
要部品である平滑用コンデンサの許容電圧ＶＣｍａｘと
したとき、電動機の許容最高回転数時点での最大誘起電
圧の尖頭値Ｖ０ｍａｘがＶ０ｍａｘ≦ＶＣｍａｘに設定
される。
【００１０】したがって、電動機が許容最高回転数で駆
動される場合、インバ−タの破損防止、バッテリの過充
電を防止できる、小形、軽量でかつ廉価な電気車用駆動
システム及び駆動方法が提供される。
動される場合、インバ−タの破損防止、バッテリの過充
電を防止できる、小形、軽量でかつ廉価な電気車用駆動
システム及び駆動方法が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、この発明に係る電気車用駆
動システムの一実施例について図面にもとづいて説明す
る。図１は、本発明の一実施例における電気自動車の駆
動システムの構成例を示す回路図である。図において、
バッテリ１０はメインリレー１１、インバータリレー１
２を介してインバータ１４に接続されている。メインリ
レー１１は、キースィッチ１３ＩＧＮにより開閉制御さ
れる。インバータリレー１２に並列に、補充電リレー１
７及び補充電抵抗１９が接続されている。
動システムの一実施例について図面にもとづいて説明す
る。図１は、本発明の一実施例における電気自動車の駆
動システムの構成例を示す回路図である。図において、
バッテリ１０はメインリレー１１、インバータリレー１
２を介してインバータ１４に接続されている。メインリ
レー１１は、キースィッチ１３ＩＧＮにより開閉制御さ
れる。インバータリレー１２に並列に、補充電リレー１
７及び補充電抵抗１９が接続されている。
【００１２】インバータ１４は、バッテリ１０からの直
流電力を交流電力に変換して電気車駆動用の同期電動機
１６に供給するものである。本実施例において、同期電
動機１６は永久磁石型同期電動機とする。メインリレー
１１とインバータ１４の間には、直流電力を平滑化する
ための平滑用のコンデンサ１８がバッテリ１０に並列に
接続されている。インバータ１４は複数のパワースイッ
チング素子を有しており、これらのパワースイッチング
素子はインバータ制御手段２０によりオンオフ制御され
る。
流電力を交流電力に変換して電気車駆動用の同期電動機
１６に供給するものである。本実施例において、同期電
動機１６は永久磁石型同期電動機とする。メインリレー
１１とインバータ１４の間には、直流電力を平滑化する
ための平滑用のコンデンサ１８がバッテリ１０に並列に
接続されている。インバータ１４は複数のパワースイッ
チング素子を有しており、これらのパワースイッチング
素子はインバータ制御手段２０によりオンオフ制御され
る。
【００１３】トルク指令発生手段２２は、アクセル指令
変換手段２３に基づいて力行時及び回生時、それぞれア
クセル開度に対応したトルク指令値τM*を生成し、この
トルク指令値τM*がインバータ制御手段２０に出力す
る。
変換手段２３に基づいて力行時及び回生時、それぞれア
クセル開度に対応したトルク指令値τM*を生成し、この
トルク指令値τM*がインバータ制御手段２０に出力す
る。
【００１４】同期電動機１６の電動機電流は電流検出器
１５で検出される。また、永久磁石型同期電動機１６の
磁極位置は磁極位置検出手段２４で、回転角度はエンコ
ーダ２６でそれぞれ検出される。そして、これらの検出
値はインバータ制御手段２０に出力する。
１５で検出される。また、永久磁石型同期電動機１６の
磁極位置は磁極位置検出手段２４で、回転角度はエンコ
ーダ２６でそれぞれ検出される。そして、これらの検出
値はインバータ制御手段２０に出力する。
【００１５】インバータ制御手段２０は、電流検出器１
５、磁極位置検出手段２４及びエンコーダ２６の各検出
値と、トルク指令発生手段２２から送られてきたトルク
指令τM*を基に、インバータ１４のスイッチング素子の
オンオフを制御する。２８は電気自動車の変速機ＴＭ、
３０はＤＣ／ＤＣコンバータその他の補機を示す。
５、磁極位置検出手段２４及びエンコーダ２６の各検出
値と、トルク指令発生手段２２から送られてきたトルク
指令τM*を基に、インバータ１４のスイッチング素子の
オンオフを制御する。２８は電気自動車の変速機ＴＭ、
３０はＤＣ／ＤＣコンバータその他の補機を示す。
【００１６】図中、ＶBはバッテリー電圧、Ｖ１はイン
バ−タの出力電圧、Ｖ０は同期電動機の誘起電圧、ＶＣ
は平滑用コンデンサの許容電圧を示す。
バ−タの出力電圧、Ｖ０は同期電動機の誘起電圧、ＶＣ
は平滑用コンデンサの許容電圧を示す。
【００１７】本発明では、インバ−タの主要部品である
平滑用コンデンサ１８の許容電圧ＶＣｍａｘとしたと
き、電動機の許容最高回転数時点での誘起電圧尖頭値Ｖ
０ｍａｘをＶ０ｍａｘ≦ＶＣｍａｘと設定する。
平滑用コンデンサ１８の許容電圧ＶＣｍａｘとしたと
き、電動機の許容最高回転数時点での誘起電圧尖頭値Ｖ
０ｍａｘをＶ０ｍａｘ≦ＶＣｍａｘと設定する。
【００１８】図２に、同期電動機１６の構成を示し、１
６０は埋め込まれた複数の磁石１６１と回転軸１６２を
備えたロータ、１６３は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相のステータ巻
線１６４（Ｎ＝ｎu,ｎv，ｎw）を備えたステータであ
る。
６０は埋め込まれた複数の磁石１６１と回転軸１６２を
備えたロータ、１６３は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相のステータ巻
線１６４（Ｎ＝ｎu,ｎv，ｎw）を備えたステータであ
る。
【００１９】図３に、インバータ制御手段２０の内部処
理のブロック図を示す。まず、インバータ制御手段２０
は、Ｉｄ、Ｉｑ検出器２０２、Ｉｄ、Ｉｑ電流制御手段
２０４、２／３相変換手段２０６、ＰＷＭ制御手段２０
８及び位相演算手段２１０、速度演算手段２１２を備え
ている。速度演算手段２１２は、エンコーダ２６に接続
され、位相演算手段２１０は磁極位置検出手段２４に接
続されている。インバータ制御手段２０はさらに、Ｉｑ
制御手段２２４及びＩｄ制御手段２２６を備えている。
理のブロック図を示す。まず、インバータ制御手段２０
は、Ｉｄ、Ｉｑ検出器２０２、Ｉｄ、Ｉｑ電流制御手段
２０４、２／３相変換手段２０６、ＰＷＭ制御手段２０
８及び位相演算手段２１０、速度演算手段２１２を備え
ている。速度演算手段２１２は、エンコーダ２６に接続
され、位相演算手段２１０は磁極位置検出手段２４に接
続されている。インバータ制御手段２０はさらに、Ｉｑ
制御手段２２４及びＩｄ制御手段２２６を備えている。
【００２０】トルク指令発生手段２２は、運転者の操作
によるアクセル開度とモータ回転数によりインバータ制
御手段２０の目標トルク指令値τＭ*を発生する。
によるアクセル開度とモータ回転数によりインバータ制
御手段２０の目標トルク指令値τＭ*を発生する。
【００２１】インバータ制御手段２０において、トルク
分電流に相当するｑ軸電流の指令値Ｉｑ*は、トルク指
令値τＭ*と回転数をもとに算出するためのＩｑ制御手
段２２４で算出する。一方、ｄ軸電流の指令値Ｉｄ*
は、トルク指令値τＭ*と回転数をもとに、Ｉｄ制御手
段２２６を介して算出する。このようにして、Ｉｑ制御
手段２２４、Ｉｄ制御手段２２６は、回転数をもとにイ
ンバ−タ、同期電動機の損失が最小となるような、高効
率制御に必要な電流指令値Ｉｑ*，Ｉｄ*を算出する。
分電流に相当するｑ軸電流の指令値Ｉｑ*は、トルク指
令値τＭ*と回転数をもとに算出するためのＩｑ制御手
段２２４で算出する。一方、ｄ軸電流の指令値Ｉｄ*
は、トルク指令値τＭ*と回転数をもとに、Ｉｄ制御手
段２２６を介して算出する。このようにして、Ｉｑ制御
手段２２４、Ｉｄ制御手段２２６は、回転数をもとにイ
ンバ−タ、同期電動機の損失が最小となるような、高効
率制御に必要な電流指令値Ｉｑ*，Ｉｄ*を算出する。
【００２２】ＩｄＩｑ検出手段２０２は、電流検出器１
５で検出した電動機電流の３相交流電流について３相／
２相の座標変換してｄ、ｑ軸電流Ｉｄ，Ｉｑを処理し算
出する。これらの検出値と指令値Ｉｑ*，Ｉｄ*をもとに
ＩｄＩｑ電流制御手段２０４は、比例あるいは比例積分
電流制御処理を行い、電圧指令値Ｖｑ*，Ｖｄ*を算出す
る。
５で検出した電動機電流の３相交流電流について３相／
２相の座標変換してｄ、ｑ軸電流Ｉｄ，Ｉｑを処理し算
出する。これらの検出値と指令値Ｉｑ*，Ｉｄ*をもとに
ＩｄＩｑ電流制御手段２０４は、比例あるいは比例積分
電流制御処理を行い、電圧指令値Ｖｑ*，Ｖｄ*を算出す
る。
【００２３】さらに、２／３相変換手段２０６におい
て、２相／３相の座標変換して３相交流電圧指令値ＶＵ
*，ＶＶ*，ＶＷ*を算出する。ＰＷＭ制御手段２０はこ
の電圧指令値ＶＵ*，ＶＶ*，ＶＷ*から三角波信号の搬
送波信号との比較処理を行って、インバータ１４のＰＷ
Ｍ信号を発生し、インバータ１４を駆動する。このよう
にして電動機１６にＰＷＭ制御された電圧を印加するこ
とにより、電動機電流を電流指令値Ｉｑ*，Ｉｄ*に制御
する。
て、２相／３相の座標変換して３相交流電圧指令値ＶＵ
*，ＶＶ*，ＶＷ*を算出する。ＰＷＭ制御手段２０はこ
の電圧指令値ＶＵ*，ＶＶ*，ＶＷ*から三角波信号の搬
送波信号との比較処理を行って、インバータ１４のＰＷ
Ｍ信号を発生し、インバータ１４を駆動する。このよう
にして電動機１６にＰＷＭ制御された電圧を印加するこ
とにより、電動機電流を電流指令値Ｉｑ*，Ｉｄ*に制御
する。
【００２４】なお、２／３相変換処理２０６、ＩｄＩｑ
検出手段２０２の座標変換処理で使用する位相角θ１，
θ２は、位相演算手段２１０において、電動機１６の誘
起電圧と同位相の信号を出力する磁極位置検出器２４、
回転角度信号（パルス信号）を出力するエンコーダ２６
の各出力から算出する。
検出手段２０２の座標変換処理で使用する位相角θ１，
θ２は、位相演算手段２１０において、電動機１６の誘
起電圧と同位相の信号を出力する磁極位置検出器２４、
回転角度信号（パルス信号）を出力するエンコーダ２６
の各出力から算出する。
【００２５】この磁極位置検出器２４の出力信号とエン
コーダ２６の出力信号の位相関係を図４に示す。エンコ
ーダ２６のパルス信号を累積した位相演算手段２１０の
位相信号は、図４の鋸波状信号に示すように磁極位置信
号により、電動機１６の誘起電圧と同期される。
コーダ２６の出力信号の位相関係を図４に示す。エンコ
ーダ２６のパルス信号を累積した位相演算手段２１０の
位相信号は、図４の鋸波状信号に示すように磁極位置信
号により、電動機１６の誘起電圧と同期される。
【００２６】このような処理を行って、電動機１６はト
ルク指令値τＭ*のトルクで、かつ損失最小の高効率で
制御される。
ルク指令値τＭ*のトルクで、かつ損失最小の高効率で
制御される。
【００２７】そのときの電動機１６のベクトル図を図５
に示す。高効率点を得るためのＩｑ*，Ｉｄ*により最適
な進み角β（β＝ｔａｎ -1 （Ｉｄ*／Ｉｑ*））で制御さ
れる。なお、進み角βの基準点は図４に示すｔ０時点で
あり、このｔ０時点で制御されている交流電圧Ｖｕ*を
破線で示す。
に示す。高効率点を得るためのＩｑ*，Ｉｄ*により最適
な進み角β（β＝ｔａｎ -1 （Ｉｄ*／Ｉｑ*））で制御さ
れる。なお、進み角βの基準点は図４に示すｔ０時点で
あり、このｔ０時点で制御されている交流電圧Ｖｕ*を
破線で示す。
【００２８】電動機１６の出力トルクは（１）式で示さ
れる。 τＭ＝Ｐｎ［｛Ｖ０＋（１−ρ）ＬｄＩｄ｝Ｉｑ］ ……（１） ただし、Ｐｎは定数、ρはＬｑとＬｄの比、Ｖ０は誘起
電圧である。
れる。 τＭ＝Ｐｎ［｛Ｖ０＋（１−ρ）ＬｄＩｄ｝Ｉｑ］ ……（１） ただし、Ｐｎは定数、ρはＬｑとＬｄの比、Ｖ０は誘起
電圧である。
【００２９】（１）式において、右辺第１項は同期トル
ク、第２項はリアクタンストルクと呼ばれている。
ク、第２項はリアクタンストルクと呼ばれている。
【００３０】これらのトルクを電動機への印加電圧一定
とした場合の、進み角βを横軸としたトルク特性を図６
に示す。同期トルク及びリアクタンストルクの和が発生
トルクτＭである。このように（１）式のρが１よりも
大きい逆突極特性をもつ同期電動機は進み角βが４５度
付近で最大トルクを発生するので、この角度以上で制御
される。このような動作で電気自動車は駆動される。
とした場合の、進み角βを横軸としたトルク特性を図６
に示す。同期トルク及びリアクタンストルクの和が発生
トルクτＭである。このように（１）式のρが１よりも
大きい逆突極特性をもつ同期電動機は進み角βが４５度
付近で最大トルクを発生するので、この角度以上で制御
される。このような動作で電気自動車は駆動される。
【００３１】図７は、本発明の駆動システムにおいて、
変速機２８がＤ（ドライブ）レンジの場合の同期電動機
のトルク特性として、力行運転時のトルクと回生制動時
のトルクを表示したものである。Ｎ0−Ｎ１は力行制御
範囲、Ｎ3−Ｎ1は回生制御範囲を示す。したがって制御
可能範囲の上限は電動機回転数Ｎ1である。
変速機２８がＤ（ドライブ）レンジの場合の同期電動機
のトルク特性として、力行運転時のトルクと回生制動時
のトルクを表示したものである。Ｎ0−Ｎ１は力行制御
範囲、Ｎ3−Ｎ1は回生制御範囲を示す。したがって制御
可能範囲の上限は電動機回転数Ｎ1である。
【００３２】また、本発明における電動機の許容最高回
転数をＮ2で表示する。この許容最高回転数Ｎ2は、公道
の最大傾斜と車体の空気抵抗を考慮して決定される。
転数をＮ2で表示する。この許容最高回転数Ｎ2は、公道
の最大傾斜と車体の空気抵抗を考慮して決定される。
【００３３】本発明の駆動システムにおいて、同期電動
機１６の回転数がＮ1からＮ2の範囲で、インバ−タの出
力周波数が限界になるものとして、インバ−タリレ−１
７を開放する。
機１６の回転数がＮ1からＮ2の範囲で、インバ−タの出
力周波数が限界になるものとして、インバ−タリレ−１
７を開放する。
【００３４】次に、図８は、本発明におけるインバ−タ
出力電圧Ｖ１と電動機の誘起電圧尖頭値Ｖ０特性の関係
及び、本発明の駆動システムの制御方法を示す図であ
る。通常のトルク制御時（力行、回生動作共）には、Ｎ
0−Ｎ1の範囲で、破線のような電圧Ｖ１で制御される。
また、インバ−タ不動作時の同期電動機の誘起電圧の尖
頭値Ｖ０と回転数の関係は、実線のような特性となる。
同期電動機１６の誘起電圧尖頭値Ｖ０の特性は、Ｖ０＝
√２ｖ０×αとなる。
出力電圧Ｖ１と電動機の誘起電圧尖頭値Ｖ０特性の関係
及び、本発明の駆動システムの制御方法を示す図であ
る。通常のトルク制御時（力行、回生動作共）には、Ｎ
0−Ｎ1の範囲で、破線のような電圧Ｖ１で制御される。
また、インバ−タ不動作時の同期電動機の誘起電圧の尖
頭値Ｖ０と回転数の関係は、実線のような特性となる。
同期電動機１６の誘起電圧尖頭値Ｖ０の特性は、Ｖ０＝
√２ｖ０×αとなる。
【００３５】ここで、ｖ０は誘起電圧の実効値、痰ヘス
ロットリップルを考慮した尖頭率であり、１．０≦α≦
１．５， 一般には、α≒１．１〜１．２ 従って、誘起電圧尖頭値Ｖ０は誘起電圧の最大値（√２
ｖ０）よりも大きい値である。
ロットリップルを考慮した尖頭率であり、１．０≦α≦
１．５， 一般には、α≒１．１〜１．２ 従って、誘起電圧尖頭値Ｖ０は誘起電圧の最大値（√２
ｖ０）よりも大きい値である。
【００３６】さらに、インバ−タ１４の主要部品である
平滑用コンデンサ１８の許容電圧ＶＣｍａｘとし、同期
電動機１６の許容最高回転数Ｎ2時点での最大誘起電圧
尖頭値Ｖ０ｍａｘが、次式の関係を満たすように設定す
る。 Ｖ０ｍａｘ≦ＶＣｍａｘ ……（２） 例えば、図２に示したような同期電動機がＵ，Ｖ，Ｗ各
相のステータ巻線（Ｎu,Ｎv，Ｎw）を備えているとした
とき、次式で求まるＶ０が上記Ｖ０ｍａｘの条件を満た
すように、同期電動機を設計する。
平滑用コンデンサ１８の許容電圧ＶＣｍａｘとし、同期
電動機１６の許容最高回転数Ｎ2時点での最大誘起電圧
尖頭値Ｖ０ｍａｘが、次式の関係を満たすように設定す
る。 Ｖ０ｍａｘ≦ＶＣｍａｘ ……（２） 例えば、図２に示したような同期電動機がＵ，Ｖ，Ｗ各
相のステータ巻線（Ｎu,Ｎv，Ｎw）を備えているとした
とき、次式で求まるＶ０が上記Ｖ０ｍａｘの条件を満た
すように、同期電動機を設計する。
【００３７】 V0＝√２vo・α ……（３） vo＝ｋ・φ0・Ｎ（u，v，w）・ωr ……（４） 但し、vo :誘起電圧の実効値 φ0 ：磁石の磁束 Ｎ（u，v，w）：Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の巻数 ｋ ：定数（極数、巻線係数外） ωr ：角速度数（＝２πＮ／６０） α :尖頭率 本発明の駆動システムは、上記のように構成されている
ので、同期電動機１６の許容最高回転数Ｎ２までの全駆
動範囲において、通常のトルク制御中に何らかの異常発
生により、インバ−タ１４を停止すなわちパワ−スイッ
チング素子の駆動信号を停止し、さらにインバ−タリレ
ー開放時、同期電動機１６の誘起電圧の尖頭値Ｖ０がイ
ンバ−タに印加されることになっても、そのときの最大
誘起電圧の尖頭値Ｖ０ｍａｘは平滑用コンデンサ１８の
許容電圧ＶＣｍａｘ以下であるので、インバ−タ１４が
破損されることはない。
ので、同期電動機１６の許容最高回転数Ｎ２までの全駆
動範囲において、通常のトルク制御中に何らかの異常発
生により、インバ−タ１４を停止すなわちパワ−スイッ
チング素子の駆動信号を停止し、さらにインバ−タリレ
ー開放時、同期電動機１６の誘起電圧の尖頭値Ｖ０がイ
ンバ−タに印加されることになっても、そのときの最大
誘起電圧の尖頭値Ｖ０ｍａｘは平滑用コンデンサ１８の
許容電圧ＶＣｍａｘ以下であるので、インバ−タ１４が
破損されることはない。
【００３８】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、許容
最高回転数付近での同期電動機の誘起電圧発生時、イン
バ−タの破損防止等信頼性に富み、かつ廉価な電気車用
駆動システムを提供することができる。
最高回転数付近での同期電動機の誘起電圧発生時、イン
バ−タの破損防止等信頼性に富み、かつ廉価な電気車用
駆動システムを提供することができる。
【図１】本発明の一実施例におけるシステム構成を示す
回路図である。
回路図である。
【図２】図１の永久磁石型同期電動機の構成を説明する
ための図である。
ための図である。
【図３】図１のインバータ制御手段の詳細構成を示す回
路図である。
路図である。
【図４】図３の磁極位置検出器の出力信号とエンコーダ
の出力信号の位相関係を示す図である。
の出力信号の位相関係を示す図である。
【図５】通常走行時のベクトル図を示すものである。
【図６】通常走行時の発生トルクの状態を示す図であ
る。
る。
【図７】Ｄレンジにおける電動機のトルク特性を示す図
である。
である。
【図８】本発明による電動機制御方法を示す図である。
１０…バッテリ、１２…メインリレー、１４…インバー
タ、１６…永久磁石型同期電動機、１８…平滑コンデン
サ、２０…インバータ制御手段
タ、１６…永久磁石型同期電動機、１８…平滑コンデン
サ、２０…インバータ制御手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片田 寛 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所 自動車機器事業 部内 (72)発明者 渋川 末太郎 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所 自動車機器事業 部内 (72)発明者 松平 信紀 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所 自動車機器事業 部内 (72)発明者 内藤 祥太郎 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所 自動車機器事業 部内 (56)参考文献 特開 平８−103001（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−38550（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−46720（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】電気車駆動用の同期電動機と、バッテリか
らの直流電力を交流電力に変換して前記同期電動機に供
給するインバータと、前記インバータに並列に接続され
前記直流電力を平滑化するための平滑用コンデンサと、
トルク指令及び電動機電流に基づいて前記インバータの
複数のパワ−スイッチング素子をオンオフ制御するイン
バータ制御手段とを備えた電気車用駆動システムにおい
て、前記インバータによる前記同期電動機の制御可能な回転
数がＮ1以下であり、 前記同期電動機は、電気車の許容最高回転数Ｎ2（Ｎ2＞
Ｎ1）まで駆動可能に構成されており、 前記平滑用コンデンサの許容電圧をＶＣｍａｘとしたと
き、前記許容最高回転数Ｎ２における同期電動機の最大
誘起電圧の尖頭値Ｖ０ｍａｘが、Ｖ０ｍａｘ≦ＶＣｍａ
ｘの関係となり、かつ前記Ｖ０ｍａｘが前記インバ−タ
を構成するパワ−スイッチング素子の許容最大電圧以下
になるように前記同期電動機の誘起電圧を設定した こと
を特徴とする電気車用駆動システム。 - 【請求項２】請求項１記載の電気車用駆動システムにお
いて、前記インバ−タを構成するパワ−スイッチング素
子の電流耐量を、前記同期電動機の最大電流（３相短絡
電流）以上に設定したことを特徴とする電気車用駆動シ
ステム。 - 【請求項３】 請求項１記載の電気車用駆動システムにお
いて、前記永久磁石型同期電動機が永久磁石を有するロ
ータと、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の巻線（Ｎu,Ｎv，Ｎw）を有する
ステータとを備えており、次式で求まるＶ０が前記Ｖ０
ｍａｘの条件を満たすように、前記同期電動機のロータ
及びステータを構成したことを特徴とする電気車用駆動
システム。 VO＝√2vo・α vo＝ｋ・φ0・Ｎ（u，v，w）・ωｒ 但し、vo :誘起電圧の実効値 φ0 ：磁石の磁束 Ｎ（u，v，w）：Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の巻数 ｋ ：定数（極数、巻線係数外） ωr ：角速度数（＝２πＮ／６０） α ：尖頭率
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13493996A JP3328509B2 (ja) | 1996-05-29 | 1996-05-29 | 電気車用駆動システム |
| DE19722175A DE19722175A1 (de) | 1996-05-29 | 1997-05-27 | Antriebssystem für ein elektrisches Fahrzeug |
| US09/599,099 US6236172B1 (en) | 1996-05-29 | 1999-06-29 | Driving system for electric vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13493996A JP3328509B2 (ja) | 1996-05-29 | 1996-05-29 | 電気車用駆動システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09322302A JPH09322302A (ja) | 1997-12-12 |
| JP3328509B2 true JP3328509B2 (ja) | 2002-09-24 |
Family
ID=15140096
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13493996A Expired - Lifetime JP3328509B2 (ja) | 1996-05-29 | 1996-05-29 | 電気車用駆動システム |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6236172B1 (ja) |
| JP (1) | JP3328509B2 (ja) |
| DE (1) | DE19722175A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103386893A (zh) * | 2012-05-07 | 2013-11-13 | 庄嘉明 | 可即时切换能量储存装置的马达组件、切换方法及运输工具 |
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| DE10026328B4 (de) * | 2000-05-26 | 2013-05-29 | Robert Bosch Gmbh | Vorrichtung zur Begrenzung des Einschaltstromes bei Steuergeräten in einem Kraftfahrzeug |
| US6333620B1 (en) | 2000-09-15 | 2001-12-25 | Transportation Techniques Llc | Method and apparatus for adaptively controlling a state of charge of a battery array of a series type hybrid electric vehicle |
| US7071642B2 (en) | 2000-12-27 | 2006-07-04 | Transportation Techniques, Llc | Method and apparatus for adaptive control of traction drive units in a hybrid vehicle |
| US7122979B2 (en) | 2000-12-27 | 2006-10-17 | Transportation Techniques, Llc | Method and apparatus for selective operation of a hybrid electric vehicle in various driving modes |
| US6573675B2 (en) | 2000-12-27 | 2003-06-03 | Transportation Techniques Llc | Method and apparatus for adaptive energy control of hybrid electric vehicle propulsion |
| US6622804B2 (en) | 2001-01-19 | 2003-09-23 | Transportation Techniques, Llc. | Hybrid electric vehicle and method of selectively operating the hybrid electric vehicle |
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| FR2835486B1 (fr) * | 2002-02-01 | 2004-04-16 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Dispositif de transmission de puissance pour un vehicule automobile, comprenant au moins une machine electrique |
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| JP4738080B2 (ja) * | 2005-07-20 | 2011-08-03 | 株式会社東芝 | 鉄道車両駆動制御装置 |
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1996
- 1996-05-29 JP JP13493996A patent/JP3328509B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1997
- 1997-05-27 DE DE19722175A patent/DE19722175A1/de not_active Ceased
-
1999
- 1999-06-29 US US09/599,099 patent/US6236172B1/en not_active Expired - Lifetime
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|---|---|
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| DE19722175A1 (de) | 1997-12-04 |
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