JPH053694A - 同期電動機の駆動方法 - Google Patents

同期電動機の駆動方法

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JPH053694A
JPH053694A JP3183230A JP18323091A JPH053694A JP H053694 A JPH053694 A JP H053694A JP 3183230 A JP3183230 A JP 3183230A JP 18323091 A JP18323091 A JP 18323091A JP H053694 A JPH053694 A JP H053694A
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driving
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常生 久米
Kensho Iwabuchi
憲昭 岩渕
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貞明 山崎
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】本発明は、効率がよく運転特性がすぐれ、小型
・軽量かつ製造容易な、自動車等の車両駆動用の同期電
動機の駆動方法と装置を提供するものである。 【構成】車両駆動等に適用するインバータ装置2による
同期電動機1の巻線接続を切り替える可変速駆動方法で
あり、電動機の回転子の回転速度がプリセットした値に
なったときを切替えタイミングとし、回転子の磁極位置
を基準に巻線に印加する電流の位相が同期するようにシ
フトさせて、低速域と高速域とで巻線を外部でスター接
続とデルタ接続とに切り替えて、駆動電源の容量を増加
させることなく、低速時の大トルクと高速運転を両立し
て実現し、定出力特性で自動運転するものである。さら
に、巻線接続切り替え時の電流サージを抑制し接触器
A,Bの寿命を延長したり、切り替えのタイミングにヒ
ステリシスをもたせショックレスに変速する等により運
転特性のよいものにしてある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電気自動車等に用いる
同期電動機の駆動方法に関する。
【0002】
【従来の技術】内燃機関を用いた自動車のトルク特性は
一般論的には、低速域から高速域まで一様な加速特性を
得るには定トルク特性が望ましい。ところが、現在普及
している内燃機関を用いた自動車の走行は、燃費、静粛
性等の運転特性との整合上、図7に示すように、車速に
応じ低速ギヤから順次高速ギヤに切替え、内燃機関の回
転数とトルクを、燃費がよく適切な加速を行えるよう
に、選定し定出力特性で運転している。将来の自動車の
駆動装置として、無公害、保守が簡単かつ軽量である電
気駆動装置の実用化が検討されている。電気式で駆動す
る場合は、直流電動機より交流電動機が適しており、な
かでも同期電動機が効率が高く最適であり、速度制御範
囲が広いという電動機制御の特徴を活かし変速ギヤを省
きたいという要望が強い。一般に、電動機の寸法は基底
速度におけるトルクによって決まる。連続して変速する
ため、同期電動機をインバータ駆動する場合、定トルク
特性であれば速度に比例して出力が増加し、電動機を駆
動するインバータ装置の容量も大きくしなければならな
いという難点がある。一方、基底速度より高速側を定出
力特性にすれば、インバータの容量をあげることなし
に、現在普及している自動車の要求特性を満たすことが
出来る。効率が良い点で電気自動車の駆動に適してい
る、同期電動機の一例である永久磁石界磁形同期電動機
の基本的トルク−速度特性を図8に示す。 この電動機
をインバータ駆動した場合、基本特性を論ずるため電動
機の巻線抵抗による電圧降下や鉄損を無視すれば、速度
N1で誘起電圧が電源電圧V1になったとすると、N1
以上に速度を上げることは出来ない。 これを解決する
ために、電源の電圧を高くするか電動機の巻数を減らし
て定格電流を増せばよいが、インバータの容量が大きく
なる。 また、他の解決方法として、図9(a)に示す
ように、電動機の巻線を2組装着し、おのおのの巻線の
接続を直列、並列に切替えることにより、図9(b)に
示すような特性を得る方法がある。 しかし、この方法
では、リード線または端子の数(3相交流の場合12
個:中性点を内部で接続しても10個)が多くなり、接
点の数も多く(9組以上)必要となり、結線や接続が複
雑で製造上難しい。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題を解決するため、効率がよく運転特性がすぐれ、か
つ製造容易な、自動車等の車両駆動用の同期電動機の駆
動方法を提供するものである。
【0004】
【課題を解決しようとする手段】上記課題を解決するた
め、車両駆動等に適用するインバータ装置による同期電
動機の巻線接続を切替える可変速駆動方法において、電
動機の回転子の回転速度がプリセットした値になったと
きを切替えタイミングとし、回転子の磁極位置を基準に
電動機の印加電流の位相を同期するようにシフトさせ
て、低速域と高速域とで巻線をスター接続とデルタ接続
とに外部で切替えて、駆動電源の容量を増加させること
なく、低速時の大トルクと高速運転を両立して実現し、
定出力特性で自動運転するものである。さらに、切替え
の直前に、トルク指令を絞り、巻線接続切替え時の電流
サージを抑制し接触器の寿命を延長したり、切替えのタ
イミングにヒステリシスをもたせ、ショックレスに変速
する等のより運転特性のよいものにしてある。
【0006】
【実施例】以下、本考案の具体的実施例を図1から図6
により説明する。図1(a)は、本発明の制御回路のブ
ロック図である。図1(b)は、外部に設ける巻線切替
装置を示めす。 同期電動機の各相用の単一巻線10
は、通常誘導電動機で用いるスター/デルタ切替装置と
同様に、コンタクタAとBにより、切替え指令により接
続を切替えるようにしてある。運転者が指令するトルク
指令Tが、電流指令器23に入力される。 一方、同期
電動機1の回転子の軸端に設けたレゾルバ等の回転角度
検出器4で検出した信号Sdは、磁極検出器24で回転
子の磁極位置信号Spに変換され、さらに移相器25
で、図5に示すようなタイミングで、スター/デルタ接
続に応じ回転子の回転角度に応じて、同期電動機の各相
(U,V,W)巻線10の印加電流の位相に同期するよ
うに調整した出力信号Sfを出力する。電流指令器23
では、トルク指令Tに比例した振幅を持ち、Sfと同位
相の電流指令信号Icを出力する。 電流指令信号Ic
は電流制御増幅器22に正の符号で入力される。一方、
インバータ主回路21の出力電流Idは電流変成器26
で検出され、電流制御増幅器22に負の符号でフィドバ
ックされ、結果として(Ic−Id)が電流制御増幅器
22に加えられる。電流制御増幅器22では、(Ic−
Id)に対応する駆動指令信号Vrをインバータ主回路
21に与えると、インバータ主回路21は、巻線切替器
3を介し、交流同期電動機1に駆動電流を供給する。ま
た、回転角度検出器4の出力Sdは切替タイミング指令
装置5にも入力されパルス−速度変換器27で速度信号
Vsに変換された後、プリセットされた基準速度指令信
号Vo(図2のN1に相当)と比較器28で比較され
(Vs−Vo)が0になったとき、切替タイミング指令
装置5は、スター/デルタの切替えタイミング信号を巻
線切替器3に指令する。 なお、比較器28には、動作
の安定化のために、ヒステリシス特性を持たせてある。
一方、切替タイミング指令装置5の出力はインバータ装
置2にも入力され、巻線切替え時のインバータ主回路2
1の駆動指令信号Vrの制御やゲート信号のON−OF
Fに使われる。巻線切替え時の制御は、下記の4ケース
がある。 (1) 図2に示すように、スター接続からデルタ接続への
切替えは、実速度の検出値Vsがプリセットした速度レ
ベルVo(基底速度N1に相当)に等しくなったとき、
切替タイミング指令装置5から低速時のスター接続と高
速時のデルタ接続との切替え指令が巻線切替器3とイン
バータ装置2に与えられる。 この時、トルク指令Tが
一定であれば、実トルクは低速時のトルクT1から高速
時のT2に変化する。 トルクT2は最高速度N2まで
維持する。 このとき、N1:N2=T2:T1(=
1:√3)となり、N1とN2との動作点を比較する
と、定出力の関係が保たれる。 (2) 図3に示すよう、巻線の切替えタイミングTchよ
りあらかじ設定してある時間Tadだけ先行させて、関
数発生器等によりトルク指令Tを絞り、さらに切り替え
の直前の僅かな時間インバータ主回路21のゲート信号
をOFFにして無通電状態にし、再び巻線切替え直後ト
ルク指令を立ち上げて、インバータ回路の巻線接続切替
え時の電流サージを抑制する。実際は、切り替え指令を
受けた時点をTchとし遅行させればよい。 (3) 図4に示すよう、実速度の検出値Vsがプリセット
した速度レベルVo(基底速度N1に相当)を超えた時
に、スター接続からデルタ接続に切替えるのとは逆に、
デルタ接続からスター接続に切替える点をVoより少し
低いレベルVo’にすることにより、切替え特性にヒス
テリシスを持たせ、より安定な動作を確保する。 (4) 図6に示すように、指令トルクを基底速度以下(0
からN1まで)の間はスター/デルタいずれの接続も選
択できるようにし、基底速度N1から最高速度N2の間
はデルタ接続のみとし、回転速度が0からN1までの範
囲で急加速が必要な場合、アクセルペダルの踏込み量
(トルク指令)に応じてデルタ接続からスター接続に切
替えるいわゆるキックダウン特性をもたせるようにして
ある。他の実施例として、電動機の固定子、回転子と制
御回路の定数をあらかじめ記憶し、電流制御増幅器22
で等価回路網等を用い制御パラメータを演算し、パラメ
ータに対応する駆動指令信号Vrを制御する、トルクの
制御方法がある。さらに、自動車の走行状態、蓄電池の
状態や車体重量の変化に応じ、N1,N2,T1,T
2,Voの関係を予測し、制御パラメータの設定をバリ
アブルにしてもよい。 その他の実施例として、スター接続用とデルタ接続用と
の2種類の磁極検出器を設け、巻線切替え時の印加電流
のシフト量を制御し、切替え時の同期化をスムーズに行
うようにするとよい。
【0007】
【発明の効果】本発明は、上記のように構成することに
より、下記の効果がある。 (1) 同期電動機の単一巻線の接続切替えを、外部でおこ
なうので、リード線や端子の数が増加せず電動機の構造
が簡単になる。 (2) 基底速度N1と最高速度N2とで定出力特性関係を
持たせているので、同期電動機、インバータ装置と電源
容量を上げずにすむ。 (3) 巻線切替え前後の各種指令を実運転時にスムーズに
対応できるようにしたので、運転者が違和感をもたな
い。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の実施例を示す制御回路のブロ
ック図,(b)は本発明に用いる巻線切替器(スター/
デルタ)の回路図。
【図2】本発明の実施例の回転速度と指令トルクの関係
を示すグラフ
【図3】本発明の実施例の切替えタイミングの関係を示
すタイミング・チャート
【図4】本発明の実施例の指令トルクのヒステリシスを
示すグラフ
【図5】本発明の実施例の回転角度検出器の出力を示す
チャート
【図6】本発明の実施例のキックダウン特性をもった回
転速度とトルク指令の関係を示すグラフ
【図7】内燃機関を用いた自動車のギヤ変速による回転
数と駆動力の関係を示すグラフ
【図8】一般的な永久磁石形同期電動機のトルク特性を
示すグラフ
【図9】(a)は従来の巻線切替装置(並列/直列)の
回路図、(b)はその回転速度と指令トルクの関係を示
すグラフ
【符号の説明】
1は同期電動機、2はインバータ装置、3は巻線切替
器、4は回転角度検出器、5は切替タイミング指令装
置、10は電動機の巻線、21はインバータ主回路、2
2は電流制御増幅器、23は電流指令器、24は磁極検
出器、25は移相器、26は電流変成器、27はパルス
−速度変換器、28は比較器である。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 運転者がトルク指令を与える、車両駆動
    等に適用するインバータ装置による同期電動機の巻線接
    続を切り替える可変速駆動方法において、電動機の回転
    子の回転速度がプリセットした値になったときを切替え
    タイミングとし、回転子の磁極位置を基準に電動機の印
    加電流の位相を同期するようにシフトさせて、低速域と
    高速域とで巻線をスター接続とデルタ接続とに外部で切
    替えて、駆動電源の容量を増加させることなく、低速時
    の大トルクと高速運転を両立して実現し、自動運転する
    ことを特徴とする同期電動機の駆動方法
  2. 【請求項2】 前記スター接続とデルタ接続との切り替
    えの直前に、トルク指令を絞り、つぎにインバータ主回
    路を無電流状態にし、巻線接続切替え時の電流サージを
    抑制するとともに接触器の寿命を延長する請求項1記載
    の同期電動機の駆動方法。
  3. 【請求項3】 前記スター接続とデルタ接続との切替え
    を実速度の検出値とプリセットした速度レベルを比較
    し、ヒステリシス発生回路等により、切替えのタイミン
    グにヒステリシスをもたせ、ショックレスに変速する請
    求項1または2記載の同期電動機の駆動方法。
  4. 【請求項4】 前記電動機の印加電流を、固定子、回転
    子とインバータ装置の回路定数から決定した制御パラメ
    ータにより制御する請求項1ないし3記載の同期電動機
    の駆動方法。
  5. 【請求項5】 前記電動機の印加電流の位相シフトを、
    スター接続用とデルタ接続用との2種類の磁極検出器の
    出力信号を切り替えることによって行う請求項1ないし
    4記載の同期電動機の駆動方法。
  6. 【請求項6】 通常は高速運転しておき、低速運転が必
    要なときキックダウン動作により急速に運転速度を切替
    える請求項1ないし5記載の同期電動機の駆動方法。
  7. 【請求項7】 通常は自動運転しておき、必要に応じ手
    動運転に切替える請求項1ないし6記載の同期電動機の
    駆動方法。
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