JPH0624403B2 - 電気自動車用誘導モ−タの制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電気自動車用誘導モータの制御方法、特にモー
タ損失を最小にしながら誘導モータに与えられる一次電
流を制御する最適制御方法に関するものである。

［従来の技術］ 有害な排出ガスを生じない無公害自動車として電気自動
車が研究されており、一部に既に実用化の段階となって
いる。

初期の電気自動車の駆動源としては制御が容易な直流モ
ータが用いられていたが、この直流モータはブラシその
他の保守が面倒であり、近年において電気自動車の駆動
源としては保守の容易なインバータ制御された誘導モー
タが用いられるようになってきた。

周知のごとく、電気自動車に用いられるモータは通常の
産業用モータと異なりトルク制御され、必要なトルク制
御を行い自動車の操縦性能を安定化させるために、ベク
トル制御あるいは滑り周波数制御等によって誘導モータ
が制御されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 周知のごとく、誘導モータの出力トルクはモータ磁束と
トルク電流との積に比例し、必要なトルクを得るために
は前記モータ磁束とトルク電流のいずれかを変更して必
要な一次電流を誘導モータに与えれば良い。

しかしながら、従来の装置においては、磁束一定領域で
の制御が行われ、トルク電流を変更することによっての
み出力トルクを変えていた。

このような従来の制御方法によれば、制御工程を簡素化
することができるが、一方において、広範囲に変動する
トルクに対応して常にモータ損失を小さくすることがで
きないとう問題があった。

すなわち、誘導モータのモータ損失はモータ磁束による
磁束損失とトルク電流によるトルク電流損失の両者が存
在し、これらの両損失はそれぞれ設定されたモータ磁束
及びトルク電流に依存し、従来のごとくモータ磁束を一
定に保持している場合には、誘導モータの出力トルクに
よっては損失が著しく増大してしまうという問題があっ
た。

特に、モータ磁束を一定にした制御の場合、通常、前記
一定の磁束はモータ磁束を最大値に固定した領域として
設定され、到底広範囲の出力トルク領域において常に最
適な効率を得ることは不可能である。

このようなモータ損失の増大は電気自動車の消費電力を
増加させ、限られたバッテリ容量で走行できる距離を低
下させ、電気自動車の開発に大きな阻害要因となってい
た。

本発明は上記従来の課題に鑑み為されたものであり、大
きく変動する出力トルクの全範囲において常に磁束損失
とトルク電流損失の両者の総合モータ損失を最小値にす
る最適制御方法を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は、従来のモータ磁
束一定制御とは異なり、必要な目標トルク及びモータ回
転数によって総合モータ損失が最小となる最適モータ磁
束をまず演算し、次に、この最適モータ磁束を得るまで
のモータ磁束の調整過渡時における遅れのある実際のモ
ータ磁束を推定し、この推定モータ磁束のときの最もモ
ータ損失の少なくなるモータ出力トルク（過渡トルク）
を逆算し、該過渡トルク及び推定モータ磁束に応じて過
渡トルク電流を演算し、モータ磁束の調整過渡時におい
ては、前記最適モータ磁束を得る磁化電流と前記推定モ
ータ磁束に対応する前記過渡トルク電流から、誘導モー
タに与えられる一次電流を決定し、推定モータ磁束が前
記最適モータ磁束となった後は、最適モータ磁束を得る
磁化電流と前記目標トルク及び最適モータ磁束に対応す
る最適トルク電流とから、誘導モータに与えられる一次
電流を決定することを特徴とする。

［作用］ 従って、本発明によれば、モータ磁束及びトルク電流の
調整過渡時である過渡トルク出力時並びに調整後の目標
トルク出力時のいずれの時も常に最高効率となる、すな
わちモータ損失の最も少なくなる一次電流を誘導モータ
に供給することができ、常に全トルク領域及び周波数領
域において必要な消費電流を最小に制御する結果、電気
自動車の走行距離を著しく拡大することが可能となる。

［実施例］ 以下図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する。

第３図には誘導モータにおける理想的なベクトル図が示
されており、縦軸の磁化電流Ｉ_０によつて誘導モータの
モータ磁束Φが生じ、また横軸のトルク電流Ｉ_Ｔによっ
て前記モータ磁束ΦとともにモータにトルクＴを発生さ
せることができる。従って、誘導モータには前記磁化電
流Ｉ_０とトルク電流Ｉ_Ｔとのベクトル和である一次電流
Ｉ_１が供給されることとなる。

従って、本発明において、従来と異なり、モータ磁束Φ
を変化した場合においても、これに見合うトルク電流Ｉ
_Ｔを設定することによって、必要な目標トルクＴ^＊を得
ることが可能となる。

これにより、前記モータ磁束Φとトルク電流Ｉ_Ｔもそれ
ぞれによって定まる別個の損失をそれらの総合損失が最
小となるようなトルクを出力するための一次電流Ｉ_１を
任意に選択可能であることが理解される。

また、第３図において、定トルク線はモータコイルの抵
抗成分、インダクタンス成分による位相のずれを無視し
た理想的なトルク一定の特性を示しているが、実際に
は、これら成分により、モータ磁束Φは変化遅れを生じ
ている。

従って、このモータ磁束が最適モータ磁束となるまでの
過渡時においては、変化遅れに応じてトルク電流Ｉ_Ｔも
調整しなければ、総合モータ損失を最小とすることはで
きない。

本発明においては、このような原理に基づき、まず必要
な目標トルクＴを得るために最小のモータ損失となる最
適モータ磁束Φ^＊を求め、次に、前記最適モータ磁束Φ
^＊を得る磁化電流にてモータ磁束を調整する過渡時の遅
れのある実際のモータ磁束Φを推定し、この推定モータ
磁束Φの時の最もモータ損失の少なくなる過渡トルクＴ
_ｔを逆算し、該過渡トルクＴ_ｔ及び推定モータ磁束Φに
応じて過渡トルク電流Ｉ_Ｔ′を演算し、モータ磁束の調
整過渡時においては、最適モータ磁束Φ^＊を得るための
磁化電流と推定モータ磁束Φに対応する過渡トルク電流
Ｉ_Ｔ′の両者から決定される一次電流Ｉ_Ｔを誘導モータ
に供給し、調整後最適モータ磁束Φに達した後は、最適
モータ磁束Φ^＊を得るための磁化電流と目標トルクＴ^＊
及び最適モータ磁束Φ^＊に対応する最適トルク電流Ｉ_Ｔ
^＊の両者から決定される一次電流Ｉ_１を誘導モータに供
給することを特徴とする。

第４図は誘導モータの総合的な最小モータ損失を求める
ための磁束／損失特性であり、横軸にはモータ磁束Φそ
して縦軸にはモータ磁束とトルク電流の両者によって生
じる総合的なモータ損失ηが示されている。

第４図において、誘導モータの回転数は一定に保持さ
れ、３本の特性はそれぞれモータの出力トルクをパラメ
ータとし、図のごとくモータ出力トルクの大、中、及び
小の特性が図示されている。

従って、第４図から、各特性の底値となる領域を結べ
ば、図の斜線を施したモータ損失最小領域を知ることが
可能となる。この時の傾向は、モータ出力トルクが小さ
くなるに従い、モータ磁束が少ないところでモータ損失
が最小になるというものであることが理解される。もち
ろん、第４図は任意に定めた一定回転数における特性で
あり、電気自動車に必要な全てのモータ回転数に対して
このような特性を得ることが可能である。

第５図は前記第４図で説明した磁束／損失特性をモータ
回転数Ｎの各変化に応じて総合的なモータ損失が最小と
なるデータをマップ上に示した図であり、モータ出力ト
ルクＴを得るために現在のモータ回転数Ｎによれば損失
最小のモータ磁束Φをどの値に定めればよいかが明らか
となる。

このような磁束／損失特性データはもちろん各誘導モー
タあるいは実装される電気自動車によって異なり、これ
らのデータは予め特定機種の電気自動車に対して実験及
び計算の両者によって決定することができ、このマップ
データをモータ制御用の回路にＲＯＭその他の記憶情報
として任意に読出し可能に組込むことができる。

そして、以上のようにして最適モータ磁束Φ^＊が決定さ
れれば、前述した第３図の定トルク特性に基づいて最適
トルク電流Ｉ_Ｔ ^＊求めることが可能となり、このトルク
電流Ｉ_Ｔ ^＊の決定も予め定めたデータから容易に導き出
すことができ、このようなデータも回路のＲＯＭ上に記
録することができる。

第６図は一定のトルク電流Ｉ_Ｔを求めるためのマップの
一例を示し、モータ回転数Ｎとモータ出力トルクＴに応
じて求められるモータトルク電流Ｉ_Ｔが図示のごときマ
ップ上に表示され、このようなモータトルク電流データ
も前述したごとく回路のＲＯＭ上に任意に読出し可能に
記録可能である。

第１図には前述した本発明に係る制御方法を実際の電気
自動車用誘導モータ制御に用いた場合のフローチャート
を示し、更に第１図のフローチャートを実行するための
制御回路が第２図に示されている。

第２図において、電気自動車の駆動源である誘導モータ
１０はインバータ制御されており、また前記インバータ
制御を行うために、ベクトル制御が用いられている。

トルク演算装置１２は車両の走行指令及び走行条件に応
じて必要な目標トルクＴ^＊を出力し、この目標トルクは
効率最適化回路１４に送られ、本発明の特徴的なモータ
磁束及びトルク電流の両者の演算が行われる。そして、
このようにして求められた最適モータ磁束Φ^＊とモータ
磁束の調整過渡時における変化特性に応じて過渡トルク
電流Ｉ_ｔ′から調整後の最適トルク電流Ｉ_Ｔ ^＊まで変化
するトルク電流Ｉ_ｑがベクトル制御のためにベクトル演
算回路１６に供給され、その出力がＰＷＭ制御回路１８
によってインバータ主回路２０に供給され、前記誘導モ
ータ１０の一次電流が制御される。

前記誘導モータ１０の電流はバッテリ２２から前記イン
バータ主回路２０を介して供給されている。

更に、前記バッテリ２２の電圧は電圧検出回路２４によ
り検出されまたインバータ主回路２０から誘導モータ１
０に供給される電流が電流検出回路２６により検出さ
れ、更に誘導モータ１０の回転数はパルスジェネレータ
２８により検出され、これら各検出信号がそれぞれ所望
の演算装置及び制御回路に供給されている。

第１図において制御回路の初期化が行われると、本発明
によるモータ制御が実行され、ステップ１０１において
各種データの読込みが行われる。

前記読込みデータは前後進スイッチ、アクセルセンサ、
アクセルスイッチ、ブレーキセンサ及びブレーキスイッ
チからそれぞれ与えられる走行指令とモータ温度、イン
バータ温度、モータ回転数、バッテリ温度、バッテリ電
圧を含む走行条件の両者を含み、トルク演算装置１２は
これらの走行指令及び走行条件に基づき必要な目標トル
クＴ^＊を演算する（ステップ１０２，１０３）。

実施例においてステップ１０３はバッテリ温度あるいは
インバータ温度による補正作用をを示し、温度上昇時に
通常の場合目標トルクを所定分減算して必要な目標トル
クＴ^＊を定める。

前記モータ走行指令及び走行条件における目標トルクの
設定は従来と同様に各電気自動車に定められた特性デー
タから演算され、第７図はこのような特性データの一例
を示す。

第７図において、横軸はモータ回転数Ｎを示し、正領域
は正転、そして負領域は逆転を示している。また、縦軸
はモータ出力トルクＴを示す。

今電気自動車が停止している状態では符号ａで示した位
置にあり、この状態で前進する場合にはアクセルが開か
れ、アクセル１００％の特性までモータ出力トルクがｂ
に向って急激に増加する。このモータ出力トルク発生に
て電気自動車は発進し、太い実線で示されるごとく、モ
ータ回転数Ｎは順次増加し、一定のモータ回転数すなわ
ちｃ位置においてモータ出力トルクも順次ｄに向って減
少する。ｄからアクセルを戻すと一定のモータ回転数Ｎ
を保ちながらモータ出力トルクＴもｅまで減少し、更に
このアクセル開度においてモータ回転数Ｎはｆに向って
増加する。

ｆから自動車を停止する場合アクセルの戻しとブレーキ
の踏込みが行われ、モータ出力トルクＴは負領域に移行
し、ブレーキの踏込み状態で定まるｇにモータ出力トル
クＴが保持され、この状態は回生状態を示している。ブ
レーキの踏込みに応じ、モータ回転数Ｎは順次減少し、
ｈにて自動車は停止し、再び元の位置ａまで戻る。

このような第７図に示した特性は予め各電気自動車の機
種に応じて定められ、この特性データは第２図に示した
トルク演算装置１２のＲＯＭ等に書込まれており、前記
走行指令及び走行条件に応じて適宜この目標トルクＴ^＊
が読出される。

前記目標トルクＴ^＊はパルスジェネレータ２８から出力
されるモータ回転数、実施例においては、モータ周波数
ｍとともに効率最適化回路１４において総合的なモー
タ損失を常に最小とするモータ磁束Φ^＊及びモータ磁束
の調整過渡時の変化特性に対応したトルク電流Ｉ_ｑに変
換される。この演算は第１図のステップ１０４〜１０７
において行われる。まず、ステップ１０４では目標トル
クＴ^＊とモータ回転数Ｎ（ｆｍ）から前述した第４ある
いは第５図で示した磁束／損失特性データに基づき全体
的なモータ損失を最小とするモータ磁束Φ^＊が求められ
る。

次に、ステップ１０５において、前記求められた最適モ
ータ磁束Φ^＊を得るための磁化電流を供給した場合のモ
ータ磁束の変化特性に基づいて、調整過渡時における実
際のモータ磁束Φを推定する。

前記モータ磁束の変化特性に基づく実際のモータ磁束Φ
の推定値は、目標モータ磁束Φ^＊と現在のモータ磁束Φ
０との差、モータコイルの抵抗値、及びインダクタンス
値に応じた所定の演算式、例えば Φ＝Φ_０＋１／ＲＬ（Φ^＊−Φ_０） にて導かれる。

更にステップ１０６において、実際の推定モータ磁束Φ
及びモータ回転数Ｎから第５図に示したマップに基づ
き、推定モータ磁束Φにおける最も効率の良いモータ出
力トルク、（過渡トルクＴ_ｔを求める。

そして、ステップ１０７においては、求められた過渡ト
ルクＴ_ｔ及び推定モータ磁束Φからモータ回転数Ｎを考
慮して前述した第３図あるいは第６図のデータに基づい
て過渡トルク電流Ｉ_Ｔ′から最適トルク電流Ｉ_Ｔ ^＊まで
変化するトルク電流Ｉ_ｑが求められる。

以上のステップ１０４〜１０７までの演算は効率最適回
路１４にて、例えば１ｍｓごとに常時繰り返し行われて
おり、従って、モータ磁束が最適モータ磁束Φ^＊に達す
るまでの過渡時においても常に最も効率の良いトルク電
流Ｉ_ｑが演算されている。

従って効率最適化回路１４からはモータ磁束Φ^＊及び実
際の推定モータ磁束Φに対応して変化するトルク電流Ｉ
_ｑが常に出力される。

以上のようにして、最適モータ磁束Φ^＊とトルク電流Ｉ
_ｑが定まると、次に本実施例においては、ベクトル制御
によってモータ電圧Ｖ_１とモータ一次周波数_１との演
算をベクトル演算回路１６によって行う（ステップ１０
８）。

前記ベクトル演算回路１６にはパルスジェネレータ２８
から与えられるモータ周波数ｍ、電流検出回路２６か
ら検出されたモータ電流Ｉ_１そして、電圧検出回路２４
から検出されたバッテリ電圧Ｖ_０が入力されており、こ
れらの検出信号と前記与えられたモータ磁束Φ^＊及びト
ルク電流Ｉ_ｑによって所望のベクトル演算が行われる。
ベクトル演算の結果はモータ電圧Ｖ_１としてＰＷＭ制御
回路１８に供給され、また滑り周波数Ｆ_ｓが前記モータ
周波数ｍと加算されてモータ一次周波数_１としてＰ
ＷＭ制御回路１８に供給される。

前記ＰＷＭ制御回路１８は供給されたモータ電圧Ｖ_１と
モータ一次周波数_１とからインバータ制御信号である
パルス信号Ｐをインバータ主回路２０に供給し（ステッ
プ１０９）、インバータ主回路２０はこの与えられたパ
ルス信号Ｐに基づいてバッテリ２２の直流電力を必要な
交流電力に変換し誘導モータ１６に所望の一次電流を供
給する。

従って、以上の制御により、誘導モータ１０は広範囲に
変動する目標トルク領域及びモータ回転数領域におい
て、常に最小の総合的モータ損失にて駆動されることと
なり、この結果、バッテリ２２の消耗を著しく軽減する
ことが可能となる。

［発明の効果］ 以上のごとく、本発明によれば、誘導モータはモータ磁
束の調整過渡時においても常に最小の総合損失にて駆動
され、この結果、バッテリ充電走行距離を著しく延長さ
せ、電気自動車の行動範囲を拡大することが可能とな
る。

前記走行距離の延長はバッテリの充電回数を減少させ、
メンテナンスの煩雑さを減すことから電気自動車の実用
化に極めて有用である。

もちろん、走行距離の延長は必要な走行距離を短く設定
することによってバッテリ自体の小型化及び自動車重量
の減少をもたらすことができ、更にバッテリの小型化は
自動車のデザインの自由度を増大させる効果を生じる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る制御方法の好適な実施例を示すフ
ローチャート図、 第２図は第１図のフローチャートを実行するための制御
回路図、 第３図は誘導モータにおけるモータ磁束Φとトルク電流
Ｉ_Ｔとの関係を示す特性図、 第４図は回転数を一定としたときにモータ出力トルクを
パラメータとしたモータ磁束／損失特性図、 第５図及び第６図はそれぞれ本発明に用いられるモータ
磁束及びモータトルク電流のデータマップ図、 第７図は本発明を用いた自動車走行状態を示す特性図で
ある。 １０……誘導モータ １２……トルク演算装置 １４……効率最適化回路 １６……ベクトル演算回路 １８……ＰＷＭ制御回路 ２０……インバータ主回路 ２２……バッテリ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】走行指令及び走行条件に基づいて誘導モー
   タに必要な目標トルクを求め、前記目標トルクが出力さ
   れるように誘導モータに所望の一次電流を供給する電気
   自動車用誘導モータの制御方法において、予め定められ
   ている磁束／損失特性データから前記目標トルクとモー
   タ回転数に応じてモータ損失が最小となる最適モータ磁
   束を演算し、 次に、この最適モータ磁束を得るまでのモータ磁束調整
   の過渡時におけるモータ磁束の変化特性から変化遅れの
   ある実際のモータ磁束を推定し、 この推定モータ磁束とモータ回転数から、該推定モータ
   磁束の時に最もモータ損失の少なくなるモータ出力トル
   クである過渡トルクを逆算し、 該過渡トルク及び推定モータ磁束に応じてモータ磁束／
   トルク電流特性データから過渡トルク電流を演算し、 モータ磁束の調整過渡時においては、前記最適モータ磁
   束を得る磁化電流と、過渡トルク電流と、から得られる
   モータ損失を最小にする一次電流指令を誘導モータに供
   給し、 推定モータ磁束が前記最適モータ磁束となった後には、
   最適モータ磁束を得る磁化電流と、前記目標トルク及び
   最適モータ磁束に応じて前記モータ磁束／トルク電流特
   性に基づいて演算された最適トルク電流と、から得られ
   るモータ損失を最小にする一次電流指令を誘導モータに
   供給することとし、 モータ磁束及びトルク電流の調整過渡時である過渡トル
   ク出力時並びに調整後の目標トルク出力時のいずれのと
   きも常に最高効率となる一次電流を誘導モータに供給す
   ることを特徴とする電気自動車用誘導モータの制御方
   法。