JPH0662597A - 交流可変速駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気自動車等に利用される交流可変速駆動装
置において、広い速度範囲において高効率化、大出力
化、低価格化が可能なシステムを実現する。 【構成】 交流電動機Ｍと、その駆動用インバータとを
備えた交流可変速駆動装置に関する。前記交流電動機Ｍ
は、互いに磁気的に干渉しないように配置された第１及
び第２の固定子巻線２３，３３と、第１の固定子巻線２
３と共に同期電動機２０を構成し、かつ永久磁石２２を
有する第１の回転子２１と、第２の固定子巻線３３と共
に誘導電動機３０を構成し、かつ、第１の回転子２１と
同軸上に配置された第２の回転子３１とを備える。前記
インバータは、同期電動機２０及び誘導電動機３０を個
別に駆動するように各固定子巻線２３，３３に交流電力
を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は交流可変速駆動装置に関
し、詳しくは、電池を電源とする電気自動車の駆動シス
テム等に使用して好適な交流可変速駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１３は、公知の電気自動車の駆動シス
テムを示しており、図において、１は主電池、２は電動
機駆動用インバータ、３は交流電動機、４は車輪等の負
荷である。一般に電気自動車においては、電動機３と負
荷４との間に変速機や差動ギアといった種々の機構が必
要であるが、これらは本発明の要旨とは直接関係しない
ため、図示を省略してある。

【０００３】ここで、交流電動機３として誘導電動機を
用いた場合について考察する。周知のように誘導電動機
は、一次電流から電動機の主磁束を作り、例えば広く知
られているベクトル制御を用いることにより、磁束及び
トルクをそれぞれ独立して制御できるものである。この
ため、弱め磁束制御を適用することで、一次側の電圧が
電池により制約を受けるという特質を持つ電気自動車の
駆動システムにおいても、広い速度範囲で運転できる利
点を有する。しかしながら、誘導電動機は二次側に電流
を流すことによってトルクを発生するので、二次側での
銅損により電動機効率が低下し、そのために容量の大き
い冷却装置が必要になる。更に、励磁電流を一次側から
供給するため、電動機の入力力率が低下するといった欠
点もある。

【０００４】次に、交流電動機として同期電動機を用い
た場合を考えてみる。同期電動機には、回転電機子形と
回転界磁形とがあり、何れも回転子巻線に通電する必要
があるため、スリップリングや回転トランスが使用され
ている。しかし、これらは電動機を構造上大きくし、更
に効率も低下させることから、電気自動車に用いる場合
には、ＡＣサーボ等に広く使用されているところの、回
転子を永久磁石により構成した永久磁石形同期電動機が
適している。この電動機を用いれば、二次銅損が発生し
ないため効率がよく、制御によって電動機力率を向上さ
せることも可能である。

【０００５】しかるに、永久磁石形同期電動機の界磁磁
束は永久磁石によって一定であるのに対し、高速回転を
必要とし、しかも電源電圧に制限がある電気自動車にお
いては、一次巻線の巻数を大きくできないので、要求出
力を得るためには電流値を大きくせざるを得ない。従っ
て、電流値をある程度制限した状態では高速回転と大出
力化との両立は困難である。また、永久磁石として使用
される高性能磁石は一般に高価格であり、システム全体
のコストが上昇してしまう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、電気
自動車用の交流電動機としては、誘導電動機及び永久磁
石形同期電動機の何れにも一長一短がある。したがっ
て、１台の装置により、これらの電動機が各々有する長
所としての、広い速度範囲における高効率化、大出力
化、かつ冷却が容易で低価格化が可能な交流可変速駆動
装置を実現することが課題として存在していた。本発明
は上記課題を解決するためになされたもので、その目的
とするところは、誘導電動機及び同期電動機を併せ持つ
交流電動機とインバータとを組み合わせることにより、
広い速度範囲における高効率化、大出力化、冷却の容易
化、低価格化を可能にし、しかも、電動機駆動用インバ
ータの故障に対して冗長性のある交流可変速駆動装置を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明は、交流電動機と、この交流電動機を駆
動するインバータとを備えた交流可変速駆動装置におい
て、前記交流電動機は、互いに磁気的に干渉しないよう
に配置された第１及び第２の固定子巻線と、第１の固定
子巻線と共に同期電動機を構成し、かつ永久磁石を有す
る第１の回転子と、第２の固定子巻線と共に誘導電動機
を構成し、かつ、第１の回転子と同軸上に配置された第
２の回転子とを備え、前記インバータは、前記同期電動
機及び誘導電動機を個別に駆動するように第１及び第２
の固定子巻線に交流電力を供給するものである。

【０００８】第２の発明は、第１の発明において、同期
電動機駆動用のインバータ及び誘導電動機駆動用のイン
バータを、それぞれ切り離しスイッチを介して共通の直
流電源に接続したものである。

【０００９】第３の発明は、第１または第２の発明にお
いて、同期電動機及び誘導電動機の極数を同一とし、か
つ、第１の固定子巻線と第２の固定子巻線とを所定の電
気角だけずらして配置したものである。

【００１０】第４の発明は、第１、第２または第３の発
明において、同期電動機は全速度範囲にわたって定格ト
ルクの定トルク制御を行うと共に、誘導電動機はある速
度以下では定トルク制御、前記速度以上では速度の上昇
に伴って磁束を弱める磁束弱め制御を行い、同期電動機
及び誘導電動機双方の出力トルクの和を交流電動機の出
力トルクとしたものである。

【００１１】第５の発明は、第４の発明において、同期
電動機の過負荷耐量を低中速度範囲では大きくし、高速
度範囲では小さくしたものである。

【００１２】第６の発明は、第４または第５の発明にお
いて、同期電動機のトルク指令値τ_s ^*及び誘導電動機の
トルク指令値τ_i ^*を、τ^*≦τ_smax（τ^*：交流電動機全
体のトルク指令値，τ_smax：同期電動機が出力可能な最
大トルク）ならば、τ_s ^*＝τ^*，τ_i ^*＝０とし、τ^*＞τ
_smaxならば、τ_s ^*＝τ_smax，τ_i ^*＝τ^*−τ_smaxとした
ものである。

【００１３】第７の発明は、第４または第５の発明にお
いて、前記各トルク指令値τ_s ^*及びτ_i ^*を、τ^*≦τ
_scont（τ^*：交流電動機全体のトルク指令値，
τ_scont：同期電動機の連続定格トルク）ならば、τ_s ^*
＝τ^*，τ_i ^*＝０とし、τ_scont＜τ^*≦τ_scont＋τ
_icont(τ_icont：誘導電動機の連続定格トルク)ならば、
τ_s ^*＝τ_scont，τ_i ^*＝τ^*−τ_scontとし、τ_scont＋τ
_icont＜τ^*≦τ_smax＋τ_icont（τ_smax：同期電動機が
出力可能な最大トルク）ならば、τ_s ^*＝τ^*−τ_icont，
τ_i ^*＝τ_icontとし、τ^*＞τ_smax＋τ_icontならば、τ_s
^*＝τ_smax，τ_i ^*＝τ^*−τ_smaxとしたものである。

【００１４】第８の発明は、第６または第７の発明にお
いて、誘導電動機のトルク指令値τ_i ^*を、誘導電動機の
二次時定数よりも十分に大きい時定数のフィルタ回路を
介してトルク制御に用い、このフィルタ回路を通過した
トルク指令値τ_i ^*が零である場合には誘導電動機に対す
る励磁を停止するものである。

【００１５】

【作用】本発明では、インバータにより駆動される交流
電動機が、共通の回転軸を有する永久磁石形同期電動機
及び誘導電動機から構成されている。このため、例えば
本発明の交流可変速駆動装置により電気自動車を駆動す
るに当たり、電気自動車の最大加速時のように最大出力
を要求される場合には、同期電動機及び誘導電動機の双
方により加速することにより、各電動機の容量が小さく
なる。これにより、比較的高価な永久磁石を界磁として
有する同期電動機のコストを低減することができる。ま
た、電気自動車等の走行パターンとして大きな部分を占
める巡航速度での走行のように定出力時には、同期電動
機を優先的に使用して主たる出力を分担させることによ
り、システム全体の効率が向上する。

【００１６】

【実施例】以下、図に沿って本発明の実施例を説明す
る。図１は第１の発明の一実施例に使用される交流電動
機Ｍの構成を示している。交流電動機Ｍにおいて、１０
はフレームであり、その内部には、回転軸１１を共通に
した永久磁石形同期電動機２０と誘導電動機３０とが同
軸上に配置されている。また、回転軸１１の一端部近傍
には回転センサ１２が取付けられており、この回転セン
サ１２により検出した回転軸１１の回転速度及び回転位
置が各電動機２０，３０の制御に用いられるようになっ
ている。

【００１７】永久磁石形同期電動機２０は、磁極表面に
永久磁石２２が取付けられた第１の回転子２１と、第１
の固定子巻線としての三相の固定子巻線２３と、図１に
は図示されていないインバータに接続される三相分の端
子２４とから構成される。また、誘導電動機３０は、例
えばかご形に成形された導体を有する第２の回転子（か
ご形回転子）３１と、第２の固定子巻線としての三相の
固定子巻線３３と、図示されていない別のインバータに
接続される三相分の端子３４とから構成される。なお、
外部の２台のインバータは、それぞれ個別に各固定子巻
線２３，３３に供給する交流電力を制御するようになっ
ている。

【００１８】図２は、第２の発明の一実施例としての、
上記交流電動機Ｍの駆動回路を示している。図２におい
て、主電池１には遮断器等からなる切り離しスイッチ２
７，３７を各々介して電圧形インバータ２８，３８が接
続されており、これらのインバータ２８，３８はそれぞ
れ電解コンデンサ２６，３６と半導体素子群２５，３５
とから構成されている。なお、電圧形インバータにおけ
る半導体素子群２５，３５の接続構成は公知であるた
め、ここでは図示及び説明を省略する。上記インバータ
２８の交流出力側は永久磁石形同期電動機２０の固定子
巻線２３に接続され、インバータ３８の交流出力側は誘
導電動機３０の固定子巻線３３に接続されて駆動回路が
構成される。

【００１９】ここで、電圧形インバータに限らず、半導
体素子を用いた電力変換回路では、過負荷や過電圧、ノ
イズによる誤動作及び熱や振動等により、電流、電圧、
温度等の諸量が許容値を越えてしまう場合がある。この
ため、各種の保護機能を付加することで素子の破壊を防
止するようにしているが、これらによっても完全とはい
えず、最悪の場合には素子の破壊に至る。特に、同図の
ように電源が電圧源である場合には、素子が導通状態と
なるような破壊では電圧源が短絡され、装置全体の故障
となる。

【００２０】このため、各インバータ２８，３８におい
て半導体素子の破壊やそれにつながる故障を検知したな
らば、図示されていない制御回路の動作により、切り離
しスイッチ２７または３７を開放動作させて故障側のイ
ンバータを主電池１から切り離し、主電池１や他方の健
全なインバータを故障させないように保護する。また、
必要に応じて健全なインバータ側の切り離しスイッチ２
７または３７を閉じておき、その健全なインバータを引
き続き運転して対応する電動機２０または３０の何れか
を動作させ、交流電動機Ｍの運転を続行することも可能
である。

【００２１】次に、第３の発明の一実施例として、各電
動機２０，３０の固定子巻線２３，３３の構成について
図３、図４を参照しつつ説明する。図３は同期電動機２
０の固定子巻線２３、図４は誘導電動機３０の固定子巻
線３３を示しており、各巻線２３，３３は電気角で所定
角度θだけずらして配置されている。なお、各電動機２
０，３０の極数は同一とする。

【００２２】各巻線２３，３３に流れる電流はインバー
タ２８，３８の制御方式によって変化するが、例えば、
電圧形の方形波インバータでは、印加する基本波周波数
の５倍、７倍の高調波成分を電圧波形に多く含む。一般
に電圧波形は公知のＰＷＭ技術によって変調され、低次
の高調波成分は除去されるが高次の成分も含めて完全に
除去するには変調周波数を十分に高くする必要がある。
また、電圧形インバータでは、各相において上下アーム
の短絡を防止するデッドタイムの存在により、出力電圧
に歪を生じる。

【００２３】以上のことから、インバータにより駆動さ
れる交流電動機の入力電流には、通常、５，７，１１，
１３次……といった高調波成分が含まれる。特に、５
次、７次の高調波電流は印加周波数の６倍のトルクリプ
ルとなり、回転むらを生じると共に、ギア等を数多く含
む電気自動車の駆動システムにおいては異音を生じやす
くなり、装置寿命の低下にもつながる。

【００２４】そこで、図３、図４に示すように、各電動
機２０，３０の固定子巻線２３，３３を電気角θだけず
らして配置し、各巻線２３，３３に通電する電圧または
電流の位相をθだけずらすことにより、各電動機２０，
３０において個別に発生するトルクリプルの位相をずら
すことができる。例えば、６倍のトルクリプルに着目す
るならば、電動機の巻線が三相の場合にはθ＝３０°
（電気角）とすることにより、合成されるトルクリプル
の周波数を２倍にすると共に、その振幅を小さくするこ
とができるため、回転むらやトルクリプルが機械系に与
える悪影響を低減することが可能になる。

【００２５】次いで、図５は、各電動機２０，３０及び
電気自動車の駆動装置として要求される最大トルクと速
度との関係を示しており、第４の発明の一実施例を説明
するためのものである。一般に、電気自動車において要
求される最大トルクは、図示するようにある速度（基底
速度）Ｎ_B以下では定トルク特性、Ｎ_B以上ではトルクが
速度に反比例する定出力特性となる場合が多い。ここ
で、永久磁石形同期電動機は磁束が一定であるから、全
速度範囲で定トルク特性とし、その値は最高速度での要
求トルク以下とする。従って、同期電動機及びそれを駆
動するインバータを設計する場合、同期電動機が出力可
能なトルクの最大値は図５のτ₂₀のようになる。また、
誘導電動機が出力するトルクは、要求される最大トルク
と同期電動機が出力可能な定トルクとの差であるτ₃₀と
なる。

【００２６】要求される最大トルクが、図５に示すよう
に高速度範囲で速度に反比例している場合には、誘導電
動機の最大トルクは速度の２乗に反比例するとも近似で
きるので、この場合には、弱め磁束制御領域において印
加電圧は一定値でよく、インバータの出力電圧の最大値
は基底速度Ｎ_Bに対応する値とすることができる。これ
により、定トルク領域での電圧が高くなるため、必要ト
ルクを発生する際の電流値が下がり、銅損が減少して全
体効率が向上するという利点が得られる。

【００２７】図６も、各電動機２０，３０及び電気自動
車の駆動装置として要求される最大トルクと速度との関
係を示すもので、第５の発明の一実施例を説明するため
のものである。電気自動車として要求される最大トルク
は、一般に図５、図６に示すような特性であるが、この
ような最大トルクは、例えば追越し時のように比較的短
い時間のみ要求されるもので、通常、道路での巡航速度
走行時に要求されるトルクは、最大トルクの１／２以下
であるといえる。

【００２８】一方、駆動装置である電動機及びインバー
タにおいては、要求される最大トルクが同じでも、その
内訳である同期機と誘導機それぞれの連続出力トルクと
短時間出力トルクの割合をどう選ぶかによって、特に冷
却装置を小形軽量化、低価格化する際に差異が生じる。
そこで、電気自動車の駆動装置においても、ここでは、
短時間定格として図６に示すように、高速度範囲での永
久磁石形同期電動機の過負荷耐量を低中速度範囲よりも
小さくする。これによる利点を図７、図８及び図９を参
照しつつ説明する。

【００２９】図７は同期電動機の等価回路を、図８はベ
クトル図を、また図９はトルク−速度特性を示してい
る。図７の等価回路は、同期電動機が特に高速度範囲に
おいて逆起電圧ベクトルＥ（便宜上、明細書中では符号
の上に付すべき「・」を省略する。以下同じ）と同期リ
アクタンスＸとによって近似できることを示しており、
印加する電圧ベクトルＶ及び電流ベクトルＩを併せて示
してある。

【００３０】一般に、永久磁石形同期電動機を制御する
際は、電流ベクトルＩの振幅をトルクに比例させるべく
逆起電圧ベクトルＥと同位相になるように制御するもの
であり、図８ではその際のベクトル図を示してある。同
図において、曲線Ａは端子電圧最大値の軌跡を、ベクト
ルｊＸＩ_a2は最大速度Ｎ_MAXで磁束を弱めなかった場合
の同期リアクタンスによる電圧降下ベクトルを、それぞ
れ示している。ここで、同期電動機の出力トルクは電動
機電流に比例する。

【００３１】図８から明らかなように、同期電動機を高
効率で使用しようとすれば、逆起電力を増加させねばな
らない。インバータの最大出力電圧Ｖ_MAXに対応する端
子電圧Ｖ_a1を同期電動機に印加することによって、同期
電動機の最大速度において逆起電力Ｅ_a1が得られるもの
とし、かつ、電圧Ｖ_a1を同期電動機に印加したときの同
期電動機を流れる電流をＩ_a1とすると、同期電動機にＩ
_a1以上の電流を流すことはできない。最大速度における
同期電動機の出力トルクは電流Ｉ_a1により決定される。
もしも電流Ｉ_a1以上の電流Ｉ_a2を同期電動機に流そうと
すると、同期電動機の逆起電力を、電動機の磁界を弱め
て、Ｅ_a1からＥ_a2へ減少させなくてはならない。このこ
とは、逆起電力や同期リアクタンスによる電圧降下が同
期電動機に対する印加周波数が高くなるほど大きくな
る、高速度領域について特に言えることである。

【００３２】従って、高速度領域において同期電動機の
出力トルクを大きくすると、インバータ電圧が不足する
ので、これを避けるためには逆起電力を小さくせざるを
得なくなり、必要トルクを発生するために必要な電流が
増加し、効率が低下する。そこで、同期電動機の速度に
対する出力トルクの設定を説明するための説明図である
図９に示すように、電圧降下が大きく余裕電圧が小さい
高速度領域での出力トルクを小さくすることで、逆起電
力ベクトルＥをできるだけ大きくすることとした。図９
において、τ_a1は最大速度Ｎ_MAXで図８の電流Ｉ_a1を流
したときのトルクを、τ_a2は同じく電流Ｉ_a2を流したと
きのトルクを、それぞれ示す。

【００３３】図１０は、永久磁石形同期電動機２０及び
誘導電動機３０のトルク指令値の演算方法を示すフロー
チャートであり、第６の発明の一実施例を示すものであ
る。すなわち、具体的には、電気自動車に与えられる交
流電動機Ｍ全体のトルク指令値τ^*から永久磁石形同期
電動機２０のトルク指令値τ_s ^*と誘導電動機３０のトル
ク指令値τ_i ^*とを演算するものである。まず、全体のト
ルク指令値τ^*を読み込み（Ｓ１）、次に、このトルク
指令値τ^*と同期電動機２０の最大トルクτ_smaxとを比
較する（Ｓ２）。τ^*≦τ_smaxならば（Ｓ２ＹＥＳ）、
同期電動機２０のトルク指令値τ_s ^*を全体のトルク指令
値τ^*と等しくし、誘導電動機３０のトルク指令値τ_i ^*
を零とする（Ｓ３）。

【００３４】また、τ^*＞τ_smaxならば（Ｓ２ＮＯ）、
同期電動機２０のトルク指令値τ_s ^*を最大値であるτ
_smaxとし、全体のトルク指令値τ^*との差分（τ^*−τ
_smax）を誘導電動機３０のトルク指令値τ_i ^*とする（Ｓ
４）。すなわち、上述のような演算により、トルク指令
値に対して同期電動機から優先的に出力させることにな
り、これによって低トルク走行時の効率を向上させるこ
とができる。

【００３５】図１１は、永久磁石形同期電動機２０及び
誘導電動機３０のトルク指令値の他の演算方法を示すフ
ローチャートであり、第７の発明の一実施例を示すもの
である。この例では、全体のトルク指令値τ^*を読み込
み（Ｓ１１）、これが同期電動機２０の連続定格トルク
τ_scont以下、すなわちτ^*≦τ_scontならば（Ｓ１２Ｙ
ＥＳ）、同期電動機２０のトルク指令値τ_s ^*を全体のト
ルク指令値τ^*と等しくし、誘導電動機３０のトルク指
令値τ_i ^*を零とする（Ｓ１３）。

【００３６】また、τ^*＞τ_scontならば（Ｓ１２Ｎ
Ｏ）、ステップＳ１４に進む。ここで、全体のトルク指
令値τ_s ^*がτ_scontと誘導電動機３０の連続定格トルク
τ_icontとの和以下、すなわちτ^*≦τ_scont＋τ_icontな
らば（Ｓ１４ＹＥＳ）、同期電動機２０のトルク指令値
τ_s ^*を連続定格トルクτ_scontとし、誘導電動機３０の
トルク指令値τ_i ^*を、全体のトルク指令値τ^*と連続定
格トルクτ_scontとの差分（τ^*−τ_scont）とする（Ｓ
１５）。

【００３７】次に、τ^*＞τ_scont＋τ_icontであり（Ｓ
１４ＮＯ）、同期電動機２０の最大トルクτ_smaxと誘導
電動機３０の連続定格トルクτ_icontとの和以下、すな
わちτ^*≦τ_smax＋τ_icontであれば（Ｓ１６ＹＥＳ）、
同期電動機２０のトルク指令値τ_s ^*を、全体のトルク指
令値τ^*と連続定格トルクτ_icontとの差分（τ^*−τ
_icont）とし、誘導電動機３０のトルク指令値τ_i ^*を連
続定格トルクτ_icontとする（Ｓ１７）。更に、τ^*＞τ
_smax＋τ_icontであれば（Ｓ１６ＮＯ）、同期電動機２
０のトルク指令値τ_s ^*を最大トルクτ_smaxとし、誘導電
動機３０のトルク指令値τ_i ^*を、全体のトルク指令値τ
^*と最大トルクτ_smaxとの差分（τ^*−τ_smax）とする
（Ｓ１８）。

【００３８】以上のように各トルク指令値τ_s ^*，τ_i ^*を
演算することにより、各電動機２０，３０の連続定格範
囲、過負荷範囲及びその境界において同期電動機を優先
的に使用することになり、効率のよい運転方式を実現す
ることができる。

【００３９】図１２は、各電動機２０，３０に対するト
ルク制御装置の構成を示すもので、第８の発明の一実施
例に相当している。この制御装置は主として、全体のト
ルク指令値τ_s ^*に基づき前記図９または図１０のフロー
チャートにより各トルク指令値τ_s ^*，τ_i ^*を演算するト
ルク指令値分配回路４０と、その出力である各トルク指
令値τ_s ^*，τ_i ^*から高周波分を除去するフィルタ回路５
１，６１と、各電動機２０，３０に対するトルク制御回
路５０，６０とから構成されている。なお、トルク制御
回路５０，６０における具体的な制御方法は本発明とは
直接関係なく公知であるため、ここでは説明を省略す
る。

【００４０】なお、フィルタ回路５１を通過した後の誘
導電動機３０のトルク指令値τ_i ^*は、その値が零か否か
を判断する判定回路５２に入力されており、その判定結
果に応じて、磁束指令値φ_i ^**として所定の値φ_i ^*を与
えるか零とするかを切り換えるスイッチ回路５３が設け
られている。スイッチ回路５３は、トルク制御回路５０
に入力されるトルク指令値τ_i ^**が零である場合に、磁
束指令値φ_i ^**を零とするように動作する。

【００４１】これにより、全体のトルク指令値τ^*が小
さく、同期電動機２０のみで電気自動車を駆動している
場合には励磁電流を流さないことになるので、誘導電動
機３０の鉄損、銅損等の損失が零となり、高効率の運転
が可能になる。また、電気自動車でのトルクの応答は、
例えば誘導電動機の等価回路における二次時定数に比べ
て十分に遅くてもよいことから、フィルタ回路５１の時
定数を二次時定数よりも大きくすることにより、磁束を
入り切りする際の過渡的なトルク変動を殆ど生じないよ
うにすることは極めて容易である。

【００４２】上記各実施例では、各１個の同期電動機２
０及び誘導電動機３０を共通の回転軸１１上に構成した
場合を示したが、交流電動機Ｍには、これらの電動機２
０，３０の組を二つ以上備えてもよい。

【００４３】

【発明の効果】以上のように、第１及び第２の発明によ
れば、永久磁石形同期電動機及び誘導電動機を共通の回
転軸及びフレームにより一体的に構成し、これらの電動
機をインバータによって個別に駆動することにより、本
来的に効率のよい永久磁石形同期電動機と、弱め磁束制
御が容易で広範囲な速度制御が可能な誘導電動機との使
い分けを好適に行なうことができる。このため、各電動
機のみを単独で使用する場合に比べて、交流電動機ない
し駆動装置の小形化、低価格化が可能になる。また、１
台のインバータが故障した際にはこれを電源から切り離
し、他方のインバータを引き続き運転して電動機を駆動
する冗長システムにより、使い勝手及び安全性の向上を
図ることができる。

【００４４】第３の発明によれば、各電動機の固定子巻
線の配置を空間的にずらし、また、電圧あるいは電流の
位相もその分、変えることにより、トルクリプルや回転
むらを解消することが可能である。

【００４５】第４の発明によれば、同期電動機について
は定トルク制御、誘導電動機については弱め磁束制御を
行なうことにより、誘導電動機側の効率を高めることが
できる。第５の発明によれば、同期電動機の過負荷耐量
を高速度範囲で低減することにより、同期電動機側の効
率を向上させることが可能である。

【００４６】第６の発明によれば、要求されるトルクが
小さいときには主として同期電動機がこれを分担するこ
とにより、低トルク走行時のシステム全体の効率を向上
させることができる。第７の発明によれば、連続定格領
域及び過負荷領域を分けて各電動機のトルク指令値を演
算するため、全トルク範囲における効率が向上する。

【００４７】第８の発明によれば、全体のトルク指令値
が小さく、同期電動機のみを駆動していて誘導電動機に
対するトルク指令値が零である場合には励磁電流を流さ
ないため、誘導電動機の損失を低減させ、システムの効
率向上を図ることができると共に、誘導電動機の冷却装
置も小容量で済むといった効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に使用される交流電動機の構成
図である。

【図２】実施例における交流電動機の駆動回路を示す図
である。

【図３】実施例における同期電動機の固定子巻線の説明
図である。

【図４】実施例における誘導電動機の固定子巻線の説明
図である。

【図５】実施例における各電動機の速度−トルク特性図
である。

【図６】実施例において短時間定格がある場合の各電動
機の速度−トルク特性図である。

【図７】同期電動機の等価回路図である。

【図８】図７におけるベクトル図である。

【図９】同期電動機の速度に対する出力トルクの設定を
説明するための説明図である。

【図１０】永久磁石形同期電動機及び誘導電動機のトル
ク指令値の演算方法を示すフローチャートである。

【図１１】永久磁石形同期電動機及び誘導電動機のトル
ク指令値の他の演算方法を示すフローチャートである。

【図１２】永久磁石形同期電動機及び誘導電動機に対す
るトルク制御装置の構成を示す図である。

【図１３】公知の電気自動車の駆動システムを示す図で
ある。

【符号の説明】

Ｍ 交流電動機 １ 主電池 ４ 負荷 １０ フレーム １１ 回転軸 １２ 回転センサ ２０ 永久磁石形同期電動機 ２１，３１ 回転子 ２２ 永久磁石 ２３，３３ 固定子巻線 ２４，３４ 端子 ２５，３５ 半導体素子群 ２６，３６ 電解コンデンサ ２７，３７ 切り離しスイッチ ２８，３８ インバータ ３０ 誘導電動機 ４０ トルク指令値分配回路 ５０，６０ トルク制御回路 ５１，６１ フィルタ回路 ５２ 判定回路 ５３ スイッチ回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｐ 7/63 ３０３ Ｖ 9178−5Ｈ 7/74 Ｇ 9063−5Ｈ (72)発明者 元吉 攻 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 伊藤 善夫 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電動機と、この交流電動機を駆動す
   るインバータとを備えた交流可変速駆動装置において、 前記交流電動機は、 互いに磁気的に干渉しないように配置された第１及び第
   ２の固定子巻線と、 第１の固定子巻線と共に同期電動機を構成し、かつ永久
   磁石を有する第１の回転子と、 第２の固定子巻線と共に誘導電動機を構成し、かつ、第
   １の回転子と同軸上に配置された第２の回転子とを備
   え、 前記インバータは、前記同期電動機及び誘導電動機を個
   別に駆動するように第１及び第２の固定子巻線に交流電
   力を供給することを特徴とする交流可変速駆動装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の交流可変速駆動装置にお
   いて、 同期電動機駆動用のインバータ及び誘導電動機駆動用の
   インバータを、それぞれ切り離しスイッチを介して共通
   の直流電源に接続したことを特徴とする交流可変速駆動
   装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の交流可変速駆動
   装置において、 同期電動機及び誘導電動機の極数を同一とし、かつ、第
   １の固定子巻線と第２の固定子巻線とを所定の電気角だ
   けずらして配置したことを特徴とする交流可変速駆動装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１，２または３記載の交流可変速
   駆動装置において、 同期電動機は全速度範囲にわたって定格トルクの定トル
   ク制御を行うと共に、誘導電動機はある速度以下では定
   トルク制御、前記速度以上では速度の上昇に伴って磁束
   を弱める磁束弱め制御を行い、同期電動機及び誘導電動
   機双方の出力トルクの和を交流電動機の出力トルクとし
   たことを特徴とする交流可変速駆動装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の交流可変速駆動装置にお
   いて、 同期電動機の過負荷耐量を低中速度範囲では大きくし、
   高速度範囲では小さくしたことを特徴とする交流可変速
   駆動装置。
6. 【請求項６】 請求項４または５記載の交流可変速駆動
   装置において、 同期電動機のトルク指令値τ_s ^*及び誘導電動機のトルク
   指令値τ_i ^*を、 τ^*≦τ_smax（τ^*：交流電動機全体のトルク指令値，τ
   _smax：同期電動機が出力可能な最大トルク）ならば、τ
   _s ^*＝τ^*，τ_i ^*＝０とし、 τ^*＞τ_smaxならば、τ_s ^*＝τ_smax，τ_i ^*＝τ^*−τ_smax
   としたことを特徴とする交流可変速駆動装置。
7. 【請求項７】 請求項４または５記載の交流可変速駆動
   装置において、 同期電動機のトルク指令値τ_s ^*及び誘導電動機のトルク
   指令値τ_i ^*を、 τ^*≦τ_scont（τ^*：交流電動機全体のトルク指令値，
   τ_scont：同期電動機の連続定格トルク）ならば、τ_s ^*
   ＝τ^*，τ_i ^*＝０とし、 τ_scont＜τ^*≦τ_scont＋τ_icont（τ_icont：誘導電動
   機の連続定格トルク）ならば、τ_s ^*＝τ_scont，τ_i ^*＝
   τ^*−τ_scontとし、 τ_scont＋τ_icont＜τ^*≦τ_smax＋τ_icont（τ_smax：同
   期電動機が出力可能な最大トルク）ならば、τ_s ^*＝τ^*
   −τ_icont，τ_i ^*＝τ_icontとし、 τ^*＞τ_smax＋τ_icontならば、τ_s ^*＝τ_smax，τ_i ^*＝τ
   ^*−τ_smaxとしたことを特徴とする交流可変速駆動装
   置。
8. 【請求項８】 請求項６または７記載の交流可変速駆動
   装置において、 誘導電動機のトルク指令値τ_i ^*を、誘導電動機の二次時
   定数よりも十分に大きい時定数のフィルタ回路を介して
   トルク制御に用い、このフィルタ回路を通過したトルク
   指令値τ_i ^*が零である場合には誘導電動機に対する励磁
   を停止することを特徴とする交流可変速駆動装置。