JP3149600B2 - 電気自動車用永久磁石モータの制御装置 - Google Patents

電気自動車用永久磁石モータの制御装置

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JP3149600B2 JP02811993A JP2811993A JP3149600B2 JP 3149600 B2 JP3149600 B2 JP 3149600B2 JP 02811993 A JP02811993 A JP 02811993A JP 2811993 A JP2811993 A JP 2811993A JP 3149600 B2 JP3149600 B2 JP 3149600B2
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  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電気自動車用永久磁石
モータの制御装置、特に力行と回生制動の切り換え時の
制御に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、低公害の観点から電気自動車が注
目されており、この駆動用モータとしては、誘導モータ
や永久磁石モータが使用されている。そして、永久磁石
モータは、磁界を形成する必要がないため、省エネルギ
ーが図れ、また小形化が容易であるというメリットがあ
る。
【0003】また、電気自動車の走行時には、アクセル
の踏み込み量に応じて、モータの出力トルクを制御しな
ければならない。そして、このようなモータの出力制御
として、ベクトル制御が用いられる。このベクトル制御
は、モータに供給する電流を励磁電流と、トルク電流に
分けて考え、モータの出力トルクを制御するものであ
る。さらに、電気自動車の駆動モータにおいては、回生
制動によりエンジンブレーキ相当の制動力を発生するこ
とが必要である。この回生制動もベクトル制御により行
われる。なお、以下において、モータの出力が正のとき
を力行時、負の時を回生時と呼ぶ。
【0004】ここで、図6に右回転時(A)と左回転時
(B)における永久磁石モータの電流制御例を示す。ま
ず、ステータSTには、それぞれ120度位相の異なる
三相(A相、B相、C相)の交流電流が供給される。そ
して、右回転時(A)には、ステータSTのロータRT
のN極に近接する部分には紙面から手前に向かう方向の
電流を流し、ロータRTのS極に近接する部分には紙面
から奥に向かう方向の電流を流し、ロータRTに直交
し、紙面の左から右に向かう方向の磁界を発生させる。
これによって、ロータRTに右回転の力が付与される。
そして、ステータSTには120度ずつ位相の異なる三
相交流電流が供給されるため、交流電流の周波数に応じ
て、ステータSTにより発生する磁界が右方向に回転
し、ロータRTがこの磁界の回転により回転する。一
方、ロータRTを左回転させる場合には、(B)に示す
ように電流の方向が(A)の場合と反対になる。
【0005】また、回生時には、ロータRTの回転によ
ってステータSTにロータRTの回転を止める電流が流
れようとする。そこで、このステータSTにおける電流
を制御し、所望の回生制動力を得る。すなわち、力行時
に(A)のように電流供給し、ロータRTを右回転させ
るのであれば、右回転しているロータRTによりステー
タSTに(B)のような電流を流し、その電流量を制御
することによって、制動力を制御することができる。
【0006】このように、モータへ供給する電流を制御
することによって、力行時の出力トルクを制御すること
ができ、またモータからの電流を制御することによっ
て、回生制動力を制御することができる。なお、永久磁
石モータにおける回生制動については、本出願人の先の
提案にかかる特願平3−323064がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のような
制御においては、力行から回生制動の移行する場合や、
その反対に回生制動から力行に移行する場合に、かなり
のショックが発生するという問題点があった。すなわ
ち、図7に示すように、力行時と回生時では、ステータ
STにおける電流の位相が180度異なり(反転す
る)、これが急激に行われる。このため、モータのトル
ク発生方向が急激に入れ替わり、ショックが発生する。
【0008】本発明は、力行と回生制動の切り換え時に
おけるショックを低減できる電気自動車用永久磁石モー
タの制御装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、永久磁石モー
タの駆動をトルク電流および励磁電流に分けベクトル制
御する電気自動車用永久磁石モータの制御装置におい
て、力行と回生制動との切り換え時に、ベクトル制御に
おけるトルク電流成分のうち、常に一定である励磁電流
成分に直交する成分の大きさを徐々に小さくした後反転
して徐々に大きく変更し、力行と回生制動の切り換え時
におけるショックを軽減する
【0010】
【作用】このように、本発明よれば、力行と回生制動
の切り換え時において、励磁電流に直交するトルク電流
成分が徐々に変化する。そこで、モータ発生トルクが徐
々に変化し、切り換え時のショックを大幅に減少するこ
とができる。なお、トルク電流の励磁電流と直交する成
分を徐々に変更する手法としては、 (i)トルク電流の大きさはそのままにして、位相を徐
々に変更する (ii)トルク電流自体の振幅を徐々に変化させるという
ものがある。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面に基づ
いて説明する。図1は、実施例の装置が適用された電気
自動車の要部を示すブロック図であり、電池10にはイ
ンバータ12を介し永久磁石モータで構成されるモータ
14が接続されている。電池10からの直流電力が、イ
ンバータ12内のスイッチング素子のオンオフ制御によ
って所望の三相交流電流に変換され、これによってモー
タ14が駆動される。
【0012】インバータ12には、コントローラ20が
接続されており、このコントローラ20が、インバータ
12の動作を制御する。モータ14には、そのロータR
Tの位置を検出する位置検出センサ22が、取り付けら
れており、またインバータ12からモータ14への電流
経路には電流センサ24が取り付けられており、これら
の検出値はコントローラ20に供給される。コントロー
ラ20には、アクセル、ブレーキの操作状況を示す信号
も供給されている。
【0013】そして、コントローラ20は、アクセル、
ブレーキの操作状況からモータ14の出力トルクについ
てのトルク指令値を決定し、これに応じて励磁電流指令
値およびトルク電流指令値算出する。そして、両電流指
令値と位置センサ22で計測したロータRT位置からモ
ータ14に供給する電流の位相および振幅を決定し、イ
ンバータ12のスイッチングを制御する。なお、電流セ
ンサ24からの検出値により、モータ14への供給電流
のフィードバック制御する。
【0014】図2に、力行時および回生時のステータS
Tのコイルにおける電流の方向および位相を示す。この
ように、力行時には、ステータSTに供給する電流を制
御して、ステータSTにより発生する磁界の方向を供給
電流の周波数に応じて回転させることにより、ろータが
同一の回転数で回転する。また、位置検出センサ22に
よりロータRTの位置を常に検出しておくことにより、
ステータSTにより発生する磁界が、常にロータRTに
直交するように制御する。
【0015】また、回生時には、力行時と位相が反対に
なるように、インバータ12におけるスイッチングを制
御する。これによって、右回りするロータRTに対し、
左回転の力が付与され、回生制動が行われる。
【0016】このように、力行時と、回生時では、ステ
ータSTに供給する電流の位相が180度異なり、従来
はアクセル、ブレーキの操作状況から力行、回生制動が
切り替わった場合には、すぐに電流の方向を切り換えて
いた。しかし、本発明では、この切り換えを徐々に行
う。
【0017】ここで、本実施例では、モータ14への電
流供給をベクトル制御によって行っている。すなわち、
図3に示すように、モータ14への電流供給をトルク分
と励磁分に分けている。そして、トルクの発生方向を反
転させるということは、トルク分のベクトルの方向を1
80度ずらすことを意味している。そして、本実施例で
は、次のようにして、トルク分の方向を変更する。な
お、本実施例では、モータ14を採用しているため、励
磁分はロータRTを構成する永久磁石から供給される。
このため、電流としての供給は不要であり、また励磁分
の大きさは不変である。
【0018】第1例 図4に、第1例の力行、回生切り換え時の制御例を示
す。なお、力行、回生の切り換え時における出力トルク
の絶対値は必ずしも同一ではないが、この例では便宜上
これを同一に表している。まず、(A)において、所定
の励磁分F、トルク分Tからなる電流ベクトルIに対応
する電流がモータ14に供給され、力行しているとす
る。そして、アクセルが離され、同一の大きさで反対方
向のトルク(回生制動力)発生させるためには、トルク
分が反転した(D)のようになれば良い。
【0019】本例では、ステータSTに対する電流供給
をすぐに反転させずに、ステータSTによる磁界の方向
が、ロータRTに対し斜めになるように、ステータST
に対する電流の位相を徐々に変更する。すなわち、
(B)ではトルク分のが向きが励磁分の向きに対し直角
ではなくなっている。そこで、トルク分と励磁分との合
成されたベクトルである電流ベクトルIの大きさは同一
でも、励磁分に対し直交する方向の成分は小さくなる。
そして、(C)では、トルク分の方向が反転するが、こ
のときのトルク分中の励磁分に直交する成分は小さい。
そして、その後出力トルク指令に基づく回生時の出力ト
ルクが得られる(D)。このように、電流ベクトルIを
徐々に回転させて、トルク分の向きを反転させることに
より、トルク分の内励磁分に直交する成分を徐々に変化
させることができ、モータ14の出力トルクを徐々に変
更することができる。そこで、力行と回生の切り換え時
におけるショックを低減することができる。そして、こ
の例によれば、ベクトル制御におけるトルク電流の算出
自体は変更せず、ロータRT位置に対する供給電流の位
相制御によって行うことができる。そこで、位置信号の
補正によってこの制御を行うことができる。
【0020】第2例 図5に、第2例のベクトル方向の変更例を示す。この例
では、トルク分を徐々に、減少させる。すなわち、ステ
ータSTに供給する電流量を徐々に減少させ、一度0に
した後、位相を逆転させて電流量を徐々に増加させる。
【0021】まず、(A)では、指令通りの出力トルク
を得ている。次に、ステータSTに対する電流供給量を
減少させて、トルク分の振幅を減少させる(B)。永久
磁石モータであるため、励磁分は変らない。そして、ト
ルク分が0になった(C)後、トルク分の方向を反転さ
せ(D)、電流を増加させて所望の出力トルクを得る
(E)。
【0022】このように、第2例によっても励磁分に直
交するトルク分は徐々に変化する。従って、出力トルク
の変化を滑らかにすることができ、力行、回生の切り換
え時におけるショックを低減することができる。
【0023】その他の例 なお、上述の第1例の制御と第2例の制御を組み合わせ
ても良い。また、第2例においては、トルク分の振幅を
制御したが、合成された電流ベクトルの振幅を制御して
もよい。また、モータ14への電流の振幅制御は、イン
バータ12のPWM(パルス幅制御)によって行う。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
力行と回生制動の切り換え時において、励磁電流に直交
するトルク電流成分が徐々に変化する。そこで、モータ
発生トルクが徐々に変化し、切り換え時のショックを大
幅に減少することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の構成を示すブロック図である。
【図2】ステータSTに対する供給電流の位相を示す説
明図である。
【図3】ベクトル制御の説明図である。
【図4】第1例の電流制御の説明図である。
【図5】第2例の電流制御の説明図である。
【図6】モータに対する電流供給とトルクの関係を示す
説明図である。
【図7】従来の力行、回生の切り換え時の電流供給動作
を示す説明図である。
【符号の説明】
10 電池 12 インバータ 14 モータ 20 コントローラ

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 永久磁石モータの駆動をトルク電流およ
    び励磁電流に分けベクトル制御する電気自動車用永久磁
    石モータの制御装置において、 力行と回生制動との切り換え時に、ベクトル制御におけ
    るトルク電流成分のうち、常に一定である励磁電流成分
    に直交する成分の大きさを徐々に小さくした後反転して
    徐々に大きく変更し、 力行と回生制動の切り換え時におけるショックを軽減す
    ることを特徴とする電気自動車用永久磁石モータの制御
    装置。
  2. 【請求項2】 永久磁石モータの駆動をトルク電流およ
    び励磁電流に分けベクトル制御する電気自動車用永久磁
    石モータの制御装置において、 力行と回生制動との切り換え時において、力行と回生制
    動の切り換え時におけるショックを軽減する程度に、ベ
    クトル制御におけるトルク電流成分のうち、常に一定で
    ある励磁電流成分に直交する成分の大きさを徐々に小さ
    くした後反転して徐々に大きく変更することを特徴とす
    る電気自動車用永久磁石モータの制御装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載の装置におい
    て、 前記トルク電流成分の位相を変更するか、またはトルク
    電流成分の大きさを変更することにより、前記励磁電流
    成分に直交する成分の大きさを徐々に小さくした後反転
    して徐々に大きくして変更することを特徴とする電気自
    動車用永久磁石モータの制御装置。
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JPWO2008075532A1 (ja) * 2006-12-18 2010-04-08 株式会社安川電機 インバータ装置とその制御方法
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