JP3465437B2 - 電気自動車用永久磁石式モータ - Google Patents
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Description
磁石式モータに関する。
の構造および制御方式が実用化されている。しかし永久
磁石式モータでは永久磁石の磁束により巻線に電圧が誘
起されるので、この誘起電圧を何ボルトで設計するか
で、モータとしての特性、制御方式、モータ+インバー
タの体格等が決定されると見ることもできる。永久磁石
による誘起電圧とトルク特性の関係の代表例は図3のと
おりである。
ションレスの電気自動車などに適用される永久磁石式モ
ータはエンジン+トランスミッションの特性に近付ける
ために広範囲の定出力特性が要求されている。このため
トルク特性は図3(a)となる。
制御によって一定電圧に抑えられている。しかし高速域
で駆動中になんらかの原因(故障や制御電源をオフした
場合等)により、モータの駆動源であるところの図4に
示すインバータがオフした場合、巻線端子には高い誘起
電圧が発生することになり、過大な制動トルクが発生し
たり、インバータおよびバッテリ側に悪影響を及ぼす可
能性がある。
トランジスタおよび還流ダイオードを逆並列接続したも
のを3相ブリッジ接続したインバータ、3は永久磁石式
モータである。
た状態では、還流ダイオードが3相整流ブリッジを形成
するので、直流側の電圧よりも永久磁石式モータ3の誘
起電圧の整流値が高い場合には、大きな電流が流れる。
モータの誘起電圧を低く設計すればよいが、低くし過ぎ
ると電流が増加し、インバータの体格が大となる。そこ
で適切な誘起電圧とした設計が重要となる。
その目的は、適切な誘起電圧に設計した電気自動車用永
久磁石式モータを提供することにある。
め本発明は、 (1)半導体制御素子およびダイオードを逆並列接続し
た並列体をブリッジ接続して成るインバータと、該イン
バータの直流側に接続されたバッテリと、前記インバー
タの交流側に接続された永久磁石式モータとを備え、広
範囲の定出力運転が行われる電気自動車に用いられる電
気自動車用永久磁石式モータにおいて、前記モータの永
久磁石により巻線に誘起される最高速度における誘起電
圧E0を、0.428V 0 (V 0 はバッテリの開放電圧)
に近い値であり、且つ0.428V 0 以下に設定したこ
とを特徴とし、 (2)半導体制御素子およびダイオードを逆並列接続し
た並列体をブリッジ接続して成るインバータと、該イン
バータの直流側に接続されたバッテリと、前記インバー
タの交流側に接続された永久磁石式モータとを備え、広
範囲の定出力運転が行われる電気自動車に用いられる電
気自動車用永久磁石式モータにおいて、前記モータの永
久磁石により巻線に誘起される最高速度における誘起電
圧E 0 を、E 0 ≦(1/3){1.283V 0 +Iama
x(1.646Ri+3Ra)}(V 0 はバッテリの開
放電圧、Iamaxは電流制限値、Riはバッテリの内
部抵抗、Raはモータの巻線抵抗)なる条件式の範囲内
に設定したことを特徴とし、 (3)半導体制御素子およびダイオードを逆並列接続し
た並列体をブリッジ接続して成るインバータと、該イン
バータの直流側に接続されたバッテリと、前記インバー
タの交流側に接続された永久磁石式モータとを備え、広
範囲の定出力運転が行われる電気自動車に用いられる電
気自動車用永久磁石式モータにおいて、前記モータの永
久磁石により巻線に誘起される最高速度における誘起電
圧E 0 を、最高速時に前記インバータが停止した場合
に、前記モータに自動車のエンジンブレーキ相当の制動
トルクが発生するような誘起電圧に設定したことを特徴
とし、 (4)前記誘起電圧E 0 は、E 0 ≦0.214V 0 +
{0.0457V 0 2 +ωT(0.183Ri+0.33
3Ra)} 1/2 (V 0 はバッテリの開放電圧、ωは回転角
速度、Tはトルク、Riはバッテリの内部抵抗、Raは
モータの巻線抵抗)なる条件式の範囲内に設定されてい
ることを特徴としている。
圧E0を設定し、永久磁石式モータのギャップ磁束、巻
線などを設計すれば、高速域でインバータがオフした場
合でも過大な制動トルクを発生することなく、またイン
バータやバッテリに悪影響を及ぼすことのない電気自動
車用永久磁石式モータのシステムが構築できる。
実施の形態を説明する。永久磁石式モータのインバータ
が何等かの原因によってオフした場合には、図4で述べ
たように永久磁石式モータが発電機となってインバータ
の還流ダイオードを通して、誘起電圧の大きさによって
は過大な電流が流れることになる。この場合の回路を等
価的に示すと図1となる。
誘起電圧、Xaは同期リアクタンス、Raは巻線抵抗、
Vaは1相端子電圧、Iaはモータ電流、Riはバッテ
リ内部抵抗、V0はバッテリの開放電圧、Vdcは直流
側電圧、Idcは直流側電流である。
タの鉄損などを無視すると、 VdcIdc+3RaIa2=3IaE0…(5) 第(5)式に第(1)式および第(4)式を代入する
と、 (V0+Ri・1.283Ia)1.283Ia=−3RaIa2+3IaE0 すなわち、 (V0+Ri・1.283Ia)1.283=−3RaIa+3E0 となる。そして、 (1.2832Ri+3Ra)Ia=3E0−1.283V0 から、 Ia=(3E0−1.283V0)/(1.646Ri+3Ra)…(6) となる。すなわちインバータオフ時に流れる電流Iaは
数式(6)からわかるように、モータ誘起電圧E0、バ
ッテリ開放電圧V0、バッテリ内部抵抗Riおよびモー
タ巻線抵抗Raで決まる。
く電流を流さない条件で永久磁石式モータを設計するも
のであれば、最高回転数において、前記第(6)式より E0≦1.283V0/3=0.428V0…(7) となるように設計すれば良い。ただしE0が0.428
V0よりかなり小さいと、同一のトルクを得るための電
流が大きくなるので、極力0.428V0に近い値とす
ることが望まれる。
れても、極端な制動トルクが発生しない場合や、インバ
ータやバッテリに悪影響を及ぼさない場合には、第
(6)式より電流制限値をIamaxとして、 E0≦(1/3){1.283V0+Iamax(1.646Ri+3Ra)} …(8) として設計すれば良い。この場合は、誘起電圧E0を第
(7)式よりも高くすることができ、モータ駆動時の電
流を小さくすることができる。
合について述べる。 T=KtIa…(9) E0=Kvω…(10) ここに、Kt:トルク定数(Nm/A) Kv:誘起電圧定数(Kt=3Kv) ω:回転角速度(rad/s) 前記第(9)、(10)式より、
6Ri+3Ra) これより ωT(1.646Ri+3Ra)=3E0(3E0−1.
283V0) 9E0 2−3.849E0V0=ωT(1.646Ri+3
Ra) ゆえに、
圧E0を決定した場合、インバータオフ時に高速域で制
動トルクを発生するが、回転数の低下とともに、電流ト
ルクが減少し、第(7)式以下の誘起電圧となったとこ
ろで電流トルクが零となる。
2)式のE0の範囲内で設計すれば実用上問題はない。
hを24個、Ri=0.177Ω、V0=302.4
V、Ra=0.0074Ω、Va=86.6V(線間1
50V)とし、実際の誘起電圧E0を設計してみる。
さないための誘起電圧E0は第(7)式から、 E0=0.428×302.4=129.4V…(相電
圧) 尚、線間電圧は、129.4×(150/86.6)=
224.2Vとなる。
を得る場合の誘起電圧E0は、T=28Nm(減速度
0.05G相当)、ω=1256.6rad/s(12
000rpm)とすると、前記第(12)式から、 E0=0.214×302.4+{0.0457×302.42+1256.6 ×28×(0.183×0.177+0.333×0.0074)}1/2 =64.7+{4179+35185(0.0324+0.00246) }1/2 =138.2V…(相電圧) 尚、線間電圧は、138.2×(150/86.6)=
239.4Vとなる。
ax=ωT/3E0=(1256.6×28)/(3×
137.0)=85.6Aである。
を設定し、永久磁石式モータのギャップ磁束、巻線など
を設計すれば、高速域でインバータがオフした場合でも
過大な制動トルクを発生することなく、またインバータ
やバッテリに悪影響を及ぼすことのない電気自動車用永
久磁石式モータのシステムが構築できる。
モータ端子電圧等の特性は図2のように示される。
により巻線に誘起される最高速度における誘起電圧E0
を、0.428V 0 (V 0 はバッテリの開放電圧)に近い
値であり、且つ0.428V 0 以下に設定するか又は、
E 0 ≦(1/3){1.283V 0 +Iamax(1.6
46Ri+3Ra)}(V 0 はバッテリの開放電圧、I
amaxは電流制限値、Riはバッテリの内部抵抗、R
aはモータの巻線抵抗)なる条件式の範囲内に設定する
か、又は、最高速時にインバータが停止した場合に、モ
ータに自動車のエンジンブレーキ相当の制動トルクが発
生するような誘起電圧に設定したので、次のような優れ
た効果が得られる。
御)中にインバータがオフした場合でも著しい制動トル
クを発生したり、大電流が流れてインバータやバッテリ
側に悪影響を及ぼすことがない。 (2)モータの誘起電圧を必要以上に下げないので、モ
ータ駆動時の電流も小さく、インバータの体格も大きく
ならない。 (3)電気自動車駆動系としての信頼性が向上する。
主回路構成を示す回路図。
Claims (4)
- 【請求項1】 半導体制御素子およびダイオードを逆並
列接続した並列体をブリッジ接続して成るインバータ
と、該インバータの直流側に接続されたバッテリと、前
記インバータの交流側に接続された永久磁石式モータと
を備え、広範囲の定出力運転が行われる電気自動車に用
いられる電気自動車用永久磁石式モータにおいて、前記 モータの永久磁石により巻線に誘起される最高速度
における誘起電圧E0を、0.428V 0 (V 0 はバッテ
リの開放電圧)に近い値であり、且つ0.428V 0 以
下に設定したことを特徴とする電気自動車用永久磁石式
モータ。 - 【請求項2】 半導体制御素子およびダイオードを逆並
列接続した並列体をブリッジ接続して成るインバータ
と、該インバータの直流側に接続されたバッテリと、前
記インバータの交流側に接続された永久磁石式モータと
を備え、広範囲の定出力運転が行われる電気自動車に用
いられる電気自動車用永久磁石式モータにおいて、 前記モータの永久磁石により巻線に誘起される最高速度
における誘起電圧E 0 を、E 0 ≦(1/3){1.283
V 0 +Iamax(1.646Ri+3Ra)}(V 0 は
バッテリの開放電圧、Iamaxは電流制限値、Riは
バッテリの内部抵抗、Raはモータの巻線抵抗)なる条
件式の範囲内に設定したことを特徴とする 電気自動車用
永久磁石式モータ。 - 【請求項3】 半導体制御素子およびダイオードを逆並
列接続した並列体をブリッジ接続して成るインバータ
と、該インバータの直流側に接続されたバッテリと、前
記インバータの交流側に接続された永久磁石式モータと
を備え、広範囲の定出力運転が行われる電気自動車に用
いられる電気自動車用永久磁石式モータにおいて、 前記モータの永久磁石により巻線に誘起される最高速度
における誘起電圧E 0 を、最高速時に前記インバータが
停止した場合に、前記モータに自動車のエンジンブレー
キ相当の制動トルクが発生するような誘起電圧に設定し
たことを特徴とする 電気自動車用永久磁石式モータ。 - 【請求項4】 前記誘起電圧E 0 は、E 0 ≦0.214V
0 +{0.0457V 0 2 +ωT(0.183Ri+0.
333Ra)} 1/2 (V 0 はバッテリの開放電圧、ωは回
転角速度、Tはトルク、Riはバッテリの内部抵抗、R
aはモータの巻線抵抗)なる条件式の範囲内に設定され
ていることを特徴とする請求項3に記載の電気自動車用
永久磁石式モータ。
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JP24103795A JP3465437B2 (ja) | 1995-09-20 | 1995-09-20 | 電気自動車用永久磁石式モータ |
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JP24103795A JP3465437B2 (ja) | 1995-09-20 | 1995-09-20 | 電気自動車用永久磁石式モータ |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH0993718A JPH0993718A (ja) | 1997-04-04 |
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Family Applications (1)
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JP24103795A Expired - Fee Related JP3465437B2 (ja) | 1995-09-20 | 1995-09-20 | 電気自動車用永久磁石式モータ |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3465437B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2481626A3 (en) * | 2011-01-26 | 2016-12-21 | Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha | Electric vehicle |
Families Citing this family (6)
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---|---|---|---|---|
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CN106335397A (zh) * | 2015-10-07 | 2017-01-18 | 刘泽法 | 228v自发电型电动车 |
CN105936221A (zh) * | 2015-10-07 | 2016-09-14 | 刘泽法 | 216v自发电型电动车 |
CN105958556A (zh) * | 2015-10-21 | 2016-09-21 | 刘泽法 | 36v电动车全自动发电 |
CN106026379A (zh) * | 2015-10-21 | 2016-10-12 | 刘泽法 | 228v电动车全自动发电 |
CN105939054A (zh) * | 2015-10-21 | 2016-09-14 | 刘泽法 | 60v电动车全自动发电 |
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1995
- 1995-09-20 JP JP24103795A patent/JP3465437B2/ja not_active Expired - Fee Related
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EP2481626A3 (en) * | 2011-01-26 | 2016-12-21 | Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha | Electric vehicle |
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JPH0993718A (ja) | 1997-04-04 |
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