JPH02266884A - 誘導電動機の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は誘導電動機の制御方法、特に誘導電動機へ供給
される電流を検出し、これをフィードバックしてベクト
ル制御可能な制御方式の改良に関するものである。

［従来の技術］ 誘導電動機はメンテナンスフリーで信頼性の高いことか
ら、例えば電気自動車の駆動モータとして用いられてい
る。

電気自動車は、その始動時においては低速度高出力トル
クが要求され、また高速走行時には比較的低いトルクで
ありながら高回転速度が要求され、このような極めて広
範囲の速度トルク特性を得るために前記誘導電動機が極
めて好適である。

しかしながら。一方において、このような誘導電動機を
用いる場合、その効率を無視することができず、特に車
両用の駆動モータとして用いる場合には、エネルギー量
が限られているバッテリを用いるために、できる限り高
効率運転を低速時から高速時まで行うことが要求される
。

従来においても、このような例えば特開昭６３−４８１
８２号で見られる如く、誘導電動機の入力電力と出力電
力とを検出して両者を比較し、最大効率で運転可能なよ
うに磁束指令を制御することが行われている。

このような高効率の運転を行うために、従来においては
誘導電動機をベクトル制御することが好適であり、特に
電気自動車のように直流電源を用いてＰＷＭインバータ
制御によって誘導電動機を駆動する場合にこのようなベ
クトル制御方法が好適である。

更に、実際の電気自動車においては、制御応答性を改善
して運転フィーリングを向上させ、更に加速性能を向上
させるためには、前記ベクトル制御方法のうちトルク応
答性の良い電流型ベクトル制御が用いられ、第４図には
従来における電流型ベクトル制御方式の一例が示されて
いる。

図において、誘導電動機１０は車両の駆動モータを形成
し、三相誘導電動機から成る。

前記電動機１０を回転制御するためにモータコントロー
ラ１２が設けられており、この従来装置では電流型ベク
トル制御回路からなり、車両コントローラ１４からのト
ルク指令に基づいてベクトル演算された電流制御信号Ｉ
ｕ　　及びＩｗ　　が出力される。

周知の如く、このベクトル制御信号Ｉｕ＊Ｉｗ”はＰＷ
Ｍ制御回路工６に供給され、所定周波数のパルス幅制御
された信号がインバータ主回路１８を介して前記電動機
１０の各相に供給される。

そして、この電動機１０に供給される電流１ｕ及びＩｗ
がＵ相及びＷ相に設けられた電流センサ２０．２２によ
って検出され、これをＰＷＭ制御回路１６ヘフイードバ
ツクすることによって電流帰還型の閉ループ制御が行わ
れている。

従って、この電流型ベクトル制御方式による誘導電動機
１０の回転制御によれば、極めて応答性の優れた速度及
びトルク制御を行うことができ、特に電気自動車等の加
速性及び運転フィーリングの優れた制御方式として極め
て好適である。

図から明らかな如く、前記電動機１ｏの回転速度はパル
スセンサ２４によって常時監視されており、その出力ω
ｒがモータコントローラ１２へ供給されてベクトル制御
のために用いられている。

［発明が解決しようとする課題］ 以上のようにして、従来の電流型ベクトル制御方式によ
れば、電動機に供給される電流をフィードバックしてト
ルク応答性の高い制御を行っているが、このフィードバ
ック系に異常が生じたときに最適制御が行い難くなると
いう問題があった。

前記フィードバック系の異常は主としてセンサ２０ある
いは２２により発生し、このような場合、フィードバッ
ク制御がうまく働かないために、電動機１０を高効率で
かつ良好な応答性で制御することが困難となっていた。

従来において、前記フィードバック制御を行うことなく
トルク指令に基づいて印加電圧と滑り周波数を求め、こ
れによって電動機の回転制御を行う、いわゆる滑り周波
数制御が知られており、例えば特願昭６３−１７３９９
号として周知である。

この滑り周波数制御によれば、電動機の電流を検出する
ことなく、オープンループで制御が可能なために、前述
した電流検出センサの故障等に考慮をはらう必要がない
という利点がある。

しかしながら、一方において、この滑り周波数制御では
、前述したベクトル制御の利点である高い応答性を得る
ことができず、電気自動車とじてはその特性が若干物足
りないという問題があった。

本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、そ
の目的は、ベクトル制御を行いながら、その欠点である
センサ故障時の対策を確実に得ることができる改良され
た制御方法を提供することにある。

［課題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、誘導電動機の制
御方式自体にベクトル制御と滑り周波数制御の両者を内
蔵させ、更にフィードバック系の異常を常時監視しなが
ら、前記再制御の切替えを迅速に行うことを特徴とする
。

［作用］ 従って、本発明によれば、正常動作時、すなわちフィー
ドバック系が正常に働いて電動機への供給電流を確実に
検出している場合には、応答性の高いベクトル制御を行
い、前記検出された電流値をフィードバック制御する。

一方において、常時監視している供給電流の異常時、す
なわちフィードバック系、特にセンサの異常時には、直
ちにこれを検出して車両コントローラからのモータコン
トローラへの指令をそれまでのベクトル制御から滑り周
波数制御に切替え、これによって前記フィードバック系
を不要にしたオーブン制御を行い、同時に前記電流検出
経路を遮断することを特徴とする。

従って、本発明によれば、フィードバック系の異常時に
おいても直ちに滑り周波数制御への切替えが行われるの
で、電動機の効率あるいは応答性が低下するとしても、
確実に制御を続行することが可能となり、必要に応じて
前記異常事態を使用者に警告して故障の復旧を促進する
ことが可能となる。

［実施例コ 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１図には本発明に係る制御方法が適用された電気自動
車用の電動機制御回路が示され、前述した第４図の従来
回路と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

第１図において、ＰＷＭ制御回路１６はモータコントロ
ーラ１２内に内蔵されている。

本発明において特徴的なことは、モータコントローラ１
２がベクトル制御と滑り周波数制御の両制御方式を共に
内蔵していることであり、図において、ベクトル制御回
路は電流型ベクトル制御からなり、符号３０で示され、
また滑り周波数制御回路は符号３２にて示されている。

そして、車両コントローラ１４からのトルク指令１４ａ
は前記ベクトル制御回路３０と滑り周波数制御回路３２
のいずれか一方に選択的に供給されている。

図において、ベクトル制御信号は従来と同様のＩｕ＊及
びＩｗ　　で示され、一方、滑り周波敷料＊ 御信号はＥｕ　　及びＥ　ｗ　＊で示され、これらのい
ずれかの制御信号がＰＷＭ制御回路１６へ供給されてい
る。

実施例において、ＰＷＭ制御回路１６は前記再制御信号
のいずれに対してもパルス幅制御可能な回路構成を有し
、但し、その制御プログラムが両者に対して異なるため
、前記車両コントローラ１４からはプログラムの切替信
号１４ｂが供給され、前記両制御回路３０．３２へのト
ルク指令１４ａの選択的な切替えと同時にＰＷＭ制御回
路１６内におけるプログラムの切替えも行う。

本発明において更に特徴的なことは、前記センサ２０，
２２を含むフィードバック系の電流Ｉｕ。

Ｉｗが異常電流センサ３４によって常時監視されている
ことであり、実施例において、この監視のためにベクト
ル制御回路３０の一方の出力であるＩｕ”が異常電流セ
ンサ３４に供給されている。

そして、この異常電流センサ３４は電動機１０へ供給さ
れる電流の異常、主としてセンサ２０゜２２による検出
値の異常を遅れなく検知して異常信号３４ａを車両コン
トローラ１４へ供給する。

第２図には異常電流センサ３４の好適な実施例が示され
ており、前述した検出信号１ｕ、Ｉｗ。

そして基準信号であるＩｕ　　に対してそれぞれ比較器
３６．３８．４０が設けられ、その正弦波形を矩形波パ
ルスに変換する。

そして、前記各矩形波パルスはその周期Ｔｕ。

Ｔｗ及びＴｓがカウンタ４２によってカウントされる。

このようにして求めた各矩形波パルスの周期が演算回路
４４にて演算され、この演算結果を検出信号３４ａとし
て第１図の車両コントローラ１４へ供給される。

すなわち、フィードバック系が正常な動作を行っている
場合にはベクトル制御回路３０から指示された電流指令
に従う周期の駆動電流が電動機１０へ供給されているの
で、通常の場合には所定の誤差幅内において前記パルス
幅Ｔｕ、Ｔｗは指令パルス幅Ｔｓと等しくなるはずであ
り、この場合にはベクトル制御が有効に作用しているも
のと判断し、異常電流センサ３４からは何ら車両コント
ローラ１４へ異常信号が供給されることはない、一方、
フィードバック系、特にセンサ２０あるいは２２に異常
が生じた場合には、前記実駆動パルス幅ＴｕあるいはＴ
ｗが指令パルス幅Ｔｓと著しく異なる値となり、演算回
路４４はこのときに異常信号３４ａを供給して車両コン
トローラ１４へ異常事態を迅速に知らせる。

従って、車両コントローラ１４はこの異常事態に応じた
制御の切替えを迅速に行うことが可能となる。

もちろん、本発明において、前記異常電流センサ３４は
単にカウンタ４２の出力をパルス幅データとして車両コ
ントローラ１４へ供給し、異常判断を車両コントローラ
１４内で行うことも可能である。

本発明において更に特徴的なことは、前記電流センサ２
０，２２の出力フィードバック系に遮断器４６．４８が
設けられていることであり、これら両速断器４６．４８
は車両コントローラ１４からの遮断信号１４ｃによって
直ちに遮断される。

従って、前記異常電流センサ３４によって異常電流が検
出されたときには、後述する如く制御切替えを行うと共
に、フィードバック系を遮断して不要な制御信号がモー
タコントローラ１２へ供給されないようにすることが可
能である。

更に、実施例においては、車両コントローラ１４からの
警報信号１４ｄが警報器５０へ供給され、前記異常電流
検出時には警報器５０を作動させて使用者に電動機１０
の制御異常を知らせることができ、特に電気自動車等の
場合、走行時の異常を運転車に知らせて迅速に復旧措置
を促すことが可能となる。

第３図には本実施例の制御フローチャートが示されてい
る。

ステップ１０１は異常電流センサ３４によるフィードバ
ック系の監視ステップを示し、ステップ１０２において
異常の有無が判断される。通常の場合、モータコントロ
ーラ１２はベクトル制御回路３０を用い、車両コントロ
ーラ１４からのトルク指令１４ａはベクトル制御回路３
０へのみ供給され、滑り周波数制御回路３２は休止状態
にある。

従って、ＰＷＭ制御回路１６へはトルク制御回路３０か
らの電流Ｉｕ＊、Ｉｗ′″のみが供給され、また車両コ
ントローラ１４からの切替信号１４ｂによってベクトル
制御プログラムが実行されている。

そして、このベクトル制御時には、周知の如く、電流セ
ンサ２０，２２からの電動機１０への駆動電流がフィー
ドバック系を介してＰＷＭ制御回路２６ヘフイードバツ
クされ、所望のフィードバック制御が達成され、高応答
性の制御が行われている。

第３図において、この通常の制御はステップ１０３にて
示され、異常が発生しないときにはこのベクトル制御に
て電動機１０が制御されている。

一方、ステップ１０２において異常事態が検出されると
、前述した如く車両コントローラ１４は直ちにフィード
バック系の遮断を行い（ステップ１０４）、第１図にお
いて、前記遮断器４６゜４８を遮断する。

そして、ステップ１０５においてモータコントローラ１
２の制御をそれまでのベクトル制御から滑り周波数制御
に切替え、実施例によれば、トルク指令１４ａを滑り周
波数制御回路３２へ供給し、ベトクル制御回路３０を休
止させる。

従って、滑り周波数制御回路３２からは電圧制御型の指
令Ｅｕ、Ｅｗ　　がＰＷＭ制御回路１６へ供給されるこ
ととなる。もちろん、このときには、車両コントローラ
１４からは前述した如く切替信号１４ｂがＰＷＭ制御回
路１６へ供給されており、その制御を電圧制御型のプロ
グラムに切替えており、主たる回路構成を変更すること
なく単なるプログラムの変更によってこの制御切替えに
対してＰＷＭ制御回路１６が対応することができる。

従って、前記異常電流検出時には、モータコントローラ
１２及びインバータ主回路１８によって電動機１０は直
ちにそれまでの電流型ベクトル制御方式から電圧型の滑
り周波数制御方式に迅速に切替えられ、このときにはフ
ィードバック系も遮断されるので、電動機１０はスムー
ズに制御方式の変更を受入れ、その運転を続行すること
が可能となる。

実施例において、車両コントローラ１４はこの異常発生
時にステップ１０６で示される如く警報器５０へ警報信
号１４ｄを供給し、警報表示を行い、使用者にフィード
バック系の復旧を促すことができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、電動機の制御方式
としてベクトル制御と滑り周波数制御の両者を内蔵し、
正常時にはベクトル制御を行いながら電流フィードバッ
ク系の異常発生時には直ちにこのフィードバック系を遮
断すると共に滑り周波数制御への切替えを行うので、電
動機の制御不能を確実に防止することができ、常時最適
な効率及びトルク応答性を得ながら、電動機を運転する
ことが可能となる。

また、フィードバック系の異常時においても制御回路に
無理な負担をかけることがないので、例えばインバータ
主回路のトランジスタ破壊等をまねくことがなく、フィ
ードバック系の異常復旧も迅速に行うことが可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る制御方式が適用された電気自動車
用の三相誘導電動機制御回路の一例を示すブロック回路
図、 第２図は第１図における異常電流センサの一例を示すブ
ロック回路図、 第３図は本実施例の制御フローチャート図、第４図は従
来における制御回路の一例を示すブロック回路図である
。 １０　・・・　誘導電動機 １２　・・・　モータコントローラ １４　・・・　車両コントローラ ２０．２２　　・・・　電流センサ ３０　・・・　ベクトル制御回路 ３２　・・・　滑り周波数制御回路 ３４　・・・　異常電流センサ ４６．４８　　・・・　遮断器 ５０　・・・　警報器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ベクトル制御と滑り周波数制御の両制御方式を内蔵し、
   誘導電動機への電流フィードバック系を監視し、 電流検出正常時には電流をフィードバックしてベクトル
   制御を行い、 電流検出異常時には、前記電流フィードバックを遮断し
   て滑り周波数制御を行うことを特徴とする誘導電動機の
   制御方法。