JPH03215191A - 電気自動車用誘導電動機の極数切替制御装置 - 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極数切替制御装置、特に電気自動
車においてのステータ極数を切替えて速度制御を行う誘
導電動機の極致切替制御装置に関する。

［従来の技術］ 誘導電動機は、固定子巻線（ステータ）に交流電流を流
して回転磁界を発生させ、これによる電磁誘導作用によ
り回転子に所定の回転トルクを与えるものであり、この
誘導電動機の速度制御方法として巻線の極数を切替える
極数切替方式が周知である。

この極数切替制御は、同期速度が極数に反比例すること
を利用したものであり、極数の切替は固定子に複数組（
例えば二組）の巻線を設けて、いづれか一組を切替える
ことにより、又は、一組の巻線を設けてこの巻線の途中
から端子を引き出しておき、外部制御で巻線を切替える
ことにより行われる。

これによれば、例えば３極と６極の様な１：２の極数比
を設定し、この極数を切替えることにより、極数に逆比
例した同期速度に変換、すなわち２：１の速度比の変換
ができることになり、２段又は３段の段階的な速度変換
が可能となる。

従来の電気自動車駆動用誘導電動機の極数切替制御装置
としては、例えば第５図に示す実開平１−１１３５０２
号公報に記載された装置が挙げられる。

図中１０は電気自動車用のモータであり、極数切替を行
うコンタクタ１２を介してインバータ１４が接続されて
いる。

このインバータ１４は、アンドゲート１６を介して、イ
ンバータコントローラ１８にて制御されており、インバ
ータ１４内の各スイッチング素子を切替制御することに
より、バッテリ２２の直流電源を交流に変換している。

ここで、アンドゲート１６は、極数切替時に一時的にモ
ータ１０への電流を遮断させるものであり、コンタクタ
１２でのスパーク及びそれによる損傷の防止作用をなす
。

図中２０は、極数切替コントローラであり、トルク指令
信号Ｔ　及び回転数指令信号Ｎを受け、インバータコン
トローラ１８ヘトルク指令信号乗 Ｔ　及び周波数指令信号ｆｓ　　を供給するとともに、
アンドゲート１６の制御を行っている。

そして、極数切替コントローラ２０は、第６図の回転数
一トルク特性図におけるしきい値Ｎ３より回転数Ｎが大
きい場合には極数を高速側にし、小さい場合には低速側
にするべくコンタクタ１２の開閉を行う（表−１参照）
。

（以下余白） 表−１ そして、この極数切替コントローラ２０の作用により、
回転数Ｎ及びトルクＴに応じてモータ１０の極数を自動
的に切替選択が可能である。なお、第６図においてトル
ク曲線２００は低速側極数での最大トルクを示し、トル
ク曲線３００は高速側極数での最大トルクを示している
。また、図において斜線部分は、高速側及び低速側の双
方の極数を選択可能なことを示す。

従って、この従来装置によれば回転数Ｎが所定値Ｎ３よ
り大きいか否かを判断して、極数切替を行うことにより
、自動的かつ簡便に極数切替を行える利点を有している
。

なお、上記装置の他に誘導電動機の制御に関しては、特
開昭５６−１１２８９２号及び特開昭６１−３９８９３
号に記載のものがある。

［発明か解決しようとする課題］ しかしながら、極数切替を行う従来装置においては、高
速側と低速側の切替えが、所定回転数（Ｎ３）という一
義的な値を基準としてその判断が行われてしまい、これ
により、モータの効率の損失を招くという問題を有して
いた。

すなわち、モータの効率は、回転数とトルクの２つの関
係により定まるものであり、回転数が例えば第６図にお
けるＮ３以下の場合でも、低速側の極数に比べ高速側の
極数の方がモータ効率か高い場合があり、電気的エネル
ギーの浪費か指摘されるのである。

従って、上記の電力損失は、電気自動車においては走行
距離に大きく関与するものであり、このモータの効率を
向上、すなわち適切な極数てモータを駆動させることが
必要であり、そのための装置が要望されていた。

発明の目的 本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたちのてあり、
その目的は、誘導電動機のトルク及び回転数に基づき“
各極数における電動機の効率を判断して、最適な極数を
切替選択できる電気自動車用誘導電動機の極数切替制御
装置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、本発明に係る電気自動車用
誘導電動機の極数切替制御装置は、誘導電動機のステー
タ極数を切替える極数切替部へ最適ステータ極数を・選
択する切替信号を出力する制御指令部に、誘導電動機の
各極数における回転数及びトルクに対応する効率特性を
記憶した特性テブルと、回転数指令及びトルク指令を前
記特性テーブルの内容と比較して効率の高い極数を示す
選択信号を出力する比較器と、を設けたことを特徴とす
る。

［作用］ 以上の構成によれば、各極数における回転数とトルクで
決定される誘導電動機の効率を特性テーブルに格納させ
、比較器は、回転数指令及びトルク指令に基づき、それ
らの値を特性テーブルと対応させて効率を比較し最適極
数を求めることができる。

そして、指令部は、この判断に基づいて極数切替を行う
ことにより、最も効率の高い極数で電気自動車を運行さ
せることができる。

［実施例コ 以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する
。

第１図には、本発明に係る電気自動車用誘導電動機の極
数切替制御装置の全体構成が示されている。

この装置においての特徴的構成は、極数切替コントロー
ラ１００にトルク指令信号Ｔ　及び回転数指令信号Ｎに
基づいてモータ１０の効率の最も高い極数を比較判断す
る手段を設けたことてあり、以下にこの手段について詳
述する。なお、本実施例装置においては、極数切替コン
トローラ１００以外は、第５図に示した従来装置と同一
構成でありその説明を省略する。

図中１０２は、制御回路であり、トルク指令信号Ｔ　及
び回転数指令信号Ｎを受け、インバータコントローラ１
８ヘトルク指令信号Ｔ　及び周波数指令信号ｆｓ　　を
供給し、アンドゲート１６ヘゲート信号Ｓを供給してい
る。ここで、信号ｆｓ　　は、モータ１０に供給する交
流電源の周波数値を示すコントローラ制御信号である。

また、この制御回路１０２は、極数切替を行なう切替部
であるコンタクタ１２に切替信号を供給している。そし
て、図中１０４、１０６は、記憶部であり、本実施例で
は電気的に書き込み可能なＲＯＭから構成され、トルク
及び回転数で決定される各極数におけるモータ効率の値
が格納されている。

すなわち、第２図の回転数一トルク特性図における効率
マノブ２０１（低速側極数）、３０１（高速側極数）に
示されているように、トルクＴ及び回転数Ｎによって変
化するモータ効率の特性か記慟部〕０４、］０６に格納
されているのである。

なお、第１図の記憶部１０４には、低速側極数における
効率が、記憶部１０６には高速側極数における効率がそ
れぞれ記憶されている。

そして、その最適な極数の比較判断を行うのが、比較器
１０８であり、トルク指令信号Ｔ　及び回転数指令信号
Ｎを受け、その各信号の値を記憶部１０４、１０６のア
ドレスに対応させ、高速側及び低速側の極数での各々の
効率を求め、効率の高い方、すなわち電気的エネルギー
が効率良く駆動力に変換される極数を指定し、その極数
を示す選択信号を制御回路１０２に送出している。

つまり、双方の極数か選択可能な場合（最大トルク曲線
ｊＴ　ｍ　１（　Ｎ　）　］　２　０　０で囲まれる領
域と最大トルク曲線［Ｔ　ｍ　２　　（　Ｎ　）　１　
３　０　０で囲まれる領域とが重なる領域）において、
モータ効率の中間値を示す境界線［Ｔ３　（Ｎ）］　４
００を境として、トルクＴ及び回転数Ｎで指定されるグ
ラフ上の点か、図において境界線４００より上方にある
場合には低速側の極数を優先して切替え、一方、境界線
４００より下方にある場合には、高速側の極数に切替え
るのである。

なお、本実施例においては、記憶部１０４，１０６に各
極数に対応した効率マップ（テーブル）を格納したが、
これに限られるものではなく、上記の境界線４００の関
数を記憶部に記憶させ、この関数にトルク及び回転数の
値を代入して結果値を判断し、最適な極数を求めても良
い。

従って、この極数切替コントローラ１００によれば、ト
ルク指令信号Ｔ　及び回転数指令信号Ｎに基づき、最も
効率の高い極数を適確に自動的に選択でき、効率の高い
経済的な運行が可能となる。

そして、このことは特に電気自動車においては、１充電
走行距離が長くなるという有益な効果をもたらす。

次に、本実施例装置における極数切替制御の手順を第３
図のフローチャート図に基づいて説明する。

ます、ステップ５０１にてモータ１０の現在の回転数Ｎ
とトルク指令信号Ｔ　を読み込み、ステップ５０２にて
回転数Ｎが回転数Ｎ３より大きいか否かが判断される。

次に、回転数ＮがＮ３以下（ＹＥＳ）の場合には、ステ
ップ５０３に移行する。ここでは、トルク指令Ｔ　が第
２図の最大トルク曲線３００で囲まれる領域にあるか否
かが判断されている。すなわち、高速側及び低速側の双
方の極数を選択可能な範囲において、効率の良いほうの
極数を選択する必要があるため、ステップ５０３ではそ
の領域内に判断すべき値があるか否かを判断している。

一方、ステップ５０２にて回゜転数ＮがＮ３以上（Ｎｏ
）の場合には、ステップ５１３に移行し、前記同様に、
トルク曲線２００で囲まれる領域か否かが判断されてい
る。

そして、ステップ５０３、５１３においてＮｏの場合、
すなわち低速側及び高速側の双方の極数が選択可能な場
合においては、ステップ５０４に移行して、回転数Ｎ及
びトルク指令Ｔ　で特定される点（効率）が境界線４０
０より上方か下方が、すなわち、低速側及び高速側のど
ちらの極数のほうかモータ効率か良いかが判断されてい
る。

また、ステップ５０３、５１３でＹＥＳが選択された場
合には、極数を選択する余地はないのでそれぞれステッ
プ５０５、５１５に移行する。このステップ５０５、５
１５では、アンドゲート１６への制御信号Ｓ　ｌ，：　
Ｌ　ｏ　ｗが指定されている。

つまり、ＳかＬｏｗになるこによりアンドゲートを票止
し、モータ１０の極数切替え時におけるコンタクタ１２
でのスパークやそれによる損傷を防止しているのである
。

ステップ５０６では、現在の極数が低速側か否かが判断
されている。そして、ＹＥＳの場合にはステップ５０８
に移行し、ＮＯの場合にはステップ５０７に移行して、
高速側から低速側に極数を切替え、ステップ５０８に処
理が移行する。

また同様に、ステップ５１６では現在の極数が低速側か
否かが判断されており、ＹＥＳの場合には、ステップ５
１７にて極数が低速側から高速側に切替えられ、処理が
ステップ５１８に移行し、方、ステップ５１６にてＮＯ
の場合には、そのままステップ５１８に移行する。

ステップ５０８では、トルクーすベリ特性（第４図に示
す）に基づいてトルク指令Ｔ　に合った低速時の電力周
波数を、次式により演算する。

奄 すなわち、すべりＳ．　　　（添字ｉにおいて、１ｌ は低速側を２は高速側を示すものとする）、同期速度［
ｒｐｉｌをＮｓｉ”、回転数［　ｒｐｍコをＮ、極Ｎ　
　．　　＝１２０　　ｆｓ　　　／Ｐ．　　　　　　　
　　・・・　　（２）Ｓｌ　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　１で表されるものとなり、前記（１）、
（２）式から周波数ｆｓ　　は、 ｆｓ　　＝（Ｐ．Ｎ．）／１２０　（１−Ｓ．　　）Ｉ
　　　　Ｓｌ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　１（３） となる。

そして、前記すベリＳ．　は、第４図に示され】 るトルクーすベリ特性曲線に基づいて、低速時には曲線
２０２、高速時には曲線３０２により求められ、トルク
指令Ｔ　を考慮した電力周波数が演算されることになる
。

従って、低速側のすべり特性２０２に基づき、低速時に
おける指令トルクに合った電力周波数は、ｆ　ｓ　　＝
　（Ｐ　　ＮＳ　　　）　／１２０　　（Ｉ　　Ｓｌ　
　）１１ から求めることができる。また、ステップ５１８におい
ても同様に周波数が算出される。

そして、ステップ５０９では、インバータコントローラ
１８へ電力周波数ｆｓ　　及びトルク指令信号Ｔ　を出
力しており、次のステップ５１０ではアンドゲート１６
へＨｉｇｈのＳ信号が出力されインバータ１６の制御状
態が解除される。

従って、以上の処理を繰り返すことにより、モータ１０
の極数をトルク及び回転数に基づいた適切な極数に切替
えることができ、これによりモータ１０の駆動効率を向
上できるのである。そして、本装置によれば、低トルク
運転時において、極数の小さいはう（高速側）の適用範
囲が拡大され、電磁騒音周波数が低下するので、運転者
等への不快な音を軽減できる効果も有する。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明に係る電気自動車用誘導電
動機の切替制御装置によれば、誘導電動機のトルク及び
回転数に基づいて最適なステータ極数を切替選択できる
。

そして、これにより電動機における電力消費を軽減でき
、更に一充電走行距離を延ばすことができ、電気自動車
運行に係る経済性を向上させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電気自動車用誘導電動機の極数切
替制御装置の全体構成を示す回路構成図、第２図は誘導
電動機の効率マップを示す回転数−トルク特性図、 第３図は誘導電動機の切替制御の処理手順を示すフロー
チャート図、 第４図は誘導電動機のすべり特性を示すグラフ、第５図
は従来の極数切替制御装置の構成を示す回路構成図、 第６図は回転数とトルクの関係を示す回転数トルク特性
図である。 １０　・・・　モータ １００　・・・　極数切替コントローラ１０２ １０４． １０８ ２０１， ４００ ・・・　制御回路 １０６　・・・　記憶部 ・・・　比較器 ３０１　・・・　誘導電動機の効率マップ・・・　効率
境界線

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　電気自動車駆動用誘導電動機と、 前記誘導電動機へ電源電圧を交流変換して供給するイン
   バータと、 前記インバータを所定の周波数指令及びトルク指令に基
   づいて制御するインバータコントローラと、 前記誘導電動機のステータ極数を切替える極数切替部と
   、 所定の周波数指令及びトルク指令を前記インバータコン
   トローラへ供給するとともに最適ステータ極数を選択す
   る切替信号を前記極数切替部へ供給する制御指令部と、
   を含む電気自動車において、前記制御指令部は、 前記誘導電動機の各極数における回転数及びトルクに対
   応する効率特性を記憶した特性テーブル回転数指令及び
   トルク指令を前記特性テーブルの内容と比較して効率の
   高い極数を示す選択信号を出力する比較器と、 を含み、 回転数指令及びトルク指令に応じて最適極数で誘導電動
   機を回転駆動することを特徴とする電気自動車用誘導電
   動機の極数切替制御装置。