JPH06133410A - 電動車両の制御装置 - Google Patents

電動車両の制御装置

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JPH06133410A
JPH06133410A JP4302973A JP30297392A JPH06133410A JP H06133410 A JPH06133410 A JP H06133410A JP 4302973 A JP4302973 A JP 4302973A JP 30297392 A JP30297392 A JP 30297392A JP H06133410 A JPH06133410 A JP H06133410A
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JP
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JP4302973A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Tanaka
普 田中
Kazuhiro Murata
和弘 村田
Tadashi Takano
正 高野
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Yamaha Motor Co Ltd
Original Assignee
Yamaha Motor Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 永久磁石同期モータの回転を駆動輪に伝達す
る一方、前記モータを所定回転速度以上で弱め界磁制御
する回生制動可能な電動車両において、特に部分負荷走
行から回生制動に入った時に電池の充電を効率よく行う
ことができるようにする。 【構成】 少くとも部分負荷時に、回生制動時の弱め界
磁制御を力行時よりも弱めるようにした。ここに部分負
荷の検出には、トルクを決めるq軸電流iq の大きさ、
スロットルグリップの開度θTH等を用いることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、永久磁石同期モータを
その所定回転速度以上で弱め界磁制御すると共に、回生
制動可能にした電動車両の制御装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】永久磁石同期モータをスクータなどの小
型車両の駆動に用いることが考えられている。この種の
モータは、従来一定速度を要求される分野に主として用
いられていたが、最近ではパワーエレクトロニクスの発
達と共に広く可変運転を要求する分野にも使用されるよ
うになっている。
【0003】 ここで用いるモータはロータ表面
に永久磁石を取付け、固定子側に電機子を設けた回転界
磁形であり、ベクトル制御が行われる。このベクトル制
御によれば電機子のd軸電流(id )により界磁の制御
が可能になり、特に高速域における弱め界磁制御により
モータの回転速度域を拡大させることが可能になる。以
下その原理を説明する。
【0004】
【原理】(1)モータの電圧方程式 空隙磁束に同期して回転する同期回転座標(d−q座
標)で表したモータの電圧方程式およびトルクは、1
式、2式で与えられる。
【0005】
【数1】
【0006】ここで、モータはロータ表面に磁石を取り
付けたタイプであり、円筒機と見なせるから、d,q軸
のインダクタンスは等しくなり、Ld =Lq =Lとする
と電圧方程式、トルクは次式で表される。
【0007】
【数2】
【0008】(2)d軸電流の制御 3、4式より、円筒機の場合にはd軸電流id はトルク
に関与せず、q軸電流iq のみでトルクが決まることが
解る。このため、id =0に制御することにより、誘起
電圧(e0 =nwλ)と同相の電流を流して高力率な制
御を行うことができる。
【0009】しかし、この方式では回転数に比例して誘
起電圧e0 が上昇するため、モータの最大回転数はイン
バータ出力電圧の限界で制限される。
【0010】ここで、比較的高い回転数の定常状態を考
えると、R≪nwL,p=0であるから3式よりvd
q は5式で表され、端子電圧v1は6式となる。
【0011】
【数3】
【0012】以上5、6式より、d軸電流(id )を制
御することで、端子電圧v1をコントロールできる。す
なわち、等価的な界磁の制御が可能となり、id を負と
すれば弱め界磁、正とすれば強め界磁となる。
【0013】このとき、トルクは4式よりid に依存し
ないため、iq を一定に保てばトルクを変化せずにv1
のみを制御できる。
【0014】電気自動車の様に低速域では大きな加速ト
ルクが必要であるが、高速域では比較的必要トルクが小
さい場合には、低速域ではid =0制御を行い、高速域
ではid を増加し弱め界磁を行ない、モータ端子電圧の
増加を抑えることにより運転速度範囲を高速側へ拡張す
る制御が有効である。
【0015】
【従来の技術の問題点】ここに従来は、弱め界磁制御に
用いるid の制御特性を、所定の回転速度N0から回転
速度Nの増加に対して直線的に増加する直線としていた
(図4の実線A参照)。従ってこの場合のトルクT特性
および出力P特性は図5にT0A、P0Aで示すようにな
る。なお前記の所定の回転速度N0 は、図5に示すよう
にインバータの出力電圧の限界によりトルクTが減少し
始める回転速度N0 に設定される。またこの直線Aの傾
きは、出力P0Aが最大となるように設定される。
【0016】ここに図5の特性T0A0Aは全負荷運転時
を示すものである。しかし電動車両においては、急加速
時や登坂時などの特別な場合を除き、大部分の走行状態
では部分負荷で運転することになる。従ってこの部分負
荷運転時には電機子のd軸電流id はスロットルグリッ
プの回動量等に連動させて減少される。図5のT1 、T
2 はこの場合を示す。
【0017】一方回生制動を行う場合には、減速時にモ
ータを発電機とし、この発電電圧を利用して電池を充電
する。しかし従来は前記の所定回転速度N0 以上では、
力行時に用いた図4の実線Aで示される界磁電流id
回生制動時にも用いていた。このため特に部分負荷での
力行走行から回生制動に入った時の界磁電流id が小さ
くなり、従って前記6式で求められる端子電圧Vlも小
さくなる。この結果特に部分負荷時における回生制動の
エネルギーを電池の充電に十分に活用できないという問
題があった。
【0018】
【発明の目的】本発明はこのような事情に鑑みなされた
ものであり、特に部分負荷走行から回生制動に入った時
に電池の充電を効率よく行うことができる電動車両の制
御装置を提供することを目的とする。
【0019】
【発明の構成】本発明によればこの目的は、永久磁石同
期モータの回転を駆動輪に伝達する一方、前記モータは
所定回転速度以上で弱め界磁制御され、また回生制動可
能な電動車両において、少くとも部分負荷時に、回生制
動時の弱め界磁制御を力行時よりも弱めるようにしたこ
とを特徴とする電動車両の制御装置により達成される。
【0020】ここに部分負荷の検出には、トルクを決め
るq軸電流iq の大きさ、スロットルグリップの開度θ
TH等を用いることができる。
【0021】
【実施例】図1は本発明の一実施例のブロック図、図2
はそのベクトル制御部分の機能ブロック図、図3はこれ
が適用される電動スクータの側面図、図4は弱め界磁制
御特性図、図5はモータのトルクおよび出力の特性図で
ある。
【0022】図3において符号10は動力ユニットであ
り、永久磁石同期モータ12と伝動ケース14とを一体
とし、伝動ケース14の後端に駆動後輪16を保持した
ものである。この伝動ユニット10はその前部が車体フ
レーム18に上下揺動自在に軸支され、伝動ケース14
の後部は緩衝器20により弾性支持されている。伝動ケ
ース14内にはVベルト無段変速機22が内蔵され、モ
ータ12の回転出力は走行負荷に応じて減速比が自動変
化する変速機22を介して後輪16に伝えられる。
【0023】24は運転シート、26はこの運転シート
24の下方に配設された制御装置、28は足置台の下に
収容された蓄電池である。30は前輪、32は操向ハン
ドルである。この操向ハンドル32の一方のグリップに
はスロットルレバーあるいはスロットルグリップが組込
まれている。
【0024】モータ12は永久磁石を固着したロータを
持ち、このロータの回転はロータリーエンコーダ50
(図1)により検出される。このエンコーダ50の出力
信号は、インターフェース52により二進信号に変換さ
れ、この二進信号はROM54に記憶した変換表に基づ
いて回転角θに変換される。またこの二進信号はF/V
変換器(周波数・電圧変換器)56により回転速度に比
例した電圧Vに変換される。この電圧Vはモータ12の
回転速度Nを示すことになる。
【0025】モータ12は固定側に3相電機子巻線を持
ち、3つの電機子巻線のうち2つの相の相電流iu 、i
w が検出され、さらにA/Dコンバータ58によってデ
ジタル信号にされて3相2相変換器60に入力される。
【0026】3相電機子電流iu 、iv 、iw で示され
る合成電流は固定子座標系である3相交流座標(u、
v、w)から観察しているので角速度w(=dθ/d
t)で回転するベクトルである。これを公知のテンソル
解析法に従って2軸へ変換して、静止する2相交流座標
(α−β)系のα−β軸上の値とし、さらに回転子上に
固定された直交座標系のd−q軸上に変換して計算を行
う。このd−q軸上では電流を直流として扱うことがで
き、計算が単純になるからである。以上の変換を前記3
相2相変換器60は行うものであり、その変換式は図2
に示す通りである。変換の結果d軸成分id すなわち磁
束電流id と、q軸成分iq すなわちトルク電流iq
が電流アンプ62にフィードバックされる。
【0027】電流アンプ62はトルク指令iq *および界
磁電流指令id *に基づき、d軸電圧指令Vd *およびq軸
電圧指令Vq *を求めるものである。この演算は図2に示
す式に基づいて行われる。この図2の電流アンプ62に
示す式でKP 、KI は比例ゲインと積分ゲインを示す。
【0028】このようにして求めたd軸電圧指令Vd *
よびq軸電圧指令Vq *は、2相3相変換器64において
3相交流座標系(u、v、w)の各成分である各電圧指
令Vu *、Vv *、Vw *に変換される。そしてこれら各相の
電圧指令はパルス幅制御回路(PWM)66に入力され
る。
【0029】PWM66では三角波出力回路68が出力
する三角波と各電圧指令Vu *、Vv *、Vw *とが交叉する
タイミングを検出する。ゲート回路70はこのタイミン
グに基づきゲート信号をインバータ72に出力する。イ
ンバータ72は蓄電池28からモータの電機子巻線に加
えられる電圧を、このゲート信号による所定のオン・オ
フ時間比(デューティー比)で高速でオン・オフし、電
圧指令Vu *、Vv *、Vw *に対応する電機子電圧を印加す
る。なお図2に示す構成部分58、60、62、64、
66は、1つのICにまとめたASIC(特定用途向け
IC)で形成するのが望ましい。
【0030】ここで前記電流アンプ62に入力されるト
ルク指令iq *は、例えばスロットルグリップの開度(回
転角)θTHに対応して変化する。また界磁電流指令id *
は界磁指令生成回路74から入力される。この界磁指令
生成回路74は、図4に示すような弱め界磁制御特性を
記憶するメモリを内蔵し、回転速度Nと走行条件すなわ
ち負荷条件とによって変化する界磁電流指令id *を出力
するものである。
【0031】この図4において、実線Aは全負荷時例え
ばトルク電流id が最大となるスロットルグリップの全
開時の特性を示し、インバータ出力電圧の制限が始まる
回転速度N0 から回転速度Nの増加と共に界磁電流指令
d *を直線的に増加させる。また破線B、一点鎖線Cは
負荷が例えば2/3、1/3に減少した場合の特性を示
す。このように負荷の減少に応じて、傾きを小さくした
ものである。
【0032】このように弱め界磁制御の強さを決めるた
めの界磁電流指令id *の傾きを負荷の減少に伴い小さく
すると、この時の出力Pは図5に実線で示すP1A、P2A
からP1B、P2Cのように減少する。しかしこのように部
分負荷の力行時には弱め界磁も減るので、モータの回転
速度範囲を高速側へ広げることができる。従って変速装
置22との組合せにより、部分負荷時においてもモータ
12の高速回転によりその能力を最大限に利用した運転
が可能になる。また部分負荷運転時には弱め界磁制御が
弱くなるから、効率の向上が可能になる。
【0033】また部分負荷での力行時から回生制動に入
った時には、力行時の弱め界磁よりも界磁を弱める。例
えば図4において特性BあるいはCで力行中に回生制動
に入る際には、BR 、CR のような特性に変更する。こ
のため界磁電流指令id *が減り、d軸電流id が増加す
るから、q軸電圧Vq が増大し、6式で求められる端子
電圧Vlが増加する。この結果インバータ72(図1)
を介して電池28に導かれる充電電圧が上昇し、効率良
く充電が行われる。
【0034】以上の実施例では図4の弱め界磁制御特性
は全負荷および2/3、1/3負荷について示している
が、その間の全ての部分負荷に対してこの制御特性を連
続的に変化させたり不連続に変化させるようにしてもよ
い。また部分負荷での力行時の特性B、C(図4)の傾
きと、回生制動時の特性BR 、CR の傾きとは、負荷、
変速装置22の変速比など他の走行条件を示す情報との
組合せによって適切に設定する。これらの傾きは走行条
件によって自動で変更するのが望ましいが、手動で変更
できるようにしてもよい。モータは駆動輪に組込んだホ
イールモータとしてもよい。モータの回転はベルトに代
えチェーンや歯車により伝達したり、手動・自動の変速
機を介したり、または変速することなく伝達するもので
あってもよい。
【0035】
【発明の効果】本発明は以上のように、本発明は以上の
ように、永久磁石同期モータを用いた電動車両におい
て、ベクトル制御により弱め界磁制御を行うと共に、少
くとも部分負荷時に力行から回生制動に入る時には力行
時に比べて弱め界磁制御を弱めるようにしたものである
から、回生制動時の界磁が力行時よりも強められ電機子
に発生する端子電圧Vl(前記6式参照)を高くするこ
とができる。このため回生制動のエネルギーを電池電圧
に対して十分に高くして電池の充電を効率良く行うこと
が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のブロック図
【図2】ベクトル制御の機能ブロック図
【図3】この実施例を適用した2輪スクータの側面図
【図4】弱め界磁制御特性図
【図5】トルクおよび出力の特性図
【符号の説明】
12 永久磁石同期モータ 16 駆動後輪 22 変速装置 26 制御装置 74 界磁指令生成回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 永久磁石同期モータの回転を駆動輪に伝
    達する一方、前記モータは所定回転速度以上で弱め界磁
    制御され、また回生制動可能な電動車両において、少く
    とも部分負荷時に、回生制動時の弱め界磁制御を力行時
    よりも弱めるようにしたことを特徴とする電動車両の制
    御装置。
JP4302973A 1992-10-15 1992-10-15 電動車両の制御装置 Pending JPH06133410A (ja)

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JP4302973A JPH06133410A (ja) 1992-10-15 1992-10-15 電動車両の制御装置

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JPH06133410A true JPH06133410A (ja) 1994-05-13

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002058277A (ja) * 2000-08-04 2002-02-22 Tokyo R & D Co Ltd Dcブラシレスモータの制御方法および電気自動車の駆動システム
JP2007030664A (ja) * 2005-07-26 2007-02-08 Kayaba Ind Co Ltd 電磁サスペンション装置
JP2007116849A (ja) * 2005-10-21 2007-05-10 Nsk Ltd モータ駆動制御装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002058277A (ja) * 2000-08-04 2002-02-22 Tokyo R & D Co Ltd Dcブラシレスモータの制御方法および電気自動車の駆動システム
JP2007030664A (ja) * 2005-07-26 2007-02-08 Kayaba Ind Co Ltd 電磁サスペンション装置
JP2007116849A (ja) * 2005-10-21 2007-05-10 Nsk Ltd モータ駆動制御装置

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