JPH06245314A

JPH06245314A - 電気自動車用永久磁石モータの制御装置

Info

Publication number: JPH06245314A
Application number: JP5028119A
Authority: JP
Inventors: Yoshihide Arai; 良英新居
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1993-02-17
Filing date: 1993-02-17
Publication date: 1994-09-02
Anticipated expiration: 2016-03-26
Also published as: JP3149600B2

Abstract

(57)【要約】【目的】力行、回生の切り換え時のショックを低減す
る。【構成】アクセル、ブレーキの操作状況によって、力
行、回生の切り換えが行われる際、コントローラ２０
は、インバータ１２を制御して、永久磁石モータ１４の
電流の位相を反転させる。このとき、コントローラは、
モータ１４への供給電流の位相をすぐに反転させること
なく、ベクトル制御における励磁分に直交するトルク分
成分が徐々に変化するように制御する。

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
おけるトルク電流の励磁電流に直交する成分の大きさを
徐々に変更し、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ことを特徴とする。

【００１０】

【作用】このように、本発明のよれば、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

【特許請求の範囲】

【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
るトルク電流の励磁電流に直交する成分の大きさを徐々
に変更し、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。