JPH0646508A - Drive system for electric automobile - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、電池を電源とし、イン
バータを介して交流電動機により車輪を駆動する電気自
動車の駆動システムに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a drive system for an electric vehicle which uses a battery as a power source and drives wheels by an AC electric motor via an inverter.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図７は、この種の電気自動車の公知の駆
動システムである。図において、１は電池であり、単位
電池１００を必要個数直列接続して構成されている。４
はインバータであり、車輪駆動用交流電動機５を駆動す
る。３は保護ヒューズであり、必要に応じて用いられ
る。２は主スイッチであり、電池１とインバータ４とを
電気的に接続し、または切離すためのものである。電動
機５の軸は減速機６を介して差動装置７に連結され、車
輪８１，８２を駆動する。2. Description of the Related Art FIG. 7 shows a known drive system for an electric vehicle of this type. In the figure, reference numeral 1 denotes a battery, which is configured by connecting a required number of unit batteries 100 in series. Four
Is an inverter and drives the wheel driving AC motor 5. Reference numeral 3 is a protective fuse, which is used as necessary. Reference numeral 2 is a main switch for electrically connecting or disconnecting the battery 1 and the inverter 4. The shaft of the electric motor 5 is connected to the differential device 7 via the speed reducer 6 and drives the wheels 81 and 82.
【０００３】この電気自動車は、電池１を電源とする自
動車であるが、エンジン自動車と対等に利用されること
から次のようなことが求められている。 （１）加速性能が良いこと （２）一充電走行距離が長いこと （３）信頼性が高く、保守性が良いこと このような要求に応じるため （４）電池としては出力密度〔Ｗ／Ｋｇ〕及びエネルギ
ー密度〔Ｗｈ／Ｋｇ〕の両性能が優れたものであること （５）機器としては高効率、小形軽量、低保守性のもの
であること （６）電気自動車システムとして低価格であること。 このような電気自動車として代表的なシステムが図７に
示すものであり、電池１には通常、鉛電池、ニッケル−
カドニウム電池が用いられている。また、電動機として
はブラシのない交流電動機が用いられ、インバータ４は
トランジスタ式となっている。This electric vehicle uses the battery 1 as a power source, but since it is used on a par with an engine vehicle, the following is required. (1) Good acceleration performance (2) Long one-charge mileage (3) High reliability and good maintainability To meet these requirements (4) Output density [W / Kg ] And energy density [Wh / Kg] are both excellent (5) The equipment is highly efficient, compact and lightweight, and has low maintainability (6) Low price as an electric vehicle system thing. A typical system for such an electric vehicle is shown in FIG. 7, and the battery 1 is usually a lead battery or a nickel battery.
A cadmium battery is used. A brushless AC motor is used as the electric motor, and the inverter 4 is a transistor type.
【０００４】図７の駆動システムにおける公知の車輪駆
動方式は、１台のインバータ４及び１台の交流電動機５
により、減速機６、差動装置７を介して両車輪８１，８
２を駆動している。この従来方式では、駆動電動機５の
出力を機械式減速機６及び差動装置７を介して車輪８
１，８２に伝達し、これらを駆動しているため、 １）減速機及び差動装置の損失のため、駆動システムの
効率が下がってしまう ２）減速機の潤滑油の管理等、保守を必要とする ことにより、電気自動車の効率向上、保守低減を図る上
で問題となっている。A known wheel drive system in the drive system of FIG. 7 is one inverter 4 and one AC motor 5.
As a result, both wheels 81, 8 are passed through the reduction gear 6 and the differential device 7.
2 is driving. In this conventional method, the output of the drive motor 5 is passed through the mechanical speed reducer 6 and the differential device 7 to the wheels 8
1) because it is transmitted to 1 and 82, and drives them, 1) Loss of the reducer and the differential device reduces the efficiency of the drive system 2) Maintenance such as management of the reducer lubricating oil is required As a result, there is a problem in improving the efficiency of electric vehicles and reducing maintenance.
【０００５】次に、電気自動車駆動用の交流電動機につ
いて述べる。誘導電動機は、加減速時の大きなトルクが
容易に得られること、磁束可変が容易なため広範囲にわ
たって可変速駆動できるなど、交流電動機として優れて
おり、電気自動車用として多く用いられてきている。し
かし、励磁電流を固定子巻線から供給するため、この電
流損失により効率が低下する。特に、低出力時には効率
が大きく低下するので、電気自動車用としては大きな問
題となっている。一方、永久磁石により回転子磁極を構
成する同期電動機は、励磁電流が不要になることから効
率、力率の点では誘導電動機よりも優れている。しか
し、永久磁石は磁束を広範囲にわたって可変とすること
が困難のため、広範囲の可変速範囲を得ようとすると、
インバータが大きくなり、逆にシステム全体としては誘
導電動機よりも効率が悪くなってしまう。Next, an AC motor for driving an electric vehicle will be described. The induction motor is excellent as an AC motor because it can easily obtain a large torque during acceleration and deceleration and can be driven at a variable speed over a wide range because the magnetic flux can be easily changed, and has been widely used for electric vehicles. However, since the exciting current is supplied from the stator winding, this current loss reduces the efficiency. In particular, the efficiency is greatly reduced at low output, which is a serious problem for electric vehicles. On the other hand, the synchronous motor having the rotor magnetic poles composed of the permanent magnets is superior to the induction motor in efficiency and power factor because an exciting current is unnecessary. However, it is difficult to change the magnetic flux of a permanent magnet over a wide range, so if you try to obtain a wide variable speed range,
The size of the inverter becomes large, and conversely, the efficiency of the entire system becomes worse than that of the induction motor.
【０００６】上記のように電気自動車駆動用の交流電動
機としては、 （１）高効率、特に低出力時に高効率であること （２）加減速時に大出力が得られること （３）運転速度範囲が広いこと （４）小形軽量、低価格であることが望まれる。As described above, as an AC motor for driving an electric vehicle, (1) high efficiency, especially high efficiency at low output (2) high output at acceleration / deceleration (3) operating speed range (4) Small size, light weight, and low price are desired.
【０００７】次に、電池について述べる。電気自動車用
電池としては種々あるが、現時点では、コストを考慮す
ると出力密度〔Ｗ／Ｋｇ〕及びエネルギー密度〔Ｗｈ／
Ｋｇ〕の両性能共に優れた電池はない。このため、車両
性能、コスト等を勘案して電池の種類、容量を決めてい
る。Next, the battery will be described. There are various types of batteries for electric vehicles, but at present, considering the cost, the output density [W / Kg] and the energy density [Wh /
There is no battery having both excellent performances of [kg]. Therefore, the type and capacity of the battery are determined in consideration of vehicle performance, cost and the like.
【０００８】更に、インバータについて述べる。インバ
ータ容量は通常、１００〔ＫＶＡ〕以下、入力電圧は１
００〜３００〔Ｖ〕であるので、トランジスタインバー
タが主流である。前述のようにインバータの最大出力は
加減速時に発生し、インバータ出力電流は数１００
〔Ａ〕にも達する。このため、インバータはパワトラン
ジスタを複数個並列接続して使われることが多い。Further, the inverter will be described. The inverter capacity is usually 100 [KVA] or less, and the input voltage is 1
Since it is from 00 to 300 [V], the transistor inverter is the mainstream. As mentioned above, the maximum output of the inverter occurs during acceleration / deceleration, and the inverter output current is several hundreds.
It reaches [A]. Therefore, the inverter is often used by connecting a plurality of power transistors in parallel.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】以上詳述したように、
電気自動車の駆動システムとしては、 （１）加速時に大きなトルクが得られること （２）システム全体として高効率であり、特に低出力時
の効率が高いこと （３）電池の利用度が高く、電池の小形・軽量化が可能
であること （４）信頼性が高く、かつ保守を要しないこと （５）低価格であること等が必要とされ、その実現が大
きな課題となっている。本発明は上記課題を解決するた
めになされたもので、その目的とするところは、システ
ム効率及び信頼性が高く、小形軽量で低価格、かつメン
テナンスフリーであると共に、良好な走行性能を得るこ
とができる電気自動車の駆動システムを提供することに
ある。DISCLOSURE OF THE INVENTION As described in detail above,
As a drive system for an electric vehicle, (1) a large torque can be obtained during acceleration (2) high efficiency as a whole system, especially high efficiency at low output (3) high battery utilization, battery (4) High reliability and no maintenance required (5) Low cost, etc. are required, and its realization is a major issue. The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to obtain high running efficiency with high system efficiency and reliability, small size, light weight, low price, and maintenance free. It is to provide a drive system for an electric vehicle capable of performing the above.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明は、電池を電源としてインバータを介し
車輪駆動用交流電動機を駆動する電気自動車の駆動シス
テムにおいて、前記交流電動機を構成する２台の交流電
動機の各出力軸を左右駆動車輪に各々連結し、前記２台
の交流電動機を各々駆動する２台のインバータをこれら
の直流側で直列接続し、これらの直列接続された直流入
力端子両端を可逆形直流電力変換器を介して前記電池に
接続すると共に、前記電力変換器は２台のインバータの
合成入力電圧または電流を制御し、前記インバータを方
形波出力インバータとして周波数制御のみを行うもので
ある。In order to achieve the above object, the first aspect of the present invention is a drive system for an electric vehicle in which a battery is used as a power source to drive an AC motor for driving wheels via an inverter. The output shafts of the two AC motors are respectively connected to the left and right drive wheels, the two inverters that drive the two AC motors are connected in series on their DC sides, and these DC inputs are connected in series. Both ends of the terminal are connected to the battery through a reversible DC power converter, and the power converter controls a combined input voltage or current of two inverters, and the inverter is used as a square wave output inverter to perform only frequency control. It is something to do.
【００１１】第２の発明は、上記第１の発明にかかる駆
動システムを２組備え、各駆動システムにより電気自動
車の前輪及び後輪を各々駆動するものである。なお、こ
の場合、一方の駆動システムの交流電動機を誘導電動機
とし、他方の駆動システムの交流電動機を永久磁石形同
期電動機とすると共に、誘導電動機駆動用電池を高出力
形電池とし、同期電動機駆動用電池を高エネルギー形電
池とすることが望ましい。A second aspect of the invention is provided with two sets of the drive system according to the first aspect of the invention, and each drive system drives the front wheels and the rear wheels of the electric vehicle. In this case, the AC motor of one drive system shall be an induction motor, the AC motor of the other drive system shall be a permanent magnet type synchronous motor, and the induction motor drive battery shall be a high output type battery for driving the synchronous motor. It is desirable that the battery be a high energy type battery.
【００１２】[0012]
【作用】第１の発明では、電気自動車の左右駆動車輪
を、各々個別の交流電動機及び直流側が直列接続された
インバータにより駆動する。また、インバータと電池と
の間に接続された可逆形チョッパによりインバータの入
力電流及び合成入力電圧を制御し、インバータを周波数
制御する。これにより、駆動システムとして従来設けら
れていた機械式減速機及び差動装置を不要とする。In the first aspect of the invention, the left and right drive wheels of the electric vehicle are driven by the respective AC motors and the inverters in which the DC side is connected in series. In addition, the reversible chopper connected between the inverter and the battery controls the input current and combined input voltage of the inverter to control the frequency of the inverter. As a result, the mechanical reduction gear and the differential gear that are conventionally provided as the drive system are not required.
【００１３】第２の発明によれば、２組の駆動システム
により電気自動車の前輪及び後輪を各々駆動する。そし
て、交流電動機及び電池の種類を異ならせることによ
り、電気自動車の運転状況に応じて駆動システムの使い
分けを可能とし、電気自動車のシステム効率を高める。
更に、２組の駆動システムは各々単独で運転可能とする
ことにより、故障した側の一方のシステムを切離して残
りの健全システムのみによって走行できるようにし、動
作信頼性を向上させる。According to the second invention, the front wheels and the rear wheels of the electric vehicle are respectively driven by the two sets of drive systems. Then, by differentiating the types of the AC motor and the battery, it is possible to properly use the drive system according to the driving situation of the electric vehicle, and improve the system efficiency of the electric vehicle.
Further, by allowing the two sets of drive systems to operate independently, one of the systems on the failed side can be separated so that only the remaining healthy system can run, thereby improving operational reliability.
【００１４】[0014]
【実施例】以下、図に沿って各発明の実施例を説明す
る。図１は、第１の発明の一実施例を示すもので、図７
と同一の構成要素には同一番号を付してある。図１にお
いて、４１，４２は図７のインバータ４に対応するイン
バータであり、これらの直流入力側は直列に接続されて
いる。インバータ４１，４２と保護ヒューズ３との間に
は、電流可逆形直流電力変換器（電流可逆形チョッパ）
９が接続される。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of the first invention.
The same constituent elements as those are designated by the same reference numerals. In FIG. 1, 41 and 42 are inverters corresponding to the inverter 4 of FIG. 7, and their DC input sides are connected in series. A current reversible DC power converter (current reversible chopper) is provided between the inverters 41 and 42 and the protective fuse 3.
9 is connected.
【００１５】５０は車輪駆動用交流電動機であり、交流
電動機５０１，５０２により構成される。交流電動機５
０１は、回転子出力軸５１３と図示されていない継手と
を介して車輪８１を直接駆動し、同様に交流電動機５０
２は、回転子出力軸５２３と図示されていない継手とを
介して車輪８２を直接駆動するように構成されている。
なお、出力軸５１３，５２３は互いに別個の軸である。
交流電動機５０１はインバータ４１により、また、交流
電動機５０２はインバータ４２によりそれぞれ駆動され
る。Reference numeral 50 denotes an AC motor for driving wheels, which is composed of AC motors 501 and 502. AC motor 5
01 directly drives the wheels 81 via the rotor output shaft 513 and a joint (not shown), and similarly, the AC motor 50
2 is configured to directly drive the wheels 82 via a rotor output shaft 523 and a joint (not shown).
The output shafts 513 and 523 are separate shafts.
The AC motor 501 is driven by the inverter 41, and the AC motor 502 is driven by the inverter 42.
【００１６】図２は、図１における交流電動機５０の詳
細について示したものである。図２において、５１１は
交流電動機５０１の固定子、５１２は回転子、５１３は
回転子出力軸である。同様に、５２１は交流電動機５０
２の固定子、５２２は回転子、５２３は回転子出力軸で
ある。前述のごとく回転子出力軸５１３，５２３はそれ
ぞれ別個の軸であり、図示のように連結されていない。
ここで、交流電動機５０１，５０２は誘導電動機、永久
磁石形同期電動機等であれば良い。ただし、交流電動機
５０１，５０２は同種の電動機とするのが望ましいが、
異種のものであっても特に問題はない。FIG. 2 shows details of the AC motor 50 shown in FIG. In FIG. 2, 511 is a stator of the AC motor 501, 512 is a rotor, and 513 is a rotor output shaft. Similarly, 521 is the AC motor 50.
Two stators, 522 is a rotor, and 523 is a rotor output shaft. As described above, the rotor output shafts 513 and 523 are separate shafts and are not connected as shown.
Here, the AC motors 501 and 502 may be induction motors, permanent magnet type synchronous motors, or the like. However, although it is desirable that the AC electric motors 501 and 502 are the same kind of electric motor,
There is no particular problem even if they are of different types.
【００１７】図３は、図１における電流可逆形チョッパ
９の詳細について示したものである。なお、図１と同一
の構成要素には同一番号を付してある。図３において、
９０１，９０２は電力用半導体スイッチであり、図では
トランジスタの場合で示してある。９０３，９０４は半
導体スイッチ９０１，９０２に逆並列接続されたダイオ
ードである。９０５は入力用コンデンサ（保護ヒューズ
３側を入力側、インバータ４１，４２側を出力側とす
る）であり、チョッパ９のスイッチング動作によって半
導体スイッチ９０１またはダイオード９０３に流れるパ
ルス状の電流が、電池１に流れないように電流平滑作用
を行うものである。また、９０６はリアクトルであり、
出力電流を平滑するために挿入されている。FIG. 3 shows details of the current reversible chopper 9 shown in FIG. The same components as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. In FIG.
Reference numerals 901 and 902 denote power semiconductor switches, which are shown as transistors in the figure. Reference numerals 903 and 904 denote diodes connected in antiparallel to the semiconductor switches 901 and 902. Reference numeral 905 denotes an input capacitor (the protective fuse 3 side being the input side and the inverters 41, 42 side being the output side), and the pulsed current flowing through the semiconductor switch 901 or the diode 903 by the switching operation of the chopper 9 causes the battery 1 The current is smoothed so that it does not flow into the. 906 is a reactor,
It is inserted to smooth the output current.
【００１８】この実施例におけるチョッパ９の動作は、
通常のチョッパ動作と同様である。すなわち、電気自動
車が力行運転で、電流が入力側から出力側に流れる時は
半導体スイッチ９０１をスイッチングして出力側電圧を
制御する。また、反対に電流が出力側から入力側に流れ
る時（この状態は、電気自動車としては制動運転に相
当）は、半導体スイッチ９０２をスイッチングして出力
側電圧を制御する。The operation of the chopper 9 in this embodiment is as follows.
It is similar to the normal chopper operation. That is, when the electric vehicle is in the power running mode and the current flows from the input side to the output side, the semiconductor switch 901 is switched to control the output side voltage. On the contrary, when a current flows from the output side to the input side (this state corresponds to braking operation for an electric vehicle), the semiconductor switch 902 is switched to control the output side voltage.
【００１９】図４は、図１の実施例の動作を説明するた
めの制御ブロック図であり、図１と同一の構成要素には
同一番号を付してある。図４において、５１０，５２０
は交流電動機５０１，５０２に取付けられた回転数検出
器（交流電動機５０１，５０２が同期電動機である場合
には、回転子位置検出器も含む）である。４１０，４２
０はインバータ制御装置であり、インバータ４１，４２
が単に所定の周波数の方形波出力を生じるような周波数
制御を行う。従って、出力電圧はインバータ４１，４２
の入力電圧によって決まったものとなり、インバータ４
１，４２それ自身では、通常のＰＷＭ制御のような電圧
制御は行わない。また、インバータ制御装置４１０，４
２０には、必要に応じてインバータ出力電流検出器４１
１，４２１を接続し、インバータ４１，４２の出力電流
制御を行う。FIG. 4 is a control block diagram for explaining the operation of the embodiment shown in FIG. 1. The same components as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. In FIG. 4, 510,520
Is a rotation speed detector attached to the AC motors 501 and 502 (including a rotor position detector when the AC motors 501 and 502 are synchronous motors). 410, 42
0 is an inverter control device,
Performs frequency control so as to generate a square wave output having a predetermined frequency. Therefore, the output voltage is
It depends on the input voltage of the inverter 4
1, 42 itself does not perform voltage control such as normal PWM control. In addition, the inverter control devices 410, 4
20 includes an inverter output current detector 41 as required.
1, 421 are connected to control the output current of the inverters 41, 42.
【００２０】９０はチョッパ制御装置であり、出力電圧
検出器９１２、出力電流検出器９１１により検出したチ
ョッパ９の出力電圧または出力電流が所定の極性及び値
になるように半導体スイッチ９０１または９０２の通流
率を制御する。チョッパ９の出力電圧及び電流の所定値
と極性は、図示されていない電気自動車の制御装置から
与えられる。Reference numeral 90 denotes a chopper control device, which controls the semiconductor switch 901 or 902 so that the output voltage or the output current of the chopper 9 detected by the output voltage detector 912 and the output current detector 911 has a predetermined polarity and value. Control the flow rate. The predetermined values and polarities of the output voltage and current of the chopper 9 are given by a control device (not shown) for the electric vehicle.
【００２１】次に、図５を用いて、本実施例による駆動
車輪の差動動作と機能について説明する。まず、従来の
エンジン自動車における機械式差動装置の動作について
述べる。駆動軸への合成トルクは、Ｔ＝ＴL＋ＴR（ＴL
は左車軸トルク、ＴRは右車軸トルク）であり、合成ト
ルクＴはエンジン出力に対応するものであるから一定で
ある。左右の車輪は回転数ＮL，ＮRでバランスして走行
中、左車輪の負荷が減ずると、各車輪駆動トルクは同じ
であるので左車輪の回転数は増加し、右車輪の回転数は
減少する。この場合、エンジンからの出力は変化なく一
定であるので、左車輪の出力が増し、右車輪の出力が減
少することになる。Next, the differential operation and function of the drive wheels according to this embodiment will be described with reference to FIG. First, the operation of a mechanical differential device in a conventional engine vehicle will be described. Combined torque of the drive shaft, T = T L + T R (T L
The left axle torque, T R is the right axle torque), the combined torque T is constant because corresponds to an engine output. When the left and right wheels are traveling at a balanced rotational speed N L and N R and the load on the left wheel decreases, the left wheel rotational speed increases and the right wheel rotational speed increases because the wheel drive torque is the same. Decrease. In this case, since the output from the engine is constant without change, the output of the left wheel increases and the output of the right wheel decreases.
【００２２】逆に左車輪の負荷が急増して回転数が減少
すると、右車輪の回転数は増加する。この場合もエンジ
ンからの出力は変らず同じであるので左車輪の出力は減
少し、右車輪の出力は増大することになる。このよう
に、機械式差動装置は、左右の車輪の負荷に応じて時々
刻々、エンジンからの出力の配分を変化させる機能を持
っている。On the contrary, when the load on the left wheel sharply increases and the rotation speed decreases, the rotation speed of the right wheel increases. In this case as well, the output from the engine remains unchanged and the output of the left wheel decreases and the output of the right wheel increases. In this way, the mechanical differential device has a function of changing the distribution of the output from the engine momentarily according to the loads on the left and right wheels.
【００２３】次いで、図５による差動機能について説明
する。Ｉｄはインバータ入力電流であり、両インバータ
４１，４２に共通して流れる。Ｖｄ1，Ｖｄ2はインバー
タ４１，４２の入力電圧であり、その合成値Ｖｄがチョ
ッパ９の出力電圧となる。Ｎ1，Ｎ2は交流電動機５０
１，５０２の回転数、Ｔ1，Ｔ2は同じトルク、Ｐ1，Ｐ2
は同じく軸出力である。いま、インバータ４１，４２及
び交流電動機５０１，５０２の効率を無視すると、次の
数式１ないし数式３が成立する。Next, the differential function according to FIG. 5 will be described. Id is an inverter input current, which flows commonly to both inverters 41 and 42. Vd 1 and Vd 2 are the input voltages of the inverters 41 and 42, and their combined value Vd is the output voltage of the chopper 9. N 1 and N 2 are AC motors 50
1,502 rpm, T 1 and T 2 are the same torque, P 1 and P 2
Is also the shaft output. Now, ignoring the efficiencies of the inverters 41, 42 and the AC motors 501, 502, the following formulas 1 to 3 are established.
【００２４】[0024]
【数１】Ｐ1＝Ｉｄ・Ｖｄ1＝Ｋ・Ｎ1・Ｔ1 [Formula 1] P 1 = Id · Vd 1 = K · N 1 · T 1
【００２５】[0025]
【数２】Ｐ2＝Ｉｄ・Ｖｄ2＝Ｋ・Ｎ2・Ｔ2 [Formula 2] P 2 = Id · Vd 2 = K · N 2 · T 2
【００２６】[0026]
【数３】Ｐ＝Ｉｄ・Ｖｄ＝Ｐ1＋Ｐ2 [Equation 3] P = Id · Vd = P 1 + P 2
【００２７】ここで、Ｐは電気自動車駆動として供給さ
れる電力であり、Ｋは定数である。いま、交流電動機５
０１を左車輪８１の駆動電動機、同５０２を右車輪８２
の駆動電動機とする。左車輪駆動電動機５０１は回転数
Ｎ1、トルクＴ1、軸出力Ｐ1、右車輪駆動電動機５０２
は同じく回転数Ｎ2、トルクＴ2、軸出力Ｐ2で各々バラ
ンスよく走行している。Here, P is the electric power supplied for driving the electric vehicle, and K is a constant. AC motor 5 now
01 is the drive motor for the left wheel 81, and 502 is the right wheel 82
Drive motor. The left wheel drive motor 501 has a rotation speed N 1 , torque T 1 , shaft output P 1 , right wheel drive motor 502.
Are running in a well-balanced manner at rotational speed N 2 , torque T 2 , and shaft output P 2 .
【００２８】走行中、左車輪８１の負荷が減少すると、
車輪駆動トルクは同じに制御されているので、左車輪８
１の回転数は増加する。これにより左車輪駆動電動機５
０１の軸出力Ｐ1は増加するので、インバータ４１の入
力電圧Ｖｄ1は増加する。チョッパ９により出力電圧Ｖ
ｄは一定に制御されているので、インバータ４２の入力
電圧Ｖｄ2は減少する。インバータ４２の入力電圧Ｖｄ2
が減少するとインバータ４２の出力電圧も減少し、右車
輪駆動電動機５０２の軸出力Ｐ2が減少して右車輪８２
の回転数が減少する。When the load on the left wheel 81 decreases during traveling,
Since the wheel drive torque is controlled to be the same, the left wheel 8
The number of rotations of 1 increases. As a result, the left wheel drive motor 5
Since the shaft output P 1 of 01 increases, the input voltage Vd 1 of the inverter 41 increases. Output voltage V by chopper 9
Since d is controlled to be constant, the input voltage Vd 2 of the inverter 42 decreases. Input voltage Vd 2 of the inverter 42
Is reduced, the output voltage of the inverter 42 is also reduced, the shaft output P 2 of the right wheel drive motor 502 is reduced, and the right wheel 82 is reduced.
The rotation speed of is reduced.
【００２９】逆に左車輪８１の負荷が急増して回転数が
減少すると、左車輪駆動電動機５０１の軸出力Ｐ1は減
少し、インバータ４１の入力電圧Ｖｄ1が減少するの
で、インバータ４２の入力電圧Ｖｄ2が増加し、右車輪
駆動電動機５０２の軸出力Ｐ2は増加し、電動機５０２
すなわち右車輪８２の回転数は増加していく。On the contrary, when the load of the left wheel 81 rapidly increases and the rotation speed decreases, the shaft output P 1 of the left wheel drive motor 501 decreases and the input voltage Vd 1 of the inverter 41 decreases, so the input of the inverter 42 decreases. The voltage Vd 2 increases, the shaft output P 2 of the right wheel drive motor 502 increases, and the motor 502
That is, the rotation speed of the right wheel 82 increases.
【００３０】以上述べたように、この実施例では、左右
車輪８１，８２の駆動電動機５０１，５０２を駆動する
インバータ４１，４２を直流側で直列接続し、その入力
の合成電圧Ｖｄをチョッパ９により制御することによっ
て、左右車輪８１，８２に直結された電動機５０１，５
０２の出力に自動的に差動機能が生ずることになる。As described above, in this embodiment, the inverters 41 and 42 for driving the drive motors 501 and 502 of the left and right wheels 81 and 82 are connected in series on the DC side, and the combined voltage Vd of the input is set by the chopper 9. By controlling, the electric motors 501, 5 directly connected to the left and right wheels 81, 82
A differential function automatically occurs at the output of 02.
【００３１】図６は、第２の発明の一実施例を示すもの
である。この実施例は、図１に示した駆動システムを２
組設け、一方の駆動システムにより前輪を駆動し、他方
の駆動システムにより後輪を駆動するようにしたもので
ある。図６において、１１，１２は図１の電池１に対応
する電池、２１，２２は同じく主スイッチ２に対応する
主スイッチ、３１，３２は同じくヒューズ３に対応する
保護ヒューズ、９１，９２は同じくチョッパ９に対応す
るチョッパ、４３，４４及び４５，４６は同じくインバ
ータ４１，４２に各々対応するインバータ、５１，５２
は同じく車輪駆動用交流電動機５０に対応する交流電動
機、５０３，５０４及び５０５，５０６は同じく交流電
動機５０１，５０２に各々対応する交流電動機、８１
１，８１２は前または後の車輪、８２１，８２２は他方
の車輪を示す。FIG. 6 shows an embodiment of the second invention. In this embodiment, the drive system shown in FIG.
One set of drive systems drives the front wheels, and the other drive system drives the rear wheels. 6, 11 and 12 are batteries corresponding to the battery 1 in FIG. 1, 21 and 22 are also main switches corresponding to the main switch 2, 31 and 32 are protective fuses corresponding to the fuse 3, 91 and 92 are the same. Choppers 43, 44 and 45, 46 corresponding to the chopper 9 are inverters 51, 52 respectively corresponding to the inverters 41, 42, respectively.
Is an AC motor corresponding to the wheel driving AC motor 50, 503, 504 and 505, 506 are AC motors corresponding to the AC motors 501 and 502, respectively.
Reference numerals 1 and 812 denote front and rear wheels, and reference numerals 821 and 822 denote the other wheel.
【００３２】この実施例において、交流電動機５１，５
２は同じ種類のものでも良いが、違えた方が望ましい。
例えば、電動機５１を誘導電動機、電動機５２を永久磁
石形の同期電動機とする。この場合、同期電動機は効率
が高いので、電気自動車の運転時間が長い低トルクまた
は低出力時に主に運転するものとし、他方、誘導電動機
は、効率では同期電動機よりも若干悪くなるが高出力を
出すことができるため、電気自動車の加速時など、高ト
ルク、高出力時に主に運転するように使い分ければ良
い。また、電池１１，１２は同一種類の電池とするより
も、例えば、誘導電動機駆動用電池は高出力形、すなわ
ち出力密度〔Ｗ／Ｋｇ〕が大きい電池とし、また、同期
電動機駆動用電池は高エネルギー形すなわちエネルギー
密度〔Ｗｈ／Ｋｇ〕が大きい電池とする。In this embodiment, the AC motors 51, 5
2 may be of the same type, but it is preferable that they are different.
For example, the electric motor 51 is an induction motor and the electric motor 52 is a permanent magnet type synchronous motor. In this case, since the synchronous motor has high efficiency, it is assumed that the electric motor mainly operates at low torque or low output for a long operating time of the electric vehicle.On the other hand, the induction motor has high efficiency but slightly worse efficiency than the synchronous motor. Since it can be used, it is sufficient to use it properly so as to drive mainly at high torque and high output such as when accelerating an electric vehicle. Further, the batteries 11 and 12 are, for example, batteries of a high output type, that is, a battery having a high output density [W / Kg], and a battery for driving a synchronous motor is higher than the batteries of the same type. The battery has a large energy type, that is, energy density [Wh / Kg].
【００３３】更に、図６の方式では、２組の駆動システ
ムのうち一方の駆動システムが故障した時には主スイッ
チ２１，２２により回路を開放し、健全な駆動システム
により駆動する。これにより、健全な駆動システムによ
る前輪駆動システムまたは後輪駆動システムを実現する
ことができる。Further, in the system of FIG. 6, when one of the two drive systems fails, the circuit is opened by the main switches 21 and 22 and the sound drive system is driven. As a result, it is possible to realize a front wheel drive system or a rear wheel drive system with a sound drive system.
【００３４】[0034]
【発明の効果】以上のように第１の発明によれば、左右
駆動車輪に各々電動機出力軸を連結し、電動機駆動用の
２台のインバータを直流側で直列接続すると共にインバ
ータ入力側に可逆形直流電力変換器を挿入し、この電力
変換器により２台のインバータの合成入力を制御して各
インバータに単に周波数変換のみを行わせ、これによっ
て左右車輪駆動用電動機に差動機能を持たせているた
め、次のような効果がある。As described above, according to the first aspect of the present invention, the motor output shafts are connected to the left and right drive wheels, respectively, and two inverters for driving the motors are connected in series on the DC side and reversible on the inverter input side. Type DC power converter is inserted, and this power converter controls the combined input of the two inverters to cause each inverter to perform only frequency conversion, thereby providing the left and right wheel drive motors with a differential function. Has the following effects.
【００３５】（１）機械的な減速機、差動装置が不要と
なるので、システム効率が向上すると共に、保守作業が
大幅に軽減される。 （２）インバータのスイッチング周波数を非常に低くで
きるため、インバータの損失が減少し、効率が向上す
る。 （３）左右車輪の差動機能は、従来のエンジン自動車と
ほぼ同程度なので、良好な運転性能が得られる。(1) Since mechanical reducers and differential devices are not required, system efficiency is improved and maintenance work is greatly reduced. (2) Since the switching frequency of the inverter can be made extremely low, the loss of the inverter is reduced and the efficiency is improved. (3) Since the differential function of the left and right wheels is almost the same as that of a conventional engine vehicle, good driving performance can be obtained.
【００３６】第２の発明では、電池も含めて２組の駆動
システムにより前輪及び後輪を駆動してシステム開放可
能形とし、一方の駆動システムの電動機を高出力形電池
により運転される誘導電動機とし、他方の駆動システム
の電動機を高エネルギー形電池により運転される永久磁
石形同期電動機として、電気自動車の運転状態に応じて
システム効率が高くなるように使い分けることを可能に
したため、次のような効果がある。In the second aspect of the present invention, the two wheels of the drive system including the battery drive the front wheels and the rear wheels so that the system can be opened, and the electric motor of one of the drive systems is driven by a high-power battery. The motor of the other drive system is a permanent magnet type synchronous motor driven by a high-energy battery, and it is possible to use it properly so that the system efficiency increases depending on the operating state of the electric vehicle. effective.
【００３７】（４）異種の電動機の特徴を引き出すこと
により全運転範囲に亘って高いシステム効率が得られ
る。 （５）２組の駆動システムのうち一方のシステムが故障
しても、その故障システムを開放し、残りの健全システ
ムで電気自動車を走行させることができるので、運転信
頼性が非常に高い駆動システムとなる。 （６）上記（１）〜（５）の効果により、極めて実用性
が高い電気自動車の駆動システムを実現することができ
る。(4) High system efficiency can be obtained over the entire operating range by drawing out the characteristics of different types of electric motors. (5) Even if one of the two drive systems fails, the faulty system can be opened and the remaining healthy system can drive the electric vehicle, so the drive system with extremely high driving reliability. Becomes (6) Due to the effects of the above (1) to (5), it is possible to realize a drive system for an electric vehicle that is extremely highly practical.
【図１】第１の発明の一実施例を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a first invention.
【図２】図１の実施例における交流電動機の詳細を示す
図である。FIG. 2 is a diagram showing details of an AC electric motor in the embodiment of FIG.
【図３】図１の実施例における電流可逆形チョッパの詳
細を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing details of a current reversible chopper in the embodiment of FIG.
【図４】図１の実施例の動作を説明するための制御ブロ
ック図である。FIG. 4 is a control block diagram for explaining the operation of the embodiment of FIG.
【図５】図１の実施例における駆動車輪の差動動作を説
明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining a differential operation of drive wheels in the embodiment of FIG.
【図６】第２の発明の一実施例を示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram showing an embodiment of the second invention.
【図７】電気自動車の公知の駆動システムを示す図であ
る。FIG. 7 shows a known drive system for an electric vehicle.
１，１１，１２ 電池 ２，２１，２２ 主スイッチ ３，３１，３２ 保護ヒューズ ４１，４２，４３，４４，４５，４６ インバータ ５０，５１，５２ 車輪駆動用交流電動機 ５０１，５０２，５０３，５０４，５０５，５０６ 交
流電動機 ５１３，５２３ 回転子出力軸 ８１，８２，８１１，８１２，８２１，８２２ 車輪 ９，９１，９２ 電流可逆形直流電力変換器（電流可逆
形チョッパ）1, 11, 12 Battery 2, 21, 22 Main switch 3, 31, 32 Protective fuse 41, 42, 43, 44, 45, 46 Inverter 50, 51, 52 Wheel drive AC motor 501, 502, 503, 504 505, 506 AC motor 513, 523 Rotor output shaft 81, 82, 811, 812, 821, 822 Wheel 9, 91, 92 Current reversible DC power converter (current reversible chopper)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 元吉 攻 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 伊藤 善夫 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hajime Motoyoshi 1-1 Tanabe Nitta, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Fuji Electric Co., Ltd. (72) Yoshio Ito 1 Nitta Tanabe, Kawasaki-ku, Kawasaki, Kanagawa No. 1 inside Fuji Electric Co., Ltd.
Claims (4)
駆動用交流電動機を駆動する電気自動車の駆動システム
において、 前記交流電動機を構成する２台の交流電動機の各出力軸
を左右駆動車輪に各々連結し、前記２台の交流電動機を
各々駆動する２台のインバータをこれらの直流側で直列
接続し、これらの直列接続された直流入力端子の両端を
可逆形直流電力変換器を介して前記電池に接続すると共
に、前記電力変換器は２台のインバータの合成入力電圧
または電流を制御し、前記インバータを方形波出力イン
バータとして周波数制御のみを行うことを特徴とする電
気自動車の駆動システム。1. A drive system for an electric vehicle, which uses a battery as a power source to drive an AC motor for driving wheels via an inverter, wherein output shafts of two AC motors constituting the AC motor are connected to left and right driving wheels, respectively. , Two inverters respectively driving the two AC motors are connected in series on the DC side, and both ends of the DC input terminals connected in series are connected to the battery through a reversible DC power converter. In addition, the power converter controls the combined input voltage or current of the two inverters, and performs only frequency control using the inverter as a square wave output inverter.
え、各駆動システムにより電気自動車の前輪及び後輪を
各々駆動することを特徴とする電気自動車の駆動システ
ム。2. A drive system for an electric vehicle, comprising two sets of the drive system according to claim 1, wherein each drive system drives a front wheel and a rear wheel of the electric vehicle, respectively.
電動機とし、他方の駆動システムの交流電動機を永久磁
石形同期電動機とした請求項２記載の電気自動車の駆動
システム。3. The drive system for an electric vehicle according to claim 2, wherein the AC motor of one drive system is an induction motor and the AC motor of the other drive system is a permanent magnet type synchronous motor.
し、同期電動機駆動用電池を高エネルギー形電池とした
請求項３記載の電気自動車の駆動システム。4. The drive system for an electric vehicle according to claim 3, wherein the induction motor driving battery is a high output type battery, and the synchronous motor driving battery is a high energy type battery.
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|---|---|---|---|
| JP21645792A JP3180300B2 (en) | 1992-07-22 | 1992-07-22 | Electric vehicle drive system |
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