JPH07264713A - 電気自動車駆動用交流電動機 - Google Patents
電気自動車駆動用交流電動機Info
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- JPH07264713A JPH07264713A JP6071348A JP7134894A JPH07264713A JP H07264713 A JPH07264713 A JP H07264713A JP 6071348 A JP6071348 A JP 6071348A JP 7134894 A JP7134894 A JP 7134894A JP H07264713 A JPH07264713 A JP H07264713A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 エンジン自動車や誘導電動機式電気自動車と
同等のトルク−速度特性を得る。弱界磁運転を可能に
し、電動機電流を増加させずに小形軽量化、低価格化、
高効率化を図る。 【構成】 永久磁石形同期電動機の回転数零から第１の
回転数Ｎ1までの領域では電動機電流のうちｄ軸電流成
分を零とし、ｑ軸電流成分を所要トルクに応じて制御す
ると共に電動機電圧を回転数に応じ可変として定トルク
運転する。Ｎ1から第２の回転数Ｎ2までの領域では、ｑ
軸電流成分を所要トルクに応じて制御し、ｄ軸電流成分
を電動機電圧の最大値、電動機誘起電圧、ｄ軸，ｑ軸リ
アクタンス成分等に基づき制御すると共に電動機電圧を
最大値かつ一定に制御して定出力運転する。また、Ｎ1
におけるｄ軸，ｑ軸リアクタンス成分を所定範囲の値に
制御する。
同等のトルク−速度特性を得る。弱界磁運転を可能に
し、電動機電流を増加させずに小形軽量化、低価格化、
高効率化を図る。 【構成】 永久磁石形同期電動機の回転数零から第１の
回転数Ｎ1までの領域では電動機電流のうちｄ軸電流成
分を零とし、ｑ軸電流成分を所要トルクに応じて制御す
ると共に電動機電圧を回転数に応じ可変として定トルク
運転する。Ｎ1から第２の回転数Ｎ2までの領域では、ｑ
軸電流成分を所要トルクに応じて制御し、ｄ軸電流成分
を電動機電圧の最大値、電動機誘起電圧、ｄ軸，ｑ軸リ
アクタンス成分等に基づき制御すると共に電動機電圧を
最大値かつ一定に制御して定出力運転する。また、Ｎ1
におけるｄ軸，ｑ軸リアクタンス成分を所定範囲の値に
制御する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電池を電源とし、イン
バータを介して駆動される電気自動車駆動用交流電動機
に関する。
バータを介して駆動される電気自動車駆動用交流電動機
に関する。
【０００２】
【従来の技術】図４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公
知のパワートレインを示している。図において、１は電
池であり、単位電池１０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、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。交流電動機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。交流電動機５と
しては価格、性能、保守性の点で優れている誘導電動機
が多く用いられている。
介して交流電動機により車輪を駆動する電気自動車の公
知のパワートレインを示している。図において、１は電
池であり、単位電池１０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、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。交流電動機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。交流電動機５と
しては価格、性能、保守性の点で優れている誘導電動機
が多く用いられている。
【０００３】さて、電気自動車はエンジン自動車のそれ
とほぼ同じ性能が要求される。ここで、交流電動機のト
ルク−回転数特性の一例を図５に示す。この図は、回転
数０〜Ｎ1まではトルク一定であり、Ｎ1より高速では出
力一定となる特性である。同図において、はアクセル
ペダル踏込量が最大の場合、は最小、はその中間の
場合の特性を示している。
とほぼ同じ性能が要求される。ここで、交流電動機のト
ルク−回転数特性の一例を図５に示す。この図は、回転
数０〜Ｎ1まではトルク一定であり、Ｎ1より高速では出
力一定となる特性である。同図において、はアクセル
ペダル踏込量が最大の場合、は最小、はその中間の
場合の特性を示している。
【０００４】電気自動車の重要な評価項目の一つにシス
テム効率がある。これはエンジン自動車の燃費に相当す
るものである。このシステム効率の大小は電気自動車の
一充電走行距離に大きく影響する。電気自動車の場合で
もエンジン自動車と同様に、ほぼ定速走行では電動機出
力は小さく加速時の最大出力の数分の１となる。しかも
このような運転時間が多い。従って、電気自動車のシス
テム効率を高めることは、低出力範囲での効率をいかに
高めるかに帰結する。ここで、システム効率を左右する
主回路機器としては、駆動用交流電動機とインバータと
がある。
テム効率がある。これはエンジン自動車の燃費に相当す
るものである。このシステム効率の大小は電気自動車の
一充電走行距離に大きく影響する。電気自動車の場合で
もエンジン自動車と同様に、ほぼ定速走行では電動機出
力は小さく加速時の最大出力の数分の１となる。しかも
このような運転時間が多い。従って、電気自動車のシス
テム効率を高めることは、低出力範囲での効率をいかに
高めるかに帰結する。ここで、システム効率を左右する
主回路機器としては、駆動用交流電動機とインバータと
がある。
【０００５】交流電動機に誘導電動機を使用するかぎ
り、電動機の励磁電流は電動機電流から供給される。誘
導電動機の場合、この励磁電流が比較的大きく（例えば
力率が０．７の場合、電動機電流の１／√２にも達す
る）、電動機電流そのものの値が大きくなってしまう。
また、インバータの発生損失はインバータ出力電流値
（電動機電流値と同じ）に概略比例する。従って、誘導
電動機方式ではシステム効率の向上には限界がある。こ
のような問題点に鑑み、交流電動機として永久磁石によ
り磁極を構成した同期電動機を適用したシステムが提案
されている。
り、電動機の励磁電流は電動機電流から供給される。誘
導電動機の場合、この励磁電流が比較的大きく（例えば
力率が０．７の場合、電動機電流の１／√２にも達す
る）、電動機電流そのものの値が大きくなってしまう。
また、インバータの発生損失はインバータ出力電流値
（電動機電流値と同じ）に概略比例する。従って、誘導
電動機方式ではシステム効率の向上には限界がある。こ
のような問題点に鑑み、交流電動機として永久磁石によ
り磁極を構成した同期電動機を適用したシステムが提案
されている。
【０００６】図６は永久磁石形同期電動機の界磁極（回
転界磁形）の公知例である。図において、１００は界磁
極、１０１は図示するようにＮ極とＳ極に着磁された永
久磁石である。また、１０２は磁極、１０３は非磁性磁
極支持体である。隣接する界磁極１００の磁極１０２の
極性は同じになるようにしてあり、例えば、Ｓ極にはＳ
極、Ｎ極にはＮ極が隣合うようにする。１０４はバイン
ドであり、界磁極１００が遠心力で動かないように固定
するためのものである。この同期電動機によるシステム
では、電動機の励磁は永久磁石により行なうので励磁電
流が不要となり、励磁電流に伴う損失は発生しないので
この分、誘導電動機に比べてシステム全体の効率は向上
する。
転界磁形）の公知例である。図において、１００は界磁
極、１０１は図示するようにＮ極とＳ極に着磁された永
久磁石である。また、１０２は磁極、１０３は非磁性磁
極支持体である。隣接する界磁極１００の磁極１０２の
極性は同じになるようにしてあり、例えば、Ｓ極にはＳ
極、Ｎ極にはＮ極が隣合うようにする。１０４はバイン
ドであり、界磁極１００が遠心力で動かないように固定
するためのものである。この同期電動機によるシステム
では、電動機の励磁は永久磁石により行なうので励磁電
流が不要となり、励磁電流に伴う損失は発生しないので
この分、誘導電動機に比べてシステム全体の効率は向上
する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このシステム
を電気自動車に適用する場合、次のような問題がある。 １）同期電動機の界磁磁束が永久磁石によって作られて
いるため、磁束の大きさを大きく変えることは困難であ
る。すなわち、弱界磁運転が困難であり、電気自動車駆
動用交流電動機の性能としては致命的となってしまう。
図７はこの様子を示したもので、実線は誘導電動機の場
合、一点鎖線は永久磁石形同期電動機の場合である。同
図においては、電動機の回転数Ｎ1のときに電動機電圧
Ｅが最大になる特性で示してある。図示するように、誘
導電動機の場合にはＮ1からＮmまで弱界磁運転ができる
のに対し、同期電動機の場合にはＮmsで出力（トルク
Ｔ）が零となってしまう。これは、Ｎ1より高速では電
動機誘起電圧が増加し、電動機電流Ｉが急減することに
起因している。
を電気自動車に適用する場合、次のような問題がある。 １）同期電動機の界磁磁束が永久磁石によって作られて
いるため、磁束の大きさを大きく変えることは困難であ
る。すなわち、弱界磁運転が困難であり、電気自動車駆
動用交流電動機の性能としては致命的となってしまう。
図７はこの様子を示したもので、実線は誘導電動機の場
合、一点鎖線は永久磁石形同期電動機の場合である。同
図においては、電動機の回転数Ｎ1のときに電動機電圧
Ｅが最大になる特性で示してある。図示するように、誘
導電動機の場合にはＮ1からＮmまで弱界磁運転ができる
のに対し、同期電動機の場合にはＮmsで出力（トルク
Ｔ）が零となってしまう。これは、Ｎ1より高速では電
動機誘起電圧が増加し、電動機電流Ｉが急減することに
起因している。
【０００８】２）一方、永久磁石形同期電動機におい
て、回転数Ｎmまで運転可能範囲を拡大させるようにし
た場合の特性図の一例を図８に示す。同図の例は、回転
数Ｎmのときに電動機電圧Ｅが最大になる特性であるた
め、Ｎ1における電動機電圧Ｅの大きさは最大電圧より
小さい。従って、Ｎ1において図７と同じトルクＴを得
ようとすると、図示するように電動機電流Ｉを大きくす
る必要があり、その大きさはＮm／Ｎ1倍となる。この電
動機電流Ｉの増大に伴い、インバータや電動機が大形化
し、コストも増大する。更に、電動機やインバータの損
失が増加してシステム効率が誘導電動機方式よりも低下
してしまう場合もあり、電気自動車用として小形、軽
量、低価格、高効率の面から図８の制御方法は問題があ
る。
て、回転数Ｎmまで運転可能範囲を拡大させるようにし
た場合の特性図の一例を図８に示す。同図の例は、回転
数Ｎmのときに電動機電圧Ｅが最大になる特性であるた
め、Ｎ1における電動機電圧Ｅの大きさは最大電圧より
小さい。従って、Ｎ1において図７と同じトルクＴを得
ようとすると、図示するように電動機電流Ｉを大きくす
る必要があり、その大きさはＮm／Ｎ1倍となる。この電
動機電流Ｉの増大に伴い、インバータや電動機が大形化
し、コストも増大する。更に、電動機やインバータの損
失が増加してシステム効率が誘導電動機方式よりも低下
してしまう場合もあり、電気自動車用として小形、軽
量、低価格、高効率の面から図８の制御方法は問題があ
る。
【０００９】本発明は上記問題点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、従来のエンジン
自動車または誘導電動機式電気自動車と同等のトルク速
度特性が得られ、かつ電動機電流を抑制して低価格で高
効率なシステムを実現可能な電気自動車駆動用交流電動
機を提供することにある。
れたもので、その目的とするところは、従来のエンジン
自動車または誘導電動機式電気自動車と同等のトルク速
度特性が得られ、かつ電動機電流を抑制して低価格で高
効率なシステムを実現可能な電気自動車駆動用交流電動
機を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、永久磁石形同期電動機において、 １）発生するトルクは、永久磁石が発生する磁束と、そ
の磁束の方向に直交するｑ軸電流成分Ｉqとの積に比例
すること。 ２）どのような運転状態でも、電動機端子電圧は、電動
機誘起電圧（電動機の無負荷端子電圧に相当）に、前記
ＩqとＩqに作用するｑ軸リアクタンス成分Ｘqとの積で
ある電圧と、ｄ軸電流成分ＩdとＩdに作用するｄ軸リア
クタンス成分Ｘdとの積である電圧とをベクトル加算し
たものであること。 ３）主としてＩd・Ｘdの大きさが運転可能な電動機の最
高回転数を決定し、更に、Ｉq・Ｘqの大きさが最高回転
数運転時の力率を決定すること。等に着目してなされた
ものであり、更に、インバータを小形・軽量化するため
にインバータの出力電流（電動機電流）を全運転領域に
わたって最小とすることを考慮したものである。
め、本発明は、永久磁石形同期電動機において、 １）発生するトルクは、永久磁石が発生する磁束と、そ
の磁束の方向に直交するｑ軸電流成分Ｉqとの積に比例
すること。 ２）どのような運転状態でも、電動機端子電圧は、電動
機誘起電圧（電動機の無負荷端子電圧に相当）に、前記
ＩqとＩqに作用するｑ軸リアクタンス成分Ｘqとの積で
ある電圧と、ｄ軸電流成分ＩdとＩdに作用するｄ軸リア
クタンス成分Ｘdとの積である電圧とをベクトル加算し
たものであること。 ３）主としてＩd・Ｘdの大きさが運転可能な電動機の最
高回転数を決定し、更に、Ｉq・Ｘqの大きさが最高回転
数運転時の力率を決定すること。等に着目してなされた
ものであり、更に、インバータを小形・軽量化するため
にインバータの出力電流（電動機電流）を全運転領域に
わたって最小とすることを考慮したものである。
【００１１】すなわち第１の発明は、電池を電源とし、
インバータを介して駆動される電気自動車駆動用交流電
動機において、交流電動機を永久磁石形同期電動機によ
り構成し、電動機の回転数零から第１の回転数までの運
転領域では、電動機電流のうちｄ軸電流成分を零とし、
かつ、ｑ軸電流成分を所要トルクに応じて制御すると共
に電動機電圧を回転数に応じ可変として定トルク運転
し、第１の回転数からこれよりも大きい第２の回転数ま
での運転領域では、ｑ軸電流成分を所要トルクに応じて
制御し、かつ、ｄ軸電流成分を電動機電圧の最大値、電
動機誘起電圧、電動機のｄ軸リアクタンス成分及びｑ軸
リアクタンス成分、ｑ軸電流成分に基づき制御すると共
に電動機電圧を最大値かつ一定に制御して定出力運転
し、第１の回転数におけるｄ軸リアクタンス成分Ｘ
d1が、 Ｘd1≧（Ｅ01／Ｉm）・(ｎ−１）／√（ｎ2−１） （Ｉm：電動機電流最大値，Ｅ01：第１の回転数におけ
る電動機誘起電圧，ｎ＝（第２の回転数）／（第１の回
転数））なる関係を満足するようにしたものである。
インバータを介して駆動される電気自動車駆動用交流電
動機において、交流電動機を永久磁石形同期電動機によ
り構成し、電動機の回転数零から第１の回転数までの運
転領域では、電動機電流のうちｄ軸電流成分を零とし、
かつ、ｑ軸電流成分を所要トルクに応じて制御すると共
に電動機電圧を回転数に応じ可変として定トルク運転
し、第１の回転数からこれよりも大きい第２の回転数ま
での運転領域では、ｑ軸電流成分を所要トルクに応じて
制御し、かつ、ｄ軸電流成分を電動機電圧の最大値、電
動機誘起電圧、電動機のｄ軸リアクタンス成分及びｑ軸
リアクタンス成分、ｑ軸電流成分に基づき制御すると共
に電動機電圧を最大値かつ一定に制御して定出力運転
し、第１の回転数におけるｄ軸リアクタンス成分Ｘ
d1が、 Ｘd1≧（Ｅ01／Ｉm）・(ｎ−１）／√（ｎ2−１） （Ｉm：電動機電流最大値，Ｅ01：第１の回転数におけ
る電動機誘起電圧，ｎ＝（第２の回転数）／（第１の回
転数））なる関係を満足するようにしたものである。
【００１２】第２の発明は、上記第１の発明において、
第１の回転数におけるｑ軸リアクタンス成分Ｘq1が、 Ｘq1≧（Ｅ01／Ｉm）・tan｛cos-1(１／ｎ)−θ2｝ （θ2：第２の回転数における力率角）なる関係を満足
するようにしたものである。
第１の回転数におけるｑ軸リアクタンス成分Ｘq1が、 Ｘq1≧（Ｅ01／Ｉm）・tan｛cos-1(１／ｎ)−θ2｝ （θ2：第２の回転数における力率角）なる関係を満足
するようにしたものである。
【００１３】
【作用】第１の発明において、電動機の回転数零から第
１の回転数までの運転領域ではｄ軸電流成分Ｉdを零と
して運転するので、減磁作用は働かず、永久磁石の全磁
束が有効磁束として作用する。すなわち、全界磁動作さ
せる。この運転領域では定トルク運転を行わせ、例えば
インバータをＰＷＭ制御することにより、インバータの
出力電圧、電流波形の歪を少なくすることができる。第
１の回転数から第２の回転数までの運転領域ではＩd＜
０の運転をして減磁作用を働かせ、弱界磁運転させて電
動機端子電圧を最大値かつ一定に保つ。また、第１の回
転数におけるｄ軸リアクタンス成分Ｘd1を所定の範囲に
選び、第１の回転数から第２の回転数までの運転領域で
は定出力運転を行う。
１の回転数までの運転領域ではｄ軸電流成分Ｉdを零と
して運転するので、減磁作用は働かず、永久磁石の全磁
束が有効磁束として作用する。すなわち、全界磁動作さ
せる。この運転領域では定トルク運転を行わせ、例えば
インバータをＰＷＭ制御することにより、インバータの
出力電圧、電流波形の歪を少なくすることができる。第
１の回転数から第２の回転数までの運転領域ではＩd＜
０の運転をして減磁作用を働かせ、弱界磁運転させて電
動機端子電圧を最大値かつ一定に保つ。また、第１の回
転数におけるｄ軸リアクタンス成分Ｘd1を所定の範囲に
選び、第１の回転数から第２の回転数までの運転領域で
は定出力運転を行う。
【００１４】第２の発明において、第１の回転数におけ
るｑ軸リアクタンス成分Ｘq1を所定の範囲に選ぶことに
より、第１の回転数から第２の回転数までの運転領域で
は電動機電流を所定値以下に抑制し、高力率にて運転す
ることができる。
るｑ軸リアクタンス成分Ｘq1を所定の範囲に選ぶことに
より、第１の回転数から第２の回転数までの運転領域で
は電動機電流を所定値以下に抑制し、高力率にて運転す
ることができる。
【００１５】
【実施例】以下、図に沿って第１及び第２の発明の実施
例を説明する。本発明の実施例では、電気自動車駆動用
交流電動機として永久磁石形同期電動機を用いることと
する。図１は、実施例における永久磁石形同期電動機の
回転数に対する電動機電圧（インバータ出力電圧）Ｅ、
電動機電流Ｉ、トルクＴ、出力Ｐ、力率ＰＦの関係を示
す特性図であり、図７に対応させて示してある。
例を説明する。本発明の実施例では、電気自動車駆動用
交流電動機として永久磁石形同期電動機を用いることと
する。図１は、実施例における永久磁石形同期電動機の
回転数に対する電動機電圧（インバータ出力電圧）Ｅ、
電動機電流Ｉ、トルクＴ、出力Ｐ、力率ＰＦの関係を示
す特性図であり、図７に対応させて示してある。
【００１６】図１において、電動機の回転数が０〜Ｎ1
（Ｎ1を第１の回転数とする）の領域はインバータのＰ
ＷＭ制御等によって電動機電圧Ｅを可変とする電圧可変
運転領域、Ｎ1以上の高回転数運転領域は電動機電圧Ｅ
を最大値かつ一定に保って運転する電圧最大運転領域で
ある。最大出力運転時には、同図に示すように、回転数
が０〜Ｎ1の領域ではトルクＴを一定とし、回転数Ｎ1〜
Ｎ2（Ｎ2を第２の回転数とする）の領域では出力Ｐを一
定とする。
（Ｎ1を第１の回転数とする）の領域はインバータのＰ
ＷＭ制御等によって電動機電圧Ｅを可変とする電圧可変
運転領域、Ｎ1以上の高回転数運転領域は電動機電圧Ｅ
を最大値かつ一定に保って運転する電圧最大運転領域で
ある。最大出力運転時には、同図に示すように、回転数
が０〜Ｎ1の領域ではトルクＴを一定とし、回転数Ｎ1〜
Ｎ2（Ｎ2を第２の回転数とする）の領域では出力Ｐを一
定とする。
【００１７】図２は、図１の回転数０〜Ｎ1の電圧可変
運転領域における電動機電圧Ｅ及び電動機電流Ｉの関係
を示すフェーザ図である。この運転領域では、電動機電
流ののうち永久磁石が発生する磁束と同一方向の軸電流
成分であるｄ軸電流成分Ｉdを０とし、ｄ軸に直交する
方向の軸電流成分であるｑ軸電流成分Ｉqのみを流す。
すなわち、Ｉ＝Ｉqとする。これにより、減磁作用は働
かずに永久磁石の磁束がすべて有効磁束として作用す
る。つまり、全界磁動作する。電動機電圧Ｅは、電動機
誘起電圧Ｅ0にＸ・Ｉをベクトル加算したものとなり、
同図に示すような大きさ及びＥ0に対する位相を有する
ベクトルとなる。なお、この図では、電動機の巻線抵抗
を無視してある。前述のごとくＩd＝０，Ｉ＝Ｉqである
ため、Ｘ＝Ｘqとなり、Ｘ・Ｉ＝Ｘq・Ｉqとなる。なお、
便宜上、明細書中ではベクトルを示す「・（ドット）」
を省略する。
運転領域における電動機電圧Ｅ及び電動機電流Ｉの関係
を示すフェーザ図である。この運転領域では、電動機電
流ののうち永久磁石が発生する磁束と同一方向の軸電流
成分であるｄ軸電流成分Ｉdを０とし、ｄ軸に直交する
方向の軸電流成分であるｑ軸電流成分Ｉqのみを流す。
すなわち、Ｉ＝Ｉqとする。これにより、減磁作用は働
かずに永久磁石の磁束がすべて有効磁束として作用す
る。つまり、全界磁動作する。電動機電圧Ｅは、電動機
誘起電圧Ｅ0にＸ・Ｉをベクトル加算したものとなり、
同図に示すような大きさ及びＥ0に対する位相を有する
ベクトルとなる。なお、この図では、電動機の巻線抵抗
を無視してある。前述のごとくＩd＝０，Ｉ＝Ｉqである
ため、Ｘ＝Ｘqとなり、Ｘ・Ｉ＝Ｘq・Ｉqとなる。なお、
便宜上、明細書中ではベクトルを示す「・（ドット）」
を省略する。
【００１８】図２において、破線で示したフェーザ図は
実線で示したものよりも回転数が小さい場合のものであ
る。つまり、回転数が小さい分だけ誘起電圧Ｅ0も小さ
くなる。また、電動機のリアクタンスのうちｑ軸リアク
タンス成分Ｘqも回転数（インバータ出力周波数）に比
例するので、回転数が小さいとＸqも小さくなり、結果
的に破線のフェーザ図と実線のフェーザ図とは相似形と
なる。この電圧可変運転領域では、電動機の所要電圧を
インバータのＰＷＭ制御等により発生させるものとす
る。電動機の発生トルクは永久磁石が発生する磁束とｑ
軸電流成分Ｉqとの積に比例するため、この運転領域で
は所要トルク（例えばアクセル信号に応じたトルク）に
対応させてＩqの大きさを制御する。
実線で示したものよりも回転数が小さい場合のものであ
る。つまり、回転数が小さい分だけ誘起電圧Ｅ0も小さ
くなる。また、電動機のリアクタンスのうちｑ軸リアク
タンス成分Ｘqも回転数（インバータ出力周波数）に比
例するので、回転数が小さいとＸqも小さくなり、結果
的に破線のフェーザ図と実線のフェーザ図とは相似形と
なる。この電圧可変運転領域では、電動機の所要電圧を
インバータのＰＷＭ制御等により発生させるものとす
る。電動機の発生トルクは永久磁石が発生する磁束とｑ
軸電流成分Ｉqとの積に比例するため、この運転領域で
は所要トルク（例えばアクセル信号に応じたトルク）に
対応させてＩqの大きさを制御する。
【００１９】次に、図３は、図１の回転数Ｎ1〜Ｎ2の電
圧最大運転領域における電動機電圧Ｅ及び電動機電流Ｉ
の関係を示すフェーザ図である。この運転領域におい
て、電動機への印加電圧の最大値は電池電圧に応じたイ
ンバータの最大出力電圧値であり、インバータのＰＷＭ
制御における変調率が最大の状態に相当する。同図にお
いて、Ｅmはこの最大出力電圧値である。インバータ運
転では電動機電圧をこの電圧Ｅmよりも大きくすること
は不可能である。なお、一点鎖線により示した円はＥm
の軌跡を示している。
圧最大運転領域における電動機電圧Ｅ及び電動機電流Ｉ
の関係を示すフェーザ図である。この運転領域におい
て、電動機への印加電圧の最大値は電池電圧に応じたイ
ンバータの最大出力電圧値であり、インバータのＰＷＭ
制御における変調率が最大の状態に相当する。同図にお
いて、Ｅmはこの最大出力電圧値である。インバータ運
転では電動機電圧をこの電圧Ｅmよりも大きくすること
は不可能である。なお、一点鎖線により示した円はＥm
の軌跡を示している。
【００２０】以下、制御の内容を説明すると、この運転
領域において、ｑ軸電流成分Ｉqは前述のごとく所要ト
ルクに対応して流すようにする。ｄ軸電流成分Ｉdの大
きさは次のようにして決める。ここでは、電動機の回転
数がＮ2であるとし、その時の誘起電圧をＥ02、ｄ軸電
流成分をＩd2、ｑ軸電流成分をＩq2、ｄ軸リアクタンス
成分をＸd2、ｑ軸リアクタンス成分をＸq2とする。ま
ず、Ｅ02にＸq2・Ｉq2をベクトル加算する（加算結果の
ベクトル点は図３の点Ａとなる）。点Ａを基点としてＩ
q軸に平行なベクトルであって、Ｅmの軌跡円に達する
（その交点をＢとする）ベクトルの大きさはＸd2・Ｉd2
であるから、これから流すべきＩd2が決まる。この結
果、Ｉq2とＩd2をベクトル加算して電動機電流Ｉ2が決
まる。
領域において、ｑ軸電流成分Ｉqは前述のごとく所要ト
ルクに対応して流すようにする。ｄ軸電流成分Ｉdの大
きさは次のようにして決める。ここでは、電動機の回転
数がＮ2であるとし、その時の誘起電圧をＥ02、ｄ軸電
流成分をＩd2、ｑ軸電流成分をＩq2、ｄ軸リアクタンス
成分をＸd2、ｑ軸リアクタンス成分をＸq2とする。ま
ず、Ｅ02にＸq2・Ｉq2をベクトル加算する（加算結果の
ベクトル点は図３の点Ａとなる）。点Ａを基点としてＩ
q軸に平行なベクトルであって、Ｅmの軌跡円に達する
（その交点をＢとする）ベクトルの大きさはＸd2・Ｉd2
であるから、これから流すべきＩd2が決まる。この結
果、Ｉq2とＩd2をベクトル加算して電動機電流Ｉ2が決
まる。
【００２１】言い換えれば、ある回転数において、ｑ軸
電流成分Ｉqの大きさが電動機の所要トルクに応じた値
になるように、インバータ出力電圧（最大出力電圧値Ｅ
m）の電動機誘起電圧Ｅ0に対する位相を制御し、そのと
きのｑ軸電流成分Ｉq及びｄ軸電流成分Ｉdにより電動機
電流Ｉを決定する。なお、図３において、（＋）は増磁
方向、（−）は減磁方向を示しており、回転数Ｎ1〜Ｎ2
の運転領域では、Ｉd＜０の運転をして減磁作用を働か
せ、電動機電圧Ｅを最大値に保つ。すなわち、弱界磁動
作させる。
電流成分Ｉqの大きさが電動機の所要トルクに応じた値
になるように、インバータ出力電圧（最大出力電圧値Ｅ
m）の電動機誘起電圧Ｅ0に対する位相を制御し、そのと
きのｑ軸電流成分Ｉq及びｄ軸電流成分Ｉdにより電動機
電流Ｉを決定する。なお、図３において、（＋）は増磁
方向、（−）は減磁方向を示しており、回転数Ｎ1〜Ｎ2
の運転領域では、Ｉd＜０の運転をして減磁作用を働か
せ、電動機電圧Ｅを最大値に保つ。すなわち、弱界磁動
作させる。
【００２２】次に、図３を用いて最大出力時のリアクタ
ンスについて説明する。図３において、Ｅ01は回転数が
Ｎ1の時の誘起電圧、Ｉq1は同じくｑ軸電流成分であ
り、このときＩd1＝０であるのでＩq1＝Ｉとなり、Ｉq1
は電動機最大電流Ｉmに等しい。Ｘq1は同じくｑ軸リア
クタンス成分を示す。なお、図示されていないが、この
時のｄ軸リアクタンス成分はＸd1である。また、Ｅ02，
Ｉd2，Ｉq2，Ｘd2、Ｘq2は前述のごとく回転数がＮ2の
時の値であり、Ｉ2＝Ｉd2＋Ｉq2であって電動機最大電
流Ｉmに等しい。
ンスについて説明する。図３において、Ｅ01は回転数が
Ｎ1の時の誘起電圧、Ｉq1は同じくｑ軸電流成分であ
り、このときＩd1＝０であるのでＩq1＝Ｉとなり、Ｉq1
は電動機最大電流Ｉmに等しい。Ｘq1は同じくｑ軸リア
クタンス成分を示す。なお、図示されていないが、この
時のｄ軸リアクタンス成分はＸd1である。また、Ｅ02，
Ｉd2，Ｉq2，Ｘd2、Ｘq2は前述のごとく回転数がＮ2の
時の値であり、Ｉ2＝Ｉd2＋Ｉq2であって電動機最大電
流Ｉmに等しい。
【００２３】図１において説明したように、回転数Ｎ1
〜Ｎ2の運転領域は定出力運転領域であり、永久磁石が
発生する磁束は一定であるからトルクＴはｑ軸電流成分
に比例する。また、ｑ軸リアクタンス成分Ｘqの大きさ
も回転数に比例するので、次の数式１、数式２が成立す
る。
〜Ｎ2の運転領域は定出力運転領域であり、永久磁石が
発生する磁束は一定であるからトルクＴはｑ軸電流成分
に比例する。また、ｑ軸リアクタンス成分Ｘqの大きさ
も回転数に比例するので、次の数式１、数式２が成立す
る。
【００２４】
【数式１】Ｘq1・Ｉq1＝Ｘq2・Ｉq2
【００２５】
【数式２】Ｉq1＝Ｉm
【００２６】数式１から、更に数式３が成り立つ。な
お、数式３はベクトルの大きさに関するものである。
お、数式３はベクトルの大きさに関するものである。
【００２７】
【数式３】Ｅ02−Ｅ01＝Ｘd2・Ｉd2
【００２８】誘起電圧Ｅ0は回転数に比例するので、回
転数の比を数式４により表すと、数式５、数式６が成り
立つ。
転数の比を数式４により表すと、数式５、数式６が成り
立つ。
【００２９】
【数式４】ｎ＝Ｎ2／Ｎ1
【００３０】
【数式５】Ｘd2＝（ｎ−１）・（Ｅ01／Ｉd2）
【００３１】
【数式６】Ｉq2＝Ｉq1／ｎ
【００３２】また、数式７が成り立つため、ｄ軸リアク
タンス成分Ｘd1は数式８のようになる。
タンス成分Ｘd1は数式８のようになる。
【００３３】
【数式７】Ｉ2＝Ｉm
【００３４】
【数式８】 Ｘd1＝（Ｅ01／Ｉm）・（ｎ−１）／√（ｎ2−１）
【００３５】すなわち、第１の回転数Ｎ1において、数
式８に示すようなｄ軸リアクタンス成分を電動機に持た
せれば、回転数Ｎ1からそのｎ倍の回転数Ｎ2の領域まで
電動機を定出力運転できることになる。
式８に示すようなｄ軸リアクタンス成分を電動機に持た
せれば、回転数Ｎ1からそのｎ倍の回転数Ｎ2の領域まで
電動機を定出力運転できることになる。
【００３６】次に、ｑ軸リアクタンス成分について説明
する。いま、θ2を回転数Ｎ2におけるＥmとＩとの位相
角（力率角）とする。この力率角θ2を用いて数式３か
らｑ軸リアクタンス成分Ｘq1を求めると、数式９のよう
になる。
する。いま、θ2を回転数Ｎ2におけるＥmとＩとの位相
角（力率角）とする。この力率角θ2を用いて数式３か
らｑ軸リアクタンス成分Ｘq1を求めると、数式９のよう
になる。
【００３７】
【数式９】 Ｘq1＝（Ｅ01／Ｉm）・tan｛cos-1(１／ｎ）−θ2｝
【００３８】すなわち、電動機のリアクタンスの各成分
を数式８及び数式９で表されるような値にすれば、回転
数Ｎ1からそのｎ倍の回転数Ｎ2まで、定出力運転はもと
より、電動機電流を最大値Ｉm以下に制御して力率角θ2
以上で運転することができる。なお、数式８及び数式９
により示したリアクタンス成分の大きさは限界値である
ため、実際にはこれら以上の値のＸd1，Ｘq1とすること
が望ましい。
を数式８及び数式９で表されるような値にすれば、回転
数Ｎ1からそのｎ倍の回転数Ｎ2まで、定出力運転はもと
より、電動機電流を最大値Ｉm以下に制御して力率角θ2
以上で運転することができる。なお、数式８及び数式９
により示したリアクタンス成分の大きさは限界値である
ため、実際にはこれら以上の値のＸd1，Ｘq1とすること
が望ましい。
【００３９】
【発明の効果】以上述べたように第１の発明は、永久磁
石形同期電動機の回転数零から第１の回転数までの運転
領域ではｄ軸電流成分を零とし、かつ、ｑ軸電流成分を
所要トルクに応じて制御すると共に電動機電圧を回転数
に応じ可変として定トルク運転し、第１の回転数から第
２の回転数までの運転領域ではｑ軸電流成分を所要トル
クに応じて制御し、かつ、ｄ軸電流成分を電動機電圧の
最大値、電動機誘起電圧、電動機のｄ軸リアクタンス成
分及びｑ軸リアクタンス成分、ｑ軸電流成分に基づき制
御すると共に電動機電圧を最大値かつ一定に制御して定
出力運転し、第１の回転数におけるｄ軸リアクタンス成
分を所定の範囲の値とするものである。また、第２の発
明は、上記第１の発明において、第１の回転数における
ｑ軸リアクタンス成分についても所定の範囲の値とする
ものである。
石形同期電動機の回転数零から第１の回転数までの運転
領域ではｄ軸電流成分を零とし、かつ、ｑ軸電流成分を
所要トルクに応じて制御すると共に電動機電圧を回転数
に応じ可変として定トルク運転し、第１の回転数から第
２の回転数までの運転領域ではｑ軸電流成分を所要トル
クに応じて制御し、かつ、ｄ軸電流成分を電動機電圧の
最大値、電動機誘起電圧、電動機のｄ軸リアクタンス成
分及びｑ軸リアクタンス成分、ｑ軸電流成分に基づき制
御すると共に電動機電圧を最大値かつ一定に制御して定
出力運転し、第１の回転数におけるｄ軸リアクタンス成
分を所定の範囲の値とするものである。また、第２の発
明は、上記第１の発明において、第１の回転数における
ｑ軸リアクタンス成分についても所定の範囲の値とする
ものである。
【００４０】このため、次のような効果がある。 １）低速領域では電動機電流をトルク電流成分のみとし
ているので、トルク／電流比性能の優れた電気システム
を実現することができる。 一方、中高速領域ではインバータの出力電圧を最大値に
保ち、電動機誘起電圧に対するインバータ出力電圧位相
を制御することにより所要トルクを得ているため、従来
のエンジン自動車や誘導電動機駆動方式の電気自動車と
同等な広範囲の可変速運転が実現でき、電気自動車用に
好都合な電気システムとなる。
ているので、トルク／電流比性能の優れた電気システム
を実現することができる。 一方、中高速領域ではインバータの出力電圧を最大値に
保ち、電動機誘起電圧に対するインバータ出力電圧位相
を制御することにより所要トルクを得ているため、従来
のエンジン自動車や誘導電動機駆動方式の電気自動車と
同等な広範囲の可変速運転が実現でき、電気自動車用に
好都合な電気システムとなる。
【００４１】２）永久磁石形同期電動機を用い、電動機
の回転数に応じて全界磁動作領域と弱界磁動作領域とを
切り替えると共に所要トルクを得る電動機電流を必要最
小値に制御するので、誘導電動機を用いた電気システム
に比べて高効率となる。この点は、容量が限られた電池
を電源とする電気自動車にとって最も効果が大きい。更
に、電動機電流の増加を抑制できるため、電動機やイン
バータ、車載システム全体の小形軽量化、低価格化が可
能になる。
の回転数に応じて全界磁動作領域と弱界磁動作領域とを
切り替えると共に所要トルクを得る電動機電流を必要最
小値に制御するので、誘導電動機を用いた電気システム
に比べて高効率となる。この点は、容量が限られた電池
を電源とする電気自動車にとって最も効果が大きい。更
に、電動機電流の増加を抑制できるため、電動機やイン
バータ、車載システム全体の小形軽量化、低価格化が可
能になる。
【図１】本発明の実施例における永久磁石形同期電動機
の特性図である。
の特性図である。
【図２】本発明の実施例におけるフェーザ図である。
【図３】本発明の実施例におけるフェーザ図である。
【図４】電気自動車のパワートレインを示す図である。
【図５】従来の電気自動車駆動用交流電動機のトルク−
回転数特性図である。
回転数特性図である。
【図６】公知の永久磁石形同期電動機の界磁極の説明図
である。
である。
【図７】従来の電気自動車駆動用交流電動機の特性図で
ある。
ある。
【図８】従来の永久磁石形同期電動機の特性図である。
１ 電池 ２ 主スイッチ ３ 保護ヒューズ ４ インバータ ５ 交流電動機 ６ 減速機 ７ 差動装置 １０ 単位電池 ８１，８２ 車輪 １００ 界磁極 １０１ 永久磁石 １０２ 磁極 １０３ 磁極支持体 １０４ バインド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤田 光悦 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 遠藤 研二 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 北田 眞一郎 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 石川 泰毅 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 田原 雅彦 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 電池を電源とし、インバータを介して駆
動される電気自動車駆動用交流電動機において、 前記交流電動機を永久磁石形同期電動機により構成し、
電動機の回転数零から第１の回転数までの運転領域で
は、電動機電流のうち前記永久磁石が発生する磁束と同
一方向の軸(以下、ｄ軸という)電流成分であるｄ軸電流
成分を零とし、かつ、ｄ軸に直交する方向の軸(以下、
ｑ軸という)電流成分であるｑ軸電流成分を所要トルク
に応じて制御すると共に電動機電圧を回転数に応じ可変
として定トルク運転し、第１の回転数からこの回転数よ
りも大きい第２の回転数までの運転領域では、ｑ軸電流
成分を所要トルクに応じて制御し、かつ、ｄ軸電流成分
を電動機電圧の最大値、電動機誘起電圧、電動機のｄ軸
リアクタンス成分及びｑ軸リアクタンス成分、ｑ軸電流
成分に基づき制御すると共に電動機電圧を最大値かつ一
定に制御して定出力運転し、第１の回転数におけるｄ軸
リアクタンス成分Ｘd1が、 Ｘd1≧（Ｅ01／Ｉm）・(ｎ−１）／√（ｎ2−１） （Ｉm：電動機電流最大値，Ｅ01：第１の回転数におけ
る電動機誘起電圧，ｎ＝（第２の回転数）／（第１の回
転数）， 以下、同じ）なる関係を満足するようにし
たことを特徴とする電気自動車駆動用交流電動機。 - 【請求項２】 請求項１記載の電気自動車駆動用交流電
動機において、 第１の回転数におけるｑ軸リアクタンス成分Ｘq1が、 Ｘq1≧（Ｅ01／Ｉm）・tan｛cos-1(１／ｎ)−θ2｝ （θ2：第２の回転数における力率角）なる関係を満足
するようにしたことを特徴とする電気自動車駆動用交流
電動機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6071348A JPH07264713A (ja) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | 電気自動車駆動用交流電動機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6071348A JPH07264713A (ja) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | 電気自動車駆動用交流電動機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07264713A true JPH07264713A (ja) | 1995-10-13 |
Family
ID=13457911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6071348A Pending JPH07264713A (ja) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | 電気自動車駆動用交流電動機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07264713A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999031793A3 (en) * | 1997-12-03 | 1999-08-12 | Kone Corp | Regulation of and regulator for a permanent magnet synchronous motor |
| JP2008079418A (ja) * | 2006-09-21 | 2008-04-03 | Toshiba Corp | 鉄道車両用永久磁石同期電動機駆動システム |
| JP2013255342A (ja) * | 2012-06-07 | 2013-12-19 | Ntn Corp | モータ搭載自動車の駆動力制御装置 |
| JP2014023169A (ja) * | 2012-07-12 | 2014-02-03 | Ntn Corp | 電気自動車の走行駆動制御装置 |
-
1994
- 1994-03-16 JP JP6071348A patent/JPH07264713A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999031793A3 (en) * | 1997-12-03 | 1999-08-12 | Kone Corp | Regulation of and regulator for a permanent magnet synchronous motor |
| JP2008079418A (ja) * | 2006-09-21 | 2008-04-03 | Toshiba Corp | 鉄道車両用永久磁石同期電動機駆動システム |
| JP2013255342A (ja) * | 2012-06-07 | 2013-12-19 | Ntn Corp | モータ搭載自動車の駆動力制御装置 |
| JP2014023169A (ja) * | 2012-07-12 | 2014-02-03 | Ntn Corp | 電気自動車の走行駆動制御装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020402 |