JPH0767397A

JPH0767397A - 誘導モータ制御装置

Info

Publication number: JPH0767397A
Application number: JP5206171A
Authority: JP
Inventors: Hidetomo Nojiri; 秀智野尻; Yoshinori Yamamura; 吉典山村; Yasutake Ishikawa; 泰毅石川
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1993-08-20
Filing date: 1993-08-20
Publication date: 1995-03-10
Anticipated expiration: 2014-06-23
Also published as: JP2910517B2

Abstract

(57)【要約】【目的】力行時から回生時への移行時に急激なトルク変
動を避け、かつ過渡損失を低減できる誘導モータ制御装
置を提供する。【構成】一般的なベクトル制御演算部（１３、１６〜１
９）に加えて、トルク指令値に応じて定常損失を最小と
する回転子磁束を演算する定常損失最小磁束演算部１１
と、定常損失最小磁束を入力し、所定の伝達関数に基づ
いて目標磁束および目標磁束の一階微分値を演算する目
標磁束演算部１２と、トルク指令値から所定の伝達関数
に基づいて誘導モータの目標トルクを演算する目標トル
ク演算部１５とを備え、さらに回生時には力行時と逆符
号のトルク指令値を出力するトルク指令値発生部９を設
け、それにより回生時には負のトルクを得ている。なお
上記の損失を軽減する制御は力行時、回生時を通じて同
じである。また目標トルク演算部１５における伝達関数
を力行時と回生時とで異なった値とし、移行時の急激な
トルク変動を防止している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電気自動車等に用い
られる誘導モータの制御装置に関し、特に、回生制動を
行なう際の制御技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両の制動時に、負荷から誘導モータを
駆動して発電することにより、電力を電源に回収する回
生制動方式が知られている。従来の回生制動を行なう誘
導モータの制御装置としては、例えば、特開昭６１−１
２１７８３号公報に記載されているものがある。この制
御装置は、すべり周波数指令信号を発生する手段と、こ
れに基づいて誘導モータを駆動する電流指令値を演算す
る演算手段とを備えたものであり、誘導モータから負荷
を駆動する力行時と負荷から誘導モータを駆動する回生
時とで異なった目標値のすべり周波数指令信号を発生
し、力行時から回生時への移行を緩やかに行なうことに
より、移行時に急激なトルク変動が発生するのを防止す
るように構成したものである。例えば、磁束をφ_r、ト
ルク電流指令値をｉ_T、出力トルクをＴ_e、すべり周波数
をω_se、電源周波数をω、モータ回転数（電気角）をω
_re、ｋ₁およびｋ₂を定数とすれば、 ω_se＝ω−ω_re＝ｋ₁・ｉ_T／φ_r Ｔ_e＝ｋ₂・φ_r・ｉ_T と表すことが出来る。上記の従来例においては、上式に
おいて、すべり周波数ω_seの指令値を与えた場合に、磁
束φ_rを一定とし、トルク電流指令値ｉ_Tを増減させるこ
とによって所望の回生トルクを発生させるようになって
いる。このように、従来例のトルク制御はすべり周波数
ω_seを指定することによって行ない、定常時および過渡
時の効率（損失）とは無関係に設定されるようになって
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の誘
導モータ制御方法においては、損失とは無関係に設定さ
れたすべり周波数指令信号に対応して定まるトルク電流
指令値に応じて誘導モータが駆動されるため、過渡時お
よび定常時の損失を考慮することなしに回生動作が行な
われ、効率が悪いという問題があった。本発明は、上記
のごとき従来技術の問題を解決するためになされたもの
であり、力行時から回生時への移行時に急激なトルク変
動を避けると共に、過渡損失を低減することの出来る誘
導モータ制御装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。すなわち、請求項１に記載の発明にお
いては、従来と同様のベクトル制御演算部とモータ駆動
部の他に、誘導モータから負荷を駆動する力行時には運
転者の操作に対応したトルク指令値を発生し、負荷から
誘導モータを駆動して発電する回生時には力行時と逆符
号のトルク指令値を出力するトルク指令値発生部と、上
記トルク指令値の絶対値を出力する絶対値回路部と、上
記絶対値回路部を介して与えられたトルク指令値の絶対
値において誘導モータの定常損失を最小とする回転子磁
束を演算する定常損失最小磁束演算部と、上記定常損失
最小磁束を入力し、ローパス特性を有する伝達関数に基
づいて目標磁束および目標磁束の一階微分値を演算する
目標磁束演算部と、上記トルク指令値発生部からのトル
ク指令値を入力し、力行時と回生時とで異なる所定の伝
達特性に基づいて上記トルク指令値から誘導モータの目
標トルクを演算する目標トルク演算部と、を備えてい
る。また、上記トルク指令値発生部は、例えば請求項２
に記載のように、誘導モータから負荷を駆動する力行時
には運転者の操作に対応した正のトルク指令値を発生
し、負荷から誘導モータを駆動して発電する回生時には
力行時から回生時に切り換わるときの状態に応じた大き
さの負のトルク指令値を発生するものである。また、上
記目標トルク演算部は、例えば請求項３に記載のよう
に、力行時には所定の伝達関数に基づいて目標トルクを
演算し、回生時には上記トルク指令値に応じて予め設定
された異なった伝達関数で目標トルクを演算するもので
ある。また、上記目標磁束演算部は、例えば請求項４に
記載のように、回生時には上記トルク指令値に応じて損
失を最小とする時定数の伝達関数を選択するものであ
る。なお、上記のトルク指令値発生部、絶対値回路部、
定常損失最小磁束演算部、目標磁束演算部および目標ト
ルク演算部は、例えば、後記図１の実施例における指令
値発生部９、絶対値回路部１０、定常損失最小磁束演算
部１１、目標磁束演算部１２および目標トルク演算部１
５にそれぞれ相当する。また、電流指令値は、例えば後
記図１または図２の実施例における励磁電流指令値
ｉ_φ'、トルク電流指令値ｉ_T'および電流の位相角θに
相当する。

【０００５】

【作用】上記のごとく、本発明においては、定常損失最
小磁束演算部と目標磁束演算部と目標トルク演算部とを
一般的なベクトル制御演算部に付加し、トルク応答性と
磁束応答性とを独立に可変できる制御系構成とすること
により、定常的にはすべり周波数を損失最小すべり周波
数ω_se-optとし、過渡的には磁束応答をトルク応答に応
じた最適な値とするように制御することによって、過渡
損失を軽減するように構成している。さらに回生時には
力行時と逆符号のトルク指令値を出力するトルク指令値
発生部を設け、それによって回生時には負のトルクを得
るようにしている。トルクＴeは、Ｔe＝ｋ・φ_r・ｉ
_T（ただしｋは定数）で与えられる。したがってトルク
を負の値にするには、磁束φ_rとトルク電流ｉ_Tのいずれ
か一方の極性を反転させればよい。しかし、磁束φ_rは
励磁電流ｉ_φを変化させても直ぐには追従しないので好
ましくない。そのため、本発明においては、トルク電流
ｉ_Tの符号を反転することによって負のトルクを発生さ
せている。上記の機能を実現するため、本発明において
は、絶対値回路部を設け、回生時にトルク指令値が負に
なった場合でも、定常損失最小磁束演算部には常に正の
値を与え、目標磁束は常に正の値になるようにしてい
る。そして目標トルク演算部には、トルク指令値がその
まま与えられるので、回生時にトルク指令値が負の値に
なれば、トルク電流指令値も負になり、負のトルクを得
ることが出来る。なお、上記の過渡損失を軽減する制御
は力行時、回生時を通じて同じである。また、目標トル
ク演算部における伝達関数を力行時と回生時とで異なっ
た値とすることにより、力行時から回生時への移行時に
急激なトルク変動が発生するのを防止することが出来
る。なお、上記伝達関数の切り換えは、トルク指令値の
値に応じて行なってもよいが、後記図１および図３の実
施例に示すごとく、切り換え用の回生指令信号を別に発
生させ、それを用いて伝達関数の時定数を切り換えるよ
うに構成してもよい。この回生指令信号もトルク指令値
と同様に回生時には移行時の運転状態に応じた大きさと
なる信号である。

【０００６】

【実施例】以下、この発明を図面に基づいて説明する。
図１〜図３は、本発明の一実施例図であり、図１は図２
における高効率駆動制御演算部１の詳細を示すブロック
図、図２はシステム全体の構成を示すブロック図、図３
はトルク指令値発生部９の詳細を示すブロック図であ
る。まず、図２において、１は高効率駆動制御演算部
（詳細後述）であり、トルク指令値発生部９（詳細後
述）から与えられるトルク指令値Ｔ_e'と回転速度センサ
５で検出したモータ回転速度Ｎ（rpm）とを入力し、励
磁電流指令値ｉ_φ'、トルク電流指令値ｉ_T'および電流
の位相角θを演算して出力する。また、２は座標変換部
であり、モータの電源周波数で回転する座標系で演算さ
れた上記の励磁電流指令値ｉ_φ'、トルク電流指令値
ｉ_T'および電流の位相角θを三相交流電流指令値ｉ_u'、
ｉ_v'、ｉ_w'に変換する。３は電流制御ＰＷＭ（パルス幅
変調）インバータであり、誘導モータ４に流れる三相交
流電流ｉ_u、ｉ_v、ｉ_wをそれぞれの指令値に追従させ
る。５は誘導モータ４の回転速度を検出する回転速度セ
ンサ、６は電流制御ＰＷＭインバータ３に電力を供給す
る直流電源（誘導モータ駆動用電源）である。次に、図
２において、９はトルク指令値発生部、１０は絶対値回
路部、１１は定常損失最小磁束演算部、１２は目標磁束
演算部、１３は励磁電流演算部、１４は時定数設定部、
１５は目標トルク演算部、１６はトルク電流演算部、１
７はすべり周波数演算部、１８はモータ回転数演算部、
１９は積分演算部である。なお、励磁電流演算部１３、
トルク電流演算部１６、すべり周波数演算部１７、モー
タ回転数演算部１８および積分演算部１９は、一般的な
ベクトル制御演算を行なう部分である。

【０００７】次に作用を説明するが、最初に各演算部の
概略の動作を説明し、続いて本実施例の特徴とする部分
について詳細に説明する。図１において、トルク指令値
発生部９は、運転者によって操作されるアクセルペダル
の操作量に対応したトルク指令値Ｔ_e'と回生指令信号Ｃ
_sを出力する。なお、前記図２においては、上記のＴ_e'
とＣ_sを一括してＴ_e'と表示している。上記のトルク指
令値Ｔ_e'は力行時は正の値、回生時は負の値となる信号
であり、回生指令信号Ｃ_sは力行時から回生時に切り換
わるときの運転状態に応じて異なった値となる。また、
絶対値回路部１０は、上記のトルク指令値Ｔ_e'の絶対値
を出力する。したがって絶対値回路部１０から出力され
る値は、トルク指令値Ｔ_e'の正負に関わりなく、すなわ
ち力行時か回生時かに関わりなく常に正の値である。定
常損失最小磁束演算部１１は、絶対値回路部１０から与
えられる常に正のトルク指令値Ｔ_e'を入力し、そのトル
ク指令値Ｔ_e'において定常状態での損失（銅損）を最小
とする磁束φ_r'を演算して出力する。また、時定数設定
部１４は、トルク指令値発生部９から与えられる回生指
令信号Ｃ_sに応じて回生状態を判別し、それに応じた目
標磁束応答時定数τ_φと目標トルク応答時定数τ_Tとを
算出する。また、目標磁束演算部１２は、上記の定常損
失最小磁束φ_r'を入力し、定常時においては上記の定常
損失最小磁束φ_r'に対応し、過渡時においては磁束応答
をトルク応答に応じた最適な値とする目標磁束φ_rと、
その一階微分値d/dt φ_rとを演算して出力する。そして
上記の目標磁束φ_rの演算においては、力行時には予め
定められた所定の伝達関数に基づいて演算を行ない、回
生時には伝達関数の時定数として時定数設定部１４から
与えられる目標磁束応答時定数τ_φを用いて演算する。
また、目標トルク演算部１５は、トルク指令値Ｔ_e'を入
力し、所定の伝達関数（要求される応答性や許容される
電流容量等に応じて設定する）に基づいて目標トルクＴ
_mを演算する。そして回生時には伝達関数の時定数とし
て時定数設定部１４から与えられる目標トルク応答時定
数τ_Tを用いて演算する。また、励磁電流演算部１３、
トルク電流演算部１６、すべり周波数演算部１７の部分
は、一般的なベクトル制御演算を行なう部分である。ま
ず、励磁電流演算部１３は、上記目標磁束演算部１２か
ら与えれる目標磁束φ_rと一階微分値d/dt φ_rとに基づ
いて、励磁電流指令値ｉ_φ'を演算して出力する。ま
た、トルク電流演算部１６は、目標トルク演算部１５の
目標トルクＴ_mと目標磁束演算部１２の目標磁束φ_rとを
入力し、トルク電流指令値ｉ_T'を演算して出力する。ま
た、すべり周波数演算部１７は、目標磁束演算部１２の
目標磁束φ_rとトルク電流演算部１６のトルク電流指令
値ｉ_T'とを入力し、すべり周波数ω_seを演算して出力す
る。また、モータ回転数演算部１８は、図２の回転速度
センサ５から与えられるモータ回転速度Ｎに当該誘導モ
ータ固有の極対数Ｐを乗算してモータ回転数（電気角）
ω_reを演算する。すなわちω_re＝（π／３０）Ｎ×Ｐで
ある。このモータ回転数ω_reと上記のすべり周波数ω_se
とを加算したものが電源周波数ωとなる。すなわち、ω
＝ω_se＋ω_reである。そして、積分演算部１９は、上記
の電源周波数ωを積分した値を電流の位相角θとして出
力する。上記の励磁電流指令値ｉ_φ'、トルク電流指令
値ｉ_T'および電流の位相角θが電流指令値として図２の
座標変換部２に送られる。

【０００８】次に、各演算部の詳細について説明する。
まず、励磁電流演算部１３、トルク電流演算部１６、す
べり周波数演算部１７の部分は、一般的なベクトル制御
演算を行なう部分なので、詳細な説明は省略するが、例
えば、ベクトル制御は、すべり周波数ω_seを下記（数
１）式で与えることによって、誘導モータの出力トルク
Ｔ_eを下記（数２）式の形に導くものである。

【０００９】

【数１】

【００１０】ただし、ω：電源周波数、ω_re：モータ回
転数（電気角）、Ｍ：相互インダクタンス、Ｌ_r：回転
子自己インダクタンス、Ｒ_r：回転子抵抗、ｉ_T：トルク
電流、φ_r：回転子磁束

【００１１】

【数２】

【００１２】ただし、Ｐ：極対数また、このとき回転子磁束φ_rと励磁電流ｉ_φとの関係
は下記（数３）式に示すようになる。

【００１３】

【数３】

【００１４】ただし、Ｓ：ラプラス演算子したがって、励磁電流演算部１３で行なわれる励磁電流
指令値ｉ_φ'の演算式は、上記（数３）式から下記（数
４）式に示すようになる。

【００１５】

【数４】

【００１６】また、トルク電流演算部１６で行なわれる
トルク電流指令値ｉ_T'の演算式は上記（数２）式から下
記（数５）式に示すようになる。

【００１７】

【数５】

【００１８】ただし、Ｔ_e'：トルク指令値なお、すべり周波数演算部１７におけるすべり周波数ω
_seの演算式は、前記（数１）式で示したとおりである。
また、モータ回転数演算部１８および積分演算部１９に
おける演算は、前記のとおりである。

【００１９】次に、本実施例の特徴とするトルク指令値
発生部９、時定数設定部１４、定常損失最小磁束演算部
１１、目標磁束演算部１２、目標トルク演算部１５の部
分について説明する。図３は、トルク指令値発生部９の
一実施例のブロック図である。図３において、２１はア
クセルセンサであり、運転者の操作するアクセルペダル
に連動したポテンショメータと電源から成る。また２２
は負電圧を出力する可変基準電源であり、回生指令信号
Ｃsに応じて異なった値の負電圧を出力する。また２３
はアクセルセンサ２１と連動するアイドルスイッチであ
り、アクセルペダルが開放状態（全く踏み込まれていな
い状態）の時には、可変基準電源２２側に切り換わり、
それ以外の時にはアクセルセンサ２１側に切り換わる。
また微分回路２４はアクセルセンサ２１の出力Ｓ１の微
分値を出力する。また負電圧比較器２５は入力値が負の
所定値以上の場合に“１”を出力する。またスイッチ回
路２６は負電圧比較器２５の出力が“１”のあいだオン
になる。また比較器２７は入力値が正の所定値以上の場
合に“１”を出力する。またサンプルホールド回路２８
は、スイッチ回路２６がオンのあいだ微分回路２４の出
力Ｓ３を保持して出力し、比較器２７の出力Ｓ６によっ
てリセットされる。そしてこのサンプルホールド回路２
８の出力が回生指令信号Ｃsとなる。また、アイドルス
イッチ２３の出力がトルク指令値Ｔ_e'となる。

【００２０】図４は、図３の回路における信号波形の一
例図である。図４に示すごとく、アクセルセンサ２１の
出力Ｓ１が図示のごとく変化した場合、微分回路２４の
出力Ｓ３は、出力Ｓ１が増加しているときは正の信号、
減少しているときは負の信号となる。また、スイッチ回
路２６は負電圧比較器２５の出力Ｓ４がある場合、すな
わち微分回路２４の出力Ｓ３が負の場合にのみオンとな
る。サンプルホールド回路２８はスイッチ回路２６の出
力Ｓ５を保持し、比較器２７の出力Ｓ６が与えられる
と、すなわち微分回路２４の出力Ｓ３が正になるとリセ
ットされる。したがってサンプルホールド回路２８から
出力される回生指令信号Ｃsは、微分回路２４の出力Ｓ
３が負の場合にのみ出力され、かつその負の大きさに対
応した大きさの値となる。この回生指令信号Ｃsによっ
て可変基準電源２２を切り換え、回生指令信号Ｃsに応
じた負の電圧Ｓ２を出力させる。一方、アイドルスイッ
チ２３の出力がトルク指令値Ｔ_e'となるが、アクセルペ
ダルが踏み込まれている状態では、アクセルセンサ２１
の出力Ｓ１がトルク指令値Ｔ_e'として出力される。これ
はアクセルペダルの踏み込み量に対応した正の値であ
る。このとき回生指令信号Ｃsは０である。そしてアク
セルペダルが開放状態になると、アイドルスイッチ２３
が切り換えられて可変基準電源２２の出力Ｓ２がトルク
指令値Ｔ_e'となって出力される。この出力Ｓ２は回生指
令信号Ｃsに応じた負の値である。すなわちトルク指令
値Ｔ_e'は、力行時には正の値、回生時には負の値とな
り、かつその負の値は、力行時から回生時に切り換わる
ときの運転状態に応じた値となる。例えば、アクセルペ
ダルを大きく踏み込んだ状態から急に離した場合は、ト
ルク指令値Ｔ_e'は負の大きな値となる。これに対してア
クセルペダルを小さく踏み込んだ状態から離した場合
は、トルク指令値Ｔ_e'は負の小さな値となる。なお、ア
クセルペダルを踏み込んでいた時間、車両の加速度、車
速、モータ回転数、トルク電流、励磁電流、フットブレ
ーキの使用状態等に応じて、トルク指令値Ｔ_e'の値をさ
らに精密に設定するように構成してもよい。

【００２１】次に、図１に戻って、時定数演算部１４に
ついて説明する。時定数演算部１４は、トルク指令値発
生部９から与えられる回生指令信号Ｃ_sに応じて回生状
態を判別し、それに応じた目標磁束応答時定数τ_φと目
標トルク応答時定数τ_Tとを算出する。すなわち、回生
指令信号Ｃ_sが０の力行時には、予め定められた所定の
目標磁束応答時定数τ_φと目標トルク応答時定数τ_Tを
出力する。この時の値は、速い応答性が得られるように
時定数を小さな値とする。一方、回生時には、回生指令
信号Ｃ_sに応じて目標磁束応答時定数τ_φと目標トルク
応答時定数τ_Tを変える。例えば、アクセルペダルを大
きく踏み込んだ状態から急に離した場合は、回生指令信
号Ｃ_sが大きくなるので、この場合には目標磁束応答時
定数τ_φと目標トルク応答時定数τ_Tとを比較的小さな
値（力行時よりは大きな値）とする。これに対して、ア
クセルペダルを小さく踏み込んだ状態から離した場合
は、回生指令信号Ｃ_sが小さいので、この場合には目標
磁束応答時定数τ_φと目標トルク応答時定数τ_Tとを比
較的大きな値とする。この算出した値によって定常損失
最小磁束演算部１１の目標磁束応答時定数τ_φと目標ト
ルク演算部１５の目標トルク応答時定数τ_Tとを設定す
る。なお、上記のように、トルク指令値Ｔ_e'の値も移行
時の状態に応じた値となるから、回生指令信号Ｃ_sの代
わりにトルク指令値Ｔ_e'自体を用いて目標磁束応答時定
数τ_φと目標トルク応答時定数τ_Tを切り換えるように
構成することもできる。すなわち、トルク指令値Ｔ_e'が
正の力行時には、予め定められた所定の目標磁束応答時
定数τ_φと目標トルク応答時定数τ_Tを出力し、回生時
にはトルク指令値Ｔ_e'の負の値の大きさに応じて上記と
同様に目標磁束応答時定数τ_φと目標トルク応答時定数
τ_Tの値を変えるように構成すればよい。

【００２２】次に、定常損失最小磁束演算部１１、目標
磁束演算部１２、目標トルク演算部１５の部分について
説明する。通常のベクトル制御は、回転子磁束φ_rを一
定（励磁電流ｉ_φを一定）とし、トルク電流ｉ_Tのみを
変化させることによって、出力トルクのトルク電流ｉ_T
に対する線形性と速応性を得るものである。しかし、こ
のような回転子磁束φ_r一定ベクトル制御は、負荷によ
らず一定の励磁電流ｉ_φを供給するため、一般的に軽負
荷において効率が悪化する。そのため、誘導モータの損
失として銅損を考え、これを最小とする条件を求める。
まず、図５に示すごときγ−δ座標モデル、すなわち誘
導モータのモデルとして良く知られた電源周波数で回転
するγ−δ座標モデルを用いることにする。図５におい
て、ベクトル制御が成立している場合、各軸の電流成分
と、回転子磁束φ_rとの間には、下記（数６）式が成立
することが知られている。ただし、各電流成分ｉ_γs、
ｉ_δs、ｉ_γr、ｉ_δrにおいて、添字γ、δは各軸成
分、ｒは回転子、ｓは固定子を表わす。

【００２３】

【数６】

【００２４】一方、誘導モータの銅損Ｌ_cは、図５と上
記（数６）式から下記（数７）式に示すようになる。

【００２５】

【数７】

【００２６】ただし、Ｒ_s：固定子抵抗、Ｋ₁、Ｋ₂：モ
ータによって決まる定数上記（数７）式において、定常状態を考えればφ_rの微
分項d/dt φ_rは０となるから、銅損Ｌ_cを最小とするす
べり周波数ω_se-optは、ｄＬ_c／ｄω_se＝０の条件か
ら、下記（数８）式で求めることができる。

【００２７】

【数８】

【００２８】したがって、すべり周波数ω_seを（数８）
式の値に保てば、銅損を最小とする駆動が可能となる。
具体的には前記（数１）式より、すべり周波数を損失最
小すべり周波数ω_se-optに保つためには、トルク電流ｉ
_Tと磁束φ_rとの関係を下記（数９）式に示すようにすれ
ばよいことが判る。

【００２９】

【数９】

【００３０】次に、上記（数９）式を前記（数２）式に
代入してｉ_Tを消去すると、トルク指令値Ｔ_e'と磁束φ_r
の関係は下記（数１０）式で示すようになる。

【００３１】

【数１０】

【００３２】したがって、トルク指令値Ｔ_e'が入力され
た場合に、定常損失最小磁束φ_r'を（数１０）式で導
き、トルク電流指令値ｉ_T'は（数９）式、励磁電流指令
値ｉ_φ'は（数４）式、すべり周波数ω_seは（数１）式
でそれぞれ演算することにより、定常的に銅損を最小と
する駆動が可能となる。このとき、すべり周波数ω_seは
損失最小すべり周波数ω_se-optに一致し、かつ出力トル
クＴ_eはトルク指令値Ｔ_e'に追従することになる。とこ
ろが、トルク指令値Ｔ_e'がステップ状に変化した場合に
は、（数１０）式から、定常損失最小磁束φ_r'も同様に
ステップ状となる。そして（数４）式に示すように、励
磁電流指令値ｉ_φ'の演算にはｄφ_r／ｄｔが含まれてい
るため、ステップ状のトルク指令値変化が生じると、励
磁電流指令値ｉ_φ'は過渡的に大きな値となり、そのた
め過渡損失が増加する。以上の現象は、（数７）式で、
Ｌ_cがｄφ_r／ｄｔの関数となっていることからも判る。
また、本実施例では損失として銅損のみを考えている
が、前記の従来例（特開平２−２３０８５号公報）に記
載のように、銅損と鉄損を考慮した場合においても同様
の問題が生じる。したがって、過渡損失についても考慮
した場合には、すべり周波数を損失最小すべり周波数ω
_se-optに留めるのは効率の面からも得策とは言えない。
また、図２の電流制御ＰＷＭインバータ３に用いる半導
体スイッチング素子の電流容量から電流の上限値が決め
られている場合には、電流が大になる過渡時にはトルク
のレスポンスを遅くしなければならない。そのため、本
実施例においては、トルクのレスポンスを決定する目標
トルク演算部１５と定常損失最小磁束演算部１１と目標
磁束演算部１２とを一般的なベクトル制御演算部１３、
１５、１６に付加し、トルク応答性と磁束応答性を独立
に可変できる制御系構成とすることにより、定常的には
すべり周波数を損失最小すべり周波数ω_se-optとし、過
渡的には磁束応答をトルク応答に応じた最適な値とする
ように制御することによって、過渡損失を軽減する構成
としている。

【００３３】まず、定常損失最小磁束演算部１１の演算
内容は（数１０）式であり、定常的に損失を最小とする
回転子磁束、すなわち定常損失最小磁束φ_r'を演算す
る。

【００３４】また、目標磁束φ_rを演算する目標磁束演
算部１２は、定常ゲインが１となるフィルタであり、本
実施例では下記（数１１）式に示すごとき１次のローパ
スフィルタとする。

【００３５】

【数１１】

【００３６】ただし、τ_φ：目標磁束の時定数、Ｓ：ラ
プラス演算子なお、上記の目標磁束の時定数τ_φは、前記のごとく、
回生時には回生指令信号Ｃs（またはトルク指令値
Ｔ_e'）に応じた可変の値である（詳細後述）。また、目
標トルクＴ_mを演算する目標トルク演算部１５は、本実
施例においては下記（数１２）式に示すような伝達関数
とする。この伝達関数は、必要とされる応答性に応じて
設定され、かつ回生時には回生指令信号Ｃsに応じて設
定される。

【００３７】

【数１２】

【００３８】ただし、τ_T：目標トルクの時定数なお、上記の目標トルクの時定数τ_Tは、前記のごと
く、回生時には回生指令信号Ｃs（またはトルク指令値
Ｔ_e'）に応じて可変の値である（詳細後述）。

【００３９】図６は、図１に示す制御系において、トル
ク指令値Ｔ_e'としてステップ状に変化する入力を加えた
場合における目標磁束の時定数τ_φに対する誘導モータ
の損失のピーク値および或る時間内での損失エネルギの
計算値を示す特性図である。図６から、各損失は最小値
を有する特性であり、時定数τ_φが或る値の場合に各損
失が最小値になることが判る。したがって、図１に示す
制御系において、トルク応答性を（数１２）式で与えた
とき、図６から得られる過渡損失を最小とする目標磁束
の時定数τ_φを用いて磁束応答性を決めてやれば、過渡
時と定常時に共に損失の少ないモータ駆動が可能とな
る。すなわち、図６で損失が最小となるτ_φの値を（数
１１）式で用いればよい。

【００４０】図７および図８は、速度制御シミュレーシ
ョン結果を示す特性図であり、図７は過渡時と定常時に
共にすべり周波数を損失最小すべり周波数ω_se-optに保
つ方法を用いた場合、図８は本実施例による方法を用い
た場合の特性を示す。なお、トルクの応答性は両者同一
とした。図７と図８において、トルクＴおよび回転速度
Ｎの特性（応答性）は両者同一になっているが、銅損Ｌ
_cの特性は、過渡時においては本実施例の方が明らかに
減少しており、かつ定常時には従来と同様に銅損を最小
とするすべり周波数駆動となっている。したがって、本
実施例においては、同一の応答特性を保ちながら過渡時
における損失を減少させることが出来る。また、本実施
例においては、前記のごとく、目標トルク演算部１５に
おける演算において、目標トルクの時定数τ_Tの値が、
回生時には回生指令信号Ｃｓ（またはトルク指令値
Ｔ_e'）に応じて変化する。そして前記図６の特性は、所
定の時定数τ_Tに対応した特性であり、時定数τ_Tが変化
すれば、損失最小となる目標磁束の時定数τ_φの値も変
化する。そのため、目標磁束演算部１２の演算における
目標磁束の時定数τ_φも前記のように変化させている。
この場合の目標磁束の時定数τ_φは、そのときの目標ト
ルクの時定数τ_Tに対応した図６の特性において損失最
小となる値である。

【００４１】次に、図９は力行時から回生時に移行する
際の動作特性を示す特性図である。図９において、φ_r
は磁束、ｉ_Tはトルク電流、ｉ_φは励磁電流、ｉ_Tはトル
ク電流、Ｔeはトルクである。前記のごとく本実施例に
おいては、励磁電流ｉ_φとトルク電流ｉ_Tとの時定数を
可変にし、ｉ_φとｉ_Tの分配比を効率最大の点にするよ
うに制御する。この制御は力行時、回生時を通じて同じ
である。また、回生時に必要な負のトルクは、トルク電
流ｉ_Tの極性を反転することによって行なっている。し
たがって図９に示すように、回生時にトルク電流ｉ_Tが
負の値になり、それに伴ってトルクＴeが負の値になっ
ている。トルクＴeは、Ｔe＝ｋ・φ_r・ｉ_T（ただしｋは
定数）で与えられる。したがってトルクを負の値にする
には、磁束φ_rとトルク電流ｉ_Tのいずれか一方の極性を
反転させればよい。しかし、磁束φ_rは励磁電流ｉ_φを
変化させても直ぐには追従しないので好ましくない。そ
のため、本実施例においては、トルク電流ｉ_Tの符号を
反転することによって負のトルクを発生させている。上
記の機能を実現するため、本実施例においては、図１に
示すように、絶対値回路部１０を設け、回生時にトルク
指令値Ｔe'が負になった場合でも、定常損失最小磁束演
算部１１には常に正の値を与え、目標磁束φ_rは常に正
の値になるようにしている。そして目標トルク演算部１
５には、トルク指令値Ｔe'がそのまま与えられるので、
回生時にトルク指令値Ｔe'が負の値になれば、トルク電
流指令値ｉ_T'は負になる。また、前記のごとく、時定数
演算部１４は、トルク指令値発生部９から与えられる回
生指令信号Ｃ_s（またはトルク指令値Ｔ_e'）に応じて回
生状態を判別し、それに応じた目標磁束応答時定数τ_φ
と目標トルク応答時定数τ_Tとを算出する。例えば、ア
クセルペダルを大きく踏み込んだ状態から急に離した場
合は、回生指令信号Ｃ_sが大きくなるので、この場合に
は目標磁束応答時定数τ_φと目標トルク応答時定数τ_T
とを比較的小さな値（力行時よりは大きな値）とする。
そのため目標トルクＴ_mは比較的速やかに変化する。一
方、目標磁束φ_rは常に正の値であり、これに向かって
磁束φが過渡損失最小で急激なトルク変化が起こらない
ように変化する。また、アクセルペダルを小さく踏み込
んだ状態から離した場合は、回生指令信号Ｃ_sが小さい
ので、この場合には目標磁束応答時定数τ_φと目標トル
ク応答時定数τ_Tとを比較的大きな値とする。そのため
目標トルクＴ_mと目標磁束φ_rの変化はさらに緩やかにな
る。

【００４２】なお、本実施例では、磁束応答性を（数１
１）式、トルク応答性を（数１２）式で与えたが、必ず
しもこの伝達関数に限定することはない。たとえばトル
ク応答性をよく知られた２次振動系〔Ｇ(Ｓ）＝ω_n ²／
Ｓ²＋２ζω_nＳ＋ω_n ²〕で与えてもよく、同様に磁束応
答性を２次振動系で与えてもよい。ただし、微分演算す
ることなしに目標磁束の一階微分値を求めるためには、
分子、分母間の相対次数が１以上となることが必要であ
る。また、磁束応答性を２次振動系で与えた場合は、減
衰率ζと固有振動数ω_nに関して図６の関係を求め、過
渡損失が最小となるζ、ω_nを用いて磁束を演算すれば
よい。

【００４３】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、トルク指令値から定常損失を最小とする定常損失
最小磁束を演算する手段と、トルク指令値から誘導モー
タの目標トルクを演算する手段と、上記定常損失最小磁
束から誘導モータのトルクを目標トルクに追従させ、か
つ過渡損失が最小となる磁束応答性を演算する手段と備
える構成としたことにより、従来のようにすべり周波数
を常に損失最小すべり周波数ω_se-optに保つ方法と同じ
トルク応答性にする場合は過渡損失を軽減することが出
来る。逆に、電流容量が同じであればトルク応答性を速
くすることが出来る。また、定常時には従来方法と同様
に損失を最小とするモータ駆動制御が可能になる。さら
に、力行時から回生時への移行時においても過渡損失を
最小にしたまま急激なトルク変動を防止して円滑な回生
ブレーキを行なうことが出来ると共に、回生時のトルク
応答および磁束応答を移行時の走行状態に応じて設定す
るように構成しているので、走行状態に対応した回生ブ
レーキの応答性が得られる、等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における高効率駆動制御演算部
１の詳細を示すブロック図。

【図２】本発明の一実施例のシステム全体の構成を示す
ブロック図。

【図３】トルク指令値発生部９の詳細を示すブロック
図。

【図４】トルク指令値発生部９における信号波形図。

【図５】誘導モータのγ−δ座標モデルを示す図。

【図６】トルク指令値Ｔ_e'としてステップ状に変化する
入力を加えた場合における目標磁束の時定数τ_φに対す
る誘導モータの損失のピーク値および或る時間内での損
失エネルギの計算値を示す特性図。

【図７】従来例における速度制御シミュレーション結果
を示す特性図。

【図８】図１の実施例における速度制御シミュレーショ
ン結果を示す特性図。

【図９】力行時から回生時に移行する際の動作特性を示
す特性図。

【符号の説明】

１：高効率駆動制御演算部４：誘導モータ２：座標変換部５：回転速度セン
サ３：電流制御ＰＷＭインバータ６：直流電源（バ
ッテリ）９：トルク指令値発生部１０：絶対値回路部１５：目標トルク
演算部１１：定常損失最小磁束演算部１６：トルク電流
演算部１２：目標磁束演算部１７：すべり周波
数演算部１３：励磁電流演算部１８：モータ回転
数演算部１４：時定数設定部１９：積分演算部２１：アクセルセンサ２５：負電圧比較
器２２：可変基準電源２６：スイッチ回
路２３：アイドルスイッチ２７：比較器２４：微分回路２８：サンプルホ
ールド回路Ｔ_e'：トルク指令値Ｔ_m ：目標トルク τ_φ ：目標磁束応答の時定数 τ_T ：目標トル
ク応答の時定数 φ_r'：定常損失最小磁束 φ_r ：目標磁束Ｎ：モータ回転速度（rpm） ω ：電源周波数 ω_se：すべり周波数 ω_re：モータ回転
数（電気角) ｉ_φ'：励磁電流指令値ｉ_T'：トルク電
流指令値 θ ：電流の位相角ｉ_u'、ｉ_v'、ｉ_w'：三相交流電流指令値ｉ_u、ｉ_v、ｉ_w ：三相交流電流

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０２Ｐ 3/18 １０１Ｃ 9178−5Ｈ 5/41 ３０２Ｐ 9178−5Ｈ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トルク指令値と誘導モータの回転速度とに
応じて電流指令値を算出し、その電流指令値に対応した
多相交流電流で誘導モータを駆動する誘導モータ制御装
置において、誘導モータから負荷を駆動する力行時には運転者の操作
に対応したトルク指令値を発生し、負荷から誘導モータ
を駆動して発電する回生時には力行時と逆符号のトルク
指令値を出力するトルク指令値発生部と、上記トルク指令値の絶対値を出力する絶対値回路部と、上記絶対値回路部を介して与えられたトルク指令値の絶
対値において誘導モータの定常損失を最小とする回転子
磁束を演算する定常損失最小磁束演算部と、上記定常損失最小磁束を入力し、ローパス特性を有する
伝達関数に基づいて目標磁束および目標磁束の一階微分
値を演算する目標磁束演算部と、上記トルク指令値発生部からのトルク指令値を入力し、
力行時と回生時とで異なる所定の伝達特性に基づいて上
記トルク指令値から誘導モータの目標トルクを演算する
目標トルク演算部と、上記誘導モータの回路定数に基づき、上記目標磁束と上
記目標磁束の一階微分値と上記目標トルクと上記誘導モ
ータの回転速度とに応じて上記電流指令値を演算するベ
クトル制御演算部と、上記誘導モータに流れる電流を上記電流指令値に追従さ
せるモータ駆動部と、を備え、上記誘導モータの出力トルクを上記目標トルク
に対応した値とするように制御する誘導モータ制御装
置。
【請求項２】上記トルク指令値発生部は、誘導モータか
ら負荷を駆動する力行時には運転者の操作に対応した正
のトルク指令値を発生し、負荷から誘導モータを駆動し
て発電する回生時には力行時から回生時に切り換わると
きの状態に応じた大きさの負のトルク指令値を発生する
ものである、ことを特徴とする請求項１に記載の誘導モ
ータ制御装置。
【請求項３】上記目標トルク演算部は、力行時には所定
の伝達関数に基づいて目標トルクを演算し、回生時には
上記トルク指令値に応じて予め設定された異なった伝達
関数で目標トルクを演算するものである、ことを特徴と
する請求項１または請求項２に記載の誘導モータ制御装
置。
【請求項４】上記目標磁束演算部は、回生時には上記ト
ルク指令値に応じて損失を最小とする時定数の伝達関数
を選択するものである、ことを特徴とする請求項１乃至
請求項３のいずれかに記載の誘導モータ制御装置。