JPH09201093A - 極数切替電動機の運転制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 誘導電動機の極数切替時のトルク変動を抑制
すること。 【解決手段】 モータ回転数ωｒに対してトルク指令最
大値が滑らかに変化し、且つ任意のモータ回転数でのト
ルク指令最大値が同モータ回転数に対応する誘導電動機
１の最大トルク以下であるか、あるいは極数切替期間中
に落ち込む誘導電動機１の最大トルクの底部を除いて任
意のモータ回転数でのトルク指令最大値が同モータ回転
数に対応する誘導電動機１の最大トルク以下であるとい
う関係（図２の曲線，参照）を予めデータテーブル
部１０ａに設定しておき、入力したトルク指令Ｔ^* と、
その時のモータ回転数ωｒに対応するトルク指令最大値
Ｔ^*'max をトルク指令読出部１０ｂによりデータテーブ
ル部１０ａから読み出して比較し、小さい方を選択して
新たなトルク指令Ｔ^*'としてベクトル制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘導電動機をベク
トル制御に基づいてインバータを用いて可変速制御し且
つ極数切替により広範囲な定出力運転を可能とする運転
制御装置に関し、特に極数切替時のトルク変動を抑制す
るように工夫したものである。

【０００２】

【従来の技術】誘導電動機の可変速制御には、インバー
タを電源とする周波数制御が多く採用されている。この
時の最大トルク特性は図７に破線の特性Ｔ′で示すよう
に、速度（モータ回転数または周波数）の上昇に比例さ
せてインバータからの供給電圧を高めることができる範
囲では定トルク特性であるが、それ以上では電源電圧Ｖ
の制限により周波数ｆの２乗に反比例した１／ｆ² のカ
ーブでトルクが低下する。これに対し、誘導電動機を駆
動源とする電気自動車などでは、負荷の要求トルク特性
は図７の実線の特性Ｔで示すように、定トルク範囲の速
度を越えると定出力範囲となり、周波数ｆの増加に反比
例した１／ｆのカーブでトルクが低下する。そのため、
最大トルク特性Ｔ′と負荷の要求トルク特性Ｔとの交点
になる周波数ａｆより高い回転数では、最大トルク特性
Ｔで出力トルクが制限されることになる。ａは一般に２
より大きい任意の数であるが、１以上であれば成り立
つ。

【０００３】誘導電動機を定出力範囲で運転するとき、
高速域になるほど負荷トルクが低下するが、前述の如く
誘導電動機の最大トルク特性でトルクが制限されるた
め、負荷によってはトルク不足を招くことがある。

【０００４】このトルク不足を解消する技術として、下
記文献により誘導電動機における固定子巻線構造を３相
巻線をＮ個（Ｎは偶数）備えたのと等価な巻線構造と
し、ベクトル制御に基づいて各相巻線の電圧の位相と周
波数をインバータにより制御することにより、低速運転
領域では誘導電動機を２Ｎ極にして駆動し、高速運転領
域では誘導電動機をＮ極にして駆動する技術が公表され
ている。 文献：電気自動車用極数切換誘導電動機の六相絶対変換
回転ｄｑ軸による解析、水野等、電気学会回転機研究
会、平成６年１０月３日発表。

【０００５】例えばＮ＝２とし、６相の固定子巻線構造
を有する誘導電動機に対しては、インバータにより供給
する電圧の位相と周波数を制御することにより、低速運
転領域では４極にして駆動し、高速運転領域では２極に
して駆動する。このとき、図８に示すように、２極運転
時の最大トルクは４極運転時の最大トルクの約２倍にな
る。このため、図８に示すような回転数ωｎで極数切替
を行うと、負荷の要求トルクＴに対して誘導電動機の最
大トルクＴ′に余裕ができ、４極のみで運転する場合に
比べて広範囲での定出力運転が可能になる。また、同一
回転数において運転する場合には、２極運転時の周波数
は４極運転時の周波数のほぼ１／２となるので、２極運
転に切り替えることにより、誘導電動機の損失低減やイ
ンバータの制御性向上が図れる。

【０００６】誘導電動機の６相の固定子巻線構造の巻線
配置を例示すると図９のように表わすことができる。但
し、各巻線は、４極に対しては１２０°相帯でほぼ全節
巻、２極に対しては６０°相帯で磁極ピッチのほぼ１／
２となる短節巻が施されているものとする。従って、２
極とするためには向い合う巻線が異極となる磁束を作る
ように電圧を加えれば良く、各相の電圧Ｖa1 ,Ｖb1 ,Ｖ
c1 ,Ｖd1 ,Ｖe1 ,Ｖf1を次に示す［数１］のようにすれ
ば良い。また、４極とするためには向い合う巻線が同極
となる磁束を作るように電圧を加えれば良く、各相の電
圧Ｖa2 ,Ｖb2 ,Ｖc2 ,Ｖd2 ,Ｖe2 ,Ｖf2を次に示す［数
２］のようにすれば良い。但し、式中で、Ｖ1m ,ω１，
φ１は２極運転時の相電圧最大値，電源角周波数，位相
角である。また、Ｖ2m ,ω２ ,φ２は４極運転時の相電
圧最大値，電源角周波数，位相角である。

【０００７】

【数１】

【０００８】

【数２】

【０００９】図９に示す６相巻線にあっては、ベクトル
制御の観点から、２極の回転座標軸（ｄ１−ｑ１軸）と
４極の回転座標軸（二倍角ｄ２−ｑ２軸）とを用意し
て、これらのｄｑ軸（二軸）による座標軸を検討する
と、次式［数３］，［数４］が得られる。

【００１０】

【数３】

【００１１】

【数４】

【００１２】［数３］と［数４］の式中、添え字１は２
極機を、添え字２は４極機を示す。また、添え字ｓは固
定子（stator）即ち電機子の巻線に関するｄｑ軸を、添
え字ｒは回転子（rotor ）の巻線に関するｄｑ軸を表わ
す。また、式中、２極のモータ定数にあっては、Ｒs1：
一次抵抗、Ｌs1：一次自己インダクタンス、Ｍsr1 ：相
互インダクタンス、Ｒr1：二次抵抗、Ｌr1：二次自己イ
ンダクタンス、Ｒm1：鉄損抵抗である。４極のモータ定
数にあっては、Ｒs2：一次抵抗、Ｌs2：一次自己インダ
クタンス、Ｍsr2 ：相互インダクタンス、Ｒr2：二次抵
抗、Ｌr2：二次自己インダクタンス、Ｒm2：鉄損抵抗で
ある。

【００１３】上記「数３」にあって２極運転での電機子
巻線側電圧Ｖds1 ，Ｖqs1 の式中において、ベクトル制
御が行われている時を考えると、 Ｉdr1 ＝０、Ｉqr1 ＝（−Ｍsr1 ／Ｌr1）・Ｉqs1 が成立する。

【００１４】更に、鉄損抵抗をＲm1＝Ｒm2＝０として無
視すると、上述の電圧Ｖds1 ，Ｖqs1 は次式［数５］と
なる。［数４］における４極運転での電機子巻線側電圧
Ｖds2 ，Ｖqs2 の式中でも、ベクトル制御が行われてい
る場合は同様に、Ｉdr2 ＝０、Ｉqr2 ＝（（−Ｍsr2 ／
Ｌr2）・Ｉqs2 が成立するので、これらの電圧Ｖds2，
Ｖqs2 も次式［数５］となる。

【００１５】

【数５】

【００１６】結果的に電機子巻線側電圧を、２極運転時
には次式［数６］のＶds1 ，Ｖqs1の如く制御し、４極
運転時には次式［数７］のＶds2 ，Ｖqs2 の如く制御す
れば良い。

【００１７】

【数６】

【００１８】

【数７】

【００１９】結局、ベクトル制御演算において、速度指
令等からトルク指令を求め、このトルク指令から［数
３］に示した励磁電流指令Ｉds1 ，トルク電流指令Ｉqs
1 を求め、このｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉds1 ，Ｉqs1 か
ら［数６］に示したｄ軸，ｑ軸の電圧指令Ｖds1 ，Ｖqs
1 を求め、この電圧指令から［数１］に示した各相交流
電圧Ｖa1 ,Ｖb1 ,Ｖc1 ,Ｖd1 ,Ｖe1 ,Ｖf1を求めて、こ
の各相交流電圧をインバータにより誘導電動機に供給す
ることにより２極運転を行うことができる。同様に、ベ
クトル制御演算において、速度指令等からトルク指令を
求め、このトルク指令から［数４］に示したｄ軸，ｑ軸
の電流指令Ｉds2 ，Ｉqs2 を求め、この電流指令から
［数７］に示したｄ軸，ｑ軸の電圧指令Ｖds2 ，Ｖqs2
を求め、この電圧指令から［数２］に示した各相交流電
圧Ｖa2 ,Ｖb2 ,Ｖc2 ,Ｖd2 ,Ｖe2 ,Ｖf2を求めて、この
各相交流電圧をインバータにより誘導電動機に供給する
ことにより４極運転を行うことができる。

【００２０】上述したような誘導電動機の各相巻線の電
圧の位相と周波数を切り替えることにより極数切替を行
う技術を、電気自動車に適用した場合の極性切替電動機
の運転制御装置の構成例を、図１０を参照して説明す
る。

【００２１】図１０において、誘導電動機１は６相の固
定子巻線構造、または２組の３相巻線構造を組み合せた
固定子巻線構造を有している。インバータ装置２は１台
の６相インバータ、または２台の３相インバータにより
構成されている。バッテリー３は直流コンデンサ４を介
してインバータ装置２に直流電圧を供給し、インバータ
装置２は位相と周波数を制御した交流電圧を、誘導電動
機１の各相巻線に供給する。これにより、誘導電動機１
が回転する。

【００２２】回転数センサ５は誘導電動機１の回転子に
結合されており、誘導電動機１の回転数（回転速度）に
応じたモータ回転数信号ａを出力する。電流検出器６は
インバータ装置２から誘導電動機１へ供給する各相の電
流を検出し、検出した電流値に対応したモータ電流信号
ｂを出力する。

【００２３】システム制御装置７には、前述のモータ回
転数信号ａ及びモータ電流信号ｂの他に、アクセル開度
信号ｃが入力され、ベクトル制御をする。そして、シス
テム制御装置７は、アクセル開度信号ｃの値に応じて、
次の（イ）〜（ニ）の動作をインバータ装置２に行わせ
るように、インバータ装置２にインバータ駆動信号ｄを
送る。

【００２４】（イ）図１１に示すように、低速運転領域
では誘導電動機１を４極運転するように、インバータ装
置２により誘導電動機１に供給する各相電圧の位相及び
周波数を制御する。しかも、４極運転中においては、ア
クセル開度信号ｃの増減に応じて供給電圧の周波数を増
減させて、誘導電動機１の回転数を増減させる。

【００２５】（ロ）図１１に示すように、高速運転領域
では誘導電動機１を２極運転するように、インバータ装
置２により誘導電動機１に供給する各相電圧の位相及び
周波数を制御する。しかも、２極運転中においては、ア
クセル開度信号ｃの増減に応じて供給電圧の周波数を増
減させて、誘導電動機１の回転数を増減させる。

【００２６】（ハ）また、図１１に示すように、モータ
回転数が低速運転領域から上昇して或る極数切替回転数
ωｎに達したら、４極運転から２極運転に切り替える。
極数切替期間は0.７〜１秒程度であり、この期間では４
極運転用電圧を徐々に立下げ、２極運転用電圧を徐々に
立上げることにより、誘導電動機１に供給する電圧を、
４極運転用電圧から２極運転用電圧に徐々に切り替え
る。

【００２７】（ニ）また、図１１に示すように、モータ
回転数が高速運転領域から下降して或る極数切替回転数
ωｎに達したら、２極運転から４極運転に切り替える。
この極数切替期間では２極運転用電圧を徐々に立下げ、
４極運転用電圧を徐々に立上げることにより、誘導電動
機１に供給する電圧を、２極運転用電圧から４極運転用
電圧に徐々に切り替える。

【００２８】結局、図１１に示した極数切替電動機の運
転制御装置では、低速運転領域では４極として、また高
速運転領域では２極として誘導電動機１を運転し、アク
セル開度信号ｃに応じて誘導電動機１の回転を制御（速
度制御）している。また、極数切替期間ではトルクが喪
失することがないように、インバータ装置２から４極運
転用電圧と２極運転用電圧の両方を出力している。その
ため、極数切替期間中においては、インバータ装置２の
出力電圧値は、インバータ出力電圧上限値を上限とし
て、大きくなる傾向にある。なお、インバータ出力電圧
上限値は、バッテリー３の電圧とインバータ装置２の性
能によって規定される。

【００２９】極数切替期間中のインバータ装置２の出力
電圧は、軽負荷時（インバータ装置２の出力パワーが小
さい時）においては、極数切替期間前後の時の出力電圧
値より大きくはなっても、インバータ出力電圧上限値に
達することはない。このため、軽負荷であれば、極数切
替期間においてトルク変動（モータ軸トルクの低減）は
殆どない。つまり、トルク変動が生じないように４極運
転用電圧と２極運転用電圧を大きくして出力しても、そ
の合成出力電圧値はインバータ出力電圧上限値よりも小
さい。

【００３０】

【発明が解決しようとする課題】しかし重負荷時（イン
バータ装置の出力パワーが大きい時）には、極数切替期
間以外の時であってもインバータ装置２の出力電圧がイ
ンバータ出力電圧上限値に近くなっている。そのため、
極数切替期間では、トルク不足にならないように出力電
圧を上昇させようとしても、インバータ出力電圧上限値
で規制されてしまい、出力電圧を十分大きくすることが
できない。つまり、インバータ装置２の出力電圧はイン
バータ出力電圧上限値以上になることはできないから、
極数切替期間中には４極運転用電圧も２極運転用電圧も
制限されてしまい、重負荷に対してトルク不足となって
しまう。このため、図１１の領域Ｚに示すように、重負
荷の極数切替期間においては、誘導電動機１の最大トル
クＴ′が一時的に急低下してしまう。

【００３１】このような急なトルク変動が生じると、電
気自動車の搭乗者は極数切替時に不快感を覚える。

【００３２】本発明の目的は、極数切替を行っても急な
トルク変動を生じることがない極数切替電動機の運転制
御装置を提供することである。

【００３３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は、モータ回転数に対しトルク指令最大値が滑らかに
変化する予め設定した関係に基づいて、入力したトルク
指令をモータ回転数の検出値に対応するトルク指令最大
値で制限して出力するトルク指令制限部と、モータ回転
数の検出値とトルク指令制限部から出力されるトルク指
令とに基づいて、トルク電流（ｑ軸）指令と励磁電流
（ｄ軸）指令と電源角周波数指令とを求めて出力するル
ートを２Ｎ極とＮ極（Ｎは偶数）との２系統有し、極数
切替期間ではトルク電流指令と励磁電流指令を一方の系
統では次第に立上げると共に他方の系統では次第に立下
げる指令演算部と、この指令演算部の出力から２系統の
ｄ軸，ｑ軸各電圧指令を生成して出力する電流制御部
と、この電流制御部の出力から６相の交流電圧指令を生
成して出力する座標変換部と、この座標変換部の出力に
より駆動され、３相巻線をＮ個備えたのと等価な固定子
巻線構造を持つ誘導電動機に電圧を供給する６相のイン
バータとを具備し、前記モータ回転数とトルク指令最大
値との関係において、任意のモータ回転数でのトルク指
令最大値は同モータ回転数に対応する誘導電動機の最大
トルク以下であること、あるいは、極数切替期間中に落
ち込む誘導電動機の最大トルクの底部を除き、任意のモ
ータ回転数でのトルク指令最大値が同モータ回転数に対
応する誘導電動機の最大トルク以下であることを特徴と
する極数切替電動機の運転制御装置である。

【００３４】また、他の発明は、モータ回転数の検出値
とトルク指令とに基づいて、ベクトル制御の演算により
トルク電流（ｑ軸）指令と励磁電流（ｄ軸）指令と電源
角周波数指令とを求めるルートを２Ｎ極とＮ極（Ｎは偶
数）との２系統有し、低速運転領域では２Ｎ極系統の指
令を出力し、高速運転領域ではＮ極系統の指令を出力す
る通常時用指令演算部と、インバータ出力電圧がその上
限値を越えず、インバータ出力電流がその上限値を越え
ず、励磁電流がその下限値より低下せず、且つ、トルク
指令になるべく近いトルクが得られることを条件に予め
設定した極数切替回転数でのトルク指令とトルク電流
（ｑ軸）指令及び励磁電流（ｄ軸）指令との関係を２Ｎ
極とＮ極（Ｎは偶数）との２系統有し、極数切替期間
に、一方の系統の関係に基づいてトルク指令に対応する
トルク電流指令と励磁電流指令を求め且つ次第に立上げ
て出力すると共に、これら求めた指令から電源角周波数
指令を求めて出力し、他方の系統の関係に基づいてトル
ク指令に対応するトルク電流指令と励磁電流指令を求め
且つ次第に立下げて出力すると共に、これら求めた指令
から電源角周波数指令を求めて出力する極数切換時用指
令演算部と、これら両指令演算部の出力から２系統のｄ
軸，ｑ軸各電圧指令を生成して出力する電流制御部と、
この電流制御部の出力から６相の交流電圧指令を生成し
て出力する座標変換部と、この座標変換部の出力により
駆動され、３相巻線をＮ個備えたのと等価な固定子巻線
構造を持つ誘導電動機に電圧を供給する６相のインバー
タと、を具備することを特徴とする極数切替電動機の運
転制御装置である。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。

【００３６】図１は本発明の実施の一形態に係る極数切
替電動機の運転制御装置の構成を示す。誘導電動機１は
図９に例示した６相の固定子巻線構造を有する極数切替
誘導電動機（ＰＣＩＭ：ポールチェンジ・インダクショ
ンモータ）であり、３相の固定子巻線を２個（Ｎ＝２）
備えたのと等価であって、４極と２極との間で極数切替
を行うことができる。この誘導電動機１の回転子には回
転数センサ５が結合されており、誘導電動機１の実速度
（実際のモータ回転数）ωｒを検出する。また、誘導電
動機１の各相に流れる電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄ，Ｉ
ｅ，Ｉｆを検出するように電流検出器６が設けられてい
る。本例では、電気自動車を想定し、バッテリ−３を電
源に用いている。

【００３７】図１に例示した運転制御装置は、トルク指
令制限部１０と、指令演算部１１と、電流制御部１２
と、インバータ駆動用の座標変換部１３と、６相のイン
バータ１４と、電流フィードバック用の座標変換部１５
とを有している。図中の符号で右肩に＊印を付したもの
は各種指令であることを示す。

【００３８】トルク指令制限部１０は、モータ回転数に
対しトルク指令最大値が滑らかに変化する予め設定した
関係に基づいて、入力したトルク指令Ｔ^* を、その時の
モータ回転数の検出値（実速度）ωｒに対応するトルク
指令最大値で制限して、新たなトルク指令Ｔ^*'として指
令演算部１１へ出力する。ここで、入力されるトルク指
令Ｔ^* は、例えば、電気自動車の速度制御系から与えら
れるアクセル開度に応じたトルク指令などである。

【００３９】モータ回転数とトルク指令最大値との関係
は、図２に破線で示す曲線あるいは、実線で示す曲線
のような関係である。曲線の場合は、極数切替期間
中の最大トルクＴ′の急落領域Ｚを全て含め、任意のモ
ータ回転数において、その時の最大トルクＴ′以下とな
るようにトルク指令最大値が設定されている。曲線の
場合は、極数切替期間中の最大トルクＴ′の急落領域Ｚ
の底部を除き、任意のモータ回転数において、その最大
トルクＴ′以下となるようにトルク指令最大値が設定さ
れている。

【００４０】いずれの関係の場合も、トルク指令Ｔ^* が
入力すると、その時のモータ回転数に対応するトルク指
令最大値Ｔ^*'max と比較し、Ｔ^*≦Ｔ^*'max であれば
Ｔ^*'＝Ｔ^* としてトルク指令Ｔ^*'を出力し、Ｔ^*＞Ｔ^*'m
ax であればＴ^*'＝Ｔ^*'max としてトルク指令Ｔ^*'を出
力する。あるいは、Ｔ^*＜Ｔ^*'max であればＴ^*' ＝Ｔ^*
としてトルク指令Ｔ^*'を出力し、Ｔ^*≧Ｔ^*'max であれ
ばＴ^*'＝Ｔ^*max としてトルク指令Ｔ^*'を出力する。つ
まり、Ｔ^*とＴ^*'max のうち小さいか等しいものを選択
してＴ^*'とする。

【００４１】本例ではトルク指令制限部１０はデータテ
ーブル部１０ａとトルク指令読出部１０ｂからなる。デ
ータテーブル部１０ａには図２の曲線またはで示す
ようなモータ回転数をパラメータとしたトルク指令最大
値のデータが予め設定されている。トルク指令読出部１
０ｂは実速度ωｒのときにトルク指令Ｔ^* が入力した場
合、実速度ωｒに対応するトルク指令最大値Ｔ^*'max を
データテーブル部１０ａから読み出して両者を比べ、Ｔ
^*≦Ｔ^*'max であればＴ^* を選択し（Ｔ^*'＝Ｔ^* ）、Ｔ^*
＞Ｔ^*'maxであればＴ^*'max を選択し（Ｔ^*'＝Ｔ^*'ma
x）、新たなトルク指令Ｔ^*'として出力する。

【００４２】指令演算部１１は新たなトルク指令Ｔ^*'と
誘導電動機１の実速度ωｒを入力して、ベクトル制御に
必要なトルク電流指令（ｑ軸）と励磁電流指令（ｄ軸）
と電源角周波数指令とを求めて出力するルートを２極用
と４極用の２系統有し、極数切替期間ではトルク電流指
令と励磁電流指令とを一方の系統では徐々に立上げて出
力し、他方の系統では徐々に立下げて出力する。

【００４３】指令演算部１１の具体的例の構成をあげる
と図３に示すものがあり、２極用系統は電流指令演算部
１１a1と、割算部１１b1と、係数部１１c1と、実角周波
数算出部１１d1と、加算部１１e1からなり、４極用系統
は電流指令演算部１１a2と、割算部１１b2と、係数部１
１c2と、実角周波数算出部１１d2と、加算部１１e2から
なる。

【００４４】まず、２極系統について説明すると、モー
タ軸トルクはトルク電流と励磁電流の積に比例すること
から、電流指令演算部１１a1は基本的には、トルク指令
Ｔ^*'とモータ実速度ωｒと２極運転時のモータ定数（Ｒ
s1 ,Ｌs1 ,Ｍsr1 ，Ｒr1 ,Ｌr1 ,Ｒm1）を用いて、前述
の［数３］よりトルク指令Ｔ^*'に対応する２極運転用の
トルク電流指令Ｉqs1^*と、励磁電流指令Ｉds1^*を求め
る。このトルク電流指令Ｉqs1^*を割算部１１b1にて励磁
電流指令Ｉds1^*で割り、その商に係数部１１c1にてＲr1
／Ｌr1を掛けることにより、トルク指令Ｔ^*'を満たす２
極運転時のすべり角周波数指令ωs1^* を求める。一方、
実角周波数算出部１１d1により、モータ実速度ωｒに極
対数Ｐ₁ （＝１）を加味して２極運転時の実角周波数を
求める。そして、加算部１１e1により、実角周波数にす
べり角周波数指令ωs1^* を加えて、２極運転時の電源角
周波数指令ω１^* を求める。

【００４５】次に、４極系統について説明すると、電流
指令演算部１１a2は基本的には、トルク指令Ｔ^*'とモー
タ実速度ωｒと４極運転時のモータ定数（Ｒs2 ,Ｌs2 ,
Ｍsr2 ，Ｒr2 ,Ｌr2 ,Ｒm2）を用いて、前述の［数４］
よりトルク指令Ｔ^*'に対応する４極運転用のトルク電流
指令Ｉqs2^*と、励磁電流指令Ｉds2^*を求める。このトル
ク電流指令Ｉqs2^*を割算部１１b2にて励磁電流指令Ｉds
2^*で割り、その商に係数部１１c2にてＲr2／Ｌr2を掛け
ることにより、トルク指令Ｔ^*'を満たす４極運転時のす
べり角周波数指令ωs2^* を求める。一方、実角周波数算
出部１１d2により、モータ実速度ωｒに極対数Ｐ₂ （＝
２）を加味して４極運転時の実角周波数を求める。そし
て、加算部１１e2により、実角周波数にすべり角周波数
指令ωs2 ^* を加えて、４極運転時の電源角周波数指令ω
２^* を求める。

【００４６】更に、２極系統の電流指令演算部１１a1と
４極系統の電流指令演算部１１a2では、極数切替期間中
は、モータ軸トルクをトルク指令Ｔ^*'通りに保つよう
に、極数切替方向に応じて一方が電流指令を徐々に立上
げ、他方が電流指令を徐々に立下げる。具体的には、誘
導電動機１の２極運転時の二次時定数Ｔr1を用いて、回
転数上昇時に４極から２極に切替える場合は、［数８］
に示す関係で２極運転用のトルク電流指令Ｉqs1^*と励磁
電流指令Ｉds1^*を徐々に立上げ、４極運転用のトルク電
流指令Ｉqs2^*と励磁電流指令Ｉqs2^*は徐々に立下げる。
［数８］中の記号ｔは時間を表わす。また、回転数下降
時に２極から４極に切替える場合は、［数９］に示す関
係で４極運転用のトルク電流指令Ｉqs2^*と励磁電流指令
Ｉds2^*を徐々に立上げ、２極運転用のトルク電流指令Ｉ
qs1^*と励磁電流指令Ｉds1^*は徐々に立下げる。［数９］
中の記号ｔも時間を表わす。

【００４７】

【数８】

【００４８】

【数９】

【００４９】以下に、前式［数８］、［数９］について
説明する。一般に、同一の誘導電動機をＮ極と２Ｎ極
（Ｎは偶数）との間で切替える場合、Ｎ極時の二次時定
数Ｔr1は２Ｎ極時の二次時定数Ｔr2に比べて４倍近く長
い。今、回転数上昇時に２Ｎ極からＮ極に極数を切替え
るとして、Ｎ極用励磁電流指令Ｉds1^*をその定格値にス
テップ状に変化させると、この励磁電流指令に基づく磁
束Φr1は次式のようにＮ極時の二次時定数Ｔr1にて一次
遅れの立上りとなる。 Φr1＝Φr1^*（１−ｅ^(-t/Tr1)） 従って、切替初期時には磁束が略ゼロとなるため、トル
ク電流をステップ状に立上げるとトルクに振動が生じ
る。そこで、トルク電流指令Ｉqs1^*も磁束Φr1の応答と
同様に、Ｎ極時の二次時定数Ｔr1により次式のように一
次遅れの立上りとする。 Ｉqs1^*∝１−ｅ^(-t/Tr1) この結果、Ｎ極運転で発生するモータ軸トルクＴ１は、
トルク指令Ｔ^*' に対し、次式で示すような二次遅れの
立上りとなる。 Ｔ１＝Ｔ^*'（１−ｅ^(-t/Tr1))² この時のトルク不足分を２Ｎ極運転で補償するには、２
Ｎ極運転で発生すべきモータ軸トルクＴ２を、次式で示
すように次第に下げる必要がある。 Ｔ２＝Ｔ^*'−Ｔ１ ＝Ｔ^*'（２ｅ−^(-t/Tr1)−ｅ^(-2t/Tr1)） そこで、このトルクＴ２を発生させる２Ｎ極運転用のト
ルク電流指令Ｉqs2^*と励磁電流指令Ｉds2^*を、トルク電
流と励磁電流の比が一定となることを条件に求めれば良
い。つまり、［数８］に示すような関係でこれらの電流
指令Ｉds2^*，Ｉqs2^*をそれぞれ極数切替時の定格値から
次第に立下げる。この場合、２Ｎ極運転での二次時定数
はＴr1に比べて小さいから、何の問題はない。なお、Ｎ
極側のトルクが十分立上ったら、２Ｎ極側の電流制御を
停止する。また、励磁電流の最小値は制御の安定性を考
慮して定格値の２０％程度とする。

【００５０】他方、回転数下降時にＮ極から２Ｎ極に極
数を切替える場合に、Ｎ極運転用の励磁電流指令を切替
瞬時にゼロにすると、この時の磁束Φr1の応答もＮ極時
の二次時定数Ｔr1により一次遅れの立下りとなる。 Φr1＝Φr1^*・ｅ^(-t/Tr1) そこで、Ｎ極運転用のトルク電流指令Ｉqs1^*もＮ極時の
二次時定数Ｔr1により一次遅れで立下げる。これによ
り、２極運転によるモータ軸トルクＴ１は次式で示すよ
うな二次遅れの立下りとなる。 Ｔ１＝Ｔ^*'・ｅ^(-2t/Tr1) この時のトルク不足分を、４極運転のトルクＴ２で補償
するには、次式で示すように立上げる必要がある。 Ｔ２＝Ｔ^*'−Ｔ１ ＝Ｔ^*'（１−ｅ^(-2t/Tr1)） そこで、このトルクＴ２を発生させる２Ｎ極運転用のト
ルク電流指令Ｉqs2^*と励磁電流指令Ｉds2^*を、トルク電
流と励磁電流の比が一定となることを条件に求めれば良
い。つまり、［数９］に示すような関係でこれらの電流
指令Ｉds2^* ，Ｉqs2^*をそれぞれ極数切替時の定格値か
ら次第に立上げる。この場合も、２Ｎ極運転での二次時
定数はＴr1に比べて小さいから、何の問題はない。な
お、２Ｎ極側のトルクが十分立上ったら、Ｎ極側の電流
制御を停止する。また、励磁電流の最小値は制御の安定
性を考慮して定格値の２０％程度とする。

【００５１】電流制御部１２は２極用電流制御系１２１
と４極用電流制御系１２２からなり、指令演算部１１が
出力する２系統の指令から各系統のｄ軸及びｑ軸の電圧
指令を生成し、インバータ駆動用の座標変換部１３に与
える。

【００５２】２極用電流制御系１２１は、指令演算部１
１から与えられる２極運転用のｄ軸電流指令（励磁電流
指令）Ｉds1^*、ｑ軸電流指令（トルク電流指令）Ｉqs1^*
及び電源角周波数指令ω１^* 、並びに座標変換部１５か
らフィードバックされる２極運転でのｄ軸電流（励磁電
流）検出値Ｉds1 及びｑ軸電流（トルク電流）検出値Ｉ
qs1 を入力して、これらからＩds1 ＝Ｉds1^*、Ｉqs1 ＝
Ｉqs1^*とするに必要なｄ軸及びｑ軸の電圧指令Ｖds1^*，
Ｖqs1^*をＰＩ制御、非干渉ＰＩ制御、ＩＰ制御、非干渉
ＩＰ制御などにより生成し、インバータ駆動用の座標変
換部１３に与える。

【００５３】同様に、４極用電流制御系１２２は、指令
演算部１１から与えられる４極運転用のｄ軸電流指令
（励磁電流指令）Ｉds2^*、ｑ軸電流指令（トルク電流指
令）Ｉqs2^*及び電源角周波数指令ω２^* 、並びに座標変
換部１５からフィードバックされる４極運転でのｄ軸電
流（励磁電流）検出値Ｉds2 及びｑ軸電流（トルク電
流）検出値Ｉqs2 を入力して、これらからＩds2 ＝Ｉds
2^*，Ｉqs2 ＝Ｉqs2^*とするに必要なｄ軸及びｑ軸の電圧
指令Ｖds2^*，Ｖqs2^*をＰＩ制御、非干渉ＰＩ制御、ＩＰ
制御、非干渉ＩＰ制御などにより生成し、インバータ駆
動用の座標変換部１３に与える。

【００５４】ここで、電流フィードバック用の座標変換
部１５は、電流検出器６で検出された誘導電動機１の６
相の各電流値Ｉａ〜Ｉｆを、２極運転での回転子位置角
θ１に基づいて２極運転での励磁電流Ｉds1 とトルク電
流Ｉqs1 に変換し、また、４極運転での回転子位置角θ
２に基づいて４極運転での励磁電流Ｉds2 とトルク電流
Ｉqs2 に変換することにより、これらＩds1 ，Ｉqs1 ，
Ｉds2 及びＩqs2 をフィードバック用電流検出値とす
る。

【００５５】回転子位置角θ１，θ２を検出する部分１
６には２極用として積分部１６a1と加算部１６b1と実角
周波数算出部１６c1があり、４極用に積分部１６a2と加
算部１６b2と実角周波数算出部１６c2がある。そして、
各極数毎に、モータ実速度ωｒに極対数（２極ではＰ₁
＝１、４極ではＰ₂＝２）を加味して誘導電動機１の実
角周波数を求め、これにすべり角周波数（ωs1，ωs2）
を加えたものを積分することにより、θ１及びθ２を求
める。なお、指令演算部１１が生成した電源角周波数指
令ω１^* ，ω２^* を直接積分しても良い。

【００５６】インバータ駆動用の座標変換部１３は、２
極運転用のｄ軸電圧指令Ｖds1^*とｑ軸電圧指令Ｖqs1^*と
電源角周波数指令ω１^* と回転子位置角θ１とを用い
て、これらの電圧指令Ｖds1^*，Ｖqs1^*を２極運転用の６
相の交流電圧指令に変換し、また４極運転用のｄ軸電圧
指令Ｖds2^*とｑ軸電圧指令Ｖqs2^*と電源角周波数指令ω
２^* と回転子位置角θ２とを用いて、これらの電圧指令
Ｖds2^*，Ｖqs2^*を４極運転用の６相の交流電圧指令に変
換する。

【００５７】但し、座標変換部１３がインバータ１４に
与える６相の交流電圧指令Ｖａ^* ，Ｖｂ^* ，Ｖｃ^* ，Ｖ
ｄ^* ，Ｖｅ^* ，Ｖｆ^* は、２極のみの運転時には２極運
転用の変換で得た６相の交流電圧指令に等しく、４極の
みの運転時には４極運転用の変換で得た６相の交流電圧
指令に等しいが、極数切替期間中はこれら２極用と４極
用の各６相の交流電圧指令が合成されたものとなる。

【００５８】インバータ１４は１台の６相インバータ、
または２台の３相インバータで構成されており、座標変
換部１３から与えられる６相の交流電圧指令Ｖａ^* 〜Ｖ
ｆ^*に応じた相電圧最大値と位相と周波数を持つ６相交
流電圧を出力し、誘導電動機１を駆動する。

【００５９】以上の構成により、モータ回転数が極数切
替回転数（基底回転数の２倍程度）以下の低速運転領域
では、誘導電動機１を４極にして駆動し、極数切替回転
数以上の高速運転領域では、誘導電動機１を２極にして
駆動し、極数切替期間では４極駆動と２極駆動を併用し
極数切替方向に応じて一方から他方へ徐々に切替えるこ
とになる。

【００６０】この極数切替期間では前式［数８］［数
９］に示したように、２極運転用の電流指令Ｉds1^*，Ｉ
qs1^*と４極運転用の電流指令Ｉds2^*，Ｉqs2^*との間で、
一方を次第に立上げ他方を次第に立下げて、モータ軸ト
ルクを一定に維持しようとしている。そのため、インバ
ータ１４の出力電圧は図４に示すように２極側電圧成分
と４極側電圧成分との合成波形になるので、極数切替期
間以外例えば前後の値よりも大きくなる。

【００６１】インバータ１４にはその仕様によって出力
電圧に上限値がある。そのため、［従来の技術］の項に
て説明したように、軽負荷時であれば極数切替期間中に
インバータ出力電圧が増大してもインバータ出力電圧上
限値より小さいので、モータ軸トルクを一定に保つこと
ができる。一方、従来は、重負荷時であると極数切替期
間中にインバータ出力電圧が増大しようとしてもインバ
ータ出力電圧上限値で規制されるために増大できず、結
局トルク指令通りには励磁電流及びトルク電流を流すこ
とができなくなり、図１１に示した領域Ｚの如くモータ
回転数の変化に対して一時的に最大トルクＴ′が急落
し、このトルク変動により極数切替時に不快感が生じて
いた。

【００６２】これに対して、トルク指令制限部１０によ
り、図２の曲線またはで示すモータ回転数とトルク
指令最大値との滑らかな関係に基づいて、入力したトル
ク指令Ｔ^* をその時の実速度ωｒに対応するトルク指令
最大値Ｔ^*'max で制限して新たなトルク指令Ｔ^*'とした
ので、仮にトルク指令Ｔ^* が重負荷を表わすものであっ
ても、極数切替期間中にモータ軸トルクが急落すること
がない。つまり、不快感が減る。

【００６３】特に、曲線の場合はトルク指令最大値Ｔ
^*'max が全てのモータ回転数において最大トルクＴ′以
下であるから、極数切替期間中のトルク変動はない。曲
線の場合は、極数切替期間中の最大トルク急落領域Ｚ
の底部でのみ最大トルクＴ′以上となるので、少しトル
ク変動は残るが、滑らかな変化であるから不快感が少な
いだけでなく、トルク指令最大値を曲線よりも全体に
大きく設定できるので極数切替期間以外でも曲線より
もモータ軸トルクを大きくすることができるという利点
がある。

【００６４】以上の説明では４極と２極の極数切替であ
るが、８極と４極など、２Ｎ極とＮ極との極数切替全て
適用することができる。

【００６５】次に、本発明の実施の別の形態を説明す
る。図５は本実施の形態に係る極数切替電動機の運転制
御装置の構成を示す。この運転制御装置は入力切替部２
０と、通常時用指令演算部２１と、極数切替時用指令演
算部２２と、電流制御部１２と、インバータ駆動用の座
標変換部１３と、６相のインバータ１４と、電流フィー
ドバック用の座標変換部１５と、回転子位置角検出部１
６とを有しており、電気自動車への搭載を想定してい
る。図中、右肩に＊印を付した各種記号は指令である。

【００６６】誘導電動機１は４極と２極の間で極数切替
を行うことができる極数切替誘導電動機であり、図１ま
たは図９を参照して先に説明したものと同じである。バ
ッテリー３、回転数センサ５及び電流検出器６も図１を
参照して先に説明したものと同じである。

【００６７】入力切替部２０は電気自動車の速度制御系
等から与えられるトルク指令Ｔ^* と、回転数センサ５か
ら与えられるモータ回転数の検出値（実速度）ωｒと
を、同実速度ωｒに応じて、極数切替期間以外は通常時
用指令演算部２１にのみ与え、極数切替期間にのみ極数
切替時用指令演算部２２に与える。

【００６８】ここで、言う極数切替期間とは、極数切替
を開始してから完了するまでの時間であり、４極と２極
の間の極数切替を例にあげると、４極から２極に極数切
替を行う場合は、実速度ωｒが上昇して所定の極数切替
用回転数ωn1になった時（切替開始）から２極運転のト
ルクが十分立上がった時（切替完了）までの間であり、
また、２極から４極に極数切替を行う場合は、実速度ω
ｒが下降して所定の極数切替用回転数ωn2になった時
（切替開始）から４極運転のトルクが十分立上がった時
（切替完了）までの間である。なお、トルクが十分立上
がった時とは、例えば、モータ軸トルクがトルク指令に
対して実験等により予め定めた割合まで立上がった時の
ことである。また、ωn1とωn2は基底回転数の２倍程度
であるが、互いに等しくても良く、あるいはヒステリシ
スをもたせてチャタリングを防ぐためにωn1＞ωn2とし
ても良い。以下の説明では、簡単のためωn1＝ωn2とす
る。

【００６９】通常時用指令演算部２１は、図１に示した
指令演算部１１と比較すると、トルク指令としてＴ^*'で
はなくＴ^* を入力すること、並びに、極数切替期間中は
２極運転用の指令Ｉds1^*，Ｉqs1^*，ω１^* ，ωs1^*も、
４極運転用の指令Ｉds2^*，Ｉqs2^*，ω２^*，ωs2^* も一
切出力しないことを除き、指令演算部１１と同じ機能と
構成を有している。

【００７０】即ち、通常時用指令演算部２１は、極数切
替期間以外で通常のベクトル制御を行うために、モータ
実速度ωｒとトルク指令Ｔ^* に基づいて２極運転のベク
トル制御に必要な励磁電流指令Ｉds1^*、トルク電流指令
Ｉqs1^*、電源角周波数指令ω１^* 及びすべり角周波数指
令ωs1^* を求め、且つ、４極運転のベクトル制御に必要
な励磁電流指令Ｉds2^*、トルク電流指令Ｉqs2^*、電源角
周波数指令ω２^* 及びすべり角周波数指令ωs2^* を求め
るが、これらの指令の出力は以下のように行う。 （１）４極から２極への極数切替の場合：この場合は、
モータ回転数が上昇して極数切替回転数ωn1に達する以
前の低速運転領域では４極運転用の指令Ｉds2^*，Ｉqs
2^*，ω２^*，ωs2^*のみを出力して２極運転用の指令は出
力せず、モータ回転数がωn1に達した極数切替開始時点
で４極運転用の指令をステップ状に立下げて止め、極数
切替完了時点で２極運転用の指令Ｉds1^*，Ｉqs1^*，ω１
^*，ωs1^*をステップ状に立上げて出力する。 （２）２極から４極への極数切替の場合：この場合は、
モータ回転数が下降して極数切替回転数ωn1に達する以
前の高速運転領域では２極運転用の指令Ｉds1^*，Ｉqs
1^*，ω１^*，ωs1^*のみを出力して４極運転用の指令は出
力せず、モータ回転数がωn1に達した極数切替開始時点
で２極運転用の指令をステップ状に立下げて止め、極数
切替完了時点で４極運転用の指令Ｉds2^*，Ｉqs2^*，ω２
^*，ωs2^*をステップ状に立上げて出力する。

【００７１】極数切替時用指令演算部２２は極数切替期
間中にのみ、予め設定したトルク指令と電流指令との関
係に基づいて、入力したトルク指令Ｔ^* に対応する２極
運転用の励磁電流指令Ｉds1^*'及びトルク電流指令Ｉqs1
^*'を求めると共に同トルク指令Ｔ^* に対応する４極運転
用の励磁電流指令Ｉds2^*'及びトルク電流指令Ｉqs2^*'を
求め、極数切替開始と同時に一方の極側の指令を次第に
立上げて出力すると共に他方の極側の指令を次第に立下
げて出力する。また、これらの電流指令からすべり角周
波数指令ωs1^*'，ωs2^*'及び電源角周波数指令ω１^*'，
ω２^*'を求めて出力する。

【００７２】ここで、トルク指令と励磁電流指令及びト
ルク電流指令との関係は次のような考え方により設定さ
れる。

【００７３】まず、誘導電動機１の一次電圧（電機子巻
線側電圧）Ｖ１を、電源角周波数ωで回転するｄｑ軸上
の電圧Ｖds，Ｖqsで表わすと、次式［数１０］で表わさ
れる。但し、Ｉdsは励磁電流（Ａ）、Ｉqsはトルク電流
（Ａ）、Ｒｓは一次抵抗（Ω）、Ｌｓは一次自己インダ
クタンス（Ｈ）、Ｌσは洩れインダクタンス（Ｈ）であ
る。Ｌσは一次自己インダクタンスＬｓと二次自己イン
ダクタンスＬｒと相互インダクタンスＭsrから、Ｌσ＝
（ＬsＬr−Ｍsr²）／Ｌｒとして与えられる。

【００７４】

【数１０】

【００７５】また、誘導電動機１のモータ軸トルクＴは
励磁電流Ｉdsとトルク電流Ｉqsとの積に比例し、次式
［数１１］で表わされる。

【００７６】

【数１１】

【００７７】更に、誘導電動機１の一次電流（電機子巻
線側電流）Ｉ１は励磁電流Ｉdsとトルク電流Ｉqsで表わ
すと、次式［数１２］で表わされる。

【００７８】

【数１２】

【００７９】ここで、極数切替を行う時は、一般に基底
回転数の２倍程度と高速回転のため電源角周波数が相当
高い。そのため、極数切替時には前式［数１０］中のｄ
軸電圧Ｖds、ｑ軸電圧Ｖqsの各式における右辺第１項は
右辺第２項に比べて十分小さいので、これらの電圧Ｖd
s，Ｖqsは次式［数１３］で表されることになる。

【００８０】

【数１３】

【００８１】この［数１３］と前式［数１０］から、一
般に誘導電動機１ではＬσ≪Ｌｓであることを考慮する
と、励磁電流Ｉdsの大きさを変えることにより一次電圧
Ｖｓの値を比較的大きく変化させることができることが
判る。

【００８２】従って、ベルトル制御を行うと一次電圧Ｖ
ｓがインバータ出力電圧上限値を越えるような場合に
は、モータ軸トルクＴを一定に保つように、即ち励磁電
流Ｉdsとトルク電流Ｉqsの積を一定に保つように、励磁
電流Ｉdsを減らしその分トルク電流Ｉqsを増やすことに
より、一次電圧ＶｓをこれらＩdsとＩqsの値を変える前
に比較して低く、例えばインバータ出力電圧上限値以下
に抑えることができ、同時に、トルク変動を解消もしく
は小さく抑えることができる。

【００８３】なお、制御の安定性を考えると励磁電流Ｉ
dsには下限値を設けてリミッタ処理する。また、一次電
流Ｉ１がインバータ出力電流上限値を越えない範囲で、
トルク電流Ｉqsと励磁電流Ｉdsを増減する。

【００８４】以上のことから、予め、極数切替回転数ω
n1の時のトルク指令Ｔ^* をパラメータとした２極運転用
の励磁電流指令Ｉds1^*'とトルク電流指令Ｉqs1^*'のテー
ブルと、同じく極数切替回転数ωn1の時のトルク指令Ｔ
^* をパラメータとした４極運転用の励磁電流指令Ｉds
2^*'とトルク電流指令Ｉqs2^*'のテーブルとを、下記の要
領で作成しておく。

【００８５】＜テーブル作成要領：２極用＞極数切替回
転数ωn1の時の任意のトルク指令Ｔ^* に対応するベクト
ル制御の演算で求まる２極運転用の励磁電流指令Ｉds1^*
とトルク電流指令Ｉqs1^*に対し、励磁電流指令はなるべ
く減少させ、トルク電流指令はなるべく増加させる操作
を行うことにより、モータ軸トルクをなるべくトルク指
令から減少させず且つ次式［数１４］の連立不等式を満
足させる電流指令Ｉds1^*'，Ｉqs1^*'を求めて、テーブル
を作成する。

【００８６】

【数１４】

【００８７】＜テーブル作成要領：４極用＞極数切替回
転数ωn1の時の任意のトルク指令Ｔ^* に対応するベクト
ル制御の演算で求まる４極運転用の励磁電流指令Ｉds2^*
とトルク電流指令Ｉqs2^*に対し、励磁電流指令はなるべ
く減少させ、トルク電流指令はなるべく増加させる操作
を行うことにより、モータ軸トルクをなるべくトルク指
令から減少させず且つ次式［数１５］の連立不等式を満
足させる電流指令Ｉds2^*'，Ｉqs2^*'を求めて、テーブル
を作成する。

【００８８】

【数１５】

【００８９】このような極数切替時用指令演算部２２の
具体的な構成例をあげると図６に示すものがあり、２極
系統はテーブル部２２a1と、電流指令読出部２２b1と、
割算部２２c1と、係数部２２d1と、実角周波数算出部２
２e1と、加算部２２f1からなり、４極系統はテーブル部
２２a2と、電流指令読出部２２b2と、割算部２２c2と、
係数部２２d2と、実角周波数算出部２２e2と、加算部２
２f2からなる。

【００９０】まず、２極系統について説明すると、テー
ブル部２２a1には上述した２極用のテーブル作成要領に
より作成されたテーブルが格納されており、極数切替開
始時に電流指令読出部２２b1が同テーブル部２２a1から
トルク指令Ｔ^* に応じた２極運転用の励磁電流指令Ｉds
1^*'と、トルク電流指令Ｉqs1^*'を読み出し、４極から２
極への極数切替の場合は前式［数８］に示したと同様に
電流指令の比Ｉqs1^*'／Ｉds1^*'は変えずに徐々に立上げ
て出力し、２極から４極への極数切替の場合は前式［数
９］で示したと同様に電流指令の比Ｉqs1^*'／Ｉds1^*'は
変えずに徐々に立下げて出力する。その理由は［数８］
［数９］について説明した通りである。

【００９１】このトルク電流指令Ｉqs1^*'を割算部２２c
1にて励磁電流指令Ｉds1^*'で割り、その商に係数部２２
d1にてモータ定数で定まる係数Ｒr1／Ｌr1を掛けること
により、トルク指令Ｔ^* を満たす２極運転時のすべり角
周波数指令ωs1^*'を求める。一方、実角周波数算出部２
２e1によりモータ実速度ωｒに極対数Ｐ₁ （＝１）を加
味して２極運転時の実角周波数を求め、これに加算部２
２f1にてすべり角周波数指令ωs1^*'を加算することによ
り、２極運転用の電源角周波数ω１^*'を求める。

【００９２】次に、４極系統について説明すると、テー
ブル部２２a2には上述した４極用のテーブル作成要領に
より作成されたテーブルが格納されており、極数切替開
始時に電流指令読出部２２b2が同テーブル部２２a2から
トルク指令Ｔ^* に応じた４極運転用の励磁電流指令Ｉds
2^*'と、トルク電流指令Ｉqs2^*'を読み出し、２極から４
極への極数切替の場合は前式［数９］に示したと同様に
徐々に立上げて出力し、４極から２極への極数切替の場
合は前式［数８］で示したと同様に徐々に立下げて出力
する。

【００９３】このトルク電流指令Ｉqs2^*'を割算部２２c
2にて励磁電流指令Ｉds2^*'で割り、その商に係数部２２
d2にてモータ定数で定まる係数Ｒr2／Ｌr2を掛けること
により、トルク指令Ｔ^* を満たす４極運転時のすべり角
周波数指令ωs2^*'を求める。一方、実角周波数算出部２
２e2によりモータ実速度ωｒに極対数Ｐ₂ （＝２）を加
味して４極運転時の実角周波数を求め、これに加算部２
２f2にてすべり角周波数指令ωs2^*'を加算することによ
り、４極運転用の電源角周波数ω２^*'を求める。

【００９４】電流制御部１２は図１に示した同符号のも
のと基本的には同じ機能を持ち、通常時用指令演算部２
１から出力されるベクトル制御の演算に基づいた２極運
転用の電流指令Ｉds1^*，Ｉqs1^* または、４極運転用の
電流指令Ｉds2^*，Ｉqs2^* または、極数切替時用指令演
算部２２から出力されるテーブルに基づいた２極運転用
の電流指令Ｉds1^*'，Ｉqs1^*'及び４極運転用の電流指令
Ｉds2^*'，Ｉqs2^*'を入力する。そして、入力した電流指
令に等しい励磁電流及びトルク電流を誘導電動機１に流
すに必要な２極用ｄｑ軸電圧指令Ｖds1^*，Ｖqs1^*及び／
または４極用ｄｑ軸電圧指令Ｖds2^*，Ｖqs2^*を生成し
て、インバータ駆動用座標変換部１３に与える。この
際、電源角周波数指令ω１^* ，ω２^* ，ω１^*'，ω２^*'
と座標変換部１５からフィードバックされる２極運転で
のｄ軸ｑ軸各電流検出値Ｉds1 ，Ｉqs1及び４極運転で
のｄ軸ｑ軸各電流検出値Ｉds2 ，Ｉqs2 とがｄｑ軸電圧
指令の生成に用いられる。

【００９５】ここで、座標変換部１５は図１に示した同
符号のものと同じである。回転子位置角検出部１６は、
回転子位置角θ１，θ２の検出のために、すべり角周波
数指令として極数切替期間以外ではωs1^* ，ωs2^* を用
い、極数切替期間ではωs1^*'，ωs2^*'を用いる点を除
き、図１に示した同符号のものと同じである。

【００９６】インバータ駆動用の座標変換部１３は、図
１に示した同符号のものと基本的には同じ機能を持ち、
２極運転用のｄ軸電圧指令Ｖds1^*とｑ軸電圧指令Ｖqs1^*
と電源角周波数指令ω１^* またはω１^*'と回転子位置角
θ１とを用いて、これらの電圧指令Ｖds1^*，Ｖqs1^*を２
極運転用の６相の交流電圧指令に変換し、また４極運転
用のｄ軸電圧指令Ｖds2^*とｑ軸電圧指令Ｖqs2^*と電源角
周波数指令ω２^* またはω２^*'と回転子位置角θ２とを
用いて、これらの電圧指令Ｖds2^*，Ｖqs2^*を４極運転用
の６相の交流電圧指令に変換する。

【００９７】但し、座標変換部１３がインバータ１４に
与える６相の交流電圧指令Ｖａ^* ，Ｖｂ^* ，Ｖｃ^* ，Ｖ
ｄ^* ，Ｖｅ^* ，Ｖｆ^* は、２極のみの運転時には２極運
転用の変換で得た６相の交流電圧指令に等しく、４極の
みの運転時には４極運転用の変換で得た６相の交流電圧
指令に等しいが、極数切替期間中はこれら２極用と４極
用の各６相の交流電圧指令が合成されたものとなる。

【００９８】インバータ１４は図１に示した同符号のも
のと同じであり、座標変換部１３から与えられる６相の
交流電圧指令Ｖａ^* 〜Ｖｆ^* に応じた相電圧最大値と位
相と周波数を持つ６相交流電圧を出力し、誘導電動機１
を駆動する。

【００９９】以上の構成により、極数切替期間以外では
通常のベクトル制御を行い、極数切替回転数以下の低速
運転領域では誘導電動機１を４極のみにして駆動し、極
数切替回転数以上の高速運転領域では誘導電動機１を２
極のみにして駆動することになる。また、極数切替期間
では通常のベクトル制御の代りに、極数切替回転数にお
けるトルク指令Ｔ^* と電流指令Ｉds1^*'，Ｉqs1^*'，Ｉds
2^*'，Ｉqs2^*'との予め定めた関係に基づく制御を行い、
４極駆動と２極駆動を併用し且つ極数切替の方向に応じ
て一方から他方へ徐々に切替えることになる。

【０１００】この場合、極数切替回転数におけるトルク
指令Ｔ^* と電流指令Ｉds1^*'，Ｉqs1 ^*'，Ｉds2^*'，Ｉqs2
^*'との関係は、前述の如く、極数切替期間中にインバー
タ１４から誘導電動機１に供給すべき一次電圧がインバ
ータ出力電圧の上限値を越えないこと、並びにモータ軸
トルクがトルク指令Ｔ^* からなるべく減少しないことを
条件に設定してある。従って、トルク指令Ｔ^* が重負荷
である場合に極数切替を行っても、モータ軸トルクの変
動が全くないか極めて少なく、電気自動車の運転中など
での不快感が低減する。

【０１０１】以上の説明では４極と２極の極数切替であ
るが、８極と４極など、２Ｎ極とＮ極との極数切替全て
適用することができる。

【０１０２】

【発明の効果】本発明は誘導電動機をインバータを用い
てベクトル制御により可変速制御し且つ極数切替により
広範囲な定出力運転を可能とする運転制御装置におい
て、トルク指令を制限することにより、あるいは、極数
切替回転数におけるトルク指令と電流指令との関係を予
め設定しておくことにより、極数切替時のトルク変動を
解消あるいは小さく抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係る極数切替電動機の
運転制御装置の構成を示す図。

【図２】トルク指令制限特性の例を示す図。

【図３】指令演算部の構成例を示す図。

【図４】インバータ出力電圧の波形例を示す図。

【図５】本発明の実施の別の形態に係る極数切替電動機
の運転制御装置の構成を示す図。

【図６】極数切替時用指令演算部の構成例を示す図。

【図７】モータ回転数とトルクとの関係を示す図。

【図８】極数切替により定出力範囲が拡大されたモータ
回転数とトルクとの関係を示す図。

【図９】６相巻線の構造を示す図。

【図１０】極数切替の原理的な装置構成を示す図。

【図１１】重負荷でのモータ回転数とトルクとの関係を
示す図。

【符号の説明】

１ 誘導電動機 ３ バッテリー ５ 回転数センサ ６ 電流検出器 １０ トルク指令制限部 １１ 指令演算部 １２ 電流制御部 １３ インバータ駆動用座標変換部 １４ インバータ １５ 電流フィードバック用座標変換部 １６ 回転子位置角検出部 ２０ 入力切替部 ２１ 通常時用指令演算部 ２２ 極数切替時用指令演算部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータ回転数に対しトルク指令最大値が
   滑らかに変化する予め設定した関係に基づいて、入力し
   たトルク指令をモータ回転数の検出値に対応するトルク
   指令最大値で制限して出力するトルク指令制限部と、 モータ回転数の検出値とトルク指令制限部から出力され
   るトルク指令とに基づいて、トルク電流（ｑ軸）指令と
   励磁電流（ｄ軸）指令と電源角周波数指令とを求めて出
   力するルートを２Ｎ極とＮ極（Ｎは偶数）との２系統有
   し、極数切替期間ではトルク電流指令と励磁電流指令を
   一方の系統では次第に立上げると共に他方の系統では次
   第に立下げる指令演算部と、 この指令演算部の出力から２系統のｄ軸，ｑ軸各電圧指
   令を生成して出力する電流制御部と、 この電流制御部の出力から６相の交流電圧指令を生成し
   て出力する座標変換部と、 この座標変換部の出力により駆動され、３相巻線をＮ個
   備えたのと等価な固定子巻線構造を持つ誘導電動機に電
   圧を供給する６相のインバータとを具備し、 前記モータ回転数とトルク指令最大値との関係におい
   て、任意のモータ回転数でのトルク指令最大値は同モー
   タ回転数に対応する誘導電動機の最大トルク以下である
   ことを特徴とする極数切替電動機の運転制御装置。
2. 【請求項２】 モータ回転数に対しトルク指令最大値が
   滑らかに変化する予め設定した関係に基づいて、入力し
   たトルク指令をモータ回転数の検出値に対応するトルク
   指令最大値で制限して出力するトルク指令制限部と、 モータ回転数の検出値とトルク指令制限部から出力され
   るトルク指令とに基づいて、トルク電流（ｑ軸）指令と
   励磁電流（ｄ軸）指令と電源角周波数指令とを求めて出
   力するルートを２Ｎ極とＮ極（Ｎは偶数）との２系統有
   し、極数切替期間ではトルク電流指令と励磁電流指令を
   一方の系統では次第に立上げると共に他方の系統では次
   第に立下げる指令演算部と、 この指令演算部の出力から２系統のｄ軸，ｑ軸各電圧指
   令を生成して出力する電流制御部と、 この電流制御部の出力から６相の交流電圧指令を生成し
   て出力する座標変換部と、 この座標変換部の出力により駆動され、３相巻線をＮ個
   備えたのと等価な固定子巻線構造を持つ誘導電動機に電
   圧を供給する６相のインバータとを具備し、 前記モータ回転数とトルク指令最大値との関係におい
   て、極数切替期間中に落ち込む誘導電動機の最大トルク
   の底部を除き、任意のモータ回転数でのトルク指令最大
   値が同モータ回転数に対応する誘導電動機の最大トルク
   以下であることを特徴とする極数切替電動機の運転制御
   装置。
3. 【請求項３】 モータ回転数の検出値とトルク指令とに
   基づいてベクトル制御の演算によりトルク電流（ｑ軸）
   指令と励磁電流（ｄ軸）指令と電源角周波数指令とを求
   めるルートを２Ｎ極とＮ極（Ｎは偶数）との２系統有
   し、低速運転領域では２Ｎ極系統の指令を出力し、高速
   運転領域ではＮ極系統の指令を出力する通常時用指令演
   算部と、 インバータ出力電圧がその上限値を越えず、インバータ
   出力電流がその上限値を越えず、励磁電流がその下限値
   より低下せず、且つ、トルク指令になるべく近いトルク
   が得られることを条件に予め設定した極数切替回転数で
   のトルク指令とトルク電流（ｑ軸）指令及び励磁電流
   （ｄ軸）指令との関係を２Ｎ極とＮ極（Ｎは偶数）との
   ２系統有し、極数切替期間に、一方の系統の関係に基づ
   いてトルク指令に対応するトルク電流指令と励磁電流指
   令を求め且つ次第に立上げて出力すると共に、これら求
   めた指令から電源角周波数指令を求めて出力し、他方の
   系統の関係に基づいてトルク指令に対応するトルク電流
   指令と励磁電流指令を求め且つ次第に立下げて出力する
   と共に、これら求めた指令から電源角周波数指令を求め
   て出力する極数切換時用指令演算部と、 これら両指令演算部の出力から２系統のｄ軸，ｑ軸各電
   圧指令を生成して出力する電流制御部と、 この電流制御部の出力から６相の交流電圧指令を生成し
   て出力する座標変換部と、 この座標変換部の出力により駆動され、３相巻線をＮ個
   備えたのと等価な固定子巻線構造を持つ誘導電動機に電
   圧を供給する６相のインバータと、を具備することを特
   徴とする極数切替電動機の運転制御装置。