JPH09294301A - 電気車用制御装置及び制御方法 - Google Patents
電気車用制御装置及び制御方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】同期電動機を駆動源とする電気車において、イ
ンバ−タリレーの開放からた再投入時、主回路に流れる
過大電流もしくはバッテリの過充電を防止するととも
に、常に良好な運転を可能にする。 【解決手段】バッテリ１０からの直流電力を同期電動機
１６に供給するインバータ１４と、インバータに並列に
接続され直流電力を平滑化するための平滑用コンデンサ
１８と、インバータ制御手段と、インバータ及び平滑用
コンデンサをバッテリに投入もしくは開放するインバ−
タリレ−１２とを備えた電気車の制御方法において、イ
ンバ−タリレ−１２を開放した後再投入する際、インバ
ータリレー再投入動作が完了するまで、インバータ１４
への流れ込みや流れだし電流を防止するようにインバー
タを動作させ、通常時の動作に復帰させる。
ンバ−タリレーの開放からた再投入時、主回路に流れる
過大電流もしくはバッテリの過充電を防止するととも
に、常に良好な運転を可能にする。 【解決手段】バッテリ１０からの直流電力を同期電動機
１６に供給するインバータ１４と、インバータに並列に
接続され直流電力を平滑化するための平滑用コンデンサ
１８と、インバータ制御手段と、インバータ及び平滑用
コンデンサをバッテリに投入もしくは開放するインバ−
タリレ−１２とを備えた電気車の制御方法において、イ
ンバ−タリレ−１２を開放した後再投入する際、インバ
ータリレー再投入動作が完了するまで、インバータ１４
への流れ込みや流れだし電流を防止するようにインバー
タを動作させ、通常時の動作に復帰させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、バッテリなどの
直流電力を交流電力に変換するインバ−タと、電気車の
駆動源として同期電動機を用いた電気車の制御方法及び
制御装置に係わり、特に、駆動源として永久磁石型同期
電動機を用いた電気車の制御方法及び制御装置に関する
ものである。
直流電力を交流電力に変換するインバ−タと、電気車の
駆動源として同期電動機を用いた電気車の制御方法及び
制御装置に係わり、特に、駆動源として永久磁石型同期
電動機を用いた電気車の制御方法及び制御装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】電気車駆動用電動機として、低速低トル
ク領域で誘導電動機に比べて高効率化が可能な永久磁石
型同期電動機の開発が進んでいる。このような永久磁石
型同期電動機を用いた電気車用駆動システムとしては、
例えば特開平６−３１５２０１号公報に記載されたよう
なものが知られている。
ク領域で誘導電動機に比べて高効率化が可能な永久磁石
型同期電動機の開発が進んでいる。このような永久磁石
型同期電動機を用いた電気車用駆動システムとしては、
例えば特開平６−３１５２０１号公報に記載されたよう
なものが知られている。
【０００３】ところで、電気車たとえば電気自動車にお
いては、下り坂のだこう運転時、電動機が制御可能な最
高回転数以上の高速回転で駆動される可能性がある。
いては、下り坂のだこう運転時、電動機が制御可能な最
高回転数以上の高速回転で駆動される可能性がある。
【０００４】一般産業用の同期電動機の制御では、電動
機の回転数が高くなった場合、制御可能範囲以外は異常
と判断して処理する。電気自動車では、駆動システムと
して許容最高回転数まで走行し、その後回転数低下にと
もなう制御可能範囲内での通常再動作などの動作を繰り
返す。そして、電動機が制御可能最高回転数以上の高速
回転で駆動される場合には、インバ−タとバッテリーの
間に設けた保護リレ−（以下インバ−タリレ−）を動作
させる、すなわち電動機が制御可能高回転数以上になっ
たときこれを開放し、電気車の駆動制御装置を保護する
ことが考えられる。
機の回転数が高くなった場合、制御可能範囲以外は異常
と判断して処理する。電気自動車では、駆動システムと
して許容最高回転数まで走行し、その後回転数低下にと
もなう制御可能範囲内での通常再動作などの動作を繰り
返す。そして、電動機が制御可能最高回転数以上の高速
回転で駆動される場合には、インバ−タとバッテリーの
間に設けた保護リレ−（以下インバ−タリレ−）を動作
させる、すなわち電動機が制御可能高回転数以上になっ
たときこれを開放し、電気車の駆動制御装置を保護する
ことが考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】インバ−タリレ−は、
インバータ及び平滑用コンデンサをバッテリに投入もし
くは開放するものであり、キースイッチ IGN 信号によ
り投入あるいは開放される。
インバータ及び平滑用コンデンサをバッテリに投入もし
くは開放するものであり、キースイッチ IGN 信号によ
り投入あるいは開放される。
【０００６】電気自動車用駆動システムでは、次の条件
で走行中にインバータリレーを開放する。 (1)電動機が制御可能回転数以上、 (2)キースイッチIGNオフ、 (3)インバータ以外の異常(再駆動可能な異常)。
で走行中にインバータリレーを開放する。 (1)電動機が制御可能回転数以上、 (2)キースイッチIGNオフ、 (3)インバータ以外の異常(再駆動可能な異常)。
【０００７】その後、上記(1)の状態から制御可能範囲
内に減速された場合、上記(2)のIGNオン、上記(3)再駆
動指令発生した場合、インバータ再動作させるためにイ
ンバータリレーを走行中に再投入する必要がある。
内に減速された場合、上記(2)のIGNオン、上記(3)再駆
動指令発生した場合、インバータ再動作させるためにイ
ンバータリレーを走行中に再投入する必要がある。
【０００８】本発明は、上述のインバータリレー再投入
時にバッテリー、インバータそして電動機で構成する主
回路に過電流を発生することなく良好に駆動システムを
再起動する電気車用制御装置及び制御方法を提供するこ
とを目的とする。
時にバッテリー、インバータそして電動機で構成する主
回路に過電流を発生することなく良好に駆動システムを
再起動する電気車用制御装置及び制御方法を提供するこ
とを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、電気車駆動用
の永久磁石型同期電動機と、バッテリからの直流電力を
交流電力に変換して前記同期電動機に供給するインバー
タと、前記インバータに並列に接続され前記直流電力を
平滑化するための平滑用コンデンサと、トルク指令及び
電動機電流に基づいて前記インバータを制御するインバ
ータ制御手段と、前記インバータ及び前記平滑用コンデ
ンサを前記バッテリに投入もしくは開放するインバ−タ
リレ−とを備えた電気車の制御方法において、前記イン
バータリレーを再投入する際、インバータリレー動作が
終了かつ平滑用コンデンサの電圧がバツテリ電圧に回復
するまで、バッテリからインバータのパワー素子へ電流
が流れ込まないインバータのゼロ電流動作を行うことを
特徴とする。
の永久磁石型同期電動機と、バッテリからの直流電力を
交流電力に変換して前記同期電動機に供給するインバー
タと、前記インバータに並列に接続され前記直流電力を
平滑化するための平滑用コンデンサと、トルク指令及び
電動機電流に基づいて前記インバータを制御するインバ
ータ制御手段と、前記インバータ及び前記平滑用コンデ
ンサを前記バッテリに投入もしくは開放するインバ−タ
リレ−とを備えた電気車の制御方法において、前記イン
バータリレーを再投入する際、インバータリレー動作が
終了かつ平滑用コンデンサの電圧がバツテリ電圧に回復
するまで、バッテリからインバータのパワー素子へ電流
が流れ込まないインバータのゼロ電流動作を行うことを
特徴とする。
【００１０】本発明の他の特徴は、上記インバータのゼ
ロ電流動作として、インバータの正側パワー素子の全相
を導通動作もしくは負側パワー素子全相導通動作させる
ことにある。
ロ電流動作として、インバータの正側パワー素子の全相
を導通動作もしくは負側パワー素子全相導通動作させる
ことにある。
【００１１】本発明の他の特徴は、電気車駆動用の永久
磁石型同期電動機と、バッテリからの直流電力を交流電
力に変換して前記同期電動機に供給するインバータと、
前記インバータに並列に接続され前記直流電力を平滑化
するための平滑用コンデンサと、トルク指令及び電動機
電流に基づいて前記インバータを制御するインバータ制
御手段と、前記インバータ及び前記平滑用コンデンサを
前記バッテリに投入もしくは開放するインバ−タリレ−
とを備えた電気車において、前記インバータリレーを開
放した後再投入する際、該インバータリレーの再投入動
作が完了し前記平滑用コンデンサの電圧が前記バッテリ
電圧に回復するまで、前記インバータへの電流の流れ込
みや流れ出しを防止するように、該インバータを制御す
るインバ−タリレ−再投入制御手段を備えたことにあ
る。
磁石型同期電動機と、バッテリからの直流電力を交流電
力に変換して前記同期電動機に供給するインバータと、
前記インバータに並列に接続され前記直流電力を平滑化
するための平滑用コンデンサと、トルク指令及び電動機
電流に基づいて前記インバータを制御するインバータ制
御手段と、前記インバータ及び前記平滑用コンデンサを
前記バッテリに投入もしくは開放するインバ−タリレ−
とを備えた電気車において、前記インバータリレーを開
放した後再投入する際、該インバータリレーの再投入動
作が完了し前記平滑用コンデンサの電圧が前記バッテリ
電圧に回復するまで、前記インバータへの電流の流れ込
みや流れ出しを防止するように、該インバータを制御す
るインバ−タリレ−再投入制御手段を備えたことにあ
る。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、この発明に係る電気車用駆
動システムの一実施例について図面にもとづて説明す
る。図１は、本発明の一実施例における電気自動車の駆
動システムの構成例を示す回路図である。図において、
バッテリ１０は、メインリレー１１、インバータリレー
１２を介してインバータ１４に接続されている。インバ
ータ１４は、バッテリ１０からの直流電力を交流電力に
変換して電気車駆動用の同期電動機１６に供給するもの
である。同期電動機（以下単に電動機と呼ぶ）１６は永
久磁石型であり、外周に埋め込んだ複数の磁石と回転軸
を備えたロータ及び、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相のステータ巻線を
備えたステータとを備えている。
動システムの一実施例について図面にもとづて説明す
る。図１は、本発明の一実施例における電気自動車の駆
動システムの構成例を示す回路図である。図において、
バッテリ１０は、メインリレー１１、インバータリレー
１２を介してインバータ１４に接続されている。インバ
ータ１４は、バッテリ１０からの直流電力を交流電力に
変換して電気車駆動用の同期電動機１６に供給するもの
である。同期電動機（以下単に電動機と呼ぶ）１６は永
久磁石型であり、外周に埋め込んだ複数の磁石と回転軸
を備えたロータ及び、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相のステータ巻線を
備えたステータとを備えている。
【００１３】メインリレー１１とインバータ１４の間に
は、直流電力を平滑化するための平滑用のコンデンサ１
８が接続されている。インバータリレー１２に並列に、
補充電リレー１３及び補充電抵抗１３Ａが接続されてい
る。補充電抵抗１３Ａは、補充電リレー１３の投入時
に、平滑用コンデンサ１８に過大電流が流れないように
するためのものである。
は、直流電力を平滑化するための平滑用のコンデンサ１
８が接続されている。インバータリレー１２に並列に、
補充電リレー１３及び補充電抵抗１３Ａが接続されてい
る。補充電抵抗１３Ａは、補充電リレー１３の投入時
に、平滑用コンデンサ１８に過大電流が流れないように
するためのものである。
【００１４】インバータ１４は複数のパワー素子を有し
ており、これらのパワー素子はインバ−タ制御手段１９
によりＰＷＭ（ Pulse Width Modulation ）制御され
る。インバ−タ制御手段１９は、ＰＳＭ制御手段２０と
トルク指令発生手段２２を備えており、トルク指令発生
手段２２は後述するインバ−タリレ−制御手段を具備し
ている。インバ−タリレ−１２は、インバ−タリレ−制
御手段によって通常インバータ１４及び平滑用コンデン
サ１８をバッテリ１０に接続されるとともに、始動、停
止時のキースイッチIGNによるオンオフ制御以外に、(1)
電動機が制御可能回転数以上、(2)キースイッチIGNオ
フ、(3)インバータ以外の異常時、に開放される。
ており、これらのパワー素子はインバ−タ制御手段１９
によりＰＷＭ（ Pulse Width Modulation ）制御され
る。インバ−タ制御手段１９は、ＰＳＭ制御手段２０と
トルク指令発生手段２２を備えており、トルク指令発生
手段２２は後述するインバ−タリレ−制御手段を具備し
ている。インバ−タリレ−１２は、インバ−タリレ−制
御手段によって通常インバータ１４及び平滑用コンデン
サ１８をバッテリ１０に接続されるとともに、始動、停
止時のキースイッチIGNによるオンオフ制御以外に、(1)
電動機が制御可能回転数以上、(2)キースイッチIGNオ
フ、(3)インバータ以外の異常時、に開放される。
【００１５】トルク指令発生手段２２は、アクセル指令
変換手段２３に基づいて力行時及び回生時、それぞれア
クセル開度に対応したトルク指令値τM*を生成し、この
トルク指令値τM*がＰＳＭ制御手段２０に送られる。
変換手段２３に基づいて力行時及び回生時、それぞれア
クセル開度に対応したトルク指令値τM*を生成し、この
トルク指令値τM*がＰＳＭ制御手段２０に送られる。
【００１６】電動機１６の電動機電流は電流検出器１５
で検出される。また、電動機１６の磁極位置は磁極位置
検出手段２４で、回転角度はエンコーダ２６でそれぞれ
検出される。そして、これらの検出値はＰＳＭ制御手段
２０に送られる。エンコーダ２６で検出された回転角度
はトルク指令発生手段２２にも送られる。
で検出される。また、電動機１６の磁極位置は磁極位置
検出手段２４で、回転角度はエンコーダ２６でそれぞれ
検出される。そして、これらの検出値はＰＳＭ制御手段
２０に送られる。エンコーダ２６で検出された回転角度
はトルク指令発生手段２２にも送られる。
【００１７】ＰＳＭ制御手段２０は、電流検出器１５、
磁極位置検出手段２４及びエンコーダ２６の各検出値
と、トルク指令発生手段２２から送られてきたトルク指
令値τM*を基に、インバータ１４のパワー素子をＰＷＭ
制御する。２８は電気自動車の変速機を示す。
磁極位置検出手段２４及びエンコーダ２６の各検出値
と、トルク指令発生手段２２から送られてきたトルク指
令値τM*を基に、インバータ１４のパワー素子をＰＷＭ
制御する。２８は電気自動車の変速機を示す。
【００１８】なお、以下の本明細書中において、ＶBは
バッテリー電圧、Ｖ１はインバ−タの出力電圧、Ｖ０は
同期電動機の誘起電圧、Ｖcは平滑用コンデンサの電圧
を示す。
バッテリー電圧、Ｖ１はインバ−タの出力電圧、Ｖ０は
同期電動機の誘起電圧、Ｖcは平滑用コンデンサの電圧
を示す。
【００１９】図２に、ＰＳＭ制御手段２０の内部処理の
ブロック図を示す。まず、ＰＳＭ制御手段２０は、Ｉｄ
Ｉｑ検出器２０２、ＩｄＩｑ電流制御手段２０４、２／
３相変換手段２０６、ＰＷＭ制御手段２０８及び位相演
算手段２１０、速度演算手段２１２を備えている。速度
演算手段２１２は、エンコーダ２６に接続され、位相演
算手段２１０は磁極位置検出手段２４に接続されてい
る。ＰＳＭ制御手段２０はさらに、Ｉｑ制御手段２２４
及びＩｄ制御手段２２６を備えている。
ブロック図を示す。まず、ＰＳＭ制御手段２０は、Ｉｄ
Ｉｑ検出器２０２、ＩｄＩｑ電流制御手段２０４、２／
３相変換手段２０６、ＰＷＭ制御手段２０８及び位相演
算手段２１０、速度演算手段２１２を備えている。速度
演算手段２１２は、エンコーダ２６に接続され、位相演
算手段２１０は磁極位置検出手段２４に接続されてい
る。ＰＳＭ制御手段２０はさらに、Ｉｑ制御手段２２４
及びＩｄ制御手段２２６を備えている。
【００２０】ＰＳＭ制御手段２０において、トルク分電
流に相当するｑ軸電流の指令値Ｉｑ*は、トルク指令値
τＭ*をもとに算出するためのＩｑ制御手段２２４で算
出する。一方、ｄ軸電流の指令値Ｉｄ*は、トルク指令
値τＭ*とエンコーダ２６からのパルス信号から速度演
算手段２１２で演算した回転数をもとに、Ｉｄ制御手段
２２６を介して算出する。このようにして、ＰＳＭ制御
手段２０におけるＩｄ、Ｉｑ制御手段は回転数をもとに
高効率制御に必要な電流指令値Ｉｑ*，Ｉｄ*を算出す
る。
流に相当するｑ軸電流の指令値Ｉｑ*は、トルク指令値
τＭ*をもとに算出するためのＩｑ制御手段２２４で算
出する。一方、ｄ軸電流の指令値Ｉｄ*は、トルク指令
値τＭ*とエンコーダ２６からのパルス信号から速度演
算手段２１２で演算した回転数をもとに、Ｉｄ制御手段
２２６を介して算出する。このようにして、ＰＳＭ制御
手段２０におけるＩｄ、Ｉｑ制御手段は回転数をもとに
高効率制御に必要な電流指令値Ｉｑ*，Ｉｄ*を算出す
る。
【００２１】ＩｄＩｑ検出手段２０２は、電流検出器１
５で検出した電動機電流の３相交流電流について３相／
２相の座標変換してｄ、ｑ軸電流Ｉｄ，Ｉｑを処理し算
出する。これらの検出値と指令値Ｉｑ*，Ｉｄ*をもとに
ＩｄＩｑ電流制御手段２０４は、比例あるいは比例積分
電流制御処理を行い、電圧指令値Ｖｑ*，Ｖｄ*を算出す
る。
５で検出した電動機電流の３相交流電流について３相／
２相の座標変換してｄ、ｑ軸電流Ｉｄ，Ｉｑを処理し算
出する。これらの検出値と指令値Ｉｑ*，Ｉｄ*をもとに
ＩｄＩｑ電流制御手段２０４は、比例あるいは比例積分
電流制御処理を行い、電圧指令値Ｖｑ*，Ｖｄ*を算出す
る。
【００２２】さらに、２／３相変換手段２０６におい
て、２相／３相の座標変換して３相交流電圧指令値ＶＵ
*，ＶＶ*，ＶＷ*を算出する。ＰＷＭ制御手段２０はこ
の電圧指令値ＶＵ*，ＶＶ*，ＶＷ*から三角波信号の搬
送波信号との比較処理を行って、インバータ１４のＰＷ
Ｍ信号を発生し、インバータ１４を駆動する。このよう
にして電動機１６にＰＷＭ制御された電圧を印加するこ
とにより、電動機電流を電流指令値Ｉｑ*，Ｉｄ*に制御
する。
て、２相／３相の座標変換して３相交流電圧指令値ＶＵ
*，ＶＶ*，ＶＷ*を算出する。ＰＷＭ制御手段２０はこ
の電圧指令値ＶＵ*，ＶＶ*，ＶＷ*から三角波信号の搬
送波信号との比較処理を行って、インバータ１４のＰＷ
Ｍ信号を発生し、インバータ１４を駆動する。このよう
にして電動機１６にＰＷＭ制御された電圧を印加するこ
とにより、電動機電流を電流指令値Ｉｑ*，Ｉｄ*に制御
する。
【００２３】なお、２／３相変換処理２０６、ＩｄＩｑ
検出手段２０２の座標変換処理で使用する位相角θ１，
θ２は、位相演算手段２１０において、電動機１６の誘
起電圧と同位相の信号を出力する磁極位置検出器２４、
回転角度信号（パルス信号）を出力するエンコーダ２６
の各出力から算出する。
検出手段２０２の座標変換処理で使用する位相角θ１，
θ２は、位相演算手段２１０において、電動機１６の誘
起電圧と同位相の信号を出力する磁極位置検出器２４、
回転角度信号（パルス信号）を出力するエンコーダ２６
の各出力から算出する。
【００２４】この磁極位置検出器２４の出力信号とエン
コーダ２６の出力信号の位相関係を図３に示す。エンコ
ーダ２６のパルス信号を累積した位相演算手段２１０の
位相信号は、図３の鋸波状信号に示すように磁極位置信
号により、電動機１６の誘起電圧と同期される。このよ
うな処理を行って、電動機１６はトルク指令値τＭ*の
トルクで、かつ損失最小の高効率で制御される。
コーダ２６の出力信号の位相関係を図３に示す。エンコ
ーダ２６のパルス信号を累積した位相演算手段２１０の
位相信号は、図３の鋸波状信号に示すように磁極位置信
号により、電動機１６の誘起電圧と同期される。このよ
うな処理を行って、電動機１６はトルク指令値τＭ*の
トルクで、かつ損失最小の高効率で制御される。
【００２５】そのときの電動機１６のベクトル図を図４
に示す。高効率点を得るためのＩｑ*，Ｉｄ*により最適
な進み角β（β＝ｔａｎ−１（Ｉｄ*／Ｉｑ*））で制御
される。なお、進み角βの基準点は図３に示すｔ0時点
であり、このｔ0時点で制御されている交流電圧Ｖｕ*を
破線で示す。
に示す。高効率点を得るためのＩｑ*，Ｉｄ*により最適
な進み角β（β＝ｔａｎ−１（Ｉｄ*／Ｉｑ*））で制御
される。なお、進み角βの基準点は図３に示すｔ0時点
であり、このｔ0時点で制御されている交流電圧Ｖｕ*を
破線で示す。
【００２６】電動機１６の出力トルクは（１）式で示さ
れる。 τＭ＝Ｐｎ［｛Ｖ0＋（１−ρ）ＬｄＩｄ｝Ｉｑ］ ……（１） ただし、Ｐｎは定数、ρはＬｑとＬｄの比、Ｖ0は誘起
電圧である。（１）式において、右辺第１項は同期トル
ク、第２項はリアクタンストルクと呼ばれている。
れる。 τＭ＝Ｐｎ［｛Ｖ0＋（１−ρ）ＬｄＩｄ｝Ｉｑ］ ……（１） ただし、Ｐｎは定数、ρはＬｑとＬｄの比、Ｖ0は誘起
電圧である。（１）式において、右辺第１項は同期トル
ク、第２項はリアクタンストルクと呼ばれている。
【００２７】これらのトルクを電動機への印加電圧一定
とした場合の、進み角βを横軸としたトルク特性を図５
に示す。同期トルク及びリアクタンストルクの和が発生
トルクτＭである。このように（１）式のρが１よりも
大きい逆突極特性をもつ同期電動機は進み角βが４５度
付近で最大トルクを発生するので、この角度以上で制御
される。このような動作で電気自動車は駆動される。
とした場合の、進み角βを横軸としたトルク特性を図５
に示す。同期トルク及びリアクタンストルクの和が発生
トルクτＭである。このように（１）式のρが１よりも
大きい逆突極特性をもつ同期電動機は進み角βが４５度
付近で最大トルクを発生するので、この角度以上で制御
される。このような動作で電気自動車は駆動される。
【００２８】図６は、本発明の制御装置において、変速
期２８がＤ（ドライブ）レンジの場合の同期電動機のト
ルク特性として、力行運転時のトルクと回生制動時のト
ルクを表示したものである。Ｎ0−Ｎ2は力行制御可能範
囲、Ｎ2以上においてＮ1−Ｎ2は回生制御を行う。した
がって制御可能範囲の上限は電動機回転数Ｎ2である。
期２８がＤ（ドライブ）レンジの場合の同期電動機のト
ルク特性として、力行運転時のトルクと回生制動時のト
ルクを表示したものである。Ｎ0−Ｎ2は力行制御可能範
囲、Ｎ2以上においてＮ1−Ｎ2は回生制御を行う。した
がって制御可能範囲の上限は電動機回転数Ｎ2である。
【００２９】また、本発明におけるＰＳＭによる電動機
の許容最高回転数を、Ｎ3で表示する。この許容最高回
転数Ｎ3は、公道の最大傾斜と車体の空気抵抗を考慮し
て決定される。
の許容最高回転数を、Ｎ3で表示する。この許容最高回
転数Ｎ3は、公道の最大傾斜と車体の空気抵抗を考慮し
て決定される。
【００３０】本発明の制御装置において、インバ−タリ
レ−１２は、インバータ１４及び平滑用コンデンサ１８
をバッテリ１０に投入もしくは開放するように、インバ
−タ制御手段１９によりオンオフ制御される。インバ−
タリレ−１２は、キースイッチのオンオフに連動して投
入あるいは開放される。また、同期電動機１６の回転数
がＮ2を越えＮ3に近づいた場合、制御可能範囲を越える
ために、インバ−タリレ−１２を開放する。インバ−タ
リレ−１２の開放後、ブレーキ操作や、道路の条件変化
に応じて電気車が減速して電動機回転数Ｎ2以下となっ
たとき、スムーズな運転を再開するために、インバ−タ
リレ−１２を再投入する。
レ−１２は、インバータ１４及び平滑用コンデンサ１８
をバッテリ１０に投入もしくは開放するように、インバ
−タ制御手段１９によりオンオフ制御される。インバ−
タリレ−１２は、キースイッチのオンオフに連動して投
入あるいは開放される。また、同期電動機１６の回転数
がＮ2を越えＮ3に近づいた場合、制御可能範囲を越える
ために、インバ−タリレ−１２を開放する。インバ−タ
リレ−１２の開放後、ブレーキ操作や、道路の条件変化
に応じて電気車が減速して電動機回転数Ｎ2以下となっ
たとき、スムーズな運転を再開するために、インバ−タ
リレ−１２を再投入する。
【００３１】このインバ−タリレ−１２を開放した後再
投入するための構成及びそれらの動作について、図７以
下で説明する。
投入するための構成及びそれらの動作について、図７以
下で説明する。
【００３２】図７は、インバ−タ制御手段１９のＰＳＭ
制御手段２０及びトルク指令発生手段２２の中のインバ
−タリレ−１２の制御に関連する部分の詳細を示す図で
あり、基本的な構成及び動作は図２と同じであり、重複
するので説明は省略する。
制御手段２０及びトルク指令発生手段２２の中のインバ
−タリレ−１２の制御に関連する部分の詳細を示す図で
あり、基本的な構成及び動作は図２と同じであり、重複
するので説明は省略する。
【００３３】インバ−タリレ−再投入制御手段２８０
は、インバ−タリレ−制御部２８１、三相短絡動作信号
発生部２８２、ゲートブロック信号発生部２８３を備え
ている。
は、インバ−タリレ−制御部２８１、三相短絡動作信号
発生部２８２、ゲートブロック信号発生部２８３を備え
ている。
【００３４】図８は、インバ−タリレ−がキースイッチ
のオンオフに連動して投入あるいは開放される場合の各
部の動作を示すためのタイムチャートである。時間ｔ1
でキースイッチ（ＩＧＮ）がオンされるとこれに連動し
てｔ2、ｔ3でメインリレー１１、補充電リレー１３が投
入され、補充電抵抗１３Ａを介して平滑用コンデンサ１
８に充電電流が流れる。そして、ｔ4で平滑用コンデン
サ電圧Ｖｃが所定値に達すると、ｔ5でインバ−タリレ
−１２が投入され、補充電リレー１３はオフとなる。こ
のような状態で、インバ−タ制御手段１９によりインバ
ータ１４に対する正常な制御がなされ、電気車を駆動す
る。
のオンオフに連動して投入あるいは開放される場合の各
部の動作を示すためのタイムチャートである。時間ｔ1
でキースイッチ（ＩＧＮ）がオンされるとこれに連動し
てｔ2、ｔ3でメインリレー１１、補充電リレー１３が投
入され、補充電抵抗１３Ａを介して平滑用コンデンサ１
８に充電電流が流れる。そして、ｔ4で平滑用コンデン
サ電圧Ｖｃが所定値に達すると、ｔ5でインバ−タリレ
−１２が投入され、補充電リレー１３はオフとなる。こ
のような状態で、インバ−タ制御手段１９によりインバ
ータ１４に対する正常な制御がなされ、電気車を駆動す
る。
【００３５】このような状態で電気車を運転中に、前記
した理由により、ｔ6でキースイッチがオフとなり、ｔ7
でインバ−タリレ−が開放され、ｔ8で再投入指令が発
生したとき、ｔ9でインバ−タリレ−を再投入する必要
がある。
した理由により、ｔ6でキースイッチがオフとなり、ｔ7
でインバ−タリレ−が開放され、ｔ8で再投入指令が発
生したとき、ｔ9でインバ−タリレ−を再投入する必要
がある。
【００３６】インバ−タリレ−を開放した後再投入する
制御方法として、図９に示すように、平滑用コンデンサ
電圧Ｖｃがバッテリー電圧ＶBに回復しインバ−タリレ
−１２の再投入動作が終了するまでは、全パワー素子を
非導通にしてバッテリ１０からインバ−タ１４のパワ−
素子へ充電電流ＩINVが流れ込まないように制御する。
これにより、平滑用コンデンサ電圧Ｖｃがインバ−タリ
レ−の再投入時、すなわち図８のｔ9において破線で示
す所定値以上に維持され、再投入時にインバ−タに過大
電流が流れないようにすることができる。
制御方法として、図９に示すように、平滑用コンデンサ
電圧Ｖｃがバッテリー電圧ＶBに回復しインバ−タリレ
−１２の再投入動作が終了するまでは、全パワー素子を
非導通にしてバッテリ１０からインバ−タ１４のパワ−
素子へ充電電流ＩINVが流れ込まないように制御する。
これにより、平滑用コンデンサ電圧Ｖｃがインバ−タリ
レ−の再投入時、すなわち図８のｔ9において破線で示
す所定値以上に維持され、再投入時にインバ−タに過大
電流が流れないようにすることができる。
【００３７】また、インバ−タリレ−１２の再投入動作
が終了するまで、バッテリからインバ−タのパワ−素子
へ充電電流が流れ込まないようにするために、図１０に
示すように、インバ−タ１４の正側に接続されたパワ−
素子（Ｕp、Ｖp、Ｗp）を導通させて、電動機１６の巻
線に３相短絡電流を流す。あるいは、インバ−タ１４の
負側に接続されたパワ−素子（Ｕn、Ｖn、Ｗn）を導通
させて、電動機１６の巻線に３相短絡電流を流してもよ
い。
が終了するまで、バッテリからインバ−タのパワ−素子
へ充電電流が流れ込まないようにするために、図１０に
示すように、インバ−タ１４の正側に接続されたパワ−
素子（Ｕp、Ｖp、Ｗp）を導通させて、電動機１６の巻
線に３相短絡電流を流す。あるいは、インバ−タ１４の
負側に接続されたパワ−素子（Ｕn、Ｖn、Ｗn）を導通
させて、電動機１６の巻線に３相短絡電流を流してもよ
い。
【００３８】図１１は、本発明におけるバッテリ電圧Ｖ
Bと電動機の誘起電圧Ｅの最大値ＥMAXの関係を示す図で
ある。電動機の回転数がＮB以上の誘起電圧の最大値ＥM
AXがバッテリの最小保証電圧ＶB以上となる場合、図１
０に示したように、インバ−タ１４の正側に接続された
パワ−素子（Ｕp、Ｖp、Ｗp）を導通させて、電動機１
６の巻線に３相短絡電流を流す。あるいは、インバ−タ
１４の負電圧側に接続されたパワ−素子（Ｕn、Ｖn、Ｗ
n）を導通させて、電動機１６の巻線に３相短絡電流を
流してもよい。
Bと電動機の誘起電圧Ｅの最大値ＥMAXの関係を示す図で
ある。電動機の回転数がＮB以上の誘起電圧の最大値ＥM
AXがバッテリの最小保証電圧ＶB以上となる場合、図１
０に示したように、インバ−タ１４の正側に接続された
パワ−素子（Ｕp、Ｖp、Ｗp）を導通させて、電動機１
６の巻線に３相短絡電流を流す。あるいは、インバ−タ
１４の負電圧側に接続されたパワ−素子（Ｕn、Ｖn、Ｗ
n）を導通させて、電動機１６の巻線に３相短絡電流を
流してもよい。
【００３９】このように動作させることにより、インバ
ータリレー再投入による電動機からインバータのダイオ
ードを介してバッテリに流れ込む過大電流すなわちバッ
テリの過充電を防止することが出来る。
ータリレー再投入による電動機からインバータのダイオ
ードを介してバッテリに流れ込む過大電流すなわちバッ
テリの過充電を防止することが出来る。
【００４０】電動機の回転数がＮB以下の場合、該電動
機の回転による誘起電圧の最大値ＥMAXがバッテリの最
小保証電圧以下となる場合、図９及び図１１に示すよう
に、インバ−タリレ−１２の再投入動作が終了するま
で、ゲートブロック、すなわちインバ−タ１４の全パワ
−素子を非導通にする。この場合は、バッテリ電圧より
も電動機の誘起電圧の最大値EMAXが低いためにパワー素
子を全て非導通にすることにより、バッテリからの過大
な流れ込み電流を防止できる。
機の回転による誘起電圧の最大値ＥMAXがバッテリの最
小保証電圧以下となる場合、図９及び図１１に示すよう
に、インバ−タリレ−１２の再投入動作が終了するま
で、ゲートブロック、すなわちインバ−タ１４の全パワ
−素子を非導通にする。この場合は、バッテリ電圧より
も電動機の誘起電圧の最大値EMAXが低いためにパワー素
子を全て非導通にすることにより、バッテリからの過大
な流れ込み電流を防止できる。
【００４１】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、イン
バ−タリレーの開放から再投入時、主回路における過大
電流もしくはバッテリの過充電を防止するとともに、良
好な運転を可能にする電気車制御方法及び制御装置を提
供することができる。
バ−タリレーの開放から再投入時、主回路における過大
電流もしくはバッテリの過充電を防止するとともに、良
好な運転を可能にする電気車制御方法及び制御装置を提
供することができる。
【図１】本発明の一実施例になる電気車制御装置の回路
構成図である。
構成図である。
【図２】図１のＰＳＭ制御手段の詳細構成を示す回路図
である。
である。
【図３】図２の磁極位置検出器の出力信号とエンコーダ
の出力信号の位相関係を示す図である。
の出力信号の位相関係を示す図である。
【図４】通常走行時のベクトル図を示すものである。
【図５】通常走行時の発生トルクの状態を示す図であ
る。
る。
【図６】Ｄレンジにおける電動機のトルク特性を示す図
である。
である。
【図７】インバ−タ制御手段のＰＳＭ制御手段及びトル
ク指令発生手段の中のインバ−タリレ−の制御に関連す
る部分の詳細を示す図である。
ク指令発生手段の中のインバ−タリレ−の制御に関連す
る部分の詳細を示す図である。
【図８】本発明おけるインバ−タリレ−の投入あるいは
開放に伴う各部の動作を示すためのタイムチャートであ
る。
開放に伴う各部の動作を示すためのタイムチャートであ
る。
【図９】インバ−タリレ−再投入制御の動作を説明する
図である。
図である。
【図１０】インバ−タリレ−再投入制御の動作を説明す
る図である。
る図である。
【図１１】本発明におけるバッテリ電圧Ｖｂと同期電動
機の誘起電圧Ｅの最大値ＥMAXの関係を示す図である。
機の誘起電圧Ｅの最大値ＥMAXの関係を示す図である。
１０…バッテリ、１１…メインリレー、１２…インバー
タリレー、１３…補充電リレー、１４…インバータ、１
６…永久磁石型同期電動機、１８…平滑コンデンサ、１
９…インバータリレー制御手段、２０…ＰＳＭ制御手
段、２２…トルク指令発生手段
タリレー、１３…補充電リレー、１４…インバータ、１
６…永久磁石型同期電動機、１８…平滑コンデンサ、１
９…インバータリレー制御手段、２０…ＰＳＭ制御手
段、２２…トルク指令発生手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大津 英一 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 正木 良三 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内
Claims (9)
- 【請求項１】電気車駆動用の永久磁石型同期電動機と、
バッテリからの直流電力を交流電力に変換して前記同期
電動機に供給するインバータと、前記インバータに並列
に接続され前記直流電力を平滑化するための平滑用コン
デンサと、トルク指令及び電動機電流に基づいて前記イ
ンバータを制御するインバータ制御手段と、前記インバ
ータ及び前記平滑用コンデンサを前記バッテリに投入も
しくは開放するインバ−タリレ−とを備えた電気車の制
御方法において、 前記インバータリレーを開放した後再投入する際、該イ
ンバータリレーの再投入動作が完了し前記平滑用コンデ
ンサの電圧が前記バッテリ電圧に回復するまで、前記イ
ンバータへの電流の流れ込みや流れ出しを防止するよう
に、該インバータを制御することを特徴とする電気車の
制御方法。 - 【請求項２】請求項１の電気車の制御方法において、前
記バッテリから前記インバ−タのパワ−素子へ充電電流
が流れ込まないようにするために、前記インバ−タの正
電圧側に接続されたパワ−素子もしくは負電圧側に接続
されたパワ−素子を導通させて、前記同期電動機に３相
短絡電流を流すことを特徴とする電気車の制御方法。 - 【請求項３】請求項１の電気車の制御方法において、前
記同期電動機の回転数が、該同期電動機の回転による誘
起電圧の最大値が前記バッテリ電圧もしくは最小保証電
圧以上となる回転数の場合、 前記インバ−タリレ−の再投入動作が終了するまで、前
記インバ−タの正電圧側に接続されたパワ−素子もしく
は負電圧側に接続されたパワ−素子を導通させて前記同
期電動機に３相短絡電流を流し、前記インバ−タのパワ
−素子から前記バッテリへ充電電流が流れ出さないよう
にしたことを特徴とする電気車の制御方法。 - 【請求項４】請求項１の電気車の制御方法において、前
記同期電動機の回転数が、該同期電動機の回転による誘
起電圧の最大値が前記バッテリ電圧の最小保証電圧以下
となる回転数の場合、 前記インバ−タリレ−の再投入動作が終了するまで、前
記インバ−タの全パワ−素子を非導通にして前記バッテ
リから前記パワ−素子へ充電電流が流れ込まないように
したことを特徴とする電気車の制御方法。 - 【請求項５】電気車駆動用の永久磁石型同期電動機と、
バッテリからの直流電力を交流電力に変換して前記同期
電動機に供給するインバータと、前記インバータに並列
に接続され前記直流電力を平滑化するための平滑用コン
デンサと、トルク指令及び電動機電流に基づいて前記イ
ンバータを制御するインバータ制御手段と、前記インバ
ータ及び前記平滑用コンデンサを前記バッテリに投入も
しくは開放するインバ−タリレ−とを備えた電気車にお
いて、 前記インバータリレーを開放した後再投入する際、該イ
ンバータリレーの再投入動作が完了し前記平滑用コンデ
ンサの電圧が前記バッテリ電圧に回復するまで、前記イ
ンバータへの電流の流れ込みや流れ出しを防止するよう
に、該インバータを制御するインバ−タリレ−再投入制
御手段を備えたことを特徴とする電気車の制御装置。 - 【請求項６】請求項５の電気車の制御装置において、前
記インバ−タリレ−再投入制御手段は、前記インバ−タ
リレ−の再投入動作が終了するまで、前記バッテリから
前記インバ−タのパワ−素子へ充電電流が流れ込まない
ように、前記インバ−タを動作させることを特徴とする
電気車の制御装置。 - 【請求項７】請求項６の電気車の制御装置において、前
記インバ−タリレ−再投入制御手段は、前記インバ−タ
リレ−の再投入動作が終了するまで、前記バッテリから
前記インバ−タのパワ−素子へ充電電流が流れ込まない
ようにするために、前記インバ−タの正電圧側に接続さ
れたパワ−素子もしくは負電圧側に接続されたパワ−素
子を導通させて、前記同期電動機に３相短絡電流を流す
ように構成されていることを特徴とする電気車の制御装
置。 - 【請求項８】請求項７の電気車の制御装置において、前
記インバ−タリレ−再投入制御手段は、前記同期電動機
の回転数が、該同期電動機の回転による誘起電圧の最大
値が前記バッテリ電圧もしくは最小保証電圧以上となる
回転数の場合、 前記インバ−タリレ−の再投入動作が終了するまで、前
記インバ−タの正電圧側に接続されたパワ−素子もしく
は負電圧側に接続されたパワ−素子を導通させて前記同
期電動機に３相短絡電流を流し、前記バッテリから前記
インバ−タのパワ−素子への充電電流が流れ込まないよ
うに構成されていることを特徴とする電気車の制御装
置。 - 【請求項９】請求項６の電気車の制御装置において、前
記インバ−タリレ−再投入制御手段は、前記インバ−タ
リレ−の再投入動作が終了するまで、前記インバ−タの
全パワ−素子を非導通にして前記バッテリから前記パワ
−素子へ充電電流が流れ込まないように構成されている
ことを特徴とする電気車の制御装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10731496A JP3262257B2 (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 電気車用制御装置及び制御方法 |
| US08/845,792 US5877601A (en) | 1996-04-26 | 1997-04-25 | Control system for electric vehicle and control method therefor in which an inverter relay is controlled at the time of its re-closing after being disconnected |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10731496A JP3262257B2 (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 電気車用制御装置及び制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09294301A true JPH09294301A (ja) | 1997-11-11 |
| JP3262257B2 JP3262257B2 (ja) | 2002-03-04 |
Family
ID=14455942
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10731496A Expired - Lifetime JP3262257B2 (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 電気車用制御装置及び制御方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5877601A (ja) |
| JP (1) | JP3262257B2 (ja) |
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| JP2014158419A (ja) * | 2014-05-30 | 2014-08-28 | Toshiba Corp | 電気車制御装置 |
Families Citing this family (17)
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|---|---|---|---|---|
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| JP3791375B2 (ja) * | 2001-09-27 | 2006-06-28 | 株式会社明電舎 | 電動車両の制御方法と装置 |
| US6909285B2 (en) * | 2002-09-11 | 2005-06-21 | Visteon Global Technologies, Inc. | Method for detecting failure of a relay |
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