JPH10243689A - 電気車の制御方法およびそれを用いた制御装置 - Google Patents
電気車の制御方法およびそれを用いた制御装置Info
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- JPH10243689A JPH10243689A JP9038796A JP3879697A JPH10243689A JP H10243689 A JPH10243689 A JP H10243689A JP 9038796 A JP9038796 A JP 9038796A JP 3879697 A JP3879697 A JP 3879697A JP H10243689 A JPH10243689 A JP H10243689A
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- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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- H02P6/14—Electronic commutators
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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- H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor
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- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
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Abstract
(57)【要約】
【課題】電気車を駆動する永久磁石型同期電動機用の電
流制御において、従来は電気角６０度毎に行っていた磁
極位相演算の頻度を減らし、マイコン処理負担を少なく
する。 【解決手段】ポート切替手段８０により、電気車の起動
時のみ３相の磁極位置信号７５のすべての信号を用いて
初期磁極位置７７を得、起動後は３相の磁極位置信号７
５のうち１相のみを磁極位相基準信号８１として出力す
ることにより、磁極位相補正処理の頻度が低下される。
流制御において、従来は電気角６０度毎に行っていた磁
極位相演算の頻度を減らし、マイコン処理負担を少なく
する。 【解決手段】ポート切替手段８０により、電気車の起動
時のみ３相の磁極位置信号７５のすべての信号を用いて
初期磁極位置７７を得、起動後は３相の磁極位置信号７
５のうち１相のみを磁極位相基準信号８１として出力す
ることにより、磁極位相補正処理の頻度が低下される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電気車の制御方法お
よび制御装置に係り、特に電気車に好適な永久磁石回転
電機の制御方法および制御装置に関する。
よび制御装置に係り、特に電気車に好適な永久磁石回転
電機の制御方法および制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、永久磁石形同期電動機で駆動さ
れる電気車の制御装置では、広範囲の可変速可変トルク
制御を実現することが不可欠である。このため制御装置
内の電流制御部は、例えば特開昭62−25893 号，特開平
1−50790号，特開平6−225588号などの各号公報に開示
されているように、所要トルクに応じて別に演算された
トルク指令、および電動機の回転数と回転子の磁極の固
定子に対する位置の情報を取り込み、これらをもとに電
動機に供給すべき交流電力の電流とその位相を決定し、
インバータブリッジのパワー素子の駆動信号を発生して
電動機に電力を供給し、駆動している。
れる電気車の制御装置では、広範囲の可変速可変トルク
制御を実現することが不可欠である。このため制御装置
内の電流制御部は、例えば特開昭62−25893 号，特開平
1−50790号，特開平6−225588号などの各号公報に開示
されているように、所要トルクに応じて別に演算された
トルク指令、および電動機の回転数と回転子の磁極の固
定子に対する位置の情報を取り込み、これらをもとに電
動機に供給すべき交流電力の電流とその位相を決定し、
インバータブリッジのパワー素子の駆動信号を発生して
電動機に電力を供給し、駆動している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】永久磁石型同期電動機
の制御システムでは常に回転数と磁極位相、すなわち回
転子の磁極と固定子のコイルの位置関係の情報を正確に
把握する必要がある。
の制御システムでは常に回転数と磁極位相、すなわち回
転子の磁極と固定子のコイルの位置関係の情報を正確に
把握する必要がある。
【０００４】電動機に取り付けた検出器から取り込むこ
れらの情報のうち、回転数についてはその変化に駆動系
の慣性による時定数があるため瞬時値を把握する必要は
ない。また検出結果に誤差があっても、演算時定数をも
たせたり平均化することで吸収できる。
れらの情報のうち、回転数についてはその変化に駆動系
の慣性による時定数があるため瞬時値を把握する必要は
ない。また検出結果に誤差があっても、演算時定数をも
たせたり平均化することで吸収できる。
【０００５】一方、磁極位相は、電動機に流す交流の電
流位相を磁極位相に同期制御して所要のトルクを発生さ
せるために瞬時値が必要である。特に同期電動機で駆動
される電気車では、システム停止状態での車両移動など
の理由により、駆動系が必ずしも直近のシステム遮断時
の状態を保持しているとは限らないため、起動ごとに起
動時の磁極位置を検出し、以降はシステム遮断まで電動
機の回転で変化する磁極位相を把握し続ける必要があ
る。そこで磁極位置検出器で起動時の概略の磁極位置を
検出し、運転中は回転数検出器の出力である回転数検出
信号から演算により磁極位相を求めている。
流位相を磁極位相に同期制御して所要のトルクを発生さ
せるために瞬時値が必要である。特に同期電動機で駆動
される電気車では、システム停止状態での車両移動など
の理由により、駆動系が必ずしも直近のシステム遮断時
の状態を保持しているとは限らないため、起動ごとに起
動時の磁極位置を検出し、以降はシステム遮断まで電動
機の回転で変化する磁極位相を把握し続ける必要があ
る。そこで磁極位置検出器で起動時の概略の磁極位置を
検出し、運転中は回転数検出器の出力である回転数検出
信号から演算により磁極位相を求めている。
【０００６】磁極位相演算の結果に誤差が生じた時は、
実際の回転子の磁極位置に合わせて補正しなければなら
ない。演算された磁極位置の補正方法は、磁極位置検出
器の出力を磁極位相の基準信号とし、回転数検出器の出
力を角度変位に換算して得られた磁極位相との誤差を修
正する方法を用いる。
実際の回転子の磁極位置に合わせて補正しなければなら
ない。演算された磁極位置の補正方法は、磁極位置検出
器の出力を磁極位相の基準信号とし、回転数検出器の出
力を角度変位に換算して得られた磁極位相との誤差を修
正する方法を用いる。
【０００７】このとき従来の方法では、例えば３相同期
電動機において磁極位置検出器はＵ，Ｖ，Ｗ相の信号を
出力するので、電気角６０度ごとすなわち１周期で６回
の補正処理が行われる。電気車用電動機は小型化のため
高速回転化を必要としており、それにつれて単位時間当
たりの補正処理の回数が増え、マイコンの処理負担が増
大してしまう。またシステムが採用したマイコンによっ
て最大使用本数が定められている信号用入出力ポートの
うちの例えば３本をシステムの起動時から遮断まで磁極
位置検出器用として占有してしまうという問題があっ
た。
電動機において磁極位置検出器はＵ，Ｖ，Ｗ相の信号を
出力するので、電気角６０度ごとすなわち１周期で６回
の補正処理が行われる。電気車用電動機は小型化のため
高速回転化を必要としており、それにつれて単位時間当
たりの補正処理の回数が増え、マイコンの処理負担が増
大してしまう。またシステムが採用したマイコンによっ
て最大使用本数が定められている信号用入出力ポートの
うちの例えば３本をシステムの起動時から遮断まで磁極
位置検出器用として占有してしまうという問題があっ
た。
【０００８】本発明の目的は、電気車を駆動する永久磁
石型同期電動機用の電流制御の演算処理に必要な磁極位
相演算のマイコン処理負担を少なくすることにある。
石型同期電動機用の電流制御の演算処理に必要な磁極位
相演算のマイコン処理負担を少なくすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題は、電気車の起
動時に永久磁石回転電機の３相の磁極位置信号パルスに
基づいて初期磁極位置を演算し、起動後は演算された前
記初期磁極位置と、前記永久磁石回転電機の回転パルス
と、および前記３相の磁極位置信号パルスの立ち上がり
および立ち下がりがあったときに演算される補正値とに
基づいて前記永久磁石回転電機の磁極位相を演算し、演
算した磁極位相とトルク指令値に基づいて前記永久磁石
回転電機に供給する電流を決定する電気車の制御方法に
おいて、前記３相の磁極位置信号パルスのうち所定の１
相の磁極位置信号パルスの立ち上がりまたは立ち下がり
のうち一方があったときに前記磁極位相を補正すること
により達成される。
動時に永久磁石回転電機の３相の磁極位置信号パルスに
基づいて初期磁極位置を演算し、起動後は演算された前
記初期磁極位置と、前記永久磁石回転電機の回転パルス
と、および前記３相の磁極位置信号パルスの立ち上がり
および立ち下がりがあったときに演算される補正値とに
基づいて前記永久磁石回転電機の磁極位相を演算し、演
算した磁極位相とトルク指令値に基づいて前記永久磁石
回転電機に供給する電流を決定する電気車の制御方法に
おいて、前記３相の磁極位置信号パルスのうち所定の１
相の磁極位置信号パルスの立ち上がりまたは立ち下がり
のうち一方があったときに前記磁極位相を補正すること
により達成される。
【００１０】また上記課題は、永久磁石回転電機の磁極
位相を演算する磁極位相演算手段と、演算された前記磁
極位相に基づいてインバータを制御し前記永久磁石回転
電機を回転する電流制御手段とを備えた電気車の制御装
置において、前記永久磁石回転電機から検出した３相の
磁極位置信号のうち、電気車の起動時には３相全ての信
号を前記電流制御手段に接続し、起動後は所定の１相の
信号のみを前記電流制御手段に接続するポート切換手段
を備えることにより達成される。
位相を演算する磁極位相演算手段と、演算された前記磁
極位相に基づいてインバータを制御し前記永久磁石回転
電機を回転する電流制御手段とを備えた電気車の制御装
置において、前記永久磁石回転電機から検出した３相の
磁極位置信号のうち、電気車の起動時には３相全ての信
号を前記電流制御手段に接続し、起動後は所定の１相の
信号のみを前記電流制御手段に接続するポート切換手段
を備えることにより達成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を図面を用い
て説明する。図１は電気自動車の駆動部および制御部の
ブロック図である。
て説明する。図１は電気自動車の駆動部および制御部の
ブロック図である。
【００１２】図１において、インバータブリッジ２はバ
ッテリ１から供給される直流電力を交流電力に変換し、
永久磁石回転電機３に供給する。この実施形態では、イ
ンバータブリッジ２にＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipol
ar Transistor)などのパワー素子を用い、永久磁石回転
電機３として永久磁石型３相同期電動機を用いる。
ッテリ１から供給される直流電力を交流電力に変換し、
永久磁石回転電機３に供給する。この実施形態では、イ
ンバータブリッジ２にＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipol
ar Transistor)などのパワー素子を用い、永久磁石回転
電機３として永久磁石型３相同期電動機を用いる。
【００１３】永久磁石回転電機３には、回転数を検出す
るためのエンコーダなどの回転数検出手段４，回転子の
磁極位置を検出するための磁極位置検出手段４０が設け
られている。
るためのエンコーダなどの回転数検出手段４，回転子の
磁極位置を検出するための磁極位置検出手段４０が設け
られている。
【００１４】このときインバータブリッジ２が永久磁石
回転電機３に供給する電流は、制御装置であるマイコン
５０が演算したＰＷＭ（Pulse Width Moduration）信号
によって決定される。
回転電機３に供給する電流は、制御装置であるマイコン
５０が演算したＰＷＭ（Pulse Width Moduration）信号
によって決定される。
【００１５】マイコン５０には、シフト位置，アクセル
開度，ブレーキ踏込量等の運転者の操作６０と、インバ
ータブリッジ２から永久磁石回転電機３に供給される電
流値を検出した電流検出値３２と、永久磁石回転電機３
からの回転数検出信号７３，磁極位置信号７５が入力さ
れる。
開度，ブレーキ踏込量等の運転者の操作６０と、インバ
ータブリッジ２から永久磁石回転電機３に供給される電
流値を検出した電流検出値３２と、永久磁石回転電機３
からの回転数検出信号７３，磁極位置信号７５が入力さ
れる。
【００１６】マイコン５０中のトルク指令発生手段６
は、運転者の操作６０と、回転数検出信号７３から回転
数演算手段１４で演算された回転数が入力される。この
２つの値からトルク指令値７１を演算し、電流制御手段
７に入力する。なお、回転数演算手段１４は後述する演
算磁極位相７６の変化量から回転数７２を演算する。
は、運転者の操作６０と、回転数検出信号７３から回転
数演算手段１４で演算された回転数が入力される。この
２つの値からトルク指令値７１を演算し、電流制御手段
７に入力する。なお、回転数演算手段１４は後述する演
算磁極位相７６の変化量から回転数７２を演算する。
【００１７】電流制御手段７では、トルク指令値７１の
他、回転数７２，電流検出値３２、そして後述する磁極
位相演算手段１１により演算された演算磁極位相７６か
ら、永久磁石回転電機３に印加すべき電圧値である交流
電圧指令値７４を演算し、ＰＷＭ信号発生手段９に入力
する。
他、回転数７２，電流検出値３２、そして後述する磁極
位相演算手段１１により演算された演算磁極位相７６か
ら、永久磁石回転電機３に印加すべき電圧値である交流
電圧指令値７４を演算し、ＰＷＭ信号発生手段９に入力
する。
【００１８】ＰＷＭ信号発生手段９は交流電圧指令値７
４をインバータブリッジ２を駆動させるためのＰＷＭ信
号に変換し、出力する。
４をインバータブリッジ２を駆動させるためのＰＷＭ信
号に変換し、出力する。
【００１９】ここで電流制御手段７に入力される演算磁
極位相７６は正確かつ一定以上の分解能をもつものでな
ければならないが、そのような磁極位相は、永久磁石回
転電機３から出力される回転数検出信号７３と磁極位置
信号７５の双方の信号を得ることにより可能である。
極位相７６は正確かつ一定以上の分解能をもつものでな
ければならないが、そのような磁極位相は、永久磁石回
転電機３から出力される回転数検出信号７３と磁極位置
信号７５の双方の信号を得ることにより可能である。
【００２０】図２は磁極位置検出手段４０が出力する磁
極位置信号７５を示す。３相同期電動機を用いたもので
は、磁極位置信号７５は図のようにデューティ５０％で
電気角１２０度相当の位相差のあるパルス出力３本から
なり、電気角３６０度の区間で電気角６０度ごとに立ち
上がり３点、立ち下がり３点の計６点でステップ状に変
化する。
極位置信号７５を示す。３相同期電動機を用いたもので
は、磁極位置信号７５は図のようにデューティ５０％で
電気角１２０度相当の位相差のあるパルス出力３本から
なり、電気角３６０度の区間で電気角６０度ごとに立ち
上がり３点、立ち下がり３点の計６点でステップ状に変
化する。
【００２１】図３に磁極位置信号７５と永久磁石回転電
機３の誘起電圧の位相関係を示す。このように磁極位置
信号７５と誘起電圧は同期しているが、磁極位置信号７
５による磁極位置検出の分解能は図３に示す１区間、す
なわち電気角６０度であるため、回転電機を制御するた
めの磁極位相としては非常に粗いものである。
機３の誘起電圧の位相関係を示す。このように磁極位置
信号７５と誘起電圧は同期しているが、磁極位置信号７
５による磁極位置検出の分解能は図３に示す１区間、す
なわち電気角６０度であるため、回転電機を制御するた
めの磁極位相としては非常に粗いものである。
【００２２】そこで回転数検出手段４の出力である回転
数検出信号７３のパルスを磁極位相演算手段１１で計数
し、磁極位置信号７５を用いて演算処理を行うことによ
り、磁極位相に対応した演算磁極位相７６を得る。
数検出信号７３のパルスを磁極位相演算手段１１で計数
し、磁極位置信号７５を用いて演算処理を行うことによ
り、磁極位相に対応した演算磁極位相７６を得る。
【００２３】この実施形態においては、回転数検出信号
７３はＡ，Ｂ相と名付けられたデューティ５０％で一定
波長でありかつその１／４波長の位相差を持つ２つのパ
ルス出力からなる。回転数検出手段４は回転数検出信号
７３のＡ，Ｂ相について、電気角３６０度当たりそれぞ
れ１２５パルス出力することとする。
７３はＡ，Ｂ相と名付けられたデューティ５０％で一定
波長でありかつその１／４波長の位相差を持つ２つのパ
ルス出力からなる。回転数検出手段４は回転数検出信号
７３のＡ，Ｂ相について、電気角３６０度当たりそれぞ
れ１２５パルス出力することとする。
【００２４】図４，図５にこの作用例を示す。図４は正
転時、図５は逆転時である。図のように永久磁石回転電
機３が正転しているときはＢ相が先行し、逆転している
ときはＡ相が先行するようになっている。
転時、図５は逆転時である。図のように永久磁石回転電
機３が正転しているときはＢ相が先行し、逆転している
ときはＡ相が先行するようになっている。
【００２５】磁極位相演算手段１１は、回転数検出信号
７３のＡ，Ｂ相の立ち上がり，立ち下がり時に、Ｂ相先
行時は計数値を増加し、Ａ相先行時は減少して、電気角
360度当たり５００ずつ計数する。
７３のＡ，Ｂ相の立ち上がり，立ち下がり時に、Ｂ相先
行時は計数値を増加し、Ａ相先行時は減少して、電気角
360度当たり５００ずつ計数する。
【００２６】これによって演算磁極位相７６と電気角度
を、本実施形態では３６０／５００≒０.７２ 度の分解
能で、１対１に対応させることができる。
を、本実施形態では３６０／５００≒０.７２ 度の分解
能で、１対１に対応させることができる。
【００２７】このとき電気角３０度相当の値として４２
を減算すると、磁極位置信号７５と線間誘起電圧に一致
するように調整したものを相電圧に読み替えることもで
きる。例えば磁極位置信号７５の６ヶ所の変化点は、線
間誘起電圧に一致するように調整すると電気角で０，６
０，１２０，１８０，２４０，３００度である。相電圧
は線間電圧より電気角３０度進相しているから、これら
を演算磁極位相７６では４５８（＝−４２），４２，１
２５，２０８，２９２，３７５と表わすことができる。
本実施形態ではこれらを磁極位相理論値８４と呼ぶこと
にする。
を減算すると、磁極位置信号７５と線間誘起電圧に一致
するように調整したものを相電圧に読み替えることもで
きる。例えば磁極位置信号７５の６ヶ所の変化点は、線
間誘起電圧に一致するように調整すると電気角で０，６
０，１２０，１８０，２４０，３００度である。相電圧
は線間電圧より電気角３０度進相しているから、これら
を演算磁極位相７６では４５８（＝−４２），４２，１
２５，２０８，２９２，３７５と表わすことができる。
本実施形態ではこれらを磁極位相理論値８４と呼ぶこと
にする。
【００２８】また５００が電気角３６０度に相当するの
で、演算磁極位相７６では磁極位相理論値８４それぞれ
に５００，１０００，１５００，・・・，５００×ｎの
いずれかを加算または減算したものも同一の電気角を意
味することになる。ここでｎは自然数である。
で、演算磁極位相７６では磁極位相理論値８４それぞれ
に５００，１０００，１５００，・・・，５００×ｎの
いずれかを加算または減算したものも同一の電気角を意
味することになる。ここでｎは自然数である。
【００２９】図６，図７に演算磁極位相７６の計数の様
子を示す。図６は正転時、図７は逆転時である。磁極位
相演算手段１１による演算磁極位相７６の計数範囲は０
から５００×ｎなる最大計数値７６ｍまでであるが、磁
極位相演算手段１１は１００マイクロ秒ごとに演算磁極
位相７６を調べているため、実際にはこの間に計数した
オーバフロー分がその上下に存在する。本実施形態で
は、永久磁石回転電機３の最高回転数を毎分２００００
回転としており、最大のオーバフローは１００マイクロ
秒で１７である。
子を示す。図６は正転時、図７は逆転時である。磁極位
相演算手段１１による演算磁極位相７６の計数範囲は０
から５００×ｎなる最大計数値７６ｍまでであるが、磁
極位相演算手段１１は１００マイクロ秒ごとに演算磁極
位相７６を調べているため、実際にはこの間に計数した
オーバフロー分がその上下に存在する。本実施形態で
は、永久磁石回転電機３の最高回転数を毎分２００００
回転としており、最大のオーバフローは１００マイクロ
秒で１７である。
【００３０】磁極位相演算手段１１は１００マイクロ秒
ごとに演算磁極位相７６を調べ、正転時に最大計数値７
６ｍを越えていれば演算磁極位相７６から最大計数値７
６ｍを減じた結果を、逆転時に０より小さい値、すなわ
ち負数であれば演算磁極位相７６に最大計数値７６ｍを
加えた結果を、それぞれ演算磁極位相７６として出力す
る。演算磁極位相７６を前述の自然数ｎで除した余りが
常に０〜４９９のいずれかの整数となるので、電流制御
手段７はこれをそのときの磁極位相として利用すること
ができる。
ごとに演算磁極位相７６を調べ、正転時に最大計数値７
６ｍを越えていれば演算磁極位相７６から最大計数値７
６ｍを減じた結果を、逆転時に０より小さい値、すなわ
ち負数であれば演算磁極位相７６に最大計数値７６ｍを
加えた結果を、それぞれ演算磁極位相７６として出力す
る。演算磁極位相７６を前述の自然数ｎで除した余りが
常に０〜４９９のいずれかの整数となるので、電流制御
手段７はこれをそのときの磁極位相として利用すること
ができる。
【００３１】システム起動時に限り演算磁極位相７６は
磁極位置演算手段１２の結果である初期磁極位置７７を
用いている。図８にこの作用のフローチャートを示す。
システム起動時の回転子の磁極位相は不定であるが、図
１３，図１４に示すようなポート切替手段８０は磁極位
置信号７５をそのまま磁極位置信号７５ｐとして磁極位
置演算手段１２に出力している。磁極位置演算手段１２
は図３に示したように磁極位置信号７５ｐの組み合わせ
から磁極位置の区間を判断し、その区間の中央値である
初期磁極位置７７を決定する。本実施形態では０〜４９
９の間の値とし、かつ線間誘起電圧→相誘起電圧読替の
ため電気角３０度分進相させているため、０，８３，１
６７，２５０，３３３，４１７のいずれかとなる。なお
磁極位置信号７５ｐが全てハイレベルまたは全てローレ
ベルである場合は前述の６区間の組み合わせとしてはあ
り得ないため、磁極位置検出手段４０に異常があると判
定している。
磁極位置演算手段１２の結果である初期磁極位置７７を
用いている。図８にこの作用のフローチャートを示す。
システム起動時の回転子の磁極位相は不定であるが、図
１３，図１４に示すようなポート切替手段８０は磁極位
置信号７５をそのまま磁極位置信号７５ｐとして磁極位
置演算手段１２に出力している。磁極位置演算手段１２
は図３に示したように磁極位置信号７５ｐの組み合わせ
から磁極位置の区間を判断し、その区間の中央値である
初期磁極位置７７を決定する。本実施形態では０〜４９
９の間の値とし、かつ線間誘起電圧→相誘起電圧読替の
ため電気角３０度分進相させているため、０，８３，１
６７，２５０，３３３，４１７のいずれかとなる。なお
磁極位置信号７５ｐが全てハイレベルまたは全てローレ
ベルである場合は前述の６区間の組み合わせとしてはあ
り得ないため、磁極位置検出手段４０に異常があると判
定している。
【００３２】前述のようにシステム起動時の演算磁極位
相７６は初期磁極位置７７を取り込んでいる。初期磁極
位置７７は電気角６０度の区間の中央値であるから、実
際の磁極の位置とは電気角で最大±３０度の誤差を含ん
でいる。これは交流電圧指令値７４により固定子のコイ
ルに生じる磁界の位置の誤差として現われるため、永久
磁石回転電機３の発生するトルクは所定より最小でcos
３０＝cos(−３０)≒０.８６６ 倍まで減少する。
相７６は初期磁極位置７７を取り込んでいる。初期磁極
位置７７は電気角６０度の区間の中央値であるから、実
際の磁極の位置とは電気角で最大±３０度の誤差を含ん
でいる。これは交流電圧指令値７４により固定子のコイ
ルに生じる磁界の位置の誤差として現われるため、永久
磁石回転電機３の発生するトルクは所定より最小でcos
３０＝cos(−３０)≒０.８６６ 倍まで減少する。
【００３３】磁極位相補正手段１３は、ここまで説明し
てきたように磁極位置信号７５の６ヶ所の変化点が電気
角３６０度の範囲で既知であり、対応する磁極位相が磁
極位相理論値８４として既知であることを利用して、演
算磁極位相７６を補正する。初期磁極位置７７により演
算磁極位相７６が定まった後、ポート切替手段８０は磁
極位置信号７５の内の任意の１本のみを磁極位相基準信
号８１として磁極位相補正手段１３に出力する。本実施
形態ではＷ相とした。磁極位相補正手段１３は磁極位相
基準信号８１の立ち上がりまたは立ち下がり時に、対応
する磁極位相理論値８４から演算磁極位相７６の差分を
求め、この差分の半分を磁極位相補正値８２として演算
し演算磁極位相７６に加算することで演算磁極位相７６
の誤差を補正する。図９にこの作用のフローチャートを
示す。
てきたように磁極位置信号７５の６ヶ所の変化点が電気
角３６０度の範囲で既知であり、対応する磁極位相が磁
極位相理論値８４として既知であることを利用して、演
算磁極位相７６を補正する。初期磁極位置７７により演
算磁極位相７６が定まった後、ポート切替手段８０は磁
極位置信号７５の内の任意の１本のみを磁極位相基準信
号８１として磁極位相補正手段１３に出力する。本実施
形態ではＷ相とした。磁極位相補正手段１３は磁極位相
基準信号８１の立ち上がりまたは立ち下がり時に、対応
する磁極位相理論値８４から演算磁極位相７６の差分を
求め、この差分の半分を磁極位相補正値８２として演算
し演算磁極位相７６に加算することで演算磁極位相７６
の誤差を補正する。図９にこの作用のフローチャートを
示す。
【００３４】図１１に示すように、本実施形態では磁極
位相補正手段１３は磁極位相基準信号８１の立ち下がり
時のみ、すなわち電気角３６０度に含まれる磁極位置信
号７５の６ヶ所の変化点の内の１ヶ所のみで動作する。
これは永久磁石回転電機３の高速回転時のマイコン処理
における磁極位相補正手段１３の実行頻度を下げるため
である。一方、永久磁石回転電機３の誘起電圧が正転時
と逆転時で反転することから、磁極位相基準信号８１の
立ち上がり／立ち下がりの変化も正転時と逆転時で異な
る。これは正転時と逆転時で磁極位相補正手段１３が動
作する磁極の位置が異なることを意味する。そこで本実
施形態ではマイコンの制約で立ち下がり時のみ割込処理
が実行される場合を想定し、図９に示したように磁極位
相理論値８４を正転時に４２、逆転時に２９２と使い分
けることで対応している。
位相補正手段１３は磁極位相基準信号８１の立ち下がり
時のみ、すなわち電気角３６０度に含まれる磁極位置信
号７５の６ヶ所の変化点の内の１ヶ所のみで動作する。
これは永久磁石回転電機３の高速回転時のマイコン処理
における磁極位相補正手段１３の実行頻度を下げるため
である。一方、永久磁石回転電機３の誘起電圧が正転時
と逆転時で反転することから、磁極位相基準信号８１の
立ち上がり／立ち下がりの変化も正転時と逆転時で異な
る。これは正転時と逆転時で磁極位相補正手段１３が動
作する磁極の位置が異なることを意味する。そこで本実
施形態ではマイコンの制約で立ち下がり時のみ割込処理
が実行される場合を想定し、図９に示したように磁極位
相理論値８４を正転時に４２、逆転時に２９２と使い分
けることで対応している。
【００３５】これは、仮に割込信号の立ち上がり／立ち
下がりを切り換えられるマイコンであれば同じ磁極の位
置でよいことでもある。また本実施形態で想定したマイ
コンのようにその切り替えができないものであっても、
正転時と逆転時で異なるポートを使用できれば、図１２
に示すように磁極位相基準信号８１を２つに分け、一方
を反転してから入力して正転時と逆転時で使い分ければ
同じ磁極の位置でよいことでもある。
下がりを切り換えられるマイコンであれば同じ磁極の位
置でよいことでもある。また本実施形態で想定したマイ
コンのようにその切り替えができないものであっても、
正転時と逆転時で異なるポートを使用できれば、図１２
に示すように磁極位相基準信号８１を２つに分け、一方
を反転してから入力して正転時と逆転時で使い分ければ
同じ磁極の位置でよいことでもある。
【００３６】磁極位相補正手段１３の実行頻度を下げる
ことが望ましい理由を説明する。図１５，図１６に磁極
位相補正手段１３と磁極位相補正手段１３以外のマイコ
ン５０の処理と磁極位置信号７５との関係を示す。磁極
位置信号７５の６ヶ所の変化点について、図１５は１ヶ
所のみを用いる場合、図１６は６ヶ所とも用いる場合で
ある。磁極位相補正手段１３は他の処理に割り込んで優
先的に実行される。交流電圧指令値７４は永久磁石回転
電機３の磁極位相に合わせて出力されるため、永久磁石
回転電機３を高速回転させるには制御周期を短くして多
頻度に処理しなければならない。
ことが望ましい理由を説明する。図１５，図１６に磁極
位相補正手段１３と磁極位相補正手段１３以外のマイコ
ン５０の処理と磁極位置信号７５との関係を示す。磁極
位置信号７５の６ヶ所の変化点について、図１５は１ヶ
所のみを用いる場合、図１６は６ヶ所とも用いる場合で
ある。磁極位相補正手段１３は他の処理に割り込んで優
先的に実行される。交流電圧指令値７４は永久磁石回転
電機３の磁極位相に合わせて出力されるため、永久磁石
回転電機３を高速回転させるには制御周期を短くして多
頻度に処理しなければならない。
【００３７】ところで、電動機の駆動周波数は次式で表
わすことができる。
わすことができる。
【００３８】 駆動周波数＝｛（極数／２）／６０｝×回転数 ここで、(極数／２)は極対数に同じであり、回転数の単
位は［分あたり回転］、周波数の単位は［ヘルツ］であ
る。
位は［分あたり回転］、周波数の単位は［ヘルツ］であ
る。
【００３９】従って例えば、８極の電動機を毎分１３０
００回転で回転させるときの電動機の駆動周波数は８６
７ヘルツとなり、この周期は約１.１５３ ミリ秒である
ため、制御周期は最長でも１００マイクロ秒程度にしな
ければならない。
００回転で回転させるときの電動機の駆動周波数は８６
７ヘルツとなり、この周期は約１.１５３ ミリ秒である
ため、制御周期は最長でも１００マイクロ秒程度にしな
ければならない。
【００４０】一方、８極の電動機の電気角３６０度は機
械角９０度である。このとき磁極位置信号７５の電気角
３６０度当たり６ヶ所の全ての変化点を用いると、磁極
位置信号７５の変化の周期は次式で表わすことができ
る。
械角９０度である。このとき磁極位置信号７５の電気角
３６０度当たり６ヶ所の全ての変化点を用いると、磁極
位置信号７５の変化の周期は次式で表わすことができ
る。
【００４１】 変化の周期＝｛６０×（２／極数）｝／６／回転数 ここで、（２／極数）は極対数の逆数に同じであり、回
転数の単位は［分あたり回転］、変化の周期の単位は
［秒］である。
転数の単位は［分あたり回転］、変化の周期の単位は
［秒］である。
【００４２】従って８極の電動機が毎分１３０００回転
で回転しているときの磁極位置信号７５の出力パルスの
変化の周期は約１９２.３ マイクロ秒であるから、回転
数に関わらず１回に約６マイクロ秒かかる磁極位相補正
手段１３の割込処理が約１９２.３ マイクロ秒ごとに実
行されることになる。すなわち電動機の回転数の上昇に
伴ないマイコンにおける磁極位相補正手段１３の処理負
担の割合が増大し、他の制御処理を圧迫する。このため
磁極位相補正手段１３の処理回数の低減化や、処理その
ものの簡素化が必要になる。
で回転しているときの磁極位置信号７５の出力パルスの
変化の周期は約１９２.３ マイクロ秒であるから、回転
数に関わらず１回に約６マイクロ秒かかる磁極位相補正
手段１３の割込処理が約１９２.３ マイクロ秒ごとに実
行されることになる。すなわち電動機の回転数の上昇に
伴ないマイコンにおける磁極位相補正手段１３の処理負
担の割合が増大し、他の制御処理を圧迫する。このため
磁極位相補正手段１３の処理回数の低減化や、処理その
ものの簡素化が必要になる。
【００４３】本実施形態の磁極位相補正手段１３では１
回の処理で演算磁極位相７６の誤差を半分にするから、
システム起動時の最大誤差の電気角３０度は６回の処理
で分解能以下の電気角約０.４６９ 度以下に収束してい
る。すなわち、磁極位置信号７５の電気角３６０度当た
り６ヶ所の変化点を１ヶ所にして磁極位相補正手段１３
の実行頻度を１／６にしても、最大でも電気角２１６０
度の回転で誤差を収束させることができる。８極の電動
機であれば電気角２１６０度は機械角５４０度であり、
これは電動機の１.５ 回転である。
回の処理で演算磁極位相７６の誤差を半分にするから、
システム起動時の最大誤差の電気角３０度は６回の処理
で分解能以下の電気角約０.４６９ 度以下に収束してい
る。すなわち、磁極位置信号７５の電気角３６０度当た
り６ヶ所の変化点を１ヶ所にして磁極位相補正手段１３
の実行頻度を１／６にしても、最大でも電気角２１６０
度の回転で誤差を収束させることができる。８極の電動
機であれば電気角２１６０度は機械角５４０度であり、
これは電動機の１.５ 回転である。
【００４４】磁極位置信号７５の６ヶ所全ての変化点を
用いると、磁極位相補正手段１３は最大でも電気角６０
度相当の回転後に初回の動作を行うのに対し、１ヶ所の
みでは最大３３０度回転後に初回の動作を行うことにな
る。この間は所定よりトルクが減少したままであるが前
述のように最低でも０.８６６ 倍は確保されており、以
後は磁極位相補正手段１３の実行ごとに１.０００ 倍に
近づく。
用いると、磁極位相補正手段１３は最大でも電気角６０
度相当の回転後に初回の動作を行うのに対し、１ヶ所の
みでは最大３３０度回転後に初回の動作を行うことにな
る。この間は所定よりトルクが減少したままであるが前
述のように最低でも０.８６６ 倍は確保されており、以
後は磁極位相補正手段１３の実行ごとに１.０００ 倍に
近づく。
【００４５】本実施形態で磁極位相補正値８２を磁極位
相理論値８４から演算磁極位相７６の差分の半分として
いるのは、演算磁極位相７６の変化に積分要素を持たせ
るためである。またこの方法では、回転数検出信号７３
に重畳したノイズによる磁極位相演算手段１１の誤計数
などによる誤差も補正可能である。
相理論値８４から演算磁極位相７６の差分の半分として
いるのは、演算磁極位相７６の変化に積分要素を持たせ
るためである。またこの方法では、回転数検出信号７３
に重畳したノイズによる磁極位相演算手段１１の誤計数
などによる誤差も補正可能である。
【００４６】実際に発生しているトルクとその所定値と
の差が無視できるとき、図１０に例を示すように磁極位
相補正手段１３の処理を簡素化することができる。例え
ば磁極位相の誤差が電気角５度以下に収束していれば発
生トルクはcos５＝cos(−５)≒０.９９６ 倍以上が確保
されている。本実施形態においては、この条件を満たす
ときに発生トルクとその所定値との差を無視できるとし
て、磁極位相補正手段１３は磁極位相基準信号８１に対
応する磁極位相理論値８４と演算磁極位相７６の差分を
調べ、結果の絶対値が７以下の時に以降の処理の実行を
省略している。すなわち磁極位相補正値８２を演算し、
演算磁極位相７６に加算する処理が不要になる。
の差が無視できるとき、図１０に例を示すように磁極位
相補正手段１３の処理を簡素化することができる。例え
ば磁極位相の誤差が電気角５度以下に収束していれば発
生トルクはcos５＝cos(−５)≒０.９９６ 倍以上が確保
されている。本実施形態においては、この条件を満たす
ときに発生トルクとその所定値との差を無視できるとし
て、磁極位相補正手段１３は磁極位相基準信号８１に対
応する磁極位相理論値８４と演算磁極位相７６の差分を
調べ、結果の絶対値が７以下の時に以降の処理の実行を
省略している。すなわち磁極位相補正値８２を演算し、
演算磁極位相７６に加算する処理が不要になる。
【００４７】図１３，図１４はポート切替手段８０の２
例を示している。演算磁極位相７６が初期磁極位置７７
により定まった後、磁極位相基準信号８１として使わな
い磁極位置信号７５ｐの内の２本は不要である。そこで
ポート切替手段８０はこれらを解放し、システム起動後
に必要になるものであって、かつ、本実施形態には直接
関与しないその他の処理のための最大２つの信号をそれ
ぞれ接続する。これにより限られた数のポートを有効に
使用することができるようになる。
例を示している。演算磁極位相７６が初期磁極位置７７
により定まった後、磁極位相基準信号８１として使わな
い磁極位置信号７５ｐの内の２本は不要である。そこで
ポート切替手段８０はこれらを解放し、システム起動後
に必要になるものであって、かつ、本実施形態には直接
関与しないその他の処理のための最大２つの信号をそれ
ぞれ接続する。これにより限られた数のポートを有効に
使用することができるようになる。
【００４８】
【発明の効果】本発明によれば、３相の磁極位置信号の
うち所定の１相の磁極位置信号に基づいて前記磁極位相
を補正することにより、磁極位相を補正する頻度が低く
なり、高速回転時における磁極位相補正手段のためのマ
イコン処理負担を少なくすることができる。
うち所定の１相の磁極位置信号に基づいて前記磁極位相
を補正することにより、磁極位相を補正する頻度が低く
なり、高速回転時における磁極位相補正手段のためのマ
イコン処理負担を少なくすることができる。
【００４９】また、３相の磁極位置信号のうち、起動時
には３相全ての信号を電流制御手段に接続し、起動後は
所定の１相の信号のみ電流制御手段に接続するポート切
換手段を備えたことにより、磁極位相補正処理に使用さ
れないポートを、他の処理に適用できるという効果が得
られる。また、システム起動時のみ使用する信号のポー
トを他の用途に転用できる上、磁極位相補正処理のため
の回路や機構の追加が不要であり、そのコスト増、メン
テナンスも発生しない効果もある。
には３相全ての信号を電流制御手段に接続し、起動後は
所定の１相の信号のみ電流制御手段に接続するポート切
換手段を備えたことにより、磁極位相補正処理に使用さ
れないポートを、他の処理に適用できるという効果が得
られる。また、システム起動時のみ使用する信号のポー
トを他の用途に転用できる上、磁極位相補正処理のため
の回路や機構の追加が不要であり、そのコスト増、メン
テナンスも発生しない効果もある。
【図１】本発明の一実施形態をなす電気車の制御装置の
構成ブロック図。
構成ブロック図。
【図２】図１の磁極位置検出手段４０の出力信号を示す
図。
図。
【図３】磁極位置の調整の概念を示す図。
【図４】演算磁極位相７６と磁極位置の関係を示す図
（正転時）。
（正転時）。
【図５】演算磁極位相７６と磁極位置の関係を示す図
（逆転時）。
（逆転時）。
【図６】演算磁極位相７６の計数を示す図（正転時）。
【図７】演算磁極位相７６の計数を示す図（逆転時）。
【図８】システム起動時の初期磁極位置の決定方法を示
す図。
す図。
【図９】磁極位相補正処理のフローチャートを示す図。
【図１０】磁極位相補正処理のフローチャートの簡素化
例を示す図。
例を示す図。
【図１１】演算磁極位相の補正点を示す図。
【図１２】演算磁極位相の補正点が正転時，逆転時とも
同一の点になるようにした例を示す図。
同一の点になるようにした例を示す図。
【図１３】ポート切替手段の構成を示す図。
【図１４】ポート切替手段の別の構成例を示す図。
【図１５】磁極位相補正処理と他の処理との関係を示す
図（実行頻度少時）。
図（実行頻度少時）。
【図１６】磁極位相補正処理と他の処理との関係を示す
図（実行頻度多時）。
図（実行頻度多時）。
１…バッテリ、２…インバータブリッジ、３…永久磁石
回転電機、４…回転数検出手段、６…トルク指令発生手
段、７…電流制御手段、９…ＰＷＭ信号発生手段、１０
…ＰＷＭ信号、１１…磁極位相演算手段、１２…磁極位
置演算手段、１３…磁極位相補正手段、１４…回転数演
算手段、３１…電流検出器、４０…磁極位置検出手段、
５０…マイコン、６０…運転者の操作、７１…トルク指
令値、７２…回転数、７３…回転数検出信号、７４…交
流電圧指令値、７５／７５ｐ…磁極位置信号、７６…演
算磁極位相、７６ｍ…最大計数値、７７…初期磁極位
置、８０…ポート切替手段、８１…磁極位相基準信号、
８２…磁極位相補正値、８４…磁極位相理論値。
回転電機、４…回転数検出手段、６…トルク指令発生手
段、７…電流制御手段、９…ＰＷＭ信号発生手段、１０
…ＰＷＭ信号、１１…磁極位相演算手段、１２…磁極位
置演算手段、１３…磁極位相補正手段、１４…回転数演
算手段、３１…電流検出器、４０…磁極位置検出手段、
５０…マイコン、６０…運転者の操作、７１…トルク指
令値、７２…回転数、７３…回転数検出信号、７４…交
流電圧指令値、７５／７５ｐ…磁極位置信号、７６…演
算磁極位相、７６ｍ…最大計数値、７７…初期磁極位
置、８０…ポート切替手段、８１…磁極位相基準信号、
８２…磁極位相補正値、８４…磁極位相理論値。
Claims (5)
- 【請求項１】電気車の起動時に永久磁石回転電機の３相
の磁極位置信号パルスに基づいて初期磁極位置を演算
し、起動後は演算された前記初期磁極位置と、前記永久
磁石回転電機の回転パルスと、および前記３相の磁極位
置信号パルスの立ち上がりおよび立ち下がりがあったと
きに演算される補正値とに基づいて前記永久磁石回転電
機の磁極位相を演算し、演算した磁極位相とトルク指令
値に基づいて前記永久磁石回転電機に供給する電流を決
定する電気車の制御方法において、前記３相の磁極位置
信号パルスのうち所定の１相の磁極位置信号パルスの立
ち上がりまたは立ち下がりのうち一方があったときに前
記磁極位相を補正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記載において、前記３相の磁極位
置信号パルスのうち所定の１相の磁極位置信号パルスの
立ち上がりまたは立ち下がりのうち一方があり、かつ演
算された磁極位相と磁極位相理論値の差が所定の値以上
であったとき前記磁極位相を補正することを特徴とする
電気車の制御方法。 - 【請求項３】永久磁石回転電機の磁極位相を演算する磁
極位相演算手段と、演算された前記磁極位相に基づいて
インバータを制御し前記永久磁石回転電機を回転する電
流制御手段とを備えた電気車の制御装置において、前記
永久磁石回転電機から検出した３相の磁極位置信号のう
ち、電気車の起動時には３相全ての信号を前記電流制御
手段に接続し、起動後は所定の１相の信号のみを前記電
流制御手段に接続するポート切換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４】永久磁石回転電機の磁極位相を演算する磁
極位相演算手段と、演算された前記磁極位相に基づいて
インバータを制御し前記永久磁石回転電機を回転する電
流制御手段とを備えた電気車の制御装置において、前記
永久磁石回転電機の磁極位置に応じた３相の磁極位置信
号を出力する磁極位置検出手段と、前記３相の磁極位置
信号に基づいて初期磁極位置を演算する磁極位置演算手
段と、前記３相の磁極位置信号のうち所定の１相の磁極
位置信号に基づいて演算した磁極位置補正値を前記磁極
位相演算手段に出力する磁極位相補正手段と、電気車の
起動時には前記３相の磁極位置信号を前記磁極位置演算
手段に接続し、起動後は前記３相の磁極位置信号のうち
前記所定の１相の磁極位置信号を前記磁極位相補正手段
に接続すると同時に他の２相を前記磁極位置演算手段か
ら切り放し、または前記磁極位置演算手段に関与しない
処理手段の信号の入出力に切替えることを特徴とするポ
ート切換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５】永久磁石回転電機と、前記永久磁石回転電
機の３相の磁極位置信号を出力する磁極位置検出手段
と、前記永久磁石回転電機の回転数検出信号を出力する
回転数検出手段と、前記磁極位置信号に基づいて磁極位
置を演算する磁極位置演算手段と、前記回転数検出信号
に基づいて前記電動機の回転子の磁極位相を演算する磁
極位相演算手段と、前記磁極位相演算手段で演算された
磁極位相に基づいて前記電動機の回転数を演算する回転
数演算手段と、前記永久磁石回転電機に投入されている
電動機電流を検出する電流検出手段と、車両の運転状態
と運転者の操作に応じて前記電動機が発生すべきトルク
指令値を演算するトルク指令値発生手段と、前記トルク
指令値，前記回転数、および前記電動機電流に基づいて
前記永久磁石回転電機に印加する交流電圧値を演算する
電流制御手段と、前記交流電圧値をもとにＰＷＭ信号を
生成するＰＷＭ信号発生手段と、前記ＰＷＭ信号に応じ
て前記永久磁石回転電機に電力を供給するインバータブ
リッジとを備えた電気車の制御装置において、前記３相
の磁極位置信号のうち所定の１相の磁極位置信号の立ち
上がりまたは立ち下がりがあったとき、前記電流制御手
段に優先して前記磁極位相の誤差を補正する磁極位相補
正手段を備えていることを特徴とする電気車の制御装
置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03879697A JP3351278B2 (ja) | 1997-02-24 | 1997-02-24 | 電気車の制御方法およびそれを用いた制御装置 |
| US09/028,691 US6072288A (en) | 1997-02-24 | 1998-02-24 | Control apparatus for permanent magnet electric motor used in electric motor vehicle in which a predetermined magnetic pole location signal pulse is supplied upon starting |
| US09/447,887 US6154002A (en) | 1997-02-24 | 1999-11-24 | Control apparatus for permanent magnet electric motor used in electric motor vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03879697A JP3351278B2 (ja) | 1997-02-24 | 1997-02-24 | 電気車の制御方法およびそれを用いた制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10243689A true JPH10243689A (ja) | 1998-09-11 |
| JP3351278B2 JP3351278B2 (ja) | 2002-11-25 |
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ID=12535275
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