JPH11313498A - 界磁巻線式同期機の駆動制御装置 - Google Patents

界磁巻線式同期機の駆動制御装置

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JPH11313498A JP10119508A JP11950898A JPH11313498A JP H11313498 A JPH11313498 A JP H11313498A JP 10119508 A JP10119508 A JP 10119508A JP 11950898 A JP11950898 A JP 11950898A JP H11313498 A JPH11313498 A JP H11313498A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】界磁磁束の応答性を向上させることができる界
磁巻線式同期機の駆動制御装置を提供する。 【解決手段】コントローラ100 は、外部装置からトルク
指令値を取り込み、該取り込んだトルク指令値に基づき
電動機1000の駆動を制御する。電動機1000は、永久磁石
を併用した界磁巻線式同期電動機にて構成され、その内
部のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の三相コイル（電機子巻線）1110
にはインバータ回路200 から駆動電流が供給される。コ
ントローラ100 は、電動機1000が過渡運転されているか
否かを検出し、過渡運転の旨が検出されると、その時の
出力要求に基づいてｄ軸電流成分（界磁巻線1230による
磁界と同軸成分を作るための電流成分）を求め、その電
流成分により三相コイル1110に流れる電流を制御する。
これにより、界磁巻線1230と三相コイル1110との間に相
互誘導が発生し、その相互誘導により界磁巻線1230の自
己誘導（逆起電力）が抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、界磁巻線式同期機
に適用される駆動制御装置に関するものである。なおこ
こで、界磁巻線式同期機とは、界磁巻線により界磁磁束
を発生させる構造のものの他、界磁巻線と磁石とを併用
して界磁磁束を発生させる構造のものも含むこととす
る。
【０００２】
【従来の技術】この種の界磁巻線式同期機の基本構成を
図９に示す。図９に示されるように、界磁巻線式同期機
はＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電機子巻線（ステータ巻線）１０
ａ，１０ｂ，１０ｃと界磁巻線（ロータ巻線）１１とを
有し、各電機子巻線１０ａ〜１０ｃには駆動電流ｉu ，
ｉv ，ｉw がそれぞれ供給される。界磁巻線１１には電
圧Ｖf が印加され、その電圧印加により界磁電流ｉf が
流れると共に磁束が発生する。
【０００３】かかる構成において、既存の駆動装置で
は、界磁巻線に電流を流して磁束を発生させ、この界磁
方向とそれに直交する方向とに座標軸を設定したｄ−ｑ
座標系を用いてベクトル制御が実施される。
【０００４】この同期機は、例えば特開平９−７４６０
７号公報に示されるように、エンジンと無段変速機とで
構成されるパラレルハイブリッド車に適用される。この
ハイブリッド車においては通常、同期機は車両の加速時
或いは減速時に用いられ、定常走行している時は動作さ
れない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記ハイブリッド車の
効率を向上させるため、定常走行時には界磁巻線の電流
をゼロにし、加減速時には界磁巻線に必要な電流を流す
ように構成したいが、既存の装置では、界磁巻線式同期
機の過渡運転時において界磁電流ｉf の立ち上がりが遅
く、その結果、出力トルクの立ち上がりが緩慢であると
いう問題が生じる。つまり、図１０に示されるように、
界磁巻線１１に電圧Ｖf を印加すると、次の式（１）で
表す自己誘導（逆起電力）ｅf が発生する。
【０００６】
【数１】 式（１）において、Ｌf は界磁巻線インダクタンスであ
る。この自己誘導ｅf が界磁電流ｉf の変化を妨げるた
めに、界磁巻線１１に発生する界磁磁束Φf の変化も妨
げられ、結果として界磁磁束Φf の応答性が悪化する。
【０００７】本発明は、上記問題に着目してなされたも
のであって、その目的とするところは、界磁磁束の応答
性を向上させることができる界磁巻線式同期機の駆動制
御装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、界磁巻線式同期機の運転状態が過渡状
態であることを検出する過渡検出手段と、前記過渡状態
であることが検出された場合、その時の出力要求に基づ
いて前記界磁巻線による磁界と同軸成分の磁束を作るた
めの電流成分を求め、その電流成分により前記電機子巻
線に流れる電流を制御する電流制御手段とを備える。
【０００９】要するに、同期機の過渡運転時には界磁巻
線による界磁磁束が変化するが、その際、界磁巻線には
自己誘導（逆起電力）が発生し、この自己誘導が界磁磁
束の立ち上がりを遅らせる原因となる。これに対し本発
明によれば、過渡運転時において、界磁巻線による磁界
と同軸成分の磁束を作るための電流成分を求め、その電
流成分により電機子巻線に流れる電流を制御すること
で、界磁巻線と電機子巻線との間に相互誘導を発生させ
る。そして、その相互誘導により自己誘導を抑制する。
こうした構成により、界磁磁束の応答性を向上させるこ
とができ、ひいては出力要求に対するトルク応答性も向
上する。
【００１０】本発明の基本原理を図７を用いて説明す
る。つまり、例えば界磁巻線Ｆの界磁方向とそれに直交
する方向とに座標軸を設定したｄ−ｑ座標系において、
電機子巻線Ｓにｄ軸電流ｉd を流し、それにより界磁巻
線Ｆとの間で相互誘導を発生させる。この場合、自己誘
導ｅf は次の式（２）で与えられる。
【００１１】
【数２】 但し、式（２）において、Ｌf は界磁巻線インダクタン
ス、Ｍは相互インダクタンスである。式（２）によれ
ば、磁束の立ち上がりを妨げる逆起電力を打ち消すよう
に相互誘導が働くため、界磁磁束の立ち上がりが速くな
る。
【００１２】実際には請求項２に記載したように、前記
電流制御手段は、その時の出力要求に基づいて、前記界
磁磁界と同軸成分の磁束を作るための電流成分並びに該
電流成分に直交する方向の電流成分の基本量を演算する
（基本量演算手段）。また、過渡時の磁束変化量（Φ変
化量）に基づいて補正量を演算し、その補正量により前
記界磁磁界と同軸成分の磁束を作るための電流成分の基
本量を補正する（補正手段）。
【００１３】或いは請求項３に記載したように、前記電
流制御手段は、その時の出力要求に基づいて、前記界磁
磁界と同軸成分の磁束を作るための電流成分並びに該電
流成分に直交する方向の電流成分の基本量を演算する
（基本量演算手段）。また、過渡時の界磁電流の変化量
（ｉf 変化量）に基づいて補正量を演算し、その補正量
により前記界磁磁界と同軸成分の磁束を作るための電流
成分の基本量を補正する（補正手段）。
【００１４】上記請求項２，３の構成では、既存のベク
トル制御演算を用いて例えばｄ−ｑ軸の電流基本量を求
め、その基本量に対し新たにｄ軸電流の補正量を与え
る。これにより、界磁磁束の応答性を向上させるための
電流成分が容易に且つ確実に求められる。
【００１５】請求項４に記載の発明では、前記界磁巻線
の界磁磁束が電機子巻線側の磁束よりも十分に大きい場
合、界磁巻線との間に負の相互誘導が発生するよう前記
界磁巻線による磁界と同軸成分の磁束を作るための電流
成分を制御し、前記界磁巻線の界磁磁束が電機子巻線側
の磁束にほぼ一致する場合、界磁巻線との間に正の相互
誘導が発生するよう前記界磁巻線による磁界と同軸成分
の磁束を作るための電流成分を制御する。
【００１６】つまり、界磁巻線の界磁磁束が電機子巻線
側の磁束よりも十分に大きい場合、界磁巻線との間に負
の相互誘導が発生するよう電流成分を制御することで、
全体としての有効磁束を確保し且つ、磁束の立ち上がり
を妨げる自己誘導を削減することが可能となる。また、
界磁巻線の界磁磁束が電機子巻線側の磁束にほぼ一致す
る場合、界磁巻線との間に正の相互誘導が発生するよう
電流成分を制御することで、全体としての有効磁束が増
大する。上記の制御動作により、界磁巻線のインダクタ
ンスの大小に拘わらず、常に界磁磁束の応答性を向上さ
せることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、この発明を具体化した一実
施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態では、
界磁巻線式同期電動機を駆動源とする電気車両に具体化
し、その電気車両の制御システムについて構成及び作用
を順次説明する。
【００１８】図１は、電気車両用制御システムの概要を
示す構成図である。図１において、コントローラ１００
は、図示しないＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどを主体とす
るマイクロコンピュータを備え、外部装置からトルク指
令値を取り込む。トルク指令値は、例えば車両のアクセ
ル操作量やブレーキ操作量に応じて設定されるようにな
っている。また、コントローラ１００は、ＲＯＭに記憶
されている演算プログラムに従いベクトル制御を実施
し、前記取り込んだトルク指令値に基づき電動機１００
０の駆動を制御する。
【００１９】電動機１０００は、永久磁石を併用した界
磁巻線式同期電動機にて構成され、その内部のＵ相，Ｖ
相，Ｗ相の三相コイル（電機子巻線）１１１０にはイン
バータ回路２００から駆動電流が供給される。なお、イ
ンバータ回路２００には、電池からなる蓄電装置３００
が接続されている。界磁回路４００は、電動機１０００
の界磁巻線１２３０を流れる界磁電流ｉf を制御するた
めの回路として構成されている。インバータ回路２００
並びに界磁回路４００の動作はコントローラ１００によ
り制御される。
【００２０】ここで、インバータ回路２００の詳細な構
成を図２に示す。インバータ回路２００は、蓄電装置３
００のプラス端子及びマイナス端子に接続される主電源
入力端子２０１，２０２と、電動機１０００に内蔵され
たＵ，Ｖ，Ｗ各相の巻線に接続される出力端子２０３，
２０４，２０５と、コントローラ１００内に設けられた
図示しないゲート駆動部に接続される入力端子２０６，
２０７，２０８，２０９，２１０，２１１とを備える。
【００２１】ＩＧＢＴモジュール２１２，２１３，２１
４は、ＩＧＢＴ素子（絶縁ゲート型バイポーラトランジ
スタ素子）とフライホイールダイオードとが各２個ずつ
内蔵された周知の構成を有する。その構成をＩＧＢＴモ
ジュール２１２について説明すると、当該モジュール２
１２の端子Ｃ１は一方の主電源入力端子２０１に接続さ
れ、端子Ｅ２は他方の主電源入力端子２０２に接続され
ている。また、端子Ｃ２及び端子Ｅ１は出力端子２０３
に接続され、電動機１０００のＵ相巻線を駆動する構成
となっている。ＩＧＢＴモジュール２１２と同様に、Ｉ
ＧＢＴモジュール２１３，２１４はそれぞれ、電動機１
０００のＶ相巻線及びＷ相巻線を駆動する構成となって
いる。
【００２２】さらに、インバータ回路２００には、電流
センサ２１５，２１６が設けられており、同センサ２１
５，２１６の検出値は端子２１７，２１８からコントロ
ーラ１００に出力される。電流センサ２１５，２１６は
例えばクランプ型でホール素子を用いた非接触タイプの
センサからなり、出力端子２０３，２０５に流れる電流
を各々検出しその検出値を電圧信号で出力する。より詳
細には、電流センサ２１５は、電動機１０００のＵ相巻
線を流れる電流ｉu を検出し、電流センサ２１６は、電
動機１０００のＷ相巻線を流れる電流ｉw を検出する。
【００２３】次いで、電動機１０００の構成を図３及び
図４を用いて説明する。ここで、図３は電動機１０００
の縦断面図、図４（ａ）は図３のＡ−Ａ線断面図、図４
（ｂ）は図３のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図３は図
４中のＣ−Ｏ−Ｃ線断面図に相当する。
【００２４】図３に示されるように、電動機１０００
は、フロントフレーム１９１０及びエンドフレーム１９
１１の内部に配設されたステータ１１００と、フロント
フレーム１９１０及びエンドフレーム１９１１に対して
ベアリング１９２０，１９２１により回転可能に支持さ
れたロータ１２００と、ロータ１２００の回転位置を測
定するための回転センサ１９３０とを有する。ロータ１
２００は、ステータ１１００内側を所定のエアギャップ
を介して回転する。
【００２５】回転センサ１９３０は、周知のレゾルバロ
ータ１９３１並びにレゾルバステータ１９３２からな
り、レゾルバステータ１９３２はコントローラ１００に
電気的に接続されている。コントローラ１００では、図
示しない信号処理部において回転センサ１９３０の検出
信号に基づきロータ位置θが求められる。
【００２６】ステータ１１００は、回転磁界を作るため
の三相コイル１１１０と、多数の電磁鋼板を積層したス
テータコア１１２０とから構成されている。図４に示さ
れるように、ステータコア１１２０は、三相コイル１１
１０を挿入するためのスロット１１２１、ティース１１
２２及びコアバック１１２３からなる。
【００２７】ロータ１２００は、多数の円環状電磁鋼板
を積層したロータヨーク１２１０と、同ロータヨーク１
２１０の両側面に配設され、多数の電磁鋼板を積層した
ロータヨーク１２２０と、ロータヨーク１２１０の内部
に設けられた界磁巻線１２３０とを有し、これらロータ
ヨーク１２１０，１２２０及び界磁巻線１２３０により
磁気回路ブロック１２５０が構成される。磁気回路ブロ
ック１２５０の両側にはそれぞれ非磁性プレート１２６
０が設けられている。
【００２８】また、磁気回路ブロック１２５０には、シ
ャフト１２４０のセレーションに圧入された円筒状鉄心
１２３１と、その外周に設けられた樹脂ボビン１２３２
とが設けられ、樹脂ボビン１２３２には界磁巻線１２３
０が一方向に巻装されている。シャフト１２４０の図中
左端にはスプライン１２４１が形成されている。シャフ
ト１２４０は電動機１０００の出力軸に相当し、このシ
ャフト１２４０の回転力が車両の図示しない車輪に伝達
される。
【００２９】界磁巻線１２３０は、ブラシホルダ１３１
０、ブラシ１３２０、スリップリング１３３０及びリー
ド部１３５０を介して外部の界磁回路４００から給電を
受ける。なお、リード部１３５０は、樹脂モールド等の
絶縁部１３４０よりシャフト１２４０に一体的に設けら
れている。
【００３０】一方、図４（ａ）に示されるように、ロー
タヨーク１２１０にはｎ個（図では１２個）の軸方向磁
石挿入穴１２１１が周方向に等間隔で設けられ、また隣
合う２つの磁石挿入穴１２１１の間には周方向中央部に
丸穴１２１２が形成されている。
【００３１】また、図４（ｂ）に示されるように、ロー
タヨーク１２２０は、円環部１２２１とボス部１２２２
とを有し、円環部１２２１とボス部１２２２とはｎ／２
個の径方向リブ１２２３で連結されている。すなわち、
リブ１２２３は「７２０／ｎ」°間隔で径方向に配置さ
れている。円環部１２２１にはロータヨーク１２１０同
様、軸方向磁石挿入穴１２２４が周方向に等間隔で設け
られている。また隣合う２つの磁石挿入穴１２２４の間
には周方向中央部に丸穴１２２５が設けられている。ロ
ータヨーク１２１０，１２２０の各々に形成される磁石
挿入穴１２１１，１２２４並びに丸穴１２１２，１２２
５は何れも同一寸法形状をなし、軸方向に連通するよう
に設けられる。また、前記図３において、左右一対のロ
ータヨーク１２２０は、互いのリブ１２２３が対向しな
いようにずらして配置されている。
【００３２】図４（ａ），（ｂ）に示されるように、磁
石挿入穴１２１１，１２２４には軸方向（紙面に直交す
る方向）から磁石１２８０が挿入され、隣合う磁石１２
８０の磁極は同磁極となるように構成される。また、丸
穴１２１２，１２２５には同じく軸方向から軟磁性体ピ
ン１２８１が圧入されている。このピン１２８１によ
り、多数の円環状電磁鋼板からなるロータヨーク１２１
０，１２２０が一体的に固定される。
【００３３】要するに、本実施の形態における磁石併用
型の界磁巻線式電動機１０００では、磁石１２８０が周
方向に着磁され、この磁石１２８０によりロータ１２０
０外周にはＮ磁極，Ｓ磁極の各磁極が構成される。磁石
１２８０によるＮ磁極の磁束は、Ｎ磁極側軟磁性体ピン
１２８１、ロータヨーク１２２０のＮ磁極側リブ１２２
３、円筒状鉄心１２３１、Ｓ磁極側リブ１２２３及びＳ
磁極側軟磁性体ピン１２８１を通ってＳ磁極に短絡して
いる。これにより、ステータ１１００側への有効磁束を
分流、短絡し減少させている。
【００３４】また、上記構成の電動機１０００では、軟
磁性体ピン１２８１、リブ１２２３及び円筒状鉄心１２
３１などにより決定される短絡部磁気抵抗を適宜設定す
ることで、界磁巻線１２３０の通電時並びに非通電時に
おいてステータ側の有効磁束量を任意に調整することが
可能となる。
【００３５】図５及び図６は、コントローラ１００内蔵
のＲＯＭに記憶されている制御プログラムを示すフロー
チャートであり、このフローはメインプログラムとして
コントローラ１００により実行される。このメインプロ
グラムではその概要として、トルク指令値Ｔ* と、電動
機１０００のロータ位置θと、電動機１０００のＵ相巻
線及びＷ相巻線を流れる電流（電流センサ２１５，２１
６の出力）とに基づきベクトル制御が実施され、トルク
指令値通りに電動機１０００の駆動が制御される。
【００３６】さて、図５及び図６のメインプログラム
は、車両のＩＧキースイッチがＯＮされることでスター
トする。コントローラ１００は、先ずステップ１０１で
トルク指令値Ｔ* 及びモータ回転数Ｎｍを読み込む。ト
ルク指令値Ｔ* は、例えばアクセル操作量やブレーキ操
作量などの加速又は減速要求に応じて設定され、モータ
回転数Ｎｍは、回転センサ１９３０の検出結果に基づき
随時算出される。
【００３７】コントローラ１００は、続くステップ１０
２で予めＲＯＭに記憶されている二次元マップを用い、
その時々のトルク指令値Ｔ* とモータ回転数Ｎｍとに応
じてｄ−ｑ座標系におけるｄ軸電流基本値ｉd0，ｑ軸電
流指令値ｉq*，界磁電流指令値ｉf*を各々算出する。こ
こで、ｄ軸電流基本値ｉd0は、後述する電流補正が行わ
れる前の基本量に相当する。
【００３８】その後、コントローラ１００は、ステップ
１０３で今現在の車両運転状態が過渡状態であるか否か
を判別する。具体的には、トルク指令値Ｔ* の前回値と
今回値とを比較して、その差が所定量以上であれば車両
の加速又は減速要求が入ったとみなし過渡状態である旨
を判別する。
【００３９】過渡状態でない定速走行時にはステップ１
０３が否定判別され、コントローラ１００は、ステップ
１０４でｄ軸電流基本値ｉd0を補正するための電流補正
値ｉdhを「０」とする。すなわち、かかる場合にはｄ軸
電流ｉd が補正されない。そしてその後、ステップ１０
８に進む。
【００４０】一方、過渡状態であればステップ１０３が
肯定判別され、コントローラ１００は、ステップ１０５
〜１０７で電流補正値ｉdhを演算する。詳細には、コン
トローラ１００は、ステップ１０５で磁束指令値（総磁
束）Φ0 を演算する。磁束指令値Φ0 は、例えば次の式
（３）を用い、エアギャップ中の界磁巻線１２３０によ
る界磁磁束Φf0、エアギャップ中のｄ軸磁束Φd0、磁石
１２８０による界磁磁束Φm を加算して求められる。
【００４１】
【数３】 式（３）において、Ｍfdは、界磁巻線１２３０とｄ軸巻
線（三相コイル１１１０）との間の相互インダクタン
ス、Ｎf は界磁巻線１２３０の巻数、Ｎd はｄ軸巻線の
巻数である。電流値ｉf*，ｉd*は、電流指令値である。
なお、磁束指令値Φ0 は上記演算により求める他、マッ
プ適合値により求めるようにしてもよい。
【００４２】また、コントローラ１００は、ステップ１
０６で実磁束（総磁束）Φ1 を演算する。磁束指令値Φ
1 は、例えば次の式（４）を用い、エアギャップ中の界
磁巻線１２３０による界磁磁束Φf1、エアギャップ中の
ｄ軸磁束Φd1、磁石１２８０による界磁磁束Φm を加算
して求められる。
【００４３】
【数４】 式（４）において、電流値ｉf1，ｉd1は、三相コイル１
１１０のＵ相電流ｉu 及びＷ相電流ｉw から求められる
電流計測値である。なお、実磁束Φ1 は上記演算により
求める他、センサ等により測定してもよい。例えばステ
ータ１１００とロータ１２００との間にサーチコイルを
設け、そのサーチコイルにより実磁束を測定する。
【００４４】その後、コントローラ１００は、ステップ
１０７で前記算出した磁束指令値Φ0 と実磁束Φ1 とに
基づきｄ軸電流補正値ｉdhを演算する。実際には、磁束
指令値Φ0 と実磁束Φ1 との偏差がなくなるようｉdh値
を演算する、といった周知のフィードバック手法を用い
ればよいが、フィードフォワード手法や或いはそれらを
組み合わせた手法を用いてもよい。
【００４５】そして、コントローラ１００は、ステップ
１０８でｄ軸電流基本値ｉd0に電流補正値ｉdhを加算
し、その和をｄ軸電流指令値ｉd*とする（ｉd*＝ｉd0＋
ｉdh）。
【００４６】なおここで、界磁巻線１２３０の界磁磁束
が三相コイル１１１０側の磁束よりも十分に大きい場合
には、エアギャップに負の相互誘導が発生するようｄ軸
電流成分を制御し、界磁巻線１２３０の界磁磁束が三相
コイル１１１０側の磁束にほぼ一致する場合には、エア
ギャップに正の相互誘導が発生するようｄ軸電流成分を
制御するとよい。これにより、界磁巻線インダクタンス
の大小に拘わらず常に、全体としての有効磁束を確保し
且つ、磁束の立ち上がりを妨げるような自己誘導を削減
することが可能となる。
【００４７】その後、コントローラ１００は、ステップ
１０９で電流センサ２１５，２１６の出力である電動機
１０００のＵ相線電流ｉu 及びＷ相線電流ｉw を読み込
み、続くステッ１１０で電動機１０００のロータ位置θ
を読み込む。
【００４８】また、コントローラ１００は、図６のステ
ップ１１１でｄ−ｑ座標系におけるそれぞれの電流成分
である電動機１０００のｄ軸電流ｉd 及びｑ軸電流ｉq
を演算する。つまり、上記Ｕ相線電流ｉu 及びＷ相線電
流ｉw とロータ位置θとに基づき、電動機１０００の巻
線に流れる三相交流電流をｄ−ｑ座標系のｄ軸電流ｉd
及びｑ軸電流ｉq に変換する。
【００４９】次に、コントローラ１００は、ステップ１
１２で前記演算したｄ軸電流指令値ｉd*及びｑ軸電流指
令値ｉq*と、ｄ軸電流ｉd 及びｑ軸電流ｉq とに基づい
て、ｄ軸成分とｑ軸成分毎にそれぞれの電流偏差εd ，
εq を演算する（εd ＝ｉd*−ｉd ，εq ＝ｉq*−ｉq
）。さらにその後、コントローラ１００は、ステップ
１１３で前記演算した電流偏差εd ，εq と電動機１０
００の電気的定数とに基づいて、電動機１０００に印加
する電圧のｄ−ｑ軸成分であるｄ軸電圧指令値Ｖd*及び
ｑ軸電圧指令値Ｖq*を演算する。
【００５０】その後、コントローラ１００は、ステップ
１１４で電動機１０００のｄ軸電圧指令値Ｖd*及びｑ軸
電圧指令値Ｖq*から三相交流の相電圧指令値Ｖu*，Ｖv
*，Ｖw*を演算し、続くステップ１１５で界磁電圧指令
値Ｖf*を演算する。さらに、コントローラ１００は、ス
テップ１１６で前記演算した相電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，
Ｖw*について例えば１０ｋＨｚを変調周波数とするパル
ス幅変調（ＰＷＭ）の演算を行うと共に、その演算結果
をコントローラ１００内蔵のＰＷＭレジスタに書き込
み、その後本プログラムを終了する。
【００５１】図８は、磁束の変化を時間の経過と共に示
すタイムチャートである。図８において、実線は本実施
の形態における磁束変化を、点線は従来装置における磁
束変化を示す。同図によれば、従来装置に比較して磁束
の収束が大幅に速くなるのが分かる。
【００５２】なお本実施の形態では、図５のステップ１
０３が請求項記載の過渡検出手段に相当し、同ステップ
１０２〜１０８が電流制御手段に相当する。特に、図５
のステップ１０２が基本量演算手段に相当し、ステップ
１０５〜１０８が補正手段に相当する。
【００５３】以上詳述した本実施の形態によれば、以下
に示す効果が得られる。 （ａ）本実施の形態では、電動機１０００の過渡運転が
検出された場合、その時の出力要求に基づいてｄ軸電流
成分（界磁巻線１２３０による磁界と同軸成分の磁束を
作るための電流成分）を求め、そのｄ軸電流成分により
三相コイル１１１０に流れる電流を制御するようにし
た。これにより、界磁巻線１２３０と三相コイル１１１
０との間に相互誘導が発生し、その相互誘導により界磁
巻線１２３０の自己誘導（逆起電力）が抑制される。そ
の結果、界磁磁束の応答性を向上させることができ、ひ
いては出力要求に対するトルク応答性も向上する。
【００５４】（ｂ）ｄ軸電流指令値ｉd*の演算に際し、
その時々のトルク指令値Ｔ* に基づいてｄ軸電流基本値
ｉd0を求めると共に、磁束変化量（Φ0 −Φ1 ）に基づ
いて電流補正値ｉdhを演算し、その補正値ｉdhによりｄ
軸電流基本値ｉd0を補正するようにした。本構成によれ
ば、界磁磁束の応答性を向上させるための電流成分が容
易に且つ確実に求められる。
【００５５】（ｃ）界磁巻線１２３０の界磁磁束と三相
コイル１１１０（電機子巻線）側の磁束との大小に応じ
て、エアギャップに発生する相互誘導の正負を決定する
ようにした。この場合、界磁巻線インダクタンスの大小
に拘わらず常に、全体としての有効磁束を確保し且つ、
磁束の立ち上がりを妨げるような自己誘導を減少させる
ことが可能となる。
【００５６】（ｄ）磁石併用型の界磁巻線式電動機１０
００の構成として、多数の電磁鋼板を積層したロータヨ
ーク１２１０，１２２０と、そのロータヨーク１２１
０，１２２０上にＮ極及びＳ極を構成する磁石１２８０
と、そのＮ極及びＳ極を磁気的に短絡するピン１２８１
と、ピン１２８１に流れる磁束量を制御する界磁巻線１
２３０とを設けた。この構成により、電動機１０００の
単体効率が高められる。また、電動機１０００の小型化
を図ることができる。
【００５７】なお、本発明の実施の形態は、上記以外に
次の形態にて具体化できる。上記実施の形態では、過渡
運転時において磁束変化量に基づきｄ軸電流指令値ｉd*
を決定したが、これを変更する。例えばその時々の出力
要求に基づいてｄ軸電流成分の基本量を演算すると共
に、過渡時の界磁電流ｉf の変化量（界磁電流指令値と
実電流値との偏差）に基づいて補正量を演算し、その補
正量によりｄ軸電流成分の基本量を補正する。そして、
この補正後の値をｄ軸電流指令値ｉd*として、電動機１
０００の駆動電流を制御する。この場合、界磁電流ｉf
の増加時にはｄ軸電流指令値ｉd*を減らし、界磁電流ｉ
f の減少時にはｄ軸電流指令値ｉd*を増やすとよい。か
かる構成においても、上記実施の形態と同様に、界磁磁
束の応答性が向上するなどの優れた効果が得られる。
【００５８】上記実施の形態では、ｄ軸電流指令値ｉd*
の演算に際し、先ずは基本量を演算し、その基本量を補
正したが、この構成を変更する。例えば補正演算をなく
し、磁束変化量或いは界磁電流変化量に基づくマップ検
索等によりｄ軸電流指令値ｉd*を求めるようにする。
【００５９】上記実施の形態では、界磁巻線による磁界
と同軸成分の磁束を作るための電流成分とそれに直交す
る方向の電流成分とによるベクトル制御に際し、ｄ−ｑ
座標系を用いたが、いわゆるα−β座標系やＭ−Ｔ座標
系を用いるなど、他の座標系を用いベクトル制御を実施
してもよい。
【００６０】上記実施の形態では、磁石併用型の界磁巻
線式同期電動機に本発明を具体化したが、他の同期電動
機に適用する。例えば永久磁石を併用せず、界磁巻線と
電機子巻線とのみを有する電動機に具体化してもよい。
【００６１】本発明は、上記電気車両用制御システムに
加え、他の装置にも適用できる。例えばハイブリッド車
両の制御システムに適用できる。勿論、車両以外に適用
される同期機に具体化することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施の形態における電気車両用制御シス
テムの概要を示す構成図。
【図２】インバータ回路の電気的構成を示す回路図。
【図３】電動機の構成を示す縦断面図。
【図４】（ａ）は図３のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図３
のＢ−Ｂ線断面図。
【図５】コントローラによるメインプログラムを示すフ
ローチャート。
【図６】図５に続き、メインプログラムを示すフローチ
ャート。
【図７】発明の基本原理を説明するための図。
【図８】磁束の変化を示すタイムチャート。
【図９】従来一般の界磁巻線式同期機の基本構成を示す
概略図。
【図１０】界磁巻線に発生する自己誘導を説明するため
の図。
【符号の説明】
１００…過渡検出手段，電流制御手段，基本量演算手
段，補正手段を構成するコントローラ、２００…インバ
ータ回路、３００…蓄電装置、１０００…電動機（界磁
巻線式同期機）、１１１０…三相コイル（電機子巻
線）、１２３０…界磁巻線。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】界磁巻線と電機子巻線とを有する界磁巻線
    式同期機に適用される駆動制御装置において、 前記同期機の運転状態が過渡状態であることを検出する
    過渡検出手段と、 前記過渡状態であることが検出された場合、その時の出
    力要求に基づいて前記界磁巻線による磁界と同軸成分の
    磁束を作るための電流成分を求め、その電流成分により
    前記電機子巻線に流れる電流を制御する電流制御手段と
    を備えることを特徴とする界磁巻線式同期機の駆動制御
    装置。
  2. 【請求項２】前記電流制御手段は、 その時の出力要求に基づいて、前記界磁磁界と同軸成分
    の磁束を作るための電流成分並びに該電流成分に直交す
    る方向の電流成分の基本量を演算する基本量演算手段
    と、 過渡時の磁束変化量に基づいて補正量を演算し、その補
    正量により前記界磁磁界と同軸成分の磁束を作るための
    電流成分の基本量を補正する補正手段とを有する請求項
    １に記載の界磁巻線式同期機の駆動制御装置。
  3. 【請求項３】前記電流制御手段は、 その時の出力要求に基づいて、前記界磁磁界と同軸成分
    の磁束を作るための電流成分並びに該電流成分に直交す
    る方向の電流成分の基本量を演算する基本量演算手段
    と、 過渡時の界磁電流の変化量に基づいて補正量を演算し、
    その補正量により前記界磁磁界と同軸成分の磁束を作る
    ための電流成分の基本量を補正する補正手段とを有する
    請求項１に記載の界磁巻線式同期機の駆動制御装置。
  4. 【請求項４】前記界磁巻線の界磁磁束が電機子巻線側の
    磁束よりも十分に大きい場合、界磁巻線との間に負の相
    互誘導が発生するよう前記界磁巻線による磁界と同軸成
    分の磁束を作るための電流成分を制御し、前記界磁巻線
    の界磁磁束が電機子巻線側の磁束にほぼ一致する場合、
    界磁巻線との間に正の相互誘導が発生するよう前記界磁
    巻線による磁界と同軸成分の磁束を作るための電流成分
    を制御する請求項１〜請求項３のいずれかに記載の界磁
    巻線式同期機の駆動制御装置。
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