JPH1169900A - 電気車の制御装置 - Google Patents
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- JPH1169900A JPH1169900A JP9228074A JP22807497A JPH1169900A JP H1169900 A JPH1169900 A JP H1169900A JP 9228074 A JP9228074 A JP 9228074A JP 22807497 A JP22807497 A JP 22807497A JP H1169900 A JPH1169900 A JP H1169900A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】永久磁石型同期機の磁石の温度を正確に推定し
て好ましい状態に制御する。 【解決手段】δ演算手段１０９により誘起電圧と端子電
圧の相差角δを求め、磁石温度推定手段１１１によりこ
の相差角δに基づいて前記永久磁石型同期機の磁石温度
を推定し、同期機を制御する参考資料とする。
て好ましい状態に制御する。 【解決手段】δ演算手段１０９により誘起電圧と端子電
圧の相差角δを求め、磁石温度推定手段１１１によりこ
の相差角δに基づいて前記永久磁石型同期機の磁石温度
を推定し、同期機を制御する参考資料とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気車の制御装置
に係り、特に、発電源や動力源として永久磁石型同期機
を使用する電気車用ハイブリッド駆動システムにおける
制御装置に関するものである。
に係り、特に、発電源や動力源として永久磁石型同期機
を使用する電気車用ハイブリッド駆動システムにおける
制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電気車用ハイブリッド駆動システムは、
一般に、エンジンによって駆動される発電機と、バッテ
リと、前記発電機もしくはバッテリを電源とする車両駆
動用電動機と、前記発電機及び電動機の各駆動回路を備
え、各駆動回路は電力変換器を含む構成となっている。
車両の駆動方式としては、エンジンと発電機及び電動機
が直列接続されるシリーズ型と、エンジンと発電機及び
電動機とが並列接続されるパラレル型とが知られてい
る。シリーズ型では、車両は常に電動機で駆動し、電動
機の電源をバッテリもしくはエンジンに接続された発電
機から得ると共にエンジンに接続された発電機によりバ
ッテリを充電する。
一般に、エンジンによって駆動される発電機と、バッテ
リと、前記発電機もしくはバッテリを電源とする車両駆
動用電動機と、前記発電機及び電動機の各駆動回路を備
え、各駆動回路は電力変換器を含む構成となっている。
車両の駆動方式としては、エンジンと発電機及び電動機
が直列接続されるシリーズ型と、エンジンと発電機及び
電動機とが並列接続されるパラレル型とが知られてい
る。シリーズ型では、車両は常に電動機で駆動し、電動
機の電源をバッテリもしくはエンジンに接続された発電
機から得ると共にエンジンに接続された発電機によりバ
ッテリを充電する。
【０００３】この種のハイブリッド駆動システムとし
て、例えば特開平7−336809号公報に記載されたシリー
ズ型のハイブリッド駆動システムは、エンジンで駆動さ
れる発電機の出力をダイオード整流回路によりバッテリ
に供給して充電する構成となっている。
て、例えば特開平7−336809号公報に記載されたシリー
ズ型のハイブリッド駆動システムは、エンジンで駆動さ
れる発電機の出力をダイオード整流回路によりバッテリ
に供給して充電する構成となっている。
【０００４】一方、電気車の駆動用の交流電動機を制御
する制御装置としては、電動機が誘導電動機であれ、永
久磁石を用いた同期電動機であれ、電動機の電流をトル
ク電流Ｉｑと励磁電流Ｉｄに分解して制御するベクトル
制御が実用化されている。そして、永久磁石型同期電動
機における磁石の温度上昇による出力低下を補償するた
めに、特開平7−212915号公報に記載された制御装置
は、電動機の電圧および電流更に温度センサの値をもと
にｑ軸電流指令Ｉｑ*のみを補償するようにしている。
する制御装置としては、電動機が誘導電動機であれ、永
久磁石を用いた同期電動機であれ、電動機の電流をトル
ク電流Ｉｑと励磁電流Ｉｄに分解して制御するベクトル
制御が実用化されている。そして、永久磁石型同期電動
機における磁石の温度上昇による出力低下を補償するた
めに、特開平7−212915号公報に記載された制御装置
は、電動機の電圧および電流更に温度センサの値をもと
にｑ軸電流指令Ｉｑ*のみを補償するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】永久磁石型同期機にお
いては、電動機であれ、発電機であれ磁石の温度上昇に
よる誘起電圧の低下により、出力電圧あるいは出力トル
クは低下する。この永久磁石型同期機の磁石の温度上昇
による出力低下特性は、磁石材料により異なる。例え
ば、フェライト磁石はほぼ−０．２％／℃であり、ネオ
ジ磁石は−０．１％／℃である。特に小型化したことに
より磁石の温度上昇が顕著な同期電動機や同期発電機で
は、温度上昇に伴う出力あるいはトルクの低下は著し
く、これを補償することが必要である。
いては、電動機であれ、発電機であれ磁石の温度上昇に
よる誘起電圧の低下により、出力電圧あるいは出力トル
クは低下する。この永久磁石型同期機の磁石の温度上昇
による出力低下特性は、磁石材料により異なる。例え
ば、フェライト磁石はほぼ−０．２％／℃であり、ネオ
ジ磁石は−０．１％／℃である。特に小型化したことに
より磁石の温度上昇が顕著な同期電動機や同期発電機で
は、温度上昇に伴う出力あるいはトルクの低下は著し
く、これを補償することが必要である。
【０００６】また、温度上昇が永久磁石の限界温度を超
えると同期機として致命的な永久減磁が生ずるために、
磁石の温度を正確に検出して保護のための制御を行う必
要もある。
えると同期機として致命的な永久減磁が生ずるために、
磁石の温度を正確に検出して保護のための制御を行う必
要もある。
【０００７】同期機を補償および保護する制御を行うた
めには磁石の温度情報が必要であるが、磁石は回転子に
用いているために、磁石の温度を直接測定することは困
難である。そのために、温度測定は、コアに温度検出器
を取り付け、コアの温度に基づいて推定するのが一般的
であるが、磁石の正確な温度を推定（検出）することは
困難である。
めには磁石の温度情報が必要であるが、磁石は回転子に
用いているために、磁石の温度を直接測定することは困
難である。そのために、温度測定は、コアに温度検出器
を取り付け、コアの温度に基づいて推定するのが一般的
であるが、磁石の正確な温度を推定（検出）することは
困難である。
【０００８】本発明の１つの目的は、電気車の駆動シス
テムにおける永久磁石型同期機の磁石の温度を正確に推
定することにある。
テムにおける永久磁石型同期機の磁石の温度を正確に推
定することにある。
【０００９】本発明の他の目的は、推定した磁石温度を
参照して永久磁石型同期機を好ましい状態に制御するこ
とにある。
参照して永久磁石型同期機を好ましい状態に制御するこ
とにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、車両用永久磁
石型同期機と、電力変換器を含む前記同期機の駆動制御
装置とを備え、前記駆動制御装置は、前記同期機のｄ軸
電流指令とｑ軸電流指令を発生する電流指令発生手段
と、ｄｑ軸電流指令と同期機の実電流に基づくｄｑ軸電
流の検出値をもとに交流電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ
*を発生するｄｑ軸電流制御手段と、前記電圧指令値を
もとに前記電力変換器の駆動信号を発生するＰＷＭ制御
手段を備えた電気車の制御装置において、誘起電圧と端
子電圧との相差角δの値を検出する手段と、前記永久磁
石型同期機の磁石温度を前記相差角δに基づいて推定す
る磁石温度推定手段を設けたものである。
石型同期機と、電力変換器を含む前記同期機の駆動制御
装置とを備え、前記駆動制御装置は、前記同期機のｄ軸
電流指令とｑ軸電流指令を発生する電流指令発生手段
と、ｄｑ軸電流指令と同期機の実電流に基づくｄｑ軸電
流の検出値をもとに交流電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ
*を発生するｄｑ軸電流制御手段と、前記電圧指令値を
もとに前記電力変換器の駆動信号を発生するＰＷＭ制御
手段を備えた電気車の制御装置において、誘起電圧と端
子電圧との相差角δの値を検出する手段と、前記永久磁
石型同期機の磁石温度を前記相差角δに基づいて推定す
る磁石温度推定手段を設けたものである。
【００１１】そして、前記磁石温度推定手段は、基準温
度における相差角δに対する検出した相差角δとの差に
より磁石温度を推定する。また、前記磁石温度推定手段
は、基準温度における相差角δと検出した相差角δとを
入力信号として磁石温度情報を出力する磁石温度テーブ
ルを保持する。
度における相差角δに対する検出した相差角δとの差に
より磁石温度を推定する。また、前記磁石温度推定手段
は、基準温度における相差角δと検出した相差角δとを
入力信号として磁石温度情報を出力する磁石温度テーブ
ルを保持する。
【００１２】また、前記相差角δは、磁極位置検出器の
出力信号と電圧指令との位相差を演算することにより求
めるようにする。
出力信号と電圧指令との位相差を演算することにより求
めるようにする。
【００１３】そして、推定した磁石温度情報に応動する
磁石温度保護手段を設け、推定した磁石温度情報が磁石
の限界温度以下に設定した閾値以上となったときには同
期機の出力を低下もしくは停止するようにし、更には、
推定した磁石温度情報に応動する出力補正手段を設け、
推定した磁石温度情報に基づいて、磁石温度の上昇に伴
う磁石の起磁力の低下による出力低下を補償するように
ｄｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*を補正するようにする。
磁石温度保護手段を設け、推定した磁石温度情報が磁石
の限界温度以下に設定した閾値以上となったときには同
期機の出力を低下もしくは停止するようにし、更には、
推定した磁石温度情報に応動する出力補正手段を設け、
推定した磁石温度情報に基づいて、磁石温度の上昇に伴
う磁石の起磁力の低下による出力低下を補償するように
ｄｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*を補正するようにする。
【００１４】この出力補正手段は、磁石の温度に対応し
た補償データをテーブル化したＩｄ補償テーブルとＩｑ
補償テーブルを備え、前記磁石温度情報に基づいてテー
ブルを検索して補償データを作成するようにする。
た補償データをテーブル化したＩｄ補償テーブルとＩｑ
補償テーブルを備え、前記磁石温度情報に基づいてテー
ブルを検索して補償データを作成するようにする。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。ここでは、永久磁石型同期発電機へ
の適用例を用いて説明するが、当然、永久磁石型同期電
動機でも実現可能である。
施形態を説明する。ここでは、永久磁石型同期発電機へ
の適用例を用いて説明するが、当然、永久磁石型同期電
動機でも実現可能である。
【００１６】図１は、本発明の一実施形態を示す電気車
用ハイブリッド駆動システムのブロック図である。電動
機１は永久磁石型同期電動機であり、電力変換器として
逆変換器すなわちインバータ２を用いて給電される。永
久磁石型同期電動機１には、その回転角度検出器である
エンコーダ３及び磁極位置を検出する磁極位置検出器４
が直結されている。電動機制御ユニット（ＭＣＵ）５
は、エンコーダ３と磁極位置検出器４の出力信号及び電
流検出器６の出力信号に基づいてＰＷＭ信号を生成して
前記インバータ２を制御する。
用ハイブリッド駆動システムのブロック図である。電動
機１は永久磁石型同期電動機であり、電力変換器として
逆変換器すなわちインバータ２を用いて給電される。永
久磁石型同期電動機１には、その回転角度検出器である
エンコーダ３及び磁極位置を検出する磁極位置検出器４
が直結されている。電動機制御ユニット（ＭＣＵ）５
は、エンコーダ３と磁極位置検出器４の出力信号及び電
流検出器６の出力信号に基づいてＰＷＭ信号を生成して
前記インバータ２を制御する。
【００１７】発電機７は、永久磁石型同期発電機であ
り、電力変換器として順変換器すなわちコンバータ８が
接続される。永久磁石型同期発電機７には、その回転角
度検出器であるエンコーダ９及び磁極位置を検出する磁
極位置検出器１０が直結されている。発電機制御ユニッ
ト（ＧＣＵ）１１は、エンコーダ９と磁極位置検出器１
０の出力信号及び電流検出器１２の出力信号に基づいて
ＰＷＭ信号を生成して前記コンバータ８を制御する。
り、電力変換器として順変換器すなわちコンバータ８が
接続される。永久磁石型同期発電機７には、その回転角
度検出器であるエンコーダ９及び磁極位置を検出する磁
極位置検出器１０が直結されている。発電機制御ユニッ
ト（ＧＣＵ）１１は、エンコーダ９と磁極位置検出器１
０の出力信号及び電流検出器１２の出力信号に基づいて
ＰＷＭ信号を生成して前記コンバータ８を制御する。
【００１８】図１に示したハイブリッド駆動システムに
おいて、電気車は常に永久磁石型同期電動機１で駆動す
るようにし、この電動機１の電源を、バッテリ１３もし
くはガソリンエンジン１４で駆動される永久磁石型同期
発電機７から得るように構成される。また、永久磁石型
同期発電機７は、バッテリ１３を充電する。エンジン１
４は、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）１５により制御
される。１６はコンタクタ、３０は駆動輪、３１は変速
機である。
おいて、電気車は常に永久磁石型同期電動機１で駆動す
るようにし、この電動機１の電源を、バッテリ１３もし
くはガソリンエンジン１４で駆動される永久磁石型同期
発電機７から得るように構成される。また、永久磁石型
同期発電機７は、バッテリ１３を充電する。エンジン１
４は、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）１５により制御
される。１６はコンタクタ、３０は駆動輪、３１は変速
機である。
【００１９】駆動システム制御部１７は、アクセルペタ
ル１８及びブレーキペタル１９の操作量に応じて電動機
制御ユニット５に電動機トルク指令τＭ*を送り、電動
機１がアクセルペタル１８及びブレーキペタル１９の操
作量に対応したトルクを発生するように制御する。駆動
システム制御部１７は、また、発電機制御ユニット１１
及びエンジン制御ユニット１５に対して、それぞれ、発
電指令ＫＷ*とエンジン回転数指令ＮＥ*を送り、バッテ
リ１３もしくは電動機１に所定の電力が供給されるよう
に、発電機７の発電量及びエンジン１４の回転数を制御
する。
ル１８及びブレーキペタル１９の操作量に応じて電動機
制御ユニット５に電動機トルク指令τＭ*を送り、電動
機１がアクセルペタル１８及びブレーキペタル１９の操
作量に対応したトルクを発生するように制御する。駆動
システム制御部１７は、また、発電機制御ユニット１１
及びエンジン制御ユニット１５に対して、それぞれ、発
電指令ＫＷ*とエンジン回転数指令ＮＥ*を送り、バッテ
リ１３もしくは電動機１に所定の電力が供給されるよう
に、発電機７の発電量及びエンジン１４の回転数を制御
する。
【００２０】インバータ２とコンバータ８は、それぞ
れ、６個のパワースイッチング素子（ＩＧＢＴ）と各パ
ワースイッチング素子に並列に接続されたダイオードを
用いて構成され、電動機１もしくは発電機７のＵ，Ｖ，
Ｗ各相の巻線に流れる電流を制御する３相ブリッジ回路
と、１個の平滑コンデンサとを備える。ただし、インバ
ータ２の容量は、コンバータ８の容量の数倍の容量とす
るので、主回路を構成する各要素の容量はそれぞれ異な
る。
れ、６個のパワースイッチング素子（ＩＧＢＴ）と各パ
ワースイッチング素子に並列に接続されたダイオードを
用いて構成され、電動機１もしくは発電機７のＵ，Ｖ，
Ｗ各相の巻線に流れる電流を制御する３相ブリッジ回路
と、１個の平滑コンデンサとを備える。ただし、インバ
ータ２の容量は、コンバータ８の容量の数倍の容量とす
るので、主回路を構成する各要素の容量はそれぞれ異な
る。
【００２１】電動機制御ユニット５は、電流検出器６，
磁極位置検出手段４及びエンコーダ３の各検出値と、ト
ルク指令発生手段２０から送られてきたトルク指令値τ
Ｍ*に基づいて、前記インバータ２のパワースイッチン
グ素子を制御するＰＷＭ信号を生成する。
磁極位置検出手段４及びエンコーダ３の各検出値と、ト
ルク指令発生手段２０から送られてきたトルク指令値τ
Ｍ*に基づいて、前記インバータ２のパワースイッチン
グ素子を制御するＰＷＭ信号を生成する。
【００２２】駆動システム制御部１７は、エンジン制御
ユニット１５にエンジン回転数指令ＮＥ*を送り、エン
ジン１５が所定の回転数になるように制御する。また、
アクセルペタル１８の操作量に応じて、電動機制御ユニ
ット５に電動機トルク指令τＭ*を送る。また、アクセ
ルペタル１８の操作量に対して、バッテリ１３の状態に
応じてエンジン回転数指令ＮＥ*と発電機制御ユニット
１１の発電量指令ＫＷ*を各ユニット１１，１５に送
り、アクセルペタル１８の操作量が増加或いは一定の時
は電動機１を力行モードで動作させ、バッテリ１３の充
電を行い、車両の加速性を向上させる。
ユニット１５にエンジン回転数指令ＮＥ*を送り、エン
ジン１５が所定の回転数になるように制御する。また、
アクセルペタル１８の操作量に応じて、電動機制御ユニ
ット５に電動機トルク指令τＭ*を送る。また、アクセ
ルペタル１８の操作量に対して、バッテリ１３の状態に
応じてエンジン回転数指令ＮＥ*と発電機制御ユニット
１１の発電量指令ＫＷ*を各ユニット１１，１５に送
り、アクセルペタル１８の操作量が増加或いは一定の時
は電動機１を力行モードで動作させ、バッテリ１３の充
電を行い、車両の加速性を向上させる。
【００２３】図２は、発電機制御ユニット１１の一実施
形態を示すブロック図である。この発電機制御ユニット
１１は、駆動システム制御部１７から与えられた発電量
指令ＫＷ*をトルク指令τＧ*に変換するトルク指令変換
手段１００を備える。励磁分電流に相当するｄ軸電流指
令の指令値Ｉｄ*は、トルク指令τＧ*と、エンコーダ３
からのパルス信号から速度演算手段１０７で演算した回
転数ＮＧに基づいてＩｄテーブル１０１を参照して算出
する。同様に、トルク分電流に相当するｑ軸電流指令の
指令値Ｉｑ*は、トルク指令τＧ*と、エンコーダ９から
のパルス信号から速度演算手段１０７で演算した回転数
ＮＧに基づいてＩｑテーブル１０２を参照して算出す
る。
形態を示すブロック図である。この発電機制御ユニット
１１は、駆動システム制御部１７から与えられた発電量
指令ＫＷ*をトルク指令τＧ*に変換するトルク指令変換
手段１００を備える。励磁分電流に相当するｄ軸電流指
令の指令値Ｉｄ*は、トルク指令τＧ*と、エンコーダ３
からのパルス信号から速度演算手段１０７で演算した回
転数ＮＧに基づいてＩｄテーブル１０１を参照して算出
する。同様に、トルク分電流に相当するｑ軸電流指令の
指令値Ｉｑ*は、トルク指令τＧ*と、エンコーダ９から
のパルス信号から速度演算手段１０７で演算した回転数
ＮＧに基づいてＩｑテーブル１０２を参照して算出す
る。
【００２４】発電機制御ユニット１１において、３／２
変換手段１０８は、エンコーダ９のパルス信号と磁極位
置検出器１０の矩形波信号より位相演算手段１０６で算
出した位相信号を用いて、電流検出器６で検出した発電
機電流の３相交流電流について３相／２相の座標変換処
理を行い、ｄ，ｑ軸電流Ｉｄ，Ｉｑを算出する。これら
の検出値（ｄ，ｑ軸電流Ｉｄ，Ｉｑ）と前記指令値Ｉｄ
*、Ｉｑ*に基づいて、ｄｑ軸電流制御手段１０３は、比
例あるいは比例積分電流制御を行い、電圧指令値Ｖｄ
*，Ｖｑ*を算出する。
変換手段１０８は、エンコーダ９のパルス信号と磁極位
置検出器１０の矩形波信号より位相演算手段１０６で算
出した位相信号を用いて、電流検出器６で検出した発電
機電流の３相交流電流について３相／２相の座標変換処
理を行い、ｄ，ｑ軸電流Ｉｄ，Ｉｑを算出する。これら
の検出値（ｄ，ｑ軸電流Ｉｄ，Ｉｑ）と前記指令値Ｉｄ
*、Ｉｑ*に基づいて、ｄｑ軸電流制御手段１０３は、比
例あるいは比例積分電流制御を行い、電圧指令値Ｖｄ
*，Ｖｑ*を算出する。
【００２５】ｄ，ｑ軸電圧指令値Ｖｄ*，Ｖｑ*は、更
に、エンコーダ９のパルス信号と磁極位置検出器１０の
矩形波信号より位相演算手段１０６で算出した位相を用
いて２／３変換手段１０４により３相交流電圧指令値Ｖ
ｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*を算出する。ＰＷＭ制御手段１０５
は、この電圧指令値から三角波信号の搬送波信号との比
較処理を行ってＰＷＭ信号を発生し、コンバータ８をＰ
ＷＭ制御する。このようにして、発電機７をＰＷＭ制御
することにより発電機電流を電流指令Ｉｄ*，Ｉｑ*に一
致させるように制御する。
に、エンコーダ９のパルス信号と磁極位置検出器１０の
矩形波信号より位相演算手段１０６で算出した位相を用
いて２／３変換手段１０４により３相交流電圧指令値Ｖ
ｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*を算出する。ＰＷＭ制御手段１０５
は、この電圧指令値から三角波信号の搬送波信号との比
較処理を行ってＰＷＭ信号を発生し、コンバータ８をＰ
ＷＭ制御する。このようにして、発電機７をＰＷＭ制御
することにより発電機電流を電流指令Ｉｄ*，Ｉｑ*に一
致させるように制御する。
【００２６】磁石温度推定手段１１１は、トルク指令τ
Ｇ*と回転数ＮＧより決まる動作点でのある基準温度で
の相差角δを基準δ演算手段１１０で算出した値と、δ
演算手段１０９で３相交流電圧指令値Ｖｕ*の立ち上が
りゼロクロス点（＝端子電圧の位相）と、磁極位置検出
器１０の出力信号（＝誘起電圧の位相）から算出した相
差角δの値に基づいて磁石温度を推定する。
Ｇ*と回転数ＮＧより決まる動作点でのある基準温度で
の相差角δを基準δ演算手段１１０で算出した値と、δ
演算手段１０９で３相交流電圧指令値Ｖｕ*の立ち上が
りゼロクロス点（＝端子電圧の位相）と、磁極位置検出
器１０の出力信号（＝誘起電圧の位相）から算出した相
差角δの値に基づいて磁石温度を推定する。
【００２７】ここで、本発明になる磁石温度推定手段１
１１の動作原理を説明する。同期機では定常状態におい
て、座標系を一般的によく用いられる回転座標系に設定
した場合、図３に示すような図式関係が成り立つことが
知られている。ここで、ＩはＵ相電流（発電機に流れ込
む方向を正としている）、ＶはＵ相電圧、Ｅは同期発電
機７のＵ相が発生する誘起電圧であり、誘起電圧Ｅの方
向が磁極方向と一致する。
１１の動作原理を説明する。同期機では定常状態におい
て、座標系を一般的によく用いられる回転座標系に設定
した場合、図３に示すような図式関係が成り立つことが
知られている。ここで、ＩはＵ相電流（発電機に流れ込
む方向を正としている）、ＶはＵ相電圧、Ｅは同期発電
機７のＵ相が発生する誘起電圧であり、誘起電圧Ｅの方
向が磁極方向と一致する。
【００２８】誘起電圧Ｅと相電圧Ｖの成す相差角をδ、
相電流Ｉと相電圧Ｖの成す角をψ、誘起電圧Ｅと相電流
Ｉとの成す進み角をβ、ある回転数におけるｄ軸方向イ
ンピーダンスをｘｄ、ｑ軸方向インピーダンスをｘｑと
表す。
相電流Ｉと相電圧Ｖの成す角をψ、誘起電圧Ｅと相電流
Ｉとの成す進み角をβ、ある回転数におけるｄ軸方向イ
ンピーダンスをｘｄ、ｑ軸方向インピーダンスをｘｑと
表す。
【００２９】同期発電機７の目標発生トルク、目標回転
速度、相電圧Ｖを決定すれば、同期発電機７の特性から
一意的に図３のベクトル図が決定されるために、このと
きの進み角βまたは相差角δは一意的に決定される。
速度、相電圧Ｖを決定すれば、同期発電機７の特性から
一意的に図３のベクトル図が決定されるために、このと
きの進み角βまたは相差角δは一意的に決定される。
【００３０】同期発電機７は最高効率で動作することが
望ましいために、通常は各動作点において最高効率を発
生するｄｑ軸電流指令Ｉｄ*，Ｉｑ*を演算し、相電流Ｉ
及び進み角βを決定する。また、相電圧Ｖ及び相差角δ
もｄｑ軸電流指令Ｉｄ*，Ｉｑ*と発電機の誘起電圧Ｅと
ｄｑ軸インピーダンスｘｄ，ｘｑより決定され、次式の
関係が成り立つ。
望ましいために、通常は各動作点において最高効率を発
生するｄｑ軸電流指令Ｉｄ*，Ｉｑ*を演算し、相電流Ｉ
及び進み角βを決定する。また、相電圧Ｖ及び相差角δ
もｄｑ軸電流指令Ｉｄ*，Ｉｑ*と発電機の誘起電圧Ｅと
ｄｑ軸インピーダンスｘｄ，ｘｑより決定され、次式の
関係が成り立つ。
【００３１】 δ＝ｔａｎ−１｛ｘｑ・Ｉｑ／（Ｅ−ｘｄ・Ｉｄ）｝ ……（数１） ここで、ある動作点においてｄｑ軸電流指令Ｉｄ，Ｉｑ
が決定されていると、ｄｑ軸インピーダンスｘｄ，ｘｑ
は、図４に示すようにｄｑ軸電流Ｉｄ，Ｉｑにより決定
される値となる。つまり、相差角δは、誘起電圧Ｅによ
り決定される。誘起電圧Ｅは、磁石温度に対し、図５に
示すような特性で低下する。つまり、ある一定動作点に
おいては、相差角δは温度に伴って変動する。磁石温度
が高温時のベクトル図を図６に示す。このため、相差角
δを観測しておけば、誘起電圧Ｅの変化がわかり、この
誘起電圧Ｅの値に基づいて等価的に磁石の温度を推定す
ることができる。
が決定されていると、ｄｑ軸インピーダンスｘｄ，ｘｑ
は、図４に示すようにｄｑ軸電流Ｉｄ，Ｉｑにより決定
される値となる。つまり、相差角δは、誘起電圧Ｅによ
り決定される。誘起電圧Ｅは、磁石温度に対し、図５に
示すような特性で低下する。つまり、ある一定動作点に
おいては、相差角δは温度に伴って変動する。磁石温度
が高温時のベクトル図を図６に示す。このため、相差角
δを観測しておけば、誘起電圧Ｅの変化がわかり、この
誘起電圧Ｅの値に基づいて等価的に磁石の温度を推定す
ることができる。
【００３２】図２の実施形態において、δ演算手段１０
９は、電圧指令Ｖｕ*の立ち上がりゼロクロス点と磁極
位置検出器１０の出力信号の立ち上がりエッジから相差
角δを演算する構成となっている。ここで、磁極位置検
出器１０は、出力信号の立ち上がりエッジがＵ相の誘起
電圧Ｅの位相０の点に調整されているものとする（一般
的には、磁極位置検出器１０の信号は、Ｕ−Ｖ相間誘起
電圧に合わせて調整されており、この実施形態とは電気
角で３０度の位相差がある。）。
９は、電圧指令Ｖｕ*の立ち上がりゼロクロス点と磁極
位置検出器１０の出力信号の立ち上がりエッジから相差
角δを演算する構成となっている。ここで、磁極位置検
出器１０は、出力信号の立ち上がりエッジがＵ相の誘起
電圧Ｅの位相０の点に調整されているものとする（一般
的には、磁極位置検出器１０の信号は、Ｕ−Ｖ相間誘起
電圧に合わせて調整されており、この実施形態とは電気
角で３０度の位相差がある。）。
【００３３】磁極位置検出器１０の出力信号の立ち上が
りエッジの検出をマイクロコンピュータの割り込み処理
により行い、立ち上がりエッジの時間間隔をＴとする。
また、一定サンプリング周期毎にＵ相電圧指令値Ｖｕ*
を取り込んで電圧波形の立ち上がりゼロクロス点を検出
し、磁極位置検出器１０の出力信号の立ち上がりエッジ
との時間差をｔとすると、相差角δは次式のように表さ
れる。
りエッジの検出をマイクロコンピュータの割り込み処理
により行い、立ち上がりエッジの時間間隔をＴとする。
また、一定サンプリング周期毎にＵ相電圧指令値Ｖｕ*
を取り込んで電圧波形の立ち上がりゼロクロス点を検出
し、磁極位置検出器１０の出力信号の立ち上がりエッジ
との時間差をｔとすると、相差角δは次式のように表さ
れる。
【００３４】 δ＝ｔ／Ｔ×３６０ ……（数２） ここで、この式が成り立つのは、発電機７は、通常、急
激な速度変動がない条件で使用されているためであり、
実用上は問題無く成立する。
激な速度変動がない条件で使用されているためであり、
実用上は問題無く成立する。
【００３５】永久磁石型同期電動機１においては、速度
変動が激しいために、エンコーダ３のパルス信号を用い
て演算すれば相差角δの実測を実現することが可能であ
る。
変動が激しいために、エンコーダ３のパルス信号を用い
て演算すれば相差角δの実測を実現することが可能であ
る。
【００３６】基準δ演算手段１１０では、トルク指令τ
Ｇ*と回転数ＮＧより決まる動作点における基準温度で
の相差角δの値を計算または実測によりテーブルデータ
化しておき、テーブル検索によりの相差角δの値を求め
る。この実施形態では６０℃を基準温度としてテーブル
データを作成した。図７は、基準温度６０℃における各
動作点での相差角δの値の傾向を示したものである。
Ｇ*と回転数ＮＧより決まる動作点における基準温度で
の相差角δの値を計算または実測によりテーブルデータ
化しておき、テーブル検索によりの相差角δの値を求め
る。この実施形態では６０℃を基準温度としてテーブル
データを作成した。図７は、基準温度６０℃における各
動作点での相差角δの値の傾向を示したものである。
【００３７】磁石温度推定手段１１１では、各動作点に
おける基準温度での相差角δの磁石温度に対する変化量
をテーブルデータ化しておき、テーブル検索により磁石
温度を推定する。これは、磁石温度の変化に対する誘起
電圧の変化量は常に同じ傾向で変化をするために実現す
ることができる。
おける基準温度での相差角δの磁石温度に対する変化量
をテーブルデータ化しておき、テーブル検索により磁石
温度を推定する。これは、磁石温度の変化に対する誘起
電圧の変化量は常に同じ傾向で変化をするために実現す
ることができる。
【００３８】図８は、相差角δに基づいて推定した磁石
温度情報を用いた同期機の磁石保護および出力補正の実
施形態を示すブロック図である。この実施形態は、図２
に示した実施形態に対して、磁石温度保護手段および出
力補正手段を付け加えたものである。
温度情報を用いた同期機の磁石保護および出力補正の実
施形態を示すブロック図である。この実施形態は、図２
に示した実施形態に対して、磁石温度保護手段および出
力補正手段を付け加えたものである。
【００３９】温度保護手段１１２は、前記磁石温度推定
手段１１１で推定した磁石温度情報を入力信号として用
い、磁石の限界温度よりも低い閾値を設定しておき、推
定磁石温度が閾値以上となったときには、駆動システム
制御部１７に出力抑制信号を送るようにしている。駆動
システム制御部１７は、個の出力抑制信号に基づいて、
発電機制御ユニット１１への発電量指令ＫＷ*またはエ
ンジン制御ユニット１５回転数指令ＮＥ*を減少もしく
は停止するように制御することにより磁石の過熱を防止
する。
手段１１１で推定した磁石温度情報を入力信号として用
い、磁石の限界温度よりも低い閾値を設定しておき、推
定磁石温度が閾値以上となったときには、駆動システム
制御部１７に出力抑制信号を送るようにしている。駆動
システム制御部１７は、個の出力抑制信号に基づいて、
発電機制御ユニット１１への発電量指令ＫＷ*またはエ
ンジン制御ユニット１５回転数指令ＮＥ*を減少もしく
は停止するように制御することにより磁石の過熱を防止
する。
【００４０】出力補正手段は、前記磁石温度推定手段１
１１で推定した磁石温度情報を入力信号として用い、磁
石温度の上昇に伴う磁石の起磁力の低下による出力低下
を補償するようにｄｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*を補正
する補償データをテーブル化したＩｄ補償テーブル１１
３とＩｑ補償テーブル１１４を設け、前記磁石温度情報
に基づいてこれらのテーブルを検索して補償データを求
め、前記ｄｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*を補正するよう
に構成し、磁石の温度に依存しない出力特性を得る。
１１で推定した磁石温度情報を入力信号として用い、磁
石温度の上昇に伴う磁石の起磁力の低下による出力低下
を補償するようにｄｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*を補正
する補償データをテーブル化したＩｄ補償テーブル１１
３とＩｑ補償テーブル１１４を設け、前記磁石温度情報
に基づいてこれらのテーブルを検索して補償データを求
め、前記ｄｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*を補正するよう
に構成し、磁石の温度に依存しない出力特性を得る。
【００４１】
【発明の効果】本発明によれば、磁石の温度を同期機の
誘起電圧と端子電圧の相差角δの値に基づいて推定する
ようにしたので、正確に推定することができる。
誘起電圧と端子電圧の相差角δの値に基づいて推定する
ようにしたので、正確に推定することができる。
【００４２】そして、この推定温度に基づいて運転制御
を行うようにしたことにより、温度上昇による磁石の永
久減磁や出力低下を防ぐことができる。
を行うようにしたことにより、温度上昇による磁石の永
久減磁や出力低下を防ぐことができる。
【図１】本発明の一実施形態を示す電気車用ハイブリッ
ド駆動システムのブロック図である。
ド駆動システムのブロック図である。
【図２】図１に示した駆動システムにおける発電機制御
ユニットの一実施形態を示すブロック図である。
ユニットの一実施形態を示すブロック図である。
【図３】発電制御動作の基本ベクトル図である。
【図４】ｄｑ軸電流Ｉｄ，Ｉｑとｄｑ軸インピーダンス
ｘｄ，ｘｑの関係を示す特性図である。
ｘｄ，ｘｑの関係を示す特性図である。
【図５】磁石の温度上昇に対する誘起電圧の変化率を示
す特性図である。
す特性図である。
【図６】磁石温度が高温状態にあるときの発電制御動作
のベクトル図である。
のベクトル図である。
【図７】磁石温度に対する相差角δの変動率の傾向を示
す特性図である。
す特性図である。
【図８】図１に示した駆動システムにおける発電制御ユ
ニットの他の実施形態を示すブロック図である。
ニットの他の実施形態を示すブロック図である。
７…・発電機、１１…発電機制御ユニット、１０９…δ
演算手段、１１０…基準δ演算手段、１１１…磁石温度
推定手段、１１２…温度保護手段、１１２…Ｉｄ補償テ
ーブル、１１３…Ｉｑ補償テーブル。
演算手段、１１０…基準δ演算手段、１１１…磁石温度
推定手段、１１２…温度保護手段、１１２…Ｉｄ補償テ
ーブル、１１３…Ｉｑ補償テーブル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 29/06 Ｆ０２Ｄ 29/06 Ｄ
Claims (8)
- 【請求項１】車両用永久磁石型同期機と、電力変換器を
含む前記同期機の駆動制御装置とを備え、前記駆動制御
装置は、前記同期機のｄ軸電流指令とｑ軸電流指令を発
生する電流指令発生手段と、ｄｑ軸電流指令と同期機の
実電流に基づくｄｑ軸電流の検出値をもとに交流電圧指
令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*を発生するｄｑ軸電流制御手
段と、前記電圧指令値をもとに前記電力変換器の駆動信
号を発生するＰＷＭ制御手段を備えた電気車の制御装置
において、 誘起電圧と端子電圧との相差角δの値を検出する手段
と、前記永久磁石型同期機の磁石温度を前記相差角δに
基づいて推定する磁石温度推定手段を設けたことを特徴
とする電気車の制御装置。 - 【請求項２】請求項１において、前記磁石温度推定手段
は、基準温度における相差角δに対する検出した相差角
δとの差により磁石温度を推定することを特徴とする電
気車の制御装置。 - 【請求項３】請求項２において、前記磁石温度推定手段
は、基準温度における相差角δと検出した相差角δとを
入力信号として磁石温度情報を出力する磁石温度テーブ
ルを保持することを特徴とする電気車の制御装置。 - 【請求項４】請求項３において、基準温度における相差
角δは、予め計算もしくは実測によりテーブルデータ化
しておき、トルク指令と回転数に基づいてこのテーブル
データを検索して相差角δを演算することを特徴とする
電気車の制御装置。 - 【請求項５】請求項３において、前記相差角δは、磁極
位置検出器の出力信号と電圧指令との位相差を演算する
ことにより求めることを特徴とする電気車の制御装置。 - 【請求項６】請求項１〜５の１項において、推定した磁
石温度情報に応動する磁石温度保護手段を設け、推定し
た磁石温度情報が磁石の限界温度以下に設定した閾値以
上となったときには同期機の出力を低下もしくは停止す
るようにしたことを特徴とする電気車の制御装置。 - 【請求項７】請求項１〜５の１項において、推定した磁
石温度情報に応動する出力補正手段を設け、推定した磁
石温度情報に基づいて、磁石温度の上昇に伴う磁石の起
磁力の低下による出力低下を補償するようにｄｑ軸電流
指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*を補正するようにしたことを特徴と
する電気車の制御装置。 - 【請求項８】請求項７において、前記出力補正手段は、
磁石の温度に対応した補償データをテーブル化したＩｄ
補償テーブルとＩｑ補償テーブルを備え、前記磁石温度
情報に基づいてテーブルを検索して補償データを作成す
ることを特徴とする電気車の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9228074A JPH1169900A (ja) | 1997-08-25 | 1997-08-25 | 電気車の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9228074A JPH1169900A (ja) | 1997-08-25 | 1997-08-25 | 電気車の制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1169900A true JPH1169900A (ja) | 1999-03-09 |
Family
ID=16870796
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9228074A Pending JPH1169900A (ja) | 1997-08-25 | 1997-08-25 | 電気車の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1169900A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2003081764A1 (de) * | 2002-03-22 | 2003-10-02 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur ermittlung der rotortemperatur bei einer pm-synchronmaschine |
| KR100461279B1 (ko) * | 2002-12-03 | 2004-12-10 | 현대자동차주식회사 | 차량의 일체형 발전기 기동기 시스템의 제어를 위한 최적샘플링 시점 설정 방법 |
| JP2006304441A (ja) * | 2005-04-19 | 2006-11-02 | Hitachi Ltd | 同期モータ制御装置 |
| JP2007068280A (ja) * | 2005-08-30 | 2007-03-15 | Honda Motor Co Ltd | ブラシレスｄｃモータの制御装置 |
| JP2008005615A (ja) * | 2006-06-22 | 2008-01-10 | Nissan Motor Co Ltd | 電動車両のモータ出力制御装置 |
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| JP4526628B2 (ja) * | 2000-01-06 | 2010-08-18 | 本田技研工業株式会社 | 交流モータの制御装置 |
| JP2014225958A (ja) * | 2013-05-15 | 2014-12-04 | アイシン精機株式会社 | モータ制御装置 |
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| CN108482160A (zh) * | 2018-04-17 | 2018-09-04 | 浙江吉利控股集团有限公司 | 一种快速放电方法、装置及系统 |
| WO2024038351A1 (en) * | 2022-08-19 | 2024-02-22 | Dyson Operations PTE. LTD. | A method of controlling a brushless permanent-magnet motor |
-
1997
- 1997-08-25 JP JP9228074A patent/JPH1169900A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2015122857A (ja) * | 2013-12-24 | 2015-07-02 | 日産自動車株式会社 | 電動機の制御装置 |
| CN108482160A (zh) * | 2018-04-17 | 2018-09-04 | 浙江吉利控股集团有限公司 | 一种快速放电方法、装置及系统 |
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