JPH07222309A - 電動車両の電気モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 車輪を回転駆動する電気モータ１２と、電源
装置１４と、この電源装置１４から電力の供給を受けて
電気モータ１２を駆動する電力変換器１６とを備えた電
動車両の電気モータ制御回路１０において、電源装置１
４の出力電圧が低下した場合であっても、電気モータ１
２を所要の回転数ωおよび所要のトルクＴで駆動可能と
する。 【構成】 電力変換器１８の入力電圧Ｖｉ（電源装置１
４の出力電圧と等しい）が所定値Ｖｉｏより低下したと
き、電気モータ１２の回転数領域のうちこの低下した入
力電圧Ｖｉから得られる駆動電圧Ｖｍによっては駆動不
能となる高回転数領域では、電気モータ１２の界磁Φ
を入力電圧Ｖｉの低下量に応じて弱め、所要の回転数ω
を確保する。さらに、高回転数領域においては、界磁
Φの弱め度合に応じて電気モータ１２の駆動電流Ｉｍを
増大させ、界磁Φを弱めたことによる電気モータ１２の
トルクＴの低下を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車輪を回転駆動する電
気モータを、電源装置から電力の供給を受ける電力変換
器によって駆動するように構成された電動車両の電気モ
ータ制御回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】チョッパ、インバータ等の電力変換器を
用いた電気モータ制御回路は、電気モータの回転数（回
転角速度）制御性、トルク制御性に優れ、電気モータを
俊敏に運転できるため、電化製品、工場設備、電気鉄
道、電気自動車等、産業界で多岐にわたって使用されて
いる。例えば特開昭５８−２１８８０２号公報には、電
気モータをチョッパ制御するように構成された電気車が
開示されている。

【０００３】このような電気モータ制御回路において
は、一般に、商用電源等の一定周波数で一定電圧の交流
電源を用いた場合は一旦直流に変換した後、また、電池
等の一定電圧の直流電源を用いた場合はそのまま、電力
変換器を通して電気モータの運転速度に適した周波数と
電圧を有する交流電力あるいは上記電圧を有する直流電
力に電力変換することにより、電気モータの可変速運転
を可能とするようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記電
力変換は、電力変換器の構造上、電圧を下げる方向への
変換としてのみ行われるため、電気自動車等のように所
望の車速を得るために電気モータの回転数を広範囲にわ
たって変化させることが必要なものにおいては、従来次
のような問題があった。

【０００５】すなわち、一般に、電気モータの駆動特性
は、その回転数ωが駆動電圧Ｖｍと界磁Φとの関数（ω
＝Ｖｍ／Φ）で表わされ、そのトルクＴが駆動電流Ｉｍ
と界磁Φとの関数（Ｔ＝Φ・Ｉｍ）で表わされる。した
がって、この電気モータには低速運転時は低い電圧、高
速運転時は高い電圧を供給する必要があるが、上記のよ
うに電力変換器での電力変換は電圧を下げる方向への変
換としてのみ行われるので、電気モータをあらゆる回転
数領域で運転可能なものとするためには、電気モータを
最高回転数で駆動可能な電圧を電力変換器へ入力するこ
とが必要となる。しかしながら、電源装置の電源の種類
によっては電源装置の出力電圧Ｖｂが大きく変動するこ
とがある。例えば、コンデンサを電源として用いた場
合、車両加減速時にはコンデンサが充放電されてその端
子電圧が大きく変動するため電源装置の出力電圧Ｖｂが
大きく変動することがある。そして、この変動により出
力電圧Ｖｂが低下すると、電力変換器への入力電圧Ｖｉ
も低下し、電気モータの駆動電圧Ｖｍもこの低下した入
力電圧Ｖｉ以下の値に制限されてしまうので、この駆動
電圧Ｖｍと比例関係にある電気モータの回転数ωもある
値以下に制限されてしまう。このため、高回転数領域で
は電気モータを駆動することができなくなる、という問
題があった。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、電源装置の出力電圧が低下した場合で
あっても電気モータを所要の回転数で駆動することがで
きる電動車両の電気モータ制御回路を提供することを目
的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る電動車両の
電気モータ制御回路は、上記のように電気モータの回転
数はその駆動電圧と比例関係にある一方でその界磁とは
逆比例関係にあることに鑑み、電源装置の出力電圧低下
により十分な駆動電圧が得られないときには、その分界
磁を弱めることにより、所要の電気モータ回転数を確保
するようにし、もって上記目的達成を図るようにしたも
のである。

【０００８】すなわち、請求項１に記載したように、車
輪を回転駆動する電気モータと、電源装置と、この電源
装置から電力の供給を受けて前記電気モータを駆動する
電力変換器と、を備えた電動車両の電気モータ制御回路
であって、前記電源装置の出力電圧を検出する検出手段
と、この検出手段により前記出力電圧の低下が検出され
たとき、前記電気モータの回転数領域のうち前記低下し
た出力電圧によっては該電気モータの駆動が不能となる
高回転数領域では、該電気モータの界磁を前記出力電圧
の低下量に応じて弱める界磁弱め手段と、を備えてなる
ことを特徴とするものである。

【０００９】上記「電動車両」は、電気モータを駆動力
源とするものであれば、特定の車両に限定されるもので
はなく、例えば、電気モータのみを駆動力源とする電気
自動車等はもちろんのこと、電気モータとエンジンその
他の駆動力源とが複合された駆動力源を有するいわゆる
ハイブリッド車等であってもよい。

【００１０】上記「電気モータ」は、誘導モータ、同期
モータ等の交流モータであってもよいし、直流モータで
あってもよい。

【００１１】上記「電源装置」における電源は、典型的
には鉛蓄電池等の２次電池であるが、もちろんこれに限
定されるものではなく、コンデンサあるいはフライホイ
ールバッテリ（すなわち、フライホイールとモータとを
組み合わせたもので、フライホイールに蓄積された慣性
エネルギをモータの発電・駆動により電気エネルギとし
て出し入れするもの）等であってもよい。

【００１２】上記「電力変換器」は、特に限定されるも
のではないが、例えば、直流モータに対してはチョッパ
を、交流モータに対してはインバータを用いることがで
きる。

【００１３】

【発明の作用および効果】上記構成に示すように、電源
装置の出力電圧の低下が検出されると、電気モータの回
転数領域のうちこの低下した出力電圧によっては該電気
モータの駆動が不能となる高回転数領域では、該電気モ
ータの界磁を出力電圧の低下量に応じて弱めるようにな
っているので、この弱め度合を適宜設定することによ
り、低・中回転数領域のみならず高回転数領域において
も所要の回転数で電気モータを駆動することができる。

【００１４】このように、本発明によれば、電源装置の
出力電圧が低下した場合であっても電気モータを所要の
回転数で駆動することができる。

【００１５】上記構成に加え、請求項２記載の構成を採
用すれば、さらに次のような作用効果を得ることができ
る。

【００１６】すなわち、上記のように電気モータの界磁
を弱めることにより所要の回転数で電気モータを駆動す
ることができるが、これに伴い、上記界磁と比例関係に
ある電気モータのトルク（Ｔ＝Φ・Ｉｍ）は低下してし
まうという弊害が生じる。そこで、請求項２に記載した
ように、高回転数領域においては、上記界磁の弱め度合
に応じて電気モータの駆動電流を増大させる構成とすれ
ば、その増大の度合をを適宜設定することにより、所要
の回転数および所要のトルクで電気モータを駆動するこ
とができる。

【００１７】このように界磁の弱め度合に応じて電気モ
ータの駆動電流を増大させる代わりに、請求項３に記載
したように、界磁を弱める必要が生じた原因である電源
装置の出力電圧の低下量に応じて電気モータの駆動電流
を増大させるようにしても、請求項２記載の発明と同様
の作用効果を得ることができる。

【００１８】なお、上記電気モータの構造としては、界
磁を作り出す界磁電流とトルクを発生させる駆動電流と
を独立に印加できるものが望ましい。そして、このよう
な構造を採用した場合、界磁巻線を独立して持つ直流電
気モータのチョッパ制御や、ベクトル制御を採用した交
流誘導電気モータのベクトル制御を採用することができ
る。

【００１９】

【実施例】以下、添付図面を参照しながら、本発明の実
施例について説明する。

【００２０】図１および２は、本発明に係る電動車両の
電気モータ制御回路の一実施例を示す機能ブロック図で
あり、図３は、この電気モータ制御回路が搭載された電
気自動車を示すブロック図である。

【００２１】図３に示すように、本実施例に係る電気モ
ータ制御回路１０の基本構成は、車輪を回転駆動する電
気モータ１２と、電源装置１４と、この電源装置１４か
ら電力の供給を受けて電気モータ１２を駆動する電力変
換器１６とを備えたものとなっている。

【００２２】上記電気モータ１２は、同期モータであっ
て、減速機１８、差動装置２０およびドライブシャフト
２２Ｌ、２２Ｒを介して駆動輪２４Ｌ、２４Ｒと連結さ
れている。

【００２３】上記電力変換器１６は、該電力変換器１６
に入力される直流電力を交流電力に変換するインバータ
からなり、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチ
ング素子により構成されている。この電力変換器１６に
おける電力変換は、該電力変換器１６に接続されたコン
トローラ２６により、電気自動車の走行状態に応じて制
御されるようになっている。すなわち、このコントロー
ラ２６には、アクセル２８からのアクセル踏込み量の信
号その他の走行状態量を示す各種信号が入力されるよう
になっており、このアクセル踏込み量等に応じた電圧お
よび電流を電力変換器１６から出力させるよう上記電力
変換の制御を行うようになっている。

【００２４】図１および２に示すように、電源装置１４
から電力変換器１６へは入力電圧Ｖｉ、入力電流Ｉｉの
電力が供給され、電力変換器１６から電気モータ１２へ
は、駆動電圧Ｖｍ、駆動電流Ｉｍの電力が供給され、電
気モータ１２に回転数（回転角速度）ω、トルクＴの駆
動力を発揮させるようになっている。

【００２５】電気モータ１２は、機能的には、回転数ω
を発生するブロック３０と、トルクＴを発生するブロッ
ク３２とで構成されており、それぞれ第１式、第２式に
示す基本特性を有している。

【００２６】［第１式］ ω＝Ｖｍ／Φ （Φ：電気モ
ータ１２の界磁） ［第２式］ Ｔ＝Φ・Ｉｍ また、電力変換器１６は、機能的には、電気モータ１２
の界磁Φを設定するブロック３４と、電気モータ１２の
駆動電圧Ｖｍを調節するブロック３６と、電気モータ１
２の駆動電流Ｉｍを調節するブロック３８とで構成され
ている。さらに、この電力変換器１６は、該電力変換器
１６への入力電圧Ｖｉを検出する入力電圧検出回路（図
示せず）を備えている。

【００２７】この電力変換器１６は、その入力電圧検出
回路において入力電圧Ｖｉが所定値Ｖｉｏ以上であるこ
とが検出されているときには、図１に示すような電力変
換等の動作が行われるようになっている。

【００２８】すなわち、上記ブロック３４においては、
電気モータ１２の回転数ωにかかわらず、電気モータ１
２に与える界磁電流を一定にして電気モータ１２の界磁
Φを一定の設定値Φｏに保つようになっており、これに
より、回転数ωと電圧Ｖｍ、トルクＴと電流Ｉｍを単純
な比例関係にして、電気モータ１２の回転数制御および
トルク制御の簡略化を図るようになっている。ここに、
入力電圧Ｖｉの上記所定値Ｖｉｏは、電気自動車が設定
最高速度で走行するときに要求される回転数ω（ω＝ω
max ）で電気モータ１２を駆動するのに必要な駆動電圧
Ｖｍ（Ｖｍ＝Ｖｍmax ）と実効値で等しい値に設定され
ている。

【００２９】また、上記ブロック３６においては、コン
トローラ２６からの回転数ωの指令（ω指令）に基づ
き、入力電圧Ｖｉを上記指令された回転数ωに対応する
駆動電圧Ｖｍ（Ｖｍ＝Φ・ω＝Φｏ・ω）に変換し、こ
の駆動電圧Ｖｍを電気モータ１２へ出力するようになっ
ている。

【００３０】さらに、上記ブロック３８においては、コ
ントローラ２６からのトルクＴの指令（Ｔ指令）に基づ
き、入力電流Ｉｉを上記指令されたトルクＴに対応する
駆動電流Ｉｍ（Ｉｍ＝Ｔ／Φ＝Ｔ／Φｏ）に変換し、こ
の駆動電流Ｉｍを電気モータ１２へ出力するようになっ
ている。

【００３１】一方、上記電力変換器１６は、その入力電
圧検出回路において入力電圧Ｖｉが上記所定値Ｖｉｏよ
り低下していることが検出されたときには、図２に示す
ような電力変換等の動作を行うようになっている。

【００３２】すなわち、上記ブロック３４においては、
低下した入力電圧Ｖｉに等しい駆動電圧Ｖｍで電気モー
タ１２を駆動したときのその回転数ωｘ（基底速度）を
境にして、それ以下の回転数領域とそれ以上の回転数
領域とで電気モータ１２の界磁Φを異なった設定方法
で設定するようになっている。すなわち、上記回転数ω
ｘ以下の回転数領域では、図１の場合と同様に、電気
モータ１２に与える界磁電流を一定にして界磁Φを一定
の設定値Φｏに保つようになっている。一方、上記回転
数ωｘ以上の回転数領域では、電気モータ１２に与え
る界磁電流を変化させて界磁Φを回転数ωに応じた変数
値Φ＝Φｏ・ωｘ／ωに設定するようになっている。回
転数領域における界磁Φをこのような変数値（Φ＝Φ
ｏ・ωｘ／ω）に設定したのは、後述するように、入力
電圧Ｖｉと等しい駆動電圧Ｖｍ（実効値）を得るためで
ある。

【００３３】また、上記ブロック３６においては、上記
回転数ωｘ以下の回転数領域では、図１の場合と同様
に、コントローラ２６からのω指令に基づき、入力電圧
Ｖｉを上記指令された回転数ωに対応する駆動電圧Ｖｍ
（Ｖｍ＝Φ・ω＝Φｏ・ω）に変換し、この駆動電圧Ｖ
ｍを電気モータ１２へ出力するようになっている。一
方、上記回転数ωｘ以上の回転数領域では、コントロ
ーラ２６からのω指令にかかわらず（すなわちこの回転
数領域の全域において）、入力電圧Ｖｉをこれに等し
い駆動電圧Ｖｍ（Ｖｍ＝Φ・ω＝（Φｏ・ωｘ／ω）・
ω＝Φｏ・ωｘ＝Ｖｉ）に変換し、この駆動電圧Ｖｍを
電気モータ１２へ出力するようになっている。

【００３４】さらに、上記ブロック３８においては、上
記回転数ωｘ以下の回転数領域では、図１の場合と同
様に、コントローラ２６からのトルクＴの指令（Ｔ指
令）に基づき、入力電流Ｉｉを上記指令されたトルクＴ
に対応する駆動電流Ｉｍ（Ｉｍ＝Ｔ／Φ＝Ｔ／Φｏ）に
変換し、この駆動電流Ｉｍを電気モータ１２へ出力する
ようになっている。一方、上記回転数ωｘ以上の回転数
領域においても、コントローラ２６からのトルクＴの
指令（Ｔ指令）に基づき、入力電流Ｉｉを上記指令され
たトルクＴに対応する駆動電流Ｉｍ（Ｉｍ＝Ｔ／Φ）に
変換し、この駆動電流Ｉｍを電気モータ１２へ出力する
ようになっているが、上記回転数ωｘ以上の回転数領域
では、界磁ΦがΦ＝ΦｏではなくΦ＝Φｏ・ωｘ／ω
であるので、上記駆動電流Ｉｍは、Ｉｍ＝Ｔ／Φ＝Ｔ／
（Φｏ・ωｘ／ω）＝（Ｔ／Φｏ）・（ω／ωｘ）とな
る。ここに、ωｘ≦ωであるので回転数領域では回転
数ωが増大するに従って駆動電流Ｉｍも増大することと
なる。

【００３５】以上詳述したように、本実施例において
は、電源装置１４の出力電圧Ｖｂ（本実施例では電力変
換器１６の入力電圧Ｖｉと等しい）の低下が検出される
と、電気モータ１２の回転数領域のうちこの低下した出
力電圧Ｖｂによっては該電気モータ１２の駆動が不能と
なる回転数領域では、該電気モータ１２の界磁Φを出
力電圧Ｖｂの低下量に応じて弱めるようになっているの
で、回転数領域のみならず回転数領域においても所
要の回転数ωで電気モータ１２を駆動することができ
る。

【００３６】このように、本実施例によれば、電源装置
１２の出力電圧Ｖｂが低下した場合であっても電気モー
タ１２を所要の回転数で駆動することができる。

【００３７】さらに、本実施例においては、回転数領域
においては、界磁Φの弱め度合に応じて電気モータ１
２の駆動電流Ｉｍを増大させるようになっているので、
界磁Φを弱めたことによって電気モータ１２のトルクＴ
が低下するのを防止することができ、これにより、所要
の回転数ωで電気モータ１２を駆動することができるの
みならず所要のトルクＴで電気モータ１２を駆動するこ
ともできる。

【００３８】上記実施例においては、回転数領域にお
ける界磁Φの弱め量を、該回転数領域の全域において
駆動電圧Ｖｍが入力電圧Ｖｉと等しくなるような値に設
定したが、必ずしもこのように設定する必要はない。す
なわち、弱められた界磁ΦがＶｉ≧Ｖｍ＞０を満足する
範囲内の値（０＜Φ≦Φｏ・ωｘ／ω）であれば、回転
数領域の全域において所要の回転数ωで電気モータ１
２を駆動することができる。ただし、この場合、回転数
領域おいて所要のトルクＴでの電気モータ駆動を確保
するためには、界磁Φの弱め度合に応じて駆動電流Ｉｍ
を増大させる際の演算式Ｉｍ＝Ｔ／Φにおける界磁Φに
ついても、上記０＜Φ≦Φｏ・ωｘ／ωの範囲で設定し
た値と同じ値を用いる必要がある。

【００３９】なお、上記実施例のように、界磁Φの弱め
度合に応じて電気モータ１２の駆動電流Ｉｍを増大させ
る代わりに、界磁Φを弱める必要が生じた原因である電
源装置１２の出力電圧Ｖｂ（電力変換器１６の入力電圧
Ｖｉ）の低下量に応じて駆動電流Ｉｍを増大させるよう
にしても、上記実施例と同様の作用効果を得ることがで
きる。

【００４０】図４および５は、上記実施例の電気モータ
制御回路１０を、図２に示すような電気自動車ではな
く、ハイブリッド車に搭載した例を示すものである。

【００４１】図４は、いわゆるシリーズハイブリッド車
に搭載した例を示すものである。

【００４２】このシリーズハイブリッド車においては、
駆動力源として電気モータ１２以外にエンジン（図示せ
ず）を備えており、このエンジンによって駆動されるエ
ンジン発電機４０から電源装置１４が電力を補給される
ように構成されているが、それ以外の構成は上記電気自
動車の場合と同様である。

【００４３】図５は、いわゆるパラレルハイブリッド車
に搭載した例を示すものである。

【００４４】このパラレルハイブリッド車においては、
駆動力源として電気モータ１２以外にエンジン４２を備
えており、電気モータ１２はエンジン４２の補助駆動手
段として設けられている。すなわち、コントローラ１８
からの指令信号がエンジン４２および電力変換器１６へ
それぞれ入力され、電気モータ１２の駆動力はエンジン
４２の駆動力と共に変速機４４へ出力されるようになっ
ている。

【００４５】これらハイブリッド車に電気モータ制御回
路１０を搭載した場合においても、電気自動車に搭載し
た上記実施例と同様の作用効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１および２】本発明に係る電動車両の電気モータ制
御回路の一実施例を示す機能ブロック図

【図３】上記実施例の電気モータ制御回路が搭載された
電気自動車を示すブロック図

【図４】上記実施例の電気モータ制御回路が搭載された
シリーズハイブリッド車を示すブロック図

【図５】上記実施例の電気モータ制御回路が搭載された
パラレルハイブリッド車を示すブロック図

【符号の説明】

１０ 電気モータ制御回路 １２ 電気モータ １４ 電源装置 １６ 電力変換器 １８ 減速機 ２０ 差動装置 ２２Ｌ、２２Ｒ ドライブシャフト ２４Ｌ、２４Ｒ 駆動輪 ２６ コントローラ ２８ アクセル ４０ エンジン発電機 ４２ エンジン ４４ 変速機

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車輪を回転駆動する電気モータと、電源
   装置と、この電源装置から電力の供給を受けて前記電気
   モータを駆動する電力変換器と、を備えた電動車両の電
   気モータ制御回路であって、 前記電源装置の出力電圧を検出する検出手段と、 この検出手段により前記出力電圧の低下が検出されたと
   き、前記電気モータの回転数領域のうち前記低下した出
   力電圧によっては該電気モータの駆動が不能となる高回
   転数領域では、該電気モータの界磁を前記出力電圧の低
   下量に応じて弱める界磁弱め手段と、を備えてなること
   を特徴とする電動車両の電気モータ制御装置。
2. 【請求項２】 前記高回転数領域においては、前記界磁
   の弱め度合に応じて前記電気モータの駆動電流を増大さ
   せる駆動電流増大手段を備えてなる、ことを特徴とする
   請求項１記載の電動車両の電気モータ制御装置。
3. 【請求項３】 前記高回転数領域においては、前記出力
   電圧の低下量に応じて前記電気モータの駆動電流を増大
   させる駆動電流増大手段を備えてなる、ことを特徴とす
   る請求項１記載の電動車両の電気モータ制御装置。