JPH0731006A - 電気自動車の同期電動機制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】同期電動機の相差角、周波数を調整して同期電
動機を電気自動車の原動機として用いることができるよ
うにする。 【構成】現在のアクセル踏込み量θを入力して基本相差
角δ₀ を設定し（ステップ１、２）、θの増減に応じて
相差角補正量Δδを設定して相差角δを設定する（ステ
ップ４〜11）。そして位相制御して（ステップ12）、回
転子22の回転周波数ｆ_R を検出し（ステップ13）、微小
に変化した出力軸23の回転速度と同一回転速度になるよ
うに、インバータ周波数ｆ_I を回転周波数ｆ_R に合わせ
る（ステップ14）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気自動車の同期電動機
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電気自動車の原動機として
は、三相誘導電動機を使用するのが一般的である。三相
誘導電動機は、直流電源で任意の速度で駆動することが
可能であり、その効率も極めて良好であることから、耐
久性、コスト、堅牢性、高効率等の特性が要求される電
気自動車には最適である。

【０００３】これに対して同期電動機は、回転子がその
回転磁界と同じ速度（同期）で回転し、極限の出力も脱
出トルク（脱調する直前のトルク）までであり、もしも
回転子と回転磁界との間に回転差が発生すると「脱調又
は乱調」といって運転不能又は極めて効率の低い、うな
りのある運転状況におちいってしまう。したがって同期
電動機は誘導電動機に比べて柔軟性がとぼしく、一般の
産業用では、厳密に回転速度を制御したい時、所定の制
限内で負荷の変動に対して一定回転を要する時、複数の
プラントをシンクロナイズして運転する時などのよう
に、回転速度が運転成績に直接重大な影響を与えるよう
な場面で使用されており、電気自動車用原動機として
は、出力重量比、制御の困難さ等の点で適切とは考えら
れていなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、同期電
動機は誘導電動機に比べて効率が良く、回転子に永久磁
石を使用した同期電動機では、回転子側に電力を供給し
て磁化する必要もない。特に、例えばサマリュウム−コ
バルト磁石、ネオジウム−鉄−ボロン磁石等の希土類の
永久磁石は、現在、コストが高価く、キューリー点が低
すぎるために最高使用可能温度が制限されるため、自動
車等への使用が困難視されているが、かかる永久磁石を
使用すれば同期電動機は桁ちがいに強力になる可能性が
ある。したがって柔軟性が乏しい点を克服すれば、同期
電動機も電気自動車の原動機になりうる特性を備え、ま
た永久磁石の開発の進展によっては、誘導電動機よりも
優位にたつ可能性がある。

【０００５】本発明はこのような従来の課題に鑑みてな
されたもので、同期電動機を原動機とする電気自動車の
同期電動機制御装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため本発明は、図１
に示すように、直流電力を交流電力に変換して出力する
インバータから供給される交流電流によって駆動される
同期電動機を備えた電気自動車の同期電動機制御装置に
おいて、前記電気自動車の運転条件を検出する運転条件
検出手段と、同期電動機の回転子の回転角度位置を検出
する回転角度位置検出手段と、同期電動機の回転子の回
転周波数を検出する回転周波数検出手段と、前記運転条
件検出手段により検出された運転条件に応じて同期電動
機の相差角を設定する相差角設定手段と、検出された回
転子の回転角度位置に基づいて前記インバータから出力
される交流電流の位相を制御して、同期電動機の相差角
を前記相差角設定手段で設定された値に制御する相差角
制御手段と、前記回転周波数検出手段によって検出され
た回転子の回転周波数とインバータから出力される交流
電流の周波数とが一致するように交流電流の周波数をフ
ィードバック制御する周波数フィードバック制御手段
と、を備えるようにした。

【０００７】また前記同期電動機の相差角の所定範囲
を、固定子の回転磁界が回転子磁極よりも回転方向に対
して遅れ側の相差角90度から進み側の相差角90度に設定
するようにしてもよい。また前記電気自動車の運転条件
をアクセルペダルの踏込み量とし、相差角設定手段は前
記踏込み量に応じて相差角を設定するものとしてもよ
い。

【０００８】また前記相差角設定手段は、インバータに
直流電力を供給する蓄電池の電圧が所定の設定値以下で
ある時に、運転条件に応じて設定された基本相差角を、
補正値を減少させる方向に補正してなるものとしてもよ
い。また前記相差角設定手段は、前記蓄電池の充放電電
流が所定値を越えた時に、運転条件に応じて設定された
基本相差角を、補正値を減少させる方向に補正してなる
ものとしてもよい。

【０００９】また前記相差角設定手段は、前記蓄電池、
インバータ及び同期電動機の温度の少なくとも１つの値
が所定値を越えた時に、運転条件に応じて設定された基
本相差角を、補正値を減少させる方向に補正してなるも
のとしてもよい。また前記相差角設定手段は、運転条件
に応じて設定された基本相差角を、ブレーキ踏込み量に
応じて遅れ側方向に補正してなるものとしてもよい。

【００１０】また前記電気自動車を駆動する内燃機関を
備えて複合原動機とし、該内燃機関の出力を検出する内
燃機関出力検出手段と、前記電気自動車の走行抵抗を検
出する走行抵抗検出手段と、を設け、前記相差角設定手
段で前記内燃機関の出力と電気自動車の走行抵抗とを比
較して同期電動機の相差角を設定するものとしてもよ
い。

【００１１】

【作用】上記の構成によれば、運転条件検出手段によっ
て検出された運転条件に応じて同期電動機の相差角が相
差角設定手段により設定される。そして同期電動機にお
いて、回転角度位置検出手段によって回転子の回転毎に
回転角度が検出され、該回転角度位置に基づいてインバ
ータの交流電流の位相を制御することにより、同期電動
機に相差角が前記相差角と一致するように制御する。そ
してインバータの交流電力の周波数は周波数フィードバ
ック制御手段により設定され、設定された相差角に応じ
てこの交流電力をインバータから同期電動機に出力させ
る。

【００１２】前記同期電動機の相差角の所定範囲を、固
定子の回転磁界が回転子磁極よりも回転方向に対して遅
れ側の相差角90度から進み側の相差角90度に設定したも
のでは、同期電動機は脱調又は乱調せず、正常に動作す
る。前記運転条件をアクセルペダルの踏込み量としたも
のでは、例えば定常走行では、同期電動機の相差角を相
差角０に対して少し大きめになるように制御し、強い加
速域では、所定範囲の最大値、例えば回転磁界が回転方
向に対して回転子磁極よりも進み側に相差角90度近傍に
までなるように制御する。また減速域では、定速走行時
の相差角より小さく、かつ所定範囲、例えば遅れ側に相
差角90度以内に保って制御する。

【００１３】蓄電池の電圧が所定の設定値以下である
時、運転条件に応じて設定された基本相差角が、相差角
設定手段によって補正値を減少させる方向に補正するも
のでは、これにより蓄電池の過放電が防止され、蓄電池
が保護される。蓄電池の充放電電流が所定値を越えるよ
うな時、運転条件に応じて設定された基本相差角が、相
差角設定手段によって補正値を減少させる方向に補正す
るものでは、これにより充放電電流が低下し、蓄電池の
劣化が防止される。

【００１４】前記運転条件を蓄電池、インバータ及び同
期電動機の温度の少なくとも１つの値が所定値を越えた
時に、運転条件に応じて設定された基本相差角が、相差
角設定手段によって補正値を減少させる方向に補正する
ものでは、これにより夫々適切な温度範囲で作動し、寿
命が延びる。ブレーキの踏込み量に応じて、運転条件に
応じて設定された基本相差角が遅れ側になるように相差
角設定手段によって補正するものでは、これにより同期
電動機にはブレーキ踏込み量に見合った制動力が発生
し、良好な制動性能が得られる。

【００１５】複合原動機にあっては、内燃機関出力検出
手段により検出された内燃機関の出力と、走行抵抗検出
手段により検出された電気自動車の走行抵抗とを比較
し、この比較結果に基づいて同期電動機の相差角が設定
されるようにしたものでは、内燃機関の出力と同期電動
機の出力との配分を電気自動車の走行抵抗に見合ったも
のにすることが可能となる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図２〜13に基づいて
説明する。本実施例を示す図２において、同期電動機１
は、固定子で生成される回転磁界に回転子の磁極が引か
れて回転する電動機であり、回転子が電機子の回転磁界
の回転速度と同じ同期速度で回転し、負荷をかけても回
転速度は変化しないという特徴を有する。同期電動機１
には、例えば三相のものが使用され、電気自動車用の原
動機として使用される。蓄電池２の直流出力は、例えば
半導体等によって構成されたインバータ３に入力されて
交流出力に変換された後、同期電動機１に供給される。
このインバータ３の交流出力はコントロールユニット
（以後、「Ｃ／Ｕ」と記す）４によって制御される。

【００１７】同期電動機１の構造を示す図３において、
固定子21は、電機子鉄心に電機子巻線を巻回したもので
あり、インバータ３から電機子巻線に交流電流を通電す
ると固定子21に回転磁界が生成される。回転子22は、界
磁巻線を巻回したものが一般的であるが、スリップリン
グを介して外部から直流電力が供給されるタイプのも
の、あるいは例えばネオジウム−鉄−ボロン磁石（通
称、ネオジ−鉄磁石）等の希土類の永久磁石を使用した
ものも用いられる。特にネオジ−鉄磁石を使用したもの
は、桁ちがいに強力であり、永久磁石の開発の進展によ
っては誘導電動機よりも優位にたつ可能性がある。

【００１８】尚、回転子に永久磁石を採用した同期電動
機１を使用した場合、回転子が固定子の内側に設置され
るとは限らず、例えば図13に示すように、永久磁石の内
周側に固定子を配設する構造とすることもできる。図13
において、タイヤ31のホイール32、及びディスクブレー
キ33を支持しているドラム34の内周に、回転子である永
久磁石35を固定する。また固定子36は、回転しないよう
に固定されて永久磁石34の内周側に配設される。

【００１９】その他にも同期電動機としては、回転子に
巻線を巻回し、スリップリングを介さないで（ブラシレ
ス）トランスのように外部から無接触で回転子に電力が
供給されるブラシレス同期電動機、あるいは効率は悪い
が回転子に突極を設けて、突極部に磁力線を集中するこ
とによって、あたかも同期電動機のような作動を行うリ
アクション・モータ等があり、これらの同期電動機を使
用しても構わない。

【００２０】図３において、回転子22は固定子21の回転
磁界に引きつけられて回転する。回転子22の出力軸23に
は、回転速度及び回転角度位置を検出するためのエンコ
ーダ24が設けられている。またエンコーダ24は、符号板
25と、回転検出センサ26と、これとは別に一回転の特定
の一点を検出する基準検出センサ27と、によって構成さ
れている。

【００２１】符号板25を示す図４において、符号板25に
は、回転検出センサ26と対向するように所定の円周上に
回転信号用の突起（又は穴、反射板等）列25ａが設けら
れている。そして突起列25ａと回転検出センサ26とによ
って出力軸23の回転が検出され、回転検出センサ26の検
出信号に基づいて出力軸23の回転速度が割り出される。

【００２２】符号板25には、各突起列25ａの円周上とは
同心円周位置に突起（又は穴、反射板等）25ｂが１つ設
けられている。そして出力軸23が回転して、突起25ｂが
基準検出センサ27の位置を通過する瞬間に電気的なパル
ス信号が得られるようになっている。この電気的なパル
ス信号によって一回転の特定の一点が検出され、固定子
21の回転磁界に対する回転子22の磁極の位置が検出され
る。突起25ｂの位置は、位相差が計算し易く、ソフトウ
ェアを作成する時に便利なように、基準パルス信号の発
生時と、回転子22のＮ−Ｓ極と、の位相差が90°となる
ように設定されている。この電気的なパルス信号は相差
角を調整するための基準パルス信号となる。尚、突起25
ｂと基準検出センサ27とが回転角度位置検出手段に相当
する。

【００２３】蓄電池２には、蓄電池２の電極または電解
液など、電池の種類に応じて最も温度が問題となる所定
位置に温度センサ５が付設されている。また同期電動機
１、Ｃ／Ｕ４の最も温度が問題となる所定位置にも同様
にして夫々温度センサ６、７が付設されている。また蓄
電池２には、蓄電池２の電圧値を検出する電圧センサ８
と充放電電流値を検出する電流センサ９が付設されてい
る。

【００２４】アクセルにはアクセルペダルの踏込み量を
検出するアクセル踏込み量検出センサ11が備えられてい
る。本実施例の電気自動車には、例えば通常の油圧で作
動する摩擦式ブレーキが備えられ、同期電動機１を発電
機として作動させるだけでは所要の制動力が得られない
場合に使用される。そしてこの摩擦式ブレーキの油圧ブ
レーキ回路には油圧を検出する油圧センサ11が備えられ
ている。

【００２５】Ｃ／Ｕ４にはＭＰＵ（マイクロプロセッ
サ）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等が備えられ、該Ｒ
ＯＭには、後述するアクセル踏込み量に基づいた基本相
差角、及び図11、12に示すような各種条件に応じた相差
角の補正値が記憶されている。前記各センサ５〜14の検
出信号はＡ／Ｄ変換された後、ＭＰＵに入力され、ＭＰ
Ｕはこれら検出信号に基づいてインバータ３から出力さ
れる交流電流の周波数、位相を設定し、該設定された周
波数、位相の制御信号をインバータ３に出力する。イン
バータ３は前記制御信号により、前記周波数、位相を有
する交流電流を発生し、同期電動機１に出力する。

【００２６】次にアクセル踏込み量に基づいたＭＰＵの
動作を図５のフローチャートに基づいて説明する。ステ
ップ（図中では「Ｓ」と記してあり、以下同様とする）
１では、アクセル踏込み量検出センサ10からの検出信号
である現在のアクセル踏込み量θを入力する。

【００２７】ステップ２では、アクセル踏込み量θに応
じた基本相差角δ₀ を設定する。この相差角とは固定子
21の回転磁界と回転子22の磁極との位相差であり、負荷
角又は内部相差角とも呼ばれている。同期電動機１で
は、相差角を進めるように、即ち、固定子21の回転磁界
を回転子22の磁極よりも進めるように制御すれば駆動ト
ルクが発生して同期電動機１は電動機として作動し、相
差角が大きくなればなるほど駆動トルクも増大する。ま
た相差角を遅らせるように、即ち、固定子21の回転磁界
を回転子22の磁極よりも遅らせるように制御すれば同期
電動機１は発電機として作動して制動がかかり、遅れ量
が大きくなればなるほど制動トルクも増大する。

【００２８】尚、この相差角は諸運転条件によって補正
されるがこれについては後述する。ステップ３では、ア
クセル踏込み量θの増減を調べる。例えば始動時、加速
時のようにアクセルを踏み込んでアクセル踏込み量θが
増加した時には、ステップ４に進む。ステップ４では、
アクセル踏込み量θの増加分をΔθとして、増加分Δθ
に応じた相差角補正量Δδを設定する。

【００２９】ステップ５では、基本相差角δ₀ に、設定
された相差角補正量Δδを加え、相差角δを設定する。
尚、加速時はアクセル踏込み量θが加速前より増大して
いるため、ステップ２で設定される基本相差角δ₀ も増
大しているが、アクセル踏込み中は、さらに増大補正し
て後述するように加速性能を高めるのである。ここで、
リアクタンス（抵抗値）は相差角によって変化するの
で、電源電圧を一定とすれば、相差角が小さい時は固定
子21に供給される交流電流の通電量も少なく、相差角が
90°に近づくにつれて通電量は多くなる。また相差角が
90°を越えると脱調し、電機子巻線には非常に大きな電
流が流れて発熱する。この相差角90°が遅れ、進み側と
もに相差角の限度であり、この限度を越えない範囲で相
差角が調整される。

【００３０】このステップ５で最終的な相差角δが設定
されると、ステップ12に進む。ステップ12では、設定さ
れた相差角δに基づいてインバータ３の位相制御を行
う。図６は基準パルス信号が検出される角度と固定子21
の電機子巻線に供給する交流電流の起点との関係を示す
図であり、符号板25は、図中、矢印方向に回転するとし
て、基準パルス信号はδ＝０の時に発生する。図７はこ
の基準パルス信号が検出された時を起点として固定子21
に交流電流を供給した時の回転子22、基準パルス信号、
及び固定子21に供給する交流電流の位相関係を示す図で
あり、図中の矢印は、例えば基準検出センサ27の検出位
置を基準にして状態が変化する方向を示している。前述
のように基準パルス信号の発生時と、回転子22のＮ−Ｓ
極と、の位相差が90°となるように突起25ｂの位置が設
定されているので、基準パルス信号が発生した点を起点
として、エンコーダ24の回転検出センサ26からの回転信
号により割り出された回転子22の同期速度に相当する周
波数を指定して交流信号を発生させれば、固定子21に供
給される交流電流の相差角は０となる。

【００３１】また図６において、固定子21の回転磁界を
回転子22の磁極よりも相差角δ₁ だけ進むように生成す
るには、基準パルス信号が発生するδ＝０よりも前のδ
＝δ ₁ を起点として、回転子22の同期速度に相当する周
波数の交流信号を発生させる。尚、この場合、図８に示
すように、交流電流を発生させる起点が基準パルス信号
ＳＧ１が検出される前になるので、基準パルス信号ＳＧ
１よりも１つ前で発生した基準パルス信号を起点として
その起点から(360−δ₁)分だけ大きく（約一周）遅れて
交流電流を発生させる。

【００３２】このようにインバータ３を位相制御して交
流信号を発生させれば、相差角δは進むように制御され
て駆動トルクが発生する。尚、三相の同期電動機１の場
合、図９に示すように、Ｕ相を基準として、Ｖ、Ｗ相で
は夫々 120°、 240°おくれで交流電流を出力する。図
10に示すように、車速ｖ₀ の時にアクセルを踏み込んで
加速すると、相差角が増大し、トルクが増大し、それに
よって回転子22の回転速度は増大する。

【００３３】ステップ13では、回転子22の回転周波数ｆ
_R を入力する。回転周波数ｆ_R は、回転検出センサ26に
よって検出され、割り出された出力軸23の回転速度に応
じた値となる。ステップ14では、インバータ３の周波数
ｆ_I を回転周波数ｆ_R に合わせるように制御する。これ
によって固定子21の回転磁界の回転速度が回転子22の回
転速度の増大に見合って増大される。このように、回転
子22の回転速度が増大して相差角が縮まろうとするが、
回転子22の回転速度に一致するように回転磁界の回転速
度がフィードバック制御されるので、相差角は略一定に
保持されたまま加速されていく。尚、詳細には回転磁界
の回転速度の方がフィードバック制御の応答遅れ分遅れ
を生じ、遅れが積算されると相差角が減少され続けるこ
とになるが、基準パルス信号が１回転毎に入力され、そ
の時に相差角が制御され直すので、遅れによる相差角の
減少は問題とならない。このように回転子22が加速され
車速が増大すると走行抵抗が増大する一方、加速度は減
少し、走行抵抗と駆動トルクとが例えば車速ｖ₁ で平衡
した時、定常走行となる。

【００３４】尚、アクセル踏込み中は、相差角補正量に
よる補正で、加速性能が高められ、アクセル踏込みを停
止するとアクセル踏込み量θは増減しないので、ステッ
プ１→２→３→６に進み、相差角δは基本相差角δ₀ に
制御され、定常走行時の駆動トルクはアクセル踏込み停
止時の踏込み量θに見合ったものとなり、安定して走行
制御が行える。

【００３５】一方、アクセル踏込み量θを減少させて車
速を減速させる時は、ステップ１→２→３→７へと進
む。ステップ１で入力されるアクセル踏込み量が減少し
ているので、ステップ２では、基本相差角δ₀ が減速前
に比べて減少して設定される。ステップ７では、アクセ
ル踏込み量の減少量（−Δθ）が所定量以上か否かを判
定し、所定値未満の減速時は、Δθに応じた相差角補正
量Δδを設定する。

【００３６】ステップ９では、基本相差角δ₀ に相差角
補正値Δδを減じて相差角δを設定する。これによって
相差角の進み量はより大きく減少される。但し、マイナ
スの値、つまり遅れとはならないように相差角補正値Δ
δは設定されている。ステップ12では、この減少された
相差角δに基づいて位相制御を行う。これにより相差角
が減少して駆動トルクが減少し、回転子22は減速する。
この減速された回転速度を回転周波数ｆ_R として検出
し、インバータ３の交流周波数を減少させる。この繰り
返しにより、減少された駆動トルクと走行負荷抵抗とが
平衡するところまで減速されて定常走行となる。

【００３７】アクセル踏込み量を大きく減少させて急減
速を行う場合は、ステップ７→10へ進む。ステップ10で
は、減少値Δθに応じた相差角（−δ₂ ）を設定する。
ステップ11では、相差角δとして相差角（−δ₂ ）をセ
ットし直す。そしてステップ12→13→14に進んで制御を
行えば、同期電動機１は発電機として作動し、制動がか
けられる。このようにアクセル踏込み量の変化が大きい
ときには、制動され、いわゆるエンジンブレーキのよう
に作用して減速効果を高める。そしてアクセル踏込み量
の変化が小さくなった段階でステップ７→８へ移行して
制動は停止し、駆動トルクの減少による減速を行って定
常走行へと移行する。

【００３８】尚、ステップ１が運転条件検出手段に、ス
テップ２〜11が相差角設定手段に、ステップ12が相差角
制御手段に、ステップ13が回転周波数検出手段に、ステ
ップ14が周波数フィードバック手段に相当する。かかる
構成によれば、アクセル踏込み量の増減に応じて相差角
を増減設定し、相差角を設定した時の発生トルクと走行
負荷抵抗とが釣り合う車速、回転子の回転周波数ｆ_R に
合わせるようにインバータ３のインバータ周波数ｆ_I を
設定することにより、誘導電動機よりも効率の良い同期
電動機を電気自動車の原動機として使用することが出来
る。

【００３９】特に、回転子として永久磁石を採用する型
式の同期電動機では、回転子の磁極を生成するための界
磁巻線も、直流電流も必要としないので、制御方法につ
いても固定子側のみ考慮するだけで足り、さらに回転子
に強力な磁石を使用すれば、非常に効率が良くなり、か
かる磁石が開発されれば将来的に優れた特性を備えるよ
うになり、非常に有用である。

【００４０】以上、一連のアクセル踏込み量θに基づい
た制御について説明したが、次に基本相差角の補正につ
いて説明する。基本相差角を補正する時の運転条件とし
ては、例えば蓄電池２の電圧と充放電電流、及び蓄電池
２、インバータ、同期電動機の温度、ブレーキ踏込み量
等がある。

【００４１】まず蓄電池２の電圧に基づいた基本相差角
の補正について説明する。蓄電池２が放電状態に近づく
と電圧が段々低下してくる。蓄電池２の電圧は電圧セン
サ８によって検出され、この状態は警報装置としての電
圧計等に刻々と表示されるが、蓄電池２の保護のために
蓄電池２の電圧Ｖに対する同期電動機１に供給される交
流電力の相差角制御も行うようにする。

【００４２】図11において、Ｖ₀ 、Ｖ₁ 、Ｖ₂ は夫々、
略放電電圧、充電開始電圧、定常限界値である。Ｖ₂ ≦
Ｖの領域は通常運転域、Ｖ₁ ≦Ｖ＜Ｖ₂ の領域は低電圧
運転域、Ｖ₀ ≦Ｖ＜Ｖ₁ の領域はバッテリ保護域であ
る。通常運転域、低電圧運転領域では相差角の補正は行
われず、バッテリ保護域では、蓄電池２の電圧の低下に
したがって相差角δ₀ を絶対値を減少させるように補正
して加速や高速走行が制限される。バッテリ保護域で
は、これにより加速や高速走行が困難になることにより
蓄電池２が放電状態に近くなったことが運転者により確
認される。

【００４３】このように蓄電池２の電圧に応じて相差角
を補正することにより、電気自動車の性能と蓄電池の保
護を両立させることが出来る。次に蓄電池２の充放電電
流に応じた基本相差角の補正について説明する。蓄電池
２の能力を越えて充電又は放電を行うと蓄電池２の寿命
を著しく損なうことはよく知られている。前述のように
相差角が変化することによってリアクタンスが変化し、
電源電圧を一定とすれば、同期電動機１に流れる電流も
自動的に調節されるので、充放電量が大きくなった時に
は相差角を制御する。

【００４４】蓄電池２の充放電電流は、電流センサ９に
よって検出される。図12において、Ｉ₁ 、Ｉ₂ は夫々Ｃ
／Ｕ４のＲＯＭに記憶されている充放電電流の充電電流
閾値、放電電流閾値である。これらの閾値は実験結果に
基づいて書き込まれた値である。電流センサ９から入力
され、Ａ／Ｄ変換された充放電電流値Ｉは、この制御基
準値と時々刻々演算比較される。Ｉ₁ ≦Ｉ＜０の領域は
通常の充電領域、０≦Ｉ＜Ｉ₂ の領域は通常の放電領域
であり、Ｉ＜Ｉ₁ 、Ｉ₂ ＜Ｉの領域は夫々過充電保護領
域、過放電保護領域である。

【００４５】蓄電池２の放電時は、通常、電気自動車が
同期電動機１の動力によって走行している時であり、同
期電動機１には、固定子21の磁極が回転子22の磁極より
も進み側になるようにインバータ３から交流電力が供給
されている。相差角δが進み側に移行するにしたがって
放電電流が大きくなるが、過放電領域では、放電電流値
Ｉに応じて相差角の進み量が減少補正されることによ
り、過放電が抑制される。

【００４６】また、前述のように電気自動車が例えば減
速する時、あるいは降坂の状態である時に回生制動を行
う場合、同期電動機１には相差角を遅れ側に移行した交
流電力が供給される。そして同期電動機１は発電機とし
て機能するように制御され、電力が蓄電池２に回生され
て蓄電池２が充電される。例えば急勾配の長い坂道を下
る時にブレーキをあまり使用せずに走行する時には、充
電電流が充電電流閾値Ｉ₁ を越える場合がある。この場
合、供給する交流電力の相差角が充電電流値Ｉに応じて
相差角の遅れ量が減少補正されることにより過充電が抑
制される。

【００４７】このように蓄電池２の充放電電流によって
相差角を補正することにより、蓄電池の寿命を延ばすこ
とが出来る。次に蓄電池２の温度に応じた基本相差角の
補正について説明する。蓄電池２の温度には、搭載され
ている蓄電池２の種類にもよるが、使用可能な温度範
囲、適切な温度範囲がある。一方、あまりにも低温時、
高温時に充放電を行うと蓄電池２の寿命が著しく短縮す
る。

【００４８】蓄電池２の電極または電解液など、蓄電池
２の種類に応じて最も問題となる所定位置の温度は温度
センサ５により検出される。ＲＯＭには、予め実験的に
確定したデータが記憶され、検出された温度とＲＯＭに
記憶されたデータとに基づいて蓄電池２の保護を考慮し
た相差角が算出される。そして同期電動機１に供給され
る交流電力の相差角が所定範囲以内に制御されていて
も、低温又は高温時であって、充放電電流が前記所定値
を越えた場合には、蓄電池２の温度に応じて相差角が絶
対値を減少させる方向に制御され、充放電電流も減少す
る。

【００４９】次にインバータ３の温度に応じた基本相差
角の補正について説明する。インバータ３を構成する直
流を交流に変換する為の電子部品等はとりわけ過熱し易
く、この温度は、温度センサ７により検出され、Ｃ／Ｕ
４内においてＡ／Ｄ変換される。Ｃ／Ｕ４内のＲＯＭに
は警戒温度又は限界温度等の温度ランクに応じた周波数
が予め記憶され、警戒温度又は限界温度等になった時に
は交流電力の相差角が絶対値を減少させる方向に制御さ
れる。これによりインバータ３の通電量が減少し、イン
バータ３の温度が低下する。

【００５０】尚、インバータ３、Ｃ／Ｕ４の電子回路に
は電子回路自体を冷却するファンが備えられ、電子回路
の温度を上昇させないようにして周波数の制限を受けな
いようにもなっている。次に同期電動機１の温度に応じ
た基本相差角の補正について説明する。同期電動機１の
所定位置に付設された温度センサ６により、同期電動機
１の温度が検出され、同期電動機１が過熱して所定温度
以上になった時、同期電動機１の相差角の進み量を減少
させる方向に制御される。これにより同期電動機１への
通電量が減少し、同期電動機１の温度が低下する。

【００５１】このように前記蓄電池２の温度、インバー
タ３の温度、同期電動機１の温度に応じて基本相差角を
補正することにより、適切な温度範囲で蓄電池２、イン
バータ３、及び同期電動機１を作動させることが出来、
寿命が延ばすことが出来る。次にブレーキ踏込み量に応
じた基本相差角の補正について説明する。走行中の電気
自動車が持つ運動エネルギーを減速中は回生して蓄電池
２に蓄え、再び電力として活用するが、通常の摩擦ブレ
ーキを備えた自動車では、ブレーキを踏んだ時に摩擦式
ブレーキ等を作動させる為に、運動エネルギーが熱エネ
ルギーに変換されて放出されてしまう。本実施例では電
子制御システムを用いて同期電動機１が可能な減速能力
の範囲では摩擦式のブレーキを使用せず、同期電動機１
の相差角を、踏み込まれた制動強度に応じて、固定子21
の回転磁界が回転子22の磁極よりも回転方向に対して遅
れ側になるように調整して、同期電動機１を発電機とし
て使用するようにする。

【００５２】このブレーキ踏込み量の検出信号に基づい
て最適のブレーキ力を得る為の相差角が演算される。同
期電動機１で回生制動使用可能な範囲では、この相差角
が設定され、電気自動車の運動エネルギーが回生されて
蓄電池２に蓄えられ、同期電動機１を回生制動させるだ
けでは所要の制動力を得られないと判定された時には、
制動力の不足分が補うように摩擦式ブレーキを作動させ
る。

【００５３】このようにブレーキ踏込み量によって相差
角を補正することにより、摩擦ブレーキの使用度が減少
し、摩擦ブレーキの磨耗量が減少する。そして例えば車
検等においてブレーキライニングを交換する作業回数が
減少し、保守等の負担が軽減される。以上が各運転条件
に応じた基本相差角の補正についての説明である。

【００５４】次に複合原動機にこの同期電動機制御装置
を用いた場合について説明する。尚、内燃機関には内燃
機関出力検出手段としての例えば吸気圧力、スロットル
開度、又はガバナ位置を検出する機関出力検出センサ12
を備え、Ｃ／Ｕ４にこれらの検出信号を入力する。次に
動作を説明する。

【００５５】同期電動機１と内燃機関を備える複合原動
機では、内燃機関が運転されている時、内燃機関の熱効
率と低公害の条件に基づいて比較的高負荷の領域で運転
される。同期電動機１の相差角は、内燃機関と同期電動
機１との合計トルクが現在必要とされている走行抵抗に
釣り合うように決定される。内燃機関の出力と走行抵抗
が等しい場合には、同期電動機１は無負荷で運転され
る。また内燃機関のトルクに、同期電動機１を発電機と
して作動して余剰動力を電力に変換させる程の余裕がな
ければ同期電動機１の相差角を零にして無負荷で運転す
るようにする。

【００５６】例えば平坦な公道を通常走行している時の
ように内燃機関の出力が走行抵抗よりも大きい場合に
は、その余剰出力に等しい制動力を発生すべく、相差角
を、固定子21の回転磁界が回転子22の磁極よりも、相差
角90°以内で遅れるように調整される。平坦な公道で加
速する時、或いは高速走行の時、貨物車に貨物を満載し
た時、登坂路を走行する時等のように内燃機関の出力が
走行抵抗よりも小さい場合には、その不足出力を補う駆
動力を発生すべく、相差角を、固定子21の回転磁界が回
転子22の磁極よりも、相差角90°以内で進むように調整
される。この場合、内燃機関の出力に同期電動機１の出
力が加算される。

【００５７】かかる構成によれば、複合原動機にあって
は前記運転条件としての吸気圧力、スロットル開度、又
はガバナ位置に応じて相差角を制御することにより、効
率良く電気自動車を駆動することが出来る。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、運
転条件に応じて同期電動機の相差角を設定し、インバー
タから出力される交流電流の位相を回転子の回転角度位
置に基づいて制御し、回転子の回転周波数とインバータ
から出力される交流電流の周波数とが一致するように交
流電流の周波数をフィードバック制御することにより、
誘導電動機よりも効率の良い同期電動機を電気自動車の
原動機として使用することが出来る。

【００５９】また同期電動機の相差角の所定範囲を遅れ
相差角90度から進み相差角90度に設定することにより、
同期電動機を脱調させずに使用することが出来、柔軟性
の乏しい同期電動機を電気自動車の原動機として適切に
使用することが可能となる。運転条件をアクセルペダル
の踏込み量として踏込み量の増減に応じて相差角を増減
設定することにより、アクセルペダルの踏込み量で加
速、減速の制御を行うことが出来る。

【００６０】蓄電池の電圧によって基本相差角を補正す
ることにより、電気自動車の性能と蓄電池の保護を両立
させることが出来る。蓄電池の充放電電流によって基本
相差角を補正することにより、蓄電池の能力を越えて充
放電するのを防止出来、蓄電池の寿命を延ばすことが出
来る。蓄電池、インバータ、及び同期電動機の温度の少
なくとも１つが所定値を越えた時、相差角を補正するこ
とにより、適切な温度範囲で蓄電池、インバータ、及び
同期電動機を作動させることが出来、蓄電池、インバー
タ、同期電動機等の寿命が延ばすことが出来る。

【００６１】またブレーキ踏込み量によって相差角を補
正することにより、摩擦ブレーキの使用度が減少し、摩
擦ブレーキの磨耗量を減少させることが出来、保守等の
負担が軽減される。また複合原動機にあっては内燃機関
の出力と電気自動車の走行抵抗とを比較して相差角を設
定することにより、内燃機関と同期電動機との出力が所
定割合に配分され、効率良く電気自動車を駆動すること
が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図。

【図２】本発明の実施例の構成を示すブロック図。

【図３】本実施例の同期電動機の構成を示す図。

【図４】図３の符号板の正面図。

【図５】図２の制御を示すフローチャート。

【図６】相差角を制御する時の説明図。

【図７】図６の位相関係の説明図。

【図８】同上説明図。

【図９】三相同期電動機の交流電力の説明図。

【図10】走行負荷抵抗と車速との関係図。

【図11】図２の電源電圧に基づいた制御を示す図。

【図12】図２の充放電電流に基づいた制御を示す図。

【図13】回転子に永久磁石を使用した場合の構造の一例
を示す図。

【符号の説明】

１ 同期電動機 ２ 蓄電池 ３ インバータ ４ コントロールユニット（Ｃ／Ｕ） ５〜７ 温度センサ ８ 電圧センサ ９ 電流センサ 10 アクセル踏込み量検出センサ 11 油圧センサ 12 機関出力検出センサ 21 固定子 22 回転子 24 エンコーダ 27 基準検出センサ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電力を交流電力に変換して出力するイ
   ンバータから供給される交流電流によって駆動される同
   期電動機を備えた電気自動車の同期電動機制御装置にお
   いて、 前記電気自動車の運転条件を検出する運転条件検出手段
   と、 同期電動機の回転子の回転角度位置を検出する回転角度
   位置検出手段と、 同期電動機の回転子の回転周波数を検出する回転周波数
   検出手段と、 前記運転条件検出手段により検出された運転条件に応じ
   て同期電動機の相差角を設定する相差角設定手段と、 検出された回転子の回転角度位置に基づいて前記インバ
   ータから出力される交流電流の位相を制御して、同期電
   動機の相差角を前記相差角設定手段で設定された値に制
   御する相差角制御手段と、 前記回転周波数検出手段によって検出された回転子の回
   転周波数とインバータから出力される交流電流の周波数
   とが一致するように交流電流の周波数をフィードバック
   制御する周波数フィードバック制御手段と、 を備えたことを特徴とする電気自動車の同期電動機制御
   装置。
2. 【請求項２】前記同期電動機の相差角の所定範囲を、固
   定子の回転磁界が回転子磁極よりも回転方向に対して遅
   れ側の相差角90度から進み側の相差角90度に設定したこ
   とを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の同期電動
   機制御装置。
3. 【請求項３】前記電気自動車の運転条件をアクセルペダ
   ルの踏込み量とし、相差角設定手段は前記踏込み量に応
   じて相差角を設定するものであることを特徴とする請求
   項１又は２のいずれか１つに記載の電気自動車の同期電
   動機制御装置。
4. 【請求項４】前記相差角設定手段は、インバータに直流
   電力を供給する蓄電池の電圧が所定の設定値以下である
   時に、運転条件に応じて設定された基本相差角を、補正
   値を減少させる方向に補正してなるものとしたことを特
   徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電気自動
   車の同期電動機制御装置。
5. 【請求項５】前記相差角設定手段は、前記蓄電池の充放
   電電流が所定値を越えた時に、運転条件に応じて設定さ
   れた基本相差角を、補正値を減少させる方向に補正して
   なるものとしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれ
   か１つに記載の電気自動車の同期電動機制御装置。
6. 【請求項６】前記相差角設定手段は、前記蓄電池、イン
   バータ及び同期電動機の温度の少なくとも１つの値が所
   定値を越えた時に、運転条件に応じて設定された基本相
   差角を、補正値を減少させる方向に補正してなるものと
   したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記
   載の電気自動車の同期電動機制御装置。
7. 【請求項７】前記相差角設定手段は、運転条件に応じて
   設定された基本相差角を、ブレーキ踏込み量に応じて遅
   れ側方向に補正してなるものとしたことを特徴とする請
   求項１〜６のいずれか１つに記載の電気自動車の同期電
   動機制御装置。
8. 【請求項８】前記電気自動車を駆動する内燃機関を備え
   て複合原動機とし、 該内燃機関の出力を検出する内燃機関出力検出手段と、 前記電気自動車の走行抵抗を検出する走行抵抗検出手段
   と、 を設け、前記相差角設定手段で前記内燃機関の出力と電
   気自動車の走行抵抗とを比較して同期電動機の相差角を
   設定することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つ
   に記載の電気自動車の同期電動機制御装置。