JPH09149689A - 極数切替電動機の運転制御装置 - Google Patents

極数切替電動機の運転制御装置

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JPH09149689A
JPH09149689A JP7307434A JP30743495A JPH09149689A JP H09149689 A JPH09149689 A JP H09149689A JP 7307434 A JP7307434 A JP 7307434A JP 30743495 A JP30743495 A JP 30743495A JP H09149689 A JPH09149689 A JP H09149689A
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JP
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voltage
induction motor
motor
inverter device
speed
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JP7307434A
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Inventor
Katsuyuki Watanabe
勝之 渡邉
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 重負荷時に誘導電動機の極数切替をしてもト
ルク変動をなくす。 【解決手段】 バッテリー３により直流電圧が供給され
るインバータ装置２は、出力電圧の位相と周波数を制御
することにより、誘導電動機（ＩＭ）１を低速運転領域
では４極運転をし、高速運転領域では２極運転をする。
回生電流バイパス回路１１は、バッテリー３の電圧をイ
ンバータ装置２に送ったり、インバータ装置２の回生電
圧をバッテリー３に送る。昇圧チョッパ回路１０は、重
負荷時に極数切替をしたときに、昇圧電圧をインバータ
装置２へ送る。これにより極数切替時におけるトルク変
動をなくす。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、誘導電動機をイン
バータを用いて可変速制御し且つ極数切替により広範囲
な定出力運転を可能とする運転制御装置に関し、特に極
数切替時のトルク変動を抑制するように工夫したもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】誘導電動機の可変速制御には、インバー
タを電源とする周波数制御が多く採用されている。この
時の最大トルク特性は図４に破線の特性Ｔ′で示すよう
に、速度（または周波数）の上昇に比例させてインバー
タからの供給電圧を高めることができる範囲では定トル
ク特性であるが、それ以上では電源電圧Ｖの制限により
周波数ｆの２乗に反比例した１／ｆ2 のカーブでトルク
Ｔ′が低下する。これに対し、誘導電動機を駆動源とす
る電気自動車などでは、負荷の要求トルク特性は、同図
４に実線の特性Ｔで示すように、定トルク範囲の速度を
越えると定出力範囲となり、周波数ｆの増加に反比例し
た１／ｆのカーブでトルクＴが低下する。そのため、最
大トルク特性Ｔ′と負荷の要求トルク特性Ｔとの交点に
なる周波数ａｆより高い回転数では、最大トルク特性
Ｔ′で出力トルクが制限されることになる。ａは一般に
２より大きい任意の数であるが、１以上であれば成り立
つ。
【０００３】誘導電動機を定出力範囲で運転するとき、
高速域になるほど負荷トルクが低下するが、また誘導電
動機の最大トルク特性でトルクが制限されるため、負荷
によってはトルク不足を招くことがある。このトルク不
足を解消するため、本願出願人は、誘導電動機における
固定子巻線構造を３相巻線をＮ個（Ｎは偶数）備えたの
と等価な巻線構造とし、各相巻線の電圧の位相と周波数
をインバータにより制御することにより、低速運転領域
では誘導電動機を２Ｎ極にして駆動し、高速運転領域で
は誘導電動機をＮ極にして駆動する技術をすでに開発
し、下記文献（１）により公表すると共に、（２）〜
（４）に示すように出願した。
【０００４】（１）電気自動車用極数切換誘導電動機の
六相絶対変換回転ｄｑ軸による解析：水野等、電気学会
回転機研究会、平成６年１０月３日発表。 （２）特願平６−１３１５１１号（平成６年６月１４日
出願）「誘導電動機及びその運転制御装置」。 （３）特願平６−３０７６４８号（平成６年１２月１２
日出願）「極数切替電動機の運転制御装置」。 （４）特願平７−３３５３６号（平成７年２月２２日出
願）「極数切替電動機の運転制御装置」。
【０００５】例えば６相の固定子巻線構造を有する誘導
電動機に対し、インバータにより供給する電圧の位相と
周波数を制御することにより、低速運転領域では２極に
して駆動し、高速運転領域では４極にして駆動すること
ができる。このとき、図５に示すように、２極運転時の
最大トルクは４極運転時の最大トルクの約２倍になる。
このため、図５に示すような回転数で極数切替を行う
と、負荷の要求トルクＴに対して誘導電動機の最大トル
クに余裕ができ、４極のみで運転する場合に比べて広範
囲の定出力運転が可能になる。また、同一回転数におい
て運転する場合には、２極運転時の周波数は４極運転時
の周波数のほぼ１／２となるので、２極運転に切り替え
ることにより、誘導電動機での損失低減やインバータの
制御性の向上が図れる。
【０００６】誘導電動機の６相の固定子巻線構造の巻線
配置は図６のように表すことができる。ただし、各巻線
は、４極に対しては１２０°相帯でほぼ全節巻、２極に
対しては６０°相帯で磁極ピッチのほぼ１／２となるよ
うな短節巻が施こされているものとする。したがって、
２極とするためには向い合う巻線が異極となる磁束を作
るよう電圧を加えればよく、各相の電圧Ｖa1，Ｖb1，Ｖ
c1，Ｖd1，Ｖe1，Ｖf1を次に示す［数１］のようにすれ
ばよい。また、４極とするためには向い合う巻線が同極
となる磁束を作るよう電圧を加えればよく、各相の電圧
Ｖa2，Ｖb2，Ｖ c2，Ｖd2，Ｖe2，Ｖf2を次に示す［数
２］のようにすればよい。ただし、Ｖ1m，ω1 ，φ1 は
２極運転時の相電圧最大値，角周波数，位相角であり、
Ｖ2m，ω2，φ2 は４極運転時の相電圧最大値，角周波
数，位相角である。
【０００７】
【数１】
【０００８】
【数２】
【０００９】図６に示す６相巻線にあって２極の回転座
標軸（ｄ1 −ｑ1 軸）と４極の回転座標軸（二倍角ｄ2
−ｑ2 軸）とを用意して、このｄｑ軸（二軸）による座
標軸を検討した結果、次式［数３］，［数４］を得た。
【００１０】
【数３】
【００１１】
【数４】
【００１２】［数３］［数４］の式中、添え字１は２極
機、添え字２は４極機を示し、添え字ｓは固定子（stat
or）巻線に関するｄｑ軸、添え字ｒは回転子（rotor)巻
線に関するｄｑ軸を表わす。また、式中、２極の定数に
あって、Ｒs1：一次抵抗、Ｌs1：一次自己インダクタン
ス、Ｍsr1 ：相互インダクタンス、Ｒr1：二次抵抗、Ｌ
r1：二次自己インダクタンス、Ｒm1：鉄損抵抗、であ
り、４極の定数にあって、Ｒs2：一次抵抗、Ｌs2：一次
自己インダクタンス、Ｍsr2 ：相互インダクタンス、Ｒ
r2：二次抵抗、Ｌr2：二次自己インダクタンス、Ｒm2：
鉄損抵抗、である。
【００１３】上記［数３］にあって電機子巻線側電圧Ｖ
ds1 ，Ｖqs1 の式中において、ベクトル制御が行われて
いるときを考えると、Ｉdr1 ＝０、Ｉqr1 ＝（−Ｍsr1
／Ｌr1）・Ｉqs1 が成立する。
【００１４】更に、本願発明にあって鉄損Ｒm1＝Ｒm2＝
０として無視しているため、上述のＶds1 ，Ｖqs1 は次
式［数５］となる。
【００１５】
【数５】
【００１６】結果的に次式［数６］［数７］の如くＶ
ds1 ，Ｖqs1 （電機子側）を制御すれば良い。
【００１７】
【数６】
【００１８】
【数７】
【００１９】結局、ベクトル制御演算により、速度指令
からトルク指令を求め、このトルク指令から［数３］に
示す電流指令Ｉds1 ，Ｉqs1 を求め、この電流指令から
［数６］に示す電圧指令Ｖds1 ，Ｖqs1 を求め、この電
圧指令Ｖds1 ，Ｖqs1 から［数１］に示す各相電圧を求
めて、この各相電圧を誘導電動機に供給することにより
２極運転ができる。同様に、ベクトル制御演算により、
速度指令からトルク指令を求め、このトルク指令から
［数４］に示す電流指令Ｉds2 ，Ｉqs2 を求め、この電
流指令から［数７］に示す電圧指令Ｖds2 ，Ｖqs2 を求
め、この電圧指令Ｖds2 ，Ｖqs2 から［数２］に示す各
相電圧を求めて、この各相電圧を誘導電動機に供給する
ことにより４極運転ができる。
【００２０】上述したような、誘導電動機の各相巻線の
電圧の位相と周波数を切り替えることにより極数切替を
行う技術を、電気自動車に適用した、極数切替電動機の
運転制御装置の従来技術を、図７を参照して説明する。
【００２１】図７において誘導電動機１は、６相の固定
子巻線構造または２組の３相巻線を組み合わせた固定子
巻線構造を有している。インバータ装置２は、１台の６
相インバータまたは２台の３相インバータにより構成さ
れている。バッテリー３は直流コンデンサ４を介して直
流電圧をインバータ装置２に供給し、インバータ装置２
は、位相と周波数を制御した電圧を、誘導電動機１の各
相巻線に供給する。これにより誘導電動機１が回転す
る。
【００２２】回転数センサ５は、誘導電動機１の回転子
に直結されており、誘導電動機１の回転数（回転速度）
に応じたモータ回転数信号ａを出力する。電流検出器６
は、インバータ装置２から誘導電動機１へ供給する各相
の電流を検出し、検出した電流値に対応したモータ電流
信号ｂを出力する。
【００２３】システム制御装置７には、前記モータ回転
数信号ａ及びモータ電流信号ｂの他に、アクセル開度信
号ｃが入力される。そしてシステム制御装置７は、アク
セル開度信号ｃの値に応じて、次の（イ）（ロ）（ハ）
（ニ）の動作を行なわせるようインバータ装置２を作動
させるインバータ駆動信号ｄをインバータ装置２に送
る。
【００２４】（イ）図２に示すように、低速運転領域で
は誘導電動機１が４極運転するように、インバータ装置
２により誘導電動機１に供給する各相電圧の位相及び周
波数を制御する。しかも４極運転中において、アクセル
開度信号ｃの増減に応じて供給電圧周波数を増減させ
て、誘導電動機１の回転数を増減させる。
【００２５】（ロ）図２に示すように、高速運転領域で
は誘導電動機１が２極運転するように、インバータ装置
２により誘導電動機１に供給する各相電圧の位相及び周
波数を制御する。しかも２極運転中において、アクセル
開度信号ｃの増減に応じて供給電圧周波数を増減させ
て、誘導電動機１の回転数を増減させる。
【００２６】（ハ）図２に示すように、モータ回転数が
低速回転領域から上昇していってモータ回転数ｎ2 を越
えたら、４極運転から２極運転に切り替える。つまり誘
導電動機１に供給する電圧を、４極運転用電圧から２極
運転用電圧に切り替える。
【００２７】（ニ）図２に示すように、モータ回転数が
高速回転領域から下降していってモータ回転数ｎ1 より
も小さくなったら、２極運転から４極運転に切り替え
る。つまり誘導電動機１に供給する電圧を、２極運転用
電圧から４極運転用電圧に切り替える。
【００２８】結局、図７に示す従来の極数切替電動機の
運転制御装置では、低速運転領域では４極として、また
高速運転領域では２極として誘導電動機１を運転すると
共に極数の切り替えはヒステリシス特性を持たせて行
い、アクセル開度信号ｃに応じて誘導電動機１の回転数
を制御（速度制御）している。なお極数切替期間は０．
７〜１秒程度であり、この極数切替期間では４極運転用
電圧と２極運転用電圧がインバータ装置２から出力され
る。このため極数切替期間中においては、インバータ装
置２の出力電圧値は、インバータ出力電圧上限値を上限
として、大きくなる傾向になる。なおインバータ出力電
圧上限値は、バッテリー３の電圧とインバータ装置２の
性能によって規定される。
【００２９】転負荷時（インバータ装置の出力パワーが
小さいとき）において、極数切替期間中のインバータ装
置２の出力電圧値は、極数切替期間以外のときの出力電
圧値よりは大きいが、インバータ出力電圧上限値を越え
ることはない。このため切替期間中においてトルク変動
（モータトルクの低減）はほとんど生じない。つまり、
トルク変動を生じないように４極運転用電圧と２極運転
用電圧を大きくして出力しても、その合成出力電圧値は
インバータ出力電圧上限値よりも小さく、トルク変動は
生じないのである。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】ところで重負荷時（イ
ンバータ装置の出力パワーが大きいとき）には、極数切
替期間以外のときであってもインバータ装置２の出力電
圧は、インバータ出力電圧上限値に近くなっているの
で、極数切替期間では、トルク不足にならないように出
力電圧を上昇しようとしても出力電圧はインバータ出力
電圧上限値で規制されてしまい、インバータ出力電圧値
は大きくなることができない。つまり、出力電圧はイン
バータ出力電圧上限値以上になることはできず、このと
きの４極運転用電圧や２極運転用電圧も上限値が制限さ
れてしまい、重負荷に対してトルク不足となってしま
う。このため図８の領域Ｚに示すように重負荷時の極数
切替期間においては、誘導電動機１のトルクＴ′は一時
的に低下してしまう。
【００３１】上述したようなトルク低減（トルク変動）
が生じると、電気自動車の運転者は、極数切替時に不快
感を感じる。
【００３２】本発明は、上記従来技術に鑑み、重負荷時
に極数切替をしてもトルク低減の生じない極数切替電動
機の運転制御装置を提供するものである。
【００３３】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は、３相巻線をＮ個（Ｎは偶数）備えたのと等価な固
定子巻線構造を持つ誘導電動機と、この誘導電動機に加
える電圧周波数を変化させることにより誘導電動機の速
度制御を行うと共に、各相巻線の電圧の位相と周波数を
制御することにより低速運転領域では誘導電動機の極数
を２Ｎとして駆動し高速運転領域では誘導電動機の極数
をＮとして駆動するインバータ装置と、このインバータ
装置に直流電圧を供給する直流電圧源と、半導体スイッ
チとダイオードで構成されると共に、前記インバータ装
置と前記直流電源との間に接続されており、直流電圧源
からインバータ装置への電圧供給の機能とインバータ装
置から直流電圧源への電圧回生の機能を有する回生電流
バイパス回路と、リアクトルと半導体スイッチで構成さ
れると共に、前記インバータ装置と前記直流電源との間
に接続されており、昇圧電圧を前記インバータ装置に供
給する機能を有する昇圧チョッパ回路と、前記回生電流
バイパス回路及び昇圧チョッパ回路の各機能を発揮・停
止させるよう制御する制御装置とを有し、この制御装置
は、重負荷のときに誘導電動機の運転領域が低速運転領
域から高速運転領域に変化する際、ならびに、重負荷の
ときに誘導電動機の運転領域が高速運転領域から低速運
転領域に変化する際には、前記昇圧チョッパ回路による
昇圧電圧供給機能を発揮させるよう制御すると共に、前
記回生電流バイパス回路による電圧供給機能を発揮させ
る一方で電圧回生機能を停止させるよう制御し、更に、
軽負荷運転の際、ならびに、誘導電動機が極数切替をす
る回転数領域ではない回転数領域で運転されている際に
は、前記昇圧チョッパ回路による昇圧電圧供給機能を停
止させるよう制御すると共に、前記回生電流バイパス回
路による電圧供給機能及び電圧回生機能を発揮させるよ
う制御することを特徴とする。
【００３４】また、本発明は、３相巻線をＮ個（Ｎは偶
数）備えたのと等価な固定子巻線構造を持つ誘導電動機
と、この誘導電動機に加える電圧周波数を変化させるこ
とにより誘導電動機の速度制御を行うと共に、各相巻線
の電圧の位相と周波数を制御することにより低速運転領
域では誘導電動機の極数を２Ｎとして駆動し高速運転領
域では誘導電動機の極数をＮとして駆動するインバータ
装置と、このインバータ装置に直流電圧を供給する直流
電圧源と、フライホイールと、このフライホイールに連
結された交流モータと、前記直流電圧源による直流電圧
や前記インバータ装置による回生電圧を受けて前記交流
モータを力行運転する機能と前記交流モータによる回生
電圧を直流に変換して前記インバータ装置に供給する回
生運転の機能とを有する交流モータ用インバータ装置と
でなるエネルギー蓄積装置と、エネルギー蓄積装置の交
流モータ用インバータ装置を力行運転にしたり回生運転
にしたり制御する制御装置とを有し、この制御装置は、
重負荷のときに誘導電動機の運転領域が低速運転領域か
ら高速運転領域に変化する際、ならびに、重負荷のとき
に誘導電動機の運転領域が高速運転領域から低速運転領
域に変化する際には、前記交流モータ用インバータ装置
を回生運転させるよう制御し、更に、軽負荷運転の際、
ならびに、誘導電動機が極数切替をする回転数領域では
ない回転数領域で運転されている際には、前記交流モー
タ用インバータ装置を力行運転させるよう制御すること
を特徴とする。
【００３５】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。なお従来技術と同一機能をはたす部分には同一符
号を付し、重複する説明は省略する。
【００３６】図１は本発明の第１の実施の形態を示す。
本実施の形態では、インバータ装置２とバッテリー３と
の間に、昇圧チョッパ回路１０と回生電流バイパス回路
１１を接続している。昇圧チョッパ回路１０はリアクト
ルＬ1 と半導体スイッチＳ1とダイオードＤ1 とで構成
されており、回生電流バイパス回路１１は半導体スイッ
チＳ2 ，Ｓ3 とダイオードＤ2 とで構成されている。な
お半導体スイッチＳ2とダイオードＤ2 とを一体化した
パワーモジュールで構成すると共に半導体スイッチＳ3
とダイオードＤ1 とを一体化したパワーモジュールで構
成するようにしてもよい。また後述するように、リアク
トルＬ1 と半導体スイッチＳ1 は短時間だけ使用され利
用率が小さいので、リアクトルＬ1 と半導体スイッチＳ
1 は、短時間定格で設計した小さな電流容量のものを用
いている。
【００３７】電圧検出器１２は、直流コンデンサ４に並
列接続されており、直流コンデンサ４の端子電圧（これ
はインバータ装置２に入力される電圧に等しい）を検出
し、検出電圧値を示す直流電圧信号ｅをシステム制御装
置７ａに送る。システム制御装置７ａは、図７に示す従
来技術と同様に、前記（イ）（ロ）（ハ）（ニ）の動作
をさせるようにインバータ装置２にインバータ駆動信号
ｄを送ると共に、後述するようなタイミングで、昇圧チ
ョッパ回路１０の半導体スイッチＳ1 と、回生電流バイ
パス回路１１の半導体スイッチＳ2 ，Ｓ3 のスイッチン
グ制御をする。なお他の部分の構成・動作は、図７に示
す従来技術と同様である。
【００３８】次に第１の実施の形態のうち特に昇圧チョ
ッパ回路１０と回生電流バイパス回路１１の動作を、図
１及び図２を参照しつつ、（１）通常運転時（２）回転
数増加重負荷切替時（３）回転数減少重負荷切替時に分
けて説明する。
【００３９】（１）まずはじめに通常運転時の動作につ
いて説明する。通常運転時とは、軽負荷であるためアク
セル開度信号ｃの値が設定値以下（軽負荷時）であると
き（このときモータ回転数はどのような値でもよい）
や、モータ回転数が回転数ｎ11以下や回転数ｎ22以上で
あるとき（このとき負荷の軽重はどのような値でもよ
い）をいう。
【００４０】通常運転時には、システム制御装置７ａ
は、半導体スイッチＳ2 ，Ｓ3 をＯＮ（導通）状態にす
ると共に半導体スイッチＳ1 をＯＦＦ（遮断状態）にす
る。こうすることにより昇圧チョッパ回路１０は作動せ
ず、リアクトルＬ1 に電流は流れない。また、バッテリ
ー３の電流は、半導体スイッチＳ2 及びダイオードＤ1
を通ってインバータ装置２に供給され、インバータ装置
２は、バッテリー３の直流電圧を受けて、周波数及び位
相制御した電圧を誘導電動機１に送る。更に回生動作時
には、回生電流はインバータ装置２から半導体スイッチ
Ｓ3 及びダイオードＤ2 を通ってバッテリー３に送ら
れ、バッテリー３に回生電力を供給することができる。
【００４１】（２）次に回転数増加重負荷切替時の動作
について説明する。回転数増加重負荷切替時とは、重負
荷であるためアクセル開度信号ｃが設定値を越え（この
ため直流電圧信号ｅは大きく、インバータ出力電圧はイ
ンバータ出力電圧上限値に近くなっている）、モータ回
転数はｎ2 よりも小さい領域で運転されており、回転数
が増加してきて回転数がｎ11を越えたときのことをい
う。
【００４２】回転数増加重負荷切替時において、回転数
が増加してきてｎ11を越えたら、システム制御装置７ａ
は、半導体スイッチＳ2 ，Ｓ3 をＯＦＦにすると共に、
半導体スイッチＳ1 のスイッチング動作（ＯＮ，ＯＦＦ
を繰り返す）をさせる。このため昇圧チョッパ回路１０
が作動して、インバータ装置２には、バッテリー３によ
る電圧のみならず、昇圧チョッパ回路１０による電圧も
印加される。よってモータ回転数がｎ2 になり４極運転
から２極運転に切り替ったときには、インバータ出力電
圧はインバータ出力電圧上限値（バッテリー電圧のみの
ときにインバータ出力電圧が最大になる値）を越えて大
きくなることができる。つまりトルク不足にならないよ
うに４極運転用電圧及び２極運転用電圧を上昇させるこ
とができる。よって４極から２極に切り替るときに、ト
ルク変動なく極数切替ができる。
【００４３】なお半導体スイッチＳ1 のスイッチング動
作は、昇圧チョッパ回路１０により必要とされる電圧値
に応じてＯＮ，ＯＦＦ制御される。また、回転数ｎ11の
値は、昇圧チョッパ回路１０の昇圧動作に要する時間に
応じて適宜決定する。
【００４４】このように重負荷時において４極から２極
に切り替えるときに、昇圧チョッパ回路１０による電圧
も付加して入力しているが、モータ出力６０kWクラスで
ある場合には付加するエネルギーは７５［KJ］程度でよ
いため、昇圧チョッパ回路１０の容量は小さくてよく、
また小型な回路とすることができる。
【００４５】（３）次に回転数減少重負荷切替時の動作
について説明する。回転数減少重負荷切替時とは、重負
荷であるためアクセル開度信号ｃが設定値を越え（この
ため直流電圧信号ｅは大きく、インバータ出力電圧はイ
ンバータ出力電圧上限値に近くなっている）、モータ回
転数はｎ1 よりも大きい領域で運転されており、回転数
が減少してきて回転数がｎ22を越えて小さくなったとき
のことをいう。
【００４６】回転数減少重負荷切替時において、回転数
が減少してきてｎ22を越えて小さくなったら、システム
制御装置７ａは、半導体スイッチＳ2 ，Ｓ3 をＯＦＦに
すると共に、半導体スイッチＳ1 のスイッチング動作
（ＯＮ，ＯＦＦを繰り返す）をさせる。このため昇圧チ
ョッパ回路１０が作動して、インバータ装置２には、バ
ッテリー３による電圧のみならず、昇圧チョッパ回路１
０による電圧も印加される。よってモータ回転数がｎ1
になり２極運転から４極運転に切り替ったときには、イ
ンバータ出力電圧はインバータ出力電圧上限値（バッテ
リー電圧のみのときにインバータ出力電圧が最大になる
値）を越えて大きくなることができる。つまりトルク不
足にならないように２極運転用電圧及び４極運転用電圧
を上昇させることができる。よって２極から４極に切り
替るときに、トルク変動なく極数切替ができる。
【００４７】なお半導体スイッチＳ1 のスイッチング動
作は、昇圧チョッパ回路１０により必要とされる電圧値
に応じてＯＮ，ＯＦＦ制御される。また、回転数ｎ22の
値は、昇圧チョッパ回路１０の昇圧動作に要する時間に
応じて適宜決定する。
【００４８】次に本発明の第２の実施の形態を、図３を
参照しつつ説明する。本実施の形態では、インバータ装
置２０と、交流モータであるフライホイール駆動モータ
２１と、モータ２１に直結されたフライホイール２２
と、フライホイール２２に直結された回転数センサ２３
と、電流検出器２４が備えられている。
【００４９】インバータ装置２０は、モータ２１に対し
て力行動作と回生動作をする。即ち、力行動作時にはイ
ンバータ装置２０は、バッテリー３の電圧やインバータ
装置２の回生電圧を受け、位相制御した電圧をモータ２
１に送ってモータ２１を回転駆動させる。このときフラ
イホイール２２はモータ２１により回転し、エネルギー
を回転運動として蓄積する。また回生動作時にはインバ
ータ装置２０はコンバータとして機能し、フライホイー
ル２２の回転エネルギーにより回転して発電機と機能す
るモータ２１から回生電力を受け、この回生電力をバッ
テリー３やインバータ装置２に戻す。そしてインバータ
装置２０は、システム制御装置７ｂから送られてくるフ
ライホイールモータ用インバータ駆動信号ｆに応じて、
力行動作したり回生動作したりする。
【００５０】回転数センサ２３はフライホイール２２の
回転数を示すフライホイール回転数信号ｇをシステム制
御装置７ｂに送る。電流検出器２４は、インバータ装置
２０とモータ２１との間に流れる電流を検出して、フラ
イホイール駆動モータ電流信号ｈをシステム制御装置７
ｂに送る。電圧検出器１２は、直流電圧信号ｅをシステ
ム制御装置７ｂに送る。なお他の部分の構成・動作は、
図７に示す従来技術と同様である。
【００５１】ここで第２の実施の形態のうちその特徴部
の動作を、図３及び図２を参照しつつ、（11）通常運転
時（12）回転数増加重負荷切替時（13）回転数減少重負
荷切替時に分けて説明する。なお（11）（12）（13）の
状態時は、前述した（１）（２）（３）の状態時と同じ
である。
【００５２】（11）まずはじめに通常運転時の動作につ
いて説明する。通電運転時には、システム制御装置７ｂ
からのインバータ駆動信号ｆにより、インバータ装置２
０を力行動作させ、駆動モータ２２によりフライホイー
ル２２を回転させ、エネルギーを回転運動として蓄積す
る。
【００５３】（12）次に回転数増加重負荷切替時の動作
について説明する。回転数増加重負荷切替時には、回転
数が増加してきてｎ11を越えたら、システム制御装置７
ｂからのインバータ駆動信号ｆにより、インバータ装置
２０を回生動作させ（コンバータとして機能させ）フラ
イホイール２２の回転エネルギーにより回転したモータ
２１の回生電力を、インバータ装置２に送る。このため
インバータ装置２には、バッテリー３による電圧のみな
らず、インバータ装置２０による回生電圧も印加され
る。よってモータ回転数がｎ2 になり４極運転から２極
運転に切り替ったときには、インバータ出力電圧はイン
バータ出力電圧上限値（バッテリー電圧のみのときにイ
ンバータ出力電圧が最大になる値）を越えて大きくなる
ことができる。つまりトルク不足にならないように４極
運転用電圧及び２極運転用電圧を上昇させることができ
る。よって４極から２極に切り替るときに、トルク変動
なく極数切替ができる。
【００５４】なお回転数ｎ11の値は、インバータ装置２
０，モータ２１及びフライホイール２２を用いたエネル
ギー蓄積装置の、動作モードの変更に要する時間に応じ
て適宜決定する。
【００５５】（13）次に回転数減少重負荷切替時の動作
について説明する。回転数減少重負荷切替時には、回転
数が減少してきてｎ22を越えて小さくなったら、システ
ム制御装置７ｂからのインバータ駆動信号ｆにより、イ
ンバータ装置２０を回生動作させ（コンバータとして機
能させ）フライホイール２２の回転エネルギーにより回
転したモータ２１の回生電力を、インバータ装置２に送
る。このためインバータ装置２には、バッテリー３によ
る電圧のみならず、インバータ装置２０による回生電圧
も印加される。よってモータ回転数がｎ1 になり２極運
転から４極運転に切り替ったときには、インバータ出力
電圧はインバータ出力電圧上限値（バッテリー電圧のみ
のときにインバータ出力電圧が最大になる値）を越えて
大きくなることができる。つまりトルク不足にならない
ように２極運転用電圧及び４極運転用電圧を上昇させる
ことができる。よって２極から４極に切り替るときに、
トルク変動なく極数切替ができる。
【００５６】なお回転数ｎ22の値は、インバータ装置２
０，モータ２１及びフライホイール２２を用いたエネル
ギー蓄積装置の、動作モードの変更に要する時間に応じ
て適宜決定する。
【００５７】また図３に示す実施の態様では、フライホ
イールを用いてエネルギー蓄積装置を構成したが、超電
導コイルや電気二重槽コンデンサ等を用いてエネルギー
蓄積装置を構成してもよい。
【００５８】更に、極数切替は２極／４極の切替のみな
らず、一般的にＮ極／２Ｎ極（Ｎは偶数）の切替をする
ことができる。
【００５９】更に、インバータとしては電圧形インバー
タに限らず電流形インバータを用いることもできる。
【００６０】
【発明の効果】以上説明したように重負荷時において誘
導電動機の極数変換をする際には、直流電圧源による直
流電圧に、昇圧チョッパ回路やエネルギー蓄積装置によ
る電圧を加えて、インバータ装置に電圧印加をするよう
にしたので、インバータ出力電圧を大きくでき、トルク
変動なく極数切替ができる。よって電気自動車に適用し
た場合において、運転者はトルクショットを感じること
なく、快適な運転ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す回路図。
【図２】極数切替運転状態を示す説明図。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示す回路図。
【図４】回転数とトルクとの関係を示す特性図。
【図５】極数を切り替えたときの回転数とトルクとの関
係を示す特性図。
【図６】６相巻線の構造を示す構成図。
【図７】従来技術を示す構成図。
【図８】重負荷時での回転数とトルクとの関係を示す特
性図。
【符号の説明】
１ 誘導電動機 ２ インバータ装置 ３ バッテリー ４ 直流コンデンサ ５ 回転数センサ ６ 電流検出器 ７，７ａ，７ｂ システム制御装置 １０ 昇圧チョッパ回路 １１ 回生電流バイパス回路 １２ 電圧検出器 ２０ インバータ装置 ２１ フライホイール駆動モータ ２２ フライホイール ２３ 回転数センサ ２４ 電流検出器 Ｌ1 リアクトル Ｓ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 半導体スイッチ Ｄ1 ，Ｄ2 ダイオード ａ モータ回転数信号 ｂ モータ電流信号 ｃ アクセル開度信号 ｄ インバータ駆動信号 ｅ 直流電圧信号 ｆ フライホイールモータ用インバータ駆動信号 ｇ フライホイール回転数信号 ｈ フライホイール駆動モータ電流信号

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ３相巻線をＮ個（Ｎは偶数）備えたのと
    等価な固定子巻線構造を持つ誘導電動機と、 この誘導電動機に加える電圧周波数を変化させることに
    より誘導電動機の速度制御を行うと共に、各相巻線の電
    圧の位相と周波数を制御することにより低速運転領域で
    は誘導電動機の極数を２Ｎとして駆動し高速運転領域で
    は誘導電動機の極数をＮとして駆動するインバータ装置
    と、 このインバータ装置に直流電圧を供給する直流電圧源
    と、 半導体スイッチとダイオードで構成されると共に、前記
    インバータ装置と前記直流電源との間に接続されてお
    り、直流電圧源からインバータ装置への電圧供給の機能
    とインバータ装置から直流電圧源への電圧回生の機能を
    有する回生電流バイパス回路と、 リアクトルと半導体スイッチで構成されると共に、前記
    インバータ装置と前記直流電源との間に接続されてお
    り、昇圧電圧を前記インバータ装置に供給する機能を有
    する昇圧チョッパ回路と、 前記回生電流バイパス回路及び昇圧チョッパ回路の各機
    能を発揮・停止させるよう制御する制御装置とを有し、 この制御装置は、重負荷のときに誘導電動機の運転領域
    が低速運転領域から高速運転領域に変化する際、ならび
    に、重負荷のときに誘導電動機の運転領域が高速運転領
    域から低速運転領域に変化する際には、前記昇圧チョッ
    パ回路による昇圧電圧供給機能を発揮させるよう制御す
    ると共に、前記回生電流バイパス回路による電圧供給機
    能を発揮させる一方で電圧回生機能を停止させるよう制
    御し、 更に、軽負荷運転の際、ならびに、誘導電動機が極数切
    替をする回転数領域ではない回転数領域で運転されてい
    る際には、前記昇圧チョッパ回路による昇圧電圧供給機
    能を停止させるよう制御すると共に、前記回生電流バイ
    パス回路による電圧供給機能及び電圧回生機能を発揮さ
    せるよう制御することを特徴とする極数切替電動機の運
    転制御装置。
  2. 【請求項２】 ３相巻線をＮ個（Ｎは偶数）備えたのと
    等価な固定子巻線構造を持つ誘導電動機と、 この誘導電動機に加える電圧周波数を変化させることに
    より誘導電動機の速度制御を行うと共に、各相巻線の電
    圧の位相と周波数を制御することにより低速運転領域で
    は誘導電動機の極数を２Ｎとして駆動し高速運転領域で
    は誘導電動機の極数をＮとして駆動するインバータ装置
    と、 このインバータ装置に直流電圧を供給する直流電圧源
    と、 フライホイールと、このフライホイールに連結された交
    流モータと、前記直流電圧源による直流電圧や前記イン
    バータ装置による回生電圧を受けて前記交流モータを力
    行運転する機能と前記交流モータによる回生電圧を直流
    に変換して前記インバータ装置に供給する回生運転の機
    能とを有する交流モータ用インバータ装置とでなるエネ
    ルギー蓄積装置と、 エネルギー蓄積装置の交流モータ用インバータ装置を力
    行運転にしたり回生運転にしたり制御する制御装置とを
    有し、 この制御装置は、重負荷のときに誘導電動機の運転領域
    が低速運転領域から高速運転領域に変化する際、ならび
    に、重負荷のときに誘導電動機の運転領域が高速運転領
    域から低速運転領域に変化する際には、前記交流モータ
    用インバータ装置を回生運転させるよう制御し、 更に、軽負荷運転の際、ならびに、誘導電動機が極数切
    替をする回転数領域ではない回転数領域で運転されてい
    る際には、前記交流モータ用インバータ装置を力行運転
    させるよう制御することを特徴とする極数切替電動機の
    運転制御装置。
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