JPH09233899A - 電動機の極数切替駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トルクショックのある極数切替えについても
運転者の違和感や不快感を無くす電動機の極数切替駆動
装置を提供する。 【解決手段】 運転者の操作による極数切替スイッチ３
０を備えて極数切替えをし、また、アクセル踏み込み量
にて作動するスイッチ３４にてトルク特性の切替えを
し、あるいはアクセル踏み込みによる不感帯Ｆを備えた
ものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘導電動機をベク
トル制御に基づいて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
ると共に操作者（運転者）の違和感や不快感を除くよう
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６に破線の特性Ｔ′で示すよう
に、速度（モータ回転数または周波数）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
は図６の実線の特性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、前述の如く
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。

【０００４】このトルク不足を解消する技術として、下
記文献により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、ベクトル制御に基づいて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が公表され
ている。 文献：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。

【０００５】例えばＮ＝２とし、６相の固定子巻線構造
を有する誘導電動機に対しては、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４極にして駆動し、高速運転領域では２極に
して駆動する。このとき、図７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７に示すような回転数ωｎ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Ｔ′に余裕ができ、４極のみで運転する場合に
比べて広範囲で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、誘導電動機の損失低減やイ
ンバータの制御性向上が図れる。

【０００６】誘導電動機の６相の固定子巻線構造の巻線
配置を例示すると図８のように表わすことができる。但
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となる短節巻が施されているものとする。従って、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
ように電圧を加えれば良く、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
ば良い。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に電圧を加えれば良く、各相の電
圧Ｖa2 ,Ｖb2 ,Ｖc2 ,Ｖd2 ,Ｖe2 ,Ｖf2を次に示す［数
２］のようにすれば良い。但し、式中で、Ｖ1m ,ω１，
φ１は２極運転時の相電圧最大値，電源角周波数，位相
角である。また、Ｖ2m ,ω２ ,φ２は４極運転時の相電
圧最大値，電源角周波数，位相角である。

【０００７】

【数１】

【０００８】

【数２】

【０００９】図８に示す６相巻線にあっては、ベクトル
制御の観点から、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、これらのｄｑ軸（二軸）による座標軸を検討する
と、次式［数３］，［数４］が得られる。

【００１０】

【数３】

【００１１】

【数４】

【００１２】［数３］と［数４］の式中、添え字１は２
極機を、添え字２は４極機を示す。また、添え字ｓは固
定子（stator）即ち電機子の巻線に関するｄｑ軸を、添
え字ｒは回転子（rotor)の巻線に関するｄｑ軸を表わ
す。また、式中、２極のモータ定数にあっては、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、Ｌr1：二次自己イ
ンダクタンス、Ｒm1：鉄損抵抗である。４極のモータ定
数にあっては、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、Ｒr2：二次抵
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２極運転での電機子
巻線側電圧Ｖds1 ，Ｖqs1 の式中において、ベクトル制
御が行われている時を考えると、 Ｉdr1 ＝０、Ｉqr1 ＝（−Ｍsr1 ／Ｌr1）・Ｉqs1 が成立する。

【００１４】更に、鉄損抵抗をＲm1＝Ｒm2＝０として無
視すると、上述の電圧Ｖds1 ，Ｖqs1 は次式［数５］と
なる。［数４］における４極運転での電機子巻線側電圧
Ｖds2 ，Ｖqs2 の式中でも、ベクトル制御が行われてい
る場合は同様に、Ｉdr2 ＝０、Ｉqr2 ＝（−Ｍsr2 ／Ｌ
r2）・Ｉqs2 が成立するので、これらの電圧Ｖds2 ，Ｖ
qs2 も次式［数５］となる。

【００１５】

【数５】

【００１６】結果的に電機子巻線側電圧を、２極運転時
には次式［数６］のＶds1 ，Ｖqs1の如く制御し、４極
運転時には次式［数７］のＶds2 ，Ｖqs2 の如く制御す
れば良い。

【００１７】

【数６】

【００１８】

【数７】

【００１９】結局、ベクトル制御演算において、速度指
令等からトルク指令を求め、このトルク指令から［数
３］に示した励磁電流指令Ｉds1 ，トルク電流指令Ｉqs
1 を求め、このｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉds1 ，Ｉqs1 か
ら［数６］に示したｄ軸，ｑ軸の電圧指令Ｖds1 ，Ｖqs
1 を求め、この電圧指令から［数１］に示した各相交流
電圧Ｖa1 ,Ｖb1 ,Ｖc1 ,Ｖd1 ,Ｖe1 ,Ｖf1を求めて、こ
の各相交流電圧をインバータにより誘導電動機に供給す
ることにより２極運転を行うことができる。同様に、ベ
クトル制御演算において、速度指令等からトルク指令を
求め、このトルク指令から［数４］に示したｄ軸，ｑ軸
の電流指令Ｉds2 ，Ｉqs2 を求め、この電流指令から
［数７］に示したｄ軸，ｑ軸の電圧指令Ｖds2 ，Ｖqs2
を求め、この電圧指令から［数２］に示した各相交流電
圧Ｖa2 ,Ｖb2 ,Ｖc2 ,Ｖd2 ,Ｖe2 ,Ｖf2を求めて、この
各相交流電圧をインバータにより誘導電動機に供給する
ことにより４極運転を行うことができる。

【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場合の極性切替電動機
の運転制御装置の構成例を、図９を参照して説明する。

【００２１】図９において、誘導電動機１は図８に例示
した６相の固定子巻線構造を有する極数切替誘導電動機
（ＰＣＩＭ：ポールチェンジ・インダクションモータ）
であり、３相の固定子巻線を２個（Ｎ＝２）備えたのと
等価であって、４極と２極との間で極数切替を行うこと
ができる。この誘導電動機１の回転子には回転数センサ
５が結合されており、誘導電動機１の実速度（実際のモ
ータ回転数）ωｒを検出する。また、誘導電動機１の各
相に流れる電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄ，Ｉｅ，Ｉｆを
検出するように電流検出器６が設けられている。本例で
は、電気自動車を想定し、バッテリ−３を電源に用いて
いる。

【００２２】図９に例示した運転制御装置は、ヒステリ
シスコンパレータ１０と、指令演算部１１と、電流制御
部１２と、インバータ駆動用の座標変換部１３と、６相
のインバータ１４と、電流フィードバック用の座標変換
部１５とを有している。図中の符号で右肩に＊印を付し
たものは各種指令であることを示す。

【００２３】ヒステリシスコンパレータ１０は、例えば
２極から４極又はその逆の切替指令を出力するもので、
モータ回転数ωｒと切替回転数とを比較し、２極から４
極又は４極から２極への切替え時ヒステリシスを持たせ
て切替え指令を出力しており、所定回転数での切替えの
チャタリングを防止するものである。そして、このヒス
テリシスコンパレータ１０の切替指令によって切替制御
が行われることになる。

【００２４】指令演算部１１は新たなトルク指令Ｔ^*'と
誘導電動機１の実速度ωｒを入力して、ベクトル制御に
必要なトルク電流指令（ｑ軸）と励磁電流指令（ｄ軸）
と電源角周波数指令とを求めて出力するルートを２極用
と４極用の２系統有し、ヒステリシスコンパレータ１０
の出力指令による極数切替期間ではトルク電流指令と励
磁電流指令とを一方の系統では徐々に立上げて出力し、
他方の系統では徐々に立下げて出力する。

【００２５】指令演算部１１の具体的例の構成をあげる
と図１０に示すものがあり、２極用系統は電流指令演算
部１１a1と、割算部１１b1と、係数部１１c1と、実角周
波数算出部１１d1と、加算部１１e1からなり、４極用系
統は電流指令演算部１１a2と、割算部１１b2と、係数部
１１c2と、実角周波数算出部１１d2と、加算部１１e2か
らなる。そして、この２極用系統と４極用系統は、図９
に示すヒステリシスコンパレータ１０からの切替指令に
て切替えられる。

【００２６】まず、２極系統について説明すると、モー
タ軸トルクはトルク電流と励磁電流の積に比例すること
から、電流指令演算部１１a1は基本的には、トルク指令
Ｔ^*'とモータ実速度ωｒと２極運転時のモータ定数（Ｒ
s1 ,Ｌs1 ,Ｍsr1 ，Ｒr1 ,Ｌr1 ,Ｒm1）を用いて、前述
の［数３］よりトルク指令Ｔ^*'に対応する２極運転用の
トルク電流指令Ｉqs1^*と、励磁電流指令Ｉds1^*を求め
る。このトルク電流指令Ｉqs1^*を割算部１１b1にて励磁
電流指令Ｉds1^*で割り、その商に係数部１１c1にてＲr1
／Ｌr1を掛けることにより、トルク指令Ｔ^*'を満たす２
極運転時のすべり角周波数指令ωs1^* を求める。一方、
実角周波数算出部１１d1により、モータ実速度ωｒに極
対数Ｐ₁ （＝１）を加味して２極運転時の実角周波数を
求める。そして、加算部１１e1により、実角周波数にす
べり角周波数指令ωs1^* を加えて、２極運転時の電源角
周波数指令ω１^* を求める。

【００２７】次に、４極系統について説明すると、電流
指令演算部１１a2は基本的には、トルク指令Ｔ^*'とモー
タ実速度ωｒと４極運転時のモータ定数（Ｒs2 ,Ｌs2 ,
Ｍsr2 ，Ｒr2 ,Ｌr2 ,Ｒm2）を用いて、前述の［数４］
よりトルク指令Ｔ^*'に対応する４極運転用のトルク電流
指令Ｉqs2^*と、励磁電流指令Ｉds2^*を求める。このトル
ク電流指令Ｉqs2^*を割算部１１b2にて励磁電流指令Ｉds
2^*で割り、その商に係数部１１c2にてＲr2／Ｌr2を掛け
ることにより、トルク指令Ｔ^*'を満たす４極運転時のす
べり角周波数指令ωs2^* を求める。一方、実角周波数算
出部１１d2により、モータ実速度ωｒに極対数Ｐ₂ （＝
２）を加味して４極運転時の実角周波数を求める。そし
て、加算部１１e2により、実角周波数にすべり角周波数
指令ωs2 ^* を加えて、４極運転時の電源角周波数指令ω
２^* を求める。

【００２８】更に、２極系統の電流指令演算部１１a1と
４極系統の電流指令演算部１１a2では、極数切替期間中
は、モータ軸トルクをトルク指令Ｔ^*'通りに保つよう
に、極数切替方向に応じて一方が電流指令を徐々に立上
げ、他方が電流指令を徐々に立下げる。具体的には、誘
導電動機１の２極運転時の二次時定数Ｔr1を用いて、回
転数上昇時に４極から２極に切替える場合は、［数８］
に示す関係で２極運転用のトルク電流指令Ｉqs1^*と励磁
電流指令Ｉds1^*を徐々に立上げ、４極運転用のトルク電
流指令Ｉqs2^*と励磁電流指令Ｉqs2^*は徐々に立下げる。
［数８］中の記号ｔは時間を表わす。また、回転数下降
時に２極から４極に切替える場合は、［数９］に示す関
係で４極運転用のトルク電流指令Ｉqs2^*と励磁電流指令
Ｉds2^*を徐々に立上げ、２極運転用のトルク電流指令Ｉ
qs1^*と励磁電流指令Ｉds1^*は徐々に立下げる。［数９］
中の記号ｔも時間を表わす。

【００２９】

【数８】

【００３０】

【数９】

【００３１】以下に、前式［数８］、［数９］について
説明する。一般に、同一の誘導電動機をＮ極と２Ｎ極
（Ｎは偶数）との間で切替える場合、Ｎ極時の二次時定
数Ｔr1は２Ｎ極時の二次時定数Ｔr2に比べて４倍近く長
い。今、回転数上昇時に２Ｎ極からＮ極に極数を切替え
るとして、Ｎ極用励磁電流指令Ｉds1^*をその定格値にス
テップ状に変化させると、この励磁電流指令に基づく磁
束Φr1は次式のようにＮ極時の二次時定数Ｔr1にて一次
遅れの立上りとなる。 Φr1＝Φr1^*（１−ｅ^(-t/Tr1)） 従って、切替初期時には磁束が略ゼロとなるため、トル
ク電流をステップ状に立上げるとトルクに振動が生じ
る。そこで、トルク電流指令Ｉqs1^*も磁束Φr1の応答と
同様に、Ｎ極時の二次時定数Ｔr1により次式のように一
次遅れの立上りとする。 Ｉqs1^*∝１−ｅ^(-t/Tr1) この結果、Ｎ極運転で発生するモータ軸トルクＴ１は、
トルク指令Ｔ^*' に対し、次式で示すような二次遅れの
立上りとなる。 Ｔ１＝Ｔ^*'（１−ｅ^(-t/Tr1))² この時のトルク不足分を２Ｎ極運転で補償するには、２
Ｎ極運転で発生すべきモータ軸トルクＴ２を、次式で示
すように次第に下げる必要がある。 Ｔ２＝Ｔ^*'−Ｔ１ ＝Ｔ^*'（２ｅ−^(-t/Tr1)−ｅ^(-2t/Tr1)） そこで、このトルクＴ２を発生させる２Ｎ極運転用のト
ルク電流指令Ｉqs2^*と励磁電流指令Ｉds2^*を、トルク電
流と励磁電流の比が一定となることを条件に求めれば良
い。つまり、［数８］に示すような関係でこれらの電流
指令Ｉds2^*，Ｉqs2^*をそれぞれ極数切替時の定格値から
次第に立下げる。この場合、２Ｎ極運転での二次時定数
はＴr1に比べて小さいから、何の問題はない。なお、Ｎ
極側のトルクが十分立上ったら、２Ｎ極側の電流制御を
停止する。また、励磁電流の最小値は制御の安定性を考
慮して定格値の２０％程度とする。

【００３２】他方、回転数下降時にＮ極から２Ｎ極に極
数を切替える場合に、Ｎ極運転用の励磁電流指令を切替
瞬時にゼロにすると、この時の磁束Φr1の応答もＮ極時
の二次時定数Ｔr1により一次遅れの立下りとなる。 Φr1＝Φr1^*・ｅ^(-t/Tr1) そこで、Ｎ極運転用のトルク電流指令Ｉqs1^*もＮ極時の
二次時定数Ｔr1により一次遅れで立下げる。これによ
り、２極運転によるモータ軸トルクＴ１は次式で示すよ
うな二次遅れの立下りとなる。 Ｔ１＝Ｔ^*'・ｅ^(-2t/Tr1) この時のトルク不足分を、４極運転のトルクＴ２で補償
するには、次式で示すように立上げる必要がある。 Ｔ２＝Ｔ^*'−Ｔ１ ＝Ｔ^*'（１−ｅ^(-2t/Tr1)） そこで、このトルクＴ２を発生させる２Ｎ極運転用のト
ルク電流指令Ｉqs2^*と励磁電流指令Ｉds2^*を、トルク電
流と励磁電流の比が一定となることを条件に求めれば良
い。つまり、［数９］に示すような関係でこれらの電流
指令Ｉds2^* ，Ｉqs2^*をそれぞれ極数切替時の定格値か
ら次第に立上げる。この場合も、２Ｎ極運転での二次時
定数はＴr1に比べて小さいから、何の問題はない。な
お、２Ｎ極側のトルクが十分立上ったら、Ｎ極側の電流
制御を停止する。また、励磁電流の最小値は制御の安定
性を考慮して定格値の２０％程度とする。

【００３３】電流制御部１２は２極用電流制御系１２１
と４極用電流制御系１２２からなり、指令演算部１１が
出力する２系統の指令から各系統のｄ軸及びｑ軸の電圧
指令を生成し、インバータ駆動用の座標変換部１３に与
える。

【００３４】２極用電流制御系１２１は、指令演算部１
１から与えられる２極運転用のｄ軸電流指令（励磁電流
指令）Ｉds1^*、ｑ軸電流指令（トルク電流指令）Ｉqs1^*
及び電源角周波数指令ω１^* 、並びに座標変換部１５か
らフィードバックされる２極運転でのｄ軸電流（励磁電
流）検出値Ｉds1 及びｑ軸電流（トルク電流）検出値Ｉ
qs1 を入力して、これらからＩds1 ＝Ｉds1^*、Ｉqs1 ＝
Ｉqs1^*とするに必要なｄ軸及びｑ軸の電圧指令Ｖds1^*，
Ｖqs1^*をＰＩ制御、非干渉ＰＩ制御、ＩＰ制御、非干渉
ＩＰ制御などにより生成し、インバータ駆動用の座標変
換部１３に与える。

【００３５】同様に、４極用電流制御系１２２は、指令
演算部１１から与えられる４極運転用のｄ軸電流指令
（励磁電流指令）Ｉds2^*、ｑ軸電流指令（トルク電流指
令）Ｉqs2^*及び電源角周波数指令ω２^* 、並びに座標変
換部１５からフィードバックされる４極運転でのｄ軸電
流（励磁電流）検出値Ｉds2 及びｑ軸電流（トルク電
流）検出値Ｉqs2 を入力して、これらからＩds2 ＝Ｉds
2^*，Ｉqs2 ＝Ｉqs2^*とするに必要なｄ軸及びｑ軸の電圧
指令Ｖds2^*，Ｖqs2^*をＰＩ制御、非干渉ＰＩ制御、ＩＰ
制御、非干渉ＩＰ制御などにより生成し、インバータ駆
動用の座標変換部１３に与える。

【００３６】ここで、電流フィードバック用の座標変換
部１５は、電流検出器６で検出された誘導電動機１の６
相の各電流値Ｉａ〜Ｉｆを、２極運転での回転子位置角
θ１に基づいて２極運転での励磁電流Ｉds1 とトルク電
流Ｉqs1 に変換し、また、４極運転での回転子位置角θ
２に基づいて４極運転での励磁電流Ｉds2 とトルク電流
Ｉqs2 に変換することにより、これらＩds1 ，Ｉqs1 ，
Ｉds2 及びＩqs2 をフィードバック用電流検出値とす
る。

【００３７】回転子位置角θ１，θ２を検出する部分１
６には２極用として積分部１６a1と加算部１６b1と実角
周波数算出部１６c1があり、４極用に積分部１６a2と加
算部１６b2と実角周波数算出部１６c2がある。そして、
各極数毎に、モータ実速度ωｒに極対数（２極ではＰ₁
＝１、４極ではＰ₂＝２）を加味して誘導電動機１の実
角周波数を求め、これにすべり角周波数（ωs1，ωs2）
を加えたものを積分することにより、θ１及びθ２を求
める。なお、指令演算部１１が生成した電源角周波数指
令ω１^* ，ω２^* を直接積分しても良い。

【００３８】インバータ駆動用の座標変換部１３は、２
極運転用のｄ軸電圧指令Ｖds1^*とｑ軸電圧指令Ｖqs1^*と
電源角周波数指令ω１^* と回転子位置角θ１とを用い
て、これらの電圧指令Ｖds1^*，Ｖqs1^*を２極運転用の６
相の交流電圧指令に変換し、また４極運転用のｄ軸電圧
指令Ｖds2^*とｑ軸電圧指令Ｖqs2^*と電源角周波数指令ω
２^* と回転子位置角θ２とを用いて、これらの電圧指令
Ｖds2^*，Ｖqs2^*を４極運転用の６相の交流電圧指令に変
換する。

【００３９】但し、座標変換部１３がインバータ１４に
与える６相の交流電圧指令Ｖａ^* ，Ｖｂ^* ，Ｖｃ^* ，Ｖ
ｄ^* ，Ｖｅ^* ，Ｖｆ^* は、２極のみの運転時には２極運
転用の変換で得た６相の交流電圧指令に等しく、４極の
みの運転時には４極運転用の変換で得た６相の交流電圧
指令に等しいが、極数切替期間中はこれら２極用と４極
用の各６相の交流電圧指令が合成されたものとなる。

【００４０】インバータ１４は１台の６相インバータ、
または２台の３相インバータで構成されており、座標変
換部１３から与えられる６相の交流電圧指令Ｖａ^* 〜Ｖ
ｆ^*に応じた相電圧最大値と位相と周波数を持つ６相交
流電圧を出力し、誘導電動機１を駆動する。

【００４１】以上の構成により、モータ回転数が極数切
替回転数（基底回転数の２倍程度）以下の低速運転領域
では、誘導電動機１を４極にして駆動し、極数切替回転
数以上の高速運転領域では、誘導電動機１を２極にして
駆動し、極数切替期間では４極駆動と２極駆動を併用し
極数切替方向に応じて一方から他方へ徐々に切替えるこ
とになる。

【００４２】

【発明が解決しようとする課題】以上説明の如く従来提
案されているインバータを用いた誘導電動機制御にあっ
て、この電動機制御を電気自動車（ＥＶ）に適用した場
合を考えるに、インバータ出力電圧が低い軽負荷時にて
極数切替えを行なう場合には、出力モータトルクに変動
なく行なえるのであるが、出力電圧が高くなる高負荷時
には出力電圧飽和により出力モータトルクの変動（低
下）が生ずる。すなわち、極数切替時には例えば２極と
４極という如く異なる位相の電圧を出力しなければなら
ないので、極数切替時以外の通常運転時の場合よりもモ
ータ端子電圧やインバータ出力電圧が高くなる。他方、
モータやインバータの小形化のために、最大パワーを出
力したときのモータ端子電圧は直流電圧（インバータ出
力可能交流電圧）に近い値に設定される。このことは、
モータ端子電圧を下げた場合には、トルクを出力する電
流が増大しインバータやモータが大形化してしまうこと
による。この結果、極数切替時以外の場合にもモータ端
子電圧が高くなる高負荷時にて極数切替えを行なった場
合には前述の如きトルクショックのない切替制御を行な
ったとしても出力電圧が飽和してトルク変動（低下）が
生ずる。このことは、電気自動車においては、車速や加
速に変化が生じ運転者に違和感や不快感を与えることに
なる。

【００４３】本発明は、上述の問題に鑑み、運転者自ら
の操作に起因する場合には違和感や不快感が生じないと
いう特質を利用し、運転者の操作により極数切替えを行
なうようにした極数切替駆動装置の提供を目的とする。

【００４４】

【課題を解決するための手段】上述の目的達成のため本
発明は次の発明特定事項を特徴とする。 （１）トルク指令、極数切替指令、及び検出回転数を指
令演算部に入力してトルク電流と励磁電流とを生成し、
上記指令演算部の電流出力を電流制御系に入力して電圧
を生成し、上記電流制御系の出力を座標変換してインバ
ータに入力する電動機の極数切替駆動装置において、運
転席付近に極数切替スイッチを備え、このスイッチの作
動により上記極数切替指令を得るようにしたことを特徴
とする。 （２）トルク指令、極数切替指令、及び検出回転数を指
令演算部に入力してトルク電流と励磁電流とを生成し、
上記指令演算部の電流出力を電流制御系に入力して電圧
を生成し、上記電流制御系の出力を座標変換してインバ
ータに入力する電動機の極数切替駆動装置において、ア
クセルペダルを踏み切った状態で作動されるスイッチを
備え、このスイッチの作動により異なるトルク特性に移
るようにしたことを特徴とする。 （３）トルク指令、極数切替指令、及び検出回転数を指
令演算部に入力してトルク電流と励磁電流とを生成し、
上記指令演算部の電流出力を電流制御系に入力して電圧
を生成し、上記電流制御系の出力を座標変換してインバ
ータに入力する電動機の極数切替駆動装置において、ア
クセルペダルの踏み切りにてトルク特性上の不感帯を備
え、この不感帯領域の前後にて異なるトルク特性を移る
ようにしたことを特徴とする。

【００４５】トルクショック無く極数切替えを行なう限
度外では、操作者（運転者）が自らの行為に基づくこと
によりトルク変動を受け入れることができることを利用
して、極数切替指令を出力しトルク特性を移すようにし
たものである。

【００４６】

【発明の実施の形態】ここで、図１ないし図５を参照し
て本発明の実施の形態を説明する。例えば、手動変速機
付き自動車の変速時において運転者により変速操作を行
なった場合、自動車の挙動としてトルク変動があったと
しても運転者自身の運転に伴うものは、そのトルク変動
を容認できるものである。かかる特質により例えば図７
に示す従来のように一定速度になったときヒステリシス
を持たせて極数切替えを行なうというものでなく、第１
の例では極数切替スイッチを備えたものである。

【００４７】図１は従来の図９に相応する制御回路であ
り、同一部分には同符号を付して説明を省略する。この
図１において、指令演算部１１への入力としては、アク
セルペダルの踏み込み量に相応して発生するトルク指
令、モータ回転数ωｒの外、極数切替スイッチ３０によ
り発生させられる極数切替指令発生器３１からの極数切
替指令がある。運転席周辺に設置された極数切替スイッ
チ３０により運転者が投入にて極数が切替えられること
になり、この場合前述した特質から出力電圧が飽和し出
力トルクが低下しても運転者の不快感にはつながらな
い。なお、極数切替スイッチ３０の投入時に出力電圧が
飽和しない場合にはトルクの低下なく極数切替が可能と
なることは今まで述べたとおりである。そして、指令演
算部１１では極数切替指令があった場合には、運転極数
に応じた電流指令、周波数指令を計算することになる。

【００４８】図２は、アクセルペダル３３に取付けられ
て連動するスイッチ３４を用いてトルク特性を移動する
（切替える）ようにしたものである。すなわち、図２に
おいて指令演算部１１の前段に選択回路３５を備えてお
り、この選択回路３５では、図４に示すインバータ出力
トルク特性となるように特性(A) 又は(B) を選択するも
のである。この場合、特性(A) ，(B) にあってアクセル
ペダル３３が踏み切られた時のみ極数切替え変動を伴う
切替えを行なうものである。すなわち、アクセルペダル
３３を踏み切らない場合には、切替時に出力電圧飽和が
生じない出力トルク範囲(B) にて制御する。つまり、出
力を絞ることによって切替前後のモータ端子電圧が低く
なるため電圧飽和が生ぜず極数切替時を行なってもトル
クショックを生じない。また、アクセルを踏み切った時
には、２極又は４極（４極又は８極）運転時の出力トル
クを絞ることなく制御する。この場合に極数切替を行な
うとトルクショックを伴う極数切替えとなる。この場
合、アクセルスイッチ投入付近換言すれば切替回転数付
近のみ出力パワーを絞ればトルクショックレスの極数切
替えが可能となり、この絞り領域と絞らない領域との切
替点にてショックが出ないよう図４に示す水平特性とす
ることもできる。こうして、図２に示すようにスイッチ
３との切替えにて出力トルク特性を移すことによりトル
クショックが生じても差支えない状態のみにてトルクシ
ョックを伴う極数切替えとした。

【００４９】図３は、上述のアクセルペダルのトルク指
令と出力トルクとの関係を図５に示すような不感帯を持
たせることによりアクセルスイッチの場合と同様の動作
とした場合の例である。つまり、不感帯Ｆを設けること
により運転者はアクセルを極数切替時にトルクショック
が生じる領域まで踏んでいるか否かを知ることができ、
この結果、運転者はトルクショックがあるということを
予測できているのでトルクショックが不快とならない。
図３にてアクセルペダル３３の踏み込み量に応じて判定
ブロック３６にて不感帯以下か否かを判定し、不感帯以
上でないときリミッタ３７にて図４の(B) 以内のトルク
指令とし、不感帯以上のときリミッタ３８にて図４の
(A) 以内のトルク指令としたものである。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、高
負荷時に極数の切替えをしてもトルク変動による運転者
への不快感や違和感を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例のブロック図。

【図２】本発明の実施の形態の他の例のブロック図。

【図３】本発明の実施の形態のその他の例のブロック
図。

【図４】スイッチのオンオフ時の出力トルク特性線図。

【図５】アクセル踏み込み量に対する出力トルク特性線
図。

【図６】回転数−トルク特性図。

【図７】極数切替えの特性図。

【図８】三相一六相の説明図。

【図９】従来の制御ブロック図。

【図１０】指令演算部のブロック図。

【符号の説明】

１１ 指令演算部 １２ 電流制御系 １３，１５ 座標変換部 １４ インバータ ３０ 極数切替スイッチ ３１ 極数切替指令発生器 ３３ アクセルペダル ３４ スイッチ ３５ 選択回路 ３６ 判定器 ３７，３８ リミッタ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トルク指令、極数切替指令、及び検出回
   転数を指令演算部に入力してトルク電流と励磁電流とを
   生成し、 上記指令演算部の電流出力を電流制御系に入力して電圧
   を生成し、 上記電流制御系の出力を座標変換してインバータに入力
   する電動機の極数切替駆動装置において、 運転席付近に極数切替スイッチを備え、このスイッチの
   作動により上記極数切替指令を得るようにしたことを特
   徴とする電動機の極数切替駆動装置。
2. 【請求項２】 トルク指令、極数切替指令、及び検出回
   転数を指令演算部に入力してトルク電流と励磁電流とを
   生成し、 上記指令演算部の電流出力を電流制御系に入力して電圧
   を生成し、 上記電流制御系の出力を座標変換してインバータに入力
   する電動機の極数切替駆動装置において、 アクセルペダルを踏み切った状態で作動されるスイッチ
   を備え、このスイッチの作動により異なるトルク特性に
   移るようにした電動機の極数切替駆動装置。
3. 【請求項３】 トルク指令、極数切替指令、及び検出回
   転数を指令演算部に入力してトルク電流と励磁電流とを
   生成し、 上記指令演算部の電流出力を電流制御系に入力して電圧
   を生成し、 上記電流制御系の出力を座標変換してインバータに入力
   する電動機の極数切替駆動装置において、 アクセルペダルの踏み切りにてトルク特性上の不感帯を
   備え、この不感帯領域の前後にて異なるトルク特性を移
   るようにした電動機の極数切替駆動装置。