JPH10117500A - 同期発電機制御システムおよびハイブリッド電気自動車 - Google Patents
同期発電機制御システムおよびハイブリッド電気自動車Info
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- JPH10117500A JPH10117500A JP26826396A JP26826396A JPH10117500A JP H10117500 A JPH10117500 A JP H10117500A JP 26826396 A JP26826396 A JP 26826396A JP 26826396 A JP26826396 A JP 26826396A JP H10117500 A JPH10117500 A JP H10117500A
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- Hybrid Electric Vehicles (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Rectifiers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ハイブリット電気自動車において、高速回転
領域においても対応可能なセンサレス同期発電機制御シ
ステムを提供する。 【解決手段】 発電モード電圧位相演算手段１１６が電
圧指令発生手段１１４より発生する電圧指令の立ち上が
りゼロクロス点発生周期を監視して、電圧の位相情報を
得る。発電モード磁極位置位相演算手段１１７は発電モ
ード電圧位相演算手段１１６の出力に位相角δを加算す
ることにより誘起電圧位相を得て、誘起電圧位相と直交
する位相を磁極位置位相とする。始動時など磁極位置位
相情報が不明な場合には電圧情報検出回路１０９より誘
起電圧の位相を検出し、誘起電圧と磁極位置との位相関
係知識を用いて磁極位置位相を検出する。
領域においても対応可能なセンサレス同期発電機制御シ
ステムを提供する。 【解決手段】 発電モード電圧位相演算手段１１６が電
圧指令発生手段１１４より発生する電圧指令の立ち上が
りゼロクロス点発生周期を監視して、電圧の位相情報を
得る。発電モード磁極位置位相演算手段１１７は発電モ
ード電圧位相演算手段１１６の出力に位相角δを加算す
ることにより誘起電圧位相を得て、誘起電圧位相と直交
する位相を磁極位置位相とする。始動時など磁極位置位
相情報が不明な場合には電圧情報検出回路１０９より誘
起電圧の位相を検出し、誘起電圧と磁極位置との位相関
係知識を用いて磁極位置位相を検出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は同期発電機を用いて
運動エネルギーを直流電力に変換する同期発電機システ
ムにかかり、特にエンコーダ，ホール素子などの位置，
速度センサを必要としないセンサレス同期発電機制御シ
ステムに関する。
運動エネルギーを直流電力に変換する同期発電機システ
ムにかかり、特にエンコーダ，ホール素子などの位置，
速度センサを必要としないセンサレス同期発電機制御シ
ステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】発電機の発生する交流電力を直流電力に
変換するには、ダイオードブリッジによる整流回路と電
圧調節のための昇降圧回路を用いるのが最も簡単な方法
である。しかし電動機駆動用の電力変換器を前記目的の
ために用いることが多くなっている。電力変換器を用い
ると発電機発生電圧の瞬時値に応じて充電電流を制御す
ることができるため変換効率が高く、また同期発電機も
他方式の発電機と比べて高効率という特徴があるため、
特に電気自動車のように効率を重視する応用機器におい
て頻繁に用いられつつある。
変換するには、ダイオードブリッジによる整流回路と電
圧調節のための昇降圧回路を用いるのが最も簡単な方法
である。しかし電動機駆動用の電力変換器を前記目的の
ために用いることが多くなっている。電力変換器を用い
ると発電機発生電圧の瞬時値に応じて充電電流を制御す
ることができるため変換効率が高く、また同期発電機も
他方式の発電機と比べて高効率という特徴があるため、
特に電気自動車のように効率を重視する応用機器におい
て頻繁に用いられつつある。
【０００３】同期機を利用するためには回転子の磁極位
置を正確に検出する必要がある。そのためエンコーダ，
ホール素子などの回転角センサを取り付けることにより
磁極位置を検出するのが一般的である。
置を正確に検出する必要がある。そのためエンコーダ，
ホール素子などの回転角センサを取り付けることにより
磁極位置を検出するのが一般的である。
【０００４】しかし近年、回転角センサを省略して省ス
ペース化や組立性向上を狙ったセンサレス同期電動機制
御方式が発表されつつある。この方法の一例は、平成７
年電気学会産業応用部門全国大会発表番号１２０「同一
次元オブザーバを付加した円筒型ＰＭモータの位置・速
度センサレスベクトル制御」に記載されている。これは
オブザーバを用いて位置・速度情報を推定し、同期機の
制御を行うものである。
ペース化や組立性向上を狙ったセンサレス同期電動機制
御方式が発表されつつある。この方法の一例は、平成７
年電気学会産業応用部門全国大会発表番号１２０「同一
次元オブザーバを付加した円筒型ＰＭモータの位置・速
度センサレスベクトル制御」に記載されている。これは
オブザーバを用いて位置・速度情報を推定し、同期機の
制御を行うものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】電気自動車では各部品
の小型軽量化および低価格化が求められるので、同期発
電機は多極化や高速度化が推奨される。なぜなら多極化
により高価な磁石の使用量は減少し、また同一出力なら
高速回転型にすることにより体格も減少するからであ
る。しかし多極化により同じ機械角速度であっても電気
角速度は上昇する。そのため多極化および高速度化は同
期発電機の発生電圧周波数を増大させる。すなわち充電
制御を行う発電機のコントローラは高速演算が必要とな
る。さらに電気自動車内はノイズに関して劣悪な環境で
あるため、複雑な推定演算は累積誤差を生じ正確な推定
ができなくなるおそれがある。
の小型軽量化および低価格化が求められるので、同期発
電機は多極化や高速度化が推奨される。なぜなら多極化
により高価な磁石の使用量は減少し、また同一出力なら
高速回転型にすることにより体格も減少するからであ
る。しかし多極化により同じ機械角速度であっても電気
角速度は上昇する。そのため多極化および高速度化は同
期発電機の発生電圧周波数を増大させる。すなわち充電
制御を行う発電機のコントローラは高速演算が必要とな
る。さらに電気自動車内はノイズに関して劣悪な環境で
あるため、複雑な推定演算は累積誤差を生じ正確な推定
ができなくなるおそれがある。
【０００６】前記記載の従来技術は演算量の多いオブザ
ーバ技術を用いており高速制御が困難であるため、電気
自動車に適用する場合に高速領域の対応が不能であると
いう問題が生じる。
ーバ技術を用いており高速制御が困難であるため、電気
自動車に適用する場合に高速領域の対応が不能であると
いう問題が生じる。
【０００７】本発明の課題は、センサレス同期発電機シ
ステムにおいて高速処理を実現するために簡単でしかも
外乱に対し堅牢な同期発電機制御システムを提供するこ
とである。
ステムにおいて高速処理を実現するために簡単でしかも
外乱に対し堅牢な同期発電機制御システムを提供するこ
とである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、同期発電機が
発生する電気エネルギーを貯蔵する蓄電手段と、前記同
期発電機の発生する交流電力を直流電力に変換して前記
蓄電手段に供給する電力変換器と、前記同期発電機に運
動エネルギーを供給する運動エネルギー発生手段を備え
た同期発電機システムにおいて、前記電力変換器は前記
同期発電機の電流を検出する電流センサを備え、前記電
力変換器のコントローラは前記同期発電機の磁極位置情
報を演算する磁極位置情報演算手段を備え、前記コント
ローラは前記磁極位置情報および前記電流センサの出力
信号を用いて前記電力変換器の電圧指令を発生する電圧
指令発生手段を備え、前記磁極位置情報演算手段は前記
電圧指令発生手段より出力される電圧指令のゼロクロス
点位置情報より前記磁極位置を演算する磁極位置情報演
算手段を備え、前記コントローラは前記電圧指令発生手
段の出力を用いて前記電力変換器のスイッチング素子の
ＯＮ−ＯＦＦ状態を制御するスイッチング素子制御手段
とを備えたことを特徴とする。
発生する電気エネルギーを貯蔵する蓄電手段と、前記同
期発電機の発生する交流電力を直流電力に変換して前記
蓄電手段に供給する電力変換器と、前記同期発電機に運
動エネルギーを供給する運動エネルギー発生手段を備え
た同期発電機システムにおいて、前記電力変換器は前記
同期発電機の電流を検出する電流センサを備え、前記電
力変換器のコントローラは前記同期発電機の磁極位置情
報を演算する磁極位置情報演算手段を備え、前記コント
ローラは前記磁極位置情報および前記電流センサの出力
信号を用いて前記電力変換器の電圧指令を発生する電圧
指令発生手段を備え、前記磁極位置情報演算手段は前記
電圧指令発生手段より出力される電圧指令のゼロクロス
点位置情報より前記磁極位置を演算する磁極位置情報演
算手段を備え、前記コントローラは前記電圧指令発生手
段の出力を用いて前記電力変換器のスイッチング素子の
ＯＮ−ＯＦＦ状態を制御するスイッチング素子制御手段
とを備えたことを特徴とする。
【０００９】本発明の好ましくは、前記磁極位置情報演
算手段は前記電圧指令発生手段より出力される電圧指令
のゼロクロス点位置情報より前記磁極位置を演算する磁
極位置情報演算手段を備えたことを特徴とする。
算手段は前記電圧指令発生手段より出力される電圧指令
のゼロクロス点位置情報より前記磁極位置を演算する磁
極位置情報演算手段を備えたことを特徴とする。
【００１０】本発明の好ましくは、前記磁極位置情報演
算手段は前記トルク指令および前記回転速度を入力とし
て前記磁極位置の位相角と電圧位相との相差角δを算出
する相差角算出手段を備え、前記磁極位置情報演算手段
は前記電圧位相を前記相差角算出手段より得られる相差
角δだけ進めた位相を以て前記磁極位置情報とすること
を特徴とする。
算手段は前記トルク指令および前記回転速度を入力とし
て前記磁極位置の位相角と電圧位相との相差角δを算出
する相差角算出手段を備え、前記磁極位置情報演算手段
は前記電圧位相を前記相差角算出手段より得られる相差
角δだけ進めた位相を以て前記磁極位置情報とすること
を特徴とする。
【００１１】本発明の他の一つは、同期発電機が発生す
る電気エネルギーを貯蔵する蓄電手段と、前記同期発電
機の発生する交流電力を直流電力に変換して前記蓄電手
段に供給する電力変換器と、前記同期発電機に運動エネ
ルギーを供給する運動エネルギー発生手段を備えた同期
発電機システムにおいて、前記電力変換器は前記同期発
電機の電流を検出する電流センサを備え、前記電力変換
器のコントローラは前記同期発電機の磁極位置情報を前
記同期発電機電流情報を用いて演算する磁極位置情報演
算手段を備え、前記コントローラは前記磁極位置情報を
用いて前記電力変換器の電圧指令を発生する電圧指令発
生手段を備え、前記コントローラは前記電圧指令発生手
段の出力を用いて前記電力変換器のスイッチング素子の
ＯＮ−ＯＦＦ状態を制御するスイッチング素子制御手段
とを備えたことを特徴とする。
る電気エネルギーを貯蔵する蓄電手段と、前記同期発電
機の発生する交流電力を直流電力に変換して前記蓄電手
段に供給する電力変換器と、前記同期発電機に運動エネ
ルギーを供給する運動エネルギー発生手段を備えた同期
発電機システムにおいて、前記電力変換器は前記同期発
電機の電流を検出する電流センサを備え、前記電力変換
器のコントローラは前記同期発電機の磁極位置情報を前
記同期発電機電流情報を用いて演算する磁極位置情報演
算手段を備え、前記コントローラは前記磁極位置情報を
用いて前記電力変換器の電圧指令を発生する電圧指令発
生手段を備え、前記コントローラは前記電圧指令発生手
段の出力を用いて前記電力変換器のスイッチング素子の
ＯＮ−ＯＦＦ状態を制御するスイッチング素子制御手段
とを備えたことを特徴とする。
【００１２】本発明の好ましくは、前記電力変換器のコ
ントローラは前記同期発電機の磁極位置情報を前記同期
発電機電流のゼロクロス点位置情報を用いて演算する磁
極位置情報演算手段を備えたことを特徴とする。
ントローラは前記同期発電機の磁極位置情報を前記同期
発電機電流のゼロクロス点位置情報を用いて演算する磁
極位置情報演算手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】本発明の好ましくは、前記磁極位置情報演
算手段は前記トルク指令および前記回転速度を入力とし
て前記磁極位置の位相角と電流位相との進み角βを算出
する進み角算出手段を備え、前記磁極位置情報演算手段
は前記電流位相を前記進み角算出手段より得られる進み
角βだけ遅らせた位相を以て前記磁極位置情報とするこ
とを特徴とする。
算手段は前記トルク指令および前記回転速度を入力とし
て前記磁極位置の位相角と電流位相との進み角βを算出
する進み角算出手段を備え、前記磁極位置情報演算手段
は前記電流位相を前記進み角算出手段より得られる進み
角βだけ遅らせた位相を以て前記磁極位置情報とするこ
とを特徴とする。
【００１４】本発明の他の一つは、同期発電機が発生す
る電気エネルギーを貯蔵する蓄電手段と、前記同期発電
機の発生する交流電力を直流電力に変換して前記蓄電手
段に供給する電力変換器と、前記同期発電機に運動エネ
ルギーを供給する運動エネルギー発生手段を備えた同期
発電機システムにおいて、前記電力変換器は前記同期発
電機の電流を検出する電流センサを備え、前記電力変換
器のコントローラは前記同期発電機の端子電圧を検出し
て電圧情報を発生する電圧情報検出回路を備え、前記コ
ントローラは前記電圧情報より前記同期発電機の磁極位
置情報を演算する磁極位置情報演算手段を備え、前記コ
ントローラは前記磁極位置情報を用いて前記電力変換器
の電圧指令を発生する電圧指令発生手段を備え、前記コ
ントローラは前記電圧指令発生手段の出力を用いて前記
電力変換器のスイッチング素子のＯＮ−ＯＦＦ状態を制
御するスイッチング素子制御手段とを備えたことを特徴
とする。
る電気エネルギーを貯蔵する蓄電手段と、前記同期発電
機の発生する交流電力を直流電力に変換して前記蓄電手
段に供給する電力変換器と、前記同期発電機に運動エネ
ルギーを供給する運動エネルギー発生手段を備えた同期
発電機システムにおいて、前記電力変換器は前記同期発
電機の電流を検出する電流センサを備え、前記電力変換
器のコントローラは前記同期発電機の端子電圧を検出し
て電圧情報を発生する電圧情報検出回路を備え、前記コ
ントローラは前記電圧情報より前記同期発電機の磁極位
置情報を演算する磁極位置情報演算手段を備え、前記コ
ントローラは前記磁極位置情報を用いて前記電力変換器
の電圧指令を発生する電圧指令発生手段を備え、前記コ
ントローラは前記電圧指令発生手段の出力を用いて前記
電力変換器のスイッチング素子のＯＮ−ＯＦＦ状態を制
御するスイッチング素子制御手段とを備えたことを特徴
とする。
【００１５】本発明の好ましくは、前記電圧情報検出回
路はローパスフィルタを備え、前記同期発電機の端子電
圧は前記ローパスフィルタを介して前記電圧情報検出回
路に入力され、前記ローパスフィルタのカットオフ周波
数は同期発電機の最高電気角回転周期より小さく設定さ
れたことを特徴とする。
路はローパスフィルタを備え、前記同期発電機の端子電
圧は前記ローパスフィルタを介して前記電圧情報検出回
路に入力され、前記ローパスフィルタのカットオフ周波
数は同期発電機の最高電気角回転周期より小さく設定さ
れたことを特徴とする。
【００１６】本発明の好ましくは、前記磁極位置情報演
算手段は前記同期発電機の回転速度を入力として前記ロ
ーパスフィルタおよび回路動作による遅れ量λを算出す
る遅れ量算出手段を備え、前記磁極位置情報演算手段は
前記遅れ量算出手段より得られる遅れ量λを磁極位置位
相に加算して磁極位置情報を補正する遅れ補償手段を備
えたことを特徴とする。
算手段は前記同期発電機の回転速度を入力として前記ロ
ーパスフィルタおよび回路動作による遅れ量λを算出す
る遅れ量算出手段を備え、前記磁極位置情報演算手段は
前記遅れ量算出手段より得られる遅れ量λを磁極位置位
相に加算して磁極位置情報を補正する遅れ補償手段を備
えたことを特徴とする。
【００１７】本発明の好ましくは、前記電圧情報検出回
路は電圧情報として電圧のゼロクロス点情報を出力する
ことを特徴とする。
路は電圧情報として電圧のゼロクロス点情報を出力する
ことを特徴とする。
【００１８】本発明の好ましくは、前記磁極位置情報演
算手段は前記同期電動機のすべての相の電圧ゼロクロス
点位置で磁極位置情報を補正する磁極位置情報補正手段
を備えたことを特徴とする。
算手段は前記同期電動機のすべての相の電圧ゼロクロス
点位置で磁極位置情報を補正する磁極位置情報補正手段
を備えたことを特徴とする。
【００１９】本発明の好ましくは、前記磁極位置情報演
算手段は前記同期電動機のすべての相の電流ゼロクロス
点位置で磁極位置情報を補正する磁極位置情報補正手段
を備えたことを特徴とする。
算手段は前記同期電動機のすべての相の電流ゼロクロス
点位置で磁極位置情報を補正する磁極位置情報補正手段
を備えたことを特徴とする。
【００２０】本発明の好ましくは、前記コントローラは
電圧情報検出回路を備え、前記コントローラは低速回転
領域で前記電圧情報検出回路を用いて磁極位置情報演算
を行い高速回転領域で磁極位置情報演算を行う磁極位置
情報演算切り替え手段を備えたことを特徴とする。
電圧情報検出回路を備え、前記コントローラは低速回転
領域で前記電圧情報検出回路を用いて磁極位置情報演算
を行い高速回転領域で磁極位置情報演算を行う磁極位置
情報演算切り替え手段を備えたことを特徴とする。
【００２１】本発明の好ましくは、前記磁極位置情報演
算手段は一定電気角のマスク区間情報ζと現在の検出電
圧位相角θＶを用いて前記ゼロクロス点位置情報出力を
マスクするゼロクロス点位置情報マスク手段を備え、前
記ゼロクロス点位置情報マスク手段は０＜θＶ≦ζ(ra
d）及び（π−ζ）≦θＶ≦（π＋ζ）(rad）のとき前
記ゼロクロス点位置情報出力をマスクし、前記マスク区
間情報ζは前記同期発電機の固定子スロット部をなす電
気角γより大きいことを特徴とする。
算手段は一定電気角のマスク区間情報ζと現在の検出電
圧位相角θＶを用いて前記ゼロクロス点位置情報出力を
マスクするゼロクロス点位置情報マスク手段を備え、前
記ゼロクロス点位置情報マスク手段は０＜θＶ≦ζ(ra
d）及び（π−ζ）≦θＶ≦（π＋ζ）(rad）のとき前
記ゼロクロス点位置情報出力をマスクし、前記マスク区
間情報ζは前記同期発電機の固定子スロット部をなす電
気角γより大きいことを特徴とする。
【００２２】本発明の好ましくは、前記磁極位置情報演
算手段は一定電気角のマスク区間情報ζと現在の検出電
流位相角θｉを用いて前記ゼロクロス点位置情報出力を
マスクするゼロクロス点位置情報マスク手段を備え、前
記ゼロクロス点位置情報マスク手段は０＜θｉ≦ζ(ra
d）及び（π−ζ）≦θｉ≦（π＋ζ）(rad）のとき前
記ゼロクロス点位置情報出力をマスクし、前記マスク区
間情報ζは前記同期発電機の固定子スロット部をなす電
気角γより大きいことを特徴とする。
算手段は一定電気角のマスク区間情報ζと現在の検出電
流位相角θｉを用いて前記ゼロクロス点位置情報出力を
マスクするゼロクロス点位置情報マスク手段を備え、前
記ゼロクロス点位置情報マスク手段は０＜θｉ≦ζ(ra
d）及び（π−ζ）≦θｉ≦（π＋ζ）(rad）のとき前
記ゼロクロス点位置情報出力をマスクし、前記マスク区
間情報ζは前記同期発電機の固定子スロット部をなす電
気角γより大きいことを特徴とする。
【００２３】本発明の好ましくは、前記磁極位置情報演
算手段は一定サンプリング時間毎に前記電圧指令を取り
込み、前記磁極位置情報演算手段は前回の前記電圧指令
の符号が負でかつ今回の前記電圧指令の符号が正である
場合にゼロクロス点だと判断し、前記磁極位置演算手段
は前回の電圧指令の絶対値と今回の電圧指令の絶対値と
の比情報を用いて前記ゼロクロス点位置の情報を補正す
ることを特徴とする。本発明の好ましくは、前記磁極位
置情報演算手段は一定サンプリング時間毎に前記電流セ
ンサ情報を取り込み、前記磁極位置情報演算手段は前回
の前記電流センサ情報の符号が負でかつ今回の前記電流
センサ情報の符号が正である場合にゼロクロス点だと判
断し、前記磁極位置演算手段は前回の電流センサ情報の
絶対値と今回の電流センサ情報の絶対値との比情報を用
いて前記ゼロクロス点位置の情報を補正することを特徴
とする。
算手段は一定サンプリング時間毎に前記電圧指令を取り
込み、前記磁極位置情報演算手段は前回の前記電圧指令
の符号が負でかつ今回の前記電圧指令の符号が正である
場合にゼロクロス点だと判断し、前記磁極位置演算手段
は前回の電圧指令の絶対値と今回の電圧指令の絶対値と
の比情報を用いて前記ゼロクロス点位置の情報を補正す
ることを特徴とする。本発明の好ましくは、前記磁極位
置情報演算手段は一定サンプリング時間毎に前記電流セ
ンサ情報を取り込み、前記磁極位置情報演算手段は前回
の前記電流センサ情報の符号が負でかつ今回の前記電流
センサ情報の符号が正である場合にゼロクロス点だと判
断し、前記磁極位置演算手段は前回の電流センサ情報の
絶対値と今回の電流センサ情報の絶対値との比情報を用
いて前記ゼロクロス点位置の情報を補正することを特徴
とする。
【００２４】本発明の好ましくは、少なくとも一つの同
期発電機制御システムを搭載したハイブリッド電気自動
車であって、前記ハイブリッド電気自動車は運動エネル
ギー発生手段の回転速度または発生トルクを制御する運
動エネルギー制御手段を備えたことを特徴とする。
期発電機制御システムを搭載したハイブリッド電気自動
車であって、前記ハイブリッド電気自動車は運動エネル
ギー発生手段の回転速度または発生トルクを制御する運
動エネルギー制御手段を備えたことを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】本発明をエンジン−電動機ハイブ
リッド電気自動車に適用した形態例を図１に示す。これ
は電気自動車の駆動は電動機で行い、前記電動機の電気
エネルギー貯蔵源である蓄電手段へ発電機を用いて電力
を供給するものである。以降本発明によるハイブリッド
電気自動車全体の構成要素についての説明を行う。
リッド電気自動車に適用した形態例を図１に示す。これ
は電気自動車の駆動は電動機で行い、前記電動機の電気
エネルギー貯蔵源である蓄電手段へ発電機を用いて電力
を供給するものである。以降本発明によるハイブリッド
電気自動車全体の構成要素についての説明を行う。
【００２６】ここで１０１は運動エネルギー発生手段で
あり、ハイブリッド電気自動車では通常内燃機関が用い
られる。内燃機関の代わりにガスタービン，スターリン
グエンジンなどの外燃機関や、フライホイールなどの運
動エネルギー貯蔵手段を用いることも可能である。
あり、ハイブリッド電気自動車では通常内燃機関が用い
られる。内燃機関の代わりにガスタービン，スターリン
グエンジンなどの外燃機関や、フライホイールなどの運
動エネルギー貯蔵手段を用いることも可能である。
【００２７】１０２は同期発電機であり、運動エネルギ
ー発生手段１０１から発生した運動エネルギーを入力し
交流電力を発生する。
ー発生手段１０１から発生した運動エネルギーを入力し
交流電力を発生する。
【００２８】１０３は電力変換機であり同期発電機１０
２が発生する交流電力を直流電力に変換する。電力変換
機１０３はスイッチング素子およびフライホイーリング
ダイオードのブリッジ接続により実現され、構成は一般
的なインバータと同一である。本図では同期発電機１０
２の相数が３相である場合の構成を図示している。電力
変換機１０３の構成自体は公知であるため詳しい説明は
省略する。
２が発生する交流電力を直流電力に変換する。電力変換
機１０３はスイッチング素子およびフライホイーリング
ダイオードのブリッジ接続により実現され、構成は一般
的なインバータと同一である。本図では同期発電機１０
２の相数が３相である場合の構成を図示している。電力
変換機１０３の構成自体は公知であるため詳しい説明は
省略する。
【００２９】１０４は蓄電手段であり、電力変換機１０
３の直流電力出力を貯蔵する。通常蓄電手段１０４は鉛
畜電池やニッケル系蓄電池などの二次電池が用いられ
る。
３の直流電力出力を貯蔵する。通常蓄電手段１０４は鉛
畜電池やニッケル系蓄電池などの二次電池が用いられ
る。
【００３０】１０５は駆動電動機用インバータであり、
１０６は駆動用電動機である。本図では駆動用電動機１
０６は誘導電動機や同期電動機などの交流電動機を想定
しているため構成要素として駆動電動機用インバータ１
０５が含まれている。駆動電動機用インバータ１０５は
蓄電手段１０４に貯えられた直流電力を交流電力に変換
して駆動用電動機１０６に交流電力を供給する。なお駆
動電動機用インバータ１０５を制御するためのインバー
タ制御手段は本図では図示していない。
１０６は駆動用電動機である。本図では駆動用電動機１
０６は誘導電動機や同期電動機などの交流電動機を想定
しているため構成要素として駆動電動機用インバータ１
０５が含まれている。駆動電動機用インバータ１０５は
蓄電手段１０４に貯えられた直流電力を交流電力に変換
して駆動用電動機１０６に交流電力を供給する。なお駆
動電動機用インバータ１０５を制御するためのインバー
タ制御手段は本図では図示していない。
【００３１】１０７は電力変換機１０３を制御するため
のコントローラである。本発明によるコントローラ１０
７の特徴は同期発電機１０２の磁極位置情報を入力とし
て必要とせず、かつ磁極位置情報推定演算も非常に簡便
であることにある。このことにより磁極位置センサ，エ
ンコーダなどのセンサ占有スペースを必要とせず、しか
も電気自動車に要求される高速領域まで容易に対処でき
るコントローラを提供できる。コントローラ１０７の詳
細説明は後述する。
のコントローラである。本発明によるコントローラ１０
７の特徴は同期発電機１０２の磁極位置情報を入力とし
て必要とせず、かつ磁極位置情報推定演算も非常に簡便
であることにある。このことにより磁極位置センサ，エ
ンコーダなどのセンサ占有スペースを必要とせず、しか
も電気自動車に要求される高速領域まで容易に対処でき
るコントローラを提供できる。コントローラ１０７の詳
細説明は後述する。
【００３２】１０８は電流センサであり、同期発電機１
０２に流れる電流を検出する。電流センサ１０８で得ら
れた電流情報はコントローラ１０７に出力され、磁極位
置の演算や電流制御系への入力信号として用いられる。
０２に流れる電流を検出する。電流センサ１０８で得ら
れた電流情報はコントローラ１０７に出力され、磁極位
置の演算や電流制御系への入力信号として用いられる。
【００３３】１０９は電圧情報検出回路である。これは
同期発電機の端子電圧を検出して電圧情報を発生する。
本図では電圧情報検出回路１０９はＵ−Ｖ間の電圧を入
力し、ゼロクロス点の位置情報をＴＴＬレベル出力する
ものを想定している。なお入力する電圧情報は本図のよ
うな相間電圧に限定されることはなく、例えば同期発電
機１０２の中性点とＵ相間の相電圧を用いても問題無
い。電圧情報検出回路１０９の回路構成図は後述する。
同期発電機の端子電圧を検出して電圧情報を発生する。
本図では電圧情報検出回路１０９はＵ−Ｖ間の電圧を入
力し、ゼロクロス点の位置情報をＴＴＬレベル出力する
ものを想定している。なお入力する電圧情報は本図のよ
うな相間電圧に限定されることはなく、例えば同期発電
機１０２の中性点とＵ相間の相電圧を用いても問題無
い。電圧情報検出回路１０９の回路構成図は後述する。
【００３４】１１０は電気自動車の総合制御手段であり
自動車全体の運行制御を行う。本構成図では総合制御手
段１１０は運動エネルギー制御手段１１１と発電機トル
ク司令発生手段１１２を含む。運動エネルギー制御手段
１１１は運動エネルギー発生手段１０１に作用し、ここ
では同期発電機１０２の回転速度を規定する。発電機ト
ルク司令発生手段１１２は同期発電機１０２の目標発生
トルク司令τ＊をコントローラ１０７に送出する。発電
機速度司令および目標発生トルク司令は、発電機の目標
発生電力より総合制御手段１１０によって計算される。
一般的には簡単のため発生トルク司令τ＊は一定で、目
標発生電力に比例した発電機速度司令を発生するパター
ンに設定する場合が多い。なお、総合制御手段１１０が
例えば同期発電機１０２の最高効率点を選んで動作パタ
ーンを作成する場合などは、運動エネルギー制御手段１
１１はトルク司令も同時に発生する構成とする場合もあ
る。
自動車全体の運行制御を行う。本構成図では総合制御手
段１１０は運動エネルギー制御手段１１１と発電機トル
ク司令発生手段１１２を含む。運動エネルギー制御手段
１１１は運動エネルギー発生手段１０１に作用し、ここ
では同期発電機１０２の回転速度を規定する。発電機ト
ルク司令発生手段１１２は同期発電機１０２の目標発生
トルク司令τ＊をコントローラ１０７に送出する。発電
機速度司令および目標発生トルク司令は、発電機の目標
発生電力より総合制御手段１１０によって計算される。
一般的には簡単のため発生トルク司令τ＊は一定で、目
標発生電力に比例した発電機速度司令を発生するパター
ンに設定する場合が多い。なお、総合制御手段１１０が
例えば同期発電機１０２の最高効率点を選んで動作パタ
ーンを作成する場合などは、運動エネルギー制御手段１
１１はトルク司令も同時に発生する構成とする場合もあ
る。
【００３５】次にコントローラ１０７の構成要素の説明
を行う。
を行う。
【００３６】１１３は磁極位置情報演算手段であり、電
流センサ１０８や電圧情報検出回路１０９の出力より同
期発電機１０２の磁極位置情報を演算する。磁極位置情
報演算手段１１３は磁極位置位相信号θE および磁極位
置位相角速度ωr を発生する。
流センサ１０８や電圧情報検出回路１０９の出力より同
期発電機１０２の磁極位置情報を演算する。磁極位置情
報演算手段１１３は磁極位置位相信号θE および磁極位
置位相角速度ωr を発生する。
【００３７】１１４は電圧司令発生手段であり、同期発
電機１０２へ印可する電圧を設定する。電圧司令発生手
段１１４で計算された電圧司令は、スイッチング素子制
御手段１１５に出力される。本図の構成例では電圧司令
発生手段は電動機駆動用のベクトル制御手段をそのまま
用いている。電圧司令発生手段１１４としてベクトル制
御手段を用いた場合には、発電機トルク司令発生手段１
１２の発生トルク信号の符号によって力行動作すなわち
電動機として動作するか、回生動作すなわち発電機とし
て動作するかを容易に切り替えることができるため、駆
動電動機用インバータ１０５の制御ソフトウェアをその
まま用いることができる。これは開発期間が短縮できる
ことを意味し、生産上非常に有利である。なおベクトル
制御は公知の技術であるため詳しい説明は省略する。
電機１０２へ印可する電圧を設定する。電圧司令発生手
段１１４で計算された電圧司令は、スイッチング素子制
御手段１１５に出力される。本図の構成例では電圧司令
発生手段は電動機駆動用のベクトル制御手段をそのまま
用いている。電圧司令発生手段１１４としてベクトル制
御手段を用いた場合には、発電機トルク司令発生手段１
１２の発生トルク信号の符号によって力行動作すなわち
電動機として動作するか、回生動作すなわち発電機とし
て動作するかを容易に切り替えることができるため、駆
動電動機用インバータ１０５の制御ソフトウェアをその
まま用いることができる。これは開発期間が短縮できる
ことを意味し、生産上非常に有利である。なおベクトル
制御は公知の技術であるため詳しい説明は省略する。
【００３８】１１５はスイッチング素子制御手段であ
り、電圧司令発生手段１１４より得られる電圧司令信号
を用いて電力変換機１０３を制御し、同期発電機１０２
に印加する電圧を調節するものである。一般的にスイッ
チング素子制御手段にはＰＷＭ制御が用いられる。ＰＷ
Ｍ制御技術は公知であるため詳しい説明は省略する。
り、電圧司令発生手段１１４より得られる電圧司令信号
を用いて電力変換機１０３を制御し、同期発電機１０２
に印加する電圧を調節するものである。一般的にスイッ
チング素子制御手段にはＰＷＭ制御が用いられる。ＰＷ
Ｍ制御技術は公知であるため詳しい説明は省略する。
【００３９】本図において磁極位置情報演算手段１１３
は発電モード電圧位相演算手段116,発電モード磁極位置
位相演算手段１１７，スタンバイモード誘起電圧位相演
算手段１１８，スタンバイモード磁極位置位相演算手段
１１９，モード切り替えスイッチ１２０，サンプリング
補正手段１２１より構成される。ここで発電モードとは
発電機トルク司令発生手段１１２の発生するトルク指令
の大きさが充分大きい場合を指し、スタンバイモードと
は起動時または脱調を起こした場合などのように磁極位
置位相情報を取得できていない状態を指す。サンプリン
グ補正手段121は、本発明をマイコンによるサンプリン
グ制御で実現する場合に設けられ、実磁極位置位相と電
圧指令位相との間に生じる１サンプリング時間分のずれ
を補正する働きをする。
は発電モード電圧位相演算手段116,発電モード磁極位置
位相演算手段１１７，スタンバイモード誘起電圧位相演
算手段１１８，スタンバイモード磁極位置位相演算手段
１１９，モード切り替えスイッチ１２０，サンプリング
補正手段１２１より構成される。ここで発電モードとは
発電機トルク司令発生手段１１２の発生するトルク指令
の大きさが充分大きい場合を指し、スタンバイモードと
は起動時または脱調を起こした場合などのように磁極位
置位相情報を取得できていない状態を指す。サンプリン
グ補正手段121は、本発明をマイコンによるサンプリン
グ制御で実現する場合に設けられ、実磁極位置位相と電
圧指令位相との間に生じる１サンプリング時間分のずれ
を補正する働きをする。
【００４０】以降本発明による磁極位置検出手段の動作
原理を示す。
原理を示す。
【００４１】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２
の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１０２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。
般的によく用いられる回転座標系に設定した場合、図２
の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１０２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。
【００４２】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φ、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ｑ軸方向イ
ンピーダンスをｘｑとすると、次式のような関係が成り
立つ。
相電流Ｉと相電圧Ｖの成す角をφ、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ｑ軸方向イ
ンピーダンスをｘｑとすると、次式のような関係が成り
立つ。
【００４３】
【数１】
【００４４】
【数２】 φ＝β＋δ …（数２） 同期発電機１０２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１０２の特性より一意
的に図２のベクトル図が決定されるため、この時の進み
角β、または相差角δは一意的に決定される。従ってＵ
相電流の位相θＩｕから進み角βを引くか、あるいはＵ
相電圧の位相θＶｕに相差角δを加算すればｑ軸方向す
なわち磁極位置の位相角を求めることができる。
電圧Ｖを決定すれば、同期発電機１０２の特性より一意
的に図２のベクトル図が決定されるため、この時の進み
角β、または相差角δは一意的に決定される。従ってＵ
相電流の位相θＩｕから進み角βを引くか、あるいはＵ
相電圧の位相θＶｕに相差角δを加算すればｑ軸方向す
なわち磁極位置の位相角を求めることができる。
【００４５】同期発電機１０２は最高効率で動作するこ
とが望ましいため、通常は各動作点において最高効率を
発生する相電圧Ｖを選んで進み角βや相差角δをテーブ
ル化しておき、このテーブル情報を用いて磁極位置位相
を決定する。ここでテーブルを用いている理由は演算時
間を短縮するためである。基本的に本発明による磁極位
置位相検出手段は、電流位相または電圧位相を検出し
て、テーブル情報を加減算するのみで磁極位置位相が決
定されるため演算が非常に簡単かつ高速に行える。
とが望ましいため、通常は各動作点において最高効率を
発生する相電圧Ｖを選んで進み角βや相差角δをテーブ
ル化しておき、このテーブル情報を用いて磁極位置位相
を決定する。ここでテーブルを用いている理由は演算時
間を短縮するためである。基本的に本発明による磁極位
置位相検出手段は、電流位相または電圧位相を検出し
て、テーブル情報を加減算するのみで磁極位置位相が決
定されるため演算が非常に簡単かつ高速に行える。
【００４６】以上のように電流位相または電圧位相を求
めることができれば磁極位置は容易に求まる。図１では
電圧指令の位相より磁極位置位相角を演算する構成とな
っている。電圧指令を磁極位置位相角演算の元信号とし
て用いる理由は、トルク指令τ＊が０の時も対応可能だ
からである。トルク指令τ＊が０の時は電流も０とな
り、電流位相の検出が不可能になるが、電圧情報は同期
発電機１０２が回転していれば取得が可能である。
めることができれば磁極位置は容易に求まる。図１では
電圧指令の位相より磁極位置位相角を演算する構成とな
っている。電圧指令を磁極位置位相角演算の元信号とし
て用いる理由は、トルク指令τ＊が０の時も対応可能だ
からである。トルク指令τ＊が０の時は電流も０とな
り、電流位相の検出が不可能になるが、電圧情報は同期
発電機１０２が回転していれば取得が可能である。
【００４７】一方、電流情報を用いて磁極位置位相角演
算を行う方法は、電圧指令発生手段１１４の方式によら
ず適用可能という利点がある。例えば電圧指令の位相が
サンプリング毎に数１０度変動するような粗い制御手段
であっても、磁極位置位相は電流信号よりリアルタイム
で検出できるため、問題なく動作できる。電流情報を用
いる本発明の構成例については後述する。
算を行う方法は、電圧指令発生手段１１４の方式によら
ず適用可能という利点がある。例えば電圧指令の位相が
サンプリング毎に数１０度変動するような粗い制御手段
であっても、磁極位置位相は電流信号よりリアルタイム
で検出できるため、問題なく動作できる。電流情報を用
いる本発明の構成例については後述する。
【００４８】図１の発電モード電圧位相演算手段１１６
は電圧位相および電圧の位相角速度を検出し、発電モー
ド磁極位相演算手段１１７は相差角δをテーブル検索に
より求める相差角算出手段として働く。発電モード電圧
位相演算手段１１６の動作概要を図３に示す。
は電圧位相および電圧の位相角速度を検出し、発電モー
ド磁極位相演算手段１１７は相差角δをテーブル検索に
より求める相差角算出手段として働く。発電モード電圧
位相演算手段１１６の動作概要を図３に示す。
【００４９】発電モード電圧位相演算手段１１６は一定
サンプリング周期毎にＵ相電圧指令値を取り込み、電圧
波形の立ち上がりゼロクロス点を検出する。立ち上がり
ゼロクロス点の時間間隔をＴ、最新立ち上がりゼロクロ
ス点が生じてから現在までの時間をｔとすると、Ｕ相電
圧位相角θＶｕ，電圧位相角速度ωI ，磁極位置位相角
速度ωr 、機械角速度Ｎは次式のように表される。
サンプリング周期毎にＵ相電圧指令値を取り込み、電圧
波形の立ち上がりゼロクロス点を検出する。立ち上がり
ゼロクロス点の時間間隔をＴ、最新立ち上がりゼロクロ
ス点が生じてから現在までの時間をｔとすると、Ｕ相電
圧位相角θＶｕ，電圧位相角速度ωI ，磁極位置位相角
速度ωr 、機械角速度Ｎは次式のように表される。
【００５０】
【数３】
【００５１】
【数４】
【００５２】
【数５】
【００５３】時間間隔はマイクロコンピュータのＦＲＣ
（フリーランニングカウンタ）などで容易に測定可能で
ある。
（フリーランニングカウンタ）などで容易に測定可能で
ある。
【００５４】ここで電圧位相角速度ωI と磁極位置位相
角速度ωr とが等しいとしているが、これは定常状態で
成り立つ方程式であり、厳密な意味では正確ではない。
しかし発電機は電動機と異なり通常急激な速度変動がな
い条件で使用されるため、実用上全く問題ない。
角速度ωr とが等しいとしているが、これは定常状態で
成り立つ方程式であり、厳密な意味では正確ではない。
しかし発電機は電動機と異なり通常急激な速度変動がな
い条件で使用されるため、実用上全く問題ない。
【００５５】このようにして求めた電圧位相角θＶｕお
よび磁極位置位相角速度ωr は発電モード磁極位置位相
演算手段１１７に送られ、図２で説明した補正演算を施
すことによって磁極位置位相θｒを計算する。
よび磁極位置位相角速度ωr は発電モード磁極位置位相
演算手段１１７に送られ、図２で説明した補正演算を施
すことによって磁極位置位相θｒを計算する。
【００５６】なお、ここでは電圧指令情報の立ち上がり
ゼロクロス点を用いて電圧位相角θＶｕを求める構成に
しているが、これは実現が容易だからである。このほか
にも例えば電圧指令情報の一周期中の最大値を９０度と
する方法や、電圧指令情報の微分，積分情報を使うとい
った方法があるが、いずれも本発明の主旨を満足するこ
とはいうまでもない。
ゼロクロス点を用いて電圧位相角θＶｕを求める構成に
しているが、これは実現が容易だからである。このほか
にも例えば電圧指令情報の一周期中の最大値を９０度と
する方法や、電圧指令情報の微分，積分情報を使うとい
った方法があるが、いずれも本発明の主旨を満足するこ
とはいうまでもない。
【００５７】上記ゼロクロス点の演算は通常マイクロコ
ンピュータを利用して実現するが、一般に電圧指令信号
は一定割込時間毎に演算されるため離散情報である。こ
の離散情報から精度良く立ち上がりゼロクロス点位置を
検出する方法を図４に示す。サンプリング時間をＴｓ、
前回サンプリング時の時刻をｔ- 、今回サンプリングの
時刻をｔ0 、前回サンプリング時の電圧値をＶ- 、今回
サンプリング時の電圧値をＶ０とすると、ゼロクロス点
発生時刻ｔz は次式のように近似できる。
ンピュータを利用して実現するが、一般に電圧指令信号
は一定割込時間毎に演算されるため離散情報である。こ
の離散情報から精度良く立ち上がりゼロクロス点位置を
検出する方法を図４に示す。サンプリング時間をＴｓ、
前回サンプリング時の時刻をｔ- 、今回サンプリングの
時刻をｔ0 、前回サンプリング時の電圧値をＶ- 、今回
サンプリング時の電圧値をＶ０とすると、ゼロクロス点
発生時刻ｔz は次式のように近似できる。
【００５８】
【数６】
【００５９】上記の手段によってゼロクロス時刻の精度
よい推定が可能になり、磁極位置情報演算精度が向上す
る。
よい推定が可能になり、磁極位置情報演算精度が向上す
る。
【００６０】本発明をマイクロコンピュータを利用して
実現した場合のサンプリング補正手段１２１の動作を以
下に示す。
実現した場合のサンプリング補正手段１２１の動作を以
下に示す。
【００６１】サンプリング補正手段１２１が存在しない
場合、磁極位置情報演算手段は時刻ｔ0 での電圧指令を
取り込んで磁極位置位相を計算し、次回のサンプリング
時刻ｔ1 にその結果を電圧指令発生手段１１４に反映さ
せることになる。同期発電機の電気角速度すなわち磁極
位置位相角速度をωr 、サンプリング時間をＴｓｐとす
ると、サンプリングによる位相ずれ量はＴｓｐ×ωr と
表される。従ってサンプリング補正手段１２１は磁極位
置位相にサンプリング時間と磁極位置位相角速度との積
を加算することによって実現可能である。
場合、磁極位置情報演算手段は時刻ｔ0 での電圧指令を
取り込んで磁極位置位相を計算し、次回のサンプリング
時刻ｔ1 にその結果を電圧指令発生手段１１４に反映さ
せることになる。同期発電機の電気角速度すなわち磁極
位置位相角速度をωr 、サンプリング時間をＴｓｐとす
ると、サンプリングによる位相ずれ量はＴｓｐ×ωr と
表される。従ってサンプリング補正手段１２１は磁極位
置位相にサンプリング時間と磁極位置位相角速度との積
を加算することによって実現可能である。
【００６２】図３ではＵ相電圧指令のみを用いて電圧位
相角θＶｕを求める手段を説明したが、Ｖ相、またはＷ
相電圧指令を用いて電圧位相角θＶｕを求め、それを用
いて磁極位置位相角θｒを求める構成にしても差し支え
ない。さらに電圧指令位相角の検出精度を高めるため、
すべての相電圧指令情報を用いることもできる。以下そ
の説明を行う。
相角θＶｕを求める手段を説明したが、Ｖ相、またはＷ
相電圧指令を用いて電圧位相角θＶｕを求め、それを用
いて磁極位置位相角θｒを求める構成にしても差し支え
ない。さらに電圧指令位相角の検出精度を高めるため、
すべての相電圧指令情報を用いることもできる。以下そ
の説明を行う。
【００６３】図５に定常駆動状態における３相同期発電
機の電圧波形を示す。今Ｕ相電圧波形の立ち上がりゼロ
クロス点を電圧位相角の基準位置と規定すると、図のよ
うに６０度毎に各相で立ち上がりゼロクロス点または立
ち下がりゼロクロス点が発生していることがわかる。す
なわち３相分の電圧波形を発電モード電圧位相演算手段
１１６に入力すれば、電圧位相角θＶｕを６０度毎に補
正することができる。例えば３０度の位置で速度変動を
生じて実際の電圧位相角θＶｕ＊と演算による電圧位相
角θＶｕ′とに誤差が生じても６０度の位置で演算によ
る電圧位相角θＶｕ′を修正することができる。
機の電圧波形を示す。今Ｕ相電圧波形の立ち上がりゼロ
クロス点を電圧位相角の基準位置と規定すると、図のよ
うに６０度毎に各相で立ち上がりゼロクロス点または立
ち下がりゼロクロス点が発生していることがわかる。す
なわち３相分の電圧波形を発電モード電圧位相演算手段
１１６に入力すれば、電圧位相角θＶｕを６０度毎に補
正することができる。例えば３０度の位置で速度変動を
生じて実際の電圧位相角θＶｕ＊と演算による電圧位相
角θＶｕ′とに誤差が生じても６０度の位置で演算によ
る電圧位相角θＶｕ′を修正することができる。
【００６４】また電圧の周期は図のように１２０度毎に
各相で検出することができるため、電流位相角速度ωI
は１２０度毎に正確な値に更新できる。
各相で検出することができるため、電流位相角速度ωI
は１２０度毎に正確な値に更新できる。
【００６５】以上のように３相同期発電機の場合、すべ
ての相情報を用いることにより位置情報精度，速度情報
精度の双方とも上げることができる。なお、中性点を接
続しない図１のような３相同期発電機の場合、Ｖｕ＋Ｖ
ｖ＋Ｖｗ＝Ｃ（Ｃ：定数）の関係が成り立つので２相分
の電圧を取り込めば充分である（図１には図示せず）。
ての相情報を用いることにより位置情報精度，速度情報
精度の双方とも上げることができる。なお、中性点を接
続しない図１のような３相同期発電機の場合、Ｖｕ＋Ｖ
ｖ＋Ｖｗ＝Ｃ（Ｃ：定数）の関係が成り立つので２相分
の電圧を取り込めば充分である（図１には図示せず）。
【００６６】次にスタンバイモードでの動作説明を行
う。
う。
【００６７】前記のような電流位相を用いて磁極位置を
検出する手段は、例えば始動直後など電力変換機１０３
が動作していない場合には電流が流れないため磁極位置
を計算することができない。スタンバイモードはそのよ
うな場合に電圧情報検出回路１０９を用いて磁極位置情
報を推定する。
検出する手段は、例えば始動直後など電力変換機１０３
が動作していない場合には電流が流れないため磁極位置
を計算することができない。スタンバイモードはそのよ
うな場合に電圧情報検出回路１０９を用いて磁極位置情
報を推定する。
【００６８】図６に電圧情報検出回路１０９の回路構成
図を示す。これはＵ−Ｖ間誘起電圧を検出し、一次側ロ
ーパスフィルタ１３１，フォトカプラ１３２，二次側ロ
ーパスフィルタ１３３を介してスタンバイモード誘起電
圧位相検出手段１１８へ送出される。一次側ローパスフ
ィルタ１３１は、ＰＷＭによるパワーラインの高周波成
分を除去する以外にフォトカプラ１３２への印加電圧を
一定レベル以内に抑える働きがある。電気自動車用発電
機では発電量の要求が０から数１０ｋＷと範囲が非常に
広いため、発電機回転数も０から数１００rpm まで変化
する。このとき発電機の発生電圧は０から３００Ｖ以上
まで変化する。従って低速回転で電圧が低いときにはゲ
インを高く、かつ高速回転で電圧が高いときにはゲイン
を低くしてフォトカプラへ誘起電圧を入力する構成にす
ることが望ましい。一次側ローパスフィルタ１３１はカ
ットオフ周波数を発電機の最高回転数に相当する周波数
以下にすることによって前記の特性を持たせることがで
きるため、全使用領域にわたってほぼ一定レベルの電圧
をフォトカプラ１３２に印加できる。
図を示す。これはＵ−Ｖ間誘起電圧を検出し、一次側ロ
ーパスフィルタ１３１，フォトカプラ１３２，二次側ロ
ーパスフィルタ１３３を介してスタンバイモード誘起電
圧位相検出手段１１８へ送出される。一次側ローパスフ
ィルタ１３１は、ＰＷＭによるパワーラインの高周波成
分を除去する以外にフォトカプラ１３２への印加電圧を
一定レベル以内に抑える働きがある。電気自動車用発電
機では発電量の要求が０から数１０ｋＷと範囲が非常に
広いため、発電機回転数も０から数１００rpm まで変化
する。このとき発電機の発生電圧は０から３００Ｖ以上
まで変化する。従って低速回転で電圧が低いときにはゲ
インを高く、かつ高速回転で電圧が高いときにはゲイン
を低くしてフォトカプラへ誘起電圧を入力する構成にす
ることが望ましい。一次側ローパスフィルタ１３１はカ
ットオフ周波数を発電機の最高回転数に相当する周波数
以下にすることによって前記の特性を持たせることがで
きるため、全使用領域にわたってほぼ一定レベルの電圧
をフォトカプラ１３２に印加できる。
【００６９】フォトカプラ１３２はこの回路構成ではＵ
−Ｖ間誘起電圧が正のときローレベル、負のときにハイ
レベルとなる。従って一次側ローパスフィルタ１３１の
遅れを無視するとフォトカプラ出力信号の立ち下がり位
置をゼロクロス点と判断することができる。
−Ｖ間誘起電圧が正のときローレベル、負のときにハイ
レベルとなる。従って一次側ローパスフィルタ１３１の
遅れを無視するとフォトカプラ出力信号の立ち下がり位
置をゼロクロス点と判断することができる。
【００７０】二次側ローパスフィルタ１３３は信号線ノ
イズを除去するための時定数の小さなローパスフィルタ
である。
イズを除去するための時定数の小さなローパスフィルタ
である。
【００７１】以降スタンバイモードでの磁極位置位相の
検出方法について述べる。図７には電圧情報検出回路１
０９の動作説明図を記す。
検出方法について述べる。図７には電圧情報検出回路１
０９の動作説明図を記す。
【００７２】検出したＵ−Ｖ間誘起電圧は一次側ローパ
スフィルタ１３１によって位相遅れを生じる。さらにフ
ォトカプラ１３２はある一定電流以上を流さなければ発
光しないためにフォトカプラ出力信号をトグルするため
にはあるレベルの電圧を必要とする。前記原因により生
じる位相遅れをここではフォトカプラ感度による遅れと
称している。さらに二次側ローパスフィルタ１３３によ
ってさらに位相は遅れる。これらの要因による遅れ量の
総和をθlag とする。
スフィルタ１３１によって位相遅れを生じる。さらにフ
ォトカプラ１３２はある一定電流以上を流さなければ発
光しないためにフォトカプラ出力信号をトグルするため
にはあるレベルの電圧を必要とする。前記原因により生
じる位相遅れをここではフォトカプラ感度による遅れと
称している。さらに二次側ローパスフィルタ１３３によ
ってさらに位相は遅れる。これらの要因による遅れ量の
総和をθlag とする。
【００７３】本図では磁極位置位相が０度の点がＵ−Ｖ
間誘起電圧の立ち上がりゼロクロス点から３０度遅れた
位置となるように設定している。このとき電圧情報検出
回路１０９の位相をθz 、磁極位置位相をθE とする
と、次式の関係式が成り立つ。
間誘起電圧の立ち上がりゼロクロス点から３０度遅れた
位置となるように設定している。このとき電圧情報検出
回路１０９の位相をθz 、磁極位置位相をθE とする
と、次式の関係式が成り立つ。
【００７４】
【数７】
【００７５】図１におけるスタンバイモード誘起電圧位
相演算手段１１８は電圧情報検出回路１０９の出力信号
の位相θz を求める。θz の求めかたは発電モード電圧
位相演算手段１１６とほとんど同様であり、図３に示し
た方法を用いることができる。発電モード電圧位相演算
手段１１６との相違点は、立ち上がりゼロクロス点では
なく立ち上がりエッジを検出することである。
相演算手段１１８は電圧情報検出回路１０９の出力信号
の位相θz を求める。θz の求めかたは発電モード電圧
位相演算手段１１６とほとんど同様であり、図３に示し
た方法を用いることができる。発電モード電圧位相演算
手段１１６との相違点は、立ち上がりゼロクロス点では
なく立ち上がりエッジを検出することである。
【００７６】スタンバイモード誘起電圧位相演算手段１
１８の位相出力および速度情報はスタンバイモード磁極
位置位相演算手段１１９に送られ、数７に示した方程式
にしたがって磁極位置位相角を計算する。ここでθlag
は発電機の回転速度のみに依存するので、回転速度に対
するθlag のテーブルをあらかじめ用意し、検索するこ
とで容易に磁極位置位相を求めることができる。
１８の位相出力および速度情報はスタンバイモード磁極
位置位相演算手段１１９に送られ、数７に示した方程式
にしたがって磁極位置位相角を計算する。ここでθlag
は発電機の回転速度のみに依存するので、回転速度に対
するθlag のテーブルをあらかじめ用意し、検索するこ
とで容易に磁極位置位相を求めることができる。
【００７７】以上のように図１の構成は始動時には電圧
情報検出回路１０９の情報を用いて磁極位置情報の演算
を行い、発電時には電流情報を用いて磁極位置情報の演
算を行う。この切り替えを行うのがモード切り替えスイ
ッチ１２０である。
情報検出回路１０９の情報を用いて磁極位置情報の演算
を行い、発電時には電流情報を用いて磁極位置情報の演
算を行う。この切り替えを行うのがモード切り替えスイ
ッチ１２０である。
【００７８】前記したように電圧位相がわかっていれば
磁極位置位相もわかるため、理論的にはスタンバイモー
ド誘起電圧位相演算手段１１８とスタンバイモード磁極
位置位相演算手段１１９とがあれば磁極位置位相は演算
可能である。しかし電圧情報検出回路１０９の出力はデ
ジタル信号であり図４の手段が使えないこと、フォトカ
プラ感度が部品によって異なるため正確な遅れ量θlag
を求めることが困難なこと、電圧情報をアナログ信号と
してマイコンに取り込むためにはトランスやアイソレー
ションアンプなどの大きな部品が必要となることなどに
より現実的ではない。以上の理由により比較的低速で遅
れによる誤差も少ない始動時には電圧情報検出回路１０
９を用い、発電時には正確な磁極位置位相検出の可能な
電流情報を用いる図１の構成が現実的である。
磁極位置位相もわかるため、理論的にはスタンバイモー
ド誘起電圧位相演算手段１１８とスタンバイモード磁極
位置位相演算手段１１９とがあれば磁極位置位相は演算
可能である。しかし電圧情報検出回路１０９の出力はデ
ジタル信号であり図４の手段が使えないこと、フォトカ
プラ感度が部品によって異なるため正確な遅れ量θlag
を求めることが困難なこと、電圧情報をアナログ信号と
してマイコンに取り込むためにはトランスやアイソレー
ションアンプなどの大きな部品が必要となることなどに
より現実的ではない。以上の理由により比較的低速で遅
れによる誤差も少ない始動時には電圧情報検出回路１０
９を用い、発電時には正確な磁極位置位相検出の可能な
電流情報を用いる図１の構成が現実的である。
【００７９】これまで説明を簡単にするため電流センサ
１０８の出力は理想的な正弦波形状を想定していたが、
実際には実電流波形は高周波分が重畳された信号とな
る。磁極位置位相演算で用いる電圧指令信号は、このよ
うな高周波分の重畳された実電流波形よりつくられるた
め、電圧指令信号も高周波分が重畳された信号となる。
このような電圧指令信号を用いてゼロクロス点を検出す
るとチャタリングを生じ、正確な電圧周期を検出するこ
とができない。このような高周波分が重畳する原因は、
同期発電機のスロット形状および電気的ノイズである。
電気的ノイズの周波数は同期発電機の電気角周波数に比
べ充分高いため、適当なローパスフィルタによって精度
を劣化させることなく除去可能である。しかしスロット
形状に起因する高周波成分は周波数が元信号の数倍から
数１０倍程度と低く、ローパスフィルタを用いて高周波
成分を除去すると位相遅れの影響が無視できなくなる。
１０８の出力は理想的な正弦波形状を想定していたが、
実際には実電流波形は高周波分が重畳された信号とな
る。磁極位置位相演算で用いる電圧指令信号は、このよ
うな高周波分の重畳された実電流波形よりつくられるた
め、電圧指令信号も高周波分が重畳された信号となる。
このような電圧指令信号を用いてゼロクロス点を検出す
るとチャタリングを生じ、正確な電圧周期を検出するこ
とができない。このような高周波分が重畳する原因は、
同期発電機のスロット形状および電気的ノイズである。
電気的ノイズの周波数は同期発電機の電気角周波数に比
べ充分高いため、適当なローパスフィルタによって精度
を劣化させることなく除去可能である。しかしスロット
形状に起因する高周波成分は周波数が元信号の数倍から
数１０倍程度と低く、ローパスフィルタを用いて高周波
成分を除去すると位相遅れの影響が無視できなくなる。
【００８０】以降、スロット形状に起因する高周波成分
が原因のチャタリングの影響をなくす手段について以下
に示す。
が原因のチャタリングの影響をなくす手段について以下
に示す。
【００８１】図８に同期機の固定子断面形状を示す。同
期機は巻線コイルと回転子磁極間に電磁力を発生するも
のであるから固定子スロット配置機械角α毎に電流リプ
ルを発生する。αをスロット配置電気角γに換算する
と、γ＝ｐα（ｐ：極対数）となる。このように電流リ
プルはスロット配置電気角γ毎に発生するため、ゼロク
ロス点検出後にスロット配置電気角γに相当する時間以
上検出マスクをかけることでスロット形状に起因するチ
ャタリングを除去できる。図９にその具体的手段を示
す。
期機は巻線コイルと回転子磁極間に電磁力を発生するも
のであるから固定子スロット配置機械角α毎に電流リプ
ルを発生する。αをスロット配置電気角γに換算する
と、γ＝ｐα（ｐ：極対数）となる。このように電流リ
プルはスロット配置電気角γ毎に発生するため、ゼロク
ロス点検出後にスロット配置電気角γに相当する時間以
上検出マスクをかけることでスロット形状に起因するチ
ャタリングを除去できる。図９にその具体的手段を示
す。
【００８２】図９（ａ）は電圧位相０度付近におけるチ
ャタリング除去手段説明図である。ここで点線が電圧の
基本波であり、実線が実電圧波形である。ここでは立ち
上がりゼロクロス点検出後、ζの区間ゼロクロス検出信
号送出マスクをかける。ここでζは電気角であり、スロ
ット配置電機角γより大きく設定される。なお、説明の
単純化のためにζは電気角としたが、時間情報とみなし
ても全く等価である。このようにゼロクロスマスクをす
ることで電圧位相０度付近でのチャタリングは除去でき
る。
ャタリング除去手段説明図である。ここで点線が電圧の
基本波であり、実線が実電圧波形である。ここでは立ち
上がりゼロクロス点検出後、ζの区間ゼロクロス検出信
号送出マスクをかける。ここでζは電気角であり、スロ
ット配置電機角γより大きく設定される。なお、説明の
単純化のためにζは電気角としたが、時間情報とみなし
ても全く等価である。このようにゼロクロスマスクをす
ることで電圧位相０度付近でのチャタリングは除去でき
る。
【００８３】なお、本図でゼロクロスの検出位置と実際
の基本波のゼロクロス位置とにずれが生じるが、これは
発電モード磁極位置位相演算手段１１７内で適当な補正
演算を行うことで容易に補正できる。なお望ましい補正
量は同期発電機１０２のパラメータマッチング時に実測
することができるので、実装上不都合は生じない。
の基本波のゼロクロス位置とにずれが生じるが、これは
発電モード磁極位置位相演算手段１１７内で適当な補正
演算を行うことで容易に補正できる。なお望ましい補正
量は同期発電機１０２のパラメータマッチング時に実測
することができるので、実装上不都合は生じない。
【００８４】図９（ｂ）は電圧位相１８０度付近におけ
るチャタリング除去手段説明図である。１８０度付近に
おいては全てのゼロクロス点検出信号をマスクすること
でチャタリングは除去できる。使用する同期発電機によ
ってリプル電流の大きさが異なるためチャタリング回数
が変わり、マスク期間はシステム毎に異なるが、電流位
相角１８０度の点を中心として少なくとも電気角±γに
相当する区間はマスクする必要がある。
るチャタリング除去手段説明図である。１８０度付近に
おいては全てのゼロクロス点検出信号をマスクすること
でチャタリングは除去できる。使用する同期発電機によ
ってリプル電流の大きさが異なるためチャタリング回数
が変わり、マスク期間はシステム毎に異なるが、電流位
相角１８０度の点を中心として少なくとも電気角±γに
相当する区間はマスクする必要がある。
【００８５】これまで電圧位相から磁極位置を検出する
方法および外付けの電圧情報検出回路を用いて磁極位置
情報を計算する方法について述べた。本発明の別の実施
の形態として電流指令信号を用いる方法について以下に
述べる。
方法および外付けの電圧情報検出回路を用いて磁極位置
情報を計算する方法について述べた。本発明の別の実施
の形態として電流指令信号を用いる方法について以下に
述べる。
【００８６】図１０に電流指令信号により磁極位置情報
を計算する構成のエンジン−電動機ハイブリッド電気自
動車の構成例について示す。図１との相違点は、電流指
令の位相から磁極位置情報を検出する構成となっている
ことである。
を計算する構成のエンジン−電動機ハイブリッド電気自
動車の構成例について示す。図１との相違点は、電流指
令の位相から磁極位置情報を検出する構成となっている
ことである。
【００８７】図１０では電流センサ１０８より得られた
電流情報を電圧指令発生手段１１４に入力し、電圧指令
発生手段１１４の電圧指令出力のうちＵ相信号を磁極位
置情報演算手段１１３に入力する。Ｕ相電圧指令出力は
発電モード電流位相演算手段１１６′において電流位相
を計算される。発電モード電流位相演算手段１１６′
は、発電モード電圧位相演算手段１１６と全く同様にし
て位相演算を行う。発電モード電流位相演算手段１１
６′の電流位相出力は発電モード磁極位置位相演算手段
１１７′に送出される。ここで発電モード磁極位置位相
演算手段１１７′は図１の構成とは異なり、進み角算出
手段として働く。具体的には発電モード磁極位置位相演
算手段１１７′は図２で説明したように進み角βを電圧
位相角から減算する。
電流情報を電圧指令発生手段１１４に入力し、電圧指令
発生手段１１４の電圧指令出力のうちＵ相信号を磁極位
置情報演算手段１１３に入力する。Ｕ相電圧指令出力は
発電モード電流位相演算手段１１６′において電流位相
を計算される。発電モード電流位相演算手段１１６′
は、発電モード電圧位相演算手段１１６と全く同様にし
て位相演算を行う。発電モード電流位相演算手段１１
６′の電流位相出力は発電モード磁極位置位相演算手段
１１７′に送出される。ここで発電モード磁極位置位相
演算手段１１７′は図１の構成とは異なり、進み角算出
手段として働く。具体的には発電モード磁極位置位相演
算手段１１７′は図２で説明したように進み角βを電圧
位相角から減算する。
【００８８】なお図１０の構成においても図４で説明し
たゼロクロス点位置検出精度向上手段や、図５で説明し
た位相精度向上手段、図９で説明したチャタリング防止
手段はそのまま用いることができる。
たゼロクロス点位置検出精度向上手段や、図５で説明し
た位相精度向上手段、図９で説明したチャタリング防止
手段はそのまま用いることができる。
【００８９】
【発明の効果】本発明によれば、同期発電機動作に必要
な磁極位置情報を電流波形または電圧情報より簡易な演
算で得ることができる。従ってエンコーダなどの位置セ
ンサが不要となり小型の同期発電機制御システムが構築
される。さらに従来の位置センサレス同期機制御方法よ
り簡便な演算で磁極位置が検出できるため、高速回転域
でも動作可能である。このような特徴は特に電気自動車
などの様に搭載スペースに制限があり、かつ高速回転域
での動作が求められるアプリケーションに最適である。
な磁極位置情報を電流波形または電圧情報より簡易な演
算で得ることができる。従ってエンコーダなどの位置セ
ンサが不要となり小型の同期発電機制御システムが構築
される。さらに従来の位置センサレス同期機制御方法よ
り簡便な演算で磁極位置が検出できるため、高速回転域
でも動作可能である。このような特徴は特に電気自動車
などの様に搭載スペースに制限があり、かつ高速回転域
での動作が求められるアプリケーションに最適である。
【図１】本発明をエンジン−電動機ハイブリッド電気自
動車に適用した形態例である。
動車に適用した形態例である。
【図２】同期機の定常状態におけるベクトル図である。
【図３】電圧位相演算手段の動作概要説明図である。
【図４】離散情報からゼロクロス点位置を精度良く検出
する方法の説明図である。
する方法の説明図である。
【図５】３相同期発電機の電圧波形である。
【図６】電圧情報検出回路の回路構成図である。
【図７】電圧情報検出回路の動作説明図である。
【図８】同期機の固定子断面形状を示す図である。
【図９】チャタリング除去手段の説明図である。
【図１０】電流信号より磁極位置情報を計算する構成の
エンジン−電動機ハイブリッド電気自動車の構成例であ
る。
エンジン−電動機ハイブリッド電気自動車の構成例であ
る。
１０１…運動エネルギー発生手段、１０２…同期発電
機、１０３…電力変換機、１０４…蓄電手段、１０５…
駆動電動機用インバータ、１０６…駆動用電動機、１０
７…コントローラ、１０８…電流センサ、１０９…電圧
情報検出手段、１１３…磁極位置情報演算手段、１１４
…電圧指令発生手段、１１５…スイッチング素子制御手
段、１１６…発電モード電圧位相演算手段、１１６′…
発電モード電流位相演算手段、１１７（１１７′）…発
電モード磁極位置位相演算手段、１１８…スタンバイモ
ード誘起電圧位相演算手段、１１９…スタンバイモード
磁極位置位相演算手段、１２０…モード切り替えスイッ
チ。
機、１０３…電力変換機、１０４…蓄電手段、１０５…
駆動電動機用インバータ、１０６…駆動用電動機、１０
７…コントローラ、１０８…電流センサ、１０９…電圧
情報検出手段、１１３…磁極位置情報演算手段、１１４
…電圧指令発生手段、１１５…スイッチング素子制御手
段、１１６…発電モード電圧位相演算手段、１１６′…
発電モード電流位相演算手段、１１７（１１７′）…発
電モード磁極位置位相演算手段、１１８…スタンバイモ
ード誘起電圧位相演算手段、１１９…スタンバイモード
磁極位置位相演算手段、１２０…モード切り替えスイッ
チ。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成８年１１月５日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項６
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１０】本発明の好ましくは、前記磁極位置情報演
算手段は前記トルク指令および前記回転速度を入力とし
て前記同期発電機の発生する誘起電圧位相角と電圧位相
との相差角δを算出する相差角算出手段を備え、前記磁
極位置情報演算手段は前記電圧位相を前記相差角算出手
段より得られる相差角δだけ進めた位相を以て前記誘起
電圧位相角とし、前記磁極位置情報演算手段は前記誘起
電圧位相角と直交する位相を以て前記磁極位置情報とす
ることを特徴とする。
算手段は前記トルク指令および前記回転速度を入力とし
て前記同期発電機の発生する誘起電圧位相角と電圧位相
との相差角δを算出する相差角算出手段を備え、前記磁
極位置情報演算手段は前記電圧位相を前記相差角算出手
段より得られる相差角δだけ進めた位相を以て前記誘起
電圧位相角とし、前記磁極位置情報演算手段は前記誘起
電圧位相角と直交する位相を以て前記磁極位置情報とす
ることを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１３】本発明の好ましくは、前記磁極位置情報演
算手段は前記トルク指令および前記回転速度を入力とし
て前記同期発電機の発生する誘起電圧位相角と電流位相
との進み角βを算出する進み角算出手段を備え、前記磁
極位置情報演算手段は前記電流位相を前記進み角算出手
段より得られる進み角βだけ遅らせた位相を以て前記誘
起電圧位相角とし、前記磁極位置情報演算手段は前記誘
起電圧位相角と直交する位相を以て前記磁極位置情報と
することを特徴とする。
算手段は前記トルク指令および前記回転速度を入力とし
て前記同期発電機の発生する誘起電圧位相角と電流位相
との進み角βを算出する進み角算出手段を備え、前記磁
極位置情報演算手段は前記電流位相を前記進み角算出手
段より得られる進み角βだけ遅らせた位相を以て前記誘
起電圧位相角とし、前記磁極位置情報演算手段は前記誘
起電圧位相角と直交する位相を以て前記磁極位置情報と
することを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４１】同期機では定常状態において、座標系を、
磁極位置方向をｄ軸、ｄ軸と直交方向をｑ軸とした回転
座標系に設定した場合、図２の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１０２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。
磁極位置方向をｄ軸、ｄ軸と直交方向をｑ軸とした回転
座標系に設定した場合、図２の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１０２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。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４４】
【数２】 φ＝β＋δ …（数２） 同期発電機１０２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１０２の特性より一意
的に図２のベクトル図が決定されるため、この時の進み
角β、または相差角δは一意的に決定される。従ってＵ
相電流の位相θＩｕから進み角βを引くか、あるいはＵ
相電圧の位相θＶｕに相差角δを加算すればｑ軸方向を
求めることができ、それよりπ／２遅れた方向としてｄ
軸方向すなわち磁極位置の位相角を求めることができ
る。
電圧Ｖを決定すれば、同期発電機１０２の特性より一意
的に図２のベクトル図が決定されるため、この時の進み
角β、または相差角δは一意的に決定される。従ってＵ
相電流の位相θＩｕから進み角βを引くか、あるいはＵ
相電圧の位相θＶｕに相差角δを加算すればｑ軸方向を
求めることができ、それよりπ／２遅れた方向としてｄ
軸方向すなわち磁極位置の位相角を求めることができ
る。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００６５】以上のように３相同期発電機の場合、すべ
ての相情報を用いることにより位置情報精度，速度情報
精度の双方とも上げることができる。なお、中性点を接
続しない図１のような３相同期発電機の場合、Ｖｕ＋Ｖ
ｖ＋Ｖｗ＝Ｃ（Ｃ：定数）の関係が成り立つので２相分
の電圧を取り込めば充分である。
ての相情報を用いることにより位置情報精度，速度情報
精度の双方とも上げることができる。なお、中性点を接
続しない図１のような３相同期発電機の場合、Ｖｕ＋Ｖ
ｖ＋Ｖｗ＝Ｃ（Ｃ：定数）の関係が成り立つので２相分
の電圧を取り込めば充分である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００７３】本図では誘起電圧位相が０度の点がＵ−Ｖ
間誘起電圧の立ち上がりゼロクロス点から３０度遅れた
位置となるように設定している。このとき電圧情報検出
回路１０９の位相をθz 、誘起電圧位相をθE とする
と、次式の関係式が成り立つ。
間誘起電圧の立ち上がりゼロクロス点から３０度遅れた
位置となるように設定している。このとき電圧情報検出
回路１０９の位相をθz 、誘起電圧位相をθE とする
と、次式の関係式が成り立つ。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００７６】スタンバイモード誘起電圧位相演算手段１
１８の位相出力および速度情報はスタンバイモード磁極
位置位相演算手段１１９に送られ、数７に示した方程式
にしたがって誘起電圧位相角を計算し、これにより磁極
位置位相角を計算する。ここでθlag は発電機の回転速
度のみに依存するので、回転速度に対するθlag のテー
ブルをあらかじめ用意し、検索することで容易に磁極位
置位相を求めることができる。
１８の位相出力および速度情報はスタンバイモード磁極
位置位相演算手段１１９に送られ、数７に示した方程式
にしたがって誘起電圧位相角を計算し、これにより磁極
位置位相角を計算する。ここでθlag は発電機の回転速
度のみに依存するので、回転速度に対するθlag のテー
ブルをあらかじめ用意し、検索することで容易に磁極位
置位相を求めることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｍ 7/155 Ｈ０２Ｍ 7/155 Ｃ 7/48 7/48 Ｅ (72)発明者 笹澤 憲佳 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 小原 三四郎 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 松平 信紀 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内
Claims (18)
- 【請求項１】同期発電機が発生する電気エネルギーを貯
蔵する蓄電手段と、前記同期発電機の発生する交流電力
を直流電力に変換して前記蓄電手段に供給する電力変換
器と、前記同期発電機に運動エネルギーを供給する運動
エネルギー発生手段を備えた同期発電機システムにおい
て、 前記電力変換器は前記同期発電機の電流を検出する電流
センサを備え、前記電力変換器のコントローラは前記同
期発電機の磁極位置情報を演算する磁極位置情報演算手
段を備え、前記コントローラは前記磁極位置情報および
前記電流センサの出力信号を用いて前記電力変換器の電
圧指令を発生する電圧指令発生手段を備え、前記磁極位
置情報演算手段は前記電圧指令発生手段より出力される
電圧指令のゼロクロス点位置情報より前記磁極位置を演
算する磁極位置情報演算手段を備え、前記コントローラ
は前記電圧指令発生手段の出力を用いて前記電力変換器
のスイッチング素子のＯＮ−ＯＦＦ状態を制御するスイ
ッチング素子制御手段とを備えたことを特徴とする同期
発電機制御システム。 - 【請求項２】請求項１において、前記磁極位置情報演算
手段は前記電圧指令発生手段より出力される電圧指令の
ゼロクロス点位置情報より前記磁極位置を演算する磁極
位置情報演算手段を備えたことを特徴とする同期発電機
制御システム。 - 【請求項３】請求項１において、前記磁極位置情報演算
手段は前記トルク指令および前記回転速度を入力として
前記磁極位置の位相角と電圧位相との相差角δを算出す
る相差角算出手段を備え、前記磁極位置情報演算手段は
前記電圧位相を前記相差角算出手段より得られる相差角
δだけ進めた位相を以て前記磁極位置情報とすることを
特徴とする同期発電機制御システム。 - 【請求項４】同期発電機が発生する電気エネルギーを貯
蔵する蓄電手段と、前記同期発電機の発生する交流電力
を直流電力に変換して前記蓄電手段に供給する電力変換
器と、前記同期発電機に運動エネルギーを供給する運動
エネルギー発生手段を備えた同期発電機システムにおい
て、 前記電力変換器は前記同期発電機の電流を検出する電流
センサを備え、前記電力変換器のコントローラは前記同
期発電機の磁極位置情報を前記同期発電機電流情報を用
いて演算する磁極位置情報演算手段を備え、前記コント
ローラは前記磁極位置情報を用いて前記電力変換器の電
圧指令を発生する電圧指令発生手段を備え、前記コント
ローラは前記電圧指令発生手段の出力を用いて前記電力
変換器のスイッチング素子のＯＮ−ＯＦＦ状態を制御す
るスイッチング素子制御手段とを備えたことを特徴とす
る同期発電機制御システム。 - 【請求項５】請求項４において、前記電力変換器のコン
トローラは前記同期発電機の磁極位置情報を前記同期発
電機電流のゼロクロス点位置情報を用いて演算する磁極
位置情報演算手段を備えたことを特徴とする同期発電機
制御システム。 - 【請求項６】請求項４において、前記磁極位置情報演算
手段は前記トルク指令および前記回転速度を入力として
前記磁極位置の位相角と電流位相との進み角βを算出す
る進み角算出手段を備え、前記磁極位置情報演算手段は
前記電流位相を前記進み角算出手段より得られる進み角
βだけ遅らせた位相を以て前記磁極位置情報とすること
を特徴とする同期発電機制御システム。 - 【請求項７】同期発電機が発生する電気エネルギーを貯
蔵する蓄電手段と、前記同期発電機の発生する交流電力
を直流電力に変換して前記蓄電手段に供給する電力変換
器と、前記同期発電機に運動エネルギーを供給する運動
エネルギー発生手段を備えた同期発電機システムにおい
て、 前記電力変換器は前記同期発電機の電流を検出する電流
センサを備え、前記電力変換器のコントローラは前記同
期発電機の端子電圧を検出して電圧情報を発生する電圧
情報検出回路を備え、前記コントローラは前記電圧情報
より前記同期発電機の磁極位置情報を演算する磁極位置
情報演算手段を備え、前記コントローラは前記磁極位置
情報を用いて前記電力変換器の電圧指令を発生する電圧
指令発生手段を備え、前記コントローラは前記電圧指令
発生手段の出力を用いて前記電力変換器のスイッチング
素子のＯＮ−ＯＦＦ状態を制御するスイッチング素子制
御手段とを備えたことを特徴とする同期発電機制御シス
テム。 - 【請求項８】請求項７において、前記電圧情報検出回路
はローパスフィルタを備え、前記同期発電機の端子電圧
は前記ローパスフィルタを介して前記電圧情報検出回路
に入力され、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数
は同期発電機の最高電気角回転周期より小さく設定され
たことを特徴とする同期発電機制御システム。 - 【請求項９】請求項８において、前記磁極位置情報演算
手段は前記同期発電機の回転速度を入力として前記ロー
パスフィルタおよび回路動作による遅れ量λを算出する
遅れ量算出手段を備え、前記磁極位置情報演算手段は前
記遅れ量算出手段より得られる遅れ量λを磁極位置位相
に加算して磁極位置情報を補正する遅れ補償手段を備え
たことを特徴とする同期発電機制御システム。 - 【請求項１０】請求項９において、前記電圧情報検出回
路は電圧情報として電圧のゼロクロス点情報を出力する
ことを特徴とする同期発電機制御システム。 - 【請求項１１】請求項２及び１０のいずれかにおいて、
前記磁極位置情報演算手段は前記同期電動機のすべての
相の電圧ゼロクロス点位置で磁極位置情報を補正する磁
極位置情報補正手段を備えたことを特徴とする同期発電
機制御システム。 - 【請求項１２】請求項５において、前記磁極位置情報演
算手段は前記同期電動機のすべての相の電流ゼロクロス
点位置で磁極位置情報を補正する磁極位置情報補正手段
を備えたことを特徴とする同期発電機制御システム。 - 【請求項１３】請求項１及び４のいずれかにおいて、前
記コントローラは電圧情報検出回路を備え、前記コント
ローラは低速回転領域で前記電圧情報検出回路を用いて
磁極位置情報演算を行い高速回転領域で磁極位置情報演
算を行う磁極位置情報演算切り替え手段を備えたことを
特徴とする同期発電機制御システム。 - 【請求項１４】請求項５において、前記磁極位置情報演
算手段は一定電気角のマスク区間情報ζと現在の検出電
圧位相角θＶを用いて前記ゼロクロス点位置情報出力を
マスクするゼロクロス点位置情報マスク手段を備え、前
記ゼロクロス点位置情報マスク手段は０＜θＶ≦ζ(ra
d）及び（π−ζ）≦θＶ≦（π＋ζ）(rad）のとき前
記ゼロクロス点位置情報出力をマスクし、前記マスク区
間情報ζは前記同期発電機の固定子スロット部をなす電
気角γより大きいことを特徴とする同期発電機制御シス
テム。 - 【請求項１５】請求項５において、前記磁極位置情報演
算手段は一定電気角のマスク区間情報ζと現在の検出電
流位相角θｉを用いて前記ゼロクロス点位置情報出力を
マスクするゼロクロス点位置情報マスク手段を備え、前
記ゼロクロス点位置情報マスク手段は０＜θｉ≦ζ(ra
d）及び（π−ζ）≦θｉ≦（π＋ζ）(rad）のとき前
記ゼロクロス点位置情報出力をマスクし、前記マスク区
間情報ζは前記同期発電機の固定子スロット部をなす電
気角γより大きいことを特徴とする同期発電機制御シス
テム。 - 【請求項１６】請求項２において、前記磁極位置情報演
算手段は一定サンプリング時間毎に前記電圧指令を取り
込み、前記磁極位置情報演算手段は前回の前記電圧指令
の符号が負でかつ今回の前記電圧指令の符号が正である
場合にゼロクロス点だと判断し、前記磁極位置演算手段
は前回の電圧指令の絶対値と今回の電圧指令の絶対値と
の比情報を用いて前記ゼロクロス点位置の情報を補正す
ることを特徴とする同期発電機制御システム。 - 【請求項１７】請求項５において、前記磁極位置情報演
算手段は一定サンプリング時間毎に前記電流センサ情報
を取り込み、前記磁極位置情報演算手段は前回の前記電
流センサ情報の符号が負でかつ今回の前記電流センサ情
報の符号が正である場合にゼロクロス点だと判断し、前
記磁極位置演算手段は前回の電流センサ情報の絶対値と
今回の電流センサ情報の絶対値との比情報を用いて前記
ゼロクロス点位置の情報を補正することを特徴とする同
期発電機制御システム。 - 【請求項１８】請求項１，４，７のいずれかにおいて、
少なくとも一つの同期発電機制御システムを搭載したハ
イブリッド電気自動車であって、前記ハイブリッド電気
自動車は運動エネルギー発生手段の回転速度または発生
トルクを制御する運動エネルギー制御手段を備えたこと
を特徴とするハイブリッド電気自動車。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26826396A JP3214371B2 (ja) | 1996-10-09 | 1996-10-09 | 同期発電機制御システムおよびハイブリッド電気自動車 |
| US09/391,598 US6198256B1 (en) | 1996-10-09 | 1999-09-09 | Control apparatus for a synchronous generator system and a hybrid-type electric vehicle using it |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26826396A JP3214371B2 (ja) | 1996-10-09 | 1996-10-09 | 同期発電機制御システムおよびハイブリッド電気自動車 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10117500A true JPH10117500A (ja) | 1998-05-06 |
| JP3214371B2 JP3214371B2 (ja) | 2001-10-02 |
Family
ID=17456151
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26826396A Expired - Fee Related JP3214371B2 (ja) | 1996-10-09 | 1996-10-09 | 同期発電機制御システムおよびハイブリッド電気自動車 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3214371B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002354896A (ja) * | 2001-05-29 | 2002-12-06 | Toyo Electric Mfg Co Ltd | 永久磁石形同期発電機の制御装置 |
| JP2007185099A (ja) * | 2007-04-03 | 2007-07-19 | Hitachi Ltd | 同期発電機のセンサレス制御装置と制御方法 |
| KR20130135878A (ko) * | 2010-12-11 | 2013-12-11 | 재홍 정 | 위상 제어 메커니즘을 가지는 발광 다이오드 |
| KR101401474B1 (ko) * | 2012-12-20 | 2014-06-03 | 서울대학교산학협력단 | 위치나 속도 센서가 없는 전동기 제어 장치 및 그 방법 |
| JP2014180173A (ja) * | 2013-03-15 | 2014-09-25 | Nippon Sharyo Seizo Kaisha Ltd | エンジン発電機 |
| CN104796062A (zh) * | 2014-01-22 | 2015-07-22 | 株式会社日立制作所 | 功率变换装置 |
| WO2015133208A1 (ja) * | 2014-03-07 | 2015-09-11 | 株式会社豊田自動織機 | 周期的変移電圧の周期及び位相検出装置及び方法 |
| WO2025243518A1 (ja) * | 2024-05-24 | 2025-11-27 | 新電元工業株式会社 | レギュレータ |
-
1996
- 1996-10-09 JP JP26826396A patent/JP3214371B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3214371B2 (ja) | 2001-10-02 |
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