JPH104697A - 車両の牽引用電気電動機の電源用インバータ変換器 - Google Patents
車両の牽引用電気電動機の電源用インバータ変換器Info
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- JPH104697A JPH104697A JP9029870A JP2987097A JPH104697A JP H104697 A JPH104697 A JP H104697A JP 9029870 A JP9029870 A JP 9029870A JP 2987097 A JP2987097 A JP 2987097A JP H104697 A JPH104697 A JP H104697A
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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- H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電動機の回転子が回転しないとき、少なくと
も１つのトランジスタにかけられる過負荷を小さくする
手段を有するインバータ変換器を提供する。 【解決手段】 回転磁界の電気電動機の固定子に交番電
流を供給するためのインバータ変換器であって、該イン
バータ変換器は該固定子に交番電流を送る固体型の複数
の制御スイッチを備えており、該交番電流の各々の強さ
は、各半波長中に、該強さが実質的に一定であり、かつ
該スイッチの各々の導通を制御するチョッパ信号の繰返
し比によって決められる各々の間の連続シーケンスを有
しているインバータ変換器において、チョッパ信号の周
波数ｆを与えるための手段を備えており、回転子の零回
転速度におけるチョッパ周波数値ｆ’が、回転子の零と
は異なる回転速度のためのチョッパ周波数よりも小さく
なるように構成されているものである。
も１つのトランジスタにかけられる過負荷を小さくする
手段を有するインバータ変換器を提供する。 【解決手段】 回転磁界の電気電動機の固定子に交番電
流を供給するためのインバータ変換器であって、該イン
バータ変換器は該固定子に交番電流を送る固体型の複数
の制御スイッチを備えており、該交番電流の各々の強さ
は、各半波長中に、該強さが実質的に一定であり、かつ
該スイッチの各々の導通を制御するチョッパ信号の繰返
し比によって決められる各々の間の連続シーケンスを有
しているインバータ変換器において、チョッパ信号の周
波数ｆを与えるための手段を備えており、回転子の零回
転速度におけるチョッパ周波数値ｆ’が、回転子の零と
は異なる回転速度のためのチョッパ周波数よりも小さく
なるように構成されているものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に車両用の、電
気的牽引用電動機に電力を供給するためのインバータ変
換器に関する。
気的牽引用電動機に電力を供給するためのインバータ変
換器に関する。
【０００２】より特に、同期電動機の永久磁石回転子又
はスリップリング（若しくは巻線型）回転子と、電気エ
ネルギが供給された際に回転子の回転を誘発する回転磁
界の発電用巻線型固定子とを備える電気的車両の牽引用
システムに関する。
はスリップリング（若しくは巻線型）回転子と、電気エ
ネルギが供給された際に回転子の回転を誘発する回転磁
界の発電用巻線型固定子とを備える電気的車両の牽引用
システムに関する。
【０００３】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】固定子
の巻線は、通常、アキュムレータのバッテリからそのエ
ネルギを得るインバータ変換器によって供給される。
の巻線は、通常、アキュムレータのバッテリからそのエ
ネルギを得るインバータ変換器によって供給される。
【０００４】インバータ変換器は、巻線型固定子内に含
まれる、巻線の数又は位相に等しい数の制御スイッチの
対を有する。最も普通の例として、同期電動機の固定子
は三相固定子である。インバータ変換器は、例えばトラ
ンジスタ又はサイリスタのような、３対の制御スイッチ
を有する。以下に、三相固定子及びトランジスタに基づ
くインバータ変換器のただ１つの例を検討していく。
まれる、巻線の数又は位相に等しい数の制御スイッチの
対を有する。最も普通の例として、同期電動機の固定子
は三相固定子である。インバータ変換器は、例えばトラ
ンジスタ又はサイリスタのような、３対の制御スイッチ
を有する。以下に、三相固定子及びトランジスタに基づ
くインバータ変換器のただ１つの例を検討していく。
【０００５】トランジスタの各対は、固定子の１つの位
相に割り当てられる。３対の１つにおいて、一方のトラ
ンジスタは対応する位相の所定の方向に電流の流れを可
能にし、他方のトランジスタは、同じ位相の反対方向に
流れる電流を可能にする。もちろん、動作中には、１対
の２つのトランジスタの一方だけが一時に導通する。ト
ランジスタは、各位相が交番電流信号によって供給され
るように制御され、該交番電流信号は、回転磁界を発生
するように互いに対して１２０°位相偏位される。
相に割り当てられる。３対の１つにおいて、一方のトラ
ンジスタは対応する位相の所定の方向に電流の流れを可
能にし、他方のトランジスタは、同じ位相の反対方向に
流れる電流を可能にする。もちろん、動作中には、１対
の２つのトランジスタの一方だけが一時に導通する。ト
ランジスタは、各位相が交番電流信号によって供給され
るように制御され、該交番電流信号は、回転磁界を発生
するように互いに対して１２０°位相偏位される。
【０００６】この制御は、自ら駆動すべき同期電動機を
可能とする。即ち、交番電流信号の周波数が、回転磁界
及び回転子の間の同期を保持するために回転子の速度に
適合される。このために、回転子に結合されるセンサ
が、各時点において回転子に角位置の指示を与える。セ
ンサによって与えられた信号は、トランジスタを制御す
るために用いられ、特に交番電流信号の周波数を調整す
るために用いられる。
可能とする。即ち、交番電流信号の周波数が、回転磁界
及び回転子の間の同期を保持するために回転子の速度に
適合される。このために、回転子に結合されるセンサ
が、各時点において回転子に角位置の指示を与える。セ
ンサによって与えられた信号は、トランジスタを制御す
るために用いられ、特に交番電流信号の周波数を調整す
るために用いられる。
【０００７】交番電流信号の各半波長は、一定の強さの
電流に対応する定常レベルを有する、通常等しい継続時
間の特定数の定常レベルによって形成される。通常、定
常レベル数／半波長は、固定子の位相数に等しくなる。
電流に対応する定常レベルを有する、通常等しい継続時
間の特定数の定常レベルによって形成される。通常、定
常レベル数／半波長は、固定子の位相数に等しくなる。
【０００８】固定子の巻線の複数の位相は、実際に互い
に同じである。同様に、トランジスタは、全て実質的に
同じ特性を有する。
に同じである。同様に、トランジスタは、全て実質的に
同じ特性を有する。
【０００９】（交番電流を発生するため）必要な強さの
変調を得るために、各トランジスタの導通は、パルス幅
変調（ＰＷＭ）によって制御される。この変調は、例え
ば８ｋＨｚの高い周波数で各トランジスタの導通を遮断
したり又はチョッパすることからなる。平均の電流の強
さは、繰返し比、即ち高周波信号の期間Ｔの間のトラン
ジスタの導通の期間ｔと、この期間Ｔとの比によって決
められる。大きい繰返し比は、平均の電流の強さが大き
い。１つの例では、繰返し比は０から１／２の間で変化
する。
変調を得るために、各トランジスタの導通は、パルス幅
変調（ＰＷＭ）によって制御される。この変調は、例え
ば８ｋＨｚの高い周波数で各トランジスタの導通を遮断
したり又はチョッパすることからなる。平均の電流の強
さは、繰返し比、即ち高周波信号の期間Ｔの間のトラン
ジスタの導通の期間ｔと、この期間Ｔとの比によって決
められる。大きい繰返し比は、平均の電流の強さが大き
い。１つの例では、繰返し比は０から１／２の間で変化
する。
【００１０】１つの位相の電流の強さは、他の２つの位
相の反対方向に流れる電流の強さの合計に等しくなる。
相の反対方向に流れる電流の強さの合計に等しくなる。
【００１１】通常の動作では、電動機が高速に回転する
際に、６つのトランジスタの負荷は、時間の中で一様に
分散される。
際に、６つのトランジスタの負荷は、時間の中で一様に
分散される。
【００１２】対比してみると、特に起動時又は停電のた
めに、固定子の巻線又は位相が供給されるけれども回転
子が回転しないとき、これらの位相は、固定子に対する
回転子の相対位置によって決められた特有のシーケンス
の中で供給される。１つの例は、６つのトランジスタの
３つが導通し、該３つのトランジスタの１つは、他の２
つのトランジスタの各々を介して流れる電流の２倍の強
さを有する電流によって通過される。他の例では、６つ
のトランジスタの２つが導通する。
めに、固定子の巻線又は位相が供給されるけれども回転
子が回転しないとき、これらの位相は、固定子に対する
回転子の相対位置によって決められた特有のシーケンス
の中で供給される。１つの例は、６つのトランジスタの
３つが導通し、該３つのトランジスタの１つは、他の２
つのトランジスタの各々を介して流れる電流の２倍の強
さを有する電流によって通過される。他の例では、６つ
のトランジスタの２つが導通する。
【００１３】従って、少なくとも１つのトランジスタ
は、過負荷をかけられる。即ち、電動機の通常の動作中
に同じ電流によって通過されるよりも、より大きい時
間、最大平均電流によって通過される。
は、過負荷をかけられる。即ち、電動機の通常の動作中
に同じ電流によって通過されるよりも、より大きい時
間、最大平均電流によって通過される。
【００１４】この状況を考慮に入れて、２つの取り組み
が今まで提供されてきた。第１の取り組みは、インバー
タ変換器のトランジスタが、電動機の特性に悪化を引き
起こさないように、特に低速度で実際の値のトルクを保
持するように、十分な大きさに作られる。第２の取り組
みは、トランジスタが回転の定常状態に対する大きさに
作られる。この場合、（起動時の）低速度のトルクは、
不十分であることを証明する減少された値を有する。
が今まで提供されてきた。第１の取り組みは、インバー
タ変換器のトランジスタが、電動機の特性に悪化を引き
起こさないように、特に低速度で実際の値のトルクを保
持するように、十分な大きさに作られる。第２の取り組
みは、トランジスタが回転の定常状態に対する大きさに
作られる。この場合、（起動時の）低速度のトルクは、
不十分であることを証明する減少された値を有する。
【００１５】第１の取組みはコストがかかり、第２の取
組みは電動機の動作に対して十分でない。
組みは電動機の動作に対して十分でない。
【００１６】本発明は、これらの問題点を解決すること
にある。１つのトランジスタ（及びより一般に固体スイ
ッチ）の損失は、トランジスタを介して流れる電流の強
さだけでなく、チョッパ周波数にも依存することが観測
に基づいている。これらの損失は、整流損失と称され
る。
にある。１つのトランジスタ（及びより一般に固体スイ
ッチ）の損失は、トランジスタを介して流れる電流の強
さだけでなく、チョッパ周波数にも依存することが観測
に基づいている。これらの損失は、整流損失と称され
る。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は、回転子の回転
速度が零のとき、チョッパ（又は整流）周波数が零と異
なる回転速度のパルス幅変調よりも小さくなるような手
段が提供されることを特徴とする。
速度が零のとき、チョッパ（又は整流）周波数が零と異
なる回転速度のパルス幅変調よりも小さくなるような手
段が提供されることを特徴とする。
【００１８】好ましくは、起動時のチョッパ周波数は、
対応するトランジスタの損失が、この起動段階中に、定
常動作における場合と同じトランジスタの最大損失に等
しくなるように選択される。
対応するトランジスタの損失が、この起動段階中に、定
常動作における場合と同じトランジスタの最大損失に等
しくなるように選択される。
【００１９】本発明は、より明確に理解でき、かつ他の
特徴及び他の利点が、添付された図面を参照して記述さ
れた特定の実施形態の以下の説明から明らかとなるであ
ろう。
特徴及び他の利点が、添付された図面を参照して記述さ
れた特定の実施形態の以下の説明から明らかとなるであ
ろう。
【００２０】
【発明の実施の形態】図１において、電動機１０は同期
電動機である。即ち、回転子は１つ以上の永久磁石又は
巻線を備えており、固定子は各相が交番電流で供給され
るために３相巻線を有している電動機である。これらの
相について、電流が互いに対して１２０°の位相偏移を
有している。以下には、永久磁石回転子型の同期電動機
の説明が与えられている。
電動機である。即ち、回転子は１つ以上の永久磁石又は
巻線を備えており、固定子は各相が交番電流で供給され
るために３相巻線を有している電動機である。これらの
相について、電流が互いに対して１２０°の位相偏移を
有している。以下には、永久磁石回転子型の同期電動機
の説明が与えられている。
【００２１】この種の同期電動機の周知な動作原理をこ
こで説明する。固定子の位相の電流は、回転子の磁石の
回転（以下、電動機の回転）を生じる回転磁界を発生す
る。この電動機の回転速度は、固定子の位相の供給周波
数に依存する。
こで説明する。固定子の位相の電流は、回転子の磁石の
回転（以下、電動機の回転）を生じる回転磁界を発生す
る。この電動機の回転速度は、固定子の位相の供給周波
数に依存する。
【００２２】電動機１０の固定子のこれらの位相は、ア
キュムレータのバッテリ１２から供給されるインバータ
変換器１１によって供給される。
キュムレータのバッテリ１２から供給されるインバータ
変換器１１によって供給される。
【００２３】インバータ変換器１１は、トランジスタの
３つの対のそれぞれ１３1 及び１３2 と１３3 及び１３
4 と１３5 及び１３6 とを有する。各対において、例え
ばトランジスタ１３1 及び１３2 では、これらの素子は
直列に取り付けられかつ同じ向きに接続されている。ト
ランジスタ１３1 のコレクタ１４は、バッテリ１２の正
端子１２1 に接続されており、トランジスタ１３2 のエ
ミッタ１５がバッテリ１２の負端子１２2 に接続されて
いる。１３3 及び１３4 と同様に１３5 及び１３6 のト
ランジスタの対は、バッテリ１２の端子に同じように接
続されている。
３つの対のそれぞれ１３1 及び１３2 と１３3 及び１３
4 と１３5 及び１３6 とを有する。各対において、例え
ばトランジスタ１３1 及び１３2 では、これらの素子は
直列に取り付けられかつ同じ向きに接続されている。ト
ランジスタ１３1 のコレクタ１４は、バッテリ１２の正
端子１２1 に接続されており、トランジスタ１３2 のエ
ミッタ１５がバッテリ１２の負端子１２2 に接続されて
いる。１３3 及び１３4 と同様に１３5 及び１３6 のト
ランジスタの対は、バッテリ１２の端子に同じように接
続されている。
【００２４】トランジスタ１３1 のエミッタとトランジ
スタ１３2 のコレクタとの共通の端子１６は、電動機１
０の固定子の第１の相の入力１０1 に接続されている。
同様に、トランジスタ１３3 及び１３4 に共通の端子１
７は電動機１０の固定子の第２の相の入力１０2 に接続
されており、トランジスタ１３5 及び１３6 に共通の端
子１８は電動機１０の固定子の第３の相の入力１０3 に
接続されている。
スタ１３2 のコレクタとの共通の端子１６は、電動機１
０の固定子の第１の相の入力１０1 に接続されている。
同様に、トランジスタ１３3 及び１３4 に共通の端子１
７は電動機１０の固定子の第２の相の入力１０2 に接続
されており、トランジスタ１３5 及び１３6 に共通の端
子１８は電動機１０の固定子の第３の相の入力１０3 に
接続されている。
【００２５】インバータ変換器１１の個々のトランジス
タの導通は、各々のトランジスタのベースに係合する並
列の出力２１を有する装置２０によって制御されてい
る。この装置２０は、固定子について電動機１０の回転
子の位置の情報の一部を提供するセンサ２３からの信号
を受け取る入力２２を有する。
タの導通は、各々のトランジスタのベースに係合する並
列の出力２１を有する装置２０によって制御されてい
る。この装置２０は、固定子について電動機１０の回転
子の位置の情報の一部を提供するセンサ２３からの信号
を受け取る入力２２を有する。
【００２６】インバータ変換器１１のトランジスタの導
通は、図２ａ、図２ｂ及び図２ｃに表されるように制御
される。
通は、図２ａ、図２ｂ及び図２ｃに表されるように制御
される。
【００２７】図２ａは、電動機１０の固定子の第１の相
の電流の強さＩ1 を表しており、図２ｂは、電動機１０
の固定子の第２の相の電流の強さＩ2 を表しており、図
２ｃは、電動機１０の固定子の第３の相の電流の強さＩ
3 を表している。
の電流の強さＩ1 を表しており、図２ｂは、電動機１０
の固定子の第２の相の電流の強さＩ2 を表しており、図
２ｃは、電動機１０の固定子の第３の相の電流の強さＩ
3 を表している。
【００２８】これらの電流Ｉ1 、Ｉ2 及びＩ3 の各々
は、交番電流である。それら３つ全ては、同じ周波数を
有しており、互いについて１２０°で位相偏移されてい
る。従って、電流Ｉ2 は、電流Ｉ1 について１２０°の
位相偏移を有しており、電流Ｉ3 は、電流Ｉ2 に対して
１２０°の位相偏移を有している。
は、交番電流である。それら３つ全ては、同じ周波数を
有しており、互いについて１２０°で位相偏移されてい
る。従って、電流Ｉ2 は、電流Ｉ1 について１２０°の
位相偏移を有しており、電流Ｉ3 は、電流Ｉ2 に対して
１２０°の位相偏移を有している。
【００２９】各半波長は、３つの定常レベルによって形
成されている。従って、電流Ｉ1 の第１の正の半波長２
６は、瞬時０°及び６０°の間の強さｉを有する第１の
定常レベル２７と、瞬時６０°及び１２０°の間の強さ
２ｉを有する第２の定常レベル２８と、瞬時１２０°及
び１８０°の間の強さｉを有する第３の定常レベル２９
とから形成される。続いて、次に負の半波長としてＩ1
が強さ−ｉ、−２ｉ及び−ｉのそれぞれを有する３つの
定常レベルを有する。
成されている。従って、電流Ｉ1 の第１の正の半波長２
６は、瞬時０°及び６０°の間の強さｉを有する第１の
定常レベル２７と、瞬時６０°及び１２０°の間の強さ
２ｉを有する第２の定常レベル２８と、瞬時１２０°及
び１８０°の間の強さｉを有する第３の定常レベル２９
とから形成される。続いて、次に負の半波長としてＩ1
が強さ−ｉ、−２ｉ及び−ｉのそれぞれを有する３つの
定常レベルを有する。
【００３０】６０°の継続時間における各シーケンスで
は、電流Ｉ1 ＋Ｉ2 ＋Ｉ3 の合計が零になることが分か
る。例えば第２のシーケンスでは、図２ａの定常レベル
２８並びに図２ｂ及び図２ｃの定常レベル３０及び３１
のそれぞれに対応する１つのシーケンスを得るために、
トランジスタ１３は図１に表されているように制御さ
れ、トランジスタ１３1 、１３4 及び１３6 は導通し、
トランジスタ１３2 、１３3 及び１３6 はオフとなる。
導通状態のトランジスタは、円で囲まれて表されてい
る。電流Ｉ1 、Ｉ2 及びＩ3 の周波数及び位相、即ち個
々のトランジスタの導通の時点は、その固定子に対して
電動機１０の回転子の位置によって決められており、こ
の位置は、センサ２３によって計測され、前記トランジ
スタを制御する装置２０に与えられる。
は、電流Ｉ1 ＋Ｉ2 ＋Ｉ3 の合計が零になることが分か
る。例えば第２のシーケンスでは、図２ａの定常レベル
２８並びに図２ｂ及び図２ｃの定常レベル３０及び３１
のそれぞれに対応する１つのシーケンスを得るために、
トランジスタ１３は図１に表されているように制御さ
れ、トランジスタ１３1 、１３4 及び１３6 は導通し、
トランジスタ１３2 、１３3 及び１３6 はオフとなる。
導通状態のトランジスタは、円で囲まれて表されてい
る。電流Ｉ1 、Ｉ2 及びＩ3 の周波数及び位相、即ち個
々のトランジスタの導通の時点は、その固定子に対して
電動機１０の回転子の位置によって決められており、こ
の位置は、センサ２３によって計測され、前記トランジ
スタを制御する装置２０に与えられる。
【００３１】グラフ３ａ、グラフ３ｂ及びグラフ３ｃに
よって示された個々の形態において、電流Ｉ1 、Ｉ2 及
びＩ3 もまた互いに対して位相偏移されているが、６０
°の回転に対応する各シーケンスにおいて、前述の例と
異なり、２つの位相だけが電流によって通過されてい
る。従って、０°から６０°の間で、トランジスタ１３
1 及び１３4 だけが導通しており、それゆえ強さＩ1 は
値＋ｉを有し、強さＩ2は値−ｉを有し、強さＩ3 は零
になる。６０°及び１２０°の間で、トランジスタ１３
1 及び１３6 だけが導通しており、それゆえＩ1 は＋ｉ
に等しくなり、強さＩ2 は零になり、強さＩ3 は−ｉに
等しくなる。
よって示された個々の形態において、電流Ｉ1 、Ｉ2 及
びＩ3 もまた互いに対して位相偏移されているが、６０
°の回転に対応する各シーケンスにおいて、前述の例と
異なり、２つの位相だけが電流によって通過されてい
る。従って、０°から６０°の間で、トランジスタ１３
1 及び１３4 だけが導通しており、それゆえ強さＩ1 は
値＋ｉを有し、強さＩ2は値−ｉを有し、強さＩ3 は零
になる。６０°及び１２０°の間で、トランジスタ１３
1 及び１３6 だけが導通しており、それゆえＩ1 は＋ｉ
に等しくなり、強さＩ2 は零になり、強さＩ3 は−ｉに
等しくなる。
【００３２】以下のシーケンスは、トランジスタの以下
の状態に対応する。１２０°及び１８０°の間ではトラ
ンジスタ１３3 及び１３6 が導通し、１８０°及び２４
０°の間ではトランジスタ１３2 及び１３3 が導通し、
２４０°及び３００°の間ではトランジスタ１３2 及び
１３5 が導通し、３００°及び３６０°の間ではトラン
ジスタ１３4 及び１３5 が電流を通すことを許される。
の状態に対応する。１２０°及び１８０°の間ではトラ
ンジスタ１３3 及び１３6 が導通し、１８０°及び２４
０°の間ではトランジスタ１３2 及び１３3 が導通し、
２４０°及び３００°の間ではトランジスタ１３2 及び
１３5 が導通し、３００°及び３６０°の間ではトラン
ジスタ１３4 及び１３5 が電流を通すことを許される。
【００３３】この他の形態において、各半波長は、電流
の流れる間が１２０°の持続時間を有する定常レベル７
０（図３ｃ）からなり、その両側に定常レベル７１及び
７２を有している。該各々は、該定常レベル７０の間に
零の電流の強さを有する６０°の持続時間を有してい
る。
の流れる間が１２０°の持続時間を有する定常レベル７
０（図３ｃ）からなり、その両側に定常レベル７１及び
７２を有している。該各々は、該定常レベル７０の間に
零の電流の強さを有する６０°の持続時間を有してい
る。
【００３４】各シーケンスの中で、定常レベル２７、２
８及び２９等の強さｉ及び−ｉ並びに２ｉ及び−２ｉ
（図２ａから図２ｃ）又は定常レベル７０の強さｉ及び
−ｉ（図３ａから図３ｃ）を得るために、パルス幅変調
（ＰＷＭ）は対応して活性化されるトランジスタの導通
を命令するために用いられる。例えば、パルス幅変調
は、８ｋＨｚの周波数になる。この８ｋＨｚの信号の各
周期の間、最大の強さを得るために、繰返し比が半分に
等しくなる。この比は、低い強さを得るために０から半
分までの範囲となる。従って、図１に表される第２のシ
ーケンス中に、トランジスタ１３1 のベースに供給され
る高周波信号の繰返し比は、定常レベル２８を得るため
の半分に等しくなり、トランジスタ１３4 及び１３6 の
ための繰返し比は、定常レベル３０及び３１の１／４に
等しくなる。
８及び２９等の強さｉ及び−ｉ並びに２ｉ及び−２ｉ
（図２ａから図２ｃ）又は定常レベル７０の強さｉ及び
−ｉ（図３ａから図３ｃ）を得るために、パルス幅変調
（ＰＷＭ）は対応して活性化されるトランジスタの導通
を命令するために用いられる。例えば、パルス幅変調
は、８ｋＨｚの周波数になる。この８ｋＨｚの信号の各
周期の間、最大の強さを得るために、繰返し比が半分に
等しくなる。この比は、低い強さを得るために０から半
分までの範囲となる。従って、図１に表される第２のシ
ーケンス中に、トランジスタ１３1 のベースに供給され
る高周波信号の繰返し比は、定常レベル２８を得るため
の半分に等しくなり、トランジスタ１３4 及び１３6 の
ための繰返し比は、定常レベル３０及び３１の１／４に
等しくなる。
【００３５】定常動作において、電動機が回転する際、
個々のトランジスタは時間経過中に一様に実行されるこ
とが容易に理解できる。
個々のトランジスタは時間経過中に一様に実行されるこ
とが容易に理解できる。
【００３６】対比して、回転子が停止している際、トラ
ンジスタは絶えず不均一に制御される。例えば、命令が
定常レベル２８、３０及び３１（図２）に対応しなけれ
ばならないようにセンサ２３が回転子の位置を指示する
なら、トランジスタ１３1 、１３4 及び１３6 だけが絶
えず導通しており、トランジスタ１３1 は、トランジス
タ１３4 及び１３6 を介して流れる電流の２倍となる強
さを有する電流によって絶えず通過される。従って、ト
ランジスタ１３1 は、最大の強さの電流によって絶えず
通過される。このトランジスタは、それゆえ定常動作の
状態でさらされる熱よりも高い熱にさらされる。
ンジスタは絶えず不均一に制御される。例えば、命令が
定常レベル２８、３０及び３１（図２）に対応しなけれ
ばならないようにセンサ２３が回転子の位置を指示する
なら、トランジスタ１３1 、１３4 及び１３6 だけが絶
えず導通しており、トランジスタ１３1 は、トランジス
タ１３4 及び１３6 を介して流れる電流の２倍となる強
さを有する電流によって絶えず通過される。従って、ト
ランジスタ１３1 は、最大の強さの電流によって絶えず
通過される。このトランジスタは、それゆえ定常動作の
状態でさらされる熱よりも高い熱にさらされる。
【００３７】トランジスタ１３3 及び１３6 は、最大の
強さの電流によって通過されないが、それにもかかわら
ず絶えず導通しているために過度の熱に耐えるであろ
う。
強さの電流によって通過されないが、それにもかかわら
ず絶えず導通しているために過度の熱に耐えるであろ
う。
【００３８】ターンオフ回転子と同じような動作もま
た、起動時に発生する。これは、この段階の動作におい
て、３つのトランジスタが他方のトランジスタよりも長
い時間実行されるためである。
た、起動時に発生する。これは、この段階の動作におい
て、３つのトランジスタが他方のトランジスタよりも長
い時間実行されるためである。
【００３９】図３に表された個々の形態において、起動
時又は回転子停止時に、他方のトランジスタよりも長い
時間実行される２つのトランジスタがある。
時又は回転子停止時に、他方のトランジスタよりも長い
時間実行される２つのトランジスタがある。
【００４０】少なくとも１つのトランジスタにおけるこ
の長い動作は、起動時又は回転子停止時のトランジスタ
の熱が起動時に最大トルクを可能とするように、全ての
トランジスタの大きさに導かれるかもしれない。この取
組みはコストがかかるであろう。価格が大きさに依存す
る高価な部品であるトランジスタが、定常動作用に設計
されないなら、起動時のトルク特性が低くされる。即
ち、トルクが起動時に最大とならない。
の長い動作は、起動時又は回転子停止時のトランジスタ
の熱が起動時に最大トルクを可能とするように、全ての
トランジスタの大きさに導かれるかもしれない。この取
組みはコストがかかるであろう。価格が大きさに依存す
る高価な部品であるトランジスタが、定常動作用に設計
されないなら、起動時のトルク特性が低くされる。即
ち、トルクが起動時に最大とならない。
【００４１】トランジスタの過度な大きさ（過度に高
価）又は電動機特性の減少を招かないために、本発明に
よれば、起動時又は回転子停止時に、各トランジスタの
制御変調は、定常動作における変調の周波数を実質的に
低い周波数で実行される。変調周波数（又はチョッパ周
波数）が、定常動作のもとで８ｋＨｚであるなら、起動
時のこの変調周波数は、１つの例として、１ｋＨｚのレ
ンジになる。
価）又は電動機特性の減少を招かないために、本発明に
よれば、起動時又は回転子停止時に、各トランジスタの
制御変調は、定常動作における変調の周波数を実質的に
低い周波数で実行される。変調周波数（又はチョッパ周
波数）が、定常動作のもとで８ｋＨｚであるなら、起動
時のこの変調周波数は、１つの例として、１ｋＨｚのレ
ンジになる。
【００４２】そのため、この推論は、トランジスタの損
失（又は他の固体制御スイッチ）が、第１に導通部品及
び第２に整流部品の２つの部品を有することの観測に基
づいている。トランジスタ及び整流損失が電流、電圧及
び整流周波数に比例することによって、導通損失は流れ
る電流の強さに比例する。従って、これらの損失Ｐは、
以下の式に対応する。 Ｐ＝Ｋ1 Ｉ＋Ｋ2 ＩＵｆ
失（又は他の固体制御スイッチ）が、第１に導通部品及
び第２に整流部品の２つの部品を有することの観測に基
づいている。トランジスタ及び整流損失が電流、電圧及
び整流周波数に比例することによって、導通損失は流れ
る電流の強さに比例する。従って、これらの損失Ｐは、
以下の式に対応する。 Ｐ＝Ｋ1 Ｉ＋Ｋ2 ＩＵｆ
【００４３】この式では、Ｋ1 及びＫ2 が比例定数であ
り、Ｉがトランジスタを介して流れる電流の強さであ
り、Ｕがこの同じトランジスタの端子電圧であり、ｆが
整流周波数即ちこの場合のパルス幅変調の周波数であ
る。
り、Ｉがトランジスタを介して流れる電流の強さであ
り、Ｕがこの同じトランジスタの端子電圧であり、ｆが
整流周波数即ちこの場合のパルス幅変調の周波数であ
る。
【００４４】周波数ｆが減少するなら、損失Ｐも減少す
ることが分かる。
ることが分かる。
【００４５】好ましい模範的な実施形態として、変調周
波数ｆ’は、低速時に選択される。従って、回転子停止
時又は起動時のトランジスタの損失は周波数ｆの定常動
作の損失に等しくなる。
波数ｆ’は、低速時に選択される。従って、回転子停止
時又は起動時のトランジスタの損失は周波数ｆの定常動
作の損失に等しくなる。
【００４６】１つの例として、この周波数ｆ’は、１ｋ
Ｈｚに等しく、定常動作の周波数ｆは８ｋＨｚとなる。
もちろん、周波数ｆ’の値は、Ｋ1 及びＫ2 、即ちトラ
ンジスタの特性に依存する。
Ｈｚに等しく、定常動作の周波数ｆは８ｋＨｚとなる。
もちろん、周波数ｆ’の値は、Ｋ1 及びＫ2 、即ちトラ
ンジスタの特性に依存する。
【００４７】８ｋＨｚの周波数は、第１に電流リップル
を制限するように、第２に音響妨害を誘発しないように
選択されることに注目しなければならない。実際に、イ
ンバータ変換器によって供給される電動機の動作中に、
最大振幅の振動を発生することは２よりも高い高調波の
みとなる。それゆえ、非可聴周波数で振動する。
を制限するように、第２に音響妨害を誘発しないように
選択されることに注目しなければならない。実際に、イ
ンバータ変換器によって供給される電動機の動作中に、
最大振幅の振動を発生することは２よりも高い高調波の
みとなる。それゆえ、非可聴周波数で振動する。
【００４８】対比して、１ｋＨｚのレンジの周波数ｆ’
は、可聴振動を誘発する。電動機のこの特性及びその供
給は、面倒な問題を構成しない。特定の環境において有
用な起動音信号を発生するため、有利な特徴となるかも
しれない。
は、可聴振動を誘発する。電動機のこの特性及びその供
給は、面倒な問題を構成しない。特定の環境において有
用な起動音信号を発生するため、有利な特徴となるかも
しれない。
【００４９】ｆ’からｆのパルス幅変調の周波数の変化
をもたらすために、種々の方法で続けることができる。
をもたらすために、種々の方法で続けることができる。
【００５０】第１の実施形態では、限定された値である
周波数ｆ’が起動時にだけ供給される。従って、値ｆ
は、遷移なしに供給される。
周波数ｆ’が起動時にだけ供給される。従って、値ｆ
は、遷移なしに供給される。
【００５１】他の実施形態では、この命令は、変調周波
数が特定時間Ｔに対して徐々にｆ’からｆへ変化するよ
うにされる。
数が特定時間Ｔに対して徐々にｆ’からｆへ変化するよ
うにされる。
【００５２】１つの他の形態では、周波数ｆは電動機の
回転速度に依存するようにする。
回転速度に依存するようにする。
【００５３】図４は、電動機の回転速度ＮがＸ軸上にプ
ロットされ、チョッパ周波数即ちパルス幅変調周波数が
Ｙ軸上にプロットされたグラフである。この例の中で、
周波数ｆは、回転速度が零に等しいときに１ｋＨｚの値
を有しており、５００ｒｐｍのレンジの回転速度のとき
の８ｋＨｚの値に徐々に達するように制御される。
ロットされ、チョッパ周波数即ちパルス幅変調周波数が
Ｙ軸上にプロットされたグラフである。この例の中で、
周波数ｆは、回転速度が零に等しいときに１ｋＨｚの値
を有しており、５００ｒｐｍのレンジの回転速度のとき
の８ｋＨｚの値に徐々に達するように制御される。
【００５４】図５は、トランジスタ１３を制御するため
に設計されたアナログ型回路の図である。
に設計されたアナログ型回路の図である。
【００５５】この例において、第１の比較器４０は、所
望の電流の強さの値Ｉref を受け取る１つの入力４１
と、計測された電流の強さの値Ｉmes を受け取る第２の
入力４２とを有している。この比較器４０の出力４３
は、入力４１及び４２の間の差εが得られ、この入力４
３は、コレクタ装置４４によってもう一方の比較器４６
の入力４５に接続される。比較器４６は、可変周波数ｆ
を有する信号を送る発生器４８の出力に接続される。比
較器４６の出力は、トランジスタ１３のベースに接続さ
れる。
望の電流の強さの値Ｉref を受け取る１つの入力４１
と、計測された電流の強さの値Ｉmes を受け取る第２の
入力４２とを有している。この比較器４０の出力４３
は、入力４１及び４２の間の差εが得られ、この入力４
３は、コレクタ装置４４によってもう一方の比較器４６
の入力４５に接続される。比較器４６は、可変周波数ｆ
を有する信号を送る発生器４８の出力に接続される。比
較器４６の出力は、トランジスタ１３のベースに接続さ
れる。
【００５６】図５の回路動作は、図６のグラフによって
示される。このグラフでは、可変周波数ｆを有する発生
器４８によって与えられた三角波信号５０は、コレクタ
４４の出力の信号５１と比較される。信号５０が信号５
１よりも大きく振幅する際に、比較器４６の出力が
「高」状態５２となり、逆に、信号５０の振幅が信号５
１の振幅よりも低くなった際に、比較器４６の出力が
「低」状態５３となる。従って、トランジスタ１３を制
御するために、三角波信号５０の周波数ｆでパルス振幅
変調が得られる。
示される。このグラフでは、可変周波数ｆを有する発生
器４８によって与えられた三角波信号５０は、コレクタ
４４の出力の信号５１と比較される。信号５０が信号５
１よりも大きく振幅する際に、比較器４６の出力が
「高」状態５２となり、逆に、信号５０の振幅が信号５
１の振幅よりも低くなった際に、比較器４６の出力が
「低」状態５３となる。従って、トランジスタ１３を制
御するために、三角波信号５０の周波数ｆでパルス振幅
変調が得られる。
【００５７】１つの例として、トランジスタ１３に対す
る最大許容損失は３００ワットのレンジであり、定常動
作の周波数は８ｋＨｚ、起動時の周波数は１ｋＨｚであ
る。
る最大許容損失は３００ワットのレンジであり、定常動
作の周波数は８ｋＨｚ、起動時の周波数は１ｋＨｚであ
る。
【００５８】図５及び図６を参照して実施形態のアナロ
グ型が説明されたけれども、実施形態のデジタル型は、
本発明の範囲内にある。
グ型が説明されたけれども、実施形態のデジタル型は、
本発明の範囲内にある。
【００５９】図７は、電動機の回転速度ＮがＸ軸上にプ
ロットされ、トルクＣがＹ軸上にプロットされたグラフ
である。電動機の特性は、０〜２０００ｒｐｍの範囲の
速度のとき一定の値Ｃ１を有するようになる。次いで、
トルクＣは、８０００ｒｐｍに至るまで減少する。低速
度のために起動時点（零速度）の前方からトルクは最大
Ｃ１を保持することがわかる。曲線６０は、一気にパル
ス幅変調の周波数ｆが低速度用に維持すべきであるな
ら、得られるであろうトルクＣを表している。従って、
起動時のトルクの減少が得られることがわかる。
ロットされ、トルクＣがＹ軸上にプロットされたグラフ
である。電動機の特性は、０〜２０００ｒｐｍの範囲の
速度のとき一定の値Ｃ１を有するようになる。次いで、
トルクＣは、８０００ｒｐｍに至るまで減少する。低速
度のために起動時点（零速度）の前方からトルクは最大
Ｃ１を保持することがわかる。曲線６０は、一気にパル
ス幅変調の周波数ｆが低速度用に維持すべきであるな
ら、得られるであろうトルクＣを表している。従って、
起動時のトルクの減少が得られることがわかる。
【００６０】本発明は、単一のインバータ変換器によっ
て供給された同期電動機に限定されない。従って、１つ
の実施形態において、固定子は回転子の周りに分散され
た巻線の群を有しており、各巻線は１つのインバータ変
換器によって供給される。
て供給された同期電動機に限定されない。従って、１つ
の実施形態において、固定子は回転子の周りに分散され
た巻線の群を有しており、各巻線は１つのインバータ変
換器によって供給される。
【図１】インバータ変換器及び電動機の原理を表す概略
図である。
図である。
【図２ａ】図１の電動機の固定子の第１の相の電流の強
さを表すグラフである。
さを表すグラフである。
【図２ｂ】図１の電動機の固定子の第２の相の電流の強
さを表すグラフである。
さを表すグラフである。
【図２ｃ】図１の電動機の固定子の第３の相の電流の強
さを表すグラフである。
さを表すグラフである。
【図３ａ】他の形態に関係する図２ａと同様のグラフで
ある。
ある。
【図３ｂ】他の形態に関係する図２ｂと同様のグラフで
ある。
ある。
【図３ｃ】他の形態に関係する図２ｃと同様のグラフで
ある。
ある。
【図４】本発明による電動機の回転速度とパルス幅変調
周波数との関係を表すグラフである。
周波数との関係を表すグラフである。
【図５】本発明の模範となるアナログ型の回路図であ
る。
る。
【図６】図５の回路の動作を表すグラフである。
【図７】本発明の利点を表す電動機の回転速度とトルク
との関係を表すグラフである。
との関係を表すグラフである。
１０ 同期電動機 １０1 、１０2 、１０3 各相の入力 １１ インバータ変換器 １２ バッテリ １２1 正端子 １２2 負端子 １３ トランジスタ １３1 、１３2 、１３3 、１３4 、１３5 、１３6 ト
ランジスタ １４ コレクタ １５ エミッタ １６、１７、１８ 共通の端子 ２０ 装置 ２１ ベースに係合する並列の出力 ２２ センサからの入力 ２３ センサ ２６ 電流Ｉ1 の第１の正の半波長 ２７、２８、２９、３０、３１、７０、７１、７２ 定
常レベル ４０、４６ 比較器 ４１、４２、４５、４７ 比較器の入力 ４３ 比較器の出力 ４４ コレクタ装置 ４８ 発生器 ５０ 三角波信号 ５１ コレクタ４４の出力信号 ５２ 「高」状態 ５３ 「低」状態 ６０ 曲線
ランジスタ １４ コレクタ １５ エミッタ １６、１７、１８ 共通の端子 ２０ 装置 ２１ ベースに係合する並列の出力 ２２ センサからの入力 ２３ センサ ２６ 電流Ｉ1 の第１の正の半波長 ２７、２８、２９、３０、３１、７０、７１、７２ 定
常レベル ４０、４６ 比較器 ４１、４２、４５、４７ 比較器の入力 ４３ 比較器の出力 ４４ コレクタ装置 ４８ 発生器 ５０ 三角波信号 ５１ コレクタ４４の出力信号 ５２ 「高」状態 ５３ 「低」状態 ６０ 曲線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アラン レヴィ フランス国， 91190 ジフ エス／イヴ ェト， アレ ドゥ ラ バニエール ド ゥ モプルテュイ， ６番地 (72)発明者 エルンスト シマネク フランス国， 94117 アルキュイユ セ デ， アヴェニュ デュ プレズィダン サルヴァドール アレンド， 13番地 ト ムソン−セーエスエフ エスセーペーイ内 (72)発明者 ヴォルフラム ディーツェ フランス国， 94117 アルキュイユ セ デ， アヴェニュ デュ プレズィダン サルヴァドール アレンド， 13番地 ト ムソン−セーエスエフ エスセーペーイ内
Claims (14)
- 【請求項１】 回転磁界電気電動機の固定子に交番電流
を供給するためのインバータ変換器であって、該インバ
ータ変換器は該固定子に交番電流を送る固体型の複数の
制御スイッチを備えており、該交番電流の各々の強さ
は、各半波長中に、該強さが実質的に一定であり、かつ
該スイッチの各々の導通を制御するチョッパ信号の繰返
し比によって決められる各々の間の連続シーケンスを有
しているインバータ変換器において、 チョッパ信号の周波数ｆを与えるための手段を備えてお
り、回転子の零回転速度におけるチョッパ周波数値ｆ’
が、回転子の零とは異なる回転速度のためのチョッパ周
波数よりも小さくなるように構成されていることを特徴
とするインバータ変換器。 - 【請求項２】 零速度の前記チョッパ周波数ｆ’は、各
制御スイッチの最大損失が零速度において定常動作にお
ける場合と同じであるように選択されることを特徴とす
る請求項１に記載のインバータ変換器。 - 【請求項３】 前記チョッパ周波数ｆ’は前記電動機の
回転速度と共に増加することを特徴とする請求項１又は
２に記載のインバータ変換器。 - 【請求項４】 前記チョッパ周波数ｆ’は第１の値まで
前記電動機の回転速度Ｎと共に増加し、該周波数ｆは第
１の値よりも速い回転速度に対して一定となることを特
徴とする請求項３に記載のインバータ変換器。 - 【請求項５】 前記チョッパ周波数は、所定時間Ｔの間
に増加することを特徴とする請求項３に記載のインバー
タ変換器。 - 【請求項６】 定常動作において前記チョッパ周波数ｆ
が非可聴振動を発生するような値を有しており、零速度
における該周波数の値ｆ’が可聴振動を発生するように
なっていることを特徴とする請求項１に記載のインバー
タ変換器。 - 【請求項７】 定常動作における前記周波数ｆは、８ｋ
Ｈｚのレンジであることを特徴とする請求項１に記載の
インバータ変換器。 - 【請求項８】 零速度の前記チョッパ周波数は、１ｋＨ
ｚのレンジであることを特徴とする請求項１に記載のイ
ンバータ変換器。 - 【請求項９】 前記複数の制御スイッチが複数のトラン
ジスタであることを特徴とする請求項１に記載のインバ
ータ変換器。 - 【請求項１０】 各対において、前記スイッチは直列に
接続されており、これら２つのスイッチの組はアキュム
レータのバッテリの端子にあり、前記制御は、各瞬間に
おいて、各対の中で１つのスイッチだけが導通してお
り、位相の１つの電流の強さが他の２つの位相の電流の
強さの２倍に等しくなるようになっていることを特徴と
する請求項１に記載のインバータ変換器。 - 【請求項１１】 同期電動機の供給用に設計され、電動
機の固定子について回転子の位置における信号を与える
センサを備えており、該センサは前記制御スイッチの動
作のシーケンスを制御するようになっていることを特徴
とする請求項１に記載のインバータ変換器。 - 【請求項１２】 前記制御は、各時点において、前記交
番電流の周波数が前記電動機の同期する値に維持される
ようにすることを特徴とする請求項１１に記載のインバ
ータ電動機。 - 【請求項１３】 好ましくは１つ又は複数の永久磁石を
用いる回転子を有する、同期型の牽引用電動機を備える
電気的車両であって、該車両はインバータ変換器を備え
ていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１
項に記載の電気的車両。 - 【請求項１４】 前記電動機の固定子は三相型であり、
インバータ変換器は３つの対の制御スイッチを備えてい
ることを特徴とする請求項１３に記載の車両。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9601058 | 1996-01-30 | ||
| FR9601058A FR2744301B1 (fr) | 1996-01-30 | 1996-01-30 | Onduleur d'alimentation d'un moteur electrique de traction d'un vehicule |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH104697A true JPH104697A (ja) | 1998-01-06 |
Family
ID=9488607
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9029870A Withdrawn JPH104697A (ja) | 1996-01-30 | 1997-01-30 | 車両の牽引用電気電動機の電源用インバータ変換器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5852356A (ja) |
| EP (1) | EP0788220A1 (ja) |
| JP (1) | JPH104697A (ja) |
| FR (1) | FR2744301B1 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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