JPS62236302A - 電気自動車用誘導モ−タの制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電気自１’ＪＪ　ｒＬＴ用誘導モータの制御方
法、特にモータ損失の少ない効率の良い一次電流を供給
することによって、モータの目標トルクを（７る電気自
動車用誘電モータの制御方法に関するものである。

［従来の技術］ 有害な排出ガスを生じない無公害自動車として電気自動
車が研究されており、一部に既に実用化の段階となって
いる。

初期の電気自動車の駆動源としては制御が容易な直流モ
ータが用いられていたが、この直流モータはブラシその
他の保守が面倒であり、近年において電気自動車の駆動
源としては保守の容易なインバータ制御された誘導モー
タが用いられるようになってきた。

周知のごとく、電気自動車に用いられるモータは通常の
産業用上−夕と異なりトルク制御され、必要なトルク制
御を行い自動車の操縦性能を安定化させるために、ベク
トル制御あるいは滑り周波数制御ｌ１等によって誘導モ
ータが１ＩＩＩＪ御されている。

［発明が解決しようとする問題点１ 周知のごとく、誘導モータの出力トルクはモータ磁束と
トルクＴｉ流との積に比例し、必要なトルクを１！７る
ためには前記モータ磁束とトルク電流のいずれかを変更
して必要な一次電流を誘導モータに与えれば良い。

しかしながら、従来の装置にＪ３いては、磁束−窓領域
での制御が行われ、トルク電流を変更することによって
のみ出力トルクを変えていた。

このような従来の制御方法によれば、制御工程を簡素化
することができるが、一方において、広範囲に変動する
トルクに対応して常にモータ損失を小さくすることがで
きないとう問題があった。

すなわら、誘導モータのモータ損失はモータ磁束による
磁束損失とトルク電流によるトルク電流損失の両者が存
在し、これらの両損失はそれぞれ設定されたモータ磁束
及びトルク電流に依存し、従来のごとくモータ磁束を一
定に保持している場合には、誘導モータの出力トルクに
よっては損失が著しく増大してしまうという問題があっ
た。

特に、モータ磁束を一定にした制御の場合、通常は、前
記一定の磁束はモータ磁束を最大値に固定した領域とし
て設定され、到底広範囲の出力トルク領域において常に
最適な効率を１！？ることは不可能である。

このようなモータ損失の増大は電気自動車の消費電力を
増加させ、限られたバッテリ古本で走行できる距離を低
下させ、電気自動車の開発に大きな阻害要因となってい
た。

本発明は上記従来の課題に鑑み為されたものであり、そ
の目的は、大きく変動する出力トルクの全範囲において
一次電流を制御することによりモータ磁束及びトルク電
流を調整し、磁束損失とトルク電流損失の両者の総合モ
ータ損失が最小値となるようにし、さらに目標トルクを
得るまでのモータ磁束の調整時間を短縮した電気自動車
用誘導モータの制御方法を提供することにある。

［問題点を解決するための手段１ 上記目的を達成するために、本発明は、従来のモータ磁
束一定制御とは異なり、必要な目標トルク及びモータ回
転数によって総合モータ損失が最小となる最適モータ磁
束をまず演算し、次にこの決定された最適モータ磁束に
おいて目標トルクを出力するための最適トルク電流を演
算し、走行指令及び走行条件に基づいて誘導を一タに必
要な目標トルクを求め、前記目標トルクが出力されるよ
うにＸｉモータに所望の一次電流を供給する電気自動車
用誘導モータの制御方法において、予め定められている
磁束／損失特性データから前記目標トルクとモータ回転
数に応じてモータ損失が最小となる最適モータ磁束を演
算し、次にモータ磁束／トルク電流特性データから前記
定められた最適モータ磁束で目標トルクを出力するため
の最適トルク電流を演算し、 更に前記最適モータ磁束と現在のモータ磁束との差に基
づいて、モータ磁束の増加調整の過渡時に生じるモータ
磁束の変化遅れを補償するための最適モータ磁束より大
きい補正モータ磁束を演算し、 出力トルク増加に応じたモータ磁束の調整過渡時には前
記補正モータ磁束を得るための磁化電流と、最適トルク
電流と、から定まる一次Ｔｉ流指令誘導モータに供給す
ることとし、 調整後モータ磁束が最適モータ磁束に達した侵は、前記
最適モータ磁束を得る磁化電流と前記最適トルク電流と
からモータ損失を最小にする一次電流指令を誘導モータ
に供給することを特徴とする。

［作用］ 従って、本発明によれば、必要な目標トルクを１９るた
めにモータ磁束及びトルク゛電流の両者を最適値に、か
つ応答性良く調整することができ、全トルク領域及び周
波数領域において必要な消費電流を最小に制御ＩＩする
結果、電気自動車の走行距離を茗しく拡大することが可
能となる。

本発明において、目標トル、りは与えられた走行指令及
び走行条デーから所定の演算式により求められ、この目
標トルクを得るために、予め設定された磁束／損失特性
データからまず現在のモータ回転数においてモータ損失
が最小となる最適モータ磁束が求められる。そして、こ
の１ｑられたＲ通計−夕磁束に応じて必要な目標トルク
を得ることのできるトルク電流が次に求められ、更に前
記最適を月 り一夕磁束ど現在のモータ磁束どに基づいて、調整過渡
時におけるモータ磁束の変化遅れを補償する補正モータ
磁束が求められ、出力トルクの増加時のモータ磁束の調
整過渡時には最適モータ磁束より大ぎい補正モータ磁束
を得るための磁化電流が設定され、そして調整後モータ
磁束が最適モータ磁束に達した後は、前記最適モータ磁
束を１″：Ｊる磁化電流と前記最適トルク電流の両者か
ら誘導モータに与えられる一次電流が最終的に演算され
る。

［実施例］ 以下図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する。

第３図には誘導モータにおりる理想的なベクトル図が示
されて４３す、縦軸の磁化電流１゜によって誘導モータ
の〔−タ磁束Φが生じ、また横軸のトルク電流Ｉ□によ
って前記モータ磁束のとともにモータにトルクを発生さ
せることができる。従って、誘導モータには前記磁化電
流Ｉ。とトルク電流１．とのベクトル和である一次電流
１１が供給されることとなる。

従って、−次電流１１が前記定トルク線上を移動するよ
うにぼｆ２磁化電流１゜とトルク電流Ｉ□とを制御する
ことによって常に一定の定トルクを４７ることが可能と
なる。すなわら、本発明において、従来と異なり、モー
タ磁束Φを変化した場合においても、これに見合うトル
ク電流１．を設定することによって、必要な目標トルク
を得ることが可能どなる。

そして、前記モータ磁束Φとトルク電流ＩＴもイれぞれ
によって定まる別個の損失をぞれらの総合損失が最小と
なるようなかつ一定トルクを出力するだめの一次電流１
１を任意に選択可能であることが理解される。

また、第３図において、定１〜ルク線はモータコイルの
抵抗成分、インダクタンス成分による位相のずれを無視
した理想的なトルク一定の特性を示しているが、−次電
流調整時において実際にはこれら成分により［−夕磁束
は、トルク電流に対し変化遅れを生じている。

従って、この（−夕磁束が最適モータ磁束となるまでの
過渡時においてシ、１１−次電流供給による必要な目標
トルクは今だ得られていない。

本発明においては、このような原理に基づき、まず必要
な目標トルクを１！７るために最小のモータ損失となる
最適モータ磁束Φ１を求め、次にこのモータ磁束Φ“に
よって目標トルクＴ“を得るための最適トルク電流１．
“を求め、更に、目標トルクＴ１の増加時のモータ磁束
の調整過渡時においてモータ磁束を応答性良く調整する
ための補正エータ磁束Φ＊ｎを演９し、モータ磁束調整
過渡時には最適モータ磁束Φ１より大きい補正モータ磁
束Φ＊ｎ＠得るに必要な磁化電流と、最適トルク電流■
ビとから定まる一次電流を誘導モータ調整後モータ磁束
が最適モータ磁束の“に達した後は、最適モータ磁束を
得る磁化電流と最適トルク電流とによって決定される一
次電流１１を誘導エータに供給することを特徴とする。

第４図は誘導モータの総合的な最小モータ１０失を求め
るための磁束／Ｕ失時特性あり、横軸にはモータ磁束Φ
そして縦軸にはモータ磁束とトルク電流の両名によって
生じる総合的な℃−タ損失ηが示されている。

第４図において、誘導モータの回転数は一定に保持され
、３本の特性はそれぞれ七−夕の出力トルクをバラメー
クとし、図のごとくモータ出力トルクの大、中、及び小
の特性が図示されている。

従って、第４図から、各特性の底値となる領域を結べば
、図の斜線を施したモータ損失最小領域を知ることが可
能となる。エータ出力１−ルクが小さくなるに従い、モ
ータ磁束が小さいところでモータ損失が最小になる傾向
にあることが理解される。もちろん、第４図は任意に定
めた一定回転数における特性であり、電気自動車に必要
な全てのモータ回転数に対してこのような特性を得るこ
とが可能である。

第５図は前記第４図で説明した磁束／損失特性をモータ
回転数Ｎの各変化に応じて総合的なモータ損失が最小と
なるエータをマツプ上に示した図であり、必要なモータ
出力トルクＴを得るために現在のモータＵ転数Ｎによれ
ば損失最小のモータ磁束のをとの値に定めればよいかが
明らかとなる。

このような磁束／ＩＣ１失特性データはｂちろ／ν各誘
導モータあるいは実装される電気自動車によって異なり
、これらのデータは予め特定機種の電気自動車に対して
実験及び３１ｒ１の両省にＪ：って決定することができ
、このマツプデータをモータ制御用の回路にＲＯＭその
他の記憶情報として任意に読出し可能に組込むことがで
きる。

そして、以上のようにして最適モータ磁束Φ“が決定さ
れれば、前述した第３図の定トルク特性に基づいて必要
な最適トルク電流■ビ求めることが可能となり、このト
ルク電流ｌビの決定も予め定めたデータから容易に導き
出すことができ、このようなデータも回路のＲＯＭ上に
記録することができる。

第６図は最適トルク電流Ｉ　＊を求めるための丁 マツプの一例を示し、モータ回転数Ｎとモータ出力トル
クＴに応じて求められるモータトルク電流■、が図示の
ごときマツプ上に表示され、このようなモータトルク電
流データも前述したごとく回路のＲＯＭ上に任意に読出
し可能に記録可能である。

第１図には前述した本発明に係る制御方法を実際の電気
自動車用誘導モータ制御に用いた場合の７０−ヂＩ／−
トを示し、更に第１図のフローチレートを実行覆るため
の制御回路が第２図に示されている。

第２図において、電気自動車の駆動源である誘導モータ
１０はインバータ制御されており、また前記インバータ
１１１１制御を行うために、ベクトル演算回路が用いら
れている。

１〜ルク演算装￥ｆｆ１２は車両の走行指令及び走行条
件に応じて必要な目標トルクＴＩを出力し、この目標ト
ルクは効率最適化回路１４に送られ、本発明の特徴的な
最適モータ磁束Φ８及び最適トルク電流Ｉビの両者の演
ｎ、更に最適モータ磁束Φ９と現在のモータ磁束に基づ
く、補正モータ磁束Φ＊ｎの演算が行われる。そして、
このようにして求められた補正モータ磁束Φ＊ｎと最適
トルク電流ＩＴ′がベクトル制御のためにベクトル演算
回路１６に供給され、その出ツノがＰＷＭ制御回路１８
によってインバータ主回路２０に供給され、前記誘導モ
ータ１０の一次電流が制御される。

前記誘導モータ１０の電流はバッテリ２２から前記イン
バータ主回路２０を介して供給されてい企・ 更に、前記バッテリ２２の電圧は電圧検出回路２４によ
り検出されまたインバータ主回路２　Ｏｈｓら誘導モー
タ１０に供給される電流が電流検出回路２６により検出
され、更に誘導モータ１０の回転数はパルスジェネレー
タ２８により検出され、これら各検出信号がそれぞれ所
望の演算装置及び制御回路に供給されている。

第１図において制御回路の初期化が行われると、本発明
によるモータ制御が実行され、ステップ１０１において
各種データの読込みが行われる。

前記読込みデータは前後進スイッチ、アクセルセンサ、
アクセルスイッチ、ブレーキセンサ及びプレー：Ｖスイ
ッチからそれぞれ与えられる走行指令とモータ温度、イ
ンバータ温度、モータ回転数、バッテリ温度、バッテリ
電圧を含む走行条イ′１の両者を含み、トルク演粋装置
１２はこれらの走行）Ｆ？令及び走行条件に基づき必要
な目標１〜ルクＴ＊を演算する（ステップ１０２．１０
３＞。

実施例においてステップ１０３はバッテリ温度あるいは
インバータ温度による補正作用をを示し、温度上７？ｎ
）に通常の場合必要トルクＴＩ”所定分減停して必要な
目標トルクＴ“を定める。

前記モータ走行指令及び走行条件における目標１ヘルク
の設定（，１従来と同様に各電気自動車に定められた特
性データから演算され、第７図はこのような特性データ
の一例を示す。

第７図に、υいて、横軸はモータ回転数Ｎを示し、正領
域は正転、そして負領域は逆転を示している。

また、縦ｑｓｌ＋は［−夕出力トルクＴを示す。

今電気自動車が停止している状態では符号ａで示した位
置にあり、この状態で前３Ｗする場合にはアクセルが開
かれ、アクセル１００％の特性まで１．、；　　　　モ
ータ出ツノトルクがｂに向って急激に増加する。

このモータ出力１−ルク発生にて電気自動車番よ発進し
、太い実線で示されるごとく、モータ回転数Ｎは順次増
加し、一定のモータ回転数すなりらＣ位置においてモー
タ出力トルクも順次ｄに向って減少する。ｄからアクセ
ルを戻づと一定のモータ回転数Ｎを保ちながらモータ出
ツノトルクＴ＋Ｊｅまで減少し、更にこのアクセル開度
においてモータ回転数Ｎはｆに向って増加する。

ｆから自動車を停止する場合アクセルの戻しとブレーキ
の踏込みが行われ、モータ出力トルクＴは負領域に移行
し、ブレーキの踏込み状態で定まるｑにモータ出力トル
クＴが保持され、この状態は回生状態を示している。ブ
レーキの踏込みに応じ、モータ回転数Ｎは順次減少し、
ｈにて自動車は停止し、再び元の位Ｆｉａまで戻る。

このような第７図に示した特性は予め各電気自動車の１
幾種に応じて定められ、この特性データは第２図に示し
たトルク演算装置１２のＲＯＭＷに書込まれており、前
記走行指令及び走行条件に応じて適宜この目標トルクが
読出される。

前記目標トルクＴＩはパルスジェネレータ２８から出力
されるも一タ回転数、実施例においては、モータ周波数
ｆｍととともに効率Ｆ１適化回路１７Ｉにおいて総合的
なモータ損失を最小とする最適モータ磁束Φ８及び最適
トルク電流ＴＴ′に変換される。この演算は第１図のス
テップ１０４に占いで行われる。ステップ１０４では必
要な目標トルクＴ＊とモータ回転数Ｎ　（ｆｍ）から前
述した第４あるいは第５図で示した磁束／損失特性デー
タに基づぎ仝体的なモータ損失を最小とする最適モータ
磁束Φ９が求められる。

更に、前記求められた最適モータ磁束Φ９から前述した
第３図あるいは第６図のデータに基づいて必要な最適ト
ルク電流１１＊が求められる。

次に、ステップ１０５においてこのモータ磁束のトルク
電流に対する変化遅れを考慮し、補正モータ磁束の９８
を演算する。この補正モータ磁束Φ１ｏは、モータ磁束
が最適モーター１束に立ち上がるまでの調整過渡時にお
いては所望の目標トルクＴ＊を（９ることができないこ
とを考慮し、最適モータ磁束Φ“よりも大きなモータ磁
束Φ１　を指令することにより、モータ磁束を応答性良
く変化さび一１調整過渡時間を短縮するために設定され
るものである。最適モータ磁束に応じた磁化電流より大
きな磁化電流を供給することによってモータ磁束の立ち
上りを速くするものである。

この補正モータ磁束Φ８　を青るための演算は次式によ
って行われる。

Φ　ｎ＝中　＋１／２（Φ１−０１　　　）・・・（１
） 式（１）において、Φ９　　は現在のモータ磁束を示し
、補正モータ磁束の９　は、最適り一タ磁束Φ１と現在
のモータ磁束Φゝｎ−１との差に応じて決定される。

従って、モータ磁束Φ８　　が最適モータ磁束Φ９まで
立ち上った後は、最適モータ磁束Φ１が指令されること
となる。

以上のステップ１０４及び１０５のｒＡｑ処１１ｐは第
２図における効率最適化回路１４にて常峙行ねれる。

以上のようにして、求めた補正モータ磁束Φ＊ｎと前記
最適トルク電流ｒ−が定まると、■ 次に本実施例においては、ベクトル制御によってモータ
電圧Ｖ１とモーター次周波数ｆ１との演算をベクトルｌ
ｌ　痺回路１６によって行う（ステップ１０６）。

館記ベクトル演惇口路１６にはパルスジェネレータ２８
から与えられるモータ周波数ｆｍ、電流検出回路２Ｇか
ら検出されたモータを流１１そしで、電圧検出回路２４
から検出されたバッテリ電圧Ｖ。が入力８れており、こ
れらの検出信口と前記与えられた補正モータ磁束Φ＊ｎ
及び最適トルク電流１　　″によって所望のベクトル演
算が行わ■ れる。ベクトル演算の結果はモータ電圧■１としてＰＷ
Ｍ制御回路１８に供給され、まｌこ滑り周波数ＦＳ′／
ｆｉ前記モータ周波数ｆｍと加桿されてモー−ター次周
波数ｆ１としてＰ　Ｗ　Ｍ　ｉｉ！Ｉ　ｔｉｎ回路１８
に供給される。

、ｊ 前記ＰＷＭ制御回路１８は供給されたモータ電圧■１と
モーター次周波数ｆ１とからインバータ制御信号である
パルス信号Ｐをインバータ主回路２０に供給しくステッ
プ１０７）、インバータ主回路２０はこの与えられたパ
ルス信号Ｐに基づいてバッテリ２２の直流電力を必要な
交流電力に変換し誘導モータ１６に所望の一次電流を供
給する。

従って、本実施例によれば、誘導モータ１０は広範囲に
変動する目標トルク領域及びモータ回転数領域において
、供給される一次電流を制ｍすることにより、モータ磁
束Φ及びトルク電流１１を調整し、磁束損失とトルク電
流損失の両名の相互モータ損失が最小値となるようにし
、更に目標ｌ・ルクを得るまでのモータ磁束調整過渡時
においてモータ磁束を応答性良く変化させその調整時間
を短縮することができ、この結果、バッテリ２２の消耗
を著しく軽減することが可能となる。

［発明の効果］ 以−りのごとく、本発明によれば、目標トルクを得るま
でのモータ磁束調整時間を短縮するとともに、目標トル
クを得た後の平常時においては、誘導モータは常に最小
の総合損失にて駆動され、この結果、バッテリ充電走行
距離を著しく延長させ、電気自ＵＪ車の行動範囲を拡大
することが可能となる。

前記走行距離の延長はバッテリの充電回数を減少させ、
メンテナンスの煩雑さを減すことから電気自動車の実用
化に極めて有用である。

もちろん、走行距離の延長は必要な走行距離を短く設定
することによってバッテリ自体の小型化及び自動車Φ吊
の減少をもたらすことができ、更にバッテリの一小型化
は自動車のデザインの自由度を増大させる効果を生じる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る制御方法の好適な実施例を示すフ
ローヂレート図、 第２図は第１図のフローチ１７−トを実行するための制
御回路図、 第３図は誘導モータにおけるモータ磁束Φとトルク電流
［１との関係を示す特性図、 第４図は回転数を一定としたときにモータ出力トルクを
パラメータとしたモータ磁束／損失特性図、 第５図及び第６図はそれぞれ本発明に用いられるモータ
磁束及びモータトルク電流のデータマツプ図、 第７図は本発明を用いた自動車走行状態を示ず特性図で
ある。 １０　・・・　誘導モータ １２　・・・　トルク演算装置 １４　・・・　効率最適化回路 １６　・・・　ベクトル演算回路 １８　・・・　Ｐ　Ｗ　Ｍ　ｉ！ＩＩＩ御回路２０　・
・・　インバータ主回路 ２２　・・・　バッテリ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）走行指令及び走行条件に基づいて誘導モータに必
   要な目標トルクを求め、前記目標トルクが出力されるよ
   うに誘導モータに所望の一次電流を供給する電気自動車
   用誘導モータの制御方法において、 予め定められている磁束／損失特性データから前記目標
   トルクとモータ回転数に応じてモータ損失が最小となる
   最適モータ磁束を演算し、 次にモータ磁束／トルク電流特性データから前記定めら
   れた最適モータ磁束で目標トルクを出力するための最適
   トルク電流を演算し、 更に前記最適モータ磁束と現在のモータ磁束との差に基
   づいて、モータ磁束の増加調整の過渡時に生じるモータ
   磁束の変化遅れを補償するための最適モータ磁束より大
   きい補正モータ磁束を演算し、 出力トルク増加に応じたモータ磁束の調整過渡時には前
   記補正モータ磁束を得るための磁化電流と、最適トルク
   電流と、から定まる一次電流指令誘導モータに供給する
   こととし、 調整後モータ磁束が最適モータ磁束に達した後は、前記
   最適モータ磁束を得る磁化電流と前記最適トルク電流と
   からモータ損失を最小にする一次電流指令を誘導モータ
   に供給することを特徴とする電気自動車用誘導モータの
   制御方法。