JP3262253B2 - 電気車用駆動制御装置及び制御方法 - Google Patents
電気車用駆動制御装置及び制御方法Info
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
- B60L15/02—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles characterised by the form of the current used in the control circuit
- B60L15/025—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles characterised by the form of the current used in the control circuit using field orientation; Vector control; Direct Torque Control [DTC]
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
-
- 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、交流電動機をベクトル
制御する電気車用駆動制御装置における高効率制御方式
に関するものである。
制御する電気車用駆動制御装置における高効率制御方式
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】交流電動機である誘導電動機のベクトル
制御に関する従来の技術としては、特公昭６２−１２７
５４号公報に開示されているものがある。これによれ
ば、誘導電動機を基底速度以上の速度領域で定出力で運
転する場合には、磁束指令の発生方法を、速度に対して
反比例より緩和して弱める関数発生器を用いることによ
って、基底速度以上の運転時における誘導電動機電圧の
上昇抑制を行う方法が提示されている。
制御に関する従来の技術としては、特公昭６２−１２７
５４号公報に開示されているものがある。これによれ
ば、誘導電動機を基底速度以上の速度領域で定出力で運
転する場合には、磁束指令の発生方法を、速度に対して
反比例より緩和して弱める関数発生器を用いることによ
って、基底速度以上の運転時における誘導電動機電圧の
上昇抑制を行う方法が提示されている。
【０００３】また、特開昭６２−２３３００２号公報に
は、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演算し、このモ
ータ磁束及びトルク電流の調整過渡時並びに調整後にお
いて、常にモータ損失の最も少なくなる一次電流を誘導
モータに供給し、消費電力を最小にする方法が提示され
ている。
は、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演算し、このモ
ータ磁束及びトルク電流の調整過渡時並びに調整後にお
いて、常にモータ損失の最も少なくなる一次電流を誘導
モータに供給し、消費電力を最小にする方法が提示され
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記特公昭６２−１２
７５４号公報に開示されたような技術においては、規定
医速度以下の回転速度の場合には出力トルクの大小にか
かわらず磁束指令を強めにしており、出力トルクが低い
場合でも誘導電動機では余分な磁束を常に発生させてい
ることにより、効率を低下させる要因となると考えられ
る。また、電力変換器の出力制限により、出力特性を高
速域では定出力よりもさらに出力を下げるいわゆる弱め
界磁制御を行って、誘導電動機電圧を高速では上昇しな
いように制御する必要があり、磁束指令を回転速度に応
じて関数をもとに弱める制御を行っているが、効率を高
めるための高効率制御については述べられてはいない。
また、高速回転時に電力変換器の能力以上の電圧を電動
機に印加させる必要があり、誘導電動機を駆動する電力
変換器を小型化することについて十分に配慮されていな
い。
７５４号公報に開示されたような技術においては、規定
医速度以下の回転速度の場合には出力トルクの大小にか
かわらず磁束指令を強めにしており、出力トルクが低い
場合でも誘導電動機では余分な磁束を常に発生させてい
ることにより、効率を低下させる要因となると考えられ
る。また、電力変換器の出力制限により、出力特性を高
速域では定出力よりもさらに出力を下げるいわゆる弱め
界磁制御を行って、誘導電動機電圧を高速では上昇しな
いように制御する必要があり、磁束指令を回転速度に応
じて関数をもとに弱める制御を行っているが、効率を高
めるための高効率制御については述べられてはいない。
また、高速回転時に電力変換器の能力以上の電圧を電動
機に印加させる必要があり、誘導電動機を駆動する電力
変換器を小型化することについて十分に配慮されていな
い。
【０００５】一方、特開昭６２−２３３００２号公報に
開示された技術においては、電源の状態量が考慮されて
いない。電気自動車の場合には、電源として例えばバッ
テリを用いるため、走行中バッテリ残量が大幅に変動す
る。電源の状態量が高い状態であるならば電力変換器の
容量の限度内で誘導電動機への印加電圧を設計電圧より
も高く印加でき、電動機の銅損の損失、電力変換器での
損失を低減させて装置全体の効率を良くする事が出来
る。従来の技術はこの点に関してはなんら考慮されてい
ない。
開示された技術においては、電源の状態量が考慮されて
いない。電気自動車の場合には、電源として例えばバッ
テリを用いるため、走行中バッテリ残量が大幅に変動す
る。電源の状態量が高い状態であるならば電力変換器の
容量の限度内で誘導電動機への印加電圧を設計電圧より
も高く印加でき、電動機の銅損の損失、電力変換器での
損失を低減させて装置全体の効率を良くする事が出来
る。従来の技術はこの点に関してはなんら考慮されてい
ない。
【０００６】上記の問題に鑑み本発明の目的は、要求さ
れる出力トルクおよび電源の状態量に応じて最適な磁束
指令を算出し、電気車駆動制御装置を常に効率の良い動
作点で動作させる制御装置または制御方法を提供するこ
とにある。
れる出力トルクおよび電源の状態量に応じて最適な磁束
指令を算出し、電気車駆動制御装置を常に効率の良い動
作点で動作させる制御装置または制御方法を提供するこ
とにある。
【０００７】本発明の他の目的は、電気車用駆動制御装
置における電力変換器の小型化を図ることにある。
置における電力変換器の小型化を図ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、電気車駆動用の誘導電動機と、直流電源
の電力を変換して前記誘導電動機に供給する電力変換器
と、指令に基づき前記電力変換器を介して前記誘導電動
機を制御する制御装置とを備え、前記誘導電動機の一次
電流を制御するための基本トルク指令をもとにトルク電
流成分及び励磁電流成分をそれぞれ生成し、前記誘導電
動機をベクトル制御する電気車用駆動制御装置におい
て、前記基本トルク指令から基本磁束指令を算出する基
本磁束指令算出手段と、前記基本磁束指令を前記誘導電
動機の回転速度により補正する為の値である磁束制限値
を設定する回転数補正手段と、前記誘導電動機の回転速
度をもとに前記基本磁束指令の上限を決める磁束制御手
段と、前記基本トルク指令の上限値を決めるトルク制限
手段と、前記基本トルク指令とトルク指令の上限値を元
に前記磁束指令を補正する磁束補正量を算出する磁束補
正手段と、前記磁束補正量を前記誘導電動機の回転速度
により補正する係数を算出する磁束回転数補正手段を備
えたことにある。
成するために、電気車駆動用の誘導電動機と、直流電源
の電力を変換して前記誘導電動機に供給する電力変換器
と、指令に基づき前記電力変換器を介して前記誘導電動
機を制御する制御装置とを備え、前記誘導電動機の一次
電流を制御するための基本トルク指令をもとにトルク電
流成分及び励磁電流成分をそれぞれ生成し、前記誘導電
動機をベクトル制御する電気車用駆動制御装置におい
て、前記基本トルク指令から基本磁束指令を算出する基
本磁束指令算出手段と、前記基本磁束指令を前記誘導電
動機の回転速度により補正する為の値である磁束制限値
を設定する回転数補正手段と、前記誘導電動機の回転速
度をもとに前記基本磁束指令の上限を決める磁束制御手
段と、前記基本トルク指令の上限値を決めるトルク制限
手段と、前記基本トルク指令とトルク指令の上限値を元
に前記磁束指令を補正する磁束補正量を算出する磁束補
正手段と、前記磁束補正量を前記誘導電動機の回転速度
により補正する係数を算出する磁束回転数補正手段を備
えたことにある。
【０００９】本発明の他の特徴は、電気車駆動用の誘導
電動機と、直流電源の電力を変換して前記誘導電動機に
供給する電力変換器と、指令に基づき前記電力変換器を
介して前記誘導電動機を制御する制御装置とを備えた電
気車において、前記誘導電動機の一次電流を制御するた
めの基本トルク指令をもとにトルク電流成分及び励磁電
流成分をそれぞれ生成し、前記誘導電動機をベクトル制
御する電気車の駆動制御方法であって、前記基本トルク
指令から基本磁束指令を算出し、前記基本磁束指令を前
記誘導電動機の回転速度により補正する為の値である磁
束制限値を設定し、前記誘導電動機の回転速度をもとに
前記基本磁束指令の上限を決め、前記基本トルク指令の
上限値を設定し、前記基本トルク指令とトルク指令の上
限値を元に前記磁束指令を補正する磁束補正量を算出
し、前記磁束補正量を前記誘導電動機の回転速度により
補正する係数を算出する、ことにある。
電動機と、直流電源の電力を変換して前記誘導電動機に
供給する電力変換器と、指令に基づき前記電力変換器を
介して前記誘導電動機を制御する制御装置とを備えた電
気車において、前記誘導電動機の一次電流を制御するた
めの基本トルク指令をもとにトルク電流成分及び励磁電
流成分をそれぞれ生成し、前記誘導電動機をベクトル制
御する電気車の駆動制御方法であって、前記基本トルク
指令から基本磁束指令を算出し、前記基本磁束指令を前
記誘導電動機の回転速度により補正する為の値である磁
束制限値を設定し、前記誘導電動機の回転速度をもとに
前記基本磁束指令の上限を決め、前記基本トルク指令の
上限値を設定し、前記基本トルク指令とトルク指令の上
限値を元に前記磁束指令を補正する磁束補正量を算出
し、前記磁束補正量を前記誘導電動機の回転速度により
補正する係数を算出する、ことにある。
【００１０】
【作用】本発明によれば、交流電動機を制御する磁束指
令を、電力変換器の電源の状態量により補正することに
より、電源の状態に応じて電動機に印加する電圧を電力
変換器の出力容量の制限内で増加させて、効率の良い動
作点で装置を運転する事ができる。
令を、電力変換器の電源の状態量により補正することに
より、電源の状態に応じて電動機に印加する電圧を電力
変換器の出力容量の制限内で増加させて、効率の良い動
作点で装置を運転する事ができる。
【００１１】すなわち、本発明によれば、電動機が発生
する所望のトルクの指令から、基本磁束指令算出手段に
より基本磁束指令を算出する。電動機の発生するトルク
が低いとき、すなわちトルク指令が小さい時には基本磁
束指令も小さくして、トルク指令に応じた基本磁束指令
を求め、さらに回転速度補正を行った磁束指令を算出し
て、この最終磁束指令をもとに電力変換器を制御するこ
とにより、電動機の銅損、電力変換器の損失を低減さ
せ、効率を向上させることができる。
する所望のトルクの指令から、基本磁束指令算出手段に
より基本磁束指令を算出する。電動機の発生するトルク
が低いとき、すなわちトルク指令が小さい時には基本磁
束指令も小さくして、トルク指令に応じた基本磁束指令
を求め、さらに回転速度補正を行った磁束指令を算出し
て、この最終磁束指令をもとに電力変換器を制御するこ
とにより、電動機の銅損、電力変換器の損失を低減さ
せ、効率を向上させることができる。
【００１２】さらに、電力変換器の電圧、例えばバッテ
リ状態量例えばバッテリ残量、あるいはパワー密度によ
りトルク制限手段と磁束制限手段の出力値を電源補正手
段で補正を加えて最終磁束指令の制限量を補正すること
により、バッテリ残量が多い時には電動機に印加する電
圧を電力変換器の出力容量の制限内で増加させて、効率
の良い動作点で装置を駆動させる。
リ状態量例えばバッテリ残量、あるいはパワー密度によ
りトルク制限手段と磁束制限手段の出力値を電源補正手
段で補正を加えて最終磁束指令の制限量を補正すること
により、バッテリ残量が多い時には電動機に印加する電
圧を電力変換器の出力容量の制限内で増加させて、効率
の良い動作点で装置を駆動させる。
【００１３】また、電動機に印加される電圧は電動機回
転速度等の状態量に対して自由に設定できるので、高速
回転時に電力変換器の能力以上の電圧を電動機に印加さ
せる必要がなく、電力変換器の小型化をはかることがで
きる。
転速度等の状態量に対して自由に設定できるので、高速
回転時に電力変換器の能力以上の電圧を電動機に印加さ
せる必要がなく、電力変換器の小型化をはかることがで
きる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明による実施例について図面を参
照して説明する。図１は、本発明の一実施例になる電気
車用駆動制御装置の構成を示すブロック図である。１は
アクセル装置、１１は直流電源、１４は電力変換器、１
５は電動機、４０は制御手段である。電力変換器１４
は、電源１１の電力を変換して電動機１５に供給し動作
させる働きを行う。アクセル装置１は、運転者の操作に
よる操作量を電気的な信号に変換するものであり、その
出力信号は、電力変換器１４を制御するための制御手段
４０の内部のトルク指令発生関数２のブロックへ入力さ
れる。ここで電動機１５の発生するトルクの制御量であ
る基本トルク指令２ａを決定する。
照して説明する。図１は、本発明の一実施例になる電気
車用駆動制御装置の構成を示すブロック図である。１は
アクセル装置、１１は直流電源、１４は電力変換器、１
５は電動機、４０は制御手段である。電力変換器１４
は、電源１１の電力を変換して電動機１５に供給し動作
させる働きを行う。アクセル装置１は、運転者の操作に
よる操作量を電気的な信号に変換するものであり、その
出力信号は、電力変換器１４を制御するための制御手段
４０の内部のトルク指令発生関数２のブロックへ入力さ
れる。ここで電動機１５の発生するトルクの制御量であ
る基本トルク指令２ａを決定する。
【００１５】トルク指令２ａは、フィルタ手段３と磁束
発生手段５に入力される。フィルタ手段３に入力された
トルク指令２ａは、フィルタ処理されて目標トルク指令
３ａとなる。この目標トルク指令３ａは、トルク電流算
出手段４に入力される。先に述べたトルク指令２ａは磁
束発生手段５にも入力されるが、この磁束発生手段５の
ブロックでは、所望のトルク指令２ａに対応した磁束指
令５ａを、テーブルもしくは関数により発生する。発生
された磁束指令５ａはトルク電流算出手段４に入力され
る。トルク電流算出手段４では、入力された目標トルク
指令３ａと磁束指令５ａに基づいてトルク電流指令４ａ
を算出する。算出されたトルク電流指令４ａは、ベクト
ル制御演算手段１３に入力される。
発生手段５に入力される。フィルタ手段３に入力された
トルク指令２ａは、フィルタ処理されて目標トルク指令
３ａとなる。この目標トルク指令３ａは、トルク電流算
出手段４に入力される。先に述べたトルク指令２ａは磁
束発生手段５にも入力されるが、この磁束発生手段５の
ブロックでは、所望のトルク指令２ａに対応した磁束指
令５ａを、テーブルもしくは関数により発生する。発生
された磁束指令５ａはトルク電流算出手段４に入力され
る。トルク電流算出手段４では、入力された目標トルク
指令３ａと磁束指令５ａに基づいてトルク電流指令４ａ
を算出する。算出されたトルク電流指令４ａは、ベクト
ル制御演算手段１３に入力される。
【００１６】磁束発生手段５にて発生した磁束指令５ａ
は、トルク電流算出手段４の他に励磁電流算出手段７、
励磁リアクタンス発生手段６に入力される。励磁リアク
タンス発生手段では、入力された磁束指令５ａに相当す
る励磁リアクタンスの制御量を、テーブルもしくは関数
により発生する。発生した励磁リアクタンス６ａは励磁
電流発生手段７に入力される。励磁電流発生手段７は入
力された磁束指令５ａと励磁リアクタンス６ａより励磁
電流指令７ａを算出し、ベクトル制御演算手段１３に伝
達する。
は、トルク電流算出手段４の他に励磁電流算出手段７、
励磁リアクタンス発生手段６に入力される。励磁リアク
タンス発生手段では、入力された磁束指令５ａに相当す
る励磁リアクタンスの制御量を、テーブルもしくは関数
により発生する。発生した励磁リアクタンス６ａは励磁
電流発生手段７に入力される。励磁電流発生手段７は入
力された磁束指令５ａと励磁リアクタンス６ａより励磁
電流指令７ａを算出し、ベクトル制御演算手段１３に伝
達する。
【００１７】磁束指令５ａはさらにすべり周波数発生手
段８にも入力される。すべり周波数発生手段８にはその
ほかに、２次抵抗検出値９ａ、トルク電流指令４ａが入
力される。２次抵抗検出値９ａは、２次抵抗検出手段９
での処理において電動機１５の温度を温度検出手段１７
により抵抗値もしくは電圧として信号を受け取り、電動
機１５の巻線抵抗の温度に対応した２次抵抗検出値９ａ
を求めることにより算出する。
段８にも入力される。すべり周波数発生手段８にはその
ほかに、２次抵抗検出値９ａ、トルク電流指令４ａが入
力される。２次抵抗検出値９ａは、２次抵抗検出手段９
での処理において電動機１５の温度を温度検出手段１７
により抵抗値もしくは電圧として信号を受け取り、電動
機１５の巻線抵抗の温度に対応した２次抵抗検出値９ａ
を求めることにより算出する。
【００１８】すべり周波数算出手段８では、入力された
磁束指令５、２次抵抗検出値９ａ、トルク電流指令４ａ
をもとにすべり周波数８ａを求める。算出されたすべり
周波数８ａはベクトル制御演算手段１３に入力される。
磁束指令５、２次抵抗検出値９ａ、トルク電流指令４ａ
をもとにすべり周波数８ａを求める。算出されたすべり
周波数８ａはベクトル制御演算手段１３に入力される。
【００１９】電動機１５には、電動機の回転速度を信号
に変換して伝達する回転速度検出手段１６が備えられて
おり、回転速度検出手段１６からの信号をもとに速度検
出手段１０にて電動機１５の回転速度を演算し、ベクト
ル制御演算手段１３に回転速度１０ａとして伝達する。
に変換して伝達する回転速度検出手段１６が備えられて
おり、回転速度検出手段１６からの信号をもとに速度検
出手段１０にて電動機１５の回転速度を演算し、ベクト
ル制御演算手段１３に回転速度１０ａとして伝達する。
【００２０】ベクトル制御演算手段１３では、先に述べ
たトルク電流指令４ａ、励磁電流指令７ａ、すべり周波
数８ａ、回転速度１０ａを入力し、一次電流指令１３
ａ、位相角指令１３ｂ、一次周波数指令１３ｃを出力す
る。
たトルク電流指令４ａ、励磁電流指令７ａ、すべり周波
数８ａ、回転速度１０ａを入力し、一次電流指令１３
ａ、位相角指令１３ｂ、一次周波数指令１３ｃを出力す
る。
【００２１】電力変換器１４は、ベクトル制御演算手段
１３から算出された一次電流指令１３ａ、位相角指令１
３ｂ、一次周波数指令１３ｃを入力して、電動機１５に
所望のトルクを発生するための電流を供給する。電源１
１の電源電圧１１ａは、補正係数算出手段１２に伝達さ
れ、ここで電源電圧の大きさに応じた補正係数ＫＶＢ１
２ａが算出される。この補正係数ＫＶＢ１２ａは、磁束
発生手段５に入力されて、電源電圧１１ａに対応した磁
束指令５ａの制御量の補正を行う。なお、この電源電圧
１１ａは電源１１のパワー密度の信号であっても良い。
１３から算出された一次電流指令１３ａ、位相角指令１
３ｂ、一次周波数指令１３ｃを入力して、電動機１５に
所望のトルクを発生するための電流を供給する。電源１
１の電源電圧１１ａは、補正係数算出手段１２に伝達さ
れ、ここで電源電圧の大きさに応じた補正係数ＫＶＢ１
２ａが算出される。この補正係数ＫＶＢ１２ａは、磁束
発生手段５に入力されて、電源電圧１１ａに対応した磁
束指令５ａの制御量の補正を行う。なお、この電源電圧
１１ａは電源１１のパワー密度の信号であっても良い。
【００２２】本発明によれば、このような構成とするこ
とにより、運転者の操作量すなわち所望のトルク指令２
ａに応じた磁束指令５ａを発生することができ、トルク
指令が小さい時には磁束指令、つまり励磁電流を小さく
することができる。したがって、無用な電流を流すこと
が無いので無効電力を低減できることになり、効率を向
上させることができる。また、電源電圧等で磁束指令を
補正することにより、電圧が高い時には磁束指令を補正
する事によって、駆動装置を効率の良い動作点で運転す
る事ができる。
とにより、運転者の操作量すなわち所望のトルク指令２
ａに応じた磁束指令５ａを発生することができ、トルク
指令が小さい時には磁束指令、つまり励磁電流を小さく
することができる。したがって、無用な電流を流すこと
が無いので無効電力を低減できることになり、効率を向
上させることができる。また、電源電圧等で磁束指令を
補正することにより、電圧が高い時には磁束指令を補正
する事によって、駆動装置を効率の良い動作点で運転す
る事ができる。
【００２３】図２は、図１に示した電気車用駆動制御装
置の基本ブロック図における磁束発生手段５の詳細を示
す一実施例である。
置の基本ブロック図における磁束発生手段５の詳細を示
す一実施例である。
【００２４】まず、入力されたトルク指令２ａは、基本
磁束発生手段１８に入力され、トルク指令２ａに対応し
た必要な量の磁束をテーブルまたは関数等の手段により
発生させることにより、φ0で示される基本磁束１９を
算出する。
磁束発生手段１８に入力され、トルク指令２ａに対応し
た必要な量の磁束をテーブルまたは関数等の手段により
発生させることにより、φ0で示される基本磁束１９を
算出する。
【００２５】一方、電動機１５の回転速度１０ａは、ま
ず基本磁束回転補正係数発生手段２０に入力される。基
本磁束回転補正係数発生手段２０では、回転速度１０ａ
に応じて先に述べた基本磁束１９を低減もしくは増加さ
せるための係数を、テーブルもしくは関数等の手段によ
り算出し、Ｋφで示される基本磁束回転補正係数２１を
算出する。回転速度１０ａは別途磁束制限値発生手段２
２に入力される。磁束制限値発生手段２２では、回転速
度１０ａより電動機に与えることができる磁束の制御量
の上限をテーブルもしくは関数等により算出し、φｌで
示される磁束制限値２３を算出する。また、磁束制限値
２３は電源の状態、例えば電源がバッテリである場合に
は、そのバッテリの残量又はパワー密度に応じて増減す
る補正係数１２ａが乗じられ、補正係数１２ａの値によ
って補正が行われるように作用する。先に述べた基本磁
束（φ0）１９は基本磁束回転補正係数（Ｋφ）２１と
演算され、基本磁束１９を基本磁束回転補正係数２１に
より低減もしくは増加させた基本補正磁束（φｌ）２６
を算出する。
ず基本磁束回転補正係数発生手段２０に入力される。基
本磁束回転補正係数発生手段２０では、回転速度１０ａ
に応じて先に述べた基本磁束１９を低減もしくは増加さ
せるための係数を、テーブルもしくは関数等の手段によ
り算出し、Ｋφで示される基本磁束回転補正係数２１を
算出する。回転速度１０ａは別途磁束制限値発生手段２
２に入力される。磁束制限値発生手段２２では、回転速
度１０ａより電動機に与えることができる磁束の制御量
の上限をテーブルもしくは関数等により算出し、φｌで
示される磁束制限値２３を算出する。また、磁束制限値
２３は電源の状態、例えば電源がバッテリである場合に
は、そのバッテリの残量又はパワー密度に応じて増減す
る補正係数１２ａが乗じられ、補正係数１２ａの値によ
って補正が行われるように作用する。先に述べた基本磁
束（φ0）１９は基本磁束回転補正係数（Ｋφ）２１と
演算され、基本磁束１９を基本磁束回転補正係数２１に
より低減もしくは増加させた基本補正磁束（φｌ）２６
を算出する。
【００２６】
【００２７】基本磁束比較手段２７において、基本補正
磁束（φ1）２６のほうが磁束制限値（φｌ）２３より
小さいと判定された場合には、非制限磁束選択経路２８
が選択される。この時には非制限磁束選択経路２８と磁
束出力選択手段３０は連動して非制限磁束選択経路２８
上の基本補正磁束（φ1）２６を磁束指令５ａとして出
力するように経路を切り換えるので、結果、基本補正磁
束２６が磁束指令５ａとして出力されるように動作す
る。
磁束（φ1）２６のほうが磁束制限値（φｌ）２３より
小さいと判定された場合には、非制限磁束選択経路２８
が選択される。この時には非制限磁束選択経路２８と磁
束出力選択手段３０は連動して非制限磁束選択経路２８
上の基本補正磁束（φ1）２６を磁束指令５ａとして出
力するように経路を切り換えるので、結果、基本補正磁
束２６が磁束指令５ａとして出力されるように動作す
る。
【００２８】基本磁束比較手段２７において、基本補正
磁束（φ1）２６のほうが磁束制限値（φｌt）２３より
も大きい場合には、電動機へ供給限度以上の磁束を与え
てしまうことになるので、その磁束を制限すべく、基本
磁束比較手段２７の選択経路を制限磁束選択経路３８の
方に選択する。このことにより、基本補正磁束２６は制
限磁束選択経路３８を経て磁束制限算出手段３７に到達
する。
磁束（φ1）２６のほうが磁束制限値（φｌt）２３より
も大きい場合には、電動機へ供給限度以上の磁束を与え
てしまうことになるので、その磁束を制限すべく、基本
磁束比較手段２７の選択経路を制限磁束選択経路３８の
方に選択する。このことにより、基本補正磁束２６は制
限磁束選択経路３８を経て磁束制限算出手段３７に到達
する。
【００２９】一方、トルク指令制限値発生手段２４より
算出されたトルク制限指令値（ＴD）２５は電源の状
態、例えば電源がバッテリである場合にはそのバッテリ
の残量又はパワー密度に応じて増減する補正係数１２ａ
が乗じられ補正係数１２ａの値によって補正が行われ
る。この補正されたトルク制限指令値（ＴＤ）２５とト
ルク指令２ａとの偏差を算出し、その出力としてトルク
制限偏差（ΔＴ）３１を出力する。トルク制限偏差３１
は、トルク制限指令値２５をトルク指令（τ*）２ａか
ら減算する方式で算出する。もし、トルク制限指令２５
の方が基本トルク指令２ａより大きい場合には、トルク
制限偏差（ΔＴ）３１は負の値となり、トルク制限指令
２５の方が基本トルク指令２ａより小さい場合には、ト
ルク制限偏差３１は正の値となる。
算出されたトルク制限指令値（ＴD）２５は電源の状
態、例えば電源がバッテリである場合にはそのバッテリ
の残量又はパワー密度に応じて増減する補正係数１２ａ
が乗じられ補正係数１２ａの値によって補正が行われ
る。この補正されたトルク制限指令値（ＴＤ）２５とト
ルク指令２ａとの偏差を算出し、その出力としてトルク
制限偏差（ΔＴ）３１を出力する。トルク制限偏差３１
は、トルク制限指令値２５をトルク指令（τ*）２ａか
ら減算する方式で算出する。もし、トルク制限指令２５
の方が基本トルク指令２ａより大きい場合には、トルク
制限偏差（ΔＴ）３１は負の値となり、トルク制限指令
２５の方が基本トルク指令２ａより小さい場合には、ト
ルク制限偏差３１は正の値となる。
【００３０】磁束低減量算出手段３２は、トルク制限偏
差（ΔＴ）３１が正の値の時に、トルク制限偏差３１の
値に応じて、ある任意のトルク指令以上の点にトルク指
令２ａが到達し、もしくは越えるような場合にそのトル
ク指令の超過分だけ磁束を減算するための基本磁束低減
量（Δφ）３３を算出する。回転速度１０ａからは、磁
束低減量補正係数算出手段３４によって基本磁束低減量
３３を増加または減少させるための係数である磁束低減
量補正係数（ＫΔφ）３５を算出する。基本磁束低減量
３３と磁束低減量補正係数３５は演算され最終磁束低減
量（Δφ2）３６を算出する。
差（ΔＴ）３１が正の値の時に、トルク制限偏差３１の
値に応じて、ある任意のトルク指令以上の点にトルク指
令２ａが到達し、もしくは越えるような場合にそのトル
ク指令の超過分だけ磁束を減算するための基本磁束低減
量（Δφ）３３を算出する。回転速度１０ａからは、磁
束低減量補正係数算出手段３４によって基本磁束低減量
３３を増加または減少させるための係数である磁束低減
量補正係数（ＫΔφ）３５を算出する。基本磁束低減量
３３と磁束低減量補正係数３５は演算され最終磁束低減
量（Δφ2）３６を算出する。
【００３１】これにより、まずトルク指令（τ*）２ａ
がトルク指令制限値（ＴD）２５を越える量が大きくな
るほど、基本磁束（φ0）を低減すべく基本磁束低減量
（Δφ）３３を増加させ、さらに回転速度が大きくなる
ほど磁束低減量補正係数（ＫΔφ）３５により基本磁束
低減量３３を増加もしくは減少させるように動作を行
う。
がトルク指令制限値（ＴD）２５を越える量が大きくな
るほど、基本磁束（φ0）を低減すべく基本磁束低減量
（Δφ）３３を増加させ、さらに回転速度が大きくなる
ほど磁束低減量補正係数（ＫΔφ）３５により基本磁束
低減量３３を増加もしくは減少させるように動作を行
う。
【００３２】算出された最終磁束低減量（Δφ2）３６
と、制限磁束選択経路３８によって伝達された基本補正
磁束（φ1）２６は磁束制限算出手段３７に入力され
る。磁束制限算出手段３７では入力された基本補正磁束
２６より最終磁束低減量３６を減算することにより制限
磁束２９を算出し、磁束出力選択手段３０を通じて磁束
（φ）５ａを発生させる。
と、制限磁束選択経路３８によって伝達された基本補正
磁束（φ1）２６は磁束制限算出手段３７に入力され
る。磁束制限算出手段３７では入力された基本補正磁束
２６より最終磁束低減量３６を減算することにより制限
磁束２９を算出し、磁束出力選択手段３０を通じて磁束
（φ）５ａを発生させる。
【００３３】上記の様な構成とすることにより、トルク
指令（τ*）２ａが小さい場合には、トルク指令２ａが
制限値より下の領域で動作するので、磁束指令５ａは制
限されない状態で出力される。トルク指令２ａが制限値
もしくは制限値を越える制御量に達した場合には、通常
通り磁束指令（φ）５ａを与えると、電動機の磁束が過
大になってしまい過大な磁束は電圧の上昇を招き、結果
的に電力変換器１４の容量の限度を越えてしまうことに
なるので、それを防ぐべく回転速度１０ａとトルク指令
２ａに応じて磁束指令５ａの制御量を制限し、電動機の
磁束過大とそれに伴う高速時の電動機電圧上昇を抑制す
る。図３に、図２における磁束発生の手順の一実施例を
示す。図３において、（ａ）〜（ｄ）の各図の横軸はト
ルク指令、縦軸は磁束指令を表している。まず、図３の
（ａ）においてある任意の点のトルク指令Ｔｘより基本
となる磁束φｘを検索する。これで電動機回転速度によ
らないトルク指令に対応した磁束が得られる。次に図３
の（ｂ）では、電動機回転速度に応じた磁束の補正係数
Ｋφを用いて、これにより磁束を補正係数で変化させ
る。この結果、図３の（ａ）で求めたφｘは、係数によ
り補正されてφｘ’となる。次に、図３の（ｃ）に示す
ように、演算時点でのトルク指令の大きさをもとに、磁
束を制限する必要があるかどうかをＴＬによって判別す
る。ＴｘがＴＬより小さければ非制限領域、大きければ
制限領域という判別を行う。
指令（τ*）２ａが小さい場合には、トルク指令２ａが
制限値より下の領域で動作するので、磁束指令５ａは制
限されない状態で出力される。トルク指令２ａが制限値
もしくは制限値を越える制御量に達した場合には、通常
通り磁束指令（φ）５ａを与えると、電動機の磁束が過
大になってしまい過大な磁束は電圧の上昇を招き、結果
的に電力変換器１４の容量の限度を越えてしまうことに
なるので、それを防ぐべく回転速度１０ａとトルク指令
２ａに応じて磁束指令５ａの制御量を制限し、電動機の
磁束過大とそれに伴う高速時の電動機電圧上昇を抑制す
る。図３に、図２における磁束発生の手順の一実施例を
示す。図３において、（ａ）〜（ｄ）の各図の横軸はト
ルク指令、縦軸は磁束指令を表している。まず、図３の
（ａ）においてある任意の点のトルク指令Ｔｘより基本
となる磁束φｘを検索する。これで電動機回転速度によ
らないトルク指令に対応した磁束が得られる。次に図３
の（ｂ）では、電動機回転速度に応じた磁束の補正係数
Ｋφを用いて、これにより磁束を補正係数で変化させ
る。この結果、図３の（ａ）で求めたφｘは、係数によ
り補正されてφｘ’となる。次に、図３の（ｃ）に示す
ように、演算時点でのトルク指令の大きさをもとに、磁
束を制限する必要があるかどうかをＴＬによって判別す
る。ＴｘがＴＬより小さければ非制限領域、大きければ
制限領域という判別を行う。
【００３４】非制限領域の場合は図３の（ｂ）で求めた
φｘ’をそのまま磁束として演算に用いれば良い。制限
領域の場合には、例えばトルク指令がＴ１の値であった
場合には、式ａのごとくＴ１よりＴＬを減算し、それを
φａとする。この計算は、単純に式ａのごとく計算して
も良いし、（Ｔ１−ＴＬ）の演算結果よりテーブルを参
照して求めても良い。トルク指令がＴ２である場合にも
式ａのように計算を行い、磁束の制限を行う。このよう
にして図３の（ｄ）のように磁束を電動機に過大に供給
しないように制限した磁束指令φの特性を得ることがで
き、電動機の電圧上昇を抑制する事ができる。
φｘ’をそのまま磁束として演算に用いれば良い。制限
領域の場合には、例えばトルク指令がＴ１の値であった
場合には、式ａのごとくＴ１よりＴＬを減算し、それを
φａとする。この計算は、単純に式ａのごとく計算して
も良いし、（Ｔ１−ＴＬ）の演算結果よりテーブルを参
照して求めても良い。トルク指令がＴ２である場合にも
式ａのように計算を行い、磁束の制限を行う。このよう
にして図３の（ｄ）のように磁束を電動機に過大に供給
しないように制限した磁束指令φの特性を得ることがで
き、電動機の電圧上昇を抑制する事ができる。
【００３５】また、磁束を制限する量の算出方法を、テ
ーブルや関数などの手段によって行うことにより、磁束
を供給する特性を線形、あるいは非線形と自由に設定す
ることができる。
ーブルや関数などの手段によって行うことにより、磁束
を供給する特性を線形、あるいは非線形と自由に設定す
ることができる。
【００３６】図３で述べた様な演算により求めた磁束
は、電力変換器の容量や、電力変換器に入力する電源の
最低電圧から決まる電動機印加電圧上限値より決められ
ているのが普通である。誘導電動機を用いた駆動装置の
特性としては、電動機に印加する電圧は、設計したとき
の電圧よりも高く印加した方が同出力でも電動機に通電
する電流を小さくできることから、電動機の銅損や電力
変換器の損失が少なくなり、効率が良くなるという特性
がある。その特性を図４に示す。図４は、横軸が電動機
の電圧、縦軸はそれに対する効率を表している。電力変
換器に供給される電源電圧が最低動作条件になった場合
に、電力変換器より供給できる電動機印加電圧がＥ１で
あるという場合には、電動機に与える磁束は電動機電圧
Ｅ１に合わせて設計することになる。しかし実際には、
効率についての観点で電動機電圧を考えると、Ｅ３まで
電動機電圧を印加した方が先に述べた理由により効率が
良くなる。しかし、電動機電圧をＥ３で設計すると、電
源電圧が最低動作条件になった場合には、電力変換器は
Ｅ１しか電動機に供給できないので、電圧不足となるこ
とが考えられる。
は、電力変換器の容量や、電力変換器に入力する電源の
最低電圧から決まる電動機印加電圧上限値より決められ
ているのが普通である。誘導電動機を用いた駆動装置の
特性としては、電動機に印加する電圧は、設計したとき
の電圧よりも高く印加した方が同出力でも電動機に通電
する電流を小さくできることから、電動機の銅損や電力
変換器の損失が少なくなり、効率が良くなるという特性
がある。その特性を図４に示す。図４は、横軸が電動機
の電圧、縦軸はそれに対する効率を表している。電力変
換器に供給される電源電圧が最低動作条件になった場合
に、電力変換器より供給できる電動機印加電圧がＥ１で
あるという場合には、電動機に与える磁束は電動機電圧
Ｅ１に合わせて設計することになる。しかし実際には、
効率についての観点で電動機電圧を考えると、Ｅ３まで
電動機電圧を印加した方が先に述べた理由により効率が
良くなる。しかし、電動機電圧をＥ３で設計すると、電
源電圧が最低動作条件になった場合には、電力変換器は
Ｅ１しか電動機に供給できないので、電圧不足となるこ
とが考えられる。
【００３７】図５のように横軸を電動機回転数、縦軸を
電動機電圧の関係で表すと、磁束を大きくすると電動機
印加電圧Ｅは高くなり、磁束を小さくすると電動機印可
電圧Ｅは小さくなるという関係がある。この特性を用い
て、電源電圧または電源電圧に類するバッテリのパワー
密度によって磁束の制御量を調節し、電源電圧が高い場
合には磁束を大きくして効率の良い運転を行い、電源電
圧が低下した場合にはそれにあわせて磁束を下げて電動
機電圧の制限を行い、電力変換器の能力内で運転を行う
ようにする。
電動機電圧の関係で表すと、磁束を大きくすると電動機
印加電圧Ｅは高くなり、磁束を小さくすると電動機印可
電圧Ｅは小さくなるという関係がある。この特性を用い
て、電源電圧または電源電圧に類するバッテリのパワー
密度によって磁束の制御量を調節し、電源電圧が高い場
合には磁束を大きくして効率の良い運転を行い、電源電
圧が低下した場合にはそれにあわせて磁束を下げて電動
機電圧の制限を行い、電力変換器の能力内で運転を行う
ようにする。
【００３８】図６は、本発明の電気車用駆動制御装置の
方法を用いた、電力変換器の小型化の方法の一実施例で
ある。図６の（ａ）〜（ｃ）の各図は、横軸が電動機回
転数、縦軸がそれに対応する出力特性と励磁電流の関係
を表している。
方法を用いた、電力変換器の小型化の方法の一実施例で
ある。図６の（ａ）〜（ｃ）の各図は、横軸が電動機回
転数、縦軸がそれに対応する出力特性と励磁電流の関係
を表している。
【００３９】通常、ベクトル制御では励磁電流つまり磁
束を一定として、トルク電流を制御することにより出力
トルクを制御する。このとき磁束φは下記の式で表すこ
とができる。
束を一定として、トルク電流を制御することにより出力
トルクを制御する。このとき磁束φは下記の式で表すこ
とができる。
【００４０】 φ ＝ Ｌｍ・Ｉｍ （Ｗｂ） ・・・（１） 但し φ：磁束 Ｌｍ：励磁リアクタンス Ｉｍ：励磁電流 その時の誘導電動機の電圧Ｅは、 Ｅ＝ω・φ＝２πｆ・Ｌｍ・Ｉｍ （Ｖ） ・・・（２） 但し Ｅ：誘導電動機電圧 ｆ：駆動周波数 と表すことができる。
【００４１】これは図６の（ａ）に示す様に、励磁電流
Ｉｍを一定とすると誘導電動機の電圧Ｅは駆動周波数ｆ
に比例して増大していくことを示している。
Ｉｍを一定とすると誘導電動機の電圧Ｅは駆動周波数ｆ
に比例して増大していくことを示している。
【００４２】このままの特性で運転すると、高速域では
非常に電圧Ｅが大きくなることになり、インバータもそ
れに見合った容量の物を準備する必要性がでてくる。し
かし電気車では高速域ではあまり大きなトルクを必要と
することは少く、また搭載車両のスペースや容量の関係
から搭載できる電力変換器の大きさには限界があるこ
と、小型、軽量を目的とする場合などにそぐわないもの
となり、不都合があった。
非常に電圧Ｅが大きくなることになり、インバータもそ
れに見合った容量の物を準備する必要性がでてくる。し
かし電気車では高速域ではあまり大きなトルクを必要と
することは少く、また搭載車両のスペースや容量の関係
から搭載できる電力変換器の大きさには限界があるこ
と、小型、軽量を目的とする場合などにそぐわないもの
となり、不都合があった。
【００４３】そこで、従来の方式では図６の（ｂ）に示
す様に、基底回転数ＮBまでは定トルクの制御を行い、
基底回転数ＮB以上では磁束すなわち励磁電流Ｉｍを回
転速度Ｎに反比例する形で制限することによって、電圧
Ｅの上昇を抑制し、電力変換器の容量を低減する方法が
用いられていた。
す様に、基底回転数ＮBまでは定トルクの制御を行い、
基底回転数ＮB以上では磁束すなわち励磁電流Ｉｍを回
転速度Ｎに反比例する形で制限することによって、電圧
Ｅの上昇を抑制し、電力変換器の容量を低減する方法が
用いられていた。
【００４４】しかし、図６の（ｂ）に示すような、励磁
電流Ｉｍを回転速度Ｎに反比例して弱めるような方法の
場合においても、電圧Ｅはやはり上昇傾向を示すので、
同様に電力変換器の小型化の点については限界があっ
た。
電流Ｉｍを回転速度Ｎに反比例して弱めるような方法の
場合においても、電圧Ｅはやはり上昇傾向を示すので、
同様に電力変換器の小型化の点については限界があっ
た。
【００４５】これに対し、図６の（ｃ）の特性に示すよ
うな、本発明の電気車の高効率制御装置の方法を用いれ
ば、回転数ＮC以上の高速域または高トルク域での磁束
すなわち励磁電流Ｉｍを線形または非線形に自由に制御
できるため、電力変換器の容量の限界にまで電圧Ｅが上
昇するより以前に磁束を低減させることによって電圧Ｅ
を電動機回転速度に対して上昇しないように制御でき
る。これにより、電力変換器の容量を増大させること無
く誘導電動機を高速まで制御することができる。
うな、本発明の電気車の高効率制御装置の方法を用いれ
ば、回転数ＮC以上の高速域または高トルク域での磁束
すなわち励磁電流Ｉｍを線形または非線形に自由に制御
できるため、電力変換器の容量の限界にまで電圧Ｅが上
昇するより以前に磁束を低減させることによって電圧Ｅ
を電動機回転速度に対して上昇しないように制御でき
る。これにより、電力変換器の容量を増大させること無
く誘導電動機を高速まで制御することができる。
【００４６】また、図６の（ｃ）において、基底回転数
ＮBまでと、回転数ＮBからＮCまでの定出力領域では図
６の（ｂ）の方法と同レベルの出力もしくはトルクを発
生させることができるので、電力変換器の小型化を運転
性を損なうことなく達成することができる。
ＮBまでと、回転数ＮBからＮCまでの定出力領域では図
６の（ｂ）の方法と同レベルの出力もしくはトルクを発
生させることができるので、電力変換器の小型化を運転
性を損なうことなく達成することができる。
【００４７】図７は電気車のトルク特性と走行抵抗、必
要トルクの関係を示した図である。横軸が電動機回転速
度、縦軸がトルク特性すなわち出力特性を表しており、
電動機回転速度Ｎｍとトルクτの特性を示すものであ
る。電動機が１００％のトルクを出力したときの特性が
トルクカーブＴｃ、電気車が平坦路（登坂０％）を走行
するときの走行抵抗のカーブが、走行抵抗曲線Ｌ１であ
る。登坂傾斜が大きくなると走行抵抗増えていくので、
登坂が１０％の時Ｌ２、２０％の時Ｌ３、３０％の時Ｌ
４と走行抵抗が増加していく。１００％トルクの出力カ
ーブＴｃと走行抵抗曲線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が交差
する点Ｌｍ１、Ｌｍ２，Ｌｍ３，Ｌｍ４が電気車が登坂
を行うときの限界のトルクと電動機回転速度を表すよう
になっている。
要トルクの関係を示した図である。横軸が電動機回転速
度、縦軸がトルク特性すなわち出力特性を表しており、
電動機回転速度Ｎｍとトルクτの特性を示すものであ
る。電動機が１００％のトルクを出力したときの特性が
トルクカーブＴｃ、電気車が平坦路（登坂０％）を走行
するときの走行抵抗のカーブが、走行抵抗曲線Ｌ１であ
る。登坂傾斜が大きくなると走行抵抗増えていくので、
登坂が１０％の時Ｌ２、２０％の時Ｌ３、３０％の時Ｌ
４と走行抵抗が増加していく。１００％トルクの出力カ
ーブＴｃと走行抵抗曲線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が交差
する点Ｌｍ１、Ｌｍ２，Ｌｍ３，Ｌｍ４が電気車が登坂
を行うときの限界のトルクと電動機回転速度を表すよう
になっている。
【００４８】従来の、電動機回転速度に反比例して励磁
電流もしくは磁束を発生するための磁束指令を決定する
方式では、例えば現在の電動機回転速度がＮ１である場
合、走行に必要なトルクがτ１、τ２、τ３、τ４のい
ずれであったとしても電動機回転速度そのものはＮ１な
ので、必要なトルクがいずれの量であっても励磁電流も
しくは磁束は一律同じだけ電動機に供給されることにな
る。
電流もしくは磁束を発生するための磁束指令を決定する
方式では、例えば現在の電動機回転速度がＮ１である場
合、走行に必要なトルクがτ１、τ２、τ３、τ４のい
ずれであったとしても電動機回転速度そのものはＮ１な
ので、必要なトルクがいずれの量であっても励磁電流も
しくは磁束は一律同じだけ電動機に供給されることにな
る。
【００４９】本発明の方式によれば、電動機回転速度が
Ｎ１である場合でも、走行に必要なトルクが変わった場
合には、図１で説明したように磁束指令は必要なトル
ク、すなわちトルク指令によりその制御量を決定するの
で、トルクがτ１のときはτ１に対応した磁束指令、τ
３のときにはτ３に対応した磁束指令が制御量として決
定され、それに応じて電動機では磁束が発生するように
動作する。
Ｎ１である場合でも、走行に必要なトルクが変わった場
合には、図１で説明したように磁束指令は必要なトル
ク、すなわちトルク指令によりその制御量を決定するの
で、トルクがτ１のときはτ１に対応した磁束指令、τ
３のときにはτ３に対応した磁束指令が制御量として決
定され、それに応じて電動機では磁束が発生するように
動作する。
【００５０】このようにすることにより、走行に必要な
トルクが小さい場合、つまり市街地や高速道路走行など
の通常でもっとも多いと考えられる走行条件である、図
７における走行抵抗曲線Ｌ１で示している０％登坂の平
坦路走行の領域Ａでの走行では、例えば６極５５ｋＷ−
１０５Ｈｚの誘導電動機では、従来の磁束指令発生方式
と本発明の磁束指令の発生方式を比較すると、本発明の
方式を用いれば１／５程度にまで磁束指令を低減した状
態で運転することが可能である。これは先の実施例でも
述べたように、無効電力の低減につながり、運転時の効
率を向上させることになる。
トルクが小さい場合、つまり市街地や高速道路走行など
の通常でもっとも多いと考えられる走行条件である、図
７における走行抵抗曲線Ｌ１で示している０％登坂の平
坦路走行の領域Ａでの走行では、例えば６極５５ｋＷ−
１０５Ｈｚの誘導電動機では、従来の磁束指令発生方式
と本発明の磁束指令の発生方式を比較すると、本発明の
方式を用いれば１／５程度にまで磁束指令を低減した状
態で運転することが可能である。これは先の実施例でも
述べたように、無効電力の低減につながり、運転時の効
率を向上させることになる。
【００５１】例えば先に述べた６極５５ｋＷ−１０５Ｈ
ｚの誘導電動機では、領域Ａでの運転における総合効率
を比較してみると、従来の方式に比べ本発明の方式の方
が５〜１０％程度総合効率の向上が見られた。このよう
な方式とすることにより、電気車が通常もっとも多く走
行する条件下で、駆動装置を効率良く運転することがで
きる。
ｚの誘導電動機では、領域Ａでの運転における総合効率
を比較してみると、従来の方式に比べ本発明の方式の方
が５〜１０％程度総合効率の向上が見られた。このよう
な方式とすることにより、電気車が通常もっとも多く走
行する条件下で、駆動装置を効率良く運転することがで
きる。
【００５２】図８は横軸にトルク指令、縦軸に磁束指令
の関係を表し、電源の状態量による磁束指令の補正の一
実施例を示した図である。
の関係を表し、電源の状態量による磁束指令の補正の一
実施例を示した図である。
【００５３】ある任意のトルク指令τｘと任意の電動機
回転速度Ｎｘの条件で装置を運転している場合におい
て、まず、電源の状態量により算される補正係数Ｐｄ
は、電源の状態量によりＰｄａ，Ｐｄｂ、Ｐｄｃと算出
される。電源補正係数Ｐｄは、電源の状態量、例えばバ
ッテリ残量またはパワー密度が大きいとＰｄｃの方に大
きく、バッテリ残量またはパワー密度が小さいとＰｄａ
の方に小さくというように係数が算出される。この時、
図２で述べたような構成により、磁束の制限を行う磁束
制限値発生手段２２の出力である磁束制限値２３は、こ
の電源の状態量による補正係数Ｐｄによって補正を行わ
れる。図２においては補正係数１２ａが補正係数Ｐｄに
該当する。
回転速度Ｎｘの条件で装置を運転している場合におい
て、まず、電源の状態量により算される補正係数Ｐｄ
は、電源の状態量によりＰｄａ，Ｐｄｂ、Ｐｄｃと算出
される。電源補正係数Ｐｄは、電源の状態量、例えばバ
ッテリ残量またはパワー密度が大きいとＰｄｃの方に大
きく、バッテリ残量またはパワー密度が小さいとＰｄａ
の方に小さくというように係数が算出される。この時、
図２で述べたような構成により、磁束の制限を行う磁束
制限値発生手段２２の出力である磁束制限値２３は、こ
の電源の状態量による補正係数Ｐｄによって補正を行わ
れる。図２においては補正係数１２ａが補正係数Ｐｄに
該当する。
【００５４】このように補正を行うと、同じトルク指令
τｘと電動機回転速度Ｎｘで動作している場合に、電源
の状態量によって算出される磁束指令φが、電源の状態
量が良好である場合には補正係数がＰｄｃの方に大きく
なり、磁束指令φはφｃの方に補正され、磁束が増加し
ていく。電源の状態量が良くない場合には補正係数はＰ
ｄａの方に小さくなり、磁束指令はφａの方に小さくな
るように補正される。このようにすることにより、電源
の状態量が良好である場合には磁束指令を増加させて誘
導電動機の印加電圧を増加させ、効率の良い動作点を選
択して動作させることができる。
τｘと電動機回転速度Ｎｘで動作している場合に、電源
の状態量によって算出される磁束指令φが、電源の状態
量が良好である場合には補正係数がＰｄｃの方に大きく
なり、磁束指令φはφｃの方に補正され、磁束が増加し
ていく。電源の状態量が良くない場合には補正係数はＰ
ｄａの方に小さくなり、磁束指令はφａの方に小さくな
るように補正される。このようにすることにより、電源
の状態量が良好である場合には磁束指令を増加させて誘
導電動機の印加電圧を増加させ、効率の良い動作点を選
択して動作させることができる。
【００５５】
【発明の効果】本発明によれば、電力変換器の電源の状
態量による補正を行うことにより、電動機や電力変換器
の損失が低減し、常に駆動装置を効率の良い動作点で運
転をできるようになり、効率を向上することができる。
すなわち、電源補正手段で補正を加えることにより、電
源の状態に応じて電動機に印加する電圧を電力変換器の
出力容量の制限内で増加させて、効率の良い動作点で装
置を駆動させ、装置と電源の能力の範囲で効率の良い動
作点で装置を運転する事ができる。
態量による補正を行うことにより、電動機や電力変換器
の損失が低減し、常に駆動装置を効率の良い動作点で運
転をできるようになり、効率を向上することができる。
すなわち、電源補正手段で補正を加えることにより、電
源の状態に応じて電動機に印加する電圧を電力変換器の
出力容量の制限内で増加させて、効率の良い動作点で装
置を駆動させ、装置と電源の能力の範囲で効率の良い動
作点で装置を運転する事ができる。
【００５６】また、電動機に印加される電圧は電動機回
転速度や電源の状態量に対して自由に設定できるので、
高速回転時に電力変換器の能力以上の電圧を電動機に印
加させることをしなくて済むため、電力変換器の小型化
をはかることができる。
転速度や電源の状態量に対して自由に設定できるので、
高速回転時に電力変換器の能力以上の電圧を電動機に印
加させることをしなくて済むため、電力変換器の小型化
をはかることができる。
【図１】本発明の一実施例である電気車用駆動制御装置
の基本ブロック図を示す図である。
の基本ブロック図を示す図である。
【図２】図１の磁束発生手段の詳細を示す図である。
【図３】図１の電気車用駆動制御装置における、磁束発
生手順を示す図である。
生手順を示す図である。
【図４】図１の電気車用駆動制御装置における、電動機
電圧に対する効率の変化を示す図である。
電圧に対する効率の変化を示す図である。
【図５】図１の電気車用駆動制御装置における、磁束に
対する電動機電圧の変化を示す図である。
対する電動機電圧の変化を示す図である。
【図６】図１の電気車用駆動制御装置における、励磁電
流に対する出力特性を示す図である。
流に対する出力特性を示す図である。
【図７】図１の電気車用駆動制御装置を用いた電気車の
出力特性と走行抵抗の関係を示す図である。
出力特性と走行抵抗の関係を示す図である。
【図８】図１の電気車用駆動制御装置を用いた電気車の
電源の状態量と磁束指令補正の関係を示す図である。
電源の状態量と磁束指令補正の関係を示す図である。
１…アクセル装置、２…トルク指令発生手段、４…トル
ク電流算出手段 ５…磁束発生手段、５ａ…磁束指令、６…励磁リアクタ
ンス発生手段 ７…励磁電流発生手段、８…すべり周波数発生手段、９
…２次抵抗算出手段 １０…速度検出手段、１１…電源、１２…電圧補正手段 １３…ベクトル制御演算手段、１４…電力変換器、１５
…電動機 １６…回転速度検出手段、１７…温度検出手段、１９…
基本磁束 ２１…基本磁束回転補正係数、２３…磁束制限値（φｌ
t） ２５…トルク指令制限値、２６…基本補正磁束（φ
1）、２９…制限磁束 ３３…基本磁束低減量、３６…最終磁束低減量、４０…
制御手段
ク電流算出手段 ５…磁束発生手段、５ａ…磁束指令、６…励磁リアクタ
ンス発生手段 ７…励磁電流発生手段、８…すべり周波数発生手段、９
…２次抵抗算出手段 １０…速度検出手段、１１…電源、１２…電圧補正手段 １３…ベクトル制御演算手段、１４…電力変換器、１５
…電動機 １６…回転速度検出手段、１７…温度検出手段、１９…
基本磁束 ２１…基本磁束回転補正係数、２３…磁束制限値（φｌ
t） ２５…トルク指令制限値、２６…基本補正磁束（φ
1）、２９…制限磁束 ３３…基本磁束低減量、３６…最終磁束低減量、４０…
制御手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (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 審査官 小川 恭司 (56)参考文献 特開 平７−246000（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−233002（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−149785（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−107772（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B60L 9/18 B60L 3/00 H02P 21/00
Claims (6)
- 【請求項１】電気車駆動用の誘導電動機と、直流電源の
電力を変換して前記誘導電動機に供給する電力変換器
と、指令に基づき前記電力変換器を介して前記誘導電動
機を制御する制御装置とを備え、前記誘導電動機の一次
電流を制御するための基本トルク指令をもとにトルク電
流成分及び励磁電流成分をそれぞれ生成し、前記誘導電
動機をベクトル制御する電気車用駆動制御装置におい
て、 前記基本トルク指令から基本磁束指令を算出する基本磁
束指令算出手段と、 前記基本磁束指令を前記誘導電動機の回転速度により補
正する為の値である磁束制限値を設定する回転数補正手
段と、 前記誘導電動機の回転速度をもとに前記基本磁束指令の
上限を決める磁束制御手段と、 前記基本トルク指令の上限値を決めるトルク制限手段
と、 前記基本トルク指令とトルク指令の上限値を元に前記磁
束指令を補正する磁束補正量を算出する磁束補正手段
と、 前記磁束補正量を前記誘導電動機の回転速度により補正
する係数を算出する磁束回転数補正手段とを具備してな
る電気車用駆動制御装置。 - 【請求項２】請求項１において、前記電力変換器の電源
がバッテリの場合、 該バッテリの残量により前記磁束制限値及びトルク指令
の上限値を補正することを特徴とする電気車用駆動制御
装置。 - 【請求項３】請求項１の記載において、前記電力変換器
の電源がバッテリの場合、 該バッテリのパワー密度により前記磁束制限値及びトル
ク指令の上限値を補正することを特徴とする電気車用駆
動制御装置。 - 【請求項４】電気車駆動用の誘導電動機と、直流電源の
電力を変換して前記誘導電動機に供給する電力変換器
と、指令に基づき前記電力変換器を介して前記誘導電動
機を制御する制御装置とを備えた電気車において、前記
誘導電動機の一次電流を制御するための基本トルク指令
をもとにトルク電流成分及び励磁電流成分をそれぞれ生
成し、前記誘導電動機をベクトル制御する電気車の駆動
制御方法であって、 前記基本トルク指令から基本磁束指令を算出し、 前記基本磁束指令を前記誘導電動機の回転速度により補
正する為の値である磁束制限値を設定し、 前記誘導電動機の回転速度をもとに前記基本磁束指令の
上限を決め、 前記基本トルク指令の上限値を設定し、 前記基本トルク指令とトルク指令の上限値を元に前記磁
束指令を補正する磁束補正量を算出し、 前記磁束補正量を前記誘導電動機の回転速度により補正
する係数を算出する、ことを特徴とする電気車の駆動制
御方法。 - 【請求項５】請求項４の記載において、前記電力変換器
の電源がバッテリの場合、該バッテリの残量により前記
磁束制限値及びトルク指令の上限値を補正することを特
徴とする電気車の駆動制御方法。 - 【請求項６】請求項４の記載において、前記電力変換器
の電源がバッテリの場合、該バッテリのパワー密度によ
り前記磁束制限値及びトルク指令の上限値を補正するこ
とを特徴とする電気車の駆動制御方法。
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|---|---|---|---|
| JP03406795A JP3262253B2 (ja) | 1995-02-22 | 1995-02-22 | 電気車用駆動制御装置及び制御方法 |
| US08/605,665 US5659235A (en) | 1995-02-22 | 1996-02-22 | Drive controller and control method for electric vehicle |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03406795A JP3262253B2 (ja) | 1995-02-22 | 1995-02-22 | 電気車用駆動制御装置及び制御方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08228404A JPH08228404A (ja) | 1996-09-03 |
| JP3262253B2 true JP3262253B2 (ja) | 2002-03-04 |
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ID=12403922
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| JP03406795A Expired - Fee Related JP3262253B2 (ja) | 1995-02-22 | 1995-02-22 | 電気車用駆動制御装置及び制御方法 |
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1995
- 1995-02-22 JP JP03406795A patent/JP3262253B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1996
- 1996-02-22 US US08/605,665 patent/US5659235A/en not_active Expired - Fee Related
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