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JPH0662597A - 交流可変速駆動装置 - Google Patents

交流可変速駆動装置

Info

Publication number
JPH0662597A
JPH0662597A JP5152978A JP15297893A JPH0662597A JP H0662597 A JPH0662597 A JP H0662597A JP 5152978 A JP5152978 A JP 5152978A JP 15297893 A JP15297893 A JP 15297893A JP H0662597 A JPH0662597 A JP H0662597A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
motor
torque
synchronous motor
drive device
variable speed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP5152978A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigenori Kinoshita
繁則 木下
Takao Yanase
孝雄 柳瀬
Koetsu Fujita
光悦 藤田
Osamu Motoyoshi
攻 元吉
Yoshio Ito
善夫 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP5152978A priority Critical patent/JPH0662597A/ja
Publication of JPH0662597A publication Critical patent/JPH0662597A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64Electric machine technologies in electromobility
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Control Of Multiple Motors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気自動車等に利用される交流可変速駆動装
置において、広い速度範囲において高効率化、大出力
化、低価格化が可能なシステムを実現する。 【構成】 交流電動機Mと、その駆動用インバータとを
備えた交流可変速駆動装置に関する。前記交流電動機M
は、互いに磁気的に干渉しないように配置された第1及
び第2の固定子巻線23,33と、第1の固定子巻線2
3と共に同期電動機20を構成し、かつ永久磁石22を
有する第1の回転子21と、第2の固定子巻線33と共
に誘導電動機30を構成し、かつ、第1の回転子21と
同軸上に配置された第2の回転子31とを備える。前記
インバータは、同期電動機20及び誘導電動機30を個
別に駆動するように各固定子巻線23,33に交流電力
を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は交流可変速駆動装置に関
し、詳しくは、電池を電源とする電気自動車の駆動シス
テム等に使用して好適な交流可変速駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図13は、公知の電気自動車の駆動シス
テムを示しており、図において、1は主電池、2は電動
機駆動用インバータ、3は交流電動機、4は車輪等の負
荷である。一般に電気自動車においては、電動機3と負
荷4との間に変速機や差動ギアといった種々の機構が必
要であるが、これらは本発明の要旨とは直接関係しない
ため、図示を省略してある。
【0003】ここで、交流電動機3として誘導電動機を
用いた場合について考察する。周知のように誘導電動機
は、一次電流から電動機の主磁束を作り、例えば広く知
られているベクトル制御を用いることにより、磁束及び
トルクをそれぞれ独立して制御できるものである。この
ため、弱め磁束制御を適用することで、一次側の電圧が
電池により制約を受けるという特質を持つ電気自動車の
駆動システムにおいても、広い速度範囲で運転できる利
点を有する。しかしながら、誘導電動機は二次側に電流
を流すことによってトルクを発生するので、二次側での
銅損により電動機効率が低下し、そのために容量の大き
い冷却装置が必要になる。更に、励磁電流を一次側から
供給するため、電動機の入力力率が低下するといった欠
点もある。
【0004】次に、交流電動機として同期電動機を用い
た場合を考えてみる。同期電動機には、回転電機子形と
回転界磁形とがあり、何れも回転子巻線に通電する必要
があるため、スリップリングや回転トランスが使用され
ている。しかし、これらは電動機を構造上大きくし、更
に効率も低下させることから、電気自動車に用いる場合
には、ACサーボ等に広く使用されているところの、回
転子を永久磁石により構成した永久磁石形同期電動機が
適している。この電動機を用いれば、二次銅損が発生し
ないため効率がよく、制御によって電動機力率を向上さ
せることも可能である。
【0005】しかるに、永久磁石形同期電動機の界磁磁
束は永久磁石によって一定であるのに対し、高速回転を
必要とし、しかも電源電圧に制限がある電気自動車にお
いては、一次巻線の巻数を大きくできないので、要求出
力を得るためには電流値を大きくせざるを得ない。従っ
て、電流値をある程度制限した状態では高速回転と大出
力化との両立は困難である。また、永久磁石として使用
される高性能磁石は一般に高価格であり、システム全体
のコストが上昇してしまう。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、電気
自動車用の交流電動機としては、誘導電動機及び永久磁
石形同期電動機の何れにも一長一短がある。したがっ
て、1台の装置により、これらの電動機が各々有する長
所としての、広い速度範囲における高効率化、大出力
化、かつ冷却が容易で低価格化が可能な交流可変速駆動
装置を実現することが課題として存在していた。本発明
は上記課題を解決するためになされたもので、その目的
とするところは、誘導電動機及び同期電動機を併せ持つ
交流電動機とインバータとを組み合わせることにより、
広い速度範囲における高効率化、大出力化、冷却の容易
化、低価格化を可能にし、しかも、電動機駆動用インバ
ータの故障に対して冗長性のある交流可変速駆動装置を
提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第1の発明は、交流電動機と、この交流電動機を駆
動するインバータとを備えた交流可変速駆動装置におい
て、前記交流電動機は、互いに磁気的に干渉しないよう
に配置された第1及び第2の固定子巻線と、第1の固定
子巻線と共に同期電動機を構成し、かつ永久磁石を有す
る第1の回転子と、第2の固定子巻線と共に誘導電動機
を構成し、かつ、第1の回転子と同軸上に配置された第
2の回転子とを備え、前記インバータは、前記同期電動
機及び誘導電動機を個別に駆動するように第1及び第2
の固定子巻線に交流電力を供給するものである。
【0008】第2の発明は、第1の発明において、同期
電動機駆動用のインバータ及び誘導電動機駆動用のイン
バータを、それぞれ切り離しスイッチを介して共通の直
流電源に接続したものである。
【0009】第3の発明は、第1または第2の発明にお
いて、同期電動機及び誘導電動機の極数を同一とし、か
つ、第1の固定子巻線と第2の固定子巻線とを所定の電
気角だけずらして配置したものである。
【0010】第4の発明は、第1、第2または第3の発
明において、同期電動機は全速度範囲にわたって定格ト
ルクの定トルク制御を行うと共に、誘導電動機はある速
度以下では定トルク制御、前記速度以上では速度の上昇
に伴って磁束を弱める磁束弱め制御を行い、同期電動機
及び誘導電動機双方の出力トルクの和を交流電動機の出
力トルクとしたものである。
【0011】第5の発明は、第4の発明において、同期
電動機の過負荷耐量を低中速度範囲では大きくし、高速
度範囲では小さくしたものである。
【0012】第6の発明は、第4または第5の発明にお
いて、同期電動機のトルク指令値τs *及び誘導電動機の
トルク指令値τi *を、τ*≦τsmax(τ*:交流電動機全
体のトルク指令値,τsmax:同期電動機が出力可能な最
大トルク)ならば、τs *=τ*,τi *=0とし、τ*>τ
smaxならば、τs *=τsmax,τi *=τ*−τsmaxとした
ものである。
【0013】第7の発明は、第4または第5の発明にお
いて、前記各トルク指令値τs *及びτi *を、τ*≦τ
scont(τ*:交流電動機全体のトルク指令値,
τscont:同期電動機の連続定格トルク)ならば、τs *
=τ*,τi *=0とし、τscont<τ*≦τscont+τ
iconticont:誘導電動機の連続定格トルク)ならば、
τs *=τscont,τi *=τ*−τscontとし、τscont+τ
icont<τ*≦τsmax+τicont(τsmax:同期電動機が
出力可能な最大トルク)ならば、τs *=τ*−τicont
τi *=τicontとし、τ*>τsmax+τicontならば、τs
*=τsmax,τi *=τ*−τsmaxとしたものである。
【0014】第8の発明は、第6または第7の発明にお
いて、誘導電動機のトルク指令値τi *を、誘導電動機の
二次時定数よりも十分に大きい時定数のフィルタ回路を
介してトルク制御に用い、このフィルタ回路を通過した
トルク指令値τi *が零である場合には誘導電動機に対す
る励磁を停止するものである。
【0015】
【作用】本発明では、インバータにより駆動される交流
電動機が、共通の回転軸を有する永久磁石形同期電動機
及び誘導電動機から構成されている。このため、例えば
本発明の交流可変速駆動装置により電気自動車を駆動す
るに当たり、電気自動車の最大加速時のように最大出力
を要求される場合には、同期電動機及び誘導電動機の双
方により加速することにより、各電動機の容量が小さく
なる。これにより、比較的高価な永久磁石を界磁として
有する同期電動機のコストを低減することができる。ま
た、電気自動車等の走行パターンとして大きな部分を占
める巡航速度での走行のように定出力時には、同期電動
機を優先的に使用して主たる出力を分担させることによ
り、システム全体の効率が向上する。
【0016】
【実施例】以下、図に沿って本発明の実施例を説明す
る。図1は第1の発明の一実施例に使用される交流電動
機Mの構成を示している。交流電動機Mにおいて、10
はフレームであり、その内部には、回転軸11を共通に
した永久磁石形同期電動機20と誘導電動機30とが同
軸上に配置されている。また、回転軸11の一端部近傍
には回転センサ12が取付けられており、この回転セン
サ12により検出した回転軸11の回転速度及び回転位
置が各電動機20,30の制御に用いられるようになっ
ている。
【0017】永久磁石形同期電動機20は、磁極表面に
永久磁石22が取付けられた第1の回転子21と、第1
の固定子巻線としての三相の固定子巻線23と、図1に
は図示されていないインバータに接続される三相分の端
子24とから構成される。また、誘導電動機30は、例
えばかご形に成形された導体を有する第2の回転子(か
ご形回転子)31と、第2の固定子巻線としての三相の
固定子巻線33と、図示されていない別のインバータに
接続される三相分の端子34とから構成される。なお、
外部の2台のインバータは、それぞれ個別に各固定子巻
線23,33に供給する交流電力を制御するようになっ
ている。
【0018】図2は、第2の発明の一実施例としての、
上記交流電動機Mの駆動回路を示している。図2におい
て、主電池1には遮断器等からなる切り離しスイッチ2
7,37を各々介して電圧形インバータ28,38が接
続されており、これらのインバータ28,38はそれぞ
れ電解コンデンサ26,36と半導体素子群25,35
とから構成されている。なお、電圧形インバータにおけ
る半導体素子群25,35の接続構成は公知であるた
め、ここでは図示及び説明を省略する。上記インバータ
28の交流出力側は永久磁石形同期電動機20の固定子
巻線23に接続され、インバータ38の交流出力側は誘
導電動機30の固定子巻線33に接続されて駆動回路が
構成される。
【0019】ここで、電圧形インバータに限らず、半導
体素子を用いた電力変換回路では、過負荷や過電圧、ノ
イズによる誤動作及び熱や振動等により、電流、電圧、
温度等の諸量が許容値を越えてしまう場合がある。この
ため、各種の保護機能を付加することで素子の破壊を防
止するようにしているが、これらによっても完全とはい
えず、最悪の場合には素子の破壊に至る。特に、同図の
ように電源が電圧源である場合には、素子が導通状態と
なるような破壊では電圧源が短絡され、装置全体の故障
となる。
【0020】このため、各インバータ28,38におい
て半導体素子の破壊やそれにつながる故障を検知したな
らば、図示されていない制御回路の動作により、切り離
しスイッチ27または37を開放動作させて故障側のイ
ンバータを主電池1から切り離し、主電池1や他方の健
全なインバータを故障させないように保護する。また、
必要に応じて健全なインバータ側の切り離しスイッチ2
7または37を閉じておき、その健全なインバータを引
き続き運転して対応する電動機20または30の何れか
を動作させ、交流電動機Mの運転を続行することも可能
である。
【0021】次に、第3の発明の一実施例として、各電
動機20,30の固定子巻線23,33の構成について
図3、図4を参照しつつ説明する。図3は同期電動機2
0の固定子巻線23、図4は誘導電動機30の固定子巻
線33を示しており、各巻線23,33は電気角で所定
角度θだけずらして配置されている。なお、各電動機2
0,30の極数は同一とする。
【0022】各巻線23,33に流れる電流はインバー
タ28,38の制御方式によって変化するが、例えば、
電圧形の方形波インバータでは、印加する基本波周波数
の5倍、7倍の高調波成分を電圧波形に多く含む。一般
に電圧波形は公知のPWM技術によって変調され、低次
の高調波成分は除去されるが高次の成分も含めて完全に
除去するには変調周波数を十分に高くする必要がある。
また、電圧形インバータでは、各相において上下アーム
の短絡を防止するデッドタイムの存在により、出力電圧
に歪を生じる。
【0023】以上のことから、インバータにより駆動さ
れる交流電動機の入力電流には、通常、5,7,11,
13次……といった高調波成分が含まれる。特に、5
次、7次の高調波電流は印加周波数の6倍のトルクリプ
ルとなり、回転むらを生じると共に、ギア等を数多く含
む電気自動車の駆動システムにおいては異音を生じやす
くなり、装置寿命の低下にもつながる。
【0024】そこで、図3、図4に示すように、各電動
機20,30の固定子巻線23,33を電気角θだけず
らして配置し、各巻線23,33に通電する電圧または
電流の位相をθだけずらすことにより、各電動機20,
30において個別に発生するトルクリプルの位相をずら
すことができる。例えば、6倍のトルクリプルに着目す
るならば、電動機の巻線が三相の場合にはθ=30°
(電気角)とすることにより、合成されるトルクリプル
の周波数を2倍にすると共に、その振幅を小さくするこ
とができるため、回転むらやトルクリプルが機械系に与
える悪影響を低減することが可能になる。
【0025】次いで、図5は、各電動機20,30及び
電気自動車の駆動装置として要求される最大トルクと速
度との関係を示しており、第4の発明の一実施例を説明
するためのものである。一般に、電気自動車において要
求される最大トルクは、図示するようにある速度(基底
速度)NB以下では定トルク特性、NB以上ではトルクが
速度に反比例する定出力特性となる場合が多い。ここ
で、永久磁石形同期電動機は磁束が一定であるから、全
速度範囲で定トルク特性とし、その値は最高速度での要
求トルク以下とする。従って、同期電動機及びそれを駆
動するインバータを設計する場合、同期電動機が出力可
能なトルクの最大値は図5のτ20のようになる。また、
誘導電動機が出力するトルクは、要求される最大トルク
と同期電動機が出力可能な定トルクとの差であるτ30
なる。
【0026】要求される最大トルクが、図5に示すよう
に高速度範囲で速度に反比例している場合には、誘導電
動機の最大トルクは速度の2乗に反比例するとも近似で
きるので、この場合には、弱め磁束制御領域において印
加電圧は一定値でよく、インバータの出力電圧の最大値
は基底速度NBに対応する値とすることができる。これ
により、定トルク領域での電圧が高くなるため、必要ト
ルクを発生する際の電流値が下がり、銅損が減少して全
体効率が向上するという利点が得られる。
【0027】図6も、各電動機20,30及び電気自動
車の駆動装置として要求される最大トルクと速度との関
係を示すもので、第5の発明の一実施例を説明するため
のものである。電気自動車として要求される最大トルク
は、一般に図5、図6に示すような特性であるが、この
ような最大トルクは、例えば追越し時のように比較的短
い時間のみ要求されるもので、通常、道路での巡航速度
走行時に要求されるトルクは、最大トルクの1/2以下
であるといえる。
【0028】一方、駆動装置である電動機及びインバー
タにおいては、要求される最大トルクが同じでも、その
内訳である同期機と誘導機それぞれの連続出力トルクと
短時間出力トルクの割合をどう選ぶかによって、特に冷
却装置を小形軽量化、低価格化する際に差異が生じる。
そこで、電気自動車の駆動装置においても、ここでは、
短時間定格として図6に示すように、高速度範囲での永
久磁石形同期電動機の過負荷耐量を低中速度範囲よりも
小さくする。これによる利点を図7、図8及び図9を参
照しつつ説明する。
【0029】図7は同期電動機の等価回路を、図8はベ
クトル図を、また図9はトルク−速度特性を示してい
る。図7の等価回路は、同期電動機が特に高速度範囲に
おいて逆起電圧ベクトルE(便宜上、明細書中では符号
の上に付すべき「・」を省略する。以下同じ)と同期リ
アクタンスXとによって近似できることを示しており、
印加する電圧ベクトルV及び電流ベクトルIを併せて示
してある。
【0030】一般に、永久磁石形同期電動機を制御する
際は、電流ベクトルIの振幅をトルクに比例させるべく
逆起電圧ベクトルEと同位相になるように制御するもの
であり、図8ではその際のベクトル図を示してある。同
図において、曲線Aは端子電圧最大値の軌跡を、ベクト
ルjXIa2は最大速度NMAXで磁束を弱めなかった場合
の同期リアクタンスによる電圧降下ベクトルを、それぞ
れ示している。ここで、同期電動機の出力トルクは電動
機電流に比例する。
【0031】図8から明らかなように、同期電動機を高
効率で使用しようとすれば、逆起電力を増加させねばな
らない。インバータの最大出力電圧VMAXに対応する端
子電圧Va1を同期電動機に印加することによって、同期
電動機の最大速度において逆起電力Ea1が得られるもの
とし、かつ、電圧Va1を同期電動機に印加したときの同
期電動機を流れる電流をIa1とすると、同期電動機にI
a1以上の電流を流すことはできない。最大速度における
同期電動機の出力トルクは電流Ia1により決定される。
もしも電流Ia1以上の電流Ia2を同期電動機に流そうと
すると、同期電動機の逆起電力を、電動機の磁界を弱め
て、Ea1からEa2へ減少させなくてはならない。このこ
とは、逆起電力や同期リアクタンスによる電圧降下が同
期電動機に対する印加周波数が高くなるほど大きくな
る、高速度領域について特に言えることである。
【0032】従って、高速度領域において同期電動機の
出力トルクを大きくすると、インバータ電圧が不足する
ので、これを避けるためには逆起電力を小さくせざるを
得なくなり、必要トルクを発生するために必要な電流が
増加し、効率が低下する。そこで、同期電動機の速度に
対する出力トルクの設定を説明するための説明図である
図9に示すように、電圧降下が大きく余裕電圧が小さい
高速度領域での出力トルクを小さくすることで、逆起電
力ベクトルEをできるだけ大きくすることとした。図9
において、τa1は最大速度NMAXで図8の電流Ia1を流
したときのトルクを、τa2は同じく電流Ia2を流したと
きのトルクを、それぞれ示す。
【0033】図10は、永久磁石形同期電動機20及び
誘導電動機30のトルク指令値の演算方法を示すフロー
チャートであり、第6の発明の一実施例を示すものであ
る。すなわち、具体的には、電気自動車に与えられる交
流電動機M全体のトルク指令値τ*から永久磁石形同期
電動機20のトルク指令値τs *と誘導電動機30のトル
ク指令値τi *とを演算するものである。まず、全体のト
ルク指令値τ*を読み込み(S1)、次に、このトルク
指令値τ*と同期電動機20の最大トルクτsmaxとを比
較する(S2)。τ*≦τsmaxならば(S2YES)、
同期電動機20のトルク指令値τs *を全体のトルク指令
値τ*と等しくし、誘導電動機30のトルク指令値τi *
を零とする(S3)。
【0034】また、τ*>τsmaxならば(S2NO)、
同期電動機20のトルク指令値τs *を最大値であるτ
smaxとし、全体のトルク指令値τ*との差分(τ*−τ
smax)を誘導電動機30のトルク指令値τi *とする(S
4)。すなわち、上述のような演算により、トルク指令
値に対して同期電動機から優先的に出力させることにな
り、これによって低トルク走行時の効率を向上させるこ
とができる。
【0035】図11は、永久磁石形同期電動機20及び
誘導電動機30のトルク指令値の他の演算方法を示すフ
ローチャートであり、第7の発明の一実施例を示すもの
である。この例では、全体のトルク指令値τ*を読み込
み(S11)、これが同期電動機20の連続定格トルク
τscont以下、すなわちτ*≦τscontならば(S12Y
ES)、同期電動機20のトルク指令値τs *を全体のト
ルク指令値τ*と等しくし、誘導電動機30のトルク指
令値τi *を零とする(S13)。
【0036】また、τ*>τscontならば(S12N
O)、ステップS14に進む。ここで、全体のトルク指
令値τs *がτscontと誘導電動機30の連続定格トルク
τicontとの和以下、すなわちτ*≦τscont+τicont
らば(S14YES)、同期電動機20のトルク指令値
τs *を連続定格トルクτscontとし、誘導電動機30の
トルク指令値τi *を、全体のトルク指令値τ*と連続定
格トルクτscontとの差分(τ*−τscont)とする(S
15)。
【0037】次に、τ*>τscont+τicontであり(S
14NO)、同期電動機20の最大トルクτsmaxと誘導
電動機30の連続定格トルクτicontとの和以下、すな
わちτ*≦τsmax+τicontであれば(S16YES)、
同期電動機20のトルク指令値τs *を、全体のトルク指
令値τ*と連続定格トルクτicontとの差分(τ*−τ
icont)とし、誘導電動機30のトルク指令値τi *を連
続定格トルクτicontとする(S17)。更に、τ*>τ
smax+τicontであれば(S16NO)、同期電動機2
0のトルク指令値τs *を最大トルクτsmaxとし、誘導電
動機30のトルク指令値τi *を、全体のトルク指令値τ
*と最大トルクτsmaxとの差分(τ*−τsmax)とする
(S18)。
【0038】以上のように各トルク指令値τs *,τi *
演算することにより、各電動機20,30の連続定格範
囲、過負荷範囲及びその境界において同期電動機を優先
的に使用することになり、効率のよい運転方式を実現す
ることができる。
【0039】図12は、各電動機20,30に対するト
ルク制御装置の構成を示すもので、第8の発明の一実施
例に相当している。この制御装置は主として、全体のト
ルク指令値τs *に基づき前記図9または図10のフロー
チャートにより各トルク指令値τs *,τi *を演算するト
ルク指令値分配回路40と、その出力である各トルク指
令値τs *,τi *から高周波分を除去するフィルタ回路5
1,61と、各電動機20,30に対するトルク制御回
路50,60とから構成されている。なお、トルク制御
回路50,60における具体的な制御方法は本発明とは
直接関係なく公知であるため、ここでは説明を省略す
る。
【0040】なお、フィルタ回路51を通過した後の誘
導電動機30のトルク指令値τi *は、その値が零か否か
を判断する判定回路52に入力されており、その判定結
果に応じて、磁束指令値φi **として所定の値φi *を与
えるか零とするかを切り換えるスイッチ回路53が設け
られている。スイッチ回路53は、トルク制御回路50
に入力されるトルク指令値τi **が零である場合に、磁
束指令値φi **を零とするように動作する。
【0041】これにより、全体のトルク指令値τ*が小
さく、同期電動機20のみで電気自動車を駆動している
場合には励磁電流を流さないことになるので、誘導電動
機30の鉄損、銅損等の損失が零となり、高効率の運転
が可能になる。また、電気自動車でのトルクの応答は、
例えば誘導電動機の等価回路における二次時定数に比べ
て十分に遅くてもよいことから、フィルタ回路51の時
定数を二次時定数よりも大きくすることにより、磁束を
入り切りする際の過渡的なトルク変動を殆ど生じないよ
うにすることは極めて容易である。
【0042】上記各実施例では、各1個の同期電動機2
0及び誘導電動機30を共通の回転軸11上に構成した
場合を示したが、交流電動機Mには、これらの電動機2
0,30の組を二つ以上備えてもよい。
【0043】
【発明の効果】以上のように、第1及び第2の発明によ
れば、永久磁石形同期電動機及び誘導電動機を共通の回
転軸及びフレームにより一体的に構成し、これらの電動
機をインバータによって個別に駆動することにより、本
来的に効率のよい永久磁石形同期電動機と、弱め磁束制
御が容易で広範囲な速度制御が可能な誘導電動機との使
い分けを好適に行なうことができる。このため、各電動
機のみを単独で使用する場合に比べて、交流電動機ない
し駆動装置の小形化、低価格化が可能になる。また、1
台のインバータが故障した際にはこれを電源から切り離
し、他方のインバータを引き続き運転して電動機を駆動
する冗長システムにより、使い勝手及び安全性の向上を
図ることができる。
【0044】第3の発明によれば、各電動機の固定子巻
線の配置を空間的にずらし、また、電圧あるいは電流の
位相もその分、変えることにより、トルクリプルや回転
むらを解消することが可能である。
【0045】第4の発明によれば、同期電動機について
は定トルク制御、誘導電動機については弱め磁束制御を
行なうことにより、誘導電動機側の効率を高めることが
できる。第5の発明によれば、同期電動機の過負荷耐量
を高速度範囲で低減することにより、同期電動機側の効
率を向上させることが可能である。
【0046】第6の発明によれば、要求されるトルクが
小さいときには主として同期電動機がこれを分担するこ
とにより、低トルク走行時のシステム全体の効率を向上
させることができる。第7の発明によれば、連続定格領
域及び過負荷領域を分けて各電動機のトルク指令値を演
算するため、全トルク範囲における効率が向上する。
【0047】第8の発明によれば、全体のトルク指令値
が小さく、同期電動機のみを駆動していて誘導電動機に
対するトルク指令値が零である場合には励磁電流を流さ
ないため、誘導電動機の損失を低減させ、システムの効
率向上を図ることができると共に、誘導電動機の冷却装
置も小容量で済むといった効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に使用される交流電動機の構成
図である。
【図2】実施例における交流電動機の駆動回路を示す図
である。
【図3】実施例における同期電動機の固定子巻線の説明
図である。
【図4】実施例における誘導電動機の固定子巻線の説明
図である。
【図5】実施例における各電動機の速度−トルク特性図
である。
【図6】実施例において短時間定格がある場合の各電動
機の速度−トルク特性図である。
【図7】同期電動機の等価回路図である。
【図8】図7におけるベクトル図である。
【図9】同期電動機の速度に対する出力トルクの設定を
説明するための説明図である。
【図10】永久磁石形同期電動機及び誘導電動機のトル
ク指令値の演算方法を示すフローチャートである。
【図11】永久磁石形同期電動機及び誘導電動機のトル
ク指令値の他の演算方法を示すフローチャートである。
【図12】永久磁石形同期電動機及び誘導電動機に対す
るトルク制御装置の構成を示す図である。
【図13】公知の電気自動車の駆動システムを示す図で
ある。
【符号の説明】
M 交流電動機 1 主電池 4 負荷 10 フレーム 11 回転軸 12 回転センサ 20 永久磁石形同期電動機 21,31 回転子 22 永久磁石 23,33 固定子巻線 24,34 端子 25,35 半導体素子群 26,36 電解コンデンサ 27,37 切り離しスイッチ 28,38 インバータ 30 誘導電動機 40 トルク指令値分配回路 50,60 トルク制御回路 51,61 フィルタ回路 52 判定回路 53 スイッチ回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H02P 7/63 303 V 9178−5H 7/74 G 9063−5H (72)発明者 元吉 攻 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (72)発明者 伊藤 善夫 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電動機と、この交流電動機を駆動す
    るインバータとを備えた交流可変速駆動装置において、 前記交流電動機は、 互いに磁気的に干渉しないように配置された第1及び第
    2の固定子巻線と、 第1の固定子巻線と共に同期電動機を構成し、かつ永久
    磁石を有する第1の回転子と、 第2の固定子巻線と共に誘導電動機を構成し、かつ、第
    1の回転子と同軸上に配置された第2の回転子とを備
    え、 前記インバータは、前記同期電動機及び誘導電動機を個
    別に駆動するように第1及び第2の固定子巻線に交流電
    力を供給することを特徴とする交流可変速駆動装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の交流可変速駆動装置にお
    いて、 同期電動機駆動用のインバータ及び誘導電動機駆動用の
    インバータを、それぞれ切り離しスイッチを介して共通
    の直流電源に接続したことを特徴とする交流可変速駆動
    装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載の交流可変速駆動
    装置において、 同期電動機及び誘導電動機の極数を同一とし、かつ、第
    1の固定子巻線と第2の固定子巻線とを所定の電気角だ
    けずらして配置したことを特徴とする交流可変速駆動装
    置。
  4. 【請求項4】 請求項1,2または3記載の交流可変速
    駆動装置において、 同期電動機は全速度範囲にわたって定格トルクの定トル
    ク制御を行うと共に、誘導電動機はある速度以下では定
    トルク制御、前記速度以上では速度の上昇に伴って磁束
    を弱める磁束弱め制御を行い、同期電動機及び誘導電動
    機双方の出力トルクの和を交流電動機の出力トルクとし
    たことを特徴とする交流可変速駆動装置。
  5. 【請求項5】 請求項4記載の交流可変速駆動装置にお
    いて、 同期電動機の過負荷耐量を低中速度範囲では大きくし、
    高速度範囲では小さくしたことを特徴とする交流可変速
    駆動装置。
  6. 【請求項6】 請求項4または5記載の交流可変速駆動
    装置において、 同期電動機のトルク指令値τs *及び誘導電動機のトルク
    指令値τi *を、 τ*≦τsmax(τ*:交流電動機全体のトルク指令値,τ
    smax:同期電動機が出力可能な最大トルク)ならば、τ
    s *=τ*,τi *=0とし、 τ*>τsmaxならば、τs *=τsmax,τi *=τ*−τsmax
    としたことを特徴とする交流可変速駆動装置。
  7. 【請求項7】 請求項4または5記載の交流可変速駆動
    装置において、 同期電動機のトルク指令値τs *及び誘導電動機のトルク
    指令値τi *を、 τ*≦τscont(τ*:交流電動機全体のトルク指令値,
    τscont:同期電動機の連続定格トルク)ならば、τs *
    =τ*,τi *=0とし、 τscont<τ*≦τscont+τicont(τicont:誘導電動
    機の連続定格トルク)ならば、τs *=τscont,τi *
    τ*−τscontとし、 τscont+τicont<τ*≦τsmax+τicont(τsmax:同
    期電動機が出力可能な最大トルク)ならば、τs *=τ*
    −τicont,τi *=τicontとし、 τ*>τsmax+τicontならば、τs *=τsmax,τi *=τ
    *−τsmaxとしたことを特徴とする交流可変速駆動装
    置。
  8. 【請求項8】 請求項6または7記載の交流可変速駆動
    装置において、 誘導電動機のトルク指令値τi *を、誘導電動機の二次時
    定数よりも十分に大きい時定数のフィルタ回路を介して
    トルク制御に用い、このフィルタ回路を通過したトルク
    指令値τi *が零である場合には誘導電動機に対する励磁
    を停止することを特徴とする交流可変速駆動装置。
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