(57)【要約】【課題】永久磁石同期電動機の界磁制御に伴う問題を解消することが可能な電気自動車の駆動制御装置及びその方法を提供する。【解決手段】ＰＷＭインバータ装置１５により電気自動車１１を駆動する永久磁石同期電動機１２のトルク制御を行う電気自動車の駆動・制御において、ＰＷＭインバータ装置１５は、永久磁石同期電動機１２の速度が基底速度以上又は負荷電圧が基底電圧以上であることを検出する手段２５と、速度が基底速度を超過した又は電圧が基底電圧を超過したことを検知する手段２６と、超過分信号を入力とする１／２乗関数発生器２７とを有し、１／２乗関数発生器２７から必要な電流制限指令値を生成させ、電流制限指令値をＰＷＭインバータ装置１５のトルク制御装置２９の電流指令値に代数的に加算することによって、ＰＷＭインバータ装置１５によって、永久磁石同期電動機１２の出力制限制御を遂行しつつ、必要なトルク制御を遂行する。【選択図】図２
2014158361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石同期電動機で駆動される電気自動車にて、エンジンで発電機を回転して駆動電力を得、更にＰＷＭインバータ装置により可変電圧・可変周波数制御を行って、前記永久磁石同期電動機のトルク制御を行う電気自動車の駆動・制御方法において、
前記ＰＷＭインバータ装置は、１）前記永久磁石同期電動機の速度が基底速度以上、又は該永久磁石同期電動機の負荷電圧が基底電圧以上であることを検出する手段と、２）前記速度が前記基底速度を超過した又は前記電圧が前記基底電圧を超過した分を超過分信号ａとして検知する手段と、３）前記超過分信号ａを入力とする１／２乗関数発生器又は順次勾配が小さくなる折れ線近似関数発生器とを有し、該１／２乗関数発生器又は前記順折れ線近似関数発生器から必要な電流制限指令値ｂを生成させ、該電流制限指令値ｂを前記ＰＷＭインバータ装置のトルク制御装置の電流指令値ｃに代数的に加算することによって、前記ＰＷＭインバータ装置によって、前記永久磁石同期電動機の出力制限制御を遂行しつつ、必要なトルク制御を遂行することを特徴とする電気自動車の駆動・制御方法。
【請求項２】
永久磁石同期電動機で駆動される電気自動車にて、エンジンで発電機を回転して駆動電力を得、更にＰＷＭインバータ装置により可変電圧・可変周波数制御を行って、前記永久磁石同期電動機のトルク制御を行う電気自動車の駆動・制御方法において、
前記ＰＷＭインバータ装置は、前記永久磁石同期電動機の速度が基底速度以上又は該永久磁石同期電動機の負荷電圧が基底電圧以上であることを条件として、該永久磁石同期電動機の出力ｄを検出する手段と、該永久磁石同期電動機の目標出力ｅを設定する手段とを有し、該永久磁石同期電動機の出力ｄと前記目標出力ｅとの差を演算して出力超過分ｆを検出し、該出力超過分ｆを前記永久磁石同期電動機の速度又は電圧で割算することにより必要な電流制限指令値ｇを生成させ、該電流制限指令値ｇを前記ＰＷＭインバータ装置に置かれたトルク制御装置の電流指令値ｈに代数的に加算することによって、前記ＰＷＭインバータ装置によって、前記永久磁石同期電動機の出力制限制御を遂行しつつ、必要なトルク制御を遂行することを特徴とする電気自動車の駆動・制御方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の電気自動車の駆動・制御方法において、前記エンジン駆動の発電機に代えて、前記駆動電力を蓄電池又は燃料電池から得て、該蓄電池又は該燃料電池の負荷を許容値以下に制限することを特徴とする電気自動車の駆動・制御方法。
【請求項４】
永久磁石同期電動機で駆動される電気自動車にて、エンジンで発電機を回転して駆動電力を得、更にＰＷＭインバータ装置により可変電圧・可変周波数制御を行って、前記永久磁石同期電動機のトルク制御を行う電気自動車の駆動・制御装置において、
前記ＰＷＭインバータ装置は、１）前記永久磁石同期電動機の速度が基底速度以上、又は該永久磁石同期電動機の負荷電圧が基底電圧以上であることを検出する手段と、２）前記速度が前記基底速度を超過した又は前記電圧が前記基底電圧を超過した分を超過分信号ａとして検知する手段と、３）前記超過分信号ａを入力とする１／２乗関数発生器又は順次勾配が小さくなる折れ線近似関数発生器とを有し、該１／２乗関数発生器又は前記順折れ線近似関数発生器から必要な電流制限指令値ｂを生成させ、該電流制限指令値ｂを前記ＰＷＭインバータ装置のトルク制御装置の電流指令値ｃに代数的に加算することによって、前記ＰＷＭインバータ装置によって、前記永久磁石同期電動機の出力制限制御を遂行しつつ、必要なトルク制御を遂行することを特徴とする電気自動車の駆動・制御装置。
【請求項５】
永久磁石同期電動機で駆動される電気自動車にて、エンジンで発電機を回転して駆動電力を得、更にＰＷＭインバータ装置により可変電圧・可変周波数制御を行って、前記永久磁石同期電動機のトルク制御を行う電気自動車の駆動・制御装置において、
前記ＰＷＭインバータ装置は、前記永久磁石同期電動機の速度が基底速度以上又は該永久磁石同期電動機の負荷電圧が基底電圧以上であることを条件として、該永久磁石同期電動機の出力ｄを検出する手段と、該永久磁石同期電動機の目標出力ｅを設定する手段とを有し、該永久磁石同期電動機の出力ｄと前記目標出力ｅとの差を演算して出力超過分ｆを検出し、該出力超過分ｆを前記永久磁石同期電動機の速度又は電圧で割算することにより必要な電流制限指令値ｇを生成させ、該電流制限指令値ｇを前記ＰＷＭインバータ装置に置かれたトルク制御装置の電流指令値ｈに代数的に加算することによって、前記ＰＷＭインバータ装置によって、前記永久磁石同期電動機の出力制限制御を遂行しつつ、必要なトルク制御を遂行することを特徴とする電気自動車の駆動・制御装置。
【請求項６】
請求項４又は５記載の電気自動車の駆動・制御装置において、前記エンジン駆動の発電機に代えて、前記駆動電力を蓄電池又は燃料電池から得て、該蓄電池又は該燃料電池の負荷を許容値以下に制限することを特徴とする電気自動車の駆動・制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車の駆動制御装置及びその方法に係わり、詳しくは、ハイブリッド式電気自動車、蓄電池電源式電気自動車、又は燃料電池電源式電気自動車の車輪駆動（動力源）に永久磁石同期電動機を適用する場合に、基底速度以上あるいは基底電圧以上の運転において、永久磁石同期電動機の界磁制御を行なうことなく、必要なトルク制御を行うことができる電気自動車の駆動制御装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、永久磁石同期電動機を基底速度以上で運転する場合、永久磁石同期電動機の出力を制限する方法、例えば、定出力特性を得る方法として、永久磁石同期電動機の界磁制御、即ち、永久磁石同期電動機に永久磁石の磁束を弱める電流成分と必要なトルク電流成分を流すと共に、電動機の周波数を上昇することが行われている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
永久磁石同期電動機の界磁制御では、永久磁石同期電動機の回転速度上昇に比例して大きくなる永久磁石同期電動機の誘起電圧を抑制するために、一般に、磁束を弱める電流成分は、永久磁石同期電動機の回転速度にほぼ比例して大きくなるように制御されている。この場合、永久磁石同期電動機に流れる相電流は、磁束を弱める電流成分とトルク電流成分のベクトル和になる。ここで、永久磁石同期電動機を基底速度以上で運転する場合、トルク電流成分は速度増加に反比例して減少するが、磁束を弱める電流成分は、速度増加にほぼ比例して増加するために、両電流成分のベクトル和である相電流は、基底速度以上の範囲に存在するある速度までは減少するが、ある速度を超えると逆に大きくなる特性を有するので、永久磁石同期電動機の効率が低下するという問題がある。
【０００４】
また、永久磁石同期電動機の界磁制御を行う場合、磁束を弱める電流及びトルク電流をそれぞれ設定する電流指令器及び負荷角指令器では複雑な演算を行う必要があり、一般に、電流指令器及び負荷角指令器の構成が複雑になるという問題がある。更に、永久磁石同期電動機の界磁制御では、磁束を弱める電流成分を流すために、永久磁石同期電動機の永久磁石に経年的減磁劣化が生じる懸念があると共に、永久磁石同期電動機の界磁制御によって、永久磁石同期電動機が基底速度以上の高速運転を行なっている時、磁束を弱める電流成分の制御が失敗した場合、永久磁石同期電動機のトルク制御を行う可変電圧可変周波数制御装置、例えばＰＷＭインバータ装置に過大な電圧が印加されるという問題が生じる。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、永久磁石同期電動機の界磁制御に伴う問題、即ち、永久磁石同期電動機を基底速度以上で運転する際の永久磁石同期電動機の効率低下の問題、制御機器構成の複雑化の問題、永久磁石の経年的減磁劣化の問題、及び磁束を弱める電流成分の制御失敗時に発生する過電圧印加の問題をそれぞれ解消することが可能な電気自動車の駆動・制御方法及びその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的に沿う第１の発明に係る電気自動車の駆動・制御方法及び第３の発明に係る電気自動車の駆動・制御装置は、永久磁石同期電動機で駆動される電気自動車にて、エンジンで発電機を回転して駆動電力を得、更にＰＷＭインバータ装置により可変電圧・可変周波数制御を行って、前記永久磁石同期電動機のトルク制御を行う電気自動車の駆動・制御方法及び装置において、前記ＰＷＭインバータ装置は、１）前記永久磁石同期電動機の速度が基底速度以上、又は該永久磁石同期電動機の負荷電圧が基底電圧以上であることを検出する手段と、２）前記速度が前記基底速度を超過した又は前記電圧が前記基底電圧を超過した分を超過分信号ａとして検知する手段と、３）前記超過分信号ａを入力とする１／２乗関数発生器又は順次勾配が小さくなる折れ線近似関数発生器とを有し、該１／２乗関数発生器又は前記順折れ線近似関数発生器から必要な電流制限指令値ｂを生成させ、該電流制限指令値ｂを前記ＰＷＭインバータ装置のトルク制御装置の電流指令値ｃに代数的に加算することによって、前記ＰＷＭインバータ装置によって、前記永久磁石同期電動機の出力制限制御を遂行しつつ、必要なトルク制御を遂行している。
【０００７】
前記目的に沿う第２の発明に係る電気自動車の駆動・制御方法及び第４の発明に係る電気自動車の駆動・制御装置は、永久磁石同期電動機で駆動される電気自動車にて、エンジンで発電機を回転して駆動電力を得、更にＰＷＭインバータ装置により可変電圧・可変周波数制御を行って、前記永久磁石同期電動機のトルク制御を行う電気自動車の駆動・制御方法及び装置において、前記ＰＷＭインバータ装置は、前記永久磁石同期電動機の速度が基底速度以上又は該永久磁石同期電動機の負荷電圧が基底電圧以上であることを条件として、該永久磁石同期電動機の出力ｄを検出する手段と、該永久磁石同期電動機の目標出力ｅを設定する手段とを有し、該永久磁石同期電動機の出力ｄと前記目標出力ｅとの差を演算して出力超過分ｆを検出し、該出力超過分ｆを前記永久磁石同期電動機の速度又は電圧で割算することにより必要な電流制限指令値ｇを生成させ、該電流制限指令値ｇを前記ＰＷＭインバータ装置に置かれたトルク制御装置の電流指令値ｈに代数的に加算することによって、前記ＰＷＭインバータ装置によって、前記永久磁石同期電動機の出力制限制御を遂行しつつ、必要なトルク制御を遂行している。
【０００８】
第１、第２の発明に係る電気自動車の駆動・制御方法及び第３、第４の発明に係る電気自動車の駆動・制御装置において、前記エンジン駆動の発電機に代えて、前記駆動電力を蓄電池又は燃料電池から得て、該蓄電池又は該燃料電池の負荷を許容値以下に制限することができる。
【発明の効果】
【０００９】
第１、第２の発明に係る電気自動車の駆動制御装置及び第３、第４の発明に係る電気自動車の駆動制御方法においては、基底速度以上のトルク制御に、従来の永久磁石同期電動機の界磁制御を採用しない。代わって、エンジン並びに発電機の負荷、あるいは、蓄電池や燃料電池の負荷を許容値に制限するために、永久磁石同期電動機の出力を制限する手段をＰＷＭインバータ装置に設ける。その結果、従来の永久磁石同期電動機の界磁制御を行うトルク制御方式よりも、基底速度以上にて永久磁石同期電動機の効率を数％高く出来る。また、界磁制御を行わないため、車の安全運転の目的で設けられる速度制限制御が、界磁制御を行なう従来方式より正確で安定になる。結果として、車の運転操作が容易になり、安全性が増す効果がある。また、永久磁石同期電動機の界磁制御を行うための制御装置が不要になり、制御装置が簡単化され、信頼性が向上する。とりわけ、永久磁石同期電動機の永久磁石の磁束を磁束弱め電流成分で弱める制御がないので、永久磁石の経年的減磁劣化の問題が少なくなり、信頼性の向上が期待出来る。加えて、従来方式で問題とされている、界磁弱め電流成分制御失敗時の過電圧の問題を解消出来る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電気自動車の駆動制御装置が適用されるハイブリッド方式の電気自動車の全体構成例の説明図である。
【図２】同電気自動車の駆動制御装置のブロック線図である。
【図３】同電気自動車の駆動制御装置が適用される蓄電池電源式電気自動車の全体構成例の説明図である。
【図４】同電気自動車の駆動制御装置を適用した際の出力、トルク制限シミュレーション特性の説明図である。
【図５】同電気自動車の駆動制御装置を適用した際の加減速特性の説明図である。
【図６】本発明の方式と従来方式の効率を比較した説明図である。
【図７】従来方式の永久磁石同期電動機の界磁制御装置のブロック線図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る電気自動車の駆動制御装置のブロック線図である。
【図９】同電気自動車の駆動制御装置を適用した際の加減速特性の説明図である。
【図１０】同電気自動車の駆動制御装置を適用した際の出力、トルク制限シミュレーション特性の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電気自動車の駆動・制御装置１０（図２参照）を適用した単一電動機駆動、ハイブリッド方式の電気自動車１１の全体構成を示している。電気自動車１１は、永久磁石同期電動機１２で駆動され、エンジン１３で発電機１４を回転して駆動電力を得、更にＰＷＭインバータ装置１５により可変電圧・可変周波数制御を行って、永久磁石同期電動機１２のトルク制御を行っている。発電機１４は、エンジン１３に直結又は減速機を介して連結されている。永久磁石同期電動機１２の出力軸１６は、減速機と差動歯車から構成された機械的伝達機構１７を介して車輪１８、１９を駆動している。符号２０は、永久磁石同期電動機１２が回生制動運転に入り、ＰＷＭインバータ装置１５の中間回路直流電圧が予め設定された電圧を超えた時に、蓄電池の充・放電回路をＯＮする充・放電制御電子スイッチ装置、符号２１は、回生制動エネルギーを蓄積する蓄電池装置である。
【００１２】
永久磁石同期電動機１２が回生制動運転から解除されると、中間回路直流電圧が予め設定された電圧以下となり、充・放電制御電子スイッチ装置２０は、その充電回路をＯＦＦし、蓄電池装置２１への充電を停止する。他方、電気自動車１１が加速する運転では、充・放電制御電子スイッチ装置２０は、その放電回路をＯＮし、蓄電池装置２１に蓄積されたエネルギーを永久磁石同期電動機１２に供給する。つまり、加速運転では、永久磁石同期電動機１２は、発電機１４と蓄電池装置２１の両方から電力の供給を受けるように制御される。
【００１３】
図３に、電気自動車１１の変形例であって、エンジン発電機に代えて、駆動電力を蓄電池を備えた蓄電池装置２２から得て、蓄電池の負荷を許容値以下に制限する電気自動車２３の全体構成を示す。電気自動車２３は、電気自動車２３が停止中に、蓄電池装置２２を充電するための充電装置２４と、永久磁石同期電動機１２が電動運転中には、蓄電池装置２２の電力を永久磁石同期電動機１２に供給し、永久磁石同期電動機１２が回生制動運転中では、その回生エネルギーを蓄電池装置２２に充電するための充・放電制御電子スイッチ装置２０を備えている。つまり、蓄電池装置２２の出力は、充・放電制御電子スイッチ装置２０を介して、その出力をＰＷＭインバータ装置１５ａに与えている。永久磁石同期電動機１２の出力軸１６は、減速機と差動歯車から構成された機械的伝達機構１７を介して車輪１８、１９を駆動している。
【００１４】
続いて、第１の実施の形態に係る電気自動車の駆動・制御装置１０について、図２を用いて説明する。
電気自動車の駆動・制御装置１０は、ＰＷＭインバータ装置１５に搭載され、永久磁石同期電動機１２の速度が基底速度以上、又は永久磁石同期電動機１２の電圧が基底電圧以上であることを検出する比較手段２５と、速度が基底速度を超過した又は電圧が基底電圧を超過した分を超過分信号ａとして検知する測定手段２６と、超過分信号ａを入力とする１／２乗関数発生器２７とを備えた電流制限制御装置（ＣＬＭＣ）２８を有し、１／２乗関数発生器２７から必要な電流制限指令値ｂを生成させ、電流制限指令値ｂをＰＷＭインバータ装置１５のトルク制御装置（ＰＭＴＣ）２９の電流指令値ｃに代数的に加算している。その結果、ＰＷＭインバータ装置１５によって、永久磁石同期電動機１２の出力制限制御を遂行しつつ、必要なトルク制御を遂行している。なお、１／２乗関数発生器２７の代わりに、順次勾配が小さくなる折れ線近似関数発生器を使用することもできる。
【００１５】
本発明の電流制限制御装置２８の動作を説明するに先立ち、図２のトルク制御装置２９について説明する。ここで、符号３０はＰＷＭインバータ装置１５の部分制御装置（ＰＷＭ  ＩＮＶ）、符号３１は永久磁石同期電動機１２で駆動される負荷、符号３２は、永久磁石同期電動機１２の磁極位置を検出するエンコーダである。また、符号３３、３４は、永久磁石同期電動機１２の、ｂ、ｃ相電流ｉｂｓ（Ａ）、ｉｃｓ（Ａ）をそれぞれ検出するための電流センサである。なお、ａ相電流ｉａｓ（Ａ）は、図示していないが、ｉｂｓ（Ａ）とｉｃｓ（Ａ）のベクトル演算によって検出する。
【００１６】
永久磁石同期電動機１２の相電流ｉａｓ（Ａ）、ｉｂｓ（Ａ）、ｉｃｓ（Ａ）は、それぞれ電流指令器（ｄｑ／ａｂｃ）３５の指令電流ｉａｓ＊（Ａ）、ｉｂｓ＊（Ａ）、ｉｃｓ＊（Ａ）と比較され、その偏差がゼロになるよう、部分制御装置３０によって電流制御される。電流指令器３５は、ｄ、ｑ座標で表した相電流指令ｉｓ＊（Ａ）と位相角指令θｓ＊（ｒａｄ）を三相ａ、ｂ、ｃ座標の指令電流ｉａｓ＊（Ａ）、ｉｂｓ＊（Ａ）、ｉｃｓ＊（Ａ）に変換する。位相角指令器の位相角指令θｓ＊（ｒａｄ）は、負荷角設定器（δＳ）３６で設定された負荷角設定値δ＊（ｒａｄ）とエンコーダ３２で測定される永久磁石同期電動機１２の回転角度θｒ（ｒａｄ）との和によって与えられる。δ＊（ｒａｄ）がπ／２（ｒａｄ）に設定され磁石磁束一定の場合、後述のように、永久磁石同期電動機１２のトルクは相電流に比例する。よって、必要なトルクを得るための相電流指令ｉｓ＊（Ａ）を一次遅れ演算器（ＬＡＧ）３７の出力に生成せしめる。トルク制御装置２９の電流指令値ｃであるトルク電流指令ｉｑｓｓ（Ａ）は、リミッタ（ＬＩＭ）３８の出力で、その入力ｉｑｓ（Ａ）は、トルク指令電流ｉｑＴ（Ａ）と速度制限動作時のトルク電流ｉｑｓＬ（Ａ）の差によって与えられる。
【００１７】
トルク指令電流ｉｑＴ（Ａ）は、ランプ関数発生器３９の傾斜を調整する増幅器４０と最大トルク電流を設定するリミッタ（ＬＩＭ）４１によって与えられる。つまり、速度制限動作時の速度制限制御用トルク電流ｉｑｓＬ（Ａ）がゼロである場合には、ランプ関数発生器３９及び増幅器４０によって定まる傾斜で立ち上がり、最大、最小値がそれぞれリミッタ４１の上下限設定値となるトルク指令電流ｉｑＴ（Ａ）が、リミッタ３８に入力されることになる。従って、リミッタ４１の設定値を手動で調整すれば、リミッタ３８を介してトルク電流指令ｉｑｓｓ（Ａ）が調整され、永久磁石同期電動機１２のトルク制御が可能になる。
【００１８】
他方、速度制限動作は、次のように動作する。
トルク指令電流ｉｑＴ（Ａ）は、速度制限制御用トルク電流ｉｑｓＬ（Ａ）と代数的に加算されている。速度制限制御用トルク電流ｉｑｓＬ（Ａ）は、永久磁石同期電動機１２の負荷が軽負荷の場合や、電気自動車１１が下り坂を走行する場合等でマイナス負荷となる場合に、永久磁石同期電動機１２の過速を防止するために、トルク指令電流ｉｑＴ（Ａ）を制限する働きをする。このために、ステップ関数発生器４２と、増幅器４３と、リミッタ（ＬＩＭ）４４と、係数器（ＫＮ）４５を介して、制限速度ｎＬ（ｒｐｍ）が設定される。制限速度ｎＬ（ｒｐｍ）は、速度検出器（ＮＤ）４６によって検出した永久磁石同期電動機１２の実際の速度ｎＩ（ｒｐｍ）と比較され、その偏差を高増幅率（例えば、１００倍以上）の増幅器４７に入力する。その出力は、リミッタ（ＬＩＭ）４８に与えられる。
【００１９】
リミッタ４８の設定値は、上限値はゼロ、下限値は−１である。よって、永久磁石同期電動機１２の速度ｎＩ（ｒｐｍ）が、制限速度ｎＬ（ｒｐｍ）を超過すると、リミッタ４８の出力は−１になる。この値は、絶対値演算器（｜ｕ｜）４９によって、絶対値に変換され掛算器５０に与えられる。他方、永久磁石同期電動機１２の速度ｎＩ（ｒｐｍ）と制限速度ｎＬ（ｒｐｍ）との偏差は、絶対値演算器（｜ｕ｜）５１によって絶対値に変換され、掛算器５０に与えられる。掛算器５０の出力は、速度制御器（ＳＲ）５２の入力である。ここで、速度制御器５２は、例えば、ＰＩ制御（比例・積分制御）を行なう演算増幅器である。つまり、永久磁石同期電動機１２の速度ｎＩ（ｒｐｍ）が制限速度ｎＬ（ｒｐｍ）を超過すると、速度制御器５２の出力に、速度制御ループの出力として、速度制限制御用トルク電流ｉｑｓＬ（Ａ）が生成される。従って、トルク指令電流ｉｑＴ（Ａ）と速度制限制御用トルク電流ｉｑｓＬ（Ａ）の差であるｉｑｓ（Ａ）（リミッタ３８の入力）は減少し、過速を防止する。
【００２０】
リミッタ３８は、トルク要求を許容値に制限するもので、その上下限値は、q軸定格電流の例えば±２００％.に設定されている。従って、永久磁石同期電動機１２の速度ｎＩ（ｒｐｍ）が制限速度ｎＬ（ｒｐｍ）以下である場合、ランプ関数発生器３９、増幅器４０、リミッタ４１、３８、一次遅れ演算器３７、電流指令器３５、部分制御装置３０、負荷角設定器３６、電流センサ３３、３４によって、永久磁石同期電動機１２のベクトル制御によるトルク制御系が構成されることになる。
他方、永久磁石同期電動機１２の速度ｎＩ（ｒｐｍ）が制限速度ｎＬ（ｒｐｍ）を超過した場合には、ステップ関数発生器４２、増幅器４３、リミッタ４４、係数器４５、増幅器４７、リミッタ４８、絶対値演算器４９、５１、掛算器５０、速度制御器５２、リミッタ３８、一次遅れ演算器３７、電流指令器３５、部分制御装置３０、負荷角設定器３６、電流センサ３３、３４によって、永久磁石同期電動機１２のベクトル制御による速度制御系が構成されることになる。
【００２１】
本発明の第１の実施の形態の電気自動車の駆動・制御装置１０は、負荷角を一定値に設定して行う永久磁石同期電動機１２のトルク制御に加えて速度制限制御が可能なように構成したトルク制御装置２９に、更に電流制限制御装置２８を追加して構成されている。以下、電流制限制御装置２８の動作を、図２を用いて説明する。
ここで、符号５３は係数器（Ｋ）、符号５４は絶対値演算器（｜u｜）、符号５５は符号判別器（±１）、符号５６は一次遅れ演算器（Ｇ１）、符号５７、５８は掛算器である。また、符号５９は電流制限開始電圧を設定する電圧設定器（Ｋ）、符号６０は増幅器（例えば、増幅率が１００倍以上）、符号６１はリミッタであり、上限値を１．０、下限値を０に設定している。更に、符号６２は掛算器、符号６３は一次遅れ演算器（Ｇ２）、符号６４はリミッタである。なお、トルク制御装置２９には、電圧制限制御のために、永久磁石同期電動機１２の相電圧を検出する電圧検出器（VD）６５が設けられており、比較手段２５は、電圧検出器６５の出力に電圧設定器５９の出力を代数的に加算することにより構成されている。また、測定手段２６は、増幅器６０、リミッタ６１、及び掛算器６２から構成されている。
【００２２】
今、電流制限制御装置２８の一次遅れ演算器５６の出力がゼロであると仮定する。そうすると、ｉｑｓｓ（Ａ）は、一次遅れ演算器３７を通して永久磁石同期電動機１２の相電流指令ｉｓ＊（Ａ）となる。他方、負荷角は、負荷角設定器３６でδ＊（ｒａｄ）に設定されている。よって、永久磁石同期電動機１２の回転角度θｒ（ｒａｄ）＋δ＊（ｒａｄ）にて位相角指令θｓ＊（ｒａｄ）が作られる。相電流指令ｉｓ＊（Ａ）と位相角指令θｓ＊（ｒａｄ）は、電流指令器３５によって、相電流指令ｉａｓ＊（Ａ）、ｉｂｓ＊（Ａ）、ｉｃｓ＊（Ａ）に変換され、部分制御装置３０によって電流制御が遂行される。つまり、図２のトルク制御装置２９は、負荷角を一定値に設定した永久磁石同期電動機１２のベクトル制御によるトルク制御を遂行する。
【００２３】
電圧検出器６５で相電圧に比例した直流電圧ＶｑＩ（Ｖ）を検出し、直流電圧ＶｑＩ（Ｖ）と電圧設定器５９に設定された電流制限制御開始電圧Ｖｑｓｂ（Ｖ）と比較し、比較結果は増幅器６０を介してリミッタ６１に与えられる。従って、ＶｑＩ（Ｖ）＞Ｖｑｓｂ（Ｖ）になると、リミッタ６１の出力は１．０になる。その結果、超過分信号ａであるＶｑＩ（Ｖ）−Ｖｑｓｂ（Ｖ）の値が掛算器６２を通して、一次遅れ演算器６３に入力される。一次遅れ演算器６３の出力は、１／２乗関数発生器２７に入力される。１／２乗関数発生器２７の出力は、本発明の電流制限制御値の最大値を設定するリミッタ６４に与えられている。つまり、ＶｑＩ（Ｖ）−Ｖｑｓｂ（Ｖ）の値から、一次遅れ演算器６３及び１／２乗関数発生器２７をそれぞれ介して得られる値が、加速と減速によって符号を切替えるために置いた掛算器５８を通し、更に、本発明の電流制限制御の比例ゲインを調整する掛算器５７を介し、一次遅れ演算器５６に与えられる。一次遅れ演算器５６の出力であって、電流制限指令値ｂであるｉｑＬ（Ａ）は、前述のｑ軸電流指令ｉｑｓｓ（Ａ）と代数的に加算され、電流制限動作を遂行する。
【００２４】
係数器５３は、電流制限制御の比例ゲイン調整回路を構成しており、トルク制御装置２９のリミッタ３８の出力が上、下限値である場合、係数器５３の出力を±１．０にするように設定されている。よって、永久磁石同期電動機１２の電流指令ｉｑｓｓ（Ａ）がリミッタ３８の上、下限設定値で動作している場合、つまり、電流制限動作で加減速運転している時は、掛算器５７に１．０を与え、掛算器５８の出力をそのまま、一次遅れ演算器５６に伝達する。加速制限、又は減速制限から解除される場合には、絶対値演算器５４の出力は１．０より小さくなり、無負荷の場合にはゼロになる。つまり、加、減速制限状態が解除されると、掛算器５８の出力に１．０より小さい値を掛算することにより一次遅れ演算器５６の出力である電流制限指令ｉｑＬ（Ａ）を小さい値になる様に調整する。
【００２５】
次に、本発明の図２の構成によって、出力制限特性が得られることを説明する。
図４は、図１の電気自動車１１にて、発電機１４の電圧を一定と仮定して、その運転特性をシミュレーションで求めたものである。図４では、図２のリミッタ３８の上限設定値を電動機トルクの２００％に設定し、ステップ状のトルク指令２００％（２．０ｐ．ｕ．）によって、永久磁石同期電動機１２を速度制限速度まで加速した場合の加速特性を、速度に対してプロットしたものである。出力は、速度１．０ｐ．ｕ．以上、即ち、永久磁石同期電動機１２の基底速度以上において、ほぼ、２．０ｐ．ｕ．に制限されており、電動機トルクは、１．０ｐ．ｕ．速度で約１．９５p．ｕ．、２．０ｐ．ｕ．速度で約１．０ｐ．ｕ．に制御されている。
【００２６】
図５は、永久磁石同期電動機１２の負荷トルクとして、最高速度で空気抵抗分トルクを０．２５p．ｕ．、転がり抵抗分トルクをゼロに近似して、ステップ状のトルク指令２．０ｐ．u．にて制限速度まで加速し、その後、−１．０ｐ．ｕ．のトルク指令にて減速を行ない、速度ゼロ付近でトルク指令をゼロに操作した場合の加減速特性を求めたものである。図５に示すように、加速中の出力は、ほぼ２．０ｐ．ｕ．に制限され、減速中の出力は、ほぼ−１．０ｐ．ｕ．に制限されており、スムースな加速と減速制御が遂行されている。つまり、本発明の図２の電気自動車の駆動・制御装置１０によって、トルク制御を遂行しつつ、実用上の精度で出力制限制御が遂行されていることが証明されている。
【００２７】
次に本発明の方法が、永久磁石同期電動機１２の界磁制御の方法よりも基底速度以上にて、電動機効率に優れることを説明する。
図４の出力、トルク制限シミュレーション特性を求めるために設定した電気自動車の永久磁石同期電動機の定格は、２７ＫＷ、９００／２５２０ｒｐｍ、１４０／４００Ｖ、６０／１６８Ｈｚで、ｐ．ｕ．抵抗ＲＳｎ＝０．０５９Ｐ．ｕ．、ｄ軸ｐ．ｕ．インダクタンスＬｄｎ＝０．１８９ｐ．ｕ．、ｑ軸ｐ．ｕ．インダクタンスＬｑｎ＝０．２９９ｐ．ｕ．である。ここで、ｑ軸電圧、ｄ軸電圧のｐ．ｕ．値は、ベース電圧ＶＢ＝１１４．３Ｖ、ベース電流ＩＢ＝１６５．７Ａとし、回転子速度のｐ．ｕ．値、ωｒｎ（ｐ．ｕ．）を変数にとり、それぞれ、後述の（８）式で計算する。
【００２８】
図６は、以上の条件で求めた従来方式の効率と本発明の効率を比較したものである。ただし、効率計算における永久磁石同期電動機の鉄損を、ベース速度９００ｒｐｍで１２９Ｗ、トップ速度２５２０ｒｐｍで４３１Ｗと推定し、摩擦損失を電動機容量の１％、風損を電動機容量の最高速度で２％と仮定して計算している。図6において、第１の実施の形態の電気自動車の駆動・制御装置１０は、２．８p．ｕ．速度で３．０％、３．０ｐ．ｕ．速度で３．３％だけ、従来の永久磁石同期電動機の界磁制御方式よりも効率が良くなっている。
【００２９】
図２の電流制限制御装置２８の電流制限制御は、電圧検出器６５で検出した永久磁石同期電動機１２の電圧が、電圧設定器５９の設定値を超えたときに電流制限動作を開始するように構成している。ここで、電圧検出器６５が備えられていなければ、速度検出器４６の出力に、定格電圧（Ｖ）／定格速度（ｒｐｍ）の係数を掛けた電圧を検出し、電圧設定器５９の設定値と比較するように構成することもできる。また、図示していないが、電圧設定器５９を基底速度設定器に変更し、速度検出器４６の電動機速度と比較するように構成することもできる。この場合には、基底速度より超過した速度分から、一次遅れ演算器６３及び１／２乗関数発生器２７をそれぞれ介して得られる値を用いて、永久磁石同期電動機１２の出力制限を行う電流制限電流ｉｑＬ（Ａ）を得る構成となる。
【００３０】
次に、図１のエンジン１３で駆動される発電機１４の制御について説明する。
エンジン１３は、図示していないがエンジン制御装置によって、発電機１４の電圧をほぼ一定に保ち、かつ、発電機１４の出力が要求負荷を供給できるように制御されている。なお、エンジン制御装置は、エンジンスロットル制御装置とエンジンの燃料制御装置によって構成されている。電気自動車１１が停止中に、エンジン１３を始動せしめると、エンジン１３は、発電機１４の定格電圧を発生せしめる速度にて、エンジン１３に連結された補助機器の負荷と発電機１４の機械損負荷の合計負荷を供給する出力に制御される。つまり、エンジン１３は、定格速度、軽負荷運転となる。この状態から電気自動車１１が始動すると、図１のＰＷＭインバータ装置１５から永久磁石同期電動機１２の出力信号がエンジン制御装置に送られ、エンジン１３の出力を増加せしめる。この結果、もし、エンジン１３の速度変動によって、発電機１４の電圧変動が大きい場合には、図１のＰＷＭインバータ装置１５の入力側に置かれた交流電源整流装置を電圧調整可能な整流装置、例えば、サイリスタ式やトランジスタ式の整流装置に変更し、定電圧制御を行う対策を採用する。
【００３１】
次に、電気自動車１１の変形例である電気自動車２３について説明する。
電気自動車２３は、電気自動車１１のエンジン１３、発電機１４、及びＰＷＭインバータ装置１５を、蓄電池充電装置２４、蓄電池装置２２、蓄電池の充・放電制御電子スイッチ装置２０、及び交流電源整流装置を省いたＰＷＭインバータ装置１５ａに置き換えたものに等しい。つまり、図２に示す電気自動車の駆動・制御装置１０は、図３の蓄電池装置２２を電源とする電気自動車２３の永久磁石同期電動機１２の制御に適用できる。従って、図４の出力、トルク制限シミュレーション特性、図５の加減速特性、図６の効率特性は、図３の電気自動車２３にも適用できることは明らかである。
【００３２】
次に、図２に示す電気自動車の駆動・制御装置１０に適用する電気自動車の駆動・制御方法が、永久磁石同期電動機１２の従来の界磁制御を行なう方法より簡単になることを説明する。
ここで、図7は、永久磁石同期電動機１２に対して従来の界磁制御によるトルク制御を行うトルク制御装置６６の代表的ブロック線図である。図7において、永久磁石同期電動機１２は、ＰＷＭインバータ装置の部分制御装置６７によって可変電圧・可変周波数制御されている。符号６８、６９は、永久磁石同期電動機１２の相電流ｉｂｓ（Ａ）ｉｃｓ（Ａ）を検出する電流センサである。ただしｉａｓ（Ａ）は、図示していないが、ｉｂｓ（Ａ）ｉｃｓ（Ａ）のベクトル演算によって検出する。この値は、それぞれ電流指令器（ｄｑ／ａｂｃ）７０の相電流指令ｉａｓ＊（Ａ）、ｉｂｓ＊（Ａ）、ｉｃｓ＊（Ａ）と比較され、その偏差がゼロになるよう、部分制御装置６７によって電流制御される。電流指令器７０は、ｄ、ｑ座標で表した相電流指令ｉｓ＊（Ａ）と位相角指令θｓ＊（ｒａｄ）を、三相ａ、ｂ、ｃ座標の相電流指令ｉａｓ＊（Ａ）、ｉｂｓ＊（Ａ）、ｉｃｓ＊（Ａ）に変換する。位相角指令θｓ＊（ｒａｄ）は、負荷角指令δ＊（ｒａｄ）と永久磁石同期電動機１２の回転角度θｒ（ｒａｄ）との和によって与えられている。
【００３３】
符号７１、７２は、基底速度以下の電圧制御と基底速度以上の界磁制御の制御切替えを行う切替スイッチで、その切替操作を、切替え接点で模擬的に示したものである。切替スイッチ７１、７２は、基底速度以下の電圧制御では、それぞれの接点１と２が閉路され、基底速度以上の界磁制御では、それぞれの接点１と３が閉路するようになっている。つまり、基底速度以下では、電流指令ｉｓｖ＊（Ａ）がｉｓ＊（Ａ）となり、負荷角指令δｖ＊（ｒａｄ）がδ＊（ｒａｄ）となる。符号７３、７４は関数発生器で、リミッタ７５の出力であるｑ軸電流指令ｉｑｓｓ（Ａ）を受けて、電流指令ｉｓｖ＊（Ａ）と負荷角指令δｖ＊（ｒａｄ）を生成する。ただし、電流指令ｉｓｖ＊（Ａ）とｑ軸電流指令ｉｑｓｓ（Ａ）の間には、電流指令を滑らかにするために一次遅れ演算器（ＬＡＧ）７６を介在せしめ、ｉｑｓｓ＊（Ａ）を生成している。
【００３４】
従来方式のトルク制御装置６６は、トルク制御に速度制限制御を加えた場合で説明する。トルク制御と速度制限制御の切替えを行うために、切替えスイッチ７７を置き、この切替え操作を切替え接点で模擬的に示している。トルク制御の場合には、切替えスイッチ７７の接点１と２が閉路し、速度制限制御では、接点１と３が閉路する。この切り替え操作は図示していないが、永久磁石同期電動機１２の速度ｎＩ（ｒｐｍ）と速度制限速度ｎＬ（ｒｐｍ）を比較し、ｎＩ（ｒｐｍ）＜ｎＬ（ｒｐｍ）では、切替えスイッチ７７の接点１と２が閉路してトルク制御が選択され、ｎＩ（ｒｐｍ）≧ｎＬ（ｒｐｍ）では、切替えスイッチ７７の接点１と３が閉路してトルク制御から速度制限制御に切り替わるように構成されている。従って、リミッタ７５、一次遅れ演算器７６の入力は、トルク制御の場合には、遅れ関数発生器７８の出力ｉｑＴ（Ａ）を選択し、速度制限制御の場合には、速度制御器（ＳＲ）７９の出力ｉｑｓＬ（Ａ）を選択する。
【００３５】
ここで、速度制限制御に切り替わった場合を説明する。
速度制御器７９は、例えば、ＰＩ制御（比例・積分制御）を行なう演算増幅器である。速度制御器７９は、係数器（Ｋｎ）８０の出力である速度制限速度ｎＬ（ｒｐｍ）と永久磁石同期電動機１２の回転位置を微分する速度検出器（ＮＤ）８１によって検出した永久磁石同期電動機１２の速度ｎＩ（ｒｐｍ）との偏差を比例・積分増幅して、ｑ軸電流指令ｉｑｓＬ（Ａ）を生成する。速度制限速度ｎＬ（ｒｐｍ）は、ステップ関数発生器８２と増幅器８３とリミッタ（ＬＩＭ）８４と係数器８０によって設定される。速度制御器７９の出力ｉｑｓＬ（Ａ）は、切替えスイッチ７７の接点１と３を介し、ｉｑｓ（Ａ）となり、リミッタ７５に入力され、その出力としてｑ軸電流指令ｉｑｓｓ（Ａ）を作っている。
【００３６】
次に、永久磁石同期電動機１２の速度が基底速度以上である場合を説明する。基底速度以上では、切替スイッチ７１、７２の接点１と接点３が閉じ、電圧・界磁制御相電流演算器８５の出力であるｉｓＦ＊（Ａ）とδＦ＊（ｒａｄ）が電流指令ｉｓ＊（Ａ）、負荷角指令δ＊（ｒａｄ）となる。符号８６は、基底速度以上にて、永久磁石同期電動機１２に要求される特性、例えば、定出力特性となるように速度上昇に比例してｑ軸電流成分を低下せしめるｑ軸電流演算器である。ｑ軸電流演算器８６は、リミッタ７５の入力であるｉｑｓ（Ａ）と電動機速度ｎＩ（ｒｐｍ）を入力として、ｉｑｓ＊（Ａ）を演算する。その詳細は、後述する。符号８７は、永久磁石同期電動機１２の永久磁石の磁束を界磁制御中に弱める電流を求めるｄ軸電流成分演算器で、電動機速度ｎＩ（ｒｐｍ）を入力として、ｉｄｓ＊（Ａ）を演算する。
【００３７】
ｉｑｓ＊（Ａ）とｉｄｓ＊（Ａ）の信号は、電圧・界磁制御相電流演算器８５にてベクトル和演算され、相電流指令ｉｓＦ＊（Ａ）とδＦ＊（ｒａｄ）を生成する。つまり、ｎＩ（ｒｐｍ）がｎＬ（ｒｐｍ）を超過し、切替えスイッチ７７の接点の１と３が閉路し、トルク制御から速度制限制御に切り替わった場合、トルク制御装置６６は、ｎＬ（ｒｐｍ）を速度設定値とし、ｎＩ（ｒｐｍ）を実際速度とする速度制御装置として動作する。つまり、速度制御器７９、切替えスイッチ７７、ｑ軸電流演算器８６、ｄ軸電流成分演算器８７、電圧・界磁制御相電流演算器８５、切替スイッチ７１、７２、電流指令器７０、部分制御装置６７、速度検出器８１、電流センサ６８、６９によって、永久磁石式同期電動機１２のベクトル制御による基底速度以上の界磁制御方式の速度制限制御系が構成されることになる。
【００３８】
次に、トルク制御として動作する場合を説明する。この場合、切替えスイッチ７７の接点の１と２が閉路し、リミッタ７５の入力は、遅れ関数発生器７８の出力ｉｑＴ（Ａ）が選択される。ここで、トルク指令ｉｑＴ（Ａ）は、ランプ関数発生器８８、増幅器８９、リミッタ９０、遅れ関数発生器７８によって設定される。遅れ関数発生器７８の出力ｉｑＴ（Ａ）は、切替えスイッチ７７の接点の１と２を介して、リミッタ７５に入力され、ｑ軸電流指令ｉｑｓｓ（Ａ）を作っている。上記の速度制限制御の場合と同様に、永久磁石同期電動機１２が基底速度以上である場合を考えると、切替スイッチ７１、７２の各接点の１と３が閉じ、電圧・界磁制御相電流演算器８５の出力であるｉｓｎＦ＊（Ａ）（図７では、ｉｓＦ＊（Ａ）と示す）とδＦ＊（ｒａｄ）が電流指令ｉｓ＊（Ａ）、負荷角指令δ＊（ｒａｄ）となる。つまり、遅れ関数発生器７８、切替えスイッチ７７、ｑ軸電流演算器８６、ｄ軸電流成分演算器８７、電圧・界磁制御相電流演算器８５、切替スイッチ７１、７２、電流指令器７０、部分制御装置６７、速度検出器８１、電流センサ６８、６９によって、永久磁石式同期電動機１２のベクトル制御方式の界磁制御による基底速度以上のトルク制御系が構成されることになる。
図７に示す永久磁石同期電動機１２の界磁制御の構成と、本発明の第１の実施の形態に係る電気自動車の駆動・制御装置１０（図８に示す本発明の第２の実施の形態に係る電気自動車の駆動・制御装置９１の場合も同様）の制御構成を比較すると、明らかに、本発明の方式が簡単な制御構成になっている。
【００３９】
次に、図２において、負荷角設定δｓがπ／２（ｒａｄ）に設定され、永久磁石の磁束が一定の場合、永久磁石同期電動機１２のトルクが相電流ｉａｓ、ｉｂｓ、ｉｃｓに比例することを説明する。
今、永久磁石同期電動機１２の相電流をｉａｓ、ｉｂｓ、ｉｃｓとする。この電流は、
ｉａｓ＝ｉｓｓｉｎ（ωｒｔ＋δ）・・・・・・・・・・・・（１）
ｉｂｓ＝ｉｓｓｉｎ（ωｒｔ＋δ−２π／３）・・・・・・・（２）
ｉｃｓ＝ｉｓｓｉｎ（ωｒｔ＋δ＋２π／３）・・・・・・・（３）
で与えられる。
ここで、ｉｓは相電流の振幅値、ωｒは回転子速度（ｒａｄ／ｓｅｃ）、δは負荷角（又はトルク角）として知られる回転子磁界と固定子電流の位相（ｒａｄ）である。この電流の回転子基準座標、即ち、ｄ、ｑ座標におけるｄ軸電流ｉｄｓ、ｑ軸電流ｉｑｓは、（４）式で与えられる。（４）式に（１）式、（２）式及び（３）式を代入することにより、（５）式が得られる。
【００４０】
【数１】
2014158361.tif 000003
【００４１】
他方、回転子基準座標ｄ、ｑ軸で表した永久磁石同期電動機１２の電圧Ｖｑｓ、Ｖｄｓは、（６）式によって与えられている。
【００４２】
【数２】
2014158361.tif 000004
【００４３】
ここに、Ｒｓは、ｑ軸、ｄ軸の固定子巻線抵抗（Ω）、Ｌｑ及びＬｄは、それぞれｑ軸及びｄ軸のインダクタンス（Ｈ）、λａｆは回転子磁束鎖交（Ｗｂ−ｔｕｒｎ）、ｐは時間微分演算子ｄ／ｄｔである。また、トルクＴｅは、Ｐを極数として、（７）式によって与えられている。
Ｔｅ＝（３／２）・（Ｐ／２）・〔λａｆｉｑｓ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）ｉｑｓｉｄｓ〕・・・・・（７）
【００４４】
ここで、記述を簡明にするために、電圧、電流、速度、トルク、固定子巻線抵抗、ｄ軸及びｑ軸のインダクタンスを単位法（ｐ．ｕ．法）で表す。今、基底電圧（ベース電圧）をＶＢ、基底電流（ベース電流）をＩＢ、基底速度（ベース速度）をωＢとすると、基底抵抗（ベース抵抗）ＲBはＶB／ＩB（Ω）、ベースインダクタンスＬBはＶB／（ωB・ＩB）（Ｈ）となり、それぞれのｐ．ｕ．値が、Ｒｓｎ＝Ｒｓ／ＲＢ、Ｌｄｎ＝Ｌｄ／ＬＢ、Ｌｑｎ＝Ｌｄ／ＬＢと決定できる。また、ｑ軸電圧Ｖｑｓｎ、ｄ軸電圧Ｖｄｓｎのｐ．ｕ．値は、それぞれＶｑｓｎ＝Ｖｑｓ／ＶＢ（ｐ．ｕ．）、Ｖｄｓｎ＝Ｖｄｓ／ＶＢ（ｐ．ｕ．）で表され、回転子速度のｐ．ｕ．値ωｒｎは、ωｎ＝ωｒ／ωＢ（ｐ．ｕ．）、回転子磁束鎖交λａｆｎは、λａｆｎ＝λａｆ／λａｆＢ（ｐ．ｕ．）となる。ここに、λａｆＢは、ベース磁束鎖交である。ここで、べーストルクＴＢを、ＴＢ＝（３／２）・（Ｐ／２）・λａｆＢＩＢと定義する。そうすると、トルクＴｅのｐ．ｕ．値Ｔｅｎは、Ｔｅｎ＝Ｔｅ／ＴＢ（ｐ．ｕ．）で表される。この結果、（６）式、（７）式は、単位法で記述するとそれぞれ（８）式、（９）式のように表すことができる。
【００４５】
【数３】
2014158361.tif 000005
【００４６】
ここで、トルク制御手段２９では、δｓ＝π／２に設定しているので、（９）式は、（９）´式となる。
Ｔｅｎ＝ｉｓｎ×λａｆｎ・・・・・・・・・・・・・・・・（９）´
即ち、単位法によるＴｅｎは、λａｆｎが一定では、単位法による相電流ｉｓｎに比例する。つまり、トルクは、相電流に比例することになる。
【００４７】
次に、従来方式の永久磁石同期電動機の界磁制御が複雑になることを数式を使って説明する。
永久磁石の磁束を弱めるためには、永久磁石の磁束を弱める向きにｄ軸電流を与えることが必要になる。このｄ軸電流の与え方に、永久磁石同期電動機１２の速度だけの関数として与える方法と、永久磁石同期電動機１２の速度及びトルク両方の関数として与える方法が知られている。ここでは、簡単な前者の界磁弱め制御方式（直接界磁弱め制御方式）で説明する。ある速度で運転中の永久磁石同期電動機１２の電圧Ｖｑｓｎ、Ｖｄｓｎは、（８）式にｐ＝０を代入して、（１０）式、（１１）式のようになる。
Ｖｑｓｎ＝Ｒｓｎｉｑｓｎ＋ωｒｎ（Ｌｄｎｉｄｓｎ＋λａｆｎ）・・・・・・・・（１０）
Ｖｄｓｎ＝−ωｒｎＬｑｎｉｑｓｎ＋Ｒｓｎｉｄｓｎ・・・・・・・・・・・・（１１）
ここで、ｉｑｓｎ＝０の場合の相電圧Ｖｓｎは、（１２）式で求まる。
Ｖｓｎ２＝Ｖｑｓｎ２＋Ｖｄｓｎ２
＝ωｒｎ２（Ｌｄｎｉｄｓｎ＋λａｆｎ）２＋Ｒｓｎ２ｉｄｓｎ２・・・・・（１２）
（１２）式から、界磁弱め制御で達成可能な最大速度ωｒｎ（ｍａｘ）が（１３）式で、また、最大許容界磁弱めｄ軸電流成分ｉｄｓｎが（１４）式のように計算できる。
【００４８】
【数４】
2014158361.tif 000006
【００４９】
つまり、従来方式の永久磁石同期電動機１２の界磁制御では、（１４）式の制限を満足し永久磁石同期電動機１２の速度の関数としてｉｄｓｎ（ｐ．ｕ．）の指令値を発生せしめることが必要になる。図７のｄ軸電流成分演算器８７がこの働きをする。ただし、ｄ軸電流成分演算器８７の出力はｉｄｓｎ＊（ｐ．ｕ．）を電流値に変換してｉｄｓ＊で示している。
【００５０】
速度に対するｄ軸電流指令ｉｄｓｎ＊（ｐ．ｕ．）が決定されると、例えば、定出力特性を得るためのトルクからｑ軸電流指令ｉｑｓｎ＊（ｐ．ｕ．）が計算できる。この演算は、図７のｑ軸電流演算器８６によって行われる。同様にその出力は、ｉｑｓｎ＊（ｐ．ｕ．）を電流値に変換してｉｑｓ＊（Ａ）で示している。ｉｄｓｎ＊（ｐ．ｕ．）とｉｑｓｎ＊（ｐ．ｕ．）が求まると、電圧・界磁制御相電流演算器８５によって、相電流指令ｉｓｎＦ＊（ｐ．ｕ．）と負荷角指令δＦ＊（ｐ．ｕ．）が、（１５）式、（１６）式で計算される。但し、同様に図７では、電圧・界磁制御相電流演算器８５の出力の相電流指令は、ｉｓｎＦ＊（ｐ．ｕ．）を電流値に変換してｉｓＦ＊（Ａ）で示している。
ｉｓｎＦ＊＝（ｉｄｓｎ＊２＋ｉｑｓｎ＊２）１／２  ・・・・・・・・（１５）
δＦ＊＝ｔａｎ−１（ｉｑｓｎ＊／ｉｄｓｎ＊）  ・・・・・・・（１６）
【００５１】
電圧・界磁制御相電流演算器８５の出力はそれぞれ、ｉｓＦ＊（Ａ）とδＦ＊（ｒａｄ）として、切替スイッチ７２の接点の１と３、並びに、切替スイッチ７１の接点の１と３を介して電流指令器７０に与えられ、基底速度以上の界磁制御を遂行する。但し、求めた相電流指令ｉｓＦ＊（Ａ）が部分制御装置６７の最大許容電流を超える場合には、ｉｓＦ＊（Ａ）を最大許容電流値に制限する。以上に述べたように、従来方式の永久磁石同期電動機１２の界磁制御では、相電流指令ｉｓ＊（Ａ）、位相角指令θｓ＊（ｒａｄ）を生成するには、複雑な演算処理が必要である。
【００５２】
次に、図８に示す本発明の第２の実施の形態に係る電気自動車の駆動・制御装置９１について説明する。
電気自動車の駆動・制御装置９１は、図１の電気自動車１１と同一の構成を有する図示しない電気自動車のＰＷＭインバータ装置に搭載され、永久磁石同期電動機９２の速度が基底速度以上又は永久磁石同期電動機９２の負荷電圧が基底電圧以上であることを条件として、永久磁石同期電動機９２の出力ｄを検出する検知手段９３と、永久磁石同期電動機９２の目標出力ｅを設定する手段の一例である出力設定器９４とを備えた電流制限制御装置（ＣＬＭＣ）９５を有し、永久磁石同期電動機９２の出力ｄと、出力設定器９４の出力である目標出力ｅとの差を演算して出力超過分ｆを検出し、出力超過分ｆを永久磁石同期電動機９２の速度又は電圧で割算することにより必要な電流制限指令値ｇを生成させ、電流制限指令値ｇをＰＷＭインバータ装置に置かれたトルク制御装置９６の電流指令値ｈに代数的に加算している。その結果、ＰＷＭインバータ装置によって、永久磁石同期電動機９２の出力制限制御を遂行しつつ、必要なトルク制御を遂行している。
【００５３】
従って、電気自動車の駆動・制御装置９１は、図２に示す電気自動車の駆動・制御装置１０と比較して、電流制限制御装置２８の代わりに電流制限制御装置９５を設けたことが特徴となっている。このため、電流制限制御装置９５についてのみ説明し、電気自動車の駆動・制御装置１０と同一の構成要素には同一の符号を付して、説明は省略する。
【００５４】
電流制限制御装置９５において、符号９７は係数器（Ｋ）、符号９８は絶対値演算器（｜ｕ｜）、符号９９は符号判別器（±１）、符号１００は一次遅れ演算器（Ｇ１）、符号１０１、１０２は掛算器である。また、符号１０３は、電流制限開始電圧を設定する電圧設定器（Ｋ）、符号１０４は、１００倍以上の増幅率を持つ増幅器、符号１０５はリミッタ、符号１０６は掛算器、符号１０７は一次遅れ演算器（Ｇ３）、符号１０８はリミッタである。更に、符号１０９は絶対値演算器（｜ｕ｜）、符号１１０は、トルク制御装置９６の電流指令値である電流指令ｉｑｓｓ（Ａ）をｐ．ｕ．値に変換する係数器（Ｋ）、符号１１１は掛算器、符号１１２はリミッタ、符号１１３は電圧ＶｑＩ（Ｖ）をｐ．ｕ．値に変換する係数器（Ｋ）、符号１１４はリミッタ１１２の出力を係数器１１３の出力で除する割算器である。従って、検知手段９３は、絶対値演算器１０９、係数器１１０、掛算器１１１、及び係数器１１３で構成され、掛算器１１１の出力が永久磁石同期電動機９２の出力ｄと符号９４の係数器（Ｋ）即ち、出力設定器９４で設定された目標出力ｅとの差である出力超過分ｆは、符号１１２のリミッタの出力として生成される。
【００５５】
電圧設定器１０３で設定された電流制限制御開始電圧Ｖｑｓｂ（Ｖ）は、電圧検出器６５で相電圧に比例した直流電圧ＶｑＩ（Ｖ）と比較されている。増幅器１０４の出力は、上限値１．０、下限値０に設定されたリミッタ１０５に与えられる。従って、ＶｑＩ（Ｖ）＞Ｖｑｓｂ（Ｖ）になると、リミッタ１０５の出力は１．０になる。その結果、割算器１１４の出力が掛算器１０６を通して、符号１０７の一次遅れ演算器（Ｇ３）に入力される。一次遅れ演算器１０７の出力は、電流制限制御の最大値を設定するリミッタ１０８に与えられている。つまり、割算器１１４の出力値に、符号１０７の一次遅れ演算器（Ｇ３）の演算値を乗じた値が、加速中と減速中によって符号を切替えるために置いた掛算器１０２を通し、更に、本発明の電流制限制御の比例ゲイン調整する掛算器１０１を介し、符号１００の一次遅れ演算器（Ｇ１）に与えられる。一次遅れ演算器１００の出力は、前述のq軸電流指令ｉｑｓｓ（Ａ）と代数的に加算される電流制限電流ｉｑＬ（Ａ）を生成している。
【００５６】
電流制限制御の比例ゲイン調整回路の一部を構成している係数器９７は、トルク制御装置９６のリミッタ３８がその上、下限設定値を出力する場合、係数器９７の出力が±１．０になる値に設定されている。よって、永久磁石同期電動機９２の電流指令ｉｑｓｓ（Ａ）がリミッタ３８の上、下限設定値で動作している場合、つまり、電流流制限動作で加減速中では掛算器１０１に１．０を与え、掛算器１０２の出力をそのまま一次遅れ演算器１００に与える。加速中、又は減速中から解除される場合には、絶対値演算器９８の出力は１．０より小さくなり、無負荷の場合にはゼロになる。つまり、加減速リミット状態が解除されると、掛算器１０２の出力に１．０より小さい値を掛算することにより一次遅れ演算器１００の出力である電流制限指令ｉｑＬ（Ａ）が小さい値になるように調整している。
【００５７】
ここで、割算器１１４の出力から電流制限指令が得られることを説明する。
リミッタ３８の出力である電流指令ｉｑｓｓ（Ａ）は、絶対値演算器１０９で絶対値に変換され、係数器１１０でｐ．ｕ．値に変換される。つまり、電流指令ｉｑｓｓ（ｐ．ｕ．）の絶対値が掛算器１１１に与えられる。他方、電圧検出器６５の電圧ＶｑＩ（Ｖ）は、係数器１１３でｐ．ｕ．値、つまり、ＶｑＩｎ（ｐ．ｕ．）に変換され、掛算器１１１に与えられている。よって、掛算器１１１の出力には、ｐ．ｕ．電流×ｐ．ｕ．電圧、つまり、ｐ．ｕ．電動機出力が得られる。このｐ．ｕ．電動機出力は、出力設定器９４の設定値と比較され、リミッタ１１２に与えられる。出力設定器９４の設定値は、例えば、２．０ｐ．ｕ．に設定される。リミッタ１１２の設定値は、例えば、上限値７．０、下限値０である。従って、出力が２．０ｐ．ｕ．を超過すると、出力超過分に比例したｐ．ｕ．出力値が割算器１１４に与えられ、この値をｐ．ｕ．電圧、ＶｑＩｎ（ｐ．ｕ．）で割算することにより出力超過分に比例したｐ．ｕ．トルク値が割算器１１４の出力に得られる。割算器１１４の出力値は、掛算器１０６、一次遅れ演算器１０７、リミッタ１０８、掛算器１０２、１０１、一次遅れ演算器１００を介して電流制限指令ｉｑＬ（Ａ）を生成し、本発明の出力制限制御を遂行する。
【００５８】
図9は、本発明の第２の実施の形態に係る電気自動車の駆動・制御装置９１を適用した電気自動車の加減速特性を示したものである。永久磁石同期電動機９２の負荷トルクとして、最高速度で空気抵抗分トルクを０．２５ｐ．ｕ．、転がり抵抗分トルクをゼロに近似して、ステップ状のトルク指令２．０ｐ．ｕ．にて速度制限速度まで加速し、その後、−２．０ｐ．ｕ．のトルク指令にて減速を行ない、速度ゼロ付近でトルク指令をゼロに操作した場合の加減速特性を求めたものである。図9に示すように、加速中の出力は、ほぼ２．０ｐ．ｕ．に制限され、減速中の出力も、ほぼ−２．０ｐ．ｕ．に制限され、安定でスムーズな加速と減速の制御が遂行されている。図１０は、図9のシミュレーショントルクと出力を速度に対してプロットした出力、トルク制限シミュレーション特性である。加速中、減速中に出力が、ほぼ一定に制御されていることが分かる。
【００５９】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
更に、本実施の形態とその他の実施の形態や変形例にそれぞれ含まれる構成要素を組合わせたものも、本発明に含まれる。
例えば、第１の実施の形態の変形例として、エンジン発電機に代えて、駆動電力を蓄電池を備えた蓄電池装置から得る場合を説明したが、駆動電力を燃料電池を備えた燃料電池装置から得る構成とすることもできる。
更に、第２の実施の形態の変形例として、エンジン発電機に代えて、駆動電力を蓄電池を備えた蓄電池装置又は燃料電池を備えた燃料電池装置から得る構成とすることもできる。
【符号の説明】
【００６０】
１０：電気自動車の駆動・制御装置、１１：電気自動車、１２：永久磁石同期電動機、１３：エンジン、１４：発電機、１５、１５ａ：ＰＷＭインバータ装置、１６：出力軸、１７：機械的伝達機構、１８、１９：車輪、２０：充・放電制御電子スイッチ装置、２１、２２：蓄電池装置、２３：電気自動車、２４：充電装置、２５：比較手段、２６：測定手段、２７：１／２乗関数発生器、２８：電流制限制御装置、２９：トルク制御装置、３０：部分制御装置、３１：負荷、３２：エンコーダ、３３、３４：電流センサ、３５：電流指令器、３６：負荷角設定器、３７：一次遅れ演算器、３８：リミッタ、３９：ランプ関数発生器、４０：増幅器、４１：リミッタ、４２：ステップ関数発生器、４３：増幅器、４４：リミッタ、４５：係数器、４６：速度検出器、４７：増幅器、４８：リミッタ、４９：絶対値演算器、５０：掛算器、５１：絶対値演算器、５２：速度制御器、５３：係数器、５４：絶対値演算器、５５：符号判別器、５６：一次遅れ演算器、５７、５８：掛算器、５９：電圧設定器、６０：増幅器、６１：リミッタ、６２：掛算器、６３：一次遅れ演算器、６４：リミッタ、６５：電圧検出器、６６：トルク制御装置、６７：部分制御装置、６８、６９：電流センサ、７０：電流指令器、７１、７２：切替スイッチ、７３、７４：関数発生器、７５：リミッタ、７６：一次遅れ演算器、７７：切替えスイッチ、７８：遅れ関数発生器（一次遅れ演算器）、７９：速度制御器、８０：係数器、８１：速度検出器、８２：ステップ関数発生器、８３：増幅器、８４：リミッタ、８５：電圧・界磁制御相電流演算器、８６：ｑ軸電流演算器、８７：ｄ軸電流成分演算器、８８：ランプ関数発生器、８９：増幅器、９０：リミッタ、９１：電気自動車の駆動・制御装置、９２：永久磁石同期電動機、９３：検知手段、９４：出力設定器、９５：電流制限制御装置、９６：トルク制御装置、９７：係数器、９８：絶対値演算器、９９：符号判別器、１００：一次遅れ演算器、１０１、１０２：掛算器、１０３：電圧設定器、１０４：増幅器、１０５：リミッタ、１０６：掛算器、１０７：一次遅れ演算器、１０８：リミッタ、１０９：絶対値演算器、１１０：係数器、１１１：掛算器、１１２：リミッタ、１１３：係数器、１１４：割算器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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