电动车辆的控制装置的制作方法

专利名称：电动车辆的控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及铁道车辆用的变电器，特别涉及包括交流电动机的电动车辆的
控制装置。
背景技术：
现有的电动车辆的控制装置中，例如非专利文献1的99 134页所记载的 那样， 一般使用将交流电动机中流过的交流电流矢量在旋转坐标系中分成磁通 量分量和转矩分量进行管理、控制的所谓的矢量控制。
交流电动机的感应电压大致与交流电动机的转速和磁通量之积成正比。因 此，在交流电动机的控制中， 一般在高速域实施使磁通量变得比额定磁通量要 弱的控制，使得不会因感应电压超过控制装置的可输出最大电压而不能进行控 制。另外，在电动车辆的控制装置中，以减小控制器的变电器的开关损耗为目 的，在交流电压指令基波的电角度360度中仅开关两次以输出矩形波电压，在 高速域中使用固定在控制器可输出的最大电压的单脉冲模式。为了能稳定地实 现该单脉冲模式时的磁通量控制、转矩控制，例如专利文献l所示，通过运算 求出转子磁通量指令值，并将其用于控制。
专利文献1中，具体地示出磁通量指令值02t2和电压值IVl的动作关系。 即，在可输出额定磁通量的速度域中使磁通量指令值作为额定值一定的磁通量
指令，电压值lvl随转速上升而上升。然后，若lvl变为可输出控制的最大电压，
则成为单脉冲模式，电压固定在最大值，并且磁通量指令值依照专利文献1的 式(6)，被控制成随转速上升而变小。
另一方面，专利文献2中，示出对于转矩指令值算出磁通量指令值、以控 制感应电动机的方法，使得感应电动机的定子铜损、转子铜损、及定子铁损的 总和最小。
专利文献1:日本专利特开平11一285299号公报专利文献2:日本专利特开平7 — 322700号公报
非专利文献1:杉本英彦编著"AC伺服系统的理论和设计的实际"综合
电子出版社
然而，上述现有的电动车辆的控制装置中，存在如下问题，即，由于优先 考虑减小主电路的开关损耗的观点，积极使用单脉冲模式，因此对交流电动机 施加大致一定的固定电压而不取决于负载状态，不一定能使交流电动机以最大 效率进行工作，电动车辆的控制装置整体的效率并非最大。
相反地，在优先使交流电动机的损耗最小来进行工作的情况下，要操作电 压指令值的基波振幅，需要使主电路的脉冲模式成为单脉冲模式以外的模式， 此时，例如可选择三脉冲模式。在这种情况下，存在如下问题，即，电角度360 度中开关次数成为6次，与单脉冲模式相比主电路的开关损耗增加。
另外，在使用具有三电平以上的等级的多电平逆变器以作为主电路的情况 下，例如可选择使用了三电平逆变器的非单脉冲模式。在这种情况下，存在如 下问题，即，尽管无需使构成主电路的开关单元的开关次数发生变化便能进行 脉冲宽度调制，但由于有时要增加主电路的外形、重量、及元器件数、以及成 本，因此该方法不能应用于所有的电动车辆。
另外，在从交流电源部利用变换器控制部和变换器主电路来控制直流电源 部的电压的现有的电动车辆的控制装置的结构中，也存在如下问题，即，由于 基本上是将直流电源部的电压作为一定值来进行控制，因此也同样地对交流电 动机施加不取决于负载状态的电压，无法以最佳的效率进行工作，电动车辆的 控制装置整体的效率并非最大。

发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于得到能使交流电动机的损耗 及主电路的损耗的总和减小的电动车辆的控制装置。
为了解决上述问题以达到目的，本发明所涉及的电动车辆的控制装置是包
括交流电动机的电动车辆的控制装置，其特征为，包括主电路，该主电路将
由直流电电源提供的直流电变换成交流电，并向所述交流电动机提供交流电；
矢量控制部，该矢量控制部生成指示该主电路进行开关动作的开关指令，并对所述交流电动机进行矢量控制；转矩指令值生成部，该转矩指令值生成部生成 转矩指令值，所述转矩指令值是向所述交流电动机输出的转矩的指令值；及矢 量控制指令值运算部，该矢量控制指令值运算部根据所述转矩指令值，算出使 得所述交流电动机的损耗最小的第一磁通量指令值、和用单脉冲模式控制所述 交流电动机时的磁通量指令值即第二磁通量指令值，并且算出用所述第一磁通 量指令值进行控制时的所述交流电动机的损耗及所述主电路的损耗的总和、和 用所述第二磁通量指令值进行控制时的所述交流电动机的损耗及所述主电路 的损耗的总和，并将与较小的损耗总和对应的磁通量指令值输出到所述矢量控 制部。
利用本发明，可起到如下效果，即，根据转矩指令值，算出并选择磁通量 指令值后输出到矢量控制部，从而能抑制交流电动机的损耗和主电路的损耗的 总和，能提高电动车辆的控制装置整体的效率。


图1是表示实施方式1所涉及的电动车辆的控制装置的结构的结构图。 图2是表示感应电动机的损耗特性的概念图。 图3是表示感应电动机的端子电压的速度依存特性的概念图。 图4是表示实施方式1中的矢量控制指令值运算部的内部结构的结构图。 图5是表示根据挡指令NC输出指令值的矢量控制指令值生成部的结构的 结构图。
图6是表示实施方式2中的矢量控制指令值运算部的内部结构的结构图。
图7是表示实施方式3所涉及的电动车辆的控制装置的结构的结构图。
图8是表示实施方式3中的矢量控制指令值运算部的内部结构的结构图。
图9一1是表示单脉冲模式中的电压波形图。
图9一2是表示三脉冲模式中的电压波形图。
图9 —3是表示使用了三电平逆变器时的电压波形图。
标号说明
1交流电动机
2交流电源部3直流电源部
4直流电压检测部
5第一主电路
6变换器控制部
7第二主电路
8矢量控制部
9速度检测部
10转矩指令值生成部
11矢量控制指令值运算部
12交流电源状态量检测部
具体实施例方式
下面，基于附图详细说明本发明所涉及的电动车辆的控制装置的实施方 式。此外，本发明并不受该实施方式的限制。 实施方式1.
图1是表示本实施方式所涉及的电动车辆的控制装置的结构的结构图。如 图1所示，本实施方式包括产生转矩以作为电动车辆的动力的交流电动机1、 和测量该交流电动机1的转速的速度检测部9，该交流电动机1例如是感应电 动机或同步电动机等。
而且，本实施方式包括转矩指令值生成部10，该转矩指令值生成部10
将驾驶台中的司机的手柄操作等的控制指令信息作为输入，将该输入后的控制
指令信息变换成在交流电动机1中产生的转矩的指令值T^以下，称为转矩指 令值T、)并加以输出；矢量控制指令值运算部lla，该矢量控制指令值运算 部lla设于该转矩指令值生成部10的下位，基于来自转矩指令值生成部10的 转矩指令值W等的输入，算出并选择直流电压指令值EFCR及磁通量指令值F2R 并加以输出；变换器控制部6，对该变换器控制部6输入矢量控制指令值运算 部lla的一个输出即直流电压指令值EFCR;及矢量控制部6，对该矢量控制部 6输入矢量控制指令值运算部lla的另一个输出即磁通量指令值F2R。此外， 如转矩指令值^那样，在附加有*的情况下，表示指令值。本实施方式中，从由架空线、导电弓等构成的交流电源部2提供交流电， 本实施方式还包括交流电源状态量检测部12，该交流电源状态量检测部12 对交流电源部2的电压值及电流值进行检测；第一主电路5，该第一主电路5 基于由变换器控制部6所作的控制，将从交流电源部2输出的交流电变换成直 流电并加以输出；直流电源部3a，该直流电源部3a由电容等构成，具有对从 第一主电路5输出的直流电进行脉动抑制并将其一部分加以储存等的功能；直 流电压检测部4，该直流电压检测部4对该直流电源部3a的直流电压值EFC 进行检测；第二主电路7，该第二主电路7将来自直流电源部3a的直流电作为 输入，基于矢量控制部8的控制，将该输入后的直流电变换成交流电并提供给 交流电动机1;及交流电动机电流检测部13，该交流电动机电流检测部13对 从该第二主电路7输出的给予交流电动机1的交流电流量进行检测。此外，将 在后面对矢量控制指令值运算部lla的内部结构进行阐述。
接着，说明本实施方式的动作。首先，说明由交流电源部2对于直流电源 部3a、交流电动机1的供电动作。由交流电源部2向第一主电路5提供交流电， 第一主电路5将交流电暂时变换成直流电，向第二主电路7提供直流电。直流 电源部3a被插入在第一主电路5和第二主电路7之间，对直流电进行脉动抑 制，并将直流电的一部分进行储存。上述从交流电向直流电的变电控制由变换 器控制部6来担任。即，在控制侧算出主电路开关信号S^cHs将该主电路开 关信号Sw一0从变换器控制部6输出到第一主电路5，从而控制直流电源部3a 的电压值、及交流电源部2的电流值，使得由直流电压检测部4检测出的直流 电源部3a的电压值即直流电压值EFC跟踪从矢量指令值运算部Ua输出的直 流电压指令值EFCR，并且由交流电源状态量检测部12检测出的交流电源部2 的电压值、及电流值Is的功率因数关系成为1，以此从交流电向直流电进行变 电。
从直流电源部3a向第二主电路7提供直流电，第二主电路7将直流电变 换成电压可变、频率可变的交流电后提供给交流电动机1以进行驱动。担任该 变电的矢量控制部8，将基于由速度检测部9检测出的交流电动机1的旋转频 率FM、及由交流电动机电流检测部13检测出的交流电动机的三相中的电流值 Iu、 Iv、 Iw而在控制侧算出的主电路开关信号Sw—W输出到第二主电路7，从而进行控制，使得交流电动机1输出的实际转矩T跟踪从转矩指令值生成部10
输入的转矩指令值T*，以此能对电动车辆进行加速和减速控制。
如上所述，以功率的流向为中心进行了说明，而接下来将详细说明在矢量
控制指令值运算部lla、矢量控制部8内部的处理内容、控制方法。特别是本 说明书中，对于例如使用了感应电动机以作为交流电动机1的情况进行叙述， 但本发明并不局限于此，也可同样适用于使用了同步电动机等的情况。
向矢量控制部8输入来自转矩指令值生成部10的转矩指令值T*，而且输 入来自矢量控制指令值运算部lla的磁通量指令值F2R。另外，输入由速度检 测部9检测出的感应电动机的旋转角速度Wm、及由交流电动机电流检测部13 检测出的交流电流Iu、 Iv、 Iw。
作为感应电动机的转矩控制的方法，在电动车辆领域从九十年代后半期开 始作为标准使用的所谓矢量控制中，导入与感应电动机的磁通量矢量同步旋转 的正交二轴坐标系即dq轴，将感应电动机中流过的电流的矢量分成磁通量分 量和转矩分量来进行控制和管理。即，矢量控制部8中，算出磁通量分量电流 指令I1DR、转矩分量电流指令I1QR、感应电动机的差频指令Ws、及逆变器频
率指令Winv。
I1DR=F2R/M …(l)
IlQR=L2*T*/pm*M*F2R …(2)
Ws :掘/L2 I雞/11DR …(3)
Winv=Wm+Ws …(4)
这里，上述(1) (4)式中的常数表示如下所示的感应机的各常数，预先在 矢量控制部8内设定对于所使用的感应电动机的各值。 Rl:感应电动机的定子电阻
R2:感应电动机的转子电阻 M:感应电动机的互感 Ll:感应电动机的定子自感 L2:感应电动机的转子自感 pm:感应电动机的极对数
然后，由交流电动机电流检测部13检测出的感应电动机1的交流电流Iu、Iv、 Iw通过下述(5)式变换成磁通量分量电流IlD、及转矩分量电流I1Q。 [数学式1]
_J 、■ 3」 、 ,"
、Iw
(5)
这里，e是控制相位角，可利用下述(6)式算出
Q =〖Wiriv'dt …(6)
接着，矢量控制部8利用所谓的矢量控制生成要输出到感应电动机1的电 压指令值，使得基于上述(1) (6)式得到的、磁通量分量电流指令值I1DR和 磁通量分量电流I1D —致，并且转矩分量电流指令值I1QR和转矩分量电流I1Q 一致。在理想地进行矢量控制的情况下，d轴及q轴的电压指令分别如下述(7) 及(8)式那样。
Vd*=Rl'IlDR— aLl.WkivIlQR …《7)
Vq * =R1 *IlQR+Winv*Ll/M.F2Il * *《8)
这里，o 二1一M，M/(L1 ，L2)是泄漏系数。特别是，若将电压指令变换成 振幅lvl和相位角ev，对于后者若关注与(6)式的控制相位角之间的关系，则 如下述(9)及(10)式所示。
= 9+tan
-/ Vq'
,Vd'
(10)
对由以上的(9)、 (IO)式得到的电压指令值进行脉冲宽度调制，算出主电 路开关信号Sw—i*，输出到第二主电路7，以对其进行控制，从而能按照转矩 指令值W控制交流电动机1的转矩。
此外，(9)式所示的电压振幅IVl在单脉冲模式中最大，此时的值IVlraax 由直流电压检测部4所检测出的直流电压值EFC来决定。此外，单脉冲模式中，
21 3 2一 -
§ ，鹏
t> ,纷如图9一1所示，在交流电压指令基波的电角度360度中仅开关两次以输出矩 形波电压。
I V I roax=/"6/7T *EFC …(1I)
本实施方式中，以提高电动车辆的控制装置整体的效率为目的，其特征为， 矢量控制指令值运算部lla根据转矩指令值T*，算出并选择(转子)磁通量指令 值F2R后输出到矢量控制部8，并且算出并选择直流电压指令值EFCR后输出到 变换器控制部6。以下对其详细情况进行说明。
图2是表示感应电动机1的损耗特性的概念图。设感应电动机1的转速为 一定的额定速度，设转矩分别为额定的25、 50、 75、 100、 125[%]，在这种情 况下，设横轴为磁通量(磁通量分量电流指令)[%]，纵轴为感应电动机的损耗 [W]，来表示此时的损耗曲线。此外，对于磁通量(磁通量分量电流指令)，设 单脉冲模式时的磁通量(磁通量上限值)为100%，用％来表示相对于磁通量上限 值的相对量。如图2所示可知，通过操作磁通量，从而损耗变化，存在损耗最 小的条件。即，设转矩为额定的情况下(转矩100%)，使感应电动机的损耗最小 的磁通量等于单脉冲模式时的磁通量即磁通量上限值，在使转矩小于额定的情 况下(不到转矩100%)，使感应电动机的损耗最小的磁通量存在于比磁通量上限 值要小的范围。而且，若减小转矩，则使感应电动机的损耗最小的磁通量也变 小。此外，图2中，对于各损耗曲线，在成为损耗最小条件(效率最大条件)的 部位附加星号表示。另外，上述损耗表示感应电动机l的电路损耗。
感应电动机1的电路损耗主要有定子侧、转子侧各自的电路电阻中的定子 铜损、转子铜损、和铁心中的铁损，在物理上具有如下关系。
定子铜损定子侧电流的平方与定子电阻Rl之积(大致与I1D和I1Q的平 方和成正比)
转子铜损转子侧电流的平方与转子电阻R2之积(大致与IIQ的平方成正
比)
铁损与定子侧的励磁分量电流和铁损电阻相关的值(随IID变化而变化) 因而，利用矢量控制中的(l)、 (2)式，当转矩指令T一合出时，若操作磁通 量指令值F2R(或磁通量分量电流指令I1DR)，则能够操作磁通量分量电流I1D 和转矩分量电流I1Q之间的平衡、即电路损耗平衡。通过基于上述关系使图2的损耗最小条件公式化，或者预先设为表格数据，从而能根据转矩指令^算出
并取得磁通量分量电流指令IIDR。
另一方面，图3是表示感应电动机1的端子电压的速度依存特性的概念图， 设横轴为(旋转)速度，纵轴为第二主电路(或矢量控制部)的输出电压。另外， 图3中，(l)表示专利文献l所记载的方式中的电压特性，(2)表示在本实施方 式中使用的图2所示的损耗最小条件(效率最大条件)下使速度变化时的电压特 性。此外，(1)、 (2)都为同一转矩条件。图3中，专利文献l所记载的方式中
的电压指令值振幅lvl在高速域中固定在依存于成为单脉冲模式的直流电压值
EFC的值、即作为其换算值的(6'EFC/兀(与(l)的横轴平行的区域)。在该区 域中控制感应电动机的电压振幅时，有下述(A)、 (B)所示的方法，且分别存在 制约条件。
(A) 利用通过变换器控制部6的控制使直流电压值EFC上下变化。
(B) 在矢量控制部8的开关模式选择中选择单脉冲模式以外的模式。 在(A)的方法中，直流电压值EFC的操作范围被制约在根据第一主电路5
的绝缘或耐压性等决定的上限值EFC—max、和根据交流电源部2的电压条件(交 流电压振幅值)及第一主电路5的电路结构决定的下限值EFC—min的范围。
在(B)的方法中，除了感应电动机l的电压指令值振幅IVl的控制范围被制 约在仅朝(6'EFC/n以下的方向之外，在电动车辆中使用的第二主电路7中 的一般结构为二电平逆变器的情况下，如图9—l及图9一2所示，成为开关次 数最小的单脉冲模式以外的动作，从而开关次数必然增加，存在第二主电路7 的损耗增加的缺点。这里，图9一2示出三脉冲模式，在电角度360度中开关 次数成为6次。
基于上述情况，本实施方式中，如图4那样构成矢量控制指令值运算部 lla，实现如下所述的功能。如图4所示，矢量控制指令值运算部lla包括磁 通量指令运算部21、最大效率特性函数部22、指令值选择部23a、及F2R1条 件损耗推定部24。磁通量指令运算部21根据对于矢量控制指令值运算部lla 的输入即直流电压值EFC、转矩指令THc、及旋转频率FM，平常算出现有的单脉 冲模式用的磁通量指令值F2R1。磁通量指令运算部21例如由专利文献1所记 载的转子磁通量指令运算部来实现。F2R1条件损耗推定部24基于磁通量指令运算部21所输出的单脉冲模式用的磁通量指令值F2R1、及转矩指令THs根据 图2所示的特性关系，算出以单脉冲模式进行工作时的感应电动机1的损耗 Lossl。另外，向最大效率特性函数部22输入转矩指令W及旋转频率FM。然 后，最大效率特性函数部22中，根据转矩指令THs并根据图2的特性，输出 使感应电动机1的效率最大化的磁通量指令值F2R2。另外同时，根据图2的特 性输出该效率最大条件时的感应电动机1的损耗Loss2，而且，根据以下的 (12) (15)式，算出效率最大条件时的感应电动机l的端子电压振幅值iVl2。 [数学式4]
R2 - T *
Wirw2 = Wm+ , "*《12)
pm.F2R22
Vd"-R卩i^if一OIj.論v2._—— …(13) M pm.M-F汰2
" pmM'F2R2 M
这里，Winv2、 Vd2*、及Vq2举分别相当于(4)、 (7)、及(8)式，是对于磁通 量指令值F2R2算出的。
以上得到的两种磁通量指令值F2R1、 F2R2、对应的条件下的感应电动机1 的损耗Lossl、 Loss2、及效率最大条件时的感应电动机1的端子电压振幅值 IVl2被输入到指令值选择部23a。然后，指令值选择部23基于这些输入值， 并根据IVl2的条件，如以下那样决定输出到矢量控制部8的磁通量指令值F2R、 及输出到变换器控制部6的直流电压指令值EFCR。此外，图3中也记载有与下 述条件(i)、 (ii)、 (iii)对应的区域。
(i)^6/n EFC—max<|V|2的区域
该区域中，由于给予感应电动机l的效率最大条件的端子电压振幅值IVl2 超过第二主电路7的可输出电压上限值，因此不能选择效率最大条件。这里， 依照图2的特性，选择EFCR二EFC—max, F2R = F2R1，使得在可选择的范围内损 耗最小。(ii) 7"6/n EFC—min《IVi2《V"6/:rr , EFC一max的区域
该区域中，感应电动机l的效率最大条件可通过使第二主电路7作为单脉 冲模式、并控制直流电压值EFC来实现，选择EFCR= :t AT6 *|V|2， F2R = F2R2。 此外，在这种情况下，F2R = F2R1=F2R2。
(iii) ^|2<^6/Ji .EFC—min的区域
该区域中，感应电动机1的效率最大条件为单脉冲模式以外的模式。因而， 考虑第二主电路7的损耗增加来选择指令值。若将单脉冲模式时的第二主电路 7的开关损耗设为LossPl，将非单脉冲模式时的第二主电路7的开关损耗设为 LossPnl，则感应电动机1的损耗和第二主电路7的损耗之和如下。
依照专利文献1以单脉冲模式进行工作时Lossl + LossPl
在感应电动机的损耗最小点进行工作时Loss2 + LossPnl
因此，为了减小电动车辆的控制装置整体的损耗，预先在指令值选择部23a 中具有LossPl、 LossPnl的数据，并选择如下
(iii —a): Lossl+LossPl〉Loss2 + LossPnl时 EFCR = EFC_min， F2R=F2R2
(iii —b): Lossl + LossPl《Loss2 + LossPnl时 EFCR = EFC—min， F2R=F2R1
。此外，在使用具有三电平以上的等级的多电平逆变器以作为第二主电路 7的情况下(例如，为三电平逆变器，图9一3表示使用了三电平逆变器时的电 压波形)，基本无需使构成主电路的开关单元的开关次数发生变化，便能进行 脉冲宽度调制。在这种情况下，由于LossPl二LossPnl，因此在(iii)的区域中 一直成为(iii一a)，只要将最大效率控制用的F2R2选择作为磁通量指令F2R 即可。
如上所述，利用指令值选择部23a，构成如(i)、 (ii)、 (iii—a)、 (iii —b)那样进行判别的矢量控制指令值部lla，通过算出并选择直流电压指令值 EFCR、及磁通量指令值F2R，从而能减小电动车辆的控制装置整体的损耗。
如上所述，根据图1 图4所示的本实施方式，可得到如下效果，即，通 过基于转矩指令W对给予矢量控制部8的磁通量指令值F2R进行选择操作，从 而能根据工作条件使交流电动机1及第二主电路7的损耗总和最小化，能提高电动车辆的控制装置整体的效率。
另外，除了如下效果以外，即，通过基于转矩指令^对给予变换器控制部
6的直流电压指令值EFCR进行选择，从而能使上述交流电动机1的损耗最小， 还可得到能减小第二主电路7的开关损耗的效果，从而可得到能进一步提高电
动车辆的控制装置整体的效率的效果。
此外，本实施方式中，如图4所示，阐述了将感应电动机l的最大效率条 件作为函数加以安装的方式，但在铁道车辆中，来自驾驶台的转矩指令W有时 也会对每一手柄挂入挡位(所谓的挡指令NC)预先决定速度特性，可对每一挡指 令NC预先算出感应电动机1的最大效率条件的速度特性。因此，如图1所示， 本实施方式中，转矩指令值生成部IO采用与转矩指令W—起生成驾驶台的挡 指令NC的结构。因而，作为矢量控制指令值运算部lla，也可采用如下结构， 即，如图5所示，预先设置对每一挡登录有最大效率磁通量指令值F2R2的最 大效率磁通量特性表格25、及对每一挡登录有最大效率直流电压指令值EFC2 的最大效率直流电压特性表格26，根据挡指令NC选择直流电压指令值EFCR 及磁通量指令值F2R并加以输出。
根据这种结构，由于能基于驾驶台的挡指令NC选择使控制装置整体的效 率最大化的磁通量指令值F2R，并输出到矢量控制部8，因此具有如下效果， 即，能利用更简单的结构提高控制装置的效率。另外，由于能基于驾驶台的挡 指令NC选择使控制装置整体的效率最大化的直流电压指令值EFCR，并输出到 变换器控制部6，因此具有如下效果，S卩，能利用更简单的结构提高控制装置 的效率。
实施方式2.
图6是表示本发明所涉及的电动车辆的控制装置的实施方式2中的矢量控 制指令值运算部的内部结构的结构图。本实施方式中，实施方式l中的矢量控 制指令值运算部lla被置换成图6所示的矢量控制指令值运算部llb。图3中 (i)、 (ii)、 (iii)的比例会根据电动车辆的控制装置中的转矩指令的动作范围、 电动机的最佳设计、直流电源部3a的动作范围的规格、电车实际行驶的路线 条件等而发生变化。特别是，当电动车辆的规格被判断为是(iii)的区域与 其它区域相比较小、对于高效率工作时的贡献较小的情况下，矢量控制指令值运算部lla的结构中也可省略将第二主电路7的损耗考虑在内的(iii一a) (iii 一b)的判别，如下述那样使单脉冲模式动作优先，同时仅操作直流电压EFC来 实现装置的高效率化。
(i) 的区域EFCR=EFC—max, F2R=F2R1
(ii) 的区域EFRC=兀AT6 |V|2， F2R = F2R2 ( = F2R1)
(iii) 的区域EFCR = EFC—min， F2R = F2R1
图5中，示出进行这种判别的矢量控制指令值运算部llb的结构，矢量控 制指令值运算部llb包括磁通量指令运算部21、最大效率特性函数部22b、和 指令值选择部23b。磁通量指令运算部21与实施方式1相同，将直流电压值 EFC、转矩指令W、及旋转频率FM作为输入，平常算出现有的单脉冲模式用的 磁通量指令值F2R1，该磁通量指令值F2R1 —直作为磁通量指令值F2R被输出 到矢量控制部8。另外，最大效率特性函数部22b将转矩指令T^及旋转频率 FM作为输入，算出效率最大条件时的感应电动机l的端子电压振幅IVJ2，并将 其输出到指令值选择部23b。指令值选择部23b中，根据上述(i)、 (ii)、 (iii) 的区域，选择直流电压指令值EFCR，输出到变换器控制部6。本实施方式中， 由于一直使单脉冲模式优先，因此严格地来讲在(iii)的区域中装置整体的损 耗未最小化，但不需要一面比较损耗值、 一面进行磁通量指令值F2R的选择处 理，使微机的运算量减少，从而能更容易地对矢量控制指令值运算部llb进行 实际的安装。此外，本实施方式的其它结构与实施方式l的结构相同。
如上所述，根据图l及图6所示的实施方式2中的电动车辆的控制装置， 可得到如下效果，即，通过基于转矩指令^操作给予直流电源部3a的直流电 压指令值EFCR，从而间接地操作给予矢量控制部8的磁通量指令F2R的值，能 根据工作条件使交流电动机1及第二主电路7的损耗总和最小化，提高电动车 辆的控制装置整体的效率。
实施方式3.
图7是表示本发明的实施方式3所涉及的电动车辆的控制装置的结构的结 构图。另外，图8是表示实施方式3中的矢量控制指令值运算部的内部结构的 结构图。与实施方式1是从交流架空线供电的所谓交流电动车辆的结构不同， 实施方式3示出从直流架空线供电的所谓直流电动车辆。即，如图7所示，从
18由架空线、导电弓、滤波电容等构成的直流电源部3b通过由矢量控制部8控 制的第二主电路7向交流电动机l供电，交流电动机l产生转矩，成为电动车 辆的动力。转矩指令值生成部10输出转矩指令THs利用矢量控制指令值运算 部llc、矢量控制部8、直流电压检测部4、第二主电路7、交流电动机电流检 测部13、速度检测部9，并利用矢量控制来实现交流电动机l的转矩控制，这 些关系与实施方式l相同，因此对于同一结构物附加同一标号并省略说明。另 外，采用可基于挡挂入信号对交流电动机l进行矢量控制的结构，这一点也与 实施方式l相同。
本实施方式中，与实施方式1不同的是直流电源部3b从架空线直接供电 的方式，而没有直流电源部的控制单元，因此矢量控制指令值运算部llc不具 有输出直流电压指令值EFCR的单元，成为图8那样的结构，仅用下述的(iii 一a)， 、 (iii一b)，来实施磁通量指令值F2R的选择处理。
(iii一a)， Lossl+LossPl〉Loss2 + LossPnl时 F2R=F2R2
(iii一b)， Lossl+LossPl《Loss2 + LossPnl时 F2R = F2R1
这里，与实施方式l相同，LossPl是单脉冲模式时的开关损耗，LossPnl 是非单脉冲模式的开关损耗。
如上所述，利用图7 及图8所示的实施方式3中的电动车辆的控制装置， 可得到如下效果，即，通过基于转矩指令THc对给予矢量控制部8的磁通量指令 值F2R进行选择操作，从而能根据工作条件使交流电动机1及第二主电路7的 损耗总和最小化，能提高电动车辆的控制装置整体的效率。
工业上的实用性
如上所述，本发明所涉及的电动车辆的控制装置在对产生驱动电动车辆的 转矩的交流电动机进行高效的控制时是有用的。
权利要求
1.一种电动车辆的控制装置，该电动车辆包括交流电动机，其特征在于，包括主电路，该主电路将由直流电电源提供的直流电变换成交流电，并向所述交流电动机提供交流电；矢量控制部，该矢量控制部生成指示该主电路进行开关动作的开关指令，并对所述交流电动机进行矢量控制；转矩指令值生成部，该转矩指令值生成部生成转矩指令值，所述转矩指令值是向所述交流电动机输出的转矩的指令值；及矢量控制指令值运算部，该矢量控制指令值运算部根据所述转矩指令值，算出使得所述交流电动机的损耗最小的第一磁通量指令值、和用单脉冲模式控制所述交流电动机时的磁通量指令值即第二磁通量指令值，并且算出用所述第一磁通量指令值进行控制时的所述交流电动机的损耗及所述主电路的损耗的总和、和用所述第二磁通量指令值进行控制时的所述交流电动机的损耗及所述主电路的损耗的总和，并将与较小的损耗总和对应的磁通量指令值输出到所述矢量控制部。
2. —种电动车辆的控制装置，该电动车辆包括交流电动机，其特征在于， 包括第一主电路，该第一主电路将由交流电电源提供的交流电变换成直流电； 变换器控制部，该变换器控制部生成指示该第一主电路进行开关动作的开 关指令；直流电源部，对该直流电源部输入从所述第一主电路输出的直流电； 直流电压检测部，该直流电压检测部对该直流电源部的电压值进行检测； 第二主电路，该第二主电路将从所述直流电源部输出的直流电变换成交流电，并向所述交流电动机提供交流电；矢量控制部，该矢量控制部生成指示所述第二主电路进行开关动作的开关指令，并对所述交流电动机进行矢量控制；转矩指令值生成部，该转矩指令值生成部生成转矩指令值，所述转矩指令值是向所述交流电动机输出的转矩的指令值；及矢量控制指令值运算部，该矢量控制指令值运算部根据所述转矩指令值， 算出用使得所述交流电动机的损耗最小的磁通量指令值进行控制时的所述交 流电动机的端子电压振幅值，基于该算出的端子电压振幅值和根据所述第一主 电路的特性而预先决定的所述直流电源部的施加电压值的上限值及下限值，从 所述端子电压振幅值的直流电源部换算值、所述上限值及所述下限值中，选择 出用于对所述电源部的电压发出指令的直流电压指令值，并将该选择出的直流 电压指令值输出到所述变换器控制部。
3. 如权利要求2所述的电动车辆的控制装置，其特征在于， 所述矢量控制指令值运算部算出用单脉冲模式控制所述交流电动机时的磁通量指令值，并将该算出的磁通量指令值输出到所述矢量控制部。
4. 一种电动车辆的控制装置，该电动车辆包括交流电动机，其特征在于， 包括.-第一主电路，该第一主电路将由交流电电源提供的交流电变换成直流电； 变换器控制部，该变换器控制部生成指示该第一主电路进行开关动作的开 关指令；直流电源部，对该直流电源部输入从所述第一主电路输出的直流电； 直流电压检测部，该直流电压检测部对该直流电源部的电压值进行检测； 第二主电路，该第二主电路将从所述直流电源部输出的直流电变换成交流 电，并向所述交流电动机提供交流电；矢量控制部，该矢量控制部生成指示所述第二主电路进行开关动作的开关 指令，并对所述交流电动机进行矢量控制；转矩指令值生成部，该转矩指令值生成部生成转矩指令值，所述转矩指令 值是向所述交流电动机输出的转矩的指令值；及矢量控制指令值运算部，该矢量控制指令值运算部根据所述转矩指令值， 算出使得所述交流电动机的损耗最小的第一磁通量指令值及用该第一磁通量 指令值进行控制时的所述交流电动机的端子电压振幅值、和用单脉冲模式控制 所述交流电动机时的磁通量指令值即第二磁通量指令值，并且算出用所述第一 磁通量指令值进行控制时的所述交流电动机的损耗及所述第二主电路的损耗的总和、和用所述第二磁通量指令值进行控制时的所述交流电动机的损耗及所 述第二主电路的损耗的总和，并将与较小的损耗总和对应的磁通量指令值输出 到所述矢量控制部，并且将根据所述第一主电路的特性而预先决定的所述直流 电源部的施加电压值的下限值设定为用于对所述直流电源部的电压发出指令 的直流电压指令值，并将该直流电压指令值输出到所述矢量控制部。
5. —种电动车辆的控制装置，该电动车辆包括交流电动机，其特征在于， 包括主电路，该主电路将由直流电电源提供的直流电变换成交流电，并向所述 交流电动机提供交流电；矢量控制部，该矢量控制部生成指示该主电路进行开关动作的开关指令， 并对所述交流电动机进行矢量控制；转矩指令值生成部，该转矩指令值生成部生成转矩指令值和驾驶台的挡指 令值，所述转矩指令值是向所述交流电动机输出的转矩的指令值；及矢量控制指令值运算部，该矢量控制指令值运算部包括表格，所述表格中 根据所述挡指令值，对基于使得所述交流电动机的损耗最小的第一磁通量指令 值、用单脉冲模式控制所述交流电动机时的磁通量指令值即第二磁通量指令 值、用所述第一磁通量指令值进行控制时的所述交流电动机的损耗及所述主电 路的损耗的总和、以及用所述第二磁通量指令值进行控制时的所述交流电动机 的损耗及所述主电路的损耗的总和而预先算出的、与较小的损耗总和对应的磁 通量指令值，进行登录，所述矢量控制指令值运算部根据所述挡指令值，从所述表格中选择出向所 述矢量控制部输出的磁通量指令值。
6. —种电动车辆的控制装置，该电动车辆包括交流电动机，其特征在于， 包括第一主电路，该第一主电路将由交流电电源提供的交流电变换成直流电； 矢量控制部，该矢量控制部生成指示该第一主电路进行开关动作的开关指令；直流电源部，对该直流电源部输入从所述第一主电路输出的直流电； 直流电压检测部，该直流电压检测部对该直流电源部的电压值进行检测；第二主电路，该第二主电路将从所述直流电源部输出的直流电变换成交流 电，并向所述交流电动机提供交流电；矢量控制部，该矢量控制部生成指示所述第二主电路进行开关动作的开关 指令，并对所述交流电动机进行矢量控制；转矩指令值生成部，该转矩指令值生成部生成转矩指令值和驾驶台的挡指 令值，所述转矩指令值是向所述交流电动机输出的转矩的指令值；及矢量控制指令值运算部，该矢量控制指令值运算部包括表格，所述表格中 根据所述挡指令值，对基于用使得所述交流电动机的损耗最小的磁通量指令值 进行控制时的所述交流电动机的端子电压控制值、和根据所述第一主电路的特 性预先决定的所述直流电源部的施加电压值的上限值及下限值而预先算出的、 用于对直流电源部的电压发出指令的直流电压指令值，进行登录，所述矢量控制指令值运算部根据所述挡指令值，从所述表格中选择出向所 述变换器控制部输出的直流电压指令值。
7.如权利要求2至4、及6中的任一项所述的电动车辆的控制装置，其特征在于，所述第一主电路的特性中，包含所述交流电电源的电压条件及所述第一主 电路的电路结构、以及所述第一主电路的绝缘性及耐压性。
全文摘要
本发明的目的在于得到一种能使交流电动机的损耗及主电路的损耗的总和减小的电动车辆的控制装置。在矢量控制指令值运算部(11a)中，根据转矩指令(T*)，算出并选择使得交流电动机(1)的损耗及第二主电路(7)的损耗的总和最小的磁通量指令值(F2R)及直流电压指令值(EFCR)。然后，矢量控制指令值运算部(11a)将磁通量指令值(F2R)输出到矢量控制部(8)，并将直流电压指令值(EFCR)输出到变换器控制部(6)。
文档编号H02P21/00GK101622782SQ200780052028
公开日2010年1月6日 申请日期2007年3月8日 优先权日2007年3月8日
发明者山崎尚德 申请人:三菱电机株式会社