電気自動車用相反モータのセンサレス制御と駆動方式に関する研究 Reserch on speed sensorless cotrol and drive train of ADTR-motor for electric vehicle

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著者

    • 赤津, 観 アカツ, カン

書誌事項

タイトル

電気自動車用相反モータのセンサレス制御と駆動方式に関する研究

タイトル別名

Reserch on speed sensorless cotrol and drive train of ADTR-motor for electric vehicle

著者名

赤津, 観

著者別名

アカツ, カン

学位授与大学

横浜国立大学

取得学位

博士 (工学)

学位授与番号

甲第393号

学位授与年月日

2000-03-23

注記・抄録

博士論文

本論文は石油枯渇問題、地球環境汚染問題の解決策の一つであるガソリン自動車に代わる電気自動車の普及促進、性能向上を目標とした、新しい駆動方式、さらにその小型化、低コスト化のための誘導機の速度センサレス制御におけるパラメータ同定法及び低速度制御法、共振インバータを用いた最適設計法らを提案するものである。本論文は主に以下3つの研究(新駆動系の提案及び評価、及び検証実験(2章)、速度センサレス制御のパラメータ同定及び低速度制御(3章)、共振型インバータの高効率最適設計法(4章))から構成されており、電気自動車駆動系の全体構成、モータ制御法、インバータ主回路構成に関する研究を行っており、総合して電気自動車に必要な駆動システム全体の検討を行っている。駆動系全体の検討としては、普及型電気自動車駆動方式として電気自動車用相反モータを用いた四輪駆動方式を提案し、提案した駆動方式が発表されている他駆動方式と比較するとバランスのとれた性能を持ち、普及型電気自動車に適しているとの結論を得た。また、新駆動系を持つ実車を製作しその性能を検証し、走行試験において相反モータがデファレンシャルギアの役割を果たすことで四輪駆動車独自のタイトブレーキング現象を防ぐ事を示し、その運動性能を実証できた。以上から捷案する駆動方式は構成が簡単であり、性能的にもバランスが必要な普及型電気自動車に必要な要素を満たしており、実用化すればその普及に期待が持てるとしている。モータ制御法としては、低価格普及型の概念から誘導機を対象とし、電流センサが2組必要という相反モータの欠点を解消するために速度センサレス制御に関する研究を行っている。主に速度推定に用いるパラメータ変動や設定誤差による速度推定誤差に注目し、その影響を明らかにした上で新しい抵抗同定法を提案した。提案する二次抵抗同定法は一次電流のみを用いて過渡状態において同定するものであり、トルクリップルが重要視される電気自動車においては有効な手法である。さらに理想電圧源を用いて低速度域における抵抗同定を行い、低速度における各抵抗同定値の振る舞いを明らかにした。その上で二次抵抗同定値がもれインダクタンスの変動分を表していることを理論的に証明し、低速度域用の新しい二次抵抗同定法を提案した。さらに零速度制御を10%~40%の負荷トルク範囲で実現し、これらは相反モータだけでなく汎用誘導機でも実現され、提案する方法の有効性を明らかにした。重畳信号無しによる零速度制御は世界初の実現と思われる。以上から提案する手法により誘導磯の速度センサレスベクトル制御が実用レベルまで高められ、電気自動車に適用すれば十分その小型化、低コスト化に貢献できると期待され、相反モータの欠点を解消するものであるとまとめている。インバータ主回路に関しては電気自動車の一充電走行距離向上を目標にスイッチング損失低減の観点から共振型インバータをその課題材料として用い、アクティブクランプ型共振インバータの各実験波形から厳密な損失の解析を行い、全損失を共振インダクタンスの関数として表現した。さらに、損失を最小にするインダクタンス値の最適設計を行ない、効率を測定した。その結果、共振リンク部で98.2%の高効率を得ることが出来、しかも最高効率を得られる領域を負荷電流に合わせて設計が可能であることを示した。本設計法を電気自動車における軽負荷での電流領域に合わせて設計すれば駆動損失のうちのインバータ損失の割合を効率的に下げることが出来、一充電走行距離の向上が期待できるとまとめている。以上から、本論文で提案する駆動方式、速度センサレス制御方式、インバータの最適設計法を用いることで、電気自動車の各構成要素の技術レベルの向上が可能であり、普及に適した電気自動車を実現できる可能性を高めることで、ひいては石油枯渇問題、地球環境間題の解決の一役割を担うことが出来ると結論づけている。

This paper proposes a new drive train for the electric vehicle which has an ADTRM (Anti Directional Twin Rotary Motor), and a new algorithm of the speed sensorless control of ADTRM, and an optimum circuit redesign of the resonant inverter to drive ADTRM for popularization of the electric vehicle and the improvement of its performance. Thus this paper discusses all over the drive systems which consists of the drive train, motor control and the inverter circuit in the electric vehicle. In chapter 2, the new for wheels drive train with ADTRM is proposed. This drive train is compared with the other drive train and it is cleared that the proposed drive train satisfies the prerequisites for popularization of the electric vehicle. In addition the proposed drive train is verified by the experiments which uses the actual vehicle was made by hands, and it is cleared that this drive train can easily turn the tight corner because the ADTRM has the function of the differential gear. Thus this chapter is concluded that the popularization of the electric vehicle is expected if the proposed drive train is made practicable. In chapter 3, the speed sensorless control of induction motor is described to solve the problem that ADTRM needs two speed sensors. In the speed sensorless control, the estimation errors of the motor parameters generate the speed estimation error. Thus the effects of the parameter variations to the speed estimation is theoretically cleared and the new algorithms of the parameter identification are proposed. The proposed algorithm of the rotor resistance estimation uses only the stator current and rotor resistance is estimated in the transient state of the motor speed. This algorithm is very effective for the electric vehicle because this algorithm does not need the additional signal to avoid the torque oscillation. In additional the parameter identifications in the very low speed region are verified by the experiments which uses the ideal voltage source to avoid the output voltage errors of the inverter. By these experiments, it is cleared that the identified rotor resistance is effected by the leakage inductance variation and the new algorithm of the rotor resistance estimation which compensates for the leakage inductance variation in the very low speed is proposed. In these experiments the zero speed control under the 10% ~ 40% load condition without signal injection was achieved by not only ADTRM but general induction motor and the effectiveness of the proposed algorithms are verified. The proposed algorithms are very effective to apply the speed sensorless control in the electric vehicle, and if this control is applied in the electric vehicle the miniaturization of the size and the reduction in the cost are expected. In chapter 4, the resonant inverter is used for the inverter circuit to reduce the switching loss because the loss reduction in the inverter leads to improve the one charge distance of the electric vehicle. The all loss in analyzed in the active clamped resonant inverter and this loss is expressed by a function of the resonant inductance. Thus an algorithm of the optimum design for loss minimization is proposed and this algorithm was verified by the experiments and the high efficiency 98.2% in the resonant link circuit was obtained. If this inverter is applied for the electric vehicle, the percentage of the inverter loss in the total drive loss can be reduced, and the improvement of the one charge distance is expected. This paper concludes that the proposed drive train and proposed speed sensorless algorithms and proposed design method of the inverter influence to the technical advance and the possibility in the popularization of the electric vehicle. Thus this paper can help to solve the problem in the air pollution and the exhaust problem in the petroleum resources.

横浜国立大学, 平成12年3月23日, 博士(工学), 甲第393号

目次

  1. 論文要旨 / p1 (0003.jp2)
  2. 目次 / p4 (0006.jp2)
  3. 第1章 序論 / p10 (0012.jp2)
  4. 1.1 研究の社会的背景 / p10 (0012.jp2)
  5. 1.2 研究の技術的背景 / p10 (0012.jp2)
  6. 第2章 普及型電気自動車駆動方式の提案 / p12 (0014.jp2)
  7. 2.1 相反モータを用いた駆動方式の提案 / p12 (0014.jp2)
  8. 2.2 モータ配置方法による駆動方式の分類 / p13 (0015.jp2)
  9. 2.3 各駆動方式の比較 / p14 (0016.jp2)
  10. 2.4 相反モータ搭載四輪駆動車の実車特性 / p17 (0019.jp2)
  11. 2.5 まとめ / p19 (0021.jp2)
  12. 第3章 相反モータを用いた速度センサレス制御 / p20 (0022.jp2)
  13. 3.1 電気自動車における速度センサレス制御の適用 / p20 (0022.jp2)
  14. 3.2 速度センサレスベクトル制御法 / p21 (0023.jp2)
  15. 3.3 速度センサレスベクトル制御における問題点 / p26 (0028.jp2)
  16. 3.4 二次抵抗同定法 / p30 (0032.jp2)
  17. 3.5 一次抵抗同定法 / p37 (0039.jp2)
  18. 3.6 零速度を含む極低速制御法 / p39 (0041.jp2)
  19. 3.7 課題 / p48 (0050.jp2)
  20. 3.8 まとめ / p51 (0053.jp2)
  21. 第4章 高効率コントローラ / p52 (0054.jp2)
  22. 4.1 電気自動車用インバータの課題 / p52 (0054.jp2)
  23. 4.2 共振型インバータ / p54 (0056.jp2)
  24. 4.3 損失解析 / p54 (0056.jp2)
  25. 4.4 最適設計 / p62 (0064.jp2)
  26. 4.5 考察 / p63 (0065.jp2)
  27. 4.6 電気自動車への適用 / p64 (0066.jp2)
  28. 4.7 まとめ / p65 (0067.jp2)
  29. 第5章 結論 / p66 (0068.jp2)
  30. .1 相反モータ搭載ジムニー詳細 / p73 (0075.jp2)
  31. .2 速度センサレス実験装置詳細 / p75 (0077.jp2)
  32. .3 第3章における各種証明 / p81 (0083.jp2)
  33. .4 走行シミュレーション / p86 (0088.jp2)
21アクセス

各種コード

  • NII論文ID(NAID)
    500000189055
  • NII著者ID(NRID)
    • 8000000189338
  • DOI(NDL)
  • 本文言語コード
    • jpn
  • NDL書誌ID
    • 000000353369
  • データ提供元
    • 機関リポジトリ
    • NDL ONLINE
    • NDLデジタルコレクション
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