EV（電気自動車）トラクション・インバータとモータの解析

トラクション・インバータとモータの機能ブロック図​.

EVトラクション・インバータおよびモータ技術

EVにはさまざまな種類の電気モータが採用されていますが、どのEVにも、PWM電圧信号をモータの固定子に送り、120°ずつ隔てられた3つの正弦波電流を生成するためのアプリケーションが必要です。通常、高電圧入力の変調は、20～100 kHzの周波数範囲、高電圧のIGBTまたはMOSFETスイッチングによって行われます。設計者は、安全なタイミングを維持しながらスイッチング中のエネルギー損失を最小限にするために努力しています。

ゲート・ドライバは、マイクロコントローラ（MCU）サブシステムによって制御されて、スイッチング・デバイスのタイミングを計っています。制御回路は、高電圧部から絶縁されていなければなりません。

多くの場合、インバータ・コントローラには、PWM出力を正確に変化させるためにフィールド指向制御（FOC）などのDSPアルゴリズムが採用されています。インバータのMCUは、ドライバの入力やモータの現在の速度に基づいてロータの直軸（D）と磁界または横軸（Q）の極間の角度を制御し、滑らかで最適なトルクを実現しています。モータのロータ上にあるエンコーダやレゾルバなどのセンサは、ロータ角のフィードバックを送信します。

VRMS、IRMS、力率、位相差、皮相電力、無効電力など、100を超えるアクイジションの電力パラメータのプロット

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インバータ／モータ／ドライブ解析データシート

モータ負荷が変動する中でのシステムの動作を解析

電源の高密度化や効率化を追求するには、次のものを含むさまざまなテスト条件下で、ドライブやモータの動的性能を理解して解析することが重要です。

• モータの起動
• さまざまなモータ負荷
• モータの停止

テスト時間はテスト・プランによって異なり、数秒～数分に及びます。ロング・メモリを持ったオシロスコープは、実行中の関連情報をすべて保存し、波形やプロットとして表示します。高速データ記録機能を使用すれば、エンジニアは、波形の特定部分を拡大して問題を確認することが可能になります。一方、パワー・アナライザは通常、校正された三相測定に対応していますが、高いサンプル・レートのデータにはアクセスできません。

アクイシジョンの傾向とヒストグラムが速度変化を表示。ホール・センサは、対応しているセンサ・タイプの1つ。​

機械的測定値と電気的測定値の相関関係の把握

電子機器やアルゴリズムに関する決定の影響を理解するために、エンジニアは、モータの機械的性能と電気的測定値の相関関係を把握できなければなりません。モータの角度、方向、速度、加速度、トルクは、システム性能を把握するためのカギとなります。トラクション・インバータ入力部の電気的パラメータとモータの機械的出力の両方を測定できると、エンジニアは、システム全体の効率性を判断することが可能になります。

速度、方向、角度などの機械的測定値は、センサ信号によって変化します。これらの信号は、テスト機器でデコードしてから表示する必要があります。多くのブラシレスDCモータには、ホール・センサが内蔵されています。このセンサには、デジタルまたはアナログ・プローブを使用してアクセスが可能です。システムには、QEI（直交エンコーダ・インタフェース）センサを採用しているものもあります。

トルクは、モータ出力部にある専用のトルク・センサを用いて測定が可能です。また、トルクは、実効電流に倍率を適用することで概算することもできます。

テクトロニクスのIMDAソフトウェアを使用すれば信号はデコードされ、5シリーズBおよび6シリーズB MSOオシロスコープで速度、加速度、方向、角度、トルクの表示が可能となります。

EVのトラクション・インバータとモータ・リファレンス・システム

EVのパワートレイン設計のテストには、オシロスコープ、適切なプローブ、信号源、そしてアプリケーション・ソフトウェアが必要です。このシステムは、アプリケーションに合わせてカスタマイズすることができます。

テクトロニクスでは、適応性と精度に優れたトラクション・インバーター解析リファレンス・ソリューション「SOLN-IMDA-EV」を提供しています。

テクトロニクスのソリューションが、どのようにカスタマイズ可能であり、パワートレインの性能を最適化し、業界基準や規制を満たすように設計されているか、その詳細は「EVのトラクション・インバータ解析リファレンス・ソリューション」をご覧ください。