JP2007189818A - Current control method of synchronous motor - Google Patents

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Tetsuya Niiguni
哲也 新国
Masaki Nakano
正樹 中野
Masahiro Tsukamoto
雅裕 塚本
Tadayuki Hatsuda
匡之 初田
Tsutomu Tanimoto
勉 谷本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem that it is necessary to make an inverter in multi-phases when creating magnetic flux that corresponds to each rotor, and when the number of the phases is increased corresponding to the rotors, the number of switch elements is increased, thus causing the complication of control. <P>SOLUTION: This current control method of a synchronous motor is applied to an inverter having three phases or four phases that drives the synchronous motor constituted of a plurality of the rotors (R1, R2) each having different pole algorithms, or one rotor (24) having a magnetic flux generation member that sums magnetic fluxes corresponding to a plurality of the different pole algorithms and generates them, and one stator (St1, 21). The method sums a plurality of current fields that correspond to pole algorithms for constituting the plurality of rotors, or to pole algorithms for constituting the one rotor, and controls the inverter so that a composite current by which the plurality of rotors or the one rotor can be rotated is imparted to the stator. By this constitution, since the current is imparted to the rotor so as to be rotatable by summing the plurality of current fields that correspond to the pole algorithms for constituting the rotor, the number of the phases of the inverter can be reduced compared with a conventional synchronous motor having two rotors and one stator, and a motor drive system can be reduced in size as a whole. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は同期電動機の電流制御方法に関する。   The present invention relates to a current control method for a synchronous motor.

近年、自動車にも多数用いられている電動モータでは、自動車という用途上、小型化と効率に対して厳しい要求がなされている。現在、電動モータを走行用に搭載した自動車の多くは、エンジンの出力とモータの出力を組み合わせて走行するハイブリッド自動車であり、発電機用途と電動機用途の2つのモータを搭載したものが多い。このようなハイブリッド自動車用モータの小型化・高効率化を実現する手段として特許第3480301号(特許文献1を参照されたい。)が提案されている。   In recent years, electric motors that are widely used in automobiles have been severely demanded for miniaturization and efficiency for automobile applications. Currently, many automobiles equipped with electric motors for traveling are hybrid automobiles that run by combining engine output and motor output, and many have two motors for generator use and electric motor use. Japanese Patent No. 3480301 (refer to Patent Document 1) has been proposed as a means for realizing miniaturization and high efficiency of such a motor for a hybrid vehicle.

この発明によれば、1つのステータに給電することで2つのロータを独立に回転させることが可能であり、1つのモータ体格で2つのモータ分のトルクを発生させることが可能である。これに加えて、両ロータに合わせてステータに与えられる電流の平均値は、単純に2つのモータに電流を与えた場合の平均値より低く、電流による損失が低減するという効果がある。
特許第3480301号公報(特開平11-275827号公報、段落0010、図1)
According to this invention, it is possible to rotate two rotors independently by supplying power to one stator, and it is possible to generate torque for two motors with one motor physique. In addition, the average value of the current applied to the stator in accordance with both rotors is lower than the average value when the current is simply applied to the two motors, and there is an effect that the loss due to the current is reduced.
Japanese Patent No. 3480301 (Japanese Patent Laid-Open No. 11-275827, paragraph 0010, FIG. 1)

しかしながら、それぞれのロータに対応する磁束を作るにはインバータを多相にする必要があった。例えば、1ロータに対し3相とすると、合計6相のインバータが必要であった。このようにロータに応じて相数を多くすると、スイッチ素子の数が増え、制御も複雑化するという問題が生じる。   However, in order to generate magnetic fluxes corresponding to the respective rotors, it is necessary to make the inverter multiphase. For example, if there are three phases for one rotor, a total of six-phase inverters are required. When the number of phases is increased according to the rotor in this way, there arises a problem that the number of switch elements increases and the control becomes complicated.

本発明は、このような問題に対応するもので、異なる極対数を持つ複数の磁石付きロータもしくは異なる複数の極対数に相当する磁石磁束を合算した1つのロータに対して、相数を削減するように1つのステータで複数の極対に対応する電流磁界を発生するための電流制御方法を提供する。
上述した諸課題を解決すべく、第1の発明による同期電動機の電流制御方法は、
各々が異なる極対数を持つ(異なる極対数に相当する磁石の組をそれぞれ持つ)複数のロータ、もしくは、異なる複数の極対数に相当する磁石磁束を(例えば、ロータ側のエアギャップ側の表面に)合算して発生させる磁束発生部材を持つ1つのロータと(各極対数に相当する磁石の組が複数含まれる。)、1つのステータとから構成される同期電動機を駆動する3相または4相のインバータに対して行う同期電動機の電流制御方法であって、
前記複数のロータを構成する各極対数、或いは前記1つのロータを構成する各極対数、に対応した複数の電流磁界を合算し、かつ、前記複数或いは1つのロータが回転できるような複合電流を前記ステータに与えるように前記インバータを制御する、
ステップを含むことを特徴とする。
The present invention addresses such a problem, and reduces the number of phases for a rotor with a plurality of magnets having different numbers of pole pairs or a single rotor in which magnet magnetic fluxes corresponding to different numbers of pole pairs are combined. Thus, a current control method for generating current magnetic fields corresponding to a plurality of pole pairs in one stator is provided.
In order to solve the above-described problems, the synchronous motor current control method according to the first aspect of the present invention provides:
A plurality of rotors each having a different number of pole pairs (each having a pair of magnets corresponding to a different number of pole pairs) or magnet magnetic fluxes corresponding to a plurality of different pole pairs (for example, on the air gap surface on the rotor side) ) Three-phase or four-phase driving a synchronous motor composed of one rotor having a magnetic flux generating member to be generated in combination and a plurality of magnet pairs corresponding to the number of pole pairs. A method for controlling the current of a synchronous motor for the inverter of
A combined current that can add a plurality of current magnetic fields corresponding to the number of pole pairs constituting the plurality of rotors or the number of pole pairs that constitute the one rotor, and the plurality or one rotor can rotate. Controlling the inverter to feed the stator,
Including steps.

また、第2の発明による同期電動機の電流制御方法は、
前記複数のロータを構成する極対数毎(即ち、各極対数を構成する磁石の組ごと)、或いは、前記1つのロータを構成する極対数毎(即ち、各極対数を構成する磁石の組ごと)に、(上位回路などから得られるインバータに対する)電流指令値に基づき前記ステータを構成するステータコイルに印加するべき電圧指令値を求める電圧指令値算出ステップと、
(電流センサなどを用いて得られる)前記ステータのコイル電流(より具体的には電流波形)から前記ロータのそれぞれの極対数(に相当する磁石の組)に対応する電流成分を抽出する抽出ステップと、
前記抽出ステップにより抽出された極対数毎の電流成分をフィードバック要素として電圧指令値算出ステップに与えるステップと(即ち、抽出された電流成分をフィードバック要素として用い、例えば、前記抽出ステップにより抽出された電流成分と、前記ロータの極対数毎の電流指令値とを比較してその差分を求め、これに基づき電圧指令値を求める。)、
を含むことを特徴とする。
Moreover, the current control method of the synchronous motor according to the second invention is as follows:
For each number of pole pairs constituting the plurality of rotors (that is, for each set of magnets constituting each number of pole pairs), or for each number of pole pairs constituting the one rotor (that is, for each set of magnets constituting each number of pole pairs) ), A voltage command value calculation step for obtaining a voltage command value to be applied to a stator coil constituting the stator based on a current command value (for an inverter obtained from an upper circuit or the like);
Extraction step of extracting current components corresponding to the respective number of pole pairs (corresponding to a set of magnets) of the rotor from the coil current (more specifically, current waveform) of the stator (obtained using a current sensor or the like) When,
A step of supplying the current component for each number of pole pairs extracted by the extraction step to the voltage command value calculation step as a feedback element (that is, using the extracted current component as a feedback element, for example, the current extracted by the extraction step) The component is compared with the current command value for each number of pole pairs of the rotor to obtain the difference, and the voltage command value is obtained based on this difference).
It is characterized by including.

また、第3の発明による同期電動機の電流制御方法は、
前記インバータが3相インバータであり、前記複数のロータ或いは1つのロータを構成する複数の極対数同士が、3の倍数以外の整数倍の極対数比を持つ場合に、少ない極対数に対しては電気角で120°ずれた正弦波と、多い極対数に対しては電気角で120°×極対数比ずれた正弦波とを含むような前記複合電流を前記3相インバータに与える、
ステップを含むことを特徴とする。
A current control method for a synchronous motor according to a third invention is
When the inverter is a three-phase inverter and the number of pole pairs constituting the plurality of rotors or one rotor has an integer multiple pole pair ratio other than a multiple of 3, for a small number of pole pairs Applying the composite current to the three-phase inverter including a sine wave shifted by 120 ° in electrical angle and a sine wave shifted by 120 ° in electrical angle × pole pair ratio for a large number of pole pairs.
Including steps.

また、第4の発明による同期電動機の電流制御方法は、
前記インバータが4相インバータであり、前記複数のロータ或いは1つのロータを構成する複数の極対数同士が、3の倍数の極対数比を持つ場合に、少ない極対数に対しては電気角で90°ずれた正弦波と、多い極対数に対しては電気角で90°×極対数比ずれた正弦波とを含むような前記複合電流を前記4相インバータに与える、
ステップを含むことを特徴とする。
A current control method for a synchronous motor according to a fourth invention is
When the inverter is a four-phase inverter and the number of pole pairs constituting the plurality of rotors or one rotor has a pole pair ratio that is a multiple of 3, the electrical angle is 90 for a small number of pole pairs. Applying the composite current to the four-phase inverter so as to include a sine wave with a shift of ° and a sine wave with an electrical angle of 90 ° × pole pair ratio for a large number of pole pairs.
Including steps.

また、第5の発明による同期電動機の電流制御方法は、
前記複数のロータが機械的に接続された単一のロータである、
ことを特徴とする。
Moreover, the current control method of the synchronous motor according to the fifth invention is:
The plurality of rotors is a single rotor mechanically connected;
It is characterized by that.

上述したように本発明の解決手段を方法として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する装置、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。   As described above, the solution of the present invention has been described as a method. However, the present invention can be realized as a device, a program, and a storage medium storing the program substantially corresponding to these, and the scope of the present invention. It should be understood that these are also included.

第1の発明によれば、ロータを構成する各極対数に対応した複数の電流磁界を合算し、かつ回転できるように電流を与えるので、従来の2ロータ、1ステータの同期電動機に比べてインバータの相数を少なくすることができ、モータ駆動システム全体の小型化が可能になる。   According to the first aspect of the present invention, since a plurality of current magnetic fields corresponding to the number of pole pairs constituting the rotor are added and the current is supplied so as to be able to rotate, the inverter is compared with the conventional 2-rotor, 1-stator synchronous motor. Therefore, it is possible to reduce the size of the entire motor drive system.

また、第2の発明によれば、前記電流制御方法には、ロータの極対数毎に電流指令値に基づきステータコイルに印加する電圧指令値を求める手段と、ステータのコイル電流波形からロータのそれぞれの極対に対応する成分を抽出する手段と、これにより抽出された成分とロータ極対毎の電流指令値とを比較する手段が有り、これらにより求めたロータの極対毎の電圧指令値を合算した信号によりインバータを制御するので、各極対に対応した回転磁束を効果的に発生させる事ができる。   According to the second invention, the current control method includes means for obtaining a voltage command value to be applied to the stator coil based on the current command value for each number of pole pairs of the rotor, and each of the rotors from the coil current waveform of the stator. There are means for extracting the component corresponding to each pole pair and means for comparing the component extracted thereby and the current command value for each rotor pole pair. Since the inverter is controlled by the combined signal, the rotating magnetic flux corresponding to each pole pair can be generated effectively.

また、第3の発明によれば、ロータが3の倍数以外の整数倍の極対数比を持つ場合に、少ない極対数に対しては電気角で120°ずれた正弦波、多い極対数に対しては電気角で120°×極対数比ずれた正弦波を発生させ3相インバータに与えるので、少ない相数のインバータによって、このロータに対応した複数の電流磁界を合算した回転磁界を発生させることができる。   Further, according to the third invention, when the rotor has a pole pair ratio that is an integer multiple other than a multiple of 3, for a small number of pole pairs, a sine wave shifted by 120 ° in electrical angle, for a large number of pole pairs In this case, a sine wave with an electrical angle of 120 ° × pole-to-log ratio ratio is generated and applied to the three-phase inverter, so that a rotating magnetic field can be generated by adding a plurality of current magnetic fields corresponding to this rotor by an inverter with a small number of phases. Can do.

また、第4の発明によれば、ロータが3の倍数の極対数比を持つ場合に、少ない極対数に対しては電気角で90°ずれた正弦波、多い極対数に対しては電気角で90°×極対数比ずれた正弦波を発生させ4相インバータに与えるので、少ない相数のインバータによって、このロータに対応した複数の電流磁界を合算した回転磁界を発生させることができる。   According to the fourth invention, when the rotor has a pole pair ratio that is a multiple of 3, a sine wave shifted by 90 ° in electrical angle for a small number of pole pairs, and an electrical angle for a large number of pole pairs. Since a sine wave with a 90 ° × pole pair ratio deviation is generated and applied to the four-phase inverter, a rotating magnetic field can be generated by adding a plurality of current magnetic fields corresponding to this rotor by an inverter having a small number of phases.

また、第5の発明によれば、前記複数のロータは機械的に接続されたロータであって、このロータに対して前記電流制御方法を用いるので、例えばホイールインモータのように1軸のみでよいような用途において、1つのモータ体格で2つのモータ分のトルクを発生させることが可能となる2ロータ、1ステータモータの特徴を活かしつつ、少ない相数のインバータでモータ駆動が可能となる。   According to a fifth aspect of the invention, the plurality of rotors are mechanically connected rotors, and the current control method is used for the rotors. For example, a single shaft such as a wheel-in motor is used. In a good application, it is possible to drive a motor with an inverter having a small number of phases while taking advantage of the characteristics of a two-rotor and one-stator motor that can generate torque for two motors with one motor.

以降、諸図面を参照しつつ、本発明の実施態様を詳細に説明する。
第1の実施例
図1には3の倍数以外の整数倍の極対数比を持つロータおよびそれに対応するステータの具体的な例を示した。はじめに、図1のロータについて説明する。外側ロータR2には4極対の極対数を持つように8つの磁石が配置されている。一方、内側ロータR1には2極対の極対数を持つように4つの磁石が配置されている。なお、図中の符号Nは、ステータ側にN極が対向するN極の磁石を表し、符号Sはステータ側にS極が対向するS極の磁石を表す。それぞれのロータはベアリング等を介して図示しないモータハウジングにより回転自在に支持されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First Embodiment FIG. 1 shows a specific example of a rotor having a pole-to-number ratio other than a multiple of 3 and a corresponding stator. First, the rotor of FIG. 1 will be described. Eight magnets are arranged on the outer rotor R2 so as to have the number of pole pairs of four pole pairs. On the other hand, four magnets are arranged in the inner rotor R1 so as to have the number of pole pairs of two pole pairs. In addition, the code | symbol N in a figure represents the N pole magnet which N pole opposes to the stator side, and the code | symbol S represents the S pole magnet which S pole opposes to the stator side. Each rotor is rotatably supported by a motor housing (not shown) via a bearing or the like.

次にステータについて説明する。ステータ(固定子)St1には6個のティースがあり、6個のティースには、それぞれ巻線を集中的に巻いている。この巻線は、3個おきに配置されている2個が1組となっており、直列あるいは並列に接続されて巻線の組を作っている。巻線の組は3組あって、各巻線の組の一方はそれぞれ他の巻線の組の一方と接続している。図中のU,V,Wは、それぞれ、U相、V相、W相の巻線を表す。また、モータMを構成する各巻線組の他端は図2に示した3相のインバータとそれぞれ接続している。図2に示すように、このインバータはスイッチング素子SW1−6、ダイオードD1−6で構成されており、電源Vdc、および平滑コンデンサC1に接続してある。   Next, the stator will be described. The stator (stator) St1 has six teeth, and windings are wound around the six teeth in a concentrated manner. Two windings arranged every three windings form one set, and are connected in series or in parallel to form a winding set. There are three winding sets, and one of the winding sets is connected to one of the other winding sets. U, V, and W in the figure represent U-phase, V-phase, and W-phase windings, respectively. The other end of each winding set constituting the motor M is connected to the three-phase inverter shown in FIG. As shown in FIG. 2, this inverter is composed of a switching element SW1-6 and a diode D1-6, and is connected to a power supply Vdc and a smoothing capacitor C1.

次に電流の制御方法について説明する。図3には制御ブロック図を示す。図3に示すように、前述のようにロータが2極対と4極対の極対をもつことから、2極対に対応するd軸電流に関するd1電流指令およびq軸電流に関するq1電流指令と、4極対に対応するd軸電流に関するd2電流指令およびq軸電流に関するq2電流指令を作り制御ブロックに入力する。   Next, a current control method will be described. FIG. 3 shows a control block diagram. As shown in FIG. 3, since the rotor has two pole pairs and four pole pairs as described above, the d1 current command for the d-axis current corresponding to the two-pole pair and the q1 current command for the q-axis current A d2 current command related to the d-axis current corresponding to the 4-pole pair and a q2 current command related to the q-axis current are generated and input to the control block.

次に磁石トルクを出す場合の電流指令について説明する。まず2極対の電流指令について説明する。2極対で出すトルクに対応するd1電流指令と後述するフィードバック信号の差分を図3の制御ブロックに入力する。電流指令は図3の電流制御器1によりコイルに印加する電圧指令に変換し、さらに2相/3相座標変換器2でd軸、q軸成分を2極対の周波数でもって回転座標に変換し、2相から3相に変換した後に4極対側の電圧指令と加算してインバータ9に入力する。なお回転信号は内側の2極対のロータに取り付けられたポジションセンサ11から得た信号を用いる。インバータ9には図示しないPWM信号を発生する機能がついており、前記の電圧指令に応じた電圧をモータ10の各巻線に印加する。   Next, a current command for outputting magnet torque will be described. First, the current command for a two-pole pair will be described. The difference between the d1 current command corresponding to the torque produced by the two-pole pair and a feedback signal described later is input to the control block of FIG. The current command is converted into a voltage command to be applied to the coil by the current controller 1 in FIG. 3, and the d-phase and q-axis components are converted into rotating coordinates with a frequency of two pole pairs by the 2-phase / 3-phase coordinate converter 2. Then, after converting from 2 phase to 3 phase, it is added to the voltage command on the 4 pole pair side and input to the inverter 9. The rotation signal is a signal obtained from the position sensor 11 attached to the inner two-pole pair rotor. The inverter 9 has a function of generating a PWM signal (not shown), and applies a voltage corresponding to the voltage command to each winding of the motor 10.

またフィードバック信号は、モータの電流を電流センサAMで取得して、3相/2相座標変換器3で3相から2相に変換し、さらに2極対の周波数でもって回転座標からd軸、q軸に逆変換する。この信号をローパスフィルタ4によって4極対の波形成分を除去した後にフィードバック要素として電流制御器1に入力する。以上の処理で得たフィードバック信号と電流指令の差を電流制御器1に入力する。この電流制御器1、2相/3相座標変換器2、3相/2相座標変換器3、ローパスフィルタ4からなる制御ブロックは2極対のためのブロックであるため、2極対用制御ブロックB1と呼ぶこととする。同様に、4極対の電流指令も同様にして電圧指令を作り、4極対用制御ブロックB2も、電流制御器5、2相/3相座標変換器6、3相/2相座標変換器7、ローパスフィルタ8からなる。ただし、回転信号は外側の4極対のロータに取り付けられたポジションセンサ12から得た信号を用いる。   The feedback signal is obtained by obtaining the motor current with the current sensor AM, converting the current from the three-phase to the two-phase with the three-phase / two-phase coordinate converter 3, and further rotating the d-axis from the rotation coordinates with the frequency of two pole pairs. Convert back to q-axis. This signal is input to the current controller 1 as a feedback element after the waveform component of the quadrupole pair is removed by the low-pass filter 4. The difference between the feedback signal and the current command obtained by the above processing is input to the current controller 1. Since the control block including the current controller 1, the two-phase / three-phase coordinate converter 2, the three-phase / two-phase coordinate converter 3, and the low-pass filter 4 is a block for the two-pole pair, the control for the two-pole pair is performed. It will be referred to as block B1. Similarly, a voltage command is similarly generated for the current command of the 4-pole pair, and the control block B2 for the 4-pole pair is also the current controller 5, the 2-phase / 3-phase coordinate converter 6, the 3-phase / 2-phase coordinate converter. 7 and a low-pass filter 8. However, as the rotation signal, a signal obtained from the position sensor 12 attached to the outer 4-pole pair rotor is used.

なお、ここでは磁石トルクのみを考慮したのでq軸に関しては0と仮定したが、リラクタンストルクを制御する場合には同様にしてq軸の指令を作る。また本実施例では3相のインバータを用いており、極対数比が3の倍数である場合には適応できないが、その場合については第2の実施例において説明する。   Here, since only the magnet torque is considered, it is assumed that the q-axis is 0. However, when the reluctance torque is controlled, the q-axis command is similarly generated. Further, in this embodiment, a three-phase inverter is used, and this cannot be applied when the pole-to-number ratio is a multiple of 3. This case will be described in the second embodiment.

以上をまとめると、従来の2つのロータをもつ同期電動機では、それぞれのロータに対応した相数、例えば3相+3相で合計6相のインバータが必要であったが、複合化した電流をステータに流せば3相のインバータで済む事になり、インバータの相数は少なくてよい。すなわち、本発明によって2ロータ+1ステータの同期電動機の持つ特徴、すなわち1つのモータ体格で2つのモータ分のトルクを発生させ、両ロータに合わせてステータに与えられる電流の平均値は、単純に2つのモータに電流を与えた場合の平均値より低く、電流による損失が低減するという利点を活かしつつ、相数が少ないインバータで複数のロータに対応した複合化した回転磁界を発生する事ができる。   In summary, in the conventional synchronous motor having two rotors, an inverter having a number of phases corresponding to each rotor, for example, three phases + three phases and a total of six phases is required. If it is made to flow, a three-phase inverter is sufficient, and the number of inverter phases may be small. That is, according to the present invention, the characteristic of the synchronous motor of 2 rotors + 1 stator, that is, the torque of two motors is generated by one motor body, and the average value of the current applied to the stator in accordance with both rotors is simply 2 A combined rotating magnetic field corresponding to a plurality of rotors can be generated with an inverter having a small number of phases while taking advantage of the fact that the loss due to current is lower than the average value when current is supplied to one motor.

第2の実施例
図4に、3の極対数比を持つロータおよびそれに対応するステータの具体的な例を示す。はじめに図4のロータについて説明する。外側ロータR3には4極対の磁石の組を構成するように8個の磁石が配置されている。一方、内側ロータR4には12極対の磁石の組を構成するように24個の磁石が配置されている。即ち、それぞれに1組の磁石が配置される。それぞれのロータはステータSt2の内側に配置されており、この場合は2つのロータは機械的に結合しているものとする。結合されたロータの(ステータ側の)表面には双方の組の磁石の合成磁束が分布している。
Second Embodiment FIG. 4 shows a specific example of a rotor having a pole-to-number ratio of 3 and a corresponding stator. First, the rotor of FIG. 4 will be described. Eight magnets are arranged on the outer rotor R3 so as to form a set of four-pole pairs of magnets. On the other hand, 24 magnets are arranged in the inner rotor R4 so as to form a 12-pole pair magnet set. That is, one set of magnets is arranged for each. Each rotor is arranged inside the stator St2, and in this case, the two rotors are mechanically coupled. The combined magnetic flux of both sets of magnets is distributed on the surface (on the stator side) of the combined rotor.

ところで、図2のような3相のインバータでは、基本波形の3倍の周波数の波形を作ることができないため、このロータで十分なトルクを出すことができない。そこで図4のような3倍の極対数比を持つロータに対しては、図5に示す4相インバータを用いる。このインバータは、増加した1相分に対応して、スイッチング素子SW7,8、ダイオードD7,8が設けられている。制御ブロックは図6の通りであり、4極対に対応するd軸電流に関するd1電流指令およびq軸電流に関するq1電流指令と、12極対のd軸電流に関するd2電流指令およびq軸電流に関するq2電流指令を電圧指令に変換し、4相でそれぞれ生成した後に合成して、この指令をインバータ9(INV)に入力する。即ち、4極対用制御ブロックB3、12極対用制御ブロックB4で生成した電圧指令を構成してインバータに与える構成である。なお、この場合は2つのロータが一体となるので、ポジションセンサ11は1つでよい。   By the way, the three-phase inverter as shown in FIG. 2 cannot produce a waveform having a frequency three times that of the basic waveform. Therefore, a four-phase inverter shown in FIG. 5 is used for a rotor having a triple pole-to-number ratio as shown in FIG. This inverter is provided with switching elements SW7 and 8 and diodes D7 and 8 corresponding to the increased one phase. The control block is as shown in FIG. 6. The d1 current command for the d-axis current corresponding to the 4-pole pair and the q1 current command for the q-axis current, the d2 current command for the d-axis current of the 12-pole pair, and the q2 for the q-axis current. The current command is converted into a voltage command, synthesized in four phases, and then combined, and this command is input to the inverter 9 (INV). That is, the voltage command generated by the control block B3 for 4 pole pairs and the control block B4 for 12 pole pairs is configured and supplied to the inverter. In this case, since the two rotors are integrated, only one position sensor 11 is required.

インバータには図示しないPWM信号を発生する手段が設けられており、前記の電圧指令に応じた電圧をモータの各巻線に印加する。ポジションセンサが1つであること以外は制御ブロックの詳細は第1の実施例と同じである。なお、4相の場合には各相はπ/2ずつずれる関係に有り、d軸成分をA相電流とすれば、q軸はB相、−d軸がC相、−q相がD相となる。そこでインバータと各相巻線を、例えばA相とC相を同じアームにそれぞれの相の巻線を逆方向になるように接続し、B相とD相を同じアームにそれぞれの相の巻線を逆方向になるように接続することも可能である。その際は各コイル組(A相−C相とB相−D相)をそれぞれフルブリッジ回路に接続する。   The inverter is provided with means for generating a PWM signal (not shown), and applies a voltage corresponding to the voltage command to each winding of the motor. The details of the control block are the same as in the first embodiment except that there is one position sensor. In the case of four phases, each phase is shifted by π / 2. If the d-axis component is an A-phase current, the q-axis is the B phase, the -d axis is the C phase, and the -q phase is the D phase. It becomes. Therefore, connect the inverter and each phase winding, for example, phase A and phase C to the same arm so that the phase winding is in the opposite direction, and phase B and phase D to the same arm Can be connected in the opposite direction. In that case, each coil set (A phase-C phase and B phase-D phase) is connected to the full bridge circuit.

以上では2つのロータを機械的に結合した例を示したが、図7のように1体構造のロータで磁石を内外で貼り合わせる構造であっても良い。図7に示すように、単一のロータRtは、4極対で構成される外側ロータR5と、12極対で構成される内側ロータR6とを貼り合わせた構成とすることもできる。なお、作図や説明の便宜上、R5とR6との間には空隙があるが、実際にはロータを貼り合せた後はこの空隙はなくなる。   Although an example in which two rotors are mechanically coupled has been described above, a structure in which magnets are bonded inside and outside with a one-piece rotor as shown in FIG. 7 may be used. As shown in FIG. 7, the single rotor Rt may be configured by bonding an outer rotor R5 configured with a 4-pole pair and an inner rotor R6 configured with a 12-pole pair. For convenience of drawing and explanation, there is a gap between R5 and R6, but this gap disappears after the rotor is actually bonded.

図7のモータは磁石の相殺部分を除去していない構成であるが、相殺部分を除去した構成でも本発明を適用できる。図8に、相殺部分を除去したロータ構成の断面図を示す。21はステータであり、18個の分割されたコア22から構成され、18個の分割されたコア22には、それぞれ巻線23が集中的に巻かれている。この巻線は、6個おきに配置されている3個が1セット(トータル6セット)となっており、直列、あるいは並列に接続され、その一方が中性点として他の相の一方と接続され、他方は図示しないインバータの内部で、電源ラインのP側・N側にスイッチング素子を介して接続されている。このインバータは6相を制御する構成となっている。なお、この固定子は分割されたコアで記述されているが、分割されないコアでも同様の動作ができること、或いはスロットレス型モータでも本発明を適用することが可能である。また、巻線は集中巻に限らず分布巻でも適用可能である。   Although the motor of FIG. 7 has a configuration in which the canceling portion of the magnet is not removed, the present invention can be applied to a configuration in which the canceling portion is removed. FIG. 8 shows a cross-sectional view of the rotor configuration with the offset portion removed. Reference numeral 21 denotes a stator, which is composed of 18 divided cores 22, and windings 23 are intensively wound around the 18 divided cores 22. Three windings are arranged as a set (6 sets in total), and are connected in series or in parallel, and one of them is connected to one of the other phases as a neutral point. The other is inside an inverter (not shown) and is connected to the P side and N side of the power supply line via a switching element. This inverter is configured to control six phases. Although this stator is described with a divided core, the same operation can be performed with a non-divided core, or the present invention can be applied to a slotless motor. Further, the winding is not limited to concentrated winding, and can be applied to distributed winding.

24は回転子(ロータ)であり、この実施例では、回転子24は、N極の3つの磁石N1〜N3、S極の6つの磁石S1〜S6を含み、これらの磁石は3極対と6極対の2種類の極対数を備える2組の磁石として機能する。この場合の2組の磁石は、概念的なものであり、部材が明確に分離されているものではなく、固定子の巻線に供給される複合電流を構成する1つの電流に対して、3極対の磁石のセットとして振る舞う磁石の組が1つあり、複合電流を構成するもう1つの電流に対して、6極対の磁石のセットとして振る舞う磁石の組が1つあることを意味するものであり、各磁石S1〜S6、N1〜3が同時に双方の組の磁石として機能するものである。この詳細については図9を参照して説明する。作図や説明の便宜上、回転子の磁石をN極、S極として図示・説明するが、N−S極の構成・配置を逆に置き換えても発明の作用・効果は同様であることに留意されたい。さらに、N極、S極の磁石は、磁力線の向きが半径方向となるように、着磁方向をそれぞれ半径方向(反対向きで)にした磁石を、N極を外側(固定子側)、S極を外側(固定子側)に配置したものである。この実施例では磁石は着磁方向を半径方向に配置したものを用いてあるが、この配置には限定されず、磁力線がほぼ半径方向に向いていれば問題なく、例えばV字型の磁石配置であってもよい。   Reference numeral 24 denotes a rotor (rotor). In this embodiment, the rotor 24 includes three N-pole magnets N1 to N3 and six S-pole magnets S1 to S6. It functions as two sets of magnets having two types of pole pairs of six pole pairs. The two sets of magnets in this case are conceptual, and the members are not clearly separated. For one current constituting the composite current supplied to the stator winding, Means that there is one set of magnets that behave as a set of pole pairs, and that there is one set of magnets that behaves as a set of 6 pole pairs for the other current that makes up the composite current The magnets S1 to S6 and N1 to N3 simultaneously function as both sets of magnets. This will be described in detail with reference to FIG. For convenience of drawing and explanation, the rotor magnets are illustrated and described as N and S poles, but it is noted that the operation and effect of the invention are the same even if the configuration and arrangement of the NS poles are reversed. I want. Further, the N-pole and S-pole magnets are magnets in which the magnetization direction is in the radial direction (opposite direction) so that the direction of the magnetic field lines is in the radial direction, and the N pole is on the outer side (stator side). The poles are arranged on the outside (stator side). In this embodiment, a magnet is used in which the magnetizing direction is arranged in the radial direction. However, the arrangement is not limited to this, and there is no problem as long as the magnetic lines of force are directed substantially in the radial direction. For example, a V-shaped magnet arrangement is used. It may be.

図9は、図8の回転子生成説明図であり、図9の(A)は、2回転子構造のモータの回転子であり、内側回転子が3極対、外側回転子が6極対の磁石を備える。この磁石を内側の回転子の表層に2層に配置したのが図9の(B)である。配置の際に、若干の位相調整をしている。図9(B)を見ると、回転子24Aは着磁方向の異なる2種類の磁石が幾つかの位置で互いに接している。周知のように着磁方向の異なる磁石を張り合わせた場合、双方の磁力が同じであれば磁石が無い物と等価である。   FIG. 9 is an explanatory diagram of the rotor generation of FIG. 8. FIG. 9A is a rotor of a motor having a two-rotor structure, in which the inner rotor is a three-pole pair and the outer rotor is a six-pole pair. The magnet is provided. FIG. 9B shows that this magnet is arranged in two layers on the surface layer of the inner rotor. Some phase adjustment is performed at the time of arrangement. Referring to FIG. 9B, the rotor 24A has two kinds of magnets having different magnetization directions in contact with each other at several positions. As is well known, when magnets having different magnetization directions are bonded together, the magnets are equivalent to those without magnets if the magnetic forces of the magnets are the same.

そこで、径方向に見て異なる着磁の磁石が張り合わせてある部分から磁石を排除したのが図9(C)であり、この回転子24にはN極の磁石N1〜N3,S極の磁石S1〜S6が含まれる。この結果、周囲に曲線で示したような、3極対と6極対の複合磁束CFを発生する回転子24が完成する。なお、この回転子は、極性の違う磁石が接触している部分の磁石を除去していない、内側回転子と外側回転子とを一体にした構成である図9(B)の構成で基本的には成立し、小型化、電流低減の効果が得られるものであり、図9(C)と同じ複合磁束CF(図9(B)には図示せず)が発生することに注意されたい。つまり、回転子24Aは、インナーロータの第1の回転子とアウターロータの第2の回転子とを一体化した構成の回転子である。もちろん、不要な磁石を除去した図9(C)の構成の方が削除した磁石分の慣性の低減によるトルクの向上、モータの軽量化、削除した磁石の分の経費節減などでさらに効果がある。なお、本発明は、このような磁石の相殺部分を除去した後の構成でも、除去しない構成でも適用可能である。   Therefore, FIG. 9C is a diagram in which the magnets are excluded from the portion where the magnets having different magnetizations as viewed in the radial direction are bonded together, and the rotor 24 has N-pole magnets N1 to N3 and S-pole magnets. S1 to S6 are included. As a result, the rotor 24 that generates the composite magnetic flux CF of the three-pole pair and the six-pole pair as shown by a curved line is completed. This rotor is basically the same as that shown in FIG. 9B, in which the inner rotor and the outer rotor are integrated without removing the portion of the magnet that is in contact with the magnet of different polarity. It should be noted that the effect of miniaturization and current reduction is obtained, and the same composite magnetic flux CF (not shown in FIG. 9B) is generated as in FIG. 9C. That is, the rotor 24A is a rotor having a configuration in which the first rotor of the inner rotor and the second rotor of the outer rotor are integrated. Of course, the configuration of FIG. 9C from which unnecessary magnets are removed is more effective in improving torque by reducing the inertia of the magnets deleted, reducing the weight of the motor, and reducing the cost of the deleted magnets. . It should be noted that the present invention can be applied to a configuration after removing such a canceling portion of the magnet, or a configuration without removing it.

また、図9(C)では、不要な磁石を除去した領域は空間となっており、空気がその領域を占めているが、この空気が占める領域は磁束を通さない機能を果たしている。即ち、磁石を除去したこの領域には、鉄などの磁束を通し易い素材以外の部材を置く必要があるが、通常は空間(空気)でこと足りる。もちろん、当該領域には空気以外の磁束を通しにくい部材が設置されていいてもかまわない。   In FIG. 9C, the area from which unnecessary magnets are removed is a space, and air occupies the area. The area occupied by the air functions to prevent magnetic flux from passing therethrough. That is, it is necessary to place a member other than a material that easily allows magnetic flux, such as iron, in this region from which the magnet has been removed, but space (air) is usually sufficient. Of course, a member that is difficult to pass magnetic flux other than air may be provided in the region.

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各部材、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の部材、手段、ステップなどを1つに組み合わせたり或いは分割したりすることが可能である。   Although the present invention has been described based on the drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various modifications and corrections based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these variations and modifications are included in the scope of the present invention. For example, the functions included in each member, each means, each step, etc. can be rearranged so that there is no logical contradiction, and a plurality of members, means, steps, etc. can be combined or divided into one. Is possible.

2倍の極対数比を持つロータの断面図である。It is sectional drawing of a rotor with a pole pair number ratio of 2 times. 3相のインバータ回路図である。It is a three-phase inverter circuit diagram. 2倍の極対数比を持つロータに対応する電流制御ブロック図である。FIG. 5 is a current control block diagram corresponding to a rotor having a pole pair number ratio of 2 times. 3倍の極対数比を持つロータの断面図である。It is sectional drawing of a rotor with a pole pair number ratio of 3 times. 4相のインバータ回路図である。It is a four-phase inverter circuit diagram. 3倍の極対数比を持つロータに対応する電流制御ブロック図である。It is a current control block diagram corresponding to a rotor having a pole pair number ratio of 3 times. 内外の磁石を貼り合わせた3倍の極対数比を持つ一体構造ロータの断面図である。It is sectional drawing of the integral structure rotor which has the pole pair number ratio of 3 times which bonded the inner and outer magnet. 相殺部分を除去したロータ構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the rotor structure which removed the cancellation part. 図8の回転子生成説明図である。It is rotor production | generation explanatory drawing of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

R1 内側ロータ
R2 外側ロータ
St1 ステータ
モータ M
C1 平滑コンデンサ
D1−8 ダイオード
SW1−8 スイッチング素子
Vdc 電源
1,5 電流制御器
2,6 2相/3相座標変換器
3,7 3相/2相座標変換器
4,8 ローパスフィルタ
9 インバータ
10 モータ
11,12 ポジションセンサ
AM 電流センサ
B1 2極対用制御ブロック
B2 4極対用制御ブロック
B3 4極対用制御ブロック
B4 12極対用制御ブロック
R3 外側ロータ
R4 内側ロータ
St2 ステータ
R5 外側ロータ
R6 内側ロータ
Rt ロータ
21 ステータ
22 コア
23 巻線
24 回転子
24A 回転子
CF 複合磁束
N1-N3 磁石
S1-S6 磁石
R1 Inner rotor R2 Outer rotor St1 Stator motor M
C1 Smoothing capacitor D1-8 Diode SW1-8 Switching element Vdc Power source 1, 5 Current controller 2, 6 2-phase / 3-phase coordinate converter 3, 7 3-phase / 2-phase coordinate converter 4, 8 Low-pass filter 9 Inverter 10 Motors 11, 12 Position sensor AM Current sensor B1 2-pole pair control block B2 4-pole pair control block B3 4-pole pair control block B4 12-pole pair control block R3 Outer rotor R4 Inner rotor St2 Stator R5 Outer rotor R6 Inside Rotor Rt Rotor 21 Stator 22 Core 23 Winding 24 Rotor 24A Rotor CF Composite magnetic flux N1-N3 Magnet S1-S6 Magnet

Claims (5)

各々が異なる極対数を持つ複数のロータ、もしくは、異なる複数の極対数に相当する磁石磁束を合算して発生させる磁束発生部材を持つ1つのロータと、1つのステータとから構成される同期電動機を駆動する3相または4相のインバータに対して行う同期電動機の電流制御方法であって、
前記複数のロータを構成する各極対数、或いは前記1つのロータを構成する各極対数、に対応した複数の電流磁界を合算し、かつ、前記複数或いは1つのロータが回転できるような複合電流を前記ステータに与えるように前記インバータを制御する、
ことを特徴とする同期電動機の電流制御方法。
A synchronous motor including a plurality of rotors each having a different number of pole pairs, or one rotor having a magnetic flux generating member that generates a magnetic flux corresponding to a plurality of different pole pairs and a stator. A synchronous motor current control method for a three-phase or four-phase inverter to be driven,
A combined current that can add a plurality of current magnetic fields corresponding to the number of pole pairs constituting the plurality of rotors or the number of pole pairs that constitute the one rotor, and the plurality or one rotor can rotate. Controlling the inverter to feed the stator,
A current control method for a synchronous motor.
請求項1に記載の同期電動機の電流制御方法において、
前記複数のロータを構成する極対数毎、或いは、前記1つのロータを構成する極対数毎に、電流指令値に基づき前記ステータを構成するステータコイルに印加するべき電圧指令値を求める電圧指令値算出ステップと、
前記ステータのコイル電流から前記ロータのそれぞれの極対数に対応する電流成分を抽出する抽出ステップと、
前記抽出ステップにより抽出された極対数毎の電流成分をフィードバック要素として電圧指令値算出ステップに与えるステップと、
を含むことを特徴とする同期電動機の電流制御方法。
In the synchronous motor current control method according to claim 1,
Voltage command value calculation for obtaining a voltage command value to be applied to a stator coil constituting the stator based on a current command value for each pole pair constituting the plurality of rotors or for each pole pair constituting the one rotor. Steps,
An extraction step of extracting current components corresponding to the number of pole pairs of the rotor from the coil current of the stator;
Providing the voltage command value calculation step with a current component for each pole pair extracted in the extraction step as a feedback element;
A method for controlling the current of a synchronous motor, comprising:
請求項1または2に記載の同期電動機の電流制御方法において、
前記インバータが3相インバータであり、前記複数のロータ或いは1つのロータを構成する複数の極対数同士が、3の倍数以外の整数倍の極対数比を持つ場合に、少ない極対数に対しては電気角で120°ずれた正弦波と、多い極対数に対しては電気角で120°×極対数比ずれた正弦波とを含むような前記複合電流を前記3相インバータに与える、
ことを特徴とする同期電動機の電流制御方法。
In the synchronous motor current control method according to claim 1 or 2,
When the inverter is a three-phase inverter and the number of pole pairs constituting the plurality of rotors or one rotor has an integer multiple pole pair ratio other than a multiple of 3, for a small number of pole pairs Applying the composite current to the three-phase inverter including a sine wave shifted by 120 ° in electrical angle and a sine wave shifted by 120 ° in electrical angle × pole pair ratio for a large number of pole pairs.
A current control method for a synchronous motor.
請求項1または2に記載の同期電動機の電流制御方法において、
前記インバータが4相インバータであり、前記複数のロータ或いは1つのロータを構成する複数の極対数同士が、3の倍数の極対数比を持つ場合に、少ない極対数に対しては電気角で90°ずれた正弦波と、多い極対数に対しては電気角で90°×極対数比ずれた正弦波とを含むような前記複合電流を前記4相インバータに与える、
ことを特徴とする同期電動機の電流制御方法。
In the synchronous motor current control method according to claim 1 or 2,
When the inverter is a four-phase inverter and the number of pole pairs constituting the plurality of rotors or one rotor has a pole pair ratio that is a multiple of 3, the electrical angle is 90 for a small number of pole pairs. Applying the composite current to the four-phase inverter so as to include a sine wave with a shift of ° and a sine wave with an electrical angle of 90 ° × pole pair ratio for a large number of pole pairs.
A current control method for a synchronous motor.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の同期電動機の電流制御方法において、
前記複数のロータが機械的に接続された単一のロータである、
ことを特徴とする同期電動機の電流制御方法。
In the current control method of the synchronous motor according to any one of claims 1 to 4,
The plurality of rotors is a single rotor mechanically connected;
A current control method for a synchronous motor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009033929A (en) * 2007-07-30 2009-02-12 Nissan Motor Co Ltd Controller of rotating electrical machine
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JP2018026991A (en) * 2016-07-28 2018-02-15 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. Motor and washing machine having the same

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