JP2005304204A - Permanent magnet synchronous motor and drive apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、保磁力と透磁率の異なる複数の永久磁石を有する永久磁石型同期モータおよび駆動装置に関するものである。 The present invention relates to a permanent magnet type synchronous motor having a plurality of permanent magnets having different coercive force and magnetic permeability and a driving device.
従来、保磁力と透磁率の異なる複数の永久磁石を用いた同期モータとしては、回転子の極間部に定保磁力のアルニコ磁石を配置し、前記アルニコ磁石の着磁量を可変できるようにすることで、運転周波数範囲の拡大・高効率化を図ろうとするものが開示されている(例えば、特許文献1)。 Conventionally, as a synchronous motor using a plurality of permanent magnets having different coercive force and magnetic permeability, an alnico magnet having a constant coercive force is arranged in the interpole portion of the rotor so that the amount of magnetization of the alnico magnet can be varied. Thus, there has been disclosed an attempt to expand the operating frequency range and increase the efficiency (for example, Patent Document 1).
しかしながら、従来の着磁量が可変の永久磁石型同期モータは、同一断面回路内に保磁力の異なる複数種類の磁石が配置されるので、回転子内での磁束の短絡や磁気抵抗の増加が発生し、本モータの特長である高効率・広運転範囲な性能を十分引き出せない等の問題があった。 However, in the conventional permanent magnet type synchronous motor with variable magnetizing amount, a plurality of types of magnets having different coercive forces are arranged in the same cross-sectional circuit, so that the magnetic flux is short-circuited or the magnetic resistance is increased in the rotor. There was a problem that it was not possible to draw out the high efficiency and wide range of performance that was the feature of this motor.
また、着磁可変量は、ロータのコア設計後に変更することができないので、用途に合わせた専用のコア設計が必要となり、コスト上昇が大きい等の問題もあった。 In addition, since the variable amount of magnetization cannot be changed after the core design of the rotor, there is a problem that a dedicated core design suited to the application is required and the cost increases greatly.
この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、製造コストを上昇させずに、回転子内での磁束短絡を抑制しつつ着磁量の調整が可能となる永久磁石型同期モータを得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and provides a permanent magnet type synchronous motor capable of adjusting the amount of magnetization while suppressing magnetic flux short-circuiting in the rotor without increasing the manufacturing cost. With the goal.
また、この発明は、永久磁石の磁束が可変である永久磁石型同期モータの駆動制御に好適な永久磁石型同期モータ駆動装置を得ることを目的とする。 Another object of the present invention is to obtain a permanent magnet type synchronous motor drive device suitable for drive control of a permanent magnet type synchronous motor in which the magnetic flux of the permanent magnet is variable.
上述した目的を達成するために、この発明は、保持力の異なる2種類以上の永久磁石を回転子内に有する永久磁石型同期モータにおいて、前記回転子は、回転軸に直交する1以上の平面にて分割された複数の回転子コアからなり、各前記回転子コアには、互いに異なる1種類の永久磁石が装着されていることを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, the present invention provides a permanent magnet synchronous motor having two or more types of permanent magnets having different holding forces in the rotor, wherein the rotor is one or more planes orthogonal to the rotation axis. It is characterized by comprising a plurality of rotor cores divided by 1 and each rotor core having a different kind of permanent magnet attached thereto.
この発明によれば、このような回転子構造とすることにより、固定子巻線に流れる電流によって低保磁力特性の永久磁石の着磁量を可変することが可能となる。そして、保磁力・透磁率の異なる永久磁石が磁気回路的に互いに分離されるので、それぞれの磁気特性の干渉が少なく、高効率・広運転範囲のモータを実現できる。また、単一種類の永久磁石を用いた従来の永久磁石型同期モータの回転子コアを流用することも可能であり、導入・製造に係るコストが少なくて済む等の効果もある。 According to the present invention, with such a rotor structure, the amount of magnetization of the permanent magnet having low coercive force characteristics can be varied by the current flowing through the stator winding. Since the permanent magnets having different coercive forces and magnetic permeability are separated from each other in a magnetic circuit, there is little interference between the magnetic characteristics, and a motor with high efficiency and a wide operating range can be realized. In addition, it is possible to divert the rotor core of a conventional permanent magnet type synchronous motor using a single type of permanent magnet, and there is an effect that the cost for introduction and manufacturing can be reduced.
この発明によれば、製造コストを上昇させずに、回転子内での磁束短絡を抑制しつつ着磁量の調整が可能となる永久磁石型同期モータを得ることができるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to obtain a permanent magnet type synchronous motor capable of adjusting the amount of magnetization while suppressing magnetic flux short-circuiting in the rotor without increasing the manufacturing cost.
以下に図面を参照して、この発明にかかる永久磁石型同期モータおよび駆動装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。 Exemplary embodiments of a permanent magnet type synchronous motor and a driving apparatus according to the present invention will be explained below in detail with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1は、この発明にかかる永久磁石型同期モータの一実施の形態による永久磁石型同期モータの構成を概念的に示す断面図である。図2は、図1に示す永久磁石型同期モータの回転子の構成例(その1)を概念的に示す斜視図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view conceptually showing the configuration of a permanent magnet type synchronous motor according to an embodiment of the permanent magnet type synchronous motor according to the present invention. FIG. 2 is a perspective view conceptually showing a configuration example (No. 1) of the rotor of the permanent magnet type synchronous motor shown in FIG.
図1において、固定子1の内部に、回転子2がシャフト3に固定されて回転自在に配置される。固定子1では、固定子コア4に固定子巻線5が施されている。回転子2は、回転子コア6と永久磁石8とで構成されている。すなわち、回転子2の回転子コア6の外周囲には、例えば、シャフト3に沿って矩形状に4個の空隙部7が設けられ、永久磁石8は、それぞれの空隙部7に装着されている。なお、永久磁石8の形状は、この実施の形態では、説明の便宜から矩形板状を想定している。
In FIG. 1, a
回転子2を構成する回転子コア6は、回転軸(シャフト3)に直交する1以上の平面にて分割される構造となっている。分割された各回転子コアの回転軸(シャフト3)に沿って長さ、つまり、分割平面の間隔は、異なっていても良いが、同じにした方が部品管理には都合が良い。
The rotor core 6 constituting the
図2では、回転軸に直交する1つの平面にて2分割した構成例が示されている。すなわち、回転子2は、シャフト3に沿って固定配置される第1の回転子コア2aと第2の回転子コア2bとで構成される。両者間の接合部9は、直接接着しても良いが、非磁性体や空隙が挿入されていても良い。
In FIG. 2, the structural example divided into 2 by one plane orthogonal to a rotating shaft is shown. That is, the
そして、第1の回転子コア2aには、永久磁石8aが装着される。また、第2の回転子コア2bには、永久磁石8bが装着される。永久磁石8a,8bは、それぞれ保磁力・透磁率が異なる特性を有している。ここでは、永久磁石8aは高保磁力・低透磁率特性(例えば希土類磁石)とし、永久磁石8bは低保磁力・高透磁率特性(例えばアルニコ磁石)としている。図2では、永久磁石8a,8bは、互いに異なる大きさになっているが、同じ大きさでも良い。
A
次に、図1〜図4を参照して、以上にように構成される実施の形態1による永久磁石型同期モータの動作について説明する。なお、図3は、図2に示す構造の回転子を有する永久磁石型同期モータの固定子磁束d軸成分と永久磁石の磁束との関係を示した図である。図4は、特許文献1に開示される永久磁石型同期モータでの磁束経路を説明する断面図である。
Next, the operation of the permanent magnet type synchronous motor according to the first embodiment configured as described above will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the stator magnetic flux d-axis component of the permanent magnet type synchronous motor having the rotor having the structure shown in FIG. 2 and the magnetic flux of the permanent magnet. FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a magnetic flux path in the permanent magnet type synchronous motor disclosed in
図2に示す構造の回転子を有する永久磁石型同期モータでは、固定子巻線5に流れる電流によって低保磁力特性の永久磁石(以降「低保磁力永久磁石」と記す)の着磁量を可変することが可能となる。すなわち、図3において、固定子1から発生する回転磁束のd軸成分を負方向(矢印Aの方向)に徐々に増大するように制御した場合には、低保磁力永久磁石10では、磁石磁束と逆方向の起磁力が増加するので、磁石の磁力が低下していく。
In the permanent magnet type synchronous motor having the rotor having the structure shown in FIG. 2, the amount of magnetization of a permanent magnet having a low coercive force characteristic (hereinafter referred to as “low coercive force permanent magnet”) is determined by the current flowing through the stator winding 5. It becomes possible to vary. That is, in FIG. 3, when the d-axis component of the rotating magnetic flux generated from the
また、固定子1から発生する回転磁束のd軸成分を正方向(矢印Bの方向)に徐々に増大するように制御した場合には、低保磁力永久磁石10では、磁石磁束と同方向の起磁力が増加するので、磁石の磁力が増加していく。
When the d-axis component of the rotating magnetic flux generated from the
一方、高保磁力特性の永久磁石(以降「高保磁力永久磁石」と記す)11は、固定子磁束よりも十分高い保磁力特性を有しているので、上記のように低保磁力永久磁石10の着磁量を変化させても、その磁石磁力は一定に保たれる。その結果、回転子2全体の磁石磁束12は、上記2種類の永久磁石磁束の総和となるので、太線で示すように変化させることができる。このように回転子2の磁石磁束をあたかも巻線型同期モータのように制御することができるようになる。
On the other hand, the high coercivity permanent magnet (hereinafter referred to as “high coercivity permanent magnet”) 11 has a coercivity sufficiently higher than that of the stator magnetic flux. Even if the amount of magnetization is changed, the magnet magnetic force is kept constant. As a result, the magnet
次に、図4を参照して、回転子に配置する永久磁石の配置構造の相違によるこの発明と特許文献1に開示された技術との特性の相違について説明する。特許文献1に開示された永久磁石の配置構造は、回転子の回転軸と直交する一平面内に複数種類の永久磁石が混在し、低保磁力特性の永久磁石が回転子中心側に配置される構造である。それに対し、この発明による永久磁石の配置構造は、図2に示すように、回転子の回転軸と直交する1つの平面内には単一種類の永久磁石のみが配置される構造である。なお、図4では、図1、図2に示した構成要素と同一の要素には同一の符号が付されている。
Next, with reference to FIG. 4, the difference in characteristics between the present invention and the technique disclosed in
図4において、特許文献1に開示される永久磁石型同期モータでは、回転子2内の高保磁力の永久磁石8aによる磁束は、実線矢印の閉磁路を作ることでトルクを発生する。しかし、一部の磁束は、極間部を通して点線矢印の閉磁路を作って短絡する。短絡する磁束は、トルクを発生しないので、モータの効率低下や運転範囲縮小の要因となる。この短絡磁束は、極間部の透磁率が高いほど大きくなる。
4, in the permanent magnet type synchronous motor disclosed in
特許文献1に開示される永久磁石型同期モータでは、回転子極間部に磁束可変のための低保磁力の永久磁石8bが挿入されるが、挿入される磁石がアルニコ磁石やFeCrCo磁石などである場合には透磁率が高いので、短絡磁束が大きくなり、モータ出力が低下するおそれがある。
In the permanent magnet type synchronous motor disclosed in
このとき、短絡磁束を小さくするには極間部の磁石を小さくし、空隙とすることが有効であるが、これは低保磁力の永久磁石8bを小さくすることになるので、このモータの特長である磁束可変の可変量が小さくなるという問題が生ずる。
At this time, in order to reduce the short-circuit magnetic flux, it is effective to make the magnet between the poles small and make it a gap. However, this reduces the
また、特許文献1に開示される永久磁石型同期モータでは、着磁可変量は、極間部磁石の面積比率により決定されるので、回転子コアの形状を決定した後は着磁可変量をほとんど変更することができないという問題がある。
Further, in the permanent magnet type synchronous motor disclosed in
一方、この発明では、低保磁力磁石と高保磁力磁石とを回転子軸方向に分離して配置するので、図2に示す例で言えば、回転子コアの形状を変えずに、分割配置する2つの回転子コアの積厚と2種類の磁石の回転軸に沿った長さとの比率によって着磁可変量を操作することが可能である。そのため、回転子コア形状設計後の自由度が高くなる。また、着磁可変量の制約を受けずに極間部の形状を最適に設計できる。したがって、より高出力で、かつ高効率・広運転範囲の永久磁石型同期モータが得られる。 On the other hand, in the present invention, the low coercive force magnet and the high coercive force magnet are arranged separately in the rotor axial direction, so in the example shown in FIG. 2, they are divided and arranged without changing the shape of the rotor core. It is possible to manipulate the magnetization variable amount by the ratio between the thickness of the two rotor cores and the length along the rotation axis of the two types of magnets. Therefore, the degree of freedom after designing the rotor core shape is increased. In addition, the shape of the gap portion can be optimally designed without being restricted by the variable amount of magnetization. Therefore, a permanent magnet type synchronous motor with higher output, high efficiency and wide operating range can be obtained.
また、図1において、機械的な接合部9に非磁性体あるいは空隙を挿入すると、回転子コア2a,2b間での磁束の短絡が小さくなるので、より効果がある。そして、永久磁石8a,8bの断面形状(図示例で言えば厚さと長さ)を同一にすれば、回転子コアは1種類作るだけで済む。さらに、製造方法においても、従来通り、磁石の組み込み工程を軸挿入工程の後に行うことができるので、開発・製造にかかるコストを削減することができる効果もある。
Further, in FIG. 1, if a nonmagnetic material or a gap is inserted into the mechanical joint 9, a short circuit of magnetic flux between the
図2では、回転子コアを2分割した場合を示したが、この発明では、回転子コアを任意の数に分割にすることができる。図5は、図1に示す永久磁石型同期モータの回転子の構成例(その2)を概念的に示す斜視図である。図5では、回転子コアの分割数を3とした場合の構成が示されている。3分割の場合には、図5に示すように、低保磁力の永久磁石8bを軸方向の中央に配置し、その外側に低保磁力の永久磁石8a,8aを配置する。このような配置にすれば、軸方向における回転子・固定子間空隙の磁気不平衡を抑制することができるので、回転軸にかかる加重を2分割の場合よりも軽減することができ、信頼性と効率をさらに高めることができる。
Although FIG. 2 shows the case where the rotor core is divided into two, in this invention, the rotor core can be divided into an arbitrary number. FIG. 5 is a perspective view conceptually showing a configuration example (No. 2) of the rotor of the permanent magnet type synchronous motor shown in FIG. FIG. 5 shows a configuration when the number of divisions of the rotor core is three. In the case of three divisions, as shown in FIG. 5, the low coercivity
なお、この実施の形態1では、回転子構造のみについて説明したが、以上の説明から明らかなように、固定子構造に対しては特に制約を与えるものではないので、固定子が分布巻・集中巻のいずれであるかを問わずにこの発明による分割構成を持つ回転子を適用することが可能である。 In the first embodiment, only the rotor structure has been described. However, as apparent from the above description, the stator structure is not particularly restricted, and thus the stator is distributed and concentrated. It is possible to apply a rotor having a divided configuration according to the present invention regardless of whether it is a winding.
以上のように、この実施の形態によれば、保磁力・透磁率の異なる2種類以上の永久磁石を回転子内に配置する方法として、回転軸に直交する面で分割された2以上の回転子コアのそれぞれに1種類ずつ配置するようにしたので、保磁力・透磁率の異なる永久磁石を互いの磁気回路的に分離することができる。したがって、それぞれの磁気特性の干渉が少なく、高効率・広運転範囲のモータが実現できる。 As described above, according to this embodiment, as a method of arranging two or more types of permanent magnets having different coercive force / permeability in the rotor, two or more rotations divided by a plane orthogonal to the rotation axis Since one kind is arranged in each of the child cores, permanent magnets having different coercive force / permeability can be separated from each other in a magnetic circuit manner. Therefore, there is little interference between the respective magnetic characteristics, and a motor with high efficiency and wide operating range can be realized.
そして、より少ないモータ電流にて容易に回転子磁束を制御できるので、モータ電流の低減および駆動装置の電流容量低減が可能となる。したがって、高効率・低コストな駆動装置を得ることができる。 Since the rotor magnetic flux can be easily controlled with a smaller motor current, the motor current can be reduced and the current capacity of the drive device can be reduced. Therefore, a highly efficient and low cost driving device can be obtained.
このとき、分割数が3以上とすれば、中央付近に低保持力特性の永久磁石を配置し、外側に高保持力特性の永久磁石を配置することができるので、軸方向における回転子・固定子間空隙の磁気不平衡を抑制することができる。したがって、回転軸にかかる加重を2分割の場合よりも軽減することができ、信頼性と効率をさらに高めることができる。 At this time, if the number of divisions is 3 or more, a permanent magnet having a low holding force characteristic can be arranged near the center and a permanent magnet having a high holding force characteristic can be arranged on the outer side. It is possible to suppress the magnetic imbalance of the gap between the children. Therefore, the load applied to the rotating shaft can be reduced as compared with the case of two divisions, and the reliability and efficiency can be further increased.
また、各永久磁石の断面形状を同一にすることができるので、この場合には、分割数と無関係に回転子コアを1種類だけ用意すれば良く、加えて単一種類の永久磁石を用いた従来の永久磁石型同期モータの回転子コアを流用することも可能であるので、開発・製造にかかるコストを削減することができる効果もある。 Moreover, since the cross-sectional shape of each permanent magnet can be made the same, in this case, only one type of rotor core needs to be prepared regardless of the number of divisions, and in addition, a single type of permanent magnet was used. Since the rotor core of a conventional permanent magnet type synchronous motor can be used, there is an effect that the cost for development and manufacturing can be reduced.
実施の形態2.
図6は、この発明にかかる永久磁石型同期モータ駆動装置の一実施の形態による永久磁石型同期モータ駆動装置の構成を示すブロック図である。この実施の形態2では、実施の形態1にて説明した永久磁石型同期モータに装着される永久磁石の磁束を可変制御する駆動装置の構成例が示されている。
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a permanent magnet type synchronous motor driving device according to an embodiment of the permanent magnet type synchronous motor driving device according to the present invention. In the second embodiment, a configuration example of a drive device that variably controls the magnetic flux of the permanent magnet mounted on the permanent magnet type synchronous motor described in the first embodiment is shown.
図6において、符号20は、実施の形態1にて説明した永久磁石磁束可変型である永久磁石型同期モータである。この永久磁石型同期モータ20の駆動装置は、駆動電源であるインバータ21と、インバータ21を制御する制御部22とを備えている。
In FIG. 6,
制御部22は、インバータ21から永久磁石型同期モータ20に供給する電流を検出する電流検出器23と、永久磁石型同期モータ20の回転子の回転位置を検出する位置検出器24と、これらの検出器の検出値等に基づき各種の演算・制御を行う手段である電流座標変換部25,電圧座標変換部26,磁束推定部27,速度制御部28,電流制御部29および速度演算部30とを備えている。
The
次に、図6〜図8を参照して、以上のように構成される永久磁石型同期モータ駆動装置の動作について説明する。なお、図7は、図6に示す永久磁石型同期モータ駆動装置の制御性を説明する図である。 Next, the operation of the permanent magnet type synchronous motor driving apparatus configured as described above will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a diagram for explaining the controllability of the permanent magnet type synchronous motor driving device shown in FIG.
図6において、制御部26は、インバータ21を駆動して交流電圧を出力させる。永久磁石型同期モータ20は、駆動電流が供給され、回転する。電流検出器23は、モータ相電流情報を検出して電圧座標変換部26に出力する。また、位置検出器24は、回転位置を検出して位置情報θを電流座標変換部25と電圧座標変換部26と速度演算部30とに出力する。
In FIG. 6, the
電流座標変換部26は、モータ相電流情報と位置情報θとから回転座標系(d軸−q軸)上における電流情報Id,Iqを生成し、磁束推定部27と電流制御部29とに出力する。また、速度演算部30は、位置情報θの時間変化から角速度ωを算出し、磁束推定部27と速度制御部28とに出力する。磁束推定部27は、電流制御部29が現在出力している電圧指令のd軸成分Vdおよびq軸成分Vqと、電流座標変換部26からの電流情報Id,Iqと、速度演算部30からの角速度ωとから、推定磁束φhを演算し、それを速度制御部28と電流制御部29とに出力する。
The current coordinate
磁束推定部27では、磁束の推定を例えば以下のようにして行う。永久磁石型同期モータ20の電圧方程式は式(1)にて表される。
なお、式(1)において、Ldはd軸インダクタンスである。Lqはq軸インダクタンスである。Rは巻線抵抗である。φは磁束である。ωは角速度である。pは微分演算子(=d/dt)である。Ld,Lq,Rは磁石磁束に依存しないモータ定数であり演算上は既知の定数として扱うことが可能である。また、Vd,Vq,Id,Iq,ωは上記のように既知の変数である。すなわち式(1)における磁束φ以外の変数は既知であるので、磁束φの推定値φhは式(1)を磁束φについて解いた式(2)によって得られる。
次に、速度制御部28は、外部から与えられる速度指令ω*と速度演算部30からの角速度ωとから速度偏差を求め、それに前記推定磁束φhを乗じた値をPI制御してトルク電流指令Iq*を得、電流制御部29に与える。
Next, the
電流制御部29は、速度制御部28からのトルク電流指令Iq*と外部から与えられる励磁電流指令Id*と電圧座標変換部26からの前記電流情報Id,Iqとから、電圧指令値Vd,Vqを演算し、電圧座標変換部25と磁束推定部27とに出力する。電圧座標変換部25は、電圧指令値Vd,Vqを静止座標系の交流電圧情報に変換し、インバータ21に出力する。これによって、インバータ21の出力交流電圧が変更制御される。
The
以上の動作を逐次行うことによって、永久磁石型同期モータ20の磁束が変化した場合においても、磁束の変化に応じて速度制御および電流制御の制御ゲインが変化し、制御系の応答が変化しないように制御される。すなわち、従来の磁束固定型の永久磁石モータと同等の制御性を得ることができる。以下、図7を参照して、以上のように動作する駆動装置の制御性について説明する。なお、図7では、永久磁石型同期モータ20を加減速制御した場合の速度応答波形が特許文献1の開示される永久磁石型同期モータにて得られる速度応答波形と対比して示されている。
By sequentially performing the above operations, even when the magnetic flux of the permanent magnet type
図7において、永久磁石型同期モータの加速時には進み位相で通電されるので、磁石磁束が小さくなる。すなわちトルク定数が低下する。そのため、特許文献1の開示される永久磁石型同期モータでは、磁束推定を行っていないので、符号(3)に示すように加速時には不足応答となる。また、逆に減速時には遅れ位相で通電されるので、磁石磁束が増加してトルク定数が増加し、符号(3)に示すように速度応答は過応答となる。
In FIG. 7, when the permanent magnet type synchronous motor is accelerated, it is energized with a leading phase, so that the magnet magnetic flux is reduced. That is, the torque constant decreases. Therefore, in the permanent magnet type synchronous motor disclosed in
これに対し、符号(1)に示す磁束推定による速度指令によって永久磁石型同期モータ20を駆動した場合には、符号(2)に示すように、加減速によって変化する磁束に応じて制御ゲインを修正するので、不足応答・過応答が無く良好な加減速運転が実現される。
On the other hand, when the permanent magnet type
なお、この実施の形態2では、位置検出器を有する駆動装置について説明したが、位置検出器を持たず代わりに位置推定手段を有した駆動装置も構成することができる。また、磁束推定の用途として、ベクトル制御の制御ゲインを調整する場合を挙げたが、これに限るものではなく、V/F制御のV/Fパターン、最大トルク制御のモータ定数を調整する用途としても適用できる。これらへの適用によって、駆動装置の高効率化、制御性改善が実現される。 In the second embodiment, the drive device having the position detector has been described. However, a drive device having no position detector but having a position estimation unit can be configured. Moreover, although the case where the control gain of vector control was adjusted was mentioned as a use of magnetic flux estimation, it is not restricted to this, As a use which adjusts the V / F pattern of V / F control, and the motor constant of maximum torque control Is also applicable. By applying to these, high efficiency and controllability improvement of the drive device is realized.
実施の形態3.
図8は、この発明にかかる永久磁石型同期モータ駆動装置の他の実施の形態による永久磁石型同期モータ駆動装置の動作を説明するフローチャートである。実施の形態2では、磁石磁束の検出に基づき永久磁石型同期モータを駆動制御する場合について説明したが、この実施の形態3では、図6に示した構成において、磁石磁束を可変制御して永久磁石型同期モータを駆動制御する場合について説明する。
FIG. 8 is a flowchart for explaining the operation of the permanent magnet type synchronous motor driving apparatus according to another embodiment of the present invention. In the second embodiment, the case where the permanent magnet type synchronous motor is driven and controlled based on the detection of the magnet magnetic flux has been described. However, in the third embodiment, the magnet magnetic flux is variably controlled in the configuration shown in FIG. A case where the drive of the magnet type synchronous motor is controlled will be described.
この実施の形態3では、図6では図示してないが、制御部22は、電流制御部29に与える励磁電流指令Id*を図8に示す手順で制御する手段を備えている。励磁電流指令Id*は、この発明による永久磁石磁束可変型の永久磁石型同期モータ20が装備する低保磁力特性の永久磁石8bの磁束を制御するための操作量であり、励磁電流指令Id*の増減に応じて低保磁力特性の永久磁石8bの磁束を増減できるようになっている。但し、磁石の磁束は、組成・形状に依存する所定の範囲内で変化する。
In the third embodiment, although not shown in FIG. 6, the
ここで、高保磁力特性の永久磁石8aと低保磁力特性の永久磁石8bとの磁束総和の最大値をΦmaxと定義し、最小値をΦminと定義し、以下、図6を参照しつつ図8に沿って励磁電流指令Id*の制御方法について説明する。
Here, the maximum value of the total magnetic flux of the
図8において、制御部22は、まず、永久磁石型同期モータ20の運転状態を判別する(ステップST1)。運転開始時(起動時)であることを検出した場合は(ステップST1:Yes)、一時的に励磁電流指令値Id*を増加する(ステップST6)。その結果インバータ21が出力する駆動電流を増加させる制御が行われ、低保磁力特性の永久磁石8bでは最大着磁量に向かって着磁される。そして、低保磁力特性の永久磁石8bを最大着磁量に設定できると、永久磁石型同期モータ20を回転制御する電圧をインバータ21に発生させる。これによって、起動時のトルク定数が最大となるので、起動トルクの増加および起動電流の低減が達成される。
In FIG. 8, the
そして、制御部22は、永久磁石型同期モータ20が運転状態(運転中)である場合には(ステップST1:No)、インバータ21への入力電圧と永久磁石型同期モータ20への出力電圧と推定磁束Φhとを検出し、インバータ21への入力電圧が出力電圧以下であるか否か(ステップST2)、永久磁石型同期モータ20への出力電圧が入力電圧を超えているか否か(ステップST3)、推定磁束Φhが着磁量最大を示しているか否か(ステップST4)および推定磁束Φhが着磁量最小を示しているか否か(ステップST5)をそれぞれ判定する。
When the permanent magnet type
制御部22は、判定の結果、入力電圧<出力電圧(ステップST2:Yes)で、かつΦh>Φminである(ステップST5:No)ときには、減磁可能と判断し、一時的に励磁電流指令値Id*を低下して低保磁力特性の永久磁石8bを減磁する(ステップST7)。これにより、永久磁石型同期モータ20への出力電圧はインバータ21への入力電圧とバランスするまで低下する。その結果、永久磁石型同期モータ20に減磁終了後に流れる定常的な電流値は減少するので、効率の良い運転状態となる。
As a result of the determination, the
一方制御部22は、判定の結果、入力電圧>出力電圧(ステップST3:Yes)で、かつΦh<Φmaxである(ステップST4:No)ときには、着磁可能と判断し、一時的に励磁電流指令値Id*を増加して低保磁力特性の永久磁石8bを着磁する(ステップST6)。これにより、永久磁石型同期モータ20への出力電圧はインバータ21への入力電圧とバランスするまで上昇する。その結果、永久磁石型同期モータ20に着磁終了後に流れる定常的な電流値は減少するので、効率の良い運転状態となる。
On the other hand, as a result of the determination, when the input voltage> the output voltage (step ST3: Yes) and Φh <Φmax (step ST4: No), the
以上のように、実施の形態3によれば、永久磁石型同期モータ駆動装置は、負荷、電源、運転指令等の状況に応じて、具体的には、当該駆動装置が運転を開始するときの状況やインバータの出力電圧発生状態が電圧飽和状態から回復した状況に応じて、永久磁石型同期モータの残留磁束密度が大となるような駆動電流を発生させ、駆動制御を行うことができる。 As described above, according to the third embodiment, the permanent magnet type synchronous motor drive device is more specific when the drive device starts operation according to the situation such as the load, the power supply, and the operation command. Depending on the situation and the situation where the output voltage generation state of the inverter has recovered from the voltage saturation state, it is possible to generate a drive current that increases the residual magnetic flux density of the permanent magnet type synchronous motor and to perform drive control.
以上のように、この発明にかかる永久磁石型同期モータおよび駆動装置は、現在、永久磁石型同期モータが主に使われている空調設備、冷蔵庫用圧縮機、冷蔵庫、エレベータなどのモータ・インバータに適用し省エネ化を図るのに有用である。また、現在、主に巻線型同期モータが使用されている自動車用スタータ・オルタネータ用モータに適用し界磁巻線レス化による低コスト化・高効率化・小型化を図るのに有用である。 As described above, the permanent magnet type synchronous motor and the driving apparatus according to the present invention are used in motor inverters such as air conditioners, refrigerator compressors, refrigerators, elevators and the like in which permanent magnet type synchronous motors are currently used. It is useful for applying and saving energy. In addition, it is useful for reducing the cost, increasing the efficiency, and reducing the size by eliminating the field winding by applying it to a motor for a starter / alternator for automobiles that currently use a wound synchronous motor.
1 固定子、
2 回転子、
2a,2b 分割した回転子コア、
3 シャフト、
4 固定子コア、
5 固定子巻線、
6 回転子コア、
7 空隙部、
8 永久磁石、
8a 高保持力特性の永久磁石、
8b 低保持力特性の永久磁石、
9 接合部、
20 永久磁石型同期モータ、
21 インバータ、
22 制御部、
23 電流検出器、
24 位置検出器、
25 電流座標変換部、
26 電圧座標変換部、
27 磁束推定部、
28 速度制御部、
29 電流制御部、
30 速度演算部。
1 Stator,
2 rotors,
2a, 2b divided rotor core,
3 shaft,
4 Stator core,
5 Stator winding,
6 Rotor core,
7 voids,
8 Permanent magnet,
8a Permanent magnet with high holding force characteristics,
8b Permanent magnet with low holding power characteristics,
9 joints,
20 Permanent magnet type synchronous motor,
21 inverter,
22 control unit,
23 Current detector,
24 position detector,
25 Current coordinate converter,
26 Voltage coordinate converter,
27 Magnetic flux estimation unit,
28 Speed controller,
29 Current controller,
30 Speed calculator.
Claims (8)
前記回転子は、回転軸に直交する1以上の平面にて分割された複数の回転子コアからなり、
各前記回転子コアには、互いに異なる1種類の永久磁石が装着されている、
ことを特徴とする永久磁石型同期モータ。 In a permanent magnet type synchronous motor having two or more kinds of permanent magnets having different holding forces in a rotor,
The rotor includes a plurality of rotor cores divided by one or more planes orthogonal to the rotation axis,
Each of the rotor cores is mounted with a different kind of permanent magnet.
A permanent magnet type synchronous motor.
前記制御手段は、
前記インバータをその出力可能な最大電流値が、前記永久磁石型同期モータが装備する永久磁石のうち、保持力最小の永久磁石を増磁可能な値以上で、かつ保持力最大の永久磁石を減磁可能な値未満となるように制御する構成、
を備えることを特徴とする永久磁石型同期モータ駆動装置。 An inverter that supplies a drive current to the permanent magnet type synchronous motor according to any one of claims 1 to 3, and a control unit that determines the drive current output by the inverter,
The control means includes
The maximum current value that can be output from the inverter is equal to or greater than the value that can increase the permanent magnet with the smallest holding force among the permanent magnets of the permanent magnet type synchronous motor, and the permanent magnet with the largest holding force is reduced. Configuration to control to be less than the magnetizable value,
A permanent magnet type synchronous motor driving device comprising:
前記永久磁石型同期モータの運転中において誘起電圧を計測する手段と、
計測した誘起電圧に基づき前記永久磁石型同期モータが装備する永久磁石の磁束を推定する手段と、
推定した永久磁石の磁束に応じた運転指令を前記インバータに発行する手段と、
を備えることを特徴とする請求項4に永久磁石型同期モータ駆動装置。 The control means includes
Means for measuring the induced voltage during operation of the permanent magnet type synchronous motor;
Means for estimating the magnetic flux of the permanent magnet provided in the permanent magnet type synchronous motor based on the measured induced voltage;
Means for issuing an operation command according to the estimated magnetic flux of the permanent magnet to the inverter;
The permanent magnet type synchronous motor driving apparatus according to claim 4, wherein
The permanent magnet type synchronous motor driving apparatus according to claim 6, wherein the state is a state in which an output voltage generation state of the inverter has recovered from a voltage saturation state.
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