JP2010178580A - Motor inverter system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce iron loss by decreasing magnetic flux ripple by PWM control of a drive current. <P>SOLUTION: A coil iA and a coil iB are wound around a teeth i (i=1 -9) so that the number of turns of the coil A is equal to that of the coil B. One end of the coil B is connected to a -V3 phase of a 9-phase inverter 10. The other end of the coil B is connected to one end of the coil 2A. The other end of the coil 2A is connected to a neutral point 11. Hereinafter, the same connection is performed and one end of the coil 9B is connected to a -V2 phase of the 9-phase inverter 10. The other end of the coil 9B is connected to one end of the coil 1A. Phases of a carrier of U1, V1, W1 phase, a carrier of U2, V2, W2 phase, and a carrier of U3, V3, W3 phase of a PWM control circuit for driving the 9-phase inverter 10 are shifted by 120°, respectively. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、キャリア周波数でPWM変調されたインバータからモータを駆動するモータ・インバータシステムに関する。   The present invention relates to a motor / inverter system that drives a motor from an inverter that is PWM-modulated at a carrier frequency.

PWM制御された電流をU、V、W各相に供給するACサーボモータにおいて、磁束波形のリップル幅を縮小して鉄損を低減するために、各相に複数系統のコイルを設け、各系統のコイルを位相のずれたPWM波で駆動する技術が知られている(例えば、特許文献1)。この技術によれば、各相に2系統のコイルを設けた場合、互いに180゜位相がずれたPWM波で各系統のコイルを駆動することにより、一方の系統の電流リップルの山と、他方の系統の電流リップルの谷とが時間的に重なるので、合成磁束のリップルの幅を小さくして鉄損が減少する。   In an AC servo motor that supplies PWM controlled current to each phase of U, V, and W, a plurality of coils are provided in each phase in order to reduce the ripple width of the magnetic flux waveform and reduce iron loss. There is known a technique for driving a coil with a PWM wave having a phase shift (for example, Patent Document 1). According to this technology, when two systems of coils are provided for each phase, the current ripple peaks of one system and the other are driven by driving the coils of each system with PWM waves that are 180 ° out of phase with each other. Since the current ripple valleys of the system overlap with each other in time, the width of the resultant magnetic flux ripple is reduced to reduce the iron loss.

特開平6−197593号公報JP-A-6-197593

しかしながら上記従来例では、3相モータを駆動するために3相インバータが2つ必要となるため、インバータの数が通常の3相モータの2倍必要となる。また、各インバータのスイッチング素子に流れる電流、及びスイッチング素子にかかる電圧は通常の3相モータ用インバータと変わらないために、インバータ損失が2倍に増加するという問題点があった。   However, in the conventional example, two three-phase inverters are required to drive the three-phase motor, so the number of inverters is twice as many as that of a normal three-phase motor. In addition, since the current flowing through the switching element of each inverter and the voltage applied to the switching element are not different from those of a normal three-phase motor inverter, there is a problem that the inverter loss is doubled.

上記問題点を解決するために本発明は、それぞれ2つのコイルを備えたm(mは3以上の整数)個のティースを有するモータと、m個のハーフブリッジからm相電流を前記モータに供給するインバータと、を備えたモータ・インバータシステムであって、あるティースに巻かれたひとつのコイルと他のティースに巻かれたひとつのコイルとを直列に接続し、直列に接続された2つのコイルに発生する誘起電圧位相は互いに360/m[°]異なり、各ティースに巻かれた2つのコイルに流れる電流は、互いに前記インバータにおけるPWMキャリア波の位相が異なるようにした。   In order to solve the above problems, the present invention supplies m-phase current to a motor having m teeth (m is an integer of 3 or more) each having two coils and m half bridges. A motor / inverter system comprising: a coil wound around one tooth and a coil wound around another tooth connected in series, and two coils connected in series The induced voltage phases generated in the inverters are different from each other by 360 / m [°], and the currents flowing through the two coils wound around the teeth are different from each other in the phase of the PWM carrier wave in the inverter.

本発明によれば、ひとつのティースに巻かれている2つのコイルの電流は、インバータにおいてPWMで発生させる際のキャリア位相が異なるため、2つのコイル電流によって発生する磁束のリップルが打ち消しあうので、インバータの数を増加させることなく、鉄損を低減することができるという効果がある。   According to the present invention, since the currents of the two coils wound around one tooth have different carrier phases when generated by PWM in the inverter, the ripples of magnetic flux generated by the two coil currents cancel each other. There is an effect that iron loss can be reduced without increasing the number of inverters.

本発明に係るモータ・インバータシステムの実施例1である9相9スロット10極モータの巻線とインバータとの接続を説明する回路図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a connection between a winding and an inverter of a 9-phase, 9-slot, 10-pole motor that is Embodiment 1 of the motor / inverter system according to the present invention. 実施例1における誘起電圧の位相とコイルに流す電流位相を示す図である。It is a figure which shows the phase of the induced voltage in Example 1, and the electric current phase sent through a coil. 比較例の1ティースに1本のコイルを巻いた構成を示す図である。It is a figure which shows the structure which wound one coil around 1 teeth of the comparative example. 比較例におけるコイル電流及び磁束の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the coil electric current and magnetic flux in a comparative example. 実施例1における1ティース当たり2コイルの構成を示す図である。3 is a diagram illustrating a configuration of two coils per tooth in Example 1. FIG. 実施例1における1ティース当たり2本のコイルに40°位相が異なる電流を流したときの合成磁束の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the synthetic | combination magnetic flux when the electric current in which a 40 degree phase differs is sent through the two coils per tooth | gear in Example 1. FIG. 実施例1におけるPWMキャリア位相のずらし方を説明する図である。It is a figure explaining how to shift the PWM carrier phase in the first embodiment. (a)実施例1における鉄損の減少量、(b)実施例1における鉄損の減少率を示す図である。(A) Reduction amount of iron loss in Example 1, (b) It is a figure which shows the decreasing rate of the iron loss in Example 1. FIG. (a)実施例1における総損失の減少量、(b)実施例1における総損失の減少率を示す図である。(A) The amount of reduction | decrease of the total loss in Example 1, (b) It is a figure which shows the reduction rate of the total loss in Example 1. FIG. 実施例1の変形例を示す要部接続図である。FIG. 6 is a main part connection diagram illustrating a modification of the first embodiment.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[回路接続及び電流供給]
図1は、本発明に係るモータ・インバータシステムの実施例1である9相9スロット10極モータの巻線とインバータとの接続を説明する回路図である。本実施例では、相数を示すmの値は9である。図1のモータは、上から順に、ティース1、ティース2,…,ティース9まで9本のティースを備える。各ティースi(i=1〜9)には、コイルiAとコイルiBとのそれぞれ2つのコイルが巻回されている。ティース1に発生する誘起電圧位相U1に対して、ティース2に生じる誘起電圧位相U2は40[°]遅れ、ティース3に生じる誘起電圧位相U3は80[°]遅れ、以下40[°]ずつ位相が遅れているものとする。
[Circuit connection and current supply]
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating the connection between a winding of a 9-phase 9-slot 10-pole motor, which is Embodiment 1 of the motor / inverter system according to the present invention, and an inverter. In this example, the value of m indicating the number of phases is 9. The motor shown in FIG. 1 includes nine teeth from a top to a teeth 1, teeth 2,. Two coils, i.e., coil iA and coil iB, are wound around each tooth i (i = 1 to 9). The induced voltage phase U2 generated in the tooth 2 is delayed by 40 [°] with respect to the induced voltage phase U1 generated in the tooth 1, and the induced voltage phase U3 generated in the tooth 3 is delayed by 80 [°]. Is delayed.

9相インバータ10は、直流電源E及び平滑コンデンサCから供給された直流から、−V3,−W1,−W2,−W3,−U1,−U2,−U3,−V1,及び−V2からなる9相の交流電流に変換する9個のハーフブリッジを備えている。そして、図示しないPWM制御回路がインバータ10の各ハーフブリッジを制御して、9相の駆動電流をモータへ供給している。   The nine-phase inverter 10 is composed of -V3, -W1, -W2, -W3, -U1, -U2, -U3, -V1, and -V2 from DC supplied from the DC power supply E and the smoothing capacitor C. It has nine half bridges that convert to phase alternating current. A PWM control circuit (not shown) controls each half bridge of the inverter 10 and supplies a nine-phase drive current to the motor.

ティース1に巻かれたコイル1Bの一端は、9相インバータ10の−V3相に接続されている。コイル1Bの他端は、ティース2に巻かれたコイル2Aの一端に接続されている。コイル2Aの他端は、中性点11に接続されている。従って、コイル1Bとコイル2Aとが直列に接続されている。   One end of the coil 1B wound around the tooth 1 is connected to the -V3 phase of the 9-phase inverter 10. The other end of the coil 1B is connected to one end of a coil 2A wound around the tooth 2. The other end of the coil 2 </ b> A is connected to the neutral point 11. Therefore, the coil 1B and the coil 2A are connected in series.

ティース2に巻かれたコイル2Bの一端は、9相インバータ10の−W1相に接続されている。コイル2Bの他端は、ティース3に巻かれたコイル3Aの一端に接続されている。コイル3Aの他端は、中性点11に接続されている。従って、コイル2Bとコイル3Aとが直列に接続されている。   One end of the coil 2B wound around the tooth 2 is connected to the -W1 phase of the 9-phase inverter 10. The other end of the coil 2 </ b> B is connected to one end of a coil 3 </ b> A wound around the tooth 3. The other end of the coil 3 </ b> A is connected to the neutral point 11. Therefore, the coil 2B and the coil 3A are connected in series.

以下同様な結線が行われ、ティース9に巻かれたコイル9Bの一端は、9相インバータ10の−V2相に接続されている。コイル9Bの他端は、ティース1に巻かれたコイル1Aの一端に接続されている。コイル1Aの他端は、中性点11に接続されている。従って、コイル9Bとコイル1Aとが直列に接続されている。このように、直列に接続された各コイルの一方は中性点11でひとつに結線され、もう一方は9相インバータのハーフブリッジに接続されている。   Thereafter, the same connection is performed, and one end of the coil 9B wound around the tooth 9 is connected to the -V2 phase of the 9-phase inverter 10. The other end of the coil 9 </ b> B is connected to one end of a coil 1 </ b> A wound around the tooth 1. The other end of the coil 1 </ b> A is connected to the neutral point 11. Therefore, the coil 9B and the coil 1A are connected in series. Thus, one of the coils connected in series is connected to one at the neutral point 11 and the other is connected to the half bridge of the 9-phase inverter.

以上の接続により、それぞれのティースiについて見れば、ティースiに巻かれた2つのコイルiAとiBとは、互いに360/m=40[゜]位相のずれた電流が9相インバータ10から供給されることになる。   With the above connection, when viewed with respect to each tooth i, the two coils iA and iB wound around the tooth i are supplied from the 9-phase inverter 10 with currents shifted from each other by 360 / m = 40 [°] phase. Will be.

ハーフブリッジからコイルに流す電流位相は、コイルに生じる誘起電圧と同じとし、進角制御をする場合には、誘起電圧位相を基準として位相を進めるものとする。以上のような結線及び通電を行うことで、各ティース1〜9に生じる磁石磁束より90[°]進んだコイル磁束を発生させることができる。   The phase of the current flowing from the half bridge to the coil is the same as the induced voltage generated in the coil, and when the advance angle control is performed, the phase is advanced based on the induced voltage phase. By performing the connection and energization as described above, a coil magnetic flux advanced by 90 [°] from the magnetic magnetic flux generated in each of the teeth 1 to 9 can be generated.

[幾何学的なティース配置]
次に、表1を参照して、幾何学的なティース配置を説明する。

Figure 2010178580
[Geometric Teeth Arrangement]
Next, with reference to Table 1, the geometric tooth arrangement will be described.
Figure 2010178580

ティース1を基準位置とすると、そこから幾何学的に40[°]ずれた位置にティース6がある。80[°]ずれた位置にティース2があり、120[°]ずれた位置にティース7が配置されている。以下同様に、表1に示された配置がなされている。   Assuming that the tooth 1 is the reference position, the tooth 6 is located at a position geometrically shifted by 40 [°] from the tooth 1. There is a tooth 2 at a position displaced by 80 [°], and a tooth 7 is disposed at a position displaced by 120 [°]. Similarly, the arrangement shown in Table 1 is made.

[コイルの直列接続]
各ティースには2本のコイルが巻かれていて、一方をコイルA、もう一方をコイルBとする。コイルAの欄に書かれた番号とコイルBの欄に書かれた番号の同じもの、例えば、ティース1のコイルAとティース2のコイルBが直列に接続されている。
[Coil series connection]
Two teeth are wound around each tooth, one being coil A and the other being coil B. The same number written in the column of the coil A and the number written in the column of the coil B, for example, the coil A of the tooth 1 and the coil B of the tooth 2 are connected in series.

[電流位相]
図2は、誘起電圧の位相とコイルに流す電流位相を示す図である。同図において、実線の矢印が誘起電圧位相を示し、破線の矢印が電流位相を示す。誘起電圧U1が発生するティースには、−V2と−V3の電流が流れるコイルが巻いてある。誘起電圧U2が発生するティースには、−V3と−W1の電流が流れるコイルが巻いてある。以下同様に、図2に実線で示した誘起電圧位相が発生する各ティースに、実線の矢印を挟む2つの破線の矢印で示す位相の電流が流れるコイルが巻いてある。
[Current phase]
FIG. 2 is a diagram showing the phase of the induced voltage and the phase of the current flowing through the coil. In the figure, a solid arrow indicates an induced voltage phase, and a broken arrow indicates a current phase. A coil through which currents -V2 and -V3 flow is wound around the tooth where the induced voltage U1 is generated. A coil through which currents -V3 and -W1 flow is wound around the tooth where the induced voltage U2 is generated. Similarly, a coil through which a current of a phase indicated by two dashed arrows sandwiching a solid arrow is wound around each tooth where the induced voltage phase indicated by the solid line in FIG. 2 is generated.

[比較例のモータの電流と磁束]
次にコイルに流す電流について、本実施例と、通常の構成である1本のティースに1本のコイルを巻いた比較例とを比較する。コイルにより発生する磁束は、コイルに流す電流とコイルの巻数との積に比例する。図3は比較例である、1本のティースに、巻数Nの1本のコイルが巻かれ、電流Iが流れている様子を示している。図4は電流振幅をI、コイル巻数をNとしたとき、振幅NIの磁束が発生すると仮定して描いたグラフである。
[Current and magnetic flux of motor of comparative example]
Next, regarding the current flowing through the coil, the present embodiment is compared with a comparative example in which one coil is wound around one tooth having a normal configuration. The magnetic flux generated by the coil is proportional to the product of the current flowing through the coil and the number of turns of the coil. FIG. 3 shows a comparative example in which one coil of N turns is wound around one tooth and current I flows. FIG. 4 is a graph drawn assuming that a magnetic flux having an amplitude NI is generated when the current amplitude is I and the number of coil turns is N.

[実施例1の電流と磁束]
図5は、実施例1の1本のティースにコイルA、及びコイルBが巻かれている様子を示している。それぞれのコイルA,Bの巻数は0.5N回とし、2本合計でN回巻いてある。図6は2本のコイルが1本のティースに0.5N回ずつ巻かれ、40[°]位相の異なる電流を流したときに、振幅NIの磁束を発生させるのに必要な電流振幅×巻数を示したグラフである。図3の比較例と等しい振幅NIの磁束を発生させるためには、それぞれのコイルA,Bの電流振幅×巻数の値を約0.532NIにする必要があり、巻数が0.5Nのときは電流を1.064I流す必要があることがわかる。この電流値は以下の式(1)、(2)により求められる。

Figure 2010178580
ここで、
A:コイルAに流れる電流振幅×巻数
B:コイルBに流れる電流振幅×巻数
X:コイルAに流れる電流に対する合成磁束の位相遅れ
φ:コイルAに流れる電流とコイルBに流れる電流の位相差
である。 [Current and magnetic flux of Example 1]
FIG. 5 shows a state where the coil A and the coil B are wound around one tooth of the first embodiment. The number of turns of each of the coils A and B is 0.5N, and the total number of the two coils is N. FIG. 6 shows current amplitude × number of turns necessary to generate a magnetic flux with amplitude NI when two coils are wound around one tooth 0.5N times and currents of 40 [°] phase are passed. It is the graph which showed. In order to generate a magnetic flux having the same amplitude NI as that of the comparative example of FIG. 3, the value of the current amplitude of each coil A and B × the number of turns needs to be about 0.532 NI. It can be seen that the current needs to flow 1.064I. This current value is obtained by the following equations (1) and (2).
Figure 2010178580
here,
A: current amplitude flowing in coil A × number of turns B: current amplitude flowing in coil B × number of turns X: phase lag of combined magnetic flux with respect to current flowing in coil A φ: phase difference between current flowing in coil A and current flowing in coil B is there.

本実施例のように9相の場合は、
φ=360/9=40[°]
X=φ/2=20[°]
となり、
A=B≒0.532
が求められる。
In the case of 9 phases as in this example,
φ = 360/9 = 40 [°]
X = φ / 2 = 20 [°]
And
A = B≈0.532
Is required.

このように、個々のティースに巻かれた2つのコイルの巻数を等しくしたので、2つのコイルに流れる相電流振幅を同じにすればリップル電流の振幅も同じになり、磁束リップルを効果的に打ち消すことができるという効果がある。   Thus, since the number of turns of the two coils wound around the individual teeth is made equal, if the phase current amplitude flowing in the two coils is made the same, the amplitude of the ripple current becomes the same, effectively canceling the magnetic flux ripple. There is an effect that can be.

図7は、本実施例におけるキャリア位相をずらす方法の一例であり、m(相数)の約数のうち1とm以外のひとつをKとしたとき、m個の電圧指令ベクトルのうち、足して0になるK個の電圧指令ベクトルをひとつのグループとし、同じグループの電圧指令と比較するキャリア波の位相は同一とし、グループ毎のPWMキャリア波の位相が異なる例を示している。尚、図7では、K=3である。   FIG. 7 shows an example of a method for shifting the carrier phase in the present embodiment. When one of the divisors of m (number of phases) and 1 other than m is K, the m voltage command vectors are added. In this example, K voltage command vectors that become 0 are grouped into one group, the phase of the carrier wave compared with the voltage command of the same group is the same, and the phase of the PWM carrier wave is different for each group. In FIG. 7, K = 3.

図7において、U1相、V1相、W1相のキャリア位相を同一とし、U2相、V2相、W2相のキャリア位相を同一とし、U3相、V3相、W3相のキャリア位相を同一としている。そして、U1相(V1相、W1相)のキャリア位相に対して、U2相(V2相、W2相)のキャリア位相を120[°]遅らせ、U2相(V2相、W3相)のキャリア位相に対して、U3相(V3相、W3相)のキャリア位相をさらに120[°]遅らせている。   In FIG. 7, the carrier phases of the U1, V1, and W1 phases are the same, the carrier phases of the U2, V2, and W2 phases are the same, and the carrier phases of the U3, V3, and W3 phases are the same. Then, the carrier phase of the U2 phase (V2 phase, W2 phase) is delayed by 120 [°] with respect to the carrier phase of the U1 phase (V1 phase, W1 phase), and the carrier phase of the U2 phase (V2 phase, W3 phase) is obtained. On the other hand, the carrier phase of the U3 phase (V3 phase, W3 phase) is further delayed by 120 [°].

このようにキャリア位相をずらすことにより、各ティースに巻かれた2本のコイルに流れる電流は、キャリア位相の異なるPWMにより生成されることになり、PWM制御により電流リップルの位相がずれることになる。そのため、ティース内に発生する磁束リップルは互いに打ち消されて鉄損が低減する。鉄損の低減効果を回転数−トルクマップ上に示したのが図8、9である。   By shifting the carrier phase in this way, the current flowing through the two coils wound around each tooth is generated by PWM having different carrier phases, and the phase of the current ripple is shifted by PWM control. . Therefore, the magnetic flux ripples generated in the teeth are canceled out to reduce the iron loss. FIGS. 8 and 9 show the effect of reducing the iron loss on the rotation speed-torque map.

図8(a)は、比較例に対して実施例1の鉄損の低減量を[W]で示したグラフである。グラフ内の丸の大きさが鉄損低減量に比例している。高回転高負荷領域の4500[rpm],200[A]の条件で鉄損低減量が1046.3[W]となり、鉄損低減量の絶対値が大きいことがわかる。図8(b)は、比較例に対して実施例1の鉄損の低減率を%で示したグラフである。グラフ内の丸の大きさが鉄損低減率に比例している。高回転高負荷領域の4500[rpm],200[A]の条件で鉄損低減率が21.3[%]、低回転低負荷領域の500[rpm],50[A]の条件で鉄損低減率が44.3[%],低回転高負荷領域の500[rpm],350[A]の条件で鉄損低減率が44.5[%]となり、低回転側の方が鉄損低減率が高くなっている。   FIG. 8A is a graph showing the iron loss reduction amount of Example 1 in [W] with respect to the comparative example. The size of the circle in the graph is proportional to the iron loss reduction. It can be seen that the iron loss reduction amount is 1046.3 [W] under the conditions of 4500 [rpm] and 200 [A] in the high rotation and high load region, and the absolute value of the iron loss reduction amount is large. FIG.8 (b) is the graph which showed the reduction rate of the iron loss of Example 1 with% with respect to the comparative example. The size of the circle in the graph is proportional to the iron loss reduction rate. The iron loss reduction rate is 21.3 [%] under the conditions of 4500 [rpm] and 200 [A] in the high rotation and high load region, and the iron loss is performed under the conditions of 500 [rpm] and 50 [A] in the low rotation and low load region. The reduction rate is 44.3 [%], and the iron loss reduction rate is 44.5 [%] under the conditions of 500 [rpm] and 350 [A] in the low rotation and high load region. The rate is high.

以上のように、本実施例によれば、一つのティースに巻かれた2つのコイルにより発生する磁束リップルが打ち消しあって鉄損を低減できる。しかし、比較例と比較すると、電流を約1.06倍流す必要があるため、インバータ損失、及びモータの銅損が若干増加する。そこで、インバータ損失、銅損、鉄損を合計した総損失を計算して、比較例と比較した結果を図9に示す。   As described above, according to the present embodiment, magnetic flux ripples generated by two coils wound around one tooth cancel each other, and iron loss can be reduced. However, compared with the comparative example, it is necessary to flow the current about 1.06 times, so that the inverter loss and the motor copper loss slightly increase. FIG. 9 shows the result of calculating the total loss of the inverter loss, the copper loss, and the iron loss and comparing it with the comparative example.

図9(a)は、比較例に対して実施例1の総損失の低減量を[W]で示したグラフである。グラフ内の丸の大きさが総損失損の変化量に比例している。ハッチング入りの丸は総損失低減を示し、白抜きの丸は総損失増加を示している。本実施例は比較例に対して、低回転高負荷領域では総損失は増加するものの、使用頻度の高いと考えられる低回転低負荷領域では損失が低減している。図9(b)は総損失の低減率を%で示している。低負荷領域における損失が低減している。グラフ内の丸の大きさが総損失損の変化率に比例している。ハッチング入りの丸は総損失低減を示し、白抜きの丸は総損失増加を示している。本実施例は比較例に対して、低回転高負荷領域の500[rpm]、電流350[A]の条件では総損失は6.9[%]増加してしまうものの、使用頻度の高いと考えられる低回転低負荷領域の500[rpm]、電流350[A]の条件では総損失が18.9[%]低減している。   FIG. 9A is a graph showing the total loss reduction amount of Example 1 as [W] with respect to the comparative example. The size of the circle in the graph is proportional to the amount of change in total loss. A hatched circle indicates a reduction in total loss, and a white circle indicates an increase in total loss. Compared with the comparative example, the present embodiment increases the total loss in the low rotation and high load region, but reduces the loss in the low rotation and low load region considered to be frequently used. FIG. 9B shows the reduction rate of the total loss in%. Loss in the low load region is reduced. The size of the circle in the graph is proportional to the rate of change in total loss. A hatched circle indicates a reduction in total loss, and a white circle indicates an increase in total loss. Compared with the comparative example, the present embodiment is considered to be frequently used although the total loss increases by 6.9 [%] under the conditions of 500 [rpm] in the low rotation and high load region and 350 [A] current. The total loss is reduced by 18.9 [%] under the conditions of 500 [rpm] and current 350 [A] in the low rotation and low load region.

以上より、低回転高負荷領域では、比較例に比べて本実施例は、鉄損低減量よりインバータ損失、銅損の増加量の方が大きくなる傾向がある。しかし比較例に比べて本実施例は、低回転高負荷領域以外の領域では、インバータ損失と銅損の増加にに比べて鉄損低減量の方が大きく、総損失を低減できる。したがって、低負荷領領域の使用頻度が高い自動車駆動用モータなどに適用すると総合的に効率向上させることができる。   As described above, in the low-rotation and high-load region, in this embodiment, the increase amount of the inverter loss and the copper loss tends to be larger than the iron loss reduction amount. However, compared with the comparative example, in this embodiment, the iron loss reduction amount is larger than the increase in the inverter loss and the copper loss in the region other than the low rotation and high load region, and the total loss can be reduced. Therefore, when applied to a motor for driving an automobile that is frequently used in a low load region, the efficiency can be improved comprehensively.

以上説明した本実施例によれば、ひとつのティースに巻かれている2つのコイルの電流は、インバータにおいてPWMで発生させる際のキャリア位相が異なるため、2つのコイルに流れるリップル電流の位相がずらされ、2つのコイル電流によって発生する磁束のリップルが打ち消しあい、鉄損を低減することができるという効果がある。   According to the present embodiment described above, the currents of the two coils wound around one tooth have different carrier phases when generated by PWM in the inverter, and therefore the phase of the ripple current flowing through the two coils is shifted. In addition, the ripples of the magnetic flux generated by the two coil currents cancel each other, and the iron loss can be reduced.

また、本実施例によれば、ひとつのティースに巻かれたひとつのコイルと、別のティースに巻かれたひとつのコイルを直列に接続し、直列に接続された2つのコイルに発生する誘起電圧位相が360/m[゜]異なるように結線し、直列に接続された誘起電圧位相と同位相となるように電流を流すことで、効率よくトルクを発生することができるという効果がある。   In addition, according to this embodiment, one coil wound around one tooth and one coil wound around another tooth are connected in series, and an induced voltage generated in two coils connected in series. There is an effect that the torque can be efficiently generated by connecting the phases so that the phases are different from each other by 360 / m [°] and flowing the current so as to be in phase with the induced voltage phase connected in series.

また、本実施例によれば、2つのコイルを直列に接続したことで、従来例のようにスイッチング素子数を2倍にする必要がなく、素子数低減によりコストが削減できるとともに小型化が可能である。さらに、インバータ損失も2倍に増加することはない。   In addition, according to the present embodiment, by connecting two coils in series, it is not necessary to double the number of switching elements as in the conventional example, and the cost can be reduced and the size can be reduced by reducing the number of elements. It is. Furthermore, the inverter loss does not increase by a factor of two.

また、本実施例によれば、個々のティースに巻かれた2つのコイルの巻数を等しくしたので、2つのコイルに流れる相電流振幅を同じにすれば、リップル電流の振幅も同じになり、磁束リップルを効果的に打ち消すことができるという効果がある。   Further, according to the present embodiment, since the number of turns of the two coils wound around the individual teeth is made equal, if the phase current amplitude flowing in the two coils is made the same, the amplitude of the ripple current becomes the same, and the magnetic flux There is an effect that ripple can be effectively canceled.

[実施例1の変形例]
なお、本実施例の変形例として、低回転高負荷領域において、巻線の結線を切り替えて総損失の増加を防ぐことができるモータ・インバータシステムを図10に示す。図10において、ティースi(i=1〜9)にコイルiAとコイルiBとが巻回されているのは、図1の実施例1と同様である。図10の変形例では、ティース1のコイルについて、コイル1Bの他端とコイル2Aの一端との間を開閉するスイッチ21Aと、コイル1Aの一端とコイル1Bの他端との間を開閉するスイッチ21Bとが追加されている。ティース2〜9(但し、図10における図示は、ティース5の一部のコイルまで)のコイルについてもスイッチ22A〜29A、スイッチ22B〜29Bが同様に追加されている。その他の構成は、図1の実施例と同様である。
[Modification of Example 1]
As a modification of the present embodiment, FIG. 10 shows a motor / inverter system that can prevent the increase in total loss by switching the wiring connections in a low rotation and high load region. In FIG. 10, the coil iA and the coil iB are wound around the teeth i (i = 1 to 9) as in the first embodiment of FIG. 1. In the modification of FIG. 10, for the coil of the tooth 1, a switch 21 </ b> A that opens and closes between the other end of the coil 1 </ b> B and one end of the coil 2 </ b> A, and a switch that opens and closes between one end of the coil 1 </ b> A and the other end of the coil 1 </ b> B. 21B is added. The switches 22A to 29A and the switches 22B to 29B are similarly added to the coils of the teeth 2 to 9 (however, the illustration in FIG. 10 is up to a part of the coils of the tooth 5). Other configurations are the same as those of the embodiment of FIG.

図10において、スイッチ21Aを短絡し、スイッチ21Bを開放すると、コイル1Bとコイル2Aとが直列接続された本実施例の結線となる。スイッチ21Aを開放し、スイッチ21Bを短絡すると、同じティース1に巻かれた2つのコイル1A、1Bが直列に接続され、通常の1ティースに1本のコイルが巻かれた結線と同じ状態となる。したがって、低回転高負荷領域では、スイッチ21Aを開放し、スイッチ21Bを短絡することで、低回転高負荷領域の効率低下を防止することができる。ティース2〜9に対するスイッチ22A〜29A及び22B〜29Bについても同様である。   In FIG. 10, when the switch 21A is short-circuited and the switch 21B is opened, the connection of the present embodiment in which the coil 1B and the coil 2A are connected in series is obtained. When the switch 21A is opened and the switch 21B is short-circuited, the two coils 1A and 1B wound around the same tooth 1 are connected in series, and the same connection as that obtained when one coil is wound around one normal tooth is obtained. . Therefore, in the low rotation high load region, the efficiency reduction in the low rotation high load region can be prevented by opening the switch 21A and short-circuiting the switch 21B. The same applies to the switches 22A to 29A and 22B to 29B for the teeth 2 to 9.

以上説明した本変形例によれば、実施例1の欠点であった低回転高負荷領域における総損失の増加を回避することができるという効果がある。   According to this modification described above, there is an effect that it is possible to avoid an increase in total loss in the low rotation and high load region, which is a drawback of the first embodiment.

次に、実施例2として、9相18スロット20極のモータに本発明を適用した場合を説明する。18スロットに対応して、本実施例では、ティース1からティース18を備える。各ティースi(i=1〜18)には、コイルiAとコイルiBとのそれぞれ2つのコイルが巻回されている。これらのコイルを駆動する9相インバータは、図1に示した9相インバータ10と同様の構成である。   Next, as Example 2, a case where the present invention is applied to a 9-phase 18-slot 20-pole motor will be described. Corresponding to 18 slots, in this embodiment, teeth 1 to 18 are provided. Each tooth i (i = 1 to 18) is wound with two coils, i.e., a coil iA and a coil iB. The 9-phase inverter that drives these coils has the same configuration as the 9-phase inverter 10 shown in FIG.

ここで、誘起電圧位相が等しい2つのティースに巻かれたコイルを並列接続する。即ち、ティース1とティース10とは誘起電圧位相が等しいので、ティース1のコイル1Aとティース10のコイル10Aとを並列接続し、ティース1のコイル1Bとティース10のコイル10Bとを並列接続する。同様に、ティース2とティース11とは誘起電圧位相が等しいので、ティース2のコイル2Aとティース11のコイル11Aとを並列接続し、ティース2のコイル2Bとティース11のコイル11Bとを並列接続する。以下同様に、誘起電圧位相が等しいコイルを並列接続する。ティース9とティース18との誘起電圧位相が等しいので、ティース9のコイル9Aとティース18のコイル18Aとを並列接続し、ティース9のコイル9とティース18のコイル18Bとを並列接続する。   Here, coils wound around two teeth having the same induced voltage phase are connected in parallel. That is, since the induced voltage phases of the tooth 1 and the tooth 10 are equal, the coil 1A of the tooth 1 and the coil 10A of the tooth 10 are connected in parallel, and the coil 1B of the tooth 1 and the coil 10B of the tooth 10 are connected in parallel. Similarly, since the induced voltage phases of the tooth 2 and the tooth 11 are equal, the coil 2A of the tooth 2 and the coil 11A of the tooth 11 are connected in parallel, and the coil 2B of the tooth 2 and the coil 11B of the tooth 11 are connected in parallel. . Similarly, coils having the same induced voltage phase are connected in parallel. Since the induced voltage phases of the tooth 9 and the tooth 18 are equal, the coil 9A of the tooth 9 and the coil 18A of the tooth 18 are connected in parallel, and the coil 9 of the tooth 9 and the coil 18B of the tooth 18 are connected in parallel.

これら並列接続した各2コイルを一つのコイルと見なし、元の2つのコイルの若い方の符号を付け直せば、あるティースに巻かれたコイルAと他のティースの巻かれたコイルBとを直列接続するのは、実施例1と同様であり、また、9相インバータ10との接続も図1と同様である。   If each of these two coils connected in parallel is regarded as one coil and the code of the younger one of the original two coils is changed, coil A wound on one tooth and coil B wound on another tooth are connected in series. The connection is the same as in the first embodiment, and the connection with the nine-phase inverter 10 is the same as in FIG.

このように、誘起電圧位相が同じティースの組のコイルを並列接続して電流供給する方が、直列に電流供給するよりも誘起電圧を低くできるので、より高回転までモータを駆動し、回転速度制御範囲を拡大することができるという効果がある。   In this way, it is possible to lower the induced voltage by supplying coils by connecting coils of a pair of teeth having the same induced voltage phase in parallel, compared to supplying current in series. There is an effect that the control range can be expanded.

次に、本発明に係るモータ・インバータシステムの実施例3を説明する。本実施例は、例えば、5相15スロット16極のモータに本発明を適用した場合のように、誘起電圧位相にずれがある複数のティースに巻かれたコイルを同一電流相で駆動する場合の実施例である。   Next, a third embodiment of the motor / inverter system according to the present invention will be described. In the present embodiment, for example, when the present invention is applied to a 5-phase 15-slot 16-pole motor, coils wound around a plurality of teeth having a difference in induced voltage phase are driven in the same current phase. This is an example.

表2は、5相15スロット16極のモータに本発明を適用した場合の結線方法を示している。

Figure 2010178580
Table 2 shows a connection method when the present invention is applied to a motor of 5 phases, 15 slots and 16 poles.
Figure 2010178580

本実施例では、ティース1から15までの15本のティースに巻かれたそれぞれ2本のコイルを有する。これを5相で駆動することから、誘起電圧位相が近い3組のコイルを3並列にする必要がある。ティース1に発生する誘起電圧位相を基準とすると、24[°]遅れの誘起電圧が発生するティース2、及び24[°]進みの誘起電圧が発生するティース15がティース1に発生する誘起電圧と位相が最も近い。これらティース1,2,15をティース群0と称することにする。   In a present Example, it has two coils each wound around 15 teeth of the teeth 1-15. Since this is driven in five phases, it is necessary to arrange three sets of coils having similar induced voltage phases in parallel. When the induced voltage phase generated in the tooth 1 is used as a reference, the induced voltage generated in the tooth 1 by the tooth 2 in which an induced voltage delayed by 24 [°] and the tooth 15 in which an induced voltage advanced by 24 [°] is generated The phase is closest. These teeth 1, 2, and 15 will be referred to as teeth group 0.

[ティース群]
上記の記述を一般化すると以下のようになる。相数をmとし、0≦n≦m−1を満たす整数をnとする。誘起電圧位相[°]が360×(n−1)/(2m)≦360×n/m≦360×n/(2m)を満たすティースに関して、n=0のとき上記の不等式を満たす誘起電圧が発生する複数のティースをティース群0、n=1のとき上記の不等式を満たす誘起電圧が発生する複数のティースをティース群1とし、以下同様にティース群m−1まで名付けることにする。
[Teeth group]
The above description is generalized as follows. Let m be the number of phases and n be an integer that satisfies 0 ≦ n ≦ m−1. With respect to the teeth where the induced voltage phase [°] satisfies 360 × (n−1) / (2 m) ≦ 360 × n / m ≦ 360 × n / (2 m), the induced voltage satisfying the above inequality is obtained when n = 0. A plurality of teeth generated are teeth group 0, and when n = 1, a plurality of teeth that generate an induced voltage satisfying the above inequality is referred to as a teeth group 1, and hereinafter the teeth group m-1 is similarly named.

[並列接続A]
ティース群0の各ティースに巻かれた2本のコイルのうちの一方のコイルは、ティース群0の他のティースに巻かれた2本のコイルのうちの一方のコイルと並列接続される。この並列接続コイルをコイルA−0と呼ぶ。
[Parallel connection A]
One of the two coils wound around each tooth of the tooth group 0 is connected in parallel with one of the two coils wound around the other teeth of the tooth group 0. This parallel connection coil is referred to as a coil A-0.

[並列接続B]
また、ティース群0の各ティースに巻かれた2本のコイルのうち他方のコイルは、ティース群0の他のティースに巻かれた2本のコイルのうちの他方のコイルと並列接続される。この並列接続コイルをコイルB−0と呼ぶ。
[Parallel connection B]
The other coil of the two coils wound around each tooth of the tooth group 0 is connected in parallel with the other coil of the two coils wound around the other teeth of the tooth group 0. This parallel connection coil is referred to as a coil B-0.

[並列接続A(一般化)]
同様に、ティース群nの各ティースに巻かれた2本のコイルのうちの一方のコイルは、ティース群nの他のティースに巻かれた2本のコイルのうちの一方のコイルと並列接続される。この並列接続コイルを並列接続コイルA−nと呼ぶ。
[Parallel connection A (generalized)]
Similarly, one of the two coils wound around each tooth of the tooth group n is connected in parallel with one of the two coils wound around the other teeth of the tooth group n. The This parallel connection coil is called parallel connection coil An.

[並列接続B(一般化)]
また、ティース群nの各ティースに巻かれた2本のコイルのうちの他方のコイルは、ティース群nの他のティースに巻かれた2本のコイルのうちの他方のコイルと並列接続される。この並列接続コイルをコイル並列接続B−nと呼ぶ。
[Parallel connection B (generalized)]
The other coil of the two coils wound around each tooth of the tooth group n is connected in parallel with the other coil of the two coils wound around the other teeth of the tooth group n. . This parallel connection coil is referred to as coil parallel connection Bn.

[直列接続]
次に、表3に示すように、並列接続コイルA−0と並列接続コイルB−1とは、直列接続される。これを直列接続コイル0と名付ける。

Figure 2010178580
[Direct connection]
Next, as shown in Table 3, the parallel connection coil A-0 and the parallel connection coil B-1 are connected in series. This is named a series connection coil 0.
Figure 2010178580

[直列接続(一般化)]
同様に、並列接続コイルA−nは、並列接続コイルB−(n+1)と直列接続される。これを直列接続コイルnと名付ける。これを直列接続コイルnと名付ける。また、並列接続コイルA−(m−1)に関しては並列接続コイルB−0と直列接続される。これを直列接続コイルm−1と名付ける。
[Series connection (generalized)]
Similarly, the parallel connection coil An is connected in series with the parallel connection coil B- (n + 1). This is named a series connection coil n. This is named a series connection coil n. The parallel connection coil A- (m-1) is connected in series with the parallel connection coil B-0. This is named a series connection coil m-1.

[電流の流し方]
直列接続コイル0の一端は、m相のハーフブリッジを備えたインバータに接続され、他端は、中性点に接続される。そして、インバータから電流位相−180/m[°]の電流が直列接続コイル0に流される。
[How to flow current]
One end of the series connection coil 0 is connected to an inverter having an m-phase half bridge, and the other end is connected to a neutral point. Then, a current having a current phase of −180 / m [°] flows from the inverter to the series connection coil 0.

[電流の流し方(一般化)]
同様に、直列接続コイルnの一端は、m相のハーフブリッジを備えたインバータに接続され、他端は、中性点に接続される。そして、インバータから電流位相360n/m−180/m[°]の電流が直列接続されたコイルnに流される。
[How to flow current (generalization)]
Similarly, one end of the series connection coil n is connected to an inverter having an m-phase half bridge, and the other end is connected to a neutral point. Then, a current having a current phase of 360 n / m-180 / m [°] is supplied from the inverter to the coil n connected in series.

実施例1の図7では、K=3として、足して0になるK個の電圧指令ベクトルをひとつのグループとし、同じグループの電圧指令と比較するキャリア波の位相は同一とし、グループ毎のPWMキャリア波の位相が異なる例を示した。   In FIG. 7 of the first embodiment, assuming that K = 3, K voltage command vectors that are added to 0 are set as one group, the phase of the carrier wave to be compared with the voltage command of the same group is the same, and the PWM for each group An example with different carrier wave phases is shown.

実施例4では、Kをなるべく小さくした場合のキャリア位相のずらし方を説明する。   In the fourth embodiment, how to shift the carrier phase when K is made as small as possible will be described.

Figure 2010178580
表4は、8相8スロット10極モータの誘起電圧位相とキャリア位相のずらし方を示している。キャリア位相の欄に書かれているアルファベットが同じものは、キャリア位相が同一であることを示している。キャリア位相のずらし方(1)もキャリア位相のずらし方(2)も電流ベクトルが0になる電流についてはキャリア位相が同じである。
Figure 2010178580
Table 4 shows how to shift the induced voltage phase and the carrier phase of the 8-phase 8-slot 10-pole motor. Those having the same alphabet written in the column of carrier phase indicate that the carrier phase is the same. Both the carrier phase shifting method (1) and the carrier phase shifting method (2) have the same carrier phase for the current having a current vector of zero.

しかし、キャリア位相のずらし方(2)は2つの電流に対してキャリア位相を同一としているため、位相を変えられるキャリアが4個あることになる。一方、キャリア位相のずらし方(1)は4つの電流に対してキャリア位相を同一としているため、位相を変えられるキャリアが2個あることになる。   However, since the carrier phase shift method (2) has the same carrier phase for two currents, there are four carriers whose phases can be changed. On the other hand, since the carrier phase shift method (1) has the same carrier phase for the four currents, there are two carriers whose phases can be changed.

したがって、キャリア位相(2)の方がキャリア位相のずらし方に関して自由度が大きく、鉄損低減効果を大きくできる。このように、電流に対して位相を変えられるキャリアの数が多いほど、キャリア位相のずらし方の自由度が増える。これを言い換えると、位相を変えられるキャリア数に対する電流の数が少ないほどキャリア位相のずらし方の自由度が増えることになる。したがって、相数mの約数のうち最も小さい値Kを位相を変えられるキャリア1個当たりの電流数とし、360/K[°]位相の異なる電流に対して、キャリアを同一にするとキャリア位相のずらし方の自由度を最大にできる。   Accordingly, the carrier phase (2) has a greater degree of freedom with respect to how the carrier phase is shifted, and the effect of reducing iron loss can be increased. Thus, the greater the number of carriers whose phase can be changed with respect to the current, the greater the degree of freedom in how to shift the carrier phase. In other words, the smaller the number of currents relative to the number of carriers whose phase can be changed, the greater the degree of freedom in how to shift the carrier phase. Therefore, if the smallest value K among the divisors of the number of phases m is the number of currents per carrier whose phase can be changed, and if the carriers are the same with respect to currents having different phases of 360 / K [°], the carrier phase The degree of freedom of shifting can be maximized.

キャリア位相をずらす角度としては、回転数・トルクカーブ上に、キャリア位相のずらし角度のマップを備えることにより、モータの運転状態に応じて常に最適なキャリア位相ずらし角度を選択することができる。   As the angle for shifting the carrier phase, by providing a map of the carrier phase shift angle on the rotation speed / torque curve, the optimum carrier phase shift angle can always be selected according to the operating state of the motor.

以上説明した本実施例によれば、Kがmの約数のうち1以外で最小となるようにすることで、キャリア位相を同じにすべきグループ数が最多となり、多くのグループ間でキャリア位相をずらすことができるので、キャリア位相ずらしの自由度が高まり、磁束リップルをより低減することができるという効果がある。   According to the present embodiment described above, by setting K to the smallest value other than 1 among the divisors of m, the number of groups that should have the same carrier phase becomes the largest, and the carrier phase among many groups. Therefore, there is an effect that the degree of freedom in shifting the carrier phase is increased and the magnetic flux ripple can be further reduced.

1〜9 ティース
1A〜9A、1B〜9B コイル
10 インバータ
11 中性点
1-9 Teeth 1A-9A, 1B-9B Coil 10 Inverter 11 Neutral point

Claims (5)

3以上の整数をmとしたとき、
それぞれ2つのコイルを備えたm個のティースを有するモータと、
m個のハーフブリッジからm相電流を前記モータに供給するインバータと、を備えたモータ・インバータシステムであって、
前記モータは、あるティースに巻かれたひとつのコイルと他のティースに巻かれたひとつのコイルが直列に接続され、直列に接続された2つのコイルに発生する誘起電圧位相は互いに360/m[°]異なるモータであり、
各ティースに巻かれた2つのコイルに流れる電流は、互いに前記インバータにおけるPWMキャリア波の位相が異なることを特徴とするモータ・インバータシステム。
When an integer of 3 or more is m,
A motor with m teeth, each with two coils,
an inverter for supplying m-phase current from m half bridges to the motor,
In the motor, one coil wound around one tooth and one coil wound around another tooth are connected in series, and induced voltage phases generated in two coils connected in series are 360 / m [ °] different motors,
A motor / inverter system, wherein the currents flowing through the two coils wound around each tooth have different phases of the PWM carrier wave in the inverter.
前記モータの各ティースに巻かれた2つのコイルの巻数が等しいことを特徴とする請求項1に記載のモータ・インバータシステム。   The motor / inverter system according to claim 1, wherein the number of turns of two coils wound around each tooth of the motor is equal. mの約数のうち1とm以外のひとつをKとしたとき、m個の電圧指令ベクトルのうち、足して0になるK個の電圧指令ベクトルをひとつのグループとし、
同じグループの電圧指令と比較するキャリア波の位相は同一とし、グループ毎のPWMキャリア波の位相が異なることを特徴とする請求項1または2に記載のモータ・インバータシステム。
Assuming that one of the divisors of m other than 1 and m is K, among the m voltage command vectors, K voltage command vectors that add up to 0 are grouped together,
3. The motor / inverter system according to claim 1, wherein the phase of the carrier wave to be compared with the voltage command of the same group is the same, and the phase of the PWM carrier wave for each group is different.
Kがmの約数のうち1以外で最小であることを特徴とする請求項3に記載のモータ・インバータシステム。   4. The motor / inverter system according to claim 3, wherein K is the smallest value other than 1 among divisors of m. 位相a[°]の誘起電圧が発生するティースに巻かれた2つのコイルのうち一方のコイルには位相a−180/m[°]の電流を流し、他方のコイルには位相a+180/m[°]の電流を流すことを特徴とする請求項2に記載のモータ・インバータシステム。   A current of phase a-180 / m [°] is supplied to one coil of two coils wound around a tooth where an induced voltage of phase a [°] is generated, and phase a + 180 / m [is supplied to the other coil. The motor / inverter system according to claim 2, wherein a current of [°] is passed.
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