JP2016158313A - Control apparatus, rotary electric machine using same, and drive system comprising control apparatus and rotary electric machine - Google Patents

Control apparatus, rotary electric machine using same, and drive system comprising control apparatus and rotary electric machine Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the following problem: a rotary electric machine is enlarged because dedicated windings for a magnetic flux filter is required when iron loss is suppressed by a harmonic magnetic flux passing through a stator core salient-pole part of the rotary electric machine.SOLUTION: A control apparatus includes: a magnetic flux operation part that calculates a magnetic flux passing through a stator core salient-pole part protruded at regular intervals in a radial direction from a toric yoke of a rotary electric machine; a magnetic flux command part that generates a magnetic flux command value for reducing higher harmonics with respect to a fundamental wave of the magnetic flux; and a control part that controls a voltage supplied to the rotary electric machine on the basis of the magnetic flux and the magnetic flux command value.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

この発明は、回転電機の制御装置、これを用いた回転電機、および当該制御装置と当該回転電機とを備えた駆動システムに関する。   The present invention relates to a control device for a rotating electrical machine, a rotating electrical machine using the same, and a drive system including the control device and the rotating electrical machine.

従来、回転電機を回転駆動させる際の、固定子あるいは回転子を構成する磁性体の磁化において電気エネルギが損失する。この損失を低減するために、様々な取り組みが行われている。
特に、磁性体を通過する磁束の高調波成分による鉄損を低減するために、回転電機の固定子鉄心に磁束フィルタ用巻線を有する磁束フィルタ回路を設け、所定周波数以上の磁束の高調波成分を減衰させることが提案されている。(例えば特許文献1を参照)
Conventionally, electric energy is lost in the magnetization of a magnetic material constituting the stator or the rotor when the rotary electric machine is rotationally driven. Various efforts have been made to reduce this loss.
In particular, in order to reduce the iron loss due to the harmonic component of the magnetic flux passing through the magnetic material, a magnetic flux filter circuit having a magnetic flux filter winding is provided in the stator core of the rotating electrical machine, and the harmonic component of the magnetic flux having a predetermined frequency or higher is provided. It has been proposed to attenuate. (For example, see Patent Document 1)

特開2008−301551号公報JP 2008-301551A

特許文献1に提案されている技術では、インバータ駆動された回転電機のスイッチングに起因する高調波のように回転電機の基本波周波数よりも周波数の離れた時間高調波を減衰させることができるが、回転電機の電機子巻線とは別に専用の磁束フィルタ用巻線を必要とするため、回転電機が大型化するという問題があった。
この発明は、磁束の基本波と高調波の磁束による磁束波形のゆがみに対応して鉄損を低減しつつ、回転電機を小型化できる制御装置を提供することを目的とするものである。
In the technique proposed in Patent Document 1, it is possible to attenuate time harmonics that are separated from the fundamental frequency of the rotating electrical machine, such as harmonics resulting from switching of the inverter-driven rotating electrical machine, In addition to the armature winding of the rotating electrical machine, a dedicated magnetic flux filter winding is required, which increases the size of the rotating electrical machine.
An object of the present invention is to provide a control device capable of reducing the size of a rotating electric machine while reducing iron loss in response to distortion of the magnetic flux waveform caused by the fundamental wave and the harmonic magnetic flux.

この発明に係る制御装置は、回転電機の円環状のヨークから径方向に等分間隔で突出された固定子鉄心突極部を通過する磁束を算出する磁束演算部と、磁束の基本波に対する高調波を低減する磁束指令値を生成する磁束指令部とを有し、磁束および磁束指令値に基づいて回転電機に供給される電圧を制御するものである。   A control device according to the present invention includes a magnetic flux calculation unit that calculates a magnetic flux that passes through a stator core salient pole portion that is projected from a ring-shaped yoke of a rotating electrical machine at equal intervals in a radial direction, and a harmonic with respect to a fundamental wave of the magnetic flux. And a magnetic flux command unit that generates a magnetic flux command value for reducing waves, and controls a voltage supplied to the rotating electrical machine based on the magnetic flux and the magnetic flux command value.

このように構成された制御装置は、磁束および磁束指令値に基づいて回転電機に供給される電圧を制御することにより、専用の磁束フィルタ用巻線が不要となるため、高調波の磁束による磁束波形のゆがみに対応して鉄損を低減しつつ、回転電機を小型化できる。   The control device configured as described above controls the voltage supplied to the rotating electrical machine based on the magnetic flux and the magnetic flux command value, thereby eliminating the need for a dedicated magnetic flux filter winding. It is possible to reduce the size of the rotating electric machine while reducing the iron loss corresponding to the distortion of the waveform.

実施の形態1における駆動システムを表わす概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a drive system in the first embodiment. 実施の形態1におけるモータの構造を示す回転軸に沿った断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view along the rotation axis showing the structure of the motor in the first embodiment. 実施の形態1におけるモータの構造を示す回転軸に垂直な断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view perpendicular to the rotation axis showing the structure of the motor in the first embodiment. 実施の形態1に係るインバータを示す回路図である。1 is a circuit diagram showing an inverter according to a first embodiment. 実施の形態1における駆動システムのハードウエア構成を示す図である。2 is a diagram showing a hardware configuration of a drive system in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における制御装置の構成を示すブロック図である。2 is a block diagram showing a configuration of a control device in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る制御装置の動作を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating an operation of the control device according to the first embodiment. 実施の形態2に係るモータの構造を示す回転軸に垂直な断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view perpendicular to a rotation axis showing the structure of a motor according to Embodiment 2. 実施の形態3に係るモータの構造を示す回転軸に垂直な断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view perpendicular to a rotation axis showing the structure of a motor according to Embodiment 3. 実施の形態4に係るモータの構造を示す回転軸に垂直な断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view perpendicular to a rotation axis showing the structure of a motor according to a fourth embodiment.

実施の形態1
図1は、この発明の実施の形態1の対象となる、8極48スロット、6自由度Hブリッジ構成の、回転電機を含めた駆動システム100を表わす概略図である。図2は、図1におけるモータ1の構造を示すための回転軸に沿った断面図である。図3は、図1におけるモータ1の構造を示す回転軸に垂直な断面図である。図4は、図1におけるインバータ200を示す回路図である。図5は、図1における制御装置300を示すブロック図である。図6は、図1における制御装置300、すなわち図5に示した制御装置300の各ブロックの動作を示すブロック図である。
Embodiment 1
FIG. 1 is a schematic diagram showing a drive system 100 including a rotating electrical machine having an 8-pole 48-slot, 6-degree-of-freedom H-bridge configuration, which is a target of the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view along the rotation axis for showing the structure of the motor 1 in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view perpendicular to the rotation axis showing the structure of the motor 1 in FIG. FIG. 4 is a circuit diagram showing inverter 200 in FIG. FIG. 5 is a block diagram showing the control device 300 in FIG. FIG. 6 is a block diagram showing the operation of each block of the control device 300 in FIG. 1, that is, the control device 300 shown in FIG.

図1に示すように、この発明の対象とする駆動システム100は、負荷50を電源27の電力によって駆動するための装置である。この駆動システム100は、直流電力と交流電力を相互に変換する電力変換器であるインバータ200と、インバータ200の交流側端子に接続された回転電機であるモータ1と、モータ1の状態を検出し、検出した情報をもとに演算を行い、インバータ200に制御信号を入力し、モータ1の状態を制御する制御装置300とを備えており、インバータ200の直流側端子は外部の直流電源27に接続され、また、モータ1は外部の負荷50に接続されて負荷50に回転運動を伝達することになる。
ここで使用されているモータ1は、8極、48スロットの永久磁石モータである。
As shown in FIG. 1, a drive system 100 that is an object of the present invention is a device for driving a load 50 by the power of a power supply 27. The drive system 100 detects an inverter 200 that is a power converter that mutually converts DC power and AC power, a motor 1 that is a rotating electrical machine connected to an AC terminal of the inverter 200, and a state of the motor 1. And a control device 300 that performs a calculation based on the detected information, inputs a control signal to the inverter 200, and controls the state of the motor 1, and a DC side terminal of the inverter 200 is connected to an external DC power supply 27. In addition, the motor 1 is connected to an external load 50 and transmits a rotational motion to the load 50.
The motor 1 used here is an 8-pole, 48-slot permanent magnet motor.

モータ1の構造を、図2を用いて説明する。回転電機であるモータ1は、円筒形状のフレーム2と、このフレーム2の両側に覆って設けられた負荷側ブラケット3及び反負荷側ブラケット4と、フレーム2の中心軸線上に配置され、負荷側ブラケット3及び反負荷側ブラケット4で負荷側ベアリング5及び反負荷側ベアリング6を介して回転自在に2点支持されたシャフト7と、シャフト7が挿入されてキー等で一体され、フレーム2、負荷側ブラケット3及び反負荷側ブラケット4で構成されたケース10内に収納されたロータ8と、フレーム2の内壁面に圧入や焼バメ等によって固定されロータ8と隙間を介して囲った円環状のステータ9とを備えている。
モータ1の負荷側ベアリング5は、ベアリング押さえ11で負荷側ブラケット3に対して軸線方向にボルト等で固定されている。反負荷側ベアリング6は、波ワッシャ12を介して反負荷側ブラケット4に対して軸線方向に自由度を持って固定されている。
ケース10は、フレーム2に対して負荷側ブラケット3及び反負荷側ブラケット4をボルト等で固定することで形成されている。
The structure of the motor 1 will be described with reference to FIG. A motor 1 that is a rotating electrical machine is arranged on a cylindrical frame 2, a load-side bracket 3 and an anti-load-side bracket 4 provided on both sides of the frame 2, and a center axis of the frame 2. A shaft 7 that is rotatably supported by a bracket 3 and an anti-load side bracket 4 via a load-side bearing 5 and an anti-load side bearing 6, and the shaft 7 is inserted and integrated with a key or the like. A rotor 8 housed in a case 10 composed of a side bracket 3 and an anti-load side bracket 4, and an annular shape fixed to the inner wall surface of the frame 2 by press-fitting, shrinkage or the like and surrounded by a gap with the rotor 8 And a stator 9.
The load-side bearing 5 of the motor 1 is fixed to the load-side bracket 3 with a bearing retainer 11 in the axial direction with a bolt or the like. The anti-load side bearing 6 is fixed to the anti-load side bracket 4 via the wave washer 12 with a degree of freedom in the axial direction.
The case 10 is formed by fixing the load side bracket 3 and the anti-load side bracket 4 to the frame 2 with bolts or the like.

図3に示す通り、ステータ9は、円環状のヨーク13の内周側から径方向内側に等分間隔で突出した48個の固定子鉄心突極部であるティース14を有するステータコア15と、ティース14間に形成された軸線方向に延びた各ステータスロット16に挿通された相導体17a〜17fと、各相導体17a〜17fを覆ったインシュレータ18とを備えている。
ステータコア15は、両面が絶縁処理された電磁鋼板などの薄板鋼板を複数枚積層して形成される。
各相導体17a〜17fは、インシュレータ18で一体モールドされており、インシュレータ18で被覆された各相導体17a〜17fは、各ステータスロット16に圧入されることでステータコア15に固定されている。
ロータ8は、周方向等分間隔に全部で8個形成され軸線方向に延びた磁石スロット20を有する円柱形状のロータコア19と、各磁石スロット20にN極とS極とが交互に外径側を位置するように挿入された永久磁石21と、ロータコア19の軸線方向の両端に固定され磁石スロット20の両側を塞ぐ端板22とを備えている。この端板22は、非磁性材料で製作されるのが望ましい。
As shown in FIG. 3, the stator 9 includes a stator core 15 having 48 stator core salient pole portions protruding at equal intervals from the inner peripheral side of the annular yoke 13 radially inward, and the teeth. 14, phase conductors 17a to 17f inserted in the status lots 16 extending in the axial direction and formed between the phase conductors 17 and an insulator 18 covering the phase conductors 17a to 17f.
The stator core 15 is formed by laminating a plurality of thin steel plates such as electromagnetic steel plates whose surfaces are insulated.
The phase conductors 17 a to 17 f are integrally molded with an insulator 18, and the phase conductors 17 a to 17 f covered with the insulator 18 are fixed to the stator core 15 by being press-fitted into the status lots 16.
The rotor 8 includes a cylindrical rotor core 19 having magnet slots 20 formed in a total of eight equally spaced circumferentially and extending in the axial direction, and N poles and S poles in each magnet slot 20 alternately on the outer diameter side. The permanent magnet 21 is inserted so as to be positioned at both ends of the magnet slot 20 and the end plate 22 is fixed to both ends of the rotor core 19 in the axial direction and closes both sides of the magnet slot 20. The end plate 22 is preferably made of a nonmagnetic material.

各相導体17a〜17fは、ステータコア15の軸線方向の一端部からステータスロット16を挿通して他端部で露出された後、引き続き1極ピッチ、即ち周方向に6番目のステータスロット16の他端部からステータスロット16に挿通して一端部で露出された後、引き続き周方向に1極ピッチのステータスロット16の一端部から再びステータスロット16を挿通して他端部で露出されている。
各相導体17a〜17fは、このような各ステータスロット16の挿通を、全部でステタータコア15の周方向に3周分繰り返した、波巻で構成されている。
なお、図3においては、ステータスロット16内に、相導体17a〜17fは、それぞれ電気的に導通されて1つの相をなす各1組の相導体として挿通されている。ステータコア15には全部で6個すなわち6相の波巻構成の相導体17a〜17fが巻装されている。
また、図3では、実際には、相導体17a〜17fの断面がそれぞれ径方向に3つに分割されて示されるべきであるが、それぞれ一つに纏めて記載している。
The phase conductors 17a to 17f are inserted into the status lot 16 from one end in the axial direction of the stator core 15 and exposed at the other end, and then the other one of the sixth status lots 16 in the circumferential direction is continued. After being inserted into the status lot 16 from one end and exposed at one end, the status lot 16 is inserted again from one end of the status lot 16 having a one-pole pitch in the circumferential direction and exposed at the other end.
Each of the phase conductors 17 a to 17 f is configured by wave windings in which the insertion of each status lot 16 is repeated three times in the circumferential direction of the stata core 15.
In FIG. 3, the phase conductors 17 a to 17 f are inserted into the status lot 16 as a set of phase conductors that are electrically connected to form one phase. A total of six phase conductors 17a to 17f having a six-phase wave winding configuration are wound around the stator core 15.
In addition, in FIG. 3, the phase conductors 17a to 17f should actually be divided into three sections in the radial direction, but are shown as one.

各相導体17a〜17fは、その両端部にそれぞれ負荷側リード23及び反負荷側リード24の各一端部が接続されている。各負荷側リード23及び反負荷側リード24は、それぞれフレーム2に形成された引出し口25を通ってモータ1の外部に引出されている。
図4は、インバータ200を示す回路図である。インバータ200は6個のインバータサブユニット201より構成されている。
Each phase conductor 17a-17f is connected to one end of each of the load side lead 23 and the anti-load side lead 24 at both ends thereof. The load-side leads 23 and the anti-load-side leads 24 are drawn out of the motor 1 through drawer ports 25 formed in the frame 2.
FIG. 4 is a circuit diagram showing the inverter 200. The inverter 200 is composed of six inverter subunits 201.

インバータサブユニット201の負荷側リード23は、電流をオン、オフする第1の正極側スイッチ26を介して直流電源27の正極端子31に電気的に接続されているとともに、電流をオン、オフ制御する負荷側制御部品である第2の負極側スイッチ28を介して直流電源27の負極端子32に電気的に接続されている。
反負荷側リード24は、電流をオン、オフする第1の負極側スイッチ29を介して直流電源27の負極端子32に電気的に接続されているとともに、電流をオン、オフ制御する正極側制御部品である第2の正極側スイッチ30を介して直流電源27の正極端子31に電気的に接続されている。
The load-side lead 23 of the inverter subunit 201 is electrically connected to the positive terminal 31 of the DC power supply 27 via the first positive-side switch 26 that turns on and off the current, and controls the current on and off. It is electrically connected to the negative terminal 32 of the DC power supply 27 via a second negative switch 28 that is a load side control component.
The anti-load side lead 24 is electrically connected to the negative terminal 32 of the DC power supply 27 via a first negative side switch 29 that turns on and off the current, and also has a positive side control that controls the current on and off. It is electrically connected to the positive terminal 31 of the DC power supply 27 via the second positive switch 30 that is a component.

このように、インバータサブユニット201は、第1の正極側スイッチ26、第2の負極側スイッチ28、第1の負極側スイッチ29及び第2の正極側スイッチ30により、所謂Hブリッジ回路を構成している。
第1の正極側スイッチ26、第2の正極側スイッチ30、第1の負極側スイッチ29、第2の負極側スイッチ28は、シリコン半導体を用いた絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)により構成されるが,電界効果型トランジスタ(MOS−FET)で構成してもよい。
また,炭化珪素(SiC)や窒化ガリウム(GaN)などのワイドバンドギャップ半導体などを用いた半導体スイッチにより構成してもよい。
図示していないが、第1の正極側スイッチ26、第2の正極側スイッチ30、第1の負極側スイッチ29、第2の負極側スイッチ28は、それぞれ各スイッチ26,30,29,28と並列に還流ダイオードが挿入されている。
直流電源27は、鉛バッテリやリチウムイオンバッテリ等で構成されている。
Thus, the inverter subunit 201 forms a so-called H-bridge circuit by the first positive switch 26, the second negative switch 28, the first negative switch 29, and the second positive switch 30. ing.
The first positive switch 26, the second positive switch 30, the first negative switch 29, and the second negative switch 28 are constituted by insulated gate bipolar transistors (IGBT) using a silicon semiconductor. A field effect transistor (MOS-FET) may be used.
Alternatively, a semiconductor switch using a wide band gap semiconductor such as silicon carbide (SiC) or gallium nitride (GaN) may be used.
Although not shown, the first positive switch 26, the second positive switch 30, the first negative switch 29, and the second negative switch 28 are the switches 26, 30, 29, and 28, respectively. A free-wheeling diode is inserted in parallel.
The DC power supply 27 is composed of a lead battery, a lithium ion battery, or the like.

個々の各相導体17は、それぞれ個別のHブリッジ回路に電気的に接続され、また各Hブリッジ回路に対して直流電源27がそれぞれ個別に設けられている。
すなわち、電力変換器の一部であるインバータサブユニット201のそれぞれは、回転電機であるモータ1の相導体17のそれぞれに対して、負荷側リード23である相導体17の一端と直流電源27の正極端子31との間に第1の正極側スイッチ26、および負荷側リード23である相導体17の一端と直流電源27の負極端子32との間に第2の負極側スイッチ28から構成される第1のスイッチ群、並びに反負荷側リード24である相導体17の他端と直流電源27の正極端子31との間に第2の正極側スイッチ30、および反負荷側リード24である相導体17の他端と直流電源27の負極端子32との間に第1の負極側スイッチ29から構成される第2のスイッチ群を有する。
図1において、制御装置の駆動により、第1の正極側スイッチ26及び第1の負極側スイッチ29がオンされ、第2の負極側スイッチ28及び第2の正極側スイッチ30がオフされると、負荷側リード23の端部は、正極側の電位となり、反負荷側リード24の端部は、負極側の電位となる。
その結果、相導体17には負荷側リード23から反負荷側リード24に向けて電流が流れる。
Each individual phase conductor 17 is electrically connected to an individual H bridge circuit, and a DC power source 27 is individually provided for each H bridge circuit.
That is, each of the inverter subunits 201 that are a part of the power converter is connected to one end of the phase conductor 17 that is the load-side lead 23 and the DC power supply 27 with respect to each of the phase conductors 17 of the motor 1 that is a rotating electrical machine. The first positive electrode side switch 26 is formed between the positive electrode terminal 31 and the second negative electrode side switch 28 between one end of the phase conductor 17 which is the load side lead 23 and the negative electrode terminal 32 of the DC power source 27. Between the other end of the phase conductor 17 that is the first switch group and the anti-load side lead 24 and the positive terminal 31 of the DC power supply 27, the second positive side switch 30 and the phase conductor that is the anti-load side lead 24 A second switch group including a first negative electrode side switch 29 is provided between the other end of 17 and the negative electrode terminal 32 of the DC power supply 27.
In FIG. 1, when the first positive electrode side switch 26 and the first negative electrode side switch 29 are turned on and the second negative electrode side switch 28 and the second positive electrode side switch 30 are turned off by driving the control device, The end of the load side lead 23 has a positive side potential, and the end of the anti-load side lead 24 has a negative side potential.
As a result, a current flows through the phase conductor 17 from the load side lead 23 toward the anti-load side lead 24.

一方、制御装置の駆動により、第1の正極側スイッチ26及び第1の負極側スイッチ29がオフされ、第2の負極側スイッチ28及び第2の正極側スイッチ30がオンされると、負荷側リード23の端部は、負極側の電位となり、反負荷側リード24の端部は、正極側の電位となる。その結果、相導体17には反負荷側リード24から負荷側リード23に向けて電流が流れる。
また、Hブリッジ回路の4つのスイッチ26,30,29,28の全てをオフとすると、相導体17は、直流電源27から切り離されて電流は流れない。
このように、制御装置300により、各スイッチ26,30,29,28のオン、オフの切り換えと、オン時間及びオフ時間の比をそれぞれ変化させることによって、各相導体17には任意の振幅と位相の電流を通電することができる。
On the other hand, when the first positive electrode side switch 26 and the first negative electrode side switch 29 are turned off and the second negative electrode side switch 28 and the second positive electrode side switch 30 are turned on by driving the control device, the load side The end of the lead 23 has a negative potential, and the end of the anti-load side lead 24 has a positive potential. As a result, a current flows through the phase conductor 17 from the anti-load side lead 24 toward the load side lead 23.
When all the four switches 26, 30, 29, and 28 of the H bridge circuit are turned off, the phase conductor 17 is disconnected from the DC power source 27 and no current flows.
As described above, the control device 300 switches the on / off of each switch 26, 30, 29, 28, and changes the ratio of the on time and the off time, thereby allowing each phase conductor 17 to have an arbitrary amplitude. A phase current can be applied.

このように構成された駆動システムにおいて、従来の制御技術をもって、モータ1を動作させた場合、次のような問題が発生する。すなわち、モータ1が駆動されるとティース14には、相導体17が作る磁束と永久磁石21が作る磁束とが重畳された磁束が発生する。通常、相導体17が作る磁束は略正弦波状であり、永久磁石がティース14に作る磁束も略正弦波状となる。しかしながら、両者の重畳された磁束波形は、略正弦波状の磁束の位相差により高調波が重畳した波形となり、この高調波成分によってティース14に発生する鉄損が増大することになる。このような問題は、特に、リラクタンストルクを活用するためにモータ1に通電する電流位相を進める場合や、モータ1を高速で回した際に発生する誘起電圧の低減を目的として、弱め磁束制御を行うような場合に顕著に発生することになる。   In the drive system configured as described above, when the motor 1 is operated with the conventional control technique, the following problems occur. That is, when the motor 1 is driven, a magnetic flux generated by superimposing the magnetic flux generated by the phase conductor 17 and the magnetic flux generated by the permanent magnet 21 is generated on the teeth 14. Normally, the magnetic flux generated by the phase conductor 17 is substantially sinusoidal, and the magnetic flux generated by the permanent magnet on the teeth 14 is also substantially sinusoidal. However, the superimposed magnetic flux waveform is a waveform in which harmonics are superimposed due to the phase difference of the substantially sinusoidal magnetic flux, and the iron loss generated in the teeth 14 is increased by this harmonic component. Such a problem is caused by a weak magnetic flux control especially for the purpose of reducing the induced voltage generated when the current phase applied to the motor 1 is advanced in order to utilize the reluctance torque or when the motor 1 is rotated at a high speed. It will occur remarkably when doing so.

このような問題を解決するために、この発明では以下に説明する構成の制御装置を採用している。
図5は、本実施の形態1に係る制御装置を駆動する駆動システムのハードウエア構成を示す図である。
図5において、この駆動システム100は、モータ1、インバータ200、制御装置300、および上位コントローラ400を備える。
制御装置300は、ハードウエアとして、プロセッサ101および記憶装置102を備える。
記憶装置102は、図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、記憶装置102は、図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、不揮発性の補助記憶装置の代わりにハードディスク等の補助記憶装置とを具備してもよい。
In order to solve such a problem, the present invention employs a control device having the configuration described below.
FIG. 5 is a diagram illustrating a hardware configuration of a drive system that drives the control device according to the first embodiment.
In FIG. 5, the drive system 100 includes a motor 1, an inverter 200, a control device 300, and a host controller 400.
The control device 300 includes a processor 101 and a storage device 102 as hardware.
Although not shown, the storage device 102 includes a volatile storage device such as a random access memory, and a nonvolatile auxiliary storage device such as a flash memory. Although not shown, the storage device 102 may include a volatile storage device such as a random access memory and an auxiliary storage device such as a hard disk instead of the nonvolatile auxiliary storage device.

プロセッサ101は、記憶装置102から入力されたプログラムを実行する。記憶装置102が補助記憶装置と揮発性記憶装置とを具備するため、プロセッサ101に、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプログラムが入力される。また、プロセッサ101は、演算結果等のデータを記憶装置102の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置に前記データを保存してもよい。
図5のハードウエアの構成要素間におけるデータ等の入出力については、後述する。
図6は、この発明の実施の形態1に係る制御装置を示すブロック図であって、この図6に示すように、制御装置300は、磁束指令部303およびトルク指令部305、モータ1の各相導体17の両端部に接続され両端部の間の電位を検出する検出部301、検出部301にて検出した電位より各ティース14を通過する磁束を演算し、高調波磁束を算出する磁束演算部302、および磁束演算部302の出力と磁束指令部303の出力とを比較する磁束比較部304を有している。また、モータ1とインバータ200との間の電流を検出する電流モニタ部306で得た電流とトルク指令部305の出力値とを比較したもの、および磁束比較部304の出力によりインバータに入力する信号を演算し出力する制御部307を有している。
The processor 101 executes a program input from the storage device 102. Since the storage device 102 includes an auxiliary storage device and a volatile storage device, a program is input to the processor 101 from the auxiliary storage device via the volatile storage device. Further, the processor 101 may output data such as a calculation result to the volatile storage device of the storage device 102, or may store the data in the auxiliary storage device via the volatile storage device.
Input / output of data and the like between the hardware components in FIG. 5 will be described later.
FIG. 6 is a block diagram showing a control device according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 6, the control device 300 includes a magnetic flux command unit 303, a torque command unit 305, and a motor 1 respectively. A detecting unit 301 connected to both ends of the phase conductor 17 and detecting a potential between the both ends, a magnetic flux that calculates a magnetic flux passing through each tooth 14 from a potential detected by the detecting unit 301, and calculates a harmonic magnetic flux. 302 and a magnetic flux comparison unit 304 that compares the output of the magnetic flux calculation unit 302 with the output of the magnetic flux command unit 303. Further, a signal obtained by comparing the current obtained by the current monitoring unit 306 that detects the current between the motor 1 and the inverter 200 with the output value of the torque command unit 305 and a signal input to the inverter by the output of the magnetic flux comparison unit 304 It has the control part 307 which calculates and outputs.

図6の検出部301、磁束演算部302、磁束指令部303、磁束比較部304、トルク指令部305、電流モニタ部306および制御部307は、記憶装置102に記憶されたプログラムを実行するプロセッサ101、または図示していないシステムLSI等の処理回路により実現される。また、複数のプロセッサ101および複数の記憶装置102が連携して上記機能を実行してもよいし、複数の処理回路が連携して上記機能を実行してもよい。また、複数のプロセッサ101および複数の記憶装置102と、複数の処理回路との組み合わせにより連携して上記機能を実行してもよい。
なお、検出部301および電流モニタ部306のそれぞれは、検出部301および電流モニタ部306のハードウェア自身で処理されてもよい。
上位コントローラ400は、制御装置300に後述するトルク指令を出力する。
The detection unit 301, the magnetic flux calculation unit 302, the magnetic flux command unit 303, the magnetic flux comparison unit 304, the torque command unit 305, the current monitor unit 306, and the control unit 307 in FIG. 6 are a processor 101 that executes a program stored in the storage device 102. Or a processing circuit such as a system LSI (not shown). In addition, a plurality of processors 101 and a plurality of storage devices 102 may execute the function in cooperation, or a plurality of processing circuits may execute the function in cooperation. Further, the above functions may be executed in cooperation with a combination of a plurality of processors 101 and a plurality of storage devices 102 and a plurality of processing circuits.
Note that each of the detection unit 301 and the current monitoring unit 306 may be processed by the hardware of the detection unit 301 and the current monitoring unit 306.
The host controller 400 outputs a torque command to be described later to the control device 300.

そして、制御装置300の各部は、図7に示すように具体的な機能を果たすように構成されている。
すなわち、トルク指令部305は、上位コントローラ400から入力される所望のトルクであるトルク指令に見合った基本波のd軸電流指令値id1*、q軸電流指令値iq1*を出力する。そして、電流モニタ部306で検出された実際の基本波成分のd軸電流id1、iq1を用いて、制御部307にてdq軸の基本波電圧指令値vd1*、vq1*を生成する。
And each part of the control apparatus 300 is comprised so that a specific function may be fulfilled, as shown in FIG.
That is, the torque command unit 305 outputs a fundamental wave d-axis current command value id1 * and q-axis current command value iq1 * corresponding to a torque command that is a desired torque input from the host controller 400. Then, the dq-axis fundamental wave voltage command values vd1 * and vq1 * are generated by the control unit 307 using the d-axis currents id1 and iq1 of the actual fundamental wave components detected by the current monitor unit 306.

一方、磁束指令部303は、1極対の磁石に対向する各ティース14に発生する磁束の基本波に対する3次、7次、11次(3+4N次、Nは自然数:以後3次系)高調波のdq軸の磁束指令値λd3*、λq3*および5次、9次、13次(5+4N次、Nは自然数:以後5次系)高調波を低減するdq軸の磁束指令値λd5*、λq5*を出力する。そして、磁束演算部302により演算された実際の各ティース14に発生する磁束の基本波に対する3次系高調波のdq軸の磁束λd3、λq3および5次系高調波のdq軸の磁束λd5、λq5を用いて、制御部307にてdq軸の3次系と5次系の高調波電圧指令値vd3*、vq3*、vd5*、vq5*を生成する。   On the other hand, the magnetic flux command unit 303 is a third-order, seventh-order, and eleventh-order (3 + 4N-th order, N is a natural number: hereafter a third-order system) harmonic with respect to the fundamental wave of the magnetic flux generated in each tooth 14 facing one pole pair magnet. Dq-axis magnetic flux command values λd3 *, λq3 * and fifth-order, ninth-order, and thirteenth-order (5 + 4N-th order, N is a natural number: the fifth-order system thereafter) dq-axis magnetic flux command values λd5 *, λq5 * Is output. Then, the dq-axis magnetic fluxes λd3 and λq3 of the third-order harmonics and the dq-axis magnetic fluxes λd5 and λq5 of the fifth-order harmonics with respect to the fundamental wave of the magnetic flux generated in each actual tooth 14 calculated by the magnetic flux calculation unit 302 Then, the control unit 307 generates the dq-axis third-order and fifth-order harmonic voltage command values vd3 *, vq3 *, vd5 *, and vq5 *.

そして、制御部307は、基本波電圧指令値vd1*、vq1*と3次系と5次系の高調波電圧指令値vd3*、vq3*、vd5*、vq5*をdq逆変換し、6相の電圧指令値v*を生成する。この6相の電圧指令値v*を用いてインバータ200のPWM制御を行う。
検出部301は、モータ1の負荷側リード23と反負荷側リード24間の電位差vを6組それぞれに対して算出し磁束演算部302に出力する。
Then, the control unit 307 dq-inverts the fundamental wave voltage command values vd1 *, vq1 * and the third and fifth harmonic voltage command values vd3 *, vq3 *, vd5 *, vq5 *, and performs six-phase conversion. The voltage command value v * is generated. PWM control of the inverter 200 is performed using the six-phase voltage command value v *.
The detection unit 301 calculates the potential difference v between the load-side lead 23 and the anti-load-side lead 24 of the motor 1 for each of the six sets, and outputs it to the magnetic flux calculation unit 302.

磁束演算部302は、検出部にて検出された6個の電圧v、あらかじめ分かっている相抵抗R、各相導体17a〜17fに流れる電流iを用いてλ=∫(v−Ri)dTの関係より、6個の相導体17a〜17fのそれぞれに鎖交する磁束λA、λB、λC、λD、λE、λF、がそれぞれ演算される。次に、隣り合うステータスロット16に挿入された相導体17a〜17fに鎖交する磁束の差より、それぞれのステータスロット16の間にある6個各々のティース14の磁束λTが算出される。この6個のティース14の磁束をdq変換し、実際の各ティース14に発生する磁束の基本波に対する3次系高調波のdq軸の磁束λd3、λq3および5次系高調波のdq軸の磁束λd5、λq5演算し、その結果を磁束比較部304に出力する。
なお、dq変換およびdq逆変換に用いられるモータ1の磁極位置は、モータ1に取り付けられた回転位置センサ(図示せず)の出力を用いて算出されるが、高調波磁束の重畳や誘起電圧波形を用いた磁極位置推定値を用いてもよい。
The magnetic flux calculation unit 302 uses the six voltages v detected by the detection unit, the phase resistance R that is known in advance, and the current i that flows through each of the phase conductors 17a to 17f to satisfy λ = ∫ (v−Ri) dT. From the relationship, magnetic fluxes λA, λB, λC, λD, λE, and λF interlinked with each of the six phase conductors 17a to 17f are respectively calculated. Next, the magnetic flux λT of each of the six teeth 14 between the status lots 16 is calculated from the difference in magnetic flux interlinking with the phase conductors 17 a to 17 f inserted in the adjacent status lots 16. The magnetic fluxes of the six teeth 14 are subjected to dq conversion, and the dq-axis magnetic fluxes λd3 and λq3 of the third-order harmonics and the dq-axis magnetic fluxes of the fifth-order harmonics with respect to the fundamental wave of the magnetic flux generated in each actual tooth 14 λd5 and λq5 are calculated and the result is output to the magnetic flux comparison unit 304.
In addition, although the magnetic pole position of the motor 1 used for dq conversion and dq reverse conversion is calculated using the output of the rotational position sensor (not shown) attached to the motor 1, superimposition of harmonic magnetic flux or induced voltage. A magnetic pole position estimated value using a waveform may be used.

このように構成された駆動システム100においては、各々のティース14の磁束の高調波を抑制するよう制御を行っているので、キャリア周波数よりは基本波に近い3,5,7,・・・次の高調波の鉄損を低減することができる。このような効果は従来の相毎の高調波抑制制御や多相化制御では得られなかった。
また、制御装置300においては、モータ1のそれぞれのティース14の磁束をフィードバック制御しているので、運転状態の変化や永久磁石21の温度変化等による磁束の変化、相導体17の温度変化等による抵抗値の変化などに対応して高精度に制御することができる。
In the drive system 100 configured as described above, control is performed so as to suppress the harmonics of the magnetic flux of each tooth 14, and therefore, 3, 5, 7,... The iron loss of higher harmonics can be reduced. Such an effect cannot be obtained by conventional harmonic suppression control and multiphase control for each phase.
Further, in the control device 300, since the magnetic flux of each tooth 14 of the motor 1 is feedback controlled, the magnetic flux changes due to a change in the operating state, the temperature change of the permanent magnet 21, the temperature change of the phase conductor 17, etc. It can be controlled with high accuracy in response to changes in the resistance value.

また、制御装置300は、トルク指令部を有し、磁束指令部は高調波磁束に対する指令を有するため、モータ1が出力するトルクが大きく変化することなく、ティース14に発生する鉄損を低減することができる。
さらに、検出部301においてモータ1の相導体17を用いて電圧を検出し、磁束演算部302において、検出部301で検出した電圧を用いて各ティース14を通過する磁束を演算するため、各ティース14を通過する磁束をモニタするための専用の磁束フィルタ用巻線などの新たな部材をモータ1に追加する必要が無く、小型化することができる。
Moreover, since the control apparatus 300 has a torque command part and a magnetic flux command part has the command with respect to a harmonic magnetic flux, the iron loss which generate | occur | produces in the teeth 14 is reduced, without the torque which the motor 1 outputs changing largely. be able to.
Further, the detection unit 301 detects the voltage using the phase conductor 17 of the motor 1, and the magnetic flux calculation unit 302 calculates the magnetic flux passing through each tooth 14 using the voltage detected by the detection unit 301. Therefore, it is not necessary to add a new member such as a dedicated magnetic flux filter winding for monitoring the magnetic flux passing through the motor 1 to the motor 1, and the size can be reduced.

モータ1は、1極対に対向するティース14が6個に対して、これら6個のティース14に隣接するステータスロット16にそれぞれ(Hブリッジ構成なので)独立に制御することができる6個の相導体17を有しているため、6個のティース14すべての磁束を任意に制御する自由度があり、すべてのティースの鉄損を低減することができる。なお、説明の通り1極対に対して制御が成立していれば、他のティース14は回転対称であることから、すべてのティース14にて磁束高調波抑制が成立することになる。
検出部301は、モータ1の負荷側リード23と反負荷側リード24との間にローパスフィルタを設けるようにすれば、これによってPWM制御で駆動されるモータ1のインバータ200のスイッチングに起因する電圧変動を排除できる。
The motor 1 has six teeth 14 that are opposed to one pole pair, and each phase lot 16 adjacent to the six teeth 14 can be controlled independently (because of an H-bridge configuration). Since the conductor 17 is provided, there is a degree of freedom to arbitrarily control the magnetic fluxes of all the six teeth 14, and the iron loss of all the teeth can be reduced. If the control is established for one pole pair as described, the other teeth 14 are rotationally symmetric, and hence the magnetic flux harmonic suppression is established in all the teeth 14.
If the detection unit 301 is provided with a low-pass filter between the load-side lead 23 and the anti-load-side lead 24 of the motor 1, the voltage caused by the switching of the inverter 200 of the motor 1 driven by PWM control thereby. Variations can be eliminated.

本実施の形態1では、高調波磁束指令を0としたが、0以外としてもよい。このようにすれば各ティース14に発生する鉄損が増加するが、インバータ200の出力する電流リップルを低減することができるためトルクリップルを低減することができるほか、インバータ200に発生する損失を低減することができるため、駆動システム100に発生するトータルの損失を低減することができる。   In the first embodiment, the harmonic magnetic flux command is set to 0, but may be other than 0. In this way, the iron loss generated in each tooth 14 increases. However, since the current ripple output from the inverter 200 can be reduced, the torque ripple can be reduced and the loss generated in the inverter 200 can be reduced. Therefore, the total loss generated in the drive system 100 can be reduced.

本実施の形態1ではモータ1の相導体17を波巻きで構成すること説明したが、波巻きに限定されるものではない。また、全節に巻線されているが、短節に巻線しても同様の効果を奏する。
本実施の形態1では6個のインバータサブユニット201はそれぞれ個別の直流電源27に接続されているが、同一の直流電源27に並列に接続されても同様の効果を奏することができる。
In the first embodiment, it has been described that the phase conductor 17 of the motor 1 is configured by wave winding, but is not limited to wave winding. Moreover, although it winds to all the nodes, there exists the same effect, even if it winds to a short node.
In the first embodiment, each of the six inverter subunits 201 is connected to the individual DC power supply 27, but the same effect can be obtained even if they are connected in parallel to the same DC power supply 27.

本実施の形態1では6個の相導体17を用いてすべてのティース14に発生する磁束の高調波を低減しているが、一部の相導体17を用いて一部のティース14に発生する磁束を低減するようにしても良い。例えば、6個のティース14の内1つ飛ばしに高調波を低減するように3つの相導体17を用いてもよい。このようにすればティース14の鉄損低減効果を半分得つつ、制御装置200の高調波磁束抑制にかかる処理負荷を半減することができる。
なお、本実施の形態における6個の相導体17のモータに限らず、N個のティース、M個の磁極および1極に対向する固定子鉄心突極部に巻回されたS個(SはS≧N/Mを満たす自然数)の相導体を有し、S個の相導体の内L個(LはS≧L≧N/Mを満たす自然数)の相導体を独立して制御するL個のインバータサブユニット201A(図示せず)があれば、すべてのティースの鉄損を低減することができる。
In the first embodiment, the harmonics of the magnetic flux generated in all the teeth 14 are reduced using the six phase conductors 17, but are generated in some of the teeth 14 using some of the phase conductors 17. The magnetic flux may be reduced. For example, three phase conductors 17 may be used so as to reduce harmonics by skipping one of the six teeth 14. If it does in this way, the processing load concerning the harmonic magnetic flux suppression of the control apparatus 200 can be halved, obtaining the iron loss reduction effect of the teeth 14 in half.
In addition, not only the motors of the six phase conductors 17 in the present embodiment, but S teeth wound around the stator core salient poles facing N teeth, M poles, and one pole (S is L having a number of phase conductors (natural number satisfying S ≧ N / M) and independently controlling L of the S phase conductors (L is a natural number satisfying S ≧ L ≧ N / M). If there is an inverter subunit 201A (not shown), the iron loss of all teeth can be reduced.

実施の形態2
図8は、8極48スロット12自由度のHブリッジ構成の実施の形態2を説明するための、モータ1Aの構造を示す回転軸に垂直な断面図である。
モータ1Aは、8極48スロットの6相モータである。
図8において、各々のステータスロット16には2つの相導体17が挿入されており、一方はステータスロット16の径方向の外径側に、他方はステータスロット16の径方向の内径側に配置され、合計12個の相導体17を有している。
この場合、インバータ200は、12個のインバータサブユニット201で構成される(図示せず)。また、制御装置300は、12個の相導体17のうち6個の相導体17を用いてティース14の磁束を演算する。具体的には、検出部301で検出された6個の相導体17の端子電圧を用いて、磁束演算部302が、磁束を演算する。
この際、6個の相導体17はそれぞれお互いに同じステータスロット16に挿入されていないものが使用される。その他の構造は実施の形態1と同様である。
Embodiment 2
FIG. 8 is a cross-sectional view perpendicular to the rotation axis showing the structure of the motor 1A for explaining the second embodiment of the 8-pole 48-slot 12-degree-of-freedom H-bridge configuration.
The motor 1A is an 8-pole 48-slot 6-phase motor.
In FIG. 8, two phase conductors 17 are inserted in each status lot 16, and one is arranged on the radially outer diameter side of the status lot 16 and the other is placed on the radially inner diameter side of the status lot 16. , A total of twelve phase conductors 17 are provided.
In this case, the inverter 200 is composed of 12 inverter subunits 201 (not shown). Further, the control device 300 calculates the magnetic flux of the teeth 14 using the six phase conductors 17 out of the twelve phase conductors 17. Specifically, the magnetic flux calculation unit 302 calculates the magnetic flux using the terminal voltages of the six phase conductors 17 detected by the detection unit 301.
At this time, the six phase conductors 17 that are not inserted in the same status lot 16 are used. Other structures are the same as those in the first embodiment.

このような構成においても実施の形態1と同様の効果を得ることができる。さらに、1つのステータスロット16に2個の相導体17が内径側と外径側に分けて巻回されているので、各々のティース14の磁束波形を、ティース14の内径側と外径側に分けて制御することができる。このような効果はティース14の途中での漏れ磁束が大きいモータ1において特に鉄損低減の効果が大きくなる。
なお、モータ1Aは、8極48スロットに限らず、任意の極数およびスロット数において、インバータサブユニット201が相数の2倍あればよい。
Even in such a configuration, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Further, since two phase conductors 17 are wound separately on the inner diameter side and the outer diameter side in one status lot 16, the magnetic flux waveform of each tooth 14 is applied to the inner diameter side and the outer diameter side of the tooth 14. It can be controlled separately. Such an effect is particularly effective in reducing the iron loss in the motor 1 having a large leakage magnetic flux in the middle of the teeth 14.
The motor 1A is not limited to 8 poles and 48 slots, and the inverter subunit 201 only needs to be twice the number of phases in any number of poles and slots.

実施の形態3
図9は、8極12スロット3自由度Hブリッジ構成、集中巻の実施の形態3を説明するための、モータ1Bの構造を示す回転軸に垂直な断面図である。
モータ1Bは、8極12スロットの3相モータである。
図9において、モータ1Bは12個のティース14を有し、それぞれのティース14に12個の相導体がそれぞれ集中巻に巻回されている。そして、12個の相導体17は周方向に2個飛ばし、つまり2極ピッチ離れたもの同士を直列に結線して3相を構成している。
この場合、インバータ200は3つのインバータサブユニット201で構成され、モータ1Bの3相の相導体17の両端部とそれぞれ接続される。また、制御装置300は、3個の相導体17を用いてティース14の磁束を演算する。具体的には、検出部301で検出された3個の相導体17の端子電圧を用いて、磁束演算部302が、磁束を演算する。その他の構造は実施の形態1と同様である。
Embodiment 3
FIG. 9 is a cross-sectional view perpendicular to the rotation axis showing the structure of the motor 1B for explaining the third embodiment of the 8-pole 12-slot 3-DOF H-bridge configuration and concentrated winding.
The motor 1B is an 8-pole 12-slot three-phase motor.
In FIG. 9, the motor 1 </ b> B has twelve teeth 14, and twelve phase conductors are wound around each tooth 14 in concentrated winding. Then, twelve phase conductors 17 are skipped in the circumferential direction, that is, two phase conductors 17 apart from each other are connected in series to form three phases.
In this case, the inverter 200 includes three inverter subunits 201 and is connected to both ends of the three-phase phase conductor 17 of the motor 1B. The control device 300 calculates the magnetic flux of the teeth 14 using the three phase conductors 17. Specifically, the magnetic flux calculation unit 302 calculates the magnetic flux using the terminal voltages of the three phase conductors 17 detected by the detection unit 301. Other structures are the same as those in the first embodiment.

このような構成においても、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。また、集中巻の構成で実現できるため、コイルエンドの高さを低減しモータ1を小型化できる。さらに、相導体17の長さを短くすることができ、銅損も低減することができる。集中巻のように分布巻に比べて電機子巻線の作る磁束の高調波が大きくなりやすい構成においても鉄損を低減できる。独立に制御する対象が3つで済むため部品点数を減らすことができ小型化しやすいという効果を得ることができる。
この実施の形態3では相導体17をそれぞれ直列に接続しているが、同相の相導体17の負荷側リード23同士、反負荷側リード24同士をそれぞれ接続して並列に接続してもよい。
なお、モータ1Bは、8極12スロットに限らず、(3±1)・K極3Kスロット(Kは自然数)でもよい。
Even in such a configuration, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Moreover, since it can implement | achieve with the structure of concentrated winding, the height of a coil end can be reduced and the motor 1 can be reduced in size. Furthermore, the length of the phase conductor 17 can be shortened, and copper loss can also be reduced. Iron loss can be reduced even in a configuration where the harmonics of the magnetic flux generated by the armature winding are likely to be larger than the distributed winding, such as concentrated winding. Since only three objects need to be independently controlled, the number of parts can be reduced and the effect of being easily miniaturized can be obtained.
In the third embodiment, the phase conductors 17 are connected in series. However, the load-side leads 23 and the anti-load-side leads 24 of the phase conductors 17 of the same phase may be connected in parallel.
The motor 1B is not limited to 8 poles and 12 slots, but may be (3 ± 1) · K poles and 3K slots (K is a natural number).

実施の形態4
図10は、10極12スロット集中巻の実施の形態4を説明するための、モータ1Cの構造を示す回転軸に垂直な断面図である。
モータ1Cは10極12スロットの集中巻3相モータである。
図10において、モータ1Cは12個のティース14を有し、それぞれのティース14に12個の相導体17がそれぞれ集中巻に巻回されている。
軸対称な位置に配置されている2つの相導体17は逆向きに巻線されて直列に結線され、6個の相導体17の両端部はそれぞれインバータサブユニット201に接続される。ロータ8は、周方向に等間隔に全部で10個形成され軸線方向に延びた磁石スロット20を有する円柱形状のロータコア19と、各磁石スロット20にN極とS極とが交互に外径側を位置するように挿入された永久磁石21を備えている。
この場合、インバータ200は、6つのインバータサブユニット201で構成される。
制御装置300Cは、6個の相導体17を用いてティース14の磁束を演算する。具体的には、検出部301で検出された6個の相導体17の端子電圧を用いて、磁束演算部302が、磁束を演算する。その他の構造は実施の形態1と同様である。
Embodiment 4
FIG. 10 is a cross-sectional view perpendicular to the rotation axis showing the structure of the motor 1C for explaining the fourth embodiment of the 10 pole 12 slot concentrated winding.
The motor 1C is a 10-pole 12-slot concentrated winding three-phase motor.
In FIG. 10, the motor 1 </ b> C has twelve teeth 14, and twelve phase conductors 17 are wound around each tooth 14 in concentrated winding.
The two phase conductors 17 arranged at the axially symmetric positions are wound in opposite directions and connected in series, and both ends of the six phase conductors 17 are connected to the inverter subunit 201, respectively. The rotor 8 includes a columnar rotor core 19 having magnet slots 20 formed in total at equal intervals in the circumferential direction and extending in the axial direction, and N poles and S poles in each magnet slot 20 alternately on the outer diameter side. The permanent magnet 21 is inserted so as to be positioned.
In this case, the inverter 200 is composed of six inverter subunits 201.
Control device 300 </ b> C calculates the magnetic flux of teeth 14 using six phase conductors 17. Specifically, the magnetic flux calculation unit 302 calculates the magnetic flux using the terminal voltages of the six phase conductors 17 detected by the detection unit 301. Other structures are the same as those in the first embodiment.

このような構成においても実施の形態1と同様の効果を奏する。また、集中巻の構成で実現できるため、コイルエンドの高さを低減しモータ1を小型化できる。さらに、相導体17の長さを短くすることができ、銅損も低減することができる。集中巻のように分布巻に比べて電機子巻線の作る磁束の高調波が大きくなりやすい構成においても、鉄損を低減できるという効果を得ることができる。なお、1極対内で電機子の3相が完結しない構成においても同様に鉄損を低減することができる。
なお、モータ1Cは、10極12スロットに限らず、2・(6±1)・K極12Kスロット(Kは自然数)でもよい。
Even in such a configuration, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. Moreover, since it can implement | achieve with the structure of concentrated winding, the height of a coil end can be reduced and the motor 1 can be reduced in size. Furthermore, the length of the phase conductor 17 can be shortened, and copper loss can also be reduced. Even in a configuration where the harmonics of the magnetic flux generated by the armature winding is likely to be larger than that of the distributed winding, such as concentrated winding, an effect of reducing iron loss can be obtained. Even in a configuration in which the three phases of the armature are not completed within one pole pair, the iron loss can be similarly reduced.
The motor 1C is not limited to 10 poles and 12 slots, and may be 2 · (6 ± 1) · K poles and 12K slots (K is a natural number).

実施の形態5
この実施の形態5は、図10に示したモータ1Cと同様、10極12スロットの集中巻3相モータを使用する場合で、インバータ200を、12個のインバータサブユニット201で構成し、12個のインバータサブユニット201にそれぞれ12個の相導体17の両端部を接続する。この場合、制御装置300においては、12個の相導体17を用いて12個のティース14の個々の磁束をそれぞれ演算する。具体的には、検出部301で検出された12個の相導体17の端子電圧を用いて、磁束演算部302が、磁束を演算する。
その他の構成は実施の形態1と同様である。
Embodiment 5
In the fifth embodiment, similarly to the motor 1C shown in FIG. 10, a concentrated winding three-phase motor having 10 poles and 12 slots is used, and the inverter 200 is composed of twelve inverter subunits 201. Both end portions of 12 phase conductors 17 are connected to each inverter subunit 201. In this case, the control device 300 calculates the individual magnetic fluxes of the 12 teeth 14 using the 12 phase conductors 17, respectively. Specifically, the magnetic flux calculation unit 302 calculates the magnetic flux using the terminal voltages of the twelve phase conductors 17 detected by the detection unit 301.
Other configurations are the same as those of the first embodiment.

このような構成にすれば、すべてのティース14の磁束を個別に抑制制御することができる。例えば、モータ1が偏芯していて、永久磁石21の磁束がそれぞれ異なる場合、あるいは、永久磁石21がそれぞれ位置ずれを生じている場合などには、回転対称な位置においてもティース14の磁束変化が異なることになる。このような場合においても実施の形態5のように、すべてのティース14を個別に制御することができるのでティース14における鉄損を低減することができる。
なお、モータ1Cは、10極12スロットに限らず、(6±1)・2K極12Kスロット(Kは自然数)でもよい。
With such a configuration, the magnetic fluxes of all the teeth 14 can be individually suppressed and controlled. For example, when the motor 1 is eccentric and the magnetic fluxes of the permanent magnets 21 are different from each other, or when the permanent magnets 21 are displaced from each other, the change in the magnetic flux of the teeth 14 even at rotationally symmetric positions. Will be different. Even in such a case, since all the teeth 14 can be individually controlled as in the fifth embodiment, the iron loss in the teeth 14 can be reduced.
The motor 1C is not limited to 10 poles and 12 slots, but may be (6 ± 1) · 2K poles and 12K slots (K is a natural number).

なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組合せ、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。   It should be noted that the present invention can be freely combined with each other within the scope of the invention, and each embodiment can be appropriately modified or omitted.

1 モータ、14 ティース、17 相導体、100 駆動システム、
101 プロセッサ、102 記憶装置、200 インバータ、300 制御装置、
301 検出部、302 磁束演算部、303 磁束指令部、 304 次相比較部、
305 トルク指令部、306 電流モニタ部、307 制御部
1 motor, 14 teeth, 17 phase conductor, 100 drive system,
101 processor, 102 storage device, 200 inverter, 300 control device,
301 detection unit, 302 magnetic flux calculation unit, 303 magnetic flux command unit, 304 secondary phase comparison unit,
305 Torque command unit, 306 Current monitor unit, 307 Control unit

Claims (13)

回転電機において円環状のヨークから径方向に等分間隔で突出された固定子鉄心突極部を通過する磁束を算出する磁束演算部と、
前記磁束の基本波に対する高調波を低減する磁束指令値を生成する磁束指令部と、
前記磁束および前記磁束指令値に基づいて前記回転電機に供給される電圧を制御する制御部とを備えた制御装置。
A magnetic flux calculation unit for calculating a magnetic flux passing through a stator core salient pole portion protruding at equal intervals in a radial direction from an annular yoke in the rotating electrical machine;
A magnetic flux command unit that generates a magnetic flux command value for reducing harmonics of the fundamental wave of the magnetic flux;
And a control unit that controls a voltage supplied to the rotating electrical machine based on the magnetic flux and the magnetic flux command value.
前記磁束演算部は、複数の前記固定子鉄心突極部のそれぞれを通過する前記磁束を算出する請求項1に記載の制御装置。   The control device according to claim 1, wherein the magnetic flux calculation unit calculates the magnetic flux that passes through each of the plurality of stator core salient pole portions. 前記磁束および前記磁束指令値を比較する磁束比較部とをさらに有し、
前記制御部は、前記磁束比較部の比較結果に基づいて前記回転電機に供給される電圧を制御する請求項2に記載の制御装置。
A magnetic flux comparison unit for comparing the magnetic flux and the magnetic flux command value;
The control device according to claim 2, wherein the control unit controls a voltage supplied to the rotating electrical machine based on a comparison result of the magnetic flux comparison unit.
電流の基本波の指令値である基本波電流指令値を出力するトルク指令部とをさらに有し、
前記磁束演算部は、前記磁束の高調波である高調波磁束を演算し、
前記磁束比較部は、前記高調波磁束および前記磁束指令値を比較し、
前記制御部は、前記磁束比較部の比較結果、および前記基本波電流指令値に基づいて前記回転電機に供給される電圧を制御する請求項3に記載の制御装置。
A torque command unit that outputs a fundamental current command value that is a fundamental wave command value;
The magnetic flux calculation unit calculates a harmonic magnetic flux that is a harmonic of the magnetic flux,
The magnetic flux comparison unit compares the harmonic magnetic flux and the magnetic flux command value,
The control device according to claim 3, wherein the control unit controls a voltage supplied to the rotating electrical machine based on a comparison result of the magnetic flux comparison unit and the fundamental wave current command value.
前記回転電機の前記固定子鉄心突極部に巻回された相導体のそれぞれの端子電圧を検出する検出部とをさらに有し、
前記磁束演算部は、前記端子電圧を用いて前記磁束を演算する請求項3または請求項4に記載の制御装置。
A detector that detects each terminal voltage of the phase conductor wound around the stator core salient pole of the rotating electrical machine;
The control device according to claim 3 or 4, wherein the magnetic flux calculation unit calculates the magnetic flux using the terminal voltage.
N個の前記固定子鉄心突極部、M個の磁極、および1極に対向する前記固定子鉄心突極部に巻回されたS個(SはS≧N/Mを満たす自然数)の相導体を有し、
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の制御装置によって、S個の前記相導体のうちL個(LはS≧L≧N/Mを満たす自然数)の前記相導体に通電される電流の振幅および位相がそれぞれ独立に制御される回転電機。
N stator core salient poles, M magnetic poles, and S (S is a natural number satisfying S ≧ N / M) phases wound around the stator core salient poles facing one pole Has a conductor,
The control device according to any one of claims 1 to 5, wherein L of the S phase conductors (L is a natural number satisfying S ≧ L ≧ N / M) is energized. A rotating electrical machine in which the current amplitude and phase are independently controlled.
前記相導体は、前記固定子鉄心突極部の間に形成されたステータスロットのそれぞれに2個ずつ挿入され、
一方の前記相導体は、前記ステータスロットの径方向の外径側に配置され、
他方の前記相導体は、前記ステータスロットの径方向の内径側に配置され、
前記磁束演算部は、前記相導体のうち半数の前記相導体を用いて前記磁束を演算する請求項6に記載の回転電機。
Two phase conductors are inserted into each of the status lots formed between the stator core salient poles,
One of the phase conductors is arranged on the outer diameter side in the radial direction of the status lot,
The other phase conductor is disposed on the inner diameter side in the radial direction of the status lot,
The rotating electrical machine according to claim 6, wherein the magnetic flux calculation unit calculates the magnetic flux using half of the phase conductors among the phase conductors.
前記相導体の個数は、前記固定子鉄心突極部の個数と同じであり、
前記磁束演算部は、すべての前記相導体を用いて前記磁束を演算する請求項6に記載の回転電機。
The number of phase conductors is the same as the number of stator core salient pole portions,
The rotating electrical machine according to claim 6, wherein the magnetic flux calculation unit calculates the magnetic flux using all the phase conductors.
N=3K(Kは自然数)であり、
M=(3±1)・Kであり、
S=L=3である請求項6に記載の回転電機。
N = 3K (K is a natural number)
M = (3 ± 1) · K,
The rotating electrical machine according to claim 6, wherein S = L = 3.
N=12K(Kは自然数)であり、
M=2・(6±1)・Kであり、
S=L=6である請求項6に記載の回転電機。
N = 12K (K is a natural number),
M = 2 · (6 ± 1) · K,
The rotating electrical machine according to claim 6, wherein S = L = 6.
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の制御装置と、
前記制御装置で制御され直流電力および交流電力を相互に変換する電力変換器と、
前記電力変換器の交流側端子に接続された前記回転電機とを備えた駆動システム。
The control device according to any one of claims 1 to 5,
A power converter that is controlled by the control device and converts DC power and AC power to each other;
The drive system provided with the said rotary electric machine connected to the alternating current side terminal of the said power converter.
前記回転電機は、N個の前記固定子鉄心突極部、M個の磁極、および1極に対向する前記固定子鉄心突極部に巻回されたS個(SはS≧N/Mを満たす自然数)の相導体を有し、前記制御装置によって、S個の相導体のうちL個(LはS≧L≧N/Mを満たす自然数)の相導体に通電される電流の振幅および位相がそれぞれ独立に制御される請求項11に記載の駆動システム。   The rotating electrical machine includes N stator core salient poles, M magnetic poles, and S wound around the stator core salient poles facing one pole (S is S ≧ N / M). The amplitude and phase of the current supplied to the L phase conductors (L is a natural number satisfying S ≧ L ≧ N / M) among the S phase conductors by the control device. The drive system according to claim 11, wherein each is controlled independently. 前記電力変換器は、前記回転電機のL個の前記相導体のそれぞれに対して、前記相導体の一端と直流電源の正極端子および負極端子のそれぞれとの間に電流をオンおよびオフするスイッチを有する第1のスイッチ群、並びに前記相導体の他端と前記直流電源の前記正極端子および前記負極端子のそれぞれとの間に前記スイッチを有する第2のスイッチ群を有する請求項12に記載の駆動システム。   For each of the L phase conductors of the rotating electrical machine, the power converter includes a switch for turning on and off a current between one end of the phase conductor and each of a positive terminal and a negative terminal of a DC power source. The drive according to claim 12, further comprising: a first switch group having a second switch group having the switch between the other end of the phase conductor and each of the positive terminal and the negative terminal of the DC power source. system.
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