JP2018201319A - Drive system of double three-phase wiring permanent magnet type synchronous motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、永久磁石を有する回転子と2個の三相巻線(第1三相巻線と第2三相巻線、または、自三相巻線と他三相巻線)を有する固定子とからなる二重三相巻線永久磁石同期形電動機と、2個の三相巻線に三相電流を同時に供給できる電力変換装置とを少なくとも備える二重三相巻線永久磁石同期形電動機の駆動システムに関する。本発明では、2個の三相巻線を自三相巻線と他三相巻線と呼称することもあれば、自他の区別を取り除き、単純に、第1三和巻線と第2三相巻線と呼称することもある。第1三相巻線を自三相巻線とする場合には、第2三相巻線は他三相巻線となる。同様に、第2三相巻線を自三相巻線とする場合には、第1三相巻線は他三相巻線となる。以降では、説明の明瞭性を確保すべく、特に断らない限り、第1三相巻線を自三相巻線として、第2三相巻線を他三相巻線として、発明の説明を行なう。これにより、発明の一般性を失うことはない。The present invention includes a rotor having a permanent magnet and two three-phase windings (a first three-phase winding and a second three-phase winding, or a self three-phase winding and another three-phase winding). A double three-phase winding permanent magnet synchronous motor comprising at least a double three-phase winding permanent magnet synchronous motor and a power converter capable of simultaneously supplying a three-phase current to two three-phase windings The drive system. In the present invention, the two three-phase windings may be referred to as the self three-phase winding and the other three-phase winding, or the distinction between the self and others is removed, and the first three-way winding and the second Sometimes called three-phase winding. When the first three-phase winding is a self three-phase winding, the second three-phase winding is another three-phase winding. Similarly, when the second three-phase winding is a self three-phase winding, the first three-phase winding is another three-phase winding. In the following description, unless otherwise specified, the invention will be described with the first three-phase winding as its own three-phase winding and the second three-phase winding as the other three-phase winding unless otherwise specified. . Thereby, the generality of the invention is not lost.
また、以降の説明では、簡単のため、「巻線」を「三相巻線」と同義で使用する。上記の二重三和巻線永久磁石同期形電動機を、簡単のため、二重同期電動機と略称する。さらには、同様の理由で、同駆動システムを二重同期電動機駆動システムと略称する。発明の二重同期電動機駆動システムの用途は、バッテリ電気自動車、燃料電池電気自動車、ハイブリッド電気自動車等の主駆動、広範囲にわたり効率駆動を求められる家電製品等の用途、あるいは対故障性、機能安全性を要求される用途である。In the following description, for the sake of simplicity, “winding” is used synonymously with “three-phase winding”. The above double three-winding permanent magnet synchronous motor is abbreviated as a double synchronous motor for simplicity. Furthermore, for the same reason, the drive system is abbreviated as a double synchronous motor drive system. Applications of the dual synchronous motor drive system of the invention include main drive of battery electric vehicle, fuel cell electric vehicle, hybrid electric vehicle, etc., use of home appliances that require efficient drive over a wide range, or fault tolerance, functional safety Is a required application.
本発明では、二重同期電動機において三相巻線が施された部分を「固定子」と呼称する。本発明における「固定子」は、「電機子」と同義である。固定子に施される三相巻線には、Y形とΔ形が存在する。当業者には周知のように、三相端子から評価した場合、Y形巻線による特性とΔ形巻線による特性は互いに等価変換される。説明の簡明性を確保すべく、本明細書における技術説明は、Y形結線を想定して行なう。等価変換の存在より明白なように、これにより、本発明の一般性を失うことなない。In the present invention, a portion provided with a three-phase winding in a double synchronous motor is referred to as a “stator”. The “stator” in the present invention is synonymous with “armature”. There are Y-type and Δ-type in the three-phase winding applied to the stator. As is well known to those skilled in the art, when evaluated from a three-phase terminal, the characteristics of the Y-shaped winding and the characteristics of the Δ-shaped winding are equivalently converted to each other. In order to ensure the simplicity of the explanation, the technical explanation in this specification is made assuming a Y-shaped connection. This does not lose the generality of the present invention, as is evident from the existence of equivalent transformations.
本発明では、2次元平面を極座標的に捉え、角度、空間的位置、空間的位相の3用語を同義で使用する。これらの単位は「ラジアン(rad)」または「度(degree)」である。本発明における角度、空間的位置、空間的位相の正方向は、左周り(反時計周り)、右周り(時計周り)のいずれに定義してもよい。ただし、本明細書では、説明の簡明性を維持すべく、角度、空間的位置、空間的位相の正方向は左周り(反時計周り)と定義し、本発明を説明する。これにより、本発明の一般性を失うことはない。In the present invention, a two-dimensional plane is taken as a polar coordinate, and three terms of angle, spatial position, and spatial phase are used synonymously. These units are “radians” or “degrees”. In the present invention, the positive direction of the angle, the spatial position, and the spatial phase may be defined as left-handed (counterclockwise) or right-handed (clockwise). However, in this specification, in order to maintain the simplicity of the description, the positive direction of the angle, the spatial position, and the spatial phase is defined as counterclockwise (counterclockwise), and the present invention will be described. Thus, the generality of the present invention is not lost.
本発明では、二重同期電動機に交流電力を供給する装置を、電力変換装置と呼称する。電力変換装置の主要機器である電力変換器としては、インバータ、マトリックスコンバータなどが実用化されている。単一・六相用、2個・三相用、6個・単相用の電力変換器等が、本発明の電力変換装置を構成しうる。In the present invention, a device that supplies AC power to the double synchronous motor is referred to as a power conversion device. Inverters, matrix converters, and the like have been put into practical use as power converters that are main equipment of power converters. Single / six phase, two / three phase, six / single phase power converters and the like may constitute the power converter of the present invention.
本発明では、原則として、第1巻線、第2巻線に関連したパラメータ、物理量等を各々脚符1、2を付してこれを明示する。また、原則として、d軸、q軸の直交2軸からなるdq同期座標系(図5を用いて後に詳細説明)において、各軸と関連したパラメータ、物理量等には、脚符d、qを付して各軸との関係を明示する。さらには、原則として、応答信号の指令値に対応した信号には、応答信号と同じ記号に頭符*を付して、対応信号の指令値であることを明示する。In the present invention, in principle, parameters, physical quantities and the like related to the first winding and the second winding are indicated by the reference numerals 1 and 2 respectively. In principle, in a dq synchronous coordinate system (detailed description will be given later with reference to FIG. 5) consisting of two orthogonal axes of d axis and q axis, the symbols d and q are used for parameters, physical quantities and the like associated with each axis. To clearly indicate the relationship with each axis. Further, as a general rule, a signal corresponding to the command value of the response signal is indicated by adding the initial symbol * to the same symbol as that of the response signal to clearly indicate the command value of the corresponding signal.
自巻線の自己インダクタンスをL1とし、他巻線の自己インダクタンスをL2とし、両巻線間の相互インダクタンスをMとするとき、漏れ係数σを次の(1)式に従い定義し、
本発明における「相互インダクタンスの相当値」は、相互インダクタンスMの真値の幅広い概略値の総称を意味する。本概略値は、次式で表現された値を含む(後掲の(25)式参照)。
本発明では、「電流相当値」を固定子電流の真値、指令値、推定値、近似値などの総称として使用する。In the present invention, “current equivalent value” is used as a general term for the true value, command value, estimated value, approximate value, etc. of the stator current.
同様に、本発明では、回転子の「速度相当値」を回転子速度の真値、指令値、推定値、近似値、さらには回転子と同一の平均速度で回転する2軸直交回転座標系の速度の真値、近似値などの総称として使用する。当業者は周知の通り、回転子速度には電気速度と機械速度が存在するが、両速度の間には1対1の厳密な関係が存在し、電気速度から機械速度、機械速度から電気速度への一意の変換が可能である。本発明では、当業者間の周知性を考慮し、説明の明瞭性が失われない限り、回転子速度は電気速度を意味するものとして、これを使用する。本発明では、「速度乗算相当処理」を、速度相当値の乗算を伴う処理の総称として利用する。Similarly, in the present invention, the “speed equivalent value” of the rotor is a true value of the rotor speed, a command value, an estimated value, an approximate value, and a two-axis orthogonal rotating coordinate system that rotates at the same average speed as the rotor. It is used as a general term for the true value and approximate value of the speed. As is well known to those skilled in the art, there is an electrical speed and a mechanical speed in the rotor speed, but there is a one-to-one strict relationship between the two speeds, electric speed to mechanical speed, and mechanical speed to electric speed. Unique conversion to is possible. In the present invention, in consideration of the well-known among those skilled in the art, unless the clarity of explanation is lost, the rotor speed is used as meaning electric speed. In the present invention, “speed multiplication equivalent processing” is used as a generic term for processing involving multiplication of speed equivalent values.
本発明では、「微分相当処理」を、純粋微分処理、近似微分処理、線形な微分処理にリミッタ処理等の非線形処理を追加した処理など、微分的処理を中心とした処理の総称として使用する。In the present invention, “differential equivalent processing” is used as a general term for processing centered on differential processing, such as processing in which non-linear processing such as limiter processing is added to pure differential processing, approximate differential processing, and linear differential processing.
本発明の二重同期電動機駆動システムが駆動対象とする二重同期電動機に関する先行発明としては、例えば、特許文献1〜2、非特許文献1〜5がある。既報の二重同期電動機は、固定子の二重三相巻線の配置の観点から、三相単純同期電動機(非特許文献1)、六相同期電動機(特許文献2、非特許文献2〜3)、三相逆同期電動機(非特許文献4〜5)の3種に概略ながら大別される。For example, Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Documents 1 to 5 are prior art related to a double synchronous motor that is driven by the double synchronous motor drive system of the present invention. From the viewpoint of the arrangement of the double three-phase windings of the stator, the already reported double synchronous motor is a three-phase simple synchronous motor (Non-Patent Document 1), a six-phase synchronous motor (Patent Document 2, Non-Patent Documents 2-3). ), Roughly divided into three types of three-phase reverse synchronous motors (Non-Patent Documents 4 to 5).
非特許文献1を参考に、従前の二重同期電動機(三相単純同期電動機)の概要を、極対数NpをNp=1とした場合を例に、図1に示した。1は二重同期電動機(回転子、固定子を含む)を、11は二重同期電動機の回転子を、121は二重同期電動機の固定子の第1巻線を、122は二重同期電動機の固定子の第2巻線を、各々示している。同図では、固定子の第1巻線と第2巻線との区別の明瞭化を図るべく、第1巻線は実線で、第2巻線は破線で表示している。また、第2巻線が、巻線配置上第1巻線と重なるため、描画上の重複を回避すべく、第2巻線を意図的に右にシフトして描画している。Referring to Non-Patent Document 1, an outline of a conventional double synchronous motor (three-phase simple synchronous motor) is shown in FIG. 1 by taking as an example a case where the number N of pole pairs is Np = 1. 1 is a double synchronous motor (including a rotor and a stator), 11 is a rotor of the double synchronous motor, 121 is a first winding of the stator of the double synchronous motor, and 122 is a double synchronous motor. Each of the second windings of the stator is shown. In the figure, in order to clarify the distinction between the first winding and the second winding of the stator, the first winding is indicated by a solid line and the second winding is indicated by a broken line. In addition, since the second winding overlaps with the first winding in terms of the winding arrangement, the second winding is intentionally shifted to the right to avoid drawing overlap.
本配置による二重同期電動機(三相単純同期電動機)は、以下の特徴を有する。(a)第1巻線、第2巻線とも、u相巻線、v相巻線、w相巻線は、1極対数を基準とした空間において、順次2π/3[rad]の空間的位相進みの位置に配置されている。(b)原理的には、第1巻線と第2巻線は、空間上で位相差なく配置されている。(c)原理的には、極対数は任意の整数を取りうる。すなわち、奇数または偶数の極対数が採用可能である。(d)第1巻線と第2巻線に同時通電する場合も、いずれか一方の巻線のみに通電する場合も、相数は三相のまま不変である。(e)原理的には、第1巻線と第2巻線との同時通電の場合には、第1巻線と第2巻線の電流は位相差のない同期が必要である。The double synchronous motor (three-phase simple synchronous motor) according to this arrangement has the following characteristics. (A) For both the first winding and the second winding, the u-phase winding, the v-phase winding, and the w-phase winding are sequentially 2π / 3 [rad] spatially in a space based on the number of pole pairs. Arranged at the position of phase advance. (B) In principle, the first winding and the second winding are arranged without a phase difference in space. (C) In principle, the number of pole pairs can be any integer. That is, an odd or even number of pole pairs can be employed. (D) Whether the first winding and the second winding are energized simultaneously, or only one of the windings is energized, the number of phases remains unchanged. (E) In principle, when the first winding and the second winding are energized simultaneously, the currents of the first winding and the second winding need to be synchronized without phase difference.
二重同期電動機の固定子巻線配置の第2例(六相同期電動機の例)として、特許文献2、非特許文献2〜3を参考に、極対数NpをNp=1とした場合を例に、図2に、回転子とともに概略的に示した(巻線抵抗の描画は省略)。引き線番号1、11、121、122の意味は、図1と同一である。ただし、第2巻線の配置を第1巻線に対して、1極対数を基準とした空間において、空間的にθ12=π/6[rad]シフトしている点が図1の例と異なっている。As a second example of a stator winding arrangement of a double synchronous motor (an example of a six-phase synchronous motor), a case where the number of pole pairs Np is set to Np = 1 with reference to Patent Document 2 and Non-Patent Documents 2 to 3 is an example. FIG. 2 schematically shows the rotor together (drawing of winding resistance is omitted). The meanings of the drawn line numbers 1, 11, 121, and 122 are the same as those in FIG. However, it differs from the example of FIG. 1 in that the arrangement of the second winding is spatially shifted by θ12 = π / 6 [rad] with respect to the first winding in a space based on the number of pole pairs. ing.
本配置による二重同期電動機(六相同期電動機)は、三相単純同期電動機(図1)に比較し、以下の特徴を有する。(a)例1の(a)項と同様。(b)原理的には、第1巻線と第2巻線は、1極対数を基準とした空間において、π/6[rad]の空間的位相差をもつように配置されている。(c)例1の(c)項と同様。(d)第1巻線と第2巻線に同時通電する場合は、六相電動機として動作し、いずれか一方の巻線のみに通電する場合には三相電動機として動作する。(e)原理的には、第1巻線と第2巻線との同時通電の場合には、第1巻線と第2巻線との電流は、空間位相差に対応した位相差をもつ同期が必要である。The double synchronous motor (six-phase synchronous motor) according to this arrangement has the following characteristics compared to the three-phase simple synchronous motor (FIG. 1). (A) Same as item (a) in Example 1. (B) In principle, the first winding and the second winding are arranged so as to have a spatial phase difference of π / 6 [rad] in a space based on the number of pole pairs. (C) Same as item (c) in Example 1. (D) When energizing the first winding and the second winding simultaneously, it operates as a six-phase motor, and when energizing only one of the windings, it operates as a three-phase motor. (E) In principle, when the first winding and the second winding are energized simultaneously, the currents in the first winding and the second winding have a phase difference corresponding to the spatial phase difference. Synchronization is required.
二重同期電動機の固定子巻線配置の第3例(三相逆同期電動機の例)として、非特許文献4〜5を参考に、極対数NpをNp=2とした場合の例を図3に、回転子とともに概略的に示した(巻線抵抗の描画は省略)。引き線番号1、11、121、122の意味は、図1と同一である。As a third example of a stator winding arrangement of a double synchronous motor (an example of a three-phase reverse synchronous motor), an example in which the number of pole pairs Np is Np = 2 with reference to Non-Patent Documents 4 to 5 is shown in FIG. Fig. 6 schematically shows together with the rotor (drawing of winding resistance is omitted). The meanings of the drawn line numbers 1, 11, 121, and 122 are the same as those in FIG.
本巻線配置による二重同期電動機(三相逆同期電動機)は、例1、例2に比較し、以下の特徴を有する。(a)第1巻線、第2巻線とも、u相巻線、v相巻線、w相巻線は、2極対数を基準とした空間において、順次2π/3[rad]の空間的位相遅れの位置に配置されている。(b)原理的には、第1巻線と第2巻線は、2極対数を基準とした空間において、±π[rad]の位相差をもつように配置されている。(c)極対数は偶数のみ取りうる。すなわち、奇数の極対数は採用できない。(d)例1の(d)項と同様。(e)例1の(e)項と同様。Compared with Example 1 and Example 2, the double synchronous motor (three-phase reverse synchronous motor) by this winding arrangement has the following characteristics. (A) For both the first winding and the second winding, the u-phase winding, the v-phase winding, and the w-phase winding are sequentially 2π / 3 [rad] spatially in a space based on the number of two pole pairs. Arranged at the position of phase lag. (B) In principle, the first winding and the second winding are arranged so as to have a phase difference of ± π [rad] in a space based on the number of two pole pairs. (C) Only an even number of pole pairs can be taken. That is, an odd number of pole pairs cannot be used. (D) Same as item (d) in Example 1. (E) Same as (e) in Example 1.
図1〜図3に例示した二重同期電動機においては、第1巻線と第2巻線は必ずしも同一特性をもつように構成される必要はない。両巻線は、特許文献1〜2及び非特許文献1〜4に示されているように同一特性をもつように構成することも、また、非特許文献5に示されているように互いに異なる特性をもつように構成することも可能である。In the double synchronous motor illustrated in FIGS. 1 to 3, the first winding and the second winding need not necessarily be configured to have the same characteristics. Both windings are configured to have the same characteristics as shown in Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Documents 1 to 4, and are different from each other as shown in Non-Patent Document 5. It can also be configured to have characteristics.
図1〜図3に例示した二重同期電動機においては、第1巻線の中性点と第2巻線の中性点は、不接続となっている。本発明が対象とする二重同期電動機においては、一般には、第1巻線の中性点と第2巻線の中性点は、不接続、接続のいずれも可能である。In the double synchronous motor illustrated in FIGS. 1 to 3, the neutral point of the first winding and the neutral point of the second winding are not connected. In the double synchronous motor targeted by the present invention, generally, the neutral point of the first winding and the neutral point of the second winding can be either non-connected or connected.
続いて、二重同期電動機駆動システムすなわち二重同期電動機を対象した駆動システムに関する従前技術を紹介する。本願発明は、二重同期電動機駆動システムの主要構成装置の1つである電流制御装置に関するものである。この点を踏まえ、二重同期電動機駆動システムのための電流制御装置に関する従前技術を紹介する。図9は、非特許文献1で提案された二重同期電動機駆動システムのための巻線間非干渉器を用いた電流制御装置を引用したものである(特許文献1にも同一発明者による実質同一の巻線間非干渉器が示されている)。なお、非特許文献1は、二重同期電動機として図1の三相単純同期電動機を対象とし、このときの二重同期電動機は非突極としている。Subsequently, conventional technologies related to a double synchronous motor drive system, that is, a drive system for a double synchronous motor will be introduced. The present invention relates to a current control device which is one of main components of a double synchronous motor drive system. Based on this point, we introduce the conventional technology related to the current control device for the double synchronous motor drive system. FIG. 9 is a citation of a current control device using an interwinding non-interference device for a double synchronous motor drive system proposed in Non-Patent Document 1 (Patent Document 1 also includes a substantial effect by the same inventor). The same interwinding decoupler is shown). Note that Non-Patent Document 1 targets the three-phase simple synchronous motor of FIG. 1 as a double synchronous motor, and the double synchronous motor at this time is a nonsalient pole.
図9では、電流制御装置は、左端に配置された第1、第2「電流制御系」と、中心に配置された「非干渉化部」から構成されている。図9における「電流制御系」は、正しい学術用語(専門用語)では、「フィードバック電流制御器」を意味する。図9における非干渉部の構成は、次の数式で記述される。
出力信号v12*は第1三相巻線の側への非干渉化信号として、出力信号v21*は第2三相巻線の側への非干渉化信号として、各巻線用のフィードバック電流制御器の出力信号(電圧指令値)に各々加算され、最終的な電圧指令値v1*、v2*が生成されている。この最終電圧指令値の生成は、次式で記述される。
(4)、(5)式より明白なように、従前の巻線間非干渉器は、各巻線用のフィードバック電流制御器の出力信号(電圧指令値)を一定の線形関係で相互に加重して、各巻線用の最終電圧指令値を合成するものである。すなわち、従前の巻線間非干渉器の入力信号は電圧指令値であり、従前の巻線間非干渉器は「電圧形」とも呼ぶべきものである。また、この電圧形巻線間非干渉器を伴う電流制御装置は、非突極な二重同期電動機を対象に、厳密な数学的解析を行なうことなく構築されている。第1巻線と第2巻線の相互誘導(本発明では、相互誘導と磁気的結合を同義で使用)が強い場合には、特許文献1のような電流制御装置による場合には、電流制御系の不安定化現象、あるいはこれに準じた振動現象が容易に発生し(例えば、非特許文献2参照)、所期の電流制御性能を全く発揮できない。As is clear from the equations (4) and (5), the former interwinding non-interferor weights the output signal (voltage command value) of the feedback current controller for each winding with a certain linear relationship. Thus, the final voltage command value for each winding is synthesized. That is, the input signal of the conventional interwinding non-interfering device is a voltage command value, and the conventional interwinding non-interfering device should also be called a “voltage type”. In addition, the current control device including the voltage-type interwinding non-interfering device is constructed for a nonsalient double synchronous motor without performing a strict mathematical analysis. When the mutual induction between the first winding and the second winding (in the present invention, mutual induction and magnetic coupling are used synonymously) is strong, in the case of the current control device as in Patent Document 1, current control is performed. A system destabilization phenomenon or a vibration phenomenon according to this phenomenon easily occurs (for example, see Non-Patent Document 2), and the desired current control performance cannot be exhibited at all.
本発明は上記背景の下になされたものである。二重同期電動機が第1巻線と第2巻線の間に強い相互誘導を有する場合にも適用可能であり、ひいては、第1巻線と第2巻線の高い安定性を備えた高品質の電流制御を可能とする二重同期電動機駆動システムのための新たな電流制御装置を提供することにある。The present invention has been made under the above background. It is also applicable when the double synchronous motor has a strong mutual induction between the first winding and the second winding, and hence high quality with high stability of the first winding and the second winding. It is another object of the present invention to provide a new current control device for a double synchronous motor drive system that enables current control.
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、永久磁石を有する回転子と2個の三相巻線(自三相巻線と他三相巻線)を有する固定子とからなる永久磁石同期形電動機と、2個の三相巻線に電流を同時に供給できる電力変換装置と、電力変換装置を介して、2個の三相巻線に流れる電流を制御する電流制御装置とを備える永久磁石同期形電動機駆動システムであって、2個の三相巻線の相互誘導に起因した漏れインダクタンスの相当値を少なくとも利用して定めた制御器係数を備え、2個の三相巻線の相互誘導によって発生した高速モード電流の制御のための電圧指令値を生成する各三相巻線用の高速モード電流制御器と、2個の三相巻線の相互誘導に起因した相互インダクタンスの相当値と自三相巻線の電流相等値とを少なくとも用いて、2個の三相巻線の相互誘導によって発生した低速モード電流の相殺のための自三相巻線用電圧指令値を生成する各三相巻線用の低速モード電流キャンセラとの、異なる2個の機器(高速モード電流制御器と低速モード電流キャンセラ)の少なくとも1つを用いて、該電流制御装置を構成したことを特徴とする。In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is a permanent magnet comprising a rotor having a permanent magnet and a stator having two three-phase windings (a self-three-phase winding and another three-phase winding). A magnet synchronous motor, a power converter that can supply current to two three-phase windings simultaneously, and a current control device that controls the current flowing through the two three-phase windings via the power converter A permanent magnet synchronous motor drive system comprising a controller coefficient determined by using at least an equivalent value of leakage inductance caused by mutual induction of two three-phase windings. A high-speed mode current controller for each three-phase winding that generates a voltage command value for controlling the high-speed mode current generated by the mutual induction, and the mutual inductance due to the mutual induction of the two three-phase windings Value and current phase equivalence of the three-phase winding at least Two different from the low-speed mode current canceller for each three-phase winding that generates a voltage command value for its own three-phase winding to cancel out the low-speed mode current generated by mutual induction of the two three-phase windings The current control device is configured using at least one of the above devices (high-speed mode current controller and low-speed mode current canceller).
請求項2の発明は、請求項1記載の永久磁石同期形電動機駆動システムであって、該回転子永久磁石のN極の位相をd軸の位相とし、d軸に対してπ/2[rad]の位相進みにq軸をもつ2軸直交座標系をdq同期座標系とし、dq同期座標系に準じた座標系をγδ準同期座標系とするとき、dq同期座標系上あるいはγδ準同期座標系上の各三相巻線の電流指令値と各三相巻線の電流応答値との差である各三相巻線の電流偏差をフィードバック制御的に処理し、dq同期座標系上あるいはγδ準同期座標系上の各三相巻線の電圧指令値を生成するように、該各三相巻線用高速モード電流制御器を構成したことを特徴とする。The invention according to claim 2 is the permanent magnet synchronous motor drive system according to claim 1, wherein the phase of the N pole of the rotor permanent magnet is the phase of the d axis, and π / 2 [rad with respect to the d axis. ], When a two-axis orthogonal coordinate system having a q axis in phase advance is a dq-synchronous coordinate system and a coordinate system conforming to the dq-synchronous coordinate system is a γδ quasi-synchronous coordinate system, The current deviation of each three-phase winding, which is the difference between the current command value of each three-phase winding on the system and the current response value of each three-phase winding, is processed in a feedback control manner on the dq synchronous coordinate system or γδ The high-speed mode current controller for each three-phase winding is configured to generate a voltage command value for each three-phase winding on the quasi-synchronous coordinate system.
請求項3の発明は、請求項1記載の永久磁石同期形電動機駆動システムであって、該回転子永久磁石のN極の位相をd軸の位相とし、d軸に対してπ/2[rad]の位相進みにq軸をもつ2軸直交座標系をdq同期座標系とし、dq同期座標系に準じた座標系をγδ準同期座標系とするとき、さらに、dq同期座標系上あるいはγδ準同期座標系上の該自三相巻線の電流相当値をi1〜とし、該他三相巻線の電流相当値をi2〜とし、2個(自と他)の三相巻線の相互誘導に起因した相互インダクタンスの相当値をM1d〜、M1q〜、M2d〜、M2q〜とするとき、次式に従い自三相巻線用の中間信号φ1M〜を生成し、
本発明の効果を説明する。本発明は、「自巻線(第1巻線)と他巻線(第2巻線)の相互誘導により、高速モードと低速モードの電流が出現する」との事実認識に基づき、高速モード電流に対しては高速モード電流制御器によりこれを制御し、低速モード電流電流に対しては低速モード電流キャンセラによりこれを相殺・抑圧し、自巻線と他巻線の2個の巻線に流れる電流を安定的に制御しようとするものである。本発明実施の鍵の1つとなった相互誘導による高速モードと低速モードの発生の事実を明らかにする。The effect of the present invention will be described. The present invention is based on the fact that “the currents in the high speed mode and the low speed mode appear due to mutual induction of the self-winding (first winding) and the other winding (second winding)”. Is controlled by the high-speed mode current controller, and the low-speed mode current current is canceled and suppressed by the low-speed mode current canceller, and flows through the two windings of the own winding and the other winding. It is intended to control the current stably. The fact that the high-speed mode and the low-speed mode are generated by mutual induction, which is one of the keys for implementing the present invention, will be clarified.
図4(a)を考える。同図は、2個の単相用LR回路が磁気的に結合(相互誘導)している様子を概略的に示している。このとき、1次側、2次側のインダクタンス、抵抗を各々L1,L2,R1,R2とし、相互インダクタンスをMとしている。同回路の特性を支配する特性方程式は、次式で与えられる。
1次側と2次側の相互誘導が存在しないσ=1の場合には、回路モードを決定づける特性根s1、s2は、次の2実根となる。
(10)式右端の高速根s1、低速根s2は、次の(11)式のように書き改めることができる。
強い相互誘導を有する回路を制御対象としたフィードバック電流制御系の構成において、(8)式の2個の低速根のみを想定し、(9b)式・第1式の高速根s1の存在を無視する場合には、電流制御系は不安定化(高周波電流リプルの発生、電流の発散等)することになる。In the configuration of the feedback current control system that controls a circuit having strong mutual induction, only the two low-speed roots of the equation (8) are assumed, and the existence of the high-speed root s1 of the equations (9b) and 1 is ignored. In this case, the current control system becomes unstable (generation of high-frequency current ripple, current divergence, etc.).
本発明の効果の説明の平易化を図るべく、本格説明に入る前に、座標系を説明する。図5を考える。図5には、αβ固定座標系、dq同期座標系、γδ一般座標系を示している。αβ固定座標系は固定子に対応した座標系であり、一般に、α軸は、固定子第1巻線のu相巻線の中心に取られる(固定子第2巻線のu相巻線の中心にとっても本質的相違はない)。dq同期座標系は回転座標系の1つであり、特に、d軸が回転子のN極と同期した座標系となっている。すなわち、dq同期座標系においては、d軸の位相は回転子磁束の位相と同一である。dq同期座標系の速度は、回転子速度ωnと瞬時瞬時において同一である。γδ一般座標系は、任意の座標系速度ωγをもつ一般性に富む座標系である。γδ一般座標系は、特別の場合として、αβ固定座標系、dq同期座標系を包含している。また、dq同期座標系に対し小さな位相差を持ちうるγδ準同期座標系も、特別の場合として包含している。また、座標系の位相に関しては、α軸からみたd軸の位相をθαとし、α軸からみたγ軸の位相をθαγとし、γ軸からみたd軸の位相をθγとしている。In order to simplify the explanation of the effects of the present invention, the coordinate system will be explained before the full explanation. Consider FIG. FIG. 5 shows an αβ fixed coordinate system, a dq synchronous coordinate system, and a γδ general coordinate system. The αβ fixed coordinate system is a coordinate system corresponding to the stator, and in general, the α axis is taken at the center of the u-phase winding of the stator first winding (the u-phase winding of the stator second winding). There is no essential difference for the center). The dq synchronous coordinate system is one of the rotary coordinate systems, and in particular, the coordinate system in which the d axis is synchronized with the N pole of the rotor. That is, in the dq synchronous coordinate system, the phase of the d axis is the same as the phase of the rotor magnetic flux. The speed of the dq synchronous coordinate system is the same as the rotor speed ωn instantaneously. The γδ general coordinate system is a general coordinate system having an arbitrary coordinate system speed ωγ. As a special case, the γδ general coordinate system includes an αβ fixed coordinate system and a dq synchronous coordinate system. Further, a γδ quasi-synchronous coordinate system that can have a small phase difference with respect to the dq-synchronous coordinate system is also included as a special case. Regarding the phase of the coordinate system, the phase of the d-axis viewed from the α-axis is θα, the phase of the γ-axis viewed from the α-axis is θαγ, and the phase of the d-axis viewed from the γ-axis is θγ.
図1〜図3に示した3種の二重同期電動機は、明らかに異なった巻線配置を有するが、dq同期座標系上では、これらの数学モデル(回路方程式)は、共通して次式で記述される(非特許文献5参照)。
数学モデルにおける脚符1、2およびd、qの意味はすでに説明した通りである。記号sは微分演算子d/dtを意味している。第1巻線を例に、数学モデルに使用した物理量を説明する。dq同期座標系上で定義された2×1ベクトルv1、i1は、それぞれ固定子の電圧、電流を意味している。Iは2×2単位行列である。R1は固定子巻線の抵抗であり、Φ1は固定子巻線からみた回転子磁束強度(起電力定数)である。L1d、L1qは、d軸(自己)インダクタンス、q軸(自己)インダクタンスである。また、Md、Mqは、各々d軸相互インダクタンス、q軸相互インダクタンスである。The meanings of the foot marks 1, 2 and d, q in the mathematical model are as described above. The symbol s means the differential operator d / dt. The physical quantity used in the mathematical model will be described using the first winding as an example. The 2 × 1 vectors v1 and i1 defined on the dq synchronous coordinate system mean the voltage and current of the stator, respectively. I is a 2 × 2 unit matrix. R1 is the resistance of the stator winding, and Φ1 is the rotor magnetic flux intensity (electromotive force constant) viewed from the stator winding. L1d and L1q are a d-axis (self) inductance and a q-axis (self) inductance. Md and Mq are a d-axis mutual inductance and a q-axis mutual inductance, respectively.
なお、本発明では、d軸(自己)インダクタンスL1d、q軸(自己)インダクタンスL1qを用いて、同相(自己)インダクタンスL1i、鏡相(自己)インダクタンスL1mを下の(13)式のように定義し、利用する。
本発明が対象とする二重同期電動機においては、2個の三相巻線に起因した電動機パラメータ(巻線抵抗R1、インダクタンスL1d、L1qなど)は、同一の場合もあれば、異なる場合もある。本発明は、巻線に起因した電動機パラメータの同異には依存しない。In the double synchronous motor targeted by the present invention, the motor parameters (winding resistance R1, inductance L1d, L1q, etc.) resulting from the two three-phase windings may be the same or different. . The present invention does not depend on differences in motor parameters due to windings.
(12)式の関係は、ωnで回転するdq同期座標系上の仮想ベクトル回路として、図4(b)のように描画される。同図における電圧、電流等のすべての物理量は、dq同期座標系上で定義された2×1ベクトルである。また、同図における2×2インダクタンス行列は、以下のように定義されている。
図4の単相用LR回路(相互誘導回路)と二重同期電動機の仮想ベクトル回路のゼロ速度の等価性より理解されるように、第1巻線と第2巻線が強い相互誘導を有する二重同期電動機に対するフィードバック電流制御系の構成において、低速根に起因した低速モード電流のみを想定する場合には、フィードバック電流制御系は、容易に不安定化(高周波電流リプルの発生、電流の発散等)することになる。As understood from the zero speed equivalence of the single-phase LR circuit (mutual induction circuit) and the virtual vector circuit of the double synchronous motor in FIG. 4, the first winding and the second winding have strong mutual induction. In the configuration of the feedback current control system for the double synchronous motor, when assuming only the low-speed mode current due to the low-speed root, the feedback current control system is easily destabilized (high-frequency current ripple generation, current divergence). Etc.).
請求項1の発明は、第1巻線と第2巻線が強い相互誘導を有する二重同期電動機が、高速モードと低速モードの2種類の異なったモードで動作する電流(高速モード電流、低速モード電流)を有することを深く認識した上で、これらを別々に制御しようとするものである。特に、請求項1の発明によれば、2個の三相巻線の相互誘導に起因した漏れインダクタンスの相当値を少なくとも利用して定めた制御器係数を備え、2個の三相巻線の相互誘導によって発生した高速モード電流の制御のための電圧指令値を生成する各三相巻線用の高速モード電流制御器を利用して、高速モード電流を制御することになる。既に解析的に明らかにしたように、高速モード電流は漏れインダクタンスによって支配されるため、請求項1の発明によれば、効果的に高速モード電流を制御できると言う効果を得ることができる。ひいては、高速モード電流に起因した不安定化を防止できるようになる。すなわわち、フィードバック電流制御系の安定性を確保できると言う効果を得ることができる。According to the first aspect of the present invention, there is provided a current (high speed mode current, low speed) in which the double synchronous motor having a strong mutual induction between the first winding and the second winding operates in two different modes, a high speed mode and a low speed mode. It is intended to control them separately with deep recognition of having a mode current. In particular, according to the first aspect of the present invention, the controller coefficient determined by using at least the equivalent value of the leakage inductance caused by the mutual induction of the two three-phase windings is provided, and the two three-phase windings The high-speed mode current is controlled by using a high-speed mode current controller for each three-phase winding that generates a voltage command value for controlling the high-speed mode current generated by the mutual induction. As already revealed analytically, the high-speed mode current is dominated by the leakage inductance. Therefore, according to the first aspect of the invention, the effect that the high-speed mode current can be effectively controlled can be obtained. As a result, instability caused by the high-speed mode current can be prevented. In other words, an effect that the stability of the feedback current control system can be secured can be obtained.
高速モード電流の制御の成功は、低速モード電流の制御の成功を意味しない。高速モード電流を適切に制御する場合にも、低速モード電流が巻線電流に低周波脈動をもたらす。図4(b)の仮想ベクトル回路より理解されるように、低速モード電流は、自三相巻線を第1巻線とする場合、相互インダクタンス行列M((14)式参照)と自三相巻線の電流(すなわち、第1巻線電流)i1とを、これらの積の形で含有することが分かる。同様に、低速モード電流は、自三相巻線を第2巻線とする場合、相互インダクタンス行列M((14)式参照)と自三相巻線の電流(すなわち、第2巻線電流)i2とを、これらの積の形で含有することが分かる。請求項1の発明によれば、2個の三相巻線の相互誘導に起因した相互インダクタンスの相当値と自三相巻線の電流相等値とを少なくとも用いて、2個の三相巻線の相互誘導によって発生した低速モード電流の相殺のための電圧指令値を生成する各三相巻線用の低速モード電流キャンセラを構成することになる。すなわち、請求項1の発明によれば、低速モード電流キャンセラによって生成した電圧指令値を介し、低速モード電流を相殺できる。ひいては、低速モード電流に起因した巻線電流の低周波脈動を抑圧できると言う効果が得られる。特に、安定性の確保に貢献する高速モード電流制御器と併用する場合には、低周波脈動を抑圧した高品質の電流制御効果をもたらすという効果を得ることができる。請求項1の発明は、二重同期電動機に対して、突極性の関する如何なる制約も設けておらず、ひいては、当然のことながら、強い突極性を有する二重同期電動機に適用可能である。Successful control of the fast mode current does not mean successful control of the slow mode current. Even when the high-speed mode current is appropriately controlled, the low-speed mode current causes a low-frequency pulsation in the winding current. As can be understood from the virtual vector circuit of FIG. 4B, the low-speed mode current is obtained when the self-three-phase winding is the first winding and the mutual inductance matrix M (see equation (14)) and the self-three-phase. It can be seen that the winding current (i.e. the first winding current) i1 is contained in the form of these products. Similarly, when the own three-phase winding is the second winding, the low-speed mode current is the mutual inductance matrix M (see the equation (14)) and the current of the own three-phase winding (that is, the second winding current). It can be seen that i2 is contained in the form of these products. According to the first aspect of the present invention, two three-phase windings are obtained by using at least the equivalent value of the mutual inductance caused by the mutual induction of the two three-phase windings and the current phase equivalent value of the own three-phase winding. Thus, a low-speed mode current canceller for each of the three-phase windings that generates a voltage command value for canceling out the low-speed mode current generated by the mutual induction is constructed. That is, according to the invention of claim 1, the low-speed mode current can be canceled through the voltage command value generated by the low-speed mode current canceller. As a result, the effect that the low frequency pulsation of the winding current caused by the low speed mode current can be suppressed is obtained. In particular, when used in combination with a high-speed mode current controller that contributes to ensuring stability, an effect of providing a high-quality current control effect with low-frequency pulsation suppressed can be obtained. The invention of claim 1 does not provide any restrictions on saliency with respect to the double synchronous motor, and as a matter of course, can be applied to a double synchronous motor having strong saliency.
なお、上記に説明した高速モード電流制御器、低速モード電流キャンセラの効果は、高速モード電流に直接関連した漏れインダクタンスと、低速モード電流に直接関連した相互インダクタスとに着目し、(12)式の回路方程式を次式のように再展開することによっても確認できる。
の詳細は、各々(16b)式、(16c)式に示されている。(16b)式、(16c)式より再確認されるように、高速モード電流はd軸、q軸の漏れインダクタンス(σd・L1d)、(σq・L1q)によって、低速モード電流はd軸、q軸の相互インダクタンス相当値((1−σd)L1d,Md)、((1−σq)L1q,Mq)によって支配れている。(17)式が示す第2巻線の電圧v2に関しても同様である。Note that the effects of the high-speed mode current controller and the low-speed mode current canceller described above focus on the leakage inductance directly related to the high-speed mode current and the mutual inductance directly related to the low-speed mode current. This can also be confirmed by redeploying the circuit equation as follows.
The details of are shown in equations (16b) and (16c), respectively. As reconfirmed from the equations (16b) and (16c), the high-speed mode current is d-axis and q-axis leakage inductances (σd · L1d) and (σq · L1q), and the low-speed mode current is d-axis, q It is governed by the mutual inductance equivalent value ((1-σd) L1d, Md) and ((1-σq) L1q, Mq) of the shaft. The same applies to the voltage v2 of the second winding indicated by the equation (17).
つづいて、請求項2の発明の効果を説明する。請求項1の発明による高速モード電流制御器は、dq同期座標系、γδ準同期座標系、αβ固定座標系のいずれの座標系の上でも構築可能である。しかしながら、構築の難易度は同一ではない。dq同期座標系上またはγδ準同期座標系上での構築がもっとも平易であり、効果が期待される。請求項2の発明によれば、dq同期座標系上あるいはγδ準同期座標系上の各三相巻線の電流指令値と各三相巻線の電流応答値との差である各三相巻線の電流偏差をフィードバック制御的に処理し、dq同期座標系上あるいはγδ準同期座標系上の各三相巻線の電圧指令値を生成するように、各三相巻線用高速モード電流制御器を構成できる。ひいては、請求項2の発明によれば、高速モード電流制御器を簡単に構築できると言う効果が得られる。この結果、請求項2の発明によれば、請求項1の発明の効果を高めることができると言う効果も得られる。Next, the effect of the invention of claim 2 will be described. The high-speed mode current controller according to the first aspect of the present invention can be constructed on any coordinate system of the dq synchronous coordinate system, the γδ quasi-synchronous coordinate system, and the αβ fixed coordinate system. However, the difficulty of construction is not the same. Construction on the dq synchronous coordinate system or the γδ quasi-synchronous coordinate system is the simplest and is expected to be effective. According to the invention of claim 2, each three-phase winding is a difference between the current command value of each three-phase winding on the dq synchronous coordinate system or the γδ quasi-synchronous coordinate system and the current response value of each three-phase winding. High-speed mode current control for each three-phase winding so as to generate a voltage command value for each three-phase winding on the dq synchronous coordinate system or γδ quasi-synchronous coordinate system Can be configured. As a result, according to the invention of claim 2, an effect is obtained that a high-speed mode current controller can be easily constructed. As a result, according to the invention of claim 2, the effect that the effect of the invention of claim 1 can be enhanced is also obtained.
つづいて、請求項3の発明の効果を説明する。第1巻線を自巻線とし、第2巻線を他巻線とする場合には、自巻線用低速モード電流キャンセラの理想的な構成の1つは、特に、dq同期座標系上の構成の1つは、(16c)式より、次式で記述される。
発明は(18)式の構成を包含しており、請求項3の発明によれば、低速モード電流キャンセラは理想的な構造の1つを採用できるようになると言う効果が得られる。ひいては、低速モード電流キャンセラは好ましい性能を発揮できるようになると言う効果が得られる。Next, the effect of the invention of claim 3 will be described. When the first winding is the self-winding and the second winding is the other winding, one of the ideal configurations of the low-speed mode current canceller for the self-winding is particularly on the dq synchronous coordinate system. One of the configurations is described by the following equation from equation (16c).
The invention includes the configuration of the formula (18). According to the invention of claim 3, the low-speed mode current canceller can adopt one of ideal structures. As a result, the effect that the low-speed mode current canceller can exhibit desirable performance can be obtained.
なお、第2巻線を自巻線とし、第1巻線を他巻線とする場合には、自巻線用低速モード電流キャンセラの理想的な構成の1つは、特に、dq同期座標系上の構成は、(17c)式より、次式で記述される。
以下、図面を用いて、本発明の好適な実施態様を具体的に説明する。Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
二重同期電動機に対して請求項1〜3の全発明を用いた二重同期電動機駆動システムの実施形態例を図6に示した。駆動システムは大きくは、二重同期電動機(回転子、固定子を含む)1、電力変換装置2(破線ブロック表示)、電流制御装置3(破線ブロック表示)から構成されている。電力変換装置の内部構成、電流制御装置の内部構成は、第1巻線用と第2巻線用は基本的に同一である。この点を踏まえ、基本的に第1巻線用を中心にこれらを説明し、第1巻線用と第2巻線用で相違がある場合に限り、個別に説明する。An embodiment of a double synchronous motor drive system using all the inventions of claims 1 to 3 with respect to the double synchronous motor is shown in FIG. The drive system is mainly composed of a double synchronous motor (including a rotor and a stator) 1, a power converter 2 (dashed line block display), and a current control device 3 (dashed line block display). The internal configuration of the power converter and the internal configuration of the current control device are basically the same for the first winding and the second winding. In consideration of this point, these are basically described mainly for the first winding, and will be described individually only when there is a difference between the first winding and the second winding.
電力変換装置は、第1、第2巻線用の電力変換器21、電流検出器22から構成されている。電流制御装置3は、大きくは、第1、第2巻線の固定子電流、固定子電圧指令値の変換を担う信号変換部32(破線ブロック表示)と、高速モード電流の制御を担う高速モード電流制御器33(破線ブロック表示)と、低速モード電流の相殺・抑圧を担う低速モード電流キャンセラ34から構成されている。補助的には、信号変換部32で使用する回転子位相を検出するための位相検出器311、低速モード電流キャンセラで使用する回転子速度を検出するための速度検出器312が含まれる。位相検出器311、速度検出器312は、両巻線の電流制御等で共有されている。信号変換部32では、第1、第2巻線の電流制御が独立的に遂行できるように、各巻線に対して、3相2相変換器321a、2相3相変換器321b、ベクトル回転器322a、322bが構成されている。The power conversion device includes a power converter 21 and a current detector 22 for first and second windings. The current control device 3 mainly includes a signal conversion unit 32 (dashed line block display) for converting the stator currents and stator voltage command values of the first and second windings, and a high-speed mode for controlling the high-speed mode current. It comprises a current controller 33 (shown by a broken line block) and a low-speed mode current canceller 34 that is responsible for canceling / suppressing the low-speed mode current. Supplementally, a phase detector 311 for detecting the rotor phase used in the signal conversion unit 32 and a speed detector 312 for detecting the rotor speed used in the low-speed mode current canceller are included. The phase detector 311 and the speed detector 312 are shared by current control of both windings. In the signal converter 32, a three-phase two-phase converter 321a, a two-phase three-phase converter 321b, a vector rotator are provided for each winding so that the current control of the first and second windings can be performed independently. 322a and 322b are configured.
なお、第2巻線用の3相2相変換器(2×3行列)、2相3相変換器(3×2行列)に関しては、二重同期電動機の巻線配置の違いに応じて、若干の変更が必要である。すなわち、図6におけるSR(・)に関しては、三相単純同期電動機(図1参照)、三相逆同期電動機(図3参照)の場合には下の(20a)式を用い、六相同期電動機(図2参照)の場合には下の(20b)式を用いることになる。
同図では、簡明のため、複数のスカラ信号を1つのベクトル信号として捉え、複数のスカラ信号線を1本の太い信号線で表現している。なお、電圧、電流のベクトル信号の脚符r、s、tは、各々、dq同期座標系上の信号、αβ固定座標系上の信号、uvw座標系上の信号(三相信号)であることを示している。In the figure, for the sake of simplicity, a plurality of scalar signals are regarded as one vector signal, and the plurality of scalar signal lines are represented by one thick signal line. Note that the symbols r, s, and t of the voltage and current vector signals are a signal on the dq synchronous coordinate system, a signal on the αβ fixed coordinate system, and a signal (three-phase signal) on the uvw coordinate system, respectively. Is shown.
電流制御装置3を構成する信号変換部32は、従前のものと基本的に同一である。本機器は当業者には周知であるので、これ以上の説明は省略する。本発明の核心は、電流制御装置3を構成する高速モード電流制御器33と低速モード電流キャンセラ34にある。以降は、図6の高速モード電流制御器33と低速モード電流キャンセラ34とに関し説明する。The signal conversion unit 32 constituting the current control device 3 is basically the same as the conventional one. Since this device is well known to those skilled in the art, further explanation is omitted. The core of the present invention is the high-speed mode current controller 33 and the low-speed mode current canceller 34 that constitute the current control device 3. Hereinafter, the high-speed mode current controller 33 and the low-speed mode current canceller 34 shown in FIG. 6 will be described.
高速モード電流制御器33は、第1巻線用高速モード電流制御器331と第2巻線用高速モード電流制御器332から構成され、各巻線の高速モード電流制御用電圧指令値v1〜*、v2〜*を生成している。図6における高速モード電流制御器33は、請求項1および請求項2の発明に従い構成されている。本構成は、本発明提示の(16b)式、(17b)式に立脚している。同式は、固定子抵抗と漏れインダクタンスとにより支配された高速モード電流の動特性を示している。各巻線の高速モード電流制御器331、332は、基本的には、任意の構造を採用することができる。単純なPI構造を採用する場合には、各巻線の高速モード電流制御器331、332は、各々次の(21a)、(21b)式のように記述される。
所期の目的「高速モード電流の制御」を達成するには、(21)式における制御器係数(PIゲイン)は、請求項1の発明に従い、三相巻線の相互誘導に起因した漏れインダクタンスの相当値を利用して定めることになる。漏れインダクタンスの相当値を利用した制御器係数の設計法の1例を以下に示す。(21a)式の第1巻線d軸の制御器係数(PIゲイン)d1d1とd1d0は、例えば、電流制御系の期待帯域幅をωicとし、設計パラメータをw1とするとき、以下のように設計される。
(22)式による制御器係数設計法の例は、(21a)式の第1式、すなわち第1巻線d軸のための高速モード電流制御器の制御器係数を対象としたものである。第1巻線q軸のための高速モード電流制御器の制御器係数の設計法は、(22)式において軸対応脚符を「d→q」と変更するのみで得られる。同様に、第2巻線d軸のための高速モード電流制御器の制御器係数の設計法は、(22)式において巻線対応脚符を「1→2」と変更するのみで得られる。第2巻線q軸のための高速モード電流制御器の制御器係数の設計法は、(22)式において巻線対応脚符を「1→2」、軸対応脚符「d→q」と変更するのみでえられる。The example of the controller coefficient design method according to the equation (22) is for the first equation of the equation (21a), that is, the controller coefficient of the high-speed mode current controller for the first winding d-axis. The design method of the controller coefficient of the high-speed mode current controller for the first winding q-axis can be obtained only by changing the axis corresponding leg in the equation (22) to “d → q”. Similarly, the design method of the controller coefficient of the high-speed mode current controller for the second winding d-axis can be obtained only by changing the winding corresponding leg in the equation (22) to “1 → 2”. The design method of the controller coefficient of the high-speed mode current controller for the second winding q-axis is as follows. In Equation (22), the winding corresponding leg is “1 → 2” and the axis corresponding leg is “d → q”. You can only change it.
各巻線の高速モード電流制御器331、332の構造としては、PI構造以外の構造を採用してもよいことを指摘しておく。また、「漏れインダクタンスの相当値」を利用した制御器係数の設計法は、(22)式以外にも、種々存在することを指摘しておく。図6の実施形態例では、高速モード電流制御器33は、請求項2の発明に従い、dq同期座標系上で構成した。これに代わって、γδ準同期座標系上、あるいはαβ固定座標系上でも、高速モード電流制御器は構成可能であることを指摘しておく。本発明は、これらの構成を排除するものではない。It should be pointed out that a structure other than the PI structure may be adopted as the structure of the high-speed mode current controllers 331 and 332 of the windings. In addition, it should be pointed out that there are various controller coefficient design methods using “equivalent value of leakage inductance” in addition to the equation (22). In the embodiment shown in FIG. 6, the high-speed mode current controller 33 is configured on the dq synchronous coordinate system in accordance with the invention of claim 2. Instead, it should be pointed out that the high-speed mode current controller can be configured on the γδ quasi-synchronous coordinate system or the αβ fixed coordinate system. The present invention does not exclude these configurations.
請求項3の発明に従い構成されている。本構成は、本発明提示の(16c)式、(17c)式に立
した。実際的には、相互インダクタンス相当値、巻線電流相当値を用いて、この生成を以下のように変更することが望まれる。
did. In practice, it is desirable to change this generation as follows using the mutual inductance equivalent value and the winding current equivalent value.
図6における低速モード電流キャンセラ34の詳細構成を図7に示した。図7における第1巻線用低速モード電流キャンセラ341は(23)式に基づき、第2巻線用低速モード電流キャンセラ342は(24)式に基づき構成されている。ただし、(23)、(24)式に用いた電流相当値i1〜、i2〜としては、電流真値を利用するものとなっている。電流相当値i1〜、i2〜の定義は、すでに説明した通りである。A detailed configuration of the low-speed mode current canceller 34 in FIG. 6 is shown in FIG. The first winding low-speed mode current canceller 341 in FIG. 7 is configured based on equation (23), and the second winding low-speed mode current canceller 342 is configured based on equation (24). However, (23), (24) a current equivalent value i1 ~ used for expression, i2 as the ~, has become those utilizing current true value. Current equivalent value i1 ~, i2 definition of ~ are as previously described.
各巻線の低速モード電流キャンセラ341、342に利用した相互インダクタンス相当値M1d〜、M1q〜、M2d〜、M2q〜の範囲は、概ね次の通りである。
できる。Mutual inductance equivalent value M1d ~ utilized for the low-speed mode current canceller 341, 342 of each winding, M1q ~, M2d ~, M2q range between are generally as follows.
it can.
(23)、(24)式におけるFad(s)は、純粋微分を排除すべく導入した近似微分器であり、簡単には、次でよい。
図7を用いた実施形態例では、第1巻線、第2巻線の電流の相当値として同真値(電流検出値)を、速度相当値として同真値(速度検出値)を利用する例となっている。両信号は、ともに相当値で置換してよいことを改めて指摘しておく。電流相当値、速度相当値の定義は、すでに与えたとおりである。In the embodiment using FIG. 7, the same true value (current detection value) is used as the equivalent value of the current of the first winding and the second winding, and the same true value (speed detection value) is used as the speed equivalent value. It is an example. It should be pointed out again that both signals may be replaced by corresponding values. The definitions of the current equivalent value and the speed equivalent value are as given above.
図7の実施形態例では、微分相当処理、速度乗算相当処理の2処理を共に遂行する例となっている。高速回転時には速度乗算相当処理がより重要となり、ひいては微分相当処理を省略できることを指摘しておく。反対に、低速回転時には速度乗算相当処理の重要性は相対的に低下し、ひいては速度乗算相当処理を省略できることを指摘しておく。In the embodiment shown in FIG. 7, two processes of a differential equivalent process and a speed multiplication equivalent process are performed together. It should be pointed out that speed multiplication equivalent processing becomes more important during high-speed rotation, so that differentiation equivalent processing can be omitted. On the contrary, it is pointed out that the importance of the speed multiplication equivalent process is relatively reduced during low-speed rotation, and that the speed multiplication equivalent process can be omitted.
図7の実施形態例では、低速モード電流キャンセラ34をdq同期座標系上で構成した例となっている。図7と実質的に同一の低速モード電流キャンセラがγδ準同期座標系上でも構成可能であることを指摘しておく。In the embodiment shown in FIG. 7, the low-speed mode current canceller 34 is configured on the dq synchronous coordinate system. It should be pointed out that substantially the same low-speed mode current canceller as in FIG. 7 can be constructed on the γδ quasi-synchronous coordinate system.
また、低速モード電流キャンセラ34は、αβ固定座標系上でも構成可能であることを指摘しておく。図8は、この様子を示したものである。αβ固定座標系上で低速モード電流キャンセラを構成する場合には、一般的には、図7の構成を多少変更する必要がある。ただし、d軸とq軸の相互インダクタンス相当値を等しく選定する場合には、追加変更は不要であり、図7のものに対して単に速度乗算相当処理を撤去したものを利用することができる。It should also be pointed out that the low-speed mode current canceller 34 can be configured on an αβ fixed coordinate system. FIG. 8 shows this state. When configuring a low-speed mode current canceller on an αβ fixed coordinate system, it is generally necessary to slightly change the configuration of FIG. However, when the d-axis and q-axis mutual inductance equivalent values are selected to be equal, no additional change is required, and the one obtained by simply removing the speed multiplication equivalent process from that shown in FIG. 7 can be used.
本発明は、バッテリ電気自動車、燃料電池電気自動車、ハイブリッド電気自動車の主駆動電動機、家電用高速電動機などに代表される広範囲にわたり効率駆動を要求される用途での二重同期電動機、対故障性、機能安全性を要求される用途での二重同期電動機の駆動システムに好適である。The present invention relates to a double synchronous motor in applications requiring efficient driving over a wide range represented by a main drive motor of a battery electric vehicle, a fuel cell electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a high-speed electric motor for home appliances, It is suitable for a drive system of a double synchronous motor in an application that requires functional safety.
1 二重同期電動機
11 二重同期電動機の回転子
121 二重同期電動機の固定子の第1巻線
122 二重同期電動機の固定子の第2巻線
2 電力変換装置
21 電力変換器
22 電流検出器
3 電流制御装置
311 位相検出器
312 速度検出器
32 信号変換部
321a 三相二相変換器
321b 二相三相変換器
322a ベクトル回転器
322b ベクトル回転器
33 高速モード電流制御器
331 第1巻線用高速モード電流制御器
332 第2巻線用高速モード電流制御器
34 低速モード電流キャンセラ
341 第1巻線用低速モード電流キャンセラ
342 第2巻線用低速モード電流キャンセラ1 Double Synchronous Motor 11 Double Synchronous Motor Rotor 121 Double Synchronous Motor Stator First Winding 122 Double Synchronous Motor Stator Second Winding 2 Power Converter 21 Power Converter 22 Current Detection 3 Current controller 311 Phase detector 312 Speed detector 32 Signal converter 321a Three-phase two-phase converter 321b Two-phase three-phase converter 322a Vector rotator 322b Vector rotator 33 High-speed mode current controller 331 First winding High-speed mode current controller 332 High-speed mode current controller for second winding 34 Low-speed mode current canceller 341 Low-speed mode current canceller for first winding 342 Low-speed mode current canceller for second winding
Claims (3)
2個の三相巻線に電流を同時に供給できる電力変換装置と、
電力変換装置を介して、2個の三相巻線に流れる電流を制御する電流制御装置と
を備える永久磁石同期形電動機駆動システムであって、
2個の三相巻線の相互誘導に起因した漏れインダクタンスの相当値を少なくとも利用して定めた制御器係数を備え、2個の三相巻線の相互誘導によって発生した高速モード電流の制御のための電圧指令値を生成する各三相巻線用の高速モード電流制御器と、
2個の三相巻線の相互誘導に起因した相互インダクタンスの相当値と自三相巻線の電流相等値とを少なくとも用いて、2個の三相巻線の相互誘導によって発生した低速モード電流の相殺のための自三相巻線用電圧指令値を生成する各三相巻線用の低速モード電流キャンセラとの、
異なる2個の機器(高速モード電流制御器と低速モード電流キャンセラ)の少なくとも1つを用いて、該電流制御装置を構成したことを特徴とする永久磁石同期形電動機駆動システム。A permanent magnet synchronous motor comprising a rotor having a permanent magnet and a stator having two three-phase windings (a self-three-phase winding and another three-phase winding);
A power converter that can simultaneously supply current to two three-phase windings;
A permanent magnet synchronous motor drive system comprising a current control device for controlling a current flowing in two three-phase windings via a power converter;
A controller coefficient determined by utilizing at least the equivalent value of the leakage inductance caused by the mutual induction of the two three-phase windings, and for controlling the high-speed mode current generated by the mutual induction of the two three-phase windings. A high-speed mode current controller for each three-phase winding that generates a voltage command value for
Low-speed mode current generated by mutual induction of two three-phase windings using at least the equivalent value of mutual inductance caused by the mutual induction of two three-phase windings and the current phase equivalent value of the own three-phase winding With a low-speed mode current canceller for each three-phase winding that generates a voltage command value for its own three-phase winding for offsetting
A permanent magnet synchronous motor drive system, wherein the current control device is configured by using at least one of two different devices (a high-speed mode current controller and a low-speed mode current canceller).
dq同期座標系上あるいはγδ準同期座標系上の各三相巻線の電流指令値と各三相巻線の電流応答値との差である各三相巻線の電流偏差をフィードバック制御的に処理し、dq同期座標系上あるいはγδ準同期座標系上の各三相巻線の電圧指令値を生成するように、該各三相巻線用高速モード電流制御器を構成したことを特徴とする請求項1記載の永久磁石同期形電動機駆動システム。The N-pole phase of the rotor permanent magnet is the d-axis phase, and a 2-axis orthogonal coordinate system having a q-axis phase advance of π / 2 [rad] with respect to the d-axis is a dq-synchronized coordinate system, and dq-synchronized. When a coordinate system according to the coordinate system is a γδ quasi-synchronous coordinate system,
Feedback control of the current deviation of each three-phase winding, which is the difference between the current command value of each three-phase winding and the current response value of each three-phase winding on the dq synchronous coordinate system or γδ quasi-synchronous coordinate system The high-speed mode current controller for each three-phase winding is configured to generate a voltage command value for each three-phase winding on the dq synchronous coordinate system or the γδ quasi-synchronous coordinate system. The permanent magnet synchronous motor drive system according to claim 1.
さらに、dq同期座標系上あるいはγδ準同期座標系上の該自三相巻線の電流相当値をi1〜とし、該他三相巻線の電流相当値をi2〜とし、2個(自と他)の三相巻線の相互誘導に起因した相互インダクタンスの相当値をM1d〜、M1q〜、M2d〜、M2q〜とするとき、
次式に従い自三相巻線用の中間信号φ1M〜を生成し、
生成の自三相巻線用の中間信号に対して、微分相当処理、速度乗算相当処理の少なくともいずれかの処理を施して、自三相巻線用電圧指令値を生成するように、
該各三相巻線用低速モード電流キャンセラを構成したことを特徴とする請求項1記載の永久磁石同期形電動機駆動システム。The N-pole phase of the rotor permanent magnet is the d-axis phase, and a 2-axis orthogonal coordinate system having a q-axis phase advance of π / 2 [rad] with respect to the d-axis is a dq-synchronized coordinate system, and dq-synchronized. When a coordinate system according to the coordinate system is a γδ quasi-synchronous coordinate system,
Furthermore, the current equivalent value of the three-phase winding the free-on the dq synchronization coordinate system or γδ quasi-synchronous coordinate system and i1 ~, the current equivalent value of the other three-phase windings i2 and ~ 2 (self DOO M1d ~ considerable value of the mutual inductance due to mutual induction of the three-phase windings of the other), M1q ~, M2d ~, when the M2Q ~,
According to the following equation to generate an intermediate signal Fai1M ~ for self three phase windings,
The intermediate signal for the generated three-phase winding is subjected to at least one of differentiation equivalent processing and speed multiplication equivalent processing to generate a voltage command value for the own three-phase winding.
2. The permanent magnet synchronous motor drive system according to claim 1, wherein the low-speed mode current canceller for each three-phase winding is configured.
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