JP3614109B2 - Combined current drive rotating electric machine - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複合電流駆動回転電機に関し、特に駆動電力供給用のインバータの損失を低減する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
電磁的に結合された複数の回転機構を用いて動力を伝達する装置としては、例えば特開平9−46965号公報に記載された装置がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の動力伝達装置においては、発電用および駆動用の回転機構にそれぞれ専用のインバータで電力供給を行っているので、発電または駆動の電力の全てがインバータを通過するようになっている。そのためインバータで発生する損失も必然的に大きくなるという問題があり、またこれに伴ってインバータの冷却装置も大型化してしまう、という問題があった。
【0004】
本発明は上記のごとき従来技術の問題を解決するためになされたものであり、インバータ損失を低減することの出来る複合電流駆動回転電機を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明においては特許請求の範囲に記載するように構成している。すなわち、請求項1においては、原動機に機械的に結合された入力軸と、前記入力軸に機械的に結合された第1ロータと、前記第1ロータと電磁気的に結合され、前記第1ロータに対して相対的に回転可能であり、かつ、出力軸に機械的に結合された第1ステータと、前記出力軸に機械的に結合された第2ロータと、前記第2ロータに電磁気的に結合され、外部に固定された第2ステータと、を備えた複合型の回転電機において、前記第1ステータのコイルと前記第2ステータのコイルとに共通の多相インバータから複合電流を供給することにより、前記第1ロータと前記第1ステータからなる第1回転電機と前記第2ロータと前記第2ステータからなる第2回転電機との間で、トルクと電力の授受を行い、かつ、第1ステータのコイルと第2ステータのコイルとの接続を請求項1に記載のような接続にしている。上記のように、請求項1においては、発電電流および駆動電流を共通のインバータから複合電流として供給することにより、インバータ内部で発生する損失は、各回転電機を専用のインバータで駆動した場合に各インバータ内部で発生する損失の和より小さくなるので、インバータにおける損失を低減することが出来る。
【0006】
また、第1ステータのコイルと第2ステータのコイルとの接続を請求項に記載のように接続することにより、第1ステータのコイルと第2ステータのコイルとを並列に接続して複合電流を供給した場合に、それぞれのコイルに必要な電流を分離して供給することが出来る。
【0007】
また、請求項においては、第1ステータのコイルに供給すべき電流と第2ステータのコイルに供給すべき電流との和の電流を多相インバータから供給するように構成している。
【0008】
また、請求項においては、第1ステータのコイルヘ供給している電流値に応じて、第2ステータのコイルヘ供給する電流の配分を、第2ステータの極対毎に決定するように構成している。
【0009】
また、請求項においては、第1ステータのコイルヘ供給している任意の相電流が多相インバータを形成するパワーデバイスの許容電流値に近づいた場合には、該相以外の相へ選択的に第2ステータへの電流を流すように構成している。
【0010】
【発明の効果】
請求項1においては、二つの回転電機に複合電流を供給する共通のインバータ内部で発生する損失は、各回転電機を専用のインバータで駆動した場合に各インバータ内部で発生する損失の和より小さくなるので、インバータにおける損失を低減することが出来、伝達効率をさらに向上させることが出来る。また、インバータにおける損失を軽減できることにより、パワーデバイスで発生する熱をも低減できるので冷却装置を小型化できる。また、インバータを多相としたことにより、どれか一つのアームが破損しても残りの相で回転させることが出来る、等の効果が得られる。
【0011】
また、請求項に記載のように接続することにより、インバータから複合電流を供給するだけで、第1ステータのコイルと第2ステータのコイルへの電流が自然に配分出来るので、二つのステータコイルにおける同極のコイルをそれぞれ並列に接続した場合における無効な電流を抑制し、全体の効率を向上させることが出来る。
また、請求項においては、第1ステータのコイルと第2ステータのコイルとの有効な電流の和とすることで、不必要な電流を流すことなく、所定のトルクが得られる。
また、請求項、請求項においては、インバータのパワーデバイスに通電する電流を均一化することが出来る。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の一実施例の全体構成を示すブロック図(一部は断面模式図)である。
図1に示した複合電流駆動回転電機は、原動機1(例えば内燃機関)の出力トルクを伝達するための入力軸2と、この入力軸2に機械的に結合された第1ロータ3と、第1ロータ3と電磁気的に結合され、第1ロータ3に対して相対的に回転可能であり、かつ、出力軸8に機械的に結合された第1ステータ4と、出力軸8に機械的に結合された第2ロータ5と、第2ロータ5に電磁気的に結合され、外部(例えば外枠)に固定された第2ステータ6と、第1ステータ4のコイルに電力を供給するためのスリップリング7と、第1ステータ4と第2ロータ5の出力トルクを外部へ伝達するための出力軸8と、を備えている。そして第1ロータ3と第1ステータ4は第1回転電機を構成し、第2ロータ5と第2ステータ6は第2回転電機を構成している。また、第1ステータ4と第2ステータ6のコイルは、それぞれの相が並列に接続され、共通の多相インバータ11に接続されている。なお、第1ステータ4と第2ステータ6のコイルの接続方法については詳細を後述する。また、第1ロータ3(したがって原動機1および入力軸2)の回転角度および回転数(回転速度)を検出する第1エンコーダ9と第2ロータ5(したがって第1ステータ4および出力軸8)の回転角度および回転数(回転速度)を検出する第2エンコーダ10が設けられている。
【0013】
多相インバータ11は、直流電源14とDCリンクコンデンサ15とパワーデバイスからなる。パワーデバイスはトランジスタとダイオードの並列回路が2個直列に接続された回路が相数分並列に接続された回路であり、各相の2個のトランジスタに逆位相のゲート信号が与えられる。そのため一方のトランジスタがオンの時には他方はオフになり、直流電源14の+側のトランジスタがオンになっている相に電流が流れることになる。多相インバータ11の出力電流は電流センサ12で検出される。3相交流の場合には第1回転電機と第2回転電機のそれぞれについて2相分ずつ合計4個の電流センサを設ける。また、直流電源14の電圧は電圧センサ13で検出する。
【0014】
上記の第1エンコーダ9、第2エンコーダ10、電流センサ12および電圧センサ13の信号は、多相インバータ複合電流コントローラ16へ送られる。上位コントローラ17は、例えば車両制御の基本コントローラであり、アクセルペダルの操作量や車速などから必要な目標出力トルク信号(および原動機目標回転数)を生成して多相インバータ複合電流コントローラ16へ送る。多相インバータ複合電流コントローラ16は上記のような種々の入力信号に基づいて複合電流駆動回転電機を制御するためのゲート信号を演算し、それを多相インバータ11へ送る。
【0015】
次に図1の装置の作用を説明する。
原動機1からの入力トルクにより、これと機械的に接続された第1ロータ3が回転する。このとき第1ステータ4ヘスリップリング7を通じて、第1ロータ3の回転数(すなわち入力軸2の回転数)と出力軸8の回転数との差の周波数を持った3相電流を通電することにより、第1ロータ3のトルクと逆向きで大きさが等しいトルクを出力軸8に発生させることが出来る。このとき原動機1で発生しているトルクと第1ロータ3の回転数、および出力軸8の回転数に応じて第1ロータ3はステータ4を通じて発電、電動を行うことが出来る。このように、
第1ロータ3の回転数(入力軸2の回転数)>出力軸8の回転数
であれば、両者の差の周波数の電流を通電することで原動機1の発生エネルギーの一部を回生することが出来る。このとき前記回生エネルギーを用いて、第2ステータ6のコイルへ3相電流を通電することでトルクアシストが可能となる。第2ロータ5は力行状態(外部を駆動する状態)に有り、多相インバータ11からエネルギーを放出していることになる。二つの回転電機に複合電流を供給する共通のインバータ内部で発生する損失は、各回転電機を専用のインバータで駆動した場合に各インバータ内部で発生する損失の和より小さくなるので、インバータにおける損失を低減することが出来、伝達効率をさらに向上させることが出来る。
【0016】
以下、多相インバータ複合電流コントローラ16の詳細について説明する。 図2は、多相インバータ複合電流コントローラ16の一例を示すブロック図である。
図2において、多相インバータ複合電流コントローラ16に入力する信号のうち、第1ロータ回転数(実際値)および第1ロータ回転角は、前記第1エンコーダ9からの信号である。同様に、第2ロータ回転数および第2ロータ回転角は、前記第2エンコーダ10からの信号である。また、原動機目標回転数と目標出力トルクは上位コントローラ17からの信号である。また、相電流は電流センサ12からの信号であり、直流電源14の電圧は電圧センサ13からの信号である。
【0017】
まず、目標トルク演算部20では、原動機目標回転数と第1ロータ回転数とを用いて、第1ロータ目標トルクを演算する。次に、第1目標電流演算部21では、第1ロータ目標トルクから第1ステータについての目標d軸電流▲1▼、目標q軸電流▲2▼を算出する。このとき第1目標電流演算部21では第1ロータ回転数と第2ロータ回転数の差回転数を用いている。
【0018】
次に、第2目標電流演算部22においては、目標出力トルクと第1ロータ目標トルクとの差をとることで第2ロータの目標トルクを決定し、それと第2ロータ回転数とを用いて第2ステータについての目標d軸電流▲3▼、目標q軸電流▲4▼を算出する。また、電流分離演算部23では、検出された全体の相電流から第1ステータ電流と第2ステータ電流との二つの成分を分離する。
【0019】
次に、電流変換演算部24では、電流分離演算部23で検出された第1ステータ相電流を、第1ロータと第2ロータとの回転数差を用いてロータ相対位置を決定することで、第1ステータについてのd軸電流、q軸電流へ変換する。同様に、電流分離演算部23で検出された第2ステータ相電流を、第2ロータ回転数(角)を用いてロータ位置(角度)を求めることで、第2ステータについてのd軸電流、q軸電流へ変換する。
【0020】
次に、第1目標電圧演算部25では、第1目標電流演算部21で求めた第1ステータについての目標d軸電流▲1▼、目標q軸電流▲2▼と、電流変換演算部24で求めた第1ステータについての実際のd軸電流、q軸電流から、第1ステータについての目標d軸電圧と目標q軸電圧を演算する。同様に、第2目標電圧演算部26では、第2目標電流演算部22で求めた第2ステータについての目標d軸電流▲3▼、目標q軸電流▲4▼と、電流変換演算部24で求めた第2ステータについての実際のd軸電流、q軸電流から、第2ステータについての目標d軸電圧と目標q軸電圧を演算する。
【0021】
次に、複合電圧生成部27は、第1ステータについての目標d軸電圧と目標q軸電圧を3相電圧に変換する第1変換部29、第2ステータについての目標d軸電圧と目標q軸電圧を3相電圧に変換する第2変換部30および両者の和を求める加算部31からなり、第1ロータ回転角と第2ロータ回転角とを用いて、両ステータについての目標d軸電圧と目標q軸電圧を3相電圧に変換した後、それらの和を求めることで複合電圧目標値を生成する。
【0022】
次に、正規化および補正部28では、直流電源14の電圧を用いて複合電圧目標値を正規化し、デッドタイム補償を付加してPWM被変調信号を生成する。このPWM被変調信号をキャリア信号(例えば三角波信号)で変調することにより、多相インバータ11を駆動するPWMのゲート信号を出力する。
【0023】
上記のようにして生成したゲート信号を用いて多相インバータ11のパワーデバイス(スイッチング素子)を開閉することにより、相互に並列に接続された第1ステータ4と第2ステータ6の各コイルに、それぞれ必要な電流を供給することが出来る(詳細後述)。
【0024】
次に、図3は本発明の他の実施例を示すブロック図である。図3は前記図2に示した回路に追加する部分を示し、図2の部分は複合電圧生成部27の部分のみを示す。
【0025】
本発明においては、共通の多相インバータ11から並列に接続された第1ステータ4と第2ステータ6のコイルへ複合電流を供給するようになっている。したがって、3相のうちの或る相について第1ステータ4と第2ステータ6の両方で供給すべき電流が大きくなると、多相インバータ11のパワーデバイスの素子の負担が不均衡になる。例えば、第1ロータ3の回転数と第2ロータ5の回転数との差(以下スリップ回転数と記す)が小さく、また原動機1の発生トルクが大きい場合には、低周波数の大電流が第1ステータ4のコイルヘ通電されることになる。このように第1ステータ4に大電流が流れる場合には、第1ステータ4のコイルヘ供給している電流値に応じて、第2ステータ6のコイルヘ供給する電流の配分を、第2ステータ6の極対毎に決定することにより、多相インバータ11のパワーデバイスに通電する電流を均一化することが出来る。
【0026】
図3において、最小電流相演算部33では、第1ステータの実際のU相、V相、W相電流を比較して、3極対(極対数が3の回転電機の場合、詳細後述)のうち、電流値の小さい極を検出する。そして第2ステータ通電極探索部34では、上記電流値の小さい極を、第2ステータへ大きな電流を流し得る極として探索する。上記のように、第1ステータ4に流れる電流が小さい相の第2ステータに対してのみ大きな電流を流すようにする。
【0027】
まず、電流分離演算部35では、検出された全体の相電流から第2ステータ電流の成分を分離する。次に、目標電流演算部36においては、第2ステータ電流値と第2ロータ回転数とを用いて第2ステータについての目標d軸電流、目標q軸電流を算出する。
【0028】
また、電流変換演算部37では、第2ロータヘのトルク指令値と第2ロータ回転数とを用いて、1極対当たりの目標d軸電流、目標q軸電流を算出する。そして目標電圧演算部38では、目標電流演算部36で求めた第2ステータについての目標d軸電流、目標q軸電流と、電流変換演算部37で求めた目標d軸電流、目標q軸電流から第2ステータについての目標d軸電圧と目標q軸電圧を演算する。
【0029】
分配演算部39では、第2ステータについての目標d軸電圧と目標q軸電圧を3相電圧に変換した後、その値と第2ステータ通電極探索部34で求めた大きな電流を流し得る極とに応じて、第2ステータのコイルに通電する電流量を分配する。例えば、図3の分配演算部39の出力に示すように、第1ステータに流れる電流の大きな2極については目標電圧を小さく(例えば0)とし、第1ステータに流れる電流の小さな1極については目標電圧を大きくする。なお、上記の大電流を通電する極についての補正は、例えば計算された電流値を整数倍する補正が考えられる。
【0030】
上記の目標電圧を、複合電圧生成部27に設けた切換部32を介して、図2の第2変換部30から送られる第2ステータについての3相電圧と切り替え、それと第1ステータについての3相電圧との和を求めることで複合電圧目標値を生成する。なお、切換部32は、第1ステータ電流の大きさ等に応じた切換信号によって切り替えるようにし、例えば第1ステータ電流が所定値以上の場合に、補正した目標電圧を選択するように構成する。
【0031】
上記のように、通常の第2ステータについての目標電圧の代わりに、第1ステータ電流が少ない相に大きな電流配分を行った目標電圧を用いることにより、多相インバータ11のパワーデバイスに通電する電流を均一化することが出来る。
【0032】
次に、図4は、図3に示した回路のより具体的な実施例であり、第1ステータ4のコイルヘ供給している任意の相電流が多相インバータ11を形成するパワーデバイスの許容電流値に近づいた場合に、該相以外の相へ選択的に第2ステータへの電流を流すように構成した例である。
この場合には、図1の電流センサ12は、9相(3相×3)の各相について電流を検出するものとする。
【0033】
第1ステータ4に低周波、大電流を通電されている場合において、3相交流故に或る1相の電流が小さい場合は、他の2相については大きな電流が比較的長時間流れている。よって2相分については第1ステータ4ヘ大きな電流を供給し、残りの1相には第2ステータ6へ大きな電流を供給するように配分すれば、多相インバータ11全体としての電流不均衡を解消することが出来る。
【0034】
図4において、電流判断部40では、複合電流の9相の各々について、第1ステータ4の実際の電流値と多相インバータ11のパワーデバイスの許容電流との差を求め、この値が所定値よりも小さい場合、つまり第1ステータ4に流れる電流のみでパワーデバイスの許容電流が飽和しそうな場合には、複合電圧生成部27内に設けた切換部32を切換えることにより、許容電流が飽和しそうな相については第2ステータ6ヘ供給する電流を停止する。そして第1ステータ4の電流が小さい相に対してのみ第2ステータ6ヘ大きな電流を流す。
【0035】
電流値の演算は前記図3と同様であり、第2ロータヘのトルク指令値から、1極対当たりの目標d軸電流、目標q軸電流を算出し、実際のd軸電流、q軸電流から目標電圧を生成する。その結果、多相インバータ11(この場合9相とする)の内の6相分については第1ステータ4ヘ給電し、3相分(第1ステータ4の電流が少ない相)については第2ステータ6ヘ給電する。
【0036】
次に1相分が第1ステータ4へ通電し、これが大きな場合は、残りの2相についてはこれの半分の電流が通電されているから、第2ステータ6ヘは2極対分の電流を通電する。まず前記した1極対で出し得るd軸電流、q軸電流を計算し、2極対においてもこれ以上のトルクを出さないように目標d軸電流、目標q軸電流を2極対モータとして演算する。後は実際のd軸電流、q軸電流から目標d軸電圧、目標q軸電圧を生成する。このとき9相インバータの内3相分については第1ステータ4ヘ給電し、6相分については第2ステータ6ヘ給電していることになる。
【0037】
次に、図1における第1ステータ4と第2ステータ6のコイルの接続方法について詳細に説明する。
複合型の回転電機としては、本出願人が以前に出願した特開平11−275826号公報に記載されたものがある。本発明の回転電機におけるロータ磁極やステータコイルの配置等は基本的には上記文献と同様である。また、本出願人が以前に出願した特願平11−351613号および特願2000−358004号(何れも未公開)においては、ステータコイルとロータをそれぞれ独立に有する複合回転電機で、二つのロータと、それぞれのロータに対峙するステータとを有し、それぞれのステータに設けるコイルに、自己のロータと相関のある位相の電流は流れ、相手方は同相で電流が流れない相となるように両方のステータのコイルの各相をそれぞれ並列に接続してインバータの対応する相に接続し、インバータから複合電流を供給して両方のロータを独立に制御することにより、二つのステータコイルにおける同極のコイルをそれぞれ並列に接続した場合における無効な電流を抑制し、全体の効率を向上させた回転電機が記載されている。
【0038】
上記の回転電機においては、一方のロータをモータとして、他方をジェネレータとして運転する場合に、モータ駆動電力と発電電力の差の分の電流を共通のコイルに流すだけでよいので、効率を大幅に向上させることができる。また、二つのステータコイルに対してインバータが1つでよくなり、さらにロータの一方をモータとして、残りをジェネレータとして運転する場合には、上記のように、モータ駆動電力と発電電力の差の分の電流を共通のコイルに流すだけでよくなることから、インバータの電力スイッチングトランジスタのキャパシタンスを減らすことができ、これによってスイッチング効率が向上し、より全体効率が向上する。しかし、単に二つの回転電機のステータコイルを並列にインバータの出力に接続した場合には、一方のロータを駆動すべき電流が他方のステータコイルにも流れる。この電流はロータの回転と相関がないので、当該回転電機の駆動力発生には寄与しない。そしてこのような無効な電流が流れると銅損等の損失が発生するので、回転電機全体の効率が低下し、かつ発熱の増大等の悪影響が生じる。上記先行出願は中立点の接続を変えることにより、上記の問題を解決したものであり、本発明における二つのステータと多相インバータとの接続方法は基本的に上記と同様の考察に基づいている。
【0039】
以下、詳細に説明する。
図5〜図8は、本発明における接続方法を説明するための回路図であり、図5はコントローラとドライバを示す回路図、図6は12相インバータを示す回路図、図7は12相インバータとステータコイルの結線を示す回路図、図8はドライバの1相分を示す回路図である。図5と図6の回路はa、a’、b、b’…、l、l’の同符号の部分で相互に接続されており、また、図6と図7の回路は1〜12の同符号の部分で相互に接続されている。なお、図5のコントローラ50は図1の多相インバータ複合電流コントローラ16の一部に相当し、図6は図1の多相インバータ11に相当する。
【0040】
図5において、50はコントローラ、51はドライバである。コントローラ50は信号源52、加算器53(Σを丸で囲んだ記号)、サンプルホールド回路54から構成されている。信号源52はそれぞれ図2の第1変換部29と第2変換部30の出力に相当し、加算器53はそれぞれ図2の加算部31に相当する。
【0041】
上記のように信号源52は各相の電圧指令値を示し、U、V、W、A、B、C、Dの各相における電圧指令値VU、VV、VW、VA、VB、VC、VDは下記のとおりである。
VU=V1sin(θ1)
VV=V1sin(θ1−120°)
VW=V1sin(θ1−240°)
VA=V2sin(θ2)
VB=V2sin(θ2−90°)
VC=V2sin(θ2−180°)
VD=V2sin(θ2−270°)
ただし、θは各回転電機の回転角度(ロータ回転角度)で定まる。また、V1とV2の単位は%であり、いわゆるPWM制御における変調率である。
【0042】
加算器53はU、V、WとA、B、C、Dの両電圧指令値をそれぞれ加算して出力する。
サンプルホールド回路54は、各加算器53の出力をサンプルホールドして出力する。なお、このサンプルホールド回路54はディジタル制御では必要であるが、アナログ制御の場合には不要である。
【0043】
次に、ドライバ51は、図8に示したように、サンプルホールド回路54または加算器53(アナログ制御の場合)の出力と、三角波発振器55からの三角波信号(キャリア信号)とを比較することによってPWM信号を出力する比較器61と、そのPWM信号を反転して出力するインバータ62から構成され、このような回路が相数分(この場合には12相分)だけ設けられている。各相の比較器61の出力が正相信号a、b、…、lとなり、各相のインバータ62の出力(反転信号)がa’、b’、…、l’となる。
【0044】
次に、図6に示す多相インバータは、直流電源56、コンデンサ57および各相にそれぞれ2個のスイッチング回路58から構成される。スイッチング回路58はトランジスタとダイオードの並列回路で構成される。各相において、2個のスイッチング回路が直列に接続され、一方のゲート端子にはドライバ51の正相信号(a、b、…、l)が与えられ、他方のゲート端子には反転信号(a’、b’、…、l’)が与えられる。したがって2個のスイッチング回路の一方がオンのときは他方はオフになり、直流電源56の+側に近いスイッチング回路がオンになった相に電流が流れることになる。図6右端の1〜12は、それぞれ各相の出力端子を示す。
【0045】
次に、図7は、2つの回転電機におけるインバータとステータコイルの接続を示す図であり、一方の回転電機を第1回転電機59(図1の第1ロータ3と第1ステータ4からなる回転電機に相当)、他方の回転電機を第2回転電機60(図1の第3ロータ5と第2ステータ6からなる回転電機に相当)と記す。なお、極対数とはロータに設けた磁極の対(NとSで1対)の数を意味する。また、コイルの電気的極数とは駆動電流の相数と極対数との積の値であり、ステータコイルの数に相当する。
【0046】
図7において、

Figure 0003614109
である。すなわち、この場合は極対数が4で相数が3の回転電機と極対数が3で相数が4の回転電機とを複合する場合を示す。
【0047】
図9は、上記の複合回転電機に適合する第1回転電機と第2回転電機のステータコイルの結線例を示す第1の回路図である。なお、図7におけるコイル番号(1.1)(1.2)(1.3)等と図9の同符号を付したコイルとは同じものを示す。
【0048】
以下、図9に基づいて結線方法を説明する。
まず、第1回転電機59のステータにおいて、12個のコイルに、1から3の間で循環する相番号を任意のコイル(図9では一番上のコイル)から順に付与する。また、12個のコイルを、相番号の異なる3個のコイルを1組含む4個のグループに分け、各グループに1から4までのグループ番号を付与する。図9では、各コイルのグループ番号と相番号を(グループ番号、相番号)で表記している。この場合にはグループ番号が1〜4、相番号が1〜3であるから、各コイルは次に4グループに分けられる。
第1グループ (1.1)(1.2)(1.3)
第2グループ (2.1)(2.2)(2.3)
第3グループ (3.1)(3.2)(3.3)
第4グループ (4.1)(4.2)(4.3)
そして同一グループに属する各コイルの終端(インバータに接続される端子ではない方)は相互に結線されている。すなわち、第1回転電機59のステータコイルはY結線されている。
【0049】
次に、第2回転電機60のステータにおいて、12個のコイルに、1から4の間で循環する相番号を任意のコイル(図9では一番上のコイル)から順に付与する。また、12個のコイルを、相番号の異なる4個のコイルを1組含む3個のグループに分け、各グループに1から3までのグループ番号を付与する。図9では、各コイルのグループ番号と相番号を(グループ番号、相番号)で表記している。この場合にはグループ番号が1〜3、相番号が1〜4であるから、各コイルは次の3グループに分けられる。
第1グループ (1.1)(1.2)(1.3)(1.4)
第2グループ (2.1)(2.2)(2.3)(2.4)
第3グループ (3.1)(3.2)(3.3)(3.4)
そして同一グループに属する各コイルの終端(中立点)は互いに結線されている。すなわち、第2回転電機60のステータコイルはY結線されている。
【0050】
次に、図6に示した12個の出力端子を有する12相インバータの同一の端子に、第1回転電機59のコイル(i.j)と第2回転電機60のコイル(j.i)とを接続する。すなわち、
第1回転電機のコイル(1.1)の端子1と第2回転電機のコイル(1.1)の端子1とを12相インバータの端子1に共通に接続
第1回転電機のコイル(1.2)の端子2と第2回転電機のコイル(2.1)の端子5とを12相インバータの端子2に共通に接続
第1回転電機のコイル(1.3)の端子3と第2回転電機のコイル(3.1)の端子9とを12相インバータの端子3に共通に接続


第1回転電機のコイル(4.3)の端子12と第2回転電機のコイル(3.4)の端子12とを12相インバータの端子12に共通に接続
なお、上記の結線は図7と同様である。
【0051】
次に、上記のように結線した複合回転電機の電流制御について説明する。
まず、第1回転電機59のみを駆動(U相、V相、W相による3相駆動)する場合には、第1回転電機59の相番号が1であるコイルにU相、相番号が2であるコイルにV相、相番号が3であるコイルにW相の電流がそれぞれ流れるように12相インバータによって各コイルの端子電圧を制御する。これにより、4個の極対を有する回転磁界が発生する。
このとき、第2回転電機60のコイル端子にも電圧が印加されるが、グループ番号が1である第2回転電機のコイルの端子全てにU相の電圧が、グループ番号が2である第2回転電機のコイルの端子全てにV相の電圧が、グループ番号が3である第2回転電機のコイルの端子全てにW相の電圧がそれぞれ印加され、かつ、各グループ内のコイルの終端は相互に接続されているため、第2回転電機60のコイルには電流が流れない。
【0052】
次に、第2回転電機60のみを駆動(A相、B相、C相、D相による4相駆動)する場合には、第2回転電機60の相番号が1であるコイルにA相、相番号が2であるコイルにB相、相番号が3であるコイルにC相、相番号が4であるコイルにD相の電流がそれぞれ流れるように12相インバータによって各コイルの端子電圧を制御する。これにより、3個の極対を有する回転磁界が発生する。
このとき、第1回転電機59のコイル端子にも電圧が印加されるが、グループ番号が1である第1回転電機59のコイルの端子全てにA相の電圧が、グループ番号が2である第1回転電機59のコイルの端子全てにB相の電圧が、グループ番号が3である第1回転電機59のコイルの端子全てにC相の電圧が、グループ番号が4である第1回転電機59のコイルの端子全てにD相の電圧がそれぞれ印加され、かつ、各グループ内のコイルの終端は相互に接続されているため、第1回転電機59のコイルには電流が流れない。
【0053】
次に、第1回転電機59と第2回転電機60とを同時に駆動する場合には、第1回転電機59のコイル(1.1)にU相の電流が流れ、かつ、第2回転電機60のコイル(1.1)にA相の電流が流れるような電圧が12相インバータの端子1に出力されるようにする。このとき、12相インバータの端子1にはU相電流とA相電流とが複合された複合電流が流れることになる。同様に、12相インバータの端子2にはV相電流とA相電流との複合電流が流れ、12相インバータの端子3にはW相電流とA相電流との複合電流が流れる。この場合も、第1回転電機59のコイルにはU相、V相、W相の電流のみが流れ、第2回転電機60のコイルにはA相、B相、C相、D相のみが流れる。
【0054】
また、第1回転電機59と第2回転電機60に、上記のような電流を供給する電流制御装置は、前記図5と図6に示したような構成を有し、下記のような電流を供給する。すなわち、
相番号1に対応する各回転電機の制御電流をそれぞれの基準とした際に、
相番号jに対応する第1回転電機用の制御電流は基準に対して360度×(j−1)/m1だけ位相が異なる電流とし、
相番号iに対応する第2回転電機用の制御電流は基準に対して360度×(i−1)/m2だけ位相が異なる電流とし、
グループ番号がiで相番号がjである第1回転電機のステータコイルとグループ番号がjで相番号がiである第2回転電機のステータコイルとが接続された端子に、相番号jに対応する第1回転電機用の制御電流と相番号iに対応する第2回転電機用の制御電流とを複合して得られる複合電流が流れるように端子電圧を制御するものである。
【0055】
上記のように本実施の形態の複合回転電機においては、それぞれの回転電機のロータ回転に同調する電流だけが各回転電機のステータコイルに流れるので、各ステータコイルで発生する銅損は各回転電機を専用のインバータで駆動した場合の銅損と同程度になる。また、インバータ内部には複合電流が流れており、このインバータ内部で発生する損失は、各回転電機を専用のインバータで駆動した場合に各インバータ内部で発生する損失の和より小さくなる。これは、各回転電機の制御電流の電流平均値を個別に算出して和を求めた値よりも各回転電機の制御電流を複合して得られる複合電流の電流平均値の方が小さくなることによる。
【0056】
次に、図10はステータコイルの結線を示す第2の回路図である。この回路図は図9に示した回路において、第1回転電機59と第2回転電機60のステータコイルの結線を△結線としたものであり、それ以外は図9と同じである。
【0057】
次に、図11はステータコイルの結線を示す第3の回路図である。
図11において、第1回転電機59においては、各グループ内に含まれるコイルの番号は図9と同様で、例えば第1グループは(1.1)(1.2)(1.3)であるが、この場合には、端子1のコイルが(1.1)、端子5のコイルが(1.2)、端子9のコイルが(1.3)になる。
同様に、第2回転電機60においても、第1グループは端子1のコイルが(1.1)、端子10のコイルが(1.2)、端子7のコイルが(1.3)、端子4のコイルが(1.4)になる。
【0058】
図11に示したように、定義した「グループ」は必ずしも隣接するコイルで構成されている必要はない。要は異なる相の電流を流すべきコイルがk1(k2)個(この例では1個)づつ含まれるようにすればよい。
【0059】
また、図11の例では同一グループのコイルが120度づつ、あるいは90度づつ離れているが、このような配置も必須ではない。このような配置は、4極対3相と3極対4相との組合せにおいて「自己の電流は流れ、相手方の電流が流れない」ことを完全に実現し、かつ、各回転電機のコイル端子の1と1、2と2、3と3、…、を接続することができるという一例である。
【0060】
次に、図12〜図14は、結線方法を示す他の実施例における回路図であり、図12はコントローラとドライバを示す回路図、図13は9相インバータを示す回路図、図14は9相インバータとステータコイルの結線を示す回路図である。図12と図13の回路はa、a’、b、b’…、i、i’の同符号の部分で相互に接続されており、また、図13と図14の回路は1〜9の同符号の部分で相互に接続されている。なお、各回路の構成要素は前記図5〜図7と同様であり、相数が12相から9相に代わった部分が異なる。
【0061】
図14において、
Figure 0003614109
である。すなわち、この場合は極対数が3で相数が3の回転電機と極対数が3で相数が3の回転電機とを複合する場合を示す。
【0062】
図15は、上記の複合回転電機に適合する第1回転電機と第2回転電機の結線例を示す第1の回路図である。なお、図14におけるコイル番号(1.1)(1.2)(1.3)等と図15の同符号を付したコイルは同じものを示す。
【0063】
以下、図15に基づいて結線方法を説明する。
まず、第1回転電機59において、9個のコイルに、1から3の間で循環する相番号を任意のコイル(図15では一番上のコイル)から順に付与する。また、9個のコイルを、相番号の異なる3個のコイルを1組含む3個のグループに分け、各グループに1から3までのグループ番号を付与する。図15では、各コイルのグループ番号と相番号を(グループ番号、相番号)で表記している。この場合にはグループ番号が1〜3、相番号が1〜3であるから、各コイルは次に3グループに分けられる。
第1グループ (1.1)(1.2)(1.3)
第2グループ (2.1)(2.2)(2.3)
第3グループ (3.1)(3.2)(3.3)
そして同一グループに属する各コイルの終端(インバータに接続される端子ではない方)は互いに結線されている。すなわち、第1回転電機59のステータコイルはY結線されている。ただし、前記図10と同様に△結線も可能である。
【0064】
同様に第2回転電機60においても9個のコイルを第1〜第3グループに分ける。この場合にも同一グループに属する各コイルの終端(インバータに接続される端子ではない方)は互いに結線されており、第2回転電機60のステータコイルはY結線されている。ただし、前記同様に△結線も可能である。
【0065】
次に、9個の出力端子を有する9相インバータの同一の端子に、第1回転電機59のコイル(i.j)と第2回転電機60のコイル(j.i)とを接続する。 すなわち、
第1回転電機59のコイル(1.1)の端子1と第2回転電機60のコイル(1.1)の端子1とを9相インバータの端子3に共通に接続
第1回転電機59のコイル(1.2)の端子2と第2回転電機60のコイル(2.1)の端子4とを9相インバータの端子2に共通に接続
第1回転電機59のコイル(1.3)の端子3と第2回転電機60のコイル(3.1)の端子7とを9相インバータの端子1に共通に接続


第1回転電機のコイル(3.3)の端子9と第2回転電機のコイル(3.3)の端子9とを9相インバータの端子7に共通に接続
なお、上記の結線は図14と同様である。
【0066】
次に、上記のように結線した複合回転電機の電流制御について説明する。
まず、第1回転電機59のみを駆動(u相、v相、w相による3相駆動)する場合には、第1回転電機59の相番号が1であるコイルにw相、相番号が2であるコイルにv相、相番号が3であるコイルにu相の電流がそれぞれ流れるように9相インバータによって各コイルの端子電圧を制御する。これにより、3個の極対を有する回転磁界が発生する。
このとき、第2回転電機60のコイルの端子にも電圧が印加されるが、グループ番号が1である第2回転電機60のコイルの端子全てにw相の電圧が、グループ番号が2である第2回転電機60のコイルの端子全てにv相の電圧が、グループ番号が3である第2回転電機60のコイルの端子全てにu相の電圧がそれぞれ印加され、かつ、同一グループ内の各コイルの他端は相互に接続されているため、第2回転電機60のコイルには電流が流れない。
【0067】
次に、第2回転電機60のみを駆動(U相、V相、W相による3相駆動)する場合には、第2回転電機60の相番号が1であるコイルにU相、相番号が2であるコイルにV相、相番号が3であるコイルにW相の電流がそれぞれ流れるように9相インバータによって各コイルの端子電圧を制御する。これにより、3個の極対を有する回転磁界が発生する。
このとき、第1回転電機59のコイルの端子にも電圧が印加されるが、グループ番号が1である第1回転電機59のコイルの端子全てにU相の電圧が、グループ番号が2である第1回転電機59のコイルの端子全てにV相の電圧が、グループ番号が3である第1回転電機59のコイルの端子全てにW相の電圧がそれぞれ印加され、かつ、同一グループ内の各コイルの他端は相互に接続されているため、第1回転電機59のコイルには電流が流れない。
【0068】
次に、第1回転電機59と第2回転電機60とを同時に駆動する場合には、第1回転電機59のコイル(1.3)にu相の電流が流れ、かつ、第2回転電機60のコイル(3.1)にU相の電流が流れるような電圧が9相インバータの端子1に出力されるようにする。このとき、9相インバータの端子1にはu相電流とU相電流とが複合された複合電流が流れることになる。同様に、9相インバータの端子2にはv相電流とV相電流との複合電流が流れ、9相インバータの端子3にはw相電流とW相電流との複合電流が流れる。この場合も、第1回転電機59のコイルにはu相、v相、w相の電流のみが流れ、第2回転電機60のコイルにはU相、V相、W相のみが流れる。
【0069】
また、第1回転電機59と第2回転電機60に、上記のような電流を供給する電流制御装置は、前記図12と図13に示したような構成を有し、下記のような電流を供給する。すなわち、
相番号1に対応する各回転電機の制御電流をそれぞれの基準とした際に、
相番号jに対応する第1回転電機用の制御電流は基準に対して360度×(j−1)/m1だけ位相が異なる電流とし、
相番号iに対応する第2回転電機用の制御電流は基準に対して360度×(i−1)/m2だけ位相が異なる電流とし、
グループ番号がiで相番号がjである第1回転電機のステータコイルとグループ番号がjで相番号がiである第2回転電機のステータコイルとが接続された端子に、相番号jに対応する第1回転電機用の制御電流と相番号iに対応する第2回転電機用の制御電流とを複合して得られる複合電流が流れるように端子電圧を制御するものである。
この実施の形態においては、複合回転電機を構成する2つの回転電機におけるロータ極対数が同じなっているが、このような構成でも本発明を適用することが可能である。
【0070】
次に、図16は、ステータコイルの結線を示す他の回路図である。
図16において、
Figure 0003614109
である。すなわち、この場合は極対数が6で相数が3の回転電機と極対数が3で相数が3の回転電機とを複合する場合を示す。
【0071】
以下、図16に基づいて結線方法を説明する。
まず、第1回転電機59では、18個のコイルに、1から3の間で循環する相番号を任意のコイル(図16では一番上のコイル)から順に付与する。そして18個のコイルを、相番号の異なる3個のコイルを2組含む3個のグループに分け、各グループに1から3までのグループ番号を付与する。そして同一グループ内で相番号が等しい2つのコイルを接続する。また、各グループ内のコイルの終端は相互に接続する。したがってこの回路はY結線となる。ただし、前記と同様に△結線も可能である。
【0072】
また、第2回転電機60においては、9個のコイルに、1から3の間で循環する相番号を任意のコイル(図16では一番上のコイル)から順に付与する。そして9個のコイルを、相番号の異なる3個のコイルを1組含む3個のグループに分け、各グループに1から3までのグループ番号を付与する。また、各グループ内のコイルの終端は相互に接続する。したがってこの回路はY結線となる。ただし、前記と同様に△結線も可能である。
【0073】
次に、9個の出力端子を有する9相インバータの同一の端子に、第1回転電機のコイル(i.j)と第2回転電機のコイル(j.1)とを接続する。
すなわち、
第1回転電機59の2つのコイル(1.1)の端子1と第2回転電機60のコイル(1.1)の端子1とを9相インバータの端子3に共通に接続
第1回転電機59の2つのコイル(1.2)の端子2と第2回転電機60のコイル(2.1)の端子4とを9相インバータの端子2に共通に接続
第1回転電機59の2つのコイル(1、3)の端子3と第2回転電機60のコイル(3.1)の端子7とを9相インバータの端子1に共通に接続


第1回転電機59の2つのコイル(3.3)の端子9と第2回転電機60のコイル(3.3)の端子9とを9相インバータの端子7に共通に接続する。
【0074】
なお、図16の回路における電流制御は、図15の説明と同様である。ただし、第1回転電機59では6個の極対を有する回転磁界が発生する。
【0075】
これまで説明してきた接続方法を纏めると下記のようになる。すなわち、
極対数がP1であるロータと、集中巻されたs1個のステータコイルとを備え、相数m1の交流電流によって駆動される第1回転電機と、
極対数がP2であるロータと、集中巻されたs2個のステータコイルとを備え、相数m2の交流電流によって駆動される第2回転電機と、からなる複合回転電機であって、
第1回転電機と第2回転電機との間には、
s1=P1×m1、s2=P2×m2
P1=k1×m2、P2=k2×m1 ただしk1、k2は自然数
p1=P1/k1、p2=P2/k2としたとき、
p1×m1=p2×m2
の関係が成立し、
第1回転電機のs1個のステータコイルに、1からm1の間で循環する相番号を任意のステータコイルから順に付与し、かつ、s1個のステータコイルを、相番号の異なるm1個のステータコイルをk1組含むp1個のグループにグループ分けし、各グループに1からp1までのグループ番号を付与し、
第2回転電機のs2個のステータコイルに、1からm2の間で循環する相番号を任意のステータコイルから順に付与し、かつ、s2個のステータコイルを、相番号の異なるm2個のステータコイルをk2組含むp2個のグループにグループ分けし、各グループに1からp2までのグループ番号を付与した場合に、
各グループに属するステータコイルをY結線またはΔ結線によって相互に接続し、かつ、グループ番号がiで相番号がjである第1回転電機のステータコイルの一端とグループ番号がjで相番号がiである第2回転電機のステータコイルの一端とを接続する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の全体構成を示すブロック図。
【図2】図1における多相インバータ複合電流コントローラ16の一例を示すブロック図。
【図3】本発明の他の実施例を示すブロック図。
【図4】図3のより具体的な実施例を示すブロック図。
【図5】本発明を適用する回転電機におけるコントローラとドライバの一例を示す回路図。
【図6】本発明を適用する回転電機における12相インバータに一例を示す回路図。
【図7】本発明を適用する回転電機におけるインバータとステータコイルとの結線を示す回路図。
【図8】ドライバの1相分を示す回路図。
【図9】本発明を適用する回転電機におけるステータコイルの結線方法を示す第1の回路図。
【図10】本発明を適用する回転電機におけるステータコイルの結線方法を示す第2の回路図。
【図11】本発明を適用する回転電機におけるステータコイルの結線方法を示す第3の回路図。
【図12】本発明を適用する回転電機におけるコントローラとドライバの他の例を示す回路図。
【図13】本発明を適用する回転電機における9相インバータの他の例を示す回路図。
【図14】本発明を適用する回転電機におけるインバータとステータコイルとの結線方法の他の例を示す回路図。
【図15】本発明を適用する回転電機におけるステータコイルの結線方法を示す他の例における第1の回路図。
【図16】本発明を適用する回転電機におけるステータコイルの結線方法を示す他の例における第2の回路図。
【符号の説明】
1…原動機 2…入力軸
3…第1ロータ 4…第1ステータ
5…第2ロータ 6…第2ステータ
7…スリップリング 8…出力軸
9…第1エンコーダ 10…第2エンコーダ
11…多相インバータ 12…電流センサ
13…電圧センサ 14…直流電源
15…DCリンクコンデンサ
16…多相インバータ複合電流コントローラ
17…上位コントローラ 20…目標トルク演算部
21…第1目標電流演算部 22…第2目標電流演算部
23…電流分離演算部 24…電流変換演算部
25…第1目標電圧演算部 26…第2目標電圧演算部
27…複合電圧生成部 28…正規化および補正部
29…第1変換部 30…第2変換部
31…加算部 32…切換部
33…最小電流相演算部 34…第2ステータ通電極探索部
35…電流分離演算部 36…目標電流演算部
37…電流変換演算部 38…目標電圧演算部
39…分配演算部 40…電流判断部
50…コントローラ 51…ドライバ
52…信号源 53…加算器
54…サンプルホールド回路 55…三角波発振器
56…直流電源 57…コンデンサ
58…スイッチング回路 59…第1回転電機
60…第2回転電機 61…比較器
62…インバータ
S1、S2…トルク指令信号 S3、S4…位相信号
L…ステータコイル Z…インピーダンス
a、b、c、d…中立点 A、B、C、D、E、F…中立点[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a composite current drive rotating electrical machine, and more particularly to a technique for reducing the loss of an inverter for supplying drive power.
[0002]
[Prior art]
As an apparatus for transmitting power using a plurality of electromagnetically coupled rotating mechanisms, there is an apparatus described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 9-46965.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional power transmission device, since power is supplied to the power generation and drive rotation mechanisms by respective dedicated inverters, all of the power generated or driven passes through the inverter. ing. For this reason, there is a problem that the loss generated in the inverter inevitably increases, and accordingly, the inverter cooling device is also increased in size.
[0004]
The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, and an object of the present invention is to provide a composite current drive rotating electrical machine capable of reducing inverter loss.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention is configured as described in the claims. That is, in claim 1, the input shaft mechanically coupled to the prime mover, the first rotor mechanically coupled to the input shaft, and the first rotor coupled electromagnetically to the first rotor. A first stator mechanically coupled to the output shaft, a second rotor mechanically coupled to the output shaft, and electromagnetically coupled to the second rotor. In a composite type rotating electrical machine including a second stator coupled and fixed to the outside, a composite current is supplied from a common multiphase inverter to the coil of the first stator and the coil of the second stator. Thus, torque and power are exchanged between the first rotating electrical machine composed of the first rotor and the first stator and the second rotating electrical machine composed of the second rotor and the second stator. And connecting the first stator coil and the second stator coil to the connection according to claim 1. doing. As described above, in claim 1, by supplying the generated current and the drive current as a composite current from a common inverter, the loss generated inside the inverter is reduced when each rotary electric machine is driven by a dedicated inverter. Since it becomes smaller than the sum of the loss generated inside the inverter, the loss in the inverter can be reduced.
[0006]
Also The second Connection of 1 stator coil and 2nd stator coil Subcontract Claim 1 When the composite current is supplied by connecting the coils of the first stator and the second stator in parallel by connecting as described in the above, the necessary current is separately supplied to each coil. I can do it.
[0007]
Claims 2 The multi-phase inverter supplies the sum of the current to be supplied to the first stator coil and the current to be supplied to the second stator coil.
[0008]
Claims 3 In the configuration, the distribution of the current supplied to the coil of the second stator is determined for each pole pair of the second stator in accordance with the value of the current supplied to the coil of the first stator.
[0009]
Claims 4 In this case, when the arbitrary phase current supplied to the coil of the first stator approaches the allowable current value of the power device forming the multi-phase inverter, the phase is selectively transferred to the second stator. It is comprised so that an electric current may be sent.
[0010]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the loss that occurs inside the common inverter that supplies the composite current to the two rotating electrical machines is smaller than the sum of the losses that occur inside each inverter when each rotating electrical machine is driven by a dedicated inverter. Therefore, loss in the inverter can be reduced, and transmission efficiency can be further improved. Moreover, since the loss in the inverter can be reduced, the heat generated in the power device can also be reduced, so that the cooling device can be downsized. Further, since the inverter is multi-phased, effects such as being able to rotate in the remaining phase even if any one of the arms is broken can be obtained.
[0011]
Claims 1 By connecting as described in the above, the current to the coils of the first stator and the second stator can be naturally distributed simply by supplying a composite current from the inverter. Ineffective currents when connected in parallel can be suppressed and overall efficiency can be improved.
Claims 2 In the above, by setting the sum of effective currents of the first stator coil and the second stator coil, a predetermined torque can be obtained without passing an unnecessary current.
Claims 3 , Claims 4 In this case, the current supplied to the power device of the inverter can be made uniform.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram (partially a schematic sectional view) showing the overall configuration of an embodiment of the present invention.
1 includes an input shaft 2 for transmitting an output torque of a prime mover 1 (for example, an internal combustion engine), a first rotor 3 mechanically coupled to the input shaft 2, a first rotor 3 A first stator 4 electromagnetically coupled to the first rotor 3, rotatable relative to the first rotor 3, and mechanically coupled to the output shaft 8; and mechanically coupled to the output shaft 8. The coupled second rotor 5, the second stator 6 electromagnetically coupled to the second rotor 5 and fixed to the outside (for example, the outer frame), and a slip for supplying power to the coil of the first stator 4 A ring 7 and an output shaft 8 for transmitting the output torque of the first stator 4 and the second rotor 5 to the outside are provided. The first rotor 3 and the first stator 4 constitute a first rotating electric machine, and the second rotor 5 and the second stator 6 constitute a second rotating electric machine. The coils of the first stator 4 and the second stator 6 are connected in parallel to each other and connected to a common multiphase inverter 11. Details of the method of connecting the coils of the first stator 4 and the second stator 6 will be described later. Further, the rotation of the first encoder 9 and the second rotor 5 (hence the first stator 4 and the output shaft 8) for detecting the rotation angle and the rotation speed (rotation speed) of the first rotor 3 (hence, the prime mover 1 and the input shaft 2). A second encoder 10 for detecting the angle and the number of rotations (rotation speed) is provided.
[0013]
The multiphase inverter 11 includes a DC power supply 14, a DC link capacitor 15, and a power device. The power device is a circuit in which two parallel circuits of a transistor and a diode are connected in series and connected in parallel by the number of phases, and a gate signal having an antiphase is applied to the two transistors in each phase. For this reason, when one transistor is on, the other is off, and a current flows through the phase in which the + side transistor of the DC power supply 14 is on. The output current of the multiphase inverter 11 is detected by the current sensor 12. In the case of three-phase alternating current, a total of four current sensors are provided for two phases for each of the first rotating electrical machine and the second rotating electrical machine. The voltage of the DC power supply 14 is detected by the voltage sensor 13.
[0014]
The signals of the first encoder 9, the second encoder 10, the current sensor 12 and the voltage sensor 13 are sent to the multiphase inverter composite current controller 16. The host controller 17 is, for example, a basic controller for vehicle control, and generates a necessary target output torque signal (and prime mover target rotational speed) from the operation amount of the accelerator pedal, the vehicle speed, and the like, and sends the target output torque signal to the multiphase inverter composite current controller 16. The multiphase inverter composite current controller 16 calculates a gate signal for controlling the composite current drive rotating electrical machine based on the various input signals as described above, and sends it to the multiphase inverter 11.
[0015]
Next, the operation of the apparatus shown in FIG. 1 will be described.
Due to the input torque from the prime mover 1, the first rotor 3 mechanically connected thereto rotates. At this time, a three-phase current having a frequency that is the difference between the rotational speed of the first rotor 3 (that is, the rotational speed of the input shaft 2) and the rotational speed of the output shaft 8 is passed through the first stator 4 heslip ring 7. As a result, it is possible to generate torque on the output shaft 8 in the opposite direction to the torque of the first rotor 3 and having the same magnitude. At this time, the first rotor 3 can generate and drive electric power through the stator 4 according to the torque generated in the prime mover 1, the rotation speed of the first rotor 3, and the rotation speed of the output shaft 8. in this way,
Number of rotations of first rotor 3 (number of rotations of input shaft 2)> number of rotations of output shaft 8
If so, a part of the generated energy of the prime mover 1 can be regenerated by applying a current having a frequency difference between the two. At this time, torque assist can be performed by applying a three-phase current to the coil of the second stator 6 using the regenerative energy. The second rotor 5 is in a power running state (a state in which the outside is driven) and releases energy from the multiphase inverter 11. The loss that occurs in the common inverter that supplies the composite current to the two rotating electrical machines is smaller than the sum of the losses that occur in each inverter when each rotating electrical machine is driven by a dedicated inverter. The transmission efficiency can be further improved.
[0016]
Hereinafter, the details of the multiphase inverter composite current controller 16 will be described. FIG. 2 is a block diagram showing an example of the multiphase inverter composite current controller 16.
In FIG. 2, among the signals input to the multiphase inverter composite current controller 16, the first rotor rotational speed (actual value) and the first rotor rotational angle are signals from the first encoder 9. Similarly, the second rotor rotation speed and the second rotor rotation angle are signals from the second encoder 10. The prime mover target rotational speed and the target output torque are signals from the host controller 17. The phase current is a signal from the current sensor 12, and the voltage of the DC power supply 14 is a signal from the voltage sensor 13.
[0017]
First, the target torque calculator 20 calculates the first rotor target torque using the prime mover target rotational speed and the first rotor rotational speed. Next, the first target current calculation unit 21 calculates a target d-axis current (1) and a target q-axis current (2) for the first stator from the first rotor target torque. At this time, the first target current calculation unit 21 uses a differential rotational speed between the first rotor rotational speed and the second rotor rotational speed.
[0018]
Next, the second target current calculation unit 22 determines the target torque of the second rotor by taking the difference between the target output torque and the first rotor target torque, and uses that and the second rotor rotational speed to determine the second target current torque. The target d-axis current (3) and the target q-axis current (4) for the two stators are calculated. Further, the current separation calculation unit 23 separates the two components of the first stator current and the second stator current from the detected total phase current.
[0019]
Next, the current conversion calculation unit 24 determines the relative position of the first stator phase current detected by the current separation calculation unit 23 by using the rotational speed difference between the first rotor and the second rotor. Conversion into d-axis current and q-axis current for the first stator. Similarly, the second stator phase current detected by the current separation calculation unit 23 is used to determine the rotor position (angle) using the second rotor rotational speed (angle), so that the d-axis current q for the second stator, q Convert to shaft current.
[0020]
Next, in the first target voltage calculation unit 25, the target d-axis current (1) and the target q-axis current (2) for the first stator obtained by the first target current calculation unit (21) and the current conversion calculation unit (24) A target d-axis voltage and a target q-axis voltage for the first stator are calculated from the obtained actual d-axis current and q-axis current for the first stator. Similarly, the second target voltage calculation unit 26 uses the target d-axis current (3) and the target q-axis current (4) for the second stator obtained by the second target current calculation unit 22 and the current conversion calculation unit 24. A target d-axis voltage and a target q-axis voltage for the second stator are calculated from the obtained actual d-axis current and q-axis current for the second stator.
[0021]
Next, the composite voltage generating unit 27 converts the target d-axis voltage and the target q-axis voltage for the first stator into a three-phase voltage, and the target d-axis voltage and the target q-axis for the second stator. A second converter 30 for converting the voltage into a three-phase voltage and an adder 31 for obtaining the sum of the two, and using the first rotor rotation angle and the second rotor rotation angle, the target d-axis voltage for both stators and After the target q-axis voltage is converted into a three-phase voltage, a composite voltage target value is generated by obtaining the sum thereof.
[0022]
Next, the normalization and correction unit 28 normalizes the composite voltage target value using the voltage of the DC power supply 14, adds dead time compensation, and generates a PWM modulated signal. By modulating this PWM modulated signal with a carrier signal (for example, a triangular wave signal), a PWM gate signal for driving the multiphase inverter 11 is output.
[0023]
By opening and closing the power device (switching element) of the multi-phase inverter 11 using the gate signal generated as described above, each coil of the first stator 4 and the second stator 6 connected in parallel to each other, Each can supply a necessary current (details will be described later).
[0024]
FIG. 3 is a block diagram showing another embodiment of the present invention. FIG. 3 shows a part added to the circuit shown in FIG. 2, and the part of FIG. 2 shows only the composite voltage generation unit 27.
[0025]
In the present invention, a composite current is supplied from the common multiphase inverter 11 to the coils of the first stator 4 and the second stator 6 connected in parallel. Therefore, when the current to be supplied to both the first stator 4 and the second stator 6 for a certain phase among the three phases becomes large, the load on the power device element of the multiphase inverter 11 becomes unbalanced. For example, when the difference between the rotation speed of the first rotor 3 and the rotation speed of the second rotor 5 (hereinafter referred to as slip rotation speed) is small and the generated torque of the prime mover 1 is large, a low-frequency large current is One coil of the stator 4 is energized. Thus, when a large current flows through the first stator 4, the distribution of the current supplied to the coil of the second stator 6 is distributed according to the current value supplied to the coil of the first stator 4. By determining for each pole pair, the current supplied to the power device of the multiphase inverter 11 can be made uniform.
[0026]
In FIG. 3, the minimum current phase calculation unit 33 compares the actual U-phase, V-phase, and W-phase currents of the first stator to obtain three pole pairs (details will be described later in the case of a rotating electric machine having three pole pairs). Among them, a pole having a small current value is detected. Then, the second stator through electrode searching unit 34 searches for the pole having a small current value as a pole capable of flowing a large current to the second stator. As described above, a large current is allowed to flow only to the second stator in the phase where the current flowing through the first stator 4 is small.
[0027]
First, the current separation calculation unit 35 separates the component of the second stator current from the detected total phase current. Next, the target current calculation unit 36 calculates a target d-axis current and a target q-axis current for the second stator using the second stator current value and the second rotor rotational speed.
[0028]
Further, the current conversion calculation unit 37 calculates a target d-axis current and a target q-axis current per pole pair using the torque command value for the second rotor and the second rotor rotational speed. The target voltage calculation unit 38 calculates the target d-axis current and target q-axis current for the second stator obtained by the target current calculation unit 36 and the target d-axis current and target q-axis current obtained by the current conversion calculation unit 37. A target d-axis voltage and a target q-axis voltage for the second stator are calculated.
[0029]
In the distribution calculation unit 39, the target d-axis voltage and the target q-axis voltage for the second stator are converted into a three-phase voltage, and then the value and a pole through which a large current obtained by the second stator through-electrode search unit 34 can flow. Accordingly, the amount of current to be supplied to the coil of the second stator is distributed. For example, as shown in the output of the distribution calculation unit 39 in FIG. 3, the target voltage is set to a small value (for example, 0) for two poles with a large current flowing through the first stator, and the one pole with a small current flowing through the first stator is set. Increase the target voltage. In addition, the correction | amendment about the pole which energizes said large electric current can consider the correction which multiplies the calculated electric current value by an integer, for example.
[0030]
The target voltage is switched to the three-phase voltage for the second stator sent from the second conversion unit 30 in FIG. 2 via the switching unit 32 provided in the composite voltage generation unit 27, and 3 for the first stator. A composite voltage target value is generated by calculating the sum with the phase voltage. Note that the switching unit 32 is configured to switch by a switching signal corresponding to the magnitude of the first stator current or the like, for example, to select the corrected target voltage when the first stator current is greater than or equal to a predetermined value.
[0031]
As described above, instead of the target voltage for the normal second stator, by using the target voltage obtained by performing a large current distribution for the phase with a small first stator current, the current that is passed through the power device of the multiphase inverter 11 Can be made uniform.
[0032]
Next, FIG. 4 is a more specific embodiment of the circuit shown in FIG. 3, and an allowable current of a power device in which an arbitrary phase current supplied to the coil of the first stator 4 forms the multiphase inverter 11. In this example, the current to the second stator is selectively passed to a phase other than the phase when approaching the value.
In this case, the current sensor 12 in FIG. 1 detects current for each of nine phases (three phases × 3).
[0033]
When the first stator 4 is energized with a low frequency and a large current, if the current of one phase is small due to the three-phase alternating current, a large current flows for a relatively long time for the other two phases. Therefore, if a large current is supplied to the first stator 4 for the two phases and a large current is supplied to the second stator 6 for the remaining one phase, the current imbalance as a whole of the multiphase inverter 11 is reduced. It can be solved.
[0034]
In FIG. 4, the current determination unit 40 obtains the difference between the actual current value of the first stator 4 and the allowable current of the power device of the multiphase inverter 11 for each of the nine phases of the composite current, and this value is a predetermined value. Is smaller, that is, when the allowable current of the power device is likely to be saturated only by the current flowing through the first stator 4, the allowable current is likely to be saturated by switching the switching unit 32 provided in the composite voltage generating unit 27. For the short phase, the current supplied to the second stator 6 is stopped. A large current is supplied to the second stator 6 only for the phase where the current of the first stator 4 is small.
[0035]
The calculation of the current value is the same as in FIG. 3, and the target d-axis current and the target q-axis current per pole pair are calculated from the torque command value to the second rotor, and the actual d-axis current and q-axis current are calculated. Generate a target voltage. As a result, power is supplied to the first stator 4 for 6 phases of the multiphase inverter 11 (in this case, 9 phases), and the second stator is supplied for 3 phases (phase where the current of the first stator 4 is small). Supply power to 6.
[0036]
Next, one phase is energized to the first stator 4, and if this is large, half of the current is energized for the remaining two phases, so that the second stator 6 receives a current corresponding to two pole pairs. Energize. First, the d-axis current and q-axis current that can be generated by the above-mentioned one-pole pair are calculated, and the target d-axis current and the target q-axis current are calculated as a two-pole pair motor so that no more torque is generated even in the two-pole pair. To do. After that, the target d-axis voltage and the target q-axis voltage are generated from the actual d-axis current and q-axis current. At this time, power is supplied to the first stator 4 for three phases of the nine-phase inverter, and power is supplied to the second stator 6 for six phases.
[0037]
Next, a method of connecting the coils of the first stator 4 and the second stator 6 in FIG. 1 will be described in detail.
An example of a composite type rotating electric machine is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-275826 filed previously by the present applicant. The arrangement of rotor magnetic poles and stator coils in the rotating electrical machine of the present invention is basically the same as that in the above document. Further, in Japanese Patent Application No. 11-351613 and Japanese Patent Application No. 2000-358004 (both of which have not been disclosed) previously filed by the present applicant, a composite rotary electric machine having a stator coil and a rotor independently, and two rotors. And a stator opposed to each rotor, and a coil provided in each stator has a current in a phase correlated with its own rotor, and the other is in a phase in which no current flows in the same phase. By connecting each phase of the stator coil in parallel to the corresponding phase of the inverter and supplying a composite current from the inverter to control both rotors independently, the coils of the same polarity in the two stator coils Describes a rotating electric machine that suppresses an invalid current when each is connected in parallel to improve overall efficiency.
[0038]
In the above rotating electrical machine, when one rotor is operated as a motor and the other as a generator, the current corresponding to the difference between the motor driving power and the generated power only needs to flow through a common coil. Can be improved. Further, when one inverter is sufficient for the two stator coils, and when one of the rotors is operated as a motor and the remaining as a generator, the difference between the motor driving power and the generated power is calculated as described above. Therefore, the capacitance of the power switching transistor of the inverter can be reduced, thereby improving the switching efficiency and further improving the overall efficiency. However, when the stator coils of two rotating electric machines are simply connected in parallel to the output of the inverter, the current for driving one rotor also flows through the other stator coil. Since this current has no correlation with the rotation of the rotor, it does not contribute to the generation of the driving force of the rotating electrical machine. When such an invalid current flows, losses such as copper loss occur, so that the efficiency of the entire rotating electrical machine is reduced and adverse effects such as an increase in heat generation occur. The above prior application solves the above problem by changing the connection of the neutral points, and the connection method between the two stators and the polyphase inverter in the present invention is basically based on the same consideration as described above. .
[0039]
Details will be described below.
5 to 8 are circuit diagrams for explaining a connection method according to the present invention, in which FIG. 5 is a circuit diagram showing a controller and a driver, FIG. 6 is a circuit diagram showing a 12-phase inverter, and FIG. 7 is a 12-phase inverter. And FIG. 8 is a circuit diagram showing one phase of the driver. The circuits of FIGS. 5 and 6 are connected to each other at the same reference numerals a, a ′, b, b ′..., L, l ′, and the circuits of FIGS. They are connected to each other at the same reference numerals. 5 corresponds to a part of the multiphase inverter composite current controller 16 of FIG. 1, and FIG. 6 corresponds to the multiphase inverter 11 of FIG.
[0040]
In FIG. 5, 50 is a controller and 51 is a driver. The controller 50 includes a signal source 52, an adder 53 (symbol surrounded by Σ), and a sample hold circuit 54. The signal sources 52 correspond to the outputs of the first converter 29 and the second converter 30 in FIG. 2, respectively, and the adders 53 correspond to the adder 31 in FIG.
[0041]
As described above, the signal source 52 indicates the voltage command value of each phase, and the voltage command values VU, VV, VW, VA, VB, VC, VD in each phase of U, V, W, A, B, C, D. Is as follows.
VU = V1sin (θ1)
VV = V1sin (θ1-120 °)
VW = V1sin (θ1-240 °)
VA = V2sin (θ2)
VB = V2sin (θ2-90 °)
VC = V2sin (θ2-180 °)
VD = V2sin (θ2-270 °)
However, θ is determined by the rotation angle (rotor rotation angle) of each rotating electrical machine. The unit of V1 and V2 is%, which is a modulation rate in so-called PWM control.
[0042]
The adder 53 adds U, V, W and A, B, C, D voltage command values, respectively, and outputs the result.
The sample hold circuit 54 samples and holds the output of each adder 53 and outputs it. The sample hold circuit 54 is necessary for digital control, but is not necessary for analog control.
[0043]
Next, as shown in FIG. 8, the driver 51 compares the output of the sample hold circuit 54 or the adder 53 (in the case of analog control) with the triangular wave signal (carrier signal) from the triangular wave oscillator 55. A comparator 61 that outputs a PWM signal and an inverter 62 that inverts and outputs the PWM signal are provided, and such a circuit is provided for the number of phases (in this case, 12 phases). The output of the comparator 61 for each phase is the positive phase signal a, b,..., L, and the output (inverted signal) of the inverter 62 for each phase is a ′, b ′,.
[0044]
Next, the multiphase inverter shown in FIG. 6 includes a DC power supply 56, a capacitor 57, and two switching circuits 58 for each phase. The switching circuit 58 is composed of a parallel circuit of a transistor and a diode. In each phase, two switching circuits are connected in series, the positive phase signal (a, b,..., L) of the driver 51 is given to one gate terminal, and the inverted signal (a ', B', ..., l '). Therefore, when one of the two switching circuits is turned on, the other is turned off, and a current flows in a phase in which the switching circuit close to the + side of the DC power supply 56 is turned on. 6 at the right end of FIG. 6 indicate output terminals of respective phases.
[0045]
Next, FIG. 7 is a diagram showing the connection between the inverter and the stator coil in the two rotating electric machines. One rotating electric machine is a first rotating electric machine 59 (a rotation composed of the first rotor 3 and the first stator 4 in FIG. The other rotating electrical machine is referred to as a second rotating electrical machine 60 (corresponding to a rotating electrical machine including the third rotor 5 and the second stator 6 in FIG. 1). The number of pole pairs means the number of magnetic pole pairs (one pair of N and S) provided on the rotor. The number of electrical poles of the coil is a product value of the number of phases of the drive current and the number of pole pairs, and corresponds to the number of stator coils.
[0046]
In FIG.
Figure 0003614109
It is. In other words, in this case, a rotating electric machine having four pole pairs and three phases and a rotating electric machine having three pole pairs and four phases are combined.
[0047]
FIG. 9 is a first circuit diagram illustrating a connection example of stator coils of the first rotating electric machine and the second rotating electric machine that are suitable for the above composite rotating electric machine. In addition, the coil numbers (1.1), (1.2), (1.3), etc. in FIG.
[0048]
Hereinafter, the connection method will be described with reference to FIG.
First, in the stator of the first rotating electrical machine 59, phase numbers that circulate between 1 and 3 are sequentially given to 12 coils from an arbitrary coil (the top coil in FIG. 9). Further, the 12 coils are divided into 4 groups including one set of 3 coils having different phase numbers, and group numbers 1 to 4 are assigned to each group. In FIG. 9, the group number and phase number of each coil are represented by (group number, phase number). In this case, since the group numbers are 1 to 4 and the phase numbers are 1 to 3, the coils are then divided into 4 groups.
First group (1.1) (1.2) (1.3)
Second group (2.1) (2.2) (2.3)
Third group (3.1) (3.2) (3.3)
4th group (4.1) (4.2) (4.3)
And the termination | terminus (one which is not a terminal connected to an inverter) of each coil which belongs to the same group is connected mutually. That is, the stator coil of the first rotating electrical machine 59 is Y-connected.
[0049]
Next, in the stator of the second rotating electrical machine 60, phase numbers that circulate between 1 and 4 are sequentially given to the 12 coils from the arbitrary coil (the top coil in FIG. 9). Further, the 12 coils are divided into 3 groups including one set of 4 coils having different phase numbers, and group numbers 1 to 3 are assigned to each group. In FIG. 9, the group number and phase number of each coil are represented by (group number, phase number). In this case, since the group numbers are 1 to 3 and the phase numbers are 1 to 4, each coil is divided into the following three groups.
First group (1.1) (1.2) (1.3) (1.4)
Second group (2.1) (2.2) (2.3) (2.4)
Third group (3.1) (3.2) (3.3) (3.4)
The terminal ends (neutral points) of the coils belonging to the same group are connected to each other. That is, the stator coil of the second rotating electrical machine 60 is Y-connected.
[0050]
Next, the coil (ij) of the first rotating electrical machine 59 and the coil (ji) of the second rotating electrical machine 60 are connected to the same terminal of the 12-phase inverter having 12 output terminals shown in FIG. Connect. That is,
The terminal 1 of the coil (1.1) of the first rotating electrical machine and the terminal 1 of the coil (1.1) of the second rotating electrical machine are commonly connected to the terminal 1 of the 12-phase inverter.
The terminal 2 of the coil (1.2) of the first rotating electrical machine and the terminal 5 of the coil (2.1) of the second rotating electrical machine are commonly connected to the terminal 2 of the 12-phase inverter.
The terminal 3 of the coil (1.3) of the first rotating electrical machine and the terminal 9 of the coil (3.1) of the second rotating electrical machine are commonly connected to the terminal 3 of the 12-phase inverter.


The terminal 12 of the coil (4.3) of the first rotating electrical machine and the terminal 12 of the coil (3.4) of the second rotating electrical machine are commonly connected to the terminal 12 of the 12-phase inverter.
In addition, said connection is the same as that of FIG.
[0051]
Next, current control of the composite rotating electrical machine connected as described above will be described.
First, when only the first rotating electrical machine 59 is driven (three-phase driving by the U phase, V phase, and W phase), the coil having the phase number 1 of the first rotating electrical machine 59 has a U phase and a phase number of 2. The terminal voltage of each coil is controlled by a 12-phase inverter so that the V-phase current flows through the coil and the W-phase current flows through the coil whose phase number is 3. As a result, a rotating magnetic field having four pole pairs is generated.
At this time, the voltage is also applied to the coil terminal of the second rotating electrical machine 60, but the U-phase voltage is applied to all the terminals of the coil of the second rotating electrical machine whose group number is 1, and the second whose group number is 2. A V-phase voltage is applied to all the terminals of the rotating electrical machine coil, a W-phase voltage is applied to all the terminals of the second rotating electrical machine coil whose group number is 3, and the ends of the coils in each group are mutually connected. Therefore, no current flows through the coil of the second rotating electrical machine 60.
[0052]
Next, when only the second rotating electrical machine 60 is driven (four-phase driving by the A phase, B phase, C phase, and D phase), the coil having the phase number of the second rotating electrical machine 60 is set to the A phase, The terminal voltage of each coil is controlled by a 12-phase inverter so that a B-phase current flows through a coil with a phase number of 2, a C-phase current flows through a coil with a phase number of 3, and a D-phase current flows through a coil of a phase number of 4. To do. As a result, a rotating magnetic field having three pole pairs is generated.
At this time, a voltage is also applied to the coil terminal of the first rotating electrical machine 59, but the A-phase voltage is applied to all the terminals of the coil of the first rotating electrical machine 59 whose group number is 1, and the group number is 2. B-phase voltage is applied to all terminals of the coil of the first rotating electrical machine 59, C-phase voltage is applied to all terminals of the coil of the first rotating electrical machine 59 whose group number is 3, and the first rotating electrical machine 59 whose group number is 4. Since the D-phase voltage is applied to all the terminals of the coils and the terminal ends of the coils in each group are connected to each other, no current flows through the coils of the first rotating electrical machine 59.
[0053]
Next, when the first rotating electrical machine 59 and the second rotating electrical machine 60 are driven simultaneously, a U-phase current flows through the coil (1.1) of the first rotating electrical machine 59 and the second rotating electrical machine 60 is driven. A voltage that causes the A-phase current to flow through the coil (1.1) is output to the terminal 1 of the 12-phase inverter. At this time, a composite current in which the U-phase current and the A-phase current are combined flows through the terminal 1 of the 12-phase inverter. Similarly, a composite current of V-phase current and A-phase current flows through terminal 2 of the 12-phase inverter, and a composite current of W-phase current and A-phase current flows through terminal 3 of the 12-phase inverter. Also in this case, only the U-phase, V-phase, and W-phase currents flow through the coils of the first rotating electrical machine 59, and only the A-phase, B-phase, C-phase, and D-phase flow through the coils of the second rotating electrical machine 60. .
[0054]
Further, the current control device for supplying the current as described above to the first rotating electric machine 59 and the second rotating electric machine 60 has the configuration as shown in FIGS. 5 and 6 and has the following current. Supply. That is,
When the control current of each rotating electrical machine corresponding to the phase number 1 is used as a reference,
The control current for the first rotating electrical machine corresponding to the phase number j is a current whose phase is different by 360 degrees × (j−1) / m1 with respect to the reference,
The control current for the second rotating electrical machine corresponding to the phase number i is a current whose phase is different by 360 degrees × (i−1) / m2 with respect to the reference,
Corresponds to phase number j to the terminal where the stator coil of the first rotating electrical machine with group number i and phase number j is connected to the stator coil of the second rotating electrical machine with group number j and phase number i The terminal voltage is controlled so that a composite current obtained by combining the control current for the first rotating electrical machine and the control current for the second rotating electrical machine corresponding to the phase number i flows.
[0055]
As described above, in the composite rotating electrical machine according to the present embodiment, only the current synchronized with the rotor rotation of each rotating electrical machine flows through the stator coil of each rotating electrical machine. Is the same as the copper loss when driven by a dedicated inverter. Further, a composite current flows inside the inverter, and the loss generated inside the inverter is smaller than the sum of the loss generated inside each inverter when each rotating electrical machine is driven by a dedicated inverter. This is because the current average value of the composite current obtained by combining the control currents of each rotating electrical machine is smaller than the value obtained by individually calculating the current average value of the control current of each rotating electrical machine and calculating the sum. by.
[0056]
Next, FIG. 10 is a second circuit diagram showing the connection of the stator coils. This circuit diagram is the same as FIG. 9 except that the connection of the stator coils of the first rotating electrical machine 59 and the second rotating electrical machine 60 is Δ connection in the circuit shown in FIG.
[0057]
Next, FIG. 11 is a third circuit diagram showing the connection of the stator coils.
In FIG. 11, in the first rotating electrical machine 59, the numbers of the coils included in each group are the same as those in FIG. 9, for example, the first group is (1.1) (1.2) (1.3). However, in this case, the coil of the terminal 1 is (1.1), the coil of the terminal 5 is (1.2), and the coil of the terminal 9 is (1.3).
Similarly, in the second rotating electrical machine 60, the first group includes the terminal 1 coil (1.1), the terminal 10 coil (1.2), the terminal 7 coil (1.3), and the terminal 4 The coil becomes (1.4).
[0058]
As shown in FIG. 11, the defined “group” does not necessarily have to be composed of adjacent coils. In short, it is only necessary to include k1 (k2) coils (one in this example) through which currents of different phases flow.
[0059]
Further, in the example of FIG. 11, the coils of the same group are separated by 120 degrees or 90 degrees, but such an arrangement is not essential. Such an arrangement completely realizes that “the current of the self flows and the current of the other party does not flow” in the combination of the 4-pole pair 3-phase and the 3-pole pair 4-phase, and the coil terminal of each rotating electrical machine 1, 1, 2, 2, 3, 3,... Can be connected.
[0060]
Next, FIG. 12 to FIG. 14 are circuit diagrams in another embodiment showing a connection method, FIG. 12 is a circuit diagram showing a controller and a driver, FIG. 13 is a circuit diagram showing a nine-phase inverter, and FIG. It is a circuit diagram which shows the connection of a phase inverter and a stator coil. The circuits of FIGS. 12 and 13 are connected to each other at the same reference numerals a, a ′, b, b ′..., I, i ′, and the circuits of FIGS. They are connected to each other at the same reference numerals. In addition, the component of each circuit is the same as that of the said FIGS. 5-7, and the part from which the number of phases changed from 12 phases to 9 phases differs.
[0061]
In FIG.
Figure 0003614109
It is. That is, in this case, a rotating electrical machine having 3 pole pairs and 3 phases and a rotating electrical machine having 3 pole pairs and 3 phases are combined.
[0062]
FIG. 15 is a first circuit diagram illustrating a connection example of the first rotating electrical machine and the second rotating electrical machine that are suitable for the above-described composite rotating electrical machine. In addition, the coil number (1.1) (1.2) (1.3) etc. in FIG. 14 and the coil which attached | subjected the same code | symbol of FIG. 15 show the same thing.
[0063]
Hereinafter, the connection method will be described with reference to FIG.
First, in the first rotating electrical machine 59, phase numbers circulating between 1 and 3 are assigned to nine coils in order from an arbitrary coil (the top coil in FIG. 15). The nine coils are divided into three groups including one set of three coils having different phase numbers, and group numbers 1 to 3 are assigned to the groups. In FIG. 15, the group number and phase number of each coil are represented by (group number, phase number). In this case, since the group numbers are 1 to 3 and the phase numbers are 1 to 3, the coils are then divided into 3 groups.
First group (1.1) (1.2) (1.3)
Second group (2.1) (2.2) (2.3)
Third group (3.1) (3.2) (3.3)
And the termination | terminus (one which is not a terminal connected to an inverter) of each coil which belongs to the same group is connected mutually. That is, the stator coil of the first rotating electrical machine 59 is Y-connected. However, Δ connection is also possible as in FIG.
[0064]
Similarly, in the second rotating electrical machine 60, nine coils are divided into first to third groups. Also in this case, the end of each coil belonging to the same group (which is not a terminal connected to the inverter) is connected to each other, and the stator coil of the second rotating electrical machine 60 is Y-connected. However, Δ connection is also possible as described above.
[0065]
Next, the coil (ij) of the first rotating electrical machine 59 and the coil (ji) of the second rotating electrical machine 60 are connected to the same terminal of the 9-phase inverter having 9 output terminals. That is,
The terminal 1 of the coil (1.1) of the first rotating electrical machine 59 and the terminal 1 of the coil (1.1) of the second rotating electrical machine 60 are commonly connected to the terminal 3 of the 9-phase inverter.
The terminal 2 of the coil (1.2) of the first rotating electrical machine 59 and the terminal 4 of the coil (2.1) of the second rotating electrical machine 60 are commonly connected to the terminal 2 of the 9-phase inverter.
The terminal 3 of the coil (1.3) of the first rotating electrical machine 59 and the terminal 7 of the coil (3.1) of the second rotating electrical machine 60 are commonly connected to the terminal 1 of the 9-phase inverter.


The terminal 9 of the coil (3.3) of the first rotating electrical machine and the terminal 9 of the coil (3.3) of the second rotating electrical machine are commonly connected to the terminal 7 of the 9-phase inverter.
In addition, said connection is the same as that of FIG.
[0066]
Next, current control of the composite rotating electrical machine connected as described above will be described.
First, when only the first rotating electrical machine 59 is driven (three-phase driving by u phase, v phase, and w phase), the coil having the phase number 1 of the first rotating electrical machine 59 has a w phase and a phase number of 2 The terminal voltage of each coil is controlled by a 9-phase inverter so that a v-phase current flows through the coil and a u-phase current flows through the coil whose phase number is 3. As a result, a rotating magnetic field having three pole pairs is generated.
At this time, the voltage is also applied to the terminal of the coil of the second rotating electrical machine 60, but the w-phase voltage is the group number of 2 for all the terminals of the coil of the second rotating electrical machine 60 whose group number is 1. The v-phase voltage is applied to all the terminals of the coil of the second rotating electrical machine 60, the u-phase voltage is applied to all the terminals of the coil of the second rotating electrical machine 60 whose group number is 3, and each of the terminals in the same group Since the other ends of the coils are connected to each other, no current flows through the coils of the second rotating electrical machine 60.
[0067]
Next, when only the second rotating electrical machine 60 is driven (three-phase driving by the U phase, V phase, and W phase), the U phase and the phase number are applied to the coil having the phase number 1 of the second rotating electrical machine 60. The terminal voltage of each coil is controlled by a nine-phase inverter so that a V-phase current flows through the coil 2 and a W-phase current flows through the coil whose phase number is 3. As a result, a rotating magnetic field having three pole pairs is generated.
At this time, a voltage is also applied to the terminal of the coil of the first rotating electrical machine 59, but the U-phase voltage is the group number of 2 for all the terminals of the coil of the first rotating electrical machine 59 whose group number is 1. The V-phase voltage is applied to all the terminals of the coil of the first rotating electrical machine 59, the W-phase voltage is applied to all the terminals of the coil of the first rotating electrical machine 59 whose group number is 3, and each of the terminals in the same group Since the other ends of the coils are connected to each other, no current flows through the coils of the first rotating electrical machine 59.
[0068]
Next, when the first rotating electrical machine 59 and the second rotating electrical machine 60 are driven simultaneously, a u-phase current flows through the coil (1.3) of the first rotating electrical machine 59 and the second rotating electrical machine 60 is driven. A voltage that causes a U-phase current to flow through the coil (3.1) is output to the terminal 1 of the 9-phase inverter. At this time, a composite current in which the u-phase current and the U-phase current are combined flows through the terminal 1 of the nine-phase inverter. Similarly, a composite current of v-phase current and V-phase current flows through terminal 2 of the 9-phase inverter, and a composite current of w-phase current and W-phase current flows through terminal 3 of the 9-phase inverter. Also in this case, only the u-phase, v-phase, and w-phase currents flow through the coils of the first rotating electrical machine 59, and only the U-phase, V-phase, and W-phase flow through the coils of the second rotating electrical machine 60.
[0069]
Further, the current control device for supplying the current as described above to the first rotating electrical machine 59 and the second rotating electrical machine 60 has the configuration as shown in FIG. 12 and FIG. Supply. That is,
When the control current of each rotating electrical machine corresponding to the phase number 1 is used as a reference,
The control current for the first rotating electrical machine corresponding to the phase number j is a current whose phase is different by 360 degrees × (j−1) / m1 with respect to the reference,
The control current for the second rotating electrical machine corresponding to the phase number i is a current whose phase is different by 360 degrees × (i−1) / m2 with respect to the reference,
Corresponds to phase number j to the terminal where the stator coil of the first rotating electrical machine with group number i and phase number j is connected to the stator coil of the second rotating electrical machine with group number j and phase number i The terminal voltage is controlled so that a composite current obtained by combining the control current for the first rotating electrical machine and the control current for the second rotating electrical machine corresponding to the phase number i flows.
In this embodiment, the number of rotor pole pairs in the two rotating electric machines constituting the composite rotating electric machine is the same, but the present invention can also be applied to such a structure.
[0070]
Next, FIG. 16 is another circuit diagram showing the connection of the stator coils.
In FIG.
Figure 0003614109
It is. In other words, in this case, a rotating electrical machine having 6 pole pairs and 3 phases and a rotating electrical machine having 3 pole pairs and 3 phases are combined.
[0071]
Hereinafter, the connection method will be described with reference to FIG.
First, in the first rotating electrical machine 59, phase numbers circulating between 1 and 3 are given to 18 coils in order from an arbitrary coil (the uppermost coil in FIG. 16). The 18 coils are divided into 3 groups including 2 sets of 3 coils having different phase numbers, and group numbers 1 to 3 are assigned to each group. Then, two coils having the same phase number are connected in the same group. The terminal ends of the coils in each group are connected to each other. Therefore, this circuit is Y-connected. However, Δ connection is also possible as described above.
[0072]
Moreover, in the 2nd rotary electric machine 60, the phase number which circulates between 1 to 3 is provided to nine coils in order from an arbitrary coil (the top coil in FIG. 16). The nine coils are divided into three groups including one set of three coils having different phase numbers, and group numbers 1 to 3 are assigned to each group. The terminal ends of the coils in each group are connected to each other. Therefore, this circuit is Y-connected. However, Δ connection is also possible as described above.
[0073]
Next, the coil (ij) of the first rotating electrical machine and the coil (j.1) of the second rotating electrical machine are connected to the same terminal of the 9-phase inverter having 9 output terminals.
That is,
The terminal 1 of the two coils (1.1) of the first rotating electrical machine 59 and the terminal 1 of the coil (1.1) of the second rotating electrical machine 60 are commonly connected to the terminal 3 of the 9-phase inverter.
The terminal 2 of the two coils (1.2) of the first rotating electrical machine 59 and the terminal 4 of the coil (2.1) of the second rotating electrical machine 60 are commonly connected to the terminal 2 of the 9-phase inverter.
The terminal 3 of the two coils (1, 3) of the first rotating electrical machine 59 and the terminal 7 of the coil (3.1) of the second rotating electrical machine 60 are commonly connected to the terminal 1 of the 9-phase inverter.


The terminal 9 of the two coils (3.3) of the first rotating electrical machine 59 and the terminal 9 of the coil (3.3) of the second rotating electrical machine 60 are commonly connected to the terminal 7 of the 9-phase inverter.
[0074]
Note that the current control in the circuit of FIG. 16 is the same as the description of FIG. However, the first rotating electrical machine 59 generates a rotating magnetic field having six pole pairs.
[0075]
The connection methods described so far are summarized as follows. That is,
A first rotating electrical machine including a rotor having a number of pole pairs P1 and s1 stator coils wound in a concentrated manner and driven by an alternating current having a phase number m1;
A rotary electric machine comprising a rotor having a pole pair number P2 and s2 stator coils wound in a concentrated manner and driven by an alternating current having a phase number m2,
Between the first rotating electrical machine and the second rotating electrical machine,
s1 = P1 × m1, s2 = P2 × m2
P1 = k1 × m2, P2 = k2 × m1 where k1 and k2 are natural numbers
When p1 = P1 / k1 and p2 = P2 / k2,
p1 × m1 = p2 × m2
Is established,
The s1 stator coils of the first rotating electrical machine are given phase numbers that circulate between 1 and m1 in order from an arbitrary stator coil, and s1 stator coils are m1 stator coils having different phase numbers. Are grouped into p1 groups including k1 sets, and each group is assigned a group number from 1 to p1,
A phase number that circulates between 1 and m2 is sequentially given to s2 stator coils of the second rotating electrical machine from an arbitrary stator coil, and m2 stator coils having different phase numbers are assigned to the s2 stator coils. Are grouped into p2 groups including k2 sets, and each group is assigned a group number from 1 to p2,
The stator coils belonging to each group are connected to each other by Y connection or Δ connection, and one end of the stator coil of the first rotating electrical machine having the group number i and the phase number j and the group number j and the phase number i To one end of the stator coil of the second rotating electrical machine.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing an example of a multiphase inverter composite current controller 16 in FIG.
FIG. 3 is a block diagram showing another embodiment of the present invention.
4 is a block diagram showing a more specific embodiment of FIG. 3;
FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of a controller and a driver in a rotating electrical machine to which the present invention is applied.
FIG. 6 is a circuit diagram showing an example of a 12-phase inverter in a rotating electrical machine to which the present invention is applied.
FIG. 7 is a circuit diagram showing a connection between an inverter and a stator coil in a rotating electrical machine to which the present invention is applied.
FIG. 8 is a circuit diagram showing one phase of a driver.
FIG. 9 is a first circuit diagram showing a stator coil connection method in a rotating electrical machine to which the present invention is applied.
FIG. 10 is a second circuit diagram showing a stator coil connection method in a rotating electrical machine to which the present invention is applied.
FIG. 11 is a third circuit diagram showing a stator coil connection method in a rotating electrical machine to which the present invention is applied.
FIG. 12 is a circuit diagram showing another example of a controller and a driver in a rotating electrical machine to which the present invention is applied.
FIG. 13 is a circuit diagram showing another example of a nine-phase inverter in a rotating electrical machine to which the present invention is applied.
FIG. 14 is a circuit diagram showing another example of a method for connecting an inverter and a stator coil in a rotating electrical machine to which the present invention is applied.
FIG. 15 is a first circuit diagram in another example showing a stator coil connection method in a rotating electrical machine to which the present invention is applied;
FIG. 16 is a second circuit diagram in another example showing a method of connecting stator coils in a rotating electrical machine to which the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
1 ... prime mover 2 ... input shaft
3 ... 1st rotor 4 ... 1st stator
5 ... 2nd rotor 6 ... 2nd stator
7 ... Slip ring 8 ... Output shaft
9 ... 1st encoder 10 ... 2nd encoder
11 ... Multi-phase inverter 12 ... Current sensor
13 ... Voltage sensor 14 ... DC power supply
15 ... DC link capacitor
16 ... Multi-phase inverter combined current controller
17 ... Host controller 20 ... Target torque calculation section
21 ... 1st target current calculating part 22 ... 2nd target current calculating part
23 ... Current separation calculation unit 24 ... Current conversion calculation unit
25 ... 1st target voltage calculating part 26 ... 2nd target voltage calculating part
27 ... Composite voltage generation unit 28 ... Normalization and correction unit
29 ... 1st conversion part 30 ... 2nd conversion part
31 ... Addition unit 32 ... Switching unit
33 ... Minimum current phase calculation unit 34 ... Second stator through electrode search unit
35 ... Current separation calculation unit 36 ... Target current calculation unit
37 ... Current conversion calculation unit 38 ... Target voltage calculation unit
39 ... Distribution calculation part 40 ... Current judgment part
50 ... Controller 51 ... Driver
52 ... Signal source 53 ... Adder
54 ... Sample hold circuit 55 ... Triangular wave oscillator
56 ... DC power supply 57 ... Capacitor
58 ... switching circuit 59 ... first rotating electrical machine
60 ... Second rotating electrical machine 61 ... Comparator
62 ... Inverter
S1, S2 ... Torque command signal S3, S4 ... Phase signal
L ... Stator coil Z ... Impedance
a, b, c, d ... neutral point A, B, C, D, E, F ... neutral point

Claims (4)

原動機に機械的に結合された入力軸と、
前記入力軸に機械的に結合された第1ロータと、
前記第1ロータと電磁気的に結合され、前記第1ロータに対して相対的に回転可能であり、かつ、出力軸に機械的に結合された第1ステータと、
前記出力軸に機械的に結合された第2ロータと、
前記第2ロータに電磁気的に結合され、外部に固定された第2ステータと、を備えた複合型の回転電機において、
前記第1ステータのコイルと前記第2ステータのコイルとに共通の多相インバータから複合電流を供給することにより、前記第1ロータと前記第1ステータからなる第1回転電機と前記第2ロータと前記第2ステータからなる第2回転電機との間で、トルクと電力の授受を行う複合電流駆動回転電機であって、
前記第1回転電機は、極対数がP1であるロータと、集中巻されたs1個のステータコイルとを備え、相数m1の交流電流によって駆動され、
前記第2回転電機は、極対数がP2であるロータと、集中巻されたs2個のステータコイルとを備え、相数m2の交流電流によって駆動され、
前記第1回転電機と前記第2回転電機との間には、
s1=P1×m1、s2=P2×m2
P1=k1×m2、P2=k2×m1 ただしk1、k2は自然数
p1=P1/k1、p2=P2/k2としたとき、
p1×m1=p2×m2
の関係が成立し、
前記第1回転電機のs1個のステータコイルに、1からm1の間で循環する相番号を任意のステータコイルから順に付与し、かつ、s1個のステータコイルを、相番号の異なるm1個のステータコイルをk1組含むp1個のグループにグループ分けし、各グループに1からp1までのグループ番号を付与し、
前記第2回転電機のs2個のステータコイルに、1からm2の間で循環する相番号を任意のステータコイルから順に付与し、かつ、s2個のステータコイルを、相番号の異なるm2個のステータコイルをk2組含むp2個のグループにグループ分けし、各グループに1からp2までのグループ番号を付与した場合に、
各グループに属するステータコイルをY結線またはΔ結線によって相互に接続し、かつ、グループ番号がiで相番号がjである第1回転電機のステータコイルの一端とグループ番号がjで相番号がiである第2回転電機のステータコイルの一端とを接続したことを特徴とする複合電流駆動回転電機。
An input shaft mechanically coupled to the prime mover;
A first rotor mechanically coupled to the input shaft;
A first stator electromagnetically coupled to the first rotor, rotatable relative to the first rotor, and mechanically coupled to an output shaft;
A second rotor mechanically coupled to the output shaft;
In a combined rotating electric machine comprising a second stator that is electromagnetically coupled to the second rotor and fixed to the outside,
By supplying a composite current from a common multi-phase inverter to the coil of the first stator and the coil of the second stator, the first rotating electric machine including the first rotor and the first stator, and the second rotor wherein between the second second rotary electric machine comprising a stator, a transfer of torque and power a row cormorant double if current driving the rotary electric machine,
The first rotating electrical machine includes a rotor having a pole pair number P1 and s1 stator coils wound in a concentrated manner, and is driven by an alternating current having a phase number m1;
The second rotating electrical machine includes a rotor having a pole pair number P2, and s2 stator coils wound in a concentrated manner, and is driven by an alternating current having a phase number m2.
Between the first rotating electrical machine and the second rotating electrical machine,
s1 = P1 × m1, s2 = P2 × m2
P1 = k1 × m2, P2 = k2 × m1 where k1 and k2 are natural numbers
When p1 = P1 / k1 and p2 = P2 / k2,
p1 × m1 = p2 × m2
Is established,
The s1 stator coils of the first rotating electrical machine are given phase numbers that circulate between 1 and m1 in order from an arbitrary stator coil, and the s1 stator coils are m1 stators having different phase numbers. Group the coils into p1 groups containing k1 sets, and give each group a group number from 1 to p1,
The s2 stator coils of the second rotating electrical machine are sequentially given phase numbers that circulate between 1 and m2, starting from an arbitrary stator coil, and s2 stator coils are m2 stators having different phase numbers. When the coils are grouped into p2 groups including k2 sets, and each group is assigned a group number from 1 to p2,
The stator coils belonging to each group are connected to each other by Y-connection or Δ-connection, and one end of the stator coil of the first rotating electrical machine having the group number i and the phase number j, the group number j and the phase number i A combined current-driven rotating electrical machine, wherein one end of a stator coil of the second rotating electrical machine is connected.
前記原動機から入力されたトルクで回転される前記第1ロータと前記出力軸との回転数差および要求トルクに応じて決定される前記第1ステータのコイルに供給すべき電流と、
前記出力軸を駆動するための出力軸トルクに応じて決定される前記第2ステータのコイルに供給すべき電流と、の和の電流を前記多相インバータから供給することを特徴とする請求項1に記載の複合電流駆動回転電機。
A current to be supplied to the coil of the first stator, which is determined in accordance with a rotational speed difference between the first rotor rotated by the torque input from the prime mover and the output shaft and a required torque;
Claim 1, characterized in that the supply and the current to be supplied to the coils of the second stator is determined according to the output shaft torque for driving the output shaft, of the current sum of the polyphase inverter compound current driven rotary electric machine according to.
前記第1ステータのコイルヘ供給している電流値に応じて、前記第2ステータのコイルヘ供給する電流の配分を、前記第2ステータの極対毎に決定することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の複合電流駆動回転電機。Depending on the current value that Koiruhe supply of the first stator, wherein the distribution of Koiruhe supplying current of the second stator, according to claim 1 or claim, wherein the determining for each pole pair of the second stator Item 3. The composite current drive rotating electrical machine according to Item 2 . 前記第1ステータのコイルヘ供給している任意の相電流が前記多相インバータを形成するパワーデバイスの許容電流値に近づいた場合には、該相以外の相へ選択的に前記第2ステータへの電流を流すことを特徴とする請求項に記載の複合電流駆動回転電機。When an arbitrary phase current supplied to the coil of the first stator approaches the allowable current value of the power device forming the multi-phase inverter, the phase is selectively transferred to the second stator other than the phase. The combined current drive rotating electrical machine according to claim 3 , wherein a current is passed.
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