JP3630102B2

JP3630102B2 - Compound current supply device

Info

Publication number: JP3630102B2
Application number: JP2001001104A
Authority: JP
Inventors: 稔有満; 正樹中野
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-01-09
Filing date: 2001-01-09
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2021-01-09
Also published as: JP2002204595A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は複合電流供給装置に関し、例えば複合電流で駆動される複数のロータを有する複合型回転電機に複合電流を供給する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複合型回転電機としては、例えば特開平１１−２７５８２６号公報に記載された装置がある。この回転電機は、中空円筒状のステータの内側と外側に所定のギャップをおいて中空円筒状の外側ロータと内側ロータとが配置された構造になっている。そして外側ロータ軸と内側ロータ軸は同一軸上に並ぶように配置され、外側ロータと内側ロータは同軸上でそれぞれ独立に回転出来るようになっている。そして上記ステータに設けたコイルに流す複合電流を前記ロータの数と同数の回転磁場が発生するように制御することにより、２個のロータを独立に制御することが出来る。なお、上記の説明では、ロータが２個の場合を例示したが３個以上でもよい。
上記のような複合型回転電機を駆動する場合には、各ロータの回転位相角に同期した電流を複合した複合電流をステータコイルに供給する複合電流供給装置が必要である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の複合電流供給装置においては、上記のごとき複合電流をインバータから供給するようになっていた。そのためインバータ入出力特性の非線形性（電流に対してデッドバンド）に起因する低次調波が現れてしまう。そして複合型回転電機のステータコイルは殆どインダクタンス負荷であり、低周波についてはインダクタンスのインピーダンスが大幅に低下するので、微少な電圧でも大きな電流が通電されてしまい、その結果としてモータの発生トルクに脈動が生じてしまうという問題があった。さらに不要周波数の検出、電圧指令値の演算負荷は重いため、通常モータよりも演算負荷の重い制御ＪＯＢにアドオンする事が非常に難しい、と言う問題もあった。
【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、複合電流に含まれる不要周波数成分を除去することの出来る複合電流供給装置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に記載の発明においては、複合電流で駆動される複合型回転電機における複数のロータの回転周波数にそれぞれ同期した電流成分を複合した複合電流を、インバータを用いて供給する複合電流供給装置において、複数のロータの回転周波数に同期した電流成分の和を実現するための基本複合電圧信号の他に、（数１）式で示される不要周波数成分Ｆ１、Ｆ２を相殺させる電圧信号を少なくとも一つ以上重畳させることにより、不要周波数成分を除去するように構成している。
【０００６】
また、請求項２においては、（数１）式で示される不要周波数成分のうち、複合電流で駆動される複合型回転電機における複数のロータの回転周波数の何れよりも低い周波数を選択し、それを相殺させる電圧信号を前記基本複合電圧信号に重畳するように構成したものである。
【０００７】
また、請求項３においては、不要周波数成分を検出して除去する構成の内容に関するものであり、インバータから複合型回転電機に供給される複合電流を検出する複合電流検出手段と、前記複合電流検出手段により検出された電流から、前記（数１）式で示される不要周波数成分の電流振幅と電流位相角を検出して不要周波数成分の電流を検出する不要周波数成分検出手段と、前記不要周波数成分検出手段で検出した不要周波数成分をゼロにするような電圧信号を生成する電圧生成手段とを備え、前記電圧生成手段で生成した電圧信号を前記基本複合電圧信号に重畳するように構成している。
【０００８】
また、請求項４から請求項７は、請求項３の具体例であり、請求項４は、前記不要周波数成分検出手段における不要周波数成分の電流振幅および電流位相角の検出は、前記複合電流検出手段によって検出された電流に基づいて（数２）式、（数３）式の演算を前記（数１）式で示される周波数成分について実行し、（数２）式または（数３）式のいずれか一方の平均値がゼロとなるように不要周波数成分の電流位相角をフィーバックすることにより、不要周波数成分の電流振幅および電流位相角を求めるものであり、この不要周波数成分の値をゼロにするような電圧信号を生成し、それを前記基本複合電圧信号に重畳する構成であり、請求項５は、前記不要周波数成分検出手段における不要周波数成分の電流振幅および電流位相角の検出は、前記複合電流検出手段により検出された電流からバンドパスフィルタを用いて前記（数１）式で示される周波数成分を検出するものであり、この不要周波数成分の値をゼロにするような電圧信号を生成し、それを前記基本複合電圧信号に重畳する構成であり、請求項６は、前記複合電流検出手段により検出された複合電流を、検波手段を用いて正側および負側に分離し、前記複合電流の正側および負側の振幅を演算し、これらの差分をゼロにするような電圧信号を生成し、それを前記基本複合電圧信号に重畳する構成であり、請求項７は、前記複合電流検出手段により検出された複合電流の極性を判定し、電流の極性が正値の場合は正の所定値を加算分とし、負値の場合は負の所定値を加算分とし、電流が０の場合は加算分を０とする電圧信号を生成し、それを前記基本複合電圧信号に重畳する構成である。
【０００９】
また、請求項８は、前記不要周波数成分の検出演算と、それに基づく電圧信号の生成演算と、前記基本複合電圧信号の演算とにおける演算周期を、相互に異なる周期としたものである。
また、請求項９は、前記不要周波数成分の検出演算およびそれに基づく電圧信号の生成演算の演算周期を前記基本複合電圧信号の演算における演算周期よりも低速にしたものである。
【００１０】
【発明の効果】
請求項１の発明においては、不要周波数成分を相殺する電圧信号を加算するだけで、キャリア周波数を上げたり、主回路の変更を行うことなく、不要周波数成分を除去することができる。
請求項２においては、インダクタンス特性のために特に複合型回転電機の動作に悪影響を及ぼす低周波数成分を除去できる。そして従来のように低周波数のみのために駆動電圧を大きく上げるという必要がなくなる。
請求項３〜請求項７においては、不要周波数成分を容易に検出し、これを除去することが出来る。
また、請求項８においては、基本複合電圧信号の演算部の演算負荷を増加させないようにすることが出来る。
また、請求項９においては、不要周波数成分の検出演算およびそれに基づく電圧信号の生成演算の演算周期を基本複合電圧信号の演算における演算周期よりも低速にすることにより、演算の負荷の増加が少ないので、従来のＪＯＢおよびＣＰＵでも問題なく処理できる、等の効果が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図面に基づいて説明する。
図１は、この発明の第１の実施例を示すブロック図である。なお、以下の説明は、全てロータが２個の複合型回転電機を用いた場合を例として説明するが、３個以上でも同様に適用することが出来る。
まず構成を説明すると、コントローラ１は後述する各種信号を入力してインバータ２の各相を開閉制御する制御信号ａ〜ｆ（６相の場合）を出力する。ゲート駆動回路５は上記の制御信号ａ〜ｆからそれぞれ正相信号（ａ、ｂ、…、ｆ）とその反転信号（ａ’、ｂ’、…、ｆ’）を生成して出力する。
【００１２】
インバータ２は、直流電源１１、直流リンクコンデンサ１２、直流電圧検出手段１３および各相にそれぞれ２個のスイッチング回路１４から構成される。各スイッチング回路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ゲート駆動回路５の正相信号（ａ、ｂ、…、ｆ）が与えられ、他方のゲート端子には反転信号（ａ’、ｂ’、…、ｆ’）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１１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。なお、図１においては一例として６相のインバータを示している。また、直流電圧検出手段１３は直流電源１１の端子電圧を検出し、それをコントローラ１へ送る。
【００１３】
複合型回転電機３は、外側ロータ１５、ステータ１６、内側ロータ１７を備えている。ステータ１６には外側ロータ１５と内側ロータ１７のそれぞれの磁極に対応するコイルが設けられており、インバータ２から各ロータの回転周波数に同期した電流成分を複合した複合電流を流すことにより、各ロータを独立に制御することが出来る。なお、図１においてはステータ１６が外側ロータ１５と内側ロータ１７の中間に位置する構造を例示したが、ステータ１６が最外側もしくは最内側にあってもよい。また、ロータが２個の場合を例示したが、３個以上であってもよい。要するに複合型回転電機３としては、複数のロータの回転周波数にそれぞれ同期した電流成分を複合した複合電流を用いて駆動する形式の回転電機であればよい。
【００１４】
複合電流検出手段４は、通常の電流検出器が各相毎に設けられた構成を有し、インバータ２から複合型回転電機３へ流れる電流（複合電流）を各相毎に検出し、それをコントローラ１へ送る。
【００１５】
外側ロータ位相角検出手段６と内側ロータ位相角検出手段７は、外側ロータ１５と内側ロータ１７の位相角（回転角）を検出し、それをコントローラ１へ送る。外側ロータ位相角検出手段６と内側ロータ位相角検出手段７としては、例えば各ロータの所定角度毎に設けられたスリットや磁極と、固定位置に設けられた検出器とからなる、いわゆるエンコーダを用いることが出来る。
【００１６】
以下、コントローラ１について詳細に説明する。
図１に示したコントローラ１は、例えばコンピュータで構成され、目標複合電圧発生部２０、不要周波数演算部２１、低次調波発生部２２、低次調波電圧指令パターン部２３、電圧重畳部２４、三角波発生部２５、制御信号発生部２６からなる。
目標複合電圧発生部２０は従来の装置と同様であり、外部からの電圧指令信号、直流電圧検出手段１３からの直流電源１１の端子電圧信号、複合電流検出手段４からの各相の電流信号、および外側ロータ位相角検出手段６と内側ロータ位相角検出手段７からの各ロータの位相角信号を入力し、複合型回転電機３を駆動する複合電流を供給するための目標複合電圧を各相毎に発生する。従来は上記の目標複合電圧と三角波発生部２５からの三角波信号（キャリア信号）とを制御信号発生部２６で比較することにより、各相の制御信号ａ〜ｆを生成している。
【００１７】
不要周波数演算部２１（詳細後述）は、複合電流検出手段４からの各相の電流信号、および外側ロータ位相角検出手段６と内側ロータ位相角検出手段７からの各ロータの位相角信号を入力し、各相毎に不要周波数の電流位相角と電流振幅を求める。なお、通常は不要周波数成分のうち、ロータ回転周波数よりも低い低次調波成分のみを求めればよい。
低次調波発生部２２は、不要周波数演算部２１から送られた電流位相角と電流振幅に対応する不要周波数成分を合算（不要周波数成分が複数存在する場合）して除去すべき電流成分信号を発生する。
【００１８】
なお、不要周波数成分のうち、ロータ回転周波数よりも高い高次調波成分については、ステータコイルのインピーダンスが大きくなるので、殆ど電流が流れず、影響が小さい。しかし、ロータ回転周波数よりも低い低次調波成分については、ステータコイルのインピーダンスが小さくなるので、大きな電流が流れ、影響が大きくなる。例えば外側ロータ１６の回転周波数が５０Ｈｚで、内側ロータの回転周波数が４５Ｈｚの場合には、５Ｈｚの低次調波が発生する。したがって、この場合には低次調波のみを合算すればよい。つまり、不要周波数成分のうち、複合電流で駆動される複合型回転電機における複数のロータの回転周波数の何れよりも低い周波数を選択すればよい。
【００１９】
低次調波電圧指令パターン部２３は、上記の低次調波電流を相殺させる電圧信号を生成する。つまり、上記の低次調波電流の逆の電流を流す電圧を生成すればよい。
電圧重畳部２４では、前記目標複合電圧発生部２０から与えられる基本の目標複合電圧に上記低次調波電圧指令パターン部２３から与えられる低次調波電流を相殺させる電圧信号を重畳して全体の電圧信号を生成する。
【００２０】
三角波発生部２５は、電圧信号をＰＷＭ信号（パルス幅変調信号）に変換するためのキャリア信号となる三角波信号を出力する。
制御信号発生部２６は、比較器であり、電圧重畳部２４からの電圧信号と三角波発生部２５からの三角波信号とを比較することにより、ＰＷＭ信号を出力する。なお、上記の各種演算は、全て各相（図１では６相）毎に行われ、制御信号発生部２６からは６相のＰＷＭ信号（ａ〜ｆ）が出力される。
【００２１】
次に、不要周波数演算部２１の詳細について説明する。
複合電圧パターンによる不要周波数の周波数スペクトルは予め予想できる。つまり、外側ロータ１５と内側ロータ１７におけるそれぞれの周波数をｆ_１、ｆ_２とすれば、不要周波数Ｆ１、Ｆ２は下記（数４）式で示される。

ただし、ｍ、ｎ、ｐ、ｑは正数
ｆｃはキャリア周波数。
【００２２】
なお、上記（数４）式は、ロータ数が２個の場合を示すが、一般にロータ数がｋ個（ｋ≧２）の場合には、下記（数１）式に示すようになる。

ただし、ｍ、ｎ、ｒ、ｐ、ｑ、ｓは正数
ｆｃはキャリア周波数。
【００２３】
以下、（数４）式に示したロータ数が２個の場合について説明する。
前記のように不要周波数が高次調波の場合には影響が小さいので、影響が大きい低次調波のみを選択する。すなわち、（数４）式の組み合わせの中でｆ_１、ｆ_２より小さな成分に着目して周波数を選ぶことが可能である。この演算のフローチャートを図３に示す。
【００２４】
図３において、ｉとｊを変数とすれば、ステップＳ１では、順次ｉをインクリメントする。ステップＳ２では、ｉの値が予め定めた数ｍａｘＩ以上か否かを判断し、ｍａｘＩに達した場合には終了とする。ステップＳ２でＮＯの場合には、ステップＳ３で、順次ｊをインクリメントする。ステップＳ４では、ｊの値が予め定めた数ｍａｘＪ以上か否かを判断し、ｍａｘＪに達しない場合にはステップＳ１に戻る。これにより、ステップＳ５とＳ６の演算を、ｉ＝０〜ｍａｘＩ、ｊ＝０〜ｍａｘＪの範囲で行わせる。ステップＳ５では、前記（数４）式と同様の演算を行って不要周波数を検出し、ステップＳ６では、検出された不要周波数Ｆ１、Ｆ２のうちで、ｆ_１、ｆ_２以下の周波数が存在した場合に、それを不要周波数の低次調波として保存する。
【００２５】
次に、下記（数２）式、（数３）式の演算を行う。

ただし、ｆｎ＝｜ｆ_１−ｆ_２｜
φｎは位相角
ｔは時間
上記の演算は、前記の保存した不要周波数の低次調波に、外側ロータ位相角検出手段６と内側ロータ位相角検出手段７からの各ロータの位相角をそれぞれ加算してサイン／コサインの信号を生成し、次にこれら二つのサイン／コサイン信号と複合電流検出手段４からの複合電流検出値（各相毎に行う）を乗じて積分することによって行うことが出来る。
【００２６】
上記の複合電流検出手段４で検出された複合電流に低次調波成分としてｆｎが混入していれば（数２）式および（数３）式の平均値は有限な値を持つ。このときｆｎ以外の周波数成分を有する電流については（数２）式および（数３）式共にゼロとなる。たとえば複合電流の内ｆｎの成分をＩとして
Ｉ＝Ｉａ×ｓｉｎ（２πｆｎｔ＋ψｎ） …（数５）
とすれば、前記（数２）式、（数３）式は下記（数６）式、（数７）式となる。
【００２７】
Ｉａ＝（Ｔ／２）×ｃｏｓ（φｎ−ψｎ） …（数６）
Ｉａ＝（Ｔ／２）×ｓｉｎ（ψｎ−φｎ） …（数７）
ただし、Ｔ＝１／ｆｎ
φｎ＝位相角
ψｎ＝実位相角
上記（数７）式の値がゼロになるようにφｎをフィードバックすれば必然的にφｎが実位相角ψｎに一致し、このとき電流振幅は（数６）式から逆算すれば決定できる。
以上の手法を用いることで、一つの低次調波成分の位相角と振幅を求めることができる。前記の不要周波数の低次調波が複数存在する場合には、それぞれについて演算する。
【００２８】
次に、低次調波発生部２２では、上記の求められた低次調波成分を合算し、下記（数８）式で示すような補償すべき電流Ｉｃを決定する。
Ｉｃ＝ΣＩ×ｓｉｎ（２πｆｎｔ＋ψｎ） …（数８）
次に、低次調波電圧指令パターン部２３は、上記の補償すべき電流Ｉｃ（低次調波電流）をゼロにする電圧信号を生成する。つまり、上記の電流Ｉｃの逆の電流を流す電圧を生成すればよい。
【００２９】
図２は、上記のごとき不要周波数演算部２１の機能を模式的に示したブロック図である。
図２において、低次調波周波数検出部４０は、外側ロータ位相角検出手段６と内側ロータ位相角検出手段７からの各ロータの位相角を入力し、前記図３で示した不要周波数の低次調波成分を検出する。その信号と積分器４５、４６からの積分出力を加算器４１で加算した信号がサイン／コサイン発生部４２へ送られ、サイン／コサインの信号を生成する。次に、乗算器４３、４４で、これら二つのサイン／コサイン信号と複合電流検出手段４からの複合電流検出値とを乗算（各相毎に行う）し、それぞれの値を積分器（平均化回路を含む）４５、４６で一定期間積分し平均化する。この４５、４６の出力は減算器４７でゼロとの差を求め、バッファ４８を介して加算器４１へ送られてフィードバックされる。これによって、一方の積分器の積分結果の平均値がゼロになるように操作し、ゼロになったときのその積分器の出力が位相角になり、そのときの他方の積分器の出力が電流振幅になる。
【００３０】
次に、図４は、本発明の第２の実施例のブロック図である。
この実施例は、不要周波数の演算を図１における不要周波数演算部２１の代わりにバンドパスフィルタ２７で構成したものであり、その他、図１と同符号は同じものを示す。
図４において、バンドパスフィルタ２７はカットオフ周波数の異なる複数のバンドパスフィルタＢＰＦ１〜ＢＰＦ５で構成され、複合電流検出手段４からの電流信号をそれぞれ分解する。これらのＢＰＦ１〜ＢＰＦ５の通過帯域を複数のロータの回転周波数の何れよりも低い周波数で、それぞれ異なる範囲に設定しておけば、不要周波数の低次調波成分を検出することが出来る。なお、この処理は複合電流検出手段４からの電流信号の各相毎に行う。以下の処理は図１と同様である。
【００３１】
次に、図５は、本発明の第３の実施例のブロック図である。
この実施例は、不要周波数の除去を電流正側検波部２８、電流負側検波部２９、および振幅差検出部３０で行うように構成したものである。
電流正側検波部２８は、複合電流検出手段４からの電流信号の正（＋）成分を検出し、電流負側検波部２９は、複合電流検出手段４からの電流信号の負（−）成分を検出する。そして振幅差検出部３０は両者の振幅の差を検出する。なお、上記の処理は各相毎に行う。前記のように複合型回転電機３の動作に大きな影響を与える電流成分は、低次調波であり、ゆっくりした変化の波形である。したがって正側成分と負側成分との振幅差がゼロになるように制御してやれば、不要周波数成分を無くすことが出来る。
【００３２】
次に、図６は、本発明の第４の実施例のブロック図である。
この実施例は、不要周波数の除去を電流極性判定部３１と所定値加算部３２で行うように構成したものである。
図６において、電流極性判定部３１は、複合電流検出手段４からの電流信号の各時点における極性を判定する。なお、上記の処理は各相毎に行う。所定値加算部３２は上記の極性が正（＋）のときは＋ａ（ａは所定値であり、例えば電流値の１０％）を加算分とし、上記の極性が負（−）のときは−ａを加算分として電圧重畳部２４へ送り、上記以外の時、すなわち電流が０の場合には加算分を０とする。このような加算を行うことにより、不要周波数成分の除去を行うことが出来る。
【００３３】
なお、これまでの説明では、不要周波数成分のうち複合型回転電機に大きな影響を与える低次調波成分の除去について説明してきたが、高次調波を除去するように構成することも出来る。さらに、同様な方法で、高次高調波電圧を重畳することで、モータに発生する高次の空間高調波（Ｌ、φ）に同期して電流を通電することが可能となるので、電源効率をさらに向上させることもできる。
【００３４】
また、不要周波数成分の検出演算と、それに基づく電圧信号の生成演算と、基本複合電圧信号の演算とにおける演算周期を、相互に異なる周期とすることにより、基本複合電圧信号の演算部の演算負荷を増加させないようにすることが出来る。
【００３５】
また、低次調波成分の除去演算は、周波数が低いので演算周期を長くしても悪影響が生じない。したがって不要周波数成分の検出演算およびそれに基づく電圧信号の生成演算の演算周期を基本複合電圧信号の演算における演算周期よりも低速にすることにより、演算の負荷の増加が少ないので、従来のＪＯＢおよびＣＰＵでも問題なく処理できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例のブロック図。
【図２】第１の実施例における不要周波数成分検出を模式的に示したブロック図。
【図３】第１の実施例における不要周波数成分検出処理のフローチャート。
【図４】本発明の第２の実施例のブロック図。
【図５】本発明の第３の実施例のブロック図。
【図６】本発明の第４の実施例のブロック図。
【符号の説明】
１…コントローラ２…インバータ
３…複合型回転電機４…複合電流検出手段
５…ゲート駆動回路６…外側ロータ位相角検出手段
７…内側ロータ位相角検出手段１１…直流電源
１２…直流リンクコンデンサ１３…直流電圧検出手段
１４…スイッチング回路１５…外側ロータ
１６…ステータ１７…内側ロータ
２０…目標複合電圧発生部２１…不要周波数演算部
２２…低次調波発生部２３…低次調波電圧指令パターン部
２４…電圧重畳部２５…三角波発生部
２６…制御信号発生部２７…バンドパスフィルタ
２８…電流正側検波部２９…電流負側検波部
３０…振幅差検出部３１…電流極性判定部
３２…所定値加算部４０…低次調波周波数検出部
４１…加算器４２…サイン／コサイン発生部
４３、４４…乗算器４５、４６…積分器
４７…減算器４８…バッファ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a composite current supply device, for example, an apparatus for supplying a composite current to a composite rotating electric machine having a plurality of rotors driven by a composite current.
[0002]
[Prior art]
An example of the composite rotary electric machine is an apparatus described in Japanese Patent Laid-Open No. 11-275826. This rotating electric machine has a structure in which a hollow cylindrical outer rotor and an inner rotor are arranged with a predetermined gap between the inner side and the outer side of a hollow cylindrical stator. The outer rotor shaft and the inner rotor shaft are arranged on the same axis so that the outer rotor and the inner rotor can rotate independently on the same axis. The two rotors can be controlled independently by controlling the composite current flowing in the coils provided in the stator so that the same number of rotating magnetic fields as the number of rotors is generated. In the above description, the case where there are two rotors is illustrated, but three or more rotors may be used.
In the case of driving the composite rotating electrical machine as described above, a composite current supply device that supplies a composite current, which is a composite of currents synchronized with the rotational phase angle of each rotor, to the stator coil is required.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional composite current supply device, the composite current as described above is supplied from the inverter. Therefore, low-order harmonics due to nonlinearity of inverter input / output characteristics (dead band with respect to current) appear. The stator coil of a composite rotary electric machine is almost an inductance load, and the impedance impedance of the low frequency is greatly reduced. Therefore, a large current is applied even at a minute voltage, and as a result, the generated torque of the motor pulsates. There was a problem that would occur. Furthermore, since the calculation load of the unnecessary frequency and the voltage command value is heavy, there is a problem that it is very difficult to add on to a control job that has a heavy calculation load than a normal motor.
[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 supply apparatus that can remove unnecessary frequency components contained in the composite current.
[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, according to the first aspect of the present invention, a composite current that supplies a composite current, which is a composite of current components synchronized with the rotational frequencies of a plurality of rotors in a composite rotating electrical machine driven by a composite current, using an inverter. In the supply device, in addition to the basic composite voltage signal for realizing the sum of the current components synchronized with the rotation frequency of the plurality of rotors, a voltage signal for canceling the unnecessary frequency components F1 and F2 expressed by the equation (1) is provided. It is configured to remove unnecessary frequency components by superimposing at least one of them.
[0006]
Further, in claim 2, a frequency lower than any of the rotational frequencies of the plurality of rotors in the composite rotating electric machine driven by the composite current is selected from the unnecessary frequency components represented by the formula (1), Is configured to superimpose a voltage signal for canceling the above on the basic composite voltage signal.
[0007]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a configuration for detecting and removing unnecessary frequency components, a composite current detecting means for detecting a composite current supplied from an inverter to a composite rotary electric machine, and the composite current detection An unnecessary frequency component detecting means for detecting the current of the unnecessary frequency component by detecting the current amplitude and the current phase angle of the unnecessary frequency component represented by the equation (1) from the current detected by the means, and the unnecessary frequency component Voltage generating means for generating a voltage signal that makes the unnecessary frequency component detected by the detecting means zero, and configured to superimpose the voltage signal generated by the voltage generating means on the basic composite voltage signal .
[0008]
Further, claims 4 to 7 are specific examples of claim 3, and claim 4 is that the detection of the current amplitude and the current phase angle of the unnecessary frequency component in the unnecessary frequency component detecting means is performed by the composite current detection. Based on the current detected by the means, the calculation of (Expression 2) and (Expression 3) is performed for the frequency component expressed by the above (Expression 1), and (Expression 2) or (Expression 3) By feeding back the current phase angle of the unwanted frequency component so that the average value of either one becomes zero, the current amplitude and current phase angle of the unwanted frequency component are obtained. Is generated and superimposed on the basic composite voltage signal, and the detection of the current amplitude and current phase angle of the unnecessary frequency component in the unnecessary frequency component detecting means is as follows. The frequency component shown in the above equation (1) is detected from the current detected by the composite current detecting means using a bandpass filter, and a voltage signal that makes the value of the unnecessary frequency component zero is obtained. The composite current detected by the composite current detection means is separated into a positive side and a negative side using a detection means, and is superimposed on the basic composite voltage signal. The amplitude of the positive side and the negative side of the composite current is calculated, a voltage signal that makes these differences zero is generated, and it is superimposed on the basic composite voltage signal. The polarity of the composite current detected by the current detection means is determined. If the polarity of the current is positive, the positive predetermined value is added, and if the current is negative, the negative predetermined value is added. In the case of, the voltage signal in which the addition is 0 Generates, is configured to superimpose it to the basic composite voltage signal.
[0009]
Further, according to an eighth aspect of the present invention, the calculation cycles of the detection calculation of the unnecessary frequency component, the generation calculation of the voltage signal based on the detection calculation, and the calculation of the basic composite voltage signal are different from each other.
According to a ninth aspect of the present invention, the calculation cycle of the unnecessary frequency component detection calculation and the voltage signal generation calculation based thereon is made slower than the calculation cycle in the calculation of the basic composite voltage signal.
[0010]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the unnecessary frequency component can be removed without increasing the carrier frequency or changing the main circuit only by adding a voltage signal that cancels out the unnecessary frequency component.
According to the second aspect of the present invention, it is possible to remove a low-frequency component that adversely affects the operation of the composite rotating electric machine due to the inductance characteristics. In addition, it is not necessary to increase the driving voltage for only a low frequency as in the prior art.
In claims 3 to 7, unnecessary frequency components can be easily detected and removed.
Further, in claim 8, it is possible to prevent the calculation load of the calculation unit of the basic composite voltage signal from being increased.
According to the ninth aspect of the present invention, the calculation cycle of the detection calculation of the unnecessary frequency component and the generation calculation of the voltage signal based thereon is made slower than the calculation cycle in the calculation of the basic composite voltage signal, thereby reducing an increase in calculation load. Therefore, effects such as processing with no problem even with the conventional JOB and CPU can be obtained.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention. In the following description, a case where a composite rotary electric machine having two rotors is used as an example will be described, but three or more rotors can be similarly applied.
First, the configuration will be described. The controller 1 inputs various signals to be described later and outputs control signals a to f (in the case of 6 phases) for controlling opening and closing of each phase of the inverter 2. The gate drive circuit 5 generates and outputs positive phase signals (a, b,..., F) and inverted signals (a ′, b ′,..., F ′) from the control signals a to f, respectively.
[0012]
The inverter 2 includes a DC power supply 11, a DC link capacitor 12, DC voltage detecting means 13, and two switching circuits 14 for each phase. Each switching circuit is composed of a parallel circuit of a transistor and a diode. In each phase, two switching circuits are connected in series, a positive phase signal (a, b,..., F) of the gate drive circuit 5 is given to one gate terminal, and an inverted signal is given to the other gate terminal. (A ′, b ′,..., F ′) is given. 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 11 is turned on. In FIG. 1, a six-phase inverter is shown as an example. The DC voltage detection means 13 detects the terminal voltage of the DC power supply 11 and sends it to the controller 1.
[0013]
The composite rotary electric machine 3 includes an outer rotor 15, a stator 16, and an inner rotor 17. The stator 16 is provided with coils corresponding to the magnetic poles of the outer rotor 15 and the inner rotor 17, and a current that is combined with a current component synchronized with the rotation frequency of each rotor is supplied from the inverter 2 to cause each rotor to flow. Can be controlled independently. 1 illustrates the structure in which the stator 16 is positioned between the outer rotor 15 and the inner rotor 17, the stator 16 may be located on the outermost side or the innermost side. Moreover, although the case where there are two rotors is illustrated, three or more rotors may be used. In short, the composite rotating electrical machine 3 may be a rotating electrical machine of a type that is driven using a composite current in which current components synchronized with the rotational frequencies of a plurality of rotors are combined.
[0014]
The composite current detection means 4 has a configuration in which a normal current detector is provided for each phase, detects a current (composite current) flowing from the inverter 2 to the composite rotary electric machine 3 for each phase, and Send to controller 1.
[0015]
The outer rotor phase angle detection means 6 and the inner rotor phase angle detection means 7 detect the phase angles (rotation angles) of the outer rotor 15 and the inner rotor 17 and send them to the controller 1. As the outer rotor phase angle detection means 6 and the inner rotor phase angle detection means 7, for example, a so-called encoder comprising slits and magnetic poles provided for each predetermined angle of each rotor and a detector provided at a fixed position is used. I can do it.
[0016]
Hereinafter, the controller 1 will be described in detail.
The controller 1 shown in FIG. 1 is configured by a computer, for example, and includes a target composite voltage generation unit 20, an unnecessary frequency calculation unit 21, a low-order harmonic generation unit 22, a low-order harmonic voltage command pattern unit 23, and a voltage superposition unit 24. , A triangular wave generator 25 and a control signal generator 26.
The target composite voltage generator 20 is the same as that of the conventional device, and includes a voltage command signal from the outside, a terminal voltage signal of the DC power supply 11 from the DC voltage detection means 13, a current signal of each phase from the composite current detection means 4, The phase angle signals of the respective rotors from the outer rotor phase angle detecting means 6 and the inner rotor phase angle detecting means 7 are inputted, and the target composite voltage for supplying the composite current for driving the composite rotating electrical machine 3 is set for each phase. Occurs. Conventionally, the control signal generator 26 compares the target composite voltage and the triangular wave signal (carrier signal) from the triangular wave generator 25 to generate the control signals a to f for each phase.
[0017]
The unnecessary frequency calculation unit 21 (details will be described later) inputs the current signal of each phase from the composite current detection unit 4 and the phase angle signal of each rotor from the outer rotor phase angle detection unit 6 and the inner rotor phase angle detection unit 7. Then, the current phase angle and current amplitude of the unnecessary frequency are obtained for each phase. Normally, only the lower harmonic components lower than the rotor rotation frequency among the unnecessary frequency components need be obtained.
The low-order harmonic generation unit 22 adds up the unnecessary frequency components corresponding to the current phase angle and current amplitude sent from the unnecessary frequency calculation unit 21 (when there are a plurality of unnecessary frequency components) and removes the current component signal. Is generated.
[0018]
Of the unnecessary frequency components, the higher-order harmonic components higher than the rotor rotational frequency have a small effect because the impedance of the stator coil increases, so that almost no current flows. However, the low-order harmonic component lower than the rotor rotational frequency has a small impedance, so that a large current flows and the influence increases. For example, when the rotational frequency of the outer rotor 16 is 50 Hz and the rotational frequency of the inner rotor is 45 Hz, a low-order harmonic of 5 Hz is generated. Therefore, in this case, it is sufficient to add only the lower harmonics. That is, a frequency lower than any of the rotational frequencies of the plurality of rotors in the composite rotating electrical machine driven by the composite current may be selected from the unnecessary frequency components.
[0019]
The low-order harmonic voltage command pattern unit 23 generates a voltage signal that cancels the low-order harmonic current. That is, it is only necessary to generate a voltage that flows a current opposite to the low-order harmonic current.
The voltage superimposing unit 24 superimposes a voltage signal for canceling the low-order harmonic current applied from the low-order harmonic voltage command pattern unit 23 on the basic target composite voltage supplied from the target composite voltage generating unit 20. The voltage signal is generated.
[0020]
The triangular wave generator 25 outputs a triangular wave signal that becomes a carrier signal for converting a voltage signal into a PWM signal (pulse width modulation signal).
The control signal generating unit 26 is a comparator, and outputs a PWM signal by comparing the voltage signal from the voltage superimposing unit 24 with the triangular wave signal from the triangular wave generating unit 25. The above-described various calculations are all performed for each phase (six phases in FIG. 1), and the control signal generator 26 outputs six-phase PWM signals (af).
[0021]
Next, details of the unnecessary frequency calculation unit 21 will be described.
The frequency spectrum of the unnecessary frequency due to the composite voltage pattern can be predicted in advance. That is, if the respective frequencies in the outer rotor 15 and the inner rotor 17 are f ₁ and f ₂ , the unnecessary frequencies F 1 and F 2 are expressed by the following formula (4).

However, m, n, p, q are positive numbers fc are carrier frequencies.
[0022]
Note that the above (Equation 4) shows a case where the number of rotors is two, but generally, when the number of rotors is k (k ≧ 2), the following (Equation 1) is obtained.

However, m, n, r, p, q, and s are positive numbers fc are carrier frequencies.
[0023]
Hereinafter, the case where the number of rotors shown in Formula 4 is two will be described.
Since the influence is small when the unnecessary frequency is a high-order harmonic as described above, only the low-order harmonic having a large influence is selected. That is, it is possible to select a frequency by paying attention to components smaller than f ₁ and f ₂ in the combination of the formula (4). A flowchart of this calculation is shown in FIG.
[0024]
In FIG. 3, if i and j are variables, i is sequentially incremented in step S1. In step S2, it is determined whether or not the value of i is equal to or larger than a predetermined number maxI. If NO in step S2, j is sequentially incremented in step S3. In step S4, it is determined whether or not the value of j is a predetermined number maxJ or more. If maxJ is not reached, the process returns to step S1. As a result, the calculations in steps S5 and S6 are performed in the range of i = 0 to maxI and j = 0 to maxJ. In step S5, an unnecessary frequency is detected by performing the same calculation as in the equation (4). In step S6, there are frequencies of f ₁ and f ₂ or less among the detected unnecessary frequencies F1 and F2. If so, save it as a lower harmonic of unwanted frequency.
[0025]
Next, the following formulas (2) and (3) are calculated.

However, fn = | f ₁ −f ₂ |
φn is the phase angle t is the time The above calculation is performed by adding the phase angle of each rotor from the outer rotor phase angle detection means 6 and the inner rotor phase angle detection means 7 to the above-mentioned low-order harmonics of the unnecessary frequency. Then, a sine / cosine signal is generated, and then these two sine / cosine signals are multiplied by a composite current detection value (performed for each phase) from the composite current detection means 4 and integrated. .
[0026]
If fn is mixed as a low-order harmonic component in the composite current detected by the composite current detection means 4, the average values of the equations (2) and (3) have a finite value. At this time, for the current having a frequency component other than fn, both (Equation 2) and (Equation 3) are zero. For example, I = Ia × sin (2πfnt + ψn) (Formula 5) where I is the component of fn in the composite current.
Then, the above (Expression 2) and (Expression 3) become the following (Expression 6) and (Expression 7).
[0027]
Ia = (T / 2) × cos (φn−ψn) (Equation 6)
Ia = (T / 2) × sin (ψn−φn) (Expression 7)
T = 1 / fn
φn = phase angle ψn = actual phase angle If φn is fed back so that the value of the above equation (7) becomes zero, φn inevitably coincides with the actual phase angle ψn, and at this time, the current amplitude is (equation 6) It can be determined by calculating backward from the equation.
By using the above method, the phase angle and amplitude of one low-order harmonic component can be obtained. When there are a plurality of lower-order harmonics of the unnecessary frequency, calculation is performed for each.
[0028]
Next, the low-order harmonic generation unit 22 adds the obtained low-order harmonic components and determines a current Ic to be compensated as shown in the following (Equation 8).
Ic = ΣI × sin (2πfnt + ψn) (Equation 8)
Next, the low-order harmonic voltage command pattern unit 23 generates a voltage signal that makes the current Ic (low-order harmonic current) to be compensated zero. That is, it is only necessary to generate a voltage that flows a current opposite to the current Ic.
[0029]
FIG. 2 is a block diagram schematically showing the function of the unnecessary frequency calculator 21 as described above.
In FIG. 2, a low-order harmonic frequency detector 40 inputs the phase angle of each rotor from the outer rotor phase angle detector 6 and the inner rotor phase angle detector 7, and reduces the unnecessary frequency shown in FIG. The second harmonic component is detected. A signal obtained by adding the signal and the integration output from the integrators 45 and 46 by the adder 41 is sent to the sine / cosine generator 42 to generate a sine / cosine signal. Next, the multipliers 43 and 44 multiply these two sine / cosine signals by the composite current detection value from the composite current detection means 4 (performed for each phase), and the respective values are integrated (averaged). (Including circuit) 45 and 46 are integrated for a certain period and averaged. The outputs of 45 and 46 are obtained by a subtractor 47 to obtain a difference from zero, sent to an adder 41 through a buffer 48, and fed back. As a result, the average value of the integration result of one integrator is set to zero, and the output of the integrator when it becomes zero becomes the phase angle, and the output of the other integrator at that time becomes the current. It becomes amplitude.
[0030]
Next, FIG. 4 is a block diagram of a second embodiment of the present invention.
In this embodiment, the unnecessary frequency is calculated by a band pass filter 27 instead of the unnecessary frequency calculator 21 in FIG. 1, and the same reference numerals as those in FIG.
In FIG. 4, the band pass filter 27 is composed of a plurality of band pass filters BPF1 to BPF5 having different cut-off frequencies, and decomposes the current signals from the composite current detecting means 4, respectively. If the passbands of these BPF1 to BPF5 are set in different ranges at frequencies lower than any of the rotation frequencies of the plurality of rotors, low-order harmonic components of unnecessary frequencies can be detected. This process is performed for each phase of the current signal from the composite current detection means 4. The subsequent processing is the same as in FIG.
[0031]
Next, FIG. 5 is a block diagram of a third embodiment of the present invention.
In this embodiment, the unnecessary frequency is removed by the current positive side detection unit 28, the current negative side detection unit 29, and the amplitude difference detection unit 30.
The current positive detector 28 detects the positive (+) component of the current signal from the composite current detector 4, and the current negative detector 29 detects the negative (−) component of the current signal from the composite current detector 4. Is detected. Then, the amplitude difference detection unit 30 detects the difference between the two amplitudes. The above processing is performed for each phase. As described above, the current component that greatly affects the operation of the composite rotary electric machine 3 is a low-order harmonic and a slowly changing waveform. Therefore, if the amplitude difference between the positive side component and the negative side component is controlled to be zero, unnecessary frequency components can be eliminated.
[0032]
Next, FIG. 6 is a block diagram of a fourth embodiment of the present invention.
In this embodiment, the unnecessary frequency is removed by the current polarity determination unit 31 and the predetermined value addition unit 32.
In FIG. 6, the current polarity determination unit 31 determines the polarity of the current signal from the composite current detection unit 4 at each time point. The above processing is performed for each phase. The predetermined value adder 32 adds + a (a is a predetermined value, for example, 10% of the current value) when the polarity is positive (+), and − when the polarity is negative (−). a is added to the voltage superimposing unit 24 as an addition, and the addition is set to 0 at other times, that is, when the current is 0. By performing such addition, unnecessary frequency components can be removed.
[0033]
In the description so far, the removal of the low-order harmonic component that has a great influence on the composite rotary electric machine among the unnecessary frequency components has been described. However, the high-order harmonic can be removed. Further, by superimposing high-order harmonic voltage in the same way, it becomes possible to energize current in synchronization with high-order spatial harmonics (L, φ) generated in the motor. Can be further improved.
[0034]
In addition, the calculation load of the calculation unit of the basic composite voltage signal is made different from each other in the calculation cycle in the detection calculation of the unnecessary frequency component, the generation calculation of the voltage signal based thereon, and the calculation of the basic composite voltage signal. Can be prevented from increasing.
[0035]
In addition, since the low-order harmonic component removal calculation has a low frequency, there is no adverse effect even if the calculation cycle is lengthened. Therefore, since the calculation cycle of the detection calculation of the unnecessary frequency component and the generation calculation of the voltage signal based thereon is made slower than the calculation cycle in the calculation of the basic composite voltage signal, the increase in the calculation load is small. But it can be handled without problems.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram schematically showing unnecessary frequency component detection in the first embodiment.
FIG. 3 is a flowchart of unnecessary frequency component detection processing in the first embodiment.
FIG. 4 is a block diagram of a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram of a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram of a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Controller 2 ... Inverter 3 ... Composite-type rotary electric machine 4 ... Composite current detection means 5 ... Gate drive circuit 6 ... Outer rotor phase angle detection means 7 ... Inner rotor phase angle detection means 11 ... DC power supply 12 ... DC link capacitor 13 ... DC voltage detection means 14 ... switching circuit 15 ... outer rotor 16 ... stator 17 ... inner rotor 20 ... target composite voltage generator 21 ... unnecessary frequency calculator 22 ... low-order harmonic generator 23 ... low-order harmonic voltage command pattern part DESCRIPTION OF SYMBOLS 24 ... Voltage superimposition part 25 ... Triangular wave generation part 26 ... Control signal generation part 27 ... Band pass filter 28 ... Current positive side detection part 29 ... Current negative side detection part 30 ... Amplitude difference detection part 31 ... Current polarity determination part 32 ... Predetermined Value addition unit 40 ... low-order harmonic frequency detection unit 41 ... adder 42 ... sine / cosine generation unit 43, 44 ... multiplier 45, 46 ... integrator 47 ... subtraction 48: Buffer

Claims

In a composite current supply device that supplies a composite current, which is a composite of current components synchronized with the rotation frequencies of a plurality of rotors in a composite rotating electrical machine driven by a composite current, using an inverter,
Of the plurality of rotors, the frequency of the current component synchronized with the rotational frequency of the first rotor is f ₁ , the frequency of the current component synchronized with the rotational frequency of the second rotor is f ₂ , and similarly kth (k ≧ 2 In addition to the basic composite voltage signal for realizing the sum of the k current components, when the frequency of the current component synchronized with the rotation frequency of the rotor is set to f _k , the following equation (1) is used. A composite current supply device, wherein a PWM voltage signal in which at least one voltage signal for canceling out the unnecessary frequency components F1 and F2 to be superposed is a voltage signal for controlling the inverter.

Where m, n, r, p, q, s are positive numbers fc are carrier frequencies

Among the unnecessary frequency components represented by the formula (1), a frequency lower than any of the rotational frequencies of the plurality of rotors in the composite rotating electric machine driven by the composite current is selected, and the voltage signal for canceling it is selected. The composite current supply device according to claim 1, wherein the composite current supply device is superimposed on a basic composite voltage signal.

Composite current detection means for detecting a composite current supplied from the inverter to the composite rotary electric machine;
An unnecessary frequency component detecting means for detecting the current of the unnecessary frequency component by detecting the current amplitude and the current phase angle of the unnecessary frequency component represented by the formula (1) from the current detected by the composite current detecting means;
Voltage generating means for generating a voltage signal that makes the unnecessary frequency component detected by the unnecessary frequency component detecting means zero; and
The composite current supply device according to claim 1, wherein the voltage signal generated by the voltage generation unit is superimposed on the basic composite voltage signal.

The detection of the current amplitude and the current phase angle of the unnecessary frequency component in the unnecessary frequency component detecting means is performed by calculating the following formulas (2) and (3) based on the current detected by the composite current detecting means. By executing the frequency component represented by the formula (1) and feeding back the current phase angle of the unnecessary frequency component so that the average value of either the formula (2) or the formula (3) becomes zero. In this method, the current amplitude and the current phase angle of the unnecessary frequency component are obtained, and a voltage signal that makes the value of the unnecessary frequency component zero is generated and superimposed on the basic composite voltage signal. The composite current supply device according to claim 3.

However, fn = | f ₁ −f ₂ |
φn is phase angle t is time

The detection of the current amplitude and the current phase angle of the unnecessary frequency component in the unnecessary frequency component detecting means is performed by using the bandpass filter from the current detected by the composite current detecting means to calculate the frequency component expressed by the above equation (1). 4. The composite current supply apparatus according to claim 3, wherein a voltage signal that detects and generates a voltage signal that makes the value of the unnecessary frequency component zero is superimposed on the basic composite voltage signal.

The composite current detected by the composite current detection means is separated into a positive side and a negative side using a detection means, the positive and negative amplitudes of the composite current are calculated, and the difference between them is made zero. 4. The composite current supply device according to claim 3, wherein a simple voltage signal is generated and superimposed on the basic composite voltage signal.

The polarity of the composite current detected by the composite current detection means is determined. If the polarity of the current is positive, the positive predetermined value is added, and if the current is negative, the negative predetermined value is added. 4. The composite current supply device according to claim 3, wherein when N is 0, a voltage signal with an addition of 0 is generated and superimposed on the basic composite voltage signal.

The calculation cycle of the detection calculation of the unnecessary frequency component, the generation calculation of the voltage signal based on the detection calculation, and the calculation of the basic composite voltage signal is different from each other. The composite current supply device according to any one of the above.

9. The calculation cycle of the unnecessary frequency component detection calculation and the voltage signal generation calculation based thereon is slower than the calculation cycle in the calculation of the basic composite voltage signal. The combined current supply device described.