JP5329801B2 - Variable magnetic flux drive system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可変磁石を有する可変磁束モータとこの可変磁束モータを駆動するインバータを備えた可変磁束ドライブシステムに関する。 The present invention relates to a variable magnetic flux drive system including a variable magnetic flux motor having a variable magnet and an inverter for driving the variable magnetic flux motor.
従来の誘導電動機(IMモータ)に代わり、効率に優れ、小型化や低騒音化も期待できる永久磁石同期電動機(PMモータ)が普及し始めている。例えば、鉄道車両や電気自動車向けの駆動モータとしてPMモータが利用されるようになってきている。 Instead of conventional induction motors (IM motors), permanent magnet synchronous motors (PM motors), which are excellent in efficiency and can be expected to be reduced in size and noise, are becoming popular. For example, PM motors are increasingly used as drive motors for railway vehicles and electric vehicles.
IMモータは、磁束自体をステータからの励磁電流によって作り出すため、励磁電流を流すことによる損失が発生する技術的な問題点がある。 The IM motor has a technical problem that a loss occurs due to the excitation current flowing because the magnetic flux itself is generated by the excitation current from the stator.
他方、PMモータは、ロータに永久磁石を備え、その磁束を利用してトルクを出力するモータであるので、このようなIMモータの抱える問題はない。しかしながら、PMモータは、その永久磁石のために回転数に応じた誘起電圧(逆起電圧)が発生する。鉄道車両や自動車など、回転範囲が広い応用分野では、最高回転数において生じる誘起電圧によって、PMモータを駆動制御するインバータが(過電圧によって)破壊しないことが条件となる。この条件を満たすためには、インバータの耐圧を十分に高いものとするか、あるいは逆に、モータに備える永久磁石の磁束を制限する必要がある。前者は、電源側への影響もあり、後者を選択することが多い。その場合の磁束量を、IMモータの磁束量(IMモータの場合には励磁電流によって作りだすギャップ磁束量)と比較すると、1:3程度になるケースもある。この場合、同一のトルクを発生させるためには、磁束量の小さいPMモータでは、大きな(トルク)電流を流す必要がある。したがって、低速域において、同一トルクを出力する電流をIMモータとPMモータとで比較した場合に、PMモータは、より大きな電流を流す必要がある。 On the other hand, since the PM motor is a motor that includes a permanent magnet in the rotor and outputs torque using the magnetic flux, there is no such problem that the IM motor has. However, the PM motor generates an induced voltage (back electromotive voltage) corresponding to the rotational speed because of its permanent magnet. In application fields with a wide rotation range such as railway vehicles and automobiles, it is a condition that the inverter that drives and controls the PM motor is not destroyed (due to overvoltage) by the induced voltage generated at the maximum rotation speed. In order to satisfy this condition, the withstand voltage of the inverter needs to be sufficiently high, or conversely, it is necessary to limit the magnetic flux of the permanent magnet provided in the motor. The former often affects the power supply side, and the latter is often selected. If the amount of magnetic flux in that case is compared with the amount of magnetic flux of the IM motor (in the case of an IM motor, the amount of gap magnetic flux created by the excitation current), there are cases where it becomes about 1: 3. In this case, in order to generate the same torque, it is necessary to flow a large (torque) current in a PM motor with a small amount of magnetic flux. Therefore, when the current that outputs the same torque is compared between the IM motor and the PM motor in the low speed range, the PM motor needs to pass a larger current.
このため、IMモータと比べて、PMモータを駆動するインバータの電流容量は増加する。さらに、一般に低速ではインバータ内のスイッチング素子のスイッチング周波数が高く、発生する損失は電流値に依存して増大することから、PMモータでは低速で大きな損失と発熱が生じることになる。 For this reason, the current capacity of the inverter that drives the PM motor is increased as compared with the IM motor. Furthermore, since the switching frequency of the switching element in the inverter is generally high at low speed and the loss generated increases depending on the current value, a large loss and heat generation occur at low speed in the PM motor.
電車などは走行風によって冷却を期待することもあり、低速時に大きな損失が生じることになれば、冷却能力を向上させる必要性からインバータ装置が大型化してしまう。また逆に、誘起電圧が高い場合、弱め界磁制御を行うことになるが、そのときは、励磁電流を重畳することで効率が低下してしまう。 A train or the like may be expected to be cooled by traveling wind, and if a large loss occurs at a low speed, the inverter device becomes large due to the necessity of improving the cooling capacity. Conversely, when the induced voltage is high, field-weakening control is performed. In this case, the efficiency is reduced by superimposing the excitation current.
このようにPMモータは、磁石を内在するが故のメリットとデメリットがある。モータとしてはそのメリットの分が大きく、損失低減や小型化につながる面もあるが、一方では電車や電気自動車など可変速制御の場合には、従来のIMモータに比べて効率の悪い動作点も存在する。また、インバータにとっては電流容量が増大し、損失も増大することから、装置サイズが大きくなる。システムの効率自体は、モータ側が支配的であるため、PMモータの適用によって総合効率は改善するが、一方ではインバータのサイズが増加することがシステムのデメリットとなり、好ましくない。 Thus, the PM motor has advantages and disadvantages due to the inherent magnet. As a motor, the benefits are significant, leading to loss reduction and miniaturization. On the other hand, in the case of variable speed control such as trains and electric cars, there are operating points that are less efficient than conventional IM motors. Exists. Further, since the current capacity and the loss increase for the inverter, the device size increases. Since the efficiency of the system itself is dominant on the motor side, the overall efficiency is improved by the application of the PM motor. On the other hand, an increase in the size of the inverter is a disadvantage of the system, which is not preferable.
特許文献1には、低出力運転、高出力運転の何れにおいても電動機及びインバータを高効率で運転し、システム効率を高める電気自動車駆動用交流電動機が記載されている。この電気自動車駆動用交流電動機は、界磁磁極に埋め込んだ永久磁石による磁束と、必要に応じて励磁コイルによる磁束とにより界磁磁束を作り、電動機出力に応じて、界磁磁束発生源を永久磁石のみと永久磁石及び励磁コイル双方とに切り替えるとともに、回転変圧器を介して励磁電流を供給する。
したがって、この電気自動車駆動用交流電動機は、電動機出力に応じて、例えば低出力時は永久磁石のみの運転にすることができるため、運転効率が向上する。また、電動機の低速域での電動機電圧を高くすることができるため、電流を低減でき、電動機巻線の銅損やインバータの発生損失を小さくしてシステム効率を向上させることができる。特に、低・中速域で運転されることの多い電気自動車にとってこの効果は大きく、電流利用効率の向上、一充電走行距離の延長が可能である。 Therefore, since this AC electric motor for driving an electric vehicle can be operated only by a permanent magnet at the time of low output, for example, according to the motor output, the driving efficiency is improved. In addition, since the motor voltage in the low speed region of the motor can be increased, the current can be reduced, and the copper loss of the motor windings and the loss generated by the inverter can be reduced to improve the system efficiency. In particular, this effect is significant for an electric vehicle that is often driven in a low / medium speed range, and it is possible to improve the current utilization efficiency and extend the travel distance of one charge.
さらに、この電気自動車駆動用交流電動機は、永久磁石を減磁させないため、インバータ制御が簡単になるとともに、異常過電圧が発生せず、機器の保護を図ることができる。また、回転変圧器は高周波動作させることにより小形化が可能であり、電動機ないしシステム全体の小形軽量化を図ることができる。
しかしながら、どのような装置・製品でも、通常、トルク及び回転数の異なる複数の運転モードを有する。このように異なる条件下においては、一定の永久磁石磁束を用いた従来のPMモータは、その全ての条件に対して最適な状態を維持するのは困難であり、システムの効率低下や騒音等の問題を生じる。 However, any device / product usually has a plurality of operation modes having different torques and rotational speeds. Under these different conditions, it is difficult for the conventional PM motor using a constant permanent magnet magnetic flux to maintain the optimum state for all the conditions. Cause problems.
これに対し、インバータによる電流によって磁石磁束を可変にすることが可能な可変磁束ドライブシステムがある。このシステムは、永久磁石の磁束量を変化させることができるため、従来の磁石固定のPMモータドライブシステムに比べて効率の向上が期待できる。また、磁石が不要な際は磁束量を小さくすることで誘起電圧を極力抑制することも可能である。 On the other hand, there is a variable magnetic flux drive system that can make the magnetic flux variable by the current from the inverter. Since this system can change the amount of magnetic flux of the permanent magnet, an improvement in efficiency can be expected as compared with a conventional magnet-fixed PM motor drive system. Moreover, when a magnet is unnecessary, it is also possible to suppress an induced voltage as much as possible by reducing the amount of magnetic flux.
本発明は可変磁束ドライブシステムを利用して上述した従来技術の問題点を解決するもので、磁石磁束を可変に制御できる可変磁束モータを適用し、自己の可変磁束モータを適用する製品・装置がトルク及び回転数の異なる複数の運転モードを有する場合でも、損失を抑えた高効率のシステムを実現しうる可変磁束モータドライブシステムを提供することを課題とする。 The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art using a variable magnetic flux drive system. A product / apparatus that applies a variable magnetic flux motor that can variably control magnet magnetic flux and applies its own variable magnetic flux motor is disclosed. It is an object of the present invention to provide a variable magnetic flux motor drive system capable of realizing a highly efficient system with reduced loss even when a plurality of operation modes having different torques and rotational speeds are provided.
上記課題を解決するために、本発明に係る可変磁束モータドライブシステムは、低保持力の永久磁石である可変磁石を有する永久磁石電動機と、前記永久磁石電動機を駆動するインバータと、前記可変磁石の磁束を制御するための磁化電流を供給する磁化部と、複数の運転モードから1つの運転モードを選択する運転モード管理部と、前記運転モード管理部により選択された運転モードが、高回転かつ低トルクの場合は、前記可変磁石の目標とする磁束値を演算して前記磁束値に対応した磁束指令を生成する磁束指令演算部とを備え、前記磁化部は、前記磁束指令演算部により生成された磁束指令に応じた磁化電流を供給して前記可変磁石の磁束を制御することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a variable magnetic flux motor drive system according to the present invention includes a permanent magnet motor having a variable magnet that is a permanent magnet having a low holding force, an inverter that drives the permanent magnet motor, and the variable magnet. A magnetizing unit that supplies a magnetizing current for controlling magnetic flux, an operation mode management unit that selects one operation mode from a plurality of operation modes, and an operation mode selected by the operation mode management unit has high rotation and low In the case of torque, a magnetic flux command calculation unit that calculates a target magnetic flux value of the variable magnet and generates a magnetic flux command corresponding to the magnetic flux value, and the magnetization unit is generated by the magnetic flux command calculation unit. A magnetizing current corresponding to the magnetic flux command is supplied to control the magnetic flux of the variable magnet.
本発明によれば、トルクや回転数の異なる複数の運転モードを有する装置に当該可変磁束モータドライブシステムを適用した場合においても、各運転モードに最適な磁束値を選択してシステムの高効率化や騒音抑制を図ることができる。 According to the present invention, even when the variable magnetic flux motor drive system is applied to a device having a plurality of operation modes having different torques and rotational speeds, the optimum magnetic flux value is selected for each operation mode to increase the efficiency of the system. And noise suppression.
以下、本発明の可変磁束モータドライブシステムの実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。 Embodiments of a variable magnetic flux motor drive system according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1の可変磁束モータドライブシステムの構成を示すブロック図である。図1を説明する前に、永久磁石同期電動機としての可変磁束モータについて説明する。 FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a variable magnetic flux motor drive system according to a first embodiment of the present invention. Before describing FIG. 1, a variable magnetic flux motor as a permanent magnet synchronous motor will be described.
可変磁束モータ1のイメージを図2に示す。ステータ側は従来のモータと同様と考えてよい。ロータ51側には永久磁石として、磁性体の磁束密度が固定の固定磁石FMGと、磁性体の磁束密度が可変の可変磁石VMGとがある。従来のPMモータは、前者の固定磁石FMGのみであるのに対して、本可変磁束モータ1の特徴は、可変磁石VMGが備わっていることにある。
An image of the variable
ここで固定磁石や可変磁石について、説明を加える。永久磁石とは、外部から電流などを流さない状態において磁化した状態を維持するものであって、いかなる条件においてもその磁束密度が厳密に変化しないというわけではない。従来のPMモータであっても、インバータなどにより過大な電流を流すことで減磁したり、あるいは逆に着磁したりする。よって、永久磁石とは、その磁束量が一定不変なものではなく、通常の定格運転中に近い状態ではインバータ等から供給される電流によって磁束密度が概ね変化しないもののことを指す。一方、前述の磁束密度が可変である永久磁石、つまり、可変磁石とは、上記のような運転条件においてもインバータ等で流し得る電流によって磁束密度が変化するものを指す。 Here, description is added about a fixed magnet and a variable magnet. A permanent magnet maintains a magnetized state in the state where no current flows from the outside, and the magnetic flux density does not change strictly under any condition. Even a conventional PM motor is demagnetized by passing an excessive current through an inverter or the like, or magnetized in reverse. Therefore, the permanent magnet means that the amount of magnetic flux is not constant and the magnetic flux density is not substantially changed by a current supplied from an inverter or the like in a state close to normal rated operation. On the other hand, the above-described permanent magnet having a variable magnetic flux density, that is, a variable magnet refers to a magnet whose magnetic flux density changes due to a current that can be passed through an inverter or the like even under the above operating conditions.
このような可変磁石は、磁性体の材質や構造に依存して、ある程度の範囲で設計が可能である。例えば、最近のPMモータは、残留磁束密度Brの高いネオジム(NdFeB)磁石を用いることが多い。この磁石の場合、残留磁束密度Brが1.2T程度と高いため、大きなトルクを小さい装置サイズにて出力可能であり、モータの高出力小型化が求められるハイブリッド車HEVや電車には好適である。従来のPMモータの場合、通常の電流によって減磁しないことが要件であるが、このネオジム磁石(NdFeB)は約1000kA/mの非常に高い保持力Hcを有しているので、PMモータ用に最適な磁性体である。PMモータ用には、残留磁束密度が大きく、保磁力の大きい磁石が選定されるためである。 Such a variable magnet can be designed within a certain range depending on the material and structure of the magnetic material. For example, recent PM motors often use neodymium (NdFeB) magnets with a high residual magnetic flux density Br. In the case of this magnet, since the residual magnetic flux density Br is as high as about 1.2 T, it is possible to output a large torque with a small device size, and it is suitable for a hybrid vehicle HEV or a train that requires a high output and a small motor. . In the case of a conventional PM motor, it is a requirement that it is not demagnetized by a normal current. However, this neodymium magnet (NdFeB) has a very high holding force Hc of about 1000 kA / m. It is an optimal magnetic material. This is because a magnet having a large residual magnetic flux density and a large coercive force is selected for the PM motor.
ここで、残留磁束密度が高く、保持力Hcの小さいアルニコAlNiCo(Hc=60〜120kA/m)やFeCrCo磁石(Hc=約60kA/m)といった磁性体を可変磁石とする。通常の電流量(インバータによって従来のPMモータを駆動する際に流す程度の電流量という意味)によって、ネオジム磁石の磁束密度(磁束量)はほぼ一定であり、アルニコAlNiCo磁石などの可変磁石の磁束密度(磁束量)は可変となる。厳密に言えば、ネオジム磁石は可逆領域で利用しているため、微小な範囲で磁束密度が変動するが、インバータ電流がなくなれば当初の値に戻る。他方、可変磁石は不可逆領域まで利用するため、インバータ電流がなくなっても当初の値にならない。 Here, a magnetic material such as Alnico AlNiCo (Hc = 60 to 120 kA / m) or FeCrCo magnet (Hc = about 60 kA / m) having a high residual magnetic flux density and a small coercive force Hc is used as a variable magnet. The magnetic flux density (magnetic flux amount) of the neodymium magnet is almost constant due to the normal amount of current (meaning the amount of current flowing when the conventional PM motor is driven by the inverter), and the magnetic flux of a variable magnet such as an Alnico AlNiCo magnet The density (magnetic flux amount) is variable. Strictly speaking, since the neodymium magnet is used in the reversible region, the magnetic flux density fluctuates within a very small range, but returns to the original value when the inverter current disappears. On the other hand, since the variable magnet is used up to the irreversible region, the initial value is not obtained even if the inverter current is lost.
図2は、可変磁束モータ1を、簡単なイメージとしてモデル化したものである。同図において、可変磁石VMGであるアルニコ磁石の磁束量も、D軸方向の量が変動するだけで、Q軸方向はほぼ0である。
FIG. 2 is a model of the variable
図3は、可変磁束モータ1の具体的な構成例を示している。回転子(ロータ)51は、回転子鉄心52中に、ネオジム磁石(NdFeB)などの高保磁力の永久磁石54とアルニコ磁石(AlNiCo)などの低保磁力の永久磁石53とを組み合わせて配置した構成である。可変磁石VMGである低保磁力永久磁石53は、回転子鉄心52の磁極部55の両側に、それぞれ隣接する磁極部55との境界域に径方向に配置してある。固定磁石FMGである高保磁力磁石54は、回転子鉄心52の磁極部55において径に直交する方向に配置してある。この構造により、可変磁石VMGである低保磁力永久磁石53はQ軸方向とその磁化方向が直交するため、Q軸電流の影響を受けず、D軸電流によって磁化される。
FIG. 3 shows a specific configuration example of the variable
図4は、固定磁石と可変磁石のBH特性(磁束密度−磁化特性)を例示している。また、図5は、図4の第2象限のみを定量的に正しい関係にて示したものである。ネオジム磁石とアルニコ磁石の場合、それらの残留磁束密度Br1,Br2には有意差はないが、保磁力Hc1,Hc2については、ネオジム磁石(NdFeB)のHc2に対し、アルニコ磁石(AlNiCo)のHc1は1/15〜1/8、FeCrCo磁石のHc1は1/15になる。 FIG. 4 illustrates the BH characteristics (magnetic flux density-magnetization characteristics) of the fixed magnet and the variable magnet. FIG. 5 shows only the second quadrant of FIG. 4 in a quantitatively correct relationship. In the case of a neodymium magnet and an Alnico magnet, there is no significant difference between their residual magnetic flux densities Br1 and Br2, but for the coercive force Hc1 and Hc2, the Hc1 of the Alnico magnet (AlNiCo) is higher than the Hc2 of the neodymium magnet (NdFeB). From 1/15 to 1/8, the Hc1 of the FeCrCo magnet is 1/15.
従来のPMモータドライブシステムにおいて、インバータの出力電流による磁化領域は、ネオジム磁石(NdFeB)の保磁力より十分に小さく、その磁化特性の可逆範囲で利用されている。しかしながら、可変磁石は、保磁力が上述のように小さいため、インバータの出力電流の範囲において、不可逆領域(電流を0にしても、電流印加前の磁束密度Bに戻らない)での利用が可能で、磁束密度(磁束量)を可変にすることができる。 In the conventional PM motor drive system, the magnetization region due to the output current of the inverter is sufficiently smaller than the coercive force of the neodymium magnet (NdFeB), and is utilized in the reversible range of its magnetization characteristics. However, since the coercive force of the variable magnet is small as described above, it can be used in the irreversible region (even if the current is zero, it does not return to the magnetic flux density B before the current application) in the inverter output current range. Thus, the magnetic flux density (magnetic flux amount) can be made variable.
可変磁束モータ1の動特性の等価簡易モデルを、(1)式に示す。同モデルは、D軸を磁石磁束方向、Q軸をD軸に直行する方向として与えたDQ軸回転座標系上のモデルである。
ここに、R1:巻線抵抗、Ld:D軸インダクタンス、Lq:Q軸インダクタンス、Φfix:固定磁石の磁束量、Φvar:可変磁石の磁束量、ω1:インバータ周波数である。 Here, R1: winding resistance, Ld: D-axis inductance, Lq: Q-axis inductance, Φfix: amount of magnetic flux of the fixed magnet, Φvar: amount of magnetic flux of the variable magnet, and ω1: inverter frequency.
図1に示す可変磁束モータドライブシステムは、可変磁束モータ1、電流検出器2a,2b、直流電源3、直流電力を交流電力に変換するインバータ4、座標変換部5、PWM回路6、座標変換部7、擬似微分器8、電圧指令演算部10、電流基準演算部11、回転数指令演算部12、回転数制御器14、回転角度センサ18、運転モード管理部20、磁化モード管理部22、磁束指令演算部31、及び磁化電流指令演算部33で構成されている。
A variable magnetic flux motor drive system shown in FIG. 1 includes a variable
ここで、この可変磁束モータドライブシステムは、主回路と制御回路とに分けることができる。直流電源3、インバータ4、可変磁束モータ1、モータ電流を検出するための電流検出器2a,2b、及び可変磁束モータ1の回転角度を検出するための回転角度センサ18は、主回路を構成するものとする。また、座標変換部5、PWM回路6、座標変換部7、擬似微分器8、電圧指令演算部10、電流基準演算部11、回転数指令演算部12、回転数制御器14、運転モード管理部20、磁化モード管理部22、磁束指令演算部31、及び磁化電流指令演算部33は、制御回路を構成するものとする。
Here, the variable magnetic flux motor drive system can be divided into a main circuit and a control circuit. The
可変磁束モータ1は、本発明の永久磁石電動機に対応し、低保持力の永久磁石である可変磁石(例えばアルニコ磁石)を有する。
The variable
インバータ4は、可変磁束モータ1を駆動する。すなわち、インバータ4は、直流電源3からの直流電力を交流電力に変換し、可変磁束モータ1に供給する。可変磁束モータ1に供給される電流Iu,Iwは、電流検出器2a,2bにより検出され、座標変換部7に入力され、この座標変換部7でD軸電流Id、Q軸電流Iqに変換され、電圧指令演算部10に入力される。また、インバータ4は、本発明の磁化部にも対応し、可変磁束モータ1の有する可変磁石の磁束を制御するための磁化電流を供給する。
The inverter 4 drives the variable
直流電源3は、インバータ4に直流電力を供給する二次電池でもよい。本発明を電気自動車等に適用する場合には、直流電源3は、二次電池であると考えられる。
The
また、可変磁束モータ1のロータ回転角度は、回転角度センサ18により検出され、擬似微分器8に出力される。
Further, the rotor rotation angle of the variable
次に、制御回路について説明する。ここでの入力は、運転指令Run*である。この運転指令Run*は、可変磁束モータ1に対する運転要求であり、適切な手段により出力される。
Next, the control circuit will be described. The input here is the operation command Run *. This operation command Run * is an operation request for the variable
運転モード管理部20は、運転指令Run*と回転子回転周波数ωRに基づき、複数の運転モードから1つの運転モードを選択する。ここで、擬似微分器8は、回転角度センサ18により検出された角度を微分して得た回転子回転周波数ωRを回転数制御器14、電圧指令演算部10、及び運転モード管理部20に出力する。運転モード管理部20は、擬似微分器8により出力された回転子回転周波数ωRに基づき、インバータ4の出力周波数を認識することができる。さらに、運転モード管理部20は、選択した運転モードを回転数指令演算部12及び磁束指令演算部31に出力するとともに、ゲート指令GstをPWM回路6に出力する。また、運転モード管理部20は、運転モードを変更する際等において磁化を必要とする場合には、「磁化要求」フラグを立てて磁化モード管理部22に出力する。
The operation
回転数指令演算部12は、運転モード管理部20により選択された運転モードに基づき、可変磁束モータ1の目標とする回転数を演算し、演算結果に対応した回転数指令を回転数制御器14に出力する。
The rotation speed
回転数制御器14は、回転数指令演算部12により出力された回転数指令と、擬似微分器8により出力された回転子回転周波数ωRとに基づき、可変磁束モータ1が所望のトルクになるように生成されたトルク指令Tm*を出力する。
Based on the rotational speed command output by the rotational speed
磁束指令演算部31は、運転モード管理部20により選択された運転モードに基づき可変磁石の目標とする磁束値を演算して、磁束値に対応した磁束指令Φ*を生成する。磁化部であるインバータ4は、磁束指令演算部31により生成された磁束指令に応じた磁化電流を供給して可変磁石の磁束を制御する。
The magnetic flux
具体的には、運転モード管理部20は、現在の可変磁束又は総磁束(固定磁石磁束+可変磁石磁束)に対して、必要とする磁束の変化に対応した運転モードを選択する。一般的には、以下のような磁束の変化を必要とする。ただし、1例であり、これに限らない。
Specifically, the operation
まず、可変磁束モータ1の回転数が増加した場合には、運転モード管理部20は、可変磁石磁束を下げるための運転モードを選択する。可変磁束モータ1は、回転数が高いほど、逆起電圧が大きくなる。したがって、磁束指令演算部31は、運転モードに基づき、磁束を下げる旨の磁束指令Φ*を出力し、逆起電圧を下げる。
First, when the rotation speed of the variable
次に、トルクの増加を必要とする運転モードが選択された場合には、可変磁石磁束を下げる。可変磁束モータ1は、トルクが高いほど、高いモータ端子電圧を有するので、磁束指令演算部31は、運転モードに基づき、磁束を下げる旨の磁束指令Φ*を出力し、端子電圧を下げる。
Next, when an operation mode that requires an increase in torque is selected, the variable magnet magnetic flux is lowered. Since the variable
なお、磁束指令演算部31は、運転モード管理部20により選択された運転モードに応じて、当該可変磁束モータドライブシステムの効率改善情報、安全性改善情報、及び騒音改善情報の少なくとも1つに基づき、可変磁石の目標とする磁束値を演算して、磁束値に対応した磁束指令を生成することもできる。この場合には、磁束指令演算部31は、予め当該可変磁束モータドライブシステムの効率改善情報、安全性改善情報、及び騒音改善情報の少なくとも1つを有しており、選択された運転モードに対する最適な磁束値を演算する際に利用する。
The magnetic flux
電流基準演算部11は、回転数制御器14により出力されたトルク指令Tm*と磁束指令演算部31により出力された磁束指令Φ*とに基づき、D軸電流基準IdRとQ軸電流基準IqRとを演算する。ここで、トルクの一般式は、次式であり、Id,Iqを解くことにより決定される。
Based on the torque command Tm * output from the
トルク=φ×Iq+(Ld−Lq)×Id×Iq…(2)
ここで、φは、総磁束(=固定磁石磁束+可変磁石磁束)を示す。また、Ldは、D軸インダクタンスであり、Lqは、Q軸インダクタンスである。したがって、(2)式は、磁束量やトルクの関数となる。実際には、Ld、Lqの非線形性があるため、電流基準演算部11は、トルクと磁束に応じたテーブルデータを有することによりId、Iqを求める。その際、電流基準演算部11は、最小な電流値(√(Id2+Iq2))にて、所定トルクが得られるような関係を選ぶ。
Torque = φ × Iq + (Ld−Lq) × Id × Iq (2)
Here, φ indicates the total magnetic flux (= fixed magnet magnetic flux + variable magnet magnetic flux). Ld is a D-axis inductance, and Lq is a Q-axis inductance. Therefore, equation (2) is a function of the amount of magnetic flux and torque. Actually, since there is non-linearity between Ld and Lq, the current
磁化電流指令演算部33は、回転数制御器14により出力されたトルク指令Tm*と磁束指令演算部31により出力された磁束指令Φ*とに基づき、必要な磁化電流を計算し、磁化電流指令IdM,IqMを生成する。一般に、磁化電流は、可変磁石のそれに至るまでの過去の磁化の履歴に依存するものである。そこで、磁化電流指令演算部33は、例えば過去の磁化の履歴と要求する磁束とに対する磁化電流をテーブル情報として有することにより、必要な磁化電流を算出することができる。磁化電流指令演算部33は、今回の磁束指令Φ*と可変磁石の磁化特性とに基づき、磁化電流目標値IdM*を算出して磁化モード管理部22に出力する。磁化電流を流すためには、高速かつ精度よく流すことが必要であるため、PI制御に代わりヒステリシスコンパレータなどで実現してもよい。
The magnetizing current
電圧指令演算部10は、電流基準演算部11により演算されたD軸電流基準IdRとQ軸電流基準IqRとに基づき、当該基準にD軸電流Id及びQ軸電流Iqが一致するように電流が流れるように、DQ軸電圧指令Vd*、Vq*を演算して生成する。その際、電圧指令演算部10は、電流偏差にPI制御を施し、DQ軸電圧指令を求める。
Based on the D-axis current reference IdR and the Q-axis current reference IqR calculated by the current
ここで、磁化する際には、磁化部であるインバータ4は、可変磁束モータ1に過大な磁化電流を短時間で精度良く流すことが必要である。上述した電圧指令演算部10によるPI制御は、応答性が十分でなく、可変磁束モータ1に過大な磁化電流を短時間で精度良く流すことが困難となることも考えられる。そこで、電圧指令演算部10は、例えば、磁化電流指令演算部33により算出された磁化電流に基づき、それぞれのD軸電流Id、Q軸電流Iqが一致するように、例えば、ヒステリシスコンパレータ方式等の瞬時比較制御方式を利用して、DQ軸電圧指令を算出することもできる。
Here, when magnetizing, the inverter 4 which is a magnetizing portion needs to allow an excessive magnetization current to flow through the variable
なお、磁化モード管理部22により磁化モードのフラグが立っている場合には、電圧指令演算部10は、磁化電流指令演算部33により生成されたD軸磁化電流指令IdMとQ軸磁化電流指令IqMとに基づき、当該指令にD軸電流Id及びQ軸電流Iqが一致するように電流が流れるように、DQ軸電圧指令Vd*、Vq*を演算して生成する。
When the magnetization mode flag is set by the magnetization
座標変換部5は、電圧指令演算部10により出力されたD軸電圧指令Vd*、Q軸電圧指令Vq*を三相の電圧指令Vu*、Vv*、Vw*に座標変換し、PWM回路6に出力する。PWM回路6は、運転モード管理部20により出力されたゲート指令Gst、及び入力された三相の電圧指令Vu*、Vv*、Vw*に基づき、インバータ4のスイッチング素子をオンオフ制御する。
The coordinate
磁化モード管理部22は、運転モードに基づき可変磁石を磁化する際に、適切なタイミングで磁化電流の制御が行えるように各種フラグを出力する。磁化モード管理部22の詳細な動作は、後述する。
When magnetizing the variable magnet based on the operation mode, the magnetization
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。まずは、磁化を必要としない場合について説明する。ここでの入力は、運転指令Run*である。運転モード管理部20は、入力された運転指令Run*に基づき、複数の運転モードから1つの運転モードを選択する。
Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described. First, a case where magnetization is not required will be described. The input here is the operation command Run *. The operation
回転数指令演算部12は、運転モード管理部20により選択された運転モードに基づき、可変磁束モータ1の目標とする回転数を演算し、演算結果に対応した回転数指令を回転数制御器14に出力する。
The rotation speed
回転数制御器14は、回転数指令演算部12により出力された回転数指令と、擬似微分器8により出力された回転子回転周波数ωRとに基づき、可変磁束モータ1が所望のトルクになるように生成されたトルク指令Tm*を出力する。
Based on the rotational speed command output by the rotational speed
磁束指令演算部31は、運転モード管理部20により選択された運転モードに基づき、可変磁石の目標とする磁束値を演算して、磁束値に対応した磁束指令Φ*を生成する。
The magnetic flux
電流基準演算部11は、回転数制御器14により出力されたトルク指令Tm*と磁束指令演算部31により出力された磁束指令Φ*とに基づき、D軸電流基準IdRとQ軸電流基準IqRとを演算する。
Based on the torque command Tm * output from the
電圧指令演算部10は、電流基準演算部11により演算されたD軸電流基準IdRとQ軸電流基準IqRとに基づき、当該基準にD軸電流Id及びQ軸電流Iqが一致するように電流が流れるように、DQ軸電圧指令Vd*、Vq*を演算して生成する。
Based on the D-axis current reference IdR and the Q-axis current reference IqR calculated by the current
ここで、磁化を必要としないため、磁化モード管理部22による「磁化モード」フラグはL(ロー)である。したがって、電圧指令演算部10は、磁化電流指令演算部33による磁化電流指令ではなく、電流基準演算部11により出力されたDQ軸電流基準に基づき、DQ軸電圧指令Vd*、Vq*を演算して生成する。
Here, since magnetization is not required, the “magnetization mode” flag by the magnetization
座標変換部5は、電圧指令演算部10により出力されたD軸電圧指令Vd*、Q軸電圧指令Vq*を三相の電圧指令Vu*、Vv*、Vw*に座標変換し、PWM回路6に出力する。PWM回路6は、運転モード管理部20により出力されたゲート指令Gst、及び入力された三相の電圧指令Vu*、Vv*、Vw*に基づき、インバータ4のスイッチング素子をオンオフ制御する。
The coordinate
次に、磁化を必要とする場合について説明する。図6は、磁化を行う際の可変磁束モータドライブシステムの各部の状態を示すタイムチャート図である。時刻t0までは、上述した磁化を必要としない場合の動作と同じである。 Next, a case where magnetization is required will be described. FIG. 6 is a time chart showing a state of each part of the variable magnetic flux motor drive system when the magnetization is performed. Up to time t 0 , the operation is the same as that in the case where the above-described magnetization is not required.
時刻t0において、運転モード管理部20は、運転モードが変化した等の事情により磁化が必要であると判断し、「磁化要求」フラグを立てる。すなわち、運転モード管理部20は、H(ハイ)状態の磁化要求フラグとして磁化モード管理部22に出力する。その際、運転モード管理部20は、H(ハイ)状態の「磁化要求」フラグを出力するのは一瞬でよく、その後は、「磁化要求」フラグをL(ロー)状態に戻して出力する。
At time t 0 , the operation
磁化モード管理部22は、磁化要求フラグが入力されると、「磁化モード」フラグを立てるとともに、電圧指令演算部10にH(ハイ)状態の磁化モードフラグを出力する。なお、この磁化モードフラグは、磁化の完了する時刻t2までH(ハイ)の状態を維持する。
When the magnetization request flag is input, the magnetization
回転数指令演算部12と回転数制御器14とは、磁化を必要としない場合と同様の動作を行うので、重複した説明を省略する。
Since the rotation speed
また、磁化モード管理部22は、磁化要求フラグが入力されると、「磁化電流UP」フラグを立てるとともに、磁化電流指令演算部33にH(ハイ)状態の磁化電流UPフラグを出力する。
When the magnetization request flag is input, the magnetization
磁束指令演算部31は、運転モード管理部20により選択された運転モードに基づき、可変磁石の目標とする磁束値を演算して、磁束値に対応した磁束指令Φ*を生成する。ここで、磁化を必要とする運転モードが選択されているため、磁束指令演算部31は、時刻t0において磁束指令Φ*の値を増加させる。
The magnetic flux
磁化電流指令演算部33は、回転数制御器14により出力されたトルク指令Tm*と磁束指令演算部31により出力された磁束指令Φ*とに基づき、必要な磁化電流を計算し、磁化電流指令IdM,IqMを生成する。また、磁化電流指令演算部33は、今回の磁束指令Φ*と可変磁石の磁化特性とに基づき、磁化電流目標値IdM*を算出して磁化モード管理部22に出力する。
The magnetizing current
ここで、磁化電流指令演算部33は、H(ハイ)状態の磁化電流UPフラグが入力されているため、時刻t0から時刻t1までの間において、磁化電流すなわちD軸の磁化電流指令IdMを、その時刻におけるD軸電流Idの値から磁化電流目標値IdM*に向けて漸増させる。なお、磁石磁束Φは、時刻t0−t1間において、D軸電流増加に基づく磁化により増加する。
Here, the magnetization current
なお、磁化中(「磁化モード」フラグが立っている間)は、磁化電流(D軸電流)を短時間で通常値以上に流すため、トルク変動が生じる。このトルク変動を低減するため、D軸電流に応じてQ軸電流を変化させる必要がある。リラクタンストルクが生じるモータでのトルク式は、上述したように(2)式で表される。磁束量Φは、その時点におけるD軸電流と予め把握している磁化特性から推定される。したがって、磁化電流指令演算部33は、推定ΦとD軸電流指令とモータ定数であるD軸インダクタンスLd及びQ軸インダクタンスLqから、トルク変動が無くトルク指令Tm*に一致するような磁化電流指令IqMを演算する。
Note that during magnetization (while the “magnetization mode” flag is set), the magnetizing current (D-axis current) flows above the normal value in a short time, and torque fluctuations occur. In order to reduce this torque fluctuation, it is necessary to change the Q-axis current according to the D-axis current. As described above, the torque equation in the motor in which the reluctance torque is generated is expressed by equation (2). The magnetic flux amount Φ is estimated from the D-axis current at that time and the previously known magnetization characteristics. Therefore, the magnetizing current
例えば、時刻t0から時刻t1までの間のように、負突極機で増磁する際には、磁化電流指令演算部33は、Q軸電流を増加させるように磁化電流指令IqMを演算して生成する。
For example, when magnetizing with a negative salient pole machine between time t 0 and time t 1 , the magnetization current
磁化モード管理部22により磁化モードのフラグが立っているので、電圧指令演算部10は、磁化電流指令演算部33により生成されたD軸磁化電流指令IdMとQ軸磁化電流指令IqMとに基づき、当該指令にD軸電流Id及びQ軸電流Iqが一致するように電流が流れるように、DQ軸電圧指令Vd*、Vq*を演算して生成する。
Since the magnetization mode flag is set by the magnetization
なお、電流基準演算部11は、時刻t0において、回転数制御器14により出力されたトルク指令Tm*と磁束指令演算部31により出力された磁束指令Φ*とに基づき、D軸電流基準IdRとQ軸電流基準IqRとを演算する。D軸電流IdとQ軸電流Iqとは、磁化が完了した際に(時刻t2)、それぞれD軸電流基準IdRとQ軸電流基準IqRとに一致するように制御される。
It should be noted that the current
次に、磁化モード管理部22は、座標変換部7により出力されたD軸電流Idと磁化電流指令演算部33により出力された磁化電流目標値IdM*とを監視し、D軸電流Idが磁化電流目標値IdM*に達すると(時刻t1)、「磁化電流UP」フラグをL(ロー)に落とすとともに、「磁化電流印加完了」フラグをH(ハイ)状態にする。
Next, the magnetization
ここで、磁化電流指令演算部33は、H(ハイ)状態の磁化電流印加完了フラグが入力されているため、磁化電流すなわちD軸の磁化電流指令IdMを、その時刻(t1)におけるD軸電流Idの値から通常運転時の目標であるD軸電流基準IdRに向けて漸減させる。また、この間にも、過渡トルクが生じないように、Q軸電流を適正に流す。
Here, since the magnetization current application completion flag in the H (high) state is input to the magnetization current
次に、磁化モード管理部22は、座標変換部7により出力されたD軸電流Idと電流基準演算部11により出力されたD軸電流基準IdRとを監視し、D軸電流IdがD軸電流基準IdRに達すると(時刻t2)、「磁化モード」フラグをL(ロー)に落とすとともに、「磁化完了」フラグをH(ハイ)状態にする。
Next, the magnetization
本実施例の可変磁束モータドライブシステムは、以上の動作をもって磁化が完了し、時刻t2以降は通常制御になる。通常制御においては、上述した磁化を必要としない場合と同様であり、電圧指令演算部10は、電流基準演算部11により演算されたD軸電流基準IdRとQ軸電流基準IqRとに基づき、当該基準にD軸電流Id及びQ軸電流Iqが一致するように電流が流れるように、DQ軸電圧指令Vd*、Vq*を演算して生成する。
The variable magnetic flux motor drive system of this embodiment completes the magnetization with a above operation, the time t 2 later becomes the normal control. In the normal control, the voltage
なお、本実施例における可変磁束モータドライブシステムは、時刻t1以降において磁石磁束Φが増加したため、時刻t0以前に比して時刻t2以降はD軸電流を増加させQ軸電流を減少させてトルクを一定に維持する。 The variable magnetic flux motor drive system of this embodiment, since the magnetic flux Φ at time t 1 after increased time t 2 later than the time point t 0 previously reduces the Q-axis current increasing the D-axis current To keep the torque constant.
その他の作用は、上述した磁化を必要としない場合と同様であり、重複した説明を省略する。 Other operations are the same as those in the case where the above-described magnetization is not required, and redundant description is omitted.
上述のとおり、本発明の実施例1の形態に係る可変磁束モータドライブシステムによれば、トルクや回転数の異なる複数の運転モードを有する装置に当該可変磁束モータドライブシステムを適用した場合においても、運転モード管理部20が状況に応じて運転モードを選択するとともに、磁束指令演算部31が選択された運転モードに基づいて可変磁石の目標とする磁束値を演算するので、各運転モードに最適な磁束値が選択され、システムの高効率化や騒音抑制を図ることができる。
As described above, according to the variable magnetic flux motor drive system according to the first embodiment of the present invention, even when the variable magnetic flux motor drive system is applied to a device having a plurality of operation modes having different torques and rotational speeds, The operation
特に、磁束指令演算部31は、当該可変磁束モータドライブシステムの効率改善情報、安全性改善情報、及び騒音改善情報のいずれかを有しており、運転モード管理部20により選択された運転モードに応じて、上記情報に基づき、可変磁石の目標とする磁束値を演算する。すなわち、本実施例における可変磁束モータドライブシステムは、運転モードに応じて最適な磁束値を決定することができる。ここで、「最適」とは、様々な指標があるが、例えばシステムの効率であり、あるいは、一方のモードでは効率を優先して、他方のモードでは騒音抑制を優先するような場合がある。したがって、本システムは、適用する機器に適した「最適性」を向上することができる。
In particular, the magnetic flux
図7は、本発明の実施例2の可変磁束モータドライブシステムの構成を示すブロック図である。実施例1の構成と異なる点は、荷重算出部15が設けられている点である。また、本実施例における可変磁束モータドライブシステムは、エレベータに適用されている。
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the variable magnetic flux motor drive system according to the second embodiment of the present invention. The difference from the configuration of the first embodiment is that a
荷重算出部15は、エレベータのかご内の積載荷重(乗車荷重)を算出し、磁束指令演算部31aに出力する。
The
運転モード管理部20aは、エレベータを加速させる場合の運転モード(加速モード)と、エレベータを減速させる場合の運転モード(減速モード)と、エレベータを定速運転させる場合の運転モード(定速モード)と、エレベータを停止させる場合の運転モード(停止モード)とを有する。
The operation
すなわち、本実施例において、運転モード管理部20aが有する複数の運転モードの少なくとも1つは、可変磁束モータ1のトルク及び回転数の少なくとも一方に基づく運転モードであるといえる。また、停止モードを有するため、運転モード管理部20aが有する複数の運転モードの少なくとも1つは、インバータ4の動作状態又は停止状態に基づく運転モードであるといえる。
That is, in this embodiment, it can be said that at least one of the plurality of operation modes of the operation
磁束指令演算部31aは、運転モードのみならず、さらにエレベータのかご内の積載荷重に応じて可変磁石の目標とする磁束値を演算して、磁束値に対応した磁束指令を生成する。
The magnetic flux
回転数指令演算部12aは、運転モード管理部20aにより選択された運転モードに基づき、可変磁束モータ1の目標とする回転数を演算し、演算結果に対応した回転数指令を回転数制御器14、運転モード管理部20a、及び磁束指令演算部31aに出力する。
その他の構成は、実施例1と同様であり、重複した説明を省略する。
The rotation speed
Other configurations are the same as those of the first embodiment, and redundant description is omitted.
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。図8は、本実施例の可変磁束モータドライブシステムを適用したエレベータにおける制御の状態を示すタイムチャート図である。 Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described. FIG. 8 is a time chart showing the state of control in an elevator to which the variable magnetic flux motor drive system of this embodiment is applied.
最初に、停止しているエレベータを他の階に移すため、運転指令Run*が運転モード管理部20aに入力される。運転モード管理部20aは、入力された運転指令Run*に基づき、複数の運転モードから「加速モード」を選択する。また、運転モード管理部20aは、H(ハイ)状態のゲート指令GstをPWM回路6に出力し、インバータ4の動作を開始させる。
First, in order to move a stopped elevator to another floor, an operation command Run * is input to the operation
回転数指令演算部12aは、運転モード管理部20aにより選択された加速モードに基づき、可変磁束モータ1の目標とする回転数を演算し、演算結果に対応した回転数指令を回転数制御器14、運転モード管理部20a、及び磁束指令演算部31aに出力する。
The rotation speed
回転数制御器14は、回転数指令演算部12aにより出力された回転数指令と、擬似微分器8により出力された回転子回転周波数ωRとに基づき、可変磁束モータ1が所望のトルクになるように生成されたトルク指令Tm*を出力する。図8に示すように、加速域において、可変磁束モータ1は、所定のトルクで目標とする回転数に向けて徐々に回転数を上げるように制御される。
The
磁束指令演算部31aは、運転モード管理部20aにより選択された運転モードと回転数指令演算部12aにより出力された回転数指令と荷重算出部15により算出された乗車荷重とに基づき、可変磁石の目標とする磁束値を演算して、磁束値に対応した磁束指令Φ*を生成する。
The magnetic flux
具体的には、磁束指令演算部31aは、入力される乗車荷重を必要トルクの決定に用いる。必要トルクが大きい場合には、磁束指令演算部31aは、必要トルクに応じた大きな磁束値を磁束指令として出力する必要があるからである。なお、必要トルクの決定に際し、磁束指令演算部31aは、乗車荷重に基づき、運動系の質量及び運動系に作用する外力を算出する。一般的にエレベータは、カウンターウェイトによって所定の乗車荷重で力が不要となるように設計されており、乗車荷重が増減すると、外力が必要となる。したがって、磁束指令演算部31aは、乗車荷重に基づき、運動系の質量及び運動系に作用する外力を算出して必要トルクを決定するとともに、運転モードと必要トルク(さらに必要に応じて回転数指令)に基づき、最適な磁束指令を出力する。
Specifically, the magnetic flux
ここで、「最適」とは、様々な場合が考えられるが、例えば運転による損失を最小化してモータ・インバータを含めた最高効率となるような磁束量である場合や、音が静かな磁束量である場合等である。 Here, “optimum” can be considered in various cases. For example, the amount of magnetic flux that minimizes loss due to operation and achieves the highest efficiency including the motor and inverter, or the amount of magnetic flux that is quiet. This is the case.
磁束指令演算部31aは、運転モードと乗車荷重に基づいて磁束指令を決定する方法として、関数を用いてもよいし、テーブルを参照してもよい。なお、磁束指令演算部31aは、目標階によっては、後述する「定速モード」の回転数が異なる場合もあるため、運転モード、乗車荷重、及び回転数を入力として磁束指令を求めてもよい。また、上述したように、乗車荷重とはトルクを決定する一要素であるため、磁束指令演算部31aは、運転モード、必要トルク、及び回転数を入力として磁束指令を求めてもよい。
The magnetic flux
なお、磁束指令演算部31aは、基本的に運転モードが変更されない限り、可変磁石の磁束値を一定に保つように制御する。したがって、磁束指令演算部31aは、運転モードのモードチェンジ時にのみ磁化(可変磁石の磁束値の変更)を行い、運転モードの変更が完了した後は、その直前のモードチェンジ時に設定された磁束値を保つように磁束指令Φ*を出力する。以降の実施例においても同様である。
The magnetic flux
加速モードにおけるその他の作用は、実施例1の磁化を必要としない場合と同様であり、重複した説明を省略する。 Other operations in the acceleration mode are the same as those in the case where the magnetization of the first embodiment is not required, and redundant description is omitted.
運転モード管理部20aは、回転数指令演算部12aにより出力された回転数指令と擬似微分器8により出力された回転子回転周波数ωRとを監視しており、所定の回転数に達した際(時刻t0)に、定速モードを選択して出力する。
The operation
時刻t0において、運転モード管理部20aは、磁化が必要であると判断し、「磁化要求」フラグを立てる。すなわち、運転モード管理部20aは、H(ハイ)状態の磁化要求フラグとして磁化モード管理部22に出力する。
At time t 0, the operation
時刻t0の磁化時におけるその他の作用は、実施例1の磁化を必要とする場合と同様であり、重複した説明を省略する。ただし、時刻t0においては、運転モードが「加速モード」から「定速モード」に変更されるため、大きなトルク値を必要とせず低トルク値でよい。特に、エレベータのかごとカウンターウェイトが釣り合う状態である場合には、定速モードにおけるトルク値は略0となる。また低トルクでよいため、当該可変磁束モータドライブシステムは、磁石磁束量に自由度があり、磁束値を低減して鉄損を減らすことができる。 Other operations during the magnetization at time t 0 are the same as those in the case where the magnetization of the first embodiment is required, and a duplicate description is omitted. However, at time t 0 , the operation mode is changed from the “acceleration mode” to the “constant speed mode”, so a large torque value is not required and a low torque value may be used. In particular, when the elevator car and the counterweight are balanced, the torque value in the constant speed mode is substantially zero. Moreover, since low torque is sufficient, the said variable magnetic flux motor drive system has a freedom degree in the amount of magnetic fluxes, and can reduce a magnetic flux value and iron loss.
したがって、本実施例の時刻t0における磁化時には、磁化電流は減少方向に制御されるので、磁化モード管理部22は、磁化要求フラグが入力されると、「磁化電流UP」フラグではなく、「磁化電流DOWN」フラグを立てる。磁化電流指令演算部33は、H(ハイ)状態の磁化電流DOWNフラグが入力されているため、磁化電流すなわちD軸の磁化電流指令IdMを、その時刻(t0)におけるD軸電流Idの値から磁化電流目標値IdM*に向けて漸減させる。
Therefore, during the magnetization at time t 0 in this embodiment, the magnetization current is controlled in the decreasing direction. Therefore, when the magnetization request flag is input, the magnetization
本実施例において、可変磁束モータドライブシステムは、時刻t0において瞬間的に磁化が終了し磁石磁束を減少させているが、実際には実施例1の磁化が必要な場合と同様の動作を経ている。 In this embodiment, the variable magnetic flux motor drive system is momentarily magnetized at time t 0 is reduced the magnetic flux is completed, actually through the same operation as the magnetization is required in Example 1 Yes.
時刻t0−t1に間において、運転モード管理部20aは、定速モードを選択して出力する。したがって、回転数指令演算部12aは、加速モードにおいて目標とした可変磁束モータ1の回転数を維持するために、対応する回転数指令を回転数制御器14、運転モード管理部20a、及び磁束指令演算部31aに出力する。
During the time t 0 -t 1 , the operation
回転数制御器14は、回転数指令演算部12aにより出力された回転数指令と、擬似微分器8により出力された回転子回転周波数ωRとに基づき、可変磁束モータ1が所定の低トルク値(あるいは略0)を維持するように生成されたトルク指令Tm*を出力する。図8に示すように、定速域において、可変磁束モータ1は、所定の低トルク及び所定の回転数を維持するように制御される。
Based on the rotational speed command output from the rotational speed
磁束指令演算部31aは、運転モード管理部20aにより選択された運転モード(定速モード)と回転数指令演算部12aにより出力された回転数指令と荷重算出部15により算出された乗車荷重とに基づき、可変磁石の目標とする磁束値を演算して、磁束値に対応した磁束指令Φ*を生成する。
The magnetic flux
具体的には、磁束指令演算部31aは、時刻t0の磁化時において低減させた磁束値を保つように磁束指令Φ*を生成する。
Specifically, the magnetic flux
運転モード管理部20aは、エレベータのかごが予め決められた所定距離を移動するか、あるいは定速モードにおいて所定時間が経過した際(時刻t1)に、減速モードを選択して出力する。
The operation
時刻t1において、運転モード管理部20aは、磁化が必要であると判断し、「磁化要求」フラグを立てる。すなわち、運転モード管理部20aは、H(ハイ)状態の磁化要求フラグとして磁化モード管理部22に出力する。
At time t 1, the operation
時刻t1の磁化時におけるその他の作用は、時刻t0の磁化時と同様であり、重複した説明を省略する。ただし、時刻t1においては、運転モードが「定速モード」から「減速モード」に変更されるため、減速させるために所定のトルク値を必要とする。なお、減速させるために必要なトルクは、加速時におけるトルクと力の方向が逆であるが、図8におけるトルクは、絶対値を示しているため加速時と減速時でいずれも正の値を示す。 Other operations during the magnetization at time t 1 are the same as those during the magnetization at time t 0 , and redundant description is omitted. However, at time t 1, since the operation mode is changed from the "constant speed mode" to the "deceleration mode", and require a predetermined torque value to slow. Note that the torque required for deceleration is opposite in direction of torque and force during acceleration, but the torque in FIG. 8 shows an absolute value, and therefore has a positive value during acceleration and deceleration. Show.
また、加速モードにおける加速度と減速モードにおける減速度が等しい場合には、両モードにおけるトルクの絶対値は等しいものとなる。ただし、本実施例においては、図8に示すように、トルクの絶対値は加速域の方が減速域よりも大きい。例えば、エレベータのかごの乗車荷重がカウンターウェイトよりも重い場合にエレベータを上昇させると、可変磁束モータ1のトルク値は、図8に示すような値となる。
When the acceleration in the acceleration mode and the deceleration in the deceleration mode are equal, the absolute value of the torque in both modes is the same. However, in this embodiment, as shown in FIG. 8, the absolute value of the torque is larger in the acceleration region than in the deceleration region. For example, when the elevator is raised when the riding load of the elevator car is heavier than the counterweight, the torque value of the variable
減速させるために所定のトルク値を必要とするため、当該可変磁束モータドライブシステムは、時刻t1の磁化時において、磁束値を増加させる。 Requires a predetermined torque value to slow down, the variable magnetic flux motor drive system, the at the time of the magnetization time t 1, the increase flux value.
時刻t1以後において、運転モード管理部20aは、減速モードを選択して出力する。したがって、回転数指令演算部12aは、可変磁束モータ1の目標とする回転数を0とし、回転数指令を回転数制御器14、運転モード管理部20a、及び磁束指令演算部31aに出力する。
At time t 1 after, the operation
回転数制御器14は、回転数指令演算部12aにより出力された回転数0を目標とする回転数指令と、擬似微分器8により出力された回転子回転周波数ωRとに基づき、可変磁束モータ1が減速に必要なトルク値を維持するように生成されたトルク指令Tm*を出力する。図8に示すように、減速域において、可変磁束モータ1は、所定のトルクを維持して回転数を徐々に減少させるように制御される。
The
磁束指令演算部31aは、運転モード管理部20aにより選択された運転モード(減速モード)と回転数指令演算部12aにより出力された回転数指令と荷重算出部15により算出された乗車荷重とに基づき、可変磁石の目標とする磁束値を演算して、磁束値に対応した磁束指令Φ*を生成する。
The magnetic flux
その後、運転モード管理部20aは、擬似微分器8により出力された回転子回転周波数ωRに基づき回転数が0になると、停止モードを選択して出力する。可変磁束モータドライブシステムの各部は、停止に必要な処理を行った後、停止する。
Thereafter, when the rotational speed becomes 0 based on the rotor rotational frequency ωR output by the pseudo-differentiator 8, the operation
その他の作用は、実施例1と同様であり、重複した説明を省略する。 Other operations are the same as those in the first embodiment, and redundant description is omitted.
上述のとおり、本発明の実施例2の形態に係る可変磁束モータドライブシステムによれば、実施例1の効果に加え、エレベータの有する「加速モード」、「減速モード」、「定速モード」、「停止モード」の4つのモードに対して、可変磁石の磁束値を適切な値に制御することができる。運転モード管理部20aが可変磁束モータ1のトルクや回転数、あるいはインバータ4の動作状態や停止状態に基づく運転モードを有するので、磁束指令演算部31aは、各運転モードに最適な磁束値を決定してシステムの効率化を図ることができる。
As described above, according to the variable magnetic flux motor drive system according to the second embodiment of the present invention, in addition to the effects of the first embodiment, the “acceleration mode”, “deceleration mode”, “constant speed mode” of the elevator, The magnetic flux value of the variable magnet can be controlled to an appropriate value for the four modes of “stop mode”. Since the operation
具体的には、定速モードや停止モードの際のようにトルクを必要としない場合においては、磁束指令演算部31aは、可変磁石の磁束値を抑えて鉄損を減少させることができる。また、加速モードや減速モードにおいても、磁束指令演算部31aは、エレベータのかご内の乗車荷重に基づく必要トルクを考慮に入れ、磁束値に自由度がある場合には適切な磁束値に設定するので、損失を抑えてシステムの効率化を図ることができる。
Specifically, when torque is not required as in the constant speed mode or the stop mode, the magnetic flux
図9は、本発明の実施例3の可変磁束モータドライブシステムの構成を示すブロック図である。実施例2の構成と異なる点は、荷重算出部15の代わりに洗濯量算出部16が設けられている点である。また、本実施例における可変磁束モータドライブシステムは、洗濯機に適用されている。
FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the variable magnetic flux motor drive system according to the third embodiment of the present invention. The difference from the configuration of the second embodiment is that a washing
洗濯量算出部16は、洗濯機内の洗濯量(重量)を算出し、磁束指令演算部31bに出力する。
The washing
運転モード管理部20bは、洗濯機により洗濯物を洗う場合の運転モード(洗いモード)と、洗濯機によりすすぎを行う場合の運転モード(すすぎモード)と、洗濯機により脱水を行う場合の運転モード(脱水モード)と、洗濯機により乾燥を行う場合の運転モード(乾燥モード)とを有する。
The operation
磁束指令演算部31bは、運転モードのみならず、さらに洗濯機内に収容されている洗濯物の量(重量)に応じて可変磁石の目標とする磁束値を演算して、磁束値に対応した磁束指令を生成する。
The magnetic flux
回転数指令演算部12bは、運転モード管理部20bにより選択された運転モードに基づき、可変磁束モータ1の目標とする回転数を演算し、演算結果に対応した回転数指令を回転数制御器14、運転モード管理部20b、及び磁束指令演算部31bに出力する。
The rotation speed
その他の構成は、実施例2と同様であり、重複した説明を省略する。 Other configurations are the same as those in the second embodiment, and a duplicate description is omitted.
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。図10は、本実施例の可変磁束モータドライブシステムを適用した洗濯機における制御の状態を示すタイムチャート図である。 Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described. FIG. 10 is a time chart showing a control state in the washing machine to which the variable magnetic flux motor drive system of this embodiment is applied.
最初に、洗濯機内に収容されている洗濯物を洗うため、運転指令Run*が運転モード管理部20bに入力される。運転モード管理部20bは、入力された運転指令Run*に基づき、複数の運転モードから「洗いモード」を選択する。また、運転モード管理部20bは、H(ハイ)状態のゲート指令GstをPWM回路6に出力し、インバータ4の動作を開始させる。
First, in order to wash the laundry accommodated in the washing machine, the operation command Run * is input to the operation
回転数指令演算部12bは、運転モード管理部20bにより選択された洗いモードに基づき、可変磁束モータ1の目標とする回転数を演算し、演算結果に対応した回転数指令を回転数制御器14、運転モード管理部20b、及び磁束指令演算部31bに出力する。
The rotational speed
回転数制御器14は、回転数指令演算部12bにより出力された回転数指令と、擬似微分器8により出力された回転子回転周波数ωRとに基づき、可変磁束モータ1が所望のトルクになるように生成されたトルク指令Tm*を出力する。
Based on the rotational speed command output from the rotational speed
磁束指令演算部31bは、運転モード管理部20bにより選択された運転モードと回転数指令演算部12bにより出力された回転数指令と洗濯量算出部16により算出された洗濯量とに基づき、可変磁石の目標とする磁束値を演算して、磁束値に対応した磁束指令Φ*を生成する。
The magnetic flux
具体的には、磁束指令演算部31bは、入力される洗濯量を必要トルクの決定に用い、運転モード及び洗濯量(必要であればさらに回転数)に基づき最適な磁束値を決定する。
Specifically, the magnetic flux
ここで、「最適」とは、様々な場合が考えられるが、例えば運転による損失を最小化してモータ・インバータを含めた最高効率となるような磁束量である場合や、音が静かな磁束量である場合等である。 Here, “optimum” can be considered in various cases. For example, the amount of magnetic flux that minimizes loss due to operation and achieves the highest efficiency including the motor and inverter, or the amount of magnetic flux that is quiet. This is the case.
また、実施例2と同様に、洗濯量とはトルクを決定する一要素であるため、磁束指令演算部31bは、運転モード、必要トルク、及び回転数を入力として磁束指令を求めてもよい。磁束指令を求める際に、磁束指令演算部31bは、運転モードと洗濯量(又は必要トルク)と回転数とに基づいて磁束指令を決定する方法として、関数を用いてもよいし、テーブルを参照してもよい。
Similarly to the second embodiment, since the washing amount is an element for determining the torque, the magnetic flux
洗いモードにおけるその他の作用は、実施例2の場合(例えば定速モード)と同様であり、重複した説明を省略する。 Other operations in the washing mode are the same as in the case of the second embodiment (for example, the constant speed mode), and a duplicate description is omitted.
運転モード管理部20bは、予め決められた所定時間を経過した際(時刻t0)に、すすぎモードを選択して出力する。なお、時刻t0から時刻t1までの間において、洗いモードからすすぎモードへのモードチェンジが行われる。運転モード管理部20bは、モードチェンジを行うための「チェンジモード」を運転モードの1つとして有していてもよい。
Operation
時刻t0−t1間において、運転モード管理部20bは、磁化が必要であると判断し、「磁化要求」フラグを立てる。すなわち、運転モード管理部20bは、H(ハイ)状態の磁化要求フラグとして磁化モード管理部22に出力する。
During the time t 0 -t 1 , the operation
また、回転数指令演算部12bは、磁化部であるインバータ4により可変磁石の磁束が変更される際に可変磁束モータ1の目標とする回転数を現在の回転数未満の値に設定するか又は停止させる。また、回転数制御器14は、磁化部であるインバータ4により可変磁石の磁束が変更される際に可変磁束モータ1の目標とするトルクを現在のトルク未満の値か又は零近傍に設定するためのトルク指令Tm*を生成し出力する。すなわち、モードチェンジ中は、回転数やトルクが減少方向に制御され、その間に当該可変磁束モータドライブシステムは、磁化(可変磁石の磁束値の増加あるいは減少)を行う。
Further, the rotation speed
モードチェンジ中の磁化時におけるその他の作用は、実施例1,2の磁化時と同様であり、重複した説明を省略する。 Other operations during the magnetization during the mode change are the same as those during the magnetization of the first and second embodiments, and a duplicate description is omitted.
その後、運転モード管理部20bは、予め計画された時間等を考慮して、順次運転モードを「すすぎモード」、「脱水モード」、「乾燥モード」に移行する。また、運転モードを変更する際のモードチェンジ中には、当該可変磁束モータドライブシステムは、上述した洗いモードからすすぎモードへのモードチェンジ時と同様に、回転数やトルクを落とし、その間に磁化を行う。
Thereafter, the operation
図10に示すように、各運転モードは、それぞれ自己のモードにおける洗濯物に対する作用に応じて、異なる回転数やトルクを有する。したがって、磁束指令演算部31bは、モードチェンジ中の磁化時において、運転モード管理部20bにより選択された運転モードと回転数指令演算部12bにより出力された回転数指令と洗濯量算出部16により算出された洗濯量とに基づき、次の運転モードに最適な磁束値を演算して、磁束値に対応した磁束指令Φ*を生成する。
As shown in FIG. 10, each operation mode has a different rotation speed and torque according to the action on the laundry in its own mode. Therefore, the magnetic flux
その他の作用は、実施例2と同様であり、重複した説明を省略する。 Other operations are the same as those in the second embodiment, and redundant description is omitted.
上述のとおり、本発明の実施例3の形態に係る可変磁束モータドライブシステムによれば、実施例1及び実施例2の効果に加え、洗濯機の有する「洗いモード」、「すすぎモード」、「脱水モード」、「乾燥モード」の4つのモードに対して、可変磁石の磁束値を適切な値に制御することができる。 As described above, according to the variable magnetic flux motor drive system according to the third embodiment of the present invention, in addition to the effects of the first and second embodiments, the “washing mode”, “rinse mode”, “ The magnetic flux value of the variable magnet can be controlled to an appropriate value for the four modes of “dehydration mode” and “dry mode”.
また、磁化時には、過大な磁化電流を流すため、磁化部であるインバータ4は、定常電圧よりも大きな電圧を必要とする。したがって、回転数が高い場合には、出力電圧に余裕が無いため、インバータ4は、磁化を行うための磁化電流を流すことが困難である。そこで、本実施例の可変磁束モータドライブシステムは、モードチェンジの際に回転数を下げて電圧余裕がある状態にした後に磁化を行うので、インバータ4の耐圧を上げることやインバータ4に入力する電圧を上げる必要もなく、低コストで実現できる。 In addition, during magnetization, an excessive magnetization current flows, so that the inverter 4 that is a magnetization unit requires a voltage larger than the steady voltage. Therefore, when the rotational speed is high, there is no margin in the output voltage, and it is difficult for the inverter 4 to pass a magnetization current for performing magnetization. Therefore, since the variable magnetic flux motor drive system of this embodiment performs magnetization after lowering the number of revolutions to make a voltage margin at the time of mode change, it is possible to increase the withstand voltage of the inverter 4 or to input the voltage to the inverter 4. Can be realized at low cost.
さらに、トルクが0(あるいは零近傍)のときに磁化を行うので、トルクショックを小さくすることができる。本実施例においては、当該可変磁束モータドライブシステムは、モードチェンジの間にトルク0となる回転数0の状態にするので、磁化する際のトルクショックを抑制することができる。
Furthermore, since the magnetization is performed when the torque is 0 (or near zero), the torque shock can be reduced. In the present embodiment, since the variable magnetic flux motor drive system is in a state of the
また、トルクショックを抑えることにより、装置や部品にかかるストレスを軽減して寿命や信頼性が向上するとともに、騒音を抑えることもできる。 Further, by suppressing the torque shock, it is possible to reduce the stress applied to the device and parts, improve the life and reliability, and suppress noise.
図11は、本発明の実施例4の可変磁束モータドライブシステムの構成を示すブロック図である。実施例3の構成と異なる点は、洗濯量算出部16の代わりに温度測定部17が設けられている点である。また、本実施例における可変磁束モータドライブシステムは、空調機に適用されている。
FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the variable magnetic flux motor drive system according to the fourth embodiment of the present invention. The difference from the configuration of the third embodiment is that a
温度測定部17は、外気温度を測定し、磁束指令演算部31cに出力する。
The
運転モード管理部20cは、空調機が急速冷暖房を行う場合の加速運転の運転モード(加速モード)と、空調機が目標温度に達した後に行う定常運転の運転モード(定常モード)と、運転モードの変更を行う場合の運転モード(モードチェンジモード)とを有する。また、運転モード管理部20cは、空調機の停止時にインバータ4や可変磁束モータ1を停止するための停止モードを有してもよい。
The operation
磁束指令演算部31cは、運転モードのみならず、さらに温度測定部17により測定された外気温度に応じて可変磁石の目標とする磁束値を演算して、磁束値に対応した磁束指令を生成する。
The magnetic flux
回転数指令演算部12cは、運転モード管理部20cにより選択された運転モードに基づき、可変磁束モータ1の目標とする回転数を演算し、演算結果に対応した回転数指令を回転数制御器14、運転モード管理部20c、及び磁束指令演算部31cに出力する。
その他の構成は、実施例3と同様であり、重複した説明を省略する。
The rotation speed
Other configurations are the same as those of the third embodiment, and a duplicate description is omitted.
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。図12は、本実施例の可変磁束モータドライブシステムを適用した空調機における制御の状態を示すタイムチャート図である。 Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described. FIG. 12 is a time chart showing a control state in an air conditioner to which the variable magnetic flux motor drive system of the present embodiment is applied.
最初に、空調機により設定された温度に調節するため、運転指令Run*が運転モード管理部20cに入力される。運転モード管理部20cは、入力された運転指令Run*に基づき、複数の運転モードから「加速モード」を選択する。また、運転モード管理部20cは、H(ハイ)状態のゲート指令GstをPWM回路6に出力し、インバータ4の動作を開始させる。
First, in order to adjust to the temperature set by the air conditioner, an operation command Run * is input to the operation
回転数指令演算部12cは、運転モード管理部20cにより選択された加速モードに基づき、可変磁束モータ1の目標とする回転数を演算し、演算結果に対応した回転数指令を回転数制御器14、運転モード管理部20c、及び磁束指令演算部31cに出力する。
The rotation speed
回転数制御器14は、回転数指令演算部12cにより出力された回転数指令と、擬似微分器8により出力された回転子回転周波数ωRとに基づき、可変磁束モータ1が所望のトルクになるように生成されたトルク指令Tm*を出力する。
Based on the rotational speed command output from the rotational speed
磁束指令演算部31cは、運転モード管理部20cにより選択された運転モードと回転数指令演算部12cにより出力された回転数指令と温度測定部17により算出された外気温度とに基づき、可変磁石の目標とする磁束値を演算して、磁束値に対応した磁束指令Φ*を生成する。
The magnetic flux
具体的には、磁束指令演算部31cは、入力される外気温度と加速モードが有する設定温度情報とを必要トルクの決定に用い、運転モード及び外気温度(必要であればさらに回転数)に基づき最適な磁束値を決定する。例えば、運転モード管理部20cにより出力された運転モード(加速モード)が有する設定温度と外気温度の差が大きい場合には、高トルクや高回転数が必要となり、磁束指令演算部31cは、状況に応じて効率が最大化するように磁束値を設定する必要がある。
Specifically, the magnetic flux
また、実施例3と同様に、外気温度とはトルクを決定する一要素であるため、磁束指令演算部31cは、運転モード、必要トルク、及び回転数を入力として磁束指令を求めてもよい。
Further, similarly to the third embodiment, the outside air temperature is one element for determining the torque, and therefore the magnetic flux
加速モードにおけるその他の作用は、実施例3の場合(例えば洗いモード)と同様であり、重複した説明を省略する。 Other operations in the acceleration mode are the same as those in the case of the third embodiment (for example, the washing mode), and redundant description is omitted.
運転モード管理部20cは、運転指令Run*により設定された目標温度と実温度(例えば温度測定部17による外気温度)を比較し、実温度が目標温度に達した場合(時刻t0)には、複数の運転モードから「モードチェンジモード」を選択して出力し、その後「定常モード」を選択して出力する(時刻t2)。
The operation
回転数指令演算部12cは、磁化部であるインバータ4により可変磁石の磁束が変更される際に可変磁束モータ1の目標とする回転数を現在の回転数未満の値に設定するか又は停止させる。また、回転数制御器14は、磁化部であるインバータ4により可変磁石の磁束が変更される際に可変磁束モータ1の目標とするトルクを現在のトルク未満の値か又は零近傍に設定するためのトルク指令Tm*を生成し出力する。すなわち、モードチェンジモード(時刻t0から時刻t2まで)の間は、回転数やトルクが減少方向に制御され、その間に当該可変磁束モータドライブシステムは、磁化(可変磁石の磁束値の増加あるいは減少)を行う(時刻t1)。
The rotation speed
ここで、図13は、本実施例の可変磁束モータドライブシステムを適用した空調機における制御の状態を示すタイムチャート図の別例である。図12の場合と異なるのは、モードチェンジモード(時刻t0から時刻t2まで)の間において、可変磁束モータ1の回転数およびトルクが0である点である。空調機においては、図13に示すようにモードチェンジ時に回転を一瞬止める方式は、局所的な冷暖房性能劣化を招くが、むしろ大局的に効く“効率”が向上するので、有効な方式である。磁化に要する時間は、せいぜい1秒以内であり、実用上の問題は生じない。
Here, FIG. 13 is another example of a time chart showing a control state in an air conditioner to which the variable magnetic flux motor drive system of the present embodiment is applied. If differs from the FIG. 12, during the mode-change mode (from time t 0 to time t 2), rotational speed and torque of the variable
なお、時刻t0−t2間において、運転モード管理部20cは、磁化が必要であると判断し、「磁化要求」フラグを立てる。すなわち、運転モード管理部20cは、H(ハイ)状態の磁化要求フラグとして磁化モード管理部22に出力する。
Note that during the time t 0 -t 2 , the operation
モードチェンジ中の磁化時(時刻t1)におけるその他の作用は、実施例1乃至3の磁化時と同様であり、重複した説明を省略する。 Other operations during the magnetization during the mode change (time t 1 ) are the same as those during the magnetization of the first to third embodiments, and a duplicate description is omitted.
定常モードが選択されている間は、空調機は、設定温度に気温を保つための運転を行う。したがって、通常は軽負荷であり、回転数指令演算部12cは、可変磁束モータ1の回転数を所定の値(加速モードよりも低い値)に保つ。
While the steady mode is selected, the air conditioner operates to keep the temperature at the set temperature. Therefore, the load is usually light, and the rotation speed
その後、運転モード管理部20cは、外気温度の変化や外部入力による設定温度の変更等に基づき、運転モードを「加速モード」と「定常モード」との間で変更する。また、運転モードを変更する際には「モードチェンジモード」が選択され、当該可変磁束モータドライブシステムは、回転数やトルクを落とし、その間に磁化を行う。
Thereafter, the operation
磁束指令演算部31cは、モードチェンジ中の磁化時において、運転モード管理部20cにより次に選択される運転モード(現在のモードチェンジモードの次に選択される予定の運転モード)と回転数指令演算部12cにより出力された回転数指令と温度測定部17により算出された外気温度とに基づき、次の運転モードに最適な磁束値を演算して、磁束値に対応した磁束指令Φ*を生成する。
The magnetic flux
その他の作用は、実施例3と同様であり、重複した説明を省略する。 Other operations are the same as those in the third embodiment, and a duplicate description is omitted.
上述のとおり、本発明の実施例4の形態に係る可変磁束モータドライブシステムによれば、実施例1乃至実施例3の効果に加え、空調機の有する「加速モード」及び「定常モード」の運転モードに対して、可変磁石の磁束値を適切な値に「モードチェンジモード」時に制御することができる。 As described above, according to the variable magnetic flux motor drive system according to the fourth embodiment of the present invention, in addition to the effects of the first to third embodiments, the “acceleration mode” and “steady mode” operations of the air conditioner are provided. With respect to the mode, the magnetic flux value of the variable magnet can be controlled to an appropriate value in the “mode change mode”.
また、磁化時には、過大な磁化電流を流すため、磁化部であるインバータ4は、定常電圧よりも大きな電圧を必要とする。したがって、回転数が高い場合には、出力電圧に余裕が無いため、インバータ4は、磁化を行うための磁化電流を流すことが困難である。そこで、本実施例の可変磁束モータドライブシステムは、モードチェンジの際に回転数を下げて、磁石磁束による誘起電圧を下げて、電圧余裕がある状態にした後に磁化を行うので、インバータ4の耐圧を上げることやインバータ4に入力する電圧を上げる必要もなく、低コストで実現できる。 In addition, during magnetization, an excessive magnetization current flows, so that the inverter 4 that is a magnetization unit requires a voltage larger than the steady voltage. Therefore, when the rotational speed is high, there is no margin in the output voltage, and it is difficult for the inverter 4 to pass a magnetization current for performing magnetization. Therefore, the variable magnetic flux motor drive system of the present embodiment lowers the number of revolutions at the time of mode change, lowers the induced voltage due to the magnet magnetic flux, and performs magnetization after having a voltage margin. It is not necessary to increase the voltage or the voltage input to the inverter 4, and can be realized at low cost.
さらに、トルクが0(あるいは零近傍)のときに磁化を行うので、トルクショックを小さくすることができる。磁化によるトルクショックは、トルク電流が零である方が低減できる。(2)式より、Iqが零でない場合には、リラクタンストルクは、Idを増減したときに大きく変動する。これがトルクショックとなるからである。 Furthermore, since the magnetization is performed when the torque is 0 (or near zero), the torque shock can be reduced. Torque shock due to magnetization can be reduced when the torque current is zero. From equation (2), when Iq is not zero, the reluctance torque varies greatly when Id is increased or decreased. This is because this becomes a torque shock.
本実施例においては、当該可変磁束モータドライブシステムは、モードチェンジの間にトルク0となる回転数0の状態にするので、磁化する際のトルクショックを抑制することができる。
In the present embodiment, since the variable magnetic flux motor drive system is in a state of the
また、トルクショックを抑えることにより、装置や部品にかかるストレスを軽減して寿命や信頼性が向上するとともに、騒音を抑えることもできる。 Further, by suppressing the torque shock, it is possible to reduce the stress applied to the device and parts, improve the life and reliability, and suppress noise.
図14は、本発明の実施例5の可変磁束モータドライブシステムの構成を示すブロック図である。実施例4の構成と異なる点は、温度測定部17の代わりに応荷重算出部19が設けられている点と、さらにトルク指令演算部23及び切替器25が設けられている点である。また、本実施例における可変磁束モータドライブシステムは、電車に適用されている。
FIG. 14 is a block diagram showing the configuration of the variable magnetic flux motor drive system according to the fifth embodiment of the present invention. The difference from the configuration of the fourth embodiment is that a variable load calculation unit 19 is provided instead of the
応荷重算出部19は、電車の車両に対する応荷重(乗車人員の荷重)を算出し、磁束指令演算部31d及びトルク指令演算部23に出力する。
The response load calculation unit 19 calculates the response load (the load of the passengers) on the train vehicle and outputs it to the magnetic flux
トルク指令演算部23は、運転モード管理部20dにより選択された運転モードに基づき可変磁束モータ1の目標とするトルクを演算する。また、トルク指令演算部23は、磁化部であるインバータ4により可変磁石の磁束が変更される際に可変磁束モータ1の目標とするトルクを現在のトルク未満の値か又は零近傍に設定するものでもよい。
The torque
また、切替器25は、運転モード管理部20dにより選択され出力された運転モードに応じて、トルク指令演算部23又は回転数制御器14のいずれかにより出力されたトルク指令Tm*を選択して、電流基準演算部11及び磁化電流指令演算部33に出力する。
The switch 25 selects the torque command Tm * output by either the torque
運転モード管理部20dは、鉄道車両(電車)を加速させる場合の運転モード(加速モード)と、鉄道車両を減速させる場合の運転モード(減速モード)と、鉄道車両を定速運転させる場合の運転モード(定速モード)と、鉄道車両を惰性走行させる場合の運転モード(惰行モード)と、鉄道車両を停止させる場合の運転モード(停止モード)とを有する。
The operation
磁束指令演算部31dは、運転モードのみならず、応荷重算出部19により算出された応荷重(鉄道車両内の積載荷重)に応じて可変磁石の目標とする磁束値を演算して、磁束値に対応した磁束指令を生成する。
The magnetic flux
擬似微分器8は、回転角度センサ18により検出された角度を微分して得た回転子回転周波数ωRを回転数制御器14、トルク指令演算部23、磁束指令演算部31d、電圧指令演算部10、及び運転モード管理部20dに出力する。
The pseudo-differentiator 8 differentiates the rotor rotation frequency ωR obtained by differentiating the angle detected by the
その他の構成は、実施例4と同様であり、重複した説明を省略する。 Other configurations are the same as those in the fourth embodiment, and a duplicate description is omitted.
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。図15は、本実施例の可変磁束モータドライブシステムを適用した電車における制御の状態を示すタイムチャート図である。 Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described. FIG. 15 is a time chart showing the state of control in a train to which the variable magnetic flux motor drive system of this embodiment is applied.
最初に、時刻t0において鉄道車両を加速させるため、運転士の操作に基づくノッチ(運転指令)が運転モード管理部20dに入力される。時刻t0において実施例1と同様の磁化が瞬間的に行われた後、運転モード管理部20dは、入力されたノッチに基づき、複数の運転モードから「加速モード」を選択する。
First, in order to accelerate the railway vehicle at time t 0 , a notch (operation command) based on the operation of the driver is input to the operation
なお、本実施例においても今までの実施例と同様に、運転モードのモードチェンジ時において磁化が行われるが、磁束指令演算部31dは、様々な要素に基づき最適な磁束値を演算する。例えば、最大トルクが必要な場合には、磁束指令演算部31dは、最大磁石磁束に対応する磁束指令を出力するほか無いが、小中トルクでよい場合には磁石磁束量に自由度があり、最適な磁束値に制御できる。
In the present embodiment, as in the previous embodiments, magnetization is performed when the operation mode is changed, but the magnetic flux
一般に、磁石磁束を大きくすれば、Q軸電流Iqが小さくなり鉄損が増加する。逆に、磁石磁束を小さくすれば、Q軸電流Iqが増加し、鉄損が減る。さらに、音について言えば、可変磁石の磁束を大きくすると、磁歪音(騒音)が大きくなる。 Generally, when the magnet magnetic flux is increased, the Q-axis current Iq is reduced and the iron loss is increased. Conversely, if the magnet magnetic flux is reduced, the Q-axis current Iq increases and the iron loss decreases. Furthermore, in terms of sound, when the magnetic flux of the variable magnet is increased, magnetostriction sound (noise) increases.
したがって、磁束指令演算部31dは、上述したような情報をもとに、予め当該可変磁束モータドライブシステムの効率改善情報、安全性改善情報、及び騒音改善情報の少なくとも1つを有しており、選択された運転モードに対する最適な磁束値を演算する際に利用する。
Therefore, the magnetic flux
また、運転モード管理部20dは、H(ハイ)状態のゲート指令GstをPWM回路6に出力し、インバータ4の動作を開始させる。さらに、切替器25は、「加速モード」が選択されたことにより、トルク指令演算部23により出力されたトルク指令Tm*を選択して電流基準演算部11及び磁化電流指令演算部33に出力する。
In addition, the operation
運転モード管理部20dに入力されるノッチには、カ行ノッチとブレーキノッチとが存在する。運転モード管理部20dは、カ行ノッチに応じて「加速モード」を選択し、ブレーキノッチに応じて「減速モード」を選択する。車種によるが、ノッチの段数として、カ行4段、ブレーキ7段等がある。
The notch input to the operation
ノッチは、回転数と応荷重に依存したトルクパターンを規定するものである。ただし、ノッチは、トルク指令というよりは加速度指令に相当するものである。 The notch defines a torque pattern depending on the rotational speed and the variable load. However, the notch corresponds to an acceleration command rather than a torque command.
トルク指令演算部23は、運転モード管理部20dにより選択された加速モードに基づき、可変磁束モータ1の目標とするトルクを演算し、演算結果に対応したトルク指令Tm*を切替器25に出力する。具体的には、トルク指令演算部23は、ノッチ・回転数・応荷重に応じて、トルク指令Tm*を生成する。すなわち、トルク指令演算部23は、ノッチに相当する加速度が得られるように、応荷重によってトルク指令Tm*を増減させる。
The torque
図15に示すように、加速域において、可変磁束モータ1は、所定のトルクで徐々に回転数を上げるように制御される。
As shown in FIG. 15, in the acceleration region, the variable
磁束指令演算部31dは、運転モード管理部20dにより選択された運転モードと擬似微分器8により出力された回転子回転周波数ωRと応荷重算出部19により算出された応荷重とに基づき、可変磁石の目標とする磁束値を演算して、磁束値に対応した磁束指令Φ*を生成する。
The magnetic flux
加速モードにおけるその他の作用は、例えば実施例2の加速モードと同様であり、重複した説明を省略する。 Other operations in the acceleration mode are the same as those in the acceleration mode of the second embodiment, for example, and a duplicate description is omitted.
運転モード管理部20dは、定速指令が入力されると(時刻t1)、複数の運転モードから「定速モード」を選択して出力する。
When a constant speed command is input (time t 1 ), the operation
定速モードにおいては、可変磁束モータ1は大きなトルクを必要としないが、回転数を維持する必要がある。そのため、トルク指令演算部23の代わりに回転数制御器14がトルク指令Tm*を出力する。すなわち、定速モードにおいては、回転数指令演算部12dと回転数制御器14が有効になる。
In the constant speed mode, the variable
したがって、切替器25は、「定速モード」が選択されたことにより、回転数制御器14により出力されたトルク指令Tm*を選択して電流基準演算部11及び磁化電流指令演算部33に出力する。
Therefore, when the “constant speed mode” is selected, the switch 25 selects the torque command Tm * output from the
また、磁束指令演算部31dは、時刻t1において瞬間的に最適な磁束値を演算して、磁束値に対応した磁束指令Φ*を生成することで磁化を行う。
Further, the magnetic flux
回転数指令演算部12dは、運転モード管理部20dにより選択された定速モードに基づき、可変磁束モータ1の目標とする回転数を演算し、演算結果に対応した回転数指令を回転数制御器14に出力する。
The rotational speed
回転数制御器14は、回転数指令演算部12dにより出力された回転数指令と、擬似微分器8により出力された回転子回転周波数ωRとに基づき、可変磁束モータ1が目標回転数(速度)に一致するように生成されたトルク指令Tm*を切替器25に出力する。
Based on the rotational speed command output from the rotational speed
磁束指令演算部31dは、運転モード管理部20dにより選択された定速モードと応荷重算出部19により算出された応荷重と(必要であれば回転数と)に基づき可変磁石の目標とする磁束値を演算して、磁束値に対応した磁束指令Φ*を生成する。
The magnetic flux
定速モードにおけるその他の作用は、他の実施例と同様であり、重複した説明を省略する。 Other operations in the constant speed mode are the same as those in the other embodiments, and redundant description is omitted.
運転モード管理部20dは、ノッチ及び定速指令のいずれもがオフ(入力されない)の場合、複数の運転モードから「惰行モード」を選択して出力する(時刻t2)。この惰行モードは、電車の速度がある状態で、可変磁束モータ1の零トルク状態をつくり、惰性で走行するモードである。
When both the notch and the constant speed command are off (not input), the operation
惰行モードにおいて、インバータ4を停止し且つ可変磁石が磁束を有する場合には、モータ端子に誘起電圧が発生する。ここで、当該可変磁束モータドライブシステムが惰行モードの場合でも、他のモータの駆動や勾配によって、車両の速度は、維持・増加する可能性がある。このような場合にインバータ4が停止していると、磁束値の制御を行うことができず、モータ端子間の誘起電圧は大きくなる。この誘起電圧の線間ピーク値がインバータ4直流電圧値以上になると、可変磁束モータ1に対してブレーキ力が生じて好ましくない。
In the coasting mode, when the inverter 4 is stopped and the variable magnet has magnetic flux, an induced voltage is generated at the motor terminal. Here, even when the variable magnetic flux motor drive system is in the coasting mode, there is a possibility that the speed of the vehicle may be maintained / increased due to driving or gradient of other motors. In such a case, if the inverter 4 is stopped, the magnetic flux value cannot be controlled, and the induced voltage between the motor terminals increases. If the peak value between the lines of the induced voltage is equal to or greater than the DC voltage value of the inverter 4, a braking force is generated on the variable
さらに、増大した誘起電圧は、インバータ4に耐圧以上の過電圧を印加して破壊する可能性もある。 Furthermore, the increased induced voltage may be destroyed by applying an overvoltage higher than the withstand voltage to the inverter 4.
したがって、磁束指令演算部31dは、時刻t2において瞬間的に小さな磁束量(あるいは零)に制御する旨の磁束指令Φ*を生成することで磁化を行う。本実施例において、時刻t2から時刻t3までの惰行中は、例えばインバータ4を停止させることにより磁石磁束の値が零に保たれているので、上述した誘起電圧に起因する問題点を解決することができる。
Therefore, the magnetic flux
なお、惰行モードにおいてインバータ4を停止させる場合は、トルクが零で回転数の制御もされていないため、回転数制御器14あるいはトルク指令演算部23によるトルク指令Tm*の出力は不要である。
Note that when the inverter 4 is stopped in the coasting mode, the torque is zero and the rotation speed is not controlled. Therefore, the output of the torque command Tm * by the
また、惰行モードにおいてインバータ4動作継続させる場合には、トルク指令演算部23は、トルクを零に制御するためのトルク指令Tm*を出力する。
Further, when the operation of the inverter 4 is continued in the coasting mode, the torque
惰行モードにおけるその他の作用は、他の実施例と同様であり、重複した説明を省略する。 Other operations in the coasting mode are the same as those in the other embodiments, and redundant description is omitted.
時刻t3において鉄道車両を減速させるため、運転士の操作に基づくブレーキノッチ(運転指令)が運転モード管理部20dに入力される。時刻t3において減速時に最適な磁束値への磁化が瞬間的に行われた後、運転モード管理部20dは、入力されたノッチに基づき、複数の運転モードから「減速モード」を選択する。
For decelerating the railway car at a time t 3, the brake notches based on the operation of the motorman (operation command) is input to the operation
切替器25は、「減速モード」が選択されたことにより、トルク指令演算部23により出力されたトルク指令Tm*を選択して電流基準演算部11及び磁化電流指令演算部33に出力する。
When the “deceleration mode” is selected, the switch 25 selects the torque command Tm * output from the torque
トルク指令演算部23は、運転モード管理部20dにより選択された減速モードに基づき、可変磁束モータ1の目標とするトルクを演算し、演算結果に対応したトルク指令Tm*を切替器25に出力する。具体的には、トルク指令演算部23は、ノッチ・回転数・応荷重に応じて、トルク指令Tm*を生成する。すなわち、トルク指令演算部23は、ノッチに相当する減速度が得られるように、応荷重によってトルク指令Tm*を増減させる。
The torque
図15に示すように、加速域において、可変磁束モータ1は、所定のトルクで徐々に回転数を下げるように制御される。
As shown in FIG. 15, in the acceleration region, the variable
減速モードにおけるその他の作用は、例えば実施例2の減速モードと同様であり、重複した説明を省略する。 Other operations in the deceleration mode are the same as those in the deceleration mode of the second embodiment, for example, and a duplicate description is omitted.
その後、回転数が零になる時刻t4において、磁束指令演算部31dにより磁石磁束が零又は十分小さな値に磁化された後、運転モード管理部20dは、複数の運転モードから「停止モード」を選択する。可変磁束モータドライブシステムの各部は、停止に必要な処理を行った後、停止する。
Then, at time t 4 when the rotational speed becomes zero, after the magnetic flux is magnetized to zero or a sufficiently small value by the magnetic flux
停止中にインバータ4が故障して起動できない場合、他のドライブ装置が健在であれば、電車は加速し得る。このとき、可変磁束モータ1の可変磁石が磁束値を有すると、誘起電圧が発生する。したがって、上述した惰行モードの場合と同様に、ブレーキ力やインバータ4破壊といった問題が生じる可能性があり、さらにインバータ4が仮に短絡している場合には、短絡電流が流れ続け、モータ・インバータが焼損する。停止モードにモードチェンジする際(時刻t4)に磁石磁束値を下げるのは、上述した問題を回避して安全性を確保するためである。
If the inverter 4 fails during startup and cannot be started, the train can accelerate if other drive devices are alive. At this time, if the variable magnet of the variable
なお、再び加速させる際には、磁束指令演算部31dは、加速モードになる直前に再度磁化して磁束を立ち上げる旨の磁束指令Φ*を出力する。
When accelerating again, the magnetic flux
その他の作用は、実施例1乃至4と同様であり、重複した説明を省略する。 Other operations are the same as those in the first to fourth embodiments, and a duplicate description is omitted.
図16は、本実施例の可変磁束モータドライブシステムを適用した電車における制御の状態を示すタイムチャート図の別例である。図15の場合と異なるのは、惰行モード(時刻t2から時刻t3まで)の間において、磁石磁束値が零とならずに前後の定速モード及び減速モードを通じて一定である点と、停止モード時(時刻t4以降)においても磁石磁束を零とせずに小さな値を維持する点である。 FIG. 16 is another example of a time chart showing a control state in a train to which the variable magnetic flux motor drive system of this embodiment is applied. The difference from the case of FIG. 15 is that, during the coasting mode (from time t 2 to time t 3 ), the magnet magnetic flux value does not become zero but is constant throughout the front and rear constant speed mode and deceleration mode, and the stop in that maintain a small value without the magnet flux to zero even mode (time t 4 later).
この場合には、時刻t2及び時刻t3は磁化を行うタイミングであるが、実際には、磁化を行う必要が無い。磁束指令演算部31dは、定速モードにモードチェンジする際(時刻t1)に、磁石磁束を低い値に磁化すればよい。
In this case, although the time t 2 and time t 3 is a timing for magnetization, in fact, there is no need to perform the magnetization. The magnetic flux
図16は、回転数センサレス制御を適用した可変磁束モータドライブシステムを想定した図となる。通常の可変磁束モータ1は、発生トルクを精度良く制御するために、電動機端に回転角度センサ18のような速度センサを備えているが、センサとインターフェース回路のコスト、電動機取り付けスペース、部品点数削減による信頼性、及び配線艤装工数等の観点から回転数センサレス制御が行われる場合がある。
FIG. 16 is a diagram assuming a variable magnetic flux motor drive system to which the rotational speed sensorless control is applied. The normal variable
回転数センサレス制御は、回転数に比例した誘起電圧に基づき回転数及び回転角度を推定する。したがって、再起動の際にも、回転数センサレス制御を適用した可変磁束モータドライブシステムは、誘起電圧に基づき初期位相を決定する。しかしながら、図15に示すように惰行モードあるいは停止モードにおいて磁石磁束を零にしてしまうと、可変磁束モータ1は、誘起電圧を発生せず再起動する際の安全面からも好ましくない。
In the rotational speed sensorless control, the rotational speed and the rotational angle are estimated based on an induced voltage proportional to the rotational speed. Therefore, the variable magnetic flux motor drive system to which the rotational speed sensorless control is applied also determines the initial phase based on the induced voltage even when restarting. However, if the magnet magnetic flux is reduced to zero in the coasting mode or the stop mode as shown in FIG. 15, the variable
そこで、回転数センサレス制御を適用した可変磁束モータドライブシステムは、図16に示すように惰行モードあるいは停止モードにおいても、磁石磁束を零とせず小さな磁束値を保つことにより安全性に資する。 Therefore, the variable magnetic flux motor drive system to which the rotational speed sensorless control is applied contributes to safety by maintaining a small magnetic flux value without setting the magnetic flux to zero even in the coasting mode or the stop mode as shown in FIG.
また、上述したように、惰行モードでインバータ4を停止しない場合も考えられる。特に、回転数センサレス制御を適用した可変磁束モータドライブシステムは、惰行中にもインバータ4を停止しない場合がある。したがって、当該可変磁束モータドライブシステムは、誘起電圧の情報から磁石磁束方向を推測するので、惰行中も零磁束とせずに小さな磁束値を保つ。 Further, as described above, there is a case where the inverter 4 is not stopped in the coasting mode. In particular, the variable magnetic flux motor drive system to which the rotation speed sensorless control is applied may not stop the inverter 4 during coasting. Therefore, since the variable magnetic flux motor drive system estimates the magnet magnetic flux direction from the information of the induced voltage, it maintains a small magnetic flux value without causing zero magnetic flux even during coasting.
上述のとおり、本発明の実施例5の形態に係る可変磁束モータドライブシステムによれば、実施例1乃至実施例4の効果に加え、電車(鉄道車両)の有する「加速モード」、「定速モード」、「惰行モード」、「減速モード」、及び「停止モード」の各運転モードに対して、可変磁石の磁束値を適切な値に運転モード変更時に制御することができる。 As described above, according to the variable magnetic flux motor drive system according to the fifth embodiment of the present invention, in addition to the effects of the first to fourth embodiments, the “acceleration mode” and “constant speed” of the train (railway vehicle) are provided. For each operation mode of “mode”, “coating mode”, “deceleration mode”, and “stop mode”, the magnetic flux value of the variable magnet can be controlled to an appropriate value when the operation mode is changed.
また、トルクを不要とする惰行モードや停止モードにおいて磁束値を零あるいは小さな値とするため、誘起電圧に起因するブレーキ力の発生やインバータ4に対する過電圧印加を防止することができるとともに、鉄損を低減し、安全面及び効率面の両方に効果がある。 In addition, since the magnetic flux value is set to zero or a small value in the coasting mode and the stop mode that do not require torque, generation of braking force due to induced voltage and overvoltage application to the inverter 4 can be prevented, and iron loss can be reduced. This is effective for both safety and efficiency.
図17は、本発明の実施例6の可変磁束モータドライブシステムの構成を示すブロック図である。実施例5の構成と異なる点は、応荷重算出部19が無い点と、トルク指令演算部23と運転モード管理部20eとの間にノッチ換算部27が設けられている点である。また、本実施例における可変磁束モータドライブシステムは、電気自動車又はハイブリッド自動車に適用されている。
FIG. 17 is a block diagram showing the configuration of the variable magnetic flux motor drive system according to the sixth embodiment of the present invention. The difference from the configuration of the fifth embodiment is that there is no variable load calculation unit 19 and a
トルク指令演算部23は、電気自動車又はハイブリッド自動車に対するアクセル踏込量又はブレーキ踏込量に基づき可変磁束モータ1の目標とするトルクを演算する。
The torque
ノッチ換算部27は、トルク指令演算部23により出力されたトルク指令Tm*に基づき、トルクを段階的にレベル分けして、対応するノッチに換算するとともに、運転モード管理部20eにノッチを出力する。本実施例にいうノッチとは、実施例5で説明した電車のノッチのように、離散化した状態量を指す。
Based on the torque command Tm * output from the torque
本実施例においては、アクセルを踏み込む際において、100%トルクから75%トルクまでをP4、75%トルクから50%トルクまでをP3、50%トルクから25%トルクまでをP2、25%トルクから0%トルクまでをP1の4段階のカ行ノッチとする。 In this embodiment, when the accelerator is depressed, P4 from 100% torque to 75% torque, P3 from 75% torque to 50% torque, P2 from 50% torque to 25% torque, and 0 from 25% torque. The torque up to% torque is the four-stage notch of P1.
また、ブレーキを踏み込む際において、0%トルクから−25%トルクまでをB1、−25%トルクから−50%トルクまでをB2、−50%トルクから−75%トルクまでをB3、−75%トルクから−100%トルクまでをB4の4段階のブレーキノッチとする。 Also, when depressing the brake, B1 from 0% torque to -25% torque, B2 from -25% torque to -50% torque, B3 from -50% torque to -75% torque, and -75% torque To -100% torque is the B4 4-stage brake notch.
また、切替器25は、運転モード管理部20eにより選択され出力された運転モードに応じて、トルク指令演算部23又は回転数制御器14のいずれかにより出力されたトルク指令Tm*を選択して、電流基準演算部11及び磁化電流指令演算部33に出力する。
Further, the switch 25 selects the torque command Tm * output from either the torque
運転モード管理部20eは、電気自動車又はハイブリッド自動車を加速させる場合の運転モード(加速モード)と、電気自動車又はハイブリッド自動車を減速させる場合の運転モード(減速モード)と、電気自動車又はハイブリッド自動車を定速運転させる場合の運転モード(定速モード)と、電気自動車又はハイブリッド自動車を停止させる場合の運転モード(停止モード)とを有する。
The operation
さらに、運転モード管理部20eは、電気自動車又はハイブリッド自動車を惰性走行させる場合の運転モード(惰行モード)を有してもよい。また、運転モード管理部20eは、加速モードの中にも各ノッチに対応した「P4モード」、「P3モード」、「P2モード」、「P1モード」を有し、減速モードの中にも各ノッチに対応した「B1モード」、「B2モード」、「B3モード」、「B4モード」を有する。
Furthermore, the operation
運転モード管理部20eは、トルク指令演算部23により演算されたトルクに応じた運転モードを選択する。
The operation
その他の構成は、実施例5と同様であり、重複した説明を省略する。 Other configurations are the same as those of the fifth embodiment, and a duplicate description is omitted.
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。図18は、本実施例の可変磁束モータドライブシステムを適用した電気自動車又はハイブリッド自動車における制御の状態を示すタイムチャート図である。 Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described. FIG. 18 is a time chart showing a control state in an electric vehicle or a hybrid vehicle to which the variable magnetic flux motor drive system of this embodiment is applied.
最初に、運転者は電気自動車又はハイブリッド自動車を加速させるため、アクセルを踏み込む。ここで、運転者の踏込量が80%トルクに対応するものであるとすると、トルク指令演算部23は、対応するトルク指令Tm*を切替器25及びノッチ換算部27に出力する。
First, the driver steps on the accelerator to accelerate the electric vehicle or the hybrid vehicle. Here, assuming that the amount of depression of the driver corresponds to 80% torque, the torque
ノッチ換算部27は、トルク指令Tm*に基づき、80%トルクに対応するノッチP4を運転モード管理部20eに出力する。
Based on the torque command Tm *, the
運転モード管理部20eは、入力されたノッチP4に基づき、複数の運転モードから「P4モード」を選択する。
The operation
また、運転モード管理部20eは、H(ハイ)状態のゲート指令GstをPWM回路6に出力し、インバータ4の動作を開始させる。さらに、切替器25は、「P4モード」が選択されたことにより、トルク指令演算部23により出力されたトルク指令Tm*を選択して電流基準演算部11及び磁化電流指令演算部33に出力する。
In addition, the operation
図18に示すように、P4域において、可変磁束モータ1は、所定のトルクで徐々に回転数を上げるように制御される。
As shown in FIG. 18, in the P4 region, the variable
さらに時刻t0において、運転者の踏込量が60%トルクに対応するものであるとすると、トルク指令演算部23は、対応するトルク指令Tm*を切替器25及びノッチ換算部27に出力する。
Further, at time t 0 , assuming that the driver's stepping amount corresponds to 60% torque, the torque
ノッチ換算部27は、トルク指令Tm*に基づき、60%トルクに対応するノッチP3を運転モード管理部20eに出力する。
Based on the torque command Tm *, the
運転モード管理部20eは、入力されたノッチP3に基づき、複数の運転モードから「P3モード」を選択する。
The operation
なお、本実施例においても今までの実施例と同様に、磁束指令演算部31eは、運転モードのモードチェンジ時において磁化を行う。基本的に本実施例の可変磁束モータドライブシステムは、実施例5における電車の場合と同様の制御がなされる。
In this embodiment as well, as in the previous embodiments, the magnetic flux
図18に示すように、P3域においては、可変磁束モータ1は、P4域のトルクより低い所定のトルクで徐々に回転数を上げるように制御される。
As shown in FIG. 18, in the P3 region, the variable
磁束指令演算部31eは、運転モード管理部20eにより選択された運転モードと擬似微分器8により出力された回転子回転周波数ωRとに基づき、可変磁石の目標とする磁束値を演算して、磁束値に対応した磁束指令Φ*を生成する。
The magnetic flux
加速モードにおけるその他の作用は、実施例5の加速モードと同様であり、重複した説明を省略する。 Other operations in the acceleration mode are the same as those in the acceleration mode of the fifth embodiment, and a duplicate description is omitted.
運転モード管理部20eは、定速指令が入力されると(時刻t1)、複数の運転モードから「定速モード」を選択して出力する。なお、運転モード管理部20eは、回転数とノッチとに基づき、自己の判断で「定速モード」を選択するとしてもよい。
When a constant speed command is input (time t 1 ), the operation
定速モードにおいては、可変磁束モータ1は大きなトルクを必要としないが、回転数を維持する必要がある。そのため、トルク指令演算部23の代わりに回転数制御器14がトルク指令Tm*を出力する。すなわち、定速モードにおいては、回転数指令演算部12eと回転数制御器14が有効になる。
In the constant speed mode, the variable
したがって、切替器25は、「定速モード」が選択されたことにより、回転数制御器14により出力されたトルク指令Tm*を選択して電流基準演算部11及び磁化電流指令演算部33に出力する。
Therefore, when the “constant speed mode” is selected, the switch 25 selects the torque command Tm * output from the
なお、回転数制御器14による回転数制御が行われるのは、定速モードの場合のみならず、自動運転の場合も考えられる。
It should be noted that the rotation speed control by the
定速モードにおけるその他の作用は、実施例5と同様であり、重複した説明を省略する。 Other operations in the constant speed mode are the same as those in the fifth embodiment, and a duplicate description is omitted.
運転モード管理部20eは、ノッチ及び定速指令のいずれもがオフ(入力されない)の場合、複数の運転モードから「惰行モード」を選択して出力する(時刻t2)。なお、自動車を運転する際にアクセルもブレーキも踏んでいない状態は想定し難いが、例えばハイブリッド自動車に当該可変磁束モータドライブシステムを適用し、且つ自動車の制御がエンジンによる制御に任されている場合に、当該可変磁束モータドライブシステムは惰行モードを選択すると考えられる。
When both the notch and the constant speed command are off (not input), the operation
惰行モードにおけるその他の作用は、実施例5と同様であり、重複した説明を省略する。 Other operations in the coasting mode are the same as those in the fifth embodiment, and a duplicate description is omitted.
時刻t3において運転者は、電気自動車又はハイブリッド自動車を減速させるため、ブレーキを踏み込む。ここで、運転者の踏込量が−70%トルクに対応するものであるとすると、トルク指令演算部23は、対応するトルク指令Tm*を切替器25及びノッチ換算部27に出力する
ノッチ換算部27は、トルク指令Tm*に基づき、−70%トルクに対応するノッチB3を運転モード管理部20eに出力する。
Driver at time t 3 is for decelerating the electric car or a hybrid car, depresses the brake. Here, if the driver's stepping amount corresponds to -70% torque, the torque
運転モード管理部20eは、入力されたノッチB3に基づき、複数の運転モードから「B3モード」を選択する。
The operation
また、時刻t3において減速時に最適な磁束値への磁化が瞬間的に行われる。切替器25は、「減速モード」が選択されたことにより、トルク指令演算部23により出力されたトルク指令Tm*を選択して電流基準演算部11及び磁化電流指令演算部33に出力する。
Further, the magnetization of the at time t 3 to the optimum magnetic flux value at deceleration is instantaneously performed. When the “deceleration mode” is selected, the switch 25 selects the torque command Tm * output from the torque
図18に示すように、B3域において、可変磁束モータ1は、所定のトルクで徐々に回転数を下げるように制御される。
As shown in FIG. 18, in the B3 region, the variable
B3モード及びB4モードにおけるその他の作用は、実施例5の減速モードと同様であり、重複した説明を省略する。 Other operations in the B3 mode and the B4 mode are the same as those in the deceleration mode of the fifth embodiment, and a duplicate description is omitted.
上述のとおり、本発明の実施例6の形態に係る可変磁束モータドライブシステムによれば、実施例1乃至実施例5の効果に加え、電気自動車又はハイブリッド自動車の有する「加速モード」、「定速モード」、「惰行モード」、「減速モード」の各運転モードに対して、可変磁石の磁束値を適切な値に運転モード変更時に制御することができる。 As described above, according to the variable magnetic flux motor drive system according to the sixth embodiment of the present invention, in addition to the effects of the first to fifth embodiments, the “acceleration mode” and “constant speed” of the electric vehicle or the hybrid vehicle are provided. For each operation mode of “mode”, “coating mode”, and “deceleration mode”, the magnetic flux value of the variable magnet can be controlled to an appropriate value when the operation mode is changed.
また、アクセルやブレーキの踏込量に対応したトルクを段階的にノッチに換算するので、踏込量に応じた運転モードが選択され、当該可変磁束モータドライブシステムは、可変磁石の磁束値を運転モードに基づいて踏込量に応じた最適な磁束値に磁化することができる。 In addition, since the torque corresponding to the amount of depression of the accelerator or brake is converted into notches step by step, an operation mode corresponding to the amount of depression is selected, and the variable magnetic flux motor drive system sets the magnetic flux value of the variable magnet to the operation mode. Based on this, it is possible to magnetize to an optimum magnetic flux value according to the depression amount.
また、本発明による可変磁束モータドライブシステムは、クリーナに対しても適用可能である。その場合には、運転モード管理部は、例えばクリーナへの指令である「強モード」と「弱モード」を有するものが考えられる。 The variable magnetic flux motor drive system according to the present invention is also applicable to a cleaner. In that case, the operation mode management unit may have, for example, a “strong mode” and a “weak mode” which are commands to the cleaner.
本発明に係る可変磁束モータドライブシステムは、洗濯機、エレベータ、鉄道車両や電気自動車等の駆動モータを使用する可変磁束モータドライブシステムに利用可能である。 The variable magnetic flux motor drive system according to the present invention is applicable to a variable magnetic flux motor drive system that uses a drive motor such as a washing machine, an elevator, a railway vehicle, and an electric vehicle.
1 可変磁束モータ
2a,2b 電流検出器
3 直流電源
4 インバータ
5 座標変換部
6 PWM回路
7 座標変換部
8 擬似微分器
10 電圧指令演算部
11 電流基準演算部
12,12a,12b,12c,12d,12e 回転数指令演算部
14 回転数制御器
15 荷重算出部
16 洗濯量算出部
17 温度測定部
18 回転角度センサ
19 応荷重算出部
20,20a,20b,20c,20d,20e 運転モード管理部
22 磁化モード管理部
23 トルク指令演算部
25 切替器
27 ノッチ換算部
31,31a,31b,31c,31d,31e 磁束指令演算部
33 磁化電流指令演算部
51 回転子
52 回転子鉄心
53 低保磁力永久磁石
54 高保磁力永久磁石
55 鉄心の磁極部
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記永久磁石電動機を駆動するインバータと、
前記可変磁石の磁束を制御するための磁化電流を供給する磁化部と、
複数の運転モードから1つの運転モードを選択する運転モード管理部と、
前記運転モード管理部により選択された運転モードが、高回転かつ低トルクの場合は、前記可変磁石の目標とする磁束値を演算して前記磁束値に対応した磁束指令を生成する磁束指令演算部とを備え、
前記磁化部は、前記磁束指令演算部により生成された磁束指令に応じた磁化電流を供給して前記可変磁石の磁束を制御することを特徴とする可変磁束モータドライブシステム。 A permanent magnet motor having a variable magnet that is a permanent magnet of low holding force;
An inverter for driving the permanent magnet motor;
A magnetizing section for supplying a magnetizing current for controlling the magnetic flux of the variable magnet;
An operation mode manager that selects one operation mode from a plurality of operation modes;
When the operation mode selected by the operation mode management unit is high rotation and low torque, a magnetic flux command calculation unit that calculates a target magnetic flux value of the variable magnet and generates a magnetic flux command corresponding to the magnetic flux value And
The variable magnetic flux motor drive system, wherein the magnetizing unit supplies a magnetizing current according to the magnetic flux command generated by the magnetic flux command calculating unit to control the magnetic flux of the variable magnet.
前記運転モード管理部は、前記トルク指令演算部により演算されたトルクに応じた運転モードを選択することを特徴とする請求項11記載の可変磁束モータドライブシステム。 The variable magnetic flux motor drive system according to claim 11, wherein the operation mode management unit selects an operation mode according to the torque calculated by the torque command calculation unit.
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