JP5426916B2 - 界磁巻線型同期機および界磁巻線型同期機の制御方法 - Google Patents
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Description
前記ロータの回転数と一致する電気角回転数に従って回転する回転磁界を形成する同期電流に相当する電機子電流の基本波成分を前記電機子巻線に流す工程(同期電流通電工程)と、前記ロータの磁極方向に界磁磁束を発生させるロータ励磁用電流を、前記ロータの磁極方向から電気角で所定角度進んだ方向に前記同期電流と異なる波形で通電する制御で、前記ロータ励磁用電流を三相二相変換して得られるd軸およびq軸の電流値について、1周期においてd軸電流をパルス状に変化させてから一定値に通電し、かつ、少なくとも前記d軸電流を一定値に通電する期間を含めてq軸電流を次第に増加させて通電する工程(ロータ励磁用電流通電工程)と、を有することを特徴とする。
前記ロータの回転数と一致する電気角回転数に従って回転する回転磁界を形成する同期電流に相当する電機子電流の基本波成分を前記電機子巻線に流す工程(同期電流通電工程)と、前記ロータの磁極方向に界磁磁束を発生させるロータ励磁用電流を、前記ロータの磁極方向から電気角で所定角度進んだ方向に前記同期電流と異なる波形で通電する制御で、前記ロータ励磁用電流を三相二相変換して得られるd軸およびq軸の電流値について、1周期においてd軸電流をパルス状に変化させるとともに前記パルス状のピークを経過した後から次第に減少させて通電し、かつ、前記q軸電流を一定値に通電する工程(ロータ励磁用電流通電工程)と、を有することを特徴とする。
この構成によれば、請求項2に記載の発明と同様に、ロータ励磁用電流はロータの磁極方向に同期電流と異なる波形で通電する。この通電によって、界磁電流が時間経過とともに減衰するのを抑制して、トルク低下を抑制するとともに、トルクリプルが生じるのを防止する。したがって、従来の界磁巻線型同期機に生じていた振動や騒音を低減することができる。
前記ロータの回転数と一致する電気角回転数に従って回転する回転磁界を形成する同期電流に相当する電機子電流の基本波成分を前記電機子巻線に流す工程(同期電流通電工程)と、前記ロータの磁極方向に界磁磁束を発生させるロータ励磁用電流を、前記ロータの磁極方向から電気角で所定角度進んだ方向に前記同期電流と異なる波形で通電する制御で、前記ロータ励磁用電流を三相二相変換して得られるd軸およびq軸の電流値について、1周期においてd軸電流をパルス状に変化させるとともに前記パルス状のピークを経過した後から次第に減少させて通電し、かつ、少なくとも前記d軸電流をパルス状に変化させない期間を含めてq軸電流を次第に増加させて通電する制御を行う工程(ロータ励磁用電流通電工程)と、を有することを特徴とする。
この構成によれば、請求項3に記載の発明と同様に、d軸電流とq軸電流の双方について変化させる制御(逆に言えば一定値にしない制御)を行うので、1周期を通じてトルク低下を抑制するとともに、トルクリプルが生じるのを防止する。したがって、従来の界磁巻線型同期機に生じていた振動や騒音を低減することができる。
実施の形態1は電機子巻線に通電するq軸電流を変化させる例であって、図1〜図4を参照しながら説明する。図1には、同期機の構成例を模式図で示す。図2には、ステータ及びロータの径方向断面を模式図で示す。図3には、電気的な接続例を模式図で示す。図4には、電機子巻線の通電制御例をシミュレーション波形で示す。
実施の形態2は電機子巻線に通電するd軸電流idを従来よりも変化させる例であって、図6および図7を参照しながら説明する。図6には、電機子巻線の通電制御例をシミュレーション波形で示す。図7には電流位相角度の変化を示す。なお、同期機Mの構成等は実施の形態1と同様であるので、実施の形態2では実施の形態1と異なる点について説明する。よって、実施の形態1で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
実施の形態3は電機子巻線に通電するq軸電流iqおよびd軸電流idの双方を変化させる例であって、図8を参照しながら説明する。図9には、電機子巻線の通電制御例をシミュレーション波形で示す。なお、同期機Mの構成等は実施の形態1と同様であるので、実施の形態3では実施の形態1と異なる点について説明する。よって、実施の形態1で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
d軸電流をロータ20の磁極方向に同期電流と異なる波形で通電する構成とした(図8を参照)。この構成によれば、q軸電流iqおよびd軸電流idを重畳することによってトルク制御を行う。この通電によって、ロータ巻線電流Ifが時間経過とともに減衰するのを抑制して、トルクリプルが生じるのを防止する。したがって、従来の同期機に生じていた振動や騒音を低減することができる。
以上では本発明を実施するための形態について実施の形態1〜3に従って説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、以下に示す各形態を実現してもよい。
11 ステータコイル(電機子巻線)
12 ステータコア
20 ロータ(回転子)
21 ロータシャフト
22 ロータコイル(界磁巻線)
23 ロータコア
30 フレーム(ハウジング)
40 位置センサ
50 直流電源
60 駆動部
70 制御部
71 同期電流通電手段
72 励磁用電流通電手段
80 電流センサ
C1,C2 コンデンサ
D1 ダイオード(整流素子)
D2 ダイオード
If ロータ巻線電流(界磁電流)
Iu,Iv,Iw 相電流(電機子電流)
M 同期機(界磁巻線型同期機)
Q トランジスタ(スイッチング素子)
Claims (8)
- 電機子巻線が巻かれたステータと、
界磁巻線が巻かれたロータコアを備え、前記ステータに対面して回転するロータと、
前記ロータの回転数と一致する電気角回転数に従って回転する回転磁界を形成する同期電流に相当する電機子電流の基本波成分を前記電機子巻線に流す同期電流通電手段と、
前記界磁巻線と直列接続され、前記電機子巻線に流れる電機子電流によって前記界磁巻線に誘導される誘導交流電流を一方向に規制する整流素子と、
を有する界磁巻線型同期機において、
前記ロータの磁極方向に界磁磁束を発生させるロータ励磁用電流を、前記ロータの磁極方向から電気角で所定角度進んだ方向に前記同期電流と異なる波形で通電する励磁用電流通電手段を有し、
前記励磁用電流通電手段は、前記ロータ励磁用電流を三相二相変換して得られるd軸およびq軸の電流値について、1周期においてd軸電流をパルス状に変化させてから一定値に通電する制御を行い、かつ、少なくとも前記d軸電流を一定値に通電する期間を含めてq軸電流を次第に増加させて通電する制御を行うことを特徴とする界磁巻線型同期機。 - 電機子巻線が巻かれたステータと、
界磁巻線が巻かれたロータコアを備え、前記ステータに対面して回転するロータと、
前記ロータの回転数と一致する電気角回転数に従って回転する回転磁界を形成する同期電流に相当する電機子電流の基本波成分を前記電機子巻線に流す同期電流通電手段と、
前記界磁巻線と直列接続され、前記電機子巻線に流れる電機子電流によって前記界磁巻線に誘導される誘導交流電流を一方向に規制する整流素子と、
を有する界磁巻線型同期機において、
前記ロータの磁極方向に界磁磁束を発生させるロータ励磁用電流を、前記ロータの磁極方向から電気角で所定角度進んだ方向に前記同期電流と異なる波形で通電する励磁用電流通電手段を有し、
前記励磁用電流通電手段は、前記ロータ励磁用電流を三相二相変換して得られるd軸およびq軸の電流値について、1周期においてd軸電流をパルス状に変化させるとともに前記パルス状のピークを経過した後から次第に減少させて通電する制御を行い、かつ、前記q軸電流を一定値に通電する制御を行うことを特徴とする界磁巻線型同期機。 - 電機子巻線が巻かれたステータと、
界磁巻線が巻かれたロータコアを備え、前記ステータに対面して回転するロータと、
前記ロータの回転数と一致する電気角回転数に従って回転する回転磁界を形成する同期電流に相当する電機子電流の基本波成分を前記電機子巻線に流す同期電流通電手段と、
前記界磁巻線と直列接続され、前記電機子巻線に流れる電機子電流によって前記界磁巻線に誘導される誘導交流電流を一方向に規制する整流素子と、
を有する界磁巻線型同期機において、
前記ロータの磁極方向に界磁磁束を発生させるロータ励磁用電流を、前記ロータの磁極方向から電気角で所定角度進んだ方向に前記同期電流と異なる波形で通電する励磁用電流通電手段を有し、
前記励磁用電流通電手段は、前記ロータ励磁用電流を三相二相変換して得られるd軸およびq軸の電流値について、1周期においてd軸電流をパルス状に変化させるとともに前記パルス状のピークを経過した後から次第に減少させて通電する制御を行い、かつ、少なくとも前記d軸電流をパルス状に変化させない期間を含めてq軸電流を次第に増加させて通電する制御を行うことを特徴とする界磁巻線型同期機。 - 前記励磁用電流通電手段は、前記ロータ励磁用電流を三相二相変換して得られるd軸およびq軸の電流値と指令電流値との偏差を求め、当該偏差に基づいてd軸およびq軸の電圧値を算出し、当該d軸およびq軸の電圧値を二相三相変換して得られる三相電圧値を制御値として通電する制御を行うことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の界磁巻線型同期機。
- 前記励磁用電流通電手段は、所定期間についてオープンループ制御によりロータ励磁用電流の通電を行うことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の界磁巻線型同期機。
- 電機子巻線が巻かれたステータと、
界磁巻線が巻かれたロータコアを備え、前記ステータに対面して回転するロータと、
前記界磁巻線と直列接続され、前記電機子巻線に流れる電機子電流によって前記界磁巻線に誘導される誘導交流電流を一方向に規制する整流素子と、
を有する界磁巻線型同期機を制御する方法であって、
前記ロータの回転数と一致する電気角回転数に従って回転する回転磁界を形成する同期電流に相当する電機子電流の基本波成分を前記電機子巻線に流す工程と、
前記ロータの磁極方向に界磁磁束を発生させるロータ励磁用電流を、前記ロータの磁極方向から電気角で所定角度進んだ方向に前記同期電流と異なる波形で通電する制御で、前記ロータ励磁用電流を三相二相変換して得られるd軸およびq軸の電流値について、1周期においてd軸電流をパルス状に変化させてから一定値に通電し、かつ、少なくとも前記d軸電流を一定値に通電する期間を含めてq軸電流を次第に増加させて通電する工程と、
を有することを特徴とする界磁巻線型同期機の制御方法。 - 電機子巻線が巻かれたステータと、
界磁巻線が巻かれたロータコアを備え、前記ステータに対面して回転するロータと、
前記界磁巻線と直列接続され、前記電機子巻線に流れる電機子電流によって前記界磁巻線に誘導される誘導交流電流を一方向に規制する整流素子と、
を有する界磁巻線型同期機を制御する方法であって、
前記ロータの回転数と一致する電気角回転数に従って回転する回転磁界を形成する同期電流に相当する電機子電流の基本波成分を前記電機子巻線に流す工程と、
前記ロータの磁極方向に界磁磁束を発生させるロータ励磁用電流を、前記ロータの磁極方向から電気角で所定角度進んだ方向に前記同期電流と異なる波形で通電する制御で、前記ロータ励磁用電流を三相二相変換して得られるd軸およびq軸の電流値について、1周期においてd軸電流をパルス状に変化させるとともに前記パルス状のピークを経過した後から次第に減少させて通電し、かつ、前記q軸電流を一定値に通電する工程と、
を有することを特徴とする界磁巻線型同期機の制御方法。 - 電機子巻線が巻かれたステータと、
界磁巻線が巻かれたロータコアを備え、前記ステータに対面して回転するロータと、
前記界磁巻線と直列接続され、前記電機子巻線に流れる電機子電流によって前記界磁巻線に誘導される誘導交流電流を一方向に規制する整流素子と、
を有する界磁巻線型同期機を制御する方法であって、
前記ロータの回転数と一致する電気角回転数に従って回転する回転磁界を形成する同期電流に相当する電機子電流の基本波成分を前記電機子巻線に流す工程と、
前記ロータの磁極方向に界磁磁束を発生させるロータ励磁用電流を、前記ロータの磁極方向から電気角で所定角度進んだ方向に前記同期電流と異なる波形で通電する制御で、前記ロータ励磁用電流を三相二相変換して得られるd軸およびq軸の電流値について、1周期においてd軸電流をパルス状に変化させるとともに前記パルス状のピークを経過した後から次第に減少させて通電し、かつ、少なくとも前記d軸電流をパルス状に変化させない期間を含めてq軸電流を次第に増加させて通電する制御を行う工程と、
を有することを特徴とする界磁巻線型同期機の制御方法。
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