JP5622194B2 - 交流モータ及び交流モータの制御方法 - Google Patents
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Description
前記組の各々を成し、協働して回転磁界を発生する第1〜第3のステータコイルと、
第1の直流電圧、第2の直流電圧および接地電圧が印加されて、前記組を成す3つのステータコイルの各々に、直流電流を独立して通電するインバータ回路と、
前記直流電流の通電時間を所定の周期で制御する制御信号を、前記インバータ回路に送信する信号処理プロセッサと、
前記回転磁界により回転するロータとを備え、
前記インバータ回路が、
第1の端子に前記第1の直流電圧が印加され、第2の端子に第1のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第1のスイッチ素子と、
第1の端子に前記第2の直流電圧が印加され、第2の端子に前記第1のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第2のスイッチ素子と、
第1の端子に前記第1の直流電圧が印加され、第2の端子に第2のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第3のスイッチ素子と、
第1の端子に前記第2の直流電圧が印加され、第2の端子に前記第2のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第4のスイッチ素子と、
第1の端子に前記第1の直流電圧が印加され、第2の端子に第3のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第5のスイッチ素子と、
第1の端子に前記第2の直流電圧が印加され、第2の端子に前記第3のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第6のスイッチ素子とを備え、
前記第1のステータコイルの第1の端子に前記第1のノードが接続され、第2の端子に接地電圧が印加され、
前記第2のステータコイルの第1の端子に前記第2のノードが接続され、第2の端子に接地電圧が印加され、
前記第3のステータコイルの第1の端子に前記第3のノードが接続され、第2の端子に接地電圧が印加され、
前記第1の直流電圧および前記第2の直流電圧が、互いに符号が異なる同じ大きさの直流電圧であり、
前記制御信号が、前記第1のスイッチ素子および前記第2のスイッチ素子の何れか一方をオン状態または両方をオフ状態とし、前記第3のスイッチ素子および前記第4のスイッチ素子の何れか一方をオン状態または両方をオフ状態とし、前記第5のスイッチ素子および前記第6のスイッチ素子の何れか一方をオン状態または両方をオフ状態とすることで、前記第1〜第3のステータコイルの各々に直流電流を独立して通電し、前記回転磁界を発生させることを特徴とする。
前記組の各々を成し、協働して回転磁界を発生する第1〜第3のステータコイルと、
直流電圧および接地電圧が印加されて、前記組を成す3つのステータコイルの各々に、直流電流を独立して通電する第1〜第3の単相用のインバータ回路と、
前記直流電流の通電時間を所定の周期で制御する制御信号を、前記第1〜第3の単相用のインバータ回路に送信する信号処理プロセッサと、
前記回転磁界により回転するロータとを備え、
前記第1の単相用のインバータ回路が、前記第1のステータコイルに直流電流を独立して通電し、前記第2の単相用のインバータ回路が、前記第2のステータコイルに直流電流を独立して通電し、前記第3の単相用のインバータ回路が、前記第3のステータコイルに直流電流を独立して通電し、
前記制御信号が、3つの前記第1〜第3の単相用のインバータ回路のうち、何れか2つに直流電流を独立して通電することで、前記回転磁界を発生させることを特徴とする。
前記回転磁界がπ/3回転する間に、3つの前記ステータコイルのうち、2つの前記ステータコイルの各々に流れる第1のコイル電流i1(θ)および第2のコイル電流i2(θ)が、
i1(θ)= α(θ)(Φd/Φc)Ic
i2(θ)=−β(θ)(Φd/Φc)Ic
α(θ)=(2/√3)sin(π/3−θ)
β(θ)=(2/√3)sinθ
θ=ωt
の関係を満たし、残りの1つの前記ステータコイルに流れる第3のコイル電流i3(θ)が、i3(θ)=0の関係を満たし、ここで、Φdが、所望の回転磁束の大きさ、θが磁束Φdの回転角度、ωが磁束Φdの回転角速度であり、Φcが、前記ステータコイルに電流Icを通電した場合に得られる磁束の大きさであることを特徴とする。
PWM制御の1サイクルTについて、3つの前記ステータコイルのうち、
前記第1のステータコイルにサイクルαT+β(√3−1)Tの間電流Icを通電し、且つ、前記第2のステータコイルにサイクル|−α(√3−1)+β(√3−1)|Tの間電流Icを通電し、且つ、前記第3のステータコイルにサイクルα(√3−1)T+βTの間電流Icを通電することで、前記第1のステータコイルのみによって形成される磁界方向を基準とする、0[rad]〜π/3[rad]の間の方向の回転磁束を生成し、
ここで、θが回転磁束の回転角度、Φcが、前記ステータコイルに電流Icを通電した場合に得られる磁束の大きさであり、係数αおよび係数βが、
α(θ)=(2/√3)sin(π/3−θ)
β(θ)=(2/√3)sinθ
の関係を満たし、KBが前記第1〜第3のステータコイルのコイル定数であり、
前記回転磁束の最大の強度が√3KBIcとなることを特徴とする。
前記組の各々を成し、協働して回転磁界を発生する第1〜第3のステータコイルと、
第1の直流電圧、第2の直流電圧および接地電圧が印加されて、前記組を成す3つのステータコイルの各々に、直流電流を独立して通電するインバータ回路と、
前記直流電流の通電時間を所定の周期で制御する制御信号を、前記インバータ回路に送信する信号処理プロセッサと、
前記回転磁界により回転するロータとを備え、
前記インバータ回路が、
第1の端子に前記第1の直流電圧が印加され、第2の端子に第1のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第1のスイッチ素子と、
第1の端子に前記第2の直流電圧が印加され、第2の端子に前記第1のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第2のスイッチ素子と、
第1の端子に前記第1の直流電圧が印加され、第2の端子に第2のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第3のスイッチ素子と、
第1の端子に前記第2の直流電圧が印加され、第2の端子に前記第2のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第4のスイッチ素子と、
第1の端子に前記第1の直流電圧が印加され、第2の端子に第3のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第5のスイッチ素子と、
第1の端子に前記第2の直流電圧が印加され、第2の端子に前記第3のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第6のスイッチ素子とを備え、
前記第1のステータコイルの第1の端子に前記第1のノードが接続され、第2の端子に接地電圧が印加され、
前記第2のステータコイルの第1の端子に前記第2のノードが接続され、第2の端子に接地電圧が印加され、
前記第3のステータコイルの第1の端子に前記第3のノードが接続され、第2の端子に接地電圧が印加され、
前記第1の直流電圧および前記第2の直流電圧が、互いに符号が異なる同じ大きさの直流電圧である、3つずつ組を成すN個のコイルを有するN相の交流モータにおいて、
前記制御信号が、前記第1のスイッチ素子および前記第2のスイッチ素子の何れか一方をオン状態または両方をオフ状態とし、前記第3のスイッチ素子および前記第4のスイッチ素子の何れか一方をオン状態または両方をオフ状態とし、前記第5のスイッチ素子および前記第6のスイッチ素子の何れか一方をオン状態または両方をオフ状態とすることで、前記第1〜第3のステータコイルの各々に直流電流を独立して通電し、前記回転磁界を発生させることを特徴とする。
前記組の各々を成し、協働して回転磁界を発生する第1〜第3のステータコイルと、
直流電圧および接地電圧が印加されて、前記組を成す3つのステータコイルの各々に、直流電流を独立して通電する第1〜第3の単相用のインバータ回路と、
前記直流電流の通電時間を所定の周期で制御する制御信号を、前記第1〜第3の単相用のインバータ回路に送信する信号処理プロセッサと、
前記回転磁界により回転するロータとを備え、
前記第1の単相用のインバータ回路が、前記第1のステータコイルに直流電流を独立して通電し、前記第2の単相用のインバータ回路が、前記第2のステータコイルに直流電流を独立して通電し、前記第3の単相用のインバータ回路が、前記第3のステータコイルに直流電流を独立して通電する、3つずつ組を成すN個のコイルを有するN相の交流モータにおいて、
前記制御信号が、3つの前記第1〜第3の単相用のインバータ回路のうち、何れか2つに直流電流を独立して通電することで、前記回転磁界を発生させることを特徴とする。
前記回転磁界がπ/3回転する間に、3つの前記ステータコイルのうち、2つの前記ステータコイルの各々に流れる第1のコイル電流i1(θ)および第2のコイル電流i2(θ)が、
i1(θ)= α(θ)(Φd/Φc)Ic
i2(θ)=−β(θ)(Φd/Φc)Ic
α(θ)=(2/√3)sin(π/3−θ)
β(θ)=(2/√3)sinθ
θ=ωt
の関係を満たし、残りの1つの前記ステータコイルに流れる第3のコイル電流i3(θ)が、i3(θ)=0の関係を満たし、ここで、Φdが、所望の回転磁束の大きさ、θが磁束Φdの回転角度、ωが磁束Φdの回転角速度であり、Φcが、前記ステータコイルに電流Icを通電した場合に得られる磁束の大きさであることを特徴とする。
PWM制御の1サイクルTについて、3つの前記ステータコイルのうち、
前記第1のステータコイルにサイクルαT+β(√3−1)Tの間電流Icを通電し、且つ、前記第2のステータコイルにサイクル|−α(√3−1)+β(√3−1)|Tの間電流Icを通電し、且つ、前記第3のステータコイルにサイクルα(√3−1)T+βTの間電流Icを通電することで、前記第1のステータコイルのみによって形成される磁界方向を基準とする、0[rad]〜π/3[rad]の間の方向の回転磁束を生成し、
ここで、θが回転磁束の回転角度、Φcが、前記ステータコイルに電流Icを通電した場合に得られる磁束の大きさであり、係数αおよび係数βが、
α(θ)=(2/√3)sin(π/3−θ)
β(θ)=(2/√3)sinθ
の関係を満たし、KBが前記第1〜第3のステータコイルのコイル定数であり、
前記回転磁束の最大の強度が√3KBIcとなることを特徴とする。
図1に、本発明の実施の形態に係る同期モータの概略構成図を示す。図1に示すように、本発明の同期モータ10はインバータ回路を備え、インバータ回路は、2本の電力線から供給される正負の直流電圧(+E又は−E)によって擬似的な3相交流電流を発生させ(3本の電力線)、且つ、電流の戻りラインとして3つのステータコイル11U,11V,11WのY型結線結合の中心点からも電力線(GND)を引き出し、合計4本の電力線で各コイル電流を独立して制御する。インバータ回路が、3つのステータコイル11U,11V,11Wのコイル電流iU,iV,iWを独立して制御することで回転磁界12を発生させ、モータ10の中央に位置するロータ13を回転させる。回転磁界の発生方法については、後述する「(3)磁束の回転方法」にて詳細に説明する。
次に、図3を参照して、本発明の実施の形態に係る同期モータの駆動方法と従来技術に係る同期モータの駆動方法との間で、同じ大きさの磁束を発生させる場合の各々の消費電力を比較する。
本発明の実施の形態に係る同期モータの駆動方法では、各コイルに独立して電流を流す。例えば、図3(a)に示すように、最も簡単なケースとして、1つのコイルUだけに電流を流すケースを考える。いま、直流電圧E[V]をコイルの両端に印加すると、コイルに電流IC[A]が流れ、コイル電流ICにより磁束ΦC[Wb]が生成されるとする。
IC=E/R (1)
となる。R[Ω]はコイルUの抵抗値である。コイル電流ICにより生成される磁束ΦC[Wb]は、
ΦC=KBIC (2)
となる。KBはコイル定数である。よって、磁束ΦCを生成するために必要な電力Pa[W]は、
Pa=EIC=EΦC/KB (3)
となる。
従来技術に係る120度通電駆動では、Y型結線回路を構成する3つのコイルのうち、直列接続された2つのコイルの両方に電流を流す。例えば、図3(b)に示すように、コイルU,Wの両端に直流電圧2E[V]を印加する。コイルU,Wに流れる電流Iu,Ivは、それぞれIu=Ic/√3[A]、Iw=−Ic/√3[A]となる。ここで、直列接続された2つのコイルの接続ノードに流れる方向を正とし、接続ノードから流出する方向を負としている(以下同様)。2つのコイルU,Wに流れる電流の方向を考慮すると、2つのコイルU,Wは互いにπ/3ずつ向きが違うので、コイルU,Wが生成する2つの磁束の合成磁束Φは、sin(π/3)・ΦC/√3+sin(π/3)・ΦC/√3=ΦCとなり、各コイルに独立して電流を流す場合(a)と同じ大きさの磁束を得ることができる。即ち、PWM制御により平均コイル電流をIC/√3に設定すると、π/6[rad]の方向に合成磁束ΦC[Wb]を生成する。よって、磁束ΦCを生成するために必要な電力Pb[W]は、
Pb=(2/√3)EIC (4)
となる。
ケース(c)では、Y型結線回路を構成する3つのコイルの全てに電流を流す。例えば、図3(c)に示すように、並列に接続した2つのコイルV,Wに、さらにコイルUを直列に接続する。直列関係にあるコイルU,Wの両端には直流電圧2E[V]を印加し、且つ、直列関係にあるコイルU,Vの両端にも直流電圧2E[V]を印加する。合成磁束ΦC[Wb]を生成する場合のコイルU,V,Wの各々に流れる電流Iu,Iv,Iwは、それぞれIu=(2/3)IC[A]、Iv=−(1/3)IC[A]、Iw=−(1/3)IC[A]となる。よって、磁束ΦCを生成するために必要な電力Pc[W]は、
Pc=(4/3)EIC (5)
となる。
(3−1)磁束を回転させる原理
次に、本発明の実施の形態に係る同期モータにおいて磁束を回転させる方法を詳細に説明する。上記した「(2)同期モータおよびインバータ回路の駆動方法」にて説明したように、本発明の実施の形態に係る同期モータの駆動方法(ケース(a))では、各コイルに独立して電流を流す。コイル電流の大きさおよび位相の制御は、例えば周知のPWM制御により行う。
iW(θ)=−β(θ)(Φd/Φc)Ic (6)
ここで、α(θ)(Φd/Φc)およびβ(θ)(Φd/Φc)は、図6に示す磁束の回転を得るための、PWM制御のサイクル時間T[s]についてのデューティー比であり(図8参照)、
α(θ)=(2/√3)[(√3/2)cosθ−(1/2)sinθ]
=(2/√3)sin(π/3−θ)
β(θ)=(2/√3)sinθ θ=ωt (7)
である。最初にπ/3回転させる間は、コイルVには電流を流さないので、iV(θ)=0である。
回転磁束の電気エネルギーを、各コイルに独立して電流を流すケース(a)と、直列接続された2つのコイルの両方に電流を流すケース(b)と、3つのコイルの全てに電流を流すケース(c)とで比較する。
ケース(a):各コイルに独立して電流を流す場合
磁束Φdが角速度ω=1[rad/s]でπ/3[rad]回転した場合のコンピュータ・シミュレーションによる電気エネルギーWsa[W・s]は、
Wsa=1.17EIc/ω (8)
となる。よって、磁束Φdの1回転(2π)に要する電気エネルギーWra「W・s」は、Wsaの6倍となり、
Wra=7.0EIc/ω (9)
となる。
コイルU,V,Wの各々を流れるコイル電流iU(θ),iV(θ),iW(θ)は次の通りとなる。
iV(θ)= β(θ−π/6)(Φd/Φc)Ic/√3
iW(θ)=−α(θ−π/6)(Φd/Φc)Ic/√3 − β(θ−π/6)(Φd/Φc)Ic/√3 θ=π/6 →π/2 (10)
コイル電流の各々を増大させるために、2種類のデューティー比α(Φd/Φc)/√3およびβ(Φd/Φc)/√3が設定されている。図8は、直列接続された2つのコイルに電流を流す場合の、PWM制御の2種類のデューティー比を説明するタイミング図である。
Wrb=8.08EIc/ω (11)
となる。
磁束Φdの1回転に要する電気エネルギーWrc[W・s]は、コンピュータ・シミュレーションによると、
Wrc=9.34EIc/ω (12)
となる。
図10は、原理的な考察(PWM制御下での電磁気学的な考察)により回転磁束の方向毎に得られた電気エネルギーの低減率を示す模式図である。図10中に文字(D)または文字(S)で示す電気エネルギーの低減率は、直列接続された2つのコイルの両方に電流を流すケース(b)の電気エネルギーを基準として、各コイルに独立して電流を流すケース(a)の電気エネルギーについて示すものである。文字(D)は、ケース(b)に対するケース(a)の電気エネルギーの低減率が30%であることを意味し、文字(S)は、ケース(a)の電気エネルギーの消費がケース(b)の電気エネルギーの消費と同じであることを意味する。
ΦC=KBIC (13)
となり、PWMサイクルの1周期Tで消費する電気エネルギーWa0[W・s]は、
Wa0=ICET (14)
となる。
ΦC=KB(1/3+1/3+1/6+1/6)IC
=KBIC (15)
となり、PWMサイクルの1周期Tで消費する電気エネルギーWb0[W・s]は、
Wb0=ICE(1/3+1/3+1/3+1/3)T
=4/3ICET (16)
となる。
ΦC=KB(1/√3×√3/2+1/√3×√3/2)IC
=KBIC (17)
となり、PWMサイクルの1周期Tで消費する電気エネルギーWaπ/6[W・s]は、
Waπ/6=ICE(1/√3+1/√3)T
=2/√3ICET (18)
となる。
ΦC=KB(1/√3×√3/2+1/√3×√3/2)IC
=KBIC (19)
となり、PWMサイクルの1周期Tで消費する電気エネルギーWbπ/6[W・s]は、
Wbπ/6=ICE(1/√3+1/√3)T
=2/√3ICET (20)
となる。
原理的な考察により、回転磁束の最大の強さを、各コイルに独立して電流を流すケース(a)と、直列接続された2つのコイルの両方に電流を流すケース(b)とで比較する。ここで、得られる回転磁束の強さとは、ケース(a)およびケース(b)の各々のケースにおいて、PWM制御下で通電可能な最大の電流を各コイルに流すことにより得られる所望の回転磁束の最大の強さを意味する。
ΦC=KB(1×√3/2+1×√3/2)IC
=√3KBIC (21)
となる。
ΦC=KB(1×√3/2+1×√3/2)IC
=√3KBIC (22)
となる。
ΦC=KB(1/2+1/2+1/4+1/4)IC
=1.5KBIC (23)
となる。ケース(b)では、2つのコイルには同時にIC/2の大きさのコイル電流しか流せないので、1.5KBICの強さの磁束しか生成できない。
ΦC=KB{1+(√3ー1)/2+(√3ー1)/2}IC
=√3KBIC (24)
となる。
11U,11V,11W ステータコイル
12 回転磁界
13 ロータ
20 インバータ回路
21UU,21UD,21VU,21VD,21WU,21WD 半導体スイッチ
22UU,22UD,22VU,22VD,22WU,22WD フォトカプラ
23U,23V,23W 電流センサ
24 DSP
110 3相同期モータ
111U,111V,111W ステータコイル
112 回転磁界
113 ロータ
Claims (10)
- 3つずつ組を成すN個のコイルを有するN(Nは3の倍数)相の交流モータであって、
前記組の各々を成し、協働して回転磁界を発生する第1〜第3のステータコイルと、
第1の直流電圧、第2の直流電圧および接地電圧が印加されて、前記組を成す3つのステータコイルの各々に、直流電流を独立して通電するインバータ回路と、
前記直流電流の通電時間を所定の周期で制御する制御信号を、前記インバータ回路に送信する信号処理プロセッサと、
前記回転磁界により回転するロータとを備え、
前記インバータ回路が、
第1の端子に前記第1の直流電圧が印加され、第2の端子に第1のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第1のスイッチ素子と、
第1の端子に前記第2の直流電圧が印加され、第2の端子に前記第1のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第2のスイッチ素子と、
第1の端子に前記第1の直流電圧が印加され、第2の端子に第2のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第3のスイッチ素子と、
第1の端子に前記第2の直流電圧が印加され、第2の端子に前記第2のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第4のスイッチ素子と、
第1の端子に前記第1の直流電圧が印加され、第2の端子に第3のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第5のスイッチ素子と、
第1の端子に前記第2の直流電圧が印加され、第2の端子に前記第3のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第6のスイッチ素子とを備え、
前記第1のステータコイルの第1の端子に前記第1のノードが接続され、第2の端子に接地電圧が印加され、
前記第2のステータコイルの第1の端子に前記第2のノードが接続され、第2の端子に接地電圧が印加され、
前記第3のステータコイルの第1の端子に前記第3のノードが接続され、第2の端子に接地電圧が印加され、
前記第1の直流電圧および前記第2の直流電圧が、互いに符号が異なる同じ大きさの直流電圧であり、
前記制御信号が、前記第1のスイッチ素子および前記第2のスイッチ素子の何れか一方をオン状態または両方をオフ状態とし、前記第3のスイッチ素子および前記第4のスイッチ素子の何れか一方をオン状態または両方をオフ状態とし、前記第5のスイッチ素子および前記第6のスイッチ素子の何れか一方をオン状態または両方をオフ状態とすることで、前記第1〜第3のステータコイルの各々に直流電流を独立して通電し、前記回転磁界を発生させ、
前記N相が3相であり、
前記回転磁界がπ/3回転する間に、3つの前記ステータコイルのうち、2つの前記ステータコイルの各々に流れる第1のコイル電流i 1 (θ)および第2のコイル電流i 2 (θ)が、
i 1 (θ)= α(θ)(Φ d /Φ c )I c
i 2 (θ)=−β(θ)(Φ d /Φ c )I c
α(θ)=(2/√3)sin(π/3−θ)
β(θ)=(2/√3)sinθ
θ=ωt
の関係を満たし、残りの1つの前記ステータコイルに流れる第3のコイル電流i 3 (θ)が、i 3 (θ)=0の関係を満たし、ここで、Φ d が、所望の回転磁束の大きさ、θが磁束Φ d の回転角度、ωが磁束Φ d の回転角速度であり、Φ c が、前記ステータコイルに電流I c を通電した場合に得られる磁束の大きさであることを特徴とする交流モータ。 - 3つずつ組を成すN個のコイルを有するN(Nは3の倍数)相の交流モータであって、
前記組の各々を成し、協働して回転磁界を発生する第1〜第3のステータコイルと、
直流電圧および接地電圧が印加されて、前記組を成す3つのステータコイルの各々に、直流電流を独立して通電する第1〜第3の単相用のインバータ回路と、
前記直流電流の通電時間を所定の周期で制御する制御信号を、前記第1〜第3の単相用のインバータ回路に送信する信号処理プロセッサと、
前記回転磁界により回転するロータとを備え、
前記第1の単相用のインバータ回路が、前記第1のステータコイルに直流電流を独立して通電し、前記第2の単相用のインバータ回路が、前記第2のステータコイルに直流電流を独立して通電し、前記第3の単相用のインバータ回路が、前記第3のステータコイルに直流電流を独立して通電し、
前記制御信号が、3つの前記第1〜第3の単相用のインバータ回路のうち、何れか2つに直流電流を独立して通電することで、前記回転磁界を発生させ、
前記N相が3相であり、
前記回転磁界がπ/3回転する間に、3つの前記ステータコイルのうち、2つの前記ステータコイルの各々に流れる第1のコイル電流i 1 (θ)および第2のコイル電流i 2 (θ)が、
i 1 (θ)= α(θ)(Φ d /Φ c )I c
i 2 (θ)=−β(θ)(Φ d /Φ c )I c
α(θ)=(2/√3)sin(π/3−θ)
β(θ)=(2/√3)sinθ
θ=ωt
の関係を満たし、残りの1つの前記ステータコイルに流れる第3のコイル電流i 3 (θ)が、i 3 (θ)=0の関係を満たし、ここで、Φ d が、所望の回転磁束の大きさ、θが磁束Φ d の回転角度、ωが磁束Φ d の回転角速度であり、Φ c が、前記ステータコイルに電流I c を通電した場合に得られる磁束の大きさであることを特徴とする交流モータ。 - 前記制御信号が、PWM制御信号であり、
PWM制御の1サイクルTについて、3つの前記ステータコイルのうち、
前記第1のステータコイルにサイクルαT+β(√3−1)Tの間電流Icを通電し、且つ、前記第2のステータコイルにサイクル|−α(√3−1)+β(√3−1)|Tの間電流Icを通電し、且つ、前記第3のステータコイルにサイクルα(√3−1)T+βTの間電流Icを通電することで、前記第1のステータコイルのみによって形成される磁界方向を基準とする、0[rad]〜π/3[rad]の間の方向の回転磁束を生成し、
ここで、θが回転磁束の回転角度、Φcが、前記ステータコイルに電流Icを通電した場合に得られる磁束の大きさであり、係数αおよび係数βが、
α(θ)=(2/√3)sin(π/3−θ)
β(θ)=(2/√3)sinθ
の関係を満たし、KBが前記第1〜第3のステータコイルのコイル定数であり、
前記回転磁束の最大の強度が√3KBIcとなることを特徴とする請求項1または2に記載の交流モータ。 - 3つずつ組を成すN個のコイルを有するN(Nは3の倍数)相の交流モータであって、
前記組の各々を成し、協働して回転磁界を発生する第1〜第3のステータコイルと、
第1の直流電圧、第2の直流電圧および接地電圧が印加されて、前記組を成す3つのステータコイルの各々に、直流電流を独立して通電するインバータ回路と、
前記直流電流の通電時間を所定の周期で制御する制御信号を、前記インバータ回路に送信する信号処理プロセッサと、
前記回転磁界により回転するロータとを備え、
前記インバータ回路が、
第1の端子に前記第1の直流電圧が印加され、第2の端子に第1のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第1のスイッチ素子と、
第1の端子に前記第2の直流電圧が印加され、第2の端子に前記第1のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第2のスイッチ素子と、
第1の端子に前記第1の直流電圧が印加され、第2の端子に第2のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第3のスイッチ素子と、
第1の端子に前記第2の直流電圧が印加され、第2の端子に前記第2のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第4のスイッチ素子と、
第1の端子に前記第1の直流電圧が印加され、第2の端子に第3のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第5のスイッチ素子と、
第1の端子に前記第2の直流電圧が印加され、第2の端子に前記第3のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第6のスイッチ素子とを備え、
前記第1のステータコイルの第1の端子に前記第1のノードが接続され、第2の端子に接地電圧が印加され、
前記第2のステータコイルの第1の端子に前記第2のノードが接続され、第2の端子に接地電圧が印加され、
前記第3のステータコイルの第1の端子に前記第3のノードが接続され、第2の端子に接地電圧が印加され、
前記第1の直流電圧および前記第2の直流電圧が、互いに符号が異なる同じ大きさの直流電圧であり、
前記制御信号が、前記第1のスイッチ素子および前記第2のスイッチ素子の何れか一方をオン状態または両方をオフ状態とし、前記第3のスイッチ素子および前記第4のスイッチ素子の何れか一方をオン状態または両方をオフ状態とし、前記第5のスイッチ素子および前記第6のスイッチ素子の何れか一方をオン状態または両方をオフ状態とすることで、前記第1〜第3のステータコイルの各々に直流電流を独立して通電し、前記回転磁界を発生させ、
前記制御信号が、PWM制御信号であり、
PWM制御の1サイクルTについて、3つの前記ステータコイルのうち、
前記第1のステータコイルにサイクルαT+β(√3−1)Tの間電流I c を通電し、且つ、前記第2のステータコイルにサイクル|−α(√3−1)+β(√3−1)|Tの間電流I c を通電し、且つ、前記第3のステータコイルにサイクルα(√3−1)T+βTの間電流I c を通電することで、前記第1のステータコイルのみによって形成される磁界方向を基準とする、0[rad]〜π/3[rad]の間の方向の回転磁束を生成し、
ここで、θが回転磁束の回転角度、Φ c が、前記ステータコイルに電流I c を通電した場合に得られる磁束の大きさであり、係数αおよび係数βが、
α(θ)=(2/√3)sin(π/3−θ)
β(θ)=(2/√3)sinθ
の関係を満たし、K B が前記第1〜第3のステータコイルのコイル定数であり、
前記回転磁束の最大の強度が√3K B I c となることを特徴とする交流モータ。 - 3つずつ組を成すN個のコイルを有するN(Nは3の倍数)相の交流モータであって、
前記組の各々を成し、協働して回転磁界を発生する第1〜第3のステータコイルと、
直流電圧および接地電圧が印加されて、前記組を成す3つのステータコイルの各々に、直流電流を独立して通電する第1〜第3の単相用のインバータ回路と、
前記直流電流の通電時間を所定の周期で制御する制御信号を、前記第1〜第3の単相用のインバータ回路に送信する信号処理プロセッサと、
前記回転磁界により回転するロータとを備え、
前記第1の単相用のインバータ回路が、前記第1のステータコイルに直流電流を独立して通電し、前記第2の単相用のインバータ回路が、前記第2のステータコイルに直流電流を独立して通電し、前記第3の単相用のインバータ回路が、前記第3のステータコイルに直流電流を独立して通電し、
前記制御信号が、3つの前記第1〜第3の単相用のインバータ回路のうち、何れか2つに直流電流を独立して通電することで、前記回転磁界を発生させ、
前記制御信号が、PWM制御信号であり、
PWM制御の1サイクルTについて、3つの前記ステータコイルのうち、
前記第1のステータコイルにサイクルαT+β(√3−1)Tの間電流I c を通電し、且つ、前記第2のステータコイルにサイクル|−α(√3−1)+β(√3−1)|Tの間電流I c を通電し、且つ、前記第3のステータコイルにサイクルα(√3−1)T+βTの間電流I c を通電することで、前記第1のステータコイルのみによって形成される磁界方向を基準とする、0[rad]〜π/3[rad]の間の方向の回転磁束を生成し、
ここで、θが回転磁束の回転角度、Φ c が、前記ステータコイルに電流I c を通電した場合に得られる磁束の大きさであり、係数αおよび係数βが、
α(θ)=(2/√3)sin(π/3−θ)
β(θ)=(2/√3)sinθ
の関係を満たし、K B が前記第1〜第3のステータコイルのコイル定数であり、
前記回転磁束の最大の強度が√3K B I c となることを特徴とする交流モータ。 - 3つずつ組を成すN個のコイルを有するN(Nは3の倍数)相の交流モータの制御方法であって、
前記組の各々を成し、協働して回転磁界を発生する第1〜第3のステータコイルと、
第1の直流電圧、第2の直流電圧および接地電圧が印加されて、前記組を成す3つのステータコイルの各々に、直流電流を独立して通電するインバータ回路と、
前記直流電流の通電時間を所定の周期で制御する制御信号を、前記インバータ回路に送信する信号処理プロセッサと、
前記回転磁界により回転するロータとを備え、
前記インバータ回路が、
第1の端子に前記第1の直流電圧が印加され、第2の端子に第1のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第1のスイッチ素子と、
第1の端子に前記第2の直流電圧が印加され、第2の端子に前記第1のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第2のスイッチ素子と、
第1の端子に前記第1の直流電圧が印加され、第2の端子に第2のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第3のスイッチ素子と、
第1の端子に前記第2の直流電圧が印加され、第2の端子に前記第2のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第4のスイッチ素子と、
第1の端子に前記第1の直流電圧が印加され、第2の端子に第3のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第5のスイッチ素子と、
第1の端子に前記第2の直流電圧が印加され、第2の端子に前記第3のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第6のスイッチ素子とを備え、
前記第1のステータコイルの第1の端子に前記第1のノードが接続され、第2の端子に接地電圧が印加され、
前記第2のステータコイルの第1の端子に前記第2のノードが接続され、第2の端子に接地電圧が印加され、
前記第3のステータコイルの第1の端子に前記第3のノードが接続され、第2の端子に接地電圧が印加され、
前記第1の直流電圧および前記第2の直流電圧が、互いに符号が異なる同じ大きさの直流電圧である、3つずつ組を成すN個のコイルを有するN相の交流モータにおいて、
前記制御信号が、前記第1のスイッチ素子および前記第2のスイッチ素子の何れか一方をオン状態または両方をオフ状態とし、前記第3のスイッチ素子および前記第4のスイッチ素子の何れか一方をオン状態または両方をオフ状態とし、前記第5のスイッチ素子および前記第6のスイッチ素子の何れか一方をオン状態または両方をオフ状態とすることで、前記第1〜第3のステータコイルの各々に直流電流を独立して通電し、前記回転磁界を発生させ、
前記N相が3相であり、
前記回転磁界がπ/3回転する間に、3つの前記ステータコイルのうち、2つの前記ステータコイルの各々に流れる第1のコイル電流i 1 (θ)および第2のコイル電流i 2 (θ)が、
i 1 (θ)= α(θ)(Φ d /Φ c )I c
i 2 (θ)=−β(θ)(Φ d /Φ c )I c
α(θ)=(2/√3)sin(π/3−θ)
β(θ)=(2/√3)sinθ
θ=ωt
の関係を満たし、残りの1つの前記ステータコイルに流れる第3のコイル電流i 3 (θ)が、i 3 (θ)=0の関係を満たし、ここで、Φ d が、所望の回転磁束の大きさ、θが磁束Φ d の回転角度、ωが磁束Φ d の回転角速度であり、Φ c が、前記ステータコイルに電流I c を通電した場合に得られる磁束の大きさであることを特徴とする交流モータの制御方法。 - 3つずつ組を成すN個のコイルを有するN(Nは3の倍数)相の交流モータの制御方法であって、
前記組の各々を成し、協働して回転磁界を発生する第1〜第3のステータコイルと、
直流電圧および接地電圧が印加されて、前記組を成す3つのステータコイルの各々に、直流電流を独立して通電する第1〜第3の単相用のインバータ回路と、
前記直流電流の通電時間を所定の周期で制御する制御信号を、前記第1〜第3の単相用のインバータ回路に送信する信号処理プロセッサと、
前記回転磁界により回転するロータとを備え、
前記第1の単相用のインバータ回路が、前記第1のステータコイルに直流電流を独立して通電し、前記第2の単相用のインバータ回路が、前記第2のステータコイルに直流電流を独立して通電し、前記第3の単相用のインバータ回路が、前記第3のステータコイルに直流電流を独立して通電する、3つずつ組を成すN個のコイルを有するN相の交流モータにおいて、
前記制御信号が、3つの前記第1〜第3の単相用のインバータ回路のうち、何れか2つに直流電流を独立して通電することで、前記回転磁界を発生させ、
前記N相が3相であり、
前記回転磁界がπ/3回転する間に、3つの前記ステータコイルのうち、2つの前記ステータコイルの各々に流れる第1のコイル電流i 1 (θ)および第2のコイル電流i 2 (θ)が、
i 1 (θ)= α(θ)(Φ d /Φ c )I c
i 2 (θ)=−β(θ)(Φ d /Φ c )I c
α(θ)=(2/√3)sin(π/3−θ)
β(θ)=(2/√3)sinθ
θ=ωt
の関係を満たし、残りの1つの前記ステータコイルに流れる第3のコイル電流i 3 (θ)が、i 3 (θ)=0の関係を満たし、ここで、Φ d が、所望の回転磁束の大きさ、θが磁束Φ d の回転角度、ωが磁束Φ d の回転角速度であり、Φ c が、前記ステータコイルに電流I c を通電した場合に得られる磁束の大きさであることを特徴とする交流モータの制御方法。 - 前記制御信号が、PWM制御信号であり、
PWM制御の1サイクルTについて、3つの前記ステータコイルのうち、
前記第1のステータコイルにサイクルαT+β(√3−1)Tの間電流Icを通電し、且つ、前記第2のステータコイルにサイクル|−α(√3−1)+β(√3−1)|Tの間電流Icを通電し、且つ、前記第3のステータコイルにサイクルα(√3−1)T+βTの間電流Icを通電することで、前記第1のステータコイルのみによって形成される磁界方向を基準とする、0[rad]〜π/3[rad]の間の方向の回転磁束を生成し、
ここで、θが回転磁束の回転角度、Φcが、前記ステータコイルに電流Icを通電した場合に得られる磁束の大きさであり、係数αおよび係数βが、
α(θ)=(2/√3)sin(π/3−θ)
β(θ)=(2/√3)sinθ
の関係を満たし、KBが前記第1〜第3のステータコイルのコイル定数であり、
前記回転磁束の最大の強度が√3KBIcとなることを特徴とする請求項6または7に記載の交流モータの制御方法。 - 3つずつ組を成すN個のコイルを有するN(Nは3の倍数)相の交流モータの制御方法であって、
前記組の各々を成し、協働して回転磁界を発生する第1〜第3のステータコイルと、
第1の直流電圧、第2の直流電圧および接地電圧が印加されて、前記組を成す3つのステータコイルの各々に、直流電流を独立して通電するインバータ回路と、
前記直流電流の通電時間を所定の周期で制御する制御信号を、前記インバータ回路に送信する信号処理プロセッサと、
前記回転磁界により回転するロータとを備え、
前記インバータ回路が、
第1の端子に前記第1の直流電圧が印加され、第2の端子に第1のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第1のスイッチ素子と、
第1の端子に前記第2の直流電圧が印加され、第2の端子に前記第1のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第2のスイッチ素子と、
第1の端子に前記第1の直流電圧が印加され、第2の端子に第2のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第3のスイッチ素子と、
第1の端子に前記第2の直流電圧が印加され、第2の端子に前記第2のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第4のスイッチ素子と、
第1の端子に前記第1の直流電圧が印加され、第2の端子に第3のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第5のスイッチ素子と、
第1の端子に前記第2の直流電圧が印加され、第2の端子に前記第3のノードが接続され、ゲート端子に前記制御信号が印加される第6のスイッチ素子とを備え、
前記第1のステータコイルの第1の端子に前記第1のノードが接続され、第2の端子に接地電圧が印加され、
前記第2のステータコイルの第1の端子に前記第2のノードが接続され、第2の端子に接地電圧が印加され、
前記第3のステータコイルの第1の端子に前記第3のノードが接続され、第2の端子に接地電圧が印加され、
前記第1の直流電圧および前記第2の直流電圧が、互いに符号が異なる同じ大きさの直流電圧である、3つずつ組を成すN個のコイルを有するN相の交流モータにおいて、
前記制御信号が、前記第1のスイッチ素子および前記第2のスイッチ素子の何れか一方をオン状態または両方をオフ状態とし、前記第3のスイッチ素子および前記第4のスイッチ素子の何れか一方をオン状態または両方をオフ状態とし、前記第5のスイッチ素子および前記第6のスイッチ素子の何れか一方をオン状態または両方をオフ状態とすることで、前記第1〜第3のステータコイルの各々に直流電流を独立して通電し、前記回転磁界を発生させ、
前記制御信号が、PWM制御信号であり、
PWM制御の1サイクルTについて、3つの前記ステータコイルのうち、
前記第1のステータコイルにサイクルαT+β(√3−1)Tの間電流I c を通電し、且つ、前記第2のステータコイルにサイクル|−α(√3−1)+β(√3−1)|Tの間電流I c を通電し、且つ、前記第3のステータコイルにサイクルα(√3−1)T+βTの間電流I c を通電することで、前記第1のステータコイルのみによって形成される磁界方向を基準とする、0[rad]〜π/3[rad]の間の方向の回転磁束を生成し、
ここで、θが回転磁束の回転角度、Φ c が、前記ステータコイルに電流I c を通電した場合に得られる磁束の大きさであり、係数αおよび係数βが、
α(θ)=(2/√3)sin(π/3−θ)
β(θ)=(2/√3)sinθ
の関係を満たし、K B が前記第1〜第3のステータコイルのコイル定数であり、
前記回転磁束の最大の強度が√3K B I c となることを特徴とする交流モータの制御方法。 - 3つずつ組を成すN個のコイルを有するN(Nは3の倍数)相の交流モータの制御方法であって、
前記組の各々を成し、協働して回転磁界を発生する第1〜第3のステータコイルと、
直流電圧および接地電圧が印加されて、前記組を成す3つのステータコイルの各々に、直流電流を独立して通電する第1〜第3の単相用のインバータ回路と、
前記直流電流の通電時間を所定の周期で制御する制御信号を、前記第1〜第3の単相用のインバータ回路に送信する信号処理プロセッサと、
前記回転磁界により回転するロータとを備え、
前記第1の単相用のインバータ回路が、前記第1のステータコイルに直流電流を独立して通電し、前記第2の単相用のインバータ回路が、前記第2のステータコイルに直流電流を独立して通電し、前記第3の単相用のインバータ回路が、前記第3のステータコイルに直流電流を独立して通電する、3つずつ組を成すN個のコイルを有するN相の交流モータにおいて、
前記制御信号が、3つの前記第1〜第3の単相用のインバータ回路のうち、何れか2つに直流電流を独立して通電することで、前記回転磁界を発生させ、
前記制御信号が、PWM制御信号であり、
PWM制御の1サイクルTについて、3つの前記ステータコイルのうち、
前記第1のステータコイルにサイクルαT+β(√3−1)Tの間電流I c を通電し、且つ、前記第2のステータコイルにサイクル|−α(√3−1)+β(√3−1)|Tの間電流I c を通電し、且つ、前記第3のステータコイルにサイクルα(√3−1)T+βTの間電流I c を通電することで、前記第1のステータコイルのみによって形成される磁界方向を基準とする、0[rad]〜π/3[rad]の間の方向の回転磁束を生成し、
ここで、θが回転磁束の回転角度、Φ c が、前記ステータコイルに電流I c を通電した場合に得られる磁束の大きさであり、係数αおよび係数βが、
α(θ)=(2/√3)sin(π/3−θ)
β(θ)=(2/√3)sinθ
の関係を満たし、K B が前記第1〜第3のステータコイルのコイル定数であり、
前記回転磁束の最大の強度が√3K B I c となることを特徴とする交流モータの制御方法。
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JP6590457B2 (ja) | 車両駆動制御装置及び車両駆動制御方法 |
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