JP6504850B2 - Control device, rotary electric machine using the same, and drive system including the control device and the rotary electric machine - Google Patents

Control device, rotary electric machine using the same, and drive system including the control device and the rotary electric machine Download PDF

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Description

この発明は、回転電機の制御装置、これを用いた回転電機、および当該制御装置と当該回転電機とを備えた駆動システムに関する。   The present invention relates to a control device for a rotating electrical machine, a rotating electrical machine using the same, and a drive system including the control device and the rotating electrical machine.

従来、回転電機を回転駆動させる際の、固定子あるいは回転子を構成する磁性体の磁化において電気エネルギが損失する。この損失を低減するために、様々な取り組みが行われている。
特に、磁性体を通過する磁束の高調波成分による鉄損を低減するために、回転電機の固定子鉄心に磁束フィルタ用巻線を有する磁束フィルタ回路を設け、所定周波数以上の磁束の高調波成分を減衰させることが提案されている。(例えば特許文献1を参照)
Conventionally, electric energy is lost in the magnetization of the magnetic body constituting the stator or the rotor when the rotary electric machine is driven to rotate. Various efforts have been made to reduce this loss.
In particular, in order to reduce the iron loss due to the harmonic component of the magnetic flux passing through the magnetic body, a magnetic flux filter circuit having a flux filter winding is provided on the stator core of the rotating electric machine. It is proposed to attenuate the (For example, refer to patent document 1)

特開2008−301551号公報JP, 2008-301551, A

特許文献1に提案されている技術では、インバータ駆動された回転電機のスイッチングに起因する高調波のように回転電機の基本波周波数よりも周波数の離れた時間高調波を減衰させることができるが、回転電機の電機子巻線とは別に専用の磁束フィルタ用巻線を必要とするため、回転電機が大型化するという問題があった。
この発明は、磁束の基本波と高調波の磁束による磁束波形のゆがみに対応して鉄損を低減しつつ、回転電機を小型化できる制御装置を提供することを目的とするものである。
According to the technology proposed in Patent Document 1, it is possible to attenuate time harmonics whose frequency is farther than the fundamental wave frequency of the rotating electrical machine, such as harmonics resulting from the switching of the inverter-driven rotating electrical machine. There is a problem that the size of the rotating electric machine is increased because a dedicated flux filter winding is required separately from the armature winding of the rotating electric machine.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a control device capable of reducing the size of a rotating electrical machine while reducing iron loss in response to distortion of a magnetic flux waveform due to a fundamental wave of magnetic flux and magnetic flux of harmonics.

この発明に係る制御装置は、回転電機において円環状のヨークから径方向に等分間隔で突出された固定子鉄心突極部を通過する磁束を算出する磁束演算部と、前記固定子鉄心突極部に巻回された相導体が作る磁束を含む前記磁束の基本波に対する高調波を低減する磁束指令値を生成する磁束指令部と、前記磁束および前記磁束指令値に基づいて前記回転電機に供給される電圧を制御するものである。
A control device according to the present invention includes a magnetic flux calculating unit for calculating a magnetic flux passing through a stator core salient pole portion projecting at equal intervals in a radial direction from an annular yoke in a rotating electrical machine; and the stator core salient pole A magnetic flux command unit for generating a magnetic flux command value for reducing harmonics to the fundamental wave of the magnetic flux including the magnetic flux produced by a phase conductor wound around the part; and supplying the rotating electric machine based on the magnetic flux and the magnetic flux command value Control voltage.

このように構成された制御装置は、磁束および磁束指令値に基づいて回転電機に供給される電圧を制御することにより、専用の磁束フィルタ用巻線が不要となるため、高調波の磁束による磁束波形のゆがみに対応して鉄損を低減しつつ、回転電機を小型化できる。   The control device configured in this way controls the voltage supplied to the rotating electrical machine based on the magnetic flux and the magnetic flux command value, and hence a dedicated magnetic flux filter winding is not required. The rotating electric machine can be miniaturized while reducing the iron loss corresponding to the distortion of the waveform.

実施の形態1における駆動システムを表わす概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a drive system in a first embodiment. 実施の形態1におけるモータの構造を示す回転軸に沿った断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view along the rotation axis showing the structure of the motor in the first embodiment. 実施の形態1におけるモータの構造を示す回転軸に垂直な断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view perpendicular to the rotation axis showing the structure of the motor in the first embodiment. 実施の形態1に係るインバータを示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing an inverter according to a first embodiment. 実施の形態1における駆動システムのハードウエア構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a hardware configuration of a drive system according to Embodiment 1. 実施の形態1における制御装置の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a control device in Embodiment 1. 実施の形態1に係る制御装置の動作を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing an operation of a control device according to Embodiment 1. 実施の形態2に係るモータの構造を示す回転軸に垂直な断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view perpendicular to the rotation axis showing the structure of a motor according to a second embodiment. 実施の形態3に係るモータの構造を示す回転軸に垂直な断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view perpendicular to the rotation axis showing the structure of a motor according to Embodiment 3; 実施の形態4に係るモータの構造を示す回転軸に垂直な断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view perpendicular to the rotation axis showing the structure of a motor according to a fourth embodiment.

実施の形態1
図1は、この発明の実施の形態1の対象となる、8極48スロット、6自由度Hブリッジ構成の、回転電機を含めた駆動システム100を表わす概略図である。図2は、図1におけるモータ1の構造を示すための回転軸に沿った断面図である。図3は、図1におけるモータ1の構造を示す回転軸に垂直な断面図である。図4は、図1におけるインバータ200を示す回路図である。図5は、図1における制御装置300を示すブロック図である。図6は、図1における制御装置300、すなわち図5に示した制御装置300の各ブロックの動作を示すブロック図である。
Embodiment 1
FIG. 1 is a schematic diagram showing a drive system 100 including an electric rotating machine having an 8-pole, 48-slot, 6-DOF H-bridge configuration, which is a target of Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view along the rotation axis for showing the structure of the motor 1 in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view perpendicular to the rotation axis showing the structure of the motor 1 in FIG. FIG. 4 is a circuit diagram showing inverter 200 in FIG. FIG. 5 is a block diagram showing control device 300 in FIG. FIG. 6 is a block diagram showing the operation of each block of control device 300 in FIG. 1, that is, control device 300 shown in FIG.

図1に示すように、この発明の対象とする駆動システム100は、負荷50を電源27の電力によって駆動するための装置である。この駆動システム100は、直流電力と交流電力を相互に変換する電力変換器であるインバータ200と、インバータ200の交流側端子に接続された回転電機であるモータ1と、モータ1の状態を検出し、検出した情報をもとに演算を行い、インバータ200に制御信号を入力し、モータ1の状態を制御する制御装置300とを備えており、インバータ200の直流側端子は外部の直流電源27に接続され、また、モータ1は外部の負荷50に接続されて負荷50に回転運動を伝達することになる。
ここで使用されているモータ1は、8極、48スロットの永久磁石モータである。
As shown in FIG. 1, a drive system 100 targeted by the present invention is a device for driving a load 50 by the power of a power supply 27. The drive system 100 detects the states of an inverter 200 which is a power converter for converting DC power and AC power to each other, a motor 1 which is a rotating electric machine connected to the AC side terminal of the inverter 200, and the motor 1. And a control device 300 which performs calculation based on the detected information, inputs a control signal to the inverter 200, and controls the state of the motor 1, and the DC side terminal of the inverter 200 is connected to the external DC power supply 27. Connected and the motor 1 will be connected to an external load 50 to transmit rotational movement to the load 50.
The motor 1 used here is a permanent magnet motor having 8 poles and 48 slots.

モータ1の構造を、図2を用いて説明する。回転電機であるモータ1は、円筒形状のフレーム2と、このフレーム2の両側に覆って設けられた負荷側ブラケット3及び反負荷側ブラケット4と、フレーム2の中心軸線上に配置され、負荷側ブラケット3及び反負荷側ブラケット4で負荷側ベアリング5及び反負荷側ベアリング6を介して回転自在に2点支持されたシャフト7と、シャフト7が挿入されてキー等で一体され、フレーム2、負荷側ブラケット3及び反負荷側ブラケット4で構成されたケース10内に収納されたロータ8と、フレーム2の内壁面に圧入や焼バメ等によって固定されロータ8と隙間を介して囲った円環状のステータ9とを備えている。
モータ1の負荷側ベアリング5は、ベアリング押さえ11で負荷側ブラケット3に対して軸線方向にボルト等で固定されている。反負荷側ベアリング6は、波ワッシャ12を介して反負荷側ブラケット4に対して軸線方向に自由度を持って固定されている。
ケース10は、フレーム2に対して負荷側ブラケット3及び反負荷側ブラケット4をボルト等で固定することで形成されている。
The structure of the motor 1 will be described with reference to FIG. The motor 1, which is a rotating electric machine, is disposed on the central axis of the frame 2, a cylindrical frame 2, a load side bracket 3 and an anti-load side bracket 4 provided covering the both sides of the frame 2, and The shaft 7 rotatably supported at two points by the bracket 3 and the anti-load side bracket 4 via the load-side bearing 5 and the anti-load-side bearing 6 and the shaft 7 are inserted and integrated with a key or the like. The rotor 8 housed in the case 10 composed of the side bracket 3 and the anti-load side bracket 4 and an annular ring fixed to the inner wall surface of the frame 2 by press fitting or shrinkage fit and so on A stator 9 is provided.
The load side bearing 5 of the motor 1 is fixed to the load side bracket 3 by a bearing retainer 11 in the axial direction with a bolt or the like. The non-load side bearing 6 is axially fixed to the non-load side bracket 4 via a wave washer 12 with a degree of freedom.
The case 10 is formed by fixing the load side bracket 3 and the non-load side bracket 4 to the frame 2 with a bolt or the like.

図3に示す通り、ステータ9は、円環状のヨーク13の内周側から径方向内側に等分間隔で突出した48個の固定子鉄心突極部であるティース14を有するステータコア15と、ティース14間に形成された軸線方向に延びた各ステータスロット16に挿通された相導体17a〜17fと、各相導体17a〜17fを覆ったインシュレータ18とを備えている。
ステータコア15は、両面が絶縁処理された電磁鋼板などの薄板鋼板を複数枚積層して形成される。
各相導体17a〜17fは、インシュレータ18で一体モールドされており、インシュレータ18で被覆された各相導体17a〜17fは、各ステータスロット16に圧入されることでステータコア15に固定されている。
ロータ8は、周方向等分間隔に全部で8個形成され軸線方向に延びた磁石スロット20を有する円柱形状のロータコア19と、各磁石スロット20にN極とS極とが交互に外径側を位置するように挿入された永久磁石21と、ロータコア19の軸線方向の両端に固定され磁石スロット20の両側を塞ぐ端板22とを備えている。この端板22は、非磁性材料で製作されるのが望ましい。
As shown in FIG. 3, the stator 9 has a stator core 15 having teeth 14 which are 48 stator iron core salient pole portions projecting at equal intervals inward in the radial direction from the inner peripheral side of the annular yoke 13, and the teeth The phase conductors 17a to 17f inserted in the respective stator slots 16 formed in the axial direction and formed between the fourteen and an insulator 18 covering the phase conductors 17a to 17f.
The stator core 15 is formed by laminating a plurality of thin steel plates such as electromagnetic steel plates whose both surfaces are subjected to insulation processing.
Each of the phase conductors 17 a to 17 f is integrally molded with the insulator 18, and each of the phase conductors 17 a to 17 f covered with the insulator 18 is fixed to the stator core 15 by being press-fit into each stator slot 16.
The rotor 8 has a cylindrical rotor core 19 formed with a total of eight circumferentially equally spaced magnetic slots 20 extending in the axial direction, and N poles and S poles alternately in each magnet slot 20 on the outer diameter side And an end plate 22 which is fixed to both ends in the axial direction of the rotor core 19 and which closes both sides of the magnet slot 20. The end plate 22 is preferably made of nonmagnetic material.

各相導体17a〜17fは、ステータコア15の軸線方向の一端部からステータスロット16を挿通して他端部で露出された後、引き続き1極ピッチ、即ち周方向に6番目のステータスロット16の他端部からステータスロット16に挿通して一端部で露出された後、引き続き周方向に1極ピッチのステータスロット16の一端部から再びステータスロット16を挿通して他端部で露出されている。
各相導体17a〜17fは、このような各ステータスロット16の挿通を、全部でステタータコア15の周方向に3周分繰り返した、波巻で構成されている。
なお、図3においては、ステータスロット16内に、相導体17a〜17fは、それぞれ電気的に導通されて1つの相をなす各1組の相導体として挿通されている。ステータコア15には全部で6個すなわち6相の波巻構成の相導体17a〜17fが巻装されている。
また、図3では、実際には、相導体17a〜17fの断面がそれぞれ径方向に3つに分割されて示されるべきであるが、それぞれ一つに纏めて記載している。
Each phase conductor 17a-17f passes through the stator slot 16 from one end in the axial direction of the stator core 15 and is exposed at the other end, and then continues to have one pole pitch, that is, the sixth stator slot 16 in the circumferential direction. After being inserted from the end into the stator slot 16 and exposed at one end, the stator slot 16 is inserted again from one end of the stator slot 16 of one pole pitch in the circumferential direction and exposed at the other end.
Each of the phase conductors 17a to 17f is formed by wave winding in which such insertion of each stator slot 16 is repeated three times in total in the circumferential direction of the stator core 15.
In FIG. 3, phase conductors 17 a to 17 f are inserted into stator slot 16 as a pair of phase conductors which are electrically conducted and form one phase. The stator core 15 is wound with phase conductors 17a to 17f having a total of six or six-phase wave wound configurations.
Further, in FIG. 3, although the cross sections of the phase conductors 17 a to 17 f should be shown as being divided into three in the radial direction in practice, they are collectively described as one.

各相導体17a〜17fは、その両端部にそれぞれ負荷側リード23及び反負荷側リード24の各一端部が接続されている。各負荷側リード23及び反負荷側リード24は、それぞれフレーム2に形成された引出し口25を通ってモータ1の外部に引出されている。
図4は、インバータ200を示す回路図である。インバータ200は6個のインバータサブユニット201より構成されている。
The respective phase conductors 17 a to 17 f are connected to one end of each of the load side lead 23 and the non-load side lead 24 at both ends. The load side leads 23 and the non-load side leads 24 are respectively drawn out of the motor 1 through the outlets 25 formed in the frame 2.
FIG. 4 is a circuit diagram showing inverter 200. Referring to FIG. The inverter 200 is composed of six inverter subunits 201.

インバータサブユニット201の負荷側リード23は、電流をオン、オフする第1の正極側スイッチ26を介して直流電源27の正極端子31に電気的に接続されているとともに、電流をオン、オフ制御する負荷側制御部品である第2の負極側スイッチ28を介して直流電源27の負極端子32に電気的に接続されている。
反負荷側リード24は、電流をオン、オフする第1の負極側スイッチ29を介して直流電源27の負極端子32に電気的に接続されているとともに、電流をオン、オフ制御する正極側制御部品である第2の正極側スイッチ30を介して直流電源27の正極端子31に電気的に接続されている。
The load side lead 23 of the inverter subunit 201 is electrically connected to the positive electrode terminal 31 of the DC power supply 27 through the first positive electrode side switch 26 which turns on and off the current, and controls the current on and off It is electrically connected to the negative electrode terminal 32 of the DC power supply 27 via the second negative electrode side switch 28 which is a load side control component.
The non-load side reed 24 is electrically connected to the negative electrode terminal 32 of the DC power supply 27 via the first negative electrode side switch 29 which turns on and off the current, and positive electrode side control which controls the current on and off It is electrically connected to the positive electrode terminal 31 of the DC power supply 27 via the second positive electrode side switch 30 which is a component.

このように、インバータサブユニット201は、第1の正極側スイッチ26、第2の負極側スイッチ28、第1の負極側スイッチ29及び第2の正極側スイッチ30により、所謂Hブリッジ回路を構成している。
第1の正極側スイッチ26、第2の正極側スイッチ30、第1の負極側スイッチ29、第2の負極側スイッチ28は、シリコン半導体を用いた絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)により構成されるが,電界効果型トランジスタ(MOS−FET)で構成してもよい。
また,炭化珪素(SiC)や窒化ガリウム(GaN)などのワイドバンドギャップ半導体などを用いた半導体スイッチにより構成してもよい。
図示していないが、第1の正極側スイッチ26、第2の正極側スイッチ30、第1の負極側スイッチ29、第2の負極側スイッチ28は、それぞれ各スイッチ26,30,29,28と並列に還流ダイオードが挿入されている。
直流電源27は、鉛バッテリやリチウムイオンバッテリ等で構成されている。
Thus, in the inverter subunit 201, a so-called H bridge circuit is configured by the first positive electrode side switch 26, the second negative electrode side switch 28, the first negative electrode side switch 29, and the second positive electrode side switch 30. ing.
Although the first positive electrode side switch 26, the second positive electrode side switch 30, the first negative electrode side switch 29, and the second negative electrode side switch 28 are constituted by an insulated gate bipolar transistor (IGBT) using a silicon semiconductor, , And may be configured by a field effect transistor (MOS-FET).
In addition, the semiconductor switch may be configured using a wide band gap semiconductor such as silicon carbide (SiC) or gallium nitride (GaN).
Although not shown, the first positive side switch 26, the second positive side switch 30, the first negative side switch 29, and the second negative side switch 28 are respectively switches 26, 30, 29, 28 and A reflux diode is inserted in parallel.
The DC power supply 27 is configured of a lead battery, a lithium ion battery, or the like.

個々の各相導体17は、それぞれ個別のHブリッジ回路に電気的に接続され、また各Hブリッジ回路に対して直流電源27がそれぞれ個別に設けられている。
すなわち、電力変換器の一部であるインバータサブユニット201のそれぞれは、回転電機であるモータ1の相導体17のそれぞれに対して、負荷側リード23である相導体17の一端と直流電源27の正極端子31との間に第1の正極側スイッチ26、および負荷側リード23である相導体17の一端と直流電源27の負極端子32との間に第2の負極側スイッチ28から構成される第1のスイッチ群、並びに反負荷側リード24である相導体17の他端と直流電源27の正極端子31との間に第2の正極側スイッチ30、および反負荷側リード24である相導体17の他端と直流電源27の負極端子32との間に第1の負極側スイッチ29から構成される第2のスイッチ群を有する。
図1において、制御装置の駆動により、第1の正極側スイッチ26及び第1の負極側スイッチ29がオンされ、第2の負極側スイッチ28及び第2の正極側スイッチ30がオフされると、負荷側リード23の端部は、正極側の電位となり、反負荷側リード24の端部は、負極側の電位となる。
その結果、相導体17には負荷側リード23から反負荷側リード24に向けて電流が流れる。
Each individual phase conductor 17 is electrically connected to an individual H bridge circuit, and a DC power supply 27 is individually provided for each H bridge circuit.
That is, each of inverter sub-units 201 which is a part of the power converter corresponds to one end of phase conductor 17 which is load side lead 23 and DC power supply 27 with respect to each of phase conductor 17 of motor 1 which is a rotating electric machine. It comprises a first positive side switch 26 between the positive electrode terminal 31 and a second negative side switch 28 between one end of the phase conductor 17 which is the load side lead 23 and the negative electrode terminal 32 of the DC power supply 27. Between the other switch of the first switch group and the other end of the phase conductor 17 which is the non-load side lead 24 and the positive electrode terminal 31 of the DC power supply 27 and the phase conductor which is the non-load side lead 24 A second switch group including a first negative electrode side switch 29 is provided between the other end of the second terminal 17 and the negative electrode terminal 32 of the DC power supply 27.
In FIG. 1, when the first positive electrode side switch 26 and the first negative electrode side switch 29 are turned on and the second negative electrode side switch 28 and the second positive electrode side switch 30 are turned off by driving of the control device, The end of the load-side lead 23 has a potential on the positive electrode side, and the end of the non-load-side lead 24 has a potential on the negative electrode side.
As a result, current flows from the load side lead 23 to the non-load side lead 24 in the phase conductor 17.

一方、制御装置の駆動により、第1の正極側スイッチ26及び第1の負極側スイッチ29がオフされ、第2の負極側スイッチ28及び第2の正極側スイッチ30がオンされると、負荷側リード23の端部は、負極側の電位となり、反負荷側リード24の端部は、正極側の電位となる。その結果、相導体17には反負荷側リード24から負荷側リード23に向けて電流が流れる。
また、Hブリッジ回路の4つのスイッチ26,30,29,28の全てをオフとすると、相導体17は、直流電源27から切り離されて電流は流れない。
このように、制御装置300により、各スイッチ26,30,29,28のオン、オフの切り換えと、オン時間及びオフ時間の比をそれぞれ変化させることによって、各相導体17には任意の振幅と位相の電流を通電することができる。
On the other hand, when the first positive electrode side switch 26 and the first negative electrode side switch 29 are turned off and the second negative electrode side switch 28 and the second positive electrode side switch 30 are turned on by driving of the control device, the load side The end of the lead 23 has a potential on the negative electrode side, and the end of the non-load side lead 24 has a potential on the positive electrode side. As a result, current flows from the non-load side lead 24 to the load side lead 23 in the phase conductor 17.
When all the four switches 26, 30, 29, 28 of the H bridge circuit are turned off, the phase conductor 17 is disconnected from the DC power supply 27 and no current flows.
As described above, the control device 300 changes the ratio of the on time and the off time of the on / off of the switches 26, 30, 29, and 28, and the on time and the off time, so that each phase conductor 17 has an arbitrary amplitude and The current of the phase can be conducted.

このように構成された駆動システムにおいて、従来の制御技術をもって、モータ1を動作させた場合、次のような問題が発生する。すなわち、モータ1が駆動されるとティース14には、相導体17が作る磁束と永久磁石21が作る磁束とが重畳された磁束が発生する。通常、相導体17が作る磁束は略正弦波状であり、永久磁石がティース14に作る磁束も略正弦波状となる。しかしながら、両者の重畳された磁束波形は、略正弦波状の磁束の位相差により高調波が重畳した波形となり、この高調波成分によってティース14に発生する鉄損が増大することになる。このような問題は、特に、リラクタンストルクを活用するためにモータ1に通電する電流位相を進める場合や、モータ1を高速で回した際に発生する誘起電圧の低減を目的として、弱め磁束制御を行うような場合に顕著に発生することになる。   In the drive system configured as described above, when the motor 1 is operated by the conventional control technique, the following problems occur. That is, when the motor 1 is driven, a magnetic flux in which the magnetic flux generated by the phase conductor 17 and the magnetic flux generated by the permanent magnet 21 are superimposed is generated in the teeth 14. Usually, the magnetic flux produced by the phase conductor 17 is substantially sinusoidal, and the magnetic flux produced by the permanent magnet in the teeth 14 is also substantially sinusoidal. However, the two superimposed magnetic flux waveforms become a waveform in which harmonics are superimposed due to the phase difference of the substantially sinusoidal magnetic flux, and the iron loss generated in the teeth 14 is increased by the harmonic components. Such problems particularly occur in the case of advancing the phase of the current supplied to the motor 1 in order to utilize reluctance torque, or for the purpose of reducing the induced voltage generated when the motor 1 is rotated at high speed. It will be noticeable when it happens.

このような問題を解決するために、この発明では以下に説明する構成の制御装置を採用している。
図5は、本実施の形態1に係る制御装置を駆動する駆動システムのハードウエア構成を示す図である。
図5において、この駆動システム100は、モータ1、インバータ200、制御装置300、および上位コントローラ400を備える。
制御装置300は、ハードウエアとして、プロセッサ101および記憶装置102を備える。
記憶装置102は、図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、記憶装置102は、図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、不揮発性の補助記憶装置の代わりにハードディスク等の補助記憶装置とを具備してもよい。
In order to solve such a problem, the present invention employs a control device having the configuration described below.
FIG. 5 is a diagram showing a hardware configuration of a drive system for driving the control device according to the first embodiment.
In FIG. 5, this drive system 100 includes a motor 1, an inverter 200, a control device 300, and a host controller 400.
The control device 300 includes a processor 101 and a storage device 102 as hardware.
Although not illustrated, the storage device 102 includes volatile storage devices such as random access memory and non-volatile auxiliary storage devices such as flash memory. Further, although not shown, the storage device 102 may be provided with volatile storage devices such as random access memory and auxiliary storage devices such as hard disk instead of nonvolatile auxiliary storage devices.

プロセッサ101は、記憶装置102から入力されたプログラムを実行する。記憶装置102が補助記憶装置と揮発性記憶装置とを具備するため、プロセッサ101に、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプログラムが入力される。また、プロセッサ101は、演算結果等のデータを記憶装置102の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置に前記データを保存してもよい。
図5のハードウエアの構成要素間におけるデータ等の入出力については、後述する。
図6は、この発明の実施の形態1に係る制御装置を示すブロック図であって、この図6に示すように、制御装置300は、磁束指令部303およびトルク指令部305、モータ1の各相導体17の両端部に接続され両端部の間の電位を検出する検出部301、検出部301にて検出した電位より各ティース14を通過する磁束を演算し、高調波磁束を算出する磁束演算部302、および磁束演算部302の出力と磁束指令部303の出力とを比較する磁束比較部304を有している。また、モータ1とインバータ200との間の電流を検出する電流モニタ部306で得た電流とトルク指令部305の出力値とを比較したもの、および磁束比較部304の出力によりインバータに入力する信号を演算し出力する制御部307を有している。
The processor 101 executes a program input from the storage device 102. Since the storage device 102 includes an auxiliary storage device and a volatile storage device, a program is input to the processor 101 from the auxiliary storage device via the volatile storage device. Further, the processor 101 may output data such as an operation result to a volatile storage device of the storage device 102, or may store the data in the auxiliary storage device via the volatile storage device.
The input and output of data etc. between the components of the hardware of FIG. 5 will be described later.
FIG. 6 is a block diagram showing a control device according to the first embodiment of the present invention, and as shown in FIG. 6, control device 300 includes magnetic flux command unit 303, torque command unit 305, and motor 1 respectively. A detection unit 301 connected to both ends of the phase conductor 17 for detecting the electric potential between the both ends, a magnetic flux calculation for calculating a magnetic flux passing through each tooth 14 from the electric potential detected by the detection unit 301 and calculating a harmonic magnetic flux A magnetic flux comparison unit 304 that compares the output of the magnetic flux calculation unit 302 and the output of the magnetic flux command unit 303. Further, the current obtained by current monitoring unit 306 for detecting the current between motor 1 and inverter 200 is compared with the output value of torque command unit 305, and the signal input to the inverter by the output of magnetic flux comparison unit 304 And a control unit 307 that calculates and outputs.

図6の検出部301、磁束演算部302、磁束指令部303、磁束比較部304、トルク指令部305、電流モニタ部306および制御部307は、記憶装置102に記憶されたプログラムを実行するプロセッサ101、または図示していないシステムLSI等の処理回路により実現される。また、複数のプロセッサ101および複数の記憶装置102が連携して上記機能を実行してもよいし、複数の処理回路が連携して上記機能を実行してもよい。また、複数のプロセッサ101および複数の記憶装置102と、複数の処理回路との組み合わせにより連携して上記機能を実行してもよい。
なお、検出部301および電流モニタ部306のそれぞれは、検出部301および電流モニタ部306のハードウェア自身で処理されてもよい。
上位コントローラ400は、制御装置300に後述するトルク指令を出力する。
The detection unit 301, the magnetic flux calculation unit 302, the magnetic flux command unit 303, the magnetic flux comparison unit 304, the torque command unit 305, the current monitor unit 306, and the control unit 307 in FIG. 6 execute the program stored in the storage device 102. Or a processing circuit such as a system LSI not shown. Further, the plurality of processors 101 and the plurality of storage devices 102 may cooperate with each other to execute the above function, or the plurality of processing circuits may cooperate with each other to execute the above function. In addition, the above functions may be performed in cooperation with each other by a combination of a plurality of processors 101 and a plurality of storage devices 102 and a plurality of processing circuits.
Note that each of the detection unit 301 and the current monitoring unit 306 may be processed by the hardware itself of the detection unit 301 and the current monitoring unit 306.
The host controller 400 outputs a torque command described later to the control device 300.

そして、制御装置300の各部は、図7に示すように具体的な機能を果たすように構成されている。
すなわち、トルク指令部305は、上位コントローラ400から入力される所望のトルクであるトルク指令に見合った基本波のd軸電流指令値id1*、q軸電流指令値iq1*を出力する。そして、電流モニタ部306で検出された実際の基本波成分のd軸電流id1、iq1を用いて、制御部307にてdq軸の基本波電圧指令値vd1*、vq1*を生成する。
And each part of the control apparatus 300 is comprised so that a specific function may be shown as shown in FIG.
In other words, torque command unit 305 outputs d-axis current command value id1 * and q-axis current command value iq1 * of the fundamental wave that meet the torque command that is the desired torque input from host controller 400. Then, using the d-axis currents id1 and iq1 of the actual fundamental wave components detected by the current monitoring unit 306, the control unit 307 generates fundamental wave voltage command values vd1 * and vq1 * of the dq axes.

一方、磁束指令部303は、1極対の磁石に対向する各ティース14に発生する磁束の基本波に対する3次、7次、11次(3+4N次、Nは自然数:以後3次系)高調波のdq軸の磁束指令値λd3*、λq3*および5次、9次、13次(5+4N次、Nは自然数:以後5次系)高調波を低減するdq軸の磁束指令値λd5*、λq5*を出力する。そして、磁束演算部302により演算された実際の各ティース14に発生する磁束の基本波に対する3次系高調波のdq軸の磁束λd3、λq3および5次系高調波のdq軸の磁束λd5、λq5を用いて、制御部307にてdq軸の3次系と5次系の高調波電圧指令値vd3*、vq3*、vd5*、vq5*を生成する。   On the other hand, the magnetic flux command unit 303 is a third, seventh, eleventh (3 + 4 Nth, N is a natural number: third-order system thereafter) harmonics with respect to the fundamental wave of the magnetic flux generated in each tooth 14 facing the magnet of one pole pair Dq axis flux command values λ d 3 *, λ q 3 * and fifth, ninth, 13 th (5 + 4 N order, N is a natural number: 5 th order system thereafter) harmonics reducing dq axis flux command values λ d 5 *, λ q 5 * Output The magnetic flux λ d 3, λ q 3 of the dq axis of the third harmonic with respect to the fundamental wave of the magnetic flux actually generated in each tooth 14 calculated by the magnetic flux computing unit 302 and the flux λ d 5, λ q 5 of the d q axis of the fifth harmonic. The controller 307 generates dq axis third-order and fifth-order harmonic voltage command values vd3 *, vq3 *, vd5 *, vq5 * in the control unit 307 using the

そして、制御部307は、基本波電圧指令値vd1*、vq1*と3次系と5次系の高調波電圧指令値vd3*、vq3*、vd5*、vq5*をdq逆変換し、6相の電圧指令値v*を生成する。この6相の電圧指令値v*を用いてインバータ200のPWM制御を行う。
検出部301は、モータ1の負荷側リード23と反負荷側リード24間の電位差vを6組それぞれに対して算出し磁束演算部302に出力する。
Then, the control unit 307 performs dq inverse conversion on the fundamental wave voltage command values vd1 *, vq1 *, and the third order and fifth order harmonic voltage command values vd3 *, vq3 *, vd5 *, vq5 *, and six-phase conversion. Generates a voltage command value v * of The PWM control of the inverter 200 is performed using this six-phase voltage command value v *.
The detection unit 301 calculates potential differences v between the load side lead 23 of the motor 1 and the non-load side lead 24 for each of six sets, and outputs the potential difference v to the magnetic flux operation unit 302.

磁束演算部302は、検出部にて検出された6個の電圧v、あらかじめ分かっている相抵抗R、各相導体17a〜17fに流れる電流iを用いてλ=∫(v−Ri)dTの関係より、6個の相導体17a〜17fのそれぞれに鎖交する磁束λA、λB、λC、λD、λE、λF、がそれぞれ演算される。次に、隣り合うステータスロット16に挿入された相導体17a〜17fに鎖交する磁束の差より、それぞれのステータスロット16の間にある6個各々のティース14の磁束λTが算出される。この6個のティース14の磁束をdq変換し、実際の各ティース14に発生する磁束の基本波に対する3次系高調波のdq軸の磁束λd3、λq3および5次系高調波のdq軸の磁束λd5、λq5演算し、その結果を磁束比較部304に出力する。
なお、dq変換およびdq逆変換に用いられるモータ1の磁極位置は、モータ1に取り付けられた回転位置センサ(図示せず)の出力を用いて算出されるが、高調波磁束の重畳や誘起電圧波形を用いた磁極位置推定値を用いてもよい。
The magnetic flux calculation unit 302 uses the six voltages v detected by the detection unit, the phase resistance R known in advance, and the current i flowing through each of the phase conductors 17a to 17f, and λ = ∫ (v−Ri) dT From the relationship, magnetic fluxes λA, λB, λC, λD, λE, λF, which are interlinked with the six phase conductors 17a to 17f, respectively, are calculated. Next, the magnetic flux λT of each of the six teeth 14 between the respective stator slots 16 is calculated from the difference between the magnetic fluxes linked to the phase conductors 17 a to 17 f inserted in the adjacent stator slots 16. The magnetic fluxes of the six teeth 14 are dq converted, and the dq axis magnetic flux λ d 3, λ q 3 of the third harmonic and the d q axis magnetic flux of the fifth harmonic with respect to the fundamental wave of the magnetic flux actually generated in each tooth 14 λd5 and λq5 are calculated, and the result is output to the magnetic flux comparison unit 304.
The magnetic pole position of the motor 1 used for dq conversion and dq reverse conversion is calculated using the output of a rotational position sensor (not shown) attached to the motor 1; A magnetic pole position estimated value using a waveform may be used.

このように構成された駆動システム100においては、各々のティース14の磁束の高調波を抑制するよう制御を行っているので、キャリア周波数よりは基本波に近い3,5,7,・・・次の高調波の鉄損を低減することができる。このような効果は従来の相毎の高調波抑制制御や多相化制御では得られなかった。
また、制御装置300においては、モータ1のそれぞれのティース14の磁束をフィードバック制御しているので、運転状態の変化や永久磁石21の温度変化等による磁束の変化、相導体17の温度変化等による抵抗値の変化などに対応して高精度に制御することができる。
In the drive system 100 configured as described above, since control is performed to suppress harmonics of the magnetic flux of each of the teeth 14, 3, 5, 7, ... next to the fundamental wave than the carrier frequency The core loss of higher harmonics can be reduced. Such an effect can not be obtained by the conventional phase-by-phase harmonic suppression control or multi-phase control.
Further, in the control device 300, since the magnetic flux of each of the teeth 14 of the motor 1 is feedback controlled, the change of the magnetic flux due to the change of the operating condition or the temperature change of the permanent magnet 21 or the temperature change of the phase conductor 17 Control can be performed with high precision in response to changes in resistance value and the like.

また、制御装置300は、トルク指令部を有し、磁束指令部は高調波磁束に対する指令を有するため、モータ1が出力するトルクが大きく変化することなく、ティース14に発生する鉄損を低減することができる。
さらに、検出部301においてモータ1の相導体17を用いて電圧を検出し、磁束演算部302において、検出部301で検出した電圧を用いて各ティース14を通過する磁束を演算するため、各ティース14を通過する磁束をモニタするための専用の磁束フィルタ用巻線などの新たな部材をモータ1に追加する必要が無く、小型化することができる。
Further, since control device 300 has a torque command unit, and the magnetic flux command unit has a command for the harmonic magnetic flux, the iron loss generated in teeth 14 is reduced without a large change in the torque output by motor 1. be able to.
Further, the detection unit 301 detects a voltage using the phase conductor 17 of the motor 1, and the magnetic flux calculation unit 302 calculates the magnetic flux passing through each tooth 14 using the voltage detected by the detection unit 301. There is no need to add a new member such as a dedicated flux filter winding for monitoring the magnetic flux passing through 14 to the motor 1, and the motor can be miniaturized.

モータ1は、1極対に対向するティース14が6個に対して、これら6個のティース14に隣接するステータスロット16にそれぞれ(Hブリッジ構成なので)独立に制御することができる6個の相導体17を有しているため、6個のティース14すべての磁束を任意に制御する自由度があり、すべてのティースの鉄損を低減することができる。なお、説明の通り1極対に対して制御が成立していれば、他のティース14は回転対称であることから、すべてのティース14にて磁束高調波抑制が成立することになる。
検出部301は、モータ1の負荷側リード23と反負荷側リード24との間にローパスフィルタを設けるようにすれば、これによってPWM制御で駆動されるモータ1のインバータ200のスイッチングに起因する電圧変動を排除できる。
The motor 1 has six phases that can be controlled independently (because of the H-bridge configuration) to the stator slots 16 adjacent to these six teeth 14 with respect to six teeth 14 facing one pole pair Since the conductor 17 is provided, there is a degree of freedom to control the magnetic flux of all six teeth 14 arbitrarily, and iron loss of all teeth can be reduced. In addition, if control is established with respect to 1 pole pair as description, since the other teeth 14 are rotationally symmetric, flux harmonic suppression will be established in all the teeth 14.
If the detection unit 301 is provided with a low pass filter between the load side lead 23 and the non-load side lead 24 of the motor 1, the voltage resulting from the switching of the inverter 200 of the motor 1 driven by PWM control by this. You can eliminate the fluctuation.

本実施の形態1では、高調波磁束指令を0としたが、0以外としてもよい。このようにすれば各ティース14に発生する鉄損が増加するが、インバータ200の出力する電流リップルを低減することができるためトルクリップルを低減することができるほか、インバータ200に発生する損失を低減することができるため、駆動システム100に発生するトータルの損失を低減することができる。   Although the harmonic flux command is set to 0 in the first embodiment, it may be other than 0. In this way, although the iron loss generated in each tooth 14 increases, the current ripple output from inverter 200 can be reduced, so that the torque ripple can be reduced and the loss generated in inverter 200 is reduced. Therefore, the total loss generated in the drive system 100 can be reduced.

本実施の形態1ではモータ1の相導体17を波巻きで構成すること説明したが、波巻きに限定されるものではない。また、全節に巻線されているが、短節に巻線しても同様の効果を奏する。
本実施の形態1では6個のインバータサブユニット201はそれぞれ個別の直流電源27に接続されているが、同一の直流電源27に並列に接続されても同様の効果を奏することができる。
In the first embodiment, it has been described that the phase conductor 17 of the motor 1 is formed by wave winding, but the present invention is not limited to wave winding. Also, although all the nodes are wound, the same effect can be obtained by winding in a short node.
Although the six inverter subunits 201 are connected to the individual DC power supplies 27 in the first embodiment, the same effects can be obtained even if they are connected in parallel to the same DC power supply 27.

本実施の形態1では6個の相導体17を用いてすべてのティース14に発生する磁束の高調波を低減しているが、一部の相導体17を用いて一部のティース14に発生する磁束を低減するようにしても良い。例えば、6個のティース14の内1つ飛ばしに高調波を低減するように3つの相導体17を用いてもよい。このようにすればティース14の鉄損低減効果を半分得つつ、制御装置200の高調波磁束抑制にかかる処理負荷を半減することができる。
なお、本実施の形態における6個の相導体17のモータに限らず、N個のティース、M個の磁極および1極に対向する固定子鉄心突極部に巻回されたS個(SはS≧N/Mを満たす自然数)の相導体を有し、S個の相導体の内L個(LはS≧L≧N/Mを満たす自然数)の相導体を独立して制御するL個のインバータサブユニット201A(図示せず)があれば、すべてのティースの鉄損を低減することができる。
Although the harmonics of the magnetic flux generated in all the teeth 14 are reduced using six phase conductors 17 in the first embodiment, the harmonics are generated in some teeth 14 using some phase conductors 17. The magnetic flux may be reduced. For example, three phase conductors 17 may be used to reduce harmonics to one out of six teeth 14. In this way, it is possible to halve the processing load of the control device 200 for suppressing the harmonic flux while obtaining half the iron loss reduction effect of the teeth 14.
In addition to the motors of the six phase conductors 17 in the present embodiment, there are S teeth wound around the stator iron core salient pole portion facing N teeth, M magnetic poles and one pole (S is There are L phase conductors that satisfy S / N / M, and L pieces that independently control L phase conductors (L is a natural number that satisfies S L L L N / M) of S phase conductors If there is an inverter subunit 201A (not shown), the iron loss of all the teeth can be reduced.

実施の形態2
図8は、8極48スロット12自由度のHブリッジ構成の実施の形態2を説明するための、モータ1Aの構造を示す回転軸に垂直な断面図である。
モータ1Aは、8極48スロットの6相モータである。
図8において、各々のステータスロット16には2つの相導体17が挿入されており、一方はステータスロット16の径方向の外径側に、他方はステータスロット16の径方向の内径側に配置され、合計12個の相導体17を有している。
この場合、インバータ200は、12個のインバータサブユニット201で構成される(図示せず)。また、制御装置300は、12個の相導体17のうち6個の相導体17を用いてティース14の磁束を演算する。具体的には、検出部301で検出された6個の相導体17の端子電圧を用いて、磁束演算部302が、磁束を演算する。
この際、6個の相導体17はそれぞれお互いに同じステータスロット16に挿入されていないものが使用される。その他の構造は実施の形態1と同様である。
Embodiment 2
FIG. 8 is a cross-sectional view perpendicular to the rotation axis showing the structure of the motor 1A, for explaining the second embodiment of the H bridge configuration with 8 poles and 48 slots and 12 degrees of freedom.
The motor 1A is a 6-phase motor with 8 poles and 48 slots.
In FIG. 8, two phase conductors 17 are inserted in each stator slot 16, one on the radial outer diameter side of stator slot 16 and the other on the radial inner diameter side of stator slot 16. , And 12 phase conductors 17 in total.
In this case, the inverter 200 is configured of twelve inverter subunits 201 (not shown). Further, the control device 300 calculates the magnetic flux of the teeth 14 using six phase conductors 17 among the twelve phase conductors 17. Specifically, using the terminal voltages of the six phase conductors 17 detected by the detection unit 301, the magnetic flux calculation unit 302 calculates a magnetic flux.
At this time, the six phase conductors 17 used are not inserted into the same stator slot 16 respectively. The other structure is the same as that of the first embodiment.

このような構成においても実施の形態1と同様の効果を得ることができる。さらに、1つのステータスロット16に2個の相導体17が内径側と外径側に分けて巻回されているので、各々のティース14の磁束波形を、ティース14の内径側と外径側に分けて制御することができる。このような効果はティース14の途中での漏れ磁束が大きいモータ1において特に鉄損低減の効果が大きくなる。
なお、モータ1Aは、8極48スロットに限らず、任意の極数およびスロット数において、インバータサブユニット201が相数の2倍あればよい。
Even in such a configuration, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Furthermore, since two phase conductors 17 are separately wound on the inner diameter side and the outer diameter side in one stator slot 16, the magnetic flux waveform of each tooth 14 is formed on the inner diameter side and the outer diameter side of the teeth 14. It can be divided and controlled. Such an effect is particularly effective in reducing the iron loss in the motor 1 in which the leakage flux in the middle of the teeth 14 is large.
Motor 1A is not limited to 8 poles and 48 slots, and inverter subunit 201 may have twice the number of phases in any number of poles and slots.

実施の形態3
図9は、8極12スロット3自由度Hブリッジ構成、集中巻の実施の形態3を説明するための、モータ1Bの構造を示す回転軸に垂直な断面図である。
モータ1Bは、8極12スロットの3相モータである。
図9において、モータ1Bは12個のティース14を有し、それぞれのティース14に12個の相導体がそれぞれ集中巻に巻回されている。そして、12個の相導体17は周方向に2個飛ばし、つまり2極ピッチ離れたもの同士を直列に結線して3相を構成している。
この場合、インバータ200は3つのインバータサブユニット201で構成され、モータ1Bの3相の相導体17の両端部とそれぞれ接続される。また、制御装置300は、3個の相導体17を用いてティース14の磁束を演算する。具体的には、検出部301で検出された3個の相導体17の端子電圧を用いて、磁束演算部302が、磁束を演算する。その他の構造は実施の形態1と同様である。
Third Embodiment
FIG. 9 is a cross-sectional view perpendicular to the rotation axis showing the structure of the motor 1B, for explaining the third embodiment of the 8-pole 12-slot 3-DOF H bridge configuration and concentrated winding.
The motor 1B is a three-phase motor having eight poles and twelve slots.
In FIG. 9, the motor 1B has 12 teeth 14, and 12 phase conductors are wound on concentrated windings in each of the teeth 14. Then, the 12 phase conductors 17 are skipped by two in the circumferential direction, that is, ones separated by two pole pitches are connected in series to constitute three phases.
In this case, the inverter 200 is composed of three inverter subunits 201, and is connected to both ends of the three-phase phase conductor 17 of the motor 1B. Further, the control device 300 calculates the magnetic flux of the teeth 14 using the three phase conductors 17. Specifically, using the terminal voltages of the three phase conductors 17 detected by the detection unit 301, the magnetic flux calculation unit 302 calculates a magnetic flux. The other structure is the same as that of the first embodiment.

このような構成においても、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。また、集中巻の構成で実現できるため、コイルエンドの高さを低減しモータ1を小型化できる。さらに、相導体17の長さを短くすることができ、銅損も低減することができる。集中巻のように分布巻に比べて電機子巻線の作る磁束の高調波が大きくなりやすい構成においても鉄損を低減できる。独立に制御する対象が3つで済むため部品点数を減らすことができ小型化しやすいという効果を得ることができる。
この実施の形態3では相導体17をそれぞれ直列に接続しているが、同相の相導体17の負荷側リード23同士、反負荷側リード24同士をそれぞれ接続して並列に接続してもよい。
なお、モータ1Bは、8極12スロットに限らず、(3±1)・K極3Kスロット(Kは自然数)でもよい。
Even in such a configuration, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Moreover, since it can implement | achieve with the structure of a concentrated winding, the height of a coil end can be reduced and the motor 1 can be miniaturized. Furthermore, the length of the phase conductor 17 can be shortened, and copper loss can also be reduced. Iron loss can be reduced even in a configuration in which harmonics of the magnetic flux generated by the armature winding is likely to be large compared to distributed winding, such as concentrated winding. Since only three targets need to be independently controlled, the number of parts can be reduced, and the effect of easy miniaturization can be obtained.
Although the phase conductors 17 are connected in series in the third embodiment, the load side leads 23 of the phase conductors 17 of the same phase and the anti-load side leads 24 may be connected and connected in parallel.
Motor 1B is not limited to 8 poles and 12 slots, but may be (3 ± 1) · K poles 3K slots (K is a natural number).

実施の形態4
図10は、10極12スロット集中巻の実施の形態4を説明するための、モータ1Cの構造を示す回転軸に垂直な断面図である。
モータ1Cは10極12スロットの集中巻3相モータである。
図10において、モータ1Cは12個のティース14を有し、それぞれのティース14に12個の相導体17がそれぞれ集中巻に巻回されている。
軸対称な位置に配置されている2つの相導体17は逆向きに巻線されて直列に結線され、6個の相導体17の両端部はそれぞれインバータサブユニット201に接続される。ロータ8は、周方向に等間隔に全部で10個形成され軸線方向に延びた磁石スロット20を有する円柱形状のロータコア19と、各磁石スロット20にN極とS極とが交互に外径側を位置するように挿入された永久磁石21を備えている。
この場合、インバータ200は、6つのインバータサブユニット201で構成される。
制御装置300Cは、6個の相導体17を用いてティース14の磁束を演算する。具体的には、検出部301で検出された6個の相導体17の端子電圧を用いて、磁束演算部302が、磁束を演算する。その他の構造は実施の形態1と同様である。
Fourth Embodiment
FIG. 10 is a cross-sectional view perpendicular to the rotation axis showing the structure of motor 1C, for explaining the fourth embodiment of the 10-pole 12-slot concentrated winding.
The motor 1C is a 10-pole 12-slot concentrated winding three-phase motor.
In FIG. 10, the motor 1C has twelve teeth 14, and twelve phase conductors 17 are wound around concentrated teeth in each of the teeth 14.
The two phase conductors 17 arranged at axially symmetrical positions are wound in reverse and connected in series, and both ends of the six phase conductors 17 are connected to the inverter subunit 201, respectively. The rotor 8 has a cylindrical rotor core 19 formed with a total of ten axially spaced magnet slots 20 at equal intervals in the circumferential direction, and N poles and S poles alternately in each magnet slot 20 on the outer diameter side And a permanent magnet 21 inserted to position the
In this case, the inverter 200 is configured of six inverter subunits 201.
Control device 300C calculates the magnetic flux of teeth 14 using six phase conductors 17. Specifically, using the terminal voltages of the six phase conductors 17 detected by the detection unit 301, the magnetic flux calculation unit 302 calculates a magnetic flux. The other structure is the same as that of the first embodiment.

このような構成においても実施の形態1と同様の効果を奏する。また、集中巻の構成で実現できるため、コイルエンドの高さを低減しモータ1を小型化できる。さらに、相導体17の長さを短くすることができ、銅損も低減することができる。集中巻のように分布巻に比べて電機子巻線の作る磁束の高調波が大きくなりやすい構成においても、鉄損を低減できるという効果を得ることができる。なお、1極対内で電機子の3相が完結しない構成においても同様に鉄損を低減することができる。
なお、モータ1Cは、10極12スロットに限らず、2・(6±1)・K極12Kスロット(Kは自然数)でもよい。
Even in such a configuration, the same effects as in the first embodiment can be obtained. Moreover, since it can implement | achieve with the structure of a concentrated winding, the height of a coil end can be reduced and the motor 1 can be miniaturized. Furthermore, the length of the phase conductor 17 can be shortened, and copper loss can also be reduced. Even in a configuration such as concentrated winding in which harmonics of the magnetic flux generated by the armature winding tends to be large compared to distributed winding, the effect of reducing iron loss can be obtained. The iron loss can be similarly reduced even in the configuration in which the three phases of the armature are not completed within one pole pair.
The motor 1C is not limited to 10 poles and 12 slots, but may be 2 · (6 ± 1) · K poles 12K slots (K is a natural number).

実施の形態5
この実施の形態5は、図10に示したモータ1Cと同様、10極12スロットの集中巻3相モータを使用する場合で、インバータ200を、12個のインバータサブユニット201で構成し、12個のインバータサブユニット201にそれぞれ12個の相導体17の両端部を接続する。この場合、制御装置300においては、12個の相導体17を用いて12個のティース14の個々の磁束をそれぞれ演算する。具体的には、検出部301で検出された12個の相導体17の端子電圧を用いて、磁束演算部302が、磁束を演算する。
その他の構成は実施の形態1と同様である。
Fifth Embodiment
In the fifth embodiment, as in the motor 1C shown in FIG. 10, in the case of using a 10-pole 12-slot concentrated winding three-phase motor, the inverter 200 is composed of 12 inverter subunits 201 and 12 The two ends of the 12 phase conductors 17 are connected to the inverter sub-unit 201 of FIG. In this case, in the control device 300, the individual magnetic fluxes of the twelve teeth 14 are respectively calculated using the twelve phase conductors 17. Specifically, using the terminal voltage of the 12 phase conductors 17 detected by the detection unit 301, the magnetic flux calculation unit 302 calculates a magnetic flux.
The other configuration is the same as that of the first embodiment.

このような構成にすれば、すべてのティース14の磁束を個別に抑制制御することができる。例えば、モータ1が偏芯していて、永久磁石21の磁束がそれぞれ異なる場合、あるいは、永久磁石21がそれぞれ位置ずれを生じている場合などには、回転対称な位置においてもティース14の磁束変化が異なることになる。このような場合においても実施の形態5のように、すべてのティース14を個別に制御することができるのでティース14における鉄損を低減することができる。
なお、モータ1Cは、10極12スロットに限らず、(6±1)・2K極12Kスロット(Kは自然数)でもよい。
With such a configuration, the magnetic flux of all the teeth 14 can be suppressed and controlled individually. For example, when the motor 1 is eccentric and the magnetic fluxes of the permanent magnets 21 are different from one another, or when the permanent magnets 21 are misaligned respectively, the magnetic flux change of the teeth 14 also occurs at rotationally symmetric positions. Will be different. Even in such a case, since all the teeth 14 can be individually controlled as in the fifth embodiment, iron loss in the teeth 14 can be reduced.
Motor 1C is not limited to 10 poles and 12 slots, but may be (6 ± 1) · 2K poles 12K slots (K is a natural number).

なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組合せ、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。   In the present invention, within the scope of the invention, each embodiment can be freely combined, and each embodiment can be appropriately modified or omitted.

1 モータ、14 ティース、17 相導体、100 駆動システム、
101 プロセッサ、102 記憶装置、200 インバータ、300 制御装置、
301 検出部、302 磁束演算部、303 磁束指令部、 304 次相比較部、
305 トルク指令部、306 電流モニタ部、307 制御部
1 motor, 14 teeth, 17 phase conductors, 100 drive system,
101 processor, 102 storage device, 200 inverter, 300 controller,
301 detection unit, 302 magnetic flux operation unit, 303 magnetic flux command unit, 304 next phase comparison unit,
305 torque command unit, 306 current monitor unit, 307 control unit

Claims (13)

回転電機において円環状のヨークから径方向に等分間隔で突出された固定子鉄心突極部を通過する磁束を算出する磁束演算部と、前記固定子鉄心突極部に巻回された相導体が作る磁束を含む前記磁束の基本波に対する高調波を低減する磁束指令値を生成する磁束指令部と、前記磁束および前記磁束指令値に基づいて前記回転電機に供給される電圧を制御する制御部とを備えた制御装置。 A magnetic flux calculating unit for calculating a magnetic flux passing through a stator core salient pole portion projecting at equal intervals in a radial direction from an annular yoke in a rotating electric machine, and a phase conductor wound around the stator core salient pole portion A magnetic flux command unit that generates a magnetic flux command value that reduces harmonics of the magnetic flux containing the magnetic flux generated by the magnetic flux to the fundamental wave, and a control unit that controls a voltage supplied to the rotating electrical machine based on the magnetic flux and the magnetic flux command value And a control device. 前記磁束演算部は、複数の前記固定子鉄心突極部のそれぞれを通過する前記磁束を算出する請求項1に記載の制御装置。   The control device according to claim 1, wherein the magnetic flux calculation unit calculates the magnetic flux passing through each of the plurality of stator core salient pole portions. 前記磁束および前記磁束指令値を比較する磁束比較部とをさらに有し、前記制御部は、前記磁束比較部の比較結果に基づいて前記回転電機に供給される電圧を制御する請求項2に記載の制御装置。   The magnetic flux comparison part which compares the said magnetic flux and the said magnetic flux command value is further provided, and the said control part controls the voltage supplied to the said rotary electric machine based on the comparison result of the said magnetic flux comparison part. Control device. 電流の基本波の指令値である基本波電流指令値を出力するトルク指令部とをさらに有し、
前記磁束演算部は、前記磁束の高調波である高調波磁束を演算し、前記磁束比較部は、前記高調波磁束および前記磁束指令値を比較し、前記制御部は、前記磁束比較部の比較結果、および前記基本波電流指令値に基づいて前記回転電機に供給される電圧を制御する請求項3に記載の制御装置。
And a torque command unit for outputting a fundamental wave current command value which is a command value of a fundamental wave of current,
The magnetic flux calculating unit calculates a harmonic magnetic flux which is a harmonic of the magnetic flux, the magnetic flux comparing unit compares the harmonic magnetic flux and the magnetic flux command value, and the control unit compares the magnetic flux comparing unit The control device according to claim 3, wherein a voltage supplied to the rotating electrical machine is controlled based on the result and the fundamental wave current command value.
前記回転電機の前記固定子鉄心突極部に巻回された相導体のそれぞれの端子電圧を検出する検出部とをさらに有し、前記磁束演算部は、前記端子電圧を用いて前記磁束を演算する請求項3または請求項4のいずれか1項に記載の制御装置。   And a detection unit for detecting the terminal voltage of each of the phase conductors wound around the stator core salient pole portion of the rotary electric machine, the magnetic flux calculation unit calculating the magnetic flux using the terminal voltage The control apparatus of any one of Claim 3 or Claim 4. N個の前記固定子鉄心突極部、M個の磁極、および1極に対向する前記固定子鉄心突極部に巻回されたS個(SはS≧N/Mを満たす自然数)の相導体を有し、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の制御装置によって、S個の前記相導体のうちL個(LはS≧L≧N/Mを満たす自然数)の前記相導体に通電される電流の振幅および位相がそれぞれ独立に制御される回転電機。   N phases of the stator core salient pole portion, M magnetic poles, and S phases (S is a natural number satisfying S ≧ N / M) wound on the stator core salient pole portion facing the one pole The control device according to any one of claims 1 to 5, wherein the control device according to any one of claims 1 to 5 includes L pieces of L pieces (L is a natural number satisfying S.gtoreq.L.gtoreq.N / M) of the S phase conductors. A rotating electrical machine in which the amplitude and phase of the current supplied to the phase conductors are independently controlled. 前記相導体は、前記固定子鉄心突極部の間に形成されたステータスロットのそれぞれに2個ずつ挿入され、一方の前記相導体は、前記ステータスロットの径方向の外径側に配置され、他方の前記相導体は、前記ステータスロットの径方向の内径側に配置され、
前記磁束演算部は、前記相導体のうち半数の前記相導体を用いて前記磁束を演算する請求項6に記載の回転電機。
The phase conductors are inserted two by two in each of the stator slots formed between the stator core salient pole portions, and one of the phase conductors is disposed on the radial outer diameter side of the stator slot, The other phase conductor is disposed on the radially inner side of the stator slot,
The rotating electrical machine according to claim 6, wherein the magnetic flux calculating unit calculates the magnetic flux using half of the phase conductors among the phase conductors.
前記相導体の個数は、前記固定子鉄心突極部の個数と同じであり、前記磁束演算部は、すべての前記相導体を用いて前記磁束を演算する請求項6に記載の回転電機。   The rotating electrical machine according to claim 6, wherein the number of the phase conductors is the same as the number of the stator core salient pole portions, and the magnetic flux computing unit computes the magnetic flux using all the phase conductors. N=3K(Kは自然数)であり、
M=(3±1)・Kであり、
S=L=3である請求項6に記載の回転電機。
N = 3K (K is a natural number),
M = (3 ± 1) · K,
The rotating electrical machine according to claim 6, wherein S = L = 3.
N=12K(Kは自然数)であり、
M=2・(6±1)・Kであり、
S=L=6である請求項6に記載の回転電機。
N = 12 K (K is a natural number),
M = 2 · (6 ± 1) · K,
The rotating electrical machine according to claim 6, wherein S = L = 6.
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の制御装置と、前記制御装置で制御され直流電力および交流電力を相互に変換する電力変換器と、前記電力変換器の交流側端子に接続された前記回転電機とを備えた駆動システム。   A control device according to any one of claims 1 to 5, a power converter controlled by said control device for mutually converting DC power and AC power, and an AC side terminal of said power converter Drive system comprising the above-described electric rotating machine. 前記回転電機は、N個の前記固定子鉄心突極部、M個の磁極、および1極に対向する前記固定子鉄心突極部に巻回されたS個(SはS≧N/Mを満たす自然数)の相導体を有し、前記制御装置によって、S個の相導体のうちL個(LはS≧L≧N/Mを満たす自然数)の相導体に通電される電流の振幅および位相がそれぞれ独立に制御される請求項11に記載の駆動システム。   The rotating electric machine includes S pieces wound around the N stator core salient pole portions, the M magnetic poles, and the stator core salient pole portions facing one pole (S: S ≧ N / M Amplitudes and phases of currents applied to L phase conductors (L is a natural number satisfying SLL ≧ N / M) of the S phase conductors by the control device. The drive system according to claim 11, wherein each is independently controlled. 前記電力変換器は、前記回転電機のL個の前記相導体のそれぞれに対して、前記相導体の一端と直流電源の正極端子および負極端子のそれぞれとの間に電流をオンおよびオフするスイッチを有する第1のスイッチ群、並びに前記相導体の他端と前記直流電源の前記正極端子および前記負極端子のそれぞれとの間に前記スイッチを有する第2のスイッチ群を有する請求項12に記載の駆動システム。   The power converter is a switch for turning on and off current between one end of the phase conductor and each of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the DC power supply for each of the L phase conductors of the rotating electrical machine. The drive according to claim 12, further comprising: a first switch group having a second switch group having the switch between the other end of the phase conductor and each of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the DC power supply. system.
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