JP6806983B2 - Double three-phase winding permanent magnet synchronous motor drive system - Google Patents

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Description

本発明は、永久磁石を有する回転子と2個の三相巻線(第1三相巻線と第2三相巻線)を有する固定子とからなる二重三相巻線永久磁石同期形電動機と、2個の三相巻線に異なる三相電流を同時に供給できる電力変換装置とを少なくとも備える二重三相巻線永久磁石同期形電動機の駆動システムに関する。以降の説明では、簡単のため、巻線を三相巻線と同義で使用する。上記の二重三相巻線永久磁石同期形電動機を、簡単のため、二重同期電動機と略称する。さらには、同様の理由で、同駆動システムを二重同期電動機駆動システムと略称する。発明の二重同期電動機駆動システムの用途は、バッテリ電気自動車、燃料電池電気自動車、ハイブリッド電気自動車等の主駆動、広範囲にわたり効率駆動を求められる家電製品等である。The present invention is a double three-phase winding permanent magnet synchronous type consisting of a rotor having a permanent magnet and a stator having two three-phase windings (first three-phase winding and second three-phase winding). The present invention relates to a drive system for a dual three-phase winding permanent magnet synchronous electric motor including at least an electric motor and a power converter capable of simultaneously supplying different three-phase currents to two three-phase windings. In the following description, for the sake of simplicity, the winding is used synonymously with the three-phase winding. The above-mentioned double three-phase winding permanent magnet synchronous motor is abbreviated as a double synchronous motor for the sake of simplicity. Furthermore, for the same reason, the drive system is abbreviated as a dual synchronous motor drive system. The applications of the dual synchronous electric motor drive system of the present invention are main drive of battery electric vehicles, fuel cell electric vehicles, hybrid electric vehicles, etc., and home appliances that are required to be efficiently driven over a wide range.

本発明では、二重同期電動機において三相巻線が施された部分を「固定子」と呼称する。本発明における「固定子」は、「電機子」と同義である。固定子に施される三相巻線には、Y形とΔ形が存在する。当業者には周知のように、三相端子から評価した場合、Y形巻線による特性とΔ形巻線による特性は互いに等価変換される。説明の簡明性を確保すべく、本明細書における技術説明は、Y形結線を想定して行なう。等価変換の存在より明白なように、これにより、本発明の一般性を失うことなない。In the present invention, the portion of the dual synchronous motor in which the three-phase winding is applied is referred to as a "stator". The "stator" in the present invention is synonymous with "armature". There are Y type and Δ type in the three-phase winding applied to the stator. As is well known to those skilled in the art, when evaluated from a three-phase terminal, the characteristics of the Y-shaped winding and the characteristics of the Δ-shaped winding are equivalently converted to each other. In order to ensure the simplicity of the description, the technical description in this specification assumes a Y-shaped connection. This does not lose the generality of the invention, as evidenced by the existence of equivalent transformations.

本発明では、2次元平面を極座標的に捉え、角度、空間的位置、空間的位相の3用語を同義で使用する。これらの単位は「ラジアン(rad)」または「度(degree)」である。本発明における角度、空間的位置、空間的位相の正方向は、左周り(反時計周り)、右周り(時計周り)のいずれに定義してもよい。ただし、本明細書では、説明の簡明性を維持すべく、角度、空間的位置、空間的位相の正方向は左周り(反時計周り)と定義し、本発明を説明する。これにより、本発明の一般性を失うことはない。In the present invention, a two-dimensional plane is grasped in polar coordinates, and the three terms of angle, spatial position, and spatial phase are used synonymously. These units are "radians" or "degrees". The angle, the spatial position, and the positive direction of the spatial phase in the present invention may be defined as either left-handed (counterclockwise) or right-handed (clockwise). However, in the present specification, in order to maintain the simplicity of the description, the positive direction of the angle, the spatial position, and the spatial phase is defined as left-handed (counterclockwise), and the present invention will be described. This does not lose the generality of the present invention.

本発明では、二重同期電動機に交流電力を供給する装置を、電力変換装置と呼称する。電力変換装置の主要機器である電力変換器としては、インバータ、マトリックスコンバータなどが実用化されている。単一・六相用、2個・三相用、6個・単相用の電力変換器等が、本発明の電力変換装置を構成する。In the present invention, a device that supplies AC power to a dual synchronous motor is referred to as a power conversion device. Inverters, matrix converters, and the like have been put into practical use as power converters, which are the main devices of power converters. The power converter for single / six-phase, two / three-phase, six / single-phase, etc. constitutes the power converter of the present invention.

本発明では、用語「トルク相当値」をトルク指令値、トルク指令値と正相関特性をもつ信号の総称として使用している。In the present invention, the term "torque equivalent value" is used as a general term for a torque command value and a signal having a positive correlation characteristic with the torque command value.

本発明の二重同期電動機駆動システムが対象とする二重同期電動機に関する先行発明としては、例えば、特許文献1、非特許文献1〜4がある。既報の二重同期電動機は、固定子の二重三相巻線の配置の観点から、三相単純同期電動機(非特許文献1)、六相同期電動機(特許文献1、非特許文献2〜3)、三相逆同期電動機(非特許文献4)の3種に大きく分類される。Prior inventions relating to the dual synchronous motor targeted by the dual synchronous motor drive system of the present invention include, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Documents 1 to 4. The previously reported double synchronous motors include a three-phase simple synchronous motor (Non-Patent Document 1) and a six-phase synchronous motor (Patent Document 1, Non-Patent Documents 2 to 3) from the viewpoint of arranging the double three-phase winding of the stator. ), And a three-phase reverse synchronous motor (Non-Patent Document 4).

非特許文献1を参考に、従前の二重同期電動機(三相単純同期電動機)の概要を、極対数NpをNp=1とした場合を例に、図1に示した。1は二重同期電動機(回転子、固定子を含む)を、11は二重同期電動機の回転子を、121は二重同期電動機の固定子の第1巻線を、122は二重同期電動機の固定子の第2巻線を、各々示している。同図では、固定子の第1巻線と第2巻線との区別の明瞭化を図るべく、第1巻線は実線で、第2巻線は破線で表示している。また、第2巻線が、巻線配置上第1巻線と重なるため、描画上の重複を回避すべく、第2巻線を意図的に右にシフトして描画している。With reference to Non-Patent Document 1, the outline of the conventional double synchronous motor (three-phase simple synchronous motor) is shown in FIG. 1 by taking the case where the pole logarithm Np is Np = 1. 1 is a double synchronous motor (including a rotor and a stator), 11 is a rotor of a double synchronous motor, 121 is a first winding of a stator of a double synchronous motor, and 122 is a double synchronous motor. The second winding of the stator of is shown respectively. In the figure, the first winding is shown by a solid line and the second winding is shown by a broken line in order to clarify the distinction between the first winding and the second winding of the stator. Further, since the second winding overlaps with the first winding due to the winding arrangement, the second winding is intentionally shifted to the right for drawing in order to avoid duplication in drawing.

本配置による二重同期電動機(三相単純同期電動機)は、以下の特徴を有する。(a)第1巻線、第2巻線とも、u相巻線、v相巻線、w相巻線は、1極対数を基準とした空間において、順次2π/3[rad]の空間的位相進みの位置に配置されている。(b)原理的には、第1巻線と第2巻線は、空間上で位相差なく配置されている。(c)原理的には、極対数は任意の整数を取りうる。すなわち、奇数または偶数の極対数が採用可能である。(d)第1巻線と第2巻線に同時通電する場合も、いずれか一方の巻線のみに通電する場合も、相数は三相のまま不変である。(e)原理的には、第1巻線と第2巻線との同時通電の場合には、第1巻線と第2巻線の電流は位相差のない同期が必要である。The double synchronous motor (three-phase simple synchronous motor) with this arrangement has the following features. (A) For both the first winding and the second winding, the u-phase winding, the v-phase winding, and the w-phase winding are spatially 2π / 3 [rad] sequentially in a space based on the one-pole logarithm. It is arranged at the phase advance position. (B) In principle, the first winding and the second winding are arranged in space without any phase difference. (C) In principle, the pole logarithm can be any integer. That is, an odd or even number of pole pairs can be adopted. (D) When the first winding and the second winding are energized at the same time, or when only one of the windings is energized, the number of phases remains unchanged at three phases. (E) In principle, in the case of simultaneous energization of the first winding and the second winding, the currents of the first winding and the second winding need to be synchronized without a phase difference.

二重同期電動機の固定子巻線配置の第2例(六相同期電動機の例)として、極対数NpをNp=1とした場合を例に、図2に、回転子とともに概略的に示した(巻線抵抗の描画は省略)。引き線番号1、11、121、122の意味は、図1と同一である。ただし、第2巻線の配置を第1巻線に対して、空間的にθ12=π/6[rad]シフトしている点が図1の例と異なっている。As a second example (example of a six-phase synchronous motor) of the stator winding arrangement of the double synchronous motor, the case where the pole logarithm Np is Np = 1 is taken as an example, and is shown schematically together with the rotor in FIG. (Drawing of winding resistance is omitted). The meanings of the drawn wire numbers 1, 11, 121, and 122 are the same as those in FIG. However, it is different from the example of FIG. 1 in that the arrangement of the second winding is spatially shifted by θ12 = π / 6 [rad] with respect to the first winding.

本配置による二重同期電動機(六相同期電動機)は、三相単純同期電動機(図1)に比較し、以下の特徴を有する。(a)例1の(a)項と同様。(b)原理的には、第1巻線と第2巻線は、1極対数を基準とした空間において、π/6[rad]の空間的位相差をもつように配置されている。(c)例1の(c)項と同様。(d)第1巻線と第2巻線に同時通電する場合は、六相電動機として動作し、いずれか一方の巻線のみに通電する場合には三相電動機として動作する。(e)原理的には、第1巻線と第2巻線との同時通電の場合には、第1巻線と第2巻線との電流は、空間位相差に対応した位相差をもつ同期が必要である。The double synchronous motor (six-phase synchronous motor) according to this arrangement has the following features as compared with the three-phase simple synchronous motor (FIG. 1). (A) Same as item (a) of Example 1. (B) In principle, the first winding and the second winding are arranged so as to have a spatial phase difference of π / 6 [rad] in a space based on a one-pole logarithm. (C) Same as item (c) of Example 1. (D) When the first winding and the second winding are energized at the same time, it operates as a six-phase motor, and when only one of the windings is energized, it operates as a three-phase motor. (E) In principle, in the case of simultaneous energization of the first winding and the second winding, the currents of the first winding and the second winding have a phase difference corresponding to the spatial phase difference. Synchronization is required.

二重同期電動機の固定子巻線配置の第3例(三相逆同期電動機の例)として、極対数NpをNp=2とした場合の例を図3に、回転子とともに概略的に示した(巻線抵抗の描画は省略)。引き線番号1、11、121、122の意味は、図1と同一である。As a third example of the stator winding arrangement of the double synchronous motor (example of the three-phase reverse synchronous motor), an example in the case where the pole logarithm Np is Np = 2 is shown schematically together with the rotor in FIG. (Drawing of winding resistance is omitted). The meanings of the drawn wire numbers 1, 11, 121, and 122 are the same as those in FIG.

本巻線配置による二重同期電動機(三相逆同期電動機)は、例1、2に比較し、以下の特徴を有する。(a)第1巻線、第2巻線とも、u相巻線、v相巻線、w相巻線は、2極対数を基準とした空間において、順次2π/3[rad]の空間的位相遅れの位置に配置されている。(b)原理的には、第1巻線と第2巻線は、2極対数を基準とした空間において、±π[rad]の位相差をもつように配置されている。(c)極対数は偶数のみ取りうる。すなわち、奇数の極対数は採用できない。(d)例1の(d)項と同様。(e)例1の(e)項と同様。The double synchronous motor (three-phase reverse synchronous motor) with this winding arrangement has the following features as compared with Examples 1 and 2. (A) For both the first winding and the second winding, the u-phase winding, the v-phase winding, and the w-phase winding are sequentially 2π / 3 [rad] spatial in the space based on the 2-pole logarithm. It is located at a phase lag position. (B) In principle, the first winding and the second winding are arranged so as to have a phase difference of ± π [rad] in a space based on a two-pole logarithm. (C) Only an even number of pole logarithms can be taken. That is, an odd number of pole pairs cannot be adopted. (D) Same as item (d) of Example 1. (E) Same as item (e) of Example 1.

続いて、二重同期電動機駆動システムすなわち二重同期電動機を対象した駆動システムに関し、従前の技術を紹介する。図11は、特許文献1で提案された駆動システムを引用したものであり、二重同期電動機として特に図2の六相同期電動機を対象とした駆動システムを示している。同図より明白なように、d軸電流制御器、q軸電流制御器は各々単一であり、この結果、電流制御器の出力であるd軸電圧指令値(Vd1)、q軸電圧指令値(Vq1)も単一である。第1系統(第1巻線と第1電力変換器からなる系)、第2系統(第1巻線と第1電力変換器からなる系)には、単一のひいては同一のd軸電圧指令値(Vd1)、q軸電圧指令値(Vq1)が利用されている。この結果、第1巻線、第2巻線には、基本的に同一の電流が流れることになる。本システム構成は、第1巻線と第2巻線が同一の特性をもつ場合には、換言するならば、第1系統と第2系統とにおける電動機パラメータが同一の場合には、極めて合理的な構成である。Next, the conventional technology regarding the double synchronous motor drive system, that is, the drive system for the double synchronous motor will be introduced. FIG. 11 cites the drive system proposed in Patent Document 1, and shows a drive system particularly for the six-phase synchronous motor of FIG. 2 as a dual synchronous motor. As is clear from the figure, the d-axis current controller and the q-axis current controller are each single, and as a result, the d-axis voltage command value (Vd1) and the q-axis voltage command value, which are the outputs of the current controller, are used. (Vq1) is also single. The first system (system consisting of the first winding and the first power converter) and the second system (the system consisting of the first winding and the first power converter) have a single and thus the same d-axis voltage command. The value (Vd1) and the q-axis voltage command value (Vq1) are used. As a result, basically the same current flows through the first winding and the second winding. This system configuration is extremely rational when the first winding and the second winding have the same characteristics, in other words, when the motor parameters in the first system and the second system are the same. It is a composition.

非特許文献1には、二重同期電動機の1種である三相単純同期電動機を対象に、電動機パラメータを同一とした前提の下に、更には突極特性がない前提の下に、第1系統と第2系統に対して同一の電流制御系を備える二重同期電動機駆動システムが提案されている。同一パラメータの下では、第1巻線、第2巻線に基本的に同一の電流を流すのが、少なくとも損失最小化の観点から合理的な方策であり、同一の電流制御系を2つ備えるこのシステム構成は、特許文献1の例(図11参照)と同様、高い合理性を有する。In Non-Patent Document 1, the first is a three-phase simple synchronous motor, which is a kind of double synchronous motor, under the premise that the motor parameters are the same and that there is no salient pole characteristic. A dual synchronous motor drive system having the same current control system for the system and the second system has been proposed. Under the same parameters, it is a rational measure to pass basically the same current through the first winding and the second winding, at least from the viewpoint of minimizing loss, and two identical current control systems are provided. This system configuration has high rationality as in the example of Patent Document 1 (see FIG. 11).

非特許文献4では、二重同期電動機の1種である三相逆同期電動機を対象に、各系統での電動機パラメータを同一とする前提の下での電動機提示がなされている。「各系統における電動機パラメータは同一との前提の下では、第1巻線、第2巻線に基本的に同一の電流を流すという制御方策」は、損失最小化の観点から合理的であり、上述の六相同期電動機、三相単純動機電動機の場合と同様に、単一の電流制御系を共有する、あるいは2つの同一電流制御系を構成することになる。In Non-Patent Document 4, an electric motor is presented on the premise that the electric motor parameters in each system are the same for a three-phase reverse synchronous motor, which is a kind of double synchronous motor. "Under the assumption that the motor parameters in each system are the same, the control measure of passing basically the same current through the first winding and the second winding" is rational from the viewpoint of minimizing loss. Similar to the case of the six-phase synchronous motor and the three-phase simple motor motor described above, a single current control system is shared or two identical current control systems are configured.

しかしながら、第1巻線と第2巻線とが異なる巻線起因特性をもつ場合、換言するならば、第1系統と第2系統で異なる電動機パラメータをもつ場合には、従前の「第1巻線、第2巻線に基本的に同一の電流を流すという制御方策」は、何らの合理性を有しない。このため、第1系統と第2系統で同一の電動機パラメータをもつことを前提に構築された従前の二重同期電動機駆動システムは、第1巻線と第2巻線とが異なる巻線起因特性をもつ二重同期電動機には全く不適切なものとなる。However, if the first winding and the second winding have different winding-induced characteristics, in other words, if the first system and the second system have different motor parameters, the previous "Volume 1" The "control policy of passing basically the same current through the wire and the second winding" has no rationality. For this reason, in the conventional double synchronous motor drive system constructed on the premise that the first system and the second system have the same motor parameters, the first winding and the second winding have different winding-derived characteristics. It would be completely unsuitable for a dual synchronous motor with.

伴在慶一郎・大林和良:「自動車用電動駆動装置」、特開第2000−41392号(1998−7−23)Keiichiro Ban, Kazuyoshi Obayashi: "Electric Drive Device for Automobiles", Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-41392 (1998-7-23)

佐竹彰・加藤寛・今井晃:「多重巻線永久磁石モータのモデル化と非干渉制御方式」、電気学会産業応用部門大会講演論文集、I、pp.199−202(2005)Akira Satake, Hiroshi Kato, Akira Imai: "Modeling of Multi-Wound Permanent Magnet Motors and Non-Interference Control Methods", Proceedings of the IEEJ Industrial Application Division, I, pp. 199-202 (2005) 今井隆文・大澤文明・山田靖・稲熊幸雄:「EV・HEV電気駆動系の規格化の可能性について(多相モータの電流リプル抑制)」、電気学会全国大会講演論文集、4、pp.361−362(2016)Takafumi Imai, Fumiaki Osawa, Yasushi Yamada, Yukio Inakuma: "Possibility of Standardization of EV / HEV Electric Drive Systems (Current Ripple Suppression of Multi-Phase Motors)", Proceedings of the National Conference of the Institute of Electrical Engineers of Japan, 4, pp. 361-362 (2016) 森辰也・古川晃:「二重三相PMSM駆動1シャント電流検出ダブルインバータにおけるトルクリップルを低減するパルスパターン」、電気学会産業応用部門大会講演論文集、III、pp.159−164(2016)Tatsuya Mori and Akira Furukawa: "Pulse pattern to reduce torque ripple in double three-phase PMSM drive 1 shunt current detection double inverter", Proceedings of the IEEJ Industrial Application Division, III, pp. 159-164 (2016) 新中新二:「180度空間位相差の逆二重三相巻線をもつ三相永久磁石同期モータ(二重巻線配置、動的数学モデル、ベクトルシミュレータ)」、平成28年電気学会産業応用部門大会講演論文集、III、pp.285−290(2016)Shinji Shinnaka: "Three-phase permanent magnet synchronous motor with inverse double three-phase winding with 180 degree spatial phase difference (double winding arrangement, dynamic mathematical model, vector simulator)", 2016 Electrical Society Industry Proceedings of the Applied Division Conference, III, pp. 285-290 (2016)

本発明は上記背景の下になされたものである。二重同期電動機の第1巻線と第2巻線に異なる巻線起因特性をもたせる場合には、本電動機は、広範囲にわたり効率駆動を達成できる潜在能力を備えることになる。しかしながら、従前の二重同期電動機駆動システムでは、この潜在能力を生かすことはできない。本発明は、この潜在能力を最大限発揮させる、具体的には、異なる巻線起因特性をもつ第1巻線と第2巻線に最小損失でトルク指令値に合致したトルクを発生させる駆動システムを提供することを目的としている。The present invention has been made under the above background. If the first and second windings of a dual synchronous motor have different winding-derived characteristics, the motor will have the potential to achieve efficient drive over a wide range. However, conventional dual synchronous motor drive systems cannot take advantage of this potential. The present invention maximizes this potential, specifically, a drive system that generates torque that matches the torque command value with the minimum loss in the first winding and the second winding having different winding-derived characteristics. Is intended to provide.

上記目的を達成するために、請求項1の発明は、永久磁石を有する回転子と2個の三相巻線(第1三相巻線と第2三相巻線)を有する固定子とからなる永久磁石同期形電動機と、2個の三相巻線に異なる三相電流を同時に供給できる電力変換装置と、トルク指令相当値から、各三相巻線に流れる三相電流の追従目標たる各三相巻線用電流指令値(第1三相巻線用のd軸電流指令値とq軸電流指令値、第2三相巻線用のd軸電流指令値とq軸電流指令値の4電流指令値)を生成する指令変換部と、生成した各電流指令値に各三相巻線の電流が夫々追従するように、電力変換装置を介して各三相巻線の電流を追従制御する電流制御部と、からなるベクトル制御装置と、を備える永久磁石同期形電動機駆動システムであって、2個の三相巻線が互いに異なる巻線起因特性をもたらすように該永久磁石同期形電動機を構成し、4電流指令値に追従制御された電流に起因する該永久磁石同期形電動機の損失を最小化あるいは準最小化するように、4電流指令値生成を担う該指令変換部を構成したことを特徴とする。In order to achieve the above object, the invention of claim 1 comprises a rotor having a permanent magnet and a stator having two three-phase windings (first three-phase winding and second three-phase winding). Permanent magnet synchronous motor, a power converter that can simultaneously supply different three-phase currents to two three-phase windings, and a tracking target for the three-phase current flowing through each three-phase winding from the torque command equivalent value. Current command value for three-phase winding (d-axis current command value and q-axis current command value for the first three-phase winding, d-axis current command value and q-axis current command value for the second three-phase winding) 4 The command converter that generates the current command value) and the current of each three-phase winding are controlled to follow through the power conversion device so that the current of each three-phase winding follows each generated current command value. A permanent magnet synchronous motor drive system comprising a current control unit and a vector control device comprising the permanent magnet synchronous motor so that the two three-phase windings provide different winding origin characteristics. The command conversion unit responsible for generating the 4-current command value is configured so as to minimize or quasi-minimize the loss of the permanent magnet synchronous motor due to the current controlled following the 4-current command value. It is characterized by.

請求項2の発明は、請求項1記載の永久磁石同期形電動機駆動システムであって、少なくとも4電流指令値を変数として扱う、トルク指令相当値に対応した多変数連立の非線形方程式の解として、4電流指令値を生成するように該指令変換部を構成したことを特徴とする。The invention of claim 2 is the permanent magnet synchronous motor drive system according to claim 1, wherein at least 4 current command values are treated as variables, and as a solution of a multivariable simultaneous nonlinear equation corresponding to a torque command equivalent value. (4) The command conversion unit is configured to generate a current command value.

請求項3の発明は、請求項2記載の永久磁石同期形電動機駆動システムであって、トルク指令相当値に対応した該多変数連立非線形方程式の解を、制御周期ごとに、実時間の繰返し演算で求めて4電流指令値を生成するように該指令変換部を構成したことを特徴とする。The invention of claim 3 is the permanent magnet synchronous motor drive system according to claim 2, wherein the solution of the multivariate simultaneous nonlinear equations corresponding to the torque command equivalent value is repeatedly calculated in real time for each control cycle. It is characterized in that the command conversion unit is configured so as to generate the four current command values obtained in.

請求項4の発明は、請求項1または2記載の永久磁石同期形電動機駆動システムであって、トルク指令相当値に対応しかつ損失最小化をもたらす該4電流指令値を事前に得て、さらにはトルク指令相当値を引数とする該4電流指令値の近似関数あるいは参照表を事前に用意し、制御周期ごとに、トルク指令相当値を引数とする近似関数あるいは参照表により該4電流指令値を実時間で再生的に生成するように該指令変換部を構成したことを特徴とする。The invention of claim 4 is the permanent magnet synchronous motor drive system according to claim 1 or 2, wherein the four current command values corresponding to the torque command equivalent value and bring about loss minimization are obtained in advance, and further. Prepares in advance an approximation function or reference table of the four current command values with the torque command equivalent value as an argument, and uses the approximation function or reference table with the torque command equivalent value as an argument for each control cycle. Is characterized in that the command conversion unit is configured so as to regeneratively generate the above in real time.

本発明の効果を説明する。まず請求項1の発明の効果を説明する。本発明が対象とする二重同期電動機のための合理的な駆動システムの構築には、完成度の高い数学モデルが不可欠である。一般に、数学モデルは、電気回路としてのモータ特性を記述した回路方程式(第1基本式)、トルク発生機としてのモータ特性を記述したトルク発生式(第2基本式)、電気エネルギーを機械エネルギーへ変換するエネルギー変換機としてのモータ特性を記述したエネルギー伝達式(第3基本式)から構成される。高い完成度をもつ数学モデルでは、これら3基本式は数学的に互いに整合している。The effect of the present invention will be described. First, the effect of the invention of claim 1 will be described. A highly complete mathematical model is indispensable for constructing a rational drive system for the dual synchronous motor targeted by the present invention. In general, mathematical models include circuit equations (first basic formula) that describe motor characteristics as electric circuits, torque generation formulas (second basic formula) that describe motor characteristics as torque generators, and electrical energy to mechanical energy. It is composed of an energy transfer formula (third basic formula) that describes the characteristics of the motor as an energy converter to be converted. In a mathematical model with a high degree of perfection, these three basic formulas are mathematically consistent with each other.

2個の三相巻線が互いに異なる巻線起因特性をもつ二重同期電動機のための高い完成度を有する数学モデルとして、本発明は、次のdq同期座標系上の数学モデルを新規に構築した。
回路方程式(第1基本式)
トルク発生式(第2基本式)
エネルギー伝達式(第3基本式)
The present invention newly constructs a mathematical model on the following dq synchronous coordinate system as a highly complete mathematical model for a dual synchronous motor in which two three-phase windings have different winding-induced characteristics. did.
Circuit equation (first basic equation)
Torque generation type (second basic type)
Energy transfer type (third basic type)

数学モデルにおける脚符1、2は、各々第1巻線(第1系統)、第2巻線(第2系統)との関連を意味しており、記号「s」は微分演算子「d/dt」を意味している。第1巻線(第1系統)を例に、数学モデルに使用した物理量を説明する。dq同期座標系上で定義された2×1ベクトルv1、i1は、それぞれ固定子の電圧、電流を意味している。φ1iは固定子電流に起因した固定子反作用磁束(電機子反作用磁束)であり、Φ1は回転子磁束強度(速度起電力定数)である。τ1、τは発生トルクを意味しており、各々、第1系統トルク、総合トルクを示している。また、pefは二重同期電動機への印加(瞬時)有効電力である。ωm、ωnは、極対数Npを介し次の関係を有する回転子の機械速度、電気速度である。
R1は固定子巻線の抵抗である。L1d、L1qはd軸、q軸(自己)インダクタンスであり、Md、Mqは第1巻線と第2巻線の間のd軸、q軸(相互)インダクタンスである。また自己および相互の鏡相インダクタンスは、自己および相互のd軸、q軸インダクタンスと以下の関係を有する。
The legs 1 and 2 in the mathematical model mean the relation with the first winding (first system) and the second winding (second system), respectively, and the symbol "s" is the differential operator "d /". It means "dt". The physical quantity used in the mathematical model will be described by taking the first winding (first system) as an example. The 2 × 1 vectors v1 and i1 defined on the dq synchronous coordinate system mean the voltage and current of the stator, respectively. φ1i is the stator reaction magnetic flux (armor reaction magnetic flux) caused by the stator current, and φ1 is the rotor magnetic flux strength (velocity electromotive force constant). τ1 and τ mean the generated torque, and indicate the first system torque and the total torque, respectively. Further, pef is the applied (instantaneous) active power to the dual synchronous motor. ωm and ωn are the mechanical speed and the electric speed of the rotor having the following relationship via the pole logarithm Np.
R1 is the resistance of the stator winding. L1d and L1q are d-axis and q-axis (self) inductances, and Md and Mq are d-axis and q-axis (mutual) inductances between the first winding and the second winding. The self- and mutual mirror phase inductances have the following relationship with the self- and mutual d-axis and q-axis inductances.

2個の三相巻線が互いに異なる巻線起因特性をもつ二重同期電動機においては、電動機パラメータ(巻線抵抗R1、インダクタンスL1d、L1q、回転子磁束強度Φ1)の少なくとも1つは、2個の巻線(系統)において、異なることになる。2個の三相巻線が互いに異なる巻線起因特性をもつ二重同期電動機においては、4個の電動機パラメータがすべて異なるのが一般である。In a double synchronous motor in which two three-phase windings have different winding-derived characteristics, at least one of the motor parameters (winding resistance R1, inductance L1d, L1q, rotor magnetic flux strength Φ1) is two. It will be different in the winding (system) of. In a dual synchronous motor in which two three-phase windings have different winding-derived characteristics, it is common for all four motor parameters to be different.

(2)式のトルク発生式が示しているように、総合トルクτは、第1巻線のd軸電流i1dとq軸電流i1q、第2巻線のd軸電流i2dとq軸電流i2qの相互作用により、発生される。同式が明白に示しているように、同一の総合トルクをもたらす4電流(第1巻線のd軸電流とq軸電流、第2巻線のd軸電流とq軸電流の4電流)の組合せは、無限に存在する。一方、エネルギー伝達式の(3a)式の右辺第1項は、4電流に起因した損失(銅損)を意味している。エネルギー伝達式は「4電流に応じて、本損失は種々変化する」ことを示している。工学的に高い意味をもつ4電流は、最小損失で指定のトルク発生をもたらす電流である。As shown in the torque generation equation of the equation (2), the total torque τ is the d-axis current i1d and the q-axis current i1q of the first winding, and the d-axis current i2d and the q-axis current i2q of the second winding. It is generated by interaction. As the equation clearly shows, of four currents (four currents of d-axis current and q-axis current of the first winding, d-axis current and q-axis current of the second winding) that bring about the same total torque. There are an infinite number of combinations. On the other hand, the first term on the right side of the energy transfer type (3a) means a loss (copper loss) due to four currents. The energy transfer formula indicates that "this loss varies depending on the four currents". The four currents, which have high engineering significance, are the currents that produce the specified torque with the minimum loss.

請求項1の発明は、第1に、2個の三相巻線が互いに異なる巻線起因特性をもたらすように永久磁石同期形電動機を構成する。これにより、第1巻線を低速大トルク、第2巻線を高速低トルクに適したように構成できると言う効果が得られる。本構成では、効率低下をもたらす弱め磁束(弱め界磁)の要なく、高速回転が可能となる。請求項1の発明によれば、第2に、指令変換部において、4電流指令値に追従制御された電流に起因する永久磁石同期形電動機の損失を最小化あるいは準最小化するように、トルク指令相当値から4電流指令値を生成できるようになる。ひいては、請求項1の発明によれば、工学的に高い意味をもつトルク発生が可能となる、特に、低速から高速の広い速度範囲において効率駆動が可能になるという効果が得られる。The invention of claim 1 first constitutes a permanent magnet synchronous motor so that the two three-phase windings provide different winding-derived characteristics from each other. This has the effect that the first winding can be configured to be suitable for low speed and large torque, and the second winding can be configured to be suitable for high speed and low torque. In this configuration, high-speed rotation is possible without the need for a weakening magnetic flux (weakening field) that causes a decrease in efficiency. According to the invention of claim 1, secondly, in the command conversion unit, torque is minimized or quasi-minimized so as to minimize or quasi-minimize the loss of the permanent magnet synchronous motor due to the current controlled following the 4-current command value. It becomes possible to generate a 4-current command value from a command equivalent value. As a result, according to the invention of claim 1, it is possible to generate torque having a high engineering meaning, and in particular, it is possible to obtain an effect that efficient driving is possible in a wide speed range from low speed to high speed.

つづいて請求項2の発明の効果を説明する。1極対数分による発生トルクをτNとするとき、本発明が構築したトルク発生式・(2)式より、次の関係を得ることができる。
指定のトルク(Np・cτ)を発生しつつ、これに用いられる固定子電流に起因する銅損の最小化問題は、「(6)式の1極対数分の発生トルクτNを1極対数分の指定トルクcτに拘束した上で、本発明が構築したエネルギー伝達式・(3a)式の右辺第1項に示された銅損の最小化を図る固定子電流を特定すという拘束条件つき最適化問題」と捉え直すことができる。このための効果的な解法の一つは、ラグランジ未定乗数法の利用である。
Next, the effect of the invention of claim 2 will be described. When the torque generated by the logarithm of one pole is τN, the following relationship can be obtained from the torque generation equation (2) constructed by the present invention.
While generating the specified torque (Np · cτ), the problem of minimizing copper loss due to the stator current used for this is that the generated torque τN for the 1-pole pair in equation (6) is the 1-pole pair. Optimal with a constraint condition that the stator current for minimizing the copper loss shown in the first term on the right side of the energy transfer equation (3a) constructed by the present invention is specified after being constrained by the specified torque cτ of. It can be reconsidered as a "chemical problem". One of the effective solutions for this is the use of the Lagrange undetermined multiplier method.

本発明による数学モデルに基づく本理解の下に、ラグランジ乗数λを含む5変数(i1d、i1q、i2d、i2q、λ)からなるラグラジアンLを以下のように構成する。
(6)式を(7)式右辺へ適用し、ラグラジアンLを5変数(i1d、i1q、i2d、i2q、λ)のみで表現する。この上で、当該ラグラジアンを5変数(i1d、i1q、i2d、i2q、λ)で偏微分し、ゼロとおくと、次の5変数・5連立の非線形連立方程式を得る。
Based on this understanding based on the mathematical model according to the present invention, a Lagrangian L composed of five variables (i1d, i1q, i2d, i2q, λ) including the Lagrangian multiplier λ is constructed as follows.
The equation (6) is applied to the right side of the equation (7), and the Lagrangian L is expressed by only five variables (i1d, i1q, i2d, i2q, λ). Then, if the Lagrangian is partially differentiated with five variables (i1d, i1q, i2d, i2q, λ) and set to zero, the following five-variable, five-simultaneous nonlinear simultaneous equations are obtained.

二重同期電動機の電流制御において必要とされるのは、(8)式の解としての巻線電流(i1d、i1q、i2d、i2q)のみであり、(8)式の解としての変数λは必要とされない。(8)式の求解に際してこの点を考慮の上、(8)式の第1〜4式から変数λをあらかじめ消去するならば、(8)式は、例えば次の4変数・4連立の非線形方程式に改めることができる。
上の(9)式は、4電流に関する4変数・4連立の非線形方程式の1つであり、4電流に関する4変数・4連立の非線形方程式の立て方は他に種々存在することを指摘しておく。
In the current control of the dual synchronous motor, only the winding current (i1d, i1q, i2d, i2q) as the solution of the equation (8) is required, and the variable λ as the solution of the equation (8) is Not needed. Taking this point into consideration when solving Eq. (8), if the variable λ is eliminated in advance from Eqs. 1 to 4 of Eq. (8), Eq. (8) is, for example, the following four variables and four simultaneous non-linearities. It can be changed to an equation.
It is pointed out that the above equation (9) is one of the four-variable, four-simultaneous nonlinear equations for four currents, and that there are various other ways to formulate the four-variable, four-simultaneous nonlinear equations for four currents. deep.

電流制御系が電流指令値通りの電流制御を遂行する場合には、5連立あるいは4連立の非線形方程式の解として得られた4電流値(i1d、i1q、i2d、i2q)を、4電流指令値(第1巻線用のd軸電流指令値i1d*とq軸電流指令値i1q*、第2巻線用のd軸電流指令値i2d*とq軸電流指令値i2q*の4電流指令値)として扱えば、指定トルクを発生しつつ損失を最小化する合理性の高い電流指令値が得られる。請求項2の発明は上記の解析結果に基づくものであり、請求項2の発明によれば、少なくとも4電流指令値を変数として扱う、トルク指令相当値に対応した多変数連立の非線形方程式の解として、4電流指令値を生成できるようになる。この結果、請求項2の発明によれば、工学的に合理性高い電流指令値を具体的かつ精度よく得ることができると言う効果が得られる。When the current control system performs current control according to the current command value, the 4 current values (i1d, i1q, i2d, i2q) obtained as solutions of 5 or 4 simultaneous nonlinear equations are used as the 4 current command values. (4 current command values of d-axis current command value i1d * and q-axis current command value i1q * for the first winding, d-axis current command value i2d * and q-axis current command value i2q * for the second winding) When treated as, a highly rational current command value that minimizes loss while generating a specified torque can be obtained. The invention of claim 2 is based on the above analysis result, and according to the invention of claim 2, a solution of a multivariable simultaneous nonlinear equation corresponding to a torque command equivalent value, which treats at least 4 current command values as variables. As a result, it becomes possible to generate a 4-current command value. As a result, according to the invention of claim 2, it is possible to obtain an effect that a current command value having high engineering rationality can be obtained concretely and accurately.

つづいて、請求項3の発明の効果を説明する。5連立あるいは4連立の非線形方程式の解析的解を得るのは、一般に容易ではない。実際的方法の1つが、繰返し演算で解を得ることである。請求項3の発明によれば、トルク指令相当値に対応した多変数連立非線形方程式の解を、制御周期ごとに、繰返し演算で求めて4電流指令値を生成できる。繰返し演算の高速収斂には、初期値の設定が重要であるが、1制御周期前の最終値を、現制御周期の繰返し演算の初期値に利用するようにすれば、1〜2回の繰返しで所期の収斂値を得ることができる。以上の説明より既に明白なように、請求項3の発明によれば、限られた制御周期の中で、少ない演算により確実に最適な電流指令値を得ることができると言う効果が得られる。ひいては、請求項2の発明の効果を高めるという効果が得られる。Next, the effect of the invention of claim 3 will be described. It is generally not easy to obtain an analytical solution of 5 or 4 simultaneous nonlinear equations. One of the practical methods is to obtain a solution by iterative operation. According to the invention of claim 3, the solution of the multivariable simultaneous nonlinear equations corresponding to the torque command equivalent value can be obtained by iterative calculation for each control cycle to generate a 4-current command value. Setting the initial value is important for high-speed convergence of the iterative operation, but if the final value one control cycle before is used as the initial value of the iterative operation of the current control cycle, it is repeated once or twice. You can get the desired convergence value with. As is already clear from the above description, according to the invention of claim 3, the effect that the optimum current command value can be surely obtained by a small number of operations in a limited control cycle can be obtained. As a result, the effect of enhancing the effect of the invention of claim 2 can be obtained.

つづいて、請求項4の発明の効果を説明する。請求項4の発明によれば、トルク指令相当値に対応しかつ損失最小化をもたらす4電流指令値を事前に得て、さらにはトルク指令相当値を引数とする4電流指令値の近似関数あるいは参照表を事前に用意し、制御周期ごとに、トルク指令相当値を引数とする近似関数あるいは参照表により4電流指令値を実時間で再生的に生成できる。したがって、近似関数あるいは参照表を利用すれば、制御周期ことに必要とされる演算量は僅少となる。以上より明白なように、請求項4の発明によれば、限られた制御周期の中で、僅少の演算で確実に最適な電流指令値を実時間生成できると言う効果が得られる。ひいては、請求項1あるいは請求項2の発明の効果を高めるという効果が得られる。なお、トルク指令相当値に対応しかつ損失最小化をもたらす事前取得すべき4電流指令値は、請求項2〜3の発明を活用して、多変数連立非線形方程式の事前求解により得ることもできる。また、事前実験を通じて、実験的に得ることもできる。Subsequently, the effect of the invention of claim 4 will be described. According to the invention of claim 4, a 4-current command value corresponding to the torque command equivalent value and causing loss minimization is obtained in advance, and further, an approximation function of the 4-current command value with the torque command equivalent value as an argument or A reference table is prepared in advance, and four current command values can be regenerated in real time by an approximation function or a reference table that takes a torque command equivalent value as an argument for each control cycle. Therefore, if an approximate function or a reference table is used, the amount of calculation required for the control cycle is very small. As is clear from the above, according to the invention of claim 4, it is possible to obtain the effect that the optimum current command value can be reliably generated in real time with a small number of calculations in a limited control cycle. As a result, the effect of enhancing the effect of the invention of claim 1 or claim 2 can be obtained. It should be noted that the four current command values to be obtained in advance corresponding to the torque command equivalent value and bring about the loss minimization can also be obtained by pre-solving the multivariable simultaneous nonlinear equations by utilizing the inventions of claims 2 to 3. .. It can also be obtained experimentally through preliminary experiments.

「二重三相巻線永久磁石同期形電動機(三相単純同期電動機)の巻線配置例を示す図」 "A diagram showing an example of winding arrangement of a double three-phase winding permanent magnet synchronous motor (three-phase simple synchronous motor)" 「二重三相巻線永久磁石同期形電動機(六相同期電動機)の巻線配置例を示す図」 "Figure showing example of winding arrangement of double three-phase winding permanent magnet synchronous motor (six-phase synchronous motor)" 「二重三相巻線永久磁石同期形電動機(三相逆同期電動機)の巻線配置例を示す図」 "A diagram showing an example of winding arrangement of a double three-phase winding permanent magnet synchronous motor (three-phase reverse synchronous motor)" 「三相単純同期電動機、三相逆同期電動機に本発明を適用した場合の二重同期電動機駆動システムの構成例を示す図」 "A diagram showing a configuration example of a dual synchronous motor drive system when the present invention is applied to a three-phase simple synchronous motor and a three-phase reverse synchronous motor" 「指令変換器の構成例を示す図」 "Figure showing configuration example of command converter" 「繰返し演算器の構成例を示す図」 "Figure showing configuration example of repetitive arithmetic unit" 「繰返し演算器の構成例を示す図」 "Figure showing configuration example of repetitive arithmetic unit" 「繰返し演算器の構成例を示す図」 "Figure showing configuration example of repetitive arithmetic unit" 「近似指令器の構成例を示す図」 "Figure showing configuration example of approximate commander" 「近似指令器の構成例を示す図」 "Figure showing configuration example of approximate commander" 「従前の六相同期電動機駆動システムの構成例を示す図」 "A diagram showing a configuration example of a conventional six-phase synchronous motor drive system"

以下、図面を用いて、本発明の好適な態様を具体的に説明する。Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

二重同期電動機として、三相単純同期電動機、三相逆同期電動機を選定し、請求項1〜4の全発明を用いた駆動システムの実施形態例を図4に示した。駆動システムは大きくは、二重同期電動機(回転子、固定子を含む)1、電力変換装置2(破線ブロック表示)、ベクトル制御装置3(破線ブロック表示)から構成されている。電力変換装置は、第1、第2系統用の電力変換器21、電流検出器22から構成されている。ベクトル制御装置3は、大きくは、指令変換部を実現した指令変換器31と、第1、第2系統用の電流制御部32(破線ブロック表示)から構成されている。電流制御部32では、第1、第2の2系統の電流制御が独立的に遂行できるように、各系統は、3相2相変換器321a、2相3相変換器321b、ベクトル回転器322a、322b、電流制御器323を、個別に所有している。単一の回転子に対応して、回転子のための位相検出器(レゾルバ、エンコーダ等)324、速度検出器325は、両系統で共有されている。なお、同図では、簡明のため、複数のスカラ信号を1つのベクトル信号として捉え、複数のスカラ信号線を1本の太い信号線で表現している。三相二相変換器、二相三相変換器から左側に存在する二相信号(すなわち、2×1ベクトル信号)は、1本の太い信号線で表現している。なお、ベクトル信号の脚符r、sは、dq同期座標系上の信号、αβ固定座標系の信号であることを示している。ベクトル制御装置は、今日では、特定の制御周期でデジタル的に信号処理するのが一般である。以降では、ベクトル制御装置がデジタル的に動作することを前提に、本発明の核心である指令変換器について説明する。本器を除く諸機器は基本的に従前のものと同様であるので、これ諸機器の説明は省略する。As the double synchronous motor, a three-phase simple synchronous motor and a three-phase reverse synchronous motor are selected, and an example of an embodiment of a drive system using all the inventions of claims 1 to 4 is shown in FIG. The drive system is largely composed of a double synchronous motor (including a rotor and a stator) 1, a power converter 2 (broken block display), and a vector control device 3 (broken block display). The power converter is composed of a power converter 21 for the first and second systems and a current detector 22. The vector control device 3 is largely composed of a command converter 31 that realizes a command conversion unit and a current control unit 32 (broken line block display) for the first and second systems. In the current control unit 32, each system has a three-phase two-phase converter 321a, a two-phase three-phase converter 321b, and a vector rotator 322a so that the current control of the first and second systems can be performed independently. 322b and current controller 323 are individually owned. The phase detector (resolver, encoder, etc.) 324 and speed detector 325 for the rotor correspond to a single rotor, and are shared by both systems. In the figure, for the sake of simplicity, a plurality of scalar signals are regarded as one vector signal, and the plurality of scalar signal lines are represented by one thick signal line. The two-phase signal (that is, the 2 × 1 vector signal) existing on the left side of the three-phase two-phase converter and the two-phase three-phase converter is represented by one thick signal line. The footsteps r and s of the vector signal indicate that they are signals on the dq synchronous coordinate system and signals in the αβ fixed coordinate system. Vector controllers today generally process signals digitally at specific control cycles. Hereinafter, the command converter, which is the core of the present invention, will be described on the premise that the vector control device operates digitally. Since the devices other than this device are basically the same as the previous ones, the description of these devices is omitted.

指令変換器31は、請求項2〜4の発明に基づき構成されている。図5に請求項2〜3の発明を利用した指令変換器の実施形態例を示した。指令変換器31へ送られたトルク指令値τ*は、極対数Npで除されてcτに変換された後に、繰返し演算器311で処理される。繰返し演算器311は、1極対数分の指定トルクcτを処理し、4電流指令値を繰返し演算を通じ生成し、出力している。繰返し演算器311の構成は種々存在する。以下に、繰返し演算器311の構成例を示す。The command converter 31 is configured based on the invention of claims 2 to 4. FIG. 5 shows an example of an embodiment of a command converter using the inventions of claims 2 to 3. The torque command value τ * sent to the command converter 31 is divided by the pole logarithm Np and converted to cτ, and then processed by the iterative calculator 311. The iterative calculator 311 processes the designated torque cτ for the logarithm of one pole, generates a 4-current command value through the iterative calculation, and outputs it. There are various configurations of the iterative calculator 311. A configuration example of the repeater 311 is shown below.

(8)式の5変数・5連立の非線形連立方程式は、第1、第2巻線の電流に関しつぎのように書き改めることもできる。
The five-variable, five-simultaneous nonlinear simultaneous equations in Eq. (8) can also be rewritten as follows with respect to the currents of the first and second windings.

(10)式を参考にするならば、次の繰返し解法を構築することができる。
By referring to Eq. (10), the following iterative solution can be constructed.

(11)式における脚符kは、繰返し回数を意味し、(11b)式のnは正整数を意味する。図6に、(11)式を実装した繰返し演算器の実施形態例をブロック図で示した。(11b)式におけるゲインの選定例としては、次のものがある。
The leg mark k in the equation (11) means the number of repetitions, and n in the equation (11b) means a positive integer. FIG. 6 shows a block diagram of an embodiment of a repetitive arithmetic unit on which the equation (11) is mounted. The following are examples of gain selection in the equation (11b).

繰返し演算には、5変数の初期値が必要である。1制御周期前の最終値を、現制御周期の繰返し演算の初期値に利用するようにすれば、1〜2回の繰返し演算で所期の収斂値を得ることができる。なお、変数λに関しては、次式のものが有用な初期値与える。
Initial values of 5 variables are required for iterative operations. If the final value before one control cycle is used as the initial value of the iterative operation of the current control cycle, the desired convergence value can be obtained by the iterative operation once or twice. For the variable λ, the following equation gives a useful initial value.

本発明提案の数学モデルにおいて、(8)式の第5式は、(8)式の第2式、第3式を利用すると次のように改めることができる。
(8)式の第1〜第4式と、上の(14)式を利用すると、繰返し演算器の実施形態例として、図7のブロック図を得る。同図における4電流指令値の演算ブロック(q軸電流指令値計算、d軸電流指令値計算)には、(8)式の第1〜第4式が利用さている。本実施形態例においても、初期値が必要である。本実施形態例の初期値の扱いは、図6の実施形態例と同一である。
In the mathematical model proposed by the present invention, the fifth equation of the equation (8) can be amended as follows by using the second and third equations of the equation (8).
By using the first to fourth equations of the equation (8) and the above equation (14), the block diagram of FIG. 7 is obtained as an example of the embodiment of the repeater. In the calculation block of the 4-current command value (calculation of the q-axis current command value, calculation of the d-axis current command value) in the figure, the first to fourth equations of the equation (8) are used. The initial value is also required in this embodiment. The handling of the initial values of this embodiment is the same as that of the embodiment of FIG.

5×1ベクトル変数xとこれを拘束する5連立の非線形方程式を以下のように定義する。
(15b)式の連立非線形方程式の具体的定義は、(8)式の通りである。この連立非線形方程式は、つぎの繰返し演算で求解できる。
脚符kは、繰返し回数を意味する。Jcは、次式のように定義された5×5ヤコビアンである。
図8に、(16)式を実装した繰返し演算器の実施形態例をブロック図で示した。本実施形態例においても、初期値が必要である。本実施形態例の初期値の扱いは、図6の実施形態例と同一である。
The 5 × 1 vector variable x and the 5 simultaneous nonlinear equations that constrain it are defined as follows.
The specific definition of the simultaneous nonlinear equations in Eq. (15b) is as in Eq. (8). This simultaneous nonlinear equation can be solved by the following iterative operation.
The leg mark k means the number of repetitions. Jc is a 5 × 5 Jacobian defined by the following equation.
FIG. 8 is a block diagram showing an embodiment of a repetitive arithmetic unit on which the equation (16) is mounted. The initial value is also required in this embodiment. The handling of the initial values of this embodiment is the same as that of the embodiment of FIG.

以上、5連立の非線形方程式である(8)式の解を繰返し演算で求め、ひいては4電流指令値を得るための繰返し演算器の実施形態例として3例を示した。請求項2〜3の発明による実施形態例は、この3例に限定されるものではなく、他にも種々存在しうることを指摘しておく。また、(9)式の4連立の非線形方程式の解も(8)式の解と同一の4電流指令値を与え、このための繰返し演算器の実施形態例も種々存在することを指摘しておく。請求項2〜3の発明は、これらの実施形態例を排除するものではない。As described above, three examples have been shown as examples of an embodiment of the iterative arithmetic unit for obtaining the solution of equation (8), which is a system of nonlinear equations, by iterative calculation, and eventually obtaining the four current command values. It should be pointed out that the embodiments according to the inventions of claims 2 to 3 are not limited to these three examples, and various other examples may exist. It is also pointed out that the solution of the four simultaneous nonlinear equations of Eq. (9) also gives the same 4-current command value as the solution of Eq. (8), and there are various examples of embodiments of the iterative arithmetic unit for this purpose. deep. The inventions of claims 2 to 3 do not exclude these examples of embodiments.

図9に請求項4の発明を利用した実施形態例を示した。指令変換器31へ送られたトルク指令値τ*は、極対数Npで除されて1極対数分の指定トルクcτに変換された後に、近似指令器312に送られる。近似指令器312には、4つの近似関数が用意されている。4つの近似関数は1極対数分の指定トルクcτに応じて、各々、第1巻線用のd軸電流指令値、q軸電流指令値、第2巻線用のd軸電流指令値、q軸電流指令値を生成する。4電流指令値を生成する4近似関数は、請求項2〜3の発明等を利用して事前に求めた4電流指令値を多項式近似により定めればよい。また、実験的に事前に得た4電流指令値を多項式近似により定めてもよい。多項式の係数は最小二乗法等で決定すればよい。当然のことながら、1極対数分の指定トルクcτに代わって、トルク指令値τ*自体を利用して4近似関数を作成してもよい。FIG. 9 shows an example of an embodiment using the invention of claim 4. The torque command value τ * sent to the command converter 31 is divided by the pole logarithm Np and converted into the designated torque cτ for one pole logarithm, and then sent to the approximation commander 312. The approximation commander 312 is provided with four approximation functions. The four approximate functions are the d-axis current command value for the first winding, the q-axis current command value, the d-axis current command value for the second winding, and q, respectively, according to the specified torque cτ for the logarithm of one pole. Generates the shaft current command value. As the 4-approximation function that generates the 4-current command value, the 4-current command value obtained in advance by using the inventions of claims 2 to 3 may be determined by polynomial approximation. Further, the four current command values obtained in advance experimentally may be determined by polynomial approximation. The coefficients of the polynomial may be determined by the least squares method or the like. As a matter of course, instead of the designated torque cτ for one pole logarithm, the torque command value τ * itself may be used to create a four approximation function.

図10に請求項4の発明を利用した第2の実施形態例を示した。指令変換器31へ送られたトルク指令値τ*は、極対数Npで除されて1極対数分の指定トルクcτに変換された後に、近似指令器312に送られる。近似指令器312には、4つの参照表が用意されている。4つの参照表の引数は、1極対数分の指定トルクcτである。4つの参照表は1極対数分の指定トルクcτに応じて、各々、第1巻線用のd軸電流指令値、q軸電流指令値、第2巻線用のd軸電流指令値、q軸電流指令値を生成する。4電流指令値を生成する4参照表は、請求項2〜3の発明等を利用して事前に作成しておけばよい。また、実験的に事前に得た4電流指令値を多項式近似により定めてもよい。当然のことながら、1極対数分の指定トルクcτに代わって、トルク指令値τ*自体を参照表の引数として参照表を作成してもよい。FIG. 10 shows an example of a second embodiment using the invention of claim 4. The torque command value τ * sent to the command converter 31 is divided by the pole logarithm Np and converted into the designated torque cτ for one pole logarithm, and then sent to the approximation commander 312. Four reference tables are prepared for the approximation commander 312. The argument of the four reference tables is the specified torque cτ for one pole logarithm. The four reference tables are the d-axis current command value for the first winding, the q-axis current command value, the d-axis current command value for the second winding, and q, respectively, according to the specified torque cτ for one pole pair. Generates the shaft current command value. The 4 reference table for generating the 4 current command value may be prepared in advance by utilizing the inventions of claims 2 to 3. Further, the four current command values obtained in advance experimentally may be determined by polynomial approximation. As a matter of course, the reference table may be created by using the torque command value τ * itself as an argument of the reference table instead of the designated torque cτ for one pole logarithm.

以上の実施形態例では、トルク指令相当値としてトルク指令値自体を利用した場合を例示した。本発明では、トルク指令相当値としては、トルク指令値自体に限る必要はない。より具体的には、トルク指令値と正相関を有する信号であれば、トルク指令相当値として扱うことができることを指摘しておく。In the above embodiment, the case where the torque command value itself is used as the torque command equivalent value is illustrated. In the present invention, the torque command equivalent value does not have to be limited to the torque command value itself. More specifically, it should be pointed out that any signal having a positive correlation with the torque command value can be treated as a torque command equivalent value.

図4の駆動システム構成は、二重同期電動機として、三相単純同期電動機、三相逆同期電動機を対象としたものである。二重同期電動機として六相同期電動機を対象とする場合には、第1系統、第2系統のベクトル回転器へ受け渡す回転子位相に、第1巻線と第2巻線の位相差と同一の位相差をもたせればよい。これは、当業者には、たとえば既報の図11等で明らかであるので、これ以上の説明は省略する。本発明の核心である指令変換器に関しては、二重同期電動機として六相同期電動機を対象とする場合にも、何らの変更はない。The drive system configuration of FIG. 4 targets a three-phase simple synchronous motor and a three-phase reverse synchronous motor as the dual synchronous motor. When a six-phase synchronous motor is targeted as a dual synchronous motor, the rotor phase passed to the vector rotors of the first and second systems is the same as the phase difference between the first winding and the second winding. It is sufficient to have the phase difference of. This will be apparent to those skilled in the art, for example, in FIG. 11 already reported, and further description thereof will be omitted. Regarding the command converter which is the core of the present invention, there is no change even when the six-phase synchronous motor is targeted as the double synchronous motor.

本明細書では、図1〜3を用いて、既報の二重同期電動機は、三相単純同期電動機、六相同期電動機、三相逆同期電動機に大きく分類されることを説明した。本説明は、逆説的になるが、これら三大別に属さない二重同期電動機が存在しうることを意味している。本発明は、二重同期電動機の定義「永久磁石を有する回転子と2個の三相巻線を有する固定子とからなる二重三相巻線永久磁石同期形電動機」に合致する電動機に対しては、三大別に属する電動機と同様に、適用可能であることを指摘しておく。In the present specification, it has been explained that the previously reported double synchronous motors are roughly classified into three-phase simple synchronous motors, six-phase synchronous motors, and three-phase reverse synchronous motors by using FIGS. 1 to 3. This explanation, paradoxically, means that there may be dual synchronous motors that do not belong to these three major categories. The present invention relates to an electric motor that meets the definition of a double synchronous motor "a double three-phase wound permanent magnet synchronous motor composed of a rotor having a permanent magnet and a stator having two three-phase windings". It should be pointed out that it is applicable as well as the electric motors belonging to the three major categories.

図4〜10を用いた実施形態例では、二重同期電動機内で発生する損失としては銅損のみを考えた。二重同期電動機内で発生する損失として、銅損と鉄損を同時に考慮する必要がある場合にも、本発明は無修正で適用されること、本発明はこの種の電動機を排除するものでないことを指摘しておく。ただし、銅損と鉄損を同時に考慮する必要がある二重同期電動機に本発明を適用する場合には、一般には、これに先立って、銅損と鉄損を考慮した二重同期電動機の数学モデル((1)式〜(3)式に相応する数学モデル)の構築が必要である。In the embodiment using FIGS. 4 to 10, only copper loss was considered as the loss generated in the dual synchronous motor. The present invention is applied unmodified even when it is necessary to consider copper loss and iron loss at the same time as losses generated in a dual synchronous motor, and the present invention does not exclude this type of motor. I would like to point out that. However, when the present invention is applied to a double synchronous motor in which copper loss and iron loss must be considered at the same time, generally, prior to this, the mathematics of the double synchronous motor in consideration of copper loss and iron loss It is necessary to construct a model (mathematical model corresponding to equations (1) to (3)).

本発明は、バッテリ電気自動車、燃料電池電気自動車、ハイブリッド電気自動車の主駆動電動機、家電用の高速電動機などに代表される広範囲にわたり効率駆動を要求される二重同期電動機の駆動システムに好適である。The present invention is suitable for a drive system for a dual synchronous motor that requires a wide range of efficient driving, such as a battery electric vehicle, a fuel cell electric vehicle, a main drive motor of a hybrid electric vehicle, and a high-speed electric motor for home appliances. ..

1 二重同期電動機
11 二重同期電動機の回転子
121 二重同期電動機の固定子の第1巻線
122 二重同期電動機の固定子の第2巻線
2 電力変換装置
21 電力変換器
22 電流検出器
3 ベクトル制御装置
31 指令変換器
311 繰返し演算器
312 近似指令器
32 電流制御部
321a 三相二相変換器
321b 二相三相変換器
322a ベクトル回転器
322b ベクトル回転器
323 電流制御器
324 位相検出器
325 速度検出器
1 Double synchronous motor 11 Rotator of double synchronous motor 121 First winding of stator of double synchronous motor 122 Second winding of stator of double synchronous motor 2 Power converter 21 Power converter 22 Current detection Instrument 3 Vector controller 31 Command converter 311 Repetitive motor 312 Approximate controller 32 Current control unit 321a Three-phase two-phase converter 321b Two-phase three-phase converter 322a Vector rotor 322b Vector rotor 323 Current controller 324 Phase detection Instrument 325 speed detector

Claims (4)

永久磁石を有する回転子と非ゼロ巻線抵抗をもつ非超電導の2個の独立三相巻線(第1三相巻線と第2三相巻線の接続がない2個の三相巻線)を有する固定子とからなる永久磁石同期形電動機と、
2個の該独立三相巻線に異なる三相電流を同時に供給できる電力変換装置と、
トルク指令相当値から、各該独立三相巻線に流れる三相電流の追従目標たる各該独立三相巻線用電流指令値(第1三相巻線用のd軸電流指令値とq軸電流指令値、第2三相巻線用のd軸電流指令値とq軸電流指令値の4電流指令値)を生成する指令変換部と、生成した各電流指令値に各該独立三相巻線の電流が夫々追従するように、電力変換装置を介して各該独立三相巻線の電流を追従制御する電流制御部と、からなるベクトル制御装置と、
を備える永久磁石同期形電動機駆動システムであって、
広範囲にわたり効率駆動を達成すべく、2個の該独立三相巻線が互いに有意に異なる巻線起因特性をもたらすように該永久磁石同期形電動機を構成し、かつ、4電流指令値に追従制御された電流と非ゼロ巻線抵抗に起因する該永久磁石同期形電動機内発生の損失を最小化あるいは準最小化するように、4電流指令値生成を担う該指令変換部を構成した
ことを特徴とする永久磁石同期形電動機駆動システム。
Two independent three-phase windings with a rotor with permanent magnets and non-superconducting with non-zero winding resistance (two three-phase windings with no connection between the first and second three-phase windings ) Permanent magnet synchronous motor consisting of a stator with) and
A power converter capable of simultaneously supplying different three-phase currents to the two independent three-phase windings,
From the torque command value corresponding, d-axis current command value and a q-axis of each said tracking target serving each said independent three-phase winding current command value of the three-phase current flowing in the independent three-phase windings (for the first three-phase windings A command converter that generates a current command value, a d-axis current command value for the second three-phase winding, and a four-current command value of the q-axis current command value), and each generated current command value is wound with the independent three-phase winding. A vector control device including a current control unit that tracks and controls the current of each of the independent three-phase windings via a power conversion device so that the line currents follow each other.
It is a permanent magnet synchronous motor drive system equipped with
In order to achieve efficient driving over a wide range, the permanent magnet synchronous motor is configured so that the two independent three-phase windings provide winding-derived characteristics that are significantly different from each other, and four current command values are followed and controlled. characterized by being configured to minimize or quasi minimize loss of the permanent magnet synchronous motor in generating, the finger-old conversion unit responsible for the fourth current command value generation due to the currents and the non-zero winding resistance Permanent magnet synchronous motor drive system.
少なくとも4電流指令値を変数として扱う、トルク指令相当値に対応した4変数以上の多変数連立の非線形方程式の解として、4電流指令値を生成するように該指令変換部を構成したことを特徴とする請求項1記載の永久磁石同期形電動機駆動システム。It is characterized in that the command conversion unit is configured to generate 4 current command values as a solution of a multivariable simultaneous nonlinear equation of 4 or more variables corresponding to a torque command equivalent value that treats at least 4 current command values as variables. The permanent magnet synchronous motor drive system according to claim 1. トルク指令相当値に対応した該多変数連立非線形方程式の解を、制御周期ごとに、実時間の繰返し演算で求めて4電流指令値を生成するように該指令変換部を構成したことを特徴とする請求項2記載の永久磁石同期形電動機駆動システム。The command conversion unit is characterized in that the solution of the multivariable simultaneous nonlinear equations corresponding to the torque command equivalent value is obtained by a real-time iterative calculation for each control cycle to generate a 4-current command value. 2. The permanent magnet synchronous motor drive system according to claim 2. トルク指令相当値に対応しかつ損失最小化をもたらす該4電流指令値を事前に得て、さらにはトルク指令相当値を引数とする該4電流指令値の近似関数あるいは参照表を事前に用意し、制御周期ごとに、トルク指令相当値を引数とする近似関数あるいは参照表により該4電流指令値を実時間で再生的に生成するように該指令変換部を構成したことを特徴とする請求項1または2記載の永久磁石同期形電動機駆動システム。Obtain the 4-current command value corresponding to the torque command equivalent value and bring about loss minimization in advance, and prepare in advance an approximate function or reference table of the 4-current command value with the torque command equivalent value as an argument. The claim is characterized in that the command conversion unit is configured to regeneratively generate the four current command values in real time by an approximate function or a reference table having a torque command equivalent value as an argument for each control cycle. Permanent magnet synchronous motor drive system according to 1 or 2.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10308306A (en) * 1997-05-08 1998-11-17 Sumitomo Electric Ind Ltd Superconductive coil
JP4210992B2 (en) * 2003-03-13 2009-01-21 有限会社シー・アンド・エス国際研究所 Vector control method and apparatus for hybrid field synchronous motor
JP6387813B2 (en) * 2014-12-08 2018-09-12 株式会社Ihi Damper prevention device in superconducting parallel circuit device
JP6554811B2 (en) * 2015-02-17 2019-08-07 株式会社デンソー Control device

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