JP6834073B2 - Multiple AC motor drive system - Google Patents
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Description
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等の主駆動交流電動機(永久磁石形同期電動機、界磁巻線形同期電動機、同期リラクタンス電動機、誘導電動機など)、広範囲にわたり効率駆動を求められる家電製品の電動機等に代表される、広範囲・効率駆動用の交流電動機駆動システムに関する。The present invention provides efficient drive over a wide range of main drive AC motors (permanent magnet type synchronous motors, field winding type synchronous motors, synchronous relaxation motors, induction motors, etc.) of battery electric vehicles, fuel cell electric vehicles, hybrid electric vehicles, etc. It relates to an AC electric motor drive system for a wide range and efficient drive represented by electric motors of home appliances that are required.
本発明では、交流電動機において交流用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、同期電動機では「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 AC motor in which the AC winding is applied is referred to as a "stator". The "stator" in the present invention is synonymous with "armature" in a synchronous motor. 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. As evidenced by the existence of the equivalent transformation, this does not lose the generality of the invention.
本発明では、u相巻線、v相巻線、w相巻線をY形あるいはこれと特性等価なΔ形で結線した三相巻線の1組を1巻線組と呼称する。「巻線組」は、広義の「巻線」に属するが、本発明では、複数の独立した巻線組を使用するため、「独立性」を明示すべく、「巻線組」なる新たな用語を使用する。また、複数の「巻線組」の総称として、狭義の「巻線」なる用語を使用する。In the present invention, one set of three-phase windings in which u-phase windings, v-phase windings, and w-phase windings are connected in a Y-shape or a Δ-shape equivalent to the characteristics thereof is referred to as a one-winding set. The "winding set" belongs to the "winding set" in a broad sense, but in the present invention, since a plurality of independent winding sets are used, a new "winding set" is used to show "independence". Use the term. In addition, the term "winding" in a narrow sense is used as a general term for a plurality of "winding sets".
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、交流電動機に交流電力を供給するシステム的な装置を、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。In the present invention, a systematic device that supplies AC power to an AC 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.
交流電動機のための駆動システムとして、従来、固定子に2個の独立した三相巻線組を持たせ、各巻線組に独立に電力変換器を接続したものが知られている。この種の先行発明としては、例えば、特許文献1〜5、非特許文献1〜2がある。特許文献1〜3、非特許文献1〜2は、同期電動機を対象としたものであり、特許文献4〜5は誘導電動機を対象としたものである。当業者には周知の通り、同期電動機と誘導電動機の本質的相違は回転子にあり、両電動機の固定子は同一である。本発明は、交流電動機の固定子と固定子に供給すべき電力の発生・制御を担う電力変換装置に関するものであり、回転子の相違を問わない。このため、以下では、同期電動機を例に取り、本発明を説明する。As a drive system for an AC motor, conventionally, a stator is known to have two independent three-phase winding sets, and a power converter is independently connected to each winding set. Prior inventions of this type include, for example,
非特許文献1を参考に、従前の交流電動機(同期電動機)のための駆動システムの概要を、極対数NpをNp=1とした場合を例に、図5に示した。1は交流電動機(回転子、固定子を含む)を、1−1は交流電動機の回転子を、1−21は交流電動機固定子の第1巻線組を、1−22は交流電動機固定子の第2巻線組を、2は電力変換装置を、2−21は第1系統用電力変換器を、2−22は第2系統用電力変換器を、おのおの示している。同図では、固定子の第1巻線組と第2巻線組との区別の明瞭化を図るべく、第1巻線組は実線で、第2巻線組は破線で表示している。また、第2巻線組が、巻線配置上第1巻線組と重なるため、描画上の重複を回避すべく、第2巻線組を意図的に右にシフトして描画している。電力変換器端子および電動機端子の表示に用いたu、v、wは、おのおのu相、v相、w相の端子であることを示している。また、また各端子の脚符1、2は、おのおの第1系統、第2系統への帰属を意味している。With reference to Non-Patent
同図は、当該システムの一般性を失うことなく、「三相結線におけるY結線とΔ結線の間には等価関係が存在する」ことを考慮し、三相結線の代表としてY結線を用いて作図している。当該システムは、引用元の文献に明記されているように、以下の特徴を有する。
▲1▼ 固定子は、2個の独立した三相巻線組を有する。第1巻線組と第2巻線組の互いの中性点は、独立性を確保すべく、接続されていない。
▲2▼ 各巻線組に電力を供給する電力変換装置は、各巻線組に、個別に、異なった三相電力を供給できるように、各巻線組専用の第1系統用電力変換器、第2系統用電力変換器から構成されている。
▲3▼ 第1巻線組と第2巻線組の特性を同一である。特に、巻線特性を支配する巻数は同一である。この結果、各巻線組に対応した電動機パラメータは同一である。In this figure, Y connection is used as a representative of three-phase connection, considering that "there is an equivalent relationship between Y connection and Δ connection in three-phase connection" without losing the generality of the system. I'm drawing. The system has the following features, as specified in the source document.
(1) The stator has two independent three-phase winding sets. The neutral points of the first winding set and the second winding set are not connected to ensure independence.
(2) The power converter that supplies power to each winding set is a power converter for the first system dedicated to each winding set, the second, so that different three-phase power can be individually supplied to each winding set. It consists of a grid power converter.
(3) The characteristics of the first winding set and the second winding set are the same. In particular, the number of turns that governs the winding characteristics is the same. As a result, the motor parameters corresponding to each winding set are the same.
上記先行発明が期待した代表的効果は、次の2点である。
▲1▼ 第1巻線組と第2巻線組のいずれか1つの巻線組が故障を起こした場合にも、正常の巻線組を利用して交流電動機の運転を継続できる。すなわち、故障に対するシステムとしての耐故障性を向上できる。
▲2▼ 電力変換装置を、相対的に小容量の三相電力変換器を2個使用して構成することにより、量産効果、規格化効果を得ることができ、ひいては電力変換装置を廉価に製造することができる。The typical effects expected by the above-mentioned prior invention are the following two points.
(1) Even if any one of the first winding set and the second winding set fails, the operation of the AC motor can be continued by using the normal winding set. That is, the failure resistance of the system against failures can be improved.
(2) By configuring the power converter using two relatively small-capacity three-phase power converters, mass production effects and standardization effects can be obtained, and by extension, power converters can be manufactured at low cost. can do.
電力変換装置に供給される電力の電圧に制限がある。このため、図1に代表される電動機駆動システムを、広範囲駆動を求められる応用に用いる場合には、効率的に達成可能な最高速度は制限される。駆動速度を向上させる方法として、従来、弱め磁束制御、弱め界磁制御と呼ばれる電流制御が知られているが、この種の制御を施す場合には、駆動効率が著しく低下する。There is a limit to the voltage of the power supplied to the power converter. Therefore, when the electric motor drive system represented by FIG. 1 is used in an application requiring a wide range of drive, the maximum speed that can be efficiently achieved is limited. Conventionally, current control called weakening magnetic flux control and weakening field control is known as a method for improving the driving speed, but when this kind of control is performed, the driving efficiency is significantly lowered.
本発明は上記背景の下になされたものであり、その目的は、従前システムによる主要効果(駆動システムとしての耐故障性の確保、量産・規格化効果およびこれによる廉価性の確保)を維持しつつ、従前システムが不可能であった、広範囲わたり効率駆動を達成できる交流電動機駆動システムを提供することにある。The present invention has been made under the above background, and an object of the present invention is to maintain the main effects of the conventional system (ensuring failure resistance as a drive system, mass production / standardization effect, and ensuring low cost). The purpose is to provide an AC motor drive system that can achieve efficient drive over a wide range, which was not possible with conventional systems.
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、nを2以上の整数とするとき、回転子とn個の独立した三相巻線(巻線組と同義)を有する固定子とからなる交流電動機とn個の独立した三相巻線(巻線組と同義)に、個別に、異なった三相電力を供給できる電力変換装置とを有する交流電動機駆動システムであって、該交流電動機のn個の独立した三相巻線(巻線組と同義)の少なくとも1個が、他の独立した三相巻線(巻線組と同義)と異なる巻線起因の特性を持つように、n個の独立した三相巻線(巻線組と同義)を構成したことを特徴とするIn order to achieve the above object, the invention of
請求項2の発明は、請求項1記載の交流電動機駆動システムであって、該電力変換装置を、相対的に小容量の三相電力変換器を複数個用いて構成したことを特徴とする。The invention of
請求項3の発明は、請求項1記載の交流電動機駆動システムであって、該交流電動機を、nを2とする同期電動機としたことを特徴とする。The invention of claim 3 is the AC electric motor drive system according to
請求項4の発明は、請求項3記載の交流電動機駆動システムであって、該同期電動機の2個の独立した三相巻線(巻線組と同義)に関し、いずれか1つの独立三相巻線(巻線組と同義)に低速大トルク特性をもたらすように、残りの1つの独立三相巻線(巻線組と同義)に高速低トルク特性をもたらすように、2個の独立した三相巻線(巻線組と同義)を構成したことを特徴とする。The invention of claim 4 is the AC motor drive system according to claim 3, wherein any one of the two independent three-phase windings (synonymous with the winding set) of the synchronous motor is used. Two independent three to provide high speed, low torque characteristics to the remaining one independent three-phase winding (synonymous with winding assembly), just as it provides low speed, high torque characteristics to the wire (synonymous with winding assembly). It is characterized by forming a phase winding (synonymous with a winding set).
請求項5の発明は、請求項3記載の交流電動機駆動システムであって、該同期電動機の2個の独立した三相巻線(巻線組と同義)を、極対数を1とする空間において、あるいは極対数を2とする空間において、空間的位相差をもって交互に混在するように配置したことを特徴とする。The invention of claim 5 is the AC motor drive system according to claim 3, in a space in which two independent three-phase windings (synonymous with a winding set) of the synchronous motor have a pole pair number of 1. Or, in a space where the number of pole pairs is 2, they are arranged so as to be alternately mixed with a spatial phase difference.
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。本発明におけるnは、実用上の観点からは、n=2からn=4程度である。ここでは、説明の簡明性を確保すべく、n=2の場合を例にとり、説明する。第1巻線組と第2巻線組の巻数を、有意の巻線起因の特性差がでるように異なったものとする。この場合のトルク/速度特性の例を図1に示した。図1(a)は、低速大トルクが得られるように巻数を大きくするなどした場合の特性例である。一方、図1(b)は、高速低トルクがえられるように巻数を小さくするなどした場合の特性例である。同図では、巻線起因の特性が相対比評価で概ね2対1とした例を示している。図1の(a)、(b)のトルク/速度特性図では、高効率が得られる領域を「網目」で概略的に示している。The effect of the present invention will be described. First, the effect of the invention of
図1においては、次の2点に注意を要する。
▲1▼ 図1(a)は、第1巻線組のみに通電し、第2巻線組を電力送受遮断している場合の特性である。同様に、図1(b)は、第2巻線組のみに通電し、第1巻線組を電力送受遮断している場合の特性である。
▲2▼ 図1(a)と図1(b)とでは、回転子には一切の変更を加えていない。すなわち、両図における回転子は同一である。In FIG. 1, attention should be paid to the following two points.
(1) FIG. 1 (a) shows the characteristics when only the first winding set is energized and the second winding set is cut off for power transmission / reception. Similarly, FIG. 1B shows a characteristic when only the second winding set is energized and the first winding set is cut off from power transmission / reception.
(2) In FIGS. 1 (a) and 1 (b), no change is made to the rotor. That is, the rotors in both figures are the same.
図2は、低速大トルクをもたらす第1巻線組と高速低トルクをもたらす第1巻線組とを併用した場合の特性例である。同図では、速度ω1以下の速度領域では低速大トルク特性をもたらす第1巻線組のみを使用し、速度ω1からω2の速度領域では低速大トルク特性をもたらす第1巻線組と高速低トルク特性をもたらす第2巻線組とを併用し、速度ω2以遠では高速低トルク特性をもたらす第2巻線組のみを利用する場合の特性を概略的に示している。図に明示しているように、高効率が得られる領域(網目)が広い範囲に拡大している。図2は、n=2とした場合の1特性例である。nを3、4と大きくし、かつ各巻線組の巻数を順次変化させるなどして、巻線起因の特性を順次変化させることにより、トルク/速度特性をよりスムーズなもとすること、さらには、速度領域をより拡大することもできる。FIG. 2 is an example of characteristics when the first winding set that brings about low-speed large torque and the first winding set that brings about high-speed low torque are used in combination. In the figure, only the first winding set that provides low-speed large torque characteristics is used in the speed range of speed ω1 or less, and the first winding set and high-speed low torque that provide low-speed large torque characteristics in the speed range of speeds ω1 to ω2 are used. The characteristics when the second winding set which brings the characteristic is used together and only the second winding set which brings the high speed and low torque characteristic is used at the speed of ω2 or higher are schematically shown. As is clearly shown in the figure, the area (mesh) where high efficiency can be obtained is expanded over a wide range. FIG. 2 is an example of one characteristic when n = 2. By increasing n to 3 and 4 and sequentially changing the number of turns of each winding set to sequentially change the characteristics caused by windings, the torque / speed characteristics can be made smoother. , The speed range can be expanded further.
請求項1の発明によれば、交流電動機のn個の独立した三相巻線組におのおの異なる巻線起因の特性を持たせ、各巻線組単独でのトルク/速度特性を変更することができる。しかも、電力変換装置装置により、各巻線組に所要の三相電力を独立に供給できる。この結果、従前システムによる主要効果(駆動システムとしての耐故障性の確保、量産・規格化効果とこれによる廉価性の確保)を維持しつつ、広い速度範囲において、効率駆動を達成できると言う効果を得られる。According to the invention of
つづいて、請求項2の発明の効果を説明する。請求項2の発明によれば、電力変換装置を、相対的に小容量の三相電力変換器を複数個用いて構成できるようになる。この結果、電力変換装置の構成に際し、量産化の効果、規格化効果を高められ、ひいては製造コストを低減できると言う効果も高められるようになる。Next, the effect of the invention of
つづいて、請求項3の発明の効果を説明する。永久磁石形同期電動機、同期リラクタンス電動機等の通常の同期電動機においては、回転子に起因した界磁は、一定である。一定の界磁をもつ同期電動機において広範囲で高効率な駆動を行なうには、効率低下を引起す弱め磁束制御、弱め界磁制御が不可欠である。本発明によれば、請求項1の効果の説明で明らかにしたように、弱め磁束制御、弱め界磁制御を行なうことなく、高効率を維持した状態で弱め磁束制御、弱め界磁制御に類したトルク/速度特性を得ることができる。この結果、請求項3の発明によれば、請求項1の発明の効果の最も高いレベルで享受できるようになるという効果を得られる。なお、n=2は本効果を得る最小数であり、本発明によれば、通常の同期電動機の対して最小の巻線変更で、請求項1の効果を享受できるようになると言う効果も得ることができる。Next, the effect of the invention of claim 3 will be described. In a normal synchronous motor such as a permanent magnet type synchronous motor and a synchronous reluctance motor, the field caused by the rotor is constant. In order to drive a synchronous motor having a constant field with high efficiency over a wide range, weak magnetic flux control and weak field control that cause a decrease in efficiency are indispensable. According to the present invention, as clarified in the description of the effect of
請求項4の発明の効果は、請求項1の発明効果の説明において、例題として既に説明した。すなわち、広い速度範囲において、効率駆動を達成できると言う効果を得られる。The effect of the invention of claim 4 has already been described as an example in the description of the effect of the invention of
つづいて、請求項5の発明の効果を説明する。請求項5の発明によれば、第1巻線組と第2巻線組が、極対数を1とする空間においてあるいは極対数を2とする空間において、空間的位相差をもって交互に混在することになる。この結果、両巻線組が通電している場合には、互いの巻線組に起因したトルクリプルを相殺的に低減できると言う効果が得られる(実施形態例の図3、図4参照)。また、いずれかの巻線組のみに通電している場合には、空間的な観点においてトルクリプルの平均とゼロとすることができ、回転中の回転子の偏芯を避けることができると言う効果が得られる(実施形態例の図3、図4参照)、以上ように、請求項5の発明によれば、トルクリプルの低減、影響低下に関し、新たな好ましい効果を得ることができる。Next, the effect of the invention of claim 5 will be described. According to the invention of claim 5, the first winding set and the second winding set are alternately mixed with a spatial phase difference in the space where the number of pole pairs is 1 or in the space where the number of pole pairs is 2. become. As a result, when both winding sets are energized, the effect of canceling out torque ripple caused by the mutual winding sets can be obtained (see FIGS. 3 and 4 of the embodiment). Further, when only one of the winding sets is energized, the average torque ripple can be set to zero from a spatial point of view, and the eccentricity of the rotating rotor can be avoided. (See FIGS. 3 and 4 of the embodiment). As described above, according to the invention of claim 5, a new preferable effect can be obtained with respect to reduction of torque ripple and reduction of influence.
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.
交流電動機として、回転子に永久磁石を備えた三相永久磁石形同期電動機を選定し、請求項1〜5の全発明を用いた実施形態例を図3に示した。1は交流電動機(回転子、固定子を含む)を、1−1は交流電動機の回転子を、1−21は交流電動機固定子の第1巻線組を、1−22は交流電動機固定子の第2巻線組を、2は電力変換装置を、2−1は第1系統用電力変換器を、2−2は第2系統用電力変換器を、それぞれ示している。同図では、固定子の第1巻線組1−21と第2巻線組1−22との区別の明瞭化を図るべく、第1巻線組は太線で、第2巻線組は細線で表示している。As the AC motor, a three-phase permanent magnet type synchronous motor having a permanent magnet in the rotor was selected, and an example of an embodiment using all the inventions of
図3の実施形態例は、n=2の例である。請求項1の発明に従い、第1巻線組と第2巻線組は独立しており、中性点は連結されていない。図より明白なように、これら巻線組は三相巻線である。また、各巻線組には、個別に、異なった三相電力を供給できる電力変換装置が連結されている。さらには、第1巻線組と第2巻線組では、巻数等の相違により巻線起因の特性は異なっている。なお、システムの構成概要を示した同図では、巻線起因の特性の相違を、巻線を表現した線の太さで概念的に表現している。The embodiment of FIG. 3 is an example of n = 2. According to the invention of
図3の実施形態例におけるシステムは、請求項2の発明に従い、n=2に対応したn=2個の独立した電力変換器からなる電力変換装置を備えている。According to the invention of
図3の実施形態例におけるシステムは、交流電動機として、請求項3の発明に従い、n=2とした同期電動機(より具体的には永久磁石形同期電動機)としている。The system in the embodiment of FIG. 3 is a synchronous motor (more specifically, a permanent magnet type synchronous motor) in which n = 2 in accordance with the invention of claim 3 as an AC motor.
図3の実施形態例におけるシステムは、請求項4の発明に従い、n=2とした同期電動機(より具体的には永久磁石形同期電動機)おいて、特に、低速高トルク特性をもたらす第1巻線組を太線で、高速低トルクをもたらす第2巻線組を細線で表現している。The system according to the embodiment of FIG. 3 is a synchronous motor in which n = 2 (more specifically, a permanent magnet type synchronous motor) according to the invention of claim 4, and the first volume particularly provides low speed and high torque characteristics. The wire set is represented by a thick wire, and the second winding set that brings high speed and low torque is represented by a thin wire.
図3の実施形態例におけるシステムは、請求項5の発明に従い、n=2とした同期電動機(より具体的には永久磁石形同期電動機)おいて、特に、極対数NpをNp=2とする空間において、第1巻線組と第2巻線組は、π[rad]の空間的位相差をもつ混在・配置となっている。より具体的には、第1巻線組のu1相巻線と第2巻線組のu2相巻線は、π[rad]の空間的位相差をもっている。しかも、第1巻線組と第2巻線組は、各相巻線がu1、v2、w1、u2のように交互に混在する形で配置されている。In the system according to the embodiment of FIG. 3, in accordance with the invention of claim 5, in a synchronous motor having n = 2 (more specifically, a permanent magnet type synchronous motor), in particular, the pole pair number Np is set to Np = 2. In space, the first winding set and the second winding set are mixed and arranged with a spatial phase difference of π [rad]. More specifically, the u1 phase winding of the first winding set and the u2 phase winding of the second winding set have a spatial phase difference of π [rad]. Moreover, in the first winding set and the second winding set, the phase windings are arranged so as to be alternately mixed like u1, v2, w1, and u2.
交流電動機として、回転子に永久磁石を備えた六相永久磁石形同期電動機を選定し、請求項1〜5の全発明を用いた実施形態例を図4に示した。同図における、番号付き引出し線を用いて示した構成要素の意味は、図3の実施形態例と同一である。また、同図では、図3と同様に、固定子の第1巻線組1−21と第2巻線組1−22との区別の明瞭化を図るべく、第1巻線組は太線で、第2巻線組は細線で表示している。同図の実施形態例は、三相の同期電動機を扱った図3の実施形態例と異なり、六相の同期電動機を対象とした例である点には、特に注意を要する。As the AC motor, a six-phase permanent magnet type synchronous motor provided with a permanent magnet in the rotor was selected, and an example of an embodiment using all the inventions of
図4の実施形態例は、n=2の例である。請求項1の発明に従い、第1巻線組と第2巻線組は独立しており、中性点は連結されていない。図より明白なように、これら巻線組は三相巻線である。また、各巻線組には、個別に、異なった三相電力を供給できる電力変換装置が連結されている。さらには、第1巻線組と第2巻線組では、巻数等の相違により巻線起因の特性は異なっている。なお、システムの構成概要を示した同図では、巻線起因の特性の相違を、巻線を表現した線の太さで概念的に表現している。The embodiment of FIG. 4 is an example of n = 2. According to the invention of
図4の実施形態例におけるシステムは、請求項2の発明に従い、n=2に対応したn=2個の独立した電力変換器からなる電力変換装置を備えている。According to the invention of
図4の実施形態例におけるシステムは、交流電動機として、請求項3の発明に従い、n=2とした同期電動機(より具体的には永久磁石形同期電動機)としている。The system in the embodiment of FIG. 4 is a synchronous motor (more specifically, a permanent magnet type synchronous motor) in which n = 2 in accordance with the invention of claim 3 as an AC motor.
図4の実施形態例におけるシステムは、請求項4の発明に従い、n=2とした同期電動機(より具体的には永久磁石形同期電動機)おいて、特に、低速高トルク特性をもたらす高巻線数の第1巻線組を太線で、高速低トルクをもたらす低巻線数の第2巻線組を細線で表現している。According to the invention of claim 4, the system according to the embodiment of FIG. 4 is a synchronous motor in which n = 2 (more specifically, a permanent magnet type synchronous motor), and particularly, a high winding that provides low speed and high torque characteristics. The first winding set of the number is represented by a thick wire, and the second winding set of a low number of windings that brings high speed and low torque is represented by a thin line.
図4の実施形態例におけるシステムは、請求項5の発明に従い、n=2とした同期電動機(より具体的には永久磁石形同期電動機)おいて、特に、極対数NpをNp=1とする空間において、第1巻線組と第2巻線組は、θ12[rad]の空間的位相差をもつ混在・配置となっている。より具体的には、第1巻線組のu1相巻線と第2巻線組のu2相巻線は、θ12[rad]の空間的位相差をもっている。しかも、第1巻線組と第2巻線組は、各相巻線がu1、u2、v1、v2のように交互に混在する形で配置されている。なお、空間的位相差θ12の代表的値は、π/6[rad]、π/3[rad]である。In the system according to the embodiment of FIG. 4, according to the invention of claim 5, in a synchronous motor having n = 2 (more specifically, a permanent magnet type synchronous motor), in particular, the pole pair number Np is set to Np = 1. In space, the first winding set and the second winding set are mixed and arranged with a spatial phase difference of θ12 [rad]. More specifically, the u1 phase winding of the first winding set and the u2 phase winding of the second winding set have a spatial phase difference of θ12 [rad]. Moreover, the first winding set and the second winding set are arranged in such a manner that the phase windings are alternately mixed like u1, u2, v1, and v2. The typical values of the spatial phase difference θ12 are π / 6 [rad] and π / 3 [rad].
図3、図4を用いた実施形態例では、n=2とした例を示した。これまでの説明により当業者には容易に理解されるように、請求項1〜2の発明は、これに限定されるものでなく、nを2以上とする場合にも、問題なく適用される。なお、当業者には、図3の極対数Np=2、図4の極対数Np=1の実施形態例を参照することで、極対数NpをNp=3、4、5などに選定した場合の実施形態は容易に理解されるので、この説明は省略する。In the embodiment using FIGS. 3 and 4, an example in which n = 2 is shown. As will be easily understood by those skilled in the art by the above description, the inventions of
図3、図4を用いた実施形態例では、交流電動機として、回転子に永久磁石を有する永久磁石形同期電動機を用いた例を示した。請求項1、請求項2の発明は、これに限定されるものではなく、回転子に永久磁石に代わって界磁巻線を有する界磁巻線形同期電動機、さらには回転子に界磁を有しない同期リラクタンス電動機、誘導電動機などにも、適用される。この場合の実施形態例は、図3、図4と実質的な相違はない。このため、これ以上の説明は省略する。In the embodiment using FIGS. 3 and 4, an example in which a permanent magnet type synchronous motor having a permanent magnet in the rotor is used as the AC motor is shown. The inventions of
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(永久磁石形同期電動機、界磁巻線形同期電動機、同期リラクタンス電動機、誘導電動機など)、家電用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交流電動機の駆動システムに好適である。The present invention is represented by main drive motors (permanent magnet type synchronous motors, field winding type synchronous motors, synchronous relaxation motors, induction motors, etc.) of battery electric vehicles, fuel cell electric vehicles, hybrid electric vehicles, high-speed electric motors for home appliances, and the like. It is suitable for a drive system of an AC electric motor that requires efficient drive over a wide range.
1 交流電動機
1−1 交流電動機の回転子
1−21 交流電動機の固定子の第1巻線組
1−22 交流電動機の固定子の第2巻線組
2 電力変換装置
2−1 第1系統用電力変換器
2−2 第2系統用電力変換器1 AC motor 1-1 Rotor of AC motor 1-21 1st winding set of stator of AC motor 1-22 2nd winding set of stator of
Claims (4)
単一回転子とn個の独立した(ひいては互いに中性点結線のない)三相巻線を有する単一固定子とからなる同期電動機とn個の独立した三相巻線に、個別かつ同時に、非ゼロの異なった三相電流を供給できる電力変換装置とを有する極対数不変の同期電動機駆動システムであって、
該同期電動機のn個の独立した三相巻線の少なくとも1個が、他の独立した三相巻線と異なる巻線起因の特性を持つように、n個の独立した三相巻線を構成したことを特徴とする極対数不変の同期電動機駆動システム。When n is an integer of 2 or more,
Synchronous motor consisting of a single rotor and a single stator with n independent (and thus no neutral point connections to each other ) three-phase windings and n independent three-phase windings, individually and simultaneously In addition, a pole-to-number invariant synchronous motor drive system having a power converter capable of supplying different non-zero three-phase currents
The n independent three-phase windings are configured such that at least one of the n independent three-phase windings of the synchronous motor has winding-derived characteristics different from the other independent three-phase windings. A synchronous motor drive system with an invariant pole logarithmic feature.
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