JP7086358B1

JP7086358B1 - Motor device and how to drive the motor device

Info

Publication number: JP7086358B1
Application number: JP2021085732A
Authority: JP
Inventors: 昇新口; 勝弘平田; 一晶高原; 寛典鈴木; 望竹村
Original assignee: AHMotorlab
Current assignee: AHMotorlab
Priority date: 2021-05-20
Filing date: 2021-05-20
Publication date: 2022-06-20
Anticipated expiration: 2041-05-20
Also published as: JP2022178731A

Abstract

【課題】一つの回転子に２系統の三相巻線を備えるモータの各相を制御するスイッチが故障した場合にも、トルク低下を抑制して回転を継続することが可能なモータ装置およびモータ装置の駆動方法を提供する。【解決手段】回転軸を中心に回転可能に配置された回転子（１０）と、内周に複数のティース部（２２）が形成された固定子（２０）を有するモータ部と、モータ部に電力を供給するスイッチインバータ部と、スイッチインバータ部に含まれる各スイッチを制御するスイッチ制御部と、メカニカルリレーを制御するリレー制御部を備え、複数のティース部には第１系統の三相巻線と第２系統の三相巻線とが巻回されており、スイッチインバータ部から第１系統および第２系統の三相巻線に電流を供給し、リレー制御部は故障スイッチがある場合に該当列に接続された第１系統および第２系統のメカニカルリレーを解放するモータ装置。【選択図】図１PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor device and a motor capable of suppressing a decrease in torque and continuing rotation even when a switch for controlling each phase of a motor provided with two three-phase windings in one rotor fails. A method of driving the device is provided. SOLUTION: A motor unit having a rotator (10) rotatably arranged around a rotation axis, a stator (20) having a plurality of teeth portions (22) formed on the inner circumference, and a motor unit. It is equipped with a switch inverter unit that supplies power, a switch control unit that controls each switch included in the switch inverter unit, and a relay control unit that controls mechanical relays. And the three-phase winding of the second system are wound, current is supplied from the switch inverter part to the three-phase winding of the first system and the second system, and the relay control part corresponds to the case where there is a failure switch. A motor device that releases the mechanical relays of the first and second systems connected in a row. [Selection diagram] Fig. 1

Description

本発明は、モータ装置およびモータ装置の駆動方法に関し、特に２系統の三相巻線を備えるモータ装置およびモータ装置の駆動方法に関する。 The present invention relates to a motor device and a method for driving the motor device, and more particularly to a motor device having two three-phase windings and a method for driving the motor device.

従来から様々な技術分野において、交流の周波数を変化させることで回転数を制御でき、安定した回転数を得られる三相モータが動力源として用いられている。また、一つの回転子に対して２系統の三相巻線（コイル）を備えたモータ装置も提案されている（例えば特許文献１を参照）。 Conventionally, in various technical fields, a three-phase motor that can control the rotation speed by changing the frequency of alternating current and can obtain a stable rotation speed has been used as a power source. Further, a motor device provided with two systems of three-phase windings (coils) for one rotor has also been proposed (see, for example, Patent Document 1).

図１０は、従来から提案されている三相巻線を２系統備えたモータ装置の駆動回路を簡略化して示す回路図である。図１０に示すようにモータ装置は、第１系統の三相巻線としてＵ相コイルＵ１、Ｖ相コイルＶ１、Ｗ相コイルＷ１を有し、第２系統の三相巻線としてＵ相コイルＵ２、Ｖ相コイルＶ２、Ｗ相コイルＷ２を有している。また、電源電圧（＋Ｖ）と接地電圧（０Ｖ）の間に、上段スイッチと下段スイッチの直列接続が６列並列接続されており、各上段スイッチと下段スイッチの間が各相の巻線（コイル）の一端に接続されている。各相の巻線の他端は、中性点に接続されている。また、各相の巻線とインバータスイッチの間にはそれぞれリレーが接続されている。 FIG. 10 is a circuit diagram showing a simplified drive circuit of a motor device provided with two systems of three-phase windings, which has been conventionally proposed. As shown in FIG. 10, the motor device has a U-phase coil U1, a V-phase coil V1, and a W-phase coil W1 as the three-phase winding of the first system, and the U-phase coil U2 as the three-phase winding of the second system. , V-phase coil V2 and W-phase coil W2. Further, between the power supply voltage (+ V) and the ground voltage (0V), the series connection of the upper switch and the lower switch is connected in parallel in 6 rows, and the winding (coil) of each phase is connected between each upper switch and the lower switch. ) Is connected to one end. The other end of the winding of each phase is connected to the neutral point. Further, a relay is connected between the winding of each phase and the inverter switch.

図１０に示したモータ装置の駆動回路では、１２個のスイッチを用いた６相インバータが構成されており、各相がＨｉｇｈ信号の場合には上段スイッチをオンにして下段スイッチをオフにし、各相がＬｏｗ信号の場合には上段スイッチをオフにして下段スイッチをオンにする制御が行われる。ここで、Ｈｉｇｈ信号時には電源電圧から上段スイッチを経て各巻線および中性点に電流が供給される。また、Ｌｏｗ信号時には中性点から各巻線および下段スイッチを経て接地電圧に電流が流れる。これにより、２系統の三相巻線でそれぞれ三相交流によるモータ装置の駆動制御を行うことができる。 In the drive circuit of the motor device shown in FIG. 10, a 6-phase inverter using 12 switches is configured. When each phase is a High signal, the upper switch is turned on and the lower switch is turned off. When the phase is a Low signal, control is performed to turn off the upper switch and turn on the lower switch. Here, at the time of a high signal, a current is supplied from the power supply voltage to each winding and the neutral point via the upper switch. Further, at the time of the Low signal, a current flows from the neutral point to the ground voltage via each winding and the lower switch. As a result, it is possible to control the drive of the motor device by three-phase alternating current in each of the two systems of three-phase windings.

図１０に示した例では、６相インバータに含まれるスイッチの何れか一つが故障した場合であっても、故障スイッチが含まれる系統の各相に接続されたリレーを開放することで、故障スイッチが含まれる系統全体を切り離し、残りの系統の三相巻線で回転子の回転を継続することができる。一例としては、図１０中のＵ１相の上段スイッチがオープン故障、ショート故障、地絡故障などの故障スイッチである場合には、Ｕ１相、Ｖ１相およびＷ１相に接続された３つのリレーを開放して第１系統の三相巻線を切り離し、Ｕ２相、Ｖ２相およびＷ２層の第２系統の三相巻線で回転を継続する。 In the example shown in FIG. 10, even if any one of the switches included in the 6-phase inverter fails, the failure switch is opened by opening the relay connected to each phase of the system including the failure switch. The entire system containing the above can be separated and the rotation of the rotor can be continued with the three-phase windings of the remaining system. As an example, when the upper switch of the U1 phase in FIG. 10 is a failure switch such as an open failure, a short circuit failure, or a ground fault, the three relays connected to the U1 phase, the V1 phase, and the W1 phase are opened. Then, the three-phase winding of the first system is disconnected, and the rotation is continued with the three-phase winding of the second system of the U2 phase, the V2 phase and the W2 layer.

特開２０２０－１６２３３３号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2020-162333

図１０に示した従来のモータ装置では、各インバータで２系統の三相巻線の各々を個別に制御できるため、複雑な回転制御を行うことができるが、６相のインバータを用いるため１２個のスイッチが必要であり、回路に含まれるスイッチ数が増加してしまう。駆動回路に搭載されるスイッチ数が増加すると、回路の搭載面積の増大や、発熱量の増加、コストの増加などの問題が生じるうえに、回路全体でのスイッチ故障の発生確率が増加するという問題があった。また、一つの相に含まれるスイッチが故障しただけで１系統の三相巻線による回転に切り替えるため、故障していない残りの５相を有効に活用できずトルクの低下幅が大きいという問題があった。 In the conventional motor device shown in FIG. 10, since each of the two systems of three-phase windings can be individually controlled by each inverter, complicated rotation control can be performed, but since a 6-phase inverter is used, 12 pieces are used. Switch is required, and the number of switches included in the circuit increases. When the number of switches mounted on the drive circuit increases, problems such as an increase in the mounting area of the circuit, an increase in heat generation, and an increase in cost occur, and the probability of switch failure in the entire circuit increases. was there. In addition, since the switch included in one phase is switched to rotation by one system of three-phase winding only if it fails, there is a problem that the remaining five phases that have not failed cannot be effectively used and the torque drop is large. there were.

そこで本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、一つの回転子に２系統の三相巻線を備えるモータの各相を制御するスイッチが故障した場合にも、トルク低下を抑制して回転を継続することが可能なモータ装置およびモータ装置の駆動方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and even if a switch for controlling each phase of a motor having two three-phase windings on one rotor fails, the torque is reduced. It is an object of the present invention to provide a motor device capable of suppressing and continuing rotation, and a method for driving the motor device.

上記課題を解決するために、本発明のモータ装置は、回転軸を中心に回転可能に配置された回転子と、内周に複数のティース部が形成された固定子を有するモータ部と、前記モータ部に電力を供給するスイッチインバータ部と、前記スイッチインバータ部に含まれる各スイッチを制御するスイッチ制御部とを備えるモータ装置であって、前記複数のティース部には、Ｕ１相、Ｖ１相およびＷ１相からなる第１系統の三相巻線と、Ｕ２相、Ｖ２相およびＷ２相からなる第２系統の三相巻線とが巻回されており、前記スイッチインバータ部は、第１電位と第２電位の間にＵ列スイッチ群、Ｖ列スイッチ群およびＷ列スイッチ群が並列に接続され、前記Ｕ列スイッチ群に前記Ｕ１相および前記Ｕ２相が接続され、前記Ｖ列スイッチ群に前記Ｖ１相および前記Ｖ２相が接続され、前記Ｗ列スイッチ群に前記Ｗ１相および前記Ｗ２相が接続され、前記第１系統と前記第２系統では、誘起電圧の位相が異なり、前記スイッチインバータ部と、前記Ｕ１相、前記Ｖ１相、前記Ｗ１相、前記Ｕ２相、前記Ｖ２相および前記Ｗ２相との間には、それぞれＵ１メカニカルリレー、Ｖ１メカニカルリレー、Ｗ１メカニカルリレー、Ｕ２メカニカルリレー、Ｖ２メカニカルリレー、およびＷ２メカニカルリレーが接続されており、前記各メカニカルリレーを制御するリレー制御部を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the motor device of the present invention includes a motor unit having a rotator rotatably arranged around a rotation axis, a stator having a plurality of teeth portions formed on the inner circumference thereof, and a motor unit. A motor device including a switch inverter unit that supplies electric power to the motor unit and a switch control unit that controls each switch included in the switch inverter unit. The plurality of teeth units include a U1 phase, a V1 phase, and a switch control unit. The three-phase winding of the first system composed of the W1 phase and the three-phase winding of the second system consisting of the U2 phase, the V2 phase and the W2 phase are wound, and the switch inverter portion has the first potential. The U-row switch group, the V-row switch group, and the W-row switch group are connected in parallel between the second potentials, the U1 phase and the U2 phase are connected to the U-row switch group, and the V-row switch group is connected to the U-row switch group. The V1 phase and the V2 phase are connected, and the W1 phase and the W2 phase are connected to the W row switch group. Between the U1 phase, the V1 phase, the W1 phase, the U2 phase, the V2 phase and the W2 phase, respectively, a U1 mechanical relay, a V1 mechanical relay, a W1 mechanical relay, a U2 mechanical relay, and a V2 mechanical relay. , And a W2 mechanical relay are connected to each other, and a relay control unit for controlling each of the mechanical relays is provided.

このような本発明のモータ装置では、スイッチインバータ部と２系統の三相巻線との間に接続されたメカニカルリレーをリレー制御部が制御することで、スイッチに故障が発生した場合でも、トルク低下を抑制して残りの相で回転を継続することが可能となる。 In such a motor device of the present invention, the relay control unit controls the mechanical relay connected between the switch inverter unit and the two-system three-phase winding, so that even if a switch failure occurs, the torque is torqued. It is possible to suppress the decrease and continue the rotation in the remaining phases.

また、本発明の一態様では、前記Ｕ列スイッチ群は、前記第１電位から順にＵ列上段スイッチ、Ｕ列中段スイッチおよびＵ列下段スイッチが直列接続され、前記Ｖ列スイッチ群は、前記第１電位から順にＶ列上段スイッチ、Ｖ列中段スイッチおよびＶ列下段スイッチが直列接続され、前記Ｗ列スイッチ群は、前記第１電位から順にＷ列上段スイッチ、Ｗ列中段スイッチおよびＷ列下段スイッチが直列接続され、前記Ｕ列上段スイッチと前記Ｕ列中段スイッチの間に前記Ｕ１相が接続され、前記Ｕ列中段スイッチと前記Ｕ列下段スイッチの間に前記Ｕ２相が接続され、前記Ｖ列上段スイッチと前記Ｖ列中段スイッチの間に前記Ｖ１相が接続され、前記Ｖ列中段スイッチと前記Ｖ列下段スイッチの間に前記Ｖ２相が接続され、前記Ｗ列上段スイッチと前記Ｗ列中段スイッチの間に前記Ｗ１相が接続され、前記Ｗ列中段スイッチと前記Ｗ列下段スイッチの間に前記Ｗ２相が接続されている。 Further, in one aspect of the present invention, the U-row switch group is connected in series with the U-row upper switch, the U-row middle switch, and the U-row lower switch in order from the first potential, and the V-row switch group is the first. The V-row upper switch, the V-row middle switch, and the V-row lower switch are connected in series in order from the first potential, and the W-row switch group includes the W-row upper switch, the W-row middle switch, and the W-row lower switch in order from the first potential. Are connected in series, the U1 phase is connected between the U row upper switch and the U row middle switch, the U2 phase is connected between the U row middle switch and the U row lower switch, and the V row is connected. The V1 phase is connected between the upper switch and the V row middle switch, the V2 phase is connected between the V row middle switch and the V row lower switch, and the W row upper switch and the W row middle switch. The W1 phase is connected between the two, and the W2 phase is connected between the W row middle stage switch and the W row lower stage switch.

また、本発明の一態様では、前記スイッチインバータ部に正常動作しない故障スイッチが含まれる場合には、前記リレー制御部は、前記第１系統および前記第２系統における前記故障スイッチに対応する相に接続されたメカニカルリレーを開放する。 Further, in one aspect of the present invention, when the switch inverter unit includes a failure switch that does not operate normally, the relay control unit is in a phase corresponding to the failure switch in the first system and the second system. Release the connected mechanical relay.

また、本発明の一態様では、前記スイッチ制御部は、信号波と搬送波の比較によりパルス信号を生成し、前記各スイッチをＰＷＭ（ＰｕｌｔｈＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調制御する。 Further, in one aspect of the present invention, the switch control unit generates a pulse signal by comparing a signal wave and a carrier wave, and controls each of the switches by PWM (Pulse Width Modulation) modulation control.

また、本発明の一態様では、前記スイッチインバータ部に正常動作しない故障スイッチが含まれる場合には、前記信号波は、前記第１系統と前記第２系統とで位相が異なり、振幅が互いにオフセットされている。 Further, in one aspect of the present invention, when the switch inverter unit includes a faulty switch that does not operate normally, the signal wave has a different phase between the first system and the second system, and the amplitudes are offset from each other. Has been done.

また、本発明の一態様では、前記スイッチインバータ部に正常動作しない故障スイッチが含まれない場合には、前記信号波は、前記第１系統と前記第２系統とで振幅および位相が同じである。 Further, in one aspect of the present invention, when the switch inverter unit does not include a faulty switch that does not operate normally, the signal wave has the same amplitude and phase in the first system and the second system. ..

また、本発明の一態様では、前記三相巻線は、前記ティース部の複数にまとめて巻回された分布巻きとして構成されている。 Further, in one aspect of the present invention, the three-phase winding is configured as a distributed winding wound in a plurality of the teeth portions.

また、本発明の一態様では、前記三相巻線は、個々の前記ティース部に巻回された集中巻きとして構成されている。 Further, in one aspect of the present invention, the three-phase winding is configured as a concentrated winding wound around each of the teeth portions.

また、上記課題を解決するために、本発明のモータ装置の駆動方法は、一つの回転子に対して第１系統および第２系統の三相巻線を備え、インバータスイッチ部からの出力により回転するモータ装置の駆動方法であって、前記インバータスイッチ部の故障スイッチを検出する故障検出工程と、前記故障スイッチの検出結果に応じて、前記第１系統および前記第２系統の三相巻線と前記スイッチインバータ部の間に接続されたメカニカルリレーを制御するリレー制御工程と、前記第１系統および前記第２系統の各相における電流値を取得する電流値取得工程と、前記各相の前記電流値に基づいて、前記第１系統に対する第１指令電圧および前記第２系統に対する第２指令電圧を算出する指令電圧算出工程と、搬送波の電圧と、前記第１指令電圧および前記第２指令電圧を比較して、前記第１系統と前記第２系統についてのゲート信号を決定するゲート信号決定工程と、前記ゲート信号に基づいて前記インバータスイッチ部のオン信号／オフ信号を決定するインバータスイッチ制御工程と、を備えることを特徴とする。 Further, in order to solve the above problems, the driving method of the motor device of the present invention includes three-phase windings of the first system and the second system for one rotor, and is rotated by the output from the inverter switch unit. This is a method of driving the motor device, the failure detection step of detecting the failure switch of the inverter switch unit, and the three-phase winding of the first system and the second system according to the detection result of the failure switch. A relay control step for controlling a mechanical relay connected between the switch inverter units, a current value acquisition step for acquiring current values in each phase of the first system and the second system, and the current in each phase. A command voltage calculation step for calculating a first command voltage for the first system and a second command voltage for the second system based on the values, a carrier voltage, the first command voltage, and the second command voltage. By comparison, a gate signal determination step of determining the gate signal for the first system and the second system, and an inverter switch control step of determining an on signal / off signal of the inverter switch unit based on the gate signal. , Is characterized by the provision of.

本発明では、一つの回転子に２系統の三相巻線を備えるモータの各相を制御するスイッチが故障した場合にも、トルク低下を抑制して回転を継続することが可能なモータ装置およびモータ装置の駆動方法を提供することができる。 In the present invention, a motor device capable of suppressing a decrease in torque and continuing rotation even when a switch for controlling each phase of a motor having two three-phase windings in one rotor fails. A method of driving a motor device can be provided.

第１実施形態に係るモータ装置の概要を示す図であり、図１（ａ）はスイッチインバータ部の構成を示す回路図であり、図１（ｂ）はモータ部の構造例を示す模式図である。It is a figure which shows the outline of the motor apparatus which concerns on 1st Embodiment, FIG. 1 (a) is a circuit diagram which shows the structure of a switch inverter part, and FIG. 1 (b) is a schematic diagram which shows the structural example of a motor part. be. 正常時にモータ装置の駆動を制御する方法について説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the method of controlling the drive of a motor device in a normal state. 故障時のスイッチインバータ部の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the switch inverter part at the time of failure. 故障時にモータ装置の駆動を制御する方法について説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the method of controlling the drive of a motor device at the time of a failure. 故障時制御におけるＶ１相とＶ２相の信号波と搬送波について説明するグラフであり、図５（ａ）はＶ１相を示し、図５（ｂ）はＶ２相を示し、図５（ｃ）はＶ１相とＶ２相を重ね合わせた結果を示している。It is a graph explaining the signal wave and the carrier wave of V1 phase and V2 phase in failure time control, FIG. 5A shows the V1 phase, FIG. 5B shows the V2 phase, and FIG. 5C shows V1. The result of superimposing the phase and the V2 phase is shown. 故障時制御における信号波と搬送波の比較結果を示すグラフであり、図６（ａ）はＶ１相とＶ２相の信号波および搬送波の波形を示し、図６（ｂ）はＶ１相の比較結果を示し、図６（ｃ）はＶ２相の比較結果を示している。It is a graph which shows the comparison result of a signal wave and a carrier wave in the time control at the time of failure, FIG. 6 (a) shows the signal wave of V1 phase and V2 phase, and the waveform of a carrier wave, and FIG. Shown, FIG. 6 (c) shows the comparison result of the V2 phase. 第１実施形態に係るモータ部の動作シミュレーションに用いる検証モデルを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the verification model used for the operation simulation of the motor part which concerns on 1st Embodiment. 正常時制御のシミュレーション結果を示すグラフであり、図８（ａ）はトルク波形を示し、図８（ｂ）はｄ，ｑ軸電流波形を示し、図８（ｃ）は相電流波形を示している。It is a graph which shows the simulation result of a normal state control, FIG. 8 (a) shows a torque waveform, FIG. 8 (b) shows a d, q-axis current waveform, and FIG. 8 (c) shows a phase current waveform. There is. 故障時制御のシミュレーション結果を示すグラフであり、図９（ａ）はトルク波形を示し、図９（ｂ）はｄ，ｑ軸電流波形を示し、図９（ｃ）は相電流波形を示している。9 (a) shows a torque waveform, FIG. 9 (b) shows a d and q-axis current waveform, and FIG. 9 (c) shows a phase current waveform. There is. 従来から提案されている三相巻線を２系統備えたモータ装置の駆動回路を簡略化して示す回路図である。It is a circuit diagram which simplifies the drive circuit of the motor apparatus which provided two systems of three-phase windings which have been proposed conventionally.

（第１実施形態）
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。図１は、本実施形態に係るモータ装置の概要を示す図であり、図１（ａ）はスイッチインバータ部の構成を示す回路図であり、図１（ｂ）はモータ部の構造例を示す模式図である。 (First Embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings shall be designated by the same reference numerals, and duplicate description thereof will be omitted as appropriate. 1A and 1B are diagrams showing an outline of a motor device according to the present embodiment, FIG. 1A is a circuit diagram showing a configuration of a switch inverter section, and FIG. 1B shows a structural example of the motor section. It is a schematic diagram.

図１（ａ）に示すように、本実施形態のスイッチインバータ部は、電源電圧（＋Ｖ）と接地電圧（０Ｖ）の間に３つのスイッチ群（Ｕ列スイッチ群、Ｖ列スイッチ群、Ｗ列スイッチ群）が並列に接続されている。各スイッチ群には、３つのスイッチが含まれて直列接続されており、合計９個のスイッチでスイッチインバータ部が構成されている。また、三相交流で駆動されるモータ部は、Ｕ１相、Ｖ１相、Ｗ１相の３つの巻線（コイル）で構成される第１系統の三相巻線と、Ｕ２相、Ｖ２相、Ｗ２相の３つの巻線で構成される第２系統の三相巻線を備えている。また、各スイッチはスイッチ制御部（図示省略）によって動作が制御される。また、スイッチの故障を検出する故障検出部（図示省略）を別途備えており、故障検出部はスイッチ制御部からの制御信号と実際の各スイッチの動作を比較して、各スイッチの正常動作、オープン故障、ショート故障、地絡故障を判別する。 As shown in FIG. 1A, the switch inverter section of the present embodiment has three switch groups (U row switch group, V row switch group, W row) between the power supply voltage (+ V) and the ground voltage (0V). Switches) are connected in parallel. Each switch group includes three switches and is connected in series, and a switch inverter unit is composed of a total of nine switches. In addition, the motor unit driven by three-phase alternating current includes the three-phase winding of the first system composed of three windings (coils) of U1 phase, V1 phase, and W1 phase, and the U2 phase, V2 phase, and W2. It has a second system of three-phase windings composed of three phases of windings. The operation of each switch is controlled by a switch control unit (not shown). In addition, a failure detection unit (not shown) that detects switch failures is provided separately, and the failure detection unit compares the control signal from the switch control unit with the actual operation of each switch, and the normal operation of each switch. Determine open failure, short failure, and ground fault failure.

Ｕ列スイッチ群には、電源電圧側から順にＵ列上段スイッチＵｕと、Ｕ列中段スイッチＵｍと、Ｕ列下段スイッチＵｌとが直列接続されている。また、Ｕ列上段スイッチＵｕとＵ列中段スイッチＵｍの間がＵ１メカニカルリレーＲｙｕ１を介してＵ１相の一端に接続されている。また、Ｕ列中段スイッチＵｍとＵ列下段スイッチＵｌの間がＵ２メカニカルリレーＲｙ_ｕ２を介してＵ２相の一端に接続されている。 In the U-row switch group, the U-row upper switch Uu, the U-row middle switch Um, and the U-row lower switch Ul are connected in series in order from the power supply voltage side. Further, between the U row upper stage switch Uu and the U row middle stage switch Um is connected to one end of the U1 phase via the U1 mechanical relay Ryu1. Further, between the U row middle stage switch Um and the U row lower stage switch Ul is connected to one end of the U2 phase via the U2 mechanical relay Ry _u2 .

Ｖ列スイッチ群には、電源電圧側から順にＶ列上段スイッチＶｕと、Ｖ列中段スイッチＶｍと、Ｖ列下段スイッチＶｌとが直列接続されている。また、Ｖ列上段スイッチＶｕとＶ列中段スイッチＶｍの間がＶ１メカニカルリレーＲｙ_ｖ１を介してＶ１相の一端に接続されている。また、Ｖ列中段スイッチＶｍとＶ列下段スイッチＶｌの間がＶ２メカニカルリレーＲｙ_ｖ２を介してＶ２相の一端に接続されている。 In the V-row switch group, the V-row upper switch Vu, the V-row middle switch Vm, and the V-row lower switch Vl are connected in series in order from the power supply voltage side. Further, between the V row upper switch Vu and the V row middle switch Vm is connected to one end of the V1 phase via the V1 mechanical relay Ry _v1 . Further, between the V row middle stage switch Vm and the V row lower stage switch Vl is connected to one end of the V2 phase via the V2 mechanical relay Ry _v2 .

Ｗ列スイッチ群には，電源電圧側から順にＷ列上段スイッチＷｕと、Ｗ列中段スイッチＷｍと、Ｗ列下段スイッチＷｌとが直列接続されている。また、Ｗ列上段スイッチＷｕとＷ列中段スイッチＷｍの間がＷ１メカニカルリレーＲｙ_ｗ１を介してＷ１相の一端に接続されている。また、Ｗ列中段スイッチＷｍとＷ列下段スイッチＷｌの間がＷ２メカニカルリレーＲｙ_ｗ２を介してＷ２相の一端に接続されている。 In the W row switch group, the W row upper switch Wu, the W row middle switch Wm, and the W row lower switch Wl are connected in series in order from the power supply voltage side. Further, between the W row upper stage switch Wu and the W row middle stage switch Wm is connected to one end of the W1 phase via the W1 mechanical relay Ry _w1 . Further, between the W row middle stage switch Wm and the W row lower stage switch Wl is connected to one end of the W2 phase via the W2 mechanical relay Ry _w2 .

また、第１系統の三相巻線であるＵ１相とＶ１相とＷ１相の他端は共通の中性点に接続され、第２系統の三相巻線であるＵ２相とＶ２相とＷ２相の他端は共通の中性点に接続されている。図１（ａ）に示したように、スイッチインバータ部の各スイッチ間を２系統の三相巻線に接続することで、スイッチ制御部で９個のスイッチを制御、Ｕ１相、Ｖ１相、Ｗ１相、Ｕ２相、Ｖ２相およびＷ２相の合計６相を制御することができる。 Further, the other ends of the U1 phase, the V1 phase and the W1 phase, which are the three-phase windings of the first system, are connected to a common neutral point, and the U2 phase, the V2 phase and the W2, which are the three-phase windings of the second system, are connected. The other end of the phase is connected to a common neutral point. As shown in FIG. 1A, by connecting each switch of the switch inverter section to two three-phase windings, the switch control section controls nine switches, U1 phase, V1 phase, and W1. A total of 6 phases of phase, U2 phase, V2 phase and W2 phase can be controlled.

Ｕ１メカニカルリレーＲｙ_ｕ１、Ｕ２メカニカルリレーＲｙ_ｕ２、Ｖ１メカニカルリレーＲｙ_ｖ１、Ｖ２メカニカルリレーＲｙ_ｖ２、Ｗ１メカニカルリレーＲｙ_ｗ１およびＷ２メカニカルリレーＲｙ_ｗ２は、電気信号により接点が機械的に開閉動作されて、閉成時に電流を導通し、開放時に電流を遮断する電子部品である。各メカニカルリレーは後述するようにリレー制御部によって開閉動作が制御される。 The contacts of the U1 mechanical relay Ry _{u1, the} U2 mechanical relay Ry _u2 , the V1 mechanical relay Ry _{v1, the} V2 mechanical relay Ry _v2 , the W1 mechanical relay Ry _w1 and the W2 mechanical relay Ry _w2 are mechanically opened and closed by an electric signal. It is an electronic component that conducts current when closed and cuts off current when opened. The opening / closing operation of each mechanical relay is controlled by the relay control unit as described later.

図１（ｂ）に示すように、モータ部は回転子（ロータ）１０と、回転子１０の周囲に配置された固定子（ステータ）２０を備えている。また、回転子１０には、外周に沿って磁石のＮ極１１ＮとＳ極１１Ｓが複数交互に配置されている。また固定子２０は、コアバック部２１と複数のティース部２２を備えている。図１（ｂ）は回転軸を中心にモータ部を４分割し、一部のみ構造を抽出して模式的に示すものであり、角度や長さは実際のモータとは一致していない。 As shown in FIG. 1 (b), the motor unit includes a rotor (rotor) 10 and a stator (stator) 20 arranged around the rotor 10. Further, on the rotor 10, a plurality of N poles 11N and S poles 11S of magnets are alternately arranged along the outer circumference. Further, the stator 20 includes a core back portion 21 and a plurality of teeth portions 22. FIG. 1B shows a schematic diagram in which the motor portion is divided into four parts around the rotation axis and only a part of the structure is extracted, and the angles and lengths do not match those of the actual motor.

コアバック部２１は、回転子１０の外側に回転子１０の外周を円周状に取り囲むように配置された部分であり、内周に複数のティース部２２が等間隔に突出して形成されている。コアバック部２１には公知のものを用いることができ、構成する材料や構造は限定されない。また、コアバック部２１よりも外周には別途モータハウジング等の部材が設けられている。 The core back portion 21 is a portion arranged on the outer side of the rotor 10 so as to surround the outer circumference of the rotor 10 in a circumferential shape, and a plurality of tooth portions 22 are formed on the inner circumference so as to project at equal intervals. .. A known material can be used for the core back portion 21, and the constituent materials and structures are not limited. Further, a member such as a motor housing is separately provided on the outer periphery of the core back portion 21.

ティース部２２は、コアバック部２１の内周面から回転子１０に向かって突出して形成された突起状部分であり、各ティース部２２は同じ長さと形状で形成されるとともに等間隔に配置されており、各ティース部２２の間には間隔が設けられてスロットを構成している。各ティース部２２およびスロットには、巻線が巻回されてコイルが構成されて、巻線に電流が流れることでティース部２２に磁界が発生する。 The teeth portion 22 is a protruding portion formed so as to project from the inner peripheral surface of the core back portion 21 toward the rotor 10, and the teeth portions 22 are formed with the same length and shape and are arranged at equal intervals. A space is provided between the teeth portions 22 to form a slot. A winding is wound around each tooth portion 22 and the slot to form a coil, and a current flows through the winding to generate a magnetic field in the tooth portion 22.

図１（ｂ）に示した例では、モータ部は１０極６０スロットの分布巻きとして構成されており、Ｕ１＋からＵ１－まで、Ｕ２＋からＵ２－まで、Ｖ１＋からＶ１－まで、Ｖ２＋からＶ２－まで、Ｗ１＋からＷ１－まで、およびＷ２＋からＷ２－までの複数のティース部２２が一括して巻線が巻回されており、それぞれの巻線がＵ１相、Ｕ２相、Ｖ１相、Ｖ２相、Ｗ１相およびＷ２相を構成している。 In the example shown in FIG. 1 (b), the motor unit is configured as a distributed winding of 10 poles and 60 slots, from U1 + to U1-, from U2 + to U2-, from V1 + to V1-, and from V2 + to V2-. , W1 + to W1-, and a plurality of teeth portions 22 from W2 + to W2- are wound together, and each winding is U1 phase, U2 phase, V1 phase, V2 phase, W1. It constitutes a phase and a W2 phase.

図１（ｂ）に示すように、Ｕ１相、Ｖ１相およびＷ１相は、それぞれ１／３周期の差で配置されており第１系統の三相巻線を構成している。同様に、Ｕ２相、Ｖ２相およびＷ２相も、それぞれ１／３周期の差で配置されており第２系統の三相巻線を構成している。また、第１系統と第２系統の三相巻線は、誘起電圧の位相が１／１２周期だけ異なっており、第１系統よりも第２系統のほうが回転子１０の回転方向における下流に位置するように構成されている。図１（ｂ）では１０極６０スロットの例を示したが、第１系統と第２系統で誘起電圧の位相が異なっていれば、極数およびスロット数は限定されない。また、ティース部２２への各相の巻回方法も分布巻きに限定されず集中巻きであってもよい。 As shown in FIG. 1 (b), the U1 phase, the V1 phase, and the W1 phase are arranged with a difference of 1/3 period, respectively, and form a three-phase winding of the first system. Similarly, the U2 phase, the V2 phase, and the W2 phase are also arranged with a difference of 1/3 period, respectively, and form a three-phase winding of the second system. Further, the three-phase windings of the first system and the second system differ in the phase of the induced voltage by 1/12 cycle, and the second system is located downstream in the rotation direction of the rotor 10 than the first system. It is configured to do. Although FIG. 1B shows an example of 10 poles and 60 slots, the number of poles and the number of slots are not limited as long as the phases of the induced voltages are different between the first system and the second system. Further, the winding method of each phase around the teeth portion 22 is not limited to the distributed winding, and may be a concentrated winding.

次に、モータ装置の制御方法について説明する。はじめに、スイッチ制御部から各スイッチにオン信号およびオフ信号を送出するとともに、回路各部の電位または電流を測定し、各スイッチが正常動作するか故障しているかを検出する（故障検出工程）。ここで正常動作時とは、スイッチインバータ部に含まれるスイッチが全て正常に制御可能であり、ショート故障、オープン故障、地絡故障のいずれでもないことを意味している。スイッチの故障モードのうちショート故障は常時導通する故障であり、オープン故障は常時開放する故障であり、地絡故障は常時接地電位になる故障である。故障検出工程は、通常動作とは別に実行するとしてもよく、モータ装置の通常の駆動制御時に並行して行うとしてもよい。リレー制御部は、故障検出部が検出したスイッチインバータ部の状態に応じて、正常時動作と故障時動作を切り替えて、各リレーの閉成と開放を制御する。 Next, the control method of the motor device will be described. First, the switch control unit sends an on signal and an off signal to each switch, and measures the potential or current of each circuit unit to detect whether each switch operates normally or fails (fault detection step). Here, the term "normal operation" means that all the switches included in the switch inverter unit can be controlled normally, and that there is no short-circuit failure, open failure, or ground fault failure. Of the failure modes of the switch, a short failure is a failure that is always conductive, an open failure is a failure that is always open, and a ground fault failure is a failure that always has a ground potential. The failure detection step may be performed separately from the normal operation, or may be performed in parallel with the normal drive control of the motor device. The relay control unit switches between normal operation and failure operation according to the state of the switch inverter unit detected by the failure detection unit, and controls the closing and opening of each relay.

（正常時制御）
故障検出部が故障スイッチを発見しない場合には、リレー制御部は正常時制御を実行して、図１（ａ）に示したように、全てのリレーが閉成されて２系統の三相巻線の全ての相を用いて回転動作が行われる。 (Normal control)
If the failure detector does not find the failure switch, the relay control unit executes normal control, and as shown in FIG. 1 (a), all relays are closed and two systems of three-phase winding are performed. A rotation operation is performed using all phases of the wire.

図２は、正常時にモータ装置の駆動を制御する方法について説明する模式図である。図２に示したように、モータ装置の正常時制御にでは、モータ部のＵ１相、Ｖ１相、Ｗ１相、Ｕ２相、Ｖ２相およびＷ２相を流れる駆動電流（相電流）ｉ_ｕ１，ｉ_ｖ１，ｉ_ｗ１，ｉ_ｕ２，ｉ_ｖ２およびｉ_ｗ２をそれぞれモニターする（電流値取得工程）。得られた各駆動電流から第１系統と第２系統の平均の相電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗを求め、さらに三相ｄｑ変換を行って回転座標系に変換し電流ｉ_ｄ，ｉ_ｑを求める。 FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a method of controlling the drive of a motor device in a normal state. As shown in FIG. 2, in the normal control of the motor device, the drive current (phase current) i _u1 , i _v1 flowing through the U1 phase, V1 phase, W1 phase, U2 phase, V2 phase and W2 phase of the motor unit is performed. , I _w1 , i _u2 , i _v2 and i _{w 2} respectively (current value acquisition step). From each of the obtained drive currents, the average phase currents i _u , _iv , i _w of the first system and the second system are obtained, and further three-phase dq conversion is performed to convert them into a rotating coordinate system, and the currents i _d , i _q . Ask for.

次に、得られた電流ｉ_ｄ，ｉ_ｑを入力値としてＰＩ制御を行い、電流制御または回転速度制御のために電圧値ｖ_ｄ ^＊，ｖ_ｑ ^＊を得る。得られた電圧値ｖ_ｄ ^＊，ｖ_ｑ ^＊は回転座標系であるため、三相逆ｄｑ変換を行って、指令電圧ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊を得る。また、第１系統の指令電圧ｖ_ｕ１ ^＊，ｖ_ｖ１ ^＊，ｖ_ｗ１ ^＊と第２系統の指令電圧ｖ_ｕ２ ^＊，ｖ_ｖ２ ^＊，ｖ_ｗ２ ^＊をｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊に設定する。得られた第１系統の指令電圧ｖ_ｕ１ ^＊，ｖ_ｖ１ ^＊，ｖ_ｗ１ ^＊および第２系統の指令電圧ｖ_ｕ２ ^＊，ｖ_ｖ２ ^＊，ｖ_ｗ２ ^＊は、それぞれ周期的に変化するＵ１相、Ｖ１相、Ｗ１相、Ｕ２相、Ｖ２相およびＷ２相の信号波となる（指令電圧算出工程）。 Next, PI control is performed using the obtained currents id and i _q as input values, and voltage values _{v d} _* ^and v _q ^* are obtained for current control or rotation speed control. Since the obtained voltage values v _d ^* and v _q ^* are rotating coordinate systems, three-phase inverse dq conversion is performed to obtain command voltages v _u ^* , v _v ^* , and v _w ^* . In addition, the command voltage v _u1 ^* , v _v1 ^* , v _w1 ^* of the first system and the command voltage v _u2 ^* , v _v2 ^* , v _w2 ^* of the second system are changed to v _u ^* , v _v ^* , v _w ^* . Set. The obtained command voltages v _u1 ^* , v _v1 ^* , v _w1 ^* of the first system and the command voltages v _u2 ^* , v _v2 ^* , v _w2 ^* of the second system are the U1 phase and V1 that change periodically, respectively. It becomes a signal wave of a phase, a W1 phase, a U2 phase, a V2 phase, and a W2 phase (command voltage calculation step).

次に、得られた各相の信号波と搬送波との大小関係を比較し、信号波が搬送波よりも大きい場合をＨｉｇｈ信号とし、信号波が搬送波よりも小さい場合をＬｏｗ信号として、第１系統と第２系統へのゲート信号を決定する（ゲート信号決定工程）。正常時制御では、図２に示したように第１系統と第２系統の相電流を平均化して指令電圧を同じにしているため、第１系統と第２系統の信号波は振幅および位相が同じで一致する。したがって、正常時制御では信号波と搬送波の大小比較結果が第１系統と第２系統で同じとなり、ゲート信号のＨｉｇｈとＬｏｗは同じタイミングで変化する。したがって、正常時制御のモータ装置では、スイッチ制御部からインバータスイッチング部の各スイッチにパルス信号が加えられる。つまり、スイッチ制御部は、信号波と搬送波の比較によりパルス信号を生成し、各スイッチをＰＷＭ（ＰｕｌｔｈＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調制御する。 Next, the magnitude relationship between the obtained signal wave of each phase and the carrier wave is compared, and the case where the signal wave is larger than the carrier wave is regarded as a High signal and the case where the signal wave is smaller than the carrier wave is regarded as a Low signal. And the gate signal to the second system is determined (gate signal determination step). In normal control, as shown in FIG. 2, the phase currents of the first system and the second system are averaged to make the command voltage the same, so that the signal waves of the first system and the second system have the same amplitude and phase. Same and match. Therefore, in normal control, the magnitude comparison result of the signal wave and the carrier wave is the same in the first system and the second system, and the High and Low of the gate signal change at the same timing. Therefore, in the motor device for normal control, a pulse signal is applied from the switch control unit to each switch in the inverter switching unit. That is, the switch control unit generates a pulse signal by comparing the signal wave and the carrier wave, and controls each switch by PWM (Pulse Width Modulation) modulation control.

（故障時制御）
故障検出部が故障スイッチを発見した場合には、該当スイッチを特定する情報とその故障モードを記憶装置に記録し、リレー制御部が後述する故障時制御を実行し、２系統の三相巻線のうち選択された相のみで回転動作が行われる。 (Control at the time of failure)
When the failure detection unit finds a failure switch, the information that identifies the switch and its failure mode are recorded in the storage device, and the relay control unit executes the failure control described later, and the two-system three-phase winding The rotation operation is performed only in the selected phase.

図３は、故障時のスイッチインバータ部の構成を示す回路図である。図３では、Ｕ列上段スイッチＵｕ、Ｕ列中段スイッチＵｍ、Ｕ列下段スイッチＵｌの何れかが故障していると判断された場合を示している。ここで故障スイッチの故障モードはショート故障、オープン故障、地絡故障のどれであってもよい。図３ではＵ列の何れかのスイッチが故障した場合を示しているが、Ｖ列、Ｗ列の場合も同様の制御が行われる。図３の例では、故障スイッチが含まれるＵ列に接続されているＵ１相とＵ２相が切り離し対象とされ、リレー制御部はＵ１メカニカルリレーＲｙ_ｕ１とＵ２メカニカルリレーＲｙ_ｕ２を開放し、その他のメカニカルリレーは閉成する。これにより、Ｕ１相とＵ２相の巻線はスイッチインバータ部との電気的接続が切断され、電流が流れなくなる。 FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of the switch inverter unit at the time of failure. FIG. 3 shows a case where it is determined that any one of the U row upper switch Uu, the U row middle switch Um, and the U row lower switch Ul is out of order. Here, the failure mode of the failure switch may be any of short failure, open failure, and ground fault failure. FIG. 3 shows a case where any switch in the U column fails, but the same control is performed in the case of the V column and the W column. In the example of FIG. 3, the U1 phase and the U2 phase connected to the U row including the failure switch are targeted for disconnection, the relay control unit opens the U1 mechanical relay Ry _u1 and the U2 mechanical relay Ry _u2 , and the other. The mechanical relay is closed. As a result, the windings of the U1 phase and the U2 phase are disconnected from the switch inverter section, and no current flows.

図４は、故障時にモータ装置の駆動を制御する方法について説明する模式図である。図４では図３に示したようにＵ列のスイッチが故障した場合を示している。図４に示したように、モータ装置の故障時制御では、Ｕ１メカニカルリレーＲｙ_ｕ１とＵ２メカニカルリレーＲｙ_ｕ２が開放されて、モータ部のＵ１相とＵ２相はスイッチインバータ部から切り離されており、相電流ｉ_ｕ１，ｉ_ｕ２が０となっている。そこで、残りの４相であるＶ１相、Ｗ１相、Ｖ２相およびＷ２相を流れる駆動電流（相電流）ｉ_ｖ１，ｉ_ｗ１，ｉ_ｖ２およびｉ_ｗ２をそれぞれモニターする（電流値取得工程）。得られた各相電流に６相ｄｑ変換を行って回転座標系に変換し電流ｉ_ｄ，ｉ_ｑを求める。 FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a method of controlling the drive of the motor device at the time of failure. FIG. 4 shows a case where the switch in row U fails as shown in FIG. As shown in FIG. 4, in the failure control of the motor device, the U1 mechanical relay Ry _u1 and the U2 mechanical relay Ry _u2 are opened, and the U1 phase and the U2 phase of the motor section are separated from the switch inverter section. The phase currents i _u1 and i _u2 are 0. Therefore, the drive currents (phase currents) i _v1 , i _w1 , i _v2 , and i _{w 2} flowing through the remaining four phases V1 phase, W1 phase, V2 phase, and W2 phase are monitored (current value acquisition step). A 6-phase _dq conversion is performed on each of the obtained phase currents to convert them into a rotating coordinate system, and the currents id and i _q are obtained.

次に、得られた電流ｉ_ｄ，ｉ_ｑを入力値としてＰＩ制御を行い、電流制御または回転速度制御のために電圧値ｖ_ｄ ^＊，ｖ_ｑ ^＊を得る。得られた電圧値ｖ_ｄ ^＊，ｖ_ｑ ^＊は回転座標系であるため、６相逆ｄｑ変換を行って、指令電圧ｖ_ｕ１ ^＊，ｖ_ｖ１ ^＊，ｖ_ｗ１ ^＊，ｖ_ｕ２ ^＊，ｖ_ｖ２ ^＊，ｖ_ｗ２ ^＊を得る。ここで、Ｕ１相とＵ２相は切り離されているため、ｖ_ｕ１ ^＊とｖ_ｕ２ ^＊は０となる。得られた第１系統の第１指令電圧ｖ_ｖ１ ^＊，ｖ_ｗ１ ^＊および第２系統の第２指令電圧ｖ_ｖ２ ^＊，ｖ_ｗ２ ^＊は、それぞれ周期的に変化するＶ１相、Ｖ２相、Ｗ１相およびＷ２相の信号波となる（指令電圧算出工程）。故障時制御では、各系統での演算によってそれぞれ第１系統の第１指令電圧ｖ_ｖ１ ^＊，ｖ_ｗ１ ^＊および第２系統の第２指令電圧ｖ_ｖ２ ^＊，ｖ_ｗ２ ^＊が算出され、互いに位相の異なる信号波とされる。 Next, PI control is performed using the obtained currents id and i _q as input values, and voltage values _{v d} _* ^and v _q ^* are obtained for current control or rotation speed control. Since the obtained voltage values v _d ^* and v _q ^* are rotating coordinate systems, 6-phase inverse dq conversion is performed to command voltages v _u1 ^* , v _v1 ^* , v _w1 ^* , v _u2 ^* , v _v2 ^*. , V _w2 ^* is obtained. Here, since the U1 phase and the U2 phase are separated, v _u1 ^* and v _u2 ^* become 0. The obtained first command voltage v _v1 ^* , v _w1 ^* of the first system and the second command voltage v _v2 ^* , v _w2 ^* of the second system are periodically changing V1 phase, V2 phase, and W1 phase, respectively. And becomes a W2 phase signal wave (command voltage calculation step). In the failure control, the first command voltage v _v1 ^* , v _w1 ^* of the first system and the second command voltage v _v2 ^* , v _w2 ^* of the second system are calculated by the calculation in each system, and the phases of each other are calculated. It is considered to be a different signal wave.

次に、得られた各相の信号波と搬送波との大小関係を比較し、信号波が搬送波よりも大きい場合をＨｉｇｈ信号とし、信号波が搬送波よりも小さい場合をＬｏｗ信号として、第１系統と第２系統へのゲート信号を決定する（ゲート信号決定工程）。故障時制御におけるゲート信号決定工程は、後述するように信号波の振幅を圧縮およびオフセットして行う。 Next, the magnitude relationship between the obtained signal wave of each phase and the carrier wave is compared, and the case where the signal wave is larger than the carrier wave is regarded as a High signal and the case where the signal wave is smaller than the carrier wave is regarded as a Low signal. And the gate signal to the second system is determined (gate signal determination step). The gate signal determination step in the failure control is performed by compressing and offsetting the amplitude of the signal wave as described later.

次に、決定されたゲート信号（Ｈｉｇｈ信号とＬｏｗ信号）に基づいて、９スイッチインバータで構成されているスイッチインバータ部への入力信号を制御する（インバータスイッチ制御工程）。具体的には表１に示すように、第１系統と第２系統のＨｉｇｈ信号とＬｏｗ信号の組み合わせに応じて、上段スイッチ、中段スイッチおよび下段スイッチのオンオフを制御する。表１および以下の図ではＶ相の場合のみを示して説明するが、Ｗ相についても同様の制御を行う。これは、正常時動作においても故障時動作においても同様である。 Next, based on the determined gate signals (High signal and Low signal), the input signal to the switch inverter section composed of the 9-switch inverter is controlled (inverter switch control step). Specifically, as shown in Table 1, the on / off of the upper switch, the middle switch and the lower switch is controlled according to the combination of the high signal and the low signal of the first system and the second system. In Table 1 and the following figures, only the case of the V phase is shown and described, but the same control is performed for the W phase. This is the same in both normal operation and failure operation.

表１に示したように、Ｖ１相とＶ２相が共にＨｉｇｈ信号の場合（パターン１）には、Ｖ列上段スイッチＶｕのゲートにはオン信号を入力し、Ｖ列中段スイッチＶｍのゲートにはオン信号を入力し、Ｖ列下段スイッチＶｌのゲートにはオフ信号を入力する。Ｖ１相とＶ２相が共にＬｏｗ信号の場合（パターン２）には、Ｖ列上段スイッチＶｕのゲートにはオフ信号を入力し、Ｖ列中段スイッチＶｍのゲートにはオン信号を入力し、Ｖ列下段スイッチＶｌのゲートにはオン信号を入力する。図２に示した正常時制御では、第１系統と第２系統の相電流を平均化して指令電圧を同じにしているため、常にパターン１，２の制御がスイッチインバータ部に加えられる。 As shown in Table 1, when both the V1 phase and the V2 phase are high signals (pattern 1), an on signal is input to the gate of the V row upper switch Vu and the gate of the V row middle switch Vm. An on signal is input, and an off signal is input to the gate of the lower switch Vl in column V. When both the V1 phase and the V2 phase are Low signals (Pattern 2), an off signal is input to the gate of the V column upper switch Vu, an on signal is input to the gate of the V column middle switch Vm, and the V column is V. An on signal is input to the gate of the lower switch Vl. In the normal control shown in FIG. 2, since the phase currents of the first system and the second system are averaged to make the command voltage the same, the control of patterns 1 and 2 is always applied to the switch inverter unit.

パターン１では、Ｖ列上段スイッチＶｕがオン、Ｖ列中段スイッチＶｍがオン、Ｖ列下段スイッチＶｌがオフとされる。したがって、Ｖ列上段スイッチＶｕとＶ列中段スイッチＶｍの間の電位Ｖｕｍは、Ｖ列上段スイッチＶｕの順方向電圧だけ電源電圧（＋Ｖ）から電圧降下したものとなり、Ｖ１相の巻線に電位Ｖｕｍが印加される。また、Ｖ列中段スイッチＶｍとＶ列下段スイッチＶｌの間の電位Ｖｍｌは、Ｖ列上段スイッチＶｕおよびＶ列中段スイッチＶｍの順方向電圧だけ電源電圧（＋Ｖ）から電圧降下したものとなり、Ｖ２相の巻線に電位Ｖｍｌが印加される。 In pattern 1, the V-row upper switch Vu is turned on, the V-row middle switch Vm is turned on, and the V-row lower switch Vl is turned off. Therefore, the potential Vum between the V-row upper switch Vu and the V-row middle switch Vm is a voltage drop from the power supply voltage (+ V) by the forward voltage of the V-row upper switch Vu, and the potential Vum is wound on the V1 phase winding. Is applied. Further, the potential Vml between the V row middle stage switch Vm and the V row lower stage switch Vl is a voltage drop from the power supply voltage (+ V) by the forward voltage of the V row upper stage switch Vu and the V row middle stage switch Vm, and the V2 phase. A potential Vml is applied to the winding of.

パターン２では、Ｖ列上段スイッチＶｕがオフ、Ｖ列中段スイッチＶｍがオン、Ｖ列下段スイッチＶｌがオンとされる。したがって、電位Ｖｕｍは、Ｖ列中段スイッチＶｍおよびＶ列下段スイッチＶｌの順方向電圧だけ接地電圧（０）から高い電圧となり、Ｖ１相の巻線に印加される。また電位Ｖｍｌは、Ｖ列下段スイッチＶｌの順方向電圧だけ接地電圧（０）から高い電圧となり、Ｖ２相の巻線に印加される。 In pattern 2, the V row upper switch Vu is turned off, the V row middle switch Vm is turned on, and the V row lower switch Vl is turned on. Therefore, the potential Vum becomes a higher voltage from the ground voltage (0) by the forward voltage of the V-row middle stage switch Vm and the V-row lower stage switch Vl, and is applied to the winding of the V1 phase. Further, the potential Vml becomes a high voltage from the ground voltage (0) by the forward voltage of the V row lower switch Vl, and is applied to the winding of the V2 phase.

Ｖ１相がＨｉｇｈ信号で、Ｖ２相がＬｏｗ信号の場合（パターン３）、およびＶ１相がＬｏｗ信号で、Ｖ２相がＨｉｇｈ信号の場合（パターン４）には、ともにＶ列上段スイッチＶｕのゲートにはオン信号を入力し、Ｖ列中段スイッチＶｍのゲートにはオフ信号を入力し、Ｖ列下段スイッチＶｌのゲートにはオン信号を入力する。 When the V1 phase is a High signal and the V2 phase is a Low signal (Pattern 3), and when the V1 phase is a Low signal and the V2 phase is a High signal (Pattern 4), both are at the gate of the V row upper switch Vu. Inputs an on signal, an off signal is input to the gate of the V column middle switch Vm, and an on signal is input to the gate of the V column lower switch Vl.

パターン３，４では、Ｖ列上段スイッチＶｕがオン、Ｖ列中段スイッチＶｍがオフ、Ｖ列下段スイッチＶｌがオンとされる。したがって、電位Ｖｕｍは、Ｖ列上段スイッチＶｕの順方向電圧だけ電源電圧（＋Ｖ）から電圧降下したものとなり、Ｖ１相の巻線に電位Ｖｕｍが印加される。また電位Ｖｍｌは、Ｖ列下段スイッチＶｌの順方向電圧だけ接地電圧（０）から高い電圧となり、Ｖ２相の巻線に印加される。パターン３，４ではスイッチに印加される信号が同じになるが、各系統の電位差によって電流が発生するので、Ｖ１相がＬｏｗ信号の場合にＶ列上段スイッチＶｕがオンであっても問題ない。 In patterns 3 and 4, the V-row upper switch Vu is turned on, the V-row middle switch Vm is turned off, and the V-row lower switch Vl is turned on. Therefore, the potential Vum is a voltage drop from the power supply voltage (+ V) by the forward voltage of the V row upper switch Vu, and the potential Vum is applied to the winding of the V1 phase. Further, the potential Vml becomes a high voltage from the ground voltage (0) by the forward voltage of the V row lower switch Vl, and is applied to the winding of the V2 phase. In patterns 3 and 4, the signals applied to the switches are the same, but since a current is generated by the potential difference of each system, there is no problem even if the V row upper switch Vu is on when the V1 phase is a Low signal.

図５は、故障時制御におけるＶ１相とＶ２相の信号波と搬送波について説明するグラフであり、図５（ａ）はＶ１相を示し、図５（ｂ）はＶ２相を示し、図５（ｃ）はＶ１相とＶ２相を重ね合わせた結果を示している。図５（ａ）～図５（ｃ）において横軸は位相角度を示し、縦軸は電圧を示している。ここで電圧の最大値および最小値として±１Ｖが示されているが、簡便のために規格化した表現を用いるものであり、現実の電圧値は限定されない。また、グラフ中の破線は搬送波の信号波形を示しており、ここでは三角波を用いている。図５（ａ）中の実線はＶ１相の信号波の波形を示しており指令電圧ｖ_ｖ１ ^＊の変化を示している。また、図５（ｂ）中の一点鎖線はＶ２相の信号波の波形を示しており指令電圧ｖ_ｖ２ ^＊の変化を示している。図５では簡便のために搬送波の周波数を小さくして周期を長くして示しているが、実際のモータ装置においては５ｋＨｚ～１５ｋＨｚ程度の高周波な搬送波が用いられる。 5A and 5B are graphs illustrating V1 phase and V2 phase signal waves and carrier waves in failure control, FIG. 5A shows the V1 phase, FIG. 5B shows the V2 phase, and FIG. 5 (b) shows. c) shows the result of superimposing the V1 phase and the V2 phase. In FIGS. 5A to 5C, the horizontal axis represents the phase angle and the vertical axis represents the voltage. Here, ± 1V is shown as the maximum and minimum values of the voltage, but the standardized expression is used for convenience, and the actual voltage value is not limited. Further, the broken line in the graph indicates the signal waveform of the carrier wave, and here, a triangular wave is used. The solid line in FIG. 5A shows the waveform of the signal wave of the V1 phase and shows the change of the command voltage v _v1 ^* . Further, the alternate long and short dash line in FIG. 5B shows the waveform of the signal wave of the V2 phase, and shows the change of the command voltage v _v2 ^* . In FIG. 5, for the sake of simplicity, the frequency of the carrier wave is reduced and the period is lengthened. However, in an actual motor device, a high frequency carrier wave of about 5 kHz to 15 kHz is used.

図５（ａ）（ｂ）に示したように、故障時制御では第１系統と第２系統で個別に指令電圧を算出しているため、Ｖ１相の信号波とＶ２相の信号波は、位相が１／１２周期（３０°）異なったものとなっている。これは、図１（ｂ）に示したようにＶ１相とＶ２相が１／１２ずれたティース部２２に巻回されていることに起因する。図５（ａ）（ｂ）で示したように、第１系統のＶ１相と第２系統のＶ２相では信号波に位相差が生じているため、そのまま搬送波と比較すると、Ｖ１相の指令電圧ｖ_ｖ１ ^＊よりもＶ２相の指令電圧ｖ_ｖ２ ^＊のほうが大きくなる場合が発生してしまう。 As shown in FIGS. 5A and 5B, since the command voltage is calculated separately for the first system and the second system in the failure control, the V1 phase signal wave and the V2 phase signal wave are different. The phases are different by 1/12 cycle (30 °). This is due to the fact that the V1 phase and the V2 phase are wound around the teeth portion 22 which is shifted by 1/12 as shown in FIG. 1 (b). As shown in FIGS. 5A and 5B, since there is a phase difference in the signal wave between the V1 phase of the first system and the V2 phase of the second system, the command voltage of the V1 phase is compared with the carrier wave as it is. In some cases, the V2 phase command voltage v _v2 ^* is larger than v _v1 ^* .

本実施形態では、これを回避するために、Ｖ１相およびＶ２相の信号波の振幅をそれぞれオフセットし、常に指令電圧ｖ_ｖ１ ^＊が指令電圧ｖ_ｖ２ ^＊よりも大きくなるように補正したうえで、搬送波と比較を行う。具体例としては、図５（ｃ）に示したように、Ｖ１相の振幅を半分にして最大電圧が＋１で最小電圧が０となるようにオフセットし、Ｖ２相の振幅を半分にして最大電圧が０で最小電圧が－１となるようにオフセットを行う。つまり、電源電圧に近い第１系統のＶ１相での信号波の最小値と、接地電圧に近い第２系統のＶ２相での信号波の最大値が同じとなるように補正してからゲート信号決定工程を実行する。 In the present embodiment, in order to avoid this, the amplitudes of the signal waves of the V1 phase and the V2 phase are offset, respectively, and the command voltage v _v1 ^* is always corrected to be larger than the command voltage v _v2 ^* . Compare with the carrier. As a specific example, as shown in FIG. 5C, the amplitude of the V1 phase is halved and offset so that the maximum voltage is +1 and the minimum voltage is 0, and the amplitude of the V2 phase is halved to obtain the maximum voltage. Is offset so that the minimum voltage is -1 at 0. That is, the gate signal is corrected so that the minimum value of the signal wave in the V1 phase of the first system close to the power supply voltage and the maximum value of the signal wave in the V2 phase of the second system close to the ground voltage are the same. Perform the decision process.

図６は、故障時制御における信号波と搬送波の比較結果を示すグラフであり、図６（ａ）はＶ１相とＶ２相の信号波および搬送波の波形を示し、図６（ｂ）はＶ１相の比較結果を示し、図６（ｃ）はＶ２相の比較結果を示している。図６（ａ）において横軸は位相角度を示し、縦軸は電圧を示している。図６（ｂ）（ｃ）では、横軸は図６（ａ）と同じ位相角度を示しており、横軸の軸上がＬｏｗ信号を示し、横軸から離れた位置がＨｉｇｈ信号を示している。また、図６（ａ）～図６（ｃ）にわたって垂直に引かれた薄い破線は、図６（ａ）における搬送波と信号波の交点を示している。 FIG. 6 is a graph showing a comparison result of a signal wave and a carrier wave in failure control, FIG. 6A shows a V1 phase and a V2 phase signal wave and a carrier wave waveform, and FIG. 6B shows a V1 phase. 6 (c) shows the comparison result of the V2 phase. In FIG. 6A, the horizontal axis represents the phase angle and the vertical axis represents the voltage. In FIGS. 6 (b) and 6 (c), the horizontal axis shows the same phase angle as in FIG. 6 (a), the low axis is shown on the horizontal axis, and the high signal is shown at a position away from the horizontal axis. There is. Further, the thin broken line drawn vertically from FIG. 6A to FIG. 6C indicates the intersection of the carrier wave and the signal wave in FIG. 6A.

図６（ａ）に示したように、本実施形態ではＶ１相とＶ２相の信号波で位相が異なっており、振幅も互いにオフセットされているため、信号波と搬送波との交点はＶ１相とＶ２相で異なっている。つまり、Ｖ１相とＶ２相ではＨｉｇｈ信号とＬｏｗ信号の切り替わるタイミングが異なる。また、Ｖ１相の信号波は最小値が０にオフセットされ、Ｖ２相の信号波は最大値が０にオフセットされているため、常に指令電圧ｖ_ｖ１ ^＊が指令電圧ｖ_ｖ２ ^＊よりも大きくなり、Ｖ２相がＨｉｇｈ信号になるのは、Ｖ１相がＨｉｇｈ信号の期間内に限定される。よって、故障時制御ではＶ１相とＶ２相が共にＨｉｇｈ信号か共にＬｏｗ信号の場合と、Ｖ１相がＨｉｇｈ信号でＶ２相がＬｏｗ信号の場合が存在する。したがって故障時制御のモータ装置では、スイッチ制御部から表１のパターン１，２，３に従ってインバータスイッチング部の各スイッチにパルス信号が加えられる。 As shown in FIG. 6A, in the present embodiment, the V1 phase and the V2 phase signal waves have different phases, and the amplitudes are also offset from each other. Therefore, the intersection of the signal wave and the carrier wave is the V1 phase. It is different in V2 phase. That is, the timing at which the High signal and the Low signal are switched differs between the V1 phase and the V2 phase. Further, since the minimum value of the V1 phase signal wave is offset to 0 and the maximum value of the V2 phase signal wave is offset to 0, the command voltage v _v1 ^* is always larger than the command voltage v _v2 ^* . The V2 phase becomes a High signal only during the period when the V1 phase becomes a High signal. Therefore, in the failure control, there are cases where both the V1 phase and the V2 phase are high signals or both are low signals, and there are cases where the V1 phase is a high signal and the V2 phase is a low signal. Therefore, in the motor device for failure control, a pulse signal is applied from the switch control unit to each switch of the inverter switching unit according to patterns 1, 2, and 3 in Table 1.

故障時制御では、上述したように故障スイッチに対応したＵ１メカニカルリレーＲｙ_ｕ１とＵ２メカニカルリレーＲｙ_ｕ２を開放してＵ１相とＵ２相を切り離し、第１系統をＶ１相とＷ１相で駆動し、第２系統をＶ２相とＷ２相で駆動する。これにより、２系統の３相巻線のうち４相を用いて回転子の回転を継続することができる。 In the failure control, as described above, the U1 mechanical relay Ry _u1 and the U2 mechanical relay Ry _u2 corresponding to the failure switch are opened to separate the U1 phase and the U2 phase, and the first system is driven by the V1 phase and the W1 phase. The second system is driven by the V2 phase and the W2 phase. As a result, the rotation of the rotor can be continued using four of the three-phase windings of the two systems.

図７は、本実施形態に係るモータ部の動作シミュレーションに用いる検証モデルを示す回路図である。図１（ａ）に示した回路をシミュレーションするうえで、電源電圧と接地電圧の間にＶ１の定電圧電源を用い、回路全体の合成抵抗Ｒ１と寄生容量Ｃ２を追加している。また、Ｕ列上段スイッチＵｕ、Ｕ列下段スイッチＵｌ、Ｖ列中段スイッチＶｍ、Ｗ列上段スイッチＷｕ、Ｗ列下段スイッチＷｌにはダイオードＤ１が保護ダイオードとして並列接続されている。また、Ｕ列中段スイッチＵｍ、Ｖ列上段スイッチＶｕ、Ｖ列下段スイッチＶｌ、Ｗ列中段スイッチＷｍにはダイオードＤ２が保護ダイオードとして並列接続されている。また、各メカニカルリレーとコイルの間に流れる電流を求めるとする。 FIG. 7 is a circuit diagram showing a verification model used for the operation simulation of the motor unit according to the present embodiment. In simulating the circuit shown in FIG. 1A, a constant voltage power supply of V1 is used between the power supply voltage and the ground voltage, and the combined resistance R1 and the parasitic capacitance C2 of the entire circuit are added. Further, a diode D1 is connected in parallel as a protection diode to the U row upper switch Uu, the U row lower switch Ul, the V row middle switch Vm, the W row upper switch Wu, and the W row lower switch Wl. Further, a diode D2 is connected in parallel as a protection diode to the U row middle stage switch Um, the V row upper stage switch Vu, the V row lower stage switch Vl, and the W row middle stage switch Wm. Further, it is assumed that the current flowing between each mechanical relay and the coil is obtained.

シミュレーションには、有限要素法を用い、電気回路との連成解析を実施した。モータ部の構成は、回転子の直径を９２ｍｍとし、回転子の長さを２５ｍｍとし、１０極６０スロットの分布巻きとし、各相の巻き数は４で相抵抗は０．０２Ωと設定した。 For the simulation, the finite element method was used, and coupled analysis with the electric circuit was carried out. The configuration of the motor unit was such that the diameter of the rotor was 92 mm, the length of the rotor was 25 mm, the distribution winding was 10 poles and 60 slots, the number of turns of each phase was 4, and the phase resistance was 0.02Ω.

図８は、正常時制御のシミュレーション結果を示すグラフであり、図８（ａ）はトルク波形を示し、図８（ｂ）はｄ，ｑ軸電流波形を示し、図８（ｃ）は相電流波形を示している。図８（ａ）～図８（ｃ）の横軸は時間（秒）を示し、図８（ａ）の縦軸はトルク（Ｎｍ）を示し、図８（ｂ）（ｃ）の縦軸は電流値（Ａ）を示している。また、図８（ｃ）において各プロットは、それぞれＵ１相、Ｖ１相、Ｗ１相、Ｕ２相、Ｖ２相およびＷ２相の相電流ｉ_ｕ１，ｉ_ｖ１，ｉ_ｗ１，ｉ_ｕ２，ｉ_ｖ２およびｉ_ｗ２を示している。 8A and 8B are graphs showing the simulation results of normal control, FIG. 8A shows a torque waveform, FIG. 8B shows a d and q-axis current waveform, and FIG. 8C shows a phase current. The waveform is shown. The horizontal axis of FIGS. 8 (a) to 8 (c) indicates time (seconds), the vertical axis of FIG. 8 (a) indicates torque (Nm), and the vertical axis of FIGS. 8 (b) and 8 (c) is. The current value (A) is shown. Further, in FIG. 8 (c), each plot shows the phase currents i _u1 , i _v1 , i _w1 , i _u2 , i _v2 and i _{w 2} of the U1 phase, V1 phase, W1 phase, U2 phase, V2 phase and W2 phase, respectively. Is shown.

正常時制御では図８（ａ）に示したように、回転子１０に加わるトルクはわずかなトルク脈動が存在するが常に正の値となる。また、図８（ｂ）に示したように、ｄ－ｑ座標軸での電流値は略一定となる。また、図８（ｃ）に示したように、第１系統と第２系統の三相巻線の６相全てに相電流が供給されており、６相全ての電流値が同時に０になるタイミングが存在しない。これにより、正常時制御では６相全ての相電流で安定してトルクを発生させ、回転子１０の回転を継続できる。 In normal control, as shown in FIG. 8A, the torque applied to the rotor 10 is always a positive value although there is a slight torque pulsation. Further, as shown in FIG. 8B, the current value on the dq coordinate axis is substantially constant. Further, as shown in FIG. 8C, phase current is supplied to all 6 phases of the three-phase windings of the first system and the second system, and the timing at which the current values of all six phases become 0 at the same time. Does not exist. As a result, in normal control, torque can be stably generated in all six phase currents, and the rotation of the rotor 10 can be continued.

図９は、故障時制御のシミュレーション結果を示すグラフであり、図９（ａ）はトルク波形を示し、図９（ｂ）はｄ，ｑ軸電流波形を示し、図９（ｃ）は相電流波形を示している。図９（ａ）～図９（ｃ）の横軸は時間（秒）を示し、図９（ａ）の縦軸はトルク（Ｎｍ）を示し、図９（ｂ）（ｃ）の縦軸は電流値（Ａ）を示している。また、図９（ｃ）において各プロットは、それぞれＵ１相、Ｖ１相、Ｗ１相、Ｕ２相、Ｖ２相およびＷ２相の相電流ｉ_ｕ１，ｉ_ｖ１，ｉ_ｗ１，ｉ_ｕ２，ｉ_ｖ２およびｉ_ｗ２を示している。 9A and 9B are graphs showing the simulation results of failure control, FIG. 9A shows a torque waveform, FIG. 9B shows a d and q-axis current waveform, and FIG. 9C shows a phase current. The waveform is shown. The horizontal axis of FIGS. 9 (a) to 9 (c) indicates time (seconds), the vertical axis of FIG. 9 (a) indicates torque (Nm), and the vertical axis of FIGS. 9 (b) and 9 (c) is. The current value (A) is shown. Further, in FIG. 9 (c), each plot shows the phase currents i _u1 , i _v1 , i _w1 , i _u2 , i _v2 and i _{w 2} of the U1 phase, V1 phase, W1 phase, U2 phase, V2 phase and W2 phase, respectively. Is shown.

故障時制御では図９（ａ）に示したように、回転子１０に加わるトルクには周期的な変動が生じるが常に正の値となる。また、図９（ｂ）に示したように、ｄ－ｑ座標軸での電流値にも周期的な変動が生じているが、ｑ軸電流は常に正である。また、図９（ｃ）に示したように、第１系統と第２系統の三相巻線のうち、Ｕ１相とＵ２相はメカニカルリレーで切り離されているため相電流ｉ_ｕ１とｉ_ｕ２は０である。また、Ｖ１相とＷ１相の相電流ｉ_ｖ１とｉ_ｗ１は同時に０となるタイミングがあるが、Ｖ２相とＷ２相の相電流ｉ_ｖ２とｉ_ｗ２が同時に０となるタイミングとは異なっている。したがって、４相全ての電流値が同時に０になるタイミングが存在しない。これにより、故障時制御では故障スイッチに対応する相を切り離して、４相の相電流で常にトルクを発生させ、回転子１０の回転を継続できる。 In the failure control, as shown in FIG. 9A, the torque applied to the rotor 10 varies periodically, but is always a positive value. Further, as shown in FIG. 9B, the current value on the dq coordinate axis also has periodic fluctuations, but the q-axis current is always positive. Further, as shown in FIG. 9 (c), of the three-phase windings of the first system and the second system, the U1 phase and the U2 phase are separated by a mechanical relay, so that the phase currents i _u1 and i _u2 are different. It is 0. Further, although there is a timing at which the phase currents i _v1 and i _w1 of the V1 phase and the W1 phase become 0 at the same time, the timing at which the phase currents i _v2 and i _w 2 of the V2 phase and the W2 phase become 0 at the same time is different. Therefore, there is no timing when the current values of all four phases become 0 at the same time. As a result, in the failure control, the phase corresponding to the failure switch is separated, torque is always generated by the phase currents of the four phases, and the rotation of the rotor 10 can be continued.

上述したように本実施形態のモータ装置では、一つの回転子に２系統の三相巻線を備えるモータの各相を個別に制御して、回転子１０の回転を継続しながらも、スイッチ数を低減できる。また、第１系統および第２系統の各相における電流値ｉ_ｕ１，ｉ_ｖ１，ｉ_ｗ１，ｉ_ｕ２，ｉ_ｖ２，ｉ_ｗ２を取得し、各相の電流値に基づいて各系統に対してそれぞれ第１指令電圧ｖ_ｕ１ ^＊，ｖ_ｖ１ ^＊，ｖ_ｗ１ ^＊と第２指令電圧ｖ_ｕ２ ^＊，ｖ_ｖ２ ^＊，ｖ_ｗ２ ^＊を算出し、第１指令電圧および第２指令電圧と搬送波の電圧を比較してゲート信号を決定し、ゲート信号に基づいてインバータスイッチ部のオン信号／オフ信号を決定する。これにより、９スイッチインバータで２系統の三相巻線に印加するパルスを求めて回転子１０を回転させることができ、駆動状態に応じて低速から高速まで効率よく制御することができる。 As described above, in the motor device of the present embodiment, each phase of the motor provided with two three-phase windings in one rotor is individually controlled, and the number of switches is increased while the rotation of the rotor 10 is continued. Can be reduced. In addition, the current values i _u1 , i _v1 , i _w1 , i _u2 , i _v2 , and i _w 2 in each phase of the first system and the second system are acquired, and each system is based on the current value of each phase. Calculate the first command voltage v _u1 ^* , v _v1 ^* , v _w1 ^* and the second command voltage v _u2 ^* , v _v2 ^* , v _w2 ^* , and compare the first command voltage and the second command voltage with the carrier voltage. The gate signal is determined, and the on / off signal of the inverter switch unit is determined based on the gate signal. As a result, the rotor 10 can be rotated by obtaining a pulse applied to the two-system three-phase winding with the 9-switch inverter, and can be efficiently controlled from low speed to high speed according to the driving state.

また本実施形態のモータ装置では、故障検出部がスイッチインバータ部の故障を発見した場合には、リレー制御部を用いて故障スイッチに対応する第１系統および第２系統の相を切り離す。これにより、２系統の三相巻線のうち残りの４相に相電流を供給して、常にトルクを発生させて回転子１０の回転を継続できる。 Further, in the motor device of the present embodiment, when the failure detection unit finds a failure in the switch inverter unit, the relay control unit is used to separate the phases of the first system and the second system corresponding to the failure switch. As a result, the phase current can be supplied to the remaining four phases of the three-phase windings of the two systems to constantly generate torque to continue the rotation of the rotor 10.

（第１実施形態の変形例）
次に、本発明の第１実施形態の変形例について説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。本変形例では、故障時制御において第１系統と第２系統の信号波をオフセットする際の比率を第１実施形態と異ならせる。本変形例でも第１系統の第１指令電圧ｖ_ｖ１ ^＊，ｖ_ｗ１ ^＊および第２系統の第２指令電圧ｖ_ｖ２ ^＊，ｖ_ｗ２ ^＊を算出して、Ｖ１相とＶ２相で位相の異なる信号波を求めるまでは第１実施形態と同様である。 (Variation example of the first embodiment)
Next, a modification of the first embodiment of the present invention will be described. The description of the contents overlapping with the first embodiment will be omitted. In this modification, the ratio when offsetting the signal waves of the first system and the second system in the failure control is different from that of the first embodiment. Also in this modification, the first command voltage v _v1 ^* , v _w1 ^* of the first system and the second command voltage v _v2 ^* , v _w2 ^* of the second system are calculated, and the signals having different phases in the V1 phase and the V2 phase are calculated. It is the same as the first embodiment until the wave is obtained.

具体例としては、Ｖ１相の振幅を１／４にして最大電圧が＋１で最小電圧が０．５となるようにオフセットし、Ｖ２相の振幅を３／４にして最大電圧が０．５で最小電圧が－１となるようにオフセットを行う。つまり、電源電圧に近い第１系統のＶ１相での信号波の最小値と、接地電圧に近い第２系統のＶ２相での信号波の最大値が同じとなるように補正してからゲート信号決定工程を実行する。ここでは、Ｖ１相とＶ２相の信号波の振幅を１：３となるように変更したが、他の比率であってもよい。 As a specific example, the amplitude of the V1 phase is set to 1/4 and offset so that the maximum voltage is +1 and the minimum voltage is 0.5, and the amplitude of the V2 phase is set to 3/4 and the maximum voltage is 0.5. Offset so that the minimum voltage is -1. That is, the gate signal is corrected so that the minimum value of the signal wave in the V1 phase of the first system close to the power supply voltage and the maximum value of the signal wave in the V2 phase of the second system close to the ground voltage are the same. Perform the decision process. Here, the amplitudes of the signal waves of the V1 phase and the V2 phase are changed to 1: 3, but other ratios may be used.

本変形例では、Ｖ１相およびＶ２相の信号波と搬送波の交点は、図６に示したものよりも高電位側になる。したがって、Ｖ１相およびＶ２相の両者において、ゲート信号がＨｉｇｈ信号になる期間が図６に示したものよりも長くなる。 In this modification, the intersection of the V1 phase and V2 phase signal waves and the carrier wave is on the higher potential side than that shown in FIG. Therefore, in both the V1 phase and the V2 phase, the period during which the gate signal becomes a High signal is longer than that shown in FIG.

上述したように本変形例のモータ装置では、Ｖ１相とＶ２相の信号波をオフセットする際に、任意の比率で振幅を変更することで、Ｖ１相とＶ２相のゲート信号におけるＨｉｇｈ信号のデューティ比を調整することが可能であり、モータ装置の回転制御における自由度が向上する。 As described above, in the motor device of this modification, the duty of the High signal in the gate signal of the V1 phase and the V2 phase is changed by changing the amplitude at an arbitrary ratio when the signal waves of the V1 phase and the V2 phase are offset. The ratio can be adjusted, and the degree of freedom in the rotation control of the motor device is improved.

（第２実施形態）
第１実施形態では、モータ部として１０極６０スロットの分布巻きの構成を示したが、異なる極数、スロット数、巻回方法であってもよい。本発明の正常時制御および故障時制御は、第１系統と第２系統で誘起電圧に位相差が生じる場合に適用することができる。本発明を適用可能な条件は、曲数をＰとしスロット数をＳとしたときにＰ：Ｓの比率で表すことができる。具体的には集中巻きモータであればＰ：Ｓ＝１０：１２、１４：１０、分布巻きモータであればＰ：Ｓ＝２：１２等に適用可能である。逆に、第１系統と第２系統で誘起電圧に位相差が生じない場合には、故障時制御においてトルクが０になる瞬間が生じてしまうため、本発明は適用できない。具体的には集中巻きモータであればＰ：Ｓ＝２：３、分布巻きモータであればＰ：Ｓ＝１：３に適用することはできない。 (Second Embodiment)
In the first embodiment, the configuration of the distributed winding of 10 poles and 60 slots is shown as the motor unit, but the number of poles, the number of slots, and the winding method may be different. The normal control and the failure control of the present invention can be applied when a phase difference occurs in the induced voltage between the first system and the second system. The condition to which the present invention can be applied can be expressed by the ratio of P: S when the number of songs is P and the number of slots is S. Specifically, it can be applied to P: S = 10: 12, 14:10 for a centralized winding motor, P: S = 2: 12 for a distributed winding motor, and the like. On the contrary, when the induced voltage does not have a phase difference between the first system and the second system, the moment when the torque becomes 0 in the failure control occurs, so that the present invention cannot be applied. Specifically, it cannot be applied to P: S = 2: 3 for a centralized winding motor and P: S = 1: 3 for a distributed winding motor.

（第３実施形態）
第１実施形態では、Ｎ極１１ＮおよびＳ極１１Ｓを構成する磁石として永久磁石を用いたものを示したが、一つの回転子に対して２系統の三相巻線が用いられるモータ装置であれば、モータ部の種類に依存せず誘導機やシンクロナスリラクタンスモータ等にも適用可能である。 (Third Embodiment)
In the first embodiment, a permanent magnet is used as a magnet constituting the N pole 11N and the S pole 11S, but any motor device may use two three-phase windings for one rotor. For example, it can be applied to induction machines, synchronous reluctance motors, etc. regardless of the type of motor unit.

（第４実施形態）
第１実施形態から第３実施形態では、スイッチインバータ部として９スイッチインバータを用いたものを示したが、一つの回転子に対して２系統の三相巻線が用いられ、各相とスイッチインバータ部の間にメカニカルリレーを接続したモータ装置であれば、スイッチインバータ部の構成は限定されない。一例としては、図１０に示した１２スイッチを用いた６相インバータが挙げられる。 (Fourth Embodiment)
In the first to third embodiments, a nine-switch inverter is used as the switch inverter section, but two three-phase windings are used for one rotor, and each phase and the switch inverter are used. The configuration of the switch inverter section is not limited as long as it is a motor device in which a mechanical relay is connected between the sections. As an example, a 6-phase inverter using the 12 switches shown in FIG. 10 can be mentioned.

図１０に示した例では、直列接続された上段スイッチと下段スイッチの中間がＵ１相、Ｕ２相、Ｖ１相、Ｖ２相、Ｗ１相およびＷ２相に接続される。また、直列接続された各相の上段スイッチと下段スイッチは、それぞれ並列接続されており。Ｕ１相とＵ２相の２列が本発明におけるＵ列スイッチ群を構成し、Ｖ１相とＶ２相の２列が本発明におけるＶ列スイッチ群を構成し、Ｗ１相とＷ２相の２列が本発明におけるＷ列スイッチ群を構成している。 In the example shown in FIG. 10, the middle of the upper switch and the lower switch connected in series is connected to the U1 phase, the U2 phase, the V1 phase, the V2 phase, the W1 phase and the W2 phase. In addition, the upper switch and lower switch of each phase connected in series are connected in parallel. Two rows of U1 phase and U2 phase form the U row switch group in the present invention, two rows of V1 phase and V2 phase form the V row switch group in the present invention, and two rows of W1 phase and W2 phase are present. It constitutes the W column switch group in the present invention.

図１０に示したような１２スイッチインバータを用いても、Ｕ１相の故障時にＵ１相に接続されたＵ１メカニカルリレーとＵ２相に接続されたＵ２メカニカルリレーを開放し、第１系統の三相巻線はＶ１相とＷ１相で回転を継続し、第２系統の三相巻線はＶ２相とＷ２相で回転を継続することが可能である。 Even if a 12-switch inverter as shown in FIG. 10 is used, the U1 mechanical relay connected to the U1 phase and the U2 mechanical relay connected to the U2 phase are opened when the U1 phase fails, and the three-phase winding of the first system is wound. The wire can continue to rotate in the V1 phase and the W1 phase, and the three-phase winding of the second system can continue to rotate in the V2 phase and the W2 phase.

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, and the embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in the different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.

１０…回転子
１１Ｎ…Ｎ極
１１Ｓ…Ｓ極
２０…固定子
２１…コアバック部
２２…ティース部
10 ... Rotor 11N ... N pole 11S ... S pole 20 ... Stator 21 ... Core back part 22 ... Teeth part

Claims

A rotor that is rotatably arranged around the axis of rotation, a motor unit that has a stator with multiple teeth formed on the inner circumference, and a motor unit.
A switch inverter unit that supplies electric power to the motor unit, and
A motor device including a switch control unit that controls each switch included in the switch inverter unit.
A first system three-phase winding composed of U1, V1 phase and W1 phase and a second system three-phase winding composed of U2 phase, V2 phase and W2 phase are wound around the plurality of teeth portions. Has been
In the switch inverter unit, a U-row switch group, a V-row switch group, and a W-row switch group are connected in parallel between the first potential and the second potential.
The U1 phase and the U2 phase are connected to the U row switch group, the V1 phase and the V2 phase are connected to the V row switch group, and the W1 phase and the W2 phase are connected to the W row switch group. ,
The phase of the induced voltage is different between the first system and the second system.
Between the switch inverter unit and the U1 phase, the V1 phase, the W1 phase, the U2 phase, the V2 phase and the W2 phase, respectively, there are a U1 mechanical relay, a V1 mechanical relay, a W1 mechanical relay, and a U2 mechanical. Relays, V2 mechanical relays, and W2 mechanical relays are connected and
A motor device including a relay control unit that controls each of the mechanical relays.

The motor device according to claim 1.
In the U-row switch group, the U-row upper switch, the U-row middle switch, and the U-row lower switch are connected in series in order from the first potential.
In the V-row switch group, the V-row upper switch, the V-row middle switch, and the V-row lower switch are connected in series in order from the first potential.
In the W row switch group, the W row upper switch, the W row middle switch, and the W row lower switch are connected in series in order from the first potential.
The U1 phase is connected between the U row upper switch and the U row middle switch, and the U2 phase is connected between the U row middle switch and the U row lower switch.
The V1 phase is connected between the V-row upper switch and the V-row middle switch, and the V2 phase is connected between the V-row middle switch and the V-row lower switch.
A motor device characterized in that the W1 phase is connected between the W row upper switch and the W row middle switch, and the W2 phase is connected between the W row middle switch and the W row lower switch. ..

The motor device according to claim 1 or 2.
If the switch inverter section contains a failed switch that does not operate normally,
The relay control unit is a motor device characterized by opening a mechanical relay connected to a phase corresponding to the failure switch in the first system and the second system.

The motor device according to any one of claims 1 to 3.
The switch control unit is a motor device characterized in that a pulse signal is generated by comparing a signal wave and a carrier wave, and each of the switches is PWM (Pulse Width Modulation) modulation control.

The motor device according to claim 4.
If the switch inverter section contains a failed switch that does not operate normally,
A motor device characterized in that the signal waves have different phases in the first system and the second system, and their amplitudes are offset from each other.

The motor device according to claim 4 or 5.
If the switch inverter section does not include a failed switch that does not operate normally,
The signal wave is a motor device having the same amplitude and phase in the first system and the second system.

The motor device according to any one of claims 1 to 6.
The three-phase winding is a motor device characterized in that it is configured as a distributed winding wound together in a plurality of the teeth portions.

The motor device according to any one of claims 1 to 6.
The three-phase winding is a motor device characterized in that it is configured as a centralized winding wound around each of the teeth portions.

It is a method of driving a motor device that is provided with three-phase windings of the first system and the second system for one rotor and is rotated by the output from the inverter switch unit.
The failure detection process for detecting the failure switch of the inverter switch unit and
A relay control process for controlling a mechanical relay connected between the three-phase windings of the first system and the second system and the switch inverter unit according to the detection result of the failure switch.
The current value acquisition step of acquiring the current value in each phase of the first system and the second system, and
A command voltage calculation step of calculating a first command voltage for the first system and a second command voltage for the second system based on the current value of each phase.
A gate signal determination step of comparing the voltage of the carrier wave with the first command voltage and the second command voltage to determine the gate signal for the first system and the second system.
A method for driving a motor device, comprising: an inverter switch control step of determining an on signal / an off signal of the inverter switch unit based on the gate signal.