JPH08242600A - ハイブリッド励磁形永久磁石電動機の電流制御装置 - Google Patents

ハイブリッド励磁形永久磁石電動機の電流制御装置

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JPH08242600A
JPH08242600A JP7041728A JP4172895A JPH08242600A JP H08242600 A JPH08242600 A JP H08242600A JP 7041728 A JP7041728 A JP 7041728A JP 4172895 A JP4172895 A JP 4172895A JP H08242600 A JPH08242600 A JP H08242600A
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JP
Japan
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current
control
disturbance
permanent magnet
interference term
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JP7041728A
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English (en)
Inventor
Mitsutaka Hori
充孝 堀
Akifumi Ichihara
昌文 市原
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 干渉項を予め加えることにより外乱を相殺し
制御設計を容易にしたハイブリッド励磁形永久磁石電動
機の電流制御装置を提供する。 【構成】 永久磁石13と電磁石5直流励磁電流を調整
し固定子電動機電流に磁束電流とトルク電流とのベクト
ル制御を行なうに際し、電流制御部にて積分・比例演算
を行ないしかも干渉項を予め加えるようにしたものであ
り、外乱を相殺し、振動を抑制したものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ハイブリッド励磁形永
久磁石電動機の電流制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より回転子を永久磁石としたいわゆ
る永久磁石電動機がある。そして、最近ではこの永久磁
石電動機の運転可能速度範囲を広げ、効率を良くするた
め直流励磁巻線を備えた永久磁石電動機(ハイブリッド
励磁形永久磁石電動機)が提案されている。
【0003】図2(a)(b)は、ハイブリッド励磁形
永久磁石電動機の一例の構造を示しており、図2(a)
において、1は固定子である電機子、2はこの電機子の
鉄心、3は電機子巻線、4は円筒形のヨークである。こ
のうち、電機子鉄心2は、軸方向に2分割された成層鉄
心であり、片側の部分を便宜上N極側鉄心2a、他の片
側の部分を便宜上S極側鉄心2bとした場合、N極側鉄
心2aとS極側鉄心2bとはその間にリング状の直流励
磁巻線5を挟むように軸方向に沿って備えられている。
そして、N極側鉄心2aとS極側鉄心2bとは、ヨーク
4によって磁気的に結合されかつ機械的に支持されてい
る。また、電機子巻線3は、N極側鉄心2aとS極側鉄
心2bとをまたぐようにして備えられている。
【0004】他方、回転子11は、回転子鉄心12と永
久磁石(PM)13とを有し、このうち回転子鉄心12
はシャフト15に連結されたヨーク14に支持固定され
ている。ここにおいて、回転子鉄心12は、部分的に突
き出た構造で突極状をなし、PM13が備えられる部分
以外の個所にあって突極状部12aを形成する。そし
て、この突極上部12aは、固定子のN極側鉄心2aと
S極側鉄心2bとに対応して設けられ、図2(b)にも
示す如く便宜上N極側突極状部12aNとS極側突極状
部12aSとに分けられる。すなわち、突極状部12a
は、固定子のN極側鉄心2aとS極側鉄心2bとの軸方
向の長さに対応して設けられ、しかも周方向に一定幅を
有してN極側突極状部12aN及びS極側突極状部12
aSとして存在する。そして、N極側突極状部12aN
には、周方向に隣り合ってN極PM13が配置され、ま
たS極側突極状部12aSにも周方向に隣り合ってS極
PM13が配置される。しかも、軸方向には、N極側突
極状部12aNとS極PM13とが並び、またN極PM
13とS極側突極状部12aSとが並んでいる構造であ
る。この結果、回転子11は、図2(b)に示す如くN
極側突極状部12aNとN極側PM13とが周方向に交
互に配置され、軸方向に励磁巻線5の間隔たってS極側
突極状部12aSとS極PM13とが周方向に交互に配
置され、しかも軸方向には突極状部12aとPM13と
が並んでいるものである。また、突極状部12aは、周
方向にPM13の極数と同じ数だけ形成されている。
【0005】かかる構造のハイブリッド励磁形永久磁石
電動機にあって、励磁巻線5に着目した場合この直流励
磁電流の方向と大きさを変化させることにより、PM1
3と同一方向の磁束を通したり、磁束を零としたり、反
対方向の磁束を通すことによって、磁束の減磁、定常、
増磁が得られ、この磁束の変化によって最大回転数の増
減を連続的に変化させることができる。
【0006】一方、電動機制御においては、交流機の制
御として直流機と同様のきめ細かな制御を行なうべくベ
クトル制御が採用され得る。このベクトル制御は、図2
に示す電機子巻線3にインバータ制御にて3相電流を流
すに際し、図3に示すように磁束電流指令id*とトル
ク電流指令iq*及び検出電流id,iqを入力したデ
イジタル電流制御部20にて出力電圧VO,VTを得てお
り、ついで座標変換部21での座標変換出力V1,ξを
2相3相変更部22にて3相電圧指令Vu * ,Vv * ,Vw
* としてPWMインバータ23を制御し、図2の電動機
(電機子巻線3)制御を行なっている。この場合、検出
電流id,iqは、3相のうちの2相の電機子電流i
u,iwを取り出し、3相2相変換部24による2相電
流iα、iβを座標変換部25にてid,iqに変換し
て得ている。なお、図3においては、図2に示す励磁巻
線5への直流電流制御部26を備えて電流ifの制御を
行なっている。
【0007】このようにして、ハイブリッド永久磁石電
動機についても、ベクトル制御による速度制御を可能と
するものであるが、このようなベクトル制御回路にあっ
てデイジタル電流制御部20は図4の如くコントローラ
を有する。この図4では磁束電流指令id*、トルク電
流指令iq*の外、同一回路構成ため直流界磁巻線電流
指令if*をも示している。すなわち、PI制御(比例
・積分制御)部201,202,261によってid,
id*,iq,iq*,if,if*それぞれから出力電
圧VO,VT,Vfを得ている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ハイブリッド永久磁石
電動機において、直流界磁巻線及びd−q軸上での電圧
電流方程式は、下記[数1]の如くなる。
【0009】
【数1】
【0010】この式は、「電学論D、113巻2号、平
成5年、での「DCブラシレスモータの高性能化最適速
度制御系の構成」伊藤他」にて開示しており、この式の
とおり例えばq軸制御では図5に示す電流制御系ブロッ
クを有する。すなわち、q軸部分は時定数Lq/Rqの一
次遅れ系に対し、直流界磁巻線電流、磁束成分及びd軸
電流成分による速度起電力が制御対象に対して外乱とし
て加わることになり、指令iq*の応答及び外乱(ω
(Mff+φo)+ωLdd)に対する応答に対して制
御設計は、一自由度しかない。すなわち、指令値に対す
る応答と外乱に対する応答とを独立に設計することがで
きず、指令値が外乱かのどちらかの応答に合わせて設計
するとき他方の応答が設計できないという問題を有して
いる。
【0011】本発明は、上述の問題に鑑み、制御設計を
容易としたハイブリッド永久磁石電動機の電流制御装置
を提供する。
【0012】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成する本
発明は、(1)界磁として永久磁石と電磁石を備え、こ
の電磁石による直流励磁電流を調整すると共に固定子電
機子巻線に磁束電流とトルク電流とを流してベクトル制
御を行なうハイブリッド励磁形永久磁石電動機におい
て、磁束電流指令とトルク電流指令とが入力される電流
制御部では、電圧方程式に基づき積分に次いで比例演算
を行ないかつ干渉項を予め加えるようにしたことを特徴
とし、(2)界磁として永久磁石と電磁石を備え、この
電磁石による直流励磁電流を調整すると共に固定子電機
子巻線に磁束電流とトルク電流とを流してベクトル制御
を行なうハイブリッド励磁形永久磁石電動機において、
直流励磁電流指令が入力される直流電流制御部では、電
圧方程式に基づき積分に次いで比例演算を行ないかつ干
渉項を予め加えるようにしたことを特徴とする。
【0013】
【作用】干渉項を予め加えることにより電動機構造上の
外乱となる干渉項を相殺することができ、指令値に対す
る応答を考えるだけで済み、制御設計が極めて容易とな
り、また、従来のPI制御系をIP制御系とすることに
より系の零点をキャンセルすることができて振動を抑制
することができる。
【0014】
【実施例】図1は、図5に対応する本発明の実施例の電
流制御部の制御ブロックを示している。図1において、
(a)はid*、(b)はiq*、(c)はif*の各電
流制御系を表している。すなわち、図1(a)について
は、積分次いで比例演算(IP)制御を行ない、しかも
d軸の干渉項である外乱ωLqqを予め系に加えてお
り、電動機の内部構造上の破線で示すブロックωLqq
−(Rd+SLd)から外乱ωLqqを差し引くことによ
って、一次遅れのみとして外乱項を相殺している。同様
に、図1(b)については、IP制御を行ない、しかも
q軸の干渉項である外乱ωLqq+ω(Mff+φo
を予め系に加えて、図1(c)でもIP制御と共に干渉
項PMfdを予め系に加えることにより、外乱を相殺し
ている。この結果、各系では制御対象を巻線の抵抗文と
インダクタンスによって決まる時定数の一次遅れ系とな
り、外乱項が無くなり、指令値に対する応答を考えるだ
けで済む。
【0015】また、図1に示す各系にあっては、従来P
I演算制御を行なっていたのに対し、IP演算制御とし
ている。これは次式[数2]に示すように式(1)にて
−K Id/KPdで零点が存在することになるが、式(2)
では零点が存在しない。
【0016】
【数2】
【0017】この結果、零点による影響つまり−KId
Pdの時ゲイン零の状態で設定どおりの応答できないと
いうことが無くすなわち、振動の発生を防止することが
できる。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、各
軸成分の干渉項をキャンセルすることができ、制御対象
を一次遅れ系のみとして設定応答の設計を重視でき制御
設計を容易にできる。また、零点がなく振動を抑制する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す制御ブロック図。
【図2】ハイブリッド励磁形永久磁石電動機の構成図。
【図3】ベクトル制御の簡略ブロック図。
【図4】従来のPI制御コントローラのブロック図。
【図5】従来のq軸制御ブロック図。
【符号の説明】
3 電動子巻線 5 直流励磁巻線 20 デイジタル電流制御部 26 直流電流制御部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 界磁として永久磁石と電磁石を備え、こ
    の電磁石による直流励磁電流を調整すると共に固定子電
    機子巻線に磁束電流とトルク電流とを流してベクトル制
    御を行なうハイブリッド励磁形永久磁石電動機におい
    て、 磁束電流指令とトルク電流指令とが入力される電流制御
    部では、電圧方程式に基づき積分に次いで比例演算を行
    ないかつ干渉項を予め加えるようにしたことを特徴とす
    る電流制御装置。
  2. 【請求項2】 界磁として永久磁石と電磁石を備え、こ
    の電磁石による直流励磁電流を調整すると共に固定子電
    機子巻線に磁束電流とトルク電流とを流してベクトル制
    御を行なうハイブリッド励磁形永久磁石電動機におい
    て、 直流励磁電流指令が入力される直流電流制御部では、電
    圧方程式に基づき積分に次いで比例演算を行ないかつ干
    渉項を予め加えるようにしたことを特徴とする電流制御
    装置。
JP7041728A 1995-03-01 1995-03-01 ハイブリッド励磁形永久磁石電動機の電流制御装置 Pending JPH08242600A (ja)

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Effective date: 20030812