JPWO2014207858A1 - Rotating machine and rotating machine drive system - Google Patents

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徳昭 日野
智道 伊藤
智道 伊藤
尚弘 楠見
尚弘 楠見
哲郎 森崎
哲郎 森崎
高橋 一雄
一雄 高橋
アウン コーテット
アウン コーテット
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Abstract

3レベルインバータを並列化した6相回転機ドライブにおいて、高速時に安定回転が可能で、低騒音な回転機および回転機ドライブシステムを提供する。複数のスロットに巻線を収納して固定子を形成し、Y結線された2組の3相巻線を備えた回転機を駆動する回転機ドライブシステムであって、Y結線された2組の3相巻線の中性点は互いに絶縁されており、各組の各相の巻線は第1のスロット位置から巻回後、亘り線を介して第2のスロット位置から巻回して前記中性点に至るともに、亘り線の前後の2組の巻線は互いに軸対象位置に置かれるように構成された回転機と、交流電源に接続された整流回路と、整流回路に接続され、交流各相に3レベルの交流出力を与える2組の3レベルインバータを備え、2組の3レベルインバータは、回転機の各組の3相巻線の夫々に電力供給するとともに、Y結線された2組の3相巻線の同相の巻線には互いに逆位相の電流が与えられることを特徴とする。In a 6-phase rotating machine drive in which a 3-level inverter is arranged in parallel, a rotating machine and a rotating machine drive system capable of stable rotation at high speed and low noise are provided. A rotating machine drive system for storing a winding in a plurality of slots to form a stator and driving a rotating machine having two sets of three-phase windings that are Y-connected. The neutral points of the three-phase windings are insulated from each other, and the windings of each phase of each set are wound from the first slot position, and then wound from the second slot position via a crossover wire. The two sets of windings before and after the crossover are connected to each other at the axial target position, the rectifier circuit connected to the AC power source, the rectifier circuit and the AC Two sets of three-level inverters that provide three-level AC output to each phase are provided, and two sets of three-level inverters supply power to each of the three-phase windings of each set of the rotating machine and are Y-connected 2 It is characterized in that currents of opposite phases are applied to the same phase winding of the three-phase windings of the pair .

Description

本発明は複数のインバータで駆動される回転機および回転機ドライブシステムにかかり、特に複数インバータによる大容量化の際の並列化に伴い、並列回路間で異なる電流が流れることに起因するモータの振動を抑制することができる回転機および回転機ドライブシステムに関する。   The present invention relates to a rotating machine and a rotating machine drive system driven by a plurality of inverters, and in particular, vibrations of a motor caused by different currents flowing between parallel circuits due to parallelization when the capacity is increased by a plurality of inverters. The present invention relates to a rotating machine and a rotating machine drive system that can suppress the rotation.

近年のIGBT等の半導体スイッチング素子の大容量化に伴い、インバータによるMW級の回転機ドライブが可能となっている。   With the recent increase in capacity of semiconductor switching elements such as IGBTs, MW class rotating machine drives using inverters are possible.

また、さらなる大容量化手法として、インバータの並列化がある。これは、単機のインバータで補えない電力供給を複数のインバータを部分的に並列接続することで、回転機ドライブシステムとしての大容量化を図るものである。   Further, as a method for further increasing the capacity, there is parallelization of inverters. This is intended to increase the capacity of a rotating machine drive system by partially connecting a plurality of inverters in parallel to supply power that cannot be supplemented by a single inverter.

並列化の回路方式として、直流部を並列接続した回転機ドライブ構成が特許文献1、2に開示されている。また特許文献3では、異常時の回転機内の電磁力バランスを取るために、回転機の巻線を対称にする方法が示されている。   As a parallel circuit system, Patent Documents 1 and 2 disclose a rotating machine drive configuration in which DC units are connected in parallel. Patent Document 3 discloses a method of making the windings of the rotating machine symmetrical in order to balance the electromagnetic force in the rotating machine at the time of abnormality.

特開平3−15273号公報JP-A-3-15273 特許第4380755号公報Japanese Patent No. 4380755 特許第4691897号公報Japanese Patent No. 4691897

並列化による大容量化手法として特許文献1に記載の回転機ドライブシステムでは、直流回路が並列接続された二つの3レベルインバータを備え、二つの3レベルインバータで位相の60度異なる巻線を備える電動機を駆動している。特許文献1によれば直流回路部における3次の電圧脈動を抑えることができる特徴がある。またこのインバータから発生する交流電圧が安定する。また、この直流回路部を平滑するコンデンサ容量を小さくできる。   As a method for increasing the capacity by parallelization, the rotating machine drive system described in Patent Document 1 includes two three-level inverters in which DC circuits are connected in parallel, and the two three-level inverters include windings different in phase by 60 degrees. The electric motor is driven. According to Patent Document 1, there is a feature capable of suppressing the third-order voltage pulsation in the DC circuit portion. Further, the AC voltage generated from this inverter is stabilized. Further, the capacitor capacity for smoothing the DC circuit portion can be reduced.

上記特許文献1の技術では、回転機の並列回路には全く同じ電流が流れることを前提としている。しかしながら現実には、二つの独立回路にそれぞれインバータ電源と回転機のインピーダンスがあるため、電源の性能差や回転機のインピーダンスの微妙な違いにより、厳密に同じ電流を流すことはできない。例えば、インバータのスイッチングタイミングによっても、電流の高調波成分は変わる。これに伴い、本来同じ電流が流れて電磁力がバランスするはずの回転機内がアンバランスになり、安定に回転できないという課題がある。特に、大容量高速回転機の場合には、安定回転のためにバランスが大事で、回転機の振動は大きな事故に繋がる。あるいは、騒音などの問題が生じる。   The technique of Patent Document 1 is based on the premise that exactly the same current flows in the parallel circuit of the rotating machine. However, in reality, since there are impedances of the inverter power supply and the rotating machine in the two independent circuits, the same current cannot be caused to flow due to a difference in performance of the power supply or a slight difference in impedance of the rotating machine. For example, the harmonic component of the current also changes depending on the switching timing of the inverter. Along with this, there is a problem in that the same electric current flows and the inside of the rotating machine where the electromagnetic force should be balanced becomes unbalanced and cannot be rotated stably. In particular, in the case of a large-capacity high-speed rotating machine, balance is important for stable rotation, and vibration of the rotating machine leads to a major accident. Or problems, such as noise, arise.

特許文献2では、高調波について述べているが、並列化した二組の三相巻線同士を中性点で繋ぐものであり、目的は電磁ノイズの低減である。二組の三相中性点が異なるタイミングで浮動することにより、その間に電流が流れ、回転機出力に寄与しない電流が増えることになる。大容量の回転機やインバータ回路では、このような電流による損失増加で、冷却が難しくなり、小型化できない問題がある。   In Patent Document 2, harmonics are described, but two sets of three-phase windings connected in parallel are connected at a neutral point, and the purpose is to reduce electromagnetic noise. When the two sets of three-phase neutral points float at different timings, current flows between them, and current that does not contribute to the rotating machine output increases. Large-capacity rotating machines and inverter circuits have a problem that cooling due to such increased loss due to current becomes difficult and cannot be reduced in size.

特許文献3は、異常時に発生する並列回路間の回転機電流の違いを述べており、スイッチングによる電流の違いを考慮していない。   Patent Document 3 describes a difference in rotating machine current between parallel circuits that occurs during an abnormality, and does not consider the difference in current due to switching.

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、3レベルインバータを並列化した6相回転機ドライブにおいて、高速時に安定回転が可能で、低騒音な回転機および回転機ドライブシステムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and provides a low-noise rotating machine and rotating machine drive system that can stably rotate at a high speed in a six-phase rotating machine drive in which three-level inverters are arranged in parallel. Objective.

上記目的を達成するため、本発明の回転機ドライブシステムは、複数のスロットに巻線を収納して固定子を形成し、Y結線された2組の3相巻線を備えた回転機を駆動する回転機ドライブシステムであって、Y結線された2組の3相巻線の中性点は互いに絶縁されており、各組の各相の巻線は第1のスロット位置から巻回後、亘り線を介して第2のスロット位置から巻回して前記中性点に至るともに、亘り線の前後の2組の巻線は互いに軸対象位置に置かれるように構成された回転機と、交流電源に接続された整流回路と、整流回路に接続され、交流各相に3レベルの交流出力を与える2組の3レベルインバータを備え、2組の3レベルインバータは、回転機の各組の3相巻線の夫々に電力供給するとともに、Y結線された2組の3相巻線の同相の巻線には互いに逆位相の電流が与えられることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the rotating machine drive system of the present invention drives a rotating machine including two sets of three-phase windings that are Y-connected, by forming windings in a plurality of slots to form a stator. The neutral point of two sets of three-phase windings connected in a Y-direction is insulated from each other, and the windings of each phase of each set are wound from the first slot position, A rotating machine configured to wind from the second slot position via the crossover to reach the neutral point, and the two sets of windings before and after the crossover are placed at the axial target position, and an AC A rectifier circuit connected to a power source, and two sets of three-level inverters connected to the rectifier circuit and providing a three-level AC output to each AC phase are provided. Power is supplied to each of the phase windings, and two sets of three-phase windings that are Y-connected Wherein the opposite phase current is applied to each other in the winding phase.

本構成により、2つの単機インバータにより出力される電流高調波の作るモータ機内の電磁力は常に180度回転対称であるため、回転子に偏心する力が働かないので、高速、大容量なモータでも安定に駆動させることができる。   With this configuration, the electromagnetic force in the motor generated by the current harmonics output by the two single inverters is always 180 degrees rotationally symmetric, so no eccentric force acts on the rotor, so even a high-speed, large-capacity motor can be used. It can be driven stably.

本発明の同期機(モータ)の巻線構成を示す図。The figure which shows the coil | winding structure of the synchronous machine (motor) of this invention. 本発明に係る回転機ドライブシステムの全体構成を示す図。The figure which shows the whole structure of the rotary machine drive system which concerns on this invention. 3レベルインバータの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of a 3 level inverter. 図1のモータのコイルの配置とインバータへの接続方法を示す図。The figure which shows the arrangement | positioning of the coil of the motor of FIG. 1, and the connection method to an inverter. 図1のモータの巻線を展開したコイル配置を示す図。The figure which shows the coil arrangement | positioning which expand | deployed the winding of the motor of FIG. コントローラの具体回路構成を示す図。The figure which shows the specific circuit structure of a controller. 本発明に係るキャリア信号、電圧指令値、相電圧の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the carrier signal which concerns on this invention, a voltage command value, and a phase voltage. 本発明を採用しない巻線構成事例を示す図。The figure which shows the coil | winding structure example which does not employ | adopt this invention. 円環1次モードを示す図。The figure which shows a ring primary mode. コイル電流波形が相違する事例を示す図。The figure which shows the example from which a coil current waveform differs. 図10(a)のときに生じる円環2次モードを示す図。The figure which shows the annular | circular secondary mode which arises in Fig.10 (a). コイル電流波形が相違する事例を示す図。The figure which shows the example from which a coil current waveform differs. 図11(a)のときに生じる円環4次モードを示す図。The figure which shows the annular | circular quartic mode which arises in Fig.11 (a). キャリアを逆転させない時のキャリア信号、電圧指令値、相電圧の関係を示す図。The figure which shows the relationship of a carrier signal, voltage command value, and phase voltage when not reversing a carrier. 本発明で採用可能な他の回転機巻線の展開事例を示す図。The figure which shows the expansion | deployment example of the other rotary machine coil | winding employable by this invention. 本発明で採用可能な他の回転機巻線の事例を示す図。The figure which shows the example of the other rotary machine coil | winding employable by this invention. 各極のコイルを90度回転対称に配置した事例を示す図。The figure which shows the example which has arrange | positioned the coil of each pole 90 degree | times rotation symmetry. 本発明で採用可能な6極の回転機巻線の事例を示す図。The figure which shows the example of the 6 pole rotating machine coil | winding employable by this invention.

以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

本発明に係る回転機ドライブシステムの全体構成を図2に示している。但し図2には、回転機が同期電動機である場合の、回転機ドライブシステム2を示している。なおこの場合の回転機は、同期電動機の例を示しているが、同期発電機あるいは同期発電電動機であってもよい。   FIG. 2 shows the overall configuration of the rotating machine drive system according to the present invention. However, FIG. 2 shows the rotating machine drive system 2 when the rotating machine is a synchronous motor. The rotating machine in this case shows an example of a synchronous motor, but it may be a synchronous generator or a synchronous generator motor.

図2の回転機ドライブシステム2の構成要素を大別すると、これは整流器30、インバータシステム21および同期機10により構成されている。また、回転機ドライブシステム2には、電力系統50が連係され、回転機ドライブシステム2のインバータシステム30により同期機10の回転子(シャフト)7にトルクを生じさせ、負荷6にトルクを伝達する。   The components of the rotary machine drive system 2 in FIG. 2 are roughly classified into a rectifier 30, an inverter system 21, and a synchronous machine 10. In addition, a power system 50 is linked to the rotating machine drive system 2, and torque is generated in the rotor (shaft) 7 of the synchronous machine 10 by the inverter system 30 of the rotating machine drive system 2, and torque is transmitted to the load 6. .

なお図2の事例では同期電動機を意図しているため、電力は電力系統50から同期回転機10の方向に与えられることから整流器30を設置している。このため、同期機として同期発電機とする場合には、整流器30に代えてインバータを備え、電力を発電機側から電力系統側に送るようにすればよい。   In the case of FIG. 2, since a synchronous motor is intended, the rectifier 30 is installed because electric power is supplied from the electric power system 50 to the synchronous rotating machine 10. Therefore, when a synchronous generator is used as a synchronous machine, an inverter is provided instead of the rectifier 30 and power may be sent from the generator side to the power system side.

以下同期電動機を念頭に置き、回転機ドライブシステム2の構成要素について、電力系統50に近い側から順にその構成と概略機能を説明する。   Hereinafter, with the synchronous motor in mind, the configuration and schematic functions of the components of the rotating machine drive system 2 will be described in order from the side closer to the power system 50.

まず、整流器30は、電力系統50に対して電気的絶縁と電圧変換を目的として設けられる変圧器320と、変圧器320に接続され入力交流電力を直流電力に変換するダイオード整流器310により構成される。この整流器30は、電力系統50より受電した交流電力を直流に整流し、インバータシステム20に直流電力を供給する。   First, the rectifier 30 includes a transformer 320 provided for the purpose of electrical insulation and voltage conversion with respect to the power system 50, and a diode rectifier 310 that is connected to the transformer 320 and converts input AC power into DC power. . The rectifier 30 rectifies AC power received from the power system 50 into DC and supplies DC power to the inverter system 20.

次にインバータシステム21について説明すると、これは電力主回路とその制御回路部分で構成されている。まず電力主回路は、3レベルインバータ230、235、フィルタリアクトル240、250、直流コンデンサ400P、400Nにより構成されている。このうち3レベルインバータ230、235は、直流入力端子P、M、N(P:正端子、M:中性点端子、N:負端子)が並列接続されている。また、整流器310と3レベルインバータ230、235を接続する直流回路には容量の等しい2つの直流コンデンサ400P、400Nが接続され、直流コンデンサ400P、400Nの各端子が図2に示すように3レベルインバータ230、235の直流端子P、M、Nに接続されている。なお直流コンデンサ400は、整流器30の出力する直流電力の脈動を低減することを目的として設置されている。   Next, the inverter system 21 will be described. The inverter system 21 includes a power main circuit and its control circuit portion. First, the power main circuit includes three-level inverters 230 and 235, filter reactors 240 and 250, and DC capacitors 400P and 400N. Among these, the DC input terminals P, M, and N (P: positive terminal, M: neutral point terminal, N: negative terminal) are connected in parallel to the three-level inverters 230 and 235. Further, two DC capacitors 400P and 400N having the same capacity are connected to the DC circuit connecting the rectifier 310 and the three-level inverters 230 and 235, and each terminal of the DC capacitors 400P and 400N is connected to the three-level inverter as shown in FIG. 230 and 235 are connected to DC terminals P, M, and N. The DC capacitor 400 is installed for the purpose of reducing the pulsation of the DC power output from the rectifier 30.

同期機10は、パワーアース端子PEが接地点Eに接続され、絶縁された2組の3相固定子巻線を備える。各組の3相固定子巻線はそれぞれインバータ230、235に接続されて給電される。同期機10の回転子(シャフト)7は負荷6に接続されている。なお、同期機10の2組の3相固定子巻線の接続関係について図4、図5を用いて後述する。   The synchronous machine 10 includes two sets of three-phase stator windings that have power ground terminals PE connected to a ground point E and are insulated. Each set of three-phase stator windings is connected to inverters 230 and 235 for power supply. A rotor (shaft) 7 of the synchronous machine 10 is connected to a load 6. The connection relationship between the two sets of three-phase stator windings of the synchronous machine 10 will be described later with reference to FIGS. 4 and 5.

インバータシステム21の制御回路部分は、コントローラ101とその入出力回路部分で構成され、インバータ230、235はコントローラ101が与えるゲート信号Gにより制御される。   The control circuit portion of the inverter system 21 includes a controller 101 and its input / output circuit portion, and the inverters 230 and 235 are controlled by a gate signal G provided by the controller 101.

コントローラ101は、インバータ230、235の出力電流iを電流センサ81A、81C、81X、81Zにより検出し、またインバータ230、235の出力電圧vを電圧センサ82AB、82BC、82XY、82YZにより検出して、その検出値をコントローラ101の入力とする。   The controller 101 detects the output current i of the inverters 230 and 235 by the current sensors 81A, 81C, 81X and 81Z, and detects the output voltage v of the inverters 230 and 235 by the voltage sensors 82AB, 82BC, 82XY and 82YZ. The detected value is input to the controller 101.

なお、以後の図示および説明における記号付与上の約束として以下のようにしている。まず、直流入力端子P、M、Nが並列接続された3レベルインバータ230、235の交流側端子は、いずれもU、V、W相で表記している。但し、3レベルインバータ230の交流側端子U、V、Wと3レベルインバータ235の交流側端子U、V、Wとで、扱う電気量を区別して説明した方が良い場合がある。このために、以下の説明では、インバータ230側の電流i、電圧vには記号A、B、Cまたはa、b、cを付して相や線間を区別し、インバータ235側の電流i、電圧vには記号X、Y、Zまたはx、y、zを付して相や線間を区別するものとする。   In the following illustrations and explanations, the promises for assigning symbols are as follows. First, the AC side terminals of the three-level inverters 230 and 235 in which the DC input terminals P, M, and N are connected in parallel are all expressed in U, V, and W phases. However, there are cases where it is better to explain the amount of electricity handled by the AC side terminals U, V, W of the 3-level inverter 230 and the AC side terminals U, V, W of the 3-level inverter 235. For this reason, in the following description, the current i and voltage v on the inverter 230 side are given symbols A, B, and C or a, b, and c to distinguish between phases and lines, and the current i on the inverter 235 side. The voltage v is denoted by the symbols X, Y, Z or x, y, z to distinguish between phases and lines.

また図2の図示において、電流iについて3相のうちの2相の電流(図示ではインバータ230側についてia、ic、インバータ235側についてix、iz)のみコントローラ101に入力し、電圧vについて3つの線間のうちの2つの線間電圧(図示ではインバータ230側についてvab、vbc、インバータ235側についてvxy、vyz)のみコントローラ101に入力している。これは残りの1相の電流ib、iy、残りの1つの線間の電圧vca、vzxは合成により求めることができるため入力回路部分の構成を簡略化したものであり、コントローラ101内部では3相量として取り扱われる。   In FIG. 2, only two currents out of the three phases of current i (in the figure, ia and ic on the inverter 230 side, ix and iz on the inverter 235 side) are input to the controller 101, Only two line voltages among the lines (in the drawing, vab and vbc for the inverter 230 side, vxy and vyz for the inverter 235 side) are input to the controller 101. This is because the remaining one-phase currents ib and iy and the remaining one-line voltages vca and vzx can be obtained by synthesis, and the configuration of the input circuit portion is simplified. Treated as a quantity.

コントローラ101の詳しい演算内容は図6を用いて後述するが、要するにここでは、トルク指令τrefと同期機10への出カトルクが一致するよう3レベルインバータ230、235のゲート信号G(G−ABC、G−XYZ)を算出し、ゲート信号Gをそれぞれ3レベルインバータ230、235に出力する。なお、3レベルインバータ230に与えられるゲート信号G―ABCと、3レベルインバータ235に与えられるゲート信号G一XYZは、先に説明した記号A、B、Cまたは記号X、Y、Zにより区別し、表示されている。なおコントローラ101は、上記3レベルインバータ230、235を制御するゲート信号を算出するが、ゲート信号の信号数は1インバータあたり12点である。   The detailed calculation contents of the controller 101 will be described later with reference to FIG. 6. In short, here, the gate signals G (G-ABC, G-ABC,...) Of the three-level inverters 230 and 235 so that the torque command τref and the output torque to the synchronous machine 10 coincide. G-XYZ) and the gate signal G is output to the three-level inverters 230 and 235, respectively. The gate signal G-ABC supplied to the three-level inverter 230 and the gate signal G-XYZ supplied to the three-level inverter 235 are distinguished by the symbols A, B, C or the symbols X, Y, Z described above. Is displayed. The controller 101 calculates gate signals for controlling the three-level inverters 230 and 235. The number of gate signals is 12 points per inverter.

図3に、3レベルインバータの構成例を230の例で示している。なお、3レベルインバータ235は3レベルインバータ230と同じ構成を備えるため、説明を省略する。   FIG. 3 shows a configuration example of a three-level inverter as an example 230. Since the three-level inverter 235 has the same configuration as the three-level inverter 230, the description thereof is omitted.

3レベルインバータ230は、交流側端子ごとの3つのアームにより構成されるインバータである。各アームは、4直列接続されたIGBT素子、および直流中性点の端子Mに接続される2つのダイオードにより構成される。   The three-level inverter 230 is an inverter composed of three arms for each AC side terminal. Each arm includes four IGBT elements connected in series and two diodes connected to a terminal M at a DC neutral point.

この図においてU相の交流端子Uに接続されたアームが230Uであり、V相の交流端子に接続されたアームが230V、W相の交流端子に接続されたアームが230Wである。各アームは基本的に同じ構成とされているので、ここではアーム230Uの例で説明する。   In this figure, the arm connected to the U-phase AC terminal U is 230 U, the arm connected to the V-phase AC terminal is 230 V, and the arm connected to the W-phase AC terminal is 230 W. Since each arm has basically the same configuration, an example of the arm 230U will be described here.

アーム230Uは、4組のIGBT素子(230m、230n、230s、230v)が直列に接続されており、4直列接続されたIGBT素子列の両端が直流回路の正端子Pと負端子Nにそれぞれ接続されている。図の例ではIGBT素子230mのカソード側が直流回路の正端子Pに、IGBT素子230vのエミッタ側が直流回路の負端子Nに接続されている。なお各IGBT素子は、IGBTとこのIGBTに逆並列接続されたダイオードにより構成されている。   In the arm 230U, four sets of IGBT elements (230m, 230n, 230s, 230v) are connected in series, and both ends of the four series-connected IGBT element arrays are connected to the positive terminal P and the negative terminal N of the DC circuit, respectively. Has been. In the illustrated example, the cathode side of the IGBT element 230m is connected to the positive terminal P of the DC circuit, and the emitter side of the IGBT element 230v is connected to the negative terminal N of the DC circuit. Each IGBT element is composed of an IGBT and a diode connected in reverse parallel to the IGBT.

4直列接続されたIGBT素子で構成された直列アームは、上側の2個230m、230nで上側アームを構成し、下側の2個230s、230vで下側アームを構成する。かつ上下アームの接続点がU相の交流端子に接続されている。   In the series arm composed of four IGBT elements connected in series, the upper two arms 230m and 230n constitute the upper arm, and the lower two 230s and 230v constitute the lower arm. And the connection point of the upper and lower arms is connected to the U-phase AC terminal.

またこの直列アームの上側アームの2個のIGBT素子230m、230nの接続点と、この直列アームの下側アームの2個のIGBT素子230s、230vの接続点の間に、ダイオード230a、230dの直列回路を接続している。かつダイオード230a、230dの直列回路接続点間を、直流中性点端子Mに接続している。直流中性点端子Mは図8に示したように、容量の等しい2つの直流コンデンサ400P、400Nの直列回路の接続部である。   Further, a diode 230a, 230d is connected in series between the connection point of the two IGBT elements 230m, 230n of the upper arm of the series arm and the connection point of the two IGBT elements 230s, 230v of the lower arm of the series arm. The circuit is connected. The series circuit connection point of the diodes 230a and 230d is connected to the DC neutral point terminal M. As shown in FIG. 8, the DC neutral point terminal M is a connection part of a series circuit of two DC capacitors 400P and 400N having the same capacity.

説明を省略したが、他のアーム230V、230Wも230Uと同じ構成とされている。係る構成において、3レベルインバータ230の直流中性点端子Mからは、直流電流iMの分岐電流iMabcが流入しており、これが各アームに分岐する。交流出力電圧が直流中性点端子Mと同電位のアームの出力電流の和がiMabcとなる。   Although not described, the other arms 230V and 230W have the same configuration as 230U. In such a configuration, the branch current iMabc of the DC current iM flows from the DC neutral point terminal M of the three-level inverter 230, and this branches to each arm. The sum of the output currents of the arms whose AC output voltage is the same potential as that of the DC neutral point terminal M is iMabc.

係る構成の3レベルインバータ230の各IGBT素子の制御電極であるゲート端子に、コントローラ101から出力されるゲート信号を入力することによりIGBT素子を駆動する。アーム230Uを例にして、具体的なIGBT素子の制御方法について説明する。   The IGBT element is driven by inputting the gate signal output from the controller 101 to the gate terminal which is the control electrode of each IGBT element of the three-level inverter 230 having such a configuration. A specific control method of the IGBT element will be described using the arm 230U as an example.

3レベルインバータにおけるゲート信号Gは、下記3つのパターンで出力される。
パターン1:IGBT素子230m、230nをオン、230s、230vはオフ
パターン2:IGBT素子230n、230sをオン、230m、230vはオフ
パターン3:IGBT素子230s、230vをオン、230m、230nはオフ
パターン1の場合は、交流端子Uは直流回路の正端子Pの電位、パターン2の場合は、交流端子Uは直流回路の中間端子Mの電位、パターン3の場合は、交流端子Uは直流回路の負端子Nの電位となるため、直流中点電位から見て+Vdc/2、0、一Vdc/2の3電圧を出力可能である。この関係は他の交流端子においても同じである。
The gate signal G in the three-level inverter is output in the following three patterns.
Pattern 1: IGBT elements 230m and 230n are on, 230s and 230v are off Pattern 2: IGBT elements 230n and 230s are on, 230m and 230v are off Pattern 3: IGBT elements 230s and 230v are on, 230m and 230n are off Pattern 1 The AC terminal U is the potential of the positive terminal P of the DC circuit, the pattern 2 is the AC terminal U is the potential of the intermediate terminal M of the DC circuit, and the pattern 3 is the negative terminal of the DC circuit. Since it becomes the potential of the terminal N, it is possible to output three voltages of + Vdc / 2, 0, and 1 Vdc / 2 when viewed from the DC midpoint potential. This relationship is the same for other AC terminals.

以上図2と図3を用いて、2組の3レベルインバータで構成される回転機ドライブシステム2の概略構成を説明した。このシステム2における本発明の特徴的な部分は、同期機10の巻線構造と、この巻線構造を前提とする制御手法にある。このため以下の説明では、まず同期機10の巻線構造を説明し、そのあとに制御手法について順次説明することにする。   The schematic configuration of the rotating machine drive system 2 configured with two sets of three-level inverters has been described above with reference to FIGS. 2 and 3. The characteristic part of the present invention in this system 2 is the winding structure of the synchronous machine 10 and the control method based on this winding structure. Therefore, in the following description, the winding structure of the synchronous machine 10 will be described first, and then the control method will be described sequentially.

まず、本発明の同期機(モータ)10の巻線構成を図1に示す。モータ10は、図2で説明したように2組の3相巻線を備えている。これは図1に示すように、ABC相と、XYZ相でそれぞれ三相を構成したものである。コイル10A、10B、10Cで一組の三相を、10X、10Y、10Zでもう一組の三相を構成した6相モータである。各3相のコイルはY結線とされており、それぞれ中性点N1、N2を持ち、中性点同士は繋がれていない。   First, the winding configuration of the synchronous machine (motor) 10 of the present invention is shown in FIG. The motor 10 includes two sets of three-phase windings as described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the ABC phase and the XYZ phase constitute three phases, respectively. This is a six-phase motor in which one set of three phases is constituted by coils 10A, 10B and 10C, and another set of three phases is constituted by 10X, 10Y and 10Z. Each of the three-phase coils is Y-connected, and has neutral points N1 and N2, respectively, and the neutral points are not connected.

また図2に示したように、U相は3レベルインバータ230側がA相と表記され、3レベルインバータ235側がX相と表記されていたが、U相を表すA相とX相は、基本波の電流位相が180度異なるようにコイルを配置する。これにより、U相のコイル10Aと10Xが同方向位置に配列され、同様にV相のコイル10Bと10Yが同方向位置に配列され、W相のコイル10Cと10Zが同方向位置に配列された構成とされる。   Further, as shown in FIG. 2, the U-phase is expressed as A-phase on the 3-level inverter 230 side and X-phase on the 3-level inverter 235 side, but the A-phase and X-phase representing the U-phase are fundamental waves. The coils are arranged so that their current phases differ by 180 degrees. Thereby, the U-phase coils 10A and 10X are arranged in the same direction position, the V-phase coils 10B and 10Y are arranged in the same direction position, and the W-phase coils 10C and 10Z are arranged in the same direction position. It is supposed to be configured.

図1のモータのコイルの配置とインバータへの接続方法を、図4を用いてさらに説明する。V相(B、C相)とW相(Y、Z相)は、それぞれU相(A、X相)のコイルを電気的に120度ずらして配置するが、図4では説明を簡便にするためにU相(A相、X相)のコイルのみを図示している。ここでは四極のモータを構成した例について示す。   The arrangement of the motor coil in FIG. 1 and a method of connecting to the inverter will be further described with reference to FIG. The V-phase (B, C-phase) and W-phase (Y, Z-phase) are arranged with the U-phase (A, X-phase) coils electrically shifted by 120 degrees. Therefore, only U-phase (A-phase, X-phase) coils are shown. Here, an example in which a four-pole motor is configured will be described.

図4に示すように、3レベルインバータ230のU相(A)は、モータ10の巻線10Aに接続され、3レベルインバータ235のU相(X)は、モータ10の巻線10Xに繋がれている。巻線事例を24スロットの例で説明する。   As shown in FIG. 4, the U-phase (A) of the three-level inverter 230 is connected to the winding 10A of the motor 10, and the U-phase (X) of the three-level inverter 235 is connected to the winding 10X of the motor 10. ing. An example of winding will be described with an example of 24 slots.

巻線10Aは、スロット番号1、6間で1ターン、さらにスロット番号2、7間で1ターンして2巻線を構成した後で亘り線10kを経由して、さらにスロット番号13、18間で1ターン、さらにスロット番号14、19間で1ターンして2巻線を構成する。なお、亘線10kの前後の2組の巻線は互いに位相が180度相違する位置に置かれる。   Winding 10A consists of one turn between slot numbers 1 and 6, and one turn between slot numbers 2 and 7 to form two windings. 1 turn, and then 1 turn between slot numbers 14 and 19 to form 2 windings. Note that the two sets of windings before and after the crossing line 10k are placed at positions that are 180 degrees out of phase with each other.

同様にして巻線10Xは、スロット番号7、12間で1ターン、さらにスロット番号8、13間で1ターンして2巻線を構成した後で亘り線10kを経由して、さらにスロット番号19、24間で1ターン、さらにスロット番号20、1間で1ターンして2巻線を構成する。なお、亘線10kの前後の2組の巻線は互いに位相が180度相違する位置に置かれる。つまり各相を構成する巻線は、亘線10kの前後で互いに軸対象となる位置に置かれている。   Similarly, the winding 10X has one turn between the slot numbers 7 and 12 and one turn between the slot numbers 8 and 13 to form two windings. , 24 and one turn between slot numbers 20 and 1 to form two windings. Note that the two sets of windings before and after the crossing line 10k are placed at positions that are 180 degrees out of phase with each other. That is, the windings constituting each phase are placed at positions that are axially targeted before and after the crossing line 10k.

このようにコイル10Aと10Xはそれぞれ4つずつのコイル巻線で構成され、二つずつが対向するように180度回転対称に配置され、これら4つのコイル巻線はすべて直列に接続する。対向するコイル巻線は亘り線10Kで電気的に繋がれる。電気的には、コイル10AはN極を形成し、コイル10XはS極を構成する。   In this way, the coils 10A and 10X are each composed of four coil windings, and are arranged in 180-degree rotational symmetry so that two of them are opposed to each other, and these four coil windings are all connected in series. Opposing coil windings are electrically connected by a crossover wire 10K. Electrically, the coil 10A forms an N pole, and the coil 10X forms an S pole.

このモータの巻線を展開したコイル配置が図5である。このモータは4極、固定子のスロットは24のモータであり、各コイルはスロット番号1〜6のピッチ巻かれた2層巻の分布巻となっている。図5の巻線によれば、端子Aから流入した実線の電流は、スロット番号1−6−2−7−13−18−14−19を経由して中性点N1に流れる。   FIG. 5 shows a coil arrangement in which the windings of the motor are developed. This motor has four poles and 24 stator slots, and each coil has two layers of distributed winding wound with a pitch of slot numbers 1-6. According to the winding of FIG. 5, the solid line current flowing from the terminal A flows to the neutral point N1 via the slot number 1-6-2-7-13-18-14-19.

本発明では、端子Aと端子Xからは、基本波が逆向きの同じ大きさの交流電流を入力するように運用するので、端子Aから電流流入する上記説明のタイミングでは、中性点N2から流入した点線の電流は、スロット番号1−20−24−19−13−8−12−7を経由して端子Xに流れる。このようにしたことで、N、S交互に磁界が発生する。   In the present invention, since the terminal A and the terminal X are operated so as to input alternating currents having the same magnitude in the opposite directions of the fundamental wave, at the timing described above when the current flows from the terminal A, the neutral point N2 The flowing dotted line current flows to the terminal X via the slot number 1-20-24-19-13-8-12-7. By doing so, a magnetic field is generated alternately in N and S.

図4に示したインバータとモータの組合せに依れば、直列に巻かれたコイルに常に同じ電流が流れるため、対向するN極コイルが発生する電磁力(主に吸引力)は等しく、回転子に偏心させる力が働かない。また、対向するS極コイルが発生する電磁力も等しく、こちらも回転子に偏心させる力は働かない。これは10Aと10Xに流れる電流が異なっても成立し、このような巻線にすることで、2台の並列インバータにより駆動される6相モータを、偏心力なしにスムーズに回転させることができ、モータの騒音も抑えることができる。   According to the combination of the inverter and the motor shown in FIG. 4, since the same current always flows through the coils wound in series, the electromagnetic force (mainly attractive force) generated by the opposing N-pole coils is equal, and the rotor Eccentricity does not work. Further, the electromagnetic force generated by the opposing S-pole coils is also equal, and this also does not act to decenter the rotor. This is true even if the currents flowing in 10A and 10X differ, and by using such a winding, a 6-phase motor driven by two parallel inverters can be smoothly rotated without eccentric force. The noise of the motor can also be suppressed.

以上本発明のモータ10の巻線の特徴について説明した。これによれば、図1に示すように2組の3相巻線を備えたモータとした。このうち同じ相の2つのコイルは直線状に配置することにした。かつ一方のコイルに流れる電流が入力端子から中性点に向かう方向であるときに、他方のコイルに流れる電流は中性点からその入力端子に向かう方向とした。これにより2組の3相巻線の同相の2つのコイルに流れる電流は同一方向に流れるようにされている。   The characteristics of the winding of the motor 10 of the present invention have been described above. According to this, as shown in FIG. 1, it was set as the motor provided with two sets of three-phase windings. Of these, the two coils of the same phase are arranged in a straight line. When the current flowing through one coil is in the direction from the input terminal toward the neutral point, the current flowing through the other coil is in the direction from the neutral point toward the input terminal. As a result, the currents flowing through the two coils in the same phase of the two sets of three-phase windings flow in the same direction.

係る巻線配置を前提として、本発明の制御手法では2組の3相巻線の同相の2つのコイルに流れる電流を互いに基本波位相が逆位相となるように制御する。以下、この制御を実現するための制御手法を説明する。この制御はコントローラ101により実現される。   On the premise of such winding arrangement, in the control method of the present invention, the currents flowing through the two coils in the same phase of the two sets of three-phase windings are controlled so that the fundamental wave phases are opposite to each other. Hereinafter, a control method for realizing this control will be described. This control is realized by the controller 101.

次にコントローラ101について、図6を用いて説明する。コントローラ101は、3レベルインバータ230用コントローラ111ABC、3レベルインバータ235用コントローラ111XYZ、トルク分配器1100、PWMキャリア生成器1101により構成される。この2組のコントローラ111ABC、111XYZにより、3レベルインバータ230、235から回転機10に与えられる各組の3相電流を制御する。   Next, the controller 101 will be described with reference to FIG. The controller 101 includes a three-level inverter 230 controller 111ABC, a three-level inverter 235 controller 111XYZ, a torque distributor 1100, and a PWM carrier generator 1101. The two sets of controllers 111ABC and 111XYZ control the three-phase currents of each set supplied from the three-level inverters 230 and 235 to the rotating machine 10.

コントローラ111ABC、111XYZに与えられる入力について説明する。コントローラ111ABC、111XYZの本来機能はトルク制御にあるので、入力の一つはトルク指令τrefである。トルク指令τrefはトルク分配器1100により1/2に除算され、コントローラ111ABC、111XYZへ共通に入力される。従って、2つのコントローラ111ABC、111XYZは、同一値のトルク指令τrefで作動する。   The input given to the controllers 111ABC and 111XYZ will be described. Since the original function of the controllers 111ABC and 111XYZ is in torque control, one of the inputs is a torque command τref. The torque command τref is divided by ½ by the torque distributor 1100 and input to the controllers 111ABC and 111XYZ in common. Accordingly, the two controllers 111ABC and 111XYZ operate with the torque command τref having the same value.

また、トルク指令τrefに対応して実際のトルクを導出する必要があるために、電圧センサ、電流センサの検出値を得ている。トルク算出のために使用するのは図2に示したように、電流iについてコントローラ111ABCではia、ic、コントローラ111XYZではix、izであり、電圧vについてコントローラ111ABCではvab、vbc、コントローラ111XYZではvxy、vyzを使用する。   Further, since it is necessary to derive an actual torque corresponding to the torque command τref, the detection values of the voltage sensor and the current sensor are obtained. As shown in FIG. 2, the controller 111ABC uses ia, ic, and the controller 111XYZ uses ix, iz, and the voltage v uses the controller 111ABC using vab, vbc, and the controller 111XYZ uses vxy as shown in FIG. , Vyz.

なおその他の入力として、コントローラ111ABC、111XYZにおけるベクトル制御のためのd軸電流指令値Idref、点弧タイミングを決定するためのキャリア信号Triを用いる。   As other inputs, a d-axis current command value Idref for vector control in the controllers 111ABC and 111XYZ and a carrier signal Tri for determining the ignition timing are used.

コントローラ111ABC、111XYZでは、これらの信号をもとに、最終的に該当インバータ230、235が同期機10の回転子に与えるトルクと、上記除算されたトルク指令τref/2が一致するように演算されたインバータの交流出力電圧指令値varef、vbref、vcrefを、2相/3相変換器111lABCから得る。   Based on these signals, the controllers 111ABC and 111XYZ are operated so that the torque finally given to the rotor of the synchronous machine 10 by the corresponding inverters 230 and 235 coincides with the divided torque command τref / 2. AC output voltage command values varef, vbref, and vcref of the inverter are obtained from the 2-phase / 3-phase converter 111lABC.

算出された交流出力電圧指令値varef、vbref、vcrefは、PWM演算器1112ABCにおいて、キャリア生成器1101の出力であるキャリア信号TriP、TriNと大小比較される。これにより、インバータ出力電圧の瞬時平均値が上記電圧指令値と一致するようなゲート信号G一ABC、G一XYZが算出される。   The calculated AC output voltage command values varef, vbref, vcref are compared in magnitude with carrier signals TriP, TriN, which are outputs of the carrier generator 1101, in the PWM calculator 1112ABC. As a result, the gate signals G 1 ABC and G 1 XYZ are calculated so that the instantaneous average value of the inverter output voltage matches the voltage command value.

具体的な演算方法について、図を用いて説明する。但し、コントローラ111ABCとコントローラ111XYZは同じ回路構成とされ、等しい演算器を備えるため、コントローラ111ABCの例で説明する。   A specific calculation method will be described with reference to the drawings. However, since the controller 111ABC and the controller 111XYZ have the same circuit configuration and are provided with the same arithmetic unit, an example of the controller 111ABC will be described.

まず電圧検出値vab、vbcは、2相3相演算器1101ABCに入力され、3相の相電圧Vanl、Vbnl、Vcnlに変換される。この2相3相演算器内演算は、公知の方法によって実施することができるので詳細説明を割愛する。同様に電流検出値ia、ibは、2相3相演算器1102ABCに入力され、3相電流ia、ib、icに変換される。   First, the voltage detection values vab and vbc are input to the two-phase three-phase calculator 1101ABC and converted into three-phase phase voltages Vanl, Vbnl, and Vcnl. Since the calculation in the two-phase / three-phase calculator can be performed by a known method, a detailed description is omitted. Similarly, the current detection values ia and ib are input to the two-phase three-phase calculator 1102ABC and converted into three-phase currents ia, ib and ic.

3相化された電圧検出値Vanl、Vbnl、Vcnl、電流検出値ia、ib、icは位相算出器1103ABCに入力され、同期機10の固定子巻線誘起電圧位相が演算される。具体的には、同期機10の入力電流と既知の値である同期機インピーダンス、入力端子電圧より誘起電圧を推定し、該電圧の位相θabcを算出することにより上記位相演算が実現される。本演算も、本分野で広く知られている位相検出方法であるため、詳細の説明を省略する。   The three-phase voltage detection values Vanl, Vbnl, Vcnl, and current detection values ia, ib, ic are input to the phase calculator 1103ABC, and the stator winding induced voltage phase of the synchronous machine 10 is calculated. Specifically, the phase calculation is realized by estimating the induced voltage from the input current of the synchronous machine 10, the synchronous machine impedance, which is a known value, and the input terminal voltage, and calculating the phase θabc of the voltage. Since this calculation is also a phase detection method widely known in this field, detailed description is omitted.

トルク算出器1105ABCでは、誘起電圧位相算出値θabcおよび3相に変換された同期機10の端子電圧vanl、vbnl、vcnl、入力電流ia、ib、icを入力として、3レベルインバータ230により同期機10の回転子に印加しているトルクτabcを算出する。   In the torque calculator 1105ABC, the induced voltage phase calculated value θabc and the terminal voltages vanl, vbnl, vcnl and input currents ia, ib, ic of the synchronous machine 10 converted into three phases are input to the synchronous machine 10 by the three-level inverter 230. Torque τabc applied to the rotors of is calculated.

トルク補償器1107ABCでは、トルク分配器1100の出力(トルク指令τref/2)と、実トルクτabcを入力とし、両者の偏差を減らすようトルク電流指令値(ベクトル制御のq軸電流指令値)iqrefを算出し、電流制御器1108ABCに出力する。ここでベクトル制御においては、同時にd軸電流も調整しており、電流制御器1109ABCには外部からd軸電流指令値Idrefが与えられている。   In the torque compensator 1107ABC, the output of the torque distributor 1100 (torque command τref / 2) and the actual torque τabc are input, and the torque current command value (vector control q-axis current command value) iqref is reduced so as to reduce the deviation between the two. Calculate and output to the current controller 1108ABC. In the vector control, the d-axis current is also adjusted at the same time, and the d-axis current command value Idref is given to the current controller 1109ABC from the outside.

これらの電流制御器1108ABC、1109ABCで使用するトルク電流であるq軸電流iq−abc、無効電流であるd軸電流id−abcは、以下のようにして算出されている。まず入力電流ia、ib、icは、α一β演算器1104ABCに入力される。α一β演算器1104ABCは入力された3相量をα―β変換し、該変換値をd―q変換器1106ABCに出力する。   The q-axis current iq-abc, which is a torque current used in these current controllers 1108ABC, 1109ABC, and the d-axis current id-abc, which is a reactive current, are calculated as follows. First, input currents ia, ib, and ic are input to an α-1β calculator 1104ABC. The α-1β calculator 1104ABC performs α-β conversion on the input three-phase quantity and outputs the converted value to the dq converter 1106ABC.

d―q変換器1106ABCでは、入力電流のα―β変換値を、位相算出値θを用いてd―q変換し、トルク電流であるiq−abc、無効電流であるid−abcを出し、電流制御器1108ABCおよび1109ABCに出力する。電流制御器1108ABCは、トルク電流指令iqref−abcとiq−abcが一致するよう、2レベルインバータ230のq軸出力電圧指令値vqrefを算出する。また電流制御器1109ABCは、零である無効電流指令値idref−abcと無効電流であるid−abcが一致するように、3レベルインバータ230のd軸出力電圧指令値vdrefを算出する。   In the dq converter 1106ABC, the α-β conversion value of the input current is dq converted using the phase calculation value θ, and the torque current iq-abc and the invalid current id-abc are obtained. Output to the controllers 1108ABC and 1109ABC. Current controller 1108ABC calculates q-axis output voltage command value vqref of two-level inverter 230 so that torque current command iqref-abc and iq-abc match. The current controller 1109ABC calculates the d-axis output voltage command value vdref of the three-level inverter 230 so that the reactive current command value idref-abc that is zero and id-abc that is the reactive current coincide.

電圧指令値vdref、vqrefはd―q逆変換器1110ABCでα―β変換されたのち、2相/3相変換器111lABCにより3相化され、該3相電圧指令値varef、vbref、vcrefはPWM演算器1112ABCに出力される。   The voltage command values vdref and vqref are subjected to α-β conversion by the dq inverse converter 1110ABC and then three-phased by the two-phase / three-phase converter 111lABC, and the three-phase voltage command values varef, vbref and vcref are PWM It is output to the calculator 1112ABC.

以上により、3レベルインバータ230はトルク指令に一致したトルクを発生させるよう制御される。これに対し、コントローラ111XYZは、コントローラ111ABCと同じ演算を実施する。つまり、電圧検出値vxy、vyz、電流検出値ix、iyを用いてトルク指令分配器1100の出力と、3レベルインバータ235が同期機10の回転子に印加するトルクが一致するよう3レベルインバータ235のゲート信号を算出する。なおコントローラ11lABCとコントローラ11lXYZ内のPWM演算器は、同等構成とされている。   As described above, the three-level inverter 230 is controlled to generate a torque that matches the torque command. On the other hand, the controller 111XYZ performs the same calculation as the controller 111ABC. That is, using the voltage detection values vxy, vyz, and current detection values ix, iy, the output of the torque command distributor 1100 and the torque applied by the three-level inverter 235 to the rotor of the synchronous machine 10 coincide with each other. The gate signal is calculated. Note that the PWM computing units in the controller 11lABC and the controller 11lXYZ have the same configuration.

コントローラ101における図6の上記構成は、従来から採用され良く知られたものであり、本発明のコントローラ101は以下の点に特徴を有している。この特徴は、コントローラ111ABCとコントローラ111XYZでは、PWM演算器1112ABCに入力されるキャリアTriP、TriNが乗算器1115によって位相反転されている点であり、これにより同期機10のX相、Y相、Z相に誘起される電圧位相が同期機10のA相、B相、C相に誘起される電圧位相と反転している点である。   The above-described configuration of FIG. 6 in the controller 101 has been conventionally used and is well known, and the controller 101 of the present invention has the following features. This feature is that in the controller 111ABC and the controller 111XYZ, the carriers TriP and TriN input to the PWM calculator 1112ABC are phase-inverted by the multiplier 1115, and thus the X phase, Y phase, and Z of the synchronous machine 10 are obtained. The voltage phase induced in the phase is inverted from the voltage phase induced in the A phase, B phase, and C phase of the synchronous machine 10.

図7には、キャリア生成器1101の出力であるキャリア信号TriP、TriNと、乗算器1115によって位相反転されたキャリア信号TriP2、TriN2、およびこれらキャリア信号と大小比較される電圧指令値varef、vxref、ならびにこの結果得られる相電圧の時系列的変化を示している。但し、これら波形は上段にコントローラ11lABCのa相、下段にコントローラ11lXYZのx相の波形を代表して示している。   In FIG. 7, carrier signals TriP and TriN, which are outputs of the carrier generator 1101, carrier signals TriP2 and TriN2 phase-inverted by a multiplier 1115, and voltage command values varef, vxref, In addition, a time-series change of the phase voltage obtained as a result is shown. However, these waveforms represent the a-phase waveform of the controller 11lABC in the upper row and the x-phase waveform of the controller 11lXYZ in the lower row.

図7は、上から順番に3レベルインバータ230のキャリアTriP、TriN、正弦波状の交流出力電圧指令値varef、a相の電位Vaを示し、次に3レベルインバータ235のキャリアTriP2、TriN2、電圧指令値vxref、そしてx相の相電圧Vxの波形を示す。横軸は時間であり、Varef、Vxrefが正の場合には、TriPと交差する点、Varef、Vxrefが負の場合には、TriNと交差するタイミングの時刻をt1〜t22で示している。   FIG. 7 shows the carriers TriP and TriN of the three-level inverter 230, the sinusoidal AC output voltage command value varef, and the a-phase potential Va in order from the top, and then the carriers TriP2 and TriN2 and the voltage command of the three-level inverter 235. The waveform of the value vxref and the phase voltage Vx of the x phase is shown. The horizontal axis represents time. When Varef and Vxref are positive, the point where TriP intersects is shown, and when Varef and Vxref are negative, the time of the time when Trif intersects with TriN is shown by t1 to t22.

図7の波形によれば、コントローラ11lABCのPWM演算器1112ABCに与えられる三角波TriPとTriNは、位相と振幅が等しく、直流バイアスが異なる三角波である。直流バイアスにより、三角波TriPが最大値Tとなる時点で三角波TriNは0となり、三角波TriPが最小値0となる時点で三角波TriNは負の最大値(―T)となるように定められている。これによリコントローラ11lABCからキャリアを用いてゲート信号G―ABCを算出し、a相の電位Vaを生成する。   According to the waveform of FIG. 7, the triangular waves TriP and TriN given to the PWM calculator 1112ABC of the controller 11lABC are triangular waves having the same phase and amplitude but different direct current biases. Due to the DC bias, the triangular wave TriN is set to 0 when the triangular wave TriP reaches the maximum value T, and the triangular wave TriN is set to the negative maximum value (−T) when the triangular wave TriP reaches the minimum value 0. Accordingly, the gate signal G-ABC is calculated from the re-controller 11lABC using the carrier, and the a-phase potential Va is generated.

コントローラ1lXYZには、乗算器1115によってTriP、TriNの位相を反転した三角波TriP2、TriN2がキャリアとして入力され、キャリアを用いてゲート信号G―XYZを算出し、x相の電位Vxを生成する。   Triangle waves TriP2 and TriN2 in which the phases of TriP and TriN are inverted by a multiplier 1115 are input to the controller 11XYZ as carriers, and the gate signal G-XYZ is calculated using the carriers to generate an x-phase potential Vx.

コントローラ11lXYZ側にあたえられる三角波TriP2とTriN2も、位相と振幅が等しく、直流バイアスが異なる三角波であるが、これはコントローラ11lABC側にあたえられた三角波TriPとTriNを乗算器1115により位相反転したものである。これにより、三角波TriN2が最大値Tとなる時点で三角波TriP2は0となり、三角波TriN2が最小値0となる時点で三角波TriP2は負の最大値(―T)となるように定められている。これによリコントローラ11lXYZ2から該キャリアを用いてゲート信号G―XYZを算出、x相の電位Vxを生成する。   Triangular waves TriP2 and TriN2 given to the controller 11lXYZ side are also triangular waves having the same phase and amplitude and different direct current biases. This is obtained by inverting the phases of the triangular waves TriP and TriN given to the controller 11lABC side by the multiplier 1115. is there. Accordingly, the triangular wave TriP2 is set to 0 when the triangular wave TriN2 reaches the maximum value T, and the triangular wave TriP2 is set to the negative maximum value (−T) when the triangular wave TriN2 reaches the minimum value 0. Thus, the gate signal G-XYZ is calculated from the re-controller 11lXYZ2 using the carrier, and the x-phase potential Vx is generated.

上記のようにして得られたa相の電位Va、x相の電位Vxは、正、零、負の3つのレベルの信号であり、a相の電位Vaが正または負となる期間では、x相の電位Vxが負または正となる期間であり、極性が反転する。ただしa相の電位Vaがゼロの期間では、x相の電位Vxもゼロとされる。   The a-phase potential Va and the x-phase potential Vx obtained as described above are signals of three levels: positive, zero, and negative. In the period in which the a-phase potential Va is positive or negative, x This is a period in which the phase potential Vx is negative or positive, and the polarity is inverted. However, in the period in which the a-phase potential Va is zero, the x-phase potential Vx is also zero.

以上述べたように、3レベルインバータ230と235の電圧指令値VarefとVxrefは正負対称の波形である。また、キャリアであるTriPとTriN、TriP2とTriN2は、それぞれ同位相で互いに180度ずれた位相である。このt1〜t22のタイミングで、インバータの電圧をon/off制御した相電圧VaとVxをみると、図7に示すように、相電圧Va、Vxの変化タイミングは一致し、波形は同じで上下対称となる。   As described above, the voltage command values Varef and Vxref of the three-level inverters 230 and 235 are symmetrical waveforms. The carriers TriP and TriN, and TriP2 and TriN2 have the same phase and are shifted from each other by 180 degrees. When the phase voltages Va and Vx in which the inverter voltage is controlled on / off at the timings t1 to t22 are seen, as shown in FIG. 7, the change timings of the phase voltages Va and Vx are the same, the waveforms are the same, and It becomes symmetric.

以上の制御結果を、モータの巻線を展開したコイル配置を示す図5の上に示してみると、例えば図7の時刻t1−t2間では正の相電圧を生起してコイル10Aに印加している時、コイル10Xには負の相電圧を生起して印加していることになる。これは端子Aから中性点N1に向けて電流を流しているとき、中性点N2から端子Xに向けて電流を流していることを意味している。またこのことは、図1において端子Aから中性点N1、中性点N2を経由し、端子Xに向けて同じ電流iを流していることと等価である。   When the above control result is shown in FIG. 5 showing the coil arrangement in which the windings of the motor are developed, for example, a positive phase voltage is generated and applied to the coil 10A between times t1 and t2 in FIG. In this case, a negative phase voltage is generated and applied to the coil 10X. This means that when a current is flowing from the terminal A toward the neutral point N1, a current is flowing from the neutral point N2 toward the terminal X. Further, this is equivalent to flowing the same current i from the terminal A to the terminal X via the neutral point N1 and the neutral point N2 in FIG.

本発明は以上のように構成され、制御されるものであるが、このようにすることの意味について説明する。具体的には、仮にこのような構成、制御手法を採用しなかった場合にどのようなことになるか、本発明での事象と対比しながら説明を行う。   The present invention is configured and controlled as described above, and the meaning of doing so will be described. Specifically, what will happen when such a configuration and control method are not employed will be described in comparison with the events in the present invention.

まず、巻線構成について、本発明のコイル配置に換えて、たとえば図8のようにコイルを配置したとする。想定事例では、端子Aに接続される2つの巻線10A(図8では白抜きのコイルで示す)を互いに隣接配置し、かつ端子Xに接続される2つの巻線10X(図8では斜線のコイルで示す)を互いに隣接配置して、交互にN極とS極を配置する。   First, regarding the winding configuration, instead of the coil arrangement of the present invention, for example, a coil is arranged as shown in FIG. In the assumed case, two windings 10A (indicated by white coils in FIG. 8) connected to the terminal A are arranged adjacent to each other, and two windings 10X (hatched in FIG. 8) connected to the terminal X are arranged. N poles and S poles are alternately arranged adjacent to each other.

この場合に、10Aと10Xのコイル電流の差により、この回転子10には偏心させる力が働く。このような加振力モードを円環1次モードという。図9には円環1次モードを示しており。回転機軸に対して所定の一方向に偏心力が働く。この円環1次モードが発生すると、回転子を安定に回転させることができない。   In this case, an eccentric force acts on the rotor 10 due to the difference between the coil currents of 10A and 10X. Such an excitation force mode is called an annular primary mode. FIG. 9 shows an annular primary mode. An eccentric force acts in a predetermined direction with respect to the rotating machine shaft. When this circular primary mode occurs, the rotor cannot be rotated stably.

さらに加振力の円環モードは、電流波形の違いにより変化する。図10、図11を用いて、このことを説明する。図10(a)、図11(a)は、コイル10Aと10Xに流れるコイル電流波形が相違した事例を示している。ここで太い実線がコイル10Aに流れるコイル電流波形iA、太い点線がコイル10Xに流れるコイル電流波形ix、細い実線が基本波形iを示している。   Furthermore, the ring mode of the excitation force changes depending on the difference in the current waveform. This will be described with reference to FIGS. FIG. 10A and FIG. 11A show examples in which the waveform of the coil current flowing through the coils 10A and 10X is different. Here, the thick solid line indicates the coil current waveform iA flowing through the coil 10A, the thick dotted line indicates the coil current waveform ix flowing through the coil 10X, and the thin solid line indicates the basic waveform i.

図10(a)の波形は、基本波iに高調波が重畳したものであるが、区間T1に例示するようにiAに正の値の高調波が乗った時に、ixに負の値の高調波が乗っている波形である。逆に区間T2に例示するようにiAに負の値の高調波が乗った時に、ixに正の値の高調波が乗っている。これに対し、図11(a)の波形も基本波に高調波が重畳したものであるが、区間T1に例示するようにiAに正の値の高調波が乗った時に、ixにも正の値の高調波が乗っている波形である。逆に区間T2に例示するようにiAに負の値の高調波が乗った時に、ixにも負の値の高調波が乗っている。   The waveform of FIG. 10A is a harmonic superimposed on the fundamental wave i. However, when a positive harmonic is placed on iA as exemplified in the section T1, a negative harmonic is applied to ix. It is a waveform with waves. Conversely, as illustrated in the section T2, when a negative harmonic is on iA, a positive harmonic is on ix. On the other hand, the waveform of FIG. 11A is also a harmonic superimposed on the fundamental wave, but as shown in the section T1, when a positive harmonic is on iA, ix is also positive. It is a waveform with harmonics of values. Conversely, as illustrated in the section T2, when a negative harmonic is on iA, a negative harmonic is also on ix.

このような電流波形の相違に対し、まず図10(a)に示した波形のようにA相とX相に流れる電流が異なると、対向するN極と対向するS極の力が異なるので、図10(b)に示すような円環2次モードの加振力が発生する。円環2次モードの加振力では互いに90度位相が相違する2つの方向に偏心力が発生する。   In contrast to such a difference in current waveform, first, if the current flowing in the A phase and the X phase is different as shown in the waveform shown in FIG. 10A, the forces of the opposing north and south poles are different. As shown in FIG. 10B, an excitation force in the circular secondary mode is generated. An eccentric force is generated in two directions whose phases are 90 degrees different from each other in the excitation force of the circular secondary mode.

しかし、図11(a)のような電流波形では、対向するN極と対向するS極が回転子に及ぼす電磁力は同じになる。固定子と回転子の間の電磁力(主に吸引力)は、磁極の向きとは関係なく、磁極の強さだけに依存するためである。このため、図11(a)の電流波形が、図4のモータに流れると、加振力の円環2次モードは現れず、代わりに図11(b)に示す円環4次のモードが現れることになる。円環一次以外の高次モードは、回転子を偏心させる力ではないが、固定子を変形させ、モータ外径が振動することで騒音が発生する。   However, in the current waveform as shown in FIG. 11A, the electromagnetic force exerted on the rotor by the opposite N pole and the opposite S pole is the same. This is because the electromagnetic force (mainly the attractive force) between the stator and the rotor depends only on the strength of the magnetic poles regardless of the direction of the magnetic poles. For this reason, when the current waveform of FIG. 11 (a) flows through the motor of FIG. 4, the circular secondary mode of the excitation force does not appear, but instead the circular quadratic mode shown in FIG. 11 (b). Will appear. Higher modes other than the primary ring are not forces that decenter the rotor, but noise is generated by deforming the stator and vibrating the motor outer diameter.

一般に加振力の円環モードは低次の場合に騒音が問題になる。2次以上の場合は、次数が増えると変形の節が増え、同じ径方向の電磁力に対する変位量が減るためである。このため、電動機の騒音を減らすため、円環低次モードを出さないように、高次のモードにする工夫が必要であり、本発明では、インバータのスイッチングとの組合せで電動機の低騒音を実現できる。   In general, in the ring mode of the exciting force, noise becomes a problem in the low order. In the case of the second or higher order, the number of deformation increases as the order increases, and the amount of displacement with respect to the electromagnetic force in the same radial direction decreases. For this reason, in order to reduce the noise of the motor, it is necessary to devise a high-order mode so that the low-order mode of the ring is not output. In the present invention, the low noise of the motor is realized by combining with inverter switching. it can.

以上は、主に電磁力の空間分布の不均衡に対しての対策を述べた。騒音の主な原因は、モータ外径の変形と、軸に働く偏心力であった。本発明はこの円環モードの加振力に注目したものである。   The above mainly describes measures against imbalance in the spatial distribution of electromagnetic force. The main causes of noise were deformation of the motor outer diameter and eccentric force acting on the shaft. The present invention pays attention to the excitation force of this annular mode.

また本発明では、制御手法における工夫として、3レベルインバータのキャリヤを逆転させている。この逆転の意味について逆転させない時の問題について説明する。図12には、キャリアの位相が同じ場合を示している。この図12において、上半分のコントローラ11lABCの波形は図7と同じであるが、下半分のコントローラ11lXYZの波形は、キャリアTriP2とTriN2が、上半分のTriPとTriNと同相である場合である。   In the present invention, as a device in the control method, the carrier of the three-level inverter is reversed. The problem of not reversing the meaning of this reversal will be described. FIG. 12 shows a case where the carrier phases are the same. In FIG. 12, the waveform of the upper half controller 11lABC is the same as that of FIG. 7, but the waveform of the lower half controller 11lXYZ is the case where the carriers TriP2 and TriN2 are in phase with the upper half TriP and TriN.

この場合の電圧指令値Vxrefは、図7と同様であるが、比較されるキャリアが図7とは異なるため、点弧時期t1〜t22のタイミングがずれ、相電圧VaとVxの波形が上下対称とはならない。相電圧VaとVxの基本波電圧は同じになるが、高調波の電圧成分が異なるため、電流も高調波分が異なることになる。このときの電流のイメージが図10(a)に示されている。   The voltage command value Vxref in this case is the same as in FIG. 7, but since the carrier to be compared is different from that in FIG. 7, the timing of the ignition timings t1 to t22 is shifted, and the waveforms of the phase voltages Va and Vx are vertically symmetrical. It will not be. The fundamental voltages of the phase voltages Va and Vx are the same, but since the harmonic voltage components are different, the currents also have different harmonic components. An image of current at this time is shown in FIG.

電流も電圧波形を反映し、キャリアの位相が180度異なる場合は、A相とX相は完全に上下対称のような図11(a)、キャリアが同相ならば図10(a)のような波形となる。この仮定はA相とX相の回路インピーダンスが全く等しく、インバータの性能も全く同じ理想的な場合でも、キャリアの位相によって、A相とX相のコイル電流波形が異なる。この点に本発明は注目した。   If the current also reflects the voltage waveform and the carrier phase is 180 degrees different, the A phase and the X phase are completely symmetrical in the vertical direction as shown in FIG. 11A, and if the carriers are in phase, as shown in FIG. It becomes a waveform. In this assumption, even if the circuit impedances of the A phase and the X phase are exactly the same and the performance of the inverter is exactly the same, the coil current waveforms of the A phase and the X phase differ depending on the carrier phase. The present invention paid attention to this point.

本発明で採用可能な回転機巻線事例についてさらに説明する。図13は図5と同じコイルであるが、コイルを直列にする接続方法が異なっている。このモータも図5と同じ4極、固定子のスロットは24のモータであり、各コイルはスロット番号1〜6のピッチで巻かれた2層巻の分布巻となっている。図13の巻線によれば、端子Aから流入した実線の電流は、スロット番号1−6−13−8−13−18−1−20を経由して中性点N1に流れる。   An example of rotating machine winding that can be used in the present invention will be further described. FIG. 13 shows the same coil as FIG. 5, but the connection method for connecting the coils in series is different. This motor is also a 4-pole motor similar to FIG. 5 and the stator slot is 24 motors, and each coil is a two-layer distributed winding wound at a pitch of slot numbers 1-6. According to the winding in FIG. 13, the solid line current flowing in from the terminal A flows to the neutral point N1 via the slot number 1-6-13-8-13-18-1-20.

本発明では、端子Aと端子Xからは、基本波が逆向きの同じ大きさの交流電流を入力するように運用するので、端子Aから電流流入する上記説明のタイミングでは、中性点N2から流入した点線の電流は、スロット番号2−7−12−7−14−19−24−19を経由して端子Xに流れる。このようにしたことで、N、S交互に磁界が発生する。この場合にも、巻き順などは相違するものの、各相を構成する巻線は、亘線10kの前後で互いに軸対象となる位置に置かれている。   In the present invention, since the terminal A and the terminal X are operated so as to input alternating currents having the same magnitude in the opposite directions of the fundamental wave, at the timing described above when the current flows from the terminal A, the neutral point N2 The flowing dotted line current flows to the terminal X via the slot number 2-7-12-7-14-19-24-19. By doing so, a magnetic field is generated alternately in N and S. Even in this case, although the winding order and the like are different, the windings constituting each phase are placed at positions which are axially targeted before and after the crossing line 10k.

このように図13の巻線事例では、一極を構成するコイルは二つずつあり、一極につき一つずつを直列に接続し、二並列回路とする。このとき、直列コイルの電圧ベクトルの合計が、二並列回路で同じになるように、且つ、直列コイル内の対向するコイルがちょうど180度回転対称となるようにコイルを接続している。   In this way, in the winding example of FIG. 13, there are two coils that constitute one pole, and one pole is connected in series to form a two parallel circuit. At this time, the coils are connected so that the sum of the voltage vectors of the series coils is the same in the two parallel circuits, and the opposing coils in the series coils are exactly 180 degrees rotationally symmetric.

図14に示すように対向している直列コイルは180度対称になっているが、となりの極のコイルと90度回転対称にはなっておらず、1スロット分ずれている。この理由は、たとえば、図15のように各極のコイルを90度回転対称に配置した場合、10Aと10Xのコイルは、回転子から受ける磁束の位相が異なるので誘起電圧が異なり、インバータ230と235が同じ電圧を発生しても、電流が異なってしまうためである。   As shown in FIG. 14, the opposing series coils are 180 degrees symmetrical, but they are not 90 degrees rotationally symmetric with the adjacent pole coils and are offset by one slot. The reason for this is that, for example, when the coils of each pole are arranged 90 degrees rotationally symmetric as shown in FIG. 15, the induced voltage differs between the coils 10A and 10X because the phases of magnetic flux received from the rotor are different. This is because even if 235 generates the same voltage, the currents are different.

図14の巻線は位相の進んだコイルと遅れたコイルが10A、10Xにそれぞれ二つずつあるため、電圧ベクトルが一致するようになっている。この場合の電磁力(吸引力)の変形モードは図11(b)のようになり、円環4次のモードが発生する。厳密にいえば、図15では円環2次は発生しないが、図14では4回回転対称性が若干崩れているため、円環2次も微小ながら発生する。しかし、2次のモードは小さく抑えられるため、本発明の有効性は変わらない。   The windings in FIG. 14 have two phase-coiled coils and two delayed coils in 10A and 10X, respectively, so that the voltage vectors match. The deformation mode of the electromagnetic force (attraction force) in this case is as shown in FIG. 11B, and an annular quaternary mode is generated. Strictly speaking, the circular secondary is not generated in FIG. 15, but the circular secondary is slightly generated in FIG. 14 because the 4-fold rotational symmetry is slightly broken. However, the effectiveness of the present invention does not change because the secondary mode is kept small.

また、図4、図5の巻線例では4極の場合を例に挙げたが、図16に示すように6極の場合も同様である。ただし、この場合は対向するコイルを直列にするのではなく、同極のコイルを直列にすると電磁力バランスが取れる。その場合、A相をN極性とすると、X相をS極性とする。これにより、3次の円環モードが構造的に発生するが、スイッチングタイミングを逆相にすることで、6次の円環モードまで高次化することができ、これにより低騒音化が図れる。なお図13の実施例の場合には、極数に関係なく同様の考え方で構成できる。   Moreover, although the case of 4 poles was given as an example in the winding examples of FIGS. 4 and 5, the same applies to the case of 6 poles as shown in FIG. 16. However, in this case, the electromagnetic force balance can be obtained when the coils having the same polarity are connected in series instead of the opposing coils in series. In this case, if the A phase is N polarity, the X phase is S polarity. As a result, the third-order annular mode is structurally generated. However, by switching the switching timing to the opposite phase, it is possible to increase the order to the sixth-order annular mode, thereby reducing the noise. In the case of the embodiment of FIG. 13, the same concept can be used regardless of the number of poles.

以上の説明は、コイルの位置が厳密に回転対称になるような例で説明したが、コイルの配置が数スロット分ずれていても、電磁力を分散させ、偏心力を小さく、あるいは加振力の円環低次モードを抑える効果があることは言うまでも無い。   In the above explanation, the coil position is strictly rotationally symmetric. However, even if the coil arrangement is shifted by several slots, the electromagnetic force is dispersed and the eccentric force is reduced or the excitation force is reduced. Needless to say, this has the effect of suppressing the lower-order modes of the ring.

図13の場合には、一極を構成するコイルが二つの場合を示したが、偶数であれば同様に構成可能であることは言うまでも無い。   In the case of FIG. 13, the case where there are two coils constituting one pole is shown, but it goes without saying that it can be similarly configured if it is an even number.

また本実施例では、2台のインバータのキャリアを位相差が180度の三角波としたが、該位相が180度ではなくても、90度から270度の間であれば2つのインバータの出力電流の波形は、ほぼ逆相になるため同様の効果がある。ただし、位相差が180度に近いほど電流の対称性が増すため、位相差を180度とすることが望ましい。   In this embodiment, the carriers of the two inverters are triangular waves having a phase difference of 180 degrees. However, even if the phase is not 180 degrees, the output currents of the two inverters are within 90 to 270 degrees. This waveform has almost the same effect because it has almost the opposite phase. However, since the symmetry of the current increases as the phase difference is closer to 180 degrees, it is desirable to set the phase difference to 180 degrees.

以上詳細に述べたように本発明は、二つの並列回路間で異なる電流が流れても、一つの並列回路を構成する直列コイル群を軸対称位置に配置することで、軸対称の電磁力を等しくし、これにより、回転子に働く偏心させる力、及び、騒音を抑制しようとするものである。   As described above in detail, even when different currents flow between two parallel circuits, the present invention can provide an axially symmetric electromagnetic force by arranging the series coil group constituting one parallel circuit at an axially symmetric position. By this, an attempt is made to suppress the eccentric force acting on the rotor and the noise.

1:電動機ドライブシステム,6:負荷,7:シャフト,10:同期機,20、21:インバータシステム,30:整流器,230、235:3レベルインバータ,210m、210o、210p、210q、210r、230m、230n、230o、230p、230q、230r、230s、230t、230u、230v、230w、230x:IGBT素子,230a、230b、230c、230d、230e、230f:ダイオード,50:電力系統,101:コントローラ,10A、10X:巻線,10K:亘り線,81A、81C、81X、81Y:電流センサ,82AB、82BC、82XY、82YZ:電圧センサ,240、250:リアクトル,400P、400N:直流コンデンサ 1: motor drive system, 6: load, 7: shaft, 10: synchronous machine, 20, 21: inverter system, 30: rectifier, 230, 235: 3-level inverter, 210m, 210o, 210p, 210q, 210r, 230m, 230n, 230o, 230p, 230q, 230r, 230s, 230t, 230u, 230v, 230w, 230x: IGBT elements, 230a, 230b, 230c, 230d, 230e, 230f: diodes, 50: power system, 101: controller, 10A, 10X: Winding, 10K: Crossover, 81A, 81C, 81X, 81Y: Current sensor, 82AB, 82BC, 82XY, 82YZ: Voltage sensor, 240, 250: Reactor, 400P, 400N: DC capacitor

Claims (6)

複数のスロットに巻線を収納して固定子を形成し、Y結線された2組の3相巻線を備えた回転機であって、
前記Y結線された2組の3相巻線の中性点は互いに絶縁されており、各組の各相の巻線は第1のスロット位置から巻回後、亘り線を介して第2のスロット位置から巻回して前記中性点に至るともに、前記亘り線の前後の2組の巻線は互いに軸対象位置に置かれるとともに、前記Y結線された2組の3相巻線の同相の巻線には互いに逆位相の電流が与えられることを特徴とする回転機。
A rotating machine that includes two sets of three-phase windings that are Y-connected, with windings housed in a plurality of slots to form a stator,
The neutral points of the two sets of three-phase windings connected in the Y-direction are insulated from each other, and the windings of the respective phases of each set are wound from the first slot position and then connected to the second through the crossovers. While winding from the slot position to the neutral point, the two sets of windings before and after the crossover are placed at the axial target positions and the same phase of the two sets of three-phase windings connected in Y-direction. A rotating machine characterized in that currents of opposite phases are applied to the windings.
請求項1に記載の回転機であって、
当該回転機は極数が4N(Nは自然数)であって、各相の回路を構成する巻線群は、対向位置にある巻線同士が直列に接続されていることを特徴とする回転機。
The rotating machine according to claim 1,
The rotating machine is characterized in that the number of poles is 4N (N is a natural number), and the winding group constituting the circuit of each phase is such that windings at opposite positions are connected in series. .
請求項1に記載の回転機であって、
当該回転機は極数が2N(Nは3以上の奇数)であって、各相の回路を構成する巻線群は、対向位置にある巻線同士が直列に接続されていることを特徴とする回転機。
The rotating machine according to claim 1,
The rotating machine has 2N poles (N is an odd number greater than or equal to 3), and the winding group constituting the circuit of each phase is characterized in that the windings at opposite positions are connected in series. Rotating machine.
複数のスロットに巻線を収納して固定子を形成し、Y結線された2組の3相巻線を備えた回転機を駆動する回転機ドライブシステムであって、
前記Y結線された2組の3相巻線の中性点は互いに絶縁されており、各組の各相の巻線は第1のスロット位置から巻回後、亘り線を介して第2のスロット位置から巻回して前記中性点に至るともに、前記亘り線の前後の2組の巻線は互いに軸対象位置に置かれるように構成された回転機と、交流電源に接続された整流回路と、該整流回路に接続され、交流各相に3レベルの交流出力を与える2組の3レベルインバータとを備え、
前記2組の3レベルインバータは、前記回転機の各組の3相巻線の夫々に電力供給するとともに、前記Y結線された2組の3相巻線の同相の巻線には互いに逆位相の電流が与えられることを特徴とする回転機ドライブシステム。
A rotating machine drive system that drives a rotating machine having two sets of three-phase windings that are Y-connected, with a winding formed in a plurality of slots to form a stator,
The neutral points of the two sets of three-phase windings connected in the Y-direction are insulated from each other, and the windings of the respective phases of each set are wound from the first slot position and then connected to the second through the crossovers. A rectifier connected to an AC power source and a rotating machine configured to wind from the slot position to the neutral point, and the two sets of windings before and after the crossover are placed at the axial target position. And two sets of three-level inverters connected to the rectifier circuit and providing a three-level AC output to each AC phase,
The two sets of three-level inverters supply electric power to each of the three-phase windings of each set of the rotating machine, and the same-phase windings of the two sets of three-phase windings connected in the Y-phase are opposite in phase. A rotating machine drive system characterized in that a current of
請求項4に記載の回転機ドライブシステムであって、
前記3レベルインバータは、正弦波状の電圧指令値と2組のキャリア信号の比較により点弧時点を定めるPWM演算器により夫々操作されており、一方の前記3レベルインバータの前記PWM演算器に与える前記2組のキャリア信号は、この反転信号として他方の前記3レベルインバータの前記PWM演算器に与えられていることを特徴とする回転機ドライブシステム。
The rotating machine drive system according to claim 4,
Each of the three level inverters is operated by a PWM calculator that determines a starting point by comparing a sine-wave voltage command value and two sets of carrier signals, and is supplied to the PWM calculator of one of the three level inverters. Two sets of carrier signals are supplied to the PWM calculator of the other three-level inverter as the inverted signals.
請求項4または請求項5に記載の回転機ドライブシステムであって、
上記2組の3レベルインバータのPWM制御用キャリアの位相差が90〜270度であることを特徴とする回転機ドライブシステム。
The rotating machine drive system according to claim 4 or 5,
A rotating machine drive system, wherein a phase difference between PWM control carriers of the two sets of three-level inverters is 90 to 270 degrees.
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180302019A1 (en) * 2017-04-18 2018-10-18 Ford Global Technologies, Llc Series-parallel electric vehicle drive system
DE102017118342A1 (en) 2017-08-11 2019-02-14 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Control for a three-phase motor
JP7054435B2 (en) * 2017-11-16 2022-04-14 株式会社ジェイテクト Motor control device
CN108111092B (en) * 2018-01-15 2023-10-27 深圳市三行技术有限公司 Inverter circuit
CN111742487B (en) 2018-02-23 2023-09-29 三菱电机株式会社 Method for controlling rotating electric machine, device for controlling rotating electric machine, and drive system
US11088647B2 (en) 2018-02-23 2021-08-10 Mitsubishi Electric Corporation Dynamoelectric machine control method, dynamoelectric machine control device, and drive system
EP3900159A1 (en) * 2018-12-20 2021-10-27 Efficient Energy GmbH Electric motor with different star points
US20200328691A1 (en) * 2019-04-11 2020-10-15 Hamilton Sundstrand Corporation Dc bus capacitor balancing for three-level, six-phase voltage source converters
US10985687B2 (en) 2019-04-12 2021-04-20 Hamilton Sundstrand Corporation Common mode noise cancellation and DC ripple reduction techniques
JP7420584B2 (en) 2020-02-19 2024-01-23 株式会社神戸製鋼所 Three-phase motor and coil winding method
WO2023026335A1 (en) * 2021-08-23 2023-03-02 日立三菱水力株式会社 Primary variable speed generator-motor device

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09205797A (en) * 1996-01-25 1997-08-05 Takao Kawabata Variable speed driving device for ac motor
JP4269408B2 (en) * 1999-05-14 2009-05-27 日産自動車株式会社 Inverter drive motor
JP4251196B2 (en) * 2006-06-16 2009-04-08 トヨタ自動車株式会社 Motor for steering device

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