JP5375137B2 - モータ・インバータシステム - Google Patents
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Description
また本発明によれば、mの約数のうち1とm以外のひとつをKとしたとき、m個の電圧指令ベクトルのうち、足して0になるK個の電圧指令ベクトルをひとつのグループとし、同じグループの電圧指令と比較するキャリア波の位相は同一とし、グループ毎のPWMキャリア波の位相が異なるようにしたので、キャリア位相のずらし方の自由度が高まり、磁束リップルをより低減することができるという効果がある。
図1は、本発明に係るモータ・インバータシステムの実施例1である9相9スロット10極モータの巻線とインバータとの接続を説明する回路図である。本実施例では、相数を示すmの値は9である。図1のモータは、上から順に、ティース1、ティース2,…,ティース9まで9本のティースを備える。各ティースi(i=1〜9)には、コイルiAとコイルiBとのそれぞれ2つのコイルが巻回されている。ティース1に発生する誘起電圧位相U1に対して、ティース2に生じる誘起電圧位相U2は40[°]遅れ、ティース3に生じる誘起電圧位相U3は80[°]遅れ、以下40[°]ずつ位相が遅れているものとする。
各ティースには2本のコイルが巻かれていて、一方をコイルA、もう一方をコイルBとする。コイルAの欄に書かれた番号とコイルBの欄に書かれた番号の同じもの、例えば、ティース1のコイルAとティース2のコイルBが直列に接続されている。
図2は、誘起電圧の位相とコイルに流す電流位相を示す図である。同図において、実線の矢印が誘起電圧位相を示し、破線の矢印が電流位相を示す。誘起電圧U1が発生するティースには、−V2と−V3の電流が流れるコイルが巻いてある。誘起電圧U2が発生するティースには、−V3と−W1の電流が流れるコイルが巻いてある。以下同様に、図2に実線で示した誘起電圧位相が発生する各ティースに、実線の矢印を挟む2つの破線の矢印で示す位相の電流が流れるコイルが巻いてある。
次にコイルに流す電流について、本実施例と、通常の構成である1本のティースに1本のコイルを巻いた比較例とを比較する。コイルにより発生する磁束は、コイルに流す電流とコイルの巻数との積に比例する。図3は比較例である、1本のティースに、巻数Nの1本のコイルが巻かれ、電流Iが流れている様子を示している。図4は電流振幅をI、コイル巻数をNとしたとき、振幅NIの磁束が発生すると仮定して描いたグラフである。
図5は、実施例1の1本のティースにコイルA、及びコイルBが巻かれている様子を示している。それぞれのコイルA,Bの巻数は0.5N回とし、2本合計でN回巻いてある。図6は2本のコイルが1本のティースに0.5N回ずつ巻かれ、40[°]位相の異なる電流を流したときに、振幅NIの磁束を発生させるのに必要な電流振幅×巻数を示したグラフである。図3の比較例と等しい振幅NIの磁束を発生させるためには、それぞれのコイルA,Bの電流振幅×巻数の値を約0.532NIにする必要があり、巻数が0.5Nのときは電流を1.064I流す必要があることがわかる。この電流値は以下の式(1)、(2)により求められる。
A:コイルAに流れる電流振幅×巻数
B:コイルBに流れる電流振幅×巻数
X:コイルAに流れる電流に対する合成磁束の位相遅れ
φ:コイルAに流れる電流とコイルBに流れる電流の位相差
である。
φ=360/9=40[°]
X=φ/2=20[°]
となり、
A=B≒0.532
が求められる。
なお、本実施例の変形例として、低回転高負荷領域において、巻線の結線を切り替えて総損失の増加を防ぐことができるモータ・インバータシステムを図10に示す。図10において、ティースi(i=1〜9)にコイルiAとコイルiBとが巻回されているのは、図1の実施例1と同様である。図10の変形例では、ティース1のコイルについて、コイル1Bの他端とコイル2Aの一端との間を開閉するスイッチ21Aと、コイル1Aの一端とコイル1Bの他端との間を開閉するスイッチ21Bとが追加されている。ティース2〜9(但し、図10における図示は、ティース5の一部のコイルまで)のコイルについてもスイッチ22A〜29A、スイッチ22B〜29Bが同様に追加されている。その他の構成は、図1の実施例と同様である。
上記の記述を一般化すると以下のようになる。相数をmとし、0≦n≦m−1を満たす整数をnとする。誘起電圧位相[°]が360×(n−1)/(2m)≦360×n/m≦360×n/(2m)を満たすティースに関して、n=0のとき上記の不等式を満たす誘起電圧が発生する複数のティースをティース群0、n=1のとき上記の不等式を満たす誘起電圧が発生する複数のティースをティース群1とし、以下同様にティース群m−1まで名付けることにする。
ティース群0の各ティースに巻かれた2本のコイルのうちの一方のコイルは、ティース群0の他のティースに巻かれた2本のコイルのうちの一方のコイルと並列接続される。この並列接続コイルをコイルA−0と呼ぶ。
また、ティース群0の各ティースに巻かれた2本のコイルのうち他方のコイルは、ティース群0の他のティースに巻かれた2本のコイルのうちの他方のコイルと並列接続される。この並列接続コイルをコイルB−0と呼ぶ。
同様に、ティース群nの各ティースに巻かれた2本のコイルのうちの一方のコイルは、ティース群nの他のティースに巻かれた2本のコイルのうちの一方のコイルと並列接続される。この並列接続コイルを並列接続コイルA−nと呼ぶ。
また、ティース群nの各ティースに巻かれた2本のコイルのうちの他方のコイルは、ティース群nの他のティースに巻かれた2本のコイルのうちの他方のコイルと並列接続される。この並列接続コイルをコイル並列接続B−nと呼ぶ。
同様に、並列接続コイルA−nは、並列接続コイルB−(n+1)と直列接続される。これを直列接続コイルnと名付ける。これを直列接続コイルnと名付ける。また、並列接続コイルA−(m−1)に関しては並列接続コイルB−0と直列接続される。これを直列接続コイルm−1と名付ける。
直列接続コイル0の一端は、m相のハーフブリッジを備えたインバータに接続され、他端は、中性点に接続される。そして、インバータから電流位相−180/m[°]の電流が直列接続コイル0に流される。
同様に、直列接続コイルnの一端は、m相のハーフブリッジを備えたインバータに接続され、他端は、中性点に接続される。そして、インバータから電流位相360n/m−180/m[°]の電流が直列接続されたコイルnに流される。
1A〜9A、1B〜9B コイル
10 インバータ
11 中性点
Claims (4)
- 3以上の整数をmとしたとき、
それぞれ2つのコイルを備えたm個のティースを有するモータと、
m個のハーフブリッジからm相電流を前記モータに供給するインバータと、を備えたモータ・インバータシステムであって、
前記モータは、あるティースに巻かれたひとつのコイルと他のティースに巻かれたひとつのコイルが直列に接続され、直列に接続された2つのコイルに発生する誘起電圧位相は互いに360/m[°]異なるモータであり、
各ティースに巻かれた2つのコイルに流れる電流は、互いに前記インバータにおけるPWMキャリア波の位相が異なり、
mの約数のうち1とm以外のひとつをKとしたとき、m個の電圧指令ベクトルのうち、足して0になるK個の電圧指令ベクトルをひとつのグループとし、
同じグループの電圧指令と比較するキャリア波の位相は同一とし、グループ毎のPWMキャリア波の位相が異なることを特徴とするモータ・インバータシステム。 - 前記モータの各ティースに巻かれた2つのコイルの巻数が等しいことを特徴とする請求項1に記載のモータ・インバータシステム。
- Kがmの約数のうち1以外で最小であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のモータ・インバータシステム。
- 位相a[°]の誘起電圧が発生するティースに巻かれた2つのコイルのうち一方のコイルには位相a−180/m[°]の電流を流し、他方のコイルには位相a+180/m[°]の電流を流すことを特徴とする請求項2に記載のモータ・インバータシステム。
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