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JP6944628B2 - Double three-phase winding permanent magnet synchronous motor drive system - Google Patents
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JP6944628B2 - Double three-phase winding permanent magnet synchronous motor drive system - Google Patents

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JP6944628B2 JP2017117257A JP2017117257A JP6944628B2 JP 6944628 B2 JP6944628 B2 JP 6944628B2 JP 2017117257 A JP2017117257 A JP 2017117257A JP 2017117257 A JP2017117257 A JP 2017117257A JP 6944628 B2 JP6944628 B2 JP 6944628B2
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Description

本発明は、永久磁石を有する回転子と2個の三相巻線(第1三相巻線と第2三相巻線、または、自三相巻線と他三相巻線)を有する固定子とからなる二重三相巻線永久磁石同期形電動機と、2個の三相巻線に三相電流を同時に供給できる電力変換装置とを少なくとも備える二重三相巻線永久磁石同期形電動機の駆動システムに関する。本発明では、2個の三相巻線を自三相巻線と他三相巻線と呼称することもあれば、自他の区別を取り除き、単純に、第1三和巻線と第2三相巻線と呼称することもある。第1三相巻線を自三相巻線とする場合には、第2三相巻線は他三相巻線となる。同様に、第2三相巻線を自三相巻線とする場合には、第1三相巻線は他三相巻線となる。以降では、説明の明瞭性を確保すべく、特に断らない限り、第1三相巻線を自三相巻線として、第2三相巻線を他三相巻線として、発明の説明を行なう。これにより、発明の一般性を失うことはない。The present invention is a fixed having a rotor having a permanent magnet and two three-phase windings (first three-phase winding and second three-phase winding, or own three-phase winding and other three-phase winding). A dual three-phase winding permanent magnet synchronous motor equipped with at least a dual three-phase winding permanent magnet synchronous motor consisting of children and a power conversion device capable of simultaneously supplying a three-phase current to two three-phase windings. Regarding the drive system of. In the present invention, the two three-phase windings may be referred to as a self-three-phase winding and another three-phase winding, and the distinction between the self and the other is removed, and the first three-phase winding and the second three-phase winding are simply used. It is also called a three-phase winding. When the first three-phase winding is a self-three-phase winding, the second three-phase winding is another three-phase winding. Similarly, when the second three-phase winding is a self-three-phase winding, the first three-phase winding is another three-phase winding. Hereinafter, in order to ensure the clarity of the description, the invention will be described with the first three-phase winding as its own three-phase winding and the second three-phase winding as the other three-phase winding unless otherwise specified. .. Thereby, the generality of the invention is not lost.

また、以降の説明では、簡単のため、「巻線」を「三相巻線」と同義で使用する。上記の二重三和巻線永久磁石同期形電動機を、簡単のため、二重同期電動機と略称する。さらには、同様の理由で、同駆動システムを二重同期電動機駆動システムと略称する。発明の二重同期電動機駆動システムの用途は、バッテリ電気自動車、燃料電池電気自動車、ハイブリッド電気自動車等の主駆動、広範囲にわたり効率駆動を求められる家電製品等の用途、あるいは対故障性、機能安全性を要求される用途である。Further, in the following description, for the sake of simplicity, "winding" is used synonymously with "three-phase winding". The above-mentioned double Sanwa winding permanent magnet synchronous motor is abbreviated as a double synchronous motor for the sake of simplicity. Furthermore, for the same reason, the drive system is abbreviated as a dual synchronous motor drive system. The applications of the dual synchronous motor drive system of the present invention include main drive of battery electric vehicles, fuel cell electric vehicles, hybrid electric vehicles, etc., applications of home appliances that require a wide range of efficient drive, fault resistance, and functional safety. Is the required application.

本発明では、二重同期電動機において三相巻線が施された部分を「固定子」と呼称する。本発明における「固定子」は、「電機子」と同義である。固定子に施される三相巻線には、Y形とΔ形が存在する。当業者には周知のように、三相端子から評価した場合、Y形巻線による特性とΔ形巻線による特性は互いに等価変換される。説明の簡明性を確保すべく、本明細書における技術説明は、Y形結線を想定して行なう。等価変換の存在より明白なように、これにより、本発明の一般性を失うことなない。In the present invention, the portion of the dual synchronous motor to which the three-phase winding is applied is referred to as a "stator". The "stator" in the present invention is synonymous with "armature". There are Y-type and Δ-type in the three-phase winding applied to the stator. As is well known to those skilled in the art, when evaluated from a three-phase terminal, the characteristics of the Y-shaped winding and the characteristics of the Δ-shaped winding are equivalently converted to each other. In order to ensure the simplicity of the description, the technical description in this specification assumes a Y-shaped connection. As evidenced by the existence of the equivalent transformation, this does not lose the generality of the invention.

本発明では、2次元平面を極座標的に捉え、角度、空間的位置、空間的位相の3用語を同義で使用する。これらの単位は「ラジアン(rad)」または「度(degree)」である。本発明における角度、空間的位置、空間的位相の正方向は、左周り(反時計周り)、右周り(時計周り)のいずれに定義してもよい。ただし、本明細書では、説明の簡明性を維持すべく、角度、空間的位置、空間的位相の正方向は左周り(反時計周り)と定義し、本発明を説明する。これにより、本発明の一般性を失うことはない。In the present invention, a two-dimensional plane is grasped in polar coordinates, and the three terms of angle, spatial position, and spatial phase are used synonymously. These units are "radians" or "degrees". The angle, the spatial position, and the positive direction of the spatial phase in the present invention may be defined as either left-handed (counterclockwise) or right-handed (clockwise). However, in the present specification, in order to maintain the simplicity of the description, the positive direction of the angle, the spatial position, and the spatial phase is defined as left-handed (counterclockwise), and the present invention will be described. Thereby, the generality of the present invention is not lost.

本発明では、二重同期電動機に交流電力を供給する装置を、電力変換装置と呼称する。電力変換装置の主要機器である電力変換器としては、インバータ、マトリックスコンバータなどが実用化されている。単一・六相用、2個・三相用、6個・単相用の電力変換器等が、本発明の電力変換装置を構成しうる。In the present invention, a device that supplies AC power to a dual synchronous motor is referred to as a power conversion device. Inverters, matrix converters, and the like have been put into practical use as power converters, which are the main devices of power converters. A single / six-phase power converter, a two-phase / three-phase power converter, a six-phase / single-phase power converter, or the like can constitute the power converter of the present invention.

本発明では、原則として、第1巻線、第2巻線に関連したパラメータ、物理量等を各々脚符1、2を付してこれを明示する。また、原則として、d軸、q軸の直交2軸からなるdq同期座標系(図5を用いて後に詳細説明)において、各軸と関連したパラメータ、物理量等には、脚符d、qを付して各軸との関係を明示する。さらには、原則として、応答信号の指令値に対応した信号には、応答信号と同じ記号に頭符*を付して、対応信号の指令値であることを明示する。In the present invention, as a general rule, parameters, physical quantities, etc. related to the first winding and the second winding are specified by adding legs 1 and 2, respectively. In addition, as a general rule, in the dq synchronous coordinate system (detailed later with reference to FIG. 5) consisting of two orthogonal axes of the d-axis and the q-axis, the legs d and q are used for parameters, physical quantities, etc. related to each axis. Attach to clearly indicate the relationship with each axis. Furthermore, as a general rule, the signal corresponding to the command value of the response signal is clearly indicated to be the command value of the corresponding signal by adding a prefix * to the same symbol as the response signal.

自巻線の自己インダクタンスをL1とし、他巻線の自己インダクタンスをL2とし、両巻線間の相互インダクタンスをMとするとき、漏れ係数σを次の(1)式に従い定義し、

Figure 0006944628
漏れインダクタンスを次の(2)式に従い定義する。
Figure 0006944628
本発明における「漏れインダクタンスの相当値」は、真の漏れインダクタスσL1、σL2概略値を意味する。この場合の概略値は、真値の数倍値をも含む(後掲の(22)式参照)。When the self-inductance of the own winding is L1, the self-inductance of the other winding is L2, and the mutual inductance between both windings is M, the leakage coefficient σ is defined according to the following equation (1).
Figure 0006944628
Leakage inductance is defined according to the following equation (2).
Figure 0006944628
The "equivalent value of leakage inductance" in the present invention means the approximate values of true leakage inductors σL1 and σL2. The approximate value in this case also includes a value several times the true value (see equation (22) below).

本発明における「相互インダクタンスの相当値」は、相互インダクタンスMの真値の幅広い概略値の総称を意味する。本概略値は、次式で表現された値を含む(後掲の(25)式参照)。

Figure 0006944628
なお、(3)式中辺は自己インダクタンスと漏れインダクタンスの差を示している。また、同式右辺の近似は、漏れ係数σが微小な場合には問題なく成立する。当然のことながら、相互インダクタス相当値は非ゼロである。The "equivalent value of mutual inductance" in the present invention means a general term for a wide range of approximate values of the true value of mutual inductance M. This approximate value includes a value expressed by the following equation (see equation (25) below).
Figure 0006944628
The middle side of Eq. (3) shows the difference between self-inductance and leakage inductance. Further, the approximation of the right side of the same equation holds without any problem when the leakage coefficient σ is small. As a matter of course, the mutual inductors equivalent value is non-zero.

本発明では、「電流相当値」を固定子電流の真値、指令値、推定値、近似値などの総称として使用する。In the present invention, the "current equivalent value" is used as a general term for the true value, command value, estimated value, approximate value, etc. of the stator current.

同様に、本発明では、回転子の「速度相当値」を回転子速度の真値、指令値、推定値、近似値、さらには回転子と同一の平均速度で回転する2軸直交回転座標系の速度の真値、近似値などの総称として使用する。当業者は周知の通り、回転子速度には電気速度と機械速度が存在するが、両速度の間には1対1の厳密な関係が存在し、電気速度から機械速度、機械速度から電気速度への一意の変換が可能である。本発明では、当業者間の周知性を考慮し、説明の明瞭性が失われない限り、回転子速度は電気速度を意味するものとして、これを使用する。本発明では、「速度乗算相当処理」を、速度相当値の乗算を伴う処理の総称として利用する。Similarly, in the present invention, a two-axis orthogonal rotating coordinate system that rotates the "velocity equivalent value" of the rotor at the true value, command value, estimated value, approximate value of the rotor speed, and the same average speed as the rotor. It is used as a general term for the true value and approximate value of the speed of. As is well known to those skilled in the art, there are electric speed and mechanical speed in rotor speed, but there is a strict one-to-one relationship between both speeds, from electric speed to mechanical speed and from mechanical speed to electric speed. Unique conversion to is possible. In the present invention, considering the familiarity among those skilled in the art, unless the clarity of the description is lost, the rotor speed is used as meaning the electric speed. In the present invention, "speed multiplication equivalent processing" is used as a general term for processing involving multiplication of speed equivalent values.

本発明では、「微分相当処理」を、純粋微分処理、近似微分処理、線形な微分処理にリミッタ処理等の非線形処理を追加した処理など、微分的処理を中心とした処理の総称として使用する。In the present invention, "differential equivalent processing" is used as a general term for processing centered on differential processing, such as pure differential processing, approximate differential processing, and linear differential processing with non-linear processing such as limiter processing added.

本発明の二重同期電動機駆動システムが駆動対象とする二重同期電動機に関する先行発明としては、例えば、特許文献1〜2、非特許文献1〜5がある。既報の二重同期電動機は、固定子の二重三相巻線の配置の観点から、三相単純同期電動機(非特許文献1)、六相同期電動機(特許文献2、非特許文献2〜3)、三相逆同期電動機(非特許文献4〜5)の3種に概略ながら大別される。Prior inventions relating to a dual synchronous motor to be driven by the dual synchronous motor drive system of the present invention include, for example, Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Documents 1 to 5. The previously reported double synchronous motors include a three-phase simple synchronous motor (Non-Patent Document 1) and a six-phase synchronous motor (Patent Document 2, Non-Patent Documents 2 and 3) from the viewpoint of arranging the double three-phase winding of the stator. ), And three-phase reverse synchronous motors (Non-Patent Documents 4 to 5) are roughly classified into three types.

非特許文献1を参考に、従前の二重同期電動機(三相単純同期電動機)の概要を、極対数NpをNp=1とした場合を例に、図1に示した。1は二重同期電動機(回転子、固定子を含む)を、11は二重同期電動機の回転子を、121は二重同期電動機の固定子の第1巻線を、122は二重同期電動機の固定子の第2巻線を、各々示している。同図では、固定子の第1巻線と第2巻線との区別の明瞭化を図るべく、第1巻線は実線で、第2巻線は破線で表示している。また、第2巻線が、巻線配置上第1巻線と重なるため、描画上の重複を回避すべく、第2巻線を意図的に右にシフトして描画している。With reference to Non-Patent Document 1, the outline of the conventional double synchronous motor (three-phase simple synchronous motor) is shown in FIG. 1 by taking the case where the pole logarithm Np is Np = 1. 1 is a double synchronous motor (including a rotor and a stator), 11 is a rotor of a double synchronous motor, 121 is a first winding of a stator of a double synchronous motor, and 122 is a double synchronous motor. The second winding of the stator of is shown respectively. In the figure, in order to clarify the distinction between the first winding and the second winding of the stator, the first winding is indicated by a solid line and the second winding is indicated by a broken line. Further, since the second winding overlaps with the first winding due to the winding arrangement, the second winding is intentionally shifted to the right for drawing in order to avoid duplication in drawing.

本配置による二重同期電動機(三相単純同期電動機)は、以下の特徴を有する。(a)第1巻線、第2巻線とも、u相巻線、v相巻線、w相巻線は、1極対数を基準とした空間において、順次2π/3[rad]の空間的位相進みの位置に配置されている。(b)原理的には、第1巻線と第2巻線は、空間上で位相差なく配置されている。(c)原理的には、極対数は任意の整数を取りうる。すなわち、奇数または偶数の極対数が採用可能である。(d)第1巻線と第2巻線に同時通電する場合も、いずれか一方の巻線のみに通電する場合も、相数は三相のまま不変である。(e)原理的には、第1巻線と第2巻線との同時通電の場合には、第1巻線と第2巻線の電流は位相差のない同期が必要である。The double synchronous motor (three-phase simple synchronous motor) with this arrangement has the following features. (A) For both the first winding and the second winding, the u-phase winding, the v-phase winding, and the w-phase winding are sequentially 2π / 3 [rad] spatial in the space based on the one-pole logarithm. It is arranged at the phase advance position. (B) In principle, the first winding and the second winding are arranged in space without any phase difference. (C) In principle, the pole logarithm can be any integer. That is, an odd or even number of pole pairs can be adopted. (D) When the first winding and the second winding are energized at the same time, or when only one of the windings is energized, the number of phases remains unchanged at three phases. (E) In principle, in the case of simultaneous energization of the first winding and the second winding, the currents of the first winding and the second winding need to be synchronized without a phase difference.

二重同期電動機の固定子巻線配置の第2例(六相同期電動機の例)として、特許文献2、非特許文献2〜3を参考に、極対数NpをNp=1とした場合を例に、図2に、回転子とともに概略的に示した(巻線抵抗の描画は省略)。引き線番号1、11、121、122の意味は、図1と同一である。ただし、第2巻線の配置を第1巻線に対して、1極対数を基準とした空間において、空間的にθ12=π/6[rad]シフトしている点が図1の例と異なっている。As a second example (example of a six-phase synchronous motor) of the stator winding arrangement of the double synchronous motor, an example in which the pole logarithm Np is set to Np = 1 with reference to Patent Document 2 and Non-Patent Documents 2 and 3. 2 is shown schematically together with the rotor (drawing of winding resistance is omitted). The meanings of the drawn wire numbers 1, 11, 121, and 122 are the same as those in FIG. However, it differs from the example of FIG. 1 in that the arrangement of the second winding is spatially shifted by θ12 = π / 6 [rad] with respect to the first winding in a space based on the logarithm of one pole. ing.

本配置による二重同期電動機(六相同期電動機)は、三相単純同期電動機(図1)に比較し、以下の特徴を有する。(a)例1の(a)項と同様。(b)原理的には、第1巻線と第2巻線は、1極対数を基準とした空間において、π/6[rad]の空間的位相差をもつように配置されている。(c)例1の(c)項と同様。(d)第1巻線と第2巻線に同時通電する場合は、六相電動機として動作し、いずれか一方の巻線のみに通電する場合には三相電動機として動作する。(e)原理的には、第1巻線と第2巻線との同時通電の場合には、第1巻線と第2巻線との電流は、空間位相差に対応した位相差をもつ同期が必要である。The double synchronous motor (six-phase synchronous motor) according to this arrangement has the following features as compared with the three-phase simple synchronous motor (FIG. 1). (A) Same as item (a) of Example 1. (B) In principle, the first winding and the second winding are arranged so as to have a spatial phase difference of π / 6 [rad] in a space based on a one-pole logarithm. (C) Same as item (c) of Example 1. (D) When the first winding and the second winding are energized at the same time, it operates as a six-phase motor, and when only one of the windings is energized, it operates as a three-phase motor. (E) In principle, in the case of simultaneous energization of the first winding and the second winding, the currents of the first winding and the second winding have a phase difference corresponding to the spatial phase difference. Synchronization is required.

二重同期電動機の固定子巻線配置の第3例(三相逆同期電動機の例)として、非特許文献4〜5を参考に、極対数NpをNp=2とした場合の例を図3に、回転子とともに概略的に示した(巻線抵抗の描画は省略)。引き線番号1、11、121、122の意味は、図1と同一である。As a third example of the stator winding arrangement of the double synchronous motor (example of the three-phase reverse synchronous motor), FIG. 3 shows an example in which the pole pair number Np is Np = 2 with reference to Non-Patent Documents 4 to 5. (Drawing of winding resistance is omitted). The meanings of the drawn wire numbers 1, 11, 121, and 122 are the same as those in FIG.

本巻線配置による二重同期電動機(三相逆同期電動機)は、例1、例2に比較し、以下の特徴を有する。(a)第1巻線、第2巻線とも、u相巻線、v相巻線、w相巻線は、2極対数を基準とした空間において、順次2π/3[rad]の空間的位相遅れの位置に配置されている。(b)原理的には、第1巻線と第2巻線は、2極対数を基準とした空間において、±π[rad]の位相差をもつように配置されている。(c)極対数は偶数のみ取りうる。すなわち、奇数の極対数は採用できない。(d)例1の(d)項と同様。(e)例1の(e)項と同様。The double synchronous motor (three-phase reverse synchronous motor) with this winding arrangement has the following features as compared with Examples 1 and 2. (A) For both the first winding and the second winding, the u-phase winding, the v-phase winding, and the w-phase winding are sequentially 2π / 3 [rad] spatial in the space based on the 2-pole logarithm. It is located at a phase lag position. (B) In principle, the first winding and the second winding are arranged so as to have a phase difference of ± π [rad] in a space based on a two-pole logarithm. (C) Only an even number of pole logarithms can be taken. That is, an odd number of pole pairs cannot be adopted. (D) Same as item (d) of Example 1. (E) Same as item (e) of Example 1.

図1〜図3に例示した二重同期電動機においては、第1巻線と第2巻線は必ずしも同一特性をもつように構成される必要はない。両巻線は、特許文献1〜2及び非特許文献1〜4に示されているように同一特性をもつように構成することも、また、非特許文献5に示されているように互いに異なる特性をもつように構成することも可能である。In the dual synchronous motor illustrated in FIGS. 1 to 3, the first winding and the second winding do not necessarily have to have the same characteristics. Both windings are configured to have the same characteristics as shown in Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Documents 1 to 4, and are also different from each other as shown in Non-Patent Document 5. It can also be configured to have characteristics.

図1〜図3に例示した二重同期電動機においては、第1巻線の中性点と第2巻線の中性点は、不接続となっている。本発明が対象とする二重同期電動機においては、一般には、第1巻線の中性点と第2巻線の中性点は、不接続、接続のいずれも可能である。In the dual synchronous motor illustrated in FIGS. 1 to 3, the neutral point of the first winding and the neutral point of the second winding are not connected. In the dual synchronous motor targeted by the present invention, in general, the neutral point of the first winding and the neutral point of the second winding can be disconnected or connected.

続いて、二重同期電動機駆動システムすなわち二重同期電動機を対象した駆動システムに関する従前技術を紹介する。本願発明は、二重同期電動機駆動システムの主要構成装置の1つである電流制御装置に関するものである。この点を踏まえ、二重同期電動機駆動システムのための電流制御装置に関する従前技術を紹介する。図9は、非特許文献1で提案された二重同期電動機駆動システムのための巻線間非干渉器を用いた電流制御装置を引用したものである(特許文献1にも同一発明者による実質同一の巻線間非干渉器が示されている)。なお、非特許文献1は、二重同期電動機として図1の三相単純同期電動機を対象とし、このときの二重同期電動機は非突極としている。Next, we will introduce the conventional technology related to the dual synchronous motor drive system, that is, the drive system for the dual synchronous motor. The present invention relates to a current control device, which is one of the main components of a dual synchronous motor drive system. Based on this point, we will introduce the conventional technology related to the current control device for the dual synchronous motor drive system. FIG. 9 cites a current control device using an interwinding non-interfering device for a dual synchronous motor drive system proposed in Non-Patent Document 1 (Patent Document 1 is also substantially the same by the same inventor. The same interwinding non-interferer is shown). In addition, Non-Patent Document 1 targets the three-phase simple synchronous motor of FIG. 1 as a double synchronous motor, and the double synchronous motor at this time is non-polar.

図9では、電流制御装置は、左端に配置された第1、第2「電流制御系」と、中心に配置された「非干渉化部」から構成されている。図9における「電流制御系」は、正しい学術用語(専門用語)では、「フィードバック電流制御器」を意味する。図9における非干渉部の構成は、次の数式で記述される。

Figure 0006944628
(4)式では、第1巻線用のフィードバック電流制御器の出力信号(図9では「電圧指令−1」と記載)をv11*で表現し、第2巻線用のフィードバック電流制御器の出力信号(図9では「電圧指令−2」と記載)をv22*で表現している。フィードバック電流制御器からのこれら2出力信号(2電圧指令値)v11*、v22*が、(4)式で数式表現された非干渉化部の入力信号となっている。(4)式における係数(M/L)は、非突極二重同期電動機のインダクタンスより定まる定数である。非干渉化部の出力信号であるv12*、v21*は、(4)式に従い生成されている。In FIG. 9, the current control device is composed of the first and second "current control systems" arranged at the left end and the "non-interfering unit" arranged at the center. The "current control system" in FIG. 9 means "feedback current controller" in the correct academic term (technical term). The configuration of the non-interfering portion in FIG. 9 is described by the following mathematical formula.
Figure 0006944628
In equation (4), the output signal of the feedback current controller for the first winding (described as "voltage command-1" in FIG. 9) is expressed by v11 *, and the feedback current controller for the second winding is represented by v11 *. The output signal (described as "voltage command-2" in FIG. 9) is represented by v22 *. These two output signals (two voltage command values) v11 * and v22 * from the feedback current controller are input signals of the non-interfering unit expressed mathematically by the equation (4). The coefficient (M / L) in the equation (4) is a constant determined by the inductance of the non-slip pole double synchronous motor. The output signals v12 * and v21 * of the non-interfering unit are generated according to the equation (4).

出力信号v12*は第1三相巻線の側への非干渉化信号として、出力信号v21*は第2三相巻線の側への非干渉化信号として、各巻線用のフィードバック電流制御器の出力信号(電圧指令値)に各々加算され、最終的な電圧指令値v1*、v2*が生成されている。この最終電圧指令値の生成は、次式で記述される。

Figure 0006944628
ここに、v1*、v2*は各々第1巻線用の最終電圧指令値、第2巻線用の最終電圧指令値を意味する。なお、簡略図である図9においては、インバータ等の電力変換装置は省略され記載されていない。The output signal v12 * is a decoupling signal to the side of the first three-phase winding, and the output signal v21 * is a decoupling signal to the side of the second three-phase winding. Is added to the output signal (voltage command value) of the above, and the final voltage command values v1 * and v2 * are generated. The generation of this final voltage command value is described by the following equation.
Figure 0006944628
Here, v1 * and v2 * mean the final voltage command value for the first winding and the final voltage command value for the second winding, respectively. In FIG. 9, which is a simplified diagram, a power conversion device such as an inverter is omitted and not described.

(4)、(5)式より明白なように、従前の巻線間非干渉器は、各巻線用のフィードバック電流制御器の出力信号(電圧指令値)を一定の線形関係で相互に加重して、各巻線用の最終電圧指令値を合成するものである。すなわち、従前の巻線間非干渉器の入力信号は電圧指令値であり、従前の巻線間非干渉器は「電圧形」とも呼ぶべきものである。また、この電圧形巻線間非干渉器を伴う電流制御装置は、非突極な二重同期電動機を対象に、厳密な数学的解析を行なうことなく構築されている。第1巻線と第2巻線の相互誘導(本発明では、相互誘導と磁気的結合を同義で使用)が強い場合には、特許文献1のような電流制御装置による場合には、電流制御系の不安定化現象、あるいはこれに準じた振動現象が容易に発生し(例えば、非特許文献2参照)、所期の電流制御性能を全く発揮できない。As is clear from the equations (4) and (5), the conventional interwinding non-interfering device mutually weights the output signal (voltage command value) of the feedback current controller for each winding in a constant linear relationship. The final voltage command value for each winding is combined. That is, the input signal of the conventional interwinding non-interfering device is a voltage command value, and the conventional interwinding non-interfering device should also be called a "voltage type". Further, the current control device with the voltage type interwinding non-interfering device is constructed for a non-polar double synchronous motor without performing rigorous mathematical analysis. When mutual induction between the first winding and the second winding (in the present invention, mutual induction and magnetic coupling are used synonymously) is strong, current control is performed when a current control device as in Patent Document 1 is used. A system destabilization phenomenon or a vibration phenomenon similar thereto easily occurs (see, for example, Non-Patent Document 2), and the desired current control performance cannot be exhibited at all.

佐竹彰・水野滋基:「多重巻線電動機の制御装置」、特開第2001−341135号(2001−11−6)Akira Satake and Shigeki Mizuno: "Control device for multi-winding motor", Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-341135 (2001-11-6) 伴在慶一郎・大林和良:「自動車用電動駆動装置」、特開第2000−41392号(1998−7−23)Keiichiro Ban, Kazuyoshi Obayashi: "Electric Drive Device for Automobiles", Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-41392 (1998-7-23)

佐竹彰・加藤覚・今中晶:「多重巻線永久磁石モータのモデル化と非干渉制御方式」、電気学会産業応用部門大会講演論文集、I、pp.199−202(2005)Akira Satake, Satoshi Kato, Akira Imanaka: "Modeling of Multi-Wound Permanent Magnet Motors and Non-Interference Control Methods", Proceedings of the IEEJ Industrial Application Division, I, pp. 199-202 (2005) 今井隆文・大澤文明・山田靖・稲熊幸雄:「EV・HEV電気駆動系の規格化の可能性について(多相モータの電流リプル抑制)」、電気学会全国大会講演論文集、4、pp.361−362(2016)Takafumi Imai, Fumiaki Osawa, Yasushi Yamada, Yukio Inakuma: "Possibility of Standardization of EV / HEV Electric Drive Systems (Current Ripple Suppression of Multi-Phase Motors)", Proceedings of the National Conference of the Institute of Electrical Engineers of Japan, 4, pp. 361-362 (2016) 森辰也・古川晃:「二重三相PMSM駆動1シャント電流検出ダブルインバータにおけるトルクリップルを低減するパルスパターン」、電気学会産業応用部門大会講演論文集、III、pp.159−164(2016)Tatsuya Mori and Akira Furukawa: "Pulse pattern to reduce torque ripple in double three-phase PMSM drive 1 shunt current detection double inverter", Proceedings of the IEEJ Industrial Application Division, III, pp. 159-164 (2016) 新中新二:「180度空間位相差の逆二重三相巻線をもつ三相永久磁石同期モータ(二重巻線配置、動的数学モデル、ベクトルシミュレータ)」、平成28年電気学会産業応用部門大会講演論文集、III、pp.285−290(2016)Shinji Shinnaka: "Three-Phase Permanent Magnet Synchronous Motor with Inverse Double Three-Phase Winding with 180 Degree Spatial Phase Difference (Double Winding Arrangement, Dynamic Mathematical Model, Vector Simulator)", 2016 Institute of Electrical Engineers of Japan Industry Proceedings of the Applied Division Conference, III, pp. 285-290 (2016) 新中新二:「180度空間位相差の逆二重三相巻線をもつ三相永久磁石同期モータ(二重巻線配置、動的数学モデル、ベクトルシミュレータ)」、電気学会論文誌D、Vol.137,No.2,pp.75−86(2017)Shinji Shinnaka: "Three-Phase Permanent Magnet Synchronous Motor with Inverse Double Three-Phase Winding with 180 Degree Spatial Phase Difference (Double Winding Arrangement, Dynamic Mathematical Model, Vector Simulator)", Journal of the Institute of Electrical Engineers of Japan D, Vol. 137, No. 2, pp. 75-86 (2017)

本発明は上記背景の下になされたものである。二重同期電動機が第1巻線と第2巻線の間に強い相互誘導を有する場合にも適用可能であり、ひいては、第1巻線と第2巻線の高い安定性を備えた高品質の電流制御を可能とする二重同期電動機駆動システムのための新たな電流制御装置を提供することにある。The present invention has been made under the above background. It is also applicable when the dual synchronous motor has strong mutual induction between the first and second windings, and thus high quality with high stability of the first and second windings. The purpose is to provide a new current control device for a dual synchronous motor drive system that enables current control.

上記目的を達成するために、請求項1の発明は、永久磁石を有する回転子と2個の三相巻線(自三相巻線と他三相巻線)を有する固定子とからなる永久磁石同期形電動機と、2個の三相巻線に電流を同時に供給できる電力変換装置と、電力変換装置を介して、2個の三相巻線に流れる電流を制御する電流制御装置とを備える永久磁石同期形電動機駆動システムであって、2個の三相巻線の相互誘導に起因した漏れインダクタンスの相当値を少なくとも利用して定めた制御器係数を備え、2個の三相巻線の相互誘導によって発生した高速モード電流の制御のための電圧指令値を生成する各三相巻線用の高速モード電流制御器と、2個の三相巻線の相互誘導に起因した相互インダクタンスの相当値と自三相巻線の電流相等値とを少なくとも用いて、2個の三相巻線の相互誘導によって発生した低速モード電流の相殺のための自三相巻線用電圧指令値を生成する各三相巻線用の低速モード電流キャンセラとの、異なる2個の機器(高速モード電流制御器と低速モード電流キャンセラ)の少なくとも1つを用いて、該電流制御装置を構成したことを特徴とする。In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is permanently composed of a rotor having a permanent magnet and a stator having two three-phase windings (own three-phase winding and other three-phase winding). It includes a magnet-synchronized electric motor, a power conversion device that can simultaneously supply current to two three-phase windings, and a current control device that controls the current flowing through the two three-phase windings via the power conversion device. A permanent magnet synchronous motor drive system with a controller coefficient determined by at least utilizing the equivalent value of the leakage inductance caused by the mutual induction of the two three-phase windings, and of the two three-phase windings. Equivalent to the mutual inductance caused by the mutual induction of the two three-phase windings and the high-speed mode current controller for each three-phase winding that generates the voltage command value for controlling the high-speed mode current generated by mutual induction. Using at least the value and the current-equal value of the own three-phase winding, generate the voltage command value for the own three-phase winding for canceling the low-speed mode current generated by the mutual induction of the two three-phase windings. The current control device is configured by using at least one of two different devices (high-speed mode current controller and low-speed mode current canceller) with a low-speed mode current canceller for each three-phase winding. do.

請求項2の発明は、請求項1記載の永久磁石同期形電動機駆動システムであって、該回転子永久磁石のN極の位相をd軸の位相とし、d軸に対してπ/2[rad]の位相進みにq軸をもつ2軸直交座標系をdq同期座標系とし、dq同期座標系に準じた座標系をγδ準同期座標系とするとき、dq同期座標系上あるいはγδ準同期座標系上の各三相巻線の電流指令値と各三相巻線の電流応答値との差である各三相巻線の電流偏差をフィードバック制御的に処理し、dq同期座標系上あるいはγδ準同期座標系上の各三相巻線の電圧指令値を生成するように、該各三相巻線用高速モード電流制御器を構成したことを特徴とする。The invention of claim 2 is the permanent magnet synchronous motor drive system according to claim 1, wherein the phase of the north pole of the rotor permanent magnet is the phase of the d-axis, and π / 2 [rad] with respect to the d-axis. ] When the 2-axis orthogonal coordinate system having the q-axis in the phase advance is the dq synchronous coordinate system and the coordinate system based on the dq synchronous coordinate system is the γδ quasi-synchronous coordinate system, the dq synchronous coordinate system or the γδ quasi-synchronous coordinate The current deviation of each three-phase winding, which is the difference between the current command value of each three-phase winding on the system and the current response value of each three-phase winding, is processed in a feedback-controlled manner on the dq synchronous coordinate system or γδ. It is characterized in that the high-speed mode current controller for each three-phase winding is configured so as to generate the voltage command value of each three-phase winding on the quasi-synchronous coordinate system.

請求項3の発明は、請求項1記載の永久磁石同期形電動機駆動システムであって、該回転子永久磁石のN極の位相をd軸の位相とし、d軸に対してπ/2[rad]の位相進みにq軸をもつ2軸直交座標系をdq同期座標系とし、dq同期座標系に準じた座標系をγδ準同期座標系とするとき、さらに、dq同期座標系上あるいはγδ準同期座標系上の該自三相巻線の電流相当値をi1とし、該他三相巻線の電流相当値をi2とし、2個(自と他)の三相巻線の相互誘導に起因した相互インダクタンスの相当値をM1d、M1q、M2d、M2qとするとき、次式に従い自三相巻線用の中間信号φ1Mを生成し、

Figure 0006944628
生成の自三相巻線用の中間信号に対して、微分相当処理、速度乗算相当処理の少なくともいずれかの処理を施して、自三相巻線用電圧指令値を生成するように、該各三相巻線用低速モード電流キャンセラを構成したことを特徴とする。The invention of claim 3 is the permanent magnet synchronous motor drive system according to claim 1, wherein the phase of the north pole of the rotor permanent magnet is the phase of the d-axis, and π / 2 [rad] with respect to the d-axis. ] When the two-axis orthogonal coordinate system having the q-axis in the phase advance is the dq synchronous coordinate system and the coordinate system based on the dq synchronous coordinate system is the γδ quasi-synchronous coordinate system, further, on the dq synchronous coordinate system or γδ quasi. The current equivalent value of the self-three-phase winding on the synchronous coordinate system is i1 ~ , the current equivalent value of the other three-phase winding is i2 ~, and mutual induction of two (self and other) three-phase windings. When the equivalent values of the mutual inductance caused by the above are M1d ~ , M1q ~ , M2d ~ , M2q ~ , an intermediate signal φ1M ~ for the self-three-phase winding is generated according to the following equation.
Figure 0006944628
Each of the generated intermediate signals for the three-phase winding is subjected to at least one of the differential equivalent processing and the speed multiplication equivalent processing to generate the voltage command value for the own three-phase winding. It is characterized by configuring a low-speed mode current canceller for three-phase winding.

本発明の効果を説明する。本発明は、「自巻線(第1巻線)と他巻線(第2巻線)の相互誘導により、高速モードと低速モードの電流が出現する」との事実認識に基づき、高速モード電流に対しては高速モード電流制御器によりこれを制御し、低速モード電流電流に対しては低速モード電流キャンセラによりこれを相殺・抑圧し、自巻線と他巻線の2個の巻線に流れる電流を安定的に制御しようとするものである。本発明実施の鍵の1つとなった相互誘導による高速モードと低速モードの発生の事実を明らかにする。The effect of the present invention will be described. The present invention is based on the fact recognition that "currents in high-speed mode and low-speed mode appear due to mutual induction between the own winding (first winding) and the other winding (second winding)", and the high-speed mode current The high-speed mode current controller controls this, and the low-speed mode current canceller cancels and suppresses this with the low-speed mode current canceller, and flows to the two windings, the own winding and the other winding. It is intended to control the current in a stable manner. The fact that the high-speed mode and the low-speed mode are generated by mutual induction, which is one of the keys to the implementation of the present invention, will be clarified.

図4(a)を考える。同図は、2個の単相用LR回路が磁気的に結合(相互誘導)している様子を概略的に示している。このとき、1次側、2次側のインダクタンス、抵抗を各々L,L,R,Rとし、相互インダクタンスをMとしている。同回路の特性を支配する特性方程式は、次式で与えられる。

Figure 0006944628
上式における漏れ係数σの定義は(1)式の通りである。Consider FIG. 4 (a). The figure schematically shows how two single-phase LR circuits are magnetically coupled (mutually induced). At this time, the inductance and resistance on the primary side and the secondary side are L 1 , L 2 , R 1 , and R 2 , respectively, and the mutual inductance is M. The characteristic equation that governs the characteristics of the circuit is given by the following equation.
Figure 0006944628
The definition of the leakage coefficient σ in the above equation is as in equation (1).

1次側と2次側の相互誘導が存在しないσ=1の場合には、回路モードを決定づける特性根s1、s2は、次の2実根となる。

Figure 0006944628
一方、1次側と2次側との間に強い相互誘導が存在し、下の(9a)式が成立する場合には、2個の特性根s1、s2は、概ね(9b)式の2実根となる。
Figure 0006944628
R1/L1>=R2/L2とするとき、(8)、(9)式は、相互誘導の向上σ→0に応じて、2個の特性根は高速モード対応の根(以下、高速根)s1と低速モード対応の根(以下、低速根)s2に変化することを意味する。すなわち、
Figure 0006944628
相互誘導の向上σ→0に応じた低速根s2の変化は緩慢・微小であるが、高速根s1の変化は、逆比1/σの発散的増大を示す。When σ = 1 in which mutual induction between the primary side and the secondary side does not exist, the characteristic roots s1 and s2 that determine the circuit mode become the following two real roots.
Figure 0006944628
On the other hand, when there is strong mutual induction between the primary side and the secondary side and the following equation (9a) holds, the two characteristic roots s1 and s2 are approximately 2 in equation (9b). It becomes a real root.
Figure 0006944628
When R1 / L1> = R2 / L2, in equations (8) and (9), the two characteristic roots correspond to the high-speed mode (hereinafter referred to as high-speed roots) according to the improvement of mutual induction σ → 0. It means that the root changes to s1 and the root corresponding to the low speed mode (hereinafter, low speed root) s2. That is,
Figure 0006944628
Improvement of mutual induction The change of slow root s2 according to σ → 0 is slow and minute, but the change of fast root s1 shows a divergent increase of inverse ratio 1 / σ.

(10)式右端の高速根s1、低速根s2は、次の(11)式のように書き改めることができる。

Figure 0006944628
(11)式の中辺は1次側端子から見た表現であり、右辺は2次側端子から見た表現である。(11)式の第1式の分母における(σL1)、(σL2)は、(2)式の通り展開され、これらは、各々1次側端子、2次側端子からみた漏れインダクタンスを意味している。The high-speed root s1 and low-speed root s2 at the right end of the equation (10) can be rewritten as in the following equation (11).
Figure 0006944628
The middle side of the equation (11) is the expression seen from the primary side terminal, and the right side is the expression seen from the secondary side terminal. (ΣL1) and (σL2) in the denominator of the first equation of the equation (11) are expanded as in the equation (2), and these mean the leakage inductance seen from the primary side terminal and the secondary side terminal, respectively. There is.

強い相互誘導を有する回路を制御対象としたフィードバック電流制御系の構成において、(8)式の2個の低速根のみを想定し、(9b)式・第1式の高速根s1の存在を無視する場合には、電流制御系は不安定化(高周波電流リプルの発生、電流の発散等)することになる。In the configuration of the feedback current control system that targets a circuit with strong mutual induction, only the two low-speed roots in Eq. (8) are assumed, and the existence of the high-speed root s1 in Eq. (9b) and Eq. 1 is ignored. In that case, the current control system becomes unstable (generation of high-frequency current ripple, current divergence, etc.).

本発明の効果の説明の平易化を図るべく、本格説明に入る前に、座標系を説明する。図5を考える。図5には、αβ固定座標系、dq同期座標系、γδ一般座標系を示している。αβ固定座標系は固定子に対応した座標系であり、一般に、α軸は、固定子第1巻線のu相巻線の中心に取られる(固定子第2巻線のu相巻線の中心にとっても本質的相違はない)。dq同期座標系は回転座標系の1つであり、特に、d軸が回転子のN極と同期した座標系となっている。すなわち、dq同期座標系においては、d軸の位相は回転子磁束の位相と同一である。dq同期座標系の速度は、回転子速度ωnと瞬時瞬時において同一である。γδ一般座標系は、任意の座標系速度ωγをもつ一般性に富む座標系である。γδ一般座標系は、特別の場合として、αβ固定座標系、dq同期座標系を包含している。また、dq同期座標系に対し小さな位相差を持ちうるγδ準同期座標系も、特別の場合として包含している。また、座標系の位相に関しては、α軸からみたd軸の位相をθαとし、α軸からみたγ軸の位相をθαγとし、γ軸からみたd軸の位相をθγとしている。In order to simplify the explanation of the effect of the present invention, the coordinate system will be described before starting the full-scale explanation. Consider FIG. FIG. 5 shows an αβ fixed coordinate system, a dq synchronous coordinate system, and a γδ general coordinate system. The αβ fixed coordinate system is a coordinate system corresponding to the stator, and in general, the α axis is taken at the center of the u-phase winding of the stator first winding (of the u-phase winding of the stator second winding). There is no essential difference for the center). The dq synchronous coordinate system is one of the rotating coordinate systems, and in particular, the d-axis is a coordinate system synchronized with the north pole of the rotor. That is, in the dq synchronous coordinate system, the phase of the d-axis is the same as the phase of the rotor magnetic flux. The velocity of the dq synchronous coordinate system is instantly the same as the rotor velocity ωn. The γδ general coordinate system is a generalized coordinate system having an arbitrary coordinate system velocity ωγ. The γδ general coordinate system includes the αβ fixed coordinate system and the dq synchronous coordinate system as a special case. It also includes a γδ quasi-synchronous coordinate system, which can have a small phase difference with respect to the dq synchronous coordinate system, as a special case. Regarding the phase of the coordinate system, the phase of the d-axis seen from the α-axis is θα, the phase of the γ-axis seen from the α-axis is θαγ, and the phase of the d-axis seen from the γ-axis is θγ.

図1〜図3に示した3種の二重同期電動機は、明らかに異なった巻線配置を有するが、dq同期座標系上では、これらの数学モデル(回路方程式)は、共通して次式で記述される(非特許文献5参照)。

Figure 0006944628
The three types of dual synchronous motors shown in FIGS. 1 to 3 have clearly different winding arrangements, but on the dq synchronous coordinate system, these mathematical models (circuit equations) commonly have the following equations. (See Non-Patent Document 5).
Figure 0006944628

数学モデルにおける脚符1、2およびd、qの意味はすでに説明した通りである。記号sは微分演算子d/dtを意味している。第1巻線を例に、数学モデルに使用した物理量を説明する。dq同期座標系上で定義された2×1ベクトルv1、i1は、それぞれ固定子の電圧、電流を意味している。Iは2×2単位行列である。R1は固定子巻線の抵抗であり、Φ1は固定子巻線からみた回転子磁束強度(起電力定数)である。L1d、L1qは、d軸(自己)インダクタンス、q軸(自己)インダクタンスである。また、Md、Mqは、各々d軸相互インダクタンス、q軸相互インダクタンスである。The meanings of the legs 1, 2 and d, q in the mathematical model have already been explained. The symbol s means the differential operator d / dt. The physical quantity used in the mathematical model will be described using the first winding as an example. The 2 × 1 vectors v1 and i1 defined on the dq synchronous coordinate system mean the voltage and current of the stator, respectively. I is a 2 × 2 identity matrix. R1 is the resistance of the stator winding, and Φ1 is the rotor magnetic flux strength (electromotive force constant) seen from the stator winding. L1d and L1q are d-axis (self) inductance and q-axis (self) inductance. Further, Md and Mq are d-axis mutual inductance and q-axis mutual inductance, respectively.

なお、本発明では、d軸(自己)インダクタンスL1d、q軸(自己)インダクタンスL1qを用いて、同相(自己)インダクタンスL1i、鏡相(自己)インダクタンスL1mを下の(13)式のように定義し、利用する。

Figure 0006944628
(13)式が明瞭に示しているように、同相インダクタンスL1iは、対応のd軸、q軸インダクタンスの平均値を意味している。In the present invention, the in-phase (self) inductance L1i and the mirror phase (self) inductance L1m are defined by the following equation (13) using the d-axis (self) inductance L1d and the q-axis (self) inductance L1q. And use it.
Figure 0006944628
As the equation (13) clearly shows, the common-mode inductance L1i means the average value of the corresponding d-axis and q-axis inductances.

本発明が対象とする二重同期電動機においては、2個の三相巻線に起因した電動機パラメータ(巻線抵抗R1、インダクタンスL1d、L1qなど)は、同一の場合もあれば、異なる場合もある。本発明は、巻線に起因した電動機パラメータの同異には依存しない。In the dual synchronous motor targeted by the present invention, the motor parameters (winding resistance R1, inductance L1d, L1q, etc.) caused by the two three-phase windings may be the same or different. .. The present invention does not depend on the difference in motor parameters due to windings.

(12)式の関係は、ωnで回転するdq同期座標系上の仮想ベクトル回路として、図4(b)のように描画される。同図における電圧、電流等のすべての物理量は、dq同期座標系上で定義された2×1ベクトルである。また、同図における2×2インダクタンス行列は、以下のように定義されている。

Figure 0006944628
特にゼロ速度ωn=0では、d軸、q軸間における軸間干渉は消滅し、仮想ベクトル回路は、「図4(a)の単相用LR回路(相互誘導回路)を、軸ごとのパラメータに置換した上で、軸ごとに独立・並列に配した二相回路」に帰着する。ゼロ速度での同一性より理解されるように、二重同期電動機は、d軸、q軸の漏れ係数σd、σqの逆数におおむね比例した高速モードを有する。併せて、低速モードを有する。なお、各軸の漏れ係数σd、σqは、(1)式と同様の次式に従い定義されている。
Figure 0006944628
The relationship of equation (12) is drawn as shown in FIG. 4 (b) as a virtual vector circuit on the dq synchronous coordinate system that rotates at ωn. All physical quantities such as voltage and current in the figure are 2 × 1 vectors defined on the dq synchronous coordinate system. The 2 × 2 inductance matrix in the figure is defined as follows.
Figure 0006944628
In particular, at zero speed ωn = 0, the inter-axis interference between the d-axis and the q-axis disappears, and the virtual vector circuit uses the single-phase LR circuit (mutual induction circuit) shown in FIG. 4A as a parameter for each axis. After replacing with, it comes down to "a two-phase circuit arranged independently and in parallel for each axis". As can be understood from the identity at zero speed, the dual synchronous motor has a high speed mode that is roughly proportional to the reciprocals of the d-axis and q-axis leakage coefficients σd and σq. In addition, it has a low speed mode. The leakage coefficients σd and σq of each axis are defined according to the following equation similar to equation (1).
Figure 0006944628

図4の単相用LR回路(相互誘導回路)と二重同期電動機の仮想ベクトル回路のゼロ速度の等価性より理解されるように、第1巻線と第2巻線が強い相互誘導を有する二重同期電動機に対するフィードバック電流制御系の構成において、低速根に起因した低速モード電流のみを想定する場合には、フィードバック電流制御系は、容易に不安定化(高周波電流リプルの発生、電流の発散等)することになる。As can be understood from the zero-speed equivalence of the single-phase LR circuit (mutual induction circuit) in FIG. 4 and the virtual vector circuit of the dual synchronous motor, the first winding and the second winding have strong mutual induction. In the configuration of the feedback current control system for the dual synchronous motor, when only the low speed mode current caused by the low speed root is assumed, the feedback current control system is easily destabilized (generation of high frequency current ripple, current divergence). Etc.).

請求項1の発明は、第1巻線と第2巻線が強い相互誘導を有する二重同期電動機が、高速モードと低速モードの2種類の異なったモードで動作する電流(高速モード電流、低速モード電流)を有することを深く認識した上で、これらを別々に制御しようとするものである。特に、請求項1の発明によれば、2個の三相巻線の相互誘導に起因した漏れインダクタンスの相当値を少なくとも利用して定めた制御器係数を備え、2個の三相巻線の相互誘導によって発生した高速モード電流の制御のための電圧指令値を生成する各三相巻線用の高速モード電流制御器を利用して、高速モード電流を制御することになる。既に解析的に明らかにしたように、高速モード電流は漏れインダクタンスによって支配されるため、請求項1の発明によれば、効果的に高速モード電流を制御できると言う効果を得ることができる。ひいては、高速モード電流に起因した不安定化を防止できるようになる。すなわわち、フィードバック電流制御系の安定性を確保できると言う効果を得ることができる。According to the first aspect of the present invention, a double synchronous motor having a strong mutual induction between the first winding and the second winding operates in two different modes, a high-speed mode and a low-speed mode (high-speed mode current, low-speed mode current, low speed). It is intended to control these separately after deeply recognizing that they have a mode current). In particular, according to the invention of claim 1, the two three-phase windings have a controller coefficient determined by at least utilizing the equivalent value of the leakage inductance caused by mutual induction of the two three-phase windings. The high-speed mode current is controlled by utilizing the high-speed mode current controller for each three-phase winding that generates a voltage command value for controlling the high-speed mode current generated by mutual induction. As has already been analytically clarified, since the high-speed mode current is dominated by the leakage inductance, the effect that the high-speed mode current can be effectively controlled can be obtained according to the invention of claim 1. As a result, instability due to high-speed mode current can be prevented. That is, the effect of ensuring the stability of the feedback current control system can be obtained.

高速モード電流の制御の成功は、低速モード電流の制御の成功を意味しない。高速モード電流を適切に制御する場合にも、低速モード電流が巻線電流に低周波脈動をもたらす。図4(b)の仮想ベクトル回路より理解されるように、低速モード電流は、自三相巻線を第1巻線とする場合、相互インダクタンス行列M((14)式参照)と自三相巻線の電流(すなわち、第1巻線電流)i1とを、これらの積の形で含有することが分かる。同様に、低速モード電流は、自三相巻線を第2巻線とする場合、相互インダクタンス行列M((14)式参照)と自三相巻線の電流(すなわち、第2巻線電流)i2とを、これらの積の形で含有することが分かる。請求項1の発明によれば、2個の三相巻線の相互誘導に起因した相互インダクタンスの相当値と自三相巻線の電流相等値とを少なくとも用いて、2個の三相巻線の相互誘導によって発生した低速モード電流の相殺のための電圧指令値を生成する各三相巻線用の低速モード電流キャンセラを構成することになる。すなわち、請求項1の発明によれば、低速モード電流キャンセラによって生成した電圧指令値を介し、低速モード電流を相殺できる。ひいては、低速モード電流に起因した巻線電流の低周波脈動を抑圧できると言う効果が得られる。特に、安定性の確保に貢献する高速モード電流制御器と併用する場合には、低周波脈動を抑圧した高品質の電流制御効果をもたらすという効果を得ることができる。請求項1の発明は、二重同期電動機に対して、突極性の関する如何なる制約も設けておらず、ひいては、当然のことながら、強い突極性を有する二重同期電動機に適用可能である。Successful control of high-speed mode current does not mean successful control of low-speed mode current. Even when the high-speed mode current is properly controlled, the low-speed mode current causes low-frequency pulsation in the winding current. As can be understood from the virtual vector circuit of FIG. 4B, the low-speed mode current is the mutual inductance matrix M (see equation (14)) and the self-three-phase when the self-three-phase winding is the first winding. It can be seen that the winding current (that is, the first winding current) i1 is contained in the form of a product of these. Similarly, the low-speed mode current is the mutual inductance matrix M (see equation (14)) and the current of the self-three-phase winding (that is, the second winding current) when the self-three-phase winding is the second winding. It can be seen that i2 is contained in the form of a product of these. According to the invention of claim 1, the two three-phase windings use at least the equivalent value of the mutual inductance caused by the mutual induction of the two three-phase windings and the current phase equivalent value of the own three-phase windings. It constitutes a low speed mode current canceller for each three-phase winding that generates a voltage command value for canceling the low speed mode current generated by mutual induction. That is, according to the invention of claim 1, the low-speed mode current can be offset via the voltage command value generated by the low-speed mode current canceller. As a result, the effect of suppressing the low-frequency pulsation of the winding current caused by the low-speed mode current can be obtained. In particular, when used in combination with a high-speed mode current controller that contributes to ensuring stability, it is possible to obtain the effect of bringing about a high-quality current control effect that suppresses low-frequency pulsation. The invention of claim 1 does not impose any restrictions on the salient polarity of the double synchronous motor, and as a matter of course, it can be applied to the double synchronous motor having a strong salient polarity.

なお、上記に説明した高速モード電流制御器、低速モード電流キャンセラの効果は、高速モード電流に直接関連した漏れインダクタンスと、低速モード電流に直接関連した相互インダクタスとに着目し、(12)式の回路方程式を次式のように再展開することによっても確認できる。

Figure 0006944628
Figure 0006944628
Figure 0006944628
例えば、(16)式が示す第1巻線の電圧v1に関しては、(16a)式の左辺が電圧v1そのものを示しており、同式の右辺がモード対応の電圧を示している。特に、v1は高速モード電流
Figure 0006944628
の詳細は、各々(16b)式、(16c)式に示されている。(16b)式、(16c)式より再確認されるように、高速モード電流はd軸、q軸の漏れインダクタンス(σd・L1d)、(σq・L1q)によって、低速モード電流はd軸、q軸の相互インダクタンス相当値((1−σd)L1d,Md)、((1−σq)L1q,Mq)によって支配れている。(17)式が示す第2巻線の電圧v2に関しても同様である。The effects of the high-speed mode current controller and low-speed mode current canceller described above focus on the leakage inductance directly related to the high-speed mode current and the mutual inductors directly related to the low-speed mode current, and equation (12). It can also be confirmed by re-expanding the circuit equation of.
Figure 0006944628
Figure 0006944628
Figure 0006944628
For example, regarding the voltage v1 of the first winding represented by the equation (16), the left side of the equation (16a) indicates the voltage v1 itself, and the right side of the equation indicates the voltage corresponding to the mode. In particular, v1 ~ is the high-speed mode current.
Figure 0006944628
Details of the above are shown in Eqs. (16b) and (16c), respectively. As reconfirmed from the equations (16b) and (16c), the high-speed mode current has the d-axis and q-axis leakage inductances (σd · L1d) and (σq · L1q), and the low-speed mode current has the d-axis and q. It is governed by the mutual inductance equivalent values of the shafts ((1-σd) L1d, Md) and ((1-σq) L1q, Mq). The same applies to the voltage v2 of the second winding represented by the equation (17).

つづいて、請求項2の発明の効果を説明する。請求項1の発明による高速モード電流制御器は、dq同期座標系、γδ準同期座標系、αβ固定座標系のいずれの座標系の上でも構築可能である。しかしながら、構築の難易度は同一ではない。dq同期座標系上またはγδ準同期座標系上での構築がもっとも平易であり、効果が期待される。請求項2の発明によれば、dq同期座標系上あるいはγδ準同期座標系上の各三相巻線の電流指令値と各三相巻線の電流応答値との差である各三相巻線の電流偏差をフィードバック制御的に処理し、dq同期座標系上あるいはγδ準同期座標系上の各三相巻線の電圧指令値を生成するように、各三相巻線用高速モード電流制御器を構成できる。ひいては、請求項2の発明によれば、高速モード電流制御器を簡単に構築できると言う効果が得られる。この結果、請求項2の発明によれば、請求項1の発明の効果を高めることができると言う効果も得られる。Next, the effect of the invention of claim 2 will be described. The high-speed mode current controller according to the invention of claim 1 can be constructed on any of the dq synchronous coordinate system, the γδ quasi-synchronous coordinate system, and the αβ fixed coordinate system. However, the difficulty of construction is not the same. Construction on the dq synchronous coordinate system or the γδ quasi-synchronous coordinate system is the easiest and is expected to be effective. According to the invention of claim 2, each three-phase winding is the difference between the current command value of each three-phase winding on the dq synchronous coordinate system or the γδ quasi-synchronous coordinate system and the current response value of each three-phase winding. High-speed mode current control for each three-phase winding so that the current deviation of the line is processed in a feedback control manner and the voltage command value of each three-phase winding on the dq synchronous coordinate system or the γδ quasi-synchronous coordinate system is generated. Can configure a vessel. As a result, according to the invention of claim 2, the effect that the high-speed mode current controller can be easily constructed can be obtained. As a result, according to the invention of claim 2, the effect that the effect of the invention of claim 1 can be enhanced can be obtained.

つづいて、請求項3の発明の効果を説明する。第1巻線を自巻線とし、第2巻線を他巻線とする場合には、自巻線用低速モード電流キャンセラの理想的な構成の1つは、特に、dq同期座標系上の構成の1つは、(16c)式より、次式で記述される。

Figure 0006944628
(18)式における頭符*の意味は、すでに説明した通りである。請求項3の発明に基づき構成された低速モード電流キャンセラによれば、第1巻線を自巻線とし、第2巻線を他巻線とする場合には、(18b)式を包含する(6)式に従って自三相巻線用の中間信号φ1Mを生成し、生成の自三相巻線用の中間信号に対して、微分相当処理、速度乗算相当処理の少なく
Figure 0006944628
発明は(18)式の構成を包含しており、請求項3の発明によれば、低速モード電流キャンセラは理想的な構造の1つを採用できるようになると言う効果が得られる。ひいては、低速モード電流キャンセラは好ましい性能を発揮できるようになると言う効果が得られる。Subsequently, the effect of the invention of claim 3 will be described. When the first winding is the self-winding coil and the second winding is the other winding, one of the ideal configurations of the low-speed mode current canceller for the self-winding coil is particularly on the dq synchronous coordinate system. One of the configurations is described by the following equation from the equation (16c).
Figure 0006944628
The meaning of the acronym * in Eq. (18) is as described above. According to the low-speed mode current canceller configured based on the invention of claim 3, when the first winding is the own winding and the second winding is the other winding, the equation (18b) is included (18b). An intermediate signal φ1M ~ for the own three-phase winding is generated according to the equation 6), and there is less differential equivalent processing and speed multiplication equivalent processing for the generated intermediate signal for the own three-phase winding.
Figure 0006944628
The invention includes the configuration of the equation (18), and according to the invention of claim 3, the effect that the low-speed mode current canceller can adopt one of the ideal structures can be obtained. As a result, the low-speed mode current canceller has the effect of being able to exhibit preferable performance.

なお、第2巻線を自巻線とし、第1巻線を他巻線とする場合には、自巻線用低速モード電流キャンセラの理想的な構成の1つは、特に、dq同期座標系上の構成は、(17c)式より、次式で記述される。

Figure 0006944628
When the second winding is the self-winding coil and the first winding is the other winding, one of the ideal configurations of the low-speed mode current canceller for the self-winding coil is, in particular, the dq synchronous coordinate system. The above configuration is described by the following equation from the equation (17c).
Figure 0006944628

「二重三相巻線永久磁石同期形電動機の巻線配置例(三相単純同期電動機)を示す図」 "Figure showing example of winding arrangement (three-phase simple synchronous motor) of double three-phase winding permanent magnet synchronous motor" 「二重三相巻線永久磁石同期形電動機の巻線配置例(六相同期電動機)を示す図」 "Figure showing example of winding arrangement (six-phase synchronous motor) of double three-phase winding permanent magnet synchronous motor" 「二重三相巻線永久磁石同期形電動機の巻線配置例(三相逆同期電動機)を示す図」 "Figure showing example of winding arrangement (three-phase reverse synchronous motor) of double three-phase winding permanent magnet synchronous motor" 「単相相互誘導回路と二重三相巻線永久磁石同期形電動機仮想ベクトル回路の各1例を示す図」 "Figure showing one example each of single-phase mutual induction circuit and double three-phase winding permanent magnet synchronous motor virtual vector circuit" 「3種の2軸直交座標系の関係を示す図」 "Figure showing the relationship between three types of two-axis Cartesian coordinate systems" 「本発明によるdq同期座標系上の高速モード電流制御器と低速モード電流キャンセラを用いた二重同期電動機駆動システムの構成の1例を示す図」 "A diagram showing an example of a configuration of a dual synchronous motor drive system using a high-speed mode current controller on a dq synchronous coordinate system and a low-speed mode current canceller according to the present invention." 「本発明によるdq同期座標系上の低速モード電流キャンセラの構成の1例を示す図」 "A diagram showing an example of the configuration of a low-speed mode current canceller on a dq synchronous coordinate system according to the present invention." 「本発明によるαβ固定座標系上の低速モード電流キャンセラを用いた二重同期電動機駆動システムの構成の1例を示す図」 "A diagram showing an example of a configuration of a dual synchronous motor drive system using a low-speed mode current canceller on an αβ fixed coordinate system according to the present invention." 「従前の電圧形巻線間非干渉器を用いた電流制御装置の構成を示す図」 "A diagram showing the configuration of a current control device using a conventional voltage-type interwinding non-interferer"

以下、図面を用いて、本発明の好適な実施態様を具体的に説明する。Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

二重同期電動機に対して請求項1〜3の全発明を用いた二重同期電動機駆動システムの実施形態例を図6に示した。駆動システムは大きくは、二重同期電動機(回転子、固定子を含む)1、電力変換装置2(破線ブロック表示)、電流制御装置3(破線ブロック表示)から構成されている。電力変換装置の内部構成、電流制御装置の内部構成は、第1巻線用と第2巻線用は基本的に同一である。この点を踏まえ、基本的に第1巻線用を中心にこれらを説明し、第1巻線用と第2巻線用で相違がある場合に限り、個別に説明する。FIG. 6 shows an example of an embodiment of a dual synchronous motor drive system using all the inventions of claims 1 to 3 with respect to the dual synchronous motor. The drive system is largely composed of a double synchronous motor (including a rotor and a stator) 1, a power conversion device 2 (broken line block display), and a current control device 3 (broken line block display). The internal configuration of the power conversion device and the internal configuration of the current control device are basically the same for the first winding and the second winding. Based on this point, these are basically described mainly for the first winding, and only when there is a difference between the first winding and the second winding, they will be described individually.

電力変換装置は、第1、第2巻線用の電力変換器21、電流検出器22から構成されている。電流制御装置3は、大きくは、第1、第2巻線の固定子電流、固定子電圧指令値の変換を担う信号変換部32(破線ブロック表示)と、高速モード電流の制御を担う高速モード電流制御器33(破線ブロック表示)と、低速モード電流の相殺・抑圧を担う低速モード電流キャンセラ34から構成されている。補助的には、信号変換部32で使用する回転子位相を検出するための位相検出器311、低速モード電流キャンセラで使用する回転子速度を検出するための速度検出器312が含まれる。位相検出器311、速度検出器312は、両巻線の電流制御等で共有されている。信号変換部32では、第1、第2巻線の電流制御が独立的に遂行できるように、各巻線に対して、3相2相変換器321a、2相3相変換器321b、ベクトル回転器322a、322bが構成されている。The power converter includes a power converter 21 for the first and second windings and a current detector 22. The current control device 3 is largely composed of a signal conversion unit 32 (displayed with a broken line block) responsible for converting the stator current and the stator voltage command value of the first and second windings, and a high-speed mode for controlling the high-speed mode current. It is composed of a current controller 33 (displayed as a broken line block) and a low-speed mode current canceller 34 that cancels and suppresses the low-speed mode current. Auxiliary includes a phase detector 311 for detecting the rotor phase used in the signal conversion unit 32, and a speed detector 312 for detecting the rotor speed used in the low-speed mode current canceller. The phase detector 311 and the speed detector 312 are shared by current control of both windings and the like. In the signal conversion unit 32, a three-phase two-phase converter 321a, a two-phase three-phase converter 321b, and a vector rotator are used for each winding so that the current control of the first and second windings can be performed independently. 322a and 322b are configured.

なお、第2巻線用の3相2相変換器(2×3行列)、2相3相変換器(3×2行列)に関しては、二重同期電動機の巻線配置の違いに応じて、若干の変更が必要である。すなわち、図6におけるSR(・)に関しては、三相単純同期電動機(図1参照)、三相逆同期電動機(図3参照)の場合には下の(20a)式を用い、六相同期電動機(図2参照)の場合には下の(20b)式を用いることになる。

Figure 0006944628
Regarding the 3-phase 2-phase converter (2 x 3 matrix) and 2-phase 3-phase converter (3 x 2 matrix) for the second winding, depending on the difference in the winding arrangement of the dual synchronous motor, Some changes are needed. That is, with respect to SR (・) in FIG. 6, the three-phase simple synchronous motor (see FIG. 1) and the three-phase reverse synchronous motor (see FIG. 3) use the following equation (20a), and the six-phase synchronous motor is used. In the case of (see FIG. 2), the following equation (20b) is used.
Figure 0006944628

同図では、簡明のため、複数のスカラ信号を1つのベクトル信号として捉え、複数のスカラ信号線を1本の太い信号線で表現している。なお、電圧、電流のベクトル信号の脚符r、s、tは、各々、dq同期座標系上の信号、αβ固定座標系上の信号、uvw座標系上の信号(三相信号)であることを示している。In the figure, for the sake of simplicity, a plurality of scalar signals are regarded as one vector signal, and a plurality of scalar signal lines are represented by one thick signal line. The voltage and current vector signals r, s, and t are signals on the dq synchronous coordinate system, signals on the αβ fixed coordinate system, and signals on the uvw coordinate system (three-phase signals), respectively. Is shown.

電流制御装置3を構成する信号変換部32は、従前のものと基本的に同一である。本機器は当業者には周知であるので、これ以上の説明は省略する。本発明の核心は、電流制御装置3を構成する高速モード電流制御器33と低速モード電流キャンセラ34にある。以降は、図6の高速モード電流制御器33と低速モード電流キャンセラ34とに関し説明する。The signal conversion unit 32 constituting the current control device 3 is basically the same as the conventional one. Since this device is well known to those skilled in the art, further description thereof will be omitted. The core of the present invention lies in the high-speed mode current controller 33 and the low-speed mode current canceller 34 that constitute the current control device 3. Hereinafter, the high-speed mode current controller 33 and the low-speed mode current canceller 34 of FIG. 6 will be described.

高速モード電流制御器33は、第1巻線用高速モード電流制御器331と第2巻線用高速モード電流制御器332から構成され、各巻線の高速モード電流制御用電圧指令値v1*、v2*を生成している。図6における高速モード電流制御器33は、請求項1および請求項2の発明に従い構成されている。本構成は、本発明提示の(16b)式、(17b)式に立脚している。同式は、固定子抵抗と漏れインダクタンスとにより支配された高速モード電流の動特性を示している。各巻線の高速モード電流制御器331、332は、基本的には、任意の構造を採用することができる。単純なPI構造を採用する場合には、各巻線の高速モード電流制御器331、332は、各々次の(21a)、(21b)式のように記述される。

Figure 0006944628
The high-speed mode current controller 33 is composed of a high-speed mode current controller 331 for the first winding and a high-speed mode current controller 332 for the second winding, and voltage command values v1 to * for high-speed mode current control of each winding. V2 ~ * are generated. The high-speed mode current controller 33 in FIG. 6 is configured according to the inventions of claims 1 and 2. This configuration is based on the equations (16b) and (17b) presented in the present invention. The equation shows the dynamic characteristics of the high-speed mode current dominated by the stator resistance and the leakage inductance. Basically, any structure can be adopted for the high-speed mode current controllers 331 and 332 of each winding. When a simple PI structure is adopted, the high-speed mode current controllers 331 and 332 of each winding are described as the following equations (21a) and (21b), respectively.
Figure 0006944628

所期の目的「高速モード電流の制御」を達成するには、(21)式における制御器係数(PIゲイン)は、請求項1の発明に従い、三相巻線の相互誘導に起因した漏れインダクタンスの相当値を利用して定めることになる。漏れインダクタンスの相当値を利用した制御器係数の設計法の1例を以下に示す。(21a)式の第1巻線d軸の制御器係数(PIゲイン)d1d1とd1d0は、例えば、電流制御系の期待帯域幅をωicとし、設計パラメータをw1とするとき、以下のように設計される。

Figure 0006944628
制御器係数を具体的に定める(22a)、(22b)式には、「漏れインダクタンスの相当値」として、(σd・L1d)、(σd・L1i)を用いている点に、注意されたい。d軸に関する(σd)の選定範囲は、(22c)式が明示している。(22c)式のd軸の(σd)の基準値は、d軸の漏れ係数(σd)自体である。また、同式右辺の上限は、採用の制御器設計法と密接に関連しており、一応の目安である。(σd)は「漏れ係数相当値」とも言うべきものである。以上の説明より明らかなように、(22)式の制御器係数の設定に用いた漏れインダクタンス相当値(σd・L1d)、(σd・L1i)は、(2)式を用いて説明した「漏れインダクタンスの相当値」の定義にも従っている。なお、第1巻線の同相インダクタンスLi1の定義は、(13)式の通りである。第2巻線の同相インダクタンスLi2も同様に定義される。In order to achieve the desired purpose "control of high-speed mode current", the controller coefficient (PI gain) in the equation (21) is the leakage inductance caused by the mutual induction of the three-phase windings according to the invention of claim 1. It will be determined using the equivalent value of. An example of the control coefficient design method using the equivalent value of the leakage inductance is shown below. The controller coefficients (PI gain) d1d1 and d1d0 of the first winding d-axis of the equation (21a) are designed as follows, for example, when the expected bandwidth of the current control system is ωic and the design parameter is w1. Will be done.
Figure 0006944628
Defining a controller coefficient specifically (22a), the (22b) type, the "equivalent value of the leakage inductance", in that it uses the (σd ~ · L1d), ( σd ~ · L1i), be noted sea bream. The selection range of (σd to ) with respect to the d-axis is specified by Eq. (22c). The reference value of (σd to ) on the d-axis of the equation (22c) is the leakage coefficient (σd) on the d-axis itself. In addition, the upper limit on the right side of the same formula is closely related to the adopted controller design method and is a tentative guide. (Σd ~ ) should be called "leakage coefficient equivalent value". As apparent from the above description, (22) the leakage inductance equivalent value used for setting of the controller coefficients (σd ~ · L1d), ( σd ~ · L1i) is described with reference to (2) It also follows the definition of "equivalent value of leakage inductance". The definition of the common-mode inductance Li1 of the first winding is as in Eq. (13). The common mode inductance Li2 of the second winding is also defined in the same manner.

(22)式による制御器係数設計法の例は、(21a)式の第1式、すなわち第1巻線d軸のための高速モード電流制御器の制御器係数を対象としたものである。第1巻線q軸のための高速モード電流制御器の制御器係数の設計法は、(22)式において軸対応脚符を「d→q」と変更するのみで得られる。同様に、第2巻線d軸のための高速モード電流制御器の制御器係数の設計法は、(22)式において巻線対応脚符を「1→2」と変更するのみで得られる。第2巻線q軸のための高速モード電流制御器の制御器係数の設計法は、(22)式において巻線対応脚符を「1→2」、軸対応脚符「d→q」と変更するのみでえられる。The example of the controller coefficient design method according to the equation (22) is intended for the first equation of the equation (21a), that is, the controller coefficient of the high-speed mode current controller for the first winding d-axis. The method of designing the controller coefficient of the high-speed mode current controller for the first winding q-axis can be obtained only by changing the axis-corresponding leg to "d → q" in the equation (22). Similarly, the method of designing the controller coefficient of the high-speed mode current controller for the second winding d-axis can be obtained only by changing the winding-corresponding leg to "1 → 2" in the equation (22). The method of designing the controller coefficient of the high-speed mode current controller for the second winding q-axis is as follows: in equation (22), the winding-corresponding leg is "1 → 2" and the axis-corresponding leg is "d → q". You can get it just by changing it.

各巻線の高速モード電流制御器331、332の構造としては、PI構造以外の構造を採用してもよいことを指摘しておく。また、「漏れインダクタンスの相当値」を利用した制御器係数の設計法は、(22)式以外にも、種々存在することを指摘しておく。図6の実施形態例では、高速モード電流制御器33は、請求項2の発明に従い、dq同期座標系上で構成した。これに代わって、γδ準同期座標系上、あるいはαβ固定座標系上でも、高速モード電流制御器は構成可能であることを指摘しておく。本発明は、これらの構成を排除するものではない。It should be pointed out that a structure other than the PI structure may be adopted as the structure of the high-speed mode current controllers 331 and 332 of each winding. In addition, it should be pointed out that there are various methods for designing the controller coefficient using the "equivalent value of leakage inductance" other than the equation (22). In the embodiment of FIG. 6, the high-speed mode current controller 33 is configured on the dq synchronous coordinate system according to the invention of claim 2. Instead, it should be pointed out that the high-speed mode current controller can be configured on the γδ quasi-synchronous coordinate system or on the αβ fixed coordinate system. The present invention does not preclude these configurations.

Figure 0006944628
請求項3の発明に従い構成されている。本構成は、本発明提示の(16c)式、(17c)式に立
Figure 0006944628
した。実際的には、相互インダクタンス相当値、巻線電流相当値を用いて、この生成を以下のように変更することが望まれる。
Figure 0006944628
Figure 0006944628
Figure 0006944628
It is configured according to the invention of claim 3. This configuration is based on the equations (16c) and (17c) presented in the present invention.
Figure 0006944628
bottom. In practice, it is desirable to change this generation as follows using the mutual inductance equivalent value and the winding current equivalent value.
Figure 0006944628
Figure 0006944628

図6における低速モード電流キャンセラ34の詳細構成を図7に示した。図7における第1巻線用低速モード電流キャンセラ341は(23)式に基づき、第2巻線用低速モード電流キャンセラ342は(24)式に基づき構成されている。ただし、(23)、(24)式に用いた電流相当値i1、i2としては、電流真値を利用するものとなっている。電流相当値i1、i2の定義は、すでに説明した通りである。The detailed configuration of the low-speed mode current canceller 34 in FIG. 6 is shown in FIG. 7. The low-speed mode current canceller 341 for the first winding in FIG. 7 is configured based on the equation (23), and the low-speed mode current canceller 342 for the second winding is configured based on the equation (24). However, (23), (24) a current equivalent value i1 ~ used for expression, i2 as the ~, has become those utilizing current true value. The definitions of the current equivalent values i1 to i2 to are as described above.

各巻線の低速モード電流キャンセラ341、342に利用した相互インダクタンス相当値M1d、M1q、M2d、M2qの範囲は、概ね次の通りである。

Figure 0006944628
(25)式では、相互インダクタンス相当値の上限を、対応の自己インダクタンスとしている。「相互誘導(磁気的結合)が強い場合には、漏れ係数が微小、漏れインダクタンスが微小となり、ひいては相互インダクタンスが自己インダクタンスに概ね等しくなる」と言う事実に基づいている。(23)式の第1巻線用低速モード電流キャンセラ341と、(24)式の第2巻線用低速モード電流キャンセラ342とにおいて、同一の相互インダクタンス相当値M1d、M1q、M2d、M2qを使用する必要はなく、各巻線用低速モード電流キャンセラごとに異なった値を利用してよい。M1dを例にとり、より具体的に言えば、第1巻線用低速モード電流キャンセラ341・(23)式と第2巻線用低速モード電流キャンセラ341・(24)式とで、M1dに関し異なる値を利用してよい。図7は、各巻線用低速モード電流キャンセラ341、342において、用いるべき相互インダクタンス相当値として、各巻線用低速モード電流キャンセラごとに異なった値を利用することを想定した構成としている。すなわち、図7においては、2個の中間信号φ1Mとφ2Mは必ずしも等しくないことを想定したものとなっている。2個の中間信号φ1Mとφ2Mとが等しくなるように相互インダクタンス相当値を選定する場合には、各巻線の低速モード電流相殺用の電圧
Figure 0006944628
できる。 The range of mutual inductance equivalent values M1d ~ , M1q ~ , M2d ~ , and M2q ~ used for the low-speed mode current cancellers 341 and 342 of each winding is as follows.
Figure 0006944628
In equation (25), the upper limit of the mutual inductance equivalent value is the corresponding self-inductance. It is based on the fact that "when mutual induction (magnetic coupling) is strong, the leakage coefficient is small, the leakage inductance is small, and the mutual inductance is almost equal to the self-inductance". In the low-speed mode current canceller 341 for the first winding of the formula (23) and the low-speed mode current canceller 342 for the second winding of the formula (24), the same mutual inductance equivalent values M1d ~ , M1q ~ , M2d ~ , It is not necessary to use M2q ~ , and different values may be used for each low speed mode current canceller for each winding. Taking M1d ~ as an example, more specifically, the low-speed mode current canceller 341 (23) for the first winding and the low-speed mode current canceller 341 (24) for the second winding are related to M1d ~. Different values may be used. FIG. 7 has a configuration in which it is assumed that different values are used for the low-speed mode current cancellers for each winding as the mutual inductance equivalent values to be used in the low-speed mode current cancellers 341 and 342 for each winding. That is, in FIG. 7, it is assumed that the two intermediate signals φ1M to and φ2M to are not necessarily equal. When selecting the mutual inductance equivalent value so that the two intermediate signals φ1M ~ and φ2M ~ are equal, the voltage for canceling the low-speed mode current of each winding.
Figure 0006944628
can.

(23)、(24)式におけるFad(s)は、純粋微分を排除すべく導入した近似微分器であり、簡単には、次でよい。

Figure 0006944628
近似微分器の帯域幅でもある設計パラメータωadは、高速モード電流制御器によって構成された電流制御系の帯域幅ωicと同等あるいはそれ以上に選定することになる。当然のことながら、(26)式以外の他の近似微分処理を採用してもよい。Fad (s) in the equations (23) and (24) is an approximate differentiator introduced to eliminate the pure differentiation, and may be simply as follows.
Figure 0006944628
The design parameter ωad, which is also the bandwidth of the approximate differentiator, is selected to be equal to or greater than the bandwidth ωic of the current control system configured by the high-speed mode current controller. As a matter of course, other approximate differential processing other than the equation (26) may be adopted.

図7を用いた実施形態例では、第1巻線、第2巻線の電流の相当値として同真値(電流検出値)を、速度相当値として同真値(速度検出値)を利用する例となっている。両信号は、ともに相当値で置換してよいことを改めて指摘しておく。電流相当値、速度相当値の定義は、すでに与えたとおりである。In the embodiment using FIG. 7, the same true value (current detection value) is used as the equivalent value of the currents of the first winding and the second winding, and the same true value (speed detection value) is used as the speed equivalent value. It is an example. It should be pointed out again that both signals may be replaced with equivalent values. The definitions of current equivalent value and velocity equivalent value are as already given.

図7の実施形態例では、微分相当処理、速度乗算相当処理の2処理を共に遂行する例となっている。高速回転時には速度乗算相当処理がより重要となり、ひいては微分相当処理を省略できることを指摘しておく。反対に、低速回転時には速度乗算相当処理の重要性は相対的に低下し、ひいては速度乗算相当処理を省略できることを指摘しておく。In the example of the embodiment of FIG. 7, it is an example of performing both the differentiation equivalent processing and the speed multiplication equivalent processing. It should be pointed out that the speed multiplication equivalent process becomes more important at high speed rotation, and the differential equivalent process can be omitted. On the contrary, it should be pointed out that the speed multiplication equivalent processing becomes relatively less important at low speed rotation, and thus the speed multiplication equivalent processing can be omitted.

図7の実施形態例では、低速モード電流キャンセラ34をdq同期座標系上で構成した例となっている。図7と実質的に同一の低速モード電流キャンセラがγδ準同期座標系上でも構成可能であることを指摘しておく。In the embodiment of FIG. 7, the low-speed mode current canceller 34 is configured on the dq synchronous coordinate system. It should be pointed out that a low-speed mode current canceller substantially the same as in FIG. 7 can be configured on the γδ quasi-synchronous coordinate system.

また、低速モード電流キャンセラ34は、αβ固定座標系上でも構成可能であることを指摘しておく。図8は、この様子を示したものである。αβ固定座標系上で低速モード電流キャンセラを構成する場合には、一般的には、図7の構成を多少変更する必要がある。ただし、d軸とq軸の相互インダクタンス相当値を等しく選定する場合には、追加変更は不要であり、図7のものに対して単に速度乗算相当処理を撤去したものを利用することができる。It should also be pointed out that the low speed mode current canceller 34 can also be configured on the αβ fixed coordinate system. FIG. 8 shows this situation. When configuring the low-speed mode current canceller on the αβ fixed coordinate system, it is generally necessary to slightly change the configuration of FIG. 7. However, when the mutual inductance equivalent values of the d-axis and the q-axis are selected equally, no additional change is necessary, and the one of FIG. 7 in which the speed multiplication equivalent process is simply removed can be used.

本発明は、バッテリ電気自動車、燃料電池電気自動車、ハイブリッド電気自動車の主駆動電動機、家電用高速電動機などに代表される広範囲にわたり効率駆動を要求される用途での二重同期電動機、対故障性、機能安全性を要求される用途での二重同期電動機の駆動システムに好適である。The present invention relates to a dual synchronous motor for a wide range of applications requiring efficient driving, such as a battery electric vehicle, a fuel cell electric vehicle, a main drive motor of a hybrid electric vehicle, and a high-speed motor for home appliances. It is suitable for driving systems of dual synchronous motors in applications that require functional safety.

1 二重同期電動機
11 二重同期電動機の回転子
121 二重同期電動機の固定子の第1巻線
122 二重同期電動機の固定子の第2巻線
2 電力変換装置
21 電力変換器
22 電流検出器
3 電流制御装置
311 位相検出器
312 速度検出器
32 信号変換部
321a 三相二相変換器
321b 二相三相変換器
322a ベクトル回転器
322b ベクトル回転器
33 高速モード電流制御器
331 第1巻線用高速モード電流制御器
332 第2巻線用高速モード電流制御器
34 低速モード電流キャンセラ
341 第1巻線用低速モード電流キャンセラ
342 第2巻線用低速モード電流キャンセラ
1 Double synchronous motor 11 Rotor of double synchronous motor 121 First winding of stator of double synchronous motor 122 Second winding of stator of double synchronous motor 2 Power converter 21 Power converter 22 Current detection Instrument 3 Current controller 311 Phase detector 312 Speed detector 32 Signal converter 321a Three-phase two-phase converter 321b Two-phase three-phase converter 322a Vector rotator 322b Vector rotator 33 High-speed mode current controller 331 First winding High-speed mode current controller 332 High-speed mode current controller for 2nd winding 34 Low-speed mode current canceller 341 Low-speed mode current canceller for 1st winding 342 Low-speed mode current canceller for 2nd winding

Claims (3)

永久磁石を有する回転子と2個の三相巻線(自三相巻線と他三相巻線)を有する固定子とからなる永久磁石同期形電動機と、
2個の三相巻線に電流を同時に供給できる電力変換装置と、
電力変換装置を介して、2個の三相巻線に流れる電流を制御する電流制御装置と
を備える永久磁石同期形電動機駆動システムであって、
2個の三相巻線の相互誘導に起因した漏れインダクタンスの相当値を少なくとも利用して定めた制御器係数を備え、2個の三相巻線の相互誘導によって発生した高速モード電流の制御のための電圧指令値を生成する各三相巻線用の高速モード電流制御器と、
2個の三相巻線の相互誘導に起因した相互インダクタンスの相当値と自三相巻線の電流相等値とを少なくとも用いて、2個の三相巻線の相互誘導によって発生した低速モード電流の相殺のための自三相巻線用電圧指令値を生成する各三相巻線用の低速モード電流キャンセラとの、
異なる2個の機器(高速モード電流制御器と低速モード電流キャンセラ)の少なくとも1つを用いて、該電流制御装置を構成したことを特徴とする永久磁石同期形電動機駆動システム。
A permanent magnet synchronous motor consisting of a rotor with a permanent magnet and a stator with two three-phase windings (self-three-phase winding and other three-phase winding),
A power converter that can supply current to two three-phase windings at the same time,
A permanent magnet synchronous motor drive system including a current control device that controls a current flowing through two three-phase windings via a power conversion device.
It has a controller coefficient determined by using at least the equivalent value of the leakage inductance caused by the mutual induction of the two three-phase windings, and controls the high-speed mode current generated by the mutual induction of the two three-phase windings. High-speed mode current controller for each three-phase winding, which produces a voltage command value for
The low-speed mode current generated by the mutual induction of the two three-phase windings using at least the equivalent value of the mutual inductance caused by the mutual induction of the two three-phase windings and the current-equal value of the own three-phase windings. With a low speed mode current canceller for each three-phase winding that generates a voltage command value for its own three-phase winding for offsetting
A permanent magnet synchronous motor drive system characterized in that the current control device is configured by using at least one of two different devices (high-speed mode current controller and low-speed mode current canceller).
該回転子永久磁石のN極の位相をd軸の位相とし、d軸に対してπ/2[rad]の位相進みにq軸をもつ2軸直交座標系をdq同期座標系とし、dq同期座標系に準じた座標系をγδ準同期座標系とするとき、
dq同期座標系上あるいはγδ準同期座標系上の各三相巻線の電流指令値と各三相巻線の電流応答値との差である各三相巻線の電流偏差をフィードバック制御的に処理し、dq同期座標系上あるいはγδ準同期座標系上の各三相巻線の電圧指令値を生成するように、該各三相巻線用高速モード電流制御器を構成したことを特徴とする請求項1記載の永久磁石同期形電動機駆動システム。
The phase of the N pole of the permanent magnet of the rotor is defined as the phase of the d-axis, and the 2-axis Cartesian coordinate system having the q-axis with a phase advance of π / 2 [rad] with respect to the d-axis is defined as the dq synchronous coordinate system. When the coordinate system based on the synchronous coordinate system is the γδ quasi-synchronous coordinate system,
The current deviation of each three-phase winding, which is the difference between the current command value of each three-phase winding on the dq synchronous coordinate system or the γδ quasi-synchronous coordinate system and the current response value of each three-phase winding, is used as feedback control. The feature is that the high-speed mode current controller for each three-phase winding is configured so as to process and generate the voltage command value of each three-phase winding on the dq synchronous coordinate system or the γδ quasi-synchronous coordinate system. The permanent magnet synchronous motor drive system according to claim 1.
該回転子永久磁石のN極の位相をd軸の位相とし、d軸に対してπ/2[rad]の位相進みにq軸をもつ2軸直交座標系をdq同期座標系とし、dq同期座標系に準じた座標系をγδ準同期座標系とするとき、
さらに、dq同期座標系上あるいはγδ準同期座標系上の該自三相巻線の電流相当値をi1とし、該他三相巻線の電流相当値をi2とし、2個(自と他)の三相巻線の相互誘導に起因した相互インダクタンスの相当値をM1d、M1q、M2d、M2qとするとき、
次式に従い自三相巻線用の中間信号φ1Mを生成し、
Figure 0006944628
生成の自三相巻線用の中間信号に対して、微分相当処理、速度乗算相当処理の少なくともいずれかの処理を施して、自三相巻線用電圧指令値を生成するように、
該各三相巻線用低速モード電流キャンセラを構成したことを特徴とする請求項1記載の永久磁石同期形電動機駆動システム。
The phase of the N pole of the permanent magnet of the rotor is defined as the phase of the d-axis, and the 2-axis Cartesian coordinate system having the q-axis with a phase advance of π / 2 [rad] with respect to the d-axis is defined as the dq synchronous coordinate system. When the coordinate system based on the synchronous coordinate system is the γδ quasi-synchronous coordinate system,
Further, the current equivalent value of the self-three-phase winding on the dq synchronous coordinate system or the γδ quasi-synchronous coordinate system is i1 ~, and the current equivalent value of the other three-phase winding is i2 ~, and two (self and). When the equivalent values of the mutual inductance caused by the mutual induction of the three-phase windings of (others) are M1d ~ , M1q ~ , M2d ~ , M2q ~
Generates an intermediate signal φ1M ~ for own three-phase winding according to the following equation.
Figure 0006944628
The generated intermediate signal for the three-phase winding is subjected to at least one of the differentiation equivalent processing and the speed multiplication equivalent processing to generate the voltage command value for the own three-phase winding.
The permanent magnet synchronous motor drive system according to claim 1, wherein a low-speed mode current canceller for each of the three-phase windings is configured.
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