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JP7613175B2 - Control device and method for multiple winding motor - Google Patents
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Description

本発明は、多重巻線PMモータの制御装置および制御方法に関する。 The present invention relates to a control device and a control method for a multiple winding PM motor.

巻数の異なる複数の巻線群を有した多重巻線モータを、各巻線群に各々接続した複数のインバータによって駆動する装置は、従来、例えば特許文献1~4に記載のものが提案されていた。 Devices that drive a multiple-winding motor having multiple winding groups with different numbers of turns using multiple inverters connected to each winding group have been proposed in the past, for example as described in Patent Documents 1 to 4.

特許第6160563号公報Patent No. 6160563 特許第5428445号公報Patent No. 5428445 特開2013-121222号公報JP 2013-121222 A 特開2019-140725号公報JP 2019-140725 A

特許文献1では、複数の巻線群を有する3相多重巻線モータの各巻線群をそれぞれインバータで制御して駆動する技術が記載されている。各巻線を別々のインバータで駆動するため、1台のインバータに異常が生じてももう一方のインバータだけでモータを駆動できるため、冗長性が向上するという利点がある。 Patent Document 1 describes a technology in which each winding group of a three-phase multiplex winding motor, which has multiple winding groups, is controlled and driven by an inverter. Since each winding is driven by a separate inverter, if an abnormality occurs in one inverter, the motor can be driven by the other inverter alone, which has the advantage of improving redundancy.

また、特許文献2では、複数の巻線群を全部使用せず、動作条件に応じてシステム損失が最小となるように、通電する巻線を切り替える方式が提案されている。 Furthermore, Patent Document 2 proposes a method of switching the windings to which current is applied so as to minimize system losses depending on the operating conditions, without using all of the multiple winding groups.

モータが、回転子に永久磁石を有する永久磁石同期モータ(PMモータ)である場合、この通電する巻線を切換える方式では、通電しない巻線に、モータが回転することで生じる誘起電圧が発生するため、インバータの直流電圧よりも誘起電圧が高くなる場合には、通電しないインバータに電力が回生してしまい、動作が不安定となったり、システム損失が増加するといった問題が生じる。 If the motor is a permanent magnet synchronous motor (PM motor) with a permanent magnet in the rotor, this method of switching the energized windings generates an induced voltage in the de-energized windings as the motor rotates. If the induced voltage becomes higher than the inverter's DC voltage, power is regenerated in the de-energized inverter, causing problems such as unstable operation and increased system losses.

この問題に対して、特許文献2では、使用しない巻線群の電流経路を遮断できるような機構を備えている。また、多重巻線の構成ではないが、同様の問題の対応として特許文献3、4も、同様に電流経路を遮断する機構を設けている。しかしながら、この電流経路の遮断機構はON/OFF切替を必要とするため、この遮断機構にIGBTなどの半導体素子を用いる場合には、この半導体素子を動作させるドライバ回路が必要になり、半導体素子を用いずに電磁接触器などの機械式の物を使用しても、接点操作用の電源や配線が必要となるといったデメリットがある。 To address this issue, Patent Document 2 provides a mechanism that can cut off the current path of unused winding groups. In addition, Patent Documents 3 and 4 also provide a mechanism for cutting off the current path in a similar manner to address the same issue, although they do not use a multiple winding configuration. However, because this current path cut-off mechanism requires ON/OFF switching, if a semiconductor element such as an IGBT is used for this cut-off mechanism, a driver circuit is required to operate the semiconductor element, and even if a mechanical device such as an electromagnetic contactor is used without a semiconductor element, there are disadvantages in that a power supply and wiring are required to operate the contacts.

また、特許文献2において、多重巻線モータの通電する巻線の決定の仕方に関しては記載があるが、各巻線を全部通電する場合のように複数の巻線に通電する場合の各巻線のトルクの分担に関しては記載がない。 In addition, Patent Document 2 describes how to determine which windings of a multiple winding motor are energized, but does not describe how torque is shared among the windings when current is applied to multiple windings, such as when all windings are energized.

本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的は、簡単な構成により、インバータ、モータのシステム損失の増加を抑え、高効率で駆動できる範囲を広げることが可能な多重巻線モータの制御装置および制御方法を提供することにある。 The present invention aims to solve the above problems, and its purpose is to provide a control device and control method for a multiple winding motor that can suppress increases in system losses in the inverter and motor and expand the range in which it can be driven with high efficiency, with a simple configuration.

上記課題を解決するための請求項1に記載の多重巻線モータの制御装置は、
巻数の異なる複数の巻線群を有した多重巻線モータの、各巻線群に各々接続された複数のインバータと、
前記モータに対するトルク指令を、前記モータおよび複数のインバータの損失が小さくなる分担トルク指令であり、前記各インバータが分担する分担トルク指令に分担し、該各分担トルク指令とモータの回転速度検出情報に基づいて、各インバータの電流指令を生成する電流指令生成部と、
前記各インバータの出力電流を、前記生成された各インバータの電流指令に追従させる電圧指令を各々演算する電流制御部と、
前記電流制御部により演算された各インバータの電圧指令と各インバータ毎に位相の異なるキャリア信号によって、各インバータのゲート指令信号を生成し、各インバータに出力するPWM制御部と、を備えたことを特徴とする。
In order to solve the above problem, a control device for a multiplex winding motor according to claim 1 comprises:
A multiple winding motor has multiple winding groups with different numbers of turns, and multiple inverters are connected to each of the winding groups;
a current command generating unit which distributes a torque command for the motor to a distribution torque command that reduces losses in the motor and the plurality of inverters, the distribution torque command being distributed to each of the inverters, and generates a current command for each inverter based on each distribution torque command and rotation speed detection information of the motor;
a current control unit that calculates a voltage command for causing an output current of each of the inverters to follow the generated current command of each of the inverters;
and a PWM control unit which generates gate command signals for each inverter based on the voltage commands for each inverter calculated by the current control unit and a carrier signal having a different phase for each inverter, and outputs the gate command signals to each inverter.

請求項2に記載の多重巻線モータの制御装置は、請求項1において、
前記電流指令生成部は、前記複数のインバータのうち、モータ回転時に前記巻線に生じる誘起電圧がインバータ直流部の直流電圧を超えることが想定される側のインバータが分担する分担トルク指令を正の値に制限するリミッタと、前記リミッタにより制限がかけられた分担トルク指令とリミッタによる制限がかけられる前の分担トルク指令との偏差を、前記モータ回転時に前記巻線に生じる誘起電圧がインバータ直流部の直流電圧を超えることが想定される側のインバータ以外のインバータの分担トルク指令に加算する加算器と、を有していることを特徴とする。
The control device for a multiplex winding motor according to claim 2 comprises the steps of:
The current command generating unit is characterized in that it has: a limiter that limits a shared torque command to be shared by an inverter among the plurality of inverters, which is one in which an induced voltage generated in the winding during motor rotation is expected to exceed the DC voltage of the inverter DC section, to a positive value; and an adder that adds a deviation between the shared torque command limited by the limiter and the shared torque command before the limiter was imposed, to the shared torque command of an inverter other than the inverter on the side in which an induced voltage generated in the winding during motor rotation is expected to exceed the DC voltage of the inverter DC section.

請求項3に記載の多重巻線モータの制御装置は、請求項1又は2において、
前記複数のインバータのうち、モータ回転時に前記巻線に生じる誘起電圧がインバータ直流部の直流電圧を超えることが想定されるインバータの直流側に設けられた、回生電流流入阻止用の回生電流阻止用ダイオードを備えたことを特徴とする。
The control device for a multiplex winding motor according to claim 3 includes the control device according to claim 1 or 2,
The present invention is characterized in that it comprises a regenerative current blocking diode for blocking the inflow of regenerative current, which is provided on the DC side of an inverter among the plurality of inverters in which the induced voltage generated in the winding during motor rotation is expected to exceed the DC voltage of the inverter DC section.

請求項4に記載の多重巻線モータの制御装置は、請求項1又は2又は3において、
前記電流指令生成部は、前記各巻線群の巻数比に応じて各分担トルク指令に分担することを特徴としている。
The control device for a multiplex winding motor according to claim 4 comprises the steps of:
The current command generating section is characterized in that it allocates to each of the torque commands in accordance with a turn ratio of each of the winding groups.

請求項5に記載の多重巻線モータの制御装置は、請求項1又は2又は3において、
前記電流指令生成部は、前記モータに対するトルク指令の大きさ毎の、モータの回転数と各分担トルク指令の関係がテーブル化されたテーブルであって、モータに対するトルク指令とモータの回転数に応じて、モータの損失およびインバータの損失の和が最も小さくなる分担トルク指令を出力するトルク分担テーブルを有していることを特徴とする。
The control device for a multiplex winding motor according to claim 5 comprises the steps of:
The current command generating unit has a torque sharing table which lists the relationship between the motor rotation speed and each shared torque command for each magnitude of the torque command for the motor, and outputs a shared torque command which minimizes the sum of the motor loss and the inverter loss according to the torque command for the motor and the motor rotation speed.

請求項6に記載の多重巻線モータの制御装置は、請求項2から5のいずれか1項において、
前記電流指令生成部で分担された分担トルク指令が零のとき、当該分担トルク指令が零である側のインバータの運転停止要求を出力するインバータ停止要求部を備えたことを特徴とする。
The control device for a multiplex winding motor according to claim 6 includes the control device for a multiplex winding motor according to any one of claims 2 to 5,
The power supply control device further comprises an inverter stop request unit which, when the torque command allocated by the current command generation unit is zero, outputs a request to stop operation of the inverter on the side whose torque command is zero.

請求項7に記載の多重巻線モータの制御方法は、
巻数の異なる複数の巻線群を有した多重巻線モータの、各巻線群に各々接続された複数のインバータを備えた多重巻線モータの制御方法であって、
電流指令生成部が、前記モータに対するトルク指令を、前記モータおよび複数のインバータの損失が小さくなる分担トルク指令であり、前記各インバータが分担する分担トルク指令に分担するトルク分担ステップと、
電流指令生成部が、前記トルク分担ステップで分担された各分担トルク指令およびモータの回転速度検出情報に基づいて、各インバータの電流指令を生成する電流指令生成ステップと、
電流制御部が、前記各インバータの出力電流を、前記電流指令生成ステップにより生成された各インバータの電流指令に追従させる電圧指令を各々演算する電流制御ステップと、
PWM制御部が、前記電流制御ステップにより演算された各インバータの電圧指令と各インバータ毎に位相の異なるキャリア信号によって、各インバータのゲート指令信号を生成し、各インバータに出力するステップと、を備えことを特徴とする。
A method for controlling a multiple winding motor according to claim 7, comprising the steps of:
A method for controlling a multiple-winding motor having multiple winding groups with different numbers of turns, the multiple-winding motor having multiple inverters connected to each of the winding groups, comprising the steps of:
a torque sharing step in which a current command generating unit generates a torque command for the motor as a shared torque command that reduces losses in the motor and the inverters, and each of the inverters shares the shared torque command;
a current command generating step in which a current command generating unit generates a current command for each inverter based on each allocated torque command allocated in the torque allocation step and rotation speed detection information of the motor;
a current control step in which a current control unit calculates a voltage command for causing an output current of each of the inverters to follow the current command of each of the inverters generated in the current command generating step;
The method is characterized by comprising a step in which the PWM control unit generates a gate command signal for each inverter based on the voltage command for each inverter calculated by the current control step and a carrier signal having a different phase for each inverter, and outputs the gate command signal to each inverter.

請求項8に記載の多重巻線モータの制御方法は、請求項7において、
前記電流指令生成ステップは、
前記複数のインバータのうち、モータ回転時に前記巻線に生じる誘起電圧がインバータ直流部の直流電圧を超えることが想定される側のインバータが分担する分担トルク指令を正の値に制限する制限ステップと、
前記制限ステップにより制限がかけられた分担トルク指令と制限がかけられる前の分担トルク指令との偏差をとる減算ステップと、
前記減算ステップで得られた分担トルク指令の偏差分を、前記モータ回転時に前記巻線に生じる誘起電圧がインバータ直流部の直流電圧を超えることが想定される側のインバータ以外のインバータの分担トルク指令に加算する加算ステップと、
前記制限ステップにより制限がかけられた分担トルク指令、前記加算ステップにより加算された分担トルク指令およびモータの回転速度検出情報に基づいて、各インバータの電流指令を生成するステップと、を有していることを特徴とする。
The method for controlling a multiple winding motor according to claim 8 further comprises the steps of:
The current command generating step includes:
a limiting step of limiting, to a positive value, a torque command shared by an inverter of the plurality of inverters on a side where an induced voltage generated in the winding during motor rotation is expected to exceed a DC voltage of an inverter DC section;
a subtraction step of calculating a deviation between the shared torque command limited by the limiting step and the shared torque command before the limiting step;
an adding step of adding the deviation of the shared torque command obtained in the subtracting step to a shared torque command of an inverter other than the inverter on the side where an induced voltage generated in the winding during rotation of the motor is expected to exceed a DC voltage of an inverter DC section;
and generating a current command for each inverter based on the shared torque command limited in the limiting step, the shared torque command added in the adding step, and motor rotation speed detection information.

請求項9に記載の多重巻線モータの制御方法は、請求項7又は8において、
前記複数のインバータのうち、モータ回転時に前記巻線に生じる誘起電圧がインバータ直流部の直流電圧を超えることが想定されるインバータの直流側に設けられた、回生電流流入阻止用の回生電流阻止用ダイオードを備えたことを特徴とする。
A method for controlling a multiplex winding motor according to claim 9 further comprises the steps of:
The present invention is characterized in that it comprises a regenerative current blocking diode for blocking the inflow of regenerative current, which is provided on the DC side of an inverter among the plurality of inverters in which the induced voltage generated in the winding during motor rotation is expected to exceed the DC voltage of the inverter DC section.

請求項10に記載の多重巻線モータの制御方法は、請求項7又は8又は9において、
前記トルク分担ステップは、前記各巻線群の巻数比に応じて各分担トルク指令に分担することを特徴とする。
A method for controlling a multiplex winding motor according to claim 10 comprises the steps of:
The torque sharing step is characterized in that the torque sharing step shares each shared torque command in accordance with a turn ratio of each of the winding groups.

請求項11に記載の多重巻線モータの制御方法は、請求項7又は8又は9において、
前記モータに対するトルク指令の大きさ毎の、モータの回転数と各分担トルク指令の関係がテーブル化されたテーブルであって、モータに対するトルク指令とモータの回転数に応じて、モータの損失およびインバータの損失の和が最も小さくなる分担トルク指令を出力するトルク分担テーブルを備え、
前記トルク分担ステップは、モータに対するトルク指令およびモータの回転数に基づいて、前記トルク分担テーブルを参照して各インバータが分担する分担トルク指令を出力することを特徴としている。
A method for controlling a multiplex winding motor according to claim 11 further comprises the steps of:
a torque sharing table which lists the relationship between the motor speed and each shared torque command for each magnitude of a torque command for the motor, and outputs a shared torque command which minimizes the sum of a motor loss and an inverter loss according to the torque command for the motor and the motor speed;
The torque sharing step is characterized in that a torque command to be shared by each inverter is output by referring to the torque sharing table based on a torque command for the motor and the rotation speed of the motor.

請求項12に記載の多重巻線モータの制御方法は、請求項8から11のいずれか1項において、
インバータ停止要求部が、前記トルク分担ステップにより分担された分担トルク指令が零のとき、当該分担トルク指令が零である側のインバータの運転停止要求を出力するインバータ停止要求ステップを備えたことを特徴とする。
A method for controlling a multiplex winding motor according to claim 12 comprises the steps of:
The inverter stop request unit is characterized by comprising an inverter stop request step of outputting a request to stop operation of the inverter on the side whose shared torque command is zero when the shared torque command shared in the torque sharing step is zero.

(1)請求項1~12に記載の発明によれば、多重巻線モータの制御において、効率よくトルクを分担してモータ、インバータのシステム損失の増加を抑え、高効率で駆動できる範囲を広げることが可能である。
(2)請求項2、8に記載の発明によれば、複数のインバータのうち、モータ回転時に前記巻線に生じる誘起電圧がインバータ直流部の直流電圧を超えることが想定される側のインバータが分担する分担トルク指令を正の値に制限しているので、不要に回生トルクが発生することは避けられる。
(3)請求項3、9に記載の発明によれば、回生電流阻止用ダイオードを設けているので、簡単な構成により、巻線に誘起する誘起電圧が、インバータ直流部の直流電圧を超えても、当該巻線に接続されたインバータを介して電力が回生されることを防止することができる。これによって、モータの動作が不安定になったり、システム損失が増加することを防止できる。
(1) According to the invention as set forth in claims 1 to 12, in controlling a multiple winding motor, it is possible to efficiently share torque, suppress an increase in system loss in the motor and inverter, and expand the range in which the motor can be driven with high efficiency.
(2) According to the invention described in claims 2 and 8, the torque command shared by the inverter of one of the multiple inverters in which the induced voltage generated in the windings during motor rotation is expected to exceed the DC voltage of the inverter DC section is limited to a positive value, thereby preventing unnecessary regenerative torque from being generated.
(3) According to the inventions of claims 3 and 9, since a regenerative current blocking diode is provided, even if the voltage induced in the winding exceeds the DC voltage of the inverter DC section, it is possible to prevent power from being regenerated through the inverter connected to the winding with a simple configuration. This makes it possible to prevent the motor operation from becoming unstable and the system loss from increasing.

また、発生した回生電力は、回生電流阻止用ダイオードが設けられていない側のインバータを介して回生することができる。
(4)請求項5、11に記載の発明によれば、最もシステム損失が小さくなるように分担トルク指令が設定されるので、より高効率で運転を行うことができる。
(5)請求項6、12に記載の発明によれば、インバータの無駄な運転を防止することができ、効率が向上する。
Moreover, the generated regenerative power can be regenerated via the inverter on the side where the regenerative current blocking diode is not provided.
(4) According to the invention as set forth in claims 5 and 11, the torque command is set so as to minimize system loss, so that operation can be performed with higher efficiency.
(5) According to the invention as set forth in claims 6 and 12, unnecessary operation of the inverter can be prevented, and efficiency is improved.

本発明の実施形態例による多重巻線モータの制御装置の全体構成図。1 is a diagram showing the overall configuration of a control device for a multiplex winding motor according to an embodiment of the present invention; 本発明の実施例1による電流指令生成部の構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of a current command generating unit according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施例2による電流指令生成部の構成図。FIG. 11 is a configuration diagram of a current command generating unit according to a second embodiment of the present invention. 本発明の実施例2におけるトルク分担テーブルの構成図。FIG. 11 is a diagram showing the configuration of a torque sharing table according to the second embodiment of the present invention.

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。図1は本実施形態例による多重巻線モータの制御装置の全体構成を示している。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiment. Figure 1 shows the overall configuration of a control device for a multiple winding motor according to this embodiment.

図1において、1は直流電源部であり、3相交流電源を整流した電源でも良い。直流電源部1には、直流電圧を平滑化するコンデンサ2が並列に接続されている。直流電源部1の正極端には意図しない回生を防ぐための回生電流阻止用ダイオード3Pのアノードが接続され、直流電源部1の負極端には意図しない回生を防ぐための回生電流阻止用ダイオード3Nのカソードが接続されている。 In FIG. 1, 1 is a DC power supply unit, which may be a power supply obtained by rectifying a three-phase AC power supply. A capacitor 2 that smoothes the DC voltage is connected in parallel to the DC power supply unit 1. The anode of a regenerative current blocking diode 3P for preventing unintended regeneration is connected to the positive terminal of the DC power supply unit 1, and the cathode of a regenerative current blocking diode 3N for preventing unintended regeneration is connected to the negative terminal of the DC power supply unit 1.

回生電流阻止用ダイオード3Pのカソードと3Nのアノードの間には、半導体スイッチング素子U1,V1,W1,X1,Y1,Z1を3相ブリッジ接続したインバータ4-1が接続されている。 An inverter 4-1, which is made up of semiconductor switching elements U1, V1, W1, X1, Y1, and Z1 connected in a three-phase bridge, is connected between the cathode of regenerative current blocking diode 3P and the anode of 3N.

直流電源部1の正極端および回生電流阻止用ダイオード3Pの共通接続点と、直流電源部1の負極端および回生電流阻止用ダイオード3Nの共通接続点との間には、半導体スイッチング素子U2,V2,W2,X2,Y2,Z2を3相ブリッジ接続したインバータ4-2が接続されている。 An inverter 4-2, which has semiconductor switching elements U2, V2, W2, X2, Y2, and Z2 connected in a three-phase bridge, is connected between the common connection point of the positive terminal of the DC power supply unit 1 and the regenerative current blocking diode 3P, and the common connection point of the negative terminal of the DC power supply unit 1 and the regenerative current blocking diode 3N.

5は、第1、第2の巻線群5-1,5-2を備えた永久磁石同期モータであり2つの巻線群5-1,5-2の各々は、異なる中性点を有する3相巻線で構成されている。 5 is a permanent magnet synchronous motor equipped with first and second winding groups 5-1 and 5-2, each of which is composed of a three-phase winding with a different neutral point.

第1の巻線群5-1を構成する各巻線のターン数n1を、第2の巻線群5-2を構成する各巻線のターン数n2よりも大きく(n1>n2)設定している。 The number of turns n1 of each winding that constitutes the first winding group 5-1 is set to be greater than the number of turns n2 of each winding that constitutes the second winding group 5-2 (n1>n2).

前記インバータ4-1の交流出力側は第1の巻線群5-1に接続され、インバータ4-2の交流出力側は第2の巻線群5-2に接続されている。 The AC output side of the inverter 4-1 is connected to the first winding group 5-1, and the AC output side of the inverter 4-2 is connected to the second winding group 5-2.

前記回生電流阻止用ダイオード3P、3Nは、永久磁石同期モータ5の誘起電圧によりインバータに電流が流れ込むことを防止するものであり、巻線群(5-1,5-2)に生じる誘起電圧が、インバータ直流側の直流電源部1の直流電圧よりも高くなることが想定されるインバータ、例えばインバータ4-1の直流側に設けている。 The regenerative current blocking diodes 3P, 3N prevent current from flowing into the inverter due to the induced voltage of the permanent magnet synchronous motor 5, and are provided on the DC side of an inverter, such as inverter 4-1, where the induced voltage in the winding group (5-1, 5-2) is expected to be higher than the DC voltage of the DC power supply unit 1 on the DC side of the inverter.

6は、永久磁石同期モータ5の回転子位置を検出して位置情報θを出力する位置検出器であり、7は位置情報θを微分して速度ω(モータの回転速度検出情報)を出力する微分器である。 6 is a position detector that detects the rotor position of the permanent magnet synchronous motor 5 and outputs position information θ, and 7 is a differentiator that differentiates the position information θ and outputs speed ω (motor rotation speed detection information).

8は、設定される前記モータ5に対するトルク指令Trq*から各インバータ4-1,4-2のdq軸の電流指令id1*,iq1*,id2*,iq2*を生成して出力する電流指令生成部であり、トルク指令Trq*を、前記モータ5およびインバータ4-1、4-2の損失が小さくなる分担トルク指令であり、各インバータの分担トルク指令Trq1*, Trq2*に分担するトルク分担機構と、前記分担トルク指令と前記モータの速度ωに応じてトルク指令から電流指令に変換する機構とを内蔵している。 Reference numeral 8 denotes a current command generating unit which generates and outputs current commands id1 * , iq1 * , id2 * , iq2 * for the dq axes of each of the inverters 4-1, 4-2 from a torque command Trq* that is set for the motor 5, and which incorporates a torque sharing mechanism which shares the torque commands Trq1 * , Trq2 * of each inverter, and a mechanism which converts from a torque command to a current command in accordance with the shared torque command and the speed ω of the motor.

9は、インバータ4-1の3相出力電流iu1,iv1,iw1を計測する電流センサであり、3相のうちどれか2相のみの検出でも良い。10は、インバータ4-2の3相出力電流iu2,iv2,iw2を計測する電流センサであり、3相のうちどれか2相のみの検出でも良い。 9 is a current sensor that measures the three-phase output currents iu1, iv1, and iw1 of inverter 4-1, and may detect only two of the three phases. 10 is a current sensor that measures the three-phase output currents iu2, iv2, and iw2 of inverter 4-2, and may detect only two of the three phases.

11は、電流センサ9で計測された3相出力電流iu1,iv1,iw1を、位置検出器6で検出された位置情報θをもとにdq変換してd軸電流id1、q軸電流iq1を出力するuvw/dq変換器である。 11 is a uvw/dq converter that performs dq conversion on the three-phase output currents iu1, iv1, and iw1 measured by the current sensor 9 based on the position information θ detected by the position detector 6, and outputs the d-axis current id1 and the q-axis current iq1.

12は、電流センサ10で計測された3相出力電流iu2,iv2,iw2を、位置検出器6で検出された位置情報θをもとにdq変換してd軸電流id2、q軸電流iq2を出力するuvw/dq変換器である。 12 is a uvw/dq converter that performs dq conversion on the three-phase output currents iu2, iv2, and iw2 measured by the current sensor 10 based on the position information θ detected by the position detector 6 to output the d-axis current id2 and the q-axis current iq2.

13は、微分器7から出力される速度ωに基づいて、前記d軸電流id1、q軸電流iq1を、電流指令生成部8で生成された電流指令id1*,iq1*に追従させるようなd軸電圧指令vd1*,q軸電圧指令vq1*を演算し、微分器7から出力される速度ωに基づいて、前記d軸電流id2、q軸電流iq2を、電流指令生成部8で生成された電流指令id2*,iq2*に追従させるようなd軸電圧指令vd2*,q軸電圧指令vq2*を演算し、出力する電流制御部である。 Reference numeral 13 denotes a current control unit which calculates a d-axis voltage command vd1* and a q-axis voltage command vq1 * based on the speed ω output from the differentiator 7 so as to cause the d-axis current id1 and the q-axis current iq1 to follow the current commands id1 * and iq1 * generated by the current command generating unit 8, and calculates and outputs a d-axis voltage command vd2 * and a q-axis voltage command vq2* based on the speed ω output from the differentiator 7 so as to cause the d-axis current id2 and the q-axis current iq2 to follow the current commands id2 * and iq2 * generated by the current command generating unit 8 .

前記電圧指令の演算にはPI制御器などを用いる。 A PI controller or the like is used to calculate the voltage command.

14は、電流制御部13で演算された、インバータ4-1側のdq軸の電圧指令vd1*,vq1*を、位置検出器6で検出された位置情報θをもとに3相軸(u,v,w相)変換して3相の電圧指令Vu1,Vv1,Vw1を出力するdq/uvw変換器である。 Reference numeral 14 denotes a dq/uvw converter which converts the dq axis voltage commands vd1 * , vq1 * on the inverter 4-1 side calculated by the current control unit 13 into three-phase axis (u, v, w phases) based on the position information θ detected by the position detector 6, and outputs three-phase voltage commands Vu1, Vv1, Vw1.

15は、電流制御部13で演算された、インバータ4-2側のdq軸の電圧指令vd2*,vq2*を、位置検出器6で検出された位置情報θをもとに3相軸(u,v,w相)変換して3相の電圧指令Vu2,Vv2,Vw2を出力するdq/uvw変換器である。 Reference numeral 15 denotes a dq/uvw converter which converts the dq axis voltage commands vd2 * , vq2 * on the inverter 4-2 side calculated by the current control unit 13 into three-phase axis (u, v, w phases) based on the position information θ detected by the position detector 6, and outputs three-phase voltage commands Vu2, Vv2, Vw2.

16は、dq/uvw変換器14により変換された電圧指令Vu1,Vv1,Vw1を、コンデンサ2の電圧を電圧検出器18で検出した直流電圧Vdcで正規化し、三角波キャリアとの大小比較によりインバータ4-1(INV1)のゲート指令信号を出力するPWM制御部である。 16 is a PWM control unit that normalizes the voltage commands Vu1, Vv1, and Vw1 converted by the dq/uvw converter 14 with the DC voltage Vdc detected by the voltage detector 18 of the capacitor 2, and outputs a gate command signal for the inverter 4-1 (INV1) by comparing the magnitude with the triangular wave carrier.

17は、dq/uvw変換器15により変換された電圧指令Vu2,Vv2,Vw2を、コンデンサ2の電圧を電圧検出器18で検出した直流電圧Vdcで正規化し、三角波キャリアとの大小比較によりインバータ4-2(INV2)のゲート指令信号を出力するPWM制御部である。 17 is a PWM control unit that normalizes the voltage commands Vu2, Vv2, and Vw2 converted by the dq/uvw converter 15 with the DC voltage Vdc detected by the voltage detector 18 of the capacitor 2 voltage, and outputs a gate command signal for the inverter 4-2 (INV2) by comparing the magnitude with the triangular wave carrier.

PWM制御部16と17の三角波キャリアの位相は、互いに180°ずらしている。 The phases of the triangular wave carriers of PWM control units 16 and 17 are shifted by 180° from each other.

尚、図1では、回生電流阻止用ダイオード3P,3Nを、巻線群(5-1,5-2)に生じる誘起電圧が、インバータ直流側の直流電源部1の直流電圧よりも高くなることが想定される、例えばインバータ4-1の直流側に設けているが、本発明はこれに限らず、図1において回生電流阻止用ダイオード3P,3Nを設けない構成とした場合にも適用される。 In FIG. 1, the regenerative current blocking diodes 3P and 3N are provided on the DC side of the inverter 4-1, for example, where it is assumed that the induced voltage generated in the winding group (5-1, 5-2) will be higher than the DC voltage of the DC power supply unit 1 on the inverter DC side. However, the present invention is not limited to this, and can also be applied to a configuration in FIG. 1 in which the regenerative current blocking diodes 3P and 3N are not provided.

前記永久磁石同期モータ5に対するトルク指令Trq*を、各インバータ4-1,4-2が分担する分担トルク指令に分担し、各インバータの電流指令id1*,iq1*,id2*,iq2*を生成する電流指令生成部8は、以下の実施例1、実施例2のように構成されている。 A current command generating unit 8 which distributes the torque command Trq * for the permanent magnet synchronous motor 5 among the distributed torque commands distributed by each of the inverters 4-1, 4-2 and generates current commands id1 * , iq1 * , id2 * , iq2 * for each of the inverters is configured as shown in the following examples 1 and 2.

図2は、実施例1による図1の電流指令生成部8の構成を示している。図2において、21は、前記モータ5に対するトルク指令Trq*に変換ゲインn1/(n1+n2)を乗算してインバータ4-1側のトルク指令Trq1*を求めるゲイン乗算器であり、22は、前記モータ5に対するトルク指令Trq*に変換ゲインn2/(n1+n2)を乗算してインバータ4-2側のトルク指令Trq2*を求めるゲイン乗算器であり、これらゲイン乗算器21,22によって、Trq*をTrq1*とTrq2*に分担している。 Fig. 2 shows the configuration of the current command generating unit 8 of Fig. 1 according to the embodiment 1. In Fig. 2, reference numeral 21 denotes a gain multiplier that multiplies the torque command Trq * for the motor 5 by a conversion gain n1/(n1+n2) to obtain a torque command Trq1 * on the inverter 4-1 side, and reference numeral 22 denotes a gain multiplier that multiplies the torque command Trq* for the motor 5 by a conversion gain n2/(n1+n2 ) to obtain a torque command Trq2 * on the inverter 4-2 side, and these gain multipliers 21 and 22 divide Trq * between Trq1 * and Trq2 * .

このトルク分担の比率は、第1の巻線群5-1を構成する各巻線のターン数n1と、第2の巻線群5-2を構成する各巻線のターン数n2を用いて、次の(1)式、(2)式により求められる。 This torque sharing ratio is calculated from the following equations (1) and (2) using the number of turns n1 of each winding that constitutes the first winding group 5-1 and the number of turns n2 of each winding that constitutes the second winding group 5-2.

Figure 0007613175000001
Figure 0007613175000001

Figure 0007613175000002
Figure 0007613175000002

23は、ゲイン乗算器21から出力されるインバータ4-1のトルク指令Trq1*(分担トルク指令)を正の値に制限するリミッタであり、Trq1*が負の値の場合にはゼロが出力される。このリミッタ23は、インバータの直流部に回生電流阻止用ダイオード3P、3Nが接続されているインバータ4-1のトルク指令Trq1*側に設けられる。 A limiter 23 limits the torque command Trq1 * (shared torque command) of the inverter 4-1 output from the gain multiplier 21 to a positive value, and outputs zero when Trq1 * is a negative value. This limiter 23 is provided on the torque command Trq1 * side of the inverter 4-1 to which regenerative current blocking diodes 3P, 3N are connected to the DC section of the inverter.

また、前記回生電流阻止用ダイオード3P,3Nが設けられていない構成の場合は、モータ回転時に前記巻線群(5-1,5-2)に生じる誘起電圧が、インバータ直流側の直流電源部1の直流電圧よりも高くなることが想定される、例えばインバータ4-1のトルク指令Trq1*側にリミッタ23を設ける。 In addition, in the case of a configuration in which the regenerative current blocking diodes 3P, 3N are not provided, it is assumed that the induced voltage generated in the winding group (5-1, 5-2) during motor rotation will be higher than the DC voltage of the DC power supply unit 1 on the inverter DC side. For example, a limiter 23 is provided on the torque command Trq1 * side of the inverter 4-1.

24は、リミッタ23通過前のトルク指令値(Trq1*)からリミッタ23通過後のトルク指令値を減算する減算器である。 A subtractor 24 subtracts the torque command value after passing through the limiter 23 from the torque command value (Trq1 * ) before passing through the limiter 23 .

25は、減算器24の偏差出力を、ゲイン乗算器22から出力されるインバータ4-2のトルク指令Trq2*(分担トルク指令)に加算する加算器である。 An adder 25 adds the deviation output of the subtractor 24 to a torque command Trq2 * (shared torque command) of the inverter 4-2 output from the gain multiplier 22.

この加算器25によって、Trq1*をリミッタ23で制限した分のトルク指令がTrq2*に加算されることになる。 This adder 25 adds the torque command resulting from limiting Trq1 * by the limiter 23 to Trq2 * .

26は、リミッタ23通過後のトルク指令と、図1の微分器7から出力されるモータの速度ωから、インバータ4-1のdq軸の電流指令id1*,iq1*を出力する電流指令変換テーブルである。 Reference numeral 26 denotes a current command conversion table which outputs current commands id1 * , iq1 * of the dq axes of the inverter 4-1 from the torque command after passing through the limiter 23 and the motor speed ω output from the differentiator 7 in FIG.

27は、加算器25から出力されるトルク指令と、図1の微分器7から出力されるモータの速度ωから、インバータ4-2のdq軸の電流指令id2*,iq2*を出力する電流指令変換テーブルである。 Reference numeral 27 denotes a current command conversion table which outputs current commands id2 * , iq2 * of the dq axes of the inverter 4-2 from the torque command output from the adder 25 and the motor speed ω output from the differentiator 7 in FIG.

これら電流指令変換テーブル26,27は、一般的にはモータのトルクと速度の2次元テーブルとなっており、モータを最も高効率で駆動できるような電流指令を出力する。 These current command conversion tables 26 and 27 are generally two-dimensional tables of motor torque and speed, and output a current command that will drive the motor with the highest efficiency.

図1、図2の構成において、永久磁石同期モータ5の巻線群5-1の各巻線のターン数n1と巻線群5-2の各巻線のターン数n2はn1>n2に設定されており、巻線群5-1の方がターン数が大きいため少ない電流で大トルクを出力できるが、電圧が高くなるので高速回転時などはインバータ出力可能電圧を越えないように弱め界磁電流を多く流す必要がある。 In the configurations shown in Figures 1 and 2, the number of turns n1 of each winding in winding group 5-1 of permanent magnet synchronous motor 5 and the number of turns n2 of each winding in winding group 5-2 are set so that n1 > n2. Since winding group 5-1 has a larger number of turns, it can output a large torque with a small current, but since the voltage is higher, it is necessary to pass a large field-weakening current during high-speed rotation so as not to exceed the inverter's output voltage.

一方、巻線群5-2の巻線は大きな電流を流さないとトルクは出力できないが、電圧が低くなるので高速回転時などに弱め磁束電流が小さくてすむ。そのため、モータの動作条件(速度やトルク)に応じて、巻線群5-1だけを使用して駆動するモード1、巻線群5-2だけを使用して駆動するモード2、両方の巻線を使用して駆動するモード3のモードを切り替えて運転することで、インバータ、モータのシステム損失の少ない動作モードで運転することができ、高効率で駆動できる範囲を広げることが可能となる。 On the other hand, the windings of winding group 5-2 cannot output torque unless a large current flows through them, but because the voltage is low, a small flux-weakening current is sufficient during high-speed rotation. Therefore, by switching between mode 1, which drives using only winding group 5-1, mode 2, which drives using only winding group 5-2, and mode 3, which drives using both windings, depending on the operating conditions of the motor (speed and torque), it is possible to operate in an operating mode with less system loss in the inverter and motor, making it possible to expand the range in which it can be driven with high efficiency.

しかし、前記モード2で運転した場合、モータが回転することで、回転子の磁石による鎖交磁束により巻線群5-1の巻線には誘起電圧が生じる。この使用していない巻線群5-1に生じる誘起電圧がインバータの直流部の電圧(Vdc)よりも高くなると、インバータ4-1に電流が流れ込み、回生してしまう。こうなると巻線群5-1には不要に回生トルクが発生してしまうため、モータの動作が不安定となったり、システム損失の増加を招く。 However, when operating in mode 2, as the motor rotates, an induced voltage is generated in the windings of winding group 5-1 due to the interlinked magnetic flux from the rotor magnet. If the induced voltage generated in this unused winding group 5-1 becomes higher than the voltage (Vdc) of the DC section of the inverter, current flows into the inverter 4-1, causing regeneration. When this happens, unnecessary regenerative torque is generated in winding group 5-1, causing the motor to become unstable and increasing system losses.

そこで、インバータ4-1の直流部に回生電流阻止用ダイオード3P,3Nを追加している。これにより誘起電圧により回生することを防止することが可能となる。ダイオードを追加するだけなので、ドライブ回路や制御用の配線が不要である。しかし、この方式では前記モード1やモード3で駆動する場合、回生動作をさせたい場合には回生電流を流すことができない。そこで、図1に示すような制御構成を用いてインバータ4-1では回生できない分をインバータ4-2で回生させるようにする。 Therefore, regenerative current blocking diodes 3P and 3N are added to the DC section of inverter 4-1. This makes it possible to prevent regeneration due to induced voltage. Since only diodes are added, no drive circuit or control wiring is required. However, with this method, when driving in mode 1 or mode 3, regenerative current cannot be passed if regenerative operation is desired. Therefore, a control configuration such as that shown in Figure 1 is used to regenerate the portion that cannot be regenerated by inverter 4-1 in inverter 4-2.

具体的には、図2のゲイン乗算器21,22を用いて、永久磁石同期モータ5に対するトルク指令Trq*をモータの巻線のターン数の比率に合わせてインバータ4-1とインバータ4-2のトルク指令Trq1*、Trq2*に分担させる。分担の比率はターン数n1,n2を用いて次の(1)式、(2)式で求めることができる。 2, torque command Trq * for permanent magnet synchronous motor 5 is distributed to torque commands Trq1* and Trq2 * of inverters 4-1 and 4-2 in accordance with the ratio of the number of turns of the motor windings. The distribution ratio can be calculated from the following equations (1) and (2 ) using the numbers of turns n1 and n2.

Figure 0007613175000003
Figure 0007613175000003

Figure 0007613175000004
Figure 0007613175000004

回生電流阻止用ダイオード3P,3Nが挿入されているインバータ4-1(又は回生電流阻止用ダイオード3P,3Nが挿入されていないが、モータ回転時に前記巻線に生じる誘起電圧が、インバータ直流側の直流電源部1の直流電圧よりも高くなることが想定される側のインバータ)の方は、図2に示すように、Trq1*の後に、Trq1*を正の値に制限するリミッタ23を設けている。 In the inverter 4-1 in which the regenerative current blocking diodes 3P, 3N are inserted (or in the inverter in which the regenerative current blocking diodes 3P, 3N are not inserted but in which the induced voltage generated in the winding during motor rotation is expected to be higher than the DC voltage of the DC power supply unit 1 on the inverter DC side), a limiter 23 is provided after Trq1 * to limit Trq1 * to a positive value, as shown in FIG. 2.

これにより、リミッタ23が設けられた側のインバータに回生動作をさせないようにする。インバータ4-1の分担トルク指令Trq1*がリミッタにかかった場合は、本来出力したいトルク指令Trq*が出力されなくなるので、リミッタ23で制限された分(減算器24の減算出力)を、加算器25においてインバータ4-2の分担トルク指令Trq2*に加算することで、トルク指令Trq*を出力することが可能となる。ただし、巻線群5-2だけで2巻線分の回生トルクは出力できないので、巻線群5-2で出力可能なトルクの範囲で回生することになる。 This prevents the inverter on the side where the limiter 23 is provided from performing a regenerative operation. When the torque command Trq1 * of the inverter 4-1 hits the limiter, the torque command Trq * that is originally intended to be output is not output, so the torque command Trq * can be output by adding the amount limited by the limiter 23 (the subtraction output of the subtractor 24) to the torque command Trq2 * of the inverter 4-2 in the adder 25. However, since the winding group 5-2 alone cannot output regenerative torque for two windings, regeneration is performed within the range of torque that can be output by the winding group 5-2.

また、2重以上の多重の場合には次の(3)式のトルク分担となる。 In the case of two or more overlapping, the torque distribution is as shown in the following formula (3).

Figure 0007613175000005
Figure 0007613175000005

以上のように本実施例1によれば、回生電流阻止用ダイオード3P,3Nが設けられた側、又は回生電流阻止用ダイオード3P,3Nが挿入されていないが、モータ回転時に前記巻線に生じる誘起電圧が、インバータ直流側の直流電源部1の直流電圧よりも高くなることが想定される側のインバータが分担する分担トルク指令を、リミッタ23により正の値に制限しているので、不要に回生トルクが発生することは避けられる。 As described above, according to the present embodiment 1, the torque command shared by the inverter on the side where the regenerative current blocking diodes 3P, 3N are provided, or on the side where the regenerative current blocking diodes 3P, 3N are not inserted but the induced voltage generated in the winding during motor rotation is expected to be higher than the DC voltage of the DC power supply unit 1 on the inverter DC side, is limited to a positive value by the limiter 23, so that unnecessary generation of regenerative torque is avoided.

また、図2の構成か、又は図2の構成と回生電流阻止用ダイオード3P,3Nとの構成による、簡単な構成により、巻線に誘起する誘起電圧が、インバータ直流部の直流電圧を超えても、当該巻線に接続されたインバータを介して電力が回生されることを防止することができる。これによって、永久磁石同期モータ5の動作が不安定になったり、システム損失が増加することを防止できる。 In addition, with the simple configuration of FIG. 2 or the configuration of FIG. 2 and regenerative current blocking diodes 3P, 3N, even if the induced voltage in the winding exceeds the DC voltage of the inverter DC section, it is possible to prevent power from being regenerated through the inverter connected to the winding. This makes it possible to prevent the operation of the permanent magnet synchronous motor 5 from becoming unstable and to prevent an increase in system loss.

また、発生した回生電力は、回生電流阻止用ダイオード3P,3Nが設けられていない側のインバータ(4-2)、又は回生電流阻止用ダイオード3P,3Nを設けていない場合は、モータ回転時に前記巻線に生じる誘起電圧が、インバータ直流側の直流電源部1の直流電圧よりも高くなることが想定される側のインバータ以外のインバータを介して回生することができる。 The generated regenerative power can be regenerated through the inverter (4-2) on the side where the regenerative current blocking diodes 3P, 3N are not provided, or, if the regenerative current blocking diodes 3P, 3N are not provided, through an inverter other than the inverter on the side where the induced voltage generated in the winding during motor rotation is expected to be higher than the DC voltage of the DC power supply unit 1 on the inverter DC side.

多重巻線モータはインバータのキャリアの位相をずらすことで、モータの電流のキャリアリプルを打ち消して鉄損を低減することが期待できるが、各巻線のターン数を変えているため、各巻線に同じ電流を流しても、キャリアリプルの低減効果があまり得られない場合がある。そこで、本実施例2では、このキャリアリプルの打ち消しによる鉄損低減効果の割合やモータの銅損、インバータの損失も含めて、システム損失が最小となるように各巻線のトルク(電流)の分担をさせるように構成した。 By shifting the phase of the inverter carrier in a multiple winding motor, it is expected that the carrier ripple of the motor current can be cancelled out and iron loss can be reduced, but because the number of turns in each winding is different, even if the same current is passed through each winding, the effect of reducing the carrier ripple may not be very great. Therefore, in this embodiment 2, the torque (current) is shared by each winding so that system loss is minimized, including the proportion of the iron loss reduction effect due to the cancellation of this carrier ripple, the copper loss of the motor, and the loss of the inverter.

すなわち、図1の永久磁石同期モータ5に対するトルク指令を、各インバータが分担する分担トルク指令に分担し、各インバータの電流指令を生成する電流指令生成部8を図3のように構成した。 That is, the torque command for the permanent magnet synchronous motor 5 in FIG. 1 is divided into torque commands shared by each inverter, and the current command generation unit 8 that generates a current command for each inverter is configured as shown in FIG. 3.

図3において図2と同一部分は同一符号をもって示している。図3において図2と異なる点は、前記ゲイン乗算器21、22に代えて、前記モータ5に対するトルク指令Trq*の大きさ毎の、モータの回転数ωと各分担トルク指令Trq1*、Trq2*の関係がテーブル化されたテーブルであって、モータに対するトルク指令Trq*とモータの回転数ωに応じて、モータの損失およびインバータの損失の和が最も小さくなる分担トルク指令Trq1*、Trq2*を出力するトルク分担テーブル30を設け、さらに、トルク分担テーブル30から出力されるインバータ4-1のトルク指令Trq1*、インバータ4-2のトルク指令Trq2*が、Trq1*=0、Trq2*=0の場合に各々1を出力し、それ以外は各々0を出力する比較器31、32を各々設けたことにあり、その他の部分は図2と同一に構成されている。 In Fig. 3, the same parts as in Fig. 2 are denoted by the same reference numerals. The difference between Fig. 3 and Fig. 2 is that instead of the gain multipliers 21 and 22, a torque sharing table 30 is provided which is a table showing the relationship between the motor speed ω and each shared torque command Trq1 * , Trq2 * for each magnitude of the torque command Trq * for the motor 5, and outputs shared torque commands Trq1 * , Trq2 * that minimize the sum of the motor loss and the inverter loss according to the torque command Trq* for the motor and the motor speed ω, and further includes comparators 31, 32 which output 1 when the torque command Trq1 * for the inverter 4-1 and the torque command Trq2 * for the inverter 4-2 output from the torque sharing table 30 are Trq1 * =0 and Trq2 * =0, and output 0 otherwise. The other parts are configured in the same way as in Fig. 2.

前記比較器31が出力する“0”はインバータ4-1の運転要求、“1”はインバータ4-1の停止要求を意味し、比較器32が出力する“0”はインバータ4-2の運転要求、“1”はインバータ4-2の停止要求を意味し、これら比較器31,32によってインバータ停止要求部を構成している。 The "0" output by the comparator 31 indicates a request to operate the inverter 4-1, and the "1" indicates a request to stop the inverter 4-1. The "0" output by the comparator 32 indicates a request to operate the inverter 4-2, and the "1" indicates a request to stop the inverter 4-2. These comparators 31 and 32 constitute an inverter stop request section.

トルク分担テーブル30は、実験やシミュレーション、解析等を用いて、トルク毎のモータの銅損、鉄損、電力変換器の損失の和が最も小さくなるトルク分担とその際のdq軸電流を各回転数について求めておき、例えば図4のようにテーブル化しておく。 The torque sharing table 30 uses experiments, simulations, analysis, etc. to determine the torque sharing that minimizes the sum of the motor's copper loss, iron loss, and power converter loss for each torque, and the dq-axis current at that time for each rotation speed, and then creates a table, for example, as shown in Figure 4.

例えば、モータの鉄損は考慮できないが、銅損を最小とするようなトルクやdq軸電流は、下記の最適化問題を各トルク指令、回転数の動作条件に応じて解くことにより導出することが可能となる。 For example, although the iron loss of the motor cannot be taken into account, the torque and dq-axis currents that minimize the copper loss can be derived by solving the following optimization problem according to the operating conditions of each torque command and rotation speed.

目的関数(最小化): Objective function (minimization):

Figure 0007613175000006
Figure 0007613175000006

制約条件: Constraints:

Figure 0007613175000007
Figure 0007613175000007

ここで、
Trq1*=Pn{(Ld1-Lq1)×id1*×iq1+φd1×iq1*+Md×iq1*×id2*-Mq×id1*×iq2*}
Trq2*=Pn{(Ld2-Lq2)×id2*×iq2+φd2×iq2*+Md×iq2*×id1*-Mq×id2*×iq1*}
vd1=R1×id1*-ω×Lq1×iq1*-ω×Mq×iq2*
vq1=R1×iq1*+ω×Ld1×id1*+ω×Md×id2*+ω×φd1
vd2=R2×id2*-ω×Lq2×iq2*-ω×Mq×iq1*
vq2=R2×iq2*+ω×Ld2×id2*+ω×Md×id1*+ω×φd2
Pn:モータの極対数、R1:巻線群5-1の巻線抵抗、R2:巻線群5-2の巻線抵抗、Ld1、Lq1:巻線群5-1のdq軸インダクタンス、Ld2、Lq2:巻線群5-2のdq軸インダクタンス、φd1、φd2:巻線群5-1,5-2の永久磁石による鎖交磁束、Md、Mq:巻線群5-1,5-2のdq軸相互インダクタンス、i1max,i2max:巻線群5-1,5-2の電流制限値(例えば、モータ最大電流値)、v1max,v2max:巻線群5-1,5-2の電圧制限値(例えば、インバータ最大出力電圧値)。
Where:
Trq1 * =Pn{(Ld1-Lq1)×id1 * ×iq1+φd1×iq1 * +Md×iq1 * ×id2 * −Mq×id1 * ×iq2 * }
Trq2 * =Pn{(Ld2-Lq2)×id2 * ×iq2+φd2×iq2 * +Md×iq2 * ×id1 * −Mq×id2 * ×iq1 * }
vd1=R1×id1 * -ω×Lq1×iq1 * -ω×Mq×iq2 *
vq1=R1×iq1 * +ω×Ld1×id1 * +ω×Md×id2 * +ω×φd1
vd2=R2×id2 * -ω×Lq2×iq2 * -ω×Mq×iq1 *
vq2=R2×iq2 * +ω×Ld2×id2 * +ω×Md×id1 * +ω×φd2
Pn: number of pole pairs of the motor, R1: winding resistance of winding group 5-1, R2: winding resistance of winding group 5-2, Ld1, Lq1: dq-axis inductance of winding group 5-1, Ld2, Lq2: dq-axis inductance of winding group 5-2, φd1, φd2: flux linkage due to permanent magnets of winding groups 5-1, 5-2, Md, Mq: dq-axis mutual inductance of winding groups 5-1, 5-2, i1max, i2max: current limit value of winding groups 5-1, 5-2 (e.g., maximum motor current value), v1max, v2max: voltage limit value of winding groups 5-1, 5-2 (e.g., maximum inverter output voltage value).

永久磁石同期モータ5の鉄損を考慮する場合には、上述した計算では損失最小動作条件を算出できないため、JMAG(電磁界解析ソフトウェア)などの解析ソフトを用いて、各トルク、回転数に応じて損失最小となる動作条件を求める。 When considering the iron loss of the permanent magnet synchronous motor 5, the above calculations cannot be used to calculate the minimum loss operating conditions, so analysis software such as JMAG (electromagnetic field analysis software) is used to find the operating conditions that minimize loss for each torque and rotation speed.

また、このトルク分担テーブル30が出力するTrq1*又はTrq2*がゼロの場合には、比較器31、32からトルク指令がゼロとなるインバータ(4-1,4-2)に運転停止の要求を出す。運転停止要求を受け取ったインバータは運転モード切替のシーケンスに従って、運転を停止させる。 Furthermore, when Trq1 * or Trq2 * output from the torque sharing table 30 is zero, a request to stop operation is issued from comparators 31 and 32 to the inverters (4-1 and 4-2) whose torque commands are zero. The inverters that receive the request to stop operation stop operation according to the operation mode switching sequence.

尚、本発明のインバータ停止要求部を構成する比較器31、32は、図2のゲイン乗算器21、22の出力側に図3と同様に設けて構成してもよい。 The comparators 31 and 32 constituting the inverter stop request unit of the present invention may be provided on the output side of the gain multipliers 21 and 22 in FIG. 2 in the same manner as in FIG. 3.

以上のように本実施例2によれば、実施例1の効果に加えて次のような効果が得られる。 As described above, according to this embodiment 2, in addition to the effects of the first embodiment, the following effects can be obtained.

すなわち、最もシステム損失が小さくなるように分担トルク指令が設定されるので、より高効率で運転を行うことができる。 In other words, the torque command is set to minimize system losses, allowing for more efficient operation.

また、インバータの無駄な運転を防止することができ、効率が向上する。 It also prevents unnecessary operation of the inverter, improving efficiency.

1…直流電源部
2…コンデンサ
3P,3N…回生電流阻止用ダイオード
4-1,4-2…インバータ
5…永久磁石同期モータ
5-1…第1の巻線群
5-2…第2の巻線群
6…位置検出器
7…微分器
8…電流指令生成部
9,10…電流センサ
11,12…uvw/dq変換器
13…電流制御部
14,15…dq/uvw変換器
16,17…PWM制御部
18…電圧検出器
21,22…ゲイン乗算器
23…リミッタ
24…減算器
25…加算器
26,27…電流指令変換テーブル
30…トルク分担テーブル
31,32…比較器
U1,V1,W1,X1,Y1,Z1, U2,V2,W2,X2,Y2,Z2…半導体スイッチング素子
1...DC power supply unit 2...Capacitor 3P, 3N...Regenerative current blocking diode 4-1, 4-2...Inverter 5...Permanent magnet synchronous motor 5-1...First winding group 5-2...Second winding group 6...Position detector 7...Differentiator 8...Current command generating unit 9, 10...Current sensor 11, 12...UVW/dq converter 13...Current control unit 14, 15...dq/UVW converter 16, 17...PWM control unit 18...Voltage detector 21, 22...Gain multiplier 23...Limiter 24...Subtractor 25...Adder 26, 27...Current command conversion table 30...Torque sharing table 31, 32...Comparator U1, V1, W1, X1, Y1, Z1, U2, V2, W2, X2, Y2, Z2...Semiconductor switching element

Claims (10)

巻数の異なる複数の巻線群を有した多重巻線モータの、各巻線群に各々接続された複数のインバータと、
前記モータに対するトルク指令を、前記モータおよび複数のインバータの損失が小さくなる分担トルク指令であり、前記各インバータが分担する分担トルク指令に分担し、該各分担トルク指令とモータの回転速度検出情報に基づいて、各インバータの電流指令を生成する電流指令生成部と、
前記各インバータの出力電流を、前記生成された各インバータの電流指令に追従させる電圧指令を各々演算する電流制御部と、
前記電流制御部により演算された各インバータの電圧指令と各インバータ毎に位相の異なるキャリア信号によって、各インバータのゲート指令信号を生成し、各インバータに出力するPWM制御部と、を備え
前記複数のインバータのうち、モータ回転時に前記巻線に生じる誘起電圧がインバータ直流部の直流電圧を超えることが想定されるインバータのみの直流側に回生電流流入阻止用の回生電流阻止用ダイオードが設けられたことを特徴とする多重巻線モータの制御装置。
A multiple winding motor has multiple winding groups with different numbers of turns, and multiple inverters are connected to each of the winding groups;
a current command generating unit which distributes a torque command for the motor to a distribution torque command that reduces losses in the motor and the plurality of inverters, the distribution torque command being distributed to each of the inverters, and generates a current command for each inverter based on each distribution torque command and rotation speed detection information of the motor;
a current control unit that calculates a voltage command for causing an output current of each of the inverters to follow the generated current command of each of the inverters;
a PWM control unit that generates a gate command signal for each inverter based on a voltage command for each inverter calculated by the current control unit and a carrier signal having a different phase for each inverter, and outputs the gate command signal to each inverter ;
A control device for a multiple-winding motor, characterized in that a regenerative current blocking diode for blocking the flow of regenerative current is provided on the DC side of only one of the multiple inverters in which an induced voltage generated in the winding during motor rotation is expected to exceed the DC voltage of the inverter DC section .
前記電流指令生成部は、前記複数のインバータのうち、モータ回転時に前記巻線に生じる誘起電圧がインバータ直流部の直流電圧を超えることが想定される側のインバータが分担する分担トルク指令を零または正の値に制限するリミッタと、前記リミッタにより制限がかけられた分担トルク指令とリミッタによる制限がかけられる前の分担トルク指令との偏差を、前記モータ回転時に前記巻線に生じる誘起電圧がインバータ直流部の直流電圧を超えることが想定される側のインバータ以外のインバータの分担トルク指令に加算する加算器と、を有していることを特徴とする請求項1に記載の多重巻線モータの制御装置。 2. The control device for a multiple winding motor according to claim 1, wherein the current command generating unit includes: a limiter that limits a shared torque command to be shared by one of the plurality of inverters, the inverter being one on which an induced voltage generated in the windings during motor rotation is expected to exceed a DC voltage of the inverter DC section, to zero or a positive value; and an adder that adds a deviation between the shared torque command limited by the limiter and the shared torque command before the limiter was imposed, to a shared torque command of an inverter other than the inverter being one on which an induced voltage generated in the windings during motor rotation is expected to exceed a DC voltage of the inverter DC section. 前記電流指令生成部は、前記各巻線群の巻数比に応じて各分担トルク指令に分担することを特徴とする請求項1又は2に記載の多重巻線モータの制御装置。 3. The control device for a multiplex winding motor according to claim 1, wherein the current command generating section allocates a torque command to each of the plurality of winding groups in accordance with a turn ratio of each of the plurality of winding groups. 前記電流指令生成部は、前記モータに対するトルク指令の大きさ毎の、モータの回転数と各分担トルク指令の関係がテーブル化されたテーブルであって、モータに対するトルク指令とモータの回転数に応じて、モータの損失およびインバータの損失の和が最も小さくなる分担トルク指令を出力するトルク分担テーブルを有していることを特徴とする請求項1又は2に記載の多重巻線モータの制御装置。 3. The control device for a multiple winding motor according to claim 1 or 2, wherein the current command generating unit has a torque sharing table which lists the relationship between the motor rotation speed and each shared torque command for each magnitude of a torque command for the motor, and outputs a shared torque command which minimizes the sum of a motor loss and an inverter loss in accordance with the torque command for the motor and the motor rotation speed. 前記電流指令生成部で分担された分担トルク指令が零のとき、当該分担トルク指令が零である側のインバータの運転停止要求を出力するインバータ停止要求部を備えたことを特徴とする請求項2又は3又は4のいずれか1項に記載の多重巻線モータの制御装置。 5. The control device for a multiple winding motor according to claim 2, further comprising an inverter stop request unit which, when a torque command shared by the current command generation unit is zero, outputs a request to stop operation of an inverter on a side whose torque command is zero . 巻数の異なる複数の巻線群を有した多重巻線モータの、各巻線群に各々接続された複数のインバータを備えた多重巻線モータの制御方法であって、
電流指令生成部が、前記モータに対するトルク指令を、前記モータおよび複数のインバータの損失が小さくなる分担トルク指令であり、前記各インバータが分担する分担トルク指令に分担するトルク分担ステップと、
電流指令生成部が、前記トルク分担ステップで分担された各分担トルク指令およびモータの回転速度検出情報に基づいて、各インバータの電流指令を生成する電流指令生成ステップと、
電流制御部が、前記各インバータの出力電流を、前記電流指令生成ステップにより生成された各インバータの電流指令に追従させる電圧指令を各々演算する電流制御ステップと、
PWM制御部が、前記電流制御ステップにより演算された各インバータの電圧指令と各インバータ毎に位相の異なるキャリア信号によって、各インバータのゲート指令信号を生成し、各インバータに出力するステップと、を備え
前記複数のインバータのうち、モータ回転時に前記巻線に生じる誘起電圧がインバータ直流部の直流電圧を超えることが想定されるインバータのみの直流側に回生電流流入阻止用の回生電流阻止用ダイオードが設けられたことを特徴とする多重巻線モータの制御方法。
A method for controlling a multiple-winding motor having multiple winding groups with different numbers of turns, the multiple-winding motor having multiple inverters respectively connected to each of the winding groups, comprising:
a torque sharing step in which a current command generating unit generates a torque command for the motor as a shared torque command that reduces losses in the motor and the plurality of inverters, and each inverter shares the shared torque command;
a current command generating step in which a current command generating unit generates a current command for each inverter based on each allocated torque command allocated in the torque allocation step and rotation speed detection information of the motor;
a current control step in which a current control unit calculates a voltage command for causing an output current of each of the inverters to follow the current command of each of the inverters generated in the current command generating step;
a step of a PWM control unit generating a gate command signal for each inverter based on the voltage command for each inverter calculated in the current control step and a carrier signal having a different phase for each inverter, and outputting the gate command signal to each inverter ;
A method for controlling a multiple-winding motor, characterized in that a regenerative current blocking diode for blocking the flow of regenerative current is provided on the DC side of only one of the multiple inverters in which the induced voltage generated in the windings during motor rotation is expected to exceed the DC voltage of the inverter DC section .
前記電流指令生成ステップは、
前記複数のインバータのうち、モータ回転時に前記巻線に生じる誘起電圧がインバータ直流部の直流電圧を超えることが想定される側のインバータが分担する分担トルク指令を零または正の値に制限する制限ステップと、
前記制限ステップにより制限がかけられた分担トルク指令と制限がかけられる前の分担トルク指令との偏差をとる減算ステップと、
前記減算ステップで得られた分担トルク指令の偏差分を、前記モータ回転時に前記巻線に生じる誘起電圧がインバータ直流部の直流電圧を超えることが想定される側のインバータ以外のインバータの分担トルク指令に加算する加算ステップと、
前記制限ステップにより制限がかけられた分担トルク指令、前記加算ステップにより加算された分担トルク指令およびモータの回転速度検出情報に基づいて、各インバータの電流指令を生成するステップと、を有していることを特徴とする請求項に記載の多重巻線モータの制御方法。
The current command generating step includes:
a limiting step of limiting, to a zero or positive value, a torque command shared by an inverter of the plurality of inverters on a side where an induced voltage generated in the winding during motor rotation is expected to exceed a DC voltage of an inverter DC section;
a subtraction step of calculating a deviation between the shared torque command limited by the limiting step and the shared torque command before the limiting step;
an adding step of adding the deviation of the shared torque command obtained in the subtracting step to a shared torque command of an inverter other than the inverter on the side where an induced voltage generated in the winding during rotation of the motor is expected to exceed a DC voltage of a DC section of the inverter;
7. The method for controlling a multiple winding motor according to claim 6, further comprising a step of generating a current command for each inverter based on the shared torque command limited in said limiting step, the shared torque command added in said adding step , and detection information on the rotational speed of the motor.
前記トルク分担ステップは、前記各巻線群の巻数比に応じて各分担トルク指令に分担することを特徴とする請求項6又は7に記載の多重巻線モータの制御方法。 8. The method for controlling a multiplex winding motor according to claim 6 , wherein the torque sharing step shares the torque commands with each other in accordance with a turn ratio of each of the winding groups. 前記モータに対するトルク指令の大きさ毎の、モータの回転数と各分担トルク指令の関係がテーブル化されたテーブルであって、モータに対するトルク指令とモータの回転数に応じて、モータの損失およびインバータの損失の和が最も小さくなる分担トルク指令を出力するトルク分担テーブルを備え、
前記トルク分担ステップは、モータに対するトルク指令およびモータの回転数に基づいて、前記トルク分担テーブルを参照して各インバータが分担する分担トルク指令を出力することを特徴とする請求項6又は7に記載の多重巻線モータの制御方法。
a torque sharing table which lists the relationship between the motor speed and each shared torque command for each magnitude of a torque command for the motor, and outputs a shared torque command which minimizes the sum of a motor loss and an inverter loss according to the torque command for the motor and the motor speed;
8. The method for controlling a multiple winding motor according to claim 6, wherein the torque sharing step outputs a torque command to be shared by each inverter, based on a torque command for the motor and a rotation speed of the motor, by referring to the torque sharing table.
インバータ停止要求部が、前記トルク分担ステップにより分担された分担トルク指令が零のとき、当該分担トルク指令が零である側のインバータの運転停止要求を出力するインバータ停止要求ステップを備えたことを特徴とする請求項7又は8又は9のいずれか1項に記載の多重巻線モータの制御方法。 10. The method for controlling a multiple winding motor according to claim 7, further comprising an inverter stop request step of outputting a request to stop operation of an inverter on a side whose shared torque command is zero when the shared torque command shared in the torque sharing step is zero.
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