JP2020072631A - Motor drive device and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はモータ駆動装置及び方法に関し、例えば鉄道車両に適用して好適なものである。 The present invention relates to a motor drive device and method, and is suitable for application to, for example, a railway vehicle.
従来、電気自動車や鉄道車両などに用いられるモータとして、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各相に対してそれぞれ２つの巻線が設けられ、これら２つの巻線の接続関係を直列接続から並列接続へ、又は、並列接続から直列接続へと適宜切り替え得るようになされた巻線切替えモータがある。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a motor used in an electric vehicle or a railway vehicle, two windings are provided for each of the U-phase, V-phase, and W-phase, and the connection relationship of these two windings is changed from series connection to parallel connection. There is a winding switching motor adapted to be switched appropriately to connection or parallel connection to series connection.
この種のモータでは、各相の２つの巻線をそれぞれ直列接続することにより低速領域で大きいトルクが得られ、各相の２つの巻線をそれぞれ並列接続することにより高速領域での高効率な回転出力が得られる。このため動力源として巻線切替えモータを利用した電気自動車や鉄道車両などでは、各相の２つの巻線の接続状態を適宜切替えることにより消費電力量の低減を図っている。 In this type of motor, a large torque is obtained in the low speed region by connecting the two windings of each phase in series, and a high torque in the high speed region is obtained by connecting the two windings of each phase in parallel. A rotary output is obtained. For this reason, in an electric vehicle or a railway vehicle that uses a winding switching motor as a power source, power consumption is reduced by appropriately switching the connection state of the two windings of each phase.
この場合、巻線切替えモータにおける巻線の切替え実行の判断には、一般的に速度及びトルク等が用いられているが、下記特許文献１では、切替え条件にヒステリシスをもたせることにより安定した切替えを実現している。また下記特許文献２には、特許文献１に開示された技術を改良した方法として、ヒステリシス領域内に所定時間いる場合に高効率な巻線に切り替えることで消費電力を低減する方法が開示されている。
In this case, speed and torque are generally used to determine whether to execute winding switching in the winding switching motor. However, in
ところで、巻線切替えモータにおける巻線の切替え方法として特許文献２に開示された方法を利用したとしても、巻線の切替え直後に状態変化が生じたために、再度、巻線を切替える必要が発生する場合がある。そしてこの様な事態が頻発した場合、巻線切替えモータの消費電力の切替えロスが発生するため、巻線切替えモータの消費電力の低減に繋がらない問題があった。 By the way, even if the method disclosed in Patent Document 2 is used as the winding switching method in the winding switching motor, it is necessary to switch the winding again because the state change occurs immediately after the switching of the winding. There are cases. When such a situation occurs frequently, there is a problem that switching loss of power consumption of the winding switching motor occurs, which does not lead to reduction of power consumption of the winding switching motor.
また巻線切替えモータの消費電力量をより一層と低減させるべく、切替えの時間間隔を短くしたり、ヒステリシス幅を小さくすると切替え回数が増加し、特に切替え装置が機械式の場合にはその寿命が短くなったり、巻線の切替えによるトルクショックの頻度が増加するといった問題もあった。 Also, in order to further reduce the power consumption of the winding switching motor, shorten the switching time interval or decrease the hysteresis width to increase the number of switching operations. There were also problems such as shortening and an increase in the frequency of torque shock due to switching of windings.
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、モータの巻線の切替え回数を低減させながら消費電力の低減効果を向上させ得るモータ駆動装置及び方法を提案しようとするものである。 The present invention has been made in consideration of the above points, and proposes a motor drive device and method capable of improving the power consumption reduction effect while reducing the number of times the motor winding is switched.
かかる課題を解決するため本発明においては、各相にそれぞれ対応させて複数の巻線が設けられ、各相の複数の前記巻線の接続状態を切替え可能なモータを駆動するモータ駆動システムにおいて、予め定められた前記モータの運転パターンに基づいて当該モータにおける各相の前記巻線の前記接続状態の切り替えの要否を判定する判定部と、前記判定部の判定結果に従って、前記モータの各相の前記巻線の前記接続状態を切り替える巻線切替え装置とを設けるようにした。 In order to solve such a problem, in the present invention, a plurality of windings are provided corresponding to each phase, and in a motor drive system for driving a motor capable of switching the connection state of the plurality of windings of each phase, A determination unit that determines whether it is necessary to switch the connection state of the winding of each phase in the motor based on a predetermined operation pattern of the motor, and each phase of the motor according to the determination result of the determination unit. And a winding switching device that switches the connection state of the winding.
また本発明においては、各相にそれぞれ対応させて複数の巻線が設けられ、各相の複数の前記巻線の接続状態を切替え可能なモータを駆動するモータ駆動システムにおいて実行されるモータ駆動方法であって、予め定められた前記モータの運転パターンに基づいて当該モータにおける各相の前記巻線の前記接続状態の切り替えの要否を判定する第１のステップと、当該判定の判定結果に従って、前記モータの各相の前記巻線の前記接続状態を切り替える第２のステップとを設けるようにした。 Further, in the present invention, a motor driving method executed in a motor driving system for driving a motor in which a plurality of windings are provided corresponding to each phase and the connection state of the plurality of windings of each phase can be switched. In the first step of determining whether it is necessary to switch the connection state of the winding of each phase in the motor based on a predetermined operation pattern of the motor, according to the determination result of the determination, And a second step of switching the connection state of the winding of each phase of the motor.
本発明のモータ駆動システム及び方法によれば、モータの運転パターンに基づいて適切なタイミングでモータの巻線の接続状態を切り替えることができる。 According to the motor drive system and method of the present invention, the connection state of the winding of the motor can be switched at an appropriate timing based on the operation pattern of the motor.
本発明によれば、モータの巻線の切替え回数を低減させながら消費電力の低減効果を向上させ得るモータ駆動装置及び方法を実現できる。 According to the present invention, it is possible to realize a motor drive device and method that can improve the effect of reducing power consumption while reducing the number of times the motor winding is switched.
以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
（１）第１の実施の形態
（１−１）本実施の形態によるモータ駆動システムの構成
図１において、１は全体として巻線切替えモータ（以下、これを単にモータと呼ぶ）２を駆動制御する本実施の形態によるモータ駆動システムを示す。このモータ駆動システム１は、直流電力源３から得られた直流電力を交流電力に変換するインバータ装置４と、インバータ装置４からモータ２に出力される交流電流の電流値を検出する相電流検出回路５と、インバータ装置４の制御の下にモータ２の巻線を切り替える巻線切替え装置６とを備えて構成される。
(1) First embodiment (1-1) Configuration of motor drive system according to the present embodiment In FIG. 1,
相電流検出回路５は、例えばホールＣＴ（Current Transformer）から構成され、モータ２のＵ相の入力端子及びインバータ装置４間を接続するＵ相モータ負荷線７Ｕを流れる電流の電流値Ｉｕと、モータ２のＶ相の入力端子及びインバータ装置４間を接続するＶ相モータ負荷線７Ｖを流れる電流の電流値Ｉｖと、モータ２のＷ相の入力端子及びインバータ装置４間を接続するＷ相モータ負荷線７Ｗを流れる電流の電流値Ｉｗとをそれぞれ検出し、検出結果をインバータ装置４に出力する。
The phase current detection circuit 5 is composed of, for example, a Hall CT (Current Transformer), and has a current value Iu of a current flowing through a U-phase
なお相電流検出回路５によってＵ相、Ｖ相及びＷ相の３相すべての電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する必要はなく、例えば、相電流検出回路５が、いずれか２相の電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出し、３相電流が平衡状態であると仮定して、残りの１相の電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを演算により求めるようにしてもよい。 Note that it is not necessary to detect the current values Iu, Iv, Iw of all three phases of the U-phase, V-phase and W-phase by the phase current detection circuit 5. For example, the phase current detection circuit 5 may detect the current value of any two phases. It is also possible to detect Iu, Iv, and Iw, and assume that the three-phase currents are in an equilibrium state, and calculate the remaining one-phase current values Iu, Iv, and Iw by calculation.
インバータ装置４は、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路１０と、インバータ回路１０を駆動制御する制御装置１１とを備えて構成される。
The inverter device 4 is configured to include an
インバータ回路１０は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの複数のパワー半導体Ｑ１〜Ｑ６及び複数の帰還ダイオードＤ１〜Ｄ６から構成されるインバータ主回路１２と、インバータ主回路１２を駆動するゲート・ドライバ１３とから構成される。
The
実際上、インバータ主回路１２は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相にそれぞれ対応させて、直流電力源３から一定の直流電圧が印加されるプラス電源線１４と、アースされたマイナス電源線１５との間に並列に接続された第１〜第３のインバータ部１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗを備える。これら第１〜第３のインバータ部１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗは、それぞれパワー半導体Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５及び帰還ダイオードＤ１，Ｄ３，Ｄ５が並列接続された上アームと、同じくパワー半導体Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６及び帰還ダイオードＤ２，Ｄ４，Ｄ６が並列接続された下アームとが並列接続されることにより構成される。
In practice, the inverter
そして第１のインバータ部１６Ｕにおける上アーム及び下アームの接続中点にＵ相モータ負荷線が接続７Ｕされ、第２のインバータ部１６Ｖにおける上アーム及び下アームの接続中点にＶ相モータ負荷線７Ｖが接続され、第３のインバータ部１６Ｗにおける上アーム及び下アームの接続中点にＷ相モータ負荷線７Ｗが接続されている。
The U-phase motor load line is connected 7U to the connection midpoint between the upper arm and the lower arm in the
ゲート・ドライバ１３は、後述のように制御装置１１のインバータ制御部１７から与えられる印加電圧指令パルスＰＬ１に基づいて、当該印加電圧指令パルスＰＬ１に応じた周期でＰＷＭ変調され、かつそれぞれ120度ずつ位相がずれたＵ相用、Ｖ相用及びＷ相用の駆動パルスＰＬ２Ｕ，ＰＬ２Ｖ，ＰＬ２Ｗをそれぞれ生成する。
The
またゲート・ドライバ１３は、Ｕ相用、Ｖ相用及びＷ相用の駆動パルスＰＬ２Ｕ，ＰＬ２Ｖ，ＰＬ２Ｗのうち、Ｕ相用の駆動パルスＰＬ２Ｕをインバータ回路１０の第１のインバータ部１６Ｕの各パワー半導体Ｑ１，Ｑ２のゲート端子にそれぞれ印加し、Ｖ相用の駆動パルスＰＬ２Ｖをインバータ回路１３の第２のインバータ部１６Ｖの各パワー半導体Ｑ３，Ｑ４のゲート端子にそれぞれ印加し、Ｗ相用の駆動パルスＰＬ２Ｗをインバータ回路１３の第３のインバータ部１６Ｗの各パワー半導体Ｑ５，Ｑ６のゲート端子にそれぞれ印加する。
Further, the
かくして、直流電力源から与えられた直流電力が第１〜第３のインバータ部１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗにおいて印加電圧指令パルスＰＬ１に応じた周波数の交流電力にそれぞれ変換されて、これらが対応するＵ相モータ負荷線７Ｕ、Ｖ相モータ負荷線７Ｖ又はＷ相モータ負荷線７Ｗをそれぞれ介してモータ２のＵ相、Ｖ相及びＷ相の入力端子に印加される。これによりかかる印加電圧指令パルスＰＬ１に応じた速度及びトルクでモータ２が回転駆動される。
Thus, the DC power supplied from the DC power source is converted into AC power having a frequency corresponding to the applied voltage command pulse PL1 in the first to
一方、制御装置１１は、インバータ制御部１７と、巻線切替え装置制御部８を構成する速度／トルク予測部１８及び巻線切替え制御部１９を備える。インバータ制御部１７は、相電流検出回路５により検出されたＵ相モータ負荷線７Ｕ、Ｖ相モータ負荷線７Ｖ及びＷ相モータ負荷線７Ｗを流れる電流（モータ２に印加される電流）の電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを用いてモータ２の回転を所定状態とするための上述の印加電圧指令パルスＰＬ１を生成し、生成した印加電圧指令パルスＰＬ１を上述のようにインバータ回路１０のゲート・ドライバ１３に出力する。
On the other hand, the
また速度／トルク予測部１８は、例えば、鉄道の運行パターンや、工場のラインで予め設定された動作を繰り返す場合の動作パターン、又は、自動運転を行う自動車の運転パターンなどのように、時間に対してモータ２の回転速度及び出力トルクが決まっている場合における、将来のモータ２の回転速度及び出力トルクをそれぞれ予測し、予測結果を巻線切替え制御部１９に出力する。
In addition, the speed /
巻線切替え制御部１９は、速度／トルク予測部１８から与えられた将来のモータ２の回転速度及び出力トルクの予測結果に基づいて、なるべく少ない切替え回数で最大限の消費電力効果が得られるような巻線切替え信号を生成し、これを巻線切替え装置６に送信する。
The winding
巻線切替え装置６は、モータ２の巻線を切り替える切替え装置である。実際上、モータは、図２に示すように、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各相に対してそれぞれ２つの巻線２０Ａ，２０Ｂが設けられている。そしてモータ２においては、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各第１のスイッチ２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗをそれぞれオンすると共に、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各第２及び第３のスイッチ２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗをそれぞれオフすることにより、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の２つの巻線２０Ａ，２０Ｂをそれぞれ図３（Ａ）のように直列に接続することができる。またモータ２においては、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各第１のスイッチ２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗをそれぞれオフすると共に、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各第２及び第３のスイッチ２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗをそれぞれオンすることにより、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の２つの巻線２０Ａ，２０Ｂをそれぞれ図３（Ｂ）のように並列に接続することができる。かくして巻線切替え装置６は、巻線切替え制御部１９から与えられた巻線切替え信号に基づいて、モータ２のＵ相、Ｖ相及びＷ相の２つの巻線２０Ａ，２０Ｂをそれぞれ直列接続から並列接続へ、又は、並列接続から直列接続へと切り替える。
The winding switching device 6 is a switching device that switches the winding of the motor 2. In practice, the motor is provided with two
（１−２）速度／トルク予測部及び巻線切替え制御部の構成
次に、本モータ駆動システム１の要部であるインバータ装置４の制御装置１１の巻線切替え装置制御部８を形成する速度／トルク予測部１８及び巻線切替え制御部１９の構成について説明する。以下においては、例えば図４に示すように、時間に対する回転速度及び出力トルクが予め決められた運転パターンでモータ２が駆動されるものとする。なお、図４において、実線Ｋ１はモータ２の回転速度を示し、破線Ｋ２はモータ２の出力トルクを示す。
(1-2) Configuration of Speed / Torque Prediction Unit and Winding Switching Control Unit Next, the speed at which the winding switching device control unit 8 of the
図５は、速度／トルク予測部１８の具体的な構成例を示す。この図５に示すように、速度／トルク予測部１８は、タイマ３０及び運転パターンテーブル参照部３１を備えて構成される。タイマ３０は、モータ２の運転開始からの経過時間を計測するための計測手段であり、計測した経過時間を運転パターンテーブル参照部３１に出力する。
FIG. 5 shows a specific configuration example of the speed /
運転パターンテーブル参照部３１は、予め規定されたモータ２の運転開始からの経過時間に対するモータ２の回転速度及び出力トルクがそれぞれ格納された運転パターンテーブル３２を保持している。そして運転パターンテーブル参照部３１は、タイマ３０から与えられる運転開始からの経過時間に基づいて、現在から所定時間（例えば10秒）先までの所定時間間隔（例えば、数十ミリ秒間隔）の各ステップにおけるモータ２の回転速度及び出力トルクを順次予測する。また運転パターンテーブル参照部３１は、このようにして予測した各ステップにおけるモータ２の回転速度及び出力トルクをそれぞれ予測速度及び予測トルクとして巻線切替え制御部１９に出力する。
The operation pattern
巻線切替え制御部１９は、図６に示すように、消費電力量予測部３３及び切替え判断部３４を備えて構成される。消費電力量予測部３３は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の２つの巻線２０Ａ，２０Ｂが並列接続されているときのモータ２の回転速度及び出力トルクに応じた消費電力量と、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の２つの巻線２０Ａ，２０Ｂが直列接続されているときのモータ２の回転速度及び出力トルクに応じたステップ間の消費電力量とがそれぞれ格納された消費電力量テーブル３５を保持している。
As shown in FIG. 6, the winding
そして消費電力量予測部３３は、速度／トルク予測部１８から与えられる所定ステップ数分の予測速度及び予測トルクに基づいて、モータ２のＵ相、Ｖ相及びＷ相の２つの巻線２０Ａ，２０Ｂが並列接続状態のときの各ステップにおける次のステップまでのモータ２の消費電力量と、モータ２のＵ相、Ｖ相及びＷ相の２つの巻線２０Ａ，２０Ｂが直列接続状態のときの各ステップにおける次のステップまでのモータ２の消費電力量とを消費電力量テーブル３５からそれぞれ取得し、取得したこれらの消費電力量を切替え判断部３４に出力する。
Then, the power
切替え判断部３４は、消費電力量予測部３３から与えられるモータ２のＵ相、Ｖ相及びＷ相の２つの巻線２０Ａ，２０Ｂが並列接続状態時及び直列接続状態時での各ステップにおけるその次のステップまでのモータ２の消費電力量に基づいて、モータ２の各相の巻線２０Ａ，２０Ｂの接続状態を並列状態から直列状態へ、又は、直列状態から並列状態へと切り替えるか否かを判断する。そして切替え判断部３４は、モータ２の各相の巻線２０Ａ，２０Ｂの接続状態を切り替えると判断した場合には巻線切替え信号をオンにする（巻線切替え信号の信号レベルをパルス状に「０」から「１」に立ち上げる）。
The switching
かくして、巻線切替え装置６は、巻線切替え信号がオンとなった場合には、モータ２の各相の巻線２０Ａ，２０Ｂの接続状態を並列接続状態から直列接続状態へ、又は、直列接続状態から並列接続状態へと切り替える。
Thus, when the winding switching signal is turned on, the winding switching device 6 changes the connection state of the
図７は、このような切替え判断部３４の具体的な処理（以下、これを切替え判断処理と呼ぶ）の流れを示す。切替え判断部３４は、モータ２のＵ相、Ｖ相及びＷ相の２つの巻線２０Ａ，２０Ｂが並列接続状態時及び直列接続状態時での各ステップにおけるその次のステップまでのモータ２の消費電力量が消費電力量予測部から与えられると、この図７に示す処理手順に従って、モータ２の各相の巻線２０Ａ，２０Ｂの接続状態を切り替えるか否かを判断する。
FIG. 7 shows a flow of specific processing of such a switching determination unit 34 (hereinafter, referred to as switching determination processing). The switching
実際上、切替え判断部３４は、かかるモータ２の消費電力量が消費電力量予測部３３から与えられると、この図７に示す切替え判断処理を開始し、まず、モータ２の各相の巻線２０Ａ，２０Ｂの接続状態を切り替えた場合における最初のステップから次のステップまでの消費電力量の低減効果を算出する（Ｓ１）。
In practice, when the power consumption amount of the motor 2 is given from the power consumption
具体的に、切替え判断部３４は、そのとき消費電力量予測部３３から予測速度及び予測トルクが与えられたステップの数をＮｓ、モータ２の各相の２つの巻線２０Ａ，２０Ｂが並列接続状態のときの、そのとき消費電力量予測部３３から予測速度及び予測トルクが与えられた各ステップ（Ｎｓ個の各ステップ）のうちの最初のステップ（以下、これを単に最初のステップと呼ぶ）からｎ番目のステップまでのモータ２の消費電力量の合計値をＬｐ（ｎ）、モータ２の各相の２つの巻線２０Ａ，２０Ｂが直列接続状態のときの、最初のステップからｎ番目のステップまでのモータ２の消費電力量の合計値をＬｓ（ｎ）、最初のステップからｎ番目のステップまでのモータ２の消費電力の低減量（以下、これを消費電力低減量と呼ぶ）をΔＬ（ｎ）として、そのときのモータ２の各相の２つの巻線２０Ａ，２０Ｂが並列接続状態の場合には、次式
続いて、切替え判断部３４は、ステップＳ１で算出した消費電力低減量が「０」よりも大きいか否かを判定する（Ｓ２）。
Subsequently, the switching
ここで、この判定で否定結果を得ることは、モータ２の各相の巻線２０Ａ，２０Ｂの接続状態を切り替えたとしても最初のステップから次のステップまでの間で消費電力量の低減効果が得られず、逆に消費電力が増加してしまうことを意味する。かくして、このとき切替え判断部３４は、巻線切替え信号をオンにすることなくこの切替え判断処理を終了する。
Here, obtaining a negative result in this determination has the effect of reducing the amount of power consumption between the first step and the next step even if the connection state of the
これに対して、ステップＳ２の判定で肯定結果を得ることは、モータ２の各相の巻線２０Ａ，２０Ｂの接続状態を切り替えることによって最初のステップから次のステップまでの間で消費電力量の低減効果を得られることを意味する。かくして、このとき切替え判断部３４は、そのときモータ２の各相の巻線２０Ａ，２０Ｂの接続状態を切り替えたときの最初のステップから各ステップまでの消費電力低減量ΔＬ（１）〜ΔＬ（Ｎｓ）をそれぞれ算出する（Ｓ３）。
On the other hand, to obtain a positive result in the determination in step S2 is to switch the connection state of the
具体的に、切替え判断部３４は、ｎの値を１，２，３，……、Ｎｓと順番に入れ替えながら、そのときのモータ２の各相の２つの巻線２０Ａ，２０Ｂの接続状態が直列接続状態の場合には、次式
次いで、切替え判断部３４は、ステップＳ３で算出した消費電力低減量ΔＬ（１）〜ΔＬ（Ｎｓ）の中に予め設定された閾値（以下、これを切替え閾値と呼ぶ）を超えるステップが少なくとも１つ存在するか否かを判定する（Ｓ４）。なお、この切替え閾値は、少なくともそのときモータ２の各相の巻線２０Ａ，２０Ｂの接続状態を切り替えることにより生じる電力の損失以上の値に設定される。これによりモータ２の各相の巻線２０Ａ，２０Ｂの接続状態の切り替えにより消費電力が増加することを防止することができる。
Next, the switching
ここで、ステップＳ４の判定で否定結果を得ることは、モータ２の各相の巻線２０Ａ，２０Ｂの接続状態を切り替えたとしても最初のステップからどのステップまでの間についても消費電力量の低減効果が得られず、逆に消費電力が増加してしまうことを意味する。かくして、このとき切替え判断部３４は、巻線切替え信号をオンにすることなくこの切替え判断処理を終了する。
Here, obtaining a negative result in the determination of step S4 reduces the power consumption amount from the first step to any step even if the connection state of the
これに対して、ステップＳ４の判定で肯定結果を得ることは、モータ２の各相の巻線２０Ａ，２０Ｂの接続状態を切り替えることによって一定の消費電力量の低減効果を得られることを意味する。かくして、このとき切替え判断部３４は、消費電力低減量ΔＬ（１）〜ΔＬ（Ｎｓ）が切替え閾値を超えるまでの間に消費電力低減量ΔＬ（１）〜ΔＬ（Ｎｓ）が負となるステップが存在しないか否かを判定する（Ｓ５）。
On the other hand, obtaining a positive result in the determination of step S4 means that a certain reduction effect of power consumption can be obtained by switching the connection state of the
そして切替え判断部３４は、この判断で否定結果を得ると、この切替え判断処理を終了する。これは、消費電力低減量ΔＬ（１）〜ΔＬ（Ｎｓ）が最小となるステップでモータ２の各相の巻線２０Ａ，２０Ｂの接続状態を切り替えた方が総合的な消費電力量が低減できるためである。
Then, if the switching
これに対して、切替え判断部３４は、ステップＳ５の判定で肯定結果を得ると、巻線切替え信号をオンにし（Ｓ６）、この後、この切替え判断処理を終了する。
On the other hand, if the switching
（１−３）本実施の形態の効果
以上のように本実施の形態のモータ駆動システム１では、予め定められたモータ２の運転パターンに従って各ステップにおけるモータ２の予測速度及び予測トルクを算出し、算出した予測速度及び予測トルクに基づいて各ステップまでの消費電力低減量Δｔ（ｎ）を算出し、算出した消費電力低減量Δｔ（ｎ）の少なくとも１つが切替え閾値を超え、かつ消費電力低減量Δｔ（ｎ）が切替え閾値を超えるまでに負にならないことを条件として、モータ２の各相の巻線２０Ａ，２０Ｂの接続状態を切り替える。
(1-3) Effects of this Embodiment As described above, in the
従って、本モータ駆動システム１によれば、長期的な展望の上でモータ２の各相の巻線２０Ａ，２０Ｂの接続状態を切り替えることができるため、巻線の切替えが頻発することがなく、切替えロスの発生を抑制しながら効率良くモータ２の消費電力を低減させることができる。よって本モータ駆動システム１によれば、モータ２の巻線の切替え回数を低減させながら消費電力の低減効果を向上させることができる。
Therefore, according to the present
（１−４）第１の実施の形態の変形例
なお上述の第１の実施の形態においては、巻線切替え制御部１９が、現在時刻から所定ステップ分の予測速度及び予測トルクをそれぞれ算出し、これらの予測速度及び予測トルクに基づいてステップごとのモータ２の消費電力量をそれぞれ取得するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、巻線切替え制御部１９が、ステップごとの予測速度のみ又は予測トルクのみを算出し、算出した予測速度又は予測トルクにのみ基づいてステップごとのモータ２の消費電力量をそれぞれ取得するようにしてもよい。
(1-4) Modified Example of First Embodiment In the above-described first embodiment, the winding
また巻線切替え制御部１９が、予測速度及び予測トルクの一方のみや、予測速度及び予測トルクに加えて又は代えて温度情報又はインバータ直流電圧などの他の情報を用いてステップごとのモータ２の消費電力量を算出するようにしてもよい。
Further, the winding
さらに速度や予測速度は、モータ２の回転速度に相関がある値や予測値であればよく、例えば、モータ２の速度指令、一次周波数、モータ２の出力電圧（あるいは出力電圧指令）、モータ２に直結されたエンジンの回転数（あるいは回転数指令）、本モータ駆動システム１が搭載された電気自動車や鉄道車両などの移動体の移動速度（あるは走行速度指令）などを用いてもよい。
Further, the speed or the predicted speed may be a value or a predicted value that is correlated with the rotation speed of the motor 2. For example, the speed command of the motor 2, the primary frequency, the output voltage (or output voltage command) of the motor 2, the motor 2 The rotational speed (or rotational speed command) of the engine directly connected to the vehicle, the moving speed (or traveling speed command) of a moving body such as an electric vehicle or a railway vehicle on which the
トルクや予測トルクも同様に、モータ２のトルクに相関がある値や予測値であればよく、例えば、モータ２のトルク指令、トルク電流（あるいは電流指令）、モータ２に直結されたエンジンのトルク（あるいはトルク指令）などを用いてもよい。 Similarly, the torque and the predicted torque may be values or predicted values that have a correlation with the torque of the motor 2, such as a torque command of the motor 2, a torque current (or a current command), and a torque of an engine directly connected to the motor 2. (Or torque command) may be used.
さらに上述の第１の実施の形態においては、巻線切替え制御部１９の消費電力量予測部３３が各ステップから次のステップまでのモータ２の消費電力量を取得する手法として、消費電力量テーブル３５（図６）を保持し、これを参照して各ステップ間におけるモータ２の消費電力量を取得する方法について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば演算により近似値を算出したり、鉄損・銅損等に分けてそれぞれ演算して合算するようにしてもよい。
Further, in the above-described first embodiment, a power consumption table is used as a method in which the power
同様に、上述の第１の実施の形態においては、速度／トルク予測部１８の運転パターンテーブル参照部３１（図５）が、運転パターンテーブル３２（図５）を参照してステップごとのモータ２の回転速度及び出力トルクを順次予測するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば演算により予測速度及び予測トルクの近似値を算出するようにしてもよい。
Similarly, in the above-described first embodiment, the operation pattern table reference unit 31 (FIG. 5) of the speed /
（２）第２の実施の形態
図６との対応部分に同一符号を付して示す図８は、図６について上述した第１の実施の形態による巻線切替え制御部１９に代えて図１のモータ駆動システム１に適用される本実施の形態による巻線切替え制御部４０の構成を示す。この巻線切替え制御部４０は、入力段に予測速度／トルク補正部４１が設けられた点が第１の実施の形態による巻線切替え制御部１９と相違する。
(2) Second Embodiment FIG. 8 in which parts corresponding to those in FIG. 6 are designated by the same reference numerals, is replaced with the winding
この場合、本実施の形態の巻線切替え制御部４０には、前段の速度／トルク予測部１８（図５）から予測速度及び予測トルクが与えられるだけでなく、上述の各ステップにおけるモータ２の回転速度及び出力トルクの計測値も与えられる。なお、このようなモータ２の回転速度及び出力トルクの計測値は、これら回転速度や出力トルクを計測するための計測器をモータ２に配置するようにして取得するようにしても、また相電流検出回路５（図１）により検出されたＵ相、Ｖ相及びＷ相の各駆動電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づいて演算により取得するようにしてもよい。以下においても同様である。
In this case, the winding
また巻線切替え制御部４０の予測速度／トルク補正部４１は、少なくとも今回のステップの予測速度及び予測トルクを記憶保持しており、今回のステップにおけるモータ２の回転速度及び出力トルクの計測値が与えられた場合に、今回の回転速度の計測値と、今回のステップの予測速度とを比較すると共に、今回の出力トルクの計測値と、今回のステップの予測トルクとを比較する。
Further, the predicted speed /
そして予測速度／トルク補正部４１は、かかる比較結果に基づき、今回のステップにおけるモータ２の回転速度の計測値及び予測速度の差分（以下、これを速度誤差と呼ぶ）と、今回のステップにおけるモータ２の出力トルクの計測値及び予測トルクの差分（以下、これをトルク誤差と呼ぶ）とに応じて、次のステップ以降の各ステップのモータ２の予測速度及び予測トルクを補正する。
Then, the predicted speed /
なお、この場合における補正の方法としては、例えば、上述のようにして算出した今回のステップにおける速度誤差を次のステップ以降の各ステップの予測速度に加算すると共に、今回のステップにおけるトルク誤差を次のステップ以降の各ステップの予測トルクに加算する方法を適用することができる。また他の方法として、本実施の形態のモータ駆動システム１の上位にある速度制御系の伝達関数に、今回のステップにおける速度誤差やトルク誤差を入力し、その応答分を次のステップ以降の各ステップの予測速度や予測トルクに加算するようにしてもよい。
As a correction method in this case, for example, the speed error in the current step calculated as described above is added to the predicted speed in each step after the next step, and the torque error in the current step is calculated as follows. It is possible to apply the method of adding to the predicted torque of each step after the step. As another method, the speed error and the torque error in this step are input to the transfer function of the speed control system, which is the higher order of the
このようにモータ２の予測速度及び予測トルクを補正することにより、モータ２の巻線２０Ａ，２０Ｂの接続状態の切替えタイミングの判断をより精度良く行うことができる。かくして、モータ２の巻線２０Ａ，２０Ｂの接続状態の切替え回数を低減させながら消費電力の低減効果をより一層と向上させることができる。
By correcting the predicted speed and predicted torque of the motor 2 in this way, it is possible to more accurately determine the timing of switching the connection state of the
なお本実施の形態においては、巻線切替え装置制御部４０が、モータ２の予測速度及び予測トルクの双方に基づいてモータ２の消費電力量を算出するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、巻線切替え装置制御部４０が、予測速度及び予測トルクの一方のみや、予測速度及び予測トルクに加えて又は代えて温度情報又はインバータ直流電圧などの他の情報を用いてステップごとのモータ２の消費電力量を算出するようにしてもよい。
Note that, in the present embodiment, the case where the winding switching
（３）第３の実施の形態
図５との対応部分に同一符号を付した図９は、図５及び図６について上述した第１の実施の形態の巻線切替え装置制御部８に代えて第１の実施の形態のモータ駆動システム１に適用される本実施の形態の巻線切替え装置制御部５０を示す。なお、以下においても、例えば図４のように経過時間に対するモータ２の回転速度及び出力トルクがそれぞれ予め決められているものとする。
(3) Third Embodiment FIG. 9 in which parts corresponding to those in FIG. 5 are designated by the same reference numerals is replaced with the winding switching device control unit 8 of the first embodiment described above with reference to FIGS. 5 and 6. The winding switching
本実施の形態の巻線切替え装置制御部５０は、タイマ３０及び巻線切替え指令部５１を備えて構成される。タイマ３０は、モータ２の運転開始からの経過時間を巻線切替え指令部５１に出力する。
The winding switching
巻線切替え指令部５１は、図５及び図６について上述した第１の実施の形態の速度／トルク予測部１８及び巻線切替え制御部１９と同様の処理により事前に決定したモータ２の巻線２０Ａ，２０Ｂの接続状態を切り替えるべきモータ２の運転開始からの各経過時間がそれぞれ切替えタイミングとして格納された切替えタイミング管理テーブル５２を保持している。
The winding
そして巻線切替え指令部５１は、タイマ３０から与えられる経過時間を切替えタイミング管理テーブル５２に登録された各切替えタイミングの時間と常時比較し、これらが一致したタイミングで巻線切替え信号をオンにする。
Then, the winding
このように本実施の形態では、モータ２の巻線の切替えタイミングを事前に決定しておくため、第１の実施の形態により得られる効果に加えて、制御装置１１（図１）内での演算処理負荷を低減することができるという効果をも得ることができる。 As described above, in the present embodiment, since the switching timing of the winding of the motor 2 is determined in advance, in addition to the effects obtained by the first embodiment, in the control device 11 (FIG. 1). It is also possible to obtain an effect that the calculation processing load can be reduced.
なお上述の第３の実施の形態においては、切替えタイミングとして、モータ２が動作を開始してからの経過時間を適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば本実施の形態の巻線切替え装置制御部５０が適用されたモータ駆動システム１が電気自動車や鉄道車両などの移動体に搭載されている場合には、当該移動体の走行距離を切替えタイミングとして利用するようにしてもよく、さらにはＧＰＳ（Global Positioning System）などの測位システムを利用して測位した移動体の位置を切替えタイミングとして利用するようにしてもよい。
In addition, in the above-described third embodiment, the case where the elapsed time from the start of the operation of the motor 2 is applied as the switching timing has been described, but the present invention is not limited to this and, for example, When the
（４）第４の実施の形態
図５との対応部分に同一符号を付して示す図１０は、図１について上述した第１の実施の形態の巻線切替え装置制御部８に代えて第１の実施の形態のモータ駆動システム１に適用される本実施の形態の巻線切替え装置制御部６０を示す。
(4) Fourth Embodiment FIG. 10 in which parts corresponding to those in FIG. 5 are assigned the same reference numerals does not correspond to the winding switching device control unit 8 of the first embodiment described above with reference to FIG. The winding switching
なお、以下においても、例えば図４のように経過時間に対するモータ２の回転速度及び出力トルクがそれぞれ予め決められているものとする。また以下においては、本実施の形態による巻線切替え制御部６０が適用されたモータ駆動システム１が鉄道車両に搭載されているものとする。
In the following, the rotation speed and the output torque of the motor 2 with respect to the elapsed time are preliminarily determined as shown in FIG. 4, for example. Further, hereinafter, it is assumed that the
本実施の形態の巻線切替え装置制御部６０は、タイマ３０及び巻線切替え指令部６１を備えて構成される。そして巻線切替え指令部６１は、第３の実施の形態と同様にして事前に決定したモータ２の巻線２０Ａ，２０Ｂの接続状態を切り替えるべきモータ２の動作開始からの各経過時間がそれぞれ切替えタイミングとして格納された切替えタイミング管理テーブル６２を保持している。
The winding switching
また切替えタイミング管理テーブル６２には、各切替えタイミングにそれぞれ対応させて、その切替えタイミング時点においてモータ２の巻線２０Ａ，２０Ｂの接続状態を切り替えるべき当該モータ２の回転速度の閾値（以下、これを切替え速度と呼ぶ）が格納されている。さらに巻線切替え指令部６１には、現在のモータ２の回転速度の計測値が常時与えられる。
In addition, the switching timing management table 62 corresponds to each switching timing, and at the time of the switching timing, the threshold value of the rotation speed of the motor 2 (hereinafter, this should be switched) at which the connection state of the
そして巻線切替え指令部６０は、タイマ３０から与えられる経過時間を切替えタイミング管理テーブル６２に登録された各切替えタイミングの時間と常時比較し、経過時間が切替えタイミング管理テーブル６２に登録されたいずれかの切替えタイミングから予め定められた許容誤差時間を引いた値（切替えタイミング−許容誤差時間）以上になった場合には、そのとき本モータ駆動システム１が搭載された鉄道車両が力行走行しているときには、モータ２の回転速度が予め定められた速度（以下、これを切替え速度と呼ぶ）以上、その鉄道車両が回生走行しているときには、モータ２の回転速度が切替え速度以下となった場合に巻線切替え信号をオンにすることにより、モータ２の巻線２０Ａ，２０Ｂの接続状態を切り替えさせる。
Then, the winding
また巻線切替え指令部６０は、経過時間が切替えタイミング管理テーブル６２に登録されたいずれかの切替えタイミングから予め定められた許容誤差時間を加えた値（切替えタイミング＋許容誤差時間）以上になった場合には、モータ２の回転速度が切替え速度と一致していない状態でも巻線切替え信号をオンにすることにより、モータ２の巻線２０Ａ，２０Ｂの接続状態を切り替えさせる。
Further, the winding
図１１は、このような巻線切替え指令部６０により定期的に実行される一連の処理（以下、これを巻線切替え処理と呼ぶ）の具体的な処理手順を示す。
FIG. 11 shows a specific processing procedure of a series of processing (hereinafter, referred to as winding switching processing) that is periodically executed by the winding
巻線切替え指令部６０は、この図１１に示す巻線切替え処理を開始すると、まず、現在の経過時間（ｔ）が切替えタイミング管理テーブル６２に登録されたいずれかの切替えタイミング（tch）から許容誤差時間（dtch）を差し引いた時間以上であるか否かを判定する（Ｓ１０）。そして巻線切替え指令部６０は、この判定で否定結果を得ると、この巻線切替え処理を終了する。
When the winding
これに対して、巻線切替え指令部６０は、ステップＳ１０の判定で肯定結果を得ると、現在の鉄道車両の走行状態が力行であるか否かを判定する（Ｓ１１）。そして巻線切替え指令部６０は、この判定で肯定結果を得ると、現在のモータの回転速度（Ｗ）が予め設定された上述の切替え速度（Ｗｃｈ）以上であるか否かを判定する（Ｓ１２）。そして巻線切替え指令部６０は、この判定で肯定結果を得ると、巻線切替え信号をオンにし（Ｓ１５）、この後、この巻線切替え処理を終了する。
On the other hand, when the winding
また巻線切替え指令部６０は、ステップＳ１２の判定で否定結果を得ると、現在の経過時間（ｔ）が切替えタイミング管理テーブル６２に登録されたいずれかの切替えタイミング（tch）から許容誤差時間（dtch）を加えた時間以上であるか否かを判定する（Ｓ１４）。
Further, when the winding
そして巻線切替え指令部６０は、この判定で否定結果を得ると、この巻線切替え処理を終了する。また巻線切替え指令部６０は、巻線切替え信号をオンにし（Ｓ１５）、この後、この巻線切替え処理を終了する。
Then, when the winding
一方、巻線切替え指令部６０は、ステップＳ１１の判定で否定結果を得ると、現在のモータの回転速度（ｗ）が切替え速度（ｗｃｈ）以下であるか否かを判定する（Ｓ１３）。そして巻線切替え指令部６０は、この判定で肯定結果を得ると巻線切替え信号をオンにし（Ｓ１５）、この後、この巻線切替え処理を終了する。
On the other hand, when the winding
これに対して、巻線切替え指令部６０は、ステップＳ１３の判定で否定結果を得ると、ステップＳ１４及びステップＳ１５を上述のように処理した後に、この巻線切替え処理を終了する。
On the other hand, when the winding
このように本実施の形態では、切替えタイミング管理テーブルに格納された切替えタイミングの前後において、モータ２の回転速度と、鉄道車両の走行状態とに基づいてモータ２の巻線を切り替えるため、予め計画されたモータ２の運転パターンと、実際のモータ２の運転とのずれによる経過時間のずれを補正しながら鉄道車両の走行状態に応じた適切なタイミングで適切な接続状態にモータ２の巻線２０Ａ，２０Ｂを切り替えることができる。 As described above, in the present embodiment, the windings of the motor 2 are switched based on the rotation speed of the motor 2 and the running state of the railway vehicle before and after the switching timing stored in the switching timing management table. The winding 20A of the motor 2 is brought into an appropriate connection state at an appropriate timing in accordance with the running state of the railway vehicle while correcting a difference in elapsed time due to a difference between the generated operation pattern of the motor 2 and the actual operation of the motor 2. , 20B can be switched.
なお上述の第４の実施の形態においては、巻線切替え装置制御部６０がモータ２の回転速度の計測値に基づいてモータ２の巻線２０Ａ，２０Ｂの接続状態の切り替えの要否を判定するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、モータ２の回転速度の計測値に加えて又は代えてモータ２の出力トルクに基づいてモータ２の巻線２０Ａ，２０Ｂの接続状態の切り替えの要否を判定するようにしてもよい。
In the above-described fourth embodiment, the winding switching
（５）第５の実施の形態
図１２は、図５及び図６について上述した第１の実施の形態の巻線切替え装置制御部８に変えて第１の実施の形態のモータ駆動システム１に適用される本実施の形態の巻線切替え装置制御部７０を示す。
(5) Fifth Embodiment FIG. 12 shows a
なお、以下においても、例えば図４のように経過時間に対するモータ２の回転速度及び出力トルクがそれぞれ予め決められているものとする。また以下においても、本実施の形態による巻線切替え装置制御部７０が適用されたモータ駆動システム１が電気自動車や鉄道車両などの移動体に搭載されているものとする。
In the following, the rotation speed and the output torque of the motor 2 with respect to the elapsed time are preliminarily determined as shown in FIG. 4, for example. Also in the following, it is assumed that the
本実施の形態の巻線切替え装置制御部７０は、事前に決定したモータ２の巻線２０Ａ，２０Ｂの接続状態を切り替えるべき移動体の各位置がそれぞれ切替えタイミングとして登録された切替えタイミング管理テーブル７２を保持する巻線切替え指令部７１を備えて構成される。また巻線切替え指令部７１には、現在のモータ２の回転速度及び出力トルクの計測値と、予め定められたモータ２の運行パターンが与えられる。
The winding switching
そして巻線切替え指令部７１は、これらの情報に基づいて、図１３に示す処理手順に従って、切替えタイミング管理テーブル７２に登録された切替えタイミングでモータ２の巻線２０Ａ，２０Ｂの接続状態を切り替える。
Then, the winding switching command unit 71 switches the connection state of the
実際上、巻線切替え指令部７１は、モータ２の運転開始後、図１３に示す切替え判断処理を開始し、まず、現在のモータ２の回転速度及び出力トルクの計測値をモータの運行パターンに照らし合わせるようにしてモータ２の運転開始から現在までの経過時間を取得すると共に、モータ２の運転パターンの速度をモータ２の運転開始時から現在の経過時間まで積分することにより移動体の現在位置を推定する（Ｓ２０）。 In practice, the winding switching command unit 71 starts the switching determination processing shown in FIG. 13 after the operation of the motor 2 is started, and first, the current measured values of the rotation speed and the output torque of the motor 2 are used as the operation pattern of the motor. The elapsed time from the start of the operation of the motor 2 to the present is obtained by comparing them, and the current position of the moving body is obtained by integrating the speed of the operation pattern of the motor 2 from the start of the operation of the motor 2 to the present elapsed time. Is estimated (S20).
また巻線切替え指令部７１は、推定した移動体の現在位置を切替えタイミング管理テーブル７２に登録された各切替えタイミングとそれぞれ比較し、現在位置が切替えタイミング管理テーブル７２に登録されたいずれかの切替えタイミングと一致したか否かを判定する（Ｓ２１）。 The winding switching command unit 71 compares the estimated current position of the moving body with each switching timing registered in the switching timing management table 72, and switches the current position to one of the switching timing registered in the switching timing management table 72. It is determined whether or not the timing matches (S21).
そして巻線切替え指令部７１は、この判定で否定結果を得るのを待ち受け、やがて推定した現在位置が切替えタイミング管理テーブル７２に登録されたいずれかの切替えタイミングと一致すると、巻線切替え信号をオンにする（Ｓ２２）。 Then, the winding switching command unit 71 waits for a negative result to be obtained in this determination, and when the estimated current position eventually coincides with any switching timing registered in the switching timing management table 72, turns on the winding switching signal. (S22).
また巻線切替え指令部７１は、切替えタイミング管理テーブル７２を参照して、当該切替えタイミング管理テーブル７２に登録されているすべての切替えタイミングにおけるモータ２の巻線２０Ａ，２０Ｂの接続状態の切替えが完了したか否かを判定する（Ｓ２３）。
Further, the winding switching command unit 71 refers to the switching timing management table 72 and completes switching of the connection states of the
そして巻線切替え指令部７１は、この判定で否定結果を得るとステップＳ２０に戻り、この後、ステップＳ２０以降の処理を繰り返す。そして巻線切替え指令部７１は、やがて切替えタイミング管理テーブル７２に登録されたすべての切替えタイミングにおけるモータの巻線２０Ａ，２０Ｂの接続状態の切替えが完了することによりステップＳ２３で肯定結果を得ると、この切替え判断処理を終了する。
When the winding switching command unit 71 obtains a negative result in this determination, it returns to step S20, and thereafter repeats the processing of step S20 and thereafter. When the winding switching command unit 71 eventually obtains a positive result in step S23 by completing switching of the connection states of the
このように本実施の形態では、モータ２の運転パターンと、現在のモータ２の速度及びトルクとに基づいてモータ２の各相の巻線２０Ａ，２０Ｂの接続状態の切り替えを行うため、適切なタイミングでモータ２の各相の巻線２０Ａ，２０Ｂの接続状態を切り替えることができる。
As described above, in the present embodiment, the connection state of the
なお上述の第５の実施の形態においては、巻線切替え装置制御部７０がモータ２の回転速度及び出力トルクの双方の計測値に基づいてモータ２の巻線の接続状態の切り替えの要否を判定するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、巻線切替え装置制御部７０がモータ２の回転速度及び出力トルクの一方の計測値にのみ基づいてモータ２の巻線の接続状態の切り替えの要否を判定するようにしてもよい。
In the above-described fifth embodiment, the winding switching
（６）第６の実施の形態
図１４は、第１〜第５の実施の形態のモータ駆動システム１を鉄道車両８０に適用した場合の構成例を示す。この鉄道車両８０では、架線８１から集電装置８２を介して電力が取得され、この電力が電力変換装置８３において交流電力に変換されて各モータ８４に供給される。各モータ８４の出力軸は鉄道車両８０の車輪８５とそれぞれ連結されており、モータ８４の回転出力により車輪８５が回転駆動されて鉄道車両８０がレール８６上を走行する。
(6) Sixth Embodiment FIG. 14 shows a configuration example when the
かかる鉄道車両８０における電力変換装置８３の構成例を図１５に示す。この図１５に示すように、電力変換装置８３は、遮断器９０及びノイズフィルタ９１と、第１〜第５の実施の形態のモータ駆動システム１を構成するインバータ装置９２、並びに各モータ８４にそれぞれ対応させて設けられた相電流検出回路９３及び巻線切替え装置９４とを備えて構成される。
FIG. 15 shows a configuration example of the electric
このように第１〜第５の実施の形態のモータ駆動システム１を鉄道車両８０に搭載することによって、モータ８４の巻線の切替え回数を低減できるためトルクショックが頻発するのを抑制しながらモータ８４を効率的に駆動することができる。
As described above, by mounting the
なお上述の第６の実施の形態においては、第１〜第５の実施の形態によるモータ駆動システム１を鉄道車両８０に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば、自動運転される自家用車や建設機器など、モータ８４が時間に対する回転速度及び出力トルクが予め定められたパターンで運行される種々の移動体に広く適用することができる。
In the sixth embodiment described above, the case where the
本発明は、時間に対して速度及びトルクが予め決められた運転パターンでモータが駆動される種々の装置に広く適用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely applied to various devices in which a motor is driven in an operation pattern in which speed and torque are predetermined with respect to time.
１……モータ駆動システム、２，８４……モータ、４，９２……インバータ装置、５，９４……相電流検出装置、６，９４……巻線切替え装置、８，４０，５０，６０，７０……巻線切替え装置制御部、１０……インバータ回路、１１……制御装置、１２……インバータ主回路、１３……ゲート・ドライバ、１７……インバータ制御部、１８……速度／トルク予測部、１９……巻線切替え制御部、２０Ａ，２０Ｂ……巻線、３０……タイマ、３１……運転パターンテーブル参照部、３２……運転パターンテーブル、３３……消費電力量予測部、３４……切替え判断部、３５……消費電力量テーブル、４１……予測速度／トルク補正部、５１，６１，７１……巻線切替え指令部、５２，７２……切替えタイミング管理テーブル、８０……鉄道車両。 1 ... motor drive system, 2,84 ... motor, 4,92 ... inverter device, 5,94 ... phase current detection device, 6,94 ... winding switching device, 8,40,50,60, 70 ... Winding switching device controller, 10 ... Inverter circuit, 11 ... Controller, 12 ... Inverter main circuit, 13 ... Gate driver, 17 ... Inverter controller, 18 ... Speed / torque prediction Section, 19 ... Winding switching control section, 20A, 20B ... Winding, 30 ... Timer, 31 ... Operation pattern table reference section, 32 ... Operation pattern table, 33 ... Power consumption prediction section, 34 ...... Switching determination unit, 35 ...... Power consumption amount table, 41 ...... Predicted speed / torque correction unit, 51, 61, 71 ...... Winding switching command unit, 52,72 ...... Switching timing management table, 80 ...... Railway car .
Claims (12)
予め定められた前記モータの運転パターンに基づいて当該モータにおける各相の前記巻線の前記接続状態の切り替えの要否を判定する判定部と、
前記判定部の判定結果に従って、前記モータの各相の前記巻線の前記接続状態を切り替える巻線切替え装置と
を備えることを特徴とするモータ駆動システム。 In a motor drive system that drives a motor that is provided with a plurality of windings corresponding to each phase and that can switch the connection state of the plurality of windings of each phase,
A determination unit that determines whether it is necessary to switch the connection state of the winding of each phase in the motor based on a predetermined operation pattern of the motor,
A winding switching device that switches the connection state of the winding of each phase of the motor according to the determination result of the determination unit.
前記運転パターンに基づいて前記モータの将来の速度及び又はトルクを予測する速度／トルク予測部と、
前記速度／トルク予測部の予測結果に基づいて、将来の所定の時間間隔ごとの前記モータの消費電力量をそれぞれ予測し、予測結果に基づいて前記モータにおける各相の前記巻線の前記接続状態の切り替えの要否を判定する切替え判定部と
を備えることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動システム。 The determination unit,
A speed / torque prediction unit that predicts a future speed and / or torque of the motor based on the operation pattern,
Based on the prediction result of the speed / torque predicting unit, the power consumption of the motor at each predetermined future time interval is predicted, and the connection state of the winding of each phase in the motor is predicted based on the prediction result. 2. A motor drive system according to claim 1, further comprising: a switching determination unit that determines whether or not the switching is required.
前記モータの前記消費電力量の予測結果に基づいて、前記モータにおける各相の前記巻線の前記接続状態の切り替えたときの当該消費電力量の低減量でなる消費電力低減量を算出し、当該消費電力低減量が予め設定された所定の閾値を超え、かつ当該閾値を越えるまでに前記消費電力低減量が負とならない場合に、前記モータにおける各相の前記巻線の前記接続状態を切替えると判定する
ことを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動システム。 The switching determination unit,
Based on the prediction result of the power consumption of the motor, calculate a power consumption reduction amount that is a reduction amount of the power consumption when the connection state of the winding of each phase in the motor is switched, When the power consumption reduction amount exceeds a preset predetermined threshold value and the power consumption reduction amount does not become negative before the threshold value is exceeded, switching the connection state of the winding of each phase in the motor The motor drive system according to claim 2, wherein the determination is performed.
予測した前記モータの将来の速度及び又はトルクを前記モータの実際の前記速度又は前記トルクを用いて補正し、補正した前記モータの将来の前記速度及び又は前記トルク基づいて将来の前記所定の時間間隔ごとの前記モータの前記消費電力量をそれぞれ予測する
ことを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動システム。 The switching determination unit,
The predicted future speed and / or torque of the motor is corrected using the actual speed or torque of the motor, and the predetermined time interval in the future is based on the corrected future speed and / or torque of the motor. The motor drive system according to claim 2, wherein the power consumption of the motor is predicted for each.
事前に決定した前記モータの各相の前記巻線の接続状態を切り替えるべき当該モータの運転開始からの各経過時間がそれぞれ切替えタイミングとして格納された切替えタイミング管理テーブルを保持し、
前記モータの運転開始からの経過時間に基づき、前記切替えタイミング管理テーブルを参照して、当該モータにおける各相の前記巻線の前記接続状態の切り替えの要否を判定する
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動システム。 The determination unit,
Holding a switching timing management table in which each elapsed time from the start of operation of the motor to switch the connection state of the winding of each phase of the motor determined in advance is stored as the switching timing,
The necessity of switching the connection state of the winding of each phase in the motor is determined based on the elapsed time from the start of operation of the motor with reference to the switching timing management table. 1. The motor drive system according to 1.
事前に決定した前記モータの各相の前記巻線の接続状態を切り替えるべき各位置がそれぞれ切替えタイミングとして格納された切替えタイミング管理テーブルを保持し、
前記モータの前記運転パターンと、前記モータの速度及び又はトルクの計測値とに基づき、前記切替えタイミング管理テーブルを参照して、当該モータにおける各相の前記巻線の前記接続状態の切り替えの要否を判定する
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動システム。 The determination unit,
Holding a switching timing management table in which each position to switch the connection state of the winding of each phase of the motor determined in advance is stored as the switching timing,
Whether to switch the connection state of the winding of each phase in the motor with reference to the switching timing management table based on the operation pattern of the motor and the measured values of the speed and / or torque of the motor. The motor drive system according to claim 1, wherein
予め定められた前記モータの運転パターンに基づいて当該モータにおける各相の前記巻線の前記接続状態の切り替えの要否を判定する第１のステップと、
当該判定の判定結果に従って、前記モータの各相の前記巻線の前記接続状態を切り替える第２のステップと
を備えることを特徴とするモータ駆動方法。 A motor driving method executed in a motor driving system, wherein a plurality of windings are provided corresponding to each phase, and a motor capable of switching the connection state of the plurality of windings of each phase is driven,
A first step of determining whether it is necessary to switch the connection state of the winding of each phase in the motor based on a predetermined operation pattern of the motor;
A second step of switching the connection state of the winding of each phase of the motor according to the determination result of the determination.
前記運転パターンに基づいて前記モータの将来の速度及び又はトルクを予測する速度／トルク予測ステップと、
予測した前記モータの将来の前記速度及び又は前記トルクに基づいて、将来の所定の時間間隔ごとの前記モータの消費電力量をそれぞれ予測し、予測結果に基づいて前記モータにおける各相の前記巻線の前記接続状態の切り替えの要否を判定する切替え判定ステップと
を備えることを特徴とする請求項７に記載のモータ駆動方法。 The first step is
A speed / torque prediction step of predicting a future speed and / or torque of the motor based on the operation pattern,
Based on the predicted future speed and / or torque of the motor, the power consumption of the motor for each predetermined time interval in the future is predicted, and the winding of each phase in the motor is predicted based on the prediction result. 8. The motor drive method according to claim 7, further comprising a switching determination step of determining whether or not the connection state needs to be switched.
前記モータの前記消費電力量の予測結果に基づいて、前記モータにおける各相の前記巻線の前記接続状態の切り替えたときの当該消費電力量の低減量でなる消費電力低減量を算出し、当該消費電力低減量が予め設定された所定の閾値を超え、かつ当該閾値を越えるまでに前記消費電力低減量が負とならない場合に、前記モータにおける各相の前記巻線の前記接続状態を切替えると判定する
ことを特徴とする請求項８に記載のモータ駆動方法。 In the switching determination step,
Based on the prediction result of the power consumption of the motor, calculate a power consumption reduction amount that is a reduction amount of the power consumption when the connection state of the winding of each phase in the motor is switched, When the power consumption reduction amount exceeds a preset predetermined threshold value and the power consumption reduction amount does not become negative before the threshold value is exceeded, switching the connection state of the winding of each phase in the motor The method of driving a motor according to claim 8, wherein the determination is performed.
予測した前記モータの将来の速度及び又はトルクを前記モータの実際の前記速度又は前記トルクを用いて補正し、補正した前記モータの将来の前記速度及び又は前記トルク基づいて将来の前記所定の時間間隔ごとの前記モータの前記消費電力量をそれぞれ予測する
ことを特徴とする請求項８に記載のモータ駆動方法。 In the switching determination step,
The predicted future speed and / or torque of the motor is corrected using the actual speed or torque of the motor, and the predetermined time interval in the future is based on the corrected future speed and / or torque of the motor. The motor drive method according to claim 8, wherein the power consumption of the motor is predicted for each.
事前に決定した前記モータの各相の前記巻線の接続状態を切り替えるべき当該モータの運転開始からの各経過時間がそれぞれ切替えタイミングとして格納された切替えタイミング管理テーブルを保持し、
前記モータの運転開始からの経過時間に基づき、前記切替えタイミング管理テーブルを参照して、当該モータにおける各相の前記巻線の前記接続状態の切り替えの要否を判定する
ことを特徴とする請求項７に記載のモータ駆動方法。 In the first step,
Holding a switching timing management table in which each elapsed time from the start of operation of the motor to switch the connection state of the winding of each phase of the motor determined in advance is stored as the switching timing,
The necessity of switching the connection state of the winding of each phase in the motor is determined based on the elapsed time from the start of operation of the motor with reference to the switching timing management table. 7. The motor driving method described in 7.
事前に決定した前記モータの各相の前記巻線の接続状態を切り替えるべき各位置がそれぞれ切替えタイミングとして格納された切替えタイミング管理テーブルを保持し、
前記モータの前記運転パターンと、前記モータの速度及び又はトルクの計測値とに基づき、前記切替えタイミング管理テーブルを参照して、当該モータにおける各相の前記巻線の前記接続状態の切り替えの要否を判定する
ことを特徴とする請求項７に記載のモータ駆動方法。 In the first step,
Holding a switching timing management table in which each position to switch the connection state of the winding of each phase of the motor determined in advance is stored as the switching timing,
Whether to switch the connection state of the winding of each phase in the motor with reference to the switching timing management table based on the operation pattern of the motor and the measured values of the speed and / or torque of the motor. The method of driving a motor according to claim 7, wherein
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