JP4961725B2 - 同期電動機の制御装置およびその制御方法 - Google Patents
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Description
それぞれ極対数の異なる複数の回転子を有し且つそれらの回転子を(互いに相対回転せぬように)同軸に接続した回転子群から成る1つの回転子(即ち、複合電流で各々が独自に駆動・回転可能な各ロータを機械的に接続して1つのロータとして一体回転させる構造にしたもの)、もしくは、極対数の異なる(複数の磁石の組から発生されるような)複数の磁束を重畳した空間磁束を有する1つの回転子、のいずれか一方の回転子と、前記複数の極対数に対応した複数の回転磁界を発生させることができる固定子と、から構成される同期電動機の制御装置であって、
前記同期電動機の回転速度と出力トルクの少なくとも一方を所定値と比較し、比較した結果に応じて、前記複数の極対数に対応した回転磁界を発生させる複合給電モードと、1つの極対数に対応した回転磁界を発生させる単独給電モードと、を切り換える給電モード切り換え手段(例えば回路など)、
を含むことを特徴とする。
前記給電モード切り換え手段が、
前記同期電動機の出力トルクが所定値より大きいときは前記複合給電モード、
前記同期電動機の回転速度が所定値より大きいときは前記極対数のうち小さい極対数に対応した単独給電モード、
これら以外の場合には(前記同期電動機の出力トルクおよび回転速度が上記以外のときは)、前記複数の極対数のうち大きい極対数に対応した前記単独給電モード、
をそれぞれ選択する、
ことを特徴とする。
前記給電モード切り換え手段が、
前記同期電動機の回転速度が第1の所定値より大きいときは前記極対数のうち大きい極対数に対応した前記単独給電モード、
前記同期電動機の回転速度が第2の所定値(但し、第2の所定値>前記第1の所定値)より大きいときは前記極対数のうち小さい極対数に対応した前記単独給電モード、
これら以外の場合には(前記同期電動機の回転速度が上記以外のとき)、前記複合給電モード、
をそれぞれ選択する、
ことを特徴とする。
前記給電モード切り換え手段が、
前記同期電動機の回転速度が所定値より大きいとき前記極対数のうち小さい極対数に対応した前記単独給電モード、
それ以外の場合には(前記同期電動機の回転速度が上記以外のとき)、前記複合給電モード、
をそれぞれ選択する、
ことを特徴とする。
前記給電モード切り換え手段が、
前記同期電動機の出力トルクが第1の所定値より大きいときは前記極対数のうち大きい極対数に対応した前記単独給電モード、
前記同期電動機の出力トルクが第2の所定値(但し、第2の所定値>前記第1の所定値)より大きいとき複合給電モード、
これら以外の場合には(前記同期電動機の出力トルクが上記以外のとき)前記極対数のうち小さい極対数に対応した前記単独給電モード、
をそれぞれ選択する、
ことを特徴とする。
前記給電モード切り換え手段が、
前記回転速度と前記出力トルクとで表される前記同期電動機の各動作点において、前記複合給電モードと前記単独給電モードのうち、前記同期電動機の入出力効率が高くなる方の給電モードを選択する、
ことを特徴とする。
前記給電モード切り換え手段が、
前記回転速度と前記出力トルクとで表される前記同期電動機の動作点において、第1の動作点から第2の動作点へ動作点が変化するとき、第2の動作点で所定時間が経過するまで、第1の動作点における給電モードを保持し、前記所定時間の後に第2の動作点における給電モードに切り換える、
ことを特徴とする。
前記給電モード切り換え手段が、
給電モードの切り換え時には、前記同期電動機の出力トルクが切り換えの前後で連続になるように、切り換え前後の給電モードで必要な各極対数に対応する回転磁界のそれぞれを時間的に配分比率を変化させる、
ことを特徴とする。
前記給電モード切り換え手段が、
1つの極対数の駆動に対応した単独給電モードにおいて、給電(駆動)しない他方の極対数に起因して前記固定子を構成する巻線に発生する誘起電圧を抑制するように、この他方の極対数に応じた弱め界磁電流を、前記単独給電モードの電流に重畳させる、
ことを特徴とする。
前記回転子が、
前記複数の極対数に関し、それぞれの磁極の位相差が、前記固定子を構成する巻線に発生する誘起電圧波形のピーク値が最小となるような位相差で構成されている、
ことを特徴とする。
前記複数の極対数が、P1とP2(但し、P1<P2)の2つの極対数であり、
これらの磁極の位相差は下記式:
位相差[機械角(度)]=90×(1/P1−1/P2)
を満足する、
ことを特徴とする。
前記位相差の式であたえられる角度からのズレ角は−20%〜+20%以内である、
ことを特徴とする。
例えば、第1の発明を方法として実現させた場合、第13の発明による同期電動機の制御方法は、
それぞれ極対数の異なる複数の回転子を有し且つそれらの回転子を(互いに相対回転せぬように)同軸に接続した回転子群から成る1つの回転子(即ち、複合電流で各々が独自に駆動・回転可能な各ロータを機械的に接続して1つのロータとして一体回転させる構造にしたもの)、もしくは、極対数の異なる複数の磁束を重畳した空間磁束を有する1つの回転子、のいずれか一方の回転子と、前記複数の極対数に対応した複数の回転磁界を発生させることができる固定子と、から構成される同期電動機の制御方法であって、
前記同期電動機の回転速度と出力トルクの少なくとも一方を所定値と比較し、比較した結果に応じて、前記複数の極対数に対応した回転磁界を発生させる複合給電モードと、1つの極対数に対応した回転磁界を発生させる単独給電モードと、を切り換える給電モード切り換えステップ、
を含むことを特徴とする。
前記給電モード切り換えステップが、
前記同期電動機の出力トルクが所定値より大きいときは前記複合給電モード、
前記同期電動機の回転速度が所定値より大きいときは前記極対数のうち小さい極対数に対応した単独給電モード、
これら以外の場合には(前記同期電動機の出力トルクおよび回転速度が上記以外のときは)、前記複数の極対数のうち大きい極対数に対応した前記単独給電モード、
をそれぞれ選択する、
ことを特徴とする。
前記給電モード切り換えステップが、
前記同期電動機の回転速度が第1の所定値より大きいときは前記極対数のうち大きい極対数に対応した前記単独給電モード、
前記同期電動機の回転速度が第2の所定値(但し、第2の所定値>前記第1の所定値)より大きいときは前記極対数のうち小さい極対数に対応した前記単独給電モード、
これら以外の場合には(前記同期電動機の回転速度が上記以外のとき)、前記複合給電モード、
をそれぞれ選択する、
ことを特徴とする。
前記給電モード切り換えステップが、
前記同期電動機の回転速度が所定値より大きいとき前記極対数のうち小さい極対数に対応した前記単独給電モード、
それ以外の場合には(前記同期電動機の回転速度が上記以外のとき)、前記複合給電モード、
をそれぞれ選択する、
ことを特徴とする。
前記給電モード切り換えステップが、
前記同期電動機の出力トルクが第1の所定値より大きいときは前記極対数のうち大きい極対数に対応した前記単独給電モード、
前記同期電動機の出力トルクが第2の所定値(但し、第2の所定値>前記第1の所定値)より大きいとき複合給電モード、
これら以外の場合には(前記同期電動機の出力トルクが上記以外のとき)前記極対数のうち小さい極対数に対応した前記単独給電モード、
をそれぞれ選択する、
ことを特徴とする。
前記給電モード切り換えステップが、
前記回転速度と前記出力トルクとで表される前記同期電動機の各動作点において、前記複合給電モードと前記単独給電モードのうち、前記同期電動機の入出力効率が高くなる方の給電モードを選択する、
ことを特徴とする。
前記給電モード切り換えステップが、
前記回転速度と前記出力トルクとで表される前記同期電動機の動作点において、第1の動作点から第2の動作点へ動作点が変化するとき、第2の動作点で所定時間が経過するまで、第1の動作点における給電モードを保持し、前記所定時間の後に第2の動作点における給電モードに切り換える、
ことを特徴とする。
前記給電モード切り換えステップが、
給電モードの切り換え時には、前記同期電動機の出力トルクが切り換えの前後で連続になるように、切り換え前後の給電モードで必要な各極対数に対応する回転磁界のそれぞれを時間的に配分比率を変化させる、
ことを特徴とする。
前記給電モード切り換えステップが、
1つの極対数の駆動に対応した単独給電モードにおいて、給電(駆動)しない他方の極対数に起因して前記固定子を構成する巻線に発生する誘起電圧を抑制するように、この他方の極対数に応じた弱め界磁電流を、前記単独給電モードの電流に重畳させる、
ことを特徴とする。
前記回転子が、
前記複数の極対数に関し、それぞれの磁極の位相差が、前記固定子を構成する巻線に発生する誘起電圧波形のピーク値が最小となるような位相差で構成されている、
ことを特徴とする。
また、第23の発明による同期電動機の制御方法は、
前記複数の極対数が、P1とP2(但し、P1<P2)の2つの極対数であり、
これらの磁極の位相差は下記式:
位相差[機械角(度)]=90×(1/P1−1/P2)
を満足する、
ことを特徴とする。
また、第24の発明による同期電動機の制御方法は、
前記位相差の式であたえられる角度からのズレ角は−20%〜+20%以内である、
ことを特徴とする。
第1の実施例
図1が本発明に適用する同期電動機およびその制御装置の1例を示す図である。まず構成を説明する。電動機は1つの回転子14、及び18個の分割されたコア12から構成される固定子11から構成される。各コアに集中巻きされる巻線13は、6個おきに配置されている3個が1セット(トータル6セット)となっており、直列、あるいは並列に接続され、その一方が中性点として他の相の一方と接続され、他方は図示しないインバータの内部で、電源ラインのP側・N側にスイッチング素子を介して接続されている。このインバータは6相を制御する構成となっている。また、回転子はこの実施例では3極対と6極対の2種類の極対数を備えるものとなっている。
実施例の駆動方法を説明する。図4は本実施例で適用する給電モードマップである。各給電モードの領域を区切る閾値として、図示しない電動機の制御器には回転速度所定値1と回転速度所定値2との2つの閾値を備える。電動機の回転速度が回転速度所定値1より小さいとき、複合給電モードで駆動する。また、電動機の回転速度が回転速度所定値1以上であり、且つ、回転速度所定値2より小さいとき、高次の単独給電モードで駆動する。さらに、電動機の回転速度が回転速度所定値2以上のとき、低次の単独給電モードで駆動する。各領域における作動は第1の実施例と同等である。また、第3の発明の効果が得られる。
本実施例の駆動方法を説明する。図5は本実施例で適用する給電モードマップである。各給電モードの領域を区切る閾値として、図示しない電動機の制御器には回転速度所定値の閾値を備える。電動機の回転速度が回転速度所定値より小さいとき、複合給電モードで駆動する。また、電動機の回転速度が回転速度所定値以上のとき、低次の単独給電モードで駆動する。各領域における作動は第1の実施例と同等である。第4の発明の効果が得られることとなる。
本実施例の駆動方法を説明する。図6は本実施例で適用する給電モードマップである。各給電モードの領域を区切る閾値として、図示しない電動機の制御器にはトルク所定値1とトルク所定値2との2つの閾値を備える。電動機の出力トルクがトルク所定値1より小さいとき、低次の単独給電モードで駆動する。電動機の出力トルクがトルク所定値1以上であり、且つ、トルク所定値2より小さいとき、高次の単独給電モードで駆動する。さらに、電動機の出力トルクがトルク所定値2以上のとき、複合給電モードで駆動する。各領域における作動は第1の実施例と同等である。第5の発明の効果が得られることとなる。
本実施例の駆動方法を説明する。本実施例では前記回転速度と出力トルクとで表される電動機の各動作点において、前記複合給電モードと単独給電モードとのいずれか、電動機の入出力効率の高いモードを選択して駆動する。これは、複合給電モード、各単独給電モードにおける各動作点の電動機効率を予め解析もしくは実験で求め、各動作点において最も電動機効率の良い給電モードを抽出し、それを給電モードマップにマッピングしておく。電動機の制御器にこの給電モードマップを備え、電動機の現在の動作点と照らし合わせて給電モードを選択する。したがって本実施例によれば、この電動機の損失を最大限抑制でき、最も高効率な特性が得られる。
本実施例では、前記回転速度と出力トルクとで表される電動機の動作点において、第1の動作点から第2の動作点へ、動作点が変化するとき、第2の動作点で所定時間が経過するまで、第1の動作点における給電モードを保持し、前記所定時間の後に第2の動作点における給電モードに切り換える。図7が、この動作点が変化する場合を説明する図である。この給電モードマップは第1の実施例と同等である。図7の動作点上、動作点Aでは6極対(高次側)に対応した単独給電モードで駆動されており、その後、動作点Bへの遷移の途中に回転速度所定値をまたぐが、このとき3極対(低次)に対応した単独給電モードには切り換えない。その後、動作点Bに達し、所定時間(例えば1秒)動作点の遷移が発生しないことを検知したうえで、本来この領域の給電モードである3極対に対応した単独給電モードに切り換える。このようにすることで、動作点遷移中の電動機効率は第1の実施例の効果より低下するものの、遷移中の給電モード切り換えに起因した極僅かなトルク変動や、作動音の変化を発生しなくできる。
給電モードの切り換え時は、切り換えの前後の給電モードで必要な、各極対数に対応する回転磁界のそれぞれを時間的に配分比率を変化させて、出力トルクが連続になるよう駆動する。例えば6極対の単独給電モードから3極対の単独給電モードに切り換える場合、6極対に対応した電流を徐々に絞り、これとオーバーラップさせて3極対に対応した電流を増加させる。このとき両電流の加算によって発生するトルクはそのときの動作点におけるトルクに一致させるように、各電流は配分されるものである。この実施例では第8の発明の効果が得られることとなる。
1つの極対数の駆動に対応した単独給電モードにおいて、その制御電流には駆動しない他方の極対数に応じた弱め界磁電流を重畳させる。上述した実施例においては1例として、3極対に対応した単独給電モード駆動時に、6極対に対応した弱め界磁電流を加算することがこれにあたる。この実施例では第9の発明の効果が得られることとなる。
図9は回転子に発生させる2つの極対数の位相関係を説明する図である。同9の(c)は2極対と4極対との複合磁束を発生する回転子である。それぞれの極対数に対応した磁束の位相差を(c)のように定義すると、回転子の起磁力分布は(a)となる。また、この回転子が回転することで固定子巻線に発生させる誘起電圧波形は(b)となる。ここで、前述の位相差を変化させて、誘起電圧波形のピーク値を調べると(d)となる。前述までの実施例では、一方の極対数に対応した制御電流を通電しないことがあり、この際、この極対数に対応した誘起電圧は小さいことが望ましい。そこで(d)でわかるように2つの極対数に位相差を22.5度(機械角)とすることで最小にすることが可能となる。一般式として次の式を満足すれば誘起電圧波形のピーク値を最小にできることがわかった。即ち、極対数をP1とP2(P1<P2)とし、これらの磁極の位相差は下記式
12 コア
13 巻線
14 回転子
14A 回転子
20 制御装置
22 給電モード切り換え手段
A,B 動作点
CF 複合磁束
N1-N3 N極の磁石
S1-S6 S極の磁石
Claims (13)
- それぞれ極対数の異なる複数の回転子を有し且つそれらの回転子を同軸に接続した回転子群から成る1つの回転子、もしくは、極対数の異なる複数の磁束を重畳した空間磁束を有する1つの回転子、のいずれか一方の回転子と、前記複数の極対数に対応した複数の回転磁界を発生させることができる固定子と、から構成される同期電動機の制御装置であって、
前記同期電動機の回転速度と出力トルクの少なくとも一方を所定値と比較し、比較した結果に応じて、前記複数の極対数に対応した回転磁界を発生させる複合給電モードと、1つの極対数に対応した回転磁界を発生させる単独給電モードと、を切り換える給電モード切り換え手段、
を含む同期電動機の制御装置。 - 請求項1に記載の同期電動機の制御装置において、
前記給電モード切り換え手段が、
前記同期電動機の出力トルクが所定値より大きいときは前記複合給電モード、
前記同期電動機の回転速度が所定値より大きいときは前記極対数のうち小さい極対数に対応した単独給電モード、
これら以外の場合には前記複数の極対数のうち大きい極対数に対応した前記単独給電モード、
をそれぞれ選択する、
ことを特徴とする同期電動機の制御装置。 - 請求項1に記載の同期電動機の制御装置において、
前記給電モード切り換え手段が、
前記同期電動機の回転速度が第1の所定値より大きいときは前記極対数のうち大きい極対数に対応した前記単独給電モード、
前記同期電動機の回転速度が第2の所定値(但し、第2の所定値>前記第1の所定値)より大きいときは前記極対数のうち小さい極対数に対応した前記単独給電モード、
これら以外の場合には前記複合給電モード、
をそれぞれ選択する、
ことを特徴とする同期電動機の制御装置。 - 請求項1に記載の同期電動機の制御装置において、
前記給電モード切り換え手段が、
前記同期電動機の回転速度が所定値より大きいとき前記極対数のうち小さい極対数に対応した前記単独給電モード、
それ以外の場合には前記複合給電モード、
をそれぞれ選択する、
ことを特徴とする同期電動機の制御装置。 - 請求項1に記載の同期電動機の制御装置において、
前記給電モード切り換え手段が、
前記同期電動機の出力トルクが第1の所定値より大きいときは前記極対数のうち大きい極対数に対応した前記単独給電モード、
前記同期電動機の出力トルクが第2の所定値(但し、第2の所定値>前記第1の所定値)より大きいとき複合給電モード、
これら以外の場合には前記極対数のうち小さい極対数に対応した前記単独給電モード、
をそれぞれ選択する、
ことを特徴とする同期電動機の制御装置。 - 請求項1に記載の同期電動機の制御装置において、
前記給電モード切り換え手段が、
前記回転速度と前記出力トルクとで表される前記同期電動機の各動作点において、前記複合給電モードと前記単独給電モードのうち、前記同期電動機の入出力効率が高くなる方の給電モードを選択する、
ことを特徴とする同期電動機の制御装置。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の同期電動機の制御装置において、
前記給電モード切り換え手段が、
前記回転速度と前記出力トルクとで表される前記同期電動機の動作点において、第1の動作点から第2の動作点へ動作点が変化するとき、第2の動作点で所定時間が経過するまで、第1の動作点における給電モードを保持し、前記所定時間の後に第2の動作点における給電モードに切り換える、
ことを特徴とする同期電動機の制御装置。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の同期電動機の制御装置において、
前記給電モード切り換え手段が、
給電モードの切り換え時には、前記同期電動機の出力トルクが切り換えの前後で連続になるように、切り換え前後の給電モードで必要な各極対数に対応する回転磁界のそれぞれを時間的に配分比率を変化させる、
ことを特徴とする同期電動機の制御装置。 - 請求項1〜8のいずれか1項に記載の同期電動機の制御装置において、
前記給電モード切り換え手段が、
1つの極対数の駆動に対応した単独給電モードにおいて、給電(駆動)しない他方の極対数に起因して前記固定子を構成する巻線に発生する誘起電圧を抑制するように、この他方の極対数に応じた弱め界磁電流を、前記単独給電モードの電流に重畳させる、
ことを特徴とする同期電動機の制御装置。 - 請求項1〜9のいずれか1項に記載の同期電動機の制御装置において、
前記回転子が、
前記複数の極対数に関し、それぞれの磁極の位相差が、前記固定子を構成する巻線に発生する誘起電圧波形のピーク値が最小となるような位相差で構成されている、
ことを特徴とする同期電動機の制御装置。 - 請求項1〜10のいずれか1項に記載の同期電動機の制御装置において、
前記複数の極対数は、P1とP2(但し、P1<P2)の2つの極対数であり、
これらの磁極の位相差は下記式:
位相差[機械角(度)]=90×(1/P1−1/P2)
を満足する、
ことを特徴とする同期電動機の制御装置。 - 請求項11に記載の同期電動機の制御装置において、
前記位相差の式であたえられる角度からのズレ角は−20%〜+20%以内である、
ことを特徴とする同期電動機の制御装置。 - それぞれ極対数の異なる複数の回転子を有し且つそれらの回転子を同軸に接続した回転子群から成る1つの回転子、もしくは、極対数の異なる複数の磁束を重畳した空間磁束を有する1つの回転子、のいずれか一方の回転子と、前記複数の極対数に対応した複数の回転磁界を発生させることができる固定子と、から構成される同期電動機の制御方法であって、
前記同期電動機の回転速度と出力トルクとに応じて、前記複数の極対数に対応した回転磁界を発生させる複合給電モードと、1つの極対数に対応した回転磁界を発生させる単独給電モードと、を切り換える給電モード切り換えステップ、
を含む同期電動機の制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005339032A JP4961725B2 (ja) | 2005-11-24 | 2005-11-24 | 同期電動機の制御装置およびその制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005339032A JP4961725B2 (ja) | 2005-11-24 | 2005-11-24 | 同期電動機の制御装置およびその制御方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JP2007151241A JP2007151241A (ja) | 2007-06-14 |
JP4961725B2 true JP4961725B2 (ja) | 2012-06-27 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2005339032A Active JP4961725B2 (ja) | 2005-11-24 | 2005-11-24 | 同期電動機の制御装置およびその制御方法 |
Country Status (1)
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2005
- 2005-11-24 JP JP2005339032A patent/JP4961725B2/ja active Active
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