JP5403338B2 - Synchronous machine - Google Patents
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Description
本発明はステータ，ロータ，整流素子，駆動部，制御部等を有する同期機に関する。 The present invention relates to a synchronous machine having a stator, a rotor, a rectifying element, a drive unit, a control unit, and the like.
従来の同期機としては、ロータコイル（界磁巻線）に整流素子を直列接続し、ステータコイル（電機子巻線）に通電する電機子電流によってロータを励磁する技術の一例が開示されている（例えば特許文献１を参照）。この技術では、電機子電流の１周期よりも短い所定期間の間だけ、電機子電流の基本波に対してパルス電圧を印加（重畳することを意味し、以下同様とする）して通電することによってロータコイルに界磁電流を通電し、ロータを励磁する。 As a conventional synchronous machine, an example of a technique in which a rectifying element is connected in series to a rotor coil (field winding) and the rotor is excited by an armature current energized to the stator coil (armature winding) is disclosed. (For example, refer to Patent Document 1). In this technique, a pulse voltage is applied to the fundamental wave of the armature current for a predetermined period shorter than one period of the armature current (meaning that it is superimposed, the same applies hereinafter) and energized. By energizing the rotor coil with a field current, the rotor is excited.
ここで、変調率が一定値以上となるモード（例えば矩形波モードや過変調モード）で制御を行う場合がある。一定値は、特定の制御（例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）制御で３次高調波重畳方式や２相変調方式を用いる場合の過変調モード）では「１．１５」が該当し、これ以外では「１」が該当する。このモードで制御を行う場合、特許文献１の技術に従って電機子電流の基本波にパルス電圧を印加すると、出力電圧が大きいために相電圧のアンバランスが顕著に生じる。例えば、図１５に示すように基本波電圧Ｗａに対して電気角θ６０，θ６１，θ６２，…でパルス電圧Ｗｂを印加する場合を仮定する。この場合における相電流とｄｑ軸電流の変化は図１６に示すようになる。図１６に示すシミュレーション波形から明らかなように、相電流およびｄｑ軸電流の双方が大きく変化してアンバランスが生じている。例えば各相電流の平均値は、相電流Ｉｕが−６５[Ａ]、相電流Ｉｖが−３．８[Ａ]，相電流Ｉｗが６８．８[Ａ]である。このようなアンバランスが生じるのに伴って相電流が安定しなくなり、安定してロータの励磁が行えないという問題があった。
Here, there is a case where control is performed in a mode (for example, a rectangular wave mode or an overmodulation mode) in which the modulation rate is a certain value or more. The constant value corresponds to “1.15” in a specific control (for example, an overmodulation mode in the case of using a third-order harmonic superposition method or a two-phase modulation method in pulse width modulation (PWM) control). 1 ”corresponds. When control is performed in this mode, when a pulse voltage is applied to the fundamental wave of the armature current according to the technique of
本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、変調率が一定値以上となるモードでパルス電圧を印加しても、相電圧の平均電圧がゼロとなるように制御を行って各相の相電流を安定させ、安定してロータの励磁を行える同期機を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such points, and even when a pulse voltage is applied in a mode in which the modulation rate is equal to or greater than a certain value, control is performed so that the average voltage of the phase voltage becomes zero. An object of the present invention is to provide a synchronous machine that can stabilize a phase current of a phase and stably excite a rotor.
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、電機子巻線が巻かれたステータと、界磁巻線が巻かれたロータコアを備え、前記ステータに対面して回転するロータと、前記界磁巻線と直列接続され、前記電機子巻線に流れる電機子電流によって前記界磁巻線に誘導される誘導交流電流を一方向に規制する整流素子と、スイッチング素子を備え、二相以上の電力を前記電機子巻線に出力する駆動部と、正弦波モード，矩形波モードおよび過変調モードのうちでいずれか一のモードに基づいて、制御信号を前記駆動部に出力する制御部と、を有する同期機において、前記制御部は、前記矩形波モードまたは前記過変調モードのうちでいずれか一のモードであるとき、前記ロータを励磁するためのパルス電圧を基本波電圧に重畳させる場合において、各相の相電圧の平均値がゼロになるように前記制御信号を出力することを特徴とする。
The invention according to
「平均電圧がゼロ」には、０[Ｖ]になる形態に限らず、当該平均電圧が小さくなって０[Ｖ]に近づく（すなわちほぼ０[Ｖ]になる）形態を含むものとする。「パルス電圧を印加する」は、電機子電流の基本波（正弦波またはパルス波）電圧に対してロータ（具体的には界磁巻線）を励磁するためのパルス電圧を重畳することを意味する。 The “average voltage is zero” is not limited to a mode in which the average voltage is 0 [V], but includes a mode in which the average voltage decreases and approaches 0 [V] (that is, approximately 0 [V]). “Applying a pulse voltage” means superimposing a pulse voltage for exciting a rotor (specifically, a field winding) on a fundamental wave (sine wave or pulse wave) voltage of an armature current. To do.
この構成によれば、矩形波モードまたは過変調モードのうちでいずれか一のモード、すなわち変調率が一定値以上となるモードでは、制御部は各相の相電圧の平均電圧がゼロになるように電機子電流の基本波に対してパルス電圧を重畳して印加する。例えば、ＯＮとなるパルス電圧を印加するときは、逆状態のＯＦＦとなるパルス電圧を印加することで相電圧の平均電圧をゼロにする。逆に、ＯＦＦとなるパルス電圧を印加するときは、逆状態のＯＮとなるパルス電圧を印加することで相電圧の平均電圧をゼロにする。このように、基本波電圧に印加するパルス電圧の逆状態となるパルス電圧を印加することで相電圧の平均電圧をゼロにする。こうして各相の相電圧の平均電圧がゼロとなるので、各相の相電流を安定させ、安定してロータの励磁を行える。 According to this configuration, in any one of the rectangular wave mode and the overmodulation mode, that is, the mode in which the modulation rate is a certain value or more, the control unit makes the average voltage of the phase voltage of each phase zero. A pulse voltage is superimposed on the fundamental wave of the armature current. For example, when applying a pulse voltage that turns ON, the average voltage of the phase voltage is made zero by applying a pulse voltage that turns OFF in the opposite state. Conversely, when applying a pulse voltage that turns OFF, the average voltage of the phase voltage is made zero by applying a pulse voltage that turns ON in the reverse state. In this way, the average voltage of the phase voltage is made zero by applying a pulse voltage that is in a state opposite to the pulse voltage applied to the fundamental wave voltage. Thus, since the average voltage of the phase voltage of each phase becomes zero, the phase current of each phase can be stabilized and the rotor can be excited stably.
請求項２に記載の発明は、前記制御部は、前記矩形波モードであるとき、電気角で１２０°または１８０°の間隔で前記ロータを励磁するためのパルス電圧を基本波電圧に重畳させたときの出力電圧ベクトルの振幅がｄｑ座標上で基本波電圧ベクトルの振幅と同じになるように前記パルス電圧を印加して各相の相電圧の平均値をゼロにすることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, when the control unit is in the rectangular wave mode, a pulse voltage for exciting the rotor at an electrical angle interval of 120 ° or 180 ° is superimposed on the fundamental wave voltage. The pulse voltage is applied so that the amplitude of the output voltage vector at that time is the same as the amplitude of the fundamental voltage vector on the dq coordinate, and the average value of the phase voltage of each phase is made zero.
この構成によれば、矩形波モードであるとき、制御部は出力電圧ベクトルの振幅がｄｑ座標上で基本波電圧ベクトルの振幅と同じになるように電気角で１２０°または１８０°の間隔でパルス電圧を印加する。１２０°や１８０°の電気角では電圧の補正等を行わなくとも各相の平均電圧をゼロにできるので、各相の相電流を安定させ、安定してロータの励磁を行える。 According to this configuration, in the rectangular wave mode, the control unit pulses the electrical voltage at intervals of 120 ° or 180 ° so that the amplitude of the output voltage vector is the same as the amplitude of the fundamental voltage vector on the dq coordinate. Apply voltage. At an electrical angle of 120 ° or 180 °, the average voltage of each phase can be made zero without performing voltage correction or the like, so that the phase current of each phase can be stabilized and the rotor can be excited stably.
請求項３に記載の発明は、前記制御部は、前記過変調モードであるとき、印加しようとする前記パルス電圧のパルス幅よりも広い変調幅の期間中に、電気角で１２０°または１８０°の間隔で前記ロータを励磁するためのパルス電圧を基本波電圧に重畳させたときの出力電圧ベクトルの振幅がｄｑ座標上で基本波電圧ベクトルの振幅と同じになるように前記パルス電圧を印加して各相の相電圧の平均値をゼロにすることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, when the control unit is in the overmodulation mode, the electrical angle is 120 ° or 180 ° during a modulation width wider than the pulse width of the pulse voltage to be applied. The pulse voltage is applied so that the amplitude of the output voltage vector is the same as the amplitude of the fundamental voltage vector on the dq coordinate when the pulse voltage for exciting the rotor is superimposed on the fundamental voltage at intervals of Thus, the average value of the phase voltage of each phase is set to zero.
この構成によれば、過変調モードであるとき、制御部はパルス電圧のパルス幅よりも広い変調幅の期間中にパルス電圧を印加する。この印加は電気角で１２０°または１８０°の間隔で行い、基本波電圧に重畳させたときの出力電圧ベクトルの振幅がｄｑ座標上で基本波電圧ベクトルの振幅と同じになるように行う。基本波電圧と重畳後の電圧とがｄｑ座標上で同じ電圧ベクトルとなるので、各相の相電圧の平均電圧をより確実にゼロにすることができる。 According to this configuration, in the overmodulation mode, the control unit applies the pulse voltage during a period of a modulation width wider than the pulse width of the pulse voltage. This application is performed at an electrical angle of 120 ° or 180 ° so that the amplitude of the output voltage vector when superimposed on the fundamental voltage is the same as the amplitude of the fundamental voltage vector on the dq coordinate. Since the fundamental voltage and the superimposed voltage are the same voltage vector on the dq coordinate, the average voltage of the phase voltages of each phase can be made more surely zero.
請求項４に記載の発明は、前記制御部は、電気角で１２０°または１８０°の間隔で前記ロータを励磁するためのパルス電圧を基本波電圧に重畳させたときの出力電圧ベクトルの振幅がｄｑ座標上で基本波電圧ベクトルの振幅と同じになるように前記パルス電圧を印加するパターンにおいて、複数のパターンでパルス電圧を印加することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, the control unit has an amplitude of an output voltage vector when a pulse voltage for exciting the rotor is superimposed on the fundamental voltage at an electrical angle of 120 ° or 180 °. In the pattern in which the pulse voltage is applied so as to be the same as the amplitude of the fundamental voltage vector on the dq coordinate, the pulse voltage is applied in a plurality of patterns.
この構成によれば、ロータの励磁量を多くする等の目的によって複数のパルス電圧を印加せざるを得ないような制御を行うときでも、複数のパターンで印加を行う。一のパターンは、特定の相で電気角で１２０°または１８０°の間隔となるようにパルス電圧を印加する。二以上となる複数のパターンは、それぞれのパターンが電気角で１２０°または１８０°の間隔を維持しながら印加し、かつ、パルス電圧を基本波電圧に重畳させたときの出力電圧ベクトルの振幅がｄｑ座標上で基本波電圧ベクトルの振幅と同じになるように印加する。こうすれば、基本波電圧の１周期に複数のパルス電圧を印加できるので、各相の相電流をより安定させることができる。 According to this configuration, even when control is performed such that a plurality of pulse voltages must be applied for the purpose of increasing the excitation amount of the rotor, the application is performed in a plurality of patterns. In one pattern, a pulse voltage is applied so that an electrical angle is 120 ° or 180 ° in a specific phase. A plurality of patterns of two or more are applied while maintaining an interval of 120 ° or 180 ° in electrical angle, and the amplitude of the output voltage vector when the pulse voltage is superimposed on the fundamental voltage is It is applied so as to be the same as the amplitude of the fundamental voltage vector on the dq coordinate. In this way, a plurality of pulse voltages can be applied in one period of the fundamental voltage, so that the phase current of each phase can be further stabilized.
請求項５に記載の発明は、前記制御部は、過変調モードにおいて前記ロータを励磁するためのパルス電圧を印加するとき、印加しようとする前記パルス電圧と逆状態のパルス電圧を、印加した前記パルス電圧のパルス幅と、前記基本波電圧のパルス電圧を印加される時期のパルス電圧と逆状態のパルス幅の和だけ別個に印加して各相の相電圧の平均値がゼロになるように前記制御信号を出力することを特徴とする。 In the invention according to claim 5, when the control unit applies a pulse voltage for exciting the rotor in the overmodulation mode, the control unit applies a pulse voltage in a state opposite to the pulse voltage to be applied. The pulse voltage of the pulse voltage and the pulse voltage of the fundamental wave voltage are separately applied by the sum of the pulse voltage at the time of application and the pulse width of the opposite state so that the average value of the phase voltage of each phase becomes zero. The control signal is output.
この構成によれば、過変調モードであるとき、制御部は印加しようとするパルス電圧の全パルス幅と、別個に印加する逆状態のパルス電圧の全パルス幅とが同一となるように制御する。言い換えれば、正状態のパルス電圧は二以上のパルス電圧を組み合わせてもよく、逆状態のパルス電圧も二以上のパルス電圧を組み合わせてよい。この制御により、パルス電圧が正状態と逆状態とで相殺されるので、相電圧の平均電圧をゼロにすることができる。したがって、各相の相電流を安定させ、安定してロータの励磁を行える。 According to this configuration, when in the overmodulation mode, the control unit controls so that the total pulse width of the pulse voltage to be applied is the same as the total pulse width of the reverse-state pulse voltage to be applied separately. . In other words, the pulse voltage in the normal state may be a combination of two or more pulse voltages, and the pulse voltage in the reverse state may be a combination of two or more pulse voltages. By this control, the pulse voltage is canceled out between the normal state and the reverse state, so that the average voltage of the phase voltage can be made zero. Therefore, the phase current of each phase can be stabilized and the rotor can be excited stably.
請求項６に記載の発明は、前記制御部は、前記矩形波モードであり、前記ロータを励磁するためのパルス電圧を基本波電圧に重畳させる制御を行うとき、前記基本波電圧のＯＮ期間もしくはＯＦＦ期間を印加したパルス電圧のパルス幅と同じだけ伸縮させ、各相の相電圧の平均値がゼロになるように前記制御信号を出力することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, when the control unit is in the rectangular wave mode and performs control to superimpose a pulse voltage for exciting the rotor on the fundamental voltage, an ON period of the fundamental voltage or The control signal is output such that the OFF period is expanded or contracted by the same pulse width as the applied pulse voltage, and the average value of the phase voltage of each phase becomes zero.
この構成によれば、制御部は基本波電圧のＯＮ期間もしくはＯＦＦ期間を印加したパルス電圧のパルス幅と同じだけ伸縮させる。すなわち、印加しようとするパルス電圧のパルス幅の分だけ伸縮する。したがって、各相の相電圧の平均電圧をより確実にゼロにすることができ、各相の相電流を安定させることができる。 According to this configuration, the control unit expands and contracts as much as the pulse width of the pulse voltage to which the ON period or OFF period of the fundamental wave voltage is applied. That is, it expands and contracts by the pulse width of the pulse voltage to be applied. Therefore, the average voltage of the phase voltage of each phase can be made zero more reliably, and the phase current of each phase can be stabilized.
請求項７に記載の発明は、前記制御部は、前記基本波電圧のＯＮ期間もしくはＯＦＦ期間を伸縮するにあたって、前記ロータを励磁するためのパルス電圧が印加される基本波電圧の状態（ＯＮもしくはＯＦＦ）が切り替わる時期の近い方の期間を伸縮することを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, the controller is configured to provide a state of the fundamental wave voltage (ON or ON) to which a pulse voltage for exciting the rotor is applied when expanding or contracting the ON period or the OFF period of the fundamental wave voltage. It is characterized in that the period closer to the time at which (OFF) is switched is expanded and contracted.
この構成によれば、制御部は印加される基本波電圧の状態（ＯＮもしくはＯＦＦ）が切り替わる時期の近い方の期間についてパルス幅の分だけ伸縮する。したがって、各相の相電圧の平均電圧をより確実にゼロにすることができ、各相の相電流を安定させることができる。 According to this configuration, the control unit expands and contracts by the pulse width for a period closer to the time when the state (ON or OFF) of the applied fundamental wave voltage is switched. Therefore, the average voltage of the phase voltage of each phase can be made zero more reliably, and the phase current of each phase can be stabilized.
請求項８に記載の発明は、前記制御部は、前記基本波電圧のＯＮ期間もしくはＯＦＦ期間を伸縮するにあたって、前記ロータを励磁するためのパルス電圧が印加される基本波電圧の状態（ＯＮもしくはＯＦＦ）が切り替わる時期の前後の期間を伸縮することを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, the controller controls the state of the fundamental wave voltage (ON or ON) to which a pulse voltage for exciting the rotor is applied when expanding or contracting the ON period or the OFF period of the fundamental wave voltage. The period before and after the time when the (OFF) switches is expanded and contracted.
この構成によれば、制御部は印加される基本波電圧の状態（ＯＮもしくはＯＦＦ）が切り替わる時期の前後にあるＯＮ期間やＯＦＦ期間のうち一方または双方についてパルス幅の分だけ伸縮する。したがって、各相の相電圧の平均電圧をより確実にゼロにすることができ、各相の相電流を安定させることができる。 According to this configuration, the control unit expands / contracts by an amount corresponding to the pulse width in one or both of the ON period and the OFF period before and after the time when the state (ON or OFF) of the applied fundamental wave voltage is switched. Therefore, the average voltage of the phase voltage of each phase can be made zero more reliably, and the phase current of each phase can be stabilized.
請求項９に記載の発明は、前記制御部は、前記矩形波モードであり、前記ロータを励磁するためのパルス電圧を基本波電圧に重畳させる制御を行うとき、パルス電圧が印加される基本波電圧の状態（ＯＮもしくはＯＦＦ）が切り替わる時期から所定時間だけ離れた時期に、印加したパルス電圧と逆の状態のパルス電圧を、印加したパルス電圧と同じパルス幅だけ印加し、各相の相電圧の平均値がゼロになるように前記制御信号を出力することを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, the control unit is in the rectangular wave mode, and a fundamental wave to which a pulse voltage is applied when performing a control to superimpose a pulse voltage for exciting the rotor on the fundamental wave voltage. Apply a pulse voltage in the opposite state to the applied pulse voltage by the same pulse width as the applied pulse voltage at a time separated from the time when the voltage state (ON or OFF) changes by the specified time. The control signal is output so that the average value of the signal becomes zero.
この構成によれば、矩形波モードのとき、制御部は印加される基本波電圧の状態（ＯＮもしくはＯＦＦ）が切り替わる時期から所定時間だけ離れた時期に、印加したパルス電圧と逆の状態のパルス電圧を、印加したパルス電圧と同じパルス幅だけ印加する。所定時間の長さは、任意に設定可能である。したがって、各相の相電圧の平均電圧をより確実にゼロにすることができ、各相の相電流を安定させることができる。 According to this configuration, in the rectangular wave mode, the control unit outputs a pulse in a state opposite to the applied pulse voltage at a time separated from the time when the state of the applied fundamental wave voltage (ON or OFF) is switched by a predetermined time. The voltage is applied for the same pulse width as the applied pulse voltage. The length of the predetermined time can be arbitrarily set. Therefore, the average voltage of the phase voltage of each phase can be made zero more reliably, and the phase current of each phase can be stabilized.
請求項１０に記載の発明は、前記制御部は、電気角で３６０°×ｎ±１２０°（ｎは０を除く整数）のいずれかの間隔で、前記ロータを励磁するためのパルス電圧を基本波電圧に重畳させたときの出力電圧ベクトルの振幅がｄｑ座標上で基本波電圧ベクトルの振幅と同じになるように前記パルス電圧を基本波電圧に印加し、各相の相電圧の平均値をゼロにすることを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, the control unit is based on a pulse voltage for exciting the rotor at an electrical angle of 360 ° × n ± 120 ° (n is an integer other than 0). The pulse voltage is applied to the fundamental voltage so that the amplitude of the output voltage vector when superimposed on the wave voltage is the same as the amplitude of the fundamental voltage vector on the dq coordinate, and the average value of the phase voltage of each phase is calculated. It is characterized by zero.
この構成によれば、三相均等にパルス電圧を印加することができるので、各相の平均電圧をゼロにでき、各相の相電流を安定させることができる。 According to this configuration, since the pulse voltage can be applied evenly in three phases, the average voltage of each phase can be made zero, and the phase current of each phase can be stabilized.
以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
なお、特に明示しない限り、次のように用語の意義を定める。「接続する」という場合には、電気的な接続を意味する。「ＯＮ」の表記はパルス電圧がハイレベルの状態を意味し、正論理に従って表記する「１」や「Ｈ（ハイ）」等と同義である。「ＯＦＦ」の表記はパルス電圧がローレベルの状態を意味し、正論理に従って表記する「０」や「Ｌ（ロー）」等と同義である。図面では、電気角の角度を「deg」と記載する。 Unless otherwise specified, the meaning of terms is defined as follows. “Connect” means an electrical connection. The notation “ON” means a state in which the pulse voltage is at a high level, and is synonymous with “1”, “H (high)”, and the like expressed according to positive logic. The notation “OFF” means a state in which the pulse voltage is at a low level, and is synonymous with “0”, “L (low)”, etc. expressed according to positive logic. In the drawing, the electrical angle is described as “deg”.
〔実施の形態１〕
実施の形態１は、矩形波モード（すなわち変調率が１．２７またはその近傍）において、基本波電圧のＯＮ期間およびＯＦＦ期間を伸縮する例であって、図１〜図６を参照しながら説明する。図１には、同期機の構成例を模式図で示す。図２には、ステータ及びロータの径方向断面を模式図で示す。図３には、電気的な接続例を模式図で示す。図４には、パルス電圧を印加する例を模式的に示す。図５には、図４の一部を拡大して示す。図６には、相電流とｄｑ軸電流の変化をシミュレーション波形で示す。
[Embodiment 1]
The first embodiment is an example in which the ON period and the OFF period of the fundamental voltage are expanded and contracted in the rectangular wave mode (that is, the modulation factor is 1.27 or in the vicinity thereof), and will be described with reference to FIGS. To do. In FIG. 1, the structural example of a synchronous machine is shown with a schematic diagram. In FIG. 2, the radial direction cross section of a stator and a rotor is shown with a schematic diagram. FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of electrical connection. FIG. 4 schematically shows an example in which a pulse voltage is applied. FIG. 5 shows an enlarged part of FIG. FIG. 6 shows changes in phase current and dq-axis current with simulation waveforms.
図１に示す同期機Ｍは電動機として適用し、ステータ１０（固定子），ロータ２０（回転子），フレーム３０（ハウジング），直流電源５０，駆動部６０，制御部７０などを有する。この同期機Ｍは、制御部７０から伝達される制御信号に従って駆動部６０から出力される電機子電流（図１の例では相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）によって回転駆動が制御される。なお、直流電源５０、駆動部６０および制御部７０の構成例や機能等は後述する。
A synchronous machine M shown in FIG. 1 is applied as an electric motor, and includes a stator 10 (stator), a rotor 20 (rotor), a frame 30 (housing), a
ステータ１０は、ステータコイル１１（電機子巻線），ステータコア１２などで構成される。ステータコイル１１は、ステータコア１２に巻かれた多相（例えば三相）の相巻線である。ステータコア１２は電磁石（あるいは永久磁石等）が用いられ、例えば相巻線が分布巻きされている。相巻線を巻く順番は任意である。Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の三相を例にすると、Ｕ相導体，−Ｖ相導体，Ｗ相導体，−Ｕ相導体，Ｖ相導体，−Ｗ相導体の順序で周方向に順番に巻く形態が該当する。
The
ロータ２０はステータ１０に対面して回転し、ロータシャフト２１，ロータコイル２２（界磁巻線），ロータコア２３などで構成される。ロータシャフト２１は、同期機Ｍの主軸（あるいは回転軸）として用いられ、外周面の一部に被検出部２４を備える。本形態では、被検出部２４としてロータシャフト２１の外周面に磁気突極を一定間隔で設ける。ロータコア２３は電磁石（あるいは永久磁石等）が用いられ、図２に示すように一対の界磁極（磁気突極）をなすコアティース部２３ａを有する。ロータコイル２２は、効率よく界磁束を形成し易くするためにコアティース部２３ａの回りに巻かれている。
The
フレーム３０は、ステータ１０を固定し、ロータ２０をベアリング等を介して回転可能に支持し、被検出部２４を検出する位置センサ４０や、各相の電流値を検出する電流センサ８０（図３を参照）などを備える。
The
位置センサ４０はロータ２０の位置が検出できれば任意であるが、本例ではレゾルバを用いる。レゾルバは、被検出部２４を検出するごとに信号（アナログ信号またはデジタル信号）を制御部７０に伝達する。
The
電流センサ８０は、電機子電流（すなわち相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）が検出できれば任意である。例えば、被検出電流としての電機子電流によって発生した磁界をホール素子により検出する磁気比例型センサを用いる。
The
図３には同期機Ｍを駆動制御するための接続例（回路図）を示す。直流電源５０は、平滑用のコンデンサＣ２を介して、駆動部６０に電力を供給する。駆動部６０はインバータとして機能し、トランジスタＱとダイオードＤ２とを一組とし、三相に対応するために全部で六組を有する。この駆動部６０は、制御部７０から伝達される制御信号に従ってスイッチングを行い、所要の電力および周波数で同期機Ｍに出力する。トランジスタＱには、例えばＩＧＢＴを用いる。ダイオードＤ２は、フリーホイールダイオードとしての役割を果たすため、トランジスタＱに流れる電流とは逆方向に電流が流れるようにトランジスタＱのコレクタ端子とエミッタ端子との間に接続する。
FIG. 3 shows a connection example (circuit diagram) for driving and controlling the synchronous machine M. The
制御部７０は、位置センサ４０および電流センサ８０から出力される信号を受けて、駆動部６０（具体的には各トランジスタＱのゲート端子）に対して制御信号を出力する。この制御部７０は、同期機Ｍを駆動制御する通常の機能のほか、本発明を実現するためのパルス電圧印加手段７１等を有する。制御部７０の構成は任意であり、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備えてプログラム実行によって作動する構成としてもよく、回路素子で形成されたハードウェアロジックによって作動する構成としてもよい。
The
パルス電圧印加手段７１は、矩形波モードにおいて、ステータコイル１１に通電する電機子電流の基本波に対して、ロータ励磁用電流を重畳した制御信号を駆動部６０に出力する機能を有する。電機子電流の基本波は、ロータ２０の回転数と一致する電気角回転数に従って回転する回転磁界を形成する同期電流（すなわち相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの基本波成分）に相当する。ロータ励磁用電流は、所要の時期で印加するパルス電圧に従った電流であって、ロータコイル２２に誘導交流電流を発生させるための電機子電流の成分となる。当該ロータ励磁用電流は、三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）について各相の電圧制御によるパルス電圧（例えば後述する図４を参照）に基づいて形成される。
The pulse
なお、ロータ励磁用電流は、ロータ２０の作動（すなわち回転や静止等）の如何にかかわらず、ロータコイル２２に対して相対的に磁束変化を生じさせるように設定する必要がある。具体的な設定例としては、ロータ２０に対して相対的に回転する回転磁界をロータ励磁用電流により形成したり、ステータコイル１１にロータ同期周波数と異なる周波数の交流電流を通電したりする等が該当する。ただし、前者の回転磁界を形成する場合は、回転磁界の回転角速度とロータ角速度とが一致しないように設定する。
Note that the rotor excitation current needs to be set so as to cause a magnetic flux change relative to the
同期機Ｍ側では、ロータコイル２２とダイオードＤ１とが直列接続されている。ダイオードＤ１は整流素子に相当し、ロータコイル２２に誘導された交流電圧を半波整流する。このダイオードＤ１を接続することで、一対のコアティース部２３ａのうち、一方側をＮ極に励磁し、他方側をＳ極に励磁することができる。また、ロータコイル２２に整流されたロータ巻線電流Ｉｆ（界磁電流に相当する）を通電すると、短絡磁路の飽和磁束方向と逆向きに界磁束が流れる。この界磁束はステータ１０側にも流れるため、ステータコイル１１と鎖交する界磁束量が増加する。
On the synchronous machine M side, the
なお、二点鎖線で図示するように、ダイオードＤ１に並列接続するコンデンサＣ１を備えてもよい。コンデンサＣ１の平滑化作用によって、ロータコイル２２に流れる励磁電流と発生電圧との安定化を図ることができる。
In addition, you may provide the capacitor | condenser C1 connected in parallel with the diode D1, as illustrated with a dashed-two dotted line. By the smoothing action of the capacitor C1, it is possible to stabilize the excitation current flowing through the
上述のように構成された同期機Ｍにおいて、制御部７０から駆動部６０に伝達する制御信号を形成するにあたり、パルス電圧印加手段７１によって基本波電圧に対してパルス電圧を印加する例について図４を参照しながら説明する。図４では、Ｕ相電圧の波形を図４（Ａ）に示し、Ｖ相電圧の波形を図４（Ｂ）に示し、Ｗ相電圧の波形を図４（Ｃ）に示す。なお、各図に示す電圧値や電気角は一例であって、図示された数値には限られない。
In the synchronous machine M configured as described above, an example in which the pulse voltage is applied to the fundamental voltage by the pulse
図４に示す例では、基本波電圧Ｗｓに対して電気角θ１，θ２，θ３で各々二相ずつパルス電圧Ｗｐを印加している。電気角θ１と電気角θ２との間隔および電気角θ２と電気角θ３との間隔は、いずれも４８０°である。具体的には、電気角θ１にＵ相とＷ相でパルス電圧Ｗｐを印加し、電気角θ２にＵ相とＶ相でパルス電圧Ｗｐを印加し、電気角θ３にＶ相とＷ相でパルス電圧Ｗｐを印加する。電気角θ１のＵ相、電気角θ２のＶ相および電気角θ３のＷ相は、いずれも基本波電圧ＷｓがＯＮ期間であるので、パルス幅ＰＷだけＯＦＦになる。一方、電気角θ２のＵ相、電気角θ３のＶ相および電気角θ１のＷ相は、いずれも基本波電圧ＷｓがＯＦＦ期間であるので、パルス幅ＰＷだけＯＮになる。 In the example shown in FIG. 4, the pulse voltage Wp is applied to each of the two phases at the electrical angles θ1, θ2, and θ3 with respect to the fundamental wave voltage Ws. The interval between the electrical angle θ1 and the electrical angle θ2 and the interval between the electrical angle θ2 and the electrical angle θ3 are both 480 °. Specifically, a pulse voltage Wp is applied to the electrical angle θ1 for the U phase and the W phase, a pulse voltage Wp is applied to the electrical angle θ2 for the U phase and the V phase, and a pulse is applied to the electrical angle θ3 for the V phase and the W phase. A voltage Wp is applied. The U phase of the electrical angle θ1, the V phase of the electrical angle θ2, and the W phase of the electrical angle θ3 are all OFF during the pulse width PW because the fundamental wave voltage Ws is in the ON period. On the other hand, the U phase of the electrical angle θ2, the V phase of the electrical angle θ3, and the W phase of the electrical angle θ1 are all ON for the pulse width PW because the fundamental wave voltage Ws is in the OFF period.
上述したようなパルス電圧Ｗｐを基本波電圧Ｗｓに印加すると、パルス電圧Ｗｐを印加する間隔（図４の例では９６０°であり、以下では単に「印加間隔」と呼ぶ。）における各相の相電圧の平均電圧が理論的にゼロとなる。ただし、基本波電圧Ｗｓの１周期（図４の例では３６０°）でみると各相の相電圧の平均電圧が理論的にゼロとならない場合がある。そこで、パルス電圧Ｗｐを印加する場合において、基本波電圧Ｗｓの立ち下げ時（または立ち上げ時）のタイミングを当該パルス電圧Ｗｐのパルス幅ＰＷの分だけ伸縮するように調整する。 When the pulse voltage Wp as described above is applied to the fundamental wave voltage Ws, the phase of each phase in the interval of applying the pulse voltage Wp (960 ° in the example of FIG. 4 and simply referred to as “application interval” hereinafter). The average voltage is theoretically zero. However, when one cycle of the fundamental wave voltage Ws (360 ° in the example of FIG. 4) is viewed, the average voltage of the phase voltages of each phase may not theoretically become zero. Therefore, when applying the pulse voltage Wp, the timing when the fundamental wave voltage Ws falls (or when it rises) is adjusted so as to expand and contract by the pulse width PW of the pulse voltage Wp.
例えば図５（Ａ）に示すように、基本波電圧ＷｓがＯＮの期間中である電気角θ１に印加するときは、本来なら二点鎖線で示す電気角θ４ａで立ち下げるところ、パルス幅ＰＷの分だけ伸ばして電気角θ４ｂで立ち下げる。こうして基本波電圧ＷｓのＯＮ期間を伸ばし、ＯＦＦ期間を縮める。また図５（Ｂ）に示すように、基本波電圧ＷｓがＯＦＦの期間中である電気角θ２に印加するときは、本来なら二点鎖線で示す電気角θ５ｂで立ち下げるところ、パルス幅ＰＷの分だけ縮めて電気角θ５ａで立ち下げる。こうして基本波電圧ＷｓのＯＮ期間を縮め、ＯＦＦ期間を伸ばす。 For example, as shown in FIG. 5 (A), when the fundamental wave voltage Ws is applied to the electrical angle θ1 during the ON period, the pulse width PW of the pulse width PW is lowered when it falls at the electrical angle θ4a indicated by a two-dot chain line. Extend by an amount and fall at electrical angle θ4b. Thus, the ON period of the fundamental wave voltage Ws is extended and the OFF period is shortened. Further, as shown in FIG. 5B, when the fundamental wave voltage Ws is applied to the electrical angle θ2 during the OFF period, the pulse width PW of the pulse width PW is originally lowered at the electrical angle θ5b indicated by a two-dot chain line. Shrink by the amount and fall at the electrical angle θ5a. Thus, the ON period of the fundamental wave voltage Ws is shortened and the OFF period is extended.
上述したように基本波電圧ＷｓのＯＮ期間またはＯＦＦ期間を伸縮することにより、パルス電圧Ｗｐの印加間隔だけでなく基本波電圧Ｗｓの１周期についても、各相の相電圧の平均電圧を理論的にゼロにすることができる。図５（Ａ）および図５（Ｂ）では立ち下げ時のタイミングを変化させたが、立ち上げ時のタイミングを変化させても効果は同様である。立ち下げ時および立ち上げ時の一方または双方のいずれを選択して、基本波電圧ＷｓのＯＮ期間またはＯＦＦ期間を伸縮するかは任意である。立ち下げ時および立ち上げ時の双方を選択する場合には、例えばパルス幅ＰＷを２分割（均一であると不均一であるとを問わない）して割り当てて伸縮する。短時間における各相の相電圧の平均電圧をよりゼロに近づけるには、印加しようとするパルス電圧Ｗｐの電気角に近い時期の立ち下げ時または立ち上げ時および立ち上げ時のうち一方または双方を伸縮したり、印加しようとするパルス電圧Ｗｐの電気角の前後にある立ち下げ時および立ち上げ時のうち一方または双方を伸縮したりするのが望ましい。 As described above, by expanding or contracting the ON period or OFF period of the fundamental wave voltage Ws, the average voltage of the phase voltage of each phase is theoretically calculated not only for the application interval of the pulse voltage Wp but also for one period of the fundamental wave voltage Ws. Can be zero. In FIGS. 5A and 5B, the timing at the time of falling is changed, but the effect is the same even if the timing at the time of rising is changed. It is optional to select either one or both of the falling time and the rising time to expand or contract the ON period or OFF period of the fundamental wave voltage Ws. When selecting both the falling time and the rising time, for example, the pulse width PW is divided into two parts (whether it is uniform or non-uniform), and is assigned to expand or contract. In order to make the average voltage of the phase voltage of each phase in a short time closer to zero, one or both of the rising time and the rising time and the rising time are close to the electrical angle of the pulse voltage Wp to be applied. It is desirable to expand or contract, or to expand or contract one or both of the rising and falling times before and after the electrical angle of the pulse voltage Wp to be applied.
なお、上述した形態ではパルス電圧Ｗｐを印加する印加間隔を電気角で４８０°となるように設定したが、当該印加間隔を電気角で４８０°を除く３６０°×ｎ±１２０°（ｎは０を除く整数）のうちで一以上の間隔となるように設定してもよい。 In the above embodiment, the application interval for applying the pulse voltage Wp is set to be 480 ° in electrical angle. However, the application interval is 360 ° × n ± 120 ° excluding 480 ° in electrical angle (n is 0). May be set to be one or more intervals.
図４および図５に示す各波形を指令値として制御部７０が制御信号を駆動部６０に出力し、駆動部６０が同期機Ｍを駆動するときの電流変化を図６にシミュレーション波形で示す。具体的には、三相の電機子電流（すなわち相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）の変化を図６（Ａ）に示し、ｄｑ軸電流（すなわちｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑ）の変化を図６（Ｂ）に示す。図６（Ａ）に示す電機子電流は、従来技術における図１５と比べると明らかに変動幅が縮小している。例えば各相電流の平均値は、相電流Ｉｕが０[Ａ]、相電流Ｉｖが２０[Ａ]，相電流Ｉｗが２０[Ａ]である。同様に図６（Ｂ）に示すｄｑ軸電流もまた、従来技術における図１６と比べると明らかに変動幅が縮小している。したがって、電流の変化が少なくなる分については、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが安定になり、安定してロータ２０の励磁を行える。
The
上述した実施の形態１によれば、以下に示す各効果を得ることができる。 According to the first embodiment described above, the following effects can be obtained.
請求項１に対応して、同期機Ｍは、ステータ１０，ロータ２０，ダイオードＤ１，駆動部６０および制御部７０とともに（図１および図３を参照）、制御部７０は変調率が一定値以上となる矩形波モードであるとき、ロータ２０を励磁するためのパルス電圧Ｗｐを基本波電圧Ｗｓに重畳させる場合において、各相の相電圧の平均電圧がゼロになるように制御信号を出力するように構成した（図４および図５を参照）。この構成によれば、各相の相電圧の平均電圧がゼロになる。すなわち基本波電圧Ｗｓに印加するパルス電圧Ｗｐの対となる逆状態のパルス電圧Ｗｐを印加することで相電圧の平均電圧をゼロにする。こうして各相の相電圧の平均電圧がゼロとなるので、相電流やｄｑ軸電流の変動幅が抑えられ、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを安定させ、安定してロータ２０の励磁を行える。
Corresponding to claim 1, the synchronous machine M includes the
請求項６に対応して、制御部７０は、基本波電圧ＷｓのＯＮ期間もしくはＯＦＦ期間を印加したパルス電圧の幅と同じだけ伸縮させる構成とした（図４および図５を参照）。この構成によれば、基本波電圧ＷｓのＯＮ期間やＯＦＦ期間について、印加したパルス電圧Ｗｐのパルス幅ＰＷと同じだけ伸縮する。したがって、各相の相電圧の平均電圧をより確実にゼロにすることができ、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを安定にすることができる。なお、本形態では電気角で４８０°の間隔でパルス電圧Ｗｐを印加したが、電気角で１２０°および１８０°の間隔以外の間隔でパルス電圧Ｗｐを印加する場合でも同様の作用効果が得られる。
Corresponding to claim 6, the
請求項７に対応して、制御部７０は印加される基本波電圧Ｗｓの状態（ＯＮもしくはＯＦＦ）が切り替わる時期の近い方の期間についてパルス幅の分だけ伸縮する構成とした（図５を参照）。この構成によれば、短時間における各相の相電圧の平均電圧をより確実にゼロに近づけられる。したがって、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを安定にすることができる。
Corresponding to claim 7, the
請求項８に対応して、制御部７０は印加される基本波電圧Ｗｓの状態（ＯＮもしくはＯＦＦ）が切り替わる時期の前後にあるＯＮ期間やＯＦＦ期間についてパルス幅の分だけ伸縮する構成とした（図５を参照）。この構成によれば、短時間における各相の相電圧の平均電圧をより確実にゼロに近づけられるので、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが安定になり、安定してロータ２０の励磁を行える。
Corresponding to claim 8, the
請求項１０に対応して、制御部７０は、電気角で３６０°×ｎ±１２０°（ｎは０を除く整数）のいずれかの間隔で、ロータ２０を励磁するためのパルス電圧Ｗｐを基本波電圧Ｗｓに重畳させたときの出力電圧ベクトルの振幅がｄｑ座標上で基本波電圧ベクトルの振幅と同じになるようにパルス電圧Ｗｐを基本波電圧Ｗｓに印加する構成とした（図５を参照）。この構成によれば、三相均等にパルス電圧を印加できるので、各相の平均電圧をゼロにでき、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを安定にすることができる。
Corresponding to claim 10, the
〔実施の形態２〕
実施の形態２は、矩形波モードにおいて、基本波電圧に対してパルス電圧を印加する例であって、図７および図８を参照しながら説明する。図７および図８には、パルス電圧を印加する例を模式的に示す。なお、同期機Ｍの構成等は実施の形態１と同様であるので、実施の形態２では実施の形態１と異なる点について説明する。よって、実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
[Embodiment 2]
The second embodiment is an example in which a pulse voltage is applied to the fundamental voltage in the rectangular wave mode, and will be described with reference to FIGS. 7 and 8 schematically show an example in which a pulse voltage is applied. Since the configuration of the synchronous machine M is the same as that of the first embodiment, the second embodiment will be described with respect to differences from the first embodiment. Therefore, the same elements as those used in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図７および図８に示す波形は、制御部７０から駆動部６０に伝達する制御信号を形成するにあたり、パルス電圧印加手段７１によって基本波電圧に対してパルス電圧を印加する例であり、出力電圧ベクトルの振幅がｄｑ座標上で基本波電圧ベクトルの振幅と同じになるように制御して印加する。図７にはパルス電圧の印加間隔を電気角で１２０°とした例を示し、図８にはパルス電圧の印加間隔を電気角で１８０°とした例を示す。具体的には、Ｕ相電圧の波形を図７（Ａ）および図８（Ａ）に示し、Ｖ相電圧の波形を図７（Ｂ）および図８（Ｂ）に示し、Ｗ相電圧の波形を図７（Ｃ）および図８（Ｃ）に示す。なお、各図に示す電圧値や電気角は一例であって、図示された数値には限られない。
The waveforms shown in FIG. 7 and FIG. 8 are examples in which the pulse voltage is applied to the fundamental voltage by the pulse
まず図７に示す例では、基本波電圧Ｗｓに対して電気角θ１０，θ１１，θ１２，θ１３，…で各々二相ずつパルス電圧Ｗｐを印加している。電気角θ１０と電気角θ１１との間隔、電気角θ１１と電気角θ１２との間隔および電気角θ１２と電気角θ１３との間隔は、いずれも１２０°である。各パルス電圧Ｗｐはパルス幅ＰＷで同一とする。 First, in the example shown in FIG. 7, the pulse voltage Wp is applied to the fundamental wave voltage Ws in two phases at electrical angles θ10, θ11, θ12, θ13,. The interval between the electrical angle θ10 and the electrical angle θ11, the interval between the electrical angle θ11 and the electrical angle θ12, and the interval between the electrical angle θ12 and the electrical angle θ13 are all 120 °. Each pulse voltage Wp has the same pulse width PW.
具体的には、電気角θ１０にＵ相とＶ相でパルス電圧Ｗｐを印加し、電気角θ１１にＶ相とＷ相でパルス電圧Ｗｐを印加し、電気角θ１２にＷ相とＵ相でパルス電圧Ｗｐを印加する。電気角θ１０のＵ相、電気角θ１１のＶ相および電気角θ１２のＷ相は、いずれも基本波電圧ＷｓがＯＦＦ期間であるので、パルス幅ＰＷだけＯＮになる。一方、電気角θ１０のＶ相、電気角θ１１のＷ相および電気角θ１２のＵ相は、いずれも基本波電圧ＷｓがＯＮ期間であるので、パルス幅ＰＷだけＯＦＦになる。電気角θ１３以降は、電気角θ１０から電気角θ１３までの１周期を繰り返す。このようなパルス電圧Ｗｐを基本波電圧Ｗｓに印加すると、基本波電圧Ｗｓの１周期における各相の相電圧の平均電圧が理論的にゼロとなる。 Specifically, a pulse voltage Wp is applied to the electrical angle θ10 for the U phase and the V phase, a pulse voltage Wp is applied to the electrical angle θ11 for the V phase and the W phase, and a pulse is applied to the electrical angle θ12 for the W phase and the U phase. A voltage Wp is applied. The U phase of the electrical angle θ10, the V phase of the electrical angle θ11, and the W phase of the electrical angle θ12 are all ON for the pulse width PW because the fundamental wave voltage Ws is in the OFF period. On the other hand, the V phase of the electrical angle θ10, the W phase of the electrical angle θ11, and the U phase of the electrical angle θ12 are all OFF for the pulse width PW because the fundamental wave voltage Ws is in the ON period. After the electrical angle θ13, one cycle from the electrical angle θ10 to the electrical angle θ13 is repeated. When such a pulse voltage Wp is applied to the fundamental wave voltage Ws, the average voltage of the phase voltage of each phase in one cycle of the fundamental wave voltage Ws is theoretically zero.
次に図８に示す例では、基本波電圧Ｗｓに対して電気角θ１４，θ１５，θ１６，…で特定の二相についてパルス電圧Ｗｐを印加している。電気角θ１４と電気角θ１５との間隔および電気角θ１５と電気角θ１６との間隔は、いずれも１８０°である。各パルス電圧Ｗｐはパルス幅ＰＷで同一とする。 Next, in the example shown in FIG. 8, the pulse voltage Wp is applied to specific two phases at the electrical angles θ14, θ15, θ16,... With respect to the fundamental wave voltage Ws. The interval between the electrical angle θ14 and the electrical angle θ15 and the interval between the electrical angle θ15 and the electrical angle θ16 are both 180 °. Each pulse voltage Wp has the same pulse width PW.
特定の二相はＵ相，Ｖ相，Ｗ相の中から任意に選択してよく、図８はＵ相とＶ相を選択した例を示す。具体的には、基本波電圧Ｗｓの１周期における電気角θ１４と電気角θ１５とでそれぞれパルス電圧Ｗｐを印加する。電気角θ１４のＵ相および電気角θ１５のＶ相は、いずれも基本波電圧ＷｓがＯＦＦ期間であるので、パルス幅ＰＷだけＯＮになる。一方、電気角θ１４のＶ相および電気角θ１５のＵ相は、いずれも基本波電圧ＷｓがＯＮ期間であるので、パルス幅ＰＷだけＯＦＦになる。電気角θ１６以降は、電気角θ１４や電気角θ１５と同様に印加する態様を繰り返す。このようなパルス電圧Ｗｐを基本波電圧Ｗｓに印加すると、基本波電圧Ｗｓの１周期における各相の相電圧の平均電圧が理論的にゼロとなる。 The specific two phases may be arbitrarily selected from the U phase, the V phase, and the W phase, and FIG. 8 shows an example in which the U phase and the V phase are selected. Specifically, the pulse voltage Wp is applied at an electrical angle θ14 and an electrical angle θ15 in one cycle of the fundamental wave voltage Ws. The U phase of the electrical angle θ14 and the V phase of the electrical angle θ15 are both ON for the pulse width PW because the fundamental wave voltage Ws is in the OFF period. On the other hand, the V phase of the electrical angle θ14 and the U phase of the electrical angle θ15 are both OFF by the pulse width PW because the fundamental wave voltage Ws is in the ON period. After the electrical angle θ16, the application is repeated in the same manner as the electrical angle θ14 and the electrical angle θ15. When such a pulse voltage Wp is applied to the fundamental wave voltage Ws, the average voltage of the phase voltage of each phase in one cycle of the fundamental wave voltage Ws is theoretically zero.
図７および図８に示す各波形を指令値として制御部７０が制御信号を駆動部６０に出力し、駆動部６０が同期機Ｍを駆動するときの電流変化は、図６に示すシミュレーション波形とほぼ同傾向の波形になる。したがって、電流の変化が少なくなる分について各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが安定になり、安定してロータ２０の励磁を行える。
The
上述した実施の形態２によれば、以下に示す各効果を得ることができる。 According to the second embodiment described above, the following effects can be obtained.
請求項２に対応して、制御部７０は出力電圧ベクトルの振幅がｄｑ座標上で基本波電圧ベクトルの振幅と同じになるように電気角で１２０°または１８０°の間隔でパルス電圧を印加する構成とした（図７および図８を参照）。この構成によれば、１２０°や１８０°の電気角では電圧の補正等を行わなくとも各相の平均電圧をゼロにでき、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを安定にすることができる。
Corresponding to claim 2, the
なお、特定の二相に対して、電気角で１２０°および１８０°の間隔以外の間隔（例えば実施の形態１のような電気角で４８０°の間隔や、それ以外の印加間隔）で基本波電圧Ｗｓにパルス電圧Ｗｐを印加するように構成してもよい。この場合でも、結果として基本波電圧Ｗｓの所定周期（例えば２周期や３周期以上）における各相の相電圧の平均電圧を理論的にゼロとすることができるので、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを安定にすることができる。 In addition, with respect to the specific two phases, the fundamental wave has an interval other than the intervals of 120 ° and 180 ° in electrical angle (for example, an interval of 480 ° in electrical angle as in the first embodiment and other application intervals). The pulse voltage Wp may be applied to the voltage Ws. Even in this case, as a result, the average voltage of the phase voltage of each phase in a predetermined cycle (for example, 2 cycles or 3 cycles or more) of the fundamental wave voltage Ws can theoretically be zero, so that the phase currents Iu, Iv and Iw can be stabilized.
〔実施の形態３〕
実施の形態３は、矩形波モードにおいて、基本波電圧の１周期に対して複数のパルス電圧を印加する例であって、図９を参照しながら説明する。図９には、パルス電圧を印加する例を模式的に示す。なお、同期機Ｍの構成等は実施の形態１と同様であるので、実施の形態３では実施の形態１と異なる点について説明する。よって、実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
[Embodiment 3]
The third embodiment is an example in which a plurality of pulse voltages are applied to one period of the fundamental wave voltage in the rectangular wave mode, and will be described with reference to FIG. FIG. 9 schematically shows an example in which a pulse voltage is applied. Since the configuration of the synchronous machine M is the same as that of the first embodiment, the third embodiment will be described with respect to differences from the first embodiment. Therefore, the same elements as those used in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図９に示す波形は、制御部７０から駆動部６０に伝達する制御信号を形成するにあたり、パルス電圧印加手段７１によって基本波電圧に対してパルス電圧を印加する例である。例えばロータ２０の励磁量を多くする等の目的で行い、パルス電圧を基本波電圧に重畳させたときの出力電圧ベクトルの振幅がｄｑ座標上で基本波電圧ベクトルの振幅と同じになるように制御する。具体的には、Ｕ相電圧の波形を図９（Ａ）に示し、Ｖ相電圧の波形を図９（Ｂ）に示し、Ｗ相電圧の波形を図９（Ｃ）に示す。なお、各図に示す電圧値や電気角は一例であって、図示された数値には限られない。
The waveform shown in FIG. 9 is an example in which the pulse voltage is applied to the fundamental voltage by the pulse
図９に示す例では、基本波電圧Ｗｓに対して電気角θ２０，θ２１，θ２２，θ２３，…で各々二相ずつパルス電圧Ｗｐを印加している。電気角θ２０と電気角θ２２との間隔、電気角θ２１と電気角θ２３との間隔は、いずれも１８０°である。一方、電気角θ２０と電気角θ２１との間隔や、電気角θ２２と電気角θ２３との間隔は任意である。各パルス電圧Ｗｐはパルス幅ＰＷで同一とする。 In the example shown in FIG. 9, the pulse voltage Wp is applied to each of the two phases at the electrical angles θ20, θ21, θ22, θ23,. The interval between the electrical angle θ20 and the electrical angle θ22 and the interval between the electrical angle θ21 and the electrical angle θ23 are both 180 °. On the other hand, the interval between the electrical angle θ20 and the electrical angle θ21 and the interval between the electrical angle θ22 and the electrical angle θ23 are arbitrary. Each pulse voltage Wp has the same pulse width PW.
具体的には、二つのパターン（第１パターンと第２パターン）に従って基本波電圧Ｗｓにパルス電圧Ｗｐを印加する。Ｕ相とＶ相を対象とする第１パターンでは、電気角θ２０と電気角θ２２でそれぞれパルス電圧Ｗｐを印加する。電気角θ２２以降は、電気角θ２０から電気角θ２２までの１周期を繰り返す。Ｖ相とＷ相を対象とする第２パターンでは、電気角θ２１と電気角θ２３でそれぞれパルス電圧Ｗｐを印加する。電気角θ２３以降は、電気角θ２１から電気角θ２３までの１周期を繰り返す。 Specifically, the pulse voltage Wp is applied to the fundamental wave voltage Ws according to two patterns (a first pattern and a second pattern). In the first pattern for the U phase and the V phase, the pulse voltage Wp is applied at the electrical angle θ20 and the electrical angle θ22, respectively. After the electrical angle θ22, one cycle from the electrical angle θ20 to the electrical angle θ22 is repeated. In the second pattern for the V phase and the W phase, the pulse voltage Wp is applied at the electrical angle θ21 and the electrical angle θ23, respectively. After the electrical angle θ23, one cycle from the electrical angle θ21 to the electrical angle θ23 is repeated.
電気角θ２０のＵ相、電気角θ２１，θ２２のＶ相および電気角θ２３のＷ相は、いずれも基本波電圧ＷｓがＯＦＦ期間であるので、パルス幅ＰＷだけＯＮになる。一方、電気角θ２０，θ２３のＶ相、電気角θ２１のＷ相および電気角θ２２のＵ相は、いずれも基本波電圧ＷｓがＯＮ期間であるので、パルス幅ＰＷだけＯＦＦになる。このようなパルス電圧Ｗｐを基本波電圧Ｗｓに印加すると、基本波電圧Ｗｓの１周期における各相の相電圧の平均電圧が理論的にゼロとなる。 The U phase of the electrical angle θ20, the V phase of the electrical angles θ21 and θ22, and the W phase of the electrical angle θ23 are all ON for the pulse width PW because the fundamental wave voltage Ws is in the OFF period. On the other hand, the V phase of the electrical angles θ20 and θ23, the W phase of the electrical angle θ21, and the U phase of the electrical angle θ22 are all OFF for the pulse width PW because the fundamental voltage Ws is in the ON period. When such a pulse voltage Wp is applied to the fundamental wave voltage Ws, the average voltage of the phase voltage of each phase in one cycle of the fundamental wave voltage Ws is theoretically zero.
図９に示す各波形を指令値として制御部７０が制御信号を駆動部６０に出力し、駆動部６０が同期機Ｍを駆動するときの電流変化は、図６に示すシミュレーション波形とほぼ同傾向の波形になる。したがって、電流の変化が少なくなる分について、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを安定にすることができる。
The
上述した実施の形態３によれば、請求項４に対応して、制御部７０は電気角で１２０°または１８０°の間隔を維持しながら印加し、かつ、第１パターンおよび第２パターン（複数のパターン）でパルス電圧Ｗｐを基本波電圧Ｗｓに重畳させたときの出力電圧ベクトルの振幅がｄｑ座標上で基本波電圧ベクトルの振幅と同じになるように印加する構成とした（図９を参照）。この構成によれば、複数のパルス電圧Ｗｐを印加せざるを得ないような制御を行うときでも、基本波電圧Ｗｓの１周期に複数のパルス電圧Ｗｐを印加できるだけでなく、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを安定にすることができる。
According to the third embodiment described above, corresponding to claim 4, the
なお本形態では、第１パターンではＵ相とＶ相を対象とし、第２パターンではＶ相とＷ相を対象とした（図９を参照）。各パターンについてどの相を対象とするかは任意に設定できるが、全パターンを通じて全相を網羅するのが望ましい。また、対象となる相数は二相に限らず、三相以上（ただし全相数よりも少ない相数）であってもよい。このように複数のパターンに従って基本波電圧Ｗｓに対してパルス電圧Ｗｐを印加した場合でも、上述した形態と同様の作用効果を得ることができる。 In the present embodiment, the first pattern targets the U phase and the V phase, and the second pattern targets the V phase and the W phase (see FIG. 9). Which phase is targeted for each pattern can be arbitrarily set, but it is desirable to cover all phases through all patterns. Further, the number of phases to be targeted is not limited to two phases, but may be three or more phases (however, the number of phases is smaller than the total number of phases). Thus, even when the pulse voltage Wp is applied to the fundamental wave voltage Ws according to a plurality of patterns, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained.
また、電気角で１２０°および１８０°の間隔以外の間隔（例えば実施の形態１のような電気角で４８０°の間隔や、それ以外の印加間隔）で基本波電圧Ｗｓにパルス電圧Ｗｐを印加するパターンについて、複数のパターンで基本波電圧Ｗｓにパルス電圧Ｗｐを印加する構成としてもよい。この場合でも、基本波電圧Ｗｓの所定周期（例えば２周期や３周期以上）における各相の相電圧の平均電圧を理論的にゼロとすることができる。したがって、複数のパルス電圧Ｗｐを印加できるだけでなく、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを安定にすることができる。 Further, the pulse voltage Wp is applied to the fundamental voltage Ws at intervals other than the intervals of 120 ° and 180 ° in electrical angle (for example, the interval of 480 ° in electrical angle as in the first embodiment and other application intervals). The pattern to be applied may be configured to apply the pulse voltage Wp to the fundamental voltage Ws in a plurality of patterns. Even in this case, the average voltage of the phase voltage of each phase in a predetermined cycle (for example, two cycles or three cycles or more) of the fundamental wave voltage Ws can be theoretically zero. Therefore, not only a plurality of pulse voltages Wp can be applied, but also the phase currents Iu, Iv, Iw of each phase can be stabilized.
〔実施の形態４〕
実施の形態４は、矩形波モードにおいて、パルス電圧の印加とともに電圧補償を行う例であって、図１０を参照しながら説明する。図１０には、パルス電圧の印加および補償の例を模式的に示す。なお、同期機Ｍの構成等は実施の形態１と同様であるので、実施の形態４では実施の形態１と異なる点について説明する。よって、実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
[Embodiment 4]
Embodiment 4 is an example in which voltage compensation is performed together with application of a pulse voltage in the rectangular wave mode, and will be described with reference to FIG. FIG. 10 schematically shows an example of pulse voltage application and compensation. Since the configuration of the synchronous machine M is the same as that of the first embodiment, the difference from the first embodiment will be described in the fourth embodiment. Therefore, the same elements as those used in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図１０に示す波形は、制御部７０から駆動部６０に伝達する制御信号を形成するにあたり、パルス電圧印加手段７１によって基本波電圧に対してパルス電圧を印加するとともに、電圧補償のために基本波電圧を変化させる例である。具体的には、パルス電圧を印加する前の基本波電圧のみの波形を図１０（Ａ）に示し、基本波電圧にパルス電圧を印加した波形を図１０（Ｂ）に示し、基本波電圧にパルス電圧を印加した上に電圧補償を行ったときの波形を図１０（Ｃ）に示す。なお、各図に示す電圧値や電気角は一例であって、図示された数値には限られない。
10 forms a control signal to be transmitted from the
図１０（Ａ）に示す基本波電圧Ｗｓは電気角で３６０°を１周期とする。本形態では、Ｕ相にかかる波形を示すが、他の二相（Ｖ相およびＷ相）のいずれでも同様である。パルス電圧Ｗｐを印加する印加間隔は、１２０°，１８０°，３６０°×ｎ±１２０°（ｎは０を除く整数）などが該当する。この基本波電圧Ｗｓに対してパルス電圧Ｗｐを印加すると図１０（Ｂ）のようになる。パルス電圧Ｗｐを印加する電気角θ３０は基本波電圧ＷｓがＯＮ期間であるので、パルス幅ＰＷだけＯＦＦになる。このように単にパルス電圧Ｗｐを基本波電圧Ｗｓに印加しただけでは、基本波電圧Ｗｓの１周期における相電圧の平均電圧は理論的にはゼロにならない。この平均電圧が理論的にゼロとなるようにするため、電圧補償を行って基本波電圧Ｗｓの波形を変化させる。 The fundamental wave voltage Ws shown in FIG. 10A has an electrical angle of 360 ° as one cycle. In this embodiment, the waveform relating to the U phase is shown, but the same applies to any of the other two phases (V phase and W phase). The application interval for applying the pulse voltage Wp corresponds to 120 °, 180 °, 360 ° × n ± 120 ° (where n is an integer other than 0). When the pulse voltage Wp is applied to the fundamental voltage Ws, the result is as shown in FIG. The electrical angle θ30 to which the pulse voltage Wp is applied is OFF by the pulse width PW because the fundamental wave voltage Ws is in the ON period. Thus, simply applying the pulse voltage Wp to the fundamental wave voltage Ws does not theoretically mean the average voltage of the phase voltage in one cycle of the fundamental wave voltage Ws. In order to make this average voltage theoretically zero, voltage compensation is performed to change the waveform of the fundamental voltage Ws.
具体的には、基本波電圧ＷｓのＯＮ期間またはＯＦＦ期間について、印加するパルス電圧Ｗｐのパルス幅ＰＷだけ当該期間（ＯＮ期間またはＯＦＦ期間）を伸縮する。すなわち、基本波電圧Ｗｓの立ち下げ時（または立ち上げ時）のタイミングを当該パルス電圧Ｗｐのパルス幅ＰＷの分だけ伸縮するように調整する。図１０（Ｃ）に示す例では、電気角θ３０に近いタイミングの立ち下がり時を変化させており、本来なら二点鎖線で示す電気角θ３１で立ち下げるところ、パルス幅ＰＷの分だけずらして電気角θ３２で立ち下げる。こうして基本波電圧ＷｓのＯＮ期間を伸ばし、ＯＦＦ期間を縮める。 Specifically, for the ON period or OFF period of the fundamental wave voltage Ws, the period (ON period or OFF period) is expanded or contracted by the pulse width PW of the pulse voltage Wp to be applied. That is, the timing when the fundamental wave voltage Ws falls (or rises) is adjusted so as to expand and contract by the pulse width PW of the pulse voltage Wp. In the example shown in FIG. 10 (C), the falling time at the timing close to the electrical angle θ30 is changed, and when it falls originally at the electrical angle θ31 indicated by a two-dot chain line, the electrical power is shifted by the pulse width PW. Fall at an angle θ32. Thus, the ON period of the fundamental wave voltage Ws is extended and the OFF period is shortened.
図１０（Ｃ）の例では、基本波電圧Ｗｓの状態が切り替わる時期として立ち下げ時を適用したが、立ち上げ時を適用しても効果は同様である。立ち下げ時および立ち上げ時の一方または双方のいずれを選択して、基本波電圧ＷｓのＯＮ期間またはＯＦＦ期間を伸縮するかは任意である。立ち下げ時および立ち上げ時の双方を選択する場合には、例えばパルス幅ＰＷを２分割（均一であると不均一であるとを問わない）して割り当てて伸縮する。短時間における相電圧の平均電圧をよりゼロに近づけるには、印加しようとするパルス電圧Ｗｐの電気角に近い時期の立ち下げ時または立ち上げ時を伸縮したり、印加しようとするパルス電圧Ｗｐの電気角の前後にある立ち下げ時または立ち上げ時を伸縮するのが望ましい。 In the example of FIG. 10C, the falling time is applied as the time when the state of the fundamental wave voltage Ws switches, but the effect is the same even when the rising time is applied. It is optional to select either one or both of the falling time and the rising time to expand or contract the ON period or OFF period of the fundamental wave voltage Ws. When selecting both the falling time and the rising time, for example, the pulse width PW is divided into two parts (whether it is uniform or non-uniform), and is assigned to expand or contract. In order to make the average voltage of the phase voltage in a short time closer to zero, the falling or rising time close to the electrical angle of the pulse voltage Wp to be applied is expanded, or the pulse voltage Wp to be applied is It is desirable to expand and contract at the time of falling or rising before and after the electrical angle.
図１０に示す各波形を指令値として制御部７０が制御信号を駆動部６０に出力し、駆動部６０が同期機Ｍを駆動するときの電流変化は、図６に示すシミュレーション波形とほぼ同傾向の波形になる。したがって、電流の変化が少なくなる分について、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが安定になり、安定してロータ２０の励磁を行える。
The
電圧補償を行うため、上述した図１０の例は基本波電圧ＷｓのＯＮ期間またはＯＦＦ期間を伸縮するように変化させた。これに対して、電圧補償を行う点では同じであるが、基本波電圧Ｗｓの状態（ＯＮもしくはＯＦＦ）が切り替わる時期から所定時間だけ離れた時期にパルス電圧Ｗｐを印加してもよい。この印加例について、図１１を参照しながら説明する。なお説明を簡単するため、基本波電圧Ｗｓの周期や電圧値等は図１０と同じ条件とする。すなわち、図１１（Ａ）に示す基本波電圧Ｗｓは図１０（Ａ）と同じと仮定し、図１１（Ｂ）に示すパルス電圧Ｗｐの印加タイミングも図１０（Ｂ）と同じと仮定する。 In order to perform voltage compensation, the above-described example of FIG. 10 is changed so that the ON period or OFF period of the fundamental voltage Ws is expanded or contracted. On the other hand, although it is the same in that voltage compensation is performed, the pulse voltage Wp may be applied at a time separated by a predetermined time from the time when the state (ON or OFF) of the fundamental wave voltage Ws is switched. This application example will be described with reference to FIG. In order to simplify the description, the period and voltage value of the fundamental wave voltage Ws are the same as those in FIG. That is, the fundamental wave voltage Ws shown in FIG. 11A is assumed to be the same as that in FIG. 10A, and the application timing of the pulse voltage Wp shown in FIG. 11B is also assumed to be the same as that in FIG.
図１１（Ｃ）において、基本波電圧Ｗｓに対して電気角θ３０に印加したパルス電圧Ｗｐに対して、基本波電圧Ｗｓが立ち下がる電気角θ３１から所定時間（本例では電気角で５０°）だけ離れた電気角θ３３に、逆の状態のパルス電圧Ｗｐを印加する制御を行う。この電気角θ３３というタイミングは、逆の見方をすれば、基本波電圧Ｗｓが立ち上がる電気角θ３４から所定時間（本例では電気角で１３０°）だけ離れた時期とも言える。所定時間の長さは任意に設定することができ、一定値（不変）でもよく、変化条件や関数式等によって適宜に変化させてもよい。いずれにせよ、電気角θ３３に印加するパルス電圧Ｗｐは、電気角θ３０に印加したパルス電圧Ｗｐと同じパルス幅ＰＷとする。こうすれば電気角θ３０に印加するパルス電圧Ｗｐは、電気角θ３３に印加する逆の状態のパルス電圧Ｗｐと相殺される。したがって、基本波電圧Ｗｓの１周期における各相の相電圧の平均電圧が理論的にゼロとなる。 In FIG. 11C, with respect to the pulse voltage Wp applied at the electrical angle θ30 with respect to the fundamental wave voltage Ws, a predetermined time from the electrical angle θ31 at which the fundamental wave voltage Ws falls (in this example, the electrical angle is 50 °). Control is performed to apply the pulse voltage Wp in the opposite state to the electrical angle θ33 that is separated by a distance. In other words, the timing of the electrical angle θ33 can be said to be a time away from the electrical angle θ34 at which the fundamental wave voltage Ws rises by a predetermined time (in this example, 130 ° in electrical angle). The length of the predetermined time can be arbitrarily set, may be a constant value (invariable), or may be appropriately changed according to a change condition, a function expression, or the like. In any case, the pulse voltage Wp applied to the electrical angle θ33 has the same pulse width PW as the pulse voltage Wp applied to the electrical angle θ30. In this way, the pulse voltage Wp applied to the electrical angle θ30 is canceled with the reverse pulse voltage Wp applied to the electrical angle θ33. Therefore, the average voltage of the phase voltages of each phase in one cycle of the fundamental wave voltage Ws is theoretically zero.
図示しないが、基本波電圧Ｗｓに対して印加したパルス電圧Ｗｐのパルス幅ＰＷとは異なるパルス幅で逆の状態のパルス電圧Ｗｐを印加してもよい。例えばパルス幅を電気角θ３０に印加したパルス電圧Ｗｐの半分とする場合は、電気角θ３３と他の電気角（例えば電気角で４００°等）との２回に分けて印加する。３回以上に分ける場合も同様である。２回以上の複数回に分けて印加する場合のパルス幅は、均一でもよく、不均一でもよい。いずれの場合にせよ、複数回に分けて印加する逆の状態のパルス電圧Ｗｐを全て合わせた全パルス幅と、電気角θ３０に印加したパルス電圧Ｗｐのパルス幅ＰＷとが同じ幅になればよい。このような制御を行う場合でも、結果的には基本波電圧Ｗｓの１周期における各相の相電圧の平均電圧が理論的にゼロとなる。 Although not shown, the pulse voltage Wp in the opposite state may be applied with a pulse width different from the pulse width PW of the pulse voltage Wp applied to the fundamental wave voltage Ws. For example, when the pulse width is half of the pulse voltage Wp applied to the electrical angle θ30, the pulse width is applied in two steps, that is, the electrical angle θ33 and another electrical angle (for example, 400 ° in electrical angle). The same applies when dividing into three or more times. The pulse width when applied in two or more times may be uniform or non-uniform. In any case, it is only necessary that the total pulse width of all the pulse voltages Wp in the reverse state applied in multiple times and the pulse width PW of the pulse voltage Wp applied to the electrical angle θ30 have the same width. . Even when such control is performed, as a result, the average voltage of the phase voltage of each phase in one cycle of the fundamental wave voltage Ws is theoretically zero.
上述した実施の形態４によれば、以下に示す各効果を得ることができる。 According to the fourth embodiment described above, the following effects can be obtained.
請求項７に対応して、制御部７０は印加される基本波電圧Ｗｓの状態（ＯＮもしくはＯＦＦ）が切り替わる時期の近い方の期間についてパルス幅ＰＷの分だけ伸縮する構成とした（図１０を参照）。この構成によれば、短時間における各相の相電圧の平均電圧をより確実にゼロに近づけられる。したがって、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが安定になり、安定してロータ２０の励磁を行える。
Corresponding to claim 7, the
請求項８に対応して、制御部７０は印加される基本波電圧Ｗｓの状態（ＯＮもしくはＯＦＦ）が切り替わる時期の前後にあるＯＮ期間やＯＦＦ期間についてパルス幅ＰＷの分だけ伸縮する構成とした。この構成によれば、短時間における各相の相電圧の平均電圧をより確実にゼロに近づけられる。したがって、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが安定になり、安定してロータ２０の励磁を行える。
Corresponding to claim 8, the
請求項９に対応して、制御部７０は印加される基本波電圧Ｗｓの状態（ＯＮもしくはＯＦＦ）が切り替わる時期から所定時間だけ離れた時期に、印加したパルス電圧Ｗｐと逆の状態のパルス電圧Ｗｐを、印加したパルス電圧Ｗｐと同じパルス幅ＰＷだけ印加する構成とした（図１１を参照）。この構成によれば、各相の相電圧の平均電圧をより確実にゼロに近づけられるので、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが安定になり、安定してロータ２０の励磁を行える。
Corresponding to claim 9, the
請求項１０に対応して、制御部７０は、電気角で３６０°×ｎ±１２０°（ｎは０を除く整数）のいずれかの間隔で、ロータ２０を励磁するためのパルス電圧Ｗｐを基本波電圧Ｗｓに重畳させたときの出力電圧ベクトルの振幅がｄｑ座標上で基本波電圧ベクトルの振幅と同じになるようにパルス電圧Ｗｐを基本波電圧Ｗｓに印加する構成とした（図１０，図１１を参照）。この構成によれば、三相均等にパルス電圧を印加できるので、各相の平均電圧をゼロにでき、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを安定にすることができる。
Corresponding to claim 10, the
〔実施の形態５〕
実施の形態５は、過変調モード（すなわち１≦変調率＜１．２７または特定の制御における１．１５≦変調率＜１．２７）において、基本波電圧に対してパルス電圧を印加する例であって、図１２および図１３を参照しながら説明する。図１２および図１３には、パルス電圧を印加する例を模式的に示す。図１２と図１３との相違は、パルス電圧を印加するタイミングである。なお、同期機Ｍの構成等は実施の形態１と同様であるので、実施の形態５では実施の形態１と異なる点について説明する。よって、実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
[Embodiment 5]
Embodiment 5 is an example in which a pulse voltage is applied to the fundamental voltage in an overmodulation mode (that is, 1 ≦ modulation rate <1.27 or 1.15 ≦ modulation rate <1.27 in specific control). Therefore, description will be made with reference to FIGS. 12 and 13 schematically show an example in which a pulse voltage is applied. The difference between FIG. 12 and FIG. 13 is the timing of applying the pulse voltage. Since the configuration of the synchronous machine M is the same as that of the first embodiment, the fifth embodiment will be described with respect to differences from the first embodiment. Therefore, the same elements as those used in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
まず図１２に示す波形は、制御部７０から駆動部６０に伝達する制御信号を形成するにあたり、パルス電圧印加手段７１によって基本波電圧に対してパルス電圧を印加する例である。図１２にはパルス電圧の印加間隔を電気角で１８０°とした例を示す。具体的には、Ｕ相電圧の波形を図１２（Ａ）および図１３（Ａ）に示し、Ｖ相電圧の波形を図１２（Ｂ）および図１３（Ｂ）に示し、Ｗ相電圧の波形を図１２（Ｃ）および図１３（Ｃ）に示す。なお、各図に示す電圧値や電気角は一例であって、図示された数値には限られない。
First, the waveform shown in FIG. 12 is an example in which a pulse voltage is applied to the fundamental voltage by the pulse
図１２では、基本波電圧Ｗｓに対して電気角θ４０，θ４１，θ４２，…で特定の二相についてパルス電圧Ｗｐを印加している。電気角θ４０と電気角θ４１との間隔および電気角θ４１と電気角θ４２との間隔は、いずれも１８０°である。また図１３では、基本波電圧Ｗｓに対して電気角θ４３，θ４４，θ４５，…で特定の二相についてパルス電圧Ｗｐを印加している。電気角θ４３と電気角θ４４との間隔および電気角θ４４と電気角θ４５との間隔は、いずれも１８０°である。各パルス電圧Ｗｐはパルス幅ＰＷで同一とする。 In FIG. 12, the pulse voltage Wp is applied to specific two phases at electrical angles θ40, θ41, θ42,... With respect to the fundamental wave voltage Ws. The interval between the electrical angle θ40 and the electrical angle θ41 and the interval between the electrical angle θ41 and the electrical angle θ42 are both 180 °. In FIG. 13, the pulse voltage Wp is applied to specific two phases at the electrical angles θ43, θ44, θ45,... With respect to the fundamental wave voltage Ws. The interval between the electrical angle θ43 and the electrical angle θ44 and the interval between the electrical angle θ44 and the electrical angle θ45 are both 180 °. Each pulse voltage Wp has the same pulse width PW.
特定の二相はＵ相，Ｖ相，Ｗ相の中から選択するが、パルス電圧Ｗｐを印加する時期において当該パルス電圧Ｗｐのパルス幅ＰＷよりも広い（長い）変調幅Ｍｗであることを条件とする。図１２に示す例では、パルス電圧Ｗｐを印加しようとする電気角θ４０，θ４１，θ４２，…の時期において、Ｕ相およびＶ相がパルス電圧Ｗｐのパルス幅ＰＷよりも広い変調幅ＭｗでＯＮまたはＯＦＦになっている。したがって、Ｕ相およびＶ相を選択する。また図１３に示す例では、パルス電圧Ｗｐを印加しようとする電気角θ４３，θ４４，θ４５，…の時期において、Ｕ相およびＷ相がパルス電圧Ｗｐのパルス幅ＰＷよりも広い変調幅ＭｗでＯＮまたはＯＦＦになっている。したがって、Ｕ相およびＷ相を選択する。 The specific two phases are selected from the U phase, the V phase, and the W phase, provided that the modulation width Mw is wider (longer) than the pulse width PW of the pulse voltage Wp when the pulse voltage Wp is applied. And In the example shown in FIG. 12, at the timing of the electrical angles θ40, θ41, θ42,... Where the pulse voltage Wp is to be applied, the U phase and V phase are turned on with a modulation width Mw wider than the pulse width PW of the pulse voltage Wp. It is turned off. Therefore, the U phase and the V phase are selected. In the example shown in FIG. 13, the U phase and the W phase are turned on with a modulation width Mw wider than the pulse width PW of the pulse voltage Wp at the timing of the electrical angles θ43, θ44, θ45,. Or it is OFF. Therefore, the U phase and the W phase are selected.
図１２では、選択したＵ相およびＶ相についてパルス電圧Ｗｐを電気角θ４０，θ４１，θ４２，…で印加する。電気角θ４０のＵ相および電気角θ４１のＶ相は、いずれも基本波電圧ＷｓがＯＮ期間であるので、パルス幅ＰＷだけＯＦＦになる。一方、電気角θ４０のＶ相および電気角θ４１のＵ相は、いずれも基本波電圧ＷｓがＯＦＦ期間であるので、パルス幅ＰＷだけＯＮになる。電気角θ４２以降は、電気角θ４０や電気角θ４１と同様に印加する態様を繰り返す。このようなパルス電圧Ｗｐを基本波電圧Ｗｓに印加すると、基本波電圧Ｗｓの１周期における各相の相電圧の平均電圧が理論的にゼロとなる。 In FIG. 12, the pulse voltage Wp is applied at electrical angles θ40, θ41, θ42,... For the selected U phase and V phase. The U phase of the electrical angle θ40 and the V phase of the electrical angle θ41 are both OFF for the pulse width PW because the fundamental wave voltage Ws is in the ON period. On the other hand, the V phase of the electrical angle θ40 and the U phase of the electrical angle θ41 are both ON for the pulse width PW because the fundamental wave voltage Ws is in the OFF period. After the electrical angle θ42, the application is repeated in the same manner as the electrical angle θ40 and the electrical angle θ41. When such a pulse voltage Wp is applied to the fundamental wave voltage Ws, the average voltage of the phase voltage of each phase in one cycle of the fundamental wave voltage Ws is theoretically zero.
図１３では、選択したＵ相およびＷ相についてパルス電圧Ｗｐを電気角θ４３，θ４４，θ４５，…で印加する。電気角θ４３のＵ相および電気角θ４４のＷ相は、いずれも基本波電圧ＷｓがＯＮ期間であるので、パルス幅ＰＷだけＯＦＦになる。一方、電気角θ４３のＷ相および電気角θ４４のＵ相は、いずれも基本波電圧ＷｓがＯＦＦ期間であるので、パルス幅ＰＷだけＯＮになる。電気角θ４５以降は、電気角θ４３や電気角θ４４と同様に印加する態様を繰り返す。このようなパルス電圧Ｗｐを基本波電圧Ｗｓに印加すると、基本波電圧Ｗｓの１周期における各相の相電圧の平均電圧が理論的にゼロとなる。 In FIG. 13, the pulse voltage Wp is applied at electrical angles θ43, θ44, θ45,... For the selected U phase and W phase. The U phase of the electrical angle θ43 and the W phase of the electrical angle θ44 are both OFF by the pulse width PW because the fundamental wave voltage Ws is in the ON period. On the other hand, the W phase of the electrical angle θ43 and the U phase of the electrical angle θ44 are both ON for the pulse width PW because the fundamental wave voltage Ws is in the OFF period. After the electrical angle θ45, the mode of application is repeated similarly to the electrical angle θ43 and the electrical angle θ44. When such a pulse voltage Wp is applied to the fundamental wave voltage Ws, the average voltage of the phase voltage of each phase in one cycle of the fundamental wave voltage Ws is theoretically zero.
図１２および図１３に示す各波形を指令値として制御部７０が制御信号を駆動部６０に出力し、駆動部６０が同期機Ｍを駆動するときの電流変化は、いずれも図６に示すシミュレーション波形とほぼ同傾向の波形になる。なお、図１２および図１３ではパルス電圧Ｗｐの印加間隔を電気角で１８０°に設定したが、電気角で１２０°に設定した場合も同様である。したがって、電流の変化が少なくなる分について、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが安定になり、安定してロータ２０の励磁を行える。
Each of the waveforms shown in FIG. 12 and FIG. 13 is used as a command value, the
上述した実施の形態５によれば、請求項３に対応して、制御部７０はパルス電圧Ｗｐのパルス幅ＰＷよりも広い変調幅Ｍｗの期間中に、電気角で１２０°または１８０°の間隔でロータ２０を励磁するためのパルス電圧Ｗｐを基本波電圧Ｗｓに重畳させたときの出力電圧ベクトルの振幅がｄｑ座標上で基本波電圧ベクトルの振幅と同じになるようにパルス電圧Ｗｐを印加する構成とした（図１２および図１３を参照）。この構成によれば、パルス電圧Ｗｐのパルス幅ＰＷよりも狭い（短い）変調幅Ｍｗで変調しているときに、パルス電圧Ｗｐを印加することはない。よって基本波電圧Ｗｓと重畳後の電圧とがｄｑ座標上で同じ電圧ベクトルとなるので、各相の相電圧の平均電圧をより確実にゼロにすることができ、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが安定になり、安定してロータ２０の励磁を行える。
According to the fifth embodiment described above, corresponding to claim 3, the
〔実施の形態６〕
実施の形態６は、過変調モード（すなわち１≦変調率＜１．２７または特定の制御における１．１５≦変調率＜１．２７）において、パルス電圧の印加とともに電圧補償を行う例であって、図１４を参照しながら説明する。図１４には、パルス電圧の印加および補償の例を模式的に示す。なお、同期機Ｍの構成等は実施の形態１と同様であるので、実施の形態６では実施の形態１と異なる点について説明する。よって、実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
[Embodiment 6]
Embodiment 6 is an example in which voltage compensation is performed together with application of a pulse voltage in an overmodulation mode (ie, 1 ≦ modulation rate <1.27 or 1.15 ≦ modulation rate <1.27 in specific control). This will be described with reference to FIG. FIG. 14 schematically shows an example of pulse voltage application and compensation. Since the configuration of the synchronous machine M is the same as that of the first embodiment, the difference from the first embodiment will be described in the sixth embodiment. Therefore, the same elements as those used in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図１４に示す波形は、制御部７０から駆動部６０に伝達する制御信号を形成するにあたり、パルス電圧印加手段７１によって基本波電圧に対してパルス電圧を印加するとともに、電圧補償のために基本波電圧を変化させる例である。具体的には、パルス電圧を印加する前の基本波電圧のみの波形を図１４（Ａ）に示し、基本波電圧にパルス電圧を印加した波形を図１４（Ｂ）に示し、基本波電圧にパルス電圧を印加した上に電圧補償を行ったときの波形を図１４（Ｃ）に示す。なお、各図に示す電圧値や電気角は一例であって、図示された数値には限られない。
The waveform shown in FIG. 14 applies a pulse voltage to the fundamental wave voltage by the pulse voltage application means 71 and forms a fundamental wave for voltage compensation when forming a control signal transmitted from the
図１４（Ａ）に示す基本波電圧Ｗｓは電気角で３６０°を１周期とする。本形態では、Ｕ相にかかる波形を示すが、他の二相（Ｖ相およびＷ相）のいずれでも同様である。パルス電圧Ｗｐを印加する印加間隔は任意であって、例えば１２０°，１８０°，３６０°×ｎ±１２０°（ｎは０を除く整数）などが該当する。この基本波電圧Ｗｓに対してパルス電圧Ｗｐを印加すると図１４（Ｂ）に示すような波形になる。パルス電圧Ｗｐを印加する電気角θ５２は基本波電圧ＷｓがＯＮ期間であるので、パルス幅ＰＷだけＯＦＦになる。このように単にパルス電圧Ｗｐを基本波電圧Ｗｓに印加しただけでは、基本波電圧Ｗｓの１周期における相電圧の平均電圧は理論的にはゼロにならない。この平均電圧が理論的にゼロとなるようにするため、電圧補償を行って基本波電圧Ｗｓの波形を変化させる。 The fundamental wave voltage Ws shown in FIG. 14A has an electrical angle of 360 ° as one cycle. In this embodiment, the waveform relating to the U phase is shown, but the same applies to any of the other two phases (V phase and W phase). The application interval for applying the pulse voltage Wp is arbitrary, and corresponds to, for example, 120 °, 180 °, 360 ° × n ± 120 ° (n is an integer other than 0). When the pulse voltage Wp is applied to the fundamental voltage Ws, the waveform is as shown in FIG. The electrical angle θ52 to which the pulse voltage Wp is applied is OFF by the pulse width PW because the fundamental wave voltage Ws is in the ON period. Thus, simply applying the pulse voltage Wp to the fundamental wave voltage Ws does not theoretically mean the average voltage of the phase voltage in one cycle of the fundamental wave voltage Ws. In order to make this average voltage theoretically zero, voltage compensation is performed to change the waveform of the fundamental voltage Ws.
具体的には、基本波電圧ＷｓのＯＮとＯＦＦを小刻みに切り換えながら変調幅を変化させる幅変化期間Ｃｐ１を対象として電圧補償を行う。図１４（Ｃ）に示す例では、電気角θ５２からパルス幅ＰＷの分だけＯＦＦになるので、これを補償するために基本波電圧ＷｓがＯＦＦ期間からＯＮ期間に移行する幅変化期間Ｃｐ１内にパルス幅ＰＷの分だけＯＮにする。図示しないが、基本波電圧ＷｓがＯＮ期間からＯＦＦ期間に移行する幅変化期間Ｃｐ２内にパルス幅ＰＷの分だけＯＮにしてもよい。一般化すると、基本波電圧Ｗｓにパルス電圧Ｗｐを印加して得られる波形（すなわち電気角θ５２の波形）とは逆状態のパルス電圧を、幅変化期間Ｃｐ１，Ｃｐ２内に別個に印加したと同じことになる。 Specifically, voltage compensation is performed for a width change period Cp1 in which the modulation width is changed while switching the ON / OFF of the fundamental wave voltage Ws in small increments. In the example shown in FIG. 14C, since the electrical angle θ52 is turned off by the amount corresponding to the pulse width PW, in order to compensate for this, the fundamental wave voltage Ws falls within the width change period Cp1 during which the OFF period shifts to the ON period. Turn ON for the pulse width PW. Although not shown, the fundamental wave voltage Ws may be turned on by the pulse width PW within the width change period Cp2 during which the basic period voltage Ws shifts from the ON period to the OFF period. When generalized, it is the same as applying a pulse voltage in a state opposite to the waveform obtained by applying the pulse voltage Wp to the fundamental wave voltage Ws (that is, the waveform of the electrical angle θ52) separately in the width change periods Cp1 and Cp2. It will be.
図１４に示す各波形を指令値として制御部７０が制御信号を駆動部６０に出力し、駆動部６０が同期機Ｍを駆動するときの電流変化は、図６に示すシミュレーション波形とほぼ同傾向の波形になる。したがって、電流の変化が少なくなる分について、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが安定になり、安定してロータ２０の励磁を行える。
Each of the waveforms shown in FIG. 14 is used as a command value, and the
上述した実施の形態６によれば、請求項５に対応して、制御部７０はロータ２０を励磁するためのパルス電圧Ｗｐを印加するとき、印加しようとするパルス電圧Ｗｐと逆状態のパルス電圧Ｗｐを、印加したパルス電圧Ｗｐのパルス幅ＰＷと、基本波電圧Ｗｓのパルス電圧Ｗｐを印加される時期のパルス電圧Ｗｐと逆状態のパルス幅ＰＷの和だけ別個に印加する構成とした（図１４を参照）。この構成によれば、印加するパルス電圧Ｗｐが正状態と逆状態とで相殺されるので、全体の相電圧の平均電圧をゼロにすることができ、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが安定になり、安定してロータ２０の励磁を行える。
According to the sixth embodiment described above, corresponding to claim 5, when the
なお、上述した形態では正状態および逆状態の双方とも一のパルス電圧Ｗｐを印加したが、パルス幅ＰＷが全体で同一幅になることを条件として正状態および逆状態のうち一方または双方を二以上のパルス電圧Ｗｐで構成してもよい。この場合でも、結果的には正状態と逆状態とで相殺されるので、上述した作用効果を得ることができる。 In the above-described embodiment, the same pulse voltage Wp is applied to both the normal state and the reverse state. However, one or both of the normal state and the reverse state are set on the condition that the pulse width PW is the same as the whole. You may comprise with the above pulse voltage Wp. Even in this case, as a result, the normal state and the reverse state are canceled out, so that the above-described operational effects can be obtained.
〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について実施の形態１〜６に従って説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。
[Other Embodiments]
In the above, although the form for implementing this invention was demonstrated according to Embodiment 1-6, this invention is not limited to the said form at all. In other words, various forms can be implemented without departing from the scope of the present invention. For example, the following forms may be realized.
上述した実施の形態１〜４は矩形波モードにおいて適用し、実施の形態５，６は過変調モードにおいて適用した。この形態に代えて逆の対応関係、すなわち実施の形態１〜４を過変調モードにおいて適用し、実施の形態５，６を矩形波モードにおいて適用してもよい。逆の対応関係であっても、結果として相電圧の平均電圧をゼロにすることができる。したがって、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが安定になり、安定してロータ２０の励磁を行える。
The first to fourth embodiments described above are applied in the rectangular wave mode, and the fifth and sixth embodiments are applied in the overmodulation mode. Instead of this form, the opposite correspondence relationship, that is,
上述した実施の形態１〜６では、いずれも三相の同期機Ｍに適用した（図１を参照）。この形態に代えて、二相または四相以上の多相の同期機Ｍに適用してもよい。例えば、二相における過変調モードは、１≦変調率＜１．１５４の範囲となる。他の相数の同期機Ｍであっても、各相の相電圧の平均電圧をゼロにすることができる。したがって、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが安定になり、安定してロータ２０の励磁を行える。
In Embodiment 1-6 mentioned above, all were applied to the three-phase synchronous machine M (refer FIG. 1). Instead of this form, the present invention may be applied to a multi-phase synchronous machine M having two phases or four or more phases. For example, the overmodulation mode in two phases is in the range of 1 ≦ modulation rate <1.154. Even in the synchronous machine M having the other number of phases, the average voltage of the phase voltages of the respective phases can be made zero. Therefore, the phase currents Iu, Iv, Iw of each phase become stable, and the
上述した実施の形態１〜６で示したパルス電圧Ｗｐの印加タイミングは、二以上の形態を組み合わせて行ってもよい。例えば、実施の形態１と実施の形態２との組み合わせでは、基本波電圧Ｗｓに対して電気角θ１，θ２，θ３で各々二相ずつパルス電圧Ｗｐを印加するタイミング（図４を参照）と、基本波電圧Ｗｓに対して電気角θ１０，θ１１，θ１２，θ１３，…で各々二相ずつパルス電圧Ｗｐを印加タイミング（図７を参照）とを重畳して行う。このように二以上の形態を組み合わせて行う場合でも、結果として各相の相電圧の平均電圧をゼロにすることができ、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが安定になり、安定してロータ２０の励磁を行える。したがって、組み合わせた形態にかかる作用効果を得ることができる。
The application timing of the pulse voltage Wp shown in the first to sixth embodiments may be performed by combining two or more modes. For example, in the combination of the first embodiment and the second embodiment, the timing at which the pulse voltage Wp is applied to the fundamental wave voltage Ws at two electrical angles θ1, θ2, and θ3, respectively (see FIG. 4), The pulse voltage Wp is applied to the fundamental wave voltage Ws by superimposing the application timing (see FIG. 7) of the two phases at electrical angles θ10, θ11, θ12, θ13,. Even when two or more modes are combined in this way, as a result, the average voltage of the phase voltages of each phase can be made zero, and the phase currents Iu, Iv, Iw of each phase become stable and stable. The
上述した実施の形態１〜６では、スイッチング素子のトランジスタＱとしてＩＧＢＴを用いた（図１を参照）。この形態に代えて、スイッチング素子としての機能を奏する他のトランジスタを用いてもよい。他のトランジスタとしては、例えばＦＥＴ（ＭＯＳＦＥＴ，ＪＦＥＴ，ＭＥＳＦＥＴ等）、ＧＴＯ、パワートランジスタ等が該当する。他のトランジスタを用いた場合でも直流入力電力を交流電力に変換して出力するので、ｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑを指令値とした電機子巻線電流（相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を駆動部６０から同期機Ｍに出力することができる。いずれのスイッチング素子（トランジスタ）にせよ、実施の形態１〜６と同様の作用効果を得ることができる。
In the first to sixth embodiments described above, an IGBT is used as the transistor Q of the switching element (see FIG. 1). Instead of this form, another transistor that functions as a switching element may be used. Examples of other transistors include FETs (MOSFETs, JFETs, MESFETs, etc.), GTOs, power transistors, and the like. Even when other transistors are used, the DC input power is converted into AC power and output. Therefore, the armature winding current (phase currents Iu, Iv, Iw) using the d-axis current id and the q-axis current iq as command values. Can be output from the
上述した実施の形態１〜６では、位置センサ４０としてレゾルバを用いた（図１を参照）。この形態に代えて、他の位置センサを用いてもよい。他の位置センサとしては、例えば一定間隔にスリットを設けた円板、発光体および受光体等を有する光電検出器が該当する。すなわち、発光体が発した光を受光体で受光するか否かに基づいて信号（アナログ信号またはデジタル信号）を制御部７０に伝達する。他の位置センサでも、ロータシャフト２１の回転位置を検出して制御部７０から制御信号を出力できるので、実施の形態１〜６と同様の作用効果を得ることができる。
In Embodiment 1-6 mentioned above, the resolver was used as the position sensor 40 (refer FIG. 1). Instead of this form, another position sensor may be used. As another position sensor, for example, a photoelectric detector having a disk provided with slits at regular intervals, a light emitter, a light receiver, and the like is applicable. That is, a signal (analog signal or digital signal) is transmitted to the
上述した実施の形態１〜６では、電流センサ８０として磁気比例型センサを用いた（図１を参照）。この形態に代えて、各相の相電流が検出可能な他の電流センサを用いてもよい。他の電流センサとしては、例えば，電磁誘導型センサ，ファラデー効果型センサなどが該当する。電磁誘導型センサは、電流母線の周囲に環状のコアやコイルを配置し、相電流の通電で生じる誘導起電力により検出する。ファラデー効果型センサは、磁界方向に沿って配置された光ファイバに対して直線偏光が入射したとき、偏波の方位が磁界の強度に比例して回転する回転角を計測することで磁界強度（すなわち電流）を検出する。いずれの電流センサにせよ、電機子電流（すなわち相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を正確に検出して制御部７０に伝達するので、実施の形態１〜６と同様の作用効果を得ることができる。
In the first to sixth embodiments described above, a magnetic proportional sensor is used as the current sensor 80 (see FIG. 1). Instead of this form, another current sensor capable of detecting the phase current of each phase may be used. Examples of other current sensors include an electromagnetic induction type sensor and a Faraday effect type sensor. In the electromagnetic induction type sensor, an annular core or coil is arranged around a current bus bar, and detection is performed by an induced electromotive force generated by energization of a phase current. The Faraday effect type sensor measures the rotation angle at which the direction of polarization rotates in proportion to the strength of the magnetic field when linearly polarized light enters the optical fiber arranged along the magnetic field direction. That is, current) is detected. In any current sensor, the armature current (that is, the phase currents Iu, Iv, Iw) is accurately detected and transmitted to the
上述した実施の形態１〜６では、同期機Ｍを電動機として適用した（図１を参照）。この形態に代えて、他の機器に適用してもよい。他の機器としては、例えば車両用交流発電機や、エンジン始動と発電との双方が行える車両用発電電動機等が該当する。いずれの機器にせよ、実施の形態１〜３と同様の作用効果を得ることができる。なお、発電機として使用する場合には、駆動部６０は単なる整流回路として作動するに過ぎないものの、発電電力を利用してロータ励磁用電流を形成することができる。
In the first to sixth embodiments described above, the synchronous machine M is applied as an electric motor (see FIG. 1). It may replace with this form and may be applied to other equipment. As other equipment, for example, an AC generator for a vehicle, a generator motor for a vehicle that can perform both engine starting and power generation, and the like are applicable. In any device, the same effect as in the first to third embodiments can be obtained. When used as a generator, the
１０ ステータ（固定子）
１１ ステータコイル（電機子巻線）
１２ ステータコア
２０ ロータ（回転子）
２１ ロータシャフト
２２ ロータコイル（界磁巻線）
２３ ロータコア
２３ａ コアティース部
３０ フレーム（ハウジング）
４０ 位置センサ
５０ 直流電源
６０ 駆動部
７０ 制御部
７１ パルス電圧印加手段
８０ 電流センサ
Ｄ１ ダイオード（整流素子）
Ｄ２ ダイオード
Ｉｆ ロータ巻線電流（界磁電流）
Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ 相電流（電機子電流）
Ｍ 同期機（界磁巻線型同期機）
Ｑ トランジスタ（スイッチング素子）
Ｗｓ 基本波電圧
Ｗｐ パルス電圧
10 Stator (stator)
11 Stator coil (armature winding)
12
21
23
40
D2 Diode If Rotor winding current (field current)
Iu, Iv, Iw phase current (armature current)
M synchronous machine (field winding synchronous machine)
Q transistor (switching element)
Ws Fundamental voltage Wp Pulse voltage
Claims (10)
界磁巻線が巻かれたロータコアを備え、前記ステータに対面して回転するロータと、
前記界磁巻線と直列接続され、前記電機子巻線に流れる電機子電流によって前記界磁巻線に誘導される誘導交流電流を一方向に規制する整流素子と、
スイッチング素子を備え、二相以上の電力を前記電機子巻線に出力する駆動部と、
正弦波モード，矩形波モードおよび過変調モードのうちでいずれか一のモードに基づいて、制御信号を前記駆動部に出力する制御部と、
を有する同期機において、
前記制御部は、前記矩形波モードまたは前記過変調モードのうちでいずれか一のモードであるとき、前記ロータを励磁するためのパルス電圧を基本波電圧に重畳させる場合において、各相の相電圧の平均値がゼロになるように前記制御信号を出力することを特徴とする同期機。 A stator wound with an armature winding;
A rotor core around which a field winding is wound, and a rotor rotating facing the stator;
A rectifying element that is connected in series with the field winding and regulates inductive alternating current induced in the field winding by an armature current flowing in the armature winding in one direction;
A drive unit that includes a switching element and outputs power of two or more phases to the armature winding;
A control unit that outputs a control signal to the drive unit based on one of the sine wave mode, the rectangular wave mode, and the overmodulation mode;
In a synchronous machine having
When the control unit superimposes a pulse voltage for exciting the rotor on a fundamental wave voltage in any one of the rectangular wave mode and the overmodulation mode, the phase voltage of each phase A synchronous machine that outputs the control signal so that an average value thereof becomes zero.
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