JP7256637B2 - Redundant actuator system - Google Patents
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Description
本発明は、冗長アクチュエータシステムに関する。 The present invention relates to redundant actuator systems.
１個のモータに３相巻線が複数グループ設けられるとともに、各グループの３相巻線に対応してインバータが複数設けられ、各インバータが３相巻線にそれぞれ電力を供給することで１個のモータを駆動させる冗長アクチュエータシステムがある（例えば、特許文献１）。かかる技術では、いずれかのグループに異常が生じても、他のグループの３相巻線に供給される電力によって回転子の回転を維持させることができる。 A single motor is provided with a plurality of groups of three-phase windings, and a plurality of inverters are provided corresponding to each group of three-phase windings. There is a redundant actuator system that drives the motors of the (for example, Patent Document 1). With this technology, even if an abnormality occurs in one of the groups, the rotation of the rotor can be maintained by power supplied to the three-phase windings of the other groups.
しかし、いずれかのグループに異常が生じた場合、各３相巻線に電流が流れることにより発生する磁界の分布に乱れが生じることがある。磁界の分布に乱れが生じると、回転子の回転が妨げられるおそれがある。 However, when an abnormality occurs in one of the groups, the distribution of the magnetic field generated by the current flowing through each of the three-phase windings may be disturbed. If the distribution of the magnetic field is disturbed, the rotation of the rotor may be hindered.
そこで、本発明は、異常が生じても回転子を円滑に回転させることが可能な冗長アクチュエータシステムを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a redundant actuator system capable of smoothly rotating a rotor even when an abnormality occurs.
上記課題を解決するために、本発明の冗長アクチュエータシステムは、所定の中心軸周りに複数配置され、３個単位で中心軸周りに複数のグループに区分されている固定子巻線と、グループの各々に対して設けられ、対応するグループ内の固定子巻線に電力を供給する電力変換部と、グループの各々に対して設けられる第１バイパスコイルと、グループの各々に対して設けられる第２バイパスコイルと、グループの各々に対して設けられるスイッチ群と、を備え、グループ内の固定子巻線のうち中心軸周りの一端側に位置する固定子巻線が、第１固定子巻線であり、グループ内の固定子巻線のうち中心軸周りの他端側に位置する固定子巻線が、第２固定子巻線であり、第１固定子巻線の一端は、電力変換部に接続されており、第１固定子巻線の他端は、スイッチ群に接続されており、第２固定子巻線の一端は、電力変換部に接続されており、第２固定子巻線の他端は、スイッチ群に接続されており、第１バイパスコイルの一端は、第１固定子巻線の電力変換部側端に接続されており、第１バイパスコイルの他端は、スイッチ群を介して第２固定子巻線の電力変換部とは反対側端に接続されており、第２バイパスコイルの一端は、第２固定子巻線の電力変換部側端に接続されており、第２バイパスコイルの他端は、スイッチ群を介して第１固定子巻線の電力変換部とは反対側端に接続されており、グループ内の固定子巻線が星形結線される状態が、正常状態であり、グループ内において星形結線された際の中性点から第２固定子巻線が電気的に切り離され、第２固定子巻線の電力変換部とは反対側端と第１固定子巻線の電力変換部側端との間に第１バイパスコイルが電気的に接続される状態が、第１異常対応状態であり、グループ内において中性点から第１固定子巻線が電気的に切り離され、第１固定子巻線の電力変換部とは反対側端と第２固定子巻線の電力変換部側端との間に第２バイパスコイルが電気的に接続される状態が、第２異常対応状態であり、スイッチ群は、正常状態と、第１異常対応状態と、第２異常対応状態と、を切り替える。 In order to solve the above problems, the redundant actuator system of the present invention comprises a plurality of stator windings arranged around a predetermined central axis and divided into a plurality of groups around the central axis in units of three; A power conversion unit provided for each to supply power to the stator windings in the corresponding group, a first bypass coil provided for each of the groups , and a second bypass coil provided for each of the groups. A bypass coil and a switch group provided for each of the groups , wherein the stator winding located on the one end side around the center axis among the stator windings in the group is the first stator winding. Among the stator windings in the group, the stator winding located on the other end side around the center axis is the second stator winding, and one end of the first stator winding is connected to the power conversion unit. The other end of the first stator winding is connected to the switch group, one end of the second stator winding is connected to the power converter, and the The other end is connected to a switch group, one end of the first bypass coil is connected to the power conversion unit side end of the first stator winding, and the other end of the first bypass coil is connected to the switch group. One end of the second bypass coil is connected to the end of the second stator winding on the power conversion section side, and the The other end of the two bypass coils is connected via a switch group to the end of the first stator winding opposite to the power conversion section, and the state in which the stator windings in the group are star-connected is In the normal state, the second stator winding is electrically disconnected from the neutral point when star-connected in the group, and the end of the second stator winding opposite to the power conversion unit and the first stator winding are electrically separated from each other. A state in which the first bypass coil is electrically connected to the end of the stator winding on the power conversion unit side is the first abnormality handling state, and the first stator winding is connected from the neutral point within the group. A state in which the second bypass coil is electrically connected between the end of the first stator winding opposite to the power conversion section and the end of the second stator winding on the power conversion section side. is the second anomaly handling state, and the switch group switches between the normal state, the first anomaly handling state, and the second anomaly handling state.
また、グループの各々に対して設けられる制御部をさらに備え、制御部は、複数の電力変換部の各々に対して設けられ、自己の属するグループに対して第１固定子巻線側に隣接するグループ、および、第２固定子巻線側に隣接するグループの双方において異常がない場合、スイッチ群を正常状態にさせ、自己の属するグループに対して第１固定子巻線側に隣接するグループに異常が生じた場合、スイッチ群を第１異常対応状態にさせ、自己の属するグループに対して第２固定子巻線側に隣接するグループに異常が生じた場合、スイッチ群を第２異常対応状態にさせるようにしてもよい。 The control unit is provided for each of the groups, and the control unit is provided for each of the plurality of power conversion units and is adjacent to the group to which it belongs on the first stator winding side. If there is no abnormality in both the group and the group adjacent to the second stator winding side, the switch group is brought into a normal state, and the group adjacent to the first stator winding side with respect to the group to which the self belongs is switched. When an abnormality occurs, the switch group is placed in the first anomaly handling state, and when an abnormality occurs in a group adjacent to the group to which the self belongs on the second stator winding side, the switch group is placed in the second anomaly handling state. You may let
また、第１バイパスコイルは、非磁性材料で形成されたコアに巻回され、または、コアレスで巻回され、かつ、第１固定子巻線と等しい形状に形成され、第２バイパスコイルは、非磁性材料で形成されたコアに巻回され、または、コアレスで巻回され、かつ、第２固定子巻線と等しい形状に形成されてもよい。 The first bypass coil is wound around a core made of a non-magnetic material, or is wound coreless, and is formed in the same shape as the first stator winding, and the second bypass coil is: It may be wound around a core made of a non-magnetic material, or may be wound coreless and formed in the same shape as the second stator winding.
本発明によれば、異常が生じても回転子を円滑に回転させることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to smoothly rotate the rotor even if an abnormality occurs.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態の一態様について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 One aspect of an embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in these embodiments are merely examples for facilitating understanding of the invention, and do not limit the invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are given the same reference numerals to omit redundant description, and elements that are not directly related to the present invention are omitted from the drawings. do.
図１は、本実施形態による冗長アクチュエータシステム１の構成を示すブロック図である。冗長アクチュエータシステム１は、例えば、無人航空機（ドローン）の回転翼の駆動源に適用される。なお、冗長アクチュエータシステム１の適用先は、無人航空機に限らない。冗長アクチュエータシステム１は、冗長アクチュエータ１０およびアクチュエータコントローラ１２を含む。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a
冗長アクチュエータ１０は、例えば、回転子に永久磁石が設けられた同期電動機である。冗長アクチュエータ１０は、第１モータ機能部２０ａ、第２モータ機能部２０ｂおよび第３モータ機能部２０ｃを含む。第１モータ機能部２０ａ、第２モータ機能部２０ｂおよび第３モータ機能部２０ｃは、それぞれＵ相固定子巻線２２ｕ、Ｖ相固定子巻線２２ｖおよびＷ相固定子巻線２２ｗを含む。つまり、冗長アクチュエータ１０には、３相の固定子巻線が３グループ設けられている。
The
以後、Ｕ相固定子巻線２２ｕ、Ｖ相固定子巻線２２ｖおよびＷ相固定子巻線２２ｗを総称して固定子巻線２２と呼ぶことがある。また、第１モータ機能部２０ａ、第２モータ機能部２０ｂおよび第３モータ機能部２０ｃを総称してモータ機能部２０と呼ぶことがある。
Hereinafter, the U-phase stator winding 22u, the V-phase stator winding 22v, and the W-phase stator winding 22w may be collectively referred to as the stator winding 22. Also, the first
アクチュエータコントローラ１２は、第１ボード３０ａ、第２ボード３０ｂおよび第３ボード３０ｃを含む。第１ボード３０ａは、第１モータ機能部２０ａに接続され、第１モータ機能部２０ａを制御する。第２ボード３０ｂは、第２モータ機能部２０ｂに接続され、第２モータ機能部２０ｂを制御する。第３ボード３０ｃは、第３モータ機能部２０ｃに接続され、第３モータ機能部を制御する。以後、第１ボード３０ａ、第２ボード３０ｂおよび第３ボード３０ｃを総称してボード３０と呼ぶことがある。
The
第１ボード３０ａ、第２ボード３０ｂおよび第３ボード３０ｃは、それぞれ電力変換部（インバータ）３２、制御部３４、第１バイパスコイル３６、第２バイパスコイル３８、スイッチ群４０を含む。つまり、電力変換部３２、制御部３４、第１バイパスコイル３６、第２バイパスコイル３８およびスイッチ群４０は、対応するモータ機能部２０ごとに設けられている。各ボード３０については、後に詳述する。
The
図２は、冗長アクチュエータ１０の構成を示す断面図である。図２では、第１モータ機能部２０ａに対応する領域を破線の矢印Ａ１で示し、第２モータ機能部２０ｂに対応する領域を破線の矢印Ａ２で示し、第３モータ機能部２０ｃに対応する領域を破線の矢印Ａ３で示している。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the
冗長アクチュエータ１０は、固定子鉄心５０を含む。固定子鉄心５０は、鉄などの磁性材料で円筒状に形成される。固定子鉄心５０の内周面には、径方向外側に向かって窪むスロット５２が複数形成される。スロット５２は、固定子鉄心５０の中心軸周りに等間隔に９個形成される。スロット５２は、中心軸方向に延びている。
固定子鉄心５０の内周面には、複数のスロット５２が形成されることで、中心軸周りに隣接するスロット５２の間において径方向内側に向かって突出するティース５４が形成される。ティース５４は、中心軸周りに等間隔に９個形成される。
A plurality of
固定子巻線２２は、隣接するスロット５２にそれぞれ収容され、収容されたスロット５２の間のティース５４に巻回される。つまり、固定子巻線２２は、固定子鉄心５０に集中巻きで巻回される。固定子巻線２２は、９個のティース５４の各々に巻回される。なお、固定子巻線２２の巻き数および層数は、図２に示す例に限らない。
The
冗長アクチュエータ１０では、９個の固定子巻線２２が固定子鉄心５０の中心軸周りに３個単位で３個のグループに区分されている。複数の固定子巻線２２は、図２の反時計回りに、第１グループ、第２グループおよび第３グループの順に区分されている。具体的に説明すると、図２の右上側に位置する矢印Ａ１内の３個の固定子巻線２２は、第１モータ機能部２０ａに対応する第１グループに属する。図２の左上側に位置する矢印Ａ２内の３個の固定子巻線２２は、第２モータ機能部２０ｂに対応する第２グループに属する。図２の下側に位置する矢印Ａ３内の３個の固定子巻線２２は、第３モータ機能部２０ｃに対応する第３グループに属する。
In the
各グループ内において、３個の固定子巻線２２のうち中央に位置する固定子巻線２２は、Ｕ相固定子巻線２２ｕである。Ｕ相固定子巻線２２ｕに対して時計回り側に位置する固定子巻線２２は、Ｗ相固定子巻線２２ｗである。Ｕ相固定子巻線２２ｕに対して反時計回り側に位置する固定子巻線２２は、Ｖ相固定子巻線２２ｖである。
Within each group, the central stator winding 22 among the three
第２グループ（矢印Ａ２内）のＷ相固定子巻線２２ｗは、第１グループ（矢印Ａ１内）のＶ相固定子巻線２２ｖに対して反時計回り側に隣接する。第３グループ（矢印Ａ３内）のＷ相固定子巻線２２ｗは、第２グループ（矢印Ａ２内）のＶ相固定子巻線２２ｖに対して反時計回り側に隣接する。第１グループ（矢印Ａ１内）のＷ相固定子巻線２２ｗは、第３グループ（矢印Ａ３内）のＶ相固定子巻線２２ｖに対して反時計回り側に隣接する。 The W-phase stator winding 22w of the second group (within arrow A2) is adjacent to the V-phase stator winding 22v of the first group (within arrow A1) on the counterclockwise side. The W-phase stator winding 22w of the third group (within arrow A3) is adjacent to the V-phase stator winding 22v of the second group (within arrow A2) on the counterclockwise side. The W-phase stator winding 22w of the first group (within arrow A1) is adjacent to the V-phase stator winding 22v of the third group (within arrow A3) on the counterclockwise side.
矢印Ａ１内のＵ相固定子巻線２２ｕ、Ｖ相固定子巻線２２ｖ、Ｗ相固定子巻線２２ｗおよび固定子鉄心５０は、第１モータ機能部２０ａの固定子として機能する。矢印Ａ２内のＵ相固定子巻線２２ｕ、Ｖ相固定子巻線２２ｖ、Ｗ相固定子巻線２２ｗおよび固定子鉄心５０は、第２モータ機能部２０ｂの固定子として機能する。矢印Ａ３内のＵ相固定子巻線２２ｕ、Ｖ相固定子巻線２２ｖ、Ｗ相固定子巻線２２ｗおよび固定子鉄心５０は、第３モータ機能部２０ｃの固定子として機能する。
The U-phase stator winding 22u, the V-phase stator winding 22v, the W-phase stator winding 22w, and the
固定子鉄心５０の内側には、円柱状に形成された回転子５６が収容される。回転子５６の中心軸は、固定子鉄心５０の中心軸に重なる。回転子５６の外周面には、複数の永久磁石５８が設けられる。永久磁石５８は、中心軸周りに等間隔に６極配置される。また、永久磁石５８は、中心軸周りにＮ極およびＳ極が交互となるように配置される。
A
図３は、Ｖ相固定子巻線２２ｖおよびＷ相固定子巻線２２ｗに電流を流した場合に発生する磁界を説明する図である。図３では、発生する磁界により形成される磁気回路を閉曲線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３で示している。 FIG. 3 is a diagram for explaining magnetic fields generated when currents flow through the V-phase stator winding 22v and the W-phase stator winding 22w. In FIG. 3, the magnetic circuits formed by the generated magnetic fields are indicated by closed curves B1, B2 and B3.
Ｖ相固定子巻線２２ｖに電流が流れると、Ｖ相固定子巻線２２ｖ内（Ｖ相固定子巻線２２ｖが巻回されるティース５４）を通る磁界が発生する。また、Ｗ相固定子巻線２２ｗに電流が流れると、Ｗ相固定子巻線２２ｗ内（Ｗ相固定子巻線２２ｗが巻回されるティース５４）を通る磁界が発生する。
When a current flows through V-phase stator winding 22v, a magnetic field is generated through V-phase stator winding 22v (
ここで、第１グループ（矢印Ａ１内）のＶ相固定子巻線２２ｖは、第１グループ（矢印Ａ１内）のＷ相固定子巻線２２ｗよりも第２グループ（矢印Ａ２内）のＷ相固定子巻線２２ｗに近い。このため、第１グループのＶ相固定子巻線２２ｖ内を通る磁界は、第２グループのＷ相固定子巻線２２ｗ内を通る磁界とともに、閉曲線Ｂ１で示す略三角形状の磁気回路を形成する。 Here, the V-phase stator winding 22v of the first group (within arrow A1) is higher than the W-phase stator winding 22w of the first group (within arrow A1) in the W-phase of the second group (within arrow A2). Close to the stator winding 22w. Therefore, the magnetic field passing through the V-phase stator winding 22v of the first group forms a substantially triangular magnetic circuit indicated by the closed curve B1 together with the magnetic field passing through the W-phase stator winding 22w of the second group. .
また、第２グループ（矢印Ａ２内）のＶ相固定子巻線２２ｖは、第２グループ（矢印Ａ２内）のＷ相固定子巻線２２ｗよりも第３グループ（矢印Ａ３内）のＷ相固定子巻線２２ｗに近い。このため、第２グループのＶ相固定子巻線２２ｖ内を通る磁界は、第３グループのＷ相固定子巻線２２ｗ内を通る磁界とともに、閉曲線Ｂ２で示す略三角形状の磁気回路を形成する。
Further, the V-phase stator winding 22v of the second group (inside the arrow A2) is W-phase fixed in the third group (inside the arrow A3) rather than the W-phase stator winding 22w of the second group (inside the arrow A2). It is close to the child winding 22w. Therefore, the magnetic field passing through the second group of V-
また、第３グループ（矢印Ａ３内）のＶ相固定子巻線２２ｖは、第３グループ（矢印Ａ３内）のＷ相固定子巻線２２ｗよりも第１グループ（矢印Ａ１内）のＷ相固定子巻線２２ｗに近い。このため、第３グループのＶ相固定子巻線２２ｖ内を通る磁界は、第１グループのＷ相固定子巻線２２ｗ内を通る磁界とともに、閉曲線Ｂ３で示す略三角形状の磁気回路を形成する。 Also, the V-phase stator winding 22v of the third group (inside the arrow A3) is W-phase fixed in the first group (inside the arrow A1) rather than the W-phase stator winding 22w of the third group (inside the arrow A3). It is close to the child winding 22w. Therefore, the magnetic field passing through the V-phase stator winding 22v of the third group and the magnetic field passing through the W-phase stator winding 22w of the first group form a substantially triangular magnetic circuit indicated by the closed curve B3. .
そして、電流を流す固定子巻線２２を中心軸周りに順に変えていくと、磁気回路が中心軸周りに回転する回転磁界が形成される。このように形成される回転磁界が永久磁石５８を引き付けることで、回転子５６は、回転磁界に同期して回転する。
Then, when the stator winding 22 through which the current flows is sequentially changed around the central axis, a rotating magnetic field is formed in which the magnetic circuit rotates around the central axis. The rotating magnetic field formed in this way attracts the
ところで、例えば、第３グループの固定子巻線２２が劣化して断線や短絡などの異常が生じたとする。そうすると、第３グループの各固定子巻線２２には、正常に電流が流れなくなり、第３グループの各固定子巻線２２に基づく磁界が発生しなくなる。
By the way, for example, assume that the stator winding 22 of the third group has deteriorated and an abnormality such as disconnection or short circuit has occurred. As a result, the current does not normally flow through the
従来の冗長アクチュエータシステムでは、異常が生じたグループ以外のモータ機能部２０によって回転子５６の回転を維持させることができる。しかし、従来の冗長アクチュエータシステムでは、いずれかのグループに異常が生じた場合、磁界の分布に乱れが生じることがある。
In the conventional redundant actuator system, the rotation of the
図４は、磁界の分布の乱れを説明する図である。図４では、第３グループの各固定子巻線２２に電流が流れない状態で、第１グループおよび第２グループのＶ相固定子巻線２２ｖおよびＷ相固定子巻線２２ｗに電流を流した場合を示している。
FIG. 4 is a diagram for explaining the disturbance of the magnetic field distribution. In FIG. 4, current is applied to the V-
第１グループのＶ相固定子巻線２２ｖ内を通る磁界は、第２グループのＷ相固定子巻線２２ｗ内を通る磁界とともに、閉曲線Ｂ１で示す略三角形状の磁気回路を形成する。この点については、異常が生じる前と同様である。 The magnetic field passing through the V-phase stator winding 22v of the first group forms a substantially triangular magnetic circuit indicated by the closed curve B1 together with the magnetic field passing through the W-phase stator winding 22w of the second group. This point is the same as before the abnormality occurred.
これに対し、第１グループのＷ相固定子巻線２２ｗには、電流が流れるものの、第３グループのＶ相固定子巻線２２ｖには、電流が流れない。このため、第１グループのＷ相固定子巻線２２ｗと第３グループのＶ相固定子巻線２２ｖとによる磁気回路（図３における閉曲線Ｂ３）は形成されない。同様に、第２グループのＶ相固定子巻線２２ｖには、電流が流れるものの、第３グループのＷ相固定子巻線２２ｗには、電流が流れない。このため、第２グループのＶ相固定子巻線２２ｖと第３グループのＷ相固定子巻線２２ｗとによる磁気回路（図３における閉曲線Ｂ２）は形成されない。
On the other hand, although a current flows through the W-phase stator winding 22w of the first group, no current flows through the V-phase stator winding 22v of the third group. Therefore, a magnetic circuit (closed curve B3 in FIG. 3) is not formed by the W-phase stator winding 22w of the first group and the V-phase stator winding 22v of the third group. Similarly, current flows through the V-
つまり、第１グループのＷ相固定子巻線２２ｗおよび第２グループのＶ相固定子巻線２２ｖは、本来の磁気回路を形成する相手がいない。このため、第１グループのＷ相固定子巻線２２ｗ内を通る磁界は、第２グループのＶ相固定子巻線２２ｖ内を通る磁界とともに、一点鎖線の閉曲線Ｂ１１で示す略半円形状の磁気回路を形成する。また、第１グループのＷ相固定子巻線２２ｗ内を通る磁界は、第１グループのＶ相固定子巻線２２ｖ内を通る磁界とともに、一点鎖線の閉曲線Ｂ１２で示す略４分割円形状の磁気回路を形成する。また、第２グループのＶ相固定子巻線２２ｖ内を通る磁界は、第２グループのＷ相固定子巻線２２ｗ内を通る磁界とともに、一点鎖線の閉曲線Ｂ１３で示す略４分割円形状の磁気回路を形成する。
That is, the W-
このように、従来の冗長アクチュエータでは、閉曲線Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３で示すような磁気回路が形成されることで、磁界の分布に乱れが生じる。磁界の分布に乱れが生じると回転子５６の回転が妨げられるおそれがある。
As described above, in the conventional redundant actuator, the magnetic field distribution is disturbed by the formation of the magnetic circuits shown by the closed curves B11, B12, and B13. If the distribution of the magnetic field is disturbed, the rotation of the
そこで、本実施形態の冗長アクチュエータシステム１では、図１に示すように、第１バイパスコイル３６、第２バイパスコイル３８およびスイッチ群４０が各ボード３０に設けられる。
Therefore, in the
第２ボード３０ｂおよび第３ボード３０ｃは、第１ボード３０ａと同様の構成となっている。このため、以下では、第１ボード３０ａの構成について説明し、第２ボード３０ｂおよび第３ボード３０ｃの構成についての説明を省略する。なお、第１ボード３０ａは第１グループに属し、第２ボード３０ｂは第２グループに属し、第３ボード３０ｃは第３グループに属する。
The
図５は、冗長アクチュエータシステム１における第１ボード３０ａの構成を説明する概略図である。電力変換部３２は、ブリッジ回路６０およびＰＷＭドライバ６２を含む。ブリッジ回路６０は、スイッチング素子７０を６個含む。スイッチング素子７０は、例えば、ＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチである。
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating the configuration of the
ブリッジ回路６０では、２個のスイッチング素子７０が正側直流母線７２と負側直流母線７４との間に直列接続されてアームが形成されている。ブリッジ回路６０は、３組のアームが正側直流母線７２と負側直流母線７４との間に並列接続されて構成される。正側直流母線７２は、バッテリ（図示略）の正極に接続され、負側直流母線７４は、バッテリの負極に接続される。
In the
図５の右側のアームはＵ相に対応し、図５の中央のアームはＶ相に対応し、図５の左側のアームはＷ相に対応する。Ｕ相アームにおけるスイッチング素子７０間の接続ノードは、Ｕ相出力ノード７６ｕとして機能する。Ｖ相アームにおけるスイッチング素子７０間の接続ノードは、Ｖ相出力ノード７６ｖとして機能する。Ｗ相アームにおけるスイッチング素子７０間の接続ノードは、Ｗ相出力ノード７６ｗとして機能する。
The right arm in FIG. 5 corresponds to the U phase, the central arm in FIG. 5 corresponds to the V phase, and the left arm in FIG. 5 corresponds to the W phase. A connection node between switching
Ｕ相出力ノード７６ｕは、Ｕ相固定子巻線２２ｕの一端に接続される。Ｖ相出力ノード７６ｖは、Ｖ相固定子巻線２２ｖの一端に接続される。Ｗ相出力ノード７６ｗは、Ｗ相固定子巻線２２ｗの一端に接続される。
ＰＷＭドライバ６２は、各スイッチング素子７０の制御端子（ゲート）に接続される。ＰＷＭドライバ６２は、制御部３４から送信される指令にしたがって、パルス幅変調した信号（ゲート信号）をスイッチング素子７０ごとに生成する。ＰＷＭドライバ６２は、ゲート信号にしたがって各スイッチング素子７０をオンオフさせる。
The PWM driver 62 is connected to the control terminal (gate) of each switching
このようにして、電力変換部３２は、所望の周波数の３相交流電力を生成し、対応するモータ機能部２０の各固定子巻線２２に３相交流電力を供給する。
Thus, the
第１バイパスコイル３６は、Ｗ相固定子巻線２２ｗと等しい形状に形成される。具体的には、第１バイパスコイル３６は、合成樹脂などの非磁性材料で形成されたコアに巻回される。第１バイパスコイル３６が巻回されるコアは、Ｗ相固定子巻線２２ｗが巻回されるティース５４と等しい形状に形成されている。第１バイパスコイル３６の巻き数および層数は、Ｗ相固定子巻線２２ｗの巻き数および層数と等しい。なお、第１バイパスコイル３６は、非磁性材料のコアに巻回される態様に限らず、コアレスで巻回されてもよい。
The
これにより、第１バイパスコイル３６のインダクタンスおよび内部抵抗は、Ｗ相固定子巻線２２ｗのインダクタンスおよび内部抵抗に等しくなる。その結果、第１バイパスコイル３６に電流を流しても、３相交流電力の各相のバランスを維持させることができる。
This makes the inductance and internal resistance of the
また、第１バイパスコイル３６に電流が流れることで発生する磁界の強度は、Ｗ相固定子巻線２２ｗで発生する磁界の強度よりも小さくなる。例えば、第１バイパスコイル３６で発生する磁界の強度は、Ｗ相固定子巻線２２ｗで発生する磁界の強度の千分の１程度となる。その結果、第１バイパスコイル３６で発生する磁界によってボード３０内の各部が影響を受けることを抑制できる。
Further, the strength of the magnetic field generated by the current flowing through the
第２バイパスコイル３８は、Ｖ相固定子巻線２２ｖと等しい形状に形成される。具体的には、第２バイパスコイル３８は、合成樹脂などの非磁性材料で形成されたコアに巻回される。第２バイパスコイル３８が巻回されるコアは、Ｖ相固定子巻線２２ｖが巻回されるティース５４と等しい形状に形成されている。第２バイパスコイル３８の巻き数および層数は、Ｖ相固定子巻線２２ｖの巻き数および層数と等しい。なお、第２バイパスコイル３８は、非磁性材料のコアに巻回される態様に限らず、コアレスで巻回されてもよい。
The
これにより、第２バイパスコイル３８のインダクタンスおよび内部抵抗は、Ｖ相固定子巻線２２ｖのインダクタンスおよび内部抵抗に等しくなる。その結果、第２バイパスコイル３８に電流を流しても、３相交流電力の各相のバランスを維持させることができる。
This makes the inductance and internal resistance of the
また、第２バイパスコイル３８に電流が流れることで発生する磁界の強度は、Ｖ相固定子巻線２２ｖで発生する磁界の強度よりも小さくなる。例えば、第２バイパスコイル３８で発生する磁界の強度は、Ｖ相固定子巻線２２ｖで発生する磁界の強度の千分の１程度となる。その結果、第２バイパスコイル３８で発生する磁界によってボード３０内の各部が影響を受けることを抑制できる。
Also, the strength of the magnetic field generated by the current flowing through the
第１バイパスコイル３６の一端は、電力変換部３２におけるＷ相出力ノード７６ｗに接続される。換言すると、第１バイパスコイル３６の一端は、Ｗ相固定子巻線２２ｗにおけるＷ相出力ノード７６ｗ側端に接続される。
One end of the
第２バイパスコイル３８の一端は、電力変換部３２におけるＶ相出力ノード７６ｖに接続される。換言すると、第２バイパスコイル３８の一端は、Ｖ相固定子巻線２２ｖにおけるＶ相出力ノード７６ｖ側端に接続される。
One end of the
スイッチ群４０は、第１ノーマルスイッチ８０、第１バイパススイッチ８２、第２ノーマルスイッチ８４および第２バイパススイッチ８６を含む。第１ノーマルスイッチ８０、第１バイパススイッチ８２、第２ノーマルスイッチ８４および第２バイパススイッチ８６は、例えば、ＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチである。
第１ノーマルスイッチ８０の一端は、Ｗ相固定子巻線２２ｗにおけるＷ相出力ノード７６ｗとは反対側端に接続される。第１ノーマルスイッチ８０の他端は、Ｕ相固定子巻線２２ｕにおけるＵ相出力ノード７６ｕとは反対側端に接続される。
One end of the first
第２ノーマルスイッチ８４の一端は、Ｖ相固定子巻線２２ｖにおけるＶ相出力ノード７６ｖとは反対側端に接続される。第２ノーマルスイッチ８４の他端は、Ｕ相固定子巻線２２ｕにおけるＵ相出力ノード７６ｕとは反対側端に接続される。
One end of the second
Ｕ相固定子巻線２２ｕにおけるＵ相出力ノード７６ｕとは反対側端、第１ノーマルスイッチ８０の他端および第２ノーマルスイッチ８４の他端が互いに接続される接続ノードは、第１モータ機能部２０ａの中性点８８として機能する。
A connection node to which the end of the U-phase stator winding 22u opposite to the
第１バイパススイッチ８２の一端は、第１バイパスコイル３６におけるＷ相出力ノード７６ｗとは反対側端に接続される。第１バイパススイッチ８２の他端は、Ｖ相固定子巻線２２ｖと第２ノーマルスイッチ８４との接続ノード（換言すると、Ｖ相固定子巻線２２ｖにおける第２ノーマルスイッチ８４側端）に接続される。
One end of the
第２バイパススイッチ８６の一端は、第２バイパスコイル３８におけるＶ相出力ノード７６ｖとは反対側端に接続される。第２バイパススイッチ８６の他端は、Ｗ相固定子巻線２２ｗと第１ノーマルスイッチ８０との接続ノード（換言すると、Ｗ相固定子巻線２２ｗにおける第１ノーマルスイッチ８０側端）に接続される。
One end of the
スイッチ群４０は、正常状態と、第１異常対応状態と、第２異常対応状態とを切り替える。正常状態とは、Ｕ相固定子巻線２２ｕ、Ｖ相固定子巻線２２ｖおよびＷ相固定子巻線２２ｗが星形結線（スター結線）される状態である。なお、中性点８８は、星形結線された際の中性点である。
The
また、正常状態のとき、第１バイパスコイル３６および第２バイパスコイル３８は、中性点８８から電気的に切り離される。具体的には、正常状態のとき、第１ノーマルスイッチ８０および第２ノーマルスイッチ８４はオン（閉）状態となっており、第１バイパススイッチ８２および第２バイパススイッチ８６はオフ（開）状態となっている。図５では、スイッチ群４０が正常状態で示されている。
Also, in a normal state, the
第１異常対応状態とは、Ｖ相固定子巻線２２ｖが中性点８８から電気的に切り離され、かつ、Ｖ相固定子巻線２２ｖとＷ相出力ノード７６ｗとの間に第１バイパスコイル３６が電気的に接続される状態である。また、第１異常対応状態のとき、Ｗ相固定子巻線２２ｗは中性点８８に電気的に接続され、第２バイパスコイル３８は中性点８８から電気的に切り離される。具体的には、第１異常対応状態のとき、第１ノーマルスイッチ８０および第１バイパススイッチ８２はオン（閉）状態となっており、第２ノーマルスイッチ８４および第２バイパススイッチ８６はオフ（開）状態となっている。
The first anomaly handling state means that the V-phase stator winding 22v is electrically disconnected from the
第２異常対応状態とは、Ｗ相固定子巻線２２ｗが中性点８８から電気的に切り離され、かつ、Ｗ相固定子巻線２２ｗとＶ相出力ノード７６ｖとの間に第２バイパスコイル３８が電気的に接続される状態である。また、第２異常対応状態のとき、Ｖ相固定子巻線２２ｖは中性点８８に電気的に接続され、第１バイパスコイル３６は中性点８８から電気的に切り離される。具体的には、第２異常対応状態では、第２ノーマルスイッチ８４および第２バイパススイッチ８６はオン（閉）状態となっており、第１ノーマルスイッチ８０および第１バイパススイッチ８２はオフ（開）状態となっている。
The second anomaly handling state means that the W-phase stator winding 22w is electrically disconnected from the
制御部３４は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路から構成される。制御部３４は、ＰＷＭドライバ６２を通じてモータ機能部２０（第１モータ機能部２０ａ）に供給する電力を制御する。具体的には、制御部３４は、各固定子巻線２２に流す電流を指示する電流指令などの各種の指令をＰＷＭドライバ６２に送信する。
The
また、制御部３４は、いずれかのグループにおいて異常が生じたか否かを判断する。制御部３４は、異常の判断結果に基づいて、ＰＷＭドライバ６２への指令およびスイッチ群４０のオンオフを制御する。
Also, the
具体的に説明すると、制御部３４は、他のボード３０（グループ）の制御部３４から電流指令を取得する。例えば、第１ボード３０ａの制御部３４は、第２ボード３０ｂの制御部３４が第２ボード３０ｂのＰＷＭドライバ６２に送信する電流指令を第２ボード３０ｂの制御部３４から取得する。また、第１ボード３０ａの制御部３４は、第３ボード３０ｃの制御部３４が第３ボード３０ｃのＰＷＭドライバ６２に送信する電流指令を第３ボード３０ｃの制御部３４から取得する。
Specifically, the
次に、制御部３４は、自己の電流指令および他の制御部３４から取得した電流指令の合計３個の電流指令をそれぞれ比較し、異なる電流指令があるか否かを判断する。
Next, the
ここで、各ボード３０の制御部３４は、通常、それぞれ共通の電流指令をＰＷＭドライバ６２に送信する。このため、各ボード３０の電流指令を比較した結果、異なる電流指令がない場合、各グループにおいて異常は生じていない。
Here, the
この場合、制御部３４は、スイッチ群４０を正常状態に維持させる。つまり、制御部３４は、第１ノーマルスイッチ８０および第２ノーマルスイッチ８４をオン状態に維持させ、第１バイパススイッチ８２および第２バイパススイッチ８６をオフ状態に維持させる。
In this case, the
一方、各ボード３０の制御部３４の電流指令を比較した結果、異なる電流指令がある場合、異なる電流指令を送信するグループに異常が生じたとみなすことができる。例えば、第１ボード３０ａの制御部３４は、自己の電流指令、第２ボード３０ｂの電流指令および第３ボード３０ｃの電流指令をそれぞれ比較する。この際、自己の電流指令と第２ボード３０ｂの電流指令とが共通しており、第３ボード３０ｃの電流指令が自己の電流指令および第２ボード３０ｂの電流指令と異なる場合、第１ボード３０ａの制御部３４は、第３グループに異常が生じたと判断する。
On the other hand, as a result of comparing the current commands of the
このように、各ボード３０の制御部３４は、他のボード３０から取得された電流指令を用いて比較を行う他者ＢＩＴ（Built in test）により異常が生じたグループを判断する。
In this way, the
なお、制御部３４は、他者ＢＩＴにより異常を判断する態様に限らず、自己ＢＩＴにより異常を判断してもよい。この態様において、制御部３４は、ＰＷＭドライバ６２に送信する電流指令が、本来送信すべき電流指令と異なる場合、自己のグループに異常が生じたと判断する。
Note that the
また、制御部３４は、自己のグループに異常が生じた場合、他者ＢＩＴや自己ＢＩＴによって自らその異常を認識してもよいし、他の制御部３４による他者ＢＩＴの判断結果が通知されることでその異常を認識してもよい。
Further, when an abnormality occurs in its own group, the
また、制御部３４は、電流指令を比較することで異常を判断する態様に限らない。例えば、制御部３４は、各ボード３０における電圧指令や回転数指令など、各種の指令について比較することで異常を判断してもよい。
Further, the
自己のグループに異常があると判断された場合、制御部３４は、自己のグループにおいて、電力変換部３２からモータ機能部２０に電力を供給させないような電流指令（電流停止指令）をＰＷＭドライバ６２に送信する。これにより、自己のグループの各固定子巻線２２に基づく磁界が発生しなくなる。
When it is determined that there is an abnormality in its own group, the
次に、自己のグループのモータ機能部２０に対して時計回り側に隣接するモータ機能部２０のグループに異常が生じた場合、制御部３４は、スイッチ群４０の状態を正常状態から第１異常対応状態に変化させる。
Next, when an abnormality occurs in a group of
図６および図８は、第３グループに異常が生じた場合の第１グループの動作を説明するための概略図である。図７および図９は、第３グループに異常が生じた場合の第１グループに関連する磁気回路を説明するための断面図である。図６および図７は、Ｖ相およびＷ相を通電させるＶＷフェーズを示しており、図８および図９は、Ｗ相およびＵ相を通電させるＷＵフェーズを示している。 6 and 8 are schematic diagrams for explaining the operation of the first group when an abnormality occurs in the third group. 7 and 9 are cross-sectional views for explaining magnetic circuits associated with the first group when an abnormality occurs in the third group. 6 and 7 show the VW phase in which the V and W phases are energized, and FIGS. 8 and 9 show the WU phase in which the W and U phases are energized.
第１ボード３０ａの制御部３４は、第３グループに異常が生じたと判断された場合、第１ボード３０ａ内の第２ノーマルスイッチ８４をオフさせ、第１バイパススイッチ８２をオンさせる。この際、第１ボード３０ａの制御部３４は、第１ボード３０ａ内の第１ノーマルスイッチ８０をオン状態に維持させ、第２バイパススイッチ８６をオフ状態に維持させる。これにより、第１ボード３０ａのスイッチ群４０は、第１異常対応状態となる。
When it is determined that an abnormality has occurred in the third group, the
第１異常対応状態において、Ｖ相正側のスイッチング素子７０およびＷ相負側のスイッチング素子７０がオンすると、図６の一点鎖線の矢印Ｃ１１で示すように、Ｖ相固定子巻線２２ｖおよび第１バイパスコイル３６を通じて電流が流れる。この際、Ｗ相固定子巻線２２ｗは、Ｖ相固定子巻線２２ｖおよび第１バイパスコイル３６を通る電流経路から外れている。また、Ｕ相正側のスイッチング素子７０はオフである。これらより、Ｗ相固定子巻線２２ｗには電流が流れない。
In the first abnormality handling state, when the V-phase positive
その結果、図７に示すように、第１グループのＷ相固定子巻線２２ｗ内を通る磁気回路は形成されない。つまり、冗長アクチュエータシステム１では、図４の閉曲線Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３のような磁気回路が形成されない。
As a result, as shown in FIG. 7, no magnetic circuit is formed through the W-phase stator winding 22w of the first group. That is, in the
さらに、第１グループのＶ相固定子巻線２２ｖに電流が流れるとき、第２グループのＷ相固定子巻線２２ｗにも電流が流れる。このため、図７の閉曲線Ｄ１１で示すように、第１グループのＶ相固定子巻線２２ｖ内および第２グループのＷ相固定子巻線２２ｗ内を通る略三角形状の磁気回路が形成される。つまり、冗長アクチュエータシステム１では、ＶＷフェーズにおいて、第１グループのＷ相固定子巻線２２ｗに磁界を発生させないようにしつつ、第１グループのＶ相固定子巻線２２ｖに磁界を発生させて磁気回路を形成させることができる。
Furthermore, when current flows through the V-phase stator winding 22v of the first group, current also flows through the W-phase stator winding 22w of the second group. Therefore, as shown by the closed curve D11 in FIG. 7, a substantially triangular magnetic circuit is formed that passes through the V-
また、Ｗ相正側のスイッチング素子７０およびＵ相負側のスイッチング素子７０がオンすると、図８の一点鎖線の矢印Ｃ１２で示すように、Ｗ相固定子巻線２２ｗおよびＵ相固定子巻線２２ｕを通じて電流が流れる。その結果、図９の閉曲線Ｄ１２で示すように、第１グループにおいて、Ｗ相固定子巻線２２ｗ内およびＵ相固定子巻線２２ｕ内を通る略三角形状の磁気回路が形成される。
When the W-phase positive
なお、この際、第１バイパスコイル３６は、Ｗ相固定子巻線２２ｗおよびＵ相固定子巻線２２ｕを通る電流経路から外れている。また、Ｖ相負側のスイッチング素子７０はオフである。これらより、第１バイパスコイル３６には電流が流れない。
At this time, the
また、第１異常対応状態では、Ｖ相固定子巻線２２ｖおよび第２バイパスコイル３８が中性点８８から電気的に切り離されている。このため、Ｕ相正側のスイッチング素子７０およびＶ相負側のスイッチング素子７０がオンしても、第１グループのＵ相固定子巻線２２ｕおよびＶ相固定子巻線２２ｖには電流が流れない。つまり、Ｕ相およびＶ相を通電させるＵＶフェーズでは、第１グループにおいてＵ相固定子巻線２２ｕ内およびＶ相固定子巻線２２ｖ内を通る磁気回路が形成されない。
Also, in the first anomaly handling state, the V-phase stator winding 22v and the
次に、自己のグループのモータ機能部２０に対して反時計回り側に隣接するモータ機能部２０のグループに異常が生じた場合、制御部３４は、スイッチ群４０の状態を正常状態から第２異常対応状態に変化させる。
Next, when an abnormality occurs in a group of
図１０および図１２は、第３グループに異常が生じた場合の第２グループの動作を説明するための概略図である。図１１および図１３は、第３グループに異常が生じた場合の第２グループに関連する磁気回路を説明するための断面図である。また、図１０および図１１は、Ｖ相およびＷ相を通電させるＶＷフェーズを示しており、図１２および図１３は、Ｕ相およびＶ相を通電させるＵＶフェーズを示している。 10 and 12 are schematic diagrams for explaining the operation of the second group when an abnormality occurs in the third group. 11 and 13 are cross-sectional views for explaining magnetic circuits related to the second group when an abnormality occurs in the third group. 10 and 11 show the VW phase in which the V and W phases are energized, and FIGS. 12 and 13 show the UV phase in which the U and V phases are energized.
第２ボード３０ｂの制御部３４は、第３グループに異常が生じたと判断された場合、第２ボード３０ｂ内の第１ノーマルスイッチ８０をオフさせ、第２バイパススイッチ８６をオンさせる。この際、第２ボード３０ｂの制御部３４は、第２ボード３０ｂ内の第２ノーマルスイッチ８４をオン状態に維持させ、第１バイパススイッチ８２をオフ状態に維持させる。これにより第２ボード３０ｂのスイッチ群４０は、第２異常対応状態となる。
When it is determined that an abnormality has occurred in the third group, the
第２異常対応状態において、Ｖ相正側のスイッチング素子７０およびＷ相負側のスイッチング素子７０がオンすると、図１０の一点鎖線の矢印Ｃ２１で示すように、第２バイパスコイル３８およびＷ相固定子巻線２２ｗを通じて電流が流れる。この際、Ｖ相固定子巻線２２ｖは、第２バイパスコイル３８およびＷ相固定子巻線２２ｗを通る電流経路から外れている。また、Ｕ相負側のスイッチング素子７０はオフである。これらより、Ｖ相固定子巻線２２ｖには電流が流れない。
In the second abnormality handling state, when the V-phase positive
その結果、図１１に示すように、第２グループのＶ相固定子巻線２２ｖ内を通る磁気回路は形成されない。つまり、冗長アクチュエータシステム１では、図４の閉曲線Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３のような磁気回路が形成されない。
As a result, as shown in FIG. 11, no magnetic circuit is formed through the second group of V-
さらに、第２グループのＷ相固定子巻線２２ｗに電流が流れるとき、第１グループのＶ相固定子巻線２２ｖにも電流が流れる。このため、図１１の閉曲線Ｄ１２で示すように、第１グループのＶ相固定子巻線２２ｖ内および第２グループのＷ相固定子巻線２２ｗ内を通る略三角形状の磁気回路が形成される。つまり、冗長アクチュエータシステム１では、ＶＷフェーズにおいて、第２グループのＶ相固定子巻線２２ｖに磁界を発生させないようにしつつ、第２グループのＷ相固定子巻線２２ｗに磁界を発生させて磁気回路を形成させることができる。
Furthermore, when current flows through the W-phase stator winding 22w of the second group, current also flows through the V-phase stator winding 22v of the first group. Therefore, as shown by the closed curve D12 in FIG. 11, a substantially triangular magnetic circuit is formed passing through the V-
また、Ｕ相正側のスイッチング素子７０およびＶ相負側のスイッチング素子７０がオンすると、図１２の一点鎖線の矢印Ｃ２３で示すように、Ｕ相固定子巻線２２ｕおよびＶ相固定子巻線２２ｖを通じて電流が流れる。その結果、図１３の閉曲線Ｄ２３で示すように、第２グループにおいて、Ｕ相固定子巻線２２ｕ内およびＶ相固定子巻線２２ｖ内を通る略三角形状の磁気回路が形成される。
When the U-phase positive
なお、この際、第２バイパスコイル３８は、Ｕ相固定子巻線２２ｕおよびＶ相固定子巻線２２ｖを通る電流経路から外れている。また、Ｗ相正側のスイッチング素子７０はオフである。これらより、第２バイパスコイル３８には電流が流れない。
At this time, the
また、第２異常対応状態では、Ｗ相固定子巻線２２ｗおよび第１バイパスコイル３６が中性点８８から電気的に切り離されている。このため、Ｗ相正側のスイッチング素子７０およびＵ相負側のスイッチング素子７０がオンしても、第２グループのＷ相固定子巻線２２ｗおよびＵ相固定子巻線２２ｕには電流が流れない。つまり、Ｗ相およびＵ相を通電させるＷＵフェーズでは、第２グループにおいてＷ相固定子巻線２２ｗ内およびＵ相固定子巻線２２ｕ内を通る磁気回路が形成されない。
Also, in the second abnormality handling state, the W-phase stator winding 22 w and the
このように、冗長アクチュエータシステム１では、ＵＶフェーズにおいて第２グループのＵ相固定子巻線２２ｕ内およびＶ相固定子巻線２２ｖ内を通る磁気回路を形成させ、ＶＷフェーズにおいて第２グループのＷ相固定子巻線２２ｗ内および第１グループのＶ相固定子巻線２２ｖ内を通る磁気回路を形成させ、ＷＵフェーズにおいて第１グループのＷ相固定子巻線２２ｗ内およびＵ相固定子巻線２２ｕ内を通る磁気回路を形成させる。これにより、冗長アクチュエータシステム１では、第３グループに異常が生じても、第１グループおよび第２グループによって冗長アクチュエータ１０の回転を維持させる。
Thus, in the
次に、制御部３４の動作の流れを説明する。第１ボード３０ａの制御部３４、第２ボード３０ｂの制御部３４および第３ボード３０ｃの制御部３４は、それぞれ共通の流れで各処理を行う。このため、第１ボード３０ａの制御部３４の動作の流れを説明し、第２ボード３０ｂの制御部３４および第３ボード３０ｃの制御部３４の動作の流れの説明を省略する。
Next, the operation flow of the
図１４は、第１ボード３０ａの制御部３４の動作を説明するフローチャートである。初期状態において、スイッチ群４０は、正常状態となっている。
FIG. 14 is a flowchart for explaining the operation of the
まず、制御部３４は、所定制御周期毎（例えば、１ｍｓ毎）に、比較対象の指令（具体的には、電流指令）を、他のボード３０の制御部３４からそれぞれ取得する（Ｓ１００）。次に、制御部３４は、比較対象の指令に基づいて異常が生じたか否かを判断する（Ｓ１１０）。具体的には、制御部３４は、自己のボード３０（例えば、第１ボード３０ａ）における比較対象の指令（電流指令）、および、他のボード３０（例えば、第２ボード３０ｂおよび第３ボード３０ｃ）におけるそれぞれの比較対象の指令（電流指令）を互いに比較し、異なる比較対象の指令（電流指令）があるか否かを判断する。
First, the
異常が生じていない場合、すなわち、異なる比較対象の指令（電流指令）がない場合（Ｓ１１０におけるＮＯ）、制御部３４は、ステップＳ１００に戻り、所定制御周期毎に比較対象の指令（電流指令）の取得を繰り返す。つまり、制御部３４は、自己の属するグループに対して時計回り側（Ｗ相固定子巻線２２ｗ側）に隣接するグループ、および、自己の属するグループに対して反時計回り側（Ｖ相固定子巻線２２ｖ側）に隣接するグループの双方に異常がないとみなし、スイッチ群４０を正常状態に維持させる。
If no abnormality has occurred, that is, if there is no command (current command) to be compared (NO in S110), the
異常が生じた場合、すなわち、異なる比較対象の指令（電流指令）がある場合（Ｓ１１０におけるＹＥＳ）、制御部３４は、異なる比較対象の指令（電流指令）が、自己の属するグループに対して時計回り側（Ｗ相固定子巻線２２ｗ側）に隣接するグループに属するボード３０、すなわち、第３ボード３０ｃにおける比較対象の指令（電流指令）であるか否かを判断する（Ｓ１２０）。
If an abnormality occurs, that is, if there is a different comparison object command (current command) (YES in S110), the
異なる比較対象の指令（電流指令）が第３ボード３０ｃにおける比較対象の指令（電流指令）である場合（Ｓ１２０におけるＹＥＳ）、制御部３４は、Ｗ相をバイパス相に決定する（Ｓ１３０）。その後、制御部３４は、第２ノーマルスイッチ８４をオフさせ（Ｓ１４０）、第１バイパススイッチ８２をオンさせて（Ｓ１５０）、一連の処理を終了する。これにより、スイッチ群４０の状態が、正常状態から第１異常対応状態に切り替わる。
If the different comparison target command (current command) is the comparison target command (current command) in the
一方、異なる比較対象の指令（電流指令）が第３ボード３０ｃにおける比較対象の指令（電流指令）ではない場合（Ｓ１２０におけるＮＯ）、制御部３４は、異なる比較対象の指令（電流指令）が、自己の属するグループに対して反時計回り側（Ｖ相固定子巻線２２ｖ側）に隣接するグループに属するボード３０、すなわち、第２ボード３０ｂにおける比較対象の指令（電流指令）であるか否かを判断する（Ｓ１６０）。
On the other hand, if the different comparison target command (current command) is not the comparison target command (current command) in the
異なる比較対象の指令（電流指令）が第２ボード３０ｂにおける比較対象の指令（電流指令）である場合（Ｓ１６０におけるＹＥＳ）、制御部３４は、Ｖ相をバイパス相に決定する（Ｓ１７０）。その後、制御部３４は、第１ノーマルスイッチ８０をオフさせ（Ｓ１８０）、第２バイパススイッチ８６をオンさせて（Ｓ１９０）、一連の処理を終了する。これにより、スイッチ群４０の状態が、正常状態から第２異常対応状態に切り替わる。
If the different comparison target command (current command) is the comparison target command (current command) in
異なる比較対象の指令（電流指令）が第２ボード３０ｂにおける比較対象の指令（電流指令）ではない場合（Ｓ１６０におけるＮＯ）、制御部３４は、自己のグループのモータ機能部２０を停止させる停止指令（具体的には、電流停止指令）を自己のグループのＰＷＭドライバ６２に送信し（Ｓ２００）、一連の処理を終了する。この場合、スイッチ群４０の状態は正常状態に維持されてもよい。
If the different comparison target command (current command) is not the comparison target command (current command) in the
なお、第２ボード３０ｂの制御部３４では、ステップＳ１２０において、異なる比較対象の指令（電流指令）が第１ボード３０ａにおける比較対象の指令（電流指令）であるか否かを判断し、ステップＳ１６０において、異なる比較対象の指令（電流指令）が第３ボード３０ｃにおける比較対象の指令（電流指令）であるか否かを判断してもよい。また、第３ボード３０ｃの制御部３４では、ステップＳ１２０において、異なる比較対象の指令（電流指令）が第２ボード３０ｂにおける比較対象の指令（電流指令）であるか否かを判断し、ステップＳ１６０において、異なる比較対象の指令（電流指令）が第１ボード３０ａにおける比較対象の指令（電流指令）であるか否かを判断してもよい。
In step S120, the
以上のように、本実施形態の冗長アクチュエータシステム１では、グループ内の固定子巻線２２のうち中心軸周りの一端側（時計回り側）に位置する第１固定子巻線（Ｗ相固定子巻線２２ｗ）に対応する第１バイパスコイル３６、および、中心軸周りの他端側（反時計回り側）に位置する第２固定子巻線（Ｖ相固定子巻線２２ｖ）に対応する第２バイパスコイル３８が設けられている。
As described above, in the
本実施形態の冗長アクチュエータシステム１では、第１固定子巻線（Ｗ相固定子巻線２２ｗ）側に隣接するグループに異常が生じた場合、第２固定子巻線（Ｖ相固定子巻線２２ｖ）が中性点８８から切り離され、第２固定子巻線（Ｖ相固定子巻線２２ｖ）と電力変換部３２（第１固定子巻線の電力変換部３２側端）との間に第１バイパスコイル３６が電気的に接続される。これにより、本実施形態の冗長アクチュエータシステム１では、第１固定子巻線の相と第２固定子巻線の相とを通電させる両端相フェーズ（ＶＷフェーズ）において、異常が生じたグループとは反対側の第２固定子巻線（Ｖ相固定子巻線２２ｖ）に第１バイパスコイル３６を通じて電流を流すことができるとともに、異常が生じたグループに隣接する第１固定子巻線（Ｗ相固定子巻線２２ｗ）内を通る磁界を発生させないようにすることができる。
In the
また、本実施形態の冗長アクチュエータシステム１では、第２固定子巻線（Ｖ相固定子巻線２２ｖ）側に隣接するグループに異常が生じた場合、第１固定子巻線（Ｗ相固定子巻線２２ｗ）が中性点８８から切り離され、第１固定子巻線（Ｗ相固定子巻線２２ｗ）と電力変換部３２（第２固定子巻線の電力変換部３２側端）との間に第２バイパスコイル３８が電気的に接続される。これにより、本実施形態の冗長アクチュエータシステム１では、両端相フェーズ（ＶＷフェーズ）において、異常が生じたグループとは反対側の第１固定子巻線（Ｗ相固定子巻線２２ｗ）に第２バイパスコイル３８を通じて電流を流すことができるとともに、異常が生じたグループに隣接する第２固定子巻線（Ｖ相固定子巻線２２ｖ）内を通る磁界を発生させないようにすることができる。
Further, in the
これらにより、本実施形態の冗長アクチュエータシステム１では、異常が生じた際の磁界の分布の乱れを抑制することができる。したがって、本実施形態による冗長アクチュエータシステム１によれば、異常が生じても回転子５６を円滑に回転させることが可能となる。
As a result, in the
なお、本実施形態の冗長アクチュエータシステム１では、従来の冗長アクチュエータシステムと同様に、異常が生じたグループ以外のモータ機能部２０によって回転子５６の回転を維持させることができる。
Note that, in the
また、本実施形態の冗長アクチュエータシステム１では、グループ内における各相の配列が、反時計回り方向に向かってＷ相、Ｕ相、Ｖ相の順となっていた。しかし、グループ内における各相の配列順は、この例に限らない。例えば、グループ内における各相の配列は、反時計回り方向に向かってＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順であってもよい。この場合、第１バイパスコイル３６は、時計回り側に位置するＵ相固定子巻線２２ｕに対応するように設けられ、第２バイパスコイル３８は、反時計回り側に位置するＷ相固定子巻線２２ｗに対応するように設けられてもよい。
Further, in the
以上、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to such embodiments. It is obvious that a person skilled in the art can conceive of various modifications or modifications within the scope of the claims, and it should be understood that these also belong to the technical scope of the present invention. be done.
例えば、上記実施形態の冗長アクチュエータシステム１では、冗長アクチュエータ１０が３個のモータ機能部２０に区分されていた。しかし、モータ機能部２０の数は、３個に限らず、例えば４個でもよく、複数であればよい。
For example, in the
また、上記実施形態の冗長アクチュエータ１０は、６極９スロットの構成となっていた。しかし、冗長アクチュエータ１０は、６極９スロットの構成に限らない。例えば、冗長アクチュエータ１０は、２極３スロットの基本構成をモータ機能部２０の数だけ倍増した構成となっていてもよい。
Further, the
また、上記実施形態のスイッチ群４０は、第１ノーマルスイッチ８０、第１バイパススイッチ８２、第２ノーマルスイッチ８４および第２バイパススイッチ８６を含んでいた。しかし、スイッチ群４０は、正常状態、第１異常対応状態および第２異常対応状態を切り替え可能であればよく、第１ノーマルスイッチ８０、第１バイパススイッチ８２、第２ノーマルスイッチ８４および第２バイパススイッチ８６を含む構成に限らない。例えば、スイッチ群４０は、第１ノーマルスイッチ８０および第２バイパススイッチ８６に代えて、第１固定子巻線（Ｗ相固定子巻線２２ｗ）におけるＷ相出力ノード７６ｗとは反対側端に対する接続先を、第１固定子巻線と第２固定子巻線との間に位置する第３固定子巻線（Ｕ相固定子巻線２２ｕ）と第２バイパスコイル３８とで切り替える第１切替スイッチを含んでもよい。また、スイッチ群４０は、第２ノーマルスイッチ８４および第１バイパススイッチ８２に代えて、第２固定子巻線（Ｖ相固定子巻線２２ｖ）におけるＶ相出力ノード７６ｖとは反対側端に対する接続先を、第３固定子巻線（Ｕ相固定子巻線２２ｕ）と第１バイパスコイル３６とで切り替える第２切替スイッチを含んでもよい。
Also, the
本発明は、冗長アクチュエータシステムに利用できる。 The present invention can be used in redundant actuator systems.
１ 冗長アクチュエータシステム
２２ 固定子巻線
３２ 電力変換部
３４ 制御部
３６ 第１バイパスコイル
３８ 第２バイパスコイル
４０ スイッチ群
８８ 中性点
1
Claims (3)
前記グループの各々に対して設けられ、対応する前記グループ内の前記固定子巻線に電力を供給する電力変換部と、
前記グループの各々に対して設けられる第１バイパスコイルと、
前記グループの各々に対して設けられる第２バイパスコイルと、
前記グループの各々に対して設けられるスイッチ群と、
を備え、
前記グループ内の前記固定子巻線のうち前記中心軸周りの一端側に位置する前記固定子巻線が、第１固定子巻線であり、
前記グループ内の前記固定子巻線のうち前記中心軸周りの他端側に位置する前記固定子巻線が、第２固定子巻線であり、
前記第１固定子巻線の一端は、前記電力変換部に接続されており、前記第１固定子巻線の他端は、前記スイッチ群に接続されており、
前記第２固定子巻線の一端は、前記電力変換部に接続されており、前記第２固定子巻線の他端は、前記スイッチ群に接続されており、
前記第１バイパスコイルの一端は、前記第１固定子巻線の前記電力変換部側端に接続されており、前記第１バイパスコイルの他端は、前記スイッチ群を介して前記第２固定子巻線の前記電力変換部とは反対側端に接続されており、
前記第２バイパスコイルの一端は、前記第２固定子巻線の前記電力変換部側端に接続されており、前記第２バイパスコイルの他端は、前記スイッチ群を介して前記第１固定子巻線の前記電力変換部とは反対側端に接続されており、
前記グループ内の前記固定子巻線が星形結線される状態が、正常状態であり、
前記グループ内において前記星形結線された際の中性点から前記第２固定子巻線が電気的に切り離され、前記第２固定子巻線の前記電力変換部とは反対側端と前記第１固定子巻線の前記電力変換部側端との間に前記第１バイパスコイルが電気的に接続される状態が、第１異常対応状態であり、
前記グループ内において前記中性点から前記第１固定子巻線が電気的に切り離され、前記第１固定子巻線の前記電力変換部とは反対側端と前記第２固定子巻線の前記電力変換部側端との間に前記第２バイパスコイルが電気的に接続される状態が、第２異常対応状態であり、
前記スイッチ群は、前記正常状態と、前記第１異常対応状態と、前記第２異常対応状態と、を切り替える冗長アクチュエータシステム。 a plurality of stator windings arranged around a predetermined central axis and divided into a plurality of groups around the central axis in units of three;
a power conversion unit provided for each of the groups and supplying power to the stator windings in the corresponding group;
a first bypass coil provided for each of the groups ;
a second bypass coil provided for each of the groups ;
a switch group provided for each of the groups ;
with
Among the stator windings in the group, the stator winding located on one end side around the central axis is a first stator winding,
Among the stator windings in the group, the stator winding located on the other end side around the central axis is a second stator winding,
one end of the first stator winding is connected to the power converter, the other end of the first stator winding is connected to the switch group,
one end of the second stator winding is connected to the power converter, the other end of the second stator winding is connected to the switch group,
One end of the first bypass coil is connected to the power converter side end of the first stator winding, and the other end of the first bypass coil is connected to the second stator via the switch group. connected to the end of the winding opposite to the power conversion unit,
One end of the second bypass coil is connected to the end of the second stator winding on the side of the power converter, and the other end of the second bypass coil is connected to the first stator via the switch group. connected to the end of the winding opposite to the power conversion unit,
a state in which the stator windings in the group are star-connected is a normal state;
In the group, the second stator winding is electrically disconnected from the neutral point of the star connection, and the end of the second stator winding opposite to the power conversion section and the second stator winding are electrically separated from each other. A state in which the first bypass coil is electrically connected between the first stator winding and the power conversion unit side end is a first abnormality handling state,
Within the group, the first stator winding is electrically disconnected from the neutral point, and the end of the first stator winding opposite to the power conversion section and the end of the second stator winding are separated from each other. A state in which the second bypass coil is electrically connected to the power conversion unit side end is a second abnormality handling state,
The switch group is a redundant actuator system that switches among the normal state, the first abnormality-handling state, and the second abnormality-handling state .
前記制御部は、
自己の属する前記グループに対して前記第１固定子巻線側に隣接する前記グループ、および、前記第２固定子巻線側に隣接する前記グループの双方において異常がない場合、前記スイッチ群を前記正常状態にさせ、
自己の属する前記グループに対して前記第１固定子巻線側に隣接する前記グループに異常が生じた場合、前記スイッチ群を前記第１異常対応状態にさせ、
自己の属する前記グループに対して前記第２固定子巻線側に隣接する前記グループに異常が生じた場合、前記スイッチ群を前記第２異常対応状態にさせる請求項１に記載の冗長アクチュエータシステム。 Further comprising a control unit provided for each of the groups,
The control unit
When there is no abnormality in both the group adjacent to the first stator winding side and the group adjacent to the second stator winding side with respect to the group to which the self belongs, the switch group is switched to the bring to normal
bringing the switch group into the first abnormality handling state when an abnormality occurs in the group adjacent to the group to which the self belongs on the first stator winding side;
2. A redundant actuator according to claim 1, wherein when an abnormality occurs in said group adjacent to said group to which it belongs on said second stator winding side, said switch group is brought into said second abnormality handling state. system.
前記第２バイパスコイルは、非磁性材料で形成されたコアに巻回され、または、コアレスで巻回され、かつ、前記第２固定子巻線と等しい形状に形成される請求項１または２に記載の冗長アクチュエータシステム。 The first bypass coil is wound around a core made of a non-magnetic material or wound coreless, and is formed in the same shape as the first stator winding,
3. The second bypass coil is wound around a core made of a non-magnetic material, or is wound coreless, and is formed in the same shape as the second stator winding. Redundant actuator system as described.
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