JP7449166B2 - モータシステム - Google Patents
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Description
図1は、実施形態に係るモータシステムの一例の構成を示す図である。直流電源である電池10には、インバータ16が接続されている。すなわち、電池10の正負極には、インバータ16の正母線12と、負母線14がそれぞれ接続されている。
上述したように、零相電流としては、基本波に対しN次の高調波(Nは3以上の自然数)を使用することができる。図2は、零相電流により3次高調波成分を重畳した場合の(a)電流波形、(b)磁束鎖交数波形を示す図である。このように、3次高調波が重畳されることで、電流波形のピークが複数に分散され、磁束鎖交数波形は広がりが狭められ変動が抑制される。なお、電流波形は、進角調整のありなしでほぼ同一である。
図5は、零相電流として、直流電流を供給する場合のシステム構成を示す図である。この例では、零相電流供給手段として負母線14と中性点18nとの間に電池60を配置している。これによって、電池60からの零相電流がモータ18の中性点に供給される。また、スイッチ32は、電池60と中性点との接続をオンオフする。なお、図5においては、制御部30などについて記載を省略している。
図8は、磁束鎖交数ピーク時の磁束密度分布を示す図であり、(a)が基本波のみ、(b)が直流重畳、(c)が3次高調波重畳の場合を示す。このように、基本波のみの場合に比べ、零相電流重畳を重畳することにより磁束鎖交数のピーク時におけるステータコアの磁束密度はコイル(巻線)の近傍において飽和している。ステータコアの磁気飽和を促進することで、コアの磁気抵抗を高められコアに基本波磁束が流れ難くなる。これによって、モータ線間電圧がインバータ入力直流電圧の上限に対して余裕を持つようになり、トルク増加が可能になる。
図9は、制御部30における、零相電流制御の処理を示すフローチャートである。
図10は、図1の構成において、電池10とインバータ16との間にDC/DCコンバータ40を、直流電圧を調整可能な電力変換器として配置したシステム構成を示す図である。従って、インバータ16に入力される正負母線12,14間電圧は、DC/DCコンバータ40の出力電圧になり、DC/DCコンバータ40を制御することによって調整が可能である。このような構成によれば、DC/DCコンバータ40により正負母線12,14間電圧を上昇することで、端子間電圧所定値を高く設定するができる。
図11は、オープン巻線形式のモータにおける零相電流を重畳するシステム構成を示す図である。電池10からの正負母線間には、2つのインバータ16-1,16-2が接続されている。これらインバータ16-1,16-2は、上述のインバータ16と同様の構成であり、それぞれが3つのスイッチングアーム16-1u,16-1v,16-1w、スイッチングアーム16-2u,16-2v,16-2wを有する。そして、モータ18のu,v,w相の巻線の一端側の巻線端子18-1u,18-1v,18-1wにインバータ16-1の各相スイッチングアーム16-1u,16-1v,16-1wの中点が接続され、モータ18のu,v,w相の巻線の他端側の巻線端子18-2u,18-2v,18-2wにインバータ16-2の各相スイッチングアーム16-2u,16-2v,16-2wの中点が接続される。従って、2つのインバータ16-1,16-2の各相のスイッチングアームにおけるスイッチング素子SWのスイッチングを制御することで、モータ18の各相巻線に所望の電流を供給することができる。通常の場合、モータ18に零相電流が0となるように各相の巻線に0を境に対称の交流電流を流す(一方が吐き出し、他方が吸い込み)が、本実施形態の場合は、スイッチングアームの上側スイッチング素子と下側スイッチング素子のオンデューティーを調節することで、3相の巻線電流に流れる巻線電流の和を0からシフトさせ、モータ18に任意の零相電流を流す。この例では、2つのインバータ16-1,16-2の両方が零相電流供給として機能する。なお、図10,11においても、制御部30などについて記載を省略している。
インバータ16は、3相のスイッチングアームとしたが、5相など他の相数でも構わない。実施形態に係るモータシステムは、例えば電気自動車やハイブリッド駆動車の駆動モータのシステムに好適である。
本実施形態によれば、零相電流を制御できるモータ18において端子間電圧所定値(端子間電圧上限)に達する場合に、基本波成分以外の周波数の零相電流を入力することでステータの磁気飽和を促し、磁束鎖交数の変動を抑えることができる。すなわち、モータ駆動の基本波成分を減少することにより、端子間電圧上限に余裕をもたせる。また、余裕が出た分、電流進角を大きくでき、モータ18の出力トルクを向上することできる。
Claims (8)
- N相(Nは3以上の自然数)巻線を有するステータと、永久磁石を有するロータと、を有する永久磁石モータと、
回転磁界を形成するためにN相の交流の駆動電流をステータに供給するインバータと、
ステータの巻線に零相電流を供給する零相電流供給手段と、を含み、
N相の交流の駆動電流をステータに供給してモータを駆動しているときであって、モータの端子間電圧が端子間電圧所定値に達する場合に、零相電流を通電する、
モータシステム。 - 請求項1に記載のモータシステムであって、
零相電流の周波数は、駆動電流の基本波成分以外の周波数とする、
モータシステム。 - 請求項1または2に記載のモータシステムであって、
ステータのN相巻線は、Y結線を有し、
零相電流は、Y結線の中性点から供給する、
モータシステム。 - 請求項1または2に記載のモータシステムであって、
ステータは、独立したN相の巻線を有し、
インバータは、独立した2つのインバータを有し、一方のインバータの出力をN相の巻線の一端に接続し、他方のインバータの出力をN相の巻線の他端に接続し、
2つのインバータのスイッチング制御することで、零相電流を流す、
モータシステム。 - 請求項1~4のいずれか1つに記載のモータシステムであって、
零相電流の通電によってステータコアの磁気飽和を促進する、
モータシステム。 - 請求項1~5のいずれか1つに記載のモータシステムであって、
前記インバータは、さらに基本波の電流を増強または進角を調整する、
モータシステム。 - 請求項1~6のいずれか1つに記載のモータシステムであって、
前記零相電流は、基本波に対するN次高調波である、
モータシステム。 - 請求項1~7のいずれか1つに記載のモータシステムであって、
前記インバータには、直流電源からの直流電圧を調整可能な電力変換器を介し供給する、
モータシステム。
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