JP2009017694A - Variable flux drive system - Google Patents
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Description
本発明は、可変磁石を有する可変磁束モータとこの可変磁束モータを駆動するインバータを備えた可変磁束ドライブシステムに関する。 The present invention relates to a variable magnetic flux drive system including a variable magnetic flux motor having a variable magnet and an inverter for driving the variable magnetic flux motor.
従来の誘導電動機(IMモータ)に代わり、効率に優れ、小型化や低騒音化も期待できる永久磁石同期電動機(PMモータ)が普及し始めている。例えば、鉄道車両や電気自動車向けの駆動モータとしてPMモータが利用されるようになってきている。 Instead of conventional induction motors (IM motors), permanent magnet synchronous motors (PM motors), which are excellent in efficiency and can be expected to be reduced in size and noise, are becoming popular. For example, PM motors are increasingly used as drive motors for railway vehicles and electric vehicles.
IMモータは、磁束自体をステータからの励磁電流によって作り出すため、励磁電流を流すことによる損失が発生する技術的な問題点がある。 The IM motor has a technical problem that a loss occurs due to the excitation current flowing because the magnetic flux itself is generated by the excitation current from the stator.
他方、PMモータは、ロータに永久磁石を備え、その磁束を利用してトルクを出力するモータであるので、このようなIMモータの抱える問題はない。しかしながら、PMモータは、その永久磁石のために回転数に応じた誘起電圧(逆起電圧)が発生する。鉄道車両や自動車など、回転範囲が広い応用分野では、最高回転数において生じる誘起電圧によって、PMモータを駆動制御するインバータが(過電圧によって)破壊しないことが条件となる。この条件を満たすためには、インバータの耐圧を十分に高いものとするか、あるいは逆に、モータに備える永久磁石の磁束を制限する必要がある。前者は、電源側への影響もあり、後者を選択することが多い。その場合の磁束量を、IMモータの磁束量(IMモータの場合には励磁電流によって作りだすギャップ磁束量)と比較すると、1:3程度になるケースもある。この場合、同一のトルクを発生させるためには、磁束量の小さいPMモータでは、大きな(トルク)電流を流す必要がある。したがって、低速域において、同一トルクを出力する電流をIMモータとPMモータとで比較した場合に、PMモータは、より大きな電流を流す必要がある。 On the other hand, since the PM motor is a motor that includes a permanent magnet in the rotor and outputs torque using the magnetic flux, there is no such problem that the IM motor has. However, the PM motor generates an induced voltage (back electromotive voltage) corresponding to the rotational speed because of its permanent magnet. In application fields with a wide rotation range such as railway vehicles and automobiles, it is a condition that the inverter that drives and controls the PM motor is not destroyed (due to overvoltage) by the induced voltage generated at the maximum rotation speed. In order to satisfy this condition, the withstand voltage of the inverter needs to be sufficiently high, or conversely, it is necessary to limit the magnetic flux of the permanent magnet provided in the motor. The former often affects the power supply side, and the latter is often selected. If the amount of magnetic flux in that case is compared with the amount of magnetic flux of the IM motor (in the case of an IM motor, the amount of gap magnetic flux created by the excitation current), there are cases where it becomes about 1: 3. In this case, in order to generate the same torque, it is necessary to flow a large (torque) current in a PM motor with a small amount of magnetic flux. Therefore, when the current that outputs the same torque is compared between the IM motor and the PM motor in the low speed range, the PM motor needs to pass a larger current.
このため、IMモータと比べて、PMモータを駆動するインバータの電流容量は増加する。さらに、一般に低速ではインバータ内のスイッチング素子のスイッチング周波数が高く、発生する損失は電流値に依存して増大することから、PMモータでは低速で大きな損失と発熱が生じることになる。 For this reason, the current capacity of the inverter that drives the PM motor is increased as compared with the IM motor. Furthermore, since the switching frequency of the switching element in the inverter is generally high at low speed and the loss generated increases depending on the current value, a large loss and heat generation occur at low speed in the PM motor.
電車などは走行風によって冷却を期待することもあり、低速時に大きな損失が生じることになれば、冷却能力を向上させる必要性からインバータ装置が大型化してしまう。また逆に、誘起電圧が高い場合、弱め界磁制御を行うことになるが、そのときは、励磁電流を重畳することで効率が低下してしまう。 A train or the like may be expected to be cooled by traveling wind, and if a large loss occurs at a low speed, the inverter device becomes large due to the necessity of improving the cooling capacity. Conversely, when the induced voltage is high, field-weakening control is performed. In this case, the efficiency is reduced by superimposing the excitation current.
このようにPMモータは、磁石を内在するが故のメリットとデメリットがある。モータとしてはそのメリットの分が大きく、損失低減や小型化につながる面もあるが、一方では電車や電気自動車など可変速制御の場合には、従来のIMモータに比べて効率の悪い動作点も存在する。また、インバータにとっては電流容量が増大し、損失も増大することから、装置サイズが大きくなる。システムの効率自体は、モータ側が支配的であるため、PMモータの適用によって総合効率は改善するが、一方ではインバータのサイズが増加することがシステムのデメリットとなり、好ましくない。 Thus, the PM motor has advantages and disadvantages due to the inherent magnet. As a motor, the benefits are significant, leading to loss reduction and miniaturization. On the other hand, in the case of variable speed control such as trains and electric cars, there are operating points that are less efficient than conventional IM motors. Exists. Further, since the current capacity and the loss increase for the inverter, the device size increases. Since the efficiency of the system itself is dominant on the motor side, the overall efficiency is improved by the application of the PM motor. On the other hand, an increase in the size of the inverter is a disadvantage of the system, which is not preferable.
特許文献1には、低出力運転、高出力運転の何れにおいても電動機及びインバータを高効率で運転し、システム効率を高める電気自動車駆動用交流電動機が記載されている。この電気自動車駆動用交流電動機は、界磁磁極に埋め込んだ永久磁石による磁束と、必要に応じて励磁コイルによる磁束とにより界磁磁束を作り、電動機出力に応じて、界磁磁束発生源を永久磁石のみと永久磁石及び励磁コイル双方とに切り替えるとともに、回転変圧器を介して励磁電流を供給する。
したがって、この電気自動車駆動用交流電動機は、電動機出力に応じて、例えば低出力時は永久磁石のみの運転にすることができるため、運転効率が向上する。また、電動機の低速域での電動機電圧を高くすることができるため、電流を低減でき、電動機巻線の銅損やインバータの発生損失を小さくしてシステム効率を向上させることができる。特に、低・中速域で運転されることの多い電気自動車にとってこの効果は大きく、電流利用効率の向上、一充電走行距離の延長が可能である。 Therefore, since this AC electric motor for driving an electric vehicle can be operated only by a permanent magnet at the time of low output, for example, according to the motor output, the driving efficiency is improved. In addition, since the motor voltage in the low speed region of the motor can be increased, the current can be reduced, and the copper loss of the motor windings and the loss generated by the inverter can be reduced to improve the system efficiency. In particular, this effect is significant for an electric vehicle that is often driven in a low / medium speed range, and it is possible to improve the current utilization efficiency and extend the travel distance of one charge.
さらに、この電気自動車駆動用交流電動機は、永久磁石を減磁させないため、インバータ制御が簡単になるとともに、異常過電圧が発生せず、機器の保護を図ることができる。また、回転変圧器は高周波動作させることにより小形化が可能であり、電動機ないしシステム全体の小形軽量化を図ることができる。 Further, since the AC motor for driving an electric vehicle does not demagnetize the permanent magnet, the inverter control is simplified, and an abnormal overvoltage does not occur, and the device can be protected. Further, the rotary transformer can be reduced in size by operating at a high frequency, and the motor or the entire system can be reduced in size and weight.
これに対し、インバータによる電流によって磁石磁束を可変にすることが可能な可変磁束ドライブシステムがある。このシステムは、運転条件に合わせて永久磁石の磁束量を変化させることができるため、従来の磁石固定のPMモータドライブシステムに比べて効率の向上が期待できる。また、磁石が不要な際は磁束量を小さくすることで誘起電圧を極力抑制することも可能である。 On the other hand, there is a variable magnetic flux drive system that can make the magnetic flux variable by the current from the inverter. Since this system can change the amount of magnetic flux of the permanent magnet according to the operating conditions, an improvement in efficiency can be expected as compared with a conventional PM motor drive system with a fixed magnet. Moreover, when a magnet is unnecessary, it is also possible to suppress an induced voltage as much as possible by reducing the amount of magnetic flux.
図23は、永久磁石同期電動機ドライブシステムの1例を示すブロック構成図である。主回路は、直流電源3、直流電力を交流電力に変換するインバータ4、このインバータ4の交流電力により駆動される永久磁石同期電動機1aで構成される。そして、主回路には、モータ電流を検出するための電流検出器2、永久磁石同期電動機1aのロータ回転角度を検出するための回転角度センサ18が設置されている。インバータ4は、直流電源3からの直流電力を交流電力に変換し、永久磁石同期電動機1aに供給する。永久磁石同期電動機1aに供給される電流は、電流検出器2で検出され、電圧指令演算部10に入力される。
FIG. 23 is a block diagram showing an example of a permanent magnet synchronous motor drive system. The main circuit includes a
次に、制御回路について説明する。ここでの入力は、トルク指令である。このトルク指令は、永久磁石同期電動機1aが所望のトルクになるように生成されたものであり、適切な手段により出力される。電流指令演算部11は、入力されたトルク指令に基づき、D軸電流とQ軸電流を決定するためのD軸電流指令Id*、及びQ軸電流指令Iq*を生成して電圧指令演算部10に出力する。また、永久磁石同期電動機1aのロータ回転角度は、回転角度センサ18で検出され、電圧指令演算部10に出力される。
Next, the control circuit will be described. The input here is a torque command. This torque command is generated so that the permanent magnet synchronous motor 1a has a desired torque, and is output by an appropriate means. The current
電圧指令演算部10は、入力されたD軸電流指令Id*、Q軸電流指令Iq*に基づき、当該指令にD軸電流Id及びQ軸電流Iqが一致するように電流が流れるように、DQ軸電圧指令Vd*、Vq*を演算して生成する。その際、電圧指令演算部10は、電流偏差にPI制御を施し、DQ軸電圧指令を求める。その後、電圧指令演算部10は、DQ軸電圧指令Vd*、Vq*を座標変換して、三相の電圧指令Vu*、Vv*、Vw*を生成し、PWM回路6に出力する。ここでは、電圧指令演算部10がDQ軸電圧指令から三相の電圧指令への変換も行っているが、例えば座標変換部を設けて電圧指令の変換を演算させることも可能である。
Based on the input D-axis current command Id * and Q-axis current command Iq *, the voltage
PWM回路6は、入力された三相の電圧指令Vu*、Vv*、Vw*に基づき、インバータ4のスイッチング素子をオンオフ制御する。
しかしながら、図23に示すように、従来の永久磁石同期電動機ドライブシステムにおいては、負荷接触器9がインバータ4の交流側に設置される必要がある。永久磁石同期電動機1aは、永久磁石を有しているため、インバータ4がゲートオフした場合において、惰性でモータが回転している限り、誘起電圧(逆起電圧)が発生する。誘起電圧が直流電源3の直流電圧より高い場合に、インバータ4に過電圧がかかるとともに、永久磁石同期電動機1aに対してブレーキ力がかかる。
However, as shown in FIG. 23, in the conventional permanent magnet synchronous motor drive system, the
永久磁石同期電動機1aやインバータ4が短絡や地絡を起こした場合、誘起電圧によって、電流が流れ続け、永久磁石同期電動機1aやインバータ4の過熱・焼損といった問題を引き起こす可能性がある。
When the permanent magnet synchronous motor 1a and the
したがって、当該ドライブシステムにおいて、インバータ4は、ゲートオフされるとともに、負荷接触器9は、開放される。これにより、インバータ4に誘起電圧が印加されるのを防ぐとともに、永久磁石同期電動機1aやインバータ4に故障電流が流れ続けるのを防ぐことができる。
Therefore, in the drive system, the
ところが、負荷接触器9の寿命は、その開閉回数に大きく依存する。したがって、開閉頻度が高い負荷接触器9は、部品としての故障率が高く、寿命が短くなるという問題がある。システムの信頼性を向上するため、図23に示すように、各相に負荷接触器9を2重化して設置するといったことが行われているが、根本的な解決になっておらず、また、コストもかかる。
However, the life of the
さらに、インバータ4停止時に誘起電圧を抑えるために弱め界磁制御を行うことも考えられるが、励磁電流を流すことによる効率の低下や加熱が生じ、冷却装置の設置等も必要となることから、コスト面や装置の大型化といった問題も生じる。
Further, it is conceivable to perform field-weakening control to suppress the induced voltage when the
本発明は上述した従来技術の問題点を解決するもので、永久磁石電動機に代えて、磁石磁束を可変に制御できる可変磁束モータを適用し、用いられる可変磁石の磁束に基づく逆起電圧を簡易な装置で状況に応じて抑え、高速域においてブレーキ力がかかるのを防ぐとともに、システムを安全に保護する可変磁束モータドライブシステムを提供することを課題とする。 The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art. Instead of a permanent magnet motor, a variable magnetic flux motor capable of variably controlling a magnetic flux is applied, and a back electromotive voltage based on the magnetic flux of the variable magnet used is simplified. It is an object of the present invention to provide a variable magnetic flux motor drive system that suppresses depending on the situation with a simple device, prevents a braking force from being applied in a high speed range, and protects the system safely.
上記課題を解決するために、本発明に係る可変磁束モータドライブシステムは、少なくとも低保持力の永久磁石である可変磁石を有する永久磁石電動機と、前記永久磁石電動機を駆動するインバータと、前記可変磁石の磁束を制御するための磁化電流を供給する磁化部と、前記可変磁石に対して減磁を行うべきか否かを判断し、判断結果に基づき減磁信号を生成する減磁判断部と、前記減磁判断部により生成された減磁信号に基づき、前記可変磁石に対して減磁を行う1以上の減磁部とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a variable magnetic flux motor drive system according to the present invention includes a permanent magnet motor having a variable magnet that is a permanent magnet having at least a low holding force, an inverter that drives the permanent magnet motor, and the variable magnet. A magnetization unit for supplying a magnetization current for controlling the magnetic flux of the magnetic field, a demagnetization determination unit that determines whether or not to demagnetize the variable magnet, and generates a demagnetization signal based on the determination result; One or more demagnetizing units that demagnetize the variable magnet based on a demagnetization signal generated by the demagnetization determination unit.
本発明によれば、可変磁束モータドライブシステムの保護が必要とされる場合やインバータの停止時に減磁を行うので、逆起電圧が抑えられ、ブレーキ力がかかるのを防ぐとともに、システムを安全に保護することができる。 According to the present invention, since demagnetization is performed when protection of the variable magnetic flux motor drive system is required or when the inverter is stopped, the back electromotive voltage is suppressed, the braking force is prevented, and the system is made safe. Can be protected.
以下、本発明の可変磁束モータドライブシステムの実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。 Embodiments of a variable magnetic flux motor drive system according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1の可変磁束モータドライブシステムの構成を示すブロック図である。なお、図1および後述の各実施の形態を示す図において、図23における構成要素と同一ないし均等のものは、前記と同一符号を以て示し、重複した説明を省略する。図1を説明する前に、永久磁石同期電動機としての可変磁束モータについて説明する。 FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a variable magnetic flux motor drive system according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1 and the drawings showing the respective embodiments described later, the same or equivalent components as those in FIG. 23 are denoted by the same reference numerals as those described above, and redundant description is omitted. Before describing FIG. 1, a variable magnetic flux motor as a permanent magnet synchronous motor will be described.
可変磁束モータ1のイメージを図2に示す。ステータ側は従来のモータと同様と考えてよい。ロータ51側には永久磁石として、磁性体の磁束密度が固定の固定磁石FMGと、磁性体の磁束密度が可変の可変磁石VMGとがある。従来のPMモータは、前者の固定磁石FMGのみであるのに対して、本可変磁束モータ1の特徴は、可変磁石VMGが備わっていることにある。
An image of the variable
ここで固定磁石や可変磁石について、説明を加える。永久磁石とは、外部から電流などを流さない状態において磁化した状態を維持するものであって、いかなる条件においてもその磁束密度が厳密に変化しないというわけではない。従来のPMモータであっても、インバータなどにより過大な電流を流すことで減磁したり、あるいは逆に着磁したりする。よって、永久磁石とは、その磁束量が一定不変なものではなく、通常の定格運転中に近い状態ではインバータ等から供給される電流によって磁束密度が概ね変化しないもののことを指す。一方、前述の磁束密度が可変である永久磁石、つまり、可変磁石とは、上記のような運転条件においてもインバータ等で流し得る電流によって磁束密度が変化するものを指す。 Here, description is added about a fixed magnet and a variable magnet. A permanent magnet maintains a magnetized state in the state where no current flows from the outside, and the magnetic flux density does not change strictly under any condition. Even a conventional PM motor is demagnetized by passing an excessive current through an inverter or the like, or magnetized in reverse. Therefore, the permanent magnet means that the amount of magnetic flux is not constant and the magnetic flux density is not substantially changed by a current supplied from an inverter or the like in a state close to normal rated operation. On the other hand, the above-described permanent magnet having a variable magnetic flux density, that is, a variable magnet refers to a magnet whose magnetic flux density changes due to a current that can be passed through an inverter or the like even under the above operating conditions.
このような可変磁石は、磁性体の材質や構造に依存して、ある程度の範囲で設計が可能である。例えば、最近のPMモータは、残留磁束密度Brの高いネオジム(NdFeB)磁石を用いることが多い。この磁石の場合、残留磁束密度Brが1.2T程度と高いため、大きなトルクを小さい装置サイズにて出力可能であり、モータの高出力小型化が求められるハイブリッド車HEVや電車には好適である。従来のPMモータの場合、通常の電流によって減磁しないことが要件であるが、このネオジム磁石(NdFeB)は約1000kA/mの非常に高い保持力Hcを有しているので、PMモータ用に最適な磁性体である。PMモータ用には、残留磁束密度が大きく、保磁力の大きい磁石が選定されるためである。 Such a variable magnet can be designed within a certain range depending on the material and structure of the magnetic material. For example, recent PM motors often use neodymium (NdFeB) magnets with a high residual magnetic flux density Br. In the case of this magnet, since the residual magnetic flux density Br is as high as about 1.2 T, it is possible to output a large torque with a small device size, and it is suitable for a hybrid vehicle HEV or a train that requires a high output and a small motor. . In the case of a conventional PM motor, it is a requirement that it is not demagnetized by a normal current. However, this neodymium magnet (NdFeB) has a very high holding force Hc of about 1000 kA / m. It is an optimal magnetic material. This is because a magnet having a large residual magnetic flux density and a large coercive force is selected for the PM motor.
ここで、残留磁束密度が高く、保持力Hcの小さいアルニコAlNiCo(Hc=60〜120kA/m)やFeCrCo磁石(Hc=約60kA/m)といった磁性体を可変磁石とする。通常の電流量(インバータによって従来のPMモータを駆動する際に流す程度の電流量という意味)によって、ネオジム磁石の磁束密度(磁束量)はほぼ一定であり、アルニコAlNiCo磁石などの可変磁石の磁束密度(磁束量)は可変となる。厳密に言えば、ネオジム磁石は可逆領域で利用しているため、微小な範囲で磁束密度が変動するが、インバータ電流がなくなれば当初の値に戻る。他方、可変磁石は不可逆領域まで利用するため、インバータ電流がなくなっても当初の値にならない。 Here, a magnetic material such as Alnico AlNiCo (Hc = 60 to 120 kA / m) or FeCrCo magnet (Hc = about 60 kA / m) having a high residual magnetic flux density and a small coercive force Hc is used as a variable magnet. The magnetic flux density (magnetic flux amount) of the neodymium magnet is almost constant due to the normal amount of current (meaning the amount of current flowing when the conventional PM motor is driven by the inverter), and the magnetic flux of a variable magnet such as an Alnico AlNiCo magnet The density (magnetic flux amount) is variable. Strictly speaking, since the neodymium magnet is used in the reversible region, the magnetic flux density fluctuates within a very small range, but returns to the original value when the inverter current disappears. On the other hand, since the variable magnet is used up to the irreversible region, the initial value is not obtained even if the inverter current is lost.
図2は、可変磁束モータ1を、簡単なイメージとしてモデル化したものである。同図において、可変磁石VMGであるアルニコ磁石の磁束量も、D軸方向の量が変動するだけで、Q軸方向はほぼ0である。
FIG. 2 is a model of the variable
図3は、可変磁束モータ1の具体的な構成例を示している。回転子(ロータ)51は、回転子鉄心52中に、ネオジム磁石(NdFeB)などの高保磁力の永久磁石54とアルニコ磁石(AlNiCo)などの低保磁力の永久磁石53とを組み合わせて配置した構成である。可変磁石VMGである低保磁力永久磁石53は、回転子鉄心52の磁極部55の両側に、それぞれ隣接する磁極部55との境界域に径方向に配置してある。固定磁石FMGである高保磁力磁石54は、回転子鉄心52の磁極部55において径に直交する方向に配置してある。この構造により、可変磁石VMGである低保磁力永久磁石53はQ軸方向とその磁化方向が直交するため、Q軸電流の影響を受けず、D軸電流によって磁化される。
FIG. 3 shows a specific configuration example of the variable
図4は、固定磁石と可変磁石のBH特性(磁束密度−磁化特性)を例示している。また、図5は、図4の第2象限のみを定量的に正しい関係にて示したものである。ネオジム磁石とアルニコ磁石の場合、それらの残留磁束密度Br1,Br2には有意差はないが、保磁力Hc1,Hc2については、ネオジム磁石(NdFeB)のHc2に対し、アルニコ磁石(AlNiCo)のHc1は1/15〜1/8、FeCrCo磁石のHc1は1/15になる。 FIG. 4 illustrates the BH characteristics (magnetic flux density-magnetization characteristics) of the fixed magnet and the variable magnet. FIG. 5 shows only the second quadrant of FIG. 4 in a quantitatively correct relationship. In the case of a neodymium magnet and an Alnico magnet, there is no significant difference between their residual magnetic flux densities Br1 and Br2, but for the coercive forces Hc1 and Hc2, Hc1 of the Alnico magnet (AlNiCo) is equal to Hc2 of the neodymium magnet (NdFeB). From 1/15 to 1/8, the Hc1 of the FeCrCo magnet is 1/15.
従来のPMモータドライブシステムにおいて、インバータの出力電流による磁化領域は、ネオジム磁石(NdFeB)の保磁力より十分に小さく、その磁化特性の可逆範囲で利用されている。しかしながら、可変磁石は、保磁力が上述のように小さいため、インバータの出力電流の範囲において、不可逆領域(電流を0にしても、電流印加前の磁束密度Bに戻らない)での利用が可能で、磁束密度(磁束量)を可変にすることができる。 In the conventional PM motor drive system, the magnetization region due to the output current of the inverter is sufficiently smaller than the coercive force of the neodymium magnet (NdFeB), and is utilized in the reversible range of its magnetization characteristics. However, since the coercive force of the variable magnet is small as described above, it can be used in the irreversible region (even if the current is zero, it does not return to the magnetic flux density B before the current application) in the inverter output current range. Thus, the magnetic flux density (magnetic flux amount) can be made variable.
可変磁束モータ1の動特性の等価簡易モデルを、(1)式に示す。同モデルは、D軸を磁石磁束方向、Q軸をD軸に直行する方向として与えたDQ軸回転座標系上のモデルである。
ここに、R1:巻線抵抗、Ld:D軸インダクタンス、Lq:Q軸インダクタンス、Φfix:固定磁石の磁束量、Φvar:可変磁石の磁束量、ω1:インバータ周波数である。 Here, R1: winding resistance, Ld: D-axis inductance, Lq: Q-axis inductance, Φfix: amount of magnetic flux of the fixed magnet, Φvar: amount of magnetic flux of the variable magnet, and ω1: inverter frequency.
図1に示す可変磁束モータドライブシステムは、可変磁束モータ1、電流検出器2、直流電源3、直流電力を交流電力に変換するインバータ4、切替器5a、PWM回路6、停止減磁判断部8a、電圧指令演算部10、電流指令演算部11、及び回転角度センサ18で構成されている。ここで、この可変磁束モータドライブシステムは、主回路と制御回路とに分けることができる。直流電源3、インバータ4、可変磁束モータ1、モータ電流を検出するための電流検出器2、及び可変磁束モータ1の回転角度を検出するための回転角度センサ18は、主回路を構成するものとする。また、切替器5a、PWM回路6、停止減磁判断部8a、電圧指令演算部10、及び電流指令演算部11は、制御回路を構成するものとする。
The variable magnetic flux motor drive system shown in FIG. 1 includes a variable
可変磁束モータ1は、本発明の永久磁石電動機に対応し、低保持力の永久磁石である可変磁石(例えばアルニコ磁石)を有する。
The variable
インバータ4は、可変磁束モータ1を駆動する。また、インバータ4は、本発明の磁化部にも対応し、可変磁束モータ1の有する可変磁石の磁束を制御するための磁化電流を供給する。さらに、インバータ4は、本発明の減磁部にも対応し、停止減磁判断部8aにより生成された減磁信号に基づき、可変磁石に対して減磁を行う。また、インバータ4は、可変磁束モータ1に直結されており、従来のように負荷接触器を必要としない。本実施例において、減磁部は、1つであるが、複数であってもよい。減磁部が複数ある場合の実施例については、後述する。
The
停止減磁判断部8aは、本発明の減磁判断部に対応し、可変磁束モータ1の有する可変磁石に対して減磁を行うべきか否かを判断し、判断結果に基づき減磁信号を生成する。本実施例においては、停止減磁判断部8aは、インバータ4が動作を停止する場合又は当該可変磁束モータドライブシステムの内外にて故障が生じ、当該ドライブを保護停止する場合に、可変磁石に対して減磁を行うべきであると判断して、減磁信号を生成する。
The stop
PWM回路6、電圧指令演算部10、電流指令演算部11、及び回転角度センサ18は、従来技術と同様であり、重複した説明を省略する。
The
切替器5aは、停止減磁判断部8aにより生成された減磁信号に応じて出力を切り替える。減磁信号が停止減磁判断部8aから出力されていない場合(減磁フラグFLG_DEMAG=0)には、切替器5aは、電圧指令演算部10により生成された三相の電圧指令Vu*、Vv*、Vw*をPWM回路6に出力する。
The switch 5a switches the output according to the demagnetization signal generated by the stop
一方、減磁信号が停止減磁判断部8aから出力されている場合(減磁フラグFLG_DEMAG=1)には、切替器5aは、0を出力する。この場合には、PWM回路6は、U,V,W相のそれぞれが同時にオンオフを繰り返すような制御信号をインバータ4に出力する。したがって、インバータ4は、可変磁束モータ1の各線間を短絡し、可変磁石を減磁する。
On the other hand, when the demagnetization signal is output from the
なお、図6は、インバータ4の詳細な構成を示す図である。上述したように、停止減磁判断部8aにより減磁信号が出力された場合には、三相の全てが全オン又は全オフするため、結果として、インバータ4は、可変磁束モータ1の各線間を短絡し、可変磁石を減磁する。また、可変磁束モータ1の有する可変磁石を減磁する方法として、インバータ4の6つのスイッチング素子のうちいずれか1つをオンにする方法も挙げられる。1つの素子をオンすることで、ロータ回転の位相角が所定の位相角になった場合に、誘起電圧を減磁させる減磁電流を流すことが可能になる。可変磁束モータ1の誘起電圧が問題になるのは、可変磁束モータ1が回転しているときであり、回転とともにロータの回転位相角は必ず所定の回転位相角を通過するため、可変磁石を減磁させることができる。
FIG. 6 is a diagram showing a detailed configuration of the
また別の方法として、インバータ4の出力電圧を低下させて減磁を行うこともできる。可変磁束モータ1の線間短絡を行うことは、インバータ4の出力電圧を0とすることと同義であるが、出力電圧を低下させるだけでも十分に減磁の効果は得られる。例えば、通常の磁化動作と同様に、減磁目標となる磁束を得るために流すべき磁化電流指令をD軸電流指令に与え、これを流すように減磁させることもできる。磁化電流を流しきる時間にもよるが、出力電圧は、磁石磁束の低下すなわち減磁とともに、低下する。
As another method, demagnetization can be performed by reducing the output voltage of the
なお、本発明における減磁部が、可変磁束モータ1の線間の少なくとも1つを短絡して減磁を行う場合には、減磁電流の大きさが所定値に達するならば、その短絡する時間はごく短時間でよく、一瞬短絡するだけでも減磁の効果は得られる。
When the demagnetizing unit according to the present invention performs demagnetization by short-circuiting at least one of the lines of the variable
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。図7は、停止減磁判断部8aの詳細な構成の1例を示すブロック図である。制御回路について説明する。ここでの入力は、保護信号PROTと運転指令RUN_CMDである。これらの信号は、システム内の適切な手段により生成されたものである。停止減磁判断部8aは、これらの信号に基づき、インバータ4が動作を停止する場合又は当該可変磁束モータドライブシステムを保護する場合のタイミングを知ることができる。
Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described. FIG. 7 is a block diagram showing an example of a detailed configuration of the stop
基本的には、運転指令が入った場合に、運転指令を運転状態(RUN_CMD=1)にし、運転指令が停止を指示した場合には、運転指令を停止状態(RUN_CMD=0)にする。 Basically, when the operation command is input, the operation command is set to the operation state (RUN_CMD = 1), and when the operation command instructs to stop, the operation command is set to the stop state (RUN_CMD = 0).
まず通常の運転停止について説明する。図8(a)は、通常の運転停止における各信号の状態を時間軸に沿って示したものである。通常の運転状態にあるときには、運転指令RUN_CMD=1であり、保護信号PROT=0である。したがって、NOT回路20の出力は1であり、AND回路21の出力も1となる。ここで、AND回路21の出力は、保護を含めた運転指令であると言える。
First, normal operation stop will be described. FIG. 8A shows the state of each signal in the normal operation stop along the time axis. When in the normal operation state, the operation command RUN_CMD = 1 and the protection signal PROT = 0. Therefore, the output of the
これまで通常の運転が継続しているとすると、前回値保持回路23の出力は1となる。また、NOT回路22の出力は0であるため、AND回路24の出力は0となる。OFFTD回路25は、入力された値が1である場合に、所定時間経過後に0を出力する回路である。ここでは、0が継続してOFFTD回路25に入力されているため、OFFTD回路25は、0を出力し続ける。以上により、減磁フラグFLG_DEMAG=0となる。また、OR回路26の出力は1となる。
Assuming that normal operation is continued so far, the output of the previous
一方、重故障判断回路27は、適切な手段により、当該可変磁束モータドライブシステムの状態を取得することができる。この可変磁束モータドライブシステムが健全であるか、若しくは軽故障、他装置異常といった状態である場合には、重故障判断回路27は、0を出力する。また、可変磁束モータドライブシステムが重故障である場合には、重故障判断回路27は、1を出力する。ここでは、健全であるため、重故障判断回路27は、0を出力する。したがって、NOT回路28の出力は、1となり、AND回路29は、1を出力する。
On the other hand, the serious
以上より、停止減磁判断部8aから出力されるゲート指令Gstの値は、1となる。PWM回路6は、停止減磁判断部8aにより生成されたゲート指令Gstに基づき、インバータ4に内在するスイッチング素子を制御(ゲートオン)する。
As described above, the value of the gate command Gst output from the
図8(a)の時刻t0に示すように、運転指令が停止を指示した場合(RUN_CMD=0)には、OFFTD回路25に1が入力され、減磁フラグはオン(FLG_DEMAG=1)となる。また、時刻t0において、ゲート指令Gstは、1のままである。減磁フラグがオンであるため、上述したように、切替器5aは、0を出力する。この場合には、PWM回路6は、U,V,W相のそれぞれが同時にオンオフを繰り返すような制御信号をインバータ4に出力する。したがって、インバータ4は、可変磁束モータ1の各線間を短絡し、可変磁石を減磁する。
As shown at time t 0 in FIG. 8 (a), if the operation command is instructed to stop (RUN_CMD = 0), 1 to
時刻t0から所定時間が経過した後、時刻t1においてOFFTD回路25は、0を出力する。したがって、減磁フラグはオフ(FLG_DEMAG=0)となる。この減磁フラグがオンであった期間(時刻t0から時刻t1まで)にのみ、切替器5aは0を出力し、インバータ4は減磁を行う。
After a predetermined time has elapsed from time t 0 , the
時刻t1においてゲート指令Gstは、0となる。したがって、インバータ4のスイッチング素子は、ゲートオフされ、インバータ4は、運転を停止する。
Gate command Gst at time t 1 becomes 0. Therefore, the switching element of the
次に、軽故障における保護停止の場合について説明する。図8(b)は、軽故障の保護停止における各信号の状態を時間軸に沿って示したものである。時刻t0において、保護信号PROTは、0から1となる。したがって、AND回路21の出力である保護を含めた運転指令は、0となる。したがって、OFFTD回路25の出力は1となり、減磁フラグがオン(FLG_DEMAG=1)となるため、インバータ4による減磁が行われる。また、所定時間経過後の時刻t1において、ゲート指令Gstは、0となる。したがって、インバータ4のスイッチング素子は、ゲートオフされ、インバータ4は、運転を停止する。通常の運転停止と異なる点は、運転指令が運転状態(RUN_CMD=1)のままであっても、保護信号PROTが1となった場合には、減磁を行った上でインバータ4を停止する点である。
Next, the case of protection stop in a minor failure will be described. FIG. 8B shows the state of each signal along the time axis in the protection stop of a minor failure. At time t 0, the protection signal PROT becomes 0 1. Therefore, the operation command including protection, which is the output of the AND
最後に、重故障における保護停止の場合について説明する。図8(c)は、重故障の保護停止における各信号の状態を時間軸に沿って示したものである。なお、軽故障と重故障の判定基準は、設計者や使用者等が自由に設計することができるが、通常は、自システムの故障によりゲート指令でゲートをオンすることが危険であり、一刻も早くシステムを停止する必要があるような故障は、重故障とする。時刻t0において、保護信号PROTは、0から1となる。それと同時に、重故障判断回路27は、重故障であるとの判断に基づき1を出力する。したがって、ゲート指令Gstは、0となり、インバータ4は、直ちに運転を停止する。
Finally, the case of protection stop due to a serious failure will be described. FIG. 8C shows the state of each signal along the time axis in the case of a serious failure protection stop. Note that the criteria for determining minor and major failures can be freely designed by the designer or user, but it is usually dangerous to turn on the gate with a gate command due to a failure of the system itself. A failure that requires the system to stop as soon as possible is considered a serious failure. At time t 0, the protection signal PROT becomes 0 1. At the same time, the serious
時刻t0において、OFFTD回路25の出力は1となり、減磁フラグがオン(FLG_DEMAG=1)となるが、インバータ4は停止しているため、減磁は行われない。
At time t 0, the output becomes 1 of
上述のとおり、本発明の実施例1の形態に係る可変磁束モータドライブシステムによれば、可変磁束モータドライブシステムの保護が必要とされる場合やインバータ4の停止時に減磁を行うので、逆起電圧が抑えられ、ブレーキ力がかかるのを防ぐとともに、システムを安全に保護することができる。
As described above, according to the variable magnetic flux motor drive system according to the first embodiment of the present invention, demagnetization is performed when protection of the variable magnetic flux motor drive system is required or when the
また、停止減磁判断部8aから減磁信号が出力された場合に、インバータ4を制御して簡易に減磁を行うので、既存の装置を有効活用して本発明を実現することができる。さらに、減磁を行うことにより、逆起電圧が抑えられるため、図23示すような負荷接触器9が不要となり、コストの削減につながる。
In addition, when a demagnetization signal is output from the stop
なお、本実施例において、インバータ4と可変磁束モータ1とは直結されているが、従来のように、インバータ4と可変磁束モータ1との間に、両者の電気的な接続を制御する接触器を備えてもよい。この場合、減磁判断部8aは、インバータ4が動作を停止する場合又は当該可変磁束モータドライブシステムを保護する場合に、制御信号を出力して接触器を開放させる。このような構成にすることにより、当該可変磁束モータドライブシステムは、信頼性を高めることができる。この可変磁束モータドライブシステムは、インバータ4を減磁部として備えているため、接触器を各相に1個(二重化して入れない)のみ設置する構成としてもよい。
In the present embodiment, the
図9は、現行ドライブと本発明の可変磁束モータドライブとの間で磁束の制御を比較した図である。図9(a)は、現行ドライブであるPRMの磁束の制御を示す。PRMの磁石磁束は、回転速度によらず一定であるため、発生する逆起電圧は、回転速度の上昇とともに、高くなる。ここで、電車やEV/HEV、そして船舶等、複数のドライブシステムで一つの対象を駆動するものがある。この場合、自身のドライブのみで対象の速度(モータ回転数)が決定できない場合があり、また、対象に作用する外力(風、勾配)によって、対象がさらに加速する場合もある。そのような場合、インバータを停止してモータが惰行している際においても回転速度が上昇することが考えられ、逆起電圧は、回転速度とともに上昇する。したがって、上述したように、この逆起電圧は、インバータ4の耐圧を超え、装置の破壊やモータに対するブレーキ力の発生、短絡による事故の誘因となり得る。
FIG. 9 is a diagram comparing magnetic flux control between the current drive and the variable magnetic flux motor drive of the present invention. FIG. 9A shows the control of the magnetic flux of the PRM that is the current drive. Since the magnet magnetic flux of the PRM is constant regardless of the rotation speed, the generated back electromotive voltage increases as the rotation speed increases. Here, there are some which drive one target with a plurality of drive systems such as trains, EV / HEV, and ships. In this case, the target speed (motor rotation speed) may not be determined only by its own drive, and the target may be further accelerated by an external force (wind, gradient) acting on the target. In such a case, it is conceivable that the rotational speed increases even when the inverter is stopped and the motor is coasting, and the counter electromotive voltage increases with the rotational speed. Therefore, as described above, the counter electromotive voltage exceeds the withstand voltage of the
これに対して、図9(b)に示す本発明の可変磁束モータドライブは、インバータ4を停止する際に減磁が行われ磁石磁束を最小値にするため、可変磁束モータ1が惰行している際に回転速度が上昇したとしても、逆起電圧が発生しておらず、システムを安全に保護することができる。また、低速域において、磁石磁束を大きくすることで可変磁束モータ1に流す電流を低減できるため、インバータ4の小型化・コストダウンが実現できる。
On the other hand, in the variable magnetic flux motor drive of the present invention shown in FIG. 9B, when the
図10は、本発明の実施例2の可変磁束モータドライブシステムの構成を示すブロック図である。実施例1の構成と異なる点は、切替器5aが無い点、可変磁束モータ1の線間に接触器7a及び接触器7bが設けられている点、及び停止減磁判断部8bが減磁信号により接触器7a,7bを制御する点である。
FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the variable magnetic flux motor drive system according to the second embodiment of the present invention. The difference from the configuration of the first embodiment is that there is no switching device 5a, that the
接触器7a,7bは、本発明の減磁部に対応し、停止減磁判断部8bにより生成された減磁信号に基づき、可変磁石に対して線間を短絡することにより減磁を行う。したがって、本実施例において、減磁部は、2つ存在する。
The
停止減磁判断部8bは、実施例1と同様、インバータ4が動作を停止する場合又は当該可変磁束モータドライブシステムを保護する場合に、可変磁石に対して減磁を行うべきであると判断して、減磁信号を生成し、接触器7a,7bに出力する。
The
その他の構成は、実施例1と同様であり、重複した説明を省略する。 Other configurations are the same as those of the first embodiment, and redundant description is omitted.
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。図11は、停止減磁判断部8bの詳細な構成を示すブロック図である。制御回路について説明する。ここでの入力は、保護信号PROTと運転指令RUN_CMDである。これらの信号は、システム内の適切な手段により生成されたものである。
Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described. FIG. 11 is a block diagram showing a detailed configuration of the stop
基本的には、運転指令が入った場合に、運転指令を運転状態(RUN_CMD=1)にし、運転指令が停止を指示した場合には、運転指令を停止状態(RUN_CMD=0)にする。 Basically, when the operation command is input, the operation command is set to the operation state (RUN_CMD = 1), and when the operation command instructs to stop, the operation command is set to the stop state (RUN_CMD = 0).
まず通常の運転停止について説明する。図12(a)は、通常の運転停止における各信号の状態を時間軸に沿って示したものである。通常の運転状態にあるときには、運転指令RUN_CMD=1であり、保護信号PROT=0である。したがって、減磁フラグFLG_DEMAG=0となる。また、停止減磁判断部8bから出力されるゲート指令Gstの値は、1となる。PWM回路6は、停止減磁判断部8aにより生成されたゲート指令Gstに基づき、インバータ4に内在するスイッチング素子を制御する。
First, normal operation stop will be described. FIG. 12A shows the state of each signal in the normal operation stop along the time axis. When in the normal operation state, the operation command RUN_CMD = 1 and the protection signal PROT = 0. Therefore, the demagnetization flag FLG_DEMAG = 0. Further, the value of the gate command Gst output from the
図12(a)の時刻t0に示すように、運転指令が停止を指示した場合(RUN_CMD=0)には、OFFTD回路25に1が入力され、減磁フラグはオン(FLG_DEMAG=1)となる。この際、停止減磁判断部8bは、減磁信号を接触器7a,7bに出力する。接触器7a,7bは、減磁信号に基づき、可変磁石に対して線間を短絡することにより減磁を行う。
As shown at time t 0 in FIG. 12 (a), if the operation command is instructed to stop (RUN_CMD = 0), 1 to
また、実施例1と異なる点として、時刻t0において、ゲート指令Gstは、0となる。したがって、インバータ4のスイッチング素子は、ゲートオフされ、インバータ4は、運転を停止する。実施例1の場合は、インバータ4が減磁部であったため、インバータ4を停止してしまうと減磁を行うことができなかったが、本実施例における可変磁束モータドライブシステムは、減磁部として接触器7a,7bを備えているので、インバータ4が運転を停止しているときにも、減磁を行うことができる。
Further, what is different from Example 1, at time t 0, the gate command Gst becomes 0. Therefore, the switching element of the
時刻t0から所定時間が経過した後、時刻t1においてOFFTD回路25は、0を出力する。したがって、減磁フラグはオフ(FLG_DEMAG=0)となり、接触器7a,7bは、線間短絡による減磁を停止する。
After a predetermined time has elapsed from time t 0 , the
次に、軽故障における保護停止の場合について説明する。図12(b)は、軽故障の保護停止における各信号の状態を時間軸に沿って示したものである。時刻t0において、保護信号PROTは、0から1となる。したがって、OFFTD回路25の出力は1となり、減磁フラグがオン(FLG_DEMAG=1)となるため、接触器7a,7bによる減磁が行われる。それと同時に、ゲート指令Gstは、0となる。したがって、インバータ4のスイッチング素子は、ゲートオフされ、インバータ4は、運転を停止する。通常の運転停止と異なる点は、運転指令が運転状態(RUN_CMD=1)のままであっても、保護信号PROTが1となった場合には、インバータ4を停止するとともに、減磁を行う点である。
Next, the case of protection stop in a minor failure will be described. FIG. 12B shows the state of each signal in the protection stop of a minor failure along the time axis. At time t 0, the protection signal PROT becomes 0 1. Accordingly, the output of the
最後に、重故障における保護停止の場合について説明する。図12(c)は、重故障の保護停止における各信号の状態を時間軸に沿って示したものである。時刻t0において、保護信号PROTは、0から1となる。それと同時に、重故障判断回路27は、重故障であるとの判断に基づき1を出力する。したがって、ゲート指令Gstは、0となり、インバータ4は、直ちに運転を停止する。したがって、本実施例において、停止減磁判断部8bを用いる場合は、当該可変磁束モータドライブシステムは、軽故障の場合も重故障の場合も同様の動作を示す。
Finally, the case of protection stop due to a serious failure will be described. FIG. 12 (c) shows the state of each signal along the time axis in the case of a serious failure protection stop. At time t 0, the protection signal PROT becomes 0 1. At the same time, the serious
図13は、停止減磁判断部8bの別の構成例を示すブロック図である。まず通常の運転停止について説明する。図14(a)は、通常の運転停止における各信号の状態を時間軸に沿って示したものである。通常の運転状態にあるときには、運転指令RUN_CMD=1であり、保護信号PROT=0である。したがって、減磁フラグFLG_DEMAG=0となる。また、停止減磁判断部8bから出力されるゲート指令Gstの値は、1となる。PWM回路6は、停止減磁判断部8aにより生成されたゲート指令Gstに基づき、インバータ4に内在するスイッチング素子を制御する。
FIG. 13 is a block diagram illustrating another configuration example of the
図14(a)の時刻t0に示すように、運転指令が停止を指示した場合(RUN_CMD=0)には、減磁フラグはオン(FLG_DEMAG=1)となる。この際、停止減磁判断部8bは、減磁信号を接触器7a,7bに出力する。接触器7a,7bは、減磁信号に基づき、可変磁石に対して線間を短絡することにより減磁を行う。また、時刻t0において、ゲート指令Gstは、0となる。したがって、インバータ4のスイッチング素子は、ゲートオフされ、インバータ4は、運転を停止する。この後は、減磁フラグはオンのままであり、減磁が継続して行われる。また、ゲート指令Gstは、0のままである。
As shown at time t 0 in FIG. 14 (a), if the operation command is instructed to stop (RUN_CMD = 0), the demagnetization flag is turned on (FLG_DEMAG = 1). At this time, the stop
次に、軽故障における保護停止の場合について説明する。図14(b)は、軽故障の保護停止における各信号の状態を時間軸に沿って示したものである。時刻t0において、保護信号PROTは、0から1となる。したがって、減磁フラグがオン(FLG_DEMAG=1)となるため、接触器7a,7bによる減磁が行われる。それと同時に、ゲート指令Gstは、0となる。したがって、インバータ4のスイッチング素子は、ゲートオフされ、インバータ4は、運転を停止する。
Next, the case of protection stop in a minor failure will be described. FIG. 14B shows the state of each signal in the protection stop of a minor failure along the time axis. At time t 0, the protection signal PROT becomes 0 1. Therefore, since the demagnetization flag is turned on (FLG_DEMAG = 1), demagnetization is performed by the
最後に、重故障における保護停止の場合について説明する。図14(c)は、重故障の保護停止における各信号の状態を時間軸に沿って示したものである。時刻t0において、保護信号PROTは、0から1となる。それと同時に、重故障判断回路27は、重故障であるとの判断に基づき1を出力する。したがって、ゲート指令Gstは、0となり、インバータ4は、直ちに運転を停止する。
Finally, the case of protection stop due to a serious failure will be described. FIG. 14 (c) shows the state of each signal along the time axis in the case of a serious failure protection stop. At time t 0, the protection signal PROT becomes 0 1. At the same time, the serious
上述のとおり、本発明の実施例2の形態に係る可変磁束モータドライブシステムによれば、実施例1の効果に加え、減磁部として接触器7a,7bを備えているので、インバータ4が動作を停止した後においても、減磁を行うことができる。また図23に示すように、従来は、各相に直列に負荷接触器を接続する必要があったため、最低でも3個(二重化して入れる場合には6個)の負荷接触器が必要であったが、本実施例においては、2個で足りる。また、負荷接触器を各相に直列に接続する場合には、インバータ運転中は常に大きな電流が負荷接触器を流れるため、大きな容量を必要としたが、本実施例においては、接触器7a,7bは、減磁を行う短い時間にのみ電流を流すため、電流容量を低減して小型化を図るとともに、接触器の故障率も低くすることができる。
As described above, according to the variable magnetic flux motor drive system according to the second embodiment of the present invention, in addition to the effects of the first embodiment, the
図13に示すような停止減磁判断部8bを用いた場合は、内部を構成する回路を減らすことができ、小型化、コストダウンが期待できるが、インバータ4のゲートがオフしている間は、接触器7a,7bは、常に短絡して減磁を行う。そのため、安全ではあるが、定常的に電流が流れて、可変磁束モータ1に対してブレーキ力が発生する可能性がある。
When the stop
また、減磁部を2つ(接触器7a,7b)備えているので、いずれか片方が故障した場合においても減磁を行うことができ、当該可変磁束モータドライブシステムの信頼性が向上する。
In addition, since two demagnetization units (
図15は、本発明の実施例3の可変磁束モータドライブシステムの構成を示すブロック図である。実施例2の構成と異なる点は、可変磁束モータ1の線間に接触器7cが設けられている点である。
FIG. 15 is a block diagram showing the configuration of the variable magnetic flux motor drive system according to the third embodiment of the present invention. The difference from the configuration of the second embodiment is that a
接触器7cは、本発明の減磁部に対応し、停止減磁判断部8cにより生成された減磁信号に基づき、可変磁石に対して線間を短絡することにより減磁を行う。実施例2と異なり、本実施例における減磁部は、1線間のみを短絡する。この場合においても、可変磁束モータ1が回転することにより、可変磁石は、接触器7cが短絡した線間において減磁される。
The contactor 7c corresponds to the demagnetization unit of the present invention, and performs demagnetization by short-circuiting the lines with respect to the variable magnet based on the demagnetization signal generated by the
図16は、可変磁束モータ1の線間を短絡して減磁を行うことができる減磁部の例を示す図である。本実施例において、可変磁束モータ1の線間の少なくとも1つを短絡して減磁を行う減磁部は、図16(c)に示すような接触器7cであるが、半導体スイッチでもよい。例えば、この接触器7cの代わりに、本実施例における減磁部は、図16(a)に示すサイリスタと逆阻止ダイオードを組み合わせたものでもよいし、図16(b)に示す自己消弧素子(GTO、IGBT、MOSFET)と逆阻止ダイオードを組み合わせたものでもよい。なお、実施例2における接触器7a,7bも、上述したような半導体スイッチを用いた減磁部に代えることができる。
FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a demagnetization unit that can perform demagnetization by short-circuiting the lines of the variable
その他の構成は、実施例2と同様であり、重複した説明を省略する。 Other configurations are the same as those in the second embodiment, and a duplicate description is omitted.
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。停止減磁判断部8cは、実施例2における停止減磁判断部8bの動作と同じである。したがって、停止減磁判断部8cは、インバータ4が動作を停止する場合又は当該可変磁束モータドライブシステムを保護する場合に、可変磁石に対して減磁を行うべきであると判断して、減磁信号を生成し、接触器7cに出力する。
Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described. The stop
接触器7cは、入力された減磁信号に基づき、可変磁束モータ1の線間を短絡し、可変磁石に対して減磁を行う。
The
上述のとおり、本発明の実施例3の形態に係る可変磁束モータドライブシステムによれば、実施例1及び実施例2の効果に加え、減磁部として接触器7cを備えているので、インバータ4が動作を停止した後においても、減磁を行うことができるとともに、負荷接触器の数が接触器7cの1個で足り、コストダウンが可能である。
As described above, according to the variable magnetic flux motor drive system according to the third embodiment of the present invention, in addition to the effects of the first and second embodiments, the
図17は、本発明の実施例4の可変磁束モータドライブシステムの構成を示すブロック図である。実施例1の構成と異なる点は、可変磁束モータ1の線間に接触器7a,7bが設けられている点である。したがって、本実施例において、インバータ4、及び接触器7a,7bは、いずれも本発明の減磁部に対応する。停止減磁判断部8dは、減磁信号に対応する減磁フラグ(FLG_DEMAG1、FLG_DEMAG2)を接触器7a,7b、及び切替器5bに出力する。
FIG. 17 is a block diagram showing the configuration of the variable magnetic flux motor drive system according to the fourth embodiment of the present invention. The difference from the configuration of the first embodiment is that
停止減磁判断部8dは、インバータ4が動作を停止する場合又は当該可変磁束モータドライブシステムを保護する場合に、可変磁石に対して減磁を行うべきであると判断して、減磁信号を生成する。その際、停止減磁判断部8dは、減磁部(インバータ4、接触器7a,7b)のいずれかが故障状態である場合には、故障状態でない減磁部に減磁を行わせるために減磁信号を生成する。
The
接触器7a,7bは、実施例2と同様に、停止減磁判断部8dにより生成された減磁信号に基づき、可変磁石に対して線間を短絡することにより減磁を行う。
Similarly to the second embodiment, the
その他の構成は、実施例1と同様であり、重複した説明を省略する。 Other configurations are the same as those of the first embodiment, and redundant description is omitted.
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。本実施例において、保護信号PROTは、減磁部であるインバータ4、及び接触器7a,7bのそれぞれが、故障等のために保護が必要とされる状態(故障状態)であるか否かに関する情報を含むものとする。停止減磁判断部8dは、保護信号PROTに基づき、インバータ4、及び接触器7a,7bのそれぞれが、故障状態であるか否かを判断することができる。
Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described. In the present embodiment, the protection signal PROT relates to whether or not each of the
図18は、本実施例における停止減磁判断部8dの動作を示すフローチャート図である。まず、停止減磁判断部8dは、当該可変磁束モータドライブシステムを保護するか否かを判断する(ステップS101)。システムの保護が要求されていない場合、停止減磁判断部8dは、前回の運転指令が運転状態(RUN_CMD=1)であり、且つ今回の運転指令が停止を指示した場合(RUN_CMD=0)であるか否かを判断する(ステップS103)。この条件にあてはまらない場合には、これで動作は終了する。
FIG. 18 is a flowchart showing the operation of the stop
ステップS103において、停止減磁判断部8dが、前回の運転指令が運転状態であり、且つ今回の運転指令が停止を指示した場合であると判断した場合、通常の減磁が行われる(ステップS107)。ここで、通常の減磁の動作は、どのような方法でもよい。例えば、停止減磁判断部8dは、減磁信号を切替器5bと接触器7a,7bの両方に出力(FLG_DEMAG1=1、FLG_DEMAG2=1)して、インバータ4による減磁と接触器7a,7bによる減磁を同時に行うことができる。また、停止減磁判断部8dは、通常は減磁信号を切替器5bにのみ出力(FLG_DEMAG1=1、FLG_DEMAG2=0)して、インバータ4による減磁のみを行うこともできる。これにより、接触器7a,7bの開閉回数を減らすとともに、故障率を下げて寿命を延ばすことができる。
In step S103, when the stop
ステップS101において、システム保護が要求される場合、停止減磁判断部8dは、主インバータであるインバータ4と、補助装置である接触器7a,7bの両方が故障状態であるか機能健全であるかを判断する(ステップS109)。主インバータと補助装置のいずれもが健全である(故障状態でない)場合、停止減磁判断部8dは、減磁信号を生成して、通常の減磁を行う(ステップS107)。
In step S101, when system protection is required, the
主インバータと補助装置とのいずれかが健全でない(故障状態である)場合、停止減磁判断部8dは、インバータ4が健全である(故障状態でない)か否かを判断する(ステップS111)。ここで、インバータ4が健全である場合には、停止減磁判断部8dは、故障状態でない減磁部であるインバータ4に減磁を行わせるために、減磁信号を生成して切替器5bに出力する(FLG_DEMAG1=1)。したがって、実施例1で説明したように、切替器5bは、0を出力する。そのため、インバータ4は、可変磁束モータ1の各線間を短絡し、可変磁石を減磁する(ステップS113)。したがって、接触器7a,7bは、減磁を行わない。
If either the main inverter or the auxiliary device is not healthy (is in a failure state), the
ステップS111において、インバータ4が健全でなく、故障状態である場合には、停止減磁判断部8dは、故障状態でない減磁部である接触器7a,7bに減磁を行わせるために、減磁信号を生成して接触器7a,7bに出力する(FLG_DEMAG2=1)。接触器7a,7bは、実施例2と同様に、停止減磁判断部8dにより生成された減磁信号に基づき、可変磁石に対して線間を短絡することにより減磁を行う(ステップS115)。したがって、インバータ4は、減磁を行わない。
In step S111, when the
上述のとおり、本発明の実施例4の形態に係る可変磁束モータドライブシステムによれば、実施例1乃至実施例3の効果に加え、停止減磁判断部8dは、1以上の減磁部のいずれかが故障状態である場合には、故障状態でない減磁部に減磁を行わせるために減磁信号を生成するので、故障状態である減磁部を用いることなく健全な減磁部のみを用いて減磁を行うことができ、システムを安全に保護することができる。
As described above, according to the variable magnetic flux motor drive system according to the fourth embodiment of the present invention, in addition to the effects of the first to third embodiments, the stop
図19は、本発明の実施例5の可変磁束モータドライブシステムの構成を示すブロック図である。実施例2の構成と異なる点は、磁化用変換器31、電流検出器32、磁化電流指令演算部12、電圧指令演算部10b、及びPWM回路6bを新たに備えた点である。
FIG. 19 is a block diagram showing the configuration of the variable magnetic flux motor drive system according to the fifth embodiment of the present invention. The difference from the configuration of the second embodiment is that a
磁化用変換器31は、本発明の磁化部に対応し、直流電源3に接続され、可変磁束モータ1の有する可変磁石の磁束を制御するための磁化電流を可変磁束モータ1に設けられた磁化巻線に供給する。また、磁化用変換器31は、本発明の減磁部にも対応し、停止減磁判断部8eにより生成された減磁信号に基づき、可変磁石に対して減磁を行う。
The
磁化巻線に流れる電流は回生が不要であり、かつ、正負双方向の磁化電流を(増磁、減磁のため)流すことが必要であるので、磁化用変換器31は、周知の単相フルブリッジ変換器の構成によって実現できる。 The current flowing through the magnetizing winding does not need to be regenerated, and it is necessary to pass a positive and negative bidirectional magnetizing current (for magnetizing and demagnetizing). This can be realized by the configuration of a full bridge converter.
電流検出器32は、磁化巻線に流れる磁化電流を検出し、電圧指令演算部10bに出力する。
The
磁化電流指令演算部12は、必要な磁化電流を計算し、磁化電流指令を生成して電圧指令演算部10bに出力する。一般に、磁化電流は、可変磁石のそれに至るまでの過去の磁化の履歴に依存するものである。そこで、磁化電流指令演算部12は、例えば過去の磁化の履歴と要求する磁束とに対する磁化電流をテーブル情報として有することにより、必要な磁化電流を算出することができる。磁化電流を流すためには、高速かつ精度よく流すことが必要であるため、PI制御に代わりヒステリシスコンパレータなどで実現してもよい。
The magnetizing
電圧指令演算部10bは、入力された磁化電流指令に基づき、当該指令に磁化用変換器31の出力する磁化電流が一致するように、電圧指令を演算して生成し、PWM回路6bに出力する。
Based on the input magnetization current command, the voltage
PWM回路6bは、入力された電圧指令に基づき、磁化用変換器31のスイッチング素子をオンオフ制御する。
The PWM circuit 6b performs on / off control of the switching element of the
したがって、本実施例において、インバータ4、磁化用変換器31、及び接触器7cは、いずれも本発明の減磁部に対応する。
Therefore, in the present embodiment, the
このような構成とするので、磁化電流による磁界によって、可変磁石である低保磁力永久磁石53を直接的に磁化制御できる。このため、従来のように主巻線のD軸電流を過大に流すことにより磁化することに対し、磁化巻線の磁化電流によって、可変磁石の磁束を可変に制御することができる。
With such a configuration, it is possible to directly control the magnetization of the low coercive force
この結果、インバータ4の電流容量を低減することができ、インバータ4の小型・軽量・コストダウンが期待できる。磁化巻線を例えば、特願2006−304681(未公知、平成18年11月10日出願)のように、回転子鉄心52の内部に埋め込めば、ロータ内の磁化巻線に鎖交する磁束の時間変化がないため、同巻線に逆起電圧が発生しないことから、この磁化用変換器31の容量は小さくてよい。
As a result, the current capacity of the
さらに、インバータ4で磁化する場合、インダクタンスの設計自由度が小さい。モータインダクタンスは、モータの出力や効率などを考慮して設計されるため、磁化における最適性が必ずしも優先されない。これに対し、専用の磁化巻線を備えると、そのインダクタンスの設計自由度が増加し、磁化に適正なインダクタンスをとることができる。
Furthermore, when magnetizing with the
停止減磁判断部8eは、減磁信号に対応する減磁フラグ(FLG_DEMAG1、FLG_DEMAG2、FLG_DEMAG3)を磁化電流指令演算部12、電流指令演算部11、及び接触器7cにそれぞれ出力する。
The
停止減磁判断部8eは、インバータ4が動作を停止する場合又は当該可変磁束モータドライブシステムを保護する場合に、可変磁石に対して減磁を行うべきであると判断して、減磁信号を生成する。その際、停止減磁判断部8eは、減磁部(インバータ4、磁化用変換器31、接触器7c)のいずれかが故障状態である場合には、故障状態でない減磁部に減磁を行わせるために減磁信号を生成する。
The
接触器7cは、実施例3と同様に、停止減磁判断部8eにより生成された減磁信号に基づき、可変磁石に対して線間を短絡することにより減磁を行う。
Similarly to the third embodiment, the
その他の構成は、実施例2と同様であり、重複した説明を省略する。 Other configurations are the same as those of the second embodiment, and a duplicate description is omitted.
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。本実施例において、保護信号PROTは、減磁部であるインバータ4、磁化用変換器31、及び接触器7cのそれぞれが、故障等のために保護が必要とされる状態(故障状態)であるか否かに関する情報を含むものとする。停止減磁判断部8eは、保護信号PROTに基づき、インバータ4、磁化用変換器31、及び接触器7cのそれぞれが、故障状態であるか否かを判断することができる。
Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described. In the present embodiment, the protection signal PROT is a state (failure state) in which each of the
図20は、本実施例における停止減磁判断部8dの動作を示すフローチャート図である。まず、停止減磁判断部8eは、当該可変磁束モータドライブシステムを保護するか否かを判断する(ステップS201)。システムの保護が要求されていない場合、停止減磁判断部8eは、前回の運転指令が運転状態(RUN_CMD=1)であり、且つ今回の運転指令が停止を指示した場合(RUN_CMD=0)であるか否かを判断する(ステップS202)。この条件にあてはまらない場合には、これで動作は終了する。
FIG. 20 is a flowchart showing the operation of the stop
ステップS202において、停止減磁判断部8eが、前回の運転指令が運転状態であり、且つ今回の運転指令が停止を指示した場合であると判断した場合、磁化回路である磁化用変換器31は、減磁を行う(ステップS205)。ここで、磁化用変換器31に減磁を行わせるために、停止減磁判断部8eは、減磁信号を磁化電流指令演算部12に出力(FLG_DEMAG1=1)する。磁化電流指令演算部12は、磁化用変換器31が減磁を行うのに必要な磁化電流を算出し、磁化電流指令を電圧指令演算部10bに出力する。電圧指令演算部10b及びPWM回路6bの動作は、前述したとおりである。磁化用変換器31は、磁化電流を流すことにより、可変磁石に対して減磁を行う。
In step S202, when the
ステップS201において、システム保護が要求される場合、停止減磁判断部8eは、磁化回路である磁化用変換器31が故障状態であるか機能健全であるかを判断する(ステップS203)。磁化用変換器31が健全である(故障状態でない)場合、停止減磁判断部8eは、減磁信号を磁化電流指令演算部12に出力(FLG_DEMAG1=1)する。この減磁信号に基づき、磁化用変換器31は、可変磁石に対して減磁を行う(ステップS205)。
When system protection is required in step S201, the
磁化回路が健全でない(故障状態である)場合、停止減磁判断部8eは、インバータ4が健全である(故障状態でない)か否かを判断する(ステップS207)。ここで、インバータ4が健全である場合には、停止減磁判断部8eは、故障状態でない減磁部であるインバータ4に減磁を行わせるために、減磁信号を生成して電流指令演算部11に出力する(FLG_DEMAG2=1)。電流指令演算部11は、インバータ4が減磁を行うのに必要な電流を算出し、電流指令を電圧指令演算部10aに出力する。また、電流指令演算部11は、電圧指令演算部10aが0を出力するように電流指令を生成することができる。この場合には、実施例1と同様に、インバータ4は、可変磁束モータ1の各線間を短絡し、可変磁石を減磁する(ステップS209)。
When the magnetization circuit is not healthy (is in a failure state), the
ステップS207において、インバータ4が健全でなく、故障状態である場合には、停止減磁判断部8eは、故障状態でない減磁部である接触器7cに減磁を行わせるために、減磁信号を生成して接触器7cに出力する(FLG_DEMAG3=1)。接触器7cは、実施例3と同様に、停止減磁判断部8eにより生成された減磁信号に基づき、可変磁石に対して線間を短絡することにより減磁を行う(ステップS211)。
In step S207, if the
上述のとおり、本発明の実施例5の形態に係る可変磁束モータドライブシステムによれば、実施例4と同様に、停止減磁判断部8eは、1以上の減磁部のいずれかが故障状態である場合には、故障状態でない減磁部に減磁を行わせるために減磁信号を生成するので、故障状態である減磁部を用いることなく健全な減磁部のみを用いて減磁を行うことができ、システムを安全に保護することができる。 As described above, according to the variable magnetic flux motor drive system according to the fifth embodiment of the present invention, as in the fourth embodiment, any one of the one or more demagnetization units is in a failure state. In this case, a demagnetization signal is generated in order to cause the demagnetization part that is not in the failure state to perform demagnetization, so that only the sound demagnetization part is used without using the demagnetization part that is in the failure state. And the system can be safely protected.
また、磁化用変換回路31を備えることにより、インバータ4の電流容量を低減することができ、インバータ4の小型・軽量・コストダウンが期待できる。
Moreover, by providing the
図21は、本発明の実施例6の可変磁束モータドライブシステムの構成を示すブロック図である。実施例1の構成と異なる点は、直流電圧検出器17、及び逆起電圧推定部19を備えている点である。
FIG. 21 is a block diagram showing the configuration of the variable magnetic flux motor drive system according to the sixth embodiment of the present invention. The difference from the configuration of the first embodiment is that a
直流電圧検出器17は、本発明の第1電圧検出部に対応し、直流電源3からインバータ4に入力される直流電圧を検出する。
The
逆起電圧推定部19は、インバータ4により出力される電圧で電流とに基づき、可変磁束モータ1の有する可変磁石の逆起電圧を推定する。
The counter electromotive voltage estimation unit 19 estimates the counter electromotive voltage of the variable magnet of the variable
停止減磁判断部8fは、逆起電圧推定部19により推定された逆起電圧が直流電圧検出器17により検出された直流電圧以上である場合にのみ、可変磁石に対して減磁を行うべきであると判断して、減磁信号を生成する。
The
ここで、逆起電圧の推定について説明する。インバータ4が停止中(ゲートオフ)である場合、逆起電圧は、可変磁束モータ1の線間電圧を測定して知ることができる。しかしながら、インバータ4が動作中である場合には、直接逆起電圧を測定することはできない。本実施例において、停止減磁判断部8fは、インバータ4が動作を停止する場合又は当該可変磁束モータドライブシステムを保護停止させる場合に、可変磁石に対して減磁を行うべきであると判断して、減磁信号を生成する。したがって、逆起電圧推定部19は、インバータ4が動作中に、逆起電圧を推定する必要がある。
Here, estimation of the back electromotive force will be described. When the
ここでは、公知のDQ軸回転座標系上で説明する。D軸を磁石磁束ベクトルと同一方向となるように定義すると、定常状態における特性方程式は、以下のように表される。 Here, a description will be given on a known DQ axis rotation coordinate system. When the D axis is defined to be in the same direction as the magnet magnetic flux vector, the characteristic equation in the steady state is expressed as follows.
Vd=R×Id−ω×Lq×Iq…(2)
Vq=R×Iq+ω×Ld×Id+E…(3)
ここで、Rは、巻線抵抗である。また、Ld,Lqは、それぞれD軸インダクタンスとQ軸インダクタンスである。さらに、Vd,Vqは、それぞれD軸電圧とQ軸電圧である。また、Id,Iqは、それぞれD軸電流とQ軸電流である。ωは、ロータの回転角周波数(電気角)である。そして、Eは逆起電圧である。
Vd = R × Id−ω × Lq × Iq (2)
Vq = R × Iq + ω × Ld × Id + E (3)
Here, R is a winding resistance. Ld and Lq are a D-axis inductance and a Q-axis inductance, respectively. Furthermore, Vd and Vq are a D-axis voltage and a Q-axis voltage, respectively. Id and Iq are a D-axis current and a Q-axis current, respectively. ω is the rotational angular frequency (electrical angle) of the rotor. E is a counter electromotive voltage.
推定された逆起電圧をEhとすると、(3)式より、
推定Eh=Vq−R×Iq−ω×Ld×Id…(4)
となり、逆起電圧を算出することができる。
Assuming that the estimated back electromotive voltage is Eh, from the equation (3),
Estimated Eh = Vq−R × Iq−ω × Ld × Id (4)
Thus, the back electromotive voltage can be calculated.
電流検出器2は、可変磁束モータ1に供給される電流を検出し、電圧指令演算部10及び逆起電圧推定部19に出力する。逆起電圧推定部19は、入力されたU相電流及びW相電流を座標変換によりDQ軸電流に変換し、D軸電流Id及びQ軸電流Iqを得ることができる。
The
また、逆起電圧推定部19は、切替器5cが出力した3相電圧指令に基づき、座標変換によってD軸電圧Vd及びQ軸電圧Vqを得ることができる。なお、逆起電圧推定部19は、直接実電圧を測定してDQ軸電圧を得ることもできる。 Further, the back electromotive voltage estimation unit 19 can obtain the D-axis voltage Vd and the Q-axis voltage Vq by coordinate conversion based on the three-phase voltage command output from the switch 5c. The back electromotive force estimation unit 19 can also directly measure the actual voltage to obtain the DQ axis voltage.
その他の構成は、実施例1と同様であり、重複した説明を省略する。 Other configurations are the same as those of the first embodiment, and redundant description is omitted.
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。インバータ4が動作している間に、逆起電圧推定部19は、インバータ4により出力される電圧と電流とに基づき、可変磁石の逆起電圧を推定する。(4)式に基づき算出された推定EhがDQ軸座標上の逆起電圧であり、DQ軸電圧=線間電圧RMSであるため、線間電圧に換算した逆起電圧の振幅Eh´は、次のように表される。
Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described. While the
Eh´=Eh×√2…(5)
逆起電圧推定部19は、算出したEh´を停止減磁判断部8fに出力する。また、直流電圧検出器17は、直流電源3からインバータ4に入力される直流電圧Vdcを検出し、停止減磁判断部8fに出力する。
Eh ′ = Eh × √2 (5)
The counter electromotive voltage estimation unit 19 outputs the calculated Eh ′ to the stop
停止減磁判断部8fは、インバータ4が動作を停止する場合又は当該可変磁束モータドライブシステムを保護する場合に、逆起電圧Eh´と直流電圧Vdcとの比較を行い、可変磁石に対して減磁を行うべきか否かを判断する。逆起電圧Eh´は、逆起電圧のピーク電圧を示す。したがって、停止減磁判断部8fは、逆起電圧Eh´が直流電圧Vdc以上である(Vdc≦Eh´)場合に、逆起電圧のピーク電圧が直流電圧Vdcを超える可能性があるため、可変磁石に対して減磁を行うべきであると判断して、減磁信号を生成し、切替器5cに出力する(FLG_DEMAG=1)。
The stop
また、停止減磁判断部8fは、逆起電圧Eh´が直流電圧Vdc未満である(Vdc>Eh´)場合には、減磁信号を生成しない。
Further, the stop
その他の動作は、実施例1と同様であり、重複した説明を省略する。 Other operations are the same as those in the first embodiment, and a duplicate description is omitted.
上述のとおり、本発明の実施例6の形態に係る可変磁束モータドライブシステムによれば、実施例1の効果に加え、逆起電圧推定部19により推定された逆起電圧と直流電圧検出器17により検出された直流電圧とを比較して減磁するか否かを判断するので、逆起電圧が直流電源3の直流電圧より低い場合には減磁を行わず、不要な減磁の回数を減らして各素子の寿命を延ばすことができる。
As described above, according to the variable magnetic flux motor drive system according to the sixth embodiment of the present invention, in addition to the effects of the first embodiment, the counter electromotive voltage estimated by the counter electromotive voltage estimating unit 19 and the
逆起電圧が直流電源3の直流電圧以上である場合は、インバータ4に大電流が流れ込み、素子破壊や過熱といった問題を起こす可能性や、可変磁束モータ1にブレーキ力が生じるため、停止減磁判断部8fは、減磁信号を生成して出力し、インバータ4に過電圧がかかるのを防ぐとともに、インバータ4に大電流が流れるのを防ぎ、ブレーキ力がかかることを回避できる。
When the back electromotive voltage is equal to or higher than the DC voltage of the
本実施例では、直流電圧と逆起電圧との比較のみで停止減磁判断を行っているが、電車やEV/HEV、そして船舶等、複数のドライブシステムで一つの対象を駆動するものがある。この場合、自身のドライブのみで対象の速度(モータ回転数)が決定できない場合があり、また、対象に作用する外力(風、勾配)によって、対象がさらに加速する場合もある。このように、対象システムの運転計画における最高回転数や、外乱による速度(回転数)アップの余裕を考慮して、減磁の判断を行うことも有効である。 In this embodiment, stop demagnetization determination is performed only by comparing the DC voltage and the counter electromotive voltage. However, there are some that drive one target with a plurality of drive systems such as trains, EV / HEV, and ships. . In this case, the target speed (motor rotation speed) may not be determined only by its own drive, and the target may be further accelerated by an external force (wind, gradient) acting on the target. In this way, it is also effective to determine the demagnetization in consideration of the maximum rotation speed in the operation plan of the target system and the allowance for speed (rotation speed) increase due to disturbance.
図22は、本発明の実施例7の可変磁束モータドライブシステムの構成を示すブロック図である。実施例1の構成と異なる点は、電圧検出器13、過電圧判定部14、タイマー15、及びOR回路16を備えている点である。
FIG. 22 is a block diagram showing the configuration of the variable magnetic flux motor drive system according to the seventh embodiment of the present invention. The difference from the configuration of the first embodiment is that a
電圧検出器13は、本発明の第2電圧検出部に対応し、可変磁束モータ1の線間電圧を検出する。
The
過電圧判定部14は、インバータ4が停止し、且つ電圧検出器13により検出された線間電圧が所定の値以上である場合に減磁要求信号を生成し、OR回路16に出力する。
The
タイマー15は、本発明の計時部に対応し、時間を計時するとともに、インバータ4が停止している場合に、所定の時間が経過する毎に減磁要求信号を生成し、OR回路16に出力する。
The
なお、停止減磁判断部8gは、ゲート指令GstをPWM回路6、過電圧判定部14、及びタイマー15に出力する。したがって、過電圧判定部14とタイマー15とは、ゲート指令Gstに基づき、インバータ4が停止しているか否かを知ることができる。
The
OR回路16は、過電圧判定部14又はタイマー15のいずれかにより減磁要求信号を入力された場合に、停止減磁判断部8gに減磁要求信号を出力する。
The OR
停止減磁判断部8gは、過電圧判定部14により生成された減磁要求信号又はタイマー15により生成された減磁要求信号に基づき、可変磁石に対して減磁を行うべきか否かを判断して、減磁信号を生成して切替器5dに出力する。
The
なお、停止減磁判断部8gは、インバータ4が動作を停止する場合又は当該可変磁束モータドライブシステムを保護する場合には、実施例1と同様に、可変磁石に対して減磁を行うべきであると判断して、減磁信号を生成する。過電圧判定部14やタイマー15が動作するのは、インバータ4が停止した後である。
The stop
また、図22には示されていないが、例えば、可変磁石の磁束を推定又は検出するとともに、インバータ4が停止し且つ可変磁石の磁束が所定の値以上である場合に減磁要求信号を生成する磁束検出部を備えてもよい。この場合も、停止減磁判断部8gは、磁束検出部により生成された減磁要求信号に基づき、可変磁石に対して減磁を行うべきか否かを判断して、減磁信号を生成して切替器5dに出力する。
Although not shown in FIG. 22, for example, the magnetic flux of the variable magnet is estimated or detected, and the demagnetization request signal is generated when the
その他の構成は、実施例1と同様であり、重複した説明を省略する。 Other configurations are the same as those of the first embodiment, and redundant description is omitted.
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。インバータ4が動作を停止する場合又は当該可変磁束モータドライブシステムを保護する場合に、可変磁石に対して減磁を行う動作は、実施例1と同様である。
Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described. The operation of demagnetizing the variable magnet when the
インバータ4が動作を停止している間(停止減磁判断部8gが出力するゲート指令Gst=0)に、過電圧判定部14は、電圧検出器13により検出された線間電圧が所定の値以上であるか否かを判定する。ここで、電圧検出器13により検出される線間電圧は、インバータ4が停止しているため、逆起電圧となる。すなわち、過電圧判定部14は、逆起電圧が所定の値以上であるか否かを判断する。所定の値については、設計者や操作人が自由に設定できるものとしてもよいし、過電圧判定部14に予め設定されているものとしてもよい。過電圧判定部14は、電圧検出器13により検出された線間電圧(逆起電圧)が所定の値以上である場合に減磁要求信号を生成し、OR回路16に出力する。
While the
また、インバータ4が動作を停止している間(停止減磁判断部8gが出力するゲート指令Gst=0)に、タイマー15は、時間を計時するとともに、インバータ4が停止している場合に、所定の時間が経過する毎に減磁要求信号を生成して、OR回路16に出力する。ここで、所定の時間についても、設計者や操作人が自由に設定できるものとしてもよいし、タイマー15に予め設定されているものとしてもよい。
In addition, while the
OR回路16は、過電圧判定部14又はタイマー15のいずれかにより減磁要求信号を入力された場合に、停止減磁判断部8gに減磁要求信号を出力する。停止減磁判断部8gは、過電圧判定部14により生成された減磁要求信号又はタイマー15により生成された減磁要求信号に基づき、可変磁石に対して減磁を行うべきか否かを判断して、減磁信号を生成して切替器5dに出力する。
The OR
その他の動作は、実施例1と同様であり、重複した説明を省略する。 Other operations are the same as those in the first embodiment, and a duplicate description is omitted.
上述のとおり、本発明の実施例7の形態に係る可変磁束モータドライブシステムによれば、実施例1の効果に加え、過電圧判定部14を備えているので、インバータ4が停止した後であっても、逆起電圧が所定の値以上である場合に減磁を行い、逆起電圧の上昇を抑えることができる。
As described above, according to the variable magnetic flux motor drive system according to the seventh embodiment of the present invention, since the
さらに、タイマー15を備えているので、インバータ4が停止した後であっても、所定時間毎に減磁を行い、逆起電圧の上昇を抑えることができる。
Furthermore, since the
また、上述した磁束検出部を備えている場合には、インバータ4が停止した後であっても、可変磁石の磁束が所定の値以上である場合に減磁を行い、逆起電圧の上昇を抑えることができる。
Further, when the magnetic flux detection unit described above is provided, demagnetization is performed when the magnetic flux of the variable magnet is equal to or greater than a predetermined value even after the
その結果、ブレーキ力がかかるのを防ぐとともに、システムを安全に保護することができる。 As a result, the braking force can be prevented and the system can be safely protected.
本発明に係る可変磁束モータドライブシステムは、鉄道車両や電気自動車向けの駆動モータを使用する可変磁束モータドライブシステムに利用可能である。 The variable magnetic flux motor drive system according to the present invention can be used in a variable magnetic flux motor drive system that uses a drive motor for railway vehicles and electric vehicles.
1 可変磁束モータ
1a 永久磁石同期電動機
2 電流検出器
3 直流電源
4 インバータ
5a,5b,5c,5d 切替器
6,6a,6b PWM回路
7a,7b,7c 接触器
8a,8b,8c,8d,8e,8f,8g 停止減磁判断部
9,9a,9b,9c,9d,9e,9f 負荷接触器
10,10a,10b 電圧指令演算部
11 電流指令演算部
12 磁化電流指令演算部
13 電圧検出器
14 過電圧判定部
15 タイマー
16 OR回路
17 直流電圧検出器
18 回転角度センサ
19 逆起電圧推定部
20 NOT回路
21 AND回路
22 NOT回路
23 前回値保持回路
24 AND回路
25 OFFTD回路
26 OR回路
27 重故障判断回路
28 NOT回路
29 AND回路
30 NOT回路
31 磁化用変換器
32 電流検出器
51 回転子
52 回転子鉄心
53 低保磁力永久磁石
54 高保磁力永久磁石
55 鉄心の磁極部
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記永久磁石電動機を駆動するインバータと、
前記可変磁石の磁束を制御するための磁化電流を供給する磁化部と、
前記可変磁石に対して減磁を行うべきか否かを判断し、判断結果に基づき減磁信号を生成する減磁判断部と、
前記減磁判断部により生成された減磁信号に基づき、前記可変磁石に対して減磁を行う1以上の減磁部と、
を備えることを特徴とする可変磁束モータドライブシステム。 A permanent magnet motor having a variable magnet that is a permanent magnet of low holding force;
An inverter for driving the permanent magnet motor;
A magnetizing section for supplying a magnetizing current for controlling the magnetic flux of the variable magnet;
Determining whether to demagnetize the variable magnet, and generating a demagnetization signal based on the determination result;
One or more demagnetization units that demagnetize the variable magnet based on the demagnetization signal generated by the demagnetization determination unit;
A variable magnetic flux motor drive system comprising:
前記インバータに入力される直流電圧を検出する第1電圧検出部とを備え、
前記減磁判断部は、前記逆起電圧推定部により推定された逆起電圧が前記第1電圧検出部により検出された直流電圧以上である場合にのみ、前記可変磁石に対して減磁を行うべきであると判断して、減磁信号を生成することを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項記載の可変磁束モータドライブシステム。 A back electromotive force estimation unit that estimates a back electromotive voltage of the variable magnet based on the voltage and current output by the inverter;
A first voltage detector that detects a DC voltage input to the inverter;
The demagnetization determination unit demagnetizes the variable magnet only when the counter electromotive voltage estimated by the counter electromotive voltage estimation unit is equal to or greater than the DC voltage detected by the first voltage detection unit. The variable magnetic flux motor drive system according to any one of claims 1 to 7, wherein the demagnetization signal is generated based on the determination that it should be.
前記減磁判断部は、前記計時部により生成された減磁要求信号に基づき、前記可変磁石に対して減磁を行うべきか否かを判断して、減磁信号を生成することを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれか1項記載の可変磁束モータドライブシステム。 A time measuring unit that generates a demagnetization request signal each time a predetermined time elapses when the inverter is stopped,
The demagnetization determining unit determines whether to demagnetize the variable magnet based on a demagnetization request signal generated by the time measuring unit, and generates a demagnetization signal. The variable magnetic flux motor drive system according to any one of claims 1 to 9.
前記減磁判断部は、前記磁束検出部により生成された減磁要求信号に基づき、前記可変磁石に対して減磁を行うべきか否かを判断して、減磁信号を生成することを特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれか1項記載の可変磁束モータドライブシステム。 A magnetic flux detector for estimating or detecting the magnetic flux of the variable magnet and generating a demagnetization request signal when the inverter is stopped and the magnetic flux of the variable magnet is equal to or greater than a predetermined value;
The demagnetization determination unit determines whether to demagnetize the variable magnet based on a demagnetization request signal generated by the magnetic flux detection unit, and generates a demagnetization signal. The variable magnetic flux motor drive system according to any one of claims 1 to 10.
前記インバータが停止し且つ前記第2電圧検出部により検出された線間電圧が所定の値以上である場合に減磁要求信号を生成する過電圧判定部とを備え、
前記減磁判断部は、前記過電圧判定部により生成された減磁要求信号に基づき、前記可変磁石に対して減磁を行うべきか否かを判断して、減磁信号を生成することを特徴とする請求項1乃至請求項11のいずれか1項記載の可変磁束モータドライブシステム。 A second voltage detector for detecting a line voltage of the permanent magnet motor;
An overvoltage determination unit that generates a demagnetization request signal when the inverter is stopped and the line voltage detected by the second voltage detection unit is greater than or equal to a predetermined value;
The demagnetization determination unit determines whether to demagnetize the variable magnet based on a demagnetization request signal generated by the overvoltage determination unit, and generates a demagnetization signal. The variable magnetic flux motor drive system according to any one of claims 1 to 11.
前記減磁判断部は、前記インバータが動作を停止する場合又は当該可変磁束モータドライブシステムを保護する場合に、前記接触器を開放させることを特徴とする請求項1乃至請求項12のいずれか1項記載の可変磁束モータドライブシステム。 A contactor for controlling an electrical connection between the inverter and the permanent magnet motor;
The demagnetization determination unit opens the contactor when the inverter stops operating or protects the variable magnetic flux motor drive system. The variable magnetic flux motor drive system according to the item.
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