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Abstract
【課題】ロータから放射状に放射される磁束が交差する位置に配置された各磁気センサにより、複数組の複数相の電機子巻線を流れる電流を検出する電流検出装置において、ロータの磁束により生じた電流検出誤差により、出力トルクの制御精度が悪化することを抑制できる電流検出装置を提供する。【解決手段】第1組のリプル成分の正負の符号と、第2組のリプル成分の正負の符号とが、互いに異なるように、各磁気センサを通る径方向に直交する平面である径直交平面に対する各組の各相の磁気センサの磁束検出方向の傾き角度が設定されている電流検出装置。【選択図】図4PROBLEM TO BE SOLVED: To generate a current generated by a magnetic flux of a rotor in a current detecting device for detecting a current flowing through a plurality of sets of multi-phase armature windings by each magnetic sensor arranged at a position where magnetic fluxes radially radiated from the rotor intersect. Provided is a current detection device capable of suppressing deterioration of output torque control accuracy due to a current detection error. SOLUTION: A radial orthogonal plane which is a plane orthogonal to the radial direction passing through each magnetic sensor so that a positive / negative sign of a first set of ripple components and a positive / negative sign of a second set of ripple components are different from each other. A current detector in which the tilt angle in the magnetic flux detection direction of the magnetic sensor of each phase of each set is set. [Selection diagram] FIG. 4
Description
本願は、電流検出装置に関するものである。 The present application relates to a current detection device.
例えば、2組の3相巻線を有する交流回転機のそれぞれの相の巻線の電流を、磁気センサを用いて検出する電流検出装置がある。しかし、各相の磁気センサには、他の相の電流による外乱磁束が混入し、電流検出誤差が生じることがある。この誤差を低減するための構成が種々提案されている。 For example, there is a current detection device that detects the current of the winding of each phase of an AC rotating machine having two sets of three-phase windings by using a magnetic sensor. However, the magnetic sensor of each phase may be mixed with the disturbance magnetic flux due to the current of the other phase, and a current detection error may occur. Various configurations have been proposed to reduce this error.
例えば、特許文献1に記載の電流検出装置は、1つの相の電流経路を、U字状に形成し、電流の向きが互いに逆になる第1対向部と第2対向部に、第1磁気センサと第2磁気センサを配置し、外乱磁束によって生じる電流検出誤差を低減している。
For example, in the current detection device described in
しかしながら、特許文献1の技術では、1相の電流を検出するために2つの磁気センサが必要となる。例えば、2組の3相巻線を有する交流回転機の場合では、12個の磁気センサが必要となるため、各相を1つの磁気センサで検出する場合に比べて、コストが増加し、装置が大型化する。
However, in the technique of
また、ランデル型のロータのように、ロータの軸方向の一方側の部分が、N極又はS極になり、各磁気センサが、ロータの軸方向の一方側に配置されると、各磁気センサを、ロータから径方向に放射状に放射される磁束が交差する。このロータの磁束により、各磁気センサに電流検出誤差が生じる場合がある。 Further, like a Randell type rotor, when one side portion in the axial direction of the rotor becomes an N pole or an S pole and each magnetic sensor is arranged on one side in the axial direction of the rotor, each magnetic sensor The magnetic fluxes radiated radially from the rotor intersect. The magnetic flux of this rotor may cause a current detection error in each magnetic sensor.
そこで、本願は、ロータから放射状に放射される磁束が交差する位置に配置された各磁気センサにより、2組の複数相の電機子巻線を流れる電流を検出する電流検出装置において、ロータの磁束により生じた電流検出誤差により、出力トルクの制御精度が悪化することを抑制できる電流検出装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present application applies to the magnetic flux of the rotor in a current detection device that detects the current flowing through two sets of multi-phase armature windings by each magnetic sensor arranged at a position where the magnetic fluxes radiated radially from the rotor intersect. It is an object of the present invention to provide a current detection device capable of suppressing deterioration of output torque control accuracy due to a current detection error caused by the above.
本願に係る電流検出装置は、ロータと、第1組のn相の電機子巻線及び第2組のn相の電機子巻線(nは、3以上の整数)を設けたステータとを有する交流回転機において、各組の各相の電機子巻線に電流を供給する各組の各相の接続線に対向配置された各組の各相の磁気センサの出力信号に基づいて、各組の各相の電機子巻線に流れる電流を検出する電流検出装置であって、
各組の各相の前記磁気センサは、前記ロータから径方向に放射状に放射される磁束が交差する位置に配置され、
前記第1組のn相の電機子巻線において、第1組の第k相の電機子巻線に対する電気角での前記ロータの磁極の位相をθek1とし、第1組の第k相の前記磁気センサにより検出される前記ロータの磁束密度の成分であるロータ磁束密度の検出成分をBsk1としたとき、第1組のリプル成分であるR1を、
前記第2組のn相の電機子巻線において、第2組の第h相の電機子巻線に対する電気角での前記ロータの磁極の位相をθeh2とし、第2組の第h相の前記磁気センサにより検出される前記ロータの磁束密度の成分であるロータ磁束密度の検出成分をBsh2としたとき、第2組のリプル成分であるR2を、
前記第1組のリプル成分の正負の符号と、前記第2組のリプル成分の正負の符号とが、互いに異なるように、各前記磁気センサを通る径方向に直交する平面である径直交平面に対する各組の各相の前記磁気センサの磁束検出方向の傾き角度が設定されているものである。
The current detection device according to the present application has a rotor and a stator provided with a first set of n-phase armature windings and a second set of n-phase armature windings (n is an integer of 3 or more). In an AC rotating machine, each set is based on the output signal of the magnetic sensor of each phase of each set arranged to face the connection line of each phase of each set that supplies current to the armature winding of each phase of each set. It is a current detection device that detects the current flowing in the armature winding of each phase of.
The magnetic sensor of each phase of each set is arranged at a position where magnetic fluxes radiated radially from the rotor intersect.
In the first set of n-phase armature windings, the phase of the magnetic flux of the rotor at the electrical angle with respect to the first set of k-phase armature windings is set to θek1, and the first set of k-phase said. When the detection component of the rotor magnetic flux density, which is the component of the magnetic flux density of the rotor detected by the magnetic sensor, is Bsk1, R1 which is the ripple component of the first set is used.
In the second set of n-phase armature windings, the phase of the magnetic flux of the rotor at the electrical angle with respect to the second set of h-phase armature windings is set to θeh2, and the second set of h-phases is described. When the detection component of the rotor magnetic flux density, which is the component of the magnetic flux density of the rotor detected by the magnetic sensor, is Bsh2, the second set of ripple components R2 is used.
With respect to a radial orthogonal plane which is a plane orthogonal to the radial direction passing through each of the magnetic sensors so that the positive and negative codes of the first set of ripple components and the positive and negative codes of the second set of ripple components are different from each other. The tilt angle of each phase of each set in the magnetic flux detection direction of the magnetic sensor is set.
各組のd軸の電流検出値を足し合わせたd軸の和電流の検出値の検出誤差成分、及び各組のq軸の電流検出値を足し合わせたq軸の和電流の検出値の検出誤差成分により、出力トルクの制御精度が悪化する。しかし、d軸及びq軸の和電流の検出値には、第1組のリプル成分と第2組のリプル成分とを足し合わせた、ロータの磁束による検出誤差成分が含まれる。本願に係る電流検出装置によれば、第1組のリプル成分の正負の符号と、第2組のリプル成分の正負の符号とが、互いに異なるように、各磁気センサの磁束検出方向の傾き角度が設定されているので、第1組のリプル成分と第2組のリプル成分とを互いに打ち消し合わせることができ、d軸及びq軸の和電流の検出値に含まれる、ロータの磁束による検出誤差成分を低減することができる。よって、d軸及びq軸の和電流の検出誤差成分の低減により、出力トルクの制御精度を向上させることができる。 Detection of the detection error component of the detected value of the sum current of the d-axis, which is the sum of the current detection values of the d-axis of each set, and the detection of the sum of current of the q-axis, which is the sum of the current detection values of the q-axis of each set. The error component deteriorates the control accuracy of the output torque. However, the detected value of the sum current of the d-axis and the q-axis includes a detection error component due to the magnetic flux of the rotor, which is the sum of the ripple component of the first set and the ripple component of the second set. According to the current detection device according to the present application, the tilt angle in the magnetic flux detection direction of each magnetic sensor is such that the positive and negative signs of the first set of ripple components and the positive and negative signs of the second set of ripple components are different from each other. Since is set, the ripple component of the first set and the ripple component of the second set can cancel each other out, and the detection error due to the magnetic flux of the rotor included in the detection value of the sum current of the d-axis and the q-axis. The components can be reduced. Therefore, the control accuracy of the output torque can be improved by reducing the detection error component of the sum current of the d-axis and the q-axis.
1.実施の形態1
実施の形態1に係る電流検出装置について図面を参照して説明する。図1は、本実施の形態に係る交流回転機1及び制御装置10の概略構成図である。電流検出装置は、交流回転機1及び制御装置10に組み込まれている。
1. 1.
The current detection device according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an
1-1.交流回転機1
交流回転機1は、ステータ18と、ステータ18の径方向内側に配置されたロータ14と、を備えている。ステータ18の鉄心に、第1組のn相の電機子巻線及び第2組のn相の電機子巻線(nは、3以上の整数)が巻装されている。本実施の形態では、nは、3に設定されている。すなわち、ステータ18には、第1組のU1相、V1相、W1相の3相の電機子巻線Cu1、Cv1、Cw1と、第2組のU2相、V2相、W2相の3相の電機子巻線Cu2、Cv2、Cw2とが設けられている。各組の3相の電機子巻線は、スター結線とされてもよいし、デルタ結線とされてもよい。
1-1.
The
本実施の形態では、図2に模式図を示すように、第1組の3相の電機子巻線Cu1、Cv1、Cw1の位置に対する第2組の3相の電機子巻線Cu2、Cv2、Cw2の位置の電気角での位相差Δθは、Δθ=-π/6(-30度)に設定されている。なお、電気角は、ロータ14の機械角に磁石の極対数を乗算した角度になる。
In this embodiment, as shown in the schematic diagram in FIG. 2, the second set of three-phase armature windings Cu2, Cv2, with respect to the positions of the first set of three-phase armature windings Cu1, Cv1 and Cw1. The phase difference Δθ at the electric angle of the position of Cw2 is set to Δθ = −π / 6 (−30 degrees). The electric angle is the mechanical angle of the
ロータ14には磁石が設けられている。本実施の形態では、ロータ14の鉄心に界磁巻線4が巻装されており、ロータ14の磁石は、界磁巻線により界磁される磁石である。よって、交流回転機1は、界磁巻線型の同期回転機とされている。なお、ロータ14の磁石は、永久磁石であってもよい。
The
ロータ14には、ロータ14の回転角度(回転角度)を検出する回転センサ15が設けられている。回転センサ15の出力信号は、制御装置10に入力される。回転センサ15には、ホール素子、レゾルバ、又はエンコーダ等の各種のセンサが用いられる。回転センサ15が設けられず、後述する電流指令値に高調波成分を重畳することによって得られる電流情報等に基づいて、回転角度(磁極位置)を推定するように構成されてもよい(いわゆる、センサレス方式)。
The
1-2.直流電源2
直流電源2は、第1組のインバータIN1、第2組のインバータIN2、及びコンバータ9に直流電圧Vdcを出力する。直流電源2として、バッテリー、DC-DCコンバータ、ダイオード整流器、PWM整流器等、直流電圧を出力する任意の機器が用いられる。直流電源2には、平滑コンデンサ3が並列接続されている。
1-2.
The
1-3.インバータ
第1組のインバータIN1は、直流電源2と第1組の3相の電機子巻線との間で電力変換を行う。第2組のインバータIN2は、直流電源2と第2組の3相の電機子巻線との間で電力変換を行う。
1-3. The inverter IN1 of the first set of inverters performs power conversion between the
第1組のインバータIN1は、直流電源2の正極側に接続される正極側のスイッチング素子SP1と、直流電源2の負極側に接続される負極側のスイッチング素子SN1と、が直列接続された直列回路を、第1組の3相各相の電機子巻線に対応して3つ設けている。各直列回路における2つのスイッチング素子の接続点が、第1組の対応する相の電機子巻線に接続される。
The first set of inverters IN1 is a series in which a switching element SP1 on the positive electrode side connected to the positive electrode side of the
具体的には、第1組のU相の直列回路では、U相の正極側のスイッチング素子SPu1とU相の負極側のスイッチング素子SNu1とが直列接続され、2つのスイッチング素子の接続点が第1組のU相の電機子巻線Cu1に接続されている。第1組のV相の直列回路では、V相の正極側のスイッチング素子SPv1とV相の負極側のスイッチング素子SNv1とが直列接続され、2つのスイッチング素子の接続点が第1組のV相の電機子巻線Cv1に接続されている。第1組のW相の直列回路では、Wの正極側のスイッチング素子SPw1とW相の負極側のスイッチング素子SNw1とが直列接続され、2つのスイッチング素子の接続点が第1組のW相の電機子巻線Cw1に接続されている。 Specifically, in the first set of the U-phase series circuit, the switching element SPu1 on the positive electrode side of the U phase and the switching element SNu1 on the negative electrode side of the U phase are connected in series, and the connection point of the two switching elements is the first. It is connected to a set of U-phase armature windings Cu1. In the first set of V-phase series circuit, the switching element SPv1 on the positive electrode side of the V phase and the switching element SNv1 on the negative electrode side of the V phase are connected in series, and the connection point of the two switching elements is the first set of V-phase. It is connected to the armature winding Cv1 of. In the first set of W-phase series circuits, the switching element SPw1 on the positive electrode side of W and the switching element SNw1 on the negative electrode side of the W phase are connected in series, and the connection points of the two switching elements are of the first set of W-phase. It is connected to the armature winding Cw1.
第2組のインバータIN2は、直流電源2の正極側に接続される正極側のスイッチング素子SP2と、直流電源2の負極側に接続される負極側のスイッチング素子SN2と、が直列接続された直列回路を、第2組の3相各相の電機子巻線に対応して3つ設けている。各直列回路における2つのスイッチング素子の接続点が、第2組の対応する相の電機子巻線に接続される。
The second set of inverters IN2 is a series in which a switching element SP2 on the positive electrode side connected to the positive electrode side of the
具体的には、第2組のU相の直列回路では、U相の正極側のスイッチング素子SPu2とU相の負極側のスイッチング素子SNu2とが直列接続され、2つのスイッチング素子の接続点が第2組のU相の電機子巻線Cu2に接続されている。第2組のV相の直列回路では、V相の正極側のスイッチング素子SPv2とV相の負極側のスイッチング素子SNv2とが直列接続され、2つのスイッチング素子の接続点が第2組のV相の電機子巻線Cv2に接続されている。第2組のW相の直列回路では、Wの正極側のスイッチング素子SPw2とW相の負極側のスイッチング素子SNw2とが直列接続され、2つのスイッチング素子の接続点が第2組のW相の電機子巻線Cw2に接続されている。 Specifically, in the second set of the U-phase series circuit, the switching element SPu2 on the positive electrode side of the U phase and the switching element SNu2 on the negative electrode side of the U phase are connected in series, and the connection point of the two switching elements is the second. It is connected to two sets of U-phase armature windings Cu2. In the second set of V-phase series circuits, the switching element SPv2 on the positive electrode side of the V phase and the switching element SNv2 on the negative electrode side of the V phase are connected in series, and the connection point of the two switching elements is the second set of V-phase. It is connected to the armature winding Cv2 of. In the second set of W-phase series circuits, the switching element SPw2 on the positive electrode side of W and the switching element SNw2 on the negative electrode side of the W phase are connected in series, and the connection points of the two switching elements are of the second set of W-phase. It is connected to the armature winding Cw2.
各組のインバータのスイッチング素子には、ダイオードが逆並列接続されたIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、ダイオードが逆並列接続されたバイポーラトランジスタ、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等が用いられる。各スイッチング素子のゲート端子は、ゲート駆動回路等を介して、制御装置10に接続されている。よって、各スイッチング素子は、制御装置10から出力されるスイッチング信号によりオン又はオフされる。
As the switching element of each set of inverters, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) in which diodes are connected in anti-parallel connection, a bipolar transistor in which diodes are connected in anti-parallel connection, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), and the like are used. The gate terminal of each switching element is connected to the
1-4.磁気センサMS
各組の各相の電機子巻線の電流を検出する各組の各相の磁気センサMSが設けられている。磁気センサMSは、ホール素子等とされる。磁気センサMSは、各組の各相の電機子巻線に一つずつ設けられている。各組の各相の磁気センサMSは、各組の各相の電機子巻線に電流を供給する各組の各相の接続線WRに対向配置されている。具体的には、各組のインバータと各組の3相の電機子巻線とを接続する6本の接続線WRのそれぞれに、磁気センサMSが対向配置されている。第1組のU1相の接続線WRu1に、第1組のU1相の磁気センサMSu1が対向配置され、第1組のV1相の接続線WRv1に、第1組のV1相の磁気センサMSv1が対向配置され、第1組のW1相の接続線WRw1に、第1組のW1相の磁気センサMSw1が対向配置されている。第2組のU2相の接続線WRu2に、第2組のU2相の磁気センサMSu2が対向配置され、第2組のV2相の接続線WRv2に、第2組のV2相の磁気センサMSv2が対向配置され、第2組のW2相の接続線WRw2に、第2組のW2相の磁気センサMSw2が対向配置されている。各磁気センサMSの出力信号は、制御装置10に入力される。
1-4. Magnetic sensor MS
A magnetic sensor MS for each phase of each set is provided to detect the current of the armature winding of each phase of each set. The magnetic sensor MS is a Hall element or the like. One magnetic sensor MS is provided for each armature winding of each phase of each set. The magnetic sensor MS of each phase of each set is arranged to face the connection line WR of each phase of each set that supplies a current to the armature winding of each phase of each set. Specifically, the magnetic sensor MS is arranged to face each of the six connection lines WR connecting each set of inverters and each set of three-phase armature windings. The first set of U1 phase magnetic sensors MSu1 are arranged to face each other on the first set of U1 phase connection lines WRu1, and the first set of V1 phase magnetic sensors MSv1 are arranged on the first set of V1 phase connection lines WRv1. The magnetic sensor MSw1 of the first set of W1 phases is arranged to face each other on the connection line WRw1 of the first set of W1 phases. The second set of U2 phase magnetic sensors MSu2 are arranged to face each other on the second set of U2 phase connection lines WRu2, and the second set of V2 phase magnetic sensors MSv2 are arranged on the second set of V2 phase connection lines WRv2. The second set of W2 phase magnetic sensors MSw2 are arranged to face each other on the second set of W2 phase connection lines WRw2. The output signal of each magnetic sensor MS is input to the
1-5.コンバータ9
コンバータ9は、スイッチング素子を有し、直流電源2と界磁巻線4との間で電力変換を行う。本実施の形態では、コンバータ9は、直流電源2の正極側に接続される正極側のスイッチング素子SPと直流電源2の負極側に接続される負極側のスイッチング素子SNとが直列接続された直列回路を2つ設けたHブリッジ回路とされている。第1の直列回路28における正極側のスイッチング素子SP1と負極側のスイッチング素子SN1との接続点が、界磁巻線4の一端に接続され、第2の直列回路29における正極側のスイッチング素子SP2と負極側のスイッチング素子SN2との接続点が、界磁巻線4の他端に接続される。
1-5.
The
コンバータ9のスイッチング素子には、ダイオードが逆並列接続されたIGBT、ダイオードが逆並列接続されたバイポーラトランジスタ、MOSFET等が用いられる。各スイッチング素子のゲート端子は、ゲート駆動回路等を介して、制御装置10に接続されている。よって、各スイッチング素子は、制御装置10から出力されるスイッチング信号によりオン又はオフされる。
As the switching element of the
なお、第1の直列回路28の負極側のスイッチング素子SN1をダイオードに置き換えたり、第2の直列回路29の正極側のスイッチング素子SP2をダイオードに置き換えたりする等、コンバータ9を他の構成としてもよい。
The
界磁電流センサ6は、界磁巻線4を流れる電流である界磁電流Ifを検出する電流検出回路である。本実施の形態では、界磁電流センサ6は、第1の直列回路28の接続点と界磁巻線4の一端との間の電線上に設けられている。界磁電流センサ6は、界磁電流Ifを検出可能な他の個所に設けられてもよい。界磁電流センサ6の出力信号は、制御装置10に入力される。界磁電流センサ6は、ホール素子、シャント抵抗等の電流センサとされている。
The field
1-6.制御装置10
制御装置10は、第1組及び第2組のインバータIN1、IN2、及びコンバータ9を介して、交流回転機1を制御する。制御装置10は、図3に示すように、回転検出部31、電機子電流検出部32、電機子電流制御部33、界磁電流検出部34、及び界磁電流制御部35等の機能部を備えている。制御装置10の各機能は、制御装置10が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置10は、図12に示すように、処理回路として、CPU(Central Processing Unit)等の演算処理装置90(コンピュータ)、演算処理装置90とデータのやり取りする記憶装置91、演算処理装置90に外部の信号を入力する入力回路92、演算処理装置90から外部に信号を出力する出力回路93、及び外部装置とデータ通信を行う通信回路94等を備えている。
1-6.
The
演算処理装置90として、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、IC(Integrated Circuit)、DSP(Digital Signal Processor)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置90として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置91として、演算処理装置90からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたRAM(Random Access Memory)、及び演算処理装置90からデータを読み出し可能に構成されたROM(Read Only Memory)等が備えられている。入力回路92は、回転センサ15、各組の各相の磁気センサMS、界磁電流センサ6等の各種のセンサが接続され、これらセンサの出力信号を演算処理装置90に入力するA/D変換器等を備えている。出力回路93は、第1組及び第2組のインバータIN1、IN2、及びコンバータ9のスイッチング素子をオンオフ駆動するゲート駆動回路等の電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置90から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。通信回路94は、外部装置と通信を行う。
The
そして、制御装置10が備える各制御部31~35等の各機能は、演算処理装置90が、ROM等の記憶装置91に記憶されたソフトウェア(プログラム)を実行し、記憶装置91、入力回路92、及び出力回路93等の制御装置10の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各制御部31~35等が用いる各種の設定データは、ソフトウェア(プログラム)の一部として、ROM等の記憶装置91に記憶されている。以下、制御装置10の各機能について詳細に説明する。
Then, in each function of the
<回転検出部31>
回転検出部31は、電気角でのロータの磁極位置θ(ロータの回転角度θ)及び回転角速度ωを検出する。本実施の形態では、回転検出部31は、回転センサ15の出力信号に基づいて、電気角での磁極位置θ(回転角度θ)及び回転角速度ωを検出する。磁極位置は、ロータに設けられた電磁石のN極の向きに設定される。本実施の形態では、磁極位置θ(回転角度θ)は、第1組のU1相の電機子巻線を基準にした、電気角での磁極(N極)の位置(角度)である。図2に示した第1組の電機子巻線と第2組の電機子巻線との位相差π/6から、第2組のU2相の電機子巻線を基準にした、電気角での磁極(N極)の位置(角度)は、θ-π/6になる。
<
The
なお、回転検出部31は、電流指令値に高調波成分を重畳することによって得られる電流情報等に基づいて、回転センサを用いずに、回転角度(磁極位置)を推定するように構成されてもよい(いわゆる、センサレス方式)。
The
<電機子電流検出部32>
電機子電流検出部32は、各組の各相の磁気センサMSの出力信号に基づいて、各組の各相の電機子巻線に流れる電機子巻線電流を検出する。具体的には、電機子電流検出部32は、第1組のU1相の磁気センサMSu1の出力信号に基づいて、第1組のU1相の電機子巻線電流iu1sを検出し、第1組のV1相の磁気センサMSv1の出力信号に基づいて、第1組のV1相の電機子巻線電流iv1sを検出し、第1組のW1相の磁気センサMSw1の出力信号に基づいて、第1組のW1相の電機子巻線電流iw1sを検出する。また、電機子電流検出部32は、第2組のU2相の磁気センサMSu2の出力信号に基づいて、第2組のU2相の電機子巻線電流iu2sを検出し、第2組のV2相の磁気センサMSv2の出力信号に基づいて、第2組のV2相の電機子巻線電流iv2sを検出し、第2組のW2相の磁気センサMSw2の出力信号に基づいて、第2組のW2相の電機子巻線電流iw2sを検出する。
<Armature current detection unit 32>
The armature current detection unit 32 detects the armature winding current flowing in the armature winding of each phase of each set based on the output signal of the magnetic sensor MS of each phase of each set. Specifically, the armature current detection unit 32 detects the armature winding current iu1s of the first set of U1 phases based on the output signal of the magnetic sensor MSu1 of the first set of U1 phases, and the first set. Based on the output signal of the V1 phase magnetic sensor MSv1 of the above, the armature winding current iv1s of the first set of V1 phases is detected, and the first set is based on the output signal of the W1 phase magnetic sensor MSw1. The set of W1 phase armature winding currents iw1s is detected. Further, the armature current detection unit 32 detects the armature winding current iu2s of the second set of U2 phases based on the output signal of the magnetic sensor MSu2 of the second set of U2 phases, and the armature current detection unit 32 detects the armature winding current iu2s of the second set of V2 phases. 2nd set of V2 phase armature winding current iv2s is detected based on the output signal of the magnetic sensor MSv2 of the 2nd set, and 2nd set of W2 is detected based on the output signal of the 2nd set of W2 phase magnetic sensor MSw2. The phase armature winding current iw2s is detected.
<電機子電流制御部33>
電機子電流制御部33は、最大トルク電流制御、弱め磁束制御、Id=0制御等のベクトル制御を用い、トルク指令値及び回転角速度ω等に基づいて、第1組のd軸及びq軸の電流指令値id1c、iq1c、及び第2組のd軸及びq軸の電流指令値id2c、iq2cを算出する。
<Armature
The armature
d軸は、磁石の磁極(N極)の方向に定められ、q軸は、d軸より電気角で90度進んだ方向に定められる。
The d-axis is set in the direction of the magnetic pole (N pole) of the magnet, and the q-axis is set in the
電機子電流制御部33は、次式に示すように、第1組の3相の電機子巻線の電流検出値iu1s、iv1s、iw1sを、磁極位置θに基づいて、3相2相変換及び回転座標変換を行って、第1組のd軸の電流検出値id1s及びq軸の電流検出値iq1sに変換する。
電機子電流制御部33は、次式に示すように、第2組の3相の電機子巻線の電流検出値iu2s、iv2s、iw2sを、磁極位置θに基づいて、3相2相変換及び回転座標変換を行って、第2組のd軸の電流検出値id2s及びq軸の電流検出値iq2sに変換する。
上述したように、第2組のU2相の電機子巻線を基準にした磁極位置は、θ-π/6になるので、式(1)の座標変換と式(2)の座標変換との間には、位相差π/6が設けられている。 As described above, the magnetic pole position with respect to the second set of U2 phase armature windings is θ−π / 6, so the coordinate transformation of equation (1) and the coordinate transformation of equation (2) A phase difference π / 6 is provided between them.
電機子電流制御部33は、第1組のd軸及びq軸の電流検出値id1s、iq1sが第1組のd軸及びq軸の電流指令値id1c、iq1cに近づくように、PI制御等により、第1組のd軸及びq軸の電圧指令値Vd1c、Vq1cを算出する。そして、電機子電流制御部33は、次式に示すように、第1組のd軸及びq軸の電圧指令値Vd1c、Vq1cを、磁極位置θに基づいて、固定座標変換及び2相3相変換を行って、第1組の3相の電圧指令値Vu1c、Vv1c、Vw1cに変換する。
電機子電流制御部33は、第2組のd軸及びq軸の電流検出値id2s、iq2sが第2組のd軸及びq軸の電流指令値id2c、iq2cに近づくように、PI制御等により、第2組のd軸及びq軸の電圧指令値Vd2c、Vq2cを算出する。そして、電機子電流制御部33は、次式に示すように、第2組のd軸及びq軸の電圧指令値Vd2c、Vq2cを、磁極位置θに基づいて、固定座標変換及び2相3相変換を行って、第2組の3相の電圧指令値Vu2c、Vv2c、Vw2cに変換する。
式(1)と式(2)と同様に、式(3)の座標変換と式(4)の座標変換との間には、位相差π/6が設けられている。なお、電機子電流制御部33は、電圧利用率を向上させるために、第1組及び第2組の3相の電圧指令値に対して、空間ベクトル変調、二相変調などの公知の変調を加えてもよい。
Similar to the equation (1) and the equation (2), a phase difference π / 6 is provided between the coordinate transformation of the equation (3) and the coordinate transformation of the equation (4). The armature
電機子電流制御部33は、第1組の3相の電圧指令値Vu1c、Vv1c、Vw1cに基づいて、PWM制御(Pulse Width Modulation)により第1組のインバータIN1の複数のスイッチング素子をオンオフ制御する。また、電機子電流制御部33は、第2組の3相の電圧指令値Vu2c、Vv2c、Vw2cに基づいて、PWM制御により第2組のインバータIN2の複数のスイッチング素子をオンオフ制御する。PWM制御として、公知のキャリア波比較PWM又は空間ベクトルPWMが用いられる。
The armature
<界磁電流の制御>
界磁電流検出部34は、界磁電流センサ6の出力信号に基づいて、界磁巻線4に流れる電流である界磁電流Ifsを検出する。界磁電流制御部35は、トルク指令値等に基づいて、界磁電流指令値Ifcを設定する。界磁電流制御部35は、界磁電流の検出値Ifsが界磁電流指令値Ifcに近づくように、PI制御等により、界磁電圧指令値Vfを算出する。そして、界磁電流制御部35は、界磁電圧指令値Vfに基づいて、PWM制御によりコンバータ9の複数のスイッチング素子をオンオフ制御する。
<Control of field current>
The field
1-7.ロータの磁束による電流検出誤差を低減する磁気センサMSの配置
図4は、軸方向に見た、各組の各相の磁気センサMSの配置位置を示す概略図である。各組の各相の磁気センサMSは、ロータ14から径方向に放射状に放射される磁束が交差する位置に配置されている。
1-7. Arrangement of Magnetic Sensor MS for Reducing Current Detection Error Due to Rotor Magnetic Flux FIG. 4 is a schematic view showing the arrangement position of the magnetic sensor MS for each phase of each set as viewed in the axial direction. The magnetic sensor MS of each phase of each set is arranged at a position where the magnetic fluxes radiated radially from the
本実施の形態では、各磁気センサMSに交差するロータの磁束方向及び磁束密度は、ロータの回転に応じて変化しない。言い換えると、各磁気センサMSの径方向内側に配置されたロータの部分(本例では、回転軸14a)から放射状に放射される磁束密度は、周方向に変化しない。なお、各磁気センサMSに交差するロータの磁束方向及び磁束密度は、周方向に交互に配置されたN極及びS極の磁極から放射される磁束の影響等により、ロータの回転に応じて、多少変化してもよい(例えば、±10%の範囲内)。
In the present embodiment, the magnetic flux direction and the magnetic flux density of the rotor intersecting each magnetic sensor MS do not change according to the rotation of the rotor. In other words, the magnetic flux density radially radiated from the portion of the rotor (rotating
<ランデル型のロータ>
本実施の形態では、ロータ14は、ランデル型(クローポール型ともいう)のロータである。各組の各相の磁気センサMSの径方向内側には、ロータ14の回転軸14aが配置されている。各磁気センサMSの径方向内側に配置された回転軸14aの部分は、N極又はS極になる。そして、回転軸14aから径方向に放射状に放射している磁束が、各磁気センサMSに交差する。
<Randel type rotor>
In the present embodiment, the
図5にランデル型のロータの斜視図を示し、図6に交流回転機1の断面図を示す。ロータ14は、円柱状又は円筒状の回転軸14aと、回転軸14aと一体回転する界磁鉄心14bと、界磁鉄心14bに巻装された界磁巻線14cとを有している。界磁鉄心14bは、回転軸14aの外周面に嵌合された円筒状の中心部14b1と、中心部14b1の軸方向の一方側X1の端部から径方向外側に延出した後、中心部14b1の径方向外側を軸方向の他方側X2に延びた複数の第1爪部14b2と、中心部14b1の軸方向の他方側X2の端部から径方向外側に延出した後、中心部14b1の径方向外側を軸方向の一方側X1に延びた複数の第2爪部14b3と、を有している。第1爪部14b2と第2爪部14b3とは、周方向に交互に配置されており、互いに異なる磁極になる。例えば、第1爪部14b2と第2爪部14b3は、それぞれ6個又は8個設けられ、極対数は6又は8になる。
FIG. 5 shows a perspective view of the Randell type rotor, and FIG. 6 shows a cross-sectional view of the AC
界磁巻線14cが、回転軸14a及び界磁鉄心の中心部14b1の外周部に、軸心Cを中心とする同心円状に巻装されている。界磁巻線14cの径方向内側に、軸方向の磁束が生じ、ロータの軸方向の一方側X1の部分と軸方向の他方側X2の部分とが、互いに異なる磁極になる。なお、界磁巻線14cを補助するため、回転軸14a及び界磁鉄心の中心部14b1の外周部に、永久磁石が設けられてもよい。また、磁極間の磁束の漏洩を減少させるために、周方向に着磁された永久磁石を第1爪部14b2と第2爪部14b3との間に配置してもよい。
The field winding 14c is wound around the
よって、界磁巻線14cが軸心Cを中心とした同心円状に巻装されたランデル型のロータでは、ロータの軸方向の一方側X1の部分と、ロータの軸方向の一方側X1の部分とは、互いに異なる磁極になる。以下では、ロータの軸方向の一方側X1の部分が、N極であり、ロータの軸方向の他方側X2の部分が、S極である場合を説明する。N極とS極とが入れ替わってもよく、軸方向の一方側X1と軸方向の他方側X2とが入れ替わってもよい。 Therefore, in the Landel-type rotor in which the field winding 14c is wound concentrically around the axial center C, the portion of one side X1 in the axial direction of the rotor and the portion of one side X1 in the axial direction of the rotor. Are different magnetic poles from each other. Hereinafter, a case where the portion of one side X1 in the axial direction of the rotor is the N pole and the portion of the other side X2 in the axial direction of the rotor is the S pole will be described. The N pole and the S pole may be interchanged, and one side X1 in the axial direction and the other side X2 in the axial direction may be interchanged.
界磁鉄心14bから軸方向の一方側X1に突出した回転軸14aの部分、及び第1爪部14b2を含む界磁鉄心14bの軸方向の一方側X1の部分が、N極となる。界磁鉄心14bから軸方向の他方側X2に突出した回転軸14aの部分、及び第2爪部14b3を含む界磁鉄心14bの軸方向の他方側X2の部分が、S極となる。
The portion of the
<各磁気センサの配置>
各組の各相の磁気センサMSは、ロータの軸方向の一方側X1に配置され、ロータの軸方向の一方側X1の部分から径方向に放射状に放射される磁束が交差する。磁気センサMSに交差する磁束には、径方向の成分に加えて軸方向の成分が含まれてよい。
<Arrangement of each magnetic sensor>
The magnetic sensor MS of each phase of each set is arranged on one side X1 in the axial direction of the rotor, and magnetic fluxes radiated radially from the portion of one side X1 in the axial direction of the rotor intersect. The magnetic flux intersecting the magnetic sensor MS may include an axial component in addition to a radial component.
図6に示すように、第1組及び第2組のインバータIN1、IN2は、ステータ18の軸方向の一方側X1に配置されている。各組の各相の接続線WRは、第1組及び第2組の電機子巻線から軸方向の一方側X1に延出し、第1組及び第2組のインバータIN1、IN2に接続されている。各組の各相の接続線WRは、軸方向の一方側X1の回転軸14aの部分の径方向外側に配置されており、各組の各相の接続線WRに対向配置されている各組の各相の磁気センサMSは、軸方向の一方側X1の回転軸14aの部分の径方向外側に配置されている。
As shown in FIG. 6, the first set and the second set of inverters IN1 and IN2 are arranged on one side X1 in the axial direction of the
各組の各相の磁気センサMSには、軸方向の一方側X1の回転軸14aの部分から径方向に放射状に放射される磁束が交差する。なお、各組の各相の磁気センサMSは、界磁鉄心14bの軸方向の一方側X1の端部から径方向に放射状に放射される磁束が交差してもよい。
The magnetic flux radiated radially from the portion of the
本実施の形態では、図4に示すように、第1組の磁気センサMSと、第2組の磁気センサMSとが周方向に交互に等角度間隔で配置されている。MSu1、MSu2、MSv1、MSv2、MSw1、MSw2の順に、周方向に、機械角でπ/3(60度)の等角度間隔で、軸心Cを中心とした同一円上に配置されている。なお、周方向の各磁気センサMSの順番は、任意の順番でもよい。また、各磁気センサMSは、周方向に等角度間隔で配置されなくてもよい。なお、各磁気センサMSを周方向に等角度間隔で配置することにより、磁気センサMSが対向配置されていない他の接続線WRの電流により発生した磁束による磁気センサMSの検出誤差を低減できる。各磁気センサMSの一部分が、同一円上に乗っていれば、誤差の範疇として扱うことができる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the first set of magnetic sensor MSs and the second set of magnetic sensor MSs are arranged alternately in the circumferential direction at equal angular intervals. MSu1, MSu2, MSv1, MSv2, MSw1, and MSw2 are arranged in this order on the same circle centered on the axis C at equal intervals of π / 3 (60 degrees) in the machine angle in the circumferential direction. The order of the magnetic sensors MS in the circumferential direction may be any order. Further, the magnetic sensor MSs do not have to be arranged at equal angular intervals in the circumferential direction. By arranging the magnetic sensor MSs at equal angular intervals in the circumferential direction, it is possible to reduce the detection error of the magnetic sensor MS due to the magnetic flux generated by the current of the other connection line WR in which the magnetic sensor MSs are not arranged facing each other. If a part of each magnetic sensor MS is on the same circle, it can be treated as a category of error.
各磁気センサMS(センサ素子)は、センサ素子に交差する磁束の磁束検出方向DSの磁束密度の成分を検出し、検出した磁束密度に応じた信号を出力する。磁束検出方向DSは、センサ素子の配置方向に応じた特定の方向になる。図7に接続線WRの延出方向に見た模式図に示すように、各磁気センサMS(センサ素子)の磁束検出方向DSは、各接続線WRを流れる電流により生じる磁束の方向に平行になるように配置されている。すなわち、各磁気センサMSの磁束検出方向DSは、各接続線WRを中心とした周方向に平行になるように配置されている。図8に示すように、各磁気センサMSには、集磁コア20が設けられてもよい。
Each magnetic sensor MS (sensor element) detects a component of the magnetic flux density of the magnetic flux detection direction DS of the magnetic flux intersecting the sensor element, and outputs a signal corresponding to the detected magnetic flux density. The magnetic flux detection direction DS is a specific direction according to the arrangement direction of the sensor element. As shown in the schematic view in the extending direction of the connection line WR in FIG. 7, the magnetic flux detection direction DS of each magnetic sensor MS (sensor element) is parallel to the direction of the magnetic flux generated by the current flowing through each connection line WR. It is arranged so as to be. That is, the magnetic flux detection direction DS of each magnetic sensor MS is arranged so as to be parallel to the circumferential direction about each connection line WR. As shown in FIG. 8, each magnetic sensor MS may be provided with a
図4の例では、各磁気センサMSが対向配置された各接続線WRの部分は、概ね径方向に延出している。各磁気センサMS(センサ素子)は、径方向に延出した接続線WRの部分の軸方向の他方側X2に、接続線WRと対向して配置されている。 In the example of FIG. 4, the portion of each connection line WR in which each magnetic sensor MS is arranged to face each other extends substantially in the radial direction. Each magnetic sensor MS (sensor element) is arranged on the other side X2 in the axial direction of the portion of the connecting line WR extending in the radial direction so as to face the connecting line WR.
各磁気センサMSは、対向する接続線WRの電流に比例して発生した磁束密度を検出する。磁気センサMSの磁束検出方向DSが、センサ素子に交差する径方向のロータの磁束に直交する場合は、ロータの磁束の磁束検出方向DSの磁束密度の成分が生じないため、ロータの磁束による電流の検出誤差は生じない。しかし、磁気センサMSの磁束検出方向DSが、センサ素子に交差する径方向のロータの磁束に直交せずに、センサ素子を通る径方向に直交する平面である径直交平面Porに対して傾いている場合は、傾き角度θtに応じて、ロータの磁束の磁束検出方向DSの磁束密度の成分が生じるため、ロータの磁束による電流の検出誤差が生じる。 Each magnetic sensor MS detects the magnetic flux density generated in proportion to the current of the opposing connection line WR. When the magnetic flux detection direction DS of the magnetic sensor MS is orthogonal to the magnetic flux of the rotor in the radial direction intersecting the sensor element, the magnetic flux density component of the magnetic flux detection direction DS of the rotor magnetic flux does not occur, so that the current due to the magnetic flux of the rotor does not occur. There is no detection error. However, the magnetic flux detection direction DS of the magnetic sensor MS is tilted with respect to the radial orthogonal plane Por, which is a plane orthogonal to the radial direction passing through the sensor element, without being orthogonal to the magnetic flux of the radial rotor intersecting the sensor element. If so, a component of the magnetic flux density of the magnetic flux detection direction DS of the rotor magnetic flux is generated according to the tilt angle θt, so that a current detection error due to the magnetic flux of the rotor occurs.
ここで、θt11を、第1組のU1相の磁気センサMSu1の中心を通る径方向に直交する方向である径直交平面Por11に対する、当該磁気センサMSu1の磁束検出方向DS11の傾き角度とし、θt21を、第1組のV1相の磁気センサMSv1の中心を通る径方向に直交する方向である径直交平面Por21に対する、当該磁気センサMSv1の磁束検出方向DS21の傾き角度とし、θt31を、第1組のW1相の磁気センサMSw1の中心を通る径方向に直交する方向である径直交平面Por31に対する、当該磁気センサMSw1の磁束検出方向DS31の傾き角度とする。θt12を、第2組のU2相の磁気センサMSu2の中心を通る径方向に直交する方向である径直交平面Por12に対する、当該磁気センサMSu2の磁束検出方向DS12の傾き角度とし、θt22を、第2組のV2相の磁気センサMSv2の中心を通る径方向に直交する方向である径直交平面Por22に対する、当該磁気センサMSv2の磁束検出方向DS22の傾き角度とし、θt32を、第2組のW2相の磁気センサMSw2の中心を通る径方向に直交する方向である径直交平面Por32に対する、当該磁気センサMSw2の磁束検出方向DS32の傾き角度とする。なお、本実施の形態では、各磁気センサMSの磁束検出方向DSは、軸方向に直交しており、各磁気センサの傾き角度θtは、軸心Cを中心とし、各磁気センサMSを通る円の接線方向に対する傾き角度になっている。ここでは、接続線WRに流れる電流の方向を全ての相において外径方向とする場合で説明するが、一部または全部の相において内径方向としてもよい。その場合、磁束検出方向DSを逆方向にして、傾き角度θtをそれに合わせて設定すれば、同様の考え方ができる。 Here, θt11 is defined as the tilt angle of the magnetic flux detection direction DS11 of the magnetic sensor MSu1 with respect to the radial orthogonal plane Por11 which is the direction orthogonal to the radial direction passing through the center of the magnetic sensor MSu1 of the first set of U1 phases, and θt21 is defined as , The tilt angle of the magnetic flux detection direction DS21 of the magnetic sensor MSv1 with respect to the radial orthogonal plane Por21 which is the direction orthogonal to the radial direction passing through the center of the magnetic sensor MSv1 of the first set of V1 phases, and θt31 is set to the first set. The tilt angle of the magnetic flux detection direction DS31 of the magnetic sensor MSw1 with respect to the radial orthogonal plane Por31 which is the direction orthogonal to the radial direction passing through the center of the W1 phase magnetic sensor MSw1. θt12 is the tilt angle of the magnetic flux detection direction DS12 of the magnetic sensor MSu2 with respect to the radial orthogonal plane Por12 which is the direction orthogonal to the radial direction passing through the center of the magnetic sensor MSu2 of the second set of U2 phases, and θt22 is the second. Let θt32 be the tilt angle of the magnetic flux detection direction DS22 of the magnetic sensor MSv2 with respect to the radial orthogonal plane Por22 which is the direction orthogonal to the radial direction passing through the center of the set of V2 phase magnetic sensors MSv2, and set θt32 to be the W2 phase of the second set. It is the tilt angle of the magnetic flux detection direction DS32 of the magnetic sensor MSw2 with respect to the radial orthogonal plane Por32 which is a direction orthogonal to the radial direction passing through the center of the magnetic sensor MSw2. In the present embodiment, the magnetic flux detection direction DS of each magnetic sensor MS is orthogonal to the axial direction, and the inclination angle θt of each magnetic sensor is a circle centered on the axis C and passing through each magnetic sensor MS. It is the inclination angle with respect to the tangential direction of. Here, the direction of the current flowing through the connection line WR will be described in the case of the outer diameter direction in all the phases, but it may be the inner diameter direction in some or all the phases. In that case, the same idea can be obtained by setting the magnetic flux detection direction DS in the opposite direction and setting the inclination angle θt accordingly.
図9に示すように、各磁気センサMSが対向配置された各接続線WRの部分が、軸方向に延出してよい。そして、磁気センサMS(センサ素子)は、軸方向に延出した接続線WRの部分の径方向内側に、接続線WRと対向して配置されてもよい。この場合でも、磁気センサMSの磁束検出方向DSが、センサ素子を通る径方向に直交する平面である径直交平面Porに対して傾いている場合は、傾き角度θtに応じて、ロータの磁束の磁束検出方向DSの磁束密度の成分が生じるため、ロータの磁束による電流の検出誤差が生じる。 As shown in FIG. 9, the portion of each connection line WR in which each magnetic sensor MS is arranged to face each other may extend in the axial direction. Then, the magnetic sensor MS (sensor element) may be arranged so as to face the connecting line WR inside in the radial direction of the portion of the connecting line WR extending in the axial direction. Even in this case, if the magnetic flux detection direction DS of the magnetic sensor MS is tilted with respect to the radial orthogonal plane Por, which is a plane orthogonal to the radial direction passing through the sensor element, the magnetic flux of the rotor is increased according to the tilt angle θt. Since the component of the magnetic flux density in the magnetic flux detection direction DS is generated, a current detection error due to the magnetic flux of the rotor occurs.
<電流検出誤差による影響>
ロータの磁束による電流検出誤差を考慮すると、各組の各相の磁気センサMSにより検出される各組の各相の電流検出値iu1s~iw2sは、次式で表される。
Considering the current detection error due to the magnetic flux of the rotor, the current detection values iu1s to iw2s of each phase of each set detected by the magnetic sensor MS of each phase of each set are expressed by the following equations.
ここで、iu1は、第1組のU1相の電機子巻線を流れる真の電流値であり、δu1は、ロータの磁束による第1組のU1相の電流の検出誤差成分であり、iv1は、第1組のV1相の電機子巻線を流れる真の電流値であり、δv1は、ロータの磁束による第1組のV1相の電流の検出誤差成分であり、iw1は、第1組のW1相の電機子巻線を流れる真の電流値であり、δw1は、ロータの磁束による第1組のV1相の電流の検出誤差成分である。iu2は、第2組のU2相の電機子巻線を流れる真の電流値であり、δu2は、ロータの磁束による第2組のU2相の電流の検出誤差成分であり、iv2は、第2組のV2相の電機子巻線を流れる真の電流値であり、δv2は、ロータの磁束による第2組のV2相の電流の検出誤差成分であり、iw2は、第2組のW2相の電機子巻線を流れる真の電流値であり、δw2は、ロータの磁束による第2組のV2相の電流の検出誤差成分である。Iは、各組の電流ベクトルの大きさであり、βは、各組のq軸に対する電流ベクトルの位相である。図2に示した第1組の電機子巻線と第2組の電機子巻線との位相差π/6から、第2組の3相の真の電流値は、第1組の3相の真の電流値に対して、位相差π/6だけ遅れている。 Here, iu1 is a true current value flowing through the armature winding of the first set of U1 phases, δu1 is a detection error component of the current of the first set of U1 phases due to the magnetic flux of the rotor, and iv1 is. , Δv1 is the detection error component of the current of the first set of V1 phase due to the magnetic flux of the rotor, and iw1 is the detection error component of the current of the first set of V1. It is a true current value flowing through the armature winding of the W1 phase, and δw1 is a detection error component of the current of the first set of V1 phases due to the magnetic flux of the rotor. iu2 is the true current value flowing through the second set of U2 phase armature windings, δu2 is the detection error component of the second set of U2 phase currents due to the magnetic flux of the rotor, and iv2 is the second set. The true current value flowing through the armature winding of the V2 phase of the set, δv2 is the detection error component of the current of the V2 phase of the second set due to the magnetic flux of the rotor, and iw2 is the W2 phase of the second set. It is a true current value flowing through the armature winding, and δw2 is a detection error component of the current of the second set V2 phase due to the magnetic flux of the rotor. I is the magnitude of the current vector of each set, and β is the phase of the current vector with respect to the q-axis of each set. From the phase difference π / 6 between the first set of armature windings and the second set of armature windings shown in FIG. 2, the true current value of the second set of three phases is the first set of three phases. It is delayed by the phase difference π / 6 with respect to the true current value of.
<d軸及びq軸の和電流と出力トルクとの関係>
交流回転機の出力トルクTは、次式で表せられる。Pmは、極対数であり、ψは、磁石の鎖交磁束であり、Ldは、d軸のインダクタンスであり、Lqは、q軸のインダクタンスである。ここで、組間のd軸の真の和電流及びq軸の真の和電流(id1+id2、iq1+iq2)に比べて、組間のd軸の真の差電流及びq軸の真の差電流(id1-id2、iq1-iq2)が微小であることを利用し、組間のd軸の真の和電流及びq軸の真の和電流により、出力トルクTを算出する式に近似している。
The output torque T of the AC rotating machine can be expressed by the following equation. Pm is the logarithm of the poles, ψ is the interlinkage magnetic flux of the magnet, Ld is the inductance of the d-axis, and Lq is the inductance of the q-axis. Here, the true difference current of the d-axis and the true difference current of the q-axis (id1) between the sets are compared with the true sum current of the d-axis and the true sum current of the q-axis (id1 + id2, iq1 + iq2). -Using the fact that id2 and iq1-iq2) are minute, the output torque T is approximated to the formula for calculating the output torque T by the true sum current of the d-axis and the true sum current of the q-axis between the sets.
式(6)の出力トルクTの近似式より、組間のd軸の真の和電流及びq軸の真の和電流(id1+id2、iq1+iq2)に含まれる検出誤差成分を低減することにより、出力トルクの精度を向上し、出力トルクに含まれるリプル成分を低減することができる。 From the approximate expression of the output torque T of the equation (6), the output torque is reduced by reducing the detection error component included in the true sum current of the d-axis and the true sum current of the q-axis (id1 + id2, iq1 + iq2) between the sets. The accuracy of the current can be improved and the ripple component contained in the output torque can be reduced.
<ロータの磁束による、d軸及びq軸の和電流の検出誤差>
式(5)を、式(1)及び式(2)に代入し、座標変換を行った第1組のd軸の電流検出値Id1s及び第2組のd軸の電流検出値Id2sの和電流、第1組のq軸の電流検出値Iq1s及び第2組のq軸の電流検出値Iq2sの和電流は、式(7)及び式(8)になる。
The sum current of the first set of d-axis current detection values Id1s and the second set of d-axis current detection values Id2s obtained by substituting the equation (5) into the equations (1) and (2) and performing coordinate conversion. , The sum current of the current detection value Iq1s of the first set of q-axis and the current detection value Iq2s of the second set of q-axis is given by the equations (7) and (8).
ここで、式(7)の右辺の第1項は、d軸の真の和電流であり、式(8)の右辺の第1項は、q軸の真の和電流である。よって、式(7)の右辺の第2項及び第3項は、ロータの磁束によるd軸の和電流の検出誤差成分であり、式(8)の右辺の第2項及び第3項は、ロータの磁束によるq軸の和電流の検出誤差成分である。 Here, the first term on the right side of the equation (7) is the true sum current on the d-axis, and the first term on the right side of the equation (8) is the true sum current on the q-axis. Therefore, the second and third terms on the right side of the equation (7) are the detection error components of the sum current of the d-axis due to the magnetic flux of the rotor, and the second and third terms on the right side of the equation (8) are. It is a detection error component of the sum current of the q-axis due to the magnetic flux of the rotor.
誤差を含むd軸及びq軸の電流検出値に基づいて電流フィードバック制御を行うと、d軸及びq軸の真の電流値は、d軸及びq軸の電流指令値から、誤差分だけずれる。式(6)の近似式に示したように、d軸の和電流及びq軸の和電流に応じて、出力トルクTが変化するため、実際の出力トルクは、d軸の和電流の検出誤差成分及びq軸の和電流の検出誤差成分に応じて、d軸及びq軸の電流指令値に対応する目標の出力トルクからずれる。式(7)の右辺の第2項及び第3項のd軸の和電流の検出誤差成分、及び式(8)の右辺の第2項及び第3項のd軸の和電流の検出誤差成分は、磁極位置θに応じて振動する振動成分であるので、出力トルクTには、検出誤差によりトルクリプルが生じる。 When the current feedback control is performed based on the current detection values of the d-axis and the q-axis including the error, the true current values of the d-axis and the q-axis deviate from the current command values of the d-axis and the q-axis by the error. As shown in the approximate equation of the equation (6), the output torque T changes according to the sum current of the d-axis and the sum current of the q-axis. Therefore, the actual output torque is the detection error of the sum current of the d-axis. Detection error of the component and the sum current of the q-axis Depending on the component, the output torque deviates from the target output torque corresponding to the current command value of the d-axis and the q-axis. The detection error component of the sum current of the d-axis of the second and third terms on the right side of the equation (7), and the detection error component of the sum current of the d-axis of the second and third terms on the right side of the equation (8). Is a vibration component that vibrates according to the magnetic pole position θ, so that torque ripple occurs in the output torque T due to a detection error.
ロータの磁束による各組の各相の電流の検出誤差成分δは、各磁気センサMSを通る径方向に直交する平面である径直交平面Porに対する各組の各相の磁気センサの磁束検出方向DSの傾き角度θtを用いて次式で表される。
ここで、Brは、各磁気センサを通るロータの径方向の磁束の磁束密度であり、本実施の形態では、各磁気センサは、軸心Cを中心とした同一円上に配置されているので、各磁気センサについて同じ値である。Br×sinθtにより、各磁気センサにより検出されるロータの磁束密度の成分であるロータ磁束密度の検出成分Bsが算出される。Kbiは、ロータ磁束密度の検出成分Bsから電流検出値への換算係数である。傾き角度θtk1(kは、1以上の整数)は、第1組の第k相の傾き角度であり、U1相、V1相、W1相の代わりに、第1相、第2相、第3相を用いている。傾き角度θth2(hは、1以上の整数)は、第2組の第h相の傾き角度であり、U2相、V2相、W2相の代わりに、第1相、第2相、第3相を用いている。同様に、Bsk1は、第1組の第k相の検出成分であり、Bsh2は、第2組の第h相の検出成分である。 Here, Br is the magnetic flux density of the magnetic flux in the radial direction of the rotor passing through each magnetic sensor, and in the present embodiment, each magnetic sensor is arranged on the same circle centered on the axis C. , The same value for each magnetic sensor. By Br × sinθt, the detection component Bs of the rotor magnetic flux density, which is the component of the magnetic flux density of the rotor detected by each magnetic sensor, is calculated. Kbi is a conversion coefficient from the detection component Bs of the rotor magnetic flux density to the current detection value. The tilt angle θtk1 (k is an integer of 1 or more) is the tilt angle of the k-phase of the first set, and instead of the U1 phase, the V1 phase, and the W1 phase, the first phase, the second phase, and the third phase. Is used. The tilt angle θth2 (h is an integer of 1 or more) is the tilt angle of the second set of h phases, and instead of the U2 phase, V2 phase, and W2 phase, the first phase, the second phase, and the third phase. Is used. Similarly, Bsk1 is a detection component of the first set of the k-phase, and Bsh2 is a detection component of the second set of the h-phase.
式(9)を、式(7)及び式(8)に代入すると、d軸及びq軸の和電流の検出値は、式(10)及び式(11)になる。
<リプル成分R1、R2を用いた、和電流の検出誤差の表現>
ここで、第1組のリプル成分R1及び第2組のリプル成分R2を、式(12)で定義する。
Here, the first set of ripple components R1 and the second set of ripple components R2 are defined by the formula (12).
ここで、磁極位置θは、上述したように、第1組のU1相の電機子巻線の位置に対する電気角でのロータの磁極(N極)の位相(角度)である。式(12)の第1式において、右辺の第1項の正弦関数の位相θは、第1組のU1相の電機子巻線Cu1の位置に対する電気角での磁極(N極)の位相(角度)θe11であり、右辺の第2項の正弦関数の位相(θ-2π/3)は、第1組のV1相の電機子巻線Cv1に対する磁極の位相θe21であり、右辺の第3項の正弦関数の位相(θ+2π/3)は、第1組のW1相の電機子巻線Cw1に対する磁極の位相θe31である。式(12)の第2式において、右辺の第1項の正弦関数の位相(θ-π/6)は、第2組のU2相の電機子巻線Cu2の位置に対する電気角での磁極の位相θe12であり、右辺の第2項の正弦関数の位相(θ-5π/6)は、第2組のV2相の電機子巻線Cv2に対する磁極の位相θe22であり、右辺の第3項の正弦関数の位相(θ+π/2)は、第2組のW2相の電機子巻線Cw2に対する磁極の位相θe32である。 Here, the magnetic pole position θ is the phase (angle) of the magnetic poles (N poles) of the rotor at the electric angle with respect to the position of the armature winding of the first set of U1 phases, as described above. In the first equation of the equation (12), the phase θ of the sine function of the first term on the right side is the phase of the magnetic pole (N pole) at the electric angle with respect to the position of the armature winding Cu1 of the first set of U1 phases (N pole). Angle) θe11, and the phase (θ-2π / 3) of the sine function of the second term on the right side is the phase θe21 of the magnetic pole with respect to the armature winding Cv1 of the first set of V1 phases, and the third term on the right side. The phase (θ + 2π / 3) of the sine function of is the phase θe31 of the magnetic pole with respect to the armature winding Cw1 of the first set of W1 phases. In the second equation of the equation (12), the phase (θ−π / 6) of the sine function of the first term on the right side is the magnetic pole at the electric angle with respect to the position of the armature winding Cu2 of the second set of U2 phases. The phase θe12, and the phase (θ-5π / 6) of the sine function of the second term on the right side is the phase θe22 of the magnetic pole with respect to the armature winding Cv2 of the second set of V2 phases, and the phase of the third term on the right side. The phase (θ + π / 2) of the sine function is the phase θe32 of the magnetic pole with respect to the armature winding Cw2 of the second set of W2 phases.
よって、式(12)を一般化して表現すると式(13)を得る。
ここで、θek1は、第1組の第k相の電機子巻線の位置に対する電気角でのロータの磁極の位相であり、第1組のU1相の電機子巻線Cu1に対する磁極位置θから、第1組のU1相の電機子巻線Cu1に対する第1組の第k相の電機子巻線の位相を減算した位相になる。Bsk1は、第1組の第k相の磁気センサにより検出されるロータ磁束密度の検出成分である。θeh2は、第2組の第h相の電機子巻線の位置に対する電気角でのロータの磁極の位相であり、第1組のU1相の電機子巻線Cu1に対する磁極位置θから、第1組のU1相の電機子巻線Cu1に対する第2組の第h相の電機子巻線の位相を減算した位相になる。Bsh2は、第2組の第h相の磁気センサにより検出されるロータ磁束密度の検出成分である。 Here, θek1 is the phase of the magnetic pole of the rotor at the electric angle with respect to the position of the armature winding of the first set of the k-phase, and from the magnetic pole position θ with respect to the armature winding Cu1 of the first set of U1 phases. , The phase obtained by subtracting the phase of the first set of k-phase armature windings with respect to the first set of U1 phase armature windings Cu1. Bsk1 is a detection component of the rotor magnetic flux density detected by the magnetic sensor of the first set of the k-phase. θeh2 is the phase of the magnetic pole of the rotor at the electric angle with respect to the position of the armature winding of the second set of h-phase, and is the first from the magnetic pole position θ with respect to the armature winding Cu1 of the first set of U1 phase. The phase is obtained by subtracting the phase of the second set of h-phase armature windings with respect to the set of U1 phase armature windings Cu1. Bsh2 is a detection component of the rotor magnetic flux density detected by the second set of h-phase magnetic sensors.
<リプル成分R1、R2の相互打ち消しによる、和電流の検出誤差の低減>
式(12)を用いて式(10)を表現すると、式(14)に示すように、式(10)の右辺の第2項は、第1組のリプル成分R1の磁極位置θの位相を、π/2だけ進ませたものに対して係数を掛けたものであり、第3項は、第2組のリプル成分R2の磁極位置θの位相を、π/2だけ進ませたものに対して係数を掛けたものである。式(12)を用いて式(11)を表現すると、式(15)に示すように、式(11)の右辺の第2項は、第1組のリプル成分R1の磁極位置θの位相を、πだけ進ませたものに対して係数を掛けたものであり、第3項は、第2組のリプル成分R2の磁極位置θの位相を、πだけ進ませたものに対して係数を掛けたものである。
When the equation (10) is expressed using the equation (12), as shown in the equation (14), the second term on the right side of the equation (10) indicates the phase of the magnetic pole position θ of the ripple component R1 of the first set. , Π / 2 advanced by a coefficient, and the third term is for the phase of the magnetic pole position θ of the second set of ripple components R2 advanced by π / 2. And multiplied by the coefficient. When the equation (11) is expressed using the equation (12), as shown in the equation (15), the second term on the right side of the equation (11) sets the phase of the magnetic pole position θ of the ripple component R1 of the first set. , The one advanced by π is multiplied by a coefficient, and the third term is the phase of the magnetic pole position θ of the ripple component R2 of the second set multiplied by a coefficient with respect to the one advanced by π. It is a coefficient.
<リプル成分R1、R2の相互打ち消しのための、傾き角度θtの設定>
式(14)及び式(15)より、第1組のリプル成分R1の正負の符号と、第2組のリプル成分R2の正負の符号と、が互いに異なれば、互いに打ち消し合わせることができ、d軸及びq軸の和電流の検出誤差を低減できることがわかる。R1及びR2の値は、式(12)及び式(13)より、各組の各相のロータ磁束密度の検出成分Bsにより変化し、Bsの値は、式(9)より、各組の各相の磁気センサの磁束検出方向DSの傾き角度θtにより変化する。
<Setting of tilt angle θt for mutual cancellation of ripple components R1 and R2>
From equations (14) and (15), if the positive and negative signs of the first set of ripple components R1 and the positive and negative signs of the second set of ripple components R2 are different from each other, they can cancel each other out. It can be seen that the detection error of the sum current of the axis and the q axis can be reduced. From the equations (12) and (13), the values of R1 and R2 change depending on the detection component Bs of the rotor magnetic flux density of each phase of each set, and the value of Bs is from the equation (9) of each of the sets. It changes depending on the tilt angle θt of the magnetic flux detection direction DS of the phase magnetic sensor.
そこで、本実施の形態では、第1組のリプル成分R1の正負の符号と、第2組のリプル成分R2の正負の符号と、が互いに異なるように、径直交平面Porに対する各組の各相の磁気センサの磁束検出方向DSの傾き角度θtが設定されている。 Therefore, in the present embodiment, each phase of each set with respect to the radial plane Por so that the positive and negative signs of the first set of ripple components R1 and the positive and negative signs of the second set of ripple components R2 are different from each other. The tilt angle θt of the magnetic flux detection direction DS of the magnetic sensor is set.
この構成によれば、第1組のリプル成分R1と第2組のリプル成分R2とを互いに打ち消し合わせ、ロータの磁束によるd軸及びq軸の和電流の検出誤差を低減することができる。そして、式(6)を用いて説明したように、d軸及びq軸の和電流の検出誤差の低減により、出力トルクの制御精度を向上させることができる。 According to this configuration, the ripple component R1 of the first set and the ripple component R2 of the second set cancel each other out, and the detection error of the sum current of the d-axis and the q-axis due to the magnetic flux of the rotor can be reduced. Then, as described using the equation (6), the control accuracy of the output torque can be improved by reducing the detection error of the sum current of the d-axis and the q-axis.
<和電流の検出誤差が低減する例>
式(16)に示すように、各磁気センサの傾き角度θtを設定すれば、式(17)が成り立つので、d軸及びq軸の和電流の検出値は、式(18)及び式(19)で表せる。この例では、組間で傾き角度θt及び電流の検出誤差成分δが正負の反転値に設定される組合せは、U2相の傾き角度θt12及びU1相の傾き角度θt11、V2相の傾き角度θt22及びV1相の傾き角度θt21、W2相の傾き角度θt32及びW1相の傾き角度θt31である。図2からわかるように、これらの組合せは、組間で電機子巻線の位相差(電流の位相差)が最も小さくなる第1組の相と第2組の相とが組み合わされており、位相差は、π/6である。
As shown in the equation (16), if the inclination angle θt of each magnetic sensor is set, the equation (17) holds. Therefore, the detected values of the sum currents of the d-axis and the q-axis are the equations (18) and (19). ) Can be expressed. In this example, the combinations in which the tilt angle θt and the current detection error component δ are set to positive and negative inversion values are the U2 phase tilt angle θt12, the U1 phase tilt angle θt11, and the V2 phase tilt angle θt22. The inclination angle θt21 of the V1 phase, the inclination angle θt32 of the W2 phase, and the inclination angle θt31 of the W1 phase. As can be seen from FIG. 2, these combinations are a combination of the first set of phases and the second set of phases in which the phase difference (current phase difference) of the armature windings is the smallest between the sets. The phase difference is π / 6.
式(18)及び式(19)を、式(7)及び式(8)と比較すると、第1組の電機子巻線のd軸及びq軸の和電流の検出誤差成分の振幅が、2sin(π/12)=(√6-√2)/2≒0.517倍に低減する。π/12は、組間の電機子巻線の位相差π/6の半分である。 Comparing equations (18) and (19) with equations (7) and (8), the amplitude of the detection error component of the sum current of the d-axis and q-axis of the first set of armature windings is 2 sin. (Π / 12) = (√6-√2) / 2 ≈ 0.517 times reduction. π / 12 is half of the phase difference π / 6 of the armature winding between the sets.
<和電流の検出誤差が悪化する比較例>
逆に、d軸及びq軸の和電流の検出誤差成分の振幅が増加する比較例を示す。式(20)に示すように、各磁気センサの傾き角度θtを設定すれば、式(21)が成り立つので、d軸及びq軸の和電流の検出値は、式(22)及び式(23)で表せる。この例では、組間で傾き角度θt及び電流の検出誤差成分δが正負の反転値に設定される組合せは、U2相の傾き角度θt12及びV1相の傾き角度θt21、V2相の傾き角度θt22及びW1相の傾き角度θt31、W2相の傾き角度θt32及びU1相の傾き角度θt11である。図2からわかるように、これらの組合せは、組間で電機子巻線の位相差(電流の位相差)が2番目に小さくなる第1組の相と第2組の相とが組み合わされており、位相差は、π/2である。
On the contrary, a comparative example in which the amplitude of the detection error component of the sum current of the d-axis and the q-axis increases is shown. As shown in the equation (20), if the inclination angle θt of each magnetic sensor is set, the equation (21) holds. Therefore, the detected values of the sum currents of the d-axis and the q-axis are the equations (22) and (23). ) Can be expressed. In this example, the combinations in which the tilt angle θt and the current detection error component δ are set to positive and negative inversion values are the U2 phase tilt angle θt12, the V1 phase tilt angle θt21, and the V2 phase tilt angle θt22. The tilt angle θt31 of the W1 phase, the tilt angle θt32 of the W2 phase, and the tilt angle θt11 of the U1 phase. As can be seen from FIG. 2, these combinations are a combination of the first set of phases and the second set of phases in which the phase difference (current phase difference) of the armature windings is the second smallest between the sets. The phase difference is π / 2.
式(22)及び式(23)を、式(7)及び式(8)と比較すると、第1組の電機子巻線のd軸及びq軸の和電流の検出誤差成分の振幅が、2sin(5π/12)=(√6+√2)/2≒1.931倍に増加する。5π/12は、組間の電機子巻線の位相差π/6と相間の電機子巻線の位相差2π/3との和の半分である。 Comparing equations (22) and (23) with equations (7) and (8), the amplitude of the detection error component of the sum current of the d-axis and q-axis of the first set of armature windings is 2 sin. (5π / 12) = (√6 + √2) / 2≈1.931 times. 5π / 12 is half the sum of the phase difference π / 6 of the armature winding between the sets and the phase difference 2π / 3 of the armature winding between the phases.
<和電流の検出誤差を低減する設定方法>
上述した2つの例から、第1組の電機子巻線と第2組の電機子巻線との間で、電流の位相差(又は電機子巻線の位置の電気角での位相差)が最も小さくなる第1組の相と第2組の相との組み合わせのそれぞれにおいて、第1組の相の磁気センサによるロータ磁束密度の検出成分Bsの正負の符号と、第2組の相の磁気センサによるロータ磁束密度の検出成分Bsの正負の符号とが、互いに異なるように、各組の各相の磁気センサの傾き角度θtが設定されているとよい。
<Setting method to reduce the detection error of sum current>
From the above two examples, the phase difference of the current (or the phase difference at the electric angle of the position of the armature winding) between the first set of armature windings and the second set of armature windings In each combination of the first set of phases and the second set of phases, which are the smallest, the positive and negative signs of the detection component Bs of the rotor magnetic flux density by the magnetic sensor of the first set of phases and the magnetism of the second set of phases. It is preferable that the tilt angle θt of the magnetic sensor of each phase of each set is set so that the positive and negative signs of the detection component Bs of the rotor magnetic flux density by the sensor are different from each other.
なお、式(9)に示すように、ロータ磁束密度の検出成分Bsは、ロータの磁束による電流の検出誤差成分δに比例する。また、磁気センサの傾き角度θtの正負の符号を異ならせれば、ロータ磁束密度の検出成分Bsの正負の符号を異ならせることができる。 As shown in the equation (9), the detection component Bs of the rotor magnetic flux density is proportional to the detection error component δ of the current due to the magnetic flux of the rotor. Further, if the positive and negative signs of the tilt angle θt of the magnetic sensor are different, the positive and negative signs of the detection component Bs of the rotor magnetic flux density can be different.
この構成によれば、d軸電流及びq軸電流に変換された状態において、組間で最も位相差が小さくなる第1相の電流の検出誤差成分δと第2相の電流の検出誤差成分δとは、互いに正負の符号が異なり、互いに打ち消し合う。よって、d軸及びq軸の和電流の検出誤差を低減させることができ、出力トルクの制御精度を向上させることができる。 According to this configuration, the detection error component δ of the first phase current and the detection error component δ of the second phase current, which have the smallest phase difference between the sets in the state of being converted into the d-axis current and the q-axis current. The positive and negative signs are different from each other, and they cancel each other out. Therefore, the detection error of the sum current of the d-axis and the q-axis can be reduced, and the control accuracy of the output torque can be improved.
更に、上述した例のように、組み合わせのそれぞれにおいて、第1組の相の磁気センサによるロータ磁束密度の検出成分Bsの絶対値と第2組の相の磁気センサによるロータ磁束密度の検出成分Bsの絶対値とが、互いに同じになるように、各組の各相の磁気センサの傾き角度θtが設定されているとよい。 Further, as in the above-mentioned example, in each of the combinations, the absolute value of the rotor magnetic flux density detection component Bs by the magnetic sensor of the first set of phases and the detection component Bs of the rotor magnetic flux density by the magnetic sensor of the second set of phases. It is preferable that the tilt angle θt of the magnetic sensor of each phase of each set is set so that the absolute values of are the same as each other.
この構成によれば、d軸電流及びq軸電流に変換された状態において、組間で最も位相差が小さくなる第1相の電流の検出誤差成分δと第2相の電流の検出誤差成分δとを互いに打ち消し合わせる効果を高めることができる。 According to this configuration, the detection error component δ of the first phase current and the detection error component δ of the second phase current, which have the smallest phase difference between the sets in the state of being converted into the d-axis current and the q-axis current. It is possible to enhance the effect of canceling each other out.
本実施の形態では、第1組の電機子巻線の電流に対する第2組の電機子巻線の電流の位相差Δθ(巻線位置の電気角での位相差も同様)は、Δθ=-π/6である。しかし、第1組の電機子巻線の電流に対する第2組の電機子巻線の電流の位相差Δθ(巻線位置の電気角での位相差も同様)は、次式の範囲であれば、d軸電流及びq軸電流に変換された状態において、組間で最も位相差が小さくなる第1相の電流の検出誤差成分δと第2相の電流の検出誤差成分δとを互いに打ち消し合わせる効果を得ることができる。
第1組の電機子巻線の電流に対する第2組の電機子巻線の電流の位相差Δθ(巻線位置の電気角での位相差も同様)は、次式の範囲であれば、打ち消し合わせ効果が高められ、更に好適である。
<位相差Δθ=0の場合>
図10に示すように、第1組の3相の電機子巻線Cu1、Cv1、Cw1の位置に対する第2組の3相の電機子巻線Cu2、Cv2、Cw2の位置の電気角での位相差Δθ(電流の位相差も同様)が、0に設定されている場合(Δθ=0)を説明する。
<When phase difference Δθ = 0>
As shown in FIG. 10, the position of the position of the second set of three-phase armature windings Cu2, Cv2, Cw2 with respect to the position of the first set of three-phase armature windings Cu1, Cv1 and Cw1 in terms of electrical angle. The case where the phase difference Δθ (the same applies to the phase difference of the current) is set to 0 (Δθ = 0) will be described.
この場合は、d軸及びq軸の和電流の検出値は、式(26)および式(27)で表現できる。
式(26)及び式(27)のように、第1組の電機子巻線と第2組の電機子巻線との間で、電流の位相差が0になる第1組の相と第2組の相との組み合わせのそれぞれにおいて、第1組の相の磁気センサによるロータ磁束密度の検出成分Bsと第2組の相の磁気センサによるロータ磁束密度の検出成分Bsとの間で、正負の符号が互いに異なり、絶対値が互いに同じになるように、各組の各相の磁気センサの傾き角度θtが設定されていれば最も好適である。 As in equations (26) and (27), the first set of phases and the first set in which the phase difference of the current between the first set of armature windings and the second set of armature windings becomes zero. In each of the combinations with the two sets of phases, positive and negative are positive and negative between the detection component Bs of the rotor magnetic flux density by the magnetic sensor of the first set of phases and the detection component Bs of the rotor magnetic flux density by the magnetic sensor of the second set of phases. It is most preferable that the tilt angle θt of the magnetic sensor of each phase of each set is set so that the symbols of the two are different from each other and the absolute values are the same.
このように設定すると、次式に示すように、第1組の電流の検出誤差成分δと第2組の電流の検出誤差成分δとを完全に打ち消し合わせることができ、d軸及びq軸の和電流の検出誤差の成分が0になる。よって、出力トルクの制御精度を最も高めることができる。
このとき、次式に示すように、第1組のリプル成分R1と第2組のリプル成分R2との合計値が0になる。
<異常判定>
理想的に、式(16)及び式(17)のように設定されていれば、式(5)から、次式に示すように、各組の各相の電流の検出誤差成分δは互いに完全に打ち消され、第1組の3相の電流検出値の和と、第2組の3相の電流検出値の和との合計値は、0になる。
Ideally, if the equations (16) and (17) are set, the current detection error components δ of each phase of each set are completely mutually complete as shown in the following equations from the equation (5). The sum of the current detection values of the first set of three phases and the sum of the current detection values of the second set of three phases becomes 0.
一方、各組の各相の電流の検出誤差成分δが互いに完全に打ち消されないように、各組の各相の磁気センサが配置された場合は、合計値は0からオフセットした所定値になる。 On the other hand, when the magnetic sensors of each phase of each set are arranged so that the detection error components δ of the current of each phase of each set do not completely cancel each other, the total value becomes a predetermined value offset from 0. ..
そこで、電機子電流検出部32は、次式に示すように、第1組の3相の電機子巻線の電流検出値の和と第2組の3相の電機子巻線の電流検出値の和との合計値が、予め設定された判定範囲を超えたときに、異常が生じたと判定する。
電機子電流検出部32は、式(31)が成り立っている場合は、正常と判定し、式(31)が成り立っていない場合は、異常と判定する。ここで、判定下限値isum_min及び判定上限値isum_maxは、磁気センサの温度特性及び経年変化等のバラツキ要因による変動幅を考慮して、予め設定されている。 The armature current detection unit 32 determines that the equation (31) is normal, and if the equation (31) is not satisfied, the armature current detection unit 32 determines that the equation (31) is abnormal. Here, the determination lower limit value ism_min and the determination upper limit value isum_max are set in advance in consideration of the fluctuation range due to variation factors such as the temperature characteristics of the magnetic sensor and the secular variation.
2.実施の形態2
実施の形態2に係る電流検出装置について図面を参照して説明する。実施の形態1と同様に、電流検出装置は、交流回転機1及び制御装置10に組み込まれている。上記の実施の形態1と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る交流回転機1及び制御装置10の基本的な構成は実施の形態1と同様であるが、第1組の電機子巻線と第2組の電機子巻線との間の位相差Δθが実施の形態1と異なり、それに伴って、各磁気センサの傾き角度θtの設定が実施の形態1と異なっている。
2. 2.
The current detection device according to the second embodiment will be described with reference to the drawings. Similar to the first embodiment, the current detection device is incorporated in the
本実施の形態では、図11に示すように、第1組の3相の電機子巻線Cu1、Cv1、Cw1の位置に対する第2組の3相の電機子巻線Cu2、Cv2、Cw2の位置の電気角での位相差Δθは、Δθ=-π/3(-60度)に設定されている。 In this embodiment, as shown in FIG. 11, the positions of the second set of three-phase armature windings Cu2, Cv2, and Cw2 with respect to the positions of the first set of three-phase armature windings Cu1, Cv1, and Cw1. The phase difference Δθ at the electric angle of is set to Δθ = −π / 3 (−60 degrees).
そのため、本実施の形態では、式(1)から式(4)における第1組の座標変換と第2組の座標変換との間には、位相差π/3が設けられる(数式は、省略)。また、各組の各相の磁気センサMSにより検出される各組の各相の電流検出値iu1s~iw2sは、次式で表される。第1組の電機子巻線の電流に対する第2組の電機子巻線の電流の位相差Δθは、Δθ=-π/3になる。
この場合は、d軸及びq軸の和電流の検出値は、式(33)及び式(34)で表現できる。
したがって、各検出誤差成分δを、式(35)を満たすように設定することで、第1組の電流の検出誤差成分δと第2組の電流の検出誤差成分δとを完全に打ち消し合わせることができ、式(36)に示すように、d軸及びq軸の和電流の検出値に含まれる電気角1次の誤差成分を0にすることができる。
式(35)を満たすために、例えば、式(37)を満たすように、各磁気センサの傾き角度θtを設定すればよい。
式(35)及び式(37)において、組間で検出誤差成分δ及び傾き角度θtが対応する組合せは、U2相とW1相、V2相とU1相、W2相とV1相に設定されており、図11に示すように、組間で位相差が最も大きくなる第1組の相と第2組の相の組合せである。 In the equations (35) and (37), the combinations corresponding to the detection error component δ and the inclination angle θt between the sets are set to U2 phase and W1 phase, V2 phase and U1 phase, and W2 phase and V1 phase. As shown in FIG. 11, it is a combination of the first set of phases and the second set of phases having the largest phase difference between the sets.
よって、第1組の電機子巻線と第2組の電機子巻線との間で、電流の位相差(又は電機子巻線の位置の位相差)が最も大きくなる第1組の相と第2組の相との組み合わせのそれぞれにおいて、第1組の相の磁気センサによるロータ磁束密度の検出成分Bsの正負の符号と、第2組の相の磁気センサによるロータ磁束密度の検出成分Bsの正負の符号とが、互いに同じになるように、各組の各相の磁気センサの傾き角度θtが設定されているとよい。 Therefore, between the armature windings of the first set and the armature windings of the second set, the phase difference of the current (or the phase difference of the position of the armature windings) is the largest with the phase of the first set. In each combination with the second set of phases, the positive and negative signs of the rotor magnetic flux density detection component Bs by the magnetic sensor of the first set of phases and the detection component Bs of the rotor magnetic flux density by the magnetic sensor of the second set of phases. It is preferable that the tilt angle θt of the magnetic sensor of each phase of each set is set so that the positive and negative signs of are the same as each other.
なお、式(9)に示すように、ロータ磁束密度の検出成分Bsは、ロータの磁束による電流の検出誤差成分δに比例する。また、磁気センサの傾き角度θtの正負の符号を同じにすれば、ロータ磁束密度の検出成分Bsの正負の符号を同じにすることができる。 As shown in the equation (9), the detection component Bs of the rotor magnetic flux density is proportional to the detection error component δ of the current due to the magnetic flux of the rotor. Further, if the positive and negative signs of the tilt angle θt of the magnetic sensor are the same, the positive and negative signs of the detection component Bs of the rotor magnetic flux density can be made the same.
この構成によれば、d軸電流及びq軸電流に変換された状態において、組間で最も位相差が大きくなる第1相の電流の検出誤差成分δと第2相の電流の検出誤差成分δとは、互いに正負の符号が異なり、互いに打ち消し合う。よって、d軸及びq軸の和電流の検出誤差を低減させることができ、出力トルクの制御精度を向上させることができる。 According to this configuration, the detection error component δ of the first phase current and the detection error component δ of the second phase current, which have the largest phase difference between the sets in the state of being converted into the d-axis current and the q-axis current. The positive and negative signs are different from each other, and they cancel each other out. Therefore, the detection error of the sum current of the d-axis and the q-axis can be reduced, and the control accuracy of the output torque can be improved.
更に、上述した例のように、組み合わせのそれぞれにおいて、第1組の相の磁気センサによるロータ磁束密度の検出成分Bsと第2組の相の磁気センサによるロータ磁束密度の検出成分Bsとが、互いに同じになるように、各組の各相の磁気センサの傾き角度θtが設定されているとよい。 Further, as in the above-mentioned example, in each of the combinations, the rotor magnetic flux density detection component Bs by the first set of phase magnetic sensors and the rotor magnetic flux density detection component Bs by the second set of phase magnetic sensors are It is preferable that the tilt angle θt of the magnetic sensor of each phase of each set is set so as to be the same as each other.
この構成によれば、d軸電流及びq軸電流に変換された状態において、組間で最も位相差が大きくなる第1相の電流の検出誤差成分δと第2相の電流の検出誤差成分δとを互いに打ち消し合わせる効果を高めることができる。 According to this configuration, the detection error component δ of the first phase current and the detection error component δ of the second phase current, which have the largest phase difference between the sets in the state of being converted into the d-axis current and the q-axis current. It is possible to enhance the effect of canceling each other out.
本実施の形態では、第1組の電機子巻線の電流に対する第2組の電機子巻線の電流の位相差Δθ(巻線位置の電気角での位相差も同様)は、Δθ=-π/3である。しかし、第1組の電機子巻線の電流に対する第2組の電機子巻線の電流の位相差Δθ(巻線位置の電気角での位相差も同様)は、次式の範囲であれば、d軸電流及びq軸電流に変換された状態において、組間で最も位相差が大きくなる第1相の電流の検出誤差成分δと第2相の電流の検出誤差成分δとを互いに打ち消し合わせる効果を得ることができる。
第1組の電機子巻線の電流に対する第2組の電機子巻線の電流の位相差Δθ(巻線位置の電気角での位相差も同様)は、次式の範囲であれば、打ち消し合わせ効果が高められ、更に好適である。
なお、各磁気センサMSは、各組のインバータにおける正極側のスイッチング素子と負極側のスイッチング素子の各相の直列回路が備える接続線に対向配置され、各組のインバータが、ロータから放射された径方向の磁束が交差する場所に配置されてもよい。 Each magnetic sensor MS was arranged to face the connection line provided in the series circuit of each phase of the switching element on the positive electrode side and the switching element on the negative electrode side in each set of inverters, and each set of inverters was radiated from the rotor. It may be arranged at a place where the radial magnetic fluxes intersect.
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。 Although the present application describes various exemplary embodiments and examples, the various features, embodiments, and functions described in one or more embodiments are applications of a particular embodiment. It is not limited to, but can be applied to embodiments alone or in various combinations. Therefore, innumerable variations not illustrated are envisioned within the scope of the techniques disclosed herein. For example, it is assumed that at least one component is modified, added or omitted, and further, at least one component is extracted and combined with the components of other embodiments.
1 交流回転機、4 界磁巻線、14 ロータ、18 ステータ、Bs ロータ磁束密度の検出成分、C 軸心、DS 磁束検出方向、MS 磁気センサ、Por 径直交平面、R1 第1組のリプル成分、R2 第2組のリプル成分、WR 接続線、X1 軸方向の一方側、θt 径直交平面に対する磁束検出方向の傾き角度、Δθ 位相差 1 AC rotating machine, 4 field windings, 14 rotors, 18 stators, Bs rotor magnetic flux density detection component, C axis, DS magnetic flux detection direction, MS magnetometer, Por diameter orthogonal plane, R1 1st set ripple component , R2 2nd set ripple component, WR connection line, one side in X1 axial direction, tilt angle in magnetic flux detection direction with respect to θt diameter orthogonal plane, Δθ phase difference
Claims (12)
各組の各相の前記磁気センサは、前記ロータから径方向に放射状に放射される磁束が交差する位置に配置され、
前記第1組のn相の電機子巻線において、第1組の第k相の電機子巻線に対する電気角での前記ロータの磁極の位相をθek1とし、第1組の第k相の前記磁気センサにより検出される前記ロータの磁束密度の成分であるロータ磁束密度の検出成分をBsk1としたとき、第1組のリプル成分であるR1を、
前記第2組のn相の電機子巻線において、第2組の第h相の電機子巻線に対する電気角での前記ロータの磁極の位相をθeh2とし、第2組の第h相の前記磁気センサにより検出される前記ロータの磁束密度の成分であるロータ磁束密度の検出成分をBsh2としたとき、第2組のリプル成分であるR2を、
前記第1組のリプル成分の正負の符号と、前記第2組のリプル成分の正負の符号とが、互いに異なるように、各前記磁気センサを通る径方向に直交する平面である径直交平面に対する各組の各相の前記磁気センサの磁束検出方向の傾き角度が設定されている電流検出装置。 In an AC rotating machine having a rotor and a stator provided with a first set of n-phase armature windings and a second set of n-phase armature windings (n is an integer of 3 or more), each set of The armature windings of each phase of each set are based on the output signals of the magnetic sensors of each phase of each set arranged opposite to the connection line of each phase of each set that supplies current to the armature windings of each phase. It is a current detector that detects the current flowing through the armature.
The magnetic sensor of each phase of each set is arranged at a position where magnetic fluxes radiated radially from the rotor intersect.
In the first set of n-phase armature windings, the phase of the magnetic flux of the rotor at the electrical angle with respect to the first set of k-phase armature windings is set to θek1, and the first set of k-phase said. When the detection component of the rotor magnetic flux density, which is the component of the magnetic flux density of the rotor detected by the magnetic sensor, is Bsk1, R1 which is the ripple component of the first set is used.
In the second set of n-phase armature windings, the phase of the magnetic flux of the rotor at the electrical angle with respect to the second set of h-phase armature windings is set to θeh2, and the second set of h-phases is described. When the detection component of the rotor magnetic flux density, which is the component of the magnetic flux density of the rotor detected by the magnetic sensor, is Bsh2, the second set of ripple components R2 is used.
With respect to a radial orthogonal plane which is a plane orthogonal to the radial direction passing through each of the magnetic sensors so that the positive and negative codes of the first set of ripple components and the positive and negative codes of the second set of ripple components are different from each other. A current detection device in which a tilt angle in the magnetic flux detection direction of the magnetic sensor of each phase of each set is set.
前記第1組のn相の電機子巻線と前記第2組のn相の電機子巻線との間で、電流の位相差が最も小さくなる第1組の相と第2組の相との組み合わせのそれぞれにおいて、第1組の相の前記磁気センサによる前記ロータ磁束密度の検出成分の正負の符号と、第2組の相の前記磁気センサによる前記ロータ磁束密度の検出成分の正負の符号とが、互いに異なるように、各組の各相の前記磁気センサの前記傾き角度が設定されている請求項1又は2に記載の電流検出装置。 Δθ, which is the phase difference between the currents of the first set of n-phase armature windings and the currents of the second set of n-phase armature windings, is within the range of −π / 3 <Δθ <π / 3. And
The first set of phases and the second set of phases having the smallest current phase difference between the first set of n-phase armor windings and the second set of n-phase armor windings. In each of the combinations, the positive and negative signs of the detection component of the rotor magnetic flux density by the magnetic sensor of the first set of phases and the positive and negative codes of the detection component of the rotor magnetic flux density by the magnetic sensor of the second set of phases. The current detection device according to claim 1 or 2, wherein the tilt angle of the magnetic sensor of each phase of each set is set so as to be different from each other.
前記第1組のn相の電機子巻線と前記第2組のn相の電機子巻線との間で、電流の位相差が最も大きくなる第1組の相と第2組の相との組み合わせのそれぞれにおいて、第1組の相の前記磁気センサによる前記ロータ磁束密度の検出成分の正負の符号と、第2組の相の前記磁気センサによる前記ロータ磁束密度の検出成分の正負の符号とが、互いに同じになるように、各組の各相の前記磁気センサの前記傾き角度が設定されている請求項1又は2に記載の電流検出装置。 Δθ, which is the phase difference between the currents of the first set of n-phase armature windings and the currents of the second set of n-phase armature windings, is in the range of -2π / 3 <Δθ <0. ,
The first set of phases and the second set of phases having the largest current phase difference between the first set of n-phase armature windings and the second set of n-phase armature windings. In each of the combinations, the positive and negative signs of the detection component of the rotor magnetic flux density by the magnetic sensor of the first set of phases and the positive and negative codes of the detection component of the rotor magnetic flux density by the magnetic sensor of the second set of phases. The current detection device according to claim 1 or 2, wherein the tilt angle of the magnetic sensor of each phase of each set is set so as to be the same as each other.
各組の各相の前記磁気センサは、ロータの軸方向の一方側に配置され、ロータの軸方向の一方側の部分から径方向に放射状に放射される磁束が交差する請求項1から11のいずれか一項に記載の電流検出装置。 The rotor is a Landel-type rotor in which field windings are wound concentrically around the axis, and one portion in the axial direction of the rotor becomes an N pole or an S pole.
13. The current detector according to any one of the items.
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