JP2013219869A - Controller of rotary machine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve such a problem that it is difficult to apply a function, for operating a motor while switching the number of turns of a stator winding at any time, to an on-vehicle apparatus.SOLUTION: A first stator winding 14 is connected with a first battery 20 via a first inverter INV1. A second stator winding 16, having a rated voltage higher than that of the first stator winding 14, is connected with a second battery 22 via a second inverter INV2. The negative electrode side DC buses Ln1, Ln2 of the first inverter INV1 and the second inverter INV2 are short-circuited, and the neutrals of the first stator winding 14 and the second stator winding 16 are connected via first switch means 30. In a high rotation region, the first switch means 30 is closed, and the switching element S¥n1(¥=u, v, w) of the first inverter INV1 and the switching element S¥p2 of the second inverter INV2 are operated on/off.

Description

本発明は、インバータを操作することで回転機の制御量を制御する回転機の制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for a rotating machine that controls a control amount of the rotating machine by operating an inverter.

近年、自動車の走行用モータにブラシレスモータが使用されることが多くなってきている。しかし、自動車は他の産業機器や電気車などと異なり、停車時から発進する加速トルクと、高速巡航までトルクを発生するパワーとを、限られた空間の中に搭載された電池のみの電力でまかなうために、極めて広範囲な運転特性を小型で実現せねばならない。   In recent years, brushless motors have been increasingly used as driving motors for automobiles. However, unlike other industrial equipment and electric vehicles, automobiles use only the power of a battery mounted in a limited space, with the acceleration torque that starts when the vehicle stops and the power that generates torque until high-speed cruise. In order to meet these requirements, a very wide range of operating characteristics must be realized in a small size.

ここで、広範囲な運転特性を実現すべく、たとえば下記特許文献1に見られるように、固定子巻線のターン数を随時切り替えて電動機を運転することが提案されている。   Here, in order to realize a wide range of operation characteristics, for example, as seen in Patent Document 1 below, it has been proposed to operate the motor by switching the number of turns of the stator winding as needed.

特開2010−207010号公報JP 2010-207010 A

上記特許文献1の如き考えは古くから知られており、実現するには大容量の半導体スイッチが多数個必要となり、制御装置が大掛かりなものとなる。   The idea as described in Patent Document 1 has been known for a long time, and a large number of large-capacity semiconductor switches are required to realize it, and the control device becomes large.

したがって、上記特許文献1に記載の技術を、乗用車などの限られた空間内で使用するには実装の難しさがある。事実、引用文献1に例示される技術は、エレベータ用などの比較的搭載空間に制約の少ない分野で実用化が進んでいるが、自動車用途としては未だ実用化されていない。   Therefore, it is difficult to implement the technique described in Patent Document 1 in a limited space such as a passenger car. In fact, the technology exemplified in the cited document 1 has been put into practical use in fields where there are relatively few restrictions on the mounting space, such as for elevators, but has not yet been put into practical use for automobiles.

本発明は、上記課題を解決する過程でなされたものであり、その目的は、簡易な構成にて固定子巻線の特性変更を実行することができる回転機の制御装置を提供することにある。   The present invention has been made in the process of solving the above-described problems, and an object thereof is to provide a control device for a rotating machine that can change the characteristics of a stator winding with a simple configuration. .

以下、上記課題を解決するための手段、およびその作用効果について記載する。   Hereinafter, means for solving the above-described problems and the operation and effect thereof will be described.

請求項1記載の発明は、複数のコイルが星型結線された第1の固定子巻線(14)、および該第1の固定子巻線よりも定格電圧が大きくて且つ複数のコイルが星型結線された第2の固定子巻線(16)を備える回転機(10)の制御量を制御すべく、前記第1の固定子巻線および第2の固定子巻線のそれぞれに接続される第1のインバータ(INV1)および第2のインバータ(INV2)のそれぞれを操作する操作手段(40)と、前記第1の固定子巻線の中性点と前記第2の固定子巻線の中性点との間を開閉するスイッチ手段(30)と、を備え、前記第1の固定子巻線と前記第2の固定子巻線とは、互いに絶縁されつつ前記回転機に収容されており、前記第1のインバータの正極側直流母線(Lp1)および前記第2のインバータの正極側直流母線(Lp2)の間、および前記第1のインバータの負極側直流母線(Ln1)および前記第2のインバータの負極側直流母線(Ln2)の間のいずれか一方が接続状態とされており、前記操作手段は、前記回転機の回転速度が低い場合、前記スイッチ手段を開状態として且つ、前記第1のインバータを介して前記第1の固定子巻線に第1の直流電圧源の電圧を印加するとともに、前記第2のインバータを介して前記第2の固定子巻線に第2の直流電圧源の電圧を印加し、前記回転機の回転速度が高くなることで、前記スイッチ手段を閉状態に切替えて且つ、前記第1のインバータのうち前記いずれか一方に接続されるスイッチング素子(S¥n1:¥=u,v,w)と、前記第2のインバータのうち前記いずれか一方に接続されていないスイッチング素子(S¥p2:¥=u,v,w)とをオン・オフ操作することを特徴とする。   According to the first aspect of the present invention, the first stator winding (14) in which a plurality of coils are star-connected, and the rated voltage is larger than that of the first stator winding, and the plurality of coils are star-shaped. Connected to each of the first stator winding and the second stator winding in order to control the control amount of the rotating machine (10) having the second stator winding (16) connected in a mold. Operating means (40) for operating each of the first inverter (INV1) and the second inverter (INV2), the neutral point of the first stator winding, and the second stator winding Switch means (30) for opening and closing between the neutral point, and the first stator winding and the second stator winding are housed in the rotating machine while being insulated from each other. The positive side DC bus (Lp1) of the first inverter and the positive side of the second inverter Between the side DC bus (Lp2) and between the negative DC bus (Ln1) of the first inverter and the negative DC bus (Ln2) of the second inverter are connected. When the rotation speed of the rotating machine is low, the operating means opens the switch means and the voltage of the first DC voltage source to the first stator winding via the first inverter. And applying the voltage of the second DC voltage source to the second stator winding via the second inverter, and the rotational speed of the rotating machine is increased, so that the switch means A switching element (S ¥ n1: ¥ = u, v, w) that is switched to a closed state and connected to one of the first inverters, and one of the second inverters Connected to No switching element (S ¥ p2: ¥ = u, v, w) and characterized in that the operation on and off to.

上記発明では、定格電圧の小さい第1の固定子巻線に、回転機の回転速度が高くなる場合に限って第1の直流電圧源の電圧よりも高い電圧を印加することで、第2の固定子巻線が発熱限界に達することを回避しつつも、高回転領域における出力を確保することができる。しかも、こうした切り替えを第1のスイッチ手段および第2のスイッチ手段によって実現することができるため、比較的簡素な構成によって実現可能である。   In the above-described invention, the second stator winding having a lower rated voltage is applied with a voltage higher than the voltage of the first DC voltage source only when the rotational speed of the rotating machine is increased. While avoiding the stator winding from reaching the heat generation limit, the output in the high rotation region can be secured. In addition, since such switching can be realized by the first switch means and the second switch means, it can be realized by a relatively simple configuration.

第1の実施形態にかかるシステム構成図。1 is a system configuration diagram according to a first embodiment. FIG. 同実施形態にかかる切替処理の手順を示すタイムチャート。The time chart which shows the procedure of the switching process concerning the embodiment. 同実施形態の原理を説明するための図。The figure for demonstrating the principle of the embodiment. 同実施形態の効果を示す図。The figure which shows the effect of the same embodiment.

以下、本発明にかかる回転機の制御装置を、電動パワーステアリングに搭載された回転機の制御装置に適用した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, an embodiment in which a control device for a rotating machine according to the present invention is applied to a control device for a rotating machine mounted on an electric power steering will be described with reference to the drawings.

図1に示す回転機(電動機10)は、電動パワーステアリングに搭載されるものであり、ここでは、永久磁石同期機を想定している。電動機10は、回転子12と、第1の固定子巻線14と、第2の固定子巻線16とを備えている。ここで、第1の固定子巻線14は、U相コイルwu1,V相コイルwv1およびW相コイルww1の3つの固定子巻線を備え、それらが互いに中性点で接続されたものである。また、第2の固定子巻線16は、U相コイルwu2,V相コイルwv2およびW相コイルww2の3つの固定子巻線を備え、それらが互いに中性点で接続されたものである。これら第1の固定子巻線14および第2の固定子巻線16は、互いに絶縁されているものの、これらは同一の固定子コアに巻かれている。   The rotating machine (electric motor 10) shown in FIG. 1 is mounted on an electric power steering, and here, a permanent magnet synchronous machine is assumed. The electric motor 10 includes a rotor 12, a first stator winding 14, and a second stator winding 16. Here, the first stator winding 14 includes three stator windings of a U-phase coil wu1, a V-phase coil wv1, and a W-phase coil ww1, which are connected to each other at a neutral point. . The second stator winding 16 includes three stator windings of a U-phase coil wu2, a V-phase coil wv2, and a W-phase coil ww2, which are connected to each other at a neutral point. Although the first stator winding 14 and the second stator winding 16 are insulated from each other, they are wound around the same stator core.

特に、本実施形態では、第1の固定子巻線14と、第2の固定子巻線16とは、ともに3相対称性が保たれるように(位相差が120度ずつとなるように)結線されている。また、第1の固定子巻線14の各相と第2の固定子巻線16の対応する相とは、位相差がゼロとなっている。   In particular, in the present embodiment, the first stator winding 14 and the second stator winding 16 both maintain a three-phase symmetry (so that the phase difference is 120 degrees each). ) Wired. Further, the phase difference between each phase of the first stator winding 14 and the corresponding phase of the second stator winding 16 is zero.

ここで、第2の固定子巻線16の定格電圧(連続定格)は、第1の固定子巻線14の定格電圧よりも大きい(N倍)ものである。本実施形態では、こうした設定を、第2の固定子巻線16のターン数を第1の固定子巻線14のターン数よりも大きくすることで実現している。たとえば、第1の固定子巻線14の定格電圧が「12V」であり、第2の固定子巻線16が定格電圧が「48V」である場合、第2の固定子巻線16のターン数を第1の固定子巻線14のターン数の4倍とすることで実現する。   Here, the rated voltage (continuous rating) of the second stator winding 16 is larger (N times) than the rated voltage of the first stator winding 14. In the present embodiment, this setting is realized by making the number of turns of the second stator winding 16 larger than the number of turns of the first stator winding 14. For example, when the rated voltage of the first stator winding 14 is “12V” and the rated voltage of the second stator winding 16 is “48V”, the number of turns of the second stator winding 16 Is realized by making the number of turns of the first stator winding 14 four times.

上記第1の固定子巻線14は、第1のインバータINV1を介して第1の直流電圧源(第1のバッテリ20)に接続されている。第1のインバータINV1は、スイッチング素子S¥p1,S¥n1(¥=u,v,w)の直列接続体を3組備えており、これら各直列接続体の接続点が第1の固定子巻線14のU,V,W相にそれぞれ接続されている。これらスイッチング素子S¥#1(¥=u,v,w;#=p,n、以下、この表記を踏襲する)には、それぞれダイオードD¥#1が逆並列に接続されている。なお、本実施形態では、スイッチング素子S¥#1として、NチャネルMOS電界効果トランジスタを例示している。このため、ダイオードD¥#1としては、スイッチング素子S¥#1のボディーダイオードであってもよい。   The first stator winding 14 is connected to a first DC voltage source (first battery 20) via a first inverter INV1. The first inverter INV1 includes three sets of series connection bodies of switching elements S ¥ p1, S ¥ n1 (¥ = u, v, w), and the connection point of each series connection body is the first stator. The windings 14 are connected to the U, V, and W phases, respectively. Each of these switching elements S ¥ # 1 (¥ = u, v, w; # = p, n, hereinafter referred to as this notation) is connected to a diode D ¥ # 1 in antiparallel. In the present embodiment, an N-channel MOS field effect transistor is illustrated as the switching element S ¥ # 1. Therefore, the diode D ¥ # 1 may be a body diode of the switching element S ¥ # 1.

上記第2の固定子巻線16は、第2のインバータINV2を介して第2の直流電圧源(第2のバッテリ22)に接続されている。第2のインバータINV2は、スイッチング素子S¥p2,S¥n2(¥=u,v,w)の直列接続体を3組備えており、これら各直列接続体の接続点が第2の固定子巻線16のU,V,W相にそれぞれ接続されている。これらスイッチング素子S¥#2(¥=u,v,w;#=p,n)には、それぞれダイオードD¥#2が逆並列に接続されている。なお、本実施形態では、スイッチング素子S¥#2として、NチャネルMOS電界効果トランジスタを例示している。このため、ダイオードD¥#2としては、スイッチング素子S¥#2のボディーダイオードであってもよい。   The second stator winding 16 is connected to a second DC voltage source (second battery 22) via a second inverter INV2. The second inverter INV2 includes three sets of series connection bodies of switching elements S ¥ p2, S ¥ n2 (¥ = u, v, w), and the connection point of each series connection body is the second stator. The windings 16 are connected to the U, V, and W phases, respectively. These switching elements S ¥ # 2 (¥ = u, v, w; # = p, n) are respectively connected in reverse parallel with a diode D ¥ # 2. In the present embodiment, an N channel MOS field effect transistor is illustrated as the switching element S ¥ # 2. Therefore, the diode D ¥ # 2 may be a body diode of the switching element S ¥ # 2.

上記第1のバッテリ20の端子電圧は、第1の固定子巻線14の定格電圧に応じて設定され、上記第2のバッテリ22の端子電圧は、第2の固定子巻線16の定格電圧に応じて設定される。すなわち、上記第2のバッテリ22の端子電圧は、第1のバッテリ20の端子電圧よりも高い。特に、本実施形態では、第2のバッテリ22の端子電圧は、第1のバッテリ20の端子電圧のN倍とされている。   The terminal voltage of the first battery 20 is set according to the rated voltage of the first stator winding 14, and the terminal voltage of the second battery 22 is set to the rated voltage of the second stator winding 16. Is set according to That is, the terminal voltage of the second battery 22 is higher than the terminal voltage of the first battery 20. In particular, in this embodiment, the terminal voltage of the second battery 22 is N times the terminal voltage of the first battery 20.

上記第1のインバータINV1の負極側直流母線Ln1と第2のインバータINV2の負極側直流母線Ln2とは短絡されている。これに対し、上記第1のインバータINV1の正極側直流母線Lp1と第2のインバータINV2の正極側直流母線Lp2とは、これらを接続する電気経路を有しない。   The negative side DC bus Ln1 of the first inverter INV1 and the negative side DC bus Ln2 of the second inverter INV2 are short-circuited. On the other hand, the positive side DC bus Lp1 of the first inverter INV1 and the positive side DC bus Lp2 of the second inverter INV2 do not have an electrical path connecting them.

上記第1の固定子巻線14の中性点と第2の固定子巻線16の中性点とは、第1のスイッチ手段30を介して接続されている。ちなみに、本実施形態では、第1のスイッチ手段30として、互いにソース同士が短絡された一対のNチャネルMOS電界効果トランジスタの直列接続体を例示した。   The neutral point of the first stator winding 14 and the neutral point of the second stator winding 16 are connected via a first switch means 30. Incidentally, in the present embodiment, as the first switch means 30, a series connection body of a pair of N-channel MOS field effect transistors whose sources are short-circuited with each other is illustrated.

上記第1のインバータINV1の正極側直流母線Lp1と第1のバッテリ20の正極端子とは、第2のスイッチ手段32を介して接続されている。ちなみに、本実施形態では、第2のスイッチ手段32として、互いにソース同士が短絡された一対のNチャネルMOS電界効果トランジスタの直列接続体を例示した。   The positive side DC bus Lp1 of the first inverter INV1 and the positive terminal of the first battery 20 are connected via a second switch means 32. Incidentally, in the present embodiment, as the second switch means 32, a series connection body of a pair of N channel MOS field effect transistors whose sources are short-circuited with each other is illustrated.

コントローラ40は、電動機10の制御量(トルク)を制御すべく、第1のインバータINV1や第2のインバータINV2を操作する操作手段である。すなわち、例えば周知のベクトル制御や矩形波通電制御などを適用することで、第1のインバータINV1を構成するスイッチング素子S¥#1の操作信号g¥#1を生成して出力するとともに、第2のインバータINV2を構成するスイッチング素子S¥#の操作信号g¥#2を生成して出力する。   The controller 40 is an operation means for operating the first inverter INV1 and the second inverter INV2 in order to control the control amount (torque) of the electric motor 10. That is, for example, by applying well-known vector control or rectangular wave energization control, the operation signal g ¥ # 1 of the switching element S ¥ # 1 constituting the first inverter INV1 is generated and output, and the second The operation signal g ¥ # 2 of the switching element S ¥ # constituting the inverter INV2 is generated and output.

コントローラ40は、さらに、第1のスイッチ手段30に操作信号m1を出力することで、これを開閉操作したり、第2のスイッチ手段32に操作信号m2を出力することで、これを開閉操作する。   The controller 40 further opens / closes this by outputting the operation signal m1 to the first switch means 30, or opens / closes this by outputting the operation signal m2 to the second switch means 32. .

図2に、第1のスイッチ手段30および第2のスイッチ手段32の開閉操作手法を示す。図示されるように、本実施形態では、電動機10の回転速度ωが第1の閾値th1以上となることで、第1のスイッチ手段30に対する操作信号m1をオン操作指令に切替えるとともに、第2のスイッチ手段32に対する操作信号m2をオフ操作指令に切り替える。これに対し、電動機10の回転速度ωが第2の閾値th2(<th1)以下となることで、第1のスイッチ手段30に対する操作信号m1をオフ操作指令に切替えるとともに、第2のスイッチ手段32に対する操作信号m2をオン操作指令に切り替える。ここで、互いに相違する一対の閾値(第1の閾値th1と第2の閾値th2)を設けたのは、周知のヒステリシスを設定するためのものであり、これにより、ハンチング現象の発生を回避する。   FIG. 2 shows an opening / closing operation method for the first switch means 30 and the second switch means 32. As illustrated, in the present embodiment, when the rotational speed ω of the electric motor 10 is equal to or higher than the first threshold th1, the operation signal m1 for the first switch means 30 is switched to the on operation command, and the second The operation signal m2 for the switch means 32 is switched to an off operation command. On the other hand, when the rotational speed ω of the electric motor 10 is equal to or lower than the second threshold th2 (<th1), the operation signal m1 for the first switch means 30 is switched to the OFF operation command, and the second switch means 32 is used. The operation signal m2 for is switched to an on operation command. Here, the provision of a pair of different thresholds (first threshold th1 and second threshold th2) is for setting a known hysteresis, thereby avoiding the occurrence of a hunting phenomenon. .

ここで、第1のスイッチ手段30が開状態となって且つ第2のスイッチ手段32が閉状態となる場合、第1のインバータINV1と第2のインバータINV2とは、それぞれ周知の手法によって操作される。すなわち、第1のインバータINV1と第2のインバータINV2とのそれぞれで互いに独立に周知のスイッチングモード0〜7のいずれかが選択されることで、それぞれの出力電圧ベクトルが電圧ベクトルV1〜V7のいずれかとなる。   Here, when the first switch means 30 is opened and the second switch means 32 is closed, the first inverter INV1 and the second inverter INV2 are each operated by a well-known method. The That is, any one of the well-known switching modes 0 to 7 is selected independently by each of the first inverter INV1 and the second inverter INV2, so that each output voltage vector is any of the voltage vectors V1 to V7. It becomes.

これに対し、第1のスイッチ手段30が閉状態となって且つ第2のスイッチ手段32が開状態となる場合、第1のインバータINV1の下側アームのスイッチング素子S¥n1と、第2のインバータINV2の上側アームのスイッチング素子S¥p2とをオン・オフ操作する。この際、第1のインバータINV1の上側アームのスイッチング素子S¥p1と第2のインバータINV2の下側アームのスイッチング素子S¥n2とは、オフ状態に固定される。   On the other hand, when the first switch means 30 is closed and the second switch means 32 is open, the switching element S ¥ n1 of the lower arm of the first inverter INV1 and the second switch The switching element S ¥ p2 of the upper arm of the inverter INV2 is turned on / off. At this time, the switching element S ¥ p1 of the upper arm of the first inverter INV1 and the switching element S ¥ n2 of the lower arm of the second inverter INV2 are fixed to the off state.

この状態で実現されるインバータINV1,INV2の操作状態は、8通りである。詳しくは、第1のインバータINV1の下側アームのスイッチング素子S¥n1と、第2のインバータINV2の上側アームのスイッチング素子S¥p2とを1つのインバータとみなした場合、スイッチングモード0〜7のそれぞれに対応したものとすることができる。すなわち、スイッチングモード0には、インバータINV1の下側アームのスイッチング素子Sun1,Svn1,Swn1の全てをオン状態とする状態が対応し、スイッチングモード7には、インバータINV2の上側アームのスイッチング素子Sup2,Svp2,Swp2の全てをオン状態とする状態が対応する。   There are eight operation states of the inverters INV1 and INV2 realized in this state. Specifically, when the switching element S ¥ n1 of the lower arm of the first inverter INV1 and the switching element S ¥ p2 of the upper arm of the second inverter INV2 are regarded as one inverter, the switching modes 0 to 7 It can correspond to each. That is, the switching mode 0 corresponds to a state in which all of the switching elements Sun1, Svn1, and Swn1 of the lower arm of the inverter INV1 are turned on, and the switching mode 7 corresponds to the switching element Sup2, of the upper arm of the inverter INV2. A state in which all of Svp2 and Swp2 are turned on corresponds.

この処理は、上記第1の固定子巻線14および第2の固定子巻線16の設定との協働で、電動機10の回転速度ωが低い領域から高い領域までトルクを確保することを可能とするものである。以下、これについて説明する。   In this process, in cooperation with the setting of the first stator winding 14 and the second stator winding 16, it is possible to secure the torque from the low speed range to the high speed range of the electric motor 10. It is what. This will be described below.

今、第1のバッテリ20の端子電圧を、電圧Vbattとし、第1の固定子巻線14の各相に誘起される電圧を、逆起電圧Erevとし、第1の固定子巻線14のインピーダンスを、インピーダンスZとする。この場合、第1のバッテリ20を用いることで第1の固定子巻線14に流れる電流値I1は、以下の式(c1)にて表現される。   Now, the terminal voltage of the first battery 20 is the voltage Vbatt, the voltage induced in each phase of the first stator winding 14 is the back electromotive voltage Erev, and the impedance of the first stator winding 14 is Is an impedance Z. In this case, the current value I1 flowing through the first stator winding 14 by using the first battery 20 is expressed by the following equation (c1).

I1=(Vbatt−(√3)・Erev)/Z ・・・・(c1)
上記の式(c1)において、「(√3)・Erev」は、線間逆起電圧である。「(√3)」は、線間のなす角度が120°に設定されていることに起因している。
I1 = (Vbatt− (√3) · Erev) / Z (c1)
In the above formula (c1), “(√3) · Erev” is a line back electromotive voltage. “(√3)” is caused by the fact that the angle between the lines is set to 120 °.

一方、本実施形態では、第2の固定子巻線16のインピーダンスは、第1の固定子巻線14のインピーダンスZのN^2倍となっている。これは、本実施形態では、第2の固定子巻線16のターン数を第1の固定子巻線14のターン数のN倍とすることで第2の固定子巻線16の定格電圧を第1の固定子巻線14の定格電圧のN倍として且つ、第2の固定子巻線16と第1の固定子巻線14との収容空間面積を等しく設定したことによる。すなわち、コイルのインダクタンスはターン数の2乗に比例し、コイルの抵抗値は長さに比例して且つ断面積に反比例する。ここで、第2の固定子巻線16と第1の固定子巻線14との収容空間面積を等しくするなら、第2の固定子巻線16のコイルの長さがN倍となるため、コイルの断面積は、第1の固定子巻線14のコイルの断面積の1/N倍となる。したがって、抵抗値もN^2倍となる。   On the other hand, in the present embodiment, the impedance of the second stator winding 16 is N ^ 2 times the impedance Z of the first stator winding 14. In this embodiment, the number of turns of the second stator winding 16 is set to N times the number of turns of the first stator winding 14 so that the rated voltage of the second stator winding 16 is reduced. This is because the accommodation space area of the second stator winding 16 and the first stator winding 14 is set equal to N times the rated voltage of the first stator winding 14. That is, the inductance of the coil is proportional to the square of the number of turns, and the resistance value of the coil is proportional to the length and inversely proportional to the cross-sectional area. Here, if the accommodation space areas of the second stator winding 16 and the first stator winding 14 are equal, the length of the coil of the second stator winding 16 is N times, The cross-sectional area of the coil is 1 / N times the cross-sectional area of the coil of the first stator winding 14. Therefore, the resistance value is also N ^ 2.

一方、固定子巻線の逆起電圧はターン数に比例するので第2の固定子巻線16の逆起電圧は第1の固定子巻線14の逆起電圧ErevのN倍となる。このため、第2のバッテリ22を用いることで第2の固定子巻線16に流せる電流値I2は、下記の式(c2)となる。   On the other hand, since the counter electromotive voltage of the stator winding is proportional to the number of turns, the counter electromotive voltage of the second stator winding 16 is N times the counter electromotive voltage Erev of the first stator winding 14. For this reason, the current value I2 that can be passed through the second stator winding 16 by using the second battery 22 is expressed by the following equation (c2).

I2=(N・Vbatt−(√3)・N・Erev)/N・N・Z
=(Vbatt−(√3)・Erev)/N・Z ・・・・(c2)
上記の式(c2)からわかるように、第2の固定子巻線16に流せる電流値I2は、第1の固定子巻線14に流せる電流値I1の「1/N」倍である。ただし、トルクは、「電流×ターン数」に比例する。このため、第1のバッテリ20を用いることで第1の固定子巻線14に生じるトルクと、第2のバッテリ22を用いることで第2の固定子巻線16に生じるトルクとは同一となる。
I2 = (N · Vbatt− (√3) · N · Erev) / N · N · Z
= (Vbatt- (√3) · Erev) / N · Z (c2)
As can be seen from the above equation (c2), the current value I2 that can be passed through the second stator winding 16 is "1 / N" times the current value I1 that can be passed through the first stator winding 14. However, the torque is proportional to “current × number of turns”. For this reason, the torque generated in the first stator winding 14 by using the first battery 20 and the torque generated in the second stator winding 16 by using the second battery 22 are the same. .

これに対し、第1のスイッチ手段30を閉状態とする上述した場合においては、電動機10に流せる電流値Iは、以下の式(c3)にて表現される。   On the other hand, in the above-described case where the first switch means 30 is closed, the current value I that can be passed through the electric motor 10 is expressed by the following equation (c3).

I=(N・Vbatt−{√(1+N+N^2)}・Erev)/{(1+N^2)・Z/2}
・・・・(c3)
上記の式(c3)においては、電流経路が図3(a)に示すものとなることに起因して、線間逆起電圧が、図3(b)に示すように、「{√(1+N+N^2)}・Erev」となることを用いている。また、インピーダンスは、第1の固定子巻線14のインピーダンスZと、第2の固定子巻線16のインピーダンス(=(N^2)・Z)との和となるが、上記の式(c2)との整合とをとるべく、さらにその「1/2」倍としている。
I = (N · Vbatt− {√ (1 + N + N ^ 2)} · Erev) / {(1 + N ^ 2) · Z / 2}
.... (c3)
In the above formula (c3), due to the fact that the current path is as shown in FIG. 3 (a), the line back electromotive force voltage becomes “{√ (1 + N + N ^ 2)} · Erev ”. The impedance is the sum of the impedance Z of the first stator winding 14 and the impedance (= (N ^ 2) · Z) of the second stator winding 16, but the above formula (c2 ), The value is further “½” times.

上記の式(c3)においては、線間逆起電圧とインピーダンスとがともに上記の式(c2)に示したものよりも小さい。このため、電流値Iは、上記の式(c2)に示したものよりも大きくなっている。そしてこれにより、電動機10のトルクを増大させることができる。   In the above formula (c3), the line back electromotive force and the impedance are both smaller than those shown in the above formula (c2). For this reason, the current value I is larger than that shown in the above equation (c2). And thereby, the torque of the electric motor 10 can be increased.

すなわち、図4に示すように、第1のスイッチ手段30を閉状態とすることで、第1のスイッチ手段30を開状態とする場合(第1のインバータINV1および第2のインバータINV2を独立に制御している場合)と比較して、大きいトルクを生成することができる。図4において、実線は、第1のバッテリ20を用いて第1の固定子巻線14に生じるトルク、および第2のバッテリ22を用いて第2の固定子巻線16に生じるトルクを示す。これに対し、一点鎖線は、第1のスイッチ手段30を閉状態とし、第1のインバータINV1の下側アームのスイッチング素子S¥n1と、第2のインバータINV2の上側アームのスイッチング素子S¥p2とをオン・オフ操作することで生じるトルクを示す。ちなみに、最大トルクTrqmaxは、インバータINV1,INV2等の定格電流によって定まるものである。   That is, as shown in FIG. 4, when the first switch means 30 is opened by closing the first switch means 30 (the first inverter INV1 and the second inverter INV2 are independently set). A large torque can be generated as compared with the case of control. In FIG. 4, the solid line indicates torque generated in the first stator winding 14 using the first battery 20 and torque generated in the second stator winding 16 using the second battery 22. In contrast, the alternate long and short dash line closes the first switch means 30 and switches the switching element S ¥ n1 of the lower arm of the first inverter INV1 and the switching element S ¥ p2 of the upper arm of the second inverter INV2. Torque generated by turning on and off. Incidentally, the maximum torque Trqmax is determined by the rated current of the inverters INV1, INV2, etc.

このように、本実施形態によれば、第1のスイッチ手段30を閉状態とする制御によって、電動機10の最大出力を増大させることができる。   Thus, according to the present embodiment, the maximum output of the electric motor 10 can be increased by the control for closing the first switch means 30.

なお、回転速度ωが第1の閾値th1以上となる場合、第1の固定子巻線14に、第1のバッテリ20によるものよりも高い電圧が印加されることとなる。それにもかかわらず、第1のスイッチ手段30を閉状態とすることを許容するのは、これが電動機10の高回転時に限られるためである。すなわち、第1の固定子巻線14の連続定格電圧が第1のバッテリ20の端子電圧程度である場合であっても、それよりも高い電圧の印加期間が比較的短時間であるなら、第1の固定子巻線14が発熱限界に到達することはない。この点に着目し、本実施形態では、図2に示した処理を行なう。   When the rotational speed ω is equal to or higher than the first threshold th1, a voltage higher than that by the first battery 20 is applied to the first stator winding 14. Nevertheless, the reason why the first switch means 30 is allowed to be in the closed state is that this is limited to when the electric motor 10 rotates at a high speed. That is, even if the continuous rated voltage of the first stator winding 14 is about the terminal voltage of the first battery 20, if the application period of the voltage higher than that is relatively short, One stator winding 14 never reaches the heat generation limit. Focusing on this point, in the present embodiment, the processing shown in FIG. 2 is performed.

ちなみに、第1のスイッチ手段30を閉状態とするに際して第2のスイッチ手段32を開状態とするのは、第1のバッテリ20に過度に高い電圧が印加されることを回避するためのものである。
<その他の実施形態>
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
Incidentally, the reason why the second switch means 32 is opened when the first switch means 30 is closed is to prevent an excessively high voltage from being applied to the first battery 20. is there.
<Other embodiments>
The above embodiment may be modified as follows.

「回転機の運転手法について」
力行運転に限らない。上記実施形態の設定は、回生時における発電効率を向上させる上でも特に優れている。すなわち、同期発電機では、発電電流を定格電流以下とするとの条件下、回転速度が高くなるに連れ、発電電圧を上げてゆくと発電電力を増大させることができる。したがって、高回転速度領域において、第1のスイッチ手段30を閉操作し、電動機10に流せる電流を増大させつつ電動機10に第2のバッテリ22の端子電圧を印加することで、発電電力を増大させることができる。
“Operation method of rotating machine”
Not limited to power running. The setting of the above embodiment is particularly excellent in improving the power generation efficiency during regeneration. That is, in the synchronous generator, the generated power can be increased by increasing the generated voltage as the rotational speed increases under the condition that the generated current is equal to or lower than the rated current. Therefore, in the high rotation speed region, the first switch means 30 is closed to increase the generated power by applying the terminal voltage of the second battery 22 to the motor 10 while increasing the current that can be passed through the motor 10. be able to.

「第1のスイッチ手段(30)について」
第1のスイッチ手段としては、半導体リレーに限らず、たとえば電磁形リレーであってもよい。
"About the first switch means (30)"
The first switch means is not limited to a semiconductor relay, and may be an electromagnetic relay, for example.

「第2のスイッチ手段(32)について」
第1のインバータINV1の正極側直流母線Lp1と第1のバッテリ20の正極端子との間を開閉するものに限らない。たとえば、第1のインバータINV1の負極側直流母線Ln1と第1のバッテリ20の負極端子との間を開閉するものであってもよい。
"Second switch means (32)"
The present invention is not limited to opening and closing between the positive side DC bus Lp1 of the first inverter INV1 and the positive terminal of the first battery 20. For example, it may be configured to open and close between the negative side DC bus Ln1 of the first inverter INV1 and the negative terminal of the first battery 20.

また、第2のスイッチ手段としては、半導体リレーに限らず、たとえば電磁形リレーであってもよい。   The second switch means is not limited to a semiconductor relay, and may be, for example, an electromagnetic relay.

「固定子巻線について」
互いに接続された固定子巻線としては、3相に限らず、たとえば5相等、4相以上であってもよい。
"About stator winding"
The stator windings connected to each other are not limited to three phases, and may be four phases or more, for example, five phases.

また、互いに接続された固定子巻線同士の軸線方向の設定としては、上記実施形態において例示したものに限らない。   Moreover, the setting of the axial direction of the stator windings connected to each other is not limited to the one exemplified in the above embodiment.

「回転機について」
電動パワーステアリングに搭載されるものに限らず、たとえば車載主機用の回転機であってもよい。
"About rotating machines"
The rotating machine is not limited to the one mounted on the electric power steering, but may be a rotating machine for in-vehicle main machines, for example.

「操作手段について」
上記実施形態のように、第1のスイッチ手段30を閉状態とする場合において、第2のスイッチ手段32を開状態とするなら、第1のインバータINV1の正極側直流母線Lp1に第1のバッテリ20の電圧が印加されないため、第1のインバータINV1の上側アームのスイッチング素子S¥p1については、必ずしも全てをオフ状態に固定しなくてもよい。
"About operation means"
In the case where the first switch means 30 is closed as in the above embodiment, if the second switch means 32 is opened, the first battery is connected to the positive side DC bus Lp1 of the first inverter INV1. Since the voltage of 20 is not applied, all of the switching elements S ¥ p1 of the upper arm of the first inverter INV1 need not be fixed in the off state.

またたとえば、第1のインバータINV1の正極側直流母線Lp1と第2のインバータINV2の正極側直流母線Lp2とを短絡して且つ、第1のインバータINV1の負極側直流母線Ln1と第2のインバータINV2の負極側直流母線Ln2との間の電気経路を排除する場合、操作手法を以下のように変更する。すなわち、第1のスイッチ手段30が閉状態とされる場合、第1のインバータINV1の上側アームのスイッチング素子S¥p1と第2のインバータINV2の下側アームのスイッチング素子S¥n2とをオン・オフ操作する。この際、第1のインバータINV1の下側アームのスイッチング素子S¥n1と第2のインバータINV2の上側アームのスイッチング素子S¥p2とについては、オフ状態に固定することが望ましい。   For example, the positive side DC bus Lp1 of the first inverter INV1 and the positive side DC bus Lp2 of the second inverter INV2 are short-circuited, and the negative side DC bus Ln1 of the first inverter INV1 and the second inverter INV2 are short-circuited. In order to eliminate the electrical path to the negative electrode side DC bus Ln2, the operation method is changed as follows. That is, when the first switch means 30 is closed, the switching element S ¥ p1 of the upper arm of the first inverter INV1 and the switching element S ¥ n2 of the lower arm of the second inverter INV2 are turned on / off. Turn off. At this time, it is desirable that the switching element S ¥ n1 of the lower arm of the first inverter INV1 and the switching element S ¥ p2 of the upper arm of the second inverter INV2 are fixed in the off state.

「第1のインバータINV1,第2のインバータINV2について」
スイッチング素子S¥#1,S¥#2としては、MOS電界効果トランジスタに限らず、たとえばIGBTであってもよい。
“About the first inverter INV1 and the second inverter INV2”
Switching elements S ¥ # 1 and S ¥ # 2 are not limited to MOS field effect transistors, and may be IGBTs, for example.

10…電動機、14…第1の固定子巻線、16…第2の固定子巻線、20…第1のバッテリ、22…第2のバッテリ、INV1…第1のインバータ、INV2…第2のインバータ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Electric motor, 14 ... 1st stator winding, 16 ... 2nd stator winding, 20 ... 1st battery, 22 ... 2nd battery, INV1 ... 1st inverter, INV2 ... 2nd Inverter.

Claims (3)

複数のコイルが星型結線された第1の固定子巻線(14)、および該第1の固定子巻線よりも定格電圧が大きくて且つ複数のコイルが星型結線された第2の固定子巻線(16)を備える回転機(10)の制御量を制御すべく、前記第1の固定子巻線および第2の固定子巻線のそれぞれに接続される第1のインバータ(INV1)および第2のインバータ(INV2)のそれぞれを操作する操作手段(40)と、
前記第1の固定子巻線の中性点と前記第2の固定子巻線の中性点との間を開閉するスイッチ手段(30)と、
を備え、
前記第1の固定子巻線と前記第2の固定子巻線とは、互いに絶縁されつつ前記回転機に収容されており、
前記第1のインバータの正極側直流母線(Lp1)および前記第2のインバータの正極側直流母線(Lp2)の間、および前記第1のインバータの負極側直流母線(Ln1)および前記第2のインバータの負極側直流母線(Ln2)の間のいずれか一方が接続状態とされており、
前記操作手段は、
前記回転機の回転速度が低い場合、前記スイッチ手段を開状態として且つ、前記第1のインバータを介して前記第1の固定子巻線に第1の直流電圧源の電圧を印加するとともに、前記第2のインバータを介して前記第2の固定子巻線に第2の直流電圧源の電圧を印加し、前記回転機の回転速度が高くなることで、前記スイッチ手段を閉状態に切替えて且つ、前記第1のインバータのうち前記いずれか一方に接続されるスイッチング素子(S¥n1:¥=u,v,w)と、前記第2のインバータのうち前記いずれか一方に接続されていないスイッチング素子(S¥p2:¥=u,v,w)とをオン・オフ操作する
ことを特徴とする回転機の制御装置。
A first stator winding (14) in which a plurality of coils are star-connected, and a second stator in which the rated voltage is larger than that of the first stator winding and the coils are star-connected A first inverter (INV1) connected to each of the first stator winding and the second stator winding in order to control a control amount of the rotating machine (10) including the child winding (16). And operating means (40) for operating each of the second inverter (INV2);
Switch means (30) for opening and closing between a neutral point of the first stator winding and a neutral point of the second stator winding;
With
The first stator winding and the second stator winding are housed in the rotating machine while being insulated from each other,
Between the positive side DC bus (Lp1) of the first inverter and the positive side DC bus (Lp2) of the second inverter, and the negative side DC bus (Ln1) of the first inverter and the second inverter Any one of the negative electrode side DC buses (Ln2) is connected,
The operation means includes
When the rotational speed of the rotating machine is low, the switch means is opened, and the voltage of the first DC voltage source is applied to the first stator winding via the first inverter. The voltage of the second DC voltage source is applied to the second stator winding via the second inverter, and the rotational speed of the rotating machine is increased, so that the switch means is switched to the closed state and , A switching element (S ¥ n1: ¥ = u, v, w) connected to any one of the first inverters, and a switching not connected to any one of the second inverters A control device for a rotating machine, wherein an element (S ¥ p2: ¥ = u, v, w) is turned on / off.
前記スイッチ手段は、第1のスイッチ手段であり、
前記第1の直流電圧源の電圧を前記第1のインバータに印加した状態および前記第1の直流電圧源の電圧の印加を遮断した状態の一対の状態について、それらの切り替えを行う第2のスイッチ手段(32)を備え、
前記操作手段は、前記第1のスイッチ手段を開操作する場合、前記第2のスイッチ手段を閉操作し、前記第1のスイッチ手段を閉操作する場合、前記第2のスイッチ手段を開操作する
ことを特徴とする請求項1記載の回転機の制御装置。
The switch means is a first switch means,
A second switch that switches between a pair of states in which the voltage of the first DC voltage source is applied to the first inverter and the application of the voltage of the first DC voltage source is cut off Means (32),
The operating means closes the second switch means when opening the first switch means, and opens the second switch means when closing the first switch means. The control apparatus for a rotating machine according to claim 1.
前記操作手段は、前記スイッチ手段を閉状態とする期間において、前記第1のインバータのうち前記いずれか一方に接続されていないスイッチング素子(S¥p1)と前記第2のインバータのうち前記いずれか一方に接続されているスイッチング素子(S¥n2)とをオフ状態に維持することを特徴とする請求項1記載の回転機の制御装置。   The operating means is a switching element (S ¥ p1) that is not connected to any one of the first inverters and any one of the second inverters during a period in which the switch means is closed. The control device for a rotating machine according to claim 1, wherein the switching element (S ¥ n2) connected to one side is maintained in an off state.
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