特許 7613175 多重巻線モータの制御装置および制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-06

(45)【発行日】2025-01-15

(54)【発明の名称】多重巻線モータの制御装置および制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 25/22 20060101AFI20250107BHJP

   H02P 21/22 20160101ALI20250107BHJP

   H02P 27/08 20060101ALI20250107BHJP

【ＦＩ】

H02P25/22

H02P21/22

H02P27/08

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021043066

(22)【出願日】2021-03-17

(65)【公開番号】P2022142839

(43)【公開日】2022-10-03

【審査請求日】2023-08-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000006105

【氏名又は名称】株式会社明電舎

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100092613

【弁理士】

【氏名又は名称】富岡 潔

(74)【代理人】

【識別番号】100104938

【弁理士】

【氏名又は名称】鵜澤 英久

(74)【代理人】

【識別番号】100210240

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 友幸

(72)【発明者】

【氏名】滝口 昌司

(72)【発明者】

【氏名】小川 隆一

【審査官】三島木 英宏

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／２１６９５９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】実開平０４－１２７８９５（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ２５／２２

Ｈ０２Ｐ ２１／２２

Ｈ０２Ｐ ２７／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

巻数の異なる複数の巻線群を有した多重巻線モータの、各巻線群に各々接続された複数のインバータと、
前記モータに対するトルク指令を、前記モータおよび複数のインバータの損失が小さくなる分担トルク指令であり、前記各インバータが分担する分担トルク指令に分担し、該各分担トルク指令とモータの回転速度検出情報に基づいて、各インバータの電流指令を生成する電流指令生成部と、
前記各インバータの出力電流を、前記生成された各インバータの電流指令に追従させる電圧指令を各々演算する電流制御部と、
前記電流制御部により演算された各インバータの電圧指令と各インバータ毎に位相の異なるキャリア信号によって、各インバータのゲート指令信号を生成し、各インバータに出力するＰＷＭ制御部と、を備え、
前記複数のインバータのうち、モータ回転時に前記巻線に生じる誘起電圧がインバータ直流部の直流電圧を超えることが想定されるインバータのみの直流側に回生電流流入阻止用の回生電流阻止用ダイオードが設けられたことを特徴とする多重巻線モータの制御装置。

【請求項2】

前記電流指令生成部は、前記複数のインバータのうち、モータ回転時に前記巻線に生じる誘起電圧がインバータ直流部の直流電圧を超えることが想定される側のインバータが分担する分担トルク指令を零または正の値に制限するリミッタと、前記リミッタにより制限がかけられた分担トルク指令とリミッタによる制限がかけられる前の分担トルク指令との偏差を、前記モータ回転時に前記巻線に生じる誘起電圧がインバータ直流部の直流電圧を超えることが想定される側のインバータ以外のインバータの分担トルク指令に加算する加算器と、を有していることを特徴とする請求項１に記載の多重巻線モータの制御装置。

【請求項3】

前記電流指令生成部は、前記各巻線群の巻数比に応じて各分担トルク指令に分担することを特徴とする請求項１又は２に記載の多重巻線モータの制御装置。

【請求項4】

前記電流指令生成部は、前記モータに対するトルク指令の大きさ毎の、モータの回転数と各分担トルク指令の関係がテーブル化されたテーブルであって、モータに対するトルク指令とモータの回転数に応じて、モータの損失およびインバータの損失の和が最も小さくなる分担トルク指令を出力するトルク分担テーブルを有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の多重巻線モータの制御装置。

【請求項5】

前記電流指令生成部で分担された分担トルク指令が零のとき、当該分担トルク指令が零である側のインバータの運転停止要求を出力するインバータ停止要求部を備えたことを特徴とする請求項２又は３又は４のいずれか１項に記載の多重巻線モータの制御装置。

【請求項6】

巻数の異なる複数の巻線群を有した多重巻線モータの、各巻線群に各々接続された複数のインバータを備えた多重巻線モータの制御方法であって、
電流指令生成部が、前記モータに対するトルク指令を、前記モータおよび複数のインバータの損失が小さくなる分担トルク指令であり、前記各インバータが分担する分担トルク指令に分担するトルク分担ステップと、
電流指令生成部が、前記トルク分担ステップで分担された各分担トルク指令およびモータの回転速度検出情報に基づいて、各インバータの電流指令を生成する電流指令生成ステップと、
電流制御部が、前記各インバータの出力電流を、前記電流指令生成ステップにより生成された各インバータの電流指令に追従させる電圧指令を各々演算する電流制御ステップと、
ＰＷＭ制御部が、前記電流制御ステップにより演算された各インバータの電圧指令と各インバータ毎に位相の異なるキャリア信号によって、各インバータのゲート指令信号を生成し、各インバータに出力するステップと、を備え、
前記複数のインバータのうち、モータ回転時に前記巻線に生じる誘起電圧がインバータ直流部の直流電圧を超えることが想定されるインバータのみの直流側に回生電流流入阻止用の回生電流阻止用ダイオードが設けられたことを特徴とする多重巻線モータの制御方法。

【請求項7】

前記電流指令生成ステップは、
前記複数のインバータのうち、モータ回転時に前記巻線に生じる誘起電圧がインバータ直流部の直流電圧を超えることが想定される側のインバータが分担する分担トルク指令を零または正の値に制限する制限ステップと、
前記制限ステップにより制限がかけられた分担トルク指令と制限がかけられる前の分担トルク指令との偏差をとる減算ステップと、
前記減算ステップで得られた分担トルク指令の偏差分を、前記モータ回転時に前記巻線に生じる誘起電圧がインバータ直流部の直流電圧を超えることが想定される側のインバータ以外のインバータの分担トルク指令に加算する加算ステップと、
前記制限ステップにより制限がかけられた分担トルク指令、前記加算ステップにより加算された分担トルク指令およびモータの回転速度検出情報に基づいて、各インバータの電流指令を生成するステップと、を有していることを特徴とする請求項６に記載の多重巻線モータの制御方法。

【請求項8】

前記トルク分担ステップは、前記各巻線群の巻数比に応じて各分担トルク指令に分担することを特徴とする請求項６又は７に記載の多重巻線モータの制御方法。

【請求項9】

前記モータに対するトルク指令の大きさ毎の、モータの回転数と各分担トルク指令の関係がテーブル化されたテーブルであって、モータに対するトルク指令とモータの回転数に応じて、モータの損失およびインバータの損失の和が最も小さくなる分担トルク指令を出力するトルク分担テーブルを備え、
前記トルク分担ステップは、モータに対するトルク指令およびモータの回転数に基づいて、前記トルク分担テーブルを参照して各インバータが分担する分担トルク指令を出力することを特徴とする請求項６又は７に記載の多重巻線モータの制御方法。

【請求項10】

インバータ停止要求部が、前記トルク分担ステップにより分担された分担トルク指令が零のとき、当該分担トルク指令が零である側のインバータの運転停止要求を出力するインバータ停止要求ステップを備えたことを特徴とする請求項７又は８又は９のいずれか１項に記載の多重巻線モータの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、多重巻線ＰＭモータの制御装置および制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

巻数の異なる複数の巻線群を有した多重巻線モータを、各巻線群に各々接続した複数のインバータによって駆動する装置は、従来、例えば特許文献１～４に記載のものが提案されていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６１６０５６３号公報

【文献】特許第５４２８４４５号公報

【文献】特開２０１３－１２１２２２号公報

【文献】特開２０１９－１４０７２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１では、複数の巻線群を有する３相多重巻線モータの各巻線群をそれぞれインバータで制御して駆動する技術が記載されている。各巻線を別々のインバータで駆動するため、１台のインバータに異常が生じてももう一方のインバータだけでモータを駆動できるため、冗長性が向上するという利点がある。

【0005】

また、特許文献２では、複数の巻線群を全部使用せず、動作条件に応じてシステム損失が最小となるように、通電する巻線を切り替える方式が提案されている。

【0006】

モータが、回転子に永久磁石を有する永久磁石同期モータ（ＰＭモータ）である場合、この通電する巻線を切換える方式では、通電しない巻線に、モータが回転することで生じる誘起電圧が発生するため、インバータの直流電圧よりも誘起電圧が高くなる場合には、通電しないインバータに電力が回生してしまい、動作が不安定となったり、システム損失が増加するといった問題が生じる。

【0007】

この問題に対して、特許文献２では、使用しない巻線群の電流経路を遮断できるような機構を備えている。また、多重巻線の構成ではないが、同様の問題の対応として特許文献３、４も、同様に電流経路を遮断する機構を設けている。しかしながら、この電流経路の遮断機構はＯＮ／ＯＦＦ切替を必要とするため、この遮断機構にＩＧＢＴなどの半導体素子を用いる場合には、この半導体素子を動作させるドライバ回路が必要になり、半導体素子を用いずに電磁接触器などの機械式の物を使用しても、接点操作用の電源や配線が必要となるといったデメリットがある。

【0008】

また、特許文献２において、多重巻線モータの通電する巻線の決定の仕方に関しては記載があるが、各巻線を全部通電する場合のように複数の巻線に通電する場合の各巻線のトルクの分担に関しては記載がない。

【0009】

本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的は、簡単な構成により、インバータ、モータのシステム損失の増加を抑え、高効率で駆動できる範囲を広げることが可能な多重巻線モータの制御装置および制御方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するための請求項１に記載の多重巻線モータの制御装置は、
巻数の異なる複数の巻線群を有した多重巻線モータの、各巻線群に各々接続された複数のインバータと、
前記モータに対するトルク指令を、前記モータおよび複数のインバータの損失が小さくなる分担トルク指令であり、前記各インバータが分担する分担トルク指令に分担し、該各分担トルク指令とモータの回転速度検出情報に基づいて、各インバータの電流指令を生成する電流指令生成部と、
前記各インバータの出力電流を、前記生成された各インバータの電流指令に追従させる電圧指令を各々演算する電流制御部と、
前記電流制御部により演算された各インバータの電圧指令と各インバータ毎に位相の異なるキャリア信号によって、各インバータのゲート指令信号を生成し、各インバータに出力するＰＷＭ制御部と、を備えたことを特徴とする。

【0011】

請求項２に記載の多重巻線モータの制御装置は、請求項１において、
前記電流指令生成部は、前記複数のインバータのうち、モータ回転時に前記巻線に生じる誘起電圧がインバータ直流部の直流電圧を超えることが想定される側のインバータが分担する分担トルク指令を正の値に制限するリミッタと、前記リミッタにより制限がかけられた分担トルク指令とリミッタによる制限がかけられる前の分担トルク指令との偏差を、前記モータ回転時に前記巻線に生じる誘起電圧がインバータ直流部の直流電圧を超えることが想定される側のインバータ以外のインバータの分担トルク指令に加算する加算器と、を有していることを特徴とする。

【0012】

請求項３に記載の多重巻線モータの制御装置は、請求項１又は２において、
前記複数のインバータのうち、モータ回転時に前記巻線に生じる誘起電圧がインバータ直流部の直流電圧を超えることが想定されるインバータの直流側に設けられた、回生電流流入阻止用の回生電流阻止用ダイオードを備えたことを特徴とする。

【0013】

請求項４に記載の多重巻線モータの制御装置は、請求項１又は２又は３において、
前記電流指令生成部は、前記各巻線群の巻数比に応じて各分担トルク指令に分担することを特徴としている。

【0014】

請求項５に記載の多重巻線モータの制御装置は、請求項１又は２又は３において、
前記電流指令生成部は、前記モータに対するトルク指令の大きさ毎の、モータの回転数と各分担トルク指令の関係がテーブル化されたテーブルであって、モータに対するトルク指令とモータの回転数に応じて、モータの損失およびインバータの損失の和が最も小さくなる分担トルク指令を出力するトルク分担テーブルを有していることを特徴とする。

【0015】

請求項６に記載の多重巻線モータの制御装置は、請求項２から５のいずれか１項において、
前記電流指令生成部で分担された分担トルク指令が零のとき、当該分担トルク指令が零である側のインバータの運転停止要求を出力するインバータ停止要求部を備えたことを特徴とする。

【0016】

請求項７に記載の多重巻線モータの制御方法は、
巻数の異なる複数の巻線群を有した多重巻線モータの、各巻線群に各々接続された複数のインバータを備えた多重巻線モータの制御方法であって、
電流指令生成部が、前記モータに対するトルク指令を、前記モータおよび複数のインバータの損失が小さくなる分担トルク指令であり、前記各インバータが分担する分担トルク指令に分担するトルク分担ステップと、
電流指令生成部が、前記トルク分担ステップで分担された各分担トルク指令およびモータの回転速度検出情報に基づいて、各インバータの電流指令を生成する電流指令生成ステップと、
電流制御部が、前記各インバータの出力電流を、前記電流指令生成ステップにより生成された各インバータの電流指令に追従させる電圧指令を各々演算する電流制御ステップと、
ＰＷＭ制御部が、前記電流制御ステップにより演算された各インバータの電圧指令と各インバータ毎に位相の異なるキャリア信号によって、各インバータのゲート指令信号を生成し、各インバータに出力するステップと、を備えことを特徴とする。

【0017】

請求項８に記載の多重巻線モータの制御方法は、請求項７において、
前記電流指令生成ステップは、
前記複数のインバータのうち、モータ回転時に前記巻線に生じる誘起電圧がインバータ直流部の直流電圧を超えることが想定される側のインバータが分担する分担トルク指令を正の値に制限する制限ステップと、
前記制限ステップにより制限がかけられた分担トルク指令と制限がかけられる前の分担トルク指令との偏差をとる減算ステップと、
前記減算ステップで得られた分担トルク指令の偏差分を、前記モータ回転時に前記巻線に生じる誘起電圧がインバータ直流部の直流電圧を超えることが想定される側のインバータ以外のインバータの分担トルク指令に加算する加算ステップと、
前記制限ステップにより制限がかけられた分担トルク指令、前記加算ステップにより加算された分担トルク指令およびモータの回転速度検出情報に基づいて、各インバータの電流指令を生成するステップと、を有していることを特徴とする。

【0018】

請求項９に記載の多重巻線モータの制御方法は、請求項７又は８において、
前記複数のインバータのうち、モータ回転時に前記巻線に生じる誘起電圧がインバータ直流部の直流電圧を超えることが想定されるインバータの直流側に設けられた、回生電流流入阻止用の回生電流阻止用ダイオードを備えたことを特徴とする。

【0019】

請求項１０に記載の多重巻線モータの制御方法は、請求項７又は８又は９において、
前記トルク分担ステップは、前記各巻線群の巻数比に応じて各分担トルク指令に分担することを特徴とする。

【0020】

請求項１１に記載の多重巻線モータの制御方法は、請求項７又は８又は９において、
前記モータに対するトルク指令の大きさ毎の、モータの回転数と各分担トルク指令の関係がテーブル化されたテーブルであって、モータに対するトルク指令とモータの回転数に応じて、モータの損失およびインバータの損失の和が最も小さくなる分担トルク指令を出力するトルク分担テーブルを備え、
前記トルク分担ステップは、モータに対するトルク指令およびモータの回転数に基づいて、前記トルク分担テーブルを参照して各インバータが分担する分担トルク指令を出力することを特徴としている。

【0021】

請求項１２に記載の多重巻線モータの制御方法は、請求項８から１１のいずれか１項において、
インバータ停止要求部が、前記トルク分担ステップにより分担された分担トルク指令が零のとき、当該分担トルク指令が零である側のインバータの運転停止要求を出力するインバータ停止要求ステップを備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0022】

（１）請求項１～１２に記載の発明によれば、多重巻線モータの制御において、効率よくトルクを分担してモータ、インバータのシステム損失の増加を抑え、高効率で駆動できる範囲を広げることが可能である。
（２）請求項２、８に記載の発明によれば、複数のインバータのうち、モータ回転時に前記巻線に生じる誘起電圧がインバータ直流部の直流電圧を超えることが想定される側のインバータが分担する分担トルク指令を正の値に制限しているので、不要に回生トルクが発生することは避けられる。
（３）請求項３、９に記載の発明によれば、回生電流阻止用ダイオードを設けているので、簡単な構成により、巻線に誘起する誘起電圧が、インバータ直流部の直流電圧を超えても、当該巻線に接続されたインバータを介して電力が回生されることを防止することができる。これによって、モータの動作が不安定になったり、システム損失が増加することを防止できる。

【0023】

また、発生した回生電力は、回生電流阻止用ダイオードが設けられていない側のインバータを介して回生することができる。
（４）請求項５、１１に記載の発明によれば、最もシステム損失が小さくなるように分担トルク指令が設定されるので、より高効率で運転を行うことができる。
（５）請求項６、１２に記載の発明によれば、インバータの無駄な運転を防止することができ、効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の実施形態例による多重巻線モータの制御装置の全体構成図。

【図2】本発明の実施例１による電流指令生成部の構成図。

【図3】本発明の実施例２による電流指令生成部の構成図。

【図4】本発明の実施例２におけるトルク分担テーブルの構成図。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。図１は本実施形態例による多重巻線モータの制御装置の全体構成を示している。

【0026】

図１において、１は直流電源部であり、３相交流電源を整流した電源でも良い。直流電源部１には、直流電圧を平滑化するコンデンサ２が並列に接続されている。直流電源部１の正極端には意図しない回生を防ぐための回生電流阻止用ダイオード３Ｐのアノードが接続され、直流電源部１の負極端には意図しない回生を防ぐための回生電流阻止用ダイオード３Ｎのカソードが接続されている。

【0027】

回生電流阻止用ダイオード３Ｐのカソードと３Ｎのアノードの間には、半導体スイッチング素子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１，Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１を３相ブリッジ接続したインバータ４－１が接続されている。

【0028】

直流電源部１の正極端および回生電流阻止用ダイオード３Ｐの共通接続点と、直流電源部１の負極端および回生電流阻止用ダイオード３Ｎの共通接続点との間には、半導体スイッチング素子Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２，Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２を３相ブリッジ接続したインバータ４－２が接続されている。

【0029】

５は、第１、第２の巻線群５－１，５－２を備えた永久磁石同期モータであり２つの巻線群５－１，５－２の各々は、異なる中性点を有する３相巻線で構成されている。

【0030】

第１の巻線群５－１を構成する各巻線のターン数ｎ１を、第２の巻線群５－２を構成する各巻線のターン数ｎ２よりも大きく（ｎ１＞ｎ２）設定している。

【0031】

前記インバータ４－１の交流出力側は第１の巻線群５－１に接続され、インバータ４－２の交流出力側は第２の巻線群５－２に接続されている。

【0032】

前記回生電流阻止用ダイオード３Ｐ、３Ｎは、永久磁石同期モータ５の誘起電圧によりインバータに電流が流れ込むことを防止するものであり、巻線群（５－１，５－２）に生じる誘起電圧が、インバータ直流側の直流電源部１の直流電圧よりも高くなることが想定されるインバータ、例えばインバータ４－１の直流側に設けている。

【0033】

６は、永久磁石同期モータ５の回転子位置を検出して位置情報θを出力する位置検出器であり、７は位置情報θを微分して速度ω（モータの回転速度検出情報）を出力する微分器である。

【0034】

８は、設定される前記モータ５に対するトルク指令Ｔｒｑ^*から各インバータ４－１，４－２のｄｑ軸の電流指令ｉｄ１^*，ｉｑ１^*,ｉｄ２^*，ｉｑ２^*を生成して出力する電流指令生成部であり、トルク指令Ｔｒｑ^*を、前記モータ５およびインバータ４－１、４－２の損失が小さくなる分担トルク指令であり、各インバータの分担トルク指令Ｔｒｑ１^*, Ｔｒｑ２^*に分担するトルク分担機構と、前記分担トルク指令と前記モータの速度ωに応じてトルク指令から電流指令に変換する機構とを内蔵している。

【0035】

９は、インバータ４－１の３相出力電流ｉｕ１，ｉｖ１，ｉｗ１を計測する電流センサであり、３相のうちどれか２相のみの検出でも良い。１０は、インバータ４－２の３相出力電流ｉｕ２，ｉｖ２，ｉｗ２を計測する電流センサであり、３相のうちどれか２相のみの検出でも良い。

【0036】

１１は、電流センサ９で計測された３相出力電流ｉｕ１，ｉｖ１，ｉｗ１を、位置検出器６で検出された位置情報θをもとにｄｑ変換してｄ軸電流ｉｄ１、ｑ軸電流ｉｑ１を出力するｕｖｗ／ｄｑ変換器である。

【0037】

１２は、電流センサ１０で計測された３相出力電流ｉｕ２，ｉｖ２，ｉｗ２を、位置検出器６で検出された位置情報θをもとにｄｑ変換してｄ軸電流ｉｄ２、ｑ軸電流ｉｑ２を出力するｕｖｗ／ｄｑ変換器である。

【0038】

１３は、微分器７から出力される速度ωに基づいて、前記ｄ軸電流ｉｄ１、ｑ軸電流ｉｑ１を、電流指令生成部８で生成された電流指令ｉｄ１^*，ｉｑ１^*に追従させるようなｄ軸電圧指令ｖｄ１^*，ｑ軸電圧指令ｖｑ１^*を演算し、微分器７から出力される速度ωに基づいて、前記ｄ軸電流ｉｄ２、ｑ軸電流ｉｑ２を、電流指令生成部８で生成された電流指令ｉｄ２^*，ｉｑ２^*に追従させるようなｄ軸電圧指令ｖｄ２^*，ｑ軸電圧指令ｖｑ２^*を演算し、出力する電流制御部である。

【0039】

前記電圧指令の演算にはＰＩ制御器などを用いる。

【0040】

１４は、電流制御部１３で演算された、インバータ４－１側のｄｑ軸の電圧指令ｖｄ１^*，ｖｑ１^*を、位置検出器６で検出された位置情報θをもとに３相軸（ｕ，ｖ，ｗ相）変換して３相の電圧指令Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１を出力するｄｑ／ｕｖｗ変換器である。

【0041】

１５は、電流制御部１３で演算された、インバータ４－２側のｄｑ軸の電圧指令ｖｄ２^*，ｖｑ２^*を、位置検出器６で検出された位置情報θをもとに３相軸（ｕ，ｖ，ｗ相）変換して３相の電圧指令Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２を出力するｄｑ／ｕｖｗ変換器である。

【0042】

１６は、ｄｑ／ｕｖｗ変換器１４により変換された電圧指令Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１を、コンデンサ２の電圧を電圧検出器１８で検出した直流電圧Ｖｄｃで正規化し、三角波キャリアとの大小比較によりインバータ４－１（ＩＮＶ１）のゲート指令信号を出力するＰＷＭ制御部である。

【0043】

１７は、ｄｑ／ｕｖｗ変換器１５により変換された電圧指令Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２を、コンデンサ２の電圧を電圧検出器１８で検出した直流電圧Ｖｄｃで正規化し、三角波キャリアとの大小比較によりインバータ４－２（ＩＮＶ２）のゲート指令信号を出力するＰＷＭ制御部である。

【0044】

ＰＷＭ制御部１６と１７の三角波キャリアの位相は、互いに１８０°ずらしている。

【0045】

尚、図１では、回生電流阻止用ダイオード３Ｐ，３Ｎを、巻線群（５－１，５－２）に生じる誘起電圧が、インバータ直流側の直流電源部１の直流電圧よりも高くなることが想定される、例えばインバータ４－１の直流側に設けているが、本発明はこれに限らず、図１において回生電流阻止用ダイオード３Ｐ，３Ｎを設けない構成とした場合にも適用される。

【0046】

前記永久磁石同期モータ５に対するトルク指令Ｔｒｑ^*を、各インバータ４－１，４－２が分担する分担トルク指令に分担し、各インバータの電流指令ｉｄ１^*，ｉｑ１^*,ｉｄ２^*，ｉｑ２^*を生成する電流指令生成部８は、以下の実施例１、実施例２のように構成されている。

【実施例1】

【0047】

図２は、実施例１による図１の電流指令生成部８の構成を示している。図２において、２１は、前記モータ５に対するトルク指令Ｔｒｑ^*に変換ゲインｎ１／（ｎ１＋ｎ２）を乗算してインバータ４－１側のトルク指令Ｔｒｑ１^*を求めるゲイン乗算器であり、２２は、前記モータ５に対するトルク指令Ｔｒｑ^*に変換ゲインｎ２／（ｎ１＋ｎ２）を乗算してインバータ４－２側のトルク指令Ｔｒｑ２^*を求めるゲイン乗算器であり、これらゲイン乗算器２１，２２によって、Ｔｒｑ^*をＴｒｑ１^*とＴｒｑ２^*に分担している。

【0048】

このトルク分担の比率は、第１の巻線群５－１を構成する各巻線のターン数ｎ１と、第２の巻線群５－２を構成する各巻線のターン数ｎ２を用いて、次の（１）式、（２）式により求められる。

【0049】

【数1】

【0050】

【数2】

【0051】

２３は、ゲイン乗算器２１から出力されるインバータ４－１のトルク指令Ｔｒｑ１^*（分担トルク指令）を正の値に制限するリミッタであり、Ｔｒｑ１^*が負の値の場合にはゼロが出力される。このリミッタ２３は、インバータの直流部に回生電流阻止用ダイオード３Ｐ、３Ｎが接続されているインバータ４－１のトルク指令Ｔｒｑ１^*側に設けられる。

【0052】

また、前記回生電流阻止用ダイオード３Ｐ，３Ｎが設けられていない構成の場合は、モータ回転時に前記巻線群（５－１，５－２）に生じる誘起電圧が、インバータ直流側の直流電源部１の直流電圧よりも高くなることが想定される、例えばインバータ４－１のトルク指令Ｔｒｑ１^*側にリミッタ２３を設ける。

【0053】

２４は、リミッタ２３通過前のトルク指令値（Ｔｒｑ１^*）からリミッタ２３通過後のトルク指令値を減算する減算器である。

【0054】

２５は、減算器２４の偏差出力を、ゲイン乗算器２２から出力されるインバータ４－２のトルク指令Ｔｒｑ２^*（分担トルク指令）に加算する加算器である。

【0055】

この加算器２５によって、Ｔｒｑ１^*をリミッタ２３で制限した分のトルク指令がＴｒｑ２^*に加算されることになる。

【0056】

２６は、リミッタ２３通過後のトルク指令と、図１の微分器７から出力されるモータの速度ωから、インバータ４－１のｄｑ軸の電流指令ｉｄ１^*，ｉｑ１^*を出力する電流指令変換テーブルである。

【0057】

２７は、加算器２５から出力されるトルク指令と、図１の微分器７から出力されるモータの速度ωから、インバータ４－２のｄｑ軸の電流指令ｉｄ２^*，ｉｑ２^*を出力する電流指令変換テーブルである。

【0058】

これら電流指令変換テーブル２６，２７は、一般的にはモータのトルクと速度の２次元テーブルとなっており、モータを最も高効率で駆動できるような電流指令を出力する。

【0059】

図１、図２の構成において、永久磁石同期モータ５の巻線群５－１の各巻線のターン数ｎ１と巻線群５－２の各巻線のターン数ｎ２はｎ１＞ｎ２に設定されており、巻線群５－１の方がターン数が大きいため少ない電流で大トルクを出力できるが、電圧が高くなるので高速回転時などはインバータ出力可能電圧を越えないように弱め界磁電流を多く流す必要がある。

【0060】

一方、巻線群５－２の巻線は大きな電流を流さないとトルクは出力できないが、電圧が低くなるので高速回転時などに弱め磁束電流が小さくてすむ。そのため、モータの動作条件（速度やトルク）に応じて、巻線群５－１だけを使用して駆動するモード１、巻線群５－２だけを使用して駆動するモード２、両方の巻線を使用して駆動するモード３のモードを切り替えて運転することで、インバータ、モータのシステム損失の少ない動作モードで運転することができ、高効率で駆動できる範囲を広げることが可能となる。

【0061】

しかし、前記モード２で運転した場合、モータが回転することで、回転子の磁石による鎖交磁束により巻線群５－１の巻線には誘起電圧が生じる。この使用していない巻線群５－１に生じる誘起電圧がインバータの直流部の電圧（Ｖｄｃ）よりも高くなると、インバータ４－１に電流が流れ込み、回生してしまう。こうなると巻線群５－１には不要に回生トルクが発生してしまうため、モータの動作が不安定となったり、システム損失の増加を招く。

【0062】

そこで、インバータ４－１の直流部に回生電流阻止用ダイオード３Ｐ，３Ｎを追加している。これにより誘起電圧により回生することを防止することが可能となる。ダイオードを追加するだけなので、ドライブ回路や制御用の配線が不要である。しかし、この方式では前記モード１やモード３で駆動する場合、回生動作をさせたい場合には回生電流を流すことができない。そこで、図１に示すような制御構成を用いてインバータ４－１では回生できない分をインバータ４－２で回生させるようにする。

【0063】

具体的には、図２のゲイン乗算器２１，２２を用いて、永久磁石同期モータ５に対するトルク指令Ｔｒｑ^*をモータの巻線のターン数の比率に合わせてインバータ４－１とインバータ４－２のトルク指令Ｔｒｑ１^*、Ｔｒｑ２^*に分担させる。分担の比率はターン数ｎ１，ｎ２を用いて次の（１）式、（２）式で求めることができる。

【0064】

【数1】

【0065】

【数2】

【0066】

回生電流阻止用ダイオード３Ｐ，３Ｎが挿入されているインバータ４－１（又は回生電流阻止用ダイオード３Ｐ，３Ｎが挿入されていないが、モータ回転時に前記巻線に生じる誘起電圧が、インバータ直流側の直流電源部１の直流電圧よりも高くなることが想定される側のインバータ）の方は、図２に示すように、Ｔｒｑ１^*の後に、Ｔｒｑ１^*を正の値に制限するリミッタ２３を設けている。

【0067】

これにより、リミッタ２３が設けられた側のインバータに回生動作をさせないようにする。インバータ４－１の分担トルク指令Ｔｒｑ１^*がリミッタにかかった場合は、本来出力したいトルク指令Ｔｒｑ^*が出力されなくなるので、リミッタ２３で制限された分（減算器２４の減算出力）を、加算器２５においてインバータ４－２の分担トルク指令Ｔｒｑ２^*に加算することで、トルク指令Ｔｒｑ^*を出力することが可能となる。ただし、巻線群５－２だけで２巻線分の回生トルクは出力できないので、巻線群５－２で出力可能なトルクの範囲で回生することになる。

【0068】

また、２重以上の多重の場合には次の（３）式のトルク分担となる。

【0069】

【数3】

【0070】

以上のように本実施例１によれば、回生電流阻止用ダイオード３Ｐ，３Ｎが設けられた側、又は回生電流阻止用ダイオード３Ｐ，３Ｎが挿入されていないが、モータ回転時に前記巻線に生じる誘起電圧が、インバータ直流側の直流電源部１の直流電圧よりも高くなることが想定される側のインバータが分担する分担トルク指令を、リミッタ２３により正の値に制限しているので、不要に回生トルクが発生することは避けられる。

【0071】

また、図２の構成か、又は図２の構成と回生電流阻止用ダイオード３Ｐ，３Ｎとの構成による、簡単な構成により、巻線に誘起する誘起電圧が、インバータ直流部の直流電圧を超えても、当該巻線に接続されたインバータを介して電力が回生されることを防止することができる。これによって、永久磁石同期モータ５の動作が不安定になったり、システム損失が増加することを防止できる。

【0072】

また、発生した回生電力は、回生電流阻止用ダイオード３Ｐ，３Ｎが設けられていない側のインバータ（４－２）、又は回生電流阻止用ダイオード３Ｐ，３Ｎを設けていない場合は、モータ回転時に前記巻線に生じる誘起電圧が、インバータ直流側の直流電源部１の直流電圧よりも高くなることが想定される側のインバータ以外のインバータを介して回生することができる。

【実施例2】

【0073】

多重巻線モータはインバータのキャリアの位相をずらすことで、モータの電流のキャリアリプルを打ち消して鉄損を低減することが期待できるが、各巻線のターン数を変えているため、各巻線に同じ電流を流しても、キャリアリプルの低減効果があまり得られない場合がある。そこで、本実施例２では、このキャリアリプルの打ち消しによる鉄損低減効果の割合やモータの銅損、インバータの損失も含めて、システム損失が最小となるように各巻線のトルク（電流）の分担をさせるように構成した。

【0074】

すなわち、図１の永久磁石同期モータ５に対するトルク指令を、各インバータが分担する分担トルク指令に分担し、各インバータの電流指令を生成する電流指令生成部８を図３のように構成した。

【0075】

図３において図２と同一部分は同一符号をもって示している。図３において図２と異なる点は、前記ゲイン乗算器２１、２２に代えて、前記モータ５に対するトルク指令Ｔｒｑ^*の大きさ毎の、モータの回転数ωと各分担トルク指令Ｔｒｑ１^*、Ｔｒｑ２^*の関係がテーブル化されたテーブルであって、モータに対するトルク指令Ｔｒｑ^*とモータの回転数ωに応じて、モータの損失およびインバータの損失の和が最も小さくなる分担トルク指令Ｔｒｑ１^*、Ｔｒｑ２^*を出力するトルク分担テーブル３０を設け、さらに、トルク分担テーブル３０から出力されるインバータ４－１のトルク指令Ｔｒｑ１^*、インバータ４－２のトルク指令Ｔｒｑ２^*が、Ｔｒｑ１^*＝０、Ｔｒｑ２^*＝０の場合に各々１を出力し、それ以外は各々０を出力する比較器３１、３２を各々設けたことにあり、その他の部分は図２と同一に構成されている。

【0076】

前記比較器３１が出力する“０”はインバータ４－１の運転要求、“１”はインバータ４－１の停止要求を意味し、比較器３２が出力する“０”はインバータ４－２の運転要求、“１”はインバータ４－２の停止要求を意味し、これら比較器３１，３２によってインバータ停止要求部を構成している。

【0077】

トルク分担テーブル３０は、実験やシミュレーション、解析等を用いて、トルク毎のモータの銅損、鉄損、電力変換器の損失の和が最も小さくなるトルク分担とその際のｄｑ軸電流を各回転数について求めておき、例えば図４のようにテーブル化しておく。

【0078】

例えば、モータの鉄損は考慮できないが、銅損を最小とするようなトルクやｄｑ軸電流は、下記の最適化問題を各トルク指令、回転数の動作条件に応じて解くことにより導出することが可能となる。

【0079】

目的関数（最小化）：

【0080】

【数4】

【0081】

制約条件：

【0082】

【数5】

【0083】

ここで、
Ｔｒｑ１^*＝Ｐｎ{（Ｌｄ１－Ｌｑ１）×ｉｄ１^*×ｉｑ１＋φｄ１×ｉｑ１^*＋Ｍｄ×ｉｑ１^*×ｉｄ２^*－Ｍｑ×ｉｄ１^*×ｉｑ２^*}
Ｔｒｑ２^*＝Ｐｎ{（Ｌｄ２－Ｌｑ２）×ｉｄ２^*×ｉｑ２＋φｄ２×ｉｑ２^*＋Ｍｄ×ｉｑ２^*×ｉｄ１^*－Ｍｑ×ｉｄ２^*×ｉｑ１^*}
ｖｄ１＝Ｒ１×ｉｄ１^*－ω×Ｌｑ１×ｉｑ１^*－ω×Ｍｑ×ｉｑ２^*
ｖｑ１＝Ｒ１×ｉｑ１^*＋ω×Ｌｄ１×ｉｄ１^*＋ω×Ｍｄ×ｉｄ２^*＋ω×φｄ１
ｖｄ２＝Ｒ２×ｉｄ２^*－ω×Ｌｑ２×ｉｑ２^*－ω×Ｍｑ×ｉｑ１^*
ｖｑ２＝Ｒ２×ｉｑ２^*＋ω×Ｌｄ２×ｉｄ２^*＋ω×Ｍｄ×ｉｄ１^*＋ω×φｄ２
Ｐｎ：モータの極対数、Ｒ１：巻線群５－１の巻線抵抗、Ｒ２：巻線群５－２の巻線抵抗、Ｌｄ１、Ｌｑ１：巻線群５－１のｄｑ軸インダクタンス、Ｌｄ２、Ｌｑ２：巻線群５－２のｄｑ軸インダクタンス、φｄ１、φｄ２：巻線群５－１，５－２の永久磁石による鎖交磁束、Ｍｄ、Ｍｑ：巻線群５－１，５－２のｄｑ軸相互インダクタンス、ｉ１ｍａｘ，ｉ２ｍａｘ：巻線群５－１，５－２の電流制限値（例えば、モータ最大電流値）、ｖ１ｍａｘ，ｖ２ｍａｘ：巻線群５－１，５－２の電圧制限値（例えば、インバータ最大出力電圧値）。

【0084】

永久磁石同期モータ５の鉄損を考慮する場合には、上述した計算では損失最小動作条件を算出できないため、ＪＭＡＧ（電磁界解析ソフトウェア）などの解析ソフトを用いて、各トルク、回転数に応じて損失最小となる動作条件を求める。

【0085】

また、このトルク分担テーブル３０が出力するＴｒｑ１^*又はＴｒｑ２^*がゼロの場合には、比較器３１、３２からトルク指令がゼロとなるインバータ（４－１，４－２）に運転停止の要求を出す。運転停止要求を受け取ったインバータは運転モード切替のシーケンスに従って、運転を停止させる。

【0086】

尚、本発明のインバータ停止要求部を構成する比較器３１、３２は、図２のゲイン乗算器２１、２２の出力側に図３と同様に設けて構成してもよい。

【0087】

以上のように本実施例２によれば、実施例１の効果に加えて次のような効果が得られる。

【0088】

すなわち、最もシステム損失が小さくなるように分担トルク指令が設定されるので、より高効率で運転を行うことができる。

【0089】

また、インバータの無駄な運転を防止することができ、効率が向上する。

【符号の説明】

【0090】

１…直流電源部
２…コンデンサ
３Ｐ，３Ｎ…回生電流阻止用ダイオード
４－１，４－２…インバータ
５…永久磁石同期モータ
５－１…第１の巻線群
５－２…第２の巻線群
６…位置検出器
７…微分器
８…電流指令生成部
９，１０…電流センサ
１１，１２…ｕｖｗ／ｄｑ変換器
１３…電流制御部
１４，１５…ｄｑ／ｕｖｗ変換器
１６，１７…ＰＷＭ制御部
１８…電圧検出器
２１，２２…ゲイン乗算器
２３…リミッタ
２４…減算器
２５…加算器
２６，２７…電流指令変換テーブル
３０…トルク分担テーブル
３１，３２…比較器
Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１，Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１, Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２，Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２…半導体スイッチング素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】