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JP2011015587A - Motor control system - Google Patents

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JP2011015587A
JP2011015587A JP2009159524A JP2009159524A JP2011015587A JP 2011015587 A JP2011015587 A JP 2011015587A JP 2009159524 A JP2009159524 A JP 2009159524A JP 2009159524 A JP2009159524 A JP 2009159524A JP 2011015587 A JP2011015587 A JP 2011015587A
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motor control
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winding
main
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Application number
JP2009159524A
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Japanese (ja)
Inventor
Taro Kishibe
太郎 岸部
Takahiro Masuda
隆宏 増田
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Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】コギングトルクの低減とモータ効率の向上が両立可能なモータ制御システムを提供する。
【解決手段】モータ駆動指令を生成する制御手段8と、モータ11に駆動電圧を供給するPWMインバータ回路5aと、モータ駆動指令を供給するデータ通信手段7aを有する主モータ制御装置9と、主モータ制御装置9からのモータ駆動指令を受けるデータ通信手段7bと、モータに駆動電圧を供給するPWMインバータ回路5bを有する従モータ制御装置10と、3×M個(Mは2以上の整数)の突極磁極に巻線した三相の主巻線と従巻線を独立構成したモータ11とを備え、モータ11の主巻線は主モータ制御装置9に接続され、従巻線は従モータ制御装置10に接続され、主モータ制御装置9は、主巻線に供給するモータ電流に対して従巻線に供給するモータ電流に位相差を設ける指令分配器4を有し、モータ駆動指令によって1台のモータ11を駆動する。
【選択図】図1
A motor control system is provided that is capable of both reducing cogging torque and improving motor efficiency.
A main motor control device having a control means for generating a motor drive command, a PWM inverter circuit for supplying a drive voltage to a motor, a data communication means for supplying a motor drive command, and a main motor. Data communication means 7b for receiving a motor drive command from the control device 9, a slave motor control device 10 having a PWM inverter circuit 5b for supplying a drive voltage to the motor, and 3 × M pieces (M is an integer of 2 or more) The motor 11 includes a three-phase main winding wound around a pole and a sub-winding motor 11, and the main winding of the motor 11 is connected to the main motor control device 9. The sub-winding is a sub-motor control device. 10 has a command distributor 4 that provides a phase difference between the motor current supplied to the slave winding and the motor current supplied to the slave winding. Driving the motor 11.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、複数台のインバータ回路で1台のモータを効率良く駆動するモータ制御装置に関する。   The present invention relates to a motor control device that efficiently drives one motor by a plurality of inverter circuits.

大出力のモータを駆動するには、大電流を流すことが可能なパワーデバイスを搭載したモータ制御装置が必要であるが、大電流対応のパワーデバイスは特に高価であり、損失も大きくなることから冷却装置の大型化が必要である。また、スイッチングロスを低減して発熱を抑えるためキャリア周波数を低く設定せざるを得ず、トルクリップルが大きくなるという課題がある。   In order to drive a motor with a high output, a motor control device equipped with a power device capable of flowing a large current is required. However, a power device that supports a large current is particularly expensive and has a large loss. It is necessary to increase the size of the cooling device. Moreover, in order to reduce switching loss and suppress heat generation, the carrier frequency must be set low, and there is a problem that torque ripple increases.

そこで、大出力のモータを駆動する方法として、小出力のインバータ回路を複数台用いた多重インバータ方式が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   Thus, as a method for driving a high-output motor, a multiple inverter system using a plurality of low-output inverter circuits has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

図5は、2台のインバータ回路を用いた場合のシステム構成を示したブロック図である。上位から指令を受ける主モータ制御装置と、主モータ制御装置から指令を受ける従モータ制御装置から構成されている。主モータ制御装置は、上位からの指令を受けるとロータに取り付けられたセンサで検出したモータの位置情報と上位からの指令に基づきトルク指令を生成する。生成したトルク指令はインバータ回路へ出力するとともに、従のモータインバータ回路へ駆動指令を出し、主と従のインバータ回路でPWM駆動によってモータはトルクを発生する構成となっている。   FIG. 5 is a block diagram showing a system configuration when two inverter circuits are used. It comprises a main motor control device that receives a command from a host and a slave motor control device that receives a command from the main motor control device. When receiving a command from the host, the main motor control device generates a torque command based on the motor position information detected by a sensor attached to the rotor and the command from the host. The generated torque command is output to the inverter circuit, and a drive command is issued to the slave motor inverter circuit. The motor is configured to generate torque by PWM drive in the master and slave inverter circuits.

これらの大出力のモータは直接機器に接続される場合が多いため、今まで以上にコギングトルクやトルクリップルの低減が求められている。この課題に対して、モータのマグネットの極数と突極磁極数の最小公倍数を高くするモータ構成が提案されている(例えば、特許文献2参照)。   Since these high-power motors are often directly connected to equipment, reduction of cogging torque and torque ripple is required more than ever. To solve this problem, a motor configuration has been proposed in which the least common multiple of the number of magnet magnet poles and salient pole magnetic poles is increased (see, for example, Patent Document 2).

また、多重インバータ方式により、インバータ間のモータ駆動電流を180度ずらして合成磁束のリップルを小さくして鉄損を低減する手法が提案されている(例えば、特許文献3参照)。   Further, there has been proposed a method of reducing iron loss by shifting the motor driving current between inverters by 180 degrees to reduce the ripple of the composite magnetic flux by the multiple inverter method (see, for example, Patent Document 3).

特開昭62−44063号公報JP 62-44063 A 特開昭62−110468号公報JP-A-62-110468 特開平6−197593号公報JP-A-6-197593

しかしながら特許文献2のモータ構成例は、ロータマグネットの極数が14、ステータの突極磁極数が12の組み合わせで最小公倍数が84の例である。この組み合わせでは、U相の巻線は隣り合う2組と、180度反対側に2組の合計4組の巻線で構成される。このとき、隣り合う巻線UAとUBによって発生する各逆起電力には図6に示すように位相差があり、U相の逆起電力はUAとUBの合成となる。   However, the motor configuration example of Patent Document 2 is an example in which the number of poles of the rotor magnet is 14, the number of salient pole poles of the stator is 12, and the least common multiple is 84. In this combination, the U-phase windings are composed of two adjacent sets and two sets on the opposite side of 180 degrees, for a total of four sets. At this time, each counter electromotive force generated by the adjacent windings UA and UB has a phase difference as shown in FIG. 6, and the U-phase counter electromotive force is a combination of UA and UB.

合成された逆起電力の出力は、それぞれの逆起電力の波高値の和より小さくなるため、モータトルクは低減し、モータ効率が低下するため別の課題が残る。   Since the output of the synthesized counter electromotive force becomes smaller than the sum of the peak values of the respective counter electromotive forces, the motor torque is reduced and the motor efficiency is lowered, so that another problem remains.

一方、特許文献3の手法では、インバータ間のモータ電流の位相を図7に示すように、180度ずらすことによって合成磁束のリップルを低減させている。しかし合成磁束のリップル低減は、主にモータステータの外周部であるヨーク部で効果があるが、巻線する極突磁極部のリップルは小さくならず、コギングトルクは低減できないという課題がある。   On the other hand, in the method of Patent Document 3, the ripple of the composite magnetic flux is reduced by shifting the phase of the motor current between the inverters by 180 degrees as shown in FIG. However, the ripple reduction of the composite magnetic flux is effective mainly at the yoke portion which is the outer peripheral portion of the motor stator, but there is a problem that the ripple of the pole salient magnetic pole portion to be wound is not reduced and the cogging torque cannot be reduced.

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、複数台のモータ制御装置を用いて1台のモータを駆動する多重インバータ構成のモータ制御システムにおいて、コギングトルクの低減およびモータ効率の向上を両立させることができるモータ制御システムを提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described conventional problems, and achieves both reduction of cogging torque and improvement of motor efficiency in a motor control system having a multiple inverter configuration in which one motor is driven using a plurality of motor control devices. An object of the present invention is to provide a motor control system that can be used.

上記課題を解決するために請求項1に記載のモータ制御システムは、複数台のモータ制御装置を用いて1台のモータを駆動する多重インバータ構成のモータ制御システムにおいて、入力された指令からモータ駆動指令を生成する制御手段と、前記モータ駆動指令によりモータに駆動電圧を供給するPWMインバータ回路と、他のモータ制御装置へモータ駆動指令を供給するデータ通信手段を有する主モータ制御装置と、前記主モータ制御装置からのモータ駆動指令を受けるデータ通信手段と、前記主モータ制御装置から受けたモータ駆動指令によりモータに駆動電圧を供給するPWMインバータ回路を有する従モータ制御装置と、3×M個(Mは2以上の整数)の突極磁極と、この突極磁極に巻線した三相の主巻線と従巻線をそれぞれ独立に構成したモータとを備え、前記モータの主巻線は前記主モータ制御装置に接続され、前記従巻線は前記従モータ制御装置に接続され、前記主モータ制御装置は、前記主巻線に供給するモータ電流に対して前記従巻線に供給するモータ電流に位相差を設ける指令分配器を有し、前記モータ駆動指令によって1台のモータを駆動する。   In order to solve the above problem, a motor control system according to claim 1 is a motor control system having a multiple inverter configuration in which a single motor is driven using a plurality of motor control devices. A main motor control device having control means for generating a command, a PWM inverter circuit for supplying a drive voltage to the motor according to the motor drive command, a data communication means for supplying a motor drive command to another motor control device, Data communication means for receiving a motor drive command from the motor control device, a slave motor control device having a PWM inverter circuit for supplying a drive voltage to the motor in accordance with the motor drive command received from the main motor control device, and 3 × M ( M is an integer of 2 or more) salient poles, and three-phase main and sub-windings wound around the salient poles independently. And a main winding of the motor is connected to the main motor control device, the sub winding is connected to the sub motor control device, and the main motor control device supplies the main winding. And a command distributor for providing a phase difference in the motor current supplied to the secondary winding with respect to the motor current to be driven, and one motor is driven by the motor drive command.

また、請求項2に記載のモータ制御システムは、前記指令分配器は、前記主巻線に供給するモータ電流と前記従巻線に供給するモータ電流に、360/(3×M)度の位相差を設ける。   Further, in the motor control system according to claim 2, the command distributor has a 360 / (3 × M) degree order between the motor current supplied to the main winding and the motor current supplied to the slave winding. Provide a phase difference.

さらに、請求項3に記載のモータ制御システムは、前記主モータ制御装置と従モータ制御装置の台数をN(Nは2以上の整数)、前記モータのマグネットの極数を2×P(Pは整数)、突極磁極数をS(Sは3×Nの倍数)とし、前記モータは、PとSの最小公倍数がP×Sとなる組み合わせで構成する。   Further, in the motor control system according to claim 3, the number of the main motor control devices and the sub motor control devices is N (N is an integer of 2 or more), and the number of magnet poles of the motor is 2 × P (P is (Integer), the number of salient poles is S (S is a multiple of 3 × N), and the motor is configured by a combination in which the least common multiple of P and S is P × S.

請求項1に記載のモータ制御システムによれば、大容量のモータを複数台の小容量のインバータを用いて効率良くモータを駆動することができる。小容量のインバータを用いることでキャリア周波数を上げることが可能となり、トルクリップルを低減することができる。   According to the motor control system of the first aspect, a large capacity motor can be efficiently driven using a plurality of small capacity inverters. By using a small-capacity inverter, the carrier frequency can be increased and torque ripple can be reduced.

また、請求項2に記載のモータ制御システムによれば、それぞれのモータの逆起電力と電流位相を合わせることができるので、更に効率良くモータを駆動することができる。   In addition, according to the motor control system of the second aspect, the counter electromotive force and the current phase of each motor can be matched, so that the motor can be driven more efficiently.

さらに、請求項3に記載のモータ制御システムによれば、モータのコギングトルクを低減することができる。   Furthermore, according to the motor control system of the third aspect, the cogging torque of the motor can be reduced.

したがって、コギングトルクとトルクリップルの低減と効率向上を実現するモータ制御システムを提供することができる。   Therefore, it is possible to provide a motor control system that realizes reduction of cogging torque and torque ripple and improvement of efficiency.

本発明の実施例1におけるモータ制御システムのブロック図1 is a block diagram of a motor control system in Embodiment 1 of the present invention. 実施例1の多重インバータに用いるモータの構造図Structural diagram of the motor used in the multiple inverter of Example 1 実施例1の多重インバータに用いるモータの巻線結線図Winding diagram of motor used in multiple inverter of embodiment 1 実施例1のモータの逆起電力と電流波形の説明図Explanatory drawing of the back electromotive force and current waveform of the motor of Example 1. 従来例におけるモータ制御システムのブロック図Block diagram of motor control system in conventional example 従来例のモータにおける起電力と電流波形の説明図Illustration of electromotive force and current waveform in conventional motor 従来例のモータにおける起電力と電流波形の他の説明図Other explanatory views of electromotive force and current waveform in the conventional motor

(実施例1)
本発明によるモータ制御システムについて、図1から図4を用いて説明する。
Example 1
A motor control system according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図1は2台のモータ制御装置を用いて1台のモータを駆動する場合のモータ制御システムのブロック図、図2はモータの構造図、図3はモータの巻線結線図、図4はモータの逆起電力と電流波形図を示している。各ブロックの役割を以下に説明する。   1 is a block diagram of a motor control system when two motor control devices are used to drive one motor, FIG. 2 is a structural diagram of the motor, FIG. 3 is a winding connection diagram of the motor, and FIG. The back electromotive force and the current waveform diagram are shown. The role of each block will be described below.

図1において、1はモータを動作させるための指令を出力するコントローラ、11は2台のモータ制御装置をそれぞれ独立に接続できるように巻線された多重インバータ方式のモータ、9と9bはコントローラ1からの指令に基づき、モータ11を駆動させるモータ制御装置であり、それぞれ主モータ制御装置と従モータ制御装置である。   In FIG. 1, 1 is a controller that outputs a command for operating a motor, 11 is a multi-inverter motor wound so that two motor control devices can be independently connected, and 9 and 9b are controllers 1 Is a motor control device that drives the motor 11 based on a command from the main motor control device and a sub motor control device, respectively.

主モータ制御装置9は、制御手段8、指令分配器4、データ通信手段7a、PWMインバータ回路5aで構成されている。   The main motor control device 9 includes a control unit 8, a command distributor 4, a data communication unit 7a, and a PWM inverter circuit 5a.

制御手段8は、位置・速度制御器2、電圧生成器3、ロータ位置検出器6で構成され、コントローラ1から動作指令31は位置・速度制御器2に入力される。動作指令31は位置指令や速度指令あるいはトルク指令である。   The control means 8 includes a position / speed controller 2, a voltage generator 3, and a rotor position detector 6, and an operation command 31 is input from the controller 1 to the position / speed controller 2. The operation command 31 is a position command, a speed command, or a torque command.

位置指令の場合は、パルス信号入力がよく用いられ、入力されたパルス数に対応した角度分モータを回転させる。速度指令やトルク指令の場合は、アナログ信号入力がよく用いられ、印加されたアナログ電圧に相当した速度指令やトルク指令が位置・速度制御器に入力される。また、最近では通信機能を用いて、位置指令・速度指令・トルク指令を与える場合も多くなっている。   In the case of a position command, pulse signal input is often used, and the motor is rotated by an angle corresponding to the number of input pulses. In the case of a speed command or torque command, analog signal input is often used, and a speed command or torque command corresponding to the applied analog voltage is input to the position / speed controller. Recently, there are many cases where position commands, speed commands, and torque commands are given using a communication function.

ロータ位置検出器6は、モータ11のロータに取り付けられたエンコーダ12からロータ情報40を検出する。ロータ情報40は2相のパルス信号や正弦波信号のように直接エンコーダ12から信号を受ける場合や、エンコーダ内で信号処理されシリアルデータとしたものを受ける場合がある。   The rotor position detector 6 detects rotor information 40 from an encoder 12 attached to the rotor of the motor 11. The rotor information 40 may be received directly from the encoder 12 such as a two-phase pulse signal or sine wave signal, or may be received as serial data after being processed in the encoder.

2相のパルス信号の場合は、ロータが1回転した場合に出力されるパルス数があらかじめ設定されており、このパルス数をロータ位置検出器6でカウントすることにより、現在のロータの回転状態を検出する。また、2相の正弦波の場合は、ロータ位置検出器6は2相の正弦波信号を逆三角変換することによって角度信号に変換してロータの回転状態を検出する。   In the case of a two-phase pulse signal, the number of pulses output when the rotor makes one revolution is set in advance. By counting this number of pulses with the rotor position detector 6, the current rotation state of the rotor is determined. To detect. In the case of a two-phase sine wave, the rotor position detector 6 detects the rotational state of the rotor by converting the two-phase sine wave signal into an angle signal by inverse triangular transformation.

シリアルデータの場合は、ロータ位置検出器でロータ情報だけでなく、エラー情報など、エンコーダ内部情報をシリアルデータとして受けることができ、またシリアル信号は電源と信号の合計4本で配線できるので、最近ではシリアルデータによる方法が多く用いられている。   In the case of serial data, the rotor position detector can receive not only the rotor information but also the internal information of the encoder such as error information as serial data, and the serial signal can be wired with a total of four power supplies and signals. In many cases, serial data methods are used.

ロータ位置検出器6で検出したロータ情報はロータ位置の情報と、ロータの回転速度の情報に演算され、位置・速度情報36とロータ位置情報35として出力する。   Rotor information detected by the rotor position detector 6 is calculated into rotor position information and rotor rotational speed information, and is output as position / speed information 36 and rotor position information 35.

位置・速度制御器2は、入力された位置や速度、トルク指令と、ロータ位置検出器6で検出した位置・速度情報36を用いて比例・積分制御等により、指令値と等しくなるように演算し、トルク指令値32として出力する。   The position / speed controller 2 uses the input position / speed / torque command and the position / speed information 36 detected by the rotor position detector 6 so as to be equal to the command value by proportional / integral control or the like. And output as a torque command value 32.

電圧指令生成器3は、トルク指令値32とロータ位置情報35からモータの3相の巻線に印加する電圧の大きさや位相を演算し、電圧指令値33を出力する。以上が制御手段8の動作である。   The voltage command generator 3 calculates the magnitude and phase of the voltage applied to the three-phase winding of the motor from the torque command value 32 and the rotor position information 35 and outputs a voltage command value 33. The above is the operation of the control means 8.

指令分配器4は、電圧指令33を主モータ制御装置9と従モータ制御装置10のそれぞれがモータ11に印加する電圧の大きさと位相を決定し、主モータ制御装置用として主モータ電圧指令値34をPWMインバータ回路5aへ、従モータへの制御情報37をデータ通信手段Aへ出力する。   The command distributor 4 determines the magnitude and phase of the voltage applied to the motor 11 by the main motor control device 9 and the sub motor control device 10 for the voltage command 33, and the main motor voltage command value 34 is used for the main motor control device. Is output to the PWM inverter circuit 5a, and the control information 37 to the slave motor is output to the data communication means A.

データ通信手段A7aは従モータへの制御情報37を従モータ制御装置へ伝える役割を行う。シリアル通信によるデータ通信が一般的であり、データ通信手段A7aは従モータへの制御情報37をシリアルデータに変換して、データ通信情報38としてデータ通信手段B7bへ送信する。   The data communication means A7a serves to transmit control information 37 to the slave motor to the slave motor control device. Data communication by serial communication is generally used, and the data communication means A7a converts the control information 37 to the slave motor into serial data and transmits it as data communication information 38 to the data communication means B7b.

データ通信手段B7bは、主モータ制御装置9からのデータ通信情報38を受信し、シリアルからパラレルデータへ変換し、従モータ制御装置10の電圧指令値39としてPWMインバータ回路5bへ出力する。   The data communication means B7b receives the data communication information 38 from the main motor control device 9, converts it from serial to parallel data, and outputs it to the PWM inverter circuit 5b as the voltage command value 39 of the slave motor control device 10.

PWMインバータ回路5a、5bは、3相フルブリッジによるインバータ回路構成であり、6つのパワーデバイスで構成されている。それぞれの電圧指令値に基づき、主モータ線14と従モータ線13のそれぞれのモータ線に対し、PWM制御による電圧を印加する。   The PWM inverter circuits 5a and 5b have a three-phase full bridge inverter circuit configuration, and are composed of six power devices. Based on each voltage command value, a voltage by PWM control is applied to each motor line of the main motor line 14 and the sub motor line 13.

以上がモータ制御システムのブロック図の説明である。次に図2、図3を用いてモータ11の構造及び巻線方法について説明する。   The above is the description of the block diagram of the motor control system. Next, the structure of the motor 11 and the winding method will be described with reference to FIGS.

図2は2台のモータ制御装置で駆動する場合のモータ構造の一例であり、ロータマグネットの極数が10、ステータの突極磁極数が12である。巻線をして突極磁極を生成するステータ15と、モータの回転部であるロータ16と、ロータの外周または内部に配置されるマグネットと、巻線17a、17b、18a、18b(U相の巻線のみを表示)で構成されている。   FIG. 2 shows an example of a motor structure when driven by two motor control devices. The number of poles of the rotor magnet is 10 and the number of salient poles of the stator is 12. A stator 15 that generates a salient pole by winding, a rotor 16 that is a rotating portion of the motor, a magnet that is arranged on the outer periphery or inside of the rotor, and windings 17a, 17b, 18a, and 18b (U-phase Only windings are shown).

モータ11は2台のモータ制御装置9、10とそれぞれ独立した巻線で接続するための方法を次に説明する。   A method for connecting the motor 11 to the two motor control devices 9 and 10 with independent windings will be described below.

1つの突極磁極に集中して巻線し、それを巻線17aとする。巻線17aに対面した反対側の突極磁極に巻線したものを巻線17bとし、巻線17aと巻線17bを接続する。突極磁極に対面するマグネット19の磁極SNは反対になるので、図2のように巻線方向が反対になるように接続し、UA+からUA−のUA相の巻線とする。巻線17aの隣に巻線18aを巻線17aに対して逆巻きに巻線し、巻線18aに対面した反対側の突極磁極に巻線18bを巻線17bに対して逆巻きに巻線し、巻線18aと巻線18bを接続してUB+からUB−のUB相の巻線とする。   Winding is concentrated on one salient pole, which is referred to as winding 17a. A coil 17b is a coil wound on the opposite salient pole magnetic pole facing the coil 17a, and the coil 17a and the coil 17b are connected. Since the magnetic pole SN of the magnet 19 facing the salient pole is opposite, the windings are connected so that the winding directions are opposite as shown in FIG. 2, and the UA-phase winding is formed from UA + to UA−. Next to the winding 17a, the winding 18a is wound in a reverse winding with respect to the winding 17a, and the winding 18b is wound in a reverse winding with respect to the winding 17b on the opposite salient pole facing the winding 18a. The winding 18a and the winding 18b are connected to form a UB + to UB− UB-phase winding.

同様にVA相の巻線をUB相の隣に、VB相の巻線をVA相の隣に、WA相の巻線をVB相の隣に、WB相の巻線をWA相の隣に巻線し、UA相とVA相とWA相の組み合わせで図3のように結線したA組結線と、UB相とVB相とWB相の組み合わせで結線したB組結線で、2組の3相の巻線を構成する。   Similarly, the VA phase winding is wound next to the UB phase, the VB phase winding is wound next to the VA phase, the WA phase winding is wound next to the VB phase, and the WB phase winding is wound next to the WA phase. 3 combination of UA phase, VA phase and WA phase as shown in Fig. 3 and B combination of UB phase, VB phase and WB phase. Configure the winding.

以上がモータ11の構造及び巻線方法である。次にモータ制御装置とモータとの接続及び通電方法について図4を用いて説明する。   The above is the structure of the motor 11 and the winding method. Next, a connection and energization method between the motor control device and the motor will be described with reference to FIG.

図2及び図3のように構成されたモータ11を駆動させたときに、A結線とB結線のそれぞれのU相に発生する逆起電力50、51は、図4のUA、UBのようになる。モータ11の構造は突極磁極数が12なので、電気角で360/12=30度の位相差が生じる。   When the motor 11 configured as shown in FIGS. 2 and 3 is driven, the back electromotive forces 50 and 51 generated in the U phase of the A connection and the B connection are as shown by UA and UB in FIG. Become. Since the structure of the motor 11 has 12 salient poles, a phase difference of 360/12 = 30 degrees in electrical angle occurs.

V相の逆起電力VA、VBはU相の逆起電力UA50、UB51からそれぞれ電気角で120度位相がずれ、VAとVBは電気角で30度位相がずれた構成となる。W相の逆起電力も同様となる。   The V-phase counter electromotive forces VA and VB are 120 degrees out of phase with each other from the U-phase counter electromotive forces UA50 and UB51, and VA and VB are 30 degrees out of phase with each other. The same applies to the W-phase back electromotive force.

このようなモータ11に対し、モータ11のA組結線(以下、主巻線と称す)を主モータ制御装置9に、B組結線(以下、従巻線と称す)を従モータ制御装置10に接続する。ここで図1の指令分配器4は、主モータ制御装置9の電圧指令値34は主巻線のU相電流IUA53が逆起電力UA50と同位相になるようにし、従モータ制御装置10の電圧指令値39は従巻線のU相電流IUB54が逆起電力UB51と同位相になるように電圧指令を分配する。   For such a motor 11, the A group connection (hereinafter referred to as the main winding) of the motor 11 is connected to the main motor control device 9, and the B combination connection (hereinafter referred to as the sub winding) is connected to the sub motor control device 10. Connecting. Here, the command distributor 4 in FIG. 1 sets the voltage command value 34 of the main motor control device 9 so that the U-phase current IUA 53 of the main winding is in phase with the counter electromotive force UA 50, and the voltage of the sub motor control device 10. The command value 39 distributes the voltage command so that the U-phase current IUB 54 of the secondary winding is in phase with the counter electromotive force UB 51.

逆起電力の位相情報は、あらかじめロータ16とエンコーダ12の位置が定められているため、ロータ位置検出器6でロータ情報40を検出することで得ることができる。図4ではU相の逆起電力と相電流のみを記載しているが、V相とW相はU相からそれぞれ電気角で120度、240度の位相がずれた状態であり、容易に制御可能である。   The back electromotive force phase information can be obtained by detecting the rotor information 40 by the rotor position detector 6 because the positions of the rotor 16 and the encoder 12 are determined in advance. Although only the U-phase back electromotive force and the phase current are shown in FIG. 4, the V and W phases are 120 ° and 240 ° out of phase with respect to the U phase, respectively, and are easily controlled. Is possible.

以上のように、主モータ制御装置9のモータ電流と、従モータ制御装置10のモータ電流の位相差を360/(3×M)度(3×Mは突極磁極数)とすることで、主巻線により発生する逆起電力と電流位相を、従巻線により発生する逆起電力と電流位相をそれぞれ同位相とすることができるので、モータを効率よく駆動することができる。   As described above, by setting the phase difference between the motor current of the main motor control device 9 and the motor current of the sub motor control device 10 to 360 / (3 × M) degrees (3 × M is the number of salient poles), Since the counter electromotive force and current phase generated by the main winding can be set to the same phase as the counter electromotive force and current phase generated by the sub winding, respectively, the motor can be driven efficiently.

また、主モータ制御装置9と主巻線、従モータ制御装置10と従巻線を接続しているが、逆に接続しても問題ない。その場合は結線した逆起電力の位相に電流位相を合わせさえすれば同様の効果が得られる。   Further, although the main motor control device 9 and the main winding are connected, and the sub motor control device 10 and the sub winding are connected, there is no problem even if they are connected in reverse. In that case, the same effect can be obtained as long as the current phase is matched with the phase of the connected back electromotive force.

また、UA相のモータ巻線17aとUB相のモータ巻線18aはマグネット19の配置から逆巻きとしているが、同方向の巻線し、UB相のモータ電流の位相を180度ずらしてもよい。このように同方向に巻線することによって、モータの製造が容易になり、製造コストを削減することができる。   The UA-phase motor winding 17a and the UB-phase motor winding 18a are reversely wound from the arrangement of the magnet 19, but may be wound in the same direction to shift the phase of the UB-phase motor current by 180 degrees. By winding in the same direction as described above, the motor can be easily manufactured and the manufacturing cost can be reduced.

また、指令分配器4は、電圧指令33を主モータ制御装置9と従モータ制御装置10のそれぞれがモータ11(主巻線および従巻線)に印加する電圧の大きさとモータ電流の位相を決定しているが、指令分配器4で生成する電圧の大きさと電流位相の値は同一として従モータ制御装置10への制御情報37を送信し、従モータ制御装置10で電流位相を加えて従巻線に印加する電圧の大きさと電流位相を決定するような構成にしてもよい。   In addition, the command distributor 4 determines the magnitude of the voltage and the phase of the motor current that the main motor control device 9 and the sub motor control device 10 apply the voltage command 33 to the motor 11 (main winding and sub winding), respectively. However, the magnitude of the voltage generated by the command distributor 4 and the value of the current phase are assumed to be the same, and the control information 37 is transmitted to the slave motor control device 10. A configuration may be adopted in which the magnitude of the voltage applied to the line and the current phase are determined.

従モータ制御装置10で加える電流位相は、従モータ制御装置10内のメモリにあらかじめ設定されたデータとしてもよい。また、主モータ制御装置9のメモリにあらかじめ設定し、従モータへの制御情報37と合わせて従モータ制御装置10へ送信したデータを用いてもよい。
また、突極磁極数が小さいほど、効率向上の効果がある。例ではモータ11の構造は結線を2組、マグネットを10極、突極磁極数を12であり、主モータ制御装置9と従モータ制御装置10の電流の位相差は30度である。位相差を設けない場合、それぞれの逆起電力の有効率は、COS(30/2)=0.966となる。これに対し、位相差を30度とした場合は、COS(0)=1となり、約3.4%の効率改善ができる。突極磁極数が24の場合、逆起電力の有効率は、0.991となり、位相差をつける効果が薄れる。また、突極磁極数が6の場合、逆起電力の有効率は0.866なので、約13.4%の改善効果がある。
The current phase applied by the slave motor control device 10 may be data preset in a memory in the slave motor control device 10. Alternatively, data set in advance in the memory of the main motor control device 9 and transmitted to the sub motor control device 10 together with the control information 37 for the sub motor may be used.
Also, the smaller the number of salient poles, the more effective the effect. In the example, the motor 11 has two sets of connections, 10 magnets, and 12 salient poles, and the current phase difference between the main motor controller 9 and the sub motor controller 10 is 30 degrees. When no phase difference is provided, the effective rate of each back electromotive force is COS (30/2) = 0.966. On the other hand, when the phase difference is set to 30 degrees, COS (0) = 1, and the efficiency can be improved by about 3.4%. When the number of salient poles is 24, the effective rate of back electromotive force is 0.991, and the effect of providing a phase difference is reduced. Further, when the number of salient poles is 6, the effective rate of back electromotive force is 0.866, so that there is an improvement effect of about 13.4%.

また、モータ制御装置の台数をN(Nは2以上の整数)、マグネットの極数を2×P(Pは整数)、突極磁極数をS(Sは3×Nの倍数)として、PとSの最小公倍数がP×Sとなるようなモータ構造とすることで、前述したような効果が得られるだけでなく、更にコギングを低減することができる。   Further, the number of motor control devices is N (N is an integer of 2 or more), the number of magnet poles is 2 × P (P is an integer), and the number of salient poles is S (S is a multiple of 3 × N). And a motor structure in which the least common multiple of S is P × S, the above-described effects can be obtained, and cogging can be further reduced.

本発明のモータ制御システムは、大出力で高効率、そして低トルクリップルを求められる装置に対し特に有効であり、産業用設備に使用されるFA用のモータ、電気自動車の駆動用モータなどにも有用である。   The motor control system of the present invention is particularly effective for devices that require high output, high efficiency, and low torque ripple, and is also used for FA motors used in industrial equipment, drive motors for electric vehicles, etc. Useful.

1 コントローラ
2 位置/速度制御器
3、3a 電圧指令生成器
4 指令分配器
5a、5b PWMインバータ回路
6 ロータ位置検出器
7a、7b データ通信手段A、データ通信手段B
8、8a 制御手段
9、9a 主モータ制御装置
10、10a 従モータ制御装置
11、11a モータ
12 エンコーダ
13 従モータ線
14 主モータ線
15 ステータ
16 ロータ
17a、17b UA相の巻線
18a、18b UB相の巻線
19 マグネット
31 位置/速度指令値
32 トルク指令値
33 電圧指令値
34、41 主モータの電圧指令値
35 ロータ位置情報
36 位置/速度情報
37、41 従モータへの制御情報
38 データ通信情報
39 従モータの電圧指令値
40 ロータ情報
50、50a、50b UA巻線の逆起電力
51、51a、51b UB巻線の逆起電力
52、52a UA巻線とUB巻線を合成した逆起電力
53、53b UA相のモータ電流
54、54b UB相のモータ電流
55 U相のモータ電流
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Controller 2 Position / speed controller 3, 3a Voltage command generator 4 Command distributor 5a, 5b PWM inverter circuit 6 Rotor position detector 7a, 7b Data communication means A, Data communication means B
8, 8a Control means 9, 9a Main motor control device 10, 10a Sub motor control device 11, 11a Motor 12 Encoder 13 Sub motor wire 14 Main motor wire 15 Stator 16 Rotor 17a, 17b UA phase winding 18a, 18b UB phase Winding 19 Magnet 31 Position / speed command value 32 Torque command value 33 Voltage command value 34, 41 Voltage command value of main motor 35 Rotor position information 36 Position / speed information 37, 41 Control information to slave motor 38 Data communication information 39 Voltage command value of slave motor 40 Rotor information 50, 50a, 50b Back electromotive force of UA winding 51, 51a, 51b Back electromotive force of UB winding 52, 52a Back electromotive force combining UA winding and UB winding 53, 53b Motor current of UA phase 54, 54b Motor current of UB phase 55 Motor current of U phase

Claims (3)

複数台のモータ制御装置を用いて1台のモータを駆動する多重インバータ構成のモータ制御システムにおいて、
入力された指令からモータ駆動指令を生成する制御手段と、前記モータ駆動指令によりモータに駆動電圧を供給するPWMインバータ回路と、他のモータ制御装置へモータ駆動指令を供給するデータ通信手段を有する主モータ制御装置と、
前記主モータ制御装置からのモータ駆動指令を受けるデータ通信手段と、前記主モータ制御装置から受けたモータ駆動指令によりモータに駆動電圧を供給するPWMインバータ回路を有する従モータ制御装置と、
3×M個(Mは2以上の整数)の突極磁極と、この突極磁極に巻線した三相の主巻線と従巻線をそれぞれ独立に構成したモータとを備え、
前記モータの主巻線は前記主モータ制御装置に接続され、前記従巻線は前記従モータ制御装置に接続され、
前記主モータ制御装置は、前記主巻線に供給するモータ電流に対して前記従巻線に供給するモータ電流に位相差を設ける指令分配器を有し、前記モータ駆動指令によって1台のモータを駆動することを特徴としたモータ制御システム。
In a motor control system of a multiple inverter configuration that drives a single motor using a plurality of motor control devices,
Main means having a control means for generating a motor drive command from the inputted command, a PWM inverter circuit for supplying a drive voltage to the motor by the motor drive command, and a data communication means for supplying the motor drive command to another motor control device A motor control device;
Data communication means for receiving a motor drive command from the main motor control device, a slave motor control device having a PWM inverter circuit for supplying a drive voltage to the motor in accordance with the motor drive command received from the main motor control device,
3 × M (M is an integer equal to or greater than 2) salient poles, and a motor in which the three-phase main and slave windings wound around the salient poles are independently configured,
The main winding of the motor is connected to the main motor control device, the slave winding is connected to the slave motor control device,
The main motor control device has a command distributor for providing a phase difference between the motor current supplied to the main winding and the motor current supplied to the sub winding, and one motor is controlled by the motor drive command. A motor control system characterized by driving.
前記指令分配器は、前記主巻線に供給するモータ電流と前記従巻線に供給するモータ電流に、360/(3×M)度の位相差を設ける請求項1に記載のモータ制御システム。   2. The motor control system according to claim 1, wherein the command distributor provides a phase difference of 360 / (3 × M) degrees between the motor current supplied to the main winding and the motor current supplied to the secondary winding. 前記主モータ制御装置と従モータ制御装置の台数をN(Nは2以上の整数)、前記モータのマグネットの極数を2×P(Pは整数)、突極磁極数をS(Sは3×Nの倍数)とし、前記モータは、PとSの最小公倍数がP×Sとなる組み合わせで構成する請求項1または請求項2に記載のモータ制御システム。   The number of the main motor control devices and the sub motor control devices is N (N is an integer of 2 or more), the number of magnet poles of the motor is 2 × P (P is an integer), and the number of salient poles is S (S is 3). The motor control system according to claim 1, wherein the motor is configured by a combination in which a least common multiple of P and S is P × S.
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