CN101964627A - 具备多个定子线圈的电动机的驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具备多个定子线圈的电动机的驱动系统，提供不产生每个定子线圈的电流波动、或电流振动的最佳控制。该电动机驱动系统包含：电动机，其具有分别作为电气回路而独立的多个定子线圈，该多个定子线圈中的各个定子线圈分别缠绕在不同的齿或齿组上；多个逆变器，其分别与该多个定子线圈中的各个定子线圈连接；以及多个伺服电路，其分别与该多个逆变器中的各个逆变器连接，并根据从上位控制装置取得的相同的电流指令、和作为流过分别对应的定子线圈的电流而检测出的各个电流反馈，来计算并输出对分别对应的逆变器的电压指令。

Description

具备多个定子线圈的电动机的驱动系统
技术领域
本发明涉及具有分别作为电气回路而独立的多个多相定子线圈的电动机的驱动系统。
背景技术
作为实现电动机的大容量化的方法，有通过多台逆变器(inverter)驱动在内部具有分别作为电气回路而独立的多个三相定子线圈的一台电动机。在下述专利文献1中，为了解决通过相同电流指令对在多重缠绕的多个三相定子线圈上连接的多个逆变器进行驱动时发生振动的问题，公开了通过相同电压指令、即PWM(Pulse Width Modulation：脉冲宽度调制)指令驱动全部逆变器的方式。
在下述专利文献1中公开的多重缠绕构造的电动机中，将多个线圈缠绕在同一齿上，然后插入相同槽中，因此为了确保线圈相互的绝缘，需要追加绝缘纸等。追加绝缘纸，限制了能够在槽内缠绕的铜线占用的空间，必须要缩小铜线的截面，在相同电流下的电动机的发热增加，引起电动机的特性恶化。
另一方面，已知有作为线圈的结构为了减少绝缘纸而使多个线圈在圆周方向上分散的电动机。在下述专利文献2中公开了在圆周方向上分散各线圈的电动机的构造。在该构造的电动机中，当在转子(rotor)的轴心和定子(stator)的轴心之间存在偏移、即偏心时，由于定子和转子之间的空气隙(air-gap)按每个线圈而不同，因此反向感应电压、电感等线圈常数不同。因此，如下述专利文献1中公开的那样，当通过相同电压指令驱动全部逆变器时，发生由于偏心而引起的显著的电流不平衡。
专利文献1：特开平10-42589号公报
专利文献2：特公平5-64544号公报
发明内容
鉴于上述问题而提出本发明，目的在于提供一种电动机驱动系统，其对分散缠绕了多个定子线圈的电动机、或在同一齿或齿组上多重缠绕了多个定子线圈的电动机，提供每个定子线圈不产生电流波动或电流振动的最佳控制。
为了达成上述目的，根据本发明的第一方面，提供一种电动机驱动系统，其中，具备：电动机，其具有分别作为电气回路而独立的多个定子线圈，该多个定子线圈中的各个定子线圈分别缠绕在不同的齿或齿组上；多个逆变器，其分别与该多个定子线圈中的各个定子线圈连接；以及多个伺服电路，其分别与该多个逆变器中的各个逆变器连接，并根据从上位控制装置取得的相同的电流指令、和作为流过分别对应的定子线圈的电流而检测出的各个电流反馈，来计算并输出对分别对应的逆变器的电压指令。
另外，根据本发明的第二方面，提供一种电动机驱动系统，其中，具备：电动机，其具有分别作为电气回路而独立的多个定子线圈，该多个定子线圈中的各个定子线圈与其它至少一个定子线圈一起多重缠绕在同一齿或齿组上，形成多个定子线圈组；多个逆变器，其分别与该多个定子线圈中的各个定子线圈连接；以及针对每一个该定子线圈组而设置的多个伺服电路，该多个伺服电路分别与多个逆变器连接，该多个逆变器与属于对应的定子线圈组的多个定子线圈相对应，该多个伺服电路根据从上位控制装置取得的相同的电流指令、和作为流过与该定子线圈组对应的多个定子线圈的电流而检测出的多个电流反馈的合计值或平均值，来计算并输出对如下多个逆变器的相同的电压指令，该多个逆变器与属于该定子线圈组的多个定子线圈相对应。
在不同的齿或齿组上缠绕了电气上独立的线圈彼此的电动机的情况下，当转子的轴心和定子的轴心之间存在偏移(偏心)时，线圈的电气特性(反向感应电压、电感等)针对每个线圈而不同。因此，当通过相同电压指令(PWM指令)驱动全部线圈时，流过线圈的电流具有针对每个线圈而不同的电流值。基于本发明的第一方面的电动机驱动系统，对与各线圈对应的伺服电路提供相同的电流指令，因此各线圈的电流成为相同值。
在线圈与其他线圈一起被多重缠绕在同一齿或齿组上而形成了线圈组的电动机的情况下，当通过相同电流指令对与线圈组内的多个线圈对应的多个逆变器分别地进行PWM驱动时，由流过一个线圈的电流在齿内产生的磁通在另一线圈中感应出反向感应电压，电流控制不稳定，电流振动。基于本发明的第二方面的电动机驱动系统，通过相同的电压指令(PWM指令)能够抑制电流的振动。
附图说明
通过参照附图进行的以下说明，能够明了本发明的其他特征以及好处。附图中，
图1是表示本发明的电动机驱动系统的第一实施方式中成为对象的电动机的线圈构造的图。
图2是表示本发明的电动机驱动系统的第一实施方式的结构的图。
图3是表示本发明的电动机驱动系统的第二实施方式中成为对象的电动机的线圈构造的图。
图4是表示本发明的电动机驱动系统的第二实施方式的结构的图。
图5是表示本发明的电动机驱动系统的第三实施方式中成为对象的电动机的线圈构造的图。
图6是表示本发明的电动机驱动系统的第三实施方式的结构的图。
图7是表示本发明的电动机驱动系统的第四实施方式中成为对象的电动机的线圈构造的图。
图8是表示本发明的电动机驱动系统的第四实施方式的结构的图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。图1是表示本发明的电动机驱动系统的第一实施方式中成为对象的电动机的线圈构造的图。图2是表示该第一实施方式的结构的图。在第一实施方式中的电动机中，如图1所示那样配置绕组(coil)(单位线圈)UI、...U4、V1、...、V4、W1、...、W4。并且，如图2所示，连接U1、U2、V1、V2、W1以及W2，形成了作为电气回路而独立的三相定子线圈C1。同样地，连接U3、U4、V3、V4、W3以及W4，形成了作为电气回路而独立的三相定子线圈C2。
这样，第一实施方式的电动机具备分别作为电气回路而独立的两个三相定子线圈C1和C2，三相定子线圈C1以及C2缠绕在不同的齿组上。并且，在三相定子线圈C 1上连接了作为电力变换电路的PWM逆变器I1。而且，在PWM逆变器I1上连接了伺服电路S1。同样地，在三相定子线圈C2上连接PWM逆变器I2，在PWM逆变器I2上连接了伺服电路S2。
从公共的上位控制电路对伺服电路S1以及S2提供相同的电流指令。伺服电路S1根据接收到的电流指令、和作为流过三相定子线圈C1的电流而检测出的电流反馈，计算并输出对PWM逆变器I1的电压指令。同样地，伺服电路S2根据接收到的电流指令、和作为流过三相定子线圈C2的电流而检测出的电流反馈，计算并输出对PWM逆变器I2的电压指令。
这样，在第一实施方式中，分别在不同的齿组上缠绕了在电气上独立的多个三相定子线圈的电动机的情况下，构成了各个线圈分别与逆变器连接，各逆变器分别与伺服电路连接，各伺服电路从上位控制装置取得相同的电流指令的驱动系统。并且，各伺服电路根据从上位控制装置接收到的电流指令和电动机的电流反馈，计算对逆变器的电压指令并发送到连接的逆变器。
在第一实施方式中，两个三相定子线圈缠绕在不同的齿组上，因此，即使通过相同的电流指令驱动两个三相定子线圈，电流也不振动。另外，在存在偏心的情况下，三相定子线圈的电气特性不同，但两个三相定子线圈通过相同电流指令被控制，因此可以不发生各个三相定子线圈的电流波动地进行控制。此外，作为各相(U相、V相以及W相)的绕组的结构，构成为单一的绕组、或者串联或并联连接多个绕组，是设计的选择事项。
图3是表示本发明的电动机驱动系统的第二实施方式中成为对象的电动机的线圈构造的图。图4是表示该第二实施方式的结构的图。在第二实施方式中的电动机中，如图3所示，与第一实施方式同样地配置绕组(单位线圈)U1、...、U4、V1、...、V4、W1、...、W4。并且，如图4所示连接U1、V1以及W1，形成了作为电气回路而独立的三相定子线圈C1。另外，同样地形成了作为电气回路而独立的另外三个三相定子线圈C2、C3以及C4。
这样，第二实施方式中的电动机具备分别作为电气回路而独立的4个三相定子线圈C1、C2、C3以及C4，三相定子线圈C1、C2、C3以及C4缠绕在不同的齿组上。并且，与第一实施方式同样，对应于三相定子线圈C1、C2、C3以及C4设置了PWM逆变器I1、I2、I3以及I4，以及伺服电路S1、S2、S3以及S4。各PWM逆变器以及各伺服电路的动作与第一实施方式中的各PWM逆变器以及各伺服电路的动作相同。
因此，在第二实施方式中，4个三相定子线圈也缠绕在不同的齿组上，因此即使通过相同电流指令驱动4个三相定子线圈电流也不振动。另外，在存在偏心的情况下，三相定子线圈的电气特性不同，但由于通过相同电流指令控制4个三相定子线圈，因此可以不发生各个三相定子线圈的电流波动地进行控制。
图5是表示本发明的电动机驱动系统的第三实施方式中成为对象的电动机的线圈构造的图。图6是表示该第三实施方式的结构的图。在第三实施方式的电动机中，如图5所示配置绕组(单位线圈)U1a、...、U4a、V1a、...、V4a、W1a、...、W4a、U1b、...、U4b、V1b、...、V4b、W1b、...、W4b。并且，如图6所示连接U1a、U2a、V1a、V2a、W1a以及W2a，形成了作为电气回路而独立的三相定子线圈C1。另外，同样地形成了作为电气回路而独立的另外3个三相定子线圈C2、C3以及C4。
另外，在第三实施方式中，如图5所示在同一齿组上多重地缠绕三相定子线圈C1(由U1a-U2a、V1a-V2a、W1a-W2a构成)和三相定子线圈C2(由U1b-U2b、V1b-V2b、W1b-W2b构成)，构成了一个定子线圈组G1。同样地，在同一齿组上多重地缠绕三相定子线圈C3(由U3a-U4a、V3a-V4a、W3a-W4a构成)和三相定子线圈C4(由U3b-U4b、V3b-V4b、W3b-W4b构成)，构成了另一个定子线圈组G2。
并且，如图6所示，与第一实施方式以及第二实施方式同样地在三相定子线圈C1、C2、C3以及C4上分别连接了PWM逆变器I1、I2、I3以及I4。
另外，如图6所示，对应于定子线圈组G1设置了伺服电路S1。伺服电路S1连接在与属于定子线圈组G1的两个三相定子线圈C 1以及C2对应的两个PWM逆变器I1以及I2上。同样地，对应于定子线圈组G2设置了伺服电路S2。伺服电路S2连接在与属于定子线圈组G2的两个三相定子线圈C3以及C4对应的两个PWM逆变器I3以及I4上。
从公共的上位控制电路对伺服电路S1以及S2提供相同的电流指令。伺服电路S 1根据作为流过三相定子线圈C1的电流而检测出的电流反馈、和作为流过三相定子线圈C2的电流而检测出的电流反馈，计算这些电流反馈的合计值或平均值。并且，伺服电路S1根据接收到的电流指令和计算出的合计值或平均值，计算并输出对PWM逆变器I1以及I2的相同的电压指令。伺服电路S2进行与伺服电路S1的动作相同的动作。
这样，在第三实施方式中，在把多重缠绕在同一齿或齿组上的多个线圈构成为一个线圈组的情况下，构成为多重缠绕的线圈组内的多个线圈分别与多个逆变器连接，与一个线圈组对应的各逆变器与一个伺服电路连接，从伺服电路向各逆变器提供相同的电压指令。
在第三实施方式的电动机中，当转子的轴心和定子的轴心之间存在偏移(偏心)时，成为相同线圈组的两个线圈的电气特性的波动小，但不同线圈组的两个线圈的电气特性的波动增大。在图6中，对控制各线圈组的电流的各个伺服电路提供相同的电流指令，根据构成线圈组的两个线圈的合计电流值或平均电流值控制电流，，从伺服电路对与构成线圈组的两个线圈分别连接的两个逆变器提供相同电压指令(PWM指令)。
根据第三实施方式的驱动系统，在不同的齿组上缠绕不同线圈组，由于偏心，每个线圈组的电气特性不同，但由于对每个线圈组提供相同的电流指令，因此可以不发生由偏心引起的电流波动地进行控制。另外，构成各线圈组的两个线圈多重缠绕在同一齿组上，因此，当独立地对对应的逆变器进行PWM控制时，电流发生振动，但在本驱动系统中，由于对与构成线圈组的两个线圈对应的逆变器提供相同电压指令(PWM指令)，因此电流不振动。
图7是表示在本发明的电动机驱动系统的第四实施方式中成为对象的电动机的线圈构造的图，图8是表示该第四实施方式的结构的图。第三实施方式是由4个电气上独立的三相定子线圈形成两个定子线圈组的例子，与之相对，第四实施方式是由8个电气上独立的三相定子线圈形成两个定子线圈组的例子。由于仅存在上述不同点，因此省略其说明。
以上，描述了本发明的实施方式，当然，本发明不限于此。例如，在本实施方式中为了产生旋转磁场而使用了三相交流，但也可以使用三相交流以外的多相交流。
本发明可以通过其他特定形态来具体化。因此，本实施例应被视为在全部方面举例表示、且非限定的例子，本发明的范围不通过前面的说明表示，而通过附加的权利要求的范围来表示，因此，归结到该权利要求的范围的意义以及等同的范围的全部变更，都包含于其中。

Claims (2)

1.一种电动机驱动系统，其特征在于，
具备：
电动机，其具有分别作为电气回路而独立的多个定子线圈，该多个定子线圈中的各个定子线圈分别缠绕在不同的齿或齿组上；
多个逆变器，其分别与该多个定子线圈中的各个定子线圈连接；以及
多个伺服电路，其分别与该多个逆变器中的各个逆变器连接，并根据从上位控制装置取得的相同的电流指令、和作为流过分别对应的定子线圈的电流而检测出的各个电流反馈，来计算并输出对分别对应的逆变器的电压指令。
2.一种电动机驱动系统，其特征在于，
具备：
电动机，其具有分别作为电气回路而独立的多个定子线圈，该多个定子线圈中的各个定子线圈与其它至少一个定子线圈一起多重缠绕在同一齿或齿组上，形成多个定子线圈组；
多个逆变器，其分别与该多个定子线圈中的各个定子线圈连接；以及
针对每一个该定子线圈组而设置的多个伺服电路，该多个伺服电路分别与多个逆变器连接，该多个逆变器与属于对应的定子线圈组的多个定子线圈相对应，该多个伺服电路根据从上位控制装置取得的相同的电流指令、和作为流过与该定子线圈组对应的多个定子线圈的电流而检测出的多个电流反馈的合计值或平均值，来计算并输出对如下多个逆变器的相同的电压指令，该多个逆变器与属于该定子线圈组的多个定子线圈相对应。
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