CN102396149B - 多相交流电动机、其驱动装置以及驱动方法 - Google Patents

Abstract

如爪齿型交流电动机(108)那样，以降低处于三相不平衡状态的交流电动机的磁通量脉动以及转矩脉动为目的，对于向电动机提供可变电压/可变频率的三相交流的逆变器(106)，除了由补正部(102)根据由电流补正部分计算部(103)所计算出的补正部分来对原本所给出的各相的电流指令值中的定子磁芯的磁阻比其它相小的中间相(V相)的电流指令进行减小补正之外，还将不平衡的三相交流提供给电动机(108)，从而降低电角度2次的磁通量脉动和同次数的转矩脉动。

Description

多相交流电动机、其驱动装置以及驱动方法

技术领域

技术领域

本发明涉及不平衡状态下的多相交流电动机、其驱动装置以及驱动方法。

背景技术

背景技术

多相交流电动机，特别是永磁体同步电动机，充分发挥其小型、高效率的特长，在家电、产业、汽车等中，其应用用途不断扩大。特别是近年来，电动机的驱动方式从矩形波通电型被替换为正弦波通电型的产品增加，在无位置传感器控制下的转子位置推定、高精度转矩控制等的用途中，电阻、电感、感应电压常数等电动机的电气常数设定值的输入成为必须的控制器不断增加。因此，若不能正确地鉴别并输入电动机的电气常数，则会给控制性能带来较大的影响。其中，电感对磁芯的磁的非线性特性有强烈的影响，较大地呈现出磁饱和的影响。

根据这样的背景，目的在于电动机的小型化、低成本化，例如如专利文献1所公开那样，开发出了由压粉磁芯形成的环状爪磁芯的定子和位于该定子的环内的转子而构成的爪齿型(claw teeth)电动机。但是，如专利文献1所述那样，该爪齿型电动机由于三相独立的定子在轴方向上重叠，因此，中间相的磁阻比其它相要小，在原理上有三相不平衡的特性。因此，产生电角度2次(每一电角度周期2周期)的磁通量脉动，进而引起同次数的转矩脉动。

关于降低爪齿型电动机的磁通量脉动或转矩脉动的技术，在专利文献1或专利文献2中进行了公开。

首先，在专利文献1中，是如下技术：在各相在轴方向上相邻的构造上，对三相不平衡的爪齿型电动机的磁阻相间地设置由非磁性体构成的磁绝缘材料，由此使其平衡的技术。作为爪齿型电动机的特征，构造为由于三相独立的定子在轴方向上相邻而导致中间相的磁阻较小，引起三相不平衡。因此，在该现有技术1中，通过相间地插入磁绝缘材料来实施磁绝缘，使三相平衡，由此降低电角度2次的磁通量脉动，进而降低了同次数的转矩脉动。

另外，在专利文献2中，公开了如下技术：预先在转矩脉动算出单元中算出转矩脉动，将算出的转矩脉动分量和相反相位的波形加在指令值上，来降低脉动分量。在该现有技术2中，使用电动机的转矩脉动算出单元来预先求取脉动特性，在驱动时，在转矩脉动指令上加上该特性，由此来降低转矩脉动。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2008-29142号公报

专利文献2：JP特开2006-246601号公报

发明概要

发明要解决的课题

若列举现有技术的问题点，则在相间地施加磁绝缘的方法中，轴方向的长度变长，结果电动机的尺寸变大。

另外，在通过转矩脉动算出单元来预先算出转矩脉动，并在指令值上加上其相反相位的方法中，转矩脉动的算出较困难，测量、解析作业的次数会增加，导致变得复杂。

发明内容

本发明考虑上述问题点而提出，目的在于提供一种能简单地补正本来需要的电流或电压的指令值，将补正结果用于交流电动机控制中的多相交流电动机、其驱动装置以及驱动方法。

用于解决课题的手段

本发明的其中一个方面，特征在于，交流电动机的驱动装置具备：多相交流电动机，其具备定子磁极按每一相而独立构成的多相定子磁极；逆变器，其对该电动机施加基于脉冲宽度调制的可变电压/可变频率的多相交流；和控制装置，其控制所述逆变器；所述控制装置具备补正部，该补正部使施加于所述定子磁极的至少1个相的交流的振幅以及/或者相位与施加于其它的相的交流之间处于不平衡状态。

在本发明的期望的实施方式中，使所述补正部构成为：在所述多相交流电动机的定子磁极的磁阻的大小与其它相不同的至少1相的定子线圈上，施加与其它相的定子线圈不同的振幅的交流。

最适于应用本发明的多相交流电动机是爪齿型的m相交流电动机，其具备：多个上侧以及下侧的爪磁极，该多个爪磁极设置于定子磁芯的内侧部；1相的定子磁极，其在所述上侧以及下侧的爪磁极间夹入环状线圈而构成；m相的定子磁极，其使该1相的定子磁极以电角度2π/m间隔错开并配置于轴方向上而构成；以及转子，其在所述爪磁极的内周侧，隔着规定的空隙按照能旋转的方式被支撑。

在本发明的期望的实施方式中，使所述补正部构成为：输入补正部分计算部的输出，并按照该输入来补正为不平衡状态，其中，所述补正部分计算部基于事前的解析或测量的结果来计算补正部分。

在本发明的其它的期望的实施方式中，具备：电压测定器，其测定在运转中从所述逆变器施加给所述多相交流电动机的电压；和指令值运算部，其输入该电压测定器的输出，并计算用于设为不平衡状态的指令值。

发明的效果

在本发明中，若将通过公开的发明中的具有代表性的特征而获得的效果进行简单的说明，则如下所述。

根据本发明的期望的实施方式，不会增加电动机的尺寸，另外，不使用复杂的转矩脉动算出单元，通过来自控制面的途径就能实现脉动降低。

作为具体的方法，通过用单纯的公式表示能降低脉动这样的产生交流的指令值，并将其嵌入控制中，就能简单地降低电角度2次的磁通量脉动，进而降低同次数的转矩脉动。

本发明的其它的目的和特征在以下所述的实施方式中明确。

附图说明

附图的简单说明

图1是表示本发明的多相交流电动机的驱动装置中的第1实施方式的系统构成的框图。

图2是表示本发明的多相交流电动机的驱动装置中的第2实施方式的系统构成的框图。

图3是表示本发明的多相交流电动机的驱动装置中的第3实施方式的系统构成的框图。

图4是表示本发明的多相交流电动机的驱动装置中的第4实施方式的系统构成的框图。

图5是表示本发明的多相交流电动机的驱动装置中的第5实施方式的系统构成的框图。

图6是说明本发明的第5实施方式的处理流程图。

图7是示出表示本发明的第6实施方式的爪齿型电动机的定子构造的概略的剖面立体图。

图8是示出表示本发明的第7实施方式的爪齿型电动机的定子构造的概略的剖面立体图。

图9是示出表示本发明的第8实施方式的爪齿型电动机的定子构造的概略的剖面立体图。

图10是爪齿型三相交流电动机的相对于q轴电流的转矩脉动特性图。

图11是爪齿型三相交流电动机的相对于q轴电流的磁通量脉动相位特性图。

图12是爪齿型三相交流电动机的相对于q轴电流的转矩脉动相位特性图。

图13是表示本发明的一个实施方式的爪齿型三相交流电动机的相对于q轴电流的转矩脉动振幅的降低效果的特性图。

图14是表示本发明的多相交流电动机的驱动装置的第9实施方式的概略构造图。

图15是表示本发明的多相交流电动机的驱动装置的第10实施方式的概略构造图。

具体实施方式

用于实施发明的方式

接下来，参照图1～图14来说明本发明的交流电动机的驱动装置的实施方式。另外，在以下的实施方式中，作为交流电动机使用爪齿型电动机来进行说明，但关于其它的电动机(原理上引起磁不平衡的电动机)，也同样能实现。

(第1实施方式)

图1是表示本发明的多相交流电动机的驱动装置的第1实施方式的系统构成的框图。作为第1实施方式的驱动装置的控制部，具备产生流过电动机的电流的指令值的电流指令发生器101、和根据电流指令值来产生脉冲宽度调制信号(下面略称为PWM信号)的控制器100。作为主电路，具备：由PWM信号来驱动的逆变器106、用于对逆变器106提供直流电压的变换器107、和作为控制对象的爪齿型电动机108。另外，作为控制用的辅助设备，具备：检测逆变器106向爪齿型电动机108提供的U、V相电流的U、V相电流检测器109、110；和检测逆变器106的输入电压Edc的电压检测器。

根据本发明，在控制装置100中追加：用于补正中间相(V相)的电流值的补正部102、和计算补正的电流值的电流补正部分计算部103。原本的控制部由以下部分构成，即：根据电流指令值来计算施加给电动机的交流施加电压指令值的电压指令运算部104、和将交流施加电压指令值变换为脉冲宽度调制信号(下面略称为PWM信号)并输出的PWM发生部105。

接下来，关于图1的驱动系统，对其动作进行说明。

首先，通过图1的电流指令发生器101产生U、V、W相各个电流指令值。接下来，通过补正部102来补正中间相(V相)的电流指令值。通过电流补正部分计算部103来计算进行补正的电流指令值。通过电压指令运算部104，根据包含补正后的中间相的电流指令值在内的三相各个电流指令值来计算电压指令值。通过PWM发生部105将计算出的电压指令值变换成PWM信号。通过变换器107对逆变器106施加直流电压Edc，并给出PWM发生部105的PWM信号，由此将可变电压/可变频率的三相交流提供给爪齿型电动机108，并对其进行驱动。在此，U相的电流值Icu通过U相电流检测器109而检测出，W相的电流值Icw通过W相电流检测器110而检测出，将检测结果反馈给电压指令运算部104，并用于电压指令值运算中。

在此，对作为本发明的主要部分的补正部102的效果进行说明。

在爪齿型电动机108中，中间相(V相)的磁阻较小，原理上成为磁三相不平衡，产生电角度2次的磁通量脉动，从而引起同次数的转矩脉动。为了降低这些磁通量脉动以及转矩脉动，而设置补正部102。进行设定，以使得电流指令值的振幅仅变化中间相的电流指令补正部分ΔI的量。通过电流补正部分计算部103，根据事前的基于模拟的解析和测定结果来计算ΔI，通过将ΔI给予补正部102，能实现电角度2次的磁通量脉动以及同次数的转矩脉动的降低。

具体地，使用下面的(1)式来降低V相电流指令值。

[数1]

i_u＝-I₁sinθ_d

$i_w={-I}_1\sin ({\mathrm{\θ}}_d+\frac{2}{3}\mathrm{\π})$

…………(1)

在此，针对电流基波矢量位于q轴方向的情况，使用(1)式来降低电流值。(1)式所示的θd表示以U相绕线轴为基准，从该基准到d轴为止的角度。在此，说明为了降低爪齿型电动机特有的电角度2次的脉动，而在中间相施加不同的振幅的交流的方法。关于数式中的“负正号”，在中间相的磁阻较小的情况下使用“负号”，反之，在中间相的磁阻较大的情况下使用“正号”。

另外，关于U相的磁阻不同的构造(磁阻较小的情况、磁阻较大的情况)的电动机控制的情况，使用(2)式。

[数2]

$i_v=-I_1\sin ({\mathrm{\θ}}_d-\frac{2}{3}\mathrm{\π})$

$i_w={-I}_1\sin ({\mathrm{\θ}}_d+\frac{2}{3}\mathrm{\π})$

…………(2)

同样地，关于W相的磁阻不同的构造(磁阻较小的情况、磁阻较大的情况)的电动机的情况，使用(3)式。

[数3]

i_u＝-I₁sinθ_d

$i_v={-I}_1\sin ({\mathrm{\θ}}_d-\frac{2}{3}\mathrm{\π})$

…………(3)

另外，在如爪齿电动机那样各相独立构成的电动机的情况下，也会出现由于各相的安装位置的误差而导致各相的相位关系不平衡的情况。在该情况下，能通过使(1)～(3)式的相位变化来应对。例如，在U相的安装位置为以电角度超前α度的相位的情况，通过使用(4)式，能降低脉动。

[数4]

i_u＝-I₁sin(θ_d+α)

$i_w={-I}_1\sin ({\mathrm{\θ}}_d+\frac{2}{3}\mathrm{\π})$

…………(4)

在此，关于ΔI，只要根据事前的基于模拟的解析以及测定结果，用(5)式将电流振幅I₁的比例例如计算为n[％]即可。

[数5]

ΔI＝n[％]×I₁

…………(5)

此时的百分率n[％]考虑如下两种情况，即：某电流振幅I₁时设百分率固定的情况、和伴随电流振幅I₁的变化而百分率n[％]变化的情况。

(第2实施方式)

图2是表示本发明的多相交流电动机的驱动装置的第2实施方式的系统构成的框图。第2实施方式的驱动装置的控制部具备：产生决定电动机的转子的速度的速度指令值的速度指令发生器201；产生d轴、q轴、以及零相的电流指令值的电流指令发生器202、根据指令值来调整PWM信号的控制器200。作为主电路，具备：用于向逆变器208提供直流电压的变换器209、通过PWM信号来驱动的逆变器208、和作为控制对象的爪齿型电动机210。另外，作为控制用的辅助设备，具备：检测逆变器208向电动机210提供的U～W相电流的U～W相电流检测器211～213、检测电动机的转子位置的位置传感器215、以及检测逆变器输入电压Edc的电压检测器216。

根据本发明，在控制器200中，附加了分别补正d轴电流、q轴电流、以及零相电流的补正部203、和计算补正的电流值的电流补正部分计算部204。另外，作为原本的控制部，具备：根据各个指令值来计算d轴、q轴、以及零相的电压指令值的电压指令运算部205、将计算出的电压指令值变换为三相交流轴上的值的dq逆变换部206、根据由dq逆变换部206变换后的电压指令值来产生PWM信号的PWM发生部207、以及将由电动机检测出的各个三相交流轴上的电流值变换为旋转坐标轴即dc-qc轴上的分量的dq坐标变换部214。

关于图2的驱动系统，说明其动作。

首先，通过图2的速度指令发生器201产生速度指令，通过电流指令发生器202来产生d轴、q轴、以及零相的电流指令值。通过补正部203来补正所产生的指令值。通过电流补正部分计算部204来计算补正中所使用的值。由补正部203所补正过的电流指令值、速度指令值通过电压指令运算部205被计算为电压指令值。计算出的电压指令值通过dq逆变换部206而被从旋转坐标轴的值变换为三相交流轴上的值。变换后的三相各个电压指令值通过PWM发生部207被变换为PWM信号。

通过变换器209对逆变器208施加直流电压，通过从PWM发生部207给出PWM信号来驱动逆变器208，向爪齿型电动机210提供可变电压/可变频率的三相交流。

通过U～W相电流检测器211～212来检测U～W相的电流值。这种情况下，由于假定电动机不是Y接线，因此三相分别需要检测器。检测出的电流值通过dq坐标变换部214而从三相交流坐标轴上的值被变换为旋转坐标轴上的值。变换后的各个电流值分别被反馈，用于电压指令运算中。另外，通过位置传感器215检测转子的位置，将它们用于dq坐标变换或dq逆变换时的计算中。

在此，关于作为本发明的主要部分的补正部203的效果进行说明。

在爪齿型电动机210中，中间相(V相)的磁阻较小，原理上成为磁三相不平衡，产生电角度2次的磁通量脉动，从而引起同次数的转矩脉动。为了降低这些磁通量脉动以及转矩脉动，设置补正部203。其中，图2的情况与图1不同，由于将指令值从三相交流坐标轴上的值变换为旋转坐标轴上的值，因此，需要对d轴电流指令值、q轴电流指令值、以及零相电流值分别进行补正计算。此时需要的ΔI的值通过电流补正部分计算部204根据事前的基于模拟的解析、测定结果来进行计算。通过将该计算出的值给予补正部203，实现了降低电角度2次的磁通量脉动以及同次数的转矩脉动的降低。

在此，针对电流基波矢量位于q轴方向的情况，使用(6)式来降低电流指令值。

[数6]

$i_d=\±\frac{\mathrm{\ΔI}}{3}\cos ({2\mathrm{\θ}}_d+\frac{\mathrm{\π}}{6})$

…………(6)

(6)式中所示的θd表示以U相绕线轴为基准，从该基准到d轴为止的角度。在此，说明为了降低爪齿型电动机210特有的电角度2次的脉动，而在中间相重叠不同的振幅的交流的方法。与前面相同，关于数式中的“负正号”，在中间相的磁阻较小的情况下使用“负号”，反之，在中间相的磁阻较大的情况下使用“正号”。

另外，关于U相磁阻与其它相不同的构造的电动机控制的情况，使用(7)式。

[数7]

$i_d=\±\frac{\mathrm{\ΔI}}{3}\sin \left({2\mathrm{\θ}}_d\right)$

$i_0=\±\frac{\mathrm{\ΔI}}{3}\sin \left({\mathrm{\θ}}_d\right)$

…………(7)

同样地，关于W相的磁阻与其他相不同的构造的电动机控制的情况，使用(8)式。

[数8]

$i_0=\±\frac{\mathrm{\ΔI}}{3}\cos ({\mathrm{\θ}}_d+\frac{\mathrm{\π}}{6})$

…………(8)

在基于这些(6)～(8)式的补正中，在d轴、q轴、以及零相中，在d轴和q轴中的至少一方的指令值上重叠电角度2次的交流，在零相上重叠1次的交流。

另外，如前所述，在如爪齿电动机这样的各相独立构成的电动机的情况下，有因为各相的安装位置误差而导致的各相的相位关系不平衡的情况。这种情况下，由于会产生电角度2次的脉动，因此，与(4)式相同的思路，能通过使(6)～(8)式中的相位变化来应对。

另外，(6)～(8)式的情况的补正量ΔI也与(5)式同样来计算。

(第3实施方式)

图3是表示本发明的多相交流电动机的驱动装置的第3实施方式的系统构成的框图。第3实施方式的驱动装置的控制部具备：产生d轴、q轴的电流指令值的电流指令发生器301、产生速度指令值的速度指令发生器302、和根据指令值来调整PWM信号的控制器300。作为主电路，具备：用于向逆变器308提供直流电压的变换器309、通过PWM信号来驱动的逆变器308、和作为控制对象的爪齿型电动机310。另外，作为控制用的辅助设备，具备：检测逆变器308向电动机310提供的U、W相电流的U、W相电流检测器311、312；检测旋转的电动机的位置的位置传感器314；以及检测逆变器输入电压Edc的电压检测器315。

根据本发明，在控制器300中，附加：补正q轴电流指令值的补正部303、计算重叠于该补正器的电流补正部分的电流补正部分计算部304。另外，作为原本的控制部，具备：根据d轴、q轴的电流指令值和速度指令值来计算电压指令值的电压指令运算部305；将d轴、q轴的电压指令值变换为三相交流坐标轴上的值的dq逆变换部306；根据电压指令值来产生PWM信号的PWM发生部307；和将由电动机所检测出的各个电流值变换为旋转坐标轴上的值的dq坐标变换部313。

关于图3的驱动系统，说明其动作。

首先，通过图3的d轴电流指令发生器301产生d轴、q轴的电流指令值，通过速度指令发生器302产生速度指令值。通过补正部303补正q轴电流指令值。通过电流补正部分计算部304来计算补正中所使用的值。通过电压指令运算部305将各个电流指令值和速度指令值计算成电压指令值，并通过dq逆变换部306将计算出的电压指令值从旋转坐标轴上的值变换为三相交流坐标轴上的值。变换后的三相各个电压指令值通过PWM发生部307被变换为PWM信号。

通过变换器309对逆变器308施加直流电压，从PWM发生部307给出PWM信号，由此来驱动逆变器308，向爪齿型电动机310提供可变电压/可变频率的三相交流。

在此，U相的电流值通过U相电流检测器311检测，W相的电流值通过W相电流检测器312检测。在电动机为Y接线的情况下，只要能检测出三相中的两个电流就能计算剩下的1个，因此，不需要第3个检测器。进而，通过dq坐标变换部313将检测出的三相电流从三相交流坐标轴上的值变换为旋转坐标轴上的值。变换后的d轴、q轴的电流值被反馈，用于电压指令运算中。另外，通过位置传感器314检测转子的位置，并将其用于dq坐标变换或dq逆变换时的计算中。

在此，说明作为本发明的主要部分的补正部303的效果。

在爪齿型电动机310中，中间相(V相)的磁阻较小，原理上成为磁三相不平衡，产生电角度2次的磁通量脉动，从而引起同次数的转矩脉动。为了降低这些磁通量脉动以及转矩脉动，而设置补正部303。其中，图3的情况与图2相同，由于变换为旋转坐标轴上的值，因此，需要对d轴电流指令值、q轴电流指令值、以及零相电流值进行补正。但是，在不希望让控制复杂化的情况下，如果将d轴电流控制为0，由于电动机的接线是Y接线，因此零相电流为0，因此，补正的电流指令值仅为q轴电流指令值即可。此时需要的ΔI的值通过电流补正部分计算部304根据事前的基于模拟的解析、测定结果来进行计算。通过将该计算出的值给予补正部303，实现了降低电角度2次的磁通量脉动以及同次数的转矩脉动的降低。

在此，在电流基波矢量位于q轴方向上的情况下，使用(9)式来降低电流值。

[数9]

i_d＝0

i₀＝0

…………(9)

(9)式中所示的θd表示以U相绕线轴为基准，从该基准到d轴为止的角度。在此，说明为了降低爪齿型电动机310特有的电角度2次的脉动，在中间相电流中重叠不同的振幅的指令值的方法。但是，与前述相同，关于数式中的“负正号”，在中间相的磁阻较小的情况下使用“负号”，反之，在中间相的磁阻较大的情况下使用“正号”。

另外，关于U相磁阻与其它相不同的构造的电动机控制的情况，使用(10)式。

[数10]

i_d＝0

i_q＝i_q ^*±Δi_qcos(2θ_d)

i₀＝0

…………(10)

同样地，关于W相的磁阻与其他相不同的构造的电动机的情况，使用(11)式。

[数11]

i_d＝0

$i_q={i_q}^{*}\±{\mathrm{\Δi}}_q\sin ({2\mathrm{\θ}}_d-\frac{\mathrm{\π}}{6})$

i₀＝0

…………(11)

另外，在如爪齿电动机这样的各相独立构成的电动机的情况下，有因为各相的安装位置误差而导致的各相的相位关系不平衡的情况。这种情况下，由于也会产生电角度2次的脉动，因此，能仿照(4)式，使(9)～(11)式中的相位变化来应对。

另外，这种情况下的补正量Δi_q也与(5)式相同，使用(12)式算出。

[数12]

Δi_q＝n[％]×i_q ^*

…………(12)

接下来，使用图10～图13来说明控制的结果。

图10～图13是以中间相的磁阻较小的爪齿型电动机为对象的模拟结果。

在此，实际产生的转矩脉动振幅如图10所示，有按照q轴电流的大小增加的倾向。但是，如图11、图12所示，2次的磁通量脉动以及转矩脉动不因q轴电流的大小而改变相位，可以说是大致固定。因此，通过在确定的相位重叠电角度2次的交流，能降低2次的磁通量脉动以及同次数的转矩脉动。

图13表示使用(12)式进行了脉动降低补正的结果的模拟数据。

在图中虚线所示的结果为进行脉动降低补正之前，实线所示的结果是进行了脉动降低补正后的结果。根据图13，可以说能够充分降低2次的脉动振幅。

另外，在希望降低q轴电流Iq较大的区域中的转矩脉动的情况下，只要按照电流指令iq^*的大小来增大(5)式、(12)式中的n的值，则即使在较大的q轴电流区域，也能谋求期望的转矩脉动的降低。

(第4实施方式)

图4是表示本发明的多相交流电动机的驱动装置中的第4实施方式的系统构成的框图。

第4实施方式的驱动装置的控制部具备：产生用于计算电压指令值的指令值的指令值发生器401、和根据指令值来调整PWM信号的控制器400。

作为主电路，具备：用于对逆变器406施加直流电压的变换器407、通过PWM信号来驱动的逆变器406、和作为控制对象的爪齿型电动机408。

另外，作为控制用的辅助设备，具备：检测逆变器406提供给电动机408的U相电流的U、W相电流检测器409、410；以及检测逆变器输入电压Edc的电压检测器411。

在控制器400中，首先具备：本来的根据指令值来计算电压指令值的电压指令运算部402、和根据电压指令值来产生PWM信号的PWM发生部405。另外，根据本发明，附加：用于补正中间相(V相)电压指令值的补正部403、和计算补正中所使用的值的电压补正部分计算部404。

关于图4的驱动系统，说明其动作。

首先，通过图4的指令值发生器401产生用于计算电压指令值的指令值。通过电压指令运算部402将产生的指令值计算为电压指令值。其中，通过补正部403来补正中间相(V相)的电压指令值。通过电压补正部分计算部404来计算补正中所使用的值。三相各个电压指令值通过PWM发生部405而被变换为PWM信号。

通过变换器407对逆变器406施加直流电压，通过从PWM发生部405给出PWM信号来驱动逆变器406，向爪齿型电动机408提供可变电压/可变频率的三相电流。

在此，U相电流值通过U相电流检测器409检测，W相电流值通过W相电流检测器410检测。与前述相同，在电动机是Y接线的情况下，只要能检测出三相中的两相的电流，则就能计算剩下的一相，各个检测电流值被反馈到电压指令运算部，用于电压指令值运算中。

在此，说明作为本发明的主要部分的补正部403的效果。

在爪齿型电动机408中，中间相(V相)的磁阻较小，在原理上成为磁三相不平衡，产生电角度2次的磁通量脉动，从而引起同次数的转矩脉动。为了降低这些磁通量脉动以及转矩脉动，设置补正部403。其中，图4的情况中，如到此为止的实施方式那样，不是补正电流指令值，而是补正相对于施加给电动机408的逆变器的输出电压的电压指令值的振幅。

此时需要的电压补正量通过电压补正部分计算部404根据事前的基于模拟的解析、测定结果来计算。通过将该计算出的值给予补正部403，实现电角度2次的磁通量脉动以及同次数的转矩脉动的降低。

(第5实施方式)

图5是表示本发明的多相交流电动机的驱动装置的第5实施方式的系统构成的框图。

第5实施方式的驱动装置的控制部具备：产生用于驱动电动机的电流指令值的电流指令发生器501、和根据指令值来调整PWM信号的控制器500。

作为主电路，具备：通过PWM信号来驱动的逆变器505、用于向逆变器505提供直流电压的变换器506、和作为控制对象的爪齿型电动机507。

另外，作为控制用的辅助设备，具备：检测逆变器505向电动机提供的U～W相电压的U～W相电压检测器508～510；以及检测逆变器输入电压Edc的电压检测器511。

在控制器500中，首先具备：本来的根据电流指令值来计算电压指令值的电压指令运算部503、和根据电压指令值来产生PWM信号的PWM发生部504。

在此，根据本发明，附加：用于补正电流指令值中的中间相(V相)电流的补正部502、和在运转中计算在补正部502中使用的补正值的补正电流指令值运算部511。

关于图5的驱动系统，说明其动作。

首先，通过图5的电流指令发生器501产生三相各个电流指令值。通过补正部502来补正产生的电流指令值中的中间相(V相)电流。

在该实施方式中，与到此为止的实施方式不同，补正中所使用的值是在运转中通过补正电流指令值运算部511来计算。补正电流指令值运算部511输入U～W相电压检测器508～510的输出Vcu～Vcw，计算必要的电流补正量，其中，U～W相电压检测器508～510检测逆变器505施加给电动机507的U～W相电压。根据事前的基于模拟的解析、测定结果，在补正电流指令值运算部511中预先设定检测电压和必要的电流补正量之间的关系。

三相各个电流指令值通过电压指令运算部503而被计算为电压指令值。计算出的电压指令值通过PWM发生部504而变换为PWM信号。

通过变换器506对逆变器505施加直流电压，通过从PWM发生部504给出PWM信号，来驱动逆变器505，对爪齿型电动机507提供可变电压/可变频率的三相交流。

在此，使用图6，来说明作为本发明的主要部分的补正部502的效果。

图6是说明本发明的第5实施方式的处理流程图。

在爪齿型电动机507中，中间相(V相)的磁阻较小，原理上成为磁三相不平衡，产生电角度2次的磁通量脉动，从而引起同次数的转矩脉动。为了降低这些磁通量脉动以及转矩脉动，而设置补正部502。如图6所示，首先，在步骤601中，以任意的电流来驱动电动机，固定时间后，在步骤602中，使电压为0。在使电压为0后，在空运转状态下使用U～W相电压检测器508～510，通过步骤603，根据电压值来计算感应电压。进而，在步骤604中，根据计算出的感应电压，通过补正电流指令值运算部511来计算振幅补正的电流指令值。将计算出的电流指令值取入到补正部502中，由此在步骤605的通常运转模式中，能降低电动机的转矩脉动。

另一方面，在步骤610中，在通常运转状态下，用在步骤611中补正过的电流来驱动电动机的同时，在步骤612中计算感应电压，在步骤612中计算补正电流的同时，能应对任何随时不断更新的模式。

(第6实施方式)

图7是示出表示本发明的第6实施方式的爪齿型电动机的定子构造的概略的剖面立体图。第6实施方式是与到此为止作为控制对象的例子而列举出的、从爪齿电动机的构造方面来观察的脉动降低方法相关的实施方式。

在图7中，将U相上侧的爪磁极701a、和U相下侧的爪磁极701b以彼此的爪相邻的方式来配合，从而构成U相定子701。该构造是与所述专利文献的图4所示的分解立体图大致相同的构造。另外，V相以及W相也是相同的构造，在旋转方向上按每电角度2π/3地错开来重合，由此形成三相的定子磁极。即，V相是V相定子702，其中，该V相定子702其上侧的爪磁极702a、和V相下侧的爪磁极702b与U相相同地构成，在周方向上从U相定子701错开电角度2π/3，在轴方向上与U相定子701重合。另外，W相是W相定子703，其中，该W相定子703其上侧的爪磁极703a、和W相下侧的爪磁极703b与U相、V相相同地构成，在周方向上从V相定子701错开电角度2π/3，在轴方向上与V相定子702重合。进而，具备：在周方向上施加在U相定子701上的U相线圈704、在周方向上施加在V相定子上的V相线圈705、在周方向上施加在W相定子上的W相线圈706。

爪齿型电动机由于构成为这样的构造，因此没有面对空气的V相定子702的磁阻变小。因此，在原理上导致三相不平衡的特性，引起了磁通量脉动和转矩脉动。因此，作为V相磁芯702的材料，使用比其它相磁透率要低的材料来增大磁阻。

由此，能带来与实施方式1～5相同的效果。

(第7实施方式)

图8是示出表示本发明的第7实施方式的爪齿电动机的定子构造的概略的剖面立体图。第7实施方式也与图7所说明的第6实施方式相同，都是与从爪齿电动机的构造方面来观察的脉动降低方法相关的实施方式。

第7实施方式通过缩短V相磁芯802的轴方向尺寸来增大磁阻的大小，能获得与实施方式1～5相同的效果。

(第8实施方式)

图9是示出表示本发明的第8实施方式的爪齿电动机的定子构造的概略的剖面立体图。第8实施方式也与图7以及图8所说明的第6以及第7实施方式相同，都是与从爪齿电动机的构造方面来观察的脉动降低方法相关的实施方式。

第8实施方式通过使V相磁芯的线圈905的卷绕数少于U相线圈904、W相线圈906，来使三相的产生磁通量均匀，能获得与实施方式1～5相同的效果。

(第9实施方式)

图14是表示本发明的多相交流电动机的驱动装置的第9实施方式的概略构造图。

图14的系统由三相交流电动机1401、电动机1401的筐体1402、控制装置1403、以及连接电动机1401和控制装置1403的布线1404构成。电动机1401由定子1405、转子1406、线圈1407、以及输出轴1408构成，通过布线1404从控制装置1403向电动机1401提供交流电压。通过所提供的电压在线圈1407中流过交流电流，在定子1405中产生旋转磁场，转子1406与该旋转磁场同步来旋转，在输出轴1408上产生旋转力。

(第10实施方式)

图15是表示本发明的多相交流电动机的驱动装置的第10实施方式的概略构造图。

图15的系统由多相交流电动机1501、电动机1501的筐体1502、以及一体收纳于筐体1502中的控制装置1503构成。电动机1501由定子1504、转子1505、线圈1506、以及输出轴1507构成。

通过从控制装置1503向线圈1506提供交流电压，在线圈1506中流过交流电流，在定子1504中产生旋转磁场，转子1505与该旋转磁场同步来旋转，通过输出轴1507向被驱动物体提供旋转力。

该实施方式的概要如下所述。首先，多相交流电动机1501如到此为止的实施方式所详述那样，具备：设置于定子磁芯的内侧部的多个上侧以及下侧的爪磁极；在上述上侧以及下侧的爪磁极间夹入环状线圈来构成的1相的定子磁极；以及使该1相的定子磁极在旋转方向上以电角度每2π/m间隔错开的同时，在轴方向上重合m相来进行配置的m相的定子磁极。并且，是具备在所述爪磁极的内周侧隔着规定的空隙按照能旋转的方式被支撑的转子1505的爪齿型多相交流电动机。另外，具备：一体地收纳于所述多相交流电动机1501的筐体1502内，对所述多相交流电动机施加基于脉冲宽度调制的可变电压/可变频率的多相交流的逆变器；以及包括使施加给所述定子磁极的至少一个相的交流的振幅与施加给其它的相的交流之间为不平衡状态的补正部在内，并控制所述逆变器的控制装置1503。

在该系统中，由于电动机1501和控制装置1503没有相连的布线，是一体形成的，因此不会产生由布线而产生的噪声，也不需要用于设置布线的空间。

符号说明：

100～500控制器

101、202、301、501电流指令发生器

102、203、303、403、502补正部

103、204、304电流补正部分计算部

104、205、305、402、503电压指令运算部

105、207、307、405、504PWM发生部

106、208、308、406、505逆变器

107、209、309、407、506变换器

108、210、310、408、507电动机(爪齿型旋转电动机)

109、211、311、409、508U相电流检测器

212V相电流检测器

508U相电压检测器

509V相电压检测器

510W相电压检测器

110、213、312、410W相电流检测器

201、302速度指令发生器

206、306dq逆变换部(坐标对应值变换器：二相旋转坐标系→三相固定坐标系)

214、313dq坐标变换部(坐标对应值变换器：三相固定坐标系→二相旋转坐标系)

215、314转子位置传感器

401指令值发生器

404电压补正部分计算部

511补正电流指令值运算部

701、801、901爪齿型电动机U相磁芯

701a、801a、901a爪齿型电动机U相上侧爪磁极

701b、801b、901b爪齿型电动机U相下侧爪磁极

702、802、902爪齿型电动机V相磁芯

702a、802a、902a爪齿型电动机V相上侧爪磁极

702b、802b、902b爪齿型电动机V相下侧爪磁极

703、803、903爪齿型电动机W相磁芯

703a、803a、903a爪齿型电动机W相上侧爪磁极

703b、803b、903b爪齿型电动机W相下侧爪磁极

704、804、904爪齿型电动机U相线圈

705、805、905爪齿型电动机V相线圈

706、806、906爪齿型电动机W相线圈

Claims (12)

1.一种交流电动机的驱动装置，具备：

三相交流电动机，其具备定子磁极按每一相而独立构成的三相定子磁极；

逆变器，其对该电动机施加基于脉冲宽度调制的可变电压／可变频率的三相交流；和

控制装置，其控制所述逆变器，

所述交流电动机的驱动装置的特征在于，

所述控制装置具备补正部，该补正部使施加于所述定子磁极的至少1个相的交流的振幅以及／或者相位与施加于其它的相的交流之间处于不平衡状态，

所述三相交流电动机是永磁体同步电动机，

所述三相交流电动机是爪齿型的三相交流电动机，其具备：

多个上侧以及下侧的爪磁极，该多个爪磁极设置于定子磁芯的内侧部；

1相的定子磁极，其在所述上侧以及下侧的爪磁极间夹入环状线圈而构成；

三相的定子磁极，其使该1相的定子磁极以电角度2π／3间隔错开并配置于轴方向上而构成；以及

转子，其在所述爪磁极的内周侧，隔着规定的空隙按照能旋转的方式被支撑，

通过使所述补正部按照以下来构成，即，仅仅对施加于所述三相的定子磁极中位于轴方向中间部且磁阻的大小比其他的2相小的中间相的定子线圈的交流施加补正，并施加与其他的2相的定子线圈不同的振幅的交流以及／或者不平衡的相位的交流，由此来使所述中间相磁极的磁阻增大，

基于由所述补正部补正后的三相交流，对所述电动机施加基于脉冲宽度调制的可变电压／可变频率的三相交流。

2.根据权利要求1所述的交流电动机的驱动装置，其特征在于，

使所述补正部构成为：输入补正部分计算部的输出，并按照该输入来补正为不平衡状态，其中，所述补正部分计算部基于事前的解析或测量的结果来计算补正部分。

3.根据权利要求1或2所述的交流电动机的驱动装置，其特征在于，

所述交流电动机的驱动装置具备：

电压测定器，其测定在所述三相交流电动机的旋转中所感应的电压；和

指令值运算部，其输入该电压测定器的输出，并计算用于设为不平衡状态的指令值。

4.根据权利要求1或2所述的交流电动机的驱动装置，其特征在于，

所述补正部构成为：与指令值的大小无关地，对施加于所述三相的磁极中位于轴方向中间部的所述中间相磁极的交流的振幅实质上仅以指令值的固定的比例的补正量进行补正。

5.根据权利要求1或2所述的交流电动机的驱动装置，其特征在于，

所述补正部构成为：针对指令值，对施加于所述三相的磁极中位于轴方向中间部的所述中间相磁极的交流的振幅仅以按照该指令值的大小而变化的比例的补正量进行补正。

6.一种交流电动机的驱动方法，从逆变器对三相交流电动机施加基于脉冲宽度调制的可变电压／可变频率的三相交流，其中，所述三相交流电动机具备定子磁极按每一相而独立构成的三相定子磁极，

所述交流电动机的驱动方法的特征在于，

具备补正步骤，在该补正步骤中，使施加于所述定子磁极的至少1个相的交流的振幅以及／或者相位与施加于其它的2相的交流之间处于不平衡状态，

所述三相交流电动机是永磁体同步电动机，

所述三相交流电动机是爪齿型的三相交流电动机，其具备：

多个上侧以及下侧的爪磁极，该多个爪磁极设置于定子磁芯的内侧部；

1相的定子磁极，其在所述上侧以及下侧的爪磁极间夹入环状线圈而构成；

三相的定子磁极，其使该1相的定子磁极以电角度2π／3间隔错开并配置于轴方向上而构成；以及

转子，其在所述爪磁极的内周侧，隔着规定的空隙按照能旋转的方式被支撑，

在所述补正步骤中，对所述三相的磁极中位于轴方向中间部且磁阻的大小比其他的2相小的中间相磁极的定子线圈施加与其他的2相的定子线圈不同的振幅的交流以及／或者不平衡的相位的交流，通过按照上述方式仅仅对所述中间相施加补正，由此来使所述中间相磁极的磁阻增大，

基于通过所述补正步骤补正后的三相交流，对所述电动机施加基于脉冲宽度调制的可变电压／可变频率的三相交流。

7.根据权利要求6所述的交流电动机的驱动方法，其特征在于，

所述交流电动机的驱动方法具备：

补正部分计算步骤，基于事前的解析或测量的结果，来计算补正部分；和

按照计算出的该补正部分，补正为所述不平衡状态的步骤。

8.根据权利要求7所述的交流电动机的驱动方法，其特征在于，

所述交流电动机的驱动方法具备：

测定在运转中从所述逆变器施加给所述三相交流电动机的电压的步骤；和

指令值运算步骤，输入该电压测定的结果，并计算用于设为所述不平衡状态的指令值。

9.一种多相交流电动机，其特征在于，

所述多相交流电动机是爪齿型的多相交流电动机，其具备：

多个上侧以及下侧的爪磁极，该多个爪磁极设置于定子磁芯的内侧部；

1相的定子磁极，其在所述上侧以及下侧的爪磁极间夹入环状线圈而构成；

m相的定子磁极，其使该1相的定子磁极以电角度每2π／m间隔地在旋转方向上错开并在轴方向上重合m相来配置；以及

转子，其在所述爪磁极的内周侧，隔着规定的空隙按照能旋转的方式被支撑，

为了使所述m相的磁极中位于轴方向中间部的中间相磁极的磁阻增大，采用磁透率比位于轴端部的轴端相磁极的磁芯低的材料来形成所述中间相磁极的磁芯。

10.一种多相交流电动机，其特征在于，

所述多相交流电动机是爪齿型的多相交流电动机，其具备：

多个上侧以及下侧的爪磁极，该多个爪磁极设置于定子磁芯的内侧部；

1相的定子磁极，其在所述上侧以及下侧的爪磁极间夹入环状线圈而构成；

m相的定子磁极，其使该1相的定子磁极以电角度每2π／m间隔地在旋转方向上错开并在轴方向上重合m相来配置；以及

转子，其在所述爪磁极的内周侧，隔着规定的空隙按照能旋转的方式被支撑，

为了使所述m相的磁极中位于轴方向中间部的中间相磁极的磁阻增大，使所述中间相磁极的磁芯的轴方向尺寸比位于轴端部的轴端相磁极的磁芯的轴方向尺寸短。

11.一种多相交流电动机，其特征在于，

所述多相交流电动机是爪齿型的多相交流电动机，其具备：

多个上侧以及下侧的爪磁极，该多个爪磁极设置于定子磁芯的内侧部；

1相的定子磁极，其在所述上侧以及下侧的爪磁极间夹入环状线圈而构成；

m相的定子磁极，其使该1相的定子磁极以电角度每2π／m间隔地在旋转方向上错开并在轴方向上重合m相来配置；以及

转子，其在所述爪磁极的内周侧，隔着规定的空隙按照能旋转的方式被支撑，

所述多相交流电动机使在所述m相的磁极中的位于轴方向中间部的中间相的磁极上所卷绕的所述环状线圈的卷绕数比在位于轴端部的轴端相的磁极上所卷绕的所述环状线圈的卷绕数少。

12.一种多相交流电动机的驱动装置，其特征在于，具备爪齿型的多相交流电动机、逆变器、和控制装置，

其中，所述爪齿型的多相交流电动机具备：

多个上侧以及下侧的爪磁极，该多个爪磁极设置于定子磁芯的内侧部；

1相的定子磁极，其在所述上侧以及下侧的爪磁极间夹入环状线圈而构成；

m相的定子磁极，其使该1相的定子磁极以电角度每2π／m间隔地在旋转方向上错开并在轴方向上重合m相来配置；以及

转子，其在所述爪磁极的内周侧，隔着规定的空隙按照能旋转的方式被支撑，

并且，所述逆变器一体地收纳于所述多相交流电动机的壳体内，对所述多相交流电动机施加基于脉冲宽度调制的可变电压／可变频率的多相交流，

所述控制装置包括补正部并控制所述逆变器，所述补正部使施加于所述定子磁极的至少1个相的交流的振幅与施加于其它的相的交流之间处于不平衡状态。