CN106233614B - 多群多相驱动系统以及旋转电机的驱动方法 - Google Patents

多群多相驱动系统以及旋转电机的驱动方法 Download PDF

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Abstract

得到能够大幅降低系统整体的损耗的多群多相驱动系统。具备：电力变换器，相互变换直流电力和交流电力；直流电源，连接于电力变换器的直流侧，对直流电力进行充放电；以及旋转电机，连接于电力变换器的交流侧，具有多个群的多相电枢绕组，所述多群多相驱动系统还具备判定部，该判定部基于旋转电机的转速、在旋转电机中流过的电流、直流电源的直流电源电压以及电力变换器的载波频率，决定用于旋转电机的驱动的群数。

Description

多群多相驱动系统以及旋转电机的驱动方法
技术领域
本发明涉及具备具有多个群的多相电枢绕组的旋转电机的多群多相驱动系统以及旋转电机的驱动方法。
背景技术
以往的多群多相驱动系统具备：电力变换器，相互变换直流电力和交流电力；直流电源，连接于电力变换器的直流侧，对直流电力进行充放电；以及旋转电机，连接于电力变换器的交流侧，具有多个群的多相电枢绕组，所述多群多相驱动系统在负荷大的情况下，使用全部的群来驱动旋转电机，在负荷小的情况下，仅使用一部分的群来驱动旋转电机，由此改善低负荷下的效率(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开平5－103497号公报
发明内容
但是，在以往的技术中，存在以下那样的问题。
即，在多群多相驱动系统中，存在即使在存在一定以上的负载的情况下，在转矩小时，与电力变换器的开关频率(载波频率)对应的成分的损耗(所谓的载波损耗)所占的比例相对于全部损耗也变大这样的课题，但在专利文献1所记载的多群多相驱动系统中，未考虑该影响。
另外，在多群多相驱动系统中，为了决定用于旋转电机的驱动的的群数，不仅需要考虑负荷的大小所致的影响，还必须考虑转速以及转矩各自所致的影响，但在专利文献1所记载的多群多相驱动系统中，未考虑该影响。
而且，在多群多相驱动系统中，在直流电源电压、载波频率变化的情况、或者旋转电机的励磁磁通变化的情况下，基波铁损、铜损、载波损耗等占全部损耗的比例变化，所以变更了用于旋转电机的驱动的群数时的效果变化，但在专利文献1所记载的多群多相驱动系统中，未考虑这些影响。
因此，在利用以往的多群多相驱动系统决定使用的群数而驱动旋转电机的情况下，存在有时通过切换使用的群数而损耗反而增加这样的问题。
此处，关于这些影响，特别在如电动汽车、混合动力汽车等的驱动系统那样的包括转速以及转矩都要求宽的输出范围的旋转电机的系统、将如锂离子电池、镍氢电池那样的电压根据充电状态而变动的蓄电池作为电源的系统、为了降低驱动系统整体的损耗而使电力变换器的开关频率变化来进行驱动的系统中变得显著，另外，在驱动系统的温度在宽范围变化的情况下变得显著。
本发明是为了解决如上所述的问题而完成的，其目的在于得到能够大幅降低系统整体的损耗的多群多相驱动系统以及旋转电机的驱动方法。
本发明涉及的多群多相驱动系统具备：电力变换器，相互变换直流电力和交流电力；直流电源，连接于电力变换器的直流侧，对直流电力进行充放电；以及旋转电机，连接于电力变换器的交流侧，具有多个群的多相电枢绕组，所述多群多相驱动系统还具备判定部，该判定部基于旋转电机的转速、在旋转电机中流过的电流、直流电源的直流电源电压以及电力变换器的载波频率，决定用于旋转电机的驱动的群数。
根据本发明的多群多相驱动系统，判定部基于旋转电机的转速、在旋转电机中流过的电流、直流电源的直流电源电压以及电力变换器的载波频率，决定用于旋转电机的驱动的群数。
由此，即使在驱动状态、驱动环境大幅改变的情况下，也能够适当地决定使用的群数。
因此，能够大幅降低系统整体的损耗。
附图说明
图1是示意地示出本发明的实施方式1的多群多相驱动系统的结构图。
图2是示出构成本发明的实施方式1的多群多相驱动系统的旋转电机的轴向剖视图。
图3是示出构成本发明的实施方式1的多群多相驱动系统的旋转电机的径向剖视图。
图4是示出构成本发明的实施方式1的多群多相驱动系统的电力变换器的电路图。
图5是示出施加于构成本发明的实施方式1的多群多相驱动系统的旋转电机的电压与流过的电流的关系的说明图。
图6是示出本发明的实施方式1的多群多相驱动系统的群数控制的硬件结构的框图。
图7是示出在本发明的实施方式1的多群多相驱动系统中，以单群驱动的区域和以双群驱动的区域的说明图。
图8是示出构成本发明的实施方式2的多群多相驱动系统的旋转电机的径向剖视图。
图9是示出构成本发明的实施方式3的多群多相驱动系统的旋转电机的径向剖视图。
图10是示出构成本发明的实施方式4的多群多相驱动系统的旋转电机的径向剖视图。
图11是示出构成本发明的实施方式5的多群多相驱动系统的旋转电机的径向剖视图。
具体实施方式
以下，使用附图说明本发明的多群多相驱动系统以及旋转电机的驱动方法的优选的实施方式，但在各图中，关于相同或者相当的部分，附加相同的符号而进行说明。
实施方式1.
图1是示意地示出本发明的实施方式1的多群多相驱动系统的结构图。在图1所示的多群多相驱动系统中，在相互变换直流电力和交流电力的逆变器(电力变换器)1的直流侧，连接有对直流电力进行充放电的电池(直流电源)2，在逆变器1的交流侧，连接有相互变换交流电力和机械能的马达(旋转电机)3。
图2是示出构成本发明的实施方式1的多群多相驱动系统的马达3的轴向剖视图，图3是示出构成本发明的实施方式1的多群多相驱动系统的马达3的径向剖视图。
在图2以及图3中，马达3包括：圆筒形的框架10，包括外部框架基座101和内部框架102；定子12，内置于框架10；转子20，配置于定子12的内周；轴30，安装于转子20的内径；负载侧轴承31以及负载相反侧轴承32；以及圆盘状的负载侧托架40以及负载相反侧托架41。
定子12包括：定子芯(定子铁芯)11，从环状的轭部15向内径侧突出设置有12个齿16；以及线圈18，隔着绝缘物17将导体多次卷绕于各齿16而成。线圈18在周向交替地分成1群用线圈和2群用线圈，分别连接于3相的Y接线。另外，定子芯11是例如层叠薄板钢板而制作的。
转子20包括：转子芯(旋转子铁芯)22,沿周向形成有10个磁铁插入孔21；以及永久磁铁23，以N极和S极交替地朝着外形侧的方式插入于各磁铁插入孔21。另外，转子芯22是例如层叠薄板钢板而制作的。另外，永久磁铁23也可以是钕烧结磁铁、钐钴磁铁、铁氧体磁铁等。由此，马达3构成为10极12槽的集中卷绕2群3相马达。
负载侧轴承31以及负载相反侧轴承32旋转自如地支承于轴30的两端。负载侧托架40以及负载相反侧托架41分别保持负载侧轴承31以及负载相反侧轴承32，其外周侧分别安装于框架10。
此处，在轴30的负载相反侧的端部安装有分解器转子70，在负载相反侧托架41的与分解器转子70对置的位置，安装有分解器定子71。这样，通过由分解器转子70和分解器定子71构成的分解器72，监视马达3的旋转位置以及旋转速度(转速)。
另外，虽然未图示，但对线圈18中的1群用线圈以及2群用线圈分别安装有热敏电阻(线圈温度检测部)，监视线圈18的温度。另外，在转子20的轴向的附近也设置有热敏电阻，基于由该热敏电阻监视的温度，推测永久磁铁23的温度。
另外，关于线圈18的温度，虽然通过热敏电阻来测量，但也可以使用热电偶来测量。另外，关于永久磁铁23的温度，虽然基于由设置在转子20的轴向的附近的热敏电阻测量出的温度来推测，但也可以基于使用热电偶测量出的温度来推测。
此时，关于在永久磁铁23的温度推测中使用的温度，只要是与马达3内部的永久磁铁23的温度的关联性高的部位，则也可以是其它位置的温度，也可以使用多个点的温度。即使是这样的结构，也能够得到同样的效果。另外，关于永久磁铁23的温度，也可以使用集电环等来直接测量。如果这样做，则能够更准确地监视永久磁铁23的温度。
图4是示出构成本发明的实施方式1的多群多相驱动系统的逆变器1的电路图。在图4所示的逆变器1中，上支路侧晶体管80插入于电池2侧的正极端子51与马达3侧的交流端子53之间，下支路侧晶体管81插入于交流端子53与电池2侧的负极端子52之间，形成1个相的量的电路，内置有合计6个相的量的电路。
另外，各个相的交流端子53与马达3的6根取出端子(未图示)连接，两个相互偏离30度相位的3相电力在逆变器1与马达3之间相互交换。另外，虽然未图示，但对各晶体管80、81并联地连接有二极管。
此处，晶体管80、81是使用例如硅的IGBT而构成的，但也可以与使用的电压相匹配地使用FET。另外，也可以使用碳化硅、氮化镓等宽带隙半导体。无论晶体管的种类如何，都能够得到同样的效果。
另外，在逆变器1的正极端子51与负极端子52之间连接有电压传感器100，监视从电池2供给的直流电力的电压。另外，在各个相的交流端子53与马达3的取出端子之间连接有电流传感器(未图示)，监视通电到各个相的电流的振幅以及相位。另外，电流传感器也可以内置于逆变器1或者马达3。
以下，参照图5，说明本发明的实施方式1的多群多相驱动系统的动作。图5是示出施加于构成本发明的实施方式1的多群多相驱动系统的马达3的电压与流过的电流的关系的说明图。
在马达3以高转矩进行驱动的情况下，进行使用1群用线圈以及2群用线圈的双群绕组的驱动。另一方面，在马达3以低转矩进行驱动的情况下，逆变器1参照电池2的直流电源电压、马达3的转速、通电到马达3的交流电流以及逆变器1的载波频率，并基于这些值，根据预先准备好的映射，决定是只以1群用线圈以及2群用线圈的单群进行驱动，还是使用双群进行驱动。
此处，在只以1群用线圈以及2群用线圈的单群进行驱动的情况下，将1群用线圈以及2群用线圈中的线圈18的温度低的一方的群用于驱动。另外，在单群驱动时，每隔一定时间判定使用的群，将线圈18的温度低的一方的群用于驱动。
接着，说明在低转矩驱动时马达3所产生的损耗。对于损耗，大体来分，有由于通电到线圈18而产生的铜损、由于在转子芯22与定子芯11之间磁通变动而产生的铁损、包括由于转子20旋转而在负载侧轴承31以及负载相反侧轴承32处产生的摩擦、在马达3内产生的风损等的机械损耗、以及在转子20的永久磁铁23内产生的涡电流所致的磁铁损耗。
这些损耗中的机械损耗与其它损耗相比充分小，所以能够忽略。另外，在低转矩驱动时，通电到马达3的电流小，所以铜损小，另外，作为磁铁损耗的原因的涡电流也不易产生，所以磁铁损耗也小。因此，在低转矩驱动时，铁损成为主导性的损耗。
接下来，详细地说明如在电动汽车的驱动系统中见到那样的要求宽的速度转矩特性的驱动系统中的马达3的铁损。在铁损中，存在在将正弦波电流通电到线圈18时产生的基波铁损、以及在使用逆变器1来通电对直流电压进行截断施加而得到的伪正弦波电流时产生的作为来自基波铁损的增加部分的载波铁损(载波损耗)。
载波铁损是起因于在对直流电压进行截断施加时在线圈18中流过的电流的瞬间的猛涨而产生的，所以如果马达3的电感相对于直流电源电压大，则几乎不会产生。但是，在速度转矩特性宽的马达中，必须将电感设计得小，所以在这样的马达中，一般载波铁损变大。特别在马达3的转矩小的情况下，载波铁损相对于整体的损耗所占的比例高，有时还成为损耗整体的一半左右。
另外，关于基波铁损，除了在线圈18中流过的正弦波电流所引起的磁通的变动之外，还包含由于转子20的永久磁铁23所产生的磁通不是完整的正弦波而导致的高次谐波、由转子20、定子12的形状引起的高次谐波等。
此处，铁损大致依照斯坦梅茨实验式，如下述式(1)那样表示。
[式1]
W＝αB1.6f+βB2f2…(1)
在式(1)中，W表示铁损，α表示磁滞损耗的系数，B表示磁通密度，f表示磁通的变化的频率，β表示涡电流损耗的系数。另一方面，马达3内的磁通如下式(2)那样表示。
[式2]
在式(2)中，φ是磁通，使用透磁率μ而与磁通密度B处于φ＝μB的关系。另外，在式(2)中，L表示电感，i表示电流，φmag表示永久磁铁23所产生的磁通，下标d、q分别表示转子20的磁极中心的轴(直轴)和磁性地正交的轴(横轴)。
如由式(1)以及式(2)可知那样，磁通φ的大小大幅地影响到铁损的大小。另外，如上所述，马达3的电感小，在低转矩驱动时，通电到马达3的电流也小，所以在该情况下，Ldid的项以及Lqiq的项与磁铁磁通相比能够被忽略，磁铁磁通成为主导性的磁通。
因此，在低转矩驱动时的铁损中，由永久磁铁23的种类等决定的磁铁磁通所致的铁损成为主导性的铁损(所谓的空载铁损)。因此，即使被通电的电流略微增减，低转矩驱动时的基波铁损也几乎不变化。
另外，如上所述，载波铁损伴随由于基于PWM驱动的截断电压的施加而导致的电流脉动而产生。在电压的施加时间t与马达3的电时间常数相比充分短的情况下，如图5所示，针对电压的施加，能够以如电流直线性地上升那样的简单的模型来考虑。另外，一般逆变器的1次的电压施加时间与马达的电时间常数相比充分小。
此处，载波电流脉动的振幅ic相对电压施加时间t和电流的斜率θ，处于下式(3)那样的关系。
[式3]
ic＝t tanθ…(3)
在式(3)中，关于电压施加时间t，如由下式(4)所表示那样，与载波频率fc的倒数成比例，并与调制率m成比例。另外，tanθ如下式(5)那样表示。
[式4]
[式5]
在式(5)中，Vdc表示直流电源电压，E表示马达3的端子电压，R表示马达3的线圈电阻，L表示马达3的电感。另外，式(4)所示的调制率m用下式(6)表示。
[式6]
在式(6)中，ω表示电角速度，ε表示电压利用率。根据以上的情况，载波电流脉动的振幅ic如下式(7)那样表示。
[式7]
在式(7)中，载波频率fc、电感L以及线圈电阻R是已知量。根据式(2)以及式(7)，如果知道直流电源电压Vdc、电角速度ω、电流idiq，则知道载波电流脉动的振幅ic，并能够推测载波铁损。另外，如果知道驱动状态，则能够决定马达3的端子电压E。
此处，直流电源电压Vdc根据电池2的充电状态而变化，但在某个瞬间，能够考虑为常数。另外，电角速度ω也相对于某个转速是唯一的值。此时，根据式(2)以及式(7)，载波电流脉动的振幅ic由磁通φ决定，但如上所述，在低转矩驱动时，磁通φ被永久磁铁23所产生的磁通φmag主导，所以即使电流值略微变化，载波电流脉动的振幅ic也几乎不变化。
根据以上的情况，说明本发明的实施方式1的多群多相驱动系统的动作的效果。首先，在低转矩驱动时以单群进行驱动，从而为了输出相同的转矩，通电到单群的线圈18的电流变成以双群进行驱动时的约两倍。此时，如上所述，基波铁损被磁铁磁通主导，所以几乎不变化。
另一方面，关于与载波铁损相关联的载波电流脉动的振幅ic，在相同环境下(在低转矩驱动时以单群进行驱动的情况)，即使电流增大，也与上述双群驱动时同等。此时，被驱动的线圈18变为一半，所以在齿16中产生的铁损与双群驱动时相比变为一半。
而且，在轭部15，相对于以往产生与由双群的量的线圈18励磁的载波电流脉动相伴的磁通变动，通过以单群进行驱动，磁通变动变为一半。即，通过以单群进行驱动，从而与双群驱动时相比，在低转矩驱动时主导性的两种损耗中的基波铁损不变化，载波铁损能够变为一半。因此，能够改善低转矩驱动时的效率。
此处，如图6所示，用于马达3的驱动的群数的决定是通过内置于逆变器1的判定部301进行的。对判定部301输入来自电压传感器100、电流传感器302、分解器72以及热敏电阻的信号，分别提供直流电源电压、电流、转速以及线圈温度的信息。另外，线圈电阻、磁铁磁通以及载波频率的信息是已知的。
另外，判定部301参照预先保存于判定部301内并针对直流电源电压、电流、转速、线圈电阻、磁铁磁通以及载波频率而记载有使用的群数的群数映射，决定用于马达3的驱动的最佳的群数。此时，判定部301基于线圈温度的信息，将线圈温度最低的群决定为使用的群。
以下，参照图6，说明本发明的实施方式1的多群多相驱动系统中的使用群数的决定方法。在图6中，在内置于逆变器1的控制部303中，利用电压检测部304接受来自电压传感器100的信号，并检测电源电压。另外，在控制部303中，利用电流检测部305接受来自电流传感器302的信号，并检测在逆变器1与马达3之间流过的电流值。
另外，在控制部303中，利用温度检测部306接受来自安装于马达3的热敏电阻的信号，并检测或者推测马达3内的线圈温度、磁铁温度。而且，在控制部303中，利用旋转检测部307接受来自分解器72的信号，并检测马达3的转速。
转矩指令运算部308通过CAN通信接受加速器开度等信息，并与由转速检测部307检测到的马达转速相匹配地决定转矩指令。
电流指令运算部309接受转矩指令运算部308所输出的转矩指令和马达转速，使用由电压检测部304接受的电源电压、由温度检测部306接受的马达3内的线圈温度、磁铁温度以及已知的载波频率，生成电流指令值，并且通过内置于电流指令运算部309的判定部301，参照群数映射，决定使用的群数以及群，并决定各个群以及相的最终的电流指令值。
电流控制部310由从电流指令运算部309输出的电流指令值和利用电流检测部305检测到的在逆变器1与马达3之间流过的电流值生成电压指令值，并输出到栅极指令运算部311。栅极指令运算部311由从电流控制部310输出的电流指令值生成栅极信号，并输入到功率部312的各个功率晶体管的栅极。
此处，判定部301所使用的群数映射由于受到电源电压、载波频率、转矩(或者电流指令值)、温度、转速等的影响，所以在以往的方法中，结构变得复杂且繁杂。
另一方面，根据本发明的方法，如上述式(7)那样，载波电流振幅不受相电流的影响，另外，在上述式(2)中，如果电流所产生的磁通与磁铁所产生的磁通相比充分小，则能够认为基波铁损也几乎不受相电流的影响。因此，限制群数来驱动的区域在从以双群进行驱动的情况切换到以单群进行驱动的情况时，变为载波铁损下降的量比在被通电的导体中产生的损耗、即导体损耗增加的量大的区域。
因此，限制群数来驱动的区域可以认为是转矩相比于载波铁损下降的量与导体损耗增加的量相等的区域的转矩小的区域。另外，通过这样制作群数映射，能够实现控制的简便化。利用这样的结构，能够如例如图7所示那样，决定以单群进行驱动的区域和以双群进行驱动的区域。
这样，判定部301基于直流电源电压、电流、转速以及载波频率，决定用于马达3的驱动的最佳的群数，从而在如电动汽车那样通常大多使用低转矩驱动区域那样的用途中，特别大幅地发挥效率的改善效果。
另外，由传感器监视直流电源电压、转速、电流，所以针对由于电池2的充电状态的变化等而直流电源电压变化的情况、转速、转矩变化的情况，也能够考虑上述变化而进行单群与双群的驱动判定，所以能够防止由于切换使用的群数而效率反而恶化，另外，能够在显现效果的整个范围区域，进行单群与双群的驱动判定。
另外，由于参照逆变器1的载波频率，所以在载波频率可变那样的驱动系统中，也能够准确地进行单群与双群的驱动判定。而且，线圈18的线圈温度被监视，所以能够准确地获知线圈电阻，能够在显现效果的整个范围区域，进行单群与双群的驱动判定。另外，由于推测永久磁铁23的温度，所以能够准确地获知磁铁磁通，能够在显现效果的整个范围区域，进行单群与双群的驱动判定。
而且，线圈18的1群用线圈以及2群用线圈的温度分别被监视，所以能够在单群驱动时使用温度低的一方，能够抑制温度上升而使铜损变少，所以能够使效率提高。另外，在单群驱动时，每隔一定时间判定使用的群，所以能够使铜损进一步变少。
另外，判定部301监视磁铁23的温度，推测由磁铁23产生的磁铁磁通、即励磁磁通，所以能够更加精度良好地计算能够通过单群运转来降低损耗的动作区域。
另外，判定部301在决定用于马达3的驱动的群数时，使用由电流传感器测量出的电流值，但不限定于此，也可以使用针对指令转矩在映射中保有的指令电流。即使是这样的结构，也能够得到同样的效果。
另外，判定部301可以具有针对直流电源电压、电流、转速、线圈温度、磁铁磁通、载波频率的所有映射，但也可以针对直流电源电压、线圈温度、磁铁磁通、载波频率，使用校正式等进行校正。如果这样构成，则能够减少判定部301所必须保有的数据数量，能够使装置小型化。另外，判定部301可以内置于逆变器1，但也可以另行设置于逆变器1的外部。
如以上那样，根据实施方式1，判定部301基于旋转电机的转速、在旋转电机中流过的电流、直流电源的直流电源电压以及电力变换器的载波频率，决定用于旋转电机的驱动的群数。
由此，即使在驱动状态、驱动环境大幅改变的情况下，也能够适当地决定使用的群数。
因此，能够大幅降低系统整体的损耗。
另外，在上述实施方式1中，电流指令运算部309从转矩指令生成电流指令值，通过判定部301进行群数和群的决定，但也可以不变换为电流指令值，而直接使用转矩指令进行群数以及群的决定。在这样的结构中，也起到同样的效果。
另外，在上述实施方式1中，判定部301进行使用的群数以及使用的群的决定，但也可以同时进行通电到各群的电流指令值的决定。在这样的结构中，也起到同样的效果。
实施方式2.
图8是示出构成本发明的实施方式2的多群多相驱动系统的马达3的径向剖视图。在图8中，马达3的定子12具有48个齿16，线圈18从一端的槽插入于跨过6个槽的位置。
由此，使用12个槽的量而构成1群用线圈181，使用周向相邻的12个槽而构成2群用线圈182，与其相邻地还构成1群用线圈，与其相邻地还构成2群用线圈。
在转子20中，永久磁铁23以使N极与S极交替地朝着外形侧的方式插入于沿周向形成的8个磁铁插入孔21。由此，马达3构成为8极48槽的全节分布卷绕2群3相马达。
在这样的多群多相驱动系统中，判定部301针对转矩指令值，根据从各传感器得到的转速、直流电源电压以及线圈温度和使用的转矩指令值，参照针对转速、转矩、直流电源电压以及线圈温度而记载有使用的群数、供给的电流的振幅以及相位、载波频率的指令值映射，决定用于马达3的驱动的最佳的群数、电流的振幅以及相位、载波频率。
此时，逆变器1按照由规定的群数决定的电流振幅、电流相位以及载波频率向马达3供给交流电力。另外，其它结构与上述实施方式1相同，所以省略说明。
根据这样的结构，1群用线圈181以及2群用线圈182不是分别跨越相同的齿而卷绕的，而是分别跨越不同的齿而卷绕的。即，以使各线圈所产生的磁通不共有相同的齿的方式被卷绕。利用该结构，能够在单群驱动时，在被卷绕有未被驱动的一方的线圈的芯中降低载波铁损，所以产生能够降低损耗这样的效果。
另外，在这样的结构中，也在低转矩驱动时进行单群驱动，从而与上述实施方式1同样地，能够使载波铁损减半、改善效率。
实施方式3.
图9是示出构成本发明的实施方式3的多群多相驱动系统的马达3的径向剖视图。在图9中，马达3的定子12具有48个齿16。另外，关于线圈18，两个种类的绕组被插入于1个槽，分别分为槽的外形侧和内径侧。
此处，插入于外径侧的线圈18以被插入于按照逆时针转第5个槽的内径侧的方式配置。另外，插入于从放入1个群的线圈的最初的槽起第12个槽以上的位置的线圈被插入于顺时针转的第7个槽。
这样，1个群的线圈以收纳于12个槽的量的方式被卷绕。另外，周向每12个槽构成1个群的线圈，一共构成4个群的线圈(1群用线圈181～4群用线圈184)。另外，在各群中，分别由热敏电阻监视至少1个线圈的温度。
另外，虽然未图示，但关于逆变器1，在正极端子51与负极端子52之间构成12个相的量的电路，使用各个电路，与马达3交换4个组的3相交流电力。由此，马达3构成为8极48槽的短节分布卷绕4群3相马达，逆变器1构成为4群3相逆变器。
在这样的多群多相驱动系统中，判定部301在低转矩驱动时，使用具有4个群的线圈中的几个群或者全部群驱动马达3。另外，判定部301基于载波频率、直流电源电压、转速、所需转矩、线圈18的温度以及磁铁温度，参照预先保存的映射，决定用于马达3的驱动的群数。
此时，判定部301在仅由1个群的线圈进行驱动的情况下，将各群中的线圈温度最低的群决定为使用的群。另外，判定部301在使用两个群的线圈进行驱动的情况下，将线圈温度最高的群的两个相邻的群决定为使用的群。而且，判定部301在使用3个群的线圈进行驱动的情况下，将除了线圈温度最高的群之外的3个群决定为使用的群。另外，其它结构与上述实施方式1相同，所以省略说明。
通过做成这样的结构，能够在低转矩驱动时，减小产生载波铁损的铁芯体积，能够进一步使效率提高。另外，能够直至更高的转矩为止，得到基于缺群驱动而得到的效率提高效果。
实施方式4.
图10是示出构成本发明的实施方式4的多群多相驱动系统的旋转电机的径向剖视图。在图10中，马达3的定子12具有80个齿16。
另外，关于线圈18，向从一端所插入的槽按照逆时针转离开了10个槽的槽插入另一端，以逆时针转，按照A相、－D相、B相、－E相、C相的顺序，每两个槽地将绕组插入于槽。此处，A相、B相、C相、D相、E相分别表示错开72度相位的5相交流的相。另外，附加有“－”的相表示与未附加“－”的相的卷绕方向相反。
另外，针对周向每20个槽，按照1群用线圈181、2群用线圈182、1群用线圈181、2群用线圈182的顺序进行分配，分别接线于Y接线。
另外，虽然未图示，但关于逆变器1，在正极端子51与负极端子52之间构成10个相的量的电路，使用各个电路，与马达3交换两个组的5相交流电力。由此，马达3构成为8极80槽的全节分布卷绕2群5相马达，逆变器1构成为2群5相逆变器。另外，其它结构与上述实施方式1相同，所以省略说明。
通过做成这样的结构，能够利用多相化降低转矩脉动。另外，能够在缺群驱动中得到与上述实施方式1同样的效果。
实施方式5.
图11是示出构成本发明的实施方式5的多群多相驱动系统的马达3的径向剖视图。在图11中，马达3的转子20包括：转子芯22，从环状的转子芯轭部25向外径侧突出设置有8个转子芯齿部26；以及励磁线圈27，将导体卷绕于各转子芯齿部26而成。
励磁线圈27以使卷绕方向在周向相互变为相反的方式卷绕，在周向依次串联地连接，从外部的电源通电直流电流。由此，励磁线圈27在转子20形成8极的励磁极，马达3构成为8极48槽的全节分布卷绕2群3相马达。另外，其它结构与上述实施方式2相同，所以省略说明。
此处，通电到励磁线圈27的电流由电流传感器(未图示)测量，根据该电流，使用励磁磁通映射，推测励磁线圈27所产生的励磁磁通。
在这样的结构中，也在低转矩驱动时进行单群驱动，从而与上述实施方式1同样地，能够使载波铁损减半，改善效率。
另外，由于推测励磁磁通，所以能够更加精度良好地计算能够降低损耗的区域。
另外，在上述实施方式1～5中，仅监视马达3的温度，但不限定于此，也可以一并监视逆变器1的上支路侧晶体管80、下支路侧晶体管81的温度。此时，在优先使用的群的判定中，如果反映晶体管(功率模块)的测量温度则更好。
具体而言，优选为以线圈、晶体管的温度都低的群进行驱动，但在线圈温度最低的群与晶体管温度最低的群相互不同的情况下，也可以使用各个的平均值来决定使用的群。另外，该动作不仅适用于动力运行时也适用于再生时。
另外，在上述各实施方式中，判定部301使用电流指令值或者转矩指令决定使用的群数，但也可以使用电流传感器302检测的实际的电流值进行群数的决定。在这样的结构中，也起到同样的效果。

Claims (10)

1.一种多群多相驱动系统，具备：
电力变换器，将直流电力变换成交流电力且将交流电力变换成直流电力；
直流电源，连接于所述电力变换器的直流侧，对直流电力进行充放电；以及
旋转电机，连接于所述电力变换器的交流侧，具有多个群的多相电枢绕组，
所述多群多相驱动系统还具备判定部，该判定部基于所述旋转电机的转速、在所述旋转电机中流过的电流、所述直流电源的直流电源电压以及所述电力变换器的载波频率，决定用于所述旋转电机的驱动的群数。
2.根据权利要求1所述的多群多相驱动系统，其特征在于，
所述判定部基于所述直流电源的直流电源电压以及所述电力变换器的载波频率，制作决定所述群数的群数映射，并且使用所述旋转电机的转速以及在所述旋转电机中流过的电流，参照所述群数映射，在转矩相比于第1区域的转矩小的第2区域，决定不使用一部分的群而驱动的群数以及群，其中，所述第1区域是根据与所述载波频率成反比的载波电流脉动的振幅而产生的载波铁损的下降量和在所述旋转电机的电枢绕组的线圈中的被通电的导体中产生的损耗的增加量相等的区域。
3.根据权利要求1或2所述的多群多相驱动系统，其特征在于，
所述旋转电机的电枢绕组以使相互不同的群在所述旋转电机的定子铁芯中不共有相同的齿的方式被卷绕。
4.根据权利要求1或2所述的多群多相驱动系统，其特征在于，
所述判定部决定在所述旋转电机中流过的电流的电流指令值。
5.根据权利要求1或2所述的多群多相驱动系统，其特征在于，
所述旋转电机的电枢绕组按集中卷绕被卷绕。
6.根据权利要求1或2所述的多群多相驱动系统，其特征在于，
所述旋转电机的电枢绕组按分布卷绕被卷绕。
7.根据权利要求1或2所述的多群多相驱动系统，其特征在于，
所述判定部测量或者推测所述旋转电机的励磁磁通，并且在决定用于所述旋转电机的驱动的群数时，考虑励磁磁通。
8.根据权利要求1或2所述的多群多相驱动系统，其特征在于，
还具备线圈温度检测部，该线圈温度检测部分别测量或者推测所述旋转电机的电枢绕组的各群的至少一个线圈温度，
所述判定部优先使用具有温度低的绕组的群。
9.根据权利要求8所述的多群多相驱动系统，其特征在于，
还具备功率模块温度检测部，该功率模块温度检测部按各个群测量或者推测所述电力变换器的至少一个功率模块温度，
所述判定部优先使用线圈温度以及功率模块温度的平均值低的群。
10.一种旋转电机的驱动方法，该旋转电机的驱动方法在多群多相驱动系统中执行，所述多群多相驱动系统具备：
电力变换器，将直流电力变换成交流电力且将交流电力变换成直流电力；
直流电源，连接于所述电力变换器的直流侧，对直流电力进行充放电；以及
旋转电机，连接于所述电力变换器的交流侧，具有多个群的多相电枢绕组，
所述旋转电机的驱动方法具有判定步骤，在该判定步骤中，基于所述旋转电机的转速、在所述旋转电机中流过的电流、所述直流电源的直流电源电压以及所述电力变换器的载波频率，决定用于所述旋转电机的驱动的群数。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11898917B2 (en) * 2020-08-31 2024-02-13 Siemens Aktiengesellschaft Method for monitoring a coil temperature

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3002384B1 (fr) * 2013-02-21 2016-08-19 Valeo Systemes De Controle Moteur Architecture electrique pour la conversion d'une tension continue en une tension alternative, et reciproquement
WO2016207936A1 (ja) * 2015-06-22 2016-12-29 三菱電機株式会社 モータ制御装置
US10135377B2 (en) * 2016-06-14 2018-11-20 Arm Ltd. Method and apparatus for operating an electric motor
WO2018037458A1 (ja) * 2016-08-22 2018-03-01 三菱電機株式会社 冷凍サイクル装置、空気調和装置およびヒートポンプ冷温水発生装置
WO2018047274A1 (ja) * 2016-09-08 2018-03-15 三菱電機株式会社 モータ駆動装置、電動送風機、および電気掃除機
DE102016221416A1 (de) * 2016-10-31 2018-05-17 Volkswagen Aktiengesellschaft Elektrische Maschine
JP6282331B1 (ja) * 2016-10-31 2018-02-21 三菱電機株式会社 電力変換装置
DE102017214869A1 (de) * 2017-08-24 2019-02-28 Efficient Energy Gmbh Elektromotor mit verschiedenen Sternpunkten
WO2019163098A1 (ja) * 2018-02-23 2019-08-29 三菱電機株式会社 回転電機の制御方法、回転電機の制御装置、及び駆動システム
JP7085260B2 (ja) * 2019-05-10 2022-06-16 株式会社デンソー 電動機運転システムおよびその電動機ならびに電動機の駆動方法
JP2021048691A (ja) * 2019-09-18 2021-03-25 ファナック株式会社 温度異常検知装置及び電動機
JP7363529B2 (ja) * 2020-01-28 2023-10-18 マツダ株式会社 モータの磁石温度推定装置、及びそれを備えるハイブリッド車
CN111398812B (zh) * 2020-03-27 2022-05-27 重庆金康动力新能源有限公司 电机载波频率标定系统、方法和装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006129668A (ja) * 2004-11-01 2006-05-18 Honda Motor Co Ltd モータ制御装置
JP2010233392A (ja) * 2009-03-27 2010-10-14 Nissan Motor Co Ltd 電動機制御システム
CN102113204A (zh) * 2009-04-13 2011-06-29 松下电器产业株式会社 同步电动机驱动系统
CN103532477A (zh) * 2013-10-28 2014-01-22 东南大学 共用lc并网滤波器的多定子绕组端口电机系统

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05103497A (ja) 1991-10-03 1993-04-23 Honda Motor Co Ltd 電気走行車
DE69414451T2 (de) * 1993-04-28 1999-07-15 Hitachi Ltd Antriebssystem und Antriebsverfahren eines elektrischen Fahrzeugs
JPH07264822A (ja) 1994-03-18 1995-10-13 Hitachi Ltd 多相多重化電動機
JP2008005603A (ja) 2006-06-21 2008-01-10 Mitsubishi Electric Corp 同期機、およびこれを発電機として用いた発電システム
JP2008283809A (ja) 2007-05-11 2008-11-20 Nissan Motor Co Ltd 電動機装置
JP2009303298A (ja) * 2008-06-10 2009-12-24 Denso Corp 交流モータ装置
DE102011013885A1 (de) * 2011-03-04 2012-09-06 C. & E. Fein Gmbh Elektrischer Antrieb
US9231504B2 (en) * 2012-05-15 2016-01-05 Robert Lyle Fuller Electrical control system
JP6554811B2 (ja) * 2015-02-17 2019-08-07 株式会社デンソー 制御装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006129668A (ja) * 2004-11-01 2006-05-18 Honda Motor Co Ltd モータ制御装置
JP2010233392A (ja) * 2009-03-27 2010-10-14 Nissan Motor Co Ltd 電動機制御システム
CN102113204A (zh) * 2009-04-13 2011-06-29 松下电器产业株式会社 同步电动机驱动系统
CN103532477A (zh) * 2013-10-28 2014-01-22 东南大学 共用lc并网滤波器的多定子绕组端口电机系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11898917B2 (en) * 2020-08-31 2024-02-13 Siemens Aktiengesellschaft Method for monitoring a coil temperature

Also Published As

Publication number Publication date
CN106233614A (zh) 2016-12-14
DE112015002556T5 (de) 2017-02-23
US20170019050A1 (en) 2017-01-19
JP5955472B2 (ja) 2016-07-20
JPWO2015182659A1 (ja) 2017-04-20
WO2015182659A1 (ja) 2015-12-03
US9755560B2 (en) 2017-09-05

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