CN113678366B - 旋转电机的控制装置以及驱动系统 - Google Patents

Abstract

旋转电机的控制装置为通过控制对旋转电机的各相绕组施加电压的逆变器来针对每个相绕组控制使各相绕组通电的电流的控制装置，构成为具备控制部，该控制部以使在旋转电机的定子铁芯与转子铁芯之间的气隙部的径向磁通密度和周向磁通密度中彼此次数相同的谐波分量的相位差成为预定的相位差目标值的方式运算施加于各相绕组的电压指令值，依照运算出的电压指令值对逆变器进行控制。

Description

旋转电机的控制装置以及驱动系统

技术领域

本发明涉及通过控制对旋转电机的各相绕组施加电压的逆变器来针对每个相绕组控制使各相绕组通电的电流的旋转电机的控制装置以及具备该控制装置的驱动系统。

背景技术

以往，作为使流通至旋转电机的电流的有效值的每个有效值的输出转矩提高的方法，提出了以下方法(例如参照专利文献1)。即，对指令值附加旋转电机的相绕组中产生的无负载感应电压中含有的谐波，利用磁体转矩的谐波分量。

另外，作为控制旋转电机的瞬时转矩的方法，提出了以下方法(例如参照专利文献2)。即，在旋转电机的背轭的最外周嵌入两个磁通传感器，将该两个磁通传感器的检测信号的差分作为磁极磁通检测值，通过对磁极磁通检测值与磁极磁通指令值进行比较来控制对绕组的施加电压。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-115901号公报

专利文献2：日本特开2007-189836号公报

发明内容

发明所要解决的技术课题

在此，在专利文献1所记载的以往技术中，虽然能够增大磁体转矩，但无法增大磁阻转矩。因此，无法实现将与定子铁芯和转子铁芯之间的空隙相当的气隙部的磁通密度(以下称为气隙磁通密度)中含有的谐波分量考虑在内的电流-转矩特性的提高。另外，在专利文献2所记载的以往技术中，完全没有对将气隙磁通密度中含有的谐波分量考虑在内的电流-转矩特性的提高进行研究。

本发明是为了解决上述技术课题而做出的，目的在于得到谋求在旋转电机中实现将气隙磁通密度中含有的谐波分量考虑在内的电流-转矩特性的提高的旋转电机的控制装置以及具备该控制装置的驱动系统。

用于解决技术课题的技术方案

本发明的旋转电机的控制装置为通过控制对旋转电机的各相绕组施加电压的逆变器来针对每个相绕组控制使各相绕组通电的电流的控制装置，控制装置具备控制部，该控制部以使在旋转电机的定子铁芯与转子铁芯之间的气隙部的径向磁通密度和周向磁通密度中彼此次数相同的谐波分量的相位差成为预定的相位差目标值的方式运算施加于各相绕组的电压指令值，依照运算出的电压指令值对逆变器进行控制。

本发明的驱动系统具备上述旋转电机的控制装置、逆变器、旋转电机和设置于旋转电机的定子铁芯并检测周向磁通密度的周向磁通密度检测部。

发明效果

根据本发明，能够得到谋求在旋转电机中实现将气隙磁通密度中含有的谐波分量考虑在内的电流-转矩特性的提高的旋转电机的控制装置以及具备该控制装置的驱动系统。

附图说明

图1为示出本发明的实施方式1的驱动系统的结构的框图。

图2为示出图1的马达的构造的沿着旋转轴的剖视图。

图3为示出图1的马达的构造的垂直于旋转轴的剖视图。

图4为示出图1的逆变器的结构的电路图。

图5为示出本发明的实施方式1的控制装置的结构的框图。

图6为示出本发明的实施方式1的控制装置对逆变器进行控制的一系列处理的流程图。

图7为示出本发明的实施方式1的控制装置的硬件结构的一例的结构图。

图8为示出本发明的实施方式2的控制装置的结构的框图。

图9为示出本发明的实施方式3的控制装置的结构的框图。

附图标记

1：马达；2：框架；3：负载侧支架；4：反负载侧支架；5：负载侧轴承；6：反负载侧轴承；7：轴；8：转子；9：定子；10：壳体；11：轴承压紧器(bearing presser)；12：波形垫圈；13：磁轭；14：齿；15：定子铁芯；16：定子槽；17、17a～17f：相绕组；18：绝缘体；19：转子铁芯；20：磁体槽；21：永磁体；22：端板；23：负载侧引线；24：反负载侧引线；25：引出口；26：第1正极侧开关；27：直流电源；28：第1负极侧开关；29：第2负极侧开关；30：第2正极侧开关；31：正极端子；32：负极端子；40：周向磁通密度检测部；100：驱动系统；200：逆变器；201：逆变器子单元；300：控制装置；301：电压检测部；302：电流检测部；303：径向磁通密度运算部；304：周向磁通密度运算部；305：特性参数运算部；306：特性参数指令部；307：比较部；308：控制部；309：磁通密度指令部；310：电流指令部；311：电流比较部；400：负载；500：处理器；600：存储装置。

具体实施方式

以下使用附图，根据优选的实施方式，说明本发明的旋转电机的控制装置以及具备该控制装置的驱动系统。此外，在附图的说明中对相同部分或相当部分附加相同的附图标记并省略重复的说明。

实施方式1.

图1为示出本发明的实施方式1的驱动系统100的结构的框图。如图1所示，驱动系统100具备马达1、设置于马达1的周向磁通密度检测部40、逆变器200和控制装置300。另外，对驱动系统100连接有直流电源27及负载400。

马达1为本发明被应用的旋转电机的一例，为8极48槽的永磁马达。马达1与外部的负载400连接。逆变器200将直流电力与交流电力相互进行变换。逆变器200的直流侧端子连接于外部的直流电源27，逆变器200的交流侧端子连接于马达1。

控制装置300检测与马达1的状态相关的信息，基于检测出的信息生成用于对逆变器200进行控制的控制信号，将生成的控制信号输出至逆变器200，从而控制马达1的状态。

接下来参照图2及图3对马达1的构造的一例进行说明。图2为示出图1的马达1的构造的沿着旋转轴的剖视图。图3为示出图1的马达1的构造的垂直于旋转轴的剖视图。此外，在图3中例示齿14及定子槽16的各自个数为48、永磁体21的个数为8的情况。

如图2所示，负载侧支架3及反负载侧支架4以覆盖圆筒形状的框架2的两侧的方式设置。轴7配置于框架2的中心轴线上，且利用负载侧支架3及反负载侧支架4经由负载侧轴承5及反负载侧轴承6以自由旋转的方式被两点支承。

壳体10被轴7插入，由框架2、负载侧支架3及反负载侧支架4构成。转子8容纳于壳体10内。圆环状的定子9通过压入配合、冷缩配合等而固定于框架2的内壁面，与转子8隔着空隙而配置。

负载侧轴承5通过轴承压紧器11被固定于负载侧支架3。反负载侧轴承6经由波形垫圈12以在轴线方向上具有自由度的方式被固定于反负载侧支架4。通过将负载侧支架3及反负载侧支架4固定于框架2而形成壳体10。

如图3所示，定子9具备定子铁芯15和以波状绕法(wave winding)形式组装于定子铁芯15而构成的与6相对应的相绕组17。此外，为了便于说明，在对与6相对应的相绕组17分别进行区分的情况下，记载为相绕组17a、相绕组17b、相绕组17c、相绕组17d、相绕组17e、相绕组17f。

通过层叠多片两面被绝缘处理过的薄板钢板而形成定子铁芯15。定子铁芯15具有圆环形状的磁轭13、分别从磁轭13的内周面向径向内侧延展且相互以等间隔在周向上排列的48个齿14和分别在周向上相邻的齿14之间形成的48个定子槽16。

以使要被卷装的定子槽16各偏移1个槽的方式，与6相对应的相绕组17被装配于定子铁芯15。与6相对应的相绕组17的各个相绕组是在每6槽的定子槽16中将被绝缘体18包覆的1根导线在周向上波浪状地卷绕3匝而构成的。此外，在图3中，应该准确示出配置于各定子槽16的相绕组17的三处部位的截面，但为方便起见而总括记载为1个。

在各相绕组17的两端分别连接有负载侧引线23及反负载侧引线24。负载侧引线23及反负载侧引线24分别通过形成于框架2的引出口25而被引出至马达1的外部。

转子8具备圆柱形状的转子铁芯19和分别在转子铁芯19的外周面相互以等间隔在周向上排列的8个永磁体21。

在转子铁芯19形成有分别在转子铁芯19的轴线方向上延伸且相互以等间隔在周向上排列的8个磁体槽20。以使N极和S极沿着周向交替设置的方式，在各磁体槽20中分别配置8个永磁体21中的1个永磁体21。

端板22固定于转子铁芯19的轴线方向的两端，堵塞磁体槽20的两侧。端板22优选由非磁性材料制作。

接下来参照图4对逆变器200的结构进行说明。图4为示出图1的逆变器200的结构的电路图。

在图4中，逆变器200具有与相绕组17a～17f单独对应的6个逆变器子单元201。逆变器子单元201由具有能够依照由图1所示的控制装置300执行的控制而在接通与断开之间进行切换的4个开关、即第1正极侧开关26、第1负极侧开关28、第2负极侧开关29及第2正极侧开关30的所谓H桥接电路构成。

逆变器子单元201的负载侧引线23经由第1正极侧开关26电连接于直流电源27的正极端子31并且经由第1负极侧开关28电连接于直流电源27的负极端子32。

逆变器子单元201的反负载侧引线24经由第2负极侧开关29电连接于直流电源27的负极端子32并且经由第2正极侧开关30电连接于直流电源27的正极端子31。

第1正极侧开关26、第2正极侧开关30、第1负极侧开关28及第2负极侧开关29的各个开关由使用了硅半导体的半导体开关构成。作为半导体开关的具体例，可以列举绝缘栅双极型晶体管、MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)等场效应晶体管等。此外，这4个开关各自也可以由使用了碳化硅、氮化镓等宽带隙半导体等的半导体开关构成。

回流二极管以与第1正极侧开关26、第2正极侧开关30、第1负极侧开关28及第2负极侧开关29的各个开关并联的方式被插入。

相绕组17a～17f分别电连接于单独对应的H桥接电路。另外，6个H桥接电路分别电连接于单独对应的直流电源。直流电源27由与6个H桥接电路单独对应而设置的6个直流电源构成。直流电源例如由电池构成。作为电池的具体例，可以列举铅电池、锂离子电池等。

当依照由控制装置300执行的控制，第1正极侧开关26及第2负极侧开关29为接通、第1负极侧开关28及第2正极侧开关30为断开时，负载侧引线23的端部成为正极侧的电位，反负载侧引线24的端部成为负极侧的电位。其结果是，在相绕组17中，电流从负载侧引线23向反负载侧引线24流动。

另外，当依照由控制装置300执行的控制，第1正极侧开关26及第2负极侧开关29为断开、第1负极侧开关28及第2正极侧开关30为接通时，负载侧引线23的端部成为负极侧的电位，反负载侧引线24的端部成为正极侧的电位。其结果是，在相绕组17中，电流从反负载侧引线24向负载侧引线23流动。

进而，当依照由控制装置300执行的控制，第1正极侧开关26、第1负极侧开关28、第2负极侧开关29及第2正极侧开关30全部为断开时，相绕组17与直流电源27切断。其结果是，在相绕组17中不流过电流。

像这样，控制装置300针对6个H桥接电路的各个桥接电路将第1正极侧开关26、第1负极侧开关28、第2负极侧开关29及第2正极侧开关30的各开关在接通与断开之间进行切换，进而使各开关的接通时间及断开时间之比变化。据此，控制装置300能够针对每个相绕组单独地控制使相绕组17a～17f通电的电流的振幅和相位。

接下来参照图5对控制装置300的结构进行说明。图5为示出本发明的实施方式1的控制装置300的结构的框图。

如图5所示，控制装置300具备电压检测部301、电流检测部302、径向磁通密度运算部303、周向磁通密度运算部304、特性参数运算部305、特性参数指令部306、比较部307及控制部308。

电压检测部301分别检测施加于各相绕组17a～17f的两端部的电压va、vb、vc、vd、ve及vf，将检测出的6个电压va～vf输出至径向磁通密度运算部303。

电流检测部302分别检测流通至各相绕组17a～17f的电流ia、ib、ic、id、ie及if，将检测出的6个电流ia～if输出至径向磁通密度运算部303。

对径向磁通密度运算部303输入电压检测部301的检测结果、电流检测部302的检测结果和dq变换及dq逆变换中使用的马达1的磁极位置。

被输入至径向磁通密度运算部303的磁极位置例如使用安装于马达1的旋转位置传感器(未图示)的输出来计算。作为被输入至径向磁通密度运算部303的磁极位置，可以使用通过叠加谐波磁通或使用感应电压波形而计算的磁极位置推定值。

径向磁通密度运算部303基于从电压检测部301输入的6个电压va～vf、从电流检测部302输入的6个电流ia～if和输入的磁极位置，运算径向d轴磁通密度的各次谐波分量λxd3、λxd5、……和径向q轴磁通密度的各次谐波分量λxq3、λxq5、……。另外，径向磁通密度运算部303将该运算结果输出至特性参数运算部305。

此外，附加于λxd的数字表示谐波分量的次数，例如，λxd3表示径向d轴磁通密度的3次谐波分量。同样地，附加于λxq的数字表示谐波分量的次数，例如，λxq3表示径向q轴磁通密度的3次谐波分量。

在此，对由径向磁通密度运算部303进行的上述运算处理进行说明。径向磁通密度运算部303使用6个电压va～vf、6个电流ia～if和预先已知的各相绕组17a～17f的电阻R，根据λ＝∫(v-R×i)dt的关系，分别运算与各相绕组17a～17f交链的磁通密度λa、λb、λc、λd、λe及λf。

接下来，径向磁通密度运算部303使用运算出的6个磁通密度λa～λf来分别运算与相绕组17a～17f单独对应的6个齿14的各齿中产生的径向的磁通密度λTxa、λTxb、λTxc、λTxd、λTxe及λTxf。

具体而言，径向磁通密度运算部303根据与配置于相邻的两个定子槽16的各个定子槽的两个相绕组交链的磁通密度之差来运算与一方的相绕组对应的齿中产生的磁通密度。例如，径向磁通密度运算部303根据和相绕组17a交链的磁通密度λa与和相绕组17b交链的磁通密度λb之差来运算与相绕组17a对应的齿14中产生的磁通密度λTxa，其中相绕组17a配置于定子槽16，相绕组17b配置于与配置有该相绕组17a的定子槽16相邻的定子槽16。关于磁通密度λTxb～λTxf的运算，也与磁通密度λTxa的运算是同样的。

接下来，径向磁通密度运算部303通过使用磁极位置来对运算出的6个磁通密度λTxa～λTxf进行dq变换，从而运算径向d轴磁通密度的各次谐波分量λxd3、λxd5、……和径向q轴磁通密度的各次谐波分量λxq3、λxq5、……，作为马达1的气隙磁通密度的径向分量的各次谐波分量。以下将气隙磁通密度的径向分量称为径向磁通密度。

像这样，径向磁通密度运算部303运算径向d轴磁通密度的各次谐波分量λxd3、λxd5、……和径向q轴磁通密度的各次谐波分量λxq3、λxq5、……，作为径向磁通密度的各次谐波分量。

返回至图5的说明，对周向磁通密度运算部304输入与相绕组17a～17f单独对应的6个齿14的各齿中产生的周向的磁通密度λTya、λTyb、λTyc、λTyd、λTye及λTyf。这些磁通密度λTya～λTyf与马达1的气隙磁通密度的周向分量相当。

输入至周向磁通密度运算部304的磁通密度λTya～λTyf由图1、图3及图5所示的周向磁通密度检测部40来检测。使用例如以马达1的槽开口部的周向磁通垂直地交链的方式安装的线圈来构成周向磁通密度检测部40。此外，也可以使用霍尔传感器代替线圈来构成检测磁通密度λTya～λTyf的周向磁通密度检测部40。另外，检测磁通密度λTya～λTyf的周向磁通密度检测部40也可以是应用了利用TMR(Tunnel Magneto Resistance，隧道磁阻)、GMR(Giant Magneto Resistive，巨磁阻)等其它磁通检测方法的结构。周向磁通密度检测部40例如设置于定子铁芯15。更具体而言，周向磁通密度检测部40配置于定子铁芯15的齿14的顶端部分。周向磁通密度检测部40也可以配置于定子铁芯15的面中与转子铁芯19对置的面。

周向磁通密度运算部304通过对输入的6个磁通密度λTya～λTyf进行dq变换，来运算周向d轴磁通密度的各次谐波分量λyd3、λyd5、……和周向q轴磁通密度的各次谐波分量λyq3、λyq5、……，作为马达1的气隙磁通密度的周向分量的各次谐波分量。周向磁通密度运算部304将该运算结果输出至特性参数运算部305。以下将气隙磁通密度的周向分量称为周向磁通密度。

此外，附加于λyd的数字表示谐波分量的次数，例如，λyd3表示周向d轴磁通密度的3次谐波分量。同样地，附加于λyq的数字表示谐波分量的次数，例如，λyq3表示周向q轴磁通密度的3次谐波分量。

像这样，周向磁通密度运算部304运算周向d轴磁通密度的各次谐波分量λyd3、λyd5、……和周向q轴磁通密度的各次谐波分量λyq3、λyq5、……，作为周向磁通密度的各次谐波分量。

对特性参数运算部305输入径向磁通密度运算部303的运算结果和周向磁通密度运算部304的运算结果。

特性参数运算部305使用径向d轴磁通密度的各次谐波分量λxd3、λxd5、……、径向q轴磁通密度的各次谐波分量λxq3、λxq5、……、周向d轴磁通密度的各次谐波分量λyd3、λyd5、……和周向q轴磁通密度的各次谐波分量λyq3、λyq5、……来运算与每个次数对应的内积，作为特性参数P3、P5、……。另外，特性参数运算部305将该运算结果输出至比较部307。

此外，附加于P的数字表示谐波分量的次数，例如，P3表示在dq轴坐标上以(λxd3，λxq3)表示的矢量与以(λyd3，λyq3)表示的矢量的内积。

像这样，特性参数运算部305针对每个次数，运算并输出由在径向d轴磁通密度和径向q轴磁通密度中彼此次数相同的谐波分量构成的矢量与由在周向d轴磁通密度和周向q轴磁通密度中彼此次数相同的谐波分量构成的矢量的内积，作为特性参数。

例如，与3次谐波分量对应的特性参数P3是在dq轴坐标上d轴分量为λxd3且q轴分量为λxq3的矢量与d轴分量为λyd3且q轴分量为λyq3的矢量的内积。

特性参数指令部306将用于控制与各次谐波分量对应的特性参数P3、P5、……的指令值即特性参数指令值P3*、P5*、……输出至比较部307。

此外，特性参数指令值P3*、P5*、……是以满足以下的条件(1)及条件(2)的方式通过预先进行解析、测定等而预先设定的值。

·条件(1)：径向磁通密度的各次谐波分量的振幅比为特定比，周向磁通密度的各次谐波分量的振幅比为特定比。特定比例如被设定为与无负载感应电压中含有的对应的谐波分量的次数之比相同。

·条件(2)：在径向磁通密度和周向磁通密度中彼此次数相同的谐波分量的相位差为预定的相位差目标值。此外，相位差目标值被适当设计为包含0的容许范围内的值。该容许范围是指在实现将气隙磁通密度中含有的谐波分量考虑在内的电流-转矩特性的提高时不会产生不便的范围。尤其优选的是，相位差目标值被设计为0。

像这样，特性参数指令部306输出以使在径向磁通密度和周向磁通密度中彼此次数相同的谐波分量的相位差成为相位差目标值的方式被预先设定的特性参数指令值P3*、P5*、……。

对比较部307输入特性参数指令部306的输出结果和特性参数运算部305的运算结果。

比较部307使用特性参数指令值P3*、P5*、……和特性参数P3、P5、……来运算与每个次数对应的差分D3、D5、……。另外，比较部307将该运算结果输出至控制部308。

此外，附加于D的数字表示谐波分量的次数，例如，D3表示特性参数指令值P3*与特性参数P3的差分。

像这样，比较部307针对每个次数，运算从特性参数指令部306输入的特性参数指令值P3*、P5*、……与从特性参数运算部305输入的特性参数P3、P5、……的差分D3、D5、……。

例如，与3次谐波分量对应的差分D3为特性参数指令值P3*与特性参数P3之差。

对控制部308输入比较部307的运算结果。控制部308以使差分D3、D5、……分别成为预定的特性参数差分目标值ε3、ε5、……的方式进行PI控制，从而分别运算与相绕组17a～17f单独对应的6个电压指令值va*、vb*、vc*、vd*、ve*及vf*。电压指令值va*、vb*、vc*、vd*、ve*及vf*分别为用于控制电压va、vb、vc、vd、ve及vf的指令值。

此外，各特性参数差分目标值ε3、ε5、……被适当设计为包含0的容许范围内的值。该容许范围是指在实现将气隙磁通密度中含有的谐波分量考虑在内的电流-转矩特性的提高时不会产生不便的范围。各特性参数差分目标值ε3、ε5、……可以全部为相同值，也可以不是全部为相同值。尤其优选的是，特性参数差分目标值ε3、ε5、……被设计为分别为0。

控制部308依照运算出的电压指令值va*～vf*，针对6个H桥接电路的各个桥接电路控制第1正极侧开关26、第1负极侧开关28、第2负极侧开关29及第2正极侧开关30的各开关的工作。

像这样，控制部308以使从比较部307输入的针对每个次数的差分D3、D5、……分别成为特性参数差分目标值ε3、ε5、……的方式运算施加于各相绕组17a～17f的电压指令值va*～vf*，依照该电压指令值va*～vf*对逆变器200进行控制。

接下来参照图6对本实施方式1的控制装置300控制逆变器200的一系列处理进行说明。图6为示出本发明的实施方式1的控制装置300控制逆变器200的一系列处理的流程图。此外，图6所示的流程图的处理例如以预先设定的周期重复执行。

在步骤S1中，比较部307从特性参数指令部306取得特性参数指令值P3*、P5*、……，从特性参数运算部305取得特性参数P3、P5、……。之后，处理前进至步骤S2。

在步骤S2中，比较部307使用在步骤S1中取得的特性参数指令值P3*、P5*、……和在步骤S1中取得的特性参数P3、P5、……来运算与每个次数对应的差分D3、D5、……。之后，处理前进至步骤S3。

在步骤S3中，控制部308以使在步骤S2中运算出的差分D3、D5、……成为特性参数差分目标值ε3、ε5、……的方式进行PI控制，从而分别运算与相绕组17a～17f单独对应的6个电压指令值va*～vf*。之后，处理前进至步骤S4。

在步骤S4中，控制部308依照在步骤S3中运算出的电压指令值va*～vf*控制逆变器200的各开关的工作。之后，处理结束。

根据以上可知，控制装置300构成为具备控制部308，该控制部308以使在马达1的定子铁芯15与转子铁芯19之间的气隙部的径向磁通密度中含有的谐波分量和周向磁通密度中含有的谐波分量中彼此次数相同的谐波分量的相位差成为相位差目标值的方式对逆变器200进行控制。因此，在马达1中，能够使在径向磁通密度和周向磁通密度中彼此次数相同的谐波分量的相位差成为相位差目标值。因此，能够控制谐波分量以使谐波分量的转矩为最大，其结果是电流-转矩特性提高。

电压检测部301为检测施加至马达1的各相绕组17a～17f的电压va～vf的结构，径向磁通密度运算部303为使用由电压检测部301检测的电压va～vf来运算各齿中产生的径向的磁通密度λTxa～λTxf的结构。因此，不需要对马达1追加用于检测通过各齿的径向的磁通密度的新构件。结果是有助于马达1的小型化。

在马达1中，与1个极对对置的齿14的个数为6个，对由这6个齿14形成的6个定子槽16单独配置有能够以各相独立的方式控制的6相的相绕组17a～17f。因此，具有对6个齿14的各个齿中产生的磁通密度任意进行控制的自由度，其结果是能够使全部齿14的转矩最大化。

电压检测部301可以构成为在马达1的负载侧引线23与反负载侧引线24之间具有低通滤波器。据此，能够抑制由对利用PWM(pulse width modulation，脉冲宽度调制)驱动的马达1进行控制的逆变器200的开闭引起的电压变动。

此外，在实施方式1中，例示了当进行控制以使在气隙部的磁通密度的径向分量和周向分量中彼此次数相同的谐波分量的相位差成为相位差目标值时使用磁通密度的情况，但使用磁通代替磁通密度，也得到同样的效果。

此外，在实施方式1中，例示了将各相绕组17设为全节距绕组的波状绕组的结构，但各相绕组17的结构不限于此，即使为其它结构也得到同样的效果。例如，即使各相绕组17为集中绕组也得到同样的效果。另外，即使各相绕组17为短节距绕组也得到同样的效果。

此外，在实施方式1中，作为每极每相槽数为1的例子，例示了马达1的相数为6、槽数为48、磁极数为8的情况，但不限于此。例如，即使是相数为6、槽数为36、磁极数为6的情况也得到同样的效果。另外，即使是每极每相槽数为与1不同的数的情况、例如相数为6、槽数为72、磁极数为8的情况也得到同样的效果。而且，在相数为与6不同的数、例如为5或7的情况下也得到同样的效果。

此外，能够应用本发明的马达1不限于IPM(Interior Permanent Magnet，内部永磁)马达、SPM(Surface Permanent Magnet，表面永磁)马达等永磁马达。即使是将本发明应用于例如感应电动机、开关磁阻马达、同步磁阻马达等其它马达的情况也得到同样的效果。

此外，在实施方式1中，例示了对6个逆变器子单元201分别连接有单独的直流电源的情况，但即使是6个逆变器子单元201分别并联连接于同一直流电源的情况也得到同样的效果。

以上，根据本实施方式1，旋转电机的控制装置以如下方式构成：控制对各相绕组施加电压的逆变器，以使在定子铁芯与转子铁芯之间的气隙部的径向磁通密度中含有的谐波分量和周向磁通密度中含有的谐波分量中彼此次数相同的谐波分量的相位差成为预定的相位差目标值。

具体而言，旋转电机的控制装置以如下方式构成：针对每个次数，运算由在径向d轴磁通密度和径向q轴磁通密度中彼此次数相同的谐波分量构成的矢量与由在周向d轴磁通密度和周向q轴磁通密度中彼此次数相同的谐波分量构成的矢量的内积，作为特性参数。另外，旋转电机的控制装置以如下方式构成：以使运算出的每个次数的特性参数与预先设定的每个次数的特性参数指令值一致的方式运算施加于各相绕组的电压指令值，依照运算出的电压指令值对逆变器进行控制。

据此，在径向磁通密度和周向磁通密度中彼此次数相同的谐波分量的相位为几乎相同相位，其结果是，在旋转电机中，能够谋求实现将气隙磁通密度中含有的谐波分量考虑在内的电流-转矩特性的提高。另外，能够使根据径向磁通密度和周向磁通密度计算出的麦克斯韦应力的周向分量、即转矩最大化。

此外，本实施方式1的控制装置300的硬件结构例如可以列举图7所示的结构。图7为示出本发明的实施方式1的控制装置300的硬件结构的一例的结构图。

如图7所示，控制装置300具备处理器500及存储装置600作为硬件结构。上述径向磁通密度运算部303、周向磁通密度运算部304、特性参数运算部305、特性参数指令部306、比较部307及控制部308的功能由执行存储装置600中存储的程序的处理器500来实现。上述电压检测部301及电流检测部302分别由电压传感器及电流传感器来实现。

存储装置600构成为具备随机存取存储器等易失性的存储装置和闪存等非易失性的辅助存储装置。此外，存储装置600也可以构成为具备硬盘等辅助存储装置来代替非易失性的辅助存储装置。

从存储装置600的非易失性的辅助存储装置经由易失性的存储装置对处理器500输入程序。处理器500执行该输入的程序。处理器500将运算结果等数据输出至易失性的存储装置，或者经由易失性的存储装置输出至非易失性的辅助存储装置并保存该数据。

此外，上述径向磁通密度运算部303、周向磁通密度运算部304、特性参数运算部305、特性参数指令部306、比较部307及控制部308的功能可以由系统LSI等处理电路来实现。

实施方式2.

在本发明的实施方式2中，对结构与之前的实施方式1不同的控制装置300进行说明。此外，在本实施方式2中，省略对与之前的实施方式1同样的方面的说明，以与之前的实施方式1不同的方面为中心进行说明。

图8为示出本发明的实施方式2的控制装置300的结构的框图。如图8所示，控制装置300具备磁通密度指令部309及控制部308。

对磁通密度指令部309输入马达1的转速及转矩。马达1的转速例如使用安装于马达1的转速传感器来检测。马达1的转矩例如使用安装于马达1的转矩传感器来检测。

磁通密度指令部309依照预先设定的磁通密度指令图，运算与输入的马达1的转速及转矩对应的磁通密度指令值，将运算出的磁通密度指令值输出至控制部308。

上述磁通密度指令值构成为包括用于控制径向磁通密度的各次谐波分量的指令值和用于控制周向磁通密度的各次谐波分量的指令值。

上述磁通密度指令图为将马达1的转速及转矩与磁通密度指令值关联起来以使在径向磁通密度和周向磁通密度中彼此次数相同的谐波分量的相位差成为相位差目标值的图，通过预先进行解析、测定等来设定。

在控制部308中，通过依照从磁通密度指令部309输入的磁通密度指令值进行PI控制，来分别运算与相绕组17a～17f单独对应的6个电压指令值va*、vb*、vc*、vd*、ve*及vf*。

控制部308依照运算出的电压指令值va*～vf*，针对6个H桥接电路的各个桥接电路控制第1正极侧开关26、第1负极侧开关28、第2负极侧开关29及第2正极侧开关30的各开关的工作。

像这样，控制部308依照从磁通密度指令部309输入的磁通密度指令值来运算施加于各相绕组17a～17f的电压指令值va*～vf*，依照运算出的电压指令值va*～vf*对逆变器200进行控制。

通过像这样构成控制装置300，与之前的实施方式1同样地，能够使在径向磁通密度和周向磁通密度中彼此次数相同的谐波分量的相位差成为相位差目标值。

以上，根据本实施方式2，旋转电机的控制装置以如下方式构成：依照预先设定的磁通密度指令图运算与旋转电机的转速及转矩对应的磁通密度指令值，依照运算出的磁通密度指令值运算施加于各相绕组的电压指令值，依照运算出的电压指令值对逆变器进行控制。

在像这样构成的情况下，也得到与之前的实施方式1同样的效果。另外，相对于之前的实施方式1的控制装置300的结构，本实施方式2的控制装置300的构成要素少，所以有助于控制装置300的小型化。

实施方式3.

在本发明的实施方式3中，对结构与之前的实施方式1及2不同的控制装置300进行说明。此外，在本实施方式3中，省略对与之前的实施方式1及2同样的方面的说明，以与之前的实施方式1及2不同的方面为中心进行说明。

图9为示出本发明的实施方式3的控制装置300的结构的框图。如图9所示，控制装置300具备电流指令部310、电流比较部311、电流检测部302及控制部308。

与之前的实施方式2同样地，对电流指令部310输入马达1的转速及转矩。

电流指令部310依照预先设定的电流指令图运算与输入的马达1的转速及转矩对应的电流指令值，将运算出的电流指令值输出至电流比较部311。

上述电流指令值构成为包括用于分别控制流通至各相绕组17a～17f的电流ia～if的指令值ia*、ib*、ic*、id*、ie*及if*。

上述电流指令图是以使在径向磁通密度和周向磁通密度中彼此次数相同的谐波分量的相位差成为相位差目标值的方式将马达1的转速及转矩与电流指令值关联起来的图，通过预先进行解析、测定等来设定。

电流比较部311针对每相运算从电流指令部310输入的6个电流指令值ia*～if*与由电流检测部302检测的6个电流ia～if的差分，将该运算结果输出至控制部308。

控制部308以使从电流比较部311输入的6个差分分别成为预定的电流差分目标值的方式进行PI控制，从而分别运算与相绕组17a～17f单独对应的6个电压指令值va*、vb*、vc*、vd*、ve*及vf*。

此外，各电流差分目标值被适当设计为包含0的容许范围内的值。该容许范围是指在实现将气隙磁通密度中含有的谐波分量考虑在内的电流-转矩特性的提高时不会产生不便的范围。各电流差分目标值可以全部为相同值，也可以不是全部为相同值。尤其优选的是，电流差分目标值被设计为分别为0。

控制部308依照运算出的电压指令值va*～vf*，针对6个H桥接电路的各个桥接电路控制第1正极侧开关26、第1负极侧开关28、第2负极侧开关29及第2正极侧开关30的各开关的工作。

像这样，控制部308以使从电流比较部311输入的每相的差分分别成为电流差分目标值的方式运算施加于各相绕组17a～17f的电压指令值，依照运算出的电压指令值对逆变器200进行控制。

通过像这样构成控制装置300，与之前的实施方式1及2同样地，能够使在径向磁通密度和周向磁通密度中彼此次数相同的谐波分量的相位差成为相位差目标值。

以上，根据本实施方式3，旋转电机的控制装置以如下方式构成：依照预先设定的电流指令图，运算与旋转电机的转速及转矩对应的电流指令值，以针对每相使该电流指令值和流通至各相绕组的电流一致的方式运算施加于各相绕组的电压指令值，依照运算出的电压指令值对逆变器进行控制。

在像这样构成的情况下，也得到与之前的实施方式1同样的效果。另外，通过电流反馈控制来进行将气隙磁通密度中含有的谐波分量考虑在内的电流-转矩特性的最大化。因此，能够对通常大量使用的电流反馈控制的驱动系统应用实施方式3的结构。

Claims (8)

1.一种旋转电机的控制装置，通过控制对旋转电机的各相绕组施加电压的逆变器来针对每个相绕组控制使所述各相绕组通电的电流，其中，

所述控制装置具备控制部，该控制部以使在所述旋转电机的定子铁芯与转子铁芯之间的气隙部的径向磁通密度和周向磁通密度中彼此次数相同的谐波分量的相位差成为预定的相位差目标值的方式运算施加于所述各相绕组的电压指令值，依照运算出的所述电压指令值对所述逆变器进行控制。

2.根据权利要求1所述的旋转电机的控制装置，其中，

所述控制装置还具备：

径向磁通密度运算部，运算径向d轴磁通密度的各次谐波分量和径向q轴磁通密度的各次谐波分量，作为所述径向磁通密度的各次谐波分量；

周向磁通密度运算部，运算周向d轴磁通密度的各次谐波分量和周向q轴磁通密度的各次谐波分量，作为所述周向磁通密度的各次谐波分量；

特性参数运算部，针对每个所述次数，作为特性参数，运算并输出由在所述径向d轴磁通密度和所述径向q轴磁通密度中彼此次数相同的谐波分量构成的矢量与由在所述周向d轴磁通密度和所述周向q轴磁通密度中彼此次数相同的谐波分量构成的矢量的内积；

特性参数指令部，输出特性参数指令值，该特性参数指令值是以使在所述径向磁通密度和所述周向磁通密度中彼此次数相同的谐波分量的相位差成为所述相位差目标值的方式被预先设定的；以及

比较部，针对每个所述次数，运算从所述特性参数指令部输入的所述特性参数指令值与从所述特性参数运算部输入的所述特性参数的差分，输出运算出的每个所述次数的差分，

其中，所述控制部以使从所述比较部输入的每个所述次数的差分分别成为预定的特性参数差分目标值的方式运算所述电压指令值，依照运算出的所述电压指令值对所述逆变器进行控制。

3.根据权利要求1所述的旋转电机的控制装置，其中，

预先设定磁通密度指令图，该磁通密度指令图为将所述旋转电机的转速及转矩与磁通密度指令值关联起来以使在所述径向磁通密度和所述周向磁通密度中彼此次数相同的谐波分量的相位差成为所述相位差目标值的图，

所述磁通密度指令值构成为包括用于控制所述径向磁通密度的各次谐波分量的指令值和用于控制所述周向磁通密度的各次谐波分量的指令值，

所述控制装置还具备磁通密度指令部，该磁通密度指令部依照所述磁通密度指令图运算与输入的所述转速及所述转矩对应的所述磁通密度指令值，输出运算出的所述磁通密度指令值，

所述控制部依照从所述磁通密度指令部输入的所述磁通密度指令值运算所述电压指令值，依照运算出的所述电压指令值对所述逆变器进行控制。

4.根据权利要求1所述的旋转电机的控制装置，其中，

预先设定电流指令图，该电流指令图是以使在所述径向磁通密度和所述周向磁通密度中彼此次数相同的谐波分量的相位差成为所述相位差目标值的方式将所述旋转电机的转速及转矩与电流指令值关联起来的图，

所述电流指令值构成为包括用于分别控制流通至所述各相绕组的电流的指令值，

所述控制装置还具备：

电流指令部，依照所述电流指令图运算与输入的所述转速及所述转矩对应的所述电流指令值，输出运算出的所述电流指令值；以及

电流比较部，针对每个相而运算从所述电流指令部输入的所述电流指令值与流通至所述各相绕组的电流的差分，输出运算出的每个所述相的差分，

其中，所述控制部以使从所述电流比较部输入的每个所述相的差分分别成为预定的电流差分目标值的方式运算所述电压指令值，依照运算出的所述电压指令值对所述逆变器进行控制。

5.根据权利要求1或3所述的旋转电机的控制装置，其中，

所述相位差目标值为0。

6.根据权利要求2所述的旋转电机的控制装置，其中，

所述相位差目标值为0，

所述特性参数差分目标值为0。

7.根据权利要求4所述的旋转电机的控制装置，其中，

所述相位差目标值为0，

所述电流差分目标值为0。

8.一种驱动系统，具备：

权利要求1至7中的任意一项所述的旋转电机的控制装置；

所述逆变器；

所述旋转电机；以及

周向磁通密度检测部，设置于所述旋转电机的所述定子铁芯，并且检测所述周向磁通密度。