電動機驅(qū)動系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種電動機驅(qū)動系統(tǒng)，例如涉及對風扇、栗、壓縮機、主軸電動機等的 轉(zhuǎn)速控制、輸送機、機床中的定位裝置、以及如電動助動等那樣控制轉(zhuǎn)矩的用途中所利用 的同步電動機進行驅(qū)動控制的電動機驅(qū)動裝置、具備該電動機驅(qū)動裝置的一體型電動機系 統(tǒng)、電動控制型制動系統(tǒng)、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、油壓栗系統(tǒng)、空氣懸掛系統(tǒng)以及壓縮機驅(qū)動 系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 在工業(yè)、家電、汽車等各種領域中，正在廣泛使用小型高效的三相同步電動機。該 三相同步電動機通過在轉(zhuǎn)子和定子之間起作用的電磁力而旋轉(zhuǎn)。電磁力有圓周方向和直徑 方向的2個方向，圓周方向的電磁力成為使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩，直徑方向的電磁力成為使定 子振動的直徑方向電磁激振力。
[0003] 以轉(zhuǎn)子和定子的間隙間的磁通密度的平方給出直徑方向電磁激振力，因此直徑方 向電磁激振力的頻率中，電流的基本波頻率的2倍成為主分量。將作為該電流的基本波頻 率的2倍的直徑方向電磁激振力稱為直徑方向電磁激振力的時間2次分量。伴隨著直徑方 向電磁激振力的時間2次分量的振動，在零轉(zhuǎn)矩時、低轉(zhuǎn)矩時與其他因素相比成為支配性。 由于該振動而產(chǎn)生電磁噪音并與機械共振，由此該噪音變大。
[0004] 直徑方向電磁激振力的時間2次分量引起的振動，根據(jù)三相同步電動機的磁鐵的 極數(shù)和定子的槽數(shù)的組合而產(chǎn)生變形模式。例如在10極12槽的三相同步電動機的情況 下，產(chǎn)生變形為橢圓狀的空間2次的變形模式，在8極12槽的三相同步電動機的情況下，產(chǎn) 生變形為正方形狀的空間4次的變形模式。伴隨著這些變形模式的振動與空間次數(shù)的4次 方成反比例地減小，因此空間2次的變形模式的振動與空間4次的變形模式相比大10倍以 上。
[0005] 作為該空間2次的模式的振動對策，以前進行了基于極數(shù)和槽數(shù)的變更的方法。 但是，極數(shù)和槽數(shù)的變更伴隨著三相同步電動機的設計變更，因此制作期間、工時增大。并 且，抑制齒槽轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩脈動的圓周方向的電磁力的設計和抑制直徑方向電磁激振力的時 間2次分量的振動的直徑方向的電磁力的設計具有折衷的關系，因此只是變更極數(shù)和槽數(shù) 難以兼顧雙方。
[0006] 專利文獻1所記載的發(fā)明，將相對于上述的電流的基本波頻率為6倍的直徑方向 電磁激振力作為對象。將其稱為直徑方向電磁激振力的時間6次分量，在專利文獻1中記 載了生成電流指令使得抑制伴隨該分量的振動分量。電流指令的生成預先對每個轉(zhuǎn)矩進行 映射化，與給出的轉(zhuǎn)矩指令對應地使用該映射（map)通過電流指令生成部生成電流指令。
[0007] 作為對三相同步電動機的要求規(guī)格，除了轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速以外，肅靜性也是重要的。特 別對于通過三相同步電動機驅(qū)動的電動系統(tǒng)，零轉(zhuǎn)矩、低轉(zhuǎn)矩等輕負荷下的肅靜性的要求 大。但是，在電動系統(tǒng)中，從使用了三相同步電動機的系統(tǒng)的安裝空間、輕量化、成本的觀點 出發(fā)，汽車難以進行吸音材料、減振材料等的振動、噪音對策。
[0008] 因此，希望一種考慮到肅靜性的三相同步電動機的驅(qū)動系統(tǒng)。在伴隨直徑方向電 磁激振力的時間2次分量的振動與機構共振而產(chǎn)生的輕負荷時，三相同步電動機的噪音是 主要的。在現(xiàn)有的專利文獻1中，抑制了因直徑方向電磁激振力的時間6次分量造成的振 動和噪音。但是，在本發(fā)明中成為對象的直徑方向電磁激振力的時間2次分量比直徑方向 電磁激振力的時間6次分量大，因其造成的振動和噪聲的降低成為課題。
[0009] 專利文獻1 :日本特開2008-17660號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于提供一種同步電動機的驅(qū)動系統(tǒng)，其控制d軸電流和q軸電流， 使得減小三相同步電動機的直徑方向電磁激振力的時間2次分量所造成的振動，降低伴隨 振動而因與機構的共振所產(chǎn)生的噪聲。
[0011] 本發(fā)明的電動機驅(qū)動裝置具備：功率變換器，其從直流變換為交流；與該功率變 換器連接的同步電動機；控制器，其檢測該同步電動機的轉(zhuǎn)子位置和電動機電流，與檢出位 置對應地對電動機電流進行PffM控制，該電動機驅(qū)動裝置中，上述控制器在q軸電流大致為 〇附近時，使得預先設定的d軸電流負向流動。
[0012] 另外，本發(fā)明的電動機驅(qū)動裝置具備：功率變換器，其從直流變換為交流；與該功 率變換器連接的同步電動機；控制器，其檢測該同步電動機的轉(zhuǎn)子位置和電動機電流，與檢 出位置對應地對電動機電流進行PWM控制，該電動機驅(qū)動裝置中，上述控制器在預定的q軸 電流值以下，對d軸電感和q軸電感大致一致的電動機流過預定的負的d軸電流，對d軸電 感和q軸電感不同的電動機流過預定的負的d軸電流，隨著q軸電流的增大使上述負的d 軸電流增大。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式相關的電動機驅(qū)動系統(tǒng)，在零轉(zhuǎn)矩時、低轉(zhuǎn)矩時，能 夠降低伴隨著振動由于與機構的共振所產(chǎn)生的噪音。進而，在高轉(zhuǎn)矩時，雖然降低幅度比低 轉(zhuǎn)矩小，但也能夠降低噪音。
[0014] 在以下所述的實施例中，明確本發(fā)明的其他目的和特征。
【附圖說明】
[0015] 圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式相關的三相同步電動機的驅(qū)動系統(tǒng)的結構的 框圖。
[0016] 圖2是本發(fā)明相關的圖1的電流指令變換部3的電流動作點。
[0017] 圖3是圖1的控制器2的框圖的結構。
[0018] 圖4是本發(fā)明的第二實施方式相關的電動控制型制動器的圖。
[0019] 圖5是本發(fā)明的第三實施方式相關的電動助力轉(zhuǎn)向的圖。
[0020] 圖6是本發(fā)明的第四實施方式相關的普通的栗驅(qū)動系統(tǒng)的圖。
[0021] 圖7是本發(fā)明的第五實施方式相關的空調(diào)系統(tǒng)中的室外機的圖。
[0022] 圖8是本發(fā)明的第六實施方式相關的電梯系統(tǒng)的圖。
[0023] 圖9是本發(fā)明的第七實施方式相關的鐵路車輛系統(tǒng)的圖。
[0024] 符號說明
[0025] 1 :三相同步電動機；IG :指令產(chǎn)生樹；2 :控制器；3 :電流指令變換部；4 :驅(qū)動系 統(tǒng)；5 :電流檢測器；21 :坐標變換部dq ;22 :電壓指令計算部；23 :坐標變換部UVW ;24 :驅(qū) 動信號生成部；25 :功率變換器；26 :分流電阻；41 :電動控制型制動器；42 :制動踏板；43 : 主液壓室；44a~44d :制動鉗；51 :電動助力轉(zhuǎn)向；52 :方向盤；53 :轉(zhuǎn)矩傳感器；54 :轉(zhuǎn)向 輔助機構；55 :轉(zhuǎn)向機構；56 :輪胎；61 :油栗；62 :油壓回路；63 :罐；64 :釋放閥；65 :電磁 閥；66 :缸；71 :室外機；72 :壓縮機；81 :電梯系統(tǒng)；82 :卷揚機；83 :配重；84 :機械室；85 : 轎廂；91 :鐵路車輛系統(tǒng)；92 :鐵路車輛；93a~93d :車輛驅(qū)動系統(tǒng)；k31 :曲線；k32 :直線； k33 :曲線；k34 :直線。
【具體實施方式】
[0026] 以下，根據(jù)【附圖說明】本發(fā)明的實施方式。
[0027] (第一實施方式）
[0028] 使用圖1~圖3說明本發(fā)明相關的同步電動機的驅(qū)動系統(tǒng)的第一實施方式。
[0029] 圖1所示的三相同步電動機的驅(qū)動系統(tǒng)4以三相同步電動機1的驅(qū)動為目的，包 含控制器2、電流指令變換部3以及作為驅(qū)動對象的三相同步電動機1而構成。
[0030] 首先，在圖3中簡要地說明控制器2的結構?？刂破?由坐標變換部dq21、電壓 指令計算部22、坐標變換部UVW23、驅(qū)動信號生成部24、功率變換器25構成。首先，通過坐 標變換部dq21將檢測出的三相電流Iuc、Ivc、Iwc和轉(zhuǎn)子相位Θ變換為d軸電流檢測值 Idc、q軸電流檢測值Iqc。接著，向電壓指令計算部22輸入作為電流指令變換部3的輸出 的d軸電流指令值Id*和d軸電流檢測值Idc之間的差、以及q軸電流指令值Iq*和q軸 電流檢測值Iqc之間的差，將電壓指令計算部22的輸出作為d軸電壓指令值Vd*、q軸電壓 指令值Vq*。
[0031] 然后，使用檢測出的轉(zhuǎn)子相位Θ，通過坐標變換部UVW23設為U相電壓指令值 Vu*、V相電壓指令值Vv*、W相電壓指令值Vw*。根據(jù)這些電壓指令值，通過驅(qū)動信號生成部 24生成脈沖寬度調(diào)制信號，輸出驅(qū)動功率變換器25的U相電流Iu、V相電流Iv、W相電流 Iw0
[0032] 理想的是三相同步電動機1的電流的檢測如圖1的電流檢測器5那樣直接檢測從 控制器2向三相同步電動機1供給的三相電流，但也可以檢測流過圖3所示的分流電阻26 的直流電流10,使用再現(xiàn)了三相電流的電流Iuc、Ivc、Iwc。
[0033] 三相同步電動機1的轉(zhuǎn)子相位的檢測，理想的是旋轉(zhuǎn)變壓器等位置傳感器，但也 可以使用根據(jù)電動機的三相電流、三相電壓推定轉(zhuǎn)子相位的無位置傳感器控制的輸出。
[0034] 接著，簡要地說明電流指令變換部3的結構。電流指令變換部3以轉(zhuǎn)矩指令τ * 為輸入，以d軸電流指令值Id*和q軸電流指令值Iq*為輸出。通過根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令和與三 相同步電動機的特性對應的圖2的直線k32選擇直線k34的電流動作點來生成電流指令。 通過跟蹤基于這些電流動作點的電流指令值，來降低因直徑方向電磁激振力的時間2次分 量造成的振動位移，由此降低所產(chǎn)生的噪音。以下說明圖2中的直線k32至直線k34的細 -K- To
[0035] 根據(jù)電動機的轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙間的磁通密度的簡易計算，因直徑方向電磁 激振力的時間2次分量造成的振動位移具有式（1)的特性。X是振動位移，k是比例常數(shù)， 心是感應電壓常數(shù)，k ,是d軸比例常數(shù)，I ,是d軸電流，k q是q軸比例常數(shù)，I q是q軸電流。 通過實驗或計算來求出k、Kp kd以及k q的這些常數(shù)。
[0036]
[0037] 接著，用式（2)表示三相同步電動機1的轉(zhuǎn)矩。T是轉(zhuǎn)矩，P是極對數(shù)，1^是d軸 電感，L q是q軸電感。
[0038] T = P{Ke+(