電動(dòng)機(jī)控制裝置制造方法
【專利摘要】預(yù)先在存儲(chǔ)部中準(zhǔn)備校正波信息，監(jiān)視對(duì)使電動(dòng)機(jī)的所產(chǎn)生的扭矩中形成脈動(dòng)的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行規(guī)定的狀態(tài)量（扭矩指令、電動(dòng)機(jī)速度），從存儲(chǔ)部中選擇與該狀態(tài)量的正負(fù)相對(duì)應(yīng)的校正波信息，基于該選擇出的校正波信息，生成與周期性的扭矩脈動(dòng)（扭矩波動(dòng)、齒槽扭矩）相對(duì)的正弦波狀的校正波，取代為了對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制而從上級(jí)裝置輸入的扭矩指令，基于將該扭矩指令與所述生成的校正波合成而得到的校正扭矩指令，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
【專利說明】電動(dòng)機(jī)控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電動(dòng)機(jī)控制裝置，特別地，涉及一種對(duì)利用永磁鐵的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制的電動(dòng)機(jī)控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電動(dòng)機(jī)依賴于定子和轉(zhuǎn)子的相對(duì)角度而產(chǎn)生扭矩，但利用永磁鐵的電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的扭矩，具有高次諧波成分而存在脈動(dòng)。該扭矩的脈動(dòng)分為以下2種。I種稱為扭矩波動(dòng)，其振幅與所產(chǎn)生的扭矩的大小相對(duì)應(yīng)地變化。另I種稱為齒槽扭矩，其振幅不依賴于所產(chǎn)生的扭矩的大小而示出固定值。上述扭矩的脈動(dòng)成為電動(dòng)機(jī)的速度不穩(wěn)定、位置偏差的主要原因，因此，以往進(jìn)行了各種嘗試(例如，專利文獻(xiàn)I~3等)，試圖通過進(jìn)行控制而降低該扭矩脈動(dòng)。
[0003]在例如專利文獻(xiàn)I中公開有下述預(yù)測控制的技術(shù)，即，扭矩的脈動(dòng)分為不依賴于電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的扭矩的固定振幅型齒槽扭矩、和與所產(chǎn)生的扭矩成正比的可變振幅型的扭矩波動(dòng)，對(duì)反映至實(shí)際的扭矩中的時(shí)刻下的電動(dòng)機(jī)角度進(jìn)行預(yù)測，并對(duì)扭矩波動(dòng)進(jìn)行校正。另外，公開有下述技術(shù)，即，齒槽扭矩及扭矩波動(dòng)各自的校正數(shù)據(jù)作為與電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)I周時(shí)的角度(O度< θη < 360度:n=l、2、…、N)相對(duì)應(yīng)的N個(gè)數(shù)據(jù)而存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中。
[0004]另外，在例如專利文獻(xiàn)2中，將扭矩波動(dòng)的校正波通過針對(duì)每個(gè)頻率作為振幅和相位的數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇，創(chuàng)建m個(gè)正弦波信號(hào)并進(jìn)行合成，從而獲得扭矩波動(dòng)的校正波。另外，主張?jiān)谂ぞ夭▌?dòng)中存在不是電動(dòng)機(jī)的電角頻率的整數(shù)倍的情況，公開有用于消除依賴于電動(dòng)機(jī)機(jī)械位置的扭矩波動(dòng)的扭矩波動(dòng)校正方法。
[0005]另外，在例如專利文獻(xiàn)3中公開有下述技術(shù)，即，將用于對(duì)扭矩波動(dòng)的6階高次諧波成分進(jìn)行校正的相位和振幅的參數(shù)，與輸出扭矩的正負(fù)相對(duì)應(yīng)地選擇，并使用基于該參數(shù)的校正波對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特開平11 - 299277號(hào)公報(bào)
[0007]專利文獻(xiàn)2:日本特開2005 - 80482號(hào)公報(bào)
[0008]專利文獻(xiàn)3:日本特開2010 - 239681號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]但是，在上述專利文獻(xiàn)1所記載的技術(shù)中，將齒槽扭矩及扭矩波動(dòng)的校正數(shù)據(jù)作為與電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)I周中的角度(O度≤θη < 360度:n=l、2、…、N)相對(duì)應(yīng)的N個(gè)數(shù)據(jù)而存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中。因此，為了進(jìn)行高精度的扭矩波動(dòng)校正，存在導(dǎo)致控制裝置等中所需的存儲(chǔ)裝置的容量增大的問題。
[0010]另外，在上述專利文獻(xiàn)2所記載的技術(shù)中，主張?jiān)谂ぞ夭▌?dòng)中存在不是電動(dòng)機(jī)的電角頻率的整數(shù)倍的情況，但沒有公開也沒有啟示與該角頻率的選擇相關(guān)的具體方法，為了獲得良好的扭矩波動(dòng)校正效果，要求進(jìn)一步的技術(shù)開發(fā)。
[0011]另外，在上述專利文獻(xiàn)3所記載的技術(shù)中，公開了根據(jù)扭矩的正負(fù)，而使扭矩波動(dòng)的校正波的振幅及相位變化的技術(shù)，但沒有公開也沒有啟示與齒槽扭矩相關(guān)的校正方法，另外，關(guān)于角頻率也只有與6階高次諧波相關(guān)的記述，為了進(jìn)行更良好的扭矩波動(dòng)校正，要求進(jìn)一步的技術(shù)開發(fā)。
[0012]本發(fā)明就是鑒于上述情況而提出的，其目的在于，獲得一種電動(dòng)機(jī)控制裝置，該電動(dòng)機(jī)控制裝置能夠通過簡單的結(jié)構(gòu)，與狀態(tài)量的正負(fù)相對(duì)應(yīng)地，進(jìn)行適當(dāng)?shù)厥?種扭矩脈動(dòng)減少的校正，該狀態(tài)量對(duì)使電動(dòng)機(jī)的所產(chǎn)生的扭矩中形成脈動(dòng)的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行規(guī)定。
[0013]為了解決上述課題并實(shí)現(xiàn)目的，本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制裝置基于輸入的扭矩指令對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，該電動(dòng)機(jī)控制裝置的特征在于，具有:正負(fù)判定部，其對(duì)狀態(tài)量為正極性還是負(fù)極性進(jìn)行正負(fù)判定，該狀態(tài)量對(duì)使所述電動(dòng)機(jī)的所產(chǎn)生的扭矩中形成脈動(dòng)的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行規(guī)定；校正波信息選擇部，其從存儲(chǔ)校正波信息的存儲(chǔ)部中選擇與所述正負(fù)判定部的判定結(jié)果表示的正負(fù)相對(duì)應(yīng)的校正波信息；以及校正波生成部，其基于所述選擇的校正波信息，生成與周期性的扭矩脈動(dòng)相對(duì)的正弦波狀的校正波，在該電動(dòng)機(jī)控制裝置中，取代所述輸入的扭矩指令，基于將該扭矩指令與所述生成的校正波合成而得到的校正扭矩指令，對(duì)所述電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
[0014]發(fā)明的效果
[0015]根據(jù)本發(fā)明，預(yù)先在存儲(chǔ)部中準(zhǔn)備校正波信息，監(jiān)視對(duì)使電動(dòng)機(jī)的所產(chǎn)生的扭矩中形成脈動(dòng)的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行規(guī)定的狀態(tài)量(扭矩指令、電動(dòng)機(jī)速度)，從存儲(chǔ)部中選擇與該狀態(tài)量為正極性還是負(fù)極性相對(duì)應(yīng)的校正波信息，基于該選擇出的校正波信息，生成與周期性的扭矩脈動(dòng)(扭矩波動(dòng)、齒槽扭矩)相對(duì)的正弦波狀的校正波，取代為了對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制而從上級(jí)裝置輸入的扭矩指令，基于將該扭矩指令與所述生成的校正波合成而得到的校正扭矩指令，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，因此，具有能夠進(jìn)行適當(dāng)?shù)厥古ぞ氐?種脈動(dòng)(扭矩波動(dòng)、齒槽扭矩)減少的校正的效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是表示使用本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置而構(gòu)成的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例的框圖。
[0017]圖2是表示圖1所示的本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0018]圖3是表示圖2所示的扭矩控制部的結(jié)構(gòu)例的框圖。
[0019]圖4是表示產(chǎn)生正扭矩及負(fù)扭矩時(shí)的扭矩脈動(dòng)波形的圖。
[0020]圖5是表示將圖4所示的扭矩脈動(dòng)波形進(jìn)行了階數(shù)分解的結(jié)果的振幅的圖。
[0021]圖6是表示將圖4所示的扭矩脈動(dòng)波形進(jìn)行了階數(shù)分解的結(jié)果的相位偏移(offset)白勺圖。
[0022]圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施例2所涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0023]圖8是表示圖7所示的扭矩控制部的結(jié)構(gòu)例的框圖。
[0024]圖9是表示本發(fā)明的實(shí)施例3所涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0025]圖10是表示圖9所示的扭矩控制部的結(jié)構(gòu)例的框圖。
[0026]圖11是說明圖10所示的4個(gè)校正波信息存儲(chǔ)部中的保存內(nèi)容的一個(gè)例子的圖。
[0027]圖12是說明高次諧波(校正波)的振幅比例與扭矩指令的絕對(duì)值之間的關(guān)系的圖。[0028]圖13是作為本發(fā)明的實(shí)施例4，表示圖9所示的扭矩控制部的其他結(jié)構(gòu)例的框圖。
[0029]圖14是表示包含有本發(fā)明的實(shí)施例5所涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置在內(nèi)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例的框圖。
[0030]圖15是表示包含有本發(fā)明的實(shí)施例6所涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置在內(nèi)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例的框圖。
[0031]圖16是作為本發(fā)明的實(shí)施例7，表示進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)例的概念圖。
[0032]圖17是作為本發(fā)明的實(shí)施例7，表示進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)的其他結(jié)構(gòu)例的概念圖。
[0033]圖18是說明在圖16、圖17所示的電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力的情況下的磁通的流向的圖。
[0034]圖19是表示在圖16、圖17所示的電動(dòng)機(jī)中的某個(gè)電動(dòng)機(jī)截面處的扭矩波動(dòng)波形的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面，基于附圖，對(duì)本發(fā)明所涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。此外，本發(fā)明并不限定于本實(shí)施例。
[0036]實(shí)施例1
[0037]圖1是表示包含有本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置在內(nèi)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例的框圖。圖2是表示圖1所示的本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。圖3是表示圖2所示的扭矩控制部的結(jié)構(gòu)例的框圖。在本實(shí)施例1中，對(duì)在所產(chǎn)生的扭矩的脈動(dòng)中使扭矩波動(dòng)降低的校正方式進(jìn)行說明。
[0038]首先，對(duì)所使用的系統(tǒng)的概要進(jìn)行簡單地說明。
[0039]在圖1中，電動(dòng)機(jī)I是利用永磁鐵的電動(dòng)機(jī)，作為扭矩脈動(dòng)而產(chǎn)生扭矩波動(dòng)和齒槽扭矩。在該電動(dòng)機(jī)I上安裝有位置傳感器2。逆變器電路3具有由多個(gè)開關(guān)元件(通常使用IGBT或M0SFET)構(gòu)成的3相電橋電路。電容器4是利用公知的方法對(duì)成為電動(dòng)機(jī)I的動(dòng)力源的直流電力進(jìn)行蓄積的直流電源。在連接逆變器電路3和電動(dòng)機(jī)I的電源線纜上配置有電流傳感器5。
[0040]逆變器電路3中的3相電橋電路形成配置在作為直流電源的電容器4的正極端和負(fù)極端之間。具體來說，3相電橋電路按照下述形式形成在電容器4的正極端和負(fù)極端之間，即，2個(gè)開關(guān)元件成對(duì)地串聯(lián)連接，3個(gè)該串聯(lián)電路并聯(lián)連接。
[0041]逆變器電路3如果從實(shí)施例1所涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置6a輸入使構(gòu)成3相電橋電路的多個(gè)開關(guān)元件接通/斷開的驅(qū)動(dòng)信號(hào)pu、nu、pv、nv、pw、nw,則通過多個(gè)開光元件的通斷動(dòng)作，將蓄積在電容器4中的直流電力變換為任意頻率及電壓的3相交流電力，并供給至電動(dòng)機(jī)I。由此，電動(dòng)機(jī)I被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，在電動(dòng)機(jī)I中產(chǎn)生既定的扭矩。
[0042]由位置傳感器2檢測此時(shí)的電動(dòng)機(jī)位置Theta，并作為反饋信號(hào)而輸入至實(shí)施例1所涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置6a。另外，由電流傳感器5檢測此時(shí)流過電動(dòng)機(jī)I的3相電動(dòng)機(jī)電流，利用A/D轉(zhuǎn)換器7進(jìn)行數(shù)字化而成為3相數(shù)字電動(dòng)機(jī)電流Iu、Iv、Iw,作為反饋信號(hào)而輸入至實(shí)施例1所涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置6a。
[0043]實(shí)施例1所涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置6a基于由上級(jí)裝置8輸出的扭矩指令TrefJt為反饋信號(hào)的電動(dòng)機(jī)位置Theta及3相數(shù)字電動(dòng)機(jī)電流Iu、Iv、Iw，如現(xiàn)有技術(shù)這樣，運(yùn)算生成對(duì)逆變器電路3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)pu、nu、pv、nv、pw、nw。
[0044]此時(shí)，本實(shí)施例1所涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置6a，將由上級(jí)裝置8輸出的扭矩指令Tref作為對(duì)產(chǎn)生2種扭矩脈動(dòng)中的I種(扭矩波動(dòng))的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行規(guī)定的狀態(tài)量而獲取，基于該扭矩指令Tref和電動(dòng)機(jī)位置Theta，進(jìn)行降低周期性地產(chǎn)生的扭矩波動(dòng)的控制，將該控制結(jié)果反映在賦予至逆變器電路3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)pu、nu、pv、nv、pw、nw的運(yùn)算生成中。
[0045]以下，對(duì)與本實(shí)施例1相關(guān)的部分進(jìn)行具體地說明。電動(dòng)機(jī)控制裝置6a如圖2所示，具有扭矩控制部10a、電流控制部11和電壓控制部12。
[0046]扭矩控制部IOa通過例如后述的圖3所示的結(jié)構(gòu)，作為現(xiàn)有技術(shù)的動(dòng)作，與來自上級(jí)裝置8的扭矩指令Tref相對(duì)應(yīng)地對(duì)賦予至電流控制部11的d軸及q軸的電流指令idref、iqref進(jìn)行運(yùn)算。在該現(xiàn)有技術(shù)的動(dòng)作的基礎(chǔ)上，在本實(shí)施例1中，將來自上級(jí)裝置8的扭矩指令Tref作為對(duì)產(chǎn)生扭矩波動(dòng)的電動(dòng)機(jī)I的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行規(guī)定的狀態(tài)量而獲取，基于該扭矩指令Tref和電動(dòng)機(jī)位置Theta，進(jìn)行用于降低周期性地產(chǎn)生的扭矩波動(dòng)的控制，將該扭矩波動(dòng)降低控制的結(jié)果反映在賦予至電流控制部11的d軸及q軸的電流指令idref、iqref中。具體內(nèi)容在后面進(jìn)行敘述。
[0047]電流控制部11具有:3相2相變換部13、減法器14、15以及例如PID控制部16、
17。此外，有時(shí)取代PID控制部16、17而使用PI控制部。
[0048]3相2相變換部13將利用A/D轉(zhuǎn)換器7進(jìn)行數(shù)字化得到的3相數(shù)字電動(dòng)機(jī)電流Iu、Iv、Iw變換為電動(dòng)機(jī)位置Theta處的d軸電流id及q軸電流iq。減法器14求出由扭矩控制部IOa輸出的d軸電流指令idref與由3相2相變換部13變換輸出的d軸電流id的差值(d軸電流偏差)，并將其輸出至PID控制部16。減法器15求出由扭矩控制部IOa輸出的q軸電流指令iqref與由3相2相變換部13變換輸出的q軸電流iq的差值(q軸電流偏差)，并將其輸出至PID控制部17。PID控制部16、17進(jìn)行使由減法器14、15輸出的d軸及q軸的各電流偏差減小的PID控制，并對(duì)賦予至電壓控制部12的d軸電壓指令Vdref及q軸電壓指令Vqref進(jìn)行設(shè)定。
[0049]電壓控制部12具有2相3相變換部18和PWM控制部19。
[0050]2相3相變換部18將由電流控制部11輸出的d軸電壓指令Vdref及q軸電壓指令Vqref變換為電動(dòng)機(jī)位置Theta處的3相電壓指令Vudref、Vvdref、Vwdref。PWM控制部19根據(jù)由2相3相變換部18變換輸出的3相電壓指令Vudref、Vvdref、Vwdref,生成作為PWM信號(hào)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)pu、nu、pv、nv、pw、nw,并輸出至逆變器電路3。
[0051]此外，扭矩控制部IOa例如如圖3所示，形成下述結(jié)構(gòu)，S卩，在電流指令生成部22的輸入級(jí)追加有校正波運(yùn)算部20和扭矩指令合成部21。校正波運(yùn)算部20具有校正波信息選擇部24、扭矩指令正負(fù)判定部25和扭矩波動(dòng)校正波生成部26。校正波信息選擇部24具有存儲(chǔ)正用校正波信息的存儲(chǔ)部28、存儲(chǔ)負(fù)用校正波信息的存儲(chǔ)部29、和選擇電路30。
[0052]將由上級(jí)裝置8輸出的扭矩指令Tref輸入至扭矩指令合成部21，并且，作為對(duì)電動(dòng)機(jī)I的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行規(guī)定的狀態(tài)量而輸入至扭矩指令正負(fù)判定部25及扭矩波動(dòng)校正波生成部26。向扭矩波動(dòng)校正波生成部26中輸入選擇電路30的輸出(校正波信息)和電動(dòng)機(jī)位置Theta。
[0053]扭矩指令正負(fù)判定部25對(duì)從上級(jí)裝置8輸入的扭矩指令Tref為正極性還是負(fù)極性進(jìn)行正負(fù)判定，并將該判定結(jié)果輸出至選擇電路30。選擇電路30根據(jù)扭矩指令正負(fù)判定部25的判定結(jié)果，選擇存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部28和存儲(chǔ)部29的某一個(gè)中的校正波信息，并輸出至扭矩波動(dòng)校正波生成部26。
[0054]扭矩波動(dòng)校正波生成部26基于從上級(jí)裝置8輸入的扭矩指令Tref (即電動(dòng)機(jī)I的狀態(tài)量)和由選擇電路30選擇出的校正波信息，生成電動(dòng)機(jī)位置Theta處的正弦波狀的扭矩波動(dòng)校正波Ttr，并輸出至扭矩指令合成部21。扭矩波動(dòng)校正波Ttr的振幅依賴于由扭矩指令Tref產(chǎn)生的扭矩的振幅。
[0055]扭矩指令合成部21將從上級(jí)裝置8輸入的扭矩指令Tref和由扭矩波動(dòng)校正波生成部26生成的扭矩波動(dòng)校正波Ttr進(jìn)行合成而生成校正扭矩指令Tref2。
[0056]電流指令生成部22基于由扭矩指令合成部21生成的校正扭矩指令Tref2，生成d軸電流指令idref及q軸電流指令iqref,并輸出至電流控制部11。由此,通過電流控制部11及電壓控制部12的協(xié)同動(dòng)作，實(shí)施使電動(dòng)機(jī)I的所產(chǎn)生的扭矩中的扭矩波動(dòng)減少的校正動(dòng)作。
[0057]在此，對(duì)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部28、29中的校正波信息進(jìn)行說明。用于生成扭矩波動(dòng)校正波Ttr的校正波信息，由高次諧波階數(shù)信息、高次諧波(校正波)的振幅相對(duì)于扭矩指令Tref的比例(振幅比例)、以及高次諧波(校正波)的相位(偏移相位)構(gòu)成。高次諧波階數(shù)信息和與其相對(duì)的振幅比例及相位(偏移相位)相關(guān)聯(lián)地存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部28、29中。
[0058]首先，參照?qǐng)D4至圖6，具體說明在電動(dòng)機(jī)I產(chǎn)生扭矩的情況下，根據(jù)其所產(chǎn)生的扭矩為正極性還是負(fù)極性，扭矩脈動(dòng)(即扭矩波動(dòng))的高次諧波階數(shù)成分不同這一點(diǎn)。此外，圖4是表示產(chǎn)生正扭矩及負(fù)扭矩時(shí)的扭矩脈動(dòng)波形的圖。圖5是表示對(duì)圖4所示的扭矩脈動(dòng)波形進(jìn)行了階數(shù)分解的結(jié)果的振幅的圖。圖6是表示對(duì)圖4所示的扭矩脈動(dòng)波形進(jìn)行了階數(shù)分解的結(jié)果的相位偏移的圖。
[0059]在圖4 Ca)中示出產(chǎn)生正扭矩時(shí)的扭矩脈動(dòng)波形，在圖4 (b)中示出產(chǎn)生負(fù)扭矩時(shí)的扭矩脈動(dòng)波形。圖4 (a) (b)示出在實(shí)驗(yàn)中利用扭矩計(jì)得到的使電動(dòng)機(jī)I 一邊沿同一旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)一邊施加固定負(fù)載而產(chǎn)生扭矩的情況下的扭矩脈動(dòng)波形的結(jié)果。在實(shí)驗(yàn)中，使扭矩的時(shí)間平均值的絕對(duì)值相同。在圖4 (a)和(b)中可知扭矩脈動(dòng)波形明顯不同。
[0060]在圖5中，在圖5 Ca)所示的產(chǎn)生正扭矩時(shí)產(chǎn)生了 8階和48階，但在圖5 (b)所示的產(chǎn)生負(fù)扭矩時(shí)幾乎沒有產(chǎn)生8階和48階。由此可知，在對(duì)產(chǎn)生正扭矩時(shí)的扭矩脈動(dòng)進(jìn)行校正的情況下，優(yōu)選生成8階和48階的校正波，在對(duì)產(chǎn)生負(fù)扭矩時(shí)的扭矩脈動(dòng)進(jìn)行校正的情況下，為了運(yùn)算時(shí)間的高效化而優(yōu)選不生成8階和48階的校正波。其結(jié)果，能夠降低用于對(duì)作為校正波信息的高次諧波階數(shù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)的存儲(chǔ)部的容量。
[0061]由此，在本實(shí)施例1所涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置6a中，以下述方式構(gòu)成，S卩，在電動(dòng)機(jī)I產(chǎn)生扭矩的情況下，著眼于根據(jù)該產(chǎn)生的扭矩為正極性還是負(fù)極性，扭矩脈動(dòng)(即扭矩波動(dòng))的高次諧波階數(shù)成分不同這一點(diǎn)，而分別準(zhǔn)備正用存儲(chǔ)部28和負(fù)用存儲(chǔ)部29，在存儲(chǔ)部28中存儲(chǔ)以正用高次諧波階數(shù)信息為主的正用校正波信息，在存儲(chǔ)部29中存儲(chǔ)以負(fù)用高次諧波階數(shù)信息為主的負(fù)用校正波信息，能夠與電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)量即扭矩指令Tref的正負(fù)相對(duì)應(yīng)地選擇所對(duì)應(yīng)的高次諧波階數(shù)信息，并基于該選擇出的高次諧波階數(shù)信息和電動(dòng)機(jī)位置Theta而生成扭矩波動(dòng)校正波。
[0062]此時(shí)，電動(dòng)機(jī)I的旋轉(zhuǎn)機(jī)械頻率依賴于轉(zhuǎn)速，通過在逆變器電路3中進(jìn)行頻率變換后的交流電力而驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)1，能夠以各種轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，因此，作為存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部28、29中的高次諧波階數(shù)信息，優(yōu)選將電動(dòng)機(jī)I的旋轉(zhuǎn)機(jī)械頻率作為I階，存儲(chǔ)由其倍數(shù)η (η為自然數(shù))構(gòu)成的多個(gè)高次諧波階數(shù)。這樣，例如在對(duì)以50Hz旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)I的扭矩、即以IOOHz振動(dòng)的成分進(jìn)行校正的情況下，由于能夠設(shè)定“n=2”，因此，能夠進(jìn)行適當(dāng)?shù)男Ｕ?br>
[0063]另外，在現(xiàn)有技術(shù)中，還存在將電頻率設(shè)為I階的思路，在該思路中，由于難以應(yīng)對(duì)由包含在電動(dòng)機(jī)I中的永磁鐵的波動(dòng)、其他的工作誤差引起的電角頻率的小數(shù)倍的階數(shù)，因此，優(yōu)選設(shè)定以旋轉(zhuǎn)機(jī)械頻率作為I階的高次諧波階數(shù)。
[0064]并且，作為存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部28、29中的校正波信息，優(yōu)選除了高次諧波階數(shù)信息之外，將與扭矩指令Tref相對(duì)應(yīng)而由扭矩波動(dòng)校正波生成部26生成的扭矩波動(dòng)校正波(即高次諧波成分)的振幅比例An及相位偏移量Θ n也與高次諧波階數(shù)n相關(guān)聯(lián)地進(jìn)行存儲(chǔ)。通過存儲(chǔ)上述內(nèi)容，可以想到，如圖5所示，24階的振幅在正扭矩時(shí)(a)和負(fù)扭矩時(shí)(b)明顯不同，與單純地僅切換階數(shù)η的做法相比，還同時(shí)切換振幅比例An的做法能夠使降低扭矩脈動(dòng)(扭矩波動(dòng))的效果提高。另外，對(duì)于相位偏移量θ η也是相同的。
[0065]在圖6中，可知相位偏移量θ η在產(chǎn)生正扭矩時(shí)(a)和產(chǎn)生負(fù)扭矩時(shí)(b)不同。例如24階高次諧波的相位偏移量θη在產(chǎn)生正扭矩時(shí)(a)的情況下為一 150°，在產(chǎn)生負(fù)扭矩時(shí)(b)的情況下為+135°，是不同的。由此，優(yōu)選相位偏移量θ η也與高次諧波階數(shù)η同時(shí)進(jìn)行切換。
[0066]如果將由扭矩波動(dòng)校正波生成部26生成的正弦波狀的扭矩波動(dòng)校正波Ttr，使用上述的倍數(shù)(高次諧波階數(shù))η、高次諧波(扭矩波動(dòng)校正波Ttr)的振幅比例An及相位偏移量θη表達(dá)為公式，則如 式(I)所示。
[0067]【式I】
[0068]Ttr =ΣT?r XAnXsin(nxTheta + On) -(I)
n
[0069]此外，在后述的圖11的(a) (b)中示出了存儲(chǔ)部28、29的存儲(chǔ)內(nèi)容的一個(gè)例子。其中，示出了相對(duì)于階數(shù)，將振幅比例及相位偏移量相關(guān)聯(lián)地進(jìn)行存儲(chǔ)的情況。
[0070]如上述所示，根據(jù)本實(shí)施例1，作為進(jìn)行使2種扭矩脈動(dòng)中的一種即扭矩波動(dòng)減少的校正的結(jié)構(gòu)，以下述方式構(gòu)成，即，預(yù)先在存儲(chǔ)部中準(zhǔn)備校正波信息，監(jiān)視對(duì)產(chǎn)生扭矩波動(dòng)的電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行規(guī)定的狀態(tài)量即從上級(jí)裝置輸入的扭矩指令，對(duì)獲取的扭矩指令為正極性還是負(fù)極性進(jìn)行判斷，從存儲(chǔ)部中選擇與其正負(fù)相對(duì)應(yīng)的校正波信息，并基于該選擇出的校正波信息，生成與周期性的扭矩脈動(dòng)(扭矩波動(dòng))相對(duì)的正弦波狀的校正波，取代從上級(jí)裝置輸入的扭矩指令，基于將該扭矩指令與所述生成的校正波合成而得到的校正扭矩指令，生成向電流控制部賦予的d軸及q軸的電流指令，因此，能夠進(jìn)行適當(dāng)?shù)販p少扭矩脈動(dòng)(扭矩波動(dòng))的校正。
[0071]此時(shí)，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部中的校正波信息，由高次諧波階數(shù)信息和與其相對(duì)應(yīng)的振幅比例及相位構(gòu)成，但由于高次諧波階數(shù)信息根據(jù)扭矩指令為正極性還是負(fù)極性而不同，因此，預(yù)先在存儲(chǔ)部中對(duì)應(yīng)于扭矩指令的正負(fù)僅保存所需的高次諧波階數(shù)信息即可。因此，應(yīng)與高次諧波階數(shù)信息相對(duì)應(yīng)地保存的振幅比例和相位等信息較少也可以，從而能夠減小存儲(chǔ)部的容量。
[0072]實(shí)施例2
[0073]圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施例2所涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。圖8是表示圖7所示的扭矩控制部的結(jié)構(gòu)例的框圖。在本實(shí)施例2中，對(duì)使所產(chǎn)生的扭矩的脈動(dòng)中的齒槽扭矩減少的校正方式進(jìn)行說明。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要素與圖1相同，因此省略圖示，示出圖7 (電動(dòng)機(jī)控制裝置)和圖8 (扭矩控制部)。
[0074]在圖7中，本實(shí)施例2所涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置6b，在圖2 (實(shí)施例1)所示的電動(dòng)機(jī)控制裝置6a的基礎(chǔ)上，取代扭矩控制部IOa而設(shè)置有扭矩控制部10b。其他結(jié)構(gòu)與圖2相同。
[0075]在扭矩控制部IOb中，除了從上級(jí)裝置8輸入扭矩指令Tref之外，還輸入電動(dòng)機(jī)速度，該電動(dòng)機(jī)速度是對(duì)產(chǎn)生2種扭矩脈動(dòng)中的另I種(齒槽扭矩)的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行規(guī)定的電動(dòng)機(jī)I的狀態(tài)量。電動(dòng)機(jī)速度是根據(jù)檢測出的電動(dòng)機(jī)位置Theta而求出的。
[0076]并且，如圖8所示，扭矩控制部IOb在圖3 (實(shí)施例1)所示的扭矩控制部IOa的基礎(chǔ)上，取代校正波運(yùn)算部20而設(shè)置有校正波運(yùn)算部34。在校正波運(yùn)算部34中，取代校正波運(yùn)算部20中的校正波信息選擇部24而具有校正波信息選擇部35，取代扭矩指令正負(fù)判定部25而具有電動(dòng)機(jī)速度判定部36，取代扭矩波動(dòng)校正波生成部26而具有齒槽扭矩校正波生成部37。校正波信息選擇部35具有存儲(chǔ)正用校正波信息的存儲(chǔ)部38、存儲(chǔ)負(fù)用校正波信息的存儲(chǔ)部39、和選擇電路40。存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部38、39中的校正波信息由齒槽扭矩校正用的高次諧波階數(shù)、校正波的振幅及相位構(gòu)成。
[0077]齒槽扭矩不依賴于所產(chǎn)生的扭矩的大小而以固定的大小產(chǎn)生，由于與電動(dòng)機(jī)的軸端連接的帶輪或齒輪、滾珠絲杠等機(jī)械部件的形狀波動(dòng)、齒隙等傳動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)造，而可能在電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)時(shí)和反轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生不同的高次諧波階數(shù)的脈動(dòng)。因此，例如有可能在進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的定位運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，在從正轉(zhuǎn)狀態(tài)使電動(dòng)機(jī)停止的情況和從反轉(zhuǎn)狀態(tài)使電動(dòng)機(jī)停止的情況下，為了獲得良好的定位特性而所需的齒槽扭矩校正的高次諧波階數(shù)不同。
[0078]因此，在本實(shí)施例2中構(gòu)成為，根據(jù)檢測出的電動(dòng)機(jī)位置Theta求出電動(dòng)機(jī)I的速度并進(jìn)行監(jiān)視，利用電動(dòng)機(jī)速度正負(fù)判定部36判定該電動(dòng)機(jī)速度的正負(fù)，基于該判定結(jié)果，通過選擇電路40對(duì)使用正用校正波信息存儲(chǔ)部38的存儲(chǔ)信息、還是使用負(fù)用校正波存儲(chǔ)部39的存儲(chǔ)信息進(jìn)行切換。
[0079]齒槽扭矩校正波生成部37使用存儲(chǔ)在校正波信息存儲(chǔ)部38、39的某一個(gè)中的校正波信息，生成電動(dòng)機(jī)位置Theta處的正弦波狀的齒槽扭矩校正波Tco，并輸出至扭矩指令合成部21。齒槽扭矩校正波Tco的振幅不依賴于扭矩指令Tref的振幅而是恒定值。
[0080]扭矩指令合成部21將從上級(jí)裝置8輸入的扭矩指令Tref和由齒槽扭矩校正波生成部37生成的齒槽扭矩校正波Tco進(jìn)行合成而生成校正扭矩指令Tref2。
[0081]電流指令生成部22基于由扭矩指令合成部21生成的校正扭矩指令Tref2，生成d軸電流指令idref及q軸電流指令iqref,并輸出至電流控制部11。由此,通過電流控制部11及電壓控制部12的協(xié)同動(dòng)作，實(shí)施使電動(dòng)機(jī)I產(chǎn)生的扭矩中的齒槽扭矩減少的校正動(dòng)作。
[0082]在此，對(duì)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部38、39中的校正波信息進(jìn)行說明。用于生成齒槽扭矩校正波Tco的校正波信息，由高次諧波階數(shù)信息、高次諧波(校正波)的振幅、和高次諧波(校正波)的相位構(gòu)成。高次諧波階數(shù)信息和與其相對(duì)的高次諧波(校正波)的振幅及高次諧波(校正波)的相位相關(guān)聯(lián)地存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部38、39中。
[0083]首先，作為高次諧波階數(shù)信息，優(yōu)選將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械頻率作為I階，存儲(chǔ)其倍數(shù)η (η為自然數(shù))。其原因在于，電動(dòng)機(jī)I的旋轉(zhuǎn)機(jī)械頻率依賴于轉(zhuǎn)速，利用在逆變器電路3中進(jìn)行頻率變換后的電力而被驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)I能夠以各種轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。這樣，例如在對(duì)以50Hz旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)I的扭矩、即以IOOHz振動(dòng)的成分進(jìn)行校正的情況下，由于能夠設(shè)定“n=2”，因此，能夠進(jìn)行適當(dāng)?shù)男Ｕ?br>
[0084]另外，在現(xiàn)有技術(shù)中，還存在將電頻率作為I階的思路，在該思路中，由于難以應(yīng)對(duì)由包含在電動(dòng)機(jī)I中的永磁鐵的波動(dòng)、其他的工作誤差引起的電角頻率的小數(shù)倍的階數(shù)，因此，優(yōu)選設(shè)定將旋轉(zhuǎn)機(jī)械頻率作為I階的高次諧波階數(shù)。
[0085]并且，優(yōu)選除了高次諧波階數(shù)η之外，將該階數(shù)η的高次諧波的振幅Bn及相位偏移量θ η也與高次諧波階數(shù)η相關(guān)聯(lián)地存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部38、39中。在實(shí)施例1中，存儲(chǔ)有與扭矩指令Tref相對(duì)的該高次諧波階數(shù)的扭矩脈動(dòng)成分的振幅比例An，與此相對(duì)，在本實(shí)施例2中，不同之處在于，存儲(chǔ)有扭矩脈動(dòng)的振幅Bn。其原因在于，齒槽扭矩不依賴于所產(chǎn)生的扭矩。
[0086]如果將以上的說明總結(jié)為算式，則由齒槽扭矩校正波生成部37生成的正弦波狀的齒槽扭矩校正波Tco，利用上述的倍數(shù)(高次諧波階數(shù))η、高次諧波(齒槽扭矩校正波Tco)的振幅Bn及相位偏移量θη，表示為算式(2)。
[0087]【式2】
[0088]
【權(quán)利要求】
1.一種電動(dòng)機(jī)控制裝置，其基于輸入的扭矩指令對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制， 該電動(dòng)機(jī)控制裝置的特征在于，具有: 正負(fù)判定部，其對(duì)狀態(tài)量為正極性還是負(fù)極性進(jìn)行正負(fù)判定，該狀態(tài)量對(duì)使所述電動(dòng)機(jī)的所產(chǎn)生的扭矩中形成脈動(dòng)的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行規(guī)定； 校正波信息選擇部，其從存儲(chǔ)校正波信息的存儲(chǔ)部中選擇與所述正負(fù)判定部的判定結(jié)果表示的正負(fù)相對(duì)應(yīng)的校正波信息；以及 校正波生成部，其基于所述選擇的校正波信息，生成與周期性的扭矩脈動(dòng)相對(duì)的正弦波狀的校正波， 在該電動(dòng)機(jī)控制裝置中，取代所述輸入的扭矩指令，基于將該扭矩指令與所述生成的校正波合成而得到的校正扭矩指令，對(duì)所述電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 所述電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)量是所述輸入的扭矩指令， 所述校正波信息選擇部從在所述存儲(chǔ)部中作為所述校正波信息而存儲(chǔ)的高次諧波階數(shù)信息中，選擇與所述正負(fù)判定部的判定結(jié)果表示的正負(fù)相對(duì)應(yīng)的階數(shù)， 所述校正波生成部基于所述選擇的階數(shù)，生成振幅依賴于所述扭矩指令的校正波。
3.根據(jù)權(quán)利要求 2所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 所述校正波信息選擇部還選擇校正波的振幅相對(duì)于所述扭矩指令的振幅比例，并賦予至所述校正波生成部，該振幅比例被作為所述校正波信息而與所述高次諧波階數(shù)信息相關(guān)聯(lián)地存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)部中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 所述振幅比例在所述扭矩指令的絕對(duì)值大于退磁開始扭矩的區(qū)域中為零。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 所述振幅比例An在所述扭矩指令Tref的絕對(duì)值小于退磁開始扭矩Tdemag的區(qū)域中，設(shè)定在滿足下式 An ^ (Tdemag / I Tref I ) — I的關(guān)系的區(qū)域中。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 所述校正波信息選擇部還選擇校正波的相位，并賦予至所述校正波生成部，該校正波的相位被作為所述校正波信息而與所述高次諧波階數(shù)信息相關(guān)聯(lián)地存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)部中。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 所述存儲(chǔ)部連接有能夠?qū)τ伤龈叽沃C波階數(shù)信息、所述振幅比例及所述相位構(gòu)成的校正波信息進(jìn)行設(shè)定的輸入單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至7中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 連接有能夠顯示在所述存儲(chǔ)部中存儲(chǔ)的由所述高次諧波階數(shù)信息、所述振幅比例及所述相位構(gòu)成的校正波信息的顯示單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 所述電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)量是電動(dòng)機(jī)速度， 所述校正波信息選擇部從在所述存儲(chǔ)部中作為所述校正波信息存儲(chǔ)的高次諧波階數(shù)信息中，選擇與所述正負(fù)判定部的判定結(jié)果表示的正負(fù)相對(duì)應(yīng)的階數(shù)， 所述校正波生成部基于所述選擇的階數(shù)，生成振幅不依賴于所述扭矩指令而為恒定值的校正波。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 所述校正波信息選擇部還選擇校正波的振幅，并賦予至所述校正波生成部，該校正波的振幅被作為所述校正波信息而與所述高次諧波階數(shù)信息相關(guān)聯(lián)地存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)部中。
11.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 所述校正波信息選擇部還選擇校正波的相位，并賦予至所述校正波生成部，該校正波的相位被作為所述校正波信息而與所述高次諧波階數(shù)信息相關(guān)聯(lián)地存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)部中。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 所述存儲(chǔ)部連接有能夠?qū)τ伤龈叽沃C波階數(shù)信息、所述振幅及所述相位構(gòu)成的校正波信息進(jìn)行設(shè)定的輸入單元。
13.根據(jù)權(quán)利要求9至12中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 連接有能夠顯示在所述存儲(chǔ)部中存儲(chǔ)的由所述高次諧波階數(shù)信息、所述振幅及所述相位構(gòu)成的校正波信息的顯示單元。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 所述電動(dòng)機(jī)具有: 電樞鐵芯，其將具有槽的鋼板層疊而形成； 電樞，其構(gòu)成為將電樞繞組配置在所述槽中；以及 勵(lì)磁部，其具有以磁極在移動(dòng)方向上彼此不同的方式配置的永磁鐵， 所述電樞與所述勵(lì)磁部隔著空隙而彼此可自由移動(dòng)地被支撐， 在對(duì)能夠從所述空隙進(jìn)行觀測的所述電樞鐵芯的表面及所述磁極的表面進(jìn)行觀測的情況下，所述電樞鐵芯的表面和所述磁極的表面中的至少一個(gè)表面，以所述電樞鐵芯的層疊方向的中心線的某一點(diǎn)為中心呈非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 所述電動(dòng)機(jī)具有: 電樞鐵芯，其將具有槽的鋼板層疊而形成； 電樞，其構(gòu)成為將電樞繞組配置在所述槽中；以及 勵(lì)磁部，其具有以磁極在移動(dòng)方向上彼此不同的方式配置的永磁鐵， 所述電樞與所述勵(lì)磁部隔著空隙而彼此可自由移動(dòng)地被支撐， 在將所述槽的數(shù)量設(shè)為Q，將所述磁極的數(shù)量設(shè)為P的情況下，比值P/Q以2/3 < P/Q<4/3成立的方式進(jìn)行設(shè)定。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 作為在所述存儲(chǔ)部中作為所述校正波信息存儲(chǔ)的高次諧波階數(shù)信息的階數(shù)，至少設(shè)定有磁極數(shù)P和槽數(shù)Q中的任一個(gè)。
【文檔編號(hào)】H02P6/10GK103814517SQ201180073562
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月22日
【發(fā)明者】伊藤一將, 田邊哲也 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社