DE112018007146T5

DE112018007146T5 - Steuerungsverfahren für dynamoelektrische maschine, steuerungseinrichtung für dynamoelektrische maschine, sowie antriebssystem

Info

Publication number: DE112018007146T5
Application number: DE112018007146.4T
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Miyama; Haruyuki Kometani
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-02-23
Filing date: 2018-02-23
Publication date: 2020-11-26
Also published as: CN111742487B; CN111742487A; US11218104B2; JPWO2019163098A1; WO2019163098A1; JP6833100B2; US20200389116A1

Abstract

Ein Steuerungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Steuerungsverfahren zum Steuern einer N-fachen dynamoelektrischen Dreiphasen-Maschine, wobei N eine ganze Zahl von 2 oder mehr ist. Die dynamoelektrische Maschine weist N Gruppen von Phasenspulen auf, und die Phasenspulen der jeweiligen Gruppen sind jeweils mit einzelnen Dreiphasen-Wechselrichtern verbunden. Das Steuerungsverfahren weist Folgendes auf: Vorgeben, wenn eine Raumphasendifferenz von In-Phase-Spulen der jeweiligen Gruppen durch α dargestellt wird, eine Zeitphasendifferenz von elektrischen Strömen, die den In-Phase-Spulen der jeweiligen Gruppen zugeführt werden sollen, durch β dargestellt wird und eine Zeitphasendifferenz von Trägerfrequenzen, mit welchen die Dreiphasen-Wechselrichter jeweils PWM-gesteuert werden, durch γ dargestellt wird, von Werten für β und γ, derart, dass eines oder beide der folgenden Verhältnisse erfüllt ist: γ = ±(α+2β-2π/M-2πK) und γ = ±(α-β-2π/M-2πK)/2, und zwar auf der Basis eines Vergleichs zwischen einer Stromamplitude einer Primärkomponente und einer Stromamplitude einer Sekundärkomponente eines Träger-Harmonischen-Stroms, so dass die dynamoelektrische Maschine gesteuert wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahren für eine dynamoelektrische Maschine, die zwei oder mehr Dreiphasenwicklungen aufweist, eine Steuerungseinrichtung für eine dynamoelektrische Maschine, sowie ein Antriebssystem, das eine solche dynamoelektrische Maschine aufweist.
Stand der Technik
Beispielsweise ist in der Patentliteratur 1 eine dynamoelektrische Maschine gemäß dem Stand der Technik beschrieben, die zwei Gruppen von Dreiphasenwicklungen aufweist. In der dynamoelektrischen Maschine bilden A-, B- und C-Phasen sowie X-, Y- und Z-Phasen zwei Gruppen aus drei Phasen. Die dynamoelektrische Maschine ist ein Sechsphasenmotor, wobei Wicklungen A, B und C eine Gruppe von drei Phasen bilden und Wicklungen X, Y und Z eine weitere Gruppe von drei Phasen bilden.
In-Phasen-Wicklungen der jeweiligen Gruppen sind - aus einer Mehrzahl von Nuten - mit ersten und zweiten Nutpositionen gewickelt, die sich in der Phase um einen elektrischen Winkel von 180° unterscheiden, die Wicklungs-Startpositionen sind, und wobei die zweiten und ersten Nutpositionen, die sich in der Phase um einen elektrischen Winkel von 180° unterscheiden, Wicklungsenden sind.
Außerdem ist jede Wicklung so gewickelt, dass dann, wenn sich die Wicklung, die beginnt, von einer Nutposition in einer ersten Richtung gewickelt zu werden, der anderen Nutposition annähert, die Wicklung zur Seite der ersten Nutposition zurückkehrt und in Richtung der anderen Nutposition in der Richtung gewickelt wird, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist.
Außerdem sind Wicklungsendpunkte der Dreiphasenwicklungen der jeweiligen Gruppen gemeinsam verbunden.
Außerdem werden den Dreiphasenwicklungen der jeweiligen Gruppen AC-Spannungen zugeführt, die die gleiche Stärke und invertierte Phasen haben.
In der Patentliteratur 1 sind die Harmonischen zwischen den zwei Wechselrichtern phasenverschoben, so dass Harmonische bzw. harmonische Komponenten der elektrischen Durchflutung aufgehoben werden, die von den Wicklungen erzeugt werden, und zwar unter mehreren Wicklungen in derselben Nut.
Literaturverzeichnis
Patentliteratur
[PTL1] JP 5 923 215 B2
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Träger-Harmonische weisen im Allgemeinen eine Mehrzahl von Harmonischen bzw. harmonischen Komponenten auf, wie z. B. das untere Seitenband und das obere Seitenband einer Primärkomponente sowie das untere Seitenband und das obere Seitenband einer Sekundärkomponente. Ein Seitenband ist eine kontinuierliche Welle, die von der Trägerwelle verschieden ist und erzeugt wird, wenn die Trägerwelle mit einem Signal moduliert wird. Das Seitenband, dessen Frequenz höher ist als die Trägerwelle, wird „oberes Seitenband“ genannt, und das Seitenband, dessen Frequenz niedriger ist als die Trägerwelle, wird „unteres Seitenband“ genannt.
Wie oben beschrieben, weisen die Träger-Harmonischen eine Mehrzahl von harmonischen Komponenten auf. Mit dem Verfahren gemäß der Patentliteratur 1 können aber nur einige der harmonischen Komponenten verringert werden, und andere Komponenten können nicht verringert werden oder werden vergrößert. In Abhängigkeit von den Eigenschaften oder den Arbeitspunkten der dynamoelektrischen Maschine können daher wiederum Vibrationen und Geräusche zunehmen.
Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um das oben beschriebene Problem zu lösen. Ihre Aufgabe ist es daher, ein Steuerungsverfahren für eine dynamoelektrische Maschine, eine Steuerungseinrichtung für eine dynamoelektrische Maschine und ein Antriebssystem anzugeben, mit welchen die harmonischen Komponenten zuverlässig verringert werden können, die verringert werden sollen.
Lösung des Problems
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Steuerungsverfahren für eine dynamoelektrische Maschine angegeben, das in einer Steuerungseinrichtung ausgeführt werden soll, die so konfiguriert ist, dass sie eine Spannung steuert, die an eine N-fache dynamoelektrische Dreiphasen-Maschine angelegt werden soll, wobei N eine ganze Zahl von 2 oder mehr ist, wobei die N-fache dynamoelektrische Dreiphasen-Maschine
N Gruppen von Phasenspulen aufweist, wobei die Phasenspulen der N Gruppen jeweils mit einzelnen Dreiphasen-Wechselrichtern verbunden sind, wobei das Steuerungsverfahren für eine dynamoelektrische Maschine Folgendes aufweist: Vorgeben, wenn eine Raumphasendifferenz von In-Phase-Spulen der N Gruppen durch einen elektrischen Winkel α dargestellt wird, dass eine Zeitphasendifferenz von elektrischen Strömen, die aus den einzelnen Dreiphasen-Wechselrichtern den In-Phase-Spulen der N Gruppen zugeführt werden sollen, durch einen elektrischen Winkel β dargestellt wird und eine Zeitphasendifferenz von Trägerfrequenzen, mit welchen die einzelnen Dreiphasen-Wechselrichter jeweils PWM-gesteuert werden, durch γ bezogen auf eine Trägerperiode dargestellt wird, mit Werten der Zeitphasendifferenz β und der Zeitphasendifferenz γ, derart, dass eines oder beide der folgenden Verhältnisse erfüllt ist: $γ = \pm (α + 2 β - 2 π /M-2 π K) und γ = \pm (α - β - 2 π /M-2 π K) / 2,$
und zwar auf der Basis eines Vergleichs zwischen einer Stromamplitude einer Primärkomponente und einer Stromamplitude einer Sekundärkomponente eines Träger-Harmonischen-Stroms und eines Werts der Raumphasendifferenz α, und PWM-Steuern der einzelnen Dreiphasen-Wechselrichter zum Steuern der Spannung, die an die N-fache dynamoelektrische Dreiphasen-Maschine angelegt werden soll.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Das Steuerungsverfahren für eine dynamoelektrische Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: Vorgeben der Werte der Zeitphasendifferenz β und der Zeitphasendifferenz γ derart, dass eines oder beide der folgenden Verhältnisse erfüllt ist: γ = ±(α+2β-2π/M-2πK) und γ = ±(α-β-2π/M-2πK)/2, und zwar auf der Basis des Vergleichs zwischen der Stromamplitude der Primärkomponente und der Stromamplitude der Sekundärkomponente des Träger-Harmonischen-Stroms, zum Steuern der dynamoelektrischen Maschine. Die harmonischen Komponenten, die verringert werden müssen, können auf der Basis des Vergleichsergebnisses bestimmt werden, und demzufolge können durch Vorgeben der Werte der Zeitphasendifferenz β und der Zeitphasendifferenz γ auf der Basis des Vergleichsergebnisses die harmonischen Komponenten, die verringert werden müssen, zuverlässig verringert werden, und Vibrationen und Geräusche können wirksam verringert werden.
Figurenliste

1 ist ein Konfigurationsdiagramm zum Veranschaulichen der Konfiguration eines mehrfachen Dreiphasen-Antriebssystems in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Querschnittsansicht zum Veranschaulichen der Struktur eines mehrfachen Dreiphasen-Motors in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen einer Trägerphasendifferenz in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen einer Konfiguration einer Steuerungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5A ist eine Querschnittsansicht zum Veranschaulichen der Struktur eines mehrfachen Dreiphasen-Motors in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5B ist ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen einer Konfiguration einer Steuerungseinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6A ist eine Querschnittsansicht zum Veranschaulichen der Struktur eines mehrfachen Dreiphasen-Motors in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6B ist ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen einer Konfiguration einer Steuerungseinrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7A ist eine Querschnittsansicht zum Veranschaulichen der Struktur eines mehrfachen Dreiphasen-Motors in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7B ist ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen einer Konfiguration einer Steuerungseinrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8A ist eine Querschnittsansicht zum Veranschaulichen der Struktur eines mehrfachen Dreiphasen-Motors in einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8B ist ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen einer Konfiguration eines Wechselrichters eines mehrfachen Dreiphasen-Antriebssystems in der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9A ist eine Querschnittsansicht zum Veranschaulichen der Struktur eines mehrfachen Dreiphasen-Motors in einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9B ist ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen einer Konfiguration eines Wechselrichters eines mehrfachen Dreiphasen-Antriebssystems in der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung von Ausführungsformen
Erste Ausführungsform
1 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen einer Konfiguration eines Antriebssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine Querschnittsansicht zum Veranschaulichen der Struktur einer dynamoelektrischen Maschine in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 ist ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen einer Trägerphasendifferenz in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 ist ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen einer Konfiguration einer Steuerungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in 1 dargestellt, ist ein Antriebssystem 9 gemäß der ersten Ausführungsform ein mehrfaches Dreiphasen-Antriebssystem. Das Antriebssystem 9 weist Folgendes auf: einen Motor 1 als die dynamoelektrische Maschine, einen Wechselrichter 3 als einen Stromrichter, sowie eine Steuerungseinrichtung 320, die zum Steuern einer Spannung konfiguriert ist, die an den Motor 1 über den Wechselrichter 3 angelegt werden soll. Die Steuerungseinrichtung 320 ist in 1 weggelassen, aber in 4 gezeigt. Der Motor 1 weist eine mehrfache dynamoelektrische Dreiphasen-Maschine auf, und der Wechselrichter 3 weist einen mehrfachen Dreiphasen-Wechselrichter auf. Nachfolgend wird als ein Beispiel für eine mehrfache Dreiphase der Fall der doppelten Dreiphase beschrieben.
Wie in 1 dargestellt, ist der Wechselrichter 3 mit einer DC-Energiequelle 5 verbunden. Der Wechselrichter 3 weist zwei Wechselrichter 301 und 302 auf. Die Wechselrichter 301 und 302 sind Dreiphasen-Wechselrichter.
Wie in 2 dargestellt, ist der Motor 1 eine dynamoelektrische Maschine mit 10 Polen, 12 Nuten und konzentrierter Wicklung. Der Motor 1 weist einen Stator 10 und einen Rotor 20 auf.
Der Stator 10 hat zwölf Zähne 11. Um die jeweiligen Zähne 11 sind Phasenspulen 12 in einer konzentrierten Wicklung gewickelt. Die Phasenspulen 12 weisen eine Phasenspule 121 für Gruppe 1 und eine Phasenspule 122 für Gruppe 2 auf. Die Phasenspule 121 für Gruppe 1 und die Phasenspule 122 für Gruppe 2 sind abwechselnd in der Umfangsrichtung gewickelt. Außerdem sind die Phasenspule 121 für Gruppe 1 und die Phasenspule 122 für Gruppe 2 in einander entgegengesetzten Wicklungsrichtungen gewickelt.
Wie schematisch in 1 veranschaulicht, weist die Phasenspule 121 für Gruppe 1 Spulen für drei Phasen auf: U-Phase, V-Phase und W-Phase. Die Spulen sind an einem Sternpunkt oder Neutralpunkt N1 sternverbunden (Y-verbunden). Wie schematisch in 1 veranschaulicht, weist auf ähnliche Weise die Phasenspule 122 für Gruppe 2 Spulen für drei Phasen auf: U-Phase, V-Phase und W-Phase. Die Spulen sind an einem Sternpunkt oder Neutralpunkt N2 sternverbunden (Y-verbunden). Die Neutralpunkte N1 und N2 sind voneinander isoliert.
Die Phasenspule 121 für Gruppe 1 ist mit dem Wechselrichter 301 verbunden, und die Phasenspule 122 für Gruppe 2 ist mit dem Wechselrichter 302 verbunden. Die Wechselrichter 301 und 302 sind jeweils mit der DC-Energiequelle 5 verbunden.
Hier gilt Folgendes: Die U-Phase der Gruppe 1 und die U-Phase der Gruppe 2 entsprechen der U-Phase der Wechselrichter 301 bzw. 302. Die V-Phase der Gruppe 1 und die V-Phase der Gruppe 2 entsprechen der V-Phase der Wechselrichter 301 bzw. 302. Die W-Phase der Gruppe 1 und die W-Phase der Gruppe 2 entsprechen der W-Phase der Wechselrichter 301 bzw. 302. Daher werden nachfolgend die U-Phase der Gruppe 1 und die U-Phase der Gruppe 2, die V-Phase der Gruppe 1 und die V-Phase der Gruppe 2 und die W-Phase der Gruppe 1 und die W-Phase der Gruppe 2 als „In-Phase“ der jeweiligen Gruppen bezeichnet.
Wie in 2 veranschaulicht, hat der Rotor 20 zehn Magnetpole 22. Die Magnetpole 22 sind so angeordnet, dass sie dem Stator 10 gegenüberliegen, wobei N-Pole und S-Pole abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Ein einzelner Magnetpol ist aus einem einzigen Magneten 21 gebildet. Der Magnet 21 ist in einer geraden Linie angeordnet.
Wie oben beschrieben, hat der Stator 10 zwölf Zähne 11, und die Phasenspule 121 für Gruppe 1 sowie die Phasenspule 122 für Gruppe 2 sind um die Zähne 11 abwechselnd in der Umfangsrichtung gewickelt. Daher eilt die Phase des elektrischen Winkels der Phasenspule 121 für Gruppe 1 räumlich um 2π/12 = π/6 rad der Phasenspule 122 für Gruppe 2 voraus.
Mit anderen Worten: Wenn die Raumphasendifferenz der In-Phase-Spulen der jeweiligen Gruppen mit dem elektrischen Winkel α bezeichnet ist, dann gilt α = π/6 rad. Demzufolge ist der Wert von α ein Wert, der für jeden Motor 1 auf der Basis der Anzahl von Zähnen 11 und des Wicklungsverfahrens der Phasenspule 121 für Gruppe 1 und der Phasenspule 122 für Gruppe 2 bestimmt wird.
Bevor das Antriebssystem 9 gestartet wird, wird daher der Wert von α von einem Benutzer vorgegeben. Als ein Vorgabeverfahren gibt der Benutzer direkt den Wert von α ein. Alternativ kann der Benutzer die Anzahl von Zähnen und das Wicklungsverfahren eingeben, so dass die Steuerungseinrichtung 320 den Wert von α bestimmen kann. In diesem Fall kann die Steuerungseinrichtung 320 beispielsweise im Voraus - in einem Speicher - eine Datentabelle speichern, die einen Wert von α für jede Anzahl von Zähnen und jedes Wicklungsverfahren speichert, und sie kann einen entsprechenden Wert von α aus der Datentabelle extrahieren und einstellen, und zwar auf der Basis der eingegebenen Anzahl von Zähnen und des Wicklungsverfahrens.
Die Wechselrichter 301 und 302 sind so konfiguriert, dass sie Dreiphasen-AC-Energie einer passenden Phase zuführen oder rückgewinnen, und zwar an die oder von der Phasenspule 121 für Gruppe 1 bzw. Phasenspule 122 für Gruppe 2. Wie in 1 veranschaulicht, wird die Phasendifferenz zwischen der Dreiphasen-Energie, die der Phasenspule 121 für Gruppe 1 zugeführt wird, und der Dreiphasen-Energie, die der Phasenspule 122 für Gruppe 2 zugeführt wird, durch β dargestellt. In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 41 die Wellenform des elektrischen Stroms für die U-Phasenspule von Gruppe 1, und das Bezugszeichen 42 bezeichnet die Wellenform des elektrischen Stroms für die U-Phasenspule von Gruppe 2.
Die Stromwellenform 41 und die Stromwellenform 42 haben eine Zeitphasendifferenz β. Auch in der V-Phase und der W-Phase haben - wie bei der U-Phase - elektrische Ströme für die In-Phase-Spulen eine Zeitphasendifferenz β. Daher wird die Zeitphasendifferenz der elektrischen Ströme, die von den einzelnen Wechselrichtern 301 und 302 den In-Phase-Spulen der jeweiligen Gruppen zugeführt werden, nachfolgend als elektrischer Winkel „β“ bezeichnet.
Wie in 3 gezeigt, werden die Wechselrichter 301 und 302 mit der gleichen Trägerfrequenz PWM-gesteuert. Es sei jedoch angemerkt, dass in einer PWM-Träger-Zerhackerphase zwischen den Wechselrichtern 301 und 302, wenn eine Trägerperiode 2π rad beträgt, eine Zeitphasendifferenz von γ rad bereitgestellt ist. Die Zeitphasendifferenz der Trägerfrequenzen 31 und 32, mit welcher die einzelnen Wechselrichter 301 bzw. 302 PWM-gesteuert werden, bezogen auf eine Trägerperiode, wird nachfolgend als „γ“ bezeichnet.
Wie in 4 gezeigt, sind die Wechselrichter 301 und 302 mit der Steuerungseinrichtung 320 verbunden. Die Steuerungseinrichtung 320 ist zum Eingeben von Spannungs-Befehlswerten in die Wechselrichter 301 und 302 konfiguriert, zum PWM-Steuern der Wechselrichter 301 und 302.
Wie in 4, gezeigt, weist die Steuerungseinrichtung 320 Folgendes auf: eine Trägerharmonische-Stromamplituden-Vergleichseinheit 310, eine Trägerharmonische-Abbildung bzw. -Abbildungstabelle 311, eine Strombefehl-Erzeugungseinheit 312, eine Stromsteuerungseinheit 313, eine Stromdetektionseinheit 315, eine Rotations-Detektionseinheit 316, eine Drehmoment-Befehlseinheit 317 und eine Energiequellenzustands-Detektionseinheit 318.
Die Trägerharmonische-Abbildung 311 speichert im Voraus bei jedem Arbeitspunkt aus Drehzahl und Drehmoment des Motors 1 Informationen über eine Träger-Primärkomponente und eine Träger-Sekundärkomponente einer Träger-Harmonischen-Stromamplitude während des PWM-Antriebs. In der ersten Ausführungsform speichert die Trägerharmonische-Abbildung 311 im Voraus die Stromamplitude der Träger-Primärkomponente und die Stromamplitude der Träger-Sekundärkomponente für jede(n) Drehzahl, Drehmoment-Befehlswert und Energieversorgungs-Spannung.
Die Drehmoment-Befehlseinheit 317 ist so konfiguriert, dass sie ein Drehmoment, das vom Motor 1 benötigt wird, auf der Basis eines Signals berechnet, das von außen eingegeben wird, und das berechnete Drehmoment als einen Drehmoment-Befehlswert ausgibt.
Die Energiequellenzustands-Detektionseinheit 318 ist so konfiguriert, dass sie eine Energieversorgungs-Spannung der DC-Energiequelle 5 als einen Energiequellen-Zustand der DC-Energiequelle 5 ausgibt.
Die Rotations-Detektionseinheit 316 ist so konfiguriert, dass sie die Umdrehungs-Anzahl oder die Rotationsposition des Motors 1 detektiert und das Ergebnis als die Drehzahl des Motors 1 ausgibt.
In die Trägerharmonische-Stromamplituden-Vergleichseinheit 310 werden der Drehmoment-Befehlswert aus der Drehmoment-Befehlseinheit 317, die Energieversorgungs-Spannung aus der Energiequellenzustands-Detektionseinheit 318 und die Drehzahl aus der Rotations-Detektionseinheit 316 eingegeben.
Die Trägerharmonische-Stromamplituden-Vergleichseinheit 310 ist so konfiguriert, dass sie auf der Basis der/des eingegebenen Drehzahl, Drehmoment-Befehlswerts und Energieversorgungs-Spannung die Stromamplitude der Träger-Primärkomponente und die Stromamplitude der Träger-Sekundärkomponente, die jenen Werten entsprechen, aus der Trägerharmonische-Abbildung 311 extrahiert. Die Trägerharmonische-Stromamplituden-Vergleichseinheit 310 ist zum Vergleichen der extrahierten Stromamplitude der Träger-Primärkomponente und der extrahierten Stromamplitude der Träger-Sekundärkomponente konfiguriert.
Die Trägerharmonische-Stromamplituden-Vergleichseinheit 310 ist so konfiguriert, dass sie, wenn die Stromamplitude der Träger-Primärkomponente die Stromamplitude der Träger-Sekundärkomponente oder mehr beträgt, die Werte von β und γ als β = 5π/12 bzw. γ = 0 vorgibt und die Ergebnisse ausgibt.
Wenn im Gegensatz dazu die Stromamplitude der Träger-Primärkomponente weniger als die Stromamplitude der Träger-Sekundärkomponente beträgt, gibt die Trägerharmonische-Stromamplituden-Vergleichseinheit 310 die Werte von β und γ als β = π/6 bzw. γ = π/2 vor und gibt die Ergebnisse aus.
Die Werte von β und γ variieren für jeden Wert von α, und demzufolge kann die Trägerharmonische-Stromamplituden-Vergleichseinheit 310 im Voraus in einer Datentabelle die Werte von β und γ für jeden Wert von α speichern und die Werte aus der Datentabelle extrahieren und bestimmen. Alternativ kann die Trägerharmonische-Stromamplituden-Vergleichseinheit 310 im Voraus die arithmetischen Ausdrücke (4) bis (8) speichern, die später noch beschrieben werden, und die Werte von β und γ mittels eines Vorgangs unter Verwendung der arithmetischen Ausdrücke bestimmen. Die arithmetischen Ausdrücke sind nicht notwendigerweise alle gespeichert; beispielsweise können auch nur (4), (5), (7) und (8) gespeichert sein. Ein Verfahren zum Berechnen der Werte von β und γ wird später beschrieben.
In die Strombefehl-Erzeugungseinheit 312 werden die Werte von β und γ aus der Trägerharmonische-Stromamplituden-Vergleichseinheit 310 eingegeben. Die Strombefehl-Erzeugungseinheit 312 ist so konfiguriert, dass sie einen Strombefehlswert auf der Basis der Eingabewerte von β und γ erzeugt. Mit anderen Worten: Die Strombefehl-Erzeugungseinheit 312 ist so konfiguriert, dass sie den Strombefehlswert so erzeugt, dass die Zeitphasendifferenz der elektrischen Ströme der In-Phasen-Spulen der jeweiligen Gruppen β beträgt und die Zeitphasendifferenz der Trägerfrequenzen der jeweiligen Gruppen den elektrischen Winkel γ in Bezug auf eine Trägerperiode hat.
Die Stromdetektionseinheit 315 ist so konfiguriert, dass sie einen tatsächlichen Strom detektiert, für den es zulässig ist, dass er durch den Motor 1 fließt.
In die Stromsteuerungseinheit 313 werden der Strombefehlswert aus der Strombefehl-Erzeugungseinheit 312 und der tatsächliche Strom des Motors 1 eingegeben, der von der Stromdetektionseinheit 315 detektiert wurde. Die Stromsteuerungseinheit 313 ist so konfiguriert, dass sie den tatsächlichen Strom des Motors 1 mit Rückführung regelt, so dass der tatsächliche Strom des Motors 1 dem Strombefehlswert folgt, um die Spannungs-Befehlswerte zu erzeugen.
Die Wechselrichter 301 und 302 sind so konfiguriert, dass sie dem Motor 1 AC-Energie zuführen, oder dass sie AC-Energie vom Motor 1 rückgewinnen, und zwar auf der Basis der Spannungs-Befehlswerte von der Stromsteuerungseinheit 313.
Als Nächstes wird der Betrieb beschrieben.
Wie oben beschrieben, ist der Motor 1 eine doppelte dynamoelektrische Dreiphasen-Maschine, und die Raumphasendifferenz der In-Phase-Spulen der Phasenspule 121 für Gruppe 1 und der Phasenspule 122 für Gruppe 2 ist der elektrische Winkel α. In der ersten Ausführungsform gilt: α = π/6.
Der Motor 1 ist mit den Wechselrichtern 301 und 302 verbunden. Die Wechselrichter 301 und 302 sind Dreiphasen-Wechselrichter. Außerdem ist die Zeitphasendifferenz der elektrischen Ströme, die den In-Phase-Spulen der Phasenspule 121 für Gruppe 1 und der Phasenspule 122 für Gruppe 2 von den Wechselrichtern 301 bzw. 302 zugeführt werden, der elektrische Winkel β. Außerdem ist die Zeitphasendifferenz der Trägerfrequenzen, mit welchen die Wechselrichter 301 bzw. 302 PWM-gesteuert werden, der elektrische Winkel γ bezogen auf eine Trägerperiode.
In der Steuerungseinrichtung 320 extrahiert die Trägerharmonische-Stromamplituden-Vergleichseinheit 310 auf der Basis des Drehmoment-Befehlswerts aus der Drehmoment-Befehlseinheit 317, der Drehzahl des Motors 1 und der Energieversorgungs-Spannung der DC-Energiequelle 5 die Stromamplitude der Träger-Primärkomponente und die Stromamplitude der Träger-Sekundärkomponente, die jenen Werten aus der Trägerharmonische-Abbildung 311 entsprechen.
Die Trägerharmonische-Stromamplituden-Vergleichseinheit 310 vergleicht die Stromamplitude der Träger-Primärkomponente mit der Stromamplitude der Träger-Sekundärkomponente. Die Stromamplitude der Träger-Primärkomponente und die Stromamplitude der Träger-Sekundärkomponente werden im Stärkenverhältnis verändert, und zwar in Abhängigkeit der Bedingungen des Motors 1.
Die Trägerharmonische-Stromamplituden-Vergleichseinheit 310 gibt dann, wenn als Ergebnis des Vergleichs die Stromamplitude der Träger-Primärkomponente die Stromamplitude der Träger-Sekundärkomponente oder mehr beträgt, die Werte von β und γ jeweils wie folgt vor: β = 5π/12 und γ = 0. Wenn im Gegensatz dazu die Stromamplitude der Träger-Primärkomponente weniger als die Stromamplitude der Träger-Sekundärkomponente beträgt, gibt die Trägerharmonische-Stromamplituden-Vergleichseinheit 310 die Werte von β und γ als β = π/6 bzw. γ = π/2vor.
Die Strombefehl-Erzeugungseinheit 312 erzeugt den Strombefehlswert auf der Basis der Werte von β und γ. Die Stromsteuerungseinheit 313 regelt den tatsächlichen Strom des Motors 1 mit Rückführung, und zwar auf der Basis des Strombefehlswerts aus der Strombefehl-Erzeugungseinheit 312, so dass der tatsächliche Strom des Motors 1, der von der Stromdetektionseinheit 315 detektiert wurde, dem Strombefehlswert folgt, so dass sie die Spannungs-Befehlswerte erzeugt.
Die Wechselrichter 301 und 302 führen dem Motor 1 AC-Energie zu, oder sie gewinnen AC-Energie vom Motor 1 zurück, und zwar auf der Basis der Spannungs-Befehlswerte von der Stromsteuerungseinheit 313.
Die Prinzipien, die dem mehrfachen Dreiphasen-Antriebssystem gemäß der ersten Ausführungsform zugrundeliegen, das die oben beschriebene Konfiguration hat, und die Wirkungen, die von diesem erzielt werden, werden nachstehend beschrieben.
Eine elektromagnetische Radialkraft fr(θ, t), die in einer Innenumfangsfläche des Statorkerns des Stators 10 des Motors 1 erzeugt wird, wird zu einer Erregungsquelle für elektromagnetische Vibrationen und Geräusche, wobei θ die Position in der Umfangsrichtung bezeichnet und t die Zeit bezeichnet. Die elektromagnetische Radialkraft fr(θ, t) kann als der folgende Ausdruck (1) auf der Basis der Maxwellschen Spannungsgleichung ausgedrückt werden.
[Ausdruck 1] $f_{r} (θ, t) = \frac{B_{g r}^{2} (θ, t) - B_{g θ}^{2} (θ, t)}{2_{μ_{0}}}$
In Ausdruck (1) bezeichnen Bgr und Bg0 die Radialkomponente bzw. die Umfangskomponente der magnetischen Flussdichte, die in dem Spalt zwischen dem Stator 10 und dem Rotor 20 des Motors 1 erzeugt wird, und µ₀ bezeichnet die magnetische Permeabilität im Vakuumzustand.
Die Radialkomponente Bgr der magnetischen Flussdichte, die im Spalt zwischen dem Stator 10 und dem Rotor 20 des Motors 1 erzeugt wird, kann in einem N-fachen Dreiphasen-Motor allgemein ausgedrückt werden, indem Folgendes addiert wird: eine Komponente Bgr1, die von der Phasenspule 121 für Gruppe 1 erzeugt wird, eine Komponente Bgr2, die von der Phasenspule 122 für Gruppe 2, ..., und eine Komponente BgrN, die von einer Phasenspule für Gruppe N erzeugt wird, und zwar wie im folgenden Ausdruck (2). Hier ist N eine ganze Zahl von 2 oder mehr.
[Ausdruck 2] $\begin{array}{l} B_{g l} (k, n, m) = B_{g r 1} (k, n, m) + B_{g r 2} (k, n, m) + \dots \\ \sum_{N} \sum_{k} \sum_{n} \sum_{m} A_{g r} (k, n, m) cos {k (θ - α_{N}) - n (ω t - β_{N}) - m (ω_{c} t - γ_{N}) + φ (k, n, m)} \end{array}$
Im Ausdruck (2) stellen k, n und m die Reihenfolge der Raum-Harmonischen, die Reihenfolge der Zeit-Harmonischen bzw. die Reihenfolge der Träger-Harmonischen dar. Ag(k, n, m) ist die Amplitude der magnetischen Flussdichte für jede Reihenfolge k der Raum-Harmonischen, Reihenfolge n der Zeit-Harmonischen und Reihenfolge m der Träger-Harmonischen. Außerdem gilt Folgendes: θ stellt die Raumposition dar, ω stellt jede Frequenz der Grundwelle bzw. Grundschwingung dar, ω_c stellt jede Frequenz des Trägers dar, und t stellt die Zeit dar. Außerdem gilt Folgendes: α_N stellt die Raumphase dar, β_N stellt die Zeitphase dar, γ_N stellt die Trägerphase dar, und ψ(k, n, m) stellt eine Konstante dar. Außerdem stellt N eine Gruppe dar.
Wenn die Raumphasendifferenz, die Zeitphasendifferenz und die Trägerphasendifferenz der jeweiligen Gruppen gleich sind und ausgedrückt werden durch α, β bzw. γ, dann beträgt die Phasendifferenz zwischen jedem Paar von benachbarten Gruppen kα-nβ-mγ. Außerdem kann eine Umfangskomponente der magnetischen Flussdichte auf ähnliche Weise wie im oben erwähnten Ausdruck (2) ausgedrückt werden.
Bei einem Spannungsquellen-PWM-Wechselrichter weist die Stromwellenform eine Träger-Harmonische nω ± mω_c auf, die Seitenband-Komponenten enthält. Hierbei haben n und m die folgenden Verhältnisse.
n = ±(6j+3±1), wobei die doppelten Vorzeichen einander entsprechen, wenn m eine ungerade Zahl ist.
n = ±(6j±1), wobei die doppelten Vorzeichen einander entsprechen, wenn m eine gerade Zahl ist.
Bei den oben erwähnten Verhältnissen hat j einen Wert von 0, 1, 2.... Daher wird -2ω±ω_c als eine Hauptkomponente in der Träger-Primärkomponente erzeugt, und ω±2ω_c wird als eine Hauptkomponente in der Träger-Sekundärkomponente erzeugt. In der Träger-Primärkomponente gilt: k = 1, n = -2 und m = ±1. In der Träger-Sekundärkomponente gilt: k = 1, n = 1 und m = ±2.
Bei jenen Träger-Harmonische-Komponenten gilt hier Folgendes: Wenn die magnetischen der jeweiligen Gruppen so vektor-synthetisiert werden, dass sie 0 sind, hebt sich die elektromagnetische Kraft auf, und die Vibrationen und Geräusche können verringert werden. Wenn dieses Prinzip auf die Unterdrückung der Träger-Harmonischen angewendet wird, können nur die Träger-Harmonische-Komponenten unterbunden werden, ohne dass die Impedanz einer Grundschwingungskomponente (Grundwellenkomponente) verändert wird.
Bei den harmonischen Komponenten, die eine gewünschte Phasendifferenz der jeweiligen Gruppen haben, und wenn M irgendeine Zahl ist, die ein Maß für N mit Ausnahme von 1 bei der N-fachen Dreiphase ist, ist es hierzu nur nötig, dass der folgende Ausdruck (3) erfüllt ist. Im Ausdruck (3) ist K eine ganze Zahl. $k α - n β - m γ = 2 π /M+2 π K (K ist eine ganze Zahl .)$
In der Primärkomponente haben α, β und γ die Verhältnisse der folgenden Ausdrücke (4) und (5) für die oberen bzw. unteren Seitenband-Komponenten. $γ = - (α + 2 β - 2 π /M-2 π K_{IH})$
$γ = α + 2 β - 2 π /M-2 π K_{IH}$
Um die Träger-Harmonische-Komponenten sowohl in den oberen, als auch in den unteren Seitenbändern zu verringern, ist es daher nur nötig, dass die rechte Seite von Ausdruck (4) und die rechte Seite von Ausdruck (5) zueinander gleich sind, und demzufolge dass das Verhältnis des folgenden Ausdrucks (6) erfüllt ist. $α + 2 β=2 π / M+ π K_{1 L} + π K_{1 H}$
Hierbei ist die Raumphasendifferenz α der Wicklungen π/6 und M = 2. Daher gilt β = 5π/12 auf der Basis von Ausdruck (6). Dann ist γ = 0, und zwar auf der Basis der Ausdrücke (4) und (5).
In der Sekundärkomponente haben α, β und γ die Verhältnisse der folgenden Ausdrücke (7) und (8) für die oberen bzw. unteren Seitenband-Komponenten. $γ = - (α + β - 2 π /M-2 π K_{2L}) /2$
$γ = - (α + β - 2 π /M-2 π K_{2H}) /2$
Hierbei ist die Raumphasendifferenz α der Wicklungen π/6 und M = 2. Auf der Basis der Ausdrücke (7) und (8) werden daher die folgenden Ausdrücke (9) und (10) erhalten, und sie haben zwei Lösungen im Bereich von 0 rad bis 2π rad. $γ = 5 π /12+ β/2+π K_{2L}$
$γ = - 5 π /12- β/2−π K_{2H}$
Daher können die Lösungen zum Aufheben sowohl der oberen, als auch der unteren Seitenbänder β = π/6 und γ = π/2 oder 3π/2 sein oder β = 7π/6 und γ = 0 sein.
Wie oben beschrieben, gilt in der ersten Ausführungsform Folgendes: Wenn die Stromamplitude der Primärkomponente des Träger-Harmonischen-Stroms so groß wie die Stromamplitude der Sekundärkomponente oder größer ist, werden die Werte für β und γ so vorgegeben, dass β = 5π/12 bzw. γ = 0. Daher kann die magnetische Flussdichte der Träger-Primärkomponente aufgehoben werden, und die elektromagnetischen Erregungskräfte können verringert werden. Wenn wiederum die Stromamplitude der Primärkomponente des Träger-Harmonischen-Stroms niedriger ist als die Stromamplitude der Sekundärkomponente, dann werden die Werte für β und γ so vorgegeben, dass β = π/6 bzw. γ = π/2. Daher wird die magnetische Flussdichte der Träger-Sekundärkomponente aufgehoben, und die elektromagnetische Erregungskraft wird verringert.
Demzufolge werden in der ersten Ausführungsform die Stromamplitude der Primärkomponente und die Stromamplitude der Sekundärkomponente miteinander verglichen, und auf der Basis des Ergebnisses des Vergleichs kann die Träger-Harmonische-Komponente mit der höheren Stromamplitude selektiv verringert werden. Wenn die Träger-Harmonische-Komponente verringert wird, dann kann die dadurch hervorgerufene elektromagnetische Erregungskraft verringert werden, und demzufolge können die elektromagnetischen Vibrationen und die Geräusche des Motors 1 wirksam verringert werden.
In der obigen Beschreibung ist Folgendes beschrieben: Wenn die Stromamplitude der Primärkomponente des Träger-Harmonischen-Stroms kleiner ist als die Stromamplitude der Sekundärkomponente, dann werden die Wechselrichter 301 und 302 so PWM-gesteuert, dass β = π/6 und γ = 2. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Fall beschränkt, und die Werte für β und γ können auch so vorgegeben werden, dass β = π/6 bzw. γ = 3π/2 oder dass β = 7π/6 bzw. γ = 0. Auch in diesem Fall werden ähnliche Wirkungen erzielt.
In der obigen Beschreibung ist außerdem der Motor 1 sternförmig verbunden bzw. sternförmig geschaltet, aber auch, wenn der Motor 1 dreieckverbunden bzw. dreieckgeschaltet ist, werden ähnliche Wirkungen erzielt.
Außerdem werden in der obigen Beschreibung die Zeitphasendifferenz β der elektrischen Ströme und die Trägerphasendifferenz γ so bestimmt, dass sowohl die oberen, als auch die unteren Seitenbänder der Komponente jeder Ordnung der Träger-Harmonische-Komponente gleichzeitig verringert werden, aber die Trägerphasendifferenz β der elektrischen Ströme und die Trägerphasendifferenz γ können auch so bestimmt werden, dass nur entweder die oberen Seitenbänder oder die unteren Seitenbänder verringert werden. Wenn beispielsweise die Werte für β und γ so vorgegeben werden, dass β = π/6 bzw. γ = 3π/2, dann kann für die Träger-Sekundärkomponente nur das obere Seitenband verringert werden. Auf diese Weise kann die elektromagnetische Erregungskraft mit α = β verringert werden, ohne dass die Anzahl von Wicklungssystemen verringert wird.
Wie oben beschrieben, gilt Folgendes: In der ersten Ausführungsform ist mit dem Motor 1, bei welchem die Raumphasendifferenz der In-Phase-Spulen der jeweiligen Gruppen den elektrischen Winkel α hat, ein N-facher Dreiphasen-Wechselrichter 3 verbunden. Beim N-fachen Dreiphasen-Wechselrichter 3 gilt Folgendes: die Zeitphasendifferenzen der elektrischen Ströme, die von den einzelnen Wechselrichtern 301 und 302 den In-Phase-Spulen der jeweiligen Gruppen zugeführt werden, haben den elektrischen Winkel β, und die Zeitphasendifferenz der Trägerfrequenzen, mit welchen die einzelnen Wechselrichter 301 bzw. 302 PWM-gesteuert werden, hat den elektrischen Winkel γ bezogen auf eine Trägerperiode.
Dann ist die Steuerungseinrichtung 320 so konfiguriert, dass sie die Wechselrichter 301 und 302 PWM-steuert, so dass zumindest eines der folgenden Verhältnisse erfüllt ist: γ = ±(α+2β-2π/M-2πK) und γ = ±(α-β-2π/M-2πK)/2 und zwar auf der Basis des Ergebnisses des Vergleichs der Stromamplituden der Primärkomponente und der Sekundärkomponente des Träger-Harmonischen-Stroms, so dass dadurch die an den Motor 1 anzulegende Spannung gesteuert wird.
Genauer gesagt: Wenn von den elektromagnetischen Erregungskräften der Primärkomponente und der Sekundärkomponente der Träger-Harmonische die elektromagnetische Erregungskraft der Primärkomponente größer ist, dann steuert die Steuerungseinrichtung 320 die Wechselrichter 301 und 302 so, dass das Verhältnis γ = ±(α+2β-2π/M-2πK) erfüllt ist, so dass die magnetische Flussdichte der Primärkomponente aufgehoben wird und die elektromagnetische Erregungskraft der Primärkomponente verringert wird.
Wenn im Gegensatz dazu die elektromagnetische Erregungskraft der Sekundärkomponente größer ist, dann PWM-steuert die Steuerungseinrichtung 320 die Wechselrichter 301 und 302 so, dass das Verhältnis γ = ±(α-β-2π/M-2πK)/2 erfüllt ist, so dass die magnetische Flussdichte der Sekundärkomponente aufgehoben wird und die elektromagnetische Erregungskraft der Sekundärkomponente verringert wird.
Die Steuerungseinrichtung 320 bestimmt folglich die harmonische Komponente, die verringert werden muss, und zwar auf der Basis des Vergleichs zwischen den Stromamplituden der Primärkomponente und der Sekundärkomponente des Träger-Harmonischen-Stroms, und sie gibt die Werte für β und γ so vor, dass die harmonische Komponente verringert wird. Im Ergebnis können die Wirkungen erzielt werden, dass die harmonische Komponente zuverlässig verringert werden kann, und dass die elektromagnetische Erregungskraft effizient verringert werden kann. Wenn sowohl die Primärkomponente, als auch die Sekundärkomponente verringert werden sollen, dann PWM-steuert die Steuerungseinrichtung 320 die Wechselrichter 301 und 302 so dass beide folgende Verhältnisse erfüllt sind: γ = ±(α+2β-2π/M-2πK) und γ = ±(α-β-2π/M-2πK)/2.
Außerdem ist es in der ersten Ausführungsform möglich, die Werte für β und γ zu bestimmen, bevor das Antriebssystem 9 gestartet wird, aber es kann auch zumindest eine von β oder γ während des Betriebs des Antriebssystems 9 variabel sein. Wenn beispielsweise die elektromagnetischen Erregungskräfte der Primärkomponente und der Sekundärkomponente der Träger-Harmonischen im Stärkenverhältnis verändert werden, bei Veränderungen der Umdrehungs-Anzahl, des Drehmoments und der Energieversorgungs-Spannung des Motors 1 während des Betriebs, dann kann mindestens einer oder beide von β und γ verändert werden, so dass die Träger-Harmonische mit der größeren elektromagnetischen Erregungskraft verringert wird. Im Ergebnis kann die harmonische Komponente, die verringert werden soll, absichtlich während des Betriebs verringert werden, und die elektromagnetische Erregungskraft kann effizient verringert werden.
Außerdem wird in der ersten Ausführungsform beschrieben, dass jeder Magnetpol 22 aus einem einzigen Magnet 21 gebildet wird, der auf einer geraden Linie angeordnet ist. Die vorliegende Erfindung ist darauf jedoch nicht beschränkt, und jeder Magnetpol kann 22 kann auch zwei Magnete 21 aufweisen, die in einer V-Form angeordnet sind.
Zweite Ausführungsform
5A ist eine Querschnittsansicht zum Veranschaulichen der Struktur eines mehrfachen Dreiphasen-Motors in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Auch bei der zweiten Ausführungsform wird - wie in der ersten Ausführungsform - als ein Beispiel der Fall mit doppelter Dreiphase beschrieben. Außerdem ist 5B ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen einer Konfiguration einer Steuerungseinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Auch in der zweiten Ausführungsform ist die Konfiguration des Antriebssystems 9 im Wesentlichen die gleiche wie in der ersten Ausführungsform, und demzufolge wird deren Beschreibung hier weggelassen.
Ein Motor 1A ist eine dynamoelektrische Maschine mit 8 Polen, 12 Nuten und konzentrierter Wicklung. Der Motor 1A weist einen Stator 10A und einen Rotor 20A auf.
Der Stator 10A hat zwölf Zähne 11A, und Phasenspulen 12A sind in einer konzentrierten Wicklung um die jeweiligen Zähne 11A gewickelt. Die Phasenspulen 12A weisen eine Phasenspule 121A für Gruppe 1 und eine Phasenspule 122A für Gruppe 2 auf. Die Phasenspule 121A für Gruppe 1 und die Phasenspule 122A für Gruppe 2 sind um jede dritten Zähne gewickelt. Wie in der ersten Ausführungsform sind die Phasenspule 121A für Gruppe 1 und die Phasenspule 122A für Gruppe 2 jeweils mit einzelnen Neutralpunkten verbunden, und sie sind sternverbunden.
Der Rotor 20A hat acht Magnetpole, wobei N-Pole und S-Pole abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet sind, so dass sie dem Stator gegenüberliegen. Ein einzelner Magnetpol ist aus einem einzigen Magneten 21A gebildet. Der Magnet 21A ist in einer geraden Linie angeordnet.
In der zweiten Ausführungsform sind die Phasenspule 121A für Gruppe 1 und die Phasenspule 122A für Gruppe 2 räumlich zueinander in Phase bezogen auf den elektrischen Winkel (Phasendifferenz: 0 rad). Mit anderen Worten: α = 0.
Wie in 5B dargestellt, weist außerdem eine Steuerungseinrichtung 320A eine Modulationsverhältnis-Bestimmungseinheit 330 und eine Schwellenwert-Speichereinheit 331 anstelle der Trägerharmonische-Stromamplituden-Vergleichseinheit 310 und der Trägerharmonische-Abbildung 311 aus 4 auf. Die Schwellenwert-Speichereinheit 331 speichert im Voraus einen Schwellenwert für ein Modulationsverhältnis. In der zweiten Ausführungsform sind die Rotations-Detektionseinheit 316, die Drehmoment-Befehlseinheit 317 und die Energiequellenzustands-Detektionseinheit 318 aus 4 nicht zwingend nötig. Dies sind die Unterschiede zur ersten Ausführungsform.
In die Modulationsverhältnis-Bestimmungseinheit 330 werden das Modulationsverhältnis und der Schwellenwert eingegeben. Die Modulationsverhältnis-Bestimmungseinheit 330 ist so konfiguriert, dass sie das Modulationsverhältnis und den Schwellenwert miteinander vergleicht, so dass sie dadurch die Stromamplitude der Primärkomponente und die Stromamplitude der Sekundärkomponente des Träger-Harmonischen-Stroms vergleicht. Der Begriff „Modulationsverhältnis“, wie hier verwendet, bezeichnet das Verhältnis der Ausgangsspannung des Wechselrichters zu den Spannungs-Befehlswerten.
Insbesondere wird der Schwellenwert für das Modulationsverhältnis beispielsweise auf 0,5 gesetzt. Wenn als Ergebnis des Vergleichs zwischen des Modulationsverhältnisses mit dem Wert 0,5 bestimmt wird, dass das Modulationsverhältnis 0,5 oder weniger beträgt, dann bestimmt die Modulationsverhältnis-Bestimmungseinheit 330, dass die Stromamplitude der Primärkomponente die so viel wie Stromamplitude der Sekundärkomponente oder mehr beträgt. In diesem Fall stellt - mit α = 0 - die Modulationsverhältnis-Bestimmungseinheit 330 die Werte für β und γ auf β = π bzw. γ = 0 ein, und zwar auf der Basis der oben erwähnten Ausdrücke (4) bis (6).
Wenn im Gegensatz dazu das Modulationsverhältnis mehr als 0,5 beträgt, dann bestimmt die Modulationsverhältnis-Bestimmungseinheit 330, dass die Stromamplitude der Primärkomponente weniger als die Stromamplitude der Sekundärkomponente beträgt. In diesem Fall stellt - mit α = 0 - die Modulationsverhältnis-Bestimmungseinheit 330 die Werte für β und γ auf β = 0 bzw. γ = π/2 ein, und zwar auf der Basis der oben erwähnten Ausdrücke (7) und (8).
Die übrigen Bestandteile und Vorgänge sind die gleichen wie in der ersten Ausführungsform, und demzufolge ist deren Beschreibung hier weggelassen.
In der zweiten Ausführungsform werden - mit der oben beschriebenen Konfiguration - ähnliche Wirkungen wie in der ersten Ausführungsform erzielt.
Außerdem gilt in der zweiten Ausführungsform durch die Bereitstellung der Modulationsverhältnis-Bestimmungseinheit 330 Folgendes: Der Vergleich der Stromamplitude der Primärkomponente mit der Stromamplitude der Sekundärkomponente kann allein durch den Vergleich des Modulationsverhältnisses mit dem Schwellenwert durchgeführt werden, und demzufolge kann die Konfiguration der Steuerungseinrichtung 320A verkleinert werden.
In der obigen Beschreibung ist Folgendes beschrieben: Wenn die Stromamplitude der Primärkomponente des Träger-Harmonischen-Stroms kleiner ist als die Stromamplitude der Sekundärkomponente, dann werden die Wechselrichter 301 und 302 so PWM-gesteuert, dass β = 0 und γ = π/2. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Fall beschränkt, und die Wechselrichter 301 und 302 können auch so PWM-gesteuert werden, dass β = 0 und γ = 3π/2 oder dass β = π und γ = 0. In beiden Fällen werden ähnliche Wirkungen erzielt.
Außerdem ist in der obigen Beschreibung beschrieben, dass das Modulationsverhältnis, das als Schwellenwert dienen soll, 0,5 ist. Das Modulationsverhältnis, das als Schwellenwert dienen soll, unterscheidet sich jedoch für jeden Motor, und demzufolge kann der Wert des Schwellenwerts passend für den Motor vorgegeben werden.
Dritte Ausführungsform
6A ist eine Querschnittsansicht zum Veranschaulichen der Struktur eines mehrfachen Dreiphasen-Motors in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Auch bei der dritten Ausführungsform wird - wie in der ersten Ausführungsform - als ein Beispiel der Fall mit doppelter Dreiphase beschrieben. 6B ist außerdem ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen einer Konfiguration einer Steuerungseinrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Auch in der dritten Ausführungsform ist die Konfiguration des Antriebssystems 9 im Wesentlichen die gleiche wie in der ersten Ausführungsform, und demzufolge wird deren Beschreibung hier weggelassen.
Ein Motor 1B ist eine dynamoelektrische Maschine mit 8 Polen, 48 Nuten und verteilter Wicklung. Der Motor 1B weist einen Stator 10B und einen Rotor 20B auf.
Wie in 6A dargestellt, hat der Stator 10B achtundvierzig Zähne 11B, um welche herum Phasenspulen 12B mit Durchmesserwicklung (full pitch) gewickelt sind. Die Phasenspulen 12B weisen eine Phasenspule 121B für Gruppe 1 und eine Phasenspule 122B für Gruppe 2 auf. Die Phasenspule 121B für Gruppe 1 und die Phasenspule 122B für Gruppe 2 sind abwechselnd in der Umfangsrichtung gewickelt. Wie in der ersten Ausführungsform sind die Phasenspule 121B für Gruppe 1 und die Phasenspule 122B für Gruppe 2 jeweils mit einzelnen Neutralpunkten verbunden, und sie sind Stern verbunden.
Der Rotor 20B hat acht Magnetpole, wobei N-Pole und S-Pole abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet sind, so dass sie dem Stator gegenüberliegen. Ein Magnetpol wird von zwei Magneten 21B gebildet. Der Magnet 21B ist in einer V-Form angeordnet.
In der dritten Ausführungsform eilt Phase der Phasenspule 121B für Gruppe 1 räumlich um einen elektrischen Winkel von π/6 der Phasenspule 122B für Gruppe 2 voraus. Mit anderen Worten: α = π/6.
Wie in 6B dargestellt, weist in der dritten Ausführungsform eine Steuerungseinrichtung 320B eine Stromdetektionseinheit 315B anstelle der Stromdetektionseinheit 315 aus 4 auf. Die Steuerungseinrichtung 320B weist außerdem eine Trägerharmonische-Stromamplituden-Vergleichseinheit 310B anstelle der Trägerharmonische-Stromamplituden-Vergleichseinheit 310 aus 4 auf. In der dritten Ausführungsform sind die Rotations-Detektionseinheit 316, die Drehmoment-Befehlseinheit 317, und die Energiequellenzustands-Detektionseinheit 318 aus 4 nicht zwingend nötig. Die übrigen Bestandteile sind die gleichen wie in 4, und demzufolge wird deren Beschreibung hier weggelassen.
Wie bei der Stromdetektionseinheit 315 in der ersten Ausführungsform ist die Stromdetektionseinheit 315B so konfiguriert, dass sie den tatsächlichen Strom des Motors 1B detektiert und den tatsächlichen Strom in die Stromsteuerungseinheit 313 eingibt. In der dritten Ausführungsform ist die Stromdetektionseinheit 315B ferner so konfiguriert, dass sie eine Periode der Stromwellenform einer Frequenzanalyse unterzieht, um einen Stromwert der Primärkomponente und einen Stromwert der Sekundärkomponente des Träger-Harmonischen-Stroms zu detektieren, und dass sie die Ergebnisse in die Trägerharmonische-Stromamplituden-Vergleichseinheit 310B eingibt.
Wenn der Stromwert der Primärkomponente der Stromwert der Sekundärkomponente oder mehr ist, dann bestimmt die Trägerharmonische-Stromamplituden-Vergleichseinheit 310B, dass die Stromamplitude der Primärkomponente die Stromamplitude der Sekundärkomponente oder mehr ist. Dann stellt - mit α = π/6 - die Trägerharmonische-Stromamplituden-Vergleichseinheit 310B die Werte für β und γ auf β = 5π/12 bzw. γ = 0 ein, und zwar auf der Basis der oben erwähnten Ausdrücke (4) bis (6), und gibt die Ergebnisse aus.
Wenn wiederum der Stromwert der Primärkomponente weniger als der Stromwert der Sekundärkomponente beträgt, dann bestimmt die Trägerharmonische-Stromamplituden-Vergleichseinheit 310B, dass die Stromamplitude der Primärkomponente kleiner als die Stromamplitude der Sekundärkomponente ist. Dann stellt - mit α = π/6 - die Trägerharmonische-Stromamplituden-Vergleichseinheit 310B die Werte für β und γ auf β = π/6 bzw. γ = π/2 ein, und zwar auf der Basis der oben erwähnten Ausdrücke (7) bis (8), und gibt die Ergebnisse aus.
Die übrigen Bestandteile und Vorgänge sind die gleichen wie in der ersten Ausführungsform, und demzufolge ist deren Beschreibung hier weggelassen.
In der dritten Ausführungsform werden - mit der oben beschriebenen Konfiguration - ähnliche Wirkungen wie in der ersten Ausführungsform erzielt.
Außerdem ist in der dritten Ausführungsform Folgendes beschrieben: Wenn der Stromwert der Primärkomponente des Träger-Harmonischen-Stroms kleiner ist als der Stromwert der Sekundärkomponente, dann werden die Wechselrichter 301 und 302 so PWM-gesteuert, dass β = π/6 und γ = π/2. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Fall beschränkt, und die Wechselrichter 301 und 302 können auch so PWM-gesteuert werden, dass β = π/6 und γ = 3π/2, oder dass β = 7π/6 und γ = 0. Auch in diesem Fall werden ähnliche Wirkungen erzielt.
Vierte Ausführungsform
7A ist eine Querschnittsansicht zum Veranschaulichen der Struktur eines mehrfachen Dreiphasen-Motors in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 7B ist ferner ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen einer Konfiguration einer Steuerungseinrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Auch bei der vierten Ausführungsform wird - wie in der ersten Ausführungsform - als ein Beispiel der Fall mit doppelter Dreiphase beschrieben. Auch in der vierten Ausführungsform ist die Konfiguration des Antriebssystems 9 im Wesentlichen die gleiche wie in der ersten Ausführungsform, und demzufolge wird deren Beschreibung hier weggelassen.
Ein Motor 1C ist eine dynamoelektrische Maschine mit 8 Polen, 48 Nuten und verteilter Wicklung. Der Motor 1C weist einen Stator 10C und einen Rotor 20C auf.
Wie in 7 dargestellt, hat der Stator 10C achtundvierzig Zähne 11C, um welche herum Phasenspulen 12C mit Teilschrittwicklung (short pitch) gewickelt sind. Die Phasenspulen 12C weisen eine Phasenspule 121C für Gruppe 1 und eine Phasenspule 122C für Gruppe 2 auf. Die Phasenspule 121C für Gruppe 1 und die Phasenspule 122C für Gruppe 2 sind alle zwölf Zähne in der Umfangsrichtung gewickelt. Wie in der ersten Ausführungsform sind die Phasenspule 121C für Gruppe 1 und die Phasenspule 122C für Gruppe 2 jeweils mit einzelnen Neutralpunkten verbunden, und sie sind sternverbunden.
Der Rotor 20C hat acht Magnetpole, wobei N-Pole und S-Pole abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet sind, so dass sie dem Stator 10C gegenüberliegen. Ein Magnetpol wird von zwei Magneten 21C gebildet. Die Magnete 21C sind in einer V-Form angeordnet.
Die Phasenspule 121C für Gruppe 1 und die Phasenspule 122C für Gruppe 2 sind räumlich zueinander in Phase bezogen auf den elektrischen Winkel (Phasendifferenz: 0 rad). Mit anderen Worten: α = 0.
In der vierten Ausführungsform - wie in 7B dargestellt - weist eine Steuerungseinrichtung 320C eine Schall-Detektionseinheit 321 anstelle der Rotations-Detektionseinheit 316 aus 4 auf.Die Steuerungseinrichtung 320C weist auch eine Schalldruck-Vergleichseinheit 322 anstelle der Trägerharmonische-Stromamplituden-Vergleichseinheit 310 aus 4 auf.
In der vierten Ausführungsform sind die Drehmoment-Befehlseinheit 317, die Trägerharmonische-Abbildung 311 und die Energiequellenzustands-Detektionseinheit 318 aus 4 nicht zwingend nötig. Die übrigen Bestandteile sind die gleichen wie in 4, und demzufolge wird deren Beschreibung hier weggelassen.
Die Schall-Detektionseinheit 321 ist so konfiguriert, dass sie Schall, der von einem Mikrofon (nicht dargestellt) erfasst wird, das außerhalb eines äußeren peripheren Rahmens des Motors 1 montiert ist, einer Frequenzanalyse unterzieht und Schallinformationen der Träger-Primärkomponente und Schallinformationen der Träger-Sekundärkomponente in die Schalldruck-Vergleichseinheit 322 eingibt.
Die Schalldruck-Vergleichseinheit 322 ist so konfiguriert, dass sie den Schalldruck der Träger-Primärkomponente und den Schalldruck der Träger-Sekundärkomponente vergleicht, und zwar auf der Basis der Schallinformationen der Träger-Primärkomponente und der Schallinformationen der Träger-Sekundärkomponente.
Wenn der Schalldruck der Träger-Primärkomponente gleich groß wie der Schalldruck der Träger-Sekundärkomponente oder größer ist, dann bestimmt die Schalldruck-Vergleichseinheit 322, dass die Stromamplitude der Primärkomponente so groß wie die Stromamplitude der Sekundärkomponente oder größer ist. Mit α = 0 erlaubt dann die Schalldruck-Vergleichseinheit 322, dass elektrische Ströme fließen, so dass die Werte für β und γ wie folgt vorgegeben sind: β = π bzw. γ = 0, und zwar auf der Basis der oben erwähnten Ausdrücke (4) bis (6).
Wenn im Gegensatz dazu der Schalldruck der Träger-Primärkomponente weniger als der Schalldruck der Träger-Sekundärkomponente beträgt, dann bestimmt die Schalldruck-Vergleichseinheit 322, dass die Stromamplitude der Primärkomponente kleiner ist als die Stromamplitude der Sekundärkomponente. Dann erlaubt - mit α = 0 - die Schalldruck-Vergleichseinheit 322, dass elektrischer Strom fließt, so dass β = 0 und γ = π/2, und zwar auf der Basis der oben erwähnten Ausdrücke (7) und (8).
Die übrigen Bestandteile und Vorgänge sind die gleichen wie in der ersten Ausführungsform, und demzufolge ist deren Beschreibung hier weggelassen.
In der vierten Ausführungsform werden - mit der oben beschriebenen Konfiguration - ähnliche Wirkungen wie in der ersten Ausführungsform erzielt.
Außerdem ist in der vierten Ausführungsform Folgendes beschrieben: Wenn der Stromwert der Primärkomponente des Träger-Harmonischen-Stroms kleiner ist als der Stromwert der Sekundärkomponente, dann werden die Wechselrichter 301 und 302 so PWM-gesteuert, dass β = 0 und γ = π/2. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Fall beschränkt, und die Wechselrichter 301 und 302 können auch so PWM-gesteuert werden, dass β = 0 und γ = 3π/2 oder dass β = π und γ = 0. In beiden Fällen werden ähnliche Wirkungen erzielt.
Ferner ist in der obigen Beschreibung beschrieben, dass das Ergebnis der Frequenzanalyse des Schalls verwendet wird, der von dem Mikrofon erfasst wird, das von der Schall-Detektionseinheit 321 erhalten wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Fall beschränkt, und es kann anstelle des Mikrofons auch ein Beschleunigungssensor am äußeren peripheren Rahmen des Motors 1 montiert sein, und es kann das Ergebnis der Frequenzanalyse einer von dem Beschleunigungssensor erfassten Beschleunigung verwendet werden.
In diesem Fall ist anstelle der Schall-Detektionseinheit 321 aus 7B eine Beschleunigungs-Detektionseinheit bereitgestellt, die zum Durchführen der Frequenzanalyse der von dem Beschleunigungssensor erfassten Beschleunigung konfiguriert ist. Anstelle der Schalldruck-Vergleichseinheit 322 aus 7B ist außerdem eine Beschleunigungs-Vergleichseinheit bereitgestellt, die so konfiguriert ist, dass sie die Beschleunigung der Träger-Primärkomponente und die Beschleunigung der Träger-Sekundärkomponente vergleicht. Auch mit diesem Verfahren werden ähnliche Wirkungen erhalten.
Fünfte Ausführungsform
8A ist eine Querschnittsansicht zum Veranschaulichen der Struktur eines mehrfachen Dreiphasen-Motors in einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 8B ist ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen einer Konfiguration eines Wechselrichters eines mehrfachen Dreiphasen-Antriebssystems in der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der fünften Ausführungsform wird der Fall von dreifacher Dreiphase als ein Beispiel beschrieben. Auch in der fünften Ausführungsform ist die Konfiguration des Antriebssystems 9 im Wesentlichen die gleiche wie in der ersten Ausführungsform, und demzufolge wird deren Beschreibung hier weggelassen.
Ein Motor 1D ist eine dynamoelektrische Maschine mit 6 Polen, 36 Nuten und verteilter Wicklung. Der Motor 1D weist einen Stator 10D und einen Rotor 20D auf.
Wie in 8A dargestellt, hat der Stator 10D sechsunddreißig Zähne 11D, um welche herum Phasenspulen 12D mit Durchmesserwicklung (full pitch) gewickelt sind. Die Phasenspulen 12D weisen eine Phasenspule 121D für Gruppe 1, eine Phasenspule 122D für Gruppe 2 und eine Phasenspule 123D für Gruppe 3 auf.
Die Phasenspule 121D für Gruppe 1, die Phasenspule 122D für Gruppe 2 und die Phasenspule 123D für Gruppe 3 sind alle zwölf Zähne in der Umfangsrichtung gewickelt. Die Phasenspule 121D für Gruppe 1, die Phasenspule 122D für Gruppe 2 und die Phasenspule 123D für Gruppe 3 sind jeweils mit einzelnen Neutralpunkten verbunden, und sie sind sternverbunden.
Der Rotor 20D hat sechs Magnetpole, wobei N-Pole und S-Pole abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet sind, so dass sie dem Stator 10D gegenüberliegen. Ein Magnetpol wird von zwei Magneten 21D gebildet. Die Magnete 21D sind in einer V-Form angeordnet.
Die Phasenspule 121D für Gruppe 1, die Phasenspule 122D für Gruppe 2 und die Phasenspule 123D für Gruppe 3 sind räumlich zueinander in Phase bezogen auf den elektrischen Winkel (Phasendifferenz: 0 rad). Mit anderen Worten: α = 0.
In der fünften Ausführungsform weist außerdem - wie in 8B dargestellt - der Wechselrichter 3 drei Dreiphasen-Wechselrichter 301D, 302D und 303D auf. Daher sind mit der Phasenspule 121D für Gruppe 1, der Phasenspule 122D für Gruppe 2 und der Phasenspule 123D für Gruppe 3 die einzelnen Dreiphasen-Wechselrichter 301D, 302D bzw. 303D verbunden. Die Dreiphasen-Wechselrichter 301D, 302D, und 303D sind mit der DC-Energiequelle 5 verbunden.
Die Dreiphasen-Wechselrichter 301D, 302D und 303D sind so konfiguriert, dass sie Dreiphasen-AC-Energie mit einer passenden Phase an die Phasenspule 121D für Gruppe 1, die Phasenspule 122D für Gruppe 2 bzw. die Phasenspule 123D für Gruppe 3 zuführen, oder dass sie AC-Energie vom Motor 1D rückgewinnen. Die Zeitphasendifferenz zwischen einem elektrischen Strom, der der Phasenspule 121D für Gruppe 1 zugeführt wird, und einem elektrischen Strom, der der Phasenspule 122D für Gruppe 2 zugeführt wird, und die Zeitphasendifferenz zwischen dem elektrischen Strom, der der Phasenspule 122D für Gruppe 2 zugeführt wird, und einem elektrischen Strom, der der Phasenspule 123D für Gruppe 3 zugeführt wird, ist mit β bezeichnet.
Die Dreiphasen-Wechselrichter 301D, 302D und 303D werden mit der gleichen Trägerfrequenz PWM-gesteuert. Die Dreiphasen-Wechselrichter 301D, 302D und 303D stellen eine Phasendifferenz von γ rad bereit, wobei die PWM-Träger-Zerhackerphase so vorgegeben ist, dass eine einzige Trägerperiode 2π rad beträgt.
In der fünften Ausführungsform ist die Trägerharmonische-Abbildung 311 so konfiguriert, dass sie im Voraus bei jedem Arbeitspunkt aus Drehzahl und Drehmoment des Motors 1D Informationen über die Stromamplitude der Primärkomponente des Träger-Harmonischen-Stroms speichert, der die Träger-Harmonischen-Stromamplitude und die Stromamplitude der Träger-Sekundärkomponente aufweist, und zwar während des PWM-Antriebs.
Genauer gesagt: In der Trägerharmonische-Abbildung 311 sind die Stromamplitude der Primärkomponente des Träger-Harmonischen-Stroms und die Stromamplitude der Träger-Sekundärkomponente für jeden Drehmoment-Befehlswert, jede Drehzahl des Motors 1D und jede Energieversorgungs-Spannung der DC-Energiequelle 5 gespeichert.
Die Trägerharmonische-Stromamplituden-Vergleichseinheit 310 extrahiert - auf der Basis des Drehmoment-Befehlswerts, der Drehzahl des Motors 1D und der Energieversorgungs-Spannung der DC-Energiequelle 5 - die Stromamplitude der Primärkomponente und die Stromamplitude der Sekundärkomponente des Träger-Harmonischen-Stroms, die jenen Werten aus der Trägerharmonische-Abbildung 311 entsprechen. Die Trägerharmonische-Stromamplituden-Vergleichseinheit 310 vergleicht die Stromamplitude der Träger-Primärkomponente und die Stromamplitude der Träger-Sekundärkomponente miteinander.
Wenn die Stromamplitude der Primärkomponente die Stromamplitude der Sekundärkomponente oder mehr ist, gibt - mit α = 0 - die Trägerharmonische-Stromamplituden-Vergleichseinheit 310 die Werte von β und γ als β = π/3 bzw. γ = 0 vor, und zwar auf der Basis der oben erwähnten Ausdrücke (4) bis (6), und gibt die Ergebnisse aus.
Wenn im Gegensatz dazu die Stromamplitude der Primärkomponente weniger als die Stromamplitude der Sekundärkomponente beträgt, gibt - mit α = 0 - die Trägerharmonische-Stromamplituden-Vergleichseinheit 310 die Werte von β und γ als β = 4π/3 bzw. γ = π vor, und zwar auf der Basis der oben erwähnten Ausdrücke (7) und (8), und gibt die Ergebnisse aus.
Die übrigen Bestandteile und Vorgänge sind die gleichen wie in der ersten Ausführungsform, und demzufolge ist deren Beschreibung hier weggelassen.
In der fünften Ausführungsform werden - mit der oben beschriebenen Konfiguration - ähnliche Wirkungen wie in der ersten Ausführungsform erzielt.
Außerdem ist in der fünften Ausführungsform Folgendes beschrieben: Wenn der Stromwert der Primärkomponente des Träger-Harmonischen-Stroms kleiner ist als der Stromwert der Sekundärkomponente, dann werden die Wechselrichter 301D bis 303D so PWM-gesteuert, dass β = π/3 und γ = 0. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Fall beschränkt, und die Wechselrichter 301D bis 303D können auch so PWM-gesteuert werden, dass β = 4π/3 und γ = 0. In jedem Fall werden ähnliche Wirkungen erzielt.
Außerdem ist in der fünften Ausführungsform Folgendes beschrieben: Wenn der Stromwert der Primärkomponente des Träger-Harmonischen-Stroms kleiner ist als der Stromwert der Sekundärkomponente, dann werden die Wechselrichter 301D bis 303D so PWM-gesteuert, dass β = 4π/3 und γ = π. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Fall beschränkt, und die Wechselrichter 301D bis 303D können auch so PWM-gesteuert werden, dass β = 4π/3 und γ = 0. In beiden Fällen werden ähnliche Wirkungen erzielt.
Sechste Ausführungsform
9A ist eine Querschnittsansicht zum Veranschaulichen der Struktur eines mehrfachen Dreiphasen-Motors in einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 9B ist ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen einer Konfiguration eines Wechselrichters eines mehrfachen Dreiphasen-Antriebssystems in der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der sechsten Ausführungsform wird als ein Beispiel der Fall von vierfacher Dreiphase beschrieben. Auch in der sechsten Ausführungsform ist die Konfiguration des Antriebssystems 9 im Wesentlichen die gleiche wie in der ersten Ausführungsform, und demzufolge wird deren Beschreibung hier weggelassen.
Ein Motor 1E ist eine dynamoelektrische Maschine mit 6 Polen, 48 Nuten und verteilter Wicklung. Der Motor 1E weist einen Stator 10E und einen Rotor 20E auf.
Wie in 9A dargestellt, hat der Stator 10E achtundvierzig Zähne 11E, und Phasenspulen 12E sind mit Durchmesserwicklung (full pitch) um die Zähne 11E gewickelt. Die Phasenspulen 12E weisen eine Phasenspule 121E für Gruppe 1, eine Phasenspule 122E für Gruppe 2, eine Phasenspule 123E für Gruppe 3 und eine Phasenspule 124E für Gruppe 4 auf. Die Phasenspule 121E für Gruppe 1, die Phasenspule 122E für Gruppe 2, die Phasenspule 123E für Gruppe 3 und die Phasenspule 124E für Gruppe 4 sind in der angegebenen Reihenfolge in der Umfangsrichtung gewickelt. Die Phasenspule 121E für Gruppe 1, die Phasenspule 122E für Gruppe 2, die Phasenspule 123E für Gruppe 3 und die Phasenspule 124E für Gruppe 4 sind jeweils mit einzelnen Neutralpunkten verbunden, und sie sind sternverbunden.
Der Rotor 20E hat sechs Magnetpole, wobei N-Pole und S-Pole abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet sind, so dass sie dem Stator 1OE gegenüberliegen. Ein Magnetpol wird von zwei Magneten 21E gebildet. Die Magnete 21E sind in einer V-Form angeordnet.
Die Phase des elektrischen Winkels der Phasenspule 121E für Gruppe 1 eilt der Phasenspule 122E für Gruppe 2 um π/12 rad voraus. Die Phase des elektrischen Winkels der Phasenspule 122E für Gruppe 2 eilt der Phasenspule 123E für Gruppe 3 um π/12 voraus. Die Phase des elektrischen Winkels der Phasenspule123E für Gruppe 3 eilt der Phasenspule 124E für Gruppe 4 um π/12 rad voraus. Mit anderen Worten: α = π/12 rad.
In der sechsten Ausführungsform weist außerdem - wie in 9B dargestellt - der Wechselrichter 3 vier Dreiphasen-Wechselrichter 301E, 302E, 303E und 304E auf. Mit der Phasenspule 121E für Gruppe 1, der Phasenspule 122E für Gruppe 2, der Phasenspule 123E für Gruppe 3 und der Phasenspule 124E für Gruppe 4 sind daher die einzelnen Dreiphasen-Wechselrichter 301E, 302E, 303E und 304E verbunden. Die Dreiphasen-Wechselrichter 301E, 302E, 303E und 304E sind mit der DC-Energiequelle 5 verbunden.
Die Dreiphasen-Wechselrichter 301E, 302E, 303E und 304E sind so konfiguriert, dass sie Dreiphasen-AC-Energie mit einer passenden Phase an die Phasenspule 121E für Gruppe 1, die Phasenspule 122E für Gruppe 2, die Phasenspule 123E für Gruppe 3 bzw. die Phasenspule 124E für Gruppe 4 zuführen, oder dass sie AC-Energie vom Motor 1E rückgewinnen. Die Zeitphasendifferenz zwischen einem elektrischen Strom, der der Phasenspule 121E für Gruppe 1 zugeführt wird, und einem elektrischen Strom, der der Phasenspule 122E für Gruppe 2 zugeführt wird, die Zeitphasendifferenz zwischen dem elektrischen Strom, der der Phasenspule 122E für Gruppe 2 zugeführt wird, und einem elektrischen Strom, der der Phasenspule 123E für Gruppe 3 zugeführt wird, sowie die Zeitphasendifferenz zwischen dem elektrischen Strom, der der Phasenspule 123E für Gruppe 3 zugeführt wird, und einem elektrischen Strom, der der Phasenspule 124E für Gruppe 4 zugeführt wird, ist jeweils mit β bezeichnet.
Die Dreiphasen-Wechselrichter 301E, 302E, 303E und 304E werden mit der gleichen Trägerfrequenz PWM-gesteuert. In der PWM-Träger-Zerhackerphase zwischen den Wechselrichtern 301E und 302E gilt jedoch Folgendes: Wenn eine Trägerperiode 2π rad beträgt, dann wird eine Zeitphasendifferenz von γ rad bereitgestellt. Außerdem gilt in der PWM-Träger-Zerhackerphase zwischen den Wechselrichtern 302E und 303E Folgendes: Wenn eine Trägerperiode 2π rad beträgt, dann wird eine Zeitphasendifferenz von γ rad bereitgestellt. Außerdem gilt in der PWM-Träger-Zerhackerphase zwischen den Wechselrichtern 303E und 304E Folgendes: Wenn eine Trägerperiode 2π rad beträgt, dann wird eine Zeitphasendifferenz von γ rad bereitgestellt.
In der sechsten Ausführungsform speichert die Trägerharmonische-Abbildung 311 im Voraus bei jedem Arbeitspunkt aus Drehzahl und Drehmoment des Motors 1E Informationen über die Stromamplitude der Primärkomponente des Träger-Harmonischen-Stroms, der die Träger-Harmonischen-Stromamplitude und die Stromamplitude der Träger-Sekundärkomponente aufweist, und zwar während des PWM-Antriebs. Genauer gesagt: In der Trägerharmonische-Abbildung 311 sind die Stromamplitude der Primärkomponente des Träger-Harmonischen-Stroms und die Stromamplitude der Träger-Sekundärkomponente für jeden Drehmoment-Befehlswert, jede Drehzahl des Motors 1E und jede Energieversorgungs-Spannung der DC-Energiequelle 5 gespeichert.
Die Trägerharmonische-Stromamplituden-Vergleichseinheit 310 extrahiert - auf der Basis des Drehmoment-Befehlswerts, der Drehzahl des Motors 1E und der Energieversorgungs-Spannung der DC-Energiequelle 5 - die Stromamplitude der Primärkomponente und die Stromamplitude der Sekundärkomponente des Träger-Harmonischen-Stroms, die jenen Werten aus der Trägerharmonische-Abbildung 311 entsprechen.
In der sechsten Ausführungsform gilt Folgendes: Wenn die Stromamplitude der Primärkomponente des Träger-Harmonischen-Stroms gleich groß wie die Stromamplitude der Sekundärkomponente oder mehr ist, gibt - mit α = π/12, - die Trägerharmonische-Stromamplituden-Vergleichseinheit 310 die Werte für β und γ auf β = 11π/24 bzw. γ = 0 vor, und zwar auf der Basis der oben erwähnten Ausdrücke (4) bis (6), und sie gibt die Ergebnisse aus.
Wenn im Gegensatz dazu die Stromamplitude der Träger-Sekundärkomponente des Träger-Harmonischen-Stroms mehr beträgt als die Stromamplitude der Träger-Primärkomponente, gibt - mit α = π/12 - die Trägerharmonische-Stromamplituden-Vergleichseinheit 310 die Werte für β und γ auf β = π/12 bzw. γ = 0 vor, und zwar auf der Basis der oben erwähnten Ausdrücke (7) und (8), und sie gibt die Ergebnisse aus.
Die übrigen Bestandteile und Vorgänge sind die gleichen wie in der ersten Ausführungsform.
In der sechsten Ausführungsform werden - mit der oben beschriebenen Konfiguration - ähnliche Wirkungen wie in der ersten Ausführungsform erzielt.
Außerdem ist in der sechsten Ausführungsform Folgendes beschrieben: Wenn der Stromwert der Primärkomponente des Träger-Harmonischen-Stroms so groß ist wie der Stromwert der Sekundärkomponente oder größer, dann werden die Wechselrichter 301E bis 304E so PWM-gesteuert, dass β = 11π/24 und γ = 0. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Fall beschränkt, und die Wechselrichter 301E bis 304E können auch so PWM-gesteuert werden, dass β = 23π/24 und γ = 0, dass β = 5π/24 und γ = 0 oder dass β = 29π/24 und γ = 0. In allen Fällen werden ähnliche Wirkungen erzielt.
Außerdem ist in der sechsten Ausführungsform Folgendes beschrieben: Wenn der Stromwert der Primärkomponente des Träger-Harmonischen-Stroms kleiner ist als der Stromwert der Sekundärkomponente, dann werden die Wechselrichter 301E bis 304E so PWM-gesteuert, dass β = π/12 und γ = 0. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Fall beschränkt, und die Wechselrichter 301 E bis 304E können auch so PWM-gesteuert werden, dass β = 19π/12 und γ = 0, dass β = 7π/12 und γ = π/2 oder dass β = 7π/12 und γ = 3π/2. Auch in diesen Fällen werden ähnliche Wirkungen erzielt.
In der ersten bis sechsten Ausführungsform, die oben beschrieben sind, weisen die Steuerungseinrichtungen 320, 320A, 320B und 320C jeweils eine Steuerung auf. Die Steuerung weist einen Prozessor und einen Speicher auf. Die Funktionen der Bestandteile, die die Steuerungseinrichtungen 320, 320A, 320B und 320C bilden, werden durch Software, Firmware oder eine Kombination daraus erzielt. Software und Firmware sind als Programme beschrieben und im Speicher gespeichert. Der Prozessor liest die im Speicher gespeicherten Programme aus und führt diese aus, so dass er die Funktionen der Bestandteile der Steuerungseinrichtungen 320, 320A, 320B und 320C erzielt.
Bezugszeichenliste

1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E: Motor;
3: Wechselrichter;
10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E: Stator;
20, 20A, 20B, 20C, 20D, 20E: Rotor;
12, 12A, 12B, 12C, 12D, 12E: Phasenspule;
21, 21A, 21B, 21C, 21D, 21E: Magnet

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 5923215 B2 [0008]

Claims

Steuerungsverfahren für eine dynamoelektrische Maschine, das in einer Steuerungseinrichtung ausgeführt werden soll, die so konfiguriert ist, dass sie eine Spannung steuert, die an eine N-fache dynamoelektrische Dreiphasen-Maschine angelegt werden soll, wobei N eine ganze Zahl von 2 oder mehr ist, wobei die N-fache dynamoelektrische Dreiphasen-Maschine N Gruppen von Phasenspulen aufweist, wobei die Phasenspulen der N Gruppen jeweils mit einzelnen Dreiphasen-Wechselrichtern verbunden sind, wobei das Steuerungsverfahren für eine dynamoelektrische Maschine Folgendes aufweist: Vorgeben, wenn eine Raumphasendifferenz von In-Phase-Spulen der N Gruppen durch einen elektrischen Winkel α dargestellt wird, dass eine Zeitphasendifferenz von elektrischen Strömen, die aus den einzelnen Dreiphasen-Wechselrichtern den In-Phase-Spulen der N Gruppen zugeführt werden sollen, durch einen elektrischen Winkel β dargestellt wird und eine Zeitphasendifferenz von Trägerfrequenzen, mit welchen die einzelnen Dreiphasen-Wechselrichter jeweils PWM-gesteuert werden, durch γ bezogen auf eine Trägerperiode dargestellt wird, mit Werten der Zeitphasendifferenz β und der Zeitphasendifferenz γ aufweist, derart, dass eines oder beide der folgenden Verhältnisse erfüllt ist: γ = ±(α+2β-2π/M-2πK) und γ = ±(α-β-2π/M-2πK)/2, und zwar auf der Basis eines Vergleichs zwischen einer Stromamplitude einer Primärkomponente und einer Stromamplitude einer Sekundärkomponente eines Träger-Harmonischen-Stroms und eines Werts der Raumphasendifferenz α, und PWM-Steuern der einzelnen Dreiphasen-Wechselrichter zum Steuern der Spannung, die an die N-fache dynamoelektrische Dreiphasen-Maschine angelegt werden soll.
Steuerungsverfahren für eine dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei zumindest eine von der Zeitphasendifferenz β oder der Zeitphasendifferenz γ während des Betriebs der N-fachen dynamoelektrischen Dreiphasen-Maschine variabel ist.
Steuerungsverfahren für eine dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, das ferner Folgendes aufweist: Vorgeben, wenn die Stromamplitude der Primärkomponente des Träger-Harmonischen-Stroms so groß ist wie die Stromamplitude der Sekundärkomponente oder mehr, der Werte der Zeitphasendifferenz β und der Zeitphasendifferenz γ derart, dass das folgende Verhältnis erfüllt ist: γ = ±(α+2β-2π/M-2πK); und Vorgeben, wenn die Stromamplitude der Primärkomponente des Träger-Harmonischen-Stroms kleiner ist als die Stromamplitude der Sekundärkomponente, der Werte der Zeitphasendifferenz β und der Zeitphasendifferenz γ derart, dass das folgende Verhältnis erfüllt ist: γ = ±(α-β-2π/M-2πK)/2.
Steuerungseinrichtung für eine dynamoelektrische Maschine, die eine Steuerung aufweist, die so konfiguriert ist, dass sie eine Spannung steuert, die an eine N-fache dynamoelektrische Dreiphasen-Maschine angelegt werden soll, wobei N eine ganze Zahl von 2 oder mehr ist, wobei die N-fache dynamoelektrische Dreiphasen-Maschine N Gruppen von Phasenspulen aufweist, wobei die Phasenspulen der N Gruppen jeweils mit einzelnen Dreiphasen-Wechselrichtern verbunden sind, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie dann, wenn eine Raumphasendifferenz von In-Phase-Spulen der N Gruppen durch einen elektrischen Winkel α dargestellt wird, eine Zeitphasendifferenz von elektrischen Strömen, die aus den einzelnen Dreiphasen-Wechselrichtern den In-Phase-Spulen der N Gruppen zugeführt werden sollen, durch einen elektrischen Winkel β dargestellt wird und eine Zeitphasendifferenz von Trägerfrequenzen, mit welchen die einzelnen Dreiphasen-Wechselrichter jeweils PWM-gesteuert werden, durch einen elektrischen Winkel γ dargestellt ist, und zwar bezogen auf eine Trägerperiode, Werte der Zeitphasendifferenz β und der Zeitphasendifferenz γ vorgibt, derart, dass eines oder beide der folgenden Verhältnisse erfüllt ist: γ = ±(α+2β-2π/M-2πK) und γ = ±(α-β-2π/M-2πK)/2 und zwar auf der Basis eines Vergleichs zwischen einer Stromamplitude einer Primärkomponente und einer Stromamplitude einer Sekundärkomponente eines Träger-Harmonischen-Stroms und eines Werts der Raumphasendifferenz α, und dass sie die einzelnen Dreiphasen-Wechselrichter PWM-steuert, so dass die Spannung gesteuert wird, die an die N-fache dynamoelektrische Dreiphasen-Maschine angelegt werden soll.
Steuerungseinrichtung für eine dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 4, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie zumindest eine von der Zeitphasendifferenz β oder der Zeitphasendifferenz γ während des Betriebs der N-fachen dynamoelektrischen Dreiphasen-Maschine variabel vorgibt.
Steuerungseinrichtung für eine dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Steuerung zu Folgendem konfiguriert ist: Vorgeben, wenn die Stromamplitude der Primärkomponente des Träger-Harmonischen-Stroms so groß ist wie die Stromamplitude der Sekundärkomponente oder mehr, der Werte der Zeitphasendifferenz β und der Zeitphasendifferenz γ derart, dass das folgende Verhältnis erfüllt ist: γ = ±(α+2β-2π/M-2πK); und Vorgeben, wenn die Stromamplitude der Primärkomponente des Träger-Harmonischen-Stroms kleiner ist als die Stromamplitude der Sekundärkomponente, der Werte der Zeitphasendifferenz β und der Zeitphasendifferenz γ derart, dass das folgende Verhältnis erfüllt ist: γ = ±(α-β-2π/M-2πK)/2.
Antriebssystem, das Folgendes aufweist: eine N-fache dynamoelektrische Dreiphasen-Maschine, die N Gruppen von Phasenspule aufweist, wobei N eine ganze Zahl von 2 oder mehr ist; einen N-fachen Dreiphasen-Wechselrichter, der N Dreiphasen-Wechselrichter aufweist, die so konfiguriert sind, dass sie elektrische Ströme den Phasenspulen der N Gruppen der N-fachen dynamoelektrischen Dreiphasen-Maschine zuführen; und eine Steuerungseinrichtung, die zum Steuern der N Dreiphasen-Wechselrichter konfiguriert ist, wobei die Phasenspulen der N Gruppen der N-fachen dynamoelektrischen Dreiphasen-Maschine mit den N Dreiphasen-Wechselrichtern in einem Eins-zu-Eins-Verhältnis verbunden sind, und wobei die Steuerungseinrichtung so konfiguriert ist, dass sie dann, wenn eine Raumphasendifferenz von In-Phase-Spulen der N Gruppen durch einen elektrischen Winkel α dargestellt wird, eine Zeitphasendifferenz von elektrischen Strömen, die aus den N Dreiphasen-Wechselrichtern den In-Phase-Spulen der N Gruppen zugeführt werden sollen, durch einen elektrischen Winkel β dargestellt wird und eine Zeitphasendifferenz von Trägerfrequenzen, mit welchen die N Dreiphasen-Wechselrichter jeweils PWM-gesteuert werden, durch einen elektrischen Winkel γ dargestellt ist, und zwar bezogen auf eine Trägerperiode, Werte der Zeitphasendifferenz β und der Zeitphasendifferenz γ vorgibt, derart, dass eines oder beide der folgenden Verhältnisse erfüllt ist: γ = ±(α+2β-2π/M-2πK) und γ = ±(α-β-2π/M-2πK)/2, und zwar auf der Basis eines Vergleichs zwischen einer Stromamplitude einer Primärkomponente und einer Stromamplitude einer Sekundärkomponente eines Träger-Harmonischen-Stroms und eines Werts der Raumphasendifferenz α.
Antriebssystem nach Anspruch 7, wobei die Steuerungseinrichtung so konfiguriert ist, dass sie zumindest eine von der Zeitphasendifferenz β oder der Zeitphasendifferenz γ während des Betriebs der N-fachen dynamoelektrischen Dreiphasen-Maschine variabel evorgibt.
Antriebssystem für eine dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Steuerungseinrichtung zu Folgendem konfiguriert ist: Vorgeben, wenn die Stromamplitude der Primärkomponente des Träger-Harmonischen-Stroms so groß ist wie die Stromamplitude der Sekundärkomponente oder mehr, der Werte der Zeitphasendifferenz β und der Zeitphasendifferenz γ derart, dass das folgende Verhältnis erfüllt ist: γ = ±(α+2β-2π/M-2K); und Vorgeben, wenn die Stromamplitude der Primärkomponente des Träger-Harmonischen-Stroms kleiner ist als die Stromamplitude der Sekundärkomponente, der Werte der Zeitphasendifferenz β und der Zeitphasendifferenz γ derart, dass das folgende Verhältnis erfüllt ist: γ = ±(α-β-2π/M-2πK)/2.