DE69930114T2

DE69930114T2 - Motorregelvorrichtung

Info

Publication number: DE69930114T2
Application number: DE69930114T
Authority: DE
Inventors: T. Hitachi Res. Lab. of Hitachi Ltd. Hitachi-shi KOBAYASHI; Fumio Hitachi Res. Lab. of Hitachi L Hitachi-shi TAJIMA; ShoichiHitachi Res. Lab. of Hitachi Hitachi-shi KAWAMATA; YutakaHitachi Res. Lab. of Hitachi L Hitachi-shi MATSUNOBU; Ryoso Hitachi Res. Lab. of Hitachi L Hitachi-shi MASAKI; S.Automotive Prod. Div. of Hitachi L Hitachinaka-shi SHIBUKAWA; O.Automotive Prod. Div. of Hitachi L Hitachinaka-shi KOIZUMI
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-05-29
Filing date: 1999-05-19
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2019-05-20
Also published as: WO1999063654A1; EP1087517A4; DE69930114D1; JP3366858B2; EP1087517A1; EP1087517B1; US6404152B1; JPH11341864A; WO1999063654A8

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung einer sich drehenden elektrischen Maschine und betrifft insbesondere die sich drehende elektrische Maschine, die dahingehend verbessert ist, dass sie die elektromagnetische Schwingung in der Durchmesserrichtung eines Stators einer sich drehenden elektrischen Maschine mit Dauermagnet und durch die elektromagnetische Schwingung verursachten unerwünschten Schall reduziert. Eine sich drehende elektrische Maschine mit Dauermagnet weist gewöhnlich einen Stator und einen Rotor auf.
Der Stator besitzt einen Statorkern mit mehreren Wicklungsschlitzen, die jeweils dieselben Abstände einhalten, und einer Statorwicklung, die in dem vorstehend genannten Statorschlitz gewickelt ist.
Die magnetomotorische Kraftverteilung der Statorwicklung ist so ausgebildet, dass sie eine Raumoberschwingungswelle auf eine Sinuswelle (Grundwelle) überlagert, und wird im Verhältnis zu einem Statorwicklungsstrom zeitlich variiert.
Des Weiteren sind auf der Innendurchmesserseite des Stators ein Öffnungsteil des Wicklungsschlitzes und ein Zahnteil des Statorkerns abwechselnd unter Einhaltung derselben Abstände angeordnet, und eine Magnetismuspermeanzverteilung des Stators kommt dahin, eine Welligkeit mit einem Zyklus zu enthalten, die durch den Wicklungsschlitz des Statorkerns bewirkt wird.
Die Magnetflussdichte des Magnetfelds, das der Stator im Luftspalt ausbildet, wird durch das Produkt einer magnetomotorischen Kraft verteilung dieses Stators und einer Magnetismuspermeanz des Stators bestimmt, und diese Magnetflussdichte enthält eine Raumoberschwingungskomponente.
Des Weiteren besitzt der Rotor einen Dauermagneten, der durch Einfügen in eine Nut befestigt wird, die im Rotorkern unter Einhaltung eines bestimmten Abstands vorgesehen ist.
Dementsprechend enthält eine Magnetflussdichte des Magnetfelds, das der Rotor im Luftspalt vorsieht, die Welligkeit auf dieselbe Weise und verändert sich mit der Zeit, da sie gedreht wird.
Da die Magnetflussdichte des Luftspalts durch Zusammenfassen des Magnetflusses, den der Stator ausbildet, und des Magnetflusses, den der Rotor ausbildet, vorgesehen ist, wird die Magnetflussdichte in diesem Luftspalt so verteilt, dass sie die Oberschwingungskomponente auf die Grundwellenkomponente überlagert, und ändert sich mit der Zeit.
Da ein auf den Rotor wirkendes Drehmoment eine Winkeldifferenzierung einer in dem Luftspalt bewahrten magnetischen Energie ist, tritt eine Welligkeit zu einem Drehmoment auf, das durch die Welligkeit der Magnetflussdichte dieses Luftspalts erzeugt wird.
Diese Drehmomentwelligkeit verursacht manchmal eine Schwingung in der sich drehenden elektrischen Maschine mit Dauermagnet und dadurch tritt ein unerwünschter Schall auf.
Um die Welligkeit des Drehmoments durch Steuern des Statorwicklungsstroms zu reduzieren, sind beispielsweise in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 8-331884 und dem US-Patent 4 240 020 eine Phasenstromkorrektureinrichtung für eine Korrektur zur Erhöhung oder Senkung bis zu einem Maximalwert der Sinuswelle innerhalb eines Bereichs von ± 30° eines elektrischen Winkels, wo die Größe jedes Phasenstroms maximal wird, und eine Steuerungsvorrichtung eines Synchronmotors offenbart, der mit einer Abgleichvorrichtung hergestellt ist, die den Phasenstrom insgesamt abgleichen lässt.
Durch Verwenden dieser Einrichtungen wird ein Verfahren vorgeschlagen, wie das Absinken eines Drehmoments in einer Drehrichtung, das bei der Übertragung des Phasenstroms aufgetreten ist, korrigiert werden kann.
Als Grund für den elektromagnetischen unerwünschten Schall der sich drehenden elektrischen Maschine kann eine Kreisringschwingung des Stators neben der Drehmomentwelligkeit in seiner Drehrichtung aufgezeigt werden.
Die auf den Stator wirkende elektromagnetische Kraft in Durchmesserrichtung bewirkt die Kreisringschwingung des Stators und sie breitet sich bis zu einem Statorgehäuse einer Statorumgebung aus, so dass das Statorgehäuse in Durchmesserrichtung vibriert und den unerwünschten Schall erzeugt.
Wenn Raumgrad und Frequenz der Oberschwingungskomponente der elektromagnetischen Kraft in Durchmesserrichtung mit der Resonanzform und Frequenz des Stators übereinstimmen, erzeugt der Stator eine Resonanz, so dass ein lauter unerwünschter Schall auftritt. Da die Drehmomentwelligkeit eine Zeitvariation der elektromagnetischen Kraft in Tangentenrichtung ist, kann die konventionelle Steuerungsvorrichtung zur Reduzierung der Drehmomentwelligkeit in der Drehrichtung, die bis jetzt durchgeführt wird, den durch die Magnetkraft in Durchmesserrichtung verursachten unerwünschten Schall nicht reduzieren.
In der US 5 298 841 ist eine Vorrichtung zur Steuerung der Geschwindigkeit eines sich bewegenden Objekts offenbart. Es ist eine Erfassungseinrichtung für eine Fluktuationskomponente sowie eine Erzeugungseinrichtung für ein Korrektursignal vorgesehen. Dieses Signal wird der Ausgabe einer verhältnisgleichen Steuerungseinrichtung hinzugefügt und auf diese Weise an eine Antriebseinheit gesendet.
In der JP 100 94 217 ist ein Steuerungssystem für eine sich drehende elektrische Maschine mit einem Dauermagnetron offenbart, die eine Radialkraft erzeugt. Sie ist so ausgebildet, dass sie die Radialposition einer Hauptantriebswelle erfasst, und führt jeweiligen Wicklungen Strom zur Erzeugung von Radialkräften zu, so dass die Radialposition der Hauptantriebswelle einen Befehlswert benötigt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die durch eine Drift der elektromagnetischen Kraft in Durchmesserrichtung des Stators in der sich drehenden elektrischen Maschine erzeugte Schwingung zu reduzieren.
In einer Steuerungsvorrichtung für eine sich drehende elektrische Maschine mit einem zwischen einer Statorwicklung und einer Gleichspannungsversorgung der sich drehenden elektrischen Maschine angeordneten Wechselrichter, einem Rotor und einem Stator mit einem Magnetpol und einer Statorwicklung auf einem Statorkern, wobei die Steuerungsvorrichtung eine Erzeugungsschaltung für eine Aktivierungswellenform aufweist zum Erzeugen eines Aktivierungsstromwel lenformsignals entsprechend einer Position des Rotors, und eine Stromsteuerschaltung zur Steuerung des Wechselrichters so, dass ein Aktivierungsstrom in die Statorwicklung fließt auf der Grundlage des Aktivierungsstromwellenformsignals und eines Erfassungssignals zur Erfassung eines in der Statorwicklung fließenden Stroms, ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass sie aufweist:
einen Speicher für die Drift der elektromagnetischen Kraft zum Speichern von Information über die Drift der elektromagnetischen Kraft in Durchmesserrichtung des Stators, die am Statorkern mit der Statorwicklung wirkt, und
eine Aktivierungswellenform-Korrektureinrichtung zum Korrigieren einer Amplitude des Aktivierungsstromwellenformsignals auf der Grundlage einer Information über die Drift der elektromagnetischen Kraft, die vom Speicher für die Drift der elektromagnetischen Kraft nach Maßgabe der Positionsinformation des Rotors gelesen wurde.
Des Weiteren ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass sie Folgendes umfasst:
eine Erfassungseinrichtung für die Drift der elektromagnetischen Kraft zum Erfassen einer Drift der elektromagnetischen Kraft in Durchmesserrichtung des Stators, die am Statorkern mit der Statorwicklung darauf wirkt,
eine Oberschwingungsvorgangsvorrichtung für die elektromagnetische Kraft zum Berechnen einer Oberschwingungskomponente der elektromagnetischen Kraft auf der Grundlage eines Signals, das von der Erfassungseinrichtung für die Drift der elektromagnetischen Kraft erfasst wurde,
eine Korrekturinformationserzeugungsschaltung zum Erzeugen einer Korrekturinformation zur Korrektur der Drift der elektromagnetischen Kraft in Durchmesserrichtung des Stators durch Auslesen der Oberschwingungskomponente der elektromagnetischen Kraft aus der Oberschwingungsvorgangsvorrichtung für die elektromagnetische Kraft nach Maßgabe der Magnetpolposition des Rotors und
eine Aktivierungswellenform-Korrektureinrichtung zur Korrektur der Amplitude des Aktivierungsstromwellenformsignals auf der Grundlage der Korrekturinformation.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Schaltungsblockdiagramm einer Steuerungsvorrichtung für die sich drehende elektrische Maschine mit Dauermagnet einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine vertikale Schnittansicht der sich drehenden elektrischen Maschine mit Dauermagnet in der ersten Ausführungsform.
3 ist eine Vertikalschnitt-Vorderaufrissansicht der in 2 gezeigten sich drehenden elektrischen Maschine mit Dauermagnet.
4 ist eine Ansicht zur Darstellung einer Schwingungsform des Raumnullgrads in der ersten Ausführungsform.
5 ist eine Ansicht zur Darstellung einer Oberschwingungskomponente der elektromagnetischen Kraft des Raumnullgrads in der ersten Ausführungsform.
6 ist eine Ansicht zur Darstellung der zeitlichen Veränderung der Oberschwingungskomponente der elektromagnetischen Kraft in der ersten Ausführungsform.
7 zeigt eine Stromwellenform, die durch eine Phase der Statorwicklung in der ersten Ausführungsform fließt.
8 ist eine kennzeichnende Figur, die die Veränderung der elektromagnetischen Kraft für Einstellungsvariable in der ersten Ausführungsform zeigt.
9 ist eine frequenzkennzeichnende Figur der Schwingungsamplitude in der ersten Ausführungsform.
10 ist ein Grundriss einer Suchspule in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine Ansicht einer Suchspulenwicklung in der zweiten Ausführungsform.
12 ist ein Blockdiagramm, das den Fluss einer Signalverarbeitung in der zweiten Ausführungsform zeigt.
13 ist ein Schaltungsblockdiagramm einer Steuervorrichtung einer sich drehenden elektrischen Maschine mit Dauermagnet in der zweiten Ausführungsform.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Folgenden die beste Art und Weise der Ausführungsform zur Umsetzung der vorliegenden Erfindung erläutert.
1 ist ein Schaltungsblockdiagramm einer Steuerungsvorrichtung für eine sich drehende elektrische Maschine mit Dauermagnet in der ersten Ausführungsform.
2 ist eine Vertikalschnitt-Seitenansicht der sich drehenden elektrischen Maschine mit Dauermagnet in dieser Ausführungsform und 3 ist eine Vertikalschnitt-Vorderaufrissansicht derselben. In 2 und 3 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine sich drehende elektrische Maschine mit Dauermagnet, 2 einen Rotor und 21 einen Stator.
Der Rotor 2 weist einen Rotorkern 19, der um eine Welle 20 vorgesehen ist, und einen Dauermagneten 18 auf, der einen Magnetpol um den Rotorkern 19 bildet.
Ferner sind an der Welle 20 ein Positionssensor 6 zur Erfassung der Magnetpolposition des Rotors 2 und ein Codierer 7 zur Erfassung der Drehgeschwindigkeit installiert.
Der Stator 21 weist dagegen einen Statorkern 17, einen in dem Statorkern 17 ausgebildeten Wicklungsschlitz 17a, eine in diesem Wicklungsschlitz 17a gewickelte Statorwicklung 3 zur Erzeugung eines Rotationsmagnetfelds und einen Temperatursensor 22 zur Erfassung der Temperatur des Statorkerns 17 auf.
Des Weiteren ist 17b ein Jochteil des Statorkerns 17 und 17c ist ein Zahnteil.
Eine Steuerungsvorrichtung zur Steuerung dieser sich drehenden elektrischen Maschine 1 mit Dauermagnet wird nachstehend unter Bezugnahme auf 1 erläutert.
Diese Steuerungsvorrichtung sieht eine Geschwindigkeitssteuerungsfunktion vor und es wird ein Beispiel erläutert, das mit einer Stromwellenform einer Sinuswelle aktiviert wird.
Das meiste eines Steuerungssystems, das eine Rechenverarbeitung durchführt, ist so aufgebaut, dass es einen Mikrocomputer verwendet und die Steuerungsverarbeitungsfunktion des vorstehenden ist vorliegend als Steuerschaltung angegeben.
Ein Wechselrichter 4 empfängt von einer Gleichspannungsvorrichtung 5 eine anfängliche Energie und führt einer Statorwicklung 3 der sich drehenden elektrischen Maschine mit Dauermagnet 1 einen Statorwicklungsstrom (Aktivierungsstrom) zu.
Eine Positionserfassungsschaltung 14 ermittelt eine Positionsinformation θ auf der Grundlage des Erfassungssignals für die Magnetpolposition der Ausgabe des Rotors 2 aus dem Positionssensor 6 und einer Erfassungssignalausgabe der Drehgeschwindigkeit aus dem Codierer 7 und gibt sie aus.
Die Geschwindigkeitssteuerschaltung (ASR) 16 gibt eine Geschwindigkeitsreferenz ωs und eine echte Geschwindigkeit ωf ein, die durch Umwandeln einer Positionsinformation θ von der Positionserfassungsschaltung 14 mit einem F/V-Wandler 15 ermittelt wurde, berechnet eine Differenz ωe (= ωs – ωf) und gibt eine Durchschnitts drehmomentreferenz Tav und eine Phasenverschiebungsreferenz auf der Grundlage des Vorstehenden aus, wenn sie von einem PI-Regler (integraler Abschnitt) benötigt werden.
Die Erzeugungsschaltung 10 für eine Sinuswelle erzeugt ein Signal Iav für die Grundwellenform einer Sinuswelle (Aktivierungsstromwellenform), die mit einer induzierten Spannung der Statorwicklung 3 gleichphasig ist oder bei Bedarf phasenverschoben wird, basierend auf der aus dem Positionssensor 6 ausgegebenen Positionsinformation θ.
Der Speicher 13 für die Drift der elektromagnetischen Kraft speichert die Information über die Drift der elektromagnetischen Kraft, um eine Kreisringschwingung des Stators 21 zu bewirken.
Dann wird diese Information über die Drift der elektromagnetischen Kraft nach Maßgabe der Positionsinformation θ gelesen und einer Schaltung 12 für die Erzeugung eines Korrekturkoeffizienten zugeführt.
Die Schaltung 12 für die Erzeugung eines Korrekturkoeffizienten erzeugt einen Korrekturkoeffizienten β (t), der eine Drift der Oberschwingungskomponente der elektromagnetischen Kraft als Hauptgrund für die Kreisringschwingung in Durchmesserrichtung des Stators 21, d. h. die Amplitudenkomponente des Aktivierungsstroms, zu verweigern scheint.
Vorliegend gibt t eine Zeit an und der Korrekturkoeffizient verändert sich mit der Zeit.
Denn da der Betrag der Kreisringschwingung des Stators 21 durch die Temperatur des Statorkerns 17 beeinflusst wird, ermittelt die Schaltung 12 für die Erzeugung des Korrekturkoeffizienten den Korrekturkoeffizienten β (t) durch Addieren der Information Th über die Statorkerntemperatur, die durch den Temperatursensor 22 erfasst wird.
Der Multiplizierer 23 berechnet eine Drehmomentreferenz Tmod, die die Korrektur durch Multiplizieren des Korrekturkoeffizienten b (t) mit der durch die Geschwindigkeitssteuerschaltung (ASR) 16 erzeugte Durchschnittsdrehmomentreferenz Tav beendet hat.
Die 2-Phasen/3-Phasen-Umwandlungsschaltung 11 gibt die korrigierte Drehmomentreferenz Tmod und das Grundwellenformsignal Iav der Sinuswelle ein und erzeugt eine Stromreferenz Isa, Isb, Isc für den Aktivierungsstrom, damit er zu der Wicklung jeder Phase der Statorwicklung 3 fließt.
Die Phasenstromsteuerschaltung (ACR) 9a, 9b, 9c, die den Strom jeder Phase der Statorwicklung 3 steuert, steuert den Aktivierungsstrom jeder Phase durch Zufuhr eines Steuerungssignals, das zur Stromreferenz Isa, Isb, Isc und zum Stromerfassungssignal Ifa, Ifb, Ifc von der Stromerfassungsvorrichtung 8a, 8b, 8c proportional ermittelt wird, zum Wechselrichter 4, wodurch das sich drehende Magnetfeld, das zur Rotationsposition des Rotors 2 in Kontakt ist, erzeugt wird.
Eine solche Drift der elektromagnetischen Kraft in der sich drehenden elektrischen Maschine mit Dauermagnet 1 wird unter Bezugnahme auf 4 und 5 erläutert.
4 zeigt eine Schwingungsform des Stators 21 durch die Oberschwingung der elektromagnetischen Kraft des Nullraumgrads, die einen großen unerwünschten Schall mit niedrigstem Grad bewirkt.
Die Schwingungsform des Nullraumgrads betrifft eine Form, in der ein Knoten oder ein Antiknoten der Schwingung nicht vorhanden ist.
Das heißt, dass sich in dieser Schwingungsform der Stator 21 in Durchmesserrichtung gleichförmig ausdehnt und zusammenzieht.
5 zeigt eine Oberschwingungskomponente der elektromagnetischen Kraft des Nullraumgrads.
Als nächstes wird die Beziehung des Statorwicklungsstroms und der elektromagnetischen Kraft in Durchmesserrichtung unter Bezugnahme auf 6 und 7 erläutert.
Der Wert der elektromagnetischen Kraft in Durchmesserrichtung des Stators 21 kann aus einer relativen Position des Rotors 2 für den Stator 21 und dem Wert des Statorwicklungsstroms ermittelt werden.
7 zeigt eine Stromwellenform in einer Phase der Statorwicklung 3.
In dieser Ausführungsform tritt, wenn der elektrische Strom der Sinuswelle in der Statorwicklung 3 fließt, eine Oberschwingungskomponente der elektromagnetischen Kraft eines Zeitgrads, wie in 5 gezeigt, mit der in 4 gezeigten Schwingungsform auf.
Die größte Komponente ist ferner der Nullzeitgrad. Da jedoch die Komponente des Nullzeitgrads die Gleichspannungskomponente ist, die nicht von der Zeit abhängt, wirkt sie auf die Zentrumsrichtung mit der statischen Kraft ein, dementsprechend trägt die Komponente des Nullzeitgrads nicht zur Schwingung bei.
In der vorliegenden Ausführungsform sind der sechste und zwölfte Zeitgrad zu einer Hauptkomponente zur Erzeugung der Kreisringschwingung geworden.
Wenn die Frequenz der Oberschwingung der elektromagnetischen Kraft mit der Resonanzfrequenz in der Schwingungsform des Stators 21 übereinstimmt, schwingt der Stator 21 mit, so dass er die große Schwingung erzeugt und den unerwünschten Schall bewirkt.
Vorliegend wird ein Beispiel erläutert, in der die Komponente des zwölften Zeitgrads die Resonanz anregt.
Jedoch wird die Grundfrequenz der Aktivierungsstromwellenform als Standard des Zeitgrads behandelt.
In 6 ist die Drift der elektromagnetischen Kraft in einem Fall gezeigt, in dem die Gleichspannungskomponente der Oberschwingungskomponente der elektromagnetischen Kraft (Komponente des Nullzeitgrads) und die Schwingung der elektrischen Kraft im zwölften Zeitgrad unter Berücksichtigung der Phase miteinander addiert werden.
Diese Drift der elektromagnetischen Kraft kann in der folgenden Gleichung (1) ausgedrückt werden. F(t) = F0,0 + F0,12 sin(12ωt + α0,12) (1)
Hier bedeuten F0,0 und F0,12 Amplituden der Oberschwingungskomponenten der elektromagnetischen Kraft im Nullraumgrad und im Nullzeitgrad bzw. im Nullraumgrad und zwölften Zeitgrad.
Der Code α0,12 bezeichnet die Phase der Oberschwingungskomponente der elektromagnetischen Kraft im Nullraumgrad und dem zwölften Zeitgrad.
Diese Amplitude und Phase können durch ein Experiment oder eine Oberschwingungsanalyse der numerischen Analysis angefordert werden.
Die Aktivierungsstromwellenform der Statorwicklung 3 wird zu einer Grundwellenform einer Sinuswelle, wie in 7 gezeigt ist.
Die Oberschwingungskomponente der elektromagnetischen Kraft im Nullraumgrad und dem Nullzeitgrad sowie dem Nullraumgrad und dem zwölften Zeitgrad wird mit dem Aktivierungsstrom der Statorwicklung 3 variiert.
In der in 6 gezeigten Drift der elektromagnetischen Kraft wird die Drehmomentreferenz verkleinert, wenn die elektromagnetische Erregungskraft groß ist, und andererseits wird, wenn die elektromagnetische Erregungskraft klein ist, die Drehmomentreferenz groß gemacht, dadurch wird die elektromagnetische Kraft so gesteuert, dass sie konstant ist und die Schwingung und der unerwünschte Schall können reduziert werden.
Es wird ein Beispiel erläutert, um die elektromagnetische Kraft F 0,0 zum konstanten Wert zu machen.
Zunächst wird der Korrekturkoeffizient β (t) ermittelt, der mit der nächsten Gleichung (2) erfüllt scheint. β(t)F(t) = F0,0 (2)
Durch Bilden der Stromreferenzen Isa, Isb, Isc, die die Grundwellenform der Sinuswelle (Signal Iav) mit dem Korrekturkoeffizienten β (t) umwandelt, wird die Amplitude des Aktivierungsstroms als Wellenform gesteuert, die wie in 7 gezeigt korrigiert wird, wodurch die Drift der elektromagnetischen Kraft in Durchmesserrichtung des Stators durch den Zeitgrad der zwölften Komponente unterdrückt wird und die elektromagnetische Kraft als F 0,0 beibehalten werden kann.
Hier kann der Korrekturkoeffizient β (t) in der nächsten Gleichung (3) ausgedrückt werden.
Da F 0,12 im Vergleich zu F 0,0 vollständig klein ist, wird eine nächste Gleichung (4) vorgesehen.
In der Praxis wird die Gleichung (4) aufgrund einer Beeinträchtigung einer Magnetsättigung des Kerns des Stators 21 und des Rotors 2 nicht ausreichend korrigiert.
Daher ist es wünschenswert, Einstellungsvariablen γ zu verwenden, die Variable sind, welche eine Beeinträchtigung der Magnetsättigung neben dem Korrekturkoeffizienten β (t) berücksichtigen.
Dann kann der Korrekturkoeffizient β (t) in der folgenden Gleichung (5) ausgedrückt werden.
Durch Verwenden der Einstellungsvariablen γ als Parameter wird die Oberschwingungskomponente der elektromagnetischen Kraft des vorstehend genannten zwölften Grads berechnet und die Variation der Oberschwingungskomponente der elektromagnetischen Kraft für diese Einstellungsvariablen γ ist in 8 gezeigt.
Wenn die Einstellungsvariablen γ Null sind, wird ein Zustand gezeigt, in dem keinerlei Korrektur erfolgt.
In dieser Ausführungsform kann der Fall γ = 4 ein Verhältnis der elektromagnetischen Kraft so reduzieren, dass es im Vergleich mit dem Fall γ = 0 (100%) 1 % beträgt.
Dementsprechend wird die Schwingung und der unerwünschte Schall, der von dieser Oberschwingungskomponente der elektromagnetischen Kraft herrührt, zum größten Teil reduziert.
In einem Speicher 13 für die Drift der elektromagnetischen Kraft sind eine Resonanzfrequenz, die durch eine elektromagnetische Analyse oder ein Experiment bereitzustellen ist, die Oberschwingungskomponente der elektromagnetischen Kraft, die reduziert werden sollte, der Zeitgrad, die Amplitude und die Phase der Oberschwingungskomponente des Stroms sowie die Einstellungsvariablen beispielsweise in Form einer Tabelle usw. gespeichert.
In der sich drehenden elektrischen Maschine mit Dauermagnet, die mit einer Statorwicklung von n Phasen hergestellt wird, weist die Oberschwingungskomponente der elektromagnetischen Kraft eine Periodizität von 180/n Grad im elektrischen Winkel auf.
Wenn die Daten der Oberschwingung der elektromagnetischen Kraft in Bezug auf einen stromführenden Abschnitt von 180/n Grad im elektrischen Winkel gespeichert werden, werden sie dementsprechend wiederholt ausgelesen und eingesetzt, um sie in allen Abschnitten zu korrigieren.
Die vorliegende Erfindung besitzt die Wirkung, dass die Schwingung durch die Kreisringschwingung des Stators 21 und der dadurch entstandene unerwünschte Schall reduziert werden können.
Des Weiteren ist die den zwölften Zeitgrad verwendende Ausführungsform vorstehend beschrieben. Jedoch können die Schwingung und der unerwünschte Schall in anderen Zeitgraden auf dieselbe Weise reduziert werden.
Des Weiteren wird der Korrekturkoeffizient β (t) mit einem Durchschnittsdrehmomentreferenzwert Tav durch einen Multiplizierer 23 multipliziert, um die Amplitudenkomponente des Aktivierungsstroms zu korrigieren, um dadurch eine korrigierte Drehmomentreferenz Tmod zu ermitteln. Jedoch kann die korrigierte Drehmomentreferenz Tmod durch Addieren der Korrekturkomponente, die der Multiplikation mit dem Durchschnittsdrehmomentreferenzwert Tav äquivalent ist, ermittelt werden.
Des Weiteren wird in 1 das Korrektursignal von der Schaltung 12 zur Erzeugung des Korrekturkoeffizienten zur Durchschnittsdrehmomentreferenz Tav addiert, so dass die Amplitudenkomponente des Aktivierungsstroms indirekt korrigiert wird. Jedoch kann das Korrektursignal von dieser Schaltung 12 zur Erzeugung des Korrekturkoeffizienten direkt zu einer Schaltung 11 zur 2-Phasen/3-Phasen-Umwandlung addiert werden. Dadurch wird der Aktivierungsstrom wie in 7 gezeigt korrigiert.
Als Beispiel für diese Ausführungsform wird als nächstes ein auf einen Motor mit variabler Geschwindigkeit angewandter Fall erläutert.
9 zeigt beispielhaft eine Frequenzkennlinie der Schwingungsamplitude.
In diesem Beispiel sind mehrere Resonanzfrequenzen f1, f2 im Motor vorhanden.
Wenn eine Drehzahl des Motors geändert wird und die Frequenz der Oberschwingungskomponente der elektromagnetischen Kraft sich den Resonanzfrequenzen f1, f2 nähert, wird die vorstehend genannte Korrekturfunktionseinrichtung betätigt, und wenn er mit einer anderen Frequenzdomäne betrieben wird, wird die Korrekturfrequenzeinrichtung gestoppt.
Wenn dies auf diese Weise erfolgt, kann in dem Motor mit variabler Geschwindigkeit die Schwingung und der unerwünschte Schall in der Resonanzfrequenz reduziert werden. Wenn ferner die Verarbeitungslast des Steuerungssystems durch Verzicht auf die Steuerung zur Korrektur der Drift der elektromagnetischen Kraft im Nichtresonanzbereich reduziert wird, wird es möglich, den redundanten Durchsatz für andere Steuerungsverarbeitungen zu nutzen.
Als nächstes wird als zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Beispiel für eine sich drehende elektrische Maschine mit Dauermagnet mit drei Phasen und vier Polen erläutert.
10 zeigt eine Vertikalschnitt-Vorderansicht des Statorkerns der sich drehenden elektrischen Maschine mit Dauermagnet und mit drei Phasen und vier Polen.
In dieser Ausführungsform ist die Schlitznummer n spp des Statorkerns 17 pro jedem Pol und jeder Phase des Stators 21 „4". Die Zonenbreite der Statorwicklung 3 von drei Phasen beträgt 60 Grad im elektrischen Winkel.
Die Wicklungsschlitznummer in dieser Zonenbreite ist gleich n spp und ist vier.
Des Weiteren hat, wie vorstehend erwähnt, die Oberschwingungskomponente der elektromagnetischen Kraft eine Periodizität von 180/n Grad im elektrischen Winkel.
Das heißt, die Periodizität steigt in jeder Zonenbreite. Wenn die Suchspulen 30a bis 30d auf vier Statorwicklungsschlitzen in einer Zonenbreite vorgesehen sind, kann dementsprechend die Oberschwingungskomponente der elektromagnetischen Kraft, die für die Korrektursteuerungsverarbeitung notwendig ist, mit ausreichender Genauigkeit erfasst werden.
Jede dieser Suchspulen 30 (30a bis 30d) ist mehr als einmal herumgewickelt, so dass sie ein Zahnteil 17c umgibt, wie in 11 gezeigt ist.
12 zeigt einen Schritt für die Signalverarbeitung zur Berechnung der elektromagnetischen Kraft auf der Grundlage einer Variation des Magnetflusses, der mit dem Zahnteil 17c verbunden ist.
Des Weiteren ist ein Schaltungsblock der dieser Signalverarbeitung entsprechenden Steuerungsvorrichtung in 13 gezeigt.
In Bezug auf die sich drehende elektrische Maschine mit Dauermagnet und ihre in 13 gezeigte Steuerungsvorrichtung wird auf die erneute Beschreibung eines Komponententeils verzichtet, das der in 1 gezeigten Ausführungsform gleich oder gleichwertig ist, indem es mit demselben Bezugscode versehen wird.
Durch Bezugnahme auf das Informationssignal θ der Rotationsposition und Verwendung eines Signals eines gesetzten Punkts als Auslöser wird eine induzierte Spannung der Suchspule 30a bis 30d jedes Zahnteils 17c gemessen.
Da diese induzierte Spannung im Verhältnis zu einer Zeitvariation des Magnetflusses steht, der mit jedem Zahnteil 17c verbunden ist, kann die Magnetflussdichte durch Integrieren des Signals dieser induzierten Spannung mit der Zeit ermittelt werden. Dieses Integral kann basierend auf der digitalen Quantität ermittelt werden oder als integrierte Schaltung verwendet werden.
Da die elektromagnetische Kraft in Durchmesserrichtung des Stators im Verhältnis zum Quadrat der Magnetflussdichte ungefähr in der Durchmesserrichtung steht, kann die elektromagnetische Kraft durch Quadrieren des Magnetflussdichtesignals berechnet werden.
Die Daten über die elektromagnetische Kraft des jeweiligen Zahnteils 17c werden im Zwischenraum entwickelt und die Oberschwingungs komponente der elektromagnetischen Kraft wird ferner durch Durchführen eines Oberschwingungsvorgangs der elektromagnetischen Kraft berechnet.
Die Oberschwingungskomponente der elektromagnetischen Kraft, bei der die Resonanzform und die Frequenz mit einer Gleichspannungskomponente übereinstimmen, wird extrahiert.
Diese Signalverarbeitung wird in einer in 13 gezeigten Einheit 40 für die Betätigung der elektromagnetischen Kraft durchgeführt.
Auf der Grundlage dieses Vorgangsergebnisses wird der Korrekturkoeffizient β (t) aus der Schaltung 12 zur Erzeugung des Korrekturkoeffizienten erzeugt und die Amplitudenkomponente der Aktivierungsstromwellenform, die in der Statorwicklung 3 geflossen ist, wird mittels Multiplikation mit der Grundwellenform der Sinuswelle korrigiert.
Ferner kann in dieser Ausführungsform ein Element zur Erfassung einer mechanischen Drift als eine Erfassungseinrichtung für die Drift der elektromagnetischen Kraft verwendet werden.
Es ist ein Beschleunigungssensor zur Erfassung der Schwingung rund um den Statorkern oder ein Mikrofon zur Messung des unerwünschten Schalls vorgesehen, wodurch es möglich wird, die Oberschwingungskomponente der elektromagnetischen Kraft herauszunehmen, um sie durch die gleiche Verarbeitungstechnik wie die vorstehend genannte Verarbeitung des elektromagnetischen Signals zu verarbeiten.
Da die Oberschwingungskomponente der elektromagnetischen Kraft entsprechend der Verschlechterung des elektrischen Motors und der Lastmaschine aufgrund von Alterung berechnet werden kann, besteht gemäß dieser Ausführungsform die Wirkung, dass die Schwingung und der unerwünschte Schall weiterhin reduziert werden.
Gemäß der vorstehend genannten vorliegenden Erfindung besteht insofern eine bemerkenswerte Wirkung, als die Schwingung der Durchmesserrichtung, die durch die elektromagnetische Kraft der sich drehenden elektrischen Maschine erzeugt wird, reduziert werden kann und der unerwünschte Schall, der von dieser Schwingung stammt, wird reduziert.

Claims

Steuerungsvorrichtung für eine sich drehende elektrische Maschine, die einen Stator (21) mit einer Statorwicklung (3) auf einem Statorkern aufweist, einen Rotor (2) mit einem Magnetpol (18), einen Wechselrichter (4), der mit der Statorwicklung (3) verbunden ist, und eine Gleichspannungsversorgung (5), wobei die Steuerungsvorrichtung eine Erzeugungsschaltung (10) für eine Aktivierungswellenform aufweist zum Erzeugen eines Aktivierungsstromwellenformsignals entsprechend einer Positionsinformation (θ) des Rotors, und eine Stromsteuerschaltung (9) zur Steuerung des Wechselrichters (4) so, dass ein Aktivierungsstrom in die Statorwicklung fließt auf der Grundlage des Aktivierungs-Stromwellenformsignals und eines Erfassungssignals zur Erfassung eines in der Statorwicklung fließenden Stroms, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung außerdem aufweist einen Speicher (13) für die Drift der elektromagnetischen Kraft zum Speichern von Driftinformation der elektromagnetischen Kraft in Durchmesserrichtung des Stators, die am Statorkern mit der Statorwicklung wirkt, und eine Aktivierungswellenform-Korrektureinrichtung (11, 12) zum Korrigieren einer Amplitude des Aktivierungsstromwellenformsignals auf der Grundlage einer Information über die Drift der elektromagnetischen Kraft, die vom Speicher für die Drift der elektromagnetischen Kraft nach Maßgabe der Positionsinformation (θ) des Rotors gelesen wurde.
Steuerungsvorrichtung für eine sich drehende elektrische Maschine, die einen Stator (21) mit einer Statorwicklung (3) auf einem Statorkern aufweist, einen Rotor (2) mit einem Magnetpol (18), einen Wechselrichter (4), der mit der Statorwicklung (3) verbunden ist, und eine Gleichspannungsversorgung (5), wobei die Steuerungsvorrichtung eine Erzeugungsschaltung (10) für eine Aktivierungswellenform aufweist zum Erzeugen eines Aktivierungs-Stromwellenformsignals entsprechend einer Positionsinformation (θ) des Rotors und eine Stromsteuerschaltung (9) zur Steuerung des Wechselrichters (4) so, dass ein Aktivierungsstrom in die Statorwicklung fließt auf der Grundlage des Aktivierungs-Stromwellenformsignals und eines Erfassungssignals zur Erfassung eines in der Statorwicklung fließenden Stroms, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung außerdem aufweist eine Erfassungseinrichtung (30) für die Drift der elektromagnetischen Kraft zum Erfassen einer Drift der elektromagnetischen Kraft in Durchmesserrichtung des Stators, die am Statorkern mit der Statorwicklung darauf wirkt, eine Oberschwingungsvorgangsvorrichtung (40) für die elektromagnetische Kraft zum Berechnen einer Oberschwingungskomponente der elektromagnetischen Kraft auf der Grundlage eines Signals, das von der Erfassungseinrichtung für die Drift der elektromagnetischen Kraft erfasst wurde, eine Korrekturinformationserzeugungsschaltung (12) zum Erzeugen einer Korrekturinformation zur Korrektur der Drift der elektromagnetischen Kraft in Durchmesserrichtung des Stators durch Auslesen der Oberschwingungskomponente der elektromagnetischen Kraft aus der Oberschwingungsvorgangsvorrichtung für die elektromagnetische Kraft nach Maßgabe der Positionsinformation (θ) des Rotors und eine Aktivierungswellenform-Korrektureinrichtung (11) zur Korrektur der Amplitude des Aktivierungs-Stromwellenformsignals auf der Grundlage der Korrekturinformation.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Aktivierungsstromwellenform eine Sinuswelle ist.
Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der ein Raumgrad der Oberschwingungskomponente der elektromagnetischen Kraft null ist.
Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, wobei die sich drehende elektrische Maschine eine Statorwicklung mit n-Phasen hat, und ein Abschnitt zur Speicherung der Oberschwingungskomponente der elektromagnetischen Kraft einen elektrischen Winkel von 180/n hat.
Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei der die Erfassungseinrichtung für die Drift der elektromagnetischen Kraft ein Erfassungselement für ein elektrisches Signal oder ein Erfassungselement für eine Schwingung oder ein Messelement für unerwünschten Schall ist.
Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Korrektur der Aktivierungsstromwellenform durch Begrenzung innerhalb eines Resonanzbereichs erfolgt.
Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Korrekturkennlinie der Aktivierungsstromwellenform nach Maßgabe der Temperatur der sich drehenden elektrischen Maschine geändert wird.