专利名称：可变磁通电动机驱动器系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及可变磁通电动机驱动器系统。
背景技术：
代替以往的感应电动机(頂电动机)，而开始普及效率优良且还可以期待小型化和低噪音化的永久磁铁同步电动机(PM电动机)。例如，将PM电动机用作面向铁路车辆或电动汽车的驱动电动机。IM电动机利用来自定子的励磁电流来生成磁通本身，所以存在由于流过励磁电流而发生损失的技术性问题点。另一方面,PM电动机是在转子具备永久磁铁,并利用其磁通来输出扭矩的电动机，所以无这样的頂电动机所具有的问题。但是，PM电动机由于其永久磁铁而发生与转速对应的感应电压。在铁路车辆、汽车等旋转范围宽的应用领域中，在最高转速下产生的感应电压不会(由于过电压)破坏对PM电动机进行驱动控制的逆变器成为条件。为了满足该条件，需要将逆变器的耐压设定得足够高、或者相反地限制电动机中具备的永久磁铁的磁通。由于前者对电源侧也造成影响，所以多数情况下选择后者。如果将此时的磁通量与IM电动机的磁通量(在IM电动机的情况下利用励磁电流生成的间隙磁通量)进行比较，则有时成为I : 3左右。在该情况下，为了发生同一扭矩，在磁通量小的PM电动机中，需要流过大的(扭矩)电流。其意味着，如果将在低速域中输出同一扭矩的电流在M电动机与PM电动机中进行比较，则PM电动机需要流过大的电流。因此，与頂电动机相比，对PM电动机进行驱动的逆变器的电流容量增加。进而，逆变器内的开关元件的开关频率高、且所发生的损失依赖于电流值而增大，所以在PM电动机中在低速下产生大的损失和发热。电车等有时期待利用行驶风来进行冷却，如果在低速时产生大的损失，则需要提高冷却能力，所以必须使逆变器装置大型化。另外相反地，在感应电压高的情况下，进行弱磁场控制，但此时，由于重叠励磁电流而效率降低。这样,PM电动机通过内置磁铁而具有优点和缺点。作为电动机,该优点大,且还实现损失降低、小型化，但另一方面在电车、电动汽车等可变速控制的情况下，还存在与以往的IM电动机相比效率恶化的动作点。另外，对于逆变器，电流容量增大，且损失也增大，所以装置尺寸变大。系统的效率本身是由电动机侧决定的，所以通过应用PM电动机改善了综合效率，但另一方面逆变器的尺寸增加，而成为系统的缺点，其并非优选。图57是示出以往的永久磁铁同步电动机(PM电动机)驱动器系统的一个例子的框图。主电路由直流电源3、将直流电力变换成交流电力的逆变器I、利用该逆变器I的交流电カ驱动的永久磁铁同步电动机4a构成。而且，在主电路中，设置有用于检测电动机电流的电流检测器2、用于检测永久磁铁同步电动机4a的转子旋转角度的旋转角度传感器18。逆变器I将来自直流电源3的直流电カ变换成交流电力，供给到永久磁铁同步电动机4a。由电流检测器2检测向永久磁铁同步电动机4a供给的电流，输入到电压指令运算部210。
接下来，对该以往系统的控制动作进行说明。此处的输入为扭矩指令Tm'生成该扭矩指令Tm'以使永久磁铁同步电动机4a成为期望的扭矩，并由恰当的单元输出。电流指令运算部211根据所输入的扭矩指令Tm '生成用于决定D轴电流和Q轴电流的D轴电流指令Id*以及Q轴电流指令Iq*并输出到电压指令运算部210。另外，由旋转角度传感器18检测永久磁铁同步电动机4a的转子旋转角度，输出到电压指令运算部210。电压指令运算部210根据所输入的D轴电流指令Id 'Q轴电流指令Iq '运算并生成DQ轴电压指令Vd 'Vq *，以使D轴电流Id以及Q轴电流Iq与该指令一致地流过电流。此时，电压指令运算部210对电流偏差实施PI控制，求出DQ轴电压指令。之后，电压指令运算部210对DQ轴电压指令Vd ' Vq *进行坐标变换，生成三相的电压指令Vu ' Vv ' Vw '输出到PWM电路
6。此处，电压指令运算部210还将DQ轴电压指令变换成三相的电压指令，但例如还可以设置坐标变换部来运算电压指令的变换。PWM电路6根据所输入的三相的电压指令Vu ' Vv'Vw'对逆变器I的开关元件进行接通断开控制。但是，如图57所示，在以往的PM电动机驱动器系统中，需要在逆变器I的交流侧设置负载接触器209。永久磁铁同步电动机4a具有永久磁铁，所以在逆变器I门断开的情况下，只要电动机惰性旋转，就发生感应电压(反电动势)。在感应电压高于直流电源3的直流电压的情况下，向逆变器I施加过电压，并且对永久磁铁同步电动机4a施加制动力。在永久磁铁同步电动机4a或逆变器I引起了短路或接地的情况下，由于感应电压而继续流过电流，有可能引起永久磁铁同步电动机4a或逆变器I的过热/烧损这样的问题。因此，在该驱动器系统中，逆变器I被门断开，并且负载接触器209被断开。由此，可以防止向逆变器I施加感应电压，并且可以防止故障电流继续流过永久磁铁同步电动机4a或逆变器I。但是，负载接触器209的寿命较大地依赖于其开闭次数。因此，开闭频度高的负载接触器209存在作为部件的故障率高且寿命短这样的问题。为了提高系统的可靠性，如图57所示，向各相双重地设置负载接触器209a、209b ;209c、209d ;209e、209f，但未根本上解决，并且存在成本也上升的问题点。进而，如日本特开平11-299297号公报(专利文献I)的记载所示，在对永久磁铁电动机进行弱磁通控制吋，不会损失扭矩精度而降低弱磁通电流，降低逆变器和电动机的损失、设备的电流额定值，但由于流过励磁电流而产生效率降低或加热，还需要设置冷却装置等，所以还产生成本方面和装置的大型化这样的问题点。作为解决以往的永久磁铁同步电动机的驱动器系统的课题的装置之一，在日本特开平5-304752号公报(专利文献)4中，公开出通过组合永久磁铁与励磁线圈而可以将磁通设为可变的电动汽车用驱动用交流电动机。在专利文献4中记载有如下的电动汽车驱动用交流电动机不论在低输出运转还是在高输出运转中，都高效地运转电动机以及逆变器，而提高系统效率。该电动汽车驱动用交流电动机利用由埋入磁场磁极中的永久磁铁产生的磁通和根据需要由励磁线圈产生的磁通生成磁场磁通，根据电动机输出，将磁场磁通发生源切换成仅永久磁铁和永久磁铁以及励磁线圈这两者，并且经由旋转变压器供给励磁电流。因此，该电动汽车驱动用交流电动机根据电动机输出，例如在低输出时可以仅为永久磁铁的运转，所以运转效率提高。另外，可以提高电动机的低速域中的电动机电压，所以可以降低电流，可以减小电动机绕组的铜损、逆变器的发生损失而提高系统效率。特别是，对于多数情况下在低/中速域中运转的电动汽车，该效果大，且可以提高电流利用效率、并且延长一次充电行驶距离。
另外，该电动汽车驱动用交流电动机由于不使永久磁铁减磁，所以逆变器控制变得简单，并且不发生异常过电压，而可以保护设备。另外，旋转变压器通过进行高频动作而可以实现小型化，可以实现电动机或系统整体的小型轻量化。但是,在专利文献4记载的电动汽车驱动用交流电动机中，在由励磁线圈发生磁通的情况下，总是需要流过励磁电流，所以存在由于流过励磁电流而效率降低这样的问题、由埋入磁场磁极的永久磁铁感应出电压的问题等。与其相对，有可以利用由逆变器产生的电流使磁铁磁通可变的可变磁通电动机驱动器系统。该系统可以与运转条件对应地改变永久磁铁的磁通量，所以与以往的磁铁固定的PM电动机驱动器系统相比，可以期待提高效率。并且，在无需磁铁时通过减小磁通量还可以极力抑制感应电压。但是，在对可以利用来自逆变器的磁化电流可变地控制磁通量的可变磁通电动机进行驱动的可变磁通电动机驱动器系统中，在哪个定时、如何进行改变磁通的磁化处理变得重要。需要扭矩精度、与磁化处理相伴的过渡扭矩的发生、用于对应于最高的效率和宽的速度范围的磁化处理的定时等。另外，可变磁铁的BH特性(磁化-磁通密度特性)对于来自逆变器的磁化电流呈现急剧的响应，所以根据磁化的做法在磁通中易于产生偏差。在这样的情况下，扭矩的反复精度损失，有可能成为质量恶化的驱动器系统。另外，在进行可变磁铁的磁化的情况下，需要从逆变器流过过大的电流，在该情况下，存在定子的饱和，与使可变磁铁减磁的情况相比，在增磁的情况下，需要流过更大的电流。另外，如果需要过大的电流，则不仅逆变器的开关元件的电流容量增大，而且还必须提高逆变器的开关元件的耐压。因此，仅为了磁化处理而开关元件容量增大，引起成本上升。另外，由于施加过大的电流，还存在瞬时性的发热，需要增加热容量，以使逆变器可以承受短时间的发热。专利文献I :日本特开平11-299297号公报专利文献2 :美国专利第6800977号公报专利文献3 :美国专利第5977679号公报专利文献4 日本特开平5-304752号公报
发明内容
本发明是鉴于上述以往技术的课题而完成的，其一个目的在于，提供一种可变磁通电动机驱动器系统，抑制由于是可变磁铁而导致的扭矩精度劣化、且抑制与磁化处理相伴的过渡扭矩，进而，可以提高系统整体的效率并对应于宽的速度范围。本发明的另一目的在于，提供一种可变磁通电动机驱动器系统，对可以利用来自逆变器的磁化电流可变地控制磁通量的可变磁通电动机进行驱动，且可以改善可变磁铁的磁通的反复精度并提高扭矩精度。
本发明的又一目的在于，提供ー种可变磁通电动机驱动器系统，无需増加逆变器的电流容量、热容量，而可以利用简便的电路使可变磁铁磁化。本发明的又一目的在于，提供ー种可变磁通电动机驱动器系统，代替永久磁铁电动机，而应用可以可变地控制磁铁磁通的可变磁通电动机，使用简易的装置根据状况抑制基于所使用的可变磁铁的磁通的反电动势，防止在高速域中施加制动力，并且安全地保护系统。为了达成上述目的，本发明的第一方面提供ー种可变磁通电动机驱动器系统，具备对使用了固定磁铁和可变磁铁的可变磁通电动机进行驱动的逆变器，具备扭矩指令生成部，生成上述可变磁通电动机的扭矩指令；可变磁通控制部，利用来自上述逆变器的磁化电流使磁通可变而使上述可变磁铁磁化；切換器，切換基于来自上述扭矩指令生成部的扭矩指令的DQ轴电流基准和来自上述可变磁通控制部的DQ轴磁化电流指令；磁化请求生成部，对上述可变磁通控制部发生在规定的条件成立时使上述可变磁铁磁化的请求；以及门指令生成部，根据基于来自上述切換器的扭矩指令的DQ轴电流基准或DQ轴磁化电流指令生成用于控制上述逆变器的门指令。根据本发明的第一方面，抑制由于是可变磁铁而导致的扭矩精度劣化、并且抑制与磁化处理相伴的过渡扭矩，进而可以提高系统整体的效率并对应于宽的速度范围。本发明的第二方面提供ー种可变磁通电动机驱动器系统，具备永久磁铁电动机，使用了永久磁铁；逆变器，驱动上述永久磁铁电动机；以及磁化単元，流过用于对上述永久磁铁的磁通进行控制的磁化电流，上述永久磁铁在至少一部分具有可变磁鉄，该可变磁铁可以利用来自上述逆变器的磁化电流使该永久磁铁的磁通密度可变，上述磁化単元流过上述可变磁铁的磁性体的磁化饱和区域以上的磁化电流。本发明的第三方面提供ー种可变磁通电动机驱动器系统，具备永久磁铁电动机，使用了永久磁铁；逆变器，驱动上述永久磁铁电动机；可变磁通控制单元，为了控制上述永久磁铁的磁通而流过磁化电流；检测上述永久磁铁电动机的电流的单元；以及磁通推测单元，根据向上述永久磁铁电动机施加的电压、电流以及作为电动机參数的绕组电感，推测磁通量，上述永久磁铁在至少一部分具有可变磁铁，该可变磁铁可以利用来自上述逆变器的磁化电流使该永久磁铁的磁通密度可变。根据上述本发明的第二第三方面，可以ー边利用来自逆变器的磁化电流控制可变磁铁的磁通量一边驱动可变磁通电动机，可以改善可变磁铁的磁通的反复精度，并提高扭矩精度。本发明的第四方面提供ー种可变磁通电动机驱动器系统，具备对具有固定磁铁和可变磁铁的可变磁通电动机进行驱动的逆变器，具备主控制部，控制上述逆变器，以使上述可变磁通电动机的扭矩成为扭矩指令；磁化绕组，使上述可变磁通电动机的可变磁铁磁化；以及磁化电路，向上述磁化绕组供给磁化电流。根据上述本发明的第四方面，无需增加逆变器的电流容量和热容量，而可以利用简便的电路使可变磁铁磁化。本发明的第五方面提供ー种可变磁通电动机驱动器系统，具备永久磁铁电动机，至少具有作为低保持力的永久磁铁的可变磁铁；逆变器，驱动上述永久磁铁电动机；磁化部，供给用于对上述可变磁铁的磁通进行控制的磁化电流；减磁判断部，判断是否应对上述可变磁铁进行减磁，根据判断结果生成减磁信号；以及一个以上的减磁部，根据由上述减磁判断部生成的减磁信号，对上述可变磁铁进行减磁。根据上述本发明的第五方面，在需要可变磁通电动机驱动器系统的保护的情况下或在逆变器的停止时进行减磁，所以反电动势被抑制，可以防止施加制动力，并且可以安全地保护系统。
图I是本发明的第一实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的框图。图2是本发明的第一实施方式的可变磁通电动机的简易模型图。图3是本发明的第一实施方式的可变磁通电动机的转子的结构图。图4是本发明的第一实施方式的可变磁通电动机的固定磁铁和可变磁铁的BH特性(磁通密度-磁化特性)的特性图。图5是定量地用正确地关系仅示出图4的第二象限(B > O、H < O)的特性图。图6是示出本发明的第一实施方式中的磁化请求生成部的内部结构的框图。图7是示出本发明的第一实施方式的可变磁通控制部的内部结构的框图。图8是示出本发明的第一实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的动作的一个例子的时序图。图9是不出本发明的第一实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的动作的另一例子的时序图。图10是本发明的第二实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的框图。图11是示出本发明的第二实施方式中的扭矩指令生成部的内部结构的框图。图12是示出本发明的第二实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的动作的一个例子的时序图。图13是本发明的第三实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的框图。图14是示出本发明的第三实施方式中的磁化请求生成部的内部结构的一个例子的框图。图15是示出本发明的第三实施方式的可变磁通电动机的加速时的响应波形的特性图。图16是示出本发明的第三实施方式的可变磁通电动机的减速时的响应波形的特性图。图17是示出本发明的第三实施方式中的磁化请求生成部的内部结构的另一例子的框图。图18是示出本发明的第三实施方式中的磁化请求生成部的内部结构的又一例子的框图。图19是本发明的第四实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的框图。图20是示出本发明的第四实施方式的可变磁通控制部的内部结构的框图。图21是本发明的第四实施方式的可变磁通电动机控制的时序图。
图22是本发明的第五实施方式的可变磁通电动机驱动器系统中使用的可变磁通电动机的剖面图。图23是本发明的第五实施方式中使用的可变磁通电动机中采用的ニ个可变磁铁的BH特性图。图24是示出本发明的第五实施方式的可变磁通控制部的内部结构的框图。图25是本发明的第五实施方式的可变磁通控制部所參照的磁化电流表。图26是本发明的第六实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的框图。图27是示出本发明的第六实施方式的可变磁通控制部的内部结构的框图。图28是本发明的第六实施方式的可变磁通电动机控制的时序图。图29是本发明的第七实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的框图。图30是本发明的第七实施方式中的可变磁通电动机的转子的一个例子的结构图。图31是本发明的第七实施方式中的可变磁通电动机的转子的另一例子的结构图。图32是示出本发明的第七实施方式中的磁化用变换器的内部结构的一个例子的电路图。图33是示出本发明的第七实施方式中的磁化用变换器的内部结构的另一例子的电路图。图34是示出在本发明的第七实施方式中使用磁化绕组进行磁化时的波形的ー个例子的波形图。图35是示出在本发明的第七实施方式中使用磁化绕组进行磁化时的波形的另ー例子的波形图。图36是示出在本发明的第七实施方式中以非接触形式从磁化电路向转子的磁化绕组供给电カ时的ー个例子的结构图。图37是示出在本发明的第七实施方式中以非接触形式从磁化电路向转子的磁化绕组供给电カ时的另一例子的结构图。图38是本发明的第八实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的框图。图39是本发明的第九实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的框图。图40是本发明的第九实施方式的可变磁通电动机驱动器系统中使用的逆变器的电路图。图41是示出本发明的第九实施方式的可变磁通电动机驱动器系统中使用的停止减磁判断部的内部结构的一个例子的框图。图42是本发明的第九实施方式的可变磁通电动机驱动器系统中的减磁控制的时序图。图43是在现有驱动器与本发明的第九实施方式的可变磁通电动机驱动器之间比较了磁通的控制的说明图。图44是本发明的第十实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的框图。图45是示出本发明的第十实施方式的可变磁通电动机驱动器系统中使用的停止减磁判断部的内部结构的一个例子的框图。
图46是本发明的第十实施方式的可变磁通电动机驱动器系统中的减磁控制的时序图。图47是示出本发明的第十实施方式的可变磁通电动机驱动器系统中使用的停止减磁判断部的内部结构的一个例子的框图。图48是本发明的第十实施方式的可变磁通电动机驱动器系统中的减磁控制的时序图。图49是本发明的第十一实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的框图。
图50是示出在本发明的第十一实施方式中可以使可变磁通电动机的线间短路而进行减磁的减磁部的结构例的电路图。图51是本发明的第十二实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的框图。图52是示出本发明的第十二实施方式的可变磁通电动机驱动器系统中的停止减磁判断部的动作的流程图。图53是本发明的第十三实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的框图。图54是示出本发明的第十三实施方式的可变磁通电动机驱动器系统中的停止减磁判断部的动作的流程图。图55是本发明的第十四实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的框图。图56是本发明的第十五实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的框图。图57是以往的可变磁通电动机驱动器系统的框图。
具体实施例方式以下，根据附图对本发明的实施方式进行详细说明。(第一实施方式)图I是本发明的第一实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的框图。首先，对驱动器系统的包括可变磁通电动机4的主电路进行说明。逆变器I将来自直流电源的直流电力变换成交流电力后供给到可变磁通电动机4。对于供给到可变磁通电动机4的电流Iu、Iw,由电流检测器2进行检测，通过坐标变换部7变换成D轴电流Id、Q轴电流Iq后，输入到电压指令运算部10。来自电压指令运算部10的D轴电压指令Vd'Q轴电压指令Vq I皮输入到坐标变换器5，变换成三相的电压指令Vu *、Vv\Nw *后输入到PWM电路6。PWM电路6利用来自门指令生成部15的门指令Gst对逆变器I的开关元件进行接通断开控制。另一方面，对于可变磁通电动机4的旋转角度Θ，由旋转角度传感器18进行检测，由伪微分器8进行微分而求出逆变器频率ω I后，输入到电压指令运算部10、磁通指令运算部12。此处，对本发明的第一实施方式的可变磁通电动机4进行说明。图2是本发明的第一实施方式的可变磁通电动机4的简易模型图。可变磁通电动机4的定子侧与现有的永久磁铁同步电动机相同，在转子侧作为磁铁而具有磁性体的磁通密度固定的固定磁铁(FMG) 54和磁性体的磁通密度可变的可变磁铁(VMG) 53。在永久磁铁同步电动机的情况下仅为前者的固定磁铁，可变磁通电动机的特征在于具备可变磁铁。现在，如果将磁铁的磁化方向设为D轴，则固定磁铁54和可变磁铁53是沿着D轴方向配置的。另外，图2中的Ld为D轴电感，Lq为Q轴电感。接下来，对固定磁铁54、可变磁铁53进行说明。固定磁铁(永久磁铁)是指，在未从外部流过电流等的状态下维持磁化的状态的磁鉄。另外，虽然说是固定磁铁，其磁通密度并非在任意条件下都严格地不变化。即使是永久磁铁同步电动机，也通过利用逆变器I等流过过大的电流而减磁、或者相反地磁化。即，固定磁铁是指，并非其磁通量不变化，而是在与通常的额定运转接近的状态下，磁通密度大致不会根据其电流而变化的磁铁。 另ー方面，可变磁铁53是指，即使在通常的额定运转条件下，磁通密度根据可以在逆变器I中流过的电流而变化的磁铁。这样的可变磁铁53依赖于磁性体的材质、结构，可以在某种程度的范围内进行设计。例如，多数情况下将残留磁通密度Br高的钕铁硼(NdFeB)磁铁用作最近的永久磁铁同步电动机的固定磁铁(永久磁铁)。由于残留磁通密度Br高至I. 2T程度，所以可以利用小的体格输出大的扭矩，适合于要求电动机的高输出小型化的EV(电动汽车)、HEV(混合动カ车)、电车。在以往的永久磁铁同步电动机的情况下，不会由于通常的电流而减磁成为必要条件，所以钕铁硼磁铁(NdFeB)从具有非常高的保持力He (大约1000kA/m)的观点来看也是最佳的磁性体。其原因为，残留磁通密度大且保磁力大的磁铁被选定用于永久磁铁同步电动机。此处，将残留磁通密度高且保持力He小的铝镍钴AlNiCo (He = 60 120kA/m)、FeCrCo磁铁(He =约60kA/m)这样的磁性体作为可变磁铁53。根据在利用逆变器I对以往的永久磁铁同步电动机进行驱动时流过的程度的通常的电流量,钕铁硼NdFeB磁铁的磁通密度(磁通量)大致恒定，铝镍钴AlNiCo磁铁等可变磁铁的磁通密度(磁通量)可变。严格而言，钕铁硼在可逆区域中利用，所以虽然在微小的范围中产生磁通密度的变动，但如果无逆变器电流，则回到当初的值。另ー方面，可变磁铁53在不可逆区域中利用，所以即使无逆变器电流，磁铁特性不成为当初的值而停留于变化的状态。在图2中，对于作为可变磁铁53的铝镍钴的磁通量，也仅D轴方向的量变动，而Q轴方向大致为零。图3是可变磁通电动机4的转子51的结构图。组合钕铁硼NdFeB等高保磁力的固定磁铁54与铝镍钴AlNiCo等低保磁力的可变磁铁53而配置于转子铁芯52。可变磁铁53由于其磁化方向与Q轴方向正交，所以不会受到Q轴电流的影响，而可以利用D轴电流进行磁化。55为磁极部。图4是固定磁铁54和可变磁铁53的BH特性(磁通密度-磁化特性)的特性图。图4中的S54为固定磁铁54的BH特性，S53为可变磁铁53的BH特性，Brl为可变磁铁53的残留磁通密度，Br2为固定磁铁54的残留磁通密度。另外，Hlsat为可变磁铁53的饱和值，Hcl为可变磁铁53的保持力，Hc2为固定磁铁54的保持力。进而，X为基于逆变器的输出电流的磁化区域。Y表示可变磁铁的磁化饱和区域。另外，图5是定量地用正确的关系仅示出图4的第二象限(B > O、H < O)的特性图。在钕铁硼NdFeB与铝镍钴AlNiCo的情况下，在残留磁通密度Brl、Br2中无明显误差，但对于保磁力Hcl、Hc2，相对钕铁硼NdFeB磁铁，在铝镍钴AlNiCo磁铁中成为1/15 1/8，在FeCrCo磁铁中成为1/15。在以往的永久磁铁同步电动机中，基于逆变器I的输出电流的磁化区域X与钕铁硼NdFeB磁铁的保磁力相比充分小，且在其磁化特性的可逆范围中利用。可变磁铁53的保磁力如上所述小，所以在逆变器I的输出电流的范围中，在即使使电流成为零也不回到电流施加前的磁通密度B的不可逆区域中的利用成为可能，可以使磁通密度(磁通量)可变。
式(I)示出可变磁通电动机4的动作特性的等价简易模型。该模型是将D轴设为磁铁磁通方向、将Q轴设为与D轴正交的方向而给出的DQ轴旋转坐标系上的模型。
权利要求
1.一种可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，具备 永久磁铁电动机，使用了永久磁铁； 逆变器，驱动上述永久磁铁电动机；以及 磁化单元，流过用于对上述永久磁铁的磁通进行控制的磁化电流， 上述永久磁铁具有可变磁铁，该可变磁铁能够利用来自上述逆变器的磁化电流使该永久磁铁的磁通密度可变， 上述磁化单元具备流过上述可变磁铁的磁性体的磁化饱和区域以上的磁化电流的能力， 上述可变磁铁由二个以上的可变磁铁构成，以从上述逆变器的磁化电流看来，饱和区域成为阶段性的区域。
2.根据权利要求I所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述二个以上的可变磁铁由保磁力不同的二个以上的可变磁铁构成。
3.根据权利要求I所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述二个以上的可变磁铁由分别配置于转子的不连续的多个区域中的保磁力相等的二个可变磁铁构成。
4.根据权利要求I 3中的任意一项所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述磁化单元根据磁通变化前的磁通量和磁通变化后的磁通量决定上述磁化电流的大小。
5.根据权利要求I 3中的任意一项所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述磁化单元利用不同的磁化电流磁化二次以上。
6.一种可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，具备 永久磁铁电动机，使用了永久磁铁； 逆变器，驱动上述永久磁铁电动机； 可变磁通控制单元，为了控制上述永久磁铁的磁通而流过磁化电流； 检测上述永久磁铁电动机的电流的单元；以及 磁通推测单元，根据向上述永久磁铁电动机施加的电压、电流以及作为电动机参数的绕组电感，推测磁通量， 上述永久磁铁包括可变磁铁，该可变磁铁能够利用来自上述逆变器的磁化电流使该永久磁铁的磁通密度可变， 上述可变磁通控制单元具有磁化电流校正单元，该磁化电流校正单元调整磁化电流，以使由上述磁通推测单元推测的推测磁通量与磁通指令值一致。
7.根据权利要求6所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，具备DQ轴电流校正单元，该DQ轴电流校正单元根据上述磁通推测单元所推测的推测磁通量，校正D轴电流和Q轴电流，以使上述永久磁铁电动机的输出扭矩接近扭矩指令。
8.根据权利要求7所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述DQ轴电流校正单元根据上述磁通推测单元所推测的推测磁通量，校正DQ轴电流指令。
9.根据权利要求6所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述磁化电流校正单元具有磁化电流基准运算单元，该磁化电流基准运算单元根据上述磁通指令值估算得到该磁通所需的磁化电流基准，将该磁化电流基准作为对上述磁化电流的前馈目标电流。
10.根据权利要求6 8中的任意一项所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述可变磁通控制单元设定流过磁化电流的时间的最小时间，进行控制以便不流过最小时间以内的短的磁化电流。
11.根据权利要求6 8中的任意一项所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述可变磁通控制单元通过使上述磁通推测单元所推測的推测磁通量与上述磁通指令值的差异处于规定范围内，而使上述永久磁铁的磁化完成。
12.根据权利要求6 8中的任意一项所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述磁通推测单元使用上述绕组电感的函数或表来推測上述磁通量。
13.根据权利要求11所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述磁通推測単元使用上述绕组电感的函数或表来推測上述磁通量。
14.根据权利要求6 8中的任意一项所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，代替推测磁通的上述磁通推测单元，而具备检测磁通的磁通检测单元， 上述可变磁通控制单元代替上述磁通推测单元所推測的推测磁通量，使用上述磁通检测单元所检测的磁通检测值来控制上述磁化电流。
15.根据权利要求11所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，代替推测磁通的上述磁通推测单元，而具备检测磁通的磁通检测单元， 上述可变磁通控制单元代替上述磁通推测单元所推測的推测磁通量，使用上述磁通检测单元所检测的磁通检测值来控制上述磁化电流。
16.根据权利要求6所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，从正的最大到负的最大地利用上述可变磁铁的磁通密度。
17.—种可变磁通电动机驱动器系统,具备对具有固定磁铁和可变磁铁的可变磁通电动机进行驱动的逆变器，其特征在于，具备 主控制部，控制上述逆变器，以使上述可变磁通电动机的扭矩成为扭矩指令； 磁化绕组，使上述可变磁通电动机的可变磁铁磁化；以及 磁化电路，向上述磁化绕组供给磁化电流， 上述磁化绕组设置于上述可变磁通电动机的转子内。
18.根据权利要求17所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述磁化绕组设置于上述可变磁铁的附近，以通过上述磁化绕组所形成的磁通使上述可变磁铁的磁通磁化。
19.根据权利要求17所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述磁化绕组设置于上述固定磁铁的附近，以通过上述磁化绕组所形成的磁通抵消上述固定磁铁的磁通。
20.根据权利要求17 19中的任意一项所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，在使上述可变磁铁磁化时，并用由上述磁化绕组产生的磁化和由上述逆变器产生的磁化而进行。
21.根据权利要求17所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述磁化电路设置于上述可变磁通电动机的转子。
22.根据权利要求17所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在干，以非接触形式，从上述磁化电路向上述转子的磁化绕组供给电カ。
23.根据权利要求17 19中的任意一项所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，构成为由一台逆变器ー并驱动多个可变磁通电动机，针对各个可变磁通电动机的姆ー个设置有对上述磁化绕组进行励磁的上述磁化电路。
24.一种可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，具备 永久磁铁电动机，具有作为低保持力的永久磁铁的可变磁铁； 逆变器，驱动上述永久磁铁电动机； 磁化部，供给用于对上述可变磁铁的磁通进行控制的磁化电流； 减磁判断部，判断是否应对上述可变磁铁进行减磁，根据判断结果生成减磁信号；以及 一个以上的减磁部，根据由上述减磁判断部生成的减磁信号，对上述可变磁铁进行减磁， 上述减磁判断部在上述逆变器停止动作的情况或在该可变磁通电动机驱动器系统中产生了故障的情况下，判断为应对上述可变磁铁进行减磁，生成减磁信号。
25.根据权利要求24所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述一个以上的减磁部的至少一个使上述逆变器的输出电压降低而进行减磁。
26.根据权利要求24所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述一个以上的减磁部的至少一个使上述永久磁铁电动机的线间的至少一个短路而进行减磁。
27.根据权利要求26所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述一个以上的减磁部的至少一个为接触器。
28.根据权利要求26所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述一个以上的减磁部的至少一个为半导体开关。
29.根据权利要求24所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述一个以上的减磁部的至少一个为上述磁化部。
30.根据权利要求24所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，具备 反电动势推测部，根据由上述逆变器输出的电压和电流，推测上述可变磁铁的反电动势；以及 第一电压检测部，检测向上述逆变器输入的直流电压， 上述减磁判断部仅在由上述反电动势推测部推测的反电动势为由上述第一电压检测部检测的直流电压以上的情况下，判定为应对上述可变磁铁进行减磁，生成减磁信号。
31.根据权利要求24所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述减磁判断部为了在上述一个以上的减磁部中的某一个为故障状态的情况下使非故障状态的减磁部进行减磁而生成减磁信号。
32.根据权利要求24所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，具备计时部，该计时部计算时间，并且在上述逆变器停止的情况下每当经过规定的时间时生成减磁请求信号， 上述减磁判断部根据由上述计时部生成的减磁请求信号，判断是否应对上述可变磁铁进行减磁，生成减磁信号。
33.根据权利要求24所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，具备磁通检测部，该磁通检测部推测或检测上述可变磁铁的磁通，并且在上述逆变器停止且上述可变磁铁的磁通为规定值以上的情况下生成减磁请求信号， 上述减磁判断部根据由上述磁通检测部生成的减磁请求信号，判断是否应对上述可变磁铁进行减磁，生成减磁信号。
34.根据权利要求24所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，具备 第二电压检测部，检测上述永久磁铁电动机的线间电压；以及 过电压判定部，在上述逆变器停止且由上述第二电压检测部检测的线间电压为规定值以上的情况下生成减磁请求信号， 上述减磁判断部根据由上述过电压判定部生成的减磁请求信号，判断是否应对上述可变磁铁进行减磁，生成减磁信号。
35.根据权利要求24所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述逆变器与上述永久磁铁电动机之间不介入接触器而直接连接。
36.根据权利要求24所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，具备接触器，该接触器对上述逆变器与上述永久磁铁电动机之间的电连接进行控制， 上述减磁判断部在上述逆变器停止动作的情况或保护该可变磁通电动机驱动器系统的情况下，使上述接触器断开。
全文摘要
本发明提供一种可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，具备使用了永久磁铁的永久磁铁电动机(4)；逆变器(1)，驱动永久磁铁电动机；以及磁化单元，流过用于对永久磁铁的磁通进行控制的磁化电流，永久磁铁是其磁通密度根据来自逆变器(1)的磁化电流而可变的可变磁铁，磁化单元流过可变磁铁的磁性体的磁化饱和区域以上的磁化电流，改善可变磁铁(53)的磁通的反复精度，提高扭矩精度。
文档编号H02P21/00GK102624314SQ20121007917
公开日2012年8月1日 申请日期2007年7月24日 优先权日2006年7月24日
发明者堺和人, 结城和明, 饼川宏 申请人:株式会社东芝