旋转电机控制系统和旋转电机控制方法.pdf

一种旋转电机控制系统包括控制旋转电机的控制装置。当存在这样的电流相位时，控制装置设定具有位于第一与第二电流相位(Θ1、Θ2)之间的中间相位(Θm)的中间电流向量(Im)：在该相位上，磁阻转矩在第一电流向量(I1)的第一电流相位(Θ1)与第二电流向量(I2)的第二电流相位(Θ2)之间最大，在第一电流向量上尚未叠加电流脉冲，第二电流向量是通过增加d轴电流以及减小q轴电流来获取的。中间电流向量(Im)被设定为大于在向量轨迹沿直线从所述第一电流向量(I1)变化到第二电流向量(I2)的情况下位于中间相位(Θm)上的假想电流向量(Ima)。通过按照I1、Im和I2的顺序更改电流向量和按照Im和I1的顺序返回电流向量来产生电流脉冲。

权利要求书1.  一种旋转电机控制系统，包括： 旋转电机，其包括 定子，其被配置为产生旋转磁场； 转子，其被设置为面向所述定子，所述转子具有通过转子槽缠绕在转 子芯周围的转子线圈，所述转子具有连接到对应的转子线圈的整流单元， 所述整流单元分别被配置为沿一个选择的方向对转子线圈电流进行整流， 并且所述转子具有转子凸极，所述转子凸极由于所述转子线圈电流而具有 沿周向交替不同的极性；以及 控制装置，其被配置为在产生所述旋转磁场的电流向量上叠加电流脉 冲， 所述控制装置被配置为设定第一电流向量和第二电流向量，在该第一 电流向量上尚未叠加所述电流脉冲，该第二电流向量是根据所述第一电流 向量，通过以预定增加量增加d轴电流以及以预定减小量减小q轴电流来 获取的， 所述控制装置被配置为，在所述电流向量与d轴正方向之间的相位被 定义为电流相位的情况下，当存在这样的电流相位时设定中间电流向量： 在该电流相位上，磁阻转矩在所述第一电流向量的第一电流相位与所述第 二电流向量的第二电流相位之间最大，所述中间电流向量具有位于所述第 一电流相位与所述第二电流相位之间的中间相位，并且大于在向量轨迹沿 直线从所述第一电流向量变化到所述第二电流向量的情况下的假想电流向 量， 所述控制装置被配置为将所述电流向量从所述第一电流向量更改为所 述第二电流向量，并且进一步将所述电流向量从所述第二电流向量更改为 所述第一电流向量，并且 所述控制装置被配置为通过在以下至少一种情况下将所述电流向量更 改为所述中间电流向量来产生所述电流脉冲：在所述电流向量正被从所述 第一电流向量更改为所述第二电流向量时，和在所述电流向量正被从所述 第二电流向量更改为所述第一电流向量时。 2.  根据权利要求1所述的旋转电机控制系统，其中所述控制装置被配 置为在公共电流控制圆上设定所述第一电流向量的终点和所述第二电流向 量的终点，并且 所述控制装置被配置为在所述电流控制圆和沿直线从所述第一电流向 量变化到所述第二电流向量的假想向量轨迹所包围的区域中设定所述中间 电流向量的终点，所述区域包括除所述第一电流向量的终点和所述第二电 流向量的终点之外的所述电流控制圆。 3.  根据权利要求2所述的旋转电机控制系统，其中所述中间电流向量 具有这样的电流相位：在该电流相位上，所述磁阻转矩最大，并且所述控 制装置被配置为在所述电流控制圆上设定所述中间电流向量的终点。 4.  根据权利要求1所述的旋转电机控制系统，其中所述控制装置被配 置为在第一电流控制圆上设定所述第一电流向量的终点， 所述控制装置被配置为在大于所述第一电流控制圆的第二电流控制圆 上设定所述第二电流向量的终点，并且 所述控制装置被配置为在沿直线从所述第一电流向量变化到所述第二 电流向量的假想向量轨迹、所述第二电流控制圆、以及将所述第一电流向 量的终点连接到所述第二电流控制圆上的相对于所述第一电流向量的终点 位于q轴正方向侧的点的直线所包围的区域中设定所述中间电流向量的终 点，所述区域包括所述第二电流控制圆。 5.  根据权利要求4所述的旋转电机控制系统，其中所述中间电流向量 具有这样的电流相位：在该电流相位上，所述磁阻转矩最大，并且所述控 制装置被配置为在所述第二电流控制圆上设定所述中间电流向量的终点。 6.  一种用于旋转电机的控制方法，所述旋转电机包括 定子，其被配置为产生旋转磁场；以及 转子，其被设置为面向所述定子，所述转子具有通过转子槽缠绕在转 子芯周围的转子线圈，所述转子具有连接到对应的转子线圈的整流单元， 所述整流单元分别被配置为沿一个选择的方向对转子线圈电流进行整流， 并且所述转子具有转子凸极，所述转子凸极由于所述转子线圈电流而具有 沿周向交替不同的极性， 所述控制方法包括： 在产生所述旋转磁场的电流向量上叠加电流脉冲； 设定第一电流向量和第二电流向量，在该第一电流向量上尚未叠加所 述电流脉冲，该第二电流向量是根据所述第一电流向量，通过以预定增加 量增加d轴电流以及以预定减小量减小q轴电流来获取的； 在所述电流向量与d轴正方向之间的相位被定义为电流相位的情况 下，当存在这样的电流相位时设定中间电流向量：在该电流相位上，磁阻 转矩在所述第一电流向量的第一电流相位与所述第二电流向量的第二电流 相位之间最大，所述中间电流向量具有位于所述第一电流相位与所述第二 电流相位之间的中间相位，并且大于在向量轨迹沿直线从所述第一电流向 量变化到所述第二电流向量的情况下的假想电流向量； 将所述电流向量从所述第一电流向量更改为所述第二电流向量，并且 进一步将所述电流向量从所述第二电流向量更改为所述第一电流向量；以 及 通过在以下至少一种情况下将所述电流向量更改为所述中间电流向量 来产生所述电流脉冲：在所述电流向量正被从所述第一电流向量更改为所 述第二电流向量时，和在所述电流向量正被从所述第二电流向量更改为所 述第一电流向量时。

说明书旋转电机控制系统和旋转电机控制方法
技术领域
本发明涉及旋转电机控制系统和旋转电机控制方法，更具体地说，本 发明涉及在电流向量上叠加电流脉冲情况下的控制。
背景技术
公开号为2011-41433的日本专利申请(JP 2011-41433A)描述了一种 用于电磁旋转电机的控制装置。旋转电机包括产生旋转磁场的定子和面向 定子并旋转的转子。转子包括转子线圈以及分别与转子线圈在选择的极性 上发生短路的二极管。在控制装置中，当满足预定条件时，电流脉冲叠加 在分别流过定子线圈的定子电流。
在JP 2011-41433A中描述的旋转电机中，可构想一种在定子电流上 叠加电流脉冲的方法，在产生旋转磁场的电流向量的d轴电流上叠加先增 加后减小的d轴脉冲，而在电流向量的q轴电流上叠加先减小后增加的q 轴脉冲。通过该配置，可以提高上面已经叠加电流脉冲的转子转矩，而不 会在叠加电流脉冲时过度增加定子电流；但是，在叠加电流脉冲期间提高 转子转矩方面仍有提升空间。
发明内容
根据本发明的旋转电机控制系统和旋转电机控制方法能够当电流脉冲 正在产生旋转磁场的电流向量上叠加时，提高转子转矩。
本发明的第一方面提供一种旋转电机控制系统。该旋转电机控制系统 包括：旋转电机，其包括定子，定子被配置为产生旋转磁场；转子，其被 设置为面向所述定子，所述转子具有通过转子槽缠绕在转子芯周围的转子 线圈，所述转子具有连接到对应的转子线圈的整流单元，所述整流单元分 别被配置为沿一个选择的方向对转子线圈电流进行整流，并且所述转子具 有转子凸极，所述转子凸极由于所述转子线圈电流而具有沿周向交替不同 的极性；以及控制装置，其被配置为在产生所述旋转磁场的电流向量上叠 加电流脉冲，所述控制装置被配置为设定第一电流向量和第二电流向量， 在该第一电流向量上尚未叠加所述电流脉冲，该第二电流向量是根据所述 第一电流向量，通过以预定增加量增加d轴电流以及以预定减小量减小q 轴电流来获取的，所述控制装置被配置为，在所述电流向量与d轴正方向 之间的相位被定义为电流相位的情况下，当存在这样的电流相位时设定中 间电流向量：在该电流相位上，磁阻转矩在所述第一电流向量的第一电流 相位与所述第二电流向量的第二电流相位之间最大，所述中间电流向量具 有位于所述第一电流相位与所述第二电流相位之间的中间相位，并且大于 在向量轨迹沿直线从所述第一电流向量变化到所述第二电流向量的情况下 的假想电流向量，所述控制装置被配置为将所述电流向量从所述第一电流 向量更改为所述第二电流向量，并且进一步将所述电流向量从所述第二电 流向量更改为所述第一电流向量，并且所述控制装置被配置为通过在以下 至少一种情况下将所述电流向量更改为所述中间电流向量来产生所述电流 脉冲：在所述电流向量正被从所述第一电流向量更改为所述第二电流向量 时，和在所述电流向量正被从所述第二电流向量更改为所述第一电流向量 时。
在上述旋转电机控制系统中，所述控制装置可被配置为在公共电流控 制圆上设定所述第一电流向量的终点和所述第二电流向量的终点，并且所 述控制装置可被配置为在所述电流控制圆和沿直线从所述第一电流向量变 化到所述第二电流向量的假想向量轨迹所包围的区域中设定所述中间电流 向量的终点，所述区域包括除所述第一电流向量的终点和所述第二电流向 量的终点之外的所述电流控制圆。
在上述旋转电机控制系统中，所述中间电流向量可具有这样的电流相 位：在该电流相位上，所述磁阻转矩最大，并且所述控制装置可被配置为 在所述电流控制圆上设定所述中间电流向量的终点。
在根据本发明的第一方面的旋转电机控制系统中，所述控制装置可被 配置为在第一电流控制圆上设定所述第一电流向量的终点，所述控制装置 可被配置为在大于所述第一电流控制圆的第二电流控制圆上设定所述第二 电流向量的终点，并且所述控制装置可被配置为在沿直线从所述第一电流 向量变化到所述第二电流向量的假想向量轨迹、所述第二电流控制圆、以 及将所述第一电流向量的终点连接到所述第二电流控制圆上的相对于所述 第一电流向量的终点位于q轴正方向侧的点的直线所包围的区域中设定所 述中间电流向量的终点，所述区域包括所述第二电流控制圆。
在上述旋转电机控制系统中，所述中间电流向量可具有这样的电流相 位：在该电流相位上，所述磁阻转矩最大，并且所述控制装置可被配置为 在所述第二电流控制圆上设定所述中间电流向量的终点。
本发明的第二方面提供一种用于旋转电机的控制方法。所述旋转电机 包括：定子，其被配置为产生旋转磁场；以及转子，其被设置为面向所述 定子，所述转子具有通过转子槽缠绕在转子芯周围的转子线圈，所述转子 具有连接到对应的转子线圈的整流单元，所述整流单元分别被配置为沿一 个选择的方向对转子线圈电流进行整流，并且所述转子具有转子凸极，所 述转子凸极由于所述转子线圈电流而具有沿周向交替不同的极性。所述控 制方法包括：在产生所述旋转磁场的电流向量上叠加电流脉冲；设定第一 电流向量和第二电流向量，在该第一电流向量上尚未叠加所述电流脉冲， 该第二电流向量是根据所述第一电流向量，通过以预定增加量增加d轴电 流以及以预定减小量减小q轴电流来获取的；在所述电流向量与d轴正方 向之间的相位被定义为电流相位的情况下，当存在这样的电流相位时设定 中间电流向量：在该电流相位上，磁阻转矩在所述第一电流向量的第一电 流相位与所述第二电流向量的第二电流相位之间最大，所述中间电流向量 具有位于所述第一电流相位与所述第二电流相位之间的中间相位，并且大 于在向量轨迹沿直线从所述第一电流向量变化到所述第二电流向量的情况 下的假想电流向量；将所述电流向量从所述第一电流向量更改为所述第二 电流向量，并且进一步将所述电流向量从所述第二电流向量更改为所述第 一电流向量；以及通过在以下至少一种情况下将所述电流向量更改为所述 中间电流向量来产生所述电流脉冲：在所述电流向量正被从所述第一电流 向量更改为所述第二电流向量时，和在所述电流向量正被从所述第二电流 向量更改为所述第一电流向量时。
通过根据本发明各方面的旋转电机控制系统和控制方法，通过当电流 脉冲正在产生旋转磁场的电流向量上叠加时，将电流向量更改为中间电流 向量，来增加磁阻转矩。因此，可提高正在叠加电流脉冲时的转子转矩。
附图说明
下面将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点、以及技术 和工业意义，在所述附图中，相同的附图标记表示相同的部件，其中：
图1是示出根据本发明的实施例的旋转电机的周向上的局部剖面以及 旋转电机控制系统中的旋转电机驱动单元的配置的视图；
图2是图1所示的控制装置的功能框图；
图3是示出本发明的实施例中在使用d-q坐标系叠加电流脉冲时的电 流向量变化的图形；
图4是示出本发明的实施例中在叠加电流脉冲时的d轴电流Id、q轴 电流Iq和转子转矩Tr的时间变化的实例的时序图；
图5是当转子凸极相对于一个定子凸极偏移这样的相位时，旋转电机 的周向上的局部示意图，在该相位上，磁阻转矩最大；
图6是示出本发明的实施例中旋转电机的磁阻转矩与电流向量的电流 相位之间的关系的图形；
图7是本发明的备选实施例中对应于图3的图形；
图8是本发明的备选实施例中对应于图4的图形；以及
图9是示出旋转电机的备选实施例中在二极管连接到转子线圈的状态 下，转子的周向上的局部电路实现图。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，旋转电机充 当电动发电机，并且被用作混合动力车辆的驱动源。这只是示意性的，旋 转电机也可被用作诸如电动汽车之类的另一电动车辆的驱动源。此外，旋 转电机可以仅充当电动机，或者仅充当发电机。另外，在所有附图中，相 同的附图标记表示相同的部件。
图1是示出根据本实施例的旋转电机控制系统10的视图，并且也是示 出旋转电机12的周向上的局部剖面以及旋转电机驱动单元14的配置的视 图。旋转电机控制系统10包括旋转电机12和旋转电机驱动单元14。旋转 电机12具有电动发电机的功能，该电动发电机兼具驱动混合动力车辆(未 示出)的驱动轮的电动机功能、以及通过驱动轮的再生制动产生电力的发 电机功能。
旋转电机12包括定子16和转子18。定子16被固定到壳体(未示出)。 转子18被设置为面向定子16并旋转。定子16包括定子芯20和三个缠绕 在定子芯20的凸极周围的u相、v相和w相定子线圈22u、22v、22w。定 子芯20由磁性材料形成，例如金属板(例如，磁性钢板)的层压件。定子 芯20具有多个定子凸极24和槽26。多个定子凸极24在周向上以等间隔 设置，以便朝着转子18径向朝内突出。槽26中的每一者形成于任何两个 相邻的定子凸极24之间。“径向”指示垂直于转子18的旋转中心轴的径 向。“周向”指示围绕转子18的旋转中心轴的转子周向。“轴向”指示转 子18的轴向。
采用集中式绕组的方式，通过槽26在定子凸极24的周围分别缠绕定 子线圈22u、22v、22w。当三相定子电流分别流过定子线圈22u、22v、22w 时，定子凸极24被磁化，并且在定子16中产生旋转磁场。
采用环形绕组的方式缠绕定子线圈，采用该环形绕组的方式，在定子 芯20的环形部的周向上的多个位置处缠绕多相定子线圈。
转子18以预定的间隙被设置在定子16的径向内侧，以便面向定子16， 并且可相对于定子16旋转。由壳体(未示出)的轴承支撑的旋转轴被固定 地插入转子18的中心轴孔中。转子18包括转子芯30，缠绕在转子芯30 周围的多个转子线圈32n、32s，以及充当整流单元的二极管34、36。
转子芯30由磁性材料形成，例如金属板(例如，磁性钢板)的层压件， 并且具有作为磁极部的转子凸极38n、38s，这些转子凸极在周向上以等间 隔设置在外周侧的多个位置处。转子凸极38n借助流过转子线圈32n的转 子线圈电流被磁化为N极(在下面描述)。转子凸极38s借助流过转子线 圈32s的转子线圈电流被磁化为S极(在下面描述)。转子凸极38n和转 子凸极38s沿周向交替设置。凹形槽40在转子芯30的外周边上形成于任 意相邻的转子凸极38n、38s之间。槽40形成其中设置转子线圈32n、32s 的空间。
转子线圈32n、32s由转子线圈32n和转子线圈32s构成。采用集中式 绕组的方式，通过槽40在转子凸极38n的周围缠绕转子线圈32n，转子凸 极38n是转子18在周向上的每隔一个的凸极。采用集中式绕组的方式，转 子线圈32s通过槽40缠绕在转子凸极38s的周围，转子凸极38s是转子18 在周向上的每隔一个的凸极，并且与转子凸极38n相邻。作为周向上每隔 一个的转子线圈的转子线圈32n彼此串联连接，并且连接到第一二极管34 以便在一个方向上发生短路。此外，作为周向上其它每隔一个的转子线圈 的转子线圈32s也彼此串联连接，并且连接到第二二极管36以便在另一方 向上发生短路。
所有转子线圈32n、32s分离也是可行的，转子线圈32n可分别连接到 第一二极管以便在一个方向上发生短路，并且转子线圈32s可分别连接到 第二二极管以便在另一方向上发生短路。此外，转子线圈32n、32s中的每 一者可采用规则绕组的方式缠绕，采用该规则绕组的方式，转子线圈32n、 32s中的每一者按照多行和多层的方式缠绕在转子凸极38n、38s中对应一 者的周围。
通过该配置，当磁通量从定子16侧与转子线圈32n、32s联结(link)， 且然后作为感应电流的转子线圈电流响应于定子电流的变化而流动(下面 描述)时，转子线圈电流分别由二极管34、36在一个和另一方向上进行整 流，并且转子凸极38n、38被磁化为所需的极性。根据第一二极管34的整 流方向，每个转子线圈32n在对应的转子凸极38n的远端处形成N极。根 据第二二极管36的整流方向，每个转子线圈32s在对应的转子凸极38s的 远端处形成S极。转子凸极38n、38s沿周向交替设置，因此，转子凸极 38n、38s分别被对应的转子线圈电流磁化为N极和S极，N极和S极是沿 周向交替不同的极性。
旋转电机12的配置如上所述。接下来，将描述旋转电机驱动单元14。 旋转电机驱动单元14包括蓄电单元42、逆变器44和控制装置46。蓄电单 元42被设置为直流电源，并且由二次电池形成。逆变器44包括多个开关 元件，例如晶体管和IGBT。逆变器44通过开关元件的开关操作将来自蓄 电单元42的直流电力转换为u相、v相和w相交流电力，然后将u相、v 相和w相交流电力提供给对应的三相定子线圈22u、22v、22w。可在蓄电 单元42与逆变器44之间设置升压装置，该升压装置升高蓄电单元42的电 压，然后将升高的电压输出到逆变器44。
控制装置46包括微计算机，该微计算机具有CPU、存储器等，并且 通过控制逆变器44的开关元件的开关操作，执行对旋转电机12的驱动控 制。控制装置46可与旋转电机12集成在一起，也可在车体等上与旋转电 机12分离设置。控制装置46包括Id-Iq产生单元47、Id-Iq脉冲产生单元 48、Id脉冲叠加单元50、以及Iq脉冲叠加单元52。将参考图2对此进行 详细描述。
图2示出图1所示的控制装置46、电流传感器54和旋转传感器56的 功能框。电流传感器54检测分别流过旋转电机12的v相定子线圈和w相 定子线圈的Iv、Iw，并将检测到的定子电流传输到控制装置46。可以基于 检测到的定子电流Iv、Iw计算流过u相定子线圈的定子电流Iu；替代地， 也可通过另一电流传感器检测定子电流Iu。
旋转传感器56检测旋转电机12的旋转角x，然后将检测到的旋转角x 传输到控制装置46。旋转传感器56由解角器(resolver)等形成。此外， 将转矩指令值Tr*输入到控制装置46，该转矩指令值是基于驾驶员对加速 踏板的操作量的目标转矩。
控制装置46通过借助d-q轴向量电流控制来控制定子电流，执行对旋 转电机12的驱动控制。控制装置46包括Id-Iq产生单元47、Id脉冲叠加 单元50、Iq脉冲叠加单元52、减法器60、62、PI控制单元64、66、两相 /三相转换单元68、PWM产生单元70和三相/两相转换单元72。Id-Iq产 生单元47充当电流指令产生单元。
转矩指令值Tr*被输入Id-Iq产生单元47。Id-Iq产生单元47基于转 矩指令值Tr*产生电流向量的d轴电流指令值Id(0)和q轴电流指令值 Iq(0)。电流向量使定子16产生旋转磁场。在此，d轴表示磁极方向，该磁 极方向是旋转电机12的周向上的转子线圈32n、32s中每一者的绕组中心 轴方向，q轴表示相对于d轴前进90度电角的方向。例如，当转子18的 旋转方向按照图1所示定义时，d轴方向和q轴方向根据图1中的箭头所 示的关系定义。
Id-Iq产生单元47所产生的d轴电流指令值Id(0)被输出到Id脉冲叠 加单元50，Id-Iq产生单元47所产生的q轴电流指令值Iq(0)被输出到Iq 脉冲叠加单元52。在Id-Iq产生单元47中，可基于电动机旋转速度(根据 检测到的旋转角x计算出)、逆变器44的蓄电单元42侧电压(由电压传 感器(未示出)检测到)、以及转矩指令值Tr*产生d轴电流指令值Id(0) 和q轴电流指令值Iq(0)。
Id-Iq脉冲产生单元48所产生的Id脉冲的变化被输入Id脉冲叠加单 元50。Id脉冲叠加单元50在预定的时间上将Id脉冲的变化叠加在d轴电 流指令值Id(0)上，然后将更改的d轴电流指令值Id(1)输出到减法器60。
Id-Iq脉冲产生单元48所产生的Iq脉冲的变化量被输入Iq脉冲叠加 单元52。Iq脉冲叠加单元52在预定的时间上将Iq脉冲的变化叠加在q轴 电流指令值Iq(0)上，然后将更改的q轴电流指令值Iq(1)输出到减法器62。 下面将详细地描述Id-Iq脉冲产生单元48。
电流值Id被从三相/两相转换单元72输入到减法器60。减法器60计 算更改的d轴电流指令值Id(1)与电流值Id之间的偏差，然后将所计算的 偏差输出到PI控制单元64。
电流值Iq被从三相/两相转换单元72输入到减法器62。减法器62计 算更改的q轴电流指令值Iq(1)与电流值Iq之间的偏差，然后将所计算的 偏差输出到PI控制单元66。
PI控制单元64、66分别通过基于预设的PI增益对输入偏差执行PI 控制来计算d轴电压Vd和q轴电压Vq，然后将所计算的d轴电压Vd和 所计算的q轴电压Vq输出到两相/三相转换单元68。
两相/三相转换单元68通过基于输入的d轴电压Vd和q轴电压Vq以 及从旋转传感器56接收的旋转角x执行两相/三相转换来计算三相电压 Vu、Vv、Vw，然后将三相电压Vu、Vv、Vw输出到PWM产生单元70。
PWM产生单元70产生开关控制信号，然后将这些开关控制信号输出 到逆变器44，这些开关控制信号用于通过三相电压Vu、Vv、Vw与预存 储的载波之间的电压比较来接通或关断逆变器44的每一相的上开关元件 和下开关元件。逆变器44基于对应的开关控制信号接通或关断逆变器44 的开关元件。这样，定子电流Iu、Iv和Iw流过旋转电机12的三相定子线 圈。
定子电流Iv、Iw被从电流传感器54输入到三相/两相转换单元72。三 相/两相转换单元72通过基于定子电流Iv、Iw以及从旋转传感器56接收 的旋转角x执行三相/两相转换来计算d轴电流Id和q轴电流Iq，然后将 d轴电流Id和q轴电流Iq分别输出到减法器60、62。在控制装置64中， 执行反馈控制，以使d轴和q轴电流值Id、Iq分别与更改的d轴电流指令 值Id(1)和更改的q轴电流指令值Iq(1)一致。
在此，将描述Id-Iq脉冲产生单元48。Id-Iq脉冲产生单元48产生多 个这样的变化量：这些变化量构成要分别在多个控制周期中叠加到d轴电 流指令值Id(0)上的Id脉冲，并且还产生多个这样的变化量：这些变化量 构成要分别在多个控制周期中叠加到q轴电流指令值Iq(0)上的Iq脉冲。
图3示出当使用d-q坐标系叠加电流脉冲时的电流向量变化。图3中 的一长两短交替虚线P概念性地指示由转子线圈32n、32s中的每一者形成 的电磁体。
Id-Iq脉冲产生单元48设定第一电流向量I1和第二电流向量I2，第一 电流向量I1上尚未叠加电流脉冲，第二电流向量I2上已经叠加电流脉冲。 第二电流向量I2是根据第一电流向量I1，通过以预定增加量增加d轴电流 Id以及以预定减小量减小q轴电流Iq来设定的。在电流向量与d轴正方 向之间的相位被定义为电流相位的情况下，存在45°的电流相位θm，在 该相位上，磁阻转矩在第一电流向量I1的第一电流相位θ1与第二电流向 量I2的第二电流相位θ2之间最大。
此时，Id-Iq脉冲产生单元48设定中间电流向量Im，该中间电流向量 Im具有电流相位θm，作为位于第一电流相位θ1与第二电流相位θ2之间 的中间相位。中间电流向量Im大于在向量轨迹沿直线从第一电流向量I1变化到第二电流向量I2的情况下位于中间相位θm的假想电流向量Ima。
Id-Iq脉冲产生单元48将电流向量从第一电流向量I1更改为第二电流 向量I2，并且进一步使电流向量从第二电流向量I2返回到第一电流向量I1。 在这种情况下，Id-Iq脉冲产生单元48通过在以下两种情况下将电流向量 更改为中间电流向量Im来产生Id脉冲和Iq脉冲：在电流向量被从第一 电流向量I1更改为第二电流向量I2时，和在电流向量被从第二电流向量I2更改为第一电流向量I1时。
电流向量I1、Im和I2的终点A、B、C全部设置在公共电流控制圆 Cr上。电流向量I1、Im和I2的起点位于原点O处。中间电流向量Im的 终点B在电流控制圆Cr上这样的位置处设置：该位置是电流控制圆Cr 与电流相位θm上的最大磁阻转矩相位线α的交点。
在开始叠加电流相位时，电流向量的终点从A点开始，在经过预设的 第一预定时间段T1之后，到达B点，然后在经过第二预定时间段T2之后， 到达C点，接下来依次在经过相同的第二预定时间段T2之后返回到B点， 然后在经过相同的第一预定时间段T1之后返回到A点。也就是说，电流 向量的终点按照A、B、C、B和A的顺序变化。电流向量I1、Im和I2之 间的向量轨迹在A与B之间以及B与C之间成为直线。当电流向量在第 一电流向量I1与中间电流向量Im之间变化时的第一预定时间段T1理想地 被设定为短于或等于当电流向量在中间电流向量Im与第二电流向量I2之 间变化时的第二预定时间段T2(T1≤T2)。更理想地，T1<T2。基于诸如 逆变器44之类的组件所要求的允许电流确定电流控制圆Cr的大小。
电流向量I1、Im和I2中的d轴电流Id和q轴电流Iq的变化量在多个 控制周期中分离，并且被从Id-Iq脉冲产生单元48输出到Id脉冲叠加单 元50和Iq脉冲叠加单元52。然后，变化量叠加在更改前的d轴电流指令 值Id(0)和更改前的q轴电流指令值Iq(0)上，并且被输出到减法器60、62。 因此，如图4上方的d轴电流Id的时间变化所示，Id脉冲在d轴电流Id 上叠加。Id脉冲从对应于A点的非叠加时间段Ta端部开始陡增，然后从 作为上限的C点开始陡降。图4示出转子18以恒定速度旋转的实例。
此外，如图4中部的q轴电流Iq的时间变化所示，q轴电流Iq在q 轴电流Iq上叠加。q轴电流Iq在点A与点B之间变化不多，但是Iq脉冲 从B点开始陡降，并且从作为下限的C点开始陡增。在一个电周期中，在 预设的预定时间上执行Id脉冲和Iq脉冲的这种叠加。
接下来，依次介绍旋转电机12的操作和旋转电机控制系统10的功能 效果。当三相交流电分别流过如图1所示的三相定子线圈22u、22v、22w 时，在定子16中形成旋转磁场。旋转磁场不仅包括正弦分布而且还包括谐 波分量，作为磁动势分布。特别地，以集中式绕组的形式，三相定子线圈 22u、22v、22w不会在径向上相互重叠，因此在定子16的磁动势分布中包 括的谐波分量的振幅级增加。例如，在三相集中式绕组的实例中，在谐波 分量中，定子线圈22u、22v、22w中每一者的输入电流的频率的时间上三 阶和空间上二阶的谐波分量的振幅级增加。此类谐波分量被称为空间谐波。 在此，当旋转磁场的基波分量对转子18作用时，转子凸极38n、38s朝着 定子凸极24被吸引，以使定子16与转子18之间的磁阻变小。这样，磁阻 转矩对转子18作用。
当旋转磁场从定子16对转子18作用时，由于在旋转磁场中包括的谐 波分量的通量波动，发生从定子16泄漏到转子18的槽40内的磁漏，并且 该磁漏波动。当磁漏波动大时，在每个槽40中设置的转子线圈32n、32s 中的至少一者内产生转子线圈电流。当转子线圈电流产生时，转子线圈电 流被二极管34或二极管36进行整流，并且沿一个预定方向流动。当被二 极管34整流的电流流过对应的转子线圈32n时，转子凸极38n被磁化， 并且当被二极管36整流的电流流过对应的转子线圈32s时，转子凸极38s 被磁化，因此转子凸极38n、38s充当具有所需极性的磁极。在这种情况下， 由于二极管34、36之间整流方向的差异，N极和S极沿周向交替设置，作 为当转子线圈电流所产生的磁极。
在旋转电机12中，基于定子电流Iu、Iv、Iw和转子转速确定转子线 圈电流的大小，并且当转子转速在低于或等于特定转速的范围内增加时， 转子线圈电流增加。在这种情况下，转子转矩也随着转子线圈电流增加。
另一方面，与本实施例不同，当没有电流脉冲在d轴电流指令值Id(0) 和q轴电流指令值Iq(0)上叠加时，从定子16与转子线圈32n、32s联结的 磁漏的波动频率在转子18的低转速区域中为低，因此转子线圈电流减小， 并且转子转矩也减小。在本实施例中，Iq脉冲在q轴电流指令值Iq(0)上 叠加，如图3和图4所示，因此可以增加从定子16到转子18的槽40泄漏 的磁漏的波动，其结果是转子线圈电流增加。而且，Id脉冲在d轴电流指 令值Id(0)上叠加，因此，通过d轴磁路(图1中在转子18与定子16之间 沿d轴方向产生)的磁通量的波动也增加。转子线圈电流流过转子线圈32n、 32s，以便干扰波动。因此，转子线圈电流进一步增加。这样，可以增加低 转速区域中的转子转矩。
而且，相对于Iq脉冲以相反方向变化的Id脉冲在d轴电流指令值Id(0) 上叠加，并且电流向量I1、Im、I2的终点A、B、C全部位于同一电流控 制圆Cr上。因此，可以使定子电流(由电流向量I1、Im、I2定义)落在 电流控制圆Cr内，尚未叠加电流脉冲的电流向量I1也落在该控制圆内。 另一方面，电流向量Ia是根据比较实施例的电流向量，在该比较实施例中， 只有Id脉冲在d轴电流Id上叠加，没有Iq脉冲在q轴电流Iq上叠加。 可以理解，电流向量Ia落在电流控制圆Cr之外，并且定子电流超过电流 限制范围。
而且，当电流脉冲正在产生旋转磁场的电流向量上叠加时，控制装置 46将电流向量更改为中间电流向量Im(其电流相位为中间相位，即45°)， 并且与在向量轨迹沿直线从第一电流向量I1变化为第二电流向量I2的情况 下的中间相位θm上的假想电流Ima向量相比，增大了中间电流向量Im， 因此可以在正在叠加电流脉冲时提高转子转矩。将参考图3至图5对此进 行描述。
图5是旋转电机12沿周向的局部示意图，转子凸极38n中的一者相对 于位于Q位置处的一个定子凸极24偏移45°的相位。在此，“相位”指 示在转子18的N极中心与S极中心之间的角度为180°情况下的转子18 的电角，并且不同于上述“电流相位”。上述一个定子凸极24位于转子凸 极38n的旋转方向前侧。这对应于以下情况：电流向量的终点位于图3中 的最大磁阻转矩相位线α上。
图6示出本实施例中旋转电机12的磁阻转矩与电流向量的电流相位θ 之间的关系。在图6中，虚线γ对应于中间电流向量Im(其电流向量终点 被设定在图3中的最大磁阻转矩相位线α上)的中间相位θm，并且磁阻 转矩在中间相位θm上最大。
在这种情况下，中间电流向量Im大于中间相位θm上的假想电流向量 Ima，因此可以在磁阻转矩为最大的情况下增大每个定子凸极24的磁力。 因此，如图5所示，可以通过增加磁吸引力(在转子凸极38n与定子凸极 24之间沿箭头δ方向作用)来增大磁阻转矩。通过此方式，通过以下方式 提高正在叠加电流脉冲时的转子转矩：通过在电流脉冲正被叠加到电流向 量上时将电流向量更改为中间电流向量Im。
中间电流向量Im的终点B设置在第一电流向量I1的终点A和第二电 流向量I2的终点C所在的同一电流控制圆Cr上，因此可以使正在叠加电 流脉冲时的定子电流保持为与尚未叠加电流脉冲的定子电流大小相同，并 且可以有效地保护诸如逆变器之类的组件。而且，终点B位于电流控制圆 Cr与最大磁阻转矩相位线α的交点处，因此，位于图5中Q位置处的定 子凸极24的磁力(位于磁阻转矩最大的电流相位上)在允许的电流范围内 最大化，并且可以进一步增大转子转矩。
图4的下方示出对应于d轴电流Id和q轴电流Iq的转子转矩。在图 4中，虚线IdC、IqC、TrC处于比较实施例的情况下。在比较实施例中， 如图3中虚线箭头R所示，电流向量被更改，以使该电流向量的电流轨迹 沿直线从终点A延伸到终点C，然后沿直线从终点C返回到终点A。在上 述比较实施例中，d轴电流Id在电流向量从A更改为B时增加；但是， 转子电流陡降为0，以便抵消d轴电流Id的增加。此外，在比较实施例中， 正在叠加电流脉冲时所产生的磁阻转矩很小或者为0。在上述比较实施例 中，正在叠加电流脉冲时的转矩减小量增加。另一方面，根据本实施例中， 正在叠加电流脉冲时的d轴电流Id增加；但是，在电流向量被从A更改 为B时转子电流减小的情况下，磁阻转矩增加，从而可以减小转子转矩减 小量，如阴影区β1所示。此外，当转子电流在电流向量被从C更改为A 的情况下增加时，与比较实施例相比，可以通过磁阻转矩的增大来增大转 子转矩，如阴影区β2所示。
在旋转电机12中，随着转速的增加，与转子线圈32n、32s联结的磁 通量中的磁通量波动频率增加，结果转子线圈电流增加，并且转子转矩增 加；但是，在图4中，未考虑由于磁通量波动频率导致的转子转矩提高， 因此仅示出通过叠加电流脉冲产生的转子转矩。换言之，当未叠加电流脉 冲时，图4中的转子转矩为0。实际上，由于未叠加脉冲的时间段Ta内存 在转子线圈的直流电阻分量，因此转子转矩在时间上非常轻缓地降低；但 是，可通过在d轴电流Id和q轴电流Iq上重复地叠加电流脉冲，在电流 脉冲叠加的后半部分中恢复转子转矩。
如果当电流向量在第一电流向量I1与中间电流向量Im之间更改时的 第一预定时间段T1被设定为短于或等于当电流向量在中间电流向量Im与 第二电流向量I2之间更改时的第二预定时间段T2，则在A点与B点之间 的d轴电流Id变化宽度被设定为大于B点与C点之间的Id变化宽度的情 况下，可以在A点与B点之间急剧改变d轴电流Id，并且可以减小转矩。
中间电流向量Im的终点B被设定为位于电流控制圆Cr与最大磁阻转 矩相位线α的交点处。但是，终点B也可在电流控制圆Cr上除交点之外 的位置处设定。此外，终点B可在电流控制圆Cr的内部设定，并且位于 外部区域AO(图3中的阴影区)中，该外部区域位于直线AC的相对于 原点O的相反侧。直线AC是连接A点和C点并且通过假想电流向量Ima 的终点的假想向量轨迹。例如，终点B可在图3中的B1点、B2点和B3 点中的任一者处设定。当终点B在B1点处设定时，向量轨迹在A点、B 点和C点之间变化，并且通过外部区域AO，甚至位于最大磁阻转矩相位 线α上。因此，与比较实施例相比，可以通过磁阻转矩的增加来提高转子 转矩。这同样适用于终点B在B2或B3点处设定的情况。
仅在以下情况中的一者下，电流向量才可被更改为中间电流向量Im： 当电流向量从第一电流向量I1更改为第二电流向量I2时，以及当电流向量 被从第二电流向量I2更改为第一电流向量I1时。同样在这种情况下，可以 在电流向量被更改为中间电流向量Im时提高转子转矩。
控制装置46只能以等于或低于旋转电机12的预定转速在d轴电流指 令值Id和q轴电流指令值Iq上叠加电流脉冲。
图7是本发明的备选实施例中对应于图3的图形。图8是对应于图4 的时序图。该备选实施例与上述在图1至图6所示的实施例的不同之处在 于，图2所示的Id-Iq脉冲产生单元48在d-q坐标系中设定作为第一电流 控制圆的连续通电许可控制圆Cr1，和作为第二电流控制圆并且大于连续 通电许可控制圆Cr1的瞬时通电许可控制圆Cr2，以及设定尚未叠加电流 脉冲的电流向量，和正在叠加电流脉冲时的电流向量。
在这种情况下，第一电流向量I1的终点A在连续通电许可控制圆Cr1 上设定，第二电流向量I2的终点C在瞬时通电许可控制圆Cr2上设定。此 外，中间电流向量Im的终点B在瞬时通电许可控制圆Cr2上，在瞬时通 电许可控制圆Cr2与中间相位θm上的最大磁阻转矩相位线α的交点处设 定，在中间相位θm上，磁阻转矩为最大。因此，中间电流向量Im具有 45°的电流相位，在该电流相位上，磁阻转矩为最大。
电流向量的终点从电流脉冲叠加开始时的A点开始，在经过预设的第 一预定时间段T1之后，到达B点，然后在经过第二预定时间段T2之后， 到达C点，接下来依次在经过相同的第二预定时间段T2之后返回到B点， 然后在经过相同的第一预定时间段T1之后返回到A点。同样根据该配置， 最大磁阻转矩相位线α上的中间电流向量Im大于假想电流向量Ima，因 此可以增加磁阻转矩，并且可以在正在叠加电流脉冲时提高转子转矩。而 且，瞬时通电许可控制圆Cr2被设定在连续通电许可控制圆Cr1的外部， 叠加脉冲时的电流向量Im、I2的终点B、C被设定在瞬时通电许可控制圆 Cr2上。瞬时通电许可控制圆Cr2定义短时间通电中的最大允许电流范围， 以便保护诸如逆变器之类的组件，并且可被设定为大于图3所示的电流控 制圆Cr。因此，中间电流向量Im和第二电流向量I2可被设定为大于第一 电流向量I1，正在叠加脉冲时的转子转矩可被设定为大于图1至图6所示 的配置实例中的转子转矩。同样根据图7和图8所示的配置，可以在叠加 电流脉冲时抑制定子电流过度增加。
中间电流向量Im的终点B被设定在瞬时通电许可控制圆Cr2与最大 磁阻转矩相位线α的交点处。但是，终点B也可在瞬时通电许可控制圆 Cr2上除交点之外的位置处设定。此外，终点B可在瞬时通电许可控制圆 Cr2的内部设定，并且位于区域AO1中，该区域位于直线AC的相对于原 点O的相反侧。直线AC是沿直线从第一电流向量I1更改为第二电流向量 I2的假想向量轨迹。区域AO1中的d轴电流大于第一电流向量I1的d轴 电流。其它配置和功能类似于图1至图6中的实例。
在上述实施例中，描述这样的情况：转子线圈逐一缠绕在旋转电机12 的转子凸极38n、38s的每一者的周围；替代地，这些实施例也可应用于对 具有图9所示的转子线圈排列配置的旋转电机的控制。图9局部地示出旋 转电机的备选实施例中周向上的转子18，以及连接到转子线圈74n、74s、 76n、76s的二极管34、36。转子线圈74n缠绕在转子凸极38n的径向外远 端侧的周围作为感应线圈，转子线圈74s以类似的方式缠绕在转子凸极38s 的周围。
转子线圈76n缠绕在转子凸极38n的径向内近端侧的周围作为公共线 圈，转子线圈76s以类似的方式缠绕在转子凸极38s的周围。转子线圈74n 的一端经由第一二极管34和第二二极管36连接到转子线圈74s的一端。 二极管34、36均在连接节点F处连接，以使在相反的方向上确定互为正 向的方向。
转子线圈76s的一端连接到连接节点F，转子线圈76s的另一端连接 到转子线圈76n的一端。转子线圈76n的另一端在连接节点G处连接到两 个转子线圈74n、74s的其它端。
同样根据该配置，磁通量从定子侧与转子线圈74n、74s联结，并且转 子线圈电流流动，这样在转子凸极38n的远端形成N极，在转子凸极38s 的远端形成S极。在转子中，所有N极转子线圈74n可进行串联连接，以 便被作为单个N极的串联连接感应线圈处理，并且所有S极转子线圈74s 可进行串联连接，以便被作为单个S极的串联连接感应线圈处理。在这种 情况下，所有N极转子线圈76n可进行串联连接，以便被作为单个N极的 串联连接公共线圈处理，并且所有S极转子线圈76s可进行串联连接，以 便被作为单个S极的串联连接公共线圈处理。基于此，可使用图9所示的 连接关系在整个转子中共用两个二极管。
上面描述了本发明的实施例；但是，本发明不限于上述实施例。当然， 在不偏离本发明范围的情况下，可通过各种形式实现本发明。例如，描述 了采用集中式绕组的方式在定子中缠绕定子线圈的情况；替代地，只要可 以在定子中产生包括谐波分量的旋转磁场，也可采用分布式绕组的方式在 定子中缠绕定子线圈。