专利名称：交流电机及其控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种交流电机，例如由多相电流驱动旋转的步进电机，还涉及该交流电机的控制装置。
背景技术：
通常，步进电机公知的是利用P相和Q相两项电流来驱动旋转的，如日本公开的未审查专利申请No.2001-161055所公开的。图51示出的是普通两相步进电机具有八极时的截面图。图52是设置在图51中两相步进电机转子中的永磁体的圆周展开图。图53是图1中示出的两相步进电机定子极的圆周展开图。
在这些附图中示出的普通两相步进电机中，正电流流过P相绕组128。假设随后永磁体121朝着定子极124的方向产生磁动势，则转子转到定子极124与永磁体121的N极相互面对的位置处，然后停止。接着，P相电流变为零，正电流通过Q相绕组129。假设随后永磁体122朝着定子极126的方向产生磁动势，那么转子转到永磁体122的N极与定子极126相互面对的位置，旋转的机械角度是22.5度，即一个180度的电角度。接着，当Q相电流变为零并且一负电流通过P相绕组128时，转子转到定子极124与永磁体121的S极相互面对的位置，转子转过的机械角度是22.5度。
然后，当P相电流变为零，并且一负电流通过Q相绕组129时，转子转到定子极126和永磁体122的S极相互面对的位置，转子转过的机械角度是22.5度。然后，当Q相电流变为零，并且一正电流通过P相绕组128时，转子转到定子124和永磁体121的N极相互面对的位置，转过的机械角度是22.5度。然后，转子回到最初的位置，最终旋转一周。通过连续重复上面的操作，电机可受转动控制。当需要进行反转时，上述的各种操作可以相反进行。上面描述的操作步骤是两相电流间断提供时的情况。如果对具有90度相位差的两相交流正弦电流进行控制，那么可以进行更加平滑的转动控制。
图51、52和53所示的电机类型可以应用在各种装置中。因此，需要电机具有更高的性能、更小的尺寸、更低的成本。为此，已经将具有普通结构电机的磁电路改善成可以有效地利用永磁体121和122产生的磁通量。这里也有一个问题，P相定子极和Q相定子极之间的漏磁通将引起过度的转矩波动或者振动和噪音。并且，不像三相交流控制需要6个晶体管进行并联三相控制，在利用晶体管变换器控制两相电机的电压和电流中需要更多的晶体管，例如8个，这样将引起晶体管的驱动效率恶化和控制的复杂性。
发明内容
本发明已经考虑这些情况，并且发明目标是提供更小尺寸、更低成本的交流电机，还提供了一种控制装置，本发明的电机将使产生的转矩增加。
在本发明中，为了使解释本发明的本质变得简化，发明人引入了成对的转子侧或者定子侧以及定子极等新的科技术语。在详细说明中，术语“中性极”被定义成转子的特定形状部分和定子的特定形状，其能在转子和定子之间进行相互磁通转换，而不会在它们之间产生转矩。因此，假设进行磁通的传送，转子侧或者定子侧“中性极”不限于特定的形状和面积的大小。此外，“定子极”定义为形成在定子上的齿形部分，这样可以使通过的磁通集中。
为了弄清楚上面描述的问题，本发明的交流电机包括转子，其包括转轴，其可围绕沿转轴轴向的纵向中心轴旋转，N磁极和S磁极，其围绕转轴沿转轴圆周方向固定设置，和转子侧中性极，其沿轴向分别与N磁极和S磁极相邻固定设置，背轭，其与N磁极和S磁极磁性链接以与N磁极和S磁极一起用作背轭部件；本发明的交流电机还包括定子，其包括多个沿轴向相对于转子设置的模块，每个模块包括绕组，其沿圆周方向以环形绕在转轴上，定子侧中性极，其与转子侧中性极相对设置，定子极，其与N磁极和S磁极中的一个相对设置，
背轭，其与定子侧中性极和定子极彼此磁性链接。
因此，可以分别利用N极产生的磁通和S极产生的磁通增长产生的转矩。考虑转矩作为一个被要求的规格是不变的情况，可以实现一种具有更小尺寸、成本更低并且可以产生需要转矩的交流电机。
更优地，将每个模块的背轭形成具有一个磁路，通过在同一方向的每一个转子侧中性极和每一个定子侧的中性极，该磁路使每一个N极产生的磁通F1和每一个S极产生的磁通F2与绕组连接。因此，设置这样的一个磁路，可以增加有助于转矩产生的总的磁通量。
更优地，当多个模块的数目是n(大于2的正整数)，每个模块中的定子极都沿同一圆周上设置，间距大致是180的电角度，圆周的中心是转轴，模块和模块之间的定子极设置位置彼此移动“360/n”度电角度。因此，使用与多相对应的多个模块，可以使转子沿同一方向有效旋转。
更优地，在每一个模块中，设置定子侧中性极代替绕转轴沿同一圆周以大约360度电角度间距设置的定子极，或者除去绕转轴沿同一圆周以大约360度电角度间距设置的定子极。因此，通过增加定子极的面积，绕组的漏磁通可以增加以减少定子极之间的漏磁通进而增加产生的转矩。
更优地，多个模块的数目是2，一个模块分配给P相，另一个模块分配给Q相，共提供两相——P相和Q相。
P相定子极设置在以转轴为中心的同一圆周上，P相定子极之间的间距大致为180度的电角度。
Q相定子极设置在以转轴为中心的同一圆周上，Q相定子极之间的间距大致为180度的电角度，但是与P相定子极相比，Q相定子极移动的电角度是大约90度。
因此，由P相和Q相组成的两相交流电机可以实现。并且，分别对于每一相，可以有效地利用转子N极和S极产生的磁通增加产生的转矩。
作为例子，每一模块的多个定子极进行磁聚集从而与一个定子侧中性极相连。通过使用多个定子极进行磁聚集构成的磁路，可以减少不同定子极之间的漏磁通，进而可以有效地利用磁通，这样可以进一步增加转矩，改善功率因数和效率。
作为例子，转子和定子全部或者部分由软磁金属粉材料构成，通过对这些材料进行挤压形成转子和定子。因此，构成三相磁路可以减少磁通损耗，并且可以使复杂形式的生产变得相对容易，因此可以降低生产成本。
作为一个例子，定子或者转子全部或者部分用一种成份构成，这种成份由软磁金属粉材料和磁刚片共同组合制得。因此，扁平轧制的磁钢片和磁钢条可以用来做薄和易断的部分，例如定子极的顶部，而软磁金属粉材料可以用在其它部分，进而获得磁通损耗减少量和强度的安全性之间的平衡。
最优地，P相绕组可以利用三相交流绕组Lu，Lv和Lw中绕组Lw部分，绕组Lu设置在绕组Lw的相反位置，Q相绕组使用三相交流绕组Lu，Lv和Lw中Lw部分，绕组Lw设置在绕组Lv的相对位置。这样能够实现控制，于是三相电流通过P相绕组和Q相绕组，进而简化控制所需的结构。
最优地，将置于每一模块的多个定子极分成n组，属于每一组的定子极沿圆周进行相对移动，移动的电角度是360/(m×n)的整数倍，这里n是一个正的整数，m是将要减少的转矩脉动的次数。此外，将设置在转子上的N极和S极分成n组，每一个磁极，属于每一组的N极和属于每一组的S极沿圆周进行相对移动，移动的电角度是360/(m×n)的整数倍，这里n是一个正的整数，m是将要减少的转矩脉动的次数。因此，一定可以减少具有所需次数的转矩脉动，而这个次数可以预知是很大的。
更优地，多个模块的数目是2，每个模块分配给U相、V相和W相，共三相。
置于两个模块中每一横块的定子极相互之间移动的间距大致是120度的电角度。
包含在一个模块中的绕组具有U相绕组和第一V相绕组，它们的旋转方向是相反的。
包含在其它模块中的绕组具有第二V相绕组和W相绕组，它们的旋转方向是相反的。
第一和第二V相绕组串联连接，并且它们的旋转方向是相反的。
通过这种使用这种方法组成三相交流电机，可以实现振动和噪音减少而具有高效率的电机。并且，这样的电机可以进行批量生产，还可以用成本低的三相电机反相器进行驱动，因此可以降低成本。
在设置U、V和W相绕组的绕组结构中，U相绕组和第一V相绕组在同一电磁位置上进行缠绕，它们可以聚集到一个单个绕组。第二V相绕组和W相绕组在同一电磁位置进行缠绕，它们可以聚集到一个单个绕组。因此，绕组可以简化，铜耗也可以减少，因此可以提高输出。
作为另一个优选的例子，交流电机还包括用于控制流入P相绕组的电流Ip和流入Q相绕组的电流Iq的装置，因此满足下面的关系式Ta＝Wp×Ep×Ip+Wq×Eq×Iq这里Ta是转矩指令，Ep＝dΦp/dθ是与P相绕组链接的磁通Φp旋转角度的变化率，Eq＝dΦq/dθ是与Q相绕组链接的磁通Φq旋转角度的变化率，Wp是P相绕组的匝数，Wq是Q相绕组的匝数。
通过使用控制设备控制流入每一相绕组的电流，可以使交流电机产生需要的转矩。
在附图中，图1是根据本发明实施方式制成的交流电机的纵向横截面；图2是8极转子沿旋转方向的展开图；图3是与转子相对的定子极沿旋转方向的展开图；图4是P相绕组和Q相绕组沿旋转方向的展开图；图5是一个图例，显示了根据本发明实施方式制成的定子的横截面位置；图6是沿图5上的A-A线截出的横截面；图7是沿图5上的AG-AG线截出的横截面；图8是沿图5上的B-B线截出的横截面；图9是沿图5上的BG-BG线截出的横截面；图10是沿图5上的C-C线截出的横截面；图11是沿图5上的CG-CG线截出的横截面；图12是沿图5上的D-D线截出的横截面；图13是沿图5上的DG-DG线截出的横截面；图14说明的是普通交流电机的一个绕组的磁链模型；图15说明的是根据本发明实施方式制成交流电机的磁链模型；图16是一个矢量图，其显示了根据本发明实施方式制成的交流电机电压、电流和功率之间的关系；
图17是一改进交流电机的纵向横截面图，其中定子极和定子侧中性极的形状已经进行了改良；图18是沿图17上的E-E线截出的横截面；图19是沿图17上的F-F线截出的横截面；图20是沿图17上的G-G线截出的横截面；图21是沿图17上的H-H线截出的横截面；图22是电机结构的横向横截面，该结构可以减少不同定子极之间的漏磁通；图23是电机结构的横向横截面，该结构可以减少不同定子极之间的漏磁通；图24是电机结构的横向横截面，该结构可以减少不同定子极之间的漏磁通；图25是电机结构的横向横截面，该结构可以减少不同定子极之间的漏磁通；图26是一纵向横截面，其显示了一种改进的交流电机；图27是一定子内圆周沿旋转方向的线性展开图；图28是沿图26上的J-J线截出的横截面；图29是沿图26上的K-K线截出的横截面；图30是沿图26上的L-L线截出的横截面；图31说明了一改进交流电机的绕组的磁链模型；图32是一个矢量图，说明了通过设计的电机绕组将两相交流电明显转换成三相交流电的方法；图33是一个电气等效图，说明了使用明显方法使两相交流电流过具体绕组；图34是一定子极位置移动的具体例子，进行位置移动可以减少转矩脉动；图35是一永磁体位置移动的具体例子，进行位置移动可以减少转矩脉动；图36是一改进交流电机的纵向横截面，在该电机上增加了一个绕组来补偿沿转子转轴方向的磁动势；图37是交流电机控制设备的一个具体例子；图38是一改进交流电机的纵向横截面，该交流电机的中性极位置已经发生了改变；图39是图38所示交流电机转子表面轮廓的线性展开图；图40是图38所示定子的内圆周表面沿旋转方向的线性展开图；图41显示了由U相、V相和W相构成的三相交流电机，其是图26所示的由P相和Q相组成的两相交流电机的改进；图42是图41所示定子的内圆周表面沿旋转方向的线性展开图；图43是图41所示转子绕组沿旋转方向的线性展开图；图44是一矢量图，其显示了图41所示交流电机的性能；图45是一基本转子的横向截面图；图46是一改进电机的横向截面图；图47是一改进电机的横向截面图；图48是一改进电机的横向截面图；图49是一改进电机的横向截面图；图50是一改进电机的横向截面图；图51是一横截面图，显示了普通两相步进电机的结构；图52是置于图51所示两相步进电机转子内部的永磁体的圆周展开图；图53是图51所示两相步进电机定子极的圆周展开图。
具体实施例方式
下文中，参照附图对根据本发明一种实施方式制成的交流电机进行详细描述。
图1是根据一种实施方式制成交流电机的纵向横截面。图1所示的是根据本发明制成的交流电机1，其是一个包括P相模块和Q相模块的两相电机(对应于每一相的模块被称为“激励器”)。两相电机包括一个转子100，一个定子200和一个电机机壳12。转子100包括一个转轴11，一个P相永磁体13，一个Q相永磁体14以及一个背轭2。
图2是8极转子100沿旋转方向的展开图。沿水平轴描出的角度表示的是机械角度，360度表示旋转一周。一方面，组成转子极P相永磁体13的N极和S极沿圆周方向交替分布，另一方面，组成转子极Q相永磁体14的N极和S极也沿圆周的方向交替分布。这些P相永磁体13和Q相永磁体14彼此之间沿转子轴11按照一个预定的间距分布。转子侧中性极25、26、27，即背轭2的部分，沿转子轴11分布并与P相永磁体13和Q相永磁体14相邻。
定子200包括一个P相绕组23，一个Q相绕组24，P相定子极16、17，Q相定子极20、21，P相定子侧中性极15、18，Q相定子侧中性极19、22。图3是与转子100相对的单个定子极沿旋转方向的展开图。沿水平轴描出的角度表示的是机械角度，360度表示旋转一周。P相定子极16在正方向位于对着转子100的P相永磁体13的位置。一个对着转子侧中性极26的P相定子侧中性极18引导磁通F1与P相绕组23链接，磁通F1通过P相定子极16。P相定子极16和定子侧中性极18通过定子200的背轭相互连接，从而围绕P相绕组23。相似地，P相定子极17在反方向位于对着转子100的P相永磁体13的位置，如图中的虚线所示。一个对着转子侧中性极25的P相定子侧中性极15引导磁通F2与P相绕组23连接，磁通F2通过P相定子极17。P相定子极17和P相定子侧中性极15通过定子200的背轭相互连接，从而围绕P相绕组23。将P相绕组23的磁通F1和F2配置成同一方向的磁链。
将Q相定子极21设置成在正方向对着转子100的Q相永磁体14。一个对着转子侧中性极26的P相定子侧中性极19引导磁通磁通F3与P相绕组24链接，磁通F3通过Q相定子极21。Q相定子极21和Q相定子侧中性极19通过定子200的背轭相互连接，这样就包围了Q相绕组24。相似地，Q相定子极20在反方向位于对着转子100的Q相永磁体14的位置，如图中的虚线所示。一个对着转子侧中性极27的Q相定子侧中性极22引导磁通F4与Q相绕组24链接，磁通F4通过Q相定子极20。Q相定子极20和Q相定子侧中性极22通过定子200的背轭相互连接，从而围绕Q相绕组24。将Q相绕组24的磁通F3和F4配置成同一方向的磁链。
图4是P相绕组23和Q相绕组24沿旋转方向的展开图。沿水平轴描出的角度表示的是机械角度，360度表示旋转一周。如图4所示，P相绕组23和Q相绕组24都具有环形的形状。图4中的虚线显示了对应各自旋转角的转子100的永磁体13、14的形状以及转子侧中性极25、26、27的形状。
下文中，详细描述定子200的形成。图5显示了根据本发明实施例制成的定子200的横截面位置。图6沿图5上的A-A线截出的横截面图，该图显示了P相定子极16、17的横截面形状。图7显示了沿图5上的AG-AG线截出的横截面图，该图显示了P相定子侧中性极18的横截面形状。图8显示了沿图5上的B-B线截出的横截面图，该图显示了P相定子极16、17的横截面形状。图9显示了沿图5上的BG-BG线截出的横截面图，该图显示了P相定子侧中性极15的横截面形状。图10显示了沿图5上的C-C线截出的横截面图，该图显示了Q相定子极20、21的横截面形状。图11显示了沿图5上的CG-CG线截出的横截面图，该图显示了Q相定子侧中性极19的横截面形状。图12显示了沿图5上的D-D线截出的横截面图，该图显示了Q相定子极20、21的横截面形状。图13显示了沿图5上的DG-DG线截出的横截面图，该图显示了Q相定子侧中性极22的横截面形状。
定子极与定子侧中性极是成对的，并且定子侧中性极通过一个位于定子200外径侧的磁路与定子极进行磁连接。特别情况下，P相定子极16与P相定子侧中性极18彼此之间进行物理连接，并通过位于定子200外径侧的磁路构成一个磁路。相似地，P相定子极17和P相定子侧中性极15彼此之间进行物理连接，并通过位于定子200外径侧的磁路构成一个磁路。Q相定子极21和Q相定子侧中性极19彼此之间进行物理连接，并通过位于定子200外径侧的磁路构成一个磁路。Q相定子极20和Q相定子侧中性极22相互之间进行物理连接，并通过位于定子200外径侧的磁路构成一个磁路。设置这样4对磁路，可以在圆周方向一定程度地实现定子极16、17、20、21彼此之间的磁隔离，以至于旋转方向上各极之间的漏磁通不会引起问题。
应该注意的是本发明的交流电机是8极电机，其中同相的定子极分布在一圆周上，彼此之间具有360度的电角度，每相有4极。因为这些同相定子极在彼此之间进行磁连接的状态下，表现出稳定的磁效应，所以可以将它们在物理上进行连接，进而增加定子200的强度。特别地，如图7、9、11和13所示，定子侧中性极15、18、19、22可以在内径侧进行环形连接，进而增加间隙侧的面对面积。因此，定子侧中性极15、18、19、22和转子侧中性极25、26、27之间的磁阻可以减小，从而得到一个良好的电磁效应。并且，定子侧中性极18、19在轴向上相邻，如果从电机运行的角度看，定子侧中性极18、19和转子侧中性极26之间的的磁阻足够小，那么定子侧中性极18、19可以通过互相之间进行磁连接来简化定子200的结构。
下文将对照图51所示的普通结构的交流电机，来描述根据本实施方式制成交流电机的电磁作用。作出参考，磁通通过集中在交流电机的一个部件即仅仅是定子极124、125上，以及集中在图51所示普通结构交流电机的永磁体121的一对N极和S极上，来链接P相绕组128。典型地，参照图14描述这一原理。永磁体56、57对应图52上的永磁体121的一对N极和S极。背轭55对应图51上的背轭123。绕组58对应图51上的P相绕组128。图51所示交流电机一个部件的磁链产生的磁通在图14中用参考符号A表示，即N极永磁体56发出的磁通经绕组58返回S极永磁体57。
现在作出参考，磁通通过集中在交流电机的一个部件即仅仅是定子极16、17上，以及集中在图1所示根据本发明实施方式制成交流电机的P相定子侧中性极15、18的组合和永磁体13的一对N极和S极上，来链接P相绕组23。典型地，可以参照图15描述这一原理。永磁体56、57对应图2上的永磁体13的一对N极和S极。图15所示的转子侧中性极25、26与图2所示的转子侧中性极25、26相同，即对应背轭和永磁体56、57。绕组29对应图1所示的P相绕组23。如图15所示，根据本实施方案制成的交流电机一个部件内的磁链是N极永磁体56和S极永磁体57产生磁通的总和，N极永磁体56产生的磁通绕绕组29后，再经转子侧中性极25(参考符号B1)返回N极永磁体56，而转子侧中性极26发出的磁通绕绕组29后，返回S极永磁体57(参考符号B2)。
因此，参照图14和图15，即使磁体表面积是相同的，根据图15所示本实施方案制成的交流电机产生的磁链几乎是普通交流电机的2倍。然后，应该注意的是图15所示的交流电机比普通交流电机需要使用更厚的永磁体，因为前者需要永磁体产生的磁动势是后者的2倍。因为最近已经使用多种薄的高性能稀土永磁体，所以如果这些磁体较厚，那么设计电机时产生的一些问题，例如大尺寸问题几乎就不会发生。
绕组29的2倍磁链会使交流电机产生2倍的电压。因此，同样的交流电机电流将产生2倍的转矩。相应地，交流电机可以微型化，成本也会降低。总而言之，通过增加定子侧中性极15、18、19、22和转子侧中性极25、26、27可以使图1所示的交流电机1具有大转矩、小尺寸和低成本。
应该注意的是，为了说明这个原理，尽管在图3中所示的定子极16、17、20、21的形状是长方形，这些定子极在气隙侧构成与转子100相对的表面，但是它们的形状也可以梯形、偏斜形、椭圆形、三角形等等。在交流电机中，主要的技术问题是减少齿槽转矩和转矩脉动。尽管图2所示的转子极形状和图3所示的定子极形状表现了大的平均转矩，但是没有提供关于减少齿槽转矩和转矩脉动的对应措施。可以通过改变上面描述的定子形状来改善这些问题。
下文将描述根据本实施方案制成交流电机的磁通、电压、电流、转矩和功率之间的关系。图16是一个矢量图，其描述了根据本实施方案制成交流电机的电压、电流和功率之间的关系。图16中，X轴表示了实轴，Y轴表示虚轴，这里相对X轴(CCW方向)为逆时针的角度表示一个相角。磁通Φp和Φq的旋转角变化率(下文称作“旋转角变化率”)被称为单位电压Ep和Eq，磁通Φp和Φq通过P相定子侧中性极15、18和Q相定子极19、22并与P相绕组23和Q相绕组24链接，因此可以建立下面的等式Ep＝dΦp/dθ，Eq＝dΦq/dθ，这里θ表示转子100的机械旋转角。单相定子极位置相对永磁体13或者14每次改变90度的电角度，如图13所示。相应地，单相绕组23、24每周感应的单位电压Ep和Eq产生了两相交流电压，如图16的矢量图所示。并且，因为Ep和Eq主要与极数成正比，所以极数比图1所示的8极结构还要多的多极结构可以产生更大的转矩。
假设旋转以恒定的旋转角dθ/dt＝S1进行，绕组23、24的匝数分别是Wp和Wq，它们的值等于Wc，则感应电压Vp和Vq如下式表示Vp＝Wp×(dΦp/dt)＝Wp×dΦp/dθ×dθ/dt＝Wp×Ep×S1 (1)Vq＝Wq×Eq×S1 (2)参照绕组和电压之间的明确关系，P相的单位电压Ep是P相绕组23旋转一周产生的电压，Q相的单位电压Eq是Q相绕组24旋转一周产生的电压，如图1和图4所示。
如果交流电机1可以有效地产生转矩，各自相的电流Ip、Iq分别在与各自相的绕组中流动，它们的相位与各相绕组上的电压Ep和Eq的相位相同，这样功率因数应该是1。因此图16显示了一种情况，例如这里电流Ip、Iq分别与单位电压Ep、Eq落入相同的相位。
单相的功率Pp、Pq和交流电机的输出功率Pa如下面的等式表示Pp＝Vp×Ip＝Wp×Ep×S1×Ip(3)Pq＝Vq×Iq＝Wq×Eq×S1×Iq(4)
Pa＝Pp+Pq＝Vp×Ip+Vq×Iq (5)单相的转矩Tp、Tq和交流电机的转矩Ta如下面的等式表示Tp＝Pp/S1＝Wp×Ep×Ip(6)Tq＝Pq/S1＝Wq×Eq×Iq(7)Ta＝Tp+Tq＝Wp×Ep×Ip+Wq×Eq×Iq＝Wc×(Ep×Ip+Eq×Iq)(8)现在针对不同的数量进行讨论，假设一个具体的例子交流电机的极数为8，并且转子100的磁通分布是理想的正弦波分布，并且还假设P相磁通Φp和Q相磁通Φq是两相具有90度电角度差异的磁通，并且Φp＝Φo×sin(8/2×θ)，Φq＝-Φo×cos(8/2×θ)。然后，绕组电压表示为Ep＝dΦp/dθ＝4Φo×cos(4θ)，Eq＝dΦq/dθ＝4Φo×sin(4θ)。使用公式(1)和(2)计算产生的等式如下Vp＝Wp×Ep×S1＝Wp×4Φo×cos(4θ)×S1Vq＝Wq×4Φo×sin(4θ)×S1这里，Φo是磁通的幅值。这样，Vp、Vp成为具有90度电角度差的两相交流电压。
假设电流Ip＝Io cos(4θ)，电流Iq＝Io sin(4θ)，使用公式(3)和(4)导出的功率等式如下Pp＝Vp×Ip＝Wp×4Φocos(4θ)×S1×Io cos(4θ)＝4Wp？Φo·S1·Iocos2(4θ)Pq＝Vq×Iq＝4Wq？Φo·S1·Io sin2(4θ)Pa＝Pp+Pq＝Vp×Ip+Vq×Iq＝4Wp？Φo·S1·Io根据本发明实施方案制成交流电机的输出转矩Ta可以用Ta＝4Wp？Φo·Io表示，该式可以从公式(8)导出。相应地，输出转矩Ta是一恒定值，并且输出转矩Pq正比于旋转速度S1。
在图1中示出的根据本实施方式的交流电机中，已经对P相和Q相之间的相差为90度电角度的情况进行的说明。然而，即使当相差不为90度时，可以通过适当选择电流Ip、Iq的幅值和相以及单相绕组23、24的绕组匝数Wp、Wq来保证具有很小转矩脉动的转矩Ta。
如参考附图14和15所描述的，根据本实施方式的交流电机1的特性在于上述公式(1)中的dΦp/dΦ与图51中示出的普通结构交流电机相比大，因为单相绕组23、24的磁通链Φp、Φq可以变得更大。因此，采用相同的电流量可以获得更大转矩、更高效率以及更小尺寸。
(各种改进方式)下文描述根据上述实施方式的交流电机1的各种改进方式，其中会进一步改善电机的形状和结构。
(第一种改进方式)图17是交流电机改进方式的横截面，其中对定子极和定子侧中性极的形状进行了改进。在图1中示出的交流电机1中，各相的定子极和定子侧中性极是这样定位的，磁路从定子外围延伸到定子200和转子100之间的气隙，该磁路是沿转轴11方向形成在不同位置上的。因此，电机的长度非常长。相反，在图17示出的经改进的交流电机中，从定子最外面的直径处延伸到气隙的磁路沿转子轴向形成在相同位置上，其中该定子具有P相定子极37和P相定子侧中性极38。简言之，磁路是形成在相同圆周上，这样沿转轴11的长度可以非常短。类似的，磁路从具有Q相定子极42和Q相定子侧中性极43的定子的最外面直径处延伸到气隙，该磁路也沿转子轴向形成在相同位置上的。简言之，磁路是形成在相同圆周上，这样沿转轴11的长度可以非常短。还有，同具有图1示出的结构的变形方式相比，在电机中心部分处形成定子侧中性极40，其中两个定子侧中心极即极18、19磁性聚合成一个极，该定子侧中心极40的位置与定子极39、41沿转子轴向的位置相同。因此，沿转轴11的长度可以变得更短。
图17中示出的交流电机各部分的基本性能和工作情况与图1中示出的交流电机各部分情况相同，除了定子磁路结构已经改变之外。图18是沿图17中E-E线的横截面，其中示出了正向的P相定子极37横截面的形状和背向的P相定子侧中性极38横截面的形状。图19是沿图17中F-F线的横截面，其中示出了背向的P相定子极39横截面形状和正向的P相定子侧中性极40横截面形状。图20示出了沿图17中G-G线的横截面，其中示出了正向的Q相定子极42横截面形状和背向的Q相定子侧中性极43横截面形状。图21示出了沿图17中H-H线的横截面，其中示出了背向的Q相定子极41横截面形状和正向的Q相定子侧中性极40横截面形状。优选的是，允许假设正向的P相定子侧中性极40和正向的Q相定子侧中性极40它们自己与转子侧中性极36之间的磁阻足够小，以致不会引起交流电机磁路工作的任何问题，而且它们两者都可基于这种假设。如图18到21中虚线所示，定子侧中性极38、40、43分别在内围侧彼此环状连接，从而增加与转子侧中性极相对的区域的面积，这样可以减少磁阻。
(第二改进方式)两相交流电机，由P相和Q相组成，已经参照附图1到21进行了描述。通过为各个相提供N个模块(激励器)，可以将类似原理应用到N相交流电机(N大于2)中。
尤其是，图1中示出的结构包括两相交流电机，因此电机包括两个激励器，两个激励器的相差是90度。在这点上，通过沿轴向设置N个激励器，并使相位彼此相对偏移360/N度电角度，来构成一个N相交流电机。
如图17所示，假如其复合结构部分是由合成物制成，该合成部件可以沿轴向连续设置，同时使相偏移360/N度电角度，由此可以组成一个N相交流电机。然而在这个连接关系中，其结构必须这样设置，即除了图17所示结构产生磁通分量外不应给磁路产生磁通分量。相应地，为了消除上述复合部件之间的磁通，需要提供磁绝缘，这样不会使定子中的复合部件之间的磁路连接上，也不会使转子中的复合部件之间的磁路连接上。
(第三种改进方式)在前面参考图1描述的交流电机中，主转矩常数，即相同电流流经相同绕组而获得的输出转矩，可以通过采用多极化而增大。然而，多极结构引起的问题是，各个定子极之间的距离变短，进而各个定子极之间发出的漏磁通增加。在极之间漏磁通的这种增加会导致有效产生转矩的磁通减少，进而减小了产生的转矩并降低了功率因数，因此最终降低了效率。这种增加也会引起过多的转矩脉动、振动或噪音。
图22到25示出了用于降低定子极之间漏磁通的交流电机的横截面图。这个附图示出的结构是极数增加到了16个。图22到25分别示出对应于图17中E-E线截面、F-F线截面、G-G线截面和H-H线截面的结构，但是定子结构和极数是不同的。
图22中，在截面图中没有示出的16极永磁体30用虚线表示。正向的P相定子极37相对于转子永磁体30设置，未在截面图中示出的它们的顶部44也用虚线表示。每个定子极37的两个顶部44是磁性聚合的，并与背轭的磁路连接。背向的P相定子侧中性极38与转子侧中性极36相对设置，并在定子内围部分上彼此环状连接。
图23中，每个背向P相定子极39的顶部50，与转子的永磁体30相对设置，由于它们在截面图中没有示出所以用虚线表示。每个定子极39的两个顶部50是磁性聚合的，并与背轭的磁路连接。正向的P相定子侧中性极40与转子侧中性极36相对设置，在定子内围部分上环状连接。
对于经过定子极37的磁通，这种永磁体30发出的磁通经过极顶部分44、定子极37、邻近定子外圆周的磁路46、定子侧中性极40、返回到转子侧中性极36。磁路46是沿转子轴向连接起来的，从图22中示出的截面部分延伸到图23中示出的截面部分。对于经过定子侧中性极38的磁通，永磁体30发出的磁通经过极顶部分50、定子极39、邻近定子外圆周的磁路45、定子侧中性极38，返回到转子侧中性极36。磁路45是沿转子轴向连接起来的，从图22中示出的截面部分延伸到图23中示出的截面部分。
图24中，在截面图中没有示出的16极永磁体30用虚线表示。正向的Q相定子极42相对于转子永磁体30设置，未在截面图中示出的它们的顶部51也用虚线表示。每个定子极42的两个顶部52是磁性聚合的，并与背轭的磁路连接。背向的Q相定子侧中性极43与转子侧中性极36相对设置，并在定子内围部分上彼此环状连接。
图25中，背向Q相定子极41的顶部52，与转子的永磁体30相对设置，由于它们在截面图中没有示出所以用虚线表示。定子极41的两个顶部52是磁性聚合的，并与背轭的磁路连接。正向的Q相定子侧中性极40与转子侧中性极36相对设置，在定子内围部分上环状连接。该定子侧中性极40是P相和正向P相定子侧中性极的集合体。
对于经过定子极42的磁通，永磁体30发出的磁通经过极顶部分51、定子极42、邻近定子外圆周的磁路49、定子侧中性极40、返回到转子侧中性极36。磁路49是沿转子轴向连接起来的，从图24中示出的截面部分延伸到图25中示出的截面部分。对于经过定子侧中性极43的磁通，永磁体30发出的磁通经过极顶部分52、定子极41、邻近定子外圆周的磁路48、定子侧中性极43、返回到转子侧中性极36。磁路48是沿转子轴向连接起来的，从图24中示出的截面部分延伸到图25中示出的截面部分。
图22到25中示出的结构特征在于将两个顶极部分44集合到公共定子极37和磁路46中的磁性聚合。这种磁性聚合可以允许磁路数量减少，因此相邻磁路之间的距离变得非常大，这样可以获得极之间漏磁通减少的效果。结果，功率因数得到改善，因此可以达到增大转矩的效果。三个或更多的极顶部分可以在定子极中磁性聚合。
定子侧中性极38在定子内围部分彼此环状连接，以增加在转子侧中性极和定子侧中性极之间气隙处的相对区域，这样可以得到减少气隙处磁阻的效果。至于从图22中示出截面部分延伸到图23中示出截面部分的磁路，可以进行各种改进，比如采用沿转子轴向定位的间隔，偏离这些截面部分，或者采用电机壳体12作为磁路的一部分。还有，虽然在定子极中聚合的方式与在定子侧中性极中聚合的方式不同，但是两种方式可以混合在一起使用。
(第四种改进方式)图26是改进方式，即由P相和Q相组成的两相和八相交流电机，的截面图。转子100A包括P相永磁体65、Q相永磁体66和背轭2。背轭部分用作转子侧中性极67。沿圆周方向直线展开的转子表面轮廓与图2种示出的转子表面轮廓是相同的，除了位于两端的转子侧中性极25和27在本改进方式中被省去了。
定子200A包括P相绕组73、Q相绕组74、P相定子极68和》69、Q相定子极70和71，以及定子侧中性极72。P相绕组73和Q相绕组74都是环形形状，其沿圆周方向直线展开的结果在图4中示出。
正向的P相定子极68与永磁体65相对设置。P相定子侧中性极72用于引导经过定子极68的磁通F1以链接P相绕组73，并相对于定子侧中性极67设置。
正向的Q相定子极70与永磁体66相对设置。Q相定子侧中性极72用于引导经过定子极70的磁通F3以连接Q相绕组74，并相对于定子侧中性极67设置。定子侧中性极72既用作P相定子侧中性极又用作Q相定子侧中性极。例如在定子侧中性极72气隙侧处的端部形状可以做得很大，这样面对转子100A的区域可以增加以减少磁阻。图26中示出的交流电机可以增大转矩，因为其简化的定子结构以及使定子极与转子相面对的区域变大。
图27是定子200A内围表面沿旋转方向的直线展开图。水平轴表示旋转角度，该旋转角度是用机械角度表示的，其中360度表示旋转一圈。Q相定子极70相对于P相定子极68的位置偏移相差Pab，其是22.5度机械角，即90度电角度。同一相中的定子极之间的相差是P1和P2的总和，是90度机械角，即360度电角度。
在图26中用虚线表示的定子极69、71是背向的定子极，用于分别吸收Q相定子极68和Q相定子极70反向磁通，并与定子侧中性极72磁性连接。如果省去反向定子极69、71，交流电机也可以工作。因此，通过省去定子极69、71，定子结构可以得到简化，同时方便地增加P相绕组73和Q相绕组74的绕组倍数或简化整体结构。
相反，通过增加定子极69、71的数量，可以吸收转子表面上没有通过定子极68、70的不必要的磁通分量，进而增加交流电机产生的力矩，尽管这要依靠转子的结构或者转子的磁特性。因为这些定子极69、71的主要作用是吸收或者消除漏到定子轴68、70的有害的磁通，所以不需要将定子极69、71设置在靠近转子表面的位置。如果将沿定子极69、71的气隙长度制造得比沿定子极68、70的气隙长，那么几乎不会发生电机特性恶化的情况。定子极69、71的形状可以被简化成一个，例如是一根杆的形状。通过将具有简化形状的定子极69、71靠近定子极68、70设置，有害的磁通可以被吸收或者消除。
交流电机定子极的形状和电机特性之间的关系如图26和图27所示，特别地，改善电机特性的需求如下(I) 允许永磁体65到P相定子极68的磁通量N1尽可能地增加，也允许永磁体66到Q相定子极70的磁通量N3尽可能地增加，进而增加每个绕组的力矩常数；(II) 尽可能地减少漏磁通，即没有通过永磁体65而是直接由P相定子极68到反相定子侧中性极69或者定子侧中性极72的磁通，这些漏磁通没有用于增加力矩，在这方面讲，漏磁通是有害的，因为它使功率因数恶化。
根据上面描述的需求(I)和(II)，图27显示的定子极68沿正向的宽度Pax应该更宽些，这样来自转子100A中同相永磁体65的穿过定子极68的磁通可以尽可能的多。另一方面，正向定子极68和反向定子侧中性极69之间的距离应该尽可能的大，这样各极之间的漏磁通会尽可能地小。因此，如果正向定子极68的极宽Pax比180度的电角度小，并且反向定子侧中性极69的极宽Pay比宽度Pax小0～40％时，那么可以产生一个更大的总力矩。当交流电机的极数增加时，并且当永磁体65、66的宽度足够宽以至于通过各自部分的磁通大体与对着永磁体的磁面积成正比例进而产生一个更大的磁通势时，这个原理的作用是显著的。
图28是沿图26的J-J线截得的横截面。图29是沿图26的K-K线截得的横截面。图30是沿图26的L-L线截得的横截面。
与图51所示的普通交流电机进行对比，描述图26所示的交流电机的磁操作。作出如下参考，通过仅集中在定子极124、125和具有普通结构的交流电机永磁体121的一对N极和S极组成的一个复合体上，那么可将与P相绕组128链接的磁通看作交流电机的一个部件。在这种情况下，典型的磁通量如图14所示。相似地，图31可以典型说明图26中示出的交流电机。图31中，与绕组73链接的磁通量C1仅使用了永磁体65的一个N极和S极，由于定子侧中性极69则可以确保剩余磁通C2不与绕组73链接。
现在对图14中示出的磁通A和图31中示出的磁通C1的量进行比较。至于磁通密度，磁通A是更有利的(更大的)，因对N极和S极的磁能都得到了有效的利用。然而，对高性能稀土磁体的利用，即足够厚的永磁体，可以进行这样的设计，其中磁通A和磁通C1的磁通密度稍有不同。至于磁通区，由于交流电机采用了多个极，所以为了减少极之间的漏磁通，在定子极124和125之间需要更大的距离。结果，图51中示出的定子极124、125的磁相对区必须变小。另一方面，图26中示出的定子极68的磁相对区可以变得更大，并且具有与永磁体65尺寸匹配的最佳形状，因为相邻定子侧中性极69的形状可以变得更小以增大极之间的距离。因此，图26中示出的交流电机可以允许具有比图51中示出的普通结构交流电机更大的转矩常数，进而实现大转矩、小尺寸和低成本，尽管它可能依赖于交流电机中的极数。
图27中，定子极68、70和69、71在气隙侧是矩形形状，以简单示意性地说明其原理。然而，通过偏斜、或使它们形成椭圆形、或省去极的某些角的方式，定子极的形状可以进行各种针对减少相邻极之间的漏磁通或减少转矩脉动为目的的变形，进而减少嵌齿转矩和转矩脉动。
虽然具有P相和Q相的两相电机已经参照图26中的交流电机进行了描述，但是各个相具有N个模块(激励器)的N相交流电机(N大于2)可以通过应用类似原理而得以实现。
(第五改进方式)下文将参照诸如图1、17和26示出的交流电机磁通来描述构成方法。在这些交流电机中，由于产生了从一个相中定子极导向另一个相中定子极的磁通，所以这种磁通也会指向转子轴11。结果，沿三维方向引导磁通，即沿转子轴向、径向和圆周方向。假设磁性钢片是堆叠结构，其是传统中主要采用的结构，则许多磁路被设计成沿二维方向引导磁路，并且设计成可以尽可能的避免沿磁钢片堆叠方向形成磁通以减少涡流。在本实施方式中的交流电机中，通过模压软磁金属粉末材料来构成全部或部分定子和转子，可以沿三维方向形成磁路同时不会引起过多的涡流。因此，可以形成几乎不会引起损耗的三维磁路。这种软磁金属粉末材料的获得，是通过在铁磁粉末表面形成大电阻薄膜，然后采用金属模或类似物通过模压方式来凝固该生成物。特别是，通过使用金属模的模压方式来提供几乎最终的形状，通过省去或减少金属切割可以加工出定子磁路和转子磁路的最终形状。因此，三维结构的磁路可以被轻易地构造出，即使是复杂的形状也可以相对容易的构造出。因此，可以降低制造成本。
简单构成定子结构的具体例子是，将沿与转轴11轴向正交的方向，在靠近位于A-A线截面和B-B线截面中间的槽开口处，将定子200分隔开，为了随后插入环状绕组23，该绕组已经绕在了电机外部。可选地，绕组23可以直接绕在分隔开的定子铁芯块的周围。分隔开的定子铁芯块每一块设有一个槽刨以使能够方便地精确组装。可选的，可以在定子铁芯块上设置孔、槽、凸起或类似物以使能够组装上诸如销的附件。作为有效的方案，为了可以方便地插入绕组24的缘故，定子铁芯也可以在D-D线截面和C-C线截面之间的中间处分隔开，并随后组装。将定子和转子每一个分开的平面的形状和位置可以在考虑到模压容易性、组装容易性或类似方面的情况下大致的确定。
作为形成定子磁路的方法，通过挤压和冲压金属板来成形，然后弯折，可以形成每个定子极和定子背轭。
(第六改进方式)另一种用于改进诸如定子的有效方法，是即采用软磁金属粉末材料又采用磁钢片，通过这两种材料的特性可以改善磁特性和强度。通过用高压挤压软磁金属粉末材料再加热的方式获得的磁元件，它的特征在于磁通的自由方向性。然而，这种元件的最大磁通密度比由磁钢片获得的最大磁通密度低，这样会引起铁损大的问题，尤其是在高磁通密度区。
使用软磁金属粉末材料制成的磁性元件和采用磁性钢板制成的磁性元件可以组合在一起。然而，软磁金属粉末材料和磁性钢板更适于同时通过高压挤压而成一体。从有效生产角度来看，后种方法是更有利的，其在两个元件之间粘接方面、磁性元件强度方面、磁性元件挤压之后成形的精确性方面都有改善。尤其是，如果在交流电机中起作用的磁通方向上、采用定向硅钢板作为磁性钢板，那么可以获得高磁通密度和高磁导率。因此，通过有效的利用两种元件的特点，可以弥补存在每一种元件中的问题。
至于强度的问题，通过模压软磁金属粉末材料制成的磁性元件会引起软的问题。因此，在例如定子极顶部的这种比较狭窄的部分采用磁性钢板是更有利的。因此，可以设置这些复合的磁性件以至于可以根据每部分所需的特性最好地使用它们。
(第七种改进方式)因为相数少，两相交流绕组具有比三相交流绕组更简单的结构。然而，两相交流电机在控制装置中的功率变换器处采用的晶体管数要比三相交流电机的多。这使得两相交流电机在放置控制装置的空间和成本方面是不利的。通常，三相交流变换器中的晶体管数是六个。另一方面，在两相交流转换器中，流过两相绕组的电流值的总和始终不为零，这使结构稍有些复杂。例如，在两相交流变换器中，四个晶体管控制着单独的互反电流，因此两相的电流是采用八个晶体管来控制的。因此，如果三相电流可以通过设计的电机绕组明显转换成两相电流，那么控制装置的成本可以降低，这样全部成本也会降低，尽管电机绕组可能变得有点复杂。
图32是一种矢量图，示出了通过设计电机绕组将两相交流电明显转换成三相交流电的方法。三相交流电用Iu、Iv、Iw表示，它们流过各个三相绕组，每相绕组的匝数为W3。两相绕组的P相绕组可以由U相绕组和反向的绕组匝数为0.366×W3的W相绕组代替，其中U相电流Iu流经该U相绕组，W相电流Iw流经该W相绕组。Q相绕组可以由V相绕组和反向的绕组匝数为0.366×W3的W相绕组代替，其中V相电流Iv流经该V相绕组，W相电流Iw流经该W相绕组。这种情况下，合成的P相电流Ip与Q相电流Iq之间的相差是90度。
图33是电气等效图，清楚的示出了流过两相交流电的具体绕组。三相电流Iu、Iv、Iw分别流过三相交流绕组的三相端子Tu、Tv、Tw。在这些绕组中，U相绕组(Lu)和匝数为0.366×W3的反向W相绕组Mw1(与W相绕组Lw部分相对应)，用作两相电机的P相绕组。另外，V相绕组(Lv)和匝数为0.366×W3的反向W相绕组Mw1(与W相绕组Lw部分相对应)，用作Q相绕组。通过设定这样的绕组，两相电机的两相电流是可以由三相电流合成的。值得注意的是，如果采用的方法可以提供与图32中示出的相同幅度和90度相差，可以采用任何方法来构成这种三相交流绕组。因此，可以提供该方法的各种改进方式。
两相电机的转矩可以用前述公式(8)来表示。也就是说，每相中产生的转矩可以用三个值的乘积表示，即绕组匝数W、磁链的旋转角度变化率E和电流I。例如，如果绕组匝数W小于预定值，那么由电流I或旋转角度变化率E来补偿该差额以获得转矩Ta。因此，如果磁链的旋转角度变化率E和电流I相对于两相交流电机的理想值出现了误差，其中磁链的旋转角度变化率E和电流I是由磁路和绕组匝数W设计决定的，那么要保证采用这种设计以弥补与其它值之间的误差。
(第八种改进方式)下面描述减少交流电机中转矩脉动的方法。这种降低转矩脉动的方法包括，假设减少第RN1(＝m)次转矩脉动，将多个定子Nx相极组成N1(＝n)组，定子极的位置沿每组旋转方向相对彼此移动360/(RN1×RN1)电角度的整数倍。其它相的定子极位置沿旋转方向以与Nx相定子极相同的方式移动。
图34示出了为了减少转矩脉动移动定子极位置的具体例子。图34中，仅相对于图3中示出定子极中的P相定子极来示出减少转矩脉动的位置结构。具有相同位置结构的Q相定子极没有示出，以避免复杂化。沿图34中水平轴标出的数字表示定子沿圆周方向的电角度。
作为例子，下文将要描述可以消除六次转矩脉动分量的定子结构。图34中示出的四个定子极组成两组，即A-1和A-3为一组、A-2和A-4为一组。当设定等式360/(RN1×RN1)＝360/(6×2)＝30度时，定子极A-2和A-4的圆周位置可以沿圆周方向移动30度电角度，如图34所示。结果，对于整个交流电机，因为相之间是彼此相差180度，所以由两组定子极产生的转矩分量之中的六次谐波分量被消除了。
如果转矩脉动的五次谐波分量也需要从上述状态中消除的话，定子极要分成两组，也就是例如一组为A-1和A-2，一组为A-3和A-4。当设定等式360/(RN1×RN1)＝360/(5×2)＝36度时，定子极A-3和A-4的圆周位置可以从图34中所示位置处沿圆周方向移动36度电角度。图34中所示的移动方向可以是向右的也可以是向左的。然而在这种情况下，由于某些极已经向右移动了，下次的移动最好是向左移动以使减少的转矩最小化。结果，图34中，A-1保持在初始位置上，A-2从初始位置处开始向右移动了30度，A-3从初始位置处开始向左移动了36度，A-4从初始位置处开始向左移动了6度，这是由等式30-36＝-6得出的。因此，减少了五次和六次转矩脉动分量。
当采用上述方法来降低转矩脉动时，具有大量极的电机易于分组。还有，当减少转矩脉动的多次谐波分量时，减少效果的好坏程度根据分组的情况而不同。因此，如果多次移动的效果彼此互不影响的话，可以获得更有效的减少谐波分量的效果。例如，如果定子极分成八组，即组G1到G8，以减少三种转矩脉动谐波分量的话，G5到G8首先为第RN1次移动预定角度以消除RN1次谐波分量。这种情况下，G1和G5可以认为彼此消除RN1次谐波分量。类似的，G2和G6、G3和G7、G4和G8也可以认为彼此消除了RN1次谐波分量。因此，如果在这种情况下G3和G7、G4和G8同时移动预定角度的话，其中这个预定角度可以消除RN2次谐波分量，那么RN1次谐波分量的消除效果可以考虑不用减少。这意味着，作为结果，转矩脉动中的RN1次和RN2次谐波分量已经被减少了。还有，当消除RN3次谐波分量的时候，G2和G6、G4和G8在考虑了彼此的干扰的情况下，以类似方式，为RN3次移动预定角度。在这种方式中，通过三种极的移动方式，且分组的极之间几乎不互相干扰，可以有效的减少三种谐波分量。
移动极的方法已经通过例子详细的描述过了，这个例子中为消除谐波分量作为附加结果，已经提供了180度电角度的相差。可选的，通过对谐波分量设定120度的相对相差将极分成三组，通过这种方式，在构成这三组的时候可以消除谐波分量。因此，这种方法可以应用于多组。
(第九种改进方式)下文，将描述通过转子结构来减少交流电机转矩脉动的方法。尤其是，这种方法包括，假设减少第RN1(＝m)次转矩脉动，将转子永磁体的多个N极和S极分组成N1(＝n)组，并且在每组旋转方向的转子极的位置沿圆周方向相对彼此移动360/(RN1×RN1)电角度的整数倍。图35示出了移动永磁体的具体例子，其实现了减少转矩脉动。
假设转子在其表面上粘接有磁体，如图35所示，通过给转子上粘接环形磁体，并使位于粘接磁体上的所需极性位置根据极化模式进行极化这样方式来极化磁体，可以获得减少转矩的类似效果。还有，通过将沿圆周方向移动定子极位置减少转矩脉动的方法与沿圆周方向移动转子极位置来减少转矩脉动的方法结合起来，可以更有效的减少转矩脉动或进一步减少谐波分量，即转矩脉动分量。
(第十种改进方式)下文将描述减少在转轴11中产生的磁动势的方法。在图1示出的交流电机中可以明显看出，经过P相绕组23和Q相绕组24的电流组成了两相电流。这些电流形成的磁动势的总和出现在转轴11上。在许多应用中，这种出现在转子11上的磁动势不会引起任何问题。然而如果磁动势很可能引起问题，那么全部或部分转轴11可以由诸如不锈钢的非磁性材料制成。可选的，为了补偿沿转轴轴向产生的磁动势，其等效于绕在定子200上的绕组23和24中的总电流，则独立的绕组可以设置在邻近转轴11处。
图36是交流电机改进方式的横截面图，为了补偿沿转轴11轴向上的磁动势，已经给该交流电机上增加了独立绕组。如图36所示，增加了绕组90，绕在绕组90上的线圈是沿相反方向绕相同的匝数以消除沿转轴11轴向上的磁动势，流过图1示出的交流电机的P相绕组23和Q相绕组24的电流流经这些线圈。这消除了磁性损害，比如由转轴11轴向上产生的磁动势所引起的铁粉附着。应该理解，因为转轴11的直径小，所以绕组90的数量较小。
(第十一种改进方式)下文将描述本实施方式中的交流电机的控制装置。图1中示出的交流电机的输出转矩用上述等式(8)表示。因此，本实施方式中的交流电机的控制装置应该确定单相绕组23和24的电流以满足等式(8)来获得所需的转矩指令。
图37示出了交流电机控制装置的具体例子。如图所示，控制装置300包括速度控制单元(VC)102、电流指示单元(CUR)104、电压控制单元(VOL)106、功率放大单元(PWM INV)108和检测器114。
根据编码器(E)113发出的输出信号，检测器114检测图1或类似图示出的实施方式中的交流电机1的转数，从而输出速度检测信号101，其中该编码器检测交流电机1的旋转位置。由速度指令90发出的速度检测信号101的减少所引起的速度偏差输入到速度控制单元102。随后，通过实施比例加积分(proportional-plus-integral)控制，比如基于速度偏差，速度控制单元102产生转矩指令103。电流指示单元104根据转矩指令103、交流电机1的各种参数和检测器114发出的交流电机1的旋转位置信号116，给单相绕组23、24产生电流指令105。电压控制单元106根据电流指令105、绕组23和24的电流检测信号117、118以及检测器114发出的交流电机1的旋转位置信号115，计算电流控制误差或类似参数。电压控制单元106随后对旋转位置信号115进行交换控制，给绕组23和24产生电压指令107。功率放大单元108输入绕组23、24的电压指令107以进行PWM(脉宽调制)调制，并允许转换器给交流电机1输出绕组23、24的电压和电流Ip、Iq，其中该转换器例如采用两相晶体管桥。
下文将根据等式(8)描述控制电流指示单元104的方法。定子100的磁通p、q的旋转角度变化率用Ep＝dp/dθ、Eq＝dq/dθ表示，其中磁通p、q分别是当前P相和Q相的磁通。另外，单相绕组的绕组匝数用Wp、Wq表示，单相绕组的电流用Ip、Iq表示。电流指示单元104根据转矩指令Ta实施对单相电流Ip、Iq的控制，这样满足了公式Ta＝Tp+Tq＝Wp×Ep×Ip+Wq×Eq×Iq。
特别是，图1中示出的交流电机，它的旋转位置用θm表示，其特性用公示(1)到(8)表示。各相的单元电压Ep、Eq具有理想两相交流电机的特点，其用下面的公式表示。假设单相系数与E1的值相同，E1是单相磁链旋转角度变化率系数。
Ep＝E1×sin(θm) …(9)Eq＝E1×sin(θm+90°) …(10)假设各相电流Ip、Iq用下列公式表示，其中电流相角用θi表示，它是转子100极向和将要控制的电流之间的相差。
Ip＝Ia×sin(θm+θi) …(11)Iq＝Ia×sin(θm1+90°+θi) …(12)从公式(8)中，转矩Ta用下面公式表示。
Ta＝Tp+Tq＝Wc×(Ep×Ip+Eq×Iq)＝Wc×(E1×cos(θm)×Ia×cos(θm+θi)+E1×cos(θm+120°)×Ia×cos(θm+120°+θi)+E1×cos(θm+240°)×Ia×cos(θm+240°+θi)＝Wc×Ia×E1×cosθi…(13)其中，Wc表示单相绕组匝数。由于绕组匝数Wc和系数E1是容易获知的电机参数值，电流幅值Ia从下列公式中获得Ia＝Ta/(Wc×E1×cosθi) …(14)当没有实施具体的磁场弱化控制时，普通的电流相角为θi＝0。因此，在上面提到的情况中，通过利用公式(13)简单的进行计算而获得电流指示单元104的功能。
在为了便于设计交流电机而使各个相的绕组匝数彼此不同的情况下，并且在各相单元电压Ep、Eq为不平衡的两相进而相或幅值彼此不同的情况下，可以通过给公式(8)设定每个值来确定电流幅值Ia和电流相θi。在复杂的情况下，比如各相单元电压Ep、Eq、Ew为不平衡的两相并且暂时地出现谐波的情况下，在获得了转矩脉动分量的情况下，通过利用取决于交流电机转动位置θm的公式(8)可以再次确定合适的电流幅值Ia和电流相θi，并具有单元电压Ep、Eq精确的特性。在这种情况下，已经确定了电流幅值Ia和电流相θi以获得转矩Ta，这意味着为减少转矩脉动的控制已经实现了。
如前所述，如果由于设计方便或类似的原因而没有实现具有理想磁路结构和绕组特性的交流电机结构的话，通过根据给定公式对单绕组实施电流控制，其中该公式由交流电机参数确定，可以实现对交流电机的驱动/控制而带有较少的转矩脉动。尤其是在交流电机1或类似的电机用作步进电机时，步进电机中的制动转矩可以降低。
众所周知，控制装置300的每个单元是可以改变的。例如，编码器113和检测器114可以由元件代替，该元件通过位置检测技术获得交流电机电压和电流的位置检测信号，这被称作无传感位置检测。至于检测单相电流的方法以及诸如放大交流电机电压和电流的方法，它们可以采用除了图37中示出的方法之外的其它方法。当采用图32所示的方法将三相电流通过伪方式形成两相电流时，可以利用转换计算电流并且可以使用三相功率放大器来实施对该电流的控制。至于大于两相的多相交流电机，可以应用相同的原理来实施适当的电机控制。
(第十二种改进方式)图26中示出的交流电机结构是定子侧中性极72大致位于转轴11的中心部分上。下文描述的交流电机改进方式中定子侧中性极的位置改变了。
图38是改进的交流电机的横截面图，该电机的定子侧中性极的位置被改变了。在图38中示出的交流电机中，定子侧中性极152、155位于定子相对于电机轴11轴向的两端。采用永磁体159来驱动P相和Q相。永磁体159的磁通指向经过转子100B的背轭2的其它部分。转子100B的中性极25、27分别相对于P相定子侧中性极152和Q相定子侧中性极155设置。在转子侧中性极25和定子侧中性极152之间形成磁通，同样在转子侧中性极27和定子侧中性极155之间也形成磁通。
图39是图38中示出交流电机转子外表面沿旋转方向的直线展开图。沿水平轴划分的数字代表用机械角表示的旋转角，其中360都表示一周。如图39所示，转子100B具有八极结构，在其表面上永磁体159的N极和S极交替设置。如图所示，转子100B的中性极25、27设置在转子100B相对于轴向的两端处。
图40是定子200B内周表面沿旋转方向的直线展开图。沿水平轴划分的数字代表用机械角表示的旋转角，其中360都表示一周。Q相定子极154相对于P相定子极151的相差Pab是22.5度机械角，该机械角相当于90度电角度。同一相定子极之间的相差是P1和P2之和，其是90度机械角即360度电角度。
图38中，用虚线示出的反向定子极153、156是用于吸收P相和Q相定子极151、155的反向磁通的，并且该定子极153、156的每一个都与定子侧中性极152、155磁性连接。如果省略掉这些反向定子极153、156交流电机也是可以运行的。因此，定子结构可以通过省去反向定子极153、156的方式进行简化，这可以依次增加P相绕组73和Q相绕组74的线圈数并且简化结构。
相反，转子表面上没有经过定子极151、154的多余磁通分量可以通过增加定子极153、156来进行吸收，进而增加所产生的交流电机转矩，尽管这可能依赖于转子结构和转子的磁特性。
P相定子极151和Q相定子极154需要设置成彼此磁性绝缘，因为按照简单的推理越小的磁干扰越容易产生转矩。更优的是，电机外壳12可以由非磁性材料制成，这样可以减少在定子铁芯之间产生的漏磁通。可选的，该壳体可以由薄板形成，或者可以在定子200B和电机壳体12之间设置大磁阻物体。图38中示出的交流电机与图26中示出的交流电机相比缺点在于不能轻易实现P相定子和P相定子之间的磁性绝缘。
(第十三种改进方式)图41示出了三相交流电机，由U相、V相和W相组成，其是在图26中示出由P相和Q相组成的两相交流电机基础上改进的。转子100C具有永磁体136、138、转子侧中性极137。沿旋转方向线性展开的转子的表面外形与图2中示出的外形类似，除了转子侧中性极25、27已经被省去了之外。
定子200C包括朝前的U相定子极130、W相定子极133、定子侧中性极131、换向极132、134和绕组139、140、141、142。根据三相交流理论的原理而没有V相定子极，根据该理论可以导出等式V＝-U-W。特别是，这个原理用U相定子极130和W相定子极133来代替V相定子极基于三相交流理论而产生的作用。定子侧中性极131将定子200C背轭135处的磁通朝转子100C背轭导向。一方面，换向极132设置在与U相定子极130相反的位置上以将磁通朝定子侧中性极131导向。另一方面，换向极134设置在与W相定子极133相反的位置上以将磁通朝定子侧中性极131导向。
图42是图41所示定子200C内圆周表面沿旋转方向的线性展开图。水平轴上标出的数字是用机械角表示的旋转角，360度的机械角表示旋转一周。W相定子极133相对U相定子极130的相差Puw是30度的机械角度，即120度的电角度。
图43是图41所示转子100C的绕组139～142沿旋转方向的线性展开图。绕组139～143包括在转子100C中，并且每一个绕组基本都具有环形的形状。绕组139、140对应U相，绕组139在U相缠绕，这样反相电流可以经此流过。同样，绕组141、142对应W相，绕组141在W相缠绕，这样反相电流可以经此通过。
图44是一矢量图，其显示了图41所示交流电机的性能。图44中，U相电流用Iu表示，V相电流用Iv表示，W相电流用Iw表示。图44给出了一个例子，在该例子中，单位电压Eu、Ev、Ew的相位分别与各自相的电流Iu、Iv和Iw的相位相同。总之，图44中，矢量Eu、Ev、Ew也是矢量Iu、Iv、Iw。必须明白Eu、Ev、Ew被称为单位电压，这样，其就与两相实施例中的公式(1)和(2)表示的关系相同，各相磁链Φu、Φv、Φw的旋转角变化率用dΦu/dθ、dΦv/dθ、dΦw/dθ表示。相似地，可将两相实施例中的公式(1)～(9)转换成三相的公式，这样就可以得到电压、电流、转矩和功率的三相表达式。假设旋转的速度是恒定的，速度为dθ/dt＝S1，U相、V相和W相的绕组匝数分别是Wu，Wv和Ww，磁通是正向的，如图显示的那样，磁通向上与各自的环形绕组链接，那么各相的感应电压Vu、Vv和Vw可以用下面的式子表示。
Vu＝Wu×(d(-Φu)/dt)＝-Wu×dΦu/dθ×dθ/dt＝-Wu×Eu×S1上面的Vu公式中带有一个负号，可以通过流一个负电流Iu或者将U相绕组设置为反相绕组，得到下面的公式Vu＝Wu×Eu×S1 (15)U相绕组140和W相绕组141对应V相绕组。U相绕组140正向缠绕，而W相绕组141反向缠绕。这两个绕组140、141串连连接。U相绕组140的感应电压与U相绕组139的感应电压相同，相似地，W相绕组141的感应电压与W相绕组142的感应电压相同。然而，因为反向绕组，V相绕组的电压Vv最终用下面的公式表示Vv＝-Vu-Vw (16)特殊地，V相绕组的磁链是从背轭135流出经中性极131到转子100C的磁通。尽管V相磁通Φv和V相电流Iv不直接提供电磁效应，但是可以通过U相磁通和W相磁通获得这样的效应。然而，这要基于这样的假设定子侧中性极131和转子侧中性极137之间的磁阻比交流电机的总磁阻远远地小到一定程度，从而不能抑制这种功能。在某种意义上，从归纳的三相交流理论观点出发，提供的公式(16)满足这一关系Vu+Vv+Vw＝0。
W相绕组的电压Vw用下面的公式表示Vw＝Ww×Ew×S1 (17)各相的功率Pu、Pv和Pw和交流电机的输出功率Pa如下面的公式表示Pu＝Vu×Iu＝Wu×Eu×S1×Iu (18)Pv＝Vv×Iv＝Wv×Ev×S1×Iv (19)Pw＝Vw×Iw＝Ww×Ew×S1×Iw (20)Pa＝Pu+Pv+Pw＝Vu×Iu+Vv×Iv+Vw×Iw (21)各相的转矩Tu、Tv 和Tw和交流电机的输出转矩Ta如下面的公式表示Tu＝Pu/S1＝Wu×Eu×Iu (22)Tv＝Pv/S1＝Wv×Ev×Iv (23)Tw＝Pw/S1＝Ww×Ew×Iw (24)Ta＝Tu+Tv+Tw＝Wu×Eu×Iu+Wv×Ev×Iv+Ww×Ew×Iw (25)可以从不同的观点表示同样的现象。那就是，因为通过绕组139、140的电流是以电磁方式通过的电流并且基本在同一位置，还因为电流等于-Iu和Iv的和，它们的和在图44中用Im表示。电压-Eu时达到电流Im，则其转矩为Tm。同样地，绕组141、142的电流是-Iv和Iw的和，其被看作是电流In。电压-Ew时达到电流In，则其转矩是Tn。在这方面，Tm和Tn之间的角度Kmn是90度的电角度。因此，可以这样理解整个交流电机的转矩Ta可以表示为转矩Tm和转矩Tn的和，Tm和Tn的大小相同，彼此之间成一直角，并且不考虑旋转位置，可以得到一恒定的输出转矩。因此，尽管图41所示的交流电机是一个在三相交流下工作的电机，但是它被认为是具有这样的特点的电机在操作上其具有与两相电机类似的特点。并且，还可以理解为，图44所示的矢量图是一个简化图，该图没有考虑由于绕组阻抗而造成的电压减少或者漏电感这样电压参数。
可以将图44显示的电流Im看作是通过绕组139和140的电流。因此，如果将这两个绕组139、140合成一个绕组，那么电流Im可经此通过，并可以获得完全相同的操作。同样地，绕组141、142可以合成一个绕组，并向该绕组中通入电流In。不仅可以简化绕组，而且理论上铜耗也可以减少25％，因此可以改善输出。因为转矩用公式(25)表示，所以通过选择与上面所述不同的磁通、电流幅值和相位来改进上面描述的结构，并获得同样的效果。
为了解释这个原理，上文已经针对具有长方形形状的定子和转子进行了描述。然而，可以进行各种各样的改进。例如，可以将形状改为偏斜形、椭圆形来减少转矩脉动。
(第十四改进方式)在上文描述的每一种交流电机中，都使用了一种表面磁体型的转子。然而，可以使用多种类型的转子。图45～图50是各种转子的横向截面图。图45所示的转子100具有一个结构，该结构对应图1所示的基本结构。转子100的表面沿圆周方向有8个永磁体13(或者永磁体14等)，其按照N极和S极交替出现的方式设置。
图46所示的转子100D具有一个结构，其极化的永磁体90在圆周方向径向设置(即沿直径的方向设置)，每个铁磁体极片91设置在相临的永磁体90之间。极片91具有收集永磁体90磁通的效应，这样可以增加转子100D表面上的磁通密度。在每一个极片91内，磁通可以轻易地朝着转子轴11传递。因为这个原因，即使对着缝隙的定子极表面轮廓不均匀，也可以有效地引导磁通从转子100D到定子极，因此获得了增加电机转矩的效果。通过使用无磁材料制成的极片92和转子轴11，转子100D的内部结构可以将永磁体90产生的磁通提供给定子。并且，允许极片92在圆周方向交替作为永磁体，其被如图中所示地引导，朝着相邻转子极的漏磁通将减少。此外，通过允许如图所示正被极化的8个极片92在圆周方向作为永磁体，可以在转子表面得到更大的磁通密度。
如图47所示，转子100E具有被称为IPMSM(内部永磁体同步电机)的结构，在该结构中永磁体93以内部方式设置，空隙94沿圆周方向形成在每个永磁体93的相对端，从而沿着其外周设置。作为选择，可以在这些空隙中填充无磁材料。转子100E的特点是既得到永磁体93产生的转矩，又得到除了永磁体处以外铁磁体材料所产生的反应转矩。同时，可以通过控制转子的旋转位置和定子电流来控制磁场磁通的幅值。因此，可以以场磁体产生磁场的幅值在高速旋转下变得更小的方式，进行所谓的“场衰减”控制来控制电流的相位，因此得到恒定的功率特性。此外，通过将永磁体填入空隙94从而可以得到更大的转矩，并且因此使转子表面的磁通密度更大。
图48所示的转子100F具有一个结构，在该结构中，永磁体95以内部方式设置在转子中。成对的两个永磁体95沿同一圆周方向被极化，分别设置在每个转子极85的两端。8对(共16)这样的永磁体95以平均间隔沿圆周方向分布。相邻的成对永磁体95互为相反地被极化。在转子极85中，场磁通被定子电流磁化激活，这样产生的转矩与定子磁动势存在关系。关于转矩的产生，可以有不同的方式描述，但是可以认为转矩是这样产生的，d轴的电流分量在转子极85上产生磁通，q轴分量产生转矩。这种情况下，可以考虑使永磁体95工作以防止d轴电流在转轴85处产生的磁通指向q轴方向。结果，当前位于转轴85处的磁通受到q轴电流很微弱的影响。因此，d轴电流改善了控制转子磁通量的性能。由于这个原因，特别是由于在高速旋转时通过减少场磁体使绕组中感应的电压降低，则可以有效地实现了所谓的恒定功率控制。
如图49中所示的转子100G具有凸极结构，并可以用作磁阻电机。在普通的开关式磁阻电机结构中，沿径向的吸力不均匀地出现在圆周方向上并发生明显地变化。许多情况下，这会引起定子沿径向变形，导致振动或噪音。然而，当交流电机采用图49所示的转子100G时，沿径向产生的吸力在将近整个外围上具有很好的平衡性。并且，对于均匀分布负载，定子的环形形状允许整个外围具有高的刚性。结果，转子100G引起的振动或者噪音就小。此外，因为只需将磁性材料制成预定的形状就能得到转子100G，因此转子100G具有相当稳固、简单的结构，这样它能承受高速旋转时出现的离心力。此外，设计转子极和定子极的形状，还可以减少转矩脉动。因此，从原理上讲，转子100G没有齿槽转矩。并且，转子100G不使用用费用高的永磁体，而需要诸如组装的加工成本，这样可以进行低成本生产。
转子100H如图50所示，其具有一种所谓的磁通障结构，可将其作为磁阻电机使用。转子100H包括磁通障98，磁通障由间隙或者无磁材料构成。这些磁通障98设置在圆周方向上相邻转子极86的两边，从转子100H的表面上来看其大体上是同轴分布。磁路99形成在相邻磁通障98之间的狭小区域中。转子100H具有与转子100G相似的优良特性。
可以对转子极的形状进行各种各样的改进，例如弧形，这种转子极的外形直径比转子外围的直径小，或者是这样的形状，即在转子极间的边界处设置凹槽。发明交流电机的目的和效果与那些普通交流电机的相同，即减少转矩脉动、振动和噪声，并将电压波形转换为正弦波。
已经描述了许多使用永磁体的例子，然而可以实现一种类似的电机，这种电机使用具有电磁铁的转子，或者转子具有一种所谓的爪形极结构，在这种结构中，磁场绕组或者永磁体沿轴向设置在定子侧。
应该注意的是本发明不限于上面描述的实施方案，可在本发明精神和范围内进行各种可行的变化。例如，尽管在上面的实施方案中，定子设置在外径侧，转子设置在内径侧，但是可以配置一种所谓的外部转子电机结构，这种结构颠倒内径和外径。并且，可以将两个电机设置在内径侧和外径侧。在这种情况下具有一个优点，可将电机部件，例如磁路、永磁体、强度保持结构部件或者盖子集合成一整体。作为一种选择，可将上面描述的实施方案中介绍的交流电机进行改进，使其具有一种结构，该结构中多个定子和转子沿转子轴向设置。另外可选的是，定子和转子的外形可以是形成在其之间的气隙具有圆锥形或者多级圆柱形或者是上述形状的结合。此外，文中已经描述过的电机电流是正弦波，然而电流可以为矩形波或者可以受不连续控制。并且，可变电流可以连续通过各自绕组以提供作为所谓的步进电机的运行。
在上述实施方式中，是针对电机具有八极的情况进行说明的。然而，极数属于设计上的问题，因此该数量是可以随意选择的。至于相数，两相和三相已经在文中讨论过了，然而该相数是可以大于三以提供多级结构。
权利要求
1.一种交流电机，包括转子，其包括转轴，其可围绕沿转轴轴向的纵向中心轴旋转，N磁极和S磁极，其围绕转轴沿转轴圆周方向固定设置，和转子侧中性极，其沿轴向分别与N磁极和S磁极相邻固定设置，背轭，其与N磁极和S磁极磁性链接以与N磁极和S磁极一起用作背轭部件；定子，包括多个沿轴向相对于转子设置的模块，每个模块包括绕组，其沿圆周方向以环形绕在转轴上，定子侧中性极，其与转子侧中性极相对设置，定子极，其与N磁极和S磁极中的一个相对设置，背轭，其与定子侧中性极和定子极彼此磁性链接。
2.根据权利要求1的交流电机，其中每个模块中的背轭形成为具有一个磁路，该磁路允许每个N磁极产生的磁通F1和每个S磁极产生的磁通F2经由每个转子侧中性极和每个定子侧中性极沿同一方向与绕组链接。
3.根据权利要求2的交流电机，其中，当多个模块为n(大于二的正整数)时，包括在每个模块中的定子极沿同一圆周以大约180度电角度的间距设置，该圆周的中心为转轴，模块与模块之间的定子极设置位置彼此偏移“360/n”度电角度。
4.根据权利要求2的交流电机，其中在每个模块中的多个定子极组成n组，属于每组的定子极沿圆周方向相对偏移360/(m×n)度电角度的整数倍，其中n是正整数，m是将要减少的转矩脉动的次数。
5.根据权利要求2的交流电机，其中设置在转子中的N磁极和S磁极分成n组，每个磁极、属于每个组的N磁极和属于每个组的S磁极沿圆周方向相对偏移360/(m×n)度电角度的整数倍，其中n是正整数m是将要减少的转矩脉动的次数。
6.根据权利要求3的交流电机，其中在每个模块中，设置定子侧中性极代替绕转轴沿同一圆周以大约360度电角度间距设置的定子极，或者除去绕转轴沿同一圆周以大约360度电角度间距设置的定子极。
7.根据权利要求6的交流电机，其中每个模块中的多个定子极磁聚集从而与定子的定子侧中性极中的一个链接。
8.根据权利要求7的交流电机，其中转子和定子全部或部分是由软磁金属粉末材料并通过挤压该材料而制成。
9.根据权利要求8的交流电机，其中定子和转子全部或部分是由将软磁金属粉末材料和磁钢片相互结合而制成的元件所形成的。
10.根据权利要求1的交流电机，其中，当多个模块为n(大于二的正整数)时，包括在每个模块中的定子极沿同一圆周以大约180度电角度的间距设置，该圆周的中心是转轴，模块与模块之间的定子极设置位置彼此偏移“360/n”度电角度。
11.根据权利要求10的交流电机，其中，在每个模块中，设置定子侧中性极代替绕转轴沿同一圆周以大约360度电角度间距设置的定子极，或者除去绕转轴沿同一圆周以大约360度电角度间距设置的定子极。
12.根据权利要求3的交流电机，其中每个模块中的多个定子极磁聚集从而与定子的定子侧中性极中的一个链接。
13.根据权利要求7的交流电机，其中转子和定子全部或部分是由软磁金属粉末材料并通过挤压该材料而制成。
14.根据权利要求8的交流电机，其中定子和转子全部或部分是由将软磁金属粉末材料和磁钢片相互结合而制成的元件所形成的。
15.根据权利要求16的交流电机，其中多个模块数为两个，一个模块被分配给P相，另一个模块被分配给Q相，P相和Q相提供了两相，P相的定子极沿同一圆周以大约180度电角度间距设置，其中该圆周中心为转轴，以及Q相的定子极沿同一圆周以大约180度电角度间距设置，其中该圆周中心为转轴，但是相对于P相定子极偏移大约90度电角度。
16.根据权利要求15的交流电机，其中P相绕组采用三相交流绕组Lu、Lv和Lw中的部分绕组Lw，该绕组Lu与绕组Lw相反设置，Q相绕组采用三相交流绕组Lu、Lv和Lw中的部分绕组Lw，该绕组Lw与绕组Lv相反设置。
17.根据权利要求1的交流电机，其中每个模块中的多个定子极磁聚集从而与定子的定子侧中性极中的一个链接。
18.根据权利要求1的交流电机，其中转子和定子全部或部分是由软磁金属粉末材料并通过挤压该材料而制成。
19.根据权利要求1的交流电机，其中定子和转子全部或部分是由将软磁金属粉末材料和磁钢片相互结合而制成的元件所形成的。
20.根据权利要求1的交流电机，其中设置在每个模块中的多个定子极分成n组，属于每个组的定子极沿圆周方向相对偏移360/(m×n)度电角度的整数倍，其中n是正整数m是将要减少的转矩脉动的次数。
21.根据权利要求1的交流电机，设置在转子中的N磁极和S磁极分成n组，每个磁极、属于每个组的N磁极和属于每个组的S磁极沿圆周方向相对偏移360/(m×n)度电角度的整数倍，其中n是正整数m是将要减少的转矩脉动的次数。
22.根据权利要求1的交流电机，其中多个模块数为两个，每个模块被分配给提供了三相的U相、V相和W相，设置在两个模块中每一个中的定子极相互偏移的间距大约为120度电角度，包括在一个模块中的绕组具有U相绕组和V相绕组，它们的卷绕方向彼此相反，包括在另一个模块中的绕组具有第二V相绕组和W相绕组，它们的卷绕方向是彼此相反的，第一和第二V相绕组串联连接，并且它们的卷绕方向是彼此相反的。
23.根据权利要求22的交流电机，其中绕组包括U、V和W相绕组，将要缠在同一电磁位置上的U相绕组和第一V相绕组集合为一个单独绕组，将要缠在同一电磁位置上的第二V相绕组和W相绕组集合为一个单独绕组。
24.根据权利要求16的交流电机，其中每个模块中的多个定子极磁聚集从而与定子的定子侧中性极中的一个链接。
25.根据权利要求16的交流电机，其中设置在每个模块中的多个定子极分成n组，属于每个组的定子极沿圆周方向相对偏移360/(m×n)度电角度的整数倍，其中n是正整数m是将要减少的转矩脉动的次数。
26.根据权利要求16的交流电机，设置在转子中的N磁极和S磁极分成n组，每个磁极、属于每个组的N磁极和属于每个组的S磁极沿圆周方向相对偏移360/(m×n)度电角度的整数倍，其中n是正整数m是将要减少的转矩脉动的次数。
27.一种控制根据权利要求15的交流电机的设备，包括用于控制流过P相绕组的电流Ip和流过Q相绕组的电流Iq的装置，因此可以满足关系式Ta＝Wp×Ep×Ip+Wq×Eq×Iq，其中Ta是转矩指令，Ep＝dp/dθ是与P相绕组链接的磁通p的旋转角度变化率，Eq＝dq/dθ是与Q相绕组链接的磁通q的旋转角度变化率，Wp是P相绕组的匝数，Wq是Q相绕组的匝数。
28.根据权利要求27的设备，其中每个模块中的多个定子极磁聚集从而与定子的定子侧中性极中的一个链接。
29.根据权利要求27的设备，其中设置在每个模块中的多个定子极分成n组，属于每个组的定子极沿圆周方向相对偏移360/(m×n)度电角度的整数倍，其中n是正整数m是将要减少的转矩脉动的次数。
30.根据权利要求27的设备，设置在转子中的N磁极和S磁极分成n组，每个磁极、属于每个组的N磁极和属于每个组的S磁极沿圆周方向相对偏移360/(m×n)度电角度的整数倍，其中n是正整数m是将要减少的转矩脉动的次数。
全文摘要
可绕转轴旋转的转子，包括沿圆周方向交替设置的N极和S极，以及沿转子轴向与N极和S极相邻设置的转子侧中性极，其与它们的背轭磁性连接。定子包括沿转轴轴向相邻设置的两个模块。两个模块中的每一个包括以环形缠绕转轴的绕组，相对于转子侧中性极设置的定子侧中性极，每个定子极设置在与N极或S极相对的位置上，以及与定子侧中性极和定子极连接以包围绕组的背轭。
文档编号H02K37/12GK1734901SQ20051010381
公开日2006年2月15日 申请日期2005年7月9日 优先权日2004年7月9日
发明者梨木政行 申请人:株式会社电装