专利名称：交流电动机及其控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及搭载在汽车或卡车等上的电动机及其控制装置。
技术背景以往^^知在定子f兹才及上集中地缠绕各相的线圈的无刷电动才几(例如参照专利文献l。)。图95是说明这种现有的无刷电动机的概略的结构 的纵向剖面图。此外，图97是图95的AA-AA线剖面图。在这些图中示出了 4极6槽型的无刷电动机，定子的绕组结构为常 说的集中巻绕，在各定子磁极上集中地缠绕各相的线圈。此外，图96 中示出了以将定子在圆周方向上展开l周的状态，U、 V、 W等的绕组 的配置关系。横轴以电气角表达，1周为720° 。在转子2的表面上， 在圆周方向上交替地配置有N极的永久磁铁和S极的永久磁铁。在转子 4中，U相绕组WBU1 、 WBU2分别缠绕在U相的定子磁极TBU1 、 TBU2 上。同样地，V相绕组WBV1 、 WBV2分别缠绕在V相的定子磁极TBV1 、 TBV2上。W相绕组WBW1 、 WBW2分别缠绕在W相的定子磁极TBW1 、 TBW2上。具有这样的结构的无刷电动机现在被广泛地使用于工业上、 家庭中。此外，图98是表示其他的定子的结构的横向剖面图。图98中示出 的定子为24槽的结构，在4极的电动机的情况下可以分布巻绕，由于 可以将定子的圆周方向磁动势分布作成比较平滑的正弦波形状，因此被 广泛地使用于无刷电动机、绕组励石兹型同步电动机、感应电动机等上。 尤其是在有效地利用磁阻转矩的同步磁阻电动机及磁阻转矩应用的各 种电动机或感应电动机等的情况下，优选由定子产生更精确的旋转磁 场，因此适于图98所示的全节距、分布巻绕的定子结构。图98的转子 是多磁通量屏障型的磁阻电动机的转子。在转子的内部的转子磁极之间 大致并行的实施的多个狭缝状的空间由于转子的方向而产生磁阻的差， 产生转子的极性。专利文献l:特开平6-261513号公报(第3页、图1-3) 在可以实现图98所示的全节距、分布巻绕的定子结构的情况下，可以将定子的磁动势分布生成为比较平滑的正弦波，具有可以有效地驱动感应电动机、由图98的多磁通量屏障型转子而构成的同步磁阻电动 机的特征。但是，由于需要从槽的开口部插入绕组，因此绕组的面积占 空系数变低，并且，线圈末端的轴方向长度变长，由此产生了电动机的 小型化困难这一问题。此外，也存在绕组的生产率较低这一问题。图95、图96、图97及专利文献1中公开的现有的无刷电动机是各 绕组向各齿缠绕的结构，绕组比较简单，线圈末端的轴方向长度比较短， 绕组的生产率与图98的电动机相比较，也得到了改善。但是，由于是 定子的突极在电气角为360度的范围内只有3个的结构，因此将定子产 生的磁动势生成为正弦波形状从而精确地产生旋转磁场比较困难，产生 向同步磁阻电动机、或应用磁阻转矩的各种电动机或者感应电动机等的 应用比较困难这一问题。此外，图97的定子是比较简单的结构，但是， 进一步希望绕组的简化、绕组面积占空系数的提高、线圈末端的缩减。与转子相关的问题是，图98所示的多磁通量屏障型的转子中，用 于产生磁场的励磁电流即d轴电流的负载较大，与如图97的转子中所 示的永久磁铁型的转子相比较，存在功率因数下降、电动机效率不良的 问题。在永久磁铁型的转子的情况下，也存在永久磁铁成本的问题。对于电动机所使用的软磁性体的问题来说，现有的电动机技术是将 在转子轴方向上层叠电磁钢板的结构作为前提，为解决上述的电动机的 诸多问题，若成为在含有转子轴方向的3维的方向上磁通量进行增减的 结构，则在电磁钢板内会引起较大的涡电流，从而存在产生较大的涡电 流损失的问题。对于电动机的控制装置的问题来说，尤其是在小容量的电动机的情 况下，电子元件数量较多，与直流电动机的驱动相比较，存在控制装置 成本变高的问题。发明内容本发明是鉴于这些问题而进行的，其目的在于实现小型、高性能的 定子结构、实现以低成本实现高效率的转子、实现能够成为这些电动机 结构的软磁性体的结构、实现低成本的电动机的控制装置、并且利用这 些的组合来实现有效的结构、性能。相对以现有的圆筒型的软磁性体构成的定子形状，将上述软磁性体的定子在圆周方向上进行磁分离，由此，可以使与指定的绕组交链的磁 通量增加。其结果是，该指定的绕组可以比现有绕组更有效地产生转矩， 该部分可以进行高效率的转矩产生。与此同时，成为磁通量不对其他的 绕组的一部分进行作用的结构，能够去除该部分的绕组。组合这样的效果，由此，可实现单相电动才几、2相电动才几、3相电动才几、4相以上的多 相电动机的高效率化、小型化。此外，在6相的电动机中，分割定子的各相的磁路，由此，3相电 流IA、 IB、 IC由IA+IB+ICK)的关系可以为IC=-IA-IB,成为以电流 IA和IB兼用电流IC的结构，从而可去除绕组IC。其结果是，可以实 现高效率化、小型化。对于将软磁性体的定子在圆周方向上进行磁分离的所述电动机来 说，能够电磁等价地变换为具有定子的圆周方向的环状的绕组的电动 机。此时，由于各相的绕组通过定子的软磁性体部，不需要在转子轴方 向上进行往复，因此具有绕组进一步简化的效果，从而可以将电动机高 效率化。具体的结构能够以3相内的2相的环状绕组和3组、6相的定 子i兹极与》兹^各构成。该定子结构如下，具有配置在定子的圆周方向上的槽SL1、 SL2、 SL3、 SL4、 SL5、 SL6、 3相绕组内的U相绕组UU1和UU2、 V相绕组 VV1和VV2、 W相绕组WW1和WW2，在上述槽SL1和SL3之间巻绕 上述U相绕组UU1,在上述槽SL3和SL5之间巻绕上述V相绕组VV1, 在上述槽SL5和SL1之间巻绕上述W相绕组WW1，这些绕组UW1、 VV1、 WW1构成第1绕组组，在上述槽SL6和SL4之间巻绕上述U相 绕组UU2，在上述槽SL4和SL2之间巻绕上述V相绕组VV2,在上述 槽SL2和SL6之间巻绕上述W相绕组WW2,这些绕组UU2、 VV2、 WW2构成第2绕组组。线圏末端部的各相绕组的交叉简化，线圏末端 的转子轴方向长度缩短，并且，各定子磁极的磁动势实现6相的磁动势， 能够以较小的转矩脉动进行多磁通量屏障型同步磁阻电动机等的驱动。在使用多磁通量屏障型转子的同步磁阻电动机的结构中，作成串联 地连接二极管并将闭合回路的绕组巻绕在转子的磁极上的结构。利用定 子侧的绕组电流向该绕组提供励磁的能量，并通过二极管保持励磁电 流，产生励;兹;兹通量。在控制上作成随时提供上述励磁能量的结构，改善平均的电动机的功率因数、效率。由定子侧电流与转子侧电流来分担励磁电流，由此， 也可以进一步地降^f氐由电动机总的铜损。另一方面，对于同步磁阻电动机的问题来说，除了上述功率因数、 铜损的问题以外，还存在定子绕组的面积占空系数较低这一点和线圈末 端较长这一点，为了解决这些问题，与如下所示的定子的组合在本发明 电动机的贏得竟争力上4艮重要。该具体的定子例子是在各相的定子磁极之间具有定子绕组围绕定 子的圆周方向的大致环状的绕组的定子， 一般地，极数较多的情况比较好。此外，对于相数来说，可以是各定子磁极的相扭为从2相到6相以 上的多相。此外，定子的配置有按各定子磁极的相位的顺序的方法、和与 某相的定子磁极相邻的定子磁极是具有电气角大致为80°的相位差的定 子磁极的方式排列的方法。各有优缺点。其他的具体的定子例子的结构如下，具有配置在定子的圆周方向上 的槽SL1、 SL2、 SL3、 SL4、 SL5、 SL6、 3相绕组内的U相绕组UU1 和UU2、 V相绕组VV1和VV2、 W相绕组WW1和WW2,在上述槽 SL1和SL3之间巻绕上述U相绕组UU1,在上述槽SL3和SL5之间巻 绕上述V相绕组VV1,在上述槽SL5和SL1之间巻绕上述W相绕组 WW1,这些绕组UW1、 VV1、 WW1构成第1绕组组，在上述槽SL6 和SL4之间巻绕上述U相绕组UU2,在上述槽SL4和SL2之间巻绕上 述V相绕组VV2,在上述槽SL2和SL6之间巻绕上述W相绕组WW2, 这些绕组UU2、 VV2、 WW2构成第2绕组组。此外，在上述的各种电动机上添加永久磁铁，由此，能够尽量降低 成本并且能够有效地提高性能。也可以作成串联地连接二极管并将闭合回路的绕组在如能够例示 嵌入型转子的软磁性体部的位置上进行巻绕的结构。对于磁通量屏障型转子来说，除了在转子轴方向上层叠电磁钢板的 结构以外，也可以作成与转子轴平行地配置成形为圆弧状的电磁钢板并 在径向方向上层叠的结构的、所谓的轴向薄板状转子的结构。尤其是在 具有上述的环状绕组的定子结构中，磁通量在转子轴方向通过并进行增 减，由此，软磁性体部的渴电流成为问题，但上述的轴向薄板状转子在 转子轴方向的磁通量的移动很容易，从而具有环状绕组的定子电磁的特 性的结合较好。此外，为了难以产生涡电流，轴向薄板状转子的转子表面附近在转子轴方向直角地施加电绝缘，是有效的。在软磁性体内部产生转子轴方向的磁通量，该磁通量进行增减的情 况下，软磁性体内部的涡电流成为问题。与此相对应，在电磁钢板内部 施加了电绝缘膜的带绝缘膜电磁钢板比较适合。此外，在配合上述的各种技术的情况下，具有能够发挥作为小型化 或高性能化等的电动机的显著的竟争力的结构。具体的组合的结构是， 例如，具有环状的绕组的定子、轴向间隙型转子、转子的励磁绕组及二 极管、磁通量的方向自由的带绝缘膜电磁钢板的组合。其次，对于励磁的励磁电流控制来说，利用串联地连接二极管并将 闭合回路的绕组巻绕在转子的磁极上的结构，能够更有效地进行控制。具体地说，利用定子的绕组流过d轴电流来提供励磁能量。是次级侧的 绕组中流过的电流在定子侧的d轴电流消失之后也保持该励磁能量这一 想法的电磁电路动作。并且，使定子侧的d轴电流与转子侧的绕组的电 流协调地流过，也能够进行以总和降低与励磁电流相关的铜损的控制。在对上述的电动机进行驱动的控制装置中，利用2个电源和4个功 率元件而形成3个输出端子，另一方面，利用2相、3相、4相的电动 机的内部接线来作成3个输入端子的结构，从而可以相互连接控制。此 外，上述的2个电源中的一个电源也可以由DC-DC转换器作成。在4相交流、绕组数量为3个的电动机中，进行各星形接线，将该 3个端子与星状接线中心点合计作为4个端子，可以与4相交流的反相 器连接并进行控制。
图l是表示单相、4极的现有电动机的概略的结构的横向剖面图。 图2是去掉图1所示的定子的一部分而进行变形后的图。 图3是表示在单相、8极的电动机中按每360。的电气角磁截断定子芯的电动机的概略的结构的横向剖面图。图4是表示在3相、8极的电动机中按每360°的电气角磁截断定子芯的电动机的概略的结构的对黄向剖面图。图5是表示在单相、8极的电动机中按每360°的电气角磁截断定子芯的电动机的概略的结构的;f黄向剖面图。图6是表示在单相、12极的电动机中按每360。的电气角磁截断定子芯的电动机的概略的结构的横向剖面图。图7是表示在单相、8极的电动机中按每360°的电气角磁截断定 子芯的电动机的概略的结构的横向剖面图。 图8是图7的剖面图。图9是表示在3相、8极的电动机中按每360°的电气角磁截断定 子芯的电动机的概略的结构的横向剖面图。图IO是表示在单相、8极的电动机中按每360°的电气角磁截断定 子芯的电动机的概略的结构的横向剖面图。图11是图10的剖面图。图12是表示3相、2极的现有的电动机结构的横向剖面图。 图13是去除图12所示的定子的一部分而进行变形后的图。 图14是将图13所示的定子的绕组进行变形后的图。 图15是表示图12与图13所示的绕组电流的矢量的图。 图16是表示在3相、4极的电动机中按每360。的电气角磁截断定 子芯的电动机的概略的结构的横向剖面图。。 图17是图16的电动机的剖面图。 图18是图16的的电动机的定子芯的立体图。图19是表示在3相、8极的复合电动机中按每360。的电气角磁截断定子芯的电动机的概略的结构的横向剖面图和纵向剖面图。图20是表示4相、2极的现有的电动机的概略的结构的横向剖面图。 图21是表示4相、2极的现有的电动机的概略的结构的 一黄向剖面图。 图22是去除图21所示的定子的一部分而进行变形后的图。 图23是表示图20、 21、 22所示的绕组的电流矢量的图。 图24是表示在4相、8极的电动机中按每360。的电气角磁截断定子芯的电动机的概略的结构的横向剖面图。图25是表示在4相、8极的电动机中按每360。的电气角磁截断定子芯的电动机的概略的结构的横向剖面图。图26是表示在4相、8极的复合电动机中按每360。的电气角磁截断定子芯的电动机的概略的结构的横向剖面图和纵向剖面图。图27是表示6相、2极的现有的电动机的概略的结构的横向剖面图。图28是去除图27所示的定子的一部分而进行变形后的图。图29是6相电动机中将定子的磁路磁分离为3组的结构的电动机的示意图。图30是将图29的电动机的示意图进行变形后的例子。图31是将图29的电动机的示意图进行变形后的例子。图32是表示图27~图31的绕组的电流矢量的图。图33是在6相的电动机中将定子的磁路磁气地分离为3组并以2 个绕组来构成的电动机的示意图。图34是表示具有环状的绕组的3相、8极的电动机的概略的结构的 纵向剖面图。图35是图34的电动机的转子表面的展开图。图36是图34的电动机的剖面图。图37是图34的定子磁极的与转子对置的面的展开图。图38是表示图34的电动机的绕组形状的图。图39是图34的电动机的绕组的展开图。图40是将图34的电动机的绕组合并为2个后的绕组的展开图。 图41是表示图34的电动机的各定子磁极和绕组的关系的展开图。 图42是表示图34的电动机的电流、电压、转矩的矢量的图。 图43是图34的定子磁极的面对转子的形状例的展开图。 图44是图34的定子磁极的面对转子的形状例的展开图。 图45是图34的定子磁极的面对转子的形状例的展开图。 图46是埋入磁铁型的转子的横向剖面图例子。 图47是埋入磁铁型的转子的横向剖面图例子。 图48是嵌入型转子的横向剖面图例子。图49是具有突极形状的磁极的磁阻型转子的横向剖面图例子。图50是表示从2相到7相的矢量的图。图51是表示6相的矢量与这些的合成矢量的关系的图。图52是在具有环状的绕组的4相的电动机中与相邻的定子磁极的相对相位为180°的电气角的结构的定子磁极与绕组的展开图。 图53是表示4相的矢量与这些的矢量的合成关系的图。 图54是将图52的结构的电动机进行改良后的定子磁极和绕组的展开图。图55是图54的电动机的剖面图。图56是表示具有环状的绕组的6相的电动机的概略的结构的纵向剖面图。图57是表示在具有环状的绕组的6相的电动机中将定子芯磁气地分离为3组的电动机的概略的结构的纵向剖面图。图58是表示将图57的电动机的绕组减少到2个后的电动机的概略 的结构的纵向剖面图。图59是将图58的电动机形状进行变形后的例子。图60是图59的电动机的转子表面形状和定子磁极的与转子对置的 面的形状与绕组的展开图。图61是使图60的定子磁极在圓周方向上倾斜后的定子磁极形状的 展开图。图62是表示图59的电动机的定子磁极的与转子对置的面的形状和所连接的磁路的关系的展开图。图63是构成图62的定子磁极的电磁钢板的展开图的例子。图64是表示图59的电动机的定子磁极和用于减少这些之间相互的漏磁通量的导体的板的配置的图。图65是表示现有的3相、2极定子绕组的连接关系的图。图66是表示将短节距绕组配置为双重后的3相、2极的绕组的连接关系的图。图67是图66的电动机的纵向剖面图，是说明绕组的线圏末端形状、 配置的图。图68是表示图66的各绕组的电流矢量和各槽的合成电流矢量的矢量图。图69是将绕组和二极管串联地巻绕在现有的软磁性体的突极形状 的转子磁极上从而构成闭合回路的4极的转子的横向剖面图。图70是将绕组和二极管串联地巻绕在设置有多个磁通量阻挡层的 转子上从而构成闭合回路的4极的转子的横向剖面图。图71是表示图69、 70的转子的绕组和二极管的连接关系的图。图72是将图70的转子变形为2极并进行示意性地表现并且附加有 定子绕组的d轴电流id、 q轴电流iq的图。图73是表示图72的各电流成分与电压的关系的图、和表示d轴磁 路的等价模型的图。图74是表示输出固定的转矩的d轴电流id、 q轴电流iq的图。图75是表示断续的定子的d轴电流id和转子绕组的电流ifr的波形 例子的图。图76是表示断续地进行定子绕组的d轴电流id和转子绕组的电流 ifr共存的控制时的波形例子的图。图77是向图70的转子附加永久磁铁并进行变形后的转子的横向剖 面图。图78是将绕组和二极管串联地巻绕在嵌入型转子上从而构成闭合 回路的8极的转子的横向剖面图。图79是将绕组和二极管串联地巻绕于在径向方向上层叠有电磁钢面图。图80是表示图79的转子所使用的电磁钢板的形状例子的立体图。 图81是表示在电磁钢板内部附加有电绝缘膜的电磁钢板的结构的图。图82是表示将图81的带绝缘膜的电磁钢板横竖地进行层叠而使用 的结构的图。图83是表示3相反相器的构成和3相电动机的绕组的关系的图。 图84是表示3相反相器和图34的3相、2绕组的电动机的连接关 系的图。图85是表示图84的电压和电流的矢量关系的图。图86是表示图84的绕组和电流及电压的关系的图。图87是表示功率控制元件以4个反相器控制图34的3相、2绕组 的电动机的结构的图。图88是表示功率控制元件以4个反相器控制3相三角形接线的电 动机的结构的图。图89是表示图89、图90的电压的矢量关系的图。图90是表示图87的电压波形的图。图91是表示图88的电压波形的图。图92是表示功率控制元件以4个反相器控制3相星状接线的电动 机的结构的图。图93是表示以DC-DC转换器构成1个图87、 88、 92的直流电源 的例子的图。图94是表示以DC-DC转换器构成1个图87、 88、 92的直流电源 的例子的图。图9 5是表示现有的无刷电动机的概略的结构的纵向剖面图。图96是图95的AA - AA线剖面图。图97是现有的无刷电动机的横向剖面图。图98是现有的同步磁阻电动机的横向剖面图。
具体实施方式
进行说明。图l是单相交流、4极的电动机。831是转子的永久磁铁，832是由 软磁性体制作的定子芯，823、 824、 825、 826是单相的绕组。绕组的缠 绕方法有若干种方法，其中一个例子是以绕组823、 824缠绕单相绕组、 以绕组825、 826缠绕单相绕组。此时，与图1所示的绕组823交链的 最大磁通量的量是永久磁铁831的1个磁极的磁通量的1/2。其次，图2中示出了图1的电动机中将波状线部所示的843、 844 的部分剪下并去除后的电动机。此时，与图2所示的绕组823交链的最 大磁通量的量是永久磁铁831的1个磁极的磁通量。因此，图2的绕组 823与图1的绕组823相比4交，可产生2倍的转矩。^旦此时图2的绕组 824和826交链的磁通量是零，对转矩产生没有贡献。因此，在电磁转 矩产生上，是作为电动机不需要的绕组，能够去除。但是，绕组823和 824是流过在转子轴方向的往返的电流的l组绕组，不能去除绕组824, 可以考虑作成尽量短的线或者在其他的用途上更有效地利用的方法。而且，这样的效果由尤其是在以永久磁铁型的转子构成的交流电动 机中能够实现。其理由是，因为永久磁铁同步电动机利用永久磁铁产生 励石兹，由于向定子侧绕组若仅通入作为转矩电流的q轴电流即可，因此 不需要作成现有的传统的全节距、分布巻绕的结构，从而可以实现电动 机的简化。此外，此处对于图2的电动才几来说，通过绕组823和825的外径侧 的背轭部的最大磁通量为2倍，因此需要将背轭部设计为厚到2倍。但 在将电动机多极化来进行使用的情况下，由于背轭部的软磁性体的厚度 变小，因此多极化时背轭部的厚度的负载变小。如后面所述，利用使如上所述的磁链数增加的磁路的作用、效果， 可以实现多相的交流电动才几。图3的电动机是将图2的电动机作成8极的单相交流电动机，852 是定子的磁极及磁路，853、 854是向定子磁极852提供磁动势的绕组， 851是转子的永久磁铁。绕组854被配置在空间中，由于通过交链的磁 路空间，因此磁阻非常大，该绕组的电流产生的^兹动势在电动机的电》兹 作用中几乎不起作用。因此，仅是作为绕组853的电流的返回线的作用， 在将绕组853的线圏末端长度尽可能地变短的位置上，作为电动机也可 以向空闲的空间巻绕。图4的电动才几相对于图3的电动才几减少一组定子^^及和绕组，并且， 将3组定子磁极852、 867、 862作成相对地分别改变电气角为120°的 相位的结构，从而构成3相交流电动才几。在转子轴方向的往返绕组853 和854与图3相同，作成使其接近并紧凑的绕组。图5的电动机是单相交流电动机，定子磁极86G、 86J和磁路861 改变180°方向，成为反转后的结构。因此，可以使绕组865和绕组86B 的电流方向为相反方向，可将绕组865和绕组86B作成一组绕组。其结 果是，可以去除图3所示的返回用的绕组854。并且，与图3的电动机 相比较可以将绕组减少，所以，尽可能减少绕组的数量，从而也可以减 少作为电动机的铜损。图6是12极的单相交流电动机。对于定子磁极902和903，定子磁 极905和906以针对转子的电气角的相位相差180°的方式配置。其结 果是，向绕组909、 908通过相反方向的电流，可将两绕组作成转子轴 方向的往返绕組。该种情况下，图3的电动机中所需的绕组854也无用， 因此可以将绕组的数量减少，从而也可以降低作为电动机的铜损。图7的电动机是单相交流、8极的电动机，转子的N极产生的磁通 量通过定子》兹才及852，并依次通过》兹i 各853、 859、 854、 855,通过定子 磁极856,返旋转子的S才及。并且，绕组851和85A向上述磁^各的/f兹通 量在同一方向上进行2次交链的位置进行巻绕。其结果是，成为绕组851 的电流和绕组85A的电流这二者向2个定子磁极852、 856提供磁动势 的结构。剖面FE - FE为图8的(a ),剖面FF - FF为图8的(b )。并 且，绕组857、 858等其他的结构要素也是同样的结构。在图7、 8的情 况下，图3的电动机中所需的绕组854也是无用的，因此可以将绕组的数量减少，从而也可以降低作为电动机的铜损。图9的电动机是3相交流、8极的电动机，去除图7的定子的结构 要素的4组中的1组，将3组结构要素的圆周方向配置作成以与转子的 相对相位分别相差120°的电气角的方式进行配置的结构。例如，各自 的磁路的位置854、 85C、 85D的针对转子的相对相位，配置在彼此分别 相差120°的电气角的位置。在图9的情况下，图3的电动机中所需的 绕组854也无用，因此可以将绕组的数量减少，从而也可以降低作为电 动机的铜损。图10的电动机是单相交流、8极的电动机。871是表面磁铁型转子 的永久磁铁之一，安装在转子表面附近。872是与转子的N极磁铁对置 的定子磁极，从上述N极出来的磁通量经气隙通过定子》兹极872、通过 磁路876，通过使磁通量通过转子侧为目的的磁通量通过用磁路874。 如图11的(a)的剖面FG-FG的剖面图所示，上述磁通量通过用磁路 874与使磁通量通过定子侧为目的的磁通量通过用磁路881对置，通过 上述磁通量通过用磁路874的磁通量通过转子的背辄。定子磁极873安装在针对转子的相对相位与定子磁极872相差电气 角为180°的相位上。通过定子i兹才及873的i兹通量通过》兹^各878、通过 磁通量通过用i兹3各875、通过上述;兹通量通过用i兹3各881,通过转子的 背轭。图11的(b)是剖面FH-FH的剖面图。对于绕组87A和87B来说，应该进行通电的电流的相位相差180° , 所以，能够作为转子轴方向的往返绕组进行缠绕。图10的情况下，图3 的电动机中所需的绕组854也无用，因此，可以将绕组的数量减少，从 而也可以降#^乍为电动^L的铜损。定子的磁通量通过用》兹3各874、 875不仅与各定子不兹极连接，也可 以与相邻的定子的磁通量通过用磁路磁连接。转子的》兹通量通过用磁路 881作成圆形的形状，作成转子和定子间的磁阻抗不因旋转位置而变化 的结构。因此，作为使磁阻抗均一化这点的必要条件，转子侧或定子侧 至少之一的磁通量通过用磁路是圆形即可。在其所需条件的范围内，可 以进朽-i兹通量通过用i兹;洛的变形。此外，图10的绕组需要在图示的方向上流过电流，但具体的绕组 的巻绕方法可以是若干种方法，除了如上所述的巻绕绕组87A和87B的 方法外，也可以是进行波状巻绕的方法、在3个以上的图10中图示的绕组符号的绕组上串联地进行巻绕的方法、并联地进行巻绕的方法等。 对于图10的电动机来说，也存在于将结构的图示和说明简化的目的，以单相的电动机来进行说明，但也可以如图4、图9等那样，作成 3相交流电动机的结构。此外，也可以构成2相交流、4相以上的多相 交力t的电动冲几。图12是现有的3相交流、2极、短节距、不叠加巻绕、集中巻绕的 电动机的横向剖面图，是所谓的"集中巻绕无刷电动机"的横向剖面图。 A61是A相的定子磁极，A62是B相的定子磁极，A63是C相的定子磁 极。A64、 A65是A相的定子磁极A61的绕组，其电流值是IA。 A67、 A68是B相的定子磁极A62的绕组，其电流值是IB。 A69、 A6A是C 相的定子;兹极A63的绕组，其电流值是IC。并且，A6E是转子的永久 磁铁，与该转子同步地在各相中通入电流，从而可以产生转矩。其次，图13除了一部分外与图12是相同结构。在图12的A相定 子磁极A61和C相定子磁极A63之间的磁路A6B中，去除以图13的虚 线所示的A71的部分的磁路。若转子以图13的状态进行旋转，则与A 相的绕组A74的部分交链的磁通量几乎为零，与图12的状态相比较， 则与A相的绕组A75的部分交链的磁通量为2倍。C相也一样，与C 相的绕组A7B的部分交链的磁通量几乎为零，与图12的状态相比较， 则与C相的绕组A78的部分交链的磁通量为2倍。与B相的绕组A76、 A77交链的磁通量与图12的状态相同。其结果是，也可以电磁地去除 绕组A74、 A7B。但是，针对绕组A75、 A78的供电方法还另外需要某 些单元。而且，此时通过i兹3各A79、 A7A的》兹通量的大小与图12相比 较，成为2倍，因此需要将这些磁路变大。但在将电动机多极化的情况 下，由于定子的背轭的厚度的绝对值变小，因此在多极的情况下背轭的 厚度的负载不大。其次，图14示出将配置在图13的同一槽内的2个绕组合并为l个 绕组、并且将合并后的绕组的电流定义为合并前的2个绕组的电流的算 数相加值的例子。例如，将图13的绕组A65和A67合并为图14的绕组 A82,其电流值Ia为(-IA+IB)。图15是以矢量示出其电流的相加的 关系的图，例如，示出Ia=_IA+IB的关系。此时，若将绕组A82的粗 细假定为绕组A75的粗细的2倍，则对于电流来说，进4亍矢量相加，为 1.732倍，铜损为(1,732/2) 2=3/4,降低了 25%。图16是将图14的电动机变形为4极的电动机、并将绕组B35、B37、 B39、 B3C的返回线B36、 B38、 B3A、 B3C配置在定子的外围部的例子。 配置这些绕组B36、 B38、 B3A、 B3C的位置若是定子的磁路的外侧， 则不特殊限定，因此可以在制作上情况良好之处配置。定子的形状例如 也可以变形为能够缩短绕组的长度的形状。图17是图16所示的电动机的形状的例子，是其剖面图。图17的 (a)是图16的剖面FJ-FJ的剖面图，图17的(b)是图16的剖面FK -FK的剖面图。是以可以将各绕组的长度变小的方式将磁路B3D的转 子轴方向长度LS1缩短的例子。图18是图16、图17所示的定子的立体 图。图19的(a)的电动机是在外径侧和内径侧组装有2个图16所示 的3相、4极的电动机的例子。若为此种结构，则应该通入到绕组B29 和B2A的电流正好为相反相位，因此可以成为转子轴方向的往返绕组。 这相当于能够去除图16中的绕组B36。图19的其他3组绕组是可以说 是相同的，因此可以大幅度地减低电动机的铜损。图19的(b)是图19 的(a)的剖面FI-FI的剖面图。使图12所示的3相交流、2极的电动机成为4极，试着比较向电动 机的外径侧和内径侧组装有2个的电动才几和图19的电动才几的铜损。如 先前所求出的那样，将同一槽的2个绕组合并为1个绕组，由此，铜损 能够降低到3/4。并且，若能够去除3个3相绕组中的1个绕组的铜损， 则铜损为2/3。若合并二者的铜损降低效果，则为3/4x2/3=1/2,从而可 以定性地将铜损降低到1/2。并且，可以有效利用去除后的绕组的空间， 若考虑绕组电阻变为2/3,则合计为1/2x2/3=1/3，定性地铜损为1/3。而且，图19所示的电动机是4极的电动机的例子，在外径侧的电 动机和内径侧的电动机中，电磁地产生转矩的气隙部的半径有4艮大地不 同，但是，进行多极化从而可以将内外径之差变小，能够作成实用性的 结构。图20是4相交流、2极的电动机。该4相的电动才几也可以进4亍与图 12的3相的电动^/L相同的变形。对于1个槽内的2个绕组的合并来说， 能够以图21的绕组C37的方式将绕组C22和C23作成1个绕组。其电 流为图23的4相的电流矢量的关系，为1&=-IA+IB。其他绕组也一样。关于定子芯的分割、 一部分去除，也可如图22所示那样，例如，去除C25的一部分。此时，由于与绕组C4A交链的磁通量非常小，因 此可以去除该绕组。图24中示出了将图22的2极的电动机变形为8极 后的电动机。此时，绕组D38和D3B为相反相位的电流，由于相邻， 因此可以作为转子轴方向的往复绕组进行巻绕。绕组D36和D34也一 样。关于绕组D37,将绕组D39配置在定子芯的外形侧，作为转子轴方 向的往返绕组进行巻绕。图24的电动机的其他的绕组也一样。该图24 中所示的电动机与将图21的4相电动机进行8极化后的电动机相比较， 可以构成线圈末端较小的电动才几，从而实现小型化。图25是将4相电动机的3个绕组的返回线全部配置在定子芯的外 形侧、并作成环状巻绕的例子。绕组的数量增加，看作不利，但是，尤 其是在转子轴方向的厚度较小的扁平的形状的电动机、并且多极的电动 机的情况下，由于绕组的制作性较好、线圈末端也较短，因此能够实现 小型且低成本的电动机。D3C是降低相邻的定子芯间的漏磁通量的非磁性的构件。该构件使 用电的良导体，也能够以涡电流积极地降低漏磁通量。图26的电动机是将图22的电动机作成8极、在内径侧和外径侧配 置有2个电动机的4相交流、8极的复合电动机。具有和图19所示的3 相交流的复合电动机相同的效果，由于可以将绕组有效地进行配置，因 此在铜损降低、效率提高、小型化的方面比较优越。图26的电动机在 进行多极化时也容易获得实质性的效果。图27的电动机是6相交流、2极的电动机的例子。 一般地，被称为 3相交流电动机，但由于本专利中阐述着眼于定子磁极的矢量、相位、 数量的电动机的结构，因此特意表现为6相电动机。图27的6相电动机如图22中说明的3相、4相的电动机那样，作 成去除图28的虚线所示的E43的部分后的结构。图29是在图27的电动机中分别将彼此相差电气角为180°的相位 的定子i兹极独立地以磁路G12、 G13、 G14进行;兹连接后的结构的电动 机。通过磁路G12、 G13、 G14的磁通量在转子轴方向上彼此被磁分离， 不在各磁路中相交。向各绕组G14、 G15、 G16通入以图34的电流矢量 所示的IA4、 IC4、 IE4的3相电流，由此，可以分别向各定子磁极G1A、 G1B、 G1C、 G1D、 G1E、 G1F提供6相的磁动势。但是，图29的绕组结构中，仅在巻绕次数为1匝时对图32所示的电流矢量的电流进行布线。此外，图29、 30、 31、 33是示意性地示出 定子的磁路结构的图，现实的磁路结构、形状可变形为如图27、图28、 图11、图18的所示磁路形状。图30的电动机将绕组G16的电流IE4置换为绕组E87、 E88的电流 -IA4、 -IC4。这是利用了 IA4+IC+IE4=0的关系的结果。其结果是， 在图30的电动才几中，由绕组G14和E87向转子轴方向往复巻绕，能够 使绕组G15和E88在转子轴方向往复巻绕。此外，图29的电动机也能够以图31的方式进行变形。这是以图32 的IA4和IB4代替绕组G14的电流IA4、以图32的IC4和ID4代替绕组 G15的电流IC4、以图32的IE4和IF4代替绕组G16的电流IE4的结果。 并且，分别以-IA4、 -IB4、 -IC4置换ID4、 IE4、 IF4的结果。其结 果是，成为图31的结构的电动机，各自的绕组能够成为转子轴方向的 往复巻绕，绕组系数为0.866,各绕组的效率也不那么低。而且，由于 电流的大小为1.732倍，相位错开30°的电气角，因此需要进行其换算。其次，图33中示出了将图32的电动机进行变形后的例子。为了对 B相和E相的定子磁极G1B、 G1E进行励磁而与G14交链的电流是F87 和E88的-IA4和-IC4的电流。现在，若将图30的磁路G14如图33 的E81所示那样相对转子配置在相反方向上，则应该交链的电流的符号 反转，可挪用绕组E85和E86的电流IA4和IC4。其结果是，由E85和 E86这2个绕组向各定子磁极G1A、 G1B、 G1C、 G1D、 G1E、 GIF分别 提供6相的磁动势。而且，图33的电动机结构中，作为绕组E85、 E86的转子轴方向的 返回线，追加绕组E87、 E88。但是，由于绕组E87、 E88的部分并不向 电动机电磁地进行作用，因此，对电动机结构进行研究，利用如图19 的电动机的复合化等，也可以去除绕组E87、 E88。图33的电动^/L的绕组E85与图30的电动^L的绕组G14相比较，交 链磁通量为1.732倍，该绕组E85的感应电压常数、转矩常数为1.732 倍。因此，图33的电动机结构在效率提高、小型化的方面具有4艮大的 意义。动机及其控制装置"(特开2005 - 160285)进行开发，其内容已公开。 关于一部分，包含共同的技术，此外，由于也作为本发明的对象的电动机的方式而存在，因此对该相关^支术的一部分进4ti兌明。并且，其他相 关技术的部分省略说明。 相关技术图34是相关技术的无刷电动机的剖面图。图34所示的无刷电动机 150是以3相交流来进行动作的8极电动机，包括转子11、永久磁铁12、 定子14而构成。转子11具有配置在表面的多个永久磁铁12。这些永久磁铁12沿转 子11表面在圆周方向上交替地配置N极和S极。图35是转子11的圆 周方向展开图。横轴表示机械角，机械角为360。的位置上电气角为1440o定子14分别具有4个U相定子》兹极19、 V相定子》兹极20、 W相定 子磁极21。各定子磁极19、 20、 21相对于转子11具有突极状的形状。 图37是从转子11侧观察的定子14的内周侧形状的展开图。在同一圆 周上等间距地配置有4个U相定子磁极19。同样地，在同一圆周上等 间距地配置有4个V相定子i兹极20。在同一圆周上等间距地配置有4 个W相定子磁极21。将4个U相定子磁极19称为U相定子磁极组， 将4个V相定子》兹才及20称为V相定子磁极组，将4个W相定子》兹才及 21称为W相定子;兹极组。此外，在这些各定子磁才及组中，将沿轴方向 配置在端部的U相定子磁极组和W相定子磁极组称为端部定子》兹极组， 将除此以外的V相定子》兹^l组称为中间定子》兹才及组。此外，对于各个U相定子磁极19、 V相定子磁极20、 W相定子磁 极21来说，彼此轴方向位置和圆周方向位置错开地配置。具体地说， 对于各定子磁极组来说，以相对地成为机械角为30° 、电气角为120。 的相位差的方式彼此在圆周方向上错开地配置。图37所示的虚线示出 了对置的转子11的各永久磁铁12。同极的转子磁极(N极的永久磁铁 12之间或S极的永久磁铁12之间)的间距是电气角360° ,同相的定 子磁极的间距也是电气角360° 。分别在定子14的U相定子磁极19、 V相定子》兹极20、 W相定子磁 极21之间配置U相绕组15、 V相绕组16、 17、 W相绕组18。图39是 表示各相的绕组的圓周方向展开图的图。U相绕组15设置在U相定子 磁极19和V相定子磁极20之间，构成沿圆周方向的环状形状。从转子 ll侧观察，若将顺时针方向的电流定为正(其他相的相绕组也相同)，则流入U相绕组15的电流Iu为负(-Iu)。同样地，V相绕组16设置 在U相定子磁极19和V相定子》兹才及20之间，形成沿圆周方向的环状形 状。流入V相绕组16的电流Iv为正(+Iv) 。 V相绕组17设置在V相 定子i兹极20和W相定子i兹4及21之间，形成沿圆周方向的环状形状。流 入V相绕组17的电流Iv为负(-Iv) 。 W相绕组18械/没置在V相定 子》兹才及20和W相定子》兹极21之间，形成沿圆周方向的环状形状。流入 W相绕组18的电流Iw为正(+Iw)。这3种电流Iu、 Iv、 Iw是3相交 流电流，相互各错开120°相位。此外，39是用于消除轴方向磁动势的 绕组。其次，对定子14的各相定子磁极形状和各相绕组形状进行详细说 明。图36是说明图34的定子14的剖面部分的图，在图36 (a)中示出 AA-AA线剖面图，在图36 (b)中示出AB-AB线剖面图，在图36 (c)中示出AC-AC线剖面图。如这些图所示，分别将U相定子磁极 19、 V相定子磁极20、 W相定子^兹极21相对于转子11作成突极形状， 分别以相对地具有机械角为30° 、电气角为120°的相位差的位置关系 来进行配置。图38是表示U相绕组15的概略性的形状的图，并分别示出了正面 图和侧面图。U相绕组15具有巻绕开始端子U和巻绕结束端子N。而 且，同样地，V相绕组16、 17具有巻绕开始端子V和巻绕结束端子N, W相绕组18具有巻绕开始端子W和巻绕结束端子N。在将各相绕组进 行3相Y接线的情况下，各相绕组15、 16、 17、 18的绕组结束端子N 连接在一起。对于流入各相绕组15、 16、 17、 18的电流Iu、 Iv、 Iw来 说，由在各相定子磁极19、 20、 21和转子11的永久磁4失12之间产生 转矩的电流相位控制。此外，能够以Iu+Iv+Iw=0的方式进行控制。其次，对各相电流Iu、 Iv、 Iw与由这些各相电流向各相定子磁极 19、 20、 21付与磁动势的关系进行说明。图41是在从气隙面侧(转子 11侧)观察的各相定子磁极19、 20、 21的展开图(图37)上标注等价 的各相电流绕组的图。U相绕组在同一方向上串联地巻绕在4个U相定子》兹极19上。因 此，各U相定子;兹极19可以在同一方向上付与磁动势。例如，利用导 线(3)、 (4)、 (5)、 (6)形成巻绕在从图41的左侧第2个U相 定子磁极19上的U相绕组，按此顺序，在U相定子磁极19的周围巻绕多圈这些导线。而且，导线(2) 、 (7)是相邻的U相定子磁极19间 的搭接线，没有电磁作用。若对流入这样的U相绕组的电流Iu的各部分进行详细地观察，则 导线(1)和(3)的电流的大小相同并且在相反方向流动，由于/f兹动势 的安培匝数相抵，因此可以说这些导线等价地处于与不流过电流时相同 的状态。同样地，关于导线(5)和(8)的部分的电流，磁动势安培匝 数相抵，也可以说这些导线等价地处于与不流过电流时相同的状态。这 样，由于流入配置在U相定子磁极19间的导线的电流始终相抵，因此 不需要通过电流，该部分的导线可以去除。其结果是，可以认为和同时 流过U相电流Iu和U相电流_ Iu的状态相同，该U相电流Iu以与导线 (10)、 (6)对应的方式环状地在定子14的圆周上流过，该U相电流 -Iu以与导线(4) 、 (9)对应的方式环状地在定子14的圆周上流过。并且，以与上述的导线(10) 、 (6)对应的方式环状地在定子14 的圆周上流过的U相电流Iu是在定子芯的外部环状地流过的电流，定 子芯的外部是空气等，磁阻较大，所以，几乎没有针对无刷电动机15 的电磁作用。由此，即使省略也没有影响，能够去除位于定子芯的外部 的环状的绕组(而且，在上述例子中省略该环状的绕组，也可以不省略 而留下)。其结果是，可以说图34所示的U相绕组的作用与图34、图 39所示的环状的U相绕组15是等价的。此外，图41所示的V相绕组与U相绕组相同地，以围绕4个V相 定子磁极20的方式串联地巻绕。其中，导线(11)和(13)中流过的 电流大小相同、方向相反，磁动势安培匝数相抵，因此，可以说这部分 等价地处于与不流过电流时相同的状态。同样地，关于导线(15)、 (18) 的电流，磁动势安培匝数也相抵。其结果是，可以认为与同时流过V相 电流Iv和V相电流-Iv的状态相同，该V相电流Iv以与导线(20)、 (16)相对应的方式沿定子14的圓周上环状地流过，该V相电流-Iv 以与导线(14) 、 (19)对应的方式沿定子14的圆周上环状地流过。 其结果是，可以说图34所示的V相绕组的作用与图34、图39所示的 环状的V相绕组16、 17是等价的。此外，图41所示的W相绕组与U相绕组相同地，以围绕4个W 相定子磁极21的方式串联地巻绕。其中，导线(21)和(23)中流过 的电流大小相同、方向相反，》兹动势安培匝数相4氐，因此可以说该部分等价地处于与不流过电流时相同的状态。同样地，关于导线(25)、 (28)的电流，磁动势安培匝数也相抵。其结果是，可以认为和同时流过w相电流Iw和W相电流-Iw的状态相同，该W相电流Iw以与导线(30 )、 (26)相对应的方式环状地在定子14的圆周上流过，该W相电流-Iw 以与导线(24) 、 (29)相对应的方式环状地在定子14的圆周上流过。并且，以与上述的导线绕组(24) 、 (29)相对应的方式环状地在 定子14的圆周上流过的W相电流-Iw是在定子芯的外部环状地流过的 电流，定子芯的外部因空气等，磁阻较大，因此，几乎不存在针对无刷 电动机15的电磁作用。由此，即使省略也没有影响，从而能够去除位 于定子芯的外部的环状的绕组。其结果是，可以说图41所示的W相绕 组的作用与图34、图39所示的环状的W相绕组18是等价的。如以上说明的那样，向定子14的各相定子;兹极19、 20、 21付与电 磁作用的绕组及电流能够以环状的简单的绕组来代替，并且，能够去除 定子14的轴方向两端的环状的绕组。其结果是，由于可以将无刷电动 机15中所使用的铜的量大幅度地降低，因此可以实现高效率化、高转 矩化。此外，由于不需要在同相的圆周方向的定子磁极之间配置绕组(导 线)，因此可进行现有结构以上的多极化，特别是，绕组结构简单，因 此可以使电动机的生产率提高，实现低成本化。而且，磁气地通过U、 V、 W相的定子磁极的磁通量c()u、 4v、 4 w在背轭部汇合，成为3相交流磁通量的总和为零的(J) u+ (!) v+ cl) w=0的 关系。此外，图264、图265、图266所示的现有的结构是将图41所示 的各相突极19、 20、 21各2个合计6个排列在同一圆周上的结构，各 突极的电磁性作用、转矩产生与无刷电动机150相同。但是，对于图264、 图265所示的现有的无刷电动机来说，在其结构上，不能够如从图34 到图40所示的无刷电动机150那样去除绕组的一部分、或进行绕组的 简化。无刷电动机150具有这些结构，以下说明其动作。图42是无刷电 动冲几150的电流、电压、输出转矩的矢量图。X轴对应于实轴，Y轴对 应于虚轴。此外，将相对X轴的逆时针旋转方向的角度定义为矢量的相 位角。将定子14的各相定子磁极19、 20、 21中存在的磁通量cj)u、 (j)v、 4w的旋转角变化率称为单位电压，定义为Eu=dcJ)u/de 、Ev=dcl)v/de 、Ew=dc|)w/d6。如图37所示，将各相定子磁极19、 20、 21的相对于转 子11 (永久磁铁12)的位置各移动120°电气角，因此由各相绕组15 18的1匝所感应的单位电压Eu、 Ev、 Ew成为图42所示的3相交流电压。现在，转子以固定旋转d 6 /dt=S 1进行旋转，将各相绕组15 ~ 18的 巻绕次数定义为Wu、 Wv、 Ww,使这些值与Wc相等，则绕组15~18 的各感应电压Vu、 Vv、 Vw可以如下进行表示。而且，若忽略各定子磁 极的漏磁通量成分，则U相绕组的不兹链数是Wux cj)u、 V相绕组的^兹链数是Wvx (J)v、 W相绕组的磁链数是WWX (f)w。<formula>formula see original document page 27</formula>…(l)同样地、<formula>formula see original document page 27</formula> …(3)此处，具体的绕组和电压的关系如下。U相的单位电压Eu是在图 34及图39中所示的U相绕组15的相反方向的1臣中产生的电压。U相 电压Vu是在U相绕组15的相反方向上产生的电压。V相电压Ev是在 将V相绕组16的1匝和V相绕组17的相反方向的1匝进行串联地连接 时在两端产生的电压。V相电压Vv是将V相绕组16和相反方向的V 相绕组17进行串耳关地连接时的两端的电压。W相的单位电压Ew是在 图34及图39所示的W相绕组18的1压中产生的电压。W相电压Vw 是W相绕组18的反向时产生的电压。若以良好效率产生无刷电动机150的转矩，则需要在与各相的绕组 的单位电压Eu、 Ev、 Ew相同相位通上各相电流Iu、 Iv、 Iw。在图42 中，Iu、 Iv、 Iw和Eu、 Ev、 Ew分别为相同相位，为了矢量图的简化， 以相同的矢量箭头来表现同相的电压矢量、电流矢量。无刷电动机150的输出功率Pa、各相的功率Pu、 Pv、 Pw为Pu =Vu X ( — Iu )=Wu XEu XSlXIu …(4)Pv =Vv XIv =Wv XEv XSlXIv …(5)Pw =Vw XIw =Ww XEw XSlXIw ...(6)Pa =Pu +Pv +Pw =Vu XIu +Vv XIv +Vw XIw …(7)。此外，无刷电动机150的输出转矩Ta、各相的转矩Tu、 Tv、 Tw为Tu =Pu/Sl=Wu XEu XIu…(8) Tv =Pv/Sl=Wv XEv XIv …(9) Tw =Pw/Sl=Ww XEw XIw …(10) Tel =Tu +Tv +Tw=Wu XEu XIu +Wv XEv XIv +Ww XEw XIw=Wc X (Eu XIu+Ev XIv+Ew XIw)…(11)。而且，与本实施方式的无刷电动机150的电压、电流、转矩相关的 矢量图，与图264、图265、图266所示的现有的无刷电动机的矢量图 是相同的。其次，关于图34及图39所示的各相绕组和电流，对更高效率的变 形方法进行说明。U相绕组15和V相绕组16是在U相定子;兹极19和 V相定子》兹极20之间相邻地配置的环状的绕组，可以将这些概括为单 一的绕组。同样地，V相绕组17和W相绕组18是在V相定子磁极20 和W相定子磁极21之间相邻地配置的环状的绕组，可以将这些扭无括为 单一的绕组。图40是表示将2个绕组概括为单一的绕组的变形例。对图40和图 39进行比4支可知，将U相绕组15和V相绕组16置换为单一的M相绕 组38，将V相绕组17和W相绕组18置换为单一的N相绕组39。此外， 在M相绕组38中流过将U相绕组15的电流(-Iu)和V相绕组16的 电流(Iv)相加后的M相电流Im ( = _Iu+Iv)，由此，由M相绕组38 所产生的磁通量的状态和将分别由U相绕组15和V相绕组16所产生的 磁通量合成后的状态相同，在电磁上是等价的。同样地，向N相绕组 39流过将V相绕组17的电流(-Iv )和W相绕组18的电流(Iw)相 加后的N相电流In ( = -Iv+Iw),由此，由N相绕组39所产生的磁通量的状态和将分别由V相绕组17和W相绕组18所产生的磁通量合成 后的状态相同，在电磁上是等价。图42中也示出了这些状态。图42所示的M相绕组38的单位电压 Em、 N相绕组39的单位电压En如下所示。Em = —Eu = — d"/d0 En =Ew 二d0w/d0此外，各绕组的电压V、功率P、转矩T的矢量算式如下所示。Vm -Wc XEm XS1 …(12)Vn=WcXEnXSl …(13)Pm =Vm Xlm =Wc X (—Eu ) XS1X ( —Iu +Iv)=Wc XEu XS1X (—Iu+Iv ) …(14) Pn =Vn XIn =Wc XEw XS1X ( — W +Iw )…(15) Pb =Pm +Pn =Vu X ( — Iu +Iv)+Vw X ( — Iv +Iw).-.(16) Tm =Pm /Sl=Wc X (—Eu ) X ( — Iu +Iv )…(17) Tn =Pn/Sl=Wc XEw X ( —Iv+Iw) …(18) Tb =Tm +Tn =Wc X (( —Eu Xlm )十Ew XIn ) .'.(19)=Wc X (—Eu X (—Iu +Iv ) +Ew X (-Iv +Iw ))=Wc XEu XIu +Wc XIv X ( — Eu —Ew )+Wc XEw XIw=Wc X (Eu XIu +Ev XIv+Ew XIw )…(20) .' Eu +Ev +Ew = …(21)此处，式(ll)中所表示的转矩公式以3相来表现，式(19)中所 表示的转矩公式以2相来表现。这些转矩公式的表现方法不同，但若将 公式(19)展开，则为公式(20),可知这两个公式在数学上是等价的。 尤其是在电压Vu、 Vv、 Vw及电流Iu、 Iv、 Iw为3相平衡交流的情况 下，公式(ll)中所表示的转矩Ta的值为固定值。此时，如图42所示， 公式(19)所示的转矩Tb作为Tm与Tn的相位差即Kmn = 90°的正弦 波的平方函数的和而得到，为固定值。此外，公式(19)是2相交流电动机的表现形式，公式(ll)与公 式(21)是3相交流电动机的表现形式，但这些值都相同。但是，公式 (19)中，在将(-Iu + Iv)的电流Im向M相绕组38通入的情况与分 别将-Iu和Iv向U相绕组15和V相绕组16通入的情况下，即4吏在电 /磁方面相同，铜损也不同。如图42的矢量图所示，对于电流Im的实轴 成分来说，减小为在Im上乘以cos30。之后的值，所以，在M相绕组 38中通入电流Im时铜损为75%,具有铜损降低了 25%这一效果。合并这样邻接地配置的环状的绕组，由此，不仅可以降低铜损，而 且可以将绕组结构进一步简化，所以可以使电动机的生产率进一步提 高，可以进一步实现低成本化。其次，关于图34中示出的电动机的定子14的形状，对该间隙面磁 极形状的变形例进行说明。定子14的磁极形状对转矩特性影响很大， 并且与由齿槽转矩脉动、通电电流所感应的转矩脉动密切地相关。以下， 对如下的具体例进行说明以在各定子磁极组中存在的磁通量的旋转角度 变化率即单位电压的形状以及振幅大致相同并且彼此维持电气角为120° 的相位差的方式，对与各定子磁极组的每一个对应的定子磁极的形状进行 变形。图43是表示定子磁极的变形例的圆周方向展开图。图37中示出的 各相定子磁极22、 23、 24具有与转子轴11平行配置的基本形状。对于 各定子磁极来说，各相是相同的形状，以相对地构成电气角为120。的 的相位差的方式配置。在使用具有这种形状的各定子磁极22、 23、 24 的情况下，存在转矩脉动变大的可能性。但是，在各定子磁极22、 23、 24的径向方向上形成半圆柱体形状的凹凸，由此，可以使边界部的电石兹 作用变得平滑，能够降低转矩脉动。此外，作为其他方法，在转子11 的永久磁铁12的各极的表面形成半圆柱体形状的凹凸，由此，可以在 圆周方向上实现正弦波的i兹通量分布，由此，也可以降^氐转矩脉动。而 且，与图43的水平轴形成的角度是沿圆周方向的机械角，从左端到右 端的一周是360。。此外，图43所示的各相的定子磁极22、 23、 24作成在圆周方向倾 斜的形状，从而也能够降低转矩脉动。但是，在采用了图43所示的定子磁极形状的情况下，为了实现定 子;兹极的气隙面形状，为了在各相的绕组15、 16、 17与气隙部之间实现该磁极形状，各相的定子磁极的前端成为在转子轴方向上伸出的形 状，需要用于在轴方向伸出的磁路的空间，存在为确保该空间而使电动 机外形形状变大的问题。图44是表示定子磁极的其他的变形例的圓周方向展开图，图44中 示出了减轻该问题的定子磁极形状。图44中示出如下的例子将作为 存在于定子14的U相定子磁极28中的磁通量(l)u的旋转角度变化率的 U相的单位电压设为Eu (=dcj)u/de )、将作为存在于V相定子磁极29 中的磁通量c])v的旋转角度变化率的V相的单位电压设为Ev (=dc()v/d 6 )、将作为存在于W相定子磁极30中的磁通量c()w的旋转角度变化 率的W相的单位电压设为Ew(=d(l)w/de )时，以各相的单位电压Eu、 Ev、 Ew形状、振幅大致相同并且相位彼此保持电气角为120°的的相 位差的方式，对各相的定子磁极28、 29、 30的形状进行变形。这些定 子；兹4及形状的特征在于各定子》兹极28、 29、 30的气隙面的大部分相 对各自的定子磁极的齿的中间部分距离较短，来自转子的磁通量通过各 定子磁极表面、通过齿的中间部分，并且通过针对定子14的背轭的磁 路，磁通量能够容易地通过。因此，图44所示的定子磁极形状与图43 所示的定子磁极形状相比，能够使各相绕组15、 16、 17、 18与气隙部 之间的定子磁极的空间变小。其结果是，能够使无刷电动机的外形形状 变小。图45是表示定子磁极的其他变形例的圆周方向展开图，示出进一 步地对图43中所示的定子磁极形状进行变形后的定子磁极形状。在图 45所示的例子中，对于转子轴11方向两端的U、 W相定子磁极34、 36 来说，将圆周方向的磁极宽度扩展到电气角为180° ,以与V相的定子 磁极35取得平纟耔的方式对剩余的空间进行分配配置，关于从U、 W相 定子磁极34、 36的背轭到齿的表面的距离较远的部分，各自的前端部 分变细，其制作也变得困难，因此将其去除。35是V相定子磁极。并 且，各相的定子磁极形状的表面的旋转角度变化率即各相的单位电压 Eu、 Ev、 Ew能够以相位不同但是为相同的值的方式进行变形。其结果 是，成为能够使比较大的有效磁通量通过、并且其制作也比较容易的定 子磁极形状。定子磁极的与转子对置的部分的形状如图37、 43、 44、 45的例子 所示，根据转矩的增大、转矩脉动的降低、制作的容易度等的目的可以采取各种形状。图50是表示从2相交流到7相交流的矢量关系的图。从图34至图 45所示的电动机是图50 (b)所示的3相交流，特别是，在应用图40 所示的环状绕组的结构的电动机中，包括定子磁极的磁路是3相交流， 绕组使用3相内的2个绕组，对于剩余的一相的电流来说，可以看作代 替第三个绕组而串^f关地对所述两个绕组通电。此外，对于^/^图34到图 45所示的3相电动机来说，以相同的想法进行4相以上的多相化。此外，从图34至图45所示的电动机也可以说是如下结构的电动机 使图16所示的电动机为8极，在圆周方向上对各定子磁极与各槽内的 绕组的方向进行变形。并且，将图16的绕组B35与B39在圆周方向上 串联地连接后的绕组相当于图34的绕组15与16的合并绕组即图40的 绕组38。这样的环状绕组38、39不需要作为图16的返回线的B36、B3A。 其结果是，不仅不需要铜线材料，而且还可以实现铜损降低、高效率、 小型的电动^/L。也可以同样地应用于图24、图33等的其他的电动^L, 也能够去除各自的返回绕组D39、 E87、 E88等。其次，图52及图53中示出了其他的4相交流的电动机例子。图52 是定子磁极的与转子对置的面的展开图。横轴以电气角来表示定子的圆 周方向角度，记载电气角为720度部分。纵轴是转子轴方向。A81、 A82、 A83、 A84是4相的定子磁极。这些定子磁极的配置结构不是简单地将 图37所示的定子磁极的结构进行4相化后的结构，定子》兹极A81与A82 及A83与A84彼此具有电气角为180°的相位差。A81是A相的定子磁 极，A82是C相的定子磁极，A83是B相的定子磁极，A84是D相的定 子石兹^1。将相位相差180°的定子》兹;玟配置在转子轴方向的附近，由此， 成为在图52中空闲的空间从各相的定子磁极在转子轴方向延长容易的 配置结构。在绕组A87中流过相当于图53 (a)的矢量A的电流、在绕 组A88中流过相当于矢量C的电流、在绕组A89中流过相当于矢量-C 的电流、在绕组A8A中流过相当于矢量B的电流、在绕组A8B中流过 相当于矢量-B的电流、在绕组A8C中流过相当于矢量DC的电流。此时，可以将绕组A87与A88合并为1个绕组，通入图53(b)中 所示的矢量C-A的电流，可以将绕组A89与A8A合并为1个绕组，通 入图53 (b)中所示的矢量B-C的电流，可以将绕组A8B与A8C合并 为1个绕组，通入图53 (b)中所示的矢量D-B的电流。这可以使铜损减低至5/6。图54所示的定子磁极与绕组的配置结构是对图52的配置结构进行 改良后的结构。AA1是A相的定子磁极，AA2是C相的定子磁极，AA3 是B相的定子磁极，AA4是D相的定子磁极。与图52的定子磁极的配 置结构不同，在与转子对置的面的大致整个面上配置定子磁极。因此， 能够使来自转子的磁通量效率良好地通过定子侧、并与绕组交链，所以， 能够期待产生较大的转矩。向绕组AA7流入相当于图53 (a)的矢量C -A的电流，绕组AA9为绕组AA7、 AAB的巻绕数的1/2的巻绕数， 流过相当于2x (B-C)的矢量的电流，向绕组AAB流过相当于矢量 D-B的电流。作成这样的结构，由此，能够使3个绕组的3个电流的 总计电流始终为零。并且，将图64所示的电动机的3个绕组作成星形 接线，由此，可使用3相反相器。如后所述，作成图92的结构，也能 够以4个功率元件来驱动。关于各绕组的电压，绕组AA7的电压是与A相及C相的磁通量的 变化率成比例的电压，绕组AAB的电压是与B相及D相的磁通量的变 化率成比例的电压。对于绕组AA9的电压来说，以磁通量不与该绕组交 链的方式流过电流2x (B-C),因此原理上交链磁通量为零，由磁通 量的时间变化率所产生的电压基本上为零，仅产生由其他绕组电阻的电 压降和漏磁通量的时间变化率所产生的电压。图54的定子磁极的剖面4GD~4GD为图55所示的形状。该电动机 与图52所示的电动机不同点之一是，与转子对置的面的定子磁极的形 状。B Y是定子的背轭，其转子轴方向长度是MTZ, B相的定子磁极A A1 的与转子面对的部分的长度MSZ比MTZ/4大。因此，通过定子磁极AA1 的磁通量的旋转变化率较大，能够期待较大的转矩。此外，使定子磁极 AA1的从转子表面附近到背轭BY的磁路的粗细MJZ尽可能地大，与定 子不兹极前端的MSZ相同，成为难以产生》兹々包和的结构。此外，在B相的定子磁极与D相的定子磁极之间，配置图55的绕 组AA7、 AA9、 AAB,直至定子磁极的面对转子的靠口部，成为难以发 生与其他相的定子磁极之间的漏磁通量的配置结构。这是因为，在假设 漏磁通量增加的情况下，在导体内产生涡电流，具有妨碍磁通量的增加 的效果。在图54所示的各相的定子磁极之间，各绕组为同样地配置结 构，成为尽可能降低其他的定子磁极间的漏磁通量的结构。作成如图54及图55所示的结构的电动机，从而成为可以获得较大的最大转矩。但是，若涡电流过大，则由于不能忽略该涡电流损失，因此绕组 AA7、 AA9、 AAB的扁平形状的程度由漏磁通量所导致的弊病与涡电流 损失的大小的关系来决定。此外，图52 - 55所示的4相交流电动机可 以变形为5相以上的多相的电动冲几来构成。此外，图54的定子磁极的形状图示接近长方形的特殊的形状，但 也可以变形为各种的形状。例如，将电磁钢板在转子轴方向层叠并进行 使用的情况下，在材料上在使用电磁钢板的制造的情况下，图54所示 的各定子磁极的形状是长方形的形状，电磁钢板的冲压制作及电磁钢板 的层叠是容易的。另一方面，在利用模具以沖压成型制作压粉磁芯的情 况下，定子磁极的形状的自由度较高，为图54所示的曲面形状在冲压 成型时是合适的。其次，示出具有环状的绕组的6相的电动;^几。图56是6相的电动 机的剖面图，仅图示出转子J40的左侧。J41是永久^f兹铁，如图35的展 开图那样，是多极的转子。J42、 J43、 J44、 J45、 J46是6相的各相定子 磁极，配置在与转子的相对相位分别相差60°的电气角的相位。J48、 J49、 J4A、 J4B、 J4C是6相之中的5相的绕组。J4D是定子的背轭。图56的电动才几也可以是将图34所示的3相电动才几变形为6相的电 动机。此外，图56的6相电动机也可以看作是将图28所示的电动机进 行多极化、对各定子磁极的配置进行变更、并对各绕组的连接关系进行 变更而作成环状绕组的电动。其次，图57中示出与图56不同的结构的6相的电动机。R12是A 相的定子磁极，经》兹路R1B与D相的定子磁极R15磁连接，并与绕组 R18的电流IA4交链。R14是C相的定子磁极，经磁路R1C与F相的定 子磁极R17磁连接，与绕组R19的电流IC4交链。R13是B相的定子磁 极，经磁路R1D与E相的定子磁极R16磁连接，与绕组RIA的电流-IE4交链。仅B相与E相的磁路R1D的磁路的方向相反，使电流的符号 反转。与图56的电动机相比较，将定子的磁路分离为3组，作成使相 互的定子磁路间的磁通量的交点较小的结构，对各磁路中通入3相交流 电流，由此，作成向各定子磁极提供6相的》兹动势的结构。图57的6相电动机也可以看作是将图29所示的电动机多极化、变 更各定子磁极的配置、变更各绕组的连接关系而成为环状绕组的电动机。在图29的情况下，其实现是困难的，但是，若如图57所示进行变形，即使没有返回绕组，也能够构成电动机。其次，图58是将图57的电动机进行改良后的6相的电动机。对于 与图57的绕组R1D交链的绕组R1A的电流-正4来说，由图32的矢量 关系，根据-IE4=IA4+IC4的关系，改变磁路J6B的路径，在绕组RlA 的变化中，与绕组R18与R19交链。图58的6相电动机也可以看作是将图33所示的电动机多极化、将 各定子磁极的配置进行变更、并将各绕组的连接关系进行变更而作成环 状绕組的电动机。在图33的情况下，需要各绕组E85、 E86的返回线 E87、 E88,但是，若以图57的方式进行变形，则即使没有返回绕组， 也可以构成电动才几。作成这样的结构，由此，可实现电动才几的高效率化、 小型化。图59是使图58的电动机的磁路的配置移动并且作成绕组R18、 R19的巻绕、配置比较容易的形状的图。图60是表示图59的电动机的位置关系、连接关系的展开图。横轴 以电气角表示定子的圆周方向，示出电气角为720°的范围。J8Q是转 子的永久磁铁的N极，J8R是S极。R12 R17是从A相至F相的定子 磁极的与转子对置的面形状。R18、 R19是绕组。J8D、 J8K、 J8E表示 从A相的定子磁极到D相的定子磁极的连接点与磁路。J8H、 J8M、 J8J 表示从C相的定子磁极到F相的定子磁极的连接点与磁路。J8F、 J8L、 J8g表示从B相的定子磁极到E相的定子磁极的连接点与磁路。图61示出了将图60的定子磁极在圆周方向上倾斜时的形状。图62 是将图60的软磁性体部的具体的形状展开后的图。相同部分以相同符 号来表示。图63示出以电磁钢板的弯折来制作各软磁性体部时的电磁 钢板的展开图的例子。相同部位相同符号来表示。此外，图62与图63 的横轴方向表示虚线与1 ~C的符号相对应之处的关系。图64是表示在图62所示的各定子磁极上配置有降低漏磁通量的导 电体的板或闭合回路的例子的图。S08、 S09是定子磁极的与转子对置的 部分的形状图，S07是配置在上述定子磁极之间的导电体的板或者闭合 回路。若上述定子磁极间的漏磁通量增加，则由漏磁通量在导电体的板 上感应出电压，流过涡电流，该涡电流在降低漏磁通量的方向上产生磁 动势。其结果是，能够得到降低漏磁通量的效果。其次，图65是将图98所示的全节距、分布巻绕的3相交流的定子与绕组变形为2极、6槽、全节距后的例子。651与652是U相绕组的 线圈末端，如该图所示，在槽间巻绕。653与654是V相绕组的线圏末 端，如该图所示，在槽间巻绕。655与656是W相绕组的线圏末端，如该图所示，在槽之间巻绕。 对于现有电动机的绕组来说，如图65的例子所示，3相绕组在线圈末端 部重叠，使绕组制作复杂。其结果是，槽内的绕组的面积占空系数下降， 存在线圈末端部变大、变长的问题。图66是说明减轻绕组的问题后的结构的绕组的线圏末端部的连接 关系的横向剖面图。并且，图67是该定子的纵向剖面图，剖面XA-XA 为图66的形状。661表示U相绕组的线圈末端部的连接关系。663是V 相、665是W相。绕组661、 663、 665构成第1的3相绕组组，各绕组 能够不交叉地进行巻绕。并且，该第1绕组组为如图67的671的形状， 成为与另外巻绕的第2组的绕组的线圏末端部672干涉较少的形状。并 且，672表示U相绕组的线圈末端部的连接关系。此外，将绕组661、 663、 665分别作成120。的短节距，由此，消除3相绕组间的干涉。664是V相，666是W相。绕组662、 664、 666形成第2个3相的 绕组组，各绕组能够不交叉地进行巻绕。并且，这些6组的3相的绕组 相互不交叉地巻绕。其结果是，能够将线圏末端部的绕组671、 672有 效地进行成型，因此能够使电动机的轴方向长度缩短，从绕组巻绕的容 易度上也可以提高绕组占空系数。图68是表示图66、 67所示的绕组的绕组效率、绕组系数的图。巻 绕在各槽上的绕组的相为图68的关系，例如，若试着考虑巻绕V相的 绕组与-W相的绕组的槽，则如图所示，总计的电流为V-W的矢量， 由于2个电流的相位差为60° ,因此绕组系数为0.866。此外，如图68 所示，各槽的总计的电流矢量完全为6相的矢量，除了绕组系数，发挥 与全节距相同的效果。而且，图66中示出了 2极的例子，但也可以多 极化，在4极以上的多极的电动才几中，可以更有效地将线圏末端部缩短。图69将励磁绕组691、 692、 693、 694等巻绕在突极状的4极转子 上、如图71所示串联地连接并且串联连接二极管而成为闭合回路。其 结果是，由于定子侧的电流，磁通量与转子侧的励磁绕组交链，从而感 应出电压，不连续地感应出励磁电流。但是，该转子侧的励磁电流的动 作复杂，目前，正在日本电气学会的论文杂志等上进行讨论。此外，作为该方式的i仑文例子，有如下的文章1993年，电气学会论文杂志D, Vol.113-D， No.2, p238 ~ 246,《并用永久磁铁的半波整流无刷同步 电动机的特性解析》。励磁绕组的电流的动作复杂的理由之被认为是，在将如图98的定 子与图69的转子进行组合后的电动机的特性中，q轴电感较大，转子的 磁通量的方向根据各条件进行变动。若q轴电感较小，则以d轴电流id 来控制励磁磁通量，以q轴电流iq来控制转矩，容易独立控制d轴与q 轴。此外，其他理由之一被认为是定子产生的磁动势的离散性。如图97 的电动机所示，在电气角为360。之中只存在3个定子磁极的情况下， 离散性较大，在d轴、q轴的独立控制上存在限度。并且，存在不按照 3相正弦波电压、电流、》兹通量的理;仑进行作用的方面。图70是所谓的针对多磁通量屏障型的转子追加励磁绕组S06、S07、 S08、 S09等与图71所示的二极管SOG后的转子。S01是转子轴。S02 是妨碍向q轴方向通过磁通量的障壁，是作成狭缝状的形状的空间。为 了转子的加固等，也可以向该狭缝形状部填充作为非磁性体的树脂等。 S03是以形成上述的狭缝状的形状的障壁S02等包围的较细的磁路，起 到向相邻的转子磁极间通过磁通量的作用。绕组S04与S05是以围绕转 子磁极的方式进行巻绕的绕组。S06与S07、 S08与S09、 SOA与SOB 的绕组也是相同的绕组。如图71所示，将这些绕组进行串联连接，并 且，串联地插入二极管SOG,形成闭合回路。其结果是，在该转子的励 》兹绕组上感应出电压时流过的励/磁电流成分，以图70的转子》兹才及中记 载的N极、S极被励磁的方式进行作用。图72是将图70的4极的转子结构变形为2极的转子、并在dq轴 坐标轴上进行表现、使定子侧的绕组电流与d轴、q轴匹配并且标注d 轴电流+id、 - id与q轴电流+iq、 - iq的转子才莫型。721及722是巻绕 转子的励磁绕组，如图71所示，串联插入二极管，形成闭合回路。在 该转子模型中，对图70的转子的动作进行说明。图72的电动机模型中，通入定子绕组的电流ia时，可以考虑将该 电流分解为图示的d轴电流+id、 - id与q轴电流+iq、 - iq。并且，利 用d轴电流+id、 - id在d轴方向上，通过较细的石兹^各725等，激励出励 磁磁通量。另一方面，q轴电流是+iq、 -iq是转矩电流，产生转矩，但 是，在q轴方向上由于障壁724等，理想地作成在q轴方向不产生磁通量的结构。而且，在图72的同步磁阻电动机的模型中，由q轴电流+iq、 - iq 所产生的磁通量不为零，为比较小的值，但是，具有电感Lq。并且，将 d轴电感设为Ld、不附加励^磁绕组721、 722时，即，在图98的电动积j 时，d轴磁链数甲d、 q轴磁链数Vq、转矩T、 d轴电压vd、 q轴电压vq 以下式进行表示。TFd=Ld.id…(l) Vq = Lq.iq ... (2) T =Pn(Ld—Lq)iq .id ... (3) =Pn(￥d'iq"Fq.id ) ... (4) vd=Ld.d(id)/dt— co 'Lq.iq+id'R…(5) vq = Lq.d(iq)/dt+ co .Ld.id + iq.R '.. (6)此处，Pn是极对数，R是绕组电阻。此外，电流的矢量关系为图73(a)的关系。6c是电流ia的相对d 轴的相位，6a是电流ia与电压va的相对相位差，此时，功率因数为 cos ( 6 a)。图98的电动机的问题在于定子绕组的功率因数cos ( 6a)降低， 电动机的效率下降，因此电动机变为大型，电动机控制装置的反相器容 量增加，成为大型。并且成本也增高。此外，定子的结构方面也存在绕 组面积占空系数变低、线圈末端变长的问题。图98的电动机的特征为 由于不使用高价的永久磁铁，因此为低成本，励磁弱控制比较容易，可 进行固定输出控制。此外，近年来，在系统效率方面，无负载旋转时及 轻负载旋转时的铁损也作为重要的特性而受到关注、认识，在轻负载时 进行励磁弱控制，也可以进行为低铁损的控制。此处，若对图72的结构的励磁磁通量cj)和与励磁有关的电流的关 系进行考虑，则在能够构成d轴电感Lq为零的简单的关系时，定子的d 轴电流+id、 - id、励磁(J)、向定子的励磁绕组721、 722等以及二极管 S0G流过的励磁电流if,成为图73(b)所示的单相变压器的初级绕组电流 733、铁芯731的磁通量732、流过次级绕组的次级电流734的关系。在 能够这样简化的情况下，能够比较容易地控制磁通量732。例如，在磁通量732 /人零开始励〃磁时，流过电流733,由此，可以激励出与电流成 比例的磁通量732。若电流733的值从io的状态变为零，则以保持磁通 量732的方式，在次级绕组中产生电压，以次级电流734成为io的值的 方式流过。并且，对于该次级电流732来说，以磁通量cl)的能量降低变 压器与二极管的损失部分的方式，次级电流734减少。此外，作为不同 的例子，使电流733的值从io的状态变为io 2/3的值，则以保持磁通 量732的方式，在次级绕组中产生电压，并以次级电流734为io/3的值 的方式流过。此时，以初级电流与次级电流的和为io的方式进4亍作用， 以将》兹通量732保持为固定的方式流过电流。详细内容后述，有效地利 用这样的作用，驱动图72的结构的转子，由此，可以谋求定子绕组的 功率因数提高、效率提高、反相器的电流负载的降低。此外，通常，被 控制的d轴电流根据控制上的各种理由而变动的情况也较多，其结果是， 也存在励磁磁通量波动、并使转矩脉动增大的作用。在配置如图70的 转子绕组的情况下，由于可以自动补偿励磁的励磁电流的降低，因此也 可以期待励i兹磁通量稳定、转矩脉动的改善、效率的改善。而且，在图70中，转子的励磁绕组的巻绕方法、巻绕次数根据二 极管的特性、转子的励磁绕组的制作性、强度等来进行变形，并进行选 择。例如，也可以将励磁绕组分离为几个、进行并联巻绕、串联地进行 连接。为了将电动机及其控制装置小型化、高效率化、低成本化，提高电 动机的综合的产品竟争力，不仅需要进行部分的改良，而且需要将包含 各部的组合的电动机系统整体的结构进行合理化。关于图71、 72所示 的转子，不是与图98的电动机的定子的组合，而与本发明中示出的定 子进行组合，由此，可进一步发挥高效率化、小型化、低成本化的特征。例如，具有图34所示的环状的绕组的3相电动机及其进行多相化 后的电动机、或将图59所示的6相电动机与图70的结构的电动机进行 组合，由此，可以解决作为图98的电动机的问题的功率因数、效率、 电动机尺寸、成本的问题。而且，在将图97的电动机的定子与图70的 结构的转子进行组合的情况下，转子侧绕组S04与S05、 S06与S07、 S08与S09、 S0A与S0B的电流的控制是困难的。此外，在将图98的电 动机的定子与图70的结构的转子进行组合的情况下，可以进行功率因 数、效率的改善，但是电动机的小型化是困难的。此外，将如图52~图55所示的4相的定子的、具有环状的绕组、 相邻的定子磁极的相对性的相位差为180°的电气角的定子与图70的结 构的转子进行组合，由此，由于没有线圈末端，因此可以实现小型、无 磁铁并且低成本的电动机。此外，将如图66、 67所示的定子与图70的结构的转子进行组合， 由此，使线圈末端缩短，从而可以实现小型、无;兹铁并且低成本的电动 机，该图66、 67所示的定子将各绕组短节距化，由此，降低绕组彼此 的重叠，缩短线圈末端，并且，各槽的电流矢量保持6相的矢量。其次，对图70所示的转子的绕组的配置进行说明。图70的转子的 绕组配置在转子磁极的边界部，配置在软磁性体部的一部分。此处，对 于这样的多磁通量屏障型的转子来说，上述的磁通量障壁部为空间的情 况较多，有效利用该空间，能够如图72、图77所示那样配置转子绕组。 此外，在绕组部附近的磁通量阻挡部填充树脂等，由此，也可以使转子 绕组的固定容易并且加强。其次，对图70所示的转子的绕组的配置、分布进行说明。励磁磁 通量存在由定子绕组的电流励磁的区间、由转子侧的绕组的电流励磁的 区间、两种电流混合的区间。对于定子侧的绕组配置来说，利用现有的 被多相化的定子结构，能够产生大致正弦波的磁动势。另一方面，图70 的转子的绕组被配置在转子磁极的边界部，是集中的绕组配置。因此， 由转子的绕组的电流引起的磁动势的分布不是正弦波的分布，而是矩形 波性的分布。其结果是，提高转矩脉动的增大、噪音的增大、振动的增 大的可能性。作为其具体的对策，如图72、图77所示，分布地对转子 的绕组进行配置，由此，能够产生高次谐波更少的磁动势。此外，所分近正弦波的、高次谐波成分较少的巻绕次数。具体的巻绕次数的比率等 根据转子形状、绕组分布的状态而改变，但是，以磁动势分布接近正弦 波的方式，进行转子形状、绕组的分布方法、所分布的绕组的巻绕数的 选定即可。其次，对图77的转子进行说明。图77的转子对图70的转子追加 永久磁铁771。如图所示，磁铁的磁化方向N、 S是消除由q轴电流所 导致的磁动势的方向。作成这样的结构，由此，可以进一步地改善电动 机的功率因数。由于与转子绕组的作用重叠，因此也可以比较少量地、有效利用铁氧体等的价格便宜的磁铁。此外，对于图98的电动机的转子来说，作为磁通量的障壁，制作 很多的缝隙状的空间，所以，存在转子的强度较低的问题。高速旋转中，需要耐离心力的这样强度对策。在这点上，配置有图77所示的永久磁 铁的电动机成为永久磁铁补偿q轴方向的漏磁通量的结构，因此772、 773等的连接部变粗，转子外周部的连接部778变粗，从而可以使转子 强度提高。该补偿在作成转子的绕组的耐离心力增加的转子结构这点也 是有效的。其次，对图78所示的转子进行说明。该转子是以图70、 71的转子 的方式向图48所示的所谓的嵌入型转子追加绕组与二极管的结构。781 、 782是永久;兹铁，784、 785是软磁性体部，各自的极性N、 S如图所示。 785与786是在转子轴方向往复巻绕的绕组。787与788也是同样的绕 组。作成这样的结构，由此，可使功率因数的改善、软磁性体部784、 785的部分的励磁磁通量稳定化，可谋求功率因数、效率的提高、转矩 脉动的降低。此外，在图78中，在配置在圆周方向上的软磁性体部的 全部上配置有各自的绕组，但是，若去除转子整体的磁通量关系、针对 外壳等其他部分的漏磁通量，则在转子表面的软磁性体部内也可以在圆 周方向上每隔一个地配置绕组。其次，对图79所示的转子的结构进行说明。图70所示的转子是在 电磁铜板上进行缝隙状的加工，在转子轴方向上进行层叠的结构。与此 相对，图79的转子为将如图80 (a)的圆弧状、或者梯形状等的电磁钢 板在径向方向进行层叠的结构。Dll是图80的(a) 、 (b)所示的电 磁钢板。D12是电磁钢板D11之间的空间，也可以配置非磁性体。D13 与D14、 D15与D16是巻绕在转子磁极上的绕组。这些绕组如图70、 71 所示，与二极管串联连接，构成为闭合回路。D17是转子的支持构件。利用图79的电磁钢板的配置，转子内的磁通量不过大地产生涡电 流地在转子轴方向进行增减。因此，对于这样的结构来说，特别是作为 与具有如图34、图52、图54、图59所示的环状的绕组的定子进行组合 使用的转子是适合的。对于在转子轴方向的磁通量成分的增减，特别是 不使涡电流损失增加地进行使用。对于图80 (b)所示的电磁钢板来说，D18是软磁性部，D19的部 分是切断的缺口部，具有降低在该电磁钢板的前端部附近磁通量在电磁钢板的表里进行增减时的涡电流的效果。这样，D19部分是电绝缘体即可，也可以是非常薄的电绝缘膜。对于这种特性来说，在图79的转子 与定子对置并产生较大的转矩时，磁通量在圆周方向进行增减，防止在 转子表面附近产生涡电流。其次，对控制巻绕在图72等的转子上的绕组的电流的方法进行说 明。首先，在图72的转子中，在能够构成d轴电感Lq为零的简单的关 系时，定子的d轴电流+ id、 - id、励磁cj)、流过转子的励磁绕组721、 722等以及二极管S0G励磁电流if,成为图73的(b)所示的单相变压 器的初级绕组电流733、与铁芯731的磁通量732、流过次级绕组的次 级电流734的关系进行说明。不在图72的转子上巻绕各绕组的情况下，在该转子上产生固定的 转矩时，如图74所示，在d轴电流idl与q轴电流iql中流过固定的电 流。并且，可以得到式(3)中所示的转矩。在向图72的转子巻绕绕组 721、 722的情况下，由于成为图73的(b)的变压器的关系，因此若以 图75所示的周期TP通入通电时间为TN1的断续的d轴电流idl，则在 转子侧的绕组中流过如图75所示的大体上为idl的值的电流ifr，励磁 的磁动势合计为d轴电流id与转子的绕组电流ifr之和，因此保持大致 固定的励磁磁通量4)。此时，转矩可以由式(3) 、 (4)获得。并且， d、 q轴的磁链数Vd、 ￥q是作为向定子的各绕组交链的励磁磁通量c]) 的成分与巻绕次数的积和而获得的数值，但是，可将励磁磁通量(])的d、 q轴成分(])d、小q与巻绕次数的积作为Vd、 Vq的近似值来使用。这样， 仅断续地通入通向定子的绕组的d轴电流id,能够以获得稳定的励磁磁 通量的方式进行控制。其结果是，向定子的绕组通入图75所示的q轴 电流iql与图75所示的断续的d轴电流，可得到大致固定的转矩，能够 改善电动机的平均功率因数。而且，此时若流过d轴电流，则对于反相器电流来i兌，通入q轴电 流iq与d轴电流id的矢量和的电流ia,反相器的电流增加。在反相器 电流与最大额定电流相比充分小的区域进行运转时，考虑反相器的负载 的必要性不高，但是，在通入接近反相器的最大额定电流的电流时，期 望减轻d轴电流的负载的方法。对于该具体的方法来说，进行控制，以 使在通入d轴电流的区间，降低q轴电流iq,在通入d轴电流的区间， 也以不使反相器电流ia增加。在此区间中，转矩减少，但是，若d轴电流的通电区间较短，则电动机的平均转矩稍稍减少，使其他的区间的q 轴电流iq增加，由此进行补偿。此外，图75中的d轴电流的通电区间TN1若为d轴电流的通电周 期TP的1/2以下，则实际上能够有助于定子电流的功率因数改善、铜 损降低。当然，d轴电流的通电区间TN1的比率越低，越能够改善定子 电流的平均功率因数。其次，对以定子绕组的d轴电流和在转子侧流过的电流ifr来分担d 轴电流id并进行通电的方法进行说明。如图73的(a)可知，若是稍稍 向定子通入d轴电流的程度，则电动才几电流ia稍稍增加，由d轴电流所 导致的定子的铜损的增加、反相器的电流的增加是少量的。随着d轴电 流增加，d轴电流id的负载增加。另一方面，关于在转子侧的绕组中流 过的电流ifr,由于其铜损也与电流的平方成比例，因此使转子的电流ifr 过大,这从电动机整体的铜损降低的角度出发并不优选。由此，如图76 所示，考虑适当地分担并流过定子侧的d轴电流id与转子侧的电流ifr。 为如下的方法在d轴电流的通电区间内，将d轴电流通到预定的值i d 1, 在其他的区间内，降低至适当的d轴电流id。此时，如图76所示，转 子的电流ifr在定子侧d轴电流id减小后的区间内增加。此外，转子侧的绕组电阻为R2时，由于知道其电流值、铜损损失 (ifr)2xR2、 二极管损失的关系，所以，能够以定子侧的铜损(id2+iq2) xR与铁损的总计变为最小的方式对定子的d轴电流id进行控制。根据 该控制，可以实现最大效率运转。其次，对图81、 82所示的作为构成本发明的电动机的软磁性材料 的电磁钢板进行说明。图81的(a)所示的811是通常的无方向性电磁 钢板。作为常识，对于该无方向性电磁钢板来说，能够使图示的X方向、 Y方向的磁通量进行增减。从直流到400Hz左右，涡电流根据频率而增 加，但是，可以在不过大的范围内使用。并且，也可以作为构成大部分 的电动机的软磁性体来使用。对于这样的电磁钢板，如图81的(b)的812所示，若在Y方向实 施电绝缘膜，则不仅是X方向、Y方向，即〗吏对于向Z方向的磁通量的 增减，也可以具有涡电流不变得过大的特性。图81的(c)中示出了将 图81的(b)的电绝缘膜的部分进行放大的图。813是软磁性体，814 是电绝缘膜。在该电绝缘膜为非磁性体的情况下是尽可能薄的膜，在膜上针对直角方向的磁通量容易通过，优选尽可能薄。这样，电磁钢板812成为对于包括X、 Y、 Z方向的所有方向的磁通量的增减涡电流不会过 大的电磁钢板。对于实施了这样的绝缘膜的电磁钢板812来说，尤其是， 具有如图34、图52、图54、图59的环状的绕组的电动机存在针对转子 轴方向的磁通量成分，因此能够有效地使用于这样的电动机。对于图81的(b)所示的实施了绝缘膜的电磁钢板812来说，该绝 缘膜多为非磁性体，存在X方向的非透磁率下降的问题。此外，也存在 X方向的拉伸强度下降的问题。为解决这些问题，如图82所示，将图 81的(b)中所示的电磁钢板如图82的821、 822那样以纵横交叉的方 式重叠使用，由此，可以弥补缺点。对于该重叠方法来说，纵、4黄、倾 斜等自由地多使用于磁通量较多地通过的方向、多使用于电磁钢板812 的绝缘膜的方向一致的方向等，可根据磁通量密度与强度的必要性进行 自由的配置。此外，例如，根据仅需要电动机结构要素的外周部的强度， 也可以使用带有该绝缘膜的电磁钢板。其结果是，能够实现高磁通量密 度且3维方向的磁通量可增减的高强度的电动机。而且，将压粉》兹芯使用于本发明电动机，也可以降低由3维方向的 磁通量的增减所导致的涡电流。但是，压粉磁芯在最大磁通量密度、强 度、涡电流损失方面还遗留一些技术问题。其次，对作为本发明电动机的控制装置的主要电路部的反相器进行 说明。图83是现有的3相反相器，作为功率控制元件的N96、N97、N98、 N9A、 N9B、 N9C是所谓的IGBT或功率MOSFET等。与各功率元件并 联地配置相反方向的二极管。或者，如图83所示，等价电路地配置寄 生二极管。N95是电池或将商用交流电进行整流后的直流电压电源。N91 是3相交流电动机，N91、 N92、 N93是3相的各绕组。并且，反相器与 电动机可由各布线N9D、 N9E、 N9F连接。其次，对在图34的电动机中如图40的绕组那样作成2个绕组的3 相电动机、图59所示的6相交流、2绕组的电动机各绕组的电压、电流 与3相反相器的关系进行说明。首先，对通入到图40的绕组38中的电 流即M相电流Im( = - Iu + Iv)和绕组39中的电流即N相电流In( = - Iv 十Iw)进行说明，具体的与3相反相器的的连接为图84。各自的绕组的 电压是-Vu、 Vw。而且此处，Iu、 Iv、 Iw是3相平衡电流，Vu、 Vv、 Vw，i想为3相平4軒电压。图85中示出图84的各绕组的电压矢量、电流的关系。还标注有3 端子的电压。在图40的绕组中不存在相当于由虚线所表示的Vv的电压 矢量的绕组。此外，这2个绕组的连接点的电流是10=-Iw+Iu。在这样 的结构时，电流Im、 In、 1o也是3相平^f电流。因此，自3相反相器侧 观察的3相交流、2绕组的该电动机的负载为平衡后的3相电压、电流 负载。此外，图86中示出图84的2绕组的连接关系、电压、电流的关 系。这样，能够以3相反相器有效地驱动3相交流、2绕组的电动机。对于图82所示的结构的3相反相器来说，尤其可以没有问题地进 行使用，但若减少功率元件的数量，则能够实现成本降低的用途也不少。 尤其是在小型的电动机用的反相器等上，根据周边电路的情况等，在功 率元件的电压、电流的容量上充裕的情况也^[艮多。此外，在小容量的功 率元件中，也存在即使电压、电流稍大成本也不怎么变化的范围。在这 样的情况下，存在减少功率元件数来降低装置成本的情况。其次，图87中示出以4个功率控制元件来驱动3相交流、2绕组的 电动机的方法。P33、 P34是电池，串联连接，P30是其连接点。P38、 P39、 P3A、 P3B是功率元件，构成桥结构与2个电池P33、 P34的上下 的电压连接。另一方面，对于电动机的绕组P31、 P32来说，绕组的单 侧相互连接，P3C是其连接点。对于反相器与电动机绕组的连接来说， 将上述电池的连接点P30与电动机绕组的连接点P3C连接，将以功率控 制元件P38、 P3A构成的第1桥的输出点与绕组P31的另一端连接，将 由功率控制元件P39、 P3B构成的笫2桥的输出点与绕组P32的另一端 连接。在这样的结构中，与图84相同地，设电流Im- -Iu+Iv,电流In =-Iv+Iw,电流Ic^-Iw+Iu,能够驱动该电动机。此处，将绕组P31 与P32的连接点P3C与电源P33、 P34的连接点P30连接，所以，能够 提供给绕组的电压相对于图84的结构，约为1/2。在小容量的电动机系 统中，在成本方面，部件件数较少是重要的，能以4个功率控制元件驱 动3相电动机是4艮大的特征。如图90所示，对图87的各部的电位进行说明。现在，若将P30的 点设为零电位，则P35的电位是施加在绕组P31上的U相的电压，是图 90的P61。 P37的电位是图90的P64,是-V相的电位，此时，施加在 绕组32上的电压是V相电压，为P62。此时，作为P35与P37的电位差的电压，是图91的P65。因此，如图88所示，作为3相绕组之一，可追加绕组P43。若以电压矢量表示， 则为图89 (a)的关系。图92是以2个电源P33、 P34与4个晶体管P38、 P39、 P3A、 P4B 来驱动星形接线的3相电动机的电压、电流的例子。各绕组的电压矢量 为图89的(b),向各绕组提供平衡的3相的电压、电流。在这些3相 交流、3绕组的电动机中，也能够以4个功率控制元件来驱动3相电动 机，尤其是，在小容量的电动机、控制装置中，在成本上、装置尺寸上 是有效的。其次，对图52~55所示的4相交流电动机的控制装置进行说明。 各绕组AA7、 AA9、 AAB的电流值为如图53的(b)所示的关系。因此， 若使绕组AA9的巻绕数为其他绕组的1/2，则可使3绕组的总计电流为 零。并且，能够由图92所示的结构的反相器进行控制。但是，电压、 电流与3相电动机不同，为图53的(b)所示的电流。在该种情况下， 可以由4个功率控制元件来控制4相的电动机，尤其是，在小容量的电 动机、控制装置中，在成本上、装置尺寸上是有效的。在电动汽车等的应用产品中电源部分的成本也很重要。作为与电动 机相关的系统的成本，电池部、转换器部、反相器部、电动机、驱动中 所需的机构部、作为这些的总和需要是竟争力较高的系统。在其意义上， 电动机结构与电池、转换器的结构有关系。图93的(a)是由晶体管P92、 P93、扼流圈P94、电容P3DC构成 2个电源其中的1个电源的例子。能够由晶体管P92与P93进行针对电容器的充电、并可以进行vW电容器向电池的再生，^v而可以减少电池的种类与数量。VI与V2例如为42伏特和-42伏特，或者为12伏特和-12伏特等。如图94所示，也可以由晶体管与扼流圈作成从高电位侧到 低电位侧的电源。此时，由2个晶体管构成的转换器效率可以变得比较高。其次，关于在组装有汽车、卡车、车辆驱动用的电动机与引擎的所 谓的混合汽车、电动汽车等中的电动机与电源电压，使用从电动机容量 为1W左右的较小的电动机到超过100KW的大容量的电动机的各种的 电动机，其驱动电压也可以使用从5V到650V左右的各种的电源电压。 并且，即使与人体接触而受伤害也比较小的电压认为是约42V左右的电 压，达到42V左右的电压之前，将车体的底盘等的金属部作为车体的地线，作为通过电流的导体来有效地利用。这样，对于电源电压的大小来 说，在确保安全的观点、与在能够将车体的底盘等作为导体来有效利用 的方面的成本的观点上很有意义，在设计上是很重要的一点。但是，存在在42V的范围内电动机容量被限定的问题。将图93的P30作为车体的车身电位，若使P33作为+42丫、使？30。 为-42V来使用，确保人体的安全，则作为电动机电源可以有效利用42V + 42V=84V,可以将允许的电动机容量变大到42V时动机容量的约2 倍。图88、图92的结构也可以说是同样的。以上，对与本发明相关的各种形式的例子进行了说明，但也可以将 本发明进行各种变形，都本包含在发明中。例如，关于相数，对3相、 6相进行很多说明，但也可以为单相、2相、4相、5相、7相、更多相 数的较大的多相。在小容量的设备中，从成本的角度出发优选部件件数 较少，相数较少的2相、3相比较有利，在转据脉动的观点或大容量设 备的情况下的1相的功率器件的最大电流制约方面等，多相的也比较有 利。对于极数也没有限定，尤其是，在本发明的电动机中，原理上极数 较大的比较有利。但是，存在物理性的制约、漏磁通量等的不良影响、 多极化所导致的铁损的增加、多极化所导致的控制装置的限度等，优选 选择与用途及电动机尺寸相对应的合适的极数。此外，绕组的形式可以进行分布巻绕、短节距等的变形。尤其是，关于极数，若本发明结构的电动机将极数变大，则为可以 产生较大转矩的结构，在定子芯的各部的磁饱和、漏磁通量、铁损的问 题不为障碍的范围内，极数更大的电动机的结构是有利的。此外，关于转子的种类，对表面磁铁型的转子进行了很多的说明， 但也可以使用如图46~图49所示的转子、在转子上具有绕组的绕组励 磁型转子、具有被固定在轴方向两端的励磁绕组并通过间隙对转子产生 磁通量的所谓的爪极结构的转子等的各种转子。永久磁铁的种类、形状 也没有限定。使定子磁极、转子磁极的形状在圆周方向更加平滑的方法、在径向方向 更加平滑的方法、使一部分的转子磁极在圆周方向上移动并进行配置来 消除转据脉动成分的方法等。此外，在随着转子的旋转、在各相的转子 与定子之间的磁通量中产生不平衡的结构的电动机的情况下，追加能够使磁通量在转子的背轭部与定子的背轭部之间通过的磁路，使不平衡部 分的磁通量通过，也能够降低齿槽转矩、转矩脉动。电动机的形式也可以为各种形式，以定子与转子之间的气隙形状来 表现，可以变形为气隙形状为圆筒形的内转子型电动机、外转子型电动 机、气隙形状为圆盘状的轴向间隙型电动机等。此外，也能够变形为直 线状电动机。此外，也可以是气隙形状由圆筒形状变形为稍稍锥形后的 电动机形状。特别是，在该种情况下，使定子与转子在轴方向进行移动， 由此，可以使气隙长度改变，从而使励磁的大小变化，可改变电动机电 压。利用该间隙可变，从而可以实现固定输出控制。此外，可以将含有本发明的电动机的多个电动机进行复合而制作。 例如，在内径侧与外径侧配置2个电动机、或者可以在轴方向上串耳关地 配置多个电动机。此外，也可以是省略、去除本发明电动机的一部分的 结构。作为软磁性体，除了使用通常的硅钢板以外，可以使用非晶电磁 钢板、将粉状的软铁压缩成型后的压粉磁芯等。尤其是，在小型的电动机中，将电磁钢板进行沖压加工、弯曲加工、锻造加工来形成3维形状 部件，也可以构成上述的本发明的电动机的一部分的形状。关于电动机的绕组，描述了很多的环状的绕组，但不需要一定为圆 形，可以是椭圆形、多角形、根据磁路的情况等在转子轴方向上设置部分 的凹凸形状的形状等的一些变形。此外，例如，在相差180°相位的环状 绕组存在于定子内部的情况下，作成半圓状的绕组，与相差180°相位的 半圆状绕組连接形成闭合回路，由此，也可以将环状绕组变形为半圆状 绕组。进一步进行分割，也可以变形为圆弧状绕组。此外，对各环状绕 组配设在槽中的结构的电动机进行了说明，但也可以是在没有槽的结构 中在定子的转子侧表面附近配置薄型的绕组的结构的电动机，作成所谓 的无芯电动才几。关于在电动冲几中通入的电流，是将各相的电流为正弦波 状的电流作为前提来进行说明的，但也可以以正弦波以外的各种波形的 电流来进行控制。关于这些进行各种变形后的电动机，本发明的电动机 的主旨的变形技术包括在本发明中。本申请给基于特愿2005 - 208358( 2005年7月19日申请)的申请， 这些申请的所有公开内容根据参照被编入本申请中。此外，本申请的发明只由技术方案的范围限定，不能限定性地解释 为说明书中所记载的实施方式等。
权利要求
1.一种N相的电动机，N为正整数，其特征在于，具有配置在转子的圆周上的各转子磁极；定子的磁极及其磁路彼此磁分离的各相的定子；以与所述的各相的定子的磁路交链的方式卷绕的各相的绕组。
2. 如权利要求l的电动机，其特征在于，各相的绕组以将该相的磁路与相反相的磁路交链的方式巻绕。
3. 如权利要求1的电动机，其特征在于，具有如下的绕组成为与相邻的2个定子磁极连接的磁路的磁通量 彼此相邻地通过的结构的磁路，并以所述相邻的2个磁路的磁通量在相 同方向进4亍交链的方式巻绕。
4. 如权利要求1的电动机，其特征在于，具有各相的定子磁极；与各相的定子磁极连接并且以使磁通量向 转子侧通过为目的的磁通量通过用磁路SMP;与转子磁极的背轭连接并 且与定子的所述磁通量通过用磁路SMP对置的以使磁通量向定子侧通 过为目的的磁通量通过用磁路RMP;以与通过2个以上的定子磁极的磁 通量交链的方式巻绕的绕组。
5. —种2相以上的多相的电动机，其特征在于， 定子的磁路在电气角为360°的范围内被磁分离。
6. 如权利要求5的电动机，其特征在于，各相的绕组的全部或 一 部分以仅围绕该相的磁路的方式巻绕。
7. 如权利要求5的电动机，其特征在于，在电动机的内外径侧或者转子轴方向上配置2组电动机结构要素， 各相的绕组以将所述2组电动机结构要素的磁路交链的方式巻绕。
8. —种6相的电动^/L,其特征在于，定子磁极的相顺为A、 B、 C、 D、 E、 F相的顺序时，A相与D相 的定子磁极由磁路ADP磁连接，与其他相的定子磁极磁分离，C相与F相的定子磁极由磁路CFP磁连接，与其他相的定子磁极磁 分离，E相与B相的定子磁极由磁路EBP磁连接，与其他相的定子磁极磁分离。
9. 如权利要求8的电动机，其特征在于，具有以与所述》兹路ADP和EBP交链的方式巻绕的绕组IA4;以 与所述磁路CFP和EBP交链的方式巻绕的绕组IC4。
10. —种4极以上的多极的6相的电动机，其特征在于， 定子磁极的相顺为A、 B、 C、 D、 E、 F相的顺序时，A相与D相的定子磁极由磁路ADPL磁连接，与其他相的定子磁极磁分离，C相与F相的定子磁极由磁路CFPL磁连接，与其他相的定子磁极 磁分离，E相与B相的定子磁极由磁路EBPL磁连接，与其他相的定子磁极 磁分离，绕组以与所述的各磁路ADPL、 CFPL、 EBPL交链的方式巻绕。
11. 如权利要求10的电动机，其特征在于，配置在电动机的圆周方向整个圓周上的环状的绕组IA4以与所述磁 ;洛ADPL、 EBPL交链的方式巻绕，配置在电动机的圆周方向整个圆周上的环状的绕组IC4以与所磁路 CFPL、 EBPL交链的方式巻绕。
12. 如权利要求l、 5、 7、 8或10的电动机，其特征在于， 在定子磁极或其延长上的磁路和多相的定子磁极或其延长上的》兹体。、、" "、 、、。
、厶、、
13. —种电动机，其特征在于，具有配置在定子的圆周方向上的槽SL1、 SL2、 SL3、 SL4、 SL5、 SL6; 3相绕组内的U相绕组UU1和UU2; V相绕组VV1和VV2; W 相绕组WW1和WW2,在所述槽SL1和SL3之间巻绕所述U相绕组UU1, 在所述槽SL3和SL5之间巻绕所述V相绕组VV1, 在所述槽SL5和SL1之间巻绕所述W相绕组WW1, 这些绕组UW1、 VV1、 WW1构成第l绕组组， 在所述槽SL6和SL4之间巻绕所述U相绕组UU2, 在所述槽SL4和SL2之间巻绕所述V相绕组VV2， 在所述槽SL2和SL6之间巻绕所述W相绕组WW2, 这些绕组UU2、 VV2、 WW2构成第2绕组组。
14. 一种电动机，其特征在于，在相邻的转子磁极间磁路与非磁性部大致并行地配置的转子具有能够在转子磁极上感应出励磁磁通量的闭合的转子励磁绕组；串联地插 入到所述励磁绕组的一部分的二极管。
15. 如权利要求14的电动机，其特征在于， 相同的相的定子磁极配置在圆周上，在各相的定子磁极之间具有定子绕组在定子的圆周方向上围绕的 环状的绕组。
16. 如权利要求15的电动机，其特征在于，具有与某相的定子磁极相邻的定子磁极是具有电气角为大致180° 的相位差的定子磁极的定子。
17. 如权利要求14的电动机，其特征在于，具有如下的定子， 具有配置在定子的圆周方向上的槽SL1、 SL2、 SL3、 SL4、 SL5、SL6; 3相绕组内的U相绕组UU1和UU2; V相绕组VV1和VV2; W相绕组WW1和WW2,在所述槽SL1和SL3之间巻绕所述U相绕组UU1, 在所述槽SL3和SL5之间巻绕所述V相绕组VV1, 在所述槽SL5和SL1之间巻绕所述W相绕组WW1, 这些绕组UW1、 VV1、 WW1构成第1绕组组， 在所述槽SL6和SL4之间巻绕所述U相绕组UU2, 在所述槽SL4和SL2之间巻绕所述V相绕组VV2, 在所述槽SL2和SL6之间巻绕所述W相绕组WW2, 这些绕组UU2、 VV2、 WW2构成第2绕组组。
18. 如权利要求14~ 17的任意一项的电动机，其特征在于， 所述励磁绕组配置在转子的所述非磁性部上。
19. 如权利要求14~ 18的任意一项的电动机，其特征在于， 所述励/磁绕组向多个所述非磁性部分布地巻绕。
20. 如权利要求14~ 19的任意一种的电动机，其特征在于， 在所述非磁性体部的空间的一部分或全部上配置有永久磁4失。
21. —种电动^/L,其特征在于，在转子中，在转子的表面或表面附近的圆周方向上，以电气角为 180°的间距交替地配置永久》兹《失的N极与S极，转子表面附近的永久 磁铁间是由软磁性体构成的可变磁极，在磁极间磁路与非磁性部大致并行配置，该转子具有能够在所述可变磁极上感应出励磁磁通量的闭合的转 子励磁绕组；串联地插入到该励》兹绕组的一部分的二极管。
22. 如权利要求14~20的任意一项的电动机，其特征在于，转子的软磁性体的电磁钢板是与转子轴大致并行地配置并且在相邻的转子磁极上形成磁路的磁路结构，在各转子磁极上配置多个所述磁路结构。
23. 如权利要求22的电动机，其特征在于，转子的软磁性体的电磁钢板在转子表面附近设置多个切断部或者 施加多个电绝缘膜。
24. 如权利要求14-23的任意一项的电动机及其控制装置，其特征 在于，不连续地对电动机的定子绕组的d轴电流进行控制。
25. 如权利要求24的电动机及其控制装置，其特征在于，对定子绕组进行通电的所述d轴电流是电动机的全部d轴电流的时 间比率为50%以下。
26. 如权利要求24或25的电动机及其控制装置，其特征在于， 在对定子绕组进行通电的所述d轴电流不是电动机的全部d轴电流的期间，以定子绕组的d轴电流与所述转子励磁绕组的d轴电流分担电 动^/L的全部d轴电流的方式进行控制。
27. 如权利要求26的电动机及其控制装置，其特征在于， 在对定子绕組进行通电的所述d轴电流不是电动机的全部d轴电流的期间，以电动机的全部铜损最小的方式或电动机损失为最小的方式控 制定子绕组的d轴电流。
28. —种电动机，其特征在于，由在与电磁钢板的厚度方向成直角的方向施加有电绝缘膜的电磁 钢板构成。
29. 如权利要求28的电动机，其特征在于， 以交叉的方式层叠施加有所述绝缘膜的电^f兹钢^1。
30. —种电动机的控制装置，其特征在于， 具有2个直流电源和4个功率元件， 将所述2个直流电源串联地连接，将所述4个功率元件桥状地连接到串联地连接的所述直流电源的两端,在3相交流电动机中，其绕组为3相内的2相的绕组，将该2个绕 组的单端彼此连接，使其连接点与串联地连接上述2个直流电源的连接 点连接，
31. —种电动机的控制装置，其特征在于， 具有2个直流电源和4个功率元件，串联地连接上述2个直流电源，将所述4个功率元件连接到桥状地串联地连接的所述直流电源的两端,将星形接线或三角形接线的3相交流电动机的 一端连接到串联地连 接所述2个直流电源的连接点，接。
32. —种电动机的控制装置，其特征在于，具有4相交流的电动机，A相的定子》兹极与C相的定子磁极的相对 的相位具有电气角为180°的相位差，并相邻地配置，在两定子磁极之间 配置绕组WAC, B相的定子磁极与D相的定子磁极的相对的相位具有电 气角为180°的相位差，并相邻地配置，在两定子石兹极之间配置绕组 WBD,在A、 C相的定子磁极与B、 D相的定子磁极之间配置绕组 WACBD,将所述3个绕组进行星形接线；2个直流电源；4个功率元件，串联地连接所述2个直流电源，以2组的桥状将所述4个功率元件连接到串联地连接的所述直流电 源的两端，分别将绕组WAC与WBD的另 一端连接到所述2组功率元件的桥， 将所述绕组WACBD的另 一端连接到所述2个直流电源的串联连接点。
33. 如权利要求30、 31或32的电动机的控制装置，其特征在于， 2个电源中的1个电源是由另一个电源进行DC-DC转换而形成的电源。
全文摘要
一种复合电动机，具有在圆周方向上N极与S极交替地配置的4极以上的转子、定子的磁路在电气角为360°的范围内被磁分离的定子芯、N相电动机的(N-1)组(N为正整数)的绕组，以绕组电流有效地对磁路进行作用的方式构成。
文档编号H02K1/14GK101228679SQ20068002647
公开日2008年7月23日 申请日期2006年7月19日 优先权日2005年7月19日
发明者梨木政行 申请人:株式会社电装