多重多相绕组交流旋转电机及电动助力转向装置的制造方法_2

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而连接部成为磁通的路径且转子d轴 的电感Ld增加,因此,能强化弱励磁控制的效果,能缓和电压饱和,因而能提高电动机的高 旋转转矩。
[0015] 另外,转子具有由磁性体构成的转子铁心、以及设置于所述转子铁心的8个产生 励磁的永磁体。另外,转子铁心的中心部具有转轴。此外,在图5中,转子铁心的内部配置 有永磁体,但也可以如图6那样将永磁体配置于转子铁心的表面。
[0016] 另外,如图6所示,对于电枢绕组402,将6相(U1、V1、W1、U2、V2、W2)的电枢绕组 402分成1组(UUVUWl)和2组(U2、V2、W2),横跨多个齿501而卷绕于设在定子铁心401 上的48个槽502中。
[0017] 这里,图7是表示图5的多重多相绕组交流电动机的卷绕方法的剖视图,各绕组中 的标号" + "和标号表示卷绕极性互相相反的情况。另外,各绕组以相同的卷数插入都插 入有电枢绕组402的槽502中。各组内的电枢绕组402互相连接,但1组的电枢绕组(第 一绕组组)不与2组的电枢绕组(第二绕组组)相连接,两者电分离。像这样将电枢绕组 横跨多个齿进行卷绕的方法一般被称为分布卷绕,通常,电枢绕组的磁动势的高频分量得 以降低,因此,能获得转矩脉动减小这样的效果。
[0018] 此外,相对于第一绕组组,第二绕组组将转子的N极和S极的对沿圆周方向所占的 角度设为电气角360°,此时,本实施方式的无刷电动机具有电气角30°的电气性相位差。 另外,在将转子的N极和S极的对沿圆周方向所占的角度设为电气角360°时,成为将绕组 的线圈间隙设为180°的整节距。另外,这些绕组组如图1所示分别以Y或Λ接线的方式进 行接线,配置成2重。
[0019] "双逆变器的说明" 图8是表示用于实施本发明的实施方式1中的多重多相绕组交流电动机的电动机驱动 方法及电动机驱动装置的电路图。 如图所示,在多重多相绕组交流电动机的6相(U1、V1、W1、U2、V2、W2)的电枢绕组中, 对于第一逆变器(电动机驱动装置)1 (81)的3相端子(U1'、VI'、W1')、第二逆变器(电 动机驱动装置)2 (82)的3相端子(U2,、V2'、W2'),Ul与U1'、U2与U2'、Vl与VI'、V2与 V2'、Wl与Wl'、W2与W2'彼此相连接。第一逆变器(电动机驱动装置)1 (81)和第二逆变 器(电动机驱动装置)2(82)配置于EOJ(Electronic Control Unit :电子控制设备)8的 内部。
[0020] E⑶8可以构成为与电动机形成为一体的一体型,也可以是分立型。但是,在图8的 结构中,在电动机4与E⑶8成为分立型的情况下,需要设置6根电动机4与E⑶8之间的连 接线,并且,由于较长,对于尺寸/成本/重量都较为不利,但如图4所举例示出的那样,在 将电动机4与E⑶8组装成一体的一体型的情况下,6根连接线也可以很短,因此,对于尺寸 /成本/重量是有利的。此外,ECU8如图4所举例示出的那样,隔着散热器841与电动机4 组装成一体,由搭载有ECU的主要功能部的控制基板842、构成后述的双逆变器的开关元件 843、中间构件844、壳体845等构成。另外,散热器841上搭载有由与安装于转轴408的传 感器用永磁体846相对应的磁性传感器847、传感器基板848等所构成的传感器部412,传 感器部413的输出经由支承于支承部849的连接构件850被传送至控制基板842上的E⑶ 的主要功能部。851、852是连接器I、连接器2,853是电源连接器。
[0021] "课题的说明" 图1是2重3相绕组的电动机的电枢绕组的接线图。图1(a)表示Λ接线。图1(b)表 示Y接线,本发明对Λ接线、Y接线的任意一个都能适用。 第1组的Ul相和第2组的U2相的等效电路能如图2那样来表示。在图2中,vu表示 绕组的各端子电压,iu表示电流,R表示电阻,ve表示感应电压,Im表示漏电感,M表示互 感,附带标号1或2表示1次侧或2次侧。另外,η是对变压器所言的匝数比。此外,在这 些值中,特别是Im和M与通常的电动机控制中所使用的值不同,表示并排配置的多重二相 间的电感。
[0022] 另外,一般,在多重多相绕组交流电动机中,并排的绕组的匝数相同,因此η = 1。 Vl相与V2相、Wl相与W2相、Ul相与V2相、Ul相与W2相、Vl相与U2相、Vl相与W2相、Wl 相与U2相、Wl相与V2相的等效电路也与图2相同,因此,在三相平衡的情况下,即使从UVW 三相向转子dq轴进行坐标转换,该dq轴上的等效电路也与图2所示的等效电路相同。
[0023] 此外,图3示出了利用框图形式来表示在转子dq轴二相上进行坐标转换时的q轴 的等效电路的图。图中,vql和vq2分别是第1组和第2组的q轴电压,iql和iq2分别是 第1组和第2组的q轴电流,Lql和Lq2分别是第1组和第2组的绕组的自感的q轴分量, Ral和Ra2是第1组和第2组的绕组的电阻分量,Mql2和Mq21是第1组和第2组间的绕组 的互感的q轴分量。s表示拉普拉斯变换的微分算子。vql2和vq21是分别利用第1组和 第2组间的互感来叠加于第1组和第2组的干扰电压。
[0024] 此外,图3示出了转子q轴上的等效电路,但转子d轴上的等效电路也具有相同的 结构。 干扰电压与电流的控制响应频率即微分值s成正比,因此,越是要利用电动机控制来 对电流进行高速控制,干扰电压越大,因而,难以实现在高响应频率下抵消转矩脉动的电动 机控制。 特别是若在定子铁心上设置磁性体的连接部,则与空气相比磁性体的磁导率较大,因 此,空隙的磁阻局部减小,互感也容易增大。
[0025] "干扰电压的说明" 接着,考虑本实施方式中的所述干扰电压的影响。这里,由图3可知,在具有所述多重 化后的绕组的多重多相绕组交流电动机中,干扰电压相互作用,对电流控制系统起到作为 干扰值iql'、iq2'的作用。 干扰值iql'、iq2'根据图3的q轴的等效电路的框图而示出如下。
这里,iql、iq2是第一绕组组、第二绕组组各组的绕组的q轴电流,Ral、Ra2是第一绕 组组、第二绕组组各组的绕组的电阻值,Lql、Lq2是第一绕组组、第二绕组组各组的绕组的 自感的q轴分量,Mql2是表示第一绕组组、第二绕组组的绕组的干扰的互感的q轴分量。
[0026] 如上所述,在电流控制的频率增大的情况下,拉普拉斯变换的微分算子s增大,另 外,根据上述数学式可知,干扰值基本取决于磁耦合Mql2/Lql或磁耦合Mq21/Lq2。在同磁 耦合增加的情况下,干扰值增大,若电流控制系统的干扰增大,则无法提高电流控制系统的 响应,电动机的控制性发生恶化。此外,本实施方式的电枢的1组绕组、2组绕组具有对称构 造,因此,也可以考虑Mql2/Lql N Mq21/Lq2。由此,以后的磁耦合由Mql2/Lql进行表述。
[0027] 这里,在本实施方式的多重多相交流电动机中,若电流Il流过1组绕组,则在与1 组绕组的电枢线圈发生交链的路径(以后称为路径L)上会产生磁通量为Φ?的磁通,在与 2组绕组的电枢线圈发生交链的路径(以后称为路径Μ)上会产生磁通量为ΦΜ的磁通。 自感Lql是Φ?的q轴分量相对于Il的转子q轴分量的比例,互感Mql2是ΦΜ的q 轴分量相对于11的转子q轴分量的比例,磁耦合Mql2/Lql与Φ M/ Φ L密切相关。
[0028] 在本实施方式中,连接部5011的宽度b与定子铁心的齿501宽度t、铁心背部 (core back) 91宽度cb相比足够小,因此,在路径L和路径M上,利用连接部来大幅阻碍磁 通流动。即,若将磁通的障碍量表示为磁阻,则路径L和路径M的磁通量Φ?、ΦΜ与连接部 的磁阻密切相关。另外,路径L与路径M不同,因此,对ΦΜ和Φ?造成影响的磁阻各不相 同。如上所述,可以说磁耦合Mql2/Lql与路径L、路径M上的各个连接部的磁阻密切相关。
[0029] 这里,因磁性体的磁饱和而产生的非线性特性导致连接部的磁阻根据通过连接部 的每单位截面积的磁通量而变化。进而,通过连接部的每单位截面积的磁通量根据电动机 的旋转所引起的由电枢绕组、转子所产生的磁通的变动而发生变动,因此,若存在路径L的 磁阻增大而路径M上的磁阻减小的情况,则ΦΜ/ Φ L增加,磁耦合Mql2/Lql增加。但是,可 知连接部的磁阻在通过连接部的每单位截面积的磁通量增加的情况下,因磁饱和而导致无 论通过连接部的磁通量如何,磁阻都保持一定。
[0030] 在本实施方式中,由于连接有相邻的檐部间的一部分,因此,与连接有整个檐部的 情况的截面积相比,能减小连接部的截面积。因此,能增加连接部的每单位截面积的磁通 量,连接部发生磁饱和,无论通过连接部的磁通量如何,都能将磁阻设为一定的值。由此,能 减小磁耦合并防止磁阻、Φ?、ΦΜ因电动机的旋转所引起的通过连接部的磁通的变动而发 生大幅变动。另外,在本实施方式中,Φ?、ΦΜ不会因电动机的旋转而发生大幅变动,因此, 能减小电动机的自感、互感因电动机的旋转而引起的变动。通常,若自感、互感因电动机的 旋转而发生变动,则电动机的控制参数会发生变动,会变得难以控制,或产生转矩脉动,但 在本实施方式中,由于能减小上述电感因电动机的旋转而产生的变动,因此,能提高电动机 的控制性并减小转矩脉动。
[0031] "发明的基本概念的说明" 图9是对图5的定子铁心401的一部分(3齿程度)进行放大而得的说明图。这里,如 上所述,利用磁性的连接部5011将相邻的檐部5012间的径向的一部分进行连接,在将檐部 5012的径向的宽度设为a时,连接部5011的径向的宽度b比檐部5012的径向的宽度a要 小。这里,由于连接部501的径向的宽度b比宽度a要小,因此,连接所有连接部5011的情 况下的连接部5011的内周面侧的总面积比连接所有檐部5012的情况下的檐部5012的内 周面侧的总面积要小。但是,在图9中,在定子铁心401的转子503侧利用连接部5011将 檐部5012间进行连接,但并不局限于该位置。另外,连接部5011的径向的宽度b与定子铁 心的齿501的周向的宽度t或铁心背部91的径向的宽度cb相比足够小。 另外,各所述连接部5011、5011、……的数量与槽502的数量相同,各所述连接部5011、 5011、……的、所述定子铁心401的所述转轴408的轴向(转轴408的延伸方向)的两端 401E、40IE间的磁阻实质相同,并且,比所对应的所述檐部5012的所述两端401E、40IE间的 磁阻要大。
[0032] 利用像这样的结构,能提高宽度b的连接部5011的磁通密度,因此,会发生磁饱 和,能提高连接部5011的磁阻。其结果是,能减少经由连接部5011而泄漏的漏磁通,因此, 能获得以下效果:能减小第一绕组组与第二绕组组之间的磁耦合,能提高控制性。
[0033] 图22是表示连接部5011的宽度b相对于檐部5012的宽度a发生变化的情况下 的1组的V(Mql2/Lql)的曲线图。其中,在该图中还记载有受如上所述的弱励磁控制的效 果影响的自感Ldl分量。
[0034] 另外,在该图中,为了进行比较,还记载有不同于本实施方式的以下情况:即,檐部 5012的宽度与与连接部5011相同的情况(b/a = 1. 0),以及不存在连接部5011的情况(b/ a = 0. 0),由此,Ldl和V(Mql2/Lql)由相对于檐部5012的宽度与连接部5011的宽度相 同的情况(b/a = 1.0)的比例来表示。根据该结果,随着b/a的减小,V(Mql2/Lql)增大, Ldl减小。这示出了以下情况:即,虽然控制性得以提高,但弱磁通控制无法发挥效果,电动 机的转速下降。根据图22,与b/a = 1时相比,大约在b/a = 0. 5时V(Mql2/Lql)得以提 高,但Ldl几乎不会下降。即,可知能获得控制性与转速达到平衡
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