专利名称：旋转电机系统以及车轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有:具备定子(stator)与转子(rotor)的旋转电机、和控制该旋转电机的运转的控制装置的旋转电机系统。
背景技术：
以往，公开了一种与增大短路比来提高稳定性的旋转电机有关的技术的一个例子(例如参照专利文献I)。该旋转电机成为d轴(磁极中心方向)侧所形成的槽(slot)间的距离与该槽间的距离和其他的槽的深度同样地形成的情况相比，形成得较短的构成。专利文献I的图1中记载了为了使气隙(air gap)的磁通密度分布接近正弦波形，与磁极最近的槽(2、3)的深度比其他的槽(4、5)的深度形成得深的转子(I)。专利文献1:日本特开平10-023693号公报但是，在应用专利文献I的技术的情况下，以额定速度产生额定电压所需的励磁电流需要大于以同一深度形成了槽时所需的励磁电流(参照专利文献I的0022段落)。随着励磁电流变大，所产生的磁场的强度也变大，另一方面，与通电相伴的损耗也变大，因此，结果存在效率降低的问题点。
发明内容
本发明鉴于这样的情况而提出，其目的在于，提供与以往相比能够降低伴随着通电的损耗而使效率提高的旋转电机系统以及车轮。为了解决上述课题，技术方案I所述的发明的特征在于，旋转电机系统具有旋转电机和控制所述旋转电机的运转的控制装置，所述旋转电机具备定子绕组(电枢绕组)被卷绕为多相的定子(stator)和在转子铁心(转子主体)的各极的一部分或者全部的极上卷绕励磁绕组的转子(rotor)，在该旋转电机系统中，所述控制装置具有:励磁磁通控制部，其基于速度信号与运转模式信号，控制所述转子中产生的励磁磁通；以及励磁电流抑制部，其在所述定子绕组中流过规定电流值以上的定子电流(转子电流)的情况下，将流过所述励磁绕组的励磁电流(定子电流)抑制由所述定子电流产生的磁阻磁通的量。根据该构成，可通过励磁磁通控制部来控制转子中的产生的励磁磁通，并且通过励磁电流抑制部将流过励磁绕组的励磁电流抑制磁阻磁通的量。由于励磁电流被抑制，所以伴随通电的损耗也变小，结果，能够使效率提高。其中，“多相”是指二相以上的任意相数。“旋转电机”只要是具有旋转的部位(例如轴、旋转轴等)的设备即可，可以是任意的设备。例如，是发电机、电动机、电动发电机等。“速度信号”是指示转子的旋转速度(转速)的信号。“运转模式信号”是指示旋转电机的运转模式(例如动力模式、再生模式等)的信号。这些速度信号、运转模式信号可以是模拟信号、数字信号等那样的信号种类。对于“规定电流值”而言，能够根据旋转电机的规格、要求特性等设定适当的值，包含额定电流值。“卷绕”的意思是缠绕。
技术方案2所述的发明的特征在于，所述励磁磁通控制部接受单相或者多相的电力，从卷绕于所述转子铁心的所述励磁绕组中选择一个以上励磁绕组来控制所述励磁磁通。根据该构成，通过选择一个以上励磁绕组，控制通电方向、电流量等，来控制励磁磁通。能够通过该控制，容易地改变磁通量、极数等。技术方案3所述的发明的特征在于，所述转子具有在所述转子铁心上卷绕所述励磁绕组的励磁绕组极、和不在所述转子铁心上卷绕所述励磁绕组的非励磁绕组极。根据该构成，由于仅在励磁绕组极上卷绕励磁绕组，所以从转子整体来观察，磁通分布是不均匀的。由于在励磁绕组极及其周边，磁通分布变高，磁阻磁通增加，所以转矩(是与旋转力、旋转转矩同样的意思，以下也相同)提高。另一方面，由于在非励磁绕组极及其周边，磁通分布变低，磁阻磁通减少，所以转子的转速增加。技术方案4所述的发明的特征在于，所述转子具有多个转子槽，卷绕所述励磁绕组的所述转子槽比不卷绕所述励磁绕组的所述转子槽形成得大。作为“形成得大”的对象的单位包括截面积、周方向宽度、容积等中的一个以上。根据该构成，由于形成得大的转子槽容易进行励磁绕组的卷绕，所以能够缩短组装时间。技术方案5所述的发明的特征在于，所述转子铁心在前端部具有凸缘状部位，所述凸缘状部位偏向通过向所述定子通电而产生的磁场减小的方向形成。根据该构成，由于凸缘状部位偏向磁场减小的方向形成，所以能够灵活运用由定子绕组产生的减磁场。另外，通过变化电流相位，能够配合运转模式地使旋转力最佳化(例如最大化、最小化等)。其中，若“凸缘状部位”偏向磁场减小的方向形成，则与方式(即形状、配置、个数等)无关。技术方案6所述的发明的特征在于，所述转子具有在所述转子铁心的极相互间配置磁铁的第I极间、和不在所述转子铁心的极相互间配置磁铁的第2极间。根据该构成，对于由配置在第I极间的磁铁产生的磁通而言，由于磁阻磁通增加，所以能够使旋转电机的转矩提高。由于第I极间的数量能够根据要求特性任意设定，所以能够提供满足该要求特性的旋转电机系统。“磁铁”只要能够产生磁通即可，可以是任意的，与永久磁铁、电磁铁等种类无关。在永久磁铁中，例如可采用铁氧体磁铁、铝镍钴磁铁、钐钴磁铁、钕铁硼磁铁、钐铁氮磁铁
坐寸ο技术方案7所述的发明的特征在于，所述转子被配置在所述定子的外径侧。根据该构成，由于配置在定子的外径侧的转子(所谓的外转子)与在定子的内径侧配置的转子(所谓的内转子)相比，能够较大地确保磁性体的体积，所以能够通过的磁通量也增加。因此，可使旋转电机的转矩提高。其中，“磁性体”包含作为硬质磁性体的磁铁、软质磁性体(例如由铁、硅钢、强磁性铁镍合金、铁硅铝磁性合金、铁钴磁性合金、软铁氧体、无定形磁性合金、纳米晶磁性合金等材质构成的物体)。技术方案8所述的发明的特征在于，所述定子具有收纳分别被集中卷绕的所述定子绕组，并由12的整数倍构成的定子槽，所述转子具有由12的整数倍或者14的整数倍构成的所述极。根据该构成，由于通过集中卷绕，使得定子绕组的卷绕变得容易，所以能够缩短组装时间。技术方案9所述的发明的特征在于，在车轮中，具有技术方案I 技术方案8中任意一项所述的旋转电机系统或者所述旋转电机系统所包含的旋转电机。根据该构成，当旋转电机作为电动机运转时，能够旋转驱动车轮。另一方面，当旋转电机作为发电机运转时，能够产生与车轮的转速对应的电力(再生能量)。另外，能够提供起到上述的技术方案I 技术方案8中任意一项所述的旋转电机系统的作用效果的车轮。
图1是表示旋转电机系统的第I构成例的示意图。图2是表示图1所示的I1-1I线向视的旋转电机的剖面的示意图。图3是表示用于切换励磁绕组的构成例的示意图。 图4是表示励磁绕组的构成例的示意图。图5是表示转子槽的构成例的示意图。图6是表示配置磁铁的转子的构成例的示意图。图7是表示凸缘状部位的构成例的示意图。图8是表示定子的构成例的示意图。图9是表示励磁控制处理的步骤例的流程图。图10是表示构成旋转电机系统的旋转电机的第2构成例的示意图。图11是表示具备旋转电机的车轮的构成例的示意图。附图标记说明:1 一旋转电机系统；10 —旋转电机；11 一定子(stator) ；lla —定子绕组；llb —定子铁心；llc 一定子槽；Ilt (11 ta Iltc) 一定子齿(极)；12 —转子(rotor)；12a (12al 12a8)—励磁绕组；12b —转子铁心；12c (12cl 12c8)—转子槽；12d (12dl 12d4)—凸缘状部位；12t (12tl 12t8)—转子齿(极)；16 (16a 16f) —磁铁；20 —控制装置；21 —励磁磁通控制部；22 —励磁电流控制部；30 —车轮；SW —绕组切换部；Ir 一励磁电流；Is —定子电流。
具体实施例方式以下，基于附图对用于实施本发明的方式进行说明。需要说明的是，只要未作特别明示，“连接”所指的情况是指电连接。在各图中，图示出为了说明本发明所必要的要素，不限于图示实际的所有要素。在提及上下左右等方向的情况下，以图面的记载为基准。对于图1 图8所示的各示意图(具体为剖面图)而言，考虑易观察性，省略了阴影线的图示。另夕卜，为了简化说明，连续附图标记使用符号“ ”来表示。例如，“励磁绕组12al 12a8”的意思是“励磁绕组 12al、12a2、12a3、12a4、12a5、12a6、12a7、12a8”。同样，“定子齿 Ilta lltc” 的意思是“定子齿 llta、lltb、lltc”。[实施方式I]实施方式I是包括在定子的内径侧配置转子的内转子型旋转电机的旋转电机系统的一个例子，参照图1 图9来进行说明。在图1中用示意图表示旋转电机系统的第I构成例。在图2中用示意图表示图1所示的I1-1I线向视的旋转电机的剖面。在图3中用示意图表示用于切换励磁绕组的构成例。在图4中用示意图表示励磁绕组的构成例。在图5中用示意图表示转子槽的构成例。在图6中用示意图表示配置磁铁的转子的构成例。在图7中用示意图表示凸缘状部位的构成例。在图8中用示意图表示定子的构成例。在图9中用流程图表示励磁控制处理的步骤例。图1所示的旋转电机系统I具有旋转电机10、控制装置20等。需要说明的是，在图1中省略了覆盖旋转电机10的框体、外壳等的图示。旋转电机10具有定子11、转子12、旋转轴13、电刷14、集电环(slip-ring)15等,是在定子11的内径侧配置转子12的内转子型。本方式的旋转电机10使用电动发电机。此外，虽未图示，但根据需要具备用于对后述的旋转电机10的状态进行检测的检测传感器。定子11由磁性体形成，具有定子绕组Ila (stator winding)、定子铁心Ilb (定子主体)等。如图8所示，定子铁心Ilb上形成有多个定子齿lit，在相邻的定子齿Ilt的相互间形成的空间成为收纳定子绕组Ila的定子槽11c。定子槽Ilc的数量能够任意设定，但大多设定第I规定数(例如3、4、6、12等)的整数倍。被卷绕成三相以上的多相的定子绕组Ila可以为全节距绕、分布绕、集中绕、短节距绕等任意一种。卷绕方式例如可以按一个定子齿Iit独立卷绕，也可以在相邻的定子齿Ilt的相互间卷绕，还可以在两个以上离开的定子齿Ilt的相互间卷绕。由于连接成多相的方法是众所周知的，所以省略图示以及说明。本方式的定子绕组Ila以多相进行集中绕。转子12由磁性体形成，具有励磁绕组12a (转子绕组)、转子铁心12b (转子主体)、转子槽12c(参照图2)等。如图2的剖面图所示，在转子铁心12b上形成有多个转子齿12t。被卷绕励磁绕组12a的转子齿12t形成与励磁电流Ir流动的朝向对应的极(相当N极以及S极中的一方或者双方，以下也相同)。在相邻的转子齿12t的相互间形成的空间成为收纳励磁绕组12a的转子槽12c。转子槽12c的数量能够任意设定，但大多设定第2规定数(例如3、4、7、12、14等)的整数倍。励磁绕组12a可以为全节距绕、分布绕、集中绕、短节距绕等任意一种。对于卷绕方式的一个例子将在后面叙述(参照图3 图7)。虽未图示，但可以应用与定子绕组Ila的卷绕方式相同的卷绕方式。即，可以按一个转子齿12t独立卷绕，也可以在相邻的转子齿12t的相互间卷绕，还可以在两个以上离开的转子齿12t的相互间卷绕。旋转轴13被固定于转子12。其固定方法是任意的，例如是使用螺栓、螺钉等紧固部件的紧固、通过焊接母材来进行钎焊、电弧焊接等的接合、使用粘合剂的粘合等。旋转轴13的一端作为输出旋转力的输出轴发挥作用，另一端作为励磁电流Ir的输入轴发挥作用。输出轴直接或间接地与能够旋转的部件(例如图11所示的车轮34等)结合。间接的结合要借助动力传递机构。动力传递机构由能够传递动力的一个以上部件等构成，例如包括凸轮、齿轮齿条副(rack and pinion)、齿轮(gear)、旋转轴等。输入轴具备电刷14、集电环15等。电刷14与控制装置20连接，集电环15与励磁绕组12a连接。电刷14与集电环15按照流过励磁电流Ir的方式接触。从控制装置20输出的励磁电流Ir经由电刷14流向集电环15，进而，流过与该集电环15连接的励磁绕组12a，从而在转子12中形成磁场。控制装置20构成为能够与外部装置通信。如果该控制装置20是包括后述的运转控制处理，能够进行控制处理的构成，则无论是软件构成还是硬件构成都可以。另外，控制装置20包括基于从外部装置接收的信号来控制旋转电机10的运转的功能、向外部装置传递旋转电机10的状态的功能等。外部装置例如是ECU、计算机等。从外部装置接收的信号例如包括速度信号、运转模式信号等。速度信号例如包括使转速增加的加速信号、使转速减少的减速信号、维持转速的定速信号、停止旋转的停止信号等。运转模式信号例如包括使旋转电机10作为电动机运转的动力模式(电动机模式)、使旋转电机10作为发电机运转的再生模式(发电机模式)等。利用检测传感器检测出的旋转电机10的状态例如包括转速、温度、感应电动势(再生能量)、相电压等电压值、励磁电流Ir、定子电流Is等电流值等。图1所示的控制装置20具有励磁磁通控制部21、励磁电流控制部22等。励磁磁通控制部21从未图示的电力源(例如电池、燃料电池等)接受单相或者多相的电力，基于从外部装置接收的速度信号与运转模式信号，来控制转子12中产生的励磁磁通。具体而言，控制流过定子绕组Ila的定子电流Is的大小、流过励磁绕组12a的励磁电流Ir的大小,结果，控制转子12中产生的励磁磁通。在该控制中，由于从图2所示的卷绕于转子铁心12b的励磁绕组12a中选择一个以上励磁绕组12a，所以也向图3所示的绕组切换部SW进行切换指令Sc的传递(输出)。当定子绕组Ila中流过规定电流值以上的定子电流Is时，励磁电流控制部22对流过励磁绕组12a的励磁电流Ir抑制由定子电流Is产生的磁阻磁通的量。规定电流值可以任意设定。例如对于车辆(包括二轮车、四轮车等，以下也相同)而言，相当于在起动时、力口速时、爬坡行驶时等，分别为了得到所需要的转矩而流过的电流值。由定子电流Is产生的磁阻磁通、与该磁阻磁通对应的励磁电流Ir的电流值可通过进行实验、实地试验等，利用映射图等设定与车辆对应的适当的数值。由于能够抑制流过励磁绕组12a的励磁电流Ir,所以可以流过励磁绕组12a的励磁电流Ir的大小的幅度变大，结果，能够拓宽速度控制范围。接着，参照图3 图7对包括励磁绕组12a的卷绕方式的转子12的构成例(第I构成例 第5构成例)进行说明。其中，图3 图7所示的各图为了便于理解而简化表示。换言之，各图所示的转子齿12t、励磁绕组12a、转子槽12c的数量、各部分的形状等不过是一个例子。实际的数量、各部分的形状等可根据旋转电机10的规格、要求特性等适当设定。(转子的第I构成例)在图3所示的第I构成例中，以多相(在本方式中是由U相、V相、W相构成的三相)在全部(全部数量)的转子齿上卷绕励磁绕组，具有按照对每一相流过励磁电流Ir的方式切换作为对象的励磁绕组12a的绕组切换部SW。绕组切换部SW可设于控制装置20内外的任意一方。另外，绕组切换部SW只要是能够基于从控制装置20传递的切换指令Sc，来切换作为对象的励磁绕组12a的构成即可，可以是任意的绕组切换部。即，可以是开关、继电器等那样的硬件构成，也可以是CPU执行程序来实现切换的软件构成。图3所示的转子12具有8个转子齿12t (即图示的转子齿12tl 12t8)、按每个转子齿卷绕的8个励磁绕组12a (即图示的励磁绕组12al 12a8)等。将励磁绕组12al、12a4、12a7分配给U相，将励磁绕组12a2、12a5、12a8分配给V相，将励磁绕组12a3、12a6分配给W相。可以进行旋转电机10的运转模式(例如动力模式、再生模式等)的变更等、根据需要来变更分配给励磁绕组12al 12a8的相。此外，上述的励磁绕组12a的分配不过是一个例子，大多对多相的各相分别分配的励磁绕组12a的数量为相同的数量。另外，假定为各转子齿12t的形状几乎相同地形成，在相邻的转子齿12t的相互间形成的转子槽12c的形状也几乎相同地形成。绕组切换部SW基于从控制装置20传递的切换指令Sc，切换U相绕组(即励磁绕组12al、12a4、12a7)、V相绕组(即励磁绕组12a2、12a5、12a8)和W相绕组(即励磁绕组12a3、12a6)，或者切换流过励磁绕组12al 12a8的励磁电流Ir的方向。通过控制通电的励磁绕组12a、励磁电流Ir的通电方向、从控制装置20流出的励磁电流Ir的大小(电流量)等，来控制转子12的励磁磁通，从而能够容易地控制转子12中的磁通分布、磁通量、极数等。(转子的第2构成例)在图4所示的第2构成例中，对一部分(全部数量中的一个以上)转子齿卷绕励磁绕组。在以多相卷绕的情况下需要切换，但省略了图3所示的绕组切换部SW的图示。其中，对多相的各相分别分配的励磁绕组12a的数量、各转子齿12t的形状和各转子槽12c的形状分别与第I构成例相同。图4所示的转子12具有8个转子齿12t (即图示的转子齿12tl 12t8)、对一部分的转子齿12t卷绕的4个励磁绕组12a (即图示的励磁绕组12al、12a3、12a5、12a7)等。对于被卷绕励磁绕组12al、12a3、12a5、12a7的转子齿12tl、12t3、12t5、12t7而言，由于若流过励磁电流Ir则产生极，所以相当于“励磁绕组极”。将励磁绕组12al、12a3、12a5、12a7中的哪个励磁绕组分配给U相、V相、W相的任意一个是任意的。与第I构成例同样，对多相的各相分别分配的励磁绕组12a的数量大多为相同的数量。未被卷绕励磁绕组的转子齿12t2、12t4、12t6、12t8相当于“非励磁绕组极”。(转子的第3构成例)在图5所示的第3构成例中，对一部分(全部数量中的一个以上)的转子齿卷绕励磁绕组。在以多相卷绕的情况下需要切换，但省略了图3所示的绕组切换部SW的图示。其中，对多相的各相分别分配的励磁绕组12a的数量、各转子齿12t的形状分别与第I构成例相同。不过，转子槽12c的形状如后述那样不同。图5所示的转子12具有8个转子齿12t (即图示的转子齿12tl 12t8)、对一部分的转子齿12t卷绕的2个励磁绕组12a (即图示的励磁绕组12a3、12a7)等。将励磁绕组12a3、12a7中的哪个励磁绕组分配给U相、V相、W相的任意一个是任意的。与第I构成例同样，对多相的各相分别分配的励磁绕组12a的数量大多为相同数量。在转子齿12tl与转子齿12t2的相互间形成的空间是转子槽12cl。在转子齿12t2与转子齿12t3的相互间形成的空间是转子槽12c2。以下同样地形成转子槽12c2 12c8。在这些转子槽12cl 12c8中，一部分的转子槽12c2、12c3、12c6、12c7的截面积S2形成得比其他的转子槽12cl、12c4、12c5、12c8的截面积SI大。由于在截面积大的转子槽12c2、12c3、12c6、12c7中能够将间隙确保得大，所以在向转子齿12t卷绕励磁绕组12a时能够不费时费力地容易进行卷绕。(转子的第4构成例)在图6所示的第4构成例中，对一部分(全部数量中的一个以上)的转子齿卷绕励磁绕组。在以多相卷绕的情况下需要切换，但省略了图3所示的绕组切换部SW的图示。其中，对多相的各相分别分配的励磁绕组12a的数量和各转子齿12t的形状分别与第I构成例相同。不过，转子槽12c的形状如后述那样不同。图6所示的转子12具有8个转子齿12t (即图示的转子齿12tl 12t8)、对一部分的转子齿12t卷绕的4个励磁绕组12a (即图示的励磁绕组12al、12a3、12a5、12a7)、磁铁16 (即图示的磁铁16a 16f)等。在本方式中，作为磁铁16，使用永久磁铁的铁氧体磁铁。与第2构成例同样，将哪个励磁绕组12a分配给U相、V相、W相的任意一个是任意的。另外，对多相的各相分别分配的励磁绕组12a的数量大多为相同数量。磁铁16被配置在转子齿12t (尤其是前端部)的相互间。图6的构成例所示的磁铁16a被配置在转子齿12tl与转子齿12t2之间。磁铁16b被配置在转子齿12t3与转子齿12t4之间。以下同样，图示的磁铁16c 16f被配置在相邻的转子齿12t的相互间。磁铁16a 16f只要都能够产生磁通即可，是任意的，可以是永久磁铁、或电磁铁等种类。此夕卜，磁铁16的“配置”包括不能移动的固定和能够移动的保持。固定方法、保持方法是任意的。各转子齿12t形成与流过励磁绕组12a的励磁电流Ir的朝向对应的极。因此，被卷绕励磁绕组12a的转子齿12t的相互间相当于“极间”。极间中的被配置磁铁16的极间相当于“第I极间”，未被配置磁铁16的极间相当于“第2极间”。由于由配置在第I极间的磁铁16产生的磁通使磁阻磁通增加，所以能够使旋转电机10的转矩提高。(转子的第5构成例)图7 (A)表示了转子12的一部分(2个转子齿12t)。在该图7 (A)所示的第5构成例中，在周方向以不对称形状形成转子齿12t的前端形状(凸缘状部位)。以不对称形状形成的对象可以是形成于转子12的转子齿12t的全部数量的全部，也可以是该全部数量的一部分。图7 (B) 图7 (D)表示不对称形状的形成例。其中，图7 (B) 图7 (D)所示的凸缘状部位12d (具体是凸缘状部位12dl 12d4)只要偏向磁场减小的方向形成即可，不管其形态如何。另外，将转子齿12t的主体(即除了凸缘状部位以外的部位)的周方向宽度称为“主体周方向宽度”。图7 (B)所示的转子齿12t具有凸缘状部位12dl、12d2。凸缘状部位12dl的周方向宽度Wl小于凸缘状部位12d2的周方向宽度W2 (即W1〈W2)。周方向宽度Wl、W2的大小(长度)与通过向卷绕于定子11的定子绕组Ila通电而产生的磁场减小的方向对应。由于在图7 (B)中，W1〈W2，所以右方向相当于磁场减小的方向。若是磁场减小的方向，则也可以按W1>W2的方式形成凸缘状部位12dl、12d2。图7 (C)所示的转子齿12t仅在周方向的一侧(在图7 (C)中是右侧)具有凸缘状部位12d2。在与上述的图7 (B)的比较中，若假定为转子齿12t的主体周方向宽度Twa几乎相同，则图7 (C)的凸缘状部位12d2以周方向宽度W3 (=W1+W2)形成。凸缘状部位12d2的厚度根据旋转电机10的规格、要求特性等，如实线那样形成得较厚，或者如双点划线所示那样形成得较薄(对于其他的凸缘状部位12dl、12d3、12d4也同样)。虽未图示，但也可以构成为仅在周方向的另一侧(在图7 (C)中是右侧)具有凸缘状部位。在一侧或者另一侧的哪一侧具有凸缘状部位，与通过向卷绕于定子11的定子绕组Ila通电而产生的磁场减小的方向对应。图7 (D)所示的转子齿12t具有凸缘状部位12d3、12d4。假定为转子齿12t的主体周方向宽度Twb小于上述的图7 (B)所示的转子齿12t的主体周方向宽度Twa (即Twb〈Twa)。在该假定下，将凸缘状部位12d3、12d4的周方向宽度W4、W5增大转子齿12t的主体周方向宽度小的量。换言之，当需要以一定值形成转子齿12t整体的周方向宽度时，用凸缘状部位的周方向宽度来进行调整。若用公式表示，则按照“Twa+Wl+W2=Twb+W4+W5”的方式来调整周方向宽度W4、W5的大小(长度)。周方向宽度W4与周方向宽度W5的各大小与图7 (B)所示的周方向宽度W1、W2的大小同样地设定。
然后，参照图8对形成于定子11的定子齿Ilt的构成例进行说明。图8 (A)是放大表示旋转电机10的一部分(90度)的剖面图，是与图2同样的剖面图。但是，省略了绕组(定子绕组11a、励磁绕组12a)的图示。图8 (B) 图8 (D)表示定子齿Ilt (尤其是前端部)的构成例。在定子11上，多个定子齿Ilt形成为朝向旋转电机10的中心侧突出。多个定子齿Ilt根据形成于其前端部的凸缘状部位的形状被分为多个齿组。在图8 (A)所示的构成例中，被分为3个齿组Tgl Tg3。图8 (B)表示齿组Tgl的形成例，图8 (C)表示齿组Tg2的形成例，图8 (D)表示齿组Tg3的形成例。图8 (B)所示的定子齿Ilta形成为与图8 (A)所示的转子齿12ta对应的形状(大致L字状)。图8 (C)所示的定子齿Iltb与图8 (A)所示的转子齿12tb对应地形成为沿周方向对称的对称形状。图8 (D)所示的定子齿Iltc形成为如成为定子齿Ilta的镜像体那样的形状。根据该构成，由于转子12在特定的位置或其前后的区域内，磁通容易通过凸缘状部位，该磁通使磁阻磁通增加，所以能够提高旋转电机10的转矩。另外，由于从转子12整体来观察，磁通分布是不均匀的，所以在磁通分布高的区域中磁阻磁通增加，旋转力(旋转转矩)提高，在磁通分布低的区域中转子12的转速增加。此外，为了便于理解，在图8中示出了 3个种类的形状，但实际上不限于3个种类。即，设定为磁通容易通过在定子齿Ilt以及转子齿12t的各个前端部形成的凸缘状部位的最佳的种类数。虽然也依赖于所形成的齿的数量，但可以为2个种类，也可以为4个种类，还可以为5个种类以上。另外，根据旋转电机10的规格、要求特性等，也存在齿组Tgl (定子齿Ilta)与齿组Tg3 (定子齿lltc)被配置在相反的位置，与图8 (A)以镜像的形状形成的情况。另外，定子齿Ilta Iltc的形状不限于图8 (B) 图8 (D)所示的形状。例如，也可以是图7 (C)所示的形状，还可以是图7 (D)所示的形状，还可以是其他的形状。总之，为了磁阻磁通增加，只是磁通容易通过凸缘状部位的形状即可。参照图9，对在上述那样构成的旋转电机系统I中，控制旋转电机10的运转的例子进行说明。图9用流程图表示了运转控制处理的步骤的一个例子。该运转控制处理是由控制装置20执行的控制处理之一，被重复执行。其中，在图9中，步骤Sll相当于励磁磁通控制部21以及绕组切换部SW，步骤S14、S17相当于励磁电流控制部22。在图9所示的运转控制处理中，首先判别是否从外部装置接收了任何信号(步骤S10)。该信号包括上述的速度信号、运转模式信号等。如果未从外部装置接收任何信号(否)，则不执行任何动作，返回运转控制处理。另一方面，当从外部装置接收任何信号时(是)，执行后述的步骤Sll以后的处理。此外，如括弧内所示，也可以判别是否满足用于进行与旋转电机10的运转相关的控制的控制条件。控制条件能够根据旋转电机10的规格、要求特性等来设定任意的条件。例如，上述的从外部装置接收任何的信号、在步骤SlO的执行前进行的利用检测传感器检测出的检测值达到了规定的检测值等是符合的。在步骤Sll中，基于从外部装置接收的信号中的速度信号与运转模式信号，对转子12中产生的励磁磁通进行控制。具体如上述那样，控制流过定子绕组Ila的定子电流Is的大小、流过励磁绕组12a的励磁电流Ir的大小。由于定子电流Is、励磁电流Ir的大小因该控制而变化，所以在后述的步骤S14中对定子电流Is进行判别。另外，由于励磁绕组12a被连接成多相，所以向图2所示的绕组切换部SW传递切换指令Sc，按每一相进行励磁绕组12a的切换。与上述步骤SI I的控制一同，利用检测传感器检测旋转电机10的状态(步骤S12 )。对于用检测传感器检测的检测对象而言，例如可包括转速、温度、感应电动势(再生能量)或相电压等电压值、励磁电流Ir或定子电流Is等电流值等的一个以上。利用检测传感器检测出的检测值除了被记录在控制装置20所具备的记录介质中之外，还根据需要如双点划线所示那样向外部装置传递(输出)(步骤S13)。该传递例如在外部装置需要掌握当前的旋转电机10的状态的情况下等进行。判别在步骤Sll中检测出的定子电流Is是否为规定电流值以上(步骤S14)。规定电流值如上述那样例如对于车辆而言，是为了得到在起动时、加速时、爬坡行驶时等分别所需的转矩而流过的电流值等。如果定子电流Is小于规定电流值(否)，则不进行任何动作地返回运转控制处理。另一方面，当定子电流Is为规定电流值以上时(是),求出与由定子电流Is产生的磁阻磁通的量对应的励磁电流Ir (步骤S15)。求取励磁电流Ir的方法是任意的。例如，可参照预先存储于记录介质的映射图等，或者使用根据定子铁心lib、转子铁心12b所采用的磁性体的材质(包括材料、素材的意思)规定定子电流Is与励磁电流Ir的关系的函数式来计算。将在步骤S12中检测出的励磁电流Ir (检测励磁电流值)与在步骤S15中求取的励磁电流Ir (计算励磁电流值)进行比较，判别是否是检测励磁电流值 > 计算励磁电流值(步骤S16)。若检测励磁电流值<计算励磁电流值(否)，则不进行任何处理地返回运转控制处理。另一方面，当检测励磁电流值 > 计算励磁电流值时(是)，在抑制了流过励磁绕组12a的励磁电流Ir后(步骤S17)，返回运转控制处理。根据上述的实施方式1，能够得到以下所示的各效果。首先，在具有旋转电机10与控制装置20的旋转电机系统I中，控制装置20构成为具备:基于速度信号与运转模式信号来控制转子12中产生的励磁磁通的励磁磁通控制部21 (参照图9的步骤Sll);以及当定子绕组Ila中流过规定电流值以上的定子电流Is时，将流过励磁绕组12a的励磁电流Ir抑制由定子电流Is产生的磁阻磁通的量的励磁电流控制部22 (参照图9的步骤S14、S17)(参照图1)。根据该构成，由于流过励磁绕组12a的励磁电流Ir被抑制磁阻磁通的量，所以伴随通电的损耗也小，结果，能够使效率提高。励磁磁通控制部21构成为接受单相或者多相的电力，从被卷绕于转子铁心12b的励磁绕组12a中选择一个以上励磁绕组12a，来控制励磁磁通(参照图1、图3、图9的步骤SlD0根据该构成，能够容易地改变转子12的磁通量、极数等。转子12构成为具有:在转子铁心12b上卷绕励磁绕组12a的励磁绕组极(在图4中是转子齿12tl、12t3、12t5、12t7)、和不在转子铁心12b上卷绕励磁绕组12a的非励磁绕组极(参照图4)。根据该构成，从转子12整体来观察，磁通分布不均匀。由于在励磁绕组极及其周边，磁通分布高，磁阻磁通增加，所以转矩提高。另一方面，在非励磁绕组极及其周边，由于磁通分布低，磁阻磁通减少，所以转子12的转速增加。转子12构成为具有多个转子槽12c，卷绕励磁绕组12a的转子槽12c(截面积S2)比不卷绕励磁绕组12a的转子槽12c (截面积SI)形成得大(参照图5)。根据该构成，由于形成得大的转子槽12c能够容易地进行励磁绕组12a的卷绕，所以可缩短组装时间。取代截面积(或者并用)，较大地形成周方向宽度、容积等中的一个以上也能够得到同样的作用效果。转子铁心12b构成为在前端部具有凸缘状部位12d (在图7中是凸缘状部位12dl 12d4)，凸缘状部位12d偏向通过向定子11通电而产生的磁场减小的方向形成(参照图7)。根据该构成，由于凸缘状部位12d偏向磁场减小的方向而形成，所以能够灵活运用由定子绕组Ila产生的减磁场。另外，通过改变电流相位，能够配合运转模式地使旋转力最佳化(例如最大化、最小化等)。转子12构成为具有在转子铁心12b的极相互间配置磁铁16 (在图6中为磁铁16a 16f)的第I极间、和不在转子铁心12b的极相互间配置磁铁16的第2极间(参照图6)。根据该构成，对于由配置在第I极间的磁铁16产生的磁通而言，由于磁阻磁通增加，所以能够使旋转电机10的转矩提高。由于第I极间的数量能够根据要求特性任意设定，所以可提供满足该要求特性的旋转电机系统I。定子11构成为具有定子铁心11b，该定子铁心Ilb具备收纳分别被集中卷绕的定子绕组11a、由12的整数倍构成的定子槽11c，转子12具有由12的整数倍或者14的整数倍构成的极(即转子齿12t)(参照图2、图5)。根据该构成，通过集中卷绕，定子绕组Ila的卷绕变得容易，从而能够缩短组装时间。[实施方式2]实施方式2是包括在定子的外径侧配置转子的外转子型旋转电机的旋转电机系统的一个例子，参照图10进行说明。该图10表示了取代图1所示的第I构成例的旋转电机10的第2构成例。其中，为使图示以及说明简单，在实施方式2中对与实施方式I不同的构成等进行说明。因此，对于与实施方式I中所使用的要素同样的要素标注同样的附图标记而省略说明。图10所示的旋转电机10具有定子11、转子12、轴承17、撑条(stay) 18、保持体(holder) 19等，是在定子11的外径侧配置转子12的外转子型。定子11除了具有定子绕组11a、定子铁心Ilb之外，还具有撑条18、保持体19等。定子铁心Ilb由磁性体(特别是软质磁性体)形成，借助撑条18、保持体19被固定于支轴12f。虽未图示，但定子铁心Ilb具有与图8 (A)所示的定子槽Ilc同样地形成的多个定子槽。收纳于该定子槽的定子绕组Ila被卷绕在定子齿Ilt的相互间。撑条18可以使用框架或其他的部件等。保持体19可以使用轴衬或其他的部件等。在定子11与转子12之间夹设有轴承17，转子12构成为可以自由旋转。转子12除了具有励磁绕组12a、转子铁心12b之外，还具有支承体12e等。支承体12e被配置在定子11的外周侧，不论材质、形状如何。“形状”包括平面或非平面(是指曲面、凹凸面等那样平面以外的面，以下也同样)。图10所示的支承体12e基本上由圆锥状(包括圆台)形成。其中，用于向外部传递动力(旋转力)的中心部、和用于固定转子铁心12b的周缘部分别被弯折成L字状。根据上述的实施方式2，能够得到下述的作用效果。此外，图10所示的旋转电机10与实施方式I所示的旋转电机10相比，只不过是定子11与转子12的配置不同。由于其他的构成要素与实施方式I同样，所以能够得到与实施方式I同样的作用效果。转子12构成为被配置在定子11的外径侧(参照图10)。根据该构成，由于能够确保定子11 (磁性体)的体积较大，所以可通过的磁通量也增加。因此，能够提高旋转电机10的转矩。[实施方式3]实施方式3是将上述的实施方式2中说明的旋转电机系统I或者旋转电机10应用于车轮的例子。参照图11对该实施方式3进行说明。此外，旋转电机10的构成等与实施方式1、2同样，为了使图示以及说明简单，在实施方式3中对于与实施方式1、2不同的点进行说明。因此，对于与实施方式1、2中使用的要素同样的要素标注同一附图标记而省略说明。图11用剖面图表示了作为驱动轮的车轮30的构成例。该车轮30除了具有实施方式2中的旋转电机10 (参照图10)之外，还具有框架31、车轮34、轮胎33等。框架31可以兼用车辆所具备的框架。旋转电机10设于框架31的端部(图面的下部)。为了便于理解，在图11中省略了覆盖旋转电机10的框体、外壳等。此外，未图示的控制装置20(参照图1)设于二轮车、四轮车等车辆。旋转电机10的支轴12f例如通过螺栓、螺母等固定部件32、36被固定于框架31。转子12借助轴承17 (参照图10)以支轴12f的轴心为中心进行旋转，与车轮34 —起进行旋转。在转子12与车轮34之间夹设有垫片35。图11表示了车轮30中包括旋转电机10的构成例，但也可以构成为除了旋转电机10之外，还包括控制装置20(参照图1)。换言之，也可以构成为车轮30中包括旋转电机系统I。在该构成中，只要在框体、外壳等的内部配置控制装置20即可。另外，作为车轮30的构成要素，在图11中应用了实施方式2所示的外转子型旋转电机10 (参照图10)。也可以取代该方式而应用实施方式I所示的内转子型旋转电机10(参照图1 图8)。该情况下，旋转轴13被固定于车轮34，在动力模式下，动力(旋转力)从旋转电机10 (尤其是转子12)向车轮34传递，在再生模式下，车轮34的动力被传递给旋转电机10。支轴12f也可以由框架31的一部分构成。由于仅是定子11与转子12的配置不同，所以可得到与图11的构成同样的作用效果。根据上述的实施方式3，车轮30构成为具有实施方式I或实施方式2所示的旋转电机10 (参照图11)。根据该构成，当旋转电机10作为电动机运转时，能够旋转驱动车轮30。另一方面，当旋转电机10作为发电机运转时，能够产生与车轮30的转速对应的电力(再生能量)。另外，能够提供起到实施方式I或实施方式2所示的旋转电机系统I的作用效果的车轮30。[其他实施方式]以上，按照实施方式I 3对用于实施本发明的方式进行了说明，但本发明丝毫不被该方式限定。换言之，在不脱离本发明主旨的范围内，也能够以各种方式来实施。例如，可以实现以下所示的各方式。在上述的实施方式I 3中，控制装置20构成为具有励磁磁通控制部21和励磁电流控制部22 (参照图1)。也可以取代该方式(或者并用)而构成为具备基于速度信号与运转模式信号来控制定子11中产生的定子磁通的定子磁通控制部、和当励磁绕组12a中流过其他的规定电流值以上的励磁电流Ir时，对流过励磁绕组12a的定子电流Is抑制由励磁电流Ir产生的磁阻磁通的量的定子电流控制部。由于只不过是磁阻磁通的发生源是转子12侧还是定子11侧的区别，所以能够得到与上述的实施方式I 3同样的作用效果。在上述的实施方式I 3中，作为磁铁16，应用了永久磁铁的铁氧体磁铁。也可以取代该构成而应用其他的磁铁。例如将招镇钻磁铁、衫钻磁铁、钦铁砸磁铁、衫铁氣磁铁等作为永久磁铁。在永久磁铁以外，可采用电磁铁。无论采用哪种磁铁，由于都可以增加磁阻磁通，所以能够得到与上述的实施方式I 3同样的作用效果。在上述的实施方式2中，构成为将转子12的支承体12e形成为圆锥状(参照图10)。也可以取代该方式而以其他的形状形成。对于其他的形状，例如可以是圆盘状(圆板状)、圆环状(面包圈状)等。无论采用哪种形状，由于通过以圆形形状(包括近似于圆的多边形状)形成，能够使转子12旋转，所以可得到与上述的实施方式I 3同样的作用效果。
权利要求
1.一种旋转电机系统，具有:旋转电机，其具备定子绕组被卷绕为多相而形成的定子、和励磁绕组卷绕于转子铁心的各极的一部分或全部的极而形成的转子；以及控制装置，其控制所述旋转电机的运转；该旋转电机系统的特征在于， 所述控制装置具有: 励磁磁通控制部，其基于速度信号与运转模式信号，控制所述转子中产生的励磁磁通；以及 励磁电流抑制部，其在所述定子绕组中流过规定电流值以上的定子电流的情况下，将流过所述励磁绕组的励磁电流抑制由所述定子电流产生的磁阻磁通的量。
2.根据权利要求1所述的旋转电机系统，其特征在于， 所述励磁磁通控制部接受单相或者多相的电力，从卷绕于所述转子铁心的所述励磁绕组中选择一个以上励磁绕组来控制所述励磁磁通。
3.根据权利要求1或2所述的旋转电机系统，其特征在于， 所述转子具有在所述转子铁心上卷绕所述励磁绕组的励磁绕组极、和不在所述转子铁心上卷绕所述励磁绕组的非励磁绕组极。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的旋转电机系统，其特征在于， 所述转子具有多个转子槽， 卷绕所述励磁绕组的所述转子槽比不卷绕所述励磁绕组的所述转子槽形成得大。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的旋转电机系统，其特征在于， 所述转子铁心在前端部具有凸缘状部位， 所述凸缘状部位偏向通过向所述定子通电而产生的磁场减小的方向形成。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的旋转电机系统，其特征在于， 所述转子具有在所述转子铁心的极相互间配置磁铁的第I极间、和在所述转子铁心的极相互间不配置磁铁的第2极间。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的旋转电机系统，其特征在于， 所述转子被配置在所述定子的外径侧。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的旋转电机系统，其特征在于， 所述定子具有收纳分别被集中卷绕的所述定子绕组，并由12的整数倍构成的定子槽， 所述转子具有由12的整数倍或者14的整数倍构成的所述极。
9.一种车轮，其特征在于， 所述车轮具有权利要求1至8中任意一项所述的旋转电机系统或者所述旋转电机系统所包含的旋转电机。
全文摘要
本发明涉及与以往相比，能够减低伴随通电的损耗来使效率提高的旋转电机系统以及车轮。旋转电机系统(1)具有旋转电机(10)和控制旋转电机的运转的控制装置(20)，旋转电机具备定子绕组(11a)卷绕成多相的定子(11)和在转子铁心(12b)的各极的一部分或者全部的极上卷绕励磁绕组(12a)的转子(12)。控制装置具有基于速度信号与运转模式信号来控制转子中产生的励磁磁通的励磁磁通控制部；和当定子绕组中流过规定电流值以上的定子电流(Is)时，将流过励磁绕组的励磁电流(Ir)抑制由定子电流产生的磁阻磁通的量的励磁电流控制部。根据该构成，由于励磁电流被抑制，所以伴随通电的损耗也变小，结果，能够使效率提高。
文档编号B60K7/00GK103166412SQ201210519570
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月6日 优先权日2011年12月8日
发明者长田正彦, 向井拓三, 道明正尚 申请人:株式会社电装