电动机及其控制装置的制作方法

专利名称：电动机及其控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种搭载在汽车或卡车等上的电动机及其控制装置。
技术背景一直以来，公知有在定子磁极上集中地巻绕各相的线圏的无刷电动机(例如，参照专利文献1)。图141是表示这种现有的无刷电动机的 概略结构的纵向剖视图。另外，图143是沿图141的Al - Al线剖视图。 在这些图中表示出4极6槽型的无刷电动机，定子的绕组结构是所谓的 集中巻绕，在各定子磁极上集中地巻绕有各相的线圏。另外，在图142 中表示出在将定子沿圆周方向展开一周的状态下U、 V、 W等绕组的配 置关系。横轴以电角度表示， 一周为720° 。在转子2的表面，沿圆周 方向交替地配置N极的永久磁铁和S极的永久磁铁。在定子4中，在U 相的定子磁极TBU1、 TBU2上分别巻绕有U相绕组WBU1、 WBU2。 同样，在V相的定子磁极TBV1、 TBV2上分别巻绕有V相绕组WBV1、 WBV2。在W相的定子磁极TBW1、 TBW2上分别巻绕有W相绕组 WBW1、 WBW2。具有这种结构的无刷电动机现在广泛用于工业、家电。 另外，图M4是表示其他定子的结构的横向剖视图。图M4所示的 定子是24槽的结构，在为4极的电动机的情况下，可进行分布巻绕， 由于能够使电动机的圆周方向磁动势分布为比较平滑的正弦波形状，所 以被广泛用于无刷电动机、巻绕励》兹型同步电动机、感应电动机等。特 别是，在为有效利用磁阻转矩的同步磁阻电动机以及应用磁阻转矩的各 种电动机或感应电动机等的情况下，期望由定子生成更精密的旋转磁 场，所以，采用图144所示的分布巻绕的定子结构。专利文献h特开平6-261513号公报(第3页、图1-3) 但是，图141、图142、图144以及专利文献1所/>开的现有的无 刷电动机存在如下问题由于需要按各定子^f兹极巻绕电动机绕组，所以 结构复杂；由于需要将电动机绕组配置在槽的里侧，所以因电动机绕组 的巻绕而导致生产性下降。另外，这种结构还存在难以实现小型化、高 效率化、低成本化的问题。并且，由于在电角度360度的范围只有3个
定子的突极，所以存在如下问题难以将定子产生的磁动势生成为正弦 波状而精密地生成旋转》兹场，难以应用到同步磁阻电动机或应用f兹阻转 矩的各种电动机或者感应电动机等中。另外，在能够进行图144所示的分布巻绕的定子结构的情况下，能 够将定子的磁动势分布生成为平滑的正弦波状，但是，存在如下问题 由于需要从槽的开口部插入绕组，所以，绕组的占空因数变低，并且， 由于线圏末端的轴向长度变长，所以，难以使电动机小型化。另外，还 存在绕组的生产性降低这样的问题。发明内容本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种绕组结构简 单、能够提高生产性、并能够实现小型化、高效率化、低成本化的电动 机以及控制该电动机的控制装置。为了解决上述问题，本发明的第一电动机具有转子，具有在圆周 方向N极和S极交替地配置的转子磁极组；(N+l)个定子磁极组，在 圆周上或附近的圆周上多个定子磁极按每一相配置在电角度大致为同 一角度的旋转相位的位置上；2N个环状绕组，在各相的所述定子磁极 组之间沿轴向配置，相同的相配置在轴向两端。另外，优选上述的(N+l)个定子磁极组分别以电角度位置依次变 化的方式配置。根据这样的结构，能够利用各环状绕组的电流所生成的 磁动势更有效地产生电动机转矩。另外，优选(N+l)个定子i兹极组分别以对应于电角度4皮此大致相 差180°的两个相的定子磁极组相邻的方式配置。通过作成这样的结 构，从而能够使转子和定子对置的气隙部的定子磁极形状的面积变宽、 变大，能够增大从转子向绕组交链的磁通量，并能够增大发生转矩。另外，优选(N+l )个定子磁极组分别以如下方式进行配置在将 对应于电角度彼此大致相差180°的两个相的定子磁极组设为一组时， 分别包含在相邻的2组中且彼此相邻的定子^兹极组的电角度的相位差为 最小。通过作成这样的结构，能够减小应向它们中间通电的电流，并能 够降低铜损。另外，优选上述的(N+l)个定子磁极以如下方式设定位于两端 的2个定子磁极的与转子对置的面的转子轴方向宽度之和等于除此以外的各个定子磁极的与转子对置的面的转子轴方向宽度。通过作成这样的 结构，轴方向两端的同相的定子》兹极的电；兹作用和其他相的电i兹作用为 同等的作用。本发明的第二电动机具有转子，具有在圆周方向N极和S极交替 地配置的转子磁极组；N个定子磁极组，在圆周上或附近的圆周上多个 定子磁极按每一相配置在电角度为大致同 一角度的旋转相位的位置 上；2N个环状绕组，在各相的定子磁极组的两侧沿轴向配置，相同的 相配置在轴向两端。另外，优选将多个环状绕组合并为l个环状绕组，该多个环状绕组 配置在由在转子轴方向相邻的两个定子磁极所形成的槽内。通过作成这 样的结构，能够简化环状绕组且将多个电流的算术之和的电流通电到共 用的绕组，由于绕组内的电流均匀化，因而能够降低铜损。特别是，在 多个绕组中流过正、负电流的定时中，由于两电流抵消，所以，能够大 幅度地降低通电电流。另外，优选去除了配置在两个定子磁极的更外侧的环状绕组，该两 个定子磁极分别配置在沿转子轴方向的两端。通过绕组的去除，能够筒 4匕电动才几。另外，优选所述的定子磁极的与转子对置的面的面积沿着转子的圆加转矩并降低转矩脉动。另外，优选所述的定子磁极的与转子对置的面的转子轴方向宽度比 沿着转子轴相邻的定子磁极的间隔大。这样，通过作成很多的磁通量通过定子磁极的形状，从而能够增大电动机转矩常数。另夕卜，优选在将通过任意的X相的定子磁极组的磁通量的总和设为 ①x、将该磁通量①x的旋转变化率设为d①x/d6 、将作用于该定子磁极 和转子磁极之间的气隙部的磁动势即绕组电流设为Ix、将绕组匝数设为 WTx、将由它们的积d①x/d6 xixx WTx计算出的发生转矩成分设为 Tx、将通过其他任意的Y相的定子磁极组的磁通量的总和设为①y、将 该磁通量①y的旋转变化率设为d①y/de、将作用于该定子磁极和转子 磁极的气隙部的磁动势即绕组电流设为Iy、将绕组臣数设为WTy、将由 它们的积d①y/d6 xlyx WTy计算出的发生转矩成分设为Ty时，由定 子》兹极和转子》兹极的对置面积所确定的》兹通量①x、①y、绕组电流Ix、Iy、绕组匝数WTx、 WTy中的两个以上在X相的定子》兹极和Y相的定 子磁极中为不同的值，与各定子磁极对应的发生转矩成分Tx、 Ty相等。 由此，在因电动机盖或被驱动侧机构等情况需要改变定子;兹极的形状的 情况下，可不改变由磁通量①x、电流Ix、绕组臣数WTx得到的最终的 电磁作用，而改变各个参数。另外，优选所述的各相的定子磁极在转子轴方向分割为K个，在各 相的K个定子磁极各自的沿着转子轴方向的两侧或单侧配置有相同相 的K个环状绕组。由此，能够使圆周方向的磁动势分布更平滑，成为更 4妻近正弦波的分布，能够使电动机的驱动更顺畅。另外，优选由在转子轴方向相邻的定子磁极形成的槽中巻绕有通上 不同相位的电流的多个环状绕组，得到合成电流，并且，巻绕在所述槽 内的多个环状绕组各自的巻绕数以各自中流过的电流矢量和各自的巻 绕数之积的总和与合成电流的矢量 一 致方式设定。通过作成这样的结 构，相对各相位的定子磁极组，能够以较少的相数的电流源做出相数以 上数量的电流相位，能够实现更顺畅的电动机驱动。另外，优选进行所述环状绕组间的接线，将电角度上相同相位的环 状绕组彼此进行串联连接，将电角度上大致相差180°相位的环状绕组 彼此在反方向进行串联连接。通过作成这样的结构，由于能够以较少的 电流源实现电动机驱动，所以，能够使电动机布线简化，驱动装置也简 化。另外，优选所述的转子在表面或内部的一部分配置有永久磁铁，至 少表面的一部分由软磁性体构成。由此，易于实现也能得到磁阻转矩的 各种形状的转子。另外，优选所述转子在从一个转子磁极朝向其他转子磁极的方向上 配置有多组细长的空隙、或者非磁性体或者永久磁铁。由此，易于实现 同步》兹阻电动机。另外，优选所述的转子由在圆周方向磁气上为软磁性体的突极构成 f兹极。由此，易于构成》兹阻电动机。另外，优选所述的转子具有可通上感应电流的绕组。由此，能够得 到感应转矩。另外，优选所述定子磁极的与转子对置的面的面积沿着转子的圆周
子磁极的情况下，极对数Pn和定子磁极的数量Nss满足Nss=3 x pn的 关系。或者，优选作成为所述的定子磁极配置在内径侧、转子配置在外 径侧的所谓外转子结构。另外，优选作成为所述的定子磁极和转子沿轴方向相对地配置的所 谓的轴向间隙型电动机结构。另外，优选电动机是通过对包括所述电动机的2个以上的电动机进 行复合并组合而构成的。通过将包括本发明的电动机的2个以上的电动 机复合而构成，从而能够有效地利用电动机内部的空间，也能够共用电 动机结构构件等。通过将2个电动机复合为1个电动机，从而能够降低 使用这些电动机的系统的所需空间。另外，在电动机内部的通电电流不 平衡且在电动机的转子轴方向产生磁动势的情况下，以消除2个电动机 产生的轴方向磁动势的方式配置，结果是，能够消除复合后的电动机的 轴向；兹动势。另外，优选所述的转子的与定子》兹极对置的面的至少一部分由软》兹 性体构成，在表面或内部具有在转子轴方向或径向方向引导磁通量的软 磁性体的导磁磁路。由此，能够减少与定子的各相的转子轴方向交叉的 定子;兹路。另外，优选所述的转子的与定子磁极对置的面的至少 一 部分由于软 磁性体构成，在内部具有限制磁通量的旋转方向自由性的空隙部或者非 磁性体部。由此，能够提高转子磁通量的旋转方向位置的依赖性。另外，优选去除按规则排列的定子磁极的一部分或者转子磁极的一 部分。由此，可以将去除后的部分用作电动机强度的加强、或电流、电 压、磁通量等的传感器的配置、或绕组取出口空间。另外，优选相数为Sn，极对数为Pn,极数设定为2xPn，从定子磁 极的数量为SxPn的结构中去除一部分定子磁极。由此，能够降低定子 ;兹才及间的漏》兹通量。本发明的第三电动机，具有转子，具有在圆周方向N极和S极交 替地配置的转子磁极组；P个定子磁极组，在圆周上或附近的圆周上多 个定子磁极按每一相配置在电角度大致为同一角度的旋转相位的位置 上；Q个环状绕组，在各相的所述定子磁极组之间沿轴向配置，其中， 具有电动机的输入线，以对上述Q个环状绕组分别通上单独的电流(在 这里，P= (N+l) , Q=2N; P=N, Q=2 ( N - 1 ) ; P= ( N+l ) , Q=N;
或者，P=N， Q= (N - 1 ) , N为3以上的正整数)。本发明的第四电动机，具有转子，具有在圆周方向N极和S极交 替地配置的转子磁极组；P个定子磁极组，在圆周上或附近的圆周上多 个定子磁极按每一相配置在电角度大致为同一角度的旋转相位的位置 上；Q个环状绕组，在各相的定子磁极组之间沿轴向配置，其中，对Q 个环状绕组中的夹持2个以上的定子磁极组而配置的2个绕组反方向通 上相同的电流(在这里，P=(N+1) , Q=2N;或者，P=N, Q=2 ( N - 1), N为3以上的正整数)。本发明的第五电动机，具有转子，具有在圆周方向N极和S极交 替地配置的转子磁极组；P个定子磁极组，在圆周上或附近的圆周上多 个定子磁极按每一相配置在电角度大致为同 一 角度的旋转相位的位置 上；Q个环状绕组，在各相的所述定子磁极组之间沿轴向配置(在这里， P= (N+l ) , Q=N;或者，P=N， Q= (N- 1 ) ， N为3以上的正奇数)。本发明的第六电动机，具有转子，具有在圆周方向N极和S极交 替地配置的转子磁极组；(N+l)个定子磁极组，在圆周上或附近的圆 周上多个定子磁极按每一相配置在电角度大致为同一角度的旋转相位 的位置上；N个环状绕组，在各相的所述定子磁极组之间沿轴向配置， 其中，将所述N个绕组进行星形接线。本发明的第七电动机，具有转子，具有在圆周方向N极和S极交 替地配置的转子磁极组；N个定子磁极组，在圆周上或附近的圆周上多 个定子磁极按每一相配置在电角度大致为同一角度的旋转相位的位置 上；(N-l)个环状绕组，在各相的所述定子磁极组之间沿轴向配置， 其中，所述(N-1 )个绕组进行星形接线，所述星形接线的中心连接部 也作为电动^l的输入而成为N个输入线。本发明的第八电动机，具有转子，具有在圆周方向N极和S极交 替地配置的转子磁极组；4个定子磁极组，在圆周上或附近的圆周上多 个定子磁极按每一相配置在电角度大致为同 一角度的旋转相位的位置 上，其中，在两端的定子^f兹极组的内侧分别配置有巻绕数为Nw的环状 绕组，在中央的两个定子磁极组之间配置有巻绕数为Nw/2的两个的环 状绕组，这4个绕组进行星形接线。本发明的第九电动机，具有转子，具有在圆周方向N极和S极交 替地配置的转子磁极组；4个定子磁极组，在圆周上或附近的圆周上多 个定子磁极按每一相配置在电角度大致为同 一 角度的旋转相位的位置 上，其中，在两端的定子磁极组的内侧分别配置有巻绕数为Nw的环状绕组，在中央的两个定子磁极组之间配置有巻绕数为Nw/2的环状绕 组，这3个绕组进行星形接线。本发明的第十电动机，具有转子，具有在圓周方向N极和S极交 替地配置的转子磁极组；(N+I)个定子磁极组，在圆周上或附近的圆周上多个定子磁极按每一相配置在电角度大致为同一角度的旋转相位 的位置上，其中，以这些定子磁极组中的对应于电角度彼此大致相差180 。的两个相的所述定子;兹极组相邻的方式配置，在各相的所述定子;兹极 组之间配置有N个环状绕组。本发明的第十一电动机，具有转子，具有在圆周方向N极和S极 交替地配置的转子磁极组；N个定子磁极组，在圆周上或附近的圆周上 多个定子磁极按每一相配置在电角度大致为同 一 角度的旋转相位的位 置上，其中，所述N个定子磁极组的配置顺序为按电角度的相位的顺序 每隔 一个的顺序，各相的所述定子磁极组之间配置有各环状绕组。本发明的第十二电动机，具有6个定子磁极组，其特征在于电角 度上第l、 3、 5相的定子磁极组的第一结构部和电角度上第2、 4、 6相 的定子磁极组的第二结构部配置在转子轴方向上，在所述第1、 3、 5相 的定子磁极组之间配置有环状绕组，在所述第2、 4、 6相的定子磁极组 之间配置有环状绕组，配置有各定子磁极组对置的各转子磁极，所述第 一结构部和第二结构部之间、或者与这些定子磁极组对置的两对转子磁 极组之间的至少之一被空间或非磁性体磁隔离。本发明的第十三电动机，具有转子，具有在圆周方向N极和S极 交替地配置的转子磁极组；N个定子磁极组，在圆周上或附近的圆周上多个定子磁极按每一相配置在电角度大致为同一角度的旋转相位的位 置上，其中，所述N个定子磁极组的配置顺序为按电角度的相位顺序每 隔二个的顺序，在各相的所述定子磁极组之间配置有各环状绕组。为了实现上述目的，本发明除此之外也提供了各种结构的电动机及 其控制装置，这些可参照以下所说明的实施例和附图来明确。根据本发明，具有如下效果，即，提供一种绕组结构简单、提高生 产性并能够实现小型化、高效率化、低成本化的电动机以及控制该电动 机的控制装置。
在本发明的第一电动机中，通过作成如上述那样的结构，能够将定 子的圆周方向磁动势分布作成为比较平滑的正弦波状，所以，能够实现 振动或噪音较小的高品质的电动机。另外，由于是环状绕组，所以，能 够作成电动机的绕组简单且制作'性优越的电动机。本发明的第二电动机是将两端的定子磁极组的 一 端的定子磁极组 移动到与另 一 端定子磁极组相邻的位置的结构，将同相的两端定子磁极 组集中到一侧，由此，能够简化电动机结构。


图1是表示具有环状的绕组的三相电动机的概略结构的纵向剖视图。图2是沿圆周方向直线展开图1所示的转子的表面形状的图。 图3是表示图1所示的定子的概略结构的横向剖视图。 图4是沿圆周方向直线展开图1所示的定子的内周面形状的图。 图5是表示图1所示的定子的绕组之一的正面图和侧面图。 图6是沿圆周方向直线展开图1所示的各环状绕组的图。 图7是两个两个地合并图6所示的绕组的图。 图8是表示图1所示的定子磁极和绕组的关系的图。 图9是用各矢量表示图l所示的电动机的电流、电压和转矩的关系 的矢量图。图IO是表示图1所示的电动机的定子磁极的内周面形状的变形例 的图。图11是表示图1所示的电动机的定子磁极的内周面形状的变形例 的图。图12是表示图1所示的电动机的定子磁极的内周面形状的变形例 的图。图13是表示图1所示的电动机的定子磁极的内周面形状的变形例 的图。图14是内置永久磁铁的各种转子的横向剖视图。 图15是内置永久磁铁的各种转子的横向剖视图。 图16是内置永久磁铁的各种转子的横向剖视图。 图17是内置永久磁铁的各种转子的横向剖视图。 图18是表示具有突极型的磁极的磁阻电动机的转子例的横向剖视图。图19是表示感应电动机的定子的概略结构的横向剖视图。 图20是表示2相、3相、4相、5相、6相、7相的各矢量的图。 图21是表示具有6相定子磁极和6相绕组的一个实施例的电动机 的图。图22是在沿圆周方向直线展开图21所示的定子的内周面形状的图 上附注各环状绕组的配置、并且在下部附注沿圆周方向直线展开转子外 周表面形状的图。图23是图21所示的电动机的各部的横向剖视图。图24是表示3相2极的同步磁阻电动机的横向剖一见图。图25是用dq轴坐标表示同步磁阻电动机后的电流和磁通量的矢量图。图26是具有6相的环状绕组、并在轴向无限长的电动机模型的定 子的纵向剖视图。图27是表示在沿圆周方向直线展开定子的内周面形状的图上附注 各环状绕组的配置的例子的图。图28是表示在沿圆周方向直线展开定子的内周面形状的图上附注 各环状绕组的配置的例子的图。图29是表示图28所示的定子的一部分的纵向剖视图。图30是表示图27、图28所示的绕组的各电流的矢量图。图31是放大图21所示的电动机的定子芯和绕组的图。图32是表示矢量的合成的图。图33是表示由合成的矢量构成的6相的矢量的图。图34是表示在沿圆周方向直线展开定子的内周面形状的图上附注 各环状绕组的配置的例子的图。图35是表示在沿圆周方向直线展开定子的内周面形状的图上附注 各环状绕组的配置的例子的图。图3 6是表示通过各定子磁极的磁通量的旋转变化率的例子的图。图37是表示在沿圆周方向直线展开定子的内周面形状的图上附注 各环状绕组的配置的例子的图。图38是表示定子磁极形状的例子的纵向剖视图。
图39是表示定子磁极的内径侧形状的各种例子的图。图40是表示定子磁极形状以及转子磁极形状的例子的横向剖视图。图41是表示在沿圆周方向直线展开定子的内周面形状的图上附注各环状绕组的配置的例子的图。图42是表示在沿圆周方向直线展开定子的内周面形状的图上附注各环状绕组的配置的例子的图。图43是表示在沿圆周方向直线展开定子的内周面形状的图上附注各环状绕组的配置的例子的图。图44是表示图43所示的绕组的电流的矢量图。图45是表示图43所示的绕组的各电流的矢量图。图46是表示图1所示的电动机的各绕组的电流、电压、绕组的接线关系的图。图47是用矢量表示图46所示的绕组的电流和电压的关系的图。图48是表示图46所示的绕组、电流和电压的图。图49是表示将图1所示的电动机的绕组变更为图7所示的绕组的电动机的电流、电压、绕组的接线关系的例子的图。图50是表示将图1所示的电动机的绕组变更为图7所示的绕组的电动机的电流、电压、绕组的接线关系的例子的图。图51是用矢量表示图50所示的绕组的电流和电压的关系的图。图52是表示图50所示的绕组、电流和电压的图。图53是表示图50所示的绕组和3相变换器的连接关系的图。图54是表示图21所示的绕组的连接和向3相变换器的连接关系的图。图55是表示图35所示的绕组的连接和向3相变换器的连接关系的图。图56是表示图28所示的绕组的连接和向3相变换器的连接关系的图。图57是在图17所示的转子上附加感应绕组的图。 图58是表示用环状的绕组构成定子侧的初级绕组和转子侧的次级 绕组这两者的感应电动机的结构的纵向剖视图。图59是转子配置在外径侧的外转子型的电动机的纵向剖视图。 图60是表示将定子和转子相对地沿转子轴向配置的轴向间隙型的电动才几的纵向剖一见图。图61是附注了图60所示的定子磁极形状和各环状绕组的配置的横 向剖视图。图62是表示图60所示的转子的横向剖视图。图64是表示在沿圆周方^直线展开图63所示的口定子的内周面形状 的图上附注各环状绕组配置的例子的图。图6 5是在转子内部具有轴向磁路的转子的横向剖视图。 图66是表示层叠的电磁钢板的形状例的图。图67是表示在转子磁极的软磁性体部具有限制磁通量的旋转方向 自由性的空隙部的转子的例子的图。图68是表示增大定子磁极间的距离来降低定子磁极间的漏磁通量的定子的例子的图。图69是表示增大定子磁极间的距离来降低定子磁极间的漏磁通量的定子的例子的图。图70是表示增大定子磁极间的距离来降低定子磁极间的漏磁通量的定子的例子的图。图71是表示具有环状绕组的3相的电动机的概略结构的图。图72是表示图71的电流、电压的矢量的图。图73是表示具有环状绕组的3相的电动机的概略结构的图。图74是表示图73的电流、电压的矢量的图。图75是表示图73所示的电动机的定子磁极的横向剖面形状的图。图76是表示图73所示的电动机的绕组的形状和涡流的图。图77是表示具有环状绕组的5相的电动机的概略结构的图。图78是表示图77的电流矢量的图。图79是表示图77的电流矢量的图。图80是具有环状绕组的5相的电动机的概略结构的图。图81是表示图80的电动机的电流矢量的图。图82是使图80的电动机的绕组为星形接线的绕组接线图。图83是表示具有环状绕组的5相的电动机的概略结构的图。图84是图83的电动机的电流矢量的图。
图85是使图83的电动机绕组为星形接线的绕组接线图。 图86是表示具有环状绕组的5相电动机的概略结构的图。 图87是表示图83的电动机的电流波形的图。 图88是表示图83的电动机的绕组的电压波形的图。 图89是表示使图83的电动机的绕组为星形接线时的各端子的电压 波形的图。图90是表示具有环状绕组的5相的电动机的概略结构的图。 图91是图90的电动机的电流矢量的图。 图92是图90的电动机的电流矢量的图。图93是使图90的电动机的绕组为星形接线、三角形接线的绕组接 线图。图94是表示图93的电动机的电流波形的图。 图95是表示图93的电动机绕组的电压波形的图。 图96是表示使图93的电动机的绕组为星形接线时的各端子的电压 波形的图。图97是表示具有环状绕组的5相的电动机的概略结构的图。 图98是表示图97所示的电动机的定子磁极的横向剖面形状的图。 图99是表示具有环状绕组的4相的电动机的概略结构的图。 图100是表示图99的电流矢量的图。图101是使图99的电动机的绕组为星形接线的绕组接线图。图102是表示具有环状绕组的4相的电动机的概略结构的图。图103是使图102的电动机的绕组为星形接线的绕组接线图。图104是表示具有环状绕组的4相的电动机的概略结构的图。图105是使图104的电动机绕组为星形接线的绕组接线图。图106是表示具有环状绕组的4相的电动机的概略结构的图。图107是表示图106的电动机的电流矢量的图。图108是表示具有环状绕组的4相的电动机的概略结构的图。图109是表示图108所示的电动机的定子磁极的横向剖面形状的图。图IIO是表示图108的电动机的电流矢量的图。 图111是使图108的电动机的绕组为星形接线、并进行3相绕组化 的绕组接线图。
图112是表示图108的电动机的电流矢量的图。图113是使图108的电动机的绕组为星形接线、并进行3相绕组化的绕组接线图。图114是表示图35的6相电动机的电流矢量的图。图115是使图35的电动机的绕组为星形接线的绕组接线图。图116是表示图35的电动机的电流波形的图。图117是表示图35的电动机绕组的电压波形的图。图118是表示使图35的电动机的绕组为星形接线时的各端子的电压波形的图。图119是使相位相对地改变30°相位的2组的3相的矢量图。图120是使图119的电动机的绕组为星形接线的绕组接线图。图121是表示具有环状绕组的4相电动机的概略结构的图。图122是表示具有环状绕组的4相电动机的概略结构的图。图123是表示具有环状绕组的6相电动机的概略结构的图。图124是表示具有环状绕组的6相电动机的概略结构的图。图125是表示具有环状绕组的6相电动机的概略结构的图。图126是表示图125的6相电动机的电流矢量的图。图127是表示图125的6相电动机的电流矢量的图。图128是表示具有环状绕组的4相电动机的概略结构的图。图129是表示图128的6相电动机的电流矢量的图。图130是表示具有环状绕组的4相电动机的概略结构的图。图131是表示4极的磁阻电动机的转子的概略结构的图。图132是表示在图131的转子中所使用的电磁钢板的形状的图。图133是表示在图131的转子上配置永久磁铁的结构的图。图134是表示在圆周方向移动定子磁极的结构的图。图135是表示在径向具有凹凸的定子磁极形状、转子磁极形状的图。图136是使用定子绕组的导管状绕组的例子。图13 7是表示单独驱动电动机的各绕组的控制装置的结构例的图。图138是表示5相电动机的绕组结构及其控制装置的图。图139是表示5相电动机的绕组结构及其控制装置的图。图140是表示5相电动机的绕组结构及其控制装置的图。
图141是表示现有的无刷电动机的概略结构纵向剖视图。图142是表示现有的无刷电动机的定子磁极和绕组的关系的定子的展开图。图143是图141的Al - Al线剖视图。图144是现有的同步磁阻电动机的横线剖视图。
具体实施方式
下面，参照附图详细地说明应用了本发明的一个实施例的电动机。首先，说明本发明的电动机的现有公知的基本结构，然后，说明提 供本发明所特有的特征的结构。图1是表示作为本实施例的电动机的无刷电动机的基本结构的剖视 图。图1所示的无刷电动机150是以3相交流进行动作的8极电动机， 包括转子轴lll、永久磁铁112、定子114而构成。转子110具有配置在表面上的多个永久磁铁112。这些永久磁铁112 沿着转子110表面在圆周方向交替地配置N极和S极。图2是转子110 的圆周方向展开图。横轴表示机械角，在机械角为360°的位置，电角 度为1440° 。定子114分别具有4个U相定子磁极119、 V相定子磁极120、 W 相定子磁极121。各定子磁极119、 120、 121相对转子110具有突极状 的形状。图4是从转子IIO侧观察到的定子114的内周侧的展开图。4 个U相定子磁极119在同一圆周上以等间隔配置。同样地，4个V相定 子不兹极120在同一圆周上以等间隔配置。4个W相定子-兹极121在同一 圆周上以等间隔配置。将4个U相定子磁极119称为U相定子磁极组， 将4个V相定子磁极120称为V相定子磁极组，将4个W相定子磁极 121称为W相定子磁极组。另外，在这些各定子磁极组中，将沿轴向配 置在端部的U相定子》兹极组和W相定子；兹极组称为端部定子》兹极组， 将除此以外的V相定子磁极组称为中间定子磁极组。另夕卜，各U相定子磁极119、 V相定子磁极120、 W相定子磁极121 的轴向位置和圆周方向位置相互错开地配置。具体地说，各定子i兹极组 在圆周方向相互错开地配置，使得相对地具有机械角为30° 、电角度为 120°的相位差。图4所示的虚线表示对置的转子110的各永久磁铁 112。同极的转子磁极(N极的永久磁铁112间或者S极的永久磁铁112
间)的间距是电角度为360° ，同相的定子磁极的间距也是电角度为360o定子114的U相定子磁极119 、 V相定子磁极120 、 W相定子磁 极121各自之间配置有U相绕组115、 V相绕组116、 117、 W相绕组 118。图6是表示各相的绕组的圆周方向展开图的图。U相绕组115设 置在U相定子磁极119和V相定子磁极120之间，呈沿圆周方向的环状 形状。从转子轴111侧观察，当设顺时针方向的电流为正时(其他相的 相绕组也同样)，则U相绕组115中流过的电流Iu为负(-Iu)。同样 地，V相绕组116设置在U相定子磁极119和V相定子磁极120之间， 沿圆周方向呈环状形状。V相绕组116中流动的电流Iv为正(+Iv) 。 V 相绕组117设置在V相定子磁极120和W相定子磁极121之间，呈沿 圆周方向的环状形状。V相绕组117中流动的电流Iv为负(-Iv) 。 W 相绕组118设置在V相定子磁极120和W相定子^f兹极121之间，呈沿 圆周方向的环状形状。W相绕组118中流动的电流Iw为正(+Iw)。这 三种电流Iu、 Iv、 Iw是3相交流电流，相位;波此各^"开120° 。接着，详细地说明定子114的各相定子磁极形状和各相绕组形状。 图3是表示图1的定子114的剖面处的图，图3 (A)表示A-A线剖视 图，图3 (B)表示B-B线剖视图，图3 (C)表示C-C线剖视图。如 这些图所示，U相定子》兹极119、 V相定子》兹极120、 W相定子》兹极121 分别相对转子IIO呈突极形状，分别以相对地具有机械角为30° 、电角 度为120°的相位差的方式配置。图5是表示U相绕组115的概略形状的图，图5 (A)表示正面图， 图5 (B)表示侧面图。U相绕组115具有巻绕开始端子U和巻绕结束 端子N。此外，同样地，V相绕组116、 117具有巻绕开始端子V和巻 绕结束端子N, W相绕组118具有巻绕开始端子W和巻绕结束端子N。 在对各相绕组进行3相Y接线的情况下，各相绕组115、 116、 117、 118 的巻绕结束端子N连接在一起。流过各相绕组115、 116、 117、 118的 电流Iu、 Iv、 Iw被控制为在各相定子磁极119、 120、 121和转子110的 永久磁铁112之间产生转矩的电流相位。另外，进行控制，以使 Iu+Iv+Iw=0。接着，针对各相电流Iu、 Iv、 Iw和由这些各相电流付与各相定子磁 极119、 120、 121的磁动势的关系进行说明。图8是在从气隙面侧(转 子IIO侧)观察到的各相定子磁极119、 120、 121的展开图(图4)上 加注等效的各相电流绕组的图。U相绕组在同 一方向串联地巻绕在4个U相定子磁极119上。因此， 各U相定子磁极119在同一方向被付与磁动势。例如，巻绕在从图8的 左侧起第二个U相定子磁极119上的U相绕组由导线(3)、 (4)、 (5)、 (6)形成，在U相定子磁极119的周围以该顺序巻绕多圈这些导线。 此外，导线(2)、 (7)是相邻的U相定子磁极119间的搭接线，不具 有电磁作用。当详细地观察流过这样的U相绕组的电流Iu的各部分时，导线(1 ) 和(3 )的电流大小相同且朝相反方向流动，磁动势安培匝数相抵，因 而这些导线等效地处于和电流没有流过时相同的状态。同样地，对于导 线(5)和(8)的部分的电流，磁动势安培匪数也相抵，这些导线等效 地处于和电流没有流过时相同的状态。这样，由于流过配置在U相定子 磁极119间的导线的电流始终相抵，所以，不需要流过电流，该部分的 导线可以去除。其结果是，可以认为，和与导线(10) 、 (6)对应地 在定子114的圆周上呈环状流过的U相电流Iu、以及与导线(4)、 (9) 对应地在定子114的圆周上呈环状流过的U相电流-Iu同时流过的状态 相同。并且，上述的与导线(IO)、 (6)对应地在定子114的圆周上呈 环状流过的U相电流Iu是在定子芯的外部呈环状流过的电流，由于定 子芯的外部是空气等，磁阻较大，所以，几乎不存在针对无刷电动机150 的电磁作用。因此，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(此外，在上述的例子中，省略了该环状的绕组，但也可 以不省略而保留该环状的绕组)。其结果是，可以认为图1所示的U相 绕组的作用和图1、图6所示的环状的U相绕组115等效。另外，图8所示的V相绕组与U相绕组同样地，以包围4个V相 定子磁极120的方式串联巻绕。其中，流过导线(11 )和(13)的电流 大小相同、方向相反，磁动势安培匝数相抵，因而该部分等效地处于与 电流没有流过时相同的状态。同样地，对于导线(15) 、 (18)的电流， 磁动势安培匝数也相抵。其结果是，可以认为，和与导线(20) 、 (16) 对应地在定子114的圆周上呈环状流过的V相电流Iv、以及与导线 (14) 、 ( 19)对应地在定子114的圆周上呈环状流过的V相电流-Iv 同时流过的状态相同。结果是，可以认为图l所示的V相绕组的作用和图1、图6所示的环状的V相绕组116、 117等效。另外，图8所示的W相绕组与U相绕组同样地，以包围4个W相 定子磁极121的方式串联巻绕。其中，流过导线(21)和(23)的电流 大小相同、方向相反，磁动势安培匝数相抵，因而该部分等效地处于与 电流没有流过时相同的状态。同样地，对于导线(25) 、 (28)的电流， 磁动势安培匝数也相抵。其结果是，可以认为，和与导线(30) 、 (26) 对应地在定子114的圆周上呈环状流过的W相电流Iw、以及与导线 (24) 、 (29)对应地在定子114的圆周上呈环状流过的W相电流-Iw 同时流过的状态相同。并且，上述的与导线绕组(24) 、 (29)对应地在定子114的圆周 上呈环状流过的W相电流-Iw是在定子芯的外部呈环状流过的电流， 由于定子芯的外部是空气等，磁阻较大，所以，几乎不存在针对无刷电 动机150的电磁作用。因此，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。其结果是，可以认为图8所示的W相绕组的 作用和图1、图6所示的环状的W相绕组118等效。如上所说明的那样，对定子114的各相定子磁极119、 120、 121付 与电磁作用的绕组以及电流能够用环状的简单的绕组代替，且能够去除 定子114的轴向两端的环状的绕组。其结果是，由于能够大幅地降低使 用于无刷电动机150的铜的量，所以，能够实现高效率化、高转矩化。 另外，由于不需要在同相的圆周方向的定子磁极间配置绕组(导线)， 所以，能够实现现有结构以上的多极化，特别是，由于绕组结构简单， 所以，能够提高电动机的生产性，能够实现低成本化。此外，在磁气上，通过U、 V、 W相的定子磁极的磁通量cJ)u、 (J)v、 (J) w在背扼部(back yoke )合流，3相交流》兹通量的总和为零，即(J) u+ 4>v+ct)w=0。另外，图71、图72、图73所示的现有结构是在将图8所 示的各相突极119、 120、 121各两个共计六个排列在同一圆周上的结构， 各个突极的电磁作用、转矩产生与无刷电动机150相同。但是，图71、 图72所示的现有的无刷电动机在其结构上不能够如图1至图7所示那 样去除绕组的一部分，或者不能够使绕组简化。无刷电动机150具有这种结构，下面对其动作进行说明。图9是无 刷电动机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。另外，将相对X轴的逆时针方向的角度作为矢量的相位 角。将在定子114的各相定子磁极119、 120、 121上存在的磁通量(J)U、 cj)v、 (j)w的旋转角度变化率称为单位电压，设Eu=dcJ)u/de、 Ev=d(() v/de、 Ew=dcj)w/de。如图4所示，各相定子眉兹极119、 120、 121的相 对于转子110 (永久磁铁112)的相对位置各错开电角度120° ，因而各 相绕组115~ 118的1匝所感应的单位电压Eu、 Ev、 Ew为图9所示那 样的3相交流电压。现在，转子以固定旋转d6/dt二Sl旋转，各相绕组115~ 118的巻绕 数为Wu、 Wv、 Ww，当这些值等于Wc时，绕组115 ~ 118的各感应电 压Vu、 Vv、 Vw以如下方式表示。此外，当忽略各定子磁极的漏石兹通量 成分时，U相绕组的磁链数为Wux (j)u， V相绕组的磁链数为Wvx (J)v， W相绕组的f兹链lt为Ww x 4) w。Vu = WuX (—d0u/dt)=_Wu X d》u/d 0 X d 0 /dt=—WuXEuXSl …(l) 同样，Vv = WvXEvXSl …(2)Vw = WwXEwXSl …(3)在这里，具体的绕组和电压的关系如下。U相的单位电压Eu是在 图1和图6所示的U相绕组115的反向的1匝上产生的电压。U相电压 Vu是在U相绕组115的反向上产生的电压。V相的单位电压Ev是在将 V相绕组116的1匝和V相绕组117的反向的1匝串联连接时在两端产 生的电压。V相电压Vv是在将V相绕组ll6和反向的V相绕组1 n串 联连接时的两端的电压。W相的单位电压Ew是在图1和图6所示的W 相绕组118的1匝上产生的电压。W相电压Vw是在W相绕组118的 反向上产生的电压。若要使无刷电动机150的转矩高效地发生，则各相电流Iu、 Iv、 Iw需要与各相绕组的单位电压Eu、 Ev、 Ew同一相位地进行通电。在图9 中，Iu、 Iv、 Iw和Eu、 Ev、 Ew分别为同一相位，为了使矢量图简化， 将同相的电压矢量、电流矢量用同一矢量箭头表示。无刷电动机150的输出功率Pa、各相的功率Pu、 Pv、 Pw如下<formula>formula see original document page 30</formula>另外，无刷电动机150的输出转矩Ta、各相的转矩Tu、 Tv、 Tw如下<formula>formula see original document page 30</formula>此外，与本实施例的无刷电动机150的电压、电流、转矩相关的矢 量图与图71、图72、图73所示的现有无刷电动机的矢量图相同。接着，对使图1和图6所示的各相绕组和电流更高效率化的变形方 法进行说明。U相绕组115和V相绕组116是相邻地配置在U相定子磁 极119和V相定子磁极120之间的环状绕组，能够将它们合并成单一的 绕组。同样，V相绕组117和W相绕组118是相邻地配置在V相定子 磁极120和W相定子磁极121之间的环状绕组，能够将它们合并成单一 的绕组。图7是表示将两个绕组合并成单一的绕组后的变形例的图。对图6 和图7进行比较可知，U相绕组115和V相绕组116被置换成单一的M 相绕组138, V相绕组117和W相绕组118被置换成单一的N相绕组 139。另外，使将U相绕组115的电流(-Iu)和V相绕组116的电流
(Iv)加在一起后的M相电流Im ( = - Iu+Iv)流过M相绕组138，由此， 由M相绕组138产生的磁通量的状态和对由U相绕组115与V相绕组 116分别产生的磁通量进行合成后的状态相同，在电磁上是等效的。同 样，使将V相绕组117的电流(-Iv)和W相绕组118的电流(Iw) 加在一起后的N相电流In ( = - Iv+Iw)流过N相绕组139，由此，由N 相绕组139产生的磁通量的状态和对由V相绕组117和W相绕组118 分别产生的磁通量进行合成后的状态相同，在电磁上等效。图9中也示出它们状态。图9所示的M相绕组138的单位电压Em、 N相绕组39的单位电压Em如下。Em = —Eu 二 一(Uu/d0 En = Ew =d (f)w/d 0另外，各绕组的电压V、功率P、转矩T的矢量公式如下。Vm=WcXEmXSl '..(12)Vn=WcXEnXSl .''(13)Pm=VmXIm = WcX ( — Eu) XS1X (—Iu + Iv)=WcXEuXSlX (—Iu + Iv).(14)Pn=Vn XIn = WcXEwXSlX ( —Iv+Iw)…(15)Pb=Pm+Pn = VuX (—Iu+Iv)十VwX (—Iv+Iw)…(16)丁m=Pm/Sl = WcX (-Eu 〉 X (—Iu+Iv)…(17)Tn=Pn /Sl = WcXEwX (—Iv+Iw)…(18)Tb=Tm+Tn = WcX (( — Eu XIm)十EwXIn)…(19)=WcX (一EuX (—Iu十Iv)+Ew X (一Iv + Iw))=WcXEuXIu+WcXIvX ( — Eu —Ew)十WcXEwXlw=WcX (EuXIu+EvXIv+EwXIw) …(20) V Eu+Ev+Ew = 0 …(21)在这里，由(11 )式表示的转矩式用3相表达，由(19)式表示的 转矩式用2相表达。这些转矩式的表现方法不同，但是，当展开(19) 式时就变为(20)式，这两个式子在数学上是等价的。特别是，在电压Vu、 Vv、 Vw以及电流Iu、 Iv、 Iw为平衡3相交流的情况下，由(11) 式表示的转矩Ta的值固定。此时，如图9所示，用(19)式表示的转 矩Tb为Tm和Tn的相位差即Kmn=90。的正弦波的平方函数的和，为 固定值。另外，(19)式是2相交流电动机的表达形式，(11 )式和(21 ) 式是3相交流电动机的表达形式，但它们的值相同。但是，在(19)式 中，在将(-Iu+Iv)的电流Im通给M相绕组138的情况和将-Iu和Iv 的电流分别通给U相绕组115和V相绕组116的情况下，即使在电磁上 相同，铜损也不同。如图9的矢量图所示，电流Im的实轴成分减少为 Im乘以cos30。后的值，因此将电流Im通电给M相绕组138的情况下 的铜损变为75%,具有降低25%的铜损的效果。接着，关于图1所示的电动机的定子114的形状，对其间隙面磁极 形状的变形例进行说明。定子114的磁极形状对转矩特性影响较大，且 与齿槽转矩脉动、由通电电流感应的转矩脉动密切相关。下面，对这样 具体例进行说明，即对与各定子磁极组分别对应的定子磁极的形状进 行变形，以使存在于各定子磁极组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且彼此维持电角度为120°的相位差。图10是表示定子磁极的变形例的圆周方向展开图。图4所示的各 相的定子磁极122、 123、 124具有与转子轴111平行地配置的基本形状。 各定子磁极配置成各相为同一形状且相对地呈电角度为120°的相位 差。在使用具有这种形状的各定子磁极122、 U3、 124的情况下，有转 矩脉动变大这样的担心。但是，在各定子磁极122、 123、 124的径向方 向形成半圆柱体形状的凹凸，由此，能够使边界部的电磁作用平滑，能 够降低转矩脉动。另外，作为其他方法，在转子110的永久磁铁112的 各极表面上形成半圆柱体形状的凹凸，从而能够在圓周方向上实现正弦 波性的磁通量分布，由此，可以降低转矩脉动。此外，标注在图10的 水平周轴上的角度是沿圓周方向的机械角，从左至右的一周为360。。图11是表示定子磁极的其他变形例的圆周方向展开图。图11所示 的各相的定子磁极125、 126、 127具有相对图10的基本形状倾斜了电 角度约60°后的形状(相对与转子轴111平行的方向，沿圆周方向倾斜 了电角度约60。后的形状)。由此，具有降低转矩脉动的效果。另夕卜，
具有这样的特征由于各相的定子磁极125、 126、 127的宽度比180。 窄，所以，通过各相的定子磁极125、 126、 127的最大磁通量不减少， 因而转矩平均值的降低较少。但是，在采用图IO以及图11所示的定子磁极形状的情况下，为了 实现定子磁极的气隙面形状，为了在各相的绕组115、 116、 117、 118 和气隙部之间实现该;兹极形状，各相的定子》兹极的前端为在转子轴方向 突出的形状，需要用于在轴向突出的磁路的空间，从而存在为了确保该 空间而使电动机外形形状容易变大的问题。图12是表示定子磁极的其他变形例的圆周方向展开图，示出了减 轻该问题的定子磁极形状。图12表示了如下这样的例子对各相的定 子磁极128、 129、 130的形状进行变形，使得将存在于定子114的U相 定子磁极128中的磁通量cl)u的旋转角度变换率即U相的单位电压设为 Eu ( = d(J>u/de )、将存在于V相定子磁极129中的磁通量(])v的旋转 角度变化率即V相的单位电压设为Ev ( = dc})v/de )、将存在于W相 定子磁极130中的磁通量cj)w的旋转角度变化率即W相的单位电压设为 Ew( = dcj)w/de )时，各相的单位电压Eu、 Ev、 Ew的形状、振幅大致 相同，相位彼此保持电角度120°的相位差。这些定子磁极形状的特征 在于各定子磁极128、 129、 130的气隙面的大半相对于各定子磁极的 齿的中间部分距离变短，来自转子110的磁通量通过各定子磁极表面， 并通过齿的中间部分，然后，磁通量通过针对定子114的背扼的磁路而 能容易地通过。因此，图12所示的定子磁极形状与图10或图11所示 的定子磁极形状相比，能够使各相绕组115、 116、 117、 118和气隙部 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13是表示定子磁极的其他变形例的圆周方向展开图，示出了对 图IO所示的定子磁极形状进一步变形后的定子磁极形状。在图13所示 的例子中，转子轴111方向两端的U、 W相定子磁极134、 136将圆周 方向的磁极宽度扩展到电角度180° ,并分配配置剩余的空间，以使和 V相的定子磁极135取得平衡，关于从U、 W相定子磁极134、 136的 背扼到齿的表面的距离较远的部分，由于各自的前端部分变细且其制作 也变难，因此去除。135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被变形为相位
不同但为同一个值。其结果是，成为能够使比较大的有效磁通量通过、 且其制作也比较容易的定子磁极形状。效果进行说明。在该电动机中包括与体现本发明的特征的定子结构相关的结构、和得到由与图14~图19、图73、图74所示的各种转子的组合 带来的独特的效果的结构。另外，如图20(a) 图20(f)的矢量图所 示，该电动机的相数可以是2相交流、3相交流、直至4相以上的相凄t 的多相交流的各种结构。该电动机的极数也可以应用2极至多极，特别 是使极数变大，从而能够使各相绕组的交链磁通量的旋转变化率变大， 能够得到较大的转矩。图1所示的3相交流电动机相当于以图20 (b) 表示的3相交流电动才几。图21是一个实施例的8极6相的电动机的纵向剖视图。另外，图 22是在圆周方向直线展开定子的内周面和转子的外周面后的图。图21所示的电动机100包括转子10、转子轴11、永久磁铁12、定 子14而构成。永久磁铁12安装在转子10的外周侧。具体地说，如图 22(a)所示，沿着转子10的外周表面交替地配置N极和S极。图22 (b)的横轴表示转子旋转方向位置，若1周，则电角度为360° x 4=1440 。。另外，如图22(a)所示，定子14在内周侧具有从第1相至第6相 的定子磁极53、 54、 55、 56、 57、 58、 59。位于轴向两端的定子;兹极53 和定子磁极59为同极，都为第1相的定子;兹极。同相的定子i兹极在同 一圆周上以360。间距配置有4个。在该例子中，从第1相到第6相的 各定子磁极分别以相对地具有电角度为360° /6=60°的相位差的方式 配置，各定子磁极的圆周方向的宽度为180° 。另外，图23是表示图21所示的电动机100的各剖面形状的图。图 23 (a)表示D-D线剖面及J-J线剖面，图23 (b)表示E-E线剖面， 图23 (c)表示F-F线剖面，图23 (d)表示G-G线剖面，图23 ( e ) 表示H-H线剖面，图23 (f)表示I-I线剖面。此外，由于D-D线 剖面和J-J线剖面与同相的定子磁极53、 59对应，所以，如图23(a) 所示，为同一形状。如在图22示出各定子磁极的配置那样，图23所示 的各定子磁极的圆周方向位置各错开60° 。另外，如图21和图22 (a)所示，定子14具有以转子轴11为中心 的环状的绕组41-52。在定子磁极53、 54之间的槽中巻绕有绕组41、42。同样地，在定子^f兹极54、 55之间的槽中巻绕有绕组43、 44。在定 子磁极55、 56之间的槽中巻绕有45、 46。在定子磁极56、 57之间的槽 中巻绕有绕组47、 48。在定子磁极57、 58之间的槽中巻绕有绕组49、 50。在定子磁极58、 59之间的槽中巻绕有绕组51、 52。将各绕组的圓 周方向形状直线地展开后的形状是切开环状绕组的形状，如图22所示， 呈直线状图示。对于各绕组的绕组电流的电磁作用来说，在为平衡的6 相的磁路结构的情况下，如使用图8所说明的那样，例如，若使定子磁 极54的两相邻的绕组42和43巻绕圈数相同，并对绕组42通上图20 (e )的矢量B表示的电流，对绕组43通上由矢量-B表示的反向电流， 则其磁动势作用于定子磁极54。等效地，也能够作成这样的结构使绕 组43的巻绕方向相对绕组42为反巻绕并进行接线，通上同一电流B。 对其他的定子磁极也以同样的关系配置绕组。通给图22的各绕组41 ~ 52的电流是由标记在它们左端的电流矢量、即用图20(e)的同一符号 的矢量表示的电流。在这里，关于轴向两端的定子磁极53、 59稍微特 殊，由于两侧是空气，所以磁阻较大，各绕组41和绕组52的电流使各 自两端的定子磁极53、 59受到磁作用。在各定子磁极的轴向的宽度为 WDD时，若是第1相且同相的定子磁极53、 59的各轴向宽度WDA1、 WDA2之和与WDD相等、即满足WDD=WDA1+WDA2的关系，则由 两个定子磁极53、 59能够得到与配置在定子14的轴向中间的其他相的 各定子磁极大致相同的电磁作用。若进行整理，则定子磁极53、 59对 应于A相，绕组52、 41与通过这些定子;兹极的；兹通量相交^f连。同样， 定子磁极54对应于B相，绕组42、 43与通过这些定子》兹极的f兹通量相 交链。定子磁极55对应于C相，绕组44、 45与通过这些定子磁极的磁 通量相交链。定子》兹极56对应于D相，绕组46、 47与通过这些定子;兹 极的磁通量相交4连。E相对应于定子-兹极57，绕组48、 49与通过这些 定子磁极的磁通量相交链。F相对应于定子磁极58,绕组50、 51与通 过这些定子磁极的磁通量相交链。此外，关于轴向两端的定子磁极53、 59,存在来自各定子磁极的周边的漏磁通量的绕回的影响，严格地说， 产生在单纯模型中不出现的误差，因而通过修正为考虑了该影响后的定 子磁极形状，从而也能够使转矩脉动进一步降低，实现更精密的电动 机。接着，说明针对电动机100的具体的通电例子。转子10是表面磁
铁型转子并为8极。作为第1相的绕组的绕组41和绕组52反向串联连 接，当设定与这些绕组相交链的磁通量Ol的最大值为FLm、其圆周方 向分布为正弦波分布时，与绕组41、 52交链的交4i^磁通量①l-FLx Sin (6E)的旋转角变化率E1为El = d(<H)/d0=d(FLmXsin(0E))/d0=d(FI>mXsin( 0E))/d(0E) Xd(0E)/d0=4XFLmXcos(0E) …(22)在这里，e是转子10的旋转位置，6E是旋转位置的电角度单位，在8 极的情况下，6E-4xe。当将各绕组41、 52的巻绕数设为W1时，在 第l相的绕组41、 52所感应的电压VI能够用下式表示。Vl=WlXd($l)/dt …(23) =WlXd($l)/d6 Xd0/dt …(24) =4XWlXFLmXcos( 0 E) Xd 0/dt …(25)因此，根据(25)式，若通上与交链磁通量Ol的旋转角变化率E1同一相位的电流Ipxcos ( 6E),则能够高效地产生转矩。Ip是电流振幅。 此外，第1相的绕组41、 52的磁链数为Wl x①l,电压VI为磁链数的 时间变化率。对于其他相，该定子》兹极的轴向前后的两个绕组反向巻绕并且串联 连接。对于在这些绕组上感应的电压来说，相位各相差60。但为同样的 关系。在这里，若假定电动机100的内部损失Ploss=0，则作为电动机 100的输入、电动机100的机械输出即Pc作为各相电压和电流的积的总 和而获得，如下式 Pc =4W1 XFLmXcos( 0 E) Xd 0 /dtXlp Xcos( 0 E) + 4WlXFLmXcos( 0 E-兀/6) Xd 6 /dtXIp Xcos(0E—兀/6) 十4WlXFLmXcos(0E —2兀/6) Xd0/dtXIp Xcos(0E-2n/6) + 4W1 XFLmXc。s( 0 E — 3丌/6) Xd 0 /dtXIp Xcos( 0 E — 3丌/6) 十4WlXFLmXcos(0E —4丌/6) Xd0/dtXIp Xcos(0E — 4ti/6) +4WlXFLmXcos(0E—5兀/6) Xd0/dtXIp Xcos( 0E — 5兀/6) =4W1 X FLm X 6/2 X d 0 /dt X Ip =12WlXFLmXIp Xd0/dt …(26)另一方面，机械输出Pmec由于是转矩Tc和旋转角频率d 6/dt的 积，因此，Pmec = Tc x d 6/dt ... ( 27 )。由于电动才几100的电》兹输出 Pc和机械输出Pmec相等，所以，转矩Tc利用(26)式、(27)式而 可以用以下的公式(28)表示。Tc=12WlxFLmxIp …(28)其结果是，转矩Tc与极数、绕组圈数W1、电流Ip、和各相的绕组 交链的磁通量FLm成比例。若与各相的绕组交链的磁通量相对旋转角是 正弦波分布，则转矩脉动在原理上不会产生。实际上，交链磁通量①1 不是正弦波分布、且具有较多的高次谐波的情况比较多，所以，包含电 动机电流为零时的齿槽转矩、通电时的转矩脉动。此外，对于各相的巻绕数W1、电流Ip、与各相的绕组交链的磁通 量FL来说，只要它们的积不变，就可以进行变形。例如，各环状的绕 组的电流产生的磁动势是巻绕数和电流值的积，若安培x匝数相同，则 能够产生相同的磁动势，所以，例如能够使巻绕数为1/2而使电流变为 2倍，此时，能够得到相同的电磁作用。另外，即使使磁极宽度变窄20% 而使与绕组交链的磁通量FL降低20%,若将绕组圈数Wl或者电流值 Ip增加20Q/c)，则转矩Tc也不会变化。这样，根据电动机设计的情况， 不改变电动机100的输出特性也能够改变电动机100的内部参数。示出了在图21、图22、图23所示的电动机100中各相的定子磁极 的轴向配置按相序配置的例子，但是，配置顺序并不限于相序，能够进 行各种轴向配置。特别是，在使用图21、图22所示的表面磁铁型转子 的情况下，由于转子表面的磁通量主要依赖于永久磁铁12而生成，所 以，无论是将各相的定子磁极的轴向配置按照图20 (e)所示的矢量A、 B、 C、 D、 E、 F的顺序配置，还是以其他的配置顺序、例如A、 C、 E、 B、 D、 F的顺序配置，在电动机100的输出转矩中都不会产生较大的差。 但是，各相的定子磁极和流过该相的绕组的电流的关系需要与图21、图 22相同。能够根据定子磁极配置的情况、绕组配置的情况、其他组装、 制作容易程度等选择定子磁极的轴向配置。此外，在流过各环状绕组的电流为像将永久磁铁的磁通量密度改变 很大那样的大电流的情况下，在上述的电流振幅Ip和与各相绕组交链的 磁通量的最大值FLm之间具有较强的相界面，FLm进行变化。因此， 相对于由图(22)式至(28)式所示的各特性值的误差变大，另外，各 相的定子磁极的轴向配置的配置顺序也影响到电动机100的输出转矩。但是，图21所示的电动机100具有环状的简单结构的绕组41等， 并具有如下显著特征没有图71 图74所示的现有结构的电动机的线圏 端。另外，在图71 图74所示的现有结构的电动机中，在多极化的情况 下，极数增加而使与绕组交链的磁通量的旋转变化率增加，但是，同时 由于槽面积也变小，所以，导线面积反比例地变小，其结果是，由于两 电动机极数的增加和每一极的电流量的减少相抵，所以，不能够增加转 矩。但是，在图21所示的定子14中，具有如下特征由于具有环状的 绕组41等，所以，不需要在同相的圆周方向的定子磁极间配置绕组(导 线)，即使多极化也不需要使各相绕组的导线粗度变细，因而原理上与 极数成比例，能够提高电动机转矩。接着，在转子10不是表面永久磁铁型转子而是将图74或图14 图 19所示的在转子表面附近含有很多软磁性体那样种类的转子和图21、 图22所示的定子14组合而成的电动机中，上述的电流振幅Ip和与各相 绕组交链的磁通量之间具有较强的相界面，因各相的定子磁极的轴向配 置的配置顺序，电动机输出转矩受到较大影响。解决该问题并增大电动
机输出转矩的方法是按相序配置各相的定子磁极的轴向配置。作为现有例，图74所示的同步磁阻电动机的定子是也用于感应电动机的定子的一般的3相、4极、24槽的定子。在对这种定子和图74 或图14 图19所示的转子进行组合而成的电动机的电磁作用中，多是以 dq轴理论表现电动机。为了便于理解，作为一般的模型例，在图24中 示出3相、2极、6槽的同步磁阻电动机的剖视图的例子。211是设置在 转子的磁极方向上的狭缝，是空隙或非磁性体，212被狭缝211夹持， 是在磁极方向引导磁通量的较细的磁路。通常，将转子的磁极方向称为 d轴，将与d轴电磁地正交的方向称为q轴。219至223是定子的齿， 在本说明书中，在使各齿具有磁性上独立的功能的意义上，称为定子磁 极。213和216是3相U、 V、 W相内的U相绕组，经由线圏端部而为 全节距绕组。对绕组213通上U相电流Iu,而对绕组216通上反方向的 电流。同样地，对绕组215通上V相电流Iv,而对绕组218通上其反方 向的电流。对绕组217通上W相电流Iw,而对绕组214通上其反方向 的电流。将各相的电流成分矢量分解成d轴方向成分和q轴方向成分， 得到将各相的d轴方向成分加在一起后的d轴电流Id和将各相的q轴电 流加在一起后的q轴电流Iq。例如，在图24所示的状态下，由于流过 绕组213、 216的电流Iu在d轴方向产生负的磁通量，所以，Iu全部是 负的d轴电流成分，其值为-Iu。流过绕组215、 218的电流Iv的磁动 势的方向与d轴方向成呈60。的角度，从而d轴电流成分是1/2xlv, q 轴电流成分是-1.732 x lv。另一方面，将电动才几的d轴方向电感i殳为 Ld，将q轴方向电感设为Lq。图25示出了在这样的结构中适当地通上各相电流并进行控制的例 子的各值的矢量关系。因d轴电流Id而在d轴方向感应的d轴方向磁通 量①d为Ld x Id,因q轴电流Iq而在q轴方向感应的q轴方向；兹通量① q为Lqx Iq。在电动机内产生的磁通量①m是对/P兹通量cl)d和①q进行矢 量相加后的值。并且，此时产生的转矩Tsyn用下式表示。Tsyn-(Ld — Lq)IdXIq …(29)=OdXIq—中qXId …(30)在图21、图22所示的表面磁铁型电动机100的情况下，各定子磁 极的磁通量主要依赖于永久磁铁12，可以如(22)式~ (28)式那样表 达，但是，在像图24所示的在转子表面含有很多软磁性体的转子结构 的电动机中，各定子》兹极的磁通量较大地依赖于所通电的各电流。接着，对将图74或图14 图19所示的转子和图21、图22所示的 定子14组合而成的电动机进行说明。该电动机与图24、图25所示的电 动机模型相比，电动机的构成、结构相差很大，但电磁特性具有共同之 处，将它们对比进行说明。由于图21、图22所示的电动机100中所包含的定子14是8极的结 构，所以，各相的定子磁极在圆周方向各配置4个，但若是2极则各相 电极分别为一个，将其和图24所示的定子相对比。关于绕组，将流过 图22的绕组41、 42的电流相加后的电流对应于流过图24的绕组213 的电流。同样，绕组43、 44对应于绕组214，绕组45、 46对应于绕组 215，绕组47、 48对应于绕组216,绕组49、 50对应于绕组217,绕组 51、 52对应于绕组218。关于绕组的形式，图21所示的定子14由环状 的绕组构成，图24所示的定子由轴向绕组和线圈端部构成，二者为显 著不同的形状。关于定子磁极，图22的定子磁极59、 53对应于图24 的定子》兹极219，定子》兹极54对应于定子;兹极220,定子》兹极55对应 于定子》兹极221,定子i兹极56对应于定子》兹极222，定子；兹一及57对应 于定子磁极223，定子磁极58对应于定子磁极224。对于图22所示的定子磁极的形状来说，在圆周方向具有电角度为 180度的宽度，转子轴11方向的宽度为电动机的轴向宽度的大约1/6， 但是，对于图24的定子磁极来说，圆周方向宽度约为60度，转子轴方 向宽度与电动机的轴向宽度相同，因而两定子磁极的形状的结构显著不 同。但是，作为电动机整体的电磁作用类似，当用矢量图表现由图74 或图14~图19所示的转子和图21、图22所示的定子构成的电动机时， 成为和图24的电动机相同的图25的矢量图。例如，能够将图21所示的电动机100的8极的定子14和对图24 所示的转子进行8极化后的转子组合而构成3相、8极的同步磁阻电动 机。此时，当对绕组41、 42通上它们合计电流即U相电流Iu，对绕组 47、 48通上-Iu时，与电流Iu相当的磁动势例如从定子的外径侧向内 径侧作用于定子磁极54、 55、 56,同时，反方向的从定子的内径侧向外 径侧的磁动势作用于定子磁极57、 58、 59、 53。该关系相当于在对图 24的U相绕组213、 216通上U相电流Iu时，磁动势例如从定子的外 径侧向内径侧作用于定子》兹极220、 221、 222,同时，从定子的内径侧 向外径侧作用于定子磁极223、 224、 219。对于图21的其他绕组的电流 也同样地进行作用，进行与图24的电动机同样的电磁作用。结构上不 同之处有很多图24的电动机的磁动势、磁通量在圆周方向和径向， 相对于此，在图21的电动机中，也作用在转子轴方向；图24的相位不 同的定子磁极配置在圆周方向，相对于此，在图21中配置在转子轴方 向上；图21的绕组41等是环状；图24的相位不同的绕组在圆周方向 按相位顺序配置，相对于此，图21的相位不同的绕组在转子轴方向按 相位顺序配置。这样，对于电动机的结构来说，在图21、图22所示的电动机100 中，将在旋转方向相位不同的各定子》兹才及沿转子轴方向4安相位顺序配 置，向这些各定子磁极的轴向间隙的各槽配置各环状绕组，与旋转方向 相位同步地对各绕组通上电流。关于电动机的作用，根据上述电动机结 构，能够生成主要生成励磁磁通量的d轴电流Id成分和主要生成转矩的 q轴电流成分Iq,能够实现如图25的矢量图所示的作用，根据需要高效 地生成电动机励磁磁通量①m，得到由(29) 、 (30)式所示的转矩。 此外，关于图21所示的定子磁极53等的形状、各绕组的形式，可以进 行各种变形(在后面叙述)。另外，图26是表示在转子轴方向无限长的定子的纵向剖视图的网。 纸面的横向是转子轴方向，上下方向是径向方向(与转子轴垂直的半径 方向)。各相的定子磁极、各槽和各绕组在轴向反复配置有如图20 (e) 所示的由A、 B、 C、 D、 E、 F表示的相位关系。也可以认为图21所示 的电动机100的定子14是切下图26所示的定子的1组即WDFF的定 子。WDFF的宽度是电磁上的一个周期。这样看来，只要不改变一个周 期的宽度，即使在WDFR等其他地方切下，也能够得到类似的电磁作 用，这是容易想象的。接着，对定子磁极的配置结构、定子磁极的形状的例子进行说明。 图27是表示在各定子磁极的轴向旁边配置了反相的定子磁极的结构例 的图，表示在圆周方向上直线展开定子的内周面的图。在相邻地进行组 合的定子磁极74、 75、定子磁极76、 77、定子磁极78、 79的各组中， 使各定子磁极彼此具有电角度为180°的相位差。通给各环状绕组82
93的电流矢量由在图的左端示出的从-A至A的电流矢量表示，图22 所示的各定子磁极和各电流的关系被保持。图27所示的定子中，由于相邻的定子磁极彼此具有180°的相位 差，所以，在定子和转子的边界面附近，使定子磁极的前端部向转子轴 方向彼此突出，能够扩大定子磁极的与转子对置的面积。图28是表示对图27所示的定子的绕组和两端磁极进行变形后的定 子的图，其他与图27所示的定子相同。图29是图28的Y-Y线剖视图。 若以在图27和图28中共同的定子磁极76、 77为例，则可知图29的定 子磁极76的前端部142向定子磁极77突出。同样，定子磁极77的前 端部143向定子磁极76突出。在图27中，用虚线表示定子磁极前端部 的突出，定子磁极76、 77是这样的形状由于相差电角度为180°的相 位，所以两定子》兹极交替地组合，相互不干涉。这样，通过扩大定子石兹 极的与转子对置的面积，从而能够使更多的磁通量与各相绕组交链，能够产生更大的转矩。另外，在图27的结构中，能够使定子磁极简化和使环状绕组简化， 能够如图28所示那样进行变形。具体地说，图27所示的定子磁极80 能够在电磁上维持等效的状态，同时能够移动到与定子磁极74相邻的 位置。以将应流过两绕组的电流算术上加在一起进行通电为条件，环状 绕组82、 83能够变更为1个环状绕组96。同样，绕组84、 85能够变更 为绕组97,绕组86、 87能够变更为绕组98，绕组88、 89能够变更为 绕组99,绕组90、 91能够变更为绕组100。对于绕组92、 93来说，通 过移动定子^兹极80而被配置定子芯的外侧，电》兹上几乎无助于转矩的 产生，所以能够去除。这些变更的结果是，图27所示的定子能够维持 电磁上等效的状态，并且，能够变更为图28所示的定子。关于图28所示的定子Y-Y线剖面的形状，如图29所示，相互处 于反相关系的定子磁极彼此进入定子磁极的前端侧。因此，能够增大各 定子的轴向的长度WDR，转子的磁通量更多地被供给到定子磁极侧， 能够使更多的磁通量与绕组交链，所以，能够增大转矩。当将各定子磁 极的根部的转子轴方向厚度设为WDT、将定子磁极间的距离设为WDP 时，各定子磁极的前端部的转子轴方向长度WDR比WDP大，最大能 够大到接近WDP的两倍。接着，对应该流过图27、图28所示的各定子的环状绕组的电流进
行说明。能够向图27所示的定子绕组通上由图20 (e)所示的电流矢量 表示的电流。例如，向绕组82通上电流矢量A的反相的电流、即-A 相的电流，向绕组83通上电流矢量D的电流。这两个电流是图30(a) 所示的电流矢量D、 - A，其相加值为电流矢量H。该电流矢量H与电 流A是同一相位，振幅变为两倍，该电流通给图28所示的绕组96。向 绕组84通上电流矢量-D相的电流，向绕组85通上电流矢量E的电流。 这两个电流是图30 (b)所示的电流矢量-D、 E,其相加值为电流矢量 I。该电流矢量I是电流矢量-D和E的中间相位，且振幅相同，该电流 通向图28所示的绕组97。同样，向绕组98、 99、 100通上图30(c) 示出的由电流矢量J、 K、 L表示的电流。在绕组的左端标上应通电的电 流。此外，由于通给图28的各绕组的电流的振幅不同，所以，也能够 作成与电流值相应的绕组粗细，使定子磁极等各部分的尺寸适当。接着，对图28所示的定子的各定子磁极的转子轴方向配置的方法 进行说明。示出作成相邻的一对定子磁极彼此具有电角度为180°的相 位差的定子磁极对SMP1、 SMP2、 SMP3的方法。在这里，对于定子磁 极对SMP1、 SMP2、 SMP3在转子轴方向的相对的配置方法来说，作成 相邻的定子磁极与相位最接近的定子磁极对邻接的组合。此时，能够减 小配置在两定子磁极对之间的环状绕组电流，其结果是，能够减小电动 机损耗，改善电动机效率。具体地说，在图28中，若定子磁极对SMP1由定子磁极95、 75形 成、定子磁极对SMP2由定子磁极76、 77形成、定子磁极对SMP3由 定子磁极78、 79形成，则定子磁极对SMP1和SMP2相邻的部分的定 子磁极是75和76。与定子磁极75、 76的圆周方向位置的相位差是6相 交流的最小相位差即60。。其结果是，通向配置在两电子磁极对之间的 绕组97的电流为如图30 ( b )所示那样电流矢量-D和E的相加值即电 流矢量I，为较小的电流值。在这里，在图20(e)中，电流矢量-D和 E除反相以外，是相位差最大的电流组合，所以电流矢量I的振幅较小。接着，针对图21、图22所示的定子14的定子磁极形状及其变形例 进行说明。图31是从图21所示的电动机100的纵向剖面图内取出并放 大定子芯和绕组的部分的图。水平方向为转子轴11方向，纵向为电动 机100的径向方向。WDP是相邻的定子磁极的中心间距离，是定子磁 极间距离。WDD是面对定子和转子之间的气隙部的定子f兹极的轴向宽度，若增大WDD，则能够增大上述最大交链磁通量FLm,增大发生转 矩。WDT是定子磁极的根部的转子轴方向宽度。在这里，两端的定子磁极53、 59处于这样的关系相对转子10的 磁极为同 一 电角度相位，且电流矢量A的磁动势沿同 一方向施加在两定 子磁极53、 59上。并且，将这两个定子磁极53、 59的作用合在一起而 发挥一个相的作用。因此，定子磁极53、 59的宽度WDA1和WDA2具 有满足WDD-WDA1 + WDA2这样关系的形状，第1相的交链磁通量最 大值FLm和中间部分的其他相的交链》兹通量最大值FLm为相同值。相对于图26所示的无限长的定子模型，可以视为图31所示的定子 模型是切下一个周期的宽度WDFF后的模型。这样看来，若不改变一个 周期的宽度，即使在WDFR等其他位置切下，也能得到类似的电磁作 用，这是容易想象的，其结果是，具有WDD=WDA1+WDA2的关系。并且，也能够设WDA2二0， WDA1=WDD。此时，定子磁极59可以 被除去，定子磁极的数量从7个减少为6个，因而能够使电动机的结构 简化。若用图26所示的无限长定子来表达，则是切下了区间WDFR后 的结构。接着，对改变图21、图22所示的定子的绕组的方法进行说明。在 图22的各槽中分别配置2组绕组。例如，对绕组41通上如在左端标记 那样20 (e)所示的-A电流，对绕组42通上图20 ( e )所示的B电流， 两电流的总和与图32 (a)所示的电流a等效。同样，对绕组43通上图 20 (e)所示的-B电流，对绕组44通上图20 (e)所示的C电流，如 图32(b)所示，两电流的总和与电流b等效。其他槽也可以同样地进 行考虑，其结果是，各槽的电流只要通上图33所示的电流a、 b、 c、 d、 e、 f即可。并且，对于绕组来说，如图34所示，巻绕合并在各槽中的 一组绕组即可，其巻绕数为与图22的环状绕组相同的巻绕数。其结果 是，图34的同一槽内的巻绕数为图22的1/2的巻绕数，使绕组的粗细 即剖面积大约变为2倍，电流的振幅如图32所示那样相同，所以槽内 电流变为1/2。由此，铜损降低为1/4。此外，在定子的相数不为6相的 情况下，该降低比率也发生变化。关于通电电流的相位，在图21、图22所示的定子和图34所示的定 子的情况下，有很大不同。应通向图22的各绕组41~52的电流如(22) 式~ (28)式所示那样，例如，通向绕组42、 43的电流是与通过定子
磁极54的磁通量的旋转变化率大致同步的电流，是图20 (c)的电流矢 量B。另一方面，在图34的情况下，如图32、图33的a、 b、 c、 d、 e、 f所示那样，相差电角度为120°的相位。另外，图34所示的定子磁极53、 59能够合并而成为图35所示的 定子磁极67。此时，绕组66配置在定子芯的外部，但是由于周围空气 的磁阻大，所以，实质上针对电动机的电f兹作用非常小，可以除去。其 结果是，如图35所示，能够由与相数相同的6组定子磁极组和比相数 少1的5组绕组构成定子。此外，此时也能够进行电动机的内部接线， 以便能够通过向电动机提供3相交流电压、电流而进行驱动，所以，当 从外部观察图21、图35所示的电动机时，也可视为是3相交流电动机。其中，即使除去绕组66,在转矩发生方面也没有问题，但是，产生 转子轴的轴方向磁动势，有时会产生软磁性体的粉末附着在转子轴上的 问题，或者产生对电动机附近产生电磁影响的问题。像这样，在电动机 附近的磁动势成为问题的用途中，需要进行如下等的对应，即，不除去 绕组66地进行配置或者使电动机轴为非磁性体。接着，对面对定子和转子之间的气隙部的定子磁极的形状以及各绕 组的交链磁通量进行说明。如上所述，在图22 (a)示出将与图21所示 的电动机100的定子14和转子IO之间的气隙部相面对的定子磁极前端 形状沿圆周方向直线展开的形状的例子。定子磁极54~58的形状实际 上在定子内径侧且是圆弧状，但是，在图22 (a)中，由于沿圆周方向 直线展开表现，所以为长方形。并且，考虑如图21、图22(b)所示那 样转子10是表面磁铁型转子、且转子外周形状是圆形时的通过各定子 ;兹极的》兹通量的旋转角变化率。将通过定子》兹极53、 59的》兹通量设为 FA，将其旋转变化率设为DFA,将通过定子磁极54的磁通量设为FB, 将其旋转变化率设为DFB，将通过定子磁极55的磁通量设为FC,将其 旋转变化率设为DFC,将通过定子磁极56的磁通量设为FD,将其旋转 变化率设为DFD,将通过定子磁极57的磁通量设为FE，将其旋转变化 率设为DFE，将通过定子磁极58的磁通量设为FF，将其旋转变化率设 为DFF。在理想的6相交流电动机的情况下，如图36所示，各定子磁 极的磁通量的旋转变化率、即在绕组中产生的电压的成分优选相对用横 轴的电角度表示的旋转位置6E为正弦波状的特性。但是，图22的定子 磁极形状是长方形，各磁通量的旋转变化率为方波状，成为含有较多高
次谐波的特性。这些高次谐波成分成为发生齿槽转矩、转矩脉动的原 因，或者对电动机的转矩发生造成障碍。作为减轻这些问题的方法的例子，可将图22所示的定子磁极的形状SPS变形为图37所示的定子形状。定子磁极53S、 54S、 55S、 56S、 57S、 58S、 59S为在转子轴方向较长、且在圆周方向倾斜的形状。因歪 斜而减少通过定子磁极的磁通量的旋转变化率的高次谐波，因而能够降 低转矩脉动等。另外，通过使定子磁极在转子轴方向变长而能够增大磁 通量的旋转角变化率，因而能够使转矩增加。此外，例如，对于图37 所示的定子磁极54S的形状来说，标上水平剖面线的部分是图38所示 的定子磁极的根部54SB，在图37所示的定子磁极54S中，标上斜剖面 线的部分是图38所示的定子磁极的前端部54SS。此时，定子的纵向剖面从图31所示的形状变更为图38所示的形 状，定子磁极的前端部54SS的转子轴方向宽度从图31所示的WDD扩 大为图38所示的WDX。另夕卜，关于从定子磁极前端部54SS至背扼BY 的中途的定子磁极的根部54SB,所通过磁通量也增加，所以需要使磁 路变粗。并且，关于定子磁极形状SPS的改良、变形，如图39所示，考虑 了各种方法。162所示的定子磁极形状SPS是和图22相同的形状。相对 于此，如163所示那样，相对圆周方向进行正弦波状的面积分布，从而 能够大幅降低高次谐波成分。另外，164所示的定子磁极是在圓周方向 上倾斜的例子，若与162所示的长方形形状比较，是与具有正弦波状的 面积分布的163接近的形状。图37所示的定子磁极形状是接近164所 示的定子磁极的形状。165所示的定子磁极是梯形形状，但是，在圆周 方向的面积分布这一点上，与164所示的倾斜结构等效。166所示的定 子磁极是使长方形在圆周方向倾斜的形状，是将定子磁极如图37所示 那样配置时特别有效的形状，与相邻的定子磁极不千涉，圆周方向的面 积分布与165所示的梯形形状等效，由于能够增大所通过的磁通量的旋 转角变化率，所以能够增大转矩，由于也能够降低上述高次谐波，所以， 也能够减小转矩脉动等。如标记在图39的各定子磁极形状162、 164、 165、 166上的虛线形状那样，在各角部设置圆角，也能够降低高次谐波 成分。具有圆角的虚线部的形状是任意的，严格地说，例如也能够使相 对圆周方向的面积分布为正弦波状，以得到和相对圆周方向为正弦波状 的面积分布的形状的定子磁极163相同的特性。另外，在图39中，各 磁极形状的圆周方向长度图示为电角度为180°的长度，但是也可以比 180°长或者比180°短。此时，和现有结构的电动机的绕组系数小于1 的效果相同，在单纯模型的理论上，转矩相应地降低，但是，具有能够 降低和相邻的定子磁极的干涉等的效果。另外，比180°更小地进行短 节距巻绕，由此，也能够得到降低指定的转矩高次谐波、即齿槽转矩、 转矩脉动的效果。作为降低齿槽转矩、转矩脉动的其他方法，如图40所示那样，使 定子磁极160的圆周方向的端为定子和转子间的气隙相对在图23示出 的形状变大的方法、或将转子的永久磁铁161的圆周方向端作成平滑的 形状且转子磁极的边界部凹下的形状的方法等是有效的。此外，降低高 次谐波的各种方法不仅具有降低转矩脉动等的效果，而且具有降低转子 进行旋转时的转子和定子磁极之间的径向吸引力急剧变化的效果，还具 有降低电动机的振动、噪音的效果。并且，能够组合使用上述的对定子磁极的形状SPS进行变形的方 法、对转子磁极形状进行变形的方法、定子和转子相对歪斜的方法、使 转子磁极或定子磁极的圆周方向位置在圆周方向移动的方法等，来降低 齿槽转矩、转矩脉动。另外，在图21、图22、图35等中，对6相的电动机进行了说明， 但是，特别是在相数Ns较少的电动机中，定子磁极形状SPS的圆周方 向面积分布是正弦波形状有利于降低转矩脉动等。在将电动机的极对数 设为Pn、将定子磁极的数量设为Nss时，若构成图35所示的基本的电 动^/L，则为如下的关系Nss = PnXNs …(31)。若相数Ns较大，则在电角度360°的范围中分布地配置与相数相等 的数量的定子磁极，各绕组的电流也变为Ns相的多相电流。因此，现 实上在定子的构成上是困难的，但是，在单纯的理论上，相数Ns若是 如30这样的大的数量，则定子磁极的圆周方向的离散性变得非常小， 齿槽转矩、转矩脉动为较小的值。相反，在相数最小的多相交流即2相、 或者在变换器驱动的负荷、电动机布线的负荷等方面有利的3相的情况 下，由于定子磁极的圆周方向离散性较大，所以，容易产生齿槽转矩、 转矩脉动。这样，在离散性较大的情况下，若定子磁极形状的圆周方向面积分 布为正弦波形状，则具有补偿定子磁极的圆周方向离散性的效果，且非常有效。另外，现实上，相数Ns-2的2相交流的电动机中，齿槽转矩 较大，需要降低齿槽转矩的方法。在(31)式中，在相数Ns-3、 Nss=3 xPn的3相交流电动机的情况下，具体地说，在圆周方向的电角度为 360°之间配置3个定子磁极那样的结构的3相电动机中，为了降低齿 槽转矩、转矩脉动，使定子磁极形状的圆周方向面积分布为正弦波形状 的技术是重要度较高的技术。对于相数化=3的本发明的3相交流电动 机来说，由于相数少，所以，能够作成简单的结构，并且，由于部件数 量少，因而是有利于节约成本的结构。对于图21、图31所示的定子磁极53 59来说，其定子磁极的转子 轴方向宽度WDD比定子磁极的转子轴方向间距(转子轴方向的间隔) WDP稍小。但是，对于通过各定子磁极的磁通量的旋转角变化率来说， 定子磁极的转子轴方向长度较大是有利的，作成不与相邻的定子磁极干 涉的结构，并且，优选如图38的定子磁极54SS等转子轴方向宽度WDX 那样，成为比定子磁极间距WDP大的值。这种定子磁极的前端部的具 体形状是图37所示的各定子磁极形状、图39的定子磁极形状166、图 29的定子磁极形状等。另外，对于图41所示的6相的定子磁极的前端部形状140 ~ 145来 说，圆周方向的宽度WA比电角度为360° /6=60°稍小，不与相邻的定 子磁极干涉，使该转子轴方向长度为该电动机的外径的轴向最大长度的 大小。此外，例如，对于图41所示的定子磁极142的形状来说，标有 水平剖面线的部分是从定子磁极的前端部至定子的背扼的定子磁极的 根部，图41所示的定子磁极142的标有斜剖面线的部分是定子磁极的 前端部。此外，图41所示的各定子磁极的形状是在圆周方向直线展开 从定子和转子之间的气隙部观察到的定子的内周面形状的形状图。特别 在电动机的层压、即转子轴方向长度较小、扁平且较薄的电动机的情况 下，优选图41所示的定子形状。能够使通过各定子磁极的磁通量的旋 转角变化率变大，所以，能够增大电动机转矩。在N相的全部定子》兹极组MPN中，将通过任意X相的定子》兹极组
的磁通量的总和设为①x、将该磁通量①x的旋转变化率设为d①x/de、将作用于该定子》兹极和转子》兹极之间的气隙部的》兹动势即绕组电流设为Ix、将绕组匝数设为WTx，它们的积即电动机的发生转矩成分为Tx=d ①x/d6 x Ixx WTx，将其他Y相的结构i殳为通过该定子;兹极组的》兹通量 为①y、绕组电流为Iy、巻绕数为WTy、发生转矩成分为Ty=cDy/d 6 x IyxWTy时，除了X相、Y相的相位差，由定子磁极和转子磁极的对置 的面积所确定的》兹通量①x、①y、绕组电流Ix、 Iy、绕组匝lt WTx、 WTy中的二个以上在X相、Y相中为不同的值，各自的发生转矩成分 Tx、 Ty相等。定子磁极的形状在电动机壳、被驱动侧机构等中需要改 变形状的情况下，不改变由磁通量①x、电流Ix、绕组巻绕圈数WTx得 到的最终的电磁作用、而改变各参数为好。图42是表示其他定子磁极配置、绕组配置的例子的图。在图21、 图37、图35等示出的定子磁极的圆周方向相位的种类是6种，相对于 此，在图42中，追加中间相位的定子磁极而配置12种相位的定子磁极 101-112。关于绕组，也配置绕组113~ 123的11个环状绕组。各绕组 的电流矢量是标记在各绕组左端的值，与标有在图33中示出的相同的 附图标记的电流矢量相对应。制作同一相位的环状绕组各2组，以对相 邻的2个槽的绕组通上同一相位的电流的方式配置。这样，能够将同一 相位的绕组、电流分割配置在并列的多个槽中。通过作成图41所示的 结构，由于定子磁极配置在更多的相位，所以，能够消除转矩的高次谐 波成分，降低转矩脉动，且更顺畅地驱动电动机。另一方面，电流矢量 的种类为6种，对于反相的电流矢量，使通电方向相反，从而能够用3 相变换器进行控制，电动机的控制装置不会变复杂。图43是表示其他定子磁极配置、绕组配置的例子的图。与图42相 比，改变了绕组。将图42示出的绕组114、 116、 118、 120、 122变更 为能够生成更精密的电流的绕组，从而作成更精密的转矩脉动较小的电 动机。如图44所示，绕组125、 126的电流矢量为al、bl。电流矢量al、 bl之和g的振幅与电流矢量a、 b相同，相位是a、 b的中间相位。在此， al=l/ ( 2 x cos30。
) x a=0.57735 x a， bl=0.57735 x b。绕组125、 126的磁动势即安培x匝数能够通过调整巻绕圏数并流过同一电流来实现。对于绕组127~ 134也可同样地考虑，能够作成图44所示的电流矢 量。图45是表示流过图43示出的各绕组的电流矢量的关系。
相对于图35所示的电动机，图43所示的电动机多相化为2倍。通 过多相化而能够消除转矩的高次谐波成分，降低转矩脉动，使电动机的 驱动更平滑。此时，电动机的驱动装置只要生成电流矢量a、 b、 c、 d、 e、 f即可，所以，能够用3相变换器驱动，电动机因多相化而稍稍变复 杂，但是，没有针对驱动装置的负担。在由驱动装置生成中间相位的g、 h、 i、 j、 k、 l的电流矢量的情况下，需要将驱动装置的晶体管的数量增 力口亚ij 2 ^f咅。另外，新作成的绕组125、 126等的巻绕圏数相对于绕组113、 115 等不为整数比而多为分数，但是，通过选择尽可能接近的巻绕圏数，而 能够得到理想的效果，且得到实用特性。此外，巻绕圈数之比例如为 1:0.57735=6:3.4641, 3.4641和整数偏离很大的情况下，通过将al设为3 臣、将bl设为4匪，从而相位误差变大一些但减小振幅误差的方法， 或者，使al的绕组为3.5匝，3匝以后半周从磁路取出，bl的绕组也为 3.5匪，在配置上相对于al的绕组配置在圆周方向偏移机械角180°的 旋转位置，由此，也能够实现近似所期望的目的。接着，对电动机的各环状绕组的接线方法、以及向变换器的连接方 法进行说明。图21所示的电动机100是图20 (e)示出的6相电动机的 例子。本发明能够展开适用于各种相数的电动机，但是在图20(b)的3 相的情况下，成为图l所示的电动机，绕组115、 116、 117、 118如图 46所示那样接线，能够由3相变换器进行控制。在这里，为了易于图示 巻绕开始位置，各环状绕组115、 116、 117、 118用1匪的绕组象征性 地图示。由于相同的U相磁通量与绕组115、 116交链，所以，绕组的 感应电压为相同的U相的电压的负值-Vu。由于相同的W相;兹通量与 绕组117、 118交^1，所以绕组的感应电压为相同的W相的电压Vw。 因此，U相电流Iu反向通给绕组115, W相电流Iw正向通给绕组118。 V相电压Vu根据Vu+Vv+Vw=0的关系而导出Vu= - Vv - Vw,所以， V相电流Iv正向通给绕组116,绕组117反串联而反向通电。这些各电压和各电流的关系如图47所示的矢量图所示。另外，各 绕组、各电流和各电压也能够如图48所示那样表达。在这里，标记在 各绕组上的点标记表示绕组的巻绕开始侧。这样，通过将应通上反相电 流的绕组在相反方向串联连接，从而能够利用3相变换器有效地使电动 机运转。
接着，如图6、图7所示，将2个环状绕组115、 116合并为绕组 138,并将应通给绕组115、 116的电流进行算术相加，将相加电流通给 绕组138,同样，将2个环状绕组117、 118合并为绕组139，并将应通 给绕组117、 118的电流进行算术相加，将相加电流通给绕组139。关于 通给这些绕组138、 139的电压、电流、绕组的模型、绕组的连接方法， 如图49、或图50、 51、 52所示。图49所示的方法是分别单独且独立地 控制绕组138、 139的电流方法，特别是在技术上没有困难，但是，为 了单独生成两个电流，变换器的元件数量增加，成本的负担变大。另一 方面，图50的结构中，对绕组138的巻绕开始端通上电流In^-Iu+Iv, 对绕组139的巻绕开始端通上In=-Iv+Iw，对绕组138、 139的巻绕终 端进行4妄线，通上Io= - Im — In= — Iw+Iu。这些电流Im、 In、 Io的相位 各具有120°的相位差，振幅是3相电流Iu、 Iv、 Iw的1.732倍。若将 绕组138、 139的相电压设为-Vu、 Vw,则如图50、图51、图52标注 的那样，各端子电压为(-Vw+Vu) /3、 ( - Vu+Vv) /3、 ( - Vv+Vw) /3。图51的线间电压与图48示出的线间电压相比为1/1.732倍。这些各 电压和各电流的关系如图47示出的矢量图那样。另外，各绕组、各电 流、各电压也如图48所示。此外，为了使图50、图51、图52所示的 电动机的电压、电流与图46、图47、图48相同，使绕组138、 139的 巻绕圏数为绕组115、 116、 117、 118的1.732倍即可。另外，图50、 图51、图52所示的电动机的驱动是平衡后的3相电压、3相电流的驱 动，可以用图53所示的通常的3相变换器驱动。在图53中，150是直 流电压源，151、 152、 153、 154、 155、 156是并联配置有反向的二极管 的晶体管。接着，在图54中示出图21、图22所示的绕组41 ~52的接线方法 以及向3相变换器的连接方法的例子。如用图21、图22所示的电动机 模型所说明那样，定子磁极53、 59为同一相位，定子磁极56是相差180 。相位的反相的定子磁极。通过定子磁极53、 59、 56的磁通量为U相 磁通量，以同一相位交链的绕组的连接为图54所示的绕组41、 46、 47、 52的各自的连接。例如，为了和通过定子磁极56的磁通量交链，将其 轴向前后的绕组46、 47反串联地连接即可。另外，关于绕组的巻绕方 向，只要与针对定子磁极59、 53的绕组52、 41的关系反向即可。通过定子》兹极55的》兹通量为V相》兹通量，通过定子;兹极58的》兹通 量为-V相磁通量，绕组的连接为图54所示的绕组44、 45、 50、 51各 自的连接。为了和通过定子磁极55的磁通量交链，将该轴向前后的绕 组44、 45反串联连接即可。为了和通过定子磁极58的磁通量交链，将 该轴向前后的绕组50、 51反串联连接即可。另外，关于绕组的巻绕方 向，使针对定子磁极55的绕组44、 45的关系和针对定子磁极58的绕 组50、 51的关系为反向即可。通过定子磁极57的磁通量为W相磁通量，通过定子磁极54的磁 通量为-W相f兹通量，绕组的连接为图54所示的绕组48、 49、 42、 43 各自的连接。为了和通过定子磁极57的磁通量交链，将该轴向前后的 绕组48、 49反串联连接即可。为了和通过定子》兹极54的磁通量交链， 将该轴向前后的绕组42、 43反串联连接即可。另外，关于绕组的巻绕 方向，使针对定子磁极57的绕组48、 49的关系和针对定子磁极54的 绕组42、 43的关系为反向即可。接着，图55示出图35所示的环状绕组61、 62、 63、 64、 65的接 线方法以及向3相变换器的连接方法的例子。如用图35所示的电动机 模型所说明那样，关于绕组62和绕组65,将两个环状绕组反串联连接， 从而能够使3相中的1相的磁通量与两绕组交链，反向串联连接后的电 压为图33所示的矢量e的相位，因而通上电流Iu。另外，关于绕组61 和绕组64,将两个环状绕组反串联连接，从而能够使3相中的l相的磁 通量与两绕组交链，反向串联连接后的电压为图33的a的相位，通上 电流Iv。剩下的绕组63的电压是图33所示的c的相位，通上电流Iw。 此外，绕组63位于定子的中央，能够用1个环状绕组使3相中的1相 的》兹通量交链，省略未产生电压的图34所示的绕组66。接着，图56中示出将图28所示的环状绕组96、 97、 98、 99、 100 的接线方法和向3相变换器的连接方法的例子。如用图28所示的电动 机模型说明那样，其定子结构、绕组配置是对图27所示的定子结构的 绕组的绕组82~93变形后的结构。另外，流过各绕组的电流是在图28 中标注的H、 I、 J、 K、 L，如用图30 (c)所示的电流矢量表示的那样， 其电流大小不同。其结果是，流经图28所示的各绕组的电流和各定子 磁极的磁通量的关系稍微变复杂。但是，图28所示的定子的作用与图 27所示的各绕组的电流和定子磁极的磁通量的关系等效。在这里，以流 过图28的各绕组的电流是图30 (c)所示的电流矢量为前提，表示各绕
组的接线方法和向3相变换器的连接方法的例子。通给绕组96、 99的 电流矢量H和K为-U相的相位，关于其振幅，由于应向绕组99通上 绕组96的1/2的电流，所以，使绕组99的巻绕数为绕组96的巻绕数的 1/2,通上相同的U相电流Iu。通给绕组97、 100的电流矢量I、 L为-V相的相位，关于其振幅，由于应向绕组97通上绕组100的1/2的电流， 所以，使绕组97的巻绕数为绕组100的巻绕数的1/2,通上相同的V相 电流Iv。通给绕组98的电流矢量J为-W相的相位，其振幅和绕组96、 IOO相同，通上W相电流Iw。如上所述，将在电角度上大致为相同的相位的绕组在同 一方向串联 连接，另外，将在电角度上大致相差180°的相位的绕组在相反方向串 联连接，另外，根据电流矢量的大小来调整各环状绕组的巻绕数，从而 能够以更少的电流源控制多相的相位的电流，对电动机进行驱动，能够 简化电动机的布线，也能够简化驱动装置。此外，关于对电动机的电压、电流进行控制的变换器，主要在从图 53至图56中示出了使用6个晶体管的3相变换器的例子，但是，也可 以是使用3组用4个晶体管控制1个电流、电压的变换器来控制3相交 流 的方法等各种方法。在图21、 22、 34、 35等中，对基于某些规则性的电动机的结构进 行了说明，但是，这些电动机和改变这些电动机的相数后的电动机等具 有各自的优点，但同时也有改良的余地。下面，对优点的更具体的解释、 有进一步改良的余地这一点、以及新的结构的电动机进行说明。图22的电动机是定子磁极组的数量为(N+1)、绕组的数量为N的电 动机，且是53、 59为同一相位的定子磁极、N二6时的6相的电动机。 另外，根据看法，也可将相差180度的相位的相认为是同相，而解释为 3相交流电动机。其解释和称呼哪个都可以，是在电角度为360度的范 围内配置6个相位的定子》兹极的电动机。在对图22所示的各定子磁极的与转子相面对的圆周方向的形状呈 直线状展开后的图中，在圆周方向上电角度为180°之间配置有磁极， 但是在剩余的180°之间没有配置磁极。因此存在约一半的面积没有被 有效利用的问题。另外，在该没有被有效利用的部分，从转子侧经由空 间而产生漏磁通量，这些漏磁通量作用在降低转矩的方向，因此这一点 成为问题。另外，在图22中，由于作用于各定子磁极的磁通量的旋转
角变化率与转矩以及电压成比例，所以，定子磁极的转子轴方向的宽度 变小，这一点也成为问题。图41所示的定子磁极的配置结构是从转子轴方向的一端至另一端 配置各相的与转子相面对的定子磁极形状的结构，单纯在理论上，是上述定子磁极磁通量的旋转变化率大到最大限度的结构。图37、图38是 不像图41那样极端的例子，各相的定子磁极的转子轴方向的大小为该 电动机整体的转子轴方向的大小约一半左右的形状。图38是定子的纵 向剖视图，水平方向为转子轴方向，垂直方向为径向方向。54SS是图 37的定子磁极54S的与转子相面对的齿的前端部，BY是定子的背扼， 54SB是从齿的前端54SS至背扼BY通过磁通量的齿。图37和图38的 结构的电动机与图21和图22的结构相比，单纯在理论上，可以说是使 转子表面有效对置、且较大获取各定子磁极磁通量的旋转角变化率的结 构。特别是，在转子的表面磁通量密度例如小于1特斯拉(1T)、电动 机的驱动电流也比较小的区域，能够有效地进行驱动。但是，在对电动 机通上较大的电流而要得到较大的转矩的情况下，各相的定子磁极与其 他相的定子磁极相邻且接近，成为各绕组的磁动势容易产生相不同的定 子磁极间的漏磁通量的配置结构，这一点成为问题。另夕卜，作为齿54SB 部分的磁路的剖面积小于齿的前端54SS的与转子对置的面积，在有效 利用高磁通量密度的稀土类磁铁的情况下，容易发生磁饱和。并且，上 述的漏石兹通量也重叠，在从齿的前端至背扼之间的各处容易发生》兹饱 和，这一点也成为问题。接着，对降低这些问题的技术进行说明。为了简化说明，对图71 所示的具有3个相位的定子磁极组的电动机的例子进行说明。711和714 是A相的定子磁极。712是B相的定子磁极，713是C相的定子磁极。 转子没有图示，但可以使用各种转子，例如是如图l和图2所示那样的 表面磁铁型的转子。关于图71的定子磁极的与转子相面对的面的形状， 为了较大获取通过定子磁极的磁通量的旋转角变化率，若将电动机磁芯 的转子轴方向长度设为MT,则各定子磁极的转子轴方向长度MS大于 MT/3。其原因在于，使通过定子磁极的磁通量(J)的旋转角变化率d(J)/d e增大，而使绕组的感应电压和电动机的发生转矩增大。在图4的例子 中，定子磁极的转子轴方向长度稍小于电动机磁芯的转子轴方向长度的 1/3，图71的结构在转矩这一点上比图4的结构有利。
并且，在定子和转子对置的面的很多部分配置有定子磁极。在6相的例子中，虽然图22的例子中没有使用约一半的空间，但是，图37的 例子中在更多的部分配置有定子磁极，图71的配置是与图37类似的定 子磁极的配置。在各定子磁极间分别配置有2个绕组，绕组的形状与各相的定子磁 极的转子轴方向的凹凸同步地成为波状的形状。在构成同步电动机的情 况下，与转子同步地对各绕组通上3相交流电流来驱动电动^L。例如， 对绕组71A通上图72 (a)所示的电流U，对绕组715通上-U。同样 地，对绕组716通上lB,对绕组717通上-IB，对绕组718通上Ic,对 绕组719通上-Ic。关于各绕组的电压，例如，将绕组71A和绕组715 反串联连接时的两端的电压为图72 (b)的VA，将绕组716和717反串 联连接时的两端的电压为VB ，将绕组718和719反串联连接时的两端的 电压为Vc。其结果是，能够对该电动机施加3相的平衡的电压、电流 来进行驱动。图73的电动机是将图71的电动机的各定子磁极间的2个绕组合并 为1个绕组并对该绕组通上将2个电流算术上相加后的电流的电动机。 因此，对绕组731通上图74 (a)所示的电流lBA,对绕组732通上电流 Icb，对绕组733通上IAC。对绕组731通上如74 ( a )所示那样-I八与 +18之和的电 流Iba, 该电流振幅为1.732倍。另一方面，绕组的粗纟田可 以为2倍，其结果是，能够使绕组的铜损为3/4，可将铜损降低25%。各绕组的电压是图74 (b)所示的电压，绕组731的电压为-VA/2, 绕组732的电压为VCB,绕组733的电压为VA/2。如图74(b)所示，3 个绕组的电压是不平衡的3相电压，但是，对3个绕组进行星型接线时 的3端子的端子间电压彼此为与VA、 Vb、 Vc相同的振幅的3相平衡电 压。成为星形接线的接线中心点的电位与3相交流电压的变化一起变动 的关系。其结果是，该电动机能够用控制3相交流的电压、电流的通常 的3相变换器理想地进行驱动。图75示出图73所示的剖面3DB 3DB，由此，示出定子^ 兹极的形 状、绕组的形状以及电磁特性。BY是定子的背扼，712是B相的齿。 MT是电动机磁芯的转子轴方向长度，MS是B相的齿712的转子轴方 向长度，MJ是从B相的定子磁极的前端部到背扼BY的磁路部的转子 轴方向长度。在图75的例子中，是从B相的定子磁极的前端部到背扼 BY的形状为同一形状的例子，且是上述MS和MJ为相同大小的例子。 为了改善该电动机的转矩，也可以使MS大于图75的例子。作为图38的齿的一部分的磁路54SB为定子磁极的前端部的转子轴 方向长度WDX的1/4左右，在转子使用磁通量密度较大的稀土类磁铁 并在绕组中流过较大电流的情况下，容易出现^P兹路54SB的部分的^f兹饱 和的问题。与图38相比，在图75的结构中，磁路的转子轴方向的大小 MJ充分大并且在定子磁极中磁通量通过的磁路的剖面积较大，因而能 够解决软磁性体的磁饱和的问题。因此，可以说图75的结构的电动机 是流过较大电流并能得到较大转矩的电动机。此外，对于位于背部的A 相的定子磁极714，也确保足够的磁路剖面积，C相的f兹路剖面积也同 样地为足够大的》兹路剖面积。731B是绕组731的剖面，732B是绕组732的剖面，733B是绕组 733的剖面，图示了各绕组巻绕平板状导体3匪的例子。这些各相的绕 组以遮盖各相的定子磁极的方式配置，因而各绕组作用于各相的定子磁 极的磁动势作用在各相的定子磁极的前端部附近，并且，上述磁动势从 各定子磁极作用到转子侧。其结果是，能够大幅降低如在图38中成为 问题的与其他相的定子磁极之间的漏磁通量。另外，如图76 (a)所示 的绕组736B那样，作成平板状的绕组形状，所以，在箭头761所示的 漏》兹通量增加时，感应出如箭头762所示的渴流，该涡流具有妨碍上述 磁通量761增加的效果。因此，能够降低其他相的定子磁极间的漏磁通 量761。此外，本发明电动机的绕组形状并不限于图76 (a)等，也可 以如图76 (b)那样在径向方向被分割，另外，也可以是圆线、多股绞 合线。此外，流过绕组732的各部分的电流为箭头762所示的涡流和通 给绕组732的相电流的合成电流。另外，各相的绕组形状并不限于图75 所示的形状，只要各绕组配置到定子磁极的开口部附近，就具有降低其 他相的定子,兹极间的漏》兹通量的效果。如上所述，如图41或图38、图75的定子磁极的形状那样，示出了 两极端的定子磁极形状，但是它们中间的配置、结构的电动机也能够实 现。在图37的定子磁极形状中，关于B F相的定子磁极形状，定子磁 极从各自的中心部向转子轴方向的两边突出并延长，但是，转子轴方向 两端的A相的定子磁极在其结构上分成两部分，各个》兹极向转子轴方向 的单侧突出并延长。若对合并了两端的定子磁极后的图35所示的定子
磁极以图37的定子磁极的方式进行变形，则对于在转子轴方向两端所配置的定子磁极来说，朝向定子磁极的中心方向的突出量(延长量)需要变为其他相的定子磁极的约2倍。因此，存在突出部的磁通量增加而 导致软;兹性体磁饱和的问题。虽然也取决于定子》兹极的形状，但在这一 点上，同相的定子磁极被分离到转子轴方向的两端，这具有磁路结构上 的意义。接着，对本发明的电动机的绕组的连接及其控制装置的电压、电流 的施加方法进行说明。关于作为本发明的电动机的例子而示出的图1、 图6、图7、图27、图28、图34、图35等的电动机以及改变各自的相 数后的电动机等的绕组，示出了各自特有的电压、电感、阻抗等的特性， 并不限于均等的特性。特别是，因绕组的配置而使该交链磁通量变化较 大，所以，具体地说，绕组的感应电压不同。根据各个电动机的结构， 存在特有的绕组的接线方法以及电压电流的驱动方法。该具体方法之一 是用图137所示的驱动电路单独驱动各绕组的方法。在这里，关于驱动 电路的电压，作为驱动环境，多是以恒定的电源电压驱动，所以，在各 功率元件的驱动效率方面，只要根据该电源电压设计绕组的巻绕数，就 能实现高效的驱动。例如在交链磁通量(J)较小的情况下，为了和巻绕数 Nw的积即磁链数W^cJ) xNw与其他的绕组大致相同，只要增大巻绕数 Nw即可。这样，是如下方法以各绕组的磁链数？ = (1) xNw大致相同 的方式设定绕组的巻绕数Nw,独立地用图137所示的驱动电路单独驱 动各绕组。接着，对图77所示的本发明的5相的电动机的例子进行说明。在 图77的定子磁极以及绕组的配置图中，相对于图21和图22的7定子 》兹才及纟且、6相的电动才几，^5相的电动才几。5相的电动才几相只寸于4相电 动机、6相电动机具有类似之处，相反地，由于5是奇数等，而具有很 多的特殊性和结构的差异以及特性的不同。图77是在直线上展开与转子对置的各定子磁极和各绕组的圆周方 向的形状的图，横轴以电角度表示圆周方向的旋转角，纵轴表示转子轴 方向，并标注各绕组的电流矢量-A、 +B、 - B、十C等。751和756是 A相的定子磁极，将这两个定子磁极合并而实现A相的定子磁极的功 能，在圆周上每360。的电角度就配置有同相的定子磁极。同样地，752 是B相的定子磁极，753是C相的定子磁极，754是D相的定子磁极，
755是E相的定子磁极。757是环状的绕组，在图78所示的矢量图中， 通上-A的矢量的电流。同样，绕组758通上+B相的电流，绕组759 通上-B相的电流，绕组75A通上+C相的电流，绕组75B通上-C相 的电流，绕组75C通上+D相的电流，绕组75D通上-D相的电流，绕 组75E通上+E相的电流，绕组75F通上-E相的电流。由于绕组757和758配置在同一空间，所以，两绕组的两电流的相 加值用从图78的矢量A减去矢量B后的矢量B-A表示。同样，绕组 759和75A用矢量C-B表示，绕组75B和75C用矢量D - C表示，绕 组75D和75E用矢量E - D表示，绕组75F和75G用矢量A - E表示。 为了便于理解，在图77的左侧标注了各电流的矢量。根据图78的矢量 关系，作为5相的三角形接线，能够用5相的变换器进行驱动。另夕卜， 对于图78的各矢量来说，若进行改写，则也能如图79那样写，作成星 形接线，由此，也能够用5相的变换器进行驱动。但是，在假定矢量(B-A)的电流有效作用于电动机时的绕组757 和758的绕组系数为COS ( (180° -72。 )/2 ) =0.5878，在图77和图 78所示的5相的电动机中不大。在各绕组的使用方式上有该良的余地。图80和图81示出了改变绕组的配置来改善该绕组系数的电动机的 例子。关于具体的绕组的配置，对绕组808通上+Bs的电流，对在转子 轴方向夹持B相的定子磁极752和C相的定子磁极753的绕组80B通上 -Bs的电流。同样，对绕组80A通上+Cs的电流，对绕组80D通上-Cs 的电流。对绕组80C通上+Ds的电流，对绕组80D通上-Cs的电流。对 绕组80E通上+Es的电流，对绕组807通上-Es的电流。对绕组80G通 上+As的电流，对绕组809通上-As的电流。在这里，图79和图81的 矢量B-A、 C-B、 D-C、 E-D、 A-E为相同的值。并且，图81所 示的矢量As、 Bs、 Cs、 Ds、 Es是5相的矢量。其结果是，在绕组807中流过矢量-Es的电流，在绕组808中流过 矢量+Bs的电流，结果，在A相的定子磁极751和B相的定子磁极752 之间流过矢量(B-A)的电流，能够得到和图77的电动机的绕组757、 758的情况相同的电磁效果。同样，在绕组809中流过矢量-As的电流， 在绕组80A中流过矢量+Cs的电流，结果，在B相的定子磁极752和C 相的定子磁极753之间流过矢量(C-B)的电流，能够得到和图77的 电动机的绕组759、 75A的情况相同的电磁效果。在绕组80B中流过矢 量-Bs的电流，在绕组80C中流过矢量+Ds的电流，结果，在C相的定 子磁极753和D相的定子磁极754之间流过矢量(D-C)的电流，能 够得到和图77的电动机的绕组75B、 75C的情况相同的电磁效果。在绕 组80D中流过矢量-Cs的电流，在绕组80E中流过矢量+Es的电流，结 果，在D相的定子磁极754和E相的定子磁极755之间流过矢量(E-D)的电流，能够得到和图77的电动机的绕组75D、 75E的情况相同的 电磁效果。在绕组80F中流过矢量-Ds的电流，在绕组80G中流过矢 量+As的电流，结果，在E相的定子磁极755和A相的定子磁极756之 间流过矢量(A-E)的电流，能够得到和图77的电动机的绕组75F、 75G的情况相同的电磁效果。接着，图83示出本发明的电动机的例子。在该图83的电动机中， 将图80的A相定子石兹极756和定子》兹极751合并为图83的831。 832 是B相的定子磁极，833是C相的定子磁极，834是D相的定子磁极， 835是E相的定子磁极。各绕组837、 838、 839、 83A、 83B、 83C、 83D、 83E和图80的各绕组相同，但是，电压、电流都相差图80的定子磁极 756的量、360° / (5x2) =36。的相位。并且，绕组83F和绕组83G配 置在定子芯的外侧，由于在产生电动机的转矩方面的电磁作用几乎不会 影响到电动机，故可以省略。各绕组的电流矢量是图84所示的矢量，不需要相当于绕组83F的 -Ds的电流和相当于绕组83G的+As的电流。其他都和图81的关系相 同。关于图83的电动机的各绕组的连接，在将夹持2个定子磁极并反 向流过相同的电流的2个绕组反向串联连接并作成星形接线的情况下， 成为图85的接线。图85的绕组与图82的绕组相比，没有绕组83F和 绕组83G这两个绕组，相位错开36。。但是，星形接线的端子TA、 TB、 TC、 TD、 TE的电压振幅、电流振幅、各相的相对相位是相同的。并且， 星形接线的中心点NN的电位是上述5个端子的平均电压。另外，从电压的角度说，由于这种状态的反相的各电流夹持2个定 子不兹极并反向流动，所以，当将这2个绕组反串联连接时，与该绕组交 链的磁通量与电角度为(72° +72° )=144°范围的磁通量相交链。如 图81所示，成为各绕组的电流高效地生成合成磁动势的关系，成为电 压的振幅相同且相位分别具有72°的相位差的5相电压。并且，如图82
所示，进行星形接线来控制各绕组的5相电流，进行驱动。同样，也可 以改变接线而成为三角形接线。此外，关于图77、图80所示的各个绕组的电压，如图86所示那样， 相位、振幅因配置有绕组的槽而分别不同。如上所述，夹持两个定子i兹 极并反串联连接的5组的2个绕组的两端电压为同一振幅且相位相差72 。的平tf5相电压。另外，在上述状态下，与各绕组的连接方法无关，各绕组的绕组系 数为COS ( (180° -144° )/2) =0.951,是良好的值，相比图77以及 图78的关系，大幅地改善。在本发明电动机为奇数相的情况下，不存在具有电角度为180°相 位差的槽，但是，将2个绕组反向巻绕在更接近180°的位置，从而能 够实现效率较高的驱动。在5相电动机的情况下，只要夹持2个或3个 定子磁极而将同一相的绕组反向巻绕即可。在7相电动机的情况下，只 要夹持3个或4个定子磁极而将同一相的绕组反向巻绕即可。即使是夹 持2个定子磁极的结构，与配置在1个定子磁极的两侧相比，效率也非 常好。另外，对于其他奇数相的电动机以及偶数相的电动机也得到同样 的效果。此外，5相、7相、9相、11相等奇数相是较大的素数，所以，消 除作为电动机整体的各相的高次谐波的概率变高，能够实现转矩脉动较 小的电动机运转。例如，3相电动机容易出现60。周期的高次谐波，6 相电动机虽然其程度会降低，但也会出现60。周期的高次谐波。对于4 相电动机来说，素数为2,容易产生较多的高次谐波，在设计电动机时 需要在降低高次谐波上下功夫。在这一点上，对于5相以及7相电动机 来说，由于几乎消除了低次的高次谐波，所以，容易降低设计电动机时 的高次谐波，能够实现转矩脉动较小、低噪音、低振动且高品质的电动 机。和在自动化或无人化的产业机械、生产线上所使用的电动机不同， 在用于汽车等接近人的听觉、触觉的部位时，电动机的平静性是很重要 的特性。另外，如先前所说明的那样，在电角度360。之间具有N(N为奇 数)个相位的定子;兹极组、并在定子》兹极组之间具有多个环状绕组的电 动机中，根据接线方法，能够减小绕组系数，可进行高效的运转。另外， 还示出了能够以星形接线来进行平衡N相的电压、电流的控制、电动机
的驱动。另外，如后所述，在定子磁极组之间具有1个环状绕组的电动机中， 各绕组电压并不是平衡N相电压，但是，(N-l)个绕组的星形接线和中心点的N个端子的平衡N相电压、电流驱动可如图93 (a)所示那 样。另外，(N-1 )个绕组的1个脱落后的三角形接线中，N个端子的 平衡N相电压、电流驱动可如图93 (b)那样。作为对电动机的绕组施加电压、电流来进行驱动的方法，有对各绕 组单独进行控制、驱动的方法、星形接线的N相驱动、三角形接线的N 相驱动、它们变形后的驱动方法等。在定子磁极组的相位的种类N是6以上的偶数的情况下，例如，在 图34以及图35的情况下N为6，将电角度相差180。的相位的2个绕 组61和64、 62和65、 63和66反串联连接，能够实现3组绕组的3相 星形接线，并能够用3相变换器进行驱动。这样，在N为6以上的偶数 的情况下，能够用N/2相的平衡交流变换器进行驱动。在N为4的情况下，能够将电角度相差180。的相位的2个绕组反 串联连接，但是，绕组的组为2个，不能构成3相以上的多相平衡交流电路网，需要制作特有的电路结构。在N为3的情况下，在图1和图71所示的电动机结构中，使电流 方向匹配地将流过同相电流的2个绕组串联连接，能够构成3相的星形 接线，并能够用3相变换器进行控制。在定子磁极组的相位种类N为5以上的奇数的情况下，如用图77 和图80的电动机结构所说明的那样，能够构成以固定规则连接而构成 的N组星形绕组，能够构成N相的多相平衡电路网，用N相的平衡交 流变换器进行驱动。具有能够以多相交流变换器高效运转的特征。另外，在这里叙述的 星形接线的结构的情况下，中心的连接部为各星形接线的端子的平均电 压，电位稳定或者使电位稳定化。并且，若将该电位稳定后的绕组的部芯间的电位变动，降低绕组和铁芯间的基于浮置电容的漏电流，并减轻 电磁障碍等问题。另外，上述绕组也能够连接为三角形接线，也能够用多相交流变换 器进行控制。但是，在此种情况下，存在三角形接线内的流过环形电流 的可能性，需要注意不产生电动机设计、制作上的不平衡性、变换器控 制上的不平衡等，例如不产生电动机的不平衡成分。因此，只要没有特 别的理由，通常多是使用星形接线。接着，在图86中表示本发明的电动机的例子。定子磁极组与图77和图80相同，有6个，是5相的电动机。861、 865是A相的定子磁极， 862是B相的定子磁极，863是C相的定子磁极，864是D相的定子磁 极，865是B相的定子磁极。867、 869、 86B、 86D、 86F是各定子磁极 间的绕组。应流向各绕组的电流的矢量为图79的B-A、 C-B、 D-C、 E-D、 A-E。当用分别用数学公式表示各相的电流iba、 Icb、 idc、 Ied、 UE时，设A相的旋转方向转子位置6r=0，则为式(31) ~ (35),如 图87所示。<formula>formula see original document page 62</formula>各绕组的电压VBA、 Vcb、 Vdc、 Ved、 VAE为式(36) 如图88所示。(40)<formula>formula see original document page 62</formula>从图88的电压特性可知，各绕组的电压并不是平衡的5相电压。 并且，图88的Vn是式(36) ~ (40)的平均电压。在此，假定对各绕 组进行星形接线，其中心点的电压为-VN，对各星形接线的端子电压进行计算时，为图^的VBAN、 VCBN、 VDCN、 VEDN、 VAEN。各星形接线的端子电压为平衡的5相电压。
其结果是，当对图86所示的电动机进行星形接线并与转子旋转同步地流过(31) ~ (35)的电流时，星形接线的中心点的电压为-VN， 变动较大，但是，各星形接线的端子电压为图89的VBAN、 Vcbn、 Vdcn、 Vedn、 Vaen。即，可以确认成为平衡的5相电压并且能够用5相变换器 高效地进行运转、驱动。并且，以5相电动机进行了说明，但是，关于5相以外的其他相数 的电动机，同样的关系也成立。图73的3相电动机也为同样的关系。接着，在图90中表示本发明的其他例子。881是A相的定子磁极， 是将图86的A相的定子磁极866与861合并后的形状。882是B相的 定子磁极，883是C相的定子磁极，884是D相的定子磁极，885是E 相的定子磁极。在绕组887中流过用图91和图92的矢量B-A所示的 电流，在绕组889中流过用矢量C-B所示的电流，在绕组88B中流过 用矢量D - C所示的电流，在绕组88D中流过用矢量E _ D所示的电流。 图91和图92的矢量A-E所示的电流lN不需要直接流向电动机。但是， 当对各绕组如图93 U)所示那样进行星形接线时，向其中心NN流入4 个绕组的总和的电流，该电流的负值是用上述矢量A-E表示的电流 IN。其结果是，不存在直接流过矢量A-E表示的电流lN的绕组，但是， 也可以i兌向电动 一几供纟合该电济u In。各绕组的电压与图88的特性不同，用(51) ~ (54)式表示。V =—V Xsin(0r) …(51)t)A OV =V —V Xsin(0r—72。) …(52)CBBA 0V =V —V Xsin(0r—144。)…(53)DCCB OV =V —V Xsin(0r—216° )…(54)EDDC O并且，将上述4个值相加后除以5后的值为图95的VN。V -(V +V +V +V +0)/5…(55)N BACBDC ED在这里，如图93(a)所示那样，对各绕组进行接线，中心的点NN 的电位V,为Vnn=-Vn. . . (56),当代入(51) ~ (54)式，对各端子电压VBAN、 VCBN、 VDCN、 VEDN 再进行计算时，各电压含有vnn,为图96所示的平衡5相电压。其结果是，当图90所示的电动机为星形接线、向4个端子和星形 接线的中心点NN与转子旋转同步地流过式(31) ~ (35)所示的电流 时，星形接线的中心点的电压为_ VN，变动较大，但是，能够确认各 星形接线的端子电压为图96的VBAN、 Vcbn、 Vdcn、 Vedn、 V丽，为平 衡的5相电压，能够用5相的变换器高效地进行运转、驱动。此外，以5相的电动机进行了说明，但是，对于5相以外的其他相 数的电动机，同样的关系也成立。另外，对于将图1的电动机的各2个 绕组如图7所示那样合并为l个绕组的电动机，也为同样的关系。另外，图86和图90所示的电动机的转矩和功率在计算上为完全相 同的值。接着，在图97中示出将本发明的5相的电动机的定子磁极的配置 作成更现实的形状的例子。图97在原理上是与图86的电动机相同的相 对的位置关系。但是，形状、配置等大幅不同，在特性上相差很大。951 和956是A相的定子;兹极，952是B相的定子;兹极，953是C相的定子 磁极，954是D相的定子磁极，955是E相的定子磁极。在绕组957中 流过用图91和图92的矢量B-A表示的电流，在绕组958中流过用矢 量C-B表示的电流，在绕组959中流过用矢量D-C表示的电流，在 绕组95A中流过用矢量E-D表示的电流，在绕组95B中流过用矢量A -E表示的电流。与图86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。该剖面5BD 5BD表示在图98中。由于图97的纵轴表示转子轴 方向，所以，该剖面5BD 5BD相对于转子轴方向成为斜面，但是，相 对的大小关系没有变化。BY是定子的背扼，其转子轴方向长度为MTY， B相的定子磁极957的与转子相面对的部分的长度MSY大于MTY/5, 在图97和图98中，也大于2xMTY/5。因此，通过定子磁极957的磁 通量的旋转变化率变较大，能够期待较大的转矩。另外，从定子磁极957 的转子表面附近至背扼BY的磁路的粗细MJY与定子磁极前端的MSY 相同，难以产生》兹饱和。与图38的》兹路54SB相比为2倍以上的大小。 另外，在B相的定子磁极和E相的定子磁极之间配置有图98的绕组 958、 959、 95A，直到定子磁极的与转子相面对的开口部，从而难以产 生和其他相的定子磁极间的漏磁通量。在图97所示的各相的定子》兹极 之间同样地配置各绕组，极力降低其他相的定子磁极间的漏磁通量。绕组为在转子轴方向具有凹凸的绕组形状，成为图76的绕组所示的结构， 能够得到同样的效果。作成图97和图98所示的结构的电动机，由此， 获得较大的转矩。接着，在图99中示出本发明的其他例子。该电动机相当于将图86 的5相的电动机变换为4相后的电动机。A21和A25为A相定的子磁极， A22为B相的定子磁极，A23为C相的定子磁极，A24为D相的定子磁 极。在绕组A27中流过图100的矢量B-A表示的电流，在绕组A29中 流过矢量C - B表示的电流，在绕组A2B中流过矢量D - C表示的电流， 在绕组A2D中流过矢量A - D表示的电流。图101是对各绕组进行星形接线后的图，各绕组的电压如5相的图 88的例子那样，各相的电压振幅并不恒定，但是，端子间电压为平衡的 4相电压。4相的星形接线的制约条件仅是4线的电流之和为零，可进 行在各相的电流上附加高次谐波成分的控制等。另外，保持2相的正交 关系，同时，对于其他2相，使相位旋转45。，可进行降低转矩脉动等 的改良。此外，这种改良不能够用将图"的绕组中的具有180°相位差 的绕组反串联连接后的构成2组绕组的方法实现。另外，关于各定子磁 极和绕组的配置、结构，也可如图97、图98那样进行变形。接着，在图102和图103中表示本发明的其他例。A41是A相的定 子磁极，是将图99的A相的定子磁极A21和A25合并后的形状。A42 是B相的定子磁极，A43是C相的定子磁极，A44是D相的定子磁极。 在绕组A47中流过图100的矢量B-A表示的电流，在绕组A49中流过 矢量C-B表示的电流，在绕组A4B中流过矢量D-C表示的电流。图 91和图92的矢量A-D表示的电流lN不需要直接流向电动机。但是， 当将各绕组如图103那样进行星形接线时，向其中心NN流入3个绕组 的总和的电流，该电流的负值为上述的矢量A-D表示的电流lN。其结 果是，虽然不存在直接流过矢量D-E表示的电流lN的绕组，但也可以 说向电动机供给该电流In。图102的电动机相对于图99的电动机，绕 组少一个，所以，具有铜损降低的效果。当考虑在同一空间配置绕组时， 绕组阻抗值变为3/4,阻抗本身从4个减少到3个，所以，总计能够将 铜损减少到9/16。另外，各定子磁极和绕组的配置、结构也可如图97 和图98那样进行变形。
接着，在图104和图105中表示本发明的其他例子。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是D 相的定子磁极。将图102的绕组A49分离为2个绕组A69、 A6B。并且， 作成图105那样的星形接线。在绕组A67中流过图IOO的矢量B-A所 示的电流，在绕组A69、 A6B中流过矢量C-B所示的相位的电流，在 绕组A6B中流过矢量D-C所示的电流。绕组A69、 A6B的巻绕数为其 他绕组的巻绕数的1/2，能够取得电压振幅的平衡。另外，关于各定子 磁极和绕组的配置、结构，也能如图97、图98那样变形。接着，在图106和图107中表示本发明的其他例。该定子磁极的配 置结构是将图28所示的6相的定子磁极的配置结构变换为4相、将定 子磁极间的绕组如图27的结构那样变为2个的例子。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 的定子磁极。将相位相差180°的定子^f兹极在转子轴方向相邻配置，由 此，成为在图106中空着的空间中从各相的定子磁极在转子轴方向容易 延长的结构。在绕组A87中流过相当于图107(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o此时，也可以将绕组A87和A88合并为1个绕组，通上图107(b) 所示的矢量C-A的电流，将绕组A89和A8A合并为1个绕组，通上图 107 (b)所示的矢量B-C的电流，将绕组A8B和A8C合并为1个绕 组，通上图107 (b)所示的矢量D-B的电流。该方法能够使铜损降到 约5/6。图108所示的定子磁极和绕组的配置结构是对图106的配置结构改 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。和图106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，由于能够将来自转子的磁通量有效地通向定子侧，使其与绕组交 链，所以，能够期待产生较大的转矩。在绕组AA7中流过相当于图110 (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，并流过相当于2x (B-C)的矢量的电流，在绕组AAB中
流过相当于矢量D-B的电流。利用这种的结构，能够使3个绕组的3 个电流的相加电流始终为零。为图110 (a)的矢量C-A、 D-B、 2x (B-C)的关系。并且，作成图111所示的星形接线，由此，能够使用 3相变换器。TE、 TG、 TF是星形接线的端子。各绕组的电压的例子具有图110 (b)示出的特性，E为绕组AA7 的电压，G为绕组AAB。关于绕组AA9的电压，由于以磁通量不交链 的方式在该绕组中流过2x (B-C),所以，由于磁通量的时间变化率 而产生的电压基本上为零，如图110 (b)的F所示那样稍微存在由其他 绕组阻抗的电压降和由漏磁通量的时间变化率产生的电压。由于大体为 3相电压且3个端子的电流之和为零，所以，可用3相变换器进行驱动。但是，严格地说，这种状态的3端子TE、 TG、 TF的端子间电压从 图110的(b)可知为2: 2: 2.828的关系，并不是平衡3相交流电压。 在该意义上，将更有效地使用3相交流电压、电流的方法表示在图112 和图113中。在图112中，电流矢量B21、 B22、 B23、 B24是彼此相位 差为120°的3相矢量。由矢量B21和B22合成矢量C-A。由矢量B23 和B24合成矢量D-B。矢量B25在图113的接线上和矢量B21、 B23 为同一振幅。其结果是，需要重新计算图111的各绕组的巻绕数，以与 图112的电流矢量一致。在该例中，相对于绕组AA7的巻绕数，绕组 B31、 B33的巻绕数为0.8165倍，B82、 B84的巻绕数约为0.3倍，AA9 的巻绕数为0.866倍即可。若为这种结构，图113的端子TE、 TF、 TG 的电流为3相平衡电流，能够用3相变换器高效地进行运转、驱动。另 外，关于此时的各绕组的配置，取代绕组AA7而配置B31、 B32这两个 绕组，取代绕组AA9而配置B35,取代绕组AAB而配置B33、 B34即 可。另外，作为绕组的其他连接方法，图103那样的绕组结构当然也可 以。此时，需要4相的变换器。图108的定子磁极的剖面4GD 4GD成为图109所示的形状。该电 动机与图106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。BY是定子的背扼，其转子轴方向长度为MTZ, B相的定子磁极 AA1的与转子相面对的部分的长度MSZ比MTZ/4大，在图97和图98 中，是接近2xMTZ/4的值。因此，通过定子磁极AA1的磁通量的旋转 角变化率较大，可以期待较大的转矩。另夕卜，从定子磁极AA1的转子表
面附近至背扼BY的磁路的粗细MJZ与定子磁极前端的MSZ相同，难 以产生磁饱和。与图29的定子磁极144的磁路宽度WDT相比较，为2 倍以上的大小。另夕卜，在B相的定子磁极和D相的定子》兹极之间配置有 图109的绕组AA7、 AA9、 AAB,直到定子^t极的与转子相面对的开口 部，成为难以产生和其他相的定子磁极间的漏磁通量的配置结构。在图 108所示的各相的定子^f兹极之间各绕组同样地配置，成为极力降低其他 相的定子磁极间的漏磁通量的结构。绕组成为在转子轴方向具有凹凸的 绕组形状，也就是，为图76的绕组所示的结构，能够得到同样的效果。 作成图108和图109所示那样的结构的电动机，由此，能够得到较大的 峰值转矩。另外，关于图108的定子磁极的形状，图示了接近长方形的特殊的 形状，但是，也可以进行各种变形。例如，在转子轴方向层叠电磁钢板 来使用的情况下，在材料上以及使用电磁钢板的制作上，图108所示的 各定子磁极的形状是长方形的形状容易进行电磁钢板的压制沖孔制作 和电磁钢板的层叠。另一方面，利用金属模具以冲压成型制作压粉磁心 的情况下，定子磁极的形状的自由性变高，图108那样的曲面形状比较 适合冲压成型。接着，对图35所示的本发明的6相的电动机的电流、电压进行说 明。关于该电动机，已示出在某个绕组和相差180°相位的其他绕组 中流过反向的电流，并将绕组反向串联连接，由此，能够用3相变换器 进行控制、驱动。作为与该方法不同的电动机的构成法，具有图114~ 图118的结构或者图119、图120的结构。图35的各绕组61、 62、 63、 64、 65为图115的星形接线，包括中 心点NN在内，作成6个端子Ta、 Tb、 Tc、 Td、 Te、 TN。在上述各绕 组中分别流过图116的Ia、 Ib、 Ic、 Id、 Ie，对端子TN流过In。并且， 各绕组的电压为图117的Va、 Vb、 Vc、 Vd、 Ve， 5个电压相加后除以 6的值为Vn。并且，当将-Vn作为星形接线的中心点NN的电位来求 取各端子的电位时，成为图118的Van、 Vbn、 Vcn、 Vdn、 Ven、 Vnn。 其结果是，对该图115的星形接线的6端子施加6相的电压、电流，从 而能够高效地驱动图35所示的电动机。并且，能够将6相变换器用于 其驱动。接着，对在图34所示的N为4以上的偶数相的电动机中，消除电 动机的各相的高次谐波成分来实现转矩脉动、振动以及噪音较小的电动机的方法进行说明。在图119中，矢量a、 c、 e为原来的矢量，流过3 相平衡电流，另一方面，矢量b、 d、 f在顺时针旋转方向CW旋转30。 而为矢量ab、 cd、 ef，流过3相平tj"的电流。作成这种构成，由此，相 对于转矩脉动等高次谐波成分，能够得到如12相的电动机那样的效果， 能够实现转矩脉动、振动以及噪音较小的电动机。此时，图35的各定 子磁极也同样，使3相的相位分别相差电角度120°的定子磁极组在圆 周方向移动电角度30。。此外，在上述的说明中，使3相的电流和3相 的定子磁极这两者变化，但是，仅使一个变化也能够得到相应的效果。此外，关于变换器的相数和成本关系，在驱动较大的输出容量的电 动机、例如50kw以上的电动机的情况下，多是并联使用功率晶体管， 即使相数例如从3相变为6相，增加到即2倍，功率晶体管的数量也没 有变化，成本负担较小。另外，当相数较大时，具有能够降低电动机的 高次谐波成分并能够减小转矩脉动等优点。相反地，在kw以下的电动机的情况下，变换器的成本多是因元件 数而变动，当相数较大时，不利于节约成本。因此，在该情况下，在驱 动较小容量的电动^L时，优选3相交流驱动。接着，示出本发明的其他例子。图27的电动机是在转子轴方向相 邻的定子磁极组彼此具有180°的相位差的电动机，在电角度360°之 间具有6种相位差，由7个定子磁极组构成。在定子磁极组之间分别配 置有2个绕组。这2个绕组合并为1个绕组，由此，将在上述两个绕组 中流过的电流值算术相加，并流过相加值的电流，从而能够实现等效的 电动机。此时，除了上述两种电流值以同一相位、同一电流密度流过的 情况，能够降低铜损，并能够提高效率。另外，从图27的各定子磁极 开始用虚线描绘了在转子轴方向放大了定子磁极的一部分的图，如图29 的140、 141所示，能够放大与转子相面对的定子磁极的面积。另外， 也能够如图108、图109所示那样，使齿整体在转子轴方向突出，也能 够作成图29和图108、图109的中间的形状。另外，图27的定子A兹极 的例子是相数N为6的例子，但是，在N为4以上的偶数时，也能够构 成同样的形状。图28所示的电动机是将图27的电动机的转子轴方向两端的定子磁 极合并到一侧、且将定子》兹极间的两个绕组合并为l个绕组的例子。在
该图28的结构中，也能够使定子磁极间的绕组为2个。图106、图107 是该4相的例子，将流过同相的电流的绕组A87与A89反串联，将绕组 A8A、 A8B反串联，成为其他绕组A87、 A8C和4种绕组星形接线，能 够用4相变换器进行平衡较好的驱动。接着，在图121中表示本发明的其他例子。J1C为转子轴，是转子 轴的左侧半面的剖视图。在转子轴上磁隔离地配置有两个转子，Jll和 J12为第一转子及其永久磁铁，J13和JJ14为第二转子及其永久磁铁。 各永久磁铁如图2所示那样，N极和S极在圆周上交替地配置。J25是 A相的定子磁极，J26是C相的定子磁极，J27是B相的定子磁极，J28 是D相的定子磁极。J29是以A相、C相的磁通量交链方式配置的环状 绕组，J2A是以B相、D相磁通量交链方式配置的环状绕组。J2B是用 于两定子芯之间磁隔离的隔离物，是非磁性体。C相磁通量(])C通过磁 路J2C，磁通量4)B通过磁路J2D。关于电磁上的配置关系，虽然形状 不同，但是，与图106、图108相同，成为不需要相当于绕组A89、 A8A、 AA9的绕组的结构。因此，能够降低铜损，实现小型化。另外，关于图 121的定子芯、绕组，也能够如图108那样进行变形，能够实现更高转 矩化。在图121中，转子和定子侧这两者在转子轴方向磁隔离，但是，在 忽略各转子、定子间的漏磁通量的单纯理论上的考虑上，只要转子和定 子的一侧被隔离，则2组转子、定子能够在电磁上独立地作用。图122 是转子侧在磁隔离的结构，是定子侧去除隔离物J2B并将2个定子紧贴 的结构。J15是A相的定子磁极，J16是C相的定子磁极，J17是B相 的定子磁极，J18是D相的定子磁极。此时，在磁路J1B的部分通过C 相的；兹通量(J)C和B相的》兹通量(J)B,对于cf)C和4)B来"i兌，相位相差 45。,所以，与图121的磁路J2C、 J2D相比较,能够使磁路减小到0.707 的粗细。因此，能够使电动机小型化。另外，关于图121的定子芯、绕 组，也能够如图108那样进行变形，能够实现更高转矩。接着，在图123、图124中对6相的电动机进行说明，转子侧3个 磁隔离、定子侧的芯在背扼部，其各相的芯连接在一起。B31是A相的 定子磁极，B32是D相的定子磁极，B33是F相的定子磁极，B34是C 相的定子磁极，B35是E相的定子磁极，B36是B相的定子磁极。K6D 和K61是第一转子及其永久磁铁，K6E和K62是第二转子及其永久磁 铁，KF6和K63是第三转子及其永久磁铁。A相的磁通量通过磁路KJ6， B相的f兹通量通过K6K。另一方面，在配置于定子内部的；兹3各K6G通 过D相和F相的磁通量，作成使这两磁通量的相位差变大的组合，所以， 两相位差为电角度120。 ， D相和F相的磁通量的合计为与1相的磁通 量相同的大小。因此，尽管2相的磁通量通过K6G,但是和A相的磁通 量通过的磁路K6J相同的粗细即可。关于磁路K6H也同样，C相和E 相的磁通量通过，两磁通量的相位差为电角度120° ,磁路K6H的粗细 与A相的；兹通量通过的；兹路K6J相同的粗细即可。这样，通过对转子的 结构、配置进行研究，从而能够使定子磁极的一部分小型化，能够实现 电动机的小型化、低成本化。另外，关于图121的定子芯、绕组，也能 够如图108、图109那样进行变形，能够进一步实现高转矩化。接着，在图125、图126中示出本发明的其他例。B51是A相的定 子磁极，B52是C相的定子磁极，B53是E相的定子磁极，B54是B相 的定子磁极，B55是D相的定子磁极。图126是表示电流、磁通量等的 矢量的图，A、 B、 C、 D、 E是表示基本的5相的矢量。在绕组B57中 流过C-A的矢量电流，在绕组B59中流过E-C的矢量电流，在绕组 B5B中流过B-E的矢量电流，在绕组B5D中流过D - B的矢量电流。 将各矢量如图127那样排列而为这种星形接线时，在中心NN流过A-D的矢量的电流。此时，各绕组的关系是与图90~图96示出的关系相 同的关系，能够用5相变换器高效地运转。并且，由于使和相邻的定子 磁极的相位差为144° ，所以，如图157的虛线所示那样，易于扩大与 转子表面对置的定子磁极，能够生成更大的转矩。另外，作为图125的变形，也能够实现6定子磁极、5绕组的5相 的电动机。另外，关于图121的定子芯、绕组，也能够如图108、 109 那样进行变形，能够实现更高转矩。接着，在图128中表示本发明的其他例。B91是A相的定子磁极， B92是B相的定子磁极，B93是C相的定子磁极，B94是D相的定子磁 极，B95是E相的定子磁极，B96是F相的定子磁极。在这种配置、结 构中，转子使用图121那样的磁气地绝缘的2个转子。并且，用B91、 B93、 B95构成一个3相的电动机，用B92、 B94、 B96构成另一个电动 机，是两个电动机被复合后的结构。在绕组B97中流过在图129的矢量 图中用C-A的矢量表示的电流，在绕组B98中流过用E-C的矢量表
示的电流，在绕组B99中流过用F-B的矢量表示的电流，在绕组B9A 中流过用D-F的矢量表示的电流。作成这种结构，由此，能够将在图1、 图2、图7所表示的电动机2个并联地进行驱动。并且，由于这两个电 动机相位相对地相差60。，所以，能够构成具有6相的电动机的特性并 降低转矩脉动的电动机。另外，如图129所示，省略的绕组、电流是D -B、 F-B的矢量的电流，相互反方向而被抵消。其结果是，由于整个 电流在转子轴方向产生的磁动势为零，因而在转子轴方向不产生磁动 势，不用担心电动机周边部件的磁化等，也消除吸附周边的铁粉的问 题。接着，说明本发明的其他例。在图125中对5相的电动机的配置结 构进行了说明，但是，在7相的电动机的情况下，配置A、 B、 C、 D、 E、 F、 G相这7相的定子磁极。在7相的情况下，l相的电角度的宽度 为51.43° ,接近180°的磁极宽度的整数值为3，为3 x 51.43=154.3° 。 因此，在以图125的电动机的想法扩展为7相时，最好是相邻的定子磁 极的相按跳过2相的A、 D、 G、 C、 F、 B、 E相的顺序在转子轴方向并 排。在这种结构时，能够增大各定子磁极的发生转矩，转子轴方向为凹 凸形状的环状绕组的配置也比较容易。接着，在图130中表示本发明的电动机例子。在本发明的各种电动 机中，由于各相的定子磁极没有配置在同一圆周上，所以，因某些原因 而有可能发生转矩脉动。作为其原因，存在由各相的定子磁极的配置顺 序引起的原因、和由转子轴方向两端与两端以外的转子的条件差异引起 的原因。作为降低由这些转矩脉动引起的转矩脉动的方法，将圆周方向 划分为多个，通过相互调换而能够消除高次谐波成分。图130示出了将图108的电动机的定子磁极、绕组的配置以电动机 的半周调换的结构。DD1是A相的定子磁极，DD2是C相的定子磁极， 在图130的右侧，将配置换到转子轴方向的相反侧，DD9、 DDB是A 相的定子磁极，DDA是C相定子磁极。DD3是B相定子磁极，DD4是 D相定子磁极，进行调换，DD5、 DD7是B相定子磁极，DD6、 DD8是 D相定子磁极。各相的定子磁极配置在电角度相同的相位，但是，定子 的中央部和转子轴方向端的关系反转。具体地说，A相的定子磁极DD1 的带圆角的接近绕组DDC的部分位于定子的大致中央部，但是，DD9 就DD9而言，在转子轴方向端，位于图130的下端。这样改变转子轴 方向的位置，从而消除转子、定子的转子轴方向端的电磁作用、以及中 央部的电磁作用。其结果是，能够降低转矩脉动、进行稳定的转矩输出。 此外，在图130中，由于调换定子磁极而产生空闲空间，但是，该 空间也可以有效利用于通过配置稍微小的定子磁极等方法来产生转矩。在图130中，对4相的例子进行了说明，但是，在为A、 B、 C这3 相的情况下，能够用调换A相、B相、C相的顺序、配置的方法来降低 转矩脉动。接着，对像能够得到由永久磁铁带来的转矩和利用所谓的软磁性体 的磁阻转矩那样的、图14~图16所示的磁铁埋入结构的转子、图17所 示的磁铁插入型转子、图21、图22、图34、图35、图42、图43等所 示的定子的组合的电动机进行说明。此外，关于各种形状的转子，各自 的特性、特征不同，按用途分开使用。另外，相对于这些转子，图21、 图22所示的表面磁铁型的转子具有所使用的永久磁铁的特性，是电动 机内部的大致的磁通量分布确定的结构，定子各绕组产生的磁动势对电 动机内各部的磁通量密度给予的影响少，所谓的磁铁转矩较多、上述的 》兹阻转矩较少。如上所述，图73所示的所谓的集中巻绕的定子磁极宽度是电角度 约为120° ,具有在圆周方向难以生成正弦波状的磁动势分布的面。因 此，在图14~图17那样的转子的情况下，有时不能够充分得到磁阻转 矩。另外，有可能使齿槽转矩、脉动转矩也变大。另外，还存在利用转 子的软磁性部的磁特性的恒定输出控制困难的问题。但是，本发明的图35等所示的定子中，在圆周方向能够以电角度 为60°的比较小的离散性配置定子磁极，并且，控制作用于各定子磁极 的磁动势的大小、绕组电流的振幅和相位，从而能够生成平滑的旋转磁 场，与图14~图17所示那样的转子组合，能够得到较大的转矩。另外， 利用与转子的旋转位置相应的自由的磁动势控制，能够实现由图74所示的定子得到的恒定输出控制。另外，因平滑的旋转磁场，比较容易降 低齿槽转矩、转矩脉动。另一方面，在图74所示的定子中，槽的开口部较窄，3相绕组的配 置容易变复杂，所以，具有绕组的占空因数较低、绕组的组装性较差、 线圈端较长、电动机容易变大等问题。本发明的在图35等示出的定子
如上所述，能够减少绕组数量，因而能够降低铜损，由于绕组为简单的 环状绕组，因而制作容易，由于没有如图73和图74所示的定子那样在 轴方向配置的绕组，因而多极化，也不会减小绕组配置剖面积，能够实 现由多极化带来的高转矩化，由于没有线圏端，所以，具有能够使电动 机小型化等特征。此外，作为软磁性体，能够使用电磁钢板或对粉状的软磁性体表面 实施电绝缘并压固而成的压粉磁心等。接着，对本发明的图35等示出的定子和图74所示那样的同步磁阻 电动机的转子的组合的电动机进行说明。此外，该转子的狭缝部58的 空隙部也可以为非》兹性体，也可以以高转矩化等目的而插入永久》兹铁。将图73所示的所谓集中巻绕的4极的定子和图74所示的4极的转 子组合后的特性存在产生较大的转矩脉动的问题。通过和图74的定子 的组合能够得到良好的特性是众所周知的，但是，具有上述定子的问 题。特别是，同步磁阻电动机具有如下优越特征由于不使用永久磁铁 等高价构件或者用少量的永久磁铁能够实现，所以成本低；由于能够进 行励磁弱控制，所以能够实现低输出控制。但是，图74的电动机的上 述问题使该电动机的竟争力下降。但是，与本发明的图35等所示的定子磁极组合，从而能够组合同 步磁阻电动机的转子的特征和本发明的图35等所示的定子的上述特 征，能够实现优越的电动机。接着，对本发明的电动机的转子结构进行说明。图Bl表示转子的剖面图。层叠图131 U)所示的电磁钢板而构成转子磁极。D13是转子轴， D12是支承转子的各磁路的支撑构件，是非磁性体。Dl是如图132(a) 所示的弯折形状的电磁钢板，平行于转子轴而配置，层叠形状类似且尺 寸不同的电磁钢板，形成8极的转子磁极。上述层叠的电磁钢板的彼此 的间隙成为空间或者配置有非》兹性体构件，增大由电；兹钢板制作的各》兹 路间的磁阻，减小从转子磁极至相邻的转子磁极的磁阻，增大电动机的 d轴电感Ld，同时，增大从转子f兹极边界部至相邻的转子》兹4及的边界部 的》兹阻，减小电动机的q轴电感Lq。此外，上述空间的间隙或非》兹性体 构件也可以按照多张电》兹钢板配置。在图131所示的转子结构中，虽然没有图示各电磁钢板的固定方 法，但是，能够使用由螺栓固定在转子轴上的方法、用粘结剂固定的方 法、用树脂浸渍的方法的各种方法进行固定。在该图中，仅示出了电磁 性的要件。此前所示的本发明的电动机多是这样的结构各相的磁通量不仅通向圆周方向、径向方向，也通向转子轴方向。在这一点上，图131、图 132所示的形状的电磁钢板中，即使磁通量通向转子轴方向，也能够使 磁通量沿电磁钢板的形状通过，因而能够使向转子轴方向的磁通量容易 通过，成为特別适于本发明的定子结构的磁路形状。另外，也可以进行 使电磁钢板的张数增加的方法、使转子表面的外形形状根据各磁极作成 圆形形状等的改良。在应用这种磁阻转矩的电动机中，为了降低转矩脉 动，与这种电动机外形相关的改善很重要。作为用图132 (a)所示的电磁钢板构成图131的转子的问题，存在 如下问题在以高转矩旋转过程中，在转子表面附近，磁通量以在转子 方向变化的方式进行作用，产生由在电磁钢板的厚度方向进行增减的磁 通量引起的涡流，产生涡流损失。为了解决该问题，下述方法有效，即，如图132(b)所示，为了降 低涡流，在电磁钢板的位于转子表面附近的部分设置极细的狭缝。这 样，对于极细的径向方向的狹缝来说，在磁通量上、在针对离心力的强 度上问题都较少。此外，在图131的转子结构中，施加在高速旋转的转子各部分的离 心力成为强度上的问题。由于该转子结构是稍复杂的结构，所以，在高 速旋转的用途中，需要转子的强化对策。另外，在将图131的电动机结 构变形为外转子型的情况下，也能够在转子的外周侧配置牢固的环状的 钢材，离心力的问题被减轻。接着，关于提高具有图131和图132所示的转子的电动机的转矩的 方法，用图133进行说明。例如，具有如下方法，即如D31所示，将 图示那样的方向的永久磁铁D31、 D32配置在各定子磁极上。此时，需 要使在相反方向配置在磁极上的磁铁的方向为相反方向。在图131所示 那样的转子中，在大电流时向电磁钢板的层叠方向的漏磁通量导致功率 因数下降，使转矩降低，但是，追加永久磁铁D31,从而补偿这些漏磁 通量。另外，永久磁铁D31也具有积极地供给转矩磁通量的效果，能够 实现转矩的增加。
另外，例示了永久磁铁D31插入在电磁钢板的大致整个表面的例 子，但是也可以如D32所示的永久》兹铁那样，在电》兹钢板间的一部分配 置较短的磁铁。另外，即使不在整个各电磁钢板之间配置永久磁铁，配 置部分的永久磁铁也能够得到相应的效果。也可以根据电动机所要求的 特性、电动机的制作性、磁铁的种类以及特性等进行配置。另外，组合由图18所示的突极状的软磁性体构成的转子和图35等 所示的定子，也能够实现坚固、高速旋转控制容易的电动机。此外，转 子的突极形状并不特别限定，也可以进行在转子内部附加狭缝或者附加 永久磁铁等的变形。接着，对组合图35等所示的定子和图19所示的感应电动机的转子 而成的本发明的电动机进行说明。对于图19所示的转子来说，存在导 体170以铝的压铸成型所制成的情况和将铜制的棒材插入到槽中的情 况。都是以各绕组的线圏端部短路而流过感应电流的方式制作。另外， 也可以用构成定子的绕组的、表面被绝缘的铜线构成转子的2次导体。 一般地，感应电动机广泛使用图74所示的定子结构和图19所示的转子 结构，并具有如下等特征坚固，由励磁减弱引起的恒定输出控制的性 能优越，能够利用电磁接触器的开闭简便地驱动50Hz、 60Hz的商用电 源。但是，如对图74所示的定子所进行的说明那样，存在一些问题， 存在效率、生产性、电动机尺寸、成本的问题。但是，通过对图35等所示的定子和图19所示的感应电动机的转子 进行组合，从而能够具有感应电动机的特征，并且，解决定子的上述问 题，因而能够实现优越的感应型的电动机。另外，图57所示的转子具有在图17所示的转子上追加感应绕组 172、 173的结构。在这种同步电动机的转子上追加感应绕组172、 173， 从而能够以50Hz、 60Hz的商用电源的接通、断开来使电动机启动、停 止，在通常运转时，作为同步电动机能够高效地运转。171是永久磁铁， 170是软磁性体。另外，对图14~图18所示的转子也可以追加感应绕 组的172、 173。另外，感应电动机的另一个问题是流过转子的2次导体的感应电流 产生的2次铜损的发热，使电动机效率下降，根据用途，转子的温度上 升成为问题。在图58表示解决该问题并降低转子的2次铜损的电动机。 图58所示的定子176和图21所示的定子14相同。此外，图58所示的
定子的绕组177能够如图35所示的定子那样变形，从而也能够降低定 子的绕组部的发热，可降低铜损。图58所示的转子是将图34的定子的 结构内径和外径反过来进行制成而成的转子，绕组178~183是通上感 应电动机的2次感应电流的环状的被短路的绕组。绕组178 ~ 183巻绕 数从l匪至数匪能够自由选择，在以铝压铸制作该绕组时，成为1匪的 短^各绕组。图58所示的电动机的特征在于定子和转子都使用环状的绕组。如 上所述，具有如下等特征由于能够减少绕组数量，所以，能够降低铜 损，由于绕组是单纯的环状绕组，所以，制作容易，由于没有如图73 和图74所示那样配置在轴方向的绕组，所以进行多极化，由于不会减 小绕组配置剖面积，所以能够实现由多极化带来的高转矩化，由于没有 绕组端，所以能够使电动机小型化。特別是在多极化的情况下，相比图 19所示的转子，图58所示的转子能够减小转子侧的铜损。另外，在图58所示的电动机中，由于明示了定子和转子为同一想 法的结构，所以，作为相同的齿数、相同的槽数进行了图示，但是，在 类似形式的定子和转子的组合的情况下，存在容易发生转矩脉动的问 题。在该意义上，期望在图58所示的电动机中，定子和转子的齿数、 槽数、绕组数为不同的值。接着，对组合(31)式的Nss=PsxNs中相数为3的定子结构、即 Nss=3 xPn的结构的定子和图14~图19以及图57所示的转子而成的电动机进行说明。如上所述，在这些转子表面含有软磁性体，是利用定子 的电流来改变转子的磁通量分布容易的结构，是从定子在圆周方向施加 正弦波的磁动势分布时有效地进行作用的结构的转子。另一方面，图35 等所示的6相的定子在圆周方向的磁动势分布为60°间距，由于离散性 小，所以，能够比较高精度地在圆周方向施加正弦波的一磁动势分布，和 图14~图19以及图57所示的转子组合，能够有效地进行驱动。在此， 当将图35所示的定子结构变形为3相时，由于定子的离散性增大到2 倍即120° ,所以，当驱动图14~图19以及图57所示的转子时，产生 平均转矩减少或者转矩脉动增加等问题，存在不能够有效地驱动这样的 问题。但是，作为其对策，将定子的磁极形状SPS作成如图39所示那 样的形状，从而能够使定子内周的定子磁极形状SPS的内周方向的面积 分布4妄近正弦波分布，能够在转子的圆周方向施加正弦波分布状的^f兹动 势，能够更有效地驱动转子。另外，由于要使施加在转子上的磁动势分布为在圆周方向上为正弦 波分布，所以，如图40所示那样，将转子的径向形状作成转子磁极边 界部为凹状的形状的方法、或者使定子磁极的圆周方向两端为相对定子中心的半径较大的形状并且使两端部相对图23所示的定子磁极形状在外径侧为平滑的形状的方法是有效的。另外，也可以对这些方法进行组 合。如上所述，图35所示的定子在性能上优越，但是，由于相数较多， 所以，结构稍微变复杂。在这一点上，使图35所示的定子为3相并使 定子内周的定子磁极形状SPS的圆周方向的面积分布为正弦波分布的 结构，能够使圆周方向的磁动势分布为正弦波，所以能够有效地驱动图 14~图19以及图57所示的转子，能够简化定子，并且，实现有效的驱 动，能够使低成本和高性能并存。此外，对于将图35所示的定子变形为3相并使定子磁极形状SPS 为图39所示的形状的定子的结构以及各部形状来说，与在图1所示的 结构的定子中使定子磁极的内周面形状SPS为图11 ~图13的形状或者 图39的定子磁极形状的情况相同。接着，使用图59对将定子和转子的内径侧、外径侧的关系反过来 且外径侧进行旋转的所谓的外转子电动机的形状进行说明。187是配置 在内径侧的定子，在其内部配置有环状的绕组189~ l94。示出了这些绕 组在1个槽中配置2组绕组的例子，但是，也能够如图34、图35那样 合并绕组。186是支撑转子且自由旋转的轴承，185是转子的输出轴， 203是转子。195是固定在转子的内径侧的永久磁铁，对于在圆周方向 直线展开的形状来说，内径和外径不同，但具有图22 (b)所示的永久 磁铁12那样的形状。图59所示的电动机除了具有能够使外径侧旋转的 特征，还具有能够增大输出的特征。其原因在于，由于直至电动机的内 径侧能够有效地构成电磁回路，所以，能够将绕组189- 194的剖面积 比图21的电动机的绕组41 ~52更宽地取得，能够增大通电电流，在电 动机中发挥电磁作用的磁通量的量中，由于永久磁铁195相比图21所 示的永久磁铁12配置在外径侧，所以，电流、磁通量都变大，能够增 大输出转矩。但是，图59所示的外转子电动机根据所使用的用途、所 使用的周围环境也存在问题。例如，在图59中，虽然未图示电动机壳，
但是也存在需要的用途，另外，需要在转子轴承的配置上下功夫，转子 轴刚性变低的情况较多。接着，图60示出了将图35所示的圆筒状的定子变形为圆盘状的电动机的例子。定子196、 231配置在由永久磁铁构成的转子194的轴方 向两侧。195是定子的壳体，由非磁性体构成。ll是由非磁性体构成的 转子轴，197是轴承。198 -202是各相的环状绕组，图61示出从转子 轴11的反负载侧观察到的定子196的配置图。237是第一相的定子磁 极，238是第二相的定子磁极，239是第三相的定子磁极，240是第四相 的定子磁极，241是第五相的定子磁极，242是第六相的定子磁极。各 相的定子磁极以具有电角度为60°的相对的相位差的方式配置。定子 196的各绕组198 - 202在图61中用同 一号码表示其配置关系。对于定 子231,从转子轴11的反负载侧观察到的配置关系和图61相同。另夕卜， 对于各定子^f兹极的形状来说，由于分别距电动机中心的距离不同，所 以，以定子》兹极的面积相同的方式来确定径向的宽度。从转子轴11的 反负载侧观察到的转子196的结构为图62,成为在圆周方向交替地配置 永久磁铁的N极243和S极244的8极的转子。此时，作用于转子196 的转子轴方向的电磁吸引力从定子196、 231两侧进行作用，所以，吸 引力被抵消，不会发生总和较大的转子轴方向的力、即较大的推力。关于图60所示的电动机的作用，虽然配置有包含各相绕组的定子 196、 231,但是，电磁作用和图35的定子相同。另外，定子磁极的形 状、环状绕组、转子等可变形为上述各种结构。也能够使定子196、 231 为不同结构的定子，例如，可以使一个定子为不含有绕组的软磁性体的 圆盘。也能够在定子196、 231的位置上配置2个转子，在转子196的 位置配置定子。另外，对相数、极数为6相、8极的例子进行了说明， 但是，能够自由地选择相数、极数，例如为3相、16极的相数、极数等。作成图60所示的电动机结构，由此，能够构成扁平、薄型的电动 机。另外，与图21、图35所示的电动机相比，能够配置相对较大的永 久磁铁，所以，能够增大针对绕组的交链磁通量，能够产生较大的转矩。接着，在图63中示出装配2个具有图35所示的配置构成的定子的 电动机而复合后电动机的例子。图63所示的电动机在点划线所示的水 平线的上侧、下侧装配2个电动机。图64与图35相同地，是直线状地 展开从转子侧观察图63的定子的定子内周侧形状的展开图。对于作为
图63所示的上半部分的电动机的定子磁极67、 54、 55、 56、 57、 58以 及环状绕组61-65来说，与图35所示的定子结构相同，是从图33所 示的电流矢量表示的平衡6相电流的绕组中省略了与电流矢量f相当的 绕组的结构，在转子轴方向产生该电流不平衡部分的磁动势。图63所 示的下半部分的电动机结构中，与图35的定子结构相比较，定子磁极 的配置顺序和通给环状绕组的电流顺序、极性相反，该电流不平衡部分 的磁动势在和上半部分的电动机在相反方向上产生。但是，图63的下 半部分的电动机产生的转矩的方向和大小与图63的上半部分的电动机 相同。此外，在图64所示的各环状绕组的左端示出的电流矢量a、 b、 c、 d、 e、 -a、 -b、 - c、 - d、 - e是通给各绕组的电流，是图33所示的 电流矢量。这样，组合2个电动机，从而能够消除各电动机产生的轴方 向f兹动势而抵消。因此，在轴方向使转子轴;兹化，由此，在电动机输出 轴上附着周边的铁粉、或者在转子轴上安装磁式的编码器而转子轴方向 磁动势成为问题等的这样的用途中有效。并且，将3个以上的电磁不平 衡的电动机配置在同轴上也能够保持电磁平衡。另外，在图63中示出了这样的例子用点划线所示的上下的电动 机的电磁作用相对于点划线所示的面为面对象的结构，因而即使作成各 定子紧贴的的结构，2个电动机之间的电磁干涉也少。但是，虽然用两 个电动机的其他结构来消除转子轴方向》兹动势，但在点划线的面中电》兹 上不成为对象的结构的情况下，也可以在两个定子间设置空间来进行磁 隔离。另外，即使是以由空间的有效利用带来的整体的小型化或者由部件 的共用带来的简化、低成本的目的，结合多个电动机的复合化也很有 效。在轴方向结合多个电动机的情况下，易于作成细长的电动机结构， 在径向结合多个电动机的情况下，易于作成较短且扁平的电动机结构。 例如，在径向组合两个电动机的情况下，在内侧配置外转子型的电动 机，在外侧配置内转子型的电动机，并使两个电动机的转子一体化，由 于内径侧电动机和外径侧电动机为显著不同的形状，所以，作成适于各 个形状的电动机类型，由此，能够作成在空间上、在电动机的输出密度 上有效的结构。成为上述那样复合化的对象的电动机的组合也可以是本 发明的电动积4皮此的组合或者本发明和现有电动机的组合，通过组合多 个电动机的长处和短处，从而有时也能够实现其用途的目的、性能。
接着，对将与转子轴平行地配置的电磁钢板配置在转子内部的图65所示的转子进行说明。图14所示的转子中，265是在转子轴方向层叠的 电磁钢板，266是软磁性体的转子轴。262、 263是永久磁铁，各永久磁 铁的极性以成为在转子外周侧图示的N极和S极的朝向的方式而朝向。 这种在图14所示的转子中，即使转子内的磁通量在圆周方向和径向发 生变化，在电；兹钢板内也难以产生过大的涡流。但是，在和图35所示 的定子组合并进行驱动的情况下，电磁钢板265的转子轴方向磁通量发 生变化，在旋转时，在电磁钢板265中产生大涡流，涡流损耗成为问题。 图65所示的横向剖视图的转子是在图14所示的电磁钢板265上在 转子轴方向设置孔并在该孔上配置层叠后的电磁钢板264的结构。层叠 后的电磁钢板264为图66所示的结构，层叠表面由绝缘体膜覆盖的薄 板的电磁钢板，在针对与层叠方向为直角的方向的磁通量进行增减时， 难以流过涡流，能够降低铁损。如图65所示那样配置的层叠电磁钢板 264的朝向与圆周方向近似成直角地配置，所以，即使磁通量在圆周方 向以外的方向、即转子轴方向和径向发生变化，也能够减小铁损。这样， 图65所示的转子以作为导磁磁路的层叠电磁钢板264、 265彼此交叉的 方式配置，因而即使转子磁极的磁通量在转子轴方向进行增减，也难以 产生涡流。其结果是，在组合图65所示的转子和图35等所示的定子而 成的电动机中，能够将由永久磁铁262、 263生成的磁通量有效地导向 图35所示的定子磁极67、 54、 55、 56、 57、 58,在旋转时也能够降低 涡流损失。此外，电磁钢板264层叠地配置，但是，层叠并不是必要条件，也 可以分割、分散地配置为了使磁通量通过所需的量的电磁钢板。另外， 也能够取代电磁钢板，即使采用将称为压粉磁心的软磁性体的粉末压固 而成的涡流较少的材料，也能够以低铁损在转子轴方向引导磁通量。另 外，转子的软磁性体部的整体也可以是压粉磁心。另外，关于图21所示的定子磁极形状和图35所示的定子磁极形状 示出了这样的结构，即，如图31所示的定子磁极形状那样使定子磁极 的转子轴方向宽度WDD比定子磁极的转子轴方向间隔WDP小。但是， 因更多地引导来自转子的磁通量来增大发生转矩的情况下，如图38所 示的定子磁极形状54SS那样，增大定子磁极的转子轴方向宽度WDX 的结构是有利的。但是，此时，图31的定子磁极前端部的径向厚度HD1
如图38所示的定子磁极前端部的径向厚度HD2那样，为了在转子轴方 向更多地通过磁通量而变大，因此，相邻的槽的剖面积变小，导线变细， 因此存在通电容量减少的问题。对于该问题，在组合图38所示的定子和图65所示的转子的情况 下，如上所述，在图65的转子内部，磁通量在转子轴方向容易地通过， 因而能够减小图38所示的定子磁极的径向厚度HD2，由于能够较大地 获取槽剖面积、导线剖面积，因而能够降低铜损，能够增加输出。此外，关于图14所示的转子，示出了电磁钢板264的追加，但是， 也可以对图15~图18等示出的其他种类的转子来进行。另外，关于所 追加的软磁性体的形状，图示了图66所示的层叠电磁钢板264的例子， 但只要是涡流较'J 、的形状，则可以是各种形状。接着，对如图67那样，在转子;兹极的软》兹性体部具有限制》兹通量 的旋转方向自由性的空隙部或者非磁性体的转子结构进行说明。图67 所示的转子是在图14所示的转子的软磁性体部265的部分上设置有以 267、 268表示的空隙部或非磁性部的转子。关于转子的外周形状，各磁 极的边界部为凹部，转子磁极的外周形状为比转子半径小的半径的圆弧 状形状，成为圆滑的形状。空隙部267、 268限制磁通量的旋转方向自 由性，使得在被这些空隙部夹持的磁路269、 270的磁通量在圆周方向 上不会移动偏移。另外，对于空隙部267、 268的狭缝形状的朝向来说， 作成来自永久磁铁262、 263的磁通量被汇集的配置结构，使得转子磁 极的中央部的磁通量密度变高。其结果是，各转子磁极表面的磁通量分 布是比较接近正弦波分布那样的结构，使得在中央部附近磁通量密度较 大，磁极边界侧的磁通量密度较低。关于转子磁极的边界部形状，该部 分的磁通量用于产生电动机转矩的贡献度较低，相反地，当该部分的磁 通量密度较大时，易于成为产生转矩脉动的原因，所以，作成凹状，使 从该部分通向定子的磁通量的磁通量密度变低。另外，空隙部267在1个f兹极上配置有3个，空隙部268在一个》兹 极上配置有4个，空隙部的圆周方向间距SPP相同，空隙部267、 268 的圆周方向位置相对于磁极中心相对地偏移SPP/2。其结果是，由空隙 部引起的齿槽转矩、转矩脉动相抵消，能够实现更平滑的转子的旋转。接着，对去除本发明的电动机的定子^f兹极的 一 部分并有效利用该空 间作成定子的环状绕组的线圈端的绕组布线空间、或者作成位置检测传 感器、温度传感器等的配置空间的技术进行说明。作为现有的方法，多是在电动机的轴方向后端配置转子位置检测用 编码器等传感器的例子，但是，存在电动机整个长度变长的问题。另外， 有时有效利用图71所示的现有的电动机的定子的线圈端5附近的空间 来进行线圏端的布线处理或者配置各种传感器，但是，在线圈端的轴方向长度较短的电动机的情况下，或者如图1、图21所示的本发明的电动机那样没有线圈端部的情况下，在电动机内部的轴方向端进行线圏端的 布线处理或者配置各种传感器，则存在电动机的轴方向长度变大的问题。为了解决该问题，如图10、图11、图12、图13所示的定子磁极形 状那样，在定子内周面的圆周方向的大半部分上相邻地配置定子磁极的 情况下，虽然未特别图示，但是，除去几个定子磁极或者使1个定子磁 极的一部分凹下而除去形状的一部分，从而能够确保空间。另外，利用 该空间能够在环状绕组的线圏端进行弯曲处理或者与实施了耐热绝缘 处理后的电线进行连接的处理。另外，也能够利用该空间配置电流传感 器、电压传感器、磁通量传感器、加速度检测传感器、速度检测传感器、 位置检测传感器、温度传感器、振动传感器等。图1所示的电动机是3相8极的电动机，对于U相的定子磁极119、 V相的定子磁极120、 W相的定子磁极121来说，当将其内周面的圆周 方向形状直线状展开时，成为图4的形状。此时，存在如下问题相邻 的定子;兹极的间隔较窄，产生例如从U相定子》兹极119至V相定子》兹极 120的漏磁通量等定子磁极间的漏磁通量，由转子的永久磁铁等生成的 励磁磁通量泄漏，从而因与电动机绕组相交链的成分减少而使电动机转 矩减少；各相绕组的电流I产生的磁动势引起的定子磁极间的漏磁通量 即漏电感Lx大得不能够忽视，高速旋转co、大电流I下的电压降Vx-u)xLxxI变大，高速旋转下的输出转矩下降；由漏电感Lx变大引起的 电动机控制装置中的电流响应性下降。为了解决该问题，使图4的结构为图68的结构，从而能够增大定 子磁极间的距离，能够降低定子磁极间的漏磁通量。图4、图68都是8 极的电动机，水平轴用机械角角度从0°到360°表示，若用电角度表 达，则示出了从O。到360° x 4=1440°的角度范围。271是U相定子 磁极，272是V相定子磁极。这些各相定子磁极与图4相比，为隔l个 配置，从4个减半为2个。同相的定子磁极在圆周方向配置的间距为电 角度720°的间距。定子磁极间的距离变大，能够降低漏磁通量，因而 也能够解决上述各种问题。但是，由于定子磁极的数量减半，所以，重 新产生转矩下降的问题，为了解决该问题，同时使用将定子磁极的形状 扩展到空闲的空间内的方法、增大电动机的极数的方法等是有效的。这 样，能够解决定子磁极间的漏磁通量的问题，对于电动机产生转矩下降 的问题，可以用其他方法改善。为了增大各相绕组的交链磁通量而增加转矩，图4所示的定子磁极 的形状也可以变形为图10~图13所示的各种定子磁极形状。但是，这 些定子磁极形状与图4所示的定子磁极形状相比，各相定子磁极相邻的 面积变宽，相间的漏磁通量增加，上述的图4的漏磁通量的问题进一步 变显著。另外，作为其他问题，还存在用于形成磁路的磁路空间不足的 问题，该磁路空间用于形成使在定子磁极122- 136的定子内周面集中 的转子f兹通量通向定子的背^fe部的》兹路。当该》兹路空间不足时，就出现 磁路磁饱和而使转矩降低的现象。为了解决这些问题，例如，在图11所示的定子磁极的情况下，如 图69所示，可以使同相的定子磁极的配置在圆周方向的间距为电角度 720°间距。图69所示的电动机也为3相8极的电动机。图10~图13 以及图69的水平轴图示了这样的角度范围若用机械角表示，从0°至 360。，若用电角度表示，从0。至360。 x 4=1440° 。在图69所示的 定子磁极形状的情况下，能够增大明显相邻的定子磁极间的距离，能够 降低定子磁极间的漏磁通量。其结果是，能够降低由漏磁通量引起的转 矩降低的问题、由漏电感引起的高速旋转、大电流时电感电压降的问题 等的不良影响。另外，与从定子磁极内周面至定子背扼的与磁路空间相 关的上述问题，只要能够如图69那样，扩大定子磁极间的空间，就能 够确保足够的磁路空间，也能够解决磁饱和的问题。但是，图69的定 子磁极的数量与图11相比减半，所以，又产生转矩降低的问题。为了 解决该问题，同时使用使定子磁极的形状在空闲的空间内扩展的方法、 增大电动机的极数的方法等是有效的。这样，能够解决定子磁极间的漏 磁通量的问题，对于电动机产生转矩下降的问题，可以用其他方法改 善。对于图12所示的定子磁极形状，也同样如图70所示的U相定子磁
极277、 V相定子磁极278、 W相定子磁极279那样，使同相的定子磁 极间距为电角度720。、使相邻的定子磁极的圆周方向平均间隔为240 ° ，构成3相、8极的电动机。图示了极数为8的例子，但是，能够自 由地选择。特别是，在如本发明的电动机那样，具有环状绕组的电动机 的情况下，由于极数越大越能产生较大的转矩，所以，在产生转矩上， 使极数较大是有利的。此外，该方法也能够适用于其他各种定子磁极形状的电动机。另 外，在相数为2相的情况下，由于使同相的定子磁极的圆周方向间隔为 电角度720° ,两相的相位差为90。，所以，反复使相邻的定子磁极的 圆周方向间隔为360° + 90° =450°和360° -90° =270° ,稍农i不规 范，但是，能够按规则地配置。若相数为5、 7、 9等奇数相，则同相的定子磁极的圆周方向间隔为 电角度720° ，能够规则地排列。在相数为4相以上的多相电动机中， 考虑在圆周方向每隔2个去除定子的方法、每隔3个去除定子的方法等 各种方法。总之，去除一部分定子磁极，从而能够在各定子磁极的附近 产生空间，有效利用该空间，作成用于降低从各定子磁极的内周侧至背 扼间的磁路的漏磁通量的空间。另外，同时可确保磁路剖面积，使得从 各定子磁极的内周面至背扼间的；兹路不产生;兹饱和。另外，关于定子磁极的去除方法，在能够在圆周方向整周按同一规 则去除的情况下，可以期待更接近多相正弦波交流理论的优越的特性， 但是，即使是在圆周方向多少不规则、不平衡的定子磁极的配置结构， 作成空间，从而也能够降低各定子磁极间的漏磁通量，或者，能够确保 从定子磁极的内周面至背扼的磁路剖面积。以上，对本发明的各种方式的例子进行了说明，但是，也能够对本 发明进行各种变形，变形后的实施方式也包含在本发明中。例如，关于 相数，对3相、6相进行了比较多的说明，但是也可以是2相、4相、5 相、7相、相数更大的多相。在小容量的设备中，从成本的角度考虑， 优选部件数量较少，所以，相数较少的2相、3相是有利的，但是，从 转矩脉动角度或者大容量设备的情况下的1相的功率器件的最大电流制 约等角度考虑，相数多比较有利。关于极数并不限定，特别是在本发明 的电动机中，在原理上极数较大是有利的。但是，存在物理上的制约、 漏磁通量等的不良影响、由多极化导致的铁损增加、由多极化导致的控 制装置的界限等，优选根据用途和电动机尺寸来选择适当的极数。另外，关于转子的种类，在图14~图19、图73、图74中示出了，但是，也可以应用于在转子上具有绕组的绕组励磁型转子、具有固定在轴方向端的励;兹绕组并隔着间隙在转子上生成》兹通量的所谓爪才及(claw pole)结构转子等各种转子。关于永久磁铁的种类、形状也并不限定。关于电动机的形式也可以进行各种变形，若用定子和转子间的气隙 形状表达，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。另外，气隙形状也 可以是将圆筒形状变形为稍稍锥形状的电动机形状，特别是，在该情况 下，使定子和转子在轴向移动，从而能够改变气隙长度，能够改变励磁 的大小，改变电动机电压。能够利用该间隙可变实现恒定输出控制。另外，可以复合含有本发明电动机的多个电动机来制作。例如，可 以在内径侧和外径侧配置两个电动机，或者在轴向串联配置多个电动 机。另外，也可以是省略并去除本发明电动机的一部分的结构。除了使 用通常的硅钢板作为软磁性体，也可以使用非晶电磁钢板、对粉状的粉 末软铁进行压缩成形后的压粉磁心等作为软磁性体。特别是，在小型的 电动机中，通过对电磁钢板进行冲压加工、弯曲加工、锻造力u工，由此， 能够形成3维形状部件，能够实现上述本发明电动机一部分的形状。关于电动机的绕组，多是叙述了环状的绕组，但是，不需要一定是 圆形，也可以进行一些变形，例如，椭圆形、多角形、根据磁路的情况 在转子轴方向设置部分的凹凸形状的形状等。另外，例如在相差180° 相位的环状绕组位于定子内的情况下，作为半圆状的绕组，与相差180 °相位的半圆状绕组相连接，成为闭回路，从而也能够将环状绕组变形 为半圆状绕组。并且，也可以进行分割而变形为圆弧状绕组。另外，对 各环转绕组配置在槽中的结构的电动机进行了说明，但是，在没有槽的 结构中，在定子的转子侧表面附近配置有薄型绕组的结构的电动机中， 作成所谓的空心杯电动才几。关于通^^电动^L的电流，以各相的电流为 正弦波状的电流为前提进行了说明，但是也可以用正弦波以外的各种波 形的电流进行控制。对于这些各种变形的电动机，本发明电动机的主旨 的变形技术包含在本发明中。接着，对改进定子结构来降低转矩脉动的方法进行说明。例如，在 降低RN1次的转矩脉动的情况下，将多个A相的定子磁极分为Nl组， 使各组的旋转方向的定子磁极位置相对地偏移电角度360° / (RNlx Nl)的整数倍，对于其他相的定子磁极，也和A相定子磁极同样，使 定子磁极位置在旋转方向进行偏移。图134是表示为了降低转矩脉动而进行的定子磁极位置的偏移的具 体例的图，示出了关于A相的定子磁极的具体例。对B相的定子磁极和 C相的定子f兹极等其他相的定子》兹极也同样，故省略详细地说明。图134 所示的横轴表示定子的沿圆周方向的电角度。例如，对能够除去6次(RN1=6)的转矩脉动成分的定子结构进行说明。将图134所示的4个 A相定子磁极分为A-1、 A-3和A-2、 A-4这两组(Nl=2)。由于 360° / ( RN1 x Nl ) =360° / ( 6 x 2 ) =30。，所以将定子》兹极A - 2、 A-4的圆周方向位置如图30所示那样在圆周方向偏移电角度30°即 可。其结果是，分为两组的各组的U相定子磁极19产生的转矩中的6 次谐波成分相互具有180°的相位差，所以作为无刷电动机100，总体 上应该消除6次谐波成分、即电角度60。的周期的转矩脉动。为了从该状态进一步降低多个转矩脉动，进一步叠加图134所示的 想法即可。但是，降低多个转矩脉动的方法独立作用，需要考虑相互不 干涉。关于图134所示的改变定子磁极的配置、结构的转矩脉动的降低方 法，由于定子和转子是相对的，所以，能够将同一方法用于转子而得到 转矩脉动降低效果。另外，也能够利用定子的配置、结构降低一个转矩 脉动成分，利用转子侧的转子磁极的配置、结构降低其他转矩脉动成 分。在含有两个以上的较大的转矩脉动的电动机的情况下，在定子侧和 转子侧都降低转矩脉动的方法也是有效的。接着，对改良转子磁极形状、定子磁极形状来提高转矩的方法进行 说明。图135是4相电动机的例子，D51、 D53、 D55、 D57分别是A、 B、 C、 D相的转子磁极。D52、 D54、 D56、 D58分别是A、 B、 C、 D 相的定子磁极。由于各相的磁通量(J)的旋转变化率d小/de与转矩成比例，所以，转子磁极和定子磁极的对置的面积内，特别是转子轴方向的 对置的长度对各相的磁通量d)的旋转变化率dcj)/de产生较大影响，和转矩的大小有关系。在这一点上，如图135所示，通过使转子磁极形状和定子磁极形状的对置的部分为梯形形状，从而；兹通量能够更多地通过，能够增加转矩。关于磁极的形状，也能够对图135的形状进一步变 形，例如，三角形状、单纯的凹凸形状等也可以。但是，图135那样的磁极的形状变复杂，在部件的制作上、装配上存在问题，需要在确保电动机制作性上下工夫。例如，在各定子磁极的 中央部进行定子转子的转子轴方向的分割，或者，为了确保装配精度和 电动机强度，在各部件上设置台阶差、凹凸等各种电动机制作上下工夫。在图135的电动机结构中，D59、 D5A、 D5B是绕组，环状的绕组 形状为进入到转子侧的形状。在如下几点上有利有效利用转子侧的空 闲空间；由于转子侧的直径小，所以相对于同一电流，导线的长度较短， 能够降低铜损。其结果是，能够实现电动机的高效化、小型化、高转矩化。接着，图136示出了在图124所示的电动机中将其绕组B37、 B38、 B39置换为导管状的绕组的例子。D61是铜制的导管等，能够流过电流， 同时能够利用导管，在其中心部流过冷却水、冷却用的空气、气体等。 也能够使冷却装置的冷媒物质通过。导管间需要电绝缘，可以对导管表 面进行绝缘处理。有利于增大电动机的连续输出转矩。在该导管的导体使用铜的情况下，由铜的温度导致的阻抗变化为约 40%/100°C，因而对导体进行冷却在降低铜损的意义上也具有显著效 果。另外，对于图136那样的结构来说，在现有的电动机中，从电线的 粗细角度考虑并不现实，但是在本发明的电动机中，多极化比较容易， 能够减少电动机的绕组的巻绕数，使绕组粗到为管状的程度在现实上是 可以的。接着，对本发明电动机的控制装置进行说明。图137是表示未指定 绕组数、且具有绕组数量的单纯结构的驱动部的控制装置的图。D70是 直流电压电源，D75、 D76、 D77、 D88表示电动机的绕组，其绕组数量 未指定。D71、 D72是功率晶体管，是所谓的IGBT、功率MOSFET等。 这两个晶体管为一对，控制相互连接的输出部的电压。构成供给正或负 值的电流的电压可变单元。同样地，D73、 D74的结构、D7A、 D7B的 结构、D7C、 D7D的结构构成电压可变单元。并且，如图173所示'，用 两个电压可变单元对各绕组差动地提供电压，能够流过电流。该结构是 并排设置绕组数量的比较单纯的结构的电压可变单元的结构，但是，存
在晶体管的数量变多的问题。接着，对驱动5相的电动机的控制装置进行说明。图138表示控制5相绕组的电动机的结构，其中，该电动机将配置在图83、图84、图85 所示的5个定子磁极各定子磁极间、且夹持2个定子磁极而配置的绕组 反串联控制后的绕组作为1相。如已经说明的那样，在图85所示的星 形接线的结构中，星形接线的各端子的电压为平衡的5相电压，能够利 用图138所示的5相变换器有效地进行控制。此外，该5相变换器为并 联构成5个上述电压可变单元的结构，在各晶体管上并联连接有通上反 方向的电流的朝向反方向的二极管。另外，由于在图85中以星形接线所示的各绕组的电压电流在5相 中平衡，所以，也能够作成三角形接线进行控制。但是，此时，由于循 环电流在三角形接线内流过，所以，需要注意电动机的高次谐波成分、 控制装置的不平衡成分。另外，对除5相以外的3相以上的结构的电动机也使用电动机的相 数的电压可变单元，能够同样地构成。接着，对本发明的5相电动机且各绕组的电压振幅不相等的绕组的 驱动装置进行说明。图139是表示控制图86 ~图89示出的5相且5个 绕组的电动机的结构。如已经说明的那样，各绕组的电压为图88示出 的不平衡的电压、相位。但是，如图89所示那样，在星形接线的结构 时的各端子的电压电流平衡，能够有效地进行驱动。但是，在需要对各绕组严格地进行控制的情况下，需要进行以图83 所示的电压关系为基准的控制。例如，在按照每个绕组重叠某种高次谐 波电流成分的情况下，需要按每个根据图88的电压关系所计算的绕组 进行电压的前馈控制。另外，上述星形接线是不平衡的，但是，按相序串联连接，也可以 为三角形接线。但是，由于各绕组电压不平衡，所以，变换器的驱动效率多少有些恶化。另外，对于5相以外的3相以上的结构的电动机，也可使用电动机 相数的电压可变单元同样地构成。接着，对本发明的5相电动机、各绕组的电压振幅不相等、绕组的 数量比相数少1个的电动机的驱动装置进行说明。图139表示对图90 ~ 图96所示的5相4绕组的电动机进行控制的结构。如已经说明那样，
各绕组的电压为图95所示的不平衡的电压、相位。但是，如图93 (a) 那样，将星形接线的中心点NN作为电动机的一个端子，由此，如图96 所示那样，各端子的电压电流平衡，能够有效地进行驱动。但是，在需要对各绕组严格地控制的情况下，需要进行以图95所 示的电压关系为基准的控制。例如，在使各绕组重叠某种高次谐波电流 成分的情况下，需要按每个根据图95的电压关系所计算的绕组进行电 压的前馈控制。另外，上述星形接线不平衡，但是，按相序串联连接，也可以为三 角形接线。但是，此时，如图93 (b)那样进行接线，将绕组脱落的部 分的两端的两个端子作为三角形接线的端子，由此，能够以三角形接线 进行驱动。但是，由于各绕组电压不平衡，所以，变换器的驱动效率多 少有些恶化。另外，对于5相以外的3相以上的结构的电动机，也可使用电动机 相数的电压可变单元同样地构成。本申请基于特愿2005 - 131808( 2005年4月28日申请)、特愿2005 - 144293 ( 2005年5月17日申请)、特愿2005 - 151257 ( 2005年5月 24曰申请)、特愿2005 - 208358 ( 2005年7月19日申请)，这些申请 ^^开的所有内容通过参照而编入本申请中。另外，本申请的发明仅由技术方案的范围确定，不应局限地解释为 说明书所记载的实施方式等。
权利要求
1.一种电动机，其特征在于，具有转子，具有在圆周方向N极和S极交替地配置的转子磁极组；(N+1)个定子磁极组，在圆周上或附近的圆周上多个定子磁极按每一相配置在电角度大致为相同角度的旋转相位的位置上；2N个环状绕组，在各相的所述定子磁极组之间沿轴向配置，相同的相配置在轴向两端。
2. 如权利要求1所述的电动机，其特征在于，(N+l )个所述定子磁极组分别以电角度位置依次变化的方式配置。
3. 如权利要求1所迷的电动机，其特征在于，(N+l)个所述定子磁极组分别以对应于电角度彼此大致相差180 °的两个相的所述定子磁极组相邻的方式配置。
4. 如权利要求3所述的电动机，其特征在于，(N+l)个所述定子磁极组分别以如下方式配置在将对应于电角 度彼此大致相差180°的两个相的所述定子磁极组设为一组时，分别包 小。 " 、'' 、、 亡、
5. 如权利要求1或2所迷的电动机，其特征在于(N+l)个所述定子磁极以如下方式设定位于两端的2个所述定 子磁极的与所迷转子对置的面的转子轴方向宽度之和等于除此以外的 各个所述定子磁极的与所述转子对置的面的转子轴方向宽度。
6. —种电动机，其特征在于，具有转子，具有在圆周方向N极和S极交替地配置的转子磁极組； N个定子磁极组，在圆周上或附近的圆周上多个定子磁极按每一相配置在电角度为大致相同角度的旋转相位的位置上；2N个环状绕组，在各相的所述定子》兹^l组的两侧沿轴向配置，相同的相配置在轴向两端。
7. 如权利要求6所述的电动机，其特征在于， 将多个所述环状绕组合并为l个环状绕组，该多个所迷环状绕组配置在由在转子轴方向相邻的两个所述定子磁极所形成的槽内。
8. 如权利要求6或7所迷的电动机，其特征在于， 去除了配置在两个所述定子磁极的更外侧的所述环状绕组，该两个 所述定子磁极分别配置在沿转子轴方向的两端。
9. 如权利要求1~8的任意一项所述的电动机，其特征在于， 所述定子磁极的与所述转子对置的面的面积沿着所述转子的圆周方向为正弦波状的面积分布或近似于正弦波的面积分布。
10. 如权利要求1 ~9的任意一项所迷的电动机，其特征在于， 所述定子磁极的与所述转子对置的面的转子轴方向宽度比沿着转子轴相邻的所述定子磁极的间隔大。
11. 如权利要求1~10的任意一项所述的电动机，其特征在于， 在将通过任意的X相的所述定子磁极组的磁通量的总和设为①x、将该磁通量①x的旋转变化率设为d①x/de、将作用于该定子磁极和转 子磁极之间的气隙部的磁动势即绕组电流设为Ix、将绕组匝数设为 WTx、将由它们的积d①x/d6 x Ix^WTx计算出的发生转矩成分设为Tx、 将通过其他任意的Y相的所述定子磁极组的磁通量的总和设为Oy、将 该磁通量①y的旋转变化率设为dOy/de、将作用于该定子磁极和转子 磁极的气隙部的磁动势即绕组电流设为Iy、将绕组匝数设为WTy、将由 它们的积d①y/d6 x iy xWTy计算出的发生转矩成分设为Ty时，由所述 定子磁极和所述转子磁极的对置面积所确定的所述磁通量Ox、①y、所 述绕组电流Ix、 Iy、所述绕组匝数WTx、 WTy中的两个以上在X相的 所述定子磁极和Y相的定子磁极中为不同的值，与各定子磁极对应的所 述发生转矩成分Tx、 Ty相等。
12. 如权利要求l、 2、 5~11中任一项所述的电动机，其特征在于， 各相的所迷定子磁极在转子轴方向被分割为K个，在各相的K个定子磁极各自的沿转子轴方向的两側或单侧配置有 相同相的K个所述环状绕组。
13. 如权利要求l、 2、 5~ 12中任一项所述的电动机，其特征在于， 由在转子轴方向相邻的所迷定子磁极形成的槽中巻绕有通上不同相位的电流的多个环状绕组，得到合成电流，并且，巻绕在所述槽内的多个环状绕组各自的巻绕数以各自中流过的电 流矢量和各自的巻绕数之积的总和与所述合成电流的矢量一致方式设 定。
14. 如权利要求1 ~ 13中任一项所述的电动机，其特征在于， 进行所述环状绕组间的接线，将电角度上相同相位的所述环状绕组彼此进行串联连接，将电角度上大致相差180°相位的所述环状绕组彼 此在反方向进行串联连接。
15. —种电动才几，其特征在于，具有转子，具有在圆周方向N极和S极交替地配置的转子磁极组； P个定子磁极组，在圆周上或附近的圆周上多个定子磁极按每一相配置 在电角度大致为相同角度的旋转相位的位置上；Q个环状绕组，在各相 的所述定子磁极组之间沿轴向配置，具有电动机的输入线，以对所述Q个环状绕组分别通上单独的电流，此处，P- (N+l) ， Q=2N; P=N, Q=2 (N- 1) ; P= (N+l) ， Q=N; 或者，P-N, Q= (N- 1) ， N为3以上的正整数。
16. —种电动机，其特征在于，具有转子，具有在圆周方向N极和S极交替地配置的转子磁极组； P个定子磁极组，在圆周上或附近的圆周上多个定子磁极按每一相配置 在电角度大致为相同角度的旋转相位的位置上；Q个环状绕组，在各相 的所述定子磁极组之间沿轴向配置，对Q个环状绕组中的夹持2个以上的定子磁极组而配置的2个绕组 反方向通上相同的电流，此处，P= (N+l) , Q=2N;或者，P=N, Q=2 (N - 1) ， N为3以 上的正整数。
17. 如权利要求16所述的电动机，其特征在于 反方向通上相同的电流的所述2个绕组反方向串联连接。
18. —种电动机，其特征在于，具有转子，具有在圆周方向N极和S极交替地配置的转子磁极组； P个定子磁极组，在圆周上或附近的圆周上多个定子磁极按每一相配置 在电角度大致为相同角度的旋转相位的位置上；Q个环状绕组，在各相 的所述定子磁极组之间沿轴向配置，此处，P= (N+l) ， Q=N;或者，P=N, Q= (N - 1) ， N为3以上 的正奇数。
19. 如权利要求1~9、 16~18中任一项所述的电动才几，其特征在于，使电流的方向匹配地将流过相同电流的各环状绕组串联连接，使各 串联绕组或单独的绕组为星形接线。
20. —种电动机，其特征在于，具有转子，具有在圃周方向N极和S极交替地配置的转子磁极组； (N + 1)个定子磁极组，在圆周上或附近的圆周上多个定子磁极按每一 相配置在电角度大致为相同角度的旋转相位的位置上；N个环状绕组， 在各相的所述定子磁极组之间沿轴向配置， 所述N个绕组进行星形接线。
21. —种电动机，其特征在于，具有转子，具有在圆周方向N极和S极交替地配置的转子磁极组； N个定子磁极组，在圆周上或附近的圆周上多个定子磁极按每一相配置 在电角度大致为相同角度的旋转相位的位置上；(N-l)个环状绕组， 在各相的所述定子磁极组之间沿轴向配置，所述(N - 1)个绕组进行星形接线，所述星形接线的中心连接部也作为电动机的输入而成为N个输入线。
22. —种电动机，其特征在于，具有转子，具有在圆周方向N极和S极交替地配置的转子磁极组； 4个定子磁极组，在圆周上或附近的圆周上多个定子磁极按每一相配置 在电角度大致为相同角度的旋转相位的位置上，在两端的定子磁极组的内侧分别配置有巻绕数为Nw的环状绕组， 在中央的两个定子磁极组之间配置有巻绕数为Nw/2的两个的环状 绕组，这4个绕组进行星形接线。
23. —种电动机，其特征在于，具有转子，具有在圆周方向N极和S极交替地配置的转子磁极组； 4个定子磁极组，在圆周上或附近的圆周上多个定子磁极按每一相配置 在电角度大致为相同角度的旋转相位的位置上，在两端的定子磁极组的内侧分别配置有巻绕数为Nw的环状绕组，在中央的两个定子磁极组之间配置有巻绕数为Nw/2的环状绕组，这3个绕组进行星形接线。
24. 如权利要求1 ~ 16以及21中任一项所述的电动机，其特征在于， N为偶数，具有转子，具有在圆周方向N极和S极交替地配置的转子磁极组； N个定子磁极组，在圆周上或附近的圆周上多个定子磁极按每一相配置 在电角度大致为相同角度的旋转相位的位置上，N/2个定子磁极组配置在电角度为360。 /N的整数倍的相位上， 其他N/2个定子磁极组配置在与电角度为360° /N的整数倍不同的 相位上。
25. —种电动机，其特征在于，具有转子，具有在圆周方向N极和S极交替地配置的转子磁极组； (N+l)个定子磁极组，在圆周上或附近的圆周上多个定子磁极按每一 相配置在电角度大致为相同角度的旋转相位的位置上，这些定子磁极组中的对应于电角度彼此大致相差180°的两个相的 所述定子磁极组以相邻的方式配置，在各相的所述定子磁极组之间配置有N个环状绕組。
26. 如权利要求25所述的电动机，其特征在于， 转子轴方向两端的两个定子磁极组在单侧相邻地配置，成为一个定子》兹极组。
27. 如权利要求3、 25、 26中任一项所述的电动机，其特征在于， 所述定子磁极组中的电角度彼此大致相差180°的两个相的定子磁极组以相邻的方式配置，彼此大致相差180°的两个相的定子磁极组的背扼部以软磁性体进 行磁耦合，与彼此大致相差180°的两个相的定子磁极组对置的转子磁极组的 背扼部也彼此以磁性体进行磁耦合，构成所述相差180°的两个相的对的结构的定子磁极组和相邻的其 他对的定子磁极组之间、或者与这些定子磁极组对置的两对转子磁极组 之间的至少之一 以空间或者非磁性体磁隔离。
28. 如权利要求27所述的电动才几，其特征在于 与构成所迷相差180°的两个相的对的结构的定子磁极组和相邻的其他对的定子磁极组对置的两对转子磁极组之间以空间或者非磁性体 磁隔离，所述彼此相位相差180°的两对的四个定子^兹极组中，从中夬侧的两个定子磁极组的齿的前端至背扼部的磁路的一部分被紧贴或共用
29. —种电动机，其特征在于，具有转子，具有在圆周方向N极和S极交替地配置的转子磁极组； N个定子磁极组，在圆周上或附近的圆周上多个定子磁极按每一相配置 在电角度大致为相同角度的旋转相位的位置上，所迷N个定子磁极组的配置顺序为按电角度的相位的顺序每隔一 个的顺序，各相的所述定子磁极组之间配置有各环状绕组。
30. —种电动机，具有6个定子磁极组，其特征在于， 电角度上笫1、 3、 5相的定子磁极组的第一结构部和电角度上第2、4、 6相的定子磁极組的第二结构部配置在转子轴方向上， 在所迷第1、 3、 5相的定子磁极组之间配置有环状绕组， 在所述第2、 4、 6相的定子磁极组之间配置有环状绕组， 配置有各定子磁极组对置的各转子磁极，所述第一结构部和第二结构部之间、或者与这些定子磁极组对置的 两对转子磁极组之间的至少之一被空间或非磁性体磁隔离。
31. —种电动机，其特征在于，具有转子，具有在圆周方向N极和S极交替地配置的转子磁极组； N个定子磁极组，在圆周上或附近的圆周上多个定子磁极按每一相配置 在电角度大致为相同角度的旋转相位的位置上，所述N个定子磁极组的配置顺序为按电角度的相位顺序每隔二个 的顺序，在各相的所述定子磁极组之间配置有各环状绕组。
32. 如权利要求1 ~31中任一项所迷的电动机，其特征在于， 将各相的定子磁极和各绕组在转子轴方向替换，或者根据旋转角在转子轴方向依次移动各相的转子轴方向的排列顺序。
33. 如权利要求1~32中任一项所述的电动机，其特征在于， 所述环状绕组的更具体的形状是配合各相的各定子磁极形状而呈凹凸形状的环状绕组。
34. 如权利要求1 ~32中任一项所述的电动机，其特征在于， 绕组由平板状的导线构成。
35. 如权利要求1 ~34中任一项所述的电动机，其特征在于，当将N相的电动机磁芯的转子轴方向长度设为MT时，从各相定子 磁极的前端至定子背扼的磁路的转子轴方向长度大于MT/N。
36. 如权利要求1 ~35中任一项所述的电动机，其特征在于， 所述转子在表面或内部的一部分配置有永久磁铁，至少表面的一部分由软磁性体构成。
37. 如权利要求1 ~35中任一项所述的电动机，其特征在于， 所述转子在从一个转子磁极朝向其他转子磁极的方向上配置有多组细长的空隙、或者非磁性体或者永久磁铁。
38. 如权利要求1 ~35中任一项所述的电动机，其特征在于， 具有层叠大致与转子轴平行地配置且向转子磁极的方向弯曲的电i兹钢板而构成转子磁极的转子。
39. 如权利要求37或38所述的电动机，其特征在于， 在与所述转子轴大致平行地配置的电磁钢板的两侧或单側具有永久磁铁。
40. 如权利要求1 ~35中任一项所迷的电动机，其特征在于， 所述转子在圆周方向由磁气地软磁性体的突极构成磁极。
41. 如权利要求1 ~35中任一项所述的电动机，其特征在于， 所述转子具有可通上感应电流的绕组。
42. 如权利要求15~35中任一项所述的电动机，其特征在于，所述定子磁极的与所述转子对置的面的面积沿着所述转子的圆周 方向为正弦波状的面积分布或近似正弦波的面积分布，在具有3相的所 述定子磁极的情况下，极对数Pn和所述定子磁极的数量Nss满足Nss=3 xPn的关系。
43. 如权利要求1~42中任一项所述的电动机，其特征在于， 所述定子磁极配置在内径侧，所述转子配置在外径侧。
44. 如权利要求1~42中任一项所述的电动机，其特征在于 所述定子》兹极和所述转子相对地沿轴方向配置。
45. —种电动;f/L，其特征在于，对包括权利要求1 -44中任一项所述的电动机的2个以上的电动机 进行复合化并组合而构成。
46. 如权利要求1 ~45中任一项所述的电动机，其特征在于， 所述转子的与所述定子磁极对置的面的至少一部分由于软磁性体 构成，在表面或内部具有在转子轴方向或径向方向引导磁通量的软磁性 体的导磁磁路。
47. 如权利要求1~46中任一项所述的电动机，其特征在于， 所述转子的与所述定子磁极对置的面的至少一部分由于软磁性体构成，在内部具有限制磁通量的旋转方向自由性的空隙部或者非磁性体部。
48. 如权利要求1 ~44中任一项所述的电动机，其特征在于， 去除按规则排列的所述定子磁极的一部分或者转子磁极的一部分。
49. 如权利要求1 ~44中任一项所述的电动机，其特征在于， 相数为Sn,极对数为Pn，极数设定为2xPn， 从所述定子磁极的数量为SnxPn的结构中去除一部分所述定子磁极。
50. 如权利要求1 ~44中任一项所迷的电动机，其特征在于， 在要降低的转矩脉动的次数为m时，对于包含在所述定子中的所述N个定子磁极组的每一个，将多个所述定子磁极分为n组，使属于各组 的所述定子磁极的圆周方向位置相对地移位电角度360/ ( m x n)度的整数倍。
51. 如权利要求1-44中任一项所述的电动机，其特征在于， 在要降低的转矩脉动的次数设为m时，将转子磁极分为n组，使属于各组的所述转子磁极的圆周方向位置相对地移位电角度360/ ( m x n) 度的整数倍。
52. 如权利要求1 ~44中任一项所述的电动机，其特征在于， 接近且对置的定子突极和转子突极的形状为凹凸形状，成为增大对置面积的形状。
53. 如权利要求1 ~44中任一项所述的电动机，其特征在于， 转子和定子对置地配置，转子具有在转子轴方向凹下的部分和凸出部分，定子的绕组的全部或一部分配置在转子的凹下的部分。
54. 如权利要求1 ~44中任一项所述的电动机，其特征在于， 电动机的绕組的一部分或全部由金属导管构成， 具有在作为导体的所述金属管中通过液体或气体的结构的冷却机构。
55. —种电动机及其控制装置，其特征在于， 具有如权利要求16、 17、 19、 24、 29、 30中任一项所述的N相 的电动机；N个电压可变单元VVU,将2个能够控制电流的导通、截止 的功率元件TR直接或间接地串联地连接到电源的端子VP、 VN上，将对所述N相的电动机的绕组进行星形接线后的N个端子或者进 行三角形接线后的各连接部的N个端子连接到所述N个电压可变单元 VVU上，控制电压以及电流。
56. —种电动机及其控制装置，其特征在于，具有如权利要求18、 20、 22中任一项所述的N相的电动机；N 个电压可变单元VVU，将2个能够控制电流的导通、截止的功率元件 TR直接或间接地串联地连接到电源的端子VP、 VN上，将对所述N相的电动机的绕组进行星形接线后的N个端子或者进 行三角形接线后的各连接部的N个端子连接到所述N个电压可变单元 VVU上，控制电压以及电流。
57. —种电动机及其控制装置，其特征在于，具有如权利要求18或21所述的N相的电动机；N个电压可变单 元VVU,将2个能够控制电流的导通、截止的功率元件TR直接或间接 地串联地连接到电源的端子VP、 VN上，将对所述N相的电动机的绕组进行星形接线后的(N-l)个端子 和星形接线的中心点NN的共计N个端子、或者对(N - 1 )个绕组进行 三角形接线后的各连接部的(N-2)个端子和应配置第N号绕组的部 分的2个端子的共计N个端子连接到所迷N个电压可变单元VVU上， 控制电压以及电流。
58. —种电动机及其控制装置，其特征在于， 具有电动机和3个电压可变单元VVU,该电动机具有转子，具有在圆周方向N极和S极交替地配置的转 子磁极组；3个定子磁极组，在圓周上或附近的圆周上多个定子磁极按 每一相配置在电角度大致为相同角度的旋转相位的位置上；2个环状绕 组，在各相的所述定子磁极组之间沿轴向配置；其中，将所述2个绕组 的一端彼此连接，作为3个电动机绕组的连接端子，该电压可变单元VVU将2个能够控制电流的导通、截止的功率元 件TR直接或间接地串联地连接到电源的端子VP、 VN上，向所述3个连接端子提供3相的电压、电流，对所迷电动机进行控 制。
全文摘要
电动机(100)具有转子(10)，在圆周方向上交替地配置永久磁铁(12)的N极磁极和S极磁极；7个定子磁极组，分别具有在圆周方向配置的多个定子磁极(53)、(54)、(55)、(56)、(57)、(58)、(59)，将这些定子磁极的圆周方向位置和轴方向位置偏移配置；多个环状绕组(41)、(42)、(43)、(44)、(45)、(46)、(47)、(48)、(49)、(50)、(51)、(52)，相对多个定子磁极组，分别配置在沿轴方向的相邻位置，形成在圆周方向上。
文档编号H02K21/14GK101213729SQ200680023758
公开日2008年7月2日 申请日期2006年4月27日 优先权日2005年4月28日
发明者梨木政行 申请人:株式会社电装