电机及其控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术旨在实现电机和控制装置的小型化、低成本化。涉及向各绕组适当地通入单向电流的电机及其驱动电路，将配置于A相定子磁极的两侧的两个全节距绕组Wab、Wca和驱动用晶体管串联连接，并通入A相电流分量Ia，对通过A相定子磁极的A相磁通分量

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电机及其控制装置
本专利技术涉及一种通入直流电流的电机而非通入交流电流的交流电机，即涉及向各绕组适当地通入单向电流的电机及其驱动电路、控制装置。因此，定子的各绕组的电流生成的磁动势仅作用于各定子磁极的一个方向。另外，虽然本专利技术是对以往的磁阻电机及其控制装置的改良、发展，但是，例如，本专利技术还包括通过单向电流高效地驱动永磁型转子的技术。本专利技术的用途涉及电动汽车EV的主机用电机、家电用电机、工业用电机等。涉及使其高性能化、高效化、小型化、轻量化、低成本化的技术。
技术介绍
交流电机是当前的主流电机，被广泛使用，但若改变视点，也存在不合适的方面。例如，为了产生一交流电流，需要四个晶体管。如果是直流电流，则可以由一个晶体管控制。在电力方面，也是直流电流大多优于正弦电流。另外，在磁阻电机中，已知交流磁阻电机、和控制直流电流来进行驱动的所谓的开关磁阻电机等。本专利技术近似后者，但后者仍存在问题。图83示出了以往的磁阻电机的横向剖视图的示例。是一种定子的磁极为六个，转子的磁极为四个的磁阻电机。也被称为开关磁阻电机。839是定子，83B是转子轴。83A、83F等是转子的凸极磁极，圆周方向宽度为30°，等间隔地配置于整圆周的四个地方。831是A相的定子磁极，且如虚线所示缠绕A相的集中绕组837和838。该电机的各绕组的电流是单向电流，用电流符号表示各绕组，表示电流的流动方向。绕组837通入从纸面的表侧向里侧流动的A相电流Ia，绕组838通入从纸面的里侧向表侧流动的A相电流Ia。因此，在通入电流时，A相的定子磁极831成为S极。832是与A相呈反相关系的A/相的定子磁极，且如虚线所示缠绕A/相的集中绕组83C、83D。向A/相的绕组通入A相电流Ia，A/相的定子磁极832成为N极。对831和832同时进行励磁，使转子中箭头83E所示的磁通分量从纸面的下侧向上侧通过定子磁极832、转子磁极83F、转子磁极83A、定子磁极831，穿过定子的后轭，转一圈。在图83的状态下，转子中产生逆时针旋转方向CCW的转矩。同样地，833是B相的定子磁极，缠绕集中绕组83H、83J，向其通入B相电流Ib。834是B/相的定子磁极，缠绕集中绕组83G、83K，向其通入B相电流Ib。从定子磁极834通过833的磁通为835是C相的定子磁极，缠绕集中绕组83L、83M，向其通入C相电流Ic。836是C/相的定子磁极，缠绕集中绕组83N、83P，向其通入C相电流Ic。从定子磁极836通过835的磁通为各定子磁极的圆周方向宽度为30°，等间隔地配置于整圆周的六个地方。接着，对图83的磁阻电机的动作进行说明。关于转子的旋转位置，将A相的定子磁极831的顺时针旋转方向端的旋转位置定义为转子的起点。如图所示，转子旋转角位置θr是从该起点到转子磁极83A的CCW方向端部的旋转角。串联连接A相的绕组837、838和A/相的绕组83C、83D，在通入近似连续额定的值的恒定电流Io作为A相电流Ia的状态下，使转子以恒定速度Vso向CCW旋转。此时的绕组电压是图84的电压Va。该Va的横轴是时间t，在图84的最下部示出了此时的转子旋转角位置θr的值。图83的CCW方向是图84的纸面的右方向。另外，在本专利技术中，将图83那样的磁阻电机的基本构成的转子旋转一圈的角度定义为电气角360°例如，在将图83多极化为2极对并变形时，转子的一圈旋转是机械角360°、电气角720°。另外，在其他专利、文献等中，有时也会以转子磁极间距作为基准，确认以防混淆。其中，Vso的单位设为[弧度/秒]。另外，设为简单模型，其中，假设磁通经由气隙部通过定子磁极831、832和转子磁极83A、83F对置的部分。即，在电压的计算等中，假设在定子磁极和转子磁极的周围的空间没有漏磁通来进行简单计算。同样地，在将833、834的B相的绕组和B/相的绕组串联连接，并且作为B相电流Ib通入恒定电流Io的状态下，使转子以恒定速度Vso向CCW旋转。此时的绕组电压是图84的电压Vb。同样地，在将835、836的C相的绕组和C/相的绕组串联连接，并且作为C相电流Ic通入恒定电流Io的状态下，使转子以恒定速度Vso向CCW旋转。此时的绕组电压是图84的电压Vc。确认了各相能够产生转矩的转子旋转角位置θr的关系。接着，对向CCW产生恒定转矩以使图83的磁阻电机旋转的动作进行说明。根据图84的电压Va的特性，A相在0°至30°之间以及90°至120°之间能够产生CCW的转矩，A相电流通入图84的Ia所示的A相电流。同样地，根据图84的电压Vb的特性，B相在30°至60°之间以及120°至150°之间能够产生CCW的转矩，在此期间，通入比图84的Ia相位延迟30°的B相电流Ib。根据图84的电压Vc的特性，C相在60°至90°之间以及150°至180°之间能够产生CCW的转矩，在此期间，通入比图84的Ia相位延迟60°的C相电流。磁阻电机的转矩周期为180°，根据转子旋转位置θr通入上述电流Ia、Ib、Ic，从而能够获得CCW的恒定转矩。另外，对向CW产生恒定转矩以使图83的磁阻电机旋转的动作进行说明。与上述CCW的转矩的产生相同。A相的电流Ia通入比图84的Ia相位延迟30°的电流，从而能够获得负转矩。B相的电流Ib通入比图84的Ia相位延迟60°的电流，从而能够获得负转矩。C相的电流Ic通入比图84的Ia相位延迟90°的电流，即与图84的Ia相同的电流，从而能够获得负转矩。而且，根据转子旋转位置θr通入上述电流Ia、Ib、Ic，从而能够获得CW的恒定转矩。图83中的以往的磁阻电机的优点包括：转子具有简单结构且牢固，因此容易高速旋转。另外，能够不使用永磁体而进行驱动。通过磁阻力即引力产生转矩，驱动算法比较简单。定子绕组也为向凸极集中卷绕的构成，简单且易于制作。而且，最重要的是，有可能实现低成本的电机系统。接着，对图83中的以往磁阻电机的问题点进行说明。其为与上述电机构成、上述动作说明相关的问题点。以往的磁阻电机的第一问题点在于，连续额定转矩与同一电机尺寸的永磁同步电动机相比较差。另外，根据用途，还期望低速旋转且连续额定转矩的3倍以上的大转矩。一般而言，在大转矩区域中，由于功率因数的降低等，转矩常数有降低的趋势，也存在尺寸增大、重量的问题。在低速旋转下的电机损耗中，铜损占主导地位。第二问题点在于，在电机的最大转矩的附近，功率因数低，逆变器尺寸增大。特别地，作为电动汽车的主机用电机，需要连续额定转矩的3倍以上的大转矩，功率因数的问题、转矩脉动的问题增加。第三问题点在于，构成磁阻电机的各部分产生转矩的时间比率、空间比率在图83的示例中低至33％(1/3)左右。在图83的情况下，电机的33％的部分有助于产生转矩，但其他的67％(2/3)的部分不动作。也可以说利用率为33％。该第三问题点也是其他问题点的原因。如后面所示的图5的驱动电路也是同样的。此外，存在噪声的问题、转矩脉动的问题等。关于使用永磁体转子的电机及其控制装置，虽然作用稍有不同，但存在类似的问题。如上所述，虽然图83等以往的磁阻电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电机及其控制装置，其特征在于，具备：/n定子磁极SP11、SP12、SP13、SP14，其排列在配置在定子STR1的圆周方向上的(SN1×MN1)个以上的定子磁极的圆周方向上；/n槽SL11，其位于所述定子磁极SP11与SP12之间；/n槽SL12，其位于所述定子磁极SP12与SP13之间；/n槽SL13，其位于所述定子磁极SP13与SP14之间；/n绕组SW11，其为缠绕于电气角位置相差180°的两个槽之间的全节距绕组SWF，或者为从槽穿过后轭的外侧呈环状地缠绕的环形绕组SWR，且配置在所述槽SL11中；/n绕组SW12，其同样地配置在所述槽SL12中；/n绕组SW13，其同样地配置在所述槽SL13中；/n转子RTR1，其具备使用了配置于转子的圆周方向的(RN1×MN1)个软磁体的转子磁极RP；/n功率元件PE11，其与所述绕组SW11串联连接；/n功率元件PE12，其与所述绕组SW11串联连接；以及/n功率元件PE13，其与所述绕组SW12串联连接，/n其中，所述功率元件PE11、所述绕组SW11、所述绕组SW12以及所述功率元件PE12串联连接在一起，/n所述功率元件PE13、所述绕组SW13、所述绕组SW12以及所述功率元件PE12串联连接在一起，/n在所述串联连接的各绕组和各功率元件中通入励磁电流来对各定子磁极进行励磁，/n其中，各所述绕组能够与电磁等价的绕组及其电路上的配置进行替换，SN1为4以上的整数，RN1为2以上的整数，MN1为极对数且为1以上的整数。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180806 JP 2018-1475461.一种电机及其控制装置，其特征在于，具备：
定子磁极SP11、SP12、SP13、SP14，其排列在配置在定子STR1的圆周方向上的(SN1×MN1)个以上的定子磁极的圆周方向上；
槽SL11，其位于所述定子磁极SP11与SP12之间；
槽SL12，其位于所述定子磁极SP12与SP13之间；
槽SL13，其位于所述定子磁极SP13与SP14之间；
绕组SW11，其为缠绕于电气角位置相差180°的两个槽之间的全节距绕组SWF，或者为从槽穿过后轭的外侧呈环状地缠绕的环形绕组SWR，且配置在所述槽SL11中；
绕组SW12，其同样地配置在所述槽SL12中；
绕组SW13，其同样地配置在所述槽SL13中；
转子RTR1，其具备使用了配置于转子的圆周方向的(RN1×MN1)个软磁体的转子磁极RP；
功率元件PE11，其与所述绕组SW11串联连接；
功率元件PE12，其与所述绕组SW11串联连接；以及
功率元件PE13，其与所述绕组SW12串联连接，
其中，所述功率元件PE11、所述绕组SW11、所述绕组SW12以及所述功率元件PE12串联连接在一起，
所述功率元件PE13、所述绕组SW13、所述绕组SW12以及所述功率元件PE12串联连接在一起，
在所述串联连接的各绕组和各功率元件中通入励磁电流来对各定子磁极进行励磁，
其中，各所述绕组能够与电磁等价的绕组及其电路上的配置进行替换，SN1为4以上的整数，RN1为2以上的整数，MN1为极对数且为1以上的整数。


2.一种电机及其控制装置，其特征在于，具备：
定子磁极SP21、SP22，其配置于在定子STR2的圆周方向上配置的(SN2×MN2)个以上的定子磁极的圆周方向上；
集中绕组SWS21，其缠绕在所述定子磁极SP21上；
集中绕组SWS22，其缠绕在所述定子磁极SP22上；
转子RTR2，其具备使用了配置于转子的圆周方向的(RN2×MN2)个软磁体的转子磁极RP；
功率元件PE21，其与所述绕组SW21串联连接；
功率元件PE22，其与所述绕组SW22串联连接；以及
功率元件PE23，其与所述绕组SW22串联连接，
其中，所述功率元件PE21、所述绕组SW21以及所述功率元件PE22串联连接在一起，
所述功率元件PE23、所述绕组SW22以及所述功率元件PE22串联连接在一起，
在各所述绕组和各功率元件中通入励磁电流来对各定子磁极进行励磁，
其中，各所述绕组能够与电磁等价的绕组及其电路上的配置进行替换，SN2为4以上的整数，RN2为2以上的整数，MN2为极对数且为1以上的整数。


3.根据权利要求1或2所述的电机及其控制装置，其特征在于：
定子磁极SP的数量SN3为((2×KN31)×MN3))个，
转子RTR为具备使用了永磁体的转子磁极的转子RTR3，
转子RTR3的转子磁极RP的数量RN3为((2+4×KN32)×MN3)个，
其中，KN31为3以上的整数，KN32为2以上的整数，MN3为极对数且为1以上的整数。


4.一种电机及其控制装置，其特征在于，具备：
A相的定子磁极SP41，其为配置在定子STR4的圆周方向上的四个定子磁极SP中的一个；
B相定子磁极SP42，其位于所述A相的SP41的圆周方向的近旁；
A/相定子磁极SP43，其位于所述B相的SP42的圆周方向的近旁；
B/相定子磁极SP44，其位于所述A/相的SP43的圆周方向的近旁；
槽SL41，其位于所述定子磁极SP44与SP41之间；
槽SL42，其位于所述定子磁极SP41与SP42之间；
槽SL43，其位于所述定子磁极SP42与SP43之间；
槽SL44，其位于所述定子磁极SP43与SP44之间；
AB相全节距绕组SWAB或环状绕组，其配置在所述槽SL41和SL43中；
BA相全节距绕组SWBA或环形绕组，其配置在所述槽SL44和SL42中；
转子RTR4，其具备配置在转子的圆周方向上且使用了软磁体或永磁体的RN4个转子磁极RP；
功率元件PE41，其与所述AB相全节距绕组SWAB或环形绕组串联连接；
功率元件PE42，其与所述BA相全节距绕组SWBA或环形绕组串联连接；以及
功率元件PE43，其施加与所述功率元件PE41向所述AB相全节距绕组SWAB通电的电流的方向相反方向的电流，
其中，将转子磁极的圆周方向周期设为RHB4，从所述A相的SP41观察到的所述B相定子磁极SP42的圆周方向位置为(RHB4/2)的奇数倍的位置，
所述A相的SP41和所述A/相定子磁极SP43为电磁相对地呈反相的关系，且这些相的磁通分量通过两定子磁极，
所述A相的SP41和所述A/相定子磁极SP43为电磁相对地呈反相的关系，且这些相的磁通分量通过两定子磁极，
将所述功率元件PE41、所述绕组SW41、所述绕组SW42以及所述功率元件PE42串联连接，
在所述串联连接的各绕组和各功率元件中通入励磁电流来对各定子磁极进行励磁，
其中，RN4为2以上的整数，所述电机构成的极对数为1，或者极对数设定为2以上。


5.一种电机及其控制装置，其特征在于，具备：
A相的定子磁极SP51，其为配置在定子STR5的圆周方向上的四个定子磁极SP中的一个；
B相的定子磁极SP52；
A/相定子磁极SP53，其具有与所述A相的SP51电磁相反的相位；
B/相定子磁极SP54，其具有与所述B相的SP52电磁相反的相位；
集中绕组SW51，其缠绕于所述A相的定子磁极SP51；
集中绕组SW52，其缠绕于所述B相的定子磁极SP52；
集中绕组SW53，其缠绕于所述A/相的定子磁极SP53；
集中绕组SW54，其缠绕于所述B/相的定子磁极SP54；
转子RTR5，其具备配置在转子的圆周方向上且使用了软磁体或永磁体的RN5个的转子磁极RP；
功率元件PE51，其将所述绕组SW51和绕组SW53串联连接，且与绕组SW51串联连接；
功率元件PE53，其与所述绕组SW53串联连接；
功率元件PE52，其将所述绕组SW52和绕组SW54串联连接，且与绕组SW52串联连接；以及
功率元件PE54，其与所述绕组SW54串联连接，
其中，将转子磁极的圆周方向周期设为RHB5，从所述A相的SP51观察到的所述B相定子磁极SP52的圆周方向位置为(RHB5/2)的奇数倍的位置，
所述A相的SP51和所述A/相定子磁极SP53为电磁相对地呈反相的关系，且这些相的磁通分量通过两定子磁极，
所述A相的SP51和所述A/相定子磁极SP53为电磁相对地呈反相的关系，且这些相的磁通分量通过两定子磁极，
所述功率元件PE51、所述绕组SW51、所述绕组SW53以及所述功率元件PE53串联连接在一起，通入励磁电流Ia5来对两定子磁极进行励磁，
所述功率元件PE52、所述绕组SW52、所述绕组SW54以及所述功率元件PE54串联连接在一起，通入励磁电流Ib5来对两定子磁极进行励磁，
其中，RN5为3以上的整数，所述电机构成的极对数为1，或者极对数设定为2以上。


6.根据权利要求1或3所述的电机及其控制装置，其特征在于，具备：
(SN6×MN6)个定子磁极SP61、SP62、SP63、SP64，其配置在定子的圆周方向上；以及
转子RTR6，其转子磁极的数量RN6为(SN6×MN6)个以上且(3×SN6×MN6)个以下，
其中，定子磁极的圆周方向宽度θst6小于(360°/RN6-720°/(SN6×RN6))，
转子磁极的圆周方向宽度θrt6小于(360°/RN6-720°/(SN6×RN6))，
其中，SN6为6以上的整数，所述角度为电气角，MN6为极对数且为1以上的整数。


7.一种电机及其控制装置，其特征在于，具备：
(SN7×MN7)个定子磁极SP71、SP72、SP73，其配置在定子的圆周方向上；
绕组SW71，...

【专利技术属性】
技术研发人员：梨木政行，
申请(专利权)人：梨木政行，
类型：发明
国别省市：日本;JP