專利名稱：電動(dòng)機(jī)及具備該電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由具有交直流轉(zhuǎn)換部和直交流轉(zhuǎn)換部的功率轉(zhuǎn)換裝置驅(qū)動(dòng)控制的電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
迄今為止，由具備對(duì)交流電源的交流電進(jìn)行整流的交直流轉(zhuǎn)換部以及將該交直流轉(zhuǎn)換部的輸出轉(zhuǎn)換成規(guī)定頻率的交流電的直交流轉(zhuǎn)換部的功率轉(zhuǎn)換裝置驅(qū)動(dòng)控制的電動(dòng)機(jī)廣為人知。以往，在用于驅(qū)動(dòng)控制電動(dòng)機(jī)的功率轉(zhuǎn)換裝置中，為了將由交流電源的電源電壓引起的電壓變化平滑化，在上述交直流轉(zhuǎn)換部的輸出側(cè)設(shè)置有電解電容器等電容較大的電容器。另一方面，例如已知在專利文獻(xiàn)1中公開了一種結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)通過將能夠?qū)τ呻娫措妷阂鸬碾妷鹤兓M(jìn)行平滑化的靜電電容較大的電解電容器改變?yōu)槟軌蛑粚⒃谥苯涣鬓D(zhuǎn)換部的開關(guān)元件進(jìn)行切換動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的電壓變化平滑化的小電容電容器，實(shí)現(xiàn)了整流部分的小型化、成本降低等。專利文獻(xiàn)1 日本公開特許公報(bào)特開2002-51589號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
-發(fā)明所要解決的技術(shù)問題-如上所述，將平滑電容器改變?yōu)榫哂心軌蛑粚⒃谥苯涣鬓D(zhuǎn)換部的開關(guān)元件進(jìn)行切換動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的電壓變化平滑化的電容的電容器，在此情況下，該電容器無法像平滑電容器那樣將由交流電源的電源電壓引起的電壓變化平滑化。因此，該電壓變化幾乎直接被供向電動(dòng)機(jī)側(cè)，在該電動(dòng)機(jī)發(fā)生轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)。這樣一來，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，該電動(dòng)機(jī)中的振動(dòng)或噪聲增大。在具有上述小電容電容器的功率轉(zhuǎn)換裝置中，由于供向電動(dòng)機(jī)側(cè)的電流也會(huì)發(fā)生脈動(dòng)，因此電動(dòng)機(jī)繞組中產(chǎn)生的銅耗也大幅增加。而且，如果電動(dòng)機(jī)的電流發(fā)生脈動(dòng)，則電動(dòng)機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的磁通也發(fā)生脈動(dòng)，因此鐵耗也會(huì)增加。本發(fā)明是鑒于上述各點(diǎn)而完成的，其目的在于提供一種由功率轉(zhuǎn)換裝置驅(qū)動(dòng)控制的電動(dòng)機(jī)，該功率轉(zhuǎn)換裝置包括具有由電源電壓引起的電壓變化不能平滑化、而在直交流轉(zhuǎn)換部的開關(guān)元件進(jìn)行切換動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的電壓變化能夠平滑化的電容的電容器，該電動(dòng)機(jī)具有能夠降低由供給到該電動(dòng)機(jī)的功率脈動(dòng)引起的振動(dòng)或噪聲、損耗的增加等的結(jié)構(gòu)。-用以解決技術(shù)問題的技術(shù)方案-為了達(dá)成上述目的，在本發(fā)明所涉及的電動(dòng)機(jī)4中，由dq軸等效電路法定義的q 軸電感比d軸電感大規(guī)定值以上，以能夠在電動(dòng)機(jī)4側(cè)吸收由交流電源3的電源電壓引起的功率變化。具體而言，在第一方面的發(fā)明中，以一種由功率轉(zhuǎn)換裝置2驅(qū)動(dòng)控制的電動(dòng)機(jī)為對(duì)象，該功率轉(zhuǎn)換裝置2包括交直流轉(zhuǎn)換部11、直交流轉(zhuǎn)換部13和電容器12a。交直流轉(zhuǎn)
4換部11對(duì)交流電源3的交流電進(jìn)行整流；直交流轉(zhuǎn)換部13具有多個(gè)開關(guān)元件Su、Sv, Sw, Sx> Sy、&，并且該直交流轉(zhuǎn)換部13利用該開關(guān)元件Su、Sv, Sw, Sx, Sy、Sz的切換動(dòng)作將上述交直流轉(zhuǎn)換部11的輸出功率轉(zhuǎn)換成規(guī)定頻率的交流電；電容器1 設(shè)置在上述交直流轉(zhuǎn)換部11的輸出側(cè)，并且該電容器12a具有由上述交流電源3的電源電壓引起的電壓變化不能平滑化，而在上述開關(guān)元件Su、SV、Sw、SX、Sy、&進(jìn)行切換動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的電壓變化能夠平滑化的靜電電容。在該電動(dòng)機(jī)中，q軸電感比d軸電感大規(guī)定值以上，以能夠?qū)⒂缮鲜鼋涣麟娫?的電源電壓引起的功率變化平滑化。根據(jù)以上結(jié)構(gòu)，即使在電容器12a的靜電電容無法將由交流電源3的電源電壓引起的電壓變化平滑化的情況下，也能在電動(dòng)機(jī)4側(cè)吸收該電壓變化。即，該電動(dòng)機(jī)4構(gòu)成為 電動(dòng)機(jī)4內(nèi)的q軸電感比d軸電感大規(guī)定值以上，由此能夠?qū)⒂缮鲜鲭妷鹤兓鸬墓β首兓鳛橛蓂軸電感與d軸電感之差決定的磁共能，儲(chǔ)存在電動(dòng)機(jī)4的內(nèi)部，從而能夠利用該電動(dòng)機(jī)4將功率變化平滑化。因此，能夠防止電動(dòng)機(jī)4中振動(dòng)或噪聲的增大，并能夠防止銅耗或鐵耗等損耗的增大。在上述第一方面的發(fā)明中，所述電動(dòng)機(jī)還包括內(nèi)部埋設(shè)有多個(gè)磁鐵33的轉(zhuǎn)子31 ； 該電動(dòng)機(jī)構(gòu)成為由該磁鐵33產(chǎn)生的磁通量為讓電動(dòng)機(jī)端電壓在上述功率轉(zhuǎn)換裝置2的輸入電壓以下的規(guī)定磁通量(第二方面的發(fā)明)。此處，如上述第一方面的發(fā)明所述，如果q軸電感大于d軸電感，則電動(dòng)機(jī)4內(nèi)部的磁通量增大。在將磁鐵33埋入轉(zhuǎn)子31內(nèi)部的內(nèi)置磁鐵型電動(dòng)機(jī)(IPM)的情況下，在轉(zhuǎn)子31內(nèi)除了電動(dòng)機(jī)4內(nèi)部的磁通以外還有由該轉(zhuǎn)子31的磁鐵33產(chǎn)生的磁通，因此會(huì)造成磁通飽和或電動(dòng)機(jī)端電壓增大等問題。這樣一來，就會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)4的性能下降，并且在電動(dòng)機(jī)端電壓超過功率轉(zhuǎn)換裝置2的輸入電壓的情況下電動(dòng)機(jī)4還有可能會(huì)失速而停止。對(duì)此，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，通過將電動(dòng)機(jī)4構(gòu)成為由上述磁鐵33產(chǎn)生的磁通量成為讓電動(dòng)機(jī)端電壓在直交流轉(zhuǎn)換部的輸入電壓以下的規(guī)定值，不但能夠抑制磁通在轉(zhuǎn)子31內(nèi)飽和的情況，還能夠防止電動(dòng)機(jī)端電壓超過功率轉(zhuǎn)換裝置2的輸入電壓的情況。即，如上所述，即便通過使q軸電感比d軸電感大規(guī)定值以上而讓電動(dòng)機(jī)4內(nèi)部的磁通量增大，上述磁鐵33的磁通量也會(huì)隨之減小，由此能夠消除由電動(dòng)機(jī)4內(nèi)部的磁通量增大所引起的問題。因此，即使在電容器12a的靜電電容只有無法將由交流電源3的電源電壓引起的電壓變化平滑化的電容的情況下，也能夠在不損害作為電動(dòng)機(jī)的功能的情況下，防止電動(dòng)機(jī)4的振動(dòng)或噪聲、以及損耗增大。在上述第一方面或第二方面的發(fā)明中，在內(nèi)部埋設(shè)有多個(gè)磁鐵33的轉(zhuǎn)子31中，該磁鐵33配置在轉(zhuǎn)子31內(nèi)的q軸磁通不受該磁鐵33的磁阻所阻礙的徑向位置上(第三方面的發(fā)明)。這樣一來，利用由定子21側(cè)產(chǎn)生的q軸磁通和由該轉(zhuǎn)子31內(nèi)的磁鐵33產(chǎn)生的磁通，能夠使q軸磁通在轉(zhuǎn)子31內(nèi)不會(huì)受該磁鐵33的磁阻所阻礙，從而增大q軸磁通量。因此，能夠在不損害作為電動(dòng)機(jī)的功能的情況下實(shí)現(xiàn)上述第一方面的發(fā)明的結(jié)構(gòu)。特別是，在上述第三方面的發(fā)明中，優(yōu)選上述磁鐵33配置在該轉(zhuǎn)子31內(nèi)，以使該磁鐵33的最靠近上述轉(zhuǎn)子31軸心的部分，位于該轉(zhuǎn)子31上成為磁極的部分的徑向厚度的二分之一以下的徑向位置(第四方面的發(fā)明)。這樣一來，磁通的流出、流入面積為轉(zhuǎn)子31的磁極表面積的二分之一，該磁通的流出、流入面積與轉(zhuǎn)子31內(nèi)部的磁通通過面積相等， 并能夠更可靠且大幅度地緩解該轉(zhuǎn)子31內(nèi)部的磁通飽和，從而能夠使q軸磁通量進(jìn)一步增大。在上述第一方面至第四方面任一方面的發(fā)明中，內(nèi)部埋設(shè)有多個(gè)磁鐵33的轉(zhuǎn)子 31包括磁通阻擋部32b，該磁通阻擋部32b用于防止該多個(gè)磁鐵33彼此間的磁通短路，該磁鐵33和磁通阻擋部32b沿著q軸磁通流設(shè)置(第五方面的發(fā)明)。這樣一來，能夠在轉(zhuǎn)子31內(nèi)形成漏磁通較少的q軸磁通流，從而能夠使該q軸磁通量增大。因此，能夠更可靠地使電動(dòng)機(jī)4內(nèi)的q軸電感大于d軸電感，從而能夠更可靠地實(shí)現(xiàn)上述第一方面的發(fā)明的結(jié)構(gòu)。在上述第一方面至第五方面任一方面的發(fā)明中，在內(nèi)部埋設(shè)有多個(gè)磁鐵33的轉(zhuǎn)子31中，該磁鐵33在轉(zhuǎn)子31的徑向上的厚度是該轉(zhuǎn)子31與定子21之間的氣隙的4倍以上(第六方面的發(fā)明)。這樣一來，由于轉(zhuǎn)子31內(nèi)的d軸磁通流受到阻礙，因此能夠減小該d軸磁通量，從而能夠減小電動(dòng)機(jī)4內(nèi)的d軸電感。因此，根據(jù)該結(jié)構(gòu)也能實(shí)現(xiàn)上述第一方面的發(fā)明的結(jié)構(gòu)。在上述第一方面至第六方面任一方面的發(fā)明中，上述多個(gè)磁鐵33配置在該轉(zhuǎn)子 31內(nèi)，以使該多個(gè)磁鐵33沿著q軸磁通流延伸，且一部分磁鐵33沿上述轉(zhuǎn)子31的徑向彼此并列(第七方面的發(fā)明)。這樣一來，d軸磁通量就會(huì)因轉(zhuǎn)子31內(nèi)沿徑向并列地排列的磁鐵33而減小，并且 q軸磁通量會(huì)因沿著q軸磁通量流配置的磁鐵33而增大。因此，能夠更可靠地增大q軸電感與d軸電感之差，從而能夠更可靠地在電動(dòng)機(jī)4內(nèi)吸收功率變化。第八方面的發(fā)明涉及一種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。具體而言，該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括上述功率轉(zhuǎn)換裝置2以及第一方面至第七方面任一方面的發(fā)明所述的電動(dòng)機(jī)4。根據(jù)以上結(jié)構(gòu)，即使在無法在功率轉(zhuǎn)換裝置2側(cè)吸收由電源電壓引起的功率變化的情況下，也能夠在電動(dòng)機(jī)4側(cè)吸收功率變化，從而能夠低振動(dòng)、低噪聲且高效率地驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)4。-發(fā)明的效果-根據(jù)本發(fā)明所涉及的電動(dòng)機(jī)4，電容器12a具有由交流電源3的電源電壓引起的電壓變化不能平滑化、而直交流轉(zhuǎn)換部13的開關(guān)元件Su、Sv, Sw, Sx, Sy、Sz進(jìn)行切換動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的電壓變化能夠平滑化的靜電電容，即使在將該電容器1 用于功率轉(zhuǎn)換裝置2中的情況下，也能夠在電動(dòng)機(jī)4側(cè)吸收功率變化。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠?qū)崿F(xiàn)低振動(dòng)、低噪聲且高效率地驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)4。根據(jù)第二方面的發(fā)明，即使采用上述第一方面的發(fā)明所述的結(jié)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)端電壓也不會(huì)超過功率轉(zhuǎn)換裝置2的輸入電壓，因此能夠使電動(dòng)機(jī)4不會(huì)失速地進(jìn)行正常的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作。根據(jù)第三方面的發(fā)明，能夠使轉(zhuǎn)子31內(nèi)的q軸磁通量不受磁鐵33的磁阻所阻礙， 從而增大31內(nèi)的q軸磁通量。因此，能夠更可靠地在不損害作為電動(dòng)機(jī)4的功能的情況下在該電動(dòng)機(jī)4側(cè)吸收功率變化。特別是，根據(jù)第四方面的發(fā)明，能夠更可靠且大幅度地緩解轉(zhuǎn)子31內(nèi)q軸磁通的飽和，以實(shí)現(xiàn)q軸磁通量的進(jìn)一步增大。
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根據(jù)第五方面的發(fā)明，因?yàn)槟軌蛟谵D(zhuǎn)子31內(nèi)形成漏磁通較少的q軸磁通流，所以能夠增大該q軸磁通量。因此，能夠增大q軸電感以在電動(dòng)機(jī)4內(nèi)部?jī)?chǔ)存較大功率。根據(jù)第六方面的發(fā)明，因?yàn)槟軌驕p小轉(zhuǎn)子31內(nèi)的d軸磁通量，所以能夠增大q軸電感與d軸電感之差，從而能夠在電動(dòng)機(jī)4內(nèi)部?jī)?chǔ)存較大功率。根據(jù)第七方面的發(fā)明，由于能夠減小轉(zhuǎn)子31內(nèi)的d軸磁通量并增大q軸磁通量， 因此能夠在電動(dòng)機(jī)4內(nèi)儲(chǔ)存更大的功率，從而能夠更可靠地將功率變化平滑化。根據(jù)第八方面的發(fā)明所涉及的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)1，與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠低振動(dòng)、 低噪聲且高效率地驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)4。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)的電路圖。圖2是表示三相交流電動(dòng)機(jī)的概略結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖3 (A)是概略地表示功率正在發(fā)生變化時(shí)的波形圖。圖3(B)是概略地表示已由電動(dòng)機(jī)平滑化的時(shí)波形圖。圖4是表示磁鐵的厚度相對(duì)于氣隙的倍數(shù)，與實(shí)際的Lq和Ld之差相對(duì)于理想狀態(tài)下Lq和Ld之差的比率，二者間的關(guān)系的圖。圖5是表示其它實(shí)施方式所涉及的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的概略結(jié)構(gòu)的剖視圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)予說明，以下實(shí)施方式是本質(zhì)上優(yōu)選的示例，并沒有限制本發(fā)明，本發(fā)明的應(yīng)用對(duì)象或本發(fā)明的用途范圍等意圖。-電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)-本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)1的概略結(jié)構(gòu)如圖1所示。該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)1包括對(duì)功率進(jìn)行轉(zhuǎn)換的功率轉(zhuǎn)換裝置2、將功率供向該功率轉(zhuǎn)換裝置2的交流電源3以及由該功率轉(zhuǎn)換裝置2驅(qū)動(dòng)控制的三相交流電動(dòng)機(jī)4。上述功率轉(zhuǎn)換裝置2包括交直流轉(zhuǎn)換電路11 (交直流轉(zhuǎn)換部)、具有電容器1 的電容電路12以及直交流轉(zhuǎn)換電路13 (直交流轉(zhuǎn)換部)，該功率轉(zhuǎn)換裝置2構(gòu)成為將從單相交流電源3供給的交流功率轉(zhuǎn)換成規(guī)定頻率的功率，再供向三相交流電動(dòng)機(jī)4。應(yīng)予說明，該三相交流電動(dòng)機(jī)4用于驅(qū)動(dòng)例如設(shè)置在空調(diào)的制冷劑回路中的壓縮機(jī)。上述交直流轉(zhuǎn)換電路11與上述交流電源3連接，構(gòu)成為對(duì)交流電壓進(jìn)行整流。該交直流轉(zhuǎn)換電路11是由多個(gè)(本實(shí)施方式中為四個(gè))二極管Dl D4聯(lián)結(jié)成橋狀而成的二極管電橋電路，并且該交直流轉(zhuǎn)換電路11與上述交流電源3連接。上述電容電路12設(shè)置在上述交直流轉(zhuǎn)換電路11與直交流轉(zhuǎn)換電路13之間。該電容電路12包括例如由薄膜電容器等構(gòu)成的電容器12a。該電容器1 具有能夠只將在直交流轉(zhuǎn)換電路13的后述開關(guān)元件Su、SV、Sw、SX、Sy、&進(jìn)行切換動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的紋波電壓 (電壓變化)平滑化的靜電電容。即，上述電容器1 是小電容的電容器，無法將由上述交直流轉(zhuǎn)換電路11整流后的圖3A所示的電壓(由電源電壓引起的電壓變化)平滑化。上述直交流轉(zhuǎn)換電路13在上述交直流轉(zhuǎn)換電路11的輸出側(cè)與上述電容器1 并聯(lián)。該直交流轉(zhuǎn)換電路13由多個(gè)開關(guān)元件Su、Sv, Sw, Sx, Sy、Sz (例如若是三相交流則為六個(gè))橋式聯(lián)結(jié)而成。即，上述直交流轉(zhuǎn)換電路13包括三個(gè)開關(guān)臂，每個(gè)開關(guān)臂由兩個(gè)開關(guān)元件彼此串聯(lián)而成，在各開關(guān)臂上，上開關(guān)組的開關(guān)元件Su、Sv, Sw和下開關(guān)組的開關(guān)元件Sx、Sy、Sz的中點(diǎn)分別與上述三相交流電動(dòng)機(jī)4的各相的定子繞組23連接。
上述直交流轉(zhuǎn)換電路13構(gòu)成為通過開關(guān)元件Su、SV、SW、SX、Sy、Sz的接通、切斷動(dòng)作，將輸入電壓轉(zhuǎn)換成規(guī)定頻率的三相交流電壓，再將該三相交流電壓供向上述三相交流電動(dòng)機(jī)4。應(yīng)予說明，在本實(shí)施方式中，續(xù)流二極管Du、Dv, Dw, Dx、Dy、Dz與上述各開關(guān)元件 Su、Sv> Sw> Sx、Sy、Sz 反并聯(lián)。 上述功率轉(zhuǎn)換裝置2包括控制電路14，該控制電路14用于使上述直交流轉(zhuǎn)換電路 13的開關(guān)元件Su、SV、Sw、SX、Sy、&進(jìn)行切換動(dòng)作。該控制電路14構(gòu)成為根據(jù)上述交流電源3的電源電壓Vs、上述電容電路12的電壓Vdc、在上述三相交流電動(dòng)機(jī)4檢測(cè)出的各相的電流iu、iv、iw以及角速度ωm,對(duì)上述開關(guān)元件Su、Sv, Sw, Sx、Sy、Sz輸出接通、切斷信號(hào)。詳細(xì)情況如后所述，上述三相交流電動(dòng)機(jī)4包括近似圓筒狀的定子21以及配置在定子21內(nèi)側(cè)的近似圓柱狀的轉(zhuǎn)子31。在該轉(zhuǎn)子31的內(nèi)部埋設(shè)有多個(gè)磁鐵33。S卩，上述三相交流電動(dòng)機(jī)4是在轉(zhuǎn)子31內(nèi)埋設(shè)有磁鐵33的、所謂的內(nèi)置式永磁同步電動(dòng)機(jī)anterior Permanent Magnet Synchronous Motors,IPM)。-三相交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)-如上所述，在電容電路12內(nèi)的電容器1 是只能將由直交流轉(zhuǎn)換電路13的開關(guān)元件Su、Sv,Sw,Sx、Sy、Sz的切換動(dòng)作產(chǎn)生的紋波電壓平滑化的小電容的電容器的情況下， 無法將由圖3A所示的交流電源3的電源電壓引起的電壓變化平滑化，因此電壓會(huì)以發(fā)生脈動(dòng)的狀態(tài)輸入上述三相交流電動(dòng)機(jī)4。這樣一來，因?yàn)楣┫蛏鲜鋈嘟涣麟妱?dòng)機(jī)4的功率也發(fā)生脈動(dòng)，所以轉(zhuǎn)矩發(fā)生脈動(dòng)且該三相交流電動(dòng)機(jī)4的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，在該三相交流電動(dòng)機(jī)4中產(chǎn)生的振動(dòng)、噪聲增大。而且，由于流向三相交流電動(dòng)機(jī)4的電流也發(fā)生脈動(dòng)，因此由于實(shí)際有效電流的增加或峰值電流的增加，在該三相交流電動(dòng)機(jī)4的繞組產(chǎn)生的銅耗大幅度增加，并且在三相交流電動(dòng)機(jī)4內(nèi)部產(chǎn)生的磁通也發(fā)生脈動(dòng)且鐵耗也大幅度增加。與此相對(duì)，在本發(fā)明中，上述三相交流電動(dòng)機(jī)4構(gòu)成為能夠吸收該三相交流電動(dòng)機(jī)4中的功率變化。即，上述三相交流電動(dòng)機(jī)4構(gòu)成為使電動(dòng)機(jī)內(nèi)的q軸電感比d軸電感大規(guī)定值以上，以能夠吸收上述功率變化。首先，以下對(duì)通過在三相交流電動(dòng)機(jī)4內(nèi)設(shè)置q軸電感和d軸電感之差并使該差在規(guī)定值以上即能夠吸收上述功率變化的理由進(jìn)行說明。若以平均必要功率為P，以電源頻率為f，則為了將正在發(fā)生脈動(dòng)的功率平滑化所需的蓄電容量Wc為Wc = P/(2f)/2 X pf ο其中，pf表示在某一時(shí)間內(nèi)功率在平均值以上的部分的功率與功率平均值之差的總和，相對(duì)于功率總和的比例。當(dāng)電容器12a的電容為零時(shí)，該pf約為0.07。根據(jù)上式，在一般的空調(diào)中，例如，在設(shè)P = l[kW]、f = 50 [Hz]的情況下，如果pf =0. 07，則 Wc = 0. 35 [J]。在本實(shí)施方式中，由于上述三相交流電動(dòng)機(jī)4是在轉(zhuǎn)子31內(nèi)埋入磁鐵33的內(nèi)置式永磁同步電動(dòng)機(jī)，因此除了由該磁鐵33產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩以外，還有由定子繞組的電感成分產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩。該磁阻轉(zhuǎn)矩與磁阻電動(dòng)機(jī)的磁共能相同，因此其能量WL由下式表示W(wǎng)L = PnX 1/2 X (Ld-Lq) X idX iq。其中，只要能蓄積在上述三相交流電動(dòng)機(jī)4內(nèi)電感成分中的能量WL與上述必要蓄電容量Wc存在以下關(guān)系WL ^ Wc,在上述三相交流電動(dòng)機(jī)4就能夠吸收上述功率變化。例如，在上述平均必要功率P = 1 [kff]的系統(tǒng)的情況下，若電動(dòng)機(jī)電壓為150 [V]、 電動(dòng)機(jī)電流相位為30[deg]、電動(dòng)機(jī)效率為90[% ]、電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)為1、極對(duì)數(shù)(number of pole paris)為2，則電動(dòng)機(jī)電流I為I = 1000/0. 9/1. 0/ (150 X sqrt (3)) = 4. 28 [Α]，將電動(dòng)機(jī)電流換算成直流時(shí)d軸電流和q軸電流分別為id = 4. 28X sqrt (3) X sin (30) = 3. 7 [Α]，
iq = 4. 28 X sqrt (3) X cos (30) = 6. 42 [A]。故WL = 2 X 1/2 X (Ld-Lq) X 3. 7 X 6. 42 彡 0. 35，因此I Ld-Lq I 彡 0· 147 [H]。即，只要q軸電感Lq與d軸電感Ld之差為上述差值，就能夠在上述條件下在上述三相交流電動(dòng)機(jī)4內(nèi)吸收功率變化。這樣一來，如圖:3B所示，就能夠?qū)㈦妱?dòng)機(jī)4內(nèi)的功率平滑化。此處，平滑化是指相對(duì)于平均值在士 10%以內(nèi)的功率變化?？紤]到效率等因素，優(yōu)選在5%以內(nèi)的變化。以下，利用圖2對(duì)滿足以上條件的三相交流電動(dòng)機(jī)4的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。如上所述，三相交流電動(dòng)機(jī)4包括近似圓筒狀的定子21以及配置在定子21內(nèi)側(cè)的近似圓柱狀的轉(zhuǎn)子31。定子21包括由多塊鋼板層疊而成的定子鐵心22以及卷繞在該定子鐵心22的一部分上的定子繞組23。該定子鐵心22具有近似圓筒狀的鐵心背部(core back) 22a，在該定子鐵心的內(nèi)周側(cè)設(shè)置有朝內(nèi)側(cè)突出的多個(gè)齒部22b。上述定子繞組23卷繞在該齒部22b上。此處，在上述圖2中例示了集中繞組型定子21，但并不限于此，也可以是跨越多個(gè)齒部卷繞定子繞組的分布繞組型定子。而且，在上述圖2的例子中，定子21的槽數(shù)為6，但并不限于此，槽數(shù)還可以在7以上或者在5以下。上述轉(zhuǎn)子31包括近似圓筒狀的轉(zhuǎn)子鐵心32和近似長方體狀的多個(gè)磁鐵33，旋轉(zhuǎn)軸；34插入轉(zhuǎn)子鐵心32內(nèi)部，多個(gè)磁鐵33收容在該轉(zhuǎn)子鐵心32的槽32a內(nèi)。在該轉(zhuǎn)子鐵心32上形成有八個(gè)槽32a，從上述旋轉(zhuǎn)軸34的軸向觀察，該八個(gè)槽3 包圍該旋轉(zhuǎn)軸34， 呈近似矩形狀排列。這些槽3 形成在該轉(zhuǎn)子鐵心32上，槽3 兩兩并列地排列，且各槽 3 成為近似圓筒狀的轉(zhuǎn)子鐵心32的圓弧所對(duì)應(yīng)的弦。而且，各槽3 形成為具有為可收容磁鐵33的尺寸，并且沿軸向貫通上述轉(zhuǎn)子鐵心32。應(yīng)予說明，如后所述，在上述各槽32a 的兩端部設(shè)置有朝著轉(zhuǎn)子鐵心32的徑向外側(cè)彎曲的磁通阻擋部32b。這樣一來，通過將上述磁鐵33配置成沿轉(zhuǎn)子31的徑向兩兩排列，能夠利用兩個(gè)磁鐵33增大q軸的磁通量，并且d軸的磁通量能夠進(jìn)一步減小。如上述圖2所示，由于通過將上述磁鐵33配置成使該磁鐵33成為轉(zhuǎn)子鐵心32的圓弧所對(duì)應(yīng)的弦，使得該磁鐵33沿著q軸磁通流配置，因此能夠減少漏磁通，從而能夠增大 q軸的磁通量。上述槽3 設(shè)置在轉(zhuǎn)子31內(nèi)q軸磁通不飽和的位置。即，不是像現(xiàn)有技術(shù)那樣靠近轉(zhuǎn)子鐵心的外周面配置磁鐵，而是將磁鐵33在轉(zhuǎn)子鐵心32內(nèi)的位置配置成使位于磁鐵 33轉(zhuǎn)子外周側(cè)的轉(zhuǎn)子鐵心32的徑向厚度增大，且q軸磁通在轉(zhuǎn)子31內(nèi)不受磁鐵33磁阻的阻礙。特別是，優(yōu)選上述磁鐵33配置在轉(zhuǎn)子鐵心32內(nèi)，以使上述磁鐵33的最靠近上述轉(zhuǎn)子31中心側(cè)的部分，位于成為該轉(zhuǎn)子31的磁極的部分的徑向厚度二分之一以下的徑向位置。應(yīng)予說明，上述成為磁極的部分在本實(shí)施方式中相當(dāng)于轉(zhuǎn)子鐵心32。通過采用以上結(jié)構(gòu)，能夠防止上述轉(zhuǎn)子31內(nèi)的磁通飽和，因此不但能夠確保作為電動(dòng)機(jī)的功能，還能夠使q軸的磁通量增大。從上述旋轉(zhuǎn)軸34的軸向觀察，在上述各槽3 的兩端部設(shè)置有磁通阻擋部32b，該磁通阻擋部32b用于防止收容在上述各槽32a內(nèi)部的磁鐵33彼此的磁通發(fā)生短路。具體而言，在上述各槽32a的兩端部設(shè)置有向上述轉(zhuǎn)子鐵心32的徑向外側(cè)彎曲的部分，該部分作為上述磁通阻擋部32b起作用。應(yīng)予說明，該磁通阻擋部32b并不限于由各槽32a的一部分構(gòu)成，也可以由能夠防止漏磁通的部件構(gòu)成，還可以分割成多個(gè)。這樣一來，如上述圖2所示，由于收容有磁鐵33的槽3 和磁通阻擋部32b會(huì)描繪出圓弧狀形成在轉(zhuǎn)子鐵心32上，因此能夠進(jìn)一步增大q軸磁通量。此處，考慮到三相交流電動(dòng)機(jī)4內(nèi)的q軸磁通量在理想狀態(tài)下大致由轉(zhuǎn)子31與定子21之間的縫隙即氣隙g決定，而且磁鐵33的厚度越大d軸磁通量就越小的觀點(diǎn)，該磁鐵 33構(gòu)成為相對(duì)于氣隙g具有規(guī)定厚度。具體而言，如圖4所示，由于磁鐵33的厚度相對(duì)于氣隙g的倍數(shù)越大，q軸電感與d軸電感之差(在圖4中，磁鐵33的厚度相對(duì)于氣隙g無限增大時(shí)，實(shí)際的電感差相對(duì)于理想電感差的比例)就越大，因此上述磁鐵33的厚度定為 該電感差達(dá)到能夠在三相交流電動(dòng)機(jī)4內(nèi)吸收功率變化的值。特別是，當(dāng)磁鐵33的厚度是氣隙g的4倍以上時(shí)，能夠獲得上述理想差值的80%以上的值，因此優(yōu)選該磁鐵33的厚度是氣隙g的4倍以上。上述三相交流電動(dòng)機(jī)4中的電動(dòng)機(jī)端電壓Va和電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的磁通量φ分別由下式
表不
Va=sqrt((roLqIq)A2 + ωΛ2 χ (φα+ Η)Λ2)
φ = sqrt((LqIq)A2 + (φα+ Η)Λ2)。從以上公式可知，若如上所述Lq與Ld之差增大，則電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的磁通量φ就會(huì)增大，如果與由轉(zhuǎn)子31的磁鐵33產(chǎn)生的磁通量(pa合起來，則會(huì)導(dǎo)致磁通飽和或電動(dòng)機(jī)端電壓 Va上升。當(dāng)電動(dòng)機(jī)端電壓Va超過直交流轉(zhuǎn)換部13的輸入電壓時(shí)，上述三相交流電動(dòng)機(jī)4 有可能失速而停止。應(yīng)予說明，即使在上述各式中的Id為負(fù)值、Ld很小的情況下，φ也會(huì)增大。
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因此，將該轉(zhuǎn)子31構(gòu)成為由上述轉(zhuǎn)子31的磁鐵33產(chǎn)生的磁通量(pa是使上述電動(dòng)機(jī)端電壓Va在直交流轉(zhuǎn)換部13的輸入電壓以下的磁通量。具體而言，選擇產(chǎn)生上述磁通量(pa的磁鐵，或者將設(shè)置在上述轉(zhuǎn)子31的轉(zhuǎn)子鐵心32上的槽3 形成得比磁鐵33大(相對(duì)于磁鐵33的厚度有富余的尺寸)。如上所述，通過將設(shè)置在轉(zhuǎn)子鐵心32上的槽3 形成得比磁鐵33大，形成在該磁鐵33與轉(zhuǎn)子鐵心32之間的縫隙的空氣層成為磁阻，結(jié)果會(huì)減少由該磁鐵33產(chǎn)生的磁通量 (pa。而且，如上所述，通過將槽3 形成得比磁鐵33大，即使該磁鐵33在厚度方向上的尺寸有偏差，也能將該磁鐵33收容在槽32a內(nèi)，因此無需使用經(jīng)高精度加工的磁鐵，從而實(shí)現(xiàn)制造成本的下降。應(yīng)予說明，如上所述，可以將電動(dòng)機(jī)構(gòu)成為由上述磁鐵33產(chǎn)生的磁通量(pa不會(huì)使上述電動(dòng)機(jī)端電壓Va在直交流轉(zhuǎn)換部13的輸入電壓以下，上述磁通量(pa與由q軸電感和d軸電感的電樞反應(yīng)產(chǎn)生的磁通量之和為讓上述電動(dòng)機(jī)端電壓Va在直交流轉(zhuǎn)換部13的輸入電壓以下的所需的磁通量。-實(shí)施方式的效果_如上所述，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，將由功率轉(zhuǎn)換裝置2驅(qū)動(dòng)控制的三相交流電動(dòng)機(jī)4構(gòu)成為q軸電感比d軸電感大規(guī)定值以上，能夠利用上述三相交流電動(dòng)機(jī)4吸收由無法用上述功率轉(zhuǎn)換裝置2內(nèi)的電容器1 平滑化的電源電壓引起的功率變化，因此能夠抑制該三相交流電動(dòng)機(jī)4中的功率變化。因此，能夠防止由功率變化引起的三相交流電動(dòng)機(jī)4中的振動(dòng)、噪聲或損耗的增大。詳細(xì)而言，在上述三相交流電動(dòng)機(jī)4中，將磁鐵33配置在轉(zhuǎn)子31的旋轉(zhuǎn)軸34側(cè)， 以使q軸磁通在轉(zhuǎn)子31內(nèi)不受磁鐵33磁阻的阻礙，由此不但抑制了轉(zhuǎn)子31內(nèi)的磁通飽和，而且能夠?qū)崿F(xiàn)上述q軸電感與d軸電感之差。特別是，通過將上述磁鐵33的位于轉(zhuǎn)子 31最內(nèi)側(cè)的部分配置在該轉(zhuǎn)子31上成為磁極的部分的徑向厚度的二分之一以下的位置， 能夠大幅度緩解轉(zhuǎn)子31內(nèi)的磁通飽和，因此不但防止了因磁通飽和而造成的電動(dòng)機(jī)性能下降，而且能夠?qū)崿F(xiàn)q軸磁通量的增大。在上述轉(zhuǎn)子31內(nèi)將磁鐵33和磁通阻擋部32b設(shè)置成圓弧狀，以使q軸磁通易形成，由此能夠更可靠地獲得上述q軸電感與d軸電感之差，從而能夠更可靠地在上述三相交流電動(dòng)機(jī)4內(nèi)將功率變化平滑化。通過將上述磁鐵33沿轉(zhuǎn)子31的徑向兩兩排列，能夠進(jìn)一步增大q軸磁通量，而且能夠進(jìn)一步減小d軸磁通量。通過使上述磁鐵33的厚度在轉(zhuǎn)子31與定子21之間的氣隙g的4倍以上，能夠更可靠地增大q軸電感與d軸電感之差。在以上結(jié)構(gòu)中，上述磁鐵33產(chǎn)生的磁通量(pa為讓電動(dòng)機(jī)端電壓在功率轉(zhuǎn)換裝置2 的輸入電壓以下的值，由此不但抑制了轉(zhuǎn)子31內(nèi)的磁通飽和，而且能夠防止由于電動(dòng)機(jī)端電壓在功率轉(zhuǎn)換裝置2的輸入電壓以上而使三相交流電動(dòng)機(jī)4失速?！镀渌鼘?shí)施方式》上述實(shí)施方式還可以是以下結(jié)構(gòu)。在上述實(shí)施方式中，使用單相交流電源3作為交流電源，但并不限于此，還可以使用三相交流的交流電源。當(dāng)然，在此情況下，需要由六個(gè)二極管構(gòu)成交直流轉(zhuǎn)換電路。
在上述實(shí)施方式中，將磁鐵33形成為長方體狀，但并不限于此，可以將磁鐵形成為圓弧狀，沿著槽3 和磁通阻擋部32b配置。而且，圖5所示，在轉(zhuǎn)子41上，還可以將多個(gè)磁鐵33以圓弧狀配置在槽3 和磁通阻擋部32b內(nèi)。在上述實(shí)施方式中，磁鐵33為厚度均勻的長方體狀，但并不限于此，磁鐵33可以將易退磁的部分加厚。在此情況下，例如，將磁鐵33的由于定子21產(chǎn)生的磁場(chǎng)而退磁的部分加厚。而且，上述磁鐵33的矯頑力也可以不均勻。在此情況下，能夠通過增加易退磁部分的矯頑力以形成難退磁的結(jié)構(gòu)。另一方面，通過降低難退磁部分的矯頑力，能夠增大剩余磁通密度以使來自磁鐵33的磁通密度增大，從而能夠使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩增加。-產(chǎn)業(yè)實(shí)用性-綜上所述，本發(fā)明在由功率轉(zhuǎn)換裝置驅(qū)動(dòng)控制電動(dòng)機(jī)的情況下特別有用，該功率轉(zhuǎn)換裝置包括具有由電源電壓引起的電壓變化不能平滑化、而在直交流轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行切換動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的電壓變化能夠平滑化的靜電電容的電容器。-符號(hào)說明-1-電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；2-功率轉(zhuǎn)換裝置；3-交流電源；4-三相交流電動(dòng)機(jī)(電動(dòng)機(jī))；11-交直流轉(zhuǎn)換電路(交直流轉(zhuǎn)換部)；1 -電容器；13-直交流轉(zhuǎn)換電路(直交流轉(zhuǎn)換部)；21-定子；31、41-轉(zhuǎn)子；32-轉(zhuǎn)子鐵心；32a-槽；32b-磁通阻擋部；33-磁鐵；g-氣隙。
1權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)由功率轉(zhuǎn)換裝置( 驅(qū)動(dòng)控制，該功率轉(zhuǎn)換裝置( 包括交直流轉(zhuǎn)換部(11)、直交流轉(zhuǎn)換部(1 和電容器(1 )，所述交直流轉(zhuǎn)換部(11)對(duì)交流電源(3)的交流電進(jìn)行整流，所述直交流轉(zhuǎn)換部(13)具有多個(gè)開關(guān)元件(SU、SV、Sw、SX、Sy、 &)，并且該直交流轉(zhuǎn)換部(13)利用該開關(guān)元件(Su、SV、SW、SX、Sy、Sz)的切換動(dòng)作將所述交直流轉(zhuǎn)換部(11)的輸出功率轉(zhuǎn)換成規(guī)定頻率的交流電，所述電容器(12a)設(shè)置在所述交直流轉(zhuǎn)換部(11)的輸出側(cè)，并且該電容器(12a)具有由所述交流電源(3)的電源電壓引起的電壓變化不能平滑化、而在所述開關(guān)元件(Su、SV、SW、SX、Sy、Sz)進(jìn)行切換動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的電壓變化能夠平滑化的靜電電容，其特征在于在該電動(dòng)機(jī)中，q軸電感比d軸電感大規(guī)定值以上，以能夠?qū)⒂伤鼋涣麟娫?3)的電源電壓引起的功率變化平滑化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述電動(dòng)機(jī)還包括內(nèi)部埋設(shè)有多個(gè)磁鐵(3 的轉(zhuǎn)子(31)；所述電動(dòng)機(jī)構(gòu)成為由所述磁鐵(3 產(chǎn)生的磁通量為電動(dòng)機(jī)端電壓成為所述功率轉(zhuǎn)換裝置O)的輸入電壓以下的規(guī)定磁通量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，其特征在于在內(nèi)部埋設(shè)有多個(gè)所述磁鐵(3 的所述轉(zhuǎn)子(31)中，該磁鐵(3 配置在該轉(zhuǎn)子(31) 內(nèi)的q軸磁通不受該磁鐵(33)的磁阻所阻礙的徑向位置上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動(dòng)機(jī)，其特征在于所述磁鐵(3 配置在所述轉(zhuǎn)子31內(nèi)，以使該磁鐵(3 的最靠近所述轉(zhuǎn)子(31)軸心的部分，位于該轉(zhuǎn)子(31)上成為磁極的部分的徑向厚度的二分之一以下的徑向位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，其特征在于內(nèi)部埋設(shè)有多個(gè)所述磁鐵(3 的所述轉(zhuǎn)子(31)包括磁通阻擋部(32b)，所述磁通阻擋部(32b)用于防止該多個(gè)磁鐵(3 彼此間的磁通短路；所述磁鐵(3 和所述磁通阻擋部 (32b)沿著q軸磁通流設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，其特征在于在內(nèi)部埋設(shè)有多個(gè)所述磁鐵(3 的所述轉(zhuǎn)子31中，該磁鐵(3 在所述轉(zhuǎn)子(31)的徑向上的厚度是該轉(zhuǎn)子(31)與定子之間的氣隙的4倍以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，其特征在于多個(gè)所述磁鐵(3 配置在該轉(zhuǎn)子31內(nèi)，以使多個(gè)所述磁鐵(3 沿著q軸磁通流延伸， 且一部分所述磁鐵(3 沿所述轉(zhuǎn)子(31)的徑向彼此并列。
8.一種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括功率轉(zhuǎn)換裝置O)，該功率轉(zhuǎn)換裝置( 包括交直流轉(zhuǎn)換部(11)、直交流轉(zhuǎn)換部(13) 和電容器(1 )，所述交直流轉(zhuǎn)換部(11)對(duì)交流電源C3)的交流電進(jìn)行整流，所述直交流轉(zhuǎn)換部(1 具有多個(gè)開關(guān)元件(Su、SV、SW、SX、Sy、Sz)，并且該直交流轉(zhuǎn)換部(1 利用該開關(guān)元件(Su、SV、SW、SX、Sy、Sz)的切換動(dòng)作將所述交直流轉(zhuǎn)換部(11)的輸出功率轉(zhuǎn)換成規(guī)定頻率的交流電，所述電容器(12a)設(shè)置在所述交直流轉(zhuǎn)換部(11)的輸出側(cè)，并且該電容器(12a)具有由所述交流電源(3)的電源電壓引起的電壓變化不能平滑化、而在所述開關(guān)元件(Su、SV、SW、SX、Sy、Sz)進(jìn)行切換動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的電壓變化能夠平滑化的靜電電容；以及權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)(4)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三相交流電動(dòng)機(jī)(4)，該三相交流電動(dòng)機(jī)(4)構(gòu)成為q軸電感比d軸電感大規(guī)定值以上，以能夠?qū)⒂山涣麟娫?3)的電源電壓引起的功率變化平滑化。
文檔編號(hào)H02K21/14GK102511119SQ201080041649
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者三箇義仁, 山際昭雄, 近藤俊成 申請(qǐng)人:大金工業(yè)株式會(huì)社