電機(jī)及電機(jī)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能推定轉(zhuǎn)子機(jī)械角的電機(jī)和電機(jī)系統(tǒng)，該轉(zhuǎn)子機(jī)械角表示轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)位置的絕對(duì)位置。具有轉(zhuǎn)子與定子，轉(zhuǎn)子具有轉(zhuǎn)子鐵芯，在轉(zhuǎn)子鐵芯上設(shè)有多個(gè)永磁鐵，定子隔著規(guī)定的氣隙與轉(zhuǎn)子相對(duì)配置，定子具有定子鐵芯，定子鐵芯上卷繞安裝有多個(gè)相的定子線圈。轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)為，轉(zhuǎn)子鐵芯或永磁鐵的磁特性的變化模式為在周向上呈梯度變化。定子的結(jié)構(gòu)為，由一個(gè)相的定子線圈或由各相的定子線圈的組合形成的磁場(chǎng)的分布模式為在整周中具有唯一性。
【專利說(shuō)明】電機(jī)及電機(jī)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明所公開(kāi)的實(shí)施方式涉及一種電機(jī)及電機(jī)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，為了對(duì)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行控制而檢測(cè)出電機(jī)的轉(zhuǎn)子的位置。一般而言，為了檢測(cè)出電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置而使用編碼器等位置檢測(cè)器。
[0003]然而，從節(jié)省配線、節(jié)省空間、提高在嚴(yán)酷的環(huán)境下的可靠性的觀點(diǎn)考慮，正在探索不使用編碼器也能夠檢測(cè)出轉(zhuǎn)子的位置的技術(shù)。
[0004]作為該技術(shù)的一例，在專利文獻(xiàn)I中提出了如下一種技術(shù)。即，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置(機(jī)械角的變化所表示的位置)的變化使得定子側(cè)的線圈的電感發(fā)生變化，該電感的變化值對(duì)應(yīng)于安裝在旋轉(zhuǎn)軸上的磁極部的磁阻的變化，利用這一情況來(lái)檢測(cè)出轉(zhuǎn)子的位置。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2010-166711號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0009]然而，在上述專利文獻(xiàn)I所記載的技術(shù)中，只能推定對(duì)應(yīng)于電角度的相對(duì)機(jī)械角。即，以專利文獻(xiàn)I為代表的現(xiàn)有技術(shù)，不能直接推定表示轉(zhuǎn)子的絕對(duì)位置的機(jī)械角。
[0010]實(shí)施方式涉及的一個(gè)技術(shù)方案即是考慮到上述問(wèn)題作出的，其目的在于提供一種能夠推定轉(zhuǎn)子的絕對(duì)機(jī)械角的電機(jī)及電機(jī)系統(tǒng)。
[0011]解決問(wèn)題的技術(shù)方案
[0012]實(shí)施方式一個(gè)技術(shù)方案所涉及的電機(jī)具有轉(zhuǎn)子與定子，所述轉(zhuǎn)子具有轉(zhuǎn)子鐵芯，在所述轉(zhuǎn)子鐵芯的周向上設(shè)有多個(gè)永磁鐵；所述定子隔著規(guī)定的氣隙與所述轉(zhuǎn)子相對(duì)配置，該定子具有定子鐵芯，在所述定子鐵芯上卷繞安裝有多個(gè)相的定子線圈。所述轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)為，所述轉(zhuǎn)子鐵芯或者所述永磁鐵的磁特性的變化模式為在周向上呈梯度變化。另外，所述定子的結(jié)構(gòu)為，所述定子線圈通過(guò)一個(gè)相或者各相的組合而形成的磁場(chǎng)的分布模式在整周中具有唯一性。
[0013]發(fā)明的效果
[0014]采用所述一個(gè)實(shí)施方式，不使用編碼器也能夠高精度地推定轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)系統(tǒng)的大致結(jié)構(gòu)的框圖；
[0016]圖2為實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子的在包含轉(zhuǎn)子中心軸的平面上的剖視圖；
[0017]圖3為比較例涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子的、在垂直于轉(zhuǎn)子中心軸的平面上的剖視圖；
[0018]圖4為表示比較例涉及的電機(jī)的數(shù)學(xué)模型的一例的附圖；
[0019]圖5為表示比較例涉及的電機(jī)的永磁鐵的磁極的名稱與d軸、q軸所對(duì)應(yīng)位置的附圖；
[0020]圖6A為表示比較例涉及的電機(jī)的定子線圈的名稱與配置的附圖；
[0021]圖6B為表示比較例涉及的電機(jī)的定子線圈的接線方式的附圖；
[0022]圖7A為表示比較例涉及的電機(jī)的定子線圈的卷繞方向的附圖；
[0023]圖7B為同時(shí)表示比較例涉及的電機(jī)的定子線圈的接線方式與卷繞方向的附圖；
[0024]圖8A為表示向比較例涉及的電機(jī)的定子線圈通交流電時(shí)的通電方法的附圖；
[0025]圖8B為表示以圖8A的通電方法通電時(shí)所產(chǎn)生的磁通的分布的附圖；
[0026]圖9A為表示比較例涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的d軸處所產(chǎn)生的磁通密度的分布的附圖；
[0027]圖9B為表示比較例涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的q軸處所產(chǎn)生的磁通密度的分布的附圖；
[0028]圖10所示為，設(shè)置圓筒鐵芯(由層疊的電磁鋼板構(gòu)成)代替比較例涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子后、對(duì)定子線圈通交流電時(shí)所產(chǎn)生的磁通密度與分布；
[0029]圖1lA為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的一例的附圖；
[0030]圖1lB為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的一例的附圖；
[0031]圖12A為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的d軸處所產(chǎn)生的磁通密度與分布的附圖；
[0032]圖12B為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的d軸處所產(chǎn)生的磁通密度與分布的附圖；
[0033]圖13A為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的一例的附圖；
[0034]圖13B為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的一例的附圖；
[0035]圖13C為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的一例的附圖；
[0036]圖14A為表示圖13A所示的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的d軸處所產(chǎn)生的磁通密度與分布的附圖；
[0037]圖14B為表示圖13B所示的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的d軸處所產(chǎn)生的磁通密度與分布的附圖；
[0038]圖14C為表示圖13C所示的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的d軸處所產(chǎn)生的磁通密度與分布的附圖；
[0039]圖15為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的一例的附圖；
[0040]圖16為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的d軸處所產(chǎn)生的磁通密度與分布的附圖；
[0041]圖17A為表示實(shí)施方式涉及的變形例的附圖；
[0042]圖17B為表示實(shí)施方式涉及的變形例的附圖；
[0043]圖18為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的例子的附圖；
[0044]圖19為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的d軸處所產(chǎn)生的磁通密度與分布的附圖；[0045]圖20A為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的例子的附圖；
[0046]圖20B為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的例子的附圖；
[0047]圖21A為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的d軸處所產(chǎn)生的磁通密度與分布的附圖；
[0048]圖21B為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的d軸處所產(chǎn)生的磁通密度與分布的附圖；
[0049]圖22A為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的例子的附圖；
[0050]圖22B為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的例子的附圖；
[0051]圖22C為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的例子的附圖；
[0052]圖23A為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的d軸處所產(chǎn)生的磁通密度與分布的附圖；
[0053]圖23B為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的d軸處所產(chǎn)生的磁通密度與分布的附圖；
[0054]圖23C為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的d軸處所產(chǎn)生的磁通密度與分布的附圖；
[0055]圖24A為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的q軸處所產(chǎn)生的磁通密度與分布的附圖；
[0056]圖24B為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的q軸處所產(chǎn)生的磁通密度與分布的附圖；
[0057]圖24C為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的q軸處所產(chǎn)生的磁通密度與分布的附圖；
[0058]圖25A為表示實(shí)施方式涉及的變形例的附圖；
[0059]圖25B為表示實(shí)施方式涉及的變形例的附圖；
[0060]圖26為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的例子的附圖；
[0061]圖27為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的d軸處所產(chǎn)生的磁通密度與分布的附圖；
[0062]圖28為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的例子的附圖；
[0063]圖29為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的d軸處所產(chǎn)生的磁通密度與分布的附圖；
[0064]圖30為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的例子的附圖；
[0065]圖31為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的d軸處所產(chǎn)生的磁通密度與分布的附圖；
[0066]圖32為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的例子的附圖；
[0067]圖33為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的d軸處所產(chǎn)生的磁通密度與分布的附圖；
[0068]圖34A為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的例子的附圖；
[0069]圖34B為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的例子的附圖；
[0070]圖34C為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的例子的附圖；
[0071]圖35A為表示圖34A所示的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的d軸處所產(chǎn)生的磁通密度與分布的附圖；
[0072]圖35B為表示圖34B所示的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的d軸處所產(chǎn)生的磁通密度與分布的附圖；
[0073]圖35C為表示圖34C所示的電機(jī)的轉(zhuǎn)子的d軸處所產(chǎn)生的磁通密度與分布的附圖；
[0074]圖36A為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的定子的例子的附圖；
[0075]圖36B為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的定子的例子的附圖；
[0076]圖36C為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的定子的例子的附圖；
[0077]圖37A所示為，在實(shí)施方式涉及的電機(jī)中，設(shè)置圓筒鐵芯(由層疊的電磁鋼板構(gòu)成)而代替轉(zhuǎn)子后，對(duì)定子線圈通交流電時(shí)在定子鐵芯中所產(chǎn)生的磁通密度與分布；
[0078]圖37B所示為，在實(shí)施方式涉及的電機(jī)中，設(shè)置圓筒鐵芯(由層疊的電磁鋼板構(gòu)成)而代替轉(zhuǎn)子后，對(duì)定子線圈通交流電時(shí)在定子鐵芯中所產(chǎn)生的磁通密度與分布；
[0079]圖37C所示為，在實(shí)施方式涉及的電機(jī)中，設(shè)置圓筒鐵芯(由層疊的電磁鋼板構(gòu)成)而代替轉(zhuǎn)子后，對(duì)定子線圈通交流電時(shí)在定子鐵芯中所產(chǎn)生的磁通密度與分布；
[0080]圖38A為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的定子的例子的附圖；
[0081]圖38B為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的定子的例子的附圖；
[0082]圖38C為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的定子的例子的附圖；
[0083]圖39A所示為，在實(shí)施方式涉及的電機(jī)中，設(shè)置圓筒鐵芯(由層疊的電磁鋼板構(gòu)成)而代替轉(zhuǎn)子后，對(duì)定子線圈通交流電時(shí)在定子鐵芯中所產(chǎn)生的磁通密度與分布；
[0084]圖39B所示為，在實(shí)施方式涉及的電機(jī)中，設(shè)置圓筒鐵芯(由層疊的電磁鋼板構(gòu)成)而代替轉(zhuǎn)子后，對(duì)定子線圈通交流電時(shí)在定子鐵芯中所產(chǎn)生的磁通密度與分布；
[0085]圖39C所示為，在實(shí)施方式涉及的電機(jī)中，設(shè)置圓筒鐵芯(由層疊的電磁鋼板構(gòu)成)而代替轉(zhuǎn)子后，對(duì)定子線圈通交流電時(shí)在定子鐵芯中所產(chǎn)生的磁通密度與分布；
[0086]圖40A為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的定子的例子的附圖；
[0087]圖40B為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的定子的例子的附圖；
[0088]圖40C為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的定子的例子的附圖；
[0089]圖4IA所示為，在實(shí)施方式涉及的電機(jī)中，設(shè)置圓筒鐵芯(由層疊的電磁鋼板構(gòu)成)而代替轉(zhuǎn)子后，對(duì)定子線圈通交流電時(shí)在定子鐵芯中所產(chǎn)生的磁通密度與分布；
[0090]圖41B所示為，在實(shí)施方式涉及的電機(jī)中，設(shè)置圓筒鐵芯(由層疊的電磁鋼板構(gòu)成)而代替轉(zhuǎn)子后，對(duì)定子線圈通交流電時(shí)在定子鐵芯中所產(chǎn)生的磁通密度與分布；
[0091]圖41C所示為，在實(shí)施方式涉及的電機(jī)中，設(shè)置圓筒鐵芯(由層疊的電磁鋼板構(gòu)成)而代替轉(zhuǎn)子后，對(duì)定子線圈通交流電時(shí)在定子鐵芯中所產(chǎn)生的磁通密度與分布；
[0092]圖42A為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子的組合的附圖；
[0093]圖42B為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子的組合的附圖；
[0094]圖43A為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子的組合所產(chǎn)生的磁通密度與分布的附圖；
[0095]圖43B為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子的組合所產(chǎn)生的磁通密度與分布的附圖；
[0096]圖44為表示實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子的組合中轉(zhuǎn)子的絕對(duì)位置和響應(yīng)電流的振幅的關(guān)系的附圖；
[0097]圖45為表示進(jìn)行絕對(duì)位置檢測(cè)時(shí)的系統(tǒng)狀態(tài)的不帶絕對(duì)位置編碼器的伺服系統(tǒng)的框圖；
[0098]圖46為表示進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的系統(tǒng)狀態(tài)的不帶絕對(duì)位置編碼器的伺服系統(tǒng)的框圖；
[0099]圖47為變形例的不帶絕對(duì)位置編碼器的伺服系統(tǒng)的框圖；
[0100]圖48為用于說(shuō)明第二實(shí)施方式涉及的電機(jī)的縱剖視圖；
[0101]圖49為示意性表示第二實(shí)施方式涉及的電機(jī)的主視圖；
[0102]圖50為表示第二實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖；
[0103]圖51A為示意性表示第二實(shí)施方式涉及的電機(jī)的定子的示意圖；
[0104]圖51B為表示第二實(shí)施方式涉及的電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖；
[0105]圖52為表示以電角度半周(機(jī)械角45度)所表現(xiàn)的電感值的極值的說(shuō)明圖；
[0106]圖53為表示第二實(shí)施方式涉及的電機(jī)的機(jī)械角的推定步驟的說(shuō)明圖；
[0107]圖54為表示第二實(shí)施方式涉及的電機(jī)的電感相對(duì)于機(jī)械角的分布的說(shuō)明圖；
[0108]圖55為表示第二實(shí)施方式涉及的變形例一的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖；
[0109]圖56為表示第二實(shí)施方式涉及的變形例二的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖；
[0110]圖57為表示第二實(shí)施方式涉及的變形例三的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖；
[0111]圖58為表示第二實(shí)施方式涉及的變形例四的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖；
[0112]圖59A為表示第二實(shí)施方式涉及的變形例一的定子的示意圖；
[0113]圖59B為表示第二實(shí)施方式涉及的變形例一的定子結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖；
[0114]圖60A為表示第二實(shí)施方式涉及的變形例二的定子的示意圖；
[0115]圖60B為表示第二實(shí)施方式涉及的變形例二的定子結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖；
[0116]圖61為表示第一定子線圈的接線方式的說(shuō)明圖；
[0117]圖62為表示第二定子線圈的接線方式的說(shuō)明圖；
[0118]圖63為用于說(shuō)明第三實(shí)施方式涉及的電機(jī)的縱剖視圖；
[0119]圖64為示意性表示第三實(shí)施方式涉及的電機(jī)的主視圖；
[0120]圖65為表示第三實(shí)施方式涉及的電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖；
[0121]圖66A為表示第三實(shí)施方式涉及的電機(jī)的定子的示意圖；
[0122]圖66B為表示第三實(shí)施方式涉及的電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖；
[0123]圖67為表示第三實(shí)施方式涉及的電機(jī)的機(jī)械角的推定步驟的說(shuō)明圖；
[0124]圖68為表示第三實(shí)施方式涉及的電機(jī)的電感相對(duì)于機(jī)械角的分布的說(shuō)明圖；
[0125]圖69A為表示第三實(shí)施方式涉及的變形例一的定子的示意圖；
[0126]圖69B為表不第三實(shí)施方式涉及的變形例一的定子結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖；
[0127]圖70A為表示第三實(shí)施方式涉及的變形例一的電機(jī)的定子的示意圖；
[0128]圖70B為表示第三實(shí)施方式涉及的變形例一的定子結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖；
[0129]圖71A為表示其他實(shí)施方式涉及的電機(jī)的第一定子線圈的接線方式的說(shuō)明圖；
[0130]圖71B為表示其他實(shí)施方式涉及的電機(jī)的第二定子線圈的接線方式的說(shuō)明圖；
[0131]圖72A為表示變形例一的第一定子線圈的接線方式的說(shuō)明圖；
[0132]圖72B為表示變形例一的第二定子線圈的接線方式的說(shuō)明圖；[0133]圖73A為表示變形例二的第一定子線圈的接線方式的說(shuō)明圖；
[0134]圖73B為表示變形例二的第二定子線圈的接線方式的說(shuō)明圖。
【具體實(shí)施方式】
[0135]下面參照附圖對(duì)本申請(qǐng)所公開(kāi)的電機(jī)以及電機(jī)系統(tǒng)的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。然而，下述實(shí)施方式僅僅是例示，并非對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限定。
[0136]圖1為實(shí)施方式涉及的電機(jī)系統(tǒng)I的大致結(jié)構(gòu)的框圖，圖2為實(shí)施方式涉及的電機(jī)10的在包含轉(zhuǎn)子中心軸的平面上的剖視圖。
[0137]如圖1所示，電機(jī)系統(tǒng)I具有電機(jī)10與控制裝置20。控制裝置20具有后述的轉(zhuǎn)子控制部21、電感計(jì)測(cè)部22、存儲(chǔ)部23以及機(jī)械角推定部24。另外，在圖1中，附圖標(biāo)記Ax表示旋轉(zhuǎn)軸11的軸心(中心)、即電機(jī)的中心軸。
[0138]電機(jī)10具有轉(zhuǎn)子17與定子16，其中，轉(zhuǎn)子17具有在此省略圖示并且將在后面說(shuō)明的永磁鐵18與轉(zhuǎn)子鐵芯17a ;定子具有多個(gè)定子線圈15與定子鐵芯16a,該定子16隔著氣隙與轉(zhuǎn)子17相對(duì)配置。轉(zhuǎn)子17的旋轉(zhuǎn)軸11通過(guò)軸承14A、14B以能夠旋轉(zhuǎn)的方式被保持在軸承架13A、13B上，定子16的外周被框架12所保持，軸承架13A、13B與框架12相連接。
[0139]轉(zhuǎn)子17的面對(duì)氣隙的表面上的磁極的總數(shù)(磁極數(shù))為4以上。并且，轉(zhuǎn)子17所形成的氣隙中的磁通密度的分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分。SP，以某一定程度大小的磁動(dòng)勢(shì)使對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子17的d軸或q軸的位置處產(chǎn)生了磁通時(shí)，在轉(zhuǎn)子17的周向上，某個(gè)機(jī)械角180度的范圍內(nèi)的氣隙中的磁通密度，比其他180度范圍內(nèi)的氣隙中的磁通密度大。并且，定子16所形成的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分。即，例如設(shè)置圓筒鐵芯170，由其代替轉(zhuǎn)子17，而與定子16相對(duì)配置，對(duì)定子線圈15施加交流電，此時(shí)，在定子鐵芯16a的周向上，某個(gè)機(jī)械角180度范圍內(nèi)的氣隙中的磁通密度，大于其他180度范圍內(nèi)的氣隙中的磁通密度。
[0140]為了容易理解，下面首先用圖3對(duì)比較例的電機(jī)的轉(zhuǎn)子100與定子200進(jìn)行說(shuō)明。
[0141]圖3為比較例的電機(jī)的轉(zhuǎn)子100與定子200的、在垂直于轉(zhuǎn)子中心軸的平面上的剖視圖。其中，所例示的是，轉(zhuǎn)子100的磁極數(shù)為6、定子200的線圈數(shù)為9、線圈形態(tài)為集中繞組的SPM (表面磁鐵)型電機(jī)。
[0142]比較例的電機(jī)的轉(zhuǎn)子100具有轉(zhuǎn)子鐵芯110與永磁鐵120，其中，轉(zhuǎn)子鐵芯110由層疊的電磁鋼板或碳素結(jié)構(gòu)鋼的切削制品等構(gòu)成；永磁鐵120安裝在轉(zhuǎn)子鐵芯110的面對(duì)氣隙的表面上。永磁鐵120由含稀土類元素的燒結(jié)體、含稀土類元素的樹(shù)脂混合體、鐵氧體磁鐵等構(gòu)成，被磁化的方向大致為轉(zhuǎn)子100的徑向。
[0143]作為電機(jī)的數(shù)學(xué)模型的一般性的代表例，公知有dq坐標(biāo)系模型。如圖4所示地，將三相坐標(biāo)系(由U相軸、V相軸、W相軸這三個(gè)坐標(biāo)軸表示的靜止坐標(biāo)系)的電機(jī)特性方程式變換為dq坐標(biāo)系(由d軸、q軸這兩個(gè)坐標(biāo)軸表示的隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系)即可得到dq坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型。
[0144]圖5所示為實(shí)際上的轉(zhuǎn)子100的d軸與q軸的位置。在本例中，極對(duì)數(shù)為3(磁極數(shù)6的2分之I )，因而，相對(duì)于dq坐標(biāo)系中的d軸和q軸，分別存在通過(guò)永磁鐵120的N極的中心的三個(gè)d軸(下面稱為實(shí)際d軸)以及通過(guò)與轉(zhuǎn)子100相鄰的永磁鐵120的中心的三個(gè)q軸(下面稱為實(shí)際q軸)。為了區(qū)別這些實(shí)際d軸與實(shí)際q軸，如圖5所示，按照順時(shí)針的方向分別依次命名為dl軸、d2軸、d3軸、ql軸、q2軸、q3軸。
[0145]另外，如圖3所示，比較例的電機(jī)的定子200具有定子鐵芯210與定子線圈220，其中，定子鐵芯210具有在周向上大致以相等間隔設(shè)置的齒部211 ;定子線圈220以集中繞組方式被卷繞在齒部211上。定子鐵芯210由層疊的電磁鋼板等構(gòu)成。如圖6A與圖6B所示，在轉(zhuǎn)子100向逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，全部的9個(gè)定子線圈220分配給三個(gè)相即U相、V相、W相。另外，各定子線圈220的卷繞方向如圖7A以及7B所示地設(shè)定。在圖7A與圖7B中，帶圈十字記號(hào)表示從紙面外側(cè)向里側(cè)的方向，帶圈圓點(diǎn)表示從紙面里側(cè)向外側(cè)的方向。各定子線圈220如圖7B所示地相互連接，整體上構(gòu)成三相星形連接的接線結(jié)構(gòu)。
[0146]圖8A為表示向比較例的電機(jī)的定子線圈220施加交流電的通電方法的附圖，圖8B為表示此時(shí)所形成的磁通的分布的附圖。如圖8A所示，定子線圈的V相端子與W相端子直接相連接，由此直接相連接的端子向U相端子施加交流電，于是，產(chǎn)生如圖SB所示的磁通。圖SB中示出了，在某一時(shí)刻由交流電所產(chǎn)生的磁通的分布，是隨著電流的變化而交替變化的磁通在某一瞬間的分布。在圖8B中，箭頭的方向表示磁通的方向(從N極向S極的方向)。在定子200的此狀態(tài)下設(shè)置轉(zhuǎn)子100，使圖5所示的轉(zhuǎn)子的dl軸與圖8B中的Ul定子線圈的中心一致，于是，能夠在對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子100的d軸的位置產(chǎn)生磁通。另外，在此定子200的狀態(tài)下設(shè)置轉(zhuǎn)子100，使圖5所示的轉(zhuǎn)子100的ql軸與圖8B中的Ul定子線圈220的中心一致，于是，能夠在對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子100的q軸的位置產(chǎn)生磁通。
[0147]圖9A與圖9B所示為，通過(guò)上述方法使比較例的電機(jī)的轉(zhuǎn)子100的d軸和q軸的位置處產(chǎn)生磁通時(shí)的磁通的分布。在圖9A與圖9B中，箭頭的朝向表示磁通的方向(從N極向S極的方向)，箭頭線的粗細(xì)表示磁通密度的大小，S卩，磁通密度越大則箭頭線越粗。比較例的電機(jī)的轉(zhuǎn)子100的電氣特性(例如永磁鐵的電導(dǎo)率)在周向上恒定均勻，因而，如果將磁動(dòng)勢(shì)固定為某個(gè)恒定大小時(shí)，那么，上述三個(gè)實(shí)際d軸處均產(chǎn)生密度相同的磁通，因而，箭頭線的粗細(xì)全部相同。即，磁通的分布在轉(zhuǎn)子100的周向上呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(在本例中，其周期是機(jī)械角120度)，不會(huì)出現(xiàn)在某個(gè)機(jī)械角180度范圍內(nèi)的磁通密度大于其他機(jī)械角180度范圍內(nèi)的磁通密度的情況。即，轉(zhuǎn)子100所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形并不具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分。
[0148]圖10所示為，設(shè)置圓筒鐵芯300 (由層疊的電磁鋼板構(gòu)成)代替轉(zhuǎn)子100后、由定子線圈220的U相端子向V相端子與W相端子通交流電時(shí)的磁通的分布。在圖10中，箭頭的朝向表示磁通的方向(從N極向S極的方向)，磁通密度越高，箭頭線被描繪得越粗。比較例的電機(jī)的定子200的定子鐵芯210的電氣特性(例如電導(dǎo)率)在周向上均一，并且，定子線圈220的匝數(shù)也全部相同，因而，磁通的分布在定子200的周向上呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(在本例中，其周期為機(jī)械角120度)，不會(huì)出現(xiàn)在某個(gè)機(jī)械角180度范圍內(nèi)的磁通密度大于其他機(jī)械角180度范圍內(nèi)的磁通密度的情況。即，定子200所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形并不具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分。
[0149]由于比較例的電機(jī)利用位置傳感器檢測(cè)出轉(zhuǎn)子100的位置與速度，因而，如上面所說(shuō)明的，磁通的分布呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，雖然轉(zhuǎn)子100與定子200這二者都不具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的氣隙中的磁通密度成分，但也不會(huì)產(chǎn)生大的問(wèn)題。
[0150]下面使用圖1IA?圖43B對(duì)圖3所示的本實(shí)施方式所涉及的電機(jī)10的轉(zhuǎn)子17以及定子16進(jìn)行說(shuō)明。其中，所例示的是，轉(zhuǎn)子17的磁極數(shù)為6、定子16的線圈數(shù)為9、線圈形態(tài)為集中繞組的電機(jī)，并且，該電機(jī)的轉(zhuǎn)子17具有圓柱狀的轉(zhuǎn)子鐵芯17a，在轉(zhuǎn)子鐵芯17a的周向上設(shè)有6極的永磁鐵18。
[0151]在本實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)子17的永磁鐵18的電導(dǎo)率按照磁極的范圍的不同而不同，使得轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分。即，如圖1lA與圖1lB中的點(diǎn)的密度的不同所示，從磁極NI到磁極S3，各磁極處的電導(dǎo)率在機(jī)械角O度到360度的范圍內(nèi)呈梯度分布。其中，在圖11A、圖1lB中，點(diǎn)的密度高的區(qū)域是電導(dǎo)率大的范圍，點(diǎn)的密度低的區(qū)域是電導(dǎo)率小的范圍。圖1lA所示為在環(huán)形的永磁鐵18上依次形成附、51、吧、52、吧、53這6個(gè)磁極的轉(zhuǎn)子17，圖1lB所示為在轉(zhuǎn)子鐵芯17a上設(shè)置分別獨(dú)立形成的N1、S1、N2、S2、N3、S3這6個(gè)磁極的永磁鐵18的轉(zhuǎn)子17。
[0152]在圖11A、B所示的轉(zhuǎn)子的d軸對(duì)應(yīng)的位置通交流電時(shí)，如圖12A、B所示，本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的磁通密度與其分布對(duì)應(yīng)于從磁極NI到磁極S3的各個(gè)磁極的電導(dǎo)率的差。在12A、B中，箭頭的朝向表示磁通的方向(從N極向S極的方向)，磁通密度越大則箭頭線被描繪得越粗。永磁鐵18的電導(dǎo)率越大，相對(duì)于d軸處所通的交流電，永磁鐵18內(nèi)部所產(chǎn)生的渦電流越大，因而，磁通密度越低。相反，永磁鐵18的電導(dǎo)率越小，相對(duì)于d軸處所通的交流電，永磁鐵18內(nèi)部所產(chǎn)生的渦電流越小，因而，磁通密度越高。在本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17中，如上所述，磁通密度按照磁極的不同而不同，因而三個(gè)實(shí)際d軸處所產(chǎn)生的磁通密度之間存在差異。即，磁通的分布在轉(zhuǎn)子17的周向上并非呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱狀，某個(gè)機(jī)械角180度范圍(在圖12A、B中，轉(zhuǎn)子17的下側(cè))內(nèi)的磁通密度大于其他機(jī)械角180度范圍內(nèi)的磁通密度。如此，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分，因而，通過(guò)并用該轉(zhuǎn)子17與后述的定子16以及控制方法，能夠檢測(cè)出轉(zhuǎn)子17的絕對(duì)位置。
[0153]另外，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17的永磁鐵18的厚度(徑向上的長(zhǎng)度)按照磁極的范圍的不同而不同，使得轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分。即，如圖13A?C所示，從磁極NI到磁極S3，各磁極處的永磁鐵18的厚度在機(jī)械角O度到360度的范圍內(nèi)呈梯度分布。
[0154]對(duì)圖13A、13B以及13C所示的轉(zhuǎn)子17的d軸對(duì)應(yīng)的位置通交流電時(shí)，本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的磁通密度與分布如圖14A、14B以及14C所示。在圖14A、14B以及14C中，箭頭的朝向表示磁通的方向(從N極向S極的方向)，磁通密度越大則箭頭線被描繪得越粗。由于永磁鐵18的厚度越大磁阻越大，因而磁通密度越低。相反，由于永磁鐵18的厚度越小磁阻越小，因而磁通密度越高。在本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17中，如上所述，永磁鐵18的厚度按照磁極的不同而不同，因而，三個(gè)實(shí)際d軸處所產(chǎn)生的磁通密度之間存在差異。S卩，磁通的分布在轉(zhuǎn)子17的周向上并非呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱狀，某個(gè)機(jī)械角180度范圍(在圖14A?C中，轉(zhuǎn)子17的下側(cè))內(nèi)的磁通密度大于其他機(jī)械角180度范圍內(nèi)的磁通密度。如此，由于本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分，因而，通過(guò)并用該轉(zhuǎn)子17與后述的定子16以及控制方法，能夠檢測(cè)出轉(zhuǎn)子17的絕對(duì)位置。
[0155]另外，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17，設(shè)置于永磁鐵18的內(nèi)徑側(cè)的轉(zhuǎn)子鐵芯17a的電導(dǎo)率按照磁極范圍的不同而不同，使得轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分。S卩，如圖15中點(diǎn)的密度的不同所示，從磁極NI到磁極S3，各磁極處的轉(zhuǎn)子鐵芯17a的電導(dǎo)率在機(jī)械角O度到360度的范圍內(nèi)呈梯度分布。其中，在圖15中，點(diǎn)的密度高的區(qū)域是電導(dǎo)率大的范圍，點(diǎn)的密度低的區(qū)域是電導(dǎo)率小的范圍。
[0156]對(duì)圖15所示的轉(zhuǎn)子17的d軸對(duì)應(yīng)的位置通交流電時(shí)，本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的磁通密度與分布，對(duì)應(yīng)于從磁極NI到S3的各個(gè)磁極處的轉(zhuǎn)子鐵芯17a的電導(dǎo)率的差，成為圖16中所示的形態(tài)。在圖16中，箭頭的朝向表示磁通的方向(從N極向S極的方向)，磁通密度越大則箭頭線被描繪得越粗。由于轉(zhuǎn)子鐵芯17a的電導(dǎo)率越大，相對(duì)于d軸處所通的交流電，轉(zhuǎn)子鐵芯17a內(nèi)部所產(chǎn)生的渦電流越大，因而磁通密度越低。相反，由于轉(zhuǎn)子鐵芯17a的電導(dǎo)率越小，相對(duì)于d軸處所通的交流電，轉(zhuǎn)子鐵芯17a內(nèi)部所產(chǎn)生的渦電流越小，因而磁通密度越高。在本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17中，如上所述，磁通密度按照磁極的不同而不同，因而，三個(gè)實(shí)際d軸處所產(chǎn)生的磁通密度之間存在差異。即，磁通的分布在轉(zhuǎn)子17的周向上并非呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱狀，某個(gè)機(jī)械角180度范圍(在圖16中，轉(zhuǎn)子17的下側(cè))內(nèi)的磁通密度大于其他機(jī)械角180度范圍內(nèi)的磁通密度。如此，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分，因而，通過(guò)并用該轉(zhuǎn)子17與后述的定子16以及控制方法，能夠檢測(cè)出轉(zhuǎn)子17的絕對(duì)位置。
[0157]上面所說(shuō)明的實(shí)施方式可以各自單獨(dú)適用，也可以同時(shí)適用多個(gè)實(shí)施方式。
[0158]圖17A、B表不的是同時(shí)適用上述實(shí)施方式中的兩個(gè)的例子。S卩，永磁鐵18的電導(dǎo)率按照磁極的范圍的不同而不同，并且永磁鐵18的厚度(徑向上的長(zhǎng)度)按照磁極的范圍的不同而不同。由上述理論可知，采用此變形例，也能夠使轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分。圖17A所示為在轉(zhuǎn)子鐵芯17a的周?chē)O(shè)置環(huán)形的永磁鐵18，該永磁鐵18的厚度(徑向上的長(zhǎng)度)在180度范圍內(nèi)逐漸變化，圖17B所示為在轉(zhuǎn)子鐵芯17a的周?chē)O(shè)置厚度(徑向上的長(zhǎng)度)互不相同的永磁鐵18。
[0159]上面是，永磁鐵18相對(duì)于轉(zhuǎn)子17的設(shè)置方式為表面磁鐵型(SPM型)的實(shí)施方式，然而，根據(jù)同樣的道理可以容易得出永磁鐵18的設(shè)置方式為嵌入型與埋入磁鐵型(IPM型)的實(shí)施方式。下面舉例說(shuō)明。圖18?圖27所示為嵌入型，圖28?圖35C為埋入磁鐵型。
[0160]本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17的永磁鐵18的電導(dǎo)率按照磁極的范圍的不同而不同，使得轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分。即，如圖18中的點(diǎn)的密度的不同所示，從磁極NI到磁極S3，各磁極處的電導(dǎo)率在機(jī)械角O度到360度的范圍內(nèi)呈梯度分布。其中，在圖18中，點(diǎn)的密度高的區(qū)域是電導(dǎo)率大的范圍，點(diǎn)的密度低的區(qū)域是電導(dǎo)率小的范圍。
[0161]對(duì)圖18所示的轉(zhuǎn)子17的d軸對(duì)應(yīng)的位置通交流電時(shí)，本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的磁通密度與分布,對(duì)應(yīng)于從磁極NI到磁極S3的各個(gè)磁極處的電導(dǎo)率的差，成為圖19中所示的形態(tài)。在圖19中，箭頭的朝向表示磁通的方向(從N極向S極的方向)，磁通密度越大則箭頭線被描繪得越粗。永磁鐵18的電導(dǎo)率越大,相對(duì)于d軸處所通的交流電,永磁鐵18內(nèi)部所產(chǎn)生的渦電流越大，因而磁通密度越低。相反，永磁鐵18的電導(dǎo)率越小，相對(duì)于d軸處所通的交流電，永磁鐵18內(nèi)部所產(chǎn)生的渦電流越小，因而磁通密度越高。在本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17中，如上所述，磁通密度按照磁極的不同而不同，因而，三個(gè)實(shí)際d軸處所產(chǎn)生的磁通密度之間存在差異。即，磁通的分布在轉(zhuǎn)子17的周向上并非呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱狀，某個(gè)機(jī)械角180度范圍(在圖19中，轉(zhuǎn)子17的下側(cè))內(nèi)的磁通密度大于其他機(jī)械角180度范圍內(nèi)的磁通密度。如此，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分，因而，通過(guò)并用該轉(zhuǎn)子17與后述的定子16以及控制方法，能夠檢測(cè)出轉(zhuǎn)子17的絕對(duì)位置。
[0162]另外，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17的永磁鐵18的厚度(徑向上的長(zhǎng)度)按照磁極的范圍的不同而不同，使得轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分。S卩，如圖20A、B所示，從磁極NI到磁極S3，各磁極處的永磁鐵18的厚度在機(jī)械角O度到360度的范圍內(nèi)呈梯度分布。圖20A所示為永磁鐵18的厚度(徑向上的長(zhǎng)度)從最大的NI到最小的S2、按照SI與S3、N2與N3這樣的順序逐漸階梯性地減小的轉(zhuǎn)子17。另外，圖20B所示為使用左右非對(duì)稱狀的永磁鐵18的轉(zhuǎn)子17，該永磁鐵18的厚度(徑向上的長(zhǎng)度)從最大的NI到最小的S2、按照SI與S3、N2與N3自身的厚度逐漸平滑地變化。
[0163]對(duì)圖20A、B所示的轉(zhuǎn)子17的d軸對(duì)應(yīng)的位置通交流電時(shí)，本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的磁通密度與分布如圖21A、B所示。在圖21A、B中，箭頭的朝向表示磁通的方向(從N極向S極的方向)，磁通密度越大則箭頭線被描繪得越粗。永磁鐵18的厚度越大，磁阻越大，因而磁通密度越低。相反，永磁鐵18的厚度越小，磁阻越小，因而磁通密度越高。在本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17中，如上所述，永磁鐵18的厚度按照磁極的不同而不同，因而，三個(gè)實(shí)際d軸處所產(chǎn)生的磁通密度之間存在差異。即，磁通的分布在轉(zhuǎn)子17的周向上并非呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱狀，某個(gè)機(jī)械角180度范圍(在圖21A、B中，轉(zhuǎn)子17的下側(cè))內(nèi)的磁通密度大于其他機(jī)械角180度范圍內(nèi)的磁通密度。如此，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分，因而，通過(guò)并用該轉(zhuǎn)子17與后述的定子16以及控制方法，能夠檢測(cè)出轉(zhuǎn)子17的絕對(duì)位置。
[0164]在上面的實(shí)施例中，著眼于對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子17的d軸的位置產(chǎn)生的磁通而使轉(zhuǎn)子17具有磁性的各向異性，然而，也容易得到著眼于對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子17的q軸的位置產(chǎn)生的磁通而使轉(zhuǎn)子17具有磁性的各向異性的實(shí)施方式。下面舉例說(shuō)明。
[0165]在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17中，轉(zhuǎn)子鐵芯17a的凸極17b的高度(徑向上的長(zhǎng)度)在周向上不同，使得轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分。即，如圖22A、B、C所示，6個(gè)凸極17b的高度在機(jī)械角O度到360度的范圍內(nèi)呈梯度分布。
[0166]對(duì)圖22A、B、C所示的轉(zhuǎn)子17的d軸對(duì)應(yīng)的位置通交流電時(shí)，本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子
17所產(chǎn)生的磁通密度與分布如圖23A、B、C所示。在圖23A、B、C中，箭頭的朝向表示磁通的方向(從N極向S極的方向)，磁通密度越大則箭頭線被描繪得越粗。轉(zhuǎn)子鐵芯17a的凸極17b的高度越小，則磁阻越大，因而磁通密度越低。相反，轉(zhuǎn)子鐵芯17a的凸極17b的高度越大，磁阻越小，因而磁通密度越高。在本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17中，如上所述，轉(zhuǎn)子鐵芯17a的凸極17b的高度按照磁極的不同而不同，因而，三個(gè)實(shí)際d軸處所產(chǎn)生的磁通密度之間存在差異。即，磁通的分布在轉(zhuǎn)子17的周向上并非呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱狀，某個(gè)機(jī)械角180度范圍(在圖23A、B、C中，轉(zhuǎn)子17的下側(cè))內(nèi)的磁通密度大于其他機(jī)械角180度范圍內(nèi)的磁通密度。如此，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分，因而，通過(guò)并用該轉(zhuǎn)子17與后述的定子16以及控制方法，能夠檢測(cè)出轉(zhuǎn)子17的絕對(duì)位置。
[0167]另外，對(duì)圖24A、B、C所示的轉(zhuǎn)子17的q軸對(duì)應(yīng)的位置通交流電時(shí)，本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的磁通密度與分布如圖24A、B、C所示。在圖24A、B、C中，箭頭的朝向表示磁通的方向(從N極向S極的方向)，磁通密度越大則箭頭線被描繪得越粗。轉(zhuǎn)子鐵芯17a的凸極17b的高度越小，則磁阻越大，因而磁通密度越低。相反，轉(zhuǎn)子鐵芯17a的凸極17b的高度越大，磁阻越小，因而磁通密度越高。在本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17中，如上所述，轉(zhuǎn)子鐵芯17a的凸極17b的高度按照磁極的不同而不同，因而，三個(gè)實(shí)際q軸處所產(chǎn)生的磁通密度之間存在差異。即，磁通的分布在轉(zhuǎn)子17的周向上并非呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱狀，某個(gè)機(jī)械角180度范圍(在圖24A、B、C中，轉(zhuǎn)子17的下側(cè))內(nèi)的磁通密度大于其他機(jī)械角180度范圍內(nèi)的磁通密度。如此，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分，因而，通過(guò)并用該轉(zhuǎn)子17與后述的定子16以及控制方法，能夠檢測(cè)出轉(zhuǎn)子17的絕對(duì)位置。
[0168]上面所說(shuō)明的實(shí)施方式可以各自單獨(dú)適用，也可以同時(shí)適用多個(gè)實(shí)施方式。
[0169]圖25A、B所示為同時(shí)適用上述實(shí)施方式中的兩個(gè)的例子。即，永磁鐵18的電導(dǎo)率按照磁極的范圍的不同而不同，并且轉(zhuǎn)子鐵芯17a的凸極17b的高度在周向上互不相同。另夕卜，永磁鐵18的電導(dǎo)率按照磁極的范圍的不同而不同，并且永磁鐵18的厚度(徑向上的長(zhǎng)度)按照磁極范圍的不同而不同，并且轉(zhuǎn)子鐵芯17a的凸極17b的高度在周向上互不相同。由上述理論可知，采用此變形例，也能夠使轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分。另外，圖25B所示的轉(zhuǎn)子17使用的是具有圖20B所示形狀的永磁鐵18。
[0170]另外，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17，設(shè)置在永磁鐵18的內(nèi)徑側(cè)的轉(zhuǎn)子鐵芯17a的電導(dǎo)率按照磁極范圍的不同而不同，使得轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分。S卩，如圖26中點(diǎn)的密度的不同所示，從磁極NI到磁極S3，各磁極處的轉(zhuǎn)子鐵芯17a的電導(dǎo)率在機(jī)械角O度到360度的范圍內(nèi)呈梯度分布。其中，在圖26中，點(diǎn)的密度高的區(qū)域是電導(dǎo)率大的范圍，點(diǎn)的密度低的區(qū)域是電導(dǎo)率小的范圍。
[0171]對(duì)圖26所示的轉(zhuǎn)子17的d軸對(duì)應(yīng)的位置通交流電時(shí)，本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的磁通密度與分布,對(duì)應(yīng)于從磁極NI到磁極S3的各個(gè)磁極處的轉(zhuǎn)子鐵芯17a的電導(dǎo)率的差，成為圖27中所示的形態(tài)。在圖27中，箭頭的朝向表示磁通的方向(從N極向S極的方向)，磁通密度越大則箭頭線被描繪得越粗。轉(zhuǎn)子鐵芯17a的電導(dǎo)率越大，相對(duì)于d軸處所通的交流電，轉(zhuǎn)子鐵芯17a內(nèi)部所產(chǎn)生的渦電流越大，因而磁通密度越低。相反，轉(zhuǎn)子鐵芯17a的電導(dǎo)率越小，相對(duì)于d軸處所通的交流電，轉(zhuǎn)子鐵芯17a內(nèi)部所產(chǎn)生的渦電流越小，因而磁通密度越高。在本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17中，如上所述，磁通密度按照磁極的不同而不同，因而，三個(gè)實(shí)際d軸處所產(chǎn)生的磁通密度之間存在差異。即，磁通的分布在轉(zhuǎn)子17的周向上并非呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱狀，某個(gè)機(jī)械角180度范圍(在圖27中，轉(zhuǎn)子17的下側(cè))內(nèi)的磁通密度大于其他機(jī)械角180度范圍內(nèi)的磁通密度。如此，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分，因而，通過(guò)并用該轉(zhuǎn)子17與后述的定子16以及控制方法，能夠檢測(cè)出轉(zhuǎn)子17的絕對(duì)位置。[0172]另外，在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17中，永磁鐵18的電導(dǎo)率按照磁極范圍的不同而不同，使得轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分。即，如圖28中的點(diǎn)的密度的不同所示，從磁極NI到磁極S3，各磁極處的電導(dǎo)率在機(jī)械角O度到360度的范圍內(nèi)呈梯度分布。其中，在圖28中，點(diǎn)的密度高的區(qū)域是電導(dǎo)率大的范圍，點(diǎn)的密度低的區(qū)域是電導(dǎo)率小的范圍。另外，包含圖28在內(nèi)，一直到圖35所表示的轉(zhuǎn)子17為埋入磁鐵型，在轉(zhuǎn)子鐵芯17a上形成作為磁鐵配置孔的磁鐵槽17d，在該磁鐵槽17d中配置著永磁鐵18。
[0173]在對(duì)應(yīng)于圖28所示的轉(zhuǎn)子的d軸的位置通交流電時(shí)，本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的磁通密度與分布,對(duì)應(yīng)于從磁極NI到磁極S3的各個(gè)磁極處的電導(dǎo)率的差，成為圖29所示的形態(tài)。在圖29中，箭頭的朝向表示磁通的方向(從N極向S極的方向)，磁通密度越大則箭頭線被描繪得越粗。永磁鐵18的電導(dǎo)率越大，相對(duì)于d軸處所通的交流電，永磁鐵
18內(nèi)部所產(chǎn)生的渦電流越大，因而磁通密度越低。相反，永磁鐵18的電導(dǎo)率越小，相對(duì)于d軸處所通的交流電，永磁鐵18內(nèi)部所產(chǎn)生的渦電流越小，因而磁通密度越高。在本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17中，如上所述，磁通密度按照磁極的不同而不同，因而，三個(gè)實(shí)際d軸處所產(chǎn)生的磁通密度之間存在差異。即，磁通的分布在轉(zhuǎn)子17的周向上并非呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱狀，某個(gè)機(jī)械角180度范圍(在圖29中，轉(zhuǎn)子17的下側(cè))內(nèi)的磁通密度大于其他機(jī)械角180度范圍內(nèi)的磁通密度。如此，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分，因而，通過(guò)并用該轉(zhuǎn)子17與后述的定子16以及控制方法，能夠檢測(cè)出轉(zhuǎn)子17的絕對(duì)位置。
[0174]另外，在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式涉及的轉(zhuǎn)子17中，永磁鐵18的厚度(徑向上的長(zhǎng)度)按照磁極的范圍的不同而不同，使得轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分。即，如圖30所示，從磁極NI到磁極S3，各磁極處的永磁鐵18的厚度在機(jī)械角O度到360度的范圍內(nèi)呈梯度分布。圖30所示的轉(zhuǎn)子17中，永磁鐵18的厚度(徑向上的長(zhǎng)度)被適當(dāng)改變。
[0175]在對(duì)應(yīng)于圖30所示的轉(zhuǎn)子17的d軸的位置通交流電時(shí)，本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的磁通密度與分布如圖31所示。在圖31中，箭頭的朝向表示磁通的方向(從N極向S極的方向)，磁通密度越大則箭頭線被描繪得越粗。永磁鐵18的厚度越大，磁阻越大，因而磁通密度越低。相反，永磁鐵18的厚度越小，磁阻越小，因而磁通密度越高。在本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17中，如上所述，永磁鐵18的厚度按照磁極的不同而不同，因而，三個(gè)實(shí)際d軸處所產(chǎn)生的磁通密度之間存在差異。即，磁通的分布在轉(zhuǎn)子17的周向上并非呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱狀，某個(gè)機(jī)械角180度范圍(在圖31中，轉(zhuǎn)子17的下側(cè))內(nèi)的磁通密度大于其他機(jī)械角180度范圍內(nèi)的磁通密度。如此，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分，因而，通過(guò)并用該轉(zhuǎn)子17與后述的定子16以及控制方法，能夠檢測(cè)出轉(zhuǎn)子17的絕對(duì)位置。
[0176]另外，在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17中，設(shè)置于永磁鐵18的內(nèi)徑側(cè)的轉(zhuǎn)子鐵芯17a的電導(dǎo)率按照磁極的范圍的不同而不同，使得轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分。S卩，如圖32中點(diǎn)的密度的不同所示，從磁極NI到磁極S3，各磁極處的轉(zhuǎn)子鐵芯17a的電導(dǎo)率在機(jī)械角O度到360度的范圍內(nèi)呈梯度分布。其中，在圖32中，點(diǎn)的密度高的區(qū)域是電導(dǎo)率大的范圍，點(diǎn)的密度低的區(qū)域是電導(dǎo)率小的范圍。
[0177]對(duì)圖32所示的轉(zhuǎn)子17的d軸對(duì)應(yīng)的位置通交流電時(shí)，本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的磁通密度與分布,對(duì)應(yīng)于從磁極NI到磁極S3的各個(gè)磁極處的轉(zhuǎn)子鐵芯17a的電導(dǎo)率的差，成為圖33中所示的形態(tài)。在圖33中，箭頭的朝向表示磁通的方向(從N極向S極的方向)，磁通密度越大則箭頭線被描繪得越粗。轉(zhuǎn)子鐵芯17a的電導(dǎo)率越大，相對(duì)于d軸處所通的交流電，轉(zhuǎn)子鐵芯17a內(nèi)部所產(chǎn)生的渦電流越大，因而磁通密度越低。相反，轉(zhuǎn)子鐵芯17a的電導(dǎo)率越小，相對(duì)于d軸處所通的交流電，轉(zhuǎn)子鐵芯17a內(nèi)部所產(chǎn)生的渦電流越小，因而磁通密度越高。在本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17中，如上所述，磁通密度按照磁極的不同而不同，因而，三個(gè)實(shí)際d軸處所產(chǎn)生的磁通密度之間存在差異。即，磁通的分布在轉(zhuǎn)子17的周向上并非呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱狀，某個(gè)機(jī)械角180度范圍(在圖33中，轉(zhuǎn)子17的下側(cè))內(nèi)的磁通密度大于其他機(jī)械角180度范圍內(nèi)的磁通密度。如此，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分，因而，通過(guò)并用該轉(zhuǎn)子17與后述的定子16以及控制方法，能夠檢測(cè)出轉(zhuǎn)子17的絕對(duì)位置。
[0178]另外，在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17中，轉(zhuǎn)子鐵芯17a的形狀按照磁極范圍的不同而不同，使得轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分。即，如圖34A、B、C所示，從磁極NI到磁極S3，各磁極處的轉(zhuǎn)子鐵芯17a的形狀在機(jī)械角O到360度的范圍內(nèi)形成為，僅有一個(gè)磁極不同或者伴隨有規(guī)則的變化而分布。圖35A所示的轉(zhuǎn)子17為改變磁鐵槽17d的深度，設(shè)定轉(zhuǎn)子鐵芯17a的面對(duì)氣隙的表面與永磁鐵18的距離使之互不相同。圖35B所示的轉(zhuǎn)子17為，具有以偏心軸171為中心的外周面，使得轉(zhuǎn)子鐵芯17a的外徑逐漸變化。圖35C所示的轉(zhuǎn)子17為，對(duì)與所配置的永磁鐵18相面對(duì)的弧面進(jìn)行切削，使各切削深度172互不相同。
[0179]在對(duì)應(yīng)于圖34A、B、C所示的轉(zhuǎn)子17的d軸的位置通交流電時(shí)，本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的磁通密度與分布，對(duì)應(yīng)于從磁極NI到磁極S3的各磁極處的轉(zhuǎn)子鐵芯17a的形狀的差，成為圖35、B、C所示的形態(tài)。在圖35A、B、C中，箭頭的朝向表示磁通的方向(從N極向S極的方向)，磁通密度越高則箭頭線被描繪得越粗。從圖35A、B、C的任何一個(gè)可知，永磁鐵18距離轉(zhuǎn)子鐵芯17a的面對(duì)氣隙的表面的距離越近，則磁阻越大，因而磁通密度越低。另外，轉(zhuǎn)子鐵芯17a的外徑越小，則磁阻越大，因而磁通密度越低。相反，永磁鐵18距離轉(zhuǎn)子鐵芯17a的面對(duì)氣隙的表面的距離越遠(yuǎn)，則磁阻越小，因而磁通密度越高。另外，轉(zhuǎn)子鐵芯17a的外徑越大，則磁阻越小，因而磁通密度越高。在本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17中，如上所述，磁通密度按照磁極的不同而不同，因而，在三個(gè)實(shí)際d軸處生成的磁通密度之間有差異。即，磁通的分布在轉(zhuǎn)子17的周向上并非呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱狀，某個(gè)機(jī)械角180度范圍(在圖35A、B、C中，轉(zhuǎn)子17的下側(cè))內(nèi)的磁通密度大于其他機(jī)械角180度范圍內(nèi)的磁通密度。如此，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分，因而，通過(guò)并用該轉(zhuǎn)子17與后述的定子16以及控制方法，能夠檢測(cè)出轉(zhuǎn)子17的絕對(duì)位置。
[0180]在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的定子16中，定子鐵芯16a的電導(dǎo)率在周向上不同，使得定子16所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分。S卩，如圖36A、B、C中陰影所示，定子鐵芯16a的電導(dǎo)率在機(jī)械角O度到360度的范圍內(nèi)呈梯度分布。其中，在圖36A、B、C中，陰影密度高的區(qū)域表示電導(dǎo)率小的范圍，陰影密度低的區(qū)域表示電導(dǎo)率高的范圍。
[0181]針對(duì)36A、B、C中所示的定子16，設(shè)置圓筒鐵芯170 (由層疊的電磁鋼板構(gòu)成)而代替轉(zhuǎn)子17，從定子線圈15的U相端子向V相端子與W相端子通交流電時(shí)的磁通的分布，如圖37A、B、C所示。在圖37A、B、C中，箭頭的朝向表示磁通的方向(從N極向S極的方向)，磁通密度越高箭頭線被描繪得越粗。定子鐵芯16a的電導(dǎo)率越小，則磁阻越小，因而磁通密度越高。相反，定子鐵芯16a的電導(dǎo)率越大，則磁阻越大，因而磁通密度越低。在本實(shí)施方式的定子16中，如上所述，磁通密度在周向上呈梯度分布。即，磁通的分布在定子16的周向上并非呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，某機(jī)械角180度范圍(圖37A、B、C中為定子16的左上側(cè))的磁通密度比其他機(jī)械角180度范圍內(nèi)的磁通密度高。如上所述，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的定子16所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360為一個(gè)周期的磁通密度成分，因而，并用此定子16與上述轉(zhuǎn)子17以及控制方法，能夠檢測(cè)出轉(zhuǎn)子17的絕對(duì)位置。
[0182]另外，在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的定子16中，定子鐵芯16a的齒部16b在徑向上的長(zhǎng)度在周向上不同，使得定子16所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分。S卩，如圖38A、B、C所示，齒部16b的徑向長(zhǎng)度在機(jī)械角O到360度的范圍內(nèi)呈梯度分布。另外，在圖38A、B、C以及圖39A、B、C中，對(duì)徑向長(zhǎng)度相對(duì)較短的齒部16b標(biāo)注“.”標(biāo)記。
[0183]針對(duì)圖38A、B、C所示的定子16，設(shè)置圓筒鐵芯170 (由層疊的電磁鋼板構(gòu)成)代替轉(zhuǎn)子17，從定子線圈15的U相端子向V相端子與W相端子通交流電時(shí)的磁通的分布，如圖39A、B、C所示。在圖39A、B、C中，箭頭的朝向表示磁通的方向(從N極向S極的方向)，磁通密度越高箭頭線被描繪得越粗。定子鐵芯16a的齒部16b的徑向長(zhǎng)度越大，磁阻越小，因而磁通密度越高。相反地，定子鐵芯16a的齒部16b的徑向長(zhǎng)度越短，磁阻越大，因而磁通密度越低。在本實(shí)施方式的定子16中，如上所述，磁通密度在周向上呈梯度分布。S卩，磁通的分布在定子16的周向上并非呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，某機(jī)械角180度范圍(圖39A、B、C中為定子16的右下側(cè))的磁通密度比其他機(jī)械角180度范圍內(nèi)的磁通密度高。如上所述，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的定子16所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360為一個(gè)周期的磁通密度成分，因而，并用此定子16與上述轉(zhuǎn)子17以及控制方法，能夠檢測(cè)出轉(zhuǎn)子17的絕對(duì)位置。
[0184]另外，在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的定子16中，定子線圈15的匝數(shù)在周向上互不相同，使得定子16所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360為一個(gè)周期的磁通密度成分。S卩，如圖40A、B、C所示，定子線圈15的匝數(shù)在機(jī)械角O到360度的范圍內(nèi)呈梯度分布。其中，在圖40A、B、C中，陰影密度高的區(qū)域是匝數(shù)多的定子線圈15，陰影密度低的區(qū)域是匝數(shù)少的定子線圈15。
[0185]針對(duì)圖40A、B、C所示的定子16，設(shè)置圓筒鐵芯170 (由層疊的電磁鋼板構(gòu)成)代替轉(zhuǎn)子17，從定子線圈15的U相端子向V相端子與W相端子通交流電時(shí)的磁通的分布，如圖41A、B、C所示。在圖41A、B、C中，箭頭的朝向表示磁通的方向(從N極向S極的方向)，磁通密度越高箭頭線被描繪得越粗。定子線圈15的匝數(shù)越多，磁動(dòng)勢(shì)越大，因而磁通密度越高。相反，定子線圈15的匝數(shù)越少，磁動(dòng)勢(shì)越小，因而磁通密度越低。在本實(shí)施方式的定子16中，如上所述，磁通密度在周向上呈梯度分布。即，磁通的分布在定子16的周向上并非呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，某機(jī)械角180度范圍(在圖41A、B、C中為定子16的左上側(cè))的磁通密度比其他機(jī)械角180度范圍內(nèi)的磁通密度高。如上所述，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的定子16所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360為一個(gè)周期的磁通密度成分，因而，并用此定子16與上述轉(zhuǎn)子17以及控制方法，能夠檢測(cè)出轉(zhuǎn)子17的絕對(duì)位置。
[0186]下面，對(duì)由上述的轉(zhuǎn)子17與定子16的組合來(lái)檢測(cè)出轉(zhuǎn)子17的絕對(duì)位置的原理進(jìn)行說(shuō)明。
[0187]圖42A、B為轉(zhuǎn)子17與定子16的組合的一例。在圖42A、B中，轉(zhuǎn)子17為嵌入型，轉(zhuǎn)子鐵芯17a的凸極17b的高度(徑向上的長(zhǎng)度)在周向上不同，使得轉(zhuǎn)子17所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分；定子16的定子線圈15的匝數(shù)在周向上不同，使得定子16所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分。針對(duì)圖42A、B所示的定子16，從定子線圈15的U相端子向V相端子與W相端子通交流電時(shí)的磁通的分布，如圖43A、B所示。在圖43A、B中，箭頭的朝向表示磁通的方向(從N極向S極的方向)，磁通密度越高箭頭線被描繪得越粗。圖43A所示為圖22k所示的轉(zhuǎn)子17的dl軸位于卷繞定子16的Ul定子線圈(參照?qǐng)D6A)的齒部16b的中心時(shí)的磁通的分布。圖43B所示為圖22所示的轉(zhuǎn)子17的dl軸位于和圖43A的位置相隔180度的機(jī)械角的位置時(shí)的磁通的分布。
[0188]圖43A與圖43B的磁通的分布，由上述轉(zhuǎn)子17的磁性各向異性與定子16的磁性各向異性的相互影響而決定，是按照轉(zhuǎn)子17的絕對(duì)位置的不同而不同的分布。并且，由于上述轉(zhuǎn)子17與定子16所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形都具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分，因而，磁通的分布相對(duì)于轉(zhuǎn)子17的絕對(duì)位置的變化也具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通成分。
[0189]因而，通過(guò)測(cè)定磁通的分布相對(duì)于轉(zhuǎn)子17的絕對(duì)位置的變化，從而不使用位置傳感器也能夠間接地推定轉(zhuǎn)子17的絕對(duì)位置。
[0190]可以通過(guò)測(cè)定對(duì)定子線圈15施加規(guī)定頻率的電壓時(shí)的響應(yīng)電流的振幅，間接地測(cè)定磁通的分布相對(duì)于轉(zhuǎn)子17的絕對(duì)位置的變化。即，在繪制橫軸為轉(zhuǎn)子17的絕對(duì)位置Θ abs、縱軸為響應(yīng)電流的振幅Im的圖表時(shí)，得到如圖44所示的關(guān)系，因而，能夠在實(shí)質(zhì)上根據(jù)響應(yīng)電流的振幅Im推定轉(zhuǎn)子17的絕對(duì)位置Θ abs ο
[0191]下面說(shuō)明根據(jù)響應(yīng)電流的振幅Im推定轉(zhuǎn)子17的絕對(duì)位置Θ abs的步驟。
[0192]圖45與圖46為不帶絕對(duì)位置編碼器的伺服系統(tǒng)(電機(jī)系統(tǒng)I)的框圖，圖45為進(jìn)行絕對(duì)位置檢測(cè)時(shí)的系統(tǒng)狀態(tài)，圖46為進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的系統(tǒng)狀態(tài)。
[0193]如圖所示，電機(jī)系統(tǒng)I具有重疊電壓指令部27，首先，在進(jìn)行絕對(duì)位置檢測(cè)時(shí)，控制裝置20(圖1)通過(guò)重疊電壓指令部27以變頻裝置28為目標(biāo)，提供具有預(yù)定的頻率與振幅的高頻電壓。并且，重疊電壓指令部27可以將高頻電壓的重疊方向在電角度O到360 [deg]的范圍內(nèi)自由變更。
[0194]變頻裝置28將從重疊電壓指令部27得到的高頻電壓波形作為PWM施加給能夠進(jìn)行絕對(duì)位置檢測(cè)的上述的電機(jī)10。能夠進(jìn)行絕對(duì)位置檢測(cè)的電機(jī)10根據(jù)轉(zhuǎn)子(轉(zhuǎn)子17)的角度的不同，在磁極位置疊加電壓時(shí)所得到的電流與電感也不同。另外，重疊電壓指令部27及變頻裝置28與以電感計(jì)測(cè)部22 (參照?qǐng)D1)為代表的無(wú)傳感器計(jì)測(cè)部29連接。
[0195]因而，在圖45、圖46所示的電機(jī)系統(tǒng)I中，能夠通過(guò)分流電阻等(未圖示)來(lái)推定電流值。[0196]另外，在由ROM等的存儲(chǔ)裝置所構(gòu)成的存儲(chǔ)部23(參照?qǐng)D1)中存儲(chǔ)有數(shù)據(jù)表23a，該電機(jī)系統(tǒng)I的重疊信號(hào)中的與轉(zhuǎn)子角度(轉(zhuǎn)子17的角度)對(duì)應(yīng)的磁極位置電流值的變化作為數(shù)值數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在其中。
[0197]在機(jī)械角推定部24中，將所推定的電流值與數(shù)據(jù)表23a相比較從而推定當(dāng)前的機(jī)械角。
[0198]然而，例如根據(jù)圖44所示的響應(yīng)電流的振幅Im與轉(zhuǎn)子17的絕對(duì)位置Θ abs的關(guān)系，在數(shù)據(jù)表23a中，存在兩個(gè)對(duì)應(yīng)于某個(gè)電流值的機(jī)械角，因而，需要推定到底是其中哪一個(gè)。
[0199]前饋位置控制器25由V/F控制電路與引入控制電路等構(gòu)成，能夠使電機(jī)10的轉(zhuǎn)子17在一定程度上正確地旋轉(zhuǎn)。從而通過(guò)前饋位置控制使電機(jī)10的轉(zhuǎn)子17旋轉(zhuǎn)。
[0200]并且，重復(fù)下面的(I)?(3)的步驟，推定機(jī)械角。即，如上所述，(I)在檢測(cè)絕對(duì)位置時(shí)，通過(guò)重疊電壓指令部27以變頻裝置28為目標(biāo)，提供具有預(yù)定的頻率與振幅的高頻電壓。(2)變頻裝置28將從重疊電壓指令部27得到的高頻電壓波形作為PWM施加給能夠進(jìn)行絕對(duì)位置檢測(cè)的上述的電機(jī)10。(3)在機(jī)械角推定部24中，將所推定的電流值與數(shù)據(jù)表23a相比較從而推定當(dāng)前的機(jī)械角。
[0201]因而，在轉(zhuǎn)子(轉(zhuǎn)子17)的位置的推定中，可以用第一次與第二次所得到的兩個(gè)機(jī)械角實(shí)現(xiàn)唯一推定。
[0202]另外，使轉(zhuǎn)子進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)，通過(guò)推定機(jī)械角從而能夠提高對(duì)轉(zhuǎn)子(轉(zhuǎn)子17)的位置的推定精度。
[0203]在檢測(cè)出轉(zhuǎn)子(轉(zhuǎn)子17)的絕對(duì)位置之后，可以將控制方式切換為，由無(wú)傳感器計(jì)測(cè)部29利用感應(yīng)電壓監(jiān)測(cè)器與電感凸極性進(jìn)行的無(wú)傳感器方式進(jìn)行控制。
[0204]另外，在無(wú)傳感器方式中，通過(guò)考慮能夠檢測(cè)絕對(duì)位置的電機(jī)10的磁特性，從而能夠提高控制性能。
[0205]另外，在圖45與圖46所示的電機(jī)系統(tǒng)I中，使用了磁極位置電流值的數(shù)據(jù)表23a，然而，也可以使用磁極位置電感、與磁極位置磁性正交的軸的電流值、與磁極位置磁性正交的軸的電感來(lái)推定機(jī)械角。其中，磁極位置指的是d軸方向，與磁極位置磁性正交的軸指的是q軸。
[0206]圖47為不帶絕對(duì)位置編碼器的伺服系統(tǒng)(電機(jī)系統(tǒng)I)的變形例的框圖。另外，該電機(jī)系統(tǒng)I與圖45以及圖46中所不的電機(jī)系統(tǒng)存在下述兩點(diǎn)不同。
[0207]S卩，首先，作為以變頻裝置28為目標(biāo)賦予高頻電壓的重疊電壓指令部27而言，其具有發(fā)出第一重疊電壓指令a的第一重疊電壓指令部27a以及發(fā)出第二重疊電壓指令b的第二重疊電壓指令部27b，并且還具有對(duì)應(yīng)于第一重疊電壓指令部27a的第一數(shù)據(jù)表23a以及對(duì)應(yīng)于第二重疊電壓指令部27b的第二數(shù)據(jù)表23c。其次，無(wú)傳感器計(jì)測(cè)部29發(fā)出的表示電角度的信號(hào)，除了輸出給電流控制部26之外，還輸出給第一速度控制部30a以及通過(guò)模擬微分器31輸出給第二速度控制部30b。另外，其他的結(jié)構(gòu)與上述相同，標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記而省略其的說(shuō)明。
[0208]首先，在檢測(cè)絕對(duì)位置時(shí)，控制裝置20 (圖1)有選擇地通過(guò)第一重疊電壓指令部27a與第二重疊電壓指令部27b，以變頻器為目標(biāo)，提供具有預(yù)定頻率與振幅的高頻電壓。并且，任一個(gè)電壓重疊指令部27a、27b都可以使高頻電壓的重疊方向在電角度O到360[deg]的范圍內(nèi)自由變更。
[0209]變頻裝置28將通過(guò)第一重疊電壓指令a (或者第二重疊電壓指令b)得到的高頻電壓波形作為PWM施加給能夠檢測(cè)絕對(duì)位置的上述電機(jī)10。能夠檢測(cè)絕對(duì)位置的電機(jī)10根據(jù)轉(zhuǎn)子(轉(zhuǎn)子17)的角度的不同，電壓重疊在磁極位置上時(shí)得到的電流與電感也不同。
[0210]因而，在圖47所示的電機(jī)系統(tǒng)I中，可以通過(guò)分流電阻(未圖示)等來(lái)推定電流值。
[0211]在由ROM等的存儲(chǔ)裝置所構(gòu)成的存儲(chǔ)部23 (參照?qǐng)D1)中存儲(chǔ)著第一數(shù)據(jù)表23b與第二數(shù)據(jù)表23c，該電機(jī)系統(tǒng)I的重疊信號(hào)中的與轉(zhuǎn)子角度(轉(zhuǎn)子17的角度)對(duì)應(yīng)的磁極位置電流值的變化作為數(shù)值數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在其中。
[0212]在機(jī)械角推定部24中，將所推定的電流值與第一數(shù)據(jù)表23b、第二數(shù)據(jù)表23c相比較從而推定當(dāng)前的機(jī)械角。
[0213]然而，在此情況下，例如在圖44所示的響應(yīng)電流的振幅Im與轉(zhuǎn)子17的絕對(duì)位置Θ abs的關(guān)系中，存在兩個(gè)對(duì)應(yīng)于某個(gè)電流值的機(jī)械角，因而，需要推定到底是其中哪一個(gè)。
[0214]因而，使轉(zhuǎn)子(轉(zhuǎn)子17)旋轉(zhuǎn)一定程度，用不同的機(jī)械角檢測(cè)出電流值，對(duì)機(jī)械角進(jìn)行推定。
[0215]在圖47所示的電機(jī)系統(tǒng)I中，為了使轉(zhuǎn)子(轉(zhuǎn)子17)旋轉(zhuǎn)，使用了無(wú)傳感器計(jì)測(cè)部29所進(jìn)行的比較例的無(wú)傳感器控制、電流控制與位置控制。
[0216]然而，比較例的無(wú)傳感器控制使用的是利用電感凸極性的無(wú)傳感器方式。如此，在比較例中，通過(guò)利用電感凸極性的無(wú)傳感器控制，能夠逐次推定磁極位置，因而，能夠使電流控制與位置控制發(fā)揮作用。
[0217]S卩，在比較例中，通過(guò)無(wú)傳感器控制、電流控制、位置控制使電機(jī)10的轉(zhuǎn)子17旋轉(zhuǎn)，重復(fù)下述的步驟(I)?(3 )，推定機(jī)械角。
[0218](I)在檢測(cè)絕對(duì)位置時(shí)，由第一重疊電壓指令部27a與第二重疊電壓指令部27b，以變頻裝置28為目標(biāo)，提供具有預(yù)定頻率與振幅的高頻電壓。(2)變頻裝置28將從第一重疊電壓指令部27a與第二重疊電壓指令部27b得到的高頻電壓波形作為PWM施加給能夠檢測(cè)絕對(duì)位置的電機(jī)10。(3)由機(jī)械角推定部24將所推定的電流值與第一數(shù)據(jù)表23b、第二數(shù)據(jù)表23c相比較從而推定當(dāng)前的機(jī)械角。
[0219]因而，在轉(zhuǎn)子(轉(zhuǎn)子17)的位置的推定中，可以用第一次與第二次所得到的兩個(gè)機(jī)械角唯一推定轉(zhuǎn)子(轉(zhuǎn)子17)的位置。
[0220]進(jìn)一步，使轉(zhuǎn)子(轉(zhuǎn)子17)旋轉(zhuǎn)，通過(guò)推定機(jī)械角從而能夠提高對(duì)轉(zhuǎn)子(轉(zhuǎn)子17)的位置的推定精度。
[0221]如上所述，在本例中，不僅使第一重疊電壓指令a起作用，還使頻率、電壓與其不同的第二重疊電壓指令b起作用，使用對(duì)應(yīng)于重疊電壓指令b的第二數(shù)據(jù)表23c進(jìn)行比較，推定機(jī)械角，因而，能夠提高對(duì)轉(zhuǎn)子(轉(zhuǎn)子17)的位置的推定精度。
[0222]并且，在檢測(cè)出絕對(duì)位置后，可以將控制序列切換為，利用感應(yīng)電壓監(jiān)測(cè)器與電感凸極性進(jìn)行的無(wú)傳感器方式進(jìn)行控制。
[0223]另外，在無(wú)傳感器方式中，通過(guò)考慮能夠檢測(cè)絕對(duì)位置的電機(jī)10的磁特性，從而能夠提高控制性能。
[0224]另外，在圖47所示的系統(tǒng)中，使用了磁極位置電流值的數(shù)據(jù)表，然而，也可以使用磁極位置電感、與磁極位置磁性正交的軸的電流值、與磁極位置磁性正交的軸的電感來(lái)推定機(jī)械角。另外，也可以適當(dāng)?shù)亟M合磁極位置電感、與磁極位置磁性正交的軸的電流值、與磁極位置磁性正交的軸的電感來(lái)推定機(jī)械角。
[0225]如上所述，在該電機(jī)系統(tǒng)I中，能夠施加頻率從O到數(shù)十KHz的三相電壓，能夠計(jì)測(cè)或者推定施加電壓而產(chǎn)生的三相電流。另外，在該電機(jī)系統(tǒng)I中，控制裝置20具有存儲(chǔ)部23，其中以數(shù)據(jù)表的方式存儲(chǔ)圖45~圖47所示的轉(zhuǎn)子17的絕對(duì)位置與響應(yīng)電流的振幅、或者轉(zhuǎn)子17的絕對(duì)位置與電感值。
[0226]另外，在該電機(jī)系統(tǒng)I中，能夠?qū)崿F(xiàn)如下算法，即，在檢測(cè)絕對(duì)位置時(shí)，通過(guò)施加數(shù)十Hz到數(shù)十KHz的高頻電壓，獲得響應(yīng)電流的振幅或者電感值，將這些值與上述數(shù)據(jù)表(數(shù)據(jù)表23a、第一、第二數(shù)據(jù)表23b、23c)比較而求得絕對(duì)位置。另外，該電機(jī)系統(tǒng)I能夠?qū)崿F(xiàn)如下算法，即，為了唯一地求得絕對(duì)位置而提高檢測(cè)精度，在檢測(cè)絕對(duì)位置時(shí)，使用前饋控制或者后饋控制使轉(zhuǎn)子17旋轉(zhuǎn)。另外，該電機(jī)系統(tǒng)I還能夠?qū)崿F(xiàn)如下算法，即，在檢測(cè)出絕對(duì)位置后，使用利用高頻重疊無(wú)傳感器方式、電機(jī)監(jiān)測(cè)器的無(wú)傳感器方式，來(lái)推定能夠檢測(cè)絕對(duì)位置的上述實(shí)施方式涉及的電機(jī)10的電角度。
[0227]另外，在上述實(shí)施方式中，所例示的是，轉(zhuǎn)子17的磁極數(shù)為6、定子16的線圈數(shù)為
9、線圈形態(tài)為集中繞組的電機(jī)。然而，根據(jù)說(shuō)明書(shū)的記載內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠容易知曉，其他磁極數(shù)(例如8、10、12等)、其他線圈數(shù)(例如6、12、15等)情況下的實(shí)施方式。因而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為說(shuō)明書(shū)中所記載的發(fā)明也包括這些類似發(fā)明。
[0228]下面，通過(guò)第二實(shí)施方式與第三實(shí)施方式，對(duì)電機(jī)10與電機(jī)系統(tǒng)I的實(shí)施方式作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0229]【第二實(shí)施方式】
[0230]圖48為用于說(shuō)明第二實(shí)施方式涉及的電機(jī)的縱剖視圖，圖49為示意性表示該電機(jī)10的主視圖。另外，圖50為表不電機(jī)10的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖，圖51A為表不該電機(jī)10的定子的示意圖，圖51B為表示該定子結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。
[0231]如圖49所示，本實(shí)施方式涉及的電機(jī)10為轉(zhuǎn)子17具有永磁鐵18的同步電機(jī)。在該電機(jī)10中，除了具有由電感的變化產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩以外，還具有由永磁鐵18與定子線圈15的吸引力與排斥力產(chǎn)生的磁力轉(zhuǎn)矩，能夠獲得較高的輸出。
[0232]另外，作為永磁鐵18，可以從釹磁鐵、釤鈷磁鐵、鐵氧體磁鐵、鋁鐵鎳鈷磁鐵等燒結(jié)磁鐵中任意選擇。
[0233]另外，在電機(jī)10中，根據(jù)所需的轉(zhuǎn)速，使U相線圈、V相線圈以及W相線圈中流過(guò)具有電角度120度的相位差的正弦波電流，使電機(jī)10持續(xù)旋轉(zhuǎn)。
[0234]如下面所說(shuō)明的，在本實(shí)施方式涉及的電機(jī)系統(tǒng)I中，具有能夠以較高的精度推定轉(zhuǎn)子17的旋轉(zhuǎn)位置的結(jié)構(gòu)。即，例如多個(gè)永磁鐵18中的一個(gè)停止在對(duì)應(yīng)于V相線圈的位置時(shí)，能夠精度較佳地檢測(cè)出轉(zhuǎn)子17的位置，使V相線圈中流過(guò)適當(dāng)?shù)碾娏?。因而，能夠防止例如U相線圈中流動(dòng)的電流不能產(chǎn)生電機(jī)啟動(dòng)所需的足夠的轉(zhuǎn)矩造成電機(jī)不能啟動(dòng)這樣的情況發(fā)生。并且，采用本實(shí)施方式涉及的電機(jī)系統(tǒng)1，也不必使用編碼器等傳感器。
[0235]下面對(duì)本實(shí)施方式涉及的電機(jī)系統(tǒng)I與電機(jī)10的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。如圖1所示，電機(jī)系統(tǒng)I具有電機(jī)10與控制裝置20。
[0236]如圖48所示，在電機(jī)10中，在圓筒狀的框架12的前后安裝著軸承架13A、13B，兩個(gè)軸承架13A、13B之間通過(guò)軸承14A、14B安裝著能夠旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸11。圖中，附圖標(biāo)記Ax表不旋轉(zhuǎn)軸11的中心、即電機(jī)中心軸。
[0237]如圖49所示，在旋轉(zhuǎn)軸11上以能夠以該旋轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)的方式安裝著轉(zhuǎn)子17，該轉(zhuǎn)子17具有圓柱狀的轉(zhuǎn)子鐵芯17a，轉(zhuǎn)子鐵芯17a的周向上設(shè)有多個(gè)(此處為8個(gè))永磁鐵18，并且，該轉(zhuǎn)子17具有凸極性。在轉(zhuǎn)子17中，在轉(zhuǎn)子鐵芯17a的周向上隔著間隔配置有8個(gè)呈以旋轉(zhuǎn)軸11的方向?yàn)殚L(zhǎng)度方向的矩形的磁鐵槽17d,永磁鐵18形成一個(gè)磁極,位于比轉(zhuǎn)子鐵芯17a的外表面稍稍靠?jī)?nèi)側(cè)的位置。
[0238]并且，在圓筒狀的框架12的內(nèi)側(cè)安裝著定子16，使定子16隔著規(guī)定的氣隙19而面對(duì)轉(zhuǎn)子17。另外，轉(zhuǎn)子鐵芯17a與定子鐵芯16a利用由電磁鋼板構(gòu)成的層疊鐵芯形成，然而，也可以由鐵等的切削制品形成轉(zhuǎn)子鐵芯17a。
[0239]如圖49與圖50所示，在轉(zhuǎn)子17上沿著轉(zhuǎn)子鐵芯17a的周向形成有半徑長(zhǎng)度互不相同的部位。即，沿著轉(zhuǎn)子鐵芯17a的周向形成多個(gè)(此處為8個(gè))由凸部構(gòu)成的凸極17b，從而形成半徑長(zhǎng)度互不相同的部位。圖50中，附圖標(biāo)記17c表示旋轉(zhuǎn)軸插孔。
[0240]并且，使各凸極17b向外側(cè)突出的突出量互不相同，從而使轉(zhuǎn)子17的磁特性產(chǎn)生變化。在本實(shí)施方式中，形成為，突出量從最小的凸極部17bl逐漸增加，形成凸極部17b2、17b3、17b4，直至突出量最大的凸極部17b5，從凸極部17b5向凸極部17bl逐漸減小突出量，形成凸極部17b6、17b7、17b8。
[0241]S卩，轉(zhuǎn)子17具有轉(zhuǎn)子鐵芯17a的磁特性(凸極性、磁阻、磁導(dǎo)率等)的變化模式為在周向半周的范圍內(nèi)呈梯度變化的結(jié)構(gòu)。
[0242]另外，在本實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)子鐵芯17a的磁特性的變化模式為在周向半周范圍內(nèi)呈梯度變化，然而，也可以是從突出量最小的凸極部17bl開(kāi)始，逐漸增大突出量，直至以最大的突出量形成凸極部17b8。S卩，可以是轉(zhuǎn)子鐵芯17a的磁特性的變化模式為在周向上一個(gè)整周范圍內(nèi)呈梯度變化。
[0243]另外，如圖49與圖51A、51B所示，定子16具有定子鐵芯16a，定子鐵芯16a具有槽，槽中卷繞安裝有定子線圈15，定子線圈15具有由U相線圈15U、V相線圈15V、W相線圈15W構(gòu)成的多個(gè)相(U相、V相以及W相)。另外，如圖51B所示，定子線圈15被卷繞在齒部16b上。在圖51B中，附圖標(biāo)記16c表不定子鐵芯16a的槽部，符號(hào)16d表不軛部。
[0244]如圖所示，本實(shí)施方式涉及的定子鐵芯16a為，在其周向上依次卷繞安裝著定子線圈15 (U相線圈15U、V相線圈15V、W相線圈15W)。并且，由不同的相構(gòu)成的線圈組15a在周向上以120度的間隔形成三組(圖51A)。
[0245]線圈組15a的一個(gè)由一個(gè)正的U相線圈15U與隔著該正的U相線圈15U的2個(gè)負(fù)的U相線圈15U構(gòu)成。并且，如圖所示，同樣還具有由一個(gè)正的V相線圈15V與2個(gè)負(fù)的V相線圈15V構(gòu)成的線圈組15a、以及由一個(gè)正的W相線圈15W與2個(gè)負(fù)的W相線圈15W構(gòu)成的線圈組15a。S卩，圖51A中的帶有表示各相的U、V、W字母的橫杠以及圖51B中所示的正負(fù)(+、一)符號(hào)表示電流的方向(線圈的卷繞方向)。
[0246]如此，在本實(shí)施方式涉及的電機(jī)系統(tǒng)I中，使用的是8極9槽的電機(jī)10。在電機(jī)10的定子16中，各相的定子線圈15或者由各相構(gòu)成的線圈組(同相的定子線圈15的組)以機(jī)械角120度的間隔配置。
[0247]因此，由它們(各相的定子線圈15或者由各相構(gòu)成的線圈組)在電角度一周內(nèi)形成的磁場(chǎng)的分布，不會(huì)在機(jī)械角一周(360度)中再現(xiàn)。[0248]S卩，由三相構(gòu)成的各定子線圈15在電角度一周內(nèi)所形成的磁場(chǎng)的分布模式為，不會(huì)在定子鐵芯16a的機(jī)械角一周(整周)中重復(fù)出現(xiàn)。換言之，由定子線圈15的一個(gè)相或者各相的組合在定子16的內(nèi)周側(cè)形成的磁場(chǎng)的分布模式為，在定子鐵芯16a的整周內(nèi)具有唯一性。再換言之，定子16所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分。
[0249]如本實(shí)施方式中所述那樣,在多個(gè)相(本實(shí)施方式中為U相、V相與W相這三相)的定子線圈15、由各相構(gòu)成的線圈組以120度的間隔配置時(shí)，轉(zhuǎn)子17的磁特性的變化由電感的變化表不，與恰好具有兩極的定子16的變化情況相同，磁場(chǎng)的分布為在機(jī)械角一周(360度)中不會(huì)再現(xiàn)。
[0250]如此，在本實(shí)施方式涉及的電機(jī)10中，轉(zhuǎn)子17具有發(fā)送機(jī)械角信息的功能，定子16具有觀測(cè)轉(zhuǎn)子17的機(jī)械角信息的功能。另外，能夠通過(guò)定子16得到與轉(zhuǎn)子17的位置對(duì)應(yīng)的電感，控制裝置20能夠根據(jù)該電感求得轉(zhuǎn)子17的機(jī)械角。
[0251]另外，電機(jī)系統(tǒng)I所具有的控制裝置20具有轉(zhuǎn)子控制部21與電感計(jì)測(cè)部22，其中，轉(zhuǎn)子控制部21用于對(duì)轉(zhuǎn)子17的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行控制；電感計(jì)測(cè)部22用于計(jì)測(cè)卷繞在定子16上的后述的定子線圈15的電感(圖1)。
[0252]另外，轉(zhuǎn)子控制部21相當(dāng)于圖45A、45B以及圖46中的電流控制部26。另外，關(guān)于電感計(jì)測(cè)部22，與使用變頻裝置28、具有高頻發(fā)生器的重疊電壓指令部27 (參照?qǐng)D45A)等的公知的計(jì)測(cè)裝置相連接，對(duì)電機(jī)10重疊高頻電壓，從而能夠計(jì)測(cè)電感。
[0253]另外，控制裝置20具有存儲(chǔ)部23，將表示與轉(zhuǎn)子的機(jī)械角0m對(duì)應(yīng)的電感的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)與機(jī)械角信息相關(guān)聯(lián)地存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部23中。另外，控制裝置20還具有機(jī)械角推定部24，該機(jī)械角推定部24根據(jù)由電感計(jì)測(cè)部22所計(jì)測(cè)到的電感值以及以數(shù)據(jù)表的方式存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部23中的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，對(duì)轉(zhuǎn)子17的初始位置進(jìn)行推定。
[0254]另外，控制裝置20可以由計(jì)算機(jī)構(gòu)成。該計(jì)算機(jī)沒(méi)有圖示，不過(guò)，存儲(chǔ)部23可以由ROM、RAM等存儲(chǔ)器構(gòu)成，轉(zhuǎn)子控制部21、電感計(jì)測(cè)部22以及機(jī)械角推定部24可以由CPU等構(gòu)成。并且，在存儲(chǔ)部23中存儲(chǔ)著用于測(cè)定電感的運(yùn)算程序與各種控制程序以及由基準(zhǔn)數(shù)據(jù)構(gòu)成的數(shù)據(jù)表等，CPU按照這些程序進(jìn)行動(dòng)作，起到對(duì)轉(zhuǎn)子17的機(jī)械角進(jìn)行檢測(cè)的單元的作用。
[0255]在本實(shí)施方式的電機(jī)系統(tǒng)I中，執(zhí)行計(jì)測(cè)工序與推定工序，以檢測(cè)出轉(zhuǎn)子17的機(jī)械角。另外，在此之前，預(yù)先執(zhí)行存儲(chǔ)處理工序。另外，如果已將基準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部23中，未必每次都需要執(zhí)行存儲(chǔ)處理工序。
[0256]存儲(chǔ)處理工序是指，將表示與轉(zhuǎn)子17的機(jī)械角(有時(shí)表示為機(jī)械角θπ)對(duì)應(yīng)的電感值L的極值的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)表的方式預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部23中的工序。作為基準(zhǔn)極值的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)而言，例如是極值的電感值L與此時(shí)的機(jī)械角θπ。另外，下面表示的Lm是將電感值L的極值與機(jī)械角Θ m相關(guān)聯(lián)的值。
[0257]計(jì)測(cè)工序是指，使轉(zhuǎn)子17從初始位置旋轉(zhuǎn)規(guī)定角度(例如45度)，計(jì)測(cè)對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子17的位置的定子16的電感的工序。此時(shí)，對(duì)電感的極大值與極小值進(jìn)行計(jì)測(cè)。
[0258]另外，在使轉(zhuǎn)子17從初始位置旋轉(zhuǎn)時(shí)，使其至少旋轉(zhuǎn)45度即可。在本實(shí)施方式中，使轉(zhuǎn)子17從初始位置(θπ(1)旋轉(zhuǎn)機(jī)械角45度(θπ(1+π/4)，如圖52所示，就能夠計(jì)測(cè)電角度180 (半周期)的電感，因而能夠獲得極大值與極小值各一個(gè)。[0259]另外，圖52為表示以電角度半周(機(jī)械角45度)所表現(xiàn)的電感值的極值的說(shuō)明圖。在圖52中，I1rait表示從初始位置(Θ m0)旋轉(zhuǎn)了 Λ Θ ^ext時(shí)的極值，I2ext表示從初始位置(θπ。)旋轉(zhuǎn)了 Λ Q2mext時(shí)的極值。
[0260]推定工序是指，將所計(jì)測(cè)到的電感的實(shí)測(cè)值與作為對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子17的位置的機(jī)械角預(yù)先以數(shù)據(jù)表方式存儲(chǔ)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)相比較、根據(jù)比較結(jié)果推定作為轉(zhuǎn)子17的初始位置的絕對(duì)位置的工序。另外，在進(jìn)行推定時(shí)，可以使用規(guī)定的算式計(jì)算轉(zhuǎn)子17的機(jī)械角變化后的位置。
[0261]關(guān)于對(duì)轉(zhuǎn)子17的機(jī)械角的檢出步驟，下面參照?qǐng)D53與圖54對(duì)計(jì)測(cè)工序與推定工序的具體工序流程進(jìn)行說(shuō)明。圖53為表示本實(shí)施方式涉及的推定電機(jī)10的機(jī)械角步驟的說(shuō)明圖。另外，圖54為表不相對(duì)于該電機(jī)10的機(jī)械角的電感分布的說(shuō)明圖,其中，對(duì)U軸施加高頻電壓而產(chǎn)生電流，根據(jù)電流值計(jì)算電感值，以轉(zhuǎn)子17每旋轉(zhuǎn)機(jī)械角2 π /65 (rad)來(lái)將電感值繪制成曲線。另外，圖54所示的情況僅僅是例示，本發(fā)明并不限于此。
[0262]在計(jì)測(cè)工序中，在電機(jī)10的電感如圖54所示的形態(tài)分布時(shí)，如圖53所示，起到控制裝置20的轉(zhuǎn)子控制部21 (參照?qǐng)D1)的作用的CPU，首先使轉(zhuǎn)子17從機(jī)械角Θ m0向正向旋轉(zhuǎn)(步驟SI)。
[0263]然后，CPU使電感計(jì)測(cè)部22計(jì)測(cè)此位置處的電感(步驟S2)。并且，判定所計(jì)測(cè)到的值是否是極值(步驟S3)，在是極值時(shí)(步驟S3:是)，將其以與此時(shí)的角度相關(guān)聯(lián)的方式存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部23中。即，作為L(zhǎng)m ext、Δ 0m ext存儲(chǔ)起來(lái)(步驟S4)。
[0264]另外，在所計(jì)測(cè)到的值不是極值時(shí)(步驟S3:否)，CPU判定轉(zhuǎn)子17的旋轉(zhuǎn)位置是否為em(l+45度(步驟S5)。并且 ，在轉(zhuǎn)子17的旋轉(zhuǎn)位置不是0m(l+45度時(shí)(步驟S5:否)，CPU使處理返回步驟S2。即，在直至轉(zhuǎn)子17旋轉(zhuǎn)45度的機(jī)械角，執(zhí)行對(duì)電感的計(jì)測(cè)，檢測(cè)出極值。
[0265]并且，在轉(zhuǎn)子17的旋轉(zhuǎn)位置達(dá)到Θ m0+45度時(shí)(步驟S5:是)，CPU使轉(zhuǎn)子17的旋轉(zhuǎn)停止(步驟S6)。從而，結(jié)束計(jì)測(cè)工序，進(jìn)入推定工序。
[0266]在推定工序中，CPU使用規(guī)定的評(píng)價(jià)函數(shù)，將作為存儲(chǔ)部23中所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)表的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)極值換算為評(píng)價(jià)值(步驟S7)。并且，將根據(jù)轉(zhuǎn)子17的旋轉(zhuǎn)位置到達(dá)θ m0+45度前的極值換算得到的評(píng)價(jià)值全部保存在存儲(chǔ)部23中(步驟S8)。
[0267]并且，CPU從全部評(píng)價(jià)值中計(jì)算出使規(guī)定的評(píng)價(jià)函數(shù)為最小時(shí)的最小評(píng)價(jià)值(步驟S9)。并且，之后計(jì)算出成為電機(jī)10的轉(zhuǎn)子17的初始位置的機(jī)械角θπ(ι (步驟S10)，結(jié)束處理。
[0268]并且，計(jì)算出成為電機(jī)10的轉(zhuǎn)子17的初始位置的機(jī)械角θ-之后，可以由公知的電機(jī)控制(不使用編碼器等的電機(jī)控制，所謂的無(wú)編碼器控制)進(jìn)行電機(jī)10的驅(qū)動(dòng)。
[0269]如此，在本實(shí)施方式涉及的電機(jī)系統(tǒng)I中，進(jìn)行無(wú)傳感器控制，即，對(duì)定子線圈15施加電壓，檢測(cè)出電感的變化，從而推定轉(zhuǎn)子17的絕對(duì)位置。因此，不需要編碼器等的傳感器等，能夠減少部件數(shù)目，從而能夠?qū)崿F(xiàn)與此相隨的電機(jī)10的小型化等。
[0270]另外，在上述例子中，轉(zhuǎn)子鐵芯17a的凸極17b向外突出的突出量在半周內(nèi)呈梯度變化而互不相同，從而，使轉(zhuǎn)子17的磁特性具有變化，而能夠發(fā)出自身的機(jī)械角信息。
[0271]然而，為了使轉(zhuǎn)子17的磁特性產(chǎn)生變化，也可以使轉(zhuǎn)子鐵芯17a具有例如圖55~圖58所示的結(jié)構(gòu)。[0272]圖55表示變形例一的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖，圖56為表示變形例二的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖，圖57為表示變形例三的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖，圖58為表示變形例四的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。另外，關(guān)于和上述實(shí)施方式相同的結(jié)構(gòu)要素，在圖55?圖58中也以相同的附圖標(biāo)記表
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[0273](轉(zhuǎn)子的變形例一)
[0274]在圖55所示的轉(zhuǎn)子鐵芯17a中，多個(gè)永磁鐵18的間隔量不同。即，沿著轉(zhuǎn)子鐵芯17a的周向埋設(shè)于其中的各永磁鐵18到轉(zhuǎn)子鐵芯外周緣的間隔深度d互不相同。其中，8極的永磁鐵18從中心隔著45度的間隔埋設(shè)在轉(zhuǎn)子鐵芯17a中，具有最大的間隔量dmax的永磁鐵18與具有最小的間隔量dmin的永磁鐵18相對(duì)配置并埋設(shè)。
[0275](轉(zhuǎn)子的變形例二)
[0276]另外,在圖56所示的轉(zhuǎn)子鐵芯17a中，為了設(shè)置永磁鐵18而形成有作為磁鐵配置孔的磁鐵槽17d，與磁鐵槽17d相連地形成有槽17e，各槽17e的長(zhǎng)度不同。另外，只要是能夠改變磁特性，不僅可以使各槽17e的長(zhǎng)度不同，也可以采用不同的形狀，例如也可以使槽17e的面積等產(chǎn)生變化。
[0277]在此，4極的永磁鐵18從中心相隔90度的間隔埋設(shè)在轉(zhuǎn)子鐵芯17a中，在各永磁鐵18的兩端側(cè)分別延伸形成有槽17e。具有最長(zhǎng)長(zhǎng)度Lmax的槽17e所在的永磁鐵18與具有最短長(zhǎng)度Lmin的槽17e所在的永磁鐵18相對(duì)配置并埋設(shè)。
[0278](轉(zhuǎn)子的變形例三)
[0279]另外，在圖57所示的轉(zhuǎn)子鐵芯17a中，多個(gè)永磁鐵18的大小不相同。其中，8極的永磁鐵18從中心以45度的間隔埋設(shè)在轉(zhuǎn)子鐵芯17a中,最大的永磁鐵18與最小的永磁鐵18相對(duì)配置并埋設(shè)。另外，只要是能夠改變磁特性，不僅是使永磁鐵18的大小不同，也可以是使其形狀不同。
[0280](轉(zhuǎn)子的變形例四)
[0281]在圖55?圖57中所例示的是，主要使轉(zhuǎn)子鐵芯17a的磁特性不同的例子，不過(guò)，如圖58所示，也可以使永磁鐵18本身的磁特性不同。
[0282]S卩，圖58所示的轉(zhuǎn)子17使埋設(shè)在轉(zhuǎn)子鐵芯17a中的永磁鐵18的磁通密度(殘留磁通密度)不相同。并且，其中永磁鐵18的磁特性的變化模式為在周向上一周的范圍內(nèi)呈梯度變化。
[0283]圖58中所示的空心箭頭表示永磁鐵18的磁化，其長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)于殘留磁通密度的大小。即，在圖58中，從具有最小殘留磁通密度Bmin的永磁鐵18到具有最大殘留磁通密度Bmax的永磁鐵18共計(jì)8極的永磁鐵18，從中心以45度的間隔按照順時(shí)針?lè)较蛴刑荻鹊芈裨O(shè)在轉(zhuǎn)子鐵芯17a中。
[0284]因而，使用具有圖58所示的轉(zhuǎn)子鐵芯17a的轉(zhuǎn)子17時(shí)，在之前的實(shí)施方式中，呈圖54所示那樣的人字形分布的電感值變?yōu)橄蛴抑饾u上升狀的分布。
[0285]在表示上述的轉(zhuǎn)子17的變形例的圖55?圖58中，附圖標(biāo)記16e表示與轉(zhuǎn)子17相對(duì)配置的定子16的內(nèi)周面。
[0286]下面，對(duì)定子16的變形例進(jìn)行說(shuō)明。即，在上述實(shí)施方式中，定子鐵芯16a具有在其周向上依次卷繞著定子線圈15 (U相線圈15U、V相線圈15V、W相線圈15W)的9個(gè)槽(參照?qǐng)D51A、圖51B)。[0287]然而，定子16也可以形成為圖59A、B以及圖60A、B所示的結(jié)構(gòu)。即，在定子16中，在周向上針對(duì)每個(gè)相依次卷繞有定子線圈15，在周向上形成有多個(gè)分別由不同相的定子線圈15構(gòu)成的線圈組15a,各線圈組15a的磁場(chǎng)分布模式互不相同。
[0288]圖59A為表不變形例一涉及的定子的不意圖，圖59B為表不該定子結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖，圖60A為表不變形例二的定子的不意圖，圖60B為表不該定子結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。
[0289](定子的變形例一)
[0290]圖59A、B所示的定子16也具有定子鐵芯16a，在該定子鐵芯16a中，在多個(gè)齒16b之間分別形成有槽16c，由多個(gè)U相線圈15U、V相線圈15V以及W相線圈15W構(gòu)成的定子線圈15分別卷繞安裝于槽16c中。
[0291]將U相線圈15U、V相線圈15V、W相線圈15W作為一組線圈組15a，在定子鐵芯16a的周向上，以90度的間隔依次卷繞安裝有四組線圈組15a。即，線圈組15a的一個(gè)由U相線圈 15U (U+1)、V 相線圈 15V (V+1)、W 相線圈 15W (W+1)構(gòu)成。
[0292]并且，如圖所示，其他線圈組15a分別由U+2、U+3、U+4的各U相線圈15U、V+2、V+3、V+4的各V相線圈15V、W+2、W+3、W+4的各W相線圈15W構(gòu)成。
[0293]在各線圈組15a之間，使U相、V相以及W相的齒部16b的高度有選擇地不同，使各線圈組15a的磁場(chǎng)的分布模式互不相同，使磁場(chǎng)的分布模式為在整周中具有一次性(唯一性)。
[0294]即，在一個(gè)線圈組15a中，U相、V相以及W相的齒部16b的高度一樣，但是，在另一個(gè)線圈組15a中，卷繞安裝U相線圈15U (U+1)的齒部16b比卷繞安裝其他相(V相:V+1、W相:W+1)低。另外，在此外的另一個(gè)線圈組15a中，卷繞安裝V相線圈15V (V+2)的齒部16b比卷繞安裝其他相(W相:W+2、U相:U`+2)低，另外，在又一個(gè)線圈組15a中，卷繞安裝W相線圈15W (W+3)的齒部16b比卷繞安裝其他相(U相:U+3、V相:V+3)低。另外，圖中附圖標(biāo)記16f為示意性地表示較低地形成齒部16b的凹下部分。
[0295](定子的變形例二)
[0296]另外，如圖60A、B所示，在各線圈組15a之間，使U相、V相以及W相的線圈匝數(shù)有選擇地不同，使各線圈組15a的磁場(chǎng)的分布模式互不相同，使磁場(chǎng)的分布模式在整周中具有一次性(唯一性)。另外，在圖60A中，用圓形表示各定子線圈15，還用圓的大小表示匝數(shù)的多少。
[0297]即，如圖所示，在一個(gè)線圈組15a中，U相、V相以及W相的各線圈的匝數(shù)一樣，但是，在另一個(gè)線圈組15a中，U相線圈15U (U+1)的匝數(shù)比其他相(V相:V+1、W相:W+1)多。另外，在此外的另一個(gè)線圈組15a中，V相線圈15V (V+2)的匝數(shù)比其他相(W相:W+2、U相:U+2)多，另外，在又一個(gè)線圈組15a中，W相線圈15W (W+3)的匝數(shù)比其他相(U相:U+3、V相:V+3)多。
[0298](第二實(shí)施方式的變形例)
[0299]如上所述，采用本實(shí)施方式，在使電機(jī)10啟動(dòng)時(shí)，首先，直接檢測(cè)出作為轉(zhuǎn)子17的初始位置的機(jī)械角θπ(ι。但是，例如也可以設(shè)置機(jī)械角檢測(cè)模式開(kāi)關(guān)這樣的檢測(cè)機(jī)構(gòu)，例如由開(kāi)關(guān)來(lái)切換通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的模式與進(jìn)行機(jī)械角檢測(cè)處理的啟動(dòng)時(shí)的模式。
[0300]即，將定子16構(gòu)成為，針對(duì)U相、V相以及W相的每一個(gè)，在定子鐵芯16a上卷繞安裝有通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所使用的第一定子線圈151、與進(jìn)行機(jī)械角檢測(cè)處理時(shí)所使用的第二定子線圈152，對(duì)第一定子線圈151與第二定子線圈152的通電能夠切換。并且，在切換為向第二定子線圈152通電時(shí)，定子16在內(nèi)周側(cè)形成的磁場(chǎng)的分布在整周中不會(huì)重復(fù)，S卩，形成在整周范圍內(nèi)具有一次性(唯一性)的磁場(chǎng)的分布。
[0301]作為該結(jié)構(gòu)的例子，如圖61與圖62所示。圖61為表示第一定子線圈的接線方式的說(shuō)明圖，圖62為表示第二定子線圈的接線方式的說(shuō)明圖。
[0302]例如，電機(jī)10為8極12槽的電機(jī)，如圖所示，在定子鐵芯16a上卷繞安裝著U+1、U+2、U+3、U+4的定子線圈15被分別串聯(lián)連接的定子線圈151a。同樣地，還卷繞安裝有V+1、V+2、V+3、V+4的定子線圈15被分別串聯(lián)連接的第一定子線圈151b、以及W+l、W+2、W+3、W+4的定子線圈15被分別串聯(lián)連接的第一定子線圈151c。
[0303]并且，對(duì)于第一定子線圈151a而言，能夠通過(guò)定子線圈切換開(kāi)關(guān)SW (下面簡(jiǎn)稱為“開(kāi)關(guān)SW”)在由U+1、U+2、U+3、U+4的定子線圈15構(gòu)成的第一定子線圈151a、與僅由U+1的定子線圈15構(gòu)成的第二定子線圈152a之間進(jìn)行切換。同樣,對(duì)于第一定子線圈151b而言，能夠通過(guò)開(kāi)關(guān)SW在由V+l、V+2、V+3、V+4的定子線圈15構(gòu)成的第一定子線圈151b、與僅由V+1的定子線圈15構(gòu)成的第二定子線圈152b之間進(jìn)行切換。同樣，對(duì)于第一定子線圈151c而言，能夠通過(guò)開(kāi)關(guān)SW在由W+l、W+2、W+3、W+4的定子線圈15構(gòu)成的第一定子線圈151c、與僅由W+1的定子線圈15構(gòu)成的第二定子線圈152c之間進(jìn)行切換。
[0304]即，在本實(shí)施方式中，第二定子線圈152被包含在第一定子線圈151的一部分中。
[0305]并且，圖61所示的第一定子線圈151所形成的磁場(chǎng)在整周范圍內(nèi)具有均一的分布，并且，磁場(chǎng)的分布模式也一樣。然而，將開(kāi)關(guān)SW切換為圖62所不的狀態(tài)時(shí),對(duì)于第一定子線圈151a而言，多個(gè)定子線圈15 (例如U+l、U+2、U+3、U+4)中，除了 U+1的定子線圈15之外，電路被切斷，從而，僅僅是只由U+1的定子線圈15構(gòu)成的第二定子線圈152a被通電。
[0306]S卩，在切換為向第二定子線圈152通電時(shí)，除了該第二定子線圈152之外，向其他的定子線圈15的通電被禁止。
[0307]對(duì)于第一定子線圈151b與第一定子線圈151c而言也是同樣的情況,開(kāi)關(guān)SW被切換時(shí)，除了 V+1與W+1的定子線圈15之外，其他的定子線圈的電路被切斷，從而，僅僅是分別只由V+1與W+1的各定子線圈15構(gòu)成的第二定子線圈152b、152c被通電。此時(shí)所形成的磁場(chǎng)的分布模式為一次性的分布模式，在定子鐵芯16a的整周范圍內(nèi)具有唯一性。S卩，在切換為向第二定子線圈152通電時(shí)，由三相(U+1、V+1、W+1)的定子線圈15所形成的磁場(chǎng)的分布模式為在定子鐵芯16a的整周范圍內(nèi)不會(huì)重復(fù)出現(xiàn)。
[0308]如此，采用本實(shí)施方式，構(gòu)成了定子線圈15能夠在兩個(gè)狀態(tài)之間切換的電機(jī)10，這兩個(gè)狀態(tài)例如是，通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)被選擇的、由第一定子線圈151構(gòu)成定子線圈15的狀態(tài)、以及在進(jìn)行機(jī)械角檢測(cè)處理時(shí)被選擇的、由第二定子線圈152構(gòu)成定子線圈15的狀態(tài)。
[0309]并且，即使采用這樣的結(jié)構(gòu)，與之前的實(shí)施方式相同，也能夠?qū)崿F(xiàn)能夠推定轉(zhuǎn)子17的絕對(duì)機(jī)械角的電機(jī)10以及電機(jī)系統(tǒng)I。
[0310]并且，在本實(shí)施方式的電機(jī)10與電機(jī)系統(tǒng)I中，在進(jìn)行通常驅(qū)動(dòng)時(shí)，定子線圈15的卷繞狀態(tài)為現(xiàn)有技術(shù)中所廣泛采用的集中繞組的狀態(tài)。即，由于是U相、V相以及W相成為一組的第一定子線圈151，因而，在電角度一周的范圍內(nèi)由該第一定子線圈151所形成的磁場(chǎng)的分布，在機(jī)械角一周的范圍內(nèi)重復(fù)出現(xiàn)。因而，能夠使轉(zhuǎn)子17順暢地旋轉(zhuǎn)。
[0311](第三實(shí)施方式)[0312]圖63為用于說(shuō)明本實(shí)施方式涉及的電機(jī)的縱剖視圖，圖64為示意性地表示電機(jī)的結(jié)構(gòu)的主視圖。另外，圖65為表不電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖，圖66A為表不該電機(jī)的定子的示意圖，圖66B為表示該定子的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。
[0313]如圖64所示，本實(shí)施方式涉及的電機(jī)10為在轉(zhuǎn)子17的表面上安裝著永磁鐵18的同步電機(jī)。作為永磁鐵18，可以從欽磁鐵、衫鉆磁鐵、鐵氧體磁鐵、招鐵鎮(zhèn)鉆磁鐵等燒結(jié)磁鐵中任意選擇。
[0314]另外，在電機(jī)10中，根據(jù)所需的轉(zhuǎn)速，使U相線圈、V相線圈以及W相線圈中流過(guò)具有電角度120度的相位差的正弦波電流，使電機(jī)10持續(xù)旋轉(zhuǎn)。
[0315]如下面所說(shuō)明的，在本實(shí)施方式涉及的電機(jī)系統(tǒng)I中，具有能夠以較高的精度推定轉(zhuǎn)子17的旋轉(zhuǎn)位置的結(jié)構(gòu)。例如多個(gè)永磁鐵18中的一個(gè)例如停止在對(duì)應(yīng)于V相線圈的位置時(shí)，能夠精度較佳地檢測(cè)出轉(zhuǎn)子17的位置，使V相線圈中流過(guò)適當(dāng)?shù)碾娏?。因而，能夠防止V相線圈以外的例如U相線圈中流動(dòng)的電流不能產(chǎn)生電機(jī)啟動(dòng)所需的足夠的轉(zhuǎn)矩造成電機(jī)不能啟動(dòng)這樣的情況發(fā)生。并且，采用本實(shí)施方式涉及的電機(jī)系統(tǒng)1，也不必使用編碼器等傳感器。
[0316]下面對(duì)本實(shí)施方式涉及的電機(jī)系統(tǒng)I與電機(jī)10的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。如圖1所示，電機(jī)系統(tǒng)I具有電機(jī)10與控制裝置20。
[0317]如圖63所示，在電機(jī)10中，在圓筒狀的框架12的前后安裝著軸承架13A、13B，兩個(gè)軸承架13A、13B之間通過(guò)軸承14A、14B安裝著能夠旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸11。圖中，附圖標(biāo)記Ax表不旋轉(zhuǎn)軸11的軸心(中心)、即電機(jī)中心軸。
[0318]如圖64所示，在旋轉(zhuǎn)軸11上以能夠以該旋轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)的方式安裝著轉(zhuǎn)子17，該轉(zhuǎn)子17具有圓柱狀的轉(zhuǎn)子鐵芯17a，在轉(zhuǎn)子鐵芯17a的周面上沿周向隔開(kāi)規(guī)定間隔設(shè)有多個(gè)(此處為6個(gè))永磁鐵18a?18f。
[0319]并且,在圓筒狀的框架12的內(nèi)側(cè)安裝著定子16,使定子16隔著規(guī)定的氣隙19而面對(duì)轉(zhuǎn)子17。另外，轉(zhuǎn)子鐵芯17a與定子鐵芯16a利用由電磁鋼板構(gòu)成的層疊鐵芯形成，然而，也可以由鐵等的切削制品形成轉(zhuǎn)子鐵芯17a。
[0320]在本實(shí)施方式涉及的電機(jī)10的轉(zhuǎn)子17在結(jié)構(gòu)上具有其特征。如圖64以及圖65所示，轉(zhuǎn)子鐵芯17a的物理軸線RO相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸11的軸心Ax被偏置。
[0321]S卩，通過(guò)使轉(zhuǎn)子鐵芯17a的物理軸線RO錯(cuò)開(kāi)旋轉(zhuǎn)軸11，從而使轉(zhuǎn)子鐵芯17a的磁中心相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸11的軸心Ax偏心,使轉(zhuǎn)子17a的外周面與定子鐵芯16a的內(nèi)周面之間的間隔19a在周向上無(wú)梯度地變化。從而，轉(zhuǎn)子鐵芯17a的磁特性的變化模式為在周向一周或半周的范圍內(nèi)無(wú)梯度地變化。圖65中，附圖標(biāo)記17c表示旋轉(zhuǎn)軸插孔。
[0322]另外，配置在轉(zhuǎn)子鐵芯17a的表面上的6個(gè)永磁鐵18a?18f的外周面與定子鐵芯16a的內(nèi)周面16e之間的間隔19b恒定不變。因此,各永磁鐵18a?18f在徑向上的長(zhǎng)度被設(shè)定為，與從旋轉(zhuǎn)軸11的軸心Ax到各永磁鐵18a?18f的外周面的在徑向上的長(zhǎng)度相同。
[0323]此處，將從旋轉(zhuǎn)軸11的軸心Ax到永磁鐵18的周向的中心位置處的內(nèi)周面的長(zhǎng)度記為H，將第一永磁鐵18a處的長(zhǎng)度Hl與第二、第三、第四永磁鐵18b?18d處的長(zhǎng)度H2?H4進(jìn)行比較。另外，如果不考慮永磁鐵18與轉(zhuǎn)子鐵芯17a之間的粘接層等時(shí)，長(zhǎng)度H與從旋轉(zhuǎn)軸11的軸心Ax到安裝永磁鐵18的轉(zhuǎn)子鐵芯17a的外周面的長(zhǎng)度相同。[0324]在本實(shí)施方式涉及的轉(zhuǎn)子17的轉(zhuǎn)子鐵芯17a中，長(zhǎng)度Hl為最短，向其相反側(cè)延伸的長(zhǎng)度H4最長(zhǎng)。S卩，從長(zhǎng)度Hl到長(zhǎng)度H2、H3、H4逐漸增大，從長(zhǎng)度H4到長(zhǎng)度H5、H6、H1逐漸減小。
[0325]并且，如上所述，由于6個(gè)永磁鐵18a?18f的外周面與定子鐵芯16a的內(nèi)周面之間的間隔1%恒定不變，因而第一永磁鐵18a的徑向上的長(zhǎng)度即磁鐵厚度tl為最大，關(guān)于第二、第三、第四永磁鐵18b?18d，其磁鐵厚度t2?t4逐漸變薄。
[0326]另外，本實(shí)施方式中的永磁鐵18的外周面形成為弧面狀，因而，在一個(gè)永磁鐵18中，其磁鐵厚度t從一端向另一端逐漸變化。
[0327]本實(shí)施方式涉及的電機(jī)10的轉(zhuǎn)子17具有上述的結(jié)構(gòu)，使轉(zhuǎn)子鐵芯17a的磁中心相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸11的軸心Ax偏心，從而，轉(zhuǎn)子鐵芯17a的磁特性(凸極性、磁阻、磁導(dǎo)率等)的變化模式為在周向半周的范圍內(nèi)無(wú)梯度且平滑地變化。
[0328]在本實(shí)施方式涉及的轉(zhuǎn)子17中，具有上述結(jié)構(gòu)，因此，第一?第六永磁鐵18a?18f的尺寸不相同。然而，雖然尺寸等不相同，但為了避免反磁場(chǎng)造成的消磁以及高溫造成的消磁，優(yōu)選使第一?第六永磁鐵18a?18f的磁性動(dòng)作點(diǎn)大致相同。另外，可以改變材料的密度，使得雖然尺寸不同，但是能夠適當(dāng)?shù)胤峙涓饔来盆F18的重量，從而使轉(zhuǎn)子17的旋轉(zhuǎn)平衡性均衡，使轉(zhuǎn)子17能夠順暢地旋轉(zhuǎn)。
[0329]另外，在尺寸、重量不相同的第一?第六永磁鐵18a?18f中，從旋轉(zhuǎn)軸11的軸心Ax到作為向轉(zhuǎn)子鐵芯17a安裝的安裝面的內(nèi)周面的長(zhǎng)度H互不相同，因而，施加在各第一?第六永磁鐵18a?18f上的離心力也不相同。此時(shí)，可以根據(jù)離心力的大小適當(dāng)?shù)馗淖儗?duì)轉(zhuǎn)子鐵芯17a的保持力，從而使永磁鐵18不會(huì)在離心力的作用下飛出。
[0330]另外，如圖64與圖66A、圖66B所示，定子16具有定子鐵芯16a，定子鐵芯16a具有槽，槽中卷繞安裝有定子線圈15，定子線圈15具有由U相線圈15U、V相線圈15V、W相線圈15W構(gòu)成的多個(gè)相(U相、V相以及W相)。另外，如圖所示，在本實(shí)施方式中，在以U相線圈15U、V相線圈15V、W相線圈15W為一組的三個(gè)線圈組15a之間，使U相、V相以及W相的線圈匝數(shù)有選擇地不同，使各線圈組15a的磁場(chǎng)的分布模式互不相同。另外，在圖66A中，用圓形表不定子線圈15,用圓的大小表不阻數(shù)的多少。另外,在圖66B中，附圖標(biāo)記16c表不定子鐵芯16a的槽部,符號(hào)16d表不軛部。
[0331]如圖所示，本實(shí)施方式涉及的定子鐵芯16a為，在周向上依次卷繞安裝著定子線圈15 (U相線圈15U、V相線圈15V、W相線圈15W)，由U相線圈15U、V相線圈15V、W相線圈15W構(gòu)成的線圈組15a在周向上以120度的間隔形成三組(圖66A)。
[0332]線圈組15a的一個(gè)由比其他的定子線圈15的匝數(shù)多的U+1相線圈15U、V+1相線圈15V、W+1相線圈15W構(gòu)成。并且，同樣地，還具有，由U+2相線圈15U、比其他的定子線圈15的匝數(shù)多的V+2相線圈15V、W+2相線圈15W構(gòu)成的線圈組15a、以及由三相的匝數(shù)均相同的U+3相線圈15U、V+3相線圈15V、W+3相線圈15W構(gòu)成的線圈組15a。圖66B中表示各相的字母U、V、W所附帶的+1、+2、+3表示齒部16b的順序。另外，對(duì)于三相的匝數(shù)均相同的線圈組15a，例如也可以構(gòu)成為與其他線圈組15a相同，使W+3相線圈15W比其他的定子線圈15的匝數(shù)多。
[0333]如此，在本實(shí)施方式涉及的電機(jī)系統(tǒng)I中，使用的是6極9槽的電機(jī)10。在電機(jī)10的定子16中，由匝數(shù)不同的相組合而成的各相所構(gòu)成的三個(gè)線圈組15a以機(jī)械角120度的間隔配置。
[0334]因此，由分別以匝數(shù)的不同所區(qū)分的三種線圈組15a、15a、15a在電角度一周內(nèi)形成的磁場(chǎng)的分布，不會(huì)在機(jī)械角一周(360度)中再現(xiàn)。
[0335]S卩，由三相構(gòu)成的各定子線圈15在電角度一周內(nèi)所形成的磁場(chǎng)的分布模式，不會(huì)在定子鐵芯16a的機(jī)械角一周(整周)中重復(fù)。換言之，由定子線圈15的一個(gè)相或者各相的組合在定子16的內(nèi)周側(cè)形成的磁場(chǎng)的分布模式，在定子鐵芯16a的整周內(nèi)具有唯一性。再換言之，定子16所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分。
[0336]如本實(shí)施方式中所述那樣，在多個(gè)相(本實(shí)施方式中為U相、V相與W相這三相)的定子線圈15、由各相構(gòu)成的線圈組，以120度的間隔配置時(shí)，轉(zhuǎn)子17的磁特性的變化由電感的變化表不，與恰好具有兩極的定子16的變化情況相同，磁場(chǎng)的分布為在機(jī)械角一周(360度)中不會(huì)再現(xiàn)。
[0337]如此，在本實(shí)施方式涉及的電機(jī)10中，轉(zhuǎn)子17具有發(fā)送機(jī)械角信息的功能，定子16具有觀測(cè)轉(zhuǎn)子17的機(jī)械角信息的功能。另外，能夠通過(guò)定子16得到與轉(zhuǎn)子17的位置對(duì)應(yīng)的電感，控制裝置20能夠根據(jù)該電感求得轉(zhuǎn)子17的機(jī)械角。
[0338]但是，為了使轉(zhuǎn)子鐵芯17a的磁中心相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸11的軸心Ax偏心，不僅可以使轉(zhuǎn)子鐵芯17a的物理軸線RO偏離旋轉(zhuǎn)軸11的軸心Ax配置，也可以由轉(zhuǎn)子鐵芯17a的導(dǎo)磁率在周向上的變化而形成。
[0339]旋轉(zhuǎn)軸11的軸心Ax是轉(zhuǎn)子鐵芯17a的幾何中心，相對(duì)于此，在本實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)子鐵芯17a的磁中心是指，作為磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)子17與作為電氣元件的定子16相互作用時(shí)磁性變化的中心。通常,磁中心與幾何中心是一致的。這里,使轉(zhuǎn)子鐵芯17a的磁中心偏心是為了使轉(zhuǎn)子鐵芯17a的磁特性的變化模式在其周向一周或者半周的范圍內(nèi)無(wú)梯度地變化，因而，未必只通過(guò)物理加工來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，也可以使導(dǎo)磁率不同的材料在周向上連續(xù)相接合而形成圓形的轉(zhuǎn)子鐵芯17a。
[0340]另外，電機(jī)系統(tǒng)I所具有的控制裝置20具有轉(zhuǎn)子控制部21與電感計(jì)測(cè)部22，其中，轉(zhuǎn)子控制部21用于對(duì)轉(zhuǎn)子17的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行控制；電感計(jì)測(cè)部22用于計(jì)測(cè)卷繞安裝在定子16上的后述的定子線圈15的電感(圖1)。
[0341]另外，關(guān)于電感計(jì)測(cè)部22，與使用此處省略圖示的變頻裝置28、具有高頻發(fā)生器的重疊電壓指令部27 (參照?qǐng)D45)等的公知的計(jì)測(cè)裝置相連接，對(duì)電機(jī)10重疊高頻電壓，從而能夠計(jì)測(cè)電感。
[0342]另外，控制裝置20具有存儲(chǔ)部23，將表示與轉(zhuǎn)子17的機(jī)械角(有時(shí)也表記為機(jī)械角em)對(duì)應(yīng)的電感的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)與機(jī)械角信息相關(guān)聯(lián)地存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部23中。另外，控制裝置20還具有機(jī)械角推定部24，該機(jī)械角推定部24根據(jù)由電感計(jì)測(cè)部22所計(jì)測(cè)到的電感值以及以數(shù)據(jù)表的方式存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部23中的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，對(duì)轉(zhuǎn)子17的初始位置進(jìn)行推定。
[0343]控制裝置20可以由計(jì)算機(jī)構(gòu)成。該計(jì)算機(jī)沒(méi)有圖示，不過(guò)，存儲(chǔ)部23可以由ROM、RAM等存儲(chǔ)器構(gòu)成，轉(zhuǎn)子控制部21、電感計(jì)測(cè)部22以及機(jī)械角推定部24可以由CPU等構(gòu)成。并且，在存儲(chǔ)部23中存儲(chǔ)著用于測(cè)定電感的運(yùn)算程序與各種控制程序以及由基準(zhǔn)數(shù)據(jù)構(gòu)成的數(shù)據(jù)表等，CPU按照這些程序進(jìn)行動(dòng)作，起到對(duì)轉(zhuǎn)子17的機(jī)械角進(jìn)行檢測(cè)的單元的作用。[0344]在本實(shí)施方式的電機(jī)系統(tǒng)I中，執(zhí)行計(jì)測(cè)處理與推定處理，以檢測(cè)出轉(zhuǎn)子17的機(jī)械角。另外，在此之前，預(yù)先執(zhí)行作為前段工序的存儲(chǔ)處理工序。另外，如果已將基準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部23中，未必每次都需要執(zhí)行存儲(chǔ)處理工序。
[0345]存儲(chǔ)處理工序是指，將表示針對(duì)每個(gè)機(jī)械角θ m的電感值L的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)表的方式預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部23中的工序，其中，機(jī)械角Θ m對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子17的基準(zhǔn)位置。
[0346]計(jì)測(cè)處理與推定處理是實(shí)際啟動(dòng)電機(jī)10時(shí)進(jìn)行的處理，在計(jì)測(cè)工序中，對(duì)轉(zhuǎn)子17施加高頻電壓，計(jì)測(cè)對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子17的位置的定子16的電感。
[0347]在推定處理中，將所計(jì)測(cè)到的電感的實(shí)測(cè)值與作為對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子17的位置的機(jī)械角預(yù)先以數(shù)據(jù)表方式存儲(chǔ)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)相比較、根據(jù)比較結(jié)果推定作為轉(zhuǎn)子17的初始位置的絕對(duì)位置。
[0348]在此，關(guān)于對(duì)轉(zhuǎn)子17的機(jī)械角的推定步驟，下面參照?qǐng)D67與圖68進(jìn)行說(shuō)明。圖67為表不實(shí)施方式涉及的電機(jī)10的機(jī)械角的推定步驟的說(shuō)明圖。另外，圖68為表不相對(duì)于該電機(jī)10的機(jī)械角的電感分布的說(shuō)明圖。其中，得到在轉(zhuǎn)子17從多個(gè)基準(zhǔn)位置旋轉(zhuǎn)機(jī)械角Gni時(shí)施加高頻電壓而產(chǎn)生的電流值，根據(jù)此時(shí)的電流值計(jì)算電感值L，以轉(zhuǎn)子17每旋轉(zhuǎn)機(jī)械角2π/9 (rad)來(lái)將電感值繪制成曲線。另外，作為電感值L，設(shè)為各相的電角度一周期(2 Ji )中的最大值。
[0349]如圖67所示，CPU對(duì)電機(jī)10施加高頻電壓，使電感計(jì)測(cè)部22計(jì)測(cè)轉(zhuǎn)子17位于規(guī)定位置時(shí)的電感(步驟SI)。然后，將所測(cè)定的電感值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部23中(步驟S2)。這樣結(jié)束計(jì)測(cè)處理。
[0350]之后，CPU將存儲(chǔ)部23中存儲(chǔ)的計(jì)測(cè)值與預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部23中的數(shù)據(jù)表的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)相比較，根據(jù)與作為計(jì)測(cè)值的電感值L的分布進(jìn)行對(duì)照的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，來(lái)推定表示轉(zhuǎn)子17的絕對(duì)位置的機(jī)械角θπ(ι (步`驟S3)，結(jié)束推定處理。另外，在進(jìn)行上述比較時(shí)，可以考慮數(shù)據(jù)的曲線所形成的圖表中的斜率等。
[0351]如此，在本實(shí)施方式涉及的電機(jī)10中，電感值L的分布波形因轉(zhuǎn)子17的機(jī)械位置的不同而不同，因而，能夠容易地根據(jù)實(shí)際測(cè)定的電感值L推定轉(zhuǎn)子17的絕對(duì)位置。
[0352]并且，在推定完成作為電機(jī)10的轉(zhuǎn)子17的初始位置的機(jī)械角Θ _后，通過(guò)公知的電機(jī)控制方式對(duì)電機(jī)10進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
[0353]如此，在本實(shí)施方式涉及的電機(jī)系統(tǒng)I中，進(jìn)行無(wú)傳感器控制，即，對(duì)定子線圈15施加電壓，檢測(cè)出電感值L的變化，從而推定轉(zhuǎn)子17的絕對(duì)位置。因此，不需要編碼器等的傳感器等，能夠減少部件數(shù)目，從而能夠?qū)崿F(xiàn)與此相隨的電機(jī)10的小型化等。
[0354]另外，上述實(shí)施方式中的定子鐵芯16a為，在其周向上依次卷繞安裝定子線圈15(U相卷線15U、V相卷線15V、W相卷線15W)的9槽定子鐵芯(參照?qǐng)D66A與圖66B)。
[0355]然而，定子16也可以構(gòu)成為圖69A、69B以及圖70A、70B所示的12槽結(jié)構(gòu)。即，在定子16中，在周向上依次按照各相卷繞安裝定子線圈15，由不同相的定子線圈15構(gòu)成線圈組15a，在周向上具有多個(gè)線圈組15a，各線圈組15a的磁場(chǎng)的分布模式互不相同。
[0356]圖69A為表不變形例一的定子的不意圖，圖69B為表不該定子的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖，圖70A為表不變形例二的定子的不意圖，圖70B為表不該定子的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。
[0357](定子的變形例一)
[0358]如圖69A與圖69B所示，也可在四個(gè)線圈組15a之間，使U相、V相以及W相的線圈匝數(shù)有選擇地不同，使各線圈組15a的磁場(chǎng)的分布模式互不相同，從而使磁場(chǎng)的分布模式在整周中具有一次性(唯一性)。另外，在圖69A與圖70A中，都用圓形表示各定子線圈15，還用圓的大小表示匝數(shù)的多少。
[0359]S卩，如圖所示，在一個(gè)線圈組15a中，U相、V相以及W相的各線圈的匝數(shù)一樣，但是，在另一個(gè)線圈組15a中，U相線圈15U (U+1)的匝數(shù)比其他相(V相:V+1、W相:W+1)多。另外，在此外的另一個(gè)線圈組15a中，V相線圈15V (V+2)的匝數(shù)比其他相(W相:W+2、U相:U+2)多，另外，在又一個(gè)線圈組15a中，W相線圈15W (W+3)的匝數(shù)比其他相(U相:U+3、V相:V+3)多。
[0360](定子的變形例二)
[0361]圖70A、70B所示的定子16也具有定子鐵芯16a，在該定子鐵芯16a中，在多個(gè)齒16b之間分別形成有槽16c，由多個(gè)U相線圈15U、V相線圈15V以及W相線圈15W構(gòu)成的定子線圈15分別卷繞安裝于槽16c中。
[0362]將U相線圈15U、V相線圈15V、W相線圈15W作為一組線圈組15a，在定子鐵芯16a的周向上，以90度的間隔依次卷繞安裝有四組線圈組15a。S卩，線圈組15a的一個(gè)由U相線圈 15U (U+1)、V 相線圈 15V (V+1)、W 相線圈 15W (W+1)構(gòu)成。
[0363]并且，如圖所示，其他線圈組15a分別由U+2、U+3、U+4的各U相線圈15U、V+2、V+3、V+4的各V相線圈15V、W+2、W+3、W+4的各W相線圈15W構(gòu)成。
[0364]在各線圈組15a之間，使U相、V相以及W相的齒部16b的高度有選擇地不同，使各線圈組15a的磁場(chǎng)的分布模式互不相同，使磁場(chǎng)的分布模式為在整周中具有一次性(唯一性)。
[0365]即，在一個(gè)線圈組15a中，U相、V相以及W相的齒部16b的高度一樣，但是，在另一個(gè)線圈組15a中，卷繞安裝U相線圈15U (U+1)的齒部16b比卷繞安裝其他相(V相:V+1、W相:W+1)的齒部低。另外，在此外的另一個(gè)線圈組15a中，卷繞安裝V相線圈15V (V+2)的齒部16b比卷繞安裝其他相(W相:W+2、U相:U+2)的齒部低，另外，在又一個(gè)線圈組15a中，卷繞安裝W相線圈15W (W+3)的齒部16b比卷繞安裝其他相(U相:U+3、V相:V+3)的齒部低。另外，圖中附圖標(biāo)記16f為示意性地表示較低地形成齒部16b的凹下部分。
[0366](其他實(shí)施方式)
[0367]如上所述，采用本實(shí)施方式，在使電機(jī)10啟動(dòng)時(shí)，直接檢測(cè)出作為轉(zhuǎn)子17的初始位置的機(jī)械角θπ(ι。但是，例如也可以設(shè)置機(jī)械角檢測(cè)模式開(kāi)關(guān)這樣的檢測(cè)機(jī)構(gòu)，由開(kāi)關(guān)來(lái)切換啟動(dòng)時(shí)的模式與通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的模式。
[0368]S卩，將定子16構(gòu)成為，針對(duì)U相、V相以及W相的每一個(gè)，在定子鐵芯16a上卷繞安裝有通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所使用的第一定子線圈151、與啟動(dòng)時(shí)所使用的第二定子線圈152，對(duì)第一定子線圈151與第二定子線圈152的通電能夠切換。并且，在切換為向第二定子線圈152通電時(shí)，定子16在內(nèi)周側(cè)形成的磁場(chǎng)的分布在整周中不會(huì)重復(fù)，S卩，形成在整周范圍內(nèi)具有一次性的磁場(chǎng)的分布。
[0369]作為該結(jié)構(gòu)的例子，如圖71A與圖71B所示。圖71A為表示第一定子線圈的接線方式的說(shuō)明圖，圖71B為表示第二定子線圈的接線方式的說(shuō)明圖。
[0370]如圖所示,定子16具有第一定子線圈151a,該第一定子線圈151a由作為多個(gè)定子線圈15的、例如U+l、U+2、U+3的定子線圈15被分別串聯(lián)連接而形成的線圈組構(gòu)成。同樣地，定子16還具有由V+l、V+2、V+3的定子線圈15被分別串聯(lián)連接而形成的線圈組構(gòu)成的第一定子線圈151b、以及由W+l、W+2、W+3的定子線圈15被分別串聯(lián)連接而形成的線圈組構(gòu)成的第一定子線圈151c。
[0371]并且，能夠通過(guò)定子線圈切換開(kāi)關(guān)SW (下面簡(jiǎn)稱為“開(kāi)關(guān)SW”)在由U+l、U+2、U+3這三個(gè)定子線圈15全部串聯(lián)連接而構(gòu)成的第一定子線圈151a、與僅由U+1的定子線圈15構(gòu)成的第二定子線圈152a之間進(jìn)行切換。同樣，能夠通過(guò)開(kāi)關(guān)SW在由V+l、V+2、V+3的定子線圈15全部串聯(lián)連接而構(gòu)成的第一定子線圈151b、與僅由V+1的定子線圈15構(gòu)成的第二定子線圈152b之間進(jìn)行切換。另外，同樣地，能夠通過(guò)開(kāi)關(guān)SW在由W+l、W+2、W+3的定子線圈15全部串聯(lián)連接而構(gòu)成的第一定子線圈151c、與僅由W+1的定子線圈15構(gòu)成的第二定子線圈152c之間進(jìn)行切換。
[0372]即，在本實(shí)施方式中，構(gòu)成為，第二定子線圈152被包含在第一定子線圈151的一部分中。
[0373]并且，圖71A所示的第一定子線圈151所形成的磁場(chǎng)在整周范圍內(nèi)具有均一的分布，并且，磁場(chǎng)的分布模式也一樣。然而，將三個(gè)線圈組的開(kāi)關(guān)SW切換為圖71B所示的狀態(tài)時(shí)，對(duì)于第一定子線圈151a而言，多個(gè)定子線圈15 (例如U+l、U+2、U+3)中，除了 U+1的定子線圈15之外，電路被切斷，從而，僅僅是只由U+1的定子線圈15構(gòu)成的第二定子線圈152a被通電。
[0374]同樣地，開(kāi)關(guān)SW被切換時(shí)，在另一個(gè)第一定子線圈151b中，僅僅是只由V+1的定子線圈15構(gòu)成的第二定子線圈152b被通電,在第一定子線圈151c中，僅僅是只由W+1的定子線圈15構(gòu)成的第二定子線圈152c被通電。S卩,在切換為向第二定子線圈152通電時(shí)，除了該第二定子線圈152之外，向其他的定子線圈15的通電被禁止。
[0375]與上述的實(shí)施方式相同，在開(kāi)關(guān)SW被切換時(shí)，由三個(gè)線圈組的互不相同的相的第二定子線圈152a、152b、152c形成的磁場(chǎng)的分布模式為,在定子鐵芯16a的整周中具有唯一性。即，由分別形成為第二定子線圈152的三相(U、V、W)的定子線圈15所形成的磁場(chǎng)的分布模式為，在定子鐵芯16a的整周中不會(huì)重復(fù)。換言之，各相的定子線圈15或者由各相構(gòu)成的線圈組(同相的定子線圈15的組)以機(jī)械角120度的間隔配置。
[0376]另外，在本例中，開(kāi)關(guān)SW被切換時(shí)，第二定子線圈152的組合是各線圈組中的第二定子線圈152a (3相:U+1、V+1、W+1)的組合。然而，也可以是，第二定子線圈152的組合為第二定子線圈152b (3相:U+2、V+2、W+2)或者第二定子線圈152c (U+3、V+3、W+3)的組合。
[0377]如此，采用本實(shí)施方式，構(gòu)成了定子線圈15能夠在兩個(gè)狀態(tài)之間切換的電機(jī)10，這兩個(gè)狀態(tài)例如是，通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)被選擇的由第一定子線圈151構(gòu)成定子線圈15的狀態(tài)、以及在啟動(dòng)時(shí)被選擇的由第二定子線圈152構(gòu)成定子線圈15的狀態(tài)。
[0378]并且，即使采用這樣的結(jié)構(gòu)，與之前的實(shí)施方式相同，也能夠?qū)崿F(xiàn)能夠推定作為轉(zhuǎn)子17的絕對(duì)機(jī)械角的電機(jī)10以及電機(jī)系統(tǒng)I。
[0379]并且，在本實(shí)施方式的電機(jī)10與電機(jī)系統(tǒng)I中，在進(jìn)行通常驅(qū)動(dòng)時(shí)，定子線圈15的卷繞狀態(tài)為現(xiàn)有技術(shù)中所廣泛采用的集中繞組的狀態(tài)。即，由于是U相、V相以及W相成為一組的第一定子線圈151，因而，在電角度一周的范圍內(nèi)由該第一定子線圈151所形成的磁場(chǎng)的分布，在機(jī)械角一周的范圍內(nèi)重復(fù)出現(xiàn)。即，電感的變化也都變得一樣，能夠降低轉(zhuǎn)子17的齒槽效應(yīng)等，使轉(zhuǎn)子17順暢地旋轉(zhuǎn)。[0380]作為具有這樣的開(kāi)關(guān)SW的結(jié)構(gòu)，也可以構(gòu)成為圖72A、72B以及圖73A、73B所示的結(jié)構(gòu)。
[0381](變形例一)
[0382]S卩，例如為8極9槽的電機(jī)10時(shí)，如圖72A、72B所示，定子16具有第一定子線圈151a，該第一定子線圈151a由作為多個(gè)定子線圈15的、例如U_l、U+1、U-2的定子線圈15被分別串聯(lián)連接而形成的線圈組構(gòu)成。同樣地，定子16還具有由V-l、V+l、V-2的定子線圈15被分別串聯(lián)連接而形成的線圈組構(gòu)成的第一定子線圈151b、以及由W-l、W+1、W-2的定子線圈15被分別串聯(lián)連接而形成的線圈組構(gòu)成的第一定子線圈151c。
[0383]并且，通常，如圖72A所示，通過(guò)開(kāi)關(guān)SW進(jìn)行連接，從而能夠使三個(gè)線圈組全部被通電，然而，在切換開(kāi)關(guān)SW時(shí)，能夠切換為圖72B所示的通電狀態(tài)。
[0384]S卩，除了 U-1、U+1、U_2這三個(gè)定子線圈15被分別串聯(lián)連接而形成的線圈組之外，V-UV+UV-2的定子線圈15被分別串聯(lián)連接而形成的線圈組以及W-l、W+l、W-2的定子線圈15被分別串聯(lián)連接而形成的線圈組呈開(kāi)路狀態(tài)。
[0385]另外，在此例中，作為第二定子線圈152，其僅由U相(U-1、U+1、U_2)構(gòu)成，由定子線圈15形成的磁場(chǎng)的分布模式為在整周中仍然具有唯一性。
[0386]另外，當(dāng)然也可以是，作為第二定子線圈152，其僅由V相(V-l、V+l、V_2)或者僅由 W 相(W-l、W+l、W-2)構(gòu)成。
[0387](變形例二)
[0388]另外，例如為10極12槽的電機(jī)10時(shí)，也可以構(gòu)成為圖73A、73B所示的結(jié)構(gòu)。
[0389]S卩，如圖所示，定子16具有第一定子線圈151a,該第一定子線圈151a由作為多個(gè)定子線圈15的、例如U+l、U-l、U-2、U+2的定子線圈15被分別串聯(lián)連接而形成的線圈組構(gòu)成。同樣地，定子16還具有由V+l、V-l、V-2、V+2的定子線圈15被分別串聯(lián)連接而形成的線圈組構(gòu)成的第一定子線圈151b、以及由W+l、W-l、W-2、W+2的定子線圈15被分別串聯(lián)連接而形成的線圈組構(gòu)成的第一定子線圈151c。
[0390]并且，通常，如圖73A所示，通過(guò)開(kāi)關(guān)SW進(jìn)行連接，從而能夠使三個(gè)線圈組全部被通電，然而，在切換開(kāi)關(guān)SW時(shí)，能夠切換為圖73B所示的通電狀態(tài)。
[0391]S卩，在U+1、U-1、U-2、U+2這四個(gè)定子線圈15被串聯(lián)連接而形成的線圈組中，僅U+1、U-1這兩個(gè)定子線圈15被通電，其他都呈開(kāi)路狀態(tài)。
[0392]另外，在此例中，作為第二定子線圈152，其僅由兩個(gè)定子線圈15 (U相:U+1、U_1)構(gòu)成，由定子線圈15形成的磁場(chǎng)的分布模式為在整周中仍然具有唯一性。
[0393]另外，也可以是，作為第二定子線圈152，在此情況下，兩個(gè)定子線圈15僅由V相(V+l> V-l)構(gòu)成，或者僅由W相(W+1、W-1)構(gòu)成。
[0394]上面通過(guò)實(shí)施方式與變形例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，然而，可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)定電機(jī)10的種類、電機(jī)10的極數(shù)以及槽數(shù)等。
[0395]上述實(shí)施方式所具有的效果與變形例是本領(lǐng)域技術(shù)人員容易得出的。因此，本發(fā)明具有更廣的范圍，并不限于上述特定的詳細(xì)方式以及具有代表性的實(shí)施例。因而，在不脫離權(quán)利要求書(shū)及其同等范圍所概括出的發(fā)明的精神或者范圍內(nèi)，可以進(jìn)行各種變更。
[0396]附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0397]1、電機(jī)系統(tǒng)；10、電機(jī)；15、定子線圈；15a、線圈組；16、定子；16a、定子鐵芯；17、轉(zhuǎn)子；17a、轉(zhuǎn)子鐵芯；18、永磁鐵；20、控制裝置；21、轉(zhuǎn)子控制部；22、電感計(jì)測(cè)部；23、存儲(chǔ)部；24、機(jī)械角推定部。
【權(quán)利要求】
1.一種電機(jī)，其特征在于， 具有轉(zhuǎn)子與定子， 所述轉(zhuǎn)子具有轉(zhuǎn)子鐵芯，在所述轉(zhuǎn)子鐵芯上設(shè)有多個(gè)永磁鐵， 所述定子隔著規(guī)定的氣隙與所述轉(zhuǎn)子相對(duì)配置，所述定子具有定子鐵芯，在該定子鐵芯上卷繞安裝有多個(gè)相的定子線圈， 所述轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)為，所述轉(zhuǎn)子鐵芯或者所述永磁鐵的磁特性的變化模式為在周向上呈梯度變化， 所述定子的結(jié)構(gòu)為，由一個(gè)相的所述定子線圈或者由各相的所述定子線圈的組合所形成的磁場(chǎng)的分布模式為在整周中具有唯一性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于， 所述定子的結(jié)構(gòu)為，該定子所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電機(jī)，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)為，所述轉(zhuǎn)子面對(duì)所述氣隙的表面上的磁極總數(shù)為四個(gè)以上，該轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的氣隙中的磁通密度分布波形具有以機(jī)械角360度為一個(gè)周期的磁通密度成分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的電機(jī)，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)子具有凸極性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述的電機(jī),其特征在于， 所述多個(gè)永磁鐵中的各永磁鐵的磁通密度互不相同，由此改變所述轉(zhuǎn)子的磁特性。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電機(jī)，其特征在于， 在所述轉(zhuǎn)子鐵芯上沿著周向形成半徑長(zhǎng)度互不相同的部位，由此改變所述轉(zhuǎn)子的磁特性。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的電機(jī)，其特征在于， 在所述轉(zhuǎn)子鐵芯中沿著周向埋設(shè)有所述多個(gè)永磁鐵，各所述永磁鐵距離轉(zhuǎn)子鐵芯周緣的間隔深度互不相同，由此改變所述轉(zhuǎn)子的磁特性。
8.根據(jù)權(quán)利要求5、6或7所述的電機(jī)，其特征在于， 在所述轉(zhuǎn)子鐵芯中，所述多個(gè)永磁鐵的大小或者形狀各不相同，由此改變所述轉(zhuǎn)子的磁特性。
9.根據(jù)權(quán)利要求5~8中任一項(xiàng)所述的電機(jī),其特征在于， 所述轉(zhuǎn)子鐵芯形成有用于配置所述永磁鐵的磁鐵配置孔，還形成有與該磁鐵配置孔相連的槽，各槽的長(zhǎng)度或者形狀不相同，由此改變所述轉(zhuǎn)子的磁特性。
10.根據(jù)權(quán)利要求1~9中任一項(xiàng)所述的電機(jī),其特征在于， 在所述定子鐵芯中，沿周向針對(duì)每個(gè)相依次卷繞安裝有所述定子線圈，在周向上形成多個(gè)分別由不同的相的定子線圈構(gòu)成的線圈組， 各所述線圈組的磁場(chǎng)的分布模式互不相同。
11.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的電機(jī)，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)子鐵芯的磁中心相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸的軸心偏心。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電機(jī)，其特征在于， 所述磁中心的偏心由所述轉(zhuǎn)子鐵芯的物理軸線錯(cuò)開(kāi)所述旋轉(zhuǎn)軸而形成，所述轉(zhuǎn)子鐵芯的外周面與所述定子鐵芯的內(nèi)周面之間的間隔在周向上無(wú)梯度地變化。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的電機(jī)，其特征在于， 所述各永磁鐵的在徑向上的長(zhǎng)度設(shè)定為，從所述旋轉(zhuǎn)軸的中心到所述各永磁鐵的外周面的徑向上的長(zhǎng)度相同。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電機(jī)，其特征在于， 所述磁中心的偏心由所述轉(zhuǎn)子鐵芯的磁導(dǎo)率在周向上的變化而形成。
15.根據(jù)權(quán)利要求11~14中任一項(xiàng)所述的電機(jī),其特征在于， 所述定子鐵芯的內(nèi)周面在截面上大致呈橢圓形。
16.根據(jù)權(quán)利要求11~15中任一項(xiàng)所述的電機(jī),其特征在于， 在所述定子鐵芯中，沿周向針對(duì)每個(gè)相依次卷繞安裝有所述定子線圈，在周向上形成多個(gè)分別是由不同的相的定子線圈構(gòu)成的線圈組， 由所述多個(gè)相的定子線圈所形成的所述各線圈組的磁場(chǎng)的分布模式為在整周中具有唯一性。
17.—種電機(jī)系統(tǒng),其特征在于， 具有權(quán)利要求1~16中任一項(xiàng)所述的電機(jī)以及對(duì)所述電機(jī)進(jìn)行控制的控制裝置， 所述控制裝置具有: 轉(zhuǎn)子控制部，其用于控制所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)； 電感計(jì)測(cè)部，其用于計(jì)測(cè)所述定子線圈的電感； 存儲(chǔ)部，其將表示與所述轉(zhuǎn)子的機(jī)械角對(duì)應(yīng)的電感的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)以與所述機(jī)械角的信息相關(guān)聯(lián)的方式存儲(chǔ)起來(lái)；以及 機(jī)械角推定部，其根據(jù)由所述電感計(jì)測(cè)部計(jì)測(cè)出的電感的值與所述存儲(chǔ)部中存儲(chǔ)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)來(lái)推定所述轉(zhuǎn)子的機(jī)械角。
【文檔編號(hào)】H02K1/22GK103891112SQ201280052098
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月14日
【發(fā)明者】村上宗司, 大戶基道, 豬又健太朗, 井手耕三, 森本進(jìn)也 申請(qǐng)人:株式會(huì)社安川電機(jī)