电机及电机系统的制作方法

电机及电机系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种能推定转子机械角的电机和电机系统，该转子机械角表示转子旋转位置的绝对位置。具有转子与定子，转子具有转子铁芯，在转子铁芯上设有多个永磁铁，定子隔着规定的气隙与转子相对配置，定子具有定子铁芯，定子铁芯上卷绕安装有多个相的定子线圈。转子的结构为，转子铁芯或永磁铁的磁特性的变化模式为在周向上呈梯度变化。定子的结构为，由一个相的定子线圈或由各相的定子线圈的组合形成的磁场的分布模式为在整周中具有唯一性。
【专利说明】电机及电机系统
【技术领域】
[0001]本发明所公开的实施方式涉及一种电机及电机系统。
【背景技术】
[0002]现有技术中，为了对电机的旋转进行控制而检测出电机的转子的位置。一般而言，为了检测出电机转子的旋转位置而使用编码器等位置检测器。
[0003]然而，从节省配线、节省空间、提高在严酷的环境下的可靠性的观点考虑，正在探索不使用编码器也能够检测出转子的位置的技术。
[0004]作为该技术的一例，在专利文献I中提出了如下一种技术。即，转子的旋转位置(机械角的变化所表示的位置)的变化使得定子侧的线圈的电感发生变化，该电感的变化值对应于安装在旋转轴上的磁极部的磁阻的变化，利用这一情况来检测出转子的位置。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特开2010-166711号公报
【发明内容】

[0008]发明要解决的问题
[0009]然而，在上述专利文献I所记载的技术中，只能推定对应于电角度的相对机械角。即，以专利文献I为代表的现有技术，不能直接推定表示转子的绝对位置的机械角。
[0010]实施方式涉及的一个技术方案即是考虑到上述问题作出的，其目的在于提供一种能够推定转子的绝对机械角的电机及电机系统。
[0011]解决问题的技术方案
[0012]实施方式一个技术方案所涉及的电机具有转子与定子，所述转子具有转子铁芯，在所述转子铁芯的周向上设有多个永磁铁；所述定子隔着规定的气隙与所述转子相对配置，该定子具有定子铁芯，在所述定子铁芯上卷绕安装有多个相的定子线圈。所述转子的结构为，所述转子铁芯或者所述永磁铁的磁特性的变化模式为在周向上呈梯度变化。另外，所述定子的结构为，所述定子线圈通过一个相或者各相的组合而形成的磁场的分布模式在整周中具有唯一性。
[0013]发明的效果
[0014]采用所述一个实施方式，不使用编码器也能够高精度地推定转子的旋转位置。
【专利附图】

【附图说明】
[0015]图1为表示实施方式涉及的电机系统的大致结构的框图；
[0016]图2为实施方式涉及的电机的转子与定子的在包含转子中心轴的平面上的剖视图；
[0017]图3为比较例涉及的电机的转子与定子的、在垂直于转子中心轴的平面上的剖视图；
[0018]图4为表示比较例涉及的电机的数学模型的一例的附图；
[0019]图5为表示比较例涉及的电机的永磁铁的磁极的名称与d轴、q轴所对应位置的附图；
[0020]图6A为表示比较例涉及的电机的定子线圈的名称与配置的附图；
[0021]图6B为表示比较例涉及的电机的定子线圈的接线方式的附图；
[0022]图7A为表示比较例涉及的电机的定子线圈的卷绕方向的附图；
[0023]图7B为同时表示比较例涉及的电机的定子线圈的接线方式与卷绕方向的附图；
[0024]图8A为表示向比较例涉及的电机的定子线圈通交流电时的通电方法的附图；
[0025]图8B为表示以图8A的通电方法通电时所产生的磁通的分布的附图；
[0026]图9A为表示比较例涉及的电机的转子的d轴处所产生的磁通密度的分布的附图；
[0027]图9B为表示比较例涉及的电机的转子的q轴处所产生的磁通密度的分布的附图；
[0028]图10所示为，设置圆筒铁芯(由层叠的电磁钢板构成)代替比较例涉及的电机的转子后、对定子线圈通交流电时所产生的磁通密度与分布；
[0029]图1lA为表示实施方式涉及的电机的转子的一例的附图；
[0030]图1lB为表示实施方式涉及的电机的转子的一例的附图；
[0031]图12A为表示实施方式涉及的电机的转子的d轴处所产生的磁通密度与分布的附图；
[0032]图12B为表示实施方式涉及的电机的转子的d轴处所产生的磁通密度与分布的附图；
[0033]图13A为表示实施方式涉及的电机的转子的一例的附图；
[0034]图13B为表示实施方式涉及的电机的转子的一例的附图；
[0035]图13C为表示实施方式涉及的电机的转子的一例的附图；
[0036]图14A为表示图13A所示的电机的转子的d轴处所产生的磁通密度与分布的附图；
[0037]图14B为表示图13B所示的电机的转子的d轴处所产生的磁通密度与分布的附图；
[0038]图14C为表示图13C所示的电机的转子的d轴处所产生的磁通密度与分布的附图；
[0039]图15为表示实施方式涉及的电机的转子的一例的附图；
[0040]图16为表示实施方式涉及的电机的转子的d轴处所产生的磁通密度与分布的附图；
[0041]图17A为表示实施方式涉及的变形例的附图；
[0042]图17B为表示实施方式涉及的变形例的附图；
[0043]图18为表示实施方式涉及的电机的转子的例子的附图；
[0044]图19为表示实施方式涉及的电机的转子的d轴处所产生的磁通密度与分布的附图；[0045]图20A为表示实施方式涉及的电机的转子的例子的附图；
[0046]图20B为表示实施方式涉及的电机的转子的例子的附图；
[0047]图21A为表示实施方式涉及的电机的转子的d轴处所产生的磁通密度与分布的附图；
[0048]图21B为表示实施方式涉及的电机的转子的d轴处所产生的磁通密度与分布的附图；
[0049]图22A为表示实施方式涉及的电机的转子的例子的附图；
[0050]图22B为表示实施方式涉及的电机的转子的例子的附图；
[0051]图22C为表示实施方式涉及的电机的转子的例子的附图；
[0052]图23A为表示实施方式涉及的电机的转子的d轴处所产生的磁通密度与分布的附图；
[0053]图23B为表示实施方式涉及的电机的转子的d轴处所产生的磁通密度与分布的附图；
[0054]图23C为表示实施方式涉及的电机的转子的d轴处所产生的磁通密度与分布的附图；
[0055]图24A为表示实施方式涉及的电机的转子的q轴处所产生的磁通密度与分布的附图；
[0056]图24B为表示实施方式涉及的电机的转子的q轴处所产生的磁通密度与分布的附图；
[0057]图24C为表示实施方式涉及的电机的转子的q轴处所产生的磁通密度与分布的附图；
[0058]图25A为表示实施方式涉及的变形例的附图；
[0059]图25B为表示实施方式涉及的变形例的附图；
[0060]图26为表示实施方式涉及的电机的转子的例子的附图；
[0061]图27为表示实施方式涉及的电机的转子的d轴处所产生的磁通密度与分布的附图；
[0062]图28为表示实施方式涉及的电机的转子的例子的附图；
[0063]图29为表示实施方式涉及的电机的转子的d轴处所产生的磁通密度与分布的附图；
[0064]图30为表示实施方式涉及的电机的转子的例子的附图；
[0065]图31为表示实施方式涉及的电机的转子的d轴处所产生的磁通密度与分布的附图；
[0066]图32为表示实施方式涉及的电机的转子的例子的附图；
[0067]图33为表示实施方式涉及的电机的转子的d轴处所产生的磁通密度与分布的附图；
[0068]图34A为表示实施方式涉及的电机的转子的例子的附图；
[0069]图34B为表示实施方式涉及的电机的转子的例子的附图；
[0070]图34C为表示实施方式涉及的电机的转子的例子的附图；
[0071]图35A为表示图34A所示的电机的转子的d轴处所产生的磁通密度与分布的附图；
[0072]图35B为表示图34B所示的电机的转子的d轴处所产生的磁通密度与分布的附图；
[0073]图35C为表示图34C所示的电机的转子的d轴处所产生的磁通密度与分布的附图；
[0074]图36A为表示实施方式涉及的电机的定子的例子的附图；
[0075]图36B为表示实施方式涉及的电机的定子的例子的附图；
[0076]图36C为表示实施方式涉及的电机的定子的例子的附图；
[0077]图37A所示为，在实施方式涉及的电机中，设置圆筒铁芯(由层叠的电磁钢板构成)而代替转子后，对定子线圈通交流电时在定子铁芯中所产生的磁通密度与分布；
[0078]图37B所示为，在实施方式涉及的电机中，设置圆筒铁芯(由层叠的电磁钢板构成)而代替转子后，对定子线圈通交流电时在定子铁芯中所产生的磁通密度与分布；
[0079]图37C所示为，在实施方式涉及的电机中，设置圆筒铁芯(由层叠的电磁钢板构成)而代替转子后，对定子线圈通交流电时在定子铁芯中所产生的磁通密度与分布；
[0080]图38A为表示实施方式涉及的电机的定子的例子的附图；
[0081]图38B为表示实施方式涉及的电机的定子的例子的附图；
[0082]图38C为表示实施方式涉及的电机的定子的例子的附图；
[0083]图39A所示为，在实施方式涉及的电机中，设置圆筒铁芯(由层叠的电磁钢板构成)而代替转子后，对定子线圈通交流电时在定子铁芯中所产生的磁通密度与分布；
[0084]图39B所示为，在实施方式涉及的电机中，设置圆筒铁芯(由层叠的电磁钢板构成)而代替转子后，对定子线圈通交流电时在定子铁芯中所产生的磁通密度与分布；
[0085]图39C所示为，在实施方式涉及的电机中，设置圆筒铁芯(由层叠的电磁钢板构成)而代替转子后，对定子线圈通交流电时在定子铁芯中所产生的磁通密度与分布；
[0086]图40A为表示实施方式涉及的电机的定子的例子的附图；
[0087]图40B为表示实施方式涉及的电机的定子的例子的附图；
[0088]图40C为表示实施方式涉及的电机的定子的例子的附图；
[0089]图4IA所示为，在实施方式涉及的电机中，设置圆筒铁芯(由层叠的电磁钢板构成)而代替转子后，对定子线圈通交流电时在定子铁芯中所产生的磁通密度与分布；
[0090]图41B所示为，在实施方式涉及的电机中，设置圆筒铁芯(由层叠的电磁钢板构成)而代替转子后，对定子线圈通交流电时在定子铁芯中所产生的磁通密度与分布；
[0091]图41C所示为，在实施方式涉及的电机中，设置圆筒铁芯(由层叠的电磁钢板构成)而代替转子后，对定子线圈通交流电时在定子铁芯中所产生的磁通密度与分布；
[0092]图42A为表示实施方式涉及的电机的转子与定子的组合的附图；
[0093]图42B为表示实施方式涉及的电机的转子与定子的组合的附图；
[0094]图43A为表示实施方式涉及的电机的转子与定子的组合所产生的磁通密度与分布的附图；
[0095]图43B为表示实施方式涉及的电机的转子与定子的组合所产生的磁通密度与分布的附图；
[0096]图44为表示实施方式涉及的电机的转子与定子的组合中转子的绝对位置和响应电流的振幅的关系的附图；
[0097]图45为表示进行绝对位置检测时的系统状态的不带绝对位置编码器的伺服系统的框图；
[0098]图46为表示进行电机驱动时的系统状态的不带绝对位置编码器的伺服系统的框图；
[0099]图47为变形例的不带绝对位置编码器的伺服系统的框图；
[0100]图48为用于说明第二实施方式涉及的电机的纵剖视图；
[0101]图49为示意性表示第二实施方式涉及的电机的主视图；
[0102]图50为表示第二实施方式涉及的电机的转子结构的说明图；
[0103]图51A为示意性表示第二实施方式涉及的电机的定子的示意图；
[0104]图51B为表示第二实施方式涉及的电机的定子结构的说明图；
[0105]图52为表示以电角度半周(机械角45度)所表现的电感值的极值的说明图；
[0106]图53为表示第二实施方式涉及的电机的机械角的推定步骤的说明图；
[0107]图54为表示第二实施方式涉及的电机的电感相对于机械角的分布的说明图；
[0108]图55为表示第二实施方式涉及的变形例一的转子结构的说明图；
[0109]图56为表示第二实施方式涉及的变形例二的转子结构的说明图；
[0110]图57为表示第二实施方式涉及的变形例三的转子结构的说明图；
[0111]图58为表示第二实施方式涉及的变形例四的转子结构的说明图；
[0112]图59A为表示第二实施方式涉及的变形例一的定子的示意图；
[0113]图59B为表示第二实施方式涉及的变形例一的定子结构的说明图；
[0114]图60A为表示第二实施方式涉及的变形例二的定子的示意图；
[0115]图60B为表示第二实施方式涉及的变形例二的定子结构的说明图；
[0116]图61为表示第一定子线圈的接线方式的说明图；
[0117]图62为表示第二定子线圈的接线方式的说明图；
[0118]图63为用于说明第三实施方式涉及的电机的纵剖视图；
[0119]图64为示意性表示第三实施方式涉及的电机的主视图；
[0120]图65为表示第三实施方式涉及的电机的转子结构的说明图；
[0121]图66A为表示第三实施方式涉及的电机的定子的示意图；
[0122]图66B为表示第三实施方式涉及的电机的定子结构的说明图；
[0123]图67为表示第三实施方式涉及的电机的机械角的推定步骤的说明图；
[0124]图68为表示第三实施方式涉及的电机的电感相对于机械角的分布的说明图；
[0125]图69A为表示第三实施方式涉及的变形例一的定子的示意图；
[0126]图69B为表不第三实施方式涉及的变形例一的定子结构的说明图；
[0127]图70A为表示第三实施方式涉及的变形例一的电机的定子的示意图；
[0128]图70B为表示第三实施方式涉及的变形例一的定子结构的说明图；
[0129]图71A为表示其他实施方式涉及的电机的第一定子线圈的接线方式的说明图；
[0130]图71B为表示其他实施方式涉及的电机的第二定子线圈的接线方式的说明图；
[0131]图72A为表示变形例一的第一定子线圈的接线方式的说明图；
[0132]图72B为表示变形例一的第二定子线圈的接线方式的说明图；[0133]图73A为表示变形例二的第一定子线圈的接线方式的说明图；
[0134]图73B为表示变形例二的第二定子线圈的接线方式的说明图。
【具体实施方式】
[0135]下面参照附图对本申请所公开的电机以及电机系统的实施方式进行详细的说明。然而，下述实施方式仅仅是例示，并非对本发明进行限定。
[0136]图1为实施方式涉及的电机系统I的大致结构的框图，图2为实施方式涉及的电机10的在包含转子中心轴的平面上的剖视图。
[0137]如图1所示，电机系统I具有电机10与控制装置20。控制装置20具有后述的转子控制部21、电感计测部22、存储部23以及机械角推定部24。另外，在图1中，附图标记Ax表示旋转轴11的轴心(中心)、即电机的中心轴。
[0138]电机10具有转子17与定子16，其中，转子17具有在此省略图示并且将在后面说明的永磁铁18与转子铁芯17a ;定子具有多个定子线圈15与定子铁芯16a,该定子16隔着气隙与转子17相对配置。转子17的旋转轴11通过轴承14A、14B以能够旋转的方式被保持在轴承架13A、13B上，定子16的外周被框架12所保持，轴承架13A、13B与框架12相连接。
[0139]转子17的面对气隙的表面上的磁极的总数(磁极数)为4以上。并且，转子17所形成的气隙中的磁通密度的分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分。SP，以某一定程度大小的磁动势使对应于转子17的d轴或q轴的位置处产生了磁通时，在转子17的周向上，某个机械角180度的范围内的气隙中的磁通密度，比其他180度范围内的气隙中的磁通密度大。并且，定子16所形成的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分。即，例如设置圆筒铁芯170，由其代替转子17，而与定子16相对配置，对定子线圈15施加交流电，此时，在定子铁芯16a的周向上，某个机械角180度范围内的气隙中的磁通密度，大于其他180度范围内的气隙中的磁通密度。
[0140]为了容易理解，下面首先用图3对比较例的电机的转子100与定子200进行说明。
[0141]图3为比较例的电机的转子100与定子200的、在垂直于转子中心轴的平面上的剖视图。其中，所例示的是，转子100的磁极数为6、定子200的线圈数为9、线圈形态为集中绕组的SPM (表面磁铁)型电机。
[0142]比较例的电机的转子100具有转子铁芯110与永磁铁120，其中，转子铁芯110由层叠的电磁钢板或碳素结构钢的切削制品等构成；永磁铁120安装在转子铁芯110的面对气隙的表面上。永磁铁120由含稀土类元素的烧结体、含稀土类元素的树脂混合体、铁氧体磁铁等构成，被磁化的方向大致为转子100的径向。
[0143]作为电机的数学模型的一般性的代表例，公知有dq坐标系模型。如图4所示地，将三相坐标系(由U相轴、V相轴、W相轴这三个坐标轴表示的静止坐标系)的电机特性方程式变换为dq坐标系(由d轴、q轴这两个坐标轴表示的随转子旋转的坐标系)即可得到dq坐标系的数学模型。
[0144]图5所示为实际上的转子100的d轴与q轴的位置。在本例中，极对数为3(磁极数6的2分之I )，因而，相对于dq坐标系中的d轴和q轴，分别存在通过永磁铁120的N极的中心的三个d轴(下面称为实际d轴)以及通过与转子100相邻的永磁铁120的中心的三个q轴(下面称为实际q轴)。为了区别这些实际d轴与实际q轴，如图5所示，按照顺时针的方向分别依次命名为dl轴、d2轴、d3轴、ql轴、q2轴、q3轴。
[0145]另外，如图3所示，比较例的电机的定子200具有定子铁芯210与定子线圈220，其中，定子铁芯210具有在周向上大致以相等间隔设置的齿部211 ;定子线圈220以集中绕组方式被卷绕在齿部211上。定子铁芯210由层叠的电磁钢板等构成。如图6A与图6B所示，在转子100向逆时针方向旋转时，全部的9个定子线圈220分配给三个相即U相、V相、W相。另外，各定子线圈220的卷绕方向如图7A以及7B所示地设定。在图7A与图7B中，带圈十字记号表示从纸面外侧向里侧的方向，带圈圆点表示从纸面里侧向外侧的方向。各定子线圈220如图7B所示地相互连接，整体上构成三相星形连接的接线结构。
[0146]图8A为表示向比较例的电机的定子线圈220施加交流电的通电方法的附图，图8B为表示此时所形成的磁通的分布的附图。如图8A所示，定子线圈的V相端子与W相端子直接相连接，由此直接相连接的端子向U相端子施加交流电，于是，产生如图SB所示的磁通。图SB中示出了，在某一时刻由交流电所产生的磁通的分布，是随着电流的变化而交替变化的磁通在某一瞬间的分布。在图8B中，箭头的方向表示磁通的方向(从N极向S极的方向)。在定子200的此状态下设置转子100，使图5所示的转子的dl轴与图8B中的Ul定子线圈的中心一致，于是，能够在对应于转子100的d轴的位置产生磁通。另外，在此定子200的状态下设置转子100，使图5所示的转子100的ql轴与图8B中的Ul定子线圈220的中心一致，于是，能够在对应于转子100的q轴的位置产生磁通。
[0147]图9A与图9B所示为，通过上述方法使比较例的电机的转子100的d轴和q轴的位置处产生磁通时的磁通的分布。在图9A与图9B中，箭头的朝向表示磁通的方向(从N极向S极的方向)，箭头线的粗细表示磁通密度的大小，S卩，磁通密度越大则箭头线越粗。比较例的电机的转子100的电气特性(例如永磁铁的电导率)在周向上恒定均匀，因而，如果将磁动势固定为某个恒定大小时，那么，上述三个实际d轴处均产生密度相同的磁通，因而，箭头线的粗细全部相同。即，磁通的分布在转子100的周向上呈旋转对称(在本例中，其周期是机械角120度)，不会出现在某个机械角180度范围内的磁通密度大于其他机械角180度范围内的磁通密度的情况。即，转子100所产生的气隙中的磁通密度分布波形并不具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分。
[0148]图10所示为，设置圆筒铁芯300 (由层叠的电磁钢板构成)代替转子100后、由定子线圈220的U相端子向V相端子与W相端子通交流电时的磁通的分布。在图10中，箭头的朝向表示磁通的方向(从N极向S极的方向)，磁通密度越高，箭头线被描绘得越粗。比较例的电机的定子200的定子铁芯210的电气特性(例如电导率)在周向上均一，并且，定子线圈220的匝数也全部相同，因而，磁通的分布在定子200的周向上呈旋转对称(在本例中，其周期为机械角120度)，不会出现在某个机械角180度范围内的磁通密度大于其他机械角180度范围内的磁通密度的情况。即，定子200所产生的气隙中的磁通密度分布波形并不具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分。
[0149]由于比较例的电机利用位置传感器检测出转子100的位置与速度，因而，如上面所说明的，磁通的分布呈旋转对称，虽然转子100与定子200这二者都不具有以机械角360度为一个周期的气隙中的磁通密度成分，但也不会产生大的问题。
[0150]下面使用图1IA?图43B对图3所示的本实施方式所涉及的电机10的转子17以及定子16进行说明。其中，所例示的是，转子17的磁极数为6、定子16的线圈数为9、线圈形态为集中绕组的电机，并且，该电机的转子17具有圆柱状的转子铁芯17a，在转子铁芯17a的周向上设有6极的永磁铁18。
[0151]在本实施方式中，转子17的永磁铁18的电导率按照磁极的范围的不同而不同，使得转子17所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分。即，如图1lA与图1lB中的点的密度的不同所示，从磁极NI到磁极S3，各磁极处的电导率在机械角O度到360度的范围内呈梯度分布。其中，在图11A、图1lB中，点的密度高的区域是电导率大的范围，点的密度低的区域是电导率小的范围。图1lA所示为在环形的永磁铁18上依次形成附、51、吧、52、吧、53这6个磁极的转子17，图1lB所示为在转子铁芯17a上设置分别独立形成的N1、S1、N2、S2、N3、S3这6个磁极的永磁铁18的转子17。
[0152]在图11A、B所示的转子的d轴对应的位置通交流电时，如图12A、B所示，本实施方式的转子17所产生的磁通密度与其分布对应于从磁极NI到磁极S3的各个磁极的电导率的差。在12A、B中，箭头的朝向表示磁通的方向(从N极向S极的方向)，磁通密度越大则箭头线被描绘得越粗。永磁铁18的电导率越大，相对于d轴处所通的交流电，永磁铁18内部所产生的涡电流越大，因而，磁通密度越低。相反，永磁铁18的电导率越小，相对于d轴处所通的交流电，永磁铁18内部所产生的涡电流越小，因而，磁通密度越高。在本实施方式的转子17中，如上所述，磁通密度按照磁极的不同而不同，因而三个实际d轴处所产生的磁通密度之间存在差异。即，磁通的分布在转子17的周向上并非呈旋转对称状，某个机械角180度范围(在图12A、B中，转子17的下侧)内的磁通密度大于其他机械角180度范围内的磁通密度。如此，本发明一个实施方式的转子17所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分，因而，通过并用该转子17与后述的定子16以及控制方法，能够检测出转子17的绝对位置。
[0153]另外，本发明一个实施方式的转子17的永磁铁18的厚度(径向上的长度)按照磁极的范围的不同而不同，使得转子17所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分。即，如图13A?C所示，从磁极NI到磁极S3，各磁极处的永磁铁18的厚度在机械角O度到360度的范围内呈梯度分布。
[0154]对图13A、13B以及13C所示的转子17的d轴对应的位置通交流电时，本实施方式的转子17所产生的磁通密度与分布如图14A、14B以及14C所示。在图14A、14B以及14C中，箭头的朝向表示磁通的方向(从N极向S极的方向)，磁通密度越大则箭头线被描绘得越粗。由于永磁铁18的厚度越大磁阻越大，因而磁通密度越低。相反，由于永磁铁18的厚度越小磁阻越小，因而磁通密度越高。在本实施方式的转子17中，如上所述，永磁铁18的厚度按照磁极的不同而不同，因而，三个实际d轴处所产生的磁通密度之间存在差异。S卩，磁通的分布在转子17的周向上并非呈旋转对称状，某个机械角180度范围(在图14A?C中，转子17的下侧)内的磁通密度大于其他机械角180度范围内的磁通密度。如此，由于本发明一个实施方式的转子17所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分，因而，通过并用该转子17与后述的定子16以及控制方法，能够检测出转子17的绝对位置。
[0155]另外，本发明一个实施方式的转子17，设置于永磁铁18的内径侧的转子铁芯17a的电导率按照磁极范围的不同而不同，使得转子17所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分。S卩，如图15中点的密度的不同所示，从磁极NI到磁极S3，各磁极处的转子铁芯17a的电导率在机械角O度到360度的范围内呈梯度分布。其中，在图15中，点的密度高的区域是电导率大的范围，点的密度低的区域是电导率小的范围。
[0156]对图15所示的转子17的d轴对应的位置通交流电时，本实施方式的转子17所产生的磁通密度与分布，对应于从磁极NI到S3的各个磁极处的转子铁芯17a的电导率的差，成为图16中所示的形态。在图16中，箭头的朝向表示磁通的方向(从N极向S极的方向)，磁通密度越大则箭头线被描绘得越粗。由于转子铁芯17a的电导率越大，相对于d轴处所通的交流电，转子铁芯17a内部所产生的涡电流越大，因而磁通密度越低。相反，由于转子铁芯17a的电导率越小，相对于d轴处所通的交流电，转子铁芯17a内部所产生的涡电流越小，因而磁通密度越高。在本实施方式的转子17中，如上所述，磁通密度按照磁极的不同而不同，因而，三个实际d轴处所产生的磁通密度之间存在差异。即，磁通的分布在转子17的周向上并非呈旋转对称状，某个机械角180度范围(在图16中，转子17的下侧)内的磁通密度大于其他机械角180度范围内的磁通密度。如此，本发明一个实施方式的转子17所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分，因而，通过并用该转子17与后述的定子16以及控制方法，能够检测出转子17的绝对位置。
[0157]上面所说明的实施方式可以各自单独适用，也可以同时适用多个实施方式。
[0158]图17A、B表不的是同时适用上述实施方式中的两个的例子。S卩，永磁铁18的电导率按照磁极的范围的不同而不同，并且永磁铁18的厚度(径向上的长度)按照磁极的范围的不同而不同。由上述理论可知，采用此变形例，也能够使转子17所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分。图17A所示为在转子铁芯17a的周围设置环形的永磁铁18，该永磁铁18的厚度(径向上的长度)在180度范围内逐渐变化，图17B所示为在转子铁芯17a的周围设置厚度(径向上的长度)互不相同的永磁铁18。
[0159]上面是，永磁铁18相对于转子17的设置方式为表面磁铁型(SPM型)的实施方式，然而，根据同样的道理可以容易得出永磁铁18的设置方式为嵌入型与埋入磁铁型(IPM型)的实施方式。下面举例说明。图18?图27所示为嵌入型，图28?图35C为埋入磁铁型。
[0160]本发明一个实施方式的转子17的永磁铁18的电导率按照磁极的范围的不同而不同，使得转子17所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分。即，如图18中的点的密度的不同所示，从磁极NI到磁极S3，各磁极处的电导率在机械角O度到360度的范围内呈梯度分布。其中，在图18中，点的密度高的区域是电导率大的范围，点的密度低的区域是电导率小的范围。
[0161]对图18所示的转子17的d轴对应的位置通交流电时，本实施方式的转子17所产生的磁通密度与分布,对应于从磁极NI到磁极S3的各个磁极处的电导率的差，成为图19中所示的形态。在图19中，箭头的朝向表示磁通的方向(从N极向S极的方向)，磁通密度越大则箭头线被描绘得越粗。永磁铁18的电导率越大,相对于d轴处所通的交流电,永磁铁18内部所产生的涡电流越大，因而磁通密度越低。相反，永磁铁18的电导率越小，相对于d轴处所通的交流电，永磁铁18内部所产生的涡电流越小，因而磁通密度越高。在本实施方式的转子17中，如上所述，磁通密度按照磁极的不同而不同，因而，三个实际d轴处所产生的磁通密度之间存在差异。即，磁通的分布在转子17的周向上并非呈旋转对称状，某个机械角180度范围(在图19中，转子17的下侧)内的磁通密度大于其他机械角180度范围内的磁通密度。如此，本发明一个实施方式的转子17所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分，因而，通过并用该转子17与后述的定子16以及控制方法，能够检测出转子17的绝对位置。
[0162]另外，本发明一个实施方式的转子17的永磁铁18的厚度(径向上的长度)按照磁极的范围的不同而不同，使得转子17所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分。S卩，如图20A、B所示，从磁极NI到磁极S3，各磁极处的永磁铁18的厚度在机械角O度到360度的范围内呈梯度分布。图20A所示为永磁铁18的厚度(径向上的长度)从最大的NI到最小的S2、按照SI与S3、N2与N3这样的顺序逐渐阶梯性地减小的转子17。另外，图20B所示为使用左右非对称状的永磁铁18的转子17，该永磁铁18的厚度(径向上的长度)从最大的NI到最小的S2、按照SI与S3、N2与N3自身的厚度逐渐平滑地变化。
[0163]对图20A、B所示的转子17的d轴对应的位置通交流电时，本实施方式的转子17所产生的磁通密度与分布如图21A、B所示。在图21A、B中，箭头的朝向表示磁通的方向(从N极向S极的方向)，磁通密度越大则箭头线被描绘得越粗。永磁铁18的厚度越大，磁阻越大，因而磁通密度越低。相反，永磁铁18的厚度越小，磁阻越小，因而磁通密度越高。在本实施方式的转子17中，如上所述，永磁铁18的厚度按照磁极的不同而不同，因而，三个实际d轴处所产生的磁通密度之间存在差异。即，磁通的分布在转子17的周向上并非呈旋转对称状，某个机械角180度范围(在图21A、B中，转子17的下侧)内的磁通密度大于其他机械角180度范围内的磁通密度。如此，本发明一个实施方式的转子17所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分，因而，通过并用该转子17与后述的定子16以及控制方法，能够检测出转子17的绝对位置。
[0164]在上面的实施例中，着眼于对应于转子17的d轴的位置产生的磁通而使转子17具有磁性的各向异性，然而，也容易得到着眼于对应于转子17的q轴的位置产生的磁通而使转子17具有磁性的各向异性的实施方式。下面举例说明。
[0165]在本发明一个实施方式的转子17中，转子铁芯17a的凸极17b的高度(径向上的长度)在周向上不同，使得转子17所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分。即，如图22A、B、C所示，6个凸极17b的高度在机械角O度到360度的范围内呈梯度分布。
[0166]对图22A、B、C所示的转子17的d轴对应的位置通交流电时，本实施方式的转子
17所产生的磁通密度与分布如图23A、B、C所示。在图23A、B、C中，箭头的朝向表示磁通的方向(从N极向S极的方向)，磁通密度越大则箭头线被描绘得越粗。转子铁芯17a的凸极17b的高度越小，则磁阻越大，因而磁通密度越低。相反，转子铁芯17a的凸极17b的高度越大，磁阻越小，因而磁通密度越高。在本实施方式的转子17中，如上所述，转子铁芯17a的凸极17b的高度按照磁极的不同而不同，因而，三个实际d轴处所产生的磁通密度之间存在差异。即，磁通的分布在转子17的周向上并非呈旋转对称状，某个机械角180度范围(在图23A、B、C中，转子17的下侧)内的磁通密度大于其他机械角180度范围内的磁通密度。如此，本发明一个实施方式的转子17所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分，因而，通过并用该转子17与后述的定子16以及控制方法，能够检测出转子17的绝对位置。
[0167]另外，对图24A、B、C所示的转子17的q轴对应的位置通交流电时，本实施方式的转子17所产生的磁通密度与分布如图24A、B、C所示。在图24A、B、C中，箭头的朝向表示磁通的方向(从N极向S极的方向)，磁通密度越大则箭头线被描绘得越粗。转子铁芯17a的凸极17b的高度越小，则磁阻越大，因而磁通密度越低。相反，转子铁芯17a的凸极17b的高度越大，磁阻越小，因而磁通密度越高。在本实施方式的转子17中，如上所述，转子铁芯17a的凸极17b的高度按照磁极的不同而不同，因而，三个实际q轴处所产生的磁通密度之间存在差异。即，磁通的分布在转子17的周向上并非呈旋转对称状，某个机械角180度范围(在图24A、B、C中，转子17的下侧)内的磁通密度大于其他机械角180度范围内的磁通密度。如此，本发明一个实施方式的转子17所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分，因而，通过并用该转子17与后述的定子16以及控制方法，能够检测出转子17的绝对位置。
[0168]上面所说明的实施方式可以各自单独适用，也可以同时适用多个实施方式。
[0169]图25A、B所示为同时适用上述实施方式中的两个的例子。即，永磁铁18的电导率按照磁极的范围的不同而不同，并且转子铁芯17a的凸极17b的高度在周向上互不相同。另夕卜，永磁铁18的电导率按照磁极的范围的不同而不同，并且永磁铁18的厚度(径向上的长度)按照磁极范围的不同而不同，并且转子铁芯17a的凸极17b的高度在周向上互不相同。由上述理论可知，采用此变形例，也能够使转子17所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分。另外，图25B所示的转子17使用的是具有图20B所示形状的永磁铁18。
[0170]另外，本发明一个实施方式的转子17，设置在永磁铁18的内径侧的转子铁芯17a的电导率按照磁极范围的不同而不同，使得转子17所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分。S卩，如图26中点的密度的不同所示，从磁极NI到磁极S3，各磁极处的转子铁芯17a的电导率在机械角O度到360度的范围内呈梯度分布。其中，在图26中，点的密度高的区域是电导率大的范围，点的密度低的区域是电导率小的范围。
[0171]对图26所示的转子17的d轴对应的位置通交流电时，本实施方式的转子17所产生的磁通密度与分布,对应于从磁极NI到磁极S3的各个磁极处的转子铁芯17a的电导率的差，成为图27中所示的形态。在图27中，箭头的朝向表示磁通的方向(从N极向S极的方向)，磁通密度越大则箭头线被描绘得越粗。转子铁芯17a的电导率越大，相对于d轴处所通的交流电，转子铁芯17a内部所产生的涡电流越大，因而磁通密度越低。相反，转子铁芯17a的电导率越小，相对于d轴处所通的交流电，转子铁芯17a内部所产生的涡电流越小，因而磁通密度越高。在本实施方式的转子17中，如上所述，磁通密度按照磁极的不同而不同，因而，三个实际d轴处所产生的磁通密度之间存在差异。即，磁通的分布在转子17的周向上并非呈旋转对称状，某个机械角180度范围(在图27中，转子17的下侧)内的磁通密度大于其他机械角180度范围内的磁通密度。如此，本发明一个实施方式的转子17所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分，因而，通过并用该转子17与后述的定子16以及控制方法，能够检测出转子17的绝对位置。[0172]另外，在本发明一个实施方式的转子17中，永磁铁18的电导率按照磁极范围的不同而不同，使得转子17所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分。即，如图28中的点的密度的不同所示，从磁极NI到磁极S3，各磁极处的电导率在机械角O度到360度的范围内呈梯度分布。其中，在图28中，点的密度高的区域是电导率大的范围，点的密度低的区域是电导率小的范围。另外，包含图28在内，一直到图35所表示的转子17为埋入磁铁型，在转子铁芯17a上形成作为磁铁配置孔的磁铁槽17d，在该磁铁槽17d中配置着永磁铁18。
[0173]在对应于图28所示的转子的d轴的位置通交流电时，本实施方式的转子17所产生的磁通密度与分布,对应于从磁极NI到磁极S3的各个磁极处的电导率的差，成为图29所示的形态。在图29中，箭头的朝向表示磁通的方向(从N极向S极的方向)，磁通密度越大则箭头线被描绘得越粗。永磁铁18的电导率越大，相对于d轴处所通的交流电，永磁铁
18内部所产生的涡电流越大，因而磁通密度越低。相反，永磁铁18的电导率越小，相对于d轴处所通的交流电，永磁铁18内部所产生的涡电流越小，因而磁通密度越高。在本实施方式的转子17中，如上所述，磁通密度按照磁极的不同而不同，因而，三个实际d轴处所产生的磁通密度之间存在差异。即，磁通的分布在转子17的周向上并非呈旋转对称状，某个机械角180度范围(在图29中，转子17的下侧)内的磁通密度大于其他机械角180度范围内的磁通密度。如此，本发明一个实施方式的转子17所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分，因而，通过并用该转子17与后述的定子16以及控制方法，能够检测出转子17的绝对位置。
[0174]另外，在本发明一个实施方式涉及的转子17中，永磁铁18的厚度(径向上的长度)按照磁极的范围的不同而不同，使得转子17所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分。即，如图30所示，从磁极NI到磁极S3，各磁极处的永磁铁18的厚度在机械角O度到360度的范围内呈梯度分布。图30所示的转子17中，永磁铁18的厚度(径向上的长度)被适当改变。
[0175]在对应于图30所示的转子17的d轴的位置通交流电时，本实施方式的转子17所产生的磁通密度与分布如图31所示。在图31中，箭头的朝向表示磁通的方向(从N极向S极的方向)，磁通密度越大则箭头线被描绘得越粗。永磁铁18的厚度越大，磁阻越大，因而磁通密度越低。相反，永磁铁18的厚度越小，磁阻越小，因而磁通密度越高。在本实施方式的转子17中，如上所述，永磁铁18的厚度按照磁极的不同而不同，因而，三个实际d轴处所产生的磁通密度之间存在差异。即，磁通的分布在转子17的周向上并非呈旋转对称状，某个机械角180度范围(在图31中，转子17的下侧)内的磁通密度大于其他机械角180度范围内的磁通密度。如此，本发明一个实施方式的转子17所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分，因而，通过并用该转子17与后述的定子16以及控制方法，能够检测出转子17的绝对位置。
[0176]另外，在本发明一个实施方式的转子17中，设置于永磁铁18的内径侧的转子铁芯17a的电导率按照磁极的范围的不同而不同，使得转子17所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分。S卩，如图32中点的密度的不同所示，从磁极NI到磁极S3，各磁极处的转子铁芯17a的电导率在机械角O度到360度的范围内呈梯度分布。其中，在图32中，点的密度高的区域是电导率大的范围，点的密度低的区域是电导率小的范围。
[0177]对图32所示的转子17的d轴对应的位置通交流电时，本实施方式的转子17所产生的磁通密度与分布,对应于从磁极NI到磁极S3的各个磁极处的转子铁芯17a的电导率的差，成为图33中所示的形态。在图33中，箭头的朝向表示磁通的方向(从N极向S极的方向)，磁通密度越大则箭头线被描绘得越粗。转子铁芯17a的电导率越大，相对于d轴处所通的交流电，转子铁芯17a内部所产生的涡电流越大，因而磁通密度越低。相反，转子铁芯17a的电导率越小，相对于d轴处所通的交流电，转子铁芯17a内部所产生的涡电流越小，因而磁通密度越高。在本实施方式的转子17中，如上所述，磁通密度按照磁极的不同而不同，因而，三个实际d轴处所产生的磁通密度之间存在差异。即，磁通的分布在转子17的周向上并非呈旋转对称状，某个机械角180度范围(在图33中，转子17的下侧)内的磁通密度大于其他机械角180度范围内的磁通密度。如此，本发明一个实施方式的转子17所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分，因而，通过并用该转子17与后述的定子16以及控制方法，能够检测出转子17的绝对位置。
[0178]另外，在本发明一个实施方式的转子17中，转子铁芯17a的形状按照磁极范围的不同而不同，使得转子17所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分。即，如图34A、B、C所示，从磁极NI到磁极S3，各磁极处的转子铁芯17a的形状在机械角O到360度的范围内形成为，仅有一个磁极不同或者伴随有规则的变化而分布。图35A所示的转子17为改变磁铁槽17d的深度，设定转子铁芯17a的面对气隙的表面与永磁铁18的距离使之互不相同。图35B所示的转子17为，具有以偏心轴171为中心的外周面，使得转子铁芯17a的外径逐渐变化。图35C所示的转子17为，对与所配置的永磁铁18相面对的弧面进行切削，使各切削深度172互不相同。
[0179]在对应于图34A、B、C所示的转子17的d轴的位置通交流电时，本实施方式的转子17所产生的磁通密度与分布，对应于从磁极NI到磁极S3的各磁极处的转子铁芯17a的形状的差，成为图35、B、C所示的形态。在图35A、B、C中，箭头的朝向表示磁通的方向(从N极向S极的方向)，磁通密度越高则箭头线被描绘得越粗。从图35A、B、C的任何一个可知，永磁铁18距离转子铁芯17a的面对气隙的表面的距离越近，则磁阻越大，因而磁通密度越低。另外，转子铁芯17a的外径越小，则磁阻越大，因而磁通密度越低。相反，永磁铁18距离转子铁芯17a的面对气隙的表面的距离越远，则磁阻越小，因而磁通密度越高。另外，转子铁芯17a的外径越大，则磁阻越小，因而磁通密度越高。在本实施方式的转子17中，如上所述，磁通密度按照磁极的不同而不同，因而，在三个实际d轴处生成的磁通密度之间有差异。即，磁通的分布在转子17的周向上并非呈旋转对称状，某个机械角180度范围(在图35A、B、C中，转子17的下侧)内的磁通密度大于其他机械角180度范围内的磁通密度。如此，本发明一个实施方式的转子17所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分，因而，通过并用该转子17与后述的定子16以及控制方法，能够检测出转子17的绝对位置。
[0180]在本发明一个实施方式的定子16中，定子铁芯16a的电导率在周向上不同，使得定子16所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分。S卩，如图36A、B、C中阴影所示，定子铁芯16a的电导率在机械角O度到360度的范围内呈梯度分布。其中，在图36A、B、C中，阴影密度高的区域表示电导率小的范围，阴影密度低的区域表示电导率高的范围。
[0181]针对36A、B、C中所示的定子16，设置圆筒铁芯170 (由层叠的电磁钢板构成)而代替转子17，从定子线圈15的U相端子向V相端子与W相端子通交流电时的磁通的分布，如图37A、B、C所示。在图37A、B、C中，箭头的朝向表示磁通的方向(从N极向S极的方向)，磁通密度越高箭头线被描绘得越粗。定子铁芯16a的电导率越小，则磁阻越小，因而磁通密度越高。相反，定子铁芯16a的电导率越大，则磁阻越大，因而磁通密度越低。在本实施方式的定子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的周向上并非呈旋转对称，某机械角180度范围(图37A、B、C中为定子16的左上侧)的磁通密度比其他机械角180度范围内的磁通密度高。如上所述，本发明一个实施方式的定子16所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360为一个周期的磁通密度成分，因而，并用此定子16与上述转子17以及控制方法，能够检测出转子17的绝对位置。
[0182]另外，在本发明一个实施方式的定子16中，定子铁芯16a的齿部16b在径向上的长度在周向上不同，使得定子16所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分。S卩，如图38A、B、C所示，齿部16b的径向长度在机械角O到360度的范围内呈梯度分布。另外，在图38A、B、C以及图39A、B、C中，对径向长度相对较短的齿部16b标注“.”标记。
[0183]针对图38A、B、C所示的定子16，设置圆筒铁芯170 (由层叠的电磁钢板构成)代替转子17，从定子线圈15的U相端子向V相端子与W相端子通交流电时的磁通的分布，如图39A、B、C所示。在图39A、B、C中，箭头的朝向表示磁通的方向(从N极向S极的方向)，磁通密度越高箭头线被描绘得越粗。定子铁芯16a的齿部16b的径向长度越大，磁阻越小，因而磁通密度越高。相反地，定子铁芯16a的齿部16b的径向长度越短，磁阻越大，因而磁通密度越低。在本实施方式的定子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的周向上并非呈旋转对称，某机械角180度范围(图39A、B、C中为定子16的右下侧)的磁通密度比其他机械角180度范围内的磁通密度高。如上所述，本发明一个实施方式的定子16所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360为一个周期的磁通密度成分，因而，并用此定子16与上述转子17以及控制方法，能够检测出转子17的绝对位置。
[0184]另外，在本发明一个实施方式的定子16中，定子线圈15的匝数在周向上互不相同，使得定子16所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360为一个周期的磁通密度成分。S卩，如图40A、B、C所示，定子线圈15的匝数在机械角O到360度的范围内呈梯度分布。其中，在图40A、B、C中，阴影密度高的区域是匝数多的定子线圈15，阴影密度低的区域是匝数少的定子线圈15。
[0185]针对图40A、B、C所示的定子16，设置圆筒铁芯170 (由层叠的电磁钢板构成)代替转子17，从定子线圈15的U相端子向V相端子与W相端子通交流电时的磁通的分布，如图41A、B、C所示。在图41A、B、C中，箭头的朝向表示磁通的方向(从N极向S极的方向)，磁通密度越高箭头线被描绘得越粗。定子线圈15的匝数越多，磁动势越大，因而磁通密度越高。相反，定子线圈15的匝数越少，磁动势越小，因而磁通密度越低。在本实施方式的定子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的周向上并非呈旋转对称，某机械角180度范围(在图41A、B、C中为定子16的左上侧)的磁通密度比其他机械角180度范围内的磁通密度高。如上所述，本发明一个实施方式的定子16所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360为一个周期的磁通密度成分，因而，并用此定子16与上述转子17以及控制方法，能够检测出转子17的绝对位置。
[0186]下面，对由上述的转子17与定子16的组合来检测出转子17的绝对位置的原理进行说明。
[0187]图42A、B为转子17与定子16的组合的一例。在图42A、B中，转子17为嵌入型，转子铁芯17a的凸极17b的高度(径向上的长度)在周向上不同，使得转子17所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分；定子16的定子线圈15的匝数在周向上不同，使得定子16所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分。针对图42A、B所示的定子16，从定子线圈15的U相端子向V相端子与W相端子通交流电时的磁通的分布，如图43A、B所示。在图43A、B中，箭头的朝向表示磁通的方向(从N极向S极的方向)，磁通密度越高箭头线被描绘得越粗。图43A所示为图22k所示的转子17的dl轴位于卷绕定子16的Ul定子线圈(参照图6A)的齿部16b的中心时的磁通的分布。图43B所示为图22所示的转子17的dl轴位于和图43A的位置相隔180度的机械角的位置时的磁通的分布。
[0188]图43A与图43B的磁通的分布，由上述转子17的磁性各向异性与定子16的磁性各向异性的相互影响而决定，是按照转子17的绝对位置的不同而不同的分布。并且，由于上述转子17与定子16所产生的气隙中的磁通密度分布波形都具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分，因而，磁通的分布相对于转子17的绝对位置的变化也具有以机械角360度为一个周期的磁通成分。
[0189]因而，通过测定磁通的分布相对于转子17的绝对位置的变化，从而不使用位置传感器也能够间接地推定转子17的绝对位置。
[0190]可以通过测定对定子线圈15施加规定频率的电压时的响应电流的振幅，间接地测定磁通的分布相对于转子17的绝对位置的变化。即，在绘制横轴为转子17的绝对位置Θ abs、纵轴为响应电流的振幅Im的图表时，得到如图44所示的关系，因而，能够在实质上根据响应电流的振幅Im推定转子17的绝对位置Θ abs ο
[0191]下面说明根据响应电流的振幅Im推定转子17的绝对位置Θ abs的步骤。
[0192]图45与图46为不带绝对位置编码器的伺服系统(电机系统I)的框图，图45为进行绝对位置检测时的系统状态，图46为进行电机驱动时的系统状态。
[0193]如图所示，电机系统I具有重叠电压指令部27，首先，在进行绝对位置检测时，控制装置20(图1)通过重叠电压指令部27以变频装置28为目标，提供具有预定的频率与振幅的高频电压。并且，重叠电压指令部27可以将高频电压的重叠方向在电角度O到360 [deg]的范围内自由变更。
[0194]变频装置28将从重叠电压指令部27得到的高频电压波形作为PWM施加给能够进行绝对位置检测的上述的电机10。能够进行绝对位置检测的电机10根据转子(转子17)的角度的不同，在磁极位置叠加电压时所得到的电流与电感也不同。另外，重叠电压指令部27及变频装置28与以电感计测部22 (参照图1)为代表的无传感器计测部29连接。
[0195]因而，在图45、图46所示的电机系统I中，能够通过分流电阻等(未图示)来推定电流值。[0196]另外，在由ROM等的存储装置所构成的存储部23(参照图1)中存储有数据表23a，该电机系统I的重叠信号中的与转子角度(转子17的角度)对应的磁极位置电流值的变化作为数值数据被存储在其中。
[0197]在机械角推定部24中，将所推定的电流值与数据表23a相比较从而推定当前的机械角。
[0198]然而，例如根据图44所示的响应电流的振幅Im与转子17的绝对位置Θ abs的关系，在数据表23a中，存在两个对应于某个电流值的机械角，因而，需要推定到底是其中哪一个。
[0199]前馈位置控制器25由V/F控制电路与引入控制电路等构成，能够使电机10的转子17在一定程度上正确地旋转。从而通过前馈位置控制使电机10的转子17旋转。
[0200]并且，重复下面的(I)?(3)的步骤，推定机械角。即，如上所述，(I)在检测绝对位置时，通过重叠电压指令部27以变频装置28为目标，提供具有预定的频率与振幅的高频电压。(2)变频装置28将从重叠电压指令部27得到的高频电压波形作为PWM施加给能够进行绝对位置检测的上述的电机10。(3)在机械角推定部24中，将所推定的电流值与数据表23a相比较从而推定当前的机械角。
[0201]因而，在转子(转子17)的位置的推定中，可以用第一次与第二次所得到的两个机械角实现唯一推定。
[0202]另外，使转子进一步旋转，通过推定机械角从而能够提高对转子(转子17)的位置的推定精度。
[0203]在检测出转子(转子17)的绝对位置之后，可以将控制方式切换为，由无传感器计测部29利用感应电压监测器与电感凸极性进行的无传感器方式进行控制。
[0204]另外，在无传感器方式中，通过考虑能够检测绝对位置的电机10的磁特性，从而能够提高控制性能。
[0205]另外，在图45与图46所示的电机系统I中，使用了磁极位置电流值的数据表23a，然而，也可以使用磁极位置电感、与磁极位置磁性正交的轴的电流值、与磁极位置磁性正交的轴的电感来推定机械角。其中，磁极位置指的是d轴方向，与磁极位置磁性正交的轴指的是q轴。
[0206]图47为不带绝对位置编码器的伺服系统(电机系统I)的变形例的框图。另外，该电机系统I与图45以及图46中所不的电机系统存在下述两点不同。
[0207]S卩，首先，作为以变频装置28为目标赋予高频电压的重叠电压指令部27而言，其具有发出第一重叠电压指令a的第一重叠电压指令部27a以及发出第二重叠电压指令b的第二重叠电压指令部27b，并且还具有对应于第一重叠电压指令部27a的第一数据表23a以及对应于第二重叠电压指令部27b的第二数据表23c。其次，无传感器计测部29发出的表示电角度的信号，除了输出给电流控制部26之外，还输出给第一速度控制部30a以及通过模拟微分器31输出给第二速度控制部30b。另外，其他的结构与上述相同，标注相同的附图标记而省略其的说明。
[0208]首先，在检测绝对位置时，控制装置20 (图1)有选择地通过第一重叠电压指令部27a与第二重叠电压指令部27b，以变频器为目标，提供具有预定频率与振幅的高频电压。并且，任一个电压重叠指令部27a、27b都可以使高频电压的重叠方向在电角度O到360[deg]的范围内自由变更。
[0209]变频装置28将通过第一重叠电压指令a (或者第二重叠电压指令b)得到的高频电压波形作为PWM施加给能够检测绝对位置的上述电机10。能够检测绝对位置的电机10根据转子(转子17)的角度的不同，电压重叠在磁极位置上时得到的电流与电感也不同。
[0210]因而，在图47所示的电机系统I中，可以通过分流电阻(未图示)等来推定电流值。
[0211]在由ROM等的存储装置所构成的存储部23 (参照图1)中存储着第一数据表23b与第二数据表23c，该电机系统I的重叠信号中的与转子角度(转子17的角度)对应的磁极位置电流值的变化作为数值数据被存储在其中。
[0212]在机械角推定部24中，将所推定的电流值与第一数据表23b、第二数据表23c相比较从而推定当前的机械角。
[0213]然而，在此情况下，例如在图44所示的响应电流的振幅Im与转子17的绝对位置Θ abs的关系中，存在两个对应于某个电流值的机械角，因而，需要推定到底是其中哪一个。
[0214]因而，使转子(转子17)旋转一定程度，用不同的机械角检测出电流值，对机械角进行推定。
[0215]在图47所示的电机系统I中，为了使转子(转子17)旋转，使用了无传感器计测部29所进行的比较例的无传感器控制、电流控制与位置控制。
[0216]然而，比较例的无传感器控制使用的是利用电感凸极性的无传感器方式。如此，在比较例中，通过利用电感凸极性的无传感器控制，能够逐次推定磁极位置，因而，能够使电流控制与位置控制发挥作用。
[0217]S卩，在比较例中，通过无传感器控制、电流控制、位置控制使电机10的转子17旋转，重复下述的步骤(I)?(3 )，推定机械角。
[0218](I)在检测绝对位置时，由第一重叠电压指令部27a与第二重叠电压指令部27b，以变频装置28为目标，提供具有预定频率与振幅的高频电压。(2)变频装置28将从第一重叠电压指令部27a与第二重叠电压指令部27b得到的高频电压波形作为PWM施加给能够检测绝对位置的电机10。(3)由机械角推定部24将所推定的电流值与第一数据表23b、第二数据表23c相比较从而推定当前的机械角。
[0219]因而，在转子(转子17)的位置的推定中，可以用第一次与第二次所得到的两个机械角唯一推定转子(转子17)的位置。
[0220]进一步，使转子(转子17)旋转，通过推定机械角从而能够提高对转子(转子17)的位置的推定精度。
[0221]如上所述，在本例中，不仅使第一重叠电压指令a起作用，还使频率、电压与其不同的第二重叠电压指令b起作用，使用对应于重叠电压指令b的第二数据表23c进行比较，推定机械角，因而，能够提高对转子(转子17)的位置的推定精度。
[0222]并且，在检测出绝对位置后，可以将控制序列切换为，利用感应电压监测器与电感凸极性进行的无传感器方式进行控制。
[0223]另外，在无传感器方式中，通过考虑能够检测绝对位置的电机10的磁特性，从而能够提高控制性能。
[0224]另外，在图47所示的系统中，使用了磁极位置电流值的数据表，然而，也可以使用磁极位置电感、与磁极位置磁性正交的轴的电流值、与磁极位置磁性正交的轴的电感来推定机械角。另外，也可以适当地组合磁极位置电感、与磁极位置磁性正交的轴的电流值、与磁极位置磁性正交的轴的电感来推定机械角。
[0225]如上所述，在该电机系统I中，能够施加频率从O到数十KHz的三相电压，能够计测或者推定施加电压而产生的三相电流。另外，在该电机系统I中，控制装置20具有存储部23，其中以数据表的方式存储图45~图47所示的转子17的绝对位置与响应电流的振幅、或者转子17的绝对位置与电感值。
[0226]另外，在该电机系统I中，能够实现如下算法，即，在检测绝对位置时，通过施加数十Hz到数十KHz的高频电压，获得响应电流的振幅或者电感值，将这些值与上述数据表(数据表23a、第一、第二数据表23b、23c)比较而求得绝对位置。另外，该电机系统I能够实现如下算法，即，为了唯一地求得绝对位置而提高检测精度，在检测绝对位置时，使用前馈控制或者后馈控制使转子17旋转。另外，该电机系统I还能够实现如下算法，即，在检测出绝对位置后，使用利用高频重叠无传感器方式、电机监测器的无传感器方式，来推定能够检测绝对位置的上述实施方式涉及的电机10的电角度。
[0227]另外，在上述实施方式中，所例示的是，转子17的磁极数为6、定子16的线圈数为
9、线圈形态为集中绕组的电机。然而，根据说明书的记载内容，本领域技术人员能够容易知晓，其他磁极数(例如8、10、12等)、其他线圈数(例如6、12、15等)情况下的实施方式。因而，应当认为说明书中所记载的发明也包括这些类似发明。
[0228]下面，通过第二实施方式与第三实施方式，对电机10与电机系统I的实施方式作进一步的说明。
[0229]【第二实施方式】
[0230]图48为用于说明第二实施方式涉及的电机的纵剖视图，图49为示意性表示该电机10的主视图。另外，图50为表不电机10的转子结构的说明图，图51A为表不该电机10的定子的示意图，图51B为表示该定子结构的说明图。
[0231]如图49所示，本实施方式涉及的电机10为转子17具有永磁铁18的同步电机。在该电机10中，除了具有由电感的变化产生的磁阻转矩以外，还具有由永磁铁18与定子线圈15的吸引力与排斥力产生的磁力转矩，能够获得较高的输出。
[0232]另外，作为永磁铁18，可以从钕磁铁、钐钴磁铁、铁氧体磁铁、铝铁镍钴磁铁等烧结磁铁中任意选择。
[0233]另外，在电机10中，根据所需的转速，使U相线圈、V相线圈以及W相线圈中流过具有电角度120度的相位差的正弦波电流，使电机10持续旋转。
[0234]如下面所说明的，在本实施方式涉及的电机系统I中，具有能够以较高的精度推定转子17的旋转位置的结构。即，例如多个永磁铁18中的一个停止在对应于V相线圈的位置时，能够精度较佳地检测出转子17的位置，使V相线圈中流过适当的电流。因而，能够防止例如U相线圈中流动的电流不能产生电机启动所需的足够的转矩造成电机不能启动这样的情况发生。并且，采用本实施方式涉及的电机系统1，也不必使用编码器等传感器。
[0235]下面对本实施方式涉及的电机系统I与电机10的具体结构进行说明。如图1所示，电机系统I具有电机10与控制装置20。
[0236]如图48所示，在电机10中，在圆筒状的框架12的前后安装着轴承架13A、13B，两个轴承架13A、13B之间通过轴承14A、14B安装着能够旋转的旋转轴11。图中，附图标记Ax表不旋转轴11的中心、即电机中心轴。
[0237]如图49所示，在旋转轴11上以能够以该旋转轴为中心旋转的方式安装着转子17，该转子17具有圆柱状的转子铁芯17a，转子铁芯17a的周向上设有多个(此处为8个)永磁铁18，并且，该转子17具有凸极性。在转子17中，在转子铁芯17a的周向上隔着间隔配置有8个呈以旋转轴11的方向为长度方向的矩形的磁铁槽17d,永磁铁18形成一个磁极,位于比转子铁芯17a的外表面稍稍靠内侧的位置。
[0238]并且，在圆筒状的框架12的内侧安装着定子16，使定子16隔着规定的气隙19而面对转子17。另外，转子铁芯17a与定子铁芯16a利用由电磁钢板构成的层叠铁芯形成，然而，也可以由铁等的切削制品形成转子铁芯17a。
[0239]如图49与图50所示，在转子17上沿着转子铁芯17a的周向形成有半径长度互不相同的部位。即，沿着转子铁芯17a的周向形成多个(此处为8个)由凸部构成的凸极17b，从而形成半径长度互不相同的部位。图50中，附图标记17c表示旋转轴插孔。
[0240]并且，使各凸极17b向外侧突出的突出量互不相同，从而使转子17的磁特性产生变化。在本实施方式中，形成为，突出量从最小的凸极部17bl逐渐增加，形成凸极部17b2、17b3、17b4，直至突出量最大的凸极部17b5，从凸极部17b5向凸极部17bl逐渐减小突出量，形成凸极部17b6、17b7、17b8。
[0241]S卩，转子17具有转子铁芯17a的磁特性(凸极性、磁阻、磁导率等)的变化模式为在周向半周的范围内呈梯度变化的结构。
[0242]另外，在本实施方式中，转子铁芯17a的磁特性的变化模式为在周向半周范围内呈梯度变化，然而，也可以是从突出量最小的凸极部17bl开始，逐渐增大突出量，直至以最大的突出量形成凸极部17b8。S卩，可以是转子铁芯17a的磁特性的变化模式为在周向上一个整周范围内呈梯度变化。
[0243]另外，如图49与图51A、51B所示，定子16具有定子铁芯16a，定子铁芯16a具有槽，槽中卷绕安装有定子线圈15，定子线圈15具有由U相线圈15U、V相线圈15V、W相线圈15W构成的多个相(U相、V相以及W相)。另外，如图51B所示，定子线圈15被卷绕在齿部16b上。在图51B中，附图标记16c表不定子铁芯16a的槽部，符号16d表不轭部。
[0244]如图所示，本实施方式涉及的定子铁芯16a为，在其周向上依次卷绕安装着定子线圈15 (U相线圈15U、V相线圈15V、W相线圈15W)。并且，由不同的相构成的线圈组15a在周向上以120度的间隔形成三组(图51A)。
[0245]线圈组15a的一个由一个正的U相线圈15U与隔着该正的U相线圈15U的2个负的U相线圈15U构成。并且，如图所示，同样还具有由一个正的V相线圈15V与2个负的V相线圈15V构成的线圈组15a、以及由一个正的W相线圈15W与2个负的W相线圈15W构成的线圈组15a。S卩，图51A中的带有表示各相的U、V、W字母的横杠以及图51B中所示的正负(+、一)符号表示电流的方向(线圈的卷绕方向)。
[0246]如此，在本实施方式涉及的电机系统I中，使用的是8极9槽的电机10。在电机10的定子16中，各相的定子线圈15或者由各相构成的线圈组(同相的定子线圈15的组)以机械角120度的间隔配置。
[0247]因此，由它们(各相的定子线圈15或者由各相构成的线圈组)在电角度一周内形成的磁场的分布，不会在机械角一周(360度)中再现。[0248]S卩，由三相构成的各定子线圈15在电角度一周内所形成的磁场的分布模式为，不会在定子铁芯16a的机械角一周(整周)中重复出现。换言之，由定子线圈15的一个相或者各相的组合在定子16的内周侧形成的磁场的分布模式为，在定子铁芯16a的整周内具有唯一性。再换言之，定子16所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分。
[0249]如本实施方式中所述那样,在多个相(本实施方式中为U相、V相与W相这三相)的定子线圈15、由各相构成的线圈组以120度的间隔配置时，转子17的磁特性的变化由电感的变化表不，与恰好具有两极的定子16的变化情况相同，磁场的分布为在机械角一周(360度)中不会再现。
[0250]如此，在本实施方式涉及的电机10中，转子17具有发送机械角信息的功能，定子16具有观测转子17的机械角信息的功能。另外，能够通过定子16得到与转子17的位置对应的电感，控制装置20能够根据该电感求得转子17的机械角。
[0251]另外，电机系统I所具有的控制装置20具有转子控制部21与电感计测部22，其中，转子控制部21用于对转子17的旋转进行控制；电感计测部22用于计测卷绕在定子16上的后述的定子线圈15的电感(图1)。
[0252]另外，转子控制部21相当于图45A、45B以及图46中的电流控制部26。另外，关于电感计测部22，与使用变频装置28、具有高频发生器的重叠电压指令部27 (参照图45A)等的公知的计测装置相连接，对电机10重叠高频电压，从而能够计测电感。
[0253]另外，控制装置20具有存储部23，将表示与转子的机械角0m对应的电感的基准数据与机械角信息相关联地存储在存储部23中。另外，控制装置20还具有机械角推定部24，该机械角推定部24根据由电感计测部22所计测到的电感值以及以数据表的方式存储在存储部23中的基准数据，对转子17的初始位置进行推定。
[0254]另外，控制装置20可以由计算机构成。该计算机没有图示，不过，存储部23可以由ROM、RAM等存储器构成，转子控制部21、电感计测部22以及机械角推定部24可以由CPU等构成。并且，在存储部23中存储着用于测定电感的运算程序与各种控制程序以及由基准数据构成的数据表等，CPU按照这些程序进行动作，起到对转子17的机械角进行检测的单元的作用。
[0255]在本实施方式的电机系统I中，执行计测工序与推定工序，以检测出转子17的机械角。另外，在此之前，预先执行存储处理工序。另外，如果已将基准数据存储在存储部23中，未必每次都需要执行存储处理工序。
[0256]存储处理工序是指，将表示与转子17的机械角(有时表示为机械角θπ)对应的电感值L的极值的基准数据，以数据表的方式预先存储在存储部23中的工序。作为基准极值的基准数据而言，例如是极值的电感值L与此时的机械角θπ。另外，下面表示的Lm是将电感值L的极值与机械角Θ m相关联的值。
[0257]计测工序是指，使转子17从初始位置旋转规定角度(例如45度)，计测对应于转子17的位置的定子16的电感的工序。此时，对电感的极大值与极小值进行计测。
[0258]另外，在使转子17从初始位置旋转时，使其至少旋转45度即可。在本实施方式中，使转子17从初始位置(θπ(1)旋转机械角45度(θπ(1+π/4)，如图52所示，就能够计测电角度180 (半周期)的电感，因而能够获得极大值与极小值各一个。[0259]另外，图52为表示以电角度半周(机械角45度)所表现的电感值的极值的说明图。在图52中，I1rait表示从初始位置(Θ m0)旋转了 Λ Θ ^ext时的极值，I2ext表示从初始位置(θπ。)旋转了 Λ Q2mext时的极值。
[0260]推定工序是指，将所计测到的电感的实测值与作为对应于转子17的位置的机械角预先以数据表方式存储的基准数据相比较、根据比较结果推定作为转子17的初始位置的绝对位置的工序。另外，在进行推定时，可以使用规定的算式计算转子17的机械角变化后的位置。
[0261]关于对转子17的机械角的检出步骤，下面参照图53与图54对计测工序与推定工序的具体工序流程进行说明。图53为表示本实施方式涉及的推定电机10的机械角步骤的说明图。另外，图54为表不相对于该电机10的机械角的电感分布的说明图,其中，对U轴施加高频电压而产生电流，根据电流值计算电感值，以转子17每旋转机械角2 π /65 (rad)来将电感值绘制成曲线。另外，图54所示的情况仅仅是例示，本发明并不限于此。
[0262]在计测工序中，在电机10的电感如图54所示的形态分布时，如图53所示，起到控制装置20的转子控制部21 (参照图1)的作用的CPU，首先使转子17从机械角Θ m0向正向旋转(步骤SI)。
[0263]然后，CPU使电感计测部22计测此位置处的电感(步骤S2)。并且，判定所计测到的值是否是极值(步骤S3)，在是极值时(步骤S3:是)，将其以与此时的角度相关联的方式存储在存储部23中。即，作为Lm ext、Δ 0m ext存储起来(步骤S4)。
[0264]另外，在所计测到的值不是极值时(步骤S3:否)，CPU判定转子17的旋转位置是否为em(l+45度(步骤S5)。并且 ，在转子17的旋转位置不是0m(l+45度时(步骤S5:否)，CPU使处理返回步骤S2。即，在直至转子17旋转45度的机械角，执行对电感的计测，检测出极值。
[0265]并且，在转子17的旋转位置达到Θ m0+45度时(步骤S5:是)，CPU使转子17的旋转停止(步骤S6)。从而，结束计测工序，进入推定工序。
[0266]在推定工序中，CPU使用规定的评价函数，将作为存储部23中所存储的数据表的基准数据的基准极值换算为评价值(步骤S7)。并且，将根据转子17的旋转位置到达θ m0+45度前的极值换算得到的评价值全部保存在存储部23中(步骤S8)。
[0267]并且，CPU从全部评价值中计算出使规定的评价函数为最小时的最小评价值(步骤S9)。并且，之后计算出成为电机10的转子17的初始位置的机械角θπ(ι (步骤S10)，结束处理。
[0268]并且，计算出成为电机10的转子17的初始位置的机械角θ-之后，可以由公知的电机控制(不使用编码器等的电机控制，所谓的无编码器控制)进行电机10的驱动。
[0269]如此，在本实施方式涉及的电机系统I中，进行无传感器控制，即，对定子线圈15施加电压，检测出电感的变化，从而推定转子17的绝对位置。因此，不需要编码器等的传感器等，能够减少部件数目，从而能够实现与此相随的电机10的小型化等。
[0270]另外，在上述例子中，转子铁芯17a的凸极17b向外突出的突出量在半周内呈梯度变化而互不相同，从而，使转子17的磁特性具有变化，而能够发出自身的机械角信息。
[0271]然而，为了使转子17的磁特性产生变化，也可以使转子铁芯17a具有例如图55~图58所示的结构。[0272]图55表示变形例一的转子结构的说明图，图56为表示变形例二的转子结构的说明图，图57为表示变形例三的转子结构的说明图，图58为表示变形例四的转子结构的说明图。另外，关于和上述实施方式相同的结构要素，在图55?图58中也以相同的附图标记表
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[0273](转子的变形例一)
[0274]在图55所示的转子铁芯17a中，多个永磁铁18的间隔量不同。即，沿着转子铁芯17a的周向埋设于其中的各永磁铁18到转子铁芯外周缘的间隔深度d互不相同。其中，8极的永磁铁18从中心隔着45度的间隔埋设在转子铁芯17a中，具有最大的间隔量dmax的永磁铁18与具有最小的间隔量dmin的永磁铁18相对配置并埋设。
[0275](转子的变形例二)
[0276]另外,在图56所示的转子铁芯17a中，为了设置永磁铁18而形成有作为磁铁配置孔的磁铁槽17d，与磁铁槽17d相连地形成有槽17e，各槽17e的长度不同。另外，只要是能够改变磁特性，不仅可以使各槽17e的长度不同，也可以采用不同的形状，例如也可以使槽17e的面积等产生变化。
[0277]在此，4极的永磁铁18从中心相隔90度的间隔埋设在转子铁芯17a中，在各永磁铁18的两端侧分别延伸形成有槽17e。具有最长长度Lmax的槽17e所在的永磁铁18与具有最短长度Lmin的槽17e所在的永磁铁18相对配置并埋设。
[0278](转子的变形例三)
[0279]另外，在图57所示的转子铁芯17a中，多个永磁铁18的大小不相同。其中，8极的永磁铁18从中心以45度的间隔埋设在转子铁芯17a中,最大的永磁铁18与最小的永磁铁18相对配置并埋设。另外，只要是能够改变磁特性，不仅是使永磁铁18的大小不同，也可以是使其形状不同。
[0280](转子的变形例四)
[0281]在图55?图57中所例示的是，主要使转子铁芯17a的磁特性不同的例子，不过，如图58所示，也可以使永磁铁18本身的磁特性不同。
[0282]S卩，图58所示的转子17使埋设在转子铁芯17a中的永磁铁18的磁通密度(残留磁通密度)不相同。并且，其中永磁铁18的磁特性的变化模式为在周向上一周的范围内呈梯度变化。
[0283]图58中所示的空心箭头表示永磁铁18的磁化，其长度对应于残留磁通密度的大小。即，在图58中，从具有最小残留磁通密度Bmin的永磁铁18到具有最大残留磁通密度Bmax的永磁铁18共计8极的永磁铁18，从中心以45度的间隔按照顺时针方向有梯度地埋设在转子铁芯17a中。
[0284]因而，使用具有图58所示的转子铁芯17a的转子17时，在之前的实施方式中，呈图54所示那样的人字形分布的电感值变为向右逐渐上升状的分布。
[0285]在表示上述的转子17的变形例的图55?图58中，附图标记16e表示与转子17相对配置的定子16的内周面。
[0286]下面，对定子16的变形例进行说明。即，在上述实施方式中，定子铁芯16a具有在其周向上依次卷绕着定子线圈15 (U相线圈15U、V相线圈15V、W相线圈15W)的9个槽(参照图51A、图51B)。[0287]然而，定子16也可以形成为图59A、B以及图60A、B所示的结构。即，在定子16中，在周向上针对每个相依次卷绕有定子线圈15，在周向上形成有多个分别由不同相的定子线圈15构成的线圈组15a,各线圈组15a的磁场分布模式互不相同。
[0288]图59A为表不变形例一涉及的定子的不意图，图59B为表不该定子结构的说明图，图60A为表不变形例二的定子的不意图，图60B为表不该定子结构的说明图。
[0289](定子的变形例一)
[0290]图59A、B所示的定子16也具有定子铁芯16a，在该定子铁芯16a中，在多个齿16b之间分别形成有槽16c，由多个U相线圈15U、V相线圈15V以及W相线圈15W构成的定子线圈15分别卷绕安装于槽16c中。
[0291]将U相线圈15U、V相线圈15V、W相线圈15W作为一组线圈组15a，在定子铁芯16a的周向上，以90度的间隔依次卷绕安装有四组线圈组15a。即，线圈组15a的一个由U相线圈 15U (U+1)、V 相线圈 15V (V+1)、W 相线圈 15W (W+1)构成。
[0292]并且，如图所示，其他线圈组15a分别由U+2、U+3、U+4的各U相线圈15U、V+2、V+3、V+4的各V相线圈15V、W+2、W+3、W+4的各W相线圈15W构成。
[0293]在各线圈组15a之间，使U相、V相以及W相的齿部16b的高度有选择地不同，使各线圈组15a的磁场的分布模式互不相同，使磁场的分布模式为在整周中具有一次性(唯一性)。
[0294]即，在一个线圈组15a中，U相、V相以及W相的齿部16b的高度一样，但是，在另一个线圈组15a中，卷绕安装U相线圈15U (U+1)的齿部16b比卷绕安装其他相(V相:V+1、W相:W+1)低。另外，在此外的另一个线圈组15a中，卷绕安装V相线圈15V (V+2)的齿部16b比卷绕安装其他相(W相:W+2、U相:U`+2)低，另外，在又一个线圈组15a中，卷绕安装W相线圈15W (W+3)的齿部16b比卷绕安装其他相(U相:U+3、V相:V+3)低。另外，图中附图标记16f为示意性地表示较低地形成齿部16b的凹下部分。
[0295](定子的变形例二)
[0296]另外，如图60A、B所示，在各线圈组15a之间，使U相、V相以及W相的线圈匝数有选择地不同，使各线圈组15a的磁场的分布模式互不相同，使磁场的分布模式在整周中具有一次性(唯一性)。另外，在图60A中，用圆形表示各定子线圈15，还用圆的大小表示匝数的多少。
[0297]即，如图所示，在一个线圈组15a中，U相、V相以及W相的各线圈的匝数一样，但是，在另一个线圈组15a中，U相线圈15U (U+1)的匝数比其他相(V相:V+1、W相:W+1)多。另外，在此外的另一个线圈组15a中，V相线圈15V (V+2)的匝数比其他相(W相:W+2、U相:U+2)多，另外，在又一个线圈组15a中，W相线圈15W (W+3)的匝数比其他相(U相:U+3、V相:V+3)多。
[0298](第二实施方式的变形例)
[0299]如上所述，采用本实施方式，在使电机10启动时，首先，直接检测出作为转子17的初始位置的机械角θπ(ι。但是，例如也可以设置机械角检测模式开关这样的检测机构，例如由开关来切换通常运转时的模式与进行机械角检测处理的启动时的模式。
[0300]即，将定子16构成为，针对U相、V相以及W相的每一个，在定子铁芯16a上卷绕安装有通常运转时所使用的第一定子线圈151、与进行机械角检测处理时所使用的第二定子线圈152，对第一定子线圈151与第二定子线圈152的通电能够切换。并且，在切换为向第二定子线圈152通电时，定子16在内周侧形成的磁场的分布在整周中不会重复，S卩，形成在整周范围内具有一次性(唯一性)的磁场的分布。
[0301]作为该结构的例子，如图61与图62所示。图61为表示第一定子线圈的接线方式的说明图，图62为表示第二定子线圈的接线方式的说明图。
[0302]例如，电机10为8极12槽的电机，如图所示，在定子铁芯16a上卷绕安装着U+1、U+2、U+3、U+4的定子线圈15被分别串联连接的定子线圈151a。同样地，还卷绕安装有V+1、V+2、V+3、V+4的定子线圈15被分别串联连接的第一定子线圈151b、以及W+l、W+2、W+3、W+4的定子线圈15被分别串联连接的第一定子线圈151c。
[0303]并且，对于第一定子线圈151a而言，能够通过定子线圈切换开关SW (下面简称为“开关SW”)在由U+1、U+2、U+3、U+4的定子线圈15构成的第一定子线圈151a、与仅由U+1的定子线圈15构成的第二定子线圈152a之间进行切换。同样,对于第一定子线圈151b而言，能够通过开关SW在由V+l、V+2、V+3、V+4的定子线圈15构成的第一定子线圈151b、与仅由V+1的定子线圈15构成的第二定子线圈152b之间进行切换。同样，对于第一定子线圈151c而言，能够通过开关SW在由W+l、W+2、W+3、W+4的定子线圈15构成的第一定子线圈151c、与仅由W+1的定子线圈15构成的第二定子线圈152c之间进行切换。
[0304]即，在本实施方式中，第二定子线圈152被包含在第一定子线圈151的一部分中。
[0305]并且，图61所示的第一定子线圈151所形成的磁场在整周范围内具有均一的分布，并且，磁场的分布模式也一样。然而，将开关SW切换为图62所不的状态时,对于第一定子线圈151a而言，多个定子线圈15 (例如U+l、U+2、U+3、U+4)中，除了 U+1的定子线圈15之外，电路被切断，从而，仅仅是只由U+1的定子线圈15构成的第二定子线圈152a被通电。
[0306]S卩，在切换为向第二定子线圈152通电时，除了该第二定子线圈152之外，向其他的定子线圈15的通电被禁止。
[0307]对于第一定子线圈151b与第一定子线圈151c而言也是同样的情况,开关SW被切换时，除了 V+1与W+1的定子线圈15之外，其他的定子线圈的电路被切断，从而，仅仅是分别只由V+1与W+1的各定子线圈15构成的第二定子线圈152b、152c被通电。此时所形成的磁场的分布模式为一次性的分布模式，在定子铁芯16a的整周范围内具有唯一性。S卩，在切换为向第二定子线圈152通电时，由三相(U+1、V+1、W+1)的定子线圈15所形成的磁场的分布模式为在定子铁芯16a的整周范围内不会重复出现。
[0308]如此，采用本实施方式，构成了定子线圈15能够在两个状态之间切换的电机10，这两个状态例如是，通常运转时被选择的、由第一定子线圈151构成定子线圈15的状态、以及在进行机械角检测处理时被选择的、由第二定子线圈152构成定子线圈15的状态。
[0309]并且，即使采用这样的结构，与之前的实施方式相同，也能够实现能够推定转子17的绝对机械角的电机10以及电机系统I。
[0310]并且，在本实施方式的电机10与电机系统I中，在进行通常驱动时，定子线圈15的卷绕状态为现有技术中所广泛采用的集中绕组的状态。即，由于是U相、V相以及W相成为一组的第一定子线圈151，因而，在电角度一周的范围内由该第一定子线圈151所形成的磁场的分布，在机械角一周的范围内重复出现。因而，能够使转子17顺畅地旋转。
[0311](第三实施方式)[0312]图63为用于说明本实施方式涉及的电机的纵剖视图，图64为示意性地表示电机的结构的主视图。另外，图65为表不电机的转子结构的说明图，图66A为表不该电机的定子的示意图，图66B为表示该定子的结构的说明图。
[0313]如图64所示，本实施方式涉及的电机10为在转子17的表面上安装着永磁铁18的同步电机。作为永磁铁18，可以从钦磁铁、衫钻磁铁、铁氧体磁铁、招铁镇钻磁铁等烧结磁铁中任意选择。
[0314]另外，在电机10中，根据所需的转速，使U相线圈、V相线圈以及W相线圈中流过具有电角度120度的相位差的正弦波电流，使电机10持续旋转。
[0315]如下面所说明的，在本实施方式涉及的电机系统I中，具有能够以较高的精度推定转子17的旋转位置的结构。例如多个永磁铁18中的一个例如停止在对应于V相线圈的位置时，能够精度较佳地检测出转子17的位置，使V相线圈中流过适当的电流。因而，能够防止V相线圈以外的例如U相线圈中流动的电流不能产生电机启动所需的足够的转矩造成电机不能启动这样的情况发生。并且，采用本实施方式涉及的电机系统1，也不必使用编码器等传感器。
[0316]下面对本实施方式涉及的电机系统I与电机10的具体结构进行说明。如图1所示，电机系统I具有电机10与控制装置20。
[0317]如图63所示，在电机10中，在圆筒状的框架12的前后安装着轴承架13A、13B，两个轴承架13A、13B之间通过轴承14A、14B安装着能够旋转的旋转轴11。图中，附图标记Ax表不旋转轴11的轴心(中心)、即电机中心轴。
[0318]如图64所示，在旋转轴11上以能够以该旋转轴为中心旋转的方式安装着转子17，该转子17具有圆柱状的转子铁芯17a，在转子铁芯17a的周面上沿周向隔开规定间隔设有多个(此处为6个)永磁铁18a?18f。
[0319]并且,在圆筒状的框架12的内侧安装着定子16,使定子16隔着规定的气隙19而面对转子17。另外，转子铁芯17a与定子铁芯16a利用由电磁钢板构成的层叠铁芯形成，然而，也可以由铁等的切削制品形成转子铁芯17a。
[0320]在本实施方式涉及的电机10的转子17在结构上具有其特征。如图64以及图65所示，转子铁芯17a的物理轴线RO相对于旋转轴11的轴心Ax被偏置。
[0321]S卩，通过使转子铁芯17a的物理轴线RO错开旋转轴11，从而使转子铁芯17a的磁中心相对于旋转轴11的轴心Ax偏心,使转子17a的外周面与定子铁芯16a的内周面之间的间隔19a在周向上无梯度地变化。从而，转子铁芯17a的磁特性的变化模式为在周向一周或半周的范围内无梯度地变化。图65中，附图标记17c表示旋转轴插孔。
[0322]另外，配置在转子铁芯17a的表面上的6个永磁铁18a?18f的外周面与定子铁芯16a的内周面16e之间的间隔19b恒定不变。因此,各永磁铁18a?18f在径向上的长度被设定为，与从旋转轴11的轴心Ax到各永磁铁18a?18f的外周面的在径向上的长度相同。
[0323]此处，将从旋转轴11的轴心Ax到永磁铁18的周向的中心位置处的内周面的长度记为H，将第一永磁铁18a处的长度Hl与第二、第三、第四永磁铁18b?18d处的长度H2?H4进行比较。另外，如果不考虑永磁铁18与转子铁芯17a之间的粘接层等时，长度H与从旋转轴11的轴心Ax到安装永磁铁18的转子铁芯17a的外周面的长度相同。[0324]在本实施方式涉及的转子17的转子铁芯17a中，长度Hl为最短，向其相反侧延伸的长度H4最长。S卩，从长度Hl到长度H2、H3、H4逐渐增大，从长度H4到长度H5、H6、H1逐渐减小。
[0325]并且，如上所述，由于6个永磁铁18a?18f的外周面与定子铁芯16a的内周面之间的间隔1%恒定不变，因而第一永磁铁18a的径向上的长度即磁铁厚度tl为最大，关于第二、第三、第四永磁铁18b?18d，其磁铁厚度t2?t4逐渐变薄。
[0326]另外，本实施方式中的永磁铁18的外周面形成为弧面状，因而，在一个永磁铁18中，其磁铁厚度t从一端向另一端逐渐变化。
[0327]本实施方式涉及的电机10的转子17具有上述的结构，使转子铁芯17a的磁中心相对于旋转轴11的轴心Ax偏心，从而，转子铁芯17a的磁特性(凸极性、磁阻、磁导率等)的变化模式为在周向半周的范围内无梯度且平滑地变化。
[0328]在本实施方式涉及的转子17中，具有上述结构，因此，第一?第六永磁铁18a?18f的尺寸不相同。然而，虽然尺寸等不相同，但为了避免反磁场造成的消磁以及高温造成的消磁，优选使第一?第六永磁铁18a?18f的磁性动作点大致相同。另外，可以改变材料的密度，使得虽然尺寸不同，但是能够适当地分配各永磁铁18的重量，从而使转子17的旋转平衡性均衡，使转子17能够顺畅地旋转。
[0329]另外，在尺寸、重量不相同的第一?第六永磁铁18a?18f中，从旋转轴11的轴心Ax到作为向转子铁芯17a安装的安装面的内周面的长度H互不相同，因而，施加在各第一?第六永磁铁18a?18f上的离心力也不相同。此时，可以根据离心力的大小适当地改变对转子铁芯17a的保持力，从而使永磁铁18不会在离心力的作用下飞出。
[0330]另外，如图64与图66A、图66B所示，定子16具有定子铁芯16a，定子铁芯16a具有槽，槽中卷绕安装有定子线圈15，定子线圈15具有由U相线圈15U、V相线圈15V、W相线圈15W构成的多个相(U相、V相以及W相)。另外，如图所示，在本实施方式中，在以U相线圈15U、V相线圈15V、W相线圈15W为一组的三个线圈组15a之间，使U相、V相以及W相的线圈匝数有选择地不同，使各线圈组15a的磁场的分布模式互不相同。另外，在图66A中，用圆形表不定子线圈15,用圆的大小表不阻数的多少。另外,在图66B中，附图标记16c表不定子铁芯16a的槽部,符号16d表不轭部。
[0331]如图所示，本实施方式涉及的定子铁芯16a为，在周向上依次卷绕安装着定子线圈15 (U相线圈15U、V相线圈15V、W相线圈15W)，由U相线圈15U、V相线圈15V、W相线圈15W构成的线圈组15a在周向上以120度的间隔形成三组(图66A)。
[0332]线圈组15a的一个由比其他的定子线圈15的匝数多的U+1相线圈15U、V+1相线圈15V、W+1相线圈15W构成。并且，同样地，还具有，由U+2相线圈15U、比其他的定子线圈15的匝数多的V+2相线圈15V、W+2相线圈15W构成的线圈组15a、以及由三相的匝数均相同的U+3相线圈15U、V+3相线圈15V、W+3相线圈15W构成的线圈组15a。图66B中表示各相的字母U、V、W所附带的+1、+2、+3表示齿部16b的顺序。另外，对于三相的匝数均相同的线圈组15a，例如也可以构成为与其他线圈组15a相同，使W+3相线圈15W比其他的定子线圈15的匝数多。
[0333]如此，在本实施方式涉及的电机系统I中，使用的是6极9槽的电机10。在电机10的定子16中，由匝数不同的相组合而成的各相所构成的三个线圈组15a以机械角120度的间隔配置。
[0334]因此，由分别以匝数的不同所区分的三种线圈组15a、15a、15a在电角度一周内形成的磁场的分布，不会在机械角一周(360度)中再现。
[0335]S卩，由三相构成的各定子线圈15在电角度一周内所形成的磁场的分布模式，不会在定子铁芯16a的机械角一周(整周)中重复。换言之，由定子线圈15的一个相或者各相的组合在定子16的内周侧形成的磁场的分布模式，在定子铁芯16a的整周内具有唯一性。再换言之，定子16所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分。
[0336]如本实施方式中所述那样，在多个相(本实施方式中为U相、V相与W相这三相)的定子线圈15、由各相构成的线圈组，以120度的间隔配置时，转子17的磁特性的变化由电感的变化表不，与恰好具有两极的定子16的变化情况相同，磁场的分布为在机械角一周(360度)中不会再现。
[0337]如此，在本实施方式涉及的电机10中，转子17具有发送机械角信息的功能，定子16具有观测转子17的机械角信息的功能。另外，能够通过定子16得到与转子17的位置对应的电感，控制装置20能够根据该电感求得转子17的机械角。
[0338]但是，为了使转子铁芯17a的磁中心相对于旋转轴11的轴心Ax偏心，不仅可以使转子铁芯17a的物理轴线RO偏离旋转轴11的轴心Ax配置，也可以由转子铁芯17a的导磁率在周向上的变化而形成。
[0339]旋转轴11的轴心Ax是转子铁芯17a的几何中心，相对于此，在本实施方式中，转子铁芯17a的磁中心是指，作为磁场的转子17与作为电气元件的定子16相互作用时磁性变化的中心。通常,磁中心与几何中心是一致的。这里,使转子铁芯17a的磁中心偏心是为了使转子铁芯17a的磁特性的变化模式在其周向一周或者半周的范围内无梯度地变化，因而，未必只通过物理加工来实现。例如，也可以使导磁率不同的材料在周向上连续相接合而形成圆形的转子铁芯17a。
[0340]另外，电机系统I所具有的控制装置20具有转子控制部21与电感计测部22，其中，转子控制部21用于对转子17的旋转进行控制；电感计测部22用于计测卷绕安装在定子16上的后述的定子线圈15的电感(图1)。
[0341]另外，关于电感计测部22，与使用此处省略图示的变频装置28、具有高频发生器的重叠电压指令部27 (参照图45)等的公知的计测装置相连接，对电机10重叠高频电压，从而能够计测电感。
[0342]另外，控制装置20具有存储部23，将表示与转子17的机械角(有时也表记为机械角em)对应的电感的基准数据与机械角信息相关联地存储在存储部23中。另外，控制装置20还具有机械角推定部24，该机械角推定部24根据由电感计测部22所计测到的电感值以及以数据表的方式存储在存储部23中的基准数据，对转子17的初始位置进行推定。
[0343]控制装置20可以由计算机构成。该计算机没有图示，不过，存储部23可以由ROM、RAM等存储器构成，转子控制部21、电感计测部22以及机械角推定部24可以由CPU等构成。并且，在存储部23中存储着用于测定电感的运算程序与各种控制程序以及由基准数据构成的数据表等，CPU按照这些程序进行动作，起到对转子17的机械角进行检测的单元的作用。[0344]在本实施方式的电机系统I中，执行计测处理与推定处理，以检测出转子17的机械角。另外，在此之前，预先执行作为前段工序的存储处理工序。另外，如果已将基准数据存储在存储部23中，未必每次都需要执行存储处理工序。
[0345]存储处理工序是指，将表示针对每个机械角θ m的电感值L的基准数据，以数据表的方式预先存储在存储部23中的工序，其中，机械角Θ m对应于转子17的基准位置。
[0346]计测处理与推定处理是实际启动电机10时进行的处理，在计测工序中，对转子17施加高频电压，计测对应于转子17的位置的定子16的电感。
[0347]在推定处理中，将所计测到的电感的实测值与作为对应于转子17的位置的机械角预先以数据表方式存储的基准数据相比较、根据比较结果推定作为转子17的初始位置的绝对位置。
[0348]在此，关于对转子17的机械角的推定步骤，下面参照图67与图68进行说明。图67为表不实施方式涉及的电机10的机械角的推定步骤的说明图。另外，图68为表不相对于该电机10的机械角的电感分布的说明图。其中，得到在转子17从多个基准位置旋转机械角Gni时施加高频电压而产生的电流值，根据此时的电流值计算电感值L，以转子17每旋转机械角2π/9 (rad)来将电感值绘制成曲线。另外，作为电感值L，设为各相的电角度一周期(2 Ji )中的最大值。
[0349]如图67所示，CPU对电机10施加高频电压，使电感计测部22计测转子17位于规定位置时的电感(步骤SI)。然后，将所测定的电感值存储在存储部23中(步骤S2)。这样结束计测处理。
[0350]之后，CPU将存储部23中存储的计测值与预先存储在存储部23中的数据表的基准数据相比较，根据与作为计测值的电感值L的分布进行对照的基准数据，来推定表示转子17的绝对位置的机械角θπ(ι (步`骤S3)，结束推定处理。另外，在进行上述比较时，可以考虑数据的曲线所形成的图表中的斜率等。
[0351]如此，在本实施方式涉及的电机10中，电感值L的分布波形因转子17的机械位置的不同而不同，因而，能够容易地根据实际测定的电感值L推定转子17的绝对位置。
[0352]并且，在推定完成作为电机10的转子17的初始位置的机械角Θ _后，通过公知的电机控制方式对电机10进行驱动。
[0353]如此，在本实施方式涉及的电机系统I中，进行无传感器控制，即，对定子线圈15施加电压，检测出电感值L的变化，从而推定转子17的绝对位置。因此，不需要编码器等的传感器等，能够减少部件数目，从而能够实现与此相随的电机10的小型化等。
[0354]另外，上述实施方式中的定子铁芯16a为，在其周向上依次卷绕安装定子线圈15(U相卷线15U、V相卷线15V、W相卷线15W)的9槽定子铁芯(参照图66A与图66B)。
[0355]然而，定子16也可以构成为图69A、69B以及图70A、70B所示的12槽结构。即，在定子16中，在周向上依次按照各相卷绕安装定子线圈15，由不同相的定子线圈15构成线圈组15a，在周向上具有多个线圈组15a，各线圈组15a的磁场的分布模式互不相同。
[0356]图69A为表不变形例一的定子的不意图，图69B为表不该定子的结构的说明图，图70A为表不变形例二的定子的不意图，图70B为表不该定子的结构的说明图。
[0357](定子的变形例一)
[0358]如图69A与图69B所示，也可在四个线圈组15a之间，使U相、V相以及W相的线圈匝数有选择地不同，使各线圈组15a的磁场的分布模式互不相同，从而使磁场的分布模式在整周中具有一次性(唯一性)。另外，在图69A与图70A中，都用圆形表示各定子线圈15，还用圆的大小表示匝数的多少。
[0359]S卩，如图所示，在一个线圈组15a中，U相、V相以及W相的各线圈的匝数一样，但是，在另一个线圈组15a中，U相线圈15U (U+1)的匝数比其他相(V相:V+1、W相:W+1)多。另外，在此外的另一个线圈组15a中，V相线圈15V (V+2)的匝数比其他相(W相:W+2、U相:U+2)多，另外，在又一个线圈组15a中，W相线圈15W (W+3)的匝数比其他相(U相:U+3、V相:V+3)多。
[0360](定子的变形例二)
[0361]图70A、70B所示的定子16也具有定子铁芯16a，在该定子铁芯16a中，在多个齿16b之间分别形成有槽16c，由多个U相线圈15U、V相线圈15V以及W相线圈15W构成的定子线圈15分别卷绕安装于槽16c中。
[0362]将U相线圈15U、V相线圈15V、W相线圈15W作为一组线圈组15a，在定子铁芯16a的周向上，以90度的间隔依次卷绕安装有四组线圈组15a。S卩，线圈组15a的一个由U相线圈 15U (U+1)、V 相线圈 15V (V+1)、W 相线圈 15W (W+1)构成。
[0363]并且，如图所示，其他线圈组15a分别由U+2、U+3、U+4的各U相线圈15U、V+2、V+3、V+4的各V相线圈15V、W+2、W+3、W+4的各W相线圈15W构成。
[0364]在各线圈组15a之间，使U相、V相以及W相的齿部16b的高度有选择地不同，使各线圈组15a的磁场的分布模式互不相同，使磁场的分布模式为在整周中具有一次性(唯一性)。
[0365]即，在一个线圈组15a中，U相、V相以及W相的齿部16b的高度一样，但是，在另一个线圈组15a中，卷绕安装U相线圈15U (U+1)的齿部16b比卷绕安装其他相(V相:V+1、W相:W+1)的齿部低。另外，在此外的另一个线圈组15a中，卷绕安装V相线圈15V (V+2)的齿部16b比卷绕安装其他相(W相:W+2、U相:U+2)的齿部低，另外，在又一个线圈组15a中，卷绕安装W相线圈15W (W+3)的齿部16b比卷绕安装其他相(U相:U+3、V相:V+3)的齿部低。另外，图中附图标记16f为示意性地表示较低地形成齿部16b的凹下部分。
[0366](其他实施方式)
[0367]如上所述，采用本实施方式，在使电机10启动时，直接检测出作为转子17的初始位置的机械角θπ(ι。但是，例如也可以设置机械角检测模式开关这样的检测机构，由开关来切换启动时的模式与通常运转时的模式。
[0368]S卩，将定子16构成为，针对U相、V相以及W相的每一个，在定子铁芯16a上卷绕安装有通常运转时所使用的第一定子线圈151、与启动时所使用的第二定子线圈152，对第一定子线圈151与第二定子线圈152的通电能够切换。并且，在切换为向第二定子线圈152通电时，定子16在内周侧形成的磁场的分布在整周中不会重复，S卩，形成在整周范围内具有一次性的磁场的分布。
[0369]作为该结构的例子，如图71A与图71B所示。图71A为表示第一定子线圈的接线方式的说明图，图71B为表示第二定子线圈的接线方式的说明图。
[0370]如图所示,定子16具有第一定子线圈151a,该第一定子线圈151a由作为多个定子线圈15的、例如U+l、U+2、U+3的定子线圈15被分别串联连接而形成的线圈组构成。同样地，定子16还具有由V+l、V+2、V+3的定子线圈15被分别串联连接而形成的线圈组构成的第一定子线圈151b、以及由W+l、W+2、W+3的定子线圈15被分别串联连接而形成的线圈组构成的第一定子线圈151c。
[0371]并且，能够通过定子线圈切换开关SW (下面简称为“开关SW”)在由U+l、U+2、U+3这三个定子线圈15全部串联连接而构成的第一定子线圈151a、与仅由U+1的定子线圈15构成的第二定子线圈152a之间进行切换。同样，能够通过开关SW在由V+l、V+2、V+3的定子线圈15全部串联连接而构成的第一定子线圈151b、与仅由V+1的定子线圈15构成的第二定子线圈152b之间进行切换。另外，同样地，能够通过开关SW在由W+l、W+2、W+3的定子线圈15全部串联连接而构成的第一定子线圈151c、与仅由W+1的定子线圈15构成的第二定子线圈152c之间进行切换。
[0372]即，在本实施方式中，构成为，第二定子线圈152被包含在第一定子线圈151的一部分中。
[0373]并且，图71A所示的第一定子线圈151所形成的磁场在整周范围内具有均一的分布，并且，磁场的分布模式也一样。然而，将三个线圈组的开关SW切换为图71B所示的状态时，对于第一定子线圈151a而言，多个定子线圈15 (例如U+l、U+2、U+3)中，除了 U+1的定子线圈15之外，电路被切断，从而，仅仅是只由U+1的定子线圈15构成的第二定子线圈152a被通电。
[0374]同样地，开关SW被切换时，在另一个第一定子线圈151b中，仅仅是只由V+1的定子线圈15构成的第二定子线圈152b被通电,在第一定子线圈151c中，仅仅是只由W+1的定子线圈15构成的第二定子线圈152c被通电。S卩,在切换为向第二定子线圈152通电时，除了该第二定子线圈152之外，向其他的定子线圈15的通电被禁止。
[0375]与上述的实施方式相同，在开关SW被切换时，由三个线圈组的互不相同的相的第二定子线圈152a、152b、152c形成的磁场的分布模式为,在定子铁芯16a的整周中具有唯一性。即，由分别形成为第二定子线圈152的三相(U、V、W)的定子线圈15所形成的磁场的分布模式为，在定子铁芯16a的整周中不会重复。换言之，各相的定子线圈15或者由各相构成的线圈组(同相的定子线圈15的组)以机械角120度的间隔配置。
[0376]另外，在本例中，开关SW被切换时，第二定子线圈152的组合是各线圈组中的第二定子线圈152a (3相:U+1、V+1、W+1)的组合。然而，也可以是，第二定子线圈152的组合为第二定子线圈152b (3相:U+2、V+2、W+2)或者第二定子线圈152c (U+3、V+3、W+3)的组合。
[0377]如此，采用本实施方式，构成了定子线圈15能够在两个状态之间切换的电机10，这两个状态例如是，通常运转时被选择的由第一定子线圈151构成定子线圈15的状态、以及在启动时被选择的由第二定子线圈152构成定子线圈15的状态。
[0378]并且，即使采用这样的结构，与之前的实施方式相同，也能够实现能够推定作为转子17的绝对机械角的电机10以及电机系统I。
[0379]并且，在本实施方式的电机10与电机系统I中，在进行通常驱动时，定子线圈15的卷绕状态为现有技术中所广泛采用的集中绕组的状态。即，由于是U相、V相以及W相成为一组的第一定子线圈151，因而，在电角度一周的范围内由该第一定子线圈151所形成的磁场的分布，在机械角一周的范围内重复出现。即，电感的变化也都变得一样，能够降低转子17的齿槽效应等，使转子17顺畅地旋转。[0380]作为具有这样的开关SW的结构，也可以构成为图72A、72B以及图73A、73B所示的结构。
[0381](变形例一)
[0382]S卩，例如为8极9槽的电机10时，如图72A、72B所示，定子16具有第一定子线圈151a，该第一定子线圈151a由作为多个定子线圈15的、例如U_l、U+1、U-2的定子线圈15被分别串联连接而形成的线圈组构成。同样地，定子16还具有由V-l、V+l、V-2的定子线圈15被分别串联连接而形成的线圈组构成的第一定子线圈151b、以及由W-l、W+1、W-2的定子线圈15被分别串联连接而形成的线圈组构成的第一定子线圈151c。
[0383]并且，通常，如图72A所示，通过开关SW进行连接，从而能够使三个线圈组全部被通电，然而，在切换开关SW时，能够切换为图72B所示的通电状态。
[0384]S卩，除了 U-1、U+1、U_2这三个定子线圈15被分别串联连接而形成的线圈组之外，V-UV+UV-2的定子线圈15被分别串联连接而形成的线圈组以及W-l、W+l、W-2的定子线圈15被分别串联连接而形成的线圈组呈开路状态。
[0385]另外，在此例中，作为第二定子线圈152，其仅由U相(U-1、U+1、U_2)构成，由定子线圈15形成的磁场的分布模式为在整周中仍然具有唯一性。
[0386]另外，当然也可以是，作为第二定子线圈152，其仅由V相(V-l、V+l、V_2)或者仅由 W 相(W-l、W+l、W-2)构成。
[0387](变形例二)
[0388]另外，例如为10极12槽的电机10时，也可以构成为图73A、73B所示的结构。
[0389]S卩，如图所示，定子16具有第一定子线圈151a,该第一定子线圈151a由作为多个定子线圈15的、例如U+l、U-l、U-2、U+2的定子线圈15被分别串联连接而形成的线圈组构成。同样地，定子16还具有由V+l、V-l、V-2、V+2的定子线圈15被分别串联连接而形成的线圈组构成的第一定子线圈151b、以及由W+l、W-l、W-2、W+2的定子线圈15被分别串联连接而形成的线圈组构成的第一定子线圈151c。
[0390]并且，通常，如图73A所示，通过开关SW进行连接，从而能够使三个线圈组全部被通电，然而，在切换开关SW时，能够切换为图73B所示的通电状态。
[0391]S卩，在U+1、U-1、U-2、U+2这四个定子线圈15被串联连接而形成的线圈组中，仅U+1、U-1这两个定子线圈15被通电，其他都呈开路状态。
[0392]另外，在此例中，作为第二定子线圈152，其仅由两个定子线圈15 (U相:U+1、U_1)构成，由定子线圈15形成的磁场的分布模式为在整周中仍然具有唯一性。
[0393]另外，也可以是，作为第二定子线圈152，在此情况下，两个定子线圈15仅由V相(V+l> V-l)构成，或者仅由W相(W+1、W-1)构成。
[0394]上面通过实施方式与变形例对本发明进行了说明，然而，可以适当地设定电机10的种类、电机10的极数以及槽数等。
[0395]上述实施方式所具有的效果与变形例是本领域技术人员容易得出的。因此，本发明具有更广的范围，并不限于上述特定的详细方式以及具有代表性的实施例。因而，在不脱离权利要求书及其同等范围所概括出的发明的精神或者范围内，可以进行各种变更。
[0396]附图标记说明
[0397]1、电机系统；10、电机；15、定子线圈；15a、线圈组；16、定子；16a、定子铁芯；17、转子；17a、转子铁芯；18、永磁铁；20、控制装置；21、转子控制部；22、电感计测部；23、存储部；24、机械角推定部。
【权利要求】
1.一种电机，其特征在于， 具有转子与定子， 所述转子具有转子铁芯，在所述转子铁芯上设有多个永磁铁， 所述定子隔着规定的气隙与所述转子相对配置，所述定子具有定子铁芯，在该定子铁芯上卷绕安装有多个相的定子线圈， 所述转子的结构为，所述转子铁芯或者所述永磁铁的磁特性的变化模式为在周向上呈梯度变化， 所述定子的结构为，由一个相的所述定子线圈或者由各相的所述定子线圈的组合所形成的磁场的分布模式为在整周中具有唯一性。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于， 所述定子的结构为，该定子所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分。
3.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于， 所述转子的结构为，所述转子面对所述气隙的表面上的磁极总数为四个以上，该转子所产生的气隙中的磁通密度分布波形具有以机械角360度为一个周期的磁通密度成分。
4.根据权利要求1、2或3所述的电机，其特征在于， 所述转子具有凸极性。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的电机,其特征在于， 所述多个永磁铁中的各永磁铁的磁通密度互不相同，由此改变所述转子的磁特性。
6.根据权利要求5所述的电机，其特征在于， 在所述转子铁芯上沿着周向形成半径长度互不相同的部位，由此改变所述转子的磁特性。
7.根据权利要求5或6所述的电机，其特征在于， 在所述转子铁芯中沿着周向埋设有所述多个永磁铁，各所述永磁铁距离转子铁芯周缘的间隔深度互不相同，由此改变所述转子的磁特性。
8.根据权利要求5、6或7所述的电机，其特征在于， 在所述转子铁芯中，所述多个永磁铁的大小或者形状各不相同，由此改变所述转子的磁特性。
9.根据权利要求5~8中任一项所述的电机,其特征在于， 所述转子铁芯形成有用于配置所述永磁铁的磁铁配置孔，还形成有与该磁铁配置孔相连的槽，各槽的长度或者形状不相同，由此改变所述转子的磁特性。
10.根据权利要求1~9中任一项所述的电机,其特征在于， 在所述定子铁芯中，沿周向针对每个相依次卷绕安装有所述定子线圈，在周向上形成多个分别由不同的相的定子线圈构成的线圈组， 各所述线圈组的磁场的分布模式互不相同。
11.根据权利要求1、2或3所述的电机，其特征在于， 所述转子铁芯的磁中心相对于旋转轴的轴心偏心。
12.根据权利要求11所述的电机，其特征在于， 所述磁中心的偏心由所述转子铁芯的物理轴线错开所述旋转轴而形成，所述转子铁芯的外周面与所述定子铁芯的内周面之间的间隔在周向上无梯度地变化。
13.根据权利要求11或12所述的电机，其特征在于， 所述各永磁铁的在径向上的长度设定为，从所述旋转轴的中心到所述各永磁铁的外周面的径向上的长度相同。
14.根据权利要求11所述的电机，其特征在于， 所述磁中心的偏心由所述转子铁芯的磁导率在周向上的变化而形成。
15.根据权利要求11~14中任一项所述的电机,其特征在于， 所述定子铁芯的内周面在截面上大致呈椭圆形。
16.根据权利要求11~15中任一项所述的电机,其特征在于， 在所述定子铁芯中，沿周向针对每个相依次卷绕安装有所述定子线圈，在周向上形成多个分别是由不同的相的定子线圈构成的线圈组， 由所述多个相的定子线圈所形成的所述各线圈组的磁场的分布模式为在整周中具有唯一性。
17.—种电机系统,其特征在于， 具有权利要求1~16中任一项所述的电机以及对所述电机进行控制的控制装置， 所述控制装置具有: 转子控制部，其用于控制所述转子的旋转； 电感计测部，其用于计测所述定子线圈的电感； 存储部，其将表示与所述转子的机械角对应的电感的基准数据以与所述机械角的信息相关联的方式存储起来；以及 机械角推定部，其根据由所述电感计测部计测出的电感的值与所述存储部中存储的基准数据来推定所述转子的机械角。
【文档编号】H02K1/22GK103891112SQ201280052098
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年9月4日 优先权日:2011年11月14日
【发明者】村上宗司, 大户基道, 猪又健太朗, 井手耕三, 森本进也 申请人:株式会社安川电机