电动机、电动机的驱动方法以及电动机的驱动控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电动机、电动机的驱动方法以及电动机的驱动控制装置。
【背景技术】
[0002]以前，提出了一种无刷电动机，其为外转子型电动机，包括SPM转子和伦德尔型定子(例如，日本特开2005-192384号公报)。SPM转子具有转子芯、以及贴于转子芯的表面上的永久磁铁。伦德尔型定子具有一对定子芯底座、以及配置在定子芯底座之间的绕组。各个定子芯底座具有沿圆周方向等间隔地配置的多个爪状磁极。在该无刷电动机中，绕组包括在轴向层积的2种绕组。在2种绕组上分别施加不同的第I系统的电源和第2系统的电源。
[0003]该无刷电动机为伦德尔型定子由第I系统的绕组和第2系统的绕组的2层结构构成的2相电动机。由于是2相电动机，所以会存在死点，在启动性方面会有问题。
[0004]但是，有一种所谓的双伦德尔型电动机，该电动机包括伦德尔型转子和伦德尔型定子。伦德尔型转子包括一对转子芯和配置在转子芯之间的场磁铁。各个转子芯具有沿圆周方向配置的多个爪状磁极。伦德尔型定子包括一对定子芯和配置在定子芯之间的绕组。各个定子芯具有沿圆周方向配置的多个爪状磁极。即使在将该双伦德尔型电动机串联的2层2相的双伦德尔型电动机，也会有同样的问题。
[0005]并且，在2层2相的双伦德尔型电动机中，可能会有因相邻的爪状磁极之间的间隙部的漏磁通的影响而产生有效磁通下降的情况。在这种情况下，电动机不能期待高转矩。
【发明内容】
[0006]本发明的目的为提供一种，能够避开死点且启动性优越的、能够期待高转矩的电动机、电动机的驱动方法以及电动机的驱动控制装置。
[0007]为了达成上述目的，本发明的第I方式所涉及的电动机包括2层转子和2层定子。所述2层转子包括层积的A相用转子以及B相用转子。所述A相用转子包括一对A相用转子芯底座和配置在所述A相用转子芯底座之间的场磁铁。各个所述A相用转子芯底座具有沿圆周方向等间隔地配置的多个爪状磁极。所述B相用转子包括一对B相用转子芯底座和配置在所述B相用转子芯底座之间的场磁铁。各个所述B相用转子芯底座具有沿圆周方向等间隔地配置的多个爪状磁极。所述2层定子包括层积在A相用定子以及B相用定子。所述A相用定子包括一对A相用定子芯底座和配置在所述A相用定子芯底座之间的A相用绕组。各个所述A相用定子芯底座具有沿圆周方向等间隔地配置的多个爪状磁极。所述B相用定子包括一对B相用定子芯底座和配置在所述B相用定子芯底座之间的B相用绕组。各个所述B相用定子芯底座具有沿圆周方向等间隔地配置的多个爪状磁极。在将所述B相用定子相对于所述A相用定子在圆周方向顺时针方向上的相对配置角度设定为电角度Θ 1，将所述B相用转子相对于所述A相用转子在圆周方向逆时针方向上的相对配置角度设定为电角度Θ 2时，下述关系式成立，Θ 1+| Θ 2 = 90度。
[0008]本发明的第2方式所涉及的电动机的驱动方法包括如下步骤、即对A相用绕组和B相用绕组施加相位不同的电源。电动机包括2层转子和2层定子。所述2层转子包括层积的A相用转子和B相用转子。所述A相用转子包括一对A相用转子芯底座和配置在所述A相用转子芯底座之间的场磁铁。各个所述A相用转子芯底座具有沿圆周方向等间隔地配置的多个爪状磁极。所述B相用转子包括一对B相用转子芯底座和配置在所述B相用转子芯底座之间的场磁铁。各个所述B相用转子芯底座具有沿圆周方向等间隔地配置的多个爪状磁极。所述2层定子包括层积的A相用定子和B相用定子。所述A相用定子包括一对A相用定子芯底座和配置在所述A相用定子芯底座之间的A相用绕组。各个所述A相用定子芯底座具有沿圆周方向等间隔地配置的多个爪状磁极。所述B相用定子包括一对B相用定子芯底座和配置在所述B相用定子芯底座之间的B相用绕组。各个所述B相用定子芯底座具有沿圆周方向等间隔地配置的多个爪状磁极。
[0009]本发明的第3方式所涉及的电动机的驱动方法具备如下步骤、即对一组第I系统环状绕组和一组第2系统环状绕组施加相位不同的电源。电动机包括2层转子和2层定子。所述2层转子包括层积的A相用转子和B相用转子。所述A相用转子包括一对A相用转子芯底座和配置在所述A相用转子芯底座之间的场磁铁。各个所述A相用转子芯底座具有沿圆周方向等间隔地配置的多个爪状磁极。所述B相用转子包括一对B相用转子芯底座和配置在所述B相用转子芯底座之间的场磁铁。各个所述B相用转子芯底座具有沿圆周方向等间隔地配置的多个爪状磁极。所述2层定子包括层积的A相用定子和B相用定子。所述A相用定子包括一对A相用定子芯底座和配置在所述A相用定子芯底座之间的A相用绕组。各个所述A相用定子芯底座具有沿圆周方向等间隔地配置的多个爪状磁极。所述B相用定子包括一对B相用定子芯底座和配置在所述B相用定子芯底座之间的B相用绕组。各个所述B相用定子芯底座具有沿圆周方向等间隔地配置的多个爪状磁极。所述A相用绕组缠绕在所述A相用定子。所述A相用绕组包括第I系统环状绕组和第2系统环状绕组。所述B相用绕组缠绕在所述B相用定子。所述B相用绕组包括第I系统环状绕组和第2系统环状绕组。
【附图说明】
[0010]图1是第I实施方式的电动机的立体图。
[0011]图2是将图1的定子的一部分切断的电动机的分解立体图。
[0012]图3是将图1的定子的一部分切断并从径向看时的电动机的分解主视图。
[0013]图4是图1的单个电动机的立体图。
[0014]图5是从径向看时的图4的单个电动机的剖视图。
[0015]图6是构成图5的单个电动机的转子的分解立体图。
[0016]图7是构成图5的单个电动机的定子的分解立体图。
[0017]图8是图1的电动机的驱动控制电路图。
[0018]图9是示出供给至B相电动机的B相输入电压以及供给至A相电动机的A相输入电压的波形图。
[0019]图10是不出相对于A相电动机的输入电压与B相电动机的输入电压的相位差的平均转矩和脉动率的曲线图。
[0020]图11是将第2实施方式的定子的一部分切断的电动机的分解立体图。
[0021]图12是图11的电动机的驱动控制电路图。
[0022]图13是示出供给至第I系统环状绕组的第I系统输入电压以及供给至第2系统环状绕组的第2系统输入电压的波形图。
[0023]图14是示出相对于第I系统输入电压与第2系统输入电压的相位差的平均转矩和脉动率的曲线图。
[0024]图15是用于说明转子的其他例子的立体图。
[0025]图16是用于说明图15的极间辅助磁铁以及背面辅助磁铁的分解立体图。
[0026]图17是第3实施方式的电动机的驱动控制电路图。
[0027]图18是示出供给至A相电动机的A相输入电压以及供给至B相电动机的B相输入电压的波形图。
[0028]图19是将第4实施方式的定子的一部分切断的电动机的分解立体图。
[0029]图20是图19的电动机的驱动控制电路图。
[0030]图21是示出供给至第I系统环状绕组的第I系统输入电压以及供给至第2系统环状绕组的第2系统输入电压的波形图。
[0031]图22是示出相对于第I系统输入电压与第2系统输入电压的相位差的转矩常数和脉动率的曲线图。
【具体实施方式】
[0032](第I实施方式)
[0033]以下，按照图1-图10对电动机的第I实施方式进行说明。“轴向”、“圆周方向”以及“径向”分别意味着旋转轴I的轴向、圆周方向以及径向。
[0034]图1示出本实施方式的电动机M的整体立体图。在旋转轴I固定有转子2(2层转子)。在该转子2的径向外侧配置有定子3 (2层定子)，该定子3被固定在电动机外壳(未予图示)。
[0035]如图1所示，电动机M为2层2相的双伦德尔型电动机，该电动机M包括双伦德尔型的A相电动机Ma和双伦德尔型的B相电动机Mb。A相电动机Ma以及B相电动机Mb以A相电动机Ma、B相电动机Mb的顺序从上开始层积。如图4所示，A相电动机Ma以及B相电动机Mb分别由双伦德尔型的单个电动机Ml形成。
[0036](转子2)
[0037]如图2所示，电动机M的转子2为2层2相结构的转子，该转子2包括伦德尔型结构的A相转子2a以及B相转子2b。A相转子2a以及B相转子2b被层积。A相转子2a以及B相转子2b为相同的构成。如图6所不，A相转子2a以及B相转子2b分别包括第I转子芯10、第2转子芯20以及场磁铁30。
[0038](第I转子芯10)
[0039]如图6所示，第I转子芯10具有第I转子芯底座11，该第I转子芯底座11由圆环板状的电磁钢板形成。在第I转子芯底座11的中央位置形成有贯穿孔12，旋转轴I贯穿并固定于该贯穿孔12。第I转子芯底座11具有外周面11a、对置面Ilb以及反对置面(即、相对于对置面位于相反侧的面)He。在外周面Ila上等间隔地设置有8个具有相同形状的第I转子侧爪状磁极13。
[0040]各个第I转子侧爪状磁极13包括第I转子侧基部13x和第I转子侧磁极部13y。第I转子侧基部13x从第I转子芯底座11的外周面Ila向径向外侧突出。第I转子侧磁极部13y位于第I转子侧基部13x的顶端。第I转子侧磁极部13y从第I转子侧基部13x折弯并朝向第2转子芯20沿轴向延伸。第I转子侧基部13x形成为，在轴向看时越向径向外侧宽度越变窄的梯形形状。第I转子侧磁极部13y在径向看时呈四角形状。由第I转子侧基部13x和第I转子侧磁极部13y形成的第I转子侧爪状磁极13的圆周方向端面13a，13b均为平坦面。
[0041]第I转子侧磁极部13y的轴正交方向截面(即，与轴正交的方向上的截面)呈扇形状。第I转子侧磁极部13y具有径向外侧面13c以及径向内侧面13d。径向外侧面13c以及径向内侧面13d形成为，在从轴向看时与第I转子芯底座11的外周面Ila形成同心圆的圆弧面。
[0042]各个第I转子侧基部13x在圆周方向上的角度、S卩圆周方向端面13a、13b的基端部之间与旋转轴I的中心轴线O形成的角度小于相邻的第I转子侧爪状磁极13之间的缝隙的角度。
[0043](第2转子芯20)
[0044]如图6所示，第2转子芯20由与第I转子芯10的相同的材质形成且具有相同的形状。第2转子芯20具有圆环板状的第2转子芯底座21。在第2转子芯底座21的中央位置形成有贯穿孔22，将旋转轴I贯穿并固定于该贯穿孔22。第2转子芯底座21具有外周面21a、对置面21b以及反对置面21c。在外周面21a上等间隔地设置有8个第2转子侧爪状磁极23。
[0045]各个第2转子侧爪状磁极23包括第2转子侧基部23x和第2转子侧磁极部23y。第2转子侧基部23x从第2转子芯底座21的外周面21a向径向外侧突出。第2转子侧磁极部23y位于第2转子侧基部23x的顶端。第2转子侧磁极部23y从第2转子侧基部23x折弯并朝向第I转子芯10沿轴向延伸。第2转子侧基部23x形成为，在轴向看时越向径向外侧宽度越变窄的梯形形状。第2转子侧磁极部23y在径向看时呈四角形状。由第2转子侧基部23x和第2转子侧磁极部23y形成的第2转子侧爪状磁极23的圆周方向端面23a，23b均为平坦面。
[0046]第2转子侧磁极部23y的轴正交方向截面呈扇形状。第2转子侧磁极部23y具有径向外侧面23c以及径向内侧面23d。径向外侧面23c以及径向内侧面23d形成为，在从轴向看时与第2转子芯底座21的外周面21a形成同心圆的圆弧面。
[0047]各个第2转子侧基部23x在圆周方向上的角度、即圆周方向端面23a、23b的基端部之间与中心轴线O形成的角度小于相邻的第2转子侧爪状磁极23之间的缝隙的角度。
[0048]第2转子芯20以在轴向上场磁铁30配置于第I转子芯10和第2转子芯20之间的方式相对于第I转子芯10组装。各个第2转子侧爪状磁极23在从轴向看时位于第I转子侧爪状磁极13之间。
[0049](场磁铁30)
[0050]在本实施方式中，场磁铁30为由铁素体烧结磁铁形成的圆环板状的永久磁铁。如图6所示，在场磁铁30的中央位置形成有供旋转轴I贯通的贯穿孔32。场磁铁30的一个侧面30a与第I转子芯底座11的对置面Ilb抵接，场磁铁30的另一个侧面30b与第2转子芯底座21的对置面21b抵接。场磁铁30在轴向上被夹持在第I转子芯10和第2转子芯20之间并固定。
[0051]场磁铁30的外径与第I转子芯底座11以及第2转子芯底座12的外径一致。场磁铁30具有预先规定的厚度。如图5所示，第I转子侧爪状磁极13的顶端面13e与第2转子芯底座21的对置面21b对齐，并且第2转子侧爪状磁极23的顶端面23e与第I转子芯底座11的对置面Ilb对齐。
[0052]如图5所示，场磁铁30沿轴向被磁化成，使第I转子芯10作为N极发挥功能，并